JP2022144911A - アクティブペン、センサコントローラ、及び位置検出装置 - Google Patents

アクティブペン、センサコントローラ、及び位置検出装置 Download PDF

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Abstract

Figure 2022144911000001
【課題】アップリンク信号の受信失敗によりペン入力による描画が止まってしまうことを防止する。
【解決手段】アクティブペン２は、アップリンク信号ＵＳの受信タイミングを基準時刻として決定される一連の時間スロットＴＳを用いてセンサコントローラ３１との通信を行うアクティブペン２であって、アップリンク信号ＵＳが受信されたか否かを判定し、アップリンク信号ＵＳが受信されたと判定した場合に、一連の時間スロットＴＳ内の時間を用いてダウンリンク信号ＤＳａを送信する一方、アップリンク信号ＵＳが受信されなかったと判定した場合に、一連の時間スロットＴＳ内の時間及び一連の時間スロットＴＳ外の時間の両方を用いて、一連の時間スロットＴＳそれぞれの時間長よりも短い時間長の単位信号の繰り返しからなるダウンリンク信号ＤＳｂを送信する。
【選択図】図５

Description

本発明はアクティブペン、センサコントローラ、及び位置検出装置に関し、特に、互いに双方向に通信を行うアクティブペン及びセンサコントローラと、そのようなセンサコントローラを含む位置検出装置とに関する。
センサコントローラからアップリンク信号を受信し、センサコントローラに対してダウンリンク信号を送信するよう構成されたアクティブペンが知られている。特許文献１には、この種のアクティブペンの例が開示されている。
特許第６０５９４１０号公報
特許文献１にも記載されているように、アクティブペンは、アップリンク信号の受信タイミングを基準時刻として決定される時間スロットを用いて、ダウンリンク信号の送信を行うよう構成される。したがって、アクティブペンがダウンリンク信号の送信を行うためには、アップリンク信号を受信できている必要がある。
しかしながら、例えばディスプレイの画素を駆動するための信号のようなノイズがアップリンク信号に重畳することがあり、その結果として、アクティブペンがアップリンク信号の受信に失敗してしまうことがある。そうすると、アクティブペンがダウンリンク信号を送信できなくなり、ペン入力による描画が止まってしまうので、改善が必要とされていた。
したがって、本発明の目的の一つは、アップリンク信号の受信失敗によりペン入力による描画が止まってしまうことを防止できるアクティブペン及びセンサコントローラを提供することにある。
本発明の第１の側面によるアクティブペンは、アップリンク信号の受信タイミングを基準時刻として決定される一連の時間スロットを用いてセンサコントローラとの通信を行うアクティブペンであって、前記アップリンク信号が受信されたか否かを判定し、前記アップリンク信号が受信されたと判定した場合に、前記一連の時間スロット内の時間を用いて前記第１のダウンリンク信号を送信する一方、前記アップリンク信号が受信されなかったと判定した場合に、前記一連の時間スロット内の時間及び前記一連の時間スロット外の時間の両方を用いて、前記一連の時間スロットそれぞれの時間長よりも短い時間長の単位信号の繰り返しからなる第２のダウンリンク信号を送信する、アクティブペンである。
本発明の第１の側面によるセンサコントローラは、本発明の第１の側面によるアクティブペンと通信を行うセンサコントローラであって、前記一連の時間スロットのうちの１つにおいて検出された信号にギャップが含まれるか否かを判定し、含まれる判定した場合には、前記検出された信号を前記第１のダウンリンク信号として復調する一方、含まれていないと判定した場合には、前記検出された信号を前記第２のダウンリンク信号として復調する、センサコントローラである。
本発明の第２の側面によるアクティブペンは、センサコントローラとの通信を行うアクティブペンであって、電極及びコイルと、前記電極の電位に変化を与えることで、前記センサコントローラに対してダウンリンク信号を送信する送信回路と、前記コイルに生ずる誘導電流を検出することにより、前記センサコントローラが送信したアップリンク信号を受信する受信回路と、を含むアクティブペンである。
本発明の第２の側面による位置検出装置は、タッチ面内におけるアクティブペンの位置を検出する位置検出装置であって、前記タッチ面内に配置された１以上のループコイルと、前記タッチ面内に配置された複数のセンサ電極と、前記１以上のループコイルのそれぞれにアップリンク信号を供給することにより前記アクティブペンに対して前記アップリンク信号を送信するとともに、前記複数のセンサ電極それぞれの電位の変化を検出することにより前記アクティブペンが送信したダウンリンク信号を受信するセンサコントローラと、を含む位置検出装置である。
本発明の第１の側面によれば、アクティブペンがアップリンク信号の受信に失敗し、時間スロットの時間的位置が分からなくなったとしても、アクティブペンからのダウンリンク信号の送信を継続できるので、アップリンク信号の受信失敗によりペン入力による描画が止まってしまうことを防止できる。
本発明の第２の側面によれば、静電結合方式に比べてノイズの影響を受けにくい電磁誘導方式によりアップリンク信号を送信することができるので、アップリンク信号の受信失敗によりペン入力による描画が止まってしまうことを防止できる。
本発明の第１の実施の形態による位置検出システム１の構成を示す図である。 図１に示したセンサ３０ａの平面図である。 図１に示した処理回路２６ｄの状態遷移図である。 アクティブペン２及びセンサコントローラ３１の動作を説明する図である。 アクティブペン２及びセンサコントローラ３１の動作を説明する図である。 （ａ）は、図５に示したダウンリンク信号ＤＳｂの構成を示す図であり、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、ダウンリンク信号ＤＳｂの変調をＤＢＰＳＫによって行う場合におけるチップ信号ＴＩＰ及びリング信号ＲＩＮＧの構成を示す図であり、（ｄ）及び（ｅ）はそれぞれ、ダウンリンク信号ＤＳｂの変調をＤＱＰＳＫによって行う場合におけるチップ信号ＴＩＰ及びリング信号ＲＩＮＧの構成を示す図である。 図１に示した処理回路２６ｄが行う処理を示す処理フロー図である。 図１に示したセンサコントローラ３１が行う処理を示す処理フロー図である。 図１に示したセンサコントローラ３１が行う処理を示す処理フロー図である。 本発明の第２の実施の形態による位置検出システム１の構成を示す図である。 図１０に示したセンサ３０ｂの平面図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態による位置検出システム１の構成を示す図である。同図に示すように、位置検出システム１は、アクティブペン２と、アクティブペン２を検出する位置検出装置である電子機器３とを備えて構成される。
電子機器３は、例えばタブレットコンピュータやデジタイザなどのタッチ面３ａを有するコンピュータである。電子機器３内には、タッチ面３ａの直下に配置されたセンサ３０ａと、センサ３０ａに接続されたセンサコントローラ３１と、センサ３０ａと重畳して配置されたディスプレイ３２と、これらを含む電子機器３の各部を制御するホストプロセッサ３３とが設けられる。
ホストプロセッサ３３は電子機器３の中央処理装置であり、図示しないメモリから各種のプログラムを読み出し、実行するように構成される。こうして実行されるプログラムには、電子機器３のオペレーティングシステムや描画アプリケーションを含む各種のアプリケーションが含まれる。このうち描画アプリケーションは、センサコントローラ３１から供給される位置及びデータに基づいてデジタルインクを生成し、電子機器３内のメモリに記憶する処理や、生成したデジタルインクをレンダリングし、その結果を示す映像信号を生成してディスプレイ３２に供給する処理を実行するためのプログラムである。ディスプレイ３２は、ホストプロセッサ３３から供給される映像信号を表示する装置であり、例えば液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイによって構成される。
センサコントローラ３１は、センサ３０ａを介してアクティブペン２と双方向に通信することによって、タッチ面３ａ内におけるアクティブペン２の位置を導出するとともに、アクティブペン２からデータを取得し、導出した位置及び取得したデータを、都度ホストプロセッサ３３に供給する機能を有する集積回路である。本実施の形態においては、センサコントローラ３１とアクティブペン２の間の通信は、双方向ともに、電子機器３側の電極（後述するセンサ電極３０ｘ，３０ｙ）と、アクティブペン２側の電極（後述するペン先電極２１及びリング電極２２）との間に形成される静電容量を介して行う静電結合方式の通信によって行われる。以下では、センサコントローラ３１からアクティブペン２に対して送信される信号をアップリンク信号ＵＳと称し、アクティブペン２からセンサコントローラ３１に対して送信される信号をダウンリンク信号ＤＳと称する。
図２は、センサ３０ａの平面図である。同図に示すように、センサ３０ａは、タッチ面３ａ内に配置された各複数のセンサ電極３０ｘ，３０ｙを含んで構成される。複数のセンサ電極３０ｘは、それぞれ図示したｙ方向に延在する導電体であり、図示したｘ方向に等間隔で並置される。また、複数のセンサ電極３０ｙは、それぞれ図示したｘ方向に延在する導電体であり、図示したｙ方向に等間隔で並置される。センサコントローラ３１は、複数のセンサ電極３０ｘ及び複数のセンサ電極３０ｙの一方の電位に変化を与えることで、アクティブペン２に対してアップリンク信号ＵＳを送信する。センサコントローラ３１はまた、各複数のセンサ電極３０ｘ，３０ｙそれぞれの電位の変化を検出することにより、アクティブペン２が送信したダウンリンク信号ＤＳを受信する。
ここで、電子機器３は所謂「インセル型」の位置検出装置であり、センサ３０ａを構成する複数のセンサ電極３０ｘ及び複数のセンサ電極３０ｙの一方がディスプレイ３２の共通電極（各画素に共通に接地電位を供給するための電極）を兼ねている。したがってセンサコントローラ３１は、ディスプレイ３２内の画素を駆動するタイミングでは、センサ３０ａを用いてアップリンク信号ＵＳの送信やダウンリンク信号ＤＳの受信を行うことができない。そこでセンサコントローラ３１は、ホストプロセッサ３３からディスプレイ３２内の画素を駆動するタイミングを取得し、画素の駆動周期によって定まる一定の周期でアップリンク信号ＵＳの送信を行うとともに、それぞれ画素の駆動インターバルに相当する複数の時間スロットをアップリンク信号ＵＳの送信インターバルに設定し、各時間スロット内の時間を用いてアクティブペン２からのダウンリンク信号ＤＳを受信するよう構成される。
アップリンク信号ＵＳは、アクティブペン２に対する命令を示すコマンドによって変調された信号であり、各送信ビットを所定のチップ列（拡散符号）により拡散してなるパルス波（矩形波）によって構成される。所定のチップ列のチップ長（＝アップリンク信号ＵＳのパルス周期）は例えば１μｓｅｃ又は２μｓｅｃであり、エッジ期間（立ち上がり期間又は立ち下がり期間）は例えば１０ｎｓｅｃである。
一方、ダウンリンク信号ＤＳは、センサコントローラ３１にアクティブペン２の位置を検出させるための位置信号、又は、アップリンク信号ＵＳにより送信を指示されたデータ（後述する筆圧値、スイッチ情報など）によって変調されたデータ信号である。ただし、位置信号の送信は必須ではなく、センサコントローラ３１は、データ信号からもアクティブペン２の位置を検出し得る。ダウンリンク信号ＤＳの具体的な構成は、直前のアップリンク信号ＵＳの受信の有無によって異なる。以下では、直前にアップリンク信号ＵＳが受信された場合に送信されるダウンリンク信号ＤＳをダウンリンク信号ＤＳａ（第１のダウンリンク信号）と称し、直前にアップリンク信号ＵＳが受信されなかった場合に送信されるダウンリンク信号ＤＳをダウンリンク信号ＤＳｂ（第２のダウンリンク信号）と称する。
ダウンリンク信号ＤＳａは、センサコントローラ３１によって設定される一連の時間スロットのそれぞれに分割して送信される信号である。アクティブペン２は、直前のアップリンク信号ＵＳの受信タイミングを基準時刻として一連の時間スロットの時間的位置を決定し、決定した各時間スロット内の時間を用いてダウンリンク信号ＤＳａの送信を行う。
ここで、アクティブペン２は、１送信周期ＵｐＩｎｔｖの間に送信するダウンリンク信号ＤＳａの中に、４回にわたって筆圧値を配置するよう構成される。配置される筆圧値としては、その筆圧値を送信する時点で圧力センサ２３から供給されている最新の筆圧値が使用される。これにより高い時間分解能で筆圧値を送信することができるので、ホストプロセッサ３３は、よりリアルな描画を行えるようになる。
ダウンリンク信号ＤＳｂは、時間スロットの時間長よりも短い時間長の単位信号の繰り返しからなる信号である。ダウンリンク信号ＤＳｂの具体的な構成については後述するが、各単位信号は、所定のデータによって変調されたデータ信号となる。
直前のアップリンク信号ＵＳの受信に失敗したアクティブペン２は一連の時間スロットの時間的位置を決定することができず、結果として、ダウンリンク信号ＤＳｂは一連の時間スロット内の時間及び一連の時間スロット外の時間の両方を用いて送信されることになる。そうすると、センサコントローラ３１はダウンリンク信号ＤＳｂの一部（一連の時間スロット外の時間に送信された部分）を受信できないことになるが、上記のように単位信号の時間長を設定することにより、少なくとも１つの単位信号を受信できることになる。したがって、アクティブペン２が一連の時間スロットの時間的位置をロストしているにもかかわらず、アクティブペン２からセンサコントローラ３１に対してダウンリンク信号ＤＳを送信することが可能になる。
物理的には、ダウンリンク信号ＤＳａ，ＤＳｂはそれぞれ、パルス波（矩形波）、若しくは、正弦波を基にした信号によって構成される。パルス波の場合のダウンリンク信号ＤＳａ，ＤＳｂはそれぞれ、アップリンク信号ＵＳに比べて大幅に長いパルス周期とエッジ期間を有する信号となる。具体的な例を挙げると、パルス周期は例えば４μｓｅｃ～４０μｓｅｃとなり、エッジ期間は例えば１００ｎｓｅｃ～５μｓｅｃとなる。一方、正弦波の場合のダウンリンク信号ＤＳａ，ＤＳｂの周波数は、例えば１．８ＭＨｚとなる。パルス波又は正弦波である搬送波の変調方式としては、ＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase-Shift Keying）又はＤＢＰＳＫ（Differential Binary Phase-Shift Keying）を用いることが好適である。いずれの変調方式を用いるかは、規格により予め定められる。
図１に戻る。アクティブペン２は、芯体２０と、ペン先電極２１（第１の電極）と、リング電極２２（第２の電極）と、圧力センサ２３と、サイドスイッチ２４と、バッテリー２５と、集積回路２６と、ストップフィルタ２７とを有して構成される。芯体２０は、アクティブペン２のペン軸を構成する部材である。芯体２０の先端はアクティブペン２のペン先を構成し、末端は圧力センサ２３に当接している。ペン先電極２１及びリング電極２２は互いに異なる位置に設けられた導電体であり、ペン先電極２１はアクティブペン２のペン先に配置され、リング電極２２は、ペン先電極２１よりもアクティブペン２の中央寄りの位置に、芯体２０を取り囲むように配置される。
圧力センサ２３は、芯体２０の先端に加わる圧力を検出するセンサである。圧力センサ２３が検出した圧力は、例えば１２ビットの筆圧値として集積回路２６に供給される。サイドスイッチ２４は、アクティブペン２の表面に設けられた押しボタン式のスイッチであり、ユーザによりオンオフ操作可能に構成される。サイドスイッチ２４の操作状態（オンオフ状態）は、例えば２ビットのスイッチ情報として集積回路２６に供給される。バッテリー２５は、集積回路２６が動作するために必要な電力を供給する役割を果たす。
集積回路２６は、昇圧回路２６ａ、送信回路２６ｂ、受信回路２６ｃ、及び処理回路２６ｄを含む各種の回路によって構成される集積回路である。送信回路２６ｂはペン先電極２１に接続されており、昇圧回路２６ａを用いてペン先電極２１の電位に変化を与えることによって、ダウンリンク信号ＤＳを送信する役割を果たす。受信回路２６ｃはリング電極２２に接続されており、リング電極２２の電位の変化を検出することによって、アップリンク信号ＵＳを受信する役割を果たす。
処理回路２６ｄは、受信回路２６ｃによって受信されたアップリンク信号ＵＳに応じた処理を実行する回路である。この処理には、アップリンク信号ＵＳの受信タイミングを基準時刻として一連の時間スロットの時間的位置を決定する処理と、センサコントローラ３１からのコマンドに応じてダウンリンク信号ＤＳを生成し、送信回路２６ｂに送信させる処理と、次のアップリンク信号ＵＳを受信回路２６ｃに受信させる処理とが含まれる。
図３は、処理回路２６ｄの状態遷移図である。同図に示すように、処理回路２６ｄは、ディスカバリモード、通常モード、自走モードのいずれかにより動作するよう構成される。初期状態はディスカバリモードであり、ディスカバリモードにエントリしている処理回路２６ｄは、連続的又は断続的に、受信回路２６ｃにアップリンク信号ＵＳの検出動作を行わせる（ステップＳ１）。
ステップＳ１の検出動作の結果としてアップリンク信号ＵＳが検出された場合、処理回路２６ｄは通常モードにエントリする（ステップＳ２）。そして、アップリンク信号ＵＳの受信タイミングを基準時刻として一連の時間スロットの時間的位置を決定し、その中の時間を用いて送信回路２６ｂにダウンリンク信号ＤＳａを送信させる（ステップＳ１０）とともに、次のアップリンク信号ＵＳの受信タイミングが到来した場合には（ステップＳ１１）、受信回路２６ｃに次のアップリンク信号ＵＳの検出動作を行わせる（ステップＳ１２）。その結果として次のアップリンク信号ＵＳが検出された場合（ステップＳ１３）、そのアップリンク信号ＵＳの受信タイミングを基準時刻として改めて一連の時間スロットの時間的位置を決定し、ステップＳ１０の処理を繰り返す。
一方、ステップＳ１２の検出動作の結果としてアップリンク信号が検出されなかった場合の処理回路２６ｄは、自走モードにエントリする（ステップＳ１４）。自走モードにおける処理回路２６ｄは、ダウンリンク信号ＤＳｂを生成して送信回路２６ｂに送信させるとともに、これと並行して、受信回路２６ｃにアップリンク信号ＵＳの検出動作を行わせる（ステップＳ２０）。この並行処理は図１に示したストップフィルタ２７によって実現されるものであり、その詳細については後述する。ステップＳ２０においてアップリンク信号ＵＳが検出された場合、処理回路２６ｄは通常モードに戻る（ステップＳ２１）。そして、アップリンク信号ＵＳの受信タイミングを基準時刻として改めて一連の時間スロットの時間的位置を決定し、ステップＳ１０の処理を繰り返す。一方、アップリンク信号ＵＳの検出されない状態が所定時間にわたって継続した場合、処理回路２６ｄはディスカバリモードに戻って処理を続ける（ステップＳ２２）。この場合、ダウンリンク信号ＤＳｂの送信は停止することになる。
図１に戻る。ストップフィルタ２７は、リング電極２２を用いたアップリンク信号ＵＳの検出と、ペン先電極２１からのダウンリンク信号ＤＳｂの送信とを同時に行えるようにするために、リング電極２２と集積回路２６の間に挿入されるフィルタ回路である。詳しく説明すると、ダウンリンク信号ＤＳｂを送信するために用いる昇圧回路２６ａによる電位の上昇幅は１８～２０Ｖにも達するため、ダウンリンク信号ＤＳｂの送信に伴うペン先電極２１の電位の変化は受信回路２６ｃにも影響を及ぼす。結果として、受信回路２６ｃにより検出されるアップリンク信号ＵＳの電位にダウンリンク信号ＤＳｂが重畳されてしまうことから、ダウンリンク信号ＤＳｂの送信と同時にはアップリンク信号ＵＳを検出することが難しくなってしまう。アクティブペン２がホバー状態（ペン先がタッチ面３ａから離れている状態）にあり、リング電極２２がセンサ３０ａから遠い場合には、アップリンク信号ＵＳの受信強度が小さくなることから、アップリンク信号ＵＳの検出はさらに困難になる。ストップフィルタ２７は、ダウンリンク信号ＤＳｂの送信に伴うペン先電極２１の電位の変化が集積回路２６内の受信回路２６ｃにより検出されたアップリンク信号ＵＳの電位に影響することを阻止し、それによって、リング電極２２を用いたアップリンク信号ＵＳの検出と、ペン先電極２１からのダウンリンク信号ＤＳｂの送信とを同時に行えるようにする役割を果たす。
ストップフィルタ２７の具体的な構成としては、各種の構成を採用し得る。例えば、ダウンリンク信号ＤＳｂが正弦波を基にした信号により構成される場合であれば、ストップフィルタ２７は、ダウンリンク信号ＤＳｂの周波数を含む特定の周波数帯域を阻止するバンドストップフィルタ（ノッチフィルタ）により構成され得る。また、ダウンリンク信号ＤＳがパルス波によって構成される場合であれば、アップリンク信号ＵＳを構成するパルス波を通過させる一方、ダウンリンク信号ＤＳｂを構成するパルス波を阻止するよう構成されたハイパスフィルタによって構成され得る。その他、このハイパスフィルタの後段にダウンリンク信号ＤＳｂのエッジをミュートするためのミュート回路を設けてもよいし、ゲイン回路及び差動回路の組み合わせ、又は、ＦＩＲ(Finite Impulse Response)フィルタ、引き算器、及びフィードバック回路の組み合わせによってストップフィルタ２７を構成することにより、リング電極２２に到来した信号からダウンリンク信号ＤＳｂを除去することとしてもよい。
図４及び図５は、アクティブペン２及びセンサコントローラ３１の動作を説明する図である。以下、これらの図を参照しながら、本実施の形態によるアクティブペン２及びセンサコントローラ３１の動作について、より詳しく説明する。
図４及び図５の横軸は、時間軸となっている。初めに図４を参照すると、ディスカバリモードにエントリしているアクティブペン２は、リング電極２２に到来したアップリンク信号ＵＳの検出動作を連続的又は断続的に行う。一方、センサコントローラ３１は、ディスプレイ３２における画素の駆動周期によって定まる一定の周期ＵｐＩｎｔｖでアップリンク信号ＵＳを送信するとともに、それぞれディスプレイ３２における画素の駆動インターバルに相当する一連の時間スロットＴＳをアップリンク信号ＵＳの送信インターバルに設定し、各時間スロットＴＳにてダウンリンク信号ＤＳの検出動作を行う。
時刻ｔ１でアップリンク信号ＵＳの受信に成功したアクティブペン２は通常モードにエントリし、アップリンク信号ＵＳの受信タイミングを基準時刻として一連の時間スロットＴＳの時間的位置を決定するとともに、受信したアップリンク信号ＵＳを復調することによってセンサコントローラ３１が送信したコマンドを取得し、取得したコマンドに従ってダウンリンク信号ＤＳａを生成する。そして、決定した各時間スロットＴＳ内の時間を用いて、生成したダウンリンク信号ＤＳａの送信を行う。一連の時間スロットＴＳ内の時間のみを用いてダウンリンク信号ＤＳの受信を行うセンサコントローラ３１は、こうして送信されたダウンリンク信号ＤＳａを問題なく受信できる。
次に図５を参照すると、アクティブペン２は、アップリンク信号ＵＳが受信されるはずの時刻ｔ２でアップリンク信号ＵＳを受信できなかったことを検出することにより、アップリンク信号ＵＳの受信に失敗したことを検出する。するとアクティブペン２は自走モードにエントリし、各時間スロットＴＳの時間長よりも短い時間長の単位信号の繰り返しからなるダウンリンク信号ＤＳｂを生成する。そして、一連の時間スロットＴＳ内の時間及び一連の時間スロットＴＳ外の時間の両方を用いて、生成したダウンリンク信号ＤＳｂの送信を行う。センサコントローラ３１は、一連の時間スロットＴＳ内の時間のみを用いてダウンリンク信号ＤＳの受信を行うが、上記のように各時間スロットＴＳの所定時間長よりも短い時間長の単位信号の繰り返しによってダウンリンク信号ＤＳｂを構成しているので、少なくとも１つの単位信号を受信することができる。
その後、時刻ｔ３でアップリンク信号ＵＳの受信に成功したアクティブペン２は、通常モードに戻る。通常モードにおけるアクティブペン２及びセンサコントローラ３１の動作は、上述したとおりである。その後も同様に、アクティブペン２は、アップリンク信号ＵＳの受信に成功したか失敗したか否かに応じて動作モードを変え、それによって、送信するダウンリンク信号ＤＳの構成を変える。したがって、本実施の形態によるアクティブペン２によれば、アップリンク信号ＵＳの受信失敗によりペン入力による描画が止まってしまうことが防止される。
図６（ａ）は、ダウンリンク信号ＤＳｂの構成を示す図である。同図に示すように、ダウンリンク信号ＤＳｂは、アップリンク信号ＵＳの送信周期ＵｐＩｎｔｖの間に、チップ信号ＴＩＰ（第１の信号）とリング信号ＲＩＮＧ（第２の信号）とが交互に８つずつ配置された構成を有している。１つのチップ信号ＴＩＰ及び１つのリング信号ＲＩＮＧそれぞれの時間長をＴ１とすると、ＵｐＩｎｔｖ＝１６×Ｔ１となる。
図６（ｂ）及び図６（ｃ）はそれぞれ、ダウンリンク信号ＤＳｂの変調をＤＢＰＳＫによって行う場合におけるチップ信号ＴＩＰ及びリング信号ＲＩＮＧの構成を示す図である。また、図６（ｄ）及び図６（ｅ）はそれぞれ、ダウンリンク信号ＤＳｂの変調をＤＱＰＳＫによって行う場合におけるチップ信号ＴＩＰ及びリング信号ＲＩＮＧの構成を示す図である。これらの図に示すように、チップ信号ＴＩＰは単位信号Ｕ１をの繰り返しによって構成され、リング信号ＲＩＮＧは単位信号Ｕ２の繰り返しによって構成される。また、チップ信号ＴＩＰにおいては時間的に隣接する２つの単位信号Ｕ１の間に２シンボル分のギャップＧＡ（信号を送信しない時間）が設けられ、リング信号ＲＩＮＧにおいては時間的に隣接する２つの単位信号Ｕ２の間に３シンボル分のギャップＧＡが設けられる。
図６（ｂ）～図６（ｅ）に示すように、単位信号Ｕ１，Ｕ２はいずれも、１シンボル分のスタートビットＳＢと、６ビット分のデータとを含む信号である。データのシンボル数は、単位信号Ｕ１，Ｕ２のいずれにおいても、ダウンリンク信号ＤＳｂの変調をＤＢＰＳＫによって行う場合には６シンボルとなり、ダウンリンク信号ＤＳｂの変調をＤＱＰＳＫによって行う場合には３シンボルとなる。データの内容は単位信号Ｕ１と単位信号Ｕ２とで異なり、単位信号Ｕ１内のデータは、図１に示したサイドスイッチ２４の操作状態（オンオフ状態）を示す２ビットのスイッチ情報ＳＷと、図１に示した圧力センサ２３によって検出された圧力を示す１２ビットの筆圧値の上位３ビット分のデータＰＵと、１ビットのチェックサムＣＳとによって構成される。一方、単位信号Ｕ２内のデータは、図１に示した圧力センサ２３によって検出された圧力を示す１２ビットの筆圧値の上位８ビットから最上位の３ビット（すなわち、チップ信号ＴＩＰによって送信したデータＰＵ）を除いた５ビット分のデータＰＬと、１ビットのチェックサムＣＳとによって構成される。
ここで、時間スロットの時間長と単位信号Ｕ１，Ｕ２の時間長の関係について、具体的な例を挙げて説明する。まず第１の例として、ダウンリンク信号ＤＳｂの変調をＤＢＰＳＫによって行う場合に着目し、１シンボルを２波（２周期分の搬送波）により構成すると仮定すると、単位信号Ｕ１，Ｕ２はともに、７×２波＝１４波分の時間長を有することになる。また、搬送波の周波数は例えば１１４ｋＨｚであり、ダウンリンク信号ＤＳｂの変調をＤＢＰＳＫによって行う場合についてアクティブペン２の規格によって定められている１時間スロットの最短時間長は１７５μｓｅｃであることから、時間スロットの時間長を搬送波の波数で表すと、１７５μｓｅｃ／（１／１１４ｋＨｚ）＝１９．９５波となる。したがって、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示した単位信号Ｕ１，Ｕ２の構成によれば、単位信号Ｕ１，Ｕ２の時間長を時間スロットの時間長よりも短くすることが実現されていると言える。
次に第２の例として、ダウンリンク信号ＤＳｂの変調をＤＱＰＳＫによって行う場合に着目し、１シンボルを２波（２周期分の搬送波）により構成すると仮定すると、単位信号Ｕ１，Ｕ２はともに、４×２波＝８波分の時間長を有することになる。また、搬送波の周波数は例えば１１４ｋＨｚであり、ダウンリンク信号ＤＳｂの変調をＤＱＰＳＫによって行う場合についてアクティブペン２の規格によって定められている１時間スロットの最短時間長は１０５μｓｅｃであることから、時間スロットの時間長を搬送波の波数で表すと、１０５μｓｅｃ／（１／１１４ｋＨｚ）＝１１．９７波となる。したがって、図６（ｄ）及び図６（ｅ）に示した単位信号Ｕ１，Ｕ２の構成によっても、単位信号Ｕ１，Ｕ２の時間長を時間スロットの時間長よりも短くすることが実現されていると言える。
再び図６（ａ）に着目すると、チップ信号ＴＩＰ及びリング信号ＲＩＮＧそれぞれの中に一部分ずつ配置される筆圧値は、送信周期ＵｐＩｎｔｖの間に４回更新される。具体的には、同図に示すように、圧力センサ２３から集積回路２６に対して４×Ｔ１分の時間ごとに新たな筆圧値Ｐ１～Ｐ４が順次供給され、その一部分がチップ信号ＴＩＰ及びリング信号ＲＩＮＧそれぞれの中に配置される。これにより、ダウンリンク信号ＤＳｂを送信する場合においても、ダウンリンク信号ＤＳａを送信する場合と同程度に高い時間分解能で筆圧値を送信することが可能になる。
図７は、図１に示した処理回路２６ｄが行う処理を示す処理フロー図である。同図に示すように、処理回路２６ｄはまずディスカバリモードにエントリする（ステップＳ１００）。そして、受信回路２６ｃにアップリンク信号ＵＳの検出動作を実行させ（ステップＳ１０１）、その結果としてアップリンク信号ＵＳが受信されたか否かを判定する（ステップＳ１０２）。受信されていないと判定した処理回路２６ｄは、ステップＳ１０１からの処理を繰り返す。一方、受信されたと判定した処理回路２６ｄは、通常モードにエントリするとともに（ステップＳ１０３）、受信したアップリンク信号ＵＳの受信タイミングを基準時刻として、ダウンリンク信号ＤＳ及びアップリンク信号ＵＳの送受信スケジュールを決定する（ステップＳ１０４）。こうして決定される送受信スケジュールには、ダウンリンク信号ＤＳを送信するために用いる一連の時間スロットの時間的位置と、次のアップリンク信号ＵＳの検出動作を行うタイミングの時間的位置とが含まれる。
続いて処理回路２６ｄは、各時間スロットにおいて、アップリンク信号ＵＳ内のコマンドに従ってダウンリンク信号ＤＳａを生成し、ステップＳ１０４で決定した一連の時間スロット内の時間を用いて送信回路２６ｂに送信させる（ステップＳ１０５）。処理回路２６ｄはさらに、ステップＳ１０４で決定した送受信スケジュールに従って、受信回路２６ｃに次のアップリンク信号ＵＳの検出動作を実行させる（ステップＳ１０６）。
次に処理回路２６ｄは、ステップＳ１０６の結果としてアップリンク信号ＵＳが受信されたか否かを判定する（ステップＳ１０７）。受信されたと判定した処理回路２６ｄは、ステップＳ１０４に戻って処理を繰り返す。一方、受信されていないと判定した処理回路２６ｄは、自走モードにエントリする（ステップＳ１０８）。
自走モードにエントリした処理回路２６ｄは、受信回路２６ｃによるアップリンク信号ＵＳの検出動作を継続しつつ、送信回路２６ｂにダウンリンク信号ＤＳｂを送信させる（ステップＳ１０９）。上述したように送信回路２６ｂは、一連の時間スロットＴＳ内の時間及び一連の時間スロットＴＳ外の時間の両方を用いて、ダウンリンク信号ＤＳｂの送信を行う。
ステップＳ１０９を実行した処理回路２６ｄは、アップリンク信号ＵＳが受信されたか否かを判定する（ステップＳ１１０）。その結果、受信されていないと判定した場合の処理回路２６ｄは、自走モードにエントリしてから所定時間が経過したか否かをさらに判定し（ステップＳ１１１）、経過していなければステップＳ１０９に戻って送受信のための処理を続ける。一方、ステップＳ１１０において受信されたと判定した処理回路２６ｄは、ステップＳ１０３に処理を移し、通常モードに戻って処理を続ける。また、ステップＳ１１１において経過したと判定した処理回路２６ｄは、ステップＳ１０３に処理を移し、ディスカバリモードに戻って処理を続ける。
図８及び図９は、センサコントローラ３１が行う処理を示す処理フロー図である。同図に示すように、センサコントローラ３１は、まずアップリンク信号ＵＳ及びダウンリンク信号ＤＳの送受信スケジュールを決定する（ステップＳ１２０）。この決定は、図１に示したホストプロセッサ３３から取得されるディスプレイ３２の画素の駆動周期の情報に基づいて実行される。また、決定される送受信スケジュールには、アップリンク信号ＵＳの初回の送信タイミング及び送信周期（図４等に示した周期ＵｐＩｎｔｖ）と、ダウンリンク信号ＤＳを受信するために用いる一連の時間スロットの時間的位置とが含まれる。
続いてセンサコントローラ３１は、ステップＳ１２０で決定した送受信スケジュールに従ってアップリンク信号ＵＳを送信し（ステップＳ１２１）、ダウンリンク信号ＤＳの種別を決定済みであるか否かを示す第１フラグに、決定済みでないことを示す値（＝Ｆａｌｓｅ）を設定する（ステップＳ１２２）。
次にセンサコントローラ３１は、ステップＳ１２０で決定した各時間スロットにおいて、ステップＳ１２４～Ｓ１３７の処理を実行する（ステップＳ１２３）。具体的に説明すると、センサコントローラ３１はまず、図２に示した各複数のセンサ電極３０ｘ，３０ｙそれぞれの電位の変化を検出することにより、ダウンリンク信号ＤＳの検出動作を実行する（ステップＳ１２４）。そして、ダウンリンク信号ＤＳが検出されたか否かを判定し（ステップＳ１２５）、検出されたと判定した場合には、検出結果に基づいてアクティブペン２の位置を検出する（ステップＳ１２６）。一方、検出されなかったと判定した場合には、次の時間スロットまで待機したうえで、ステップＳ１２４からの処理を繰り返す。
ステップＳ１２６を終了したセンサコントローラ３１は第１フラグの値を判定し（ステップＳ１２７）、ＴｒｕｅであればステップＳ１２８に、ＦａｌｓｅであればステップＳ１３０にそれぞれ処理を移す。ステップＳ１２８においてセンサコントローラ３１は、送信するダウンリンク信号ＤＳの種別を示す第２フラグの値を判定し（ステップＳ１２７）、ダウンリンク信号ＤＳａであることを示す値（＝Ｔｒｕｅ）であればステップＳ１３２に、ダウンリンク信号ＤＳｂであることを示す値（＝Ｆａｌｓｅ）であればステップＳ１３４にそれぞれ処理を移す。
ステップＳ１３０においてセンサコントローラ３１は、検出されたダウンリンク信号ＤＳの中に図６（ｂ）～図６（ｅ）に示したギャップＧＡが含まれるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。その結果、含まれないと判定した場合のセンサコントローラ３１は、第１フラグにＴｒｕｅ、第２フラグにＴｒｕｅをそれぞれ設定したうえで（ステップＳ１３１）、受信信号をダウンリンク信号ＤＳａとみなして復調する（ステップＳ１３２）。
一方、ステップＳ１３０において含まれると判定したセンサコントローラ３１は、第１フラグにＴｒｕｅ、第２フラグにＦａｌｓｅをそれぞれ設定したうえで（ステップＳ１３３）、検出されたギャップＧＡの長さを判定する（ステップＳ１３４）。その結果、２シンボル分であると判定した場合には、受信信号を単位信号Ｕ１とみなして復調する（ステップＳ１３５）。一方、３シンボル分であると判定した場合には、受信信号を単位信号Ｕ２とみなして復調する（ステップＳ１３６）。なお、ステップＳ１３５又はステップＳ１３６の復調処理を行う際、センサコントローラ３１は、ギャップＧＡの位置に基づいて単位信号Ｕ１，Ｕ２の受信タイミングを取得すればよい。
ステップＳ１３２、ステップＳ１３５、ステップＳ１３６のいずれかを終了したセンサコントローラ３１は、ステップＳ１２６において検出した位置と、ステップＳ１３２、ステップＳ１３５、又はステップＳ１３６における復調の結果として得られたデータとをホストプロセッサ３３に供給する（ステップＳ１３７）。そして、次の時間スロットまで待機したうえで、ステップＳ１２４からの処理を繰り返す。すべての時間スロットの処理を終了したセンサコントローラ３１は、ステップＳ１２１に戻ってアップリンク信号ＵＳの送信を行う。
以上説明したように、本実施の形態による位置検出システム１によれば、アクティブペン２がアップリンク信号ＵＳの受信に失敗し、時間スロットの時間的位置が分からなくなったとしても、アクティブペン２からのダウンリンク信号ＤＳの送信を継続できるので、アップリンク信号ＵＳの受信失敗によりペン入力による描画が止まってしまうことを防止できる。
また、チップ信号ＴＩＰ及びリング信号ＲＩＮＧそれぞれの中に一部分ずつ配置する筆圧値を送信周期ＵｐＩｎｔｖの間に４回更新しているので、アクティブペン２がダウンリンク信号ＤＳｂを送信する場合であっても、ダウンリンク信号ＤＳａを送信する場合と同程度に高い時間分解能で、アクティブペン２からセンサコントローラ３１に対して筆圧値を送信することが可能になる。
図１０は、本発明の第２の実施の形態による位置検出システム１の構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態による位置検出システム１は、アップリンク信号ＵＳの送受信を静電結合方式ではなく電磁誘導方式により行う点で、第１の実施の形態による位置検出システム１と相違する。具体的な構成としては、本実施の形態による位置検出システム１は、アクティブペン２がリング電極２２及びストップフィルタ２７に代えてコイル２８を有する点、及び、電子機器３がセンサ３０ａに代えてセンサ３０ｂを有する点で、第１の実施の形態による位置検出システム１と相違する。その他の点では第１の実施の形態による位置検出システム１と同様であるので、以下では相違点に着目して説明を続ける。
図１１は、センサ３０ｂの平面図である。同図に示す各複数のセンサ電極３０ｘ，３０ｙは、第１の実施の形態で説明したセンサ３０ａのものと同様である。センサ３０ｂの特徴は、各複数のセンサ電極３０ｘ，３０ｙに加えて、１以上のループコイル３０ｒを有する点にある。センサコントローラ３１は、これら１以上のループコイル３０ｒのそれぞれにアップリンク信号ＵＳを供給することにより、アクティブペン２に対してアップリンク信号ＵＳを送信する。つまり、本実施の形態によるセンサコントローラ３１は、各ループコイル３０ｒから生ずる磁界によってアップリンク信号ＵＳの送信を行う。
ここで、１以上のループコイル３０ｒの具体的な配置は、アクティブペン２がタッチ面３ａ内のどの位置であってもアップリンク信号ＵＳを受信できるように決定すればよい。例えば、図１１に示すように、タッチ面３ａを２×２のマトリクス状に分割してなる各領域それぞれの縁に沿って延在する４つのループコイル３０ｒを用いればよい。
図１０に戻る。本実施の形態による受信回路２６ｃは、コイル２８に生ずる誘導電流を検出することにより、センサコントローラ３１が１以上のループコイル３０ｒを用いて送信したアップリンク信号ＵＳの検出を行う。つまり、本実施の形態によるアクティブペン２は、各ループコイル３０ｒから生ずる磁界をコイル２８を用いて検出することにより、アップリンク信号ＵＳの検出を行う。
以上説明したように、本実施の形態による位置検出システム１によれば、静電結合方式に比べてノイズの影響を受けにくい電磁誘導方式によりアップリンク信号ＵＳを送信することができるので、アップリンク信号ＵＳの受信失敗によりペン入力による描画が止まってしまうことを防止できる。
なお、本実施の形態による位置検出システム１によれば、アクティブペン２がアップリンク信号ＵＳの受信に失敗する可能性を大きく低減することができるので、第１の実施の形態で説明したダウンリンク信号ＤＳｂを使う必要性は乏しく、したがって、ダウンリンク信号ＤＳａのみを用いることとしてよい。ただし、本実施の形態による位置検出システム１においても、第１の実施の形態と同様にダウンリンク信号ＤＳｂを使うこととしてもよいのは勿論である。
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。
例えば、上記各実施の形態では、チップ信号ＴＩＰにおけるギャップＧＡの長さを２シンボル分とし、リング信号ＲＩＮＧにおけるギャップＧＡの長さを３シンボル分としたが、チップ信号ＴＩＰとリング信号ＲＩＮＧとでギャップＧＡの長さが異なっていればよく、具体的なギャップＧＡの長さは２シンボル分又は３シンボル分に限られない。
また、上記各実施の形態では、アップリンク信号ＵＳの１送信周期ＵｐＩｎｔｖの中で４回にわたって筆圧値を送信する例を説明したが、筆圧値の送信回数は４回に限定されるものではなく、１回だけ筆圧値を送信することとしてもよいし、２回以上にわたって筆圧値を送信することとしてもよい。
また、上記各実施の形態では、インセル型の位置検出装置に本発明を適用した場合の例を説明したが、本発明は、オンセル型やアウトセル型の位置検出装置にも好適に適用できる。この場合においてセンサコントローラ３１は、ディスプレイ３２の画素の駆動周期の情報をホストプロセッサ３３から取得できる場合には、該情報を用いて上記実施の形態と同様にアップリンク信号ＵＳ及びダウンリンク信号ＤＳの送受信スケジュールを決定すればよいし、ディスプレイ３２の画素の駆動周期の情報をホストプロセッサ３３から取得できない場合には、ディスプレイ３２から生ずるノイズを測定することによって該情報を取得し、取得した該情報を用いて上記実施の形態と同様にアップリンク信号ＵＳ及びダウンリンク信号ＤＳの送受信スケジュールを決定すればよい。
１ 位置検出システム
２ アクティブペン
３ 電子機器
３ａ タッチ面
２０ 芯体
２１ ペン先電極
２２ リング電極
２３ 圧力センサ
２４ サイドスイッチ
２５ バッテリー
２６ 集積回路
２６ａ 昇圧回路
２６ｂ 送信回路
２６ｃ 受信回路
２６ｄ 処理回路
２７ ストップフィルタ
２８ コイル
３０ａ，３０ｂ センサ
３０ｒ ループコイル
３０ｘ，３０ｙ センサ電極
３１ センサコントローラ
３２ ディスプレイ
３３ ホストプロセッサ
ＣＳ チェックサム
ＤＳ，ＤＳａ，ＤＳｂ ダウンリンク信号
ＧＡ ギャップ
ＰＬ １２ビットの筆圧値の上位８ビットから最上位の３ビットを除いた５ビット分のデータ
ＰＵ １２ビットの筆圧値の上位３ビット分のデータ
ＲＩＮＧ リング信号
ＳＢ スタートビット
ＳＷ スイッチ情報
ＴＩＰ チップ信号
ＴＳ 時間スロット
Ｕ１，Ｕ２ 単位信号
ＵｐＩｎｔｖ アップリンク信号ＵＳの送信周期
ＵＳ アップリンク信号

Claims (11)

  1. アップリンク信号の受信タイミングを基準時刻として決定される一連の時間スロットを用いてセンサコントローラとの通信を行うアクティブペンであって、
    前記アップリンク信号が受信されたか否かを判定し、
    前記アップリンク信号が受信されたと判定した場合に、前記一連の時間スロット内の時間を用いて前記第１のダウンリンク信号を送信する一方、
    前記アップリンク信号が受信されなかったと判定した場合に、前記一連の時間スロット内の時間及び前記一連の時間スロット外の時間の両方を用いて、前記一連の時間スロットそれぞれの時間長よりも短い時間長の単位信号の繰り返しからなる第２のダウンリンク信号を送信する、
    アクティブペン。
  2. 前記第２のダウンリンク信号は、時間的に隣接する２つの前記単位信号の間に互いに異なる長さのギャップを含む第１の信号及び第２の信号を含む、
    請求項１に記載のアクティブペン。
  3. ペン先に加わった圧力を検出することによって第１のビット数の筆圧値を取得する圧力センサを含み、
    前記第１のダウンリンク信号は前記筆圧値によって変調された信号を含み、
    前記第１の信号を構成する前記単位信号は、前記筆圧値のうち上位所定数ビットの一部によって変調された信号を含み、
    前記第２の信号を構成する前記単位信号は、前記筆圧値のうち前記上位所定数ビットの残部によって変調された信号を含む、
    請求項２に記載のアクティブペン。
  4. 前記第１の信号及び前記第２の信号それぞれの中に一部分ずつ配置される前記筆圧値は、前記アップリンク信号の１送信周期の間に２回以上更新される、
    請求項３に記載のアクティブペン。
  5. 前記第２のダウンリンク信号の送信と並行して、前記アップリンク信号の検出動作を行う、
    請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアクティブペン。
  6. 互いに異なる第１の電極及び第２の電極と、
    前記第１の電極の電位に変化を与えることで前記第１のダウンリンク信号及び前記第２のダウンリンク信号を送信する送信回路と、
    前記第２の電極の電位の変化を検出することにより前記アップリンク信号を受信する受信回路と、
    前記第１の電極の電位の変化が前記受信回路により受信された前記アップリンク信号の電位に影響することを阻止するストップフィルタと、
    を含む請求項５に記載のアクティブペン。
  7. 電極及びコイルと、
    前記電極の電位に変化を与えることで前記第１のダウンリンク信号及び前記第２のダウンリンク信号を送信する送信回路と、
    前記コイルに生ずる誘導電流を検出することにより前記アップリンク信号を受信する受信回路と、
    を含む請求項５に記載のアクティブペン。
  8. センサコントローラとの通信を行うアクティブペンであって、
    電極及びコイルと、
    前記電極の電位に変化を与えることで、前記センサコントローラに対してダウンリンク信号を送信する送信回路と、
    前記コイルに生ずる誘導電流を検出することにより、前記センサコントローラが送信したアップリンク信号を受信する受信回路と、
    を含むアクティブペン。
  9. 請求項１に記載のアクティブペンと通信を行うセンサコントローラであって、
    前記一連の時間スロットのうちの１つにおいて検出された信号にギャップが含まれるか否かを判定し、
    含まれる判定した場合には、前記検出された信号を前記第１のダウンリンク信号として復調する一方、
    含まれていないと判定した場合には、前記検出された信号を前記第２のダウンリンク信号として復調する、
    センサコントローラ。
  10. 前記第２のダウンリンク信号は、時間的に隣接する２つの前記単位信号の間に互いに異なる長さのギャップを含む第１の信号及び第２の信号を含み、
    前記一連の時間スロットのうちの１つにおいて検出された信号にギャップが含まれると判定した場合に、含まれていた前記ギャップの長さに基づき、前記検出された信号を前記第１の信号及び前記第２の信号のいずれか一方として復調する、
    請求項９に記載のセンサコントローラ。
  11. タッチ面内におけるアクティブペンの位置を検出する位置検出装置であって、
    前記タッチ面内に配置された１以上のループコイルと、
    前記タッチ面内に配置された複数のセンサ電極と、
    前記１以上のループコイルのそれぞれにアップリンク信号を供給することにより前記アクティブペンに対して前記アップリンク信号を送信するとともに、前記複数のセンサ電極それぞれの電位の変化を検出することにより前記アクティブペンが送信したダウンリンク信号を受信するセンサコントローラと、
    を含む位置検出装置。
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