JP5845264B2 - 容量性タッチセンサ内の静電スタイラスのためのシステム - Google Patents

Description

本開示は、スタイラスを利用する容量性タッチセンサのための技法、例えば容量性タッチセンサ内の静電スタイラスの位置を特定する際の技法に関する。

ポータブルデバイス用およびモニタ用のタッチスクリーンで使用されるようなタッチセンサは、スタイラスなどの筆記具を使用して操作することができ、それによってユーザ入力に関する情報の入力が可能となる。例えば、スタイラスを使用して、タッチセンサの様々なエリアをタッチすることができる。タッチセンサによって受信されるユーザ入力は、タッチセンサ上のスタイラスの移動の結果として生じる何らかの形の筆記またはマーキングに関する情報を受信することなど、スタイラスの移動を検出することも含むことができる。

米国特許出願第１２／８５７０２４号明細書 米国特許出願第１２／８３８４１９号明細書

本明細書は、先端の鋭いスタイラスと共に容量性タッチセンサを使用するシステム、方法、および技法に関する。

一般には、本明細書に記載の手段のいくつかの態様は、センサおよびスタイラスを使用する方法で実施される。この態様の他の実施形態は、コンピュータ記憶デバイス上に符号化された方法のアクションを実施するように構成された、対応するシステム、装置、およびコンピュータプログラムを含む。

一般には、本明細書に記載の主題の別の態様は、容量性タッチセンサおよび静電スタイラスに関するアクションを含む方法で実施することができる。いくつかの態様は、アクティブスタイラスを使用して、容量性タッチセンサに対するアクティブスタイラスの２次元位置の決定を可能にする方法を特徴とし、容量性タッチセンサは、行として配列された導線の第１の配列と、列として配列された導線の第２の配列として構成された導線の２次元マトリックスを有し、アクティブスタイラスは、電極および能動構成要素を有する。この方法は、マトリックス中の列のうちの少なくとも１つから、アクティブスタイラスで第１の信号を受信すること、列から受信したそれぞれの第１の信号の信号強度を測定すること、測定した信号強度を使用して、容量性タッチセンサのマトリックスの第１の軸に沿ったアクティブスタイラスの第１の位置を計算すること、および容量性タッチセンサのマトリックスの第１の軸に沿ったアクティブスタイラスの計算した第１の位置を送信することを含む。この方法は、アクティブスタイラスの電極からマトリックスの行のうちの少なくとも１つに第２の信号を送信し、マトリックスの第２の軸に沿ったアクティブスタイラスの第２の位置を示すことを含み、容量性タッチセンサが、受信した第２の信号に基づいて、マトリックスの第２の軸に沿った第２の位置を求めるように構成される。電極がアクティブスタイラス内に配置され、容量性タッチセンサと静電結合するように構成され、アクティブスタイラスの電極が、信号の受信と送信をどちらも行うように構成される。

任意選択で、これらおよび他の実施形態はそれぞれ、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。

この方法は、アクティブスタイラスで第１の信号を受信する前、または第２の信号を送信する前に、容量性タッチセンサからアクティブスタイラスで第３の信号を受信し、アクティブスタイラスのタイムベースを容量性タッチセンサのタイムベースと同期することを含むことができる。同期のための第３の信号は、通信チャネルを通じてアクティブスタイラスで受信することができる。通信チャネルは、ワイヤレス通信チャネル、超音波チャネル、または光チャネルでよい。通信チャネルは、アクティブスタイラスまたは容量性タッチセンサの少なくとも一方に関する情報を受信または送信するように構成することができる。第３の信号は、列の第１の配列中の少なくとも１つの列から受信することができ、少なくともその１つの列の電極を通じて、アクティブスタイラスで第３の信号を受信することができる。第３の信号は、列の第１の配列中の複数の列上で同時に送信されるパルスから受信することができる。第３の信号は、タイムフレーム当たり１度受信することができる。

タイムフレームは、スタイラスで第３の信号を受信するために割り振られたタイムスロットを含むことができる。タイムフレームは、列のそれぞれが容量性タッチセンサから第１の信号を送信するために割り振られたタイムスロットを含むことができる。タイムフレームは、計算した第１の位置をアクティブスタイラスから送信するために割り振られたタイムスロットを含むことができる。タイムフレームは、複数のアクティブスタイラスのそれぞれが第１の位置をそれぞれ送信するために割り振られたタイムスロットを含むことができる。

計算した第１の位置のアクティブスタイラスからの送信は、通信チャネルを通じて行われるように構成することができる。通信チャネルは、ワイヤレスチャネル、超音波チャネル、または光チャネルでよい。計算した第１の位置のアクティブスタイラスからの送信は、マトリックスに対するアクティブスタイラスの電極の静電結合を通じて行われるように構成することができ、行のうちの少なくとも１つは、計算した第１の位置をアクティブスタイラスの電極から受信するように構成することができる。アクティブスタイラスの送信は、複数の直交波形を利用して、他のアクティブスタイラスまたは列の複数の送信と同時に行われるように構成することができる。アクティブスタイラスの送信は、同時の複数の周波数分割信号を利用して、他のアクティブスタイラスまたは列の複数の送信と共に行われるように構成することができる。アクティブスタイラスの送信は、同時の複数の符号分割信号を利用して、他のアクティブスタイラスまたは列の複数の送信と共に行われるように構成することができる。

この方法は、アクティブスタイラスの第１の位置および第２の位置を計算するために補間することを含むことができる。アクティブスタイラスは、比較的高い電圧および比較的低い電流を多重化するように構成することのできる、電極に結合されたスイッチであって、送信モードで電極に対して電圧を送り、受信モードで電極から電流を受けるように構成することのできるスイッチと、スイッチに結合され、電極からスイッチを通じて電流の少なくとも一部を受けることのできる、電流に関する受信機回路と、スイッチに結合され、電極に対してスイッチを通じて電圧の少なくとも一部を送る、電圧に関する送信機回路と、受信機回路および送信機回路に結合されたマイクロコントローラと、少なくともマイクロコントローラに電力を供給する内部電源とを含むことができる。マイクロコントローラは、容量性タッチセンサ上の場所に対するアクティブスタイラスの座標位置を計算し、アクティブスタイラスから座標位置の少なくとも一部をレポートするように構成することができる。マイクロコントローラはさらに、アクティブスタイラスの座標位置を計算するために補間するように構成することができる。内部電源は、電池またはスーパーキャパシタを含むことができる。電流は１マイクロアンペア程度でよく、電圧は１００ボルト程度でよい。アクティブスタイラスは、容量性タッチセンサのマトリックスと対話するように構成される先端を有することができる。スタイラスの先端は、スタイラスを通じて力の測定値を供給する力覚センサを含むことができる。

一般には、本明細書に記載の主題の別の態様は、容量性タッチセンサを使用して、容量性タッチセンサに対するアクティブスタイラスの２次元位置の決定を可能にする方法で実施することができ、容量性タッチセンサは、行として配列された導線の第１の配列と、列として配列された導線の第２の配列として構成された導線の２次元マトリックスを有し、アクティブスタイラスは、電極および能動構成要素を有する。この方法は、マトリックス中の列のうちの少なくとも１つからアクティブスタイラスに第１の信号を送信し、容量性タッチセンサのマトリックスの第１の軸に沿ったアクティブスタイラスの第１の位置を示すこと、およびマトリックスの行のうちの１つまたは複数でアクティブスタイラスの電極から第２の信号を受信し、マトリックスの第２の軸に沿ったアクティブスタイラスの第２の位置を示すことを含む。容量性タッチセンサは、受信した第２の信号に基づいて、マトリックスの第２の軸に沿った第２の位置を求めるように構成され、容量性タッチセンサは、アクティブスタイラス内に配置された電極と静電結合するように構成される。

任意選択で、これらおよび他の実施形態はそれぞれ、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。この方法は、第１の信号を送信する前、または第２の信号を受信する前に、容量性タッチセンサからアクティブスタイラスに第３の信号を送信し、アクティブスタイラスのタイムベースを容量性タッチセンサのタイムベースと同期することを含むことができる。第３の信号は、電極を通じて列の第１の配列中の少なくとも１つの列からアクティブスタイラスに送信することができる。第３の信号は、列の第１の配列中の複数の列から同時に送信されるパルスと共に送信することができる。第３の信号は、タイムフレーム当たり１度送信することができる。タイムフレームは、スタイラスに第３の信号を送信するために割り振られたタイムスロットを含むことができる。タイムフレームは、列のそれぞれが容量性タッチセンサから第１の信号を送信するために割り振られたタイムスロットを含むことができる。タイムフレームは、複数のアクティブスタイラスのそれぞれが、第２の軸に沿ったそのスタイラスの位置を求めるのに使用される第２の信号を送信するために割り振られたタイムスロットを含むことができる。この方法は、容量性タッチセンサのマトリックスの第１の軸に沿ったアクティブスタイラスの計算した第１の位置を受信することを含むことができ、アクティブスタイラスからの計算した第１の位置の受信が、マトリックスに対するアクティブスタイラスの電極の静電結合を通じて行われるように構成され、行のうちの少なくとも１つが、計算した第１の位置をアクティブスタイラスの電極から受信するように構成される。

一般には、本明細書に記載の主題の別の態様は、容量性タッチセンサと共に動作するように構成されたアクティブスタイラスで実施することができる。アクティブスタイラスは、信号の受信と送信をどちらも行うように構成され、容量性タッチセンサと静電結合するように構成された電極を含む。アクティブスタイラスは、比較的高い電圧および比較的低い電流を多重化するように構成することのできる、電極に結合されたスイッチを含み、スイッチが、送信モードで電極に対して電圧を送り、受信モードで電極から電流を受けるように構成される。アクティブスタイラスは、電極からスイッチを通じて電流を受け、スイッチを通じて電極に結合される電圧を送る手段を含む。アクティブスタイラスは、受信機回路および送信機回路に結合されたマイクロコントローラを含み、容量性タッチセンサ上の場所に対するアクティブスタイラスの少なくとも１つの位置を求めるように構成される。アクティブスタイラスは、少なくともマイクロコントローラに電力を供給する内部電源を含む。

任意選択で、これらおよび他の実施形態はそれぞれ、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。マイクロコントローラは、容量性タッチセンサ上の場所に対するアクティブスタイラスの座標位置を計算し、アクティブスタイラスから座標位置の少なくとも一部をレポートするように構成することができる。マイクロコントローラは、アクティブスタイラスの座標位置を計算するときに補間するように構成することができる。アクティブスタイラスは、ワイヤレスチャネル、超音波チャネル、または光チャネルである通信チャネルを含むことができ、内部電源は電池またはスーパーキャパシタでよい。電流は１マイクロアンペア程度でよく、電圧は１００ボルト程度でよい。

一般には、本明細書に記載の主題の別の態様は、容量性タッチセンサと共に動作するように構成されたアクティブスタイラスで実施することができる。アクティブスタイラスは、信号の受信と送信をどちらも行うように構成され、容量性タッチセンサと静電結合するように構成された電極を含む。アクティブスタイラスは、比較的高い電圧および比較的低い電流を多重化するように構成される、電極に結合されたスイッチを含み、スイッチが、送信モードで電極に対して電圧を送り、受信モードで電極から電流を受けるように構成される。アクティブスタイラスは、電極からスイッチを通じて電流を受ける受信機回路と、スイッチを通じて電極に結合される電圧を送る送信機回路と、受信機回路および送信機回路に結合され、容量性タッチセンサ上の場所に対するアクティブスタイラスの少なくとも１つの位置を求めるように構成されたマイクロコントローラと、少なくともマイクロコントローラに電力を供給する内部電源とを含む。

一般には、本明細書に記載の主題の別の態様は、容量性タッチセンサに対するアクティブスタイラスの２次元位置の決定を可能にするように構成された容量性タッチセンサで実施することができ、アクティブスタイラスは、電極および能動構成要素を有する。容量性タッチセンサは、行として配列された導線の第１の配列と、列として配列された導線の第２の配列とを含むように構成された導線の２次元マトリックスと、導線の第２の配列に結合された送信機であって、マトリックス中の列のうちの少なくとも１つからアクティブスタイラスに第１の信号を送信し、容量性タッチセンサのマトリックスの第１の軸に沿ったアクティブスタイラスの第１の位置を示すように構成される送信機と、導線の第１の配列に結合された受信機であって、マトリックスの行のうちの１つまたは複数でアクティブスタイラスの電極から第２の信号を受信し、マトリックスの第２の軸に沿ったアクティブスタイラスの第２の位置を示すように構成される受信機とを含む。容量性タッチセンサは、受信した第２の信号に基づいて、マトリックスの第２の軸に沿った第２の位置を求めるように構成される。容量性タッチセンサは、アクティブスタイラス内に配置された電極と静電結合するように構成される。

一般には、本明細書に記載の主題の別の態様は、容量性タッチセンサに対するアクティブスタイラスの２次元位置の決定を可能にする容量性タッチセンサで実施することができ、アクティブスタイラスは、電極および能動構成要素を有する。容量性タッチセンサは、行として配列された導線の第１の配列と、列として配列された導線の第２の配列とを含むように構成された導線の２次元マトリックスと、マトリックス中の列のうちの少なくとも１つからアクティブスタイラスに第１の信号を送信し、容量性タッチセンサのマトリックスの第１の軸に沿ったアクティブスタイラスの第１の位置を示し、マトリックスの行のうちの１つまたは複数でアクティブスタイラスの電極から第２の信号を受信し、マトリックスの第２の軸に沿ったアクティブスタイラスの第２の位置を示す手段とを有する。容量性タッチセンサは、受信した第２の信号に基づいて、マトリックスの第２の軸に沿った第２の位置を求めるように構成される。容量性タッチセンサは、アクティブスタイラス内に配置された電極と静電結合するように構成される。

一般には、本明細書に記載の主題の別の態様は、容量性タッチセンサ用のアクティブスタイラスで信号を送信および受信する方法で実施することができ、アクティブスタイラスは、電極と、電極を通じて電流を受け、電極に対して電圧を送る少なくとも１つの回路とを含む。この方法は、送信モードで、スイッチモード電源回路を使用して電圧を生成することであって、スイッチモード電源回路が、少なくともインダクタおよびダイオードを含み、ダイオードが変圧器に結合されること、送信モードでダイオードに間欠的に順方向バイアスをかけることを許可し、電流がダイオードを通じて漂遊容量に流れることを許可すること、および漂遊容量の両端間に形成される電圧から、受信モードで電流を受けるように構成された回路内の少なくともいくつかの構成要素を電気的に分離するように送信モードでスイッチを構成することにより、電極に結合されたノードを通じて電圧を送るための回路を構成することを含む。この方法は、受信モードで、受信モードで電流を受けるように構成された回路内の構成要素への電流を受けるようにスイッチを構成すること、および受信モードで逆方向バイアスをかけるようにダイオードを構成し、それによって受信モードで電流を受けるように構成された回路内の構成要素の少なくとも一部が、スイッチモード電源回路内の変圧器のインダクタンスから電気的に分離されることにより、電極に結合されたノードを通じて電流を受ける回路を構成することを含む。

任意選択で、これらおよび他の実施形態はそれぞれ、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。ダイオードに抵抗器を結合することができる。この方法は、回路の接地電圧よりも高い基準電圧を抵抗器の少なくとも１つの端子上に供給することを含むことができる。この方法は、受信モードで、受けた電流の少なくとも一部を電流受信機回路に送ることを含むことができ、電流受信機回路がマイクロコントローラによって制御される。スイッチは、送信モードで、電極に結合されたノード上の１つまたは複数の構成要素に関連する寄生容量の両端間に形成される電圧から、受信モードで電流を受けるように構成された回路内の少なくともいくつかの構成要素を電気的に分離するように構成することができる。この方法は、電極に結合されたノードで漂遊容量と並列に第２の意図的な容量（ｄｅｌｉｂｅｒａｔｅ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を配置することを含むことができる。この方法は、１マイクロアンペア程度の電流を受けること、および１００ボルト程度の電圧を送ることを含むことができる。スイッチモード電源回路はフライバック回路を含むことができる。

一般には、本明細書に記載の主題の別の態様は、容量性タッチセンサ用のアクティブスタイラスで信号を送信および受信する装置で実施することができる。この装置は、電極から電流を受け、電極上に電圧を送る少なくとも１つの回路を有する。この装置は、電極と、受信モードで電流を受けるように構成された構成要素と、スイッチと、少なくとも変圧器およびダイオードを含むスイッチモード電源回路とを含み、ダイオードが変圧器に結合される。送信モードでは、電極に電圧を送る回路が、スイッチモード電源回路を使用して電圧を生成し、送信モードでダイオードに間欠的に順方向バイアスをかけ、電流がダイオードを通じて漂遊容量に流れるように構成し、漂遊容量の両端間に形成される電圧から、受信モードで電流を受けるように構成された構成要素の少なくとも一部を電気的に分離するように送信モードでスイッチを構成するように構成される。受信モードでは、電極から電流を受ける回路が、受信モードで電流を受けるように構成された構成要素への電流を受けるようにスイッチを構成し、受信モードで逆方向バイアスをかけるようにダイオードを構成し、それによって受信モードで電流を受けるように構成された構成要素の少なくとも一部が、スイッチモード電源回路内の変圧器のインダクタンスから電気的に分離されるように構成される。

任意選択で、これらおよび他の実施形態はそれぞれ、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。スイッチモード電源回路はフライバック回路を含むことができる。この装置は抵抗器を含むことができ、抵抗器がダイオードに結合される。回路は、回路の接地電圧よりも高い基準電圧を抵抗器の少なくとも１つの端子上に供給するように構成することができる。回路は、受信モードで、受けた電流の少なくとも一部を電流受信機回路に送るように構成することができ、電流受信機回路をマイクロコントローラで制御することができる。漂遊容量は、電極に結合されたノード上の１つまたは複数の構成要素に関連する寄生容量を含むことができる。この装置は、電極に結合されたノードで漂遊容量と並列に配置される第２の意図的な容量を含むことができる。受ける電流は１マイクロアンペア程度でよく、送る電圧は１００ボルト程度でよい。

一般には、本明細書に記載の主題の別の態様は、容量性タッチセンサ用のアクティブスタイラスで信号を送信および受信するシステムで実施することができ、システムは、電極から電流を受け、電極上に電圧を送る少なくとも１つの回路を有する。システムは、電極と、受信モードで電流を受けるように構成された構成要素と、スイッチと、少なくとも変圧器およびダイオードを有するスイッチモード電源回路とを含み、ダイオードが変圧器に結合される。送信モードでは、電極に電圧を送る回路が、スイッチモード電源回路を使用して電圧を生成し、送信モードでダイオードに間欠的に順方向バイアスをかけ、電流がダイオードを通じて漂遊容量に流れるように構成し、漂遊容量の両端間に形成される電圧から、受信モードで電流を受けるように構成された構成要素の少なくとも一部を電気的に分離する手段を構成するように構成される。受信モードでは、電極から電流を受ける回路が、受信モードで電流を受けるように構成された構成要素への電流を受けるようにスイッチを構成し、受信モードで電流を受けるように構成された構成要素の少なくとも一部を、スイッチモード電源回路内の変圧器のインダクタンスから電気的に分離する手段を構成するように構成される。

任意選択で、これらおよび他の実施形態はそれぞれ、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。スイッチモード電源回路はフライバック回路を含むことができる。システムは抵抗器を含むことができ、抵抗器をダイオードに結合することができる。回路は、回路の接地電圧よりも高い基準電圧を抵抗器の少なくとも１つの端子上に供給する手段を含むことができる。回路は、受信モードで、受けた電流の少なくとも一部を電流受信機回路に送る手段を有することができ、電流受信機回路がマイクロコントローラで制御される。漂遊容量は、電極に結合されたノード上の１つまたは複数の構成要素に関連する寄生容量を含むことができる。システムは、電極に結合されたノードで漂遊容量と並列に配置される第２の意図的な容量を含むことができる。受ける電流は１マイクロアンペア程度でよく、送る電圧は１００ボルト程度でよい。

一般には、本明細書に記載の主題の別の態様は、アクティブスタイラス内の電極で信号を送信および受信する回路で実施することができる。回路は、第１、第２、および第３の抵抗器と、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタと、変圧器と、第１のダイオードと、増幅器と、コンデンサとを含む。第１の抵抗器は、入力端子および第１のトランジスタと結合される。第１のトランジスタは、抵抗器に結合された第１の端子と、接地ノードに結合された第２の端子と、変圧器の第１の巻線に結合された第３の端子とを含む。変圧器は、電源用の端子と第１のトランジスタの第３の端子との間に結合された第１の巻線と、接地ノードと第１のダイオードのアノードとの間に結合された第２の巻線とを有する。第１のダイオードは、容量性タッチセンサと共に信号を受信および送信するように構成された電極に結合されるノードに結合されたカソードを有する。第２の抵抗器は、電極に結合されるノードと基準電圧との間に結合される。第２のトランジスタは、電極に結合されたノードに結合された第１の端子と、切換え信号用の端子に結合された第２の端子と、増幅器の反転入力に結合された第３の端子とを含む。増幅器は、基準電圧に結合される非反転入力を有する。第３の抵抗器は、増幅器の反転入力と増幅器の出力との間に結合される。コンデンサは、増幅器の反転入力と増幅器の出力との間に結合される。基準電圧は、接地ノードの電圧よりも高く、かつ電源電圧未満となるように構成される。回路は、電極に結合されたノードを通じて電流を受ける受信モードと、電極に結合されたノードを通じて電圧を送る送信モードとを有するように構成される。受信モードでは、第１のダイオードは、逆バイアスがかかるように構成され、第２のトランジスタは、第２のトランジスタの第１の端子および第３の端子を電気的に接続するように構成される。送信モードでは、第１のダイオードは、間欠的に順方向バイアスがかかるように構成され、第２のトランジスタは、開路を形成して、第２のトランジスタの第１の端子および第３の端子を電気的に切断するように構成される。

任意選択で、これらおよび他の実施形態はそれぞれ、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含むことができる。受ける電流は１マイクロアンペア程度でよく、送る電圧は１００ボルト程度でよい。回路は第２のダイオードを含むことができ、第２のダイオードを第１のトランジスタの第２および第３の端子と並列に結合することができる。

本明細書に記載の主題の１つまたは複数の実施形態の詳細を、添付の図面および以下の説明で説明する。主題の他の特徴および態様は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかとなるであろう。

アクティブスタイラスの一実装の図である。 指タッチのみの場合のタイムスロットへのフレームの分割を示す図である。 指タッチおよびスタイラスの場合のタイムスロットへのフレームの分割を示す図である。 アクティブスタイラスのブロック図である。 単一の電極上で信号を送信および受信する回路の図である。 受信機増幅器の電圧出力と時間との関係の一例の図である。 送信機の電圧出力と時間との関係の一例の図である。

各図面において同じ参照番号および符号は同じ構成部品を指す。

２次元センサ配列に沿って、電界に対する人間の指の効果に従って人間の指の位置を検出する方法がある。こうした方法は、互いにほぼ直角の、導電性の行と列のマトリックスを使用する。例えば、センサは、各行から各列に対するキャパシタンスを測定することができ、ｍ行ｎ列のマトリックスについてｍ＊ｎ回の測定を行う。その測定は、所与の列に対して励起電圧を印加し、所与の行上で（そのキャパシタンスを通じて）得られる電流を測定することによって行うことができる。どの軸を行と列として指定するかに関しては任意である。

この測定は、人間の指の位置を検出することができる。人間の指は、ある程度導電性であり、コントローラ回路の接地ノードに対してある程度の比較的小さいインピーダンスで接続されるので、指が触れる場所でのマトリックス相互作用でのキャパシタンスに影響を及ぼすからである。キャパシタンスは、センサの特定の設計に従って、人間の指の高い誘電率（かつ、導電性であり、したがって損失が多いので、複雑な誘電率である）のために増大することがあり、または接地に対する指の接続のために減少することがある。

そのような任意のセンサでは、ｍ＊ｎ回の測定（またはそのうちの何らかの選ばれたサブセット）を、あるフレームレート、例えば１００Ｈｚで周期的に行うことができる。このフレームレートは、応答時間に対する雑音の兼ね合いでよい。低フレームレートは、測定中の長い統合時間を可能にすることができ、それにより雑音が低減される傾向があるが、ユーザにとって不快であることがある。高フレームレートは、高速な応答を実現することができるが、測定のための時間が少なく、したがって雑音の多い測定値がもたらされることがある。全体のフレーム時間をスロットに分割することができ、各スロットの間に１つの列（または複数の列、例えばディスプレイが半分または象限に分割される場合に２列）が励起される。例えば、各行に対して受信機が設けられる場合、すべての行を同時に測定することができる。そうでない場合、より少数の受信機を行の間で多重化することができ、フレームがさらに多くのタイムスロットに分解される。

ある応用分野では、人間の指ではなく、手で保持することのできる何らかのスタイラスを追跡することが望ましいことがある。指はスタイラスと比べて比較的大きいことがあり、先端の鋭いスタイラスは、より良好なポインティング精度を実現することができる。スタイラスはまた、その表面上のボタンまたは他のセンサ（スクロールホイールなど）と共に構築されることがあり、入力のための追加の自由度がユーザにもたらされる。あるタイプのタッチスクリーンでは、任意の物体をスタイラスとして使用することができる。（例えば、抵抗性タッチスクリーンは力に応答することができ、任意の硬質物体と共に使用することができる。）しかし、非導電性スタイラスは電界を著しく乱さないので、容量性タッチスクリーンは、そのようなスタイラスでのタッチに応答することができない。明確にすると、空気の誘電率よりも高くすることができ、したがって測定キャパシタンスを増大させることのできるスタイラスの誘電率のために、何らかの効果が観測されることがあるが、この効果は比較的小さく、電界の著しい乱れは生じない。

導電性スタイラスが接地したユーザの手に保持される場合、容量性タッチスクリーンは、そのスタイラスでのタッチに応答することができる。そのようなスタイラスは、（概してコンプライアントな）導電性の先端と、先端からユーザの身体までの導電性経路とを有するように構成することができる。したがって、スタイラスは、ユーザの指とほぼ同様に動作することができる。人間の指は、センサに対して押しつけたときに〜５ｍｍよりも幾分大きいスポットを生成するので、その程度の間隔で行と列を配置することができる。これは、正しく補間し、センサピッチよりも高い解像度で位置の測定値を提供するために必要な最小間隔であることがある。したがって、導電性スタイラスは、（ａ）十分に大きいキャパシタンスの変化を与えて、許容される信号対雑音比を達成し、（ｂ）センサがより細かい解像度のために補間することが可能となるために望ましい、少なくとも２つのマトリックス交点に及ぶ信号を与えるために、その５ｍｍ程度の直径の先端を有することもできる。したがって、先端の鋭いスタイラスは、遮られる表示イメージが少なく、鋭い先端を持たないスタイラスよりも高い精度を与えるので、その〜５ｍｍよりも細い先端を有するスタイラスが望ましいことがある。先端の鋭いスタイラスは、典型的なサイズの人間の指、または例えばその〜５ｍｍくらいの比較的太い先端を有するスタイラスよりも正確かつ精密にユーザがポインティングすることを可能にすることができる。人の指または太い先端のスタイラスは、比較的細いまたは短い先端のスタイラスほど正確にポインティングすることができず、指または太い先端のスタイラスの先端は、マトリックスに対してポインティングするとき、比較的著しい遮断に寄与することがある。

容量性タッチスクリーンでは、（例えば、スタイラスによるフリンジ電界の乱れから）供給される信号は、センサの接触面積に比例することができる。センサに近接する幅の狭いまたは細いスタイラスが有する効果は小さい可能性があり、その効果は雑音に対して容易に測定することができない。いくつかの実装では、容量性タッチスクリーンは、例えば約５ｍｍのピッチを有するので（例えば、タッチスクリーンに対する人の指の接触面積は通常、少なくとも５ｍｍであるので）、幅の狭いまたは細いスタイラスを容易に補間することもできない。別の実装では、センサのピッチが作動用物体の接触面積よりも小さい限り、補間を実施することができる。例えば、行および列が５ｍｍ中心上に配置される場合であっても、補間を使用することにより、５ｍｍよりも良好な解像度で位置をレポートすることができる。例えば、指または太い先端のスタイラスが、行１の１／２上と、行２の１／２上にあることがあり、これを１．５と補間することができる。この例は、接触面積が少なくとも２つの行（または列）にまたがるのに十分な大きさである場合に機能することができる。

先端の鋭いパッシブスタイラスの信号対雑音比と比べて信号対雑音比を改善するために、アクティブスタイラスが企図される。このスタイラスは、単にユーザの手を通じて接地に接続されるのではなく、能動電子回路を含み、その先端で信号を受信または送信することができる。この意味で、図１に示すようにスタイラスを構成することができる。

図１に、マトリックス１６０内の導電性の行および列に近接し、導電性本体１１０と、その先端を形成する細い金属線１２０とを有するアクティブスタイラス１００の一実装を示す。スタイラス１００は、マトリックス１６０からの電界線１４０がスタイラス１００から漏れることを可能にする先端の非導電性本体１３０を有する。

いくつかの実装では、スタイラスの先端とマトリックス内の行または列との間のキャパシタンスは、ほぼ完全にフリンジキャパシタンスでよく、例えばマトリックス内の行と列の間のキャパシタンスと比べて比較的小さくてよい。例えば、〜５ｍｍピッチの行および列上のダイヤモンド型導線パターンを有するセンサ、および〜２０ｍｍの長さのスタイラス内の細い電極について、得られるキャパシタンスは、スタイラスの真下の行または列に対して１００ｆＦ程度でよい。ダイヤモンド型導線パターンは、その開示が参照により組み込まれる２０１０年７月１６日出願の特許文献１で示され、説明されている。次いで、スタイラスが、ユーザの手を通じて接地される。金属本体のスタイラスでは、スタイラスからユーザの手までの結合キャパシタンスは比較的大きく（例えば、数百ｐＦ）、したがって接地に対するユーザのキャパシタンスは、一般にはより小さいが、少なくとも１０ｐＦであり、スタイラスの回路接地からセンサの制御電子回路に関する回路接地までのインピーダンスを支配する。このキャパシタンスは、スタイラスの先端からセンサまでの１００ｆＦのキャパシタンスと比べて大きいので、スタイラスおよびコントローラの回路接地は、おおよそ同一の電位にとどまる。結合は容量性であるので、スタイラスの回路接地からコントローラ回路の接地までの電圧のＤＣ成分は無関係である。この電圧のＡＣ成分は雑音として現れる。スタイラスの回路接地とコントローラ回路の接地との間のキャパシタンスが増大するにつれて、所与の雑音電流に関する、この雑音電圧の大きさは減少する。一実装では、そのキャパシタンスは、スタイラスの適切な動作のために許容される範囲内に雑音電圧を保つのに十分な大きさでよい。

ある軸でのスタイラスの位置を測定するために、スタイラスは、列に沿って送信された信号を受信することができる。これを行うために、まず、スタイラスのタイムベースが、センサに関する制御電子回路のタイムベースと同期される。このことは、マトリックスの列のすべての上で同時に（例えば、異なる周波数の、または特徴的パターンで変調された）特徴的な同期信号を送ることによって達成することができる。このことにより、スタイラスに時間基準が与えられる。スタイラスは、スタイラス内の結晶または他の周波数標準を使用して、その後でその時間基準を維持することができる。一般に、同期パルスをフレーム当たり１度送信することができるが、ある場合には、システムの必要な待ち時間、およびスタイラスの周波数標準の長期精度に従って、より多いまたは少ない頻度で同期パルスを送信することができる。スタイラスは、この同期パルスを探索することができ、スタイラスが同期パルスを受信したとき、それ自体のタイムベースをリセットすることができる。その後で、制御電子回路が、シーケンス中の各列を通常の電圧波形で励起することにより、通常の方式でセンサを走査する。各行で受信した電流を測定することにより、コントローラは、各行から各列へのキャパシタンスを測定し、それによって通常の方式で指タッチを測定する。同時に、スタイラスは、各列のスロットの間に受信した信号強度を測定する。スタイラスが所与のスロットの間に信号を受信した場合、スタイラスは、その列に近接して配置されると判定する。図１に示す幾何形状では、スタイラスは、約５つの列上で測定可能な信号を受信することができ、補間して、ｘ軸に沿ったスタイラスの位置をより高い解像度で求めることができる（任意で、ｘ軸は列と垂直に延びると仮定する）。

例えば、スタイラスは当初、任意でｔ＝０と指定される時刻に、スタイラスが同期パルスを受信したときに、そのタイムベースをリセットすることができる。その後で、スタイラスは、時刻ｔ＝１、２、．．．、ｎでコントローラが列１からｎを励起することを知ることができる。スタイラスがスロット７でエネルギーを受けた場合、スタイラスは列７に近接すると判定される。これにより、粗い（例えば、約５ｍｍのセンサピッチの程度で）位置を得ることができ、補間を使用して細かい位置を得ることができる。

次いで、他の軸上のスタイラスの位置を求めるために、追加のタイムスロットをフレームに追加し、そのタイムスロットでは列のいずれも送信しない。その代わりに、スタイラスが、列を励起するのに使用されたはずであるのと同じ信号を送信する。各行に接続された受信機の出力を調べることにより、ｙ軸のスタイラスの位置を求めることができる。タッチスクリーン内の１つまたは複数の受信機は、スタイラスによって送信されたこの信号を受信することができ、エネルギーが特定の受信機によって受信された場合、コントローラは、スタイラスがその特定の行に近接すると判定することができる。このプロセスは、ｘ軸の位置を求めたプロセスと類似するものでよいが、送信機と受信機が交換される。（ｘ軸に沿って、複数の列が複数のタイムスロットで送信し、スタイラスが受信した。ｙ軸に沿って、スタイラスが単一のタイムスロットで送信し、複数の行が受信した。）指タッチの場合に関しては、行が信号を受信し、列が信号を送信するが、スタイラスは信号の受信と送信をどちらも行う。スタイラスは、行の中のスタイラス自体の位置を特定するために送信し、列の中のスタイラス自体の位置を特定するために受信する。こうした位置特定から、補間を使用して、タッチセンサ内のより正確な位置を求めることができる。

複数のスタイラスが存在する場合、複数のスタイラスは、ｘ軸に沿ったその位置を並列に求めることができるが、各スタイラスは、ｙ軸に沿ったその位置を求めるために別々のタイムスロットを必要とする。したがって、全体のフレーム時間のタイムスロットへの分割は、図２Ａおよび２Ｂのように見える。

図２Ｂは、単一のフレームで複数のスタイラスが同時に位置を特定される場合を示し、各スタイラスに単一のタイムスロットが割り当てられ、行に沿ったスタイラスの位置が求められる。図２Ａは、スキャンが指タッチのみを検出しようと試みる場合の、ｎ列についてｎ個のタイムスロットを有するフレーム２１０を示す。指タッチとスタイラスの両方の場合のスキャンについて、図２Ｂはフレーム２２０を示し、タイムスロット２２５が同期パルスのために追加され、ｎ列についてのｎ個のタイムスロット２３５が保持され、ｍ個のタイムスロットがｍ個のスタイラスのために追加され、ｎおよびｍは１以上の整数であり、ｍはスタイラス数に対応する。

このプロセスにより、ホスト（例えば、処理能力を有するデバイス）上の制御電子回路内でｙ座標を計算することができ、指タッチ情報と同一の経路を介して（例えば、元のコンピュータへのユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）リンクを介して）元のアプリケーションソフトウェアにｙ座標を渡すことができる。言い換えれば、行受信機によって受信される信号に基づいて行位置を計算することができる。したがって、例えば指タッチを計算するシステムの同じ部分で行位置を計算することができる。例えばＵＳＢまたは他のリンクにより、こうした行位置を元のシステムにレポートすることができる。

しかし、ｘ座標がスタイラスで計算され、いくつかの方式で元のアプリケーションソフトウェアに中継することができる。言い換えれば、スタイラスによって受信された信号に応じて列位置を計算することができ、（例えば、コンピュータからホストへのワイヤレスまたはワイヤード接続を使用して）列位置をシステムにレポートすることができる。一例では、例えば、スタイラスがシステムに配線される場合、この配線で通信リンクを確立することができ、配線は、センサとスタイラスとの間の共通接地も提供することができる。別の例では、スタイラスは、システムにワイヤレスに情報を送信することができる。例えば、複数のタイムスロットを追加し、タイムスロット当たり１ビットで２進化ｘ座標を送ることにより、この情報を、マトリックス自体を通じて静電的に送ることができる。これにより、追加のハードウェアが不要となるが、その代わりに、既存のハードウェアを異なる仕方で利用するようにスタイラスの制御ソフトウェアを修正することによってこれを達成することができる。具体的には、このことは、普通ならｙ軸でのスタイラスの位置を特定するのに使用される信号を生成するために使用されたハードウェアを使用して達成することができる。例えば、スタイラスは、マトリックスを通じてスタイラスからホストに座標情報を送信することができ、ワイヤレスチャネルを介して情報を送信するのに使用される任意のワイヤレス符号化方式を使用して、スタイラスの位置を特定するのに使用される送信機および受信機を使用して情報を送信することもできる。したがって、例えば、座標の各ビットについてタイムスロットを追加することができ、そのタイムスロットの間、スタイラスは、対応するビットが「１」である場合は送信することができ、または対応するビットが「０」である場合は送信することができない。この方式は振幅偏移キーイング（ＡＳＫ）に対応するが、他の符号化方式を使用することができる。システムにタイムスロットを追加することにより、既存のハードウェアを使用して、マトリックスを通じてスタイラスから元のホストに情報を結合することができる。誤り検出または誤り訂正符号を使用して、雑音によるランダムビット誤りに対するシステムのロバストネスを改善することができる。

補助チャネル、例えばＩＥＥＥ８０２．１５．４リンクのような無線周波数通信チャネルを介してｘ座標を送信することもできる。フレーム当たり送る必要があるのはスタイラス当たり１つの座標だけであるので、ビットレートは比較的低くてよく、したがって例えば１６ビット位置および毎秒１００フレームでは、全ビットレートは１６００ビット／ｓである。補助チャネルを使用することにより、マトリックスを通じて位置を送信するためにフレーム内の追加の時間を不要することができる。これにより、システムが指タッチキャパシタンス測定（およびスタイラス位置測定）を行うためにより多くの時間を確保することを可能にすることができ、その結果、より良好な信号対雑音比（ＳＮＲ）が得られる。補助チャネルを使用してｘ座標を送信する場合、その補助チャネルを使用して、制御電子回路のタイムベースをスタイラスのタイムベースと同期し、同期パルスに関する追加のタイムスロットの必要を除去することもできる。これにより、フレーム内の利用可能な時間をさらに増大させることができ、したがってＳＮＲが改善される。例えば他の無線周波数（ＲＦ）リンク、超音波リンク、光リンクを含む他のタイプの通信チャネルを使用することができる。

補助チャネルはまた、マトリックスを通じて送信される同期パルスの必要をなくすほどまでに性能を改善することができる。同期パルスは、スタイラスの位置とは無関係にスタイラスによって受信されるために、すべての列（または少なくとも、マトリックス全体にわたって一様の間隔で配置された多くの列、例えば３列ごとの１列）上に現れるように構成される。したがって、全瞬間伝送エネルギーは、単一の列が励起されるときよりも高く、電磁互換性（ＥＭＣ）問題を引き起こす可能性がより高い。その代わりに同期パルスが補助チャネルを介して送信される場合、マトリックスを介する同期パルスが不要となるので、この効果が回避される。

ｘ座標を通信するのに使用される同一の経路を使用して、他の情報、例えばスタイラスに取り付けられたスイッチまた他の制御の状態も通信することができる。例えば、スタイラスの先端の力覚センサの値をレポートして、スタイラスタッチをスタイラスホバーと区別し、スタイラス力の連続的測定を実現することができる。これに関して、スタイラス内の単一の力覚センサを使用することができ、恐らくはマトリックス全体にわたる複数の力覚センサの必要がなくなり、または恐らくはスタイラス全体にわたる力のより高品質な測定を実現すると共に、マトリックス全体にわたる複数の力覚センサが同時に使用され、指タッチまたは他の非スタイラスタッチの力が測定される。

図３に、スタイラス３００の構成要素の一部のブロック図を示す。スタイラス３００は、電流受信機３４０と、電圧送信機３５０と、電流受信機３４０と電圧送信機３５０との間の動作を順序付けるマイクロコントローラ３２０とを含む。スタイラス３００はまた、送信／受信スイッチ３６０に結合された電極３７０をも含む。送信／受信スイッチ３６０は、電流受信機３４０および電圧送信機３５０に結合される。こうした能動電子回路を操作するために、何らかの電源、例えば電池電源３１０またはスーパーキャパシタが必要である。これを現実的なものとするために画面サイズが十分に小さい場合、誘導式に、例えば画面の後ろまたは周囲のコイルからスタイラスに電力を供給することもできる。任意選択で、スタイラス３００はまた、上述の理由で補助通信チャネル３３０をも含むことができる。

動作の際に、マイクロコントローラ３２０はプロセスを順序付け、マイクロコントローラ３２０内のソフトウェアが、時間の感覚を維持し、座標を計算し、補間を計算し、座標を元のマトリックスにレポートするなどの役目を果たす。マイクロコントローラ３２０は、スタイラス内の何らかの内部電源（例えば、電池電源３１０、スーパーキャパシタ、充電式電池）を流出させる。マイクロコントローラ３２０は、電流受信機３４０（容量性指タッチを測定するときに使用される行上の受信機と同様でよい）と、電圧送信機３５０（容量性指タッチを測定するときに使用される列上の送信機と同様でよい）とに結合される。送信／受信スイッチ３６０は、システムが電流受信機３４０内の電流と電圧送信機３５０内の電圧をスタイラス３００内の１つの電極３７０に対して多重化することを可能にするように構成することができる。送信／受信スイッチ３６０は、送信モードで電極３７０に高電圧（例えば、約１００Ｖ）出力を印加し、受信モードで電極３７０から小さい電流信号（例えば、約１ｕＡ）を受信することを可能にすることができる。

電圧送信機３５０および電流受信機３４０は、マトリックス内の列および行に接続された送信機および受信機と類似の形態を有し、類似の測定を行うように構成することができる。列電圧を励起し、行電流を測定して、容量性センサ上の指タッチを求めるのに適した回路の大部分のクラスは、この場合も適している可能性がある。この場合に、位相コヒーレント検出ほどのスタイラスのタイムベースの厳密な位置合せを必要としないことがあるので、非コヒーレント検出を利用することができる。

上記の説明は、１つのエンティティ（そのエンティティがマトリックス内の列であっても、スタイラスであっても）が一度に送信すると仮定することができる。これは単純な実装の一例を表すことができるが、ある場合には、複数のエンティティが直交波形を同時に送信することが望ましいことがある。上述の技法のすべてはこの場合にやはり機能する（例えば、複数の直交周波数で、またはＣＤＭＡ通信で使用されるタイプの直交擬似雑音波形で）。この場合、フレーム当たりより高い合計エネルギーを送信することが可能となることがあり、信号対雑音が改善される。そのような実装では、より複雑な受信機を使用して、複数の直交波形を同時に相関させることができる。直交波形を同時に送信するいくつかの技法が、参照によりその開示が組み込まれる２０１０年７月１６日出願の特許文献２で説明されている。

上述のように、スタイラスは単一の電極から送信と受信のどちらも行わなければならないので、その電極は、高い電圧と低い電流のどちらも知ることができる。送信時に、マトリックスの受信機の許容される信号対雑音を達成するために、１００Ｖ前後のピークピーク電圧スイングを生成することができる。受信時に、マイクロアンペア前後の信号を分解することができる。このダイナミックレンジを与えるために、あるタイプの送信／受信スイッチまたは回路が必要である。これを達成する回路を図４に示す。

図４は、単一の電極上で高い電圧を送り、低い電流を受けるアクティブスタイラス内の回路４００の一実装を示す。回路４００は、入力端子（「フライバック」）およびトランジスタＱ２に結合された抵抗器Ｒ１６を含む。トランジスタＱ２は、抵抗器Ｒ１６に結合された第１の端子と、接地ノードに結合された第２の端子と、変圧器Ｌ２の第１の巻線に結合された第３の端子とを有する。ツェナーダイオードＤ２が、接地ノードおよび変圧器Ｌ２の第１の巻線に結合されることにより、トランジスタＱ２の第２および第３の端子に並列に結合される。変圧器Ｌ２の第１の巻線が、電源（例えば、〜３Ｖの電池電圧）およびトランジスタＱ２の第３の端子に結合される。変圧器Ｌ２の第２の巻線が、接地ノードおよびダイオードＤ１のアノードに結合される。ダイオードＤ１のカソードが、電極が接続されるノードＴＰ１に結合される。ノードＴＰ１が、トランジスタＱ１の第１の端子と、プルダウン抵抗器Ｒｐｄの第１の端子と、任意選択でコンデンサＣｅｘｔｒａとに結合される。プルダウン抵抗器Ｒｐｄは、電圧基準ＶＲＥＦに結合された第２の端子を有する。ノードＴＰ１はまた、漂遊容量をも含み、図４では接地ノードに対する単一の漂遊コンデンサＣｓｔｒａｙとしてモデル化される。トランジスタＱ１は、ＲＸ＿ＥＮＡＢＬＥに関する切換え信号に結合された第２の端子と、増幅器ＩＣ１Ａの反転入力２に結合された第３の端子とを有する。増幅器ＩＣ１Ａの非反転入力３が、電圧基準ＶＲＥＦに結合される。増幅器ＩＣ１Ａの出力端子１が、フィードバックコンデンサＣｆおよびフィードバック抵抗器Ｒｆの第１の端子に結合され、増幅器ＩＣ１Ａの非反転端子もフィードバックコンデンサＣｆおよびフィードバック抵抗器Ｒｆの第２の端子に結合される。

図４では、送信／受信回路は、電池電圧（例えば、約３Ｖ）を使用し、〜１００Ｖの高電圧を生成し（最大で数十マイクロアンペアの電流を送達する）、同一ノード上に受信機を配置することができる。受信機を切断することができ、したがって受信機は、送信中に生成される高電圧に影響を及ぼさず、送信機を切断することができ、したがって送信機は、受信中に受信される信号に影響を及ぼさない。陰極線管ディスプレイを励起するのに使用され、またはスイッチモード電源で使用されるフライバック回路と同様のフライバック回路を使用して、高電圧を生成することができる。フライバック回路は、エネルギーを貯蔵する変圧器Ｌ２を含む。エネルギーは、Ｌ２の第１の巻線または一次巻線に流れることができ、エネルギーをＬ２のコア内で磁場として貯蔵することができ、次いでＬ２の二次巻線を通じてＬ２のコアの外に流れることができる。変圧器Ｌ２の巻数比、および印加される信号のタイミングに従って、電圧を変換することができる。Ｌ２の二次巻線を通じて外に流れるエネルギーは、Ｄ１を通じて出力の漂遊容量内に流れることができ、漂遊容量の両端間に高電圧を発生させることができる。その漂遊容量は、現実的な限り小さく設計することができる。この回路によって放散される実際の電力である、少なくとも０．５＊Ｃｓｔｒａｙ＊ＶＡ２＊ｆが、そのキャパシタンスに比例することができるからである。

送信時に、高電圧ＡＣがフライバック変圧器Ｌ２で生成される。周波数ｆ＝１／Ｔを有する励起電圧を生成するために、スイッチデューティサイクル５０％を仮定して、スイッチＱ２が時刻０．５＊Ｔの間、閉じられる。この時間の間、変圧器内の電流は、０から始めて、１次電流Ｉｐｒｉ＝（Ｖｄｄ＊０．５＊Ｔ）／Ｌｐｒｉまで増大する。ただしＶｄｄは供給電圧であり、通常は約３Ｖであり、Ｌｐｒｉは一次インダクタンスである。スイッチが開くとき、この貯蔵されたエネルギーが、フライバック回路の出力の漂遊容量Ｃｓｔｒａｙに送達される。抵抗器Ｒｐｄを無視して、変圧器インダクタンスに貯蔵されるエネルギー０．５＊Ｌｐｒｉ＊Ｉｐｒｉ＾２と、出力漂遊容量に貯蔵されるエネルギー０．５＊Ｃｓｔｒａｙ＊Ｖｐｋ＾２が等しいとすることによってピーク電圧を計算することができる。電圧は、Ｒｐｄ＊Ｃｓｔｒａｙとして指数関数的に減衰し、その積は励起期間と同程度に選ばれるべきであり、その結果、出力がサイクルごとにおおよそ０に戻る。実際には、Ｃｓｔｒａｙは、例えばピコファラッド単位のキャパシタンスでよく、Ｒｐｄは数百キロオームでよい。変圧器一次インダクタンスは数百マイクロヘンリーでよく、その巻数比は約１：７でよい。抵抗器Ｒｐｄを接地に対するスイッチに置き換えることができる（例えば、ＦＥＴまたはバイポーラトランジスタ）。これにより、ほぼ方形波を生成することができ、抵抗器で生成される反復される指数関数よりも、望ましい理想的な正弦波に近い。

高電圧が電極に印加されたとき、スイッチＱ１（例えば、トランジスタ）を開いて送信モードで受信機を分離することにより、ＩＣ１Ａの受信機を破壊から保護することができる。そうでない場合、受信機回路ＩＣ１Ａは、高い送信電圧をクランプし、恐らくはそれによって破壊されることになる。したがって、その回路は、トランジスタｎ−ＦＥＴ Ｑ１を使用して切断される。高電圧定格（すなわち、電極で見られるピーク電圧よりも高い電圧定格）、および低漂遊容量についてこのｎ−ＦＥＴを選ぶことができる（これにより、Ｃｓｔｒａｙが増大し、したがって許容されるＲｐｄが減少し、送信時のシステムの全電力消費が増大する）。このトランジスタＱ１はディスクリートＦＥＴであり、したがってその本体ノードをそのソースノードに接続することができ、それにより寄生ダイオードが生成されるが、ドレインの電圧は常にソースの電圧よりも高いので、このダイオードには常に逆バイアスがかけられ、そのことは、このダイオードが回路の動作に影響を与えないことを意味することができる。送信時に、Ｑ１のゲート電圧が０Ｖに保たれ、それによってゲート上に電圧−ＶＲＥＦ（ＶＲＥＦは約０．５＊Ｖｄｄ）がかけられ、それによってトランジスタがオフとなる。受信時に、電圧ＶｄｄがゲートＱ１に印加される。これにより、ゲートに対して電圧（Ｖｄｄ−ＶＲＥＦ）をかけることができ、それによってトランジスタがオンとなる。したがって、信号が受信側トランスインピーダンス増幅器ＩＣ１Ａに流れることができる。したがって、受信機モードでは、高電圧をＱ１のゲート（例えば、ＲＸ＿ＥＮＡＢＬＥピン）にかけることができ、その結果トランジスタＱ１が導通しており、短絡のように振る舞う。しかし、トランジスタおよびダイオードＤ１による漂遊容量を切断することができない。一次までで、ＩＣ１Ａの反転入力での接地に対する追加のインピーダンスは閉ループ伝達関数に影響を及ぼさないが、有限の利得帯域幅を有する実際の増幅器では、そうではないことがある。キャパシタンスＣｓｔｒａｙは、受信増幅器の閉ループ伝達関数に著しく影響を及ぼすことはない。Ｒｐｄは著しい動的効果を持たず、接地に接続された場合、著しいＤＣ誤りを導入することになるが、この問題を回避するためにｏｐａｍｐの非反転入力と同一のＶＲＥＦに接続される。

変圧器二次インダクタンスが著しい誤りを導入することになるが、受信時に、アノードＬ２の電圧が、変圧器によって接地付近に保たれ、カソードの電圧がＶＲＥＦ＞０に保たれる。このことは、ダイオードに逆バイアスがかけられることを意味し、このことは、ダイオードが変圧器インダクタンスから受信回路を分離することを意味する。したがって、同一のダイオードがフライバック回路の一部として使用され、変圧器二次から出力キャパシタンスへの単向電流のみが可能となり、受信機がそのフライバック回路から分離され、部品総数が削減される。

いくつかの実装では、２：１以上の漂遊容量Ｃｓｔｒａｙの変動があることがあり、それにより、ピーク生成電圧の変動が生成されることがある。したがって、十分に高い電圧で回路設計を行って、最低の可能なＣｓｔｒａｙであっても、トランジスタの破壊を引き起こすのに十分な高さの電圧を生成することなく、最高の可能なキャパシタンスＣｓｔｒａｙで所望の信号対雑音比を達成することができる。いくつかの実装では、漂遊容量Ｃｓｔｒａｙと並列に意図的な容量（例えば、図４のＣｅｘｔｒａ）を追加することができる。この意図的な容量に関する公差が漂遊容量の公差よりも良好である場合、これは、ピーク電圧の変動を低減する効果を有するが、合計キャパシタンスが増大し、したがって合計電力消費が増大する。いくつかの実装では、フライバック回路を使用する代わりに、別のスイッチモード電源トポロジを使用することができる。

図５に、受信機増幅器の電圧出力５１０と時間５２０との関係の一例の図を示す。入力信号は、２００Ｖピークピークの方形波であり、１００ｆＦキャパシタンスを通じて受信機に結合される。この例では、Ｒｐｄが１００ｋオームであり、Ｃｓｔｒａｙが７ｐＦであり、Ｃｆが１０ｐＦであり、Ｒｆが２００ｋオームである。出力電圧波形５３０に関するピーク電圧５３５は約１．６Ｖであり、出力電圧波形５３０に関する最低電圧５４０は約−１．６Ｖである。

図６に、送信機６１０の電圧出力と時間６２０との関係の一例の図を示す。入力電圧は３Ｖであり、Ｃｓｔｒａｙは７ｐＦであり、Ｒｐｄは１００ｋオームであり、Ｌｐｒｉ（変圧器Ｌ２の第１の巻線のインダクタンス）は２００ｕＨであり、Ｌｓｅｃ（変圧器Ｌ２の第２の巻線のインダクタンス）は１０ｍＨであり、したがって変圧器Ｌ２は約１：７の巻数比を有する。出力電圧波形６３０の最高の値６３５は約１４０Ｖであり、最低の電圧６４５は約１０Ｖである。

主題および動作の記載の実施形態の一部は、本明細書で開示される構造およびその構造的均等物を含むデジタル電子回路、あるいはコンピュータソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェア、あるいはそれらの１つまたは複数の組合せで実装することができる。本明細書に記載の主題の実施形態は、データ処理装置による実行のためにコンピュータ記憶媒体上に符号化され、またはデータ処理装置の動作を制御するための、１つまたは複数のコンピュータプログラム、すなわちコンピュータプログラム命令の１つまたは複数のモジュールとして実装することができる。代替または追加として、プログラム命令は、情報を符号化し、適切な受信機装置に送信し、データ処理装置によって実行するために生成される、人工的に生成された伝播信号、例えば機械が生成した電気的、光学的、または電磁的信号上に符号化することができる。データ処理装置はセンサを含むことができ、センサの一部でよく、センサを備えるシステムの一部でよく、システムおよび／またはセンサ内に統合することができ、受信機、送信機、センサまたは受信機および／または送信機に関連する構成要素ならびに／あるいは論理、あるいはそれらの任意の組合せの一部でよい。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読記憶デバイス、コンピュータ可読記憶基板、ランダムまたはシリアルアクセスメモリアレイまたはデバイス、あるいはそれらの１つまたは複数の組合せでよく、あるいはそれに含めることができる。さらに、コンピュータ記憶媒体は伝播信号ではないが、コンピュータ記憶媒体は、人工的に生成された伝播信号で符号化されたコンピュータプログラム命令のソースまたは宛先でよい。コンピュータ記憶媒体は、１つまたは複数の別々の物理構成要素または媒体（例えば、複数のＣＤ、ディスク、または他の記憶デバイス）でもよく、またはそれに含めることができる。

本明細書に記載の動作は、１つまたは複数のコンピュータ可読記憶デバイス上のデータまたは他のソースから受信されるデータに対してデータ処理装置によって実施される動作として実装することができる。

データを処理する様々な装置、デバイス、および機械は、例としてプログラム可能プロセッサ、コンピュータ、チップ上のシステム、あるいは上記のうちの複数、または組合せを含む「データ処理装置」として使用することができる。装置は、専用論理回路、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を含むことができる。装置はまた、ハードウェアに加えて、当該のコンピュータプログラムに関する実行環境を生成するコード、例えばプロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、クロスプラットフォームランタイム環境、仮想マシン、またはそれらの１つまたは複数の組合せを構成するコードをも含むことができる。装置および実行環境は、ウェブサービスインフラストラクチャ、分散コンピューティングインフラストラクチャ、グリッドコンピューティングインフラストラクチャなどの様々な異なるコンピューティングモデルインフラストラクチャを実現することができる。

コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプト、またはコードとも呼ばれる）は、コンパイル型言語またはインタプリタ型言語、宣言型言語または手続型言語を含む任意の形態のプログラミング言語で書くことができ、スタンドアロンプログラムとして、あるいはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、オブジェクト、またはコンピューティング環境での使用に適した他の単位としての形態を含む任意の形態でコンピュータプログラムを配置することができる。コンピュータプログラムは、ファイルシステム内のファイルに対応することができるが、そうである必要はない。プログラムは、他のプログラムまたはデータを保持するファイルの一部（例えば、マークアップ言語文書に格納された１つまたは複数のスクリプト）、当該のプログラム専用の単一のファイル、または複数の協調ファイル（例えば、１つまたは複数のモジュール、サブプログラム、またはコードの部分を格納するファイル）に格納することができる。コンピュータプログラムは、１つのサイトに位置し、または複数のサイトにわたって分散、通信ネットワークによって相互接続される１つのコンピュータまたは複数のコンピュータ上で実行されるように配置することができる。

本明細書に記載のプロセスおよび論理フローは、入力データに対して操作して出力を生成することによってアクションを実施するために１つまたは複数のコンピュータプログラムを実行する１つまたは複数のプログラム可能プロセッサで実施することができる。プロセスおよび論理フローはまた、専用論理回路、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）で実施することができ、装置も専用論理回路として実装することができる。

コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサは、例として、汎用マイクロプロセッサと専用マイクロプロセッサの両方、および任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１つまたは複数のプロセッサを含む。一般に、プロセッサは、読取り専用メモリまたはランダムアクセスメモリあるいはその両方から、命令およびデータを受信する。コンピュータの不可欠な要素は、命令に従ってアクションを実施するプロセッサと、命令およびデータを格納する１つまたは複数のメモリデバイスである。一般に、コンピュータはまた、データを格納する１つまたは複数の大容量記憶デバイス、例えば磁気ディスク、光磁気ディスク、または光ディスクをも含み、あるいは大容量記憶デバイスからデータを受信し、大容量記憶デバイスにデータを転送し、またその両方を行うように動作可能に結合される。しかし、コンピュータはそのようなデバイスを有する必要はない。さらに、コンピュータは、別のデバイス、例えば、ほんの数例を挙げれば、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、モバイルオーディオまたはビデオプレーヤ、ゲームコンソール、あるいはポータブル記憶デバイス（例えば、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）フラッシュドライブ）内に組み込むことができる。コンピュータプログラム命令およびデータを格納するのに適したデバイスは、例として、半導線メモリデバイス、例えばＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、およびフラッシュメモリデバイス、磁気ディスク、例えば内部ハードディスクまたは取外し可能ディスク、光磁気ディスク、ならびにＣＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤ−ＲＯＭディスクを含む、すべての形態の不揮発性メモリ、媒体、およびメモリデバイスを含む。プロセッサおよびメモリは、専用論理回路によって補足することができ、または専用論理回路に組み込むことができる。

ユーザとの対話を実現するために、本明細書に記載の主題の実施形態は、ディスプレイデバイス、例えばユーザに情報を表示するＣＲＴ（陰極線管）またはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニタと、ユーザがそれによってコンピュータに入力を与えることのできるキーボードおよびポインティングデバイス、例えばマウスまたはトラックボールとを有するコンピュータ上で実装することができる。他の種類のデバイスを使用して、ユーザとの対話を実現することもでき、例えば、ユーザに与えられるフィードバックは、任意の形態の感覚フィードバック、例えば視覚的フィードバック、聴覚フィードバック、触覚フィードバックでよく、ユーザからの入力は、音響、音声、または触覚入力を含む任意の形態で受け取ることができる。例えば、人間の指はタッチスクリーンと対話して、画面実装面積の量に影響を及ぼすことができる。さらに、コンピュータは、ユーザによって使用されるデバイスに文書を送り、デバイスから文書を受け取ることにより、例えばウェブブラウザから受信した要求に応答して、ユーザのクライアントデバイス上のウェブブラウザにウェブページを送ることにより、ユーザと対話することができる。

本明細書は多くの特定の実装詳細を含むが、これらを、何らかの発明の範囲または特許請求されることのあるものの範囲に関する制限と解釈すべきではなく、特定の発明の特定の実施形態に特有の特徴の説明と解釈すべきである。本明細書で別々の実施形態の文脈で説明されるいくつかの特徴は、組み合わせて単一の実施形態で実装することもできる。逆に、単一の実施形態の文脈で説明される様々な特徴は、複数の実施形態で別々に実装することもでき、または任意の適切な部分組合せで実装することもできる。さらに、特徴が、一定の組合せで動作するものとして説明され、さらにはそのようなものとして当初特許請求されることがあるが、ある場合には、特許請求される組合せの１つまたは複数の特徴を組合せから削除することができ、特許請求される組合せは、部分組合せまたは部分組合せの変形形態を対象とすることができる。

同様に、図面では動作が特定の順序で示されるが、このことを、望ましい結果を達成するために、そのような動作を図示される特定の順序で、または順番に実施すること、またはすべての図示される動作を実施することを必要とするものと理解すべきではない。ある状況では、マルチタスキングおよび並列処理が有利であることがある。さらに、上述の実施形態での様々なシステム構成要素の分離を、すべての実施形態でそのような分離を必要とするものと理解すべきではなく、記載のプログラム構成要素およびシステムは一般に、単一のソフトウェア製品として共に統合することができ、または複数のソフトウェア製品としてパッケージ化できることを理解されたい。

したがって、主題の特定の実施形態を説明した。他の実施形態は以下の特許請求の範囲内にある。ある場合には、特許請求の範囲に記載のアクションを異なる順序で実施することができ、それでもなお望ましい結果を達成することができる。さらに、添付の図に示されるプロセスは、望ましい結果を達成するために、必ずしも図示される特定の順序、または順番を必要とするわけではない。ある実装では、マルチタスキングおよび並列処理が有用なことがある。

Claims (21)

1. 容量性タッチセンサ用のアクティブスタイラスで信号を送信および受信する方法であって、前記アクティブスタイラスが、電極と、該電極を通じて電流を受けると共に前記電極に対して電圧を送る少なくとも１つの回路とを備え、当該方法が、
   送信モードで、
   スイッチモード電源回路を使用して電圧を生成するステップであって、前記スイッチモード電源回路が、少なくともインダクタおよびダイオードを含み、前記ダイオードが変圧器に結合される、ステップと、
   前記送信モードで前記ダイオードに間欠的に順方向バイアスをかけることを許可し、電流が前記ダイオードを通じて漂遊容量に流れることを許可するステップと、
   前記漂遊容量の両端間に形成される前記電圧から、受信モードで前記電流を受けるように構成された前記回路内の少なくともいくつかの構成要素を電気的に分離するために、前記送信モードでスイッチをオープンするように構成するステップと
   により、前記電極に結合されたノードを通じて電圧を送るための前記回路を構成するステップと、
   前記受信モードで、
   前記受信モードで前記電流を受けるように構成された前記回路内において前記電気的に分離された構成要素への前記電流を受けるために、前記送信モードでオープンされた前記スイッチを前記受信モードでクローズするように構成するステップと、
   前記受信モードで逆方向バイアスをかけるように前記ダイオードを構成し、それによって前記受信モードで前記電流を受けるように構成された前記回路内の前記構成要素の少なくとも一部が、前記スイッチモード電源回路内の前記変圧器のインダクタンスから電気的に分離されるステップと
   により、前記電極に結合された前記ノードを通じて前記電流を受ける前記回路を構成するステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 抵抗器が前記ダイオードに結合され、当該方法が更に、前記回路の接地電圧よりも高い基準電圧を前記抵抗器の少なくとも１つの端子上に供給するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記受信モードで、受けた電流の少なくとも一部を電流受信機回路に送るステップであって、前記電流受信機回路がマイクロコントローラで制御されるステップを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記構成するステップが、前記電極に結合された前記ノード上の１つまたは複数の構成要素に関連する寄生容量の両端間に形成される電圧から、前記受信モードで前記電流を受けるように構成された前記回路内の少なくともいくつかの構成要素を電気的に分離するために、前記送信モードでオープンするように前記スイッチを構成するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記電極に結合された前記ノードで前記漂遊容量と並列に第２の計画的容量を配置するステップを更に含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. １マイクロアンペアのオーダーの前記電流を受けるステップと、１００ボルトのオーダーの電圧を送るステップとを更に含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記スイッチモード電源回路がフライバック回路を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 容量性タッチセンサ用のアクティブスタイラスで信号を送信および受信する装置であって、電極から電流を受けると共に、前記電極上に電圧を送る少なくとも１つの回路を有し、当該装置が、
   前記電極と、
   受信モードで前記電流を受けるように構成された構成要素と、
   少なくとも変圧器およびダイオードを含むスイッチモード電源回路であって、前記ダイオードが前記変圧器に結合されるスイッチモード電源回路と、
   前記アクティブスタイラスを前記受信モードおよび送信モードの間で切り替えるスイッチと
   を備え、
   前記送信モードでは、前記電極に前記電圧を送る前記回路が、
   前記スイッチモード電源回路を使用して前記電圧を生成し、
   前記ダイオードに間欠的に順方向バイアスをかけ、電流が前記ダイオードを通じて漂遊容量に流れるのを許可し、
   前記漂遊容量の両端間に形成される前記電圧から、前記受信モードで前記電流を受けるように構成された前記構成要素の少なくとも一部を電気的に分離するために、前記スイッチをオープンする
   ように構成され、
   前記受信モードでは、前記電極から前記電流を受ける前記回路が、
   前記電流を受けるように構成された前記電気的に分離された構成要素への前記電流を受けるように前記スイッチをクローズし、
   前記受信モードで逆方向バイアスをかけるように前記ダイオードを許可し、それによって前記受信モードで前記電流を受けるように構成された前記構成要素の少なくとも一部が、前記スイッチモード電源回路内の前記変圧器のインダクタンスから電気的に分離される
   ように構成されることを特徴とする、装置。
9. 前記スイッチモード電源回路がフライバック回路を含むことを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. 抵抗器を更に備え、前記抵抗器が前記ダイオードに結合され、前記回路が、前記回路の接地電圧よりも高い基準電圧を前記抵抗器の少なくとも１つの端子上に供給するように構成されることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
11. 前記回路が、前記受信モードで、前記受けた電流の少なくとも一部を電流受信機回路に送るように構成され、前記電流受信機回路がマイクロコントローラで制御されることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
12. 前記漂遊容量が、前記電極に結合されるノード上の１つまたは複数の構成要素に関連する寄生容量を含むことを特徴とする、請求項８に記載の装置。
13. 前記電極に結合されたノードにおいて前記漂遊容量と並列に配置される第２の計画的容量を更に備えることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
14. 前記受ける電流が１マイクロアンペアのオーダーであり、前記送る電圧が１００ボルトのオーダーであることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
15. 容量性タッチセンサ用のアクティブスタイラスで信号を送信および受信するシステムであって、電極から電流を受けると共に、前記電極上に電圧を送る少なくとも１つの回路を有し、当該システムが、
    前記電極と、
    受信モードで前記電流を受けるように構成された構成要素と、
    少なくとも変圧器およびダイオードを備えるスイッチモード電源回路であって、前記ダイオードが前記変圧器に結合されるスイッチモード電源回路と、
    前記アクティブスタイラスを前記受信モードおよび送信モードの間で切り替えるスイッチと
    を備え、
    前記送信モードでは、前記電極に前記電圧を送る前記回路が、
    前記スイッチモード電源回路を使用して前記電圧を生成し、
    前記ダイオードに間欠的に順方向バイアスをかけ、電流が前記ダイオードを通じて漂遊容量に流れるのを許可し、
    前記漂遊容量の両端間に形成される電圧から、前記受信モードで前記電流を受けるように構成された前記構成要素の少なくとも一部を電気的に分離するために、前記スイッチをオープンする
    ように構成され、
    前記受信モードでは、前記電極から前記電流を受ける前記回路が、
    前記受信モードで前記電流を受けるように構成された前記構成要素への前記電流を受けるように前記スイッチをクローズし、
    前記受信モードで前記電流を受けるように構成された前記構成要素の少なくとも一部を、前記スイッチモード電源回路内の前記変圧器のインダクタンスから電気的に分離する
    ように構成されることを特徴とする、システム。
16. 前記スイッチモード電源回路がフライバック回路を含むことを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
17. 抵抗器を更に備え、前記抵抗器が前記ダイオードに結合され、前記回路が、前記回路の接地電圧よりも高い基準電圧を前記抵抗器の少なくとも１つの端子上に供給する手段を備えることを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
18. 前記回路が、前記受信モードで、前記受けた電流の少なくとも一部を電流受信機回路に送る手段を備え、前記電流受信機回路がマイクロコントローラで制御されることを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
19. 前記漂遊容量が、前記電極に結合されたノード上の１つまたは複数の構成要素に関連する寄生容量を含むことを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
20. 前記電極に結合されたノードで前記漂遊容量と並列に配置される第２の計画的容量を更に備えることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
21. 前記受ける電流が１マイクロアンペアのオーダーであり、前記送る電圧が１００ボルトのオーダーであることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。

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