JP6253497B2

JP6253497B2 - データ入力システム、アクティブスタイラスペンおよびアクティブスタイラスペンの制御方法

Info

Publication number: JP6253497B2
Application number: JP2014090999A
Authority: JP
Inventors: 沙織道畑; 俊也高野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2017-12-27
Anticipated expiration: 2034-04-25
Also published as: US20150309599A1; JP2015210620A; US9696821B2

Description

本発明の実施形態は、データ入力システム、アクティブスタイラスペンおよびアクティブスタイラスペンの制御方法に関する。

近年、タブレットやファブレットなどと称される、バッテリ駆動可能で携行容易なデバイスが広く普及している。この種のデバイスは、ユーザによる入力操作を容易にするために、手書き入力機能を備えている。また、最近では、タッチパネル上での指による入力操作のみならず、当該タッチパネル上でのペン（スタイラスペン）による入力操作を受け付け可能な手書き入力機能を備えるものも少なくない。

静電容量方式のタッチパネル上でペンにより文字を入力する場合、ペン先が太く、デジタイザと比較して、小さな文字が書けないといった問題があった。しかし、タッチパネルの精度向上や、電源（電池）を備えたアクティブスタイラスペンを使用することで、ペン先を細くし、細かい文字も書けるようになっている。このため、アクティブスタイラスペンを使用した文字入力は、新たな入力インタフェースとして注目を集めている。

アクティブスタイラスペンには、常時オンにして筆記可能な状態にしていると、電池が短期間に消耗してしまうという問題があった。その対策として、例えば、サイドスイッチにより、電源のオン／オフを切り替える等、節電のための工夫が種々なされている。

特開２００４−７８４９６号公報

アクティブスタイラスペンによる入力操作が可能なデバイスの中には、アクティブスタイラスペンから出力される送信信号に基づき、タッチパネルに非接触状態にあるアクティブスタイラスペンのペン先が指し示すタッチパネル上の位置にマークをガイド表示する機能を備えるものも存在する。このマークは、例えばホバーなどと称され、このマークをガイド表示する機能は、例えばホバリング機能などと称される。

ここで、アクティブスタイラスペンが、節電のために、例えば未使用期間（一定期間以上筆記が行われなかった場合）に送信信号を出力しないスリープ状態へ移行して送信信号の出力を停止することを考える。しかしながら、そうすると、アクティブスタイラスペンがスリープ状態から復帰して送信信号の出力が再開されるまで、ホバーをタッチパネル上にガイド表示するホバリング機能が有効に機能しないという問題が生じる。

本発明が解決しようとする課題は、アクティブスタイラスペンがスリープ状態にあってもホバリング機能を有効に機能させることのできるデータ入力システム、アクティブスタイラスペンおよびアクティブスタイラスペンの制御方法を提供することである。

実施形態によれば、データ入力システムは、アクティブスタイラスペンと、前記アクティブスタイラスペンの信号を検知するセンサを有する手書き入力装置とを有する。前記アクティブスタイラスペンは、出力手段、圧力センサおよび制御手段を具備する。出力手段は、第１送信信号、又は第２送信信号のいずれか一方を前記手書き入力装置に向けて出力する。圧力センサは、前記手書き入力装置への入力操作時の筆圧を検出する。制御手段は、キャリア周波数が高周波数であり継続的な前記第１送信信号、及び前記キャリア周波数が前記第１送信信号より低周波数であり間欠的な前記第２送信信号を生成し、前記圧力センサにより一定期間を超えて圧力が検出されない場合、前記アクティブスタイラスペンをスリープモードに移行させ、前記アクティブスタイラスペンの電源オン時に前記出力手段から前記手書き入力装置に向けて出力される前記第１送信信号を前記スリープモード時の前記第２送信信号に切り替えて前記出力手段から前記手書き入力装置に向けて出力する。前記手書き入力装置は、前記アクティブスタイラスペンから出力される前記第１送信信号又は前記第２送信信号に基づき、操作面に非接触状態の前記アクティブスタイラスペンが指し示す位置を表すオブジェクトを前記操作面に表示する表示手段を具備する。

実施形態のデータ入力システムを構成するタブレットおよびアクティブスタイラスペンの外観を示す図。実施形態のタブレットのシステム構成を示す図。実施形態のアクティブスタイラスペンのシステム構成を示す図。実施形態のデータ入力システムのホバー表示に関する動作原理を説明するための概略図。実施形態のアクティブスタイラスペンの動作手順を示すフローチャート。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態のデータ入力システムを構成するタブレット１およびアクティブスタイラスペン２の外観を示す図である。

図１に示すように、タブレット１は、本体１１とタッチスクリーンディスプレイ１２とを備える。タッチスクリーンディスプレイ１２は、本体１１の上面に重ね合わせるように取り付けられている。

本体１１は、薄い箱形の筐体を有している。タッチスクリーンディスプレイ１２には、フラットパネルディスプレイと、フラットパネルディスプレイ上でのアクティブスタイラスペン２の接触位置を検出するセンサとが組み込まれている。センサは、静電容量方式のタッチパネルであり、アクティブスタイラスペン２をサポートする機能を有している。フラットパネルディスプレイは、例えばＬＣＤである。タッチパネルは、フラットパネルディスプレイの画面を覆うように設けられる。

タブレット１は、アクティブスタイラスペン２から出力される送信信号に基づき、タッチスクリーンディスプレイ１２に非接触状態にあるアクティブスタイラスペン２のペン先が指し示すタッチスクリーンディスプレイ１２上の位置にマーク（ホバー）ａ１をガイド表示する機能（ホバリング機能）を備えている。本データ入力システムは、アクティブスタイラスペン２がスリープ状態にあってもタブレット１のホバリング機能を有効に機能させることができるようにしたものであり、以下、この点について詳述する。

図２は、タブレット１のシステム構成を示す図である。

図２に示すように、タブレット１は、ＣＰＵ１０１、システムコントローラ１０２、主メモリ１０３、ＢＩＯＳ−ＲＯＭ１０４、タッチパネルコントローラ１０５、グラフィクスコントローラ１０６、ＲＡＭ１０７およびＥＣ（Embedded controller）１０８を備えている。

ＣＰＵ１０１は、タブレット１内の各種モジュールの動作を制御するプロセッサである。ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０７から主メモリ１０３に各種ソフトウェアをロードして実行する。各種ソフトウェアの中には、前述のホバリング機能を提供するためのホバー表示プログラム３０１が含まれている。また、ＣＰＵ１０１は、ＢＩＯＳ−ＲＯＭ１０４に格納された基本入出力システム（ＢＩＯＳ）も実行する。ＢＩＯＳは、ハードウェア制御のためのプログラムである。

システムコントローラ１０２は、ＣＰＵ１０１のローカルバスと各種コンポーネントとの間を接続するデバイスである。システムコントローラ１０２には、主メモリ１０３をアクセス制御するメモリコントローラが内蔵されている。また、システムコントローラ１０２は、例えばシリアルバスなどを介して、タッチパネルコントローラ１０５およびグラフィクスコントローラ１０６との通信を実行する機能も有している。

タッチパネルコントローラ１０５は、タッチパネル１２Ａが検出したタッチスクリーンディスプレイ１２上でのアクティブスタイラスペン２の接触位置を入力するデバイスである。タッチパネル１２Ａは、また、アクティブスタイラスペン２から出力される送信信号（搬送波）を受信し、該信号のタッチスクリーンディスプレイ１２上での受信位置を検出可能であり、タッチパネルコントローラ１０５は、この位置情報も入力する。ホバー表示プログラム３０１は、この位置情報を取得して、タッチスクリーンディスプレイ１２上の対応する位置にホバーを表示する。なお、タッチパネル１２Ａは、アクティブスタイラスペン２とタッチパネル１２Ａとの距離が例えば２０ｍｍ以内の場合に送信信号を検出するが、この距離はタッチパネル１２Ａの検出精度や送信信号の送信強度により異なる。また本実施形態では、アクティブスタイラスペン２とタッチパネル１２Ａとの間では、双方向通信ではなく、ペンからパネルへの一方向のみの信号送信を実行することを想定しているが、双方向通信しても良い。

グラフィクスコントローラ１０６は、ＬＣＤ１２Ｂを制御するデバイスであり、ＬＣＤ１２Ｂは、グラフィクスコントローラ１０６によって生成される表示信号に基づき画面イメージを表示する。

ＥＣ１０８は、電力管理を司るコントローラを含むワンチップマイクロコンピュータである。ＥＣ１０８は、ユーザによるパワーボタンの操作に応じてタブレット１を電源オン／オフする機能を有している。

図３は、アクティブスタイラスペン２のシステム構成を示す図である。

図３に示すように、アクティブスタイラスペン２は、電源（電池）２０１、電源供給回路２０２、サイドスイッチ２０３、送信制御回路２０４、筆圧検出器２０５、送信信号生成回路２０６、導電性素材ペン先２０７、周波数変換部２０８および送信信号出力部２０９を備えている。

アクティブスタイラスペン２内の各種モジュールは、電源（電池）２０１からの電力により動作する。電源供給回路２０２は、電源（電池）２０１の電力をアクティブスタイラスペン２内の各種モジュールに供給制御する回路である。サイドスイッチ２０３は、アクティブスタイラスペン２を電源オン／オフするための操作ユニットである。

いま、アクティブスタイラスペン２は、サイドスイッチ２０３の操作により、電源オンされた状態にあるものと想定する。電源オン中、アクティブスタイラスペン２は、基本的に、ウェイク状態（ウェイクモード）にあり、送信制御回路２０４の制御下で、送信信号生成回路２０６により送信信号を生成し、周波数変換部２０８経由で送信信号出力部２０９から継続的に出力する。なお、ウェイクモードでの送信信号は、例えばアナログ方式の場合はペンの位置を通知するためのキャリア周波数信号、デジタル方式の場合は同期検出用のためのあらかじめ決められた直交符号パターン、ペン識別番号および筆圧情報などのペン情報を含む。周波数変換部２０８は、送信信号を所定のキャリア周波数の信号へ変換するモジュールである。キャリア周波数については後述する。

タッチスクリーンディスプレイ１２上でアクティブスタイラスペン２による入力操作が行われると、導電性素材ペン先２０７がタッチスクリーンディスプレイ１２に接触し、筆圧検出器２０５により、入力操作時の筆圧が検出される。筆圧検出器２０５から出力される筆圧値が０の状態（筆圧が検出されない状態）が一定期間継続した場合、アクティブスタイラスペン２は、節電のために、スリープ状態（スリープモード）に移行する。アクティブスタイラスペン２は、導電性素材ペン先２０７がタッチスクリーンディスプレイ１２に接触して、筆圧検出器２０５により筆圧が検出された場合に、スリープ状態からウェイク状態に復帰する。

通常、スリープ状態にある時、アクティブスタイラスペン２は、送信信号の出力を停止する。しかしながら、そうすると、タブレット１側におけるホバー表示プログラム３０１によるホバーの表示も行われなくなってしまう。そこで、本データ入力システムのアクティブスタイラスペン２は、送信信号生成回路２０６が、ウェイク時の送信信号を生成するアクティブ信号生成回路２０６Ａと、スリープ時の送信信号を生成するビーコン信号生成回路２０６Ｂとの２つの信号生成回路を備え、スリープ時には、ビーコン信号生成回路２０６Ｂが生成する送信信号（ビーコン信号）を出力する。なお、スリープモードでの送信信号は、例えば同期検出用の直交符号である。この直交符号のパターンは、ウェイク時とスリープ時とで異なるパターンを使い分けることが好ましい。

図４は、本データ入力システムのホバー表示に関する動作原理を説明するための概略図である。

図４中、（Ａ）は、従来のアクティブスタイラスペンによるウェイク時およびスリープ時における送信信号の出力状況を示している。図示のように、ウェイク状態からスリープ状態に移行すると、従来のアクティブスタイラスペンは、送信信号の出力を停止する。これに伴い、タブレット側におけるホバーの表示は行われなくなる。

一方、（Ｂ）は、本データ入力システムのアクティブスタイラスペン２によるウェイク時およびスリープ時における送信信号の出力状況を示している。図示のように、ウェイク状態からスリープ状態に移行した場合、本データ入力システムのアクティブスタイラスペン２は、送信信号の出力動作を、継続的な送信から（ビーコン信号の）間欠的な送信へと切り替える。前述したように、ウェイク時の送信信号は、アクティブ信号生成回路２０６Ａにより生成され、スリープ時の送信信号（ビーコン信号）は、ビーコン信号生成回路２０６Ｂにより生成される。アクティブスタイラスペン２は、ビーコン信号に乗せて、自身がスリープ状態であることをタブレット１に通知する。

アクティブスタイラスペン２がスリープ状態に移行すると、タブレット１は、間欠的に出力される送信信号（ビーコン信号）に基づき、タッチスクリーンディスプレイ１２へのホバーの表示を実行する。より具体的には、送信信号（ビーコン信号）を受信してホバーを例えば座標（Ｘ₁，Ｙ₁）に表示した後、送信信号が途絶えても、タブレット１は、この座標（Ｘ₁，Ｙ₁）でのホバーの表示を維持する。その後、アクティブスタイラスペン２から間欠的に出力される送信信号（ビーコン信号）を受信した際に、タブレット１は、この受信した送信信号（ビーコン信号）に基づき、ホバーを改めて例えば座標（Ｘ₂，Ｙ₂）に表示する。

アクティブスタイラスペン２は、スリープ状態に移行した場合、送信信号の出力動作が継続的な送信から（ビーコン信号の）間欠的な送信へと切り替わるので、節電という所期の目的は達成される。また、タブレット１は、アクティブスタイラスペン２がスリープ状態にあっても、間欠的に出力される送信信号（ビーコン信号）に基づき、タッチスクリーンディスプレイ１２にホバーを表示することが可能となる。

なお、タブレット１は、送信信号が途絶えた期間が、送信信号（ビーコン信号）の間欠送信間隔を大幅に上回った場合、ホバーの表示の維持を終了してもよい。送信信号（ビーコン信号）の間欠送信間隔は、例えば数十msec程度のユーザに違和感を与えることのない範囲で設計することが好ましい。

さらに、アクティブスタイラスペン２は、ウェイク状態からスリープ状態に移行した場合、送信信号（ビーコン信号）のキャリア周波数をウェイク時のキャリア周波数よりも低周波数とすることで、消費電力を低減し、より一層の省電力化を図る。ウェイク時のキャリア周波数は、ノイズの影響を受けにくくするために、高周波数（数百KHz〜数MHz）とすることが一般的である。アクティブスタイラスペン２がスリープ状態にある場合におけるホバー表示のための送信信号（ビーコン信号）の送受信に関しては、ノイズの多少の影響は許容されるので、キャリア周波数を低周波数に変更しても問題はない。キャリア周波数の切替えは、周波数変換部２０８により実行される。

前述したように、アクティブスタイラスペン２は、ビーコン信号に乗せて、自身がスリープ状態であることをタブレット１に通知する。タブレット１は、この通知を受けて、キャリア周波数の切替えに対応する。

従来、スリープ状態のアクティブスタイラスペンのペン先をタッチスクリーンディスプレイに近づけたとしても、ペン先をタッチスクリーンディスプレイに接触させるまで、ホバーがタッチスクリーンディスプレイに表示されず、ウェイク状態の場合と動作が異なるという不便な点が存在した。これに対して、本データ入力システムでは、アクティブスタイラスペン２のペン先をタッチスクリーンディスプレイ１２に近づけた場合、スリープ状態であっても、ウェイク状態の場合と同様、ホバーがタッチスクリーンディスプレイ１２に表示されるので、アクティブスタイラスペン２がスリープ状態にあることをユーザに意識させることが無くなる。

図５は、アクティブスタイラスペン２の動作手順を示すフローチャートである。

アクティブスタイラスペン２は、筆圧の検出有無を調べ（ブロックＡ１）、筆圧が検出されない場合（ブロックＡ１のＮＯ）、続いて、一定期間以上筆圧が検出されていないかどうかを調べる（ブロックＡ２）。

一定期間以上筆圧が検出されていない場合（ブロックＡ２のＹＥＳ）、アクティブスタイラスペン２は、ウェイク状態であれば（ブロックＡ３のＹＥＳ）、キャリア周波数を低周波数にしてビーコン信号を間欠送信するスリープ状態に移行する（ブロックＡ４）。

一方、筆圧が検出された場合（ブロックＡ１のＹＥＳ）、アクティブスタイラスペン２は、スリープ状態であれば（ブロックＡ５のＹＥＳ）、通常のキャリア周波数で送信信号を継続送信するウェイク状態に復帰する（ブロックＡ６）。

以上のように、本データ入力システムによれば、アクティブスタイラスペンがスリープ状態にあってもホバリング機能を有効に機能させることを実現する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…タブレット、２…アクティブスタイラスペン、１１…本体、１２…タッチスクリーンディスプレイ、１２Ａ…タッチパネル、１２Ｂ…ＬＣＤ、１０１…ＣＰＵ、１０２…システムコントローラ、１０３…主メモリ、１０４…ＢＩＯＳ−ＲＯＭ、１０５…タッチパネルコントローラ、１０６…グラフィクスコントローラ、１０７…ＲＡＭ、１０８…ＥＣ、２０１…電源(電池)、２０２…電源供給回路、２０３…サイドスイッチ、２０４…送信制御回路、２０５…筆圧検出器、２０６…送信信号生成回路、２０６Ａ…アクティブ信号生成回路、２０６Ｂ…ビーコン信号生成回路、２０７…導電性素材ペン先、２０８…周波数変換部、２０９…送信信号出力部、３０１…ホバー表示プログラム

Claims

アクティブスタイラスペンと、前記アクティブスタイラスペンの信号を検知するセンサを有する手書き入力装置とを有するデータ入力システムであって、
前記アクティブスタイラスペンは、
第１送信信号、又は第２送信信号のいずれか一方を前記手書き入力装置に向けて出力する出力手段と、
前記手書き入力装置への入力操作時の筆圧を検出するための圧力センサと、
キャリア周波数が高周波数であり継続的な前記第１送信信号、及び前記キャリア周波数が前記第１送信信号より低周波数であり間欠的な前記第２送信信号を生成し、前記圧力センサにより一定期間を超えて圧力が検出されない場合、前記アクティブスタイラスペンをスリープモードに移行させ、前記アクティブスタイラスペンの電源オン時に前記出力手段から前記手書き入力装置に向けて出力される前記第１送信信号を前記スリープモード時の前記第２送信信号に切り替えて前記出力手段から前記手書き入力装置に向けて出力する制御手段と、
を具備し、
前記手書き入力装置は、前記アクティブスタイラスペンから出力される前記第１送信信号又は前記第２送信信号に基づき、操作面に非接触状態の前記アクティブスタイラスペンが指し示す位置を表すオブジェクトを前記操作面に表示する表示手段を具備する、
データ入力システム。
前記制御手段は、
前記電源オン時の前記第１送信信号を生成する第１信号生成回路と、
前記スリープモード時の前記第２送信信号を生成する第２信号生成回路と、
前記第１信号生成回路及び前記第２信号生成回路に接続され、前記キャリア周波数を切り替える周波数変換部と、
を具備する請求項１に記載のデータ入力システム。
前記手書き入力装置の前記表示手段は、前記第１送信信号の受信が途絶えても前記第１送信信号に基づいて前記オブジェクトの第１座標での表示を維持し、前記スリープモード時の前記第２送信信号を受信した時は、前記第２送信信号に基づいて前記オブジェクトを第２座標に表示する請求項１に記載のデータ入力システム。
手書き入力装置に対し手書き入力操作を行うためのアクティブスタイラスペンであって、
第１送信信号、又は第２送信信号のいずれか一方を前記手書き入力装置に向けて出力する出力手段と、
前記手書き入力装置への入力操作時の筆圧を検出するための圧力センサと、
キャリア周波数が高周波数であり継続的な前記第１送信信号、及び前記キャリア周波数が前記第１送信信号より低周波数であり間欠的な前記第２送信信号を生成し、前記圧力センサにより一定期間を超えて圧力が検出されない場合、前記アクティブスタイラスペンをスリープモードに移行させ、前記アクティブスタイラスペンの電源オン時に前記出力手段から前記手書き入力装置に向けて出力される前記第１送信信号を前記スリープモード時の前記第２送信信号に切り替えて前記出力手段から前記手書き入力装置に向けて出力する制御手段と、
を具備するアクティブスタイラスペン。
前記制御手段は、
前記スリープモード時の前記第１送信信号を生成する第１信号生成回路と、
前記スリープモード時の前記第２送信信号を生成する第２信号生成回路と、
前記第１信号生成回路及び前記第２信号生成回路に接続され、前記キャリア周波数を切り替える周波数変換部と、
を具備する請求項４に記載のアクティブスタイラスペン。
手書き入力装置に対し手書き入力操作を行うためのアクティブスタイラスペンの制御方法であって、
前記アクティブスタイラスペンの電源オン時に、キャリア周波数が高周波数であり継続的な第１送信信号を前記手書き入力装置に向けて出力し、
圧力センサによって前記手書き入力装置への入力操作時の筆圧を検出し、
前記圧力センサにより一定期間を超えて圧力が検出されない場合、前記アクティブスタイラスペンをスリープモードに移行させ、前記キャリア周波数が前記第１送信信号より低周波数であり間欠的な第２送信信号に切り替えて前記手書き入力装置に向けて出力する、
アクティブスタイラスペンの制御方法。