JP7021889B2 - スタイラス及びスタイラスの傾き検出方法 - Google Patents

スタイラス及びスタイラスの傾き検出方法 Download PDF

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Description

この発明は、スタイラス及びスタイラスの傾き検出方法に関する。
（関連技術の説明）
通常、アクティブスタイラスは、タブレットまたはモバイル電話などの電子装置に信号を送信し、当該電子装置は、送信された信号に基づいて電子装置の表面上におけるアクティブスタイラスの位置を判定する。例えば、電子装置は、アクティブスタイラスから受信した信号をサンプルし、サンプルした信号の信号強度に基づいてアクティブスタイラスの位置を判定し得る。
現在、アクティブスタイラスには、電子装置との双方向通信（すなわち、信号を送受信すること）を容易にする様々な電子コンポーネントを備えたものがある。例えば、電子装置はスタイラスからのデータを求める要求を送信し得るとともに、スタイラスは要求されたデータを送信することによって応答し得る（特許文献１参照）。
特開２０１６－１２６５０３号公報
スタイラスの先端部に中心電極と周辺電極を配置し、中心電極と周辺電極のそれぞれから送信された信号をセンサ側で受信することで、センサのセンサ面に対するスタイラスの傾きが検出可能とされたスタイラスが知られているが、指示位置が検出できれば十分である状況においても中心電極と周辺電極からは常に信号が送信されており、駆動源が必要なアクティブスタイラスにおいては、駆動可能時間に大きく影響する。
この発明は、センサ側でスタイラスの傾き情報が必要になった際にセンサ側から送信されてくる要求（コマンド）を受信して信号送信動作を制御することによって、センサ側でスタイラスの傾き情報を得るために必要な情報を、オンデマンドにて送信するスタイラスを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、一つの実施形態に記載される発明においては、
細長の筐体の一方の先端部に設けられた電極が、互いに異なる第１の方向及び第２の方向に延在するセンサ配線を有するセンサとの間で静電場を形成するように構成されたアクティブスタイラスであって、
前記電極は、前記細長の筐体の中心軸の方向において、互いに異なる位置に配置された少なくとも第１の電極及び第２の電極から構成されているとともに、前記電極による信号の送受信を制御するスタイラスコントローラを備えており、
前記スタイラスコントローラは、前記第１の電極による前記センサに対する信号の送受信と、前記第２の電極による前記センサに対する信号の送信を制御するように構成されており、前記センサから送信された、前記第１の電極から信号を送信する時間スロット及び前記第２の電極から信号を送信する時間スロットを指定するコマンドの前記第１の電極による受信に対応して前記第１の電極及び前記第２の電極から、前記コマンドで指定された前記時間スロットで信号の送信を行うことで、前記第１の電極と前記第２の電極のそれぞれから送信された信号の前記センサでの受信に基づいて、前記センサにおいて前記アクティブスタイラスの前記センサに対する傾きが検出可能に構成されていることを特徴とするアクティブスタイラスを提供する。
本明細書に開示した態様に係る、スタイラス及び電子装置を備えるシステムの例を示す図である。 本明細書に開示した態様に係る、２つの電極を備えるスタイラスの例を示す図である。 本明細書に開示した態様に係る、電子装置によって２つの電極を備えるスタイラスのチルトを算出する処理の例を示すフロー図である。 本明細書に開示した態様に係る、図３の処理に供されるフレームフォーマットの例を示す図である。 本明細書に開示した他の態様に係る、図３の処理に供されるフレームフォーマットの例を示す図である。 本明細書に開示した態様に係る、スタイラスセンサの検知アンテナによってスタイラスの第１の電極及び第２の電極から受信された位置指示信号及びチルト算出信号の信号プロファイルの例を示す図である。 本明細書に開示した態様に係る、スタイラスによって２つの電極を備えるスタイラスのチルトを算出する処理の例を示すフロー図である。 本明細書に開示した態様に係る、４つの電極を備えるスタイラスの例を示す図である。 本明細書に開示した態様に係る、電子装置によって４つの電極を備えるスタイラスのチルトを算出する処理の例を示す図である。 本明細書に開示した態様に係る、図９の処理に供されるフレームフォーマットの例を示す図である。
（概要）
アクティブスタイラスと双方向通信を行うとともに、アクティブスタイラスに設けられた２つ以上の電極を用いることで、電子装置のスタイラスセンサの表面に対するアクティブスタイラスのチルト（アクティブスタイラスのペン型の筐体の軸心方向とセンサの表面との成す角（傾き））を検出または計測し得る。本開示は、コンピュータ、タブレット、またはスマートフォンなどの電子装置のスタイラスセンサの表面に対するスタイラスのチルトを計測するシステム及び方法を対象とする。
一態様によれば、本システムはスタイラス及び電子装置を備える。
前記電子装置は、スタイラスセンサ、センサコントローラ、ホストプロセッサ、及びディスプレイを備え得る。前記スタイラスセンサは、ループコイルアンテナまたは線状導体アンテナなどの複数の検知アンテナ（すなわち、センサ配線）を備える。前記検知アンテナは、前記スタイラスからの信号を受信または検出する。前記センサコントローラは、前記スタイラスセンサの動作を制御し、前記スタイラスとの双方向通信を実行し、前記ホストプロセッサと通信する。前記ホストプロセッサは、前記センサコントローラと通信するとともに種々のアプリケーションまたは機能を実行する。前記ディスプレイは、テキストまたはグラフィックスを表示するように構成されている。一態様において、前記ホストプロセッサ及び／または前記ディスプレイは、前記電子装置の外部にある。
前記スタイラスは、電源、情報マネージャ、データマネージャ、センサ、ボタン、通信モジュール、少なくとも２つの電極、電極スイッチ、及びスタイラスコントローラを備える。前記電源は、前記スタイラスに電源を供給する、バッテリまたは蓄電可能な電源などの任意の種類の電源からなり得る。前記情報マネージャは、前記スタイラスのスタイラス機能情報を記憶するメモリまたはキャッシュを備える。前記データマネージャは、前記センサによって生成された前記スタイラスの動作データを管理する。前記センサは、前記スタイラスの動作データを生成する、スタイラス先端圧力センサ（筆圧センサ）及びバレル圧力センサなどの１つまたは複数のセンサを備える。前記通信モジュールは、前記電子装置との双方向通信が可能である。前記電極は、前記筐体の先端部に配置されている。前記電極の一つを、前記スタイラスセンサによる通信及び座標計測に供される主電極として用い、その他の前記電極を、前記スタイラスのチルトを計測するときに用いる。前記電極スイッチは、前記電極の動作モードを送信モードと受信モードとの間で切り替え、前記電極を選択してアクティブにする（すなわち、信号を送信／受信する）、または非アクティブにする。前記スタイラスコントローラは、前記電子装置の前記センサコントローラとの双方向通信に対する前記通信モジュール及び前記電極スイッチの動作を制御する。
一態様によれば、本方法は、前記スタイラスが、前記電子装置から機能情報を求める要求を受信し、前記スタイラスはチルト検出が可能であることを示す機能情報を前記電子装置に送信する。前記スタイラスは、前記機能情報に基づいて前記電子装置からダウンリンク時間スロット割当て情報を受信し、前記スタイラスが、前記ダウンリンク時間スロット割当ての時間に前記電極から前記電子装置に位置指示信号及びチルト算出信号を送信する。前記電子装置は、前記位置指示信号及び前記チルト算出信号に基づいて前記電極の位置を判定し、前記電子装置が、前記電極の前記位置に基づいて前記スタイラスのチルトを算出することを含む。
他の態様によれば、本方法は、前記スタイラスの第１の電極及び第２の電極が、前記電子装置によって生成された信号を検出し、前記スタイラスが、前記第１の電極及び前記第２の電極によって検出された前記信号の強度を計測し、前記スタイラスが、前記第１の電極及び前記第２の電極によって検出された前記信号の前記強度に基づいて前記スタイラスのチルトを算出することを含む。
他の態様によれば、前記スタイラスは、前記スタイラスの先端部に配置された１つの電極（中心電極）と、前記スタイラスの中心軸を囲むように前記スタイラスの前記筐体を取り囲む３つの電極（周辺電極）とを備える。２つの電極に代えて、例えば１つの中心電極と３つの分割電極（電極片）から構成された４つの電極を用いることにより、追加の計測値を生成してチルト検出の精度を向上させ得るとともに、前記スタイラスの軸回転を検出することが可能である。なお、スタイラスの傾きは、中心電極と、この中心電極を取り囲むように配設された１つの周辺電極で求めることができる。
本態様において、本方法は、前記スタイラスが、前記電子装置から機能情報を求める要求を受信し、前記スタイラスはチルト検出が可能であることを示す機能情報を前記電子装置に送信する。前記スタイラスは、前記機能情報に基づいて前記電子装置からダウンリンク時間スロット割当て情報を受信し、前記スタイラスが、前記ダウンリンク時間スロット割当ての時間に前記スタイラスの前記先端部にある前記電極から前記電子装置に位置指示信号を送信する。前記電子装置は、前記スタイラスの前記先端部にある前記電極の位置を判定し、前記スタイラスが、前記ダウンリンク時間スロット割当ての時間に残りの３つの前記電極から前記電子装置にチルト算出信号を送信する。前記スタイラスは、前記チルト算出信号を用いて残りの３つの前記電極の位置を判定し、前記スタイラスが、前記スタイラスの前記先端部にある前記電極の前記位置と残りの３つの前記電極の前記位置とに基づいて前記スタイラスのチルトを算出することを含む。
（詳細な説明）
以下の説明においては、本発明の完全な理解を提供するための説明を目的として数多くの具体的詳細に言及する。しかし、当業者にとって、これらの具体的詳細なしに本発明を実施し得ることは明らかであろう。他の例においては、本説明の理解を不必要に不明瞭にすることを避けるために、周知の回路、構造、及び技術を詳細に示さずに、ブロック図で示す。したがって、言及する具体的詳細は単なる例示である。特定の実施はこれらの例示的な詳細から変形し得るが、依然として本発明の範囲内にあると考えられる。説明における「一態様」または「態様」との呼称は、本態様に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本発明の少なくとも１つの態様に含まれることを意味する。本説明中の様々な箇所に配置された「一態様において」との句は、必ずしも同じ態様のことを指さない。
図１は、一態様に係る、スタイラス１０及び電子装置１２を備えたシステムの例を示す図である。
電子装置１２は、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ、またはスマートフォンなどの、スタイラスを検知する任意の種類の装置からなり得る。電子装置１２は、スタイラスセンサ１４、センサコントローラ１６、ホストプロセッサ１８、及びディスプレイ１９を備える。他の態様において、ホストプロセッサ１８及び／またはディスプレイ１９は、電子装置の外部にある。
スタイラスセンサ１４は、ループコイルアンテナ（電磁結合用アンテナ）または線状導体アンテナ（静電結合用アンテナ）などの複数の検知アンテナ１５（すなわち、センサ配線）を備える。検知アンテナ１５は、スタイラス１０からの信号を受信または検出する。例えば、アンテナ１５は、スタイラス１０からの磁場を受けるように構成されたループコイルアンテナ、またはスタイラス１０からの静電場を受けるように構成された線状導体アンテナからなり得る。検知アンテナ１５によって受信または検出された信号は、しばしば走査信号と称される。スタイラスセンサ１４は、任意数の検知アンテナを備え得る。一態様において、検知アンテナ１５は、互いに異なる第１の方向及び第２の方向に延在するマトリクス状のセンサ配線内に配置される。例えば、検知アンテナ１５は、複数のロウ及びコラムを備えるアレイ状に配置され得る。一態様において、スタイラスセンサ１４は、スタイラス１０のほかに、パッシブスタイラス及び指タッチを検出することが可能である。
センサコントローラ１６は、スタイラスセンサ１４の動作を制御し、受信／送信を制御することでスタイラス１０との双方向通信を実行し、またホストプロセッサ１８と通信する。
一態様において、センサコントローラ１６は、スタイラス１０からの手書き入力データを処理して、スタイラスセンサ１４上における、スタイラス１０によって示された、または指し示された位置の座標を判定し、当該座標をホストプロセッサ１８に転送する。スタイラスセンサ１４上における、スタイラス１０によって示された、または指し示された位置の判定については、より詳細に後述する。
一態様において、センサコントローラ１６は、種々のコマンド及び他の情報をスタイラス１０に送信する。コマンドは、スタイラス機能情報を送信するようにスタイラス１０に求める要求と、チルト算出信号を送信するようにスタイラス１０に求める要求と、スタイラス１０に対する機能情報を設定する書込みコマンドと、アクティブスタイラスの動作データをセンサコントローラ１６に送信するようにスタイラス１０に要求するポーリングコマンドとを含み得る。
一態様において、センサコントローラ１６は、検知アンテナ１５を介してスタイラス１０と通信する。他の態様において、電子装置１２は、さらに詳細に後述するように、通信モジュール３０と同様の通信モジュールを備える。
ホストプロセッサ１８は、センサコントローラ１６と通信するとともに種々のアプリケーションまたは機能を実行する。一態様において、ホストプロセッサ１８はセンサコントローラ１６から座標を受信し、受信した座標に基づいてアプリケーションまたは機能を実行する。センサコントローラ１６とホストプロセッサ１８とは、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ヒューマンインタフェースデバイスプロトコルなどの任意の適切なインタフェースを介して接続される。一態様において、ホストプロセッサ１８は、メモリを備えた、コントローラまたはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎ Ｕｎｉｔ）からなる。
ディスプレイ１９は、テキストまたはグラフィックスを表示するように構成されている。一態様において、ディスプレイ１９は、スタイラス１０がスタイラスセンサ１４によって検出されることに応答して、テキストまたはグラフィックスを表示する。当該ディスプレイは、図１に示すようにスタイラスセンサ１４の上方に、スタイラスセンサ１４の下方に、または電子装置１２の外部に配置され得る。
スタイラス１０は、双方向通信（すなわち、信号を送受信すること）が可能である任意のスタイラスからなり得る。スタイラス１０は、電源２０、情報マネージャ２２、データマネージャ２４、センサ２６、ボタン２８、通信モジュール３０、電極３２及び３４、電極スイッチ３６、及びスタイラスコントローラ３８を備える。電源２０、情報マネージャ２２、データマネージャ２４、センサ２６、ボタン２８、通信モジュール３０、電極３２及び３４、電極スイッチ３６、及びスタイラスコントローラ３８は、筐体４０に収容されている。一態様において、筐体４０はペンと同様の細長形状を有する。
電源２０は、スタイラス１０に電源を供給する、バッテリまたは蓄電可能な電源などの任意の種類の電源からなり得る。
情報マネージャ２２は、スタイラス１０のスタイラス機能情報を記憶するメモリまたはキャッシュを備える。スタイラス機能情報は、スタイラス１０はチルト検出が可能であることを示す情報を含む。スタイラス機能情報は、さらに、スタイラス１０の動作状態を示す情報を含む。例えば、スタイラス機能情報は、あらかじめ定義されたスタイラスの機能に関する情報と、ユーザにより調整可能なスタイラスの設定に関する設定情報とを含み得る。一態様において、情報マネージャ２２は、ユーザがスタイラス色及びスタイラス線幅などのスタイラス設定を変更する度に設定情報を更新する。
データマネージャ２４は、スタイラス１０の動作データを管理する。動作データは、スタイラス先端部圧力、スタイラスバレル圧力、スタイラスオリエンテーション（例えば、回転）、スタイラススイッチステータス、及びスタイラスバッテリレベルなどの、スタイラス１０の動作状態を示す。動作データは、センサ２６によって生成される。センサ２６は、スタイラス先端部に加わる圧力を検知するように構成されたスタイラス先端部圧力センサ（例えば、可変キャパシタを利用）と、スタイラスバレルに加わる圧力を検知するように構成されたバレル圧力センサと、３軸ジャイロスコープ、３軸加速度計、及び３軸地磁気計のうちの１つ以上の組合せを含む９軸以下のＩＭＵ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）（内蔵計測ユニット）と、スタイラス１０の回転を検知するように構成された回転センサとを備え得る。
ボタン２８によって、ユーザはスタイラス１０を環境設定または調整することが可能である。例えば、ユーザは、ボタン２８を用いてスタイラス色及びスタイラス線幅などの設定情報を更新し得る。ボタン２８によって、さらに、ユーザはセンサコントローラ１６に命令またはコマンドを送信することが可能である。例えば、ユーザは、ボタン２８を用いてコンピュータマウスと同様の右クリックコマンドを電子装置１２に指示し得る。スタイラス１０は任意数のボタンを備え得るとともに、筐体４０上のどこにでも配置され得る。さらに、ボタン２８をスイッチ、ノブなどの他の種類の機械的入力に置き換え得る。
通信モジュール３０は、電子装置１２との双方向通信が可能である。一態様において、通信モジュール３０は、電極３２及び／または電極３４を介して電子装置１２と通信する送信（ＴＸ）回路及び受信（ＲＸ）回路を備える。電極３２及び３４は、一般に、スタイラスセンサ１４のセンサ配線１５と電磁的または静電的に通信するのに用いられる。ＴＸ回路及びＲＸ回路を、それぞれ信号発生器、信号受信器と称することがある。同じまたは他の態様において、通信モジュール３０は、特定の通信プロトコルに専用の送信器及び受信器、または送受信器を備える。通信モジュールは、任意の１つまたは複数の種類の通信プロトコルを利用し得る。例えば、電磁的通信方式のプロトコル、静電的通信方式のプロトコル、または、ブルートゥース（登録商標）などの任意のＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）通信プロトコルを用い得る。通信モジュール３０によって送信される信号は、符号分割多重、周波数分割多重、または時分割多重される。
電極３２及び電極３４は、互いに異なる位置に配置されている。図２は、電極３２及び電極３４を備えるスタイラス１０の例を示す図である。電極３２は、筐体４０の先端部に配置されている。電極３４は、筐体４０の先端部に近接しているとともに、電極３２から離間している。一態様において、電極３４は円環（リング）電極からなる（すなわち、電極３４は筐体４０を取り囲む）。一態様において、より詳細に後述するように、電極３２を、センサコントローラ１６による通信及び座標計測に供される主電極として用い、電極３４を、スタイラス１０のチルトを計測するときに用いる。
電極スイッチ３６は、電極３２及び電極３４の動作を送信モードと受信モードとの間で切り替える。例えば、電極スイッチ３６は、独立に、電極３２を電子装置１２に信号を送信する送信モードに設定し、電極３４を電子装置１２に信号を送信する送信モードに設定し、電極３２を電子装置１２から信号を受信する受信モードに設定し、電極３４を電子装置１２から信号を受信する受信モードに設定し得る。
さらに、電極スイッチ３６は、電極３２、電極３４を独立に選択し、または電極３２及び電極３４の両方を選択してアクティブにする（すなわち、信号を送信／受信する）。例えば、電極スイッチ３６は、電極３２を選択して電子装置１２との間で授受される信号を送信／受信するようにアクティブにし、電極３４を選択して電子装置１２との間で授受される信号を送信／受信するようにアクティブにし、電極３２及び電極３４を選択して電子装置１２との間で授受される信号を送信／受信するようにアクティブにする。図１に示さないが、電極スイッチ３６は、選択的に電極３２及び電極３４を送信モードまたは受信モードに設定し、電極３２及び電極３４を選択してアクティブにする、一つ以上のスイッチを備え得る。
スタイラスコントローラ３８は、電子装置１２のセンサコントローラ１６との双方向通信に対する通信モジュール３０及び電極スイッチ３６の動作を制御する。例えば、スタイラスコントローラ３８は、電極スイッチ３６を制御することによって電極３２を、通信モジュール３０及び電極３２を介してセンサコントローラ１６にスタイラス機能情報及び動作データを送信する送信モードに設定し得る。前述したように、スタイラス機能情報は、スタイラスの機能に関する情報と、ユーザにより調整可能なスタイラスの設定に関する設定情報とを含み得るとともに、動作データは、スタイラス先端部圧力データ（筆圧データ）、スタイラスバレル圧力データ、スタイラスオリエンテーションデータ、スタイラススイッチステータス、及びスタイラスバッテリレベルなどのデータを含み得る。
スタイラス１０及び電子装置１２は、互いを接続して双方向通信を可能とするペアリング動作を実行する。ペアリング動作は、例えば電子装置１２が、スタイラス１０の存在を認識するために供されるビーコン信号を送信することによって開始される。ビーコン信号は、連続的または周期的に送信され得る。例えば、センサコントローラ１６は、１０ミリ秒毎に検知アンテナ１５を介してビーコン信号を送信し得る。スタイラス１０がビーコン信号を検出すると、スタイラス１０は、ビーコン信号を確認する応答信号（例えば、ＡＣＫ（ＡＣＫｎｏｗｌｉｄｇｅｍｅｎｔ）信号）を作成して送信する。例えば、スタイラスコントローラ３８は、通信モジュール３０にてＡＣＫ信号を作成して、電極３２により送信し得る。電子装置１２がスタイラス１０から応答信号を受信すると、電子装置１２は、スタイラス１０との間に双方向通信の通信リンクを確立する。
図３は、一態様に係る、電子装置１２によってスタイラス１０のチルトを算出する一例の処理４１を示すフロー図である。図４は、一態様に係る、処理４１に供されるフレームフォーマットの例を示す図である。
ステップ４２において、処理４１が開始される。一態様において、処理４１は、前述したペアリング動作によってスタイラス１０と電子装置１２との間の通信リンクが確立することに続いて開始される。
ステップ４４において、スタイラス１０は、電子装置１２から機能情報を求める要求を受信する。例えば、図４に示すように、センサコントローラ１６は、フレームＦｎの時間スロットｓ０において、スタイラスコントローラ３８に機能情報を送信するようにスタイラス１０に要求する読出しコマンド（Ｒ）を送信する。一態様において、当該要求はベンダ固有のコマンドからなる。
ステップ４６において、スタイラス１０は、当該スタイラスはチルト検出が可能であることを示す機能情報を電子装置１２に送信する。例えば、図４に示すように、スタイラスコントローラ３８は、情報マネージャ２２から機能情報を取り出し、フレームＦｎの時間スロットｓ１において当該機能情報（ＣＩ）を送信する。
一態様において、電極３２を通信に供される主電極として用い、ステップ４４において受信される機能情報を求める要求と、ステップ４６において送信される機能情報とは電極３２を介する。
代替の態様において、ステップ４４を省略し、ステップ４６を前述したペアリング動作中に実行する。特に、スタイラス１０が電子装置１２によって送信されたビーコン信号を検出することに応答して、ステップ４６を実行する（すなわち、スタイラス１０が機能情報を送信する）。一態様において、機能情報は、ビーコン信号を確認する応答信号（例えば、ＡＣＫ信号）に含まれる。他の態様において、機能情報は、ビーコン信号を確認する応答信号に続いて送信される。
代替の態様において、ステップ４４及びステップ４６を省略し、スタイラス１０は、電子装置１２によってスタイラス１０のチルトを算出する処理４１を開始する。特に、ステップ４４及び４６を実行する代わりに、スタイラス１０は、スタイラス１０がベンダ固有の送信するデータを有することを示すコマンドを送信する。処理４１は、次いでステップ４８に進む。
ステップ４８において、スタイラス１０は、電子装置１２からダウンリンク時間スロット割当て情報（ＳＡ）を受信する（時間スロットｓ２）。割り当てられた当該ダウンリンク時間スロットは、それぞれ位置指示信号及びチルト算出信号を送信するのに用いられる。例えば、図４に示すように、センサコントローラ１６は、フレームＦｎの第１のダウンリンク時間スロット（時間スロットｓ４及びｓ５）を、位置指示信号（Ｐ１）を送信するために割り当て、フレームＦｎの第２のダウンリンク時間スロット（時間スロットｓ６及びｓ７）を、チルト算出信号（Ｔ１）を送信するのに割り当てる。センサコントローラ１６は、次いで第１のダウンリンク時間スロット割当て情報及び第２のダウンリンク時間スロット割当て情報をスタイラスコントローラ３８に送信する。位置指示信号及びチルト算出信号については、より詳細に後述する。一態様において、ダウンリンク時間スロットの割当てはベンダ固有のコマンドからなる。
電子装置１２は、ステップ４６においてスタイラス１０から受信した機能情報に基づいて、ダウンリンク時間スロット割当ての数及び長さを決定する。例えば、機能情報は、アクティブスタイラス１０が、２ミリ秒の位置指示信号及び２ミリ秒のチルト算出信号を利用するチルト検出機能を含むことを示し得る。したがって、図４に示すように、センサコントローラ１６は、それぞれ２ミリ秒の長さである２つのダウンリンク時間スロット（例えば、時間スロットｓ４及びｓ５を含む第１のダウンリンク時間スロット、及び時間スロットｓ６及びｓ７を含む第２のダウンリンク時間スロット）をスタイラス１０に割り当てる。
ステップ５０において、スタイラス１０は、電極３２、３４からの位置指示信号、チルト算出信号を電子装置１２に送信する。位置指示信号、チルト算出信号は、より詳細に後述するように、それぞれチルト検出に供される電極３２、電極３４の位置を判定するのに用いられる。
位置指示信号及びチルト算出信号は、ステップ４８において受信したダウンリンク時間スロットを用いて送信される。例えば、図４に示すように、スタイラスコントローラ３８は、フレームＦｎの時間スロットｓ４及びｓ５の間に位置指示信号（Ｐ１）を送信し、フレームＦｎの時間スロットｓ６及びｓ７の間にチルト算出信号（Ｔ１）を送信する。位置指示信号、チルト算出信号は、それぞれ電極３２、電極３４から送信される任意の種類の信号からなり得る。例えば、位置指示信号及びチルト算出信号は、パイロットパケット、データパケット（例えば、スタイラス１０のスタイラス機能情報を含むデータパケット）、ダミーパケット、通知パケットなどからなり得る。スタイラス１０によって送信される位置指示信号及びチルト算出信号は、（１）異なる時刻（例えば、時分割多重）にスタイラス１０から送信される位置指示信号及びチルト算出信号、（２）異なる周波数（例えば、周波数分割多重）を有する位置指示信号及びチルト算出信号、及び（３）固有に符号化された（例えば、符号分割多重）位置指示信号及びチルト算出信号、のうちの１つ以上に基づいて互いに識別可能である。
一態様において、スタイラス１０は、スタイラスセンサ１４の表面上におけるスタイラス１０の位置を判定するのに用いられる位置指示信号を電極３２から連続的または周期的に送信する。電子装置１２からコマンドまたは要求を受信することに応答して、電極３４からチルト算出信号が送信されることで、電極３２から送信された信号（位置指示信号）と電極３４から送信された信号（チルト算出信号）とからスタイラス１０のスタイラスセンサ１４の表面上における傾きが算出可能とされる。
他の態様において、位置指示信号及びチルト算出信号は、２つの異なる周波数を用いて同時に送信される。図５は、他の態様に係る、処理４１に供されるフレームフォーマットの例を示す図である。図５に示すように、位置指示信号（Ｐ１）は、第１の周波数（Ｆ１）を用いてフレームＦｎの時間スロットｓ４及びｓ５の間に送信され、チルト算出信号（Ｔ１）は、第１の周波数とは異なる第２の周波数（Ｆ２）を用いてフレームＦｎの時間スロットｓ４及びｓ５の間に送信される。したがって、位置指示信号及びチルト算出信号を送信するのに用いられる時間スロットの数は最小限になり、ステップ４８において割り当てられるダウンリンク時間スロットの数は低減される。
ステップ５２において、電子装置１２は、電極３２及び電極３４の位置（すなわち、スタイラスセンサ１４上における電極３２及び３４の位置または座標）を判定する。電極３２、電極３４の位置は、それぞれ位置指示信号、チルト算出信号に基づいて判定される。特に、センサコントローラ１６は、位置指示信号、チルト算出信号の走査信号の変化を用いて、それぞれ電極３２、３４の詳細な位置を補間する。前述したように、走査信号は、検知アンテナ１５によって受信または検出された位置指示信号及びチルト算出信号の信号強度からなる。通常はアンテナがスタイラス１０に近接しているときに信号強度が最大であってアンテナがスタイラス１０から遠ざかると減少することから、電極の位置を、信号強度が最大であるアンテナの近傍であると判定する。
図６は、一態様に係る、スタイラスセンサ１４の検知アンテナ１５によって、それぞれスタイラス１０の電極３２、電極３４から受信された、位置指示信号、チルト算出信号の信号プロファイルの例を示す図である。図５のｘ軸に沿って１０個の検知アンテナを示し、図２Ｂのｙ軸に沿って位置指示信号及びチルト算出信号の強度を示す。受信された信号の強度は、電圧、電流、テスラ、及びボルト毎メートルなどの、信号強度を示す任意の種類の単位によるものであり得る。１０個の検知アンテナによって受信された信号の信号強度を補間することによって、位置指示信号５４の信号曲線及びチルト算出信号５６の信号曲線が得られる。信号曲線５４、信号曲線５６の中央値または最大値は、それぞれ電極３２、電極３４の位置を示す。例えば、電極３２の位置を検知アンテナ６または検知アンテナ６の近傍であると判定し得るとともに、電極３４の位置を検知アンテナ４または検知アンテナ４の近傍であると判定し得る。一態様において、センサコントローラ１６は、スタイラスに最も近い２つ以上のアンテナの強度を用いる補間アルゴリズムを用いて、アンテナ空間越しの計測位置の分解能を向上させる。
ステップ５８において、電子装置１２はスタイラス１０のチルトを算出する。スタイラス１０のチルトは、スタイラスセンサ１４の表面を基準とする。スタイラス１０のチルトは、電極３２及び３４の位置に基づいて算出される。一態様において、センサコントローラ１６は、電極３２と電極３４との間の位置差（すなわち、距離）に基づいてスタイラス１０のチルトを算出する。ステップ６０において、処理４１は終了する。
図７は、一態様に係る、スタイラス１０によってスタイラス１０のチルトを算出する処理６１の例を示すフロー図である。
ステップ７０において、処理６１が開始される。一態様において、処理６１は、スタイラス１０と電子装置１２との間の通信リンクが前述のペアリング動作によって確立することに続いて開始される。
ステップ７２において、スタイラス１０の電極３２及び３４は、電子装置１２によって生成された信号を検出する。一態様において、当該信号は電極３２及び３４によって同時に検出される（すなわち、受信される）。他の態様において、当該信号は電極３２及び３４によって交互に検出される（すなわち、受信される）。例えば、電極３４は、電極３２が当該信号を受信することに続いて、電子装置１２によって生成された当該信号を受信し得る。
一態様において、電子装置１２によって生成される信号は、スタイラス１０を対象とする信号である。すなわち、電子装置１２によって生成される信号は、特に、スタイラス１０に送信されるように生成される。例えば、当該信号は、センサコントローラ１６によってスタイラス１０に送信される情報を求めるコマンドまたは要求からなり得る。他の態様において、電子装置１２によって生成される信号は、スタイラス１０を対象としない信号である。すなわち、電子装置１２によって生成される信号は、特にスタイラス１０向けではない。例えば、スタイラスセンサ１４がパッシブスタイラス及び指タッチを検出することが可能である態様において、当該信号は、タッチ走査信号（すなわち、検知アンテナ１５の駆動信号）などの、タッチ検出に対して生成される信号からなり得る。本態様において、電子装置１２は、スタイラス１０がスタイラス１０のチルトを算出していることを認識しなくてよい。
一態様において、ステップ７２は、スタイラス１０が待機中であるときに実行される。例えば、ステップ７２は、スタイラス１０が電子装置１２に、位置指示信号またはデータ信号などの信号を全く送信していないときに実行され得る。スタイラスセンサ１４がパッシブスタイラス及び指タッチを検出することが可能である態様において、ステップ７２は、センサコントローラ１６がパッシブスタイラスまたは指タッチの位置を判定しており、かつスタイラス１０と通信していないときに実行され得る。
ステップ７４において、スタイラス１０は、電極３２及び３４によって検出された信号の強度を計測する。すなわち、スタイラス１０は、電極３２によって検出された信号の強度を計測するとともに、電極３４によって検出された信号の強度を計測する。
ステップ７６において、スタイラス１０はスタイラス１０のチルトを算出する。前述したように、スタイラス１０のチルトはスタイラスセンサ１４の表面を基準とする。スタイラス１０のチルトは、ステップ７４において電極３２及び３４によって検出された信号の強度に基づいて判定される。一態様において、スタイラスコントローラ３８は、電極３２によって検出される信号の最大（すなわち、ピーク）強度が発生するときと、電極３４によって検出される信号の最大強度が発生するときとの時間差に基づいて、スタイラス１０のチルトを算出する。電極３２及び３４によって検出される信号の最大値発生どうしの時間差は、スタイラス１０のチルトに比例する。一般に、当該時間差が大きいほど、スタイラス１０のチルト量が大きい。例えば、電極３２によって検出される信号の最大値が、電極３４によって検出される信号の最大値と同時に発生するならば、スタイラス１０は垂直に配置されている。電極３４によって検出される信号の最大値が電極３２によって検出される信号の最大値よりも前に発生するならば、スタイラス１０は、スタイラスセンサ１４の番号が小さいほうのアンテナ１５のほうに傾いている。
一態様において、前述したように、当該信号は電極３２及び３４によって同時に検出される（すなわち、受信される）。本態様において、電極３２及び３４によって検出される信号の最大値が発生するときの時間差は、電極３２によって検出される信号の最大値が発生する時刻から、電極３４によって検出される信号の最大値が発生する時刻を減算することによって、またはその逆によって判定される（例えば、最大値どうしの時間差＝電極３４によって検出される信号の最大値が発生する時刻－電極３２によって検出される信号の最大値が発生する時刻）。
他の態様において、前述したように、当該信号は電極３２及び３４によって交互に検出される（すなわち、受信される）。本態様において、電極３２及び３４によって検出される信号の最大値が発生するときの時間差は、ステップ７２において実行された検出の開始時刻を用いることによって判定される。特に、最大値どうしの時間差は、電極３２によって検出される信号の最大値が発生する時刻と検出開始時刻との差から、電極３４によって検出される信号の最大値が発生する時刻と検出開始時刻との差を減算することによって判定される（例えば、最大値どうしの時間差＝（電極３４によって検出される信号の最大値の時刻－検出開始時刻）－（電極３２によって検出される信号の最大値の時刻－検出開始時刻））。
一態様において、スタイラス１０は、続いて、算出したスタイラス１０のチルトを電子装置１２に送信する。ステップ７８において、処理６１は終了する。
他の態様において、スタイラス１０は例えば４つの電極を備える。図８（ａ）は、一態様に係る、電極８１、８２、８４、及び８６を備えるスタイラス８０の第１の側の例を示す図である。図８（ｂ）は、一態様に係る、スタイラス８０の第１の側と反対の第２の側の例を示す図である。スタイラス１０の電極３２と同様に、電極８１は、スタイラス８０の先端部に配置されている中心電極である。電極８２、８４、及び８６は、スタイラス８０の先端部に近接して配置されており、スタイラス８０の中心軸を囲むようにスタイラス８０の筐体を取り囲む周辺電極である。一態様において、電極８２、８４、及び８６は、スタイラス８０の先端部からほぼ等しく離間しており、ほぼ大きさが等しい。
スタイラス８０は、スタイラス８０が４つの電極を有することを除いて、スタイラス１０と同様である。付加的な電極を用いてチルト検出を向上させる。２つの電極に代えて４つの電極を用いることによって、追加の計測値を生成してチルト検出の精度を向上させ得るとともに、スタイラスの軸回転を検出することも可能である。図９は、一態様に係る、電子装置１２によってスタイラス８０のチルトを算出する処理８８の例を示すフロー図である。図１０は、一態様に係る、処理８８に供されるフレームフォーマットの例を示す図である。
処理４１のステップ４２、４４、４６、４８を、それぞれ処理８８のステップ９０、９２、９４、９６においても行う。具体的には、ステップ９０において処理８８が開始され、ステップ９２においてスタイラス８０は電子装置１２から機能情報を求める要求を受信し、ステップ９４においてスタイラス８０は電子装置１２に当該スタイラスはチルト検出が可能であることを示す機能情報を送信し、ステップ９６においてスタイラス８０は電子装置１２からダウンリンク時間スロット割当て情報を受信する。
ステップ９８において、スタイラス８０は、スタイラス８０の先端部にある中心電極（すなわち、電極８１）から電子装置１２に位置指示信号を送信する。位置指示信号は、ステップ９６において受信したダウンリンク時間スロット割当て情報を用いて送信される。例えば、図１０に示すように、スタイラスコントローラは、フレームＦｎの時間スロットｓ４およびｓ５の間に電極８１から位置指示信号（Ｐ１）を送信する。前述したように、位置指示信号は任意の種類の信号からなり得る。例えば、位置指示信号は、パイロットパケット、データパケット、ダミーパケット、通知パケットなどからなり得る。
ステップ１００において、電子装置１２は、スタイラス８０の先端部にある電極（中心電極）の位置（すなわち、スタイラスセンサ１４の表面上における電極８１の位置または座標）を判定する。電子装置１２は、ステップ９８において受信した位置指示信号に基づいて電極８１の位置を判定する。前述したように、スタイラスコントローラは、位置指示信号の信号強度の変化を用いて電極８１の詳細な位置を補間する。電極８１の位置を、信号強度が最大であるアンテナの近傍であると判定する。
ステップ１０２において、スタイラス８０は、周辺電極としての、電極８２、８４、及び／または８６から電子装置１２にチルト算出信号を送信する。一態様において、スタイラス８０は、電極８２から第１のチルト算出信号を送信する。他の態様において、スタイラス８０は、電極８２、８４からそれぞれ、第１のチルト算出信号、第２のチルト算出信号を送信する。他の態様において、スタイラス８０は、電極８２、８４、８６からそれぞれ、第１のチルト算出信号、第２のチルト算出信号、第３のチルト算出信号を送信する。より詳細に後述するように、チルト算出信号を用いて、チルト検出に供される電極８２、８４、及び／または８６の位置を判定する。追加のチルト算出信号を用いることによって、追加の計測値を生成してチルト検出の精度を向上させ得るとともに、スタイラスの軸回転を検出することも可能である。
チルト算出信号は、ステップ９６において受信したダウンリンク時間スロット割当て情報を用いて送信される。例えば、図１０に示すように、スタイラスコントローラは、フレームＦｎの時間スロットｓ６及びｓ７の間に電極８２から第１のチルト算出信号（Ｔ１）を送信し、フレームＦｎの時間スロットｓ８及びｓ９の間に電極８４から第２のチルト算出信号（Ｔ２）を送信し、フレームＦｎの時間スロットｓ１０及びｓ１１の間に電極８６から第３のチルト算出信号（Ｔ３）を送信する。前述したように、チルト算出信号は、任意の種類の信号からなり得る。例えば、チルト算出信号は、パイロットパケット、データパケット、ダミーパケット、通知パケットなどからなり得る。
ステップ１０４において、スタイラス８０は、周辺電極としての、電極８２、８４、及び／または８６の位置（すなわち、スタイラスセンサ１４の表面における電極３２及び３４の位置または座標）を判定する。すなわち、スタイラス８０は、ステップ１０２においてチルト算出信号を送信した電極の位置を判定する。前述したように、スタイラスコントローラは、位置指示信号の信号強度の変化を用いて電極８２、８４、及び／または８６の詳細な位置を補間する。電極の位置を、信号強度が最大であるアンテナの近傍であると判定する。
ステップ１０６において、スタイラス８０は、スタイラス８０のチルトを算出する。スタイラス８０のチルトは、ステップ１００において判定された中心電極としての電極８１の位置と、ステップ１０４において判定された周辺電極としての、電極８２、８４、及び／または８６の位置とに基づいて判定される。一態様において、センサコントローラ１６は、中心電極としての電極８１の位置と電極８２、８４、及び／または８６（周辺電極と総称する）の各々の位置との間の位置差（すなわち、距離）（すなわち、電極８１と電極８２との間の距離、電極８１と電極８４との間の距離、及び／または電極８１と電極８６との間の距離）に基づいて、スタイラス８０のチルトを算出する。複数の距離を用いてスタイラスのチルトを算出することによって、処理４１のステップ５８における単一の距離と対照して、チルト検出が向上する。一態様において、スタイラス８０は、さらに、スタイラス８０の軸回転を検出する。チルトと同様に、スタイラス８０の回転は、ステップ１００において判定された電極８１の位置と、ステップ１０４において判定された電極８２、８４、及び／または８６の位置とに基づいて検出される。ステップ１０８において、処理８８は終了する。
なお、スタイラス８０は４つの電極を備えるが、スタイラス８０は、チルト検出をさらに向上させるようにさらなる電極を備えてもよい。例えば、一態様において、スタイラス８０は５つの電極を備え、電極８１と残りの４つの電極の各々との位置差（すなわち、距離）に基づいてスタイラス８０のチルトを算出する。
一態様において、複数の電極を用いて、より強い、すなわち増幅した信号を送信する。複数の電極を同時に駆動することにより増幅した信号を生成して、同じ信号を送信する。例えば、図１０に示すように、電極８２、８４、及び８６は、フレームＦｎの時間スロットｓ１４において同時にデータパケット（ＤＰ）を送信する。より強い信号を送信することによって、スタイラス８０は、より大きい距離において電子装置１２と通信し得る。
上述した種々の態様を組み合わせて他の態様を提供することが可能である。これらの、または他の変更を、上記の詳細な説明に照らして当該態様に施し得る。一般に、以下の請求項において、用いられる用語が、請求項を明細書及び請求項において開示された特定の態様に限定すると解釈すべきではなく、すべての可能な態様を、このような請求項が当てはまる等価物の全範囲とともに含むと解釈すべきである。したがって、請求項は本開示によって限定されない。
１０…スタイラス、１２…電子装置、１４…スタイラスセンサ、３０…通信モジュール、３２，３４…電極、３６…電極スイッチ、３８…スタイラスコントローラ、４０…筐体

Claims (11)

  1. 細長の筐体の一方の先端部に設けられた電極が、互いに異なる第１の方向及び第２の方向に延在するセンサ配線を有するセンサとの間で静電場を形成するように構成されたアクティブスタイラスであって、
    前記電極は、前記細長の筐体の中心軸の方向において、互いに異なる位置に配置された少なくとも第１の電極及び第２の電極から構成されているとともに、前記電極による信号の送受信を制御するスタイラスコントローラを備えており、
    前記スタイラスコントローラは、前記第１の電極による前記センサに対する信号の送受信と、前記第２の電極による前記センサに対する信号の送信を制御するように構成されており、前記センサから送信された、前記第１の電極から信号を送信する時間スロット及び前記第２の電極から信号を送信する時間スロットを指定するコマンドの前記第１の電極による受信に対応して前記第１の電極及び前記第２の電極から、前記コマンドで指定された前記時間スロットで信号の送信を行うことで、前記第１の電極と前記第２の電極のそれぞれから送信された信号の前記センサでの受信に基づいて、前記センサにおいて前記アクティブスタイラスの前記センサに対する傾きが検出可能に構成されていることを特徴とするアクティブスタイラス。
  2. 前記第１の電極から送信される信号と前記第２の電極から送信される信号は、互いに識別可能とされていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブスタイラス。
  3. 前記第１の電極から信号を送信する時間スロットと前記第２の電極から信号を送信する時間スロットとは、時間的に互いに重ならないように時分割多重されていることを特徴とする請求項２に記載のアクティブスタイラス。
  4. 前記第１の電極から信号を送信する時間スロットと前記第２の電極から信号を送信する時間スロットとは、時間的に重なるようにされていることを特徴とする請求項２に記載のアクティブスタイラス。
  5. 前記第１の電極から送信される信号と前記第２の電極から送信される信号は、周波数重畳されていることを特徴とする請求項２または請求項４に記載のアクティブスタイラス。
  6. 前記第１の電極から送信される信号と前記第２の電極から送信される信号は、符号分割多重されていることを特徴とする請求項２または請求項４に記載のアクティブスタイラス。
  7. 前記第１の電極は筐体の中心軸に沿って配置されているとともに、前記第２の電極は前記第１の電極を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブスタイラス。
  8. 前記第１の電極を囲むように配置された前記第２の電極は複数の分割電極から構成されていることを特徴とする請求項７に記載のアクティブスタイラス。
  9. 細長の筐体の一方の先端部に設けられた電極が、互いに異なる第１の方向及び第２の方向に延在するセンサ配線を有するセンサとの間で静電場を形成するように構成されたアクティブスタイラスであって、
    前記電極は、前記細長の筐体の中心軸の方向において、互いに異なる位置に配置された少なくとも第１の電極及び第２の電極から構成されているとともに、前記電極による信号の送受信を制御するスタイラスコントローラを備えており、
    前記スタイラスコントローラは、前記第１の電極による前記センサに対する信号の送受信と、前記第２の電極による前記センサに対する信号の送信を制御するように構成されており、
    前記センサから送信されたスタイラス機能情報を求める要求の前記第１の電極による受信に対応したアクティブスタイラスの傾き検出が可能であることを示す信号を前記センサに送信するとともに、
    前記センサから送信された、前記第１の電極から信号を送信する時間スロットを指定する第１のダウンリンク時間スロット割当て情報及び前記第２の電極から信号を送信する時間スロットを指定する第２のダウンリンク時間スロット割り当て情報の前記第１の電極による受信に対応して、前記センサに対して、前記第１の電極から前記第１のダウンリンク時間スロットでの信号の送信が行われると共に、前記第２の電極から前記第２のダウンリンク時間スロットでの信号の送信が行われることで、前記センサにおいて前記アクティブスタイラスの傾き検出が可能に構成されていることを特徴とするアクティブスタイラス。
  10. 互いに異なる第１の方向及び第２の方向に延在するセンサ配線を有するセンサのセンサ面に対するアクティブスタイラスの傾きを求める方法であって、
    前記アクティブスタイラスが有する細長の筐体の一方の先端部に設けられた電極が、前記センサとの間で静電場を形成するように構成されおり、
    前記電極は、前記細長の筐体の中心軸の方向において、互いに異なる位置に配置された少なくとも第１の電極及び第２の電極から構成されており、
    前記アクティブスタイラスは、前記電極による信号の送受信を制御するスタイラスコントローラを備えており、
    前記スタイラスコントローラは、前記第１の電極による前記センサに対する信号の送受信と、前記第２の電極による前記センサに対する信号の送信を制御するように構成されており、前記センサから送信された、前記第１の電極から信号を送信する時間スロット及び前記第２の電極から信号を送信する時間スロットを指定するコマンドの前記第１の電極による受信に対応して前記第１の電極及び前記第２の電極から、前記コマンドで指定された前記時間スロットで信号の送信を行うことで、前記第１の電極と前記第２の電極のそれぞれからの信号の前記センサでの受信に基づいて、前記センサにおいて前記アクティブスタイラスの前記センサに対する傾きが検出可能に構成されていることを特徴とするアクティブスタイラスの傾きを求める方法。
  11. 前記スタイラスコントローラは、前記センサから送信されたスタイラス機能情報を求める要求の前記第１の電極による受信に対応したアクティブスタイラスの傾き検出が可能であることを示す信号を前記センサに送信するとともに、前記センサから送信された、前記第１の電極から信号を送信する時間スロットを指定する第１のダウンリンク時間スロット割当て情報及び前記第２の電極から信号を送信する時間スロットを指定する第２のダウンリンク時間スロット割り当て情報の前記第１の電極による受信に対応して、前記センサに対して、前記第１の電極から前記第１のダウンリンク時間スロットでの信号の送信を行うと共に、前記第２の電極から前記第２のダウンリンク時間スロットでの信号の送信を行うことで、前記センサにおいて前記アクティブスタイラスの傾き検出が可能に構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のアクティブスタイラスの傾きを求める方法。
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