JP7433005B2 - タッチコントローラ及びペン入力システム - Google Patents

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Description

本発明は、タッチコントローラ及びペン入力システムに関する。
ペンと、ペンによる入力を受け付けるペン入力装置とを含んで構成されるペン入力システムが知られている。ペン入力装置は、例えばタブレット型のコンピュータやデジタイザであり、一般に、ペンの検出を行うタッチコントローラと、ホストコンピュータとを有して構成される。ホストコンピュータは、オペレーティングシステム、各種アプリケーション、各種ハードウェアのドライバを含む各種ソフトウェアを実行する装置である。ホストコンピュータにより実行されるドライバには、タッチコントローラのドライバが含まれる。
ペン入力システムで使用されるペンとしては、各種のものが知られている。例えば特許文献１には、ペンとペン入力装置の間の双方向通信に対応し、ペン入力装置が送信したアップリンク信号を検出するとペン信号を送信するように構成されたペン（第１のスタイラス１１０）、ペンからペン入力装置への一方向通信のみに対応し、電源がオンである間ペン信号を送信し続けるように構成されたペン（第２のスタイラス１２０）、双方向通信と一方向通信の両方に対応し、アップリンク信号の検出とペン信号の送信を交互に繰り返し、アップリンク信号を検出した場合には双方向通信に移行する一方、アップリンク信号を検出しないままペンタッチを検出した場合には、一方向通信に移行し、ペン信号の繰り返し送信を行うペン（デュアルモードスタイラス１３０）が記載されている。
また、コンピュータと周辺機器を接続するための規格の１つであるユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）規格に関して、セレクティブサスペンドという動作が知られている（非特許文献１を参照）。これは、ＵＳＢによってホストコンピュータと接続されている周辺機器の消費電力を低減するためのもので、ホストコンピュータ上で動作しているドライバがＳＯＦ(Start of Frame)の送信を停止することによって起動する動作である。セレクティブサスペンドが起動すると、周辺機器は、スリープ解除イベントの検出と、イベント発生時の再開信号の生成とに必要な最低限の電力のみで動作するようになる。スリープ解除イベントは、例えばマウスであれば小刻みな振動であり、スリープ解除イベントを検出した周辺機器は、スリープ状態から通常状態に復帰する。
国際公開第２０１６／１２９１９４号明細書
「ＵＳＢのセレクティブサスペンドについて」、［online］、２０１１年７月７日、日本マイクロソフト株式会社Windows & Devices開発統括部、［令和元年９月７日検索］、インターネット<URL：https://blogs.msdn.microsoft.com/jpwin/2011/07/07/usb-2/>
しかしながら、上記従来のセレクティブサスペンドは、タッチコントローラには適用されていなかった。これは、特許文献１のデュアルモードスタイラスのような動作をするペンは稀であり、双方向通信に対応しアップリンク信号の検出を待って信号の送信を行う典型的なペンの検出においては、タッチコントローラによるアップリンク信号の送信を停止することができないからであるが、そうするとタッチコントローラは常に大きな電力を消費し続けることになるので、低消費電力化の観点から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、タッチコントローラの低消費電力化を実現することにある。
また、スリープ状態にあるタッチコントローラにおいてアップリンク信号の送信を停止したとすると、双方向通信に対応したペンはペン信号送信の契機を得ることができなくなり、タッチコントローラとの通信を開始できなくなってしまう。
したがって、本発明の目的の一つは、スリープ状態にあるタッチコントローラにおいてアップリンク信号の送信を停止したとしても、双方向通信に対応したペンとタッチコントローラとの間の通信を開始できるようにすることにある。
本発明によるタッチコントローラは、ホストコンピュータからサスペンド命令を受けたことに応じて、アップリンク信号の送信にかかる電力を削減したアップリンク省電力モードで動作し、前記アップリンク省電力モードで動作中に所定のトリガを検出したことに応じて、通常モードに復帰する、タッチコントローラである。
本発明によるペン入力システムは、ペンタッチの検出に応じてペン信号の送信を開始するように構成されたペンと、ホストコンピュータからサスペンド命令を受けたことに応じて、アップリンク信号の送信を行わないアップリンク省電力モードで動作し、該アップリンク省電力モードで動作中に前記ペン信号を検出したことに応じて、通常モードに復帰するタッチコントローラと、を含むペン入力システムである。
本発明によるタッチコントローラによれば、アップリンク信号に関わらず、所定のトリガによってタッチコントローラを通常モードに復帰させることができるので、タッチコントローラの低消費電力化が実現される。
また、本発明によるペン入力システムによれば、ペンがペンタッチの検出に応じてペン信号の送信を開始するので、アップリンク省電力モードでアップリンク信号の送信を停止したとしても、ペン信号をトリガとしてタッチコントローラを通常モードに復帰させることが可能になる。
本発明の第１の実施の形態によるペン入力システム１０の構成を示す図である。 タッチコントローラ３とペン５の間で送受信される信号のシーケンスを示す図である。 第１の例によるタッチコントローラ３の処理を示す図である。 第２の例によるタッチコントローラ３の処理を示す図である。 第３の例によるタッチコントローラ３の処理を示す図である。 第４の例によるタッチコントローラ３の処理を示す図である。 第５の例によるタッチコントローラ３の処理を示す図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態によるペン入力システム１０の構成を示す図である。同図に示すように、ペン入力システム１０は、ペン入力装置１と、ペン５とを有して構成される。
ペン入力装置１は、ペン５による入力を実現する装置であり、ペン入力のためのタッチ面を有して構成される。具体的な例では、ペン入力装置１はタブレット型のコンピュータ又はデジタイザであり、前者の場合、タッチ面はディスプレイのパネル面により構成される。
ペン入力装置１は、図１に示すように、センサ電極群２と、タッチコントローラ３と、ホストコンピュータ４とを有して構成される。センサ電極群２は、タッチ面の直下に配置される複数のセンサ電極である。センサ電極群２を構成する複数のセンサ電極には、それぞれ図示したｙ方向に延在し、ｘ方向（ｙ方向と直交する方向）に等間隔で配置された複数のＸ電極２ｘと、それぞれ図示したｘ方向に延在し、ｙ方向に等間隔で配置された複数のＹ電極２ｙとが含まれる。
タッチコントローラ３は、センサ電極群２に接続された集積回路であり、タッチ面内におけるペン５の位置を導出可能に構成される他、タッチ面内における指Ｆの位置も導出可能に構成される。典型的な例では、タッチコントローラ３は、ペン５の検出をアクティブ静電方式により行い、指Ｆの検出を静電容量方式により行う。詳しくは後述するが、ペン５の位置導出と指Ｆの位置導出とは、交互に実行される。タッチコントローラ３は、ペン５又は指Ｆの位置を導出する都度、導出した位置を示すレポートをホストコンピュータ４に対して送信するよう構成される。レポートには、導出した位置の他、後述するデータ信号によりペン５が送信したデータ（筆圧値、ペンＩＤなど）も含まれる。
ここで、タッチコントローラ３及びペン５は、例えばアクティブ静電方式により、双方向に通信可能に構成される。具体的に説明すると、まずタッチコントローラ３は、センサ電極群２を送信アンテナとして用いて、周期的にアップリンク信号ＵＳを送信するよう構成される。ペン５は、このアップリンク信号ＵＳを受信すると、それに応じて、ペン先に設けられる電極（ペン先電極）からペン信号ＰＳを送信するよう構成される。タッチコントローラ３は、ペン５のペン先電極とセンサ電極群２との間の静電結合を介してこのペン信号ＰＳを受信し、その結果によってペン５の位置を導出する。
ペン信号ＰＳは、無変調のキャリア信号であるバースト信号と、各種データによって変調されてなるデータ信号とを含む信号である。このうちバースト信号は、タッチコントローラ３がペン５の位置を導出するために使用される。すなわち、タッチコントローラ３は、センサ電極群２を構成する複数のセンサ電極のそれぞれについて、バースト信号の受信強度を検出する。そして、各センサ電極の位置と、それぞれにおける受信強度とに基づき、ペン５の位置を導出する。
一方、データ信号は、ペン５からタッチコントローラ３に対して、各種データを送信するために使用される信号である。データ信号により送信される各種データには、複数のペン５にユニークに割り当てられるペンＩＤ、ペン５のペン先に加わる圧力を示す筆圧値などが含まれる。ペンＩＤは、ペン５のメモリ内に予め格納される。また、筆圧値は、ペン５に内蔵される圧力センサによって検出される。データ信号によりペン５が送信するデータの具体的な種類は、アップリンク信号ＵＳ内のコマンドにより、タッチコントローラ３から指示される。
図２は、タッチコントローラ３とペン５の間で送受信される信号のシーケンスを示す図である。同図及び後掲の各図において、信号Ｂはペン信号ＰＳを構成するバースト信号を示し、信号Ｄはペン信号ＰＳを構成するデータ信号を示し、受信期間Ｒａはバースト信号Ｂの受信期間を示し、受信期間Ｒｂはデータ信号Ｄの受信期間を示し、受信期間Ｒｐはアップリンク信号ＵＳの受信期間を示し、期間Ｔは指Ｆによるタッチ動作の検出期間を示す。
図２から理解されるように、通常モードで動作中のタッチコントローラ３は、アップリンク信号ＵＳの送信を一定の周期Ｔ１（第１の周期）で繰り返し実行するよう構成される。また、この第１の周期Ｔ１の中で、アップリンク信号ＵＳの送信直後にペン５が送信したバースト信号Ｂの受信動作を実行するとともに、指Ｆによるタッチ動作の検出も行うよう構成される。なお、この場合のアップリンク信号ＵＳの送信電圧は、第１の電圧（例えば９Ｖ）となる。
ペン５は、アップリンク信号ＵＳが受信されるまでの間、アップリンク信号ＵＳを受信できる状態で待機する。タッチ面に接近してアップリンク信号ＵＳが受信できるようになると、ペン５は、その後最初に送信されたアップリンク信号ＵＳを受信する。図２の例では、時刻ｔ０で、ペン５がアップリンク信号ＵＳの受信可能範囲に侵入している。以下、ペン５によるアップリンク信号ＵＳの受信可能範囲への侵入を「ペンダウン」と称する。
ペンダウン後にアップリンク信号ＵＳを受信したペン５がアップリンク信号ＵＳへの応答としてバースト信号Ｂを送信すると、タッチコントローラ３はこのバースト信号Ｂを受信し、上述したようにしてペン５の位置を導出する。また、ペン５はバースト信号Ｂに引き続いてデータ信号Ｄを送信する。タッチコントローラ３はこのデータ信号Ｄも受信し、復調することによって、ペン５が送信したデータを取得する。その後、図２には示していないが、タッチコントローラ３は、導出した位置及び取得したデータを含むレポートを生成し、ホストコンピュータ４に出力する。
図２には、ペン５のペン先がタッチ面に触れた時刻ｔ１も示している。以下、ペン５のペン先がタッチ面に触れることを「ペンタッチ」と称する。ペンタッチの後、ペン５が検出する筆圧値が０より大きい値に変化するが、送受信される信号の構成は、ペンタッチの前と同様である。
図１に戻る。ホストコンピュータ４は、プロセッサ及びメモリと、ディスプレイや通信装置などの各種入出力装置とを含む装置である。タッチコントローラ３は、ホストコンピュータ４に設けられる各種入出力装置のうちの１つを構成する。ホストコンピュータ４は、オペレーティングシステム、各種アプリケーション、及び各種ハードウェアのドライバを含む各種ソフトウェアを実行可能に構成される。ドライバには、タッチコントローラ３のドライバ４ａが含まれる。また、各種アプリケーションには、ペン入力に基づいてストロークデータを生成し、描画する描画アプリケーションが含まれる。
描画アプリケーションの機能のうちペン入力に関わる部分について具体的に説明すると、描画アプリケーションは、タッチコントローラ３からレポートを受信すると、まずその中の位置データを取得する。そして、順次取得される複数の位置データに基づき、一連の制御点により構成されるストロークデータの生成を行う。また、描画アプリケーションは、レポートの中にペンＩＤが含まれていた場合には、そのペンＩＤに基づく処理を行う。この処理は、例えば、アプリケーション内においてそのペンＩＤに対応付けて描画色が設定されていた場合に、その描画色をストロークデータに設定する処理である。さらに、描画アプリケーションは、レポートの中に筆圧値が含まれていた場合には、その筆圧値に応じてストロークデータの線幅又は透明度などを設定する処理を行う。
ドライバ４ａは、タッチコントローラ３からレポートを受信して各種アプリケーションに渡す処理の他、レポートの受信が一定時間にわたり途絶えている場合に、タッチコントローラ３に対してサスペンド命令を送信する処理を行う。なお、このサスペンド命令の送信は、物理的には、ドライバ４ａからタッチコントローラ３に所定の信号を送信することによって実行されてもよいし、ドライバ４ａからタッチコントローラ３に通常送信している信号（例えば、上述したＳＯＦ）の送信を停止することによって実行されてもよい。サスペンド命令を受信したタッチコントローラ３は、アップリンク信号の送信にかかる電力を削減したアップリンク省電力モードにエントリする。その後、タッチコントローラ３は、所定のトリガの検出動作を継続して行い、その結果として所定のトリガを検出したことに応じて、通常モードに復帰する。
以下、サスペンド命令を受けたタッチコントローラ３が行う処理について、５つの例を挙げて詳しく説明する。
図３は、第１の例によるタッチコントローラ３の処理を示す図である。この例によるタッチコントローラ３は、アップリンク信号ＵＳの送信電圧を下げることにより、アップリンク信号の送信にかかる電力を削減する。また、所定のトリガとしては、送信電圧を下げて送信したアップリンク信号ＵＳに応じてペン５が送信したペン信号ＰＳを使用する。以下、詳しく説明する。
タッチコントローラ３は、時刻ｔ２でサスペンド命令を受けてアップリンク省電力モードにエントリした後、アップリンク信号ＵＳに代えてアップリンク信号ＵＳ'の送信を行う。アップリンク信号ＵＳ'は、送信電圧が上述した第１の電圧（例えば９Ｖ）よりも低い第２の電圧（例えば３．３Ｖ）である点で、アップリンク信号ＵＳと異なる信号である。その他の点では、タッチコントローラ３の動作は通常モードのときと同様である。なお、以下で「ペンダウン状態」という場合、通常モードで送信されたアップリンク信号ＵＳの受信可能範囲にペン５が侵入している状態をいう。
送信電圧が低いため、アップリンク信号ＵＳ'の受信可能範囲は、アップリンク信号ＵＳの受信可能範囲に比べて狭くなる。その結果、ペン５は、アップリンク信号ＵＳ'を受信できるようになるためには、アップリンク信号ＵＳの受信よりもさらにタッチ面に近づく必要がある。図２の例では、時刻ｔ３でペンダウン状態になっているにも関わらず、ペン５は、その直後に送信されたアップリンク信号ＵＳ'を受信できていない。これは、ペン５がアップリンク信号ＵＳの受信可能範囲に入ったものの、まだアップリンク信号ＵＳ'の受信可能範囲に入っていないからである。しかし、通常、ユーザがペン５を使用して入力を行う際には、ペン５はどんどんタッチ面に近づいてくる。その結果、ペン５は、その次のアップリンク信号ＵＳ'を受信できている。タッチコントローラ３は、こうしてアップリンク信号ＵＳ'を受信したペン５が送信したペン信号ＰＳを受信したことに応じて、時刻ｔ４で通常モードに復帰する。
図４は、第２の例によるタッチコントローラ３の処理を示す図である。この例によるタッチコントローラ３は、アップリンク信号ＵＳの送信周期を延ばすことにより、アップリンク信号の送信にかかる電力を削減する。また、所定のトリガとしては、第１の例と同様、アップリンク信号ＵＳに応じてペン５が送信したペン信号ＰＳを使用する。以下、詳しく説明する。
タッチコントローラ３は、時刻ｔ５でサスペンド命令を受けてアップリンク省電力モードにエントリした後、アップリンク信号ＵＳの送信周期を上述した第１の周期Ｔ１から、より長い第２の周期Ｔ２（＞Ｔ１）に変更する。これに伴い、バースト信号Ｂの受信周期及びタッチ検出動作の実行周期も、第１の周期Ｔ１から第２の周期Ｔ２に変更される。その他の点では、タッチコントローラ３の動作は通常モードのときと同様である。
アップリンク信号ＵＳの送信周期が長いため、通常モードに比べると、アップリンク省電力モードではペン５の検出タイミングが遅くなる。しかし、いつまでも検出できないわけではなく、いずれはペン５を検出することができる。図４の例でも、時刻ｔ６でペン５がペンダウン状態になった後の時刻ｔ７で、タッチコントローラ３はペン５が送信したペン信号ＰＳを検出できている。ここで、時刻ｔ７は、時刻ｔ６よりも最大で第２の周期Ｔ２だけ後の時刻となる。タッチコントローラ３は、こうしてペン信号ＰＳを検出したことに応じて、通常モードに復帰する。
図５は、第３の例によるタッチコントローラ３の処理を示す図である。この例によるタッチコントローラ３は、アップリンク信号ＵＳの送信頻度を減らすことにより、アップリンク信号の送信にかかる電力を削減する。また、所定のトリガとしては、第１及び第２の例と同様、アップリンク信号ＵＳに応じてペン５が送信したペン信号ＰＳを使用する。以下、詳しく説明する。
タッチコントローラ３は、時刻ｔ８でサスペンド命令を受けてアップリンク省電力モードにエントリした後、アップリンク信号ＵＳの送信頻度を第１の頻度（第１の周期Ｔ１ごとに１回）から第２の頻度（例えば第１の周期Ｔ１のｎ倍ごとに１回。ｎは２以上の整数）に変更する。なお、図５にはｎ＝２の例を示している。これに伴い、バースト信号Ｂの受信動作の実行頻度も、第１の頻度から第２の頻度に変更される。その他の点では、タッチコントローラ３の動作は通常モードのときと同様である。
アップリンク信号ＵＳの送信頻度が少ないため、通常モードに比べると、アップリンク省電力モードではペン５の検出タイミングが遅くなる。しかし、いつまでも検出できないわけではなく、いずれはペン５を検出することができる。図４の例でも、時刻ｔ９でペン５がペンダウン状態になった後の時刻ｔ１０で、タッチコントローラ３はペン５が送信したペン信号ＰＳを検出できている。ここで、時刻ｔ１０は、時刻ｔ９よりも最大でｎ×Ｔ１だけ後の時刻となる。タッチコントローラ３は、こうしてペン信号ＰＳを検出したことに応じて、通常モードに復帰する。
図６は、第４の例によるタッチコントローラ３の処理を示す図である。この例によるタッチコントローラ３は、アップリンク信号ＵＳの送信を停止することにより、アップリンク信号の送信にかかる電力を削減する。また、所定のトリガとしては、指タッチの検出を使用する。以下、詳しく説明する。
タッチコントローラ３は、時刻ｔ１１でサスペンド命令を受けてアップリンク省電力モードにエントリした後、アップリンク信号ＵＳの送信を停止する。これに伴い、バースト信号Ｂの受信動作も停止される。その他の点では、タッチコントローラ３の動作は通常モードのときと同様である。
この例では、タッチコントローラ３がアップリンク信号ＵＳを送信しなくなるため、ペン５はペン信号ＰＳを送信できない。図６の例では、時刻ｔ１２でペンダウンが発生しているが、アップリンク信号ＵＳが送信されないので、ペン５がペン信号ＰＳを送信することはない。したがって、タッチコントローラ３を通常モードに復帰させるために、ペン信号ＰＳの受信をトリガとして使用することはできない。
そこでこの例では、タッチコントローラ３が周期的に実行しているタッチ検出動作を利用する。具体的には、時刻ｔ１３で指Ｆによるタッチ動作が検出されたことに応じて、タッチコントローラ３を通常モードに復帰させる。こうすることで、その後はアップリンク信号ＵＳの送信が再開されるので、通常どおり、タッチコントローラ３によるペン５の検出が可能になる。
図７は、第５の例によるタッチコントローラ３の処理を示す図である。この例では、ペン５を、ペンタッチの検出に応じてペン信号ＰＳの送信を開始するように構成する。なお、ペン５は、上述した圧力センサによってペン先に圧力が加えられたこと（すなわち、筆圧値が０より大きい値になったこと）を検出した場合に、ペンタッチを検出すればよい。タッチコントローラ３は、アップリンク信号ＵＳの送信を停止することによりアップリンク信号の送信にかかる電力を削減する一方で、アップリンク省電力モードにエントリしている間、断続的にペン信号ＰＳ（バースト信号Ｂ）の受信動作を行うよう構成される。この例による所定のトリガは、この受信動作によって受信されるペン信号ＰＳとなる。以下、詳しく説明する。
タッチコントローラ３は、時刻ｔ１４でサスペンド命令を受けてアップリンク省電力モードにエントリした後、アップリンク信号ＵＳの送信を停止する。また、タッチ検出動作を行っていないときに、バースト信号Ｂの受信動作を行う。その他の点では、タッチコントローラ３の動作は通常モードのときと同様である。
ペン５は、時刻ｔ１５でペンタッチを検出すると、一定期間にわたりバースト信号Ｂの送信を行い、その後、アップリンク信号ＵＳの受信待機に戻る。タッチコントローラ３は、こうして送信されたバースト信号Ｂを検出したことに応じて、時刻ｔ１６で通常モードに復帰する。その後はアップリンク信号ＵＳの送信が再開されるので、通常どおり、タッチコントローラ３によるペン５の検出が可能になる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、アップリンク信号ＵＳに関わらず（すなわち、アップリンク省電力モードで動作中にアップリンク信号ＵＳを送信してもしなくても）、所定のトリガによって、アップリンク省電力モードで動作中のタッチコントローラ３を通常モードに復帰させることができる。したがって、タッチコントローラ３の低消費電力化が実現される。
また、特に第５の例によれば、ペン５がペンタッチの検出に応じてペン信号ＰＳの送信を開始するので、アップリンク省電力モードでアップリンク信号ＵＳの送信を停止したとしても、ペン信号ＰＳをトリガとしてタッチコントローラ３を通常モードに復帰させることが可能になる。
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、上述した第１～第５の例は、単独で用いてもよいし、任意の組み合わせで用いることも可能である。例えば、アップリンク省電力モードにエントリしたタッチコントローラ３は、アップリンク信号ＵＳの送信電圧を下げ、送信周期を延ばし、送信頻度を減らすこととしてもよい。また、アップリンク信号ＵＳの送信を停止することによりアップリンク信号の送信にかかる電力を削減する場合、通常モードに復帰するための所定のトリガとして、指タッチの検出と、ペン５がペンタッチの検出に応じてペン信号ＰＳの検出との両方を用いることとしてもよい。また、アップリンク信号ＵＳの送信を停止しない場合であっても、通常モードに復帰するための所定のトリガとして、指タッチの検出を用いることとしてもよい。
１ ペン入力装置
２ センサ電極群
２ｘ，２ｙ 電極
４ ホストコンピュータ
４ａ タッチコントローラ３のドライバ
５ ペン
１０ ペン入力システム
Ｂ バースト信号
Ｄ データ信号
Ｆ 指
ＰＳ ペン信号
Ｒａ バースト信号Ｂの受信期間
Ｒｂ データ信号Ｄの受信期間
Ｒｐ アップリンク信号ＵＳの受信期間
Ｔ タッチ動作の検出期間
ＵＳ アップリンク信号

Claims (2)

  1. ホストコンピュータからサスペンド命令を受けたことに応じて、アップリンク信号の送信にかかる電力を削減したアップリンク省電力モードで動作し、
    前記アップリンク省電力モードで動作中に指によるタッチ動作を検出したことに応じて、通常モードに復帰する、
    タッチコントローラ。
  2. ペンタッチの検出に応じてペン信号の送信を開始するように構成されたペンと、
    ホストコンピュータからサスペンド命令を受けたことに応じて、アップリンク信号の送信を行わないアップリンク省電力モードで動作し、該アップリンク省電力モードで動作中に指によるタッチ動作を検出したことに応じて、通常モードに復帰するタッチコントローラと、
    を含むペン入力システム。
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