JP7628642B2 - アップリンク信号の送受信システム及び電子ペン - Google Patents

Description

本発明は、アップリンク信号の送受信システム及び電子ペンに関する。

従来から、電源内蔵型の位置指示器であるアクティブ電子ペン（以下、単に「電子ペン」という）と、タッチセンサを備える電子機器と、から構成される位置検出システムが知られている。この種のシステムでは、データのやり取り又は制御の同期を行うため、電子ペンと電子機器の間で信号の送受信が行われる。以下、２種類の信号を区別するために、電子機器からの信号を「アップリンク信号」といい、電子ペンからの信号を「ダウンリンク信号」という。

電子ペンは、ペン先に設けられる電極と、タッチセンサの一部を構成するセンサ電極群との間に形成される静電結合を介してアップリンク信号を受信した後、受信回路を通じてデジタル信号に変換することで、電子機器から供給されたデータを取得する。例えば、ユーザの人体が電子機器のタッチ面に触れることで、ユーザの人体とセンサ電極群の間に静電結合が形成される場合がある。人体に誘導されたアップリンク信号は、人体の電位を変化させるように作用し得る。

つまり、［１］電子ペンの基準電位が筐体の電位に設定され、［２］ユーザが電子ペンを把持した状態であり、［３］電子ペンの電極にアップリンク信号が誘導されている状態であることを前提とした上で、［４］人体の接触部位にアップリンク信号が誘導され得る状態であり、かつ［５］電子ペンの電極及び人体の接触部位の間の相対的な位置・姿勢関係が特定の条件を満たす場合に、アップリンク信号の検出を妨げるような基準電位の揺れが、電子ペンの受信回路の接地端に現われてしまう。その結果、電子ペンの電極に誘導されたアップリンク信号が、この基準電位の揺れによって一時的に検出できなくなる状況が起こり得る。

図２８及び図２９は、アップリンク信号が一時的に検出できない状態を模式的に示す図である。より詳しくは、図２８は受信回路１の構成を示すとともに、図２９は図２８のノード４、５にて計測される信号レベルの時間変化を示している。

例えば、図２８に示すように、受信回路１の入力端には電極２が接続されるともに、受信回路１の接地端には筐体３がグランド接続（あるいは、グラウンド接続）される場合を想定する。図２９から理解されるように、ノード５でのＧＮＤ電位は、人体がタッチ面に接触していない場合（１，２ビット目の受信時）には略一定の信号レベルを保っている。ところが、人体がタッチ面に接触している場合（３，４ビット目の受信時）、ノード５でのＧＮＤ電位は、ノード４でのアップリンク信号の波形に応じて信号レベルが変動する。その結果、３ビット目の受信が正しく行われず、アップリンク信号が検出できなくなる現象が発生する。

そこで、特許文献１では、アップリンク信号が電子ペンの受信回路の接地端に現われることを抑制するためのキャンセル信号を、アップリンク信号と併せて送信するようにセンサ電極群の駆動制御を行うセンサコントローラが開示されている。

特開２０１９－０９１１４２号公報

しかしながら、特許文献１では、キャンセル信号を生成する機能や、２種類の信号を切り替えて送信する機能などが別途必要となり、その分だけセンサコントローラが実行する信号処理がより複雑になってしまう。つまり、特許文献１に開示される技術には、機能の簡素化という観点で改良の余地が残されている。

本発明の目的は、人体に誘導される信号が原因で発生する基準電位の揺れによって、電子ペンが有するペン電極に誘導された信号が一時的に検出できなくなることを抑制可能な位置検出システム、センサ制御回路、及び電子ペンを提供することにある。

第１の本発明における位置検出システムは、Ｍ個（Ｍは自然数）のペン電極を有する電子ペンと、Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）のセンサ電極を有する静電容量方式のタッチセンサに接続され、かつ前記タッチセンサを介するアップリンク信号の送信制御を行うセンサ制御回路と、を備え、前記電子ペンは、前記Ｍ個のペン電極の中から１個以上の受信電極を選択し、前記センサ制御回路は、前記Ｎ個のセンサ電極の中から１＜Ｌ＜Ｎを満たすＬ個のセンサ電極である送信電極を選択し、アップリンク信号の送信電極と受信電極の組が時間に応じて変更される。

第２の本発明におけるセンサ制御回路は、Ｍ個（Ｍは自然数）のペン電極を有する電子ペンとともに用いられる回路であって、Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）のセンサ電極を有する静電容量方式のタッチセンサに接続され、前記Ｎ個のセンサ電極の中から１＜Ｌ＜Ｎを満たすＬ個のセンサ電極である送信電極を選択し、アップリンク信号の送信電極と受信電極の組を時間に応じて変更する制御を行う。

第３の本発明における電子ペンは、Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）のセンサ電極を有する静電容量方式のタッチセンサに接続されるセンサ制御回路とともに用いられるペンであって、Ｍ個（Ｍは、２以上の整数）のペン電極を有し、前記Ｍ個のペン電極の中から１個以上のペン電極である受信電極を決定し、アップリンク信号の送信電極と受信電極の組を時間に応じて変更する制御を行う。

第４の本発明におけるセンサ制御回路は、Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）のセンサ電極を有する静電容量方式のタッチセンサに接続される回路であって、前記タッチセンサ上における人体の接触領域又は接触位置を検出する第１検出動作と、ペン電極を有する電子ペンの指示位置を検出する第２検出動作とを交互に実行し、前記第２検出動作では、前記Ｎ個のセンサ電極の中から１＜Ｌ＜Ｎを満たすＬ個のセンサ電極を送信電極として選択し、Ｌ個の送信電極からアップリンク信号を送信する送信制御を行い、前記タッチ検出動作によって前記人体の接触が検出されなかった場合に、直近に検出された前記電子ペンの指示位置に応じて前記Ｌ個の送信電極を選択し、前記人体の接触が検出された場合に、前記接触領域又は前記接触位置に応じて前記Ｌ個の送信電極を選択する。

第１～第４の本発明によれば、人体に誘導される信号が原因で発生する基準電位の揺れによって、電子ペンが有するペン電極に誘導された信号が一時的に検出できなくなることが抑制される。

本発明の一実施形態における位置検出システムの全体構成図である。 図１に示す電子機器及び電子ペンの模式図である。 電子ペンの位置に応じたアップリンク信号の検出結果を模式的に示す図である。 図１及び図２のタッチＩＣにおける回路構成の一例を示す図である。 アップリンク信号の一例を示す図である。 人体及び電子ペンの検出動作を示すフローチャートである。 図６のステップＳ２（１次スキャン）に関する詳細フローチャートである。 全体送信モードにおける送信電極の選択結果を示す図である。 部分送信モードにおける送信電極の選択結果の一例を示す図である。 図９の選択結果に基づき実行される送信シーケンスを示す図である。 アップリンク信号の時分割送信による効果を模式的に示す図である。 アップリンク信号の時分割送信による効果を模式的に示す図である。 第１例における送信電極の選択結果を示す図である。 図１３の選択結果に基づき実行される送信シーケンスを示す図である。 図１４とは別の送信シーケンスを示す図である。 第２例における送信電極の選択結果を示す図である。 図１６の選択結果に基づき実行される送信シーケンスを示す図である。 図６のステップＳ４（２次スキャン）に関する詳細フローチャートである。 電子ペンの位置を基準とした送信電極の選択結果の一例を示す図である。 接触領域の位置を基準とした送信電極の選択結果の一例を示す図である。 接触領域及び電子ペンの位置を基準とした送信電極の選択結果の一例を示す図である。 図１及び図２の電子ペンの内部構造を模式的に示す図である。 図２２に示す回路基板のブロック図である。 図２３の受信回路の具体的な構成を示す図である。 別の例における回路基板の部分ブロック図である。 通常モードにおける電子ペンの通信動作を示すフローチャートである。 切替モードにおける電子ペンの通信動作を示すフローチャートである。 アップリンク信号が一時的に検出できない状態を模式的に示す図である。 アップリンク信号が一時的に検出できない状態を模式的に示す図である。

本発明における位置検出システム、センサ制御回路、及び電子ペンについて、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、後述する実施形態及び変形例に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。あるいは、技術的に矛盾が生じない範囲で各々の構成を任意に組み合わせてもよい。

［位置検出システム１０の説明］
＜全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態における位置検出システム１０の全体構成図である。位置検出システム１０は、タッチの検出面（以下、タッチ面１２という）を有する電子機器１４と、この電子機器１４とともに用いられる電子ペン１６と、から基本的に構成される。

電子機器１４は、例えば、タブレット型端末、スマートフォン、パーソナルコンピュータで構成される。ユーザは、電子ペン１６を片手で把持し、タッチ面１２にペン先を押し当てながら移動させることで、電子機器１４に絵や文字を書き込むことができる。

電子ペン１６は、ペン型のポインティングデバイスであり、電子機器１４との間で双方向に通信可能に構成されている。以下、電子機器１４が電子ペン１６に向けて送信する信号を「アップリンク信号ＵＳ」といい、電子ペン１６が電子機器１４に向けて送信する信号を「ダウンリンク信号ＤＳ」という。なお、この電子ペン１６は、自身が蓄える電気エネルギーから能動的に信号を生成し、この信号をダウンリンク信号ＤＳとして電子機器１４に向けて送信する「アクティブ方式」のスタイラスである。

図２は、図１に示す電子機器１４及び電子ペン１６の模式図である。この電子機器１４は、タッチセンサ２０と、タッチＩＣ（Integrated Circuit）２２（「センサ制御回路」に相当）と、ホストプロセッサ２４と、表示パネル２６と、を含んで構成される。

タッチセンサ２０は、表示パネル２６の上に重ねて配置される静電容量方式のセンサである。タッチセンサ２０は、相互容量方式のセンサであってもよいし、自己容量方式のセンサであってもよい。タッチセンサ２０は、配列方向に沿って互いに離間しながら面状に配置されるセンサ電極群１８を含んで構成される。センサ電極の材料は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）であってもよいし、銅、銀、金などの金属であってもよい。本図の例では、タッチセンサ２０は、表示パネル２６に外側から取り付ける「外付け型」のセンサであるが、これに代えて表示パネル２６と一体的に構成される「内蔵型」（さらに分類すると、オンセル型又はインセル型）のセンサであってもよい。

タッチＩＣ２２は、タッチセンサ２０の駆動制御を行う集積回路である。タッチＩＣ２２は、ホストプロセッサ２４から供給された制御信号に基づいてタッチセンサ２０を駆動する。これにより、タッチＩＣ２２は、電子ペン１６の状態を検出する「ペン検出機能」や、ユーザの指などによるタッチを検出する「タッチ検出機能」を実行する。

ホストプロセッサ２４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）を含む処理演算装置によって構成される。ホストプロセッサ２４は、図示しないメモリに格納されたプログラムを読み出して実行することで、デジタルインクの生成・レンダリング、画像信号の作成、データの送受信制御を含む様々な機能を実行可能である。

表示パネル２６は、例えば、液晶パネル、有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネル、電子ペーパーなどによって構成される。表示パネル２６は、行方向及び列方向に配列されたマトリクス状の信号線に駆動電圧を印加して複数の画素を駆動することで、表示領域内に画像又は映像を表示する。

＜問題点＞
図２は、ユーザの人体ＢＤが電子機器１４のタッチ面１２に接触している状態における等価回路図を示している。以下、［１］電子ペン１６の基準電位（以下、「ＧＮＤ電位」ともいう）が筐体の電位に設定されており、［２］ユーザが電子ペン１６を把持した状態であり、［３］電子ペン１６の電極（以下、ペン電極ともいう）にアップリンク信号ＵＳが誘導されている状態であることを前提とする。

電子機器１４、電子ペン１６及び人体ＢＤは、静電結合を介して互いに電気的に接続される。電子ペン１６は、ペン先の電極の直下である位置Ｐに形成される静電容量Ｃ１を介してセンサ電極群１８と電気的に接続される。人体ＢＤは、電子ペン１６のＧＮＤ電位とアースの間に発生する静電容量Ｃ３を介して接地される。タッチＩＣ２２及び表示パネル２６は、電子機器１４のＧＮＤ電位とアースの間に発生する静電容量Ｃ４を介して共通に接地される。

電子ペン１６の受信回路の接地端は、筐体及び人体ＢＤを介してアースに接続されている。これにより、受信回路は、目論見通りの動作を実行可能となり、入力端からのアップリンク信号ＵＳを検出することができる。ところが、人体ＢＤ（例えば、電子ペン１６を把持する手の一部）が電子機器１４のタッチ面１２に接触することで、人体ＢＤが、タッチ面１２上の位置Ｑに形成される静電容量Ｃ５を介して、センサ電極群１８と電気的に接続される場合がある。つまり、人体ＢＤに誘導されたアップリンク信号ＵＳは、人体ＢＤの電位を変化させるように作用し得る。

電子ペン１６の電極及び人体ＢＤの接触部位の間の相対的な位置・姿勢関係が特定の条件を満たす場合に、アップリンク信号ＵＳの検出を妨げるようなＧＮＤ電位の揺れが、電子ペン１６の受信回路の接地端に現われてしまう。その結果、ペン電極を介して受信されたアップリンク信号ＵＳが、上記したＧＮＤ電位の揺れによって一時的に検出できなくなる状況が起こり得る。

図３は、電子ペン１６の位置に応じたアップリンク信号ＵＳの検出結果を模式的に示す図である。ここでは、ユーザが、左の手のひらをタッチ面１２に接触させたまま、左手の周辺における軌跡Ｔ１，Ｔ２に沿って、電子ペン１６を右手で把持しながら移動させる場合を想定する。電子機器１４と電子ペン１６の間で双方向に通信可能である場合に限り、電子機器１４は、電子ペン１６の指示位置に追従してストローク（指示位置の軌跡）を表示することができる。つまり、電子ペン１６の受信回路がアップリンク信号ＵＳを常に検出可能である場合、１本のストロークが途切れなく描画される点に留意する。

電子ペン１６は、「Ａ」、「Ｂ」、「Ａ＋Ｂ」の３種類の電極を用いてアップリンク信号ＵＳを受信する。「Ａ」は電子ペン１６のペン先に設けられたチップ電極であり、「Ｂ」はペン先よりも後側にあるリング電極である。なお、「Ａ＋Ｂ」は、上記したチップ電極及びリング電極を電気的に接続した一体的な電極に相当する。図示の便宜上、３種類の電極によるストロークの描画結果に関して、上下方向（軌跡Ｔ１の場合）あるいは左右方向（軌跡Ｔ２）に位置をずらして表記している。

本図から理解されるように、３種類の描画結果においてストロークの断線（破線で囲んだ箇所）が発生する傾向が互いに似通っているが、断線の位置及び長さに関する規則性がほとんど見られない。その理由は、上記した相対的な位置・姿勢関係に関する発動条件が限定的であり、電子ペン１６の電極と人体ＢＤの接触部位の間の微妙なバランスによって、アップリンク信号ＵＳが局所的かつ突発的に不検出になるからである。

以下、人体ＢＤに誘導される信号が原因で発生するＧＮＤ電位の揺れによって、電子ペンが有するペン電極に誘導されたアップリンク信号ＵＳが一時的に検出できなくなることを抑制する方法を提案する。具体的には、［１］電子ペン１６が、Ｍ個のペン電極の中から１個以上の受信電極を選択し、［２］タッチＩＣ２２が、タッチセンサ２０の一部を構成するＮ個のセンサ電極の中からＬ個の送信電極を選択し、［３］位置検出システム１０が、アップリンク信号ＵＳの送信電極と受信電極の組を時間に応じて変更することで実現される。Ｍは、１以上の任意の整数である。Ｎは、２以上の任意の整数である。Ｌは、１＜Ｌ＜Ｎの関係を満たす任意の整数である。

［タッチＩＣ２２の説明］
＜構成＞
図４は、図１及び図２のタッチＩＣ２２における回路構成の一例を示す図である。このタッチＩＣ２２は、センサ電極群１８（図２）に接続されており、マイクロコントロールユニット（以下、ＭＣＵ４０）と、ロジック部４２と、受信部４４と、送信部４６と、選択部４８と、を含んで構成される。

センサ電極群１８は、Ｘ方向の位置（Ｘ座標）を検出するための複数本のライン電極１８Ｘ（「センサ電極」に相当）と、Ｙ方向の位置（Ｙ座標）を検出するための複数本のライン電極１８Ｙ（「センサ電極」に相当）と、を含んで構成される。ライン電極１８Ｘ，１８Ｙは、ガラス又は樹脂からなる絶縁性基板（不図示）の介在によってそれぞれ絶縁されている。複数本のライン電極１８Ｘは、Ｙ方向に延びて設けられ、かつＸ方向に沿って互いに離間しながら等間隔に配置されている。複数本のライン電極１８Ｙは、Ｘ方向に延びて設けられ、かつＹ方向に沿って互いに離間しながら等間隔に配置されている。

ＭＣＵ４０及びロジック部４２は、受信部４４、送信部４６、及び選択部４８を制御することにより、タッチＩＣ２２の送受信動作を制御する。ＭＣＵ４０は、自身が有するメモリからプログラムを読み出して実行することで、電子ペン１６からのダウンリンク信号ＤＳを受信する制御と、電子ペン１６へのアップリンク信号ＵＳを送信する制御を選択的に行う制御ユニットである。また、ロジック部４２は、ＭＣＵ４０の制御に応じて、受信部４４、送信部４６、及び選択部４８の制御信号を生成するように構成される。

受信部４４は、ロジック部４２から供給される制御信号に基づいて、電子ペン１６により送信されたダウンリンク信号ＤＳを受信する機能を有する。具体的には、受信部４４は、選択部４８から供給された信号に対して復号処理を施し、得られたデジタル信号を受信信号としてＭＣＵ４０に供給する。

ＭＣＵ４０は、ダウンリンク信号ＤＳが電子ペン１６の位置を示す「位置信号」である場合、複数本のライン電極１８Ｘ，１８Ｙのそれぞれにおける受信強度から、タッチ面１２上における電子ペン１６の位置座標（ｘ，ｙ）を算出してホストプロセッサ２４に出力する。一方、ＭＣＵ４０は、ダウンリンク信号ＤＳが送信データを含む「データ信号」である場合、このデータ信号に含まれる応答データＲｅｓ（具体的には、固有ＩＤ、筆圧、ペンスイッチのオン・オフ情報など）を取得してホストプロセッサ２４に出力する。

一方、ＭＣＵ４０は、アップリンク信号ＵＳを送信する際に、電子ペン１６に対するコマンドｃｍｄを生成し、このコマンドｃｍｄを送信部４６に供給する。送信部４６は、ＭＣＵ４０及びロジック部４２の制御に従ってアップリンク信号ＵＳを生成する機能を有する。具体的には、送信部４６は、符号列保持部４６ａと、拡散処理部４６ｂと、を含んで構成される。

符号列保持部４６ａは、ロジック部４２から供給される制御信号に基づいて、自己相関特性を有するスペクトラム拡散符号（以下、単に「拡散符号」ともいう）を生成して保持する機能を有する。符号列保持部４６ａは、送信データの内容（「Ｐ」，「００００」，「０００１」など）ごとに異なる拡散符号を生成及び記憶可能に構成される。

拡散処理部４６ｂは、ＭＣＵ４０から供給されるコマンドｃｍｄに基づいて、所望の交流信号（例えば、パルス信号、三角波信号、正弦波信号など）を生成する機能を有する。図５に示すように、まず、拡散処理部４６ｂは、入力されたコマンドｃｍｄからアップリンク信号ＵＳを生成する。本図の例では、アップリンク信号ＵＳは、２つのプリアンブル「Ｐ」、各１バイトのデータ「Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３」、及び誤り検出信号「ＣＲＣ」から構成される。次に、拡散処理部４６ｂは、このアップリンク信号ＵＳを構成する複数の送信データのそれぞれについて、符号列保持部４６ａによって保持される拡散符号に置き換えた後、マンチェスタ符号化処理を行うことで２値のチップ列を生成する。最後に、拡散処理部４６ｂは、このチップ列に応じたパルス信号を生成する。

図４に戻って、選択部４８は、センサ電極群１８に接続されており、ロジック部４２からの制御信号に応じてスイッチ動作を行う。具体的には、選択部４８は、２つのスイッチ５０ｘ，５０ｙと、２つの電極選択回路５２ｘ，５２ｙと、を含んで構成される。

スイッチ５０ｘ，５０ｙはそれぞれ、共通端子とＴ端子及びＲ端子のいずれか一方とが接続されるように構成されたスイッチ素子である。スイッチ５０ｘの共通端子は電極選択回路５２ｘに、Ｔ端子は送信部４６の出力端に、Ｒ端子は受信部４４の入力端にそれぞれ接続される。スイッチ５０ｙの共通端子は電極選択回路５２ｙに、Ｔ端子は送信部４６の出力端に、Ｒ端子は受信部４４の入力端にそれぞれ接続される。

電極選択回路５２ｘは、複数本のライン電極１８Ｘをスイッチ５０ｘの共通端子に選択的に接続するためのスイッチ素子である。つまり、電極選択回路５２ｘは、複数本のライン電極１８Ｘの少なくとも一部をスイッチ５０ｘの共通端子に同時に接続可能に構成される。電極選択回路５２ｙは、複数本のライン電極１８Ｙをスイッチ５０ｙの共通端子に選択的に接続するためのスイッチ素子である。つまり、電極選択回路５２ｙは、複数本のライン電極１８Ｙの少なくとも一部をスイッチ５０ｙの共通端子に同時に接続可能に構成される。

選択部４８には、ロジック部４２から４つの制御信号ｓＴＲｘ，ｓＴＲｙ，ｓｅｌＸ，ｓｅｌＹが供給される。具体的には、制御信号ｓＴＲｘはスイッチ５０ｘに、制御信号ｓＴＲｙはスイッチ５０ｙに、制御信号ｓｅｌＸは電極選択回路５２ｘに、制御信号ｓｅｌＹは電極選択回路５２ｙにそれぞれ供給される。ロジック部４２は、４つの制御信号ｓＴＲｘ，ｓＴＲｙ，ｓｅｌＸ，ｓｅｌＹを通じて選択部４８のスイッチング制御を行うことで、アップリンク信号ＵＳの送信及びダウンリンク信号ＤＳの受信が選択的に行われる。

＜動作＞
この実施形態におけるタッチＩＣ２２は、以上のように構成される。続いて、タッチＩＣ２２による検出動作について説明する。

図６は、人体ＢＤ及び電子ペン１６の検出動作を示すフローチャートである。ステップＳ１は、人体ＢＤによるタッチを検出するための「タッチ検出動作」に関する。一方、残りのステップＳ２～Ｓ６は、電子ペン１６を検出するための「ペン検出動作」に関する。

ステップＳ１において、タッチＩＣ２２は、人体ＢＤの指又はパームを検出するための「タッチスキャン」を行う。タッチＩＣ２２は、指又はパームが検出された場合、その位置を示す位置情報（座標又は領域）を算出する。以下、タッチスキャンの動作について説明する。

図４のロジック部４２は、Ｔ端子が共通端子に接続されるようスイッチ５０ｘを制御するとともに、Ｒ端子が共通端子に接続されるようスイッチ５０ｙを制御する。さらに、複数本のライン電極１８Ｘ，１８Ｙの組み合わせが順次選択されるように、電極選択回路５２ｘ，５２ｙを制御する。これにより、複数本のライン電極１８Ｘ，１８Ｙによって構成される複数の交点のそれぞれを通過した人体検出用信号が、受信部４４によって順次受信される。

ＭＣＵ４０は、タッチスキャンにより順次受信される人体検出用信号の受信強度に基づいて、タッチセンサ２０のセンサ領域内における指及びパームの位置を算出する。より具体的には、ＭＣＵ４０は、人体検出用信号の受信強度が所定値以上である交点が連続してなる領域の面積を演算により求める。そして、ＭＣＵ４０は、得られた面積が所定値以下である場合に「指」としてその位置を算出する一方、それ以外の場合に「パーム」としてその位置を算出する。なお、パームの位置は、点ではなく、広がりを持った領域によって表現してもよい。

図６のステップＳ２において、タッチＩＣ２２は、相対的に広い範囲内にて電子ペン１６の有無を検出するための「１次スキャン」を実行する。この１次スキャンについては、図７のフローチャートを参照しながら後で詳しく説明する。

ステップＳ３において、タッチＩＣ２２は、ステップＳ２で実行された１次スキャンによって電子ペン１６の有無を検出した結果を確認する。電子ペン１６が検出されなかった場合（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ１に戻って当該フローチャートを繰り返し実行する。一方、電子ペン１６が検出された場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、次のステップＳ４に進む。

ステップＳ４において、タッチＩＣ２２は、相対的に狭い範囲内にて電子ペン１６を検出するための「２次スキャン」を実行する。この２次スキャンについては、図１８のフローチャートを参照しながら後で詳しく説明する。

ステップＳ５において、タッチＩＣ２２は、ステップＳ４で実行された２次スキャンによって電子ペン１６の有無を検出した結果を確認する。電子ペン１６が検出されなかった場合（ステップＳ５：ＮＯ）、ステップＳ１に戻って当該フローチャートを繰り返し実行する。一方、電子ペン１６の位置が検出された場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、次のステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、タッチＩＣ２２は、ステップＳ４の２次スキャンで得られた信号分布のピーク位置を電子ペン１６の指示位置として計算する。例えば、タッチＩＣ２２は、１次元モデル演算を２回繰り返してＸ軸座標値、Ｙ軸座標値をそれぞれ推定し、ホストプロセッサ２４に指示位置の座標値（Ｘ，Ｙ）を供給する。あるいは、タッチＩＣ２２は、２次元モデル演算を１回行って指示位置の座標値（Ｘ，Ｙ）を同時に推定し、ホストプロセッサ２４に座標値（Ｘ，Ｙ）を供給してもよい。

タッチＩＣ２２は、ステップＳ６を実行した後にステップＳ１に戻って、当該フローチャートを繰り返し実行する。このようにして、タッチＩＣ２２は、タッチセンサ２０上における人体Ｂｄの接触を検出するタッチ検出動作と、電子ペン１６を検出するペン検出動作とを交互に実行する。

図７は、図６のステップＳ２（１次スキャン）に関する詳細フローチャートである。ここでは、一方向（ここでは、Ｘ方向）の全範囲にわたって電子ペン１６のスキャンが行われる点に留意する。

ステップＳ１１において、タッチＩＣ２２は、アップリンク信号ＵＳの送信モードを選択する。ここでは、複数種類の送信モードのうち、後述する「全体送信モード」と「部分送信モード」のいずれか一方が選択される場合を想定する。例えば、タッチＩＣ２２は、図６のステップＳ１によるタッチスキャンの結果に応じて送信モードを選択してもよい。具体的には、人体Ｂｄの接触が検出されなかった場合には「全体送信モード」が、人体Ｂｄの接触が検出された場合には「部分送信モード」がそれぞれ選択される。

ステップＳ１２において、タッチＩＣ２２は、ステップＳ１１で選択された送信モードを確認する。例えば、全体送信モードが選択された場合（ステップＳ１２：全体送信モード）、次のステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３において、タッチＩＣ２２は、アップリンク信号ＵＳの送信に用いられるセンサ電極（以下、「送信電極」という）として、すべてのライン電極１８Ｘを選択する。

図８は、全体送信モードにおける送信電極の選択結果を示す図である。上下方向に延びる矩形はライン電極１８Ｘを示すとともに、左右方向に延びる矩形はライン電極１８Ｙを示している。また、ハッチングが付された矩形は、アップリンク信号ＵＳの送信電極に相当する。本図から理解されるように、すべてのライン電極１８Ｘが送信電極として選択される。

図７のステップＳ１４において、タッチＩＣ２２は、タッチセンサ２０の近くにある電子ペン１６との通信を試みる。具体的には、タッチＩＣ２２は、自身が生成したアップリンク信号ＵＳを電子ペン１６に送信するとともに、電子ペン１６からのダウンリンク信号ＤＳを受信する。なお、アップリンク信号ＵＳの送信は、ステップＳ１３で選択された送信電極を介して行われる。

一方、図７のステップＳ１２に戻って、部分送信モードが選択された場合（ステップＳ１２：部分送信モード）、全体送信モードの場合とは異なる別のステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５において、タッチＩＣ２２は、アップリンク信号ＵＳの送信シーケンスが未定であるか否かを確認する。送信シーケンスが既に定まっている場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、ステップＳ１６を省略してステップＳ１７に進む。一方、送信シーケンスが未定である場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、次のステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６において、タッチＩＣ２２は、アップリンク信号ＵＳの送信シーケンスを決定する。この「送信シーケンス」は、アップリンク信号ＵＳの時分割送信を実行するための一連の動作を意味する。ここでは、タッチＩＣ２２は、送信電極のグループ及び選択順の組み合わせを決定する。

図９は、部分送信モードにおける送信電極の選択結果の一例を示す図である。本図では、センサ座標系上で定義されるセンサ領域６０が模式的に示されている。ここで、センサ領域６０は、タッチセンサ２０に含まれるセンサ電極群１８により位置が検出可能な領域を意味する。また、センサ座標系は、Ｏを原点とし、Ｘ軸，Ｙ軸からなる２次元直交座標系である。原点Ｏは、タッチ面１２（図１）上の特徴点（例えば、左上の頂点）である。本図では、センサ領域６０は、４つの頂点（０，０）、（Ｘ0，０）、（Ｘ0，Ｙ0）、（０，Ｙ0）を有する矩形状の領域である。

例えば、ユーザが、電子ペン１６を把持する手をタッチ面１２上に固定させながら筆記操作を行うユースケースを想定する。この場合、センサ領域６０内には、小指側の側面でのタッチによる接触領域６２が検出される。ここで、接触領域６２の代表的な位置（以下、「接触位置６４」という）におけるＸ座標をＸ1とすると、全体のセンサ領域６０は、Ｘ＝Ｘ1を境界線として２つの部分領域６６，６８に分割される。つまり、部分領域６６は「０≦Ｘ＜Ｘ1」を満たす領域であり、部分領域６８は「Ｘ1≦Ｘ≦Ｘ0」を満たす領域である。

以下、タッチＩＣ２２は、選択順が１番目であるグループＧ１として部分領域６６を設定するとともに、選択順が２番目であるグループＧ２として部分領域６８を設定したとする。例えば、部分領域６６にあるライン電極１８Ｘの本数がＬ1であり、部分領域６８にあるライン電極１８Ｘの本数がＬ2（＝Ｎ－Ｌ1）である。

図７のステップＳ１７において、タッチＩＣ２２は、ステップＳ１６で決定された送信シーケンスに従って、２個のグループＧ１，Ｇ２の中から１個のグループ（以下、「送信電極グループ」ともいう）を選択する。その後、タッチＩＣ２２は、タッチセンサ２０の近くにある電子ペン１６との通信を試みる（ステップＳ１４）。

以上のようにして、図７に示す詳細フローチャートの実行が終了する。部分送信モードが継続して選択される場合、当該フローチャートを繰り返して実行することで、タッチＩＣ２２は、アップリンク信号ＵＳを時分割で送信する制御を行う。これにより、所望の送信シーケンスが実行される。

図１０は、図９の選択結果に基づき実行される送信シーケンスを示す図である。より詳しくは、接触位置６４（Ｘ＝Ｘ1）の周辺を拡大して図示している。まず、タッチＩＣ２２は、グループＧ１に属するＬ1本のライン電極１８Ｘからアップリンク信号ＵＳ１をそれぞれ送信する制御を行う。そして、一連の処理が終了して所定の時間が経過した後に、タッチＩＣ２２は、グループＧ２に属するＬ2本のライン電極１８Ｘからアップリンク信号ＵＳ２をそれぞれ送信する制御を行う。以下、２個のグループＧ１，Ｇ２を順繰りに選択することで、アップリンク信号ＵＳ１，ＵＳ２の時分割送信が実行される。

＜まとめ＞
以上のように、タッチＩＣ２２は、Ｍ個のペン電極を有する電子ペン１６とともに用いられ、Ｎ個のセンサ電極（ここでは、Ｎ本のライン電極１８Ｘ）を有する静電容量方式のタッチセンサ２０に接続される。そして、タッチＩＣ２２は、Ｎ本のライン電極１８Ｘの中からＬ本（１＜Ｌ＜Ｎ）の送信電極を選択し、アップリンク信号ＵＳの送信電極を時間に応じて変更する制御を行う。

つまり、アップリンク信号ＵＳの送信位置又は送信時間を能動的に変更することで、電子ペン１６のペン電極と人体ＢＤの接触部位の間の微妙なバランスによって受信回路が局所的かつ突発的に機能しなかったとしても、そのうちに受信回路が目論見通りに機能する可能性が高くなる。以下、この作用について図９、図１１及び図１２を参照しながら説明する。図９に示すように、Ｘ方向における電子ペン１６の指示位置７０がＸ＝Ｘ1の周辺にあり、電子ペン１６がアップリンク信号ＵＳ１，ＵＳ２の両方を受信可能であるとする。

図１１に示すように、電子ペン１６のＧＮＤ電位は、人体ＢＤがタッチ面１２に接触している場合（３，４ビット目の受信時）、アップリンク信号ＵＳの波形に応じて信号レベルが変動する。そうすると、電子ペン１６の受信回路は一方のアップリンク信号ＵＳ１（第１データＤＡＴ１）を正しく検出できなくなるが、他方のアップリンク信号ＵＳ２（第２データＤＡＴ２）を正しく検出することができる。あるいは、図１２に示すように、電子ペン１６の受信回路は一方のアップリンク信号ＵＳ２（第２データＤＡＴ２）を正しく検出できなくなるが、他方のアップリンク信号ＵＳ１（第１データＤＡＴ１）を正しく検出することができる。このように、人体Ｂｄに誘導される信号が原因で発生するＧＮＤ電位の揺れによって、電子ペン１６が有するペン電極に誘導された信号が一時的に検出できなくなることが抑制される。

また、タッチＩＣ２２は、タッチセンサ２０上における人体Ｂｄの接触領域６２を部分的に含むようにＬ本の送信電極を選択してもよい。また、タッチＩＣ２２は、Ｎ本のライン電極１８ＸをＧ個（Ｇ≧２）のグループに分類し、時間に応じて順繰りに選択した１個以上のグループに属するＬ本のライン電極１８Ｘを送信電極として選択してもよい。この場合、タッチＩＣ２２は、接触領域６２に位置する２本以上のライン電極１８Ｘを分配してＧ個のグループにそれぞれ割り当ててもよい。

［タッチＩＣ２２による別の動作例］
続いて、タッチＩＣ２２による別の動作例について、図１３～図２１を参照しながら説明する。

＜第１例＞
図１３は、第１例における送信電極の選択結果を示す図である。この例では、アップリンク信号ＵＳの送信シーケンスにおいて、全体のセンサ領域６０のうちの一部の領域（以下、部分領域７２という）にあるライン電極１８Ｘのみが送信電極として選択される。部分領域７２は、Ｘ2≦Ｘ≦Ｘ3を満たし、かつ接触領域６２を含む領域である。ここで、Ｘ＝Ｘ2は接触領域６２の左端の位置に相当するとともに、Ｘ＝Ｘ3は接触領域６２の右端の位置に相当する。部分領域７２は、Ｘ＝Ｘ1を境界線として２つの部分領域７４，７６に分割される。つまり、部分領域７４はＸ2≦Ｘ＜Ｘ1を満たす領域であり、部分領域７６はＸ1≦Ｘ≦Ｘ3を満たす領域である。

図１４は、図１３の選択結果に基づき実行される送信シーケンスを示す図である。ここで、選択順が１番目である「第１グループ」として部分領域７４が、選択順が２番目である「第２グループ」として部分領域７６が、選択順が３番目である「第３グループ」として部分領域７２がそれぞれ設定されたとする。例えば、部分領域７２にあるライン電極１８Ｘの本数がＫ（ただし、１＜Ｋ＜Ｎ）であり、部分領域７２にあるライン電極１８Ｘの本数がそれぞれＫ／２である。

この場合、まず、タッチＩＣ２２は、部分領域７４にある（Ｋ／２）本のライン電極１８Ｘからアップリンク信号ＵＳ１をそれぞれ送信する制御を行う。第１グループに関する一連の処理が終了して所定の時間が経過した後に、タッチＩＣ２２は、部分領域７６にある（Ｋ／２）本のライン電極１８Ｘからアップリンク信号ＵＳ２をそれぞれ送信する制御を行う。第２グループに関する一連の処理が終了して所定の時間が経過した後に、タッチＩＣ２２は、部分領域７２にあるＫ本のライン電極１８Ｘからアップリンク信号ＵＳ３をそれぞれ送信する制御を行う。以下、３個のグループを順繰りに選択することで、アップリンク信号ＵＳ１～ＵＳ３の時分割送信が実行される。

図１５は、図１４とは別の送信シーケンスを示す図である。ここで、第１グループとして部分領域７４が、第２グループとして部分領域７５が、第３グループとして部分領域７６がそれぞれ設定されたとする。ここで、部分領域７５は、部分領域７４の右半分と部分領域７６の左半分を合成した領域である。

この場合、まず、タッチＩＣ２２は、部分領域７４にある（Ｋ／２）本のライン電極１８Ｘからアップリンク信号ＵＳ１をそれぞれ送信する制御を行う。第１グループに関する一連の処理が終了して所定の時間が経過した後に、タッチＩＣ２２は、部分領域７５にある（Ｋ／２）本のライン電極１８Ｘからアップリンク信号ＵＳ２をそれぞれ送信する制御を行う。第２グループに関する一連の処理が終了して所定の時間が経過した後に、タッチＩＣ２２は、部分領域７６にある（Ｋ／２）本のライン電極１８Ｘからアップリンク信号ＵＳ３をそれぞれ送信する制御を行う。

以下、３個のグループを順繰りに選択することで、アップリンク信号ＵＳ１～ＵＳ３の時分割送信が実行される。これにより、面積が略等しい部分領域７４～７６を徐々に移動させながらアップリンク信号ＵＳの送信が行われる。

このように、タッチＩＣ２２は、Ｎ個のセンサ電極（ここでは、Ｎ本のライン電極１８Ｘ）のうち、Ｌ≦Ｋ＜Ｎを満たすＫ本のライン電極１８ＸをＧ個のグループに分類し、時間に応じて順繰りに選択した１個以上のグループに属するＬ本の送信電極を選択してもよい。特に、タッチセンサ２０が相互容量方式のセンサである場合、Ｋ本のライン電極１８Ｘは、接触領域６２又はその周辺の位置に連なって配置された電極であってもよい。

＜第２例＞
図１６は、第２例における送信電極の選択結果を示す図である。この例では、タッチセンサ２０が、正方形状のブロック電極１８Ｂが二次元格子状に配置されてなる自己容量方式のセンサである場合を想定する。ここでは、アップリンク信号ＵＳの送信シーケンスにおいて、全体のセンサ領域６０のうちの一部の領域（以下、部分領域８０という）にあるブロック電極１８Ｂのみが送信電極として選択される。一方、センサ領域６０から部分領域８０を除外した残余領域８２は、送信電極として選択されない。

部分領域８０は、（Ｘ2≦Ｘ≦Ｘ3）ＡＮＤ（Ｙ2≦Ｙ≦Ｙ3）を満たし、かつ接触領域６２を含む領域である。ここで、接触位置６４の座標は（Ｘ1，Ｙ1）であり、Ｙ＝Ｙ2は接触領域６２の上端の位置に、Ｙ＝Ｙ3は接触領域６２の下端の位置にそれぞれ相当する。部分領域８０は、Ｘ＝Ｘ1を境界線として２つの部分領域８３，８４に分割される。つまり、部分領域８３は（Ｘ2≦Ｘ＜Ｘ1）ＡＮＤ（Ｙ2≦Ｙ≦Ｙ3）を満たす領域であり、部分領域８３は（Ｘ1≦Ｘ≦Ｘ3）ＡＮＤ（Ｙ2≦Ｙ≦Ｙ3）を満たす領域である。

図１７は、図１６の選択結果に基づき実行される送信シーケンスを示す図である。ここで、第１グループとして部分領域８３が、第２グループとして部分領域８４がそれぞれ設定されたとする。例えば、部分領域８０にあるブロック電極１８Ｂの個数がＫ個であり、部分領域８３，８４にあるブロック電極１８Ｂの個数がそれぞれ（Ｋ／２）個である。

この場合、まず、タッチＩＣ２２は、部分領域８３にある（Ｋ／２）個のブロック電極１８Ｂからアップリンク信号ＵＳ１をそれぞれ送信する制御を行う。第１グループに関する一連の処理が終了して所定の時間が経過した後に、タッチＩＣ２２は、部分領域８４にあるＬ4個のブロック電極１８Ｂからアップリンク信号ＵＳ２をそれぞれ送信する制御を行う。以下、２個のグループを順繰りに選択することで、アップリンク信号ＵＳ１，ＵＳ２の時分割送信が実行される。

このように、タッチＩＣ２２は、Ｎ個のセンサ電極（ここでは、Ｎ個のブロック電極１８Ｂ）のうち、Ｌ≦Ｋ＜Ｎを満たすＫ個のセンサ電極をＧ個のグループに分類し、時間に応じて順繰りに選択した１個以上のグループに属するＬ個の送信電極を選択してもよい。特に、タッチセンサ２０が自己容量方式のセンサである場合、Ｋ個のブロック電極１８Ｂは、接触領域６２又はその周辺の位置に連なって配置された電極であってもよい。

＜第３例＞
図７のステップＳ１１では、タッチＩＣ２２がタッチスキャンの結果に応じて送信モードを選択しているが、この手法に限られない。例えば、電子ペン１６が、タッチセンサ２０の送信電極を切り替えるための制御信号をタッチＩＣ２２に送信可能である場合、タッチＩＣ２２は、制御信号の受信に応じて送信電極を切り替えてもよい。これにより、タッチＩＣ２２は、通信相手である電子ペン１６と連携しながら、より適したタイミングで送信電極を切り替えることができる。

＜第４例＞
図１８は、図６のステップＳ４（２次スキャン）に関する詳細フローチャートである。ここでは、１次スキャンによって電子ペン１６が検出されている場合を想定する。

ステップＳ２１において、タッチＩＣ２２は、タッチスキャン（図６のステップＳ１）の実行結果に基づいて、Ｘ方向に接触領域６２が存在しないか否かを確認する。接触領域６２が存在しなかった場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）にはステップＳ２２に進む一方、接触領域６２が存在する場合（ステップＳ２１：ＮＯ）にはステップＳ２３に進む。

ステップＳ２２において、タッチＩＣ２２は、すべてのライン電極１８Ｘの中から、電子ペン１６の位置を基準としてアップリンク信号ＵＳの送信電極を選択する。

図１９は、電子ペン１６の位置を基準とした送信電極の選択結果の一例を示す図である。この例では、全体のセンサ領域６０のうちの一部の領域（つまり、部分領域９０）にあるライン電極１８Ｘのみが送信電極として選択される。部分領域９０は、電子ペン１６の指示位置７０（Ｘ＝Ｘ4）を基準とするＷ1以内の距離範囲に相当する。つまり、部分領域９０は、Ｘ5＝Ｘ4－Ｗ1、Ｘ6＝Ｘ4＋Ｗ1と定義するとき、Ｘ5≦Ｘ≦Ｘ6を満たす領域である。

一方、ステップＳ２３において、タッチＩＣ２２は、すべてのライン電極１８Ｘの中から、接触領域６２の位置を基準としてアップリンク信号ＵＳの送信電極を選択する。この選択方法について、図２０及び図２１を参照しながら説明する。

図２０は、接触領域６２の位置を基準とした送信電極の選択結果の一例を示す図である。この例では、全体のセンサ領域６０のうちの一部の領域（つまり、部分領域９２）にあるライン電極１８Ｘのみが送信電極として選択される。部分領域９２は、Ｘ2≦Ｘ≦Ｘ3を満たし、かつ接触領域６２を含む領域である。ここで、Ｘ＝Ｘ2は接触領域６２の左端の位置に相当するとともに、Ｘ＝Ｘ3は接触領域６２の右端の位置に相当する。つまり、図２０の例では、部分領域９２の位置又はサイズは、電子ペン１６の指示位置７０に依存しない。

図２１は、接触領域６２及び電子ペン１６の位置を基準とした送信電極の選択結果の一例を示す図である。この例では、全体のセンサ領域６０のうちの一部の領域（つまり、部分領域９８）にあるライン電極１８Ｘのみが送信電極として選択される。この部分領域９８は、２つの部分領域９２，９４の関係から定められる。部分領域９２は、図２０の場合と同じ定義であるので説明を省略する。部分領域９４は、電子ペン１６の指示位置７０（Ｘ＝Ｘ4）を基準とするＷ2以内の距離範囲に相当する。２つの部分領域９２，９４は、部分領域９６で重複する。この場合、部分領域９８は、部分領域９４から部分領域９６を差し引いた領域である。つまり、図２１の例では、部分領域９８の位置又はサイズが、電子ペン１６の指示位置７０に依存する。

図１８のステップＳ２４において、タッチＩＣ２２は、タッチセンサ２０の近くにある電子ペン１６との通信を試みる。具体的には、タッチＩＣ２２は、自身が生成したアップリンク信号ＵＳを電子ペン１６に送信するとともに、電子ペン１６からのダウンリンク信号ＤＳを受信する。なお、アップリンク信号ＵＳの送信は、ステップＳ２２，Ｓ２３で選択された送信電極を介して行われる。

ステップＳ２５において、タッチＩＣ２２は、タッチスキャン（図６のステップＳ１参照）の実行結果に基づいて、Ｙ方向に接触領域６２が存在しないか否かを確認する。接触領域６２が存在しなかった場合（ステップＳ２５：ＹＥＳ）にはステップＳ２６に進む一方、接触領域６２が存在する場合（ステップＳ２５：ＮＯ）にはステップＳ２７に進む。

ステップＳ２６において、タッチＩＣ２２は、アップリンク信号ＵＳの送信電極としてすべてのライン電極１８Ｙを選択する。なぜならば、１次スキャン（図６のステップＳ２参照）では、Ｘ方向のみスキャンが行われており、電子ペン１６のＹ方向の位置が特定されていないからである。

一方、ステップＳ２７において、タッチＩＣ２２は、すべてのライン電極１８Ｙの中から、接触領域６２の位置を基準としてアップリンク信号ＵＳの送信電極を選択する。例えば、タッチＩＣ２２は、上記したステップＳ２４で説明した手法と同一の又は異なる手法を用いて送信電極を選択してもよい。

ステップＳ２８において、タッチＩＣ２２は、タッチセンサ２０の近くにある電子ペン１６との通信を試みる。具体的には、タッチＩＣ２２は、自身が生成したアップリンク信号ＵＳを電子ペン１６に送信するとともに、電子ペン１６からのダウンリンク信号ＤＳを受信する。なお、アップリンク信号ＵＳの送信は、ステップＳ２６，Ｓ２７で選択された送信電極を介して行われる。

以上のように、タッチＩＣ２２は、タッチセンサ２０上における人体Ｂｄの接触領域６２又は接触位置６４を検出する第１検出動作と、ペン電極を有する電子ペン１６の指示位置７０を検出する第２検出動作とを交互に実行する。第２検出動作では、Ｎ個のセンサ電極（ここでは、Ｎ本のライン電極１８Ｘ）の中からＬ本（１＜Ｌ＜Ｎ）のライン電極１８Ｘを送信電極として選択し、Ｌ本の送信電極からアップリンク信号ＵＳを送信する送信制御を行う。そして、タッチ検出動作によって人体Ｂｄの接触が検出されなかった場合に、タッチＩＣ２２は、直近に検出された電子ペン１６の指示位置７０に応じてＬ本の送信電極を選択する。一方、人体Ｂｄの接触が検出された場合に、タッチＩＣ２２は、接触領域６２又は接触位置６４に応じてＬ本の送信電極を選択する。

このように構成しても、人体Ｂｄに誘導される信号が原因で発生するＧＮＤ電位の揺れによって、電子ペン１６が有するペン電極に誘導された信号が一時的に検出できなくなることが抑制される。

また、タッチＩＣ２２は、人体Ｂｄの接触が検出された場合に、接触領域６２又は接触位置６４と、指示位置７０との組み合わせに応じてＬ本の送信電極を選択してもよい。具体的には、タッチＩＣ２２は、接触位置６４を含む部分領域９２から指示位置７０を含む部分領域９６を除外した部分領域９８にあるＬ本の送信電極を選択してもよい。

［電子ペン１６の説明］
＜構成＞
図２２は、図１及び図２の電子ペン１６の内部構造を模式的に示す図である。この電子ペン１６は、芯１００と、チップ電極１０２（「第１電極」に相当）と、リング電極１０４（「第２電極」に相当）と、筆圧検出センサ１０６と、回路基板１０８と、電池１１０と、を含んで構成される。

芯１００は、電子ペン１６のペン軸に沿って配置される棒状の部材である。チップ電極１０２及びリング電極１０４はそれぞれ、金属などの導電性材料からなり又は導電性材料を含む電極である。具体的には、チップ電極１０２は、芯１００の先端に取り付けられた円錐状の電極である。また、リング電極１０４は、先端側に向かうにつれて径が徐々に小さくなるテーパ環状の電極である。

図２２から理解されるように、チップ電極１０２とリング電極１０４は、［１］ペン先（筐体１１２の端側）に設けられ、［２］互いに異なる形状を有し、［３］軸の方向が互いに一致し、［４］ペン軸に対して回転対称であり、かつ［５］ペン軸方向に離間するように配置されている。なお、チップ電極１０２及びリング電極１０４の形状・配置は、図２２の例に限られず、必要に応じて適宜変更されてもよい。

筆圧検出センサ１０６は、芯１００と物理的に接続されており、芯１００の先端側に作用する筆圧を検出可能に構成される。筆圧検出センサ１０６として、例えば、筆圧に応じて容量が変化する可変容量コンデンサが用いられる。回路基板１０８は、電子ペン１６を作動するための電気回路を構成する基板である。電池１１０は、回路基板１０８上に設けられる電子部品又は電子素子に対して駆動電力を供給する電源である。

また、電子ペン１６は、上記したそれぞれの構成部品を収容する筐体１１２を含んで構成される。筒状の筐体１１２は、金属などの導電性材料からなり又は導電性材料を含んで構成される。ユーザは、電子ペン１６を使用する際に、筐体１１２の外周面に触れながら電子ペン１６を把持する。これにより、人体ＢＤは、筐体１１２の接触部位に形成される静電容量を介して電子ペン１６と電気的に接続される。

図２３は、図２２に示す回路基板１０８のブロック図である。この回路基板１０８には、ＭＣＵ１２０と、第１スイッチ１２２と、第２スイッチ１２４と、第３スイッチ１２６と、受信回路１２８と、送信回路１３０と、が設けられている。

ＭＣＵ１２０は、電子ペン１６の各部に対する統括的な制御を行うユニットである。ＭＣＵ１２０は、受信回路１２８に対して所望の受信制御を行うことで、電子機器１４からのアップリンク信号ＵＳを受信可能に構成される。また、ＭＣＵ１２０は、送信回路１３０に対して所望の送信制御を行うことで、電子機器１４へのダウンリンク信号ＤＳを送信可能に構成される。

第１スイッチ１２２は、共通端子とＲ端子及びＴ端子のいずれか一方とが接続されるように構成されたスイッチ素子である。第１スイッチ１２２の共通端子はチップ電極１０２に、Ｒ端子は第３スイッチ１２６のＳ１端子に、Ｔ端子は送信回路１３０の出力端にそれぞれ接続される。ＭＣＵ１２０が第１スイッチ１２２のスイッチング制御を行うことで、アップリンク信号ＵＳ１の受信及びダウンリンク信号ＤＳの送信が選択的に行われる。

第２スイッチ１２４は、共通端子とＲ端子及びＴ端子のいずれか一方とが接続されるように構成されたスイッチ素子である。第２スイッチ１２４の共通端子はリング電極１０４に、Ｒ端子は第３スイッチ１２６のＳ２端子に、Ｔ端子は送信回路１３０の出力端にそれぞれ接続される。ＭＣＵ１２０が第２スイッチ１２４のスイッチング制御を行うことで、アップリンク信号ＵＳ２の受信及びダウンリンク信号ＤＳの送信が選択的に行われる。

第３スイッチ１２６は、Ｓ１端子及びＳ２端子のいずれか一方と共通端子とが接続されるように構成されたスイッチ素子である。第３スイッチ１２６の共通端子は、受信回路１２８の入力端に接続される。ＭＣＵ１２０が第３スイッチ１２６のスイッチング制御を行うことで、アップリンク信号ＵＳ１、ＵＳ２の受信が選択的に行われる。

受信回路１２８は、チップ電極１０２又はリング電極１０４に誘導されたアップリンク信号ＵＳを復調し、復調後のデータＤＡＴをＭＣＵ１２０に出力する回路である。後述するように、受信回路１２８の接地端は、電子ペン１６の筐体１１２にグランド接続（あるいはグラウンド接続）されている。なお、ＭＣＵ１２０は、復調後のデータＤＡＴに対して所定の信号処理を行うことで、電子機器１４からの制御用データを取得する。

送信回路１３０は、ＭＣＵ１２０の制御に従ってダウンリンク信号ＤＳを生成する回路である。送信回路１３０は、ダウンリンク信号ＤＳが「位置信号」である場合にキャリア信号を無変調で出力し、ダウンリンク信号ＤＳが「データ信号」である場合に送信用データを用いてキャリア信号を変調して出力する。

図２４は、図２３の受信回路１２８の具体的な構成を示す図である。この受信回路１２８は、アナログ回路１３２と、デジタル回路１４０と、が直列的に接続されてなる。アナログ回路１３２は、増幅回路１３４と、ΔΣ型ＡＤ変換回路（以下、ΔΣ型ＡＤＣ１３６）と、を含んで構成される。

増幅回路１３４は、チップ電極１０２又はリング電極１０４に誘導されたアップリンク信号ＵＳを増幅させる回路であり、入力端は第３スイッチ１２６の共通端子に、接地端は筐体１１２にそれぞれ接続される。なお、図２４の例では、増幅回路１３４が筐体１１２に直接的に接続されているが、図示しない導電性部材を介して筐体１１２に間接的に接続されてもよい。

ΔΣ型ＡＤＣ１３６は、増幅回路１３４の出力信号ＡＯに対してデルタシグマ型のＡＤ変換を行うことで、２値化、３値化又は多値化された信号を出力する回路である。なお、「デルタシグマ型」とは、標本化された電圧と出力電圧との差（Δ）を積分器で積分（Σ）し、得られた積分値と基準電圧との間の大小を比較することでパルス列に変換するＡＤ変換方式を意味する。

一方、デジタル回路１４０は、増幅回路１３４の出力信号ＡＯを処理してなる出力信号ＣＯと、アップリンク信号ＵＳに対応する比較パターンＰＴｃの間の相関演算により、アップリンク信号ＵＳが示すデータＤＡＴを検出する。具体的には、このデジタル回路１４０は、マッチドフィルタ１４２と、データ復元部１４４と、を含んで構成される。

マッチドフィルタ１４２は、ΔΣ型ＡＤＣ１３６の出力信号ＣＯと、記憶回路１４６から読み出した比較パターンＰＴｃの間の相関演算により、アップリンク信号ＵＳに対応するデータ信号を検出する。ここで、「相関演算」とは、逐次的に供給されるチップ列と、既知である比較パターンＰＴｃ（ここでは、アップリンク信号ＵＳに対応する拡散符号の配列）のそれぞれとの相関値を算出し、相関値がピークを示した場合にビットの検出及び出力を行う演算である。

データ復元部１４４は、マッチドフィルタ１４２により検出されたデータ信号を既知の規則に従って復元し、データＤＡＴを出力する機能を有する。

記憶回路１４６は、タッチＩＣ２２（図２及び図４）がアップリンク信号ＵＳの送信に使用し得る複数の拡散符号に関して、元の波形を示すパターン（ここでは、０／１の２値パターン）を比較パターンＰＴｃとしてそれぞれ記憶する。

図２５は、別の例における回路基板１５０の部分ブロック図である。この回路基板１５０は、図２３に示す回路基板１０８の各構成に加えて、チップ電極１０２とリング電極１０４の間に設けられる第４スイッチ１５２をさらに備える。ＭＣＵ１５０が第４スイッチ１５２のスイッチング制御を行うことで、チップ電極１０２及びリング電極１０４の電気的な結合又は分離が選択的に行われる。この構成によれば、電子ペン１６は、［１］チップ電極１０２、［２］リング電極１０４、又は［３］チップ電極１０２及びリング電極１０４の結合電極、のうちのいずれかの電極を介してアップリンク信号ＵＳを受信することができる。

＜動作＞
続いて、電子機器１４との通信時における回路基板１０８の動作について説明する。この回路基板１０８は、アップリンク信号ＵＳの受信モードを選択可能に構成される。ここでは、複数種類の受信モードのうち、通常モードと切替モードのいずれか一方が選択される場合を想定する。一方、「切替モード」は、必要に応じてペン電極を切り替えながらアップリンク信号ＵＳを受信するためのする送信制御モードを意味する。

図２６は、通常モードにおける電子ペン１６の通信動作を示すフローチャートである。この「通常モード」は、特定のペン電極を用いてアップリンク信号ＵＳを受信するための送信制御モードを意味する。つまり、当該モードでは、アップリンク信号ＵＳの受信に用いられるペン電極（以下、「受信電極」という）が、［１］チップ電極１０２、［２］リング電極１０４、又は［３］チップ電極１０２及びリング電極１０４の結合電極、のうちのいずれか１つ（例えば、チップ電極１０２）に静的に設定される。

回路基板１０８は、アップリンク信号ＵＳの受信動作を行う（ステップＳ３１）。アップリンク信号ＵＳが正しく受信あるいは検出された場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、回路基板１０８は、ダウンリンク信号ＤＳの送信動作を行った後（ステップＳ３３）、ステップＳ３１に戻る。一方、アップリンク信号ＵＳが正しく受信されなかった場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、回路基板１０８は、ステップＳ３３の実行をスキップして、ステップＳ３１に戻る。以下、当該フローチャートを繰り返し実行することで、電子ペン１６は、アップリンク信号ＵＳの送信タイミングに同期させてダウンリンク信号ＤＳを送信する。

図２７は、切替モードにおける電子ペン１６の通信動作を示すフローチャートである。この「切替モード」は、必要に応じてペン電極を切り替えながらアップリンク信号ＵＳを受信するための送信制御モードを意味する。つまり、当該モードでは、アップリンク信号ＵＳの受信電極が、［１］チップ電極１０２、［２］リング電極１０４、又は［３］チップ電極１０２及びリング電極１０４の結合電極、のうちのいずれか１つに動的に設定される。

ステップＳ４１において、回路基板１０８は、現時点で選択されている受信電極を用いて、アップリンク信号ＵＳの受信動作を行う。

ステップＳ４２において、回路基板１０８は、ステップＳ４１の今回の実行によって、今回のアップリンク信号ＵＳを正しく受信あるいは検出したか否かを確認する。今回のアップリンク信号ＵＳが受信された場合（ステップＳ４２：ＹＥＳ）、次のステップＳ４３に進む。

ステップＳ４３において、回路基板１０８は、ステップＳ４２で受信された今回のアップリンク信号ＵＳを用いて、今回の受信に応答するためのダウンリンク信号ＤＳを生成する。

ステップＳ４４において、回路基板１０８は、ステップＳ４３で生成されたダウンリンク信号ＤＳの送信動作を行う。このダウンリンク信号ＤＳは、タッチセンサ２０を介してタッチＩＣ２２により受信される。一方、ステップＳ４２に戻って、今回のアップリンク信号ＵＳが受信されなかった場合（ステップＳ４２：ＮＯ）、ステップＳ４５に進む。

ステップＳ４５において、回路基板１０８は、ステップＳ４１の前回の実行によって、前回のアップリンク信号ＵＳを正しく受信あるいは検出していたか否かを確認する。前回のアップリンク信号ＵＳが受信されなかった場合（ステップＳ４５：ＮＯ）、ステップＳ４６，Ｓ４４の実行をスキップして、後述するステップＳ４７に進む。一方、前回のアップリンク信号ＵＳが受信されていた場合（ステップＳ４５：ＹＥＳ）、次のステップＳ４６に進む。

ステップＳ４６において、回路基板１０８は、ステップＳ４２で受信されていた前回のアップリンク信号ＵＳを用いて、今回の受信に応答するためのダウンリンク信号ＤＳを生成する。回路基板１０８は、ステップＳ４６で生成されたダウンリンク信号ＤＳの送信動作を行う（ステップＳ４４）。

ステップＳ４７において、回路基板１０８は、送信電極の切替が必要であるか否かを判定する。例えば、回路基板１０８は、今回のアップリンク信号ＵＳを検出できた場合に送信電極の切り替えが「不要」であり、今回のアップリンク信号ＵＳを検出できなかった場合に送信電極の切り替えが「必要」であると判定してもよい。

ステップＳ４８において、回路基板１０８は、送信電極の切替が必要でない場合に（ステップＳ４８：ＮＯ）、ステップＳ４９の実行をスキップして、ステップＳ４１に戻る。一方、回路基板１０８は、送信電極の切替が必要である場合に（ステップＳ４８：ＹＥＳ）、次のステップＳ４９に進む。

ステップＳ４９において、回路基板１０８は、Ｍ個のペン電極の中から、予め定められた切替順序に従って受信電極を切り替える。図２３の例では、現在の受信電極がチップ電極１０２である場合、リング電極１０４に切り替えられる。また、図２５の例では、現在の受信電極がチップ電極１０２である場合、リング電極１０４、あるいは結合電極（チップ電極１０２及びリング電極１０４の結合体）のいずれか一方に切り替えられる。

以下、当該フローチャートを繰り返し実行することで、電子ペン１６は、アップリンク信号ＵＳの送信タイミングに同期させてダウンリンク信号ＤＳを送信することができる。

＜まとめ＞
以上のように、電子ペン１６は、Ｎ個のセンサ電極を有する静電容量方式のタッチセンサ２０に接続されるタッチＩＣ２２とともに用いられる。そして、電子ペン１６は、Ｍ個（Ｍ≧２）のペン電極を有し、Ｍ個のペン電極の中から１個以上のペン電極である受信電極を決定し、アップリンク信号ＵＳの送信電極と受信電極の組を時間に応じて変更する制御を行う。このように構成しても、人体Ｂｄに誘導される信号が原因で発生するＧＮＤ電位の揺れによって、電子ペン１６が有するペン電極に誘導された信号が一時的に検出できなくなることが抑制される。

ここで、Ｍ個のペン電極は、電子ペン１６のペン先に設けられるチップ電極１０２と、ペン先より後方に位置するリング電極１０４と、チップ電極１０２とリング電極１０４を電気的に接続した電極と、を含んでもよい。

また、電子ペン１６は、タッチＩＣ２２から周期的に送信されるアップリンク信号ＵＳを受信して検出する際に、少なくとも今回の検出処理によるアップリンク信号ＵＳの検出結果に応じて、自身が有するＭ個のペン電極の中から次の検出処理に関わる受信電極を決定してもよい。また、電子ペン１６は、今回の検出処理において一の受信電極からの受信によりアップリンク信号ＵＳが検出されなった場合に、次回の検出処理に関わる受信電極を他のいずれかのペン電極に切り替えてもよい。また、電子ペン１６は、今回の検出処理においてアップリンク信号ＵＳが検出されなかった場合、直近に検出されたアップリンク信号ＵＳに基づいて生成したダウンリンク信号ＤＳを送信してもよい。

＜別の動作例＞
続いて、電子ペン１６による別の動作例について説明する。

図２７のステップＳ４９では、回路基板１０８が今回及び前回のアップリンク信号ＵＳを検出できなかった場合に受信電極を切り替えているが、判定条件はこれに限られない。例えば、電子ペン１６は、所定の検出回数にわたって一の受信電極からアップリンク信号ＵＳが継続して検出されなくなった場合に、次回の検出処理に関わる受信電極を他のいずれかのペン電極に切り替えてもよい。

図２７のステップＳ４９では、予め定められた切替順序に従って受信電極を切り替えているが、切替規則はこれに限られない。例えば、電子ペン１６は、受信電極を切り替えながらアップリンク信号ＵＳの受信レベルを計測し、得られた受信レベルに応じて受信電極を決定してもよい。具体的には、電子ペン１６は、直近に受信した信号強度が最大となる１個のペン電極を受信電極として決定すればよい。

図２７のステップＳ４９では、回路基板１０８がアップリンク信号ＵＳの検出結果に応じて受信電極を切り替えているが、切り替えのトリガはこれに限られない。例えば、タッチＩＣ２２が、電子ペン１６の送信電極を切り替えるための制御信号を電子ペン１６に送信可能である場合、電子ペン１６は、制御信号の受信に応じて受信電極を切り替えてもよい。これにより、電子ペン１６は、通信相手であるタッチＩＣ２２と連携しながら、より適したタイミングで受信電極を切り替えることができる。

１０‥位置検出システム、１４‥電子機器、１６‥電子ペン、１８Ｂ‥ブロック電極（センサ電極）、１８Ｘ，１８Ｙ‥ライン電極（センサ電極）、２０‥タッチセンサ、２２‥タッチＩＣ（センサ制御回路）、２４‥ホストプロセッサ、６０‥センサ領域、６２‥接触領域、６４‥接触位置、１０２‥チップ電極（ペン電極）、１０４‥リング電極（ペン電極）、１０８，１５０‥回路基板、１１２‥筐体、１２８‥受信回路、ＤＳ‥ダウンリンク信号、ＵＳ，ＵＳ１，ＵＳ２‥アップリンク信号

Claims (5)

1. ペン電極を有する電子ペンと、
   Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）のセンサ電極を有する静電容量方式のタッチセンサに接続され、かつ前記タッチセンサを介するアップリンク信号の送信制御を行うセンサ制御回路と、
   を備え、
   前記センサ制御回路は、前記Ｎ個のセンサ電極のうち、Ｋ≦Ｎを満たすＫ個のセンサ電極をＧ個（Ｇは２以上の整数）のグループに分類し、前記Ｇ個のグループの中から時間に応じてグループを選択し、前記グループに属するＬ個（１＜Ｌ≦Ｋ）のセンサ電極である送信電極から前記アップリンク信号を送信する制御を行い、
   前記タッチセンサ上における人体の接触領域に２個以上のセンサ電極が位置する場合、前記２個以上のセンサ電極は、前記Ｇ個のグループに分配して割り当てられることを特徴とする、アップリンク信号の送受信システム。
2. 前記タッチセンサは、相互容量方式のセンサであり、
   前記Ｎ個のセンサ電極は、一方向に延びて等間隔に配置されるライン電極であり、
   前記Ｋ個のセンサ電極は、前記接触領域又はその周辺の位置に連なって配置される、
   請求項１に記載のアップリンク信号の送受信システム。
3. 前記タッチセンサは、自己容量方式のセンサであり、
   前記Ｎ個のセンサ電極は、二次元格子に配置されるブロック電極であり、
   前記Ｋ個のセンサ電極は、前記接触領域又はその周辺の位置に連なって配置される、
   請求項１に記載のアップリンク信号の送受信システム。
4. 前記電子ペンは、前記送信電極を切り替えるための制御信号を前記センサ制御回路に送信し、
   前記センサ制御回路は、前記制御信号の受信に応じて前記送信電極を切り替える、
   請求項１に記載のアップリンク信号の送受信システム。
5. Ｎ個（Ｎは、２以上の整数）のセンサ電極を有する静電容量方式のタッチセンサに接続
   されるセンサ制御回路とともに用いられ、かつＭ個（Ｍは、２以上の整数）のペン電極を有する電子ペンであって、
   前記センサ制御回路が、前記タッチセンサ上における人体の接触領域に位置する２個以上のセンサ電極を含むＫ個（２≦Ｋ≦Ｎ）のセンサ電極をＧ個（Ｇは２以上の整数）のグループに分類し、前記グループに属するＬ個（１＜Ｌ≦Ｋ）のセンサ電極である送信電極からアップリンク信号を送信する制御を行っている間、
   前記Ｍ個のペン電極の中から１個以上のペン電極である受信電極を決定し、前記アップリンク信号の前記送信電極と前記受信電極の組を時間に応じて変更する制御を行う
   ことを特徴とする電子ペン。
   
   

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