JP7706540B2 - ペン及びタッチコントローラを含むシステム、ペンにより実行される方法、ペン、及びタッチコントローラ - Google Patents

Description

本発明は、ペン及びタッチコントローラを含むシステム、ペンにより実行される方法、ペン、及びタッチコントローラに関する。

ペンからタッチコントローラへの一方向通信を行う位置検出システムには、ペンが送信した信号（以下「ペン信号」という）により、タッチコントローラをペンに同期させるものがある。特許文献１には、このような位置検出システムの例が開示されている。

上記のような一方向通信の位置検出システムにおいては、ペンが必要のないペン信号を送信し、結果として無駄に電力を消費してしまう可能性がある。例えば、タッチコントローラが指タッチの検出やディスプレイに含まれる画素の駆動などとの時分割でペンの検出を実行するものである場合、タッチコントローラがペンの検出を実行している期間以外に送信されるペン信号は、仮にペンが送信したとしてもタッチコントローラによって受信されることはなく、したがって送信の必要のないペン信号ということになる。そこで近年では、ペンとタッチコントローラとの間で双方向通信を行う位置検出システムが登場している。双方向通信によれば、ペンは、タッチコントローラがペン信号を必要としているときにペン信号を送信することができるので、上記のような無駄な電力消費を回避することが可能になる。特許文献２，３には、ペンとタッチコントローラとの間で双方向通信を行う位置検出システムの例が開示されている。

米国特許公開第２０１０／０１５５１５３号明細書 米国特許第９９７７５１９号明細書 国際公開第２０１６／１３９８６１号明細書

ところで、ペンとタッチコントローラとの間で双方向通信を行う位置検出システムにおいては、複数の時間スロットを含むフレームが用いられる。タッチコントローラは各フレームの先頭でアップリンク信号を送信し、ペンは、各時間スロットのうちの１つ以上を用いてペン信号を送信する。フレームの構造及びペンが使用する時間スロットは、プロトコルによって予め定められる。アップリンク信号はフレームの時間的位置（以下「フレーム位置」という）を示す役割を有しており、ペンは、アップリンク信号の受信タイミングに基づいてフレーム位置を取得し、取得したフレーム位置に従って、ペン信号の送信タイミング及び次のアップリンク信号の受信タイミングを決定するよう構成される。

ここで、ペンは、外来ノイズなどの影響によりアップリンク信号の受信に失敗する場合がある。そうすると、ペンはフレーム位置を取得できずペン信号を送信できなくなり、その結果として、入力中のストロークの描画が止まる、いわゆる線切れが発生する。そこで本願の発明者は、受信できた最新のアップリンク信号に基づいて取得したフレーム位置をアップリンク信号を受信できなかったフレームに流用することにより、アップリンク信号の受信に失敗してもペン信号を送信できるようにペンを構成することを検討している。

しかしながら、ペンとタッチコントローラとではクロック信号の周波数が完全には一致していないことが通常であることから、ペンが上記のようなフレーム位置の流用によってペン信号を送信していると、次第にタイミングがずれてきてしまい、タッチコントローラによる受信が難しくなる。したがって、ペンがアップリンク信号の受信に失敗したとしてもストロークの描画の中断を回避できるようにするための、さらなる技術が必要とされている。

したがって、本発明の目的の一つは、ペンがアップリンク信号の受信に失敗した場合の線切れを回避できる、ペン及びタッチコントローラを含むシステム、ペンにより実行される方法、ペン、及びタッチコントローラを提供することにある。

本発明によるシステムは、ペン及びタッチコントローラを含むシステムであって、前記ペン及び前記タッチコントローラは、時間的に離隔した複数のペン検出期間を含むフレームを用いて互いに信号を送受信するように構成され、前記ペン及び前記タッチコントローラはそれぞれ、フレーム位置を同期するための基準信号を送信及び検出可能に構成され、前記基準信号を検出した場合には該基準信号に基づいて前記フレーム位置を取得するとともに、取得した前記フレーム位置に従って動作し、前記ペンは、前記同期のマスターを変更する際に、自身が前記同期のマスターになることを示す基準変更信号を送信するよう構成される、システムである。

本発明による方法は、ペン及びタッチコントローラを含むシステムにおいて前記ペンにより実行される方法であって、前記タッチコントローラが送信した基準信号に基づいて取得したフレーム位置に従って次の前記基準信号の検出動作を行うステップと、前記検出動作により前記基準信号を受信したか否かを判定するステップと、前記検出動作により前記基準信号を受信しなかったと判定した場合に、自身が前記フレーム位置の同期のマスターになることを示す基準変更信号を送信するステップと、を含む方法である。

本発明によるペンは、集積回路及びペン先電極を有し、タッチコントローラと双方向に通信するペンであって、前記集積回路は、前記タッチコントローラが送信した基準信号に基づいて取得したフレーム位置に従い、前記ペン先電極を用いて次の前記基準信号の検出動作を行い、前記検出動作により前記基準信号を受信したか否かを判定し、前記検出動作により前記基準信号を受信しなかったと判定した場合に、自身が前記フレーム位置の同期のマスターになることを示す基準変更信号を前記ペン先電極から送信する、ペンである。

本発明によるタッチコントローラは、センサを介してペンと双方向に通信することによって前記ペンの位置を導出するタッチコントローラであって、フレーム位置の同期のマスターになることを示す基準変更信号を前記ペンから受信した場合に、前記ペンの送信する前記フレーム位置を同期するための基準信号に従って前記フレーム位置を取得し、取得した前記フレーム位置に基づき、前記ペンが送信するダウンリンク信号の検出動作、及び、前記ペンに対するアップリンク信号の送信を行う、タッチコントローラである。

本発明によれば、必要に応じてペンをフレーム同期のマスターにすることができるので、ペンがアップリンク信号の受信に失敗した場合の線切れを回避することが可能になる。

本発明の実施の形態による位置検出システム１の構成を示す図である。 アクティブペン２の集積回路２５の状態遷移図である。 図２に示した集積回路２５の状態遷移に対応するタッチコントローラ３１の状態遷移図である。 アクティブペン２とタッチコントローラ３１との間で送受信される信号の時間変化を示す図である。 アクティブペン２とタッチコントローラ３１との間で送受信される信号の時間変化を示す図である。 アクティブペン２の集積回路２５が実行する処理を示す処理フロー図である。 アクティブペン２の集積回路２５が実行する処理を示す処理フロー図である。 タッチコントローラ３１が実行する処理を示す処理フロー図である。 タッチコントローラ３１が実行する処理を示す処理フロー図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態による位置検出システム１の構成を示す図である。同図に示すように、位置検出システム１は、アクティブペン２と、アクティブペン２を検出する位置検出装置である電子機器３とを備えて構成される。

電子機器３は、例えばタブレットコンピュータやデジタイザなどのタッチ面３ａを有するコンピュータである。電子機器３内には、タッチ面３ａの直下に配置されたセンサ３０と、センサ３０に接続されたタッチコントローラ３１と、センサ３０と重畳して配置されたディスプレイ３２と、これらを含む電子機器３の各部を制御するホストプロセッサ３３とが設けられる。

ホストプロセッサ３３は電子機器３の中央処理装置であり、図示しないメモリから各種のプログラムを読み出し、実行するように構成される。こうして実行されるプログラムには、電子機器３のオペレーティングシステムや描画アプリケーションを含む各種のアプリケーションが含まれる。このうち描画アプリケーションは、タッチコントローラ３１によって取得される位置及びデータに基づいてデジタルインクを生成し、電子機器３内のメモリに記憶する処理や、生成したデジタルインクをレンダリングし、その結果を示す映像信号を生成してディスプレイ３２に供給する処理を実行するためのプログラムである。ディスプレイ３２は、ホストプロセッサ３３から供給される映像信号を表示する装置であり、例えば液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイによって構成される。

センサ３０は、タッチ面３ａ内に複数のセンサ電極が配置された構造を有する装置である。複数のセンサ電極には、それぞれタッチ面３ａ内のＹ方向に沿って延在し、タッチ面３ａ内でＹ方向と直交するＸ方向に沿って等間隔に並置された複数のＸ電極と、それぞれＸ方向に沿って延在し、Ｙ方向に沿って等間隔に並置された複数のＹ電極とを含んで構成される。

センサ３０を構成する複数のセンサ電極の一部は、ディスプレイ３２の共通電極（各画素に共通に接地電位を供給するための電極）と兼用され得る。この兼用を行う場合の電子機器３は、所謂「インセル型」の位置検出装置を構成する。一方、兼用を行わない場合の電子機器３は、所謂「オンセル型」又は「アウトセル型」の位置検出装置を構成する。本発明はいずれの電子機器３に対しても好適に適用可能であるが、以下では、電子機器３はインセル型の位置検出装置であるとして説明を続ける。

タッチコントローラ３１は、タッチ面３ａ内におけるアクティブペン２及びパッシブポインタ（例えば、人間の指）の位置を検出する機能を有する集積回路である。具体的には、アクティブ静電方式によってアクティブペン２の位置を検出し、静電容量方式によってパッシブポインタの位置を検出するよう構成される。

アクティブ静電方式によるアクティブペン２の位置検出について詳しく説明すると、タッチコントローラ３１は、センサ３０を介してアクティブペン２と双方向に通信することによって、タッチ面３ａ内におけるアクティブペン２の位置を導出するとともに、アクティブペン２からデータを取得する処理を行う。以下、この双方向通信においてタッチコントローラ３１からアクティブペン２に対して送信される信号を「アップリンク信号ＵＳ」と称し、アクティブペン２からタッチコントローラ３１に対して送信される信号を「ダウンリンク信号ＤＳ」と称する。

ダウンリンク信号ＤＳは、上述したペン信号の一種である。本実施の形態においては、「ダウンリンク信号ＤＳ」の他に「基準変更信号ＣＨ」もペン信号に含まれるが、この点については後述する。タッチコントローラ３１は、センサ３０を構成する各センサ電極の電位に変化を与えることによってアップリンク信号ＵＳの送信を行う一方、センサ３０を構成する各センサ電極における電位の変化を検出することにより、ダウンリンク信号ＤＳ及び基準変更信号ＣＨの受信を行う。

タッチコントローラ３１は、ディスプレイ３２による画素の駆動が行われていない時間（以下「ブランク時間」という）の情報に基づいてフレームを設定し、その中に、それぞれタッチコントローラ３１がペン信号を検出するための期間である複数の時間スロット（時間的に離隔した複数のペン検出期間）と、それぞれタッチコントローラ３１がパッシブポインタの検出を行うための期間である複数のパッシブポインタ検出期間とを配置するよう構成される。タッチコントローラ３１は、各時間スロットの中でペン信号の受信を行い、各パッシブポインタ検出期間の中でパッシブポインタを検出するための処理を行う。

ブランク時間の情報は、ホストプロセッサ３３からタッチコントローラ３１に通知される。タッチコントローラ３１は、ホストプロセッサ３３から通知されたブランク時間の情報に基づいてフレーム位置を決定するとともに、フレーム内に、上述した複数の時間スロット及び複数のパッシブポインタ検出期間を配置する。通常、各フレームは複数のブランク時間を含んで構成され、複数の時間スロット及び複数のパッシブポインタ検出期間は各ブランク期間内に分散して配置される。

ここで、アクティブペン２とタッチコントローラ３１の間の通信方法を規定する通信プロトコルは、フレーム内における時間スロット及びパッシブポインタ検出期間の互いに異なる時間的配置を示す複数のパターンを予め有して構成される。タッチコントローラ３１は、ホストプロセッサ３３から通知されたブランク時間の情報に基づいて複数のパターンのうちの１つを選択することにより、フレーム内に複数の時間スロット及び複数の複数のパッシブポインタ検出期間を配置するよう構成される。また、タッチコントローラ３１は、選択したパターン、及び、アクティブペン２がペン信号の送信のために実際に使用するべき時間スロットを示す情報を、アップリンク信号ＵＳ内のコマンドによりアクティブペン２に通知する処理も行う。

アップリンク信号ＵＳは、タッチコントローラ３１からアクティブペン２に対して上述したフレーム位置を通知する基準信号として機能するとともに、タッチコントローラ３１からアクティブペン２を制御するためのコマンドを送信する役割を有する信号である。タッチコントローラ３１は、フレームの先頭でアップリンク信号ＵＳを送信するよう構成され、アクティブペン２は、アップリンク信号ＵＳの受信タイミングに基づいてフレーム位置を取得するよう構成される。また、アクティブペン２は、アップリンク信号ＵＳに含まれるコマンドから、フレームの構造（複数の時間スロットの時間的配置など）と、当該アクティブペン２がペン信号の送信のために実際に使用するべき時間スロットを示す情報とを取得するよう構成される。以下では、これらフレーム位置、フレームの構造、及び、時間スロット示す情報をまとめて「送受信スケジュール」と称する場合がある。

ダウンリンク信号ＤＳは、無変調の搬送波信号である位置信号と、後述する筆圧値やスイッチ情報などの各種データによって変調された搬送波信号であるデータ信号とを含む信号である。アクティブペン２は、アップリンク信号ＵＳに基づいて取得した送受信スケジュールに従い、ダウンリンク信号ＤＳを送信するよう構成される。タッチコントローラ３１は、センサ３０を構成する複数のセンサ電極のそれぞれにおける位置信号の受信強度の分布に基づいてアクティブペン２の位置を導出する一方、複数のセンサ電極のうち導出した位置に最も近いセンサ電極を用いてデータ信号を受信し、復調することによって、アクティブペン２が送信したデータを取得する。

アクティブペン２は、図１に示すように、芯体２０と、ペン先電極２１と、圧力センサ２２と、サイドスイッチ２３と、バッテリー２４と、集積回路２５とを有して構成される。芯体２０は、アクティブペン２のペン軸を構成する部材である。芯体２０の先端はアクティブペン２のペン先を構成し、末端は圧力センサ２２に当接している。ペン先電極２１は芯体２０の先端（ペン先）に設けられた導電体であり、集積回路２５と電気的に接続されている。

圧力センサ２２は、ペン先に加わる圧力を検出するセンサである。圧力センサ２２が検出した圧力は、例えば１２ビットの筆圧値として集積回路２５に供給される。サイドスイッチ２３は、アクティブペン２の表面に設けられた押しボタン式のスイッチであり、ユーザによりオンオフ操作可能に構成される。サイドスイッチ２３の操作状態（オンオフ状態）は、例えば２ビットのスイッチ情報として集積回路２５に供給される。バッテリー２４は、集積回路２５が動作するために必要な電力を供給する役割を果たす。

集積回路２５は、アップリンク信号ＵＳの受信、ダウンリンク信号ＤＳ及び基準変更信号ＣＨの生成及び送信などの処理を実行する回路である。集積回路２５は、ペン先電極２１の電位の変化を検出することによってアップリンク信号ＵＳを受信する一方、ペン先電極２１の電位に変化を与えることによってペン信号（具体的には、上述したダウンリンク信号ＤＳ及び基準変更信号ＣＨ）の送信を行う。

図２は、集積回路２５の状態遷移図である。同図に示すように、集積回路２５は、ディスカバリモード、スレーブモード、マスターモードのいずれかにより動作するよう構成される。初期状態はディスカバリモードであり、ディスカバリモードにエントリしている集積回路２５は、連続的又は断続的に、アップリンク信号ＵＳの検出動作を行う（ステップＳ１）。

ステップＳ１の検出動作の結果としてアップリンク信号ＵＳを検出した場合（ステップＳ２）、集積回路２５はスレーブモードにエントリし、受信したアップリンク信号ＵＳに基づいて、上述した送受信スケジュールを取得する。続いて集積回路２５は、取得した送受信スケジュールに従ってダウンリンク信号ＤＳの送信を行う（ステップＳ１０）。また、取得した送受信スケジュールによりフレームの終了タイミングの到来が示される場合には（ステップＳ１１）、次のアップリンク信号ＵＳの検出動作を行う（ステップＳ１２）。その結果としてアップリンク信号ＵＳを検出した場合（ステップＳ１３）、集積回路２５は、そのアップリンク信号ＵＳに基づいて改めて送受信スケジュールを取得し、ステップＳ１０の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ１２の検出動作の結果としてアップリンク信号ＵＳを検出しなかった場合の集積回路２５は、マスターモードにエントリする（ステップＳ１４）。マスターモードにエントリした集積回路２５は、取得できている最新の送受信スケジュールを現在のフレーム（検出できなかったアップリンク信号ＵＳの送信が実行されたフレーム）に流用する。一例では、集積回路２５は、取得できている最新の送受信スケジュールをフレームの時間長ＵｐＩｎｔｖ分の時間だけ後方にシフトすることにより、現在のフレーム用の送受信スケジュールを取得すればよい。

こうして集積回路２５が取得した送受信スケジュールは、タッチコントローラ３１の内部で決定されている送受信スケジュールと異なっている可能性がある。そこで集積回路２５は、現在のフレームの先頭の時間スロット（以下「先頭スロット」という）において、自身が同期（フレーム同期）のマスターになることを示す基準変更信号ＣＨを送信する（ステップＳ２０）。本実施の形態において、各フレームの先頭スロットは基準変更信号ＣＨの送信用として予約されており、ダウンリンク信号ＤＳの送信用として用いられない。したがって、スレーブモードにエントリしている集積回路２５は、先頭スロットをミュート（信号を送信しない状態）に設定することになる。

その後、集積回路２５は、取得した送受信スケジュールに従ってダウンリンク信号ＤＳを送信し（ステップＳ２１）、取得した送受信スケジュールによりフレームの終了タイミングの到来が示される場合には（ステップＳ２２）、次のアップリンク信号ＵＳの検出動作を行う（ステップＳ２３）。その結果としてアップリンク信号ＵＳを検出しなかった場合（ステップＳ２４）、集積回路２５は、最後にアップリンク信号ＵＳを検出してから所定時間が経過したか否かを判定し、経過したと判定した場合には、ディスカバリモードに戻ってステップＳ１からの処理を実行する（ステップＳ２４）。一方、経過していないと判定した場合には、ステップＳ２０からの処理を繰り返す（ステップＳ２５）。この場合の集積回路２５は、マスターモードにエントリしたときと同様、取得できている最新の送受信スケジュールに基づき、現在のフレーム用の送受信スケジュールを取得するよう構成される。

ステップＳ２３においてアップリンク信号ＵＳを検出した集積回路２５は、スレーブモードに戻ってステップＳ１０からの処理を実行する（ステップＳ２６）。すなわち、タッチコントローラ３１が送信するアップリンク信号ＵＳは、タッチコントローラ３１が同期のマスターになることを示す基準変更信号としての機能を有しており、この基準変更信号としてのアップリンク信号ＵＳを受信した集積回路２５は、同期のマスターであることを中止し、スレーブに戻る。この場合の集積回路２５は、新たに受信したアップリンク信号ＵＳに基づき、現在のフレーム用の送受信スケジュールを取得することになる。

図３は、図２に示した集積回路２５の状態遷移に対応するタッチコントローラ３１の状態遷移図である。同図に示すように、タッチコントローラ３１も、ディスカバリモード、スレーブモード、マスターモードのいずれかにより動作するよう構成される。初期状態はディスカバリモードであり、ディスカバリモードにエントリしているタッチコントローラ３１は、ホストプロセッサ３３から供給されているブランク時間の情報に基づいて送受信スケジュールを決定したうえで、フレームの先頭でアップリンク信号ＵＳを送信する（ステップＳ３０）。そして、アップリンク信号ＵＳの送信が終了した後（ステップＳ３１）、各時間スロットにおいてダウンリンク信号ＤＳの検出動作を行う（ステップＳ３２）。なお、ディスカバリモードにエントリ中のタッチコントローラ３１は、基準変更信号ＣＨの検出動作を行わなくてよい。

ステップＳ３２の検出動作の結果としてダウンリンク信号ＤＳを検出しないままフレームの終了タイミングが到来した場合（ステップＳ３３）、タッチコントローラ３１は改めて送受信スケジュールを決定し、ステップＳ３０に戻ってアップリンク信号ＵＳの送信を繰り返す。このときタッチコントローラ３１は、決定済みの最新の送受信スケジュールをフレームの時間長ＵｐＩｎｔｖ（図４及び図５を参照）分の時間だけ後方にシフトすることにより、現在のフレーム用の送受信スケジュールを決定してもよいし、ホストプロセッサ３３から新たに供給された、或いは、以前に供給されていたブランク時間の情報に基づいて改めて送受信スケジュールを決定してもよい。

一方、ステップＳ３２の検出動作の結果としてダウンリンク信号ＤＳを検出したタッチコントローラ３１は、マスターモードにエントリする（ステップＳ３４）。マスターモードにエントリしたタッチコントローラ３１は、ダウンリンク信号ＤＳを送信してきたアクティブペン２を通信相手としてアップリンク信号ＵＳの送信（ステップＳ４０）を行い、送信が終了した後（ステップＳ４１）、基準変更信号ＣＨ及びダウンリンク信号ＤＳの検出動作を行う（ステップＳ４２）。

ステップＳ４２において基準変更信号ＣＨを検出しなかった場合（ステップＳ４３）、タッチコントローラ３１は、マスターモードを維持しつつダウンリンク信号ＤＳの検出動作を実行するとともに、マスターモードにエントリしたときと同様の処理により改めて送受信スケジュールを決定し、ステップＳ４０に戻ってアップリンク信号ＵＳの送信を行う。また、タッチコントローラ３１は、ステップＳ４２においてダウンリンク信号ＤＳを検出しない状態が所定時間以上にわたり継続した場合（ステップＳ４４）、ディスカバリモードに戻ってステップＳ３０からの処理を実行する。

一方、ステップＳ４２において基準変更信号ＣＨを検出した場合（ステップＳ４５）、タッチコントローラ３１はスレーブモードにエントリし、基準変更信号ＣＨに基づいて送受信スケジュールを取得したうえで、引き続きダウンリンク信号ＤＳの検出動作を行う（ステップＳ５０）。この場合においてタッチコントローラ３１は、基準変更信号ＣＨの受信タイミングに基づいてフレーム位置を取得する。したがって、スレーブモードにエントリしているタッチコントローラ３１に対しては、基準変更信号ＣＨがフレーム位置を通知する基準信号として機能することになる。一方、タッチコントローラ３１は、送受信スケジュールを構成する情報のうちフレーム位置以外の情報（フレームの構造及び時間スロットの情報）については、先に決定していた送受信スケジュールのものを流用する。別の言い方をすれば、スレーブモードにエントリしているタッチコントローラ３１は、送受信スケジュールを構成する各種の情報のうちフレーム位置を決定する権利のみを、アクティブペン２に対して渡している。

タッチコントローラ３１は、ステップＳ５０においてダウンリンク信号ＤＳを検出しない状態が所定時間以上にわたり継続した場合（ステップＳ５１）、ディスカバリモードに戻ってステップＳ３０からの処理を実行する。また、ステップＳ５０において基準変更信号ＣＨを検出した場合（ステップＳ５２）、タッチコントローラ３１は、基準変更信号ＣＨに基づいて改めて送受信スケジュールを取得した後、ダウンリンク信号ＤＳの検出動作を実行し、その後、アップリンク信号ＵＳの送信を行う（ステップＳ５３）。アップリンク信号ＵＳの送信が終了した後（ステップＳ５４）には、ステップＳ５０に戻って基準変更信号ＣＨ及びダウンリンク信号ＤＳの検出動作を行う。

ステップＳ５０において基準変更信号ＣＨを検出しなかった場合（ステップＳ５５）のタッチコントローラ３１は、マスターモードに戻り、ダウンリンク信号ＤＳの検出動作を実行する（ステップＳ４２）。こうしてマスターモードに戻ったタッチコントローラ３１は、マスターモードにエントリしたときと同様の処理により改めて送受信スケジュールを決定したうえで、ステップＳ４０におけるアップリンク信号ＵＳの送信を行う。

以上説明したように、本実施の形態による位置検出システム１によれば、アクティブペン２がアップリンク信号ＵＳの受信に失敗した場合に、アクティブペン２をフレーム同期のマスターにすることができる。したがって、アクティブペン２がアップリンク信号ＵＳの受信に失敗した場合の線切れを回避することが可能になる。以下、このような線切れを回避するためのアクティブペン２及びタッチコントローラ３１の動作について、図４～図９を参照しながら、より詳しく説明する。

図４及び図５は、アクティブペン２（の集積回路２５）とタッチコントローラ３１との間で送受信される信号の時間変化を示す図である。図４には、アクティブペン２がスレーブモードからマスターモードに遷移する場面を示し、図５には、アクティブペン２がマスターモードからスレーブモードに遷移する場面を示している。また、図４及び図５には、フレームＦと、フレームＦ内に設定されるｍ＋１個の時間スロットＴＳ（ＴＳ０～ＴＳｍ）とを示している。時間スロットＴＳ０は、上述した先頭スロットである。さらに、図示した「Ｒ」は信号の受信期間を示し、「Ｔ」はパッシブポインタの検出期間を示し、「ＵｐＩｎｔｖ」はフレームＦの時間長を示している。なお、図４及び図５においては、上述したブランク時間内の期間のみを示し、ディスプレイ３２による画素の駆動が行われている時間については描画を省略している。

まず図４を参照すると、アクティブペン２は、タッチコントローラ３１がｎ番目のフレームＦｎの先頭（時刻ｔ１）で送信したアップリンク信号ＵＳの受信に成功している。この場合のアクティブペン２はスレーブモードを維持し、受信したアップリンク信号ＵＳに基づいて送受信スケジュールを取得したうえで、時間スロットＴＳ１～ＴＳｍを用いてダウンリンク信号ＤＳの送信を行う。この場合のアクティブペン２は、時間スロットＴＳ０では信号の送信を行わない。

その後、図４の例によるアクティブペン２は、タッチコントローラ３１がｎ＋１番目のフレームＦｎ＋１の先頭（時刻ｔ２）で送信したアップリンク信号ＵＳの受信に失敗している。この場合のアクティブペン２は、前回のアップリンク信号ＵＳの受信終了からフレームＦの時間長ＵｐＩｎｔｖに所定の時間ΔＴを加算してなる時間が経過する時刻ｔ３までアップリンク信号ＵＳの検出動作を継続した後、マスターモードにエントリする。なお、アクティブペン２は、この時点での筆圧値が０である場合、すなわちホバー状態にある場合には、スレーブモードを継続することとしてもよい。この点については、後ほど図６及び図７を参照しながら、より詳しく説明する。

マスターモードにエントリしたアクティブペン２は、ｎ番目のフレームＦｎにおいて取得していた送受信スケジュールを流用することによりｎ＋１番目のフレームＦｎ＋１の送受信スケジュールを決定したうえで、時間スロットＴＳ０を用いて基準変更信号ＣＨを、時間スロットＴＳ１～ＴＳｍを用いてダウンリンク信号ＤＳの送信をそれぞれ実行する。時刻ｔ４で基準変更信号ＣＨを受信したタッチコントローラ３１はスレーブモードにエントリし、基準変更信号ＣＨの受信タイミングを基準とする動作を開始する。

次に図５を参照すると、タッチコントローラ３１がｎ＋ｋ番目のフレームＦｎ＋ｋの先頭（時刻ｔ５）で送信したアップリンク信号ＵＳの受信に成功したアクティブペン２は、スレーブモードにエントリする。これにより、アクティブペン２は、フレームＦｎ＋ｋの時間スロットＴＳ０においては基準変更信号ＣＨを送信しなくなる一方、フレームＦｎ＋ｋの時間スロットＴＳ１～ＴＳｍでは、引き続きダウンリンク信号ＤＳの送信を実行する。

アクティブペン２が時間スロットＴＳ０において基準変更信号ＣＨを送信しなかったことを検出したタッチコントローラ３１は、マスターモードにエントリする。そして、フレームＦｎ＋ｋの時間スロットＴＳ１～ＴＳｍでは、基準変更信号ＣＨに基づいて取得していた送受信スケジュールを引き続き使用してダウンリンク信号ＤＳの受信を行ったうえで、ホストプロセッサ３３から供給されているブランク時間の情報に基づいて送受信スケジュールを決定し、決定した送受信スケジュールに従い、フレームＦｎ＋ｋ＋１の先頭でアップリンク信号ＵＳを送信する。この後、アクティブペン２は、このアップリンク信号ＵＳの受信タイミングを基準とする動作を開始する。

図６及び図７は、アクティブペン２の集積回路２５が実行する処理を示す処理フロー図である。同図に示すように、集積回路２５はまずディスカバリモードにエントリし（ステップＳ１００）、アップリンク信号ＵＳの検出動作を実行する（ステップＳ１０１）。そして、アップリンク信号ＵＳを受信したか否かを判定し（ステップＳ１０２）、受信しなかったと判定した場合にはステップＳ１０１に戻ってディスカバリモードの処理を続ける。

一方、ステップＳ１０２において受信したと判定した場合、集積回路２５はスレーブモードにエントリし（ステップＳ１０３）、受信したアップリンク信号ＵＳに基づいて送受信スケジュールを取得する（ステップＳ１０４）。そして、時間スロットＴＳ１～ＴＳｍを用いてダウンリンク信号ＤＳを送信し（ステップＳ１０５）、次のフレームの先頭でアップリンク信号ＵＳの検出動作を実行する（ステップＳ１０６）。この場合の集積回路２５は、時間スロットＴＳ０では信号の送信を行わない。

次に集積回路２５は、ステップＳ１０６においてアップリンク信号ＵＳを受信したか否かを判定し（ステップＳ１０７）、受信したと判定した場合にはステップＳ１０４に戻ってスレーブモードの処理を続ける。一方、受信しなかったと判定した場合、集積回路２５はまず、最後にアップリンク信号ＵＳを受信してから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０８）。そして、経過したと判定した場合、ステップＳ１００に戻ってディスカバリモードの処理を開始する。一方、経過していないと判定した集積回路２５は、図１に示した圧力センサ２２から供給されている最新の筆圧値を参照し、アクティブペン２がコンタクト中（ペン先がタッチ面３ａに接触している状態）であるか否かを判定する（ステップＳ１０９）。具体的には、筆圧値が０より大きい値になっている場合にコンタクト中であると判定し、そうでない場合にホバー中（ペン先がタッチ面３ａに接触していない状態）であると判定すればよい。ホバー中であると判定した場合、集積回路２５は、取得していた最新の送受信スケジュールに基づいて送受信スケジュールを決定した後（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０６に戻ってスレーブモードの処理を続ける。一方、コンタクト中であると判定した場合、図７に示すステップＳ１２０に遷移してマスターモードの処理を開始する。このように、コンタクト中である場合にのみ集積回路２５をマスターモードに移行させ、ホバー中である場合には集積回路２５にスレーブモードの処理を続けさせるのは、ホバー中である場合にはそもそもストロークの入力がされておらず、線切れを起こすおそれがないためである。

ステップＳ１２０以降の処理について具体的に説明すると、図７に示すように、集積回路２５はまずマスターモードにエントリし（ステップＳ１２０）、ステップＳ１１０と同様に、最新の送受信スケジュールに基づいて送受信スケジュールを決定する（ステップＳ１２１）。次に集積回路２５は、時間スロットＴＳ０を用いて基準変更信号ＣＨを送信し（ステップＳ１２２）、時間スロットＴＳ１～ＴＳｍを用いてダウンリンク信号ＤＳを送信し（ステップＳ１２３）、次のフレームの先頭でアップリンク信号ＵＳの検出動作を実行する（ステップＳ１２４）。

続いて集積回路２５は、ステップＳ１６においてアップリンク信号ＵＳを受信したか否かを判定し（ステップＳ１２５）、受信したと判定した場合には、ステップＳ１０３に戻ってスレーブモードの処理を開始する。一方、受信しなかったと判定した場合、集積回路２５はまず、最後にアップリンク信号ＵＳを受信してから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１２６）。そして、経過したと判定した場合、図６に示したステップＳ１００に戻ってディスカバリモードの処理を開始する。一方、経過していないと判定した集積回路２５は、図１に示した圧力センサ２２から供給されている最新の筆圧値を参照し、アクティブペン２がコンタクト中であるか否かをさらに判定する（ステップＳ１２７）。この判定の具体的な方法は、ステップＳ１０９と同様でよい。判定の結果、コンタクト中であると判定した集積回路２５は、ステップＳ１２１に戻ってマスターモードの処理を続ける。一方、ホバー中であると判定した集積回路２５はスレーブモードにエントリし（ステップＳ１２８）、ステップＳ１１０と同様に最新の送受信スケジュールに基づいて送受信スケジュールを決定した後（ステップＳ１２９）、図６に示したステップＳ１０６に戻る。なお、スレーブモードにエントリしたにも関わらず、ステップＳ１２９において、最新の送受信スケジュールに基づいて送受信スケジュールを決定しているのは、アクティブペン２が次のアップリンク信号ＵＳを受信するために、当座の送受信スケジュールが必要となるためである。

図８及び図９は、タッチコントローラ３１が実行する処理を示す処理フロー図である。同図に示すように、タッチコントローラ３１はまずディスカバリモードにエントリし（ステップＳ１３０）、ホストプロセッサ３３から供給されるブランク時間の情報に基づいて送受信スケジュールを決定した後（ステップＳ１３１）、フレームの先頭でアップリンク信号ＵＳの送信を実行し（ステップＳ１３２）、さらに、時間スロットＴＳ１～ＴＳｍにおいてダウンリンク信号ＤＳの検出動作を実行する（ステップＳ１３３）。このとき、時間スロットＴＳ０において基準変更信号ＣＨの検出動作を行う必要はないが、行ってもよい。

次にタッチコントローラ３１は、ステップＳ１３３においてダウンリンク信号ＤＳを受信したか否かを判定し（ステップＳ１３４）、受信しなかったと判定した場合にはステップＳ１３１に戻ってディスカバリモードの処理を続ける。一方、受信したと判定した場合にはマスターモードにエントリし（ステップＳ１３５）、受信したダウンリンク信号ＤＳに基づいてアクティブペン２の位置を導出するとともにアクティブペン２が送信したデータを取得し（ステップＳ１３６）、ホストプロセッサ３３に出力する（ステップＳ１３７）。続いてタッチコントローラ３１は、ステップＳ１３１と同様の処理により改めて送受信スケジュールを決定した後（ステップＳ１３８）、次のフレームの先頭でアップリンク信号ＵＳの送信を実行し（ステップＳ１３９）、時間スロットＴＳ０において基準変更信号ＣＨの検出動作を実行する（ステップＳ１４０）。

そしてタッチコントローラ３１は、ステップＳ１４０において基準変更信号ＣＨを受信したか否かを判定し（ステップＳ１４１）、受信したと判定した場合、図９に示すステップＳ１５０に遷移してスレーブモードの処理を開始する。一方、受信しなかったと判定したタッチコントローラ３１は、時間スロットＴＳ１～ＴＳｍにおいてダウンリンク信号ＤＳの検出動作を実行し（ステップＳ１４２）、受信したか否かを判定する（ステップＳ１４３）。その結果、受信したと判定したタッチコントローラ３１は、ステップＳ１３６に戻ってマスターモードの処理を続ける。一方、受信しなかったと判定したタッチコントローラ３１は、最後にダウンリンク信号ＤＳを受信してから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１４４）。その結果、経過したと判定した場合、ステップＳ１３０に戻ってディスカバリモードの処理を開始する。一方、経過していないと判定したタッチコントローラ３１は、ステップＳ１３８に戻ってマスターモードの処理を継続する。

ステップＳ１５０以降の処理について具体的に説明すると、図９に示すように、タッチコントローラ３１はまずスレーブモードにエントリし（ステップＳ１５０）、基準変更信号ＣＨに基づいて送受信スケジュールを取得する（ステップＳ１５１）。すなわち、基準変更信号ＣＨの受信開始タイミングを時間スロットＴＳ０の開始タイミングとみなし、フレーム位置を取得する。次にタッチコントローラ３１は、時間スロットＴＳ１～ＴＳｍにおいてダウンリンク信号ＤＳの検出動作を実行し（ステップＳ１５２）、受信したか否かを判定する（ステップＳ１５３）。その結果、受信したと判定した場合、タッチコントローラ３１は、受信したダウンリンク信号ＤＳに基づいてアクティブペン２の位置を導出するとともにアクティブペン２が送信したデータを取得し（ステップＳ１５４）、ホストプロセッサ３３に出力する（ステップＳ１５５）。続いてタッチコントローラ３１は、次のフレームの先頭でアップリンク信号ＵＳの送信を実行し（ステップＳ１５６）、時間スロットＴＳ０において基準変更信号ＣＨの検出動作を実行する（ステップＳ１５７）。そして、基準変更信号ＣＨを受信したか否かを判定する（ステップＳ１５８）。

ステップＳ１５８において受信したと判定したタッチコントローラ３１は、ステップＳ１５１に戻ってスレーブモードの処理を続ける。一方、受信しなかったと判定したタッチコントローラ３１はマスターモードにエントリし（ステップＳ１５９）、ホストプロセッサ３３から供給されるブランク時間の情報に基づいて送受信スケジュールを決定した後（ステップＳ１６０）、図８に示したステップＳ１４２に戻る。ステップＳ１６０で決定した送受信スケジュールは、この後最初に実行されるアップリンク信号ＵＳの送信（ステップＳ１３９）から適用される。ステップＳ１６０から遷移した直後のステップＳ１４２にステップＳ１６０で決定した送受信スケジュールを適用しないのは、この段階では、アクティブペン２によって決定された送受信スケジュールでダウンリンク信号ＤＳの送信が行われているからである。

ステップＳ１５３において受信していないと判定したタッチコントローラ３１は、最後にダウンリンク信号ＤＳを受信してから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１６１）。その結果、経過したと判定した場合、図８に示したステップＳ１３０に戻ってディスカバリモードの処理を開始する。一方、経過していないと判定したタッチコントローラ３１は、ステップＳ１５６に戻ってスレーブモードの処理を継続する。

以上説明したように、本実施の形態による位置検出システム１によれば、アクティブペン２がアップリンク信号ＵＳの受信に失敗した場合に、アクティブペン２をフレーム同期のマスターにすることができる。したがって、アクティブペン２がアップリンク信号ＵＳの受信に失敗した場合の線切れを回避することが可能になる。

また、本実施の形態による位置検出システム１によれば、アクティブペン２がコンタクト中である場合にのみ、アクティブペン２をフレーム同期のマスターにすることができる。したがって、線切れを防ぐ必要がある場合にのみ、アクティブペン２をフレーム同期のマスターにす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、上記実施の形態では、タッチコントローラ３１がアクティブ静電方式によってアクティブペン２の位置を検出する場合を例に取って説明したが、本発明は、タッチコントローラ３１とアクティブペン２とが双方向に通信を行う場合に広く適用可能である。例えば、タッチコントローラ３１が電磁誘導方式によってアクティブペン２の位置を検出する場合にも、本発明は適用可能である。

また、上記実施の形態では、フレーム内の先頭スロットを基準変更信号ＣＨの送信用に予約する例を説明したが、アクティブペン２からタッチコントローラ３１に対して適時に基準変更信号ＣＨを伝達できればよく、基準変更信号ＣＨの送信方法は上記実施の形態で説明したものに限られない。例えば、アクティブペン２は、先頭スロット以外の時間スロットを用いて基準変更信号ＣＨを送信することとしてもよいし、ダウンリンク信号ＤＳとは異なる周波数、位相、符号などを用いることによって、ダウンリンク信号ＤＳと同時に基準変更信号ＣＨを送信することとしてもよいし、ブルートゥース（登録商標）に代表される近距離無線通信などの全く別の通信方法を用いて基準変更信号ＣＨを送信することとしてもよい。

また、上記実施の形態では、基準変更信号ＣＨの有無によりアクティブペン２が同期のマスターとなるか否かを示す例を説明したが、アクティブペン２が同期のマスターとなるか否かを示す情報は、任意の方法によってタッチコントローラ３１に通知され得る。例えば、アクティブペン２は、自身が同期のマスターとなる場合とそうでない場合とで、異なるビット値、異なる周波数、異なる位相、又は、異なる符号を送信することによって、自身が同期のマスターとなるか否かをタッチコントローラ３１に通知することができる。このうち「異なるビット値」を用いる場合には、ダウンリンク信号ＤＳを構成するデータ信号内の１ビットにより、基準変更信号ＣＨを送信することとしてもよい。

また、上記実施の形態では、基準変更信号ＣＨがフレーム位置を同期するための基準信号を兼ねる例を説明したが、これらを異なる信号とすることとしてもよい。例えば、スレーブモードにエントリしたタッチコントローラ３１は、時間スロットＴＳ１で受信されたダウンリンク信号ＤＳの受信タイミングに基づいてフレーム位置を取得することとしてもよい。

１ 位置検出システム
２ アクティブペン
３ 電子機器
３ａ タッチ面
２０ 芯体
２１ ペン先電極
２２ 圧力センサ
２３ サイドスイッチ
２４ バッテリー
２５ 集積回路
３０ センサ
３１ タッチコントローラ
３２ ディスプレイ
３３ ホストプロセッサ
ＣＨ 基準変更信号
ＤＳ ダウンリンク信号
Ｆ フレーム
ＴＳ 時間スロット
ＵＳ アップリンク信号

Claims (13)

1. ペン及びタッチコントローラを含むシステムであって、
   前記ペン及び前記タッチコントローラは、時間的に離隔した複数のペン検出期間を含むフレームを用いて互いに信号を送受信するように構成され、
   前記ペン及び前記タッチコントローラはそれぞれ、
   フレーム位置を同期するための基準信号を送信及び検出可能に構成され、
   前記基準信号を検出した場合には該基準信号に基づいて前記フレーム位置を取得するとともに、取得した前記フレーム位置に従って動作し、
   前記ペンは、前記同期のマスターを変更する際に、自身が前記同期のマスターになることを示す基準変更信号を送信するよう構成される、
   システム。
2. 前記タッチコントローラは、前記基準変更信号を受信した場合に、前記ペンの送信する前記基準信号に従って前記フレーム位置を取得する、
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記基準変更信号は、異なるビット値、異なる周波数、異なる位相、異なる符号のうちのいずれかにより自身が前記同期のマスターになることを通知する信号であり、繰り返し送信される、
   請求項２に記載のシステム。
4. 前記ペンは、所定の条件が満たされた場合に、前記タッチコントローラに対して前記基準変更信号を送信するよう構成される、
   請求項２に記載のシステム。
5. 前記所定の条件は、前記ペンが前記タッチコントローラから過去に受信したアップリンク信号に基づいて取得した前記フレーム位置に従って次の前記アップリンク信号の受信を試みた結果、前記アップリンク信号を受信しなかった場合である、
   請求項４に記載のシステム。
6. 前記所定の条件は、前記ペンが前記タッチコントローラから過去に受信したアップリンク信号に基づいて取得した前記フレーム位置に従って次の前記アップリンク信号の受信を試みた結果、前記アップリンク信号を受信せず、かつ、前記ペンがコンタクト中である場合である、
   請求項４に記載のシステム。
7. 前記ペンは、
   前記同期のマスターが前記タッチコントローラである間に前記基準変更信号を送信し、
   前記基準変更信号の送信と同時又は前記基準変更信号の送信後に前記基準信号を少なくとも１回送信する、
   請求項２に記載のシステム。
8. 前記タッチコントローラは、自身が前記同期のマスターになることを示す基準変更信号を送信するよう構成される、
   請求項１に記載のシステム。
9. ペン及びタッチコントローラを含むシステムにおいて前記ペンにより実行される方法であって、
   前記タッチコントローラが送信した基準信号に基づいて取得したフレーム位置に従って次の前記基準信号の検出動作を行うステップと、
   前記検出動作により前記基準信号を受信したか否かを判定するステップと、
   前記検出動作により前記基準信号を受信しなかったと判定した場合に、自身が前記フレーム位置の同期のマスターになることを示す基準変更信号を送信するステップと、
   を含む方法。
10. 前記基準信号は、前記タッチコントローラが送信するアップリンク信号である、
    請求項９に記載の方法。
11. 前記ペンのペン先に加わる圧力を示す筆圧値により前記ペンがコンタクト中であるか否かを判定するステップ、をさらに含み、
    前記送信するステップは、前記検出動作により前記基準信号を受信しなかったと判定し、かつ、前記ペンがコンタクト中であると判定した場合に、前記基準変更信号を送信する、
    請求項９又は１０に記載の方法。
12. 集積回路及びペン先電極を有し、タッチコントローラと双方向に通信するペンであって、
    前記集積回路は、
    前記タッチコントローラが送信した基準信号に基づいて取得したフレーム位置に従い、前記ペン先電極を用いて次の前記基準信号の検出動作を行い、
    前記検出動作により前記基準信号を受信したか否かを判定し、
    前記検出動作により前記基準信号を受信しなかったと判定した場合に、自身が前記フレーム位置の同期のマスターになることを示す基準変更信号を前記ペン先電極から送信する、
    ペン。
13. センサを介してペンと双方向に通信することによって前記ペンの位置を導出するタッチコントローラであって、
    フレーム位置の同期のマスターになることを示す基準変更信号を前記ペンから受信した場合に、前記ペンの送信する前記フレーム位置を同期するための基準信号に従って前記フレーム位置を取得し、
    取得した前記フレーム位置に基づき、前記ペンが送信するダウンリンク信号の検出動作、及び、前記ペンに対するアップリンク信号の送信を行う、
    タッチコントローラ。

Images