JP7732025B2 - スタイラス - Google Patents

Description

本発明は、スタイラスに関する。

消しゴム付き鉛筆（pencil with an eraser）をモチーフにした電子機器用のスタイラスが知られている。

特許文献１及び２には、ペン信号を送信するチップ側とは反対のテイル側にもアンテナが設けられ、このアンテナからイレーサ信号を送信可能に構成されるスタイラスが開示されている。

米国特許第５７９３３６０号明細書 米国出願公開特許第２０１８／００５２５３４号明細書

ところで、スタイラスの接触時点と電子機器の位置検出時点の間のタイムラグを短縮するため、スタイラスがいわゆるホバー状態であっても、ペン信号又はイレーサ信号（以下、総称して「ダウンリンク信号」ともいう）の送信することがある。これにより、スタイラスの操作応答性が向上する反面、ダウンリンク信号の送信時間の増加に伴い電気エネルギーの消費量が増加してしまう。

この問題は、外部から付与されたエネルギーがトリガとなってダウンリンク信号を生成して送信する方式、例えば、特許文献１に記載される電磁授受方式（ＥＭＲ：登録商標）では生じないが、自身が蓄える電気エネルギーからダウンリンク信号を生成して送信するアクティブ方式において生じ得る。特に、特許文献２に記載されるアクティブ方式のスタイラスの場合、チップ側及びテイル側のうちどちらの接触にも対応すべく、２種類のダウンリンク信号を同時に送信することで、電気エネルギーの消費量がさらに増加してしまう。

本発明の目的は、チップ側及びテイル側の両方からダウンリンク信号を送信可能な構成において、操作応答性を確保しつつ電気エネルギーの消費を抑制可能なアクティブ方式のスタイラスを提供することである。

第１の本発明におけるスタイラスは、筒状の筐体と、前記筐体のチップ側に設けられ、かつチップ電極を有するチップ部と、前記筐体のテイル側に設けられ、かつテイル電極を有するテイル部と、前記筐体の内部に設けられる電源回路と、前記電源回路からの給電により、前記チップ電極を介して前記筐体の外部に向けて送信する第１ダウンリンク信号を生成する第１送信回路と、前記電源回路からの給電により、前記テイル電極を介して前記筐体の外部に向けて送信する信号であって、前記第１ダウンリンク信号とは異なる第２ダウンリンク信号を生成する第２送信回路と、複数の送信モードに従って前記第１送信回路及び前記第２送信回路の送信制御を行う制御回路と、を備え、前記複数の送信モードは、前記チップ電極から前記第１ダウンリンク信号を送信し、かつ前記テイル電極からの前記第２ダウンリンク信号の送信を停止する送信制御を行う第１送信モードと、前記チップ電極からの前記第１ダウンリンク信号の送信を停止し、かつ前記テイル電極から第２ダウンリンク信号を生成する送信制御を行う第２送信モードと、を含み、前記制御回路は、前記チップ部及び前記テイル部の両方が、タッチセンサを有する電子機器のタッチ面に接触しないホバー状態である場合、前記筐体の把持状態に関する判定に基づいて、前記第１送信モード及び前記第２送信モードを切り替えて実行する。

第２の本発明におけるセンサ制御回路は、センサ電極に接続される回路であって、前記スタイラスは、チップ側に設けられたチップ電極を介して第１ダウンリンク信号を送信するとともに、テイル側に設けられたテイル電極を介して前記第１ダウンリンク信号とは異なる第２ダウンリンク信号を送信可能に構成され、前記センサ電極を介して前記スタイラスからのダウンリンク信号を受信し、受信した前記第１ダウンリンク信号又は前記第２ダウンリンク信号のいずれか一方に対応するデータを含むアップリンク信号を生成し、前記センサ電極を介して前記アップリンク信号を送信する。

本発明によれば、チップ側及びテイル側の両方からダウンリンク信号を送信可能な構成において、操作応答性を確保しつつ電気エネルギーの消費を抑制することができる。

第１実施形態におけるスタイラスが組み込まれた位置検出システムの全体構成図である。 図１に示す電子機器の概略ブロック図である。 図１に示すスタイラスの外観図である。図３（ａ）は、スタイラスの側面図である。図３（ｂ）は、筐体の部分展開図である。 図１に示すスタイラスの電気的なブロック図である。 第１実施形態におけるスタイラスの動作説明に供されるフローチャートである。 把持状態の判定方法の一例を示す図である。 第１実施形態の第１変形例におけるスタイラスの外観図である。図７（ａ）は、スタイラスの側面図である。図７（ｂ）は、筐体の部分展開図である。 第１実施形態の第２変形例におけるスタイラスの外観図である。 第２実施形態におけるスタイラスの外観図である。 図９に示すスタイラスの電気的なブロック図である。 第２実施形態におけるスタイラスの動作説明に供されるフローチャートである。

本発明におけるスタイラス及びセンサ制御回路について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下の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。

［第１実施形態］
先ず、第１実施形態におけるスタイラス１６について、図１～図６を参照しながら説明する。

＜位置検出システム１０の全体構成＞
図１は、第１実施形態におけるスタイラス１６が組み込まれた位置検出システム１０の全体構成図である。位置検出システム１０は、表示パネル１２を有する電子機器１４と、ペン型のポインティングデバイスであるスタイラス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Ｕｓは、スタイラス１６を片手で把持し、表示パネル１２のタッチ面１８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。

スタイラス１６は、電子機器１４との間で一方向又は双方向に通信可能に構成されている。以下、スタイラス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」と称するとともに、電子機器１４がスタイラス１６に向けて送信する信号を「アップリンク信号」と称する場合がある。なお、このスタイラス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、ダウンリンク信号として電子機器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。

＜電子機器１４の構成＞
図２は、図１に示す電子機器１４の概略ブロック図である。この電子機器１４は、センサ電極２００と、センサ制御回路２０２と、ホストプロセッサ２０４と、を含んで構成される。なお、本図に示すｘ方向，ｙ方向は、センサ電極２００がなす平面上において定義される直交座標系のＸ軸，Ｙ軸に相当する。

センサ電極２００は、表示パネル１２とタッチ面１８（図１）の間に配置される複数の電極である。センサ電極２００は、Ｘ座標（ｘ方向の位置）を検出するための複数のＸ電極２００ｘと、Ｙ座標（ｙ方向の位置）を検出するための複数のＹ電極２００ｙと、を含む。複数のＸ電極２００ｘは、ｙ方向に延びて設けられ、かつｘ方向に沿って等間隔に配置されている。複数のＹ電極２００ｙは、ｘ方向に延びて設けられ、かつｙ方向に沿って等間隔に配置されている。

センサ制御回路２０２は、ファームウェア２０６を実行可能に構成された集積回路であり、センサ電極２００を構成する複数の電極にそれぞれ接続されている。ファームウェア２０６は、ユーザＵｓによるタッチを検出するタッチ検出機能２０８と、スタイラス１６の状態を検出するペン検出機能２１０と、を実現可能に構成される。

タッチ検出機能２０８は、例えば、センサ電極２００の二次元スキャン機能、センサ電極２００上のヒートマップ（検出レベルの二次元位置分布）の作成機能、ヒートマップ上の領域分類機能（例えば、指、手の平の分類）を含む。ペン検出機能２１０は、例えば、センサ電極２００の二次元スキャン機能、ダウンリンク信号の受信・解析機能、スタイラス１６の状態（例えば、位置、姿勢、筆圧）の推定機能、スタイラス１６に対する指令を含むアップリンク信号の生成・送信機能を含む。

ホストプロセッサ２０４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）からなるプロセッサである。ホストプロセッサ２０４は、図示しないメモリからプログラムを読み出し実行することで、例えば、センサ制御回路２０２からのデータを用いてデジタルインクを生成する。

＜スタイラス１６の構成＞
図３は、図１に示すスタイラス１６の外観図である。より詳しくは、図３（ａ）はスタイラス１６の側面図であり、図３（ｂ）は筐体２０の部分展開図である。

図３（ａ）に示すように、スタイラス１６は、筒状の筐体２０と、筐体２０の一端側（以下、チップ側という）に設けられたチップ部２２と、筐体２０の他端側（以下、テイル側という）に設けられたテイル部２４と、を備える。

筐体２０は、例えば、ルーローの三角形の断面形状を有する。この形状により、スタイラス１６を持ちやすくし、手の疲れを軽減することができる。

概略円錐形状のチップ部２２は、導電性材料からなるチップ電極２２ｅと、チップ電極２２ｅの一部又は全部を覆うチップカバー２２ｃを含んで構成される。チップ電極２２ｅは、後述するペン信号を出力する電極であり、図示しない芯体に取り付けられている。筐体２０のチップ側には、チップ側センサ群２６が設けられている。このチップ側センサ群２６は、チップ部２２への押圧を検出する端部センサ２７と、人体の接触を検出する接触センサ２８と、を含んで構成される。

概略円錐形状のテイル部２４は、導電性材料からなるテイル電極２４ｅと、テイル電極２４ｅの一部又は全部を覆うテイルカバー２４ｃを含んで構成される。テイル電極２４ｅは、後述するイレーサ信号を出力する電極であり、図示しない芯体に取り付けられている。筐体２０のテイル側には、テイル側センサ群３０が設けられている。このテイル側センサ群３０は、テイル部２４への押圧を検出する端部センサ３１と、人体の接触を検出する接触センサ３２と、を含んで構成される。

端部センサ２７（３１）は、例えば、チップ部２２（テイル部２４）への押圧により発生する静電容量の変化を捉える、可変容量コンデンサを用いた圧力センサである。なお、端部センサ２７，３１は、他の方式を用いた圧力センサであってもよいし、所定の押圧（閾値）を境目としてオン・オフに切り替わる圧力スイッチであってもよい。

接触センサ２８，３２は、例えば、自己容量方式又は相互容量方式の静電タッチセンサである。なお、接触センサ２８，３２は、人体の接触により付与されるエネルギーを検出するセンサ（具体的には、感圧センサ、感熱センサ）であってもよいし、人体の接触位置を検出する光学センサであってもよい。接触センサ２８，３２は、検出方式の種類に応じて、筐体２０の内部に収容されてもよいし、筐体２０の外周面に取り付けられてもよい。

図３（ｂ）に示すように、チップ側の接触センサ２８は、筐体２０の軸方向に延びて周方向に湾曲する矩形状の検出領域Ｒ１～Ｒ３を有する。３箇所の検出領域Ｒ１～Ｒ３は、筐体２０の周に沿って、互いに隣接する頂部の中間にそれぞれ配置されている。同様に、テイル側の接触センサ３２は、筐体２０の軸方向に延びて周方向に湾曲する矩形状の検出領域Ｒ４～Ｒ６を有する。３箇所の検出領域Ｒ４～Ｒ６は、筐体２０の周に沿って、互いに隣接する頂部の中間にそれぞれ配置されている。

ここでは、周方向の角度が０度，１２０度，２４０度である位置に、断面形状の頂部が存在するように周方向の座標（縦軸）を定義する。本図から理解されるように、接触センサ２８，３２は、筐体２０の外周面のうち、三角形の頂部（０度，１２０度，２４０度）と比べて、相対的に平坦な箇所（換言すれば、曲率が大きい箇所）に設けられる点に留意する。

検出領域Ｒ１，Ｒ４は、対応する周方向の位置（中心線の位置が６０度）に配置されている。検出領域Ｒ１の軸方向の長さはＬ１であり、検出領域Ｒ４の軸方向の長さはＬ２である。Ｌ２は、Ｌ１と同じ長さであってもよいし、異なる長さであってもよい。また、検出領域Ｒ１，Ｒ４は、距離Ｄｉｓだけ離間して配置されている。この距離Ｄｉｓは、ユーザＵｓの手のサイズを考慮して設計される距離であり、例えば５０ｍｍ以上、あるいは１００ｍｍ以上である。

検出領域Ｒ２，Ｒ５は、対応する周方向の位置（中心線の位置が１８０度）に配置されている。検出領域Ｒ３，Ｒ６は、対応する周方向の位置（中心線の位置が３００度）に配置されている。なお、検出領域Ｒ２，Ｒ５（あるいは、検出領域Ｒ３，Ｒ６）は、上記した検出領域Ｒ１，Ｒ４と同様の相対的位置関係を満たすように配置されている。

図４は、図１に示すスタイラス１６の電気的なブロック図である。スタイラス１６は、チップ電極２２ｅ、テイル電極２４ｅ、チップ側センサ群２６及びテイル側センサ群３０（図３）の他に、電源回路３４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、チップ側送信回路３８（第１送信回路）と、テイル側送信回路４０（第２送信回路）と、制御回路４２と、を含んで構成される。

電源回路３４は、スタイラス１６の駆動電圧を生成し、得られた直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ３６に向けて出力する。具体的には、電源回路３４は、例えばリチウムイオン電池からなる電池４４と、電池４４の電力管理を司るパワーマネジメントＩＣ（以下、ＰＭＩＣ４６）から構成される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、電源回路３４から入力された直流電圧を各々の回路に適した直流電圧に変換した後、チップ側送信回路３８、テイル側送信回路４０、及び制御回路４２にそれぞれ出力する。

チップ側送信回路３８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６からの直流電圧に基づいてペン信号（第１ダウンリンク信号）を生成する回路である。テイル側送信回路４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６からの直流電圧に基づいてイレーサ信号（第２ダウンリンク信号）を生成する回路である。チップ側送信回路３８及びテイル側送信回路４０はそれぞれ、所定の周波数で振動する搬送波信号を生成する発振回路と、制御回路４２からの制御信号に含まれるデータを用いて搬送波信号を変調する変調回路を含んで構成される。なお、搬送波の信号波形は、正弦波、矩形波、三角波等の交流波形であれば、いずれの波形であってもよい。

制御回路４２は、ダウンリンク信号の送信動作を含む制御を司るマイクロコンピュータである。制御回路４２は、チップ側センサ群２６及びテイル側センサ群３０から検出信号を入力するとともに、チップ側送信回路３８及びテイル側送信回路４０に対して制御信号を出力する。これにより、制御回路４２は、複数の送信モード（例えば、第１，第２，第３送信モード）に従って、チップ側送信回路３８及びテイル側送信回路４０の送信制御を実行可能に構成される。

ここで、「第１送信モード」とは、チップ電極２２ｅからペン信号を送信し、かつテイル電極２４ｅからのイレーサ信号の送信を停止するモードを意味する。また、「第２送信モード」とは、チップ電極２２ｅからのペン信号の送信を停止し、かつテイル電極２４ｅからイレーサ信号を送信するモードを意味する。また、「第３送信モード」とは、チップ電極２２ｅからペン信号を送信し、かつテイル電極２４ｅからイレーサ信号を送信するモードを意味する。

なお、「ペン信号」は、スタイラス１６のペン機能を使用する意図（マーキングの意図）を示すダウンリンク信号の一種である。また、「イレーサ信号」は、スタイラス１６のイレーサ機能を使用する意図（マーキングの消去の意図）を示すダウンリンク信号の一種である。受信側の電子機器１４がダウンリンク信号の種類を識別可能にするため、イレーサ信号及びペン信号の信号波形を異ならせる。

第１の手法として、同一の周波数を有する搬送波を異なるデータを用いて変調することで、イレーサ信号及びペン信号の信号波形を異ならせてもよい。一例として、ペンＩＤやスタイラス１６の状態（例えば、筆圧や姿勢）に関する情報を共通化し、特定のフラグ（Ｉｎｖｅｒｔ）の値を変えることが挙げられる。具体的には、ペン信号の場合にはＩｎｖｅｒｔを「０」の値に設定し、イレーサ信号の場合にはＩｎｖｅｒｔを「１」の値に設定してもよい。第２の手法として、異なる周波数を有する搬送波を同一のデータを用いて変調することで、イレーサ信号及びペン信号の信号波形を異ならせてもよい。第３の手法として、無変調信号の長さを変更することで、イレーサ信号及びペン信号の信号波形を異ならせてもよい。

＜スタイラス１６の動作＞
第１実施形態におけるスタイラス１６は、以上のように構成される。続いて、このスタイラス１６の動作（特に、制御回路４２による送信制御）について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。

ステップＳ１において、制御回路４２は、端部センサ２７，３１からの検出信号に基づいて、チップ部２２又はテイル部２４への接触の有無を判定する。チップ部２２がタッチ面１８に接触している場合、制御回路４２は、チップ部２２のみが接触状態であると判定し（ステップＳ１：チップ）、後述するステップＳ３に進む。一方、テイル部２４がタッチ面１８に接触している場合、制御回路４２は、テイル部２４のみが接触状態であると判定し（ステップＳ１：テイル）、後述するステップＳ５に進む。

これに対して、チップ部２２及びテイル部２４の両方の接触状態が検出されなかった場合、制御回路４２は、スタイラス１６が「ホバー状態」であると判定し（ステップＳ１：ホバー）、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、制御回路４２は、スタイラス１６の把持状態に関する判定を行う。ここで、制御回路４２は、接触センサ２８，３２からの検出信号が、把持状態である可能性が高いと推定される所定の条件（以下、判定条件という）を満たすか否かについて判定する。図１から理解されるように、典型的なユーザＵｓは、スタイラス１６の使用中に筆記操作を安定させるため、なるべく先端側に近い位置にて、複数本の指を用いて全周方向から筐体２０（図３）を掴む傾向がある。以下、この傾向に基づく判定方法の具体例について、図６を参照しながら詳細に説明する。

図６は、把持状態の判定方法の一例を示す図であり、図３（ｂ）と同様に、筐体２０の展開図を模式的に示している。なお、理解を容易にするため、合計６箇所の検出領域Ｒ１～Ｒ６のうち、人体の接触が検出された領域をハッチングされた矩形で表記する一方、人体の接触が検出されていない領域を余白の矩形で表記する。

図６（ａ）に示すように、チップ側にある３箇所すべての検出領域Ｒ１～Ｒ３にて、人体の接触が同時に検出されたとする。一方、テイル側にある３箇所すべての検出領域Ｒ４～Ｒ６にて、人体の接触が検出されなかったとする。この場合、制御回路４２は、ユーザＵｓが、ペン機能を使用する意図で、スタイラス１６のチップ側を把持する状態であると判定する。

図６（ｂ）に示すように、チップ側にある３箇所すべての検出領域Ｒ１～Ｒ３にて、人体の接触が同時に検出されなかったとする。一方、テイル側にある３箇所すべての検出領域Ｒ４～Ｒ６にて、人体の接触が同時に検出されたとする。この場合、制御回路４２は、ユーザＵｓが、イレーサ機能を使用する意図で、スタイラス１６のテイル側を把持する状態であると判定する。

このように、筐体２０の全周方向から人体の接触があるか否かを判定条件の１つに含めることで、スタイラス１６の把持の有無について精度よく判定することができる。また、接触センサ２８，３２間の距離ＤｉｓをＤｉｓ≧１００ｍｍとすることで、両方の接触センサ２８，３２による同時検出が抑制され、スタイラス１６の把持の向きを判定しやすくなる。それにもかかわらず、両方の接触センサ２８，３２により人体の接触が同時に検出された場合、以下の規則に従って判定してもよい。

図６（ｃ）に示すように、チップ側にある３箇所すべての検出領域Ｒ１～Ｒ３にて、人体の接触が同時に検出されたとする。一方、テイル側にある１箇所の検出領域Ｒ５にて、人体の接触が検出されたとする。この接触状態は、例えば、複数本の指でチップ側を掴むと同時に、親指の付け根部分にテイル側が接触するように、ユーザＵｓがスタイラス１６を把持している場合において検出され得る。

ここで、制御回路４２は、チップ側及びテイル側のうち検出箇所が同数である場合、検出箇所の数が多い方が、ユーザＵｓに把持されていると判定してもよい。図６（ｃ）の例では、制御回路４２は、ユーザＵｓが、ペン機能を使用する意図で、スタイラス１６のチップ側を把持する状態であると判定する。

図５のステップＳ２に戻って、制御回路４２は、チップ側の判定条件を満たす場合（ステップＳ２：チップ）、ステップＳ３に進む。また、制御回路４２は、テイル側の判定条件を満たす場合（ステップＳ２：テイル）、ステップＳ５に進む。一方、いずれの判定条件を満たさない場合（ステップＳ２：不明）、ステップＳ７に進む。

ステップＳ３において、ステップＳ１，Ｓ２のいずれか一方で「チップ」と判定した場合、制御回路４２は、ペン信号のみを外部に送信する第１送信モードに切り替えて実行する。具体的には、制御回路４２は、ペン信号を生成するための制御信号をチップ側送信回路３８に向けて供給する一方、イレーサ信号の生成を停止するための制御信号をテイル側送信回路４０に向けて供給する。これにより、ペン信号は、チップ側送信回路３８により生成され、チップ電極２２ｅを介して外部に送信される（ステップＳ４）。

ステップＳ５において、制御回路４２は、ステップＳ１，Ｓ２のいずれか一方で「テイル」と判定した場合、イレーサ信号のみを外部に送信する第２送信モードに切り替えて実行する。具体的には、制御回路４２は、ペン信号の生成を停止するための制御信号をチップ側送信回路３８に向けて供給する一方、イレーサ信号を生成するための制御信号をテイル側送信回路４０に向けて供給する。これにより、イレーサ信号は、テイル側送信回路４０により生成され、テイル電極２４ｅを介して外部に送信される（ステップＳ６）。

ステップＳ７において、制御回路４２は、ステップＳ１で「ホバー」かつステップＳ２で「不明」と判定した場合、ペン信号及びイレーサ信号の両方を外部に送信する第３送信モードに切り替えて実行する。具体的には、制御回路４２は、ペン信号を生成するための制御信号をチップ側送信回路３８に向けて供給するとともに、イレーサ信号を生成するための制御信号をテイル側送信回路４０に向けて供給する。これにより、ペン信号はチップ電極２２ｅを介して外部に送信されると同時に、イレーサ信号はテイル電極２４ｅを介して外部に送信される（ステップＳ８）。なお、第３送信モードは、ペン信号及びイレーサ信号の両方を同時に送信する制御であってもよいし、時分割により交互に送信する制御であってもよい。

このようにして、図５に示すフローチャートの動作が終了する。制御回路４２は、所定の実行周期ごとにこのフローチャートを繰り返すことで、スタイラス１６は、電子機器１４に対してダウンリンク信号を逐次送信することができる。

＜第１実施形態による効果＞
以上のように、スタイラス１６は、筒状の筐体２０と、筐体２０のチップ側に設けられ、かつチップ電極２２ｅを有するチップ部２２と、筐体２０のテイル側に設けられ、かつテイル電極２４ｅを有するテイル部２４と、筐体２０の内部に設けられる電源回路３４と、電源回路３４からの給電により、チップ電極２２ｅを介して筐体２０の外部に向けて送信するペン信号（第１ダウンリンク信号）を生成するチップ側送信回路３８（第１送信回路）と、電源回路３４からの給電により、テイル電極２４ｅを介して筐体２０の外部に向けて送信する信号であって、ペン信号とは異なるイレーサ信号（第２ダウンリンク信号）を生成するテイル側送信回路４０（第２送信回路）と、複数の送信モードに従ってチップ側送信回路３８及びテイル側送信回路４０の送信制御を行う制御回路４２と、を備える。

そして、複数の送信モードは、チップ電極２２ｅからペン信号を送信し、かつテイル電極２４ｅからのイレーサ信号の送信を停止する送信制御を行う第１送信モードと、チップ電極２２ｅからのペン信号の送信を停止し、かつテイル電極２４ｅからイレーサ信号を生成する送信制御を行う第２送信モードと、を含み、制御回路４２は、チップ部２２及びテイル部２４の両方が、タッチセンサを有する電子機器１４のタッチ面１８に接触しないホバー状態である場合、筐体２０の把持状態に関する判定に基づいて、第１送信モード及び第２送信モードを切り替えて実行する。

このように、筐体２０の把持状態に関する判定に基づいて第１送信モード及び第２送信モードを切り替えて実行するので、ホバー状態の際に、筐体２０の把持状態に適したダウンリンク信号のみを前もってかつ択一的に送信可能となる。これにより、チップ側及びテイル側の両方からダウンリンク信号を送信可能な構成において、操作応答性を確保しつつ電気エネルギーの消費を抑制することができる。

また、スタイラス１６は、チップ部２２の付近にてユーザＵｓが筐体２０に接触したか否かを検出する接触センサ２８（第１接触センサ）をさらに備え、制御回路４２は、接触センサ２８により接触が検出された場合、第１送信モードに従って送信制御を行ってもよい。ユーザＵｓがスタイラス１６のチップ側を使用する際に、チップ部２２の付近での接触が検出される可能性が高くなる、という人間工学に基づく知見を利用することで、把持状態の判定精度がさらに高まる。

また、接触センサ２８は、筐体２０の周に沿って少なくとも３箇所に設けられ、制御回路４２は、接触センサ２８により３箇所以上の接触が検出された場合、第１送信モードに従って送信制御を行ってもよい。ユーザＵｓがスタイラス１６のチップ側を使用する際に、複数本の指による全周方向からの接触が同時に検出される可能性が高くなる、という人間工学に基づく知見を利用することで、把持状態の判定精度がさらに高まる。

また、スタイラス１６は、テイル部２４の付近にてユーザＵｓが筐体２０に接触したか否かを検出する接触センサ３２（第２接触センサ）をさらに備え、制御回路４２は、（ａ）接触センサ２８により接触が検出され、かつ、接触センサ３２により接触が検出されなかった場合、第１送信モードに従って送信制御を行い、（ｂ）接触センサ２８により接触が検出されず、かつ、接触センサ３２により接触が検出された場合、第２送信モードに従って送信制御を行ってもよい。これにより、スタイラス１６のチップ側又はテイル側のいずれを使用する場合であっても、操作応答性の確保及び消費エネルギーの抑制を両立することができる。

また、複数の送信モードは、チップ電極２２ｅからペン信号を送信し、かつテイル電極２４ｅから前記第２ダウンリンク信号を送信する送信制御を行う第３送信モードをさらに含み、制御回路４２は、筐体２０の把持状態が特定されない場合に第３送信モードを実行してもよい。把持状態が特定されないままチップ部２２又はテイル部２４のいずれか一方がタッチ面１８に接触した場合であっても、ペン信号及びイレーサ信号を送信することで、スタイラス１６の操作応答性を確保することができる。

また、接触センサ２８と接触センサ３２とは、筐体２０の軸方向に１００ｍｍ以上離間して配置されていてもよい。これにより、両方の接触センサ２８，３２による同時検出が抑制され、スタイラス１６の把持の向きを判定しやすくなる。

また、接触センサ２８，３２はそれぞれ、筐体２０の周又は軸に沿って同数の箇所に設けられ、制御回路４２は、（ａ）接触センサ２８による接触の検出箇所が接触センサ３２による接触の検出箇所よりも多い場合、第１送信モードに従って送信制御を行い、（ｂ）接触センサ２８による接触の検出箇所が接触センサ３２による接触の検出箇所よりも少ない場合、第２送信モードに従って送信制御を行ってもよい。これにより、両方の接触センサ２８，３２により人体の接触が同時に検出された場合であっても、スタイラス１６の把持の向きを精度よく判定することができる。

また、接触センサ２８，３２は、筐体２０の外周面のうち、他の箇所と比べて相対的に平坦な箇所に設けられてもよい。接触の検出箇所が平坦であるほど人体の指との密着性が高まるので、接触センサ２８，３２による検出精度がさらに向上する。

＜第１実施形態の変形例＞
（第１例）
接触センサ２８，３２の検出領域Ｒ１～Ｒ６は、図３（ｂ）に示す例に限られず、形状、位置又は個数を適宜変更することができる。

図７は、第１実施形態の第１変形例におけるスタイラス６０の外観図である。より詳しくは、図７（ａ）はスタイラス６０の側面図であり、図７（ｂ）は筐体２０の部分展開図である。図７（ａ）に示すように、スタイラス６０は、筐体２０、チップ部２２、及びテイル部２４の他に、第１実施形態（接触センサ２８，３２）とは形状が異なる接触センサ６２，６４と、を備える。

図７（ｂ）に示すように、チップ側の接触センサ６２は、チップ側から中央側に向かって順に、環状の検出領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を有する。３箇所の検出領域Ｒ１～Ｒ３は、筐体２０の軸方向に沿って等間隔に配置されている。同様に、テイル側の接触センサ６４は、テイル側から中央側にわたって順に、環状の検出領域Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６を有する。３箇所の検出領域Ｒ４～Ｒ６は、筐体２０の軸方向に沿って等間隔に配置されている。なお、２箇所の検出領域Ｒ３，Ｒ６は、距離Ｄｉｓだけ離間して配置されている。この距離Ｄｉｓは、例えば５０ｍｍ以上、あるいは１００ｍｍ以上である。

以上のように接触センサ６２，６４の形状を変更した場合であっても、第１実施形態と同様に、筐体２０の把持状態を判定することができる。特に、検出領域Ｒ１～Ｒ６を環状にすることで、スタイラス６０の回転姿勢（角度）にかかわらず一様の検出感度が得られる、という利点がある。

（第２例）
筐体２０の形状は、図３（ａ）に示す例に限られず、適宜変更することができる。例えば、筐体２０の断面は、円や多角形であってもよいし、ユーザＵｓが把持しやすいように部分的に加工処理を施してもよい。

図８は、第１実施形態の第２変形例におけるスタイラス７０の外観図である。より詳しくは、図８（ａ）はスタイラス７０をチップ側から視た正面図であり、図８（ｂ）はスタイラス７０をテイル側から視た背面図である。スタイラス７０は、チップ部２２及びテイル部２４の他に、第１実施形態とは形状が異なる筐体７２を備える。

図８（ａ）に示すように、筐体７２は、第１実施形態（筐体２０）と同様に、ルーローの三角形の断面形状を有する。筐体７２の外周面７４上であってチップ部２２の付近の位置に、平坦な受け面７６を有する凹部７８が形成されている。そして、人体の接触を検出する接触センサ８０（第１接触センサ）が、少なくとも受け面７６に設けられている。

図８（ｂ）に示すように、筐体７２の外周面７４上であってテイル部２４の付近の位置に、平坦な受け面８２を有する凹部８４が形成されている。また、人体の接触を検出する接触センサ８６（第２接触センサ）が、少なくとも受け面８２に設けられている。

以上のように筐体７２の形状を変更した場合であっても、第１実施形態と同様に、筐体７２の把持状態を判定することができる。特に、スタイラス７０の把持の際、ユーザＵｓの親指を凹部７８の受け面７６（あるいは、凹部８４の受け面８２）に接触させるよう仕向けることで、接触センサ８０，８６による検出精度がさらに向上する。

（第３例）
第１実施形態では、接触センサ２８，３２を用いて把持状態を判定しているが、これに代わって他のセンサ（特に、他の目的で設けられたセンサ）を用いてもよい。例えば、制御回路４２は、（ａ）タッチ面１８との直近の接触が端部センサ２７により検出されていた場合、第１送信モードに従って送信制御を行い、（ｂ）タッチ面１８との直近の接触が端部センサ３１により検出されていた場合、第２送信モードに従って送信制御を行ってもよい。チップ部２２及びテイル部２４のうちタッチ面１８に直近に接触した方が、継続して使用される可能性が高いことを考慮することで、把持状態の判定精度がさらに高まる。

（第４例）
第１実施形態では、チップ部２２及びテイル部２４の両方の接触を検出した場合を想定していないが、この場合分けを想定した処理を行ってもよい。例えば、両方の接触を検出した場合、スタイラス１６がカバン等に入れ込まれた状態であることが想定される。すなわち、制御回路４２は、チップ電極２２ｅからのペン信号の送信を停止し、テイル電極２４ｅからのイレーサ信号の送信を停止する送信制御を行ってもよい。これにより、予期しない状態で電気エネルギーが消費されるのを防止できる。

［第２実施形態］
続いて、第２実施形態におけるスタイラス１０２について、図９～図１１を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同様の構成又は機能については、同一の参照符号を付するとともに、その説明を省略する場合がある。

＜位置検出システム１００の全体構成＞
図１に示すように、位置検出システム１００は、電子機器１４と、スタイラス１０２とから基本的に構成される。なお、電子機器１４は、図２に示す構成と同一の又は異なる構成をとることができる。

＜スタイラス１０２の構成＞
図９は、第２実施形態におけるスタイラス１０２の外観図であり、チップ部１０４がタッチ面１８を向くように把持された状態を示している。スタイラス１０２は、筒状の筐体２０と、筐体２０のチップ側に設けられたチップ部１０４と、筐体２０のテイル側に設けられたテイル部１０６と、を備える。

概略円錐形状のチップ部１０４は、チップ電極２２ｅ及びチップカバー２２ｃの他に、導電性材料からなるリング電極１０８を含んで構成される。リング電極１０８は、アップリンク信号を入力する電極であり、チップカバー２２ｃの内側又は外側に設けられている。筐体２０のチップ側には、第１実施形態の構成とは異なり、端部センサ２７のみが設けられている。

概略円錐形状のテイル部１０６は、テイル電極２４ｅ及びテイルカバー２４ｃの他に、導電性材料からなるリング電極１０８を含んで構成される。リング電極１０８は、アップリンク信号を入力する電極であり、テイルカバー２４ｃの内側又は外側に設けられている。筐体２０のテイル側には、第１実施形態の構成とは異なり、端部センサ３１のみが設けられている。

ところで、電子機器１４側のセンサ制御回路２０２は、自身に接続されたセンサ電極２００を介してスタイラス１０２からのダウンリンク信号を受信する。そして、センサ制御回路２０２は、受信したダウンリンク信号の種類に対応するデータを含むアップリンク信号を生成し、センサ電極２００を介してアップリンク信号を送信する。

本図の例では、チップ電極２２ｅは、テイル電極２４ｅと比べて、タッチ面１８（センサ電極２００）から近い位置にある。この位置関係下では、電子機器１４はセンサ電極２００を介してチップ電極２２ｅからのペン信号を受信できるとともに、スタイラス１０２はリング電極１０８を介してセンサ電極２００からのアップリンク信号を受信できる。一方、電子機器１４はセンサ電極２００を介してテイル電極２４ｅからのイレーサ信号を受信できないとともに、スタイラス１０２はリング電極１１０を介してセンサ電極２００からのアップリンク信号を受信できない。

図１０は、図９に示すスタイラス１０２の電気的なブロック図である。スタイラス１０２は、チップ電極２２ｅと、テイル電極２４ｅと、端部センサ２７，３１と、電源回路３４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、チップ側送信回路３８と、テイル側送信回路４０と、リング電極１０８，１１０と、制御回路１１２と、を含んで構成される。

制御回路１１２は、ダウンリンク信号の送信動作を含む制御を司るマイクロコンピュータである。制御回路１１２は、端部センサ２７，３１からの検出信号及びリング電極１０８，１１０からのアップリンク信号を入力するとともに、チップ側送信回路３８及びテイル側送信回路４０に対して制御信号を出力する。これにより、制御回路１１２は、少なくとも、第１，第２，第３送信モードに従って、チップ側送信回路３８及びテイル側送信回路４０の送信制御を実行可能に構成される。

＜スタイラス１０２の動作＞
第２実施形態におけるスタイラス１０２は、以上のように構成される。続いて、このスタイラス１０２の動作（特に、制御回路１１２による送信制御）について、図１１のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

ステップＳ１１において、制御回路１１２は、端部センサ２７，３１からの検出信号に基づいて、チップ部１０４又はテイル部１０６への接触の有無を判定する。チップ部１０４がタッチ面１８に接触している場合、制御回路１１２は、チップ部１０４のみが接触状態であると判定し（ステップＳ１１：チップ）、後述するステップＳ１４に進む。一方、テイル部１０６がタッチ面１８に接触している場合、制御回路１１２は、テイル部１０６のみが接触状態であると判定し（ステップＳ１１：テイル）、後述するステップＳ１６に進む。

これに対して、制御回路１１２は、チップ部１０４及びテイル部１０６の両方の接触状態が検出されなかった場合、スタイラス１０２が「ホバー状態」であると判定し（ステップＳ１１：ホバー）、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２において、制御回路１１２は、リング電極１０８，１１０を介してアップリンク信号を受信したか否かを判定する。アップリンク信号を受信しなかった場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、後述するステップＳ２０に進む。一方、アップリンク信号を受信した場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、次のステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３において、制御回路１１２は、スタイラス１０２の把持状態に関する判定を行う。ここで、制御回路１１２は、受信したアップリンク信号に含まれるデータを用いて把持状態を判定する。図９から理解されるように、スタイラス１０２は、その使用中に、電子機器１４のタッチ面１８に近い位置で把持される。そして、ダウンリンク信号の送信位置がタッチ面１８に近いほど、電子機器１４がその信号を受信する可能性が高くなる傾向がある。以下、この傾向に基づく判定方法の具体例について説明する。

先ず、電子機器１４側のセンサ制御回路２０２は、ダウンリンク信号の受信状況に応じて、送信しようとするデータの一部（以下、識別子という）を変更する。この識別子は、電子機器１４が直近に受信した方のダウンリンク信号の種類を示しており、ペン信号の場合は「０」、イレーサ信号の場合は「１」の２値（１ビット）である。

例えば、センサ制御回路２０２は、所定の時間又は回数を超えてペン信号を連続して受信した場合には識別子を「０」、所定の時間又は回数を超えてイレーサ信号を連続して受信した場合には識別子を「１」、それ以外の場合には識別子を「ＮＵＬＬ」にそれぞれ設定する。そして、センサ制御回路２０２は、この識別子を含むアップリンク信号を生成した後、センサ電極２００を介してアップリンク信号を送信する。

制御回路１１２は、受信したアップリンク信号が示すデータを解析し、データに含まれる識別子の値に応じて把持状態を判定する。つまり、識別子が「０」である場合、制御回路１１２は、ユーザＵｓが、ペン機能を使用する意図で、スタイラス１０２のチップ側を把持する状態であると判定する。また、識別子が「１」である場合、制御回路１１２は、ユーザＵｓが、イレーサ機能を使用する意図で、スタイラス１０２のテイル側を把持する状態であると判定する。また、識別子が「ＮＵＬＬ」である場合、制御回路１１２は、把持状態が不明であると判定する。

これとは逆に、識別子は、電子機器１４が直近に受信しなかった方のダウンリンク信号の種類を示してもよい。この場合、制御回路１１２は、識別子が「０」であるときユーザＵｓがスタイラス１０２のチップ側を把持しない状態であると判定し、識別子が「１」であるときユーザＵｓがスタイラス１０２のテイル側を把持しない状態であると判定する。

制御回路１１２は、チップ側の判定条件を満たす場合（ステップＳ１３：チップ）、ステップＳ１４に進む。また、制御回路１１２は、テイル側の判定条件を満たす場合（ステップＳ１３：テイル）、ステップＳ１６に進む。一方、いずれの判定条件を満たさない場合（ステップＳ１３：不明）、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１４において、制御回路１１２は、ステップＳ１１，Ｓ１３のいずれか一方で「チップ」と判定した場合、ペン信号のみを外部に送信する第１送信モードに切り替えて実行する。これにより、ペン信号は、チップ側送信回路３８により生成され、チップ電極２２ｅを介して外部に送信される（ステップＳ１５）。

ステップＳ１６において、制御回路１１２は、ステップＳ１１，Ｓ１３のいずれか一方で「テイル」と判定した場合、イレーサ信号のみを外部に送信する第２送信モードに切り替えて実行する。これにより、イレーサ信号は、テイル側送信回路４０により生成され、テイル電極２４ｅを介して外部に送信される（ステップＳ１７）。

ステップＳ１８において、制御回路１１２は、ステップＳ１１で「ホバー」かつステップＳ１３で「ＮＯ」と判定した場合、ペン信号及びイレーサ信号の両方を外部に送信する第３送信モードに切り替えて実行する。これにより、ペン信号はチップ電極２２ｅを介して外部に送信されると同時に、イレーサ信号はテイル電極２４ｅを介して外部に送信される（ステップＳ１９）。

ステップＳ２０において、制御回路１１２は、ステップＳ１２で「ＮＯ」と判定した場合、電子機器１４側からの指令（つまり、ダウンリンク信号の送信トリガ）を受け付けていないので、ペン信号及びイレーサ信号の両方を送信しない。

このようにして、図１１に示すフローチャートの動作が終了する。制御回路１１２は、所定の実行周期ごとにこのフローチャートを繰り返すことで、スタイラス１０２は、電子機器１４に対してダウンリンク信号を逐次送信することができる。

＜第２実施形態による効果＞
以上のように、スタイラス１０２は、筐体２０、チップ部１０４、テイル部１０６、電源回路３４、チップ側送信回路３８及びテイル側送信回路４０の他に、ホバー状態である場合、筐体２０の把持状態に関する判定に基づいて、第１送信モード及び第２送信モードを切り替えて実行する制御回路１１２を備える。この制御回路１１２は、電子機器１４から受信したアップリンク信号に含まれるデータを用いて筐体２０の把持状態に関する判定を行う。これにより、第１実施形態と同様に、チップ側及びテイル側の両方からダウンリンク信号を送信可能な構成において、操作応答性を確保しつつ電気エネルギーの消費を抑制することができる。

また、データには、電子機器１４が受信したダウンリンク信号の種類を示す識別子が含まれ、制御回路１１２は、（ａ）識別子がペン信号を示す場合に第１送信モードに従って送信制御を行い、（ｂ）識別子がイレーサ信号を示す場合に第２送信モードに従って送信制御を行ってもよい。

それとは逆に、データには、電子機器１４が受信しなかったダウンリンク信号の種類を示す識別子が含まれ、制御回路１１２は、（ａ）識別子がイレーサ信号を示す場合に第１送信モードに従って送信制御を行い、（ｂ）識別子がペン信号を示す場合に第２送信モードに従って送信制御を行ってもよい。

また、複数の送信モードは、チップ電極２２ｅからペン信号を送信し、かつテイル電極２４ｅからイレーサ信号を送信する送信制御を行う第３送信モードをさらに含み、制御回路１１２は、筐体２０の把持状態が特定されない場合に第３送信モードを実行してもよい。把持状態が特定されないままチップ電極２２ｅ又はテイル電極２４ｅのいずれか一方がタッチ面１８に接触した場合であっても、ペン信号及びイレーサ信号を送信することで、スタイラス１０２の操作応答性を確保することができる。

上記した動作を実現するセンサ制御回路２０２は、接続されたセンサ電極２００を介してスタイラス１０２からのダウンリンク信号を受信し、受信したペン信号又はイレーサ信号のいずれか一方に対応するデータを含むアップリンク信号を生成し、センサ電極２００を介してアップリンク信号を送信する。

ここで、このデータは、ペン信号又はイレーサ信号のうちいずれか一方の送信を続行させる、スタイラス１０２の送信制御に用いられてもよい。それとは逆に、このデータは、ペン信号又はイレーサ信号のうちいずれか一方の送信を停止させる、スタイラス１０２の送信制御に用いられてもよい。

＜第２実施形態の変形例＞
第２実施形態では、リング電極１０８，１１０を用いてアップリンク信号を受信しているが、これに代わって、チップ電極２２ｅ又はテイル電極２４ｅを用いて受信してもよい。例えば、チップ電極２２ｅを介して送受信する場合、［１］ペン信号の送信時にはチップ電極２２ｅと送信回路とを接続し、［２］アップリンク信号の受信時にはチップ電極２２ｅと受信回路とを接続するように切り替え可能なスイッチ機構を設ければよい。

１０，１００ 位置検出システム、１４ 電子機器、１６，６０，７０，１０２ スタイラス、２０，７２ 筐体、２２，１０４ チップ部、２２ｅ チップ電極、２４，１０６ テイル部、２４ｅ テイル電極、２７ 端部センサ（第１端部センサ）、２８，６２，８０ 接触センサ（第１接触センサ）、３１ 端部センサ（第２端部センサ）、３２，６４，８６ 接触センサ（第２接触センサ）、３４ 電源回路、３８ チップ側送信回路（第１送信回路）、４０ テイル側送信回路（第２送信回路）、４２，１１２ 制御回路、７６，８２ 受け面、７８，８４ 凹部、１０８，１１０ リング電極、２００ センサ電極、２０２ センサ制御回路、Ｒ１～Ｒ６ 検出領域、Ｕｓ ユーザ

Claims (8)

1. 外部のセンサ制御回路からアップリンク信号を受信し、前記アップリンク信号に応じてダウンリンク信号を送信するスタイラスであって、
   第１の部分に設けられた第１電極と、
   前記第１の部分とは異なる第２の部分に設けられた第２電極と、
   前記ダウンリンク信号の送信を制御する制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路は、前記アップリンク信号に含まれるデータに基づいて前記スタイラスの把持状態を判定し、前記判定に応じて、
   前記第１電極から前記ダウンリンク信号を送信し、かつ前記第２電極からは前記ダウンリンク信号を送信しない第１送信モードと、
   前記第１電極から前記ダウンリンク信号を送信せず、かつ前記第２電極から前記ダウンリンク信号を送信する第２送信モードと、
   を切り替える、スタイラス。
2. 前記データは、前記第１電極又は前記第２電極に対応する識別子を含み、
   前記制御回路は、前記識別子に応じて前記第１送信モード又は前記第２送信モードを選択する、請求項１に記載のスタイラス。
3. 前記制御回路は、前記把持状態が特定されない場合には、
   前記第１電極及び前記第２電極の両方から前記ダウンリンク信号を送信する第３送信モードを選択する、請求項１に記載のスタイラス。
4. 前記第１電極は前記スタイラスのチップ電極であり、
   前記第２電極は前記スタイラスのテイル電極である、
   請求項１～３のいずれか１項に記載のスタイラス。
5. センサ電極に接続されたセンサ制御回路であって、
   前記センサ電極を介して、スタイラスの第１電極又は前記第１電極とは異なる前記スタイラスの第２電極からダウンリンク信号を受信し、
   前記ダウンリンク信号が示す前記スタイラスの状態に応じて、前記スタイラスの第１電極又は第２電極に対応するデータを含んだアップリンク信号を生成する、センサ制御回路。
6. 前記ダウンリンク信号が、前記スタイラスの第１電極から送信されたか、あるいは前記スタイラスの第２電極から送信された信号であるかを判定し、
   前記判定に基づいて、前記スタイラスの第１電極又は第２電極に対応するデータを含んだアップリンク信号を生成する、請求項５に記載のセンサ制御回路。
7. 前記データは、前記第１電極又は前記第２電極のうちいずれか一方の電極のみによる前記ダウンリンク信号の送信を続行させ、他方の電極による前記ダウンリンク信号の送信を停止させる、請求項６に記載のセンサ制御回路。
8. 前記第１電極は前記スタイラスのチップ電極であり、前記第２電極は前記スタイラスのテイル電極である、請求項５～７のいずれか１項に記載のセンサ制御回路。