特許 7370979 センサコントローラ、アクティブペン、及び通信方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-20

(45)【発行日】2023-10-30

(54)【発明の名称】センサコントローラ、アクティブペン、及び通信方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20231023BHJP

   G06F 3/03 20060101ALI20231023BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20231023BHJP

【ＦＩ】

G06F3/041 560

G06F3/03 400B

G06F3/03 400Z

G06F3/041 500

G06F3/044 B

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020531302

(86)(22)【出願日】2019-07-13

(86)【国際出願番号】 JP2019027826

(87)【国際公開番号】W WO2020017477

(87)【国際公開日】2020-01-23

【審査請求日】2022-06-24

(31)【優先権主張番号】P 2018135288

(32)【優先日】2018-07-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000139403

【氏名又は名称】株式会社ワコム

(74)【代理人】

【識別番号】110004277

【氏名又は名称】弁理士法人そらおと

(74)【代理人】

【識別番号】100130982

【弁理士】

【氏名又は名称】黒瀬 泰之

(72)【発明者】

【氏名】久野 晴彦

【審査官】酒井 優一

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１３９８６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－０１８０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０４２５８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２６２０８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２４６３９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１７１９７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１３８６４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｇ０６Ｆ ３／０３

Ｇ０６Ｆ ３／０４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサ電極に接続され、前記センサ電極に誘導される電荷に応じて１以上のアクティブペンの位置を検出するセンサコントローラであって、
前記センサ電極を用いてアクティブペンの接近を検出するステップと、
前記接近を検出した前記アクティブペンとペアリングを行うとともに、ペアリング中の１以上のアクティブペンそれぞれのペアリング状態を示すペアリング状態情報を更新するステップと、
前記センサ電極から、時刻同期の基準となるアップリンク信号を介して、前記ペアリング状態情報を複数のアクティブペンに対して報知するステップと、を実行し、
前記ペアリング状態情報を検出したアクティブペンは、検出された前記ペアリング状態情報に基づいてペアリング状態の維持又は解除を行う、
センサコントローラ。

【請求項2】

前記アップリンク信号は、該アップリンク信号の宛先である前記アクティブペンを示すアドレス情報と、前記ペアリング状態情報とを含む、
請求項１に記載のセンサコントローラ。

【請求項3】

前記アップリンク信号は、該アップリンク信号の宛先が全ての前記アクティブペンであることを示すアドレス情報と、前記ペアリング状態情報とを含む、
請求項１に記載のセンサコントローラ。

【請求項4】

センサ電極に接続されたセンサコントローラとの間で通信を行うアクティブペンであって、
ペン先電極と、
前記ペン先電極に接続された集積回路と、を含み、
前記集積回路は、
前記ペン先電極と前記センサ電極との結合容量を介して、前記センサコントローラがペアリング中の１以上のアクティブペンそれぞれのペアリング状態を示すペアリング状態情報を含むアップリンク信号の検出動作を行い、
検出された前記ペアリング状態情報に基づいてペアリング状態の維持又は解除を行い、前記ペアリング状態を維持する場合には、該ペアリング状態に基づいた設定でダウンリンク信号を送信する、
アクティブペン。

【請求項5】

前記集積回路は、
前記アップリンク信号の検出に失敗した後も所定期間にわたって前記ペアリング状態の維持を行うよう構成され、
前記所定期間内に再び前記アップリンク信号が検出され、かつ、該アップリンク信号内の前記ペアリング状態情報が自身とのペアリングを前記センサコントローラが維持していることを示す場合に、前記ペアリング状態に基づいた設定でダウンリンク信号を送信する、
請求項４に記載のアクティブペン。

【請求項6】

前記集積回路は、
検出された前記ペアリング状態情報が自身とのペアリングを前記センサコントローラが解除したことを示す場合に、前記ペアリング状態の解除を行う、
請求項４に記載のアクティブペン。

【請求項7】

アクティブペンとセンサコントローラとの間で実行される通信方法であって、
前記アクティブペンが、前記センサコントローラとペアリング済みであるときに、当該アクティブペンを他のアクティブペンと区別するための第１の識別データを含むダウンリンク信号を送信するステップと、
前記センサコントローラが、前記第１の識別データを含む前記ダウンリンク信号を受信し、受信された前記第１の識別データに基づいて取得される第２の識別データを含むアップリンク信号を送信するステップと、
前記アクティブペンが、前記第２の識別データを含む前記アップリンク信号を受信し、受信した前記第２の識別データと前記第１の識別データとを比較し、比較結果に応じて、当該アクティブペンを他のアクティブペンと区別するための第１の識別データを含むダウンリンク信号の送信、又は、前記センサコントローラとのペアリングを変更する処理を行うステップと、
を含む、通信方法。

【請求項8】

前記アクティブペンは、前記比較の結果、受信した前記第２の識別データと前記第１の識別データとが一致すると判定した場合に、当該アクティブペンを他のアクティブペンと区別するための第１の識別データを含むダウンリンク信号の送信を行い、
前記アクティブペンは、前記比較の結果、受信した前記第２の識別データと前記第１の識別データとが一致しないと判定した場合に、前記センサコントローラとのペアリングを変更する処理を行う、
請求項７に記載の通信方法。

【請求項9】

前記第１の識別データは、ペン先がタッチ面にコンタクトしているか否かを示すコンタクト状態データである、
請求項７又は８に記載の通信方法。

【請求項10】

センサコントローラから送信されたアップリンク信号に基づいて、ダウンリンク信号の送信制御を実行するアクティブペンであって、
前記センサコントローラとペアリング済みであるときに、当該アクティブペンを他のアクティブペンと区別するための第１の識別データを含むダウンリンク信号を送信し、前記第１の識別データに対応する第２の識別データを含むアップリンク信号を受信した場合に、受信した前記第２の識別データと前記第１の識別データとを比較し、比較結果に応じて、当該アクティブペンを他のアクティブペンと区別するための第１の識別データを含むダウンリンク信号の送信、又は、前記センサコントローラとのペアリングを変更する処理を行う集積回路、
を含むアクティブペン。

【請求項11】

前記集積回路は、
前記比較の結果、受信した前記第２の識別データと前記第１の識別データとが一致すると判定した場合に、当該アクティブペンを他のアクティブペンと区別するための第１の識別データを含むダウンリンク信号の送信を行い、
前記比較の結果、受信した前記第２の識別データと前記第１の識別データとが一致しないと判定した場合に、前記センサコントローラとのペアリングを変更する処理を行う、
請求項１０に記載のアクティブペン。

【請求項12】

前記第１の識別データは、当該アクティブペンのペン先がタッチ面にコンタクトしているか否かを示すコンタクト状態データである、
請求項１０又は１１に記載のアクティブペン。

【請求項13】

アクティブペンを検出するセンサコントローラであって、
前記アクティブペンは、前記センサコントローラとペアリング済みであるときに、当該アクティブペンを他のアクティブペンと区別するための第１の識別データを含むダウンリンク信号をペン先に設けられたペン先電極を介して送信するものであり、
前記ペン先電極と静電結合するセンサ電極に接続され、
前記第１の識別データを含む前記ダウンリンク信号を前記センサ電極を介して受信し、受信された前記第１の識別データに基づいて取得される第２の識別データを含むアップリンク信号を送信し、
前記アクティブペンは、前記第２の識別データを含む前記アップリンク信号を受信した場合に、受信した前記第２の識別データと前記第１の識別データとを比較し、比較結果に応じて、当該アクティブペンを他のアクティブペンと区別するための第１の識別データを含むダウンリンク信号の送信、又は、前記センサコントローラとのペアリングを変更する処理を行う、
センサコントローラ。

【請求項14】

前記第１の識別データは、前記ペン先がタッチ面にコンタクトしているか否かを示すコンタクト状態データである、
請求項１３に記載のセンサコントローラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はセンサコントローラ、アクティブペン、及び通信方法に関する。

【背景技術】

【0002】

双方向通信を行い、アクティブペンとセンサコントローラとがペアリングをするシステムが知られている。この種のシステムでは、センサコントローラが新しいローカルペンＩＤ及び通信設定データ（ダウンリンク信号の送信に使える周波数、時間スロットなど）の割り当てを含むアップリンク信号を送信し、これを受信したアクティブペンが応答を返すことで、このローカルペンＩＤによって識別されるペアリングが確立される。ペアリング確立後のアクティブペンは、割り当てられた通信設定データを利用してダウンリンク信号の送信を行う。

【0003】

特許文献１には、上記のようなシステムの一例が開示されている。特許文献１の技術によれば、センサコントローラは、沈黙ＩＤリスト(a quiet ID list)と呼ばれるリストを保持するように構成される。沈黙ＩＤリストは、上記ローカルペンＩＤを格納するリストであり、センサコントローラは、ペアリング済みのアクティブペンからダウンリンク信号が届かなくなった場合に、そのアクティブペンに割り当てたローカルペンＩＤを沈黙ＩＤリストに格納する。こうして沈黙ＩＤリストに格納されたローカルペンＩＤは、古いものから順に、新たなペアリングに割り当てられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２４６３９０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の技術には、ペアリング状態を維持管理するための処理に起因してシステムのパフォーマンスが下がってしまうという課題がある。以下、詳しく説明する。

【0006】

アクティブペンは、アップリンク信号が継続的に受信されている間には、自身宛のコマンドが含まれているか否か等に基づいてセンサコントローラが自身とのペアリング状態をまだ維持しているか否かを把握することができるが、タッチ面から離れたなどの理由でアップリンク信号が受信できなくなると、センサコントローラが自身とのペアリング状態をまだ維持しているか否かを把握できなくなる。その結果、アクティブペンは、次にダウンリンク信号を送信するときに、同じ通信設定データを利用してよいか否かが分からなくなる。

【0007】

そこで、アクティブペンとしては、受信されるはずのタイミングでアップリンク信号を受信できなかった場合に、ペアリング状態を一方的に解除してしまうか、又は、その後ダウンリンク信号を送信する際にセンサコントローラの間で双方向通信を行い、ペアリング状態を確認することになる。しかしながら、いずれの処理を行うにしても、次のペンダウン時に直ちに入力を開始できないことになるため、ユーザから見ると、システムのパフォーマンスが下がって見えてしまうことになる。特に、文字の筆記など、短時間に頻繁にアップリンク信号の到達範囲への出入りが発生するような場合には、その都度、ペアリング状態の解除又は確認が発生することになるので、著しくパフォーマンスが下がって見えてしまう。また、１つのアップリンク信号でペアリングを確立又は確認できるアクティブペンは１本のみであることから、１つのセンサコントローラが複数のアクティブペンと同時にペアリングする場合（以下、このような場合を「マルチペン」と称する）には、さらにパフォーマンスが下がって見えることになる。

【0008】

したがって、本発明の目的の一つは、ペアリング状態を維持管理するための処理に起因するパフォーマンス低下を抑制できるセンサコントローラ及びアクティブペンを提供することにある。

【0009】

また、上記マルチペンを利用する場合、ユーザは、アクティブペンごとに筆記属性（線色、線種など）を変えて使用することが一般的である。この筆記属性は、システム内においては、上述したローカルペンＩＤに紐付けて管理される。しかし、このローカルペンＩＤはユーザに通知されるものではなく、また、各アクティブペンの外観は全く同じであることが普通であるため、これまでのアクティブペンのユーザは、どのアクティブペンにどの筆記属性を割り当てたのか、書いてみないと分からなかった。これでは不便であるので、改善が必要とされていた。

【0010】

したがって、本発明の目的の他の一つは、各アクティブペンに割り当てた筆記属性をユーザが容易に把握できるアクティブペンを提供することにある。

【0011】

また、１つのタッチ面の近傍にグローバルペンＩＤ又はそのハッシュ値が一致する２つのアクティブペンが存在していた場合、２本のアクティブペンが同じローカルペンＩＤでセンサコントローラとのペアリングを確立してしまうという状況（ペアリングの衝突）が発生する可能性がある。センサコントローラが衝突を検出する方法を有していれば、センサコントローラから両方のアクティブペンに対してペアリング解除のコマンドを送信することで、衝突状態を解消することはできるが、そうすると、描画中の線の途切れを誘発することになってしまう。

【0012】

したがって、本発明の目的の他の一つは、描画中の線の途切れを誘発することなく、ペアリングの衝突を解消できる通信方法、アクティブペン、及びセンサコントローラを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の第１の側面によるセンサコントローラは、センサ電極に接続され、前記センサ電極に誘導される電荷に応じて１以上のアクティブペンの位置を検出するセンサコントローラであって、前記センサ電極を用いてアクティブペンの接近を検出するステップと、前記接近を検出した前記アクティブペンとペアリングを行うとともに、ペアリング中の１以上のアクティブペンそれぞれのペアリング状態を示すペアリング状態情報を更新するステップと、前記センサ電極から、時刻同期の基準となるアップリンク信号を介して、前記ペアリング状態情報を複数のアクティブペンに対して報知するステップと、を実行するセンサコントローラである。

【0014】

本発明の第１の側面によるアクティブペンは、センサ電極に接続されたセンサコントローラとの間で通信を行うアクティブペンであって、ペン先電極と、前記ペン先電極に接続された集積回路と、を含み、前記集積回路は、前記ペン先電極と前記センサ電極との結合容量を介して、前記センサコントローラがペアリング中の１以上のアクティブペンそれぞれのペアリング状態を示すペアリング状態情報を含むアップリンク信号の検出動作を行い、検出された前記ペアリング状態情報に基づいてペアリング状態の維持又は解除を行い、前記ペアリング状態を維持する場合には、該ペアリング状態に基づいた設定でダウンリンク信号を送信する、アクティブペンである。

【0015】

本発明の第２の側面によるアクティブペンは、センサ電極に接続されたセンサコントローラとの間で通信を行うアクティブペンであって、ペン先電極と、前記ペン先電極に接続された集積回路と、インジケータと、を含み、前記集積回路は、前記センサコントローラが送信したアップリンク信号によりローカルペンＩＤが付与された場合に、該ローカルペンＩＤを識別するための表示を行うよう前記インジケータを制御する、アクティブペンである。

【0016】

本発明の第３の側面による通信方法は、アクティブペンとセンサコントローラとの間で実行される通信方法であって、前記アクティブペンが、前記センサコントローラとペアリング済みであるときに、当該アクティブペンを他のアクティブペンと区別するための第１の識別データを含むダウンリンク信号を送信するステップと、前記センサコントローラが、前記第１の識別データを含む前記ダウンリンク信号を受信し、受信された前記第１の識別データに基づいて取得される第２の識別データを含むアップリンク信号を送信するステップと、を含む、通信方法である。

【0017】

本発明の第３の側面によるアクティブペンは、センサコントローラから送信されたアップリンク信号に基づいて、ダウンリンク信号の送信制御を実行するアクティブペンであって、前記センサコントローラとペアリング済みであるときに、当該アクティブペンを他のアクティブペンと区別するための第１の識別データを含むダウンリンク信号を送信し、前記第１の識別データに対応する第２の識別データを含むアップリンク信号を受信した場合に、該第２の識別データに基づいて次のダウンリンク信号の送信制御を実行する集積回路、を含むアクティブペンである。

【0018】

本発明の第３の側面によるセンサコントローラは、アクティブペンを検出するセンサコントローラであって、前記アクティブペンは、前記センサコントローラとペアリング済みであるときに、当該アクティブペンを他のアクティブペンと区別するための第１の識別データを含むダウンリンク信号をペン先に設けられたペン先電極を介して送信するものであり、前記ペン先電極と静電結合するセンサ電極に接続され、前記第１の識別データを含む前記ダウンリンク信号を前記センサ電極を介して受信し、受信された前記第１の識別データに基づいて取得される第２の識別データを含むアップリンク信号を送信する、センサコントローラである。

【発明の効果】

【0019】

本発明の第１の側面によれば、ペアリング中の１以上のアクティブペンそれぞれのペアリング状態を示すペアリング状態情報がアップリンク信号により全てのアクティブペンに対して報知されているので、各アクティブペンは、ペアリング状態情報を見ることにより自身とのペアリングがセンサコントローラ内で維持されているか否かを把握できる。したがって、一方的なペアリング状態の解除や、ペアリング状態を確認するための双方向通信が不要になるので、ペアリング状態を維持管理するための処理に起因するパフォーマンス低下を抑制することが可能になる。

【0020】

本発明の第２の側面によれば、各アクティブペンがローカルペンＩＤを識別するための表示を行うので、ユーザは、各アクティブペンに割り当てた筆記属性を容易に把握することが可能になる。

【0021】

本発明の第３の側面によれば、１つのタッチ面の近傍にグローバルペンＩＤ又はそのハッシュ値が一致する２つのアクティブペンが存在していた場合であっても、描画中の線の途切れを誘発することなく、ペアリングの衝突を解消することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の第１の実施の形態による位置検出システム１の全体構成を示す図である。

【図2】アクティブペン２の内部構成を示す図である。

【図3】アップリンク信号ＵＳ及びダウンリンク信号ＤＳの到達範囲を示す図である。

【図4】アップリンク信号ＵＳ及びダウンリンク信号ＤＳの送受信のために使用されるフレームの構造を示す図である。

【図5】センサコントローラ３１が送信するアップリンク信号ＵＳの種類を示す図である。

【図6】センサコントローラ３１の状態遷移図である。

【図7】アクティブペン２の状態遷移図である。

【図8】センサコントローラ３１とアクティブペン２の動作を示すシーケンス図である。

【図9】本発明の第２の実施の形態によるセンサコントローラ３１が送信するアップリンク信号ＵＳの種類を示す図である。

【図10】センサコントローラ３１とアクティブペン２の動作を示すシーケンス図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

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。

【0024】

図１は、本発明の第１の実施の形態による位置検出システム１の全体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、複数のアクティブペン２ａ～２ｅと、タッチ面３ｔを有する位置検出装置３とを有して構成される。以下の説明では、アクティブペン２ａ～２ｅを特に区別する必要がない場合に、アクティブペン２と総称する場合がある。

【0025】

アクティブペン２は、例えばアクティブ静電方式に対応する電子ペンであり、位置検出装置３と双方向に通信可能に構成される。

【0026】

図２は、アクティブペン２の内部構成を示す図である。同図に示すように、アクティブペン２は、芯体２０、ペン先電極２１、筆圧検出部２２、スイッチ２３、インジケータ２４、電源２５、及び集積回路２６を有して構成される。

【0027】

ペン先電極２１は、芯体２０の近傍に設けられる導電体であり、配線により集積回路２６と電気的に接続されている。ペン先電極２１は、後述する複数のセンサ電極３０Ｘ，３０Ｙのそれぞれと静電結合するように構成される。筆圧検出部２２は、芯体２０の先端（ペン先）に加えられた力（筆圧）を検出する機能部である。具体的に説明すると、筆圧検出部２２は芯体２０の後端部と当接しており、この当接を通じて、ユーザがアクティブペン２のペン先を位置検出装置３のタッチ面３ｔに押し当てたときに芯体２０に加わる力を検出するよう構成される。具体的な例では、筆圧検出部２２は、ペン先に加えられた力に応じて静電容量の変化する可変容量モジュールにより構成される。

【0028】

スイッチ２３は、アクティブペン２の側面に設けられたスイッチであり、ユーザによってオンオフ可能に構成される。インジケータ２４は、後述するアップリンク信号ＵＳにより当該アクティブペン２に付与されたローカルペンＩＤをユーザが識別するための表示を行う装置であり、例えば、数字を表示可能に構成されたＬＥＤ数字表示器や、複数種類の色を表示可能に構成されたＬＥＤなどによって構成され得る。電源２５は、集積回路２６に動作電力（直流電圧）を供給するためのもので、例えば円筒型のＡＡＡＡ電池により構成される。

【0029】

集積回路２６は、図示しない基板に形成された回路群によって構成される処理部であり、ペン先電極２１、筆圧検出部２２、スイッチ２３、及びインジケータ２４のそれぞれに接続される。アクティブペン２が行う後述の各処理はいずれも、集積回路２６によって実行される。

【0030】

集積回路２６は、ペン先電極２１を用いて、位置検出装置３との間で信号を送受信可能に構成される。以下、こうして送受信される信号のうち位置検出装置３からアクティブペン２に送信されるものをアップリンク信号ＵＳと称し、アクティブペン２から位置検出装置３に送信されるものをダウンリンク信号ＤＳと称する。

【0031】

アップリンク信号ＵＳは、典型的には、アクティブペン２に対する制御内容を示すコマンドを含む信号であり、本実施の形態においては、ペアリング中の１以上のアクティブペンそれぞれのペアリング状態を示すペアリング状態情報を全てのアクティブペンに対して報知する役割も果たす。アップリンク信号ＵＳの詳細については、後ほど図５を参照しながら詳しく説明する。また、ダウンリンク信号ＤＳは、無変調の搬送波信号であるバースト信号と、所定の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。集積回路２６は、アップリンク信号ＵＳに含まれていたコマンドに従って送信すべきデータを取得し、取得したデータによって搬送波信号を変調することによりデータ信号を送信する。データ信号によって送信されるデータには、筆圧検出部２２によって検出される筆圧、スイッチ２３のオンオフ状態を示す情報、当該アクティブペン２のグローバルペンＩＤなどが含まれる。グローバルペンＩＤは、ローカルペンＩＤとは異なりすべてのアクティブペン２に一意に割り当てられる情報であり、アクティブペン２の製造段階で集積回路２６内に書き込まれる。

【0032】

図３は、アップリンク信号ＵＳ及びダウンリンク信号ＤＳの到達範囲を示す図である。同図に示すゾーンＡは、その中にアクティブペン２のペン先電極２１が位置しているとき、センサコントローラ３１が送信したアップリンク信号ＵＳをアクティブペン２が受信でき、かつ、アクティブペン２が送信したダウンリンク信号ＤＳをセンサコントローラ３１が受信できる領域である。図３の例では、アクティブペン２ｃ，２ｄ，２ｅがゾーンＡ内に位置している。

【0033】

ゾーンＢは、その中にアクティブペン２のペン先電極２１が位置しているとき、アクティブペン２はセンサコントローラ３１が送信したアップリンク信号ＵＳを受信できるが、センサコントローラ３１はアクティブペン２が送信したダウンリンク信号ＤＳを受信できない領域である。ゾーンＢが生ずるのは、図示するように、アップリンク信号ＵＳの到達範囲がダウンリンク信号ＤＳの到達範囲よりも広いためである。図３の例では、アクティブペン２ｂ，２ｆがゾーンＢ内に位置している。

【0034】

ゾーンＣは、その中にアクティブペン２のペン先電極２１が位置しているとき、アクティブペン２はセンサコントローラ３１が送信したアップリンク信号ＵＳを受信できず、センサコントローラ３１もアクティブペン２が送信したダウンリンク信号ＤＳを受信できない領域である。図３の例では、アクティブペン２ａ，２ｇがゾーンＣ内に位置している。

【0035】

このように、位置検出装置３のタッチ面３ｔ上の領域は、タッチ面３ｔから近い順にゾーンＡ、ゾーンＢ、ゾーンＣに分類される。

【0036】

図４は、アップリンク信号ＵＳ及びダウンリンク信号ＤＳの送受信のために使用されるフレームの構造を示す図である。同図に示すように、アップリンク信号ＵＳ及びダウンリンク信号ＤＳの送受信は、フレーム単位で行われる。このフレームは、例えば、位置検出装置３に含まれるディスプレイ３３（後述）の１画面分の表示期間である。アップリンク信号ＵＳは、典型的にはフレームの先頭で送信され、フレームの開始タイミングをアクティブペン２に知らせる役割（時刻同期の基準としての役割）を果たす。なお、１つのフレームの中で複数回にわたりアップリンク信号ＵＳを送信することとしてもよい。

【0037】

フレーム内におけるダウンリンク信号ＤＳの送信時間はｎ個の時間スロットに分かれている。各時間スロットの継続時間はＹμ秒であり、アップリンク信号ＵＳの送信後、Ｘμ秒ずつ間隔を空けてフレーム内に配置される。ダウンリンク信号ＤＳの送信が行われないＸμ秒の間には、後述するディスプレイ３３による表示動作や、後述するセンサコントローラ３１による指の位置検出動作などが実行される。各時間スロット内では、複数のアクティブペン２により同時に、所定シンボル数のダウンリンク信号ＤＳが送信される。

【0038】

位置検出装置３は、ペアリングする各アクティブペン２に対し、周波数と時間スロットの互いに異なる組み合わせを割り当てるよう構成される。各アクティブペン２は、こうして割り当てられた周波数と時間スロットの組み合わせを用いて、ダウンリンク信号ＤＳの送信を行う。これにより、複数のアクティブペン２が同じフレーム内でダウンリンク信号ＤＳを送信することが可能になる。

【0039】

図１に戻る。位置検出装置３は、タッチ面３ｔ内における各アクティブペン２の位置を検出可能に構成された装置である。典型的には、位置検出装置３はタブレット端末等のコンピュータであり、ディスプレイの表示面がタッチ面３ｔとなる。ただし、位置検出装置３は、表示面を有しないデジタイザであってもよい。以下では、位置検出装置３がタブレット端末であるとして説明を続ける。

【0040】

位置検出装置３は、タッチ面３ｔの直下に配置されたセンサ３０と、センサコントローラ３１と、これらを含む位置検出装置３の各部の機能を制御するホストプロセッサ３２と、センサ３０の下側に配置されたディスプレイ３３とを有して構成される。

【0041】

センサ３０は、相互容量型のタッチセンサを構成するもので、複数のセンサ電極３０Ｘと複数のセンサ電極３０Ｙとがマトリクス状に配置された構成を有して構成される。複数のセンサ電極３０Ｘは、それぞれ図示したＹ方向に延在し、Ｙ方向と直交するＸ方向に等間隔で配置された複数の線状導電体によって構成される。また、複数のセンサ電極３０Ｙは、それぞれＸ方向に延在し、Ｙ方向に等間隔で配置された複数の線状導電体によって構成される。図１には、各複数のセンサ電極３０Ｘ，３０Ｙのうちの一部のみを示している。複数のセンサ電極３０Ｙはディスプレイ３３の共通電極を兼ねていてもよく、その場合の位置検出装置３は「インセル型」と呼ばれる。これに対し、センサ電極３０Ｘ，３０Ｙとディスプレイ内の共通電極とを別々に設けるタイプの位置検出装置３は、例えば「アウトセル型」又は「オンセル型」と呼ばれる。以下では、位置検出装置３はインセル型であるとして説明を続ける

【0042】

センサコントローラ３１は、複数のセンサ電極３０Ｘ，３０Ｙのそれぞれに接続され、これらに誘導される電荷に応じて１以上のアクティブペン２の位置を検出する装置である。具体的には、タッチ面３ｔ上における各アクティブペン２の指示位置を検出するとともに、各アクティブペン２がダウンリンク信号ＤＳを用いて送信したデータを受信する機能と、タッチ面３ｔ上における指の位置を検出する機能とを有して構成される。位置検出装置３がインセル型である場合には、センサコントローラ３１はさらに、ディスプレイ３３の表示動作（画素電極の駆動動作）に必要な共通電位を複数のセンサ電極３０Ｙに印加する機能も有する。

【0043】

アクティブペン２に関してセンサコントローラ３１は、センサ３０を通じ、各アクティブペン２に向けてアップリンク信号ＵＳを送信するとともに、各アクティブペン２が送信したダウンリンク信号ＤＳを受信する機能を有する。ダウンリンク信号ＤＳ中のバースト信号が受信された場合、センサコントローラ３１は、各センサ電極３０Ｘ，３０Ｙにおけるバースト信号の受信レベルに基づいてアクティブペン２の指示位置を導出し、ホストプロセッサ３２にレポートする。また、ダウンリンク信号ＤＳ中のデータ信号が受信された場合、センサコントローラ３１は、データ信号を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り出し、ホストプロセッサ３２にレポートする。

【0044】

ホストプロセッサ３２は、位置検出装置３の全体を制御する中央処理装置である。ホストプロセッサ３２上では、描画アプリケーションや通信アプリケーションなどの各種アプリケーションが動作可能に構成される。描画アプリケーションは、センサコントローラ３１から順次レポートされるアクティブペン２又は指の一連の位置に基づいて、タッチ面３ｔ上におけるそれぞれの軌跡を示すインクデータを生成し記憶するとともに、記憶したインクデータのレンダリングを行う役割を果たす。描画アプリケーションはまた、アクティブペン２が送信したデータのレポートをセンサコントローラ３１から受けた場合、レポートされたデータに応じて、レンダリングするインクデータの線幅、透明度、線色などの制御を行う。その他、ホストプロセッサ３２は、ディスプレイ３３の表示内容をフレームごとに書き換える制御も行う。ディスプレイ３３の表示内容には、上記レンダリングの結果として得られる画像が含まれる。

【0045】

図５は、センサコントローラ３１が送信するアップリンク信号ＵＳの種類を示す図である。同図に示すように、アップリンク信号ＵＳにはタイプ１～タイプ３の３種類があり、センサコントローラ３１は、これらを使い分けることにより、各アクティブペン２の制御を行う。

【0046】

図５（ａ）に示すタイプ１のアップリンク信号ＵＳは、アクティブペン２の接近を検出するために、全てのアクティブペン２に対してブロードキャストされる信号であり、アップリンク信号種別フラグ１と、フレーム構造情報と、通信設定データと、ペアリング状態情報とを有して構成される。

【0047】

アップリンク信号種別フラグ１は、アクティブペン２がタイプ１のアップリンク信号ＵＳとタイプ２，３のアップリンク信号ＵＳとを区別するためのフラグであり、タイプ１のアップリンク信号ＵＳでは「０」が設定される。したがって、「０」であるアップリンク信号種別フラグ１は、全てのアクティブペン２が宛先であることを示すアドレス情報を構成する。

【0048】

フレーム構造情報は、フレームの時間長、フレーム内におけるアップリンク信号ＵＳの位置、図４に示したＸμ秒及びＹμ秒の具体的な時間長、フレーム内に含まれる時間スロットの数、使用可能な周波数のセットなどによって特定されるフレームの構造を示す情報である。具体的なフレーム構造情報は、予めアクティブペン２とセンサコントローラ３１の間で共有されている複数の構造のうちの１つを示す識別情報によって構成される。

【0049】

通信設定データは、これから通信しようとするアクティブペン２に対して割り当てる周波数と時間スロットの組み合わせを示すデータである。具体的な通信設定データは、予めアクティブペン２とセンサコントローラ３１の間で共有されている複数の組み合わせのうちの１つを示す識別情報によって構成される。

【0050】

ペアリング状態情報は、センサコントローラ３１がペアリング中の１以上のアクティブペン２それぞれのペアリング状態を示す情報であり、ペアリング時に各アクティブペン２に割り当てるローカルペンＩＤ（ＬＰＩＤ）ごとに、ペアリング中か否かを示すペアリングフラグを有して構成される。ペアリングフラグは、対応するローカルペンＩＤがいずれかのアクティブペン２に割り当て中である場合に「１」となり、対応するローカルペンＩＤがいずれのアクティブペン２にも割り当てられていない場合に「０」となる情報である。図５には、最大で６つのアクティブペン２と同時にペアリング可能なセンサコントローラ３１の例を示している。この場合、ローカルペンＩＤは１～６の６つであり、ペアリング状態情報は６つのペアリングフラグを含んで構成される。

【0051】

ここで、ペアリング状態は、ペアリングが完了し維持されている状態、又は、ペアリングが維持されていない状態のいずれかである。ペアリングが完了し維持されている状態は、アクティブペン２が位置検出装置３に信号を供給可能にする上で必要な設定が維持されている状態である。必要な設定には、通信チャネルに関する設定（例えば周波数あるいは時間スロット）、ローカルペンＩＤの付与状態、などの通信リソースあるいはパラメータの払い出し状態が含まれる。他方、ペアリングが維持されていない状態は、アクティブペン２が位置検出装置３に信号を供給可能にする上で必要な設定がされていない状態である。

【0052】

タイプ１のアップリンク信号ＵＳ内のペアリング状態情報はさらに、ペアリング可否フラグを有して構成される。ペアリング可否フラグは、センサコントローラ３１が新たなペアリングを確立できるときに「１」となり、センサコントローラ３１が新たなペアリングを確立できないときに「０」となる情報である。センサコントローラ３１は、対応可能な最大数（図５の例では６）のアクティブペン２とペアリング中である場合にペアリング可否フラグを「０」とし、それ以外の場合に「１」とする。

【0053】

タイプ１のアップリンク信号ＵＳを受信したアクティブペン２のうち、まだセンサコントローラ３１とのペアリング状態にないアクティブペン２は、まずペアリング可否フラグを参照する。そして、ペアリング可否フラグが「１」であった場合に、受信したアップリンク信号ＵＳに含まれるフレーム構造情報、通信設定データ、及びペアリング状態情報を図示しないメモリに一時的に記憶するとともに、記憶した通信設定データにより示される周波数及び時間スロットを用いて、ペアリング要求を含むダウンリンク信号ＤＳを送信する。このペアリング要求には、上述したグローバルペンＩＤが含まれる。

【0054】

一方、タイプ１のアップリンク信号ＵＳを受信したアクティブペン２のうち、センサコントローラ３１とペアリング中のアクティブペン２は、自身に割り当てられたローカルペンＩＤに対応するペアリングフラグを参照し、「１」となっていれば、引き続きペアリング状態を維持する。一方、このペアリングフラグが「０」となっていれば、センサコントローラ３１がペアリング状態を解除したと判定し、自身においてもペアリング状態を解除する。

【0055】

図５（ｂ）に示すタイプ２のアップリンク信号ＵＳは、接近を検出したアクティブペン２とのペアリングを行うために、ペアリング要求を含むダウンリンク信号ＤＳに対する応答として送信される信号であり、アップリンク信号種別フラグ１と、アップリンク信号種別フラグ２と、ペアリング対象アクティブペン情報と、ペアリング状態情報とを有して構成される。このうちアップリンク信号種別フラグ１には、タイプ２のアップリンク信号ＵＳでは「１」が設定される。

【0056】

アップリンク信号種別フラグ２は、アクティブペン２がタイプ２のアップリンク信号ＵＳとタイプ３のアップリンク信号ＵＳとを区別するためのフラグであり、タイプ２のアップリンク信号ＵＳでは「０」が設定される。

【0057】

ペアリング対象アクティブペン情報は、ペアリング要求に含まれていたグローバルペンＩＤ又はそのハッシュ値により構成される。したがって、ペアリング対象アクティブペン情報は、当該アップリンク信号ＵＳの宛先であるアクティブペン２を示すアドレス情報を構成する。なお、ペアリング対象アクティブペン情報を構成するハッシュ値は、センサコントローラ３１により、予めセンサコントローラ３１と各アクティブペン２との間で共有されている所定のハッシュ関数を用いて算出される。

【0058】

タイプ２のアップリンク信号ＵＳ内のペアリング状態情報は、ペアリング可否フラグを有しない点を除き、タイプ１のアップリンク信号ＵＳ内のペアリング状態情報と同様の情報である。ただし、センサコントローラ３１は、ペアリング要求を含むダウンリンク信号ＤＳを受信したことを受けて、該ダウンリンク信号ＤＳを送信したアクティブペン２に割り当てるローカルペンＩＤを決定し、決定したローカルペンＩＤに対応するペアリングフラグを「１」に更新する。これは、新たに割り当てるローカルペンＩＤをアクティブペン２に通知するための処理である。

【0059】

タイプ２のアップリンク信号ＵＳを受信したアクティブペン２は、まずペアリング対象アクティブペン情報を構成するグローバルペンＩＤ又はそのハッシュ値が自身のものか否かを判定する。そして自身のものであると判定した場合に、直前に受信し記憶しておいたタイプ１のアップリンク信号ＵＳ内のペアリング状態情報と、今回受信したタイプ２のアップリンク信号ＵＳ内のペアリング状態情報とを比較する。アクティブペン２は、この比較の結果として、対応するペアリングフラグが「０」から「１」に変更されたローカルペンＩＤを取得し、自身に割り当てられたローカルペンＩＤとして図示しないメモリに記憶する。また、一時的に記憶していたフレーム構造情報及び通信設定データについても、改めて図示しないメモリに記憶する。これにより、アクティブペン２の内部において、センサコントローラ３１とのペアリング状態が確立される。

【0060】

ペアリング状態を確立したアクティブペン２は、記憶している通信設定データにより示される周波数及び時間スロットを用いて、ダウンリンク信号ＤＳを送信する。このダウンリンク信号ＤＳは、例えば筆圧を含むこととしてもよい。こうして送信されたダウンリンク信号ＤＳを受信したセンサコントローラ３１は、該ダウンリンク信号ＤＳを送信したアクティブペン２を示す情報を図示しないメモリ内のリストに追加することにより、該アクティブペン２とのペアリング状態を確立する。

【0061】

図５（ｃ）に示すタイプ３のアップリンク信号ＵＳは、ペアリング中の１以上のアクティブペン２のうちの１つに対する制御を行うために送信される信号であり、アップリンク信号種別フラグ１と、アップリンク信号種別フラグ２と、コマンドと、ペアリング状態情報とを有して構成される。このうちアップリンク信号種別フラグ１及びアップリンク信号種別フラグ２のそれぞれには、タイプ３のアップリンク信号ＵＳではともに「１」が設定される。

【0062】

コマンドは、アクティブペン２に対する制御の内容と、制御の対象となるアクティブペン２を示すローカルペンＩＤと含む情報である。コマンドにより示される制御の具体的な内容には、筆圧検出部２２によって検出される筆圧の送信、スイッチ２３のオンオフ状態を示す情報の送信などが含まれる。

【0063】

タイプ３のアップリンク信号ＵＳを受信したアクティブペン２は、自身に割り当てられているローカルペンＩＤがコマンド内に含まれているか否かをまず判定する。そして、含まれていると判定した場合、コマンドによって示される制御の内容に応じた処理を行う。例えばアクティブペン２は、コマンドによって示される制御の内容が筆圧検出部２２によって検出される筆圧の送信であれば、筆圧検出部２２から最新の筆圧を取得し、ダウンリンク信号ＤＳに含めて送信する。

【0064】

図６及び図７はそれぞれ、センサコントローラ３１及びアクティブペン２の状態遷移図である。以下、これらの図に加えて、前掲した図４及び図５も再度参照しながら、センサコントローラ３１及びアクティブペン２の動作について、より詳しく説明する。

【0065】

まず図６を参照すると、センサコントローラ３１は、アップリンク信号送信状態Ｓ０と、その他の状態Ｓ１と、ダウンリンク信号検出状態Ｓ２とのいずれかで動作するよう構成される。アップリンク信号送信状態Ｓ０には、通常状態Ｓ０ａと、ペアリング中状態Ｓ０ｂとが含まれる。

【0066】

センサコントローラ３１の初期状態は、通常状態Ｓ０ａである。この状態においてセンサコントローラ３１は、図５（ａ）に示したタイプ１のアップリンク信号ＵＳ、又は、図５（ｃ）に示したタイプ３のアップリンク信号ＵＳのいずれかの送信を行う。この場合においてセンサコントローラ３１は、ある程度以上の間隔を空けないでタイプ１のアップリンク信号ＵＳを送信することが好適である。こうすることで、新たにセンサコントローラ３１に接近したアクティブペン２とのペアリングとを適切なタイミングで実行することが可能になる。

【0067】

センサコントローラ３１は、送信したタイプ１のアップリンク信号ＵＳに対してペアリング要求を含むダウンリンク信号ＤＳを受信した場合、ペアリング中状態Ｓ０ｂに遷移する。ペアリング中状態Ｓ０ｂでは、センサコントローラ３１は、タイプ２のアップリンク信号ＵＳの送信を行う。その結果として、直前のタイプ１のアップリンク信号ＵＳで送信した通信設定データにより示される周波数及び時間スロットを用いて送信されたダウンリンク信号ＤＳを受信した場合、センサコントローラ３１は、ペアリングが成功したと判定し、該ダウンリンク信号ＤＳを送信したアクティブペン２の情報を図示しないリストに追することによってペアリングを確立した後、通常状態Ｓ０ａに戻る。一方、そのようなダウンリンク信号ＤＳが受信されなかった場合には、センサコントローラ３１は、ペアリングが失敗したと判定し、通常状態Ｓ０ａに戻る。

【0068】

センサコントローラ３１は、アップリンク信号ＵＳの送信を完了すると、そのアップリンク信号ＵＳのタイプとは関わりなく、一旦、その他の状態Ｓ１に遷移する。その他の状態Ｓ１においてセンサコントローラ３１は、指の位置を検出する動作、又は、ディスプレイ３３の表示のための動作（具体的には、上述した共通電位の印加）を行う。センサコントローラ３１がその他の状態Ｓ１にある間に、図１に示したホストプロセッサ３２による表示内容の書き換え制御の一部（例えば、１ゲート線分の制御）も実行され得る。その他の状態Ｓ１への遷移からＸμ秒が経過した場合、センサコントローラ３１は、ダウンリンク信号検出状態Ｓ２に遷移する。

【0069】

ダウンリンク信号検出状態Ｓ２に遷移したセンサコントローラ３１は、図１に示したセンサ３０を介して、アクティブペン２が送信したダウンリンク信号ＤＳの検出動作を行う。そして、ダウンリンク信号検出状態Ｓ２への遷移からＹμ秒が経過した場合に、その他の状態Ｓ１に戻り、再び、指の位置を検出する動作、又は、ディスプレイ３３の表示のための動作を実行する。

【0070】

センサコントローラ３１は、その他の状態Ｓ１及びダウンリンク信号検出状態Ｓ２をｎ回ずつ繰り返した後、アップリンク信号送信状態Ｓ０に戻り、アップリンク信号ＵＳの送信を実行する。

【0071】

次に図７を参照すると、アクティブペン２は、スリープ状態Ｓ０と、ディスカバリ状態Ｓ１と、ペアリング中状態Ｓ２と、オペレーション状態Ｓ３と、ホールド状態Ｓ４とのいずれかで動作するよう構成される。

【0072】

アクティブペン２の初期状態は、スリープ状態Ｓ０である。この状態においてアクティブペン２は、自身の電源がオンされた場合に、ディスカバリ状態Ｓ１に遷移する。また、スリープ状態Ｓ０にあるアクティブペン２は、タッチ操作が発生したことの検出動作を継続的に行い、タッチ操作が発生したことを検出した場合にも、ディスカバリ状態Ｓ１に遷移する。なお、タッチ操作が発生したことの検出は、例えば、筆圧検出部２２により検出されている筆圧が所定値を上回ったことによって行うこととしてもよいし、ペン先電極２１に電荷が誘導されたことによって行うこととしてもよい。

【0073】

ディスカバリ状態Ｓ１においてアクティブペン２は、自身の電源がオフされた場合に、スリープ状態Ｓ０に戻る。また、ディスカバリ状態Ｓ１にあるアクティブペン２は、タッチ操作が発生したことの検出動作を継続的に行い、タッチ操作が一定時間発生していないことを検出した場合にも、スリープ状態Ｓ０に戻る。この場合におけるタッチ操作が発生したことの検出も、例えば、筆圧検出部２２により検出されている筆圧が所定値を上回ったことによって行うこととしてもよいし、ペン先電極２１に電荷が誘導されたことによって行うこととしてもよい。

【0074】

ディスカバリ状態Ｓ１にあるアクティブペン２はさらに、ペン先電極２１と各複数のセンサ電極３０Ｘ，３０Ｙとの結合容量を介してアップリンク信号ＵＳの検出動作も行い、その結果としてタイプ１のアップリンク信号ＵＳが検出された場合に、ペアリング中状態Ｓ２に遷移する。このときアクティブペン２は、上述したように、検出したアップリンク信号ＵＳに含まれるフレーム構造情報、通信設定データ、及びペアリング状態情報を一時的に記憶する。

【0075】

ペアリング中状態Ｓ２においてアクティブペン２は、記憶した通信設定データにより示される周波数及び時間スロットを用いて、ペアリング要求を含むダウンリンク信号ＤＳを送信する。そして、アップリンク信号ＵＳの検出動作を行い、自身のグローバルペンＩＤ又はそのハッシュ値を含むタイプ２のアップリンク信号ＵＳが検出された場合に、その中のペアリング状態情報から自身に割り当てられたローカルペンＩＤを取得し、記憶しておいた通信設定データとともに集積回路２６内の図示しないメモリに設定することによりペアリング状態を確立する。アクティブペン２はまた、取得したローカルペンＩＤを識別するための表示を行うようインジケータ２４を制御する。その後、アクティブペン２は、オペーレーション状態Ｓ３に遷移する。一方、自身のグローバルペンＩＤ又はそのハッシュ値を含むタイプ２のアップリンク信号ＵＳが所定時間内に検出されなかった場合、アクティブペン２は、ペアリングに失敗したと判定し、ディスカバリ状態Ｓ１に戻る。

【0076】

オペーレーション状態Ｓ３に遷移したアクティブペン２は、アップリンク信号ＵＳが受信される都度、その中のペアリング状態情報を参照し、自身のローカルペンＩＤに対応するペアリングフラグが「１」、すなわちセンサコントローラ３１が自身とのペアリングを維持していることを確認する。そして、センサコントローラ３１が自身とのペアリングを維持していることを確認できる限り、オペーレーション状態Ｓ３を維持し、ペアリング状態に基づいた設定で（すなわち、記憶している通信設定データにより示される周波数及び時間スロットにより）ダウンリンク信号ＤＳの送信を行う。一方、自身のローカルペンＩＤに対応するペアリングフラグが「０」となり、センサコントローラ３１が自身とのペアリングを維持していないことが確認された場合には、ディスカバリ状態Ｓ１に戻る。

【0077】

オペーレーション状態Ｓ３でアップリンク信号ＵＳが検出されなくなった場合（例えば、アクティブペン２が図３のゾーンＣに移動した場合）、アクティブペン２は、直ちにディスカバリ状態Ｓ１に戻ることはせず、一旦ホールド状態Ｓ４に遷移する。ホールド状態Ｓ４は、アップリンク信号ＵＳの検出に失敗した後も所定期間にわたってペアリング状態の維持を行うための状態である。ホールド状態Ｓ４によるアクティブペン２は、一定期間、アップリンク信号ＵＳの不検出が継続した場合、又は、アップリンク信号ＵＳを検出できたが、その中に含まれるペアリング状態情報によりセンサコントローラ３１が自身とのペアリングを解除したことが確認できた場合、アクティブペン２はペアリング状態を解除し、ディスカバリ状態Ｓ１に戻る。このとき、アクティブペン２は、ローカルペンＩＤ及び通信設定データの保持を中止するとともに、ローカルペンＩＤを識別するための表示を停止するようインジケータ２４を制御する。一方、ホールド状態Ｓ４にある間に、アップリンク信号ＵＳに含まれるペアリング状態情報によりセンサコントローラ３１が自身とのペアリングを維持していることが確認できた場合には、アクティブペン２は、オペーレーション状態Ｓ３に戻る。

【0078】

図８は、センサコントローラ３１とアクティブペン２の動作を示すシーケンス図である。以下、この図８を参照することにより、異なる観点から再度、ペアリングにかかるセンサコントローラ３１とアクティブペン２の動作を説明する。

【0079】

センサコントローラ３１は、各フレームにおいて、図５（ａ）に示したタイプ１のアップリンク信号ＵＳを送信する（ステップＳ１０，Ｓ１１）。図８に示すように、アクティブペン２がフレーム１においてタイプ１のアップリンク信号ＵＳを受信したとする（ステップＳ１２）と、アクティブペン２は、ペアリング要求を含むダウンリンク信号ＤＳを送信する（ステップＳ１３）。ペアリング要求にグローバルペンＩＤが含まれるのは、上述したとおりである。

【0080】

センサコントローラ３１は、ペアリング要求を含むダウンリンク信号ＤＳを受信する（ステップＳ１４）と、次のフレーム２において、図５（ｂ）に示したタイプ２のアップリンク信号ＵＳを送信する（ステップＳ１５）。このタイプ２のアップリンク信号ＵＳには、上述したように、ペアリング要求に含まれたグローバルペンＩＤ又はそのハッシュ値を示すペアリング対象アクティブペン情報と、新たに割り当てられるローカルペンＩＤのペアリングフラグが「０」から「１」に変化してなるペアリング状態情報とが含まれる。

【0081】

アクティブペン２は、タイプ２のアップリンク信号ＵＳを受信すると、その中のペアリング状態情報から自身に割り当てられたローカルペンＩＤを取得して記憶するとともに、直前に受信されていたタイプ１のアップリンク信号ＵＳに含まれていた通信設定データを記憶する（ステップＳ１６）。これ以後、アクティブペン２は、記憶した通信設定データにより示される周波数及び時間スロットを用いて、ダウンリンク信号ＤＳの送信を行う（ステップＳ１７）。このダウンリンク信号ＤＳには、上述したように、バースト信号と、例えば図２に示した筆圧検出部２２により検出された筆圧を示すデータ信号とが含まれる。このダウンリンク信号ＤＳを受信したセンサコントローラ３１は、バースト信号に基づいてアクティブペン２の位置を検出するとともに、データ信号から筆圧等を取得し、その結果に基づいて、上述したインクデータの出力を行う（ステップＳ１８）。

【0082】

以上説明したように、本実施の形態によれば、ペアリング中の１以上のアクティブペン２それぞれのペアリング状態を示すペアリング状態情報がアップリンク信号ＵＳにより全てのアクティブペン２に対して報知されているので、各アクティブペン２は、ペアリング状態情報を見ることにより自身とのペアリングがセンサコントローラ３１内で維持されているか否かを把握できる。したがって、一方的なペアリング状態の解除や、ペアリング状態を確認するための双方向通信が不要になるので、ペアリング状態を維持管理するための処理に起因するパフォーマンス低下を抑制することが可能になる。

【0083】

また、本実施の形態によれば、各アクティブペン２が図２に示したインジケータ２４によりローカルペンＩＤを識別するための表示を行うので、ユーザは、各アクティブペン２に割り当てた筆記属性を容易に把握することが可能になる。

【0084】

次に、本発明の第２の実施の形態による位置検出システム１について、説明する。本実施の形態による位置検出システム１は、ペアリング中のアクティブペン２とセンサコントローラ３１との間で、各アクティブペン２を互いに区別するためのデータ（後述する第１及び第２の識別データ）の送受信がなされる点で第１の実施の形態と異なり、その他の点では第１の実施の形態による位置検出システム１と同様であるので、以下では、第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、第１の実施の形態との相違点に着目して説明を続ける。

【0085】

本実施の形態は、１つのタッチ面３ｔの近傍にグローバルペンＩＤ又はそのハッシュ値が一致する２つのアクティブペン２が存在していた場合に、第１の実施の形態による位置検出システム１で生じ得るペアリングの衝突を是正するための発明に関するものである。以下、この発明の課題及び構成の概略を最初に説明し、その後、本実施の形態について詳しく説明する。

【0086】

初めに、グローバルペンＩＤ又はそのハッシュ値が一致する２つのアクティブペン２がいずれも未ペアリングの状態でタッチ面３ｔに接近し、一方が図３に示したゾーンＡに、他方が図３に示したゾーンＢにそれぞれ位置していたとする。この状態でセンサコントローラ３１がタイプ１のアップリンク信号ＵＳを送信する（図８のステップＳ１１）と、そのアップリンク信号ＵＳは２本のアクティブペン２の両方により受信される。すると、２本のアクティブペン２のそれぞれがペアリング要求を含むダウンリンク信号ＤＳを送信することになる（図８のステップＳ１３）が、ゾーンＢに位置しているアクティブペン２が送信したダウンリンク信号ＤＳはセンサコントローラ３１に届かないため、センサコントローラ３１は、ダウンリンク信号ＤＳを１つだけ受信することになる。その結果、センサコントローラ３１は、通常どおり、受信できたダウンリンク信号ＤＳに含まれていたグローバルペンＩＤ又はそのハッシュ値を含むタイプ２のアップリンク信号ＵＳを送信することになる（図８のステップＳ１５）が、このアップリンク信号ＵＳは２本のアクティブペン２の両方により受信される。すると、先ほどダウンリンク信号ＤＳを送信した２本のアクティブペン２の両方が、受信したアップリンク信号ＵＳに含まれていたグローバルペンＩＤ又はそのハッシュ値が自身のものであると判定することになる。その結果、２本のアクティブペン２が同じローカルペンＩＤでセンサコントローラ３１とのペアリングを確立してしまう。つまり、ペアリングの衝突が発生することになる。

【0087】

このようなペアリングの衝突が発生した場合、もしセンサコントローラ３１が衝突を検出する方法を有していれば、センサコントローラ３１から両方のアクティブペン２に対してペアリング解除のコマンドを送信することで、衝突状態を解消することができる。しかし、このようなペアリングの解除は、描画中の線の途切れを誘発することになる。なお、ローカルペンＩＤが同一であるため、センサコントローラ３１が送信するコマンドでは、片方のアクティブペン２のみに対してペアリング解除を指示することはできない。また、センサコントローラ３１が衝突を検出する方法を有していなければ、上記のようにしてペアリングを解除することもできず、いずれかのアクティブペン２が図３に示したゾーンＣに退去するまで、ペアリングの衝突状態が継続することになる。

【0088】

加えて言えば、ペアリングの衝突状態が継続している場合、一方のアクティブペン２により送信されるダウンリンク信号ＤＳが他方のアクティブペン２により送信されるダウンリンク信号ＤＳに対するノイズとなるため、アクティブペン２の位置検出精度が低下してしまう。さらに、センサコントローラ３１によって受信されないダウンリンク信号ＤＳは無駄に送信されたものということになってしまうので、アクティブペン２の電力を無駄に消費してしまうことにもなる。

【0089】

そこで本実施の形態では、各アクティブペン２を互いに区別するためのデータ（第１の識別データ）をダウンリンク信号ＤＳ内に配置することとする。典型的な例では、第１の識別データは、ペン先がタッチ面３ｔに接触（コンタクト）しているか否かを示すデータ（コンタクト状態データ）である。以下、第１の識別データはコンタクト状態データであるとして説明を続ける。

【0090】

センサコントローラ３１は、第１の識別データを含むダウンリンク信号ＤＳをアクティブペン２から受信すると、そのアクティブペン２に対して送信するアップリンク信号ＵＳ内に、受信した第１の識別データに基づいて取得される第２の識別データを配置する。この第２の識別データは、例えば、第１の識別データと同内容のデータである。

【0091】

アクティブペン２は、こうして受信される第２の識別データと自身の送信した第１の識別データとを比較することにより、センサコントローラ３１によって自身が正しく検出されているか否かを判定する。そして、正しく検出されていないと判定した場合には、ペアリングを解除する。これにより、例えば、ペン先がタッチ面３ｔに接触しているアクティブペン２のペアリングが維持される一方で、ホバー中（ペン先がタッチ面３ｔに接触していない状態）のアクティブペン２のペアリングが解除されるので、描画中の線の途切れを誘発することなく、ペアリングの衝突を解消することが可能になる。その結果として、アクティブペン２の位置検出精度の低下や、アクティブペン２の電力の無駄な消費を防止することも可能になる。

【0092】

以上が、本実施の形態にかかる発明の課題及び構成の概略である。次に、本実施の形態による位置検出システム１の構成及び動作について、詳しく説明する。以下でも、第１の識別データはコンタクト状態データであるとして説明を続ける。

【0093】

図９は、本実施の形態によるセンサコントローラ３１が送信するアップリンク信号ＵＳの種類を示す図である。同図に示すように、本実施の形態においても、アップリンク信号ＵＳにはタイプ１～タイプ３の３種類がある。このうちタイプ１，２のアップリンク信号ＵＳはそれぞれ、図５（ａ）（ｂ）に示した第１の実施の形態のものと同一である。一方、タイプ３のアップリンク信号ＵＳは、ペアリング状態情報の構成の点で、図５（ｃ）に示した第１の実施の形態のものと相違する。

【0094】

具体的に説明すると、本実施の形態によるタイプ３のアップリンク信号ＵＳに含まれるペアリング状態情報は、データ種別フラグと、ローカルペンＩＤごとのペアリングデータとを有して構成される。データ種別フラグは、各ペアリングデータの具体的な内容の種別を示す１ビットのデータであり、各ペアリングデータが上述したペアリングフラグであるときに「０」、各ペアリングデータが上述した第２の識別データであるときに「１」となる。したがって、データ種別フラグが「１」であるタイプ２，３のアップリンク信号ＵＳは、ローカルペンＩＤ（ＬＰＩＤ）ごとに、第２の識別データを含む信号となる。なお、センサコントローラ３１は、データ種別フラグが「０」であるタイプ３のアップリンク信号ＵＳと、データ種別フラグが「１」であるタイプ３のアップリンク信号ＵＳとを、タイプ３のアップリンク信号ＵＳの送信タイミングにおいて、所定の割合（例えば１：１）で交互に送信するように構成される。

【0095】

もちろん、データ種別フラグが「０」であるタイプ３のアップリンク信号ＵＳと、データ種別フラグが「１」であるタイプ３のアップリンク信号ＵＳとの送信割合は、適宜変更可能である。それぞれの優先度に応じて、例えば「１０：１」にしてもよいし、例えば第２の識別データがコンタクト状態データであれば、センサコントローラ３１とのペアリング後に始めてタッチ面３ｔに接触したときや、さらにその後ホバー状態になったときなど、データ種別フラグが「１」であるタイプ３のアップリンク信号ＵＳの送信タイミングをアクティブペン２の状態が変化した時に限定しても構わない。こうすることで優先度の高いペアリングフラグの送信頻度を上げ、ペアリング状態の管理をより最適化することが可能となる。

【0096】

図１０は、本実施の形態によるセンサコントローラ３１とアクティブペン２の動作を示すシーケンス図である。以下、図１０を参照しながら、第１及び第２の識別データに関するセンサコントローラ３１及びアクティブペン２の動作について、詳しく説明する。なお、図１０では記載を省略しているが、図８等を参照して説明した各ステップも実際には実行される。また、図１０には、図３に示したアクティブペン２ｂ，２ｄ（ゾーンＢに位置しているアクティブペン２と、ペン先がタッチ面３ｔに接触しているアクティブペン２）を示している。さらに、図１０には、アクティブペン２ｂ，２ｄに上述したペアリングの衝突が発生している状態（すなわち、アクティブペン２ｂ，２ｄが同じローカルペンＩＤを記憶している状態）を示している。

【0097】

まず、センサコントローラ３１がアップリンク信号ＵＳを送信する（ステップＳ３０）と、アクティブペン２ｂ，２ｄのそれぞれがこのアップリンク信号ＵＳを受信する（ステップＳ３１）。なお、このアップリンク信号ＵＳはタイプ１～３のいずれであってもよい。

【0098】

ここで、タイプ２のアップリンク信号はグローバルＩＤ又はそのハッシュ値により宛先を特定する信号であり、タイプ３のアップリンク信号ＵＳはローカルペンＩＤにより宛先を特定する信号であるが、アクティブペン２ｂ，２ｄについてのこれらのデータは、すべて同一の値となる。したがって、ステップＳ３０で送信されたアップリンク信号ＵＳがタイプ２，３のアップリンク信号ＵＳであったとしても、ステップＳ３１においては、アクティブペン２ｂ，２ｄの両方により受信されることになる。

【0099】

ステップＳ３１でアップリンク信号ＵＳを受信したアクティブペン２ｂ，２ｄは、筆圧検出部２２（図２を参照）により検出されている筆圧を参照することにより、それぞれのペン先のタッチ面３ｔへのコンタクト状態を検出する（ステップＳ３２）。こうして検出されるコンタクト状態は、アクティブペン２ｂでは「ホバー」、アクティブペン２ｂでは「コンタクト」となる。そして、検出したコンタクト状態を示す第１の識別データを含むダウンリンク信号ＤＳを送信する（ステップＳ３３）。

【0100】

ステップＳ３３でアクティブペン２ｂ，２ｄのそれぞれが送信したダウンリンク信号ＤＳのうち、アクティブペン２ｂが送信したものは、センサコントローラ３１に届かない。これは、アクティブペン２ｂが図３に示したゾーンＢに位置しているためである。一方、アクティブペン２ｄが送信したダウンリンク信号ＤＳは、センサコントローラ３１によって受信される。

【0101】

第１の識別データを含むダウンリンク信号ＤＳを受信したセンサコントローラ３１は、その中から第１の識別データを抽出するとともに、そのダウンリンク信号ＤＳの送信に用いられた周波数及び時間スロットに基づき、送信元であるアクティブペン２のローカルペンＩＤを取得する（ステップＳ３４）。そして、図９に示したデータ種別フラグが「１」であるタイプ３のアップリンク信号ＵＳを次に送信するタイミングにおいて、取得したローカルペンＩＤのペアリングデータとして、抽出した第１の識別データに基づいて取得される第２の識別データを設定する。これにより、第２の識別データを含むタイプ３のアップリンク信号ＵＳが送信される（ステップＳ４０）。以下、第２の識別データの内容はステップＳ３４で抽出された第１の識別データの内容と同一であるとして説明を続ける。

【0102】

ステップＳ４０で送信されたアップリンク信号ＵＳは、ステップＳ３１と同様に、アクティブペン２ｂ，２ｄの両方によって受信される（ステップＳ４１）。こうしてアップリンク信号ＵＳを受信したアクティブペン２ｂ，２ｄは、その中に含まれていた第２の識別データと、直前に送信した第１の識別データとを比較し（ステップＳ４２）、比較の結果に応じて次のダウンリンク信号の送信制御を実行する。

【0103】

具体的に説明すると、ステップＳ４２で一致と判定したアクティブペン２（この場合はアクティブペン２ｄ）は、ステップＳ３２以降の処理を繰り返す。これにより、アクティブペン２ｄについてはペアリングが維持され、描画が発生している場合であれば、引き続き描画が行われる。

【0104】

一方、ステップＳ４２で不一致と判定したアクティブペン２（この場合はアクティブペン２ｂ）は、センサコントローラ３１とのペアリングを変更する処理を行う（ステップＳ４３）。この処理は、センサコントローラ３１とのペアリングを一旦解除する処理、つまり、図８のステップＳ１６で記憶したローカルペンＩＤ及び通信設定データを削除し、未ペアリングの状態に戻る処理であってもよいし、図８のステップＳ１６で記憶したローカルペンＩＤをアクティブペン２のメモリ内で変更する処理であってもよい。後者の場合、アクティブペン２からセンサコントローラ３１に対し、変更したローカルペンＩＤを通知できるようにすることが好ましい。また、ペアリングを変更する処理は、ダウンリンク信号ＤＳの送信を停止する処理であってもよい。

【0105】

ステップＳ４３を実行した後のアクティブペン２ｂは、通常どおりタイプ１のアップリンク信号ＵＳの受信を待機すればよい。この時点ではアクティブペン２ｄはペアリング中であるので、アクティブペン２ｂは、待機の結果として受信されたタイプ１のアップリンク信号ＵＳに基づいてペアリングを実行することにより、少なくともアクティブペン２ｄとの間で衝突を発生させることなく、センサコントローラ３１との間でペアリングを確立することが可能になる。

【0106】

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、１つのタッチ面３ｔの近傍にグローバルペンＩＤ又はそのハッシュ値が一致する２つのアクティブペン２が存在していた場合に、一方のアクティブペン２（具体的には、ホバー中のアクティブペン２）のみにペアリングを解除させることができる。したがって、描画中の線の途切れを誘発することなく、ペアリングの衝突を解消することが可能になる。また、アクティブペン２の位置検出精度の低下や、アクティブペン２の電力の無駄な消費を防止することも可能になる。

【0107】

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。

【0108】

例えば、上記各実施の形態では、１～６のローカルペンＩＤにそれぞれ対応する６つのペアリングデータ（ペアリングフラグ又は第２の識別データ）を含むペアリング状態情報を各アップリンク信号ＵＳ内に配置する例を説明したが、１～６のローカルペンＩＤにそれぞれ対応する６つのペアリングデータを含むペアリング状態情報を含むアップリンク信号ＵＳと、７～１２のローカルペンＩＤにそれぞれ対応する６つのペアリングデータを含むペアリング状態情報を含むアップリンク信号ＵＳとを交互に送信する、というように、１つのアップリンク信号ＵＳにペアリング状態情報の一部のみを含めることとしてもよい。この方法は、例えば１つのフレーム（１６．７ｍｓｅｃ）内でアップリンク信号ＵＳを複数回送信する場合などに、特に好適である。

【0109】

また、１つのアップリンク信号ＵＳ内に、ペアリングフラグと第２の識別データの両方を含むこととしてもよい。例えば、１～３のローカルペンＩＤにそれぞれ対応する３つのペアリングデータがペアリングフラグであり、４～６のローカルペンＩＤにそれぞれ対応する３つのペアリングデータが第２の識別データであるアップリンク信号ＵＳや、逆に、１～３のローカルペンＩＤにそれぞれ対応する３つのペアリングデータが第２の識別データであり、４～６のローカルペンＩＤにそれぞれ対応する３つのペアリングデータがペアリングフラグであるアップリンク信号ＵＳを用いることとしてもよい。

【0110】

また、上記第２の実施の形態では、第１の識別データはコンタクト状態データであるとして説明したが、各アクティブペン２を互いに区別するためのデータであれば、他の種類のデータにより第１の識別データを構成することも可能である。例えば、図２に示した筆圧検出部２２により検出されている筆圧（例えば２５６段階の多値データ）を第１の識別データとして取り扱うこととしてもよい。また、アクティブペン２の筐体に設けられたサイドスイッチの押下状態やアクティブペン２の傾きなど、人間の把持の仕方によって異なる値を取り得る操作状態であって、センサコントローラ３１が認識可能なデータ（操作状態データ）を第１の識別データとして取り扱うこととしてもよい。さらに、アクティブペン２の内部で筐体ユニークに時間変化するデータ（時変データ）を生成できる場合には、この時変データを第１の識別データとして取り扱うこととしてもよい。

【0111】

また、上記第２の実施の形態では、第１及び第２の識別データの内容が同一であるとして説明したが、これらは必ずしも同一でなくてもよく、例えば、直前数回分の第１の識別データの統計データにより第２の識別データを構成することとしてもよい。この場合、第２の識別データを受信したアクティブペン２は、図１０に示したステップＳ４２において、自身が送信した直前数回分の第１の識別データの統計データを取得し、第２の識別データと比較すればよい。

【0112】

また、上記第２の実施の形態では、直前に送信した第１の識別データをステップＳ４２における比較の対象としたが、ステップＳ４２の直前に新たに第１の識別データを取得し直し（すなわち、コンタクト状態を新たに検出し）、その結果として取得された第１の識別データをステップＳ４２における比較の対象としてもよい。

【符号の説明】

【0113】

１ 位置検出システム
２ アクティブペン
３ 位置検出装置
３ｔ タッチ面
２０ 芯体
２１ ペン先電極
２２ 筆圧検出部
２３ スイッチ
２４ インジケータ
２５ 電源
２６ 集積回路
３０ センサ
３０Ｘ，３０Ｙ センサ電極
３１ センサコントローラ
３２ ホストプロセッサ
３３ ディスプレイ
ＤＳ ダウンリンク信号
ＵＳ アップリンク信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】