(57)【要約】【課題】分周回路という簡易な構成によりダウンリンク信号用の搬送波を生成しつつ、ダウンリンク信号を受信するセンサ集積回路側における位相取得のための演算の複雑化を回避するとともに、１時間スロット内における未使用時間のアクティブペン間での違いを削減する。【解決手段】アクティブペン２は、基準クロック発生部４２と、基準クロック発生部４２の生成する信号を分周することにより、それぞれの周期の整数倍が共通のシンボル時間長に一致し、かつ、互いに直交する複数の周波数の中から選択された第１の周波数の第１の搬送波を生成する分周部４３と、第１の搬送波を、送信対象の第１のシンボルの値によって、上記共通のシンボル時間長にわたって変調することにより第１のダウンリンク信号を送信する変調部４４と、を含む。【選択図】図５
2020042867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブペンであって、
信号発生部と、
前記信号発生部の生成する信号を分周することにより、それぞれの周期の整数倍が共通のシンボル時間長に一致し、かつ、互いに直交する複数の周波数の中から選択された第１の周波数の第１の搬送波を生成する分周回路と、
前記第１の搬送波を、送信対象の第１のシンボルの値によって、前記共通のシンボル時間長にわたって変調することにより第１のダウンリンク信号を送信する送信回路と、
を含むアクティブペン。
【請求項２】
前記第１の搬送波はパルス信号であって、前記共通のシンボル時間長は前記パルス信号の周期の整数倍である、
請求項１に記載のアクティブペン。
【請求項３】
前記共通のシンボル時間長は、前記第１のダウンリンク信号を検出する位置検出装置における復調処理の単位時間に対応する時間である、
請求項１に記載のアクティブペン。
【請求項４】
第１及び第２の電極をさらに含み、
前記分周回路は、前記信号発生部の生成する信号を分周することにより、前記複数の周波数の中から選択された前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の搬送波をさらに生成し、
前記送信回路は、前記第２の搬送波を、第２のシンボルの値によって、前記共通のシンボル時間長にわたり変調することにより第２のダウンリンク信号をさらに送信し、
前記送信回路は、前記第１のダウンリンク信号を前記第１の電極から送信する一方、前記第２のダウンリンク信号を前記第２の電極から送信するよう構成される、
請求項１に記載のアクティブペン。
【請求項５】
前記分周回路は、前記信号発生部の生成する信号を分周することにより、前記複数の周波数の中から選択された前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の搬送波をさらに生成し、
前記送信回路は、前記第２の搬送波を無変調で、前記第１のダウンリンク信号と同時に、前記共通のシンボル時間長にわたって送信するよう構成される、
請求項１に記載のアクティブペン。
【請求項６】
位置検出装置が送信したアップリンク信号を検出する検出回路をさらに含み、
前記送信回路は、前記検出回路により検出された前記アップリンク信号を基準とするタイミングで前記第１のダウンリンク信号を送信するよう構成される、
請求項１に記載のアクティブペン。
【請求項７】
位置検出装置が送信したアップリンク信号を検出する検出回路をさらに含み、
前記第１の周波数は、前記複数の周波数の中から、前記アップリンク信号に含まれる設定データに基づいて選択される、
請求項１に記載のアクティブペン。
【請求項８】
前記送信回路は、前記第１のダウンリンク信号を正弦波形化する正弦波フィルタを含み、前記正弦波フィルタから出力された前記第１のダウンリンク信号を送信するよう構成される、
請求項１に記載のアクティブペン。
【請求項９】
前記第１のシンボルの値は、複数ビットを表す値である、
請求項１に記載のアクティブペン。
【請求項１０】
センサ電極群に接続され、前記センサ電極群に誘導される電荷に基づいて、それぞれの周期の整数倍が共通のシンボル時間長に一致し、かつ、互いに直交する予め定められた複数の周波数のうちの互いに異なる１つを用いて１以上のアクティブペンから送信された複数のダウンリンク信号を検出し、検出したダウンリンク信号に基づいて指示位置を検出するとともに、検出したダウンリンク信号により送信されたシンボルの値を復調するセンサ集積回路であって、
前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極の１つに誘導された電荷に対応する受信レベル値を取得するＡＤ変換部と、
それぞれ前記複数の周波数のうちの互いに異なる１つに対応し、対応する周波数で前記受信レベル値の列を周波数解析することによって、対応する周波数で送信された前記ダウンリンク信号を取得し、取得した前記ダウンリンク信号を前記共通のシンボル時間長ごとに位相解析することにより、取得した前記ダウンリンク信号により送信された前記シンボルの値を取得する複数の復調部と、
を含むセンサ集積回路。
【請求項１１】
前記複数の復調部はそれぞれ、取得した前記ダウンリンク信号のレベル値を取得する絶対値解析をさらに行い、
前記センサ集積回路は、
前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極のそれぞれについて取得された前記レベル値に基づいて前記アクティブペンの指示位置を検出する位置検出部、
をさらに含む、
請求項１０に記載のセンサ集積回路。
【請求項１２】
前記複数のダウンリンク信号は、１つの前記アクティブペンの異なる２つの電極のそれぞれから送信された２つのダウンリンク信号を含む、
請求項１０に記載のセンサ集積回路。
【請求項１３】
前記複数のダウンリンク信号は、２つの前記アクティブペンそれぞれの電極から送信された２つのダウンリンク信号を含む、
請求項１０に記載のセンサ集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置に向けてダウンリンク信号を送信可能に構成されたアクティブペンと、該アクティブペンが送信したダウンリンク信号を受信するためのセンサ集積回路とに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブペンによる入力に対応する位置検出システムに関しては、近年、複数のアクティブペンによる同時入力が求められるようになってきており、そのための技術もいくつか提案されてきている。そのうちの一つは、複数のアクティブペンが同じ時間スロット内において異なる周波数でダウンリンク信号を送信することにより、複数のアクティブペンが同時にダウンリンク信号を送信することを可能にするというもので、特許文献１には、その一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】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】
【０００４】
ところで、本願の発明者らは、異なる周波数のダウンリンク信号をできるだけ簡易な構成で実現するため、分周回路の利用を考えている。例えば、８ＭＨｚの基準クロックを用いる場合であれば、１／１６分周で５００ｋＨｚ、１／２４分周で３３３．３ｋＨｚ、１／３２分周で２５０ｋＨｚの各信号を作ることができるので、これらの周波数を用いてダウンリンク信号を生成することとすれば、分周回路という簡易な構成によりダウンリンク信号用の搬送波を作ることが可能になる。
【０００５】
しかしながら、より詳しい検討の結果、単に分周回路を利用するだけだと、ダウンリンク信号を受信するセンサ集積回路側での演算が複雑になってしまうという問題、及び、１時間スロット内における未使用時間のアクティブペン間での違いが大きくなり、時間を有効に活用できないという問題が発生することが判明した。以下、詳しく説明する。
【０００６】
図１４は、本発明の背景技術によるダウンリンク信号の構成を示す図である。なお、同図に記載の技術自体、本願の発明者らが考えたもので、本願の出願時点で公知になっているものではない。同図には、ＢＰＳＫ（Binary Phase-Shift Keying）変調されたパルス信号によりダウンリンク信号を構成する場合の例を示している。したがって、図１４の例では、１シンボル（１回の変調で送られる１まとまりのデジタルデータ）が１ビットにより構成される。また、図１４には、アクティブペン１が５００ｋＨｚでダウンリンク信号を送信し、アクティブペン２が３３３．３ｋＨｚでダウンリンク信号を送信し、アクティブペン３が２５０ｋＨｚでダウンリンク信号を送信する例を示している。さらに、図１４には、１時間スロットの時間長が０．２５ｍｓｅｃであり、１時間スロット内で送信されるデータのサイズが２１ビットである例を示している。
【０００７】
高調波ノイズの発生を避けるため、１シンボルの送信に使用する時間の長さ（図示したウインドウＷの時間長。以下、「シンボル時間長」という）は、パルス信号の周期の整数倍に等しい値に設定されることが望まれる。しかし、そのようにシンボル時間長を設定することにすると、図１４に示すように、シンボル時間長が周波数ごとに異なる値となってしまう。図１４の例では、周波数が５００ｋＨｚである場合にシンボル時間長が１０μｓｅｃとなり、３３３．３ｋＨｚである場合に９μｓｅｃとなり、２５０ｋＨｚである場合に８μｓｅｃとなっている。そうすると、ウインドウＷの開始位置及び終了位置が周波数ごとに異なることになるため、ダウンリンク信号を受信するセンサ集積回路側における位相取得のための演算が複雑になってしまう。
【０００８】
また、図１４に示すように、１時間スロット内における未使用時間のアクティブペン間での違いが大きくなる、という問題も生ずる。例えば、５００ｋＨｚのダウンリンク信号を使用するアクティブペン１と、２５０ｋＨｚのダウンリンク信号を使用するアクティブペン３とでは、未使用時間の違いが８２−４０＝４２μｓｅｃに及ぶ。この４２μｓｅｃは、有効に活用できない時間と言える。
【０００９】
したがって、本発明の目的の一つは、分周回路という簡易な構成によりダウンリンク信号用の搬送波を生成しつつ、ダウンリンク信号を受信するセンサ集積回路側における位相取得のための演算の複雑化を回避でき、かつ、１時間スロット内における未使用時間のアクティブペン間での違いを削減できるアクティブペン及びセンサ集積回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるアクティブペンは、１つの時間スロットにおいて１以上のシンボルの値を送信するように構成されたアクティブペンであって、互いに異なる複数の周波数のそれぞれに基づいた分周比で基準クロックを分周することにより、互いに周波数の異なる複数の搬送波を生成可能に構成された分周部と、前記分周部によって生成された第１の搬送波を送信対象の第１のシンボルの値により変調してなる第１のダウンリンク信号を、前記複数の周波数に共通のシンボル時間長にわたって送信する送信部と、を含むアクティブペンである。
【００１１】
本発明によるセンサ集積回路は、センサ電極群に接続され、前記センサ電極群に誘導される電荷に基づいて、予め定められた複数の周波数のうちの互いに異なる１つを用いて１以上のアクティブペンから送信された複数のダウンリンク信号を検出し、検出したダウンリンク信号に基づいて指示位置を検出するとともに、検出したダウンリンク信号により送信されたシンボルの値を復調するセンサ集積回路であって、前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極の１つに誘導された電荷に対応する受信レベル値を取得するＡＤ変換部と、それぞれ前記複数の周波数のうちの互いに異なる１つに対応し、対応する周波数で前記受信レベル値の列を周波数解析することによって、対応する周波数で送信された前記ダウンリンク信号を取得し、取得した前記ダウンリンク信号を前記複数の周波数に共通のシンボル時間長ごとに位相解析することにより、取得した前記ダウンリンク信号により送信された前記シンボルの値を取得する複数の復調部と、を含むセンサ集積回路である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、各アクティブペンが送信するダウンリンク信号のシンボル時間長が互いに等しくなるので、分周回路という簡易な構成によりダウンリンク信号用の搬送波を生成しつつ、ダウンリンク信号を受信するセンサ集積回路側における位相取得のための演算の複雑化を回避することが可能になる。また、各アクティブペンが送信するダウンリンク信号の総時間長が互いに等しくなるので、１時間スロット内における未使用時間のアクティブペン間での違いを削減することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】ＯＦＤＭの原理を説明する図である。
【図３】アクティブペン２ａ，２ｃが同一のセンサ電極３０Ｘ上に位置している場合の例を示す図である。
【図４】図３の例において、センサ電極３０Ｘで検出される信号の周波数スペクトラムを示す図である。
【図５】アクティブペン２ａ内の信号処理部２６の機能ブロックを示す図である。
【図６】アクティブペン２ｃ内の信号処理部２６の機能ブロックを示す図である。
【図７】基準クロック発生部４２によって生成されるクロック信号ＣＬＫと分周部４３によって生成される複数の搬送波の例とを示す図である。
【図８】６種類の周波数ｆ４，ｆ５，ｆ７，ｆ８，ｆ１０，ｆ１４のそれぞれで送信されるダウンリンク信号ＤＳのウインドウＷ（１シンボル分の信号）を示す図である。
【図９】センサ電極群３０及びセンサ集積回路３１の内部構成を示す図である。
【図１０】受信部５４内に設けられる、ダウンリンク信号ＤＳの受信を行うための構成を示す図である。
【図１１】アクティブペン２ａの第１の変形例を示す図である。
【図１２】アクティブペン２ａの第２の変形例を示す図である。
【図１３】アナログ領域でミキサ６４ａ，６４ｂによる乗算を行う場合に受信部５４内に設けられる、ダウンリンク信号ＤＳの受信を行うための構成を示す図である。
【図１４】本発明の背景技術によるダウンリンク信号の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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〜２ｃと、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〜２ｃ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。
【００１６】
アクティブペン２ａ〜２ｃはそれぞれ、例えばアクティブ静電方式に対応する電子ペンである。このうちアクティブペン２ｃは、図１に示すように、芯体２０、電極２１，２２、筆圧検出部２３、スイッチ２４、電源２５、及び信号処理部２６を有して構成される。また、アクティブペン２ａ，２ｂは、電極２２を有しない点を除き、アクティブペン２ｃと同様の構成を有している。以下では、アクティブペン２ｃに注目してアクティブペン２の構成を説明するが、電極２２にかかる構成の他は、アクティブペン２ａ，２ｂについても同様である。
【００１７】
電極２１，２２はそれぞれ、芯体２０の近傍に設けられる導電体であり、配線により信号処理部２６と電気的に接続されている。電極２２は、電極２１に比べて芯体２０の先端（ペン先）から離れた位置に設けられ、典型的には、位置検出装置３がアクティブペン２の傾きを検出するために使用される。
【００１８】
筆圧検出部２３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２３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のペン先をタッチ面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２３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。
【００１９】
スイッチ２４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。電源２５は、信号処理部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。
【００２０】
信号処理部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、電極２１，２２、筆圧検出部２３、及びスイッチ２４のそれぞれに接続される。信号処理部２６は、このうち電極２１，２２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。
【００２１】
アップリンク信号ＵＳ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が含まれる。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んで構成される。信号処理部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データ信号によ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２３によって検出される筆圧、スイッチ２４のオンオフ状態を示す情報、信号処理部２６内に予め書き込まれたペンＩＤなどが含まれる。
【００２２】
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、例えば後述するように、位置検出装置３に含まれるディスプレイの１画面分の表示期間である。典型的な例では、フレームの先頭でアップリンク信号ＵＳが送信され、続いてダウンリンク信号ＤＳが送信される。この場合、アップリンク信号ＵＳは、フレームの開始タイミングをアクティブペン２に知らせる役割を果たす。フレーム内におけるダウンリンク信号ＤＳの送信時間は複数の時間スロットに分かれており、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。
【００２３】
１つの時間スロット内で複数のアクティブペン２が同時にダウンリンク信号ＤＳを送信しても位置検出装置３で確実に復調できるようにするため、本実施の形態では、ダウンリンク信号ＤＳの搬送波の周波数として、互いに直交する複数の周波数を利用する。この直交する複数の周波数の考え方は、無線ＬＡＮや３ＧＰＰ（Third Generation Partnership Project）などの無線通信分野で一般的に使用される直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）に準ずるものである。加えて本実施の形態では、シンボル時間長を周波数によらず同じ値とすることにより、ダウンリンク信号ＤＳを受信するセンサ集積回路３１側における位相取得のための演算の複雑化の回避と、１時間スロット内における未使用時間のアクティブペン２間での違いの削減とを実現する。これらの点については、後ほど詳しく説明する。
【００２４】
位置検出装置３は、タッチ面を有し、タッチ面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となっている。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。
【００２５】
位置検出装置３は、タッチ面の直下に配置されたセンサ電極群３０と、センサ集積回路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とを有して構成される。
【００２６】
センサ電極群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、後述するように「インセル型」と呼ばれる。
【００２７】
センサ集積回路３１は、タッチ面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、タッチ面上における指の位置を検出する機能とを有する。位置検出装置３がインセル型である場合には、センサ集積回路３１はさらに、表示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。
【００２８】
センサ集積回路３１の詳細については後ほど図９を参照して説明するが、アクティブペン２に関する部分について簡単に説明すると、センサ集積回路３１は、センサ電極群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、センサ集積回路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に供給する。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、センサ集積回路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に供給する。
【００２９】
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、センサ集積回路３１から順次供給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、タッチ面上におけるそれぞれの軌跡を示すストロークデータを生成し記憶するとともに、記憶したストロー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供給をセンサ集積回路３１から受けた場合、供給されたデータに応じて、レンダリングするストロークデータの線幅、透明度、線色などの制御を行う。
【００３０】
ここで、上述したＯＦＤＭについて説明する。図２は、ＯＦＤＭの原理を説明する図である。同図は、それぞれＯＦＤＭにより送受信される信号Ｕ１（ｆ）〜信号Ｕ７（ｆ）の周波数スペクトラムであり、横軸に周波数ｆを、縦軸に振幅をそれぞれ示している。
【００３１】
信号Ｕ１（ｆ）〜信号Ｕ７（ｆ）は、それぞれの中心周波数ｆ１〜ｆ７が互いに直交するように設計された信号群であり、次の式（１）を満たす。ただし、Ｔはシンボル時間長であり、δｉｊは、ｉ＝ｊのときに１となり、ｉ≠ｊのときに０となるデルタ関数である。
【００３２】
【数１】
2020042867.tif 000003
【００３３】
このように信号Ｕ１（ｆ）〜信号Ｕ７（ｆ）を設計することにより、図２に示すように、各信号の中心周波数で他の信号の信号電力密度が０になることから、受信側では、これらが重畳して受信されたとしても、これらを区別して受信することが可能になる。具体的には、受信信号ｆ（ｔ）に対して次の式（２）及び式（３）の演算を行い、その結果に基づいてビット判定を行うという処理を周波数ごとに行うことにより、信号Ｕ１（ｆ）〜信号Ｕ７（ｆ）を区別して受信することができる。
【００３４】
【数２】
2020042867.tif 000004
【００３５】
このようなＯＦＤＭは、上述したように無線通信分野で一般的に使用されているものであり、通常は、１つの送信装置から多量のデータを多重して送信するために用いられる。これに対し、本実施の形態では、各アクティブペン２に異なる周波数を割り当て、割り当てた周波数を用いてダウンリンク信号ＤＳを送信させることにより、複数のアクティブペン２によるダウンリンク信号ＤＳの同時送信（マルチペン送信）を実現する。
【００３６】
より具体的な例を挙げて説明する。図３は、図１にも示したアクティブペン２ａ，２ｃが同一のセンサ電極３０Ｘ上に位置している場合の例を示す図である。同図において、下向きの矢印はダウンリンク信号ＤＳを示し、上向きの矢印はアップリンク信号ＵＳを示している。また、同図には、センサ電極群３０の上に配置されるガラス板３３も図示している。位置検出装置３のタッチ面は、このガラス板３３の表面により構成される。図３の例では、アクティブペン２ａの電極２１から送信されるダウンリンク信号ＤＳが図２に示した信号Ｕ２（ｆ）であり、アクティブペン２ｃの電極２１から送信されるダウンリンク信号ＤＳが図２に示した信号Ｕ６（ｆ）であり、アクティブペン２ｃの電極２２から送信されるダウンリンク信号ＤＳが図２に示した信号Ｕ７（ｆ）である、としている。
【００３７】
図４は、図３の例において、センサ電極３０Ｘで検出される信号の周波数スペクトラムを示す図である。センサ電極３０Ｘでは、信号Ｕ２（ｆ），Ｕ６（ｆ），Ｕ７（ｆ）が重畳して検出されることになるが、図４に示すように、信号Ｕ２（ｆ）の中心周波数では信号Ｕ６（ｆ），Ｕ７（ｆ）の信号電力密度が０であるため、センサ集積回路３１は、信号Ｕ２（ｆ）の中心周波数の振幅を観測することにより、アクティブペン２ａが送信したダウンリンク信号ＤＳを取得することができる。同様に、信号Ｕ６（ｆ）の中心周波数では信号Ｕ２（ｆ），Ｕ７（ｆ）の信号電力密度が０であるため、センサ集積回路３１は、信号Ｕ６（ｆ）の中心周波数の振幅を観測することにより、アクティブペン２ｃが電極２１から送信したダウンリンク信号ＤＳを取得することができる。また、信号Ｕ７（ｆ）の中心周波数では信号Ｕ６（ｆ），Ｕ７（ｆ）の信号電力密度が０であるため、センサ集積回路３１は、信号Ｕ７（ｆ）の中心周波数の振幅を観測することにより、アクティブペン２ｃが電極２２から送信したダウンリンク信号ＤＳを取得することができる。
【００３８】
なお、図４の例において信号Ｕ６（ｆ），Ｕ７（ｆ）のピークが信号Ｕ２（ｆ）の振幅よりも小さくなっているのは、図３に示すように、アクティブペン２ａがペンダウン状態（ペン先がタッチ面に接触している状態）のに対し、アクティブペン２ｃがホバー状態（ペン先がタッチ面から離れている状態）となっているためである。位置検出装置３は、振幅が大きいペンダウン状態にあるアクティブペン２のみならず、振幅が小さいホバー状態のアクティブペン２についてもその位置を検出しなければならないが、それぞれから送信されるダウンリンク信号ＤＳの中心周波数がす図４のように直交していれば、振幅が大きい方（ペンダウン状態）のアクティブペン２のダウンリンク信号ＤＳが振幅が小さい方（ホバー状態）のアクティブペン２のダウンリンク信号ＤＳの受信レベルに対して影響を与えることを回避できる。
【００３９】
以下、本実施の形態によるダウンリンク信号ＤＳの送信するためのアクティブペン２の構成について詳細に説明し、その後、本実施の形態によるダウンリンク信号ＤＳを受信するためのセンサ集積回路３１の構成について詳細に説明する。
【００４０】
図５は、アクティブペン２ａ内の信号処理部２６の機能ブロックを示す図である。図示していないが、アクティブ２ｂ内の信号処理部２６も同様の機能ブロックを有している。同図に示すように、アクティブペン２ａ内の信号処理部２６は、受信部４０、制御部４１、基準クロック発生部４２、分周部４３、変調部４４、及び増幅部４５を有して構成される。
【００４１】
受信部４０は、電極２１で受信されたアップリンク信号ＵＳを検出する検出回路であり、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の開始タイミングを取得し、制御部４１に通知する。また、アップリンク信号ＵＳを復調することによってセンサ集積回路３１が送信したコマンドを取得し、制御部４１に供給する。
【００４２】
制御部４１は、アクティブペン２内の各部を制御する機能を有するプロセッサであり、図示しないメモリを内蔵している。このメモリには、フレームの時間長、フレーム内における各時間スロットの位置、フレーム内に含まれる複数の時間スロットのうちダウンリンク信号ＤＳの送信に使用するべきものの１以上の組み合わせ、１時間スロット内で送信するビットの数、ダウンリンク信号ＤＳのシンボル時間長など、アップリンク信号ＵＳ及びダウンリンク信号ＤＳの送受信に関する各種の情報が予め格納されており、制御部４１は、これらの情報と、受信部４０により受信されたアップリンク信号ＵＳとに基づいて、変調部４４にダウンリンク信号ＤＳを送信させる。
【００４３】
ここで、シンボル時間長は、ダウンリンク信号ＤＳを検出する位置検出装置３における復調処理の単位時間に対応する時間であり、本実施の形態においては、ダウンリンク信号ＤＳの送信に用いられ得る複数の周波数に共通の値に設定される。こうすることにより、各アクティブペン２から送信されるダウンリンク信号ＤＳのシンボル時間長がダウンリンク信号ＤＳの周波数によらず同じ値となるので、位置検出装置３では、位相を取得するために複雑な演算を行うことなく、各アクティブペン２が送信したダウンリンク信号ＤＳを受信することが可能になる。この点については、後ほどより詳しく説明する。
【００４４】
制御部４１の動作について、具体的に説明する。制御部４１はまず、受信部４０から通知されたフレームの開始タイミングに基づいて、フレーム内における各時間スロットの位置を取得する。また、制御部４１は、受信部４０から供給されたコマンド（設定データ）に基づき、ダウンリンク信号ＤＳの送信に使用する周波数と、ダウンリンク信号ＤＳにより送信するデータの内容と、ダウンリンク信号ＤＳの送信に使用すべき１以上の時間スロットとを決定する。このうち周波数は、後述する６種類の周波数ｆ４，ｆ５，ｆ７，ｆ８，ｆ１０，ｆ１４のいずれか１つであり、制御部４１は、決定した周波数を分周部４３に設定するよう構成される。
【００４５】
ダウンリンク信号ＤＳにより送信するデータには、筆圧検出部２３によって検出される筆圧、スイッチ２４のオンオフ状態を示すスイッチ情報、制御部４１内の図示しないメモリに予め書き込まれているペンＩＤなどが含まれる。制御部４１は、決定したデータの内容が筆圧である場合には筆圧検出部２３から筆圧を取得し、スイッチ情報である場合にはスイッチ２４からスイッチ情報を取得し、ペンＩＤである場合には内蔵メモリからペンＩＤを取得する。制御部４１は、このようにして取得した各種データに基づいて、ダウンリンク信号ＤＳを構成するデータ信号を生成し、さらに所定のバースト信号を付加することによって、ダウンリンク信号ＤＳを生成する。
【００４６】
ダウンリンク信号ＤＳを生成した制御部４１は、生成したダウンリンク信号ＤＳの内容に基づき、決定した１以上の時間スロットのそれぞれで送信すべきシンボル列ＳＳを決定する。なお、シンボル列ＳＳのうちバースト信号に対応する部分は、パルス信号の位相が同じ値を繰り返すこととなるように決定される。こうすることで、バースト信号は、同じ位相をとるパルス信号が繰り返し送信されてなるトーン信号となる。制御部４１は、各時間スロットに応じたタイミング（アップリンク信号ＵＳを基準とするタイミング）で、決定したシンボル列ＳＳをパラレルに変調部４４に供給するよう構成される。
【００４７】
基準クロック発生部４２は、所定周波数のパルス信号であるクロック信号ＣＬＫ（基準クロック）を発生する機能部である。図５及び後掲の各図ではこの所定周波数を８ＭＨｚとしているが、他の周波数を用いてもよいのは勿論である。以下では、クロック信号ＣＬＫは８ＭＨｚのパルス信号である、として説明を続ける。
【００４８】
分周部４３は、互いに異なる複数の周波数（後述する６種類の周波数ｆ４，ｆ５，ｆ７，ｆ８，ｆ１０，ｆ１４）のそれぞれに基づいた分周比でクロック信号ＣＬＫを分周することにより、互いに周波数の異なる複数の搬送波を生成可能に構成された分周回路である。具体的には、制御部４１から設定された周波数（例えば、周波数ｆ８）の搬送波を、分周によって生成するように構成される。分周部４３から出力される搬送波は、後述する図７に示すようなパルス信号であってよい。
【００４９】
変調部４４は、分周部４３によって生成された搬送波（第１の搬送波）を制御部４１から供給される送信対象のシンボルの値（第１のシンボルの値）によって変調し、その結果として得られる信号（第１のダウンリンク信号）を、制御部４１のメモリに予め格納されているシンボル時間長にわたって送信する送信回路（送信部）である。
【００５０】
具体的に説明すると、変調部４４は、図５に示すように、シリアル出力部４４ａと、ミキサ４４ｂとを有して構成される。シリアル出力部４４ａは、制御部４１からパラレルに供給されるシンボル列ＳＳを、１シンボルずつシリアルに、ミキサ４４ｂに対して供給するよう構成される。
【００５１】
ミキサ４４ｂは、シリアル出力部４４ａから供給されるシンボルの値により、分周部４３によって生成された搬送波の位相を制御する回路であり、具体的には、シリアル出力部４４ａから供給されるシンボルの値に、分周部４３によって生成された搬送波を乗算するよう構成される。ミキサ４４ｂによる位相制御は、ＢＰＳＫによって実行される。すなわち、ミキサ４４ｂは、シリアル出力部４４ａから供給されるシンボルの値が０である場合に位相が０となるように搬送波の位相を制御し、シリアル出力部４４ａから供給されるシンボルの値が１である場合に位相がπとなるように搬送波の位相を制御するよう構成される。
【００５２】
ミキサ４４ｂは、位相を制御した結果として得られる１シンボル分の信号を、制御部４１のメモリに予め格納されているシンボル時間長にわたって、増幅部４５に供給するよう構成される。増幅部４５は、こうしてミキサ４４ｂから供給された信号を増幅し、電極２１に供給する。これにより、ダウンリンク信号ＤＳの送信に用いられ得る複数の周波数に共通のシンボル時間長を有するダウンリンク信号ＤＳが、電極２１からセンサ集積回路３１に向けて送信されることになる。
【００５３】
図６は、アクティブペン２ｃ内の信号処理部２６の機能ブロックを示す図である。図５に示したアクティブペン２ａの機能ブロックとの違いは、増幅部４６をさらに備える点、分周部４３が２種類の搬送波を生成する点、変調部４４内にミキサ４４ｃがさらに設けられる点である。以下、アクティブペン２ａとの違いに着目して説明する。
【００５４】
アクティブペン２ｃの制御部４１は、受信部４０から供給されたコマンド（設定データ）に基づき、ダウンリンク信号ＤＳの送信に使用する周波数を２つ決定するように構成される。制御部４１は、決定した２つの周波数のそれぞれを分周部４３に設定する。分周部４３は、制御部４１から設定された２つの周波数（例えば、周波数ｆ４，ｆ１４）のそれぞれについて、分周によって搬送波を生成するように構成される。
【００５５】
制御部４１はまた、筆圧検出部２３などから取得したデータに基づいて生成したダウンリンク信号ＤＳに基づいて、電極２１（第１の電極）から１以上の時間スロットのそれぞれで送信すべきシンボル列ＳＳ１と、電極２２（第２の電極）から１以上の時間スロットのそれぞれで送信すべきシンボル列ＳＳ２とを決定する。そして、各時間スロットに応じたタイミングで、それぞれをパラレルに変調部４４に供給するよう構成される。
【００５６】
シリアル出力部４４ａは、制御部４１からパラレルに供給されるシンボル列ＳＳ１を、１シンボルずつシリアルに、ミキサ４４ｂに対して供給するとともに、制御部４１からパラレルに供給されるシンボル列ＳＳ２を、１シンボルずつシリアルに、ミキサ４４ｃに対して供給するよう構成される。
【００５７】
ミキサ４４ｂは、シリアル出力部４４ａから順次供給されるシンボルの値（第１のシンボルの値）により、分周部４３によって生成された２つの搬送波のうちの一方（第１の搬送波）の位相を制御する。また、ミキサ４４ｃは、シリアル出力部４４ａから順次供給されるシンボルの値（第２のシンボルの値）により、分周部４３によって生成された２つの搬送波のうちの他方（第２の搬送波）の位相を制御する。
【００５８】
ミキサ４４ｂ，４４ｃはそれぞれ、位相を制御した結果として得られる１シンボル分の信号を、制御部４１のメモリに予め格納されているシンボル時間長にわたって、増幅部４５に供給するよう構成される。増幅部４５は、ミキサ４４ｂから供給された信号を増幅して電極２１に供給し、増幅部４６は、ミキサ４４ｃから供給された信号を増幅して電極２２に供給する。これにより、電極２１，２２のそれぞれから、ダウンリンク信号ＤＳの送信に用いられ得る複数の周波数に共通のシンボル時間長を有するダウンリンク信号ＤＳ（第１及び第２のダウンリンク信号）が送信されることになる。
【００５９】
以下、分周部４３に設定され得る６種類の周波数ｆ４，ｆ５，ｆ７，ｆ８，ｆ１０，ｆ１４について、詳しく説明する。
【００６０】
図７は、基準クロック発生部４２によって生成されるクロック信号ＣＬＫと、分周部４３によって生成される複数の搬送波の例とを示す図である。同図には、１シンボル時間長（例えば、３５μｓｅｃ）分の波形を示している。同図に示すように、クロック信号ＣＬＫ及び各搬送波はいずれもパルス信号によって構成される。
【００６１】
分周部４３に設定される周波数としては、周期の整数倍が共通のシンボル時間長に一致し、かつ、互いに直交するものが選択される。図示した６種類の周波数ｆ４，ｆ５，ｆ７，ｆ８，ｆ１０，ｆ１４は、こうして選択され得る周波数の例である。具体的に説明すると、周波数ｆ４はクロック信号ＣＬＫを７０分周することによって得られる約１１４．２８５７１４３ｋＨｚの周波数であり、４波でちょうど３５μｓｅｃとなる。周波数ｆ５はクロック信号ＣＬＫを５６分周することによって得られる約１４２．８５７１４３ｋＨｚの周波数であり、５波でちょうど３５μｓｅｃとなる。周波数ｆ７はクロック信号ＣＬＫを４０分周することによって得られる２００ｋＨｚの周波数であり、７波でちょうど３５μｓｅｃとなる。周波数ｆ８はクロック信号ＣＬＫを３５分周することによって得られる約２２８．５７１４２８６ｋＨｚの周波数であり、８波でちょうど３５μｓｅｃとなる。周波数ｆ１０はクロック信号ＣＬＫを２８分周することによって得られる約２８５．７１４２８５７ｋＨｚの周波数であり、１０波でちょうど３５μｓｅｃとなる。周波数ｆ１４はクロック信号ＣＬＫを２０分周することによって得られる４００ｋＨｚの周波数であり、１４波でちょうど３５μｓｅｃとなる。
【００６２】
図８は、６種類の周波数ｆ４，ｆ５，ｆ７，ｆ８，ｆ１０，ｆ１４のそれぞれで送信されるダウンリンク信号ＤＳのウインドウＷ（１シンボル分の信号）を示す図である。本実施の形態によれば、シンボル時間長がダウンリンク信号ＤＳの周波数によらず一定であることから、ウインドウＷの時間長も周波数によらず一定の値となる。その結果、ダウンリンク信号ＤＳを受信するセンサ集積回路３１においては、ダウンリンク信号ＤＳの周波数によってウインドウＷの位置を変える必要がなくなるので、センサ集積回路３１における位相取得のための演算の複雑化を回避することが可能になる。また、各アクティブペン２が１時間スロット内で送信するダウンリンク信号ＤＳの総時間長が互いに等しくなるので、１時間スロット内における未使用時間のアクティブペン２間での違いを削減することも可能になる。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態によるアクティブペン２によれば、各アクティブペン２が送信するダウンリンク信号ＤＳのウインドウＷの時間長が共通のシンボル時間長に等しくなるので、分周回路という簡易な構成によりダウンリンク信号ＤＳ用の搬送波を生成しつつ、ダウンリンク信号ＤＳを受信するセンサ集積回路３１側における位相取得のための演算の複雑化を回避することが可能になる。また、各アクティブペン２が送信するダウンリンク信号ＤＳの総時間長が互いに等しくなるので、１時間スロット内における未使用時間のアクティブペン２間での違いを削減することも可能になる。
【００６４】
次に、本実施の形態によるダウンリンク信号ＤＳを受信するためのセンサ集積回路３１の構成について、詳細に説明する。
【００６５】
図９は、センサ電極群３０及びセンサ集積回路３１の内部構成を示す図である。上述したように、センサ電極群３０は、各複数のセンサ電極３０Ｘ，３０Ｙによって構成される。タッチ面がディスプレイの表示面によって構成される場合、センサ電極３０Ｘ，３０Ｙの一方は、ディスプレイ内の共通電極としても使用され得る。センサ電極３０Ｘ，３０Ｙの一方をディスプレイ内の共通電極として使用するタイプの位置検出装置３は、例えば「インセル型」と呼ばれる。一方、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が、本発明はアウトセル型又はオンセル型の位置検出装置についても、同様に適用可能である。
【００６６】
ディスプレイが画素の駆動処理を実行する際には、共通電極の電位を所定の共通電位Ｖｃｏｍに維持する必要がある。したがって、インセル型の位置検出装置３においては、ディスプレイが画素の駆動処理を実行している間、センサ集積回路３１は、アクティブペン２との通信及び指の検出を行うことができない。そこでホストプロセッサ３２は、画素の駆動処理が行われていない水平帰線区間及び垂直帰線区間を利用して、センサ集積回路３１にアクティブペン２との通信及び指の検出を実行させる。具体的には、１画面分の表示期間を１フレームとし、その中に含まれる水平帰線区間及び垂直帰線区間を時間スロットに見立て、個々の時間スロット内でアクティブペン２との通信及び指の検出を実行するよう、センサ集積回路３１を制御する。
【００６７】
センサ集積回路３１は、図９に示すように、ＭＣＵ５０、ロジック部５１、送信部５２，５３、受信部５４、選択部５５を有して構成される。
【００６８】
ＭＣＵ５０及びロジック部５１は、送信部５２，５３、受信部５４、及び選択部５５を制御することにより、センサ集積回路３１の送受信動作を制御する制御部である。具体的に説明すると、ＭＣＵ５０は内部にＲＯＭ及びＲＡＭを有しており、これらに格納されたプログラムを実行することによって動作するマイクロプロセッサである。ＭＣＵ５０は、共通電位Ｖｃｏｍと、コマンドＣＯＭとを出力する機能も有している。コマンドＣＯＭは、上述したアップリンク信号ＵＳに含まれるコマンドに相当する。一方、ロジック部５１は、ＭＣＵ５０の制御に基づき、制御信号ｃｔｒｌ＿ｔ，ｃｔｒｌ＿ｒ，ｓＴＲ，ｓｅｌＸ，ｓｅｌＹを出力するよう構成される。
【００６９】
ＭＣＵ５０が出力するコマンドＣＯＭによる命令には、検出中の各アクティブペン２に含まれる電極ごとの１以上の時間スロット及び周波数の割り当てと、アクティブペン２がダウンリンク信号ＤＳ内のデータ信号により送信すべきデータの内容とを示す情報（設定データ）が含まれる。ＭＣＵ５０は、検出中のアクティブペン２の本数などに基づき、各アクティブペン２に割り当てる１以上の時間スロット及び周波数を決定し、コマンドＣＯＭ内に配置するよう構成される。
【００７０】
送信部５２は、ＭＣＵ５０の制御に従って、指を検出するために使用される指検出用信号ＦＤＳを生成する回路である。指検出用信号ＦＤＳは、例えば、それぞれＫ個のパルス（「１」又は「−１」のデータ）を含むＫ個のパルス列からなる信号である。ただし、Ｋはセンサ電極３０Ｙの本数である。また、Ｋ個のパルス列の内容（すなわち、Ｋ個のパルスの組み合わせ）はすべて異なっている。
【００７１】
送信部５３は、ＭＣＵ５０から供給されるコマンドＣＯＭ及びロジック部５１からの制御信号ｃｔｒｌ＿ｔに基づいて、アップリンク信号ＵＳを生成する回路である。具体的には、ＭＣＵ５０から供給されるコマンドＣＯＭの先頭に所定のプリアンブルを付加し、結果として得られるシンボル列を所定の拡散符号（例えば、自己相関特性を有する１１チップ長の拡散符号）により拡散し、さらに例えば巡回シフトによって変調することによってアップリンク信号ＵＳを生成する。
【００７２】
選択部５５は、スイッチ５６と、導体選択回路５７ｘ，５７ｙとを含んで構成される。
【００７３】
スイッチ５６は、共通端子と、Ｔ１端子、Ｔ２端子、Ｄ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。このうちＴ２端子は、実際にはセンサ電極３０Ｙの数分の端子の集合である。スイッチ５６の共通端子は導体選択回路５７ｙに接続され、Ｔ１端子は送信部５３の出力端に接続され、Ｔ２端子は送信部５２の出力端に接続され、Ｄ端子は共通電位Ｖｃｏｍを出力するＭＣＵ５０の出力端に接続され、Ｒ端子は受信部５４の入力端に接続される。
【００７４】
導体選択回路５７ｘは、複数のセンサ電極３０Ｘを選択的にスイッチ５６の共通端子に接続するためのスイッチ素子である。導体選択回路５７ｘは、複数のセンサ電極３０Ｘの一部又は全部を同時にスイッチ５６の共通端子に接続することも可能に構成される。
【００７５】
導体選択回路５７ｙは、複数のセンサ電極３０Ｙを選択的に受信部５４の入力端に接続するためのスイッチ素子である。導体選択回路５７ｙは、複数のセンサ電極３０Ｙの一部又は全部を同時に受信部５４の入力端に接続することも可能に構成される。また、スイッチ５６内においてＴ２端子と共通端子とが接続されている場合、導体選択回路５７ｙは、Ｔ２端子を構成する複数の端子と複数のセンサ電極３０Ｙとを一対一に接続する。
【００７６】
選択部５５には、ロジック部５１から４つの制御信号ｓＴＲ，ｓｅｌＸ，ｓｅｌＹが供給される。具体的には、制御信号ｓＴＲはスイッチ５６に、制御信号ｓｅｌＸは導体選択回路５７ｘに、制御信号ｓｅｌＹは導体選択回路５７ｙにそれぞれ供給される。ロジック部５１は、これら制御信号ｓＴＲ，ｓｅｌＸ，ｓｅｌＹを用いて選択部５５を制御することにより、アップリンク信号ＵＳ又は指検出用信号ＦＤＳの送信並びに共通電位Ｖｃｏｍの印加と、ダウンリンク信号ＤＳ又は指検出用信号ＦＤＳの受信とを実現する。
【００７７】
アップリンク信号ＵＳの送信を行う場合、ロジック部５１は、すべてのセンサ電極３０Ｙが同時に送信部５３の入力端に接続されることとなるよう、選択部５５を制御する。
【００７８】
ダウンリンク信号ＤＳの受信に関しては、ロジック部５１は、未検出のアクティブペン２の検出を行うためにダウンリンク信号ＤＳを受信する場合（グローバルスキャン）と、検出済のアクティブペン２からダウンリンク信号ＤＳを受信する場合（セクタスキャン）とで異なる制御を行う。具体的に説明すると、まず、グローバルスキャンを行う場合のロジック部５１は、すべてのセンサ電極３０Ｘ，３０Ｙが順次受信部５４の入力端に接続されることとなるよう、選択部５５を制御する。次に、セクタスキャンを行う場合のロジック部５１は、まずバースト信号の受信時においては、そのアクティブペン２の指示位置の近傍に位置する各数本のセンサ電極３０Ｘ，３０Ｙが順次受信部５４の入力端に接続されることとなるよう、選択部５５を制御する。続いてデータ信号の受信時においては、そのアクティブペン２の指示位置に最も近いセンサ電極３０Ｘ又はセンサ電極３０Ｙが受信部５４の入力端に接続されることとなるよう、選択部５５を制御する。
【００７９】
指検出用信号ＦＤＳの送受信を行う場合のロジック部５１は、スイッチ５６のＴ２端子を構成する複数の端子と複数のセンサ電極３０Ｘとが一対一に接続されることとなるよう、選択部５５を制御する。そして、その状態を維持しながら、複数のセンサ電極３０Ｘが１本ずつ順に選択され、選択されたセンサ電極３０Ｘが受信部５４に接続されるよう、選択部５５を制御する。
【００８０】
共通電位Ｖｃｏｍの印加を行う場合のロジック部５１は、すべてのセンサ電極３０Ｙが同時にスイッチ５６のＤ端子に接続されるよう、選択部５５を制御する。これにより、各センサ電極３０Ｙの電位が共通電位Ｖｃｏｍに等しくなる。
【００８１】
受信部５４は、ロジック部５１の制御信号ｃｔｒｌ＿ｒに基づいて、送信部５２が送信した指検出用信号ＦＤＳ及びアクティブペン２が送信したダウンリンク信号ＤＳを受信する回路である。指検出用信号ＦＤＳを受信するタイミングにおいては、受信部５４は、センサ電極３０ＸごとにＫ個の電流値を取得し、上述したＫ個のパルス列のそれぞれについて、該パルス列を構成するＫ個のパルスと、取得したＫ個の電流値との内積を算出することにより、各センサ電極３０Ｘと各センサ電極３０Ｙの交点ごとの検出レベルを算出する。そして、その結果に基づいてタッチ面内のタッチされている領域（タッチ領域）を決定し、ＭＣＵ５０経由でホストプロセッサ３２に出力する。
【００８２】
一方、ダウンリンク信号ＤＳを受信するタイミングにおいては、受信部５４は、センサ電極群３０に誘導される電荷に基づいて、予め定められた複数の周波数（例えば、上述した６種類の周波数ｆ４，ｆ５，ｆ７，ｆ８，ｆ１０，ｆ１４）のうちの互いに異なる１つを用いて１以上のアクティブペン２から送信された複数のダウンリンク信号ＤＳを区別して検出し、検出した複数のダウンリンク信号ＤＳのそれぞれに基づいて指示位置を検出するとともに、検出した複数のダウンリンク信号ＤＳのそれぞれにより送信されたシンボルの値を復調するように構成される。
【００８３】
図１０は、受信部５４内に設けられる、ダウンリンク信号ＤＳの受信を行うための構成を示す図である。同図に示すように、受信部５４は、バッファ６０、バンドパスフィルタ６１、ＡＤ変換部６２、複製部６３、復調部６４、位置検出部６５、及びデータ取得部６６を有して構成される。このうち復調部６４、位置検出部６５、及びデータ取得部６６は、ダウンリンク信号ＤＳの送信に用いられる複数の周波数ごとに設けられる。
【００８４】
バッファ６０の入力端子は、選択部５５を介して、センサ電極群３０を構成する複数のセンサ電極３０Ｘ，３０Ｙのいずれか（選択部５５によって受信部５４に接続中のもの）に接続される。バッファ６０は、入力端子に接続されているセンサ電極に誘導される電流を増幅し、バンドパスフィルタ６１に供給する役割を果たす。
【００８５】
バンドパスフィルタ６１は、バッファ６０から供給される電流から、低周波ノイズ及び高調波ノイズを除去するフィルタ回路である。バンドパスフィルタ６１によって除去される低周波ノイズには、例えば、位置検出装置３の周囲に存在し得る電源装置からの低周波ノイズが含まれる。
【００８６】
ＡＤ変換部６２は、バンドパスフィルタ６１の出力電流に対して標本化及び量子化を行うことにより、対応するセンサ電極に誘導された電荷に対応する受信レベル値を取得する回路である。なお、ＡＤ変換部６２のサンプリング周波数は、ダウンリンク信号ＤＳを構成するパルス信号の周波数よりも十分に高い周波数（例えば図７に示したクロック信号ＣＬＫの周波数）に設定される。ＡＤ変換部６２は、取得した受信レベル値を逐次複製部６３に供給するよう構成される。
【００８７】
複製部６３は、ＡＤ変換部６２から供給される受信レベル値の列を複製し、複数の復調部６４のそれぞれにパラレルに供給する回路である。
【００８８】
複数の復調部６４はそれぞれ、対応する周波数で複製部６３から供給された受信レベル値の列を周波数解析することによって、対応する周波数で送信されたダウンリンク信号ＤＳを取得し、取得したダウンリンク信号ＤＳを上述したシンボル時間長（複数の周波数に共通のシンボル時間長）ごとに位相解析することにより、取得したダウンリンク信号ＤＳにより送信されたシンボルの値を取得する機能部であり、図１０に示すように、ミキサ６４ａ，６４ｂと、位相・絶対値取得部６４ｃとを有して構成される。
【００８９】
ミキサ６４ａ，６４ｂは、複製部６３から供給される受信レベル値の列に、対応する周波数の搬送波を乗算する回路である。ミキサ６４ａには、図示しない再生回路によって受信レベル値の列から再生された搬送波が供給される。また、ミキサ６４ａには、この搬送波の位相をπ／２偏移させてなる搬送波が供給される。２つのミキサ６４ａ，６４ｂを用いているのは、ダウンリンク信号ＤＳの位相そのものではなく位相の変化を確認することにより、ダウンリンク信号ＤＳの送受信中に位相が回転した場合であっても正常にダウンリンク信号ＤＳを受信できるようにするためである。このような復調方法は一般に、ＤＢＰＳＫ（Differential Binary Phase-Shift Keying）と呼ばれる。
【００９０】
位相・絶対値取得部６４ｃは、ミキサ６４ａ，６４ｂそれぞれの出力信号に基づき、対応する周波数で送信されたダウンリンク信号ＤＳを取得する。そして、取得したダウンリンク信号ＤＳを上述したシンボル時間長（複数の周波数に共通のシンボル時間長）ごとに位相解析することにより、取得したダウンリンク信号ＤＳにより送信されたシンボルの値を取得するよう構成される。このように、位相・絶対値取得部６４ｃが共通のシンボル時間長で位相解析を行えること（つまり、周波数ごとにシンボル時間長を変えなくてよいこと）こそ、本発明の効果の１つである。また、位相・絶対値取得部６４ｃは、取得したダウンリンク信号ＤＳのレベル値を取得する絶対値解析も行う。
【００９１】
位置検出部６５は、複数のセンサ電極３０Ｘ，３０Ｙ（グローバルスキャンの場合には、すべてのセンサ電極３０Ｘ，３０Ｙ。セクタスキャンの場合には、アクティブペン２の指示位置の近傍に位置する各数本のセンサ電極３０Ｘ，３０Ｙ）それぞれについて、対応する位相・絶対値取得部６４ｃが取得した上記レベル値に基づき、アクティブペン２の指示位置を検出する機能部である。こうして検出される指示位置は、対応する周波数でダウンリンク信号ＤＳを送信したアクティブペン２の指示位置となる。位置検出部６５は、検出した指示位置を、ＭＣＵ５０を介して、図９に示したホストプロセッサ３２に出力する。
【００９２】
データ取得部６６は、対応する位相・絶対値取得部６４ｃが取得したシンボルの値に基づき、アクティブペン２が送信したデータを取得する機能部である。こうして検出されるデータは、対応する周波数でダウンリンク信号ＤＳを送信したアクティブペン２が送信したデータとなる。データ取得部６６は、取得したデータを、ＭＣＵ５０を介して、図９に示したホストプロセッサ３２に出力する。
【００９３】
以上説明したように、本実施の形態によるセンサ集積回路３１によれば、各アクティブペン２から本実施の形態によるダウンリンク信号ＤＳを受信することにより、各アクティブペン２の指示位置と、各アクティブペン２が送信したデータとを取得することが可能になる。
【００９４】
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。
【００９５】
例えば、本実施の形態では、アクティブペン２の制御部４１のメモリに予め格納されているシンボル時間長にわたって各シンボルを送信するよう変調部４４を構成することとしたが、制御部４１のメモリ内に予め各周波数と対応付けて波数を記憶しておき、変調部４４は、ダウンリンク信号ＤＳの周波数に応じた波数分の信号を送信することとしてもよい。こうしても、各アクティブペン２が送信するダウンリンク信号ＤＳのウインドウＷの時間長を共通のシンボル時間長に等しくすることが可能になる。
【００９６】
また、本実施の形態における「複数の周波数に共通のシンボル時間長」には、センサ集積回路３１での受信に支障がない範囲で、周波数ごとにシンボル時間長が異なる場合を含む。すなわち、センサ集積回路３１による受信動作は、各ダウンリンク信号ＤＳの経路差などを吸収する目的で、予めある程度の誤差を考慮して設計されている。各周波数に対応するシンボル時間長がこの誤差の範囲内で異なっていたとしても、センサ集積回路３１はその違いを吸収することができるので、センサ集積回路３１での受信に支障がない範囲で、周波数ごとにシンボル時間長が異なっていても構わない。
【００９７】
また、本実施の形態では、周期の整数倍がシンボル時間長と完全に一致する６種類の周波数ｆ４，ｆ５，ｆ７，ｆ８，ｆ１０，ｆ１４を利用する例を説明したが、上記と同様にセンサ集積回路３１での受信に支障がない限り、周期の整数倍がシンボル時間長と完全には一致しない周波数を用いることとしてもよい。より具体的には、誤差が３％以下、より望ましくは１％以下であることを条件として、周期の整数倍とシンボル時間長とが一致していなくてもよい。この誤差の範囲であれば、例えば２１シンボル送信したとしても、誤差の累積が抑えられることになり、他の周波数のダウンリンク信号ＤＳに与えるノイズを抑制できる。また、変調方式としてＤＢＰＳＫやＱＢＰＳＫのような差動方式を用いることで、復調対象とするダウンリンク信号ＤＳの復調の精度に対する影響を抑えることも可能となる。
【００９８】
また、送信側であるアクティブペン２では、同じデータを同じ変調方式で、数回（例えば２回または３回）繰り返し送信することとし、受信側である位置検出装置３では、シンボル時間長（例えば、３５ｕｓｅｃ）の自然数倍の長さ（例えば、７０ｕｓｅｃ、１０５ｕｓｅｃ）を復調単位としてもよい。こうすることで受信側における信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）を向上させることができ、その結果として、ビット復号のビット誤り率を低減させることが可能となる。
【００９９】
また、本実施の形態では、ダウンリンク信号ＤＳをパルス信号により構成する例を説明したが、例えば変調部４４（図５及び図６を参照）の後段にダウンリンク信号ＤＳを正弦波形化する正弦波フィルタをさらに備え、この正弦波フィルタから出力されたダウンリンク信号ＤＳを送信することとしてもよい。こうすれば、高調波ノイズを低減することが可能になる。
【０１００】
また、本実施の形態では、ダウンリンク信号を生成するために搬送波をＢＰＳＫ変調する例を説明したが、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase-Shift Keying）や１６ＱＡＭ(16 Quadrature Amplitude Modulation)などの他の変調方式を用いてもよいのは勿論である。
【０１０１】
図１１は、本実施の形態によるアクティブペン２ａの第１の変形例を示す図である。本変形例によるアクティブペン２ａは、分周部４３によって生成された搬送波の位相制御をＢＰＳＫではなくＱＰＳＫによって行う点で、図５に示したアクティブペン２ａと相違する。以下、相違点に着目して説明する。
【０１０２】
本変形例によるアクティブペン２ａは、移相部４７を有して構成される。移相部４７は、分周部４３によって生成された搬送波の位相をπ／２偏移させる機能を有する。本変形例による変調部４４には、分周部４３から出力された搬送波と、移相部４７から出力された搬送波との２つが供給される。なお、本変形例では移相部４７を分周部４３とは別に設けているが、分周部４３に移相の機能を設けることとしてもよい。
【０１０３】
変調部４４は、ミキサ４４ｂに加えてミキサ４４ｃを有して構成される。本変形例においては、１シンボルが２ビットにより構成され、シリアル出力部４４ａは、このうちの１ビットをミキサ４４ｂに供給し、他の１ビットをミキサ４４ｃに供給するよう構成される。
【０１０４】
ミキサ４４ｂは、シリアル出力部４４ａから順次供給されるビットの値により、分周部４３から出力された搬送波の位相を制御する。また、ミキサ４４ｃは、シリアル出力部４４ａから順次供給されるビットの値により、移相部４７から出力された搬送波の位相を制御する。これにより、ミキサ４４ｂからは、対応するビットの値に応じてｃｏｓ（２πｆｔ）又は−ｃｏｓ（２πｆｔ）に相当するパルス信号が出力され、ミキサ４４ｃからは、対応するビットの値に応じてｓｉｎ（θ）又は−ｓｉｎ（２πｆｔ）に相当するパルス信号が出力されることになる。ただし、ｆは搬送波の周波数、ｔは時間である。
【０１０５】
本変形例によるアクティブペン２ａはさらに、加算部４８を有して構成される。加算部４８は、ミキサ４４ｂから出力された信号と、ミキサ４４ｃから出力された信号とを加算する機能部である。加算部４８によって生成される信号は、対応するシンボルの値に応じて、ｃｏｓ（２πｆｔ＋π／４）、ｃｏｓ（２πｆｔ＋３π／４）、ｃｏｓ（２πｆｔ＋５π／４）、ｃｏｓ（２πｆｔ＋７π／４）のいずれかに相当するパルス信号となる。
【０１０６】
加算部４８は、生成した信号を、シンボルごとに制御部４１のメモリに予め格納されているシンボル時間長にわたって、増幅部４５に供給するよう構成される。増幅部４５は、こうしてミキサ４４ｂから供給された信号を増幅し、電極２１に供給する。これにより、本変形例においても、ダウンリンク信号ＤＳの送信に用いられ得る複数の周波数に共通のシンボル時間長を有するダウンリンク信号ＤＳが送信されることになる。
【０１０７】
また、本実施の形態では、ダウンリンク信号ＤＳを構成するバースト信号とデータ信号とをシーケンシャルに送信する例を説明したが、本実施の形態の原理を用いれば、これらを同時に送信することも可能になる。以下、この点について、具体的な例を挙げて説明する。
【０１０８】
図１２は、本実施の形態によるアクティブペン２ａの第２の変形例を示す図である。本変形例によるアクティブペン２ａは、バースト信号及びデータ信号を同時に異なる周波数で送信する点で、図５に示したアクティブペン２ａと相違する。以下、相違点に着目して説明する。
【０１０９】
本変形例によるアクティブペン２ａの制御部４１は、受信部４０から供給されたコマンドに基づき、ダウンリンク信号ＤＳの送信に使用する周波数を２つ決定するように構成される。制御部４１は、決定した２つの周波数のそれぞれを分周部４３に設定する。分周部４３は、制御部４１から設定された２つの周波数（例えば、周波数ｆ４，ｆ１４）のそれぞれについて、分周によって搬送波を生成するように構成される。
【０１１０】
変調部４４は、ミキサ４４ｂに加えてミキサ４４ｃを有して構成される。シリアル出力部４４ａは、制御部４１から供給されるシンボル列ＳＳをバースト信号を構成するシンボル列とデータ信号を構成するシンボル列とに分離し、前者をミキサ４４ｂに、後者をミキサ４４ｃにそれぞれ１シンボルずつシリアルに供給する。こうしてシンボル列の供給を受けたミキサ４４ｂ，４４ｃそれぞれの動作は、図６を参照して説明したアクティブペン２ｃのものと同様である。ただし、本変形例においては、ミキサ４４ｂ，４４ｃの出力信号は加算部４８に共通に供給される。
【０１１１】
加算部４８は、図１１に示した加算部４８と同様に、ミキサ４４ｂから出力された信号と、ミキサ４４ｃから出力された信号とを加算する処理を行う。この処理により得られる信号は、増幅部４５により増幅されて、電極２１に供給される。これにより、本変形例ではバースト信号とデータ信号とが重畳されて送信されることになるが、直交周波数分割多重された状態で送信されることになるため、センサ集積回路３１では、これらを分離することができる。
【０１１２】
また、本実施の形態では、図１０に示したように、バンドパスフィルタ６１及びＡＤ変換部６２を複製部６３の前段に設け、デジタル領域でミキサ６４ａ，６４ｂによる乗算を行うこととしたが、アナログ領域でミキサ６４ａ，６４ｂによる乗算を行うこととしてもよい。
【０１１３】
図１３は、アナログ領域でミキサ６４ａ，６４ｂによる乗算を行う場合に受信部５４内に設けられる、ダウンリンク信号ＤＳの受信を行うための構成を示す図である。同図に示すように、この場合、各ミキサ６４ａ，６４ｂの入力端が直接バンドパスフィルタ６１の出力端に共通に接続され、各ミキサ６４ａ，６４ｂと位相・絶対値取得部６４ｃの間にＡＤ変換部６４ｄが設けられる。ＡＤ変換部６４ｄの機能は、図１０に示したＡＤ変換部６２と同様である。こうすることで、アナログ領域でミキサ６４ａ，６４ｂによる乗算を行うことが可能になる。
【符号の説明】
【０１１４】
２，２ａ〜２ｃ    アクティブペン
３                位置検出装置
２０              芯体
２１，２２        電極
２３              筆圧検出部
２４              スイッチ
２５              電源
２６              信号処理部
３０              センサ電極群
３０Ｘ，３０Ｙ    センサ電極
３１              センサ集積回路
３２              ホストプロセッサ
３３              ガラス板
４０              受信部
４１              制御部
４２              基準クロック発生部
４３              分周部
４４              変調部
４４ａ            シリアル出力部
４４ｂ，４４ｃ    ミキサ
４５，４６，６０  増幅部
４７              移相部
４８              加算部
５１              ロジック部
５２，５３        送信部
５４              受信部
５５              選択部
５６              スイッチ
５７ｘ，５７ｙ    導体選択回路
６０              バッファ
６１              バンドパスフィルタ
６２，６４ｄ      ＡＤ変換部
６３              複製部
６４              復調部
６４ａ，６４ｂ    ミキサ
６４ｃ            位相・絶対値取得部
６５              位置検出部
６６              データ取得部
ＣＬＫ            クロック信号
ＣＯＭ            コマンド
ｃｔｒｌ＿ｔ，ｃｔｒｌ＿ｒ，ｓＴＲ，ｓｅｌＸ，ｓｅｌＹ  制御信号
ＤＳ              ダウンリンク信号
ｆ４，ｆ５，ｆ７，ｆ８，ｆ１０，ｆ１４  周波数
ＦＤＳ            指検出用信号
ｓｅｌＸ          制御信号
ＳＳ，ＳＳ１，ＳＳ２  シンボル列
ＵＳ              アップリンク信号
Ｖｃｏｍ          共通電位
Ｗ                ウインドウ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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