(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感圧先端機構を有する電子ペンであって、当該電子ペンは、
複数の第２の電極によって形成された空間内で弾性的に旋回するように構成される、ペン先を保持する第１の電極を規定するペン先コレットと、
第１の電極の周りの異なる位置に配置された複数の第２の電極であって、それぞれの第２の電極と第１の電極との間にギャップが形成される、第２の電極と、
第１の電極に電気的に接続され、且つ第１の電極上で第１のアナログ電極信号を駆動し、同時に第１の電極を介して第１のアナログ電極信号の変化を感知するように構成された第１の駆動／受信回路と、
各第２の電極に接続された各第２の駆動／受信回路であって、各第２の駆動／受信回路は、第２のアナログ電極信号を前記複数の第２の電極のうちの第２の電極に送信し、同時に、該第２の電極を介して第２のアナログ電極信号の変化を感知し、且つ前記第２の電極を介して、前記ギャップを跨いで結合される第１のアナログ電極信号を感知するように構成される、第２の駆動／受信回路と、を有する、
電子ペン。
【請求項２】
第２の駆動／受信回路はそれぞれ、第２の電極のそれぞれに異なる第２のアナログセンサ信号を送信するように構成される、請求項１に記載の電子ペン。
【請求項３】
前記異なる第２のアナログセンサ信号はそれぞれ、他の第２のアナログセンサ信号と異なる周波数を有する、請求項２に記載の電子ペン。
【請求項４】
前記ペン先コレットの後端部を受容する後部弾性緩衝体をさらに有し、該後部弾性緩衝体は、前記ペン先コレットの軸線方向移動を可能にすべく、弾性的に変形するように構成される、請求項１に記載の電子ペン。
【請求項５】
第１の駆動／受信回路及び第２の駆動／受信回路に動作可能に結合される処理回路をさらに有し、該処理回路は、第１の電極と第２の電極との間のギャップの変化を感知し認識することにより、前記ペン先上の総接触圧力を感知するように構成される、請求項１に記載の電子ペン。
【請求項６】
第１の電極は、前部から後部にテーパが付けられ、第２の電極は、前記ペン先コレットが旋回状態にないときに、前記ギャップが略均一になるように配置される、請求項１に記載の電子ペン。
【請求項７】
第１の駆動／受信回路は、第１のアナログ電極信号を駆動すると同時に、外部タッチスクリーン又はパッドから第１の電極に結合される外部信号を感知するようにさらに構成される、請求項１に記載の電子ペン。
【請求項８】
タッチセンサアレイと、該タッチセンサアレイのそれぞれの行及び列に結合される複数の行及び列駆動／受信回路とを含む外部タッチセンサをさらに有し、前記行及び列駆動／受信回路は、前記タッチセンサアレイ上のタッチセンサアナログセンサ信号及び前記電子ペンから前記外部タッチセンサに結合される第１のアナログ電極信号を同時に感知するように動作可能である、請求項１に記載の電子ペン。
【請求項９】
前記行及び列駆動／受信回路は、前記電子ペンからタッチセンサに結合される複数の第２のアナログ電極信号を同時に感知するようにさらに動作可能である、請求項８に記載の電子ペン。
【請求項１０】
前記外部タッチセンサの前記行及び列駆動／受信回路は、
第１の比較器入力、第２の比較器入力、及び比較器出力を規定する電圧追従式シグマ・デルタ・アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータと、
コンバータ入力及びコンバータ出力を規定するシグマ・デルタ・デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータであって、前記コンバータ入力は前記比較器出力に結合され、前記コンバータ出力は第１の比較器入力に結合される、シグマ・デルタＤ／Ａコンバータと、
前記コンバータ出力及び前記タッチセンサアレイのそれぞれの行又は列電極に結合されるシグマ・デルタ出力フィルタと、
それぞれの行及び列駆動／受信回路の第１の比較器入力に結合される駆動信号生成回路であって、相互アナログセンサ信号を１つ又は複数の第１の周波数で生成するように構成される駆動信号生成回路と、を含み、
前記行及び列駆動／受信回路の少なくとも１つは、前記それぞれの行又は列電極への相互信号を駆動するように構成され、前記行及び列駆動／受信回路の少なくとも１つは、前記それぞれの行又は列電極からの前記相互信号を感知するように構成され、前記行及び列駆動／受信回路は、第１のアナログ電極信号を第１の周波数とは異なる１つ又は複数のペン周波数で同時に感知するようにさらに構成される、
請求項８に記載の電子ペン。
【請求項１１】
前記電子ペンの第１の駆動／受信回路及び第２の駆動／受信回路はそれぞれ、
第１の比較器入力、第２の比較器入力、比較器出力を規定する電圧追従式シグマ・デルタＡ／Ｄコンバータと、
コンバータ入力及びコンバータ出力を規定するシグマ・デルタＤ／Ａコンバータであって、前記コンバータ入力は前記比較器出力に結合され、前記コンバータ出力は第１の比較器入力に結合される、シグマ・デルタＤ／Ａコンバータと、
前記コンバータ出力及びそれぞれの第１の電極又は第２の電極に結合されるシグマ・デルタ出力フィルタと、
各駆動／受信回路の第１の比較器入力に結合される駆動信号生成回路であって、該駆動信号生成回路は、第１の駆動／受信回路について第１のアナログ電極信号を１つ又は複数のペン周波数で生成し、及び第２の電極のそれぞれについて第２のアナログ信号を前記ペン周波数とは異なる１つ又は複数のペン周波数で生成するように構成される、駆動信号生成回路と、を含む、
請求項１に記載の電子ペン。
【請求項１２】
前記ペン先コレットの前端部を保持し、且つ前記ペン先コレットの旋回及び軸線方向移動を可能にするべく弾性的に変形するように構成された前部弾性緩衝体をさらに含む、請求項１に記載の電子ペン。
【請求項１３】
タッチセンサ上のタッチ入力及びペン入力を同時に測定するためのペン及びタッチスクリーン・システムであって、当該システムは、
複数の駆動／受信回路であって、各駆動／受信回路は、タッチセンサの単一の行又は列電極に結合されるように構成され、各駆動／受信回路は、それぞれの単一の行又は列電極に対する少なくとも１つのタッチセンサアナログ信号を少なくとも１つ又は複数のタッチセンサ周波数で駆動するように動作可能であり、前記それぞれの単一の行又は列電極に結合されるペンの第１のアナログ電極信号を前記タッチセンサ周波数とは異なる１つ又は複数のペン周波数で同時に感知するようにさらに動作可能である、複数の駆動／受信回路と、
電子ペンと、を有しており、
該電子ペンは、
複数の第２の電極によって形成された空間内で弾性的に旋回するように構成される、ペン先を保持する第１の電極を含むペン先コレットと、
第１の電極の周りの異なる位置に配置された複数の第２の電極であって、それぞれの第２の電極と第１の電極との間にギャップが形成される、第２の電極と、
第１の電極に電気的に接続され、且つ第１の電極上でペンの第１のアナログ電極信号を駆動するように構成されたペンの第１の駆動／受信回路と、
各第２の電極に接続されたペンの各第２の駆動／受信回路であって、ペンの各第２の駆動／受信回路は、第２のアナログ電極信号を送信し、且つ同時に前記ギャップを跨いで結合される前記ペンの第１のアナログ電極信号を感知するように構成される、第２の駆動／受信回路と、を含む、
システム。
【請求項１４】
前記複数の駆動／受信回路に結合されたタッチセンサをさらに含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記タッチセンサを収容する電子装置をさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記電子ペンは、前記ペンの第１の駆動／受信回路及び前記ペンの第２の駆動／受信回路に動作可能に結合され、且つ第１の電極と第２の電極との間の前記ギャップの変化を感知し認識することにより、前記ペン先上の総接触圧力を感知するように動作可能である処理回路をさらに含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
前記複数の駆動／受信回路のそれぞれは、それぞれの単一の行又は列電極に対する相互アナログセンサ信号を前記タッチセンサ周波数の１つ又は複数の第１の周波数で駆動する第１モードで動作可能であり、且つ前記それぞれの単一の行又は列電極から前記相互アナログセンサ信号を感知する第２モードで動作可能であり、駆動信号生成回路は、前記ペンの第１のアナログ電極信号を第１の周波数とは異なる１つ又は複数のペン周波数で同時に感知するように第１モード及び第２モードの両方で動作可能である、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複数の駆動／受信回路のそれぞれは、第１モードにおいて、自己アナログセンサ信号を第１の周波数と異なる、前記タッチセンサ周波数の１つ又は複数の第２の周波数で同時に生成し、前記自己アナログセンサ信号を同時に感知するようにさらに動作可能である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記複数の駆動／受信回路のそれぞれは、第２モードにおいて、自己アナログセンサ信号を第１の周波数とは異なる、前記タッチセンサ周波数の第２の周波数で同時に生成し、前記自己アナログセンサ信号を同時に感知するようにさらに動作可能である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記複数の駆動／受信回路のそれぞれは、
第１の比較器入力、第２の比較器入力、及び比較器出力を規定する電圧追従式シグマ・デルタＡ／Ｄコンバータと、
コンバータ入力及びコンバータ出力を規定するシグマ・デルタＤ／Ａコンバータであって、前記コンバータ入力は前記比較器出力に結合され、該コンバータ出力は第１の比較器入力に結合される、シグマ・デルタＤ／Ａコンバータと、
前記コンバータ出力及び行又は列電極に結合されるシグマ・デルタ出力フィルタと、
前記駆動／受信回路の第１の比較器入力に結合される駆動信号生成回路であって、相互アナログセンサ信号を生成するように構成される駆動信号生成回路と、をさらに含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２１】
前記複数の駆動／受信回路のそれぞれに結合され、前記同時に感知されたペンの第１のアナログセンサ信号をそれぞれの信号から前記タッチセンサ周波数で分離してフィルタ処理するように動作可能なそれぞれのデジタルフィルタ回路及び復調回路をさらに含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項２２】
感圧先端機構を含む電子ペンであって、当該電子ペンは、
ペン先をコレット孔で保持するペン先コレット旋回式機構であって、複数のセンサによって部分的に規定される空間内に弾性的に旋回するように構成されるペン先コレット旋回式機構と、
前記複数のセンサのそれぞれのセンサに結合される複数のセンサ回路であって、ペン先コレット上の圧力、前記ペンの傾き、前記ペンのバレル回転を組合せて測定するように構成される複数のセンサ回路と、を含み、
前記複数のセンサは、前記ペン先コレット旋回式機構の周りの異なる位置に配置される、
電子ペン。
【請求項２３】
前記ペン先コレットは第１の電極をさらに含み、
複数のセンサは、第１の電極の周りの異なる位置に配置されたそれぞれの複数の第２の電極をさらに含み、
前記センサ回路は、
第１の電極に電気的に接続され、且つ第１の電極上で第１のアナログ電極信号を駆動するように構成される第１の駆動／受信回路と、
それぞれの第２の電極に接続されるそれぞれの第２の駆動／受信回路であって、各第２の駆動／受信回路は、第２のアナログ電極信号を送信し、且つ第１の電極と前記複数の第２の電極との間のギャップに跨って結合される第１のアナログ電極信号を同時に感知するように構成される、第２の駆動／受信回路と、をさらに含む、
請求項２２に記載の電子ペン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、改良された電子ペン測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
アナログ信号を感知する回路に関して、シグマ・デルタ・アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ（ΣΔＡＤＣ）は、単純なアナログ／デジタル変換を実行するためにある程度知られているが、非常に良好な変換機能が可能となるポイントまでプログラマブル論理クロック速度が改善されたので、最近非常に一般的になってきている。これらのコンバータの速度及び機能（関数）を改善することに重きを置いた多くの新しいアイデアや研究の成果により、この多くのデジタル変換方法が多くの標準的なアナログ技術に取って代わりつつある。タッチ領域では、既知の容量性サンプリング技術とアナログ／デジタルのデルタ・シグマ変換とを取り入れた多くの改良特許が許可されている。
【０００３】
特許文献１は、図２０に示されるように、デルタ・シグマ・コンバータを使用し、同じ機能の２つの実施形態の図面において整流を伴う方形波駆動及びスイッチトキャパシタ機能を使用する相互容量方式を示す従来技術の例を含む。
【０００４】
特許文献２は、図２１に示されるように、デルタ・シグマ・コンバータを使用し、マルチプレクサによって選択可能な信号駆動又は測定技術の方式を示す従来技術の例を示す。
【０００５】
特許文献３は、図２２に示されるように、デルタ・シグマ・コンバータ及びスイッチトキャパシタ技術を使用する従来技術の例を示す。
【０００６】
特許文献４は、図２３に示されるように、先行技術の戦略の例を示しており、デジタル方形波パターンの同時送信と、同期復調及びペン対応を伴う同時受信とを含むこの技術水準の相互容量マルチタッチシステムが示される。このシステムは、マルチモード同時タッチスクリーンサンプリングを可能とせず、受信時にノイズ分布を効果的にスクランブルする異なるビットパターンを使用する各行のために、真の同時サンプリングを含まず、自己容量測定ができず、及び方形波駆動の使用のために、１次周波数だけでなくその高調波を含む受信信号スペクトルを含み、パネル全体に亘る高調波の減衰を防ぐためにより低いトレースインピーダンスを必要とする。
【０００７】
従って、例えば、自己、相互、及びペンの異なるモードについて、異なるチャネルの同時サンプリングを用いてデータを同時に取得することができる遥かに高速のサンプリング方法が必要である。
【０００８】
また、いくつかの用途では、可能な場合には信号対雑音比の改善によってサンプル時間を短縮するために、連続サンプリング方式及び高度フィルタ処理方法、変調及び復調方式、並びにデジタル領域方法が必要とされる。コスト及び消費電力を可能な限り低く抑えるために、回路は可能な限りデジタル領域としなければならない。
【０００９】
最後に、インピーダンスの変化を測定することによって動作する多くの異なるタッチセンサが現在利用可能であり、現在知られている及び将来開発されるものを含む複数のセンサタイプ及び構成を取り扱うことができるシステムを提供することもまた、非常に望まれている。
【００１０】
電子ペンに関して、圧力、傾き、及びバレル回転は、筆記及び線引き特性の一部であり、子供であっても、筆記具のこれらの３つの異なる操作によって生じる鉛筆又はクレヨン線特性との違いを認識している。
【００１１】
電磁場及び静電領域における電子ペンのデジタル化は、典型的には、先端圧力を測定し、その圧力を受信システムに送信する方法を含む。受信システムは、グラフィック形式のボタンやアイコン、又は不透明な（opaque）システム等の画像を表示する下側に配置された表示装置によって表示される画像を見るために高い光透過性を提供する耐久性のあるガラスを含むことができる。ユーザが例えばペンを用いて表示装置上の基板の外面に書き込むときに、ペンは、受信システムが受信システムの電極同士の間の振幅差を感知することによって決定された位置を解釈して解明する信号を送信し、変調又はパルスタイミングにより、圧力値は、位置信号と同じ信号周波数を用いて送信される。
【００１２】
特許文献５は、図４１に示されるように、ペン先端を介して伝達される圧力を測定するために圧力センサディスクを使用する従来技術の例を示す。
【００１３】
圧力は、典型的には、抵抗、静電容量、インダクタンス、又は光強度の変化を測定する単一の動作軸センサを用いてペン本体の内部で測定される。これらの解決策は、典型的には、ペンの先端からセンサ機構への軸線方向力を伝達するロッド機構の動きによって処理する。上述した図から分かるように、得られた結果対圧力曲線は非線形である。前述した解決策の欠点は、ペンが表面に対して傾いているときのセンサへの伝達力の低下である。
【００１４】
傾きの決定は、先行技術及び最新技術の電磁及び静電ペンシステムにとって非常に重要である。典型的なシステムでは、圧力信号は、傾きが傾斜角のコサインだけ増大するにつれて減少する。傾斜角を測定する方法がなければ、圧力測定は益々不確かになる。
【００１５】
特許文献６は、図４２に示されるように、送受信のために複数セットの連続形状リング電極を使用する傾き及び向きの例を示す。
【００１６】
いくつかのペンシステムでは、ペンの傾き及び向きは、２つの電極、ある位置の第１の電極及び垂直方向に配置される第２の電極によって決定される。ある傾斜角では、２つの受信信号が向き及び傾きを示す。
【００１７】
いくつかのペンシステムでは、ペンバレルの傾き及び回転位置は、先端の主送信機の周りの外部信号を生成する送信機によって決定される。これらの送信機は、電極位置及びセンサの近接度、並びに行及び列に対するエネルギーの相対的なエネルギー分布に関する信号を導入する。
【００１８】
特許文献７は、図４３に示されるように、先端と、追加の単一又は破断形状リング電極素子とを用いた傾き及び回転の例を示す。
【００１９】
特許文献８は、図４４に示されるように、先端又は、先端及び外部破断形状リング電極素子を用いた傾き及び回転の例を示す。
【００２０】
検出表面からの距離によって、成形電極又は別個の電極の容量結合エネルギーが大きく減少する。代替周波数又はデジタルビットパターンが使用される場合に、これらの方法は有効であるが、いくつかの制限がある。例えば、成形電極は回転方向を示さず、垂直から４５°未満の角度でさえ、感知形状は、正確な傾きのための十分な情報を有していない。
【００２１】
複数の電極を使用することは、ペン及びシステムの複雑性の増大により低い垂直角では垂直方向の回転方向及び傾斜角分解能を解決するが、より高い角度では、単一の別個の電極のみがセンサの表面に存在するので、より高い角度では、バレル回転分解能が低くなるが、傾斜角は改善される。圧力及び傾きは４５°で良好な分解能を有するが、ペンのバレルが表面に対して平坦になり、圧力の分解能が低下する。
【００２２】
図３７Ａは、異なるペン角度でのマルチ電極解決法及び破断形状リング解決法の分解能を示し、また、異なるペン角度でのマルチ電極の連続形状リング解決法の分解能を示す。
【００２３】
破断形状リング電極解決法を用いる図４４の現状の技術水準でさえも、圧力及びバレル回転の分解能は、平面に対して低い角度に低下する。
【００２４】
これらの従来技術のシステムの圧力及び傾きは大きく関連しているが、それら値は、異なる分解能、ノイズ特性、及びグループ遅延を含む非常に異なる別個の機構によって生成される。
【００２５】
「ホバー（hover）」は、表面に触れることなくシステムと相互作用するペンをデジタル化する能力である。表面接触は、典型的には線引き又はクリック動作を示す。電磁（EMR）システム及び静電（ES）システムは、デフォルト状態で電極に直接接触することなく動作する。ＥＭＲ及びＥＳペンシステムは、一般に、信号対雑音を考慮するために表面からの距離が殆ど制限されるホバー能力を有する。ＥＳシステムのホバーの位置は良好であるが、信号の分解能が低いため、向き、傾き、及びバレル回転は一般的に使用できない。
【００２６】
「動き検出」は、装置が移動されたかどうかを少なくとも決定する能力である。シンプルな動き検出は、デジタイザペンで高電力モードに対して低電力で利用可能である。微細加工されたカンチレバービームの加速度計等の高度な機構がその動きを測定するために存在する。これらのシステムは、小型に縮小され、良好に機能し、コストが大幅に削減されるが、依然としてシステムコストが嵩む。
【００２７】
「近接検出」は、装置が、持ち上げられたか、下に置かれたか、又はタッチ表面に近いかどうかを決定する能力である。これは通常、接地されたシステムでの自己容量測定であるが、一般的には複数の電極と相互容量測定によって測定される。
【００２８】
ペンシステムの「接地システム」では、接地経路が無視されることが多く、低インピーダンスと仮定されているが、これは明らかではない。ペン先端の第１の電極又は第２の電極を介して受信システムに伝達される電流は、ペンのバレル、ユーザの身体、ユーザを取り囲む空間、又は床を通って最後に浮遊しているシステム通過し、従って、ユーザと受信システムを含む装置との間に小さな静電容量のみが存在し得る。これらの経路は、可変インピーダンスを表す。
【００２９】
従って、単一の内部測定システムから生成された正常及び拡張ペン角度について改良された圧力、傾き、バレル回転の方法だけでなく、近接性、スイッチ検出、スライダ、及び高分解能タッチゾーン感知等の他の能力の必要性が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】米国特許第８，０８９，２８９号
【特許文献２】米国特許第７，５２８，７５５号
【特許文献３】米国特許第８，５４７，１１４号
【特許文献４】米国特許第８，５８７，５３５号
【特許文献５】米国特許第５，６３３，４７１号
【特許文献６】米国特許第５，４１４，２２７号
【特許文献７】米国特許第８，９６３，８８９号
【特許文献８】米国特許第８，６３８，３２０号
【発明の概要】
【００３１】
本発明は、概して、タッチスクリーンペン領域内の一般的な問題に対する他の解決策の中でも、圧力、傾き、及びバレル回転を可能にする改良されたペン圧力測定システムに関する。従来技術は、典型的には単一ポイントの圧力センサ又は光センサを使用するが、本発明のいくつかの実施形態は、容量センサ、感圧抵抗体、又は応力センサ等の複数の、典型的には４つのセンサを使用する（１つの装置の４つのセグメントとすることができる）。４つのセンサは、先端が表面に対して押し付けられる圧力に対応する軸線方向変位、及び／又は先端の傾き及び／又は回転に対応する横方向変位を測定することができる。好ましい実施形態では、複数のセンサは、ｘ、ｙ、及びｚの変位を測定することができるが、典型的な従来技術のペンセンサは、ｚの変位のみを測定する。
【００３２】
従って、本発明のいくつかの実施形態の目的は、圧力、傾き、及びバレル回転の決定及び伝達において機能が強化されたデジタル領域ペン及び位置決めシステムを対象とするシステムを提供することである。
【００３３】
本発明は、いくつかの実施形態では、多軸ひずみセンサ、圧力センサ、又は静電多素子電極構成に結合された「ペン先コレット旋回式機構（Nib Collet
Pivot Mechanism：NCPM）」を実装する。さらに、ＮＣＰＭは、ペン先の先端に加えられる力を内部の多軸ひずみ又は圧力センサに伝達するように、又は加えられた力によって、ＮＣＰＭと静電多素子電極構造との間の間隔を最小限のペン先移動で変化させるように設計することができる。いくつかの実施形態では、ＮＣＰＭは、先端に加えられる圧力の力分布を等しくするように後部ピボットで構成されるので、横方向の力が正負の態様で分布し測定可能である。さらに、いくつかの実施形態では、ＮＣＰＭは、多軸センサの応答をそれらセンサのそれぞれの範囲の中間の線形領域に移動させるために、圧縮又は張力による圧力で前負荷される。ＮＣＰＭの好ましい実施形態は、静電多素子電極構成を使用し、圧縮によって前負荷され、及び後部ピボットで構成される。
【００３４】
本発明のいくつかの態様によれば、２０１６年６月２１日に出願された、”Multi-Touch Sensor
and Electrostatic Pen Digitizing System Utilizing Simultaneous Functions for
Improved Performance”という標題のＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ１６／３８４９７号に開示されるように、チャネルドライバ及び容量感知機構が提供され、これは、第１の位置信号放射、向き、傾き及び回転等の信号機能を第２の信号放射を介して同時に実行する間で、デジタル送信又は受信が第１又は第２の信号の既知の変調技術又は無線送信を介して行われる間に、内圧、傾き,及びバレル回転の多軸測定値を生成するために、ペン電極を用いてＮＣＰＭと切断電極リング要素との間の距離変化を高い精度で読み取る。
【００３５】
さらに、小さな容量測定の変化に非常によく適したペン装置及び駆動方式を使用して、スイッチ、スライダ、近接検出、高分解能タッチ表面等の有用な機能を実装することができる。
【００３６】
さらに、本明細書のシステムは、変調方式又は無線送信を介してデータを送信することができる。
【００３７】
さらに、静電、電磁気、又は受動静電等の複数のタイプのデジタイザシステムにＮＣＰＭを実装して、圧力、傾き、及びバレル回転測定機能を追加することができる。
【００３８】
いくつかの態様によれば、第２の連続形状リング又は破断形状リング電極システムと共に導電性ＮＣＰＭを使用するシステムは、ペン先又は垂直方向のバレル回転に加えられた横方向の力に対する圧力等の低分解能動作条件を克服することができる。
【００３９】
本発明の一態様では、電子ペン装置には、感圧先端機構が設けられ、この機構は、ペン先を保持する第１の電極素子を含み、且つ複数の第２の電極によって囲まれて形成される空間内で弾性的に旋回するように構成されるペン先コレット旋回式機構を有する。第２の電極は、それぞれの第２の電極と第１の電極との間にギャップが形成されるように、第１の電極の周りの異なる位置に配置される。第１の駆動／受信回路が、第１の電極に電気的に接続され、且つ第１の電極で第１のアナログ電極信号を駆動するように構成される。第２の駆動／受信回路が、第２の電極に接続され、各第２の電極は、第２のアナログ電極信号を送信し、同時にギャップを跨いで結合された第１のアナログ電極信号を感知するように構成される。
【００４０】
いくつかの実施形態では、第２の駆動／受信回路はそれぞれ、第２の電極のそれぞれに異なる第２のアナログセンサ信号を送信するように構成される。異なる第２のアナログセンサ信号はそれぞれ、他の第２のアナログセンサ信号とは異なる周波数を含んでもよい。いくつかのバージョンは、ペン先コレット旋回式機構の制限された軸線方向移動を可能にすべく弾性的に変形するように構成されたペン先コレット旋回式機構の後端部を受容する後部弾性緩衝体を有する。いくつかのバージョンにおいて、第１の電極のｚ軸（長手方向）運動を測定するために、後部弾性緩衝体の他方の側に追加のｚ軸電極を設けてもよい。
【００４１】
他の実施形態では、長手方向の動きは、第１及び第２の駆動／受信回路に動作可能に結合され、且つ第１の電極と第２の電極との間のギャップの変化を感知し認識することにより、ペン先の総接触圧力を感知するように動作可能な処理回路を用いて、第２の電極に対する第１の電極の移動として感知される。第１の電極素子は、前部から後部にテーパが付けられ、第２の電極は、ペン先コレット旋回式機構が旋回状態にないときに、ギャップが略均一になるように配置される。
【００４２】
いくつかの実施形態では、第１の駆動／受信回路は、第１のアナログ電極信号を駆動すると同時に、外部タッチスクリーン又はパッドから第１の電極に結合される外部信号を感知するように動作可能である。いくつかの実施形態では、タッチセンサアレイと、このタッチセンサアレイのそれぞれの行及び列に結合された複数の行及び列駆動／受信回路とを含む外部タッチセンサを含むことができ、行及び列駆動／受信回路は、タッチセンサアレイ上のタッチセンサアナログセンサ信号と、ペンからタッチセンサに結合される第１のアナログ電極信号とを同時に感知するように動作可能である。行及び列駆動／受信回路は、ペンからタッチセンサに結合される第２のアナログ電極信号を同時に感知するようにさらに動作可能である。
【００４３】
好ましいバージョンでは、外部タッチセンサの行及び列駆動／受信回路は、行又は列電極を駆動するためのシグマ・デルタ出力フィルタを有するシグマ・デルタＤ／Ａコンバータと組み合わされた電圧追従式シグマ・デルタＡ／Ｄコンバータとともにさらに構成され、電圧追従式Ａ／Ｄコンバータは、第２の比較器入力上の仮想信号ノードにフィードバック出力を生成することによって、第１の基準比較器入力上の基準信号に追従するように接続され、シグマ・デルタ出力フィルタも仮想信号ノードに接続される。駆動信号生成回路が、駆動／受信回路の基準比較器入力に結合され、且つ相互アナログセンサ信号を１つ又は複数の第１の周波数で生成するように動作する。これらのバージョンの駆動／受信回路は、電極への相互信号を駆動する第１モードで動作可能であり、且つ電極からの相互信号を感知する第２モードで動作可能であり、駆動信号生成回路は、第１のアナログ電極信号を第１の周波数とは異なる１つ又は複数のペン周波数で同時に感知するために両方のモードでさらに動作可能である。
【００４４】
いくつかの実施形態では、ペンの第１及び第２の駆動／受信回路はそれぞれ、それぞれの電極を駆動するためのシグマ・デルタ出力フィルタを有するシグマ・デルタＤ／Ａコンバータと組み合わされた電圧追従式シグマ・デルタＡ／Ｄコンバータと共に実装され、電圧追従式Ａ／Ｄコンバータは、第２の比較器入力上の仮想信号ノードにフィードバック出力を生成することによって、第１の基準比較器入力上の基準信号に追従するように接続され、シグマ・デルタ出力フィルタも仮想信号ノードに接続される。駆動信号生成回路が、各駆動／受信回路の基準比較器入力に結合され、第１の駆動／受信回路について第１のアナログ電極信号を１つ又は複数のペン周波数で生成し、及び第２の電極のそれぞれについて第２のアナログ信号を１つ又は複数の異なるペン周波数で生成するように動作可能である。
【００４５】
好ましい実施形態では、ペンの第１の電極及び第２の電極の駆動／受信回路は、タッチセンサの行及び列電極について本明細書で説明する駆動／受信回路と同様に構成され、且つ様々なペン・カウントとデジタルＩ／Ｏピンの使用により、説明される様々な駆動／受信回路のバージョンのいずれかを実装することができる。すなわち、このようなバージョンは、電極との間で複数の周波数を同時に駆動及び感知することができる、同じ電圧追従式シグマ・デルタＡ／Ｄコンバータ設計を用いる。他の実装形態では、ペン電極駆動／受信回路についてアナログ・オペアンプ（op-amp）追従回路、又は関連する信号を同時に駆動及び受信することができる他の適切な回路を用いてもよい。好ましい駆動／受信回路によって達成されるピン数、サイズ及びコスト削減は、より少ない電極が駆動されるので、ペンにおいてそれほど重要ではない。
【００４６】
いくつかの実施形態では、ペン先コレット旋回式機構は、ペン先コレット旋回式機構の前端部を保持し、且つペン先コレット旋回式機構の制限された旋回及び軸線方向移動を可能にするべく弾性変形するように構成された前部弾性緩衝体を含む。いくつかのバージョンでは、第１の電極と第２の電極との間のギャップは、ギャップであってもよく、それらギャップを可撓性の誘電体又は絶縁体で充填してもよい。好ましいバージョンでは、４つの第２の電極が、軸線方向がペン軸線と整列される第１の電極の周囲に等角度で間隔を空けて、ペン先コレット旋回式機構で使用される。他のバージョンでは、例えば、５，６，７，８又はそれ以上の多くの第２の電極を使用してもよい。好ましくは、電極は、同じ長手方向位置にあり、第１の電極の周囲に等角度で間隔を置いて配置される。
【００４７】
本発明のいくつかの態様では、ペン先に接続される第１のペン電極の傾き及び向きは、第２の電極から第１の電極に結合される信号を感知することによって測定することができる。第１の電極の内外への結合にかかわらず、結合経路が同じであるため、同様の測定精度が提供される。これらのバージョンでは、第１の電極の駆動／受信回路は、第２の電極のそれぞれから異なる周波数の別々の信号を同時に受信し復調するように構成される。
【００４８】
本発明のいくつかの態様によれば、ギャップを介して信号を静電容量的に結合する対向する第１及び第２の電極の代わりに、感圧抵抗体、応力センサ又は他の適切な圧力センサ等の他のタイプの圧力センサを使用するペン先コレット旋回式機構を提供してもよい。そのような実施形態では、複数の第２の電極は、その周囲の中心旋回本体に結合された複数の圧力センサと置き換えられる。旋回角度及び方向は、これらのセンサから決定される。第１の電極は中心に電気的に接続され、第１及び第２の電極信号を外部タッチセンサに静電容量結合するために、複数の第２の電極が圧力センサの半径方向外向きに設けられる。
【００４９】
本発明の別の態様によれば、電子ペン先端の複数の属性を感知する方法が提供される。この方法は、ペン先端から突き出たペン先に接続された第１のペン電極を第１のアナログ電極信号で駆動するステップを含む。この方法は、第１のペン電極を、第１のペン電極の周囲の異なる位置に配置された複数の第２のペン電極に対して弾性的に旋回させるステップを含む。この方法は、第１の電極信号を駆動する間に、各第２のペン電極上の第１のアナログ電極信号を感知するステップを含む。次に、第２の電極上で感知された第１のアナログ電極信号の信号レベルを解釈して、ペン先の旋回角度を推定するステップを含む。この方法は、第２の電極上で感知された第１のアナログ電極信号の信号レベルを解釈して、ペン先の旋回方向を推定するステップも含む。さらに、信号レベルを解釈して、ペン先の総接触圧力又は変位を測定してもよい。これらの信号はペン上で感知されるので、解釈はペン上の処理回路で実行してもよく、データをタッチセンサ等の対をなす装置に送信してもよく、その送信先で実行される受信した信号レベルの解釈が可能である。
【００５０】
いくつかの実施形態では、第１のアナログ電極信号を第１の電極上で駆動している間に、この方法は、タッチセンサの少なくとも１つの行電極及び少なくとも１つの列電極上の第１のアナログ電極信号を感知することによって、タッチセンサ上の電子ペン先端の位置を感知する。各第２の電極について複数の第２のペン電極を異なる第２のアナログ電極信号で駆動することもできる。
【００５１】
いくつかの実施形態では、この方法は、第１の電極をその信号で駆動すると同時に、タッチセンサ上の第２のアナログ電極信号のうちの１つ又は複数を感知することによって、タッチセンサに対する電子ペン先端の向きを感知する。いくつかの実施形態では、この方法は、第１の電極をその信号で駆動すると同時に、タッチセンサ上の第２のアナログ電極信号のうちの２つ以上の大きさの変化を感知することによって、タッチスクリーンに対するペン先端のバレル回転を感知する。
【００５２】
いくつかの実施形態では、この方法は、第２のアナログ電極信号で駆動される少なくとも４つの第２のペン電極を少なくとも４つの異なる周波数で使用することができる。この方法は、第１の電極をその信号で駆動すると同時に、第１のペン電極とそれぞれの第２のペン電極との間のそれぞれのギャップの変化を感知し認識することによって、ペン先の総接触圧力を測定することもできる。この方法は、第１の電極をその信号で駆動すると同時に、外部タッチセンサ又はパッドから第１の電極に結合される外部アナログ信号を感知することもできる。
【００５３】
様々な態様では、本発明の方法は、同じ電極上の信号を同時に駆動及び受信するために、本明細書に記載されるような電圧追従式シグマ・デルタＡ／Ｄコンバータを用いて動作することができる。いくつかの方法は、第１のペン電極上でペン信号をペン周波数で駆動し、タッチセンサとの接触によりペンに結合されるタッチセンサ信号をその電極上で受信することができる。いくつかの方法は、タッチセンサ信号を同じ電極上で同時に受信する間に、第１のアナログ信号とは異なる周波数の第２のアナログ信号で第２のペン電極を駆動し、それら第２のペン電極が容量結合によってタッチセンサに結合された後にこれらの信号を受信する。このような方法は、ペン先端の回転を感知するために、第１のペン電極及び１つ又は複数の第２のペン電極からのそのような結合された信号を受信することができ、それら全ての信号は、それら電極が結合されるタッチセンサの同じ行又は列電極上で同時に異なる周波数で受信される。本発明の他の態様では、この方法は、ペン先コレット旋回式機構の周りに配置された従来の多数の圧力センサを用いて、旋回角度、旋回方向、場合によっては総接触圧力を感知する。これらの方法のいくつかは、タッチセンサに結合するためのアナログペン電極信号を用いてペン先に接続される第１のペン電極を駆動し、本明細書で説明される様々なタッチセンサ信号と同時にその信号を受信する。
【００５４】
本発明の別の態様によれば、タッチセンサ上のタッチ入力及びペン入力を同時に測定するためのペン及びタッチスクリーン・システムが提供される。このシステムは、複数の駆動／受信回路を含み、各駆動／受信回路は、タッチセンサの単一の行又は列電極に結合されるように構成され、各駆動／受信回路は、それぞれの電極に対する少なくとも１つのタッチセンサアナログ信号を少なくとも１つ又は複数のタッチセンサ周波数で駆動するように動作可能であり、それぞれの電極に結合されるペンの第１のアナログ電極信号をタッチセンサ周波数とは異なる１つ又は複数のペン周波数で同時に感知するようにさらに動作可能である。このシステムは、電子ペンも含み、電子ペンは、ペン先を保持する第１の電極素子を含み、且つ複数の第２の電極によって囲まれて形成された空間内で弾性的に旋回するように構成されるペン先コレット旋回式機構を含む。第２の電極は、各第２の電極と第１の電極との間にギャップが形成されるように、第１の電極の周囲の異なる位置に配置される。ペンの第１の駆動／受信回路が、第１の電極に電気的に接続され、且つ第１の電極上でペンの第１のアナログ電極信号を駆動するように構成され、ペンの第２の駆動／受信回路が、第２の電極に接続され、ペンの各第２の駆動／受信回路は、第２のアナログ電極信号を送信し、同時にギャップを跨いで結合されるペンの第１のアナログ電極信号を感知するように構成される。容量性結合経路はどちらの方向にも類似しているので、他の態様は、代わりに、第１の電極上で個々の第２の電極信号を感知してもよい。
【００５５】
いくつかの実施形態では、システムは、複数の駆動／受信回路に結合されたタッチセンサをさらに含むが、他の実施形態では、ペン先端回路及びタッチセンサ回路は、タッチセンサ自体を含まずに市販されており、又は適切なペン及びタッチセンサ装置に取り付けられるペン自体の本体であってもよい。いくつかの実施形態では、システムは、タッチセンサを収容する電子装置も含む。
【００５６】
いくつかの実施形態では、ペンは、第１及び第２の駆動／受信回路に動作可能に結合され、且つ第１の電極と第２の電極との間のギャップの変化を感知することにより、ペン先の総接触圧力を感知するように動作可能である処理回路をさらに含む。また、第１の電極と第２の電極との間のギャップの共通の変化を感知し認識することにより、ペン先の長手方向（ｚ軸）圧力の推定値を抽出することもできる。
【００５７】
複数のタッチセンサ駆動／受信回路のそれぞれは、それぞれの電極に対する相互アナログセンサ信号をタッチセンサ周波数の１つ又は複数の第１の周波数で駆動する第１モードで動作可能であり、且つその電極から相互アナログ信号を感知する第２モードで動作可能であり、駆動信号生成回路は、ペンの第１のアナログ電極信号を第１の周波数とは異なる１つ又は複数のペン周波数で同時に感知するように第１モード及び第２モードの両方でさらに動作可能であってもよい。複数のタッチセンサ駆動／受信回路のそれぞれは、自己アナログセンサ信号を第１の周波数とは異なる、タッチセンサ周波数の１つ又は複数の第２の周波数で同時に生成し、自己アナログセンサ信号を同時に感知するように、第１モード又は第２モード、或いはその両方でさらに動作可能であってもよい。
【００５８】
いくつかの実施形態では、複数のタッチセンサ駆動／受信回路のそれぞれは、行及び列電極を駆動するためのシグマ・デルタ出力フィルタを有するシグマ・デルタＤ／Ａコンバータと組み合わされた電圧追従式シグマ・デルタＡ／Ｄコンバータをさらに実装することができ、電圧追従式Ａ／Ｄコンバータは、第２の比較器入力上の仮想信号ノードにフィードバック出力を生成することによって、第１の基準比較器入力上の基準信号に追従するように接続され、シグマ・デルタ出力フィルタも仮想信号ノードに接続される。電圧追従式Ａ／Ｄコンバータは、駆動／受信回路の基準比較器入力に結合され、且つ相互アナログセンサ信号を１つ又は複数の第１の周波数で生成するように動作可能な駆動信号生成回路をさらに含む。デジタルフィルタ回路及び復調回路は、複数の駆動／受信回路のそれぞれに結合され、同時に感知されたペン・アナログセンサ信号をそれぞれの信号からタッチセンサ周波数で分離しフィルタ処理するように動作可能である。
【００５９】
前述したことを考慮して、本発明のいくつかの態様は、受信ペン・デジタイザシステムの平面に対して低い角度で改善された内圧及びバレル回転感度及び分解能を有し、複数の軸センサを用いることにより全ての角度で改善された傾き分解能を有するデジタル化ペンを提供し、改善されたオフセット計算能力によってペン先の接触点の位置により一層一致するように戻される得られた座標位置の精度を向上させ、及び一般的な筆記体験、描画、及び四角形のチョーク、鉛筆、ブラシ、刃物／へら等の芸術的ツール及び媒体のシミュレーションを改善する。
【００６０】
いくつかの実施形態は、ラジオ型送信機能を有する開示される圧力機構を使用して、ペンが受信タッチシステムとは独立して動作してカーソル移動を指示する相対運動デジタル化モードを可能にする。
【００６１】
本発明のいくつかの態様によれば、多軸ひずみ、圧力、又は容量性電極素子の構成及び測定較正及び信号伝達の方法を使用して、圧力、傾き、及び回転情報を生成するペンシステムが提供される。いくつかの実施形態は、圧力、傾斜、及びバレル回転を感知可能な多軸先端を有してもよく、ここで第１の電極素子の旋回式機構は、導電性にされ、受信システムとの間で結合し、装置位置の測定を可能にするための第１の位置電極として機能する。第２のセットの周囲電極は、受信システムとの間で結合し、装置の向き及び傾きの測定を可能にするように形成することができる。そのような周囲電極は、複数の第２の電極素子に単一の信号を送り、受信システムによる装置の向き及び傾きの測定を可能にする。周囲電極は、受信システムに結合し、受信システムによる装置の向き、傾き、及び回転の測定することを可能にするために、複数の第２の電極素子に別個の信号を送ることができる。いくつかのバージョンでは、電極素子の一部又は全てが、接続方式を備えたフレックス回路の一部であるか、フレックス電極を含む測定及び処理回路に圧縮接触を介して接続することができる。
【００６２】
いくつかの実施形態では、ペンシステムは、多軸ひずみ又は圧力センサ上の信号に対する変化の連続的な同時生成及び測定のための信号生成、調整、及び測定システムを含む。第１の電極素子旋回式機構は、導電性にされ、第１の位置電極として機能し、第２のセットの周囲電極は、第１の電極に結合され、電極同士の間の静電容量の変化が内部測定され、装置の多軸圧力、傾斜、バレル回転が決定される。このようなシステムは、タッチシステムとの間の結合及び通信並びにセンサの内部容量変化の測定のために、第１及び第２の電極素子上の信号に対する変化の連続的な同時生成及び測定のための信号生成、調整、及び測定システムを含むことができる。
【００６３】
別の態様では、ペン内の全て又は一部の電極は、ディザ（dither）を含む小さな高周波信号で駆動してもよい。これは、マルチタッチシステム上の自己容量信号と同じタイプの信号であり、同じ態様で機能して、他の電極信号と同時に送信され、同時に測定することができる連続自己容量信号をもたらす。この機能は、チャネルドライバの内部ヒステリシスを克服するのに役立つ。この信号を使用して、他の表面への接近又はユーザタッチを測定することができる。
【００６４】
ペンシステムは、場（フィールド）変調又は無線タイプの送信によってペン上に生成されたデータを送信することができる。
【００６５】
別の態様では、ペンシステムは、非接触型デジタル化表面上の相対動きデータ生成及び無線タイプの送信による伝達が可能な多軸圧力、傾斜、及び回転機構を備えており、相対位置生成装置として独立して機能する。
【００６６】
さらに別の態様では、ペンシステムは、タッチスクリーン装置等の有効化された受信システムとの放射場エネルギー相互作用による絶対静電デジタル化位置、又は非有効化された相対動きデータ生成及び無線タイプの送信による伝達が可能なマルチモード機能を備えており、相対位置生成装置として独立して機能する。
【００６７】
種々のバージョンは、受信システムとのユーザの相互作用のための相対的なＸ，Ｙ，Ｚの関数を有する位置決めシステムバレルの反対側の端部で代替機能を実行する類似の多軸先端アセンブリを含むことができる。
【００６８】
本発明の別の態様では、２０１６年６月２１日に出願され、”Multi-Touch Sensor
and Electrostatic Pen Digitizing System Utilizing Simultaneous Functions for
Improved Performance”という標題の同時係属中且つ同一出願人のＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ１６／３８６４７号に示されるように、ペン装置内の説明される電極素子を駆動するために、駆動チャネル及び方法を使用するペンシステムが提供される。
【００６９】
これらは、後に明らかになる他の目的及び利点と共に、以下により完全に説明され、特許請求の範囲に記載されるような構成及び動作の詳細に存在する。本明細書の一部を形成する添付図面に対して参照を行う。図面において同様の参照符号は全体を通して同様の部品を指す。異なるアプリケーションは異なる要件を有するので、全ての実施形態が全ての目的を満たしているわけではなく、又は上述した全ての利点を提供するわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本明細書に記載されるペン信号方式及び感知方式のタッチセンサ部分を実行可能なマルチタッチペン対応受信システムを示す図である。
【図２】本明細書の様々な実施形態で使用され得る信号方式を説明する図２〜図６及び図１５〜図１６のサポート凡例である。
【図３】マルチモード状態（自己＋受信（Self +Receive））を示し、これを達成することができる異なるピン構成を注釈に示す同時駆動方法の実施形態の図である。
【図４】マルチモード状態（自己＋受信＋相互走査（Self +Receive + Mutual Scan））を示し、これを達成することができる異なるピン構成を注釈に示す同時駆動方法の実施形態の図である。
【図５】マルチモード状態（受信＋相互走査（Receive +Mutual Scan））を示し、これを達成することができる異なるピン構成を注釈に示す同時駆動方法の実施形態の図である。
【図６】マルチモード状態（自己＋受信＋相互走査（Self +Receive + Mutual Scan））を示し、これを達成することができる異なるピン構成を示す同時駆動方法の実施形態の図である。
【図７】本発明のいくつかの実施形態によるチャネル駆動及び受信回路のブロック図である。
【図８Ａ】任意のデジタル信号の組合せを生成してドライバに送ることができる２ピンを使用するチャネルドライバ構成の例を示す。この図は２つの可能な周波数の組合せを示しているが、任意の組合せが可能である。
【図８Ｂ】３ピン構成の駆動／受信回路の実施形態を示す概略図である。
【図９】４ピン構成の駆動／受信回路の実施形態を示す概略図である。
【図１０】現代のプログラマブル論理では利用できない特別な要求を伴う２ピン構成のプログラマブル論理の駆動／受信回路の実施形態を示す概略図である。
【図１１】特別な要件を伴う１ピン構成のプログラマブル論理の駆動／受信回路の実施形態を示す概略図である。
【図１２】タッチスクリーン機能の３つの別個のモードを表す３つの異なる同時周波数の分解能を示すＣＩＣ（カスケード積分器を組合せた）フィルタ／デシメーション（Decimation）／復調／振幅／位相サンプルチェーンの実施形態を示すブロック図である。
【図１３】同じ５ｍｓフレーム内で全てサンプリングされた、人の接触とペン・デジタイザとの両方から得られる信号エネルギーを示す図である。
【図１４】図１３の自己、ペン、及び相互走査を同時に行う単一のキャプチャフレームを示すタイミング図である。
【図１５】マルチモード状態（自己＋受信＋デュアル相互走査（Self +Receive + Dual Mutual Scan））を示し、これを達成することができる異なるピン構成を示す同時駆動方法の実施形態を示す図である。
【図１６】遮蔽要素を用いる従来技術の自己容量測定と、全ての電極素子が同時に駆動される本発明のシステムで行われる同じ測定とを示す図である。
【図１７】目標周波数における連続干渉信号を除去するための位相変調方式を示す図である。
【図１８】３次、４００ＭＨｚ、１００デシメーションＣＩＣフィルタである。
【図１９】駆動、ディザ、及び電圧追従（感知）信号を示す駆動チャネル信号の単純なシミュレートされた例である。
【図２０】背景技術で議論した従来技術の回路を示す図である。
【図２１】背景技術で議論した従来技術の回路を示す図である。
【図２２】背景技術で議論した従来技術の回路を示す図である。
【図２３】背景技術で議論した従来技術の回路を示す図である。
【図２４】ペン圧力、傾き、バレル回転、送信、及び受信のために複数のモードで同時に送信又は受信するように構成されたデジタル回路で構築されたチャネル駆動及び受信回路を含むペン制御システムの実施形態のブロック図である。
【図２５】ペン圧力、傾き、及び回転機構及びセンサの実施形態の簡略化した断面図である。
【図２６】コネクタフレックス回路並びに圧縮及び接続機構の方法による中心ピボット位置を用いた傾き及び圧力測定に使用される４つの電極（−Ｘ，＋Ｘ，−Ｙ，＋Ｙ）から構成される破断形状センサリングシステムから作成されたペン圧力、傾き、及び回転機構及びセンサの実施形態の詳細な断面図である。
【図２７】コネクタフレックス回路及び圧縮機構を用いた中心ピボット位置を用いた、傾きに使用される４つの電極（−Ｘ，＋Ｘ，−Ｙ，＋Ｙ）と、圧力測定に使用される第５の電極（＋／−Ｚ）とから構成される破断形状センサリングシステムから生成されたペン圧力、傾き、回転機構及びセンサの実施形態の詳細な断面図である。
【図２８】中心ピボット位置を含む４つの電極と圧縮方法を含む圧力感知フレックス回路とを一体化した、破断形状センサリングチルトシステムを用いたペン圧力、傾き、及び回転機構の実施形態の詳細な断面図である。
【図２９】ペン圧力、傾き、及び回転機構及び連続形状リングチルト電極を含むセンサモジュールの実施形態の詳細な断面図である。
【図３０】例えば図２５、図２６、及び図３１の実施形態に適用可能な静電容量電極信号の同時送受信を行うペン信号の連続的タイムラインを示すタイミング図である。
【図３１】静電容量電極と図２５及び図２６の内部及び外部信号の相互作用との例を示す図である。
【図３２】異なるペン傾斜角で異なる電極リング構成を用いる本発明の分解能を示す信号図である。
【図３３】異なるペン角度における本発明の力分布及び計算を示す信号図である。
【図３４】異なるペン角度における本発明の力分布及び計算を示す信号図である。
【図３５】本発明の実施形態による電子ペンアセンブリの等角分解斜視図である。
【図３６】図３５のペンアセンブリのシステムブロック図である。
【図３７】異なるペン傾斜角で異なる電極リング構成を用いる従来技術のペン及びタッチスクリーン・システムの分解能を示す信号図である。
【図３８】異なるペン傾斜角度での従来技術に対する本発明の相対的な分解能能力を示す信号図である。
【図３９】複数の可変抵抗アセンブリを示す従来技術の図である。
【図４０】２軸の４つのセンサひずみゲージアセンブリを示す従来技術の図である。
【図４１】背景技術で議論される従来技術の回路を示す図である。
【図４２】背景技術で議論される従来技術の回路を示す図である。
【図４３】背景技術で議論される従来技術の回路を示す図である。
【図４４】背景技術で議論される従来技術の回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
様々な発明の特徴であると考えられる新規な特徴は、その更なる利点とともに、本発明の好ましい実施形態が例として示される添付の図面と併せて考慮される以下の詳細な説明からよりよく理解されるであろう。しかしながら、図面は、例示及び説明の目的だけであり、本発明の範囲を限定するものではないことを明確に理解されたい。
【００７２】
本明細書では、単一の内部測定システムから生成される正常及び拡張ペン角度についての改善された圧力、傾き、バレル回転だけでなく、近接性、スイッチ検出、スライダ、及び高分解能のタッチゾーン感知等の他の機能を提供する電子ペン設計、方法、及びシステムが可能である。本明細書のスキームの多くは、２０１６年６月２１日に出願された、”Multi-Touch Sensor
and Electrostatic Pen Digitizing System Utilizing Simultaneous Functions for
Improved Performance”という標題の、同時係属中の同一出願人によるＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＵＳ１６／３８４９７号に記載されている補完システムと相互作用し補足することができ、サンプリング機能とノイズ除去機能の高度なモードを利用して、全波長域のペン機能を消費者市場にもたらす。この同時係属中の同一出願人の特許出願からの開示の多くは、本明細書のペン及びペン／タッチシステムへのその適用を示すためにここに提供される。
【００７３】
改善された駆動、感知、及びペン受信能力を有するタッチセンサ技術
図１は、タッチスクリーン駆動／受信回路１０を含むタッチスクリーン制御システムの実施形態のブロック図であり、タッチスクリーン駆動／受信回路１０は、タッチスクリーン制御チップであってもよい半導体装置に埋め込まれたフレキシブル・プログラマブル論理で構成されるか、又はより大きなシステム内の他のシステム機能も同様に含むチップ構成に一体化してもよい。典型的には、回路は、タッチスクリーン又は他のタッチセンサ制御回路に現れる。回路１０は、アナログセンサ信号をチャネルドライバ３０を介してマルチタッチセンサ１４の電極に駆動させるために、複数のチャネル１２上で同時に送受信する。電極は、通常、格子状に配置された行電極及び列電極を含むが、他の非対称の電極配置、複数のグリッド、又はタッチ又は近接に応答して信号を交差結合することができる他の適切な電極配置を含んでもよい。アナログセンサ信号は、本発明のいくつかの実施形態に従って、複数の同時周波数１６で駆動される。図面には４つのチャネルドライバが示されているが、これは複数を例示するためであり、好ましいバージョンは、タッチスクリーン電極（行及び列）と同じ数のチャネルを有し、駆動モジュールの繰り返される例では、チャネル毎に駆動回路及び受信フィルタを含む。この図は一般に、デジタルクロック領域とその機能、駆動モジュールアレイ、システム論理ブロック、復調（demod）論理ブロック、並びにプロセッサ及びメモリ論理ブロックを示す。プロセッサは、本明細書で説明される様々なデジタル論理及びデジタル信号処理機能を制御及び指示するための実行可能プログラムコードを記憶するためのプログラムメモリも含む。
【００７４】
図１に確認されるように、システムのタッチスクリーンドライバ及びセンサ回路は、ＦＰＧＡ又はＡＳＩＣに組み込むことができる。いくつかの実施形態は、図１のマルチタッチシステムにフレキシブルな構成を提供する。いくつかの実施形態は、以下で説明するように、デジタル領域において殆ど独占的に動作可能なマルチタッチシステムを提供し、ＦＰＧＡ又は他の再構成可能な又はプログラマブル論理装置（PLD）を使用して、オペアンプ（op amp）又は他のアクティブな外部アナログ・コンポーネントを必要とせず、ＦＰＧＡ又はＰＬＤに含まれる駆動回路を超えて、回路全体を略構築する。好ましい実施形態では、チャネル駆動／受信回路を実現するために、ＦＰＧＡのデジタルＩ／Ｏ回路を補うために必要な外部抵抗及びキャパシタ１８が存在する。これは、デジタルＩ／Ｏピンをアナログセンサドライバと同様に動作させるシグマ・デルタコンバータの組合せを独自に使用しているためである。いくつかの実施形態は、プログラマブル論理又はカスタムシリコンにおけるシステム実装及び動作を提供する。
【００７５】
図１のシステムブロック図の他の部品は、一般的に、入来する感知信号フィルタ処理するローパスフィルタ／デシメータブロック１８、システム論理ブロック２０、復調論理ブロック２２、並びにプロセッサ及びメモリ論理ブロック２４を含み、これら全てについて以下でさらに説明する。改良されたタッチセンサ駆動回路及び制御方式の利点の大部分は、駆動／受信回路自体の設計、及びフレキシブルで再構成可能な方法で異なるタイプの信号を駆動及び受信するためにその駆動／受信回路を用いることから生じる。好ましくは、様々なタッチセンサ電極チャネルを駆動する駆動／受信回路は、デジタル装置に組み込まれ、デジタルＩ／Ｏ駆動及び受信機を使用して信号を駆動及び受信するが、いくつかのバージョンでは、アナログ増幅器又は他のアナログ・コンポーネントが、本明細書に記載され信号方式を用いてもよい。この設計は、本明細書では、「デジタルチャネルドライバ３０」、「チャネルドライバ３０」、及び「駆動／受信回路３０」と呼び得る。チャネルドライバのいくつかのバージョンを以下に説明し、続いて、多くのタイプのタッチセンサに対するタッチを正確に測定する能力を促進させるいくつかのユニークで有益な信号伝達及び測定方式について説明する。
【００７６】
デジタルチャネルドライバ
本発明のいくつかの実施形態は、多数の周波数を可変インピーダンスセンサに送信及び受信することができるデジタルチャネルドライバハードウェア及び単極ＲＣフィルタを使用し、インピーダンスの変化をドライバのデジタル側で解決して、各センサ電極からのインピーダンスの相対的変化を決定する。
【００７７】
このようなインピーダンスの変化は、いくつかの方法で現れる可能性がある。フローティングセンサシステムにおける静電容量の変化は、正弦波によって駆動されると、位相変化として現れる。フローティングセンサシステムにおける抵抗の変化によっても位相変化を生じさせ、最終的に抵抗センサシステムにおける抵抗負荷の変化はＤＣオフセット変化を生じさせる。これらの変化は、生成された基準信号（ＡＣ及び／又はＤＣ）と、生成されたアナログフィードバック信号との間の変化であり、この変化は、１ビットＡＤＣからの「高／低」信号のデジタルストリームの平均表示である。
【００７８】
いくつかの実施形態は、投影型静電容量タッチスクリーン、抵抗式タッチスクリーン、感圧式タッチスクリーン、ひずみゲージアレイタッチスクリーン等の複数のタイプのセンサと相互作用するためにチャネルドライバを使用する。
【００７９】
本発明のいくつかの実施形態は、チャネルドライバを並列方式で使用し、複数のモードでの同時タッチスクリーンサンプリング（自己、相互、及び受信）を可能にする信号の組合せにより、タッチスクリーン１４又は他のタッチセンサアレイを駆動する。このような能力は、チャネルドライバが、最低限、単一の連続周波数（自己）を送信し、断続周波数（相互ＴＸ）を送信し、周波数（相互ＲＸ）を受信し、全て単一のデルタ・シグマドライバによって同時にペン周波数を受信し、及びフィルタ処理、デシメーション、及び復調も処理することが必要となる。通常、これらの信号は、生成され混合され、又は直接的に生成され、又は生成されてチャネル化され、次にシグマ・デルタ１ビットＡＤＣのリファレンスに送られる。
【００８０】
本発明のいくつかの実施形態は、低振幅自己容量モード信号と組み合わされたディザ信号を含む並列チャネルドライバを使用して、駆動／受信回路３０で使用されるデジタルＩ／Ｏピンの入力ヒステリシスを克服し、図１９を参照して説明されるように、連続的な自己容量モード信号サンプリング及び関連する信号処理の改善を可能にする。１ビットデジタルＡＤＣをそのヒステリシス帯域の上下に駆動する低周波連続動作信号（自己容量信号）を使用することにより、チャネル上で受信される信号（相互ＲＸ及びペン生成のアナログセンサ信号）についての低振幅高周波数ノイズディザリングの要件が減少する。
【００８１】
本発明のいくつかの実施形態は、並列チャネルドライバを使用して、全てのチャネルを同時に駆動する自己容量モード法による改善された導電性汚染物質（例えば、塩水等）の除去能力を提供し、チャネル間の不要なインピーダンス経路を除去し、ユーザのタッチ及び接地経路に起因するインピーダンス変化のみを提供可能にする。
【００８２】
全てのチャネルを同時に駆動する自己容量モードの動作は、可変インピーダンス経路への変化が接地へのユーザタッチだけで起こり、且つタッチスクリーンに戻るインピーダンス経路は略ゼロになるという事実によって、略理想的な自己容量塩水除去動作が可能になる。これは、関心のある周波数で駆動される連続面と同じくらい近接している。
【００８３】
図７は、いくつかの実施形態によるチャネルドライバの駆動／受信回路の回路ブロック図である。本発明のいくつかの実施形態は、点線の参照符号３０内の構成要素によって一般的に示されるような１つ又は複数のチャネルドライバ３０から構成されるハードウェアアレイを使用して、センサへのアナログセンサ信号を駆動及び受信する。各チャネルドライバ３０は、新規な電圧追従式シグマ・デルタＡ／Ｄコンバータを含み、このコンバータは、シグマ・デルタ出力フィルタ３８（典型的にはアナログ単極ＲＣフィルタである）に接続されたデジタル出力を駆動するシグマ・デルタドライバ３６から構成されるシグマ・デルタＤ／Ａコンバータを含む。回路のＡ／Ｄコンバータ部分は、２つの入力を有するシグマ・デルタ比較器３４で実現され、一方が、タッチセンサ電極４０を駆動するシグマ・デルタ出力フィルタノードに接続される。第２のＥＭＩフィルタ３９が、電極４０で高周波ノイズをフィルタ処理するために使用される。
【００８４】
シグマ・デルタ比較器の他方の入力である基準入力は、アナログセンサ駆動信号３５に接続され、アナログセンサ駆動信号３５は、タッチセンサを以下に説明するような様々なモードで駆動するために使用される１つ又は複数のアナログ周波数を含む（変調信号であってもよい）。センサ駆動信号３５は、集積回路１１と外部コンポーネントとの間を橋絡するように示されており、その信号は典型的には集積回路上でデジタル形式で生成されるが、一部のバージョンではその信号は、Ｄ／Ａ出力を介して外部に駆動されるか、以下の回路の様々なバージョンに関してさらに説明するように、システム設計が許容する基準電圧として集積回路に入力することができる。このバージョンのセンサ駆動信号は、駆動信号生成回路４１によって生成される。以下でさらに説明するように、この回路は、複数の信号が同時に送信される場合に、デジタル信号を生成し、このデジタル信号を混合することを含む。アナログセンサ駆動信号３５のこのバージョンを参照すると、駆動信号生成回路４１によって生成されたこの信号は、各駆動／受信回路３０の基準に供給され、第１の周波数の相互センサ信号（又は「相互信号」）と、第１の周波数とは異なる第２の周波数の自己センサ信号（又は「自己信号」）とを生成するように動作可能である。自己（同じ電極）インピーダンス変化及び相互（他の電極から交差結合される）インピーダンス変化を検出するために電極を駆動する自己及び相互のセンサ信号が、最初に、それぞれの周波数発生器においてデジタル形式で生成され、好ましくはそれぞれの周波数ｆ１及びｆ２で正弦波で生成されるが、ウェーブレットシーケンス、変調波、又は他のアナログ可変パターン等の他の連続的に変化する信号で生成してもよい。一般に、様々な信号は特定の周波数として議論されるが、それら信号は一緒に駆動される（ペン信号の場合には一緒に送信される）周波数のセットで搬送されるサブ信号のグループであってもよい。ペン信号は、ペンから複数の信号を異なる周波数で送信する複数の電極を含むことができ、その周波数は、１つ又は複数のペン周波数と呼ばれ、単一のペン周波数が使用されるか又は多くの周波数が使用されるかを特定する。ディザが、本明細書で説明する理由により追加される。この回路の特別なケースの１つは、自己アナログセンサ信号が使用されない場合に、回路が第３の周波数のペン・アナログセンサ信号を受信し、相互アナログセンサ信号を送信するためにのみ使用され、他のノードで、相互アナログセンサ信号を受信することであることに留意されたい。そのような場合に、ディザは、依然として相互アナログセンサ信号に追加される。図示されるように、アナログセンサ駆動信号３５は、シグマ・デルタドライバ３６がノード３７において第１の比較器３４入力にフィードバック接続されるため、電圧フォロワとして機能する第２の比較器入力に接続される。この接続によって、駆動／受信回路３０がシグマ・デルタ・アナログ／デジタル送信機として動作することが可能となる。すなわち、回路３０は、シグマ・デルタドライバ部分から出て基準３５上に存在する信号を駆動し、基準３５に追従するために必要とされる駆動信号変化を感知又は受信し、この変化は、タッチ回路に対するタッチによって生じるインピーダンス変化、又は相互アナログセンサ信号及びペンセンサ信号等の電極の外部の信号又はノイズを示す。ノード３７におけるフィードバック接続により、このノードを「仮想信号」ノードとして機能させ、電圧追従式Ａ／Ｄコンバータ全体がアナログセンサ駆動信号３５に一致させようとする。タッチセンサ電極４０のインピーダンスは、タッチされたときのキャパシタンス、インダクタンス又は抵抗が変化すると変化するので、回路のシグマ・デルタＤ／Ａコンバータ部分が、ノード３７に多少なりとも電圧を駆動してインピーダンス変化に追従する際に、仮想信号ノード３７の信号は、そのような変化を示す変動を含む。これらの変化は、ノード３３の比較器出力信号に存在し、図１に示されるように、様々なタッチ入力及びペン入力を感知して処理するべく、システム内部論理による処理のためブロック１８でより低いデジタルサンプリング速度フィルタ処理及びデシメートされる。電圧追従回路は、タッチスクリーンペンから生成されるアナログ信号、又は他のタッチセンサ電極上で駆動され、信号を感知する電極に結合される相互結合信号等の、センサ電極４０に結合される信号を検出するように機能する。従って、以下でさらに説明するように、図示される回路は、センサ駆動信号３５で駆動される所望のセンサ信号を混合することにより、１つ又は複数のアナログ信号を駆動し、１つ又は複数のアナログ信号を同時に感知するように構成される。
【００８５】
デジタルＩ／Ｏピンのみを使用し、アナログ・オペアンプ又はアナログＡ／Ｄ及びＤ／Ａコンバータ又はスイッチを必要としないシグマ・デルタベースのチャネル駆動／受信回路が好ましいバージョンとしてここに示されるが、これは限定されるものではなく、他のバージョンでは、集積回路のオンオフの両方にアナログ・コンポーネントを使用することができる。例えば、回路のＡ／Ｄコンバータ部分は、生成されたＡＣ対応基準閾値を含むデジタル入力、又は生成されたＡＣ対応基準を受け取る１つの入力を含むアナログ比較器から構成してもよい。
【００８６】
最近、シグマ・デルタＡ／Ｄコンバータに関する多くの研究が、逐次比較、積分、及びWilkinson ＡＤＣ等のより標準的なアナログバージョンのＡ／Ｄコンバータを置き換えることができる高周波高分解能解を生成する目的で行われている。多くの研究が線形性の精度及び改善を対象に行われてきた。本発明では、分解能、速度、及び再現性は、タッチスクリーン機能の成功に必要な重要な特徴である。スタンドアローン型の、単純なシグマ・デルタＡＤＣは、精度及び線形性がなく、用途を殆ど見つけることができない。本発明の同時駆動モード及び同時サンプリング並びにタッチシステムの内部較正に加えて、シグマ・デルタＡＤＣのこれら及び他の制限がシステム動作にとって些細な問題になる。本明細書のシグマ・デルタドライバ及びセンサ設計は、そのようなＡＤＣ設計の典型的なアプリケーションよりも、非線形性、低入力インピーダンス、及び精度の問題に敏感ではない。
【００８７】
本明細書のいくつかの実施形態で用いられるように、タッチスクリーンドライバ及び受信回路は、図７のようなチャネルドライバ３０のハードウェアアレイを含み、内部論理は高周波数クロック３２で動作する。デジタル入出力論理が自由に動作することが可能ならば、シリコンハードウェアの能力まで切り換えて発振する可能性があり、望ましくない非常に高い周波数を発生する可能性がある。ループは、シリコンハードウェアと互換性のある速度と外部フィルタ処理及び内部分解能に好ましい値に設定されたクロックドフリップフロップ３１を介して既知の周波数に制御され、制限される。
【００８８】
本明細書のタッチスクリーンドライバ及び受信回路のいくつかのバージョンは、フィルタ及びデシメーションチェーンを利用して、１ビットシグマ・デルタＡ／Ｄコンバータの高周波低分解能領域から、更なる信号処理のために必要とされる機能の低周波高分解能領域にデータを移動させるチャネルドライバのハードウェアアレイも含む。
【００８９】
図１１は、図７の回路の実施例を示す概略図であり、１つのピンのプログラマブル論理装置を使用して実装され、現代のプログラマブル論理Ｉ／Ｏ回路のカスタマイズを必要とする特別な要件を含む。図１１に示されるチャネルドライバの好ましい実施形態は、チャネル毎に１とラベル付けされた単一のピンを使用し、本明細書で議論するような相互送信モードに関して制限なしに機能するが、内部アナログチャネル、アナログスイッチ、出力及び入力バッファの同時機能の機能性のために現時点でカスタムシリコンや、より小さな出力フィルタ容量Ｃ１の使用によってより高いデジタルバッファ出力インピーダンス設定も必要とする。現在の（電流）出力バッファインピーダンスは１０００Ω未満の範囲に近く、５ｋ〜１０ｋΩの場合はＣ１値が非常に小さくなる。このような機能を提供するＦＰＧＡ解決法では、図示された設計を実現するために、カスタム回路変更ではなくカスタム構成のみが必要である。
【００９０】
図示される回路は、ブロック１１によって特定される（ＩＣ上の）回路３０の内部又はオンボード部分を含むチャネル駆動及び受信回路３０と、内部抵抗Ｒ１、外部キャパシタＣ１が実装されたシグマ・デルタ出力フィルタ３８とを有する。「駆動モジュール」と表示される部分は、各チャネルについて繰り返される駆動チャネル回路の内部部分を表す。ＥＭＩフィルタ３９には、図示されるように、外部抵抗器及びキャパシタが実装される。ＥＭＩフィルタ３９は、この例では、約１ＭＨｚのカットオフ周波数を有するローパスＲＣフィルタである。フィルタ３９は、ディザからの出力ノイズ、ＰＷＭ信号ノイズ、及びチャネルドライバ３０から発するクロックＥＭＩを低減するように機能する。そのフィルタ３９は、センサ電極からのＥＭＩ（電磁干渉）を低減し、センサ電極から入来する静電放電（ESD）ノイズを低減するようにも機能する。シグマ・デルタ駆動回路３６には、ピン１のデジタル出力ドライバが実装され、ピン１は、シグマ・デルタ・フィルタの外部部分に接続され、且つ電圧追従式Ａ／Ｄ回路入力に再び接続される。電圧追従式シグマ・デルタＡ／Ｄ回路は、この実施形態では、ＩＣの内蔵駆動／受信回路の比較入力受信機が実施される比較器３４を含む。このバージョンでは、回路３４の比較器にはアナログセンサ駆動信号３５が供給される。比較器３４の出力はフリップフロップ３１に供給され、そこでローカル高周波クロック信号ＣＬＫとクロック同期され、フリップフロップ３１の出力３３に送られる信号のサンプリング速度が制御される。この出力３３は、ＣＩＣフィルタ及びデシメータ１８に送られ、フィードバック信号としてシグマ・デルタドライバ３６にフィードバックされる高周波デジタル受信信号を搬送する。仮想信号ノード３７でアナログ信号を受信するためにこのようなフィードバックを用いることで、比較器基準入力をアナログセンサ駆動信号３５で駆動しながら、電圧追従式Ａ／Ｄコンバータは、第２の入力上の仮想信号ノードにフィードバック出力を生成することにより、第１の入力上の基準信号に追従するように接続され、シグマ・デルタ出力フィルタは、センサ電極を駆動するために仮想信号ノード３７に接続される。
【００９１】
ノード３３における受信信号は、ローパスフィルタ処理され、ＣＩＣ及びデシメータ１８でより低いサンプリング速度にデシメートされる。ＣＩＣフィルタがここで使用されるが、これに限定されず、任意の適切なローパスデジタルフィルタ構成を使用してもよい。フィルタ及びデシメータ１８の出力は、復調論理ブロック（図１）に供給され、タッチセンサ電極上のタッチ入力を検出するように処理され解釈される。
【００９２】
ここで、アナログセンサ駆動信号３５を参照すると、この信号は、第１の周波数の相互センサ信号（又は「相互信号」）と、第１の周波数とは異なる第２の周波数の自己センサ信号（又は「自己信号」）とを生成するように動作可能な駆動／受信回路３０のそれぞれの基準を供給する駆動信号生成回路４１によって、生成される。自己（同じ電極）インピーダンス変化と相互（他の電極から交差結合される）インピーダンス変化を検出するために電極を駆動する自己及び相互センサ信号が、最初に、それぞれの周波数発生器４２でデジタル形式で生成され、好ましくはそれぞれの周波数ｆ１及びｆ２の正弦波で生成されるが、ウェーブレットシーケンス、変調波、又は他のアナログ可変パターン等の他の連続的に変化する信号を生成してもよい。例えば、ｆ１、ｆ２、及びｆ３信号のうちの１つ又は複数は、受信した大きさが復調後に一緒に累積される、３つの正弦波周波数等の周波数のグループを含むことができる。ｆ２、ｆ１、及びｆ３（自己、相互、ペン）測定のアナログ信号では、周波数掃引、ホッピング、又はチャーピング（chirping）方法を使用することもできる。センサ信号に方形波を使用する従来技術は、一般に、方形波がセンサ電極を通過するときに悪影響を及ぼす高調波を含むため、これらの信号に対する最良の選択ではなく、センサ測定は、波形区間全体に亘って利用可能ではない。このバージョンでは、十分に異なる周波数のｆ１及びｆ２周波数の正弦波を生成し、これらの正弦波は、システムの受信機のロジック部分のフィルタで容易に別々に復調又は分離することができる。自己センサ信号は、以下でさらに説明するように、ディザ回路に供給され、このディザ回路は、信号にディザリングを加えて分解能を改善し、回路３０のＡ／Ｄコンバータ部分におけるヒステリシスの問題を克服する。共通のディザを全ての自己センサ信号に追加してもよく、又は独立して生成されるディザを使用してもよい。ディザリングされた自己センサ信号は、加算器４４で相互センサ信号に加えられる。本明細書で使用されるディザは、典型的には所望の帯域幅をカバーするための周波数領域に成形される低振幅ノイズ信号の加算である。ノイズの周波数成分は、通常、最終的に使用するシステム周波数範囲を超えるように選択されるため、ノイズは最終的な測定値から除外される。量子化ノイズ（ステップノイズ）を分解することによって分解能を向上させるために、Ａ／Ｄシステムにディザノイズを追加することがよくある。ここで、ディザノイズは、比較器回路によって示されるヒステリシス帯域の下及び上の入力電圧をランダムにプッシュすることによって、１ビットＡ／Ｄヒステリシスを克服するためにも使用される。図示の信号にディザが加えられた後に、２つのブランチは、ＰＷＭ変調器４５で別々にＰＷＭ変調（パルス幅変調）される。その後、ＰＷＭ信号は、（内部抵抗を有する）デジタル出力ドライバ４６及びシグマ・デルタ出力キャパシタ４７が実装されたシグマ・デルタＤ／Ａコンバータに送られる。これらの２つのＤ／Ａコンバータの出力は、ｆ２周波数のアナログのディザリングされた自己信号と、ｆ１及びｆ２が加えられたアナログの自己及び相互信号の合成信号とである。これらの信号は���図示されるように他のチャネル駆動／受信回路に供給され、信号生成回路の複製を回避し、共通位相で駆動信号を供給するように経路指定することができる。アナログスイッチ又はマルチプレクサ４８は、駆動／受信回路３０が自己信号及び相互信号の両方を駆動するか、又はｆ２の自己信号のみを駆動するかを制御する能力を提供する。これにより、以下に説明するモードの選択や相互走査機能が可能となる。特定の設計で使用される感知方式が、ある時点で相互信号のみを駆動する必要がある場合に、周波数ｆ１の純粋な相互信号を供給するために、自己及びディザをゼロに設定することができる。図示される回路は、自己信号及び相互信号の両方のアナログバージョンを生成するが、いくつかのバージョンは、１つのＤ／Ａコンバータのみに給電する制御選択スイッチを含み、信号をアナログに変換する前にｆ２又はｆ１＋ｆ２のモードを選択する（図９のバージョンはそのような設計を有する）。各駆動／受信モジュールはまた、自己信号、相互信号、又は自己信号及び相互信号をそれ自体で生成し得るが、このような設計は、信号生成回路を不必要に複製する。各行について別個の相互周波数が望まれるバージョンでは、各駆動／受信回路３０は、相互に結合された信号検出に使用される行又は列の数までｆ４、ｆ５、ｆ６、…、ｆｎ等の他の周波数で駆動される別個の相互信号を供給されてもよい。従って、図６及び図１５の駆動プロセスを含む本明細書で議論される駆動及び受信方式の全範囲は、この実施形態に適用され得る。
【００９３】
駆動信号生成回路４１の出力は、電圧追従式シグマ・デルタＡ／Ｄコンバータの一部である比較器３４の基準入力に供給されるアナログセンサ駆動信号３５である。この回路は、直接的に又はフィルタ３９を介して行われ得るセンサ電極を駆動するため、及び上述したようにセンサ電極インピーダンスの変化を感知するための両方で動作する。本明細書で説明する回路及び他のバージョンは、他の電極から結合された相互信号、又はタッチセンサアレイと共に使用されるアクティブペンによって接続された電極に直接的に結合されたペン信号等、センサ電極に結合された他の信号を受信することもできる。
【００９４】
図１１の回路は、より少ない出力ピンを使用し、駆動／受信チャネル当たり１つしか使用しないので、集積回路の約１００Ｉ／Ｏピンを駆動するこのような回路のアレイを使用して、タッチスクリーン、タッチパッド、又はＰＥＤＯＴ可変抵抗電極を使用するタッチ感知ファブリック等の５０行×５０列のタッチを駆動することができるため好ましい。しかしながら、図１１の回路及び他の１ピン相当物をＦＰＧＡプラットフォーム上で実現することは、最初に、使用される各Ｉ／Ｏピンに対する比較入力及びデジタル出力が必要であり、次に、（出力インピーダンスが好ましくは１ｋΩ〜１０ｋΩの範囲である）Ｃ１の必要なシグマ・デルタ出力フィルタにとって十分高いドライバ３６におけるデジタル出力インピーダンスが必要であり、第３に、（入力比較器のVrefを供給する）アナログ電圧基準及びアナログスイッチ等の他のアナログ構成要素の制御が必要である。現在の一部のＦＰＧＡ製品によって、そのような制御が可能になるが、そうでないＦＰＧＡ製品もある。従って、図１１の回路を実現するために、カスタムＡＳＩＣ又はカスタマイズされたＦＰＧＡ製品が必要となることがある。本明細書の異なる送受信モードは、図３、図４、図５、図６、及び図１５のモードを含み、この実施形態に適用し得る。
【００９５】
図１０のチャネルドライバの別の実施形態は、チャネル当たり２つのピンを使用し、いくつかの他の実施形態に関して本明細書で議論した相互送信モードの制限なしに機能する。その別の実施形態は、図１１の実施形態のような内部アナログチャネル及びスイッチを必要としないが、出力及び入力バッファの同時機能及びより高いデジタルバッファ出力インピーダンスの必要性のために、現時点でカスタムシリコンを依然として必要とし得る。図１０の実施形態は、図１１のバージョンと同様に機能するが、２つのピン１及び２を使用し、ドライバ４６及びキャパシタ４７から構成される、センサ駆動信号用の単一のシグマ・デルタＤ／Ａコンバータのシグマ・デルタ出力キャパシタ４７の外部に外部キャパシタＣ２を使用する。駆動信号生成回路４１は、ドライバ４６及び外部キャパシタ４７も含む。このキャパシタ４７は、シグマ・デルタＤ／Ａ変換をフィルタ処理するためにピンに接続され、得られた信号３５は、図１１の設計と同様にピンから比較器３４の基準入力に経路指定される。図示される設計は、オンチップ・キャパシタがドライバの近くで利用可能でない場合に使用され得る。この設計は、アナログスイッチではなくデジタルスイッチ４８を用いて、ｆ２又はｆ１＋ｆ２のセンサ信号を選択する。あるいはまた、駆動すべき信号は、スイッチ選択を必要とせずに直接的に生成することができるが、この方式は、２つの駆動信号のデジタルバージョンを他の駆動／受信回路に供給し、駆動信号生成回路の大部分の複製を回避する能力を提供する。この設計をＦＰＧＡ実装で使用するための要件は、第１に、使用される各Ｉ／Ｏピンに対する比較入力及びデジタル出力であり、第２に、Ｃ１の必要とされるシグマ・デルタ出力フィルタに対して十分に高いドライバ３６におけるデジタル出力インピーダンスである。本明細書の異なる送受信モードは、図３、図４、図５、図６、及び図１５のモードを含み、この実施形態に適用し得る。
【００９６】
図９は、チャネル駆動／受信回路の別の実施形態を示しており、この回路は、１〜４とラベル付けされた４つのピンを使用するが、以前の２つの実施例と同じ機能を果たすことができる。この実施形態は、現在のプログラマブル論理装置の殆どで動作するが、チャネル毎に動作するために、２つの差動デジタル入力と、２つのデジタル出力ピン及び２つの抵抗と、２つのキャパシタとを必要とする。ピン１及びピン４のデジタル出力ドライバは、このバージョンでは特に高い出力インピーダンスを必要としない。一般に、駆動信号生成回路４１は、以前のバージョンと同じように構成され、ＰＷＭ変調器４５からのＰＷＭ信号が依然としてデジタル入力制御スイッチ４８によるものであるため、制御スイッチ４８はデジタルスイッチである。センサ信号をアナログに変換するシグマ・デルタＤ／Ａコンバータには、デジタル出力ドライバ４６と、出力キャパシタ４７及び抵抗器Ｒ２とから構成されるシグマ・デルタ出力フィルタとが実装される。このシグマ・デルタ出力フィルタは、好ましくは、示されるように約１ＭＨｚのカットオフ周波数を有する単極ＲＣフィルタである。このフィルタ出力は、アナログセンサ駆動信号３５であり、フィルタ出力キャパシタ４７からピン３に戻って比較器３４の基準入力に接続される。
【００９７】
駆動／受信回路３０は、その基準入力でアナログセンサ信号３５を用いて駆動される電圧追従式シグマ・デルタＡ／Ｄコンバータを再び使用して、シグマ・デルタ・アナログ／デジタル送信機を実現する。このバージョンの電圧追従回路のシグマ・デルタＤ／Ａ部分は、ピン１のデジタル出力ドライバ３６と、外部抵抗Ｒ１及びキャパシタＣ１で構成されるシグマ・デルタ出力フィルタ３８とを含む。このバージョンの例示的なフィルタは、約１ＭＨｚのカットオフ周波数を有する単極ＲＣフィルタである。本明細書で説明される様々な単一周波数及びマルチ周波数の駆動及び受信方式は全て、図３、図４、図５、図６及び図１５の駆動プロセスを含むこの実施形態と共に使用してもよい。
【００９８】
図８Ｂは、２つの差動デジタル入力比較器ピン及び使用するチャネル当たり合計３つのＩ／Ｏピンに対して１つのデジタル出力ピンしか必要としない、現在のプログラマブル論理装置設計でも機能するチャネルドライバの別の実施形態を示す。この点に関するその唯一の制限は、ある時間に１つのみがアクティブとなり得る相互容量モード送信チャネル（相互信号方式が、通常、相互結合容量を測定するために使用されるが、相互インダクタンス又は抵抗結合信号を測定するために使用され得る）が、自己又はペンの受信のための受信機として機能することはできないということである。図示される実施形態では、駆動信号生成回路４１は全ての送信駆動モジュールに共通であり、別々の位置で回路３０に接続されており、ｆ１相互センサ信号は、デジタル形式で生成され、図１の左上のＰＷＭｆ１ブロック４５でパルス幅変調するべく供給される。この回路はＩＣ内部にある。この変調されたｆ１相互センサ信号はデジタル制御スイッチ５８に供給され、デジタル制御スイッチ５８はノード３３でシグマ・デルタＡ／Ｃコンバータの出力に送る、又はＰＷＭ  ｆ１信号を、ピン１に接続されたシグマ・デルタ出力フィルタ３８への接続によってシグマ・デルタＤ／Ａコンバータとして構成されるシグマ・デルタドライバ３６に送る。フィルタ３８の出力は、以前の図と同様に、仮想信号ノード３７に接続され、ノード３７は、ピン２で電圧追従式シグマ・デルタＡ／Ｄコンバータに接続される。ノード３７は、ＥＭＩフィルタ３９にも接続され、且つこのフィルタを介して行電極に結合され、本明細書の他のバージョンと同様にセンサ信号を送受信する。このバージョンでは、示されるように、ピン３の電圧追従式シグマ・デルタＡ／Ｄコンバータの基準入力がアナログ自己センサ信号に接続される。この信号は、駆動信号生成回路４１の他の部分によって生成され、図示のように、ｆ２センサ信号のディザリングされたバージョンを取り込み、この信号をデジタルパルス幅変調して出力から駆動し、シグマ・デルタＤ／Ａ出力フィルタ４７によってフィルタ処理される場合に、次にピン３の比較器基準ノードに供給される。フィルタ４７は、典型的にはＩＣの外部にあり、ディザリングされたｆ２自己センサ信号はこのフィルタにピンから駆動される。このピンは、他の駆動モジュールに向かう矢印によって示されるように、この単一の自己センサ信号が、他の駆動チャネルで送信されている他の全ての自己信号を駆動するために使用されるため、回路のピン数にカウントされない。このバージョンでは、相互センサ信号は、図の左上の回路４１に示されるように、デジタルＰＷＭ信号として他のチャネル駆動モジュールに供給される。ノード３３における受信信号は、本明細書の他の実施形態と同様に、ブロック１８の内部受信機ロジックまで連続的にフィルタ処理及びデシメートされる。図８Ｂの回路と図８Ａの回路との間の１つの差異は、図８Ｂの比較器対図８Ａのデジタル入力の使用による約３０ｍＶ及び約１５０ｍＶの閾値ヒステリシスの差であることに留意されたい。より高いヒステリシスを有するデジタル入力は、ディザブロック４３のＡ／Ｄフィードバックループに注入される図８Ａに示されるディザに対してよ���多くの要件を含む。
【００９９】
動作中に、図示される回路は、典型的には、センサ電極を駆動し、センサ電極からｆ２自己センサ信号を感知し、その回路が他の交差センサ電極から結合される場合にｆ１信号を同時に受信するように動作する。個々の電極チャネル上の相互信号を走査する過程で、駆動プロセスがこのチャネルに到達すると、論理はスイッチ５８を切り替えてｆ１相互信号を出力し、駆動モジュールの外部の内部論理に渡されたデジタル信号は、この間に使用されない。
【０１００】
図３に示される信号駆動及び受信方式は、自己容量及び受信信号を示し、図４は、相互ＴＸチャネルなしの相互容量及び自己容量、及び相互ＴＸチャネルなしのペン受信モードを示し、図５は、相互ＴＸチャネルなしの相互容量及びペン受信モードを示し、これらは、図８Ｂの実施形態に適用し得る。
【０１０１】
図８Ａは、チャネルドライバの別の実施形態を示しており、この別の実施形態は、図８Ｂの実施例と同様の機能を有し、送信時に同様に相互容量モードに制限される。しかしながら、この回路は、２つのデジタルピンしか使用しないので、高いチャネル数のシステムで使用する方が良いかもしれない。図示されたチャネル駆動回路３０は、制御可能なＡＣ電圧基準がデジタル入力ピンに利用可能である状況において使用することができ、ピン２受信機の電圧基準に供給されるｆ２自己センサ信号によって示されるように、この実施形態ではシグマ・デルタ比較器として機能する。通常、デジタル入力ピンは比較器として機能するが、ＦＰＧＡ又はＰＬＤデザインでは、そのようなピンの基準電圧を制御する能力を常に備えているわけではない。その能力が利用可能である場合に、共通の自己信号が、ＰＷＭ及びドライバ４５，４６でピンに駆動され、自己センサ信号３５のＡ／Ｃバージョンを作成するためにフィルタ処理された後、全てのデジタル入力受信機の駆動基準電圧に対する単一ピンに供給される場合に、この回路は使用され得る。図に示されるように、この方式は、ＦＰＧＡ又はＰＬＤ上でＡ／Ｃ電圧をデジタル入力ピンのリファレンスに供給される場合にのみ可能である。そうでない場合に、カスタムＡＳＩＣであるスキームを実装する必要があり、この場合には、１ピンの解決策が好ましい。多くの現在のプログラマブル論理装置は、デジタル入力ピンに約１５０ｍＶのヒステリシスを示し、これは、同じハードウェア内のアナログ比較器の仕様に関して示される約３０ｍＶのヒステリシスよりもかなり大きくなる。従って、より良い信号対雑音比を得るためには、アナログ比較器を使用することが好ましいが、図示される回路は、以前の他のセンサ駆動回路よりも大幅に改良された経済性を有するマルチタッチ能力を可能にする。回路の残りの部分は、図８Ｂと同様に機能し、図８Ｂの回路と同じ自己、相互、及びペンの送受信方式で使用することができる。
【０１０２】
いくつかの代替実施形態は、より高次のＡ／Ｄコンバータ及び電圧追従式シグマ・デルタコンバータの高次のＤ／Ａコンバータ等の、ＡＳＩＣ又はＩＣ外部の回路で具現化することができる複数のアナログ回路を用いる解決策を含む。また、高分解能アナログ／デジタルコンバータに給電する電圧追従式バッファとして構成されるオペアンプは、チャネルドライバとして使用することもできる。これらの解決策は、シリコンの物的財産（real estate）要件及び関連するアナログ信号処理要件の大幅な増加のために理想的ではない。
【０１０３】
いくつかのバージョンは、駆動信号のための１つ又は複数の周波数を生成する数値制御発振器を含むことができる。そのような発振器は、当技術分野でよく理解され、一般的な知識である。
【０１０４】
本明細書に記載の回路又は他の回路で行うことができる、タッチセンサ信号の駆動及び受信のプロセスを参照すると、一般に、種々の駆動及び受信方式が、図２〜図６、及び図１３〜図１７に関して説明される。
【０１０５】
図２は、図３〜６、図１３、及び図１５の信号方式を解釈するための凡例である。最上部には、各種アナログセンサ信号の周波数ｆ１（相互結合信号に使用される）、ｆ２（同じ電極で自己感知信号に使用される）、及びｆ３（ペン注入信号に使用される）にシンボルが与えられる。次に、様々な信号を送受信するためのシンボルが示される。ｆ２自己信号は、送信又は駆動される際に同じ電極上で受信又は感知されるため、双方向矢印で示される。受信（Receive）シンボルは、受信用の入来する矢印と小さな混合周波数のシンボルのみで表示される。ペンがユーザによってタッチセンサ上を移動する際に、ｆ３ペン周波数が外部ペン電極から送信されるので、ｆ３ペン周波数のみが「受信」として示される。一連のライン（行又は列）に亘る相互送信シンボルの走査は、そのラインを通る幅広の矢印のシンボルによって示される。その下に、図１に示される実施形態の好ましいクロック周波数範囲が列挙される。
【０１０６】
図３は、マルチモード状態（自己＋受信（Self +
Receive））を示す同時駆動方法の実施形態を示す図であり、信号方式を達成することができる本明細書の異なるピン構成を注釈に示す。図示されるアレイのセンサ電極は、このバージョンでは、タッチスクリーン又はタッチセンサアレイの行３０２及び列３０４である。本明細書で説明するように、他のタイプのタッチセンサアレイを使用してもよく、容量性マルチタッチセンサが好ましい。シンボルは、第２の周波数ｆ２自己センサ信号が各行３０２及び列３０４の電極上に送信され、同じ電極上で感知されることを示し、この感知は、駆動／受信回路に関して上述したように、同時に送信される。第２の周波数ｆ２自己センサ信号を同時に送信及び受信すると、第３の周波数ｆ３ペンセンサ信号は、タッチスクリーン又はタッチセンサと共に使用されるペンから当然送信される全ての行及び列で受信又は感知される。全ての行及び列が図示された方法で使用されるように示されるが、必ずしも、その方法を実行するために全ての行又は列を使用する必要はない。サブグループを選択することも、全ての行及び列のグループを選択することもできる。
【０１０７】
図４は、マルチモード状態（自己＋受信＋相互走査（Self +
Receive + Mutual Scan））による同時駆動方法の実施形態を示す図であり、これを実現することができる異なるピン構成を注釈に示す。シンボル凡例を参照して示されるように、第１の周波数ｆ１相互アナログセンサ信号は、各行３０２に亘って好ましくは５ｍｓの合計サイクルで連続的に走査され、現在送信しているもの以外の全ての行３０２及び列３０４で受信される。図示される走査サイクルがある行に達すると、その行の駆動／受信回路は、ｆ１相互センサ信号を送信するようにモードを変化させる。もちろん、このｆ１相互走査プロセスは、その向きが重要ではないので、行ではなく列で行うことができる。最後の行が完了すると、走査処理が最初の行で再び開始される。第２の周波数ｆ２自己センサ信号は、現在送信しているもの以外の全ての行及び列で同時に送受信される。最後に、第３の周波数ｆ３ペンセンサ信号は、現在送信しているもの以外の全てのチャネルで同時に受信される。また、図１３及び図１４も、この信号方式を説明している。図１３は、図４の例示的なタイミング方式で使用されるのと同じ５ｍｓフレーム内で全てサンプリングされた人の接触とペン・デジタイザとの両方から得られる結果的な信号エネルギーを示す図である。他の図面と同様に、特定の期間は限定的ではなく、他の期間を使用してもよい。図１４は、図１３の自己、ペン、及び相互走査を同時に行う単一のキャプチャフレームを示すタイミング図である。図１３に示されるように、ｆ２周波数自己信号の感知は、２次元形式で記憶されたデータを提供し、一方の次元は、データが感知される位置であり、底部に示されるような列に沿っており、他方の次元は、データポイントの信号の大きさである。そのような多くの２次元データが、アレイの右側に設定された自己ｆ２データに示されるように、行から受信される。各データポイントのバーのサイズは信号強度を表す。感知された自己ｆ２データポイントは、アレイの大きな楕円に示された指のタッチによって示されるような、タッチスクリーン上のタッチを示す。同様に、ペンｆ３周波数について２次元データが受信され、ペンｆ３と記された列について受信されたペンデータが示され、ペンがタッチスクリーン上に配置されて描かれたスパイクを示す。行は、図の右側に沿ってペンｆ３データに確認されるようにデータスパイクも受信し、データスパイクは描画されたペンの位置を中心にしている。上述したように、ペンｆ３データは、ペン上で生成され、センサアレイに結合された、通常は容量結合された信号を表し、ペンに最も近い行及び列がより強い信号を受信するが、大部分の行及び列は信号を検出しない。最後に、図１３において、検出された各信号の大きさがその信号に関連する行及び列の位置を有する（その行及び列は、データ点が検出されたときのアクティブな相互ＴＸ線の行（又は列）、及びデータ点が検出された列（又は行）である）ので、ｆ１相互アナログセンサ信号を感知することによって検出されたデータは、３次元アレイとして提供される。第３の次元は、信号の大きさであり、図３の下部に示される相互 ｆ１アレイのような３次元データ配列を提供する。本明細書で提供される駆動／受信回路設計の１つの利点は、自己データ及び相互結合され��データを感知するために使用される同じ回路を使用して第３の周波数ｆ３ペンデータを同時に受信できることである。典型的には、従来のシステムは、ペンデータを検出するために別個のアレイを必要とし、又は自己又は相互データを感知せず、ペンを感知するために、回路をペンモードに切り替える必要があり、連続サイクルで自己又は相互信号の一方からタッチを感知するためにスイッチを切り戻しする。図１４のタイミング図に示されるように、図示された信号処理プロセスには、例示的な５ｍｓのサイクル期間に亘る１００行のタッチスクリーン又はタッチセンサが示される。タイミング図の一番上の行に示されるように、全ての行及び列は、第１の周波数ｆ１で相互ＴＸ信号が送信される現在送信中の行「現在のＴＸ行」を除いて、ｆ２の自己センサ信号を連続的に受信することができる。タイミング図の次の行は、現在送信している相互行「相互ＴＸ」を差し引いた全ての行及び列が再びペン信号Ｐｅｎ  ｆ３を受信することを示す。ペンのタイミング図は、ペンがタッチスクリーン又はタッチセンサの近くにある又は接触している場合にのみペン信号が受信され、ペン信号が常に受信されるわけではないので、図示された時間スケールの全てを満たさないものとして示される。
【０１０８】
図１４のタイミング図をさらに参照すると、相互ＴＸ（ｆ１）とラベル付けされた次の行は、行１から行１００までの行を下方向に順次走査することによって各行で送信される相互信号を示す。各行の例示的な期間は、５０μｓとして与えられる。下の行は、相互信号の受信（感知）が全ての列で行われ、タッチセンサ上のタッチで任意の列に結合された相互信号を受信することを示し、下の行は、相互信号が送信される行以外の全ての行で相互受信が行われることを示す。図示された方式は、全ての行に亘り相互アナログセンサ信号を走査するが、当然ながら、代わりに列を走査してもよく、又は行と列との両方を順次走査してもよい。さらに、特定の制御方式において、全ての行又は列より少ない行又は列を相互信号で走査してもよい。また、グループは、自己信号を送信して感知するために、全ての行及び列より少ない行及び列から選択してもよい。マルチタッチセンサとの間で信号を駆動及び受信する方法は、一般に、（ａ）第１の電極グループのそれぞれが、マルチタッチセンサの行電極又は列電極を含み、第１の周波数を有する相互アナログセンサ信号を、それぞれの電極に接続されたそれぞれのシグマ・デルタＤ／Ａコンバータに供給することによって、電極グループを介して順次走査すること、（ｂ）（ａ）を実行している間に、第２の電極グループのそれぞれが、マルチタッチセンサの行電極又は列電極を含み、それぞれの行電極又は列電極に結合されたピン上のシグマ・デルタＤ／Ａコンバータを介して第２の周波数又は第２の周波数で変調されたデータパターンを含む自己アナログセンサ信号を同時に駆動すること、（ｃ）（ｂ）で使用された第２の電極グループのそれぞれが、自己及び相互の少なくとも２つの異なるモードでタッチセンサデータを同時にサンプリングすることを含み、タッチセンサデータは、第１及び第２の周波数で交互に感知された、行電極又は列電極のインピーダンスによって変化するセンサ信号を含む。
【０１０９】
図５は、マルチモード状態（受信＋相互走査（Receive +
Mutual Scan））を示す同時駆動方法の実施形態を示し、これを達成することができる異なるピン構成を注釈に示す。上記のバージョンと同様に、第１の周波数ｆ１相互アナログセンサ信号は、各行３０２に亘って好ましくは５ｍｓの総サイクルで連続的に走査され、現在送信しているもの以外の全ての行３０２及び列３０４で受信される。走査サイクルが行に達すると、その行の駆動／受信回路は、ｆ１相互センサ信号を送信するようにモードを変更する。もちろん、行と列を入れ替えることができる。最後の行が完了すると、最初の行で走査プロセスが再び開始される。第３の周波数ｆ３ペンセンサ信号は、現在送信中のチャネル以外の、第１の周波数ｆ１センサ信号を同時に受信する全てのチャネルで受信される。上述したように、最低限、この方法は、（全ての電極を含み得る）複数の電極のグループを選択することによって実行される。この方法は、一般的に、第１の電極グループのそれぞれ又はステップがマルチタッチセンサの行電極又は列電極を含み、第１の周波数を有する相互のアナログセンサ信号を、それぞれの電極に接続されたそれぞれのシグマ・デルタＤ／Ａコンバータに供給することによって、電極グループを介して順次に走査することが説明される。ｆ１相互センサ信号を走査する間に、マルチタッチセンサの行電極又は列電極を含む第２の電極グループのそれぞれについて、この方法は、タッチセンサ相互データを感知し、タッチセンサ相互データは、行電極と列電極との間の結合によって変更される第１の周波数の感知された変化するセンサ信号を含む。この方法は、第２の電極グループのそれぞれについて、相互データを同時に感知することを含み、この方法は、相互感知が実行される同じＡ／Ｄコンバータを使用して、第１の周波数と異なる周波数でペンから送信されるペン・アナログセンサ信号を同時にサンプリングする。同時サンプリングは、それぞれの行又は列電極を駆動する各シグマ・デルタＤ／Ａコンバータと一体化された電圧追従式シグマ・デルタＡ／Ｄコンバータによって実行され、電圧追従式Ａ／Ｄコンバータは、第１の基準比較器入力と、シグマ・デルタＤ／Ａコンバータ出力に接続された第２の比較器入力とを含む比較器を有する。一般に、図７の回路は、図５で特定された回路実施形態を使用してよく、又は回路実施形態のいずれかであってもよく、或いは他の適切な回路を使用してもよい。自己送信信号は、この特定の方法では必ずしもアクティブではない。
【０１１０】
図６は、マルチモード状態（自己＋受信＋相互走査（Self +
Receive + Mutual Scan））を示し、それを達成することができる異なるピン構成を示す同時駆動方法の実施形態の図である。図６は、相互及び自己及び受信がアクティブになる全てのモードを含むフル信号機能を示す。シンボル及びその凡例によって示されるように、第１の周波数ｆ１相互アナログセンサ信号は、各行３０２に亘って好ましくは５ｍｓの総サイクルで連続的に走査され、現在相互信号を送信しているものを含む全ての行３０２及び列３０４において受信される。もちろん、このｆ１相互走査プロセスは、それらの向きが重要ではないので、列ではなく列で行うことができる。最後の行が完了すると、最初の行で走査プロセスが再び開始される。第２の周波数ｆ２自己センサ信号は、全ての行及び列で同時に送受信（感知）される。最後に、第３の周波数ｆ３ペンセンサ信号は、全てのチャネルで同時に受信される。他の方法に関して説明したように、全ての行よりも少ない行又は全ての列よりも少ない列から構成されるグループを、本明細書に記載の一般的な方法から逸脱することなく使用することができる。例えば、特定の装置が特定の行又は列を感知しないが、本明細書の方法を一般的に実行する場合に、その装置は、本明細書で説明するような電極のグループを使用する。図１３及び図１４はまた、このプロセス以外の信号方式を説明し、自己ｆ２  ＲＸ／ＴＸ（全ての列＋行（All Col + Row
...））の図１４の右上のラベルが、図４に関して行われるように現在送信中の行を除外すべきではなく、その理由は、相互信号を現在送信していても、列挙された回路構成（４ピン最小機能、２ピン特殊（special）、図９〜図１１の１ピン特殊）は、回路モードを制御して、全ての行で自己ｆ２信号及びペンｆ３信号を受信することができる。これらのスキームの全てについて、行と列を切り替えてもよいこと、及び非従来型の形状のアレイを本明細書に記載の回路及びスキームと共に用いることができることを理解されたい。
【０１１１】
図１５は、マルチモード状態（自己＋受信＋デュアル相互走査（Self +
Receive + Dual Mutual Scan））を示し、これを実現することが可能な異なるピン構成を示す同時駆動方法の実施形態を示す図である。図示される方法は、独立した相互容量モード中に動作する又は他のサンプリングモード及び駆動モードが同時に達成される場合に、二軸走査方式を使用する。走査は、独立した相互走査のために、ｆ１相互走査と同時に行われる追加の第４の周波数を使用する。例えば、行３０２上に（ｆ１を送信する）ＴＸがあり、列３０４上に（ｆ１を受信）ＲＸがある。列３０４上にＴＸ相互周波数ｆ４があり、行３０２上にＲＸ相互周波数ｆ４がある。これらの独立した相互走査が進行する間に、周波数ｆ２の自己アナログセンサ信号は、全ての行及び列において送信及び感知され、ペン信号は、全ての行及び列において感知される。同一の駆動／受信回路が異なるモードで構成され、各特定の行を循環する際に相互走査を行うことが理解される。一般に、本方法は、いくつかの状況において全ての行又は列より少ない行又は列で進めることができ、マルチタッチセンサの行電極又は列電極を含む第１の電極グループのそれぞれについて、第１の周波数を有する相互アナログセンサ信号を、それぞれの電極に接続されたそれぞれのシグマ・デルタＤ／Ａコンバータに供給することによって、電極のグループを介して順次に走査することを含む。そうする間に、この方法は、マルチタッチセンサの行電極又は列電極を含む第２の電極グループのそれぞれについて、それぞれの行電極又は列電極に結合されたピン上でシグマ・デルタＤ／Ａコンバータを介して自己アナログセンサ信号を同時に駆動することを含み、それぞれの自己アナログセンサ信号は、第２の周波数又は第２の周波数で変調されたデータパターンを含む。第２の電極グループのそれぞれについて、この方法は、少なくとも２つの異なる自己及び相互モードのタッチセンサデータを同時にサンプリングすることを含み、タッチセンサデータは、第１及び第２の周波数で交互に感知された、行電極又は列電極のインピーダンスによって変化するセンサ信号を含む。第１の電極グループ及び第２の電極グループのそれぞれについて、この方法は、第１及び第２の周波数とは異なる第３の周波数でペンから送信される第３のペン・アナログセンサ信号を同時にサンプリングする。デュアル相互走査を達成するために、この方法は、相互アナログセンサ信号ｆ１で駆動されない行又は列（この図では、列）のそれぞれについて、それぞれの行電極又は列電極に結合されるピン上でそれぞれのシグマ・デルタＤ／Ａコンバータを介して第２の相互アナログセンサ信号を順次に走査することを実行し、ペン周波数がこの方法で使用される場合に、第２の相互アナログセンサ信号は、第１及び第２の周波数とは異なり且つ第３のペン周波数とは異なる第４の周波数である。次に、ｆ１相互信号で駆動される行又は列のそれぞれについて、この方法は、少なくとも２つの異なる自己及び相互モードのタッチセンサデータを同時にサンプリングし、タッチセンサデータは、第２及び第４の周波数で受信される変化するセンサ信号を含む。この方法は、それぞれの行電極又は列電極を駆動する各シグマ・デルタＤ／Ａコンバータと一体化された電圧追従式シグマ・デルタＡ／Ｄ���ンバータを用いて同時サンプリングを達成することができ、電圧追従式Ａ／Ｄコンバータは、第１の基準比較器入力と第２の比較器入力とを含む比較器を有しており、第１の基準比較器入力は自己アナログセンサ信号を受信し、第２の比較器入力はシグマ・デルタＤ／Ａコンバータ出力に接続される。２つの相互信号は、様々な駆動／受信回路図に示されるように相互信号を切り替える又は結合することによって、相互モードがサイクルで起動されるときに、加えてもよい。ｆ４相互信号は、デジタル形式で生成され、様々な実施形態に記載されるように、ｆ１相互信号と同様に、複数のチャネルドライバに供給してもよい。
【０１１２】
図１２は、ＣＩＣフィルタ／デシメーション／復調／アンプ／位相サンプルチェーンの実施形態を示し、いくつかの実施形態によるタッチスクリーン機能の３つの別個のモードを表す３つの異なる同時周波数の分解能を示すブロック図である。比較器出力から受信した信号は、フィルタ及びデシメーションブロックに渡され、このバージョンでは少なくとも初期フィルタ処理段階で、ＣＩＣ（カスケード積分器を組合せた）フィルタ処理で実施される。ブロック１２０２において、フィルタ処理プロセスが、ＣＩＣ積分器を用いて開始され、次のブロック１２０４において、デシメータを用いてサンプルレートを１〜４ＭＨｚに減少させる。次のブロック１２０６において、ＣＩＣデシメータが、必要であれば、信号のＤＣ成分を除去するために提供される。ブロック１２０８において、補償ＦＩＲが、通過帯域垂下（droop）及び広い遷移領域等の従来のＣＩＣフィルタ処理の影響を補償するために必要に応じて提供される。
【０１１３】
得られた結果データはブロック１２１０に送られ、信号が直交ベースバンド復調され、生成されたＩ／Ｑデータはブロック１２１２に送られ、振幅、位相、及び大きさが計算され、さらに記憶するためにメモリ１２１４に送信する前にフィルタ処理及びデシメートされ、必要に応じてさらにＤＳＰ処理される。各信号の経時的な振幅、位相、大きさの変化は、センサと相互作用する指やペン等の物体の存在を判断するために使用される。典型的には、自己（ｆ２）信号は非常に小さな位相シフトによって変化し、受信される相互（ｆ１）信号及びペン（ｆ３）信号は振幅が変化する。ここでは直交ベースバンド復調について説明するが、これに限定されるものではなく、他の多くの適切な復調方式を使用して、システムがタッチを解釈するために使用可能な形式で感知信号を抽出することができる。
【０１１４】
図１６は、遮蔽要素を用いる従来技術の自己容量測定と、全ての電極素子が同時に駆動される本発明の測定とを示す図である。この図において、タッチセンサ上に存在する導電性汚染物質によって引き起こされるノイズは、本明細書の回路及び方法が有効になるようにセンサアレイ内の全ての行及び列が駆動されるときに、大幅に低減されるという点で、本明細書の回路の１つの重要な利点が認められる。
【０１１５】
図１のシステムのブロック図、図２４及び図３６のペンシステムのブロック図を参照すると、システムは、本明細書及び以下の構成の方向性を理解した上で当業者が実施することができるいくつかの機能ブロックを含む。
【０１１６】
ディザ発生器
本発明のいくつかの実施形態は、システム及び外部ノイズの非常に類似したサンプリングを達成する方法として全てのチャネルに同じディザを使用する、又は制御された同じディザ又はセミランダムディザ生成を可能にするために各チャネルに対して単純な遅延を導入する。
【０１１７】
単一のディザ信号生成器を用いて、装置の全ての駆動チャネルにディザ信号を供給することができる。場合によっては、チャネル同士の間にセミランダムディザを行うことが有益であり得るが、いくつかのケース及びモードでは、外部ノイズ認識の同時サンプリングを改善するために全てのディザ信号を同じ瞬時値に設定すると有益であり得る。ディザ混合がチャネルドライバ（非共通ディザ源）で生じる場合に、４つの位置のみの単純な位置合せ（register）遅延スキームによって、チャネル間での十分な区別が可能になる。
【０１１８】
本発明のいくつかの実施形態は、自己容量モード信号だけでなく、相互容量受信信号及び／又はペン受信信号等の重要な他の静電容量モード信号のヒステリシス及び量子化を克服するための基準として使用される連続低周波及び低振幅自己容量信号を組み合わせた整形ディザの使用によって、改善された分解能を提供する。
【０１１９】
シグマ・デルタ・アナログ／デジタルコンバータでは、ディザノイズ（dither noise）を使用して、分解能を改善し、且つデジタル１ビットＡＤＣ入力又は比較器の固有のヒステリシスを克服する。現在のハードウェアでは、これは３０ｍＶ程度の低さ、及び／又は２００ｍＶ程度の高さになる可能性がある。ディザを使用しない場合に、ヒステリシスは、ヒステリシス閾値が克服されるポイントに基準電圧を一致させるのに必要な値を超えてＲＣフィルタを充電する必要があるＳＤ  ＡＤＣのＤＡＣ部分によって引き起こされる量子化のため、分解能を低下させ、このプロセスは、逆転させる必要があり、低ヒステリシス境界を通過するにはＲＣ電圧を放電しなければならない。これは、階段状の「量子化」応答を形成する。
【０１２０】
ディザを加えることは、後続のフィルタ処理によって容易に除去される既知のノイズをシステムに導入することである。ディザリングによって、ヒステリシス閾値の上限又は下限に信号がランダムに効果的に近づくので、真の信号は、より平均的な方法で上限及び下限の閾値をトリップすることができる。低周波数及び低振幅の連続的に変化するアナログ信号を使用することによっても、この効果がある程度達成される。ディザを低振幅（例えば３０ｍＶ〜３００ｍＶ）の連続周波数と組み合わせて使用することにより、連続周波数での全自己測定を可能にしながら、大きなヒステリシスでも、関心のある他の低振幅信号で克服することができる。
【０１２１】
高度な変調方式
本発明のいくつかの実施形態は、ＰＳＫ等の周知の変調方式を使用するが、駆動周波数と同じ周波数でコヒーレント干渉信号を除去するための新規な方法を対象としている。例えば、図１７は、ＰＳＫコヒーレント同期復調を示す。単一周波数信号が、数値制御発振器（NCO）で生成され、５０％デューティサイクルの１８０°位相シフト変調を通過させることができる。この信号は、ディザリングされ、次に、本明細書の技術に従って、自己アナログセンサ信号としてセンサ電極に駆動される。回復又は感知された自己信号は、フィルタ処理及びデシメートされ、５０％デューティサイクルの１８０°位相変調に対して復調され、ベースバンド連続非位相変調信号が生成される。単一の周波数は、同じ周波数のコヒーレント干渉信号を低減するか、又は多く除去するという利点を有して回復される。
【０１２２】
別の例として、ＦＳＫコヒーレント同期復調方式を代わりに使用することができ、デュアル周波数信号を５０％のデューティサイクルで生成することができる。回復された信号は、フィルタ処理及びデシメートされ、５０％のデューティサイクルに対して復調され、ベースバンド連続単一周波数（DC）信号が生成される。単一の周波数は、同じ周波数のコヒーレント干渉信号を低減するか、又は多く除去するという利点を有して回復される。
【０１２３】
ＣＩＣデシメータ
ＣＩＣデシメータフィルタの例示的なバージョンでは、チャネルドライバからの信号は、１ビットの高周波信号から遥かに低い周波数の高分解能信号に変換され、フィルタ処理され、ＣＩＣフィルタ（図１８に示されるような例示的な能力及び速度）でデシメートされる。デシメーションダウン比（decimation
down ratio）の範囲が４００：１〜１００：１の場合に、１〜４ＭＨｚの最終信号と１４〜１６ビット／サンプルの分解能が得られる。これらの値は、分解能、サンプル速度、消費電力を向上させるために調整することができる。デシメートされたチャネル信号は、異なるモード信号（例えば２００ｋＨｚの自己容量信号、例えば１００ｋＨｚの相互容量信号、例えば１５０ｋＨｚのペン受信信号、及び望ましくないノイズ信号）を含み、これらの信号はそれぞれの経路に分割され、さらに処理される。
【０１２４】
位相及び振幅検出器
信号の位相及び振幅を決定し、信号のグループから特定の信号を取り出すための多くの周知の方法が存在する（ＩＱ復調が最も一般的な技術的である）が、この説明の目的及び簡単化するために、Goertzel法が、フレーム毎に各信号の位相及び振幅を解くのに十分である。様々な実施形態では、Goertzel法は、上述した高度なノイズ低減変調方式を扱うように変更することができるが、例えば静電ペンがＦＳＫ、ＰＳＫ、振幅、又は位相変調を使用してデジタル情報を送信している場合や、信号同士の間のタイミングが考慮される場合に制限され得る。このデジタルデータをキャプチャするには、ペン信号経路上でより高度なスキームが必要である。これらのスキームは業界でよく理解されている。
【０１２５】
順次付けジェネレータ
タッチスクリーンの異なる構成を駆動し、結果として得られるデータを既知の制御された領域内のメモリにマッピングすることを可能にするために、任意の駆動チャネルを任意の駆動順序で配置し、結果として得られるデータをメモリの既知の領域にマッピングすることができる構成方法が必要であり、高レベルのブロッブ（blob）（大きなノイズが多いタッチスクリーン接触）追跡に必要な手順が、異なるサイズ及び形状センサのコード又はドライバのカスタマイズを必要としない、最適且つ系統的な方法でメモリにアクセスできるようにされる。これには通常、構成アレイ、結果データのメモリへのマッピング方法の規定、及びセンサアレイの駆動方法と時期の規定が必要である。
【０１２６】
設定可能なメモリマップ領域
メモリアレイブロックは、構成アレイ、結果として得られる２Ｄ及び３Ｄ信号レベルアレイ、バッファ・アレイ、フィルタ処理結果アレイ、及び較正アレイを記憶するためのメモリを含む。
【０１２７】
フィルタ処理モジュール
ベースライン較正減算、正規化、及びフィルタ処理等の反復タスクを自動化するために、フィルタ処理モジュールは、フレームデータ受信中に、及び／又はフレーム同士の間で機能し、受信データを処理する。相互容量性の場合に行駆動の完了直後に列データを処理することは、フィルタ処理が受信データの次のラインのメモリアクセスを妨害しない限り理想的である。高度なメモリアクセス方式を使用して同時アクセスの問題を回避するか、次のバッファフレームが満たされる間に、１つのバッファ内のデータを変更するためにバッファスキームを使用することができる。
【０１２８】
プロセッサシステム
プロセッサシステムは、当技術分野でよく理解されており、一般的な知識である。図１に示されるように、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ用の任意の適切なプロセッサコアは、様々な実装形態において使用することができる。
【０１２９】
フィルタ処理方法
ノイズを含む同時サンプリングされたデータを使用する本明細書のノイズ除去の新規な方法は、サンプルデータの共通モード比例変化として現れるノイズの識別及び除去によって、タッチデータ内のコヒーレント又はスプリアス干渉ノイズ信号を除去することを対象としている。
【０１３０】
ｐＣａｐ（投影型容量性）センサ上のタッチデータにおける共通モード比例ノイズの減算は、本発明の同時サンプリング特徴によってのみ可能な技術である。システムにタッチするユーザは、アンテナとして作用し、システムにノイズを注入する可能性がある。あるいはまた、ユーザは、システム上の共通モードノイズに対するドレインとして効果的に働く可能性がある。ノイズがタッチ位置のみで確認され、且つノイズがタッチエネルギーに比例するため、その違いを知ることは不可能である。ハードタッチは、典型的には、加えられた指及び圧力の曲率により、タッチの中心部で最大の容量結合を生じさせる。指は、ノイズに対する低インピーダンスのソース又はシンクとして考えることができる。指の側面でのタッチ測定は、キャパシタプレートの面積及び距離のために、中心部のタッチ測定の半分のタッチエネルギーを有し得る。中心の測定値のノイズは１０のＳＮＲを有し、側面の測定値も１０のＳＮＲを有する。
【０１３１】
タッチ測定値が時間又は復調法でランダム化又は割れる場合に、任意の瞬間のノイズエネルギーに対するタッチエネルギーを知ることは不可能であり、経時的な平均ノイズのみが分かる。本発明の自己容量信号モードは、同一の変調方式及びフィルタ処理を使用して同時に全ての行及び列をサンプリングするので、全ての行及び列が、タッチプロファイル・エネルギーに対してプラス又はマイナスのノイズのインパルスを示す。相互容量信号モードは、交互ライン（列）が同時に受信されるライン走査（行）モードであるので、交互ライン（列）の全てが、駆動ライン（行）より下のタッチプロファイル・エネルギーに対してプラス又はマイナスのノイズのインパルスを示す。自己データと相互データとの両方を使用して、フレーム間のノイズ変化を識別し、線形又は非線形技術によってそのノイズ変化を直接的に低減することができる。
【０１３２】
図１９は、駆動、ディザ、及び追従（感知）信号を示す駆動チャネル信号の簡単なシミュレートされた例である。自己駆動信号１９０２、相互駆動信号１９０４、低周波ディザ信号１９０６、Ｓ＋Ｍ＋Ｄ（自己＋相互＋ディザ）１９０８（ドライバの基準追従ノード、仮想信号ノードに駆動されるこれらの信号の合計）、結果として得られるシグマ・デルタ追従信号１９１０が示され、信号１９１０は、シグマ・デルタ追従回路がセンサ電極上で駆動される際の駆動／受信回路のサンプリングされたセンサ信号を表す。
【０１３３】
電子ペン入力
いくつかの実施形態は、（図１に関して説明したような）ペン対応マルチタッチシステムと組み合わせて動作することができる、又はカーソル制御及び消去機能用のスタンドアローン型相対入力装置としてマルチタッチシステム動作から分離された位置決めシステムを提供する。
【０１３４】
本発明のいくつかの実施形態は、圧力、ひずみ、又は静電測定システムと共に使用することができる高度な多軸センサ機構、及びデジタルシグマ・デルタタイプの電圧追従システム（例えば、図８Ａのシステム参照）を使用する駆動及びサンプリング方法に、圧力、傾き、バレル回転、近接性、スイッチ、スライダ、バレルの上下の高分解能マルチタッチゾーン、代替入力機能等の機能を可能にする装置の内部及び外部に信号を同時に放射して受信するための論理のサポートを提供する。
【０１３５】
同様の改善された圧力、傾斜、及びバレル回転の測定を一般に提供する多軸感知のいくつかの例示的な構成（例えば、図２５、図２６、図２７、図２８、及び図２９）が、本明細書に記載され、後述のペン先コレット旋回式電極の移動の使用によって達成される（例えば、図３３及び図３４に関して）本明細書で議論される結果を提供する。
【０１３６】
図２４は、ペンコントローラ先端又は同様に他のシステム機能を含むチップ構成のより大きなシステムに一体化してもよい半導体装置に埋め込まれたフレキシブル・プログラマブル論理で構成された電極駆動及び受信回路１５０を含むペン制御システムの実施形態のブロック図である。回路１５０は、アナログセンサ信号をチャネルドライバ１７０を介してペン電極装置１５４の電極に駆動するために複数のチャネル１５２で同時に送受信する。ペン装置の電極は、非対称又は非対称配置の電極として構成され、圧力、傾き、及びバレルの回転を測定するためにペン内部の信号と、有効なタッチスクリーン・システムとやりとりするために外部の信号とを交差結合する。アナログセンサ信号は、本発明のいくつかの実施形態に従って、複数の同時周波数１５６で駆動される。図面には４つのチャネルドライバが示されるが、これは複数を例示するためであり、好ましいバージョンはペン電極と同じ数のチャネルを有し、チャネル毎に駆動回路及び受信フィルタを含む駆動モジュールの例が繰り返される。この図は、一般に、デジタルクロック領域とその機能、駆動モジュールアレイ、システム論理ブロック、復調論理ブロック、並びにプロセッサ及びメモリ論理ブロックを示す。プロセッサは、本明細書で説明する様々なデジタル論理及びデジタル信号処理機能を制御及び指示するための実行可能プログラムコードを記憶するためのプログラムメモリも含む。
【０１３７】
図２４に確認されるように、システムペンドライバ及びセンサ回路は、ＦＰＧＡ又はＡＳＩＣに組み込むことができる。いくつかの実施形態は、フレキシブル構成のペンシステム（図２４）を提供する。いくつかの実施形態は、以下に説明するように、デジタル領域において略専ら動作することができるペンシステムを提供し、これは、ＦＰＧＡ又は他の再構成可能又はプログラマブル論理装置（PLD）を、オペアンプ又は他のアクティブな外部アナログ・コンポーネントを必要とせずに、ＦＰＧＡ又はＰＬＤに含まれる駆動回路を超えて、回路全体を略構成するために使用することができることを意味する。好ましい実施形態では、チャネル駆動／受信回路を実現するために、ＦＰＧＡのデジタルＩ／Ｏ回路を補足するために必要な全ては、ＲＣフィルタ１６６用の外部抵抗及びキャパシタである。これは、デジタルＩ／Ｏピンをアナログセンサドライバと同様に動作させるシグマ・デルタコンバータの組合せを固有に使用しているためである。いくつかの実施形態は、プログラマブル論理又はカスタムＡＳＩＣにおけるシステム実装及び動作を提供する。
【０１３８】
図２４のシステムブロック図の他の部分は、一般的に、入来感知信号をフィルタ処理するローパスフィルタ／デシメータブロック１５８、システム論理ブロック１６０、復調論理ブロック１６２、プロセッサ及びメモリ論理ブロック１６４及び無線機１６８、電力管理システム１７２、及びバッテリシステム１７４を含み、これらについて本明細書でさらに説明する。改善されたペン電極駆動回路及び制御方式の利点の大部分は、駆動／受信回路自体の設計と、フレキシブル且つ再構成可能な方法で異なるタイプの信号を駆動及び受信するためにその駆動／受信回路を使用することとから得られる。好ましくは、様々なペン電極チャネルを駆動する駆動／受信回路は、デジタル装置に組み込まれ、デジタルＩ／Ｏドライバ及び受信機を使用して信号を駆動及び受信するが、いくつかのバージョンでは、アナログ増幅器又は他のアナログ構成要素を、本明細書に記載の信号方式で使用してもよい。
【０１３９】
システムブロック図（図２４）の構成要素は、図１のタッチスクリーン・システム図の構成要素と実質的に同様であり、関連するサポート図及び上記の説明を参照されたい。
【０１４０】
図２５は、いくつかの実施形態によるチャネル駆動方式の多軸ペン電極システムの概略図であり、Ａ−Ａ方向に沿って切り取られた断面図である。本発明の一般的に好ましい実施形態の構成要素について、以下でさらに説明するが、その構成要素として、ペン先８５、ペン先シール及び前部旋回式減衰緩衝体９０、ペン先コレット旋回式機構（NCPM）及び第１の送信電極５０、第２の送信電極５２，５３，５４，５５、ピボット点２０５、後部旋回式減衰緩衝体２００、導電性領域バッファ２２５、接続フレックス回路８０、圧縮緩衝体９２、アセンブリ圧縮７０、及びチャネルドライバ４２０を含む。２２０で示す点線のボックスは、代替の圧縮及び接続の実施形態が典型的に生じる領域を特定し、接続方法２００について、以下でさらに説明する。
【０１４１】
第１の電極５０及び第２の電極５２，５３，５４，５５が、チャネルドライバ４２０に接続され、チャネルドライバ４２０が、ペンシステム４３０の残りの部分に接続される。
【０１４２】
ペン先８５
ペン先８５は、プラスチック、他の材料から構成される小径のロッド形状の部分、又は筆記面に接触する他の適切な装置である。ペン先は、圧縮力によってコレット孔８６でコレット旋回式機構５０内に保持される。
【０１４３】
本発明のいくつかの実施形態は、導電性又は半導電性のペン先を使用することができる。高分解能の向き及び傾きでは、ペン先の導電率を使用することによる改善された信号強度の小さな利点は、いくつかの実施形態では必ずしも必要ない場合がある。静止摩擦及び動摩擦等のペン先特性、及び非導電性ペン先の耐久性は、非導電性ペン先を好ましいものにする可能性がある。半導電性のペン先は、第１の信号を受信機の近くにもたらすので、解明された位置点は、予想される線引き位置に近くなるが、第１の電極素子のより大きな表面積及び傾き相互作用によって、第１の電極素子を受信面と近接及び直ぐ近くにさせ、これは、タッチセンサ上で感知されるような第１の「ブロブ」の重心に向けて計算された位置を引っ張る傾向がある。従って、導電性ペン先であっても、正確な位置付けには依然として補正調整が必要である。
【０１４４】
ペン先シール及び前部旋回式減衰緩衝体９０
ペン先シール及び前部旋回式減衰緩衝体９０は、好ましくは、旋回式機構のペン先及び前部を取り囲み、旋回式機構をシールし、中心に置き、背圧を加えるように作用し、ペン先で前部を横方向及び軸線方向の動き制御を可能にするフレキシブルなエラストマー機構である。
【０１４５】
緩衝体９０は、作動温度範囲に亘って柔軟性があり、高い圧力で過度に変形しないシリコン又は他の適切な材料等のエラストマーから製造され、緩衝体の形状は、ペン先コレット領域の反対側に多少なりとも体積を含むように変化し得るか、又は材料のデュロメータを変更して、その減衰及びピボット（旋回）運動特性を調整することができる。
【０１４６】
シールは、ペン先とバレルとの間の土詰まりを防止するために、開口バレルを通って延びることができるが、典型的には、より柔らかい材料組成を用いて、旋回の横運動特性の支配から（ペン先と開口バレルとの間の）この小さな領域の圧縮特性を保持する。
【０１４７】
ペン先コレット旋回式機構（NCPM）及び第１の送信電極５０
いくつかの実施形態では、システムの機構部分によって、適切な形状の機構での僅かな揺動（ロッキング）運動が力、圧力に変換される後面での前側及び軸線方向の運動における横方向及び軸線方向の動きを可能にし、又は導電性にされた場合に、その機構の周りの空間変化を静電的に測定することができる。ＮＣＰＭ５０が導電性であり、適切に駆動されるように設計する実施形態では、この機構は、第１の送信電極５０となる。
【０１４８】
ペン先コレット旋回式機構は、導電性金属、導電性充填プラスチック、又は金属化プラスチック、或いは同様の耐久性導電性材料から作製することができる。旋回式機構は、先端に、ペン先ロッドを受け入れ、圧縮嵌合又はねじ込みによってそのペン先ロッドを保持することができるコレット８６型の開口部を含んで形成される。もう一方の端部にはピボット点の延長又は機構がある。旋回式機構は、一般に、前端のペン先において軸線方向又は横方向に、そしてピボット点２０５（後端部）において軸線方向にのみ移動することによって動作する。
【０１４９】
その機構は、機構を取り囲む第２の電極又はプラスチックで形成された内部収容バレルに近接するようにサイズ決めされる（図２８、図２７、図２６、及び図２９参照）。この距離は、全ての側面でペン先において許容される横方向の動きの約２倍になるように設計される。ペン先に横方向の力が加えられると、機構が旋回し、機構は、反対側から遠くの内部空間の一方の側に近づく。軸線方向又は横方向に重い力が加えられた極端な場合に、間隔は元の値の約半分しか変化しない。
【０１５０】
第１の電極と第２の電極との間の間隔が変化し、第２の電極を通過する第１の電極上の信号が変化する。図示された実施形態は４つの電極の２次システムであるので、軸線方向の力のみが４つのセンサ全てに対して等しくプレート間隔の変化を生じさせ、横方向の力が揺動を引き起こし、プレート間隔を一方の側で減少させ、反対側でプレート間隔を増大させる。
【０１５１】
第２の送信電極５２，５３，５４，５５
いくつかの実施形態では、第２の電極は、ペン装置のバレルの内部に等間隔に置かれ、場合によっては内部信号及び間隔測定に使用され、ユーザ又は受信システムと相互作用する外部信号にも使用される。
【０１５２】
旋回式機構と相互作用する第２の送信電極素子は、容量性マルチ電極測定として説明される。信号の相互作用と外部使用については、以降のセクションでより詳細に説明する。電極はプラスチック内に形成することができるが、ペン先、前部旋回式減衰緩衝体、第１の電極旋回式機構、第２の電極、フレックス回路、圧縮緩衝体及びプレート等のアセンブリ全体をペン装置バレル内で往復させるアセンブリとする設計は、組立を容易にするために好ましい。
【０１５３】
ピボット点２０５
いくつかの実施形態では、旋回式機構の背面のピボット点は、旋回式機構のセンタ決め、横方向の移動の防止、軸線方向の移動の制御、及び第１の電極の電気的接続のタスクを実行する。旋回式機構は、丸みを帯びたポイント又はボールを形成するような形状にすることができ、又は他のいくつかの導電性材料から形成され、機構の孔に挿入され、軸線方向圧縮下で保持される。尖った領域は、バッキング圧縮緩衝体９２を含む導電性領域バッファ２２５を介して導電性フレックス回路に接続される。
【０１５４】
圧縮緩衝体９２
いくつかの実施形態では、実質的に減衰ばねとして作用する成形機構は、フレックス回路への第２の電極の圧縮接続、厚み、形状、及びデュロメータを介したピボット点の軸線方向移動の設定、前方向の力圧縮機構の基本的なタスクを実行する。
【０１５５】
緩衝体９２は、作動温度範囲に亘って柔軟性を維持し、高い圧力で過度に変形しないシリコン又は他の適切な材料等のエラストマーから製造され、緩衝体の形状は、ペン先コレット領域の反対側に多少なりとも体積を含むように変化し得る、又は材料のデュロメータを変更して、その減衰及びピボット運動特性を調整することができる。
【０１５６】
導電性領域バッファ２２５
導電性領域バッファ２２５は、ハード・ウェアラブル接触なしにフレックス導電体から電極素子への電気的接続を可能にする導電性フィラーの小さな柱を介して２つの平坦な表面同士の間を導通する異方性シリコンディスクであり、ピボット点での旋回式機構の圧縮を可能にする。導電性領域は、各側で電極とフレックス回路との構成を概ね一致させるように小さく又はサイズ決めされるが、より小さな導電性領域によって位置合せの問題を最小限に抑えることができる。
【０１５７】
接続フレックス回路８０
いくつかの実施形態では、フレックス回路は、ペンシステム処理基板（図３５の５７０参照）から第１及び第２の電極素子に信号をもたらすために使用される。
【０１５８】
この多素子容量性方式のために、必要な全ては、電極素子とドライバ制御機構との間の接続方法である。第２の電極アライメントとピボット点電極とを一致させる電極を有するフレックス回路は、他方の側にフレックス電極を圧縮緩衝体に直接的に接触させ、フレキシブル電極を第１及び第２の電極又はシリコンディスクに対して押圧することができ、導電性領域は、フレックス回路の背面に、又は図２５，２６，２７にそれぞれ示されるように両面に加えられる圧縮力と電極素子との間で使用される。
【０１５９】
圧縮機構９２
いくつかの実施形態では、システム内に保持し、内部部品同士の間に所定の圧縮力７０を維持するための一般的な機構である。
【０１６０】
チャネルドライバ４２０（図２４の１５２参照）
いくつかの実施形態では、チャネルドライバは、上述したマルチタッチシステムで使用されるチャネルドライバ３０と実質的に同じであり、上述した様々な設計又は変形を使用することができる。各チャネルは、１ビットＡ〜Ｄをサンプリングする際のヒステリシス等のタッチシステムでのシグマ・デルタ変調の主な問題を克服することができ、チャネル毎に複数の周波数での同時送受信だけでなく、振幅及び位相の変化による駆動信号に対するインピーダンス変化の測定も可能である。
【０１６１】
チャネル駆動機構及び方法は、あらゆるタイプの容量性又は抵抗性の感知素子構成又は感知方法を可能にする。ＡＣ又はＤＣ駆動センサのインピーダンスの変化は、高度の分解能及び精度で測定できる。独立した又は同時の自己又は相互容量測定は、スライダ、ボタン、圧力、タッチ・アレイ又は近接プレート等の任意のタイプの電極構成に対して行うことができる。抵抗測定も可能であるため、抵抗素子を含む押しボタンスイッチを使用してスイッチの圧力を測定することができる。電流フィードバック測定付きのＬＥＤ変調Ｉ／Ｏと同様に、１００キロヘルツの範囲の周波数での近接場又は無線データ伝送が可能である。
【０１６２】
ペンシステムで使用するための現在好ましいチャネルドライバは、図１０に示される２ピン構成である。
【０１６３】
図２６は、いくつかの実施形態による多軸ペン電極システムの断面図である。これは、ペン先に加えられる軸線方向及び横方向の力を決定するために４つの電極の静電内部測定システムを使用する点で、前の図（図２５）と実質的に同様である。
【０１６４】
図２６と図２５との差は、一般的には、ａ）ＮＣＰＭ６０及び第２の電極６５の軸線方向（バレルの下方）の図、及びｂ）ピボット先端での接続方式の以下の相違点を示すことである。
【０１６５】
ピボット先端の尖った領域は、バッキング圧縮緩衝体なしで、導電性バッファ１０５を介して導電性フレックス回路に接続され、導電性バッファ自体が、導電性領域の後ろのフレックス接続との圧縮及び接続を処理する。導電性バッファ１０５及び非導電性バッファ９３領域は、４つの第２の電極を接続する導電性領域バッファを形成し、この図では、破断形状リング電極６５と呼ばれ、システムにグループ化される。
【０１６６】
この図の番号が付されたスキームは、上述した接続変更（ペン先８５、前部旋回式減衰緩衝体９０、ペン先コレット旋回式機構及び第１の送信電極６０、破断形状リング電極６５、誘電ギャップ１１０、接続フレックス回路８０、フレックステール（Flex Tail）９５、圧縮力７０、及びペン本体７５）を除いて、図２５の番号が付されたスキームに従う。図２６に確認されるように、図２５のバージョンと同様に、第１の電極素子は、前部から後部に向けて長手方向にテーパが付けられており、第２の電極は、ペン先コレット旋回式機構６０が旋回状態でないとき、誘電ギャップ１１０が長手方向に沿って略均一になるように配置される。
【０１６７】
図２７は、いくつかの実施形態による多軸ペン電極システムの図である。その図２７は、前の図（図２６）と実質的に同様であるが、図２７では、５つの電極の静電内部測定システムを使用する。５つの電極の第２のシステムの場合に、軸線方向の力だけでは４つの第２のセンサまでの間隔は変化しないが、５番目の平坦な後方センサ（ｚ要素６３）の間隔は減少し、横方向の力によって揺動が引き起こされ、一方の側でのプレート間隔が減少し反対側でプレート間隔を増大させるが、第５の後方センサは一方の側で等しい増加を示し、他方の側で減少するので、横方向の力は相殺される。
【０１６８】
図２６と図２５との差は、一般的に、ａ）尖った領域が導電性バッファ素子１００で置き換えられ、ｂ）接続フレックス回路８０が、非導電性バッファ９２によって、破断形状リング電極６２、ｚ電極６３、及び導電性バッファ１００に直接押し付けられることである。
【０１６９】
この図の番号が付されたスキームは、上述した接続及び第５の素子の変更（ペン先８５、前部旋回式減衰緩衝体９０、ペン先コレット旋回式機構及び第１の送信電極６０、誘電ギャップ１１０、接続フレックス回路８０及びフレックステール９５、圧縮力７０、及びペン本体７５）を除いて、図２５の番号が付されたスキームに従う。
【０１７０】
図２８は、フレックス回路の一部として力センサ１４０を使用する実施形態を示す。この構成は実質的に異なり、第１の電極６０及び第２の電極６２が一緒に移動し、固体誘電体１１５によって分離される場合に、モノリシックアセンブリとしての先端コレット旋回式機構及び破断形状リングアセンブリ５８を示す。
【０１７１】
圧力センサフレックス回路１４０
いくつかの実施形態では、フレックス回路は、処理基板からの信号を第１及び第２の電極素子にもたらすために使用され、フレックス回路の一部として力センサノード１４２（図３９参照）を含む。
【０１７２】
この多軸力センサ方式の場合に、フレックス回路はセンサであるが、第１の電極及び１つ又は複数の第２の電極への電極接続が依然として必要な場合がある。片面にセンサ素子を、裏面に電極接続素子を含む多面フレックス回路は、スタックの向きに応じて、導電性領域又は非導電性シリコンを含むシリコンと共に使用することができる。
【０１７３】
多要素圧力スキームの信号相互作用と受信システムとの相互作用
いくつかの実施形態では、圧力センサが使用される場合に、外部相互作用は、前述の説明したような受信システムの相互作用に関して実質的に同じであるが、センサのインピーダンスに対する力の変化対静電プレート距離変化により測定が行われる。
【０１７４】
圧力センサの場合に、機構の背面は一般的にセンサプレートに対して平坦であり、機構はセンサに力を伝達するピボット点を押し込んで揺動する。軸線方向の力だけが、４つのセンサ全てに等しく力を加えられる。横方向の力は揺動を引き起こし、一方の側に力を加え、反対側の力を減少させる。
【０１７５】
この図の番号が付されたスキームは、上述した変更（ペン先８５、前部旋回式減衰緩衝体９０、ペン先コレット旋回式機構及び第１の送信電極６０、誘電ギャップ１１０、圧縮力７０、及びペン本体７５）を除いて、図２５の番号が付されたスキームに従う。
【０１７６】
図２９は、フレックステールに組み込まれた力モジュール１３０を使用する実施形態を示し、この図は、フレックステール９５を外部システムに出すことを示す。ペン先コレット旋回式機構６０は、ピボット点領域で力モジュール１３０に取り付けられ、非導電性バッファ９２は、システム上の圧縮力７０を前部旋回式減衰緩衝体９０に対して保持するために使用される。示される単一の第２の電極は、連続形状リング電極１２０であるが、好ましい代替実施形態は、外部タッチシステムと相互作用する場合に、上記のマルチ電極システム（図２５、図２６、図２７を参照）と同じ利点を有する４つの電極の破断形状リング電極構成を使用することができる。応力モジュールの場合に、機構はモジュールに取り付けられ、軸線方向及び横方向の力及び旋回動作は実質的に上述の通りである。機構の背面の圧力とセンタ決めは、モジュールを介して処理される。
【０１７７】
力モジュールフレックス回路１３０
いくつかの実施形態では、フレックス回路は、処理基板からの信号を第１及び第２の要素にもたらすために使用され、フレックステールでモジュラーパッケージとなり得る応力センサも含む。
【０１７８】
多要素ひずみスキームの信号相互作用と受信システムとの相互作用
いくつかの実施形態では、ひずみセンサが使用される場合に、外部相互作用は、前述の説明と同様に受信システムの相互作用に関して実質的に同じであるが、測定は、センサのインピーダンスに対する力の変化対静電プレートの距離変化によるものである。
【０１７９】
この図の番号が付されたスキームは、上述した変更（ペン先８５、前部旋回式減衰緩衝体９０、ペン先コレット旋回式機構及び第１の送信電極６０、誘電ギャップ１１０、圧縮力７０、及びペン本体７５）を除いて、図２５の番号が付されたスキームに従う。
【０１８０】
図３０は、静電容量電極信号の同時送受信を伴うペン信号の連続的なタイムラインを示すタイミング図である。第１及び第２の電極のタイミングは、４つの素子の第２の電極の破断形状リング構成（図２５、図２６、及び図３１参照）について示される。この図は、本明細書で説明するようなタッチセンサシステムと一緒にペンを使用するときに受信され得る、ｆ１及びｆ２の相互センサ信号及び自己センサ信号を示す。
【０１８１】
図３１は、いくつかの実施形態による４素子の静電電極システムの図を示す。ボックス４００における内部力及び傾斜信号測定のために規定されたゾーン及びボックス４１０における外部信号測定のために規定されたゾーンが示される。ペンシステム４３０は、各チャネル駆動部５００が第１の電極５０又は第２の電極５２，５３，５４，５５に接続されたチャネル駆動部４２０を制御する。受信システムは、本明細書に記載されるシングル又はマルチタッチシステム或いは他の適切なタッチシステム設計に従って構成された、ペン対応タッチシステム（位置システム）４５０及びタッチスクリーン（位置センサ）４４０から構成される。
【０１８２】
多素子静電方式の信号相互作用及び受信システムとの相互作用
ここで、図３１の例示的なペンシステムのペン内部及び外部の好ましい信号相互作用の説明が提供される。
【０１８３】
ペン内の全て又はいくつかの電極は、ディザを用いた小さな高周波信号で駆動することができる。これは、マルチタッチシステム上の自己容量信号と同じタイプの信号であり、同じ方法で機能して測定可能な連続的な自己容量信号を発生させるが、アナログ比較器入力の３０ｍＶ又はデジタル入力の１５０ｍＶのチャネルドライバの内部のヒステリシスを克服する主なメカニズムでもある。この信号を使用すると、他の表面への接近性やユーザタッチを測定できる。
【０１８４】
内力及び傾き信号測定４００
第１の電極５０は、この第１の電極と第２の電極５２，５３，５４，５５との間の小さな内部ギャップを跨ぐように結合する低周波大振幅信号で駆動される。旋回式機構が軸線方向又は横方向の力を受けると、機構はペン内にさらに押し込まれ、これにより、全ての容量性の間隔ギャップが均等に減少し、及び／又は横方向の力で揺動することになる。静電容量の変化は、圧力、傾き、及びバレル回転で測定され解明された第１の電極と第２の電極との間の結合エネルギーを変化させる。これらの相互作用は、ペン機構の内部にある。
【０１８５】
外部信号測定４１０
第１のピボット電極５０は、受信システムに対して第１のペン信号として機能する低周波大振幅信号で駆動される。受信システムは、この信号を複数の行と列で測定し、このデータを使用して第１の電極の位置を解明する。
【０１８６】
第２の電極５２，５３，５４，５５もまた、受信システムと相互作用する高振幅の単数又は複数の代替信号で同時に駆動され、受信システムが向き、傾き、及び回転を測定して解明することを可能にする。図（図３２）は、同一の周波数信号又は４つの別個の周波数信号を用いて第２のリング電極を駆動する間の分解能能力を示す。
【０１８７】
第１の電極又は第２の電極は、それらの他の機能と同時に、かなり小さくかつ異なる周波数であると予想される自己、相互又は送信データ信号等の、タッチシステムからの信号を受信することもできる。
【０１８８】
第１の電極又は第２の電極は、それらの他の機能と同時に、タッチシステムに信号を送信することもできる。伝送されるデータ信号は、異なる周波数で大きくしなければならないので、他の大振幅送信周波数が同時に使用される場合に、駆動チャネルを飽和させる可能性がある。無線を介してデータを送信する、又は通常の第２の送信信号でインターリーブされたデータを第２の電極上で送信することが好ましい場合がある。連続信号動作の性質と利点のために、駆動チャネルの電圧飽和を防ぐためにチャネルを共有しようとするとき、可能な振幅の半分で信号を駆動することが好ましい場合がある。
【０１８９】
場合によっては、タッチスクリーン・システムから放射される自己信号を測定することが望ましい場合がある。行及び列は、異なる自己周波数で駆動されて、ペンが第２の電極上の受信信号の計算及び信号同士の間のバランスによって行及び列に対するバレルの基本的な向きを測定できるようにする。
【０１９０】
図３２は、異なるペン傾斜角で異なる電極リング構成を含む本発明を用いて達成可能な分解能を示す信号図である。単一の周波数信号（リング解決法）を用いて１つ又は複数の第２のリング電極を駆動するか、又は４つの別々の周波数信号（破断形状リング解決法）を用いて複数の電極を駆動する間に、異なる分解能力が示される。
【０１９１】
図３３は、異なるペン角度での本発明の様々な実施形態の力分布及び計算を示す図である。
【０１９２】
図３４は、異なるペン角度での本発明の様々な実施形態の力分布及び計算を示す図である。図３３及び図３４の最終図は、ペン先の先端が表面端部に配置されることを示す一方、ペン本体が縁部を越えて保持されることを示す。
【０１９３】
図３５は、本発明のいくつかの実施形態による分解されたペンアセンブリを示す等角図である。ペンアセンブリ５０５が、ペン電極アセンブリ５１０、代替電極アセンブリ５３０、電源５５０、電力管理グループ５８０、制御ＦＰＧＡ又はＡＳＩＣ５６０、回路基板５７０、及び代替入力電極アセンブリ５４０等の一般的なコンポーネント及び領域に分けられる。
【０１９４】
図３６は、図３５の分解されたペンアセンブリのシステムブロック図である。ペンシステムブロック図５００には、ペン電極アセンブリ５１０、代替電極アセンブリ５３０、電源５５０、電力管理グループ５８０、制御ＦＰＧＡ又はＡＳＩＣ５６０、代替入力電極アセンブリ５４０、及び無線送信５９０が含まれる。図に確認されるように、代替電極アセンブリ５３０は、様々なバージョンで本明細書に記載される駆動／受信回路３０によって駆動され感知される制御ボタン、スライダ、又はスイッチを含むことができる。
【０１９５】
図３７は、異なるペン傾斜角で異なる電極リング構成を含む従来のペン及びタッチスクリーン・システムの分解能を示す信号図である。
【０１９６】
図３８は、異なるペン傾斜角度での従来技術に対する本発明の相対的な分解能能力を示す信号図である。このグラフ及び他の同様の図に示される大きさは、一般に、列挙された測定値を感知するときに達成可能な信号強度を指す。
【０１９７】
受信システムを含まない動作
いくつかの実施形態では、無線対応装置を用いて、簡単な相対的な動作制御のためにタッチスクリーン・システムから離れる方向の動作が可能である。
【０１９８】
ペンシステムは、様々な実施形態に従って提供されてもよく、複数の多軸ペン電極システムを有してもよく、そのうちの１つ又は全てが、無線を使用して圧力、傾き、及びバレル回転をコンピュータに送信する代替入力機能をサポートし、そのペンは、カーソル移動又はボタン機能の相対的なモードのために駆動される親指、指又は無生物の物体（例としてテーブルトップ）であってもよい。タッチスクリーンの存在を判定することは、消しゴムやカーソル移動機能等の様々な代替入力機能をアクティブにする方法として使用することができる。受信側システム・ドライバは、傾きを適切に向き合わせし、傾きの強さに基づいて相対的なマウスの動きをシステムに送信する。このようにして得られた圧力測定値は、例えば、受信システム・ドライバによって解釈され、マウス・クリック又は他のカーソル機能を起動させる。
【０１９９】
圧力、傾き、及びバレル回転を送信するために無線を使用する単一の多軸ペン電極システムを含むペンシステムは、上記のような相対的なポインティング装置のように機能することができ、又は先端の動きが、粗い、滑らかではない等制限される場合、あるいは先端をディボット（divot）に置いたときでさえ、ペンは相対的マウス置換として働くことができる。
【０２００】
結論、派生する効果及び特許請求の範囲
本発明による圧力測定回路は、従来技術よりも改善された圧力、バレル回転、及び傾きデータを可能にすることによって、静電ペンの有用性及び特徴セットを向上させるための装置及び方法を提供する。改善された信号方式及びチャネル駆動及び感知方式は、特に本明細書のタッチセンサシステムと組み合わせて、ペン機能を強化する。
【０２０１】
記載された実施形態は、圧力情報、傾き情報、及び回転情報を提供するが、情報の一部が一部のアプリケーションでは必要でない場合があるので、全ての実施形態が圧力情報、傾き情報、及び回転情報を提供するわけではない。
【０２０２】
本発明のいくつかの実施形態が示され、記載されているが、本発明はその実施形態に限定されず、様々に具現化してもよいことを明確に理解すべきである。前述の説明から、特許請求の範囲によって規定される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ得ることは明らかであろう。
従って、本発明の範囲は、図示される実施形態によって決定すべきではない。
【０２０３】
複数の個々の発明が本明細書に記載される。本発明は、別々でも、組み合わせても特許性を有する。本明細書に記載された特徴の組合せは限定的であると解釈すべきではなく、本明細書の特徴は、本発明に従って機能する組合せ又は部分的な組合せで使用され得る。従って、この詳細な説明は、本明細書の特徴の機能する組合せ又は部分的な組合せに対する書面によるサポートを提供するものとして解釈すべきである。上述の様々な信号方式及び信号処理機能は、ハードウェア又はソフトウェアのいずれかで実装することができる。
【０２０４】
当業者であれば、本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載される対応する実施形態と同じ機能を実行する又は実質的に同じ結果を達成することができる既存の将来開発されるプロセス、機械、製造物、物質の組成物、手段、方法、又はステップは、本発明によって利用され得る。従って、添付の特許請求の範囲は、そのようなプロセス、機械、製造物、物質の組成物、手段、方法又はステップ等をその範囲内に含むことが意図されている。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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