JP2011521364A - 格納式ペン先及び力センサを備える電子ペン - Google Patents

Abstract

【課題】優れた電子ペンを提供する。
【解決手段】表面と接触する格納式ペン先を有する電子ペンである。このペンは、表面に接触するペン先を有する摺動自在に移動可能なカートリッジと、カートリッジを格納する格納機構と、格納機構に連結されるアクチュエータと、カートリッジから伝達される軸力に対する反作用を与える力センサと、力センサによって検出される力を示す力データを発生させるように構成されるプロセッサとを備える。この格納機構は、カートリッジを受け入れる胴軸を備え、この胴軸は、カートリッジを突出した位置又は格納した位置に着座させるように構成され、それによって、カートリッジからの軸力が、突出した位置において胴軸に伝達される。付勢機構は、カートリッジを突出した位置又は格納した位置に向かって付勢する。
【選択図】図１

Description

本発明は、インタラクティブペーパ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ ｐａｐｅｒ）と対話する電子ペンに関する。本発明は、改善した対話機能を有する電子ペンを提供するために開発されたものであり、この電子ペンは、従来のボールペンと同じように取り扱い及び使用することが可能である。

出願人は、ネットページ（Ｎｅｔｐａｇｅ）システムを開発しており、このシステムについては、後述し、及び本明細書で特定される相互参照の文献において詳細に述べる。本発明は、このシステムに特によく適しているので、ネットページの文脈の中で本発明を説明する。しかし、手持ち型光センシングデバイスは、多くの異なる分野で幅広い適用例を有し、本発明は、ネットページシステムの範囲内の使用に限定されないことを理解されよう。

ネットページシステムは、ペン及び紙ベースのインタフェースを介してユーザと、コンピュータネットワーク（又はスタンドアローンコンピュータ）との間の対話を伴う。この「ペン」は、マーキング又は非マーキングのペン先、及び紙（又は他の表面）にあるコード化データのパターンを読み取るための光センサを備える電子スタイラスである。

ネットページペンの主要な特徴の１つは、マウスが（例えば、ハイパーリンクなどの）画面ベースのインタラクティブ要素をクリックできるのと同じように、ネットページにあるインタラクティブ要素を「クリック」できることである。しかし、ネットページペンの場合、ユーザは、インタラクティブ要素にペン先を置くだけでインタラクティブ要素をクリックすることになる。光センサは、要素をその固有のページ及び位置ＩＤによって識別し、一方、力センサは、ペン先がページに押し付けられるときに「ペンダウン」状態を登録する。「ペンダウン」及び「ペンアップ」の登録は、ネットページの入力フィールドにあるユーザの手書きを取り込むのにやはり欠かせない。非２値力信号も、取り込まれ、これにより力に関連して幅及び不透明度を変化させることで手書きストロークを再現する。力の変化も、署名認証時に調べられるパラメータのうちの１つとして使用され得る。

力センシングペン及び画像センシングペンに必要とされる高い公差（ｔｏｌｅｒａｎｃ）及び機能は、頑丈でユーザが取り扱い及び搬送しやすいペンの必要性とうまく折り合いを付ける必要がある。

Ａｎｏｔｏ，Ｉｎｃ．から実施権許諾を受けて製造した電子式画像センシングペン（米国特許第７，８３２，３６１号公報を参照）は、典型的には、ペン先の力を測定するために力感応抵抗器を使用する。しかし、力感応抵抗器は、比較的長いゼロ復帰応答時間を有し、高度の精度でのエンドストローク（ｅｎｄ−ｓｔｒｏｋｅ）の検出に適さない。

米国特許第７，８３２，３６１号公報

第１の態様では、表面と接触する格納式ペン先を有する電子ペンであって、
第１の端部に表面に接触するペン先を有する摺動自在に移動可能なカートリッジであり、ペン先がペンの本体から突き出る突出した位置、及びペン先が本体に格納される格納した位置において構成可能であるカートリッジと、
格納機構であり、
カートリッジの反対側の第２の端部を受け入れる胴軸であり、胴軸が、カートリッジを突出した位置又は格納した位置に着座させるように構成され、それによって、カートリッジからの長手方向軸力が、突出した位置において胴軸に伝達される、胴軸、及び
カートリッジを突出した位置又は格納した位置に向かって付勢する付勢機構
を備える格納機構と、
格納機構に連結されるアクチュエータであり、ユーザが、カートリッジを、突出した位置と格納した位置の間で移動させることを可能にする、アクチュエータと、
胴軸に連結される力センサであり、カートリッジから胴軸に伝達される軸力に対する反作用を与える力センサと、
力センサによって検出される力を示す力データを発生させるように構成されるプロセッサと
を備える、電子ペンが提供される。

このペンは、ユーザが、片手だけを用いてペン先を格納する従来の手段を提供すると共に、ペン先が突出した位置にあるときに、ほんのわずかなペン先の力（例えば、１〜２０ｇ又は５〜１２ｇ）を検出できる高感度力センサを更に有する。

適宜、ペンは、表面に配設されたコード化データパターンの少なくとも一部を撮像するイメージセンサを更に備え、プロセッサが、コード化データパターンの１つ又は複数の撮像した部分を用いて対話データを発生させるように構成される。

適宜、プロセッサは、力データを用いて、
ペン先が、表面と接触しているときに、ペンダウン状態、及び
ペン先が、表面と接触していないときに、ペンアップ状態
のどちらか１つを決定するように構成される。

適宜、プロセッサは、力が、所定の閾値力を超過する場合のみ、ペンダウン状態を指示するように構成される。

適宜、プロセッサは、ペンダウン状態が決定されたときにのみ、対話データを発生させるように構成される。

適宜、イメージセンサは、ペンダウン状態が決定されたときにのみ、コード化データを感知するように構成される。

適宜、アクチュエータは、カートリッジに連結される手動操作可能なボタンを備え、ボタンの押下及び解除により、格納した位置と突出した位置の間でカートリッジを切り替える。

適宜、ペンは、ペンの構成を感知する感知装置を備え、この感知装置が、
ボタンに連結されるボタンセンサであり、ボタンの作動を感知するボタンセンサと、
カートリッジと協働するカートリッジセンサであり、カートリッジが突出又は格納されているかどうか感知するカートリッジセンサと
を備え、
プロセッサが、感知装置からの１つ又は複数の入力信号に応答して、ペンの状態を設定するように構成される。

適宜、ボタンセンサは、電子スイッチを備え、このスイッチは、ボタンの部品によって機械的に作動可能である。

適宜、胴軸は、カートリッジの第２の端部を保持するための長手方向に摺動可能なラチェットを備え、このラチェットが、胴軸の内表面に定められた相補的な縦溝と長手方向に摺動係合するための複数のラジアルラチェット歯を備える。

適宜、カートリッジが、交換可能であり、ラチェットが、カートリッジの第２の端部を解除可能に保持するように構成される。

適宜、各縦溝は、カム状リップを有し、リップへのラチェット歯の第１のカム状端面の当接係合によりラチェットを回転させるように構成される。

適宜、胴軸は、突出した位置に対応する第１の当接面、及び格納した位置に対応する第２の当接面を含み、ラチェットは、第１の当接面又は第２の当接面に向かって回転可能及び摺動可能である。

適宜、ボタンが、プランジャを介してラチェットに連結され、プランジャが、縦溝に摺動式に係合される複数のラジアルプランジャ歯を備え、各プランジャ歯が、ラチェット歯の第１のカム状端面と当接係合するための第２のカム状端面を有し、第１のカム状端面及び第２のカム状端面が、ラチェットに回転を付与するように構成される。

適宜、ボタンは、ボタンがプランジャから脱連結される脱連結位置に向かって付勢される。

適宜、胴軸は、力センサと係合される一体ピンを備え、カートリッジを介して伝達される長手方向軸力が、ピンを介して力センサによって検出される。

適宜、力センサは、静電容量性力センサであり、ピンが、静電容量性力センサの弾性可動プレートと係合される。

適宜、ペンは、力センサとの係合に向けて胴軸及びそれによってピンを付勢する予荷重付勢アセンブリを備える。

適宜、ペンは、胴軸用のハウジングを備え、予荷重付勢アセンブリが、ハウジングと胴軸の間に係合される予荷重ばねを備える。

適宜、カートリッジは、
インクを前記ペン先に供給するためのインク容器を備えるインクカートリッジ、ただし、ペン先がマーキングのペン先である、及び
スタイラスカートリッジ、ただし、ペン先が非マーキングのペン先である、
のいずれか１つから選択される。

第２の態様では、表面と接触する電子ペンであって、
表面に接触するペン先を有するカートリッジと、
カートリッジを介して軸方向に伝達されるペン先の力を感知するための、カートリッジと協働する静電容量性力センサと、
力センサによって検出される力を示す力データを発生させるように構成されるプロセッサと
を備え、この静電容量性力センサが、
一体化した電導性可動プレート有するばねで、可動プレートを基準位置に向かって弾性的に付勢するばねと、
電導性固定プレートと、
プレート同士を分離する誘電体と
を備える、ペンが提供される。

第２の態様によるペンは、有利なことに、速い応答時間（例えば、０．１〜５ｍｓ又は０．５〜２ｍｓ）、具体的には、速いゼロ復帰応答時間を提供する。これら速い応答時間は、ページでの手書き入力中にデジタルインクの連続的ストリームを取り込むときに必要である。第２の態様に定めた静電容量性力センサは、本明細書に記載の電子ペンのいずれかに組み込まれてもよい。第２の態様に定めた静電容量性力センサは、格納式カートリッジを有する電子ペンで用いるのに特に適している。

適宜、ばねは、ステンレス鋼及びベリリウム銅合金からなる群から選択される材料から構成される。

適宜、ペン先の力は、可動プレートを固定プレートに向かって移動させる。

適宜、ペン先の力は、固定プレートから離れるように可動プレートを移動させる。

適宜、ばねは、可動プレートを支持する１つ又は複数のばねアームを備える。

適宜、１つ又は複数のばねアームは、半径方向、周方向、又は渦巻き状に可動プレートから外側環状支持体まで延在する。

適宜、可動プレート及び１つ又は複数のばねアームは、基準位置において同一平面にある。

適宜、可動プレート及び１つ又は複数のばねアームは、材料の単一ブランクから形成される。

適宜、誘電体は、空気及びポリマーを含む。

適宜、ポリマーは、ポリイミドである。

適宜、可動プレート及び固定プレートは、リジッドスペーサによって分離される。

適宜、ペン先は、ペンの本体内格納式である。

適宜、カートリッジは、格納機構を介して力センサに連結される。

適宜、格納機構は、ペン先の格納及び突出のためのユーザ操作可能なボタンを備える。

第３の態様では、
第１の端部にあるペン先、及び反対側の第２の端部を有するユーザ交換可能なカートリッジと、
ペン先からカートリッジを介して軸方向に伝達されるペン先の力を感知する力センサと、
格納機構であり、
カートリッジの第２の端部を受け入れ、カートリッジを突出した位置又は格納した位置に着座させるように構成され、力センサと係合される胴軸、及び
カートリッジを突出した位置又は格納した位置に向かって付勢する第１の付勢手段
を含む格納機構と、
力センサとの係合に向けて胴軸を付勢する第２の付勢手段と
を備える、電子ペンが提供される。

有利には、２つの付勢手段をペンに使用することにより、簡便なペン先の格納／突出を可能にすると共に、力センサを損傷することなくペンからのカートリッジの抜き出し及び交換を更に可能にする。

適宜、胴軸は、カートリッジの第２の端部を解除可能に保持するためのブーツを備える。

適宜、ブーツは、突出した位置又は格納した位置に長手方向に摺動可能である。

適宜、カートリッジは、第１の付勢手段の付勢に対してカートリッジを引き出すことによって、ブーツ及びそれによってペンから抜き出し可能である。

適宜、第１の付勢手段は、胴軸とブーツの間に係合されるばねを備える。

適宜、胴軸は、エンドストップ当接面を備え、ブーツは、エンドストップ当接面と係合するとカートリッジを解除するように構成される。

適宜、第２の付勢手段は、ブーツが、胴軸のエンドストップ当接面と係合されるとき、胴軸を力センサとの係合で保持するように構成される。

適宜、ブーツは、カートリッジの第２の端部を保持するための保持用シースを備える。

適宜、ペンは、格納機構に連結される手動操作可能なボタンを更に備える。

適宜、ペンは、胴軸用のハウジングを更に備え、第２の付勢手段は、胴軸とハウジングの間に係合されるばねを備える。

第４の態様では、表面と接触する電子ペンであって、
ペン先を有する格納式カートリッジと、
ペン先がペンの本体内に格納されるように、カートリッジを自動的に格納する自動格納機構と、
自動格納機構を制御する第１のプロセッサとを備え、第１のプロセッサが、１つ又は複数の所定のペン状態に応じて、カートリッジを自動的に格納するように構成される、電子ペンが提供される。

第４の態様によるペンは、有利なことに、所定のペン状態のセットの下でペン先を格納することによってペンへの損傷を最小にする。例えば、加速度計は、損傷を最小にするために、ペンが自由落下中であるときを検出し、衝突前に自動的にペン先を格納するようにペンに信号を送ってもよい。

適宜、ペンは、１つ又は複数のペンの状態を感知する１つ又は複数の入力センサを備え、１つ又は複数の入力センサは、１つ又は複数の入力信号を第１のプロセッサに供給する。

適宜、１つ又は複数の入力センサは、
カートリッジに連結される力センサであり、ペン先からカートリッジを介して軸方向に伝達されるペン先の力を感知する力センサと、
カートリッジに連結されるペン先スイッチであり、所定の力がペン先に及ぼされると作動させられるペン先スイッチと、
表面に配設されたコード化データパターンの少なくとも一部を撮像するイメージセンサであり、第１のプロセッサ及び／又は第２のプロセッサが、コード化データパターンの１つ又は複数の撮像した部分を用いて対話データを発生させるように構成される、イメージセンサと
からなる群から選択される。

適宜、第１のプロセッサは、
ペン先の力が、所定の閾値力より大きい、
表面が、コード化データパターンでコード化されていない、
コード化データパターンの質が、ある閾値未満に落ちている、
対話データの質が、所定の閾値未満に落ちている、
対話データを記憶するためのバッファが一杯である、
対話データを記憶するためのバッファが、所定の閾値よりも低いメモリの空き容量を有する、
ペンが、所定の閾値を超過する速度で表面に対して移動されている、
ペンが、所定の閾値を超過する傾きで表面に対して傾けられている
ということのいずれか１つを第１のプロセッサが決定する場合、カートリッジを自動的に格納するように構成される。

適宜、１つ又は複数の入力センサは、加速度計、タイマ、環境温度センサ、環境湿度センサ、バッテリステータスセンサ、及び接続性センサからなる群から選択される少なくとも１つのセンサを含む。

適宜、第１のプロセッサは、
ペンが、自由落下運動中である、
ペンが、衝撃を受ける、
非活動期間が、所定の閾値を超過する、
環境温度が、所定の閾値を超過する、
環境湿度が、所定の閾値を超過する、
バッテリ容量が、所定の閾値より低い、
リモートコンピュータシステム又はネットワークの接続が、中断されている
ということのいずれか１つを第１のプロセッサが決定する場合、カートリッジを自動的に格納するように構成される。

適宜、カートリッジの格納は、ペンをパワーダウン状態に構成する。

適宜、ユーザ操作可能なスイッチは、自動格納機構及び／又は第１のプロセッサに連結される。

適宜、ペンは、ペン先がペンの本体から突き出るようにカートリッジを突出させる突出機構を備える。

適宜、カートリッジの突出により、ペンをパワーアップ状態に構成し、それによって力センサは、ペン先の力の検出に応答、イメージセンサは、コード化データパターンのイメージングに応答、及び／又はプロセッサは、対話データ発生に応答する。

適宜、突出機構は、第１のプロセッサが、ペン先無効の条件が存在することを決定する場合、無効にされる。

適宜、突出機構は、カートリッジを自動的に突出させる自動突出機構である。

適宜、自動格納機構は、自動突出機構を備える。

適宜、格納／突出機構は、ユーザ操作可能なスイッチに連結され、スイッチの効果は、カートリッジが突出又は格納されているかどうか次第である。

適宜、ペンは、手動突出機構を備える。

適宜、ペンは、手動格納機構を更に備える。

適宜、自動格納機構は、カートリッジ格納機構に連結されるモータを備える。

適宜、自動格納機構は、力センサアセンブリに連結されるモータを備え、力センサアセンブリは、カートリッジに連結される。

適宜、自動格納機構は、受け具からカートリッジアセンブリを解除するように構成されるアクチュエータを備え、カートリッジアセンブリは、カートリッジを備え、カートリッジアセンブリは、格納した位置に向かって付勢される。

第５の態様では、
第１の端部に表面に接触するペン先を有する格納式カートリッジであって、ペン先がペンの本体から突き出る突出した位置、及びペン先が本体に格納される格納した位置において構成可能であるカートリッジと、
カートリッジを突出及び格納する格納機構と、
格納機構を作動させるボタンと、
ペンの構成を感知する感知装置であって、
ボタンに連結されるボタンセンサであり、ボタンの作動を感知するボタンセンサ、及び、
カートリッジと協働するカートリッジセンサであり、カートリッジが突出又は格納されているかどうか感知するカートリッジセンサ
を備える感知装置と、
感知装置と協働するプロセッサであり、感知装置からの１つ又は複数の入力信号に応答して、ペンの状態を設定するように構成されるプロセッサと
を備える電子ペンが提供される。

第５の態様によるペンは、有利なことに、ペンが使用中でないことが検出されるときに、ペンをパワーダウンすることによってバッテリパワーを節約する。ボタンセンサ及びカートリッジセンサは、連動して働いて、必要な入力信号をプロセッサに供給する。

適宜、プロセッサは、感知装置からの１つ又は複数の入力信号に応答して、ペンを活動状態又は休止状態に設定するように構成される。

適宜、ボタンセンサは、電子スイッチを備え、このスイッチは、ボタンの部品によって機械的に作動可能である。

適宜、カートリッジセンサは、光センサを備える。

適宜、光センサは、カートリッジの少なくとも一部を感知するように配置される。

適宜、カートリッジは、第１の光学的に検出可能な領域及び第２の光学的に検出可能な領域を備え、第１の領域及び第２の領域は、光センサによって区別でき、それにより第１の領域を感知すると突出した位置を指示し、第２の領域を感知すると格納した位置を指示する。

適宜、第１の領域又は第２の領域のどちらか１つは、カートリッジの本体で光学的に対照するようにマークされる。

適宜、ペンは、表面に配設されたコード化データパターンの少なくとも一部を撮像するイメージセンサを備え、プロセッサが、コード化データパターンの１つ又は複数の撮像した部分を用いて対話データを発生させるように構成される。

適宜、イメージセンサは、プロセッサが、ペン先が突出した位置にあることを決定した場合のみ、コード化データパターンを感知するように構成される。

適宜、感知装置は、ペン先からカートリッジを介して軸方向に伝達されるペン先の力を感知する力センサを更に備え、プロセッサは、ペン先の力を示す力データを発生させるように構成される。

適宜、プロセッサは、力データを用いて、
ペン先が、表面と接触しているときに、ペンダウン状態、及び
ペン先が、表面と接触していないときに、ペンアップ状態
のどちらか１つを決定するように構成される。

適宜、イメージセンサは、プロセッサが、ペンダウン状態を決定した場合のみ、コード化データパターンを感知するように構成される。

適宜、プロセッサは、プロセッサが、ペンダウン状態を決定した場合のみ、対話データを発生させるように構成される。

適宜、感知装置は、タイマを更に備える。

適宜、プロセッサは、タイマが、所定の非活動の閾値期間が超過されたことを指示する場合、ペンを休止状態に設定するように構成される。

適宜、格納機構は、
第１の端部の反対側のカートリッジの第２の端部を受け入れる胴軸であり、カートリッジを突出した位置又は格納した位置に着座させるように構成される胴軸と、
カートリッジを突出した位置又は格納した位置に向かって付勢する付勢機構と
を備える。

適宜、胴軸は、カートリッジの第２の端部を解除可能に保持するためのブーツを備える。

適宜、ブーツは、カートリッジの第２の端部を保持するための保持用シースを備える。

適宜、ブーツは、突出した位置又は格納した位置に長手方向に摺動可能である。

第６の態様では、電子ペンであって、
第１の端部に表面に接触するペン先を有する格納式カートリッジであり、ペン先がペンの本体から突き出る突出した位置、及びペン先が本体に格納される格納した位置において構成可能であるカートリッジと、
力により作動可能なデバイスであり、ペン先からカートリッジを介して軸方向に伝達されるペン先の力によって作動させられるデバイスと、
カートリッジの反対側の第２の端部を受け入れる胴軸を備える格納機構であり、胴軸が、カートリッジを突出した位置又は格納した位置に着座させるように構成され、胴軸が、力により作動可能なデバイスと係合される、格納機構と、
格納機構を作動させるボタンと、
格納機構、及びそれによって力により作動可能なデバイスとの連結係合から離れるようにボタンを付勢する脱連結機構と
を備える電子ペンが提供される。

第６の態様によるペンでは、力により作動可能なデバイス（例えば、力センサ）の精度が、有利なことに、格納機構、及びそれによって、格納機構と係合される力により作動可能なデバイスから離れるように作動ボタンを付勢することによって改善される。

適宜、力により作動可能なデバイスは、
ペン先からカートリッジを介して軸方向に伝達されるペン先の力を感知するためのカートリッジに連結される力センサ、及び
カートリッジに連結されるペン先スイッチであり、所定の力が、ペン先に及ぼされると作動されるペン先スイッチ
からなる群から選択される。

適宜、ペンは、力センサによって感知される力を示す力データを発生させるように構成されるプロセッサを備える。

適宜、ボタンの手動作動により、脱連結機構の付勢に対してボタンを格納機構に連結する。

適宜、脱連結機構は、ボタンと支持面の間に係合される脱連結用ばねを備える。

適宜、ボタンは、ペン本体によって支持されたグロメットを通過する摺動自在に移動可能なプランジャとの当接係合を介して格納機構に連結可能であり、グロメットは、支持面を定める。

適宜、格納機構は、
突出した位置に対応する第１の当接面、及び格納した位置に対応する第２の当接面を含む胴軸と、
カートリッジの第２の端部を保持するための胴軸内に摺動可能に取り付けられるラチェットと
を備え、
プランジャは、ボタンの作動及び解除によりラチェットを第１の当接面又は第２の当接面に向けて摺動及び回転移動させるようにラチェットに当接する。

適宜、第１の付勢手段は、脱連結付勢手段の脱連結付勢に対して第１の当接面又は第２の当接面に向かってラチェットを付勢する。

適宜、ラチェットは、カートリッジの第２の端部を解除可能に保持するための保持用シースを備える。

適宜、カートリッジは、第１の付勢手段の付勢に対してカートリッジを引き出すことによって、保持用シース及びそれによってペンから抜き出し可能である。

適宜、胴軸は、エンドストップ当接面を備え、保持用シースは、エンドストップ当接面と係合すると、カートリッジを解除するように構成される。

適宜、ペンは、力センサとの係合に向けて胴軸を付勢する第２の付勢手段を更に備える。

適宜、第２の付勢手段は、胴軸を力センサとの係合で保持するように構成される。

適宜、ペンは、胴軸用のハウジングを更に備え、第２の付勢手段が、胴軸とハウジングの間に係合される予荷重ばねを備える。

適宜、ペンは、ペンの構成を感知する感知装置を備え、この感知装置が、
ボタンに連結されるボタンセンサであり、ボタンの作動を感知するボタンセンサと、
カートリッジと協働するカートリッジセンサであり、カートリッジが突出又は格納されているかどうか感知するカートリッジセンサと
を備え、
プロセッサが、感知装置からの１つ又は複数の入力信号に応答して、ペンの状態を設定するように構成される。

適宜、第１の態様、第３の態様、第４の態様、第５の態様、及び第６の態様に関する本明細書に記載の力センサは、第２の態様（及び第２の態様の何らかの任意的な実施形態）に関して定められるような静電容量性力センサである。

本明細書で使用されているように、用語「カートリッジ」は、インクカートリッジ又はスタイラスカートリッジに言及するために使用される。インクカートリッジは、一端にマーキングのペン先を有し、インクをマーキングのペン先に供給するためのインク容器を含む。スタイラスカートリッジは、一端に非マーキングのペン先を有し、インク容器を含まず、スタイラスカートリッジは、筆記具よりむしろポインティング器具（ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）に用いられる。どちらのタイプのカートリッジも、典型的には、細長いシャフトが、長手方向軸及び一端にペン先を有する。通常、カートリッジは、直円柱であるが、もちろん他の形態も考えられ、本発明の範囲内である。インクカートリッジ及びスタイラスカートリッジは、典型的には、本明細書に記載の電子ペン（例えば、ネットページペン）において相互交換して置換可能である。したがって、スタイラスカートリッジを含むスタイラスペンは、インクカートリッジを備えるマーキングペンに変換することができ、その逆もある。

ネットページペンの斜視図である。 ネットページペンのペン先端の斜視図である。 サンプルの印刷したネットページとオンラインページ記述の間の関係の概略図である。 様々なリレーデバイスの代替例を有する、基本的なネットページアーキテクチャの一実施形態を示す図である。 タグの構造図である。 １２個のデータシンボル及び４個のターゲットのグループを示す図である。 ２〜６個のＰＰＭ及び３〜６個のＰＰＭデータシンボルのレイアウト図である。 マクロドットの位置の間隔を示す図である。 ２〜６個のＰＰＭレジストレーションシンボルのレイアウト図である。 半複製のｘ座標コードワードＸを示す図である。 半複製のｙ座標コードワードＹを示す図である。 コードワードＡを太い輪郭で示した、共通コードワードＡ、Ｂ、Ｃ及びＤを示す図である。 任意的なコードワードＥを示す図である。 完全なタグのレイアウト図である。 リードソロモンコードワードのレイアウト図である。 画像処理の流れ図である。 ネットページペンの断面正面図である。 ネットページペンにあるクレードル接点を示す斜視図である。 ネットページクレードルにドッキングしたネットページペンの斜視図である。 ネットページペン及びネットページクレードルについての様々な充電及びデータ接続の選択肢の概略図である。 ネットページペン及びネットページクレードルについての様々な充電及びデータ接続の選択肢の概略図である。 ネットページペン及びネットページクレードルについての様々な充電及びデータ接続の選択肢の概略図である。 ネットページペン及びネットページクレードルについての様々な充電及びデータ接続の選択肢の概略図である。 ペンの分解図である。 ペンの縦断面図である。 ペン用の光学アセンブリの分解図である。 光学アセンブリの切り欠き斜視図である。 ペン用の力センシングアセンブリの斜視図である。 力センサの分解図である。 力センサのばねを示す図である。 力センサを含むＰＣＢスタックの概略図である。 代替の反転式力センサ用のＰＣＢスタックの概略図である。 ボールペンカートリッジの斜視図である。 ペン用のペン先格納アセンブリの分解図である。 突出した位置にラチェット及びプランジャを示す胴軸の切り欠き図である。 明確にするためにプランジャを取り除いた図３２Ａの胴軸を示す図である。 ラチェット機構を備える第１の自動格納機構の概略図である。 力センサアセンブリに直結した第２の自動格納機構の概略図である。 手動突出機構を組み込む第３の自動格納機構の概略図である。 ペンの主ＰＣＢの相互接続図である。 主ＰＣＢの上部及び下部斜視図である。 主ＰＣＢの上部及び下部斜視図である。 ペン用のクレードル接点リードフレーム挿入体の斜視図である。 ペン用のジェスチャフレックスＰＣＢの斜視図である。 ペンオプティクスを貫く縦断面図である。 ペンオプティクスを貫く縦断面図である。 ペンカートリッジと並んだペンオプティクスについての光線追跡の図である。 ペン電子機器のブロック図である。

次に本発明の実施形態を、添付図面を参照してほんの一例として説明する。

上記のように、本発明は、譲受人のネットページシステムへの組み込みによく適している。これを踏まえて、本発明をより広いネットページアーキテクチャの一構成要素として説明してきた。しかし、電子ペンが、多くの異なる分野でもっとより広い適用例を有することが容易に理解されよう。したがって、本発明は、ネットページの文脈に必ずしも限定されない。

１．１ ネットページシステムアーキテクチャ
好ましい実施形態では、本発明は、ネットページネットワークのコンピュータシステムと共に働くように構成され、その詳細な概要は、後に続く。全ての実施が、基本システムに関して以下に述べる特定の詳細及び拡張の全部又はそれどころか大部分を具体化することになるとは限らないことを理解されよう。しかし、このシステムは、本発明の好ましい実施形態及び好ましい態様の動作の文脈を理解しようとするときに、外部参照の必要性を少なくさせるように最も完成した形態で説明される。

簡単に要約すれば、ネットページシステムの好ましい形態は、マップした表面、すなわち、コンピュータシステム内に保持された表面のマップへのレファレンス（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）を含む物理的表面の形態でコンピュータインタフェースを用いる。マップレファレンスは、適切なセンシングデバイスによって照会することができる。特定の実施によっては、マップレファレンスは、可視的又は非可視的に符号化されてもよく、このマップ内と、異なるマップ同士の間との両方でマップした表面上の局所的な照会によりはっきりしたマップレファレンスをもたらすように定められてもよい。コンピュータシステムは、マップした表面にある特徴についての情報を含むことができ、そのような情報は、マップした表面と共に使用されるセンシングデバイスによって与えられるマップレファレンスに基づいて検索することができる。したがって、検索される情報は、オペレータが表面の特徴と対話することに応答してオペレータの代わりにコンピュータシステムによって開始されるアクションの形態をとり得る。

ネットページシステムの好ましい形態では、そのネットページシステムは、ネットページの生成、及び人によるネットページとの対話を頼りにしている。これらネットページは、普通紙に印刷されたテキスト、グラフィック及び画像のページであるが、ネットページは、インタラクティブウェブページのように働く。表面コーディングパターンは、人間の肉眼にはほぼ見えないインクを使用して各ページに印刷される。しかし、このインク、したがってコーディングパターンは、光学的イメージングセンシングデバイスによって感知され、ネットページシステムに伝送することができる。

本発明では、この光学的イメージングセンシングデバイスは、図１に示すようなペン４００の形態をとる。図２を参照すると、ペン４００は、格納式ペン先４０６と、表面コーディングパターンを照明するための一対の近赤外線照明ＬＥＤ４１６、及び表面コーディングパターンの画像を取得するための光学系４１２とを備えるイメージングシステムとを有する。ペン４００は、後続の３章により詳細に説明する。

ネットページシステムの一実施形態では、各ページのアクティブボタン及びハイパーリンクをペン４００でクリックして、ネットワークから情報をリクエスト、又はネットワークサーバへの信号選択装置（ｓｉｇｎａｌ ｐｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）へ情報をリクエストすることができる。別の実施形態では、ネットページに手で書かれたテキストは、自動的に認識され、ネットページシステムにおけるコンピュータテキストに変換され、フォームの記入が可能になる。他の実施形態では、ネットページに記録される署名は自動的に確認され、電子商取引の処理を安全に承認することが可能になる。他の実施形態では、ネットページにあるテキストをクリック又はジェスチャして、ユーザによって指示されたキーワードに基づいてサーチを開始する。ネットページペンは、ジェスチャによるネットページ表面との対話を指示するためにジェスチャボタンを組み込んでもよい。ジェスチャベースの対話は、米国特許出願公開第２００７／０１４３７１５号により詳細に説明されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

図３に示すように、印刷したネットページ１は、対話式フォームを表し得るものであり、このフォームは、印刷したページに物理的にも、ペンとネットページシステムの間の通信を介して「電子的に」もユーザによって記入できる。この例は、氏名フィールド及び住所フィールド、並びに提出ボタンを含む「リクエスト」フォームを示す。ネットページ１は、目に見えるインクを用いて印刷されたグラフィックデータ２と、このグラフィックデータと重ね合わされた表面コーディングパターン３とからなる。表面コーディングパターン３は、複数のタグ４を含む。そのようなタグ４の１つは、図３の網掛け領域に示されるが、連続タグ４は、コーディングパターン３によって定められ、ネットページ１全体にわたって密にタイリングされる。

ネットページネットワークに記憶される対応するページ記述５は、ネットページの個々の要素を説明する。具体的には、ページ記述５は、各インタラクティブ要素（すなわち、例におけるテキストフィールド又はボタン）のタイプ及び空間的広がり（ゾーン）を記述し、それによりネットページシステムが、ネットページを介して入力を正確に解釈することを可能にする。提出ボタン６は、例えば、対応するグラフィック８の空間的広がりに対応するゾーン７を有する。

図４に示すように、３章で説明するペン４００などのネットページセンシングデバイスは、通常、ネットページリレーデバイス６０１と連動して働き、ネットページリレーデバイス６０１は、家庭、オフィス又はモバイル使用のためのインターネット接続したデバイスである。ペン４００は、ワイヤレスであり、短距離無線リンク９を介してネットページリレーデバイス６０１と安全に通信する。代替実施形態では、ネットページペン４００は、リレーデバイス６０１へのＵＳＢ、又は他のシリアル接続などの有線接続を利用する。さらなる代替実施形態では、ネットページペン４００は、リモートネットページサーバ１０を参照せずに対話データを解釈するためのオンボードコンピュータシステムを有してもよい。

リレーデバイス６０１は、対話データをページサーバ１０へ中継するという基本機能を実行し、ページサーバ１０は、対話データを解釈する。図４に示すように、リレーデバイス６０１は、例えば、パーソナルコンピュータ６０１ａ、ネットページプリンタ６０１ｂ、又はいくつかの他のリレー６０１ｃ（例えば、ウェブブラウザを組み込んでいるパーソナルコンピュータ又は携帯電話）の形態をとってもよい。

ネットページプリンタ６０１ｂは、定期的に又はオンデマンドで、個人向けの新聞、雑誌、カタログ、パンフレット、及び他の刊行物を提供することができ、全てが、対話式ネットページとして高品質で印刷される。パーソナルコンピュータとは異なり、ネットページプリンタは、例えば、ユーザの台所内、朝食用のテーブルの近く、又は家族の１日の出発点の近くなど、朝のニュースがまず費やされるエリアに隣接した壁部に設置され得る機器である。ネットページプリンタは、卓上型、デスクトップ型、ポータブル型、及び小型のバージョンもある。消費現場においてオンデマンドで印刷されるネットページは、紙の使いやすさと、対話型媒体の適時性及び対話性とを併せ持つ。

代替として、ネットページリレーデバイス６０１は、携帯電話若しくはＰＤＡなどのポータブルデバイス、ラップトップ若しくはデスクトップ型コンピュータ、又はＴＶなどの共有ディスプレイに接続される情報機器であってもよい。リレーデバイス６０１が、デジタル処理及びオンデマンドでネットページを印刷するネットページプリンタ６０１ｂでない場合、ネットページは、オフセット印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷、凸版印刷、及び輪転グラビア印刷のような技術を用いる伝統的なアナログ印刷機によって、並びにドロップオンデマンドインクジェット、連続インクジェット、転染、及びレーザ印刷などの技術を用いるデジタル印刷機によって印刷されてもよい。

図４に示すように、ネットページセンシングデバイス４００は、印刷したネットページ１、又は生産品２５１のラベルなどの他のプリント基板にあるタグパターンの一部と対話し、短距離無線リンク９を介してその対話をリレーデバイス６０１に通信する。リレー６０１は、解釈のために、対応する対話データを関連するネットページページサーバ１０に送信する。センシングデバイス４００から受信した生データは、対話データとしてページサーバ１０に直接中継されてもよい。代替として、対話データは、インタラクションＵＲＩの形態で符号化され、ユーザのウェブブラウザ６０１ｃを介してページサーバ１０に伝送されてもよい。次いで、ウェブブラウザ６０１ｃは、ページサーバ１０からＵＲＩを受信し、ウェブサーバ２０１を介してウェブページにアクセスしてもよい。いくつかの状況では、ページサーバ１０は、ネットページアプリケーションサーバ１３で実行しているアプリケーションコンピュータソフトウェアにアクセスすることができる。

ネットページリレーデバイス６０１は、任意の個数のセンシングデバイスをサポートするように構成されてもよく、センシングデバイスは、任意の個数のネットページリレーと共に働くことができる。好ましい実施では、各ネットページセンシングデバイス４００は、固有の識別子を有する。これにより、各ユーザは、ネットページページサーバ１０又はアプリケーションサーバ１３に関して別個のプロファイルを保持することが可能になる。

ネットページ１のデジタルによるオンデマンドな提供は、ますます普及するブロードバンドインタネット接続を利用するネットページプリンタ６０１ｂによって実行することができる。ネットページネットワーク上のネットページ刊行サーバ１４は、ネットページプリンタに印刷品質の刊行物を提供するように構成される。定期刊行物は、ポイントキャスティング及びマルチキャスティングのインターネットプロトコルを介して加入しているネットページプリンタに自動的に提供される。個人向けの刊行物は、個々のユーザプロファイルに従ってフィルタ処理及びフォーマットされる。

ネットページペンは、ネットページ登録サーバ１１に登録され、１つ又は複数のペイメントカード口座にリンクすることができる。これにより、ネットページペンを用いて電子商取引の支払いを安全に承認することが可能になる。ネットページ登録サーバは、ネットページペンによって取り込まれる署名を、前もって登録した署名と比較し、ネットページ登録サーバが、電子商取引サーバに対してユーザの識別情報を承認することを可能にする。識別情報を確認するために他のバイオメトリクスを使用することもできる。ネットページペンのバージョンの１つには、ネットページ登録サーバによって類似の方法で確認される指紋スキャニングが含まれる。

１．２ ネットページ
ネットページは、ネットページネットワークを構築するための基礎である。ネットページは、刊行した情報及び双方向サービスに紙ベースのユーザインタフェースを与える。

図３に示すように、ネットページは、ページのオンライン記述５に関連して目に見えないようにタグが付けられた印刷したページ（又は他の表面領域）からなる。オンラインページ記述５は、ネットページページサーバ１０によって持続的に保持される。このページ記述は、テキスト、グラフィック、及び画像などの目に見えるページのレイアウト及び内容を記述する。このページ記述は、ボタン、ハイパーリンク、及び入力フィールドなどのページにある入力要素も記述する。ネットページは、その表面にネットページペンを用いて行われるマーキングが、同時にネットページシステムによって取り込まれ、処理されることを可能にする。

複数のネットページ（例えば、アナログ印刷機によって印刷されたネットページ）は、同じページ記述を共有することができる。しかし、別の方法での同一のページを通じての入力を区別可能にするために、各ネットページは、固有のページ識別子が割り当てられてもよい。このページＩＤは、非常に多数のネットページ同士を区別するのに十分な正確さを有する。

ページ記述５の各参照は、ネットページのパターンに繰り返し符号化される。各タグ（及び／又は連続タグを集めたもの）は、各タグが現われる固有のページを特定し、それによってページ記述５を間接的に特定する。各タグは、ページ上の各タグ自体の位置も特定する。タグの特性は、以下により詳細に説明する。

典型的には、タグは、普通紙などの赤外線反射性である任意の基板上に赤外線吸収性インクで印刷されるか、赤外線蛍光性インクで印刷される。近赤外の波長は、人間の目では見えないが、適切なフィルタを備える固体イメージセンサによって容易に感知される。

タグは、ネットページセンシングデバイス内の２Ｄエリアイメージセンサによって感知され、タグデータは、最も近いネットページリレーデバイス６０１を介してネットページシステムに伝送される。ペン４００は、ワイヤレスであり、短距離無線リンクを介してネットページリレーデバイス６０１と通信する。対話はステートレス（ｓｔａｔｅｌｅｓｓ）であるので、ページとのどの対話でも、ペンが、ページＩＤ及び位置を認識することが重要である。タグは、表面の損傷に対してタグにある程度耐性を持たせるようにエラー訂正可能に符号化される。

ネットページページサーバ１０は、印刷した固有のネットページごとに固有のページインスタンス（ｐａｇｅ ｉｎｓｔａｎｃｅ）を保持し、印刷したネットページ１ごとにページ記述５の入力フィールドについてユーザが与えた別個のセット値をそれが保持することを可能にする。

２ ネットページタグ
２．１ タグデータの内容
各タグ４は、基板の領域内のそのタグの絶対位置を特定する。

ネットページとの各対話は、タグ位置と共に領域識別情報も与えるべきである。好ましい実施形態では、タグが参照する領域は、ページ全体と一致し、したがって、この領域ＩＤは、タグが現われるページのページＩＤと同義である。他の実施形態では、タグが参照する領域は、ページ又は他の表面の任意のサブ領域であってもよい。例えば、タグが参照する領域は、インタラクティブ要素のゾーンと一致してもよく、その場合、領域ＩＤは、インタラクティブ要素を直接特定することができる。

出願人の先の出願（例えば、米国特許第６，８３２，７１７号）に記載したように、領域識別情報は、各タグ４に離散的に符号化され得る。以下より詳細に説明することになるように、領域識別情報は、タグ全体が、センシングデバイスの視野内にない場合でも、基板とのあらゆる対話によって、それでも領域識別情報を特定するように複数の連続タグによって符号化され得る。

好ましくは、各タグ４はタグが印刷される基板に対するタグの向きを特定するはずである。タグから読み取られる向きデータは、基板に対するペン１０１の回転（ヨー）の決定を可能にする。

タグ４は、タグ全体としての領域又は個々のタグに対する１つ又は複数のフラグを符号化することもできる。１つ又は複数のフラグビットは、例えば、センシングデバイスが領域の記述を参照する必要なく、タグの隣接エリアに関連したファンクションを示すフィードバックを与えるようにセンシングデバイスに信号を送ってもよい。ネットページペンは、例えば、ハイパーリンクのゾーン内にあるときにＬＥＤの「受光面（アクティブエリア）」を照明することができる。

タグ４は、デジタル署名、又はそのフラグメント（ｆｒａｇｍｅｎｔ）を符号化することもできる。（部分的な）デジタル署名を符号化するタグは、製品の真正性を確認することが必要である適用例に役立つ。そのような適用例は、例えば、米国特許出願公開第２００７／０１０８２８５号に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。デジタル署名は、基板との全ての対話からデジタル署名が検索されるように符号化されてもよい。代替として、デジタル署名は、基板のランダム又は部分的なスキャンからデジタル署名がアセンブルできるように符号化されてもよい。

もちろん、以下により詳細に説明することになるように、他のタイプの情報（例えば、タグのサイズ等）が、各タグ又は複数のタグにやはり符号化されてもよいことが理解されよう。

２．２ 一般的なタグ構造
図３に関連して上述したように、ネットページ表面コーディングは、一般に、タグの密で平坦なタイリングからなる。本発明では、各タグ４は、２種類の要素を含むコーディングパターンによって表される。図５及び図６を参照すると、第１の種類の要素は、ターゲット要素である。ターゲットドット（ｔａｒｇｅｔ ｄｏｔ）３０１の形態のターゲット要素により、コード化した表面の画像内にタグ４を配置することが可能になると共に、タグの透視歪み（ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を推測することが可能になる。第２の種類の要素は、マクロドット３０２の形態のデータ要素である（図８を参照）。マクロドット３０２は、データ値を符号化する。出願人のより初期の開示（例えば、米国特許第６，８３２，７１７号）に記載したように、２値ビットを表すために、マクロドットの有無が使用された。しかし、本発明のタグ構造は、マルチパルス位置変調を用いてデータ値を符号化するものであり、このことは、２．３章においてより詳細に説明する。

コーディングパターン３は、光学イメージングシステムによって、具体的には、近赤外線の狭帯域応答を有する光学系によってコーディングパターン３の取得が可能になるように表面に表される。典型的には、パターン３は、狭帯域の近赤外線インクを用いて表面に印刷される。

図５は、図示のターゲット要素３０１を有する完全なタグ４の構造を示す。タグ４は、正方形であり、１６個のターゲット要素を含む。タグの縁及び隅に位置する（合計１２個の）これらターゲット要素３０１は、隣接しているタグによって共有され、タグの周部を定める。出願人の従前のタグ設計とは対照的に、センシングデバイス１０１によってタグ４が撮像されるときに、多数のターゲット要素３０１により、タグ４の透視歪みを正確に決定することが容易となり有利である。このため、タグのセンシングの精度、及び最終的には位置決定の精度が改善される。

タグ４は、９個のシンボルグループ３０３の正方形アレイからなる。シンボルグループ３０３は、４個のターゲット要素によって定められる正方形内に各シンボルグループが含まれるように、ターゲット要素３０１によって区別される。隣接しているシンボルグループ３０３が、連続しており、ターゲットを共有する。

ターゲット要素３０１は、全て同一であるので、ターゲット要素３０１は、あるタグを、隣接しているタグから区別しない。純粋にターゲット要素のレベルで見ると、ターゲットグリッドのセルを定めるシンボルグループ３０３のみが、区別され得るものであり、タグ４自体は、ターゲット要素のみを見ることでしか区別できない。したがって、タグ４は、タグ復号の一環としてターゲットグリッドと位置を揃えなければならない。

タグ４は、埋込みデータオブジェクト（２．９．３章を参照）を除く全てのタグデータが、実質的にタグのサイズでイメージング視野から復元できるように設計される。このことは、タグ４に固有の任意のデータが、タグ内で４回、すなわち、象限又は四半分ごとに１回現われなければならず、タグの列又は行に固有の任意のデータが、タグ内で２回、すなわち、タグの水平方向半分又は垂直方向半分ごとにそれぞれ１回現われなければならず、タグのセットに共通の任意のデータが、タグ内で１回現われる必要があることを意味する。

２．３ シンボルグループ
図６に示すように、９個のシンボルグループ３０３のそれぞれは、１２個のデータシンボル３０４を備え、各データシンボルが、コードワードの一部となる。加えて、各シンボルグループ３０３は、一対のレジストレーションシンボル、つまり、垂直レジストレーションシンボル（「ＶＲＳ：ｖｅｒｔｉｃａｌ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｓｙｍｂｏｌ」）、及び水平レジストレーションシンボル（「ＨＲＳ：ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｓｙｍｂｏｌ」）を含む。一対のレジストレーションシンボルにより、視野内のタグの向き及び／又は平行移動の決定が可能になる。平行移動は、視野内のシンボルグループ３０３に対する（１つ又は複数の）タグの平行移動を言及する。言い換えると、レジストレーションシンボルにより、「目に見えない」タグとターゲットグリッドとの位置を揃えることが可能になる。

各データシンボル３０４は、マルチパルス位置変調（ＰＰＭ）データシンボルである。典型的には、各ＰＰＭデータシンボル３０４は、２つのマクロドット又は３つのマクロドットを６つの位置｛ｐ_０、ｐ_１、ｐ_２、ｐ_３、ｐ_４、ｐ_５｝のいずれかに用いて、すなわち、２〜６個又は３〜６個のパルス位置変調（ＰＰＭ）を用いて単一の４ビットリードソロモンシンボルを符号化する。しかし、他の形態のマルチＰＰＭ符号化も同様に可能であることを理解されよう。

３〜６個のＰＰＭが、２０個の符号の範囲、又は４．３ビットを有し、リードソロモン冗長シンボルに用いられる。２〜６個のＰＰＭは、１５個の符号の範囲、又は３．９ビットを有し、リードソロモンデータシンボルに用いられる。４ビットのリードソロモンデータシンボルは、シンボル当たり必要な符号の個数を１５個まで減少させるために符号化の前にベース１５に変換される。

図７は、２〜６個のＰＰＭ、又は３〜６個のＰＰＭのデータシンボル３０４についてのレイアウトを示す。

表１は、２〜６個のＰＰＭのシンボル値からリードソロモンシンボル値へのマッピングを定める。

表２は、３〜６個のＰＰＭのシンボル値からリードソロモンシンボル値のマッピングを定める。未使用のシンボル値は、消去として扱われ得る。

２．４ ターゲット及びマクロドット
図８に示すように、両次元におけるマクロドット３０２の間隔は、パラメータｓによって指定される。これは、１インチ当たり１６００ドットのピッチで印刷された８ドットに基づいて１２７μｍの公称値を有する。

マクロドット３０２は、このパターンにおけるシンボル３０４の表現の一部にすぎない。より明確にタグ４の構造をただ説明するために、シンボル３０４のアウトラインを、例えば、図５及び図６に示す。

マクロドット３０２は、公称サイズが（４／８）ｓである公称正方形である。しかし、このパターンを生成するために使用されるデバイスの能力に応じて±１０％だけサイズにばらつきがあることが許容される。

ターゲット３０１は、公称直径が（１２／８）ｓである公称円形である。しかし、このパターンを生成するために使用されるデバイスの能力に応じて±１０％だけサイズにばらつきがあることが許容される。

各シンボルグループ３０３の幅は、１０ｓである。したがって、各タグ４の幅は３０ｓであり、長さは３０ｓである。しかし、タグ４は、いくつかのデータシンボル３０４Ａが、１マクロドットユニット（１ｓ）だけタグ４の周縁から突出し、隣接しているタグから相補的なシンボルグループ３０４Ｂと組み合うように構成されることを図５から留意されたい。この配置は、ターゲットグリッド内でデータシンボル３０４のモザイク式パターンをもたらす。データ取得の見地から、このようなデータシンボルのモザイク式配列により、１マクロドットユニットだけ各タグ４の有効長さを増大させる。

マクロドット間隔、及びしたがってタグパターンの全体的スケールは、パターンを生成するために使用されるデバイスの能力に応じて１２７μｍ及び１２０μｍだけばらつきがあることが許容される。公称スケールからの任意の偏差は、ポジションサンプル（ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓａｍｐｌｅ）を正確に生じることができるように各タグ（タグサイズＩＤフィールドに）に記録される。

これら精度は、互いに独立している。これら精度は、特定のプリンタ特性に関連して改善することができる。

２．５ 視野
上記のように、タグ４は、全てのタグデータが、おおよそタグのサイズでイメージング視野から復元できるように設計される。共通データのフラグメントが、隣接しているタグから復元できるので、連続タグのセットに共通の任意のデータは、各タグ内で１回現われさえすれば十分である。タグの列又は行にのみ共通の任意のデータは、タグ内で２回、すなわち、タグの水平方向半分又は垂直方向半分ごとにそれぞれ１回現われなければならない。また、タグに固有の任意のデータは、タグ内で４回、すなわち、象限ごとに１回現われなければならない。

一方又は両方の空間次元においてタグのセットに共通のデータが、隣接しているタグからのフラグメントから復号され得るが、パルス位置変調値は、空間的にコヒーレントなサンプルから最もよく復号される。その理由は、これにより、まず正規化されることなく生サンプル値を比較することが可能になるからである。このことは、視野が、そのような各パルス位置変調値の２つの完全なコピーを含むのに十分大きいものでなければならないことを意味する。このタグは、パルス位置変調値の最大限の範囲が３個のマクロドットであるように設計される。視野を、タグに３マクロドットユニットを加えた大きさに少なくともさせることにより、パルス位置変調値がコヒーレントにサンプリングできることを保証する。

唯一の例外は、次の章で説明される平行移動符号であり、平行移動符号は、４マクロドットユニットの長さである。しかし、平行移動符号は、大いに冗長であり、視野の縁での最大４個までのシンボルの喪失は、問題でない。

２．６ 符号化された符号及びコードワード
以下の章（２．６章）において、図１０〜図１４中の各シンボルは、固有のラベルを用いて示される。このラベルは、シンボルがどのコードワードの一部であるかを特定するアルファベットの接頭語と、コードワード内のシンボルの添え字を示す数字の接尾語とからなる。簡単にするために、データシンボル３０４のみを示し、レジストレーションシンボルは示さない。

あるコードワードのレイアウトの対称性を示すために回転していくつかのシンボルラベルを示しているが、各シンボルのレイアウトは、（例えば、出願人の米国特許出願公開第２００６／１４６０６９号に記載したように）シンボルグループ内の位置によって決定され、シンボルラベルの回転によって決定されるのではない。

２．６．１ レジストレーションシンボル
各レジストレーションシンボルは、２〜６個のＰＰＭを用いて符号化される。図９は、レジストレーションシンボルのレイアウトを示す。

図６に示すように、水平レジストレーションシンボル及び垂直レジストレーションシンボルは、シンボルグループ内でそれぞれ１回現われる。典型的には、完全なタグのレジストレーションシンボルは、２つの直交する平行移動符号をコード化することによってタグの垂直平行移動及び水平平行移動を示すと共に、２つの直交する方向符号をコード化することによってタグの向きを示す。

各レジストレーションシンボルは、フラグ符号の１ビットのシンボルも符号化する（２．６．２章を参照）。

表３は、２〜６個のＰＰＭのレジストレーションシンボル値からフラグ符号シンボル値、方向符号シンボル値、及び平行移動符号シンボル値へのマッピングを定める。

シンボルグループの各行及びシンボルグループの各列は、３シンボル３値巡回位置符号を符号化する。（出願人の巡回位置符号は、米国特許第７，０８２，５６２号に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる）。この符号は、コードワード（０，１，２）、及びその巡回シフトからなる。この符号は、３の最小距離を有し、単一シンボル誤りの訂正を可能にする。完全なタグの符号は、９の最小距離を有する符号を形成し、４シンボル誤りの訂正を可能にする。追加のシンボルが、視野内で見える場合、追加のシンボルは、追加の冗長性に用いることができる。

コードワードの中央の平行移動符号シンボル（すなわち、１）は、互いの逆である２〜６個のＰＰＭのシンボル値のセットにマップされ、一方、コードワードの両端の２つの平行移動符号シンボル（すなわち、０及び２）は、他のセットにおける２〜６個のＰＰＭのシンボル値の逆である２〜６個のＰＰＭのシンボル値にそれぞれマップされる。したがって、０が逆さまに読み取られると（すなわち、１８０度回転させられると）２になり、その逆もあり、一方、１が逆さまに読み取られても１のままである。このことにより、回転から独立して平行移動を決定することが可能になる。

各２〜６個のＰＰＭのシンボル値及びその逆は、反対方向符号シンボル値にマップする。完全なタグの垂直レジストレーションシンボルは、垂直方向符号の９シンボルを符号化する。これは、９の最小距離を有し、４シンボル誤りの訂正を可能にする。完全なタグの水平レジストレーションシンボルは、水平方向符号の９シンボルを符号化する。これは、９の最小距離を有し、４シンボル誤りの訂正を可能にする。追加のシンボルが、視野内で見える場合、追加のシンボルは、追加の冗長性に用いることができる。平行移動符号の復号中に検出される任意の消去は、方向符号の復号中に使用することもでき、その逆もある。それと共に、直交する方向符号は、タグの向きの決定を可能にする。

回転されていないタグの左上隅は、共にゼロである平行移動シンボル、及び共にゼロである方向シンボルを有するシンボルグループによって特定される。

２．６．２ フラグ符号
フラグシンボルは、１ビットのデータからなり、表３に示すように、垂直レジストレーションシンボル及び水平レジストレーションシンボルごとに符号化される。

フラグシンボルは、タグに固有であり、したがって、タグの各象限において冗長コード化される。フラグシンボルが、レジストレーションシンボルごとに符号化されるので、フラグシンボルは、各象限内で８回現われる。８シンボルは、８の最小距離を有する符号を形成し、３誤りの訂正を可能にする。追加のシンボルが、視野内で見える場合、追加のシンボルは、追加の冗長性に用いることができる。平行移動及び／又は方向符号の復号中に検出される任意の消去は、フラグ符号の復号中に使用することもでき、その逆もある。

２．６．３ 座標データ
タグは、タグのｘ座標及びｙ座標をそれぞれ符号化するために使用されるｘ座標コードワード及びｙ座標コードワードを含む。コードワードは、短縮した２^４値（１０，ｐ）リードソロモン符号であり、ただし、ｐは、２〜５で変化し得る。したがって、タグは、座標ごとに８〜２０ビットの情報を符号化する。これは、ベース１５変換が起こると、７．８〜１９．５ビットに減少する。

各ｘ座標コードワードは、タグ内で２回、つまり水平方向半分（「北」及び「南」）ごとに複製され、このタグを含むタグの列内で不変である。同様に、各ｙ座標コードワードは、タグ内で２回、つまり垂直方向半分（「東」及び「西」）ごとに複製され、このタグを含むタグの行内で不変である。これにより、完全なタグを含むのに十分大きいタグパターンの画像が、画像とタグパターンが位置を揃えていることに関係なく、各座標コードワードの完全なインスタンスを含むことが保証されることを保証する。いずれかの座標コードワードのインスタンスは、異なるタグからのフラグメントからなってもよい。

本発明では、いくつかの座標シンボルは、タグの２つの半分の間の境界線に複製及び配置されないことを理解されたい。タグに含まれる各ｘ座標コードワード及び各ｙ座標コードワードの２つの完全な複製がないので、この配置は、タグの空間を節約する。（２．１０章で詳細に述べるように）視野が、タグより少なくとも３マクロドットユニット大きいので、（２マクロドットユニットの幅を有する）境界線に配置される座標シンボルが、表面の撮像時に更に取り込まれる。したがって、コード化した表面との各対話は、タグ位置を更に与える。

ｘ座標コードワードのレイアウトを図１０に示す。ｙ座標コードワードのレイアウトを図１１に示す。ｘ座標シンボルＸ４、Ｘ５、Ｘ６、Ｘ７、Ｘ８及びＸ９は、タグの東半分と西半分を分割するタグ４の中央列３１０内に配置されることが理解できよう。同様に、ｙ座標シンボルＹ４、Ｙ５、Ｙ６、Ｙ７、Ｙ８及びＹ９は、タグの北半分と南半分を分割するタグ４の中央行３１２内に配置される。

中央列３１０及び中央行３１２は、幅ｑをそれぞれ有し、幅ｑは、幅２ｓに対応し、ただし、ｓは、マクロドット間隔である。

２．６．４ 共通データ
タグは、表面領域内の連続タグのセットに共通の情報を符号化する４つのコードワードＡ、Ｂ、Ｃ及びＤを含む。コードワードは、２^４値（１５，９）リードソロモン符号である。したがって、タグは、連続タグのセットに共通の最大１４４ビットまでの情報を符号化する。これは、ベース１５変換が起こると、１４０ビットに減少する。

共通コードワードは、タグ付の領域の全体にわたって複製される。これにより、完全なタグを含むのに十分大きいタグパターンの画像が、画像とタグパターンが位置を揃えていることに関係なく、各共通コードワードの完全なインスタンスを含むことが保証されることを保証する。いずれかの共通コードワードのインスタンスは、異なるタグからのフラグメントからなってもよい。

共通コードワードのレイアウトを図１２に示す。コードワードは、互いに対して９０度回転された、同じレイアウトを有する。

２．６．５ 任意的なデータ
タグは、コードワードＥを任意的に含む。このコードワードは、秘密鍵署名又は埋込みデータオブジェクトのフラグメントを符号化するために使用することができる。秘密鍵署名及び埋込みデータオブジェクトのフラグメントは、２．９．４章及び２．９．３章でそれぞれ更に述べられる。コードワードは、２^４値（１５，９）リードソロモン符号である。

任意的なコードワードのレイアウトを図１３に示す。

２．６．６ 秘密鍵署名
タグは、表面領域内の連続タグのセットに共通の完全な秘密鍵デジタル署名を任意的に含む。署名は、１６個の２^４値シンボルからなる（すなわち、シンボルＥ１５がやはり使用される）。したがって、タグは、最大６４ビットまでの秘密鍵署名データを任意的に符号化する。この署名は、タグ付の領域の全体にわたって複製される。これにより、完全なタグを含むのに十分大きいタグパターンの画像が、画像とタグパターンが位置を揃えていることに関係なく、署名の完全なインスタンスを含むことが保証されることを保証する。署名のインスタンスは、異なるタグからのフラグメントからなってもよい。

存在すれば、署名が、２．６．５章で説明するＥのコードワードに符号化される。デジタル署名は、２．９．４章で更に述べられる。

２．６．７ 完全なタグ
図１４は、各シンボルグループが１０個のデータシンボルを含む、完全なタグのデータのレイアウトを示す。垂直レジストレーションシンボル及び水平レジストレーションシンボルは、図１４に示されていない。

２．７ リードソロモン符号化
２．７．１ リードソロモン符号
全てのデータは、ＧＦ（２^４）について定義されるリードソロモン符号を用いて符号化される。この符号は、自然長ｎが１５である。符号の次元ｋは、符号の誤り訂正能力とデータ容量のバランスをとるように選択され、誤り訂正能力とデータ容量はそれぞれ、（ｎ−ｋ）／２及びｋ個のシンボルである。

符号は、長さを減少させると共に、誤り訂正能力を減少させた符号を得るために、高次冗長シンボルを取り除くことによってパンクチャド（ｐｕｎｃｔｕｒｅｄ）であってもよい。符号は、長さを減少させると共に、データ容量を減少させた符号を得るために、高次データシンボルをゼロに置き換えることによって短縮することもできる。パンクチャド及び短縮は共に、特定のパラメータを有する符号を得るために使用され得る。可能であれば、短縮は消去復号化の必要性をなくすので、短縮が好ましい。

符号は、以下の原始多項式、
ｐ（ｘ）＝ｘ^４＋ｘ＋１
を有する。

符号は、以下の生成多項式、

を有する。

リードソロモン符号の詳細な説明については、Ｗｉｃｋｅｒ，Ｓ．Ｂ．、及びＶ．Ｋ．Ｂｈａｒｇａｖａ編、Ｒｅｅｄ−Ｓｏｌｏｍｏｎ Ｃｏｄｅｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、ＩＥＥＥ Ｐｒｅｓｓ、１９９４年を参照されたい。

２．７．２ コードワードの編成
図１５に示すように、符号の冗長座標ｒ_ｉ及びデータ座標ｄ_ｉは、対応する多項式の項のべきに従って左から右へ添え字が付けられる。完全なコードワードのシンボルＸ_ｉは、データのビット順に適合するように右から左へ添え字が付けられる。各シンボル内のビット順は、全体的なビット順と同じである。

２．７．３ 符号のインスタンス
表４は、タグで使用される様々な符号のパラメータを定める。

２．８ タグ座標空間
タグ座標空間は、ｘ及びｙとそれぞれ名付けられた２本の直交する軸を有する。正のｘ軸が右に向いている場合、正のｙ軸は下に向かう。

表面コーディングは、特定のタグ付の表面上のタグ座標空間の原点の位置を指定することもなく、また表面に対するタグ座標空間の向きを指定することもない。この情報は、アプリケーション特有のものである。例えば、タグ付の表面が１枚の紙である場合、紙上にタグを印刷するアプリケーションは、実際のオフセット及び向きを記録することができ、それらを用いて、その後に表面と併せて取り込まれる任意のデジタルインクを正規化することができる。

タグに符号化される位置は、タグ単位で定められる。慣例により、タグ位置は、各タグの左上ターゲットの位置にあるとされる。

２．９ タグ情報のコンテンツ
２．９．１ フィールド定義
表５は、表面コーディングに埋め込まれる情報フィールドを定義する。

アクティブエリアは、解釈のために、任意の取り込んだ入力が、対応するネットページサーバ１０に直ちに転送されるべきエリアである。これにより、ネットページサーバ１０が、入力の効果がすぐにあったことをユーザに信号で送ることが可能にもなる。サーバが、正確な領域定義にアクセスできるので、表面コーディングにおける任意のアクティブエリア指示は、包括的である限り不正確である可能性がある。

２．９．２ コードワードへのフィールドのマッピング
表７は、コードワードへの情報フィールドのマッピングの仕方を定める。

表７に示すように、コードワードＥは、データフラグメント又は秘密鍵署名を含む。データフラグメント及び秘密鍵署名は、２．９．３章及び２．９．４章でそれぞれ説明される。「領域が秘密鍵署名を有する」という領域フラグ内のフラグが設定されると共に、タグのアクティブエリアフラグが設定される場合、秘密鍵署名は、特定のフラグにおいて存在する。「領域が埋込みデータを含む」という領域フラグ内のフラグが設定されると共に、タグのアクティブエリアフラグが設定されていない場合、データフラグメントが存在する。

領域フラグが、特定のコードワードがないことを示しているときは、コードワードは、タグパターンにコード化されておらず、すなわち、コードワードを表すマクロドットがない。このことは、Ｘ、Ｙ及びＥのコードワードに当てはまる。

２．９．３ 埋込みデータオブジェクト
「領域が埋込みデータを含む」という領域フラグ内のフラグが設定される場合、表面コーディングは、埋込みデータを含む。この埋込みデータは、複数の連続タグのデータフラグメントに符号化され、収まるだけ何回も表面コーディングにおいて複製される。

埋込みデータは、埋込みデータを含む表面コーディングのランダム及び部分的なスキャンが、データ全体を検索するのに十分であり得るように符号化される。スキャンシステムは、検索したフラグメントからデータを再構成し、十分なフラグメントが誤りなしに検索されたときに、ユーザに報告する。

表８に示すように、各ブロックのデータ容量は、１７０ビットである。ブロックデータは、３×２の長方形に配置された６個のタグの連続グループのデータフラグメントに符号化される。

ブロックパラメータは、表８に定めるようなものである。各タグのＥのコードワードは、埋込みデータのフラグメントを符号化することができる。

特定のタグのＥのコードワードが、埋込みデータのフラグメントを含まない場合、ペン１０１は、コードワードの復号失敗により暗示的に、又はタグのアクティブエリアフラグから明示的に、これを含まないことを発見することができる。

任意のサイズのデータが、典型的には長方形に配置されたブロックの連続セットからなるスーパーブロック（ｓｕｐｅｒｂｌｏｃｋ）に符号化され得る。スーパーブロックのサイズは、ブロックごとに符号化することができる。

スーパーブロックは、表面コーディングの縁部に部分的に沿うことを含め、収まるだけ何回も表面コーディングに複製される。

スーパーブロックに符号化されるデータには、例えば、より正確なタイプの情報、より正確なサイズの情報、及びより広範な誤り検出、並びに／又は訂正データが含まれ得る。

２．９．４ デジタル署名
２．６．６章に記載したように、領域は、デジタル署名を含んでもよい。

＜領域が秘密鍵署名を有する＞という領域フラグ内のフラグが、設定される場合、この領域は、秘密鍵デジタル署名を有する。オンライン環境では、秘密鍵署名又は対応する秘密鍵を知っているサーバを照会することによって、秘密鍵署名を領域ＩＤと併せて確認されてもよい。

領域が埋込みデータを含むと共に、＜埋込みデータが公衆鍵署名である＞という領域フラグのフラグが設定される場合、表面コーディングは、領域ＩＤの埋込み公開鍵デジタル署名を含む。

オンライン環境では、任意の個数の署名フラグメントが、領域ＩＤ及び任意的に秘密鍵署名と併せて使用され、それにより完全公開鍵署名又は対応する秘密鍵を知っているサーバを照会することによって公開鍵署名を検証することができる。

オフライン（又はオンライン）環境では、完全な公開鍵署名は、複数のタグを読み取ることによって復元することができ、次いで対応する公開鍵署名を用いて確認することができる。署名の実際の長さ及びタイプは、署名検証中に領域ＩＤから、すなわち、典型的には領域ＩＤのシーケンスに関連した先に検索したデジタル署名から決定される。

デジタル署名認証は、出願人の米国特許出願公開第２００７／０１０８２８５号で述べられており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

２．１０ タグの撮像及び復号
完全なタグからのデータの取得を保証するのに必要とされる最小イメージング視野は、直径４６．７ｓ、すなわち、

であり、こうすると視野内で表面コーディングの任意の回転及び平行移動が可能になる。とりわけ、イメージング視野は、完全なタグの取り込みを保証するのに十分に大きいものである必要はなく、つまり、各タグ内のデータシンボルの配置は、長さ（ｌ＋３ｓ）の任意の正方形部分が、タグ全体が視野内で実際に見えるかどうかに関係なく必要な情報を完全に取り込むことを確かにする。本明細書で使用されているように、ｌは、タグの長さとして定義される。

コーディングパターンのイメージングの観点では、典型的には、イメージング視野は円である。したがって、好ましくは、イメージング視野の直径は、少なくとも

であると共に、２タグ直径未満であるべきである。重要なことは、本発明においては、視野内の完全なタグを取り込むことは本質的ではないので、視野は、従来技術のタグ設計とは対照的に、少なくとも２タグ直径である必要はない。

割増しの３マクロドットユニットは、パルス位置変調値が、空間的にコヒーレントなサンプルから復号できることを確かにする。更に、割増しの３マクロドットユニットは、全ての必要なデータシンボルが、対話ごとに読み取ることができることを確かにする。割増しの３マクロドットユニットは、幅２ｓを有するタグの中央列又は中央行からの座標シンボル（２．６．３章を参照）と、１マクロドットユニット（１ｓ）だけ各タグの周縁から突出するデータシンボル３０４Ａとを含む。

本文脈では、「タグ直径」は、タグの対角線の長さを意味するように与えられる。

最大マクロドット間隔を１２７ミクロンとすると、これにより必要な視野５．９３ｍｍが与えられる。

図１６は、データコードワードをサンプリングし、復号する段階までのタグ画像処理及び復号プロセスの流れを示す。まず、（８００で）タグパターンの原画像８０２が、例えば、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ、又はスキャニングレーザ及びフォトダイオードのイメージセンサなどのイメージセンサを介して取得される。次いで、（８０４で）典型的には原画像８０２は、強調されて、コントラストが改善され、画素強度がより均一になった、強調した画像８０６を生成する。画像強調には、大域的又は局所的な範囲拡大、等化などが含まれ得る。次いで、典型的には、強調した画像８０６は、（８０８で）フィルタ処理されて、フィルタ処理画像８１０を生成する。画像フィルタ処理は、ローパスフィルタ処理からなってもよく、ローパスフィルタカーネルサイズが、マクロドット３０２を目立たなくするが、ターゲット３０１を保存するように合わされる。フィルタ処理ステップ８０８は、ターゲット特徴３０１を強調するために、（エッジ検出などの）追加のフィルタ処理を含んでもよい。パルス位置変調（ＰＰＭ）を用いたデータコードワード３０４の符号化により、（例えば、米国特許第６，８３２，７１７号に記載したような）単純な２値ドット符号化よりもより均一なコーディングパターン３をもたらす。有利には、このことは、ターゲット３０１をデータエリアから分離するのを助け、それによって２値コード化データに比べて、ＰＰＭ符号化データのより効果的なローパスフィルタ処理を可能にする。

ローパスフィルタ処理の後、次いで（８１２で）フィルタ処理画像８１０は、処理されて、ターゲット３０１を突き止める。これは、空間的相互関係がタグパターンの知られた幾何学的形状と一致するターゲット特徴の探索からなってもよい。候補ターゲットは、フィルタ処理画像８１０内の最大から直接特定されてもよく、又は（典型的には、フィルタ処理画像８１０内の極大に基づいて強調した画像８０６内のピクセルから計算される）（２値又はグレースケールの）形状モーメントを介するなどして、さらなる特徴付け及びマッチングの対象としてもよく、このことは、米国特許第７，０５５，７３９号に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

次いで、（８１６で）特定されたターゲット３０１は、ターゲットグリッド８１８に割り当てられる。グリッド８１８の各セルは、シンボルグループ３０３を含み、もちろんいくつかのシンボルグループは、画像内で見えることになる。この段階で、ターゲット３０１が、あるタグと別のタグを区別しないので、個々のタグ４は、ターゲットグリッド８１８内で特定できるものにならない。

マクロドット値を正確にサンプリングすることを可能にするために、取り込み画像の透視変換が、推測されなければならない。ターゲット３０１のうち４つが、タグ空間内の知られたサイズの正方形の透視歪みのあるコーナであるととられ、４つのタグ空間と画像空間の点対を関係付けるよく理解された式を解くことに基づいて（８２０で）自由度８の透視変換８２２が推測される。２Ｄ透視変換の計算は、例えば、出願人の米国特許第６，８３２，７１７号に詳細に記載されており、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

典型的には、各画像は、正方形グリッドに配置された少なくとも１６個のターゲットを含むことになるので、２Ｄ透視変換の計算精度は、例えば、米国特許第６，８３２，７１７号に記載した出願人の従前のタグ設計に比べて改善される。したがって、より正確な位置の計算を本発明のタグ設計を用いて実現することができる。

推測したタグ空間から画像空間への透視変換８２２は、タグ空間内の知られた各マクロドットの位置を画像空間に射影するために使用される。タグ内の全てのビットは、ＰＰＭ符号化によって表されるので、各マクロドット３０２の有無は、個別の強度基準ではなく局所的な強度基準を用いて決定され得る。したがって、ＰＰＭ符号化によって、純粋な２値符号化と比べて改善したデータサンプリングがもたらされる。

次の段階で、ターゲットグリッド８１８に対する、視野内の（１つ又は複数の）タグ、又はタグの部分、の平行移動及び向きを決定する。（８２４で）２つ以上の直交するレジストレーションシンボル（「ＶＲＳ」及び「ＨＲＳ」）をサンプリングして、直交する平行移動コードワード及び直交する方向コードワードの復号を可能にする。

（８２８で）２つ以上の直交する平行移動コードワードの復号を使用して、ターゲットグリッド８１８に対する視野内の（１つ又は複数の）タグの平行移動８３０を決定する。この決定により、タグ４とターゲットグリッド８１８の位置を揃えることが可能になり、それによって、視野内のコーディングパターン３において、（１つ又は複数の）個々のタグ、又はタグの部分を区別することが可能になる。各シンボルグループ３０３は、直交するレジストレーションシンボルを含むので、複数の平行移動符号が、復号されて、ロバストな平行移動の決定を行うことができる。２．６．１章に記載したように、平行移動符号は、巡回位置符号である。タグの各行及び各列は、Ｍ個のシンボルグループを含むので、コードは、最小距離Ｍ×Ｍを有する。これによりタグ４とターゲットグリッド８１８の位置を揃えることに関して非常にロバストな決定を可能にする。各タグ４が複数のシンボルグループ３０３を含むとき、たくさんの可能な位置揃えがあり得るので、この位置揃えは、ロバストで正確であることを共に必要とする。

同様に、（８２５で）少なくとも２つの直交する方向符号が復号されて、向き８２６を与える。２．６．１章に記載したように、タグ内のＮ個の垂直レジストレーションシンボルが、最小距離Ｎを有する垂直方向符号を形成するので、垂直方向符号は、（Ｎ−１）／２個の誤りを訂正することができる。同様に、水平方向符号は、Ｎ個の水平レジストレーションシンボルを用いて、（Ｎ−１）／２個の誤りを訂正することができる。したがって、向きの決定は、非常にロバストであり、サンプリングしたレジストレーションシンボルの個数に応じて誤りを訂正することができる。

初期の撮像及び復号が、ターゲットグリッドに対する（１つ又は複数の）タグの２Ｄ透視変換、向き、及び平行移動を与えたら、次いで、データコードワード３０４は、（８３６で）サンプリング及び復号されて、必要な復号したコードワード８３８を与える。データコードワード３０４の復号は、典型的には、以下のように進行する。
共通リードソロモンコードワードをサンプリングする。
共通リードソロモンコードワードを復号する。
共通タグデータＣＲＣを確認する。
誤りフラグの復号をし、悪い領域ＩＤのサンプリングをする。
符号化タイプを決定し、未知の符号化を拒絶する。
領域フラグを決定する。
領域ＩＤを決定する。
座標幅ＩＤからｘ及びｙ座標の幅を決定する。
ｘ及びｙ座標リードソロモンコードワードをサンプリング及び復号する。
コードワードからタグｘ−ｙ位置を決定する。
（マクロドットサイズＩＤから）マクロドットサイズを考慮してタグｘ−ｙ位置及び透視変換からペン先ｘ−ｙ位置を決定する。
４つ以上のフラグシンボルをサンプリング及び復号して、アクティブエリアフラグを決定する。
アクティブエリアフラグを参照してペン先位置のアクティブエリアステータスを決定する。
デジタルインク（「対話データ」）で領域ＩＤ、ペン先ｘ−ｙ位置、及びペン先アクティブエリアステータスを符号化する。
領域フラグに基づいてデジタルインクをルーティングする（ｒｏｕｔｅ）。

当業者は、上記の復号シーケンスが、本発明の一実施形態を表すことを理解されよう。もちろん、ペン１０１からネットページシステムへ送信される対話データには、他のデータ、例えば、デジタル署名（２．９．４章を参照）、ペンモード（米国特許出願公開第２００７／１２５８６０号を参照）、向きデータ、ペンＩＤ、ペン先ＩＤ等が含まれ得ることが理解されよう。

ネットページシステムによってネットページペン１０１から受信した対話データの解釈の一例は、簡潔に上述されている。ネットページシステムがどのように対話データを解釈し得るかについてのより詳細な解説は、出願人の先に提出した出願（例えば、米国特許出願公開第２００７／１３０１１７号、及び米国特許出願公開第２００７／１０８２８５号を参照。その内容は、参照により本明細書に組み込まれる）において見出すことができる。

３． ネットページペン
３．１ イントロダクション及び機能の概要
ネットページペン４００は、タグ付のネットページ表面と連動して働く（２章を参照）である動きセンシング式筆記具である。典型的には、ネットページペン４００は、表面にマークするための従来のボールペンカートリッジと、表面上のペンの絶対パスを取り込み、表面を識別するためのイメージセンサ及びプロセッサと、ペン先に及ぼされる力を同時に測定する力センサと、ジェスチャの取り込みを示す任意的なジェスチャボタンと、時間の経過を同時に測定するためのリアルタイムクロックとを備える。

通常動作中、ネットページペン４００は、ネットページペンのペン先が表面を横切るときに表面の符号化を定期的にサンプリングする。サンプリングした表面コーディングは、ネットページペンによって復号されて、表面の識別情報、表面上にあるネットページペンのペン先の絶対位置、及び表面に対するネットページペンの姿勢を含む表面の情報を与える。ネットページペンは、表面にあるペン先によって及ぼされる力を表す信号を生成する力センサを組み込みもする。

各ストロークは、力センサによって検出される際のペンダウン及びペンアップのイベントによって範囲を定められる。デジタルインクは、表面情報信号、力信号、及びジェスチャボタン入力のタイムスタンプの付いた組合せとしてネットページペンによって生成される。したがって、生じたデジタルインクは、表面とのユーザの対話を表し、次いで、この対話は、特定の表面の一部との既定の関連付けを有する適用例との対応する対話を実行するために使用され得る。（一般に、ネットページ表面コーディングとの対話によって生じる任意のデータは、本明細書において「対話データ」と呼ばれる）。

デジタルインクは、最終的にネットページサーバ１０に伝送されるが、この伝送が可能になるまで、デジタルインクは、ネットページペンの内部の不揮発性メモリ内に記憶することができる。ネットページサーバ１０によって受信されると、デジタルインクは、その後に、注釈若しくは注記などの表面のユーザのマーク付けを再現するため、又は手書き認識を実行すため、描画され得る。表面とのコマンド対話のセットを表すジェスチャとして知られるデジタルインクのカテゴリも存在する。（本明細書で説明するように、典型的には、ネットページサーバ１０は、ペン４００から遠く離れているが、ペンは、デジタルインクを解釈するためのオンボードコンピュータシステムを有してもよいことを理解されよう）。

ペン４００は、デジタルインクをネットページサーバ１０に、通常リレーデバイス６０１を介して伝送するためのブルートゥース（登録商標）無線送受信機を組み込む（図４を参照）。ネットページサーバからオフラインで動作しているとき、ペンは、不揮発性メモリに取り込んだデジタルインクをバッファに入れる。ネットページサーバとオンラインで動作しているとき、ペンは、先にバッファに入れられたデジタルインク全てが、伝送されたらすぐに、リアルタイムにデジタルインクを伝送する。

ネットページペンは、ネットページペンクレードル４２６と呼ばれる充電用クレードルと共に提供される（図１９を参照）。ネットページペンクレードル４２６は、ＵＳＢリレーへのブルートゥース（登録商標）を含み、ＵＳＢケーブルを介してコンピュータに接続され、コンピュータは、ローカルアプリケーション（ｌｏｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）への通信サポート及びネットページサービスへのアクセスを行う。

ネットページペンは、再充電可能なバッテリによって電力が供給される。バッテリは、ユーザにとってアクセスしにくく、又はユーザによって交換可能でない。ネットページペンを充電するためのパワーは通常、ネットページペンクレードルから供給され、ネットページペンクレードルは、ＵＳＢ接続又は外部ＡＣアダプタからパワーを調達することができる。

ネットページペンのペン先は、ユーザにより格納可能であり、このことは、ペン先を格納するときにうっかりマークキングすることから表面及び衣服を保護し、ペン先が同様に格納又は突出されるときにパワー節約状態に入る又はパワー節約状態から出るようにネットページペンに信号を送るという２つの目的を果たす。

３．２ 人間工学及びレイアウト
ネットページペン４００の全重量（４０ｇ）、サイズ及び形状（１５５ｍｍ×１９．８ｍｍ×１８ｍｍ）は、従来の手持ち型筆記具の範囲内にある。

図１を参照すると、丸みのある外形が、ネットページペン４００を正しい機能的な向きで使用すると握持するのに人間工学的に快適な形状をペンに与えている。この外形は、内部構成部品を収容するのに実用的な形状でもある。

典型的には、ユーザは、保持時に法線から手に向かって約３０度の公称ピッチ（正の角度）でネットページペン４００を用いて書くが、（手から離れるように）約１０度を超える負のピッチでネットページペンを操作することは滅多にない。ネットページペンが紙上のパターンを撮像できるピッチ角の範囲は、この非対称な取扱い方に最適化されている。ネットページペンの形状は、ユーザの手の中で正しい向きであることを手助けする。

１つ又は複数の色付きのユーザフィードバックＬＥＤ４２０（図１、図２１、及び図３９を参照）は、ネットページペン４００の上面にある対応する（１つ又は複数の）インジケータ窓４２１を照明する。（１つ又は複数の）インジケータ窓４２１は、ネットページペン４００を典型的な筆記姿勢で保持するときに暗くされないままであるように配置される。

次に図１７を参照すると、ボールペンカートリッジ４０２は、ネットページペンのハウジング４０４の上部に収納され、ユーザのグリップに対して一致してそれを配置し、ネットページペン４００が使用中である間にペン先４０６の良好なユーザ視界を与える。ボールペンカートリッジ４０２の下方の空間は、（ネットページペン４００の中央に位置する）主ＰＣＢ４０８、及び（ネットページペンの基部に位置する）バッテリ４１０に用いられる。図２に示すように、タグセンシングオプティクス４１２は、（公称ピッチに関して）控えめにペン先の下方に配置される。

ボールペンカートリッジ４０２は、内部の力センサ４４２への連結を簡単にするためにフロント荷重である。

更に、図２を参照すると、ネットページペンが最大ピッチで操作されているときにペン先成形物と紙面の間の接触を防ぐために、ネットページペン４００のペン先成形物４１４が、ボールペンカートリッジ４０２の下方で後ろに延ばされる。ネットページペンのオプティクス４１２及び一対の近赤外線照明ＬＥＤ４１６は、ペン先の下方にあるフィルタ窓４１７の背後に位置し（図２２を参照）、つまり、ネットページペンのイメージング視野は、この窓を通じて出現し、照明ＬＥＤもこの窓を通じて照らす。２つの照明ＬＥＤ４１６の使用により、均一な照明野を確かにする。ＬＥＤは、ネットページペンがある角度で、特に光沢紙上で保持されるときに、望しくない反射の動的な回避を可能にするように個々に制御するとともできる。

３．３ ネットページペンフィードバック指示
ネットページペン４００は、バッテリステータス、オンラインステータス、及び／又は取り込みブロックステータスなどのペンのステータスをユーザに伝えるために使用される１つ又は複数の視覚的ステータスインジケータ４２０を組み込んでもよい。各インジケータ４２０は、ネットページペンのハウジング４０４中の成形した開口又はディフューザを照明し、典型的には、この開口又はディフューザの形状は、指示の性質に対応するアイコンである。充電状態を指示するために使用される追加のバッテリステータスインジケータも、ペンがネットページペンクレードルに挿入されている間に、ネットページペンの上後部から見える。

典型的には、任意的なバッテリステータスインジケータは、赤ＬＥＤ及び緑ＬＥＤを備え、残りのバッテリ容量及び充電状態についてのフィードバックをユーザに与える。典型的には、任意的なオンラインステータスインジケータは、ネットページサーバへの接続状態についてのフィードバックを与える共に、ブルートゥース（登録商標）のペアリング動作中にやはりフィードバックを与える緑ＬＥＤを備える。

３．３．１ 取り込みブロックインジケータ
取り込みブロックインジケータは、赤ＬＥＤを備え、デジタルインクの取り込みがブロックされるとき誤りフィードバックを与える。ネットページペン４００がデジタルインクを取り込むことができない、又は十分な質のデジタルインクを取り込むことができないいくつかの状態があり得る。

例えば、ペン４００は、ペン４００が、表面にあるタグパターンを撮像、又は撮像したタグパターンを復号できないので、表面から（十分な質の）デジタルインクを取り込むことができない場合がある。このことは、以下のいくつかの状態の下で起こり得る。

表面は、タグ付でない。

ペンの視野は、タグ付の表面のエッジからわずかに又は完全に外れている。

（例えば、誤植、又は質の良くない印刷媒体の使用により）タグパターンの印刷が良くない。

タグパターンが、傷んでいる（例えば、タグパターンが、色褪せている又は染みが付いている、或いは、表面が、傷が付いている又は汚れている）。

タグパターンが、偽造されている（すなわち、タグパターンが、無効なデジタル署名を含む）。

ペンの傾きが、過度である（すなわち、過度の幾何学的歪み、焦点ボケ及び／又は弱い照明を引き起こすものである）。

ペンの速度が、過度である（すなわち、過度のモーションブラーを引き起こすものである）。

タグパターンが、鏡面反射（すなわち、表面自体、又は印刷したタグパターン又はグラフィックからの鏡面反射）によって不明瞭である。

ペンが、ペンの内部バッファが一杯であるために、デジタルインクを記憶することができない場合がある。

ペンが、いくつかの以下の状況の下で、デジタルインクを取り込まないことを選択することもできる。

ペンが、（ペン自体の内部記録、又はサーバによって示されるように）登録されていない。

ペンが、（すなわち、サーバに）接続されていない。

ペンが、（例えば、サーバからの命令で）取り込みをブロックされてしまっている。

ペンのユーザが、（例えば、指紋などのバイオメトリック、又は手書きの署名、又はパスワードによって）承認されていない。

ペンが、（すなわち、サーバによる報告によると）盗まれている。

ペンのインクカートリッジが、空である（例えば、ペンは、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，８０８，３３０号に記載したようにユニバーサルペンであり、そのためペンのインク消耗は、容易に監視さる）。

ペンは、ペンが、不調の力センサなど内部のハードウェアのエラーを検出する場合、デジタルインクを取り込まないことを選択することもできる。

典型的には、視覚的取り込みブロックインジケータＬＥＤ４２０は、例えば、上記の状態のうちの１つによりデジタルインクの取り込みがブロックされていることをユーザに指示する。このインジケータＬＥＤ４２０は、タグパターンの復号レートが閾値未満に低下しているとき、又はペンの傾き若しくは速度が、もう少しで過度になるとき、或いはペンのデジタルインクのバッファが、ほとんど一杯であるときなど、取り込みが、もう少しでブロックされるというときを指示するために使用することもできる。

３．３．２ 代替のインジケータ
単一の取り込みブロックインジケータＬＥＤ４２０を、本明細書におけるネットページペン４００において例示したが、もちろん、聴覚による指示及び触覚による指示など、デジタルインクの取り込みがブロックされている（又はもう少しでブロックされる）ことをユーザに指示するいくつかの方法がある。

視覚的インジケータは、インジケータの色、強度、及び空間的広がりによって特徴付けられてもよく、空間変調及び時間変調がある場合もある。視覚的インジケータは、単一又は複数のＬＥＤ、及び２Ｄディスプレイ（例えば、ＬＣＤ）等を用いて実施することができる。

聴覚による指示は、周波数成分、及び強度によって特徴付けられ、時間変調がある場合もある。聴覚による指示は、ブザー及びスピーカ等を用いて実施することができる。

触覚による指示は、触覚を刺激するものであり、本文脈では、ブザー及びバイブレータを用いて実施することができる。触覚による指示は、周波数成分及び強度、によって特徴付けられ、時間変調がある場合もある。

バイブレータは、携帯電話及び類似の装置におけるバイブレーションによる着信通知に用いられるような偏心おもりが取り付けられた小型電気モータからなってもよい。

ペンが自動格納ペン先を有する場合、ペンは、取り込みをブロックする状態をペンが検出するとき、ペン先を自動格納することができる。これには、（バッファが一杯などの）そうした全ての状態、又はことにより選択した状態が含まれ得る。

ペンが自動突出ペン先を有する場合、ペンは、取り込みをブロックする状態をペンが検出するとき、ペン先の突出を禁止することができる。これには、（バッファが一杯などの）ペン先の突出が試みられるときに検出可能な全ての状態、又はことにより選択した状態が含まれ得る。

例えば、米国特許第６，８０８，３３０号に記載したように、ペンが、ペン先のマーキング能力を制御するとき、ペンは、取り込みをブロックする状態をペンが検出するとき、マーキングを禁止することができる。これには、（バッファが一杯などの）そうした全ての状態、又はことにより選択した状態が含まれ得る。

３．４ ネットページペンクレードル４２６
図１８に示すように、ネットページペンのクレードル接点４２４は、ノーズコーン４０９の麓に位置する。これら接点４２４は、挿入すると、ネットページペンクレードル４２６内の対応する接点のセットと接続し、ネットページペン４００の充電に用いられる。

図１９は、ネットページペンクレードル４２６にドッキングされたネットページペン４００を示す。ネットページペンクレードル４２６は、卓上設置面積を最小にするようにコンパクトにされ、安定のためにおもりの付いた基部を有する。データ転送は、ブルートゥース（登録商標）無線リンクを介してネットページペン４００とネットページペンクレードル４２６の間で起こる。

ネットページペンクレードル４２６は、２つの視覚的ステータスインジケータ、つまり、パワーインジケータ及びオンラインインジケータを有してもよい。パワーインジケータは、電源、つまり例えば、ネットページペンクレードル４２６が、上流のＵＳＢポート又はＡＣアダプタに接続されるときはいつでも照明される。オンラインインジケータは、ネットページペン４００が、ネットページペンクレードル４２６への接続を確立したときであると共に、ブルートゥース（登録商標）のペアリング動作中にフィードバックを与える。

ネットページペンクレードル４２６によって必要とされる２つのメイン機能がある。

ネットページペン４００が、内部バッテリ４１０を再充電できるように電流充電源を与える。

最終的にネットページサーバ１０と通信するためにネットページペン４００が接続するホスト間通信のブルートゥース（登録商標）ワイヤレス端点を与える。

ネットページペンクレードル４２６は、上流のホストに接続するための単一のＵＳＢのＡ側プラグで終わる内蔵ケーブルを有する。

ネットページペンのバッテリ４１０の正常な充電のために十分な電流を供給するために、典型的には、ネットページペンクレードル４２６は、ルートハブポート、又は自己電源供給型ハブのポートに接続される。ネットページペンクレードル４２６の充電のみの動作を行うための第２の選択肢は、ＵＳＢのＡ側プラグを任意的なＡＣアダプタに接続することである。

図２０Ａ〜図２０Ｄは、ネットページペン４００及びネットページペンクレードル４２６についての主要な充電及び接続の選択肢を示す。

図２０Ａは、ホスト（例えば、ＰＣ）からネットページペンクレードル４２６までのＵＳＢ接続を示す。ネットページペン４００は、ネットページペンクレードル４２６に着座されており、ネットページペンクレードル及びネットページペンは、ブルートゥース（登録商標）を介してワイヤレスで通信する。ネットページペンクレードル４２６は、ＵＳＢバスパワーによって電力が供給され、ネットページペン４００は、ＵＳＢバスパワーから充電される。その結果、最大ＵＳＢパワー５００ｍＡが、通常速度でペンを充電するために利用できるはずである。

図２０Ｂは、ホスト（例えば、ＰＣ）からネットページペンクレードル４２６までのＵＳＢ接続を示す。使用中のネットページペン４００と、クレードル及びペンとはワイヤレスでブルートゥース（登録商標）を介して通信する。ネットページペンクレードル４２６は、ＵＳＢバスパワーによって電力が供給される。

図２０Ｃは、ネットページペンクレードル４２６に接続された任意的なＡＣアダプタを示す。ネットページペン４００は、ネットページペンクレードル４２６に着座されており、任意的なＡＣアダプタによって供給される電流から充電される。

図２０Ｄは、使用中のネットページペンを示す。この場合、ネットページペンは、例えば、ラップトップ又は携帯電話に組み入れられ得るサードパーティのブルートゥース（登録商標）を用いてワイヤレスでホスト（例えば、ＰＣ）に通信している。

ネットページペンクレードル４２６は、ＣＳＲのブルーコア（登録商標）４デバイスを含む。ブルーコア（登録商標）４デバイスは、ブルートゥース（登録商標）ブリッジへのＵＳＢとして機能し、完全に組み込まれたブルートゥース（登録商標）ソリューションを提供する。

３．５ 機械設計
３．５．１ 部品及びアセンブリ
図２１及び図２２を参照すると、ペン４００は、大量生産品として設計されており、４つの主要サブアセンブリとして、
光学アセンブリ４３０と、
力センサ４４２を含む力センシングアセンブリ４４０と、
力センシングアセンブリの部品を含むペン先格納アセンブリ４６０と、
主ＰＣＢ４０８及びバッテリ４１０を含む主アセンブリ４８０と
を有する。

これらアセンブリ及び他の主要部品は、図２１において特定され得る。ペンのフォームファクタが、できる限り小さくすべきであるので、これら部品は、できるだけ密に詰められる。

ペンの本体を画定するペンハウジング４０４は、一対のスナップ嵌め側部成形物４０３と、カバー成形物４０５と、エラストマースリーブ４０７と、ノーズコーン成形物４０９とから構成される。カバー成形物４０５は、１つ又は複数の透明窓４２１を含み、透明窓４２１により、ＬＥＤ４２０の照明時にユーザに視覚的フィードバックを与える。

いくつかの個々の成形部品は、薄い壁（０．８〜１．２ｍｍ）であるが、これら成形物の組合せは、強い構造を生み出す。ペン４００は、ユーザによる修理が可能でないように設計され、したがって、エラストマースリーブ４０７は、ユーザの入り込みを防ぐための単一の留めねじ４１１を覆う。エラストマースリーブ４０７は、ペンの人間工学的に高摩擦の部分ももたらし、この部分が、使用の最中、ユーザの指によって握持される。

３．５．２ 光学アセンブリ４３０
光学アセンブリ４３０の主要構成要素は、図２３及び図２４に示すようなものである。光学用ＰＣＢ４３１は、リジッド部分４３４と、フレキシブル部分４３５とを有する。「ヒマリア（Ｈｉｍａｌｉａ）」イメージセンサ４３２が、光学用胴軸成形物４３８と共に、光学用ＰＣＢ４３１のリジッド部分４３４に取り付けられる。

ペン４００における臨界位置決め公差は、オプティクスとイメージセンサ４３２の間であるので、光学用ＰＣＢ４３１のリジッド部分４３４は、光学胴軸がイメージセンサと位置を揃えることを可能にする。光学用胴軸成形物４３８は、イメージセンサ４３２の近くに内部成形された（ｍｏｌｄｅｄ−ｉｎ）開口４３９を有し、この開口４３９は、集束レンズ４３６の位置を与える。熱膨張の影響は、このサイズの成形物に関してはとても小さいので、特殊材料を使用する必要はない。

光学用ＰＣＢ４３１のフレキシブル部分４３５は、イメージセンサ４３２と主ＰＣＢ４０８の間の接続を与える。フレックス（ｆｌｅｘ）は、公称で厚さ７５ミクロンの２層ポリイミドＰＣＢであり、これにより、アセンブリ製造中にいくらかの操作を可能にする。フレックス４３５は、必要とされる曲げ半径を減少させるためにＬ形であり、主ＰＣＢ４０８を包み込む。フレックス４３５は、ペンの組立後に動かす必要がないので、装着時のみフレックスとして指定される。補強材が、（主ＰＣＢ４０８への）コネクタに配置されて、主ＰＣＢで使用される光学フレックスコネクタ４８３Ａ（図３６Ｂを参照）を正しい厚さにさせる。個別バイパスキャパシタが、光学用ＰＣＢ４３１のフレックス部分４３５へ取り付けられる。フレックス部分４３５は、主ＰＣＢ４０８の周りに延在し、イメージセンサのあるリジッド部分４３４へ向かって広くなる。

ヒマリアイメージセンサ４３２は、チップオンボード（ＣＯＢ）ＰＣＢ手法を用いて光学用ＰＣＢ４３１のリジッド部分４３４へ取り付けられる。この技術では、むき出しのヒマリアイメージセンサダイ４３２が、ＰＣＢへ接着され、ダイにあるパッドが、ＰＣＢにあるターゲットパッドへワイヤボンディングされる。次いで、ワイヤボンディングは、腐食を防ぐためにカプセル化される。ダイ４３２の隣のＰＣＢ中の４つの非めっき穴は、ＰＣＢを光学胴軸４３８と位置を揃えるために使用される。次いで、光学胴軸４３８は、イメージセンサ４３２の周りで封止を行うように所定の位置に接着される。光路の中心と、イメージセンサダイ４３２上の撮像エリアの中心との間の水平位置公差は、±５０ミクロンである。ペン４００の前部にある限定空間に適合するために、ヒマリアイメージセンサダイ４３２は、ネットページペン４００での接続に必要なパッドが、ダイの両側に据えられるように設計される。

３．５．３ 力センシングアセンブリ４４０及びボールペンカートリッジ４０２
力センシングアセンブリ４４０は、紙の表面をタップする場合と筆記の最中の両方である使用の最中、ペン先４０６からボールペンカートリッジ４０２を通じて伝達される軸力を正確に測定するように設計される。十分な忠実性で０〜５００グラム重量を感知して、ネットページアプリケーションについての手書き認識をサポートすることが指定される。

力センシングアセンブリ４４０は、署名認識や印刷描画（ｐｒｉｎｔ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）などのアプリケーションで用いる動的な印加力を記録するのに用いられるように設計されるが、力センシングアセンブリ４４０の最も一般的な用法は、ペン先４０６と紙のほんのわずかな接触を検出するための非常に敏感なペン先スイッチである。したがって、力センシングアセンブリ４４０は、「ペン先スイッチ」を黙示的に包含する。ペン先スイッチとして使用されるとき、力センシングアセンブリの感度の公称閾値は、約１０ｇに設定され、センシングの分解能は、約０．５ｇに設定される。システムの合わせた機械的及び電気的帯域幅が、約１ｍｓの時間分解能を可能にするように設計される。

本明細書で説明するように、力センシングアセンブリ４４０は、力センサ４４２を備え、この力センサ４４２は、所定の閾値作動力を有するペン先スイッチとして機能することができる。しかし、代替実施形態では、力センサは、低閾値力（例えば、１０ｇ）によって作動可能な機械的ペン先スイッチに置き換えられてもよいことを理解されよう。

図２５を参照すると、完全な力センシングアセンブリ４４０は、（マーキング又は非マーキングの）交換可能なボールペンカートリッジ４０２と、ペンカートリッジを保持するペン先格納機構４６０の部品と、予荷重ばね４４１と、実装された力センサ４４２とを備える。力センサ４４２は、力センサフレックス４４３を介して主ＰＣＢ４０８に接続される。

ボールペンカートリッジ４０２は、ペン先４０６を備える第１の端部と、ラチェット４４４（図３１を参照）によって保持される反対側の第２の端部とを有する。ラチェット４４４は、シース４４６の形態のカートリッジ保持部（又は「ブーツ（ｂｏｏｔ）」）と、ラチェット歯４４５を備えるラチェット部とを有する。カートリッジ４０２の第２の端部は、シース４４６の内部に摺動して受け入れられ、シース４４６にしっかりと保持されるように握持、締め付け、又は別の方法で保持される。

ラチェット４４４は、力センシングアセンブリ４４０とペン先格納機構４６０とを連結するこのペンの鍵となる構成要素である。ラチェット４４４のラチェット機能を、ペン先格納機構に関連して以下により詳細に述べることにする。

図２５、図３１及び図３２を参照すると、ラチェット４４４は、胴軸４４８の内部に摺動可能に受け入れられ、胴軸４４８は、胴軸４４８の内壁に定められた第１の当接面４９０と第２の当接面４９１とを有する。第１の当接面４９０及び第２の当接面４９１は、離間しており、突出したペン先位置及び格納したペン先位置にそれぞれ対応するカートリッジ４０２の２つの安定した位置を与えるように構成される。ラチェット４４４は、荷重ばね４４９によって第１の当接面４９０又は第２の当接面４９１に向かって圧迫される。荷重ばね４４９は、ラチェット４４４と、胴軸に固定されるばね保持具４５０との間に係合される。したがって、荷重ばね４４９は、突出した位置においてラチェット４４４と第１の当接面４９０の間の係合を確かにする。カートリッジ４０２は、ばね保持具４５０中の中央開口、及び荷重ばね４４９内の長手方向軸の空所を通じて摺動して移動して、ラチェット４４４のシース部４４６によってしっかりと保持されることになる。

カートリッジ４０２が突出させられると共に使用中であるとき、胴軸４４８は、図３２に示すように、第１の当接面４９０と当接係合しているラチェット４４４を介して軸方向のペン先の力を受ける。力センサ４４２は、ピン４５１を介して胴軸４４８に連結され、ピン４５１は、胴軸と一体成形され、長手方向カートリッジ軸と平行な軸に沿って胴軸から延在する。したがって、ピン４５１は、（ラチェット４４４によって保持される）カートリッジ４０２によって胴軸４４８に及ぼされる軸力を力センサ４４２に伝達し、ペン４００が使用中であるときに、力センサがペン先の力を検出することを可能にする。

典型的には、力センサ４４２は、固定プレート４６７及び可動プレート４５７を有する静電容量性力センサである。ピン４５１は、力センサ４４２の可動プレート４５７と係合されるが、カートリッジ４０２を取り外している間、力センサへの損傷を避けるように可動プレートに固定されない。予荷重ばね４４１は、胴軸４４８（及びそれによってピン４５１）を力センサ４４２の可動プレート４５７に圧迫するように構成される。したがって、予荷重ばね４４１は、ピンと可動プレートの間の係合を確かにし、一方、カートリッジの取り外しの間に損傷をもたらし得るピンと可動プレートの間の固定リンケージを予め避ける。

予荷重ばね４４１は、ペン先の力に対する反作用をいくらかもたらすが、力センサの可動プレート４５７は、予荷重ばね４４１よりずっと堅く、力センシングシステム内に優勢な反作用の力をもたらす。

３．５．３．１ 力センサ
力センサ４４２は、２枚の平行な金属プレートの間のキャパシタンスを測定する原理に基づいて動作し、弾性的に離間している。プレート間のキャパシタンスは、電気的に測定できるので、プレート間隔は計算することができる。更に、プレート間隔は、ばねを歪ませる印加力によって制御されるので、キャパシタンスの電気測定により、ペン先４０６に印加される力を計算することが可能になる。典型的には、プレート間隔は、１００〜５００ミクロン、１００〜２５０ミクロン、又は１００〜２００ミクロンである。

図２６を参照すると、力センサ４４２は、ベース成形物４５４と、力センサの固定プレート４６７を含む力センシングリジッド／フレックスＰＣＢ４５５と、位置決めリング４５２と、力センサの可動プレート４５７を含むばね４５６と、カップ成形物４５８とから構成される。ベース成形物４５４及びカップ成形物４５８は、４本の熱溶着ピンによって接合され、力センシングリジッド／フレックスＰＣＢ４５５及びばね４５６の積み重ね上げたものを密封する。外側ハウジングは、アースに接続される導電コーティングを有する。

図２７を参照すると、ばね４５６は、ＰＣＢ４５５への良好な接触を与えるために内側にめっきがされている。ばね４５６は、外側環状支持体４６１と、３つの渦巻ばねアーム４５９と、内側円板によって定められる可動プレート４５７とを備える。ばねアーム４５９は、片持ち梁及び／又はねじりばねであり得る。軸力が、可動プレート４５７に印加されると、渦巻ばねアーム４５９が撓み、外側環状支持体４６１の面から可動プレートの軸方向移動を可能にする。

ばね４５６は、通常、弾性材料の単一ブランクから製造される。適当な材料には、ステンレス鋼及びベリリウム銅合金などの金属が含まれる。ＢｅＣｕは、その寿命のため非常に適している。

渦巻ばねアーム４５９の撓みにより、可動プレート４５７が少し回転することになることを理解されよう。しかし、この回転がピン４５１へ伝達することはなく、その理由は、ピンが低摩擦表面であるので、この伝達は弱められるからである。軸力が取り除かれると、渦巻ばねアーム４５９は、可動プレート４５７を、図２７に示す静止位置に戻し、それによって固有の自己較正点を与える。典型的には、可動プレート４５７は、両プレートが常に位置を揃えられることを確かにするようにキャパシタの固定プレート４６７より大きく作製される。

力センシングリジッド／フレックスＰＣＢ４５５は、リジッドＰＣＢ及びフレキシブルＰＣＢの貼り合わされたスタックを含み、このスタックは、平行板静電容量性力センサのための固定プレート４６７と誘電体の両方を与える。図２８は、力センシングリジッド／フレックスＰＣＢ４５５の様々な層を概略的に示す。

銅の外側シールド４６４によって裏支えされたリジッドＦＲ４層４６３から構成される厚さ１．５ｍｍのリジッドＰＣＢ４６２は、スタックのためのリジッドベースを与える。

第１のフレキシブルＰＣＢ４６５は、１２ミクロンの接着剤層（図示せず）を用いてリジッドＰＣＢ４６２に貼り合わされる。第１のフレキシブルＰＣＢ４６５は、力センサのために固定プレート４６７を与える１８ミクロンの銅層４６６と、１２．５ミクロンのポリイミド層４６８とを備える。ポリイミド層４６８は、Ｊｕｐｉｔｅｒ力センサ回路によって必要とされる高い障壁抵抗を与える。ポリイミドは、温度依存性が非常に低い誘電率も有する一方、丈夫である。更に、ポリイミドは、比誘電率４を有するので、ポリイミドは、力センサのキャパシタンスを増大させるようにも働く。

穿孔された開口４７０を有するより厚い第２のフレキシブルＰＣＢ４６９は、力センサの空隙を与える。第２のフレキシブルＰＣＢ４６９は、（キャパシタのための主要なリジッドスペーサとして役割を果たす）厚さ１２７ミクロンのポリイミド層４７１と、可動プレート４５７のための接点を与える銅層４７２とを備える。

ポリイミド層４７１は、第１のフレキシブルＰＣＢ４６５のポリイミド層４６８に貼り合わされ、ばね４５６は、金接触４７３を介して第２のフレキシブルＰＣＢ４６９の上部銅層４７２に接続されるＰＣＢスタック４５５の上面に座る。したがって、可動プレート４５７は、渦巻ばね４５９の撓みによって空隙４７０の中に移動し、固定プレート４６７に近づくことができる。

３つの信号（固定プレート、可動プレート、アース／シールド）は、第１のフレックスＰＣＢ４６５を用いてケーブルとしてのボードから取り出される。このケーブルは、入力信号と出力信号の間に不可欠な遮蔽を与え、カバーレイを覆ったインク層を導くことによって外部からシールドされる。

ポリイミドスペーサ４７１を備えるプレートの構造は、プレートが、損傷を受けることなくかなりの過剰な力に耐えることを可能にすることを確かにする。可動プレート４５７と固定プレート４６７の間の総距離は、典型的には、１００ミクロン〜２００ミクロン、典型的には１５０ミクロン〜１８０ミクロンの範囲である。これは、ポリイミドスペーサ層４７１及びポリイミド層４６８、並びに接着剤層及び上部銅接触層４７２に与えられる。

たいていの静電容量性力センサにおいては、誘電体自体が、可動プレートがゼロ位置に戻ることを可能にするばね機能をもたらす。しかし、そのような力センサは、比較的遅いゼロ復帰応答時間（約１００ｍｓ以上）を有する。ネットページペン４００における力センサ４４２は、ペンストロークを正確に取り込むことが可能であるために、５ｍｓ未満（好ましくは約１ｍｓ）のずっとより速いゼロ復帰応答時間を有することが必要とされる。出願人は、そのような短いゼロ復帰応答時間は、可動プレートばね４５６及びリジッドポリイミドスペーサを有する上記の力センサ４４２を用いてのみ実現できることが分かっている。

力センサ４４２のさらなる利点は、空気４７０及びポリイミド４６８から構成される誘電体である。この誘電体は、プレート同士の間に必要とされる非常に高い電気的障壁抵抗をもたらし、それによってリーク電流によって引き起こされるキャパシタンス測定誤差を最小化する。ポリイミドのさらなる利点は、ポリイミドが、温度係数をほとんど有さないことであり、それよってセンサのキャパシタンスが、温度でドリフトしないことを確かにすることである。別の利点は、ポリイミド層４６８が、固定プレート４６７を保護し、可動プレート４５７が、固定プレートに接触できないことを確かにすることである。

３．５．３．２ 反転式力センサ
３．５．３．１章で説明した力センサ４４２では、軸力が、ペン先４０６から可動プレートに伝達されると、可動プレート４５７は、固定プレート４６７に向かって移動する。可動プレート４５７が、固定プレート４６７から離れるように移動し、印加された軸力によって誘電性間隙を増大させるように、反転式力センサ配置を有することも同様に可能であることを理解されよう。この配置は、印加力がゼロのときにキャパシタンスが最大であり、これにより小さい印加力に対するシステムの感度を改善するという利点を有する。

図２９は、上記のリジッド／フレックスＰＣＢスタック４５５に構造が類似している反転式力センサを示す。したがって、同じ部分は、図２９においても同様に符号が付される。しかし、反転式力センサの場合は、リジッド／フレックスＰＣＢ４５５は、ＰＣＢスタックの中央を貫いて穿孔された穴を有し、それによりピン４５１が、可動プレート４５７と係合することを可能にする。加えて、可動プレート４５７と固定プレート４６７の間の空隙は、反転式の設計における最小印加力でのキャパシタンスが、非反転式の設計における最大印加力でのキャパシタンスに類似しているように減少させられる。

３．５．３．３ ボールペンカートリッジ４０２
図３０を参照すると、ボールペンカートリッジ４０２は、従来の中位のボール（０．８〜１．０ｍｍ）のボールペンである。典型的には、ボールペンカートリッジ４０２は、黒インクと共に提供されるが、青インクもあり得る。本明細書では、ネットページペン４００は、ボールペンカートリッジ４０２を用いる一実施形態の中で説明されてきたが、同一のフォームファクタにおける代替の非マーキングスタイラスカートリッジもあり得る。インクカートリッジ及びスタイラスカートリッジは、ネットページペン４００において相互交換して使用することができ、本発明は、どんな特定のタイプのカートリッジにも限定されない。

ボールペンカートリッジの設計は、いくつかの点で「クロス（Ｃｒｏｓｓ）」ボールペンカートリッジと似ているが、長さが異なり、それは、フロント荷重モードで使用される。ボールペンカートリッジは、利用頻度の高い従来のペンで使用されるものと同様に、２．５ｋｍで書き終わる。

ペン先のスタイルは、光学クリアランスを最適化するように選択されている。リジッド管は、外径３．０５ｍｍのニッケルめっきした真鍮である。このインクは、ＩＳＯ１２７５７−２の文献の用法に適すると共に、このタイプのチューブ及びペン先に適合した高品質のボールペン用インクである。このチューブは、インクの欠点を抑えるためにフォロアを用いて閉じられる。このインクは、近赤外のスペクトルにおいて透明であり、イメージングシステムが、真下に印刷したネットページ表面コーディングパターンを見ることを可能にする。

カートリッジ４０２は、ユーザ交換可能であるように設計される。（次に図２２、図２５及び図３１を参照すると）カートリッジ４０２を抜き出すためには、ペン先４０６を抜き出し工具を用いてペン４００から引き出し、それによってラチェット４４４は、ラチェットのためのエンドストップとしての役割を果たすばね保持具４５０に当接するまで荷重ばね４４９を圧縮する。ラチェット４４４とばね保持具４５０の係合により、カートリッジ４０２を、シース４４６から解除させ、カートリッジ４０２の抜き出しを可能にする。カートリッジを取り外している間、胴軸４４８は、ラチェット４４４とばね保持具４５０の当接によって、力センサ４４２から離れるように圧迫される。しかし、予荷重ばね４４１は、胴軸４４８が、ピン４５１を介して力センサ４４２と係合されたままであることを確かにし、それによって力センサへの潜在的な損傷を避ける。

交換カートリッジ４０２は、カートリッジをラチェット４４４に向かって押すことによってペンに挿入することができ、そこで交換カートリッジ４０２は、シース４４６によって保持される。挿入中、カートリッジ４０２は、プラスチックチューブ４５３を通じて移動し、このプラスチックチューブ４５３は、カートリッジをラチェット４４４に向かって案内すると共に、カートリッジがペン電子機器に干渉することを防ぐ。プラスチックチューブ４５３は、カートリッジ４０２の露出したペン先４０６にのしかかるＥＤＳ電流に対する表面漏れの障壁を作り出しもする。

３．５．４ ペン先格納アセンブリ４６０
ネットページペンのペン先格納アセンブリ４６０は、ペン先４０６が、ネットページペン４００の本体内部に格納されることを可能にし、それにより、例えば、ペン先４０６がユーザのポケット内に配置されるときに、ペン先４０６がうっかり衣服をマークしないようにする。

ペン先４０６を格納すると、ペン先が格納されるときにネットページペン４００が、パワー節約状態に置かれることを可能にする電子機器への入力も供給される。同様に、ペン先４０６を突出させると、ペンを、デジタルインクを取り込む準備ができているようにさせる電子機器への信号が供給される。

図３１に示すように、ペン先格納アセンブリ４６０は、７個の部品からなり、これら部品の大部分は、力センシングアセンブリに関連してすでに説明した。ラチェット４４４は、ペン先格納アセンブリ４６０の鍵となる構成要素であり、ラチェット歯４４５と、カートリッジ４０２を保持するためのシース４４６とを有する。ラチェット４４４は、突出したペン先位置及び格納したペン先位置を与えるように胴軸内で摺動自在に移動可能である。図３２Ｂを参照すると、胴軸４４８の内表面に定められる一連の縦溝４９３は、ラチェット歯４４５を溝内に摺動係合することによってラチェット４４４を案内する。

図２２、図３１及び図３２Ａを参照すると、プランジャ４７４は、胴軸内で摺動自在に移動可能であり、プランジャ歯４７５を有し、プランジャ歯４７５は、プランジャをラチェット４４４に向かって案内するように、溝４９３に摺動式に係合する。プランジャ４７４は、プランジャに連結される手動操作可能なボタン４７６の作動及び解除によって前後に移動することができる。プランジャ４７４は、ラチェット歯４４５及びプランジャ歯４７５にある相補的な当接用カム状端面を介してラチェット４４４と係合される。これら端面のカム係合は、回転力をラチェット４４４に付与し、それによってラチェットは、ラチェット４４４が溝４９３のリップを越えて押されると回転する。ボタン４７６が解除されると、荷重ばね４４９は、ラチェット４４４を溝４９３に向かって押し戻し、するとラチェット歯４４５のカム状端面が、溝のカム状リップと当接してさらなる回転力をラチェットに付与する。したがって、ボタン４７６の一往復作動の後、ラチェット４４４は、第１のセットの溝４９３から隣接している第２のセットの溝との係合に回転される。ボタン４７６が解除されると、第１のセットの溝は、ラチェット４４４を第１の当接面４９０に向かって案内し、一方、第２のセットの溝は、ラチェットが、第２の当接面４９１に向かって摺動すること可能にする。ラチェット４４４が、ボタン４７６の作動（及び解除）の度に突出した位置と格納した位置の間で切り替わるように、第１及び第２のセットの溝４９４は、胴軸４４８の内表面の周りに交互に定められる。この配置は、典型的には標準的な格納式ボールペンに見出されるものに類似している。

上記のように、ボタン４７６は、作動中、プランジャ４７４に連結され、ユーザが、胴軸４４８内部で前方にプランジャ４７４を押し、したがって、ペン４００のペン先を格納した構成又はペン先が突出した構成を交互に手動で選択することを可能にする。ボタン４７６が、いかなる力も（とても小さい力であっても）力センサ４４２に胴軸４４８を介して伝達する（それによってペン先の力の測定に影響を及ぼす）ことを防ぐために、脱連結用ばね４７９は、プランジャ４７４との連結係合から離れるようにボタン４７６を付勢する。図２１及び図２２に示すように、脱連結用ばね４７９は、ペンハウジング４０４に固定取り付けされるグロメット４９５とボタン４７６との間に係合される。グロメット４９５は、中央開口を有し、この中央開口は、プランジャ４７４が通過することを可能にする。

胴軸４４８は、ペンハウジング４０４内でそれ自体支持される胴軸ハウジング４７７に収納される。予荷重ばね４４１は、胴軸を、それによってピン４５１を力センサ４４２の可動プレート４５７に向かって付勢するように胴軸４４８と胴軸ハウジング４７７との間に係合される。

３．５．４．１ ペン先の突出／格納の検出
ネットページペン４００は、いくつかの目的のために、カートリッジ４０２の突出状態又は格納状態を「知る」必要がある。例えば、カートリッジが格納される場合、ペンは、任意的に、所定の期間が経過した後に、休止状態又は「パワーダウン」状態を開始し、したがってバッテリパワーを節約することができる。典型的には、イメージセンサは、カートリッジが格納される及び／又はプロセッサが取り込み画像を用いてデジタルインクを発生させるようになされないときに活動を停止させられる。

同様に、ペンが、カートリッジの突出を検出するが、力センサ４４２が、所定の期間の間、表面との接触をずっと検出していない場合、ペンは、休止状態に入り得る。加えて、ボタン４７６の作動は、「パワーアップ」挙動を開始するために使用され得る。

図２２を参照すると、ネットページペン４００は、スイッチ４９６を主ＰＣＢ４０８に有し、スイッチ４９６は、ボタンがユーザによって前方に押されるとボタン４７６の部品によって手動で作動させられる。したがって、スイッチ４９６の作動により、ボタン４７６がカートリッジの突出又は格納のために作動させられていることを示す入力信号をプロセッサ５００に供給する。典型的には、スイッチ４９６の作動は、「パワーダウン」状態から「パワーアップ」状態へペンを起動するために使用される。

加えて、更に図２２を参照すると、主ＰＣＢ４０８にある光センサ４９７は、カートリッジに印刷された暗いパッチを感知することによってカートリッジ４０２の（突出又は格納された）最終状態を検出するために使用される。光センサ４９７が、この暗いパッチを感知すると、プロセッサ５００は、カートリッジの突出を示すセンサからの入力信号を受信する。プラスチックチューブ４５３は、光センサがカートリッジ４０２に印刷された暗いパッチを感知することを可能にするための窓を有してもよい。

ペンのリアルタイムクロック５１５は、スイッチ４９６及び光センサ４９７と組み合わせて使用されて、さらなる入力信号をプロセッサに供給してもよい。例えば、ペンは、リアルタイムクロック５１５によって決定される際、所定の期間経過した後にだけパワーダウンを開始するように構成することができる。

３．５．４．２ 自動ペン先格納
上記の手動ペン先格納機構４６０に代わるものとして（又はそれに加えて）、ネットページペン４００は、自動ペン先格納の特徴を組み込んでもよい。

ペンが、デジタルインクを取り込むことができないとき、又はペン先が、損傷を受ける危険にあるときなど、ネットページペンのペン先を自動的に格納することが有利である状況がある。

ペンが、デジタルインクを取り込むことができない（又はデジタルインクを取り込むことができないことが切迫している）いくつかの状況があり、以下のものが含まれる。

表面が、コード化されていないとき。

表面コーディングの質が、ある閾値未満に落ちているとき。

取り込んだデジタルインクの質が、ある閾値未満に落ちている。

デジタルインクのバッファが一杯（又は一杯に近い）とき。

残りのバッテリ容量が少ないとき。
ネットページサーバへのストリーミング接続がないとき。

ペン先が、損傷を受ける危険にあると推測され得るいくつかの状況があり、以下のものが含まれる。

ペンが、自由落下中であるとき。

ペンが、衝撃を受けるとき。

ペンの力センサが、過度の力を測定するとき。

先手を打ってペンをシャットダウンする、したがって、ユーザがペンをうっかり使用しないように先手を打ってペン先を格納することが有利であるいくつかの状況があり、以下のものが含まれる。

非活動タイムアウト後、バッテリパワーを節約するため。

極端な環境条件（温度、湿度等）の存在下にある。

ペン先を格納して、ユーザにペンの動作限界について知らせることが有利であるいくつかの状況があり、以下のものが含まれる。

コード化した表面に対する過度の速度
コード化した表面に対する過度の傾き
ペン先使用不可の条件が、存在し続けている間は、ペンの手動又は自動ペン先突出機構が動作不可能であることが理想的である。

一般に、自動ペン先格納は、ペン先を使用不可にする及び／又は保護するために使用される。ペン先を使用不可にする及び／又は保護するための代替手段には、（自動突出フードなどの）自動キャップ機構、又はペン先のマーキング機能の自動無効化が含まれる。例えば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，０１５，９０１号は、ペン先のマーキング機能を無効にすることができるペンを記載している。

ペンの自動格納機構は、ユーザによってスイッチに連結されたボタンを介して起動されてもよく、又はペンは、この目的のために手動格納機構を保持してもよい。

いずれの場合でも、典型的には、ペン先格納は、低パワー状態に入るようにやはりペンに信号を送るものであり、すなわち、ペン先格納ボタンは、ペンの「オフ」ボタンである。典型的には、自動的に起動されるペン先格納は、低パワー状態に入るようにやはりペンに信号を送る。

ペンが、（例えば、自動突出機構は、格納機構と同じ機構なので）自動突出機構を組み込む場合、ユーザは、それらがペン先を格納するために使用するのと同じボタンを介してペン先を突出することができる。自動突出機構が、ペンダウンのインタラクションに応答すると共に、ペンダウン検出の直後にデジタルインクの取り込みができる場合、ペン先突出は、パワーアップ状態に入るようにペンに信号を送るものであり、すなわち、ペン先突出ボタンは、ペンの「オン」ボタンである。

自動ペン先格納機構は、いくつかの異なる方法で実施することができる。それら方法のうちの多くは、ペン先突出にやはり適している。一般に、自動ペン先格納機構は、カートリッジ又はカートリッジを保持するブーツ（例えば、シース）に連結されるモータ又は他のアクチュエータであって、ペンのプロセッサのうちの１つで実行しているソフトウェアによって制御されるモータ又は他のアクチュエータを備える。ソフトウェアは、自由落下検出用の加速度計などのペン内のセンサからの信号、並びにペン先格納を起動すべきそれ自体の内部状態に応答する。

カートリッジ又はブーツは、ペン先のスイッチ又は力センサに連結されるので、自動格納機構は、この連結に干渉してはならない。

図３３を参照すると、３．５．４章で説明した手動格納機構４６０と同じ設計を利用する第１の自動格納機構６００が概略的に示されている。第１の自動格納機構６００では、モータ６０２は、ウォーム歯車又はラックアンドピニオン連結などの適当な連結を介してプランジャ４７４に連結される。（代替として、本明細書で述べるようにスタイラスカートリッジであり得る）ペンカートリッジ４０２は、胴軸４４８とそれ自体係合するラチェット４４４によって保持される。したがって、プランジャ４７４の移動により、ペン先に格納又は突出になる。

基本的に、モータ６０２（及びプランジャ４７４へのモータ６０２の連結）は、手動格納ボタン４７６の代わりをする。しかし、第１の自動格納機構６００は、手動ペン先格納／突出か、それとも自動ペン先格納／突出かの選択肢をユーザに与える手動格納ボタン４７６を更に備えてもよい。手動格納／突出が、必要とされるとき、モータ６０２は、プランジャ４７４から脱連結することができる。

更に、図３３を参照すると、プロセッサ５００は、モータ６０２に連結され、ペン先を突出すべきか、又は格納すべきかを決定するために入力信号を受信する。入力信号は、単純なオン／オフスイッチ６０４、又はペンが自由落下中であるときを検出する加速度計６０６からであり得る。自由落下状態が検出されると、加速度計は、適切な信号をプロセッサ５００に供給し、プロセッサは、モータ６０２によってペン先の自動格納を開始する。

図３４を参照すると、モータ６０２が、カートリッジ４０２の突出／格納を行う力センサアセンブリ６１２に直結されている、第２の自動格納機構６１０が概略的に示されている。力センサアセンブリ６１２は、ブーツ６１４を含むハウジングを備え、ブーツ６１４は、力センサに対して予め荷重を加えられる。カートリッジ４０２は、モータ６０２によって作動される力センサアセンブリ６１２の移動が、カートリッジ４０２の格納／突出を引き起こすように、ブーツ６１４によって保持される。モータ６０１を力センサアセンブリ６１２に直接連結する利点は、ラチェット機構が必要とされないことである。

第１の自動格納機構又は第２の自動格納機構のいずれにおいても、モータの連結にギアを付けてトルクを増大させてもよい。フォワード停止位置及びリバース停止位置は、標準的なモータ負荷検出機構によって検出することができる。

図３５を参照すると、ペンが手動突出／格納機構を保持すると共に自動格納機構も組み込む、第３の自動格納機構６２０が概略的に示されている。カートリッジ４０２は、力センサアセンブリ６１２の一部であるブーツ６１４によって保持される。力センサアセンブリ６１２は、手動操作の突出プランジャ６２２によって前方に押され、ペン先の突出を行うことができる。力センサアセンブリ６１２は、力センサアセンブリにある当接面又はリップ６２６と当接するばね式受け具（ｓｐｒｕｎｇ ｃａｔｃｈ）６２４によって突出した状態で所定の位置に保持される。受け具６２４は、力センサアセンブリに作用する荷重ばね６２８の付勢力に対する反作用を与える。突出プランジャ６２２は、突出後、ばね６３０によって力センサアセンブリ６１２から離される。

自動格納は、力センサアセンブリ６１２を受け具６２４から持ち上げるアクチュエータによって行われ、力センサアセンブリ、及びしたがってペン先を格納した位置に後方に跳ねさせる。図３５に示すように、アクチュエータは、モータ付きカム６３２として実装されてもよい。プロセッサ５００は、オフスイッチ６３４及び／又は加速度計６０６から入力信号を受信でき、プロセッサ５００が、モータ付きカム６３２の動作を制御し、それによって自動ペン先格納を制御する。

３．５．５ 主アセンブリ４８０
ペン４００内に３つのＰＣＢ、すなわち、主ＰＣＢ４０８、光学用ＰＣＢ４３１、及び（インジケータＬＥＤ４２０も設置している）ジェスチャフレックスＰＣＢ４８１がある。

本解説では、主アセンブリ４８０は、ジェスチャフレックスＰＣＢ４８１と、クレードル接点リードフレーム挿入体４８２と、赤外線ＬＥＤ４１６と、バッテリ４１０とを備えるものとし、それら全ては、主ＰＣＢ４０８に接続される。もちろん、光学用ＰＣＢ４３１及び力センサ４４２も主ＰＣＢ４０８に接続されるが、これら構成要素は、別に上述されている。

図３６は、主ＰＣＢ４０８に接続される様々な構成要素の主要な接続を示す相互接続図である。

３．５．５．１ 主ＰＣＢ４０８
図３７Ａ及び図３７Ｂを参照すると、主ＰＣＢ４０８は、６層ＦＲ４の厚さ１．０ｍｍのＰＣＢであり、最小トレース幅及び分離間隔は１００ミクロンである。ビア仕様は、０．３０ｍｍのパッドにおいて０．１５ｍｍの穴サイズである。主ＰＣＢ４０８は、寸法１０８ｍｍ×１４ｍｍの長方形ボードである。

主要プロセッサ（Ｊｕｐｉｔｅｒ５０５及びＡｔｍｅｌ ＡＲＭ７ ５００）は、リアルタイムクロック（ＲＴＣ）、ＣＳＲ ブルートゥース（登録商標）チップ、及び遮蔽カンと共に、主ＰＣＢ４０８にハンダ付けされる。

主ＰＣＢ４０８へハンダ付けされる５つのコネクタ４８３がある。第１のコネクタ４８３Ａは、光学用ＰＣＢ４３１用であり、第２のコネクタ４８３Ｂは、クレードル接点リードフレーム挿入体４８２及び赤外線ＬＥＤ４１６用であり、第３のコネクタ４８３Ｃは、ジェスチャフレックスＰＣＢ４８１用であり、第４のコネクタ４８３Ｄは、バッテリ４１０用であり、第５のコネクタ４８３Ｅは、力センサフレックス４４３用である。クレードル接点リードフレーム挿入体４８２、バッテリ４１０、及び赤外線ＬＥＤ４１６へのケーブルハーネスは、ペン４００の内部の唯一の配線ケーブルである。

リセットスイッチ（図示せず）も、主ＰＣＢ４０８にハンダ付けされる。リセットスイッチは、紙クリップを中に通すのに十分な大きさの孔を通じてペンの下側で利用可能である。

３．５．５．２ クレードル接点リードフレーム挿入体４８２
図３８を参照すると、クレードル接点リードフレーム挿入体４８２は、ペン４００の下面側に露出されるＵＳＢ信号に対応する４つの接点のセットを形成し、主ＰＣＢ４０８に接続するためのフライングリード４８４のセットを与える。８ウェイコネクタ４８３Ｂは、クレードル接点リードフレーム挿入体４８２用のフライングリード４８４と、ノーズコーン４０９に位置する赤外線ＬＥＤ４１６用のフライングリード４８４とを共に一体化する。

リードフレーム挿入体４８２は、外部接点４２４を備え、外部接点４２４は、金めっきされて、腐食の可能性を低減させる。接点４２４は、ネットページペン４００がクレードルに挿入されるときに、信頼性のある接触が、これら接点とネットページペンクレードル４２６内の対応する接点のセットとの間でなされるように、ペンのハウジング４０４に配置される。

３．５．５．３ ジェスチャフレックスＰＣＢ４８１
図３９を参照すると、ジェスチャフレックスＰＣＢ４８１は、フレックスＰＣＢであり、このフレックスＰＣＢへ、ジェスチャボタン４８４、及び１つ又は複数のユーザフィードバックＬＥＤパッケージ４２０（例えば、バッテリステータス、オンラインステータス、及び取り込みブロックインジケータごとに１つ）がハンダ付けされる。

ジェスチャフレックスＰＣＢ４８１は、ジェスチャフレックスＰＣＢ４８１が、ペンハウジング４０４の内側を包み込むように形成される。ジェスチャフレックスＰＣＢ４８１のバルクは、ハウジング４０４内でネットページペン４００の上面に位置しており、インジケータＬＥＤ４２０が、それらの対応する開口の下に配置されることを可能にすると共に、ジェスチャボタン４８５とケース内の対応するボタン成形物との嵌め合いを可能にする。

フレックス４８１は、２層ポリイミドＰＣＢであり、公称で厚さ７５ミクロンである。ＰＣＢは、ペン４００の組立後に動かす必要がないので装着時のみフレックスとして指定される。補強材が、ジェスチャボタン４８５の下、及び（主ＰＣＢへの）コネクタにも配置されて、主ＰＣＢ４０８で使用されるフレックスコネクタ４８３Ｃを正しい厚さにさせる。

３．６ 光学設計
このペンは、固定焦点狭帯域赤外線イメージングシステムを組み込む。固定焦点狭帯域赤外線イメージングシステムは、短い露出時間、小開口、及び高輝度同期照明（ｂｒｉｇｈｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｅｄ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）のカメラを利用して、焦点ボケ又はモーションブラーによって影響を受けない鮮明な画像を取り込む。

３．６．１ ペンオプティクス設計概要
ペンオプティクスを示す横断面図を図４０Ａ及び図４０Ｂに与える。ペン先４０６に隣接した表面１に印刷されるネットページタグ４の像は、レンズ４３６によってイメージセンサ４３２のアクティブ領域上へ合焦される。小開口４３９は、利用できる被写界深度が、必要とされるペンのピッチ及びロールの範囲に対応することを確かにする。

一対のＬＥＤ４１６は、視野内の表面を明るく照明する。ＬＥＤ４１６のスペクトル放射ピークは、タグの取り込み画像のコントラストを最大にするようにネットページタグ４を印刷するために使用される赤外線インクのスペクトル吸収ピークに適合される。ＬＥＤ４１６の輝度は、ピンボケ及びモーションブラーを最小にするために必要とされる小開口サイズ及び短い露出時間に適合される。

ロングパスフィルタ窓４１７は、撮像したタグ４と空間的に一致した任意の色付きグラフィック又はテキスト、及びフィルタのカットオフ波長未満の任意の周囲照明へのイメージセンサ４３２の応答を抑制する。フィルタ４１７の透過率は、タグ４の取り込み画像のコントラストを最大にするために赤外線インクのスペクトル吸収ピークに適合される。フィルタ４１７は、混入物が光学アセンブリ４１２に入ることを防ぐ頑丈な物理的な窓としての役割も果たす。

３．６．２ イメージングシステム
ネットページペンの光学経路の光線追跡を図４１に示す。

イメージセンサ４３２は、アクティブ領域が２５６ピクセルの２乗である、ＣＭＯＳイメージセンサである。各ピクセルは、５０％の充填率で８μｍの２乗である。

焦点距離６．０６９ｍｍのレンズ４３６が、対物面（紙１）から像平面（イメージセンサ４３２）へ像を転写して、正しいサンプリング周波数を用いて、指定のピッチ、ロール、及びヨーの範囲にわたって全ての像をうまく復号するために使用される。レンズ４３６は、両凸面であり、最も湾曲した表面は、非球面であり、イメージセンサ４３２に面する。２．１０章で詳細に述べるように、完全なタグ４の取得を保証するのに必要とされる最小イメージング視野の直径は、４６．７ｓであり、表面コーディングと視野の間の任意の位置合わせを可能にする。マクロドット間隔ｓを１２７μｍとすると、これにより必要な視野５．９３ｍｍが与えられる。

光学系の必要とされる近軸倍率は、８μｍピクセルのイメージセンサに対して、ペンが十分に指定した傾きの範囲の場合、マクロドット当たり２．０ピクセルの最小空間サンプリング周波数によって定められる。したがって、このイメージングシステムは、最小２２４×２２４ピクセルのイメージセンサに関して、イメージセンサでの倒立像の直径（１．４７ｍｍ）と対物面での視野の直径（５．９３ｍｍ）の比である、近軸倍率−０．２４８を用いる。しかし、イメージセンサ４３２は、製造公差に対応するために２５６×２５６ピクセルである。このため、光軸とイメージセンサの軸との間の位置合わせ不良が、視野内の情報を少しも失うことなく、±２５６μｍ（イメージセンサの面内で各方向に３２ピクセル）まで許容される。

レンズ４３６は、典型的に射出成形光学部品に用いられるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）製である。ＰＭＭＡは、傷つきにくく、屈折率１．４９を有し、８１０ｎｍで９０％の透過率である。この透過率は、両光学面に施される反射防止コーティングによって９８％まで増加する。これにより、最終的な像コントラストの迷光劣化をもたらす表面反射を除去もする。レンズ４３６は、両凸面であり、それによって成形精度を手助けし、レンズを光学胴軸アセンブリに正確に嵌め合わせるための取付け面を特徴付ける。

直径０．７ｍｍの開口４３９は、設計の被写界深度要求値を与えるために使用される。
指定したペンの傾き範囲は−２２．５°〜＋４５．０°のピッチであり、ロール範囲は−４５．０°〜＋４５．０°である。指定の範囲を通じてペンを傾けることにより、焦点面から離れるように５．０ｍｍまで傾けられる対物面に動く。したがって、指定の開口は、対応する被写界深度±５．０ｍｍ、及びイメージセンサでの容認可能なぼかし半径１５．７μｍをもたらす。非対称のピッチ範囲に対応するために、オプティクスの焦点面は、紙よりもペンに近い１．８ｍｍに配置される。これにより、必要とされる被写界深度内で最適焦点を中央により近く集める。

光軸は、ペン先の軸に平行である。ペン先の軸が紙に垂直であれば、ペン先の軸に最も近い視野の縁と、ペン先の軸自体との間の距離は、２．０３５ｍｍである。

ロングパスフィルタ４１７は、擦り傷及びアセトンなどの化学薬品に非常に強い軽量熱硬化プラスチックである、ＣＲ−３９製である。これら特性のため、フィルタ４１７は、窓としての役割も果たす。このフィルタは、厚さ１．５ｍｍであり、屈折率が１．５０である。レンズと同じように、このフィルタは、公称透過率９０％を有し、この公称透過率は、両光学面に反射防止コーティングを施すことによって９８％まで増加する。各フィルタ４１７は、ＣＯ_２レーザカッタを用いて大きいシートから容易に切断され得る。

３．６．３ 照明系
タグ付の表面１は、直径３ｍｍの一対のＬＥＤ４１６によって照明される。ＬＥＤ４１６は、３５ｎｍのスペクトル帯（ＦＷＨＭ）において発散半強度、半角±１５度で８１０ｎｍの放射線を放出し、それぞれが１ステラジアン当たり約４５ｍＷのパワーである。

３．７ ソフトウェア設計
３．７．１ ネットページペンソフトウェア概要
ネットページペンソフトウェアは、
ネットページペン４００及びペンクレードル４２６内のマイクロプロセッサで実行しているソフトウェアを含む。

ネットページペン４００は、３．８章で説明したように、いくつかのマイクロプロセッサを含む。ネットページペン４００のソフトウェアは、Ａｔｍｅｌ ＡＲＭ７ ＣＰＵ（以下、ＣＰＵ）で実行しているソフトウェアと、ＣＳＲ ブルーコア（登録商標）・ブルートゥース（登録商標）モジュール（以下、ペンのブルーコア（登録商標））上のＶＷにおいて実行しているソフトウェアとを含む。これらプロセッサは共に、プロセッサ専用ソフトウェアを、設定及び他の永続的データと共に記憶する関連したフラッシュメモリを有する。ペンのブルーコア（登録商標）は、モジュール製造者により供給されるファームウェアも実行し、このファームウェアは、ネットページペンソフトウェアの一部とはみなされない。

ネットページペンクレードル４２６は、ＣＳＲ ブルーコア（登録商標）・ブルートゥース（登録商標）モジュール（以下、クレードルブルーコア（登録商標））を含む。ネットページペンソフトウェアは、クレードルブルーコア（登録商標）上のＶＭにおいて実行しているソフトウェアも含む。

ネットページペン４００が、ネットページのタグ付の表面１を横切るときに、相関位置及び力のサンプルのストリームが生成される。このストリームは、デジタルインクと呼ばれる。

ネットページペンソフトウェアは、デジタルインクの取り込み、（Ｊｕｐｉｔｅｒコプロセッサ５０５、及びヒマリアイメージセンサ４３２と連動して）タグ画像処理及び復号、（Ｊｕｐｉｔｅｒコプロセッサと連動して）力のサンプル処理、記憶及びオフロード管理、ホスト通信と暗号化、ユーザフィードバック、ソフトウェアアップグレード、バッテリ充電、及びブルートゥース（登録商標）管理を担っている。ネットページペンソフトウェアは、リアルタイムオペレーティングシステム（ＲＴＯＳ）、及び関連するハードウェアドライバを含む。加えて、ネットページペンソフトウェアは、較正、コンフィギュレーション、又は詳細（現場外）障害診断のために製造及びメンテナンスモードを用意する。

クレードルブルーコア（登録商標）ＶＭソフトウェアは、ネットページペンクレードルのＬＥＤの適切な制御、ブルートゥース（登録商標）のペアリング動作の取扱い、及びＵＳＢを介してのホストＰＣとの通信を担っている。ソフトウェアモジュールのより詳細な説明は、以下に与える。

ネットページペンソフトウェアは、初期のブーツローダを除き、現場でアップグレード可能である。そしてネットページペン４００が、ユーザによってメンテナンスモードに置かれているとき、ソフトウェアアップグレードは、ブルートゥース（登録商標）を通じて実行することができる。受信及び検証後、新しいソフトウェアイメージは、ネットページペンの次のブートで使用される。

３．７．２ ネットページシステム概要
ネットページペンソフトウェアは、より大きいソフトウェアシステムと併せて動作するように設計される。ネットページペンクレードル４２６（又はサードパーティブルートゥース（登録商標）アダプタ）は、ブルートゥース（登録商標）ワイヤレス接続を介してネットページペン４００からデジタルインクを受信し、取り付けられたデスクトップコンピュータ又はラップトップコンピュータによってこのデジタルインクをネットページサーバ１０へ中継する（例えば、図４参照）。ネットページサーバ１０が、取り付けられたデスクトップコンピュータ又はラップトップコンピュータに共存することも可能である。

ネットページサーバ１０は、デジタルインクを永久に保持し、（手書き認識やフォーム完成などの）デジタルインクベースのアプリケーションについてのアプリケーションサービスと、（サーチ、検索、及び再印刷などの）保持されるデジタルインクについてのデータベース機能との両方を提供する。

３．７．３ 内部設計
ネットページペンソフトウェアは、いくつかの主要なモジュールに分割される。

画像処理
デジタルインク記憶及びオフロード管理
ホスト通信
ユーザフィードバック
電源管理
リアルタイムオペレーティングシステム
ハードウェアドライバ
製造及びメンテナンスモード（ソフトウェアアップグレードを含む）
力センサ処理
ネットページペン・ブルーコア（登録商標）ＶＭソフトウェア
ネットページスマートクレードルブルーコア（登録商標）ＶＭソフトウェア
この章の残りで、これら主要なソフトウェアモジュールの簡単な概要を与える。

３．７．３．１ 画像処理
デジタルインクストリーム中の位置情報は、ネットページペン４００が、ネットページ表面符号化スキームを用いて符号化された表面１を横切るときに生成される。表面の画像は、Ｊｕｐｉｔｅｒコプロセッサ及びヒマリアイメージセンサ４３２によって取り込まれ、表面の画像は、必要な位置情報を抽出するために解析される。

画像処理モジュールは、Ｊｕｐｉｔｅｒによって取り込まれる画像の解析、タグ４の識別及び復号、ペン４００の姿勢の評価、並びにこの情報を組み合わせて位置のサンプルを得ることを担っている。

３．７．３．２ デジタルインク記憶及びオフロード管理
符号化される表面１の物理的なマーキングに対応する任意のデジタルインクは、その後にデジタルインクが表示又は再印刷されるときに取り込んだデジタルインクを含む表面の正確な再現を可能にするために、確実及びトランザクション的に（ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎａｌｌｙ）ネットページシステムによって記録されなければならない。デジタルインクが、確実に記録されることを確かにすることは、デジタルインク記憶及びオフロード管理ソフトウェアの責務である。

デジタルインクは、ネットページペンに搭載の非揮発性フラッシュメモリに保持され、ネットページサーバへのオフロードに向けて準備される。このオフロードプロセスは、トランザクション的であり、ネットページペンソフトウェアは、デジタルインクがネットページサーバ１０によって受信及び保持が完了したことをネットページサーバが保証できるまで、デジタルインクの記録を保持する。

デジタルインクは、待ち時間を減少させるためにデジタルインクが取り込まれるようにネットページサーバ１０へ流すこともでき、この場合、ネットページサーバが先手を打ってデジタルインク受信及び保持しない限り、デジタルインクは、ネットページペンの内部記憶装置内に一時的に記憶することもできる。

３．７．３．３ ホスト通信
ネットページペンソフトウェアは、ワイヤレスブルートゥース（登録商標）通信によってネットページサーバ１０と通信する。ブルートゥース（登録商標）の接続性は、ペンのブルーコア（登録商標）によって与えられる。

ソフトウェアの通信モジュールは、デジタルインク記憶及びオフロード管理モジュールからネットページサーバ１０へデジタルインクを確実に伝送することを担っている。ソフトウェアの通信モジュールは、ネットページペン４００の現在関連するネットページサーバの記録の保持、通信の適切な承認及び暗号化などの管理機能も行う。ブルートゥース（登録商標）通信は、ペアリング済ブルートゥース（登録商標）デバイスを用いて実行されるだけであり、ブルートゥース（登録商標）暗号化機能及び承認機能を使用してこれら通信を保護する。

３．７．３．４ ユーザフィードバック
ネットページペンは、いくつかのＬＥＤ４２０を備える３つのユーザフィードバックインジケータを設ける。ユーザフィードバックソフトウェアモジュールは、与えられたメカニズムを用いて、他のソフトウェアモジュールからの信号をユーザフィードバックに変換することを担っている。

３．７．３．５ 電源管理
ネットページペンは、電源割り当て（ｐｏｗｅｒ ｂｕｄｇｅｔ）が限られており、その設計は、いくつかの方法で動的なパワー節約を可能にする。例えば、ＣＰＵは、周辺機器が使用中でないときにパワーを節約するために、周辺機器を無効にすることができ、ペンのブルーコア（登録商標）をディープスリープモード（ｄｅｅｐ ｓｌｅｅｐ ｍｏｄｅ）に置くことができる。ＣＰＵはそれ自体、ペンがより高次の機能を実行していないときにパワーダウンすることができる。実際、常にオンになっているコンポーネントは、付属の目覚まし条件回路、及びペンのブルーコア（登録商標）のみであり、これらは、外部からの刺激に応答してＣＰＵをパワーオンできる。

電源管理モジュールは、現在のペンの状態の解析、及び必要に応じて不要な周辺機器、及び他の構成要素をスイッチオフすることによるパワー使用の最適化を担っている。すなわち、このモジュールは、必要とされるネットページペン機能に与えられるパワーの使用を最適に行うために、ネットページペンハードウェアによって提供される機能をインテリジェントに管理する。

３．７．３．６ ソフトウェアアップグレード
ネットページペンソフトウェアは、現場でアップグレード可能であり、ブルートゥース（登録商標）接続を介して新しいソフトウェアイメージを得る。ソフトウェアアップグレードモジュールは、通信モジュールを介しての完全なイメージのダウンロードの管理、含まれているチェックサムと突き合わせてのこれらイメージの検証、及びイメージが検証されたときに改訂されたイメージからネットページペンがブートする用意を担っている。

ソフトウェアアップグレードプロセスは、ネットページペンが、ユーザによってメンテナンスモードに置かれているときに許可されるだけである。任意の懸念のデジタルインクは、ソフトウェアアップグレードが開始される前にオフロードされてもよく、又は代替として、必要に応じてデジタルインクは、削除されてもよい。これにより、内部デジタルインク形式の管理を簡単にし、必要に応じて新しいソフトウェアのロードにおいて内部デジタルインク形式の管理をアップグレードすることが可能になる。ネットページサーバ１０との既存のペアリング処理及び接続が、ソフトウェアアップグレードを生き残ると予想されるが、ある状況では、ペアリング処理動作を繰り返すことが必要であり得る。

基本ブートロジックなどのネットページペンソフトウェアの小さな部分は、現場でアップグレードできないことにも留意されたい。ソフトウェアのこれら部分は、最小であり、厳重に管理される。

３．７．３．７ リアルタイムオペレーティングシステム
ネットページペンソフトウェアは、ＣＰＵリソースの効率的管理のためのリアルタイムオペレーティングシステム（ＲＴＯＳ）を含む。これにより、画像の取り込み、フラッシュ操作、及び通信リソースに伴われる待ち時間があるにもかかわらず、現在のデジタルインクの取り込み、持続性、オフロードの最適な取扱いを可能にする。

３．７．３．８ ハードウェアドライバ
ネットページペンソフトウェアは、ネットページペンの動作に必要な（ＣＰＵの内部とＣＰＵの外部の両方の）全ての周辺機器についてのハードウェアドライバを含む。これには、外部バス通信用のＵＳＲＴドライバ、ＵＡＲＴドライバ、及びＬＳＳドライバ、並びにＪｕｐｉｔｅｒコプロセッサ、ヒマリアイメージセンサ４３２、ペンのブルーコア（登録商標）、及び他の内部システムを管理するためのより高レベルのドライバが含まれる。

３．７．３．９ 製造及びメンテナンスモード
ネットページペンは、工場較正又は詳細な現場外故障解析のために特別の製造及びメンテナンスモードに置くことができる。メンテナンスモードは、デスクトップコンピュータベースのユーザインタフェースの助けを受けて現場ファームウェアアップグレード機能を行うために使用もされる。

３．７．３．１０ 力センサ処理ソフトウェア
ネットページペン４００の力センサ４４２は、Ｊｕｐｉｔｅｒコプロセッサ５０５に接続し、その出力は、公称力サンプリングレートで生成される力のサンプルのストリームである。力センサ処理ソフトウェアは、ネットページペンによって記録されるようにデジタルインクストリームに含められることになる力のサンプルのストリームを生成するために、Ｊｕｐｉｔｅｒコプロセッサから得られる力データのフィルタ処理及びリサンプリングの任務を負う。

３．７．３．１１ ペンクレードルブルーコア（登録商標）ＶＭソフトウェア
ネットページペンクレードル４２６は、ＣＳＲ ブルーコア（登録商標）・ブルートゥース（登録商標）モジュールを含む。クレードルブルーコア（登録商標）は、ＶＭ内のネットページペンソフトウェアを実行する。このソフトウェアは、パワー及びオンラインステータスを指示するためのクレードルのユーザフィードバックＬＥＤの制御、及びクレードルブルーコア（登録商標）とホストＰＣの間のＵＳＢ通信リンクの管理、及びブルートゥース（登録商標）のペアリング動作の管理を担っている。ブルーコア（登録商標）は、ブルートゥース（登録商標）ＲＦＣＯＭＭスタックのために完全に内蔵されたスタックモデルを与え、したがって、ホストＰＣだけが、比較的軽量のＵＳＢドライバを必要とする。

３．８ 電子機器設計
図４２は、ペン電子機器のブロック図である。ペン用の電子機器設計は、５つの主要な部分に基づく。つまり、
主ＡＲＭ７マイクロプロセッサ５００、
Ｊｕｐｉｔｅｒコプロセッサ５０５、及びヒマリアイメージセンサ４３２、
ブルートゥース（登録商標）通信モジュール５１０、
リアルタイムクロック５１５、
電源レギュレーション５２０、
力センササブシステム４４２
がある。

３．８．１ ＡＲＭ７マイクロプロセッサ
ペンは、７５ＭＨｚで動作するＡｔｍｅｌ ＡＴ９１ＦＲ４０１６２Ｓマイクロプロセッサ５００（Ａｔｍｅｌ、ＡＴ９１ ＡＲＭ Ｔｈｕｍｂ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ−ＡＴ９１ＦＲ４０１６２ Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｅｉｌ．ｃｏｍ／ｄｄ／ｄｏｃｓ／ｄａｔａｓｈｔｓ／ａｔｍｅｌ／ａｔ９１ｆｒ４０１６２．ｐｄｆを参照）を使用する。ＡＴ９１ＦＲ４０１６２Ｓは、ＡＲＭ７マイクロプロセッサ、２５６キロバイトのオンチップシングルウェイトステート（ｏｎ−ｃｈｉｐ ｓｉｎｇｌｅ ｗａｉｔ ｓｔａｔｅ）ＳＲＡＭ、及び２メガバイトの外部フラッシュメモリを、スタックチップパッケージ（ｓｔａｃｋ ｃｈｉｐ ｐａｃｋａｇｅ）に組み込む。

このマイクロプロセッサ５００は、ペンのコアを形成する。マイクロプロセッサ５００の役割には、以下のことが含まれる。

Ｊｕｐｉｔｅｒコプロセッサ５０５及びヒマリアイメージセンサ４３２を環境設定する。

Ｊｕｐｉｔｅｒコプロセッサ５０５の画像処理特性を受けて、ネットページ表面符号化で符号化した表面の画像を復号する。

Ｊｕｐｉｔｅｒコプロセッサ５０５から受信した力センササンプルを後処理する。

デジタルインクを圧縮し、暗号化し、ブルートゥース（登録商標）通信モジュール５１０を介してネットページサーバ１０へ送信する。

ＡＲＭ７マイクロプロセッサ５００は、３７．５ＭＨｚクロックで汎用同期式送受信回路（ＵＳＲＴ：Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）を用いてＪｕｐｉｔｅｒコプロセッサ５０５と通信し、１．５Ｍｂｐｓで動作するＵＡＲＴを用いてブルートゥース（登録商標）モジュール５１０と通信する。ヒマリアイメージセンサ４３２とＲＴＣ５１５の通信は、低速シリアルバス（ＬＳＳ：Ｌｏｗ Ｓｐｅｅｄ Ｓｅｒｉａｌ ｂｕｓ）を使用する。

ＡＲＭ７マイクロプロセッサ５００は、ブートローダソフトウェアを有し、ブルートゥース（登録商標）モジュール５１０を接続したＵＡＲＴインタフェースを通じて、最初にファームウェアをダウンロードするように対応する。ブルートゥース（登録商標）モジュールがプログラムされた後に、ＡＲＭ７をプログラムするファームウェアが、ブルートゥース（登録商標）モジュールを通じて実行される。

３．８．２ Ｊｕｐｉｔｅｒコプロセッサ５０５
Ｊｕｐｉｔｅｒコプロセッサ５０５は、ネットページペンのアーキテクチャ内で２つのメイン機能、すなわち、画像のバッファリング及び処理、並びに力センサのインタフェース接続及びサンプルのバッファリングを実現する。

Ｊｕｐｉｔｅｒは、ヒマリアイメージセンサ４３２の露光時間（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ）中に、２つの赤外線ＬＥＤ４１６のストロビングを決定することによって表面の照明を制御する。露光時間が経過したら、イメージセンサ４３２は、イメージセンサインタフェース（ＩＳＩ）を通じて、センサアレイから並列読み出しを行い、画素を受信すると、画素は、Ｊｕｐｉｔｅｒによってフィルタ処理され、後のＡＲＭ７マイクロプロセッサ５００による処理作業及び検索のために、内部フレームバッファ内に記憶される。

Ｊｕｐｉｔｅｒに接続された力センサ４４２は、任意の並列画像取り込み活動に関して同期点が存在するように、Ｊｕｐｉｔｅｒによって前置フィルタ処理され、サンプリングされる。力センサのサンプルは、ＡＲＭ７マイクロプロセッサ５００による読み出し、更なる処理のために、内部ＦＩＦＯに書き込まれる。

３．８．３ ブルートゥース（登録商標）通信モジュール５１０
ペンは、ＣＳＲ ブルーコア（登録商標）５マルチメディアフラッシュデバイス（ＢｌｕｅＣｏｒｅ５−Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ−Ｆｌａｓｈ ｄｅｖｉｃｅ）をブルートゥース（登録商標）コントローラ５１０として使用する。このデバイスは、そのプログラムコード及び関連したＶＭアプリケーションを保持するために、内部の８メガビットのフラッシュメモリデバイスを含む。ブルーコア（登録商標）５は、ブルートゥース（登録商標）ｖ２．０規格を満たし、最大３Ｍｂｐｓまでの信号化レートでエンハンスドデータレート（ＥＤＲ：Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄａｔａ Ｒａｔｅ）のブルートゥース（登録商標）通信を行う。

ブルートゥース（登録商標）通信のために、２．４５ＧＨｚのメアンダラインアンテナが、ネットページペン４００に組み込まれる。

ブルーコア（登録商標）５は、ＵＳＢデバイス周辺機器、及び必要とされる作動信号パッドを用意する。この周辺機器は、ＵＳＢデバイスとしてネットページペンを数えることができるように使用され、それにより種々のクレードル４２６（すなわち、ブルートゥース（登録商標）通信設備を組み込まないクレードル）に接続されるときに充電電流がネゴシエートできる。

ネットページペンのリセット機能は、ブルーコア（登録商標）５によって制御され、ブルーコア（登録商標）５は、ユーザが利用可能なリセットスイッチを入力としてとる。

ブルーコア（登録商標）５は、リチウムポリマーバッテリ４１０が接続されたバッテリ充電器を組み込む。バッテリ充電器は、主として無人モードで動作し、トリクル充電、定電流、及び定電圧のモードを行う。充電電流は、クレードルコネクタから供給される。ブルーコア（登録商標）５は、残りの使用可能なバッテリ寿命の指示をユーザに与えるためにも、またバッテリがかなり放電されているときに使用を防ぐためにも使用される、現在のバッテリ電圧の目安を与えることも可能である。

ブルーコア（登録商標）５は、ネットページペン動作環境の一部を形成する内蔵式のブルートゥース（登録商標）スタック及びＶＭアプリケーションを用いてプログラミングするファームウェアを必要とする。プログラミングは、ＰＣＢにあるパッドとして露出しているＳＰＩインタフェースによって、製造プロセスの一部として実行され、ブルーコア（登録商標）５がプログラムされたら、続いて、ＡＲＭ７マイクロプロセッサ５００が、同じＳＰＩインタフェース及びＵＡＲＴ相互接続を用いてプログラムされる。

３．８．４ リアルタイムクロック（ＲＴＣ）５１５
ネットページペンは、Ｉｎｔｅｒｓｉｌ ＩＳＬ１２０８リアルタイムクロック（ＲＴＣ）５１５を使用し、ＲＴＣ５１５は、デジタルインクにタイムスタンプを押すように、ネットページペン４００にローカルタイムソース（ｌｏｃａｌ ｔｉｍｅｓｏｕｒｃｅ）を与えるために、バッテリ４１０を消費する。

リアルタイムクロックは、３２．７６８ｋＨｚの水晶振動子をタイミング源として必要とする。

３．８．５ 電源安定化
ネットページペンは、内蔵リチウムポリマーバッテリ４１０から供給される全ての内部パワーを得る。

電源安定化コンポーネントは、以下の個別の電圧を発生させる。

ＡＲＭ７、及びブルーコア（登録商標）５ ＩＯ電圧についてのＬＤＯから３．１Ｖである。

Ｊｕｐｉｔｅｒ、及びヒマリア ＩＯ、並びにヒマリアピクセルリセット電圧についてのＬＤＯから３．１Ｖである。

赤外線ＬＥＤ駆動電圧についてのチャージポンプから６．２Ｖである。

ブルートゥース（登録商標）モジュールについての電源、並びにＪｕｐｉｔｅｒコプロセッサ、及びＡＲＭ７についての１．８Ｖコア電源が、ブルートゥース（登録商標）モジュールの内部ＬＤＯからの出力として与えられる。

ブルートゥース（登録商標）モジュールのパワーアップ又はリセットでは、ＡＲＭ７及びブルーコア（登録商標）５ ＩＯ電圧、並びに１．８Ｖコア電圧が、利用できる。ブルートゥース（登録商標）モジュール５１０は、ネットページペンの現在の動作モードに従ってＡＲＭ７のクロックの使用可能及び無効を制御する。同様に、Ｊｕｐｉｔｅｒのコア電源及びＩＯ電源は、ブルートゥース（登録商標）モジュールによって制御され、ペンの現在の動作モードに応じてオン又はオフできる。

ネットページペン４００内のインジケータＬＥＤ４２０は、ＩＯ電圧源からパワーが供給され、ＡＲＭ７ ５００に接続されたものについてはＰＷＭモードで、又はブルートゥース（登録商標）モジュール５１０に接続されたものについては電流シンクによって駆動される。

ネットページペンのペン先が格納されるとき、ネットページペンは最も低いパワー状態にあり、Ｊｕｐｉｔｅｒコプロセッサの電源はオフされ、ＡＲＭ７のロックは無効にされ、ブルートゥース（登録商標）モジュールは、パワーオフにされる（内部ＬＤＯを無効にする）。

ネットページペンのペン先が突出させられる、又はＲＴＣ目覚ましアラームがあるとき、ブルートゥース（登録商標）モジュールは、信号でパワーを受信し、内部ＬＤＯをオンし、供給が安定した後にクロックを使用可能にすることによってＡＲＭ７マイクロプロセッサをブートする。

３．８．６ 力センサシステム
力センササブシステムは、特注の静電容量性力センサ４４２、フロントエンドフィルタ処理、及びサンプリングを含む。

特注の静電容量性力センサ４４２は、高い周波数（典型的には、約１ＭＨｚ）でサンプリングされ、Ｊｕｐｉｔｅｒコプロセッサ５０５によって約１．５ｋＨｚのレートに弱くされる。ＡＲＭ７マイクロプロセッサ５００による続く処理は、デジタルインクストリームに含めるために、得られる１０ビットの力のサンプルをさらに弱め、ローパスフィルタ処理する必要がある。

Ｊｕｐｉｔｅｒコプロセッサ５０５は、力センサ４４２の単一点の工場較正を行い、力センサの入力に基づいてペンダウン及びペンアップの検出を実行するための構成可能な閾値を含む。温度センサも、Ｊｕｐｉｔｅｒコプロセッサ５０５に存在し、力感知チェーンにおける温度依存性の補償を可能にする（温度センサは、バッテリ充電の管理にも用いられる）。

本発明を好ましい実施形態及びいくつかの特定の代替実施形態を参照して説明してきた。しかし、特に説明した実施形態とは異なるいくつかの他の実施形態も、本発明の範囲内になることが、当業者に理解されよう。したがって、本発明は、必要に応じて相互参照によって組み込まれる文献を含め、本明細書で説明した特定の実施形態に限定されるべきものではないことを理解されよう。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (20)

1. 表面と接触する格納式ペン先を有する電子ペンであって、
   第１の端部に前記表面に接触するペン先を有する摺動自在に移動可能なカートリッジであって、前記ペン先が前記ペンの本体から突き出る突出した位置、及び前記ペン先が前記本体に格納される格納した位置において構成可能である当該カートリッジと、
   格納機構であって、
   前記カートリッジの反対側の第２の端部を受け入れる胴軸であり、前記胴軸が、前記カートリッジを前記突出した位置又は前記格納した位置に着座させるように構成され、それによって、前記カートリッジからの長手方向軸力が、前記突出した位置において前記胴軸に伝達される当該胴軸、及び、
   前記カートリッジを前記突出した位置又は前記格納した位置に向かって付勢する付勢機構
   を含む当該格納機構と、
   前記格納機構に連結されるアクチュエータであって、ユーザにより、前記突出した位置と前記格納した位置の間で前記カートリッジが移動可能とされている当該アクチュエータと、
   前記胴軸に連結される力センサであって、前記カートリッジから前記胴軸に伝達される前記軸力に対する反作用を与える当該力センサと、
   前記力センサによって検出される力を示す力データを発生させるように構成されるプロセッサと、
   を備える電子ペン。
2. 前記電子ペンが、前記表面に配設されたコード化データパターンの少なくとも一部を撮像するイメージセンサ、を更に備え、
   前記プロセッサが、前記コード化データパターンの１つ又は複数の撮像した部分を用いて対話データを発生させるように構成される、請求項１に記載の電子ペン。
3. 前記プロセッサが、前記力データを用いて、
   前記ペン先が前記表面と接触しているときのペンダウン状態、及び
   前記ペン先が前記表面と接触していないときのペンアップ状態、
   のどちらか１つを決定するように構成される、請求項２に記載の電子ペン。
4. 前記プロセッサは、前記力が所定の閾値力を超過する場合のみ、ペンダウン状態を指示するように構成される、請求項３に記載の電子ペン。
5. 前記プロセッサは、ペンダウン状態が決定されたときにのみ、前記対話データを発生させるように構成される、請求項３に記載の電子ペン。
6. 前記イメージセンサは、ペンダウン状態が決定されたときにのみ、前記コード化データを感知するように構成される、請求項３に記載の電子ペン。
7. 前記アクチュエータが、前記カートリッジに連結される手動操作可能なボタンを備え、前記ボタンの押下及び解除により、前記格納した位置と前記突出した位置の間で前記カートリッジを切り替える、請求項１に記載の電子ペン。
8. 前記ペンが、前記ペンの構成を感知する感知装置を備え、
   前記感知装置が、
   前記ボタンに連結されるボタンセンサであり、前記ボタンの作動を感知するボタンセンサと、
   前記カートリッジと協働するカートリッジセンサであり、前記カートリッジが突出又は格納されているかどうか感知するカートリッジセンサと、
   を備え、
   前記プロセッサが、前記感知装置からの１つ又は複数の入力信号に応答して、前記ペンの状態を設定するように構成される、請求項７に記載の電子ペン。
9. 前記ボタンセンサが、電子スイッチを備え、
   前記スイッチが、前記ボタンの部品によって機械的に作動可能である、請求項８に記載の電子ペン。
10. 前記胴軸が、前記カートリッジの第２の端部を保持するための長手方向に摺動可能なラチェットを備え、
    前記ラチェットが、前記胴軸の内表面に定められた相補的な縦溝と長手方向に摺動係合するための複数のラジアルラチェット歯を備える、請求項１に記載の電子ペン。
11. 前記カートリッジが、交換可能であり、
    ラチェットが、前記カートリッジの前記第２の端部を解除可能に保持するように構成される、請求項１に記載の電子ペン。
12. 各縦溝が、カム状リップを有し、前記リップへの前記ラチェット歯の第１のカム状端面の当接係合により前記ラチェットを回転させるように構成される、請求項１０に記載の電子ペン。
13. 前記胴軸が、前記突出した位置に対応する第１の当接面、及び前記格納した位置に対応する第２の当接面を含み、
    前記ラチェットが、前記第１の当接面又は第２の当接面に向かって回転可能及び摺動可能である、請求項１に記載の電子ペン。
14. ボタンが、プランジャを介して前記ラチェットに連結され、
    前記プランジャが、前記縦溝に摺動式に係合される複数のラジアルプランジャ歯を備え、
    各プランジャ歯が、前記ラチェット歯の前記第１のカム状端面と当接係合するための第２のカム状端面を有し、
    前記第１のカム状端面及び第２のカム状端面が、前記ラチェットに回転を付与するように構成される、請求項１３に記載の電子ペン。
15. 前記ボタンが、前記ボタンが前記プランジャから脱連結される脱連結位置に向かって付勢される、請求項１４に記載の電子ペン。
16. 前記胴軸が、前記力センサと係合される一体ピンを備え、
    前記カートリッジを介して伝達される長手方向軸力が、前記ピンを介して前記力センサによって検出される、請求項１に記載の電子ペン。
17. 前記力センサが、静電容量性力センサであり、
    前記ピンが、前記静電容量性力センサの弾性可動プレートと係合される、請求項１６に記載の電子ペン。
18. 前記電子ペンは、前記力センサとの係合に向けて前記胴軸及び前記ピンを付勢する予荷重付勢アセンブリ、を備える、請求項１６に記載の電子ペン。
19. 前記電子ペンは、前記胴軸用のハウジングを更に備え、
    前記予荷重付勢アセンブリが、前記ハウジングと前記胴軸の間に係合される予荷重ばねを備える、請求項１８に記載の電子ペン。
20. 前記カートリッジが、
    マーキングのペン先である前記ペン先にインクを供給するためのインク容器を備えるインクカートリッジ、及び、
    前記ペン先が非マーキングのペン先とされたスタイラスカートリッジ、
    のいずれか１つから選択される、請求項１に記載の電子ペン。

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