KR101108266B1

KR101108266B1 - 전자 스타일러스

Info

Publication number: KR101108266B1
Application number: KR1020077004867A
Authority: KR
Inventors: 매튜 존 언더우드; 토빈 알렌 킹; 폴 랩스턴; 키아 실버브룩
Original assignee: 실버브룩 리서치 피티와이 리미티드
Priority date: 2004-08-03
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2012-04-18
Also published as: EP1782228A1; US20060028458A1; WO2006012679A1; US20060028400A1; EP1779178A1; US20060028674A1; KR101084853B1; US20110018903A1; EP1779081A1; EP1779081A4; US7567241B2; CA2576010C; AU2005269256A1; AU2005269256B2; WO2006012678A1; EP1779178A4; US20060028459A1; AU2005269255A1; US8308387B2; SG155167A1

Abstract

스타일러스는 길다란 섀시 몰딩(416); 섀시 몰딩(416)의 일단부에 있는 펜촉(418); 및 섀시 몰딩(416)에 장착된 힘센서(582)를 포함한다. 힘센서(582)는 펜촉(418)에 접속된 입력부재(414)와 접촉하기 위한 하중지지구조물(524) 및 하중지지구조물에 대하여 편심시키기 위해 입력부재(414)와 결합하기 위한 예압 편심 조립체(700)를 갖는다.

전자 스타일러스, 펜, 볼펜, 펜촉, 힘센서, 넷페이지, 마킹, 필기도구, 예압, 편심, 편심 조립체

Description

전자 스타일러스{ELECTRONIC STYLUS}

본 발명은 상호작용형 용지(interactive paper), 프린팅 시스템(printing system), 컴퓨터 출판, 컴퓨터 응용, 정보가전(information appliance), 사람-컴퓨터 인터페이스(interface)의 분야에 관한 것으로서, 특히 전자 스타일러스(electronic stylus)에 관한 것이다.

상호참조

이와 같은 함께 계류중의 출원들에 개시된 내용은 상호참조에 의해 본 발명에 통합된다. 몇몇 출원들은 그 서류번호(docket number)에 의해 임시적으로 식별된다. 이는 차후에 대응하는 미국출원번호(USSN)로 교체될 것이다.

출원인은 이하에, 그리고 상기 다수의 상호참조 문헌들에 상세하게 설명한 넷페이지 시스템(Netpage system)을 개발하였다. 본 발명은 특히 이러한 시스템에 잘 맞으므로, 넷페이지 문맥(context)에서 설명될 것이다. 그러나, 휴대용 광학센서(optical sensor)가 많은 다른 분야에서 광범위한 응용을 갖고 본 발명이 넷페이지 시스템 범주내에 그 사용이 한정되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

이 넷페이지 시스템은 펜(pen)과 용지 기반 인터페이스(paper based interface)에 의해 사용자와 컴퓨터 네트워크(또는 독립된 컴퓨터) 사이의 상호작 용을 수반한다. '펜'은 마킹 펜촉(marking nib) 또는 비마킹 펜촉(non-marking nib)과 용지(또는 다른 표면)상에의 코딩된 데이터(coded data)의 패턴(pattern)을 판독하기 위한 광학센서를 구비하는 전자 스타일러스(electronic stylus)이다.

넷페이지 펜은, 그 펜의 소유자가 네트워크에 기록될 수 있도록 고유한 식별성(unique identity)을 갖는다. 각각의 펜의 소유자를 등록하는 일은 '워크업' 프린팅(walk up printing)(상기 함께 계류중의 출원 서류번호 NPS110에 설명되어 있음), 서명 인식 등과 같은 많은 이점이 있다. 이 점에 비추어 보면, 펜 소유자들은 자신들의 넷페이지 펜을 다른 넷페이지 펜의 소유자들로부터 신속하게 식별할 수 있기를 바랄 것이다.

넷페이지 문맥의 범위를 넘어서, 고품질의 펜을 소유하는 대부분의 사람들은 그 펜을 인적재산이라고 여겨서 그 펜에 소유권을 표시하도록 새길지도 모른다.

발명의 요약

제1 형태에 따르면, 본 발명은,

길다란 섀시 몰딩(elongate chassis molding);

상기 섀시 몰딩의 일단부에 있는 펜촉(nib); 및

사용자가 교체할 수 있도록 상기 섀시 몰딩과의 밀접한 끼워맞춤을 위한 길다란 커버 몰딩(cover molding)을 포함한다.

사용자가 쉽게 제거할 수 있고 마음대로 교체할 수 있는 커버 몰딩을 제공함으로써, 각각의 펜을 개별적으로 맞춤제작(customization)할 수 있다. 각각의 펜의 소유자는 자신의 펜을 다른 펜의 소유자로부터 신속히 구별할 수 있다. 커버의 정기적인 교체는 펜이 닳아 떨어지는 것을 방지하며, 사용자가 오래된 것을 싫어하거나 또는 동료가 이미 동일한 커버를 갖는다는 것을 알게 되면 사용자에게 새로운 외관을 선택하게 해준다.

선택적으로, 상기 스타일러스는 섀시 몰딩이 전자부품을 수용하는 전자 스타일러스이다. 선택적으로, 상기 커버 몰딩은 섀시 몰딩 외부 위에 체결되는 관형(管形) 몰딩이다. 선택적으로, 상기 관형 몰딩은 섀시 몰딩상의 위치로 슬라이딩(sliding)되며, 상기 섀시 몰딩은 관형 몰딩이 수용부로 밀어졌음을 나타내기 위해 위치지정부(location detail)를 갖는다. 선택적으로, 상기 관형 몰딩은 상기 스타일러스의 펜촉 단부를 파지하여 그 반대쪽 단부에서 떨어져 관형 몰딩을 잡아당김으로써 섀시 몰딩에서 떨어져 슬라이딩될 수 있다. 선택적으로, 상기 커버 몰딩은 수성 그래픽 인쇄(aquagraphic print)에 적합한 기판이다.

선택적으로, 상기 섀시는 상기 스타일러스의 작동상태를 표시하기 위한 LED를 갖고 상기 관형 몰딩은 LED를 보기 위한 한 개 이상의 투명창(transparent window)을 구비한다.

부가적인 형태

본 발명의 관련된 형태들에 대하여는 이러한 형태들의 광범위한 설명을 위한 적절한 내용을 제공하기 위해 본 발명의 배경에 관한 설명과 함께 아래에 설명한다.

실질적인 삼각형 단면을 갖는 전자 스타일러스

배경

넷페이지 시스템은 펜과 용지 기반 인터페이스에 의해 사용자와 컴퓨터 네트워크(또는 독립된 컴퓨터) 사이의 상호작용을 수반한다. '펜'은 마킹 펜촉 또는 비마킹 펜촉과 용지(또는 다른 표면)상에의 코딩된 데이터의 패턴을 판독하기 위한 광학센서를 구비하는 전자 스타일러스이다.

상기 펜은 일반적인 펜과 같은 방식으로 파지되고 그에 따라 용지의 평면과 수직한 것에 대신하여 용지에 대하여 경사지도록 되어 있다. 광학센서는 펜촉에 인접하여 있고, 그래서 페이지의 표면과 렌즈(lens) 사이의 거리는, 펜이 용지에 경사지게 파지됨에 따라 렌즈가 펜촉 위, 아래 또는 그와 떨어져 있는지에 따라 다를 것이다. 렌즈의 초점길이(focal length)가 일반적으로 고정되어 있으므로, 광학부는 큰 피사계 심도(depth of field)와 용지에 대한 렌즈의 가능한 모든 위치를 받아들이기 위한 흐림 허용치(blur tolerance)를 요구한다. 이는 사용중에 코딩된 데이터의 크기, 광학부 및 펜의 경사에 대하여 실용적인 한계를 두고 있다.

요약

따라서, 이러한 형태는 코딩된 데이터가 배치된 표면에 사용하기 위한 휴대용 전자 스타일러로서,

상기 스타일러스의 펜과 같은 조작을 위한 실질적인 삼각형 단면을 갖는 파지부를 구비하는 길다란 케이싱(casing);

상기 표면과 접촉하기 위한 케이싱의 일단부에 있고, 케이싱의 가로축으로부터 벗어나는 가로축을 갖는 펜촉; 및

상기 코딩된 데이터를 광학적으로 감지하기 위해 상기 펜촉에 인접하게 배치된 센서; 를 포함하고,

사용중에, 펜촉의 가로축이 실질적인 삼각형 단면의 선단에 가깝도록 상기 스타일러스를 파지하는 휴대용 전자 스타일러를 제공한다.

둥근 삼각형 프로파일(profile)은 정확한 기능적 방향성(functional orientation)으로 펜을 파지하고 사용하기 위해 펜에 인체공학적 친화성 형상을 제공한다. 그 프로파일은 엄지, 검지 및 장지 손가락 사이에 삼각형 형상에 대한 자연적인 친화성을 제공한다. 펜이 용지상에 패턴을 이미지화할 수 있는 피치각도(pitch angle)는 이러한 비대칭적인 사용을 위해 최적화될 수 있다. 펜의 형상은 사용자의 손에 펜을 정확히 방향 맞추어 사용자가 펜을 "뒤집고(upside-down)" 사용하는 것을 방지하는 데에 도움을 준다.

상기 프로파일은 내부 부품들을 수용하기 위한 실용적인 형상이기도 하다. 볼펜 카트리지(ballpoint pen cartridge)는 삼각형 단면의 선단(apex)쪽으로 자연스럽게 끼워맞추고, 사용자의 파지부와 일치되게 배치한다. 이는 차례대로 펜의 중앙부분에 메인(main) PCB 장착공간과 펜의 바닥부분에 배터리(battery) 장착공간을 제공한다. 또한 펜촉 아래(정상적인 피치에 대하여) 태그검지광학부(tag-sensing optics)를 조심스럽게 놓는다.

선택적으로, 상기 펜촉은 카트리지가 실질적인 삼각형 단면의 선단에 가까운 펜촉의 가로축을 따라 뻗도록 길다란 잉크 카트리지에 장착된 볼펜 펜촉이다.

선택적으로, 상기 스타일러스는 상기 선단에 대향하는 삼각형 단면의 바닥부를 따라 장착된 길다란 배터리(battery)를 더 포함한다.

선택적으로, 상기 스타일러스는 베터리와 카트리지 사이에 장착된 인쇄회로기판(PCB)을 더 포함한다.

선택적으로, 상기 센서는 표면에 대하여 작동위치에 있을 때 상기 코딩된 데이터의 이미지를 캡쳐(capture)하기 위한 이미지 센서(image sensor)와 렌즈를 갖고, 상기 센서는 이미지 센서에 대하여 상기 코딩된 데이터를 조명하기 위한 복수의 광원을 더 포함하는데, 이 광원의 각각은 광원 모두에 의해 조명되는 공통영역이 존재하도록 표면의 영역을 조명하기 위해 구성된 것이며, 사용중에, 상기 광원들 중의 적어도 하나는 이미지 캡쳐를 위해 충분한 조명을 제공하는 동안 상기 광원들 중의 적어도 하나는 선택적으로 소멸될 수 있다.

선택적으로, 상기 복수의 광원은 렌즈의 어느 일측면상에 장착된 두 개의 LED이다.

선택적으로, 상기 실질적인 삼각형 단면은 길다란 케이싱의 길이를 연장시킨다.

선택적으로, 상기 실질적인 삼각형 단면은 둥근 모서리를 갖는다.

선택적으로, 상기 실질적인 삼각형 단면은 이등변삼각형에 가깝다.

다중 광원을 구비하는 휴대용 광학센서

배경

넷페이지 시스템은 펜과 용지 기반 인터페이스에 의해 사용자와 컴퓨터 네트워크(또는 독립된 컴퓨터) 사이의 상호작용을 수반한다. '펜'은 마킹 펜촉 또는 비마킹 펜촉과 용지(또는 다른 표면)상에의 코딩된 데이터의 패턴을 판독하기 위한 광학센서를 구비하는 전자 스타일러스이다. 광학센서에서의 광원은 용지상의 코딩된 데이터의 이미지가 렌즈에 의해 이미지 센서의 활성영역에 초점이 맞추어지도록 표면을 밝게 조명한다. 광원의 방사 스펙트럼 피크는 코딩된 데이터를 사용하여 캡쳐된 이미지에 콘트라스트(contrast)를 최대화하기 위해 사용되는 잉크의 흡수 스펙트럼 피크과 일치된다.

불행하게도, 펜이 휴대용이기 때문에, 펜은 이미지 센서에 해로운 광원으로부터 반사를 일으키는 각도로 용지에 지지될 수도 있다. 광택용지(glossy paper)는 특히 이런 일이 일어나기 쉬워 사용자는 코딩된 데이터를 판독하기 위한 광학센서의 어떠한 고장도 펜을 지지하는 각도에 의해 초래된다는 것을 깨닫지 못할 것으로 보인다.

요약

따라서, 이러한 형태는 표면에 배치된 코딩된 데이터를 감지하기 위한 휴대용 광학센서로서,

상기 광학센서가 표면에 대하여 작동위치에 있을 때 상기 코딩된 데이터의 이미지를 캡쳐하기 위한 이미지 센서와 렌즈; 및

상기 이미지 센서에 대하여 상기 코딩된 데이터를 조명하기 위한 복수의 광원을 포함하고, 각각의 광원은 광원 모두에 의해 조명되는 공통영역이 존재하도록 표면의 영역을 조명하기 위해 구성되며, 사용중에, 상기 광원들 중의 적어도 하나는 이미지 캡쳐를 위해 충분한 조명을 제공하는 동안 상기 광원들 중의 적어도 하나는 선택적으로 소멸될 수 있는 휴대용 광학센서를 제공한다.

개별적으로 선택될 수 있는 두 개의 광원을 사용하면, 펜이, 특히 광택용지상에 약간의 각도로 지지될 때 원하지 않는 반사를 역학적으로 회피할 수 있다. 또한 그것은 상기 코딩된 데이터의 더 균일한 조명을 확실케 한다.

선택적으로, 상기 복수의 광원은 렌즈의 반대측상에 장착된 두 개의 조명원(illumination source)이다.

선택적으로, 상기 두 개의 조명원은 조명의 교차축(intersecting axe)을 갖는다. 선택적으로, 상기 광학센서는 표면으로부터의 원하지 않는 반사의 검출시에 두 개의 조명원 중 하나를 소멸하도록 이미지 센서와 두 개의 조명원에 접속된 제어유닛(control unit)을 더 포함한다. 선택적으로, 상기 제어유닛은 원하지 않은 반사의 이전의 검출을 사용하여 표면으로부터 원하지 않는 반사를 예측한다. 선택적으로, 상기 제어유닛은 표면에 대한 상기 스타일러스의 위치를 계산하여 원하지 않는 반사가 일어날 때 예측하기 위하여 하나 이상의 캡쳐된 이미지를 사용한다.

전자 스타일러스용 엔드 캡 스위치(end cap switch)

배경

편리성을 위해 펜내부의 전자부품들은 재충전가능한 배터리에 의해 전원공급을 받는다. 이는 하루 대부분 사용자에 의해 고(高) 휴대성으로 휴대할 수 있을 것으로 보이는 펜을 제공한다. 그러나, 장기간 펜을 사용하지 않는 경우가 있을 수 있어 배터리 재충전기로 복귀시키는 것이 불편한 점이 있다. 배터리를 보존하기 위해, 사용자는 사용후에 펜을 완벽하게 오프(OFF)하여야 한다. 불행하게도, 사용자는 사용 후에 펜을 오프하는 일을 잊어버리는 경우가 많다. 펜은 설정한 유휴(idle)기간 후에 자동적으로 전원을 끌 수 있다. 그러나 상당한 양의 배터리 전원은 그 유휴기간 동안에 소모된다.

요약

따라서, 이러한 형태는,

배터리 전원공급 전자부품들을 수용하는 길다란 케이싱을 구비하는 스타일러스;

상기 길다란 케이싱의 개구에 의해 노출되는 전기접점부; 및

상기 스타일러스의 일단부 위로 끼워 맞추는 것으로서, 상기 전자부품들에 대한 전원공급을 제어하기 위해 상기 스타일러스의 일단부 위로 캡을 끼워 맞춤으로써 상기접점부를 전기적으로 접속하도록 위치된 전도부(conductive portion)를 갖는 캡(cap)을 포함하는 전자 스타일러스와 엔드 캡 조립체를 제공한다.

상기 엔드 캡의 제거와 교체를 위해 전원 스위치를 연결함으로써, 펜은 캡이 벗겨졌을 때에만 작동한다. 캡을 닫았을 때마다 (따라서 비사용 중에) 전력을 절약하여 배터리 수명을 연장하기 위해 저전압 상태로 전환된다. 온/오프(ON/OFF) 스위치의 접점부(contact)는 상기 펜촉에 가깝게 배치될 수 있으며, 이 경우에 캡을 펜촉 위로 끼워 맞춰 스위치를 폐쇄하면 펜이 비작동상태로 된다. 택일적으로, 상기 접점부는 펜의 대향 단부에 배치될 수 있어 상기 캡이 그 접점부를 폐쇄하여 사용 직전에 펜을 작동상태로 되게 한다.

선택적으로, 상기 전자 스타일러스는 상기 길다란 케이싱의 일단부에 있는 펜촉을 더 포함하고 상기 캡을 펜촉 위로 끼워 맞춤으로써 스타일러스를 저전압 비활성(inactive) 상태로 전환하도록 상기 전기접점부가 펜촉에 근접하여 있다.

선택적으로, 상기 스타일러스는 전기접점부를 사용하여 배터리를 재충전하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 캡의 전도부는 전도성 탄성몰딩(conductive elastomeric molding)이다.

선택적으로, 상기 펜촉은 볼펜 펜촉이고 상기 스타일러스는 관형 잉크 카트리지 및 상기 잉크 카트리지를 유지하기 위한 공동(cavity)을 형성하는 구조물을 더 포함하며, 상기 구조물은 잉크 카트리지가 공동쪽으로 슬라이딩됨에 따라 잉크 카트리지를 축방향으로 수용하기 위한 개방 단부를 갖고, 상기 구조물의 개방 단부는 상기 전기접점부에 의해 적어도 부분적으로 형성되어 있다.

선택적으로, 상기 구조물은 배터리에 전원을 전달하기 위해 상기 전기접점부에 접속되는 전도부를 구비한다. 선택적으로, 상기 구조물은 절연층에 의해 외부 전도층과 격리되는 내부 전도층을 갖는 관형 구조이다.

내장형 카트리지 제거도구를 구비하는 잉크 카트리지

배경

넷페이지 펜의 주요 특징들 중의 하나는 스크린 기반(screen-based) 상호작용 요소(element)(예컨대, 하이퍼링크(hyperlink) 등)에 마우스(mouse)를 클릭(click)할 수 있는 것과 같은 방식으로 넷페이지상의 상호작용 요소상에 '클릭'할 수 있는 능력이다. 그러나, 넷페이지 펜에 의하면, 사용자는 그 상호작용 요소상에 클릭하기 위하여 상호작용 요소상에 펜촉을 간단히 놓는다. 광학센서는 그 고유한 페이지와 페이지 위치지정에 의해 상기 요소를 식별하는 반면에, 힘센서(force sensor)는 펜촉이 페이지에 대고 눌러질 때 '펜 다운(pen down)' 조건을 등록한다. 또한 '펜 다운'과 '펜 업(pen up)'의 등록은 넷페이지 입력 필드(input field)상의 사용자 필체를 캡쳐하는 데에 기본적인 것이다.

최적의 작동을 위해, 상기 카트리지는 힘센서에 견고하게 결합되어야 한다. 그러나, 상기 카트리지는 새로운 카트리지로 교체될 때마다 힘센서로부터 쉽게 분리되어야 한다.

요약

따라서, 이러한 형태는 스타일러스에 삽입하기 위한 잉크 카트리지로서,

잉크 공급부를 포함하며, 펜촉과 대향 단부를 갖는 길다란 본체; 및

상기 스타일러스로부터 다른 잉크 카트리지를 빼내기 위하여 스타일러스내에 동일한 유형(type)의 다른 잉크 카트리지의 펜촉 단부를 결합하기 위한 대향 단부에 있는 결합구조물; 을 포함하는 잉크 카트리지를 제공한다.

상기 카트리지 자체에 맞춤제작된 제거도구를 형성함으로써, 소모된 카트리지를 교체하고자 할 때 사용자에게 항시 편리성을 줄 수 있을 것이다. 상기 도구는 상기 스타일러스로부터 현재의 카트리지를 제거할 때 잘 끌어올려 더 많은 힘으로 강제 삽입하기 위해 사용자에게 교체용 카트리지를 파지하도록 하여 준다. 빼내는 힘이 더 크면, 카트리지와 힘센서 사이의 해제가능한 결합을 더 단단하고 확실하게 할 수 있다. 또한, 후방(종래의 다수의 펜의 경우)이라기 보다는 펜의 펜촉 단부를 통하여 카트리지를 빼내면 펜의 분해를 최소화시켜 힘센서가 그 위치에 남아있을 수 있다.

선택적으로, 상기 펜촉 단부는 잉크 공급부와 유체적으로 연통하는 필기 펜촉(writing nib)을 구비한다.

잉크 카트리지 수용 개구에서의 재충전 접점부를 구비하는 전자 스타일러스

배경

편리성을 위해 펜내의 전자부품들은 재충전가능한 배터리에 의해 전원을 공급받는다. 전형적으로, 펜은 사용하지 않을 때 많은 중재기간을 갖고 하루종일 빈번하게 사용된다. 배터리는 밤새 재충전하기 전에 하루동안의 사용을 수용하기 위한 크기로 될 수 있다. 그러나, 배터리 크기가 펜의 전체 크기와 중량에 직접적으로 영향을 미친다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 배터리 크기를 실용적인 크기로 줄이기 위해서, 사용자는 펜이 사용중일 아닐 때 펜을 재충전기에 접속하도록 할 필요가 있다.

요약

따라서, 이러한 형태는,

전자부품과 재충전가능한 배터리를 수용하는 외부 케이싱; 및

일단부에 볼펜 펜촉을 갖는 잉크 카트리지를 보유하기 위한 수용부를 형성하며, 잉크 카트리지가 수용부로 슬라이딩됨에 따라 잉크 카트리지를 축방향으로 받아들기 위한 개방 단부를 갖는 구조물; 을 포함하고,

상기 구조물의 개방 단부는 배터리 재충전기내에 상보적인 접점부complementary contacts)로 접속하기 위해 구성된 전기접점부에 의해 적어도 부분적으로 형성되어 있는 전자 스타일러스를 제공한다.

잉크 카트리지 수용부의 개구에 재충전 접점부를 배치하면, 펜을 사용하지 않을 때 컵 스타일(cup style) 재충전기에 펜을 간단히 놓을 수 있다. 재충전기의 내부 형상은 외부 케이싱 및/또는 펜촉이 상기 상보적인 접점부와 결합하여 재충전 접점부를 정확히 안내하도록 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 재충전기는 사용자의 책상위의 펜 홀더(pen holder)처럼 효과적으로 배가할 수 있다.

선택적으로, 상기 구조물은 배터리에 전원을 전달하기 위해 전기접점부에 접속된 전도부를 구비한다. 선택적으로, 상기 구조물은 절연층에 의해 외부 전도층과 격리되는 내부 전도층을 갖는 관형 구조이다.

선택적으로, 상기 스타일러스는 펜촉 위로 끼워 맞추는 캡을 더 포함하고, 상기 캡은 펜촉 위로 캡을 끼워 맞춤으로써 스타일러스를 저전압 비활성 상태로 전환하도록 위치되는 전도부를 구비한다.

선택적으로, 상기 스타일러스는 인쇄회로기판(PCB)를 더 포함하며 상기 내부 전도층과 외부 전도층은 상기 PCB상의 각각의 전기접점부에 결합된다.

예압 (pre-loaded) 힘센서

배경

넷페이지 펜의 주요 특징들 중의 하나는 스크린 기반 상호작용 요소(예컨대, 하이퍼링크 등)에 마우스를 클릭할 수 있는 것과 같은 방식으로 넷페이지상의 상호작용 요소상에 '클릭'할 수 있는 능력이다. 그러나, 넷페이지 펜에 의하면, 사용자는 그 상호작용 요소상에 클릭하기 위하여 상호작용 요소상에 펜촉을 간단히 놓는다. 광학센서는 그 고유한 페이지와 페이지 위치지정 ID에 의해 상기 요소를 식별하는 반면에, 힘센서는 펜촉이 페이지에 대고 눌러질 때 '펜 다운' 조건을 등록한다. 또한 '펜 다운'과 '펜 업'의 등록은 넷페이지 입력 필드(input field)상의 사용자 필체를 캡쳐하는 데에 기본적인 것이다. 또한 비이진(non-binary) 힘신호는 변화하는 힘 관련 폭과 광학부로 손으로 그려진 스트로크(stoke)를 재현하기 위해 캡쳐된다. 힘 변화는 또한 신호검증 동안에 검사된 치수들 중의 하나로서 사용될 수도 있다.

비교적 광력(light force)(펜촉에 가해지는 필기력 등)을 정확히 감지하기 위해서, 힘센서는 매우 미세한 허용공차(tolerance)로 펜촉 또는 카트리지에 대향하여 장착될 필요가 있다. 센서의 전체 범위 이동이 비교적 작으면(전형적으로 50μ), 힘센서와 교체가능한 카트리지를 충분한 정확도로 위치결정하는 것은 대량 생산물품을 위해 상당히 어렵고 상업적으로 비실용적일 수 있다.

요약

따라서, 이러한 형태는,

감지되는 힘의 적용을 받는 입력부재와 접촉하기 위한 하중지지(load bearing)구조물;

상기 하중지지구조물에 인가된 힘을, 힘을 나타내는 신호로 변환하기 위한 센서회로; 및

상기 하중지지구조물에 대하여 편심시키기 위하여 상기 입력부재에 결합하기 위한 예압 편심 조립체(bias assembly); 를 포함하는 힘센서를 제공한다.

상기 센서의 하중지지구조물에 대하여 편심된 입력부재를 지지함으로써, 입력부재의 다음에 센서를 정확하게 장착하는 것은 더 이상 문제가 되지 않는다. 편심기구(bias mechanism)는 간단한 스프링 구조이지만, 적절하게 일관된 편심력(biasing force)을 여전히 제공할 수 있다. 이러한 기구는 제조비용이 비교적 저렴하고 미세한 허용공차로 부착할 필요성을 회피할 수 있다.

선택적으로, 예압 편심조립체는 입력부재에 해제가능하게 결합하기 위한 스프링 및 결합구조물을 구비한다. 선택적으로, 상기 센서회로는 압전저항 브리지 회로(piezo-resistive bridge circuit)이다. 선택적으로, 상기 센서회로는 정전용량 또는 유도 힘 감지회로이다. 선택적으로, 상기 센서회로는 약 500g(5 N(뉴톤))까지 힘을 감지한다. 선택적으로, 상기 센서회로로부터 출력된 신호는 필기체 인식능력(hand writing recognition facility)을 지원한다. 선택적으로, 하중지지구조물은 작동 중에 10μ 전체 범위(full span) 이동을 갖는다. 선택적으로, 예압 편심조립체는 약 10g～20g(0.1N～0.2N)의 편심을 가한 것이다.

선택적으로, 상기 입력부재는 필기 스타일러스(writing stylus)내의 잉크 카트리지이다. 선택적으로, 상기 하중지지구조물은 입력부재에 충격하중을 흡수하기 위하여 탄성부재를 구비한다.

밀접하게 관련된 형태에 있어서, 길다란 몰딩;

상기 길다란 몰딩의 일단부에 있는 펜촉; 및

상기 길다란 몰딩에 장착된 힘센서를 포함하며,

상기 힘센서는 펜촉에 연결된 입력부재와 접촉하기 위한 하중지지구조물, 펜촉에 가해진 힘을, 힘을 나타내는 신호로 변환한기 위한 센서회로, 및 상기 하중지지구조물에 대하여 편심시키기 위해 입력부재에 결합하기 위한 예압 편심조립체를 구비하는 펜을 제공한다.

선택적으로, 상기 펜촉은 볼펜 펜촉이고 상기 입력부재는 펜촉과 유체적으로 연통하는 잉크 카트리지를 구비한다.

측면 장전 카트리지(side loading cartridge)을 구비하는 펜

배경

이 넷페이지 시스템은 펜과 용지 기반 인터페이스에 의해 사용자와 컴퓨터 네트워크(또는 독립된 컴퓨터) 사이의 상호작용을 수반한다. '펜'은 마킹 펜촉 또는 비마킹 펜촉과 용지(또는 다른 표면)상에의 코딩된 데이터의 패턴을 판독하기 위한 광학센서를 구비하는 전자 스타일러스이다.

넷페이지 펜은 힘감지, 광학감지 및 블루투스(Bluetooth) 조립체들을 갖는 전자 스타일러스이다. 상당한 수의 전자부품들은 유용한 배터리 수명을 제공할 만큼 충분히 큰 배터리와 함께 펜 케이싱(pen casing)내에 수용될 필요가 있다. 이러함에도 불구하고, 펜의 전체 치수는 통상의 펜인 것과 같이 사용자가 펜을 조작하기 위해 충분히 작을 필요가 있다.

넷페이지 펜이 볼펜 펜촉이면, 잉크 카트리지는 매우 빈번하게 교체될 필요가 있을 정도로 작지 않더라도, 펜 케이싱내의 공간을 절약하기 위해 가능한 한 작게 되어야 한다. 또한, 힘센서는 펜촉에 축방향으로 대향하는 카트리지의 단부에 가장 좋게 위치된다. 이는 펜을 거의 분해함이 없이 펜의 상단(비쓰기 단부(non-writing end))을 통하여 카트리지를 집어넣는 것을 효과적으로 방지한다.

넷페이지 문맥의 범위를 넘어서, 대부분의 잉크 펜은 관형의 펜 케이싱의 단부를 통하여 삽입 또는 제거될 필요가 있는 카트리지를 갖는다. 이는 카트리지의 형상과 그에 따른 그 잉크 저장용량의 구조적인 제한을 준다.

요약

따라서, 이러한 형태는,

길다란 섀시 몰딩; 및

펜촉과 길다란 몸체를 갖는 카트리지를 포함하며,

상기 카트리지가 섀시 몰딩의 가로축으로 가로지르는 방향으로부터 상기 길다란 섀시 몰딩으로부터의 삽입과 제거를 위해 구성되는 펜을 제공한다.

선택적으로, 상기 카트리지는 잉크 카트리지이고 상기 길다란 몸체는 잉크 저장소를 수용한다.

밀접하게 관련된 형태에 따르면, 본 발명은 펜용 잉크 카트리지로서, 상기 잉크 카트리지가,

길다란 잉크 저장소; 및

상기 잉크 저장소와 유체적으로 연통하는 필기 펜촉; 을 포함하며,

상기 길다란 잉크 저장소가 그 단부 중간의 길이 부분을 따라 확장된 횡단 단면을 갖는다.

단부를 통하기 보다는 측면으로부터 삽입되고 제거될 수 있도록 펜 섀시와 카트리지를 구성함으로써, 카트리지의 용량을 상당히 증대시킬 수 있다. 잉크 카트리지의 단부들 사이의 확장된 단면은 펜 섀시의 대향 단부와 펜촉 몰딩에서 비교적 얇은 단부들을 지지시키게 하면서 용량을 증가시킨다. 넷페이지 펜에서, 카트리지를 측면으로부터 삽입하면 카트리지를 교체할 때 힘센서를 제거할 필요성이 회피된다. 다시, 카트리지의 각 단부의 더 얇은 단면은 펜촉 몰딩에 지지된 볼펜 펜촉에 결합시키게 하고 타단부에 있는 힘센서에 직접 결합시키게 할 수 있는 반면에, 확장된 중간부분은 잉크 용량을 증가시킨다.

도 1은 완전한 태그(tag)의 구조를 도시한 도면.

도 2는 하나의 심볼 단위셀(symbole unit cell)을 도시한 도면.

도 3은 9개의 심볼 단위셀을 도시한 도면.

도 4는 하나의 심볼내의 비트 오더링(bit ordering)을 도시한 도면.

도 5는 모든 비트 세트(bit set)를 갖는 태그를 도시한 도면.

도 6은 4개의 태그 유형으로 구성된 태그 그룹(group)을 도시한 도면.

도 7은 태그 그룹의 연속적인 타일(tiling)을 도시한 도면.

도 8은 태그내에 부호어(codeword) A, B, C & D의 상호배치(interleaving)를 도시한 도면.

도 9는 부호어 레이아웃(layout)을 도시한 도면.

도 10은 태그 및 그 대응하는 비트 색인(bit index)으로 라벨링(labelling) 된 8개의 인접한 인접부들을 도시한 도면.

도 11은 펜촉과 사용자에 의해 파지된 펜의 정면을 도시한 도면.

도 12는 사용자에 의해 파지된 펜과 쓰기면에 대한 전형적인 경사도를 도시한 도면.

도 13은 펜을 통한 측단면을 도시한 도면.

도 14(a)는 펜의 저면부과 펜촉 단부의 부분 사시도.

도 14(b)는 점선으로 표시된 센서창의 시계(視界)와 조명계를 갖는 저면부와 펜촉 단부의 부분 사시도.

도 15는 펜의 상단부내의 USB 케이블(cable)과 USB 소켓(scoket)의 부분 사시도.

도 16은 펜 구성부의 분해 사시도.

도 17은 펜의 종단면도.

도 18은 펜의 펜촉 단부 위에 놓여진 캡의 부분 종단면도.

도 19는 광학조립체의 분해 사시도.

도 20은 힘센서 조립체의 분해 사시도.

도 21은 잉크 카트리지 튜브(tube)와 펜촉 결합제거도구의 분해 사시도.

도 22는 현재 설치된 잉크 카트리지의 펜촉 단부에 결합되는 새로운 잉크 카트리지의 부분 단면 사시도.

도 23은 메인 PCB상의 패키지(package) 힘센서의 부분 사시도.

도 24는 도 15에 도시된 메인 PCB와 힘센서의 종단면도.

도 25는 캡조립체의 분해 사시도.

도 26은 펜 USB와 전원 CCT의 회로도.

도 27(a)는 펜촉과 원통(barrel) 몰딩의 부분 종단면도.

도 27(b)는 IR LED와 원통 몰딩의 부분 종단면도.

도 28은 잉크 카트리지의 스케치(sketch)에 인접한 펜 광학부의 광선 추적(ray trace)을 도시한 도면.

도 29는 렌즈의 측면도.

도 30은 광학센서의 시계와 펜촉의 측면도.

도 31은 패드(pad)의 분해 사시도.

도 32는 펜이 삽입된 상태에서의 패드의 종단면도.

도 33은 힘센서 조립체의 개략도.

도 34는 상부 장전 잉크 카트리지와 힘센서의 개략도.

도 35는 예압 스프링을 위한 유지 공동(retaining cavity)을 갖는 펜내부의 상부 장전 잉크 카트리지의 개략도.

도 36은 펜 전자회로의 블록도.

도 37은 펜과 패드의 충전 및 접속 광학부를 도시한 도면.

도 38(a)～38(e)는 패키지 힘센서의 여러 가지의 구성부를 도시한 도면.

도 39는 블루투스 안테나 차폐부를 제거한 상태에서의 메인 PCB의 저면 사시도.

도 40은 메인 PCB의 상면 사시도.

도 41은 섀시 몰딩과 탄성 엔드 캡의 저면 사시도.

도 42(a)는 섀시 몰딩으로부터 들어 올려진 광학 조립체의 사시도.

도 42(b)는 섀시 몰딩내에 안착된 광학 조립체의 확대 부분 사시도.

도 43(a)는 섀시 몰딩에 부분적으로 설치된 힘센서 조립체의 저면 사시도.

도 43(b)는 섀시 몰딩에 설치된 힘센서 조립체의 저면 사시도.

도 44는 섀시 몰딩에 부분적으로 설치된 메인 PCB와 배터리의 저면 사시도.

도 45는 베이스 몰딩이 완전히 들어 올려진 상태에서의 섀시 몰딩의 저면 사시도.

도 46(a) 및 도 46(b)는 베이스 몰딩에 스웨지(swage)되어 밀봉(sealing)되어 있는 섀시 몰딩상의 콜드 스테이크(cold stake)를 도시한 확대 부분 사시도.

도 47은 베이스 몰딩에 고정되어 있는 제품 라벨(product label)의 저면 사시도.

도 48은 섀시 몰딩상에 삽입되어 있는 펜촉 몰딩의 확대 부분 사시도.

도 49는 섀시 몰딩 위로 삽입되어 있는 튜브 몰딩의 사시도.

도 50은 펜촉 몰딩상에 놓여져 있는 캡조립체의 사시도.

도 51은 펜의 주요 전원 상태도.

도 52는 블루투스 모듈(module)의 작동상태도.

상세한 설명

상술한 바와 같이, 본 발명은 양수인의 넷페이지 시스템에 통합하기 위해 잘 적합된다. 이 점에 비추어, 본 발명은 광범위한 넷페이지 아키텍쳐(architecture)의 구성으로서 설명되었다. 그러나, 전자 스타일러스가 많은 다른 분야에서 훨씬 폭넓은 응용을 갖는다는 것을 바로 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 넷페이지 문맥에 한정되지 않는다.

넷페이지 표면 코딩

서론

이 단락(section)은 다른 수동 표면(passive surface)에 넷페이지 감지장치(이하에 설명함)와 연계하여 상호작용성을 불어넣기 위하여 넷페이지 시스템(함께 계류중의 출원 서류번호 NPS110US 뿐만 아니라 위에 열거된 상기 다른 상호참조 문헌들에 설명되어 있음)에 의해 사용된 표면 코딩(surface coding)을 규정하고 있다.

넷페이지 코딩된 표면과 상호작용할 때, 넷페이지 감지장치는 그 감지장치가 이동하는 것에 대한 표면영역의 식별성과 그 영역내의 감지장치의 절대적인 경로 의 양쪽 모두를 나타내는 디지털 잉크 흐름(ink stream)을 발생시킨다.

표면 코딩

넷페이지 표면 코딩은 태그의 조밀한 평면 타일(planar tiling)로 이루어져 있다. 각각의 태그는 평면내에 그 자체의 위치를 부호화한다. 또한 각각의 태그는 인접한 태그와 연계하여, 태그를 포함하는 영역의 식별자(identifier)를 부호화 한다. 넷페이지 시스템에서, 그 영역은 용지의 일측면과 같이, 태그된 표면(tagged surface)의 전체 범위에 전형적으로 상응한다.

각각의 태그는 2종류의 요소(element)를 포함하는 패턴에 의해 표시된다. 첫 번째 종류의 요소는 타겟(taget)이다. 타겟은 태그가 코딩된 표면의 이미지에 위치되도록 하여 주며, 태그의 원근감 왜곡효과(perspective distortion)가 추정되도록 하여 준다. 두 번째 종류의 요소는 매크로도트(macrodot)이다. 각각의 매크로도트는 그 존재 여부에 의해 비트의 값을 부호화한다.

패턴은 광학 이미지시스템, 특히 근적외선에 협대역(narrowband) 응답을 갖는 광학시스템에 의해 획득되게 할 수 있는 방식으로 코딩된 표면상에 나타내진다.

태그 구조

도 1은 완전한 태그(200)의 구조를 도시한 것이다. 4개의 흑색원(202)의 각각은 타겟이다. 태그(200)와 전체 패턴은 물리적 단계(physical level)에서 4-접 회전대칭(four-fold rotational symmetry)을 갖는다.

각각의 정사각형 영역은 심볼(204)을 나타내며, 각각의 심볼은 4비트의 정보를 나타낸다. 태그 구조에 보여진 각각의 심볼(204)은 고유한 라벨(216)을 갖는다. 각각의 라벨(216)은 알파벳 접두사와 숫자 접미사를 갖는다.

도 2는 하나의 심볼(204)의 구조를 도시한 것이다. 이 심볼은 4개의 매크로도트(206)를 포함하는데, 그 각각은 그 존재(1) 또는 부재(0)에 의해 1비트의 값을 나타낸다.

매크로도트(206) 간격(spacing)은 본 명세서 전반에 걸쳐 매개변수(S)에 의해 특정된다. 이는 인치(inch)당 1600도트(dot)의 피치(pitch)로 인쇄된 9개의 도트에 근거하여 143㎛의 명목상의 값을 갖는다. 그러나, 패턴을 생성하기 위해 사용되는 장치의 능력에 따라 규정된 영역내에서 변화하도록 허용된다.

도 3은 9개의 인접한 심볼(204)의 어레이(array, 208)를 도시한 것이다. 매크로도트(206) 간격은 심볼(208)들 간에 일정하다.

도 4는 하나의 심볼(204) 내에서 비트 순서를 도시한 것이다.

비트0(210)은 하나의 심볼(204)내에서 최하위이고 비트3(212)은 최상위이다. 주목할 점은 이 순서가 심볼(204)의 방향성에 관련된다는 것이다. 태그(200)내의 특정한 심볼(204)의 방향성은 태그 도면에서 심볼의 라벨(216)의 방향성에 의해 표시된다(예컨대, 도 1 참조). 일반적으로, 태그(200)의 특정한 세그먼트(segment)내의 모든 심볼(204)의 방향성은 같고, 태그의 중심에 가장 가까운 심볼의 저면과 일치한다.

단지 매크로도트(206) 만이 패턴내에서 심볼(204)의 표시 부분이다. 심볼(204)의 정사각형 윤곽선(214)은 태그(204)의 구조를 더 명확히 설명하기 위해 본 명세서에서 사용되고 있다. 예컨대, 도 5는 모든 비트(206) 세트를 갖는 태그(200)의 실제 패턴을 도시한 것이다. 주목할 점은 실용상, 태그(200)의 모든 비트(206)가 결코 세트로 될 수 없다는 것이다.

매크로도트(206)는 (5/9)S의 명목 직경(norminal diameter)을 갖는 명목상의 원형이다. 그러나, 패턴을 생성하기 위해 사용되는 장치의 능력에 따라 ±10%까지 의 크기로 변화하도록 허용된다.

타겟(202)은 (17/9)S의 명목 직경을 갖는 명목상의 원형이다. 그러나, 패턴을 생성하기 위해 사용되는 장치의 능력에 따라 ±10%까지의 크기로 변화하도록 허용된다.

태그 패턴은 패턴을 생성하기 위해 사용되는 장치의 능력에 따라 ±10%까지의 척도(scale)로 변화하도록 허용된다. 명목 척도(norminal scale)로부터의 편차는 위치 표본(sample)의 정확한 생성을 허용하기 위해 태그 데이터에 기록된다.

태그 그룹

태그(200)는 태그 그룹(tag group, 218)으로 배열된다. 각각의 태그 그룹은 정사각형으로 배열된 4개의 태그를 포함한다. 각각의 태그(200)는 4개의 가능한 태그 유형들 중 하나이며, 이 태그 유형들 각각은 태그 그룹(218)내의 그 위치에 따라 라벨링된다. 태그 유형의 라벨(220)은 도 6에 도시된 바와 같이 00, 10, 01 및 11이다.

도 7은 태그 그룹이 태그 패턴(222) 또는 태그의 연속적인 타일로 반복되는 방법을 도시한 것이다. 타일은 4개의 인접한 태그(200)의 어떠한 세트도 각각의 유형(220)의 1개의 태그를 포함한다는 것을 보장한다.

부호어

태그는 4개의 완성된 부호어를 포함한다. 4개의 부호어의 레이아웃은 도 8 에 도시되어 있다. 각각의 부호어는 펑쳐드(punctured) 2⁴-ary (8,5) 리드-솔로몬 코드(Reed-Solomon)일 것이다. 부호어는 A, B, C 및 D로 라벨링된다. 각각의 부호어의 프래그먼트(fragment)는 태그(200) 도처에 분포된다.

부호어들 중 2개는 태그(200)에만 유일하다. 이 2개의 부호어는 로컬(local) 부호어라고 하며 A와 B로 라벨링된다. 그러므로 태그(200)은 태그에 대해 고유한 40비트의 정보까지 부호화한다.

나머지 2개의 부호어는 태그 유형에만 유일하지만, 태그(222)의 연속적인 타일내에 같은 유형의 모든 태그에 공통적이다. 이 나머지 2개의 부호어는 글로벌(global) 부호어(226)라고 하며 태그 유형에 의해 아래첨자로 표시된 C와 D로 라벨링된다. 그러므로 태그 그룹(218)은 태그의 연속적인 타일내의 모든 태그 그룹에 공통적인 160비트의 정보까지 부호화한다.

리드-솔로몬 부호화

부호어는 펑쳐드 2⁴-ary (8,5) 리드-솔로몬 코드를 사용하여 부호화된다. 2⁴-ary (8,5) 리드-솔로몬 코드는 각각의 부호어에서 20개 데이터 비트(즉, 4개의 4비트 심볼)와 12개 잉여 비트(즉, 3개의 4비트 심볼)를 부호화한다. 그 오류검출 능력은 3개의 심볼이다. 그 오류정정 능력은 1개의 심볼이다.

도 9는 데이터 좌표(230)를 부호화하는 5개의 심볼과 잉여 좌표(232)를 부호화하는 3개의 심볼을 갖는 8개의 심볼(204)의 부호어(228)를 도시한 것이다. 부호 어 좌표는 계수 차수(coefficient order)로 색인되며 데이터 비트 순서는 부호어 비트 순서를 따른다.

펑쳐드 2⁴-ary (8,5) 리드-솔로몬 코드는 제거된 7개의 잉여 좌표를 갖는 2⁴-ary (8,5) 리드-솔로몬 코드이다. 제거된 좌표는 최상위 잉여 좌표이다.

코드는 다음의 원시 다항식(primitive polynomial)을 갖는다.

(식 1) p(x) = x⁴ + x + 1

코드는 다음의 생성 다항식(generator polynomial)을 갖는다.

(식 2) g(x) = (x +

)(x +

²) … (x +

¹⁰)

리드-솔로몬 코드의 상세한 설명에 대하여는, "Wicker, S.B. and V.K. Bhargava, eds., Reed-Solomon Codes and Their Applications, IEEE Press, 1994" 를 참조하고, 여기의 내용은 본 명세서에 참조에 의해 통합된다.

태그 좌표공간

태그 좌표공간은 각각 x와 y로 라벨링된 2개의 직각축을 갖는다. +x축이 오른쪽을 가리킬 때, +y축은 아래를 가리킨다.

표면 코딩은 특정의 태그된 표면상의 태그 좌표간격 원점의 위치도, 그 표면에 대한 태그 좌표공간의 방향성도 특정하지 않는다. 이 정보는 응용분야에 특정적이다. 예컨대, 태그된 표면이 한 장의 용지이면, 그 용지상에 태그를 인쇄하는 응용성은 실제의 오프셋(offset)과 방향성을 기록할 수도 있고 이들은 표면과 연계하여 잇달아 캡쳐된 어떤 디지털 잉크를 표준화하는 데에 사용될 수 있다.

태그내에서 부호화된 위치는 태그의 단위로 규정된다. 관례적으로, 이 위치는 원점에 가장 가까운 타겟의 중심 위치인 것으로 간주된다.

태그 정보 콘텐츠(contents)

표 1은 표면 코딩에 내장(embed)된 정보 필드(information field)들을 규정한 것이다. 표 2는 이 정보필드들이 부호어에 어떻게 맵핑(mapping)되는지를 규정한 것이다.

표 1. 필드 정의

필드	폭	설 명
부호어 당 (per codeword )
부호어 유형	2	부호어의 유형, 즉 A(b'00'), B(b'01'), C(b'10') 및 D(b'11') 중의 하나
태그 당 (per tag)
태그 유형	2	태그의 유형¹, 즉 00(b'00'), 01(b'01'), 10(b'10') 및 11(b'11') 중의 하나
x 좌표	13	태그²의 서명되지 않은 x 좌표
y 좌표	13	태그^b의 서명되지 않은 y 좌표
활성영역 플래그 (active area flag)	1	태그가 활성영역의 부재인지를 나타내는 플래그. b'1'은 멤버쉽(membership)을 나타낸다.
활성영역 맵 플래그 (active area map flag)	1	활성영역 맵이 존재하는지를 나타내는 플래그. b'1'은 맵의 존재를 나타낸다(다음 필드 참조). 맵이 없으면, 각 맵의 엔트리(map entry)의 값은 활성영역 플래그로부터 유도된다(이전 필드 참조).
활성영역 맵	8	태그의 인접한 8개의 인접부가 활성영역의 부재들인 맵³. b'1'은 멤버쉽을 나타낸다.
데이터 프래그먼트	8	내장형 데이터 스트림(embedded data stream)의 프래그먼트. 활성영역 맵이 없는 경우에만 존재
태그 그룹 당 (per tag group)
부호화 포맷(format)	8	부호화의 포맷 0 : 현재의 부호화 다른 값은 TBA이다.

영역 플래그	8	영역 관련정보의 해석(interpretation)과 라우팅(routing)을 제어하는 플래그 0 : 영역 ID는 EPC이다. 1 : 영역은 링크(link)되어 있다. 2 : 영역은 상호작용한다. 3 : 영역은 서명된다. 4 : 영역은 데이터를 포함한다. 5 : 영역은 모바일(mobile) 응용에 관련된다. 다른 비트들은 유보되고 영(zero)이어야 한다.
태그 크기 조정	16	부호크기 포맷에서 10nm 단위에서의 명목 태그 크기⁴와 실제 태그 크기와의 차이
영역 ID	96	태그를 포함하는 영역의 ID
CRC	16	태그 그룹 데이터의 CRC⁵
총계	320

도 10은 태그(200)와 그 8개의 인접한 인접부를 도시한 것이며, 이 인접부 각각은 활성영역 맵에서 그 대응하는 비트 색인으로 라벨링되어 있다. 활성영역 맵은 대응하는 태그가 활성영역의 부재인지를 나타낸다. 활성영역은 어떤 캡쳐된 입력을 해석을 위해 대응하는 넷페이지 서버(server)로 바로 전송하여야 하는 영역이다. 이는, 또한 넷페이지 감지장치가, 상기 입력이 즉각적인 효과를 가질 수 있다는 것을 사용자에게 신호를 보낼 수 있게 하여 준다.

표 2. 부호어에 대한 필드의 맵핑

부호어	부호어 비트	필드	폭	필드 비트
A	1:0	부호어 유형 (b'00')	2	모두
	10:2	x 좌표	9	12:4
	19:11	y 좌표	9	12:4
B	1:0	부호어 유형 (b'01')	2	모두
	2	태그 유형	1	0
	5:2	x 좌표	4	3:0
	6	태그 유형	1	1
	9:6	y 좌표	4	3:0
	10	활성영역 플래그	1	모두
	11	활성영역 맵 플래그	1	모두
	19:12	활성영역 맵	8	모두
	19:12	데이터 프래그먼트	8	모두
C₀₀	1:0	부호어 유형 (b'10')	2	모두
	9:2	부호화 포맷	8	모두
	17:10	영역 플래그	8	모두
	19:18	태그 크기 조정	2	1:0
C₀₁	1:0	부호어 유형 (b'10')	2	모두
	15:2	태그 크기 조정	14	15:2
	19:16	영역 ID	4	3:0
C₁₀	1:0	부호어 유형 (b'10')	2	모두
	19:2	영역 ID	18	21:4
C₁₁	1:0	부호어 유형 (b'10')	2	모두
	19:2	영역 ID	18	39:22

D₀₀	1:0	부호어 유형 (b'11')	2	모두
	19:2		18	57:40
D₀₁	1:0	부호어 유형 (b'11')	2	모두
	19:2		18	75:58
D₁₀	1:0	부호어 유형 (b'11')	2	모두
	19:2		18	93:76
D₁₁	1:0	부호어 유형 (b'11')	2	모두
	3:2	영역 ID	2	95:94
	19:4	CRC	16	모두

주목할 점은, 태그 유형이 로컬 부호어 이용을 최대화하기 위해 글로벌 부호어로 이동될 수 있다는 것이다. 이는 차례대로 더 큰 좌표 및/또는 16비트 데이터 프래그먼트를 허용할 수 있다(좌표 정확도와 관련하여 잠재적으로 구성가능하다). 그러나, 이는 영역 ID 복화화로부터 위치의 독립성을 줄이고 이번에는 본 명세서에 포함되지 않았다.

내장형 데이터

영역 플래그에 "영역이 데이터를 포함한다"는 플래그가 설정되면, 표면 코딩은 내장형 데이터를 포함한다. 그 데이터는 다중 연속적인 태그의 데이터 프래그먼트내에서 부호화되며, 그것이 적합할 수 있을 만큼 수십 번 표면 코딩중에 복제된다.

내장형 데이터는, 그 내장형 데이터를 포함하는 표면 코딩의 임의적이고 부분적인 스캐닝(scanning)이 전체 데이터를 검색하는 데에 충분하게 될 수 있는 방식으로 부호화된다. 스캐닝 시스템은 검색된 프래그먼트로부터 데이터를 재조합하여, 충분한 프래그먼트가 오류없이 검색되었을 때 사용자에게 보고한다.

표 3에 나타난 바와 같이, 200비트 데이터 블록은 160비트의 데이터를 부호화한다. 블록 데이터(block data)는 5×5 정사각형으로 배열된 25개 태그의 연속적인 그룹의 데이터 프래그먼트내에서 부호화된다. 태그는 정수 좌표가 5로 나누어진 태그의 좌표인 블록에 속한다. 각각의 블록내에 데이터가 증가하는 y좌표내에 증가하는 x좌표를 갖는 태그로 배열된다.

데이터 프래그먼트는 활성영역 맵이 존재하는 블록으로부터 누락될 수도 있다. 누락된 데이터(missing data) 프래그먼트는 블록의 또 다른 복사로부터 회복될 수 있을 것으로 보인다.

임의의 크기의 데이터는 사각형으로 배열된 연속적인 블록 세트로 이루어지는 슈퍼블록(superblock)으로 부호화된다.

슈퍼블록의 크기는 각각의 블록내에서 부호화된다. 하나의 블록은 하나의 슈퍼블록에 속하는데, 그 슈퍼블록의 정수 좌표는 슈퍼블록 크기로 나누어진 블록의 좌표이다. 각각의 슈퍼블록내에서, 데이터는 증가하는 y좌표내에서 증가하는 x좌표를 갖는 블록으로 배열된다.

슈퍼블록은 표면 코딩의 모서리를 부분적으로 따르면서 그것이 적합할 수 있을 만큼 수십 번 표면 코딩중에 복제된다.

슈퍼블록내에서 부호화된 데이터는 더 정확한 유형의 정보, 더 정확한 크기의 정보, 및 더 광범위한 오류 검출 및/또는 정정 데이터를 포함할 수도 있다.

표 3. 내장형 데이터 블록

필드	폭	설 명
데이터 유형	8	슈퍼블록내의 데이터의 유형. 값은 이하와 같이 포함한다: 0 : 유형은 영역 플래그에 의해 제어된다 1 : 마임(MIME) 다른 값은 TBA이다.
슈퍼블록 폭	8	블록내에서의 슈퍼블록의 폭
슈퍼블록 높이	8	블록내에서의 슈퍼블록의 높이
데이터	160	블록 데이터
CRC	16	블록 데이터의 CRC⁶
총계	200

영역 ID의 암호서명

영역 플래그내에서 "영역이 서명된다"는 플래그가 설정되면, 표면 코딩은 영역 ID의 160비트 암호서명을 포함한다. 이 서명은 1개의 블록 슈퍼블록내에서 부호화된다.

온라인(online) 환경에서는, 그 서명을 검증하기 위해 어떤 서명 프래그먼트도 영역 ID와 연계하여 사용할 수 있다. 오프라인(offline) 환경에서는, 다중 태그를 판독함으로써 전체 서명을 복구할 수 있고, 그리고 나서 대응하는 공개 서명 키(public signature key)를 사용하여 검증할 수 있다. 이에 대하여는 서류번호 NPS101US인 출원에 완전히 통합된 상호참조를 위한 함께 계류중의 출원 서류번호 NPS100US의 넷페이지 표면 코딩 보안 단락에서 더 상세히 설명되어 있다.

마임 데이터

내장형 데이터 유형이 "마임"이면, 슈퍼블록은 RFC 2045(Freed, N., and N. Borenstein, "Multiprupose Internet Mail Extensions(MIME)-Part One: Format of Internet Message Bodies", RFC 2045, November 1996 참조), RFC 2046(Freed, N., and N. Borenstein, "Multiprupose Internet Mail Extensions(MIME)-Part Two: Media Tupes", RFC 2046, November 1996 참조) 및 관련된 RFC들에 따른 다목적 인터넷 메일 확장(Multiprupose Internet Mail Extensions(MIME))을 포함한다. 마임 데이터는 몸체(body)에 의해 수반되는 헤더(header)로 이루어져 있다. 헤더는 8비트 문자열 길이(string length)에 의해 선행(先行)되는 가변길이 텍스트(text) 문자열로서 부호화된다. 상기 몸체는 빅 엔디언 포맷(big-endian format)에서 16비트 크기에 의해 선행되는 가변길이 유형의 특정 8비트 스트림(octet stream)으로서 부호화된다.

RFC 2046에서 설명된 기본적인 상위레벨 매체(top-level media)는 텍스트, 이미지, 오디오, 비디오 및 어플리케이션(application)를 포함한다. RFC 2425(Howes, T., M. Smith and F. Dawson, "A MIME Content-Type for Directory Information", RFC 2045, September 1998 참조) 및 RFC 2426(Dawson, F., and T. Howes, "vCard MIME Directory Profile", RFC 2046, September 1998 참조)은 예컨대, 비지니스 카드(business card)상에 나타날 수 있는 연락정보를 부호화하기 위 해 적합한 직접적인 정보를 위한 텍스트 세부유형(text subtype)을 설명하고 있다.

부호화 및 인쇄 고려사항

인쇄엔진제어기(print engine controller; PEC)는 2개의 고정형(페이지 당) 2⁴-ary (15,5) 리드-솔로몬 부호어 및 6개 가변형(태그 당) 2⁴-ary (15,5) 리드-솔로몬 부호어의 부호화를 지원한다. 또한, PEC는 사각형 단위셀을 통하여 태그의 렌더링(rendering)을 지원하며, 그 사각형 단위셀의 레이아웃은 일정하지만(페이지 당) 그 가변형 부호어 데이터는 하나의 단위셀로부터 다음의 단위셀까지 변화할 수 도 있다. PEC는 단위셀들이 페이지 이동의 방향으로 겹쳐지지 않게 하여준다. PEC와 호환되는 단위셀은 4개의 태그로 이루어지는 단일의 태그 그룹을 포함한다. 그 태그 그룹은 태그 그룹에 대해 유일하지만 태그 그룹내에서 4번 복제된 단일의 A 부호어와 4개의 고유한 B 부호어를 포함한다. 이들은 PEC의 6개의 지원된 가변형 부호어 들 중 5개를 사용하여 부호화될 수 있다. 또한 태그 그룹은 8개의 고정형 C 및 D 부호어도 포함한다. 이들 중 1개는 PEC의 가변형 부호어 중 나머지 하나를 사용하여 부호화될 수 있고, 2개는 PEC의 2개의 고정형 부호어를 사용하여 부호화될 수 있으며, 나머지 5개는 부호화되어 PEC에 지원되는 태그포맷구조(TFS)로 프리 렌더링(pre-rendering)된다.

PEC는 TFS 열(row) 당 32개의 고유한 비트 어드레스(bit address)들의 제한을 부가한다. 단위셀의 내용들은 이러한 제한에 관련된다. PEC는 또한 TFS 열의 폭에 대하여 384개의 제한도 가하고 있다. 단위셀의 내용들은 이러한 제한에 관련된다.

주목할 점은, 합당한 페이지 크기의 경우, A 부호어에서 가변성 좌표 비트들의 수가 알맞으면, 다루기 쉬운 룩업 테이블(lookup table)을 통한 부호화가 쉽게 된다는 것이다. 룩업 테이블을 통한 B 부호어의 부호화도 가능할 수 있다. 주목할 점은, 리드-솔로몬 코드는 계통적이기 때문에, 잉여 데이터만이 룩업 테이블에 나타낼 필요가 있다는 것이다.

이미지화 및 복호화 고려사항

전체 태그의 획득을 보장하는데 요구되는 최소 이미지화 시계는 39.6s(즉, (2×(12+2))

2s)의 직경을 가지므로, 표면 코딩 및 시계 사이의 임의의 얼라인먼트(alignment)를 허용한다. 매크로도트 간격이 143㎛ 인 경우, 이는 요구되는 5.7mm의 시계를 제공한다.

표 4는 상이한 샘플링 속도를 위한 현 표면 코딩을 달성할 수 있는 피치 범위를 제공하며, 이미지 센서는 128 픽셀의 크기로 가정한다.

표 4. 상이한 샘플링률(sampling rate)에 대한 현 표면 코딩을 달성할 수 있는 피치 범위; 도트 피치 = 1600dpi, 매크로도트 피치 = 9 도트 , 가시 거리 = 30mm, 펜촉(nib)~ FOV 분리= 1mm, 이미지 센서 크기 = 128 픽셀

샘플링률	피치 범위
2	-40 ～+49
2.5	-27 ～+36
3	-10 ～+18

현 표면 코딩이 제시되면, 복호화화 순서는 다음과 같다:

● 완전한 태그의 타겟들을 로케이션(location)시킴

● 타겟들로부터 원근 변형을 추론함

● 태그의 4개 부호어들 중 어느 하나를 샘플링 및 복호화함

● 부호어 유형과 그에 따른 태그 방향성을 결정함

● 요구된 로컬(A 및 B) 부호어를 샘플링 및 복호화함

● 부호어 잉여가 12비트에 불과하므로 오류를 검출하기만 함

● 복호화 오류시, 불량 위치의 샘플을 표시문자화(flag)함

● 태그 방향성을 참조하여 x-y 로케이션을 결정함

● 방향성을 갖는 타겟으로부터 3D 변형을 추론함

● 태그 x-y 로케이션 및 3D 변형으로부터 펜촉 x-y 로케이션을 결정함

● 활성 영역 맵을 참조하여 펜촉 로케이션의 활성 영역 상태를 결정함

● 펜촉 활성 영역 상태에 근거하여 로컬 피드백을 생성함

● A 부호어로부터 태그 유형을 결정함

● 요구된 글로벌(C 및 D) 부호어를 샘플링 및 복호화함

(태그 유형을 참조하여 모듈로 윈도우 얼라인먼트(modulo window

alignment))

● 부호어 잉여가 12비트에 불과하지만, 오류를 정정함; 다음의 CRC 검증이 잘못된 오류정정을 검출

● 태그 그룹 데이터 CRC를 검증

● 복호화 오류시, 불량 영역 ID 샘플을 표시문자화함

● 부호화 유형을 결정하고, 미지의 부호화를 거절함

● 영역 플래그를 결정함

● 영역 ID를 결정함

● 영역 ID, 펜촉 x-y 로케이션, 디지털 잉크에서 펜촉 활성 영역 상태를 부호화함

● 영역 플래그들에 근거하여 디지털 잉크를 보냄

주목할 점은, 영역 ID 복호화가 위치 복호화와 동일한 속도로 일어날 필요는 없다는 것이며, 부호어가 이미 알려진 양호한 부호어와 동일한 것으로 밝혀지는 경우, 부호어의 복호화를 회피할 수 있다는 것이다.

넷페이지 펜

기능 개요(functional overview)

넷페이지 펜은 태그된 넷페이지 표면과 연계하여 작용하는 동작감지(motion-sensing) 필기도구이다(상기한 넷페이지 표면 코딩 및 넷페이지 표면 코딩 보안 단락 참조). 그 펜은 표면을 형성하기 위한 통상의 볼펜 카트리지, 그 표면상에 펜의 절대적인 경로를 동시에 캡쳐하기 위한 동작센서, 그 표면을 동시에 식별하기 위한 식별자 센서, 그 펜촉에 가해지는 힘을 동시에 측정하기 위한 힘센서 및 시간의 경과를 동시에 측정하기 위한 실시간 클럭(clock)을 통합하고 있다.

힘센서에 의해 나타난 바와 같이,태그된 표면과 접촉하는 동안에, 펜은 펜촉에 인접한 표면영역을 연속적으로 이미지화하고, 표면상의 그 자체의 순간 위치인 표면의 식별자와 펜의 포즈(pose) 양쪽을 결정하기 위해 그 시계에서 가장 가까운 태그를 복호화한다. 그래서 그 펜은 특정의 표면에 대하여 타임스탬프 위치(timestamped position) 샘플의 스트림(stream)을 생성하고, 이 스트림을 넷페이지 서버로 전송한다(함께 계류중의 출원 서류번호 NPS110US에서의 넷페이지 아키ㅌ텍쳐 참조). 샘플 스트림은 일련의 스트로크(stroke)를 설명하고 있으며, 통상적으로 디지털 잉크(DInk)라고 한다. 각각의 스트로크는 힘센서에 의해 검출된 바와 같이, 펜 다운(pen down) 및 펜 업(pen up) 경우에 의해 제한된다.

펜은 충분히 높은 속도(정상적으로 100Hz)로 그 위치를 샘플링하여 넷페이지 서버가 손으로 그린(hand-drawn) 스트로크를 재생하고, 필기 텍스트를 인식하여 필기 서명을 검증한다.

넷페이지 펜은 또한 상호작용 어플리케이션에서 호버 모드(hover mode)를 지원한다. 호버 모드에서, 펜은 용지와 접촉하지 않고 용지(또는 타블렛(tablet) 등)의 표면 위에서 약간 작은 거리일 수도 있다. 이는 그 높이와 보고되는 포즈를 포함하여 펜의 위치를 허용한다. 상호작용 어플리케이션의 경우에서, 호버 모드 행위는 용지를 마킹하지 않고 커서를 움직이는 데 사용될 수 있고, 또는 코딩된 표면으로부터의 펜촉의 거리는 도구 행위 제어, 예컨대 에어 브러쉬(air brush) 작용 을 위해 사용될 수 있다.

펜은 릴레이 디바이스(relay device)를 통하여 디지털 잉크를 넷페이지 서버로 전송하기 위한 블루투스 무선 송수신기를 포함한다.

넷페이지 서버로부터 오프라인을 작동시킬 때, 펜은 비휘발성 메모리에서 캡쳐된 디지털 잉크를 완충시킨다. 넷페이지 서버로 온라인을 작동시킬 때, 펜은 디지털 잉크를 실시간으로 전송한다.

펜에는 도킹 크레이들(docking cradle) 또는 "포드(pod)"가 제공되어 있다. 상기 포드는 USB 릴레이에 블루투스를 포함한다. 상기 포드는 로컬 어플리케이션을 위해 통신지원을 제공하며 넷페이지 서비스에 대해 액세스하는 컴퓨터에 US 케이블을 통하여 접속되어 있다.

펜은 재충전가능한 배터리에 의해 전원공급된다. 배터리는 사용자에 의해 액세스되거나 교체될 수 없다. 펜을 충전하기 위한 전원은 포드를 통하여 외부전원 어댑터(adapter)로부터 또는 USB 접속으로부터 얻어질 수 있다. 펜은 또한 사용중에 외부적으로 접속되어 전원공급할 수 있게 하기 위하여 전원 및 USB 호환 데이터 소켓을 구비한다.

펜은 캡이 끼워 맞추어질 때 펜촉과 이미지 광학부를 보호하고 캡이 제거되었을 때 전원 보존상태가 되게 펜에 신호를 보내는 이중 목적을 행한다.

펜 폼펙터 (form factor)

넷페이지 펜의 전체 중량(45g), 크기 및 형상(159mm×17mm)은 통상의 휴대용 필기도구의 범위내에 있다.

인체공학 및 레이아웃

도 11은 둥근 삼각형 프로파일이 정확한 기능적 방향성으로 펜을 파지하여 사용하기 위해 펜(400)에 인체공학적인 친화형 형상을 제공하고 있는 것을 도시한 것이다. 펜은 또한 내부 부품들을 수용하기 위한 실용적인 형상이기도 하다. 통상의 펜과 같은 파지부는 엄지 손가락(402), 검지 손가락(404) 및 장지 손가락(406) 사이에 삼각형 형상에 대한 자연적인 친화성을 제공한다.

도 12에 도시된 바와 같이, 전형적인 사용자는 펜(400)을 잡았을 때 수직선으로부터 손(408) 쪽으로 약 30도(양(positive)의 각도)의 명목 피치(norminal pitch)로 글씨를 쓰지만 음(negative)의 피치의 약 10도(손으로부터 먼쪽으로)보다 많은 쪽으로는 좀처럼 작동할 수 없다. 펜(400)이 용지상에 패턴을 이미지화할 수 있는 피치각의 범위는 이 비대칭적인 사용에 대하여 최적화되어 왔었다. 펜(400)의 형상은 사용자의 손에 펜을 정확히 방향 맞추어 사용자가 펜을 "뒤집고어(upside-down)" 사용하는 것을 방지시키는 데에 도움을 준다. 펜은 "뒤집고"도 작용할 수 있지만 허용가능한 경사각은 줄어들게 된다.

캡(410)은 펜(400)의 상단부 위로 끼워 맞추기 위해 설계되어 있어, 펜의 사용중에 확실하게 집어 넣을 수 있다. 다색 LED는 펜의 상단부에 근접하여 펜(400)의 상부 모서리(둥근 삼각형 단면의 선단에서처럼)에 있는 상태창(status window, 412)을 조명한다. 상태창(412)은 캡이 집어 넣어질 때 뚜렷하게 된다. 진동모터는 또한 촉각 피드백(haptic feedback) 시스템(이하에 상세히 설명함)으로서 펜에 포함된다.

도 13에 도시된 바와 같이, 펜의 파지부는 다른 구성부를 수용하기 위해 베이스 몰딩(base molding, 528)에 의해 둘러싸여지는 중공형(hollow) 섀시몰딩(416)을 구비한다. 볼펜 펜촉(도시하지 않음)용 잉크 카트리지(414)는 삼각형 단면의 선단(420)으로 자연적으로 끼워 맞추어져 사용자의 파지부와 일치되게 놓여진다. 이는 차례대로 펜의 중앙부에 있는 메인 PCB(422)와 펜의 바닥부에 있는 배터리(424)를 위한 공간을 제공한다. 도 14(a)를 참조함으로써, 이것이 펜촉(418) 아래(명목 피치에 대하여) 조심성 있게 태그감지광학부(426)를 자연적으로 배치하고 있다는 것도 볼 수 있다. 펜(400)의 펜촉 몰딩(428)은 펜이 최대 피치로 작동될 때 용지 표면과 펜촉 몰딩(428) 사이의 접촉을 방지하기 위해 잉크 카트리지(414) 아래에서 후방으로 길게 뻗어져 있다.

도 14(b)에 최상으로 도시된 바와 같이, 영상 시계(430)는 펜촉(418) 아래에 중앙에 위치된 IR 필터/창(432)을 통하여 나오고, 2개의 근적외선 조명 LED(434, 436)이 펜촉 몰딩(428)의 2개의 바닥 모퉁이로부터 나온다. 2개의 조명 LED(434, 436)를 사용하면, 더 균일한 조명 장(illumination field, 438, 440)을 확보할 수 있다.

펜을 휴대하기 때문에, 이미지 센서의 손상의 원인이 되는 LED들 중의 하나로부터 반사를 일으키는 각도로 파지될 수도 있다. 1개 이상의 LED를 제공함으로써, 해를 끼치는 반사를 일으키는 그 LED를 소멸시킬 수 있다.

펜 피드백 표시

도 17은 펜(400)의 중심선(펜의 단부에 캡(410)을 집어넣은 상태)을 통한 종단면도이다. 펜은 색상과 강도 변조를 사용하여 몇 가지의 상태를 표시하기 위해 적색 및 녹색 LED(444)를 통합하고 있다. LED(444)상의 광파이프(light pipe, 448)는 튜브 몰딩(416)내의 상태표시창(412)에 신호를 전송한다. 사용자에게 보내는 이러한 신호정보는 전원 온(ON), 배터리 레벨, 전달되지 않은 디지털 잉크, 네트워크 접속 온라인, 작용에 따른 고장 또는 오류를 포함한다.

진동모터(446)는 트랜잭션(transaction) 동안에 중요한 검증기능을 위해 사용자에게 정보를 촉각적으로 전달하는 데에 사용된다. 이 시스템은 주위광(ambient light)의 고레벨(high level) 또는 LED 인디케이터(indicator, 444)에 대한 부주의로 인하여 놓칠 수도 있는 중요한 상호작용 표시를 위해 사용된다. 촉각 시스템은 다음과 같을 때 사용자에게 지시한다.

● 펜이 대기모드(standby mode)로부터 활성화될 때

● 작용에 따라 오류가 있을 때

● 트랜잭션을 승인하기 위할 때

포드(pod) 피드백 표시

도 31 및 도 32에 도시된 재충전 포드(recharging pod, 450)로 간단히 방향을 바꾸면, 적색 및 녹색 LED(452)는 색상 및 강도 변조를 사용하여 각종의 상태를 표시한다. LED로부터의 광은 폴리머(polymer) 광파이프 몰딩(454)을 통하여 표드 의 외부로 전달된다. 이들 신호상태는 1개의 LED(452)를 일시에 조명/맥동함으로써 전달되지 않은 디지털 잉크 및 충전 상태를 포함하여 사용자에게 알린다.

특징과 부속품

도 15에 도시된 바와 같이, 펜은 펜의 상단부(456)에 위치되며, 탄성 엔드캡(end-cap, 460) 뒤에 은폐되어 수분 차단되는 전원 및 데이터 소켓(458)을 구비한다. 엔드캡은 소켓(458)과 리셋 스위치(reset switch)(오목부(464)의 바닥에 있음)에 대한 접근을 허락하기 위해 비틀어 개방될 수 있고 케이블(462)의 사용중에 개방되게 된다. USB 전원 및 데이터 케이블(462)은 펜이 배터리 수명을 초과하는 기간동안 사용될 수 있게 하여 준다.

펜(400)을 충전하는 통상의 방법은 도 31 및 도 32에 도시된 충전포드(450)를 통해서 행한다. 이하에 더 상세히 설명하는 바와 같이, 포드(450)는 충전상태를 표시하기 위해 USB에 의해 컴퓨터와 몇 개의 LED에 접속되는 블루투스 송수신기를 포함한다. 포드는 그 데스크탑 풋프린트(desktop footprint)를 최소화하기 위해 소형화되어 있고 안정성을 위해 웨이티드 베이스(weighted base)를 갖는다. 데이터 전송은 블루투스 무선 링크(link)을 통하여 펜과 포드 사이에서 일어난다.

시장 차별화(market differentiation)

디지털 모바일 제품과 고품질의 펜은 주로 개인용 물품으로 고려되고 있다. 이러한 펜 제품은 개인, 교육 및 사업 용도를 위해 5세 이상의 남성과 여성에 의해 사용되며, 그래서 많은 시장들이 그 요구를 들어줄 필요가 있다.

펜 디자인은 사용자 변경가능한 부품들, 즉 캡(410), 외부 튜브 몰딩(466)(도 16 및 도 49에 최상으로 도시됨), 및 포드 자켓(jacket, 468)(도 31 및 도 32에 최상으로 도시됨)을 구비함으로써 펜(400)과 포드(450)의 외관의 실질적인 사용자 맞춤제작(customisation)를 고려한 것이다. 이러한 부품들은 이러한 부품들의 모든 표면상에 다양한 고품질의 그래픽 이미지와 조직을 생성하기 위해 수성 그래픽 인쇄(수성계 전사시스템(water based transfer system))된 것이다.

이러한 부품들은 펜의 부속품으로서, 사용자들이 원할 때마다 사용자에게 그 외관을 변경시키게 하여 줄 수 있다. 다수의 허용된 이미지는 모바일 폰 커버에 의한 실용적인 구조와 마찬가지로, 부가적인 사업 모델로서의 부속품의 판매 증대를 제공한다.

펜의 기계적 디자인

부품과 조립체

도 16을 참조하면, 펜(400)은 고체적(high volume)의 제품으로서 설계되어 왔었고, 4개의 주요 부조립체(sub-assembly)들을 구비한다:

광학 조립체(470);

힘감지 조립체(474);

캡 조립체(472); 및

메인 PCB(422)와 배터리(424)를 지지하는 메인 조립체(476)

가능한 곳은 어디라도, 비용 절감과 공구세공(tooling)의 수명 증진을 위한 방침으로서 몰딩을 설계하였다.

이러한 조립체들과 다른 주요한 부품들은 도 17에서 확인될 수 있다. 펜의 폼펙터는 이 부품들이 실용적인 것으로서 밀접하게 팩킹될 수 있게 가능한 한 작게 되어야 한다. 펜의 상부에 있는 전기부품, 즉 힘센서 조립체(474)와 진동모터(446) 모두는 PCB(422)상에 각각 접촉패드(contact pad, 482)(484)와 직접 결합하는 돌출 접점부들(sprung contacts, 각각 도 24의 512와 도 38(a)의 480)dmf 갖는다. 이는 커넥터의 필요성을 없애주며 또한 이 부품들이 메인 PCB상에 어떠한 스트레스(stress)도 가해지지 않도록 하여 준다.

어떤 개별적인 성형품들이 얇은 벽(0.8～1.2mm)으로 둘러싸여지더라도, 이러한 몰딩들의 조합은 강한 구조를 만든다. 펜은 사용자 편의로 되지 않게 설계되어 있고 그에 따라 사용자 입력(entry)을 방지하기 위해 외부 라벨 아래에 콜드 스테이트(cold stake)를 갖는다. 비(非)전도 플라스틱 몰딩은 전(全)방향성의 빔 패턴(beam pattern)이 블루투스 무선 안테나(486, 도 40 참조)에 의해 형성되도록 하기 위하여 가능한 곳 어디라도 사용된다.

광학 조립체

광학 조립체의 주요 부품들은 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같다. 이미지 센서(490)에 대한 렌즈(488)의 축방향 위치정렬(axial alignment)은 이미지에서 흐림(blur)을 최소화하기 위해 50㎛보다 더 좋은 것이라고 용인된다. 따라서 원통 몰딩(492)은 엄격한 허용오차(tight tolerance)로 고정밀도를 갖는다. 이미지 센서(490)의 근방에 성형된 개구(molded-in aperture, 494)를 갖는데, 이 개구는 렌즈(488) 장착 위치를 제공하는 것이다. 열팽창의 효과가 이러한 크기의 몰딩에 대해 매우 작기 때문에, 더 값비싼 재료를 사용할 필요가 없다.

플렉스(flex) PCB(496)는 2개의 적외선 LED(434, 436), 와이어 본딩 칩온 플렉스(wire-bonded Chip-on Flex) 센서(490) 및 몇 개의 칩 캐패시터(chip capacitor, 502)를 장착하고 있다. 플렉스 PCB(496)는 75㎛ 두께의 폴리이미드(polyimide)로서, 2개의 적외선 LED(434, 436)를 조작할 수 있도록 하여 준다. 부착된 부품들을 위한 백클링(backling)으로서 그 플렉스상의 어떤 영역에 보강재(stiffener)가 요구된다.

플렉스 PCB(496)는 미세 피치 컨넥터 위치정렬과 원통 몰딩(492)상에의 장착을 위한 정확도를 제공하기 위해 레이저 절단된 것이다.

힘감지 조립체 및 잉크 카트리지

도 20, 23, 24 및 40은 힘감지 조립체의 부품과 설치를 도시한 것이다. 힘감지 조립체(474)는 사용중에 잉크 카트리지(414)상에 가해지는 힘을 정확히 측정하기 위해 설계되어 있다. 그 조립체는 충분한 정확도로 0～50g 범위에서 힘을 감지하여 넷 서비스(Net Service)에서 필기 인식을 지원하도록 특정되어 있다. 이렇게 사로잡는 조립체는 2개의 동축(coaxial) 전도성 금속튜브(498), 리테이너 스프링(retainer spring, 504) 및 팩키지화된 힘센서(500)를 구비한다.

전도성 금속튜브

전도성 금속튜브(498)는 각각 돌출된 금속도금 접촉돌기부(contact finger, 512, 514)를 갖는 2개의 금속튜브(내부튜브(508)와 외부튜브(510)) 사이에 인서트 성형(insert molding)된 절연층(506)을 갖는다. 배터리를 충전하기 위한 전원은 충전포드(450)의 2개의 접점부(516, 도 31 참조)에 의해 제공되며 이 2개의 튜브에 의해 각각의 튜브상의 스프링 접점부(spring contact, 512, 514)를 통하여 메인 PCB(422)상의 재충전 접점부(518, 520, 도 40 참조)에 직접 공급된다.

펜 캡 조립체(472)가 펜(400)의 정면에 놓여질 때, 펜 캡의 전도성 탄성 몰딩은 전도성 금속튜브 부품에 있어 중심이 같은 양 튜브의 단부들과 결합되어, 회로를 완성시켜 펜 전자부품(도 18 참조)이 존재하는 캡에 신호를 보낸다.

힘센서 작동원리

도 33은 힘감지 조립체(474)의 작동상태를 개략적으로 예시한 것이다. 스프링(700)은 카트리지(414)가 펜촉(418)에서 어떠한 힘을 받게 되기 전에 힘센서 IC(526)(볼베어링(ball bearing, 524)을 통하여)에 예압을 인가한다.

카트리지(414) 자체는 스프링을 통과함에 따라 힘센서에 대항하여 밀어지지 않는다. 대신에, 스프링은 힘센서에 대항하여 부트(boot, 702)를 밀어내고 그 부트는 카트리지의 단부에 결합된다. 부트(702)는 카트리지(414)의 수동적인 삽입과 제거를 용이하게 하고, 카트리지가 이동없이 견고한 지지를 보장할 수 있도록 절충 된다. 또한 부트(702)를 사용하면, 정지면(stop surface, 698)을 연관시킬 수 있다. 정지면은 부트(702)의 이동을 제한하고, 이에 의해 스프링(700)이 과하중되는 것을 방지할 수 있다.

팩키지화된 힘센서

도 38(a) 내지 도 38(e)는 팩키지화된 힘센서(500)의 여러 가지의 부품의 사시도이다. 도 38(a)는 센서 IC(칩)(526)의 정면으로부터 돌출하는 스틸 볼(steel ball, 524)을 도시한 것이다. 볼(524)은 칩에 힘을 직접 전달하는 데에 사용되는 점접촉부이다. 와이어 본드(wire bond, 604)는 스프링 접점부(478)에 칩(526)을 접속한다. 칩은 도 38B에 도시된 리어 몰딩(rear molding, 566)에 형성된 오목부(564)내에 안착된다. 오목부(564)의 바닥부에 있는 압력경감배출구(pressure relief vent, 584)는 칩(526)에 의해 가두어진 공기를 배출할 수 있게 하여 준다. 도 38C에 도시된 프론트 몰딩(front molding, 606)은 스프링 접점부(478)을 위해 그 하류측에 있는 슬롯(slot, 608)과 볼(524)을 지지하기 위한 중앙개구(610)를 구비한다. 위치지정부(location detail, 612)는 도 24에 도시된 바와 같이 동축 전도성 튜브(498)내의 대응하는 개소와 결합한다.

이러한 시스템에서는 10μ 전장(全長, full spang) 이동만이 있으므로, 펜내의 이러한 조립체의 장착과 축방향의 예압의 사용은 엄격한 허용오차로 주어진다. 힘감지 조립체는 펜 섀시몰딩(416, 도 16 참조)만을 강압할 수 있도록 펜의 상부에 장착되어, 힘은 메인 PCB(422)에 전달되지 않을 것이다. 힘센서는 내부 금속튜 브(508)의 단부쪽으로 밀어 끼워 맞추어져 리테이너 스프링(504)을 달고 간단한 전용 조립체(500)를 만든다.

리테이너 스프링

도 20 및 도 24로 돌아가서, 리테이너 스프링(504)은 도 33에서 설명된 부트(702)에 상당하는 것이다. 그것은 볼(524)과 접촉하는 점에서 절연층(708)을 갖는 박판 금속으로 되는 고정밀 스탬핑(Stamping)이다. 이는 잉크 카트리지(414)를 통하여 외부 정전방전(electrostatic discharge)에 의해 기인되는 힘센서 IC(526)와의 전기적 간섭을 차단한다. 금속 리테이너 스프링(504)은 4개의 지지아암(gripping arm, 530)과 2개의 스프링 아암(532)으로 형성되어 있다.

소모된 카트리지의 제거도구(534)는 억지 끼워맞춤으로 카트리지(414)의 개방단부에 고정된다. 지지아암(530)은 제거도구(534)상의 상호보완적인 외부 지지프로파일(complementary external grip profile, 704)을 지지한다. 스프링 아암(532)은 동축 튜브 조립체(498)내의 단차부(706)에 대하여 압압되기 위하여 지지아암(530)의 단부를 지나 뻗어있다. 이는 차례대로 볼(524)에 대하여 절연된 기부기부(基部, 708)를 압압하여 힘센서쪽으로 10～20g 범위의 정확한 축방향 예압 힘을 가한다.

잉크 카트리지

펜 잉크 카트리지(414)는 도 21A 및 도 21B에 최상으로 도시되어 있다. 본 연구는 산업적인 실용이 조립체와 파일링(filing)을 따라 하나의 소스(source)에 의해 만들어지는 볼펜 펜촉(418)과 다른 소스에 의해 만들어지는 금속튜브(536)에 대한 것이라는 것을 나타내고 있다. 디자인 용량과 폼펙터 요건을 충족하는 프론트 로딩(front loading) 방식의 표준 잉크 카트리지가 전혀 없고, 따라서 맞춤 카트리지(custom cartridge)가 개발되어 왔다. 이러한 잉크 카트리지(414)는 표준 볼펜 펜촉이 삽입되어 있는 3mm 직경의 튜브(536)를 갖는다. 소모된 카트리지의 제거도구(534)는 금속튜브(536)의 개방단부에 캡을 덮는 맞춤 단부 몰딩(custom end molding)이다.

제거도구(536)는 잉크흐름을 위한 공기배출구(538), 위치지정부(540) 및 소모된 잉크 카트리지를 빼내기 위해 사용되는 오목부(544) 주변에 있는 하나의 몰드로 성형된 탄성링(542)을 포함한다. 이 제거도구를 아래로 내려서 구(臼) 카트리지의 펜촉을 결합하고, 그 다음에 도 21B에 도시된 바와 같이 펜의 펜촉 단부를 통하여 빼낸다. 펜이 단단한 표면 위로 떨어지는 경우, 탄성링(542)은 강한 충격이 힘센서를 손상시킬 수 있는 가능성을 감소시켜 준다.

위치지정부(540)는 잉크 카트리지(414)가 힘감지 조립체(474)의 리테이너 스프링(504)에 정확히 안착되도록 하여 주고 힘센서(500)에 대하여 예압이 걸어지도록 하여 준다. 제거도구(하나로 성형된 탄성링과 이격되어 있음)는 아세탈(acetal)과 같은 경질의 플라스틱으로 형성되고 잉크 내용물과 어울리는 색상으로 성형될 수 있다.

잉크 용량은 5ml로서, 표준 볼펜 잉크 카트리지와 필적할 만한 예측된 기 록(write-out) 범위를 제공한다. 이러한 용량은 리필 사이클(refill cycle)이 펜의 유효기간 동안에 비교적 빈번하게 일어날 수 있다는 것을 의미한다.

힘감지 방법

표면에 대하여 펜촉(418)을 누르면, 지지아암(530)을 통하여 볼(524)에 힘을 전달할 수 있다. 펜촉으로부터의 힘은 스프링 아암(532)으로부터의 예압 힘에 가해진다. 힘센서는 동축 튜브 조립체(498)이 단부쪽으로 밀어 끼워 맞추어져 스프링 접점(478, 512)를 갖는 PCB에 직접 접속된다.

도 24는 동축 힘센서에 대해 유용한 제한된 공간을 도시한 것이므로, 팩키지화된 디자인이 요구된다. 이는 요구되는 형태에 그러한 공간에 기성품(off-the-shelf)을 끼워 맞출 수 있는 기회가 없기 때문이다.

이러한 힘센서 구조는 카트리지(414)에 인가된 축방향의 힘을 검출하며, 이는 가장 간단하고 최대의 정확한 해결책이다. 1개의 점(point)이 전도성 금속 원통(498)의 어느 한 쪽 단부에 있는 2개의 점 위에서만 카트리지가 접촉하기 때문에 이러한 시스템에서는 무시해도 좋을 마찰이 존재한다. 금속 리테이너 스프링(504)은 힘센서(500) 위에 20g까지의 정확한 예압 힘을 발생시킬 것이다. 이는, 주요부품이 금속이고, 그에 따라 펜의 유효기간 동안에 크리프(creep), 마모 또는 정지마찰(stiction)를 입지 않을 것이기 때문에 시간 경과에 따라 신뢰할 만한 시스템인 것으로 보여진다.

이러한 디자인은 또한 펜의 섀시몰딩(416)내의 견고한 안착부에 대하여 밀어 넣는 팩키지화된 힘센서 위에 인가된 힘을 향하게 함으로써 그 인가된 힘을 고립시킨다. 이에 의해, 힘감지 조립체(474)는 팩키지화된 힘센서(500)의 바닥부에 있는 스프링 접점부(478)를 통하여 데이터를 전송하면서 메인 PCB(422) 위에 걸리도록(그것에 변형을 받게 하지 않도록) 할 수 있다. 결과적으로 이루어지는 조립체는 펜 섀시몰딩(416)내에 깔끔하게 끼워 맞추어져서 그 조립체를 다루는 것이 용이하다.

탑/사이드 로딩(top/side loading) 방식의 카트리지

상술한 바와 같이, 펜은 그 유효기간 동안에 잉크 카트리지의 주기적인 교체를 필요로 할 것이다. 프론트 로딩 방식의 잉크 카트리지 시스템은 사용자에게 편리하지만, 몇 가지 결점이 있을 수 있다. 그 전장(全長)을 따른 카트리지의 직경이 펜 노즈부(nose)의 구속에 의해 지시된 바와 같이, 최소의 카트리지 직경으로 제한되므로, 이 프론트 로딩 방식은 카트리지내의 잉크 저장소의 용량을 제한한다.

카트리지(414)는 예압 스프링(700)에 의해 힘 센서 IC(526)(스틸 볼(524)을 통하여)에 대하여 밀어내져야 한다. 그러나, 카트리지가 스프링을 통과하여야 하므로, 카트리지(414) 자체는 스프링에 대하여 밀어내는 면(face)을 제공하지 않는다. 이는 상술한 부트(702) 또는 리테이닝 스프링(504)을 필요로 한다.

부트는 카트리지의 수동적인 삽입과 제거를 용이하게 하고, 카트리지가 이동없이 견고한 지지를 보장할 수 있도록 반드시 절충된다

도 34에 예시된 바와 같이, '탑 로딩' 방식의 카트리지는 이러한 결점을 해 결할 수 있다. '탑 로딩' 방식은 펜의 가로축에 수직하는 방향으로부터 카트리지의 삽입과 관련된다는 것을 알 수 있을 것이다. 펜내의 다른 부품들 때문에, 펜의 실질적인 삼각형 단면(도 13 참조)의 '상부' 또는 선단(420)으로부터 카트리지를 삽입하는 것이 가장 편리하다.

예압 스프링(700)은 카트리지(414)의 펜촉(418)을 향하여 배치될 수 있고, 따라서 삽입후에 힘센서 볼(524)에 대하여 카트리지를 안착하기 위한 편리한 기구를 제공할 수 있다. 힘센서(526)에 과하중이 걸리는 것을 방지하기 위해 섀시몰딩(416) 상에 카트리지 이동정지부(712)가 형성되어 있다. 카트리지 자체가 예압 스프링에 대하여 밀어내는 면을 제공하므로, 부트는 제거되고 카트리지는 힘센서와 직접 결합한다.

카트리지가 그 전장을 따라 더 이상 단일 직경으로 제한되지 않으므로, 그 중심부는 폭이 더 넓어 훨씬 큰 잉크 저장소(710)를 수용할 수 있다.

현재 제안된 펜 디자인은 내부 섀시(416)와 외부 튜브 몰딩(466)을 구비한다. 외부 몰딩(466)은 사용자에 의해 교체가능하여, 사용자에게 펜(400)을 맞춤제작하게 할 수 있다. 또한 외부 몰딩(466)의 제거는 사용자에게 펜의 제품 라벨(652, 도 47 참조)에 대한 접근을 제공한다. 이 분야의 숙련자는 섀시몰딩(416)과 베이스 몰딩(base molding, 528)이 사용자에게 교체가능한 배터리에 대한 접근을 제공하기 위해 변경될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 34를 다시 참조하면, 외부 몰딩(466)의 제거(도시하지 않음)는 또한 사용자에게 탑 로딩 방식의 펜 카트리지(414)에 대한 접근도 제공할 수 있다. 외부 몰 딩이 일단 제거되면, 펜 카트리지(414)의 대부분의 길이는 노출된다. 사용자는 카트리지의 후미부를 힘센서 개구(720)로부터 빼내기 위하여 카트리지를 예압 스프링(700)에 대하여 전방으로 슬라이딩함으로써 카트리지를 제거하고, 그 다음에 그 카트리지를 상방으로 경사지게 한 후에 카트리지 공동(722)으로부터 후미부(718)를 자유롭게 하고, 최종적으로 예압 스프링(700)과 공동(722)으로부터 카트리지(710)를 제거한다. 사용자는 역으로 같은 절차를 이행하는 것에 의해 새로운 카트리지를 삽입한다.

탑 로딩 방식의 카트리지가 프론트 로딩 방식의 카트리지보다 훨씬 큰 용량을 가질 수 있으므로, 사용자에게 외부 몰딩(466)을 제거하여 카트리지(414)를 교체하게 작업을 요구하는 것은 부당하지 않다. 이는 사용자가 흔히 프론트 로딩 방식의 카트리지보다 훨씬 작은 탑 로딩 방식의 카트리지를 교체하여야 할 것이기 때문이다.

도 35를 참조하면, 예압 스프링(700)은 카트리지(414)의 삽입을 용이하게 하기 위하여 그 자체의 공동(716)과 리테이닝 링(714)을 구비할 수 있다.

캡 조립체

펜 캡 조립체(472)는 도 25에 도시된 바와 같이 4개의 몰딩으로 이루어져 있다. 이러한 몰딩은 작동중에 펜(456)의 상단부 위에 집어 넣어질 수 있는 펜 캡을 제조하기 위해 결합된다. 캡이 씌워졌을 때, 전자부품에 캡이 씌워진 상태의 신호를 보내기 위한 스위치를 제공한다(이하의 '캡 검출회로' 단락에서 설명함). 캡(410) 내부의 전도성 탄성몰딩(522)은 내부(512) 및 외부(514) 금속튜브를 접속하여 그 금속튜브를 단락시킬 때 캡 스위치로서 작용한다(도 26 참조). 전도성 탄성몰딩(522)은 캡몰딩(410)내의 바닥 오목부로 밀어내진다. 그 전도성 탄성몰딩은 캡안으로 제공되어 적소에 체결되는 클립(clip)몰딩(544)에 의해 지지된다. 금속화된 트림(trim) 몰딩(546)은 캡몰딩(410) 위에 체결되어 조립체(472)를 완성시킨다.

캡몰딩(410)은 인출라인(line-of-draw)이고 그에 적용된 수성 그래픽 인쇄를 갖는다. 트림(546)은 필요하다면, 착색된 플라스틱뿐만 아니라 반사성 은(sliver) 또는 금 형태의 마감처리로 금속화될 수 있다.

펜 피드백 시스템-진동형

펜(400)은 2개의 감각 피드백 시스템을 갖는다. 첫 번째의 시스템은 진동모터(446)의 형태로 촉각형이다. 대부분의 경우에서, 이것은 사용자의 손(408)과 직접 접촉하여 '요동(shaking)'이 바로 느껴질 수 있고 무시되거나 놓치게 될 수 없기 때문에 제1의 사용자 피드백 시스템이다.

펜 피드백 시스템-시각형

두 번째의 시스템은 펜(400)의 선단(420) 위의 튜브몰딩(466)에 있는 인디케이터 창(indicator window, 412)의 형태로 있는 시각적 표시형이다. 이 창은 메인 PCB(422)상의 적색 및 녹색 표시기 LED(452)로부터 광을 전달하는 섀시몰 딩(416)내의 광파이프(448)와 정렬된다. 인디케이터 창(412)은 사용자의 손(408)에 의해 가려지지 않고, 또한 캡(410)을 펜의 상단부(456) 위로 집어넣을 때 방해받지 않도록 위치된다.

광학적 설계

펜은 고정초점 협대역(fixed-focus narrowband) 적외선 영상시스템을 통합하고 있다. 그것은 디포커스 흐림(defocus blur) 또는 움직임 흐림(motion blur)에 의해 영향을 받지 않는 선명한 영상을 캡쳐하기 위해 짧은 노광시간, 작은 개구, 및 밝은 동시성 조명을 갖는 카메라를 이용한다.

표 5. 광학 사양(optical specifications)

배율	-0.225
렌즈의 초점 거리	6.0mm
시계 거리	30.5mm
전체 트랙(track) 길이	41.0mm
개구 직경	0.8mm
심도	+/-6.5mm⁷
노광시간	200us
파장	810nm⁸
이미지 센서 크기	140×140 픽셀
픽셀 크기	10㎛
픽셀 범위⁹	-15～+45도
롤(roll) 범위	-30～+30도
편요(yaw) 범위	0～360도
최소 표본화 비율(sampling rate)	매크로도트 당 2.25픽셀
최대 펜 속도	0.5m/s

펜 광학부 및 설계 개요

펜 광학부를 나타낸 단면은 도 27(a) 및 도 27(b)에 제시되어 있다. 펜촉(418)에 인접한 표면(548)상에 인쇄된 넷페이지 태그의 이미지는 이미지 센서(490)의 활성영역 위에 렌즈(488)에 의해 초점이 맞추어진다. 작은 개구(494)는 유효한 심도(depth of field)가 펜(400)의 요구된 피치와 롤 범위를 수용한다는 것을 확실하게 한다.

제1 및 제2 LED(434, 436)는 시계(430) 범위내에서 표면(549)을 밝게 조명한다. LED의 스펙트럼 방사피크는 넷페이지 태그를 인쇄하여 태그의 캡쳐된 이미지중의 콘트라스트(contrast)를 최대화하기 위해 사용된 적외선 잉크의 스펙트럼 흡수피크와 조화된다. LED의 밝기는 디포커스 및 움직임 흐림을 최소화하기 위해 요구된 짧은 노광시간과 작은 개구 크기와 조화된다.

장파통과(longpass) IR필터(432)는 어떤 착색된 그래픽 또는 이미지화된 태그와 공간적으로 일치하는 텍스트(text) 및 필터(432)의 차단파장(cut-off wavelength) 아래의 어떤 주위 조명으로 이미지 센서(490)의 응답을 억제한다. 필터(432)의 전달은 태그의 캡쳐된 이미지중의 콘트라스트를 최대화하기 위해 적외선 잉크의 스펙트럼 흡수피크와 조화된다. 필터는 또한 확고한 물리적 창으로서 작용하여 오염물이 광학 조립체(470)로 들어가는 것을 방지한다.

영상시스템

광학 경로의 광선 추적(ray trace)은 도 28에 도시되어 있다. 이미지 센서(490)는 140 픽셀 제곱의 활성영역을 갖는 CMOS 이미지 센서이다. 각각의 픽셀 은 10㎛ 제곱으로서 용적율(fill factor)이 93%이다. 도 29로 돌아가서, 렌즈(488)가 상세히 도시되어 있다. 치수는 다음과 같다:

D = 3mm

R1 = 3.593mm

R2 = 15.0mm

X = 0.8246mm

Y = 1.0mm

Z = 0.25mm

이는 6.15의 초점거리를 제공하며 이미지를 정확한 표본 주파수로 대상 평면(object plane)으로부터 이미지 평면(image plane)으로 전사하여 특정의 피치, 롤 및 편요 범위에 걸쳐 모든 이미지를 성공적으로 복호화한다. 렌즈(488)는 양면이 볼록하고, 가장 만곡된 표면이 이미지 센서와 대향하고 있다. 전체의 태그의 획득을 보장하기 위해 요구되는 최소의 영상 시계(430)는 표면 코딩과 시계 사이의 임의의 정렬(alignment)을 고려하여 39.6s(s = 태그 패턴의 매크로도트들 간의 간격)의 직경을 갖는다. 매크로도트 간격인 s가 143㎛로 제시되면, 이는 요구되는 시계가 5.7mm임을 제시한다.

광학 시스템의 요구되는 근축(paraxial) 배율은 10㎛ 픽셀의 이미지 센서(490)에 대하여 펜(400)의 완전히 특정된 경사 범위를 위해 2.24 픽셀의 최소 공간 표본주파수에 의해 규정된다.

그래서, 영상시스템은 이미지 센서에서의 반전된 이미지(inverted image)의 직경 : 대상 평면에서의 시계(5.7mm)의 직경의 비율인 -0.225의 근축 배율을 최소의 128×128 픽셀의 이미지 센서상에 이용한다. 그러나, 이미지 센서(490)는 제조 허용공차를 수용하기 위하여 140×140 픽셀이다. 이는 시계에서 어떠한 정보도 손실함이 없이 광축과 이미지 센서 축 사이에 오정렬(misalignment)의 +/-120㎛(이미지 센서의 평면에서 각각의 방향으로 12픽셀)까지 허용한다는 것이다.

렌즈(488)는 사출성형된 광학부품을 위해 전형적으로 사용된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 만들어진다. PMMA는 내긁힘성(Scratch resistance)을 갖고 굴절지수가 1.48이며, 810nm에서 90% 투과율을 갖는다. 렌즈는 몰딩 정확도를 돕기 위해 양면이 볼록하고 렌즈를 광학 원통 몰딩(492)과 정확히 결합하기 위한 장착면을 특징으로 하고 있다.

디자인의 심도 요건을 제공하기 위해 0.8mm 직경의 개구(494)가 사용된다.

펜의 특정의 경사 범위는 -15.0～+45.0도 피치이며 롤 범위는 -30.0～+30.0도이다. 그 특정 범위를 통해 펜을 경사시키면, 경사진 대상 평면은 초점 평면(focal plane)으로부터 6.3mm까지 멀리 이동된다. 그래서 특정의 개구는 이미지 센서에서의 수용가능한 흐림 반경(blur radius)이 16㎛인 상태에서 +/-6.5mm의 대응하는 심도를 제공한다.

펜 디자인의 기하학적 형상으로 인하여, 펜은 -33.0～+45.0도인 피치 범위에 걸쳐 정확히 작동한다.

도 30을 참조하면, 광축(550)은 펜촉 축(552)로부터 0.8도 떨어져 이격되어 있다. 광축과 펜촉 축은 용지면(548)쪽으로 수렴한다. 펜촉 축(552)이 용지에 수 직하면, 펜촉 축에 가장 가까운 시계(430)의 모서리(edge)와 펜촉 축 자체 사이의 거리 A는 1.2mm이다.

장파통과 IR필터(432)는 아세톤과 같은 화학약품과 마모에 대하여 큰 저항력을 갖는 경량의 열경화성 플라스틱인 CR-39로 형성된다. 이러한 물성 때문에, 필터는 창(window)으로서 작용하기도 한다. 필터는 1.5mm 두께를 갖고 굴절지수가 1.50이다. 각각의 필터는 CO₂ 레이저 커터(laser cutter)를 사용하여 대형 시트(sheet)로부터 쉽게 절단될 수도 있다.

조명시스템

태그된 표면(548)은 한 쌍의 3mm 직경의 LED(434, 436)에 의해 조명된다. LED는 35nm 스펙트럼 밴드(FWHM)에서 +/-15도의 1/2 각도, 1/2 세기의 발산으로 810nm 방사광을 방사하며, LED 각각은 스테라디언(steradian) 당 대략 45mW의 전력을 갖는다.

포드 디자인(pod design) 및 조립체

표 6. 포드의 기계적 사양(mechanical specifications)

크기	h63×w43×d46mm
질량	50g
작동온도	-10～+55C
작동 상대습도	10～90%
저장온도	-20～+60C 최악의 경우
저장 상대습도	5～95%
충격 및 진동	1m로부터 손됨이 없이 단단한 표면 위에 낙하 기계적 충격 600G, 2.5ms, 6축
편리성	교체가능한 자켓(jacket)(맞춤제작 키트(kit)의 부분) 내부 사용자 편리성 부분 없음 - 이 경우 사용자가 개방할 수 없음
전원	USB: 500mA 내부 전원 어댑터: 5.5VDC에서 600mA

포드 디자인

펜(400)은 펜과 포드 사이에 데이터 전송을 위한 블루투스 송수신기와 펜에 전원을 제공하는 USB 테더드(tethered) 포드를 구비한다. 도 31을 참조하면, 포드(450)는 모듈러 디자인(modular design)이고 몇 개의 인출선 몰딩으로 이루어져 있다. 포드 타워 몰딩(tower molding, 554)은 수직각도로부터 15도로 펜을 지지하며, 이는 펜을 집어넣고 빼내는 관점으로부터 인체공학적인 구조이지만 본래 안정한 상태이다.

포드 조립체

포드(450)의 조립 순서는 다음과 같다:

탄성 정지몰딩(stop molding, 556)은 포드내에 삽입될 때 펜에 대한 절대적인 정지부를 제공하기 위해 포드 타워몰딩(554)에 밀어넣어 끼워 맞추어진다.

포드 타워몰딩(554)은 정지부 아래의 위치지정 리브(rib) 위로 밀어 넣어지는 2개의 금속 접점부(516)를 갖는다. 이들 접점부(516)는 도 32에 도시한 바와 같이 펜촉 몰딩(428)이 안착될 때 빈공간(void, 558)내로 돌출하여 있다. 펜이 존재하면, 이러한 접점부들은 잉크 카트리지(414) 주변의 동축 금속 원통(498)과 접촉한다. 이러한 접점부들은 배터리(424)를 충전하기 위해 도체(conductor)로서 작용한다.

포드 PCB(560)는 포드 타워몰딩(554)내로 제공되어 적소에 체결된다. 금속 접점편(516)상의 돌출된 충전 접점부(562)는 조립중에 포드 PCB(560)상의 전원패드와 정렬된다. 포드 PCB(560)이 하류측에는 텅빈 상태에서 가득 채운 상태까지 몇 개의 충전상태를 표시하는 몇 개의 적색, 녹색 및 청색 LED(564)의 어레이(array)를 포함한다. 청색은 부족한 '충전' 및 '포드 텅빈' 상태의 색상이며 이 상태는 포드 베이스 몰딩(568) 주변의 조명 아크(illuminated arc)로서 반투명의 엘라스토 머(elastomer) 광파이프(566)를 거쳐 전달된다.

펜이 삽입된 상태에서 적당한 중력 중심에도 불구하고, 캐스트 웨이트(cast weight, 570)는 부딪혔을 때 떨어지는 포드(450)의 기회를 줄이고 안정성을 증대시키기 위해 베이스 몰딩(568)에 안착된다. 베이스 몰딩(568)은 테더드 USB/전원케이블(572)을 포드 PCB(560)에 접속한 후에 웨이트(570), 광파이프(566) 및 PCB(560)을 지지하기 위해 타워몰딩(554)에 나사고정된다.

개인화(personalization)

펜의 시장 차별화 능력에 따라, 포드는 포드 자켓 몰딩(468)을 포함한다. 이러한 사용자 제거가능한 몰딩은 키트로서 구비되는 펜의 튜브 및 캡 몰딩과 같은 수성 그래픽 전사패턴으로 인쇄된다.

따라서 펜, 캡 및 포드의 패턴은 같은 환경에서 다수 제품들이 있는 경우에 혼동을 회피하기 위해 개개의 사용자에게 펜과 포드를 확실하게 식별시키는 3개의 항목이다. 또한 이러한 항목들에 의해 이 제품이 사용자에 대한 자기소개서(personal statement)가 될 수 있다.

포드 자켓 몰딩(468)은 앞서 설명한 바와 같이 캡 조립체(472)와 튜브몰딩(466)과 함께 몇 개의 패턴과 이미지로 된 부품시장(aftermarket) 부속품으로서 공급될 수 있다.

전자회로 디자인(electronics design)

표 7. 전기 사양(electrical specifications)

프로세서(processor)	256kB SRAN과 2MB 플래시 메모리(flash memory)로 80MHz에서 실행하는 ARM7(Atmel AT91FR40162)
디지털 잉크 저장 용량	쓰기의 경우 5시간
블루투스 컴플라이언스 (compliance)	1.2
USB 컴플라이언스	1.1
배터리 대기시간	12시간(캡 제거), ＞4주(캡 장착)
배터리 쓰기시간 (writing time)	난필(cursive writing)의 경우 4시간 (디지털 잉크의 제거가 용이하다고 가정하면, 81% 펜 저하)
배터리 충전시간	2시간
배터리 수명	초기 용량 80%에 대하여 전형적으로 300 충전 사이클 또는 2시간(어느 쪽이든지 먼저 일어나는 경우)
배터리 용량/유형	3.7V에서～340mAh, 리튬이온 폴리머(LiPo)

펜 전자회로 블록도

도 36은 펜 전자회로의 블럭도이다. 펜의 전자회로 디자인은 대략 5개의 주요 단락에 기초된다.

● 메인 ARM7 마이크로프로세서(574)

● 이미지 센서 및 이미지 프로세서(576)

● 블루투스 통신모듈(578)

● 전원관리유닛(unit) IC(PMU)(580)

● 힘센서 마이크로프로세서(582)

ARM7 마이크로프로세서

펜은 80MHz에서 실행하는 Atmel AT91FR40162 마이크로프로세서(Atmel AT91 ARM Thumb Microcontrollers-AT91FR40162 Preliminary, http://www.keil.con/ dd/docs/datashts/atmel/at91fr40162.pdf 참조)를 사용한다. AT91FR40162는 ARM7 마이크로프로세서, 스택 칩(stack chip) 패키지에 들어있는 2MByte의 외부 플래시 메모리 및 256kByte의 온칩 단일 대기상태 SRAM을 통합하고 있다.

이러한 마이크로프로세서(574)는 펜(400)의 코어(core)를 형성한다. 그 튜티(duty)는 다음을 포함한다:

● 쥬피터(Jupiter) 이미지 센서(584)의 설치

● 힘센서에 따라 디지털 잉크 흐름에 포함하기 위해, 이미지 센서(584)의 이미지 처리 특징으로부터의 도움으로 넷페이지 코딩된 임프레션(impression)의 이미지의 복호화

● 전원관리 IC(PMU)(580)의 설치

● 블루투스 통신모듈(578)을 통한 디지털 잉크의 압축 및 전송, 및

● 힘센서 마이크로프로센서(582)의 프로그래밍(programming)

ARM7 마이크로프로세서(574)는 80MHz 발진기로부터 실행된다. ARM7 마이크 로프로세서는 40MHz 클럭으로 범용 동기식 송수신기(Universal Synchronous Receiver Transmitter; USRT)(586)를 사용하여 쥬피터 이미지 센서(576)와 통신한다. ARM7(574)은 115.2kbaud 에서 실행되는 범용 비동기식 송수신기(Universal Asynchronous Receiver Transmitter; USAT)(588)를 사용하여 블루투스 모듈(578)과 통신한다. PMU(580)와 힘센서 마이크로프로세서(FSP)(582)에 대한 통신은 저속직렬버스(Low Speed Serial bus; LSS)(590)를 사용하여 실행된다. 이 LSS는 소프트웨어로 실행되며 마이크로프로세의 일반적인 목적 IO들 중 2개를 사용한다.

ARM7 마이크로프로세서(574)는 그 JTAG 포트(port)를 통하여 프로그래밍된다. 이는 마이크로프로세서가 메인 PCB(422)상에 있을 때 PCB상의 베어패드(bare pad, 592)(도 39 참조)를 조사함으로써 행해진다.

쥬피터 이미지 센서

쥬피터 이미지 센서(584)(상기 상호참조된 문헌들에서 열거된 USSN 10/778,056(서류번호 NPS047) 참조)는 모노크롬 센서 어레이(monochrome sensor array), 아날로그-디지털 변환기(analogue to digital converter; ADC), 프레임 저장 버퍼(frame store buffer), 단순한 이미지 프로세서 및 위상고정루프(phase lock loop; PLL)를 포함한다. 센서 어레이에 의해 캡쳐된 이미지들은 프레임 저장 버퍼에 저장된다. 이러한 이미지들은 쥬피터에 포함된 칼리스토(Callisto) 이미지 프로세서로부터 도움을 받고 ARM7 마이크로프로세서(574)에 의해 복호화된다.

쥬피터는 그 이미지 어레이가 노광됨에 따라 동시에 2개의 적외선 LED(434, 436)의 스트로빙(strobing)을 제어한다. 이들 2개의 적외선 LED 중 하나 또는 다 른 하나는, 어떤 각도에서 일어날 수 있는 용지의 스펙큘라 반사(specular reflection)를 방지하기 위해 이미지 어레이가 노광되는 동안에 꺼질 수도 있다.

블루투스 통신모듈

펜은 블루투스 제어기(578)로서 CSR 블루코어(BlueCore)4-외부장치(CSR, BlueCore4-External Data Sheet rev c, 6-Sep-2004 참조)를 사용한다. 펜은 그 프로그램 코드를 유지하기 위해 외부 8Mbit 플래시 메모리 장치(594)를 필요로 한다. 블루코어4는 블루투스 v1.2 사양(specification)를 충족하며 3Mbps까지 통신을 허용하는 EDR(Enhanced Data Rate)의 v0.9에 순응한다.

블루투스 통신을 위해 펜 위에 2.45GHz 칩 안테나(486)가 사용된다.

블루코어4는 USB 브리지(bridge)에 UART를 형성할 수 있다. 이를 사용하여 펜(456)의 상부에 있는 데이터/전원 소켓(458)을 거쳐 USB 통신을 할 수 있다.

블루투스의 대안물로서, IEEE 802.11(Wi-Fi)(IEEE, 802.11 Wireless Local Area Networks, http://grouper.ieee.org/groups/802/l l/index.html 참조), IEEE 802.15(IEEE, 802.15 Working Group for WPAN, http://grouper.ieee.org/ groups/802/15/index.html 참조), 지그비(ZigBee)(ZigBee Alliance, http:// www.zigbee.org 참조) 및 무선 USB 사이프레스(Cypress)(WirelessUSB LR 2.4-GHz DSSS Radio SoC, http://www.cypress.com/cfuploads/img/products/ cywusb6935.pdf 참조) 등의 무선 LAN 및 PAN 표준안(standards) 뿐만 아니라, GSM(GSM Association, http://www.gsmworld.com/index.shtml 참조), GPRS/EDGE, GPRS Platform, http://www.gsmworld.com/technology/gprs/index.shtml), CDMA(CDMA Development Group, http://www.cdg.org/. and Qualcomm, http://www. qualcomm.com 참조) 및 UMTS(3rd Generation Partnership Project (3GPP), http://www.3 gpp.org 참조) 등의 모바일 표준안(mobile standards)을 들 수 있다.

전원관리칩

펜은 오스트리아 마이크로시스템스(Austria Microsystems) AS3603 PMU (580)(Austria Microsystems, AS3603 Multi-Standard Power Management Unit Data Sheet v2.0 참조)을 사용한다. PMU는 배터리 관리, 전압 생성, 파워 업 리셋(power up reset) 생성 및 인디케이터 LED와 진동모터의 구동을 위해 사용된다.

PMU580은 LSS 버스(bus)(590)를 거쳐 ARM7 마이크로프로세서(574)와 통신한다.

PMU는 배터리(424)를 충전하기 위한 2개의 소스(source) 중의 하나를 사용한다. 이러한 소스들은 펜(456)의 상부에 있는 USB 잭(jack, 458)(도 15 참조)과 전원으로부터 나온 전원 및 2개의 전도성 튜브(498)(도 24 참조)를 거쳐 포드(450)로부터 나온 전원이다. PMU는 ARM7 마이크로프로세서(574)에 의해 요구되는 간섭으로 트리클 전류(trickle current), 정전류(constant current) 및 정전압(constant voltage) 모드를 사용하여 펜의 리튬 폴리머 배터리(424)를 충전한다. PMU는 또한 배터리 용량이 얼마나 남았는지를 판정하기 위해 ARM7 마이크로프로세서에 의해 사용되는 연료 게이지(fuel gauge)를 포함한다.

PMU(580)는 다음과 같은 개개의 전압들을 생성한다.

● ARM7 IO 전압과 쥬피터 IO 및 픽셀 전압에 대하여 LDO로부터 나온 3.0V

● 힘센서와 힘센서 필터 및 증폭기에 대하여 LDO로부터 나온 3.0V(PMU가 전원인가된 채로 될 수 있는 LDO를 전혀 포함하지 않으므로, 힘센서 마이크로프로세서에 대한 3.0V는 오프칩(off chip) LDO로부터 생성된다.)

● 블루코처4 블루투스 장치에 대하여 LDO로부터 나온 3.0V

● ARM7 코어 전압에 대하여 버크 변환기(buck converter)로부터 나온 1.8V

● 쥬피터 코어 전압에 대하여 LDO로부터 나온 1.85V

● 적외선 LED장치 전압에 대하여 충전펌프(charge pump)로부터 나온 5.2V

PMU의 파워 업 또는 리셋시에, ARM7 IO 전압과 1.8V 코어 전압은 유용하다. 다른 전압원은 LSS 버스(590)를 거쳐 ARM7(574)로부터의 명령을 통하여 전원인가될 필요가 있다.

인디케이터 LED(444)와 진동모터(446)는 PMU(580)의 전류 싱크(sink) 출력으로부터 구동된다.

PMU(580)는 LSS 버스(590)에 의한 명령을 통하여 울트라 로우 전원모드(ultra low power mode)로 제공될 수 있다. 이는 그 외부전압원 모두를 전원을 끄게 하는 것이다. 펜은 그 캡 조립체(472)가 온(ON)될 때 이러한 울트라 로우 전원모드로 들어간다.

캡(472)이 제거되거나 RTC 웨이크 업 알람(wake-up alarm)이 있을 때, PMU(580)은 힘센서 마이크로프로세서(582)로부터 전원인가 신호(596)를 수신하고 리셋 사이클(reset cycle)을 초기화한다. 이는 모든 전압이 안정할 때까지 ARM7(574)을 리셋 상태로 유지하는 것이다. 리셋 사이클은 또한 LSS 버스 메세지를 거쳐 ARM7(574)에 의해, 또는 USB와 파워 잭(458)(도 15 참조)에 접하여 펜의 상부에 위치되는 리셋 스위치(598)에 의해 초기화될 수도 있다.

힘센서 서브시스템

힘센서 서브시스템은 맞춤형 호쿠리쿠(custom Hokuriku) 힘센서(500)(Hokuriku, HFD-500 Force Sensor, http://www.hdk.co.jp/pdf/eng /el381AA.pdf에 근거함), 연산증폭기를 사용하여 실행되는 증폭기와 저역통과필터(600) 및 힘센서 마이크로프로세서(582)를 포함한다.

펜은 힘센서 마이크로프로세서(582)로서 실리콘 래버러토리스(Silicon Laboratories) C8051F330을 사용한다(Silicon Laboratories, C8051F330/1 MCU Data Sheet, rev 1.1 참조). C8051F330은 10비트 ADC와 10비트 DAC의 온칩 플래시 메모리를 갖는 8051 마이크로프로세서이다. 내부 24.5MHZ 발진기를 포함하고 또한 외부 32.768kHz 튜닝 포크(tuning fork)를 사용한다.

호쿠리쿠 힘센서(500)는 실리콘 압전저항 브리지 센서(piezoresistive bridge sensor)이다. 연산증폭기 스테이지(stage, 600)는 힘센서 출력을 증폭하여 저역통과(안티-앨리어스(anti-alias)) 필터링(filtering)한다. 다음에 이 신호는 5kHz에서 힘센서 마이크로프로세서(582)에 의해 샘플링(sampling)된다.

압전저항 힘감지의 대안물로서, 정전용량 및 유도형 힘감지를 들 수 있 다(Wacom, "Variable capacity condenser and pointer", US Patent Application 20010038384, filed 8 November 2001, and Wacom, Technology, http://www.wacom-components.com/english/tech.asp 참조).

힘센서 마이크로프로세서(582)는 힘신호의 (디지털) 필터링을 더 실행하여 디지털 잉크 흐름에 대한 힘센서 값을 생성한다. 쥬피터 이미지 센서(576)로부터 나온 프레임 동기신호(frame sync signal)는 디지털 잉크 흐름에 대한 각각의 힘 샘플의 생성을 유발시키는 데에 사용된다. 칩온도 센서상에 힘센서 마이크로프로세서(582)를 거쳐 온도를 측정하고, 이를 사용하여 힘센서와 증폭기의 온도의존성을 보상한다. 힘신호의 오프셋(offset)은 증포기 스테이지(600)로의 마이크로프로세서의 DAC 출력의 입력에 의해 역학적으로 제어된다.

힘센서 마이크로프로세서(582)는 LSS 버스(590)를 거쳐 ARM7 마이크로프로세서(574)와 통신한다.

힘센서 마이크로프로세서(582)로부터 ARM7 마이크로프로세서(574)까지 2개의 별개의 인터럽트 라인(interrupt line)이 있다.

그 중 하나는 힘센서 샘플이 판독을 할 준비가 되어 있다는 것을 나타내는 데에 사용되며 다른 하나는 펜 다운/업(down/up) 사고가 발생하였다는 것을 나타내는 데에 사용된다.

힘센서 마이크로프로세서 플래시 메모리는 ARM7 마이크로프로세서(574)에 의해 회로 내에 프로그래밍된다.

힘센서 마이크로프로세서(582)는 또한 펜(400)에 대하여 실시간 클럭 기능성 을 제공한다. RTC 기능은 마이크로프로세서의 카운터 타이머(counter timer)들 중의 하나로 행해지고 외부 32.768kHz 튜닝 포크로부터 실행한다.

그 결과, 힘센서 마이크로프로세서는 캡(472)이 온(ON)이고 ARM7(574)이 전원 꺼졌을 때 온(ON)으로 될 필요가 있다. 그러므로, 힘센서 마이크로프로세서(582)는 그 전원 소스로서 PMU(580)과 분리된 로우 파워(low power) LDO를 사용한다. 실시간 클럭 기능성은 ARM7(574)을 파워 업하기 위해 프로그래밍될 수 있는 인터럽트를 포함한다.

캡 스위치(602)는 힘센서 마이크로프로세서(582)에 의해 모니터링(monitoring)된다. 캡 조립체(472)가 제거되면(또는 실시간 클럭 인터럽트가 있으면), 힘센서 마이크로프로세서(582)는 PMU(580)내에서 전원인가와 리셋 사이클을 초기화함으로써 ARM7(572)을 구동시킨다.

펜 디자인

전자회로 PCB 및 케이블

펜 내부에는 메인 PCB(422, 도 39) 및 플렉스 PCB(496, 도 19)인 2개의 PCB가 있다. 그 디자인에서의 다른 별개의 부품들은 배터리(424), 힘센서(500), 진동모터(446) 및 포드(450, 도 31)에 대한 전원 커넥터로서 기능하는 전도성 튜브(498, 도 16)이다.

메인 PCB

도 39 및 도 40은 메인 PCB(422)의 상부 및 하부 사시도를 각각 도시한 것이 다. 메인 PCB(422)는 최소의 트레이스 폭(trace width)과 100μ의 분리거리를 갖는 4층 RF4 1.0mm 두께의 PCB이다. 바이아 사양(via specification)은 0.4mm 패드에서 0.2mm 홀(hole) 크기이다. 메인 PCB(422)는 치수 105mm×11mm를 갖는 사각형 판이다.

메인 PCB에 납땜되는 주요 부품들은 Atmel ARM7 마이크로프로세서(574), AMS PMU(580), 실리콘 랩스(Silicon Laps) 힘센서 마이크로프로세서(582), 힘세서 조절 증폭기(600)와 CSR 블루투스 칩(578)과 그 플래쉬 메모리(594)용 연산증폭기, 안테나(486) 및 차폐 캔(shielding can, 612)이다.

힘센서(500), 진동모터(446) 및 동축 전도성 튜브(498)는 메인 PCB(422)상의 패드에 접속하기 위해 돌출된 접점부를 사용한다. 이러한 품목 모두는 펜의 섀시몰딩(416)에 의해 메인 PCB(422)상에 밀어내어진다.

메인 PCB(422)상에는 3개의 커넥터, 즉 플렉스 PCB 커넥터(612), 펜(456)의 상부에 있는 파워 및 USB 잭(458), 및 베터리 케이블 하니스(harness) 커넥터(616)가 납땜되어 있다.

또한, 메인 PCB(422)상에는 리셋 스위치가 납땜되어 있다. 이는 도 5에 도시된 오목부(464)내에 있다.

플렉스 PCB

쥬피터 이미지 센서(576)은 도 19에 도시된 바와 같이 플렉스 PCB(496)상에 장착된다. 펜의 중요한 위치결정 허용오차는 광학부(426)와 이미지 센서(490) 사 이이므로, 플렉스 PCB(496)는 광학 원통 몰딩(492)가 이미지 센서(490)에 쉽게 정렬되게 할 수 있다. 이미지 센화 메인 PCB(422) 사이의 플렉시블(flexible) 접속을 가짐으로써, 메인 PCB의 위치결정 허용오차는 광학부(426)의 정확한 정렬을 위해 중요하지 않다.

이미지 센서(490), 2개의 적외선 LED(434, 436), 및 5개의 개별적인 바이패스 캐패시터(bypass capacitor, 502)는 플렉스 PCB(496)상에 장착된다. 플렉스는 명목적으로 75μ 두께의 2층 폴리이미드 PCB이다. PCB는 펜의 조립후에 움직이도록 요구되지 않으므로, 설치시에만 플렉스로서 특정된다. 보강재(612)는 PCB 플랫(flat)의 개별 부품(502)과 이미지 센서(490)를 지지하기 위하여 개별 부품(502)과 이미지 센서(490)의 뒤에 놓여진다. 보강재는 또한 메인 PCB(422)(도 28 참조)의 커넥터(624)에 대한 정확한 두께를 이루기 위해 접속패드(620)에 놓여진다. PCB 디자인은 전체 형상으로 대략 사각형으로 유지함으로써 제조중에 페널 레이아웃(panel layout)에 대하여 최적화되었다.

플렉스 PCB(496)는 이미지 센서(490) 주변으로 폭이 넓어지면서 메인 PCB로부터 뻗고 있고, 광학 원통(492)과 나란히 2개의 적외선 LED(434, 436)으로 이동하는 2개의 아암(622, 624)를 갖는다. 이 적외선 LED는 플렉스 PCB의 아암(622, 624)상에 직접 납땜된다. 플렉스 PCB의 전체 길이는 41.5mm이고 그 최대폭의 관점에서 9.5mm이다.

이미지 센서(490)는 플렉스 PCB(COF) 어프로치(approach)상의 칩을 사용하여 플렉스 PCB(496)상에 장착된다. 이러한 기술에서는, 베어 쥬피터 다이(bare Jupiter die, 628)는 플렉스 PCB(496)상에 접착되고 그 다이상의 패드는 플렉스 PCB 상의 타켓 패드(target pad)들상에 와이어 본딩(wire-bonding)된다. 이 타겟 패드들은 다이의 뒤에 위치된다. 다음에, 와이어 본드는 충돌 방지를 위해 밀봉된다. 다이(628)에 인접한 플렉스 PCB내의 2개의 도금되지 않은 구멍은 PCB를 광학 원통(492)에 정렬하기 위해 사용된다. 다음에 광학 원통은 이미지 센서(470) 주변의 씰(seal)을 제공하기 위해 적소에 접착된다. 쥬피터 다이(628)상의 영상영역의 중심과 광학 패드의 중심 사이의 수평위치 허용오차는 +/-50μ이다. 다이의 두께, 글루층(glue layer)의 두께 및 PCB(496)의 정면에 대한 광학 원통(492)의 정렬에 기인한 수직 허용오차는 +/-5μ이다. 펜의 정면에 있는 구속된 공간(confined space)에 끼워 맞추기 위하여, 쥬피터 다이(628)는, 넷페이지 펜내에 연결하기 위해 요구되는 패드가 다이의 반대측 아래에 놓여지도록 설계된다.

포드 및 외부 케이블

포드 및 외부 케이블에 의해 요구되는 3개의 주요 기능이 있다. 이 기능은 다음과 같다:

● 펜이 그 배터리를 재충전할 수 있도록 충전전압의 제공

● 저장된 디지털 잉크를 그 블루투스/USB 어댑터를 거쳐 넷페이지 서버에 전달하기 위한 릴레이 기구(relay mechanism)의 제공

● 새로운 프로그램을 블루투스/USB 어댑터를 거쳐 펜에 다운로드(download) 하기 위한 릴레이 기구의 제공

포드

도 31 및 도 32를 다시 참조하면, 펜(400)이 포드(450)내에 삽입될 때, 전원은 펜내에 잉크 카트리지 튜브(536)를 지지하는 2개의 동축 전도성 튜브(498)에 연결되는 포드의 2개의 돌출 접점부(516)에 의해 제공된다. 포드(450)와 펜(400) 충전을 위한 전원은 USB 버스 전원에 의해 제공된다.

포드는 2개의 커넥터에서 끝나는 테더드 케이블(572)을 갖는다. 하는 USB "A" 플러그이다. 다른 하나는 4-웨이(way) 잭 소켓이다. 이 4-웨이 잭 소켓은 펜의 상부에 있는 소켓과 동일하다(도 15에서의 소켓(458) 참조). 4-웨이 잭이 포드의 케이블내에 삽입될 때, 포드와 펜에 전원이 제공되어 충전된다. 이와 달리, 포드와 펜 충전을 위한 전원은 USB 버스 전원에 의해 제공된다.

3개의 인디케이터 LED(452)는 포드에 존재한다. 이 LED들은 펜 충전과 통신의 상태를 표시한다.

포드 PCB

포드 PCB(560)는 CSR 블루코어4-외부장치를 포함한다. 이는 펜(400)에 사용된 것과 같은 유형의 블루투스 장치이다. 블루코어4 장치는 블루투스 브리지에 USB로서 기능한다.

케이블링 (cabling)

펜내에는 3개의 케이블이 제공되어 있다. 첫 번째의 케이블(572)은 포드에 테더링되어 있다. 케이블의 타단부에 있는 것은 USB A 커넥터와 4-웨이 잭 소켓이다. 포드쪽으로 향하는 6개의 와이어, 4개의 USB 와이어 및 4-웨이 잭 소켓으로부터 나오는 2개의 와이어가 있다.

두 번째의 케이블은 일단부상에 USB A 커넥터가 있고 타단부상에 4-웨이 잭이 있는 USB 케이블(462, 도 15)이다. 4-웨이 잭은 포드 또는 펜의 상부 중 어느 한 쪽에 접속될 수 있다.

세 번째의 케이블은 일단부에 있는 전원 연결구(power outlet)에 끼워지고 타단부상에 4-웨이 잭을 갖는 플러그 팩(plug pack) 전원 케이블(도시하지 않음)이다. 이 4-웨이 잭은 포드(450) 또는 펜(456)의 상부 중 어느 한 쪽에 접속될 수 있다.

접속 선택사양(option)

도 37은 펜과 포드에 대한 주요 충전 및 접속 선택사양을 도시한 것이다.

● 선택사양 1은 호스트(630)로부터 포드(450)까지의 USB 접속을 나타낸 것이다. 펜(400)은 포드(450)내에 있다. 포드(450)와 펜(400)은 블루투스를 거쳐 통신한다. 포드는 USB 버스 전원에 의해 전원 공급받는다. 펜은 USB 버스 전원으로부터 충전된다. 그 결과, 500mA의 최대 USB 전원은 펜을 충전하기 위해 이용될 수 있어야 한다.

● 선택사양 2는 호스트(630)로부터 포드(450)와 포드 케이블(572)에 부착된 플러그 팩(632)까지의 USB 접속을 나타낸 것이다. 펜(400)은 포드(450) 내에 있다. 포드와 펜은 블루투스를 거쳐 통신한다. 포드는 플러그 팩에 의해 전원 공급을 받는다. 펜은 플러그 팩 전원으로부터 충전된다.

● 선택사양 3은 호스트(630)로부터 포드(450)와 펜(400)에 부착된 플러그팩(632)까지의 USB 접속을 나타낸 것이다. 펜(400)은 포드(450)내에 있다. 포드와 펜은 블루투스를 거쳐 통신한다. 포드는 USB 버스 전원에 의해 전원 공급을 받는다. 펜은 플러그 팩 전원으로부터 충전된다.

● 선택사양 4는 포드 케이블(572)에 부착된 플러그 팩(632)을 나타낸 것이다. 펜(400)은 포드(45)내에 있다. 포드와 펜 사이의 가능한 통신은 전혀 없다. 포드는 플러그 팩에 의해 전원 공급을 받는다. 펜은 플러 그 팩 전원으로부터 충전된다.

● 선택사양 5는 호스트(630)로부터 펜(400)까지의 USB 접속을 나타낸 것이다. 펜(400)은 포드(450)내에 없다. 호스트(630)와 펜(400)은 와이어드 논(non)-RF통신 링크(link)를 허용하면서 USB를 거쳐 통신한다. 펜은 USB 버스 전원으로부터 충전된다. 그 결과, 500mA의 최대 USB 전원은 펜을 충전하기 위해 이용될 수 있어야 한다.

● 선택사양 6은 펜(400)에 부착된 플러그 팩(632)을 나타낸 것이다. 펜(400)은 포드(450)내에 없다. 펜은 플러그 팩 전원으로부터 충전된다.

● 그 밖의 접속 선택사양은 도시하지 않았다. 그러나, 4-웨이 잭에 커넥터가 존재하는 경우, 포드가 그 4-웨이 잭 커넥터를 거쳐 전원 공급을 받는다(USB 버스 전원으로부터가 아님)것을 명심하여야 한다. 또한, 이러한 잭에 커넥터가 있는 경우, 펜은 그 4-웨이 잭으로부터 전원 공급을 받는다(그 포드 접속으로부터가 아님).

배터리 및 전원 소비

도 44를 참조하면, 펜(400)은 명목 정전용량이 340mAh인 리튬 폴리머 배터리(424)를 포함한다.

그 치수는 90.5mm 길이×12mm 폭×4.5mm 두께이다.

펜 디자인에 근거하여, 표 8은 각종의 펜과 블루투스 상태에 대한 현재의 요건을 나타낸 것이다.

표 8. 모든 펜 상태에 대한 배터리 드레인 전류(drain current)

상태	주석	전체 mA@ VBatt ¹
펜 캡 씌움	펜 오프(OFF)	0.110
펜 활성	펜 다운(down)	92.7
펜 호버(Hover)-1	펜 업(up), 태그 복호화 시도	31.7
펜 호버(Hover)-2	펜 업(up), 태그 복호화	62.9
펜 아이들(idle)	펜 업(up), 태그 복호화 시도 하지 않음	28.8
블루투스 비접속	블루투스 IC 오프(OFF)	0.0
블루투스 접속 타임아웃(timeout)	블루투스는 저전압으로 접속되고, 다운로드하기 위한 디지털 잉크 없음	0.6
블루투스 접속 (탐지(sniff))	블루투스는 저전압 탐지 상태로 접속됨	4.1
블루투스 접속 (활성)	블루투스는 고전압 활성 상태로 접속됨	50.1
블루투스 접속	블루투스는 네트워크 액세스 포인트 (access point)를 접속하기 위해 시도함	15.1

1. 배터리에서의 모든 전류 소모량의 합. 블루투스 전류는 펜-상태 전류와 동시 발생되고 그 전류에 합쳐질 수 있다.

펜 사용 예 시나리오(usage scenario)

본 명세서에는 몇 가지 일반적인 사용 예 시나리오를 요약하여, 그 시나리오를 이행하기 위해 필요로 한 에너지 요건들을 제시하고 있다.

최악의 경우의 시나리오

요약 : 펜은 4시간 동안(난필의 경우) 집중적으로 사용되어, 저장된 디지털 잉크를 빼내려면 1개월 동안(31일) 캡이 씌어질 것이다.

이 시나리오의 에너지 요건은 968mAh이다. 명목적인 340mAh 시간의 배터리는 이 시나리오의 에너지 요건의 35%가 달성될 것이다.

1주 작업시간(working week)의 경우

요약 : 펜은 난필의 경우에 하루에 1시간씩 총 5일동안 사용되고 나머지 시간동안은 캡이 씌어진다. 시나리오의 전체 시간은 7일이다.

이 시나리오의 에너지 요건은 456mAh이다. 명목적인 340mAh 시간의 배터리는 이 시나리오의 에너지 요건의 75%가 달성될 것이다.

작업시간 중에 캡을 씌우지 않은 상태에서의 1주 작업시간의 경우

이 시나리오의 에너지 요건은 1561mAh이다. 명목적인 340mAh 시간의 배터리는 이 시나리오의 에너지 요건의 22%가 달성될 것이다.

소프트웨어 디자인

넷페이지 펜 소프트웨어 개요

넷페이지 펜 소프트웨어는 넷페이지 펜(400)과 넷페이지 포드(450)내의 마이크로프로세서로 실행하는 소프트웨어를 포함한다.

펜은 상술한 전자회로 디자인 단락에 상세히 설명된 바와 같이, 다수의 마이크로프로세서를 포함한다. 넷페이지펜 소프트웨어는 Atml ARM7 CPU(574, 이하에서는 CPU 라고 함), 힘센서 마이크로프로세서(582)로 실행하는 소프트웨어 및 또한 CSR 블루코어 블루투스 모듈(578, 이하에서는 펜 블루코어 라고 함)에 대하여 VM에서 실행하는 소프트웨어를 포함한다. 이러한 프로세서들의 각각은 세팅(setting)과 다른 장기보존 데이터(persistent data)와 함께, 특정의 프로세서 소프트웨어를 저장하는 관련된 플래쉬 메모리를 갖는다. 펜 블루코어(578)는 또한 모듈 제조업체에 의해 공급된 펌웨어(firmware)를 실행하고, 이 펌웨어는 넷페이지 펜 소프트웨어의 일부로서 고려되지 않는다.

포드(450)는 CSR 블루코어 블루투스 모듈(이하에서는 포드 블루코어 라고 함)을 포함한다. 넷페이지 펜 소프트웨어는 또한 포드 블루코어에 대하여 VM에서 실행하는 소프트웨어를 포함한다.

넷페이지 펜(400)이 넷페이지 태그된 표면(548)을 가로지르므로, 서로 관련된 위치와 힘 샘플의 스트림(stream)이 생성된다(위의 넷페이지 개요 참조). 이 스트림은 DInk 라고 한다. 주목할 점은, DInk는, 넷페이지 펜이 넷페이지 태그된 표면에 근접하여 있지만 그 태그된 표면을 형성하지 않을 때 생성된 영(zero)의 힘(소위 "호버 DInk" 라고 함)을 갖는 샘플을 포함한다는 것이다.

넷페이지 펜 소프트웨어의 CPU 부품은 DInk 캡쳐, 태그 이미지 처리 및 복호 화(쥬피터 이미지 센서(576)와 연관하여), 저장 및 오프로드(offload) 관리, 호스트 통신, 사용자 피드백 및 소프트웨어 업그레이드(upgrade)를 위한 역할을 한다. 또한, 그 CPU 부품은 작동 시스템(RTOS) 및 적절한 하드웨어 드라이버를 포함한다. 또한, 교정(calibration), 구성(configuration) 또는 상세한(비필드(non-field) 고장진단(fault diagnosis)을 위한 제조 및 유지보수 모드를 제공한다. 넷페이지 펜 소프트웨어의 힘센서 마이크로프로세서(582) 부품은 메인 CPU에 대한 힘 샘플(force sample)을 필터링하고 준비하기 위한 역할을 한다. 펜이 테더드 모드(tethered mode)로 작동할 때, 펜 블루코어 VN 소프트웨어는 USB에 CPU UART(588) 인터페이스를 브리징(bridging)하기 위한 역할을 한다. 펜이 블루투스 모드로 작동할 때, 펜 블루코어 VM 소프트웨어는 사용되지 않는다.

포드 블루코어 VM 소프트웨어는 포드(450)가 펜(400)을 충전하고, 포드 LED(452)를 적당히 제어하며, USB를 거쳐 호스트 PC와 통신할 때를 감지하기 위한 역할을 한다.

이하에, 소프트웨어 모듈에 대한 더 상세한 설명을 한다.

넷페이지 펜 소프트웨어는 초기 부트 로더(boot loader)를 제외하고, 현장 업그레이드가능(field upgradable)하다. 현장 업그레이드가능 부분은 힘센서 마이크로프로세서(582)로 실행하는 소프트웨어를 포함한다. 소프트웨어 업그레이드는 그 통상적인 통신기구(블루투스 또는 USB)를 거쳐 펜에 전달된다. 수신되어 검증된 후에, 펜이 오프로드 동안에 DInk를 포함하지 않을 때 다음의 중지(shutdown)/개시(startup) 사이클에 대하여 새로운 소프트웨어 이미지가 설치될 것이다.

넷페이지 시스템 개요

넷페이지 펜 소프트웨어는 넷페이지 릴레이와 넷페이지 서버를 포함하는 대형의 소프트웨어 시스템과 연관하여 작동하도록 설계된다. 다음의 설명은 넷페이지 펜에 관한 이러한 시스템들의 간략한 개요이며, 이러한 시스템들에 대한 소프트웨어의 상세한 내용과 넷페이지 펜 소프트웨어에 대한 그 인터페이스의 사향은 상기 상호참조한 문헌들에 설명되어 있다.

넷페이지 릴레이는 펜으로부터 DInk를 수신하고, 그 DInk를 넷페이지 서버 또는 로커 어플리케이션에 전달하기 위한 역할을 한다. 그 릴레이는 펜(블루투스 기술부문에서는 페어링(pairing)으로 됨)에 의해 신뢰되는 장치로 실행하는 신뢰할 수 있는 서비스이다.

릴레이는 펜과 DInk 소비자들(넷페이지 서버 또는 기타의 어플리케이션 등) 사이를 중개하면서, 폭넓은 네트워크 서비스를 제공한다. 중요한 릴레이 장치는 넷페이지 포드가 탑재된 데스크 탑/랩탑(laptop) 컴퓨터일 것이다. 블루투스가 탑재된 모바일 폰과 PDA는 또한 릴레이로서 사용될 수 있다. 릴레이는 GPRS, WiFi 또는 전통적인 유선 랜(wired LAN)에 블루투스 접속을 브리징함으로써 WAV 서비스에 대한 액세스(access)를 펜에 제공한다.

넷페이지 서버는 DInk를 영구적으로 지속하며, DInk계 어플리케이션(필기 인식 및 양식 완성(form completion) 등)에 대한 어플리케이션 서비스와 지속되는 DInk(조사, 검색 및 재인쇄 등)에 대한 데이터베이스 기능성의 양쪽을 제공한다.

로컬 어플리케이션은 넷페이지 릴레이로부터 DInk 스트림을 수신하여 특정 응용분야를 위해 사용한다(이미지 생성/조작 응용분야에서의 포인터(pointer) 교체 등)

내부 디자인

넷페이지 펜 소프트웨어는 다수의 주요 모듈로 나누어진다.

● 이미지 처리

● DInk 저장 및 오프로드 관리

● 호스트 통신

● 사용자 피드백

● 전원관리

● 소프트웨어 업그레이드

● 실시간 작동시스템

● 하드웨어 드라이버

● 제조 및 유지보수 모드

● 힘센서 마이크로프로세서 소프트웨어

● 펜 블루코어 VM 소프트웨어

● 포드 블루코어 VM 소프트웨어

이 단락의 나머지는 이러한 주요 소프트웨어 모듈들의 간략한 개요를 제공하고 있다.

이미지 처리

넷페이지 태그된 표면을 가로지름으로써 생성된 DInk 스트림에서의 위치정보 는 쥬피터 이미지 센서(576)에 의해 캡쳐된 태그된 이미지의 분석을 수행함으로써 생성된다.

이미지 처리 모듈은 쥬피터에 의해 캡쳐된 이미지를 분석하고, 태그를 식별하여 복호화하고, 펜의 포즈를 평가하며, 위치 샘플을 얻기 위해 이러한 정보를 조합하기 위한 역할을 한다.

DInk 저장 및 오프로드 관리

넷페이지 태그된 표면(예컨대, 호버 DInk를 제외)의 물리적 마킹(physical marking)에 상당하는 DInk는 넷페이지 태그된 표면의 정확한 재현성을 고려하기 위해 넷페이지 시스템에 의해 확실하고 트랜잭션상으로(transactionally) 기록되어야 한다. 이러한 DInk의 기록 보장은 DInk 저장 및 오프로드 관리 소프트웨어의 역할이다. 넷페이지 펜에 대하여 플래시 메모리에서 DInk를 지속하고, 넷페이지 릴레이를 거쳐 넷페이지 서버로의 DInk의 오프로드의 예정을 세운다. 이러한 오프로드 과정은 트랜잭션적이다. 즉 이는, DInk가 넷페이지 서버에 의해 수신되어 지속되는 것을 보장할 수 있을 때까지 펜 소프트웨어가 DInk의 그 기록을 유지하는 것이다.

DInk는 DInk에 대한 실시간 응답을 요구하는 응용분야((예컨대, 그래픽 편집 어플리케이션 등의 마우스(mouse) 또는 테이블 포인터(table pointer)의 교체물로서 펜을 사용하는 응용분야)에 실시간으로 스트림될 수도 있다. 이는 일반적인 DInk 또는 호버 DInk(호버를 지원하는 응용분야에 대하여)일 수도 있고, 이러한 응용분야에 대하여 DInk를 스트림하기 위한 넷페이지 펜 소프트웨어의 능력은 지속적 인 DInk의 저장 및 오프로드 요건과 직교한다.

호스트 통신

넷페이지 펜 소프트웨어는 무선 블루투스 통신 또는 유선 USB 접속 중 어느 한 쪽을 통하여 넷페이지 릴레이와 통신한다. 블루투스 접속성(connectivity)은 펜 블루코어에 의해 제공된다. USB 접속성은 "패스 스루(pass through)" 모드에서 블루투스 모듈을 사용함으로써 제공된다.

소프트웨어의 통신 모듈은 DInk를 DInk 저장 및 오프로드 관리 모듈로부터 릴레이로 확실하게 전송하기 위한 역할을 한다. 또한 그것은 알려진, 신뢰할 수 있는 릴레이의 지속적인 리스트(list)를 유지하는 것과 같은 관리 기능성을 제공하며 사용자 사양에 따른 장치를 갖는 페어링(pairing)을 허용한다. 그 통신 모듈은 펜 블루코어와 통신하기 위한 CSR에 의해 제공되는 제3자 소프트웨어(즉, ABCSP 스택(stack), CSR, ABCSP Overview, AN11 참조)를 포함한다. 블루투스 통신은 블루투스 쌍 장치(paired device)로만 실행되며, 이러한 통신들을 확보하기 위해 블루투스 암호화 시설(encryption facility)들을 사용한다.

사용자 피드백

넷페이지 펜은 사용자 피드백을 위해 2개의 LED와 진동모터를 제공한다. 사용자 피드백 소프트웨어 모듈은 제공된 메카니즘을 이용하여 다른 소프트웨어 모듈로부터의 신호를 사용자 피드백으로 변환하기 위한 역할을 한다.

전원관리

넷페이지 펜은 제한된 파워 버젯(power budget)을 가지며, 그 디자인은 많은 방식에 있어서 역학적인 전원 절약을 고려한 것이다.

예컨대, CPU는 주변장치가 전원을 절약하기 위해 사용하지 않을 때 그 주변장치를 디스에이블(disable)로 할 수 있고, 펜 블루코어는 요구되지 않을 때 은 슬립모드(deep sleep mode)로 놓여지거나 전원 꺼짐(power down)으로 될 수 있다. CPU 자체는, 펜이 고기능으로 실행하지 않을 때 전원 꺼짐으로 될 수 있다. 실제로, 고유한 올웨이즈온(always-on) 부품들은 외부자극에 응답하여 CPU를 전원 켜기(power on)로 할 수 있는 힘센서 마이크로프로세서(582) 및 전원관리칩(580)이다.

전원관리칩(580)은 필요로 하지 않은 주변장치들과 요구하는 바와 같은 그 밖의 부품들을 스위치 오프(switch off)함으로써 전류 펜 상태를 분석하고 전원 사용을 최적화기 위한 역할을 한다. 즉, 이러한 모듈은 요구하는 펜 기능성으로 최적의 전원 사용을 제시하기 위해 전원관리모듈에 의해 제공된 시설들을 명확히 관리하다.

소프트웨어 업그레이드

넷페이지 펜 소프트웨어는 그 블루투스 또는 USB 접속을 거쳐 새로운 소프트웨어 이미지를 얻으면서 현장 업그레이드가능하다.

소프트웨어 업그레이드 모듈은 통신모듈을 거쳐 완전한 이미지들의 다운로드를 관리하고, 포함된 검사합계에 대하여 이러한 이미지들을 검증하며, 검증되었을 때 펜이 교정된 이미지로부터 부팅되도록 정렬하기 위한 역할을 한다.

소프트웨어 업그레이드 과정은 일반적인 펜 거동과 동시발생적으로 크게 일 어난다. 새로운 이미지들의 다운로드는 일반적인 펜 작동과 DInk 오프로드와 동시발생적으로 일어날 수 있다. 그러나, 새로운 소프트웨어 이미지로부터 부팅하기 위한 실제의 스위치는 중요한 DInk가 전혀 오프로드되지 않게 될 때에만 실행된다. 이는 내부 DInk 포맷(format)들의 관리를 간소화시키고, 이 포맷들이 필요로 하는 경우 새로운 소프트웨어 로드(load)에서 업그레이드되게 할 수 있다.

몇 가지 상황하에서 페어링 작동(pairing operation)를 반복하는 것이 필요할 수도 있더라도, 릴레이를 갖는 현재의 페어링 구조(pairing arrangement)들은 소프트웨어 업그레이드를 잔존시킬 것이라고 기대된다.

펜 조립순서

각종의 부조립체들과 부품들은 펜 섀시 몰딩(416)(도 41 참조)내에 수동으로 삽입된다.

위치지정을 위해 몰딩에 대한 끼워 맞춤(snap fit) 및 범프(bump)의 폭넓은 사용이 있기 때문에, 그 조립체들의 어떠한 것을 삽입하는 데에 필요로 하는 특정의 도구는 전혀 없다. 필요로 하는 고유한 조립도구는 펜 조립체를 밀봉하기 위해 검사한 후에 요구되는 콜드 스택킹(cold stacking) 절차이다.

펜의 조립순서는 다음과 같다:

펜 섀시 조립체

탄성 엔드캡(460)은 상기 섀시 몰딩(416)의 단부에 있는 개구(634)와 그 개구를 통하여 당겨져서 그 위치에 고정되는 탭(tab, 636)을 통하여 제공된다.

광학 조립체

광학 조립순서는 다음과 같다:

● 렌즈를 원통의 개구정지부까지 제공하여 그 위치에 부착한다.

● 적외선 필터를 원통 몰딩의 정면의 위치로 밀어 넣는다.

● 이미지 센서를 갖는 플렉스를 원통 몰딩의 상부까지 제공하여 2개의 핀위에 정확히 위치시킨다.

● 원통 몰딩의 바닥 주변에 에폭시를 도포하여 플렉스를 그 위치에 접합하고 광과 입자상 오염물로부터 이미지 센서를 밀봉한다.

광학 조립체 삽입

도 42(a)에 도시된 바와 같이, 펼쳐진 플렉스 PCB(496)를 갖는 광학 조립체(470)는 섀시 몰딩(416)에 삽입되어 그 위치에 체결된다. 다음에, IR LED(434, 436)는 도 42(b)에 도시된 바와 같이 원통 몰딩(492)의 어느 한 쪽의 측면에서 크래들(638)내에 삽입된다.

힘감지 조립체 삽입

도 43(a) 및 도 43(b)에 도시된 바와 같이, 힘감지 조립체(474)는 섀시 몰딩(416)과 광학 원통 몰딩(492) 사이를 통하여 제공된다. 조립체(474)는 아래로 회동되고 힘센서는 리브(640)와 지지부(642) 사이에서 섀시 몰딩에 정확한 방향으로 고정된다.

탄성 부트(elastomeric boot, 644)를 갖는 진동모터(446)는 섀시(416)의 개구에 조립된다. 부트(644)는 섀시(416)내에 모터를(446)를 고정하여 정확히 방향 을 잡는 지지부(642)상에 네거티드 드래프트(nagative draft)를 갖는다.

광파이프 몰딩(448)은 섀시 몰딩(416)에 배치되어 억지 끼워 맞추어진다.

PCB 및 배터리 삽입

광학 플렉스 PCB(496)의 단부는 메인 PCB(422)상의 플렉스 커넥터(614)에 제공되어 고정된다.

다음에 소켓이 PCB(422)의 상부측상에 있고 보드가 섀시 몰딩(416)내에 있을 때 접근할 수 없으므로 메인 PCB(422)와 LiPO 배터리(424)는 함께 접속된다. 배터리(424)는 PCB의 하부측상의 부품들을 보호하고 배터리가 완전히 조립될 때 그 배터리의 이동을 금지하기 위하여 발포 패드(foam pad)를 갖는다.

도 45를 참조하면, 이제 메인 PCB(422)와 배터리(424)는 플렉스 PCB(496)에 과도한 응력을 주지 않도록 주의하면서 섀시 몰딩(416)내의 위치로 회전될 수 있다.

도 46(a) 및 도 46(b)는 베이스 몰딩(528)의 개구(650)에 콜드 스테이크 핀(648)을 밀봉하는 콜드 스테이크 도구(646)를 도시한 것이다. 콜드 스테이크(648)는 PCB(422)를 섀시 몰딩(416)내에 위치시키는 것을 돕는 데에 사용되며, 부드러운 압력에 따라 상기 섀시(416)의 벽은 PCB와 결합하여 확실하게 지지하도록 끼워 맞추어질 수 있을 만큼 충분할 정도로 뻗어 있다. 필요하다면, PCB는 상기 섀시 벽을 같은 방식으로 구부림으로써 역시 빼낼 수 있다. 필요한 경우, 배터리는 접착 테이프로 제 위치에 고정될 수 있다.

베이스 몰딩(528)은 섀시 몰딩(416) 위에 힌지(hinge)식으로 부착되어, 콜드 스테이크(648)가 개구(650)에 나타날 때 완전히 위치되게 된다.

검사 및 스태이킹 (staking)

이 점에서, 조립체는 광학 및 전자 진단검사를 수행할 수 있을 만큼 완성된다. 어떤 문제점이 일어나면, 조립체는 다시 쉽게 분해될 수 있다.

일단 승인되면, 콜드 스테이크 도구(646)는 그것을 스웨이지 하면서 섀시 몰딩(416)으로부터 핀(648)에 적용되어 베이스 몰딩(528)을 확실하게 지지시킨다(도 46(b)). 이는 내부 부품에 대한 어떠한 사용자 접근도 방지하는 것이다.

제품라벨

도 47은 베이스 몰딩(416)에 부착되어 콜드 스테이크(648)를 가리는 제품라벨(652)을 도시한 것이다. 이 라벨은 이러한 부류의 디지털 모바일 제품의 필요한 모든 제품 정보를 지니고 있다. 이 라벨은 맞춤제작가능한 튜브 몰딩(466)(도 49 참조)이 사용자에 의해 제거될 때 노출된다.

펜촉 몰딩 삽입

도 48에 도시된 바와 같이, 펜촉 몰딩(428)은 펜 조립체에 이르기까지 제공되고 밀봉된 펜 유닛을 형성하도록 섀시(416) 및 베이스 몰딩(528)에 접하여 제자리에 영속적으로 체결된다.

튜브 몰딩 조립체

도 49에 도시된 바와 같이, 튜브 몰딩(466)은 펜 조립체 위로 슬라이딩된다. 튜브(466)는 얇은 벽을 고려하기 위해 중심으로부터 통풍되는 투명한 몰딩이다. 수성 그래픽 인쇄는 사용 중에 펜의 광파이프(448)을 통하여 볼 수 있는 창(412)을 유지하기 위해 사용된 마스크(mask)을 갖는 표면에 적용된다. 섀시 몰딩(416) 상의 위치지정부(656)는 그 몰딩이 수용부로 밀어 넣어질 때 확실한 피드백을 제공한다. 사용자는 펜촉을 지지하고, 펜 조립체에 접근을 함이 없이 잡아당기는 것에 의해 튜브 몰딩을 제거할 수 있다.

캡 삽입

캡 조립체는 도 50에 도시한 바와 같이 제품을 완"14" n="617">튜브 몰딩 조립체

캡 삽입

캡 조립체는 도 50에 도시한 바와 같이 제품을 완성시키기 위해 펜 위에 끼워 맞추어진다.

넷페이지 펜의 주요 전원상태

도 51은 펜이 채용할 수 있는 각종의 전원상태는 물론 그 전원상태 중에 펜이 기능하는 상태를 도시한 것이다.

캡 씌움

캡이 씌워진 상태(656)에서는, 펜은 어떠한 캡쳐 사이클(capture cycle)도 실행하지 않는다.

대응하는 펜 블루투스 상태는 접속완료, 접속중, 접속 시간초과(timeout) 또는 비(非)접속의 상태이다.

호버1

호버1 상태(658)에서는, 펜은 매우 낮은 주파수의 캡쳐 사이클(초(秒) 당 1 캡쳐 사이클의 배열을 가짐)를 실행하고 있다. 각각의 캡쳐 사이클은 유효 복호화(valid decode)를 위해 검사되며, 이는 사용자가 펜을 호버 모드에서 사용하려고 시도하고 있다는 것을 나타내고 있다.

유효 펜 블루투스 상태는 접속완료 또는 접속중의 상태이다.

호버2

호버2 상태(660)에서는, 펜은 활성 상태(662)에서 보다 더 낮은 주파수의 캡쳐 사이클(초 당 50 캡쳐 사이클의 배열을 가짐)을 실행하고 있다. 각각의 캡쳐 사이클은 유효 복호화를 위해 검사되며, 이는 사용자가 펜을 호버 모드에서 계속 사용하고 있다는 것을 나타내고 있다.

유휴 상태(idle)

유휴 상태(664)에서는, 펜은 어떠한 캡쳐 사이클도 실행하지 않지만, 펜은 펜 다운 경우의 5ms 이내에 다수의 캡쳐 사이클 중의 첫 번째 사이클을 시작할 수 있을 만큼으로 활성화된다.

활성화 상태

활성화 상태(662)에서는, 펜은 풀 레이트(full rate)로 캡쳐 사이클(초당 100 캡쳐 사이클)을 실행하고 있다.

넷페이지 펜 블루투스 상태

도 52는 디지털 잉크 오프로드 요건에 응답하기 위하여 블루투스 무선 통신 부시스템에 관련되는 넷페이지 펜 전원상태를 도시한 것이다. 부가적으로, 펜은 블루투스 페어링을 확립하기 위하여 장치(device)들로부터의 접속들을 받아들일 수 있다.

가능한 펜 블루투스 관련 상태들 각각에 대하여는 다음의 단락에서 설명한다.

접속완료

접속완료 상태(666)에서는, 펜의 주요 임무(task)는 펜 저장부 내에 존재할 수도 있는 어떠한 디지털 잉크도 오프로드하는 데 있고, 또는 그것이 캡쳐됨에 따라 디지털 잉크를 흐르게 하는 데 있다. 접속완료 상태에 있더라도, 다른 장치들이 블루투스 페어링의 목적을 위해 펜에 접속할 수 있어야 한다.

접속된 동안에 소비전력을 줄이기 위해, 디지털 잉크 전달의 비교적 낮은 대역폭 요건의 이점을 갖고 블루투스 저전원 모드로 주기적으로 들어가는 것이 바람직하다. 유용한 저전원 모드는 전형적으로 스니프 모드(Sniff mode)일 것이며, 여기서 펜의 필요로 하는 주기적인 블루투스 활성화(activity)는 스니퍼 간격에 기초하여 감소되고, 이 스니프 구간은 디지털 잉크 전달의 현 대역폭 요건에 의해 결정된다.

접속중

접속중 상태(668)에 있더라도, 펜은 펜 메모리내에 저장된 디지털 잉크를 오프로드하든지, 또는 캡쳐 사이클의 순서를 예상하든지 간에 다수의 알려진 NAP(Network Access Point)들 중 하나에 대한 접속을 확립하려고 한다.

접속중 상태(668)로 들어갈 때, 펜은 비교적 높은 주파수로 라운드 로빈 방식(round-robin faction)으로 각각의 장치의 질의/페이지(Inquiry/Page)를 시도한다. 접속이 성공하지 못하면, 전체의 전력소비를 줄이기 위해 질의/페이지의 주파수를 다수의 단계들로 연속적으로 감소시킨다.

질의는 10.24s 동안 지속할 수 있고 임의의 간격으로 반복된다. 초기에 질의는 처음 3번 시도에 대하여 평균 5s 간격으로 반복되고, 이어서 다음 5번 시도에 대하여 30s, 그리고 나서 그 다음 10번 시도에 대하여 5분, 그 다음의 시도에 대하여 10분 간격으로 반복될 수도 있다.

접속 시간초과

접속 시간초과 상태(670)에서는, 펜은 단선(disconnection)되기 전에 적어도 2분 동안 비교적 긴 스니프 간격(예컨대, 2.56초)으로 블루투스 저전원 스니프 상태로 들어감으로써 현재의 블루투스 접속을 유지한다. 2분 경과 전에 접속이 중지되면, 그 접속의 재확립은 시도되지 않는다.

비접속

비접속 상태(672)에서는, 펜은 그 내부 메모리내에 어떠한 디지털 잉크도 보유하지 않고 캡이 씌어져 있다. 블루투스 활성화가 전혀 없고 블루투스 접속이 전혀 존재하지 않는다.

발견가능(discoverable) 및 비(非)발견가능(not discoverable) 상태

펜은 호버1(658)과 유휴상태(664)의 주요 상태 동안에 오직 발견가능상태(674)이다. 펜은 다른 장치들로부터의 접속요청에 응답하기 위하여 호버1(658) 또는 유휴상태(664)에 있더라도 질의 스캔(inquiry scan) 및 페이지 스캔(page scan)에 들어간다.

캡검출회로

다시 한번 도 26을 참조하면, 캡검출회로도가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 펜촉 몰딩(428)에의 캡 조립체(472)의 존제 여부는 펜 전원상태 및 블루투스 상태를 직접 결정할 수 있다. 캡 조립체(472)는 펜(400)이 사용중이 아닐 때 펜촉(418)과 영상광학부(426)를 보호하며, 그 제거 또는 교체를 통하여 펜에 전원보존상태를 중지하거나 그 상태에 들어가라는 신호를 보내는 이중 목적(dual purpose)의 역할을 한다.

상기한 '포드 조립체' 단락에서 설명한 바와 같이, 펜(400)은 한 세트의 외부 접점부 - 전원 접점부(678) 및 데이터 접점부(680)를 제공하는 동축 전도성 튜브(498)를 갖는다. 이들은 펜에 충전 전원과 USB 접속을 제공하기 위해 포드(450)내의 접점부(516)과 결합한다. 펜촉 몰딩(428) 위에 놓여질 때, 전도성 탄성 몰딩(522)은 캡이 존재한다는 신호를 보내기 위해 펜의 전원 접점부(678)를 단락시킨다.

펜은 다음의 3가지 캡핑 상태(capping state)를 갖는다:

● 캡 온(cap on)

● 포드 상태가 아닐 때의 캡 오프(cap off)

● 포드 상태일 때의 캡 오프(cap off)

캡 온 상태에서는, 캡 온 신호(CAP ON signal)(682)는 높다. 펜은 전원 꺼 짐 상태로 될 것이고, 넷페이지 펜 블루투스 상태 단락에서 설명한 바와 같이, 디지털 잉크 오프로드 등의 다른 계류중의 활성화(pending activity)를 받기 쉽다.

포드 상태가 아닐 때의 캡 오프에서, 캡 온 신호(682)는 낮다. 펜은 전원 켜기 상태로 될 것이다.

포드 상태일 때의 캡 오프에서, 캡 온 신호(682)는 낮다. 펜은 전원켜기 상태로 될 것이다.

캡 온 신호(682)는 상기한 넷페이지 펜 전원상태 단락에서 설명한 바와 같이, 전원관리유닛(580)과 Amtel ARM7 마이크로프로세서(574)(상기한 펜 디자인 단락 참조)를 통하여 캡이 씌워진 상태(656)로 오가는 전이(transition)를 일으킨다.

배터리 충전기는 배터리를 충전하기 위해 VCHG 신호(684)를 사용할 수 있다. VCHG 신호(684)는, 배터리가 500mA(USB 사양에 기초함)까지로 충전될 수 있게 하기 위하여 USB VBUS 전압(명목적으로 5V)으로 접속될 수 있다. VCHG 신호는 USB VBUS 전압(최대 충전전류는 500mA보다 낮을 것이다)를 부스트화함으로써 생성된 더 높은 전압으로 접속될 수도 있다. 선택적으로, VCHG 신호는 다른 전압으로, 예컨대 포드(450)에 접속된 DC 플러그 팩(632)(접속 선택사양 단락 참조)으로부터 접속될 수 있다. 이 경우에, 펜은 USB 호스트(630)의 관점에서 보면, 자가 전원공급방식(self-powered)의 USB 장치이다.

캡 조립체(472)가 제거될 때, 캡 온 신호(682)는 트랜지스터 Q1(686)을 통하여 낮게 끌어 당겨진다. Q1의 스위칭 시간(switching time)과 그에 따른 캡 제거 검출의 지연시간(latency)은 Q1의 부유용량(stray capacitance)과 저항 R1(688)의 값의 함수이다. 1Mohm의 값은 약 0.5ms의 지연시간을 초래한다. 캡 제거 검출 지연시간은 캡이 씌워진 상태에서 배터리의 방전율(discharge rate)에 대하여 균형을 이루어야 한다. 1Mohm의 값은 3μA의 보잘것 없는 방전율을 산출한다. 다이오드 D1(690)은 VCHG 전압(684)으로부터 R1(688)을 통하여 충전되는 배터리를 중지시킨다.

외부 USB 호스트(630)(도 37 참조)는 USB+(694) 및 USB-(696)를 통하여 펜(400)의 USB 장치(692)에 접속된다. 도 26의 회로가 4선식(four-wire) USB 인터페이스를 참조하여 도시되어 있지만, 그 회로의 캡 검출기능은 2선식(two-wire) 전원 인터페이스에만 관련되며, 펜은 제품 구성에 따라 4핀 외부 USB라기 보다는 2핀 외부 전원 인터페이스를 가질 수 있다.

상기한 설명은 단지 예시적인 것에 불과하며 당해 분야의 숙련자라면 폭넓은 발명의 개념의 정신과 범주로부터 벗어나지 않는 많은 변화와 변경을 바로 인식할 수 있을 것이다.

Claims

감지되는 힘의 적용을 받는 입력부재와 접촉하기 위한 하중지지구조물(load bearing structure);

상기 하중지지구조물에 인가된 힘을, 힘을 나타내는 신호로 변환하기 위한 센서회로; 및

상기 하중지지구조물에 대하여 편심시키기 위하여 상기 입력부재에 결합하기 위한 예압 편심 조립체(pre-load bias assembly); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘센서.
제1항에 있어서,

상기 예압 편심조립체는 입력부재에 해제가능하게 결합하기 위한 스프링 및 결합구조물을 갖는 것을 특징으로 하는 힘센서.
제1항에 있어서,

상기 센서회로는 압전저항 브리지 회로(piezo-resistive bridge circuit)인 것을 특징으로 하는 힘센서.
제1항에 있어서,

상기 센서회로는 정전용량 또는 유도 힘 감지회로인 것을 특징으로 하는 힘 센서.
제1항에 있어서,

상기 센서회로는 500g(5 N))까지 힘을 감지하는 것을 특징으로 하는 힘센서.
제1항에 있어서,

상기 센서회로로부터 출력된 신호는 필기체 인식능력을 지원하는 것을 특징으로 하는 힘센서.
제1항에 있어서,

상기 하중지지구조물은 작동 중에 10μ 전체 범위(full span) 이동을 갖는 것을 특징으로 하는 힘센서.
제1항에 있어서,

상기 예압 편심조립체는 10g～20g(0.1N～0.2N)의 편심을 가한 것을 특징으로 하는 힘센서.
제1항에 있어서,

상기 입력부재는 필기 스타일러스(writing stylus)내의 잉크 카트리지인 것 을 특징으로 하는 힘센서.
제1항에 있어서,

상기 하중지지구조물은 입력부재에 충격하중을 흡수하기 위하여 탄성부재를 갖는 것을 특징으로 하는 힘센서.
길다란 몰딩(elongate molding);

상기 길다란 몰딩의 일단부에 있는 펜촉(nib); 및

상기 길다란 몰딩에 장착된 힘센서를 포함하며,

상기 힘센서는 펜촉에 연결된 입력부재와 접촉하기 위한 하중지지구조물, 펜촉에 가해진 힘을, 힘을 나타내는 신호로 변환한기 위한 센서회로, 및 상기 하중지지구조물에 대하여 편심시키기 위해 입력부재에 결합하기 위한 예압 편심조립체를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 스타일러스.
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