KR101337055B1 - 내구성 있는 디지털 기입 및 스케칭 기구 - Google Patents

내구성 있는 디지털 기입 및 스케칭 기구 Download PDF

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데이빗 맥기
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    • G09G5/00—Control arrangements or circuits for visual indicators common to cathode-ray tube indicators and other visual indicators

Abstract

손으로 잡을 수 있고, 내구성 있는 디지털 기입 및 스케칭 장치(또는 조립체)는 사용자가 장치를 이동시킴으로써 보이는 기입 표면의 광학 윈도우를 통한 뷰를 갖는 내장 카메라를 포함하는 튼튼한 구조를 갖는다. 상기 장치는 튼튼하고, 밀폐되며, 낙하와 침수, 거친 물질 침투를 견딜 수 있고, 화학적 및 곰팡이 저하에 대항할 수 있다. 광학 윈도우 및 카메라로의 광학 채널이 상기 장치의 기능에 해로운 환경적 요소에 대하여 밀폐된 장벽을 제공하는 내구성 있고 분리가능한 광 투과성 쉴드에 의해 보호된다. 기입 및 스케칭 장치가 스토우 상태와 디플로이 상태 사이를 오간다. 상기 디플로이 상태는 카메라가 기입 표면을 관찰하는 것을 포함하고, 스토우 상태는 카메라가 기입 표면을 관찰하는 것이 차단되거나 상기 기입 표면을 관찰하는 것으로부터 내부로 향하는 것을 포함한다. 디지털 기입 및 스케칭 장치의 또 다른 버전은 장치의 밀폐된 챔버에서 이동가능하고 교환가능한 분리가능한 스타일러스와 펜을 포함한다. 상기 스타일러스 포인트, 또는 잉크 리필 팁(둘 모두는 펜 팁)은 온-보드 장치 카메라의 시야 내에 있다. 디지털 기입 및 스케칭 장치로부터 통신되는 신호 전송은, 삽입된 스타일러스, 또는 펜이 받는 압력을 비례적으로 표현하고 마이크로프로세서 기반의 디스플레이에 전달하며, 상기 디스플레이는 온-보드 카메라가 겪는 변화되는 시야를 기입 표면을 스캔하여 이뤄지는 듯이 전달한다.

Description

내구성 있는 디지털 기입 및 스케칭 기구{DURABLE DIGITAL WRITING AND SKETCHING INSTRUMENT}
본원은 미국 및 국제 저작권법에 의해 보호받는다. 저작권자는 Adapx이며, 모든 권리는 저작권자에게 있다. 이 특허 문서의 내용 중 일부는 저작권에 의해 보호되는 자료를 포함한다. 저작권자는 USPTO에 의해 정식으로 공개된 후의 특허 문서들 중 어느 하나에 의한 팩시밀리 재생산에 이의를 갖지 않는다.
본 출원은 2007년 5월 21일자 US 특허 출원 제11/751,544호로부터 우선권을 주장하며, 상기 특허 출원은 본원에서 참조로서 인용된다.
본 출원은 2007년 5월 9일자 US 가특허 출원 제60/917,034호로부터 우선권을 주장하며, 상기 가특허 출원은 본원에서 참조로서 인용된다.
본 출원은 2007년 5월 1일자 US 가특허 출원 제60/892,500호로부터 우선권을 주장하며, 상기 가특허 출원은 본원에서 참조로서 인용된다.
본 출원은 2006년 12월 18일자 US 가특허 출원 제60/870,601호로부터 우선권을 주장하며, 상기 가특허 출원은 본원에서 참조로서 인용된다.
본 출원은 2006년 12월 7일자 US 가특허 출원 제60/869,093호로부터 우선권을 주장하며, 상기 가특허 출원은 본원에서 참조로서 인용된다.
본 출원은 2006년 12월 5일자 US 가특허 출원 제60/868,717호로부터 우선권 을 주장하며, 상기 가특허 출원은 본원에서 참조로서 인용된다.
본 출원은 2006년 10월 13일자 US 가특허 출원 제60/829,520호로부터 우선권을 주장하며, 상기 가특허 출원은 본원에서 참조로서 인용된다.
본 출원은 2006년 5월 22일자 US 가특허 출원 제60/802,830호로부터 우선권을 주장하며, 상기 가특허 출원은 본원에서 참조로서 인용된다.
본 출원은 디지털 기반 스캐너에 관한 것이다.
디지털 펜(digital pen) 장치가 수년 동안 사용되어왔다. 통상적으로, 디지털 펜은 Maxell Penit, Nokia SU-B1, Leapfrog Fly, C Technologies C-Pen 및 Logitech ioTM 등의 펜 제품으로 구성된다. 이들 종래의 디지털 펜이 갖는 주요한 문제는, 이들 제품들은 소비재 시장(consumer market)용으로 설계되고, 따라서 거친 외부 환경 조건, 또는 거친 사용자 남용을 견디기에 충분히 튼튼하지지 않다는 것이다. 종래의 디지털 펜 컴퓨터가 갖는 또 다른 문제점은 이들 장치에서 사용되는 잉크가 보통의 작업 오피스 온도 조건 하에서 특정한 한정된 종이 위에서만 쓰여질 수 있도록 설계되었다는 것이며, 펜의 내구력이 제한되며, 파손된다는 것이다.
보통의 기입 표면(writing surface), 표준 환경적 작업 조건 및 보통의 조작자 핸들링으로 제한받지 않는 쉽게 파손되지 않는 펜(non-fragile pen)에 대한 필요성이 존재한다.
손으로 잡을 수 있고, 내구성 있는 디지털 기입 및 스케칭 장치(또는 조립체)는 사용자가 장치를 이동시킴으로써 보이는 기입 표면의 광학 윈도우를 통한 뷰를 갖는 내장 카메라를 포함하는 튼튼한 구조를 갖는다. 상기 장치는 튼튼하고, 밀폐되며, 낙하와 침수, 거친 물질 침투를 견딜 수 있고, 화학적 및 곰팡이 저하에 대항할 수 있다. 광학 윈도우 및 카메라로의 광학 채널이 상기 장치의 기능에 해로운 환경적 요소에 대하여 밀폐된 장벽을 제공하는 내구성 있고 분리가능한 광 투과성 쉴드에 의해 보호된다. 기입 및 스케칭 장치가 스토우 상태와 디플로이 상태 사이를 오간다. 상기 디플로이 상태는 카메라가 기입 표면을 관찰하는 것을 포함하고, 스토우 상태는 카메라가 기입 표면을 관찰하는 것이 차단되거나 상기 기입 표면을 관찰하는 것으로부터 내부로 향하는 것을 포함한다. 디지털 기입 및 스케칭 장치의 또 다른 버전은 장치의 밀폐된 챔버에서 이동가능하고 교환가능한 분리가능한 스타일러스와 펜을 포함한다. 상기 스타일러스 포인트, 또는 잉크 리필 팁(둘 모두는 펜 팁)은 온-보드 장치 카메라의 시야 내에 있다. 디지털 기입 및 스케칭 장치로부터 통신되는 신호 전송은, 삽입된 스타일러스, 또는 펜이 받는 압력을 비례적으로 표현하고 마이크로프로세서 기반의 디스플레이에 전달하며, 상기 디스플레이는 온-보드 카메라가 겪는 변화되는 시야를 기입 표면을 스캔하여 이뤄지는 듯이 전달한다.
도 1은 펜을 고정하는 캡 세션으로부터 확장된 디지털 펜 섹션을 보여주는, 디플로이 상태의 내구성 있는 디지털 펜 조립체를 도시한다.
도 2는 디지털 펜 섹션 및 그 구성요소를 단면으로 도시한다.
도 3은 디지털 펜 조립체의 캡 섹션을 단면으로 도시한다.
도 4는 캡 섹션으로부터 분리되는 디지털 펜 조립체의 동작 모드를 단면으로 도시한다.
도 5A는 디지털 펜 조립체의 비-동작 모드, 또는 스토우 모드로 위치하는 디지털 캡 섹션을 단면으로 도시한다.
도 5B는 스토우 모드로 위치하는 디지털 펜 조립체를 단면으로 도시한다.
도 6A는 캡 섹션의 대안적 실시예를 단면으로 도시한다.
도 6B는 캡 섹션의 또 다른 대안적 실시예를 단면으로 도시한다.
도 7은 밀폐된 잉크 카트리지 컨테이너의 단면 부분을 도시한다.
도 8은 IR 필터를 위한 사용자 분리가능형 커버를 도시한다.
도 9는 밀폐된 잉크 카트리지 컨테이너의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 10A는 디지털 펜의 대안적 실시예를 부분 단면으로 도시한다.
도 10B는 디지털 펜의 또 다른 대안적 실시예를 부분 단면으로 도시한다.
도 11은 배터리 충전 결정 알고리즘을 도시한다.
도 12는 도 10B에서 도시된 디지털 펜의 대안적 실시예(400)를 부분 단면으로 도시한다.
도 13A-C는 도 13의 디지털 펜(400)의 스타일러스 챔버(404)의 단면을 세부적으로 도시한다.
밀폐된, 비-동작 상태, 즉 스토우 상태(stowed state)에서 낙하와 잠수를 견디고, 동작 상태, 즉 디플로이 상태(deployed state)에서 물에 의해 초래되는 품질저하와 먼지(또는, 모래)의 유입 및 마멸에 대해 저항하는 튼튼한 구조를 갖는 디지털 기입(writing) 및 스케치(sketching) 장치(또는 조립체)가 제공된다. 상기 기입 및 스케치 장치(또는 조립체)는 스토우 상태와 디플로이 상태를 왕복하는 2개의 서브섹션을 포함할 수 있다. 상기 디플로이 상태는 디지털 기입 및 스케치 장치를 들고 있는 사용자의 손의 움직임에 의해 보여질 수 있는 방식으로, 기입 표면(writing surface)을 관찰하기 위한 카메라를 포함한다. 상기 스토우 상태는 기입 표면을 관찰하는 것이 가려지거나, 또는 상기 기입 표면을 관찰하는 것으로부터 내부로 향해지는 카메라를 포함한다. 또 다른 버전의 디지털 기입 및 스케치 장치는 밀폐된 챔버를 이용하여 교환될 수 있고, 분리될 수 있는 대체가능형 스타일러스(stylus) 및 펜 잉크 리필을 포함한다. 실질적으로 스타일러스와 펜 잉크 리필의 펜 단부의 포인트(즉, 펜 팁)가 디지털 기입 및 스케치 장치의 카메라 뷰(view)에 위치한다. 디지털 기입 및 스케치 장치로부터 통신되는 신호 전송이, 삽입된 스타일러스, 또는 펜 잉크 리필이 느끼는 압력을 전달하며, 마이크로프로세서 기반의 디스플레이에 비례하여 표현된다.
동작 상태에서, 디지털 펜은, 표면 상으로 사용자가 기입하거나 스케치하는 것의 이미지 캡처를 수행하기 위해, 보호성의 광을 전달하는 대체될 수 있는 쉴드(shield)를 포함하는 광소자(optics) 및 상기 광소자와 통신하는 연계되는 전자소자(electronics)를 사용할 수 있다. 상기 디지털 펜 내에서 동작하는 마이크로프 로세서는 표면으로부터의 정보를 해석하고, 시간, 또는 공간 데이터, 또는 둘 모두를 상기 해석된 정보와 연계시킨다. 이러한 표면은 도트(dot) 패턴을 포함하거나, 포함하지 않을 수 있다. 또 다른 버전의 디지털 펜은 구분된 섹션을 포함하는데, 상기 섹션은 스토우 상태와 디플로이 상태에 따라서 분리될 수 있도록 재-부착가능하며, 곰팡이와 충격에 저항력을 가지며, 부식성 무기 및 유기 용액에 대하여 안정적인 케이싱 물질(casing material)로 구성된다. 디지털 펜의 섹션은 마찬가지로 분리될 수 있도록 재-부착가능한 구성요소를 포함한다. 재-부착가능한 구성요소, 또는 재-부착가능한 섹션은 안정된 밀폐 부분과 견고하게 상호연결되어 있으며, 이로써, 스트레스가 심한 환경 조건 하에서의 사용자에 의한 작업이 가능해지며, 스토우 상태에서의 낙하와 잠수에 견딜 수 있다.
펜 기반의 실시예에서, 장치의 스토우 상태(stowed state)는 밀폐되고 교체가능한 잉크 카트리지의 펜 팁 및 그 인접한 광소자가, 표면을 관찰할 수 없는 기입-불가능 포지션으로 내부를 향할 때 발생하며, 디플로이 상태(deployed state)는 잉크 카트리지의 롤러 볼(roller ball), 또는 사인펜 팁(felt pen tip)이 기입-가능하고 광학 윈도우(optic window)가 기입 표면을 관찰하는 포지션으로 외부를 향할 때 발생한다. 대안적으로, 상기 디지털 펜 장치는, 펜 팁이 기입-가능한 포지션으로 외부를 향하는 포지션으로 고정된 모든 기능적 구성요소를 가질 수 있다. 그러나 이때, 상기 펜 팁은 분리형의 재-부착가능한 커버로 차폐되며, 상기 커버가 디지털 펜에 부착되었는가, 또는 분리되었는가에 따라서, 디지털 펜을 활성화시키거나 비활성화시키기 위한 회로를 더 포함한다. 두 실시예 모두에서, 활성 서브섹 션의 케이싱과 커버는 밀폐된, 비-동작 상태, 즉 스토우 상태에서 낙하와 잠수를 견디고, 동작 상태, 즉 디플로이 상태에서 물에 의해 초래되는 품질저하와 먼지(또는, 모래)의 유입 및 마멸에 대해 저항하는 튼튼한 구조를 포함한다.
디지털 펜 장치, 또는 조립체는 두 개의 활성 서브섹션을 포함할 수 있으며, 상기 두 개의 활성 서브섹션은, 밀폐된 교체가능형 잉크 카트리지 및 이와 인접한 광학 윈도우가 기입-불가능하고 표면 관찰-불가능한 포지션으로, 내부를 향하는 스토우 상태(stowed state)와, 잉크 카트리지가 기입-가능한 포지션으로 외부를 향하고 광소자 창이 기입 표면을 관찰하는 포지션으로 외부를 향하는 상태를 왕복한다. 대안적으로, 상기 디지털 펜 장치는 롤러 볼이 기입-가능 포지션으로 외부를 향하는 포지션으로 고정된 모든 기능적 구성요소를 가질 수 있다. 그러나 이때, 상기 롤러 볼은 분리형의 재-부착가능한 커버로 차폐되며, 상기 커버가 디지털 펜에 부착되었는가, 또는 분리되었는가에 따라서, 디지털 펜을 활성화시키거나 비활성화시키기 위한 회로를 더 포함한다. 두 실시예 모두에서, 활성 서브섹션의 케이싱과 커버는 밀폐된, 비-동작 상태, 즉 스토우 상태에서 낙하와 잠수를 견디고, 동작 상태, 즉 디플로이 상태에서 물에 의해 초래되는 품질저하와 먼지(또는, 모래)의 유입 및 마멸에 대해 저항하는 튼튼한 구조를 포함한다. 동작 상태에서, 디지털 펜은, 표면 상으로 사용자가 기입하거나 스케치하는 것의 이미지 캡처를 수행하기 위해, 보호성의 광을 전달하는 대체될 수 있는 쉴드(shield)를 포함하는 광소자(optics) 및 상기 광소자와 통신하는 연계되는 전자소자(electronics)를 사용할 수 있다. 상기 디지털 펜 내에서 동작하는 마이크로프로세서는 표면으로부터의 정 보를 해석하고, 시간, 또는 공간 데이터, 또는 둘 모두를 상기 해석된 정보와 연계시킨다. 또 다른 버전의 디지털 펜은 구분된 섹션을 포함하는데, 상기 섹션은 스토우 상태와 디플로이 상태에 따라서 분리될 수 있도록 재-부착가능하며, 곰팡이와 충격에 저항력을 가지며, 부식성 무기 및 유기 용액에 대하여 안정적인 케이싱 물질(casing material)로 구성된다. 디지털 펜의 섹션은 마찬가지로 분리될 수 있도록 재-부착가능한 구성요소를 포함한다. 재-부착가능한 구성요소, 또는 재-부착가능한 섹션은 안정된 밀폐 부분과 견고하게 상호연결되어 있으며, 이로써, 스트레스가 심한 환경 조건 하에서의 사용자에 의한 작업이 가능해지며, 스토우 상태에서의 낙하와 잠수에 견딜 수 있다.
상기 디지털 펜은 섹션 부재에 의한 여러 다른, 그러나 서로 보완하는 기능들을 수행하도록 구성되는 컴퓨터-프로세싱 특징을 제공한다. 상기 디지털 펜은 표면 정보의 이미지 캡처를 수행하여, 시간 및 포인트 정보(time and point information)를 생성할 수 있다. 상기 시간 및 포인트 정보는 컴퓨터 소프트웨어에 의해 번역되어, 지정된 맵, 또는 텍스트, 또는 이미지 상의 특정 데이터로 링크될 수 있다. 상기 디지털 펜은 견고하며, 환경적으로 보호되는 패키지를 제공하며, 이로 인해서, 펜에 밀봉된 전자 회로의 전자적 기능이 거친 환경 하에서의 동작을 보장할 수 있다. 섬세한 광소자가 보호 외장(protective enclosure)으로 패키징된다.
디지털 펜-컴퓨팅 장치의 섹션 부재(sectional member)는 펜 섹션(pen section)과 캡 섹션(cap section)을 포함한다. 두 섹션 부재 모두, 거친 환경에서, 기입 정보와 위치 정보를 생성하고, 저장하며, 컴퓨터 및/또는 컴퓨터 네트워크로 전달하도록 구성된다. 디지털 펜-컴퓨팅 장치는 튼튼하게, 또는 견고하게 제조되어, 다양한 표면, 가령, 특정 종이, 또는 유리, 또는 플라스틱 박판 상에서의 기입을 가능하게 할 수 있다. 상기 디지털 펜은 가령, 비, 먼지, 입자 및 물의 침투에 대비한 밀폐를 포함하여, 사용자의 거친 남용뿐 아니라 극한의 야외 환경도 견딜 수 있다. 상기 디지털 펜 장치는, 1. 튼튼한 저렴한 펜 섹션과 2. 거친 환경으로부터의 동작 및 비-동작 보호를 제공하는 튼튼한 캡 섹션과, 선택적으로 3. 예비 배터리를 충전하도록 구성되는 튼튼한 도크(dock)를 포함한다.
상기 펜 섹션은 캡 안에 위치하는 메인 전자소자로의 직렬 인터페이스와 함께, 이미징 광학 플랫폼, 잉크 카트리지 및 디코드 회로를 포함한다. 또한 비, 먼지, 입자 및 물의 침투에 대비하는 밀폐를 제공하는 특징부를 포함한다.
상기 캡 섹션은 디코딩된(또는 원시) 이미지 데이터, 펜 업/다운 및 타이밍 데이터를 상기 펜 섹션으로부터 수신하기 위한 회로와, 상기 펜 섹션, 또는 도크 섹션, 또는 펜 섹션과 도크 섹션 모두와 양방향 통신하기 위한 직렬 인터페이스를 포함한다. 상기 통신 인터페이스는 앞서 언급된 기능성과, 선택적으로는 임의의 재설정 및 동기화 시그널링을 펜 섹션으로 전송하기 위한 프로토콜 정의(protocol definition)를 포함한다. 그 밖의 다른 실시예는 펜 섹션과 캡 섹션 간의 무선 인터페이싱, 또는 통신에 대한 것이다.
주의 깊고 창의적인 플랫폼 상호연결 기법과, 거친 환경에서의 동작을 보장하는 밀폐와 회로를 제공하는 기계적 디자인에 의해, 디지털 펜 조립체가 장치의 전자적 기능부를 위한 보호 패키지를 제공한다. 상기 장치의 구조의 추가적인 이점 은 섬세한 광소자가 저렴한 보호 외장으로 패키징된다는 것이다. 상기 보호 외장은 하나의 단일 패키지에 모든 비싼 전자소자를 포함하는 종래의 디지털 펜 설계의 표준 상태에 비교할 때 일회용으로 여겨질 수 있다. 특정 실시예가 거친 환경적 조건 하에서 동작하고, 다양한 표면 상에 기입하며, 극단적 온도, 습도 및 사용자 조작에 견디기에 충분히 튼튼한 내구성이 높은 디지털 펜 컴퓨터 장치에 관련되어 있다. 캡처된 도트 패턴의 신호 정보가 소프트웨어를 포함하도록 구성된 컴퓨터 기반의 장치로 전달되어, 상기 도트 패턴 기반 신호 정보가 번역되어, 시간, 또는 포인트, 또는 시간과 포인트 모두의 정보가 생성되어, 지정된 저장 맵, 또는 텍스트, 또는 이미지 상에 위치 데이터를 특정할 수 있다. 다양한 표면은 종이 등의 보통의 평평한 것과 유리, 박판 및 질감이 있는 종이를 포함한다. 내구성 있는 디지털 펜 컴퓨터 장치의 그 밖의 다른 특정 실시예로는 디지털 펜을 전자소자 및 광소자와 연계시키도록 설계되는 외부 펜 케이스 패키징을 포함한다. 상기 외부 펜 케이스 패키징은 극도로 거친 야외 환경과 극한의 온도에서 견딜 수 있으며, 충분한 방수력과, 먼지 및 모래 침투에 대한 복원성을 갖고, 사용자의 거친 핸들링, 예를 들어, 잠수와 딱딱한 표면 상으로의 낙하에 견딜 수 있는 충분한 내구성을 갖는다.
전반적인 특정 실시예가 도 1-11을 참조하여 이하에서 더 세부적으로 설명된다. 디플로이 상태, 즉, 동작 상태와 비-동작 상태, 즉 스토우 상태 간에서 분리되고, 재-조립되도록 조립식으로 구성되는 디지털 펜 조립체가 도시된다. 연계된 전자 광소자가 극한의 환경을 견딜 만큼 견고한 보호 패키지 내로 하우징된다. 상기 펜 및 이와 연계된 전자소자는 서로 다른 섹션에서 분리되어 위치하고, 디플로이 상태와 스토우 상태 간에서 밀폐될 수 있도록 잘 맞물려 있다. 디지털 펜의 잉크는 낮은 온도, 보통의, 높은 온도 하에서, 전달되고, 종이, 질감 있는 종이, 유리, 박판 중 하나 이상에 밀착되도록 제조된다. 그 밖의 다른 버전의 튼튼한 디지털 펜이 아래 위치하는 광학 표면의 스크래치를 방지하기 위해, 광-투과성의 대체 가능한 광학 윈도우 쉴드를 사용한다.
도 1은 디플로이 상태(deployed state)의 높은 내구성의 디지털 펜 조립체(10)를 도시하며, 디지털 펜 섹션(20), 또는 펜-홀딩 캡 섹션(100)(또는 부재)으로부터 뻗어 있는 부재를 보여준다. 오-링(54, O-ring)에 의해 상기 디지털 펜 섹션(20)이 캡 섹션(100) 내에 유지된다. 펜의 전기 접촉부(46)와 캡의 전기 접촉부(104) 간의 전도성 결합에 의해 디지털 펜 섹션(20)과 캡 섹션(100) 간의 신호 통신이 이뤄진다. 높은 내구성의 펜 조립체(10)가 거친 환경에서의 보호를 가능하게 하고, 다양한 표면, 가령, 유리, 박판 및 특정 질감의 종이 상에서의 기입을 가능하게 한다. 디지털 펜 조립체(10)의 섹션 설계가 가변(changeable) 펜 부분 타입을 가능하게 할 뿐 아니라, 저렴한 처리를 가능하게 한다. 추후 설명될 바와 같이, 상기 펜 섹션(20)은 캡 섹션(100)의 몸통, 또는 캐비티 영역과 이동할 수 있게 체결될 수 있다. 추후 설명될 바와 같이, 펜 섹션의 기계 및 광학소자의 설계는 구조적으로 비, 먼지, 모래 입자 및 물의 침투에 대비하는 밀폐를 제공하도록 구성된다. 도 10A에서 나타나는 바와 같이, 펜 섹션(20)과 캡 섹션(100)의 대안적 실시예가 각각 홀 스위치(Hall switch)와 자석을 내장할 수 있다. 상기 홀 스위치가 펜 섹션(20)에 위치하고, 자석이 캡 섹션(100)에 위치하고(또는 그 반대로 위치할 수 있음), 설치되며, 디플로이 상태 동안 디지털 펜(10)을 활성화시키고, 스토우 상태 동안 디지털 펜(10)을 비-활성화시키는 방식으로, 펜 섹션(20)과 캡 섹션(100)의 전자소자와 협업적으로 연결된다. 활성화는 진동 모터, 또는 사용자에 의해 감지되는 번쩍이는 LED 광, 또는 둘 모두에 의해 시그널링될 수 있다.
도 2는 도 1의 디지털 펜 조립체(10)의 디지털 펜 섹션(20)의 구성요소를 단면도로 도시한다. 디지털 펜 섹션(20)은, 펜 캐비티(pen cavity, 28) 내에 하우징된 밀폐되고 교체가능한 잉크 카트리지(26)와 상호보완적으로 동작하는 이미징 광소자 플랫폼을 포함한다. 상기 광소자 플랫폼은 적외선(IR) 필터(30)와, 렌즈(32)와, 광학 채널(34)과, 거울(36)과, IR 광원(38)과, CCD(charge coupled device)나 그 밖의 다른 카메라(40)를 갖는 조명 광 파이프를 포함한다. CCD(40)로부터의 신호는 전기적 접촉부(42)에 의해 집적 회로(44)로 전달된다. 상기 집적 회로(44)는 이미지 디코딩 회로(도면상 도시되지 않음)와 직렬 통신 회로(도면상 도시되지 않음)를 포함한다. 디지털 펜 섹션(20)은 직렬 인터페이스(도면상 도시되지 않음)와 캡 전기적 접촉부(104)를 통해 캡 섹션(100)에 위치하는 메인 전자 회로와 협력 통신하는 보호되는 접촉부 어레이(46)를 더 포함한다. 비, 먼지, 모래 입자 및 물의 침투에 대비하는 밀폐를 제공하기 위해, 상기 펜 섹션(20)은 오-링(O-ring, 50)을 포함한다. 분리될 수 있고, 교체될 수 있는 잉크 카트리지(26)가 활성화 스위치로서 기능하는 변형 게이지(54)와 기계적으로 접촉하고 있다. 대안적 실시예에서, 적외선 광이 아닌 다른 광원이, 광원으로부터 발산되는 광의 파장에 적정한 필터와 함께 사용될 수 있다.
CCD 이미지 요소(40)는, Everlight Electronics사(대만, 타이베이 소재)의 LED 모델 HIR204C에 의해 제공되는 것과 유사한 CCD 조명에 대하여 약 10㎛의 도트 분해능을 제공할 수 있다. IR 광원(38)은 약 850㎚ 파장의 조명을 갖는 LED를 포함할 수 있다. 거울(36)은 IR LED(38)로부터 IR LED 조명을 발사하고, CCD 요소(40)로 돌아오는 조명을 캡처하는 최적의 도트 인식을 위한 경로를 제공한다. 펜 부분의 기입 요소(writing element)가, 특정 종이, 또는 유리, 또는 플라스틱 박판 상에 기입하도록 구성되는 분리가능하고 교체가능한 잉크 카트리지(26)를 둘러싼다. 상기 카트리지(26) 내의 잉크는 방수일 수 있으며, IR 투과성(IR transmissible)일 수 있다. 또한 상기 잉크는 약 0℉ 내지 약 120℉의 범위의 온도에서 사용될 수 있다. 덧붙이자면, 약 0℉ 내지 약 +155℉의 온도에서, 수 시간 동안 뚜껑이 덮이지 않은 경우, 잉크는 기능할 수 있다. 기입이 시작되면 변형 게이지(54)는 카메라 광소자를 활성화시킬 수 있다. 대안적으로, 잉크 카트리지(26)의 후방 섹션과 접하여 위치하는 마이크로 스위치에 의해 카메라 광소자가 활성화될 수 있다. 이때 스위치는 약 20±약 10g의 힘으로 활성화시키도록 구성된다.
디지털 펜 섹션(20)의 팁(tip) 영역은, 초점 길이 변화가 CCD 요소에서 감지된 도트 분해능에 영향을 미치지 않기 위한 변형에 대한 저항을 보여준다. 덧붙이자면, 상기 팁 영역은 모래와 먼지로부터의 스크래치에 대한 저항성을 갖는다. 상기 팁 영역은 외부 툴을 사용하지 않고 분리가능하고 교체가능하다. 팁의 분리와 교체가 팁 둘레의 밀폐 무결성을 변경시키지 않을 것이다. 또한 상기 펜 섹션(20)은 직렬 인터페이스 통신을 위해, 그리고 캡 섹션(100)으로부터 전기 전력을 수신 하기 위해 사용되는 접촉부를 포함한다. 또한 추후 설명될 바와 같이, 상기 펜 섹션(20)은 캡(100)에 대한 펜(20)의 견고한 고정, 또는 도크(130)에 대한 펜(20)이나 캡의 견고한 고정을 위한 잠금 수단을 포함할 수 있다. 상기 잠금 수단은 누름 안전장치 래칭을 제공할 뿐 아니라, 사용자에게 펜 섹션(20)이 잠겨 있고 사용될 준비가 되어 있다는 피드백을 제공한다. 디지털 펜(20)의 몸통 케이스(22)는 하나의 포지션으로 사용자의 손(왼손, 또는 오른손)에 꼭 맞도록 인체공학적으로 설계된다. 펜 섹션(20), 또는 캡 섹션(100)의 외피나 케이싱이 플라스틱 복합물, 금속, 금속 합금 및 플라스틱 금속 복합물을 포함하는 높은 내구성의 물질로 구성될 수 있다. 플라스틱 복합물 물질은, 접합이나 결합을 위한 미끄러지지 않는 유사-고무 슬리브를 허용하기 위해, 무광택의 빛나지 않은 겉칠을 포함할 수 있다. 펜 섹션(20)과 캡 섹션(100) 사이의 결합가능한 영역, 즉, 가령 삽입가능한 잉크 카트리지(26)와 배터리 캡(110)과 미끄러지기 쉽도록 일체되고, 밀폐되도록 결합되는 펜 섹션(20)과 캡 섹션(100)의 부분에 의해, 방수 및 내압(pressure resistant) 밀폐를 위한, 오-링(O-ring)을 이용한 나사산, 또는 마찰력 조립체가 제공될 수 있다. 이들 밀폐 기법에 의해, 각각의 짝을 이루는 구성요소와 미끄러질 수 있도록 결합되는 높은 내구성의 플라스틱 조립체에서 고정되고 밀폐된 전자소자가 제공될 수 있다. 또한 펜 섹션(20)이 약 2미터의 깊이까지에서의 간수, 또는 담수 침투에 대해 밀폐될 수 있고, 약 40 lbs./in2의 압력에서 약 2 내지 약 4.5㎜의 물방울-크기를 갖는 비에 견딜 수 있다. CCD 요소(40)에서 적정한 도트 분해능을 얻기 위해, 렌즈(32)는 초점 길이로 조정될 수 있다. 이 설계의 또 다른 실시예가 가변 초점 길이 조정을 위해 제공되어, 필드의 깊이가 변화될 수 있다. 렌즈(32)는 조립체(10)의 동작 온도 및 비-동작 온도에 걸쳐 최소한의 변형, 또는 변색을 보여줄 수 있다. 또한 IR 필터(30)는 먼지 및 모래에 대하여 스크래치 내성을 가질 수 있다. 덧붙이자면, IR 필터(30)는 약 2미터의 깊이까지에서의 간수, 또는 담수 침투에 대하여 밀폐될 수 있고, 마찬가지로, 약 40 ibs./in2의 압력에서 약 2 내지 약 4.5㎜의 물방울-크기의 비에 견딜 수 있다.
도 3은 도 1의 디지털 펜 조립체(10)의 캡 섹션(100)을 단면도로 도시한다. 상기 캡(100) 섹션은 펜 단부(100A)와 후미(100B)를 포함한다. 상기 캡 섹션(100)은 디지털 펜 조립체(10)의 동작 모드와 비-동작 모드를 가능하게 하고, 거친 상황에서도 마찬가지로 동작하도록 구성된다. 캡 섹션(100)은 상기 펜 단부(100A) 근방에서 펜 섹션(20)을 수용하기 위한 캐비티(102)를 갖는 하우징(101)을 포함한다. 상기 캡 섹션(102)은 디지털 펜 부재(20)의 오-링(O-ring, 50)과 협업적으로, 분리가능하도록 결합되기 위한 홈(103)을 포함하여, 상기 디지털 펜 부재(20)를 캡 섹션(100)의 캡 캐비티(102) 내부에서 고정할 수 있다. 또한 상기 캡 섹션(102)은 펜 섹션 접촉부(46)와 분리가능하도록 결합되는 캡 섹션 접촉부(104)를 포함하여, 캡 섹션(100)과 신호를 수신하고 송신할 수 있고, 상기 캡 섹션(100)으로부터 전력을 수신할 수 있다. 또한 상기 캡 섹션(100)은 후미(100B)에서 개방되어 있고, 배터리 결합 배터리 접촉부(112)를 내장하는 배터리 구획(108)을 포함하여, 펜 섹션(20) 및 캡 섹션(100)의 전자소자 및 전기광학소자에 전력을 공급할 수 있다. 배터리 캡(110)은 배터리 구획(108)을 폐쇄한다. 배터리 구획(108) 내에는 예비용 펜과 잉크 카트리지(26)가 위치한다.
캡 섹션(100)은 접촉 어레이(104)를 통해 펜 섹션(20)과 분리가능하도록 연결되어, 펜 섹션(20)과의 양방향 통신을 확립하고 유지할 수 있다. 상기 양방향 통신은 펜 섹션(20)으로부터 디코딩된, 또는 원시 이미지 데이터를 수신하기 위한 회로를 포함한다. 상기 통신 인터페이스는 펜 섹션(20)으로 앞서 언급된 기능과 임의의 선택적인 바람직한 재설정을 전송하고, 상기 펜 섹션(20)과의 동기화 시그널링을 위한 프로토콜 정의를 포함한다. 상기 캡 섹션(100)은 또한 펜 섹션(20)으로 전력을 제공한다. 캡 섹션(100) 회로에 대한 대안적 실시예가 스탠드 얼론형 개인용 컴퓨터와 통신하여, 또는 로컬 네트워크나 인터넷을 통한 그 밖의 다른 컴퓨터와의 통신을 통해, 데이터 저장, 무선 및/또는 음성 인터페이스 및 장치 드라이버 확장을 지원하기 위한 운영 체제 기능을 위한 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
캡 캐비티(102)의 외부 측부 가까이에, 선택적인 캡 광원(120)이 위치한다. 캡 광원(120)은 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 상기 LED(120)에 인접하게, 밀폐된 LED 조명 스위치(124)가 위치한다.
캡 섹션(100)이 펜 섹션으로부터, 원시, 또는 디코딩된 카메라 데이터, 펜 업/다운 상태 정보 및 타이밍 데이터를 수신하기 위한 회로를 둘러싼다. 상기 캡(100) 섹션은 펜 단부(100A)와 후미(100B)를 포함한다. 캡 섹션(20)의 펜 단부(100A)에는 캡 접촉부(104)가 위치하며, 상기 캡 접촉부(104)는 450kbps를 초과 하는 전송 속도를 갖는 양방향 흐름 제어를 제공하고, 가능한 경우, 펜 섹션으로의 마스터/슬레이브 제어 기능을 가능하게 하는 2와이어 인터페이스를 포함하는 직렬 인터페이스를 둘러싼다. 상기 통신 인터페이스는 펜 섹션(20)으로 앞서 언급된 기능과 임의의 선택적인 바람직한 재설정을 전송하고, 상기 펜 섹션(20)과의 동기화 시그널링을 위한 프로토콜 정의를 포함한다. 또한 펜 섹션에게 약 1.5볼트의 배터리 전력을 전달하는 또 다른 2와이어 접촉부를 통해, 이러한 직렬 인터페이스 접촉부 상으로 전력이 제공된다.
도 3을 참조하여, 캡 섹션(20)의 펜 단부(100A)가 캡 섹션(100)에 대한 펜 섹션(20)의 잠금 수단을 제공하여, 누름 안전장치 잠금, 또는 결합을 제공할 수 있다. 이러한 잠금, 또는 결합은 사용자에게, 펜 조립체(10)가 잠겨 있으며 사용될 준비가 되었다는 피드백(누름 딸깍 소리, 또는 소형 버튼이나 레버가 제 위치에 있는지, 또는 제 위치에서 벗어나 있는지를 보여주는 것)을 제공한다. 상기 잠금장치는 꼭 맞는 물이 새지 않는 끼움을 제공한다. 특정한 실시예는 약 3미터 깊이까지의 간수, 또는 담수에서의 노출을 견디기에 충분히 안전한 물이 새지 않는 끼움을 제공한다. 이러한 끼움 수단은 펜 섹션(20)의 오-링(O-ring) 수단을 받아들이기 위한 멈춤(detent) 수단(도면상 나타나지 않음)을 포함할 수 있다. 캡 섹션(100)의 펜 단부(100A)는 조명 LED(120)와 밀폐된 스위치(124)를 포함하여, 어두운 곳에서의 기입과 읽기를 가능하게 하는 조명용으로 고전력 적색 LED를 제공할 수 있고, 시그널링 목적으로 경로 조명을 제공할 수 있다.
캡 섹션의 단부(100B)는 LED 패널(128)과 LED 렌즈 커버(132)를 제공하며, 상기 LED 렌즈 커버(132)는 유닛의 밀폐를 저하시키지 않는다. 또한 캡 섹션의 단부(100B)에, Tiny Linux, Linux, Windows, 또는 Macintosh 운영 체제로 확장가능한 실시간 운영체제(RTOS: real time operating system)를 운영할 수 있는 마이크로프로세서(136)를 포함하는 전자소자가 위치하고, 데이터를 위한 플래쉬 메모리 및 캡 섹션(100)을 위한 프로그램 저장소가 제공될 수 있다. 캡 섹션의 후미(100B)는, 1.5볼트에서 동작하는 다양한 분리가능한 사용자 배터리 타입을 필딩(fielding)하기 위한 회로와 로직을 제공하는 전자소자와 함께, 하나의 단일 배터리(114)를 보유한다. 이들 배터리는 AAA 사이즈로 한정되지 않고, 구획(108)에서 재충전가능한 리튬 이온, 외부에서 충전되는 리튬 이온 배터리 및 충전가능하지 않은 알칼리 배터리, 또는 탄소-아연 배터리를 포함할 수 있다. 사용자에 의해 회전될 수 있는 오-링(O-ring) 수용부 핸드를 통해, 사용자가 배터리에 접근할 수 있어서, 다 쓴 배터리(114)를 분리, 즉 제거할 수 있고, 다 쓴, 또는 교체될 수 있는 펜 팁(26)에 접근할 수 있도록, 캡 섹션 후미(100B)는 배터리 캡(110)을 더 포함한다. 나사형 보유 캡(110)은 또한, 펜 부분 케이스에 구비되는 특징부, 또는 동전을 이용하는 제거, 또는 조임을 촉진시키기 위해, 홈이 파인 중심부를 포함할 수 있다. 배터리 구획(108)에 내장된 상기 펜 팁(26)은 여러 다른 타입일 수 있다. 즉, 여러 다른 잉크 타입, 색상 타입을 갖거나, 또는 비-기입(non-writing) 스타일러스 팁일 수 있다. 요소들을 밀폐하는 캡 섹션 케이스(101)는 약 2미터 깊이까지에서의 간수, 또는 담수 침투와, 약 40 lbs./in2의 압력에서의 약 2 내지 4.5㎜의 크기의 빗방울 뿐 아니라, 모래와 먼지 입자의 침투에 대한 밀폐를 제공한다.
도 4는 캡 섹션으로부터 분리되는 디지털 펜 조립체의 동작 모드를 단면으로 도시한다. 캡 섹션(100)의 캡 단부(100A) 근방에 위치하는 캡 캐비티(102) 내에서 오-링(50) 및 펜 접촉부(24)는 각각 홈(103)과 캡 접촉부(104)로부터 쉽게 분리된다.
도 5A는 디지털 펜 조립체의 비-동작 모드, 또는 스토우 모드로 위치하는 디지털 캡 섹션을 단면으로 도시한다. 여기서 펜 섹션(20)의 뾰족한 단부가 부분적으로 차지하며, 캡 섹션(100)의 홈(103)과 펜의 오-링(50)의 결합을 통해, 캡 캐버티(102) 내에서 단단히 고정된다.
도 5B는 스토우 모드, 또는 비-동작 모드로 위치하는 디지털 펜 조립체를 단면으로 도시한다. 펜 섹션(20)의 뾰족한 영역, 또는 뾰족한 단부가 캡 섹션(100)의 수용 캐비티(102) 내부로 미끄러질 수 있고, 밀폐될 수 있도록 결합된다. 오-링(50)과 각각의 홈(103)의 밀폐 결합은, 펜과 홈 섹션(20, 100)의 구조에서 사용되는 플라스틱 복합 물질에 의해 보강된다. 상기 플라스틱 복합 물질은 홈(103)의 표면의 고무가공된 그리핑(gripping)의 마찰력을 고무재질의 오-링(50)의 표면과 나눠서, 견고한 방수 밀폐가 성취될 수 있다.
구조적 보강재를 갖는 범퍼 등의 고무(도면상 도시되지 않음)가 펜 및 캡 섹션(20, 100)의 케이스 내부에서 선택적으로 구성될 수 있는 방식으로 충격 저항성이 플라스틱 복합물에 제공된다. 오-링으로 반대 표면의 압축 밀폐에 의해 먼지, 티끌, 모래, 물을 막기 위한 추가적인 고정력 및 파악력(securing and gripping force)이 적용될 수 있도록, 펜 섹션(20)과 캡 섹션(100) 간의 접촉 표면은 나사산 처리될 수 있고, 오-링(50)과 유사한 또 다른 오-링으로 끼워질 수 있다. 펜 및 캡 섹션(20, 100)에 대한 대안적 실시예에서, 케이스의 구성에서 사용되는 물질은 Mil 표준 810F를 충족시키도록 구성될 수 있으며, 이때, 도 5B에서와 같은 튼튼한 디지털 펜(10)의 스토우 상태가 깊이 2미터까지에서의 담수, 또는 간수의 침투에 내성을 갖고, 부식성 유기 용매로의 노출을 견딜 수 있으며 항곰팡이성의 플라스틱 케이스를 가질 것이다. 또 다른 실시예에서, 무선 동작하도록 구성되는 캡 섹션(20, 100)은 전자기 간섭을 최소화시키는 것과 관련된 이러한 Mil 표준, 예를 들어, MIL-STD-461E 하에서 동작할 것이다.
도 6A는 캡 섹션의 대안적 실시예(180)를 단면으로 도시한다. 캡 섹션(180)은 현 실시예에서는 캡 섹션(180)으로부터 제거된 예비 잉크 펜(26)이 이전에 차지했던 공간을 차지하는 더 큰 용량의 배터리(188)를 포함한다.
도 6B는 캡 섹션의 또 다른 대안적 실시예를 단면으로 도시한다. 상기 캡 섹션(190)은 더 큰 유효 전력원을 전개하기 위해, 다수의 배터리와 결합하기 위한 접촉부를 포함한다. 도시된 바와 같이, 2개의 배터리(198)는 서로 병렬연결로 이웃해 있어서, 동일한 전압으로 더 큰 전력 용량을 공급할 수 있다. 예비 잉크 펜은 캡 섹션(190)으로부터 제거된다.
도 7은 밀폐된 잉크 카트리지 컨테이너의 일부분을 단면으로 도시한다. 카트리지(26)의 후부가 펜 캐비티(28) 내에 위치하고, 플런저(plunger) 수단(146)을 통해 압력 스위치(54)와 결합되어 있다. 상기 카트리지(26)는 클립(144)에 의해 고정 된다. 플런저 수단(146)과 압력 스위치(54) 사이에, 잉크 펜(26)이 받는 힘에 비례하여 2 이상, 또 다른 실시예에서는 4 및 8 레벨을 포함하는 배수 증가로 계단형 전기 신호를 출력하는 유연성 압력 막 트랜스듀서(148)와 막 익스텐션(149)이 위치한다. 막 트랜스듀서(148)와 연결되는 아날로그-디지털 변환(ADC) 회로(도면상 도시되지 않음)가 증가하는 아날로그 신호를 이산 디지털 형태로 변환한다. 컴퓨터 실행가능형 코드를 갖는 소프트웨어는 이산 디지털 신호를 측정하고 정렬하여, 잉크 펜(26)이 받는 힘에 따라 이들을 분류한다. 힘에 따라 분류된 이산 디지털 신호는 디지털 펜이 라인 폭을 번역하기 위한 토대와 잉크 펜(26)이 받는 힘에 따르는 그 밖의 다른 일러스트레이션 특징을 제공한다. 또한, 힘 분출 부분들 간의 타이밍에 의해, 펜 조립체(10), 또는 펜 몸체(200, 220)로 마우스(mouse)와 같은 기능을 해석, 또는 정의하는 것이 가능하다.
도 8은 IR 필터(30)에 대하여 사용자에 의해 분리될 수 있는 커버(160)를 도시한다. 상기 커버(140)는 IR 투과성 표면(168) 둘레에 위치하는 탄성 외곽부(164)를 포함한다. 상기 커버(160)는 먼지와 물이 필터(30)의 스크래치 민감성 광학 표면에 도달하는 것을 방지한다.
도 9는 밀폐된 잉크 카트리지 컨테이너(26)를 단면으로 도시한다. 상기 카트리지(26)는 잉크 롤러(174)와 연결되는 유체인 플러그(172)에 의해 밀폐되는 잉크 저장소(170)를 포함한다.
앞의 설명에 관련하여, 사용 및 스토우 동안의 동작 기능과 방식을 충족시키기 위해, 펜 섹션(20)과 캡 섹션(100)에 대한 크기적 관계는 크기, 물질 타입, 모 양, 형태에서 다양할 수 있다.
도 10A는 단일 디지털 펜(200)을 단면으로 도시한다. 상기 단일 디지털 펜(200)은 도 2 및 3에서 도시된 펜 섹션(20)과 캡 섹션(100)을 포함하는데, 여기서 상기 펜 섹션(20)과 캡 섹션(100)은 펜 몸체(202)에서 함께 분리될 수 없도록 융화되어 있다. 펜 몸체(200)는 펜 섹션(20)과 캡 섹션(100)의 조합된 특징을 포함하며, 이들 중 일부가 도시되어 있으며, 필터(30), LED 창(132), 배터리 캡(110) 및 밀폐된 잉크 카트리지(26)의 일부분이 그것이다. 펜 커버(212)가 디지털 펜 몸체(202)와 분리가능하도록 연결되어 있다. 또한 상기 펜 몸체는 슬롯(206)과 홀 스위치(Hall switch, 216)를 포함한다. 펜 커버(212) 내에서, 오-링(215)과 자석(218)을 포함한다.
단일 디지털 펜(200)의 동작은, 펜 몸체(202)로부터 펜 커버(212)를 제거하고, 이로 인해, 홀 스위치(216)로부터 자석(218)이 분리되어, 동작 상태를 활성화시키기 위해 펜 몸체(202)를 트리거하는 전압이 발생됨으로써, 시작한다. 펜 몸체(202)의 펜 부분 위에 펜 커버(212)를 벗김으로써, 자석(218)이 홀 스위치(216)에 가까이 인접하게 위치되어, 몸체(202)를 비-동작, 즉 스토우 상태로 트리거하는 전압이 생성될 수 있다. 커버(212)의 오-링(215)이 펜 몸체(202)의 홈(206)에 밀폐가능하도록 안착되어, 펜 몸체(202)와 펜 커버(212)의 내부 영역으로의 물의 침투를, 약 10피트까지 방지할 수 있다.
도 10B는 디지털 펜의 또 다른 단일 실시예(220)를 부분 단면도로 도시한다. 단일 디지털 펜(200)과 유사하게, 디지털 펜(220)은 펜 커버(222)에 위치하는 홈(225)과, 펜 몸체(230)에 위치하는 오-링(235)을 포함한다.
단일 디지털 펜(220)의 동작은, 펜 몸체(230)로부터 펜 커버(222)를 제거하고, 이로 인해, 홀 스위치(216)로부터 자석(218)이 분리되어, 동작 상태를 활성화시키기 위해 펜 몸체(230)를 트리거하는 전압이 발생됨으로써, 시작한다. 펜 몸체(230)의 펜 부분 위에 펜 커버(222)를 벗김으로써, 자석(218)이 홀 스위치(216)에 가까이 인접하게 위치되어, 몸체(230)를 비-동작, 즉 스토우 상태로 트리거하는 전압이 생성될 수 있다. 펜 몸체(230)의 오-링(225)은 펜 커버(222)의 홈(235)에 밀폐가능하도록 안착되어, 펜 몸체(230)와 펜 커버(222)의 내부 영역으로의 물의 침투를 약 10피트까지 방지할 수 있다.
도 11은 배터리 충전 알고리즘(300)을 도시한다. 알고리즘(300)은 캡 섹션(100), 펜 몸체(202) 및 펜 몸체(230)로 비-충전가능한 배터리가 삽입되는가, 또는 충전가능한 배터리가 삽입되는가의 여부를 결정하고, 충전가능한 배터리의 경우, 재충전가능한 배터리의 어느 타입이, 그리고 어느 프로토콜이 충전을 위해 사용되는가가 결정된다. 질의 “카본, 또는 알칼리 배터리인가?”를 갖는 결정 다이아몬드(202)에서 시작하여, 충전 알고리즘(300)은 긍정 브랜치와 부정 브랜치로 쪼개진다. 카본 아연 배터리, 또는 알칼리 배터리, 또는 둘 모두에 대하여 긍정인 경우, 알고리즘은 프로세싱 블록(304), 충전하지 않음으로 향하고, 알고리즘(300)이 종료된다. 부정인 경우, 알고리즘(300)은 질의 “NiCad 배터리인가?”를 갖는 결정 다이아몬드(306)로 시작하는 재충전가능한 배터리에 대한 결정 트리로 진행한다. 니켈 카드뮴 배터리에 대하여 긍정인 경우, 알고리즘(300)은 프로세싱 블록(308), NiCd 프로토콜을 이용하여 충전하기로 향하고, 알고리즘(300)은 종료된다. 부정인 경우, 알고리즘(300)은 질의“NiMH 배터리인가?”를 갖는 결정 다이아몬드(312)로 향한다. 니켈 금속 하이드라이드 배터리에 대하여 긍정인 경우, 알고리즘(300)은 프로세싱 블록(318), NiMH 프로토콜을 이용하여 충전하기로 진행하기로 진행하고, 알고리즘(300)은 종료된다. 부정인 경우, 알고리즘(300)은 질의 “리튬 배터리인가?”를 갖는 결정 다이아몬드(320)로 진행한다. 리튬 배터리에 대하여 긍정인 경우, 알고리즘(300)은 프로세싱 블록(328), 리튬 배터리 프로토콜을 이용하여 충전하기로 진행하고, 알고리즘(300)은 종료된다. 리튬 배터리에 대하여 부정인 경우, 알고리즘(300)이 프로세싱 블록(328), 리튬 이온 배터리를 이용하여 충전하기로 진행하고, 알고리즘(300)은 종료된다.
도 12는 도 10B에서 도시된 디지털 펜의 대안적 실시예(400)를 단면도로 도시한다. 상기 디지털 펜(400)은 단단히 고정되지만 적정한 움직임을 제공하도록 구성되는 스타일러스 챔버(404)를 포함한다. 분리될 수 있도록 삽입가능한 펜은 패브릭 마커(fabric marker) 및 밀폐된 펜 카트리지(26), 롤러 볼 밀폐된 펜 카트리지(27) 및 뾰족한 단부를 갖는 스타일러스(29)를 포함한다. 상기 스타일러스 챔버(404)는 물, 먼지, 모래, 또는 그 밖의 다른 거친 물질이 펜(400)의 내부 영역으로 통과하지 못하게 하면서, 펜 카트리지(26, 27)와 스타일러스(29)를 수용한다. 렌즈(32)와 광학 윈도우(30)를 갖는 광학 채널(34)이 스타일러스 챔버(404)에 평행하게 위치한다. 광 투과성 윈도우 쉴드(160)가 광학 윈도우(30)의 표면과 밀폐될 수 있도록 결합되어 있고, 상기 광학 윈도우의 표면을 보호할 수 있다. 디지털 펜(400)의 내부 영역 내에, 무선파(radio), 또는 그 밖의 다른 전자기파(412)를 방사하는 전송기(도면상 나타나지 않음)가 위치하며, 상기 무선파, 또는 그 밖의 다른 전자기파(412)는 컴퓨터 시스템(도면상 도시되지 않음)과 통신하는 무선 수신기에 의해 수신될 수 있다. 전자기판가 아닌 다른 파가 무선 통신의 형태로서 사용될 수 있으며, 그 예로는 적외선, 가시광선, 자외선 및 초음파가 있다. 컴퓨터 시스템(도면상 도시되지 않음)으로의 유선 통신을 위한 포트가 무선 파(412)로 대체될 수 있다. 도 10B의 캡(222)과 유사한 펜 캡이 오-링(225)과 밀폐가능하도록, 단단히 결합되어, 환경적 생존력을 보강하는 튼튼함(ruggedness)을 제공할 수 있다. 가령, 담수, 또는 간수에서 약 2미터 깊이까지의 잠수를 제공한다.
도 13A-C는 도 13의 디지털 펜(400)의 스타일러스 챔버(404)의 세부사항을 단면도로 도시한다.
도 13A는 스타일러스 챔버(404)로 삽입되고, 클립(144)에 의해 플런저 수단(146)에 대하여 고정되는 스타일러스(29)를 도시한다. 스타일러스(29)에게 충분한 수직 및 수평 움직임(대략 양방향 화살표로 나타내는 수평 및 수직 방향의 움직임)을 제공하는 갭(416)이 상기 플런저 수단(146)의 외곽부를 따라 위치한다. 스타일러스 챔버(404)의 오리피스 부근에 라텍스, 또는 고무 환형 링(408)이 위치한다. 스타일러스(29)에 유효한 수직 움직임은, 고정된, 그러나 스타일러스(29)로의 수직, 또는 그 밖의 다른 측면 움직임(가령, 스타일러스(29)의 수평, 또는 축 방향의 움직임)을 엄격하게 제한하지는 않는 상기 고무, 또는 라텍스 환형 링(408)에 유효한 압축가능 거리만큼 허락된다. 스타일러스(29)가 겪는 수평 움직임은 플런저 수 단(146)으로 전달되어, 막 익스텐션(149)을 통해 유연성 압력 막 트랜스듀서(148)로 전달된다. 디지털 펜(400)의 내부 영역으로의 물, 모래 및 그 밖의 다른 거친 물질의 통과를 막기에 충분히 두꺼우며, 밀폐될 수 있도록 통합되는 챔버를 향하는 표면을 갖는 장벽(406)이 챔버(404)를 감싼다.
스타일러스(29)가 겪는 수평 움직임은 플런저 수단(146)을 감싸는 갭(416)의 한계까지 유연성 트랜스듀서(148)에게 기계적으로 전달된다. 스타일러스(29)의 수평 움직임을 수용할 수 있는 갭(416)의 거리 중 증가되는 부분이 유연성 트랜스듀서(148)로부터의 증분 신호 출력에 영향을 미친다. 즉, 플런저 수단(146)으로 부과되는 스타일러스(29)의 수평 움직임을 수용할 수 있는 갭(416)의 거리는 유연성 트랜스듀서(148)의 증분 2-4-8, 또는 또 다른 출력에 비례한다. 디지털 라인 두께, 또는 마우스 클릭 커맨드와 같은 수단의 시뮬레이션에서의 차이가, 디지털 펜(400)을 사용함으로써 스타일러스(29)에게 가해지는 차이나는 힘으로부터 도출되는 증분 출력으로 할당될 수 있다. 차이나는 힘은 플런저 수단(146)과 막 익스텐션(149)을 통해 기계적으로 전달되는 것처럼, 유연성 트랜스듀서(148)로 전달된다. 유연성 트랜스듀서(148)로부터의 증분 신호는 계단형 아날로그, 또는 디지털 신호로서 비례하여 전달되고, 상기 신호는 결국 무선 신호(412) 내에서 통신된다. 무선 신호(412)가 수신기(도면상 나타나지 않음)에 의해 수신되고, 상기 수신기와 연결되는 컴퓨터 디스플레이(도면상 나타나지 않음)로 제공된 후, 광소자 및 카메라(40)에 의해 움직이는 펜(400)의 캡처된 이미지에 포함되는 시각적 콘텐츠로 캡처되는 방식으로, “디지털 잉크(digital ink)”의 외관은 디지털 펜(400)의 움직임으로 전달될 수 있다. 디지털 잉크 외관을 디지털 펜(400)에 의해 스케치되는 라인으로 변화시키는 것에 추가로, 이와 유사하게, 마우스 클릭에 상응하는 커맨드가 제공되거나, 또는 컴퓨터 디스플레이 상에서 주석이 제공될 수 있다.
도 13B는 스타일러스 챔버(404)로 삽입되고, 클립(144)에 의해 플런저 수단(146)에 대하여 고정된 밀폐된 펜(29)을 도시한다. 스타일러스(29)에 동작하는 것과 마찬가지로, 밀폐된 펜(29)이 기록 피드백을 펜이 접촉하는 표면, 가령 패턴 디지털 페이퍼와 비-패턴 표면에게 제공한다. 디지털 페이퍼, 또는 비-패턴 표면으로 전달되는 라인 두께의 변화는, 무선 신호(412)를 통해 컴퓨터 시스템의 디스플레이 상으로 디지털 잉크가 전달되는 것과 유사하게 전달된다.
도 13C는 스타일러스 챔버(404)로 삽입되고, 클립(144)에 의해 플런저 수단(146)에 대하여 고정되는 밀폐된 롤러 펜(29)을 도시한다. 사인펜(felt-tip pen, 26), 밀폐된 롤러 볼 펜(27)이 펜이 접촉하는 표면(가령, 패턴 디지털 페이퍼, 또는 비-패턴 표면)에게 기록 피드백을 제공한다. 디지털 페이퍼, 또는 비-패턴 표면 상으로 전달되는 라인 두께의 변화는, 무선 신호(412)를 통해 컴퓨터 시스템의 디스플레이 상으로 디지털 잉크가 전달되는 것과 유사하게 전달된다.
본 발명의 실시예들이 기술되었지만, 본 발명의 사상과 범위 내에서 변화가 이뤄질 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 펜 섹션(20)과 캡 섹션(100) 간의 기계적 연결은 단방향, 또는 양방향 신호 통신을 확립하기 위해 무선 회로에 의해 얻어질 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 특정 실시예의 게시에 의해 제한받지 않는다. 대신 본 발명은 다음의 청구범위를 참조하여 판단될 것이다.

Claims (20)

  1. 디지털 기입 장치에 있어서, 상기 장치는
    펜 섹션(pen section), 캡 섹션(cap section), 및 밀봉 수단을 포함하며,
    상기 펜 섹션은, 복수의 캡 연결 부재를 갖는 캡 연결부와 기입부를 갖고, 상기 기입부는 디지털 방식으로 작동하는 기입 표면을 향해 광을 송신하도록 구성되는 광학 채널 및 잉크 분배 장치를 가지며, 상기 캡 연결부는 광을 기입 표면으로부터 상기 광학 채널을 통해 수신하도록 구성된 카메라를 갖고,
    상기 캡 섹션은 상기 펜 섹션과 결합가능하고, 상기 펜 섹션으로부터 정보를 처리하기 위해 상기 카메라로부터 신호를 수신하기 위한 전자 회로를 구비한 회로 수용부를 가지며, 상기 캡 섹션은 상기 펜 섹션의 캡 연결 부재와 풀림가능하게 결합되도록 상보적으로 구성되는 복수의 펜 연결 부재를 갖는 펜 연결부를 더 포함하며,
    상기 밀봉 수단은 상기 펜 섹션 또는 캡 섹션 중 적어도 하나에 연결되고 상기 펜 섹션 또는 캡 섹션 중 다른 하나에 결합가능하며, 상기 밀봉 수단은 액체 및 미립자가 상기 캡 섹션 내로 유입되는 것을 방지하도록 구성되며,
    상기 캡 연결 부재 및 펜 연결 부재는 상기 펜 섹션이 기입 구조(writing configuration)에 있을 때 밀봉가능하게 결합가능하고, 스토우 구조(stowed configuration)에 있을 때 밀봉가능하게 결합가능하며, 상기 기입 구조는 상기 회로 수용부로부터 멀어지는 방향으로 상기 잉크 분배 장치를 갖고, 상기 스토우 구조는 상기 회로 수용부를 향해 상기 잉크 분배 장치를 갖는
    디지털 기입 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디지털 방식으로 작동되는 기입 표면은 인쇄 도트의 패턴을 포함하는
    디지털 기입 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 카메라는 상기 디지털 방식으로 작동되는 기입 표면으로부터 광을 수신하기 위한 전하 결합 장치(charge coupled device)를 포함하는
    디지털 기입 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 펜 섹션에 O-링이 고정되고, 상기 O-링은 상기 펜 섹션을 상기 캡 섹션과 밀봉가능하게 결합시키기 위해 상기 캡 섹션 내에 제공되는 슬롯 내에 수용가능한
    디지털 기입 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 캡 연결 부재 및 상기 펜 연결 부재는, 기입 구조에 있을 때 상기 디지털 기입 장치를 작동시키도록 그리고 스토우 구조에 있을 때 상기 디지털 기입 장치를 작동정지시키도록, 전기적으로 통신하는
    디지털 기입 장치.
  6. 디지털 펜에 있어서,
    펜 섹션(pen section), 캡 섹션(cap section), 및 밀봉 수단을 포함하며,
    상기 펜 섹션은 기입부 및 캡 연결부를 갖고, 상기 기입부는 디지털 방식으로 작동하는 기입 표면을 향해 광을 송신하도록 구성되는 광학 채널 및 잉크 분배 장치를 가지며, 상기 캡 연결부는 광을 기입 표면으로부터 상기 광학 채널을 통해 수신하도록 구성된 카메라를 갖고,
    상기 캡 섹션은 상기 펜 섹션과 결합가능하고, 상기 펜 섹션으로부터 정보를 처리하기 위해 상기 카메라로부터 신호를 수신하기 위한 전자 회로를 구비한 회로 수용부를 가지며,
    상기 밀봉 수단은 상기 펜 섹션 또는 캡 섹션 중 적어도 하나에 연결되고 상기 펜 섹션 또는 캡 섹션 중 다른 하나에 결합가능하며, 상기 밀봉 수단은 침지 이벤트(immersion event) 중 액체 및 미립자가 상기 캡 섹션 내로 유입되는 것을 방지하도록 구성되며,
    상기 펜 섹션은 기입 구조 및 스토우 구조 중 하나로 놓이도록 상기 캡 색션과 가역적으로 결합가능하고, 상기 기입 구조는 상기 회로 수용부로부터 멀어지는 방향으로 상기 잉크 분배 장치를 갖고, 상기 스토우 구조는 상기 회로 수용부를 향해 상기 잉크 분배 장치를 갖는
    디지털 펜.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 펜 섹션은 광-투과 실드(shield)를 더 포함하는
    디지털 펜.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 펜 섹션 및 상기 캡 섹션은 내구성 물질로 제조되는
    디지털 펜.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 캡 섹션의 외부 표면은 그리핑가능한 물질(gippable material)로 적어도 부분적으로 덮히는
    디지털 펜.
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