KR101942699B1 - 전자 펜 - Google Patents

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카를-피터 캠프
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스타빌로 인터내셔널 게엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 필기 심(113)과, 적어도 전압원(103), 적어도 하나의 디지털 제어 유닛(120), 및 적어도 하나의 데이터 전송 모듈(111)을 구비하는, 펜 위치 검출을 갖는 전자 펜(100)에 관한 것으로, 전자 펜(100)이 적어도 3개의 위치 결정 센서(105, 112, 104)를 구비하여 구성되고, 상기 위치 결정 센서가 구성되어 그 측정 데이터로부터 전자 펜(100)의 위치 및/또는 운동의 중복-결정이 결정될 수 있다.

Description

전자 펜{Electronic pen}
본 발명은 청구항 제1항의 서두에서 특정된 바와 같은 형태의 전자 펜과, 청구항 제13항의 서두에서 특정된 바와 같은 장치에 관한 것이다.
일상 생활, 레저 및 업무에서 전자 정보 및 통신 시스템, 특히 개인용 컴퓨터(PC), 랩탑, 태블릿, 및 스마트 폰의 계속적으로 증가하는 사용은 인간-기계 인터페이스의 개선을 개발하는데 가치가 있게 한다.
키보드, 마우스 또는 터치-감응식 표면(touch-sensitive surfaces)과 같은 인간-기계 인터페이스 외에, 전자 펜이 특히 관심으로 되고 있다. 전자 펜은 그 중에서도 전자 데이터 처리의 더욱 더 많은 가능성으로 표면에 펜으로 쓰는 기능성 및 단순성을 결합할 수 있다는 이점을 갖는다. 그에 의해, 전자 펜은 외관과 취급에서 가능한 한 통상적인 펜과 유사하다.
예컨대, WO 02/07424 A2에는 필기체 인식을 위한 전자 정보 시스템이 개시되어 있는데, 이는 압력-(pressure-) 또는 유도-감응형 표면(induction-sensitive surface)을 갖는 태블릿 및 펜을 갖추고, 펜 또는 펜 팁(pen tip)의 운동은 테블릿의 압력- 또는 유도-감응형 표면의 어느 한쪽으로부터 또는 가속도 센서(acceleration sensors) 또는 광학 센서(optical sensors)에 의해 캡쳐된다.
센서 데이터는 이어 PC로 무선으로 전송될 수 있고, 수신된 펜 움직임 데이터(pen motion data)를 기초로, 필기체 인식을 수행할 수 있다.
그러나, 필기체 인식을 위한 알려진 전자 정보 시스템의 결점은, 그 중에서도, 펜 위치 데이터(pen position data)가 충분한 정확성으로 항상 검출될 수 없고, 이는 예컨대 펜 운동의 잘못된 결정을 유도할 수 있다는 것이다.
본 발명은 전자 펜, 특히 펜 위치 검출의 정확성을 개선하기 위한 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 제1항에 따른 전자 펜과 청구항 제13항에 따른 장치에 의해 달성된다.
유리한 실시예 및 추가 개발이 종속항의 주제이다.
펜 위치 검출에 따른 전자 펜은 적어도 필기 심과, 적어도 전압원, 적어도 하나의 디지털 제어 유닛, 및 적어도 하나의 데이터 전송 모듈을 구비하여 구성될 수 있다. 더욱이, 전자 펜은 적어도 3개의 위치 결정 센서를 갖을 수 있고, 여기서 상기 위치 결정 센서가 구성될 수 있어 그 측정 데이터로부터 전자 펜의 위치 및/또는 운동의 중복-결정(over-determination)이 결정될 수 있다.
전자 펜은 단단한 바디(rigid body)로서 고려될 수 있고, 예컨대 이는, 전체적으로 이동의 6가지 자유도에 달하게 되는, 3가지 병진 자유도(three translational degrees of freedom) 및 3가지 회전 자유도(three rotational degrees of freedom)를 갖는다. 일반적으로, 2개의 3차원 위치 결정 센서는, 선택된 좌표 시스템 및 적분 에러(integration errors)의 소정의 필요한 초기화와는 별개로, 3차원 좌표 시스템에서 전자 펜의 위치 및/또는 운동을 설명하는데 충분하다.
이하, 달리 명확하게 언급되지 않는 한, 위치 결정 센서는 3개의 상호 직교 공간 방향에서 가속도 및/또는 국소 자계의 강도 및/또는 회전 속도(rotation rates)를 측정할 수 있는 위치 결정 센서로서 이해되는 것이다.
본 발명에 따른 전자 펜은, 적어도 그 3개의 위치 결정 센서에 기인하여, 3차원 좌표 시스템에서 전자 펜의 펜 위치 데이터 또는 펜 위치 및/또는 운동의 중복-결정(over-determination)을 허용한다.
이는 한편으로는 예컨대 독립적으로 측정된 펜 위치 데이터를 평균하는 것에 의해 펜 위치가 더욱 정확하게 결정될 수 있고, 다른 한편으로는 3차원 좌표 시스템에서 전자 펜의 위치 및/또는 운동에 관한 모호성이 회피될 수 있다는 이점을 갖는다.
위치 결정 센서에 의해 측정된 펜 위치 데이터의 상기 모호성은, 회전의 2개의 축, 예컨대 3차원 회전 속도를 측정하기 위한 짐벌 장착 위치 결정 센서(gimbal mounted position determination sensor)의 축의 평행 정렬의 경우, 하나의 자유도에 관한 정보는 분실되고 더 이상 특이하게 설명될 수 있는 전자 펜의 운동은 없다는 사실에 기인한다. 자유도 정보의 분실의 이러한 예는 또한 소위 짐벌 봉쇄(gimbal blockade)로 언급된다.
그러나, 적어도 3개의 위치 결정 센서가 전자 펜의 각 위치 및/또는 운동에 대해 적어도 한번은 독특한 방식으로 모든 6가지 자유도를 캡쳐할 수 있으므로, 이러한 문제는 본 발명에 따른 전자 펜에서는 야기되지 않는다.
위치 데이터의 부정확성의 다른 소스는 위치 결정 센서의 회로에서 열 잡음(thermal noise)으로부터 유래한다. 이러한 확률 잡음 신호(stochastic noise signal)는 충분한 다수의 센서를 통해 평균하는 것에 의해 상당히 감소 될 수 있다.
다른 부정확성이, 마치 정확하게 동시에 기록되었던 것처럼 데이터 버스를 매개로 연속적으로 판독되고 그 후 처리되므로, 데이터의 획득에서의 시간 지연(time delay)이나 옵셋(offset)에 의해 야기될 수 있다. 더욱이, 다중 센서의 평균화된 신호는 이러한 에러를 최소화하는데 좋은 방법으로 될 수 있다.
상기 위치 결정 센서 외에, 전자 펜은, 필기 심에 결합된, 힘 센서를 구비하여 구성될 수 있다.
이는, 예컨대, 측정이, 예컨대 종이와 같은, 필기 기판(writing substrate) 상에 전자 펜을 올려 놓을 때 필기 심에 인가되는 압력 또는 누름에 의해 촉발되는(triggered) 소정의 힘을 초과할 때에만, 위치 결정 센서 및/또는 디지털 제어 유닛 및/또는 데이터 전송 모듈이 완전하게 사용가능하게 될 필요가 있다는 이점을 갖는다.
이는, 필기 기판 상에서 필기하거나 묘화하기 위해 전자 펜의 사용 및 비사용 간의 구별을 할 수 있고, 예컨대 비사용의 경우, 위치 결정 센서 및/또는 전자 펜의 다른 전기적으로 동작되는 엘리먼트들이 부분적으로 또는 완전하게 스위치 오프(switched off)되므로, 전자 펜의 에너지 또는 전력 소모를 감소시킬 수 있다.
다른 한편으로는, 전자 펜은 물론 또한 예컨대 공간에서 자유롭게 필기하거나 몸짓을 수행하기 위해 기판 없이 이용될 수 있고, 여기서 상기 힘 센서에 인가된 특정 압력이 없을 때 또는, 필기 심의 질량(mass) 및 전자 펜의 가속도와 일치하는, 압력의 측정의 경우에도, 위치 결정 센서 및/또는 디지털 제어 유닛 및/또는 데이터 전송 모듈은 부분적으로 또는 완전하게 활성화될 수 있다.
이는 필기 기판과 심의 접촉이 발생하지 않는 경우에서와 같이, 주로 개행(line breaks) 또는 페이지 넘김(turning the page)과 같은 프로세스에 대해 중요하다. 따라서, 이는, 필기 압력이 중지된 후, 위치 결정이 예컨대 몇 초 동안 더 계속 작동할 수 있도록 하는데 유용할 수 있다. 어떠한 이하의 운동 패턴이 이어 형태로 분류될 수 있고, 신호 또는 데이터 수신 장치, 예컨대 외부 데이터 처리 유닛의 대응하는 기능을 촉발시킬 수 있다. 예컨대, 필기 압력 없이 필기의 방향에 대한 두드러진 움직인에 대해, 다음의 획(stroke)에 대한 입력 지점은 이전 라인의 시작에서 그리고 이전 라인 아래의 라인 높이에 위치되어야 한다.
유리하게, 힘 센서 데이터가 또한 필기 심의 질량(mass)의 변화의 검출에 대해 민감할 수 있음에 따라, 힘 센서 데이터의 분석은 부산물로서 또한 필기 심의 레벨에 관한 정보를 제공한다. 더욱이, 질량 힘(mass forces)에 의해 유도되고 힘 센서에 의해 측정된 압력은 동시에 측정된 펜의 길이 방향(longitudinal direction)의 가속도와 비교될 수 있고, 이는 필기 심의 질량에 대한 결론 그리고 따라서 그들의 레벨을 허용한다
힘 센서는 따라서 온/오프 스위치로서만 기능할 수 있는 것은 아니다. 특히, 힘 센서는 유사 또는 비례 신호를 제공할 수 있고, 예컨대 압력 강도(pressure force strength) 또는 압력 강도의 변화를 측정할 수 있고, 이는 예컨대 필기 학습에 대한 도움 뿐만 아니라, 예컨대 여러 컬러 및/또는 라인 두께를 갖는 외부 디스플레이 유닛 상에서 표현될 수 있는, 기록 문자 표현의 다양한 모드를 위해 관심이 될 수 있다.
위치 결정 센서는, 측정 원리가 관성 및 스프링 탑재 테스트 질량의 기계적 변위를 기초로 하는, 관성 센서(inertial sensors)로서 설계될 수 있다. 바람직하기는, 이러한 관성 센서는 소위 관성 MEMS(inertial Micro-Electro-Mechanical Systems)로서 구현될 수 있고, 여기서 예컨대 기계적 구조는 다결정실리콘의 층(layer of polysilicon)에 맵핑될 수 있다.
그러나, 관성 센서가 아닌 위치 결정 센서의 이용이 또한 가능하고, 그리고 이러한 위치 결정 센서는, 홀-효과(Hall-effect) 또는 큰 자기-저항 효과(magneto-resistance effect)를 기초로 동작하고 이동하는 기계적 부품 없이 구현될 수 있는 자계 센서(magnetic field sensors)와 같은, 다른 측정 원리를 기초로 할 수도 있다. 바람직한 실시예는, 예컨대 플럭스-게이트 센서(flux-gate sensors)로 불리우는, 푀르스터-프로브형 센서(
Figure 112018105975808-pat00001
)를 구비하여 구성될 수 있다.
위치 결정 센서는 전자 펜의 바디-고정 동행 좌표 시스템(body-fixed comoving coordinate system)에서 펜 위치를 초기에 측정할 수 있다. 전자 펜의 좌표를 위한 절대 기준 시스템(absolute reference system)으로의 이전(transfer)은 이하 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 변환(transformations)에 의해 행해질 수 있다.
전자 펜의 다수의 위치 결정 센서 중 적어도 2개는 3차원 가속도 센서(three-dimensional acceleration sensors)일 수 있고, 하나의 위치 결정 센서는 3차원 회전 속도 센서(three-dimensional rotation rate sensor)일 수 있다.
대안적으로, 다수의 위치 결정 센서 중 적어도 2개는 3차원 가속도 센서일 수 있고, 하나의 위치 결정 센서는 1차원 또는 2차원 또는 3차원 자계 센서(magnetic field sensor)일 수 있다.
회전 속도 센서 이상의 가속도 센서에 대한 선호도는 그 중에서도 가속도 센서가 회전 속도 센서 보다 더 에너지-효율적일 수 있다는 사실에 기초할 수 있고, 이는 유리하게 전자 펜의 동작 수명에 영향을 미칠 수 있다.
그러나, 회전 속도 센서의 이용은 필기 기판에 독립적으로 공간에서 전자 펜의 운동이 더욱 용이하게 측정될 수 있고, 특히 종축 주변에서 회전 운동에 대한 신호 품질이 더 높다는 이점을 제공할 수 있다.
따라서, 다수의 위치 결정 센서 중 적어도 2개는 3차원 회전 속도 센서일 수 있고, 하나의 위치 결정 센서는 3차원 가속도 센서일 수 있다는 것이 가능하다.
더욱이, 적어도 하나의 위치 결정 센서는 3차원 회전 속도 센서일 수 있고, 적어도 하나의 위치 결정 센서는 3차원 가속도 센서일 수 있으며, 적어도 하나의 위치 결정 센서는 1차원 또는 2차원 또는 3차원 자계 센서일 수 있는 전자 펜을 생각할 수 있다.
더욱이, 전자 펜은 기압 공식(barometric formula) 및 해수면에서 알려진 기준 공기 압력을 유리하게 이용하는 공기 압력 센서(air pressure sensor)를 포함할 수 있고, 고도 차이에서 전자 펜의 위치가 결정될 수 있어 위치 결정 센서를 초기화하는데 이용될 수 있다.
공기 압력 센서 데이터의 평가 및 분석은, 바람직하기는, 데이터 전송 모듈에 의해 보내짐에 따라 전자 펜의 모든 센서로부터 데이터를 수신할 수 있는, PC, 랩탑, 태블릿 또는 스마트폰과 같은, 데이터 처리 또는 데이터 분석 유닛에서, 전자 펜의 외부, 예컨대 외부적으로 행해질 수 있다.
상기 데이터 처리 유닛은 데이터베이스를 구비하여 구성될 수 있고 또는 모든 가능하고 요구된, 해수면에서의 기준 기압과 같은, 초기화를 위한 최신의 시간- 및/또는 사이트-종속 데이터 값 및/또는 중력에 기인하는 가속도의 값, 및/또는 지구의 자계 강도의 값을 저장하고 제공하는 데이터베이스들에 대한 억세스를 갖을 수 있다.
그러나, 위치의 결정을 위해, 상대적인 결정(relative determination)은 충분할 수 있고, 여기서 압력 변화는 고도 변화로서 해석된다. 이것의 가능한 결점은 환경의 영향, 예컨대 인근의 문을 열거나 닫는 것의 결과로서의 기압 변화에 대한 민감성(susceptibility)일 수 있다. 그러나, 이러한 변화는, 예컨대 제2의, 고정 기압 센서로 용이하게 필터링해 낼 수 있다. 이러한 고정 압력 센서는 유리하게 수신 장치, 예컨대 상기 데이터 분석 또는 처리 유닛에 배치될 수 있다.
전자 펜은 다르거나 동일한 형태의 적어도 2개의 센서가 통합될 수 있는 적어도 하나의 조합 센서를 또한 갖을 수 있고, 예컨대 조합 센서는 3차원 회전 속도 센서 및 3차원 가속도 센서를 구비하여 구성될 수 있다.
예컨대, 조합 센서는 3차원 가속도 센서 및 1차원, 2차원 또는 3차원 자계 센서를 구비하여 구성될 수 있고, 또는 조합 센서는 3차원 회전 속도 센서 및 1차원, 2차원 또는 3차원 자계 센서를 구비하여 구성될 수 있다. 조합 센서에 대한 다른 예는 3차원 회전 속도 센서, 3차원 가속도 센서 및 1차원, 2차원 또는 3차원 자계 센서를 구비하여 구성될 수 있다는 것이다. 조합 센서의 이용은 유리하게 전자 펜의 더욱 컴팩트한 디자인을 할 수 있게 하고, 전자 펜의 생산 비용을 또한 가능하게 감소시킬 수 있다.
조합 센서는 또한 모든 센서 형태의 모든 공간 방향에서 데이터를 처리할 수 있고, 그리고, 예컨대 디지털 출력에서는 쿼터니온(quarternions) 및/또는 오일러 각(Euler angles)에서 드리프트 보상 신호, 특히 드리프트 보상 각도 신호(drift compensated angle signals)를 이미 제공할 수 있는 데이터 처리 및 분석 전자기기를 갖을 수 있다.
그에 의해, 조합 센서는 예컨대 5mm×5mm 이하일 수 있는 표면 영역을 점유할 수 있다.
위치 결정 센서의 센서 신호로부터 움직임 또는 운동 개요가 가속도의 적분(integration)(누적 합산; cumulative summation)에 의해 생성된다. 소정의 시간 기간 결정 속도(time period determined velocities)에 대한 것으로부터, 이동된 거리가 또 다른 적분(further integration)에 의해 계산될 수 있다.
기록된 데이터의 보다 나은 이용에 대해, 초기 조건이나 초기 기준 데이터, 즉 예컨대 적분 처리의 시작에서 속도 및/또는 위치에 관한 정보가 요구되거나 제공될 수 있는 것을 아는 것이 도움이 될 수 있다.
기준 지점과의 조정을 지속적으로 실행하는 전자 펜의 사용자를 기대할 수 없으므로, 전자 펜의 정상적인 이용에서 특징적이거나 특유의 행위를 기초로 하는 초기 조건의 초기화가 가능하다. 이러한 초기화 행위는, 예컨대 펜을 내려 놓는 것, 평균 필기 방향 또는 개별 문자에 대한 방향 반전일 수 있다. 또한, 필기 심에 결합된 상기한 힘 센서에 의해 측정될 수 있는, 필기 기판, 예컨대 종이와의 접촉의 측정은 이러한 초기 기준 데이터를 결정하는데 이용될 수 있다.
전자 펜의 이용 및 데이터 분석에 대해, 특히 전자 펜의 펜 팁(pen tip) 또는 필기 심 팁(writing lead tip)의 위치 및 운동의 지식이 관련이 있다. 그러나, 기술적 이유에 대해, 펜 팁에 직접적으로 위치 결정 센서를 통합하기 위해, 이는 더욱 용이하게 될 수 있고 때때로 이는 위치 결정 정확성에 관하여 더욱 더 유리할 수 있다. 그러나, 펜 팁의 위치 및/또는 이동은 위치 결정 데이터 센서로부터 데이터의 대응하는 좌표 변환에 의해 계산될 수 있다.
전자 펜의 센서로부터의 데이터가 또한 전자 펜의 디지털 제어 유닛에 의해 부분적으로 또는 완전하게 처리될 수 있음에도 불구하고, 외부 데이터 처리 또는 분석 유닛에 대해 주로 미처리된 형태로, 예컨대 무선으로, 센서 데이터가 보내질 수 있는, 이러한 처리를 위해 요구된 에너지에 따르는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 예컨대 독점적 알고리즘(proprietary algorithms)이 전자 펜의 디지털 제어 유닛에 배치될 수 있고 및/또는 전처리(preprocessing)가 그곳에서 발생될 수 있다는 것이 가능하고, 여기서 센서로부터의 원시 데이터(raw data)는, 예컨대 분리 병진 및 회전 성분(separate translational and rotational components)을 갖는, 감소된 표현(reduced representation)으로 존재한다. 이는 또한 전송된 데이터 볼륨을 감소시는데 도움을 줄 수 있고, 결국 이러한 감소의 정도에 따라, 상당한 에너지 절약을 이끌어낼 수 있다.
유리하게, 가속도 신호 강도를 최적화하기 위해, 그리고 그들의 등록된 가속도의 차이를 이용해서, 전자 펜의 회전에 관한 정보가 획득될 수 있도록, 적어도 2개의 가속도 센서는 (전자 펜의 종축의 중심과 같은) 전자 펜의 중심으로부터 가능한 한 멀리 배열될 수 있다. 그에 의해 3개의 축에서의 가속도의 평균은 각각의 축에서의 병진 가속도(translational acceleration)로서 고려될 수 있다.
일반적으로, 위치 결정 센서는 전자 펜의 종축을 따라 및/또는 전자 펜의 종축에 평행하는 축 및/또는 평행하지 않는 축을 따라 배열될 수 있다.
특히, 가속도 센서는 전자 펜의 종축을 따라 배열될 수 있거나 바람직하기는 종축에 평행하거나 비스듬하거나 수직인 축을 따라 배열될 수 있다.
전자 펜의 종축을 따라 또한 배열될 수 있거나, 바람직하기는 종축에 평행, 비스듬 또는 수직인 축을 따라 배열될 수 있는 부가적 회전 속도 센서는 종축에 관한 회전 가속도에 대한 신호 품질을 개선하고 전자 펜의 위치 또는 운동 결정에서의 모호성들을 방지할 수 있다.
회전 속도 센서에 대해 대안적으로 또는 부가적으로, 예컨대 가속도 센서의 부호(sign)를 평가하는 것에 의해, 위치 또는 이동 결정에서의 모호함을 해결하기 위해, 제3 가속도 센서가 예컨대 제1의 2개의 가속도 센서 중 하나의 위치에 관한 둘레를 따라 180°± 90°의 둘레 옵셋(circumferential offset)으로 배열될 수 있다.
신호 처리를 더욱 용이하게 하기 위해, 펜의 종축에 직각이고 제1 위치 결정 센서의 평면에 있을 수 있는, 평면에 제2 위치 결정 센서를 위치시키는 것이 이점일 수 있다.
양 위치 결정 센서는 중심 점이 펜의 종축에 의해 정의될 수 있는 원(circle) 상에 위치될 수 있다. 원 상의 그들 위치는, 전체 둘레가 360°를 측정할 때, 예컨대 0° 및 180°에 있을 수 있다.
그러나, 더욱이 회전이 차이 신호에 의해 측정되는, 축에 대해 수직인 2개의 위치 결정 센서 사이의 거리가 충분히 크게 제공된, 어떠한 다른 위치결정이 가능하다.
더욱이, 자계 센서 및 다른 센서는 또한 전자 펜의 종축을 따라 또는 종축에 평행, 비스듬함 또는 수직인 축을 따라 배열될 수 있다.
이는 단지 상대적 신호(relative signal)만을 제공하고, 예컨대 회로 설계의 최적화를 위한 고려로부터 일어나는 제한만을 겪을 수 있으므로, 앞에서 언급된, 선택적 기압 센서의 위치결정은 거의 임의적이다.
조합 센서로서 설계되는, 또한 소위 센서 클러스터(sensor cluster)로 불리우는, 위치 결정 센서의 배열은 또한 전자 펜의 종축을 따라 또는 종축에 평행하고, 비스듬하고 또는 수직인 축을 따라 만들어질 수 있다.
예컨대 가속도 센서 및 회전 속도 센서 또는 자계 센서와 같은 적어도 하나의 다른 위치 검출 센서로 구성되는 조합 센서에 있어서, 가능한 한 전자 펜이 중앙으로 상기 조합 센서를 배열하기 위해, 몇몇 상황에서는 이점일 수 있다. 예컨대, 조합 센서의 가속도 센서가 주로 병진 운동(translational movements)을 커버하도록 예견되면, 조합 센서 및 가속도 센서의 중앙 배열은 더 낮은 잡음(lower noise) 및 간섭 성분(interference component)을 초래할 수 있다.
위치 결정 센서는 전자 펜의 하우징 상에 또는 내에, 또는 필기 심과 상기 하우징 사이의 구성요소 상에 위치될 수 있다. 상기 구성요소는 원통형 형상을 갖을 수 있고, 예컨대 도 1a 또는 도 1b에서 설명되는 바와 같은, 회로 캐리어 슬리브(circuit carrier sleeve)일 수 있다.
또한 사출 성형(injection mold) 또는 사출 성형 도구(injection molding tool)에 삽입하기 위해 필름 상에 회로를 구성하는 것도 용이하게 생각할 수 있다. 납땜 온도(예컨대, 기상 납땜(vapor phase soldering)에 대해 238℃)가 일반적인 플라스틱의 처리 온도 보다 훨씬 더 높으므로, 이 경우에 있어서 플라스틱으로 감싸는 동안 발생되는 열 대미지는 없고, 구성요소는 최적으로 고정될 수 있다. 동시에 펜 슬리브 또는 하우징으로 회로 캐리어 또는 위치 결정 센서의 이러한 선택적 매립은 펜의 종축으로부터 센서 거리를 최소화하도록 허용한다.
전자 펜은 모듈형 빌드 업(modular build-up)을 갖을 수 있고, 예컨대 플러그-인(plug-in) 및/또는 나사 연결(screw connections)을 갖을 수 있어, 필기 심 및/또는 전압원으로서 이용되는 배터리가 용이하게 교체될 수 있다. 그러나, 교체 가능한 부품없이 단일 사용 또는 일회용 모델도 생각할 수 있다.
예컨대 필기 페이스트(writing paste) 또는 잉크를 용이하게 미끄러져 필기할 수 있는 필기 심은, 예컨대 2mm 내지 10mm, 바람직하기는 4mm 내지 5mm의 직경을 갖을 수 있다. 필기 심의 길이는 50mm 내지 200mm, 바람직하기는 80mm 내지 100mm 사이에 놓일 수 있다.
전자 펜의 하우징은 실질적으로 원통형 형상을 갖을 수 있다. 더욱이, 생각할 수 있는 것은 직육면체(cuboidal) 또는 다면체(polyhedral) 하우징 형태, 또는 볼록하거나 오목한 다각형 단면(polygonal cross-sections)을 갖는 원통 형상이다.
하우징에 회로를 매립할 때, 하우징의 내부 표면의 다각형 설계가 권장될 수 있고, 이는 내부 표면의 평탄부(planar portions) 상에 구성요소를 위치시키는 것을 가능하게 한다. 이는 예컨대 사출 성형 도구에 삽입할 때 회로 캐리어 또는 회로 기판에 구성요소가 접촉하는 것에 대해 대미지를 회피하는 것을 허용한다.
전자 펜은 예컨대 90mm와 200mm 사이의 길이를 갖을 수 있고, 3mm에서 20mm까지의 평균 직경 또는 평균 외부 직경을 갖을 수 있다. 인체공학적인 관점에서, 5mm 내지 12mm의 외부 직경이 바람직할 수 있고, 이는 구성요소의 패키징에 대한 높은 요구를 생각해 낼 수 있다.
유리하게, 전자 펜의 형상이 선택될 수 있어 가능한 한 통상적인 펜의 외형 및 취급과 유사할 수 있다.
전자 펜의 동작의 모드에 따라, 전자 펜 위치의 평가 및 분석을 위해 이용된 좌표 시스템의 여러 초기화가 만들어질 수 있다. 묘화할 때 필기 기판 상에서 전자 펜의 절대 위치(또는 필기 기판, 예컨대 종이 상에서 기준 위치와 관련되는 위치)를 아는 것이 유용할 수 있지만, 예컨대 문자 인식(character recognition)은 전자 펜 단독의 동적 운동으로부터 이미 가능할 수 있다.
예컨대, 2차원 필기 기판, 예컨대 종이 상에서 좌표 시스템을 정의하기 위해, 일반적으로 3개의 기준 포인트가 요구된다. 묘화함에 따라 동일한 평면에서 항상 기록 기판을 사용자가 접촉함을 가정하면, 통합된 힘 측정(integrated force measurement)은, 필기 기판의 수평 위치를 결정하는, 단지 2개의 기준 포인트만으로 관리하도록 할 수 있다. 모든 다른 필기 기판 터치나 접촉은 이어 묘화 또는 필기 평면을 결정하는데 이용될 수 있다.
필기 심에 결합된 힘 센서는 따라서 필기 평면의 조정 및 초기화를 위한 유용한 데이터를 제공할 수 있고, 예컨대 필기 압력 데이터(writing pressure force data)와 위치 결정 센서의 가속도 값을 비교하거나 매치시킬 수 있고, 따라서 예컨대 필기 평면 아래로 전자 펜이 떨어지는 것이 허용되지 않는 것으로 인식될 수 있다.
초기화 프로세스는, 예컨대 필기 기판의 코너를 터치하는 것에 의해 실행될 수 있고, 이는 동시에 또한 이용가능한 묘화 영역을 정의하도록 기능할 수 있다.
그러나, 필기 기판의 위치가 일정함이 항상 가정될 수는 없다. 따라서, 절대 기준 시스템(absolute reference system), 예컨대 축 x, y, z를 갖는 직교 기준 시스템(orthogonal reference system)을 정의하는데 유용하고, 여기서 예컨대 z-축은 중력 가속도(gravitational acceleration)의 방향과 반대일 수 있거나 그 방향으로 될 수 있다. 예컨대 xy-평면의 회전을 결정하기 위해, 지구의 자계(Earth's magnetic field)가 기준 시스템으로서 이용될 수 있다. 이 후, 이러한 절대 기준 시스템은 또한 지리적 기준 시스템(geo-reference system)으로 언급된다.
지리적-기준 시스템에 걸쳐 그리고 그 반대에 걸쳐 전자 펜의 바디-고정 이동 좌표 시스템(body-fixed moving coordinate system), 예컨대 위치 결정 센서가 측정하고 있는 좌표 시스템의 좌표의 전환(conversion) 또는 변환(transformation)은 이어, 위치 결정 센서의 초기화 후에, 예컨대 병진 및/또는 회전 변환에 의해 간단하게 수행될 수 있다.
위치 결정 센서 및 다른 센서는, 예컨대 전자 펜의 이용 동안, 손 또는 전자 펜의 모든 운동을 검출 및 캡쳐하기 위해, 샘플링 주파수가 필기하는 이용자의 손의 고유진동수(eigenfrequency) 또는 고유 주파수(natural frequency)(예컨대, 5Hz)에 결쳐 놓이는 것을 확실히 하도록, 적어도 매 50ms 마다 데이터를 기록할 수 있다.
전자 펜 위치 검출의 해상도 및 정밀도는 예컨대 1mm 보다 작거나 더 좋을 수 있다.
이는 또한, 영구 절대 펜 위치 검출(permanent absolute pen position detection) 대신, 개별 문자 및/또는 단어에 대해 기록된 운동 패턴을 할당하는 것이 가능하도록, 1s, 2s, 4s, 또는 6s 또는 더 긴 기간에 걸쳐 전자 펜의 운동의 패턴을 추적하는 것이 가능할 수 있다.
이러한 할당 또는 분석은 예컨대 외부 데이터 처리 유닛 상에서 수행될 수 있다.
측정된 위치 결정 데이터는 디지털 제어 유닛에 의해 벡터화(vectorized)될 수 있고, 또는 수신된 데이터를 분석하고 처리하기 위해 데이터 수신 모듈 및 데이터 처리 유닛으로 데이터 전송 모듈을 매개로 포맷되고 이어서 전송될 수 있다. 이는 예컨대 BLE(Bluetooth Low Energy)-표준을 따라 암호화된 무선 데이터 전송(encrypted wireless data transfer)을 이용해서 행해질 수 있다.
예컨대 측정된 데이터의 적분 및 에러 보정을 위해 펜에 통합된 데이터 처리 유닛이 또한 가능하고, 전송되어지는 데이터의 볼륨의 감소 및 데이터 오류(data failures)에 대한 높은 견고성(robustness)을 허용할 수 있다. 전자 펜의 통합된 데이터 처리 유닛에 의해 발생된 선택적인 이들 데이터는 데이터 전송 모듈을 매개로 전송될 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 외부 데이터 처리 유닛이 예컨대 데이터 수신 모듈에 의해 수신된 데이터의 통합 및 에러 보정을 수행할 수 있다.
전자 펜의 데이터 처리 유닛에 의해 처리된 데이터 및/또는 외부 데이터 처리 유닛에 위해 처리된 데이터는 데이터 출력 유닛으로 출력될 수 있고 및/또는 데이터 저장 유닛에 저장될 수 있다.
에러 보정에 대해, 다른 기술들 사이에서, 예컨대 필기 심에 결합된 힘 센서로부터의 데이터와의 관련에서 위치 결정 센서 데이터를 포함하는, 칼만 필터 기법(Kalman filter techniques)이 여기서 이용될 수 있다. 유리하게, 따라서 예컨대, 센서 데이터의 잘못된 적분(faulty-integration)에 기인하는, 필기 방향의 기준선(baseline)의 인위적인 이동(artificial drift)이 보정될 수 있다.
예컨대 필기체 인식 처리(handwriting recognition processing)와 같은, 위치 결정 데이터의 실제 처리의 가능한 아웃소싱(outsourcing)은, 디지털 제어 유닛이, 센서 데이터 수집의 원활한 동작을 손상시키고, 소정의 환경 하에서, 전자 펜의 전압원으로서 기능하는 배터리의 동작 수명에 부정적으로 영향을 미칠 수 있는, 연산 집약적 및/또는 메모리 집약적 처리 단계를 완화시킨다는 이점을 갖는다.
그러나, 상기한 바와 같이, 전자 펜의 센서에 의해 수집되고 기록된 데이터의 처리는 또한 펜 그 자체에서 야기될 수 있다.
더욱이, 전자 펜의 데이터 전송 모듈은 또한 외부 장치로부터 데이터, 특히 제어 및/또는 구성 명령을 수신할 수 있음을 또한 생각할 수 있다.
따라서 전자 펜은, 수신하고 송신하기 위해, 외부 장치와 통신될 수 있다.
전자 펜은 또한, 예컨대, 필기 페이스트 또는 잉크를 용이하게 미끄러져 동작되는, 필기 심으로 필기 및/또는 묘화하기 위해, 통상적으로 간단하게 또한 이용될 수 있음이 또한 주지되어야 한다.
도 1a는 전자 펜의 예시적 실시예이다.
도 1b는 회로 캐리어 슬리브(circuit carrier sleeve)의 예시적 실시예이다.
도 2는 전자 펜의 다른 예시적 실시예이다.
도 1a는 본 발명에 따른 전자 펜(100)의 예를 예시한다.
예컨대 용이하게 미끄러지는 페이스트(easy glide paste) 또는 잉크로 채워진 필기 심(writing lead; 113)은 회로 캐리어 슬리브(circuit carrier sleeve; 122)에 의해 유지되거나 둘러싸일 수 있고, 여기서 상기 회로 캐리어 슬리브(122)는 전자 펜의 하우징(115)에 의해 에워싸일 수 있다.
회로 캐리어 슬리브(122)는, 필기 심을 유지하기 위해 기능할 수 있는, 회로 캐리어 슬리브(122)의 제2 슬리브부(101) 상에서 돌출부(protrusion; 117)를 선택적으로 포함할 수 있다.
힘 센서(force sensor; 107)는, 예컨대 핀(pin; 110)을 매개로 필기 심(113)에 결합될 수 있고, 필기 심(113)에 인가된 압력(pressure) 또는 가속력(acceleration force)을 측정한다.
회로 캐리어 슬리브(122)는 또한, 회로 캐리어 슬리브(122)의 제1 슬리브 부재(102)에서, 전자 펜(100)의 종축(longitudinal axis; 121)을 따라 배열될 수 있는, 제1 위치 결정 센서, 예컨대 회전 속도 센서(rotation rate sensor; 112)를 수용할 수 있다.
제2 및 제3 위치 결정 센서는 회로 캐리어 슬리브(122) 상 및 종축(121)의 외부에 위치될 수 있다. 예컨대, 제1 가속도 센서(105)는 회로 캐리어 슬리브(122)의 제1 슬리브부(102) 상, 예컨대 바람직하기는 전자 펜의 펜 팁(114)에 대향하는 종단/종단 캡(116)의 부근에 부착될 수 있다.
제2 가속도 센서(104)는 예컨대 회로 캐리어 슬리브(122)의 제2 슬리브부(101) 상에 배열될 수 있고, 바람직하기는 제1 가속도 센서(105)에 대해 거의 최대 거리이고, 그에 의해 유리하게, 2군데의 다른 장소에서 측정된 가속도 간의 차이로부터, 위치(position) 및 움직임(motion), 특히 전자 펜(100)의 회전에 관한 정보를 결정하는데 정확성을 개선할 수 있게 된다.
전압원(103), 예컨대 전자 펜(100)에 전원을 공급하기 위한 배터리는 회로 캐리어 슬리브(122)의 제1 슬리브 부재(102) 뿐만 아니라 디지털 제어 유닛(120) 및 데이터 전송 모듈(111) 내에 위치될 수 있다.
데이터 전송 모듈(111)은 외부 데이터 처리 유닛(도시되지 않았음) 및 데이터 수신 모듈(도시되지 않았음)로 전자 펜(100)의 데이터를 전송할 수 있다.
전자 펜(100)은 폐쇄 캡(closing cap)(도시되지 않았음)을 갖을 수 있고, 이는 예컨대 전자 펜(100)이 사용 중일 때 종단 캡(end cap; 116) 상에 대해 메워지거나(plugged) 나사고정(screwed)될 수 있다.
전자 펜(100)은, 예컨대 플러그-인(plug-in) 및/또는 나사 연결(screw connections)을 이용해서, 모듈 구조(modular construction)를 갖을 수 있고, 따라서 예컨대 필기 심(113) 및/또는 전압원(103)으로서 이용되는 배터리가 용이하게 교체될 수 있다. 그러나, 교환가능 부품(interchangeable parts) 없이 전자 펜(100)의 단일-이용 또는 일회용 모델을 또한 생각할 수 있다.
도 1b는 본 발명에 따른 전자 펜의 대안적 회로 캐리어 슬리브(200)의 예를 나타낸다.
회로 캐리어 슬리브(200)는 제1 슬리브부(202) 및 제2 슬리브부(201)를 구비하여 구성될 수 있고, 제2 슬리브부(201)는, (도시되지는 않았지만, 예컨대 필기 심(113)와 유사한) 필기 심을 구비하여 구성될 수 있고, 예컨대 도 1a로부터의 돌출부(117)와 유사한 돌출부를 갖지 않는, 2개의 플랜지(flanges; 218, 219)를 포함할 수 있다. 제1 슬리브부(202)는, 예컨대 배터리와 같은, 전압원을 수용하기 위한 구획(compartment; 203)을 포함할 수 있다.
다양한 형태의 다수의 위치 결정 센서, 예컨대 가속도 센서(acceleration sensors), 회전 속도 센서(rotation rate sensors), 자계 센서(magnetic field sensors), 기압 센서(air pressure sensors) 및 조합 센서는 대부분 회로 캐리어 슬리브(200)의 표면 상의 소정 위치에 위치될 수 있다.
3개의 가속도계(accelerometers)를 갖는 실시예를 위한 예시적 구성이 도시된다. 가속도 센서는 일반적으로 예컨대 회전 속도 센서와 같은 다른 위치 결정 센서 보다 적은 에너지를 이용하므로, 본 실시예는 최적화된 에너지 소비에 의해 유리하게 특징지워질 수 있다.
예컨대, 가속도 센서(205, 204)는 전자 펜의 종축(214)에 평행하는 축(217)을 따라 회로 캐리어 슬리브(200) 상에 배열될 수 있다. 가속도 센서(205, 204)는 동일한 축(217) 상에 놓일 수 있다.
바람직하기는, 가속도 센서(205, 204) 사이의 거리는 거의 최대로 될 수 있고, 그에 의해 유리하게, 2군데의 다른 장소에서 측정된 가속도 간의 차이로부터, 위치 및 움직임, 특히 전자 펜의 회전에 관한 정보를 결정하는데 정확성을 개선할 수 있게 한다.
제3 가속도 센서(206)는 예컨대 회로 캐리어 슬리브(200)의 둘레(215)를 따라 예컨대 180°± 90°의 옵셋으로 가속도 센서(204)에 대향하여 배열될 수 있다. 2개의 가속도 센서(204, 206)는 그에 의해 회로 캐리어 슬리브(200)의 동일한 둘레(215) 상에 또는 전자 펜의 종축(214)을 따라 2개의 다른 둘레(215, 216) 상에 놓일 수 있다. 제3 가속도 센서(206)는 또한 회로 캐리어 슬리브(200)의 제1 슬리브부(202) 상의 가속도 센서(205)의 반대쪽 위치(212)에 배열될 수 있다.
또한, 예컨대 도시된 배열에서 가속도 센서(205, 206)를 배열하고, 택일적 위치(211)에 가속도 센서(204)를 배열하는 것과 같은, 모든 3개의 가속도 센서가 전자 펜의 종축(214)에 평행하는 다른 축 상에 배열됨을 생각할 수 있다.
가속도 센서와 같은 위치 결정 센서를 위한 다른 예시적 택일적 위치가 213에 의해 나타내어진다.
유리하게, 이 경우 단지 센서 중 각각의 하나의 축으로부터의 값만의 차이 및 평균을 계산하도록 고려되어져야만 하므로, 처리 및 분석 알고리즘을 더 간단하게 만들기 위해, 3개의 가속도 센서(205, 204, 206) 중 적어도 2개가 전자 펜의 종축(214)과 평행하는 동일한 축 상에 배열될 수 있다.
전기 도전 경로(208, 209)는 디지털 제어 유닛(도시되지 않았음)으로 힘 센서(207)의 센서 신호를 전송할 수 있다.
도 1a의 예와 유사하게, 힘 센서(207)는 필기 심(도시되지 않았음)에 핀(210)에 의해 결합될 수 있다.
가속도 센서(205, 204, 206)와 같은, 위치 결정 센서의 신호는 전기 도전 경로에 의해 상기 디지털 제어 유닛(도시되지 않았음)으로 보내질 수 있고, 위치 결정 센서 및 다른 센서에 의해 수집된 원시 또는 처리된 센서 데이터가, 외부 데이터 처리 유닛(도시되지 않았음)으로 데이터 전송 모듈(도시되지 않았음)에 의해, 바람직하기는, 무선으로 전송될 수 있다.
전자 펜(100)의 특징은 물론 회로 캐리어 슬리브(200)의 특징과 결합될 수 있다. 또한, 일반적인 설명으로 표현된 특징은 전자 펜(100)의 특징 또는 회로 캐리어 슬리브(200)의 특징과 결합될 수 있다.
전자 펜의 위치 결정 센서 및 다른 센서가 이와 같이 구성되어, 전자 펜이 사용 중일 때 적어도 매 50ms 마다 데이터를 캡쳐할 수 있다. 디지털 제어 유닛이 모든 센서를 쿼리하는, 쿼리 주파수(query frequency)는 적어도 20Hz로 될 수 있다.
도 2는 또한 본 발명에 따른 가능한 전자 펜(300)의 예를 나타낸다.
상기한 모든 특징은 설명된 이점을 달성하기 위해 소정의 조합으로 결합될 수 있음이 다시 한번 지적되어야 한다. 이는 예컨대 전자 펜(300)이 또한 전자 펜의 특징의 몇몇 또는 모두를 갖을 수 있음을 의미한다.
그러나, 명확성의 이유를 위해, 상기한 특징의 조합의 예 또는 일부분 만이 도 2에 도시된다.
전자 펜(300)은 하우징이나 슬리브(311)를 갖을 수 있다. 바람직하기는, 하우징(311)은 통상적인 펜의 기하학적 구조를 갖을 수 있고, 예컨대 이는 주로 원통형 형상을 갖을 수 있다. 또한 직육면체 또는 다면체 하우징 형태, 또는 볼록하거나 오목한 다면체 단면을 갖는 원통형 형상을 생각할 수 있다.
전자 펜(300)은, 예컨대 90mm와 200mm 사이의 길이와, 3mm 내지 20mm, 바람직하기는 5mm 내지 12mm의 평균 직경 또는 평균 외부 직경을 갖을 수 있다.
전자 펜(300)의 상기 하우징(311)은, 예컨대 나사 조임될 수 있거나 플러그-인 연결에 의해 서로 연결될 수 있는, 제1 부분(303), 제2 부분(302) 및 제3 부분(301)의 3개의 하우징 부분으로 분리될 수 있다.
하우징부(303)는, 예컨대 하우징부(302) 상에 나사 조임될 수 있고 배터리 구획 커버(battery compartment cover)를 구비하는 종단 캡(end cap; 304)을 갖출 수 있는, 하우징 종단부(310)를 구비하여 구성될 수 있다.
하우징부(303)는, 무엇보다도, 타입 675 (1.4V, 650mAh)와 같은, 하나 이상의 전압원(305), 예컨대 아연-공기 버튼 셀 배터리(zinc-air button cell batteries)를 수용할 수 있다.
하우징부(301)는, 예컨대 필기 심(312)이 외부로 나올 수 있는 스크류-온 형태의 원추형 하우징 단부(screw-on type cone-shaped housing end portion; 316)로서 설계될 수 있다.
하우징부(302)는 또한 누름 맞춤형 소프트 그립 존(push-fit type soft grip zone; 314)을 포함할 수 있다.
외부 데이터 처리 유닛(도시되지 않았음)으로 전자 펜(300)의 모든 전자 부품의 데이터를 무선으로 보낼 수 있는, 데이터 전달 모듈(306)은 또한 하우징(311)의 부분(303 또는 310)에서 장소를 찾을 수 있다.
대안적으로 또는 부가적으로, 전자 펜(300)은 또한, 예컨대 데이터 출력 유닛(도시되지 않았음) 상으로 출력되도록 하기 위해 및/또는 데이터 저장 유닛(도시되지 않았음) 상에 저장되도록 하기 위해, 데이터 전달 모듈(306)을 매개로 보내질 수 있기 전에 데이터를 분석 및/또는 처리 및/또는 전-처리하기 위한 별도의 데이터 처리 유닛(323)을 내부적으로 갖출 수 있다.
예컨대, 마이크로콘트롤러를 구비하여 구성되는 디지털 처리 유닛은 또한 하우징부(303 또는 310)에 수용된다.
디지털 제어 유닛(307)은, 특히 데이터 및/또는 제어 명령을 통신하기 위해 및/또는 전기 에너지를 전달하도록, 전자 펜(300)의 모든 다른 전자 부품, 특히 위치 결정 센서를 포함하는, 센서와 통신할 수 있다.
상기 연결(도시되지 않았음)은, 예컨대 하우징(311)에 통합될 수 있는, 전기 도전 경로에 의해 실현될 수 있다.
다양한 형태의 다수의 위치 결정 센서, 예컨대 가속도 센서, 회전 속도 센서, 자계 센서, 기압 센서 및 조합 센서는 대부분 전자 펜(300)의 하우징(311) 상의 또는 내의 소정 위치에 배치될 수 있다.
위치 결정 센서(308, 313)를 위한 2군데 위치를 갖는 실시예에 대한 예시적 구성이 도시된다.
그 중에서, 예컨대 위치 결정 센서(308)는, 예컨대 2개의 가속도 센서를 구비하여 구성되거나 가속도 센서 및 회전 속도 센서를 구비하여 구성되는, 예컨대 조합 센서로 될 수 있고, 이는 하우징(311), 예컨대 하우징부(303)에서 전자 펜의 종축(324)에 평행하는 축을 따라 배열될 수 있다.
위치 결정 센서(308)는 코넥터 스트립(connector strip; 309)에 삽입되거나 틀어막혀질수 있도록 설계될 수 있다.
바람직하기는, 위치 결정 센서(308 및 313) 간의 거리는, 2군데 다른 장소에서 측정된, 가속도, 회전 속도 또는 다른 센서 값 사이의 차이로부터, 위치 및 움직임, 특히 전자 펜(300)의 회전에 관한 정보를 결정하는데 정확성을 유리하게 개선할 수 있도록, 사실상 최대화될 수 있다.
추가 위치 결정 센서(313), 예컨대 추가 가속도 센서, 또는 다른 조합 센서는, 예컨대 제2 부분(302)에서, 예컨대 하우징(311)의 둘레를 따라 배열될 수 있다.
즉, 전자 펜(300)은 적어도 3개의 위치 결정 센서를 갖고, 여기서 예컨대 2개의 센서(예컨대, 2개의 가속도 센서, 또는 가속도 센서 및 회전 속도 센서)는 조합 센서(308)로 결합될 수 있고, 제3 위치 결정 센서(313)는, 예컨대 가속도 센서일 수 있다.
더욱이, 위치 결정 센서(313)는 필기 심 팁(318)에 더 가깝게, 예컨대 하우징(311)의 제2 부분(302)에 위치될 수 있다.
위치 결정 센서(313, 308)의 배열은, 하우징(311) 상에 또는 다른 부품에 또한 위치될 수 있음에 따라, 더욱이 단지 예시적이다. 전자 펜의 위치 및/또는 이동의 중복-결정(over-determination)을 허용할 수 있는, 적어도 3개의 위치 결정 센서가 존재할 수 있음이 단지 중요하다.
전자 펜(300)은, 예컨대 양은(nickel silver)을 구비하여 구성되는, 예컨대 필기 심 팁(writing lead tip; 318)을 구비하여 구성될 수 있는, 필기 심(312)과, 예컨대 텅스텐 카바이드(tungsten carbide)를 구비하여 구성되고 예컨대 0.2mm 내지 2mm, 바람직하기는 1.0±0.2mm의 직경을 갖춘, 필기 볼(writing ball; 317)을 포함할 수 있다.
필기 심(312)은, 예컨대 필기 심(312)을 마찰적으로 수용하거나 연결하기 위해 핀(319)에 의해, 힘 센서(321)에 결합될 수 있다.
핀(319)은, 부드러운 도전성 재료(soft conductive material)로 코팅될 수 있는, 핀 플레이트(pin plate; 322)에서 종료될 수 있다. 상기 핀 플레이트(322)는, 예컨대 박막 레지스터(thin film resistor; 315)의 사행 형상 경로(meander-like path)에 대해 누를 수 있고, 따라서 필기-압력-종속 저항(writing-pressure force-dependent resistance)이 확립될 수 있다.
전자 펜(300)의 조립 동안 삽입된 모자 캡(hat cap; 320)이 힘 센서(321)를 수용하도록 기능할 수 있다.
100 --- 전자 펜
101 --- 회로 캐리어 슬리브의 제2 슬리브부
102 --- 회로 캐리어 슬리브의 제2 슬리브부
103 --- 전압원, 예컨대 배터리
104 --- 위치 결정 센서, 가속도 센서
105 --- 위치 결정 센서, 가속도 센서
107 --- 필기 압력을 측정하기 위한, 필기 심에 결합될 수 있는,
힘 센서
110 --- 필기 심에 힘 센서를 결합하기 위한 핀
111 --- 데이터 전송 모듈
112 --- 위치 결정 센서, 회전 속도 센서
113 --- 필기 심
114 --- 펜 팁/전자 펜의 필기 심 팁
115 --- 전자 펜의 하우징
116 --- 가능하게는 펜 팁의 폐쇄 캡을 수용하기 위해 적절한, 전자 펜의
펜 팁에 대향하는 종단/종단 캡
117 --- 필기 심을 유지하기 위해 기능할 수 있는, 회로 캐리어 슬리브의
제2 슬리브부 상의 선택적 돌출부
120 --- 디지털 제어 유닛
121 --- 전자 펜의 종축
122 --- 회로 캐리어 슬리브
200 --- 전자 펜의 회로 캐리어 슬리브
201 --- 회로 캐리어 슬리브의 제2 슬리브부
202 --- 회로 캐리어 슬리브의 제1 슬리브부
203 --- 전압원/배터리 구획을 수용하기 위한 구획
204 --- 위치 결정 센서, 가속도 센서
205 --- 위치 결정 센서, 가속도 센서
206 --- 위치 결정 센서, 가속도 센서
207 --- 필기 압력을 측정하기 위한, 필기 심에 결합될 수 있는,
힘 센서
208 --- 디지털 제어 유닛으로, 센서 신호, 예컨대 위치 결정 센서로부터
의 신호를 전달하기 위한 전기 도전 경로
209 --- 디지털 제어 유닛으로, 센서 신호, 예컨대 힘 센서로부터의 신호
를 전달하기 위한 전기 도전 경로
210 --- 힘 센서를 필기 심에 결합하기 위한 핀
211 --- 위치 결정 센서의 가능한 예시적 대체 장소
212 --- 위치 결정 센서의 가능한 예시적 대체 장소
213 --- 위치 결정 센서의 가능한 예시적 대체 장소
214 --- 전자 펜의 종축
215 --- 회로 캐리어 슬리브의 제1 둘레
216 --- 회로 캐리어 슬리브의 제2 둘레
217 --- 전자 펜의 종축에 평행하는 회로 캐리어 슬리브에 따른/상의 축
218 --- 회로 캐리어 슬리브의 제2 슬리브부의 제1 플랜지
219 --- 회로 캐리어 슬리브의 제2 슬리브부의 제2 플랜지
300 --- 예시적 전자 펜
301 --- 전자 펜의 하우징의/슬리브의/케이싱의 제3 부분
302 --- 전자 펜의 하우징의/슬리브의/케이싱의 제2 부분
303 --- 전자 펜의 하우징의/슬리브의/케이싱의 제1 부분
304 --- 배터리 구획 커버를 갖는 종단 캡
305 --- 전압원(들)/배터리(배터리들), 예컨대 아연-공기 버튼 셀 배터리
306 --- 데이터 전송 모듈, 예컨대 BLE-모듈
307 --- 예컨대 마이크로콘트롤러를 구비하는 디지털 제어 유닛
308 --- 위치 결정 센서(들), 예컨대 조합 센서
309 --- 위치 결정 센서(들)를 수용하기 위한 코넥터 스트립
310 --- 전자 펜의 스크류-온 형태의 제1 하우징 종단부
311 --- 전자 펜의 하우징/슬리브
312 --- 필기 심
313 --- 위치 결정 센서(들)
314 --- 누름 맞춤형 소프트 그립 존
315 --- 박막 저항
316 --- 필기 심이 외부로 나올 수 있는, 예컨대 원추형인, 스크류-온
형태의 제2 하우징 단부
317 --- 필기 볼
318 --- 필기 심 팁
319 --- 필기 심을 마찰적으로 수용하거나 연결하기 위한 핀
320 --- 필기 압력 또는 축 압력을 측정하기 위한 힘 센서를 수용하도록,
전자 펜의 조립 동안 삽입가능한 모자 캡
321 --- 힘 센서
322 --- 핀 플레이트
323 --- 전자 펜에 통합된 선택적 데이터 처리 유닛
324 --- 전자 펜의 종축

Claims (13)

  1. 적어도 필기 심(113)과, 적어도 전압원(103), 적어도 하나의 디지털 제어 유닛(120), 및 적어도 하나의 데이터 전송 모듈(111)을 구비하는, 펜 위치 검출을 갖는 전자 펜(100)으로,
    전자 펜(100)이 적어도 3개의 위치 결정 센서(105, 112, 104)를 구비하여 구성되고, 상기 위치 결정 센서는 3개의 상호 직교 공간 방향에서 가속도 또는 국소 자계의 강도 또는 회전 속도를 측정할 수 있으며, 상기 위치 결정 센서가 구성되어 그 측정 데이터로부터 전자 펜(100)의 위치 및/또는 운동의 중복-결정이 결정될 수 있고, 위치 결정 센서(105, 112, 104) 중 적어도 2개가 3차원 가속도 센서(104, 105)이고, 하나의 위치 결정 센서가 1차원 또는 2차원 또는 3차원 자계 센서이며, 디지털 제어 유닛이 모든 센서를 쿼리하는 쿼리 주파수가 적어도 20Hz이고,
    힘 센서(107)가 핀(110)을 매개로 필기 심(113)에 결합되고,
    상기 위치 결정 센서는 힘 센서(107)에 인가된 필기 압력이 중지된 후, 위치 결정이 일정 시간 동안 더 계속 작동할 수 있도록 하고,
    제1 3차원 가속도 센서(104)는 제2 3차원 가속도 센서(105)에 대해 최대 거리에 위치하고,
    필기 심(113)을 유지하거나 둘러싸는 회로 캐리어 슬리브(122; 200)는 제1슬리브부(102; 202) 및 제2슬리브부(101; 201)를 포함하되,
    회로 캐리어 슬리브(122; 200)는 필기 심(113)을 유지하기 위해 기능할 수 있는 제2슬리브부(101; 201) 상에서 돌출부(117) 또는 2개의 플랜지 (218; 219)를 포함하고,
    회로 캐리어 슬리브(122; 200)의 제1 슬리브부(102; 202)는 위치 결정 센서(112)를 수용하거나 전압원을 수용하기 위한 구획(203)을 포함하고,
    전자 펜(100)에 전원을 공급하기 위한 전압원(103)이 회로 캐리어 슬리브(122)의 제1슬리브 부재(102), 디지털 제어 유닛(120) 및 데이터 전송 모듈(111) 내에 위치되고,
    전자 펜은 데이터가 데이터 전달 모듈(306)을 매개로 보내질 수 있기 전에 데이터를 분석, 처리 또는 전-처리하기 위한 데이터 처리 유닛(323)을 더 갖추고, 데이터 처리 유닛은 초기화를 위한 최신의 시간- 또는 사이트-종속 데이터 값, 또는 중력에 기인하는 가속도의 값, 또는 지구의 자계 강도의 값을 저장하고 제공하는 데이터베이스들에 대한 억세스를 갖고,
    필기 심에 결합된 힘 센서에 의해 측정될 수 있는 접촉의 측정이 전자 펜의 정상적인 이용에서 특징적이거나 특유의 행위를 기초로 하는 초기 조건의 초기화를 위한 초기 기준 데이터를 결정하는데 이용되고,
    전자 펜(100)은 전자 펜(100)이 사용 중일 때 종단 캡(116) 상에 대해 메워지거나 나사고정될 수 있는 폐쇄 캡을 갖고,
    위치 결정 센서는 코넥터 스트립에 삽입되거나 틀어막혀질 수 있고,
    하우징부가 누름 맞춤형 소프트 그립 존을 포함하고,
    필기 심에 결합된 힘 센서는 필기 압력 데이터와 위치 결정 센서의 가속도 값을 비교하거나 매치시키는 것에 의해 필기 평면의 조정 및 초기화를 위한 데이터를 제공하고,
    디지털 제어 유닛은 데이터 또는 제어 명령을 통신하기 위해 또는 전기 에너지를 전달하도록, 위치 결정 센서를 포함하는, 센서와 통신할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자 펜.
  2. 제1항에 있어서,
    3개 이상의 위치 결정 센서(105, 112, 104) 중 적어도 2개가 3차원 가속도 센서(104, 105)이고, 하나의 위치 결정 센서가 3차원 회전 속도 센서(112)인 것을 특징으로 하는 전자 펜.
  3. 제1항에 있어서,
    모든 3개 이상의 위치 결정 센서(104, 105, 112, 205, 204, 206)가 3차원 가속도 센서인 것을 특징으로 하는 전자 펜.
  4. 제1항에 있어서,
    3개 이상의 위치 결정 센서 중 적어도 2개가 3차원 회전 속도 센서이고, 또는 하나의 위치 결정 센서가 3차원 가속도 센서이고 하나의 위치 결정 센서가 1차원 또는 2차원 또는 3차원 자계 센서인 것을 특징으로 하는 전자 펜.
  5. 제1항에 있어서,
    전자 펜이 적어도 2개의 센서가 통합된 적어도 하나의 조합 센서를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 펜.
  6. 제5항에 있어서,
    조합 센서가 3차원 회전 속도 센서 및 3차원 가속도 센서를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 펜.
  7. 제5항에 있어서,
    조합 센서가 3차원 가속도 센서 및 1차원 또는 2차원 또는 3차원 자계 센서를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 펜.
  8. 제5항에 있어서,
    조합 센서가 3차원 회전 속도 센서 및 1차원 또는 2차원 또는 3차원 자계 센서를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 펜.
  9. 제5항에 있어서,
    조합 센서가 3차원 회전 속도 센서, 3차원 가속도 센서 및 1차원 또는 2차원 또는 3차원 자계 센서를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 펜.
  10. 제5항에 있어서,
    위치 결정 센서 또는 조합 센서가 전자 펜의 종축을 따라 배열되고 또는 종축에 평행하거나 비스듬하거나 수직하는 축을 따라 배열되는 것을 특징으로 하는 전자 펜.
  11. 제1항에 있어서,
    제3 가속도 센서가 제1의 2개의 가속도 센서 중 하나의 위치에 관하여 둘레를 따라 180°± 90°의 둘레 옵셋으로 배열되는 것을 특징으로 하는 전자 펜.
  12. 제1항에 있어서,
    전자 펜이 측정 및 기록된 데이터의 적분 및 에러 보정을 위한 통합된 데이터 처리 유닛을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 펜.
  13. 청구항 제1항에 따른 전자 펜(100)과, 전자 펜(100)의 데이터 전송 모듈(111)을 통해 전송된 데이터를 수신하기 위한 적어도 하나의 데이터 수신 모듈, 수신된 데이터를 분석 및 처리하기 위한 데이터 처리 유닛, 데이터 출력 유닛, 및 데이터 저장 유닛을 구비하는 펜 위치의 전자적 검출을 위한 장치로서,
    데이터 처리 유닛은 수신된 데이터의 적분 및 에러 보정을 수행할 수 있고, 데이터 출력 유닛을 매개로 처리된 데이터를 출력할 수 있고 또는 데이터 저장 유닛에 처리된 데이터를 저장할 수 있는 것을 특징으로 하는 펜 위치의 전자적 검출을 위한 장치.
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