KR20090056303A - 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치 및 이를 포함한 디지털펜 - Google Patents

스위칭 및 압력 감지를 위한 장치 및 이를 포함한 디지털펜 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치 및 이를 포함한 디지털 펜에 관한 것이다.
본 발명은 스위치 기능 및 압력 감지 기능을 제공하는 장치에 있어서, 양단을 가지며 일단에 가해지는 압력을 타단측으로 전달하는 펜팁; 적어도 2개의 접점 단자를 가지는 회로기판; 상기 펜팁으로부터 전달된 압력에 따라 상기 2개의 접점 단자와 접촉되는 면적의 크기가 변화되면서 상기 2개의 접점 단자 사이를 전기적으로 연결시키는 접점 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 원가가 저렴한 도전성 고무 및 회로기판을 사용하여 압력 감지 기능 및 스위치 기능을 모두 구현하는 장치를 디지털 펜에 적용하기 때문에, 디지털 펜 사용자가 디지털 펜을 온(On)/오프(Off)하기 위한 스위치 조작을 별도로 하지 않아도 되고, 디지털 펜의 제작 비용이 절감되는 효과가 있다.
디지털 펜, 도전성 고무, 회로기판, 압력 감지, 압력 스위치

Description

스위칭 및 압력 감지를 위한 장치 및 이를 포함한 디지털 펜{Apparatus and Digital Pen for On/Off Switching and Pressure sensing}
본 발명은 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치 및 이를 포함한 디지털 펜에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 압력 감지 센서 및 압력 스위치를 하나로 구현하기 위해 도전성 고무 및 회로기판을 사용하여 펜팁의 선단에 가해지는 압력에 대응하는 전류를 통전(通電)시키는 장치 및 이를 포함하여 펜팁의 선단에 가해지는 압력의 변화에 따라 온/오프 제어 및 필압을 제어하는 디지털 펜에 관한 것이다.
정보 통신 기술이 발전함에 따라 각종 PDA(Personal Digital Assistants), 이동통신 단말기, 노트북 및 PC(Personal Computer) 등 다양한 형태의 정보통신 기기가 늘어가고 있고, 이에 따라 정보통신 기기의 입력도구도 기존의 마우스 및 키보드 형태에서 한 단계 진화된 펜 형태의 입력도구인 디지털 펜이 출시되고 있다.
종래의 디지털 펜은 디지털 펜의 작동을 온(On)/오프(Off)하는 스위치가 메탈 돔 스위치, 토글 스위치 및 슬라이드 스위치를 포함하는 기계적 스위치로 구성되어 있기 때문에 디지털 펜 사용자가 디지털 펜을 사용하기 위해서는 사용자가 스위치를 직접 온(On)/오프(Off)해야만 하는 번거로움이 있다.
또한, 종래의 디지털 펜은 사용자가 디지털 펜을 이용하여 글 또는 그림을 작성할 때에 사용자의 필압(筆壓)을 감지할 수 있는 압력 감지부에 세라믹 커패시터를 사용하였기 때문에, 압력 감지부의 구조가 복잡하였고 비용이 많이 드는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 압력 감지 센서 및 압력 스위치를 하나로 구현하기 위해 도전성 고무 및 회로기판을 사용하여 펜팁의 선단에 가해지는 압력에 대응하는 전류를 통전(通電)시키는 장치 및 이를 포함하여 펜팁의 선단에 가해지는 압력의 변화에 따라 온/오프 제어 및 필압을 제어하는 디지털 펜을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 스위치 기능 및 압력 감지 기능을 제공하는 장치에 있어서, 양단을 가지며 일단에 가해지는 압력을 타단측으로 전달하는 펜팁; 적어도 2개의 접점 단자를 가지는 회로기판; 상기 펜팁으로부터 전달된 압력에 따라 상기 2개의 접점 단자와 접촉되는 면적의 크기가 변화되면서 상기 2개의 접점 단자 사이를 전기적으로 연결시키는 접점 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 목적에 의하면, 펜팁을 포함한 디지털 펜에 있어서, 2개의 접점 단자를 가진 회로기판 및 상기 펜팁의 선단에 가해지는 압력에 따라 상기 2개의 접점 단자와 접촉되는 면적이 변화되면서 상기 2개의 접점 간을 통전하는 접점 연결부를 가진 접점 스위치부; 상기 접점 스위치부를 통해 통전된 전류량에 따라 상기 디지털 펜의 온/오프 제어 신호 및 필압 제어 신호를 발생하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 펜을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 원가가 저렴한 도전성 고무 및 회로기판을 사용하여 압력 감지 기능 및 스위치 기능을 모두 구현하는 장치를 디지털 펜에 적용하기 때문에, 디지털 펜 사용자가 디지털 펜을 온(On)/오프(Off)하기 위한 스위치 조작을 별도로 하지 않아도 되고, 디지털 펜의 제작 비용이 절감되는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 스위치 기능 및 압력 감지 기능을 제공하는 장치의 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 접점 스위치부(100), 즉 스위치 기능 및 압력 감지 기능을 제공하는 장치는 몸체(110), 접점 연결부(120), 펜팁 하우징(130), 스프링(140), 회로기판(150) 및 펜팁(160)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 접점 스위치부(100)는 도 2와 같이 디지털 펜(210) 내에서 펜팁(160)의 후단에 위치하고, 본 발명의 실시예에 따른 스위치 기능 및 압력 감지 기능을 제공한다. 즉, 디지털 펜 사용자가 디지털 펜(210)으로 글씨 또는 그림 등을 작성할 때에 펜팁(160)의 선단(212)에 가해지는 압력에 대응하는 전류를 후술할 디지털 펜(210)의 제어부(850)로 전달한다.
접점 연결부(120)는 밑면이 펜팁 하우징(130)에 부착되어 펜팁(160)으로부터 전달된 압력을 펜팁 하우징(130)을 통해 전달받으며 압력의 크기에 따라 회로기판(150)에 포함된 2개의 접점 단자와 접촉되는 면적인 접촉 면적이 변화되면서 2개의 접점 단자를 전기적으로 연결시킨다. 도 1에서 2개의 접점 단자는 점선으로 표시된 부위에 위치하고 있다.
상기와 같은 기능을 수행하는 접점 연결부(120)는 도전성을 갖는 카본 블랙 성분을 포함한 도전성 고무로 형성된다. 여기서 점점 연결부(120)는 카본 블랙 성분을 포함한 도전성 고무에 실리콘 성분을 추가로 포함하여 도전성 고무의 복원력을 유지할 수 있다.
또한, 접점 연결부(120)는 일정 압력 이상일 때부터 전류를 통전하기 위해 초기 저항값을 2㏀ 이하로 한다.
본 발명에서 접점 연결부(120)는 도 3과 같이 하단의 형태가 직경(①)이 2.7mm 이하인 원통형이고, 상단의 형태는 2개의 접점 단자와 접촉되는 꼭짓점은 원형으로 처리되고 밑면과 옆면의 끼인각(②)은 예각인 직원뿔형이며, 하단과 상단이 일체형으로 형성된다. 여기서, 원형으로 처리되는 부분의 곡률 반지름은 0.7mm 이하이고, 밑면과 옆면의 끼인각 34°이내로하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정 되는 것은 아니다.
본 발명에서 2개의 접점 단자와 접촉되는 꼭짓점을 원형으로 처리하는 이유는 회로기판(150)에 포함된 2개의 접점 단자와 접촉되는 접촉 면적이 증가할 때, 전기적으로 연결된 2개의 접점 단자 간에 통전되는 전류량이 접촉 면적의 변화에 대응하도록 하기 위해서이다.
펜팁 하우징(130)은 일단에 접점 연결부(120)가 부착되고, 타단은 펜팁(160)의 후단을 지지하여 펜팁(160)의 후단으로부터 전달받은 압력을 접점 연결부(120)로 전달한다.
스프링(140)은 몸체(110) 내부의 일정한 위치에 고정되고, 접점 연결부(120)가 부착된 펜팁 하우징(130)을 탄성 지지하여 접점 연결부(120)와 회로기판(150) 간의 간격을 유지한다.
본 발명에서 스프링(140)은 도 4와 같이 몸체 내부의 일정한 위치에 고정되도록 하기 위해 한쪽 끝이 가이드 핀(410)으로 형성된다. 여기서, 스프링(140)의 한쪽 끝이 가이드 핀(410)으로 형성된 이유는 스프링(140)의 절단면이 놓이는 위치에 따라 힘의 전달 크기가 변경되므로 항상 일정한 위치에 조립되어야 하고, 스프링(140)을 몸체의 내부에 결합할 때, 조립 공차를 최소화할 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명에서 스프링(140)은 접점 연결부(120)와 회로기판(150)의 간격을 0.3mm 이하로 유지되도록 하고, 두께는 0.3mm 이하로 제작하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
회로기판(150)은 접점 연결부(120)와 접촉되는 접점 단자를 포함하되, 적어 도 2개의 접점 단자를 포함한다. 여기서, 2개의 접점 단자는 서로 마주 보고 있고, 2개의 접점 단자 둥 일측의 접점 단자에는 소정의 전류가 입력되고, 타측의 접점 단자는 2개의 접점 단자, 즉 일측의 접점 단자와 타측의 접점 단자가 접점 연결부(220)에 의해 전기적으로 연결되었을 때, 접촉 면적에 대응하는 전류량을 후술할 제어부(850)로 출력한다.
본 발명의 회로기판(150)에서 도 5에 도시된 2개의 접점 단자 사이의 간격(①)은 0.3mm 이하가 되고, 접점 단자의 형태는 이등변 삼각형 및 가는 일자형 중 어느 하나이다. 여기서, 접점 단자의 형태가 이등변 삼각형 및 가는 일자형 중 어느 하나인 이유는 접점 연결부(120)가 2개의 접점 단자에 접촉되는 접촉 면적이 비례적으로 증가하도록 하기 위해서이다. 접점 단자의 형태가 이등변 삼각형일 경우에는 이등변 삼각형의 꼭지각(510)은 10°이하인 것이 바람직하다.
이와 같이 회로기판(250)에 포함된 접점 단자의 형태 및 접점 단자 사이의 간격을 조정함으로써 디지털 펜(210)의 온/오프 시점을 세팅할 수 있다.
펜팁(160)은 펜팁(160)의 선단(212)에 가해지는 압력을 후단으로 전달, 즉 선단(212)에 가해지는 압력을 펜팁 후단을 지지하는 펜팁 하우징(130)을 통해 접점 연결부(120)에 전달한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 회로기판의 접점 단자와 접점 연결부의 접촉 면적에 따른 출력 변화를 나타낸 도면이다.
도 6에서와 같이 펜팁(160)의 선단(212)에 가해지는 압력이 증가함에 따라 본 발명의 실시예에 따른 회로기판(150)에 포함된 2개의 접점 단자와 본 발명의 실 시예에 따른 접점 연결부(120)가 접촉되는 접촉 면적이 증가하고, 접점 연결부(120)를 통해 전기적으로 연결된 접점 단자에 통전(通電)되는 전류량, 즉 도 6에서의 출력 레벨이 접촉 면적의 증가에 비례하여 증가하되, 도 7과 같이 접촉 면적의 증가에 대해 출력 레벨이 선형적으로 증가하게 된다. 여기서, 압력, 즉 도 6에서의 하중이 45g 이하일 때, 회로 기판(150), 즉 2개의 접점 단자와 접점 연결부(120)가 접촉되지 않는 이유는 점 연결부(120)와 회로기판(150) 사이의 간격을 유지하고 있는 스프링(140)의 탄성 때문이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 펜의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 디지털 펜(210)은 스위치 기능 및 압력 감지 기능을 제공하는 장치, 즉, 접점 스위치부(100) 이외에도 광 입력 모듈(810), 이미지 센서(820), 인터페이스부(830), 메모리부(830) 및 제어부(850)를 포함한다. 여기서, 광 입력 모듈(810), 이미지 센서(820) 및 인터페이스부(830)의 기술 구성은 공지된 것으로서, 이들에 대한 설명은 간단히 하도록 하겠다.
광 입력부(810)은 디지털 펜(210)의 선단부에 위치하여 LED로 빛을 발광 및 바닥면에 조사하고, 바닥 면에 반사되어 발생하는 반사광을 상으로 결상시켜 이미지 센서(820)로 전달하며, 이미지 센서(820)는 광 입력부(810)에서 집적되어 결상된 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환시켜 준다.
인터페이스부(830)는 외부 장치와 유선 또는 무선으로 연결되어 디지털 펜(210)에서 생성된 정보를 외부 장치에 전송한다.
메모리부(840)는 도 9와 같이 출력 레벨, 즉 접점 스위치부(100)를 통해 통전된 전류량에 따른 온/오프 제어 정보 및 필압 제어 정보를 저장한다.
제어부(850)는 접점 스위치부(100)를 통해 통전된 전류량에 따라 디지털 펜(210)의 온/오프 제어 신호 및 필압 제어 신호를 발생한다.
다시 말해, 제어부(850)는 접점 스위치부(100)로부터 전달받은 전류를 검출하여 디지털 신호인 출력 레벨로 변환하고, 출력 레벨이 스위치 온/오프 제어 정보의 온/오프 제어 시점과 동일해지면, 디지털 펜(110)의 작동을 활성화(On)하고, 출력 레벨이 온/오프 제어 시점 이상에서 증가 또는 감소하면 필압 제어 정보를 이용하여 증가 또는 감소하는 출력 레벨에 따라 필압 제어 신호를 도 9와 같이 증가 또는 감소하도록 제어한다. 여기서, 제어부(850)는 출력 레벨이 온/오프 제어 시점 이하가 되면 디지털 펜(110)의 작동을 비활성화(Off)한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 스위치 기능 및 압력 감지 기능을 제공하 는 장치 및 디지털 펜 분야에 적용되어, 원가가 저렴한 도전성 고무 및 회로기판을 사용하여 압력 감지 기능 및 스위치 기능을 모두 구현하는 장치를 디지털 펜에 적용하기 때문에, 디지털 펜 사용자가 디지털 펜을 온(On)/오프(Off)하기 위한 스위치 조작을 별도로 하지 않아도 되고, 디지털 펜의 제작 비용이 절감되는 효과를 발생하는 매우 유용한 발명이다.
도 1은 본 발명의 실시에에 따른 스위치 기능 및 압력 감지 기능을 제공하는 장치의 단면도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스위치 기능 및 압력 감지 기능을 제공하는 장치를 포함한 디지털 펜을 예시적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 접점 연결부의 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스프링의 정면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 회로기판의 평면도,
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 회로기판과 접점 연결부의 접촉 면적에 따른 출력 변화를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 펜의 내부 구성을 간략하게 나타낸 블록 구성도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 온/오프 제어 정보 및 필압 제어 정보를 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100: 접점 스위치부 110: 몸체
120: 접점 연결부 130: 펜팁 하우징
140: 스프링 150: 회로기판
160: 펜팁 210: 디지털 펜
212: 선단 410: 가이드 핀
510: 꼭지각 810: 광 입력 모듈
820: 이미지 센서 830: 인터페이스부
840: 메모리부 850: 제어부

Claims (24)

  1. 스위치 기능 및 압력 감지 기능을 제공하는 장치에 있어서,
    양단을 가지며 일단에 가해지는 압력을 타단측으로 전달하는 펜팁;
    적어도 2개의 접점 단자를 가지는 회로기판;
    상기 펜팁으로부터 전달된 압력에 따라 상기 2개의 접점 단자와 접촉되는 면적의 크기가 변화되면서 상기 2개의 접점 단자 사이를 전기적으로 연결시키는 접점 연결부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치의 몸체;
    일단에 상기 접점 연결부가 부착되고, 타단은 상기 펜팁의 후단을 지지하는 펜팁 하우징;
    상기 몸체 내부에 고정되고, 상기 펜팁 하우징을 탄성 지지하여 상기 접점 연결부와 상기 회로기판 간의 간격을 유지하는 스프링
    을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스프링은 상기 접점 연결부와 상기 회로기판 간의 간격을 0.5mm 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 스프링은 한쪽 끝은 상기 몸체 내부의 일정한 위치에 고정되도록 하는 가이드 핀이 형성된 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 스프링은 두께가 0.3mm 이하인 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 접점 연결부는 카본 블랙 성분을 포함한 도전성 고무로 형성되는 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 도전성 고무는 실리콘 성분을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 접점 연결부는 하단의 형태가 원통형이고, 상단의 형태는 상기 2개의 접점 단자와 접촉되는 꼭짓점은 원형으로 처리되고 밑면과 옆면의 끼인각은 예각인 직원뿔형이며, 상기 하단과 상기 상단이 일체형인 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하단의 직경은 2.7mm 이하인 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 처리된 원형은 곡률 반지름이 0.7mm 이하이고, 상기 끼인각은 34°이내인 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개의 접점 단자 사이의 간격은 0.3mm 이하인 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개의 접점 단자의 형태는 이등변 삼각형인 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 이등변 삼각형의 꼭지각은 10°이하인 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개의 접점 단자의 형태는 일자형인 것을 특징으로 하는 스위칭 및 압력 감지를 위한 장치.
  15. 펜팁을 포함한 디지털 펜에 있어서,
    2개의 접점 단자를 가진 회로기판 및 상기 펜팁의 선단에 가해지는 압력에 따라 상기 2개의 접점 단자와 접촉되는 면적이 변화되면서 상기 2개의 접점 간을 통전하는 접점 연결부를 가진 접점 스위치부;
    상기 접점 스위치부를 통해 통전된 전류량에 따라 상기 디지털 펜의 온/오프 제어 신호 및 필압 제어 신호를 발생하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 펜.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 접점 스위치부는 상기 접점 스위치부의 몸체 내부에 고정되어 상기 접점 연결부와 상기 회로기판 간의 간격을 유지하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 펜.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 스프링은 상기 접점 연결부와 상기 회로기판 간의 간격을 0.5mm 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 스위치 기능 및 압력 감지 기능을 제공하는 장치를 포함한 디지털 펜.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 스프링은 두께가 0.3mm 이하인 것을 특징으로 하는 스위치 기능 및 압력 감지 기능을 제공하는 장치를 포함한 디지털 펜.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 접점 연결부는 카본 블랙 성분을 포함한 도전성 고무로 형성되는 것을 특징으로 하는 디지털 펜.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 도전성 고무는 실리콘 성분을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 펜.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 접점 연결부는 하단의 형태가 원통형이고, 상단의 형태는 상기 2개의 접점 단자와 접촉되는 꼭짓점은 원형으로 처리되고 밑면과 옆면의 끼인각은 예각인 직원뿔형이며, 상기 하단과 상기 상단이 일체형인 것을 특징으로 하는 디지털 펜.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 접점 스위치부는 상기 2개의 접점 단자 사이의 간격을 0.3mm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 스위치 기능 및 압력 감지 기능을 제공하는 장치를 포함한 디지털 펜.
  23. 제 15 항에 있어서,
    상기 접점 스위치부는 상기 2개의 접점 단자의 형태를 이등변 삼각형 및 일자형 중 어느 하나로 하는 것을 특징으로 하는 디지털 펜.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 이등변 삼각형의 꼭지각은 10°이하인 것을 특징으로 하는 스위치 기능 및 압력 감지 기능을 제공하는 장치를 포함한 디지털 펜.
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