KR20100139081A

KR20100139081A - 출몰식 펜촉과 힘센서를 갖는 전자펜

Info

Publication number: KR20100139081A
Application number: KR1020107023910A
Authority: KR
Inventors: 키아 실버브룩; 폴 랩스턴; 매튜 존 언더우드; 로버트 존 브라이스; 츠솔트 스자르카-코박스
Original assignee: 실버브룩 리서치 피티와이 리미티드
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2010-12-31
Also published as: US20090315862A1; US20090314553A1; KR101110950B1; CN102027437A; TW201009654A; EP2310931A1; CA2719107A1; TW201010867A; US20090315864A1; US8360669B2; US8414210B2; US8287204B2; JP2011521364A; US20090314552A1; US8366338B2; US20090315863A1; US8297868B2; US20090315734A1; WO2009155635A1

Abstract

전자펜은 표면과 상호작용하기 위한 출몰식 펜촉을 갖는다. 이 펜은 상기 표면과 접촉하기 위한 펜촉을 갖는 슬라이딩식 가동 카트리지와, 카트리지를 후퇴하기 위한 후퇴기구와, 후퇴기구에 결합된 액츄에이터와, 카트리지로부터 전달된 축력에 후퇴를 제공하는 힘센서와, 힘센서에 의해 검출된 힘을 나타내는 힘 데이터를 생성하도록 구성된 프로세서를 포함한다. 후퇴기구는 카트리지를 수용하는 것으로 신장위치 또는 후퇴위치 중 어느 하나의 위치로 카트리지를 안착하도록 적합하게 되는 배럴을 포함하고, 이에 의해 카트리지로부터의 축력이 신장 위치에서 배럴에 전달된다. 편향기구는 신장 위치 또는 후퇴 위치를 향하여 카트리지를 편향시킨다.

Description

출몰식 펜촉과 힘센서를 갖는 전자펜{ELECTRONIC PEN WITH RETRACTABLE NIB AND FORCE SENSOR}

본 발명은 상호작용하는 종이(interactive paper)와 상호작용하기 위한 전자펜(electronic pen)에 관한 것이다. 본 발명은 상호작용 기능성이 향상되어 통상의 볼펜과 같은 방식으로 취급되어 사용될 수 있는 전자펜을 제공하기 위해 개발되었다.

본 출원인은 이하에 설명하고 또한 본 명세서에서 상호 참조한 문헌들에 상세히 설명하는 넷페이지 시스템(Netpage system)을 개발하였다. 본 발명은 이러한 시스템에 사용되는 감지장치에 특히 잘 맞으므로, 넷페이지 항목에서 설명하고자 한다. 그러나, 휴대용 광학센서(optical sensor)가 많은 다른 분야에서 광범위한 응용을 갖고 본 발명이 이러한 넷페이지 시스템 내에서 그 사용이 한정되는 것은 아님을 알 수 있을 것이다.

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

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 넷페이지 상의 상호작용 요소에 '클릭'할 수 있는 능력이다. 그러나, 넷페이지 펜에 의하면, 사용자는 그 상호작용 요소에 클릭하기 위하여 상호작용 요소 상에 펜촉을 간단히 놓는다. 광학센서는 그 고유한 페이지와 위치지정 ID에 의해 상기 요소를 식별하는 반면에, 힘센서는 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 캡쳐(capture)하는 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 파라미터들 중의 하나로서 사용될 수도 있다.

힘 감지와 이미지 감지 펜에 요구되는 높은 공차(high tolerance)와 기능성 은 튼튼하고 사용자들이 다루고 이동하기에 용이한 펜의 필요성과 조화될 필요가 있다.

아노토 인코포레이티드(Anoto, Inc) 특허 기술(미국특허 제7,832,361호 참조) 하에 제작된 전자 이미지 감지 펜은 일반적으로 펜촉 힘을 측정하기 위한 힘 감지 저항(force sensitive resistor)을 사용하고 있다. 그러나, 힘 감지 저항은 비교적 긴 제로 복귀(return-to-zero) 응답시간을 갖고 높은 정확도로 엔드 스트로크(end-stroke)를 검출하는데 적절하지 않다.

제1 형태에 있어서, 표면과 상호작용하기 위한 출몰식 펜촉을 갖는 전자펜으로서,

상기 표면과 접촉하기 위한 제1 단부에 펜촉을 갖고, 펜촉이 펜의 몸체로부터 돌출하는 신장위치(extended position)와 펜촉이 상기 몸체 안으로 수축되는 후퇴위치(retracted position)로 구성할 수 있는 슬라이딩식 가동 카트리지(slidably movable cartridge);

상기 카트리지의 대향하는 제2 단부를 수용하기 위한 배럴(barrel)으로서, 상기 신장위치 또는 상기 후퇴위치 중 어느 하나의 위치로 카트리지를 안착하도록 구성되고, 이에 의해 카트리지로부터의 길이방향 축력(longitudinal axial force)이 상기 신장위치에서 배럴에 전달되도록 구성한 배럴, 및 카트리지를 상기 신장위치 또는 후퇴위치를 향하여 편향시키기 위한 편향기구(biasing mechanism)를 포함하는 후퇴기구(retraction mechanism);

상기 후퇴기구에 결합되어, 사용자가 상기 신장위치와 후퇴위치 사이에서 카트리지를 이동하게 할 수 있는 액츄에이터(actuator);

상기 배럴에 결합되어, 카트리지로부터 배럴에 전달된 축력에 반작용을 제공하는 힘센서(force sensor); 및

상기 힘센서에 의해 검출된 힘을 나타내는 힘 데이터(force data)를 생성하도록 구성된 프로세서(processor); 를 포함하는 전자펜이 제공되어 있다.

이 펜은 사용자가 한 손만을 사용하여 펜촉을 후퇴시키기 위한 통상의 수단을 제공하는 반면, 펜촉이 신장위치에 있을 때 가장 가벼운 펜촉 힘(예를 들면, 1-20g 또는 5-12g)을 검출할 수 있는 고감도(high-sensitivity) 힘센서를 또한 갖는다.

선택적으로, 상기 펜은 상기 표면에 배치된 코딩 데이터 패턴(coded data pattern)의 적어도 일부를 이미지화시키기 위한 이미지 센서(image sensor)를 더 포함하고, 상기 프로세서는 코딩된 데이터 패턴의 하나 이상의 이미지 부분(imaged portion)을 사용하여 상호작용 데이터를 생성하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 프로세서는 펜촉이 상기 표면과 접촉하여 있을 때의 펜다운(pen-down) 상태와 펜촉이 상기 표면과 접촉하지 않을 때의 펜업(pen-up) 상태 중 어느 하나의 상태를, 힘 데이터를 사용하여 결정하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 프로세서는, 상기 힘이 미리 정해진 한계힘(predetermined threshold force)을 초과하는 경우에만 펜다운 상태를 나타내도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 프로세서는, 펜다운 상태가 결정되었을 때만 상호작용 데이터를 생성하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 이미지 센서는, 펜다운 상태가 결정되었을 때만 상기 코딩된 데이터를 감지하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 액츄에이터는 카트리지에 결합된 수동 조작 버튼(manually operable button)을 포함하여, 이 버튼을 누르고 떼면 카트리지가 후퇴위치와 신장위치 사이에서 전환된다.

선택적으로, 상기 펜은 펜의 구성(configuration)을 감지하기 위한 감지장치(sensing arrangement)를 포함하고, 상기 감지장치는 버튼에 결합되어 버튼의 작동을 감지하는 버튼 센서; 및 카트리지와 협력하여, 카트리지가 신장되거나 후퇴되는지를 감지하는 카트리지 센서를 포함하며,

상기 프로세서는 상기 감지장치로부터 하나 이상의 입력신호에 따라 펜의 상태를 구성하도록 적합하게 되어 있다.

선택적으로, 상기 버튼 센서는 전자스위치를 포함하며, 이 스위치는 버튼의 일부에 의해 기계적으로 작동 가능하다.

선택적으로, 상기 배럴은 카트리지의 제2 단부를 지지하기 위해 길이방향으로 슬라이딩 가능한 래칫(ratchet)을 포함하고, 이 래칫은 배럴의 내면에 형성된 상보적인 길이방향 홈(complementary longitudinal groove)과 길이방향으로 슬라이딩 결합하기 위한 복수의 방사상 래칫 톱니(radial ratchet-teeth)를 포함한다.

선택적으로, 상기 카트리지는 교체 가능하고 상기 래칫은 카트리지의 제2 단부를 해제 가능하게 지지시키도록 구성되어 있다.

선택적으로, 각각의 길이방향 홈은, 래칫 톱니의 제1 캠형 단면(cammed end-surface)이 캠형 립(cammed lip)에 맞대어 결합함으로써 래칫의 회전을 일으키도록 구성된 캠형 립을 갖는다.

선택적으로, 상기 배럴은 신장위치에 대응하는 제1 맞댐면(abutment surface)과 후퇴위치에 대응하는 제2 맞댐면을 포함하고, 상기 래칫은 회전 가능하고 제1 또는 제2 맞댐면을 향하여 슬라이딩 가능하다.

선택적으로, 상기 버튼은 플런저(plunger)를 통해 래칫에 결합되고, 상기 플런저는 길이방향 홈에 슬라이딩 방식으로 결합된 복수의 방사상 플런저 톱니(plunger-teeth)를 포함하고, 각각의 플런저 톱니는 래칫 톱니의 제1 캠형 단면과 맞댐 결합하기 위한 제2 캠형 단면을 가지며, 상기 제1 및 제2 캠형 단면은 래칫에 회전을 부여하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 버튼은, 그 버튼이 플런저로부터 디커플링(decoupling)되는 디커플링 위치를 향하여 편향되어 있다.

선택적으로, 상기 배럴은 힘센서와 결합된 일체형 핀(integral pin)을 포함하고, 카트리지를 통하여 전달된 길이방향 축력은 상기 핀을 통해 힘센서에 의해 검출된다.

선택적으로, 상기 힘센서는 정전용량형 힘센서(capacitive force sensor)이고, 상기 핀은 정전용량형 힘센서의 탄성이동판(resilient moving plate)과 결합되어 있다.

선택적으로, 상기 펜은 배럴과 이에 따른 펜을 힘센서와의 결합 쪽으로 편향시키기 위한 예압편향조립체(preload bias assembly)을 포함한다.

선택적으로, 상기 펜은 배럴용 하우징을 포함하고, 상기 예압편향조립체는 하우징과 배럴 사이에 결합된 예압스프링(preload spring)을 포함한다.

선택적으로, 상기 카트리지는 마킹 펜촉(marking nib)인 펜촉에 잉크를 공급하기 위한 잉크저장소를 포함하는 잉크 카트리지; 및 펜촉이 비마킹 펜촉(non-marking nib)인 스타일러스 카트리지 중 어느 하나로부터 선택된다.

제2 형태에 있어서, 표면과 상호작용하기 위한 전자펜으로서,

상기 표면과 접촉하기 위한 펜촉을 갖는 카트리지;

카트리지와 협력하여, 카트리지를 통해 축방향으로 전달된 펜촉 힘을 감지하기 위한 정전용량형 힘센서; 및

힘센서에 의해 검출된 힘을 나타내는 힘 데이터를 생성하도록 구성된 프로세서를 포함하며,

상기 정전용량형 힘센서가,

일체형 전도성 이동판(conductive moving plate)을 갖고 이 이동판을 기준위치를 향하여 탄성적으로 편향시키는 스프링;

전도성 고정판(conductive fixed plate); 및

상기 이동판과 고정판을 분리하는 유전체(dielectric)를 포함하는 전자펜이 제공되어 있다.

제2 형태에 따른 상기 펜은 유리하게는, 신속한 응답시간(예를 들면, 0.1-5ms 또는 0.5-2ms), 특히 신속한 제로 복귀 응답시간을 제공한다. 이러한 신속한 응답시간은 한 페이지에 필기 입력(handwritten input) 중에 연속적인 잉크 흐름을 포착(capture)할 때 필요하다. 제2 형태에서 규정한 정전용량형 힘센서는 본 명세서에서 설명한 전자펜들 중 어느 하나에 통합된다. 이러한 힘센서는 출몰식 카트리지(retractable cartridge)를 갖는 전자펜들에 사용하는데 특히 적합하다.

선택적으로, 상기 스프링은 스테인레스강과 베릴륨-구리 합금으로 이루어지는 군에서 선택된 물질로 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 펜촉 힘은 이동판을 고정판 쪽으로 이동시킨다.

선택적으로, 상기 펜촉 힘은 이동판을 고정판과 이격되는 방향으로 이동시킨다.

선택적으로, 상기 스프링은 이동판을 지지하는 하나 이상의 스프링 아암(spring arm)을 포함한다.

선택적으로, 상기 하나 이상의 스프링 아암은 방사상, 원주방향으로 또는 이동판으로부터 외부 환형 지지부(outer annular support)까지 나선상으로, 방사상으로 또는 원주방향으로 뻗어 있다.

선택적으로, 상기 이동판과 상기 하나 이상의 스프링 아암은 기준위치에서 동일평면상에 있다.

선택적으로, 상기 이동판과 상기 하나 이상의 스프링 아암은 단일의 블랭크 소재(blank material)로 형성된다.

선택적으로, 상기 유전체는 공기와 폴리머를 포함한다.

선택적으로, 상기 폴리머는 폴리이미드이다.

선택적으로, 상기 이동판과 고정판은 강성 스페이서(rigid spacer)에 의해 분리되어 있다.

선택적으로, 상기 펜촉은 펜의 몸체 내에서 출몰 가능하다.

선택적으로, 상기 카트리지는 후퇴기구를 통하여 힘센서에 결합되어 있다.

선택적으로, 상기 후퇴기구는 펜촉을 후퇴시키고 신장시키기 위한 사용자 조작 버튼(user operable button)을 포함한다.

제3 형태에 있어서, 제1 단부 및 대향하는 제2 단부에 펜촉을 갖는 사용자 교체형 카트리지(user replaceable cartridge);

펜촉으로부터 카트리지를 통해 축방향으로 전달된 펜촉 힘을 감지하기 위한 감지센서;

카트리지의 제2 단부를 수용하되, 신장위치 또는 후퇴위치 중 어느 하나의 위치에 카트리지를 안착시키도록 구성되고 힘센서와 결합되는 배럴, 및 카트리지를 신장위치 또는 후퇴위치 쪽으로 편향시키기 위한 제1 편향수단; 및

배럴을 힘센서와의 결합방향 쪽으로 편향시키기 위한 제2 편향수단; 을 포함하는 전자펜이 제공되어 있다.

유리하게는, 상기 펜에 2개의 편향수단을 사용하면, 통상의 펜촉을 후퇴/신장시키게 할 수 있는 한편, 힘센서에 손상을 주지 않고 펜으로부터 카트리지의 취출과 교체를 가능하게 할 수 있다.

선택적으로, 상기 배럴은 카트리지의 제2 단부를 해제 가능하게 지지시키기 위한 부트(boot)를 포함한다.

선택적으로, 상기 부트는 신장위치 또는 후퇴위치 중 어느 하나의 위치로 길이방향으로 슬라이딩 가능하다.

선택적으로, 상기 카트리지는 제1 편향수단의 편향에 대항하여 카트리지를 잡아당김으로써 부트와 그에 따른 펜으로부터 취출 가능하다.

선택적으로, 상기 제1 편향수단은 배럴과 부트 사이에 결합된 스프링을 포함한다.

선택적으로, 상기 배럴은 단부 고정(end-stop) 맞댐면을 포함하고 상기 부트는 단부 고정 맞댐면과의 결합시에 카트리지를 탈착(release)시키도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 제2 편향수단은, 상기 부트가 배럴의 단부 고정 맞댐면과 결합될 때 힘센서와 결합하여 배럴을 유지하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 부트는 카트리지의 제2 단부를 지지하기 위한 리테이닝 시스(retaining sheath)를 포함한다.

선택적으로, 상기 펜은 후퇴기구에 결합된 수동 조작 버튼을 더 포함한다.

선택적으로, 상기 펜은 배럴용 하우징을 더 포함하고, 상기 제2 편향수단은 배럴과 하우징 사이에 결합된 스프링을 포함한다.

제4 형태에 있어서, 표면과 상호작용하기 위한 전자펜으로서,

펜촉을 갖는 출몰식 카트리지;

펜촉이 펜의 몸체 내에서 후퇴되도록 카트리지를 자동적으로 후퇴시키기 위한 자동후퇴기구; 및

자동후퇴기구를 제어하기 위한 제1 프로세서를 포함하며,

제1 프로세서가 하나 이상의 미리 정해진 펜 조건에 따라 카트리지를 자동적으로 후퇴시키도록 구성되어 있는 전자펜이 제공되어 있다.

제4 형태에 따른 펜은 유리하게는, 일련의 미리 정해진 펜 조건 하에서 펜촉을 후퇴시킴으로써 펜에 미치는 손상을 최소화한다. 예를 들면, 가속도계는, 펜이 자유낙하(freefall)하고, 손상을 최소화하기 위해 충돌 전에 펜촉을 자동적으로 후퇴시키도록 펜에 신호를 보낼 때 검출할 수 있다.

선택적으로, 상기 펜은 하나 이상의 펜 조건을 감지하기 위한 하나 이상의 입력센서를 포함하며, 하나 이상의 입력센서는 제1 프로세서에 하나 이상의 입력신호를 제공한다.

선택적으로, 상기 하나 이상의 입력 센서는 카트리지에 결합되어 펜촉으로부터 카트리지를 통하여 축방향으로 전달된 펜촉 힘을 감지하는 힘센서;

카트리지에 결합되어, 미리 정해진 힘이 펜촉에 발휘될 때 작동되는 펜촉 스위치; 및

상기 표면 상에 배치된 코딩 데이터 패턴의 적어도 일부를 이미지화하기 위한 이미지 센서로 이루어지는 군에서 선택되며, 상기 제1 프로세서 및/또는 제2 프로세서는 코딩 데이터 패턴의 하나 이상의 이미지 부분을 사용하여 상호작용 데이터를 생성하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 제1 프로세서는, 펜촉 힘이 미리 정해진 한계 힘보다 크다는 것; 상기 표면이 코딩 데이터 패턴으로 코딩되지 않는다는 것; 코딩 데이터 패턴의 품질이 미리 정해진 한계치 이하라는 것; 상호작용 데이터의 품질이 미리 정해진 한계치 이하라는 것; 상호작용 데이터를 저장하기 위한 버퍼(buffer)가 가득 차있다는 것; 상호작용 데이터를 저장하기 위한 버퍼가 미리 정해진 한계치보다 낮은 사용 가능한 메모리를 갖는다는 것; 상기 펜이 미리 정해진 한계치을 초과하는 속도로 상기 표면에 대해 이동된다는 것; 그리고 상기 펜이 미리 정해진 한계치을 초과하는 경사도로 상기 표면에 대해 경사져 있다는 것; 중 어느 하나를 결정하는 경우 카트리지를 자동적으로 후퇴시키도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 하나 이상의 입력센서는 가속도계, 타이머(timer), 환경온도센서, 환경습도센서, 배터리 상태 센서 및 접속센서(connectivity sensor)로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 센서를 포함한다.

선택적으로, 상기 제1 프로세서는, 펜이 자유낙하 운동 중에 있는 것; 펜이 충돌 충격을 겪게 된다는 것; 비활성(inactivity)의 기간이 미리 정해진 한계치을 초과한다는 것; 환경온도가 미리 정해진 한계치을 초과한다는 것; 환경습도가 미리 정해진 한계치을 초과한다는 것; 배터리 용량이 미리 정해진 한계치보다 낮다는 것; 원격 컴퓨터 시스템 또는 네트워크에의 접속이 끊겨 있다는 것; 중 어느 하나를 결정하는 경우 카트리지를 자동적으로 후퇴시키도록 구성되어 있다.

선택적으로, 카트리지의 후퇴는 펜을 전원 꺼짐(power-down) 상태로 구성시킨다.

선택적으로, 사용자 조작 스위치는 자동후퇴기구 및/또는 제1 프로세서에 결합된다.

선택적으로, 상기 펜은 카트리지를 신장시키기 위한 신장기구(extension mechanism)를 포함한다.

선택적으로, 카트리지의 신장은 펜을 전원 켜짐(power-up) 상태로 구성시키고, 이에 의해 힘센서는 펜촉 힘을 검출하기 위해 응답하고, 이미지 센서는 코딩 데이터 패턴을 이미지화하기 위해 응답하고 및/또는 프로세서는 상호작용 데이터를 생성하기 위해 응답한다.

선택적으로, 상기 신장기구는, 제1 프로세서가 펜촉 장애 상태(disablement condition)가 존재하는지를 결정하는 경우 작동 못 하게 된다.

선택적으로, 상기 신장기구는 카트리지를 자동으로 신장시키기 위한 자동신장기구이다.

선택적으로, 상기 자동후퇴기구는 자동신장기구를 포함한다.

선택적으로, 상기 후퇴/신장 기구는 사용자 조작 스위치에 결합되며, 이 스위치의 효과는 카트리지가 신장 또는 후퇴되는지에 따른다.

선택적으로, 상기 펜은 수동신장기구를 포함한다.

선택적으로, 상기 펜은 수동후퇴기구를 더 포함한다.

선택적으로, 상기 자동후퇴기구는 카트리지 후퇴기구에 결합된 모터를 포함한다.

선택적으로, 상기 자동후퇴기구는 힘센서 조립체에 결합된 모터를 포함하며, 힘센서 조립체는 카트리지에 결합된다.

선택적으로, 상기 자동후퇴기구는 카트리지 조립체를 캐치(catch)로부터 탈착하기 위해 구성된 액츄에이터를 포함하고, 카트리지 조립체는 카트리지를 포함하며, 카트리지 조립체는 후퇴위치 쪽으로 편향되어 있다.

제5 형태에 있어서, 표면과 접촉하기 위해 제1 단부에 펜촉을 갖고, 펜촉이 펜의 몸체로부터 돌출하는 신장위치와 펜촉이 펜의 몸체 내에 후퇴되는 후퇴위치에 있게 구성될 수 있는 출몰식 카트리지;

카트리지를 신장시키고 후퇴시키기 위한 후퇴기구;

후퇴기구를 작동시키기 위한 버튼;

펜의 구성을 감지하기 위한 감지장치로서, 버튼에 결합되어 버튼의 작동을 감지하는 버튼 센서; 및 카트리지와 협력하여, 카트리지가 신장되거나 후퇴되는지를 감지하는 카트리지 센서를 포함하는 감지장치; 및

감지장치와 협력하여, 감지장치로부터 하나 이상의 입력신호에 따라 펜의 상태를 구성하도록 적합하게 되어 있는 프로세서; 를 포함하는 전자펜이 제공되어 있다.

제5 형태에 따른 펜은 유리하게는, 펜이 사용 중이 아님이 검출되었을 때 펜의 전원을 끔으로써 배터리 전력을 절감시킨다. 상기 버튼센서와 카트리지 센서는 필요한 입력신호를 프로세서에 제공하는 것과 관련하여 작동된다.

선택적으로, 상기 버튼센서는 전자스위치를 포함하며, 이 스위치는 버튼의 부분에 의해 기계적으로 작동 가능하다.

선택적으로, 상기 카트리지는 광학센서를 포함한다.

선택적으로, 상기 광학센서는 카트리지의 적어도 일부를 감지하기 위해 위치되어 있다.

선택적으로, 상기 카트리지는 광학적으로 검출 가능한 제1 및 제2 구역을 포함하고, 제1 및 제2 구역은, 제1 구역의 감지가 신장위치를 나타내고 제2 구역의 감지가 후퇴위치를 나타내도록 광학센서에 의해 구별될 수 있다.

선택적으로, 상기 제1 및 제2 구역 중 어느 하나는 카트리지의 몸체와 대비하기 위해 표시(marking)되어 있다.

선택적으로, 상기 펜은 상기 표면 상에 배치된 코딩 데이터 패턴의 적어도 일부를 이미지화하기 위한 이미지 센서를 포함하고, 상기 프로세서는 코딩 데이터 패턴의 하나 이상의 이미지 부분을 사용하여 상호작용 데이터를 생성하기 위해 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 이미지 센서는, 프로세서가 펜촉이 신장위치에 있음을 결정하는 경우에만 코딩 데이터 패턴을 감지하도록 구성되어 있다.

선태적으로, 상기 감지장치는 펜촉으로부터 카트리지를 통하여 축방향으로 전달된 펜촉 힘을 감지하기 위한 힘센서를 더 포함하고, 상기 프로세서는 펜촉 힘을 나타내는 힘 데이터를 생성하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 프로세서는, 펜촉이 상기 표면과 접촉하여 있을 때의 펜다운 상태와 펜촉이 상기 표면과 접촉하지 않을 때의 펜업 상태 중 어느 하나의 상태를, 힘 데이터를 사용하여 결정하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 이미지 센서는, 프로세서가 펜다운 상태를 결정한 경우에만 코딩 데이터 패턴을 감지하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 감지장치는 타이머를 더 포함한다.

선택적으로, 상기 프로세서는, 타이머가 비활성의 미리 정해진 한계기간(predetermined threshold period)가 초과하였음을 나타내는 경우 펜을 정지 상태(quiescent state)로 구성하도록 적합하게 되어 있다.

선택적으로, 상기 후퇴기구는 제1 단부에 대향하는 카트리지의 제2 단부를 수용하되, 카트리지를 신장위치 또는 후퇴위치 중 어느 하나의 위치로 안착시키도록 적합하게 되어 있는 배럴; 및

카트리지를 신장위치 또는 후퇴위치 쪽으로 편향시키기 위한 편향기구; 를 포함한다.

선택적으로, 상기 배럴은 카트리지의 제2 단부를 탈착 가능하게 지지하기 위한 부트를 포함한다.

선택적으로, 상기 부트는 카트리지의제2 단부를 지지하기 위한 리테이닝 시스를 포함한다.

제6 형태에 있어서, 표면과 접촉하는 제1 단부에 펜촉을 갖고, 펜촉이 펜의 몸체로부터 돌출하는 신장위치와 펜촉이 그 몸체 안으로 수축되는 후퇴위치로 구성할 수 있는 출몰식 카트리지;

펜촉으로부터 카트리지를 통하여 축방향으로 전달된 펜촉 힘에 의해 작동되는 힘 작동식 장치(force-actuable device);

상기 카트리지의 대향하는 제2 단부를 수용하되, 상기 신장위치 또는 상기 후퇴위치 중 어느 하나의 위치로 카트리지를 안착하도록 구성되고 또한 힘 작동식 장치와 결합되는 배럴을 포함하는 후퇴기구;

상기 후퇴기구를 작동하기 위한 버튼; 및

상기 버튼을 상기 후퇴기구와의 커플링 결합(coupled engagement)에서 분리되는 방향으로 편향시키기 위한 디커플링기구; 를 포함하는 전자펜이 제공되어 있다.

제6 형태에 따른 펜에 있어서, 힘 작동식 장치의 정확성은 유리하게는, 작동 버튼을 후퇴기구와 이에 의해 후퇴기구와 결합된 힘 작동식 장치로부터 이격되는 방향으로 편향시킴으로써 향상된다.

선택적으로, 힘 작동식 장치는 펜촉으로부터 카트리지를 통하여 축방향으로 전달된 펜촉 힘을 감지하기 위해 카트리지에 결합된 힘센서; 및

카트리지에 결합되어, 미리 정해진 힘이 펜촉에 발휘될 때 작동되는 펜ㅈ촉 스위치; 로 이루어지는 군에서 선택된다.

선택적으로, 상기 버튼의 수동 작동은 디커플링기구의 편향에 대항하여 버튼을 후퇴기구에 결합시킨다.

선택적으로, 상기 디커플링기구는 버튼과 지지면 사이에 결합된 디커플링 스프링을 포함한다.

선택적으로, 상기 버튼은 슬라이딩식 이동 플런저와의 맞댄 결합을 통해 후퇴기구에 결합 가능하며, 상기 플런저는 펜 몸체에 의해 지지된 그로멧(grommet)을 통과하며, 상기 그로멧은 지지면을 형성한다.

선택적으로, 상기 후퇴기구는 신장위치에 대응하는 제1 맞댐면과 후퇴위치에 대응하는 제2 맞댐면을 포함하는 배럴; 및

카트리지의 제2 단부를 지지하기 위해 배럴 내에 슬라이딩 가능하게 장착된 래칫; 을 포함하고,

상기 플런저는 버튼의 작동과 해제가 제1 맞댐면 또는 제2 맞댐면 쪽으로 래칫의 슬라이딩 및 회전 운동을 일으키도록 래칫과 맞붙어 있다.

선택적으로, 제1 편향수단은 디커플링 편향수단의 디커플링 편향(decoupling bias)에 대해 래칫을 제1 맞댐면 또는 제2 맞댐면 쪽으로 편향시킨다.

선택적으로, 상기 래칫은 카트리지의 제2 단부를 해제 가능하게 지지하기 위한 리테이닝 시스를 포함한다.

선택적으로, 상기 카트리지는 제1 편향수단의 편향에 대해 카트리지를 당김으로써 리테이닝 시스와 이에 따른 펜으로부터 취출 가능하다.

선택적으로, 단부 고정 맞댐면을 포함하고 상기 리테이닝 시스는 단부 고정 맞댐면과의 결합시에 카트리지를 해제하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 펜은 배럴을 힘센서와의 결합 쪽으로 편향시키기 위한 제2 편향수단을 더 포함한다.

선택적으로, 상기 제2 편향수단은 힘세선와 결합하여 배럴을 유지하도록 구성되어 있다.

선택적으로, 상기 펜은 배럴용 하우징을 더 포함하고, 상기 제2 편향수단은 배럴과 하우징 사이에 결합된 예압 스프링을 포함한다.

선택적으로, 상기 펜은 펜의 구성을 감지하기 위한 감지장치를 포함하고, 상기 감지장치는,

버튼에 결합되어 버튼의 작동을 감지하는 버튼 센서; 및

카트리지와 협력하여 카트리지가 신장 또는 후퇴되는지를 감지하는 카트리지 센서; 를 포함하고,

상기 프로세서는 감지장치로부터 하나 이상의 입력신호에 따라 펜의 상태를 구성하도록 적합하게 되어 있다.

선택적으로, 제1, 제3, 제4, 제5 및 제6 형태에 있어서 본 명세서에 설명한 힘센서는 제2 형태(및 그 최적의 임의 실시형태)에서 규정한 바와 같은 정전용량형 힘센서이다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "카트리지" 용어는 잉크 카트리지 또는 스타일러스 카트리지 중 어느 하나를 언급하기 위해 사용된 것이다. 잉크 카트리지는 일단부에 마킹 펜촉을 갖고 이 마킹 펜촉에 잉크를 공급하기 위한 잉크저장소를 포함한다. 스트일러스 카트리지는 일단부에 비마킹 펜촉을 갖고 잉크저장소를 포함하지 않으며, 이 스타일러스 카트리지는 필기도구(writing instrument)라기 보다는 포인팅 도구(pointing instrument)에 이용된다. 어느 타입의 카트리지도 일반적으로는, 종축과 일단부에 펜촉을 갖는 길다란 축(elongate shaft)이다. 이 카트리지는, 다른 형태들이 물론 가능하고 본 발명의 범위 내에 있더라도 대개는 오른쪽 원통형(right-cylindrical)이다. 잉크 카트리지와 스타일러스 카트리지는 일반적으로 본 명세서에서 설명한 전자펜(예를 들면, 넷페이지 펜(Netpage pen)) 내에서 상호교환 가능하게 교체할 수 있다. 그러므로, 스타일러스 카트리지를 포함하는 스타일러스 펜은 잉크 카트리지를 포함하는 마킹 펜으로 그리고 그 역으로 전환될 수도 있다.

도 1은 넷페이지 펜의 사시도이다.
도 2는 넷페이지 펜의 펜촉 단부의 사시도이다.
도 3은 인쇄된 넷페이지 일례와 그 온라인 페이지 기술(page discription) 간의 관계를 나타낸 개략도.
도 3은 릴레이 장치(relay device)에 대한 여러 가지의 대안에 따른 기본적인 넷페이지 아키텍쳐의 실시형태를 나타낸 도면.
도 5는 태그(tag)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 12개의 데이터 심볼(data symbol)과 4개의 타켓(target)으로 된 그룹을 나타낸 도면이다.
도 7은 2-6PPM 및 3-6PPM 데이터 심볼의 레이아웃을 나타낸 도면이다.
도 8은 매크로도트 위치(macrodot position)의 간격을 나타낸 도면이다.
도 9는 2-6PPM 등록 심볼(registration symbol)의 레이아웃을 나타낸 도면이다.
도 10은 반 복제된(semi-replicated) x좌표 부호어(codeword) X를 나타낸 도면이다.
도 11은 반 복제된 y좌표 부호어 Y를 나타낸 도면이다.
도 12는 공통 부호어 A, B, C 및 D를 나타낸 것으로, 부호어 A를 뚜렷한 윤곽으로 나타낸 도면이다.
도 13은 선택적인 부호어 E를 나타낸 도면이다.
도 14는 전체 태그의 레이아웃을 나타낸 도면이다.
도 15는 리드 솔로몬 부호어(Reed Solomon codeword)의 레이아웃을 나타낸 도면이다.
도 16은 이미지 처리의 흐름도이다.
도 17은 넷페이지 펜의 정단면도이다.
도 18은 넷페이지 펜 상의 크래들 접점(cradle contact)들을 나타낸 사시도이다.
도 19는 넷페이지 크래들 내에 도킹(docking)된 넷페이지 펜의 사시도이다.
도 20a-도 20d는 넷페이지 펜과 넷페이지 크래들에 대한 각종 충전 및 데이터 연결 옵션을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 21은 펜의 분해도이다.
도 22는 펜의 종단면도이다.
도 23은 펜에 대한 광학 조립체(optical assembly)의 분해도이다.
도 24는 광학 조립체의 절결 사시도이다.
도 25는 펜에 대한 힘감지 조립체의 사시도이다.
도 26은 힘센서의 분해도이다.
도 27은 힘센서 스프링을 나타낸 도면이다.
도 28은 힘센서를 포함하는 PCB 스택(stack)을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 29는 대안적인 반전 힘센서(alternative invertive force sensor)의 PCB 스택을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 30은 볼펜 카트리지의 사시도이다.
도 31은 펜의 펜촉 후퇴 조립체의 분해도이다.
도 32a는 래칫과 플런저를 분해위치에서 나타낸 배럴의 절취도이다.
도 32b는 명확성을 위해 플런저를 제거한 상태에서의 도 32a의 배럴을 나타낸 도면이다.
도 33은 래칫기구를 포함하는 제1 자동후퇴기구를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 34는 힘센서 조립체에 직접 결합한 상태의 제2 자동후퇴기구를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 35는 수동신장기구를 통합하는 제3 자동후퇴기구를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 36은 펜의 주요 PCB에 대한 상호접속도이다.
도 37a 및 도 37b는 주요 PCB의 상부 및 하부 사시도이다.
도 38은 펜에 대한 크래들 접점 리드프레임 인서트(leadframe insert)의 사시도이다.
도 39는 펜에 대한 제스처 플렉스(gesture flex)의 사시도이다.
도 40a 및 도 40b는 펜 광학(pen optics)을 통한 종단면도이다.
도 41은 펜 카트리지를 따른 펜 광학의 레이 트레이스(rat trace)이다.
도 42는 펜 전자회로의 블럭도.

이하, 본 발명의 실시형태를 첨부한 도면을 참조하여 실시예에 의해서만 설명한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 양수인의 넷페이지 시스템에 통합하기에 매우 적합하다. 이 점에서, 본 발명은 광범위한 넷페이지 아키텍쳐(architecture)의 구성부로서 기술되었다. 그러나, 전자펜이 많은 다른 분야에서 훨씬 더 광범위하게 적용됨을 바로 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 반드시 넷페이지 문맥에 한정되는 것은 아니다.

1.1 넷페이지 시스템 아키텍쳐( Netpage System Architecture )

바람직한 실시형태에서, 본 발명은 넷페이지 네트워크형 컴퓨터 시스템에서 동작하도록 구성되며, 상세한 개요(overview)는 다음과 같다. 모든 구현이 반드시 기본적인 시스템과 관련하여 아래에 논의되는 특정 상세 및 확장의 전부 또는 대부분을 포함하는 것은 아님을 알 수 있을 것이다. 그러나, 본 시스템은 본 발명의 바람직한 실시형태 및 형태가 사용되는 문맥을 이해하려는 경우 외부적인 문헌 참조의 필요성을 줄이기 위하여 가장 완전한 형태로 기술된다.

간단히 요약하면, 넷페이지 시스템의 바람직한 형태는 매핑된 표면(mapped surface), 즉 컴퓨터 시스템 내에서 유지되는 표면의 맵에 대한 레퍼런스(reference)를 포함하는 물리적인 표면의 형태로 컴퓨터 인터페이스를 이용한다. 맵 레퍼런스(map reference)는 적절한 감지장치에 의해 조회될 수 있다. 특정 구현에 따라, 맵 레퍼런스는 가시적으로 또는 비가시적으로 인코딩될 수 있고, 매핑된 표면 상의 국부적인 조회에 대하여 그 맵 중 및 상이한 맵 중 모두에서 명백한 맵 레퍼런스를 제시하는 방법으로 정의될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 매핑된 표면 상의 특징에 관한 정보를 포함할 수 있고, 그러한 정보는 매핑된 표면에서 이용되는 감지장치에 의해 공급되는 맵 레퍼런스에 근거하여 검색될 수 있다. 이와 같이 검색된 정보는 표면 특징에 대한 운영자의 상호작용에 응답하여 운영자를 대신하여 컴퓨터 시스템에 의해 개시되는 작동의 형태를 취할 수 있다.

그 바람직한 형태에서, 넷페이지 시스템은 넷페이지들의 생성 및 이들에 대한 인간의 상호작용에 의존한다. 넷페이지들은 일반적인 종이 위에 인쇄된 텍스트, 그래픽 및 이미지의 페이지이지만, 대화형 웹페이지(interactive webpage)처럼 작용한다. 표면 코딩 패턴은 각각의 페이지에 실질적으로 인간의 맨눈에는 보이지 않는 잉크를 이용하여 인쇄된다. 그러나 그 잉크 및 이에 따른 코딩 패턴은 광학적인 이미징 감지장치(optically imaging sensing device)에 의해 감지되어 넷페이지 시스템으로 전송될 수 있다.

본 발명에 있어서, 광학적인 이미징 감지장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 펜(400)의 형태를 취한다. 도 2를 참조하면, 펜(400)은 출몰식 펜촉(retractable nib)(406) 및, 표면 코딩 패턴을 조명하기 위한 한 쌍의 근적외선 조명 LED(416)와 표면 코딩 패턴의 이미지를 획득하기 위한 광학 시스템(412)을 포함하는 이미징 시스템(imaging system)을 갖는다. 펜(400)에 대하여는 이하의 3절에서 보다 상세히 설명한다.

넷페이지 시스템의 하나의 실시형태에 있어서, 네트워크로부터 정보를 요청하거나 네트워크 서버에 선호도(preference)를 전송하기 위해 펜(400)을 이용하여 각 페이지의 하이퍼링크(hyperlink)와 활성 버튼(active button)들을 클릭할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 넷페이지 상에 손으로 쓰여진 텍스트는 자동적으로 인식되어 넷페이지 시스템에서 컴퓨터 텍스트로 변환됨으로써, 폼이 기입되게 된다. 다른 실시형태에 있어서, 넷페이지 상에 기록된 서명은 자동적으로 검증되어, 전자상거래 계약이 안전하게 인증될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 넷페이지 상의 텍스트를 클릭하거나 제스처링(gesturing)함으로써 사용자가 제시한 키워드에 기반하여 검색을 시작할 수 있다. 넷페이지 펜은 제스처 버튼을 통합하여 넷페이지 표면과 함께 제스처 상호작용을 나타낸다. 제스처에 기반한 상호작용은 미국 공개특허 제2007/0143715호에 보다 상세히 설명되어 있고, 그 내용은 참조에 의해 본 명세서에 통합된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 인쇄된 넷페이지(1)는, 사용자가 인쇄된 페이지에 물리적으로 기입하며 펜과 넷페이지 시스템 사이의 통신을 통해 "전자적으로" 기입할 수 있는 상호작용 폼(interactive form)을 나타낼 수 있다. 이 예는 이름과 주소 필드 및 전송 버튼을 포함하는 “요청” 폼을 나타낸다. 넷페이지(1)는 눈에 보이는 잉크를 사용하여 인쇄된 그래픽 데이터(2)와 상기 그래픽 데이터에 중첩되는 표면 코딩 패턴(3)으로 이루어진다. 표면 코딩 패턴(3)은 복수의 태그(4)를 포함한다. 이러한 태그(4) 중 하나가 도 3의 음영 영역에 도시되었으며, 코딩 패턴(3)에 의해 정의되는 인접 태그(4)들은 전체 넷페이지(1)에 걸쳐 조밀하게 타일링(tiling)되어 있음을 인식할 수 있을 것이다.

해당하는 페이지 기술(page description)(5)은 넷페이지 네트워크에 저장되며, 넷페이지의 개별적 요소들을 기술한다. 특히, 각 상호작용 요소의 종류 및 공간적 배치(영역) (예를 들면, 본 예에서 텍스트 필드 또는 버튼)가 기술되며, 이에 따라 넷페이지 시스템이 넷페이지를 통한 입력을 올바르게 해석하게 된다. 전송 버튼(6)은, 예를 들어, 해당하는 그래픽(8)의 공간적 배치에 해당하는 영역(7)을 갖는다.

도 4에 예시된 바와 같이, 3절에 기술된 펜(400)과 같은 넷페이지 감지장치는 대개는, 인터넷에 연결된 가정용, 사무용 또는 이동 통신용 장치인 넷페이지 릴레이 장치(601)와 함께 작용한다. 펜(400)은 무선이고 단거리 무선 링크(9)를 통해 넷페이지 릴레이 장치(601)와 안전하게 통신한다. 대안적인 실시형태에서, 넷페이지 펜(400)은 USB 또는 기타 직렬 연결과 같은 유선 연결을 릴레이 장치(601)에 사용한다. 또 다른 대안적인 실시형태에서, 넷페이지 펜(400)은 원격 넷페이지 서버(10)와 관계없이 상호작용 데이터를 해석하기 위한 온보드 컴퓨터 시스템을 가질 수 있다.

릴레이 장치(601)는 상호작용 데이터를 해석하는 페이지 서버(10)에 이를 중계하는 기본적인 기능을 수행한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 릴레이 장치(601)는 예를 들어, 개인용 컴퓨터(601a), 넷페이지 프린터(601b) 또는 기타 다른 릴레이(601c) (예를 들어, 웹 브라우저를 통합한 개인용 컴퓨터 또는 휴대형 전화기)의 형태를 취할 수 있다.

넷페이지 프린터(601b)는 또한 주기적으로 또는 요구에 응하여 상호작용 넷페이지와 마찬가지로 고품질로 인쇄된, 개인화된 신문, 잡지, 카탈로그, 브로셔 및 다른 출판물들을 배달할 수 있다. 개인용 컴퓨터와는 달리, 넷페이지 프린터는 예를 들어 사용자의 부엌, 아침 식사 테이블 근처 또는 가족이 일상을 시작하는 곳의 근처와 같이 아침 뉴스가 처음으로 보여지는 곳 근처의 벽면에 설치될 수 있는 장치이다. 상기 장치는 또한 테이블탑, 데스크탑, 휴대형 및 소형 버전의 형태로 제공된다. 그 소비 시점에서 요청에 의해 인쇄된 넷페이지는 종이의 사용 편의성에 상호작용 매체의 시간적 이점과 상호작용성을 모두 가지게 된다.

다른 방법으로는, 넷페이지 릴레이 장치(601)는 휴대형 전화기나 PDA, 노트북이나 데스크탑 컴퓨터, 또는 TV와 같은 공용 디스플레이에 연결된 정보처리 장치와 같은 휴대형 장치일 수 있다. 릴레이 장치(601)가 요청에 의해 넷페이지를 디지털적으로 직접 인쇄하는 넷페이지 프린터(601b)가 아닌 경우에는, 넷페이지는 사용중 발사 방식 잉크젯 프린터, 연속 잉크젯 프린터, 염료 전송 및 레이저 인쇄와 같은 기술을 사용하는 디지털 인쇄기와 함께, 오프셋 석판 인쇄, 플렉소 인쇄, 스크린 인쇄, 철판 인쇄 및 윤전 그라비어 인쇄 기술 등을 사용하는 전통적인 아날로그 인쇄기로 인쇄될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 넷페이지 감지장치(400)는 인쇄된 넷페이지(1) 상의 태그 패턴의 부분, 또는 물품(251)의 라벨과 같은 다른 인쇄 기판의 부분과 상호작용하고, 단거리 무선 링크(9)를 통해 릴레이 장치(601)로의 상호작용을 통신한다. 릴레이(601)는 해당하는 상호작용 데이터를 적절한 넷페이지 페이지 서버(10)로 전송하여 해석하도록 한다. 감지장치(400)로부터 받은 원시 데이터(raw data)는 상호작용 데이터로서 페이지 서버(10)로 직접 중계될 수 있다. 다른 방법으로는, 상호작용 데이터는 상호작용 URI의 형태로 인코딩되어 사용자의 웹브라우저(601c)를 통해 페이지 서버(10)로 전송될 수 있다. 다음으로, 웹브라우저(601c)는 페이지 서버(10)로부터 URI를 수신하고 웹 서버(201)를 통해 웹페이지에 접근한다. 어떤 경우에, 페이지 서버(10)는 넷페이지 응용 서버(13)에서 실행되는 응용 컴퓨터 소프트웨어에 접근할 수 있다.

넷페이지 릴레이 장치(601)는 임의의 개수의 감지장치를 지원하도록 설계될 수 있으며, 감지장치는 임의의 개수의 넷페이지 릴레이와 같이 동작할 수 있다. 바람직한 구현에서, 각 넷페이지 감지장치(400)는 유일한 식별자를 가진다. 이는, 각 사용자들이 넷페이지 페이지 서버(10) 또는 응용 서버(13)에 대해 서로 다른 프로필(profile)을 가지고 운용할 수 있도록 해준다.

넷페이지(1)의 디지털 온-디맨드(on-demand) 전달은 넷페이지 프린터(601b)에 의해 수행될 수 있으며, 이에 따라 발전하고 있는 광대역 인터넷을 사용할 수 있다. 넷페이지 네트워크 상의 넷페이지 출판 서버(14)는 넷페이지 프린터에 인쇄 품질의 출판을 전달하도록 구성된다. 출판은 포인트캐스팅(pointcasting) 또는 멀티캐스팅(multicasting) 인터넷 프로토콜을 통해 구독 넷페이지 프린터에 자동으로 전달된다. 개인화된 출판은 개별적 사용자 프로필에 따라 필터링되고 포맷된다.

넷페이지 펜은 넷페이지 등록 서버(11)에 등록되고 하나 또는 그 이상의 지불 카드 계정에 연결될 수 있다. 이는, 전자 상거래 지불이 넷페이지 펜을 통해 안전하게 인증되도록 해 준다. 넷페이지 등록 서버는 넷페이지 펜에 의해 캡쳐된 서명을 이전에 등록된 서명과 비교하여 사용자의 신분이 전자 상거래 서버에서 인증되도록 한다. 식별자를 검증하기 위해 다른 생체인식(biometrics)이 사용될 수 있다. 넷페이지 펜의 한 형태는 지문 스캐닝을 포함하며 마찬가지 방법으로 넷페이지 등록 서버에서 인증된다.

1.2 넷페이지( Netpages )

넷페이지는 넷페이지 네트워크가 구성되는 기초가 된다. 넷페이지는 공개된 정보와 상호작용 서비스에 대한 종이 기반의 사용자 인터페이스를 제공한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 넷페이지는 페이지의 온라인 기술(5)을 참조하여 보이지 않는 태그가 가해진 인쇄된 페이지(또는 다른 표면 영역)로 이루어진다. 온라인 페이지 기술(5)은 넷페이지 페이지 서버(10)에 의해 지속적으로 유지된다. 페이지 기술은 텍스트, 그래픽 및 이미지를 포함하여 페이지의 시각적 레이아웃과 내용을 기술한다. 이러한 기술은 또한 버튼, 하이퍼링크 및 입력 필드와 같은 페이지의 입력 요소를 기술한다. 넷페이지는 표면에 넷페이지 펜에 의한 마킹이 넷페이지 시스템에 의해 동시에 캡쳐되고 처리되는 것을 허용한다.

다중 넷페이지(예를 들어, 아날로그 인쇄기로 인쇄된 페이지)는 동일한 페이지 기술을 공유할 수 있다. 그러나, 다른 경우에는 동일한 페이지를 통한 입력을 구별하기 위해, 각 넷페이지는 유일한 페이지 식별자(ID)에 지정될 수 있다. 이 페이지 ID는 매우 많은 수의 넷페이지 중에서 구별할 수 있는 정도의 충분한 정확도를 가진다.

페이지 기술(5)에 대한 각 참조는 넷페이지 패턴에서 반복적으로 인코딩된다. 각 태그(및/또는 인접한 태그들의 모임)는 그 태그가 보여지는 유일한 페이지를 식별하며, 따라서 페이지 기술(5)을 간접적으로 식별한다. 각 태그는 또한 페이지에서 그 자신의 위치를 식별한다. 태그의 특성은 이하에서 더 자세히 기술된다.

태그는 일반적으로 일반 종이와 같은 적외선 반사 기판 상에 적외선 흡수 잉크 또는 적외선 발광 잉크로 인쇄된다. 적외선 근처의 파장은 인간에게는 보이지 않으나 적절한 필터를 가지는 고체 이미지 센서에 의해 쉽게 감지된다.

태그는 넷페이지 감지장치 내의 2차원 영역 이미지 센서에 의해 감지되며, 태그 데이터는 넷페이지 릴레이 장치(601)를 통해 넷페이지 시스템으로 전송된다. 펜(400)은 무선이며 단거리 무선 링크를 통해 넷페이지 릴레이 장치(601)와 통신한다. 펜이 페이지와의 모든 상호작용에서 페이지 ID와 위치를 인식하는 것이 중요한데, 이는 이 상호작용이 상태를 가지지 않기 때문이다. 태그는 표면의 손상에 부분적으로 대비하여 에러 복구가 가능하도록 인코딩된다.

넷페이지 페이지 서버(10)는 각각의 유일한 인쇄된 넷페이지에 대하여 유일한 페이지 경우를 유지하며, 이에 따라 각 인쇄된 넷페이지(1)에 대한 페이지 기술(5) 내의 입력 필드의 사용자 공급 값의 서로 다른 집합을 유지하는 것을 가능하게 한다.

2 넷페이지 태그( Netpage Tags )

2.1 태그 데이터 내용( Tag Data Content )

각 태그(4)는 기판의 영역 내에서 태그의 절대적 위치를 인식한다.

넷페이지와의 각 상호작용은 또한 태그 위치와 함께 영역 식별을 제공해야 한다. 바람직한 실시형태에서, 태그가 참조하는 영역은 전체 페이지와 일치하며, 따라서 영역 ID는 태그가 나타나는 페이지의 페이지 ID와 유사하다. 다른 실시형태에서, 태그가 참조하는 영역은 페이지 또는 다른 표면의 임의의 하위 영역일 수 있다. 예를 들어, 이 영역은 상호작용 요소의 영역과 일치할 수 있으며, 이 경우 영역 ID는 상호작용 요소를 직접 식별한다.

본 출원인의 이전 특허출원(예를 들어, 미국 특허 제6,832,717호)에서 기술된 바와 같이, 영역 ID는 각 태그(4)에서 서로 다르게 인코딩될 수 있다. 하기에 보다 상세하게 기술되듯이, 영역 ID는 기판과의 모든 상호작용이 전체 태그가 감지장치의 시야에 있지 않은 때에도 계속하여 영역 ID를 인식하도록 하기 위해 다수의 인접한 태그들에 의해 인코딩될 수 있다.

각 태그(4)는 바람직하게는 태그가 인쇄된 기판에 대한 태그의 방향을 식별해야 한다. 태그로부터 읽혀진 방향 데이터는 결정되는 기판에 대하여 펜(101)의 회전(yaw)을 가능하게 한다.

태그(4)는 또한 전체적인 태그 또는 개별적 태그로서 그 영역에 관계되는 하나 또는 그 이상의 태그를 인코딩할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 플래그 비트는, 예를 들어, 감지장치가 태그의 직접 영역의 기술을 참조하지 않고도 상기 영역과 연관된 기능을 나타내는 피드백 신호를 감지장치에 보내도록 할 수 있다. 넷페이지 펜은, 예를 들어, 하이퍼링크의 영역에 있을 때는 “활성 영역” LED를 조명할 수 있다.

태그(4)는 또한 디지털 서명이나 그 조각(fragment)을 인코딩할 수 있다. (부분적인) 디지털 서명을 인코딩하는 태그는 상품이 진품인지를 증명하는 것이 요구되는 응용 프로그램에서 유용하다. 이러한 응용은, 예를 들어, 미국 공개특허 제 2007/0108285호에 기술되어 있으며, 그 내용은 본 명세서에 참조에 의해 통합된다. 디지털 서명은 기판과의 매 번의 상호작용으로부터 재현될 수 있도록 인코딩될 수 있다. 다른 방법으로는, 디지털 서명은 이 서명이 기판에 대한 무작위 또는 부분 스캔으로부터 작성될 수 있도록 인코딩될 수 있다.

물론, 이하에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 다른 종류의 정보(예를 들어, 태그 크기 등) 또한 각각의 태그 또는 다수의 태그들에 의해 인코딩될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

2.2 일반적 태그 구조( General Tag Structure )

도 3과 관련하여 상술한 바와 같이, 넷페이지 표면 코딩은 일반적으로 태그의 조밀한 평면 타일링으로 이루어진다. 본 발명에 있어서, 각 태그(4)는 두 종류의 요소를 포함하는 코딩 패턴으로 나타내어 진다. 도 5와 도 6을 참조하면, 첫 번째 종류의 요소는 타겟 요소이다. 타겟 도트(301) 형태의 타겟 요소는, 태그(4)가 인코딩된 표면의 이미지 내에 위치하도록 허용하며, 태그의 원근법에 의한 왜곡(perspective distortion)이 일어날 수 있다. 두 번째 종류의 요소는 마크로도트(302) 형태의 데이터 요소이다(도 8 참조). 마크로도트(302)는 데이터 값을 인코딩한다. 본 출원인의 이전 개시(예를 들어, 미국 특허 제6,832,717호)에 기술한 바와 같이, 마크로도트의 존재 유무는 바이너리 비트를 나타내는데 사용되었다. 그러나, 본 발명의 태그 구조는 데이터 값을 멀티 펄스 위치 변조를 이용하여 인코딩하며, 이는 2.3절에서 보다 상세히 기술된다.

코딩 패턴(3)은 이 패턴이 광학 이미징 시스템, 특히 근적외선에서 좁은 대역의 반응성을 가지는 광학 시스템에 의해 획득되는 것을 허용하도록 표면 상에 나타내어진다. 패턴(3)은 일반적으로 좁은 대역의 근적외선 잉크를 사용하여 표면에 인쇄된다.

도 5는, 타겟 요소(301)가 보여지는 전체 태그(4)의 구조를 도시한다. 태)그(4)는 사각형으로 16개의 타겟 요소를 포함한다. 태그(전체적으로 12개)의 변(edge)과 구석(corner)에 위치하는 이들 타겟 요소(301)들은 인접 태그들에 의해 공유되며 태그의 주변을 정의한다. 본 출원인의 이전 태그 디자인과는 반대로, 타겟 요소(301)의 수가 많아짐으로써 태그(4)가 감지장치(101)에 의해 이미징될 때 태그(4)의 원근법에 의한 왜곡을 정확하게 결정할 수 있는 이점을 제공한다. 이로써 태그를 감지하는 정확도가 개선되며, 궁극적으로는 위치 결정을 정확히 할 수 있다.

태그(4)는 9개의 심볼 그룹(303)의 사각 배열로 이루어진다. 심볼그룹(303)은 타겟 요소(301)로서 경계지워지고, 이에 의해 각 심볼 그룹은 4개의 타겟 요소에 의해 정의되는 사각형 내에 포함된다. 근처의 심볼그룹(303)들은 인접하며 타겟을 공유한다.

타겟 요소(301)들은 모두 동일하므로, 이들은 한 태그와 인접한 다른 태그에 대한 경계를 형성하지 않는다. 타겟 요소의 수준에서만 보면, 타겟 그리드의 셀을 정의하는 심볼그룹(303) 만이 구별될 수 있다. 태그(4) 그 자체는 타겟 요소만을 보아서는 구별되지 않는다. 따라서, 태그(4)는 태그 디인코딩의 부분으로서 타겟 그리드와 함께 배열되어야 한다.

태그(4)는 임베디드 데이터(embedded data) 객체를 제외하고는 모든 태그 데이터를 허용하도록 디자인되며(2.9.3절 참조), 실질적으로 태그의 크기인 이미징 시야로부터 회복된다. 이는 태그(4)에 고유한 모든 데이터는 태그 내에 4회 나타나는 것을 의미한다 - 즉, 각각의 4분면에 한번씩, 태그의 행 또는 열에 고유한 모든 데이터는 각 태그에 2회씩 나타난다 - 즉, 각 수평 반면 또는 수직 반면에 각각 한 번씩, 태그의 집합에 공통된 모든 데이터는 태그 내에 한 번씩 나타난다.

2.3 심볼 그룹( Symbol Groups )

도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 9개의 심볼그룹(303)은 12개의 데이터 심볼(304)을 포함하며, 각 데이터 심볼은 코드워드의 일부이다. 또한, 각 심볼 그룹(303)은 한 쌍의 등록 심볼 - 수직 등록 심볼('VRS')과 수평 등록 심볼('HRS')을 포함한다. 이에 따라 시야에 있는 태그의 방향 및/또는 이동(translation)이 결정된다. 이동이라 함은 시야 내 심볼 그룹(303)에 대한 태그의 이동을 의미한다. 다시 말하면, 등록 심볼은 타겟 그리드(target grid)에서 '보이는' 태그의 정렬을 가능하게 한다.

각 데이터 심볼(304)은 멀티 펄스의 변조된(multi-pulse position modulated: PPM) 데이터 심볼이다. 일반적으로, 각 PPM 데이터 심볼(304)은 6개의 위치 {p0, p1, p2, p3, p4, p5} 중 2 또는 3 마크로도트, 즉 2-6 이나 3-6 펄스 위치 변조(PPM)를 이용하여 단일 4 비트 리드 솔로몬 심볼을 인코딩한다. 그러나, 다른 형태의 멀티 펄스 위치 변조를 사용하여 인코딩하는 것 또한 가능함을 알 수 있을 것이다.

3-6PPM은 20 코드의 범위, 또는 4.3 비트를 가지며, 리드 솔로몬 여분 심볼을 위해 사용된다. 2-6PPM은 15 코드의 범위, 또는 3.9 비트를 가지며, 리드 솔로몬 데이터 심볼을 위해 사용된다. 4 비트 리드 솔로몬 데이터 심볼은 인코딩 이전에 심볼 당 필요로 하는 코드의 수를 15개로 줄이기 위해 베이스 15로 변환된다.

도 7은 2-6PPM 또는 3-6PPM 데이터 심볼(304)의 구성을 보여준다.

표 1은 2-6PPM 심볼 값으로부터 리드 솔로몬 심볼 값으로의 매핑을 정의한 것이다.

표 2는 3-6PPM 심볼 값으로부터 리드 솔로몬 심볼 값으로의 매핑을 정의한 것이다. 비사용 심볼 값은 지움(erasure)으로 처리될 수 있다.

2.4 타겟과 마크로도트( Targets and Macrodots )

마크로도트(302)의 간격은, 도 8에 도시한 바와 같이, 양쪽 차원에서 모두 매개변수 s로 특정된다. 이는 명목상으로 127㎛의 값을 가지며, 1600dpi(dots per inch)의 피치로 인쇄된 8개의 도트에 기반한다.

마크로도트(302) 만이 패턴에서 심볼(304)을 나타내는 일부가 된다. 심볼(304)의 윤곽이, 예를 들어, 도 5 및 도 6에 태그(4)의 구조를 좀더 명확히 나타내기 위한 목적으로 도시된다.

마크로도트(302)는 명목상의 크기 (4/8)s를 가지는 명목상의 사각형이다. 그러나, 그 크기는 패턴을 생성하는데 사용된 장치의 용량에 따라 ±10%의 범위에서 변하는 것이 허용된다.

타겟(301)은 일반적으로 원형이며 명목상의 지름 (12/8)s를 가진다. 그러나, 이 값의 크기는 패턴을 생성하는 장치의 용량에 따라 ±10%의 범위에서 변화하는 것이 허용된다.

각 심볼 그룹(303)은 10s의 너비를 가진다. 따라서, 각 태그(4)는 30s의 너비와 30의 길이를 가진다. 그러나, 도 5로부터 태그(4)는 일부 데이터 심볼(304A)이 1 마크로도트 유닛(1s)의 정도로 태그(4)의 주변에서 더 확장되어 인접 태그로부터의 보조 심볼 그룹(304B)과 상호 연결될 수 있도록 구성됨을 유의해야 한다. 이러한 배열은 타겟 그리드 내에서 데이터 심볼(304)의 테셀레이트 패턴(tessellated pattern)을 제공한다. 데이터 획득의 견지에서 보면, 이러한 방식의 데이터 심볼 테셀레이션은 태그(4)의 실질적인 길이를 1 마크로도트 유닛 정도 증가시킨다.

마크로도트 간격, 따라서 태그 패턴의 전체 스케일은 상기 패턴을 생산하기 위해 사용된 장치의 용량에 따라 127㎛ 및 120㎛ 사이에서 변화하도록 허용된다. 명목상의 스케일에서의 어떠한 편차도 각 태그(태그 크기 ID 필드)에 기록되어 위치 샘플의 정확한 생성을 허용한다.

이들 오차 허용 범위는 상호간에 독립적이다. 이들은 특정한 프린터 특성에 따라 더 자세하게 설정될 수 있다.

2.5 시야( Field of View )

상술한 바와 같이, 태그(4)는, 모든 태그 데이터가 상기 태그와 거의 같은 크기를 가지는 이미징 시야로부터 회복되는 것을 허용하도록 디자인된다. 일련의 인접한 태그들에 공통된 어떠한 데이터도 각 태그 내에 한 번 나타날 필요가 있는데, 이는 공통된 데이터의 조각이 인접한 태그로부터 회복될 수 있기 때문이다. 태그의 행이나 열에만 공통인 어떤 데이터는 태그 내에 두 번 나타나야 한다 - 즉, 태그의 각 수평 반면 또는 수직 반면에 각각 한 번씩 나타난다. 또 태그에 고유한 모든 데이터는 태그 내에 4 번 나타나야 한다 - 즉, 각 4분면에 한 번씩 나타난다.

하나 또는 그 이상의 공간 차원에서 태그의 집합에 공통된 데이터는 인접한 태그들의 조각들로부터 디코딩될 수 있긴 하지만, 펄스 위치 변조 값은 공간적으로 일관된 샘플로부터 가장 잘 디코딩되며, 이는 원래 샘플(raw sample)의 값이 먼저 정규화되지 않은 상태로도 비교될 수 있게 해 주기 때문이다. 이는, 시야가 이러한 각 펄스 위치 변조된 값의 전체 두 복사본을 보유할 정도로 충분히 커야 함을 의미한다. 태그는, 펄스 위치 변조된 값의 최대 크기가 3개의 마크로도트가 되도록 디자인된다. 시야를 최소한 태그 펄스와 3개의 마크로도트 유닛의 크기로 함으로써 펄스 위치 변조된 값이 일관되게 샘플링되는 것이 보장된다.

이에 대한 유일한 예외는 다음 절에서 기술되는 이동 코드인데, 이는 4 개의 마크로도트 유닛 길이를 가진다. 그러나, 이들은 여분이 상당히 크고 시야의 변두리에서 4개까지의 심볼이 유실되어도 어떤 문제를 야기하지는 않는다.

2.6 인코딩된 코드와 코드워드( Encoded Codes and Codewords )

하기 2.6절에서, 도 10 내지 도 14의 각 심볼은 고유의 라벨로서 보여진다. 이 라벨은, 어떤 코드워드가 심볼의 일부인지를 식별하는 알파벳 접두어와 코드워드 내의 심볼의 인덱스(index)를 나타내는 숫자 접두어로 이루어진다. 간단히 보이기 위해, 등록 심볼이 아닌 데이터 심볼(304)만이 보여진다.

특정 코드워드의 레이아웃의 대칭성을 나타내기 위해 일부 심볼 라벨들이 회전되어 보여지지만, 이러한 각 심볼의 레이아웃은 심볼 그룹 내에서의 그 위치에 따라 결정되며 심볼 라벨의 회전에 의해서 결정되지는 않는다 (예를 들어, 본 출원인의 미국 출원 공개특허 제2006/146069호에 기술됨).

2.6.1 등록 심볼( Registration Symbols )

각 등록 심볼은 2-6PPM을 이용하여 인코딩된다. 도 9는 등록 심볼의 레이아웃을 보여 준다.

도 6에 도시된 바와 같이, 수평 및 수직 등록 심볼들이 각각 심볼 그룹 내에 한번씩 나타난다. 전체 태그의 등록 심볼은 두 직교 이동 코드를 인코딩함으로써 일반적으로 태그의 수직 및 수평이동을 나타내고, 두 직교 방향 코드를 인코딩함으로써 태그의 방향을 나타낸다.

각 등록 심볼은 또한 플래그 코드의 1비트 심볼을 인코딩한다(2.6.2절 참조).

표 3은 2-6PPM 등록 심볼 값으로부터 플래그 코드, 방향 코드 및 이동 코드심볼 값으로의 매핑을 정의한 것이다.

심볼 그룹의 각 행(row)과 열(column)은 3개의 심볼의 3차원(3-ary) 순환 위치 코드를 사용한다(본 출원인의 순환 위치 코드는 미국 특허 제7,082,562호에 기술되었으며, 그 내용은 본 명세서에 참조에 의해 통합된다). 코드는 코드워드 (0, 1, 2)와 그 순환 시프트로 구성된다. 코드는 최소 거리 3을 가지며, 단일 심볼 에러가 교정되는 것을 허용한다. 전체 태그의 코드는 최소 거리 9를 가지는 코드를 형성하며, 4개의 심볼 에러가 교정되는 것을 허용한다. 추가적인 심볼이 시야에 보여지면, 이들은 추가적인 여분(redundancy)으로 사용될 수 있다.

코드워드(즉, 1)의 중간에 있는 이동 코드 심볼은 상호간에 역수 관계에 있는 2-6PPM 심볼 값들의 집합으로 매핑되며, 코드워드의 단부에 있는 2개의 이동 코드 심볼(즉 0과 2)은 각각 다른 집합의 2-6PPM 심볼 값과 역수 관계인 2-6PPM 심볼 값의 집합으로 매핑된다. 따라서 거꾸로 읽혀진 0은(즉, 180도 뒤집히면) 2의 값으로 되며, 그 역도 성립한다. 다만, 1이 거꾸로 읽혀지면 여전히 1로 남게 된다. 이에 따라 이동이 회전과 무관하게 결정된다.

각 2-6PPM 심볼 값과 그 역수는 서로 반대의 방향을 가지는 코드 심볼 값으로 매핑된다. 전체 태그의 수직 등록 심볼은 수직 방향 코드의 9개의 심볼을 인코딩한다. 이는 최소 거리 9를 가지며, 4개의 심볼 오류가 교정되도록 한다. 전체 태그의 수평 등록 심볼은 수평 방향 코드의 9개의 심볼을 인코딩한다. 이는 최소 거리 9를 가지며, 4개의 심볼 오류가 교정되도록 한다. 추가적인 심볼이 시야에 보여지면, 이들은 추가적인 여분으로 사용될 수 있다. 이동 코드의 디코딩 동안 지움이 감지되면, 이는 방향 코드의 디코딩 시에도 사용될 수 있으며 역도 성립한다. 방향 코드는 이와 함께 태그의 방향이 결정되는 것을 허용한다.

회전하지 않은 태그의 왼쪽 위 구석은 이동 심볼이 0이고 방향 심볼이 모두 0인 심볼 그룹에 의해 식별된다.

2.6.2 플래그 코드( Flag Code )

플래그 심볼은 1비트의 데이터로 구성되며, 표 3에 보여진 바와 같이 각 수직 및 수평 등록 심볼에서 인코딩된다.

플래그 심볼은 태그에 대해 유일하며, 따라서 태그의 각 4분면에서 중복적으로 인코딩된다. 플래그 심볼이 각 등록 심볼에서 인코딩되므로, 각 4분면 내에 8번씩 나타나게 된다. 각 심볼은 최소 거리 8을 가지는 코드를 형성하여, 3개의 오류가 교정되는 것을 허용한다. 추가적인 심볼이 시야에서 보여지면, 이들은 추가적으로 남겨질 수 있다. 이동 및/또는 방향 코드의 디코딩 동안 검출된 모든 지움은 플래그 코드의 디코딩 시에도 또한 사용될 수 있으며 그 반대의 과정도 가능하다.

2.6.3 좌표 데이터( Coordinate Data )

태그는 태그의 x 및 y 좌표를 각각 인코딩하는데 사용되는 x 좌표 코드워드와 y 좌표 코드워드를 포함한다. 코드워드는 축약된 2⁴ 개의 차원의 (10, p) 리드 솔로몬 코드이며, 이 때 p 값은 2에서 5 사이에서 변화한다. 따라서 태그는 각 좌표의 정보의 8에서 20 사이의 비트 사이에서 변화한다. 이에 따라 베이스 15 변환이 일어나면 7.8 내지 19.5 비트로 줄어든다.

각 x 좌표 코드워드는 태그 내에서 두 번 중복되고 - 각 수평 반면("북쪽" 및 "남쪽")에서, 태그를 포함하는 태그의 열 내에서 상수이다. 마찬가지로, 각 y 좌표 코드워드는 각 태그에서 두 번 중복되며 - 각 수직 반면("동쪽" 및 "서쪽"), 태그를 포함하는 행 내에서 상수이다. 이에 따라 전체 태그를 포함할 정도로 충분히 큰 태그 패턴의 이미지가 태그 패턴 내에서 이미지의 배열에 무관하게 각 좌표 코드워드의 전체 인스턴스를 포함하는 것이 보장된다. 각 좌표 코드워드의 좌표는 서로 다른 태그로부터의 조각으로 구성될 수 있다.

본 발명에서 일부 좌표 심볼은 복사되지 않으며 태그의 두 반면들 사이의 경계선에 위치하게 됨을 유의하여야 한다. 이러한 배열은 태그에 포함된 각 x 좌표 코드워드와 각 y 좌표 코드워드가 완전히 2개로 존재하지 않으므로 태그 공간을 절약하는데 도움이 된다. 시야는 태그보다 큰 (2.10절에 기술된 대로) 최소한 3개의 마크로도트 유닛이며, 구분 선 상에 놓여 지는 좌표 심볼들은 (2 마크로도트 유닛의 너비를 가지는) 표면이 이미징되는 동안에도 계속 캡쳐된다. 따라서, 코딩된 표면과의 각 상호작용은 태그 위치에서 여전히 제공된다.

x 좌표 코드워드의 레이아웃이 도 8에 도시된다. Y 좌표 코드워드의 레이아웃은 도 9에 도시된다. x 좌표 심볼 X4, X5, X6, X7, X8 및 X9가 태그(4)의 중앙 열(310)에 놓여짐을 알 수 있는데, 이에 따라 태그의 동쪽 반면이 태그의 서쪽 반명과 나누어진다. 마찬가지로, y 좌표 심볼 Y4, Y5, Y6, Y7, Y8 및 Y9가 태그(4)의 중앙 행(312)에 놓여지며, 이에 따라 태그의 북쪽 반면이 태그의 남쪽 반면과 나누어진다.

중앙의 열(310)과 중앙의 행(312)은 각각 q의 너비를 가지며, 이는 2s의 너비에 해당하며 마크로도트의 간격이 된다.

2.6.4 공통 데이터( Common Data )

태그는 표면 영역에서 인접한 태그들의 집합에 공통되는 정보를 인코딩하는 4개의 코드워드 A, B, C, D를 포함한다. 코드워드는 2⁴차원(15, 9)의 리드 솔로몬 코드이다. 태그는 따라서 인접한 태그의 집합에 공통적인 정보의 144 비트까지를 인코딩한다. 이로써 베이스 15 변환이 일어나면 140 비트로 감소한다.

공통 코드워드는 태그된 영역에 걸쳐 복사된다. 이에 의해 전체 태그를 포함할 정도로 충분히 큰 태그 패턴의 이미지가 태그 패턴 내의 이미지의 배열과 무관하게 각 공통 코드워드의 전체 인스턴스(instance)를 포함하는 것이 보장된다. 각 공통 코드워드의 인스턴스는 다른 태그들로부터의 조각으로 구성될 수 있다.

공통된 코드워드의 레이아웃이 도 12에 도시된다. 코드워드들은 각각 서로 90도 회전된 상태로 동일한 구성을 가진다.

2.6.5 선택적 데이터( Optional Data )

태그는 코드워드 E를 선택적으로 포함한다. 이 코드워드는 비밀 키 서명이나 임베디드 데이터 객체의 조각을 인코딩하는데 사용될 수 있다. 이들은 2.9.4절과2.9.3절에서 각각 더 기술된다. 코드워드는 2⁴-차원의 (15, 9) 리드 솔로몬 코드이다.

선택적 코드워드의 구성은 도 13에 도시되어 있다.

2.6.6 비밀 키 서명( Secret - Key Signature )

태그는 표면 영역에서 인접한 태그들의 집합에 공통된 전체 비밀 키 디지털 서명을 선택적으로 포함한다. 이 서명은 16개의 2⁴-차원 심볼들(즉, 심볼 E15가 또한 사용됨)들로 구성된다. 이 태그는 따라서 선택적으로 64비트까지의 비밀 키 서명 데이터를 인코딩한다. 서명은 태그된 영역에 걸쳐 복사된다. 이에 따라 전체 태그를 포함할 정도로 충분히 큰 태그 패턴의 이미지가 이미지와 태그 패턴 사이의 배열 관계에 무관하게 서명의 전체 인스턴스에 포함되는 것이 보장된다. 서명의 인스턴스는 다른 태그들로부터의 조각으로 구성된다.

상기 서명이 존재하면, 2.6.5절에서 기술된 E 코드워드로 인코딩된다. 디지털 서명은 2.9.4절에서 더 논의된다.

2.6.7 전체 태그( Complete Tag )

도 14는 전체 태그의 데이터 구조를 도시하며, 이 때 각 심볼 그룹은 10 개의 데이터 심볼을 포함한다. 수직 및 수평 등록 심볼들은 도 14에 도시되지 않았다.

2.7 리드 솔로몬 인코딩( Reed - Solomon Encoding )

2.7.1 리드 솔로몬 코드( Reed - Solomon Codes )

모든 데이터는 GF(2⁴)에 걸쳐 정의된 리드 솔로몬 코드를 사용하여 인코딩된다. 코드의 자연적 길이 n은 15이다. 코드의 차원 k는 오류 교정 능력과 코드의 데이터 용량 사이에 조화를 위해 선택되며, 이는 각각 (n -k)/2 개와 k 개의 심볼이다.

코드는 고차원 여분 심볼을 제거함으로써 잘리워질 수 있으며, 이에 의해 축약된 길이와 축약된 오류 교정 능력을 가지는 코드를 얻을 수 있다. 코드는 고차원 데이터 심볼을 영으로 대체함으로써 짧아질 수 있으며, 이에 의해 축약된 길이와 축약된 오류 교정 능력을 가지는 코드를 얻을 수 있다. 잘리거나 짧아진 코드는 모두 특정 매개 변수를 가지는 코드를 얻기 위해 사용될 수 있다. 디인코딩이 지워지는 것을 피하기 위해 가능하면 코드를 짧게 하는 것이 더 바람직하다.

코드는 하기의 원시 다항식(primitive polynominal)을 가진다.

p(x) = x ⁴ + x + 1

드는 하기의 생성 다항식(generator polynominal)을 가진다.

리드 솔로몬 코드의 상세한 설명에 대하여는, 관련 문헌(Wicker, S.B. 및 V.K. Bhargava, eds., Reed - Solomon Codes and Their Applications, IEEE Press, 1994)을 참조할 수 있다.

2.7.2 코드워드 조직( Codeword Organization )

도 15에 도시한 바와 같이, 코드의 여분의 좌표 r _i 와 데이터 좌표 d _i 는 해당하는 다항식 항에 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 인덱싱된다. 전체 코드 워드의 심볼 X _i 는 데이터의 비트 순서를 맞추기 위해 오른쪽에서 왼쪽으로 인덱싱된다. 각 심볼에서의 비트 순서는 전체적인 비트 순서와 같다.

2.7.3 코드 인스턴스( Code Instances )

표 4는 태그에서 사용되는 다른 코드들의 매개변수를 정의한 것이다.

a. 심볼의 베이스 15로의 변환에 따른 2-6PPM 인코딩의 허용을 고려함

b. 축약됨

2.8 태그 좌표 공간( Tag Coordinate Space )

태그 좌표 공간은 두 직교 축을 가지며 각각 x 및 y 축으로 명명된다. 양의 x 축이 오른쪽을 향하는 경우 양의 y 축은 아래쪽을 향한다.

표면 코딩은 특정 태그된 표면의 태그 좌표 공간 원점의 위치나 표면에 대한 태그 좌표 공간의 방향 어느 것도 특정하지 않는다. 이 정보는 응용에 따라 특정된다. 예를 들어, 태그된 표면이 한 장의 종이라면, 태그를 종이에 인쇄하는 응용 프로그램이 실제 변이와 방향을 인쇄할 수 있으며, 이들은 표면과 관련하여 이후에 포착되는 디지털 잉크를 정규화시킨다.

태그 내에서의 인코딩된 위치는 태그의 단위로 정의된다. 종합적으로, 태그 위치는 각 태그에서 왼쪽 위의 위치로 정해진다.

2.9 태그 정보 내용( Tag Information Content )

2.9.1 필드 정의( Field Definations )

표 5는 표면 코딩에 매립된 정보 필드를 정의한 것이다.

a. 영역의 지름은 태그의 중앙에 위치하며, 명목상으로는 태그의 대각선 크기의 2.5배이다. 이는 펜촉 위치와 이미징된 태그 사이의 거리가 최악으로 될 때를 조정하기 위함이다.

b. 857mm의 좌표 값 범위가(A1 종이에 대해 충분히 큼) 3.81mm의 명목상 태그 크기에 대해 28.9km까지임을 보장한다(명목상 마크로도트 크기와 태그 당 30 마크로도트에 해당).

c. CCITT CRC-16 [ITU, Interface between Data Terminal Equipment ( DTE ) and Data Circuit - terminating Equipment ( DCE ) for terminals operating in the packet mode and connected to public data networks by dedicated circuit , ITU-T X.25 (10/96) 참조], 원래 코드워드 데이터의 비트 순서에 따라 계산됨(표 4 참조).

활성 영역은 그 안에서 캡쳐된 입력이 해당 넷페이지 서버(10)로 해석을 위해서 즉각 보내지는 영역이다. 이에 따라 넷페이지 서버(10)가 사용자에게 입력이 즉각적인 효과를 가진다는 신호를 보낼 수 있게 된다. 서버는 정확한 영역 정의에 접근할 수 있기 때문에, 표면 코딩에서의 모든 활성 영역 표시는 그것이 서로 포함관계에 있다면 부정확할 수 있다.

a. EPC에 있어 이는 상품과 관련된 패키지 디자인이 시간에 따라 변할 수 있도록 일련 번호들이 배열 번호로 대체됨을 의미한다(미국 공개 특허 2007/0108285 참조, 그 내용은 본 명세서에 참조에 의해 통합됨).

2.9.2 필드의 코드워드로의 매핑( Mapping of Fields to Codewords )

표 7은 정보 필드가 코드워드로 매핑되는 방식을 정의한 것이다.

a. CRC는CRC 필드 자체를 제외하고는 A, B, C 및 D 코드워드의 순서로 그 데이터 부분의 비트 순서로 계산된다.

b. 전체 코드워드는 데이터로, 즉, 여분이 없이 사용된다.

표 7에 나타난 바와 같이, 코드워드 E는 데이터 조각이나 비밀 키 서명 중의 하나를 포함한다. 이들은 2.9.3절과 2.9.4절에서 각각 기술된다. 비밀 키 서명은 영역의 “영역이 비밀 키 서명을 가짐” 플래그가 셋팅되면 특정 태그에 존재하게 되고, 태그의 능동영역 플래그가 셋팅된다. 영역의 “영역이 임베디드 데이터를 포함함” 플래그가 셋팅되면, 데이터 조각이 존재하게 되고 태그의 활성 영역은 셋팅되지 않는다.

영역 플래그가 특정 코드워드가 부재함을 나타내는 경우에는 코드워드는 태그 패턴에 코딩되지 않고, 즉 코드워드를 나타내는 마크로도트가 존재하지 않게 된다. 이는 X, Y 및 E 코드워드에도 적용된다.

2.9.3 임베디드 데이터 객체( Embeded Data Object )

영역 플래그의 “영역이 임베디드 데이터를 포함함” 플래그가 세팅되면 표면 코딩은 임베디드 데이터를 포함한다. 임베디드 데이터는 다수의 인접 태그들의 데이터 조각으로 인코딩되며, 적절하게 맞는 한 임의의 수 만큼 표면 코딩에서 복사된다.

임베디드 데이터는 임베디드 데이터를 포함하는 표면 코딩의 스캐닝이 무작위적이고 부분적이어도 전체 데이터를 충분히 복원할 수 있도록 인코딩된다. 스캐닝 시스템은 복구된 조각으로부터 데이터를 재조립하여, 충분한 조각이 오류 없이 복구되면 이를 사용자에게 보고한다.

표 8에 보인 바와 같이, 각 블록은 170 비트의 데이터 용량을 가진다. 데이터 블록은 3×2 사각형 내에 배열된 6 개의 태그의 인접한 군의 데이터 조각들에서 인코딩된다.

블록 매개변수는 표 8에서 정의된다. 각 태그의 E 코드워드는 임베디드 데이터의 조각을 인코딩할 수 있다.

특정 태그의 E 코드워드가 임베디드 데이터의 조각을 포함하지 않으면, 펜(101)은 이를 코드워드가 디코딩하는 데 실패하는 것에 따라 간접적으로, 또는 태그의 활성 영역 태그로부터 직접적으로 인식할 수 있다.

임의의 크기의 데이터는 인접한 블록의 집합으로 이루어지며 일반적으로는 사각형으로 배열되는 수퍼블록(superblock)으로 디코딩될 수 있다. 수퍼블록의 크기는 각 블록 내에 인코딩된다.

수퍼블록은 표면 코딩 내에 알맞은 만큼 많이 복제되며 표면 코딩의 변을 따라 부분적으로 포함한다.

수퍼블록으로 인코딩된 데이터는, 예를 들어, 좀더 정확한 타입, 좀더 정확한 크기 정보 및 좀더 광범위한 데이터의 오류 발견 및/또는 교정을 지원한다.

2.9.4 디지털 서명( Digital Signatures)

2.6.6절에서 기술된 바와 같이, 영역은 디지털 서명을 포함할 수 있다.

영역 플래그의 <영역이 비밀 키 서명을 가짐> 플래그가 세팅되면, 이 영역은 비밀 키 디지털 서명을 가진다. 온라인 환경에서 비밀 키 서명은 서버에 비밀 키 서명 또는 해당하는 비밀 키의 정보를 조회함으로써 영역 ID와 함께 인증될 수 있다.

영역이 임베디드 데이터를 포함하고 이 임베디드 데이터가 공개된 키 서명인 영역 플래그의 플래그가 셋팅되면, 표면 코딩은 영역 ID의 임베디드 공개 키 디지털 서명을 포함한다.

온라인 환경에서, 서버에 전체 공개 키 서명 또는 해당하는 비공개 키의 정보를 조회함으로써 공개 키 서명을 인증하기 위해 영역 ID와 선택적으로 비밀 키 서명과 함께 임의의 개수의 서명 조각이 사용될 수 있다.

오프라인 (또는 온라인) 환경에서 전체 공개 키 서명은 다중 태그를 읽어서 복원될 수 있고, 해당하는 공개 서명 키를 사용하여 인증될 수 있다. 서명의 실제 길이와 타입은 서명 인증 동안 영역 ID로부터, 즉, 일반적으로 영역 ID의 시퀀스와 연관된 이전에 복구된 디지털 서명으로부터 결정된다.

디지털 서명 인증은 본 출원인의 미국 공개 특허 2007/0108285에 기술되어 있으며, 그 내용은 참조에 의해 본 명세서에 통합된다.

2.10 태그 이미징과 디코딩( Tag Imaging and Decoding )

전체 태그로부터 데이터를 획득하는 것을 보장하는데 필요한 최소 이미징 시야는 46.7s(즉 ((3 x 10) + 3)√2s)의 직경을 가짐으로써, 시야에서 표면 코딩의 임의의 회전과 이동을 가진다. 주의할 점은, 이미징 시야는 전체 태그의 캡쳐를 보장할 정도로 클 필요는 없다는 것이다. 각 태그 내에서 데이터 심볼의 배열은 길이가 (l + 3s)인 사각형 임의의 부분이 전체 태그가 시야에서 보이는 지에 상관없이 필요로 하는 정보를 전체적으로 캡쳐하도록 보장해 준다. 본 명세서에서 사용된 바로, l 는 태그의 길이를 표시하는 것으로 정의된다.

코딩 패턴의 이미징과 관련하여, 이미징 시야는 일반적으로 원형이다. 따라서, 이미징 시야는 바람직하게는 최소한 (l + 3s)√2의 직경을 가지며 두 개의 태그 직경보다 작아야 한다. 이전의 태그 디자인과는 달리 시야가 최소한 두 태그의 직경을 가질 필요가 없다는 것이 중요한데, 이는 본 발명에서 반드시 시야의 전체 태그가 캡쳐될 필요가 없기 때문이다.

여분의 3개의 마크로도트 유닛은 펄스 위치 변조 값이 공간적으로 일관된 샘플로부터 디코딩될 수 있도록 해준다. 또한, 여분의 3개의 마크로도트 유닛은 모든 필요한 데이터 심볼이 각 상호반응에서 읽혀지는 것을 보장한다. 이는 2s의 너비를 가지는 태그 중앙의 행 또는 열로부터의 좌표(2.6.3절 참조)와, 각 태그의 변으로부터 1 마크로도트 유닛 (1s) 만큼 확장되는 데이터 심볼(304A)을 포함한다.

현재의 문맥에서, “태그 직경”은 태그의 대각선 길이를 의미하도록 주어진다.

최대 마크로도트 간격이 127 마이크론으로 주어지면, 이에 따라 필요한 시야는 5.93mm가 된다.

도 16은 데이터 코드워드를 샘플링하고 디코딩하는 단계까지 태그 이미지 처리와 디코딩 과정을 보여 준다. 먼저, 태그 패턴의 원래 이미지(802)가 예를 들어, CCD 이미지 센서, CMOS 이미지 센서, 또는 스캐닝 레이저와 광다이오드 이미지 센서와 같은 이미지 센서를 통해 획득된다(800에서). 원래 이미지(802)는 일반적으로 향상되어(804에서) 개선된 대조도와 균일한 픽셀 강도를 가지는 향상된 이미지(806)를 제공한다. 이미지 향상은 전체적 또는 지역적인 범위 확장, 동등화 등을 포함한다. 그 후, 향상된 이미지(806)는 일반적으로 필터링되어(808에서) 필터링된 이미지(810)를 생성한다. 이미지 필터링은 로우 패스 필터링으로 구성될 수 있으며 로우 패스 필터 커널 크기는 마크로도트(302)를 희미하게 하되 타겟(301)은 보존하도록 튜닝된다. 필터링 단계(808)는 타겟 특성(301)을 개선하기 위해 추가적인 필터링(변 검출 등과 같은)을 포함할 수 있다. 펄스 위치 변조(PPM)를 이용한 데이터 코드워드(304)의 디코딩은 단순한 바이너리 도트 인인코딩(예를 들어, 미국 특허 6,832,717에 기술됨)에 비해 좀 더 균일한 코딩 패턴(3)을 제공한다. 이는 데이터 영역으로부터 타겟(301)을 분리하는데 도움이 되는 이점을 가지고 있으며, 따라서 바이너리로 코딩된 데이터에 비해 좀더 효과적인 PPM 인코딩 데이터의 로우 패스 필터링(low-pass filtering)을 허용한다.

로우패스 필터링에 이어서, 필터링된 이미지(810)를 처리하여(812에서) 타겟(301)을 위치시킨다. 이는 공간 상호 관계가 알려진 태그 패턴의 기하학적 구성과 일관되는 타겟 특성의 검색으로 이루어진다. 후보 타겟은 필터링된 이미지(810)의 최대값으로부터 직접 식별되거나, 이들의 (바이너리 또는 흑백 스케일의) 형태 모멘트(주로 필터링된 이미지(810) 내의 지역적 최대값에 기반하여 향상된 이미지(806)의 픽셀로부터 계산됨)등을 통해 추가적인 특성화나 매칭의 대상이 될 수 있으며, 이는 미국 특허 7,055,739에 기술되며, 그 내용은 참조에 의해 본 명세서에 통합된다.

식별된 타겟(301)은 타겟 그리드(818)로 지정(816에 위치)된다. 그리드(818)의 각 셀은 심볼 그룹(303)을 포함하며, 여러 심볼 그룹들은 물론 이미지 상에서 보여진다. 이 단계에서, 개별적 태그(4)는 타겟 그리드(818)에서 식별할 수 없는데, 이는 타겟(301)이 한 태그와 다른 태그 사이의 경계를 짓지 않기 때문이다.

마크로도트 값이 정확하게 샘플링되도록 하기 위해, 캡쳐된 이미지의 원근 변환이 추정되어야 한다. 타겟(301)의 4개가 태그 공간에서 알려진 크기를 가지는 사각형 구석의 사시도 왜곡으로 취해지며, 4개의 태그 공간과 이미지 공간 점들의 쌍과 관련된 잘 알려진 방정식에 기반하여 8차원의 자유도를 가지는 원근 변환(perspective transform)(822)이 추정된다(820에서). 2차원 원근 변환의 계산은, 예를 들어, 본 출원인의 미국특허 6,832,717에 상세히 기술되며, 그 내용은 본 명세서에 참조에 의해 통합된다.

각 이미지가 일반적으로 사각 그리드에 배열된 최소한 16개의 타겟을 포함하기 때문에, 2차원 원근 변환을 계산하는 정확도는 예를 들어, 미국 특허 6,832,717에 기술된 바 있는 본 출원인의 이전 태그 디자인에 비교하여 개선된다. 따라서, 본 발명의 태그 디자인에 의해 좀더 정확한 위치 계산이 행해질 수 있다.

태그 공간에서 이미지 공간으로의 계산된 원근 변환(822)은 태그 공간에서의 각각의 알려진 마크로도트 위치를 이미지 공간으로 투영시키기 위해 사용된다. 태그 내의 모든 비트는 PPM 인코딩으로 나타내어지므로, 각 마크로도트(302)의 존재 여부는 별도의 세기를 참조하기보다는 지역적 세기를 참조하여 결정될 수 있다. 따라서, PPM 인코딩은 순수한 바이너리 인코딩에 비하여 향상된 데이터 샘플링을 제공한다.

다음 단계는 태그 또는 그 일부의 타겟 그리드(818)에 대한 시야에서의 이동과 배치를 결정한다. 둘 또는 그 이상의 직교 등록 심볼('HRS' 및 'VRS')이 샘플링되어(824에서) 직교 이동 코드워드와 직교 방향 코드워드의 디코딩을 허용한다.

둘 또는 그 이상의 직교 이동 코드워드(828에서)의 디코딩은 타겟 그리드(818)에 대한 시야에서의 태그들의 이동(830)을 결정하는데 사용된다. 이에 따라 타겟 그리드(818)를 가지는 태그(4)를 배열하는 것이 가능해지며, 이에 따라 개별적 태그 또는 그의 부분들이 시야의 코딩 패턴(3)에서 구분된다. 각 심볼 그룹(303)이 직교 등록 심볼을 포함하므로, 다중 이동 코드가 디코딩되어 이동의 결정을 견실하게 할 수 있도록 해준다. 2.6.1절에 기술된 바와 같이, 이동 코드는 순환 위치 코드이다. 태그의 각 행과 열은 M 개의 심볼 그룹을 포함하기 때문에, 코드는 최소 거리 M x M을 가진다. 이에 따라 타겟 그리드(818)를 가지는 태그(4)의 배열을 견고하게 배열하도록 결정하는 것이 가능해 진다. 각 태그(4)가 다중의 심볼그룹(303)을 포함할 때 많은 배열이 가능하기 때문에, 이러한 배열은 견고하고 정확하다.

마찬가지로, 최소한 2개의 직교 방향 코드가 디코딩되어(825에서) 배치(826)를 제공한다. 2.6.1절에서 기술된 바와 같이, 태그 내에서 N개의 수직 등록 심볼들이 최소 거리 N 을 가지는 수직 방향 코드를 형성하므로, 수직 방향 코드는 (N-1)/2개의 오류를 수정할 수 있다. 마찬가지로 수평 방향 심볼은 N개의 수평 등록 심볼을 이용하여 (N-1)/2개의 오류를 수정할 수 있다. 따라서, 샘플링된 등록 심볼의 개수에 따라서 배치 결정은 매우 견고하며 에러를 교정할 수 있다.

초기 이미징과 디코딩이 2차원 원근 변환과 타겟 그리드에 대한 태그의 이동 및 배치를 산출하면, 데이터 코드워드(304)는 샘플링되고 디코딩할 수 있으며(836에서), 이에 의해 필요로 하는 디코딩된 코드워드(838)를 생성한다.

데이터 코드워드(304)의 디코딩은 일반적으로 다음과 같이 진행된다.

공통된 리드 솔로몬 코드워드를 샘플링한다.

공통된 리드 솔로몬 코드워드를 디코딩한다.

공통된 태그 데이터 CRC를 인증한다.

배드 영역 ID 샘플의 오류 플래그를 디코딩한다.

인코딩 형태를 결정하고 알려지지 않은 인코딩은 거부한다.

영역 플래그를 결정한다.

영역 ID를 결정한다.

좌표 너비 ID로부터 x 및 y 좌표 너비를 결정한다.

x 및 y 좌표 리드 솔로몬 코드워드를 샘플링하고 디코딩한다.

코드워드로부터 태그 x y 위치를 결정한다.

태그 x y 위치로부터 펜촉의 x y 위치를 결정하고, 또 마크로도트 크기(마크로도트 크기 ID로부터)를 고려하여 원근 변환을 결정한다.

4개 또는 그 이상의 플래그 심볼들을 샘플링하고 디코딩하여 활성 영역 플래그를 결정한다.

활성 영역에 대한 펜촉 위치의 활성 영역 상태를 결정한다.

디지털 잉크(“상호 작용 데이터”)에서 영역 ID, 펜촉의 x, y 위치 및 펜촉 활성 영역 상태를 인코딩한다.

영역 플래그에 기초하여 디지털 잉크의 통행을 조절한다.

본 발명의 분야에 능숙한 기술자라면 상기한 디코딩 과정의 시퀀스가 본 발명의 하나의 실시형태를 나타냄을 알 수 있을 것이다. 물론, 펜(101)으로부터 넷페이지 시스템으로 보내지는 상호작용 데이터는 다른 데이터, 예를 들어, 디지털 서명(2.9.4절 참조), 펜 모드(미국 특허 2007/125860 참조), 배치 데이터, 펜 ID 및 펜촉 ID 등의 데이터를 포함할 수 있음은 당연하다.

넷페이지 펜(101)으로부터 넷페이지 시스템으로 수신된 상호작용 데이터를 해석하는 예는 상기에서 간단히 설명되었다. 넷페이지 시스템이 상호작용 데이터를 해석하는 방법에 대한 좀더 자세한 설명은 본 출원인의 이전 출원(예를 들어, 본 명세서에 참조에 의해 통합된 미국 출원 2007/130117 및 2007/108285)을 참조할 수 있다.

3. 넷페이지 펜( Netpage Pen )

3.1 도입 및 기능적 개요( Introduction and Functional Overview )

넷페이지 펜(400)은 움직임을 감지하는 필기구로서, 태그된 넷페이지 표면과 함께 동작한다(2절 참조). 넷페이지 펜(400)은 일반적으로 표면을 마킹하기 위한 통상의 볼펜(ballpoint pen) 카트리지, 표면 상에서 펜의 절대 경로를 캡쳐하고 동시에 표면을 식별하기 위한 이미지 센서 및 프로세서, 펜촉에 가해지는 힘을 동시에 측정하기 위한 힘센서, 제스처(Gesture)가 캡쳐됨을 나타내기 위한 선택적인 제스처 버튼, 및 시간의 경과를 동시에 측정하기 위한 실시간 클럭을 포함한다.

정상적인 동작 중에, 넷페이지 펜(400)은 넷페이지 펜의 펜촉에 의해 횡단됨에 따라 표면의 인코딩을 규칙적으로 샘플링한다. 샘플링된 표면의 인코딩은 표면의 식별자, 표면 상의 넷페이지 펜의 펜촉의 절대 위치, 및 표면에 대한 넷페이지 펜의 자세를 포함하는 표면 정보를 산출하기 위해 넷페이지 펜에 의해 디코딩된다. 넷페이지 펜은 또한 표면 상에 펜촉에 의해 가해지는 힘을 나타내는 신호를 생성하는 힘센서를 통합한다.

각 스트로크(stroke)는 힘센서에 의해 검출된 대로 펜 다운과 펜 업 경우에 의해 경계지워진다. 디지털 잉크는 표면 정보 신호, 힘 신호 및 제스처 버튼 입력의 타임스탬프(timestamp)된 조합으로서 넷페이지 펜에 의해 생성된다. 이와 같이 생성된 디지털 잉크는 표면과의 사용자의 상호작용을 나타낸다. 이러한 상호작용은 특정 표면의 일부와 함께 미리 규정된 연관성을 갖는 응용분야와의 해당하는 상호작용을 실행하는데 사용될 수 있다(일반적으로, 넷페이지 표면 코딩과의 상호작용으로부터 얻어지는 임의의 데이터는 본 명세서에서 "상호작용 데이터" 라고 불리운다).

디지털 잉크는 결국 넷페이지 서버(10)에 전달되지만, 이것이 가능할 때까지는 넷페이지 펜의 내부 비휘발성 메모리 내에 저장될 수 있다. 일단 넷페이지 서버(10)에 의해 받아지면, 다음으로 디지털 잉크가 보여짐으로써 주석 또는 주해 등의 표면의 사용자 마크업(user markup)을 재현하거나, 또는 필적 인식을 실행할 수 있다. 또한 표면과의 일련의 명령 상호작용을 나타내는 제스처로서 알려진 디지털 잉크의 부류가 존재한다(넷페이지 서버(10)가 일반적으로 본 명세서에서 기술한 바와 같이 펜(400)과 이격되어 있지만, 펜이 디지털 잉크를 해석하기 위한 온보드 컴퓨터 시스템을 가질 수 있음을 알 수 있을 것이다).

펜(400)은 대체로 릴레이장치(601)(도 4 참조)를 통해 넷페이지 서버(10)에 디지털 잉크를 전달하기 위해 블루투스 무선 송수신기를 통합한다. 넷페이지 서버로부터 오프라인을 작동시키면, 펜은 비휘발성 메모리 내의 포착된 디지털 잉크를 버퍼링한다. 넷페이지 서버에 온라인을 작동시키면, 펜은 이미 모두 버퍼링된 디지털 잉크가 전달되자마자 실시간으로 디지털 잉크를 전달한다.

넷페이지 펜에는, 넷페이지 펜 크래들(cradle)(도 19 참조)이라고 하는 충전 크래들(charging cradle)이 구비되어 있다. 넷페이지 펜 크래들(426)은 블루투스를 USB 릴레이에 포함하고, 지역 응용프로그램(local application)을 위해 통신 지원을 제공함과 함께 넷페이지 서비스에 접근하는 컴퓨터에 케이블을 통해 연결된다.

넷페이지 펜은 재충전할 수 있는 배터리로 전원공급을 받는다. 배터리는 사용자에게 접근될 수 없거나 또는 사용자에 의해 재충전될 수 없다. 넷페이지 펜을 충전하기 위한 전원은 대체로 넷페이지 펜 크래들로부터 제공되며, 다음으로 USB 접속으로부터 또는 외부 AC 어댑터로부터 어느 한쪽으로 전원을 공급할 수 있다.

넷페이지 펜의 펜촉은 사용자에 의한 출몰방식으로, 펜촉이 후퇴될 때 표면과 옷이 부주의로 상처나는 것을 방지하며 펜촉이 후퇴되거나 신장될 때 절전 상태로 들어가거나 그 상태를 유지하도록 넷페이지 펜에 신호를 보내는 이중 목적으로서 작용한다.

3.2 인체 공학과 레이아웃( Ergonomics and Layout )

넷페이지 펜(400)의 총 중량(40g), 크기 및 형상(155mm×19.8mm×18mm)은 통상의 휴대용 필기기구의 묶음 범위 내에 들어간다.

도 1을 참조하면, 둥근 외형은, 넷페이지 펜(400)이 올바른 기능적인 방향설정에 사용될 때 인체 공학적으로 편하게 파지하기 위한 형상을 펜에 제공해 준다.

사용자는 일반적으로, 수직으로부터 파지한 손 쪽으로 30도의 명목상 피치로 펜(400)을 쥐고 필기하지만(양의 각도) 넷페이지 펜을 약 10도 이상의 음의 피치로 사용하는 경우(손에서 멀리 떨어지는 방향) 좀처럼 작동하지 않는다. 넷페이지 펜(400)이 종이 위에서 패턴을 이미징할 수 있는 피치 각의 범위는 비대칭적 사용을 위해 최적화되었다. 넷페이지 펜의 형상은 사용자의 손에서 올바른 방향으로 설정되게 도와준다.

1개 또는 그 이상의 색상을 갖는 사용자 피드백 LED(420)(도 1, 도 21 및 도 39 참조)는 넷페이지 펜(400)의 상면에 관련되는 인디케이터 윈도우(indicator window)(421)을 조명한다. 인디케이터 윈도우(421)는 전형적인 필기 위치에 유지된다.

이제 도 17을 참조하면, 볼펜 카트리지(402)는 넷페이지 펜의 하우징(404)의 상부 내에 수용되어 있고, 사용자의 파지에 대해 시종일관되게 그 위치에 놓여 있고 넷페이지 펜(400)의 사용 중에 펜촉(406)의 가시성을 사용자에게 양호하게 제공한다. 볼펜 카트리지(402) 아래의 공간은 메인 PCB(408)(넷페이지 펜(400)의 중앙에 위치)와 배터리(410)(넷페이지 펜의 기부(base)에 위치)을 위해 사용된다. 도 2에 도시한 바와 같이, 태그 감지 광학부(412)는 펜촉 아래에(명목상 피치에 대해) 자연스럽게 배치된다.

볼펜 카트리지(402)는 내부 힘센서(442)에 대한 결합을 간소화하기 위해 정면으로 장전된다.

여전히 도 2를 참조하면, 넷페이지 펜(400)의 펜촉 몰딩(molding)(414)은 넷페이지펜이 최대 피치로 작동될 때 펜촉 몰딩과 종이 표면 사이의 접촉을 방지하기 위해 볼펜 카트리지(402) 아래로 거쳐 지나간다. 넷페이지 펜의 광학부(412)와 한 쌍의 근적외선 조명 LED(416)는 펜촉 아래에 위치된 필터 윈도우(filter window)(417)(도 22 참조) 후방에 위치된다. 넷페이지 펜의 이미징 시야는 이 윈도우를 통해 나타나며 조명 LED 또한 이 윈도우를 통해 빛을 낸다. 2개의 조명 LED(416)를 사용하면, 균일한 조명 시야가 확보된다. LED는, 넷페이지 펜이 특히 광택지 상에 임의 각도로 유지되는 경우 원하지 않는 반사를 역학적으로 회피하게 할 수 있도록 개별적으로 조절될 수도 있다.

3.3 넷페이지 펜 피드백 표시( Netpage Pen Feedback Indications)

넷페이지 펜(400)은 배터리 상태, 온라인 상태 및/또는 캡쳐 차단(capture blocked) 상태와 같이 사용자에게 펜 상태를 전달하는데 사용되는 1개 또는 그 이상의 시각적인 사용자 인디케이터(420)를 통합할 수 있다. 각 인디케이터(420)는 넷페이지 펜의 하우징(404) 내의 형상을 갖는 개구 또는 디퓨저(diffuser)를 조명한다. 이러한 개구 또는 디퓨저의 형상은 일반적으로 표시 성질에 해당하는 아이콘이다. 충전 상태를 표시하는데 사용되는 추가적인 배터리 상태 인디케이터는 또한 펜이 넷페이지 펜 크래들에 삽입되는 도중에 넷페이지 펜의 상부 후방으로부터 보여진다.

선택적인 배터리 상태 인디케이터는 일반적으로 적색과 녹색 LED를 포함하며 사용자에게 남아있는 배터리 용량과 충전 상태에 대한 피드백을 제공한다. 선택적인 온라인 상태 인디케이터는 일반적으로 넷페이지 서버에 연결 상태에 대한 피드백을 제공하며, 또한 블루투스 페어링(pairing) 중에 피드백을 제공하는 녹색 LED를 포함한다.

3.3.1 캡쳐 차단 인디케이터( Capture Blocked Indicator )

캡쳐 차단 인디케이터는 적색 LED를 포함하며 디지털 잉크 포착이 차단될 때 오류 피드백을 제공한다. 넷페이지 펜(400)이 디지털 잉크를 포착할 수 없거나, 적절한 품질의 디지털 잉크를 포착할 수 없는 여러 조건들이 있을 수 있다.

예를 들면, 펜(400)은 표면으로부터 디지털 잉크를 포착(적절한 품질)할 수 없을 수 있는데, 왜냐하면 표면 상의 태그 패턴을 이미징할 수 없거나 이미징된 태그 패턴을 디코딩할 수 없기 때문이다. 이는 다음과 같이 여러 상황 하에서 발생한다.

표면이 태그되지 않은 경우

펜의 시야가 태그된 표면의 가장자리를 약간 또는 완전히 벗어나는 경우

태그 패턴이 좋지 못하게 프린팅되는 경우(예를 들면, 프린팅 오류로 인한 경우, 또는 빈약한 품질의 프린트 매체의 사용으로 인한 경우)

태그 패턴이 손상되는 경우(예를 들면, 태그 패턴이 희미하거나 더러워지거나, 혹은 표면이 긁히거나 더러워진 경우)

태그 패턴이 모조인 경우(예를 들면, 효력없는 디지털 서명을 포함하는 경우)

펜의 기울기가 과도한 경우(예를 들면, 과도한 기하학적 왜곡, 디포커스 블러(defocus blur) 및/또는 좋지 않은 조명을 일으키는 경우)

펜의 속도가 과도한 경우(즉, 과도한 모션 블러(motion blur)를 일으키는 경우)

태그 패턴이 정반사(正反射)에 의해 흐리게 된 경우(즉, 표면 그 자체로부터 또는 프린트된 태그 패턴 또는 그래픽으로부터 발생한 경우)

펜은 그 내부 버퍼가 가득 차 있기 때문에 디지털 잉크를 저장할 수 없다.

펜은 또한 여러 상황 하에서 디지털 잉크를 포착하지 않게 선택할 수 있다.

펜이 등록되지 않은 경우(펜의 자체 내부 기록 또는 서버에 의해 표시된 바와 같은 경우)

펜이 접속되지 않은 경우(즉, 서버에 접속되지 않은 경우)

펜이 캡쳐되는 것이 차단된 경우(예를 들면, 서버로부터 명령시에)

펜의 사용자가 인증되지 않은 경우(예를 들면, 지문 또는 자필 서명 또는 패스워드 등의 생체인식을 통해 인증되지 않은 경우)

펜이 도난된 경우(즉, 서버에 의해 통보받은 바와 같은 경우)

펜의 잉크 카트리지가 비어 있는 경우(예를 들면, 펜이 본 명세서에서 참조에 의해 통합된 미국특허 제6,808,330호에 기술된 바와 같은 일반적인 펜으로, 그 잉크 소모가 쉽게 모니터링되는 경우)

펜은 또한 오작동하는 힘센서와 같이 내부 하드웨어 오류를 검출하는 경우 디지털 잉크를 포착하지 않게 선택할 수 있다.

시각적인 캡쳐 차단 인디케이터 LED(420)는 일반적으로 예를 들면 상술한 상황들 중 하나로 인하여 디지털 잉크 포착이 차단됨을 사용자에게 표시한다. 이러한 인디케이터 LED(420)는 태그 패턴 디코딩률이 한계치 이하로 떨어지거나 펜의 기울기 또는 속도가 과도한 것에 근접하게 될 때와 같이 캡쳐가 차단되는 것에 근접할 때, 혹은 펜의 디지털 잉크 버퍼가 거의 가득 찰 때를 표시하는데 사용될 수도 있다.

3.3.2 대안적인 인디케이터( Alternative Indicators )

단일의 캡쳐 차단 인디케이터 LED(420)가 본 명세서에서 기술한 넷페이지 펜(400)에 예시되어 있지만, 청각 및 촉각 표시와 같이 디지털 잉크 포착이 차단됨을(또는 차단되는 것에 근접함을) 사용자에게 표시하기 위한 여러 방법이 있음은 물론이다.

시각적인 표시들은 가능하게는 시공간의 변조와 함께 그 색상, 세기, 및 공간적인 크기로 특징 지워질 수 있다. 이러한 표시들은 단일 또는 다중의 LED와 2차원 디스플레이(예를 들면 LCD) 등을 사용하여 실행될 수 있다.

청각적인 표시들은 가능하게는 일시적 변조와 함께 그 주파수 내용과 세기로 특징 지워진다. 이러한 표시들은 부저와 스퍼커 등을 사용하여 실행될 수 있다.

촉각적인 표시들은 촉각을 자극하며, 본 문맥에서는 부저와 진동자를 사용하여 실행될 수 있다. 이러한 표시들은 가능하게는 일시적 변조와 함께 그 주파수 내용과 세기로 특징 지워진다.

진동자는 모바일폰과 이와 유사한 장치에 경보를 진동시키는데 사용되는 것처럼, 편향 중량(eccentric weight)으로 끼워 맞춘 소형 전기모터로 이루어질 수 있다.

펜이 자동 후퇴 펜촉을 가지면, 펜은 캡쳐를 차단하는 조건을 검출할 때 펜촉을 자동 후퇴시킬 수 있다. 이는 이러한 모든 조건 또는 단지 선택된 조건(버퍼 충만 등)을 포함할 수 있다.

펜이 자동 신장 펜촉을 가지는 경우, 펜은 캡쳐를 차단하는 조건을 검출할 때 펜촉 신장을 저지할 수 있다. 이는 펜촉 신장이 시도될 때 검출 가능한 모든 조건 또는 단지 선택된 조건(버퍼 충만 등)을 포함할 수 있다.

펜이 미국특허 제6,808,330호에 기술된 바와 같이 펜촉의 마킹 용량을 조절하는 경우, 펜은 캡쳐를 차단하는 조건을 검출할 때 마킹을 저지할 수 있다. 이는 이러한 조건 모든 또는 단지 선택된 조건(버퍼 충만)을 포함할 수 있다.

3.4 넷페이지 펜 크래들 ( Netpage Pen Cradle) (426)

도 18에 도시한 바와 같이, 넷페이지 펜의 크래들 접점(424)들은 노즈콘(nose cone)(409) 아래에 위치되어 있다. 이러한 접점(424)들은 삽입 시에 넷페이지 펜 크래들(426)에서의 일련의 대응하는 접점들과 접속되며 넷페이지 펜(400)을 충전시키는데 사용된다.

도 19는 넷페이지 펜 크래들(426)에 도킹된 넷페이지 펜(400)을 도시한 것이다. 넷페이지 펜 크래들(426)은 그 데스크탑 풋프린트(footprint)를 최소화기 위해 소형화되며 안정성을 위해 중량을 갖는 기부(weighted base)를 갖는다. 데이터 전송은 블루투스 무선 링크를 통해 넷페이지 펜(400)과 넷페이지 펜 크래들(426) 사이에서 일어난다.

넷페이지 펜 크래들(426)은 전원 인디케이터와 온라인 인디케이터의 2개의 시각적 상태 인디케이터를 가질 수 있다. 전원 인디케이터는 넷페이지 펜 크래들(426)이 전원장치, 예를 들면 업스트립(upstream) USB 포트 또는 AC 어댑터에 접속될 때마다 조명된다. 온라인 인디케이터는 넷페이지 펜(400)이 넷페이지 펜 크래들(426)에의 접속을 확립할 때, 그리고 블루투스 페어링 작동 중에 피드백을 제공한다.

다음과 같이 넷페이지 펜 크래들(426)에 의해 요구되는 두 가지 주요 기능이 있다.

넷페이지 펜(400)이 그 내부 배터리(410)를 재충전하도록 충전 전류원을 제공하는 기능

접속하여 최후로 넷페이지 서버(10)와 통신하도록 하기 위해 넷페이지 펜(400)에 대한 호스트 통신 블루투스 무선 끝점을 제공하는 기능

넷페이지 펜 크래들(426)은 업스트림 호스트에 접속하기 위한 단일의 USB A-사이드 플러그에서 끝나는 내장형 케이블을 갖는다.

넷페이지 펜의 배터리(410)의 정상적인 충전을 위해 충분한 전류를 제공하기 위해, 넷페이지 펜 크래들(426)은 일반적으로 루트 허브 포트(root hub port) 또는 자체 전원공급 허브의 포트에 접속된다. 넷페이지 펜 크래들(426)의 충전만의 작동을 제공하기 위한 두 번째 옵션은 USB A-사이드 플러그를 선택적인 AC 어댑터에 접속하는 것이다.

도 20a-도 20d는 호스트(예를 들면 PC)에서 넷페이지 펜 크래들(426)까지의 USB 접속을 도시한 것이다. 넷페이지 펜(400)은 넷페이지 펜 크래들(426)에 위치되며, 넷페이지 펜 크래들과 넷페이지 펜은 블루투스를 통해 무선통신한다. 넷페이지 펜 크래들(426)은 USB 버스 전원에 의해 전력공급 받고 넷페이지 펜(400)은 USB 버스 전원으로부터 충전된다. 그 결과, 500mA인 최대 USB 전원은 정상적인 속도로 펜을 충전하기 위해 이용 가능하게 되어야 한다.

도 20b는 호스트(예를 들면 PC)에서 넷페이지 펜 크래들(426)까지의 USB 접속을 도시한 것이다. 사용 중의 넷페이지 펜(400)과 크래들 및 펜은 블루투스를 통해 무선 통신한다. 넷페이지 펜 크래들(426)은 USB 버스 전원에 의해 전력공급 받는다.

도 20c는 넷페이지 펜 크래들(426)에 접속된 선택적인 AC 어댑터를 도시한 것이다. 넷페이지 펜(400)은 넷페이지 펜 크래들(426)에 위치되며, 선택적인 AC 어댑터에 의해 공급되는 전류로부터 충전된다.

도 20d는 사용 중의 넷페이지 펜을 도시한 것이다. 이 경우에서, 넷페이지 펜은 예를 들면, 랩탑 또는 모바일폰에 집적될 수 있는 3자 블루투스를 사용하여 무선으로 호스트(예를 들면 PC)에 통신하고 있다.

넷페이지 펜 크래들(426)은 CSR BlueCore4 장치를 포함한다. BlueCore4 장치는 블루투스 브리지(bridge)에 대한 USB로서 기능하며, 완전히 매립된 블루투스 솔루션을 제공한다.

3.5 기계적 디자인( Mechanical Design )

3.5.1 부품과 조립체( Parts and Assemblies )

도 21 및 도 22를 참조하면, 펜(400)은 고체적(high volume)의 제품으로서 설계되었고, 아래와 같이 4개의 주요 부조립체(sub-assembly)들을 구비한다.

광학 조립체(430);

힘센서(442)를 포함하는 힘감지 조립체(442);

힘감지 조립체의 일부를 포함하는 펜촉 후퇴 조립체(460);

메인 PCB(408)와 배터리(410)를 포함하는 메인 조립체(480)

이러한 조립체들과 다른 주요한 부품들은 도 21에서 확인될 수 있다. 펜의 폼펙터는 이 부품들이 실용적인 것으로서 밀접하게 팩킹될 수 있게 가능한 한 작게 되어야 한다.

펜의 몸체를 형성하는 펜 하우징(404)은 한 쌍의 스냅 피팅 사이드 몰딩(snap-fitting side molding)(403), 커버 몰딩(cover molding)(405), 엘라스토머 슬리브(sleeve)(407) 및 노즈콘 몰딩(nosecone molding)으로 이루어진다. 커버 몰딩(405)은 LED(420)가 조명될 때 사용자에게 시각적인 피드백을 제공하는 1개 또는 그 이상의 투명 윈도우를 포함한다.

어떤 개별적인 성형품들이 얇은 벽(0.8∼1.2mm)으로 둘러싸여 지더라도, 이러한 몰딩들의 조합은 강한 구조를 만든다. 펜(400)은 사용자 편의로 되지 않게 설계되어 있고 그에 따라 사용자 입력(entry)을 방지하기 위해 단일의 리테이닝 스크류(retaining screw)(411)를 포함한다. 엘라스토머 슬리브(470)는 사용 중에 사용자의 손가락들에 의해 파지되는, 펜의 인체공학적인 고마찰 부분을 제공한다.

3.5.2 광학 조립체( Optical Assembly )(430)

광학 조립체(430)의 주요 구성부들은 도 23 및 도 24에 도시한 바와 같다. 광학 PCB(431)는 경성부(rigid portion)(434)와 연성부(flexible portion)(435)를 갖는다. '히말리아(Himalia)' 이미지 센서(432)는 광학 배럴 몰딩(438)과 함께 광학 PCB(431)의 경성부(434) 상에 장착되어 있다.

펜(400)의 임계적 위치결정 공차 범위는 광학부와 이미지 센서(432) 사이에 있으므로, 광학 PCB(431)의 경성부(434)는 광학 배럴이 이미지 센서에 쉽게 정렬되도록 하여 준다. 광학 배럴 몰딩(438)은 이미지 센서(432) 근방에 메워넣어 성형된 조리개(aperture)(439)를 가지며, 이 조리개는 초점렌즈(436)의 위치를 제공한다. 열팽창의 효과가 이러한 크기의 몰딩에 대해 매우 작으므로, 특화된 재료를 사용하는 것이 필요하지 않다.

광학 PCB(431)의 연성부(435)는 이미지 센서(432)와 메인 PCB(408) 사이에 접속을 제공한다. 연성부는 명목상으로 75 마이크론 두께의 2층 폴리이미드 PCB로서, 제조 조립 중에 몇 가지 조작을 가능하게 한다. 연성부(435)는 그 요구되는 굴곡 반경을 감소시키기 위해 L형상으로 이루어져 있고 메인 PCB(408) 주위에 감싸져 있다. 연성부(435)는 펜의 조립 후에 이동되는 것이 요구되지 않으므로 설치 시에만 연성부로서 규정된다. 메인 PCB 상에 사용되는 광학 연성 커넥터(optics flex connector)(483A)에 대한 올바른 두께를 형성하기 위해 커넥터(메인 PCB(408)에 대해)에서 보강부(stiffner)가 배치된다. 별개의 바이패스 캐패시터(bypass capacitor)들이 광학 PCB(431)의 연성부(435) 상에 장착된다. 연성부(435)는 메인 PCB(408) 주위로 뻗고 이미지 센서에서 경성부(434)까지 넓혀진다.

히말리아 이미지 센서(432)는 칩 온 보드(chip on board, COB) PCB 접근법을 사용하여 광학 PCB(431)의 경성부(434) 상에 장착된다. 이러한 기술에서, 베어(bare) 히말리아 이미지 센서 다이(432)는 PCB 위에 접착제로 붙여지고 그 다이 상의 패드들은 PCB상의 타겟 패드(target pad)들 위에 와이어 본드(wire-bond) 처리된다. 다음으로, 와이어 본드는 부식을 방지하기 위해 밀봉된다. 다이(432)에 이웃하는 PCB에서의 4개의 도금하지 않은 구멍은 광학 배럴(438)에 PCB를 정렬하는데 사용된다. 다음으로, 광학 배럴(438)은 이미지 센서(432) 주위에 실(seal)을 제공하기 위해 제 위치에 접착제로 붙여져 있다. 광학경로의 중심과 이미지 센서 다이(432)에 대한 이미징 영역의 중심 사이의 수평 위치 공차는 ±50 마이크론이다. 펜(400)의 정면에서 한정된 공간에 끼워 맞추기 위해서, 히말리아 이미지 센서(432)는, 넷페이지 펜(400)에서의 접속을 위해 요구되는 패드들이 다이의 대향측 아래에 배치되도록 설계된다.

3.5.3 힘감지 조립체( Force Sensing Assembly )(440) 및 볼펜

카트리지( Ballpoint Pen Cartridge )(402)

힘감지 조립체(440)는 종이 표면을 태핑(tapping)하기 위해 사용 중에 그리고 필기 중에 펜촉(406)으로부터 볼펜 카트리지(402)를 통해 전달된 축력을 정확히 측정하도록 설계된다. 넷페이지 응용을 위해 필적 인식을 지원할 정도로 충분한 정확도로 0∼500g 범위에서 힘을 감지하도록 특정되어 있다.

힘감지 조립체(440)가 서명 인식 및 프린트 렌더링(print rendering) 등의 응용분야에 사용하기 위한 동적 가진력(dynamic applied force)을 기록하는데 사용되도록 설계되지만, 그 대부분의 흔한 사용은 종이와 펜촉(406)과의 약간의 접촉을 검출하기 위해 매우 민감한 펜촉 스위치와 같다. 그러므로, 힘감지 조립체(440)는 절대적으로 '펜촉 스위치'를 둘러싼다. 펜촉 스위치로서 사용될 때, 힘감지 조립체의 감도의 명목상 한계치는 약 10g으로 설정되며, 감지 해상도는 대략 0.5g으로 설정된다. 시스템의 조합된 기계적·전기적 대역폭은 약 1ms의 타임 솔루션(time solution)을 허용하도록 설계된다.

본 명세서에서 기술한 바와 같이, 힘감지 조립체(440)는 정해진 한계 작동력(threshold actuation force)을 갖는 펜촉 스위치로서 기능할 수 있는 힘센서(442)를 포함한다. 그러나, 다른 방법의 실시예에서는, 힘센서가 낮은 한계력(threshold force)(예를 들면 10g)에 의해 작동될 수 있는 기계적인 펜촉 스위치로 교체될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도 25를 참조하면, 완전한 힘감지 조립체(440)는 교체 가능한 볼펜 카트리지(402)(마킹 또는 비마킹 어느 한쪽), 펜 카트리지를 지지하는 펜촉 후퇴기구(460)의 일부, 예압 스프링(441) 및 패키지된 힘센서(442)를 포함한다. 힘센서(442)는 힘센서 플렉스(force sensor flex)(443)를 통해 메인 PCB(408)에 연결된다.

볼펜 카트리지(402)는 펜촉(406)을 포함하는 제1 단부와 래칫(444)(도 31 참조)에 의해 지지되는 대향하는 제2 단부를 갖는다. 래칫(444)은 시스(446)의 형태로 카트리지 지지부(cartridge-retaining part)(또는 부트(boot)) 및 래칫 톱니(445)를 포함하는 래칫부를 갖는다. 카트리지(402)의 제2 단부는 시스(446) 내부에 슬라이딩식으로 수납되며, 그 안에 확실하게 지지되도록 붙들어지거나, 클램핑되거나, 또는 다른 방식으로 지지된다.

래칫(444)은 펜의 중요한 구성부로서, 힘감지 조립체(440)와 펜촉 후퇴기구(460)를 결합시킨다. 그 래칫팅 기능(ratcheting function)에 대하여는 펜촉 후퇴기구와 관련하여 아래에 더 상세히 설명할 것이다.

도 25, 도 31 및 도 32를 참조하면, 래칫(444)은 제1 맞댐면(490)과 그 내벽에 형성된 제2 맞댐면(491)을 갖는 배럴(448) 내부에 슬라이딩식으로 수납된다. 제1 및 제2 맞댐면(490, 491)은 이격되어 있으며, 각각 신장된 펜촉 위치와 후퇴된 펜촉 위치에 대응하는 카트리지(402)에 대한 2개의 안정된 위치를 제공하도록 구성된다. 래칫(444)은 예압 스프링(449)의 수단에 의해 제1 맞댐면(490) 또는 제2 맞댐면(491)의 어느 한쪽을 향해 밀어 붙여진다. 예압 스프링(449)은 배럴에 고정되는, 스프링 리테이너(450)와 래칫(444) 사이에 결합된다. 그러므로, 예압 스프링(490)은 신장 위치에서 래칫(444)와 제1 맞댐면(490) 사이에서 결합을 보장한다. 카트리지(402)는 래칫(444)의 시스부(446)에 의해 확실하게 지지되도록 예압 스프링(449)에서의 세로 축방향 보이드(longitudinal axial void)와 스프링 리테이너(450)에서의 중앙 개구를 통해 슬라이딩식으로 이동된다.

카트리지(402)가 신장되어 사용 중일 때, 배럴(448)은 도 32에 도시한 바와 같이, 제1 맞댐면(490)과의 맞댐 결합하여 있는 래칫(444)을 통해 축방향 펜촉 힘을 받게 된다. 힘센서(442)는 배럴과 일체로 성형되고 또한 길이방향 카트리지 축과 평행한 축을 따라 배럴로부터 뻗어 있는 핀(451)을 통해 배럴(448)에 결합되어 있다. 그러므로, 핀(451)은 카트리지(402)에 의해 배럴(448)(래칫(444)에 의해 지지)에 가해지는 축력을 힘센서(442)에 전달함으로써, 펜(400)이 사용 중일 때 힘센서가 펜촉 힘을 검출하게 할 수 있다.

힘센서(442)는 일반적으로 고정판(467)과 이동판(457)을 갖는 정전용량형 힘센서이다. 핀(451)은 힘센서(442)의 이동판(457)에 기대어 결합되지만 카트리지(402) 제거 중에 힘센서에 끼치는 손상을 회피하기 위해 이동판에 고정되지 않는다. 예압 스프링(441)은 힘센서(442)의 이동판(457)에 대항하여 배럴(448)(이에 따른 핀(451))을 밀어붙이도록 배치된다. 그러므로, 예압 스프링(441)은 카트리지 제거 중에 손상을 야기시킬 수 있는 그 사이의 고정 결합을 필요 없게 하면서, 핀과 이동판 사이의 결합을 보장한다.

예압 스프링(441)이 펜촉 힘에 일부 반작용을 제공하지만, 힘센서의 이동판(457)은 예압 스프링(441)보다 훨씬 더 단단하며 힘감지 시스템에서 우세한 반작용력을 제공한다.

3.5.3.1 힘센서( Force Sensor )

힘센서(442)는 탄성적으로 이격되어 있는 2개의 평행한 금속판 사이의 캐패시턴스를 측정하는 원리에 따라 작동한다. 2개의 금속판 사이의 캐패시턴스가 전기적으로 측정될 수 있으므로, 그 판 분리를 계산할 수 있다. 또한, 판 분리가 스프링을 편향시키는 인가력에 의해 조절되므로, 캐패시턴스의 전기적 측정에 의해, 펜촉(406)에 인가되는 힘이 계산될 수 있다. 일반적으로, 판 분리는 100∼500 마이크론, 100∼250 마이크론 또는 100∼200 마이크론 범위이다.

도 26을 참조하면, 힘센서(442)는 베이스 몰딩(base molding)(454), 힘센서의 고정판(467)을 포함하는 힘감지 경성/연성 PCB(455), 힘센서의 이동판(457)을 포함하는 스프링(456), 및 캡 몰딩(cap molding)(458)으로 이루어진다. 베이스 몰딩(454)과 캡 몰딩(458)은 4개의 열 스택 핀(heat stacking pin)에 의해 접합되며, 힘감지 경성/연성 PCB(455)와 스프링(456)의 스택업(stackup)을 둘러싼다. 외부 하우징은 접지에 접속되는 도전성 코팅(conductive coating)을 갖는다.

도 27을 참조하면, 스프링(456)은 PCB(455)에 양호한 접촉을 제공하기 위해 그 내부에 둘러져 있다. 스프링(456)은 외부 환상(環狀) 지지부(461), 3개의 나선형 스프링 아암(arm)(359) 및 내부 디스크에 의해 형성된 이동판(457)으로 이루어진다. 스프링 아암(459)은 캐틸레버(cantilever) 및/또는 토션 스프링이어도 좋다. 축력이 이동판(457)에 인가되면, 나선형 스프링 아암(459)은 외부 환형 지지부(461)의 평면으로부터 이동판의 축방향 이동을 허용한다.

스프링(456)은 대개는 단일 블랭크(blank)의 탄성재료로 제조된다. 적합한 재료로는 스테인레스강과 베릴륨-구리 합금과 같은 금속을 들 수 있다. BeCu는 수명이 길기 때문에 매우 적합하다.

나선형 스프링 아암(459)의 휨(flexing)에 의해 이동판(457)의 회전이 작게 됨을 알 수 있을 것이다. 그러나, 이동판이 핀(457)의 저(低)마찰면으로 인해 눌러지기 때문에 핀(457)에 회전 전달되지 않는다. 축력이 제거되기만 하면, 나선형 스프링 아암(459)은 이동판(457)을 도 27에 도시한 그 정지 위치(quiescent position)로 복귀시키고, 이에 의해 자가 교정(self calibration) 지점을 제공할 수 있다. 이동판(457)은 일반적으로 캐패시터의 고정판(467)보다 크게 만들어짐으로써 그 이동판과 고정판이 항시 정렬되는 것이 보장된다.

힘감지 경성/연성(rigid/flex) PCB(455)는 평판 정전용량 힘센서에 대한 유전체와 고정판(467) 양쪽을 제공하는, 경성 및 연성 PCB의 접합 스택(bonded stack)을 포함한다. 도 28은 힘감지 경서/연성 PCB(455)의 다양한 층을 개략적으로 도시한 것이다.

1.5mm 두께의 경성 PCB(462)는 후면에 구리 외부 차폐부(outer shield)(464)가 위치한 경성 FR4층(463)으로 이루어지며, 스택의 강성 기초부(rigid base)를 제공한다.

제1 연성 PCB(465)는 12 마이크론 접착층(도시하지 않음)을 갖는 경성 PCB(462)에 접합되어 있다. 제1 연성 PCB(465)는 힘센서를 위해 고정판(467)을 제공하는 18 마이크론 구리층(466)과, 12.5 마이크론 폴리이미드층(468)을 포함한다. 폴리이미드층(PI층)(468)은 쥬피터 힘센서 회로에 의해 요구되는 높은 장벽 저항을 제공한다. 폴리이미드는 또한 매우 낮은 온도 의존성에 따른 유전상수(dielectric constant)를 갖는 반면, 단단하다. 또한, 폴리이미드는 상대 유전상수가 4이므로, 또한 힘센서의 정전용량을 증대시키는 작용을 한다.

보다 두꺼운 제2 연성 PCB(469)는 그 곳을 통해 펀칭된 개구(470)를 갖는데, 힘센서의 에어 갭(air-gap)을 제공한다. 제2 연성 PCB(469)는 127 마이크론 두께의 폴리이미드층(471)(캐패시터의 일차적인 강체 스페이서(rigid spacer)로서 역할을 함)과 이동판(457)에 대한 접점을 제공하는 구리층(472)을 포함한다.

폴리이미드층(471)은 제1 연성 PCB(465)의 폴리이미드층(468)에 접합되며, 스프링(456)은 금접점(gold contact)(473)을 통해 제2 연성 PCB(469)의 상부 구리층(472)에 연결된 PCB 스택(stack)(456)의 상면에 안착된다. 따라서, 이동판(457)은 에어 갭(470)으로 이동할 수 있어 나선형 스프링(459)의 휨에 의해 고정판(467)에 접근한다.

3개의 신호(고정판, 이동판, 접지/차폐부)는 제1 연성 PCB(465)를 사용하여 케이블로서 오프 보드(off-board)가 취해진다. 케이블은 입력신호와 출력신호 사이에 필수적인 차폐물을 제공하며 커버층들에 걸쳐 스크린(screen)된 잉크층들을 인도함으로써 외부적으로 차폐된다.

그 폴리이미드 스페이서(spacer)(471)를 갖는 판들의 구성은, 그 판들이 손상됨이 없이 상당한 초과 힘(overforce)을 견딜 수 있도록 보장한다. 이동판(457)과 고정판(467) 사이의 전체 간격은 일반적으로 100∼200 마이크론 범위이고, 더 일반적으로는 150∼180 마이크론이다. 이는 접착층들과 상부 구리 접점층(472)과 함께 폴리이미드 스페이서 층(471)과 폴리이미드 층(468)을 제공한다.

대부분의 정전용량형 힘센서의 경우, 유전체 자체는 이동판이 영의 위치로 돌아가게 할 수 있는 스프링 함수를 제공한다. 그러나, 이러한 힘센서는 비교적 느린 제로 복귀 응답시간(약 100ms 또는 그 이상)을 갖는다. 넷페이지 펜(400)에서의 힘센서(442)는 펜 스트로크(pen stroke)를 정확하게 캡쳐(capture)할 수 있도록 하기 위해, 5ms 미만(바람직하게는, 약 1ms)의 훨씬 빠른 제로 복귀 응답시간을 갖는 것이 요구된다. 본 출원인은, 이러한 짧은 제로 복귀 응답시간이 이동판 스프링(456)과 경성 폴리이미드 스페이서들을 갖는, 상술한 힘센서(442)로 달성될 수 있을 뿐임을 알았다.

힘센서(442)의 또 다른 이점은, 공기(470)와 폴리이미드(468)로 구성된 유전체라는 것이다. 이는, 누설전류로 인한 캐패시턴스 측정 오차를 최소화하기 위해 판들 간에 요구되는 매우 높은 전기 장벽저항을 제공한다. 폴리이미드의 또 다른 이점은, 온도계수를 거의 갖지 않고 이에 의해 센서 캐패시턴스가 온도에 따라 특성이 변하지 않도록 보장한다는 것이다. 또 다른 이점은, 폴리이미드 층(468)이 고정판(467)을 보호하고 이동판(457)이 고정판과 접촉할 수 없도록 보장한다는 것이다.

3.5.3. 2 반전 힘센 서( Inverted Force Sensor )

3.5.3.1절에서 설명한 힘센서(442)에서, 이동판(457)은, 축력이 펜촉(406)으로부터 이동판으로 전달될 때 고정판(467)으로 향하여 이동한다. 이는 이동판(457)이 고정판(467)으로부터 떨어져 이동함으로써 인가된 축력 하에 유전체 갭(dielectric gap)을 증가시키는 반전 힘센서 구조를 갖는 것이 마찬가지로 가능함을 알 수 있을 것이다. 이러한 구조는, 인가력이 영일 때 캐패시턴스가 최대로 되어 작은 인가력으로 시스템의 감도를 향상시킨다는 이점이 있다.

도 29는 상술한 경성/연성 PCB 스택(455)과 구성이 유사한 반전 힘센서를 나타낸 것이다. 따라서, 동일한 구성부는 도 29에서 마찬가지로 표기된다. 그러나, 반전 힘센서의 경우에서, 경성/연성 PCB(455)는 PCB 스택의 중앙을 통해 뚫린 구멍을 가짐으로써 핀(451)이 이동판(457)과 결합되게 된다. 또한, 이동판(457)과 고정판(467) 사이의 에어 갭은, 역 디자인의 최소 인가력으로의 캐패시턴스가 역이 아닌 디자인의 최대 인가력으로의 캐패시턴스와 유사하도록 감소된다.

3.5.3.3 볼펜 카트리지( Ballpoint Pen Cartridge )(402)

도 30을 참조하면, 볼펜 카트리지(402)는 통상의 중간볼(0.8-1.0mm)의 볼펜이다. 이 볼펜은 일반적으로 흑색 잉크가 공급되지만, 청색 잉크 또한 가능하다. 넷페이지 펜(400)이 볼펜 카트리지(402)를 구현하는 실시형태로 본 명세서에서 설명되었지만, 동일한 폼 팩터(form-factor)에서의 대안적인 비마킹 스타일러스 카트리지 또한 가능하다. 잉크 카트리지와 스타일러스 카트리지는 넷페이지 펜(400)에서 대체 가능하게 사용되어도 좋고 본 발명은 어떤 특정 타입의 카트리지에 한정되는 것은 아니다.

볼펜 카트리지는 "크로스(Cross)" 볼펜 카트리지와 어떤 면으로는 유사하지만, 길이가 다르고 프론트 로딩 방식(front loading mode)에 사용된다. 볼펜 카트리지를 다 써버리게 되는 데는 2.5km에 달하며, 많이 사용되는 통상의 펜에 사용되는 것과 유사하다.

펜촉 스타일은 광학적 간극(optical clearance)을 최적화하기 위해 선택되었다. 경성 튜브는 니켈 도금을 한 황동 3.05mm OD이다. 잉크는 ISO12757-2 문서 사용(documentary usage)에 적합하고 이러한 타입의 튜브와 펜촉과 부합되는 고품질의 볼펜 잉크이다. 이 튜브는 잉크 결점을 방지하기 위해 추종체(follower)로 밀폐된다. 잉크는 근적외선 스펙트럼에서 투명하여, 이미징 시스템이 아래에 넷페이지 표면 코딩 패턴을 인쇄한 것을 볼 수 있게 해준다.

카트리지(402)는 사용자 교체형으로 설계된다. 카트리지(402)를 취출하기 위해(그리고 이제 도 22, 도 25 및 도 31을 참조하여 볼 때), 펜촉(406)은 취출도구(extraction tool)를 이용하여 펜(400)으로부터 잡아 당겨지고, 이에 의해 래칫(444)이 래칫에 대한 단부 고정으로서 작용하는 스프링 리테이너(spring retainer)(450)와 맞댈 때까지 하중 스프링(load spring)(449)이 압축된다. 래칫(444)을 스프링 리테이너(450)에 결합시키면 카트리지(402)가 시스(seath)(446)로부터 해제됨으로써, 카트리지(402)가 취출되게 된다. 카트리지 제거 동안에, 배럴(barrel)(448)은 스프링 리테이너(450)와 래칫(444)와의 맞댐에 의해 힘센서(442)로부터 분리되어 밀어 붙여진다. 그러나, 예압 스프링(441)은, 배럴(448)이 핀(451)을 통해 힘센서(442)와 결합된 채로 있게 되고, 이에 의해 힘센서에 어떠한 잠재적인 손상도 방지할 수 있도록 보장한다.

교체형 카트리지(402)는 시스(446)에 의해 유지되는 래칫(444)를 향해 카트리지를 누름으로써 펜 안에 삽입될 수도 있다. 이러한 삽입 도중에, 카트리지(402)는 플라스틱 튜브(453)를 통해 이동되는데, 이 튜브(452)는 카트리지를 래칫(444)쪽으로 안내하여 카트리지가 펜 전자부품과 간섭되는 것을 방지한다. 플라스틱 튜브(453)는 또한 카트리지(402)의 노출된 펜촉(406) 위로 흐르는 EDS 전류에 대한 크리피지 장벽(creepage barrier)을 형성한다.

3.5.4 펜촉 후퇴 조립체( Nib Retraction Assembly )(460)

넷페이지 펜의 펜촉 후퇴 조립체(460)는, 펜촉(406)이 넷페이지 펜(400)의 몸체 내부로 후퇴되도록 하여 주므로, 예를 들어 펜이 사용자의 주머니에 놓여졌을 때 부주의로 옷에 상처를 남기지 않을 것이다.

펜촉(406)의 후퇴는 또한 펜촉이 후퇴될 때 넷페이지 펜(400)이 절전 상태로 있게 되도록 해주는 전자부품에 입력을 제공한다. 이에 대응하여, 펜촉(406)의 신장은 펜이 디지탈 잉크를 포착할 준비가 되도록 하는 전자부품에 신호를 제공한다.

펜촉 후퇴 조립체(460)는 도 31에 도시한 바와 같이 7개의 부분으로 이루어져 있는데, 그 대부분은 힘감지 조립체와 관련하여 이미 설명한 바 있다. 래칫(444)은 펜촉 후퇴 조립체(460)의 주요 구성부로서, 래칫 톱니(445)와 카트리지(402) 유지용 시스(446)를 갖는다. 래칫(444)은 펜촉의 신장 및 후퇴 위치를 제공하기 위해 배럴 내에서 슬라이딩 가능하게 움직일 수 있다. 도 32b를 참조하면, 배럴(444)의 내면에 형성된 일련의 길이방향 홈(493)은 그 홈들 내에서 래칫 톱니(445)의 슬라이딩 결합에 의해 래칫(444)을 안내한다.

도 22, 도 31 및 도 32a를 참조하면, 플런저(plunger)(474)는 배럴 내에서 슬라이딩 가능하게 움직이며, 플러저를 래칫(444)쪽으로 안내하기 위해 홈(493) 내에 슬라딩식으로 결합하는 플런저 톱니(475)를 갖는다. 플런저(474)는 플런저에 결합된 수동식 조작버튼(476)의 작동과 작동해제에 의해 전방과 후방으로 이동될 수 있다. 플런저(474)는 래칫 톱니(445)와 플런저 톱니(475) 상의 상보적으로 맞대는 캠형 단면들을 통해 래칫(444)와 결합된다. 이러한 단면들의 캐밍 결합(camming engagement)은 래칫(444)에 회전력을 부여함으로써, 래칫을 홈(493)의 가장자리를 지나 누르면 래칫이 회전한다. 일단 버튼(476)이 작동해제되면, 하중 스프링(449)은 래칫(444)을 홈(493)을 향해 후방으로 누르고, 그 결과 래칫 톱니(445)의 캠형 단면이 래칫에 그 이상의 회전을 부여하기 위해 홈의 캠형 립과 접한다. 따라서, 버튼(476)의 1회 왕복 구동 후에, 래칫(444)은 제1 세트의 홈들로부터 인접하는 제2 세트의 홈들과 결합하여 회전된다. 제1 세트의 홈들은 버튼(476)이 작동해제되는 경우 제1 맞댐면(490)쪽으로 래칫(444)을 안내하는 반면, 제2 세트의 홈들은 래칫이 제2 맞댐면(491)쪽으로 슬라이딩되도록 하게 한다. 제1 및 제2 세트의 홈들(494)은 배럴(448)의 내면 주위에 교대적으로 형성되므로, 래칫(444)은 버튼(476)의 작동(및 작동해제)시 마다 신장 위치와 후퇴 위치 사이에서 전환된다. 이러한 구조는 표준 출몰식 볼펜에서 일반적으로 알려진 구조와 유사하다.

상술한 바와 같이, 버튼(476)은 작동 중에 플런저(474)에 결합되어 사용자가 배럴(448) 안쪽으로 플런저(474)를 전방으로 누르게 할 수 있고, 이에 따라 펜(400)의 교대적인 펜촉 후퇴 또는 펜촉 신장 구성을 수동으로 선택할 수 있다. 버튼에 의해 어떠한 힘(심지어 매우 작은 힘)이 배럴(448)을 통해 힘센서(442)에 전달되지 않도록 하기 위해(이에 의해 펜촉 힘 측정에 영향을 끼치지 않도록 하기 위해), 디커플링 스프링(479)은 버튼(476)을 플런저(474)와의 커플링 결합과 떨어져 편향시킨다. 도 21 및 도 22에 도시한 바와 같이, 디커플링 스프링(479)은 펜 하우징(404)에 견고하게 장착되는 그로멧(grommet)(495)과 버튼(476) 사이에 결합된다. 그로멧(495)은 중앙 개구를 가져 플런저(474)가 그 개구를 통과하도록 한다.

배럴(448)은 펜 하우징(404) 내에 그 자체로 지지되는 배럴 하우징(477) 내에 수용된다. 예압 스프링(441)은 배럴(448)과 배럴 하우징(477) 사이에 결합됨으로써, 배럴과 이에 의한 핀(451)을 힘센서(442)의 이동판(457)쪽으로 편향시킨다.

3.5.4.1 펜촉 신장/후퇴 검출( Nib Extension / Retraction Detection )

넷페이지 펜(400) 여러 목적을 위해 카트리지(402)의 신장 상태 또는 후퇴 상태를 '알아낼' 필요가 있다. 예를 들면, 카트리지가 후퇴되면, 펜은 정지 상태 또는 '펜 다운' 상태를 시작할 수 있고 그에 따라 소정 기간 경과 후에 선택적으로 배터리 전원을 보존할 수 있다. 일반적으로, 이미지 센서는, 카트리지가 후퇴되고 및/또는 프로세서가 캡쳐된 이미지를 사용하여 디지털 잉크를 생성하지 않도록 구성될 때 비활성화된다.

마찬가지로, 카트리지가 신장됨을 펜이 검출하되, 힘센서(442)가 소정 기간 동안 임의 표면과 접촉하여 검출되지 않으면, 펜은 정지 상태로 들어갈 수 있다. 또한, 버튼(476)의 작동은 '전원 켜짐' 행동을 시작하는데 이용될 수 있다.

도 22를 참조하면, 넷페이지 펜(400)은 메인 PCB(408) 상에 스위치(496)를 가지며, 이 스위치는 사용자가 버튼을 전방으로 누를 때 버튼(476)의 일부에 의해 수동으로 작동된다. 따라서, 스위치(496)의 작동은 버튼(476)이 카트리지의 신장 또는 후퇴를 위해 작동되는 것임을 나타내는 프로세서(500)에 입력신호를 제공한다. 일반적으로, 스위치(496)의 작동은 펜이 '펜 다운' 상태에서 '펜 업' 상태까지임을 알아채는데 이용된다.

또한 그리고 여전히 도 22를 참조하면, 메인 PCB(408) 상의 광학센서(497)는 카트리지 상에 페인팅된 다크 패치(dark patch)를 감지함으로써 카트리지(402)의 최종 상태(신장 또는 후퇴)를 검출하는데 사용된다. 광학센서(497)가 다크 패치를 감지하면, 프로세서(500)는 카트리지가 신장되었음을 나타내는 센서로부터 입력신호를 받는다. 플라스틱 튜브(453)는, 광학센서가 카트리지(402) 상에 페인팅된 다크 패치를 감지하도록 하기 위해 윈도우(window)를 가질 수 있다.

펜의 실시간 클럭(515)은 프로세서에 또 다른 입력신호를 제공하기 위해 스위치(496)와 광학센서(497)와의 조합으로 사용될 있다. 예를 들면, 펜은 실시간 클럭(515)에 의해 결정된 바와 같이 소정 기간의 경과 후에만 전원 꺼짐을 시작하도록 구성될 수 있다.

3.5.4.2 자동 펜촉 후퇴( Automatic Nib Retraction )

상술한 수동식 펜촉 후퇴기구(460)에 덧붙여 또는 그 대안으로서, 넷페이지 펜(400)은 자동 펜촉 후퇴 구조를 통합할 수도 있다.

펜이 디지털 잉크를 포착할 수 없을 때 또는 펜촉이 손상되는 위험에 처할 때와 같이, 넷페이지 펜의 펜촉을 자동으로 후퇴하는 것이 유리한 상황이 있다.

다음과 같이 펜이 디지털 잉크를 포착할 수 없는(또는 바로 포착할 수 없는) 많은 상황이 있다.

표면이 코딩되지 않은 경우

표면 코딩 품질이 정해진 한계치 이하로 떨어지는 경우

포착된 디지털 잉크 품질이 정해진 한계치 이하로 떨어지는 경우

디지털 잉크 버퍼(buffer)가 가득 찬 경우(또는 거의 가득 찬 경우)

남아있는 배터리 용량이 낮은 경우

넷페이지 서버에 스트리밍 연결(streaming connection)이 없는 경우

다음과 같이 펜촉이 손상되는 위험에 처해진 것으로 추정되는 많은 상황이 있다.

펜이 자유낙하한 경우

펜이 충돌 충격을 받은 경우

펜의 힘센서가 과도한 힘을 측정하는 경우

다음과 같이 펜을 우선적으로 정지시켜 펜촉을 우선적으로 후퇴시킴으로써 사용자가 펜을 부주의로 사용하는 것을 방지하는 것이 유리한 상황이 있다.

비활성 타임아웃(inactivity timeout) 후에, 배터리 전원을 보존하기 위한 경우

극한의 환경조건들(온도, 습도 등)이 존재하는 경우

다음과 같이 펜촉을 후퇴시켜 사용자에게 펜의 작동한계에 대해 알리는 것이 유리한 상황이 있다.

코딩된 표면에 대하여 과도한 속도가 있는 경우

코딩된 표면에 대하여 과도한 기울기가 있는 경우

이상적으로는, 펜촉 동작불능 상태가 지속적으로 존재하는 동안 펜의 수동 또는 자동 펜촉 신장기구는 동작할 수 없다.

일반적으로, 자동 펜촉 후퇴는 펜촉을 작동 못 하게 하고 및/또는 보호하는데 이용된다. 이와 같이 펜촉을 작동 못 하게 하고 및/또는 보호하기 위한 대안적인 수단은 자동 캐핑(capping)기구(자동 신장 후드(auto-extending hood)) 또는 펜촉의 마킹 기능의 자동 동작불능을 포함한다. 예를 들면, 본 명세서에 참조로 통합된 미국특허 제7,015,901호는 펜촉의 마킹 기능이 동작불능될 수 있는 펜을 기술하고 있다.

펜의 자동후퇴기구는 스위치에 결합된 버튼을 통해 사용자에 의해 작동될 수 있고, 또는 펜이 이러한 목적을 위해 수동 후퇴기구를 보유할 수 있다.

어느 경우에서든, 펜촉 후퇴는 일반적으로 낮은 전원 상태로 들어가도록 펜에 신호를 보내기도 한다. 즉, 펜촉 후퇴 버튼은 펜의 오프(off) 버튼이다. 자동적으로 작동되는 펜촉 후퇴는 일반적으로 낮은 전원 상태로 들어가도록 펜에 신호를 보내기도 한다.

펜이 자동신장기구를 통합하면(예를 들면, 후퇴기구와 같은 기구이기 때문), 사용자가 펜촉을 후퇴시키려고 사용함에 따라 동일한 버튼을 통해 펜촉을 신장시킬 수도 있다. 펜촉 신장은 펜 다운 상호작용에 응답하고 펜 다운 검출 직후에 디지털 잉크를 포착할 수 있는 전원 켜짐으로 들어가도록 펜에 신호를 보낸다. 즉, 펜촉 신장 버튼은 펜의 '온(on)' 버튼이다.

자동 펜촉 후퇴기구는 많은 상이한 방식으로 실행될 수 있다. 이들 중 대부분은 또한 펜촉 신장에 적합하다. 일반적으로, 자동 펜촉 후퇴기구는 카트리지 또는 카트리지를 지지하는 부트(boot)(예를 들면, 시스)에 결합되며 펜의 프로세서들 중 하나를 실행하는 소프트웨어에 의해 조절되는 모터 또는 다른 액츄에이터를 포함한다. 소프트웨어는 자유낙하 검출을 위한 가속도계뿐만 아니라 펜촉 후퇴를 작동시키는 그 자체의 내부 상태와 같이 펜 내의 센서들로부터 신호를 보내도록 응답한다.

카트리지 또는 부트가 펜촉 스위치 또는 힘센서에 결합되므로, 자동후퇴기구는 이 결합과 간섭하지 않아야 한다.

도 33을 참조하면, 제1 자동후퇴기구(600)를 개략적으로 도시되어 있는데, 이는 3.5.4절에서 기술한 수동후퇴기구(460)와 같은 디자인을 이용한 것이다. 제1 자동후퇴기구(600)에 있어서, 모터(602)는 웜기어 또는 래크/피니언 결합(coupling)과 같이 적절한 결합(coupling)을 통해 플런저(474)에 결합된다. 펜 카트리지(402)(본 명세서에서 검토한 바와 같이 다른 방법으로는 스타일러스 카트리지일 수 있음)는 배럴(448)과 그 자체 결합되는 래칫(444)에 의해 유지되어 있다. 따라서, 플런저(474)의 운동은 펜촉 후퇴 또는 신장을 유발시킨다.

근본적으로, 모터(602)(및 플런저(474)에의 모터의 결합)는 수동 후퇴 버튼(476)을 대신한다. 그러나, 제1 자동후퇴기구(600)는 수동 펜촉 후퇴/신장 또는 자동 펜촉 후퇴/신장의 어느 한쪽의 옵션을 사용자에게 제공하는 수동후퇴버튼(476)을 더 포함한다. 수동 후퇴/신장이 요구되는 경우, 모터(602)는 플런저(474)로부터 디커플링된다.

여전히 도 33을 참조하면, 프로세서(500)는 모터(602)에 결합되어 있고 펜촉이 신장 또는 후퇴되어야 하는지를 결정하기 위한 입력 신호를 수신한다. 입력신호는 펜이 자유낙하 중일 때를 검출하는 가속도계(606) 또는 간단한 온/오프 스위치(604)로부터 생길 수 있다. 자유낙하 상태가 검출되면, 가속도계는 프로세서(500)에 적절한 신호를 제공하며, 이 프로세서는 모터(602)를 통해 펜촉의 자동 후퇴를 시작한다.

도 34를 참조하면, 카트리지(402)의 신장/후퇴를 실행하기 위해 힘센서 조립체(612)에 모터(602)를 직접 결합시키는 제2 자동후퇴기구(610)가 개략적으로 도시되어 있다. 힘센서 조립체(612)는 힘센서에 대해 예압하중을 받는 부트(614)를 수용하는 하우징을 포함한다. 카트리지(402)는 부트(614)에 의해 유지되므로 모터(602)에 의해 힘센서 조립체(612)의 작동 운동은 카트리지(402)의 후퇴/신장을 유발시킨다. 모터(601)를 힘센서 조립체(612)에 직접 결합시키는 이점은 래칫 기구가 필요하지 않다는 것이다.

제1 또는 제2 자동후퇴기구 중 어느 한쪽에 있어서, 모터 결합은 토크를 증가시키도록 맞게 조정될 수 있다. 전방 그리고 역으로의 정지 위치는 표준 모터 하중 검출 기구에 의해 검출될 수 있다.

도 35를 참조하면, 제2 자동후퇴기구(620)가 개략적으로 도시되어 있는데, 여기서는 펜이 수동신장/후퇴기구를 유지하는 반면 자동후퇴기구를 통합하기도 한다. 카트리지(402)는 힘센서 조립체(612)의 일부인 부트(614)에 의해 유지된다. 힘센서 조립체(612)는 전방으로 밀어져 수동으로 작동되는 신장 플런저(extension plunger)(622)에 의해 펜촉의 신장을 행할 수 있다. 힘센서 조립체(612)는 힘센서 조립체 상의 맞댐면 또는 립(626)과 맞대는 스프렁 캐치(sprung catch)(624)에 의해 상기 신장위치에서 제자리에 유지된다. 캐치(624)는 힘센서 조립체 상에서 작용하는 하중 스프링(628)의 편향력(biasing force)에 반작용을 제공한다. 신장 플런저(622)는 스프링(630)에 의한 신장 후에 힘센서 조립체(612)로부터 결합해제된다.

자동 후퇴는 캐치(624)에서 벗어나는 힘센서 조립체(612)를 들어올리는 액츄에이터에 의해 실행됨으로써, 힘센서 조립체와 이에 따른 펜촉을 후퇴 위치쪽으로 후방으로 돌출되게 한다. 액츄에이터는 도 35에 도시한 바와 같이 모터구동형 캠(motorized cam)(632)으로서 실행될 수 있다. 프로세서(500)는 오프 스위치(634) 및/또는 가속도계(606)로부터 입력신호를 수신하는데, 모터구동형 캠(632)의 작동을 제어하고 이에 의해 자동 펜촉후퇴를 제어한다.

펜(400)에는, 메인 PCB(408), 광학 PCB(431), 및 제스처 연성 PCB(481)(인디케이터 LED(420)에 위치)인 3개의 PCB가 있다.

본 설명에 있어서는, 메인 조립체(480)는 제스처 연성 PCB(481), 크래들 접점 리드프레임 인서트(cradle contacts lead-frame insert)(482), IR LED(416) 및 배터리(410)를 포함하도록 되어 있고, 이 모두는 메인 PCB(408)에 연결되어 있다. 물론, 광학 PCB(431)와 힘센서(442)는 또한 메인 PCB(408)에 연결되어 있지만, 이러한 구성부들에 대하여는 위에서 별도로 설명되어 있다.

도 36은 메인 PCB(406)에 연결된 다양한 구성부들에 대한 주요 연결관계를 도시한 상호연결도이다.

3.5.5.1 메인 PCB ( Main PCB )(408)

도 37a 및 도 37b을 참조하면, 메인 PCB(408)는 최소 트레이스(trace) 폭과 100 마이크론 간격을 갖는 6층의 FR4 1.0mm 두께이다. 규격을 통해서는 0.30mm 패드의 0.15mm 구멍 크기이다. 메인 PCB(408)는 108mm×14mm 치수의 직사각형 기판이다.

메인 프로세서(Jupiter 505 및 Atmel ARM7 500)는 실시간 클럭(real-time clock, RTC), CSR 블루투스 칩과 실딩 캔(shielding can)과 함께 메인 PCB(408)에 납땜된다.

메인 PCB(408) 위에는 5개의 커넥터(483)가 납땜되어 있다. 제1 커넥터(483A)는 광학 PCB(431)에 대한 것이고, 제2 커넥터(483B)는 크래들 접점 리드프레임 인서트(482)에 대한 것이고, 제3 커넥터(483C)는 제스처 연성 PCB(481)에 대한 것이고, 제4 커넥터(483D)는 배터리(400)에 대한 것이며, 제5 커넥터(483E)는 힘센서 플렉스(443)에 대한 것이다. 크래들 접점 리드프레임 인서트(482), 배터리(410) 및 적외선 LED(416)에대한 케이블 하니스(cable harnesses)는 펜(400) 내부에 있는 유일한 유선 케이블(wired cable)이다.

또한 메인 PCB(408) 위에 납땜된 것은 정지 스위치(rest switch)이다. 이는 종이 집게(paperclip)를 수용할 정도로 충분히 큰 개구를 통해 펜의 하측에서 접근 가능하다.

3.5.5.2 크래들 접점 리드프레임 인서트( Cradle Contacts

Leadframe Insert )(482)

도 38을 참조하면, 크래들 접점 리드프레임 인서트(482)는 펜(400)의 하측 상에 노출되고 메인 PCB(408)에 연결하기 위한 일련의 플라잉 리드(flying lead)(484)를 제공하는 USB 신호에 해당하는 일련의 4개의 접점을 형성한다. 8방향 커넥터(8-way connector)(483B)는 크래들 접점 리드프레임 인서트(482)에 대한 플라잉 리드(484) 및 노즈콘(409)에 위치되는 적외선 LED(416)에 대한 플라잉 리드(484) 양쪽을 일체화한다.

리드프레임 인서트(482)는 부식 가능성을 줄이기 위해 금 도금된 외부 접점(424)을 포함한다. 접점(424)들은, 넷페이지 펜(400)이 크래들 안에 삽입될 때 접점들과 넷피이지 펜 크래들(426) 내의 대응하는 세트의 접점들 사이에서 확실한 접촉이 이루어지도록 펜의 하우징 내에 위치된다.

3.5.5.3 제스처 연성 PCB ( Gestrue Flex PCB )(481)

도 39를 참조하면, 제스처 연성 PCB(481)는 제스처 버튼(484)과 하나 이상의 사용자 피드백 LED 패키지(420)(예를 들면, 배터리 상태, 온라인 상태 및 캡쳐 차단 인디케이터 각각에 대한 하나)에 납땜되는 연성 PCB이다.

제스처 연성 PCB(481)는, 펜 하우징(404)의 내부 주위에 감싸지도록 형성된다. 제스처 연성 PCB(481)의 대부분은 하우징(404) 내의 넷페이지 펜(400)의 상면에 위치됨으로써 인디케이터 LED(420)가 그 대응하는 개구 아래에 위치되도록 하고, 또한 그 경우에서의 대응하는 버튼 몰딩과 제스텨 버튼(485)과의 결합을 가능하게 한다.

연성 PCB(481)는 2층 폴리이미드 PCB로서, 명목상으로 75 마이크론의 두께를 갖는다. 이 PCB는 펜(400)의 조립 후에 이동되는 것이 필요하지 않으므로 설치시에만 연성으로서 규정된다. 보강부는 제스처 버튼(485) 아래에 배치되며, 또한 메인 PCB(408) 상에 사용되는 연성 커넥터(483C)에 대한 올바른 두께를 형성하기 위해 커넥터(메인 PCB에 대한 커넥터)에 배치된다.

3.6 광학 디자인( Optical Design )

펜은 고정 초점의 협대역(narrowband) 적외선 이미징 시스템을 통합한다. 이는, 디포커스 블러 또는 모션 블러(motion blur)에 의해 영향을 끼치지 않는 선명한 이미지를 포착하기 위해 짧은 노광시간, 작은 구경, 및 밝은 동기화 조명(synchronised illumination)을 갖는 카메라를 이용한다.

^a: 허용하는 63.5㎛ 블러(blur) 반경

^b: 조명 및 필터

^c: 피치, 롤 및 요가 펜의 축에 비례

3.6.1 펜 광학 디자인 개요( Pen Optics Design Overview )

펜 광학을 나타내는 단면도는 도 40a와 도 40b에 제시되어 있다. 펜촉(406)에 인접한 표면에 인쇄된 넷페이지 태그(4)의 이미지는 이미지 센서(432)의 활성 영역 위에 렌즈(436)에 의해 초점이 맞추어져 있다. 작은 조리개(439)는, 이용가능한 심도(depth of filed)가 펜의 롤 범위(roll range)와 요구되는 피치를 조정하도록 보장한다.

한 쌍의 LED(416)는 시계 내에 표면을 밝게 조명한다. LED(416)의 스펙트럼 발광 피크는 태그들의 캡쳐된 이미지의 콘트라스트(contrast)를 최대화하기 위해 넷페이지 태그(4)를 인쇄하는데 사용되는 적외선 잉크의 스펙트럼 흡수 피크에 맞추어진다. LED(416)의 명도는 디포커스와 모션 블러를 최소화하기 위해 요구되는 짧은 노광시간과 작은 구경 크기에 맞추어진다.

롱패스(longpass) 필터 윈도우(417)는 필터의 컷오프(cut-off) 파장 아래의 어떠한 주위 조명(ambient illumination)과 이미지 태그(4)와 공간적으로 일치되는 텍스트(text) 또는 임의의 색상 그래피에 이미지 센서(432)의 응답을 저지한다. 필터(417)의 전송은 태그(4)의 캡쳐된 이미지의 콘트라스트를 최소화하기 위해 적외선 잉크의 스펙트럼 흡수 피크에 맞추어진다. 필터(417)는 또한 튼튼한 물리적 윈도우로서 작용함으로써, 오염물이 광학 조립체(412)에 진입되는 것을 방지한다.

3.6.2 이미징 시스템( Imaging System )

넷페이지 펜의 광학 경로의 레이 트레이스(ray trace)는 도 41에 도시되어 있다.

이미지 센서(432)는 256 픽셀 제곱의 활성 영역을 갖는 CMOS 이미지 센서이다. 각 픽셀은 8㎛ 제곱으로, 필 팩터(fill factor)가 50%이다.

6.069mm의 초점 길이 렌즈(436)는 규정된 피치, 롤 및 요(yaw) 범위들에 걸쳐 모든 이미지를 성공적으로 디코딩하기 위해 올바른 표본 주파수로써 객체면(object plane)(종이 1)으로부터 이미지 평면(이미지 센서(432))까지 이미지를 전달하는데 사용된다. 렌즈(436)는 양면이 볼록하고, 대부분 굴곡된 표면이 비구면(非球面)이며 이미지 센서(432)에 대향하여 있다. 2.10절에서 설명한 바와 같이, 전체 태그(4)의 획득을 보장하는데 필요한 최소 이미징 시계는 직경 46.7s를 가지며, 이는 표면 코딩과 시계 사이의 임의 정합을 고려한 것이다. 매크로도트 간격 s가 127㎛라고 하면, 이는 필요한 시계가 5.93mm로 주어진다.

광학 시스템의 필요한 근축 배율(paraxial magnification)은 8㎛ 픽셀의 이미지 센서에 대하여, 펜의 완전히 특정된 기울기 범위에 대한 매크로도트 당 2.0 픽셀의 최소 공간 표본 주파수에 의해 규정된다. 따라서, 이미징 시스템은 최소 224×224 픽셀의 이미지 센서에 대하여, 이미지 센서에서의 반전 이미지의 직경(1.47mm) : 객체면에서의 시계의 직경(5.93mm)의 비율인 -0.248의 근축 배율을 이용한다. 그러나, 이미지 센서(432)는 제조 공차를 조정하기 위하여 256×256 픽셀이다. 이는 시계의 정보의 어떠한 것도 잃어버림이 없이 광학 축과 이미지 센서 축 사이의 부정합(不整合, misalignment)의 ±256㎛(이미지 센서의 평면에서 각 방향으로의 32 픽셀)까지 허용한다.

렌즈(436)는 일반적으로 사출성형 광학 구성부를 위해 사용되는 폴리-메틸-메타크릴레이트(PMMA)로 제조된다. PMMA는 내긁힘성을 가지며, 810nm에서 투과율이 90%인 상태에서 1.49의 굴절율을 갖는다. 투과율은 광학 표면 양쪽에 도포된 반반사 코팅(anti-reflection coating)에 의해 98%까지 증가된다. 이는 또한 최종 이미지 콘트라스트의 광 열화(light degradation)를 벗어나도록 유도하는 표면 반사를 제거한다. 렌즈(436)는 성형 정밀도를 지원하도록 양면이 볼록하며 광학 배럴 조립체와 렌즈를 정확하게 정합시키기 위해 장착면을 특별히 포함한다.

0.7mm 직경의 조리개(439)는 디자인의 심도 요건을 제공하는데 사용된다. 펜의 특정된 기울기 범위는 -22.5°∼+45.0°이고, 이때 롤 범위는 -45.0°∼+45.0°이다. 그 특정 범위에 걸쳐 펜을 기울이면, 기울어진 객체면이 초점면(focal plane)으로부터 떨어져 5.0mm까지 이동된다. 이와 같이 특정된 조리개는 이미지 센서에서의 허용가능한 블러 반경이 15.7㎛인 상태에서 ±5.0mm의 해당하는 심도를 제공한다. 비대칭 피치 범위를 조정하기 위해, 광학부의 초점면은 종이보다 펜에 1.8mm 더 가깝게 놓여진다. 이는 요구되는 심도 내에 최적의 초점을 더욱 거의 집중시킨다.

광학 축은 펜촉 축에 평행하다. 펜촉 축이 종이에 수직하면, 펜촉 축에 가장 근접한 심도의 가장자리와 펜촉 축 자체 사이의 거리는 2.035mm이다.

롱패스 필터(417)는 마모에 대한 높은 저항을 갖는 경량의 열경화성 플라스틱과 아세톤 등의 화학물질인 CR-39로 제조된다. 이러한 성질 때문에, 필터(417)는 또한 윈도우로서 역할한다. 필터는 1.5mm 두께이고 굴절율이 1.50이다. 렌즈와 같이, 90%의 명목상 투과율을 가지며, 이 투과율은 광학 면(optical face) 양쪽에 반반사 코팅을 도포한 상태에서 98%까지 증가된다. 각각의 필터(417)는 CO₂ 레이저 커터(laser cuter)를 사용하여 레이저 시트(sheet)로부터 쉽게 절단될 수 있다.

3.6.3 조명 시스템( Illumination System )

태그된 표면(1)은 3mm 직경의 LED(416) 쌍에 의해 조명된다. LED(416)는, 다이버전스(divergence)가 1/2 강도이고 1/2각이 35nm 스펙트럼 밴드(FWHM)에서 ±15도이며 각각 전력이 스테라디안(steradian) 당 대략 45mW인 조건에서 810nm 방사를 발광한다.

3.7 소프트웨어 디자인( Software Design )

3.7.1 넷페이지 펜 소프트웨어 개요( Netpage Pen Software Overview )

넷페이지 펜 소프트웨어는 넷페이지 펜(400)과 펜 크래들(426) 내의 마이크로프로세서들에서 실행되는 소프트웨어를 포함한다.

넷페이지 펜(400)은 3.8절에서 상세히 설명한 바와 같이 많은 마이크로프로세서를 포함한다. 넷페이지 펜(400)은 Atmel ARM7 CPU(이후 CPU 라고 함)에서 실핸되는 소프트웨어 및 CSR BlueCore 블루투스 모듈(이후 펜 블루코어 라고 함) 상의 VM에서 실행되는 소프트웨어를 포함한다. 이러한 프로세서들 모두는 세팅(setting)과 다른 영구적인 데이터와 함께 프로세서 특정 소프트웨어를 저장하는 연관된 플래시 메모리를 갖는다. 펜 블루코어는 또한 모듈 제조업자에 의해 공급된 펌웨어를 실행하며, 이러한 펌웨어는 넷페이지 펜 소프트웨어의 일부를 고려하지 않는다.

넷페이지 펜 크래들(426)은 CSR BlueCore 블루투스 모듈(이후 크래들 블루코어 라고 함)을 포함한다. 넷페이지 펜 소프트웨어는 또한 크래들 블루코어 상의 VM에서 실행되는 소프트웨어를 포함한다.

넷페이지 펜(400)이 넷페이지 태그된 표면(1)을 가로지르기 때문에, 상호연관된 위치와 힘 샘플(force sample)의 스트림(stream)이 생성된다. 이러한 스트림은 디지털 잉크라고 한다.

넷페이지 펜 소프트웨어는, 디지탈 잉크 포착, 태그 이미지 처리 및 디코딩(쥬피터 코프로세서(co-processor)(505) 및 히말리아 이미지 센서(432)와 관련), 힘 샘플 처리(쥬피터 코프로세서와 관련) 저장과 오프로드 관리, 호스트 통신과 암호화, 사용자 피드백, 소프트웨어 업그레이드, 배터리 충전 및 블루투스 관리에 책임이 있다. 그 소프트웨어는 실시간 운영 체제(real-time operating system, RTOS) 및 관련된 하드웨어 드라이버를 포함한다. 또한, 그 소프트웨어는 캘리브레이션(calibration), 형상(configuration) 또는 세부적인(논 필드(non-filed)) 장애 진단에 대한 제조 및 관리 모드를 포함한다.

크래들 블루코어 VM 소프트웨어는 넷페이지 펜 크래들의 LED를 적절하게 제어하고, 블루투스 페어링 동작을 취급하며, USB를 통해 호스트 PC와 통신할 책임이 있다. 소프트웨어 모듈들에 대하여는 아래에 보다 상세히 설명된다. 넷페이지 펜(400)이 사용자에 의해 유지관리 모드로 놓여진 상태에 있는 경우, 소프트웨어 업그레이드가 블루투스를 통해 실행될 수 있다. 수신되어 인증된 후에는, 새로운 소프트웨어 이미지가 넷페이지 펜의 다음의 부팅시에 사용된다.

3.7.2 넷페이지 시스템 개요( Netpage System Overview )

넷페이지 펜 소프트웨어는 대형 소프트웨어 시스템과 관련하여 작동하도록 설계되어 있다. 넷페이지 펜 크래들(426)(또는 3자 블루투스 어댑터)은 블루투스 무선 접속을 통해 넷페이지 펜(400)으로부터 디지털 잉크를 받아서, 부착된 데스크탑 또는 랩탑 컴퓨터에 의해 넷페이지 서버(10)에 이 잉크를 전달한다(예를 들면, 도 4 참조). 넷페이지 서버(10)는 부착된 데스크탑 또는 랩탑 컴퓨터에 상주될 것이다.

넷페이지 서버(10)는 디지털 잉크를 영구적으로 잔존하게 하며, 디지털 잉크 기반 응용분야에 대한 응용 서비스(필적 인식 및 폼 완성 등) 및 잔존하는 디지털 잉크에 대한 데이터베이스 기능성(조사, 검색 및 재인쇄 등) 양쪽을 제공한다.

3.7.3 내부 디자인( Internal Design )

넷페이지 펜 소프트웨어는 다음과 같이 다수의 주요 모듈로 나누어진다.

이미지 처리

디지털 잉크 저장 및 오프로드 관리

호스트 통신

사용자 피드백

전원 관리

실시간 운영 체제

하드웨어 드라이버

제조 및 유지관리 모드(소프트웨어 업그레이드 포함)

힘 센서 처리

넷페이지 펜 블루코어 VM 소프트웨어

넷페이지 스마트 크래들 블루코어 VM 소프트웨어

이 절의 나머지 사항은 상기한 주요 소프트웨어 모듈의 간략한 개요를 제공한다.

3.7.3.1 이미지 처리( Image Processing )

디지털 잉크 스트림에서의 위치 정보는, 넷페이지 펜(400)이 넷페이지 표면 인코딩 스킴(scheme)으로 인코딩되는 표면(1)을 가로지를 때 생성된다. 그 표면의 이미지는 요구되는 위치 정보를 추출하기 위해 분석되는 히말리아 이미지 센서(432)와 쥬피터 코프로세서에 의해 캡쳐된다.

이미지 처리 모듈은 쥬피터에 의해 캡쳐된 이미지를 분석하고 태그(4)를 식별하여 디코딩하고, 펜(400)의 자세를 평가하며, 위치 샘플을 회득하기 위해 이 정보를 조합할 책임이 있다.

3.7.3.2 디지털 잉크 저장 및 오프로드 관리( Digital Ink Storage and

Offload Management )

인코딩된 표면(1)의 물리적 마킹에 대응하는 어떠한 디지털 잉크도 나중에 표시되거나 재인쇄될 때 포착된 디지털 잉크를 포함하여 표면의 정확한 재현을 고려하기 위해 넷페이지 시스템에 의해 확실하고 트랜잭션적으로(transactionlly) 기록되어야 한다. 디지털 잉크가 확실하게 기록되도록 보장하는 것은 디지털 잉크 저장과 오프로드 관리 소프트웨어의 책임이다.

디지털 잉크는 넷페이지 펜에 대한 비휘발성 플래시 메모리 내에 잔존되며, 넷페이지 서버에 오프로드를 위해 조정된다. 이러한 오프로드 과정은 트랜잭션적이고, 넷페이지 펜 소프트웨어는, 디지털 잉크가 넷페이지 서버(10)에 의해 받아져 잔존되는 것을 보장할 수 있을 때까지 디지털 잉크의 그 기록을 유지시킨다.

디지털 잉크는 지연시간(latency)을 줄이기 위해 포착될 때 넷페이지 서버910)에 스트리밍될 수 있다. 이 경우에, 디지털 잉크는 넷페이지 서버에 의해 우선적으로 받아져 잔존되지 않는 한 넷페이지 펜의 내부 저장장치 내에 임시적으로 저장될 수도 있다.

3.7.3.3 호스트 통신( Host Communications )

넷페이지 펜 소프트웨어는 무선 블루투스 통신에 의해 넷페이지 서버(10)와 통신한다. 블루투스 연결성(connectivity)은 펜 블루코어에 의해 제공된다.

소프트웨어의 통신 모듈은 디지털 잉크 저장 및 오프 관리 모듈로부터 넷페이지 서버(10)에 디지털 잉크를 확실하게 전달할 책임이 있다. 이는 또한 넷페이지 펜(400)이 현재 연관되는 넷페이지 서버의 기록을 유지하는 것과 통신을 적절하게 인증하여 암호화를 하는 것과 같이 관리 기능성을 제공한다. 블루투스 통신은 쌍으로 이루어진 블루투스 장치로써 실행되기만 하며, 이러한 통신을 확보하기 위해 블루투스 암호화와 인증 설비를 사용한다.

3.7.3.4 사용자 피드백( User Feedback )

넷페이지 펜은 다수의 LED(420)를 포함하는 3개의 사용자 피드백 인디케이터를 제공한다. 사용자 피드백 소프트웨어 모듈은 다른 소프트웨어 모듈로부터의 신호를 제공된 기구를 사용하여 사용자 피드백으로 변환시킬 책임이 있다.

3.7.3.5 전원 관리( Power Management )

넷페이지 펜은 제한된 전력 수요를 가지며 그 디자인은 많은 방식으로 동적 전력 절감(dynamic power saving)을 고려한 것이다. 예를 들면, CPU는 주변장치가 전력을 절감하기 위해 사용 중에 있지 않을 때 주변장치를 작동 못 하게 할 수 있고, 펜 블루코어는 딥 슬립 모드(deep sleep mode)에 놓여지게 될 수 있다. CPU 자체는, 펜이 더 높은 기능을 실행하지 않을 때 전원이 꺼질 수 있다. 사실상, 인터넷에 상시 접속된 구성부만이 보조적인 웨이크업(wakeup) 조절 회로와 외부 자극에 응답하여 CPU를 전원 킬 수 있는 블루코어이다.

전원 관리 모듈은 현재 펜 상태를 분석하는 것과 요구하는 바와 같이 필요로 하지 않는 주변장치와 다른 구성부들을 스위치 오프(switch off)함으로써 전력 사용을 최적화시킬 책임이 있다. 즉, 이러한 모듈은 요구하는 넷페이지 펜 기능성을 제공하여 최적의 전력 사용을 제공하기 위해 넷페이지 펜 하드웨어에 의해 제공된 설비를 지적으로 관리한다.

3.7.3.6 소프트웨어 업그레이드( Software Upgrade )

넷페이지 펜 소프트웨어는 필드 업그레이드 가능하여, 그 블루투스 연결을 통해 새로운 소프트웨어 이미지를 획득할 수 있다. 소프트웨어 업그레이드 모듈은 통신 모듈을 통해 완전한 이미지의 다운로드를 관리하고, 포함된 체크섬(checksum)에 대해 상기한 이미지를 인증하고, 그 이미지가 인증되었을 때 넷페이지가 수정된 이미지로부터 부트에 할당할 책임이 있다.

소프트웨어 업그레이드 과정은, 넷페이지 펜이 사용자에 의해 유지관리 모드로 놓여질 때 허용되기만 한다. 어떤 두드러진 디지털 잉크는, 어떤 소프트웨어 업그레이드가 시작되기 전에 오프로드될 수 있고 또는 다른 방법으로는 원한다면, 그 디지털 잉크를 지울 수도 있다. 이는 내부 디지털 잉크 포맷의 관리를 간소화시켜, 그 포맷이 새로운 소프트웨어 로드에 필요한 만큼 업그레이드되게 해준다. 넷페이지 서버(10)와의 기존 페어링과 연관성은, 어떤 상황 하에서 페어링 동작을 반복하는데 필요하게 될 수 있더라도 소프트웨어 업그레이드를 존속시킬 것으로 기대된다.

또한 주목해야 할 점은, 기본 부투 로직(basic boot logic)와 같은 넷페이지 펜 소프트웨어의 작은 부분들이 필드 업그레이드할 수 없다는 것이다. 소프트웨어의 이러한 부분들은 최소로 엄격하게 제어된다.

3.7.3.7 실시간 운영체제( Real Time Operating System )

넷페이지 펜 소프트웨어는 CPU 리소스(resource)의 효율적인 관리를 위해 실시간 운영체제(RTOS)를 포함한다. 이는 통신 리소스, 플래시 조작(flash manipulation) 및 이미지 캡쳐에 수반된 레이턴시(latency)에도 불구하고 병행(concurrent) 디지털 잉크 포착, 지속 및 오프로드의 최적의 취급을 가능하게 한다.

3.7.3.8 하드웨어 드라이버( Hardware Drivers )

넷페이지 펜 소프트웨어는 넷페이지 펜의 작동에 필요한 모든 주변장치(CPU 에 대한 내부와 외부 모두)를 위한 하드웨어 드라이버를 포함한다. 이는 외부 버스 통신용 USRT, USRT 및 LSS 드라이버뿐만 아니라 쥬피터 코프로세서와 히말리아 이미지 센서(432), 펜 블루코어 및 그 밖의 내부 시스템을 관리하기 위한 고수준(higher level)의 드라이버를 포함한다.

3.7.3.9 제조 및 유지관리 모드( Manufacturing and Maintenance Mode )

넷페이지 펜은 공장 캘리브레이션(factory calibration) 또는 상세한 논필드(non-filed) 고장 분석을 위한 특수한 제조 및 유지관리 모드에 놓아질 수 있다. 유지관리 모드는 또한 사용자 인터페이스에 기반한 데스크탑 컴퓨터의 지원으로 현장에서 펌웨어 업그레이드 기능성을 제공하는데 사용된다.

3.7.3.10 힘센서 처리 소프트웨어( Force Sensor Processing Software )

넷페이지 펜(400) 내의 힘센서(442)는 쥬피터 코프로세서(505)에 인터페이스하며, 그 출력은 명목상 힘 표본율로 생성되는 힘 샘플의 스트림이다. 힘센서 처리 소프트웨어는 넷페이지 펜에 의해 기록되는 것처럼 디지털 잉크 스트림에 포함될 힘 샘플의 스트림을 생성하기 위해 쥬피터 코프로세서로부터 얻어지는 힘 데이터를 필터링하고 재샘플링하는 임무를 갖고 있다.

3.7.3.11 펜 크래들 블루코어 VM 소프트웨어( Pen Cradle BlueCore

VM Software )

넷페이지 펜 크래들(426)은 CSR 블루코어 블루투스 모듈을 포함한다. 크래들 블루코어는 그 VM에서 넷페이지 펜 소프트웨어를 실행한다. 이러한 소프트웨어는 전원 및 온라인 상태를 표시하기 위해 크래들의 사용자 피드백 LED를 제어하고, 크래들 블루코어와 호스트 PC 사이에 USB 통신 링크를 관리하며, 블루투스 페어링 동작을 관리할 책임이 있다. 블루코어는 블루투스 RFCOMM 스택을 위해 완전히 매립된 스택 모델(stack model)을 제공하며, 이에 따라 호스트 PC 만이 비교적 경량의 USB 드라이버를 필요로 한다.

3.8 전자 설계( Electronic Design )

도 42는 펜 전자부품의 블럭도이다. 펜의 전자 설계는 대략 5개의 주요 부분에 기초한다. 이 부분들은 아래와 같다.

메인 SRM7 마이크로프로세서(500)

쥬피터 코프로세서(505) 및 히말리아 이미지 센서(432)

블루투스 통신 모듈(510)

실시간 클럭(515)

전원 공급 레귤레이션(regulation)(520)

힘 센서 서브시스템(subsystem)(442)

3.8.1 ARM7 마이크로프로세서( ARM7 Microprocessor )

펜은 75MHz에서 실행하는 Atmel AT91FR40162S 마이크로프로세서(500)(Atmel, AT91 ARM Thumb Microcontrollers - AT91FR40162 Preliminary, http://www.keil.com/ dd/docs/datahts/atmel/at91fr40162.pdf 참조)를 사용한다. AT91FR40162S는 ARM7 마이크로프로세서, 256kByte의 온 칩(on-chip) 단일 대기 상태 SRAM 및 스택 ㅊ치칩 패키지의 2MByte의 외부 플래시 메모리를 통합한다.

마이크로프로세서(500)는 펜의 코어(core)를 형성한다. 그 임무는 다음과 같다.

쥬피터 코프로세서(505)와 히말리아 이미지 센서(432)의 구성

(configuration)

쥬피터 코프로세서(505)의 이미지 처리 특징으로부터의 지원으로

인코딩하는 넷페이지 표면과 함께 인코딩된 표면의 디코딩 이미지

쥬피터 코프로세서(505)로부터 받은 힘센서 샘플의 후처리(post-

processing)

블루투스 통신 모듈(510)에 의해 넷페이지 서버(10)에의 디지털

잉크의 압축, 암호화 및 전달

ARM7 마이크로프로세서(500)는 37.5MHz 클럭을 갖는 범용 동기식 송수신기(universal synchronous receiver Transmitter, USRT)를 사용하여 쥬피터 코프로세서(505)와 통신하며, 1.5Mbps에서 실행되는 UART를 사용하여 블루투스 모듈(510)과 통신한다. 히말리아 이미지 센서(432)와 RTC(515)와의 통신은 저속 직렬 버스(low speed serial bus, LSS)를 사용한다.

ARM7 마이크로프로세서(500)에는, 부트로더(bootloader) 소프트웨어가 제공되고 ARM7 마이크로프로세서(500)는, 블루투스 모듈(510)이 접속되는 UART 인터페이스를 통해 다운로딩 펌웨어에 초기 응답한다. ARM7의 펌웨어 프로그래밍은, 블루투스 모듈이 프로그래밍된 후에 블루투스 모듈에 의해 실행된다.

3.8.2 쥬피터 코프로세서( Jupiter Co - Processor )(500)

쥬피터 코프로세서(505)는 넷페이지 펜의 아키텍쳐(architecture) - 즉, 이미지 버퍼링과 처리, 및 힘센서 인터페이싱과 샘플 버퍼링 내에서 2개의 주요 기능을 제공한다.

쥬피터는 히말리아 이미지 센서(432)의 통합시간(integration time) 동안에 2개의 적외선 LED(416)의 스트로빙(strobing)을 결정함으로써 표면의 조명을 제어한다. 일단 통합시간이 경과되기만 하면, 이미지 센서(432)는 이미지 센서 인터페이스(ISI)에 의해 센서 어레이(array)의 평행 판독(parallel readout)을 제공한다. 즉, 픽셀들의 수신에 따라, 그 픽셀들은 쥬피터에 의해 필터링되고 ARM7 마이크로프로세서(500)에 의한 검색과 후처리 동작을 위해 내부 프레임버퍼(framebuffer) 내에 저장된다.

쥬피터에 접속된 힘센서(442)는, 동시성(synchronisation)이 동시에 발생하는 어떠한 이미지 캡쳐 활동에 대하여 존재하도록 쥬피터에 의해 미리 필터링되어 샘플링된다. 힘센서 샘플은 판독과 ARM7 마이크로프로세서(500)에 의해 더 처리하기 위해 내부 FIFO에 기록된다.

3.8.3 블루투스 통신 모듈( Bluetooth Communications Module )(500)

펜은 블루투스 제어기(510)로서 CSR 블루코어5-멀티미디어-플래시 장치를 사용한다. 이는 그 프로그램 코드와 관련 VM 응용프로그램을 유지하기 위해 내부 8Mbit 플래시 메모리 장치를 포함한다. 블루코어5는 3Mbps까지의 신호속도로 향상된 데이터 속도(Enhanced Data Rate, EDR) 블루투스 통신을 제공한다.

2.45GHz 미앤더 라인 안테나(meander-line antenna)는 블루투스 통신을 위해 넷페이지 펜(400)에 통합된다.

블루코어5는 USB 장치 주변장치와 요구된 차동신호 패드(differential signaling pad)들을 제공한다. 이러한 주변장치는, 충전 전류가 크래들(426)(즉, 블루투스 통신 설비를 통합하지 않은 크래들)의 배리언트(variant)에 접속될 때 교섭될 수 있도록 USB 장치로서 넷페이지 펜의 인식(enumeration)을 허용하는데 사용된다.

넷페이지 펜의 리셋 기능은 입력으로서 사용자 접근 리셋 스위치를 취하는 블루코어5에 의해 제어된다.

블루코어5는, 리튬 폴리머 배터리(410)가 연결되는 배터리 충전기를 통합한다. 배터리 충전기는 대부분 무인모드(unattended mode)로 동작하며, 미세 충전 모드, 정전류 모드 및 정전압 모드를 제공한다. 충전 전류는 크래들 커넥터로부터 얻어진다. 블루코어5는 또한 남아있는 사용 가능한 배터리 수명의 사용자 표시를 제공함과 함께 배터리가 상당할 만큼 방전된 경우 사용을 금지하기 위해 사용되는 전류 배터리 전압의 측정을 제공할 수 있다.

블루코어5는 넷페이지 펜 동작 환경의 일부를 형성하는 VM 응용프로그램과 독립적 블루투스 스택을 갖는 펌웨어 프로그래밍을 필요로 한다. 이는 PCB 상의 패드로서 노출되는 SPI 인터페이스를 통해 제조 과정의 일부로서 실행된다. 즉, 블루코어5가 프로그래밍되기만 하면, ARM7은 동일한 SPI 인터페이스와 UART 상호접속을 사용하여 순차적으로 프로그래밍된다.

3.8.4 실시간 클럭( Real Time Clock )(515)

넷페이지 펜은 디지탈 잉크를 타임스탬핑(timestamping)하기 위한 로컬 타임소스(local timesource)를 넷페이지 펜(400)에 제공하도록 하기 위해 배터리(410)를 동작시키는 인터실(intesil) ISL1208 실시간 클럭(RTC)을 사용한다.

실시간 클럭은 타이밍 소스로서 32.768kHz 크리스탈(crystal)을 필요로 한다.

3.8.5 전원공급 조정( Power Supply Regulation )

넷페이지 펜은, 내부 리튬 폴리머 배터리(410)로부터 모든 내부 전원 공급을 유도한다.

전원공급 조정 구성은 다음과 같은 별도의 전압을 생성한다.

ARM7 및 블루코어5 IO 전압에 대해 LDO로부터 3.1V

쥬피터와 히말리아 IO 및 히말리아 픽셀 리셋 전압에 대해

LDO로부터 3.1V

적외선 LED 구동전압에 대해 충전 펌프로부터 6.2V

블루투스 모듈에 대한 전원 공급, 및 쥬피터 코프로세서와 ARM7에 대한 1.8V 코어 전압 공급은 블루투스 모듈의 내부 LDO로부터의 출력으로서 제공된다.

블루투스 모듈의 전원 켜짐 또는 리셋, ARM7과 블루코어 IO 전압 및 1.8V 코어 전압이 이용 가능하다. 블루투스 모듈(510)은 넷페이지 펜의 전류 동작 모드에 따라 ARM7의 클럭의 인에이블(enable) 및 디스에이블(disable)를 제어한다. 쥬피터의 코어 및 IO 공급은 블루투스 모듈에 의해 마찬가지로 제어되며, 펜의 전류 동작 모드에 따라 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)될 수 있다.

넷페이지 펜(400) 내의 인디케이터 LED(420)는 IO 전압 공급부로부터 전원 공급을 받고 ARM7(500)에 연결된 LED에 대한 PWM 모드로 또는 블루투스 모듈(510)에 연결된 LED에 대한 전류 싱크(current sink)에 의해 어느 한쪽으로 구동된다.

넷페이지 펜의 펜촉이 후퇴되는 경우, 넷페이지 펜은 최저 전력 상태에 있게 된다. 즉, 쥬피터 코프로세서의 공급이 턴오프되고, ARM7의 클럭이 디스에이블되며 블루투스 모듈이 전원 꺼지게 된다(내부 LDO를 디스에이블시킨다.)

넷페이지 펜의 펜촉이 신장되는 경우, 또는 RTC 웨이크업 알람이 있는 경우, 블루투스 모듈은 전원 켜짐 신호를 수신하고, 그 내부 LDO를 턴온시키며 공급 안정화 후에 그 클럭을 인에이블시킴으로써 ARM7 마이크로프로세서를 부팅시킨다.

3.8.6 힘센서 시스템( Force Sensor System )

힘센서 서브시스템은 통상의 정전용량형 힘센서(442) 및 프론트 엔드(front end) 필터링과 샘플링을 포함한다.

통상의 정전용량형 힘센서(442)는 고주파수(일반적으로, 약 1MHz)로 샘플링되며, 쥬피터 코프로세서(505)에 의해 약 1.5kHz의 비율로 감소된다. ARM7 마이크로프로세서(500)에 의한 후속 처리는 디지털 잉크 스트림 속에 포함하기 위한 10비트 힘 샘플을 더 감소시켜 저역 통과 필터링하는 것이 요구된다.

쥬피터 코프로세서(505)는 힘센서(442)의 단일 지점 공장 캘리브레이션을 제공하며, 힘센서 입력에 기초하여 펜 다운과 펜 업 검출을 실행하기 위한 구성 가능한 한계치(configurable threshold)를 포함한다. 온도센서는 또한 쥬피터 코프로세서(505)에 존재함으로써, 힘 감지 체인(chain)에서의 온도 의존성의 보상을 고려한다(온도센서는 또한 배터리 충전의 관리를 위해 사용된다).

이상, 본 발명은 바람직한 실시형태와 다수의 변형된 실시형태를 참조하여 기술되었다. 그러나, 해당분야의 숙련자라면, 구체적으로 기술한 실시형태와는 다른 다수의 다른 실시형태 또한 본 발명의 범위 내에 속한다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 적절한 상호 참조에 의해 통합된 문서들을 포함해서 본 명세서에 기술된 특정 실시형태에 한정되지 않는 것으로 이해될 것이다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해서만 한정된다.

Claims

표면과 상호작용하기 위한 출몰식 펜촉(retractable nib)을 갖는 전자펜으로서,
상기 표면과 접촉하기 위한 제1 단부에 펜촉을 갖고, 펜촉이 펜의 몸체로부터 돌출하는 신장위치(extended position)와 펜촉이 상기 몸체 안으로 수축되는 후퇴위치(retracted position)로 구성될 수 있는 슬라이딩식 가동 카트리지(slidably movable cartridge);
상기 카트리지의 대향하는 제2 단부를 수용하기 위한 배럴(barrel)으로서, 상기 신장위치 또는 상기 후퇴위치 중 어느 하나의 위치로 카트리지를 안착하도록 구성되고, 이에 의해 상기 카트리지로부터의 길이방향 축력(longitudinal axial force)이 상기 신장위치에서 배럴에 전달되도록 구성한 배럴; 및 상기 카트리지를 상기 신장위치 또는 후퇴위치를 향하여 편향시키기 위한 편향기구(biasing mechanism); 를 포함하는 후퇴기구(retraction mechanism);
상기 후퇴기구에 결합되어, 사용자가 상기 신장위치와 후퇴위치 사이에서 상기 카트리지를 이동하게 할 수 있는 액츄에이터(actuator);
상기 배럴에 결합되어, 상기 카트리지로부터 배럴에 전달된 축력에 반작용을 제공하는 힘센서(force sensor); 및
상기 힘센서에 의해 검출된 힘을 나타내는 힘 데이터(force data)를 생성하도록 구성된 프로세서(processor); 를 포함하는 전자펜.
제1항에 있어서,
상기 표면에 배치된 코딩 데이터 패턴(coded data pattern)의 적어도 일부를 이미지화시키기 위한 이미지 센서(image sensor)를 더 포함하고, 상기 프로세서는 코딩된 데이터 패턴의 하나 이상의 이미지 부분(imaged portion)을 사용하여 상호작용 데이터를 생성하도록 구성되는 전자펜.
제2항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 펜촉이 상기 표면과 접촉하여 있을 때의 펜다운(pen-down) 상태와, 상기 펜촉이 상기 표면과 접촉하지 않을 때의 펜업(pen-up) 상태 중 어느 하나의 상태를, 힘 데이터를 사용하여 결정하도록 구성되어 있는 전자펜.
제3항에 있어서,
상기 프로세서는, 상기 힘이 미리 정해진 한계힘(predetermined threshold force)을 초과하는 경우에만 펜다운 상태를 나타내도록 구성되어 있는 전자펜.
제3항에 있어서,
상기 프로세서는, 펜다운 상태가 결정되었을 때만 상기 상호작용 데이터를 생성하도록 구성되어 있는 전자펜.
제3항에 있어서,
상기 이미지 센서는, 펜다운 상태가 결정되었을 때만 상기 코딩된 데이터를 감지하도록 구성되어 있는 전자펜.
제1항에 있어서,
상기 액츄에이터는 상기 카트리지에 결합된 수동 조작 버튼(manually operable button)을 포함하여, 이 버튼을 누르고 떼면 카트리지가 후퇴위치와 신장위치 사이에서 전환되는 전자펜.
제7항에 있어서,
상기 펜은 상기 펜의 구성(configuration)을 감지하기 위한 감지장치(sensing arrangement)를 포함하고,
상기 감지장치는 상기 버튼에 결합되어 상기 버튼의 작동을 감지하는 버튼 센서; 및
상기 카트리지와 협력하여, 상기 카트리지가 신장되거나 후퇴되는지를 감지하는 카트리지 센서; 를 포함하며,
상기 프로세서는 상기 감지장치로부터 하나 이상의 입력신호에 따라 펜의 상태를 구성하도록 적합하게 되어 있는 전자펜.
제8항에 있어서,
상기 버튼 센서는 전자스위치를 포함하며, 이 스위치는 상기 버튼의 일부에 의해 기계적으로 작동 가능한 전자펜.
제1항에 있어서,
상기 배럴은 상기 카트리지의 제2 단부를 지지하기 위해 길이방향으로 슬라이딩 가능한 래칫(ratchet)을 포함하고, 이 래칫은 상기 배럴의 내면에 형성된 상보적인 길이방향 홈(complementary longitudinal groove)과 길이방향으로 슬라이딩 결합하기 위한 복수의 방사상 래칫 톱니(radial ratchet-teeth)를 포함하는 전자펜.
제1항에 있어서,
상기 카트리지는 교체 가능하고 상기 래칫은 상기 카트리지의 상기 제2 단부를 해제 가능하게 지지시키도록 구성되어 있는 전자펜.
제10항에 있어서,
각각의 길이방향 홈은, 상기 래칫 톱니의 제1 캠형 단면(cammed end-surface)이 캠형 립(cammed lip)에 맞대어 결합함으로써 래칫의 회전을 일으키도록 구성된 캠형 립을 갖는 전자펜.
제1항에 있어서,
상기 배럴은 상기 신장위치에 대응하는 제1 맞댐면(abutment surface)과 상기 후퇴위치에 대응하는 제2 맞댐면을 포함하고, 상기 래칫은 회전 가능하고 상기 제1 또는 제2 맞댐면을 향하여 슬라이딩 가능한 전자펜.
제13항에 있어서,
상기 버튼은 플런저(plunger)를 통해 상기 래칫에 결합되고, 상기 플런저는 상기 길이방향 홈에 슬라이딩 방식으로 결합된 복수의 방사상 플런저 톱니(plunger-teeth)를 포함하고, 각각의 플런저 톱니는 상기 래칫 톱니의 상기 제1 캠형 단면과 맞댐 결합하기 위한 제2 캠형 단면을 가지며, 상기 제1 및 제2 캠형 단면은 상기 래칫에 회전을 부여하도록 구성되어 있는 전자펜.
제14항에 있어서,
상기 버튼은, 상기 버튼이 상기 플런저로부터 디커플링(decoupling)되는 디커플링 위치를 향하여 편향되어 있는 전자펜.
제1항에 있어서,
상기 배럴은 상기 힘센서와 결합된 일체형 핀(integral pin)을 포함하고, 상기 카트리지를 통하여 전달된 길이방향 축력은 상기 핀을 통해 상기 힘센서에 의해 검출되는 전자펜.
제16항에 있어서,
상기 힘센서는 정전용량형 힘센서(capacitive force sensor)이고, 상기 핀은 상기 정전용량형 힘센서의 탄성이동판(resilient moving plate)과 결합되어 있는 전자펜.
제16항에 있어서,
상기 배럴과 이에 따른 상기 펜을 상기 힘센서와의 결합 쪽으로 편향시키기 위한 예압편향조립체(preload bias assembly)을 포함하는 전자펜.
제18항에 있어서,
상기 배럴용 하우징을 포함하고, 상기 예압편향조립체는 상기 하우징과 상기 배럴 사이에 결합된 예압스프링(preload spring)을 포함하는 전자펜.
제1항에 있어서,
상기 카트리지는 마킹 펜촉(marking nib)인 펜촉에 잉크를 공급하기 위한 잉크저장소를 포함하는 잉크 카트리지; 및 펜촉이 비마킹 펜촉(non-marking nib)인 스타일러스 카트리지 중 어느 하나로부터 선택되는 전자펜.