KR100408518B1 - 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력장치 및 좌표 측정 방법 - Google Patents

컴퓨터용 전자펜 데이타 입력장치 및 좌표 측정 방법 Download PDF

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KR100408518B1 KR10-2001-0019570A KR20010019570A KR100408518B1 KR 100408518 B1 KR100408518 B1 KR 100408518B1 KR 20010019570 A KR20010019570 A KR 20010019570A KR 100408518 B1 KR100408518 B1 KR 100408518B1
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Abstract

본 발명은 유무선 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력장치 및 그 좌표 측정 방법에 관한 것이다. 전자펜의 단부에 형성된 팁; 전자펜 중심축의 지면에 대한 기울기 및 상기 전자펜의 지면에 대한 높이를 측정하기 위한 광학식 3차원 측정장치; 전자펜의 3차원 운동에 따른 이동량을 측정하기 위한 3축 가속도 센서; 및 상기 처리된 정보를 외부 연산 장치로 송신하기 위한 통신 수단;을 포함하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력장치를 제공하여 임의의 각도로 일반 평면에 필기 동작을 하거나, 평면으로 부터 떨어져 필기 동작을 하는 경우에도 관성 센서의 누적 오차를 줄이면서 연속적인 전자펜의 운동을 정밀하게 추종할 수 있다.

Description

컴퓨터용 전자펜 데이타 입력장치 및 좌표 측정 방법{Pen input device and Measuring method of coordinate}
본 발명은 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력장치 및 그 작동 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 컴퓨터 응용기기에 3축 가속도 센서 및 광학식 3차원 측정 장치를 이용하여 전자펜의 필기 동작에 관한 정보를 유무선으로 송신하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치 및 좌표 측정 방법에 관한 것이다.
현재, 개인 휴대용 단말기 또는 컴퓨터 응용기기에 펜의 필기 내용을 입력하기 위하여 LCD 테블릿(tablet)이나 디지타이저 테블릿(digitizer tablet) 등과 같은 2차원 센서 배열을 포함하는 입력 장치가 널리 사용되고 있다. 이러한 입력 장치는 비교적 대면적의 2차원 센서 배열을 필요로 하기 때문에 별도의 감지 평면이 필요하다. 따라서, 휴대하기가 불편하고 소정의 공간을 차지하게 되며, 또한 가격면에서도 고가인 단점이 있다. 기술적인 추세로 볼 때, 개인 휴대용 단말기는 점차 소형화되어 손목시계 형태나 지갑 형태의 휴대용 단말기로 변화하는 추세이다. 이러한 소형화 추세에 따라 그 표시화면도 줄어들기 때문에 종래의 테블릿을 이용한 필기 방식은 입력 공간이 줄어들어 자연스러운 필기 동작에 의한 데이타 입력이 더욱 어렵게 된다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 물리적인 테블릿이 없이 일반 평면 상에서 단일 전자펜 만을 이용하여 문서 입력이 가능하다면 종래의 펜 입력 장치(pen input device)에 비해 넓은 입력 공간을 제공하기 때문에 자연스러운 필기 입력이 가능하므로 매우 효과적이다. 이러한 자기 운동 감지 방식의 전자펜을 이용한 문서 또는 그림의 입력을 위해서는 어떤 기준 좌표계에 대한 전자펜의 팁의 위치 좌표를 연속적으로 구할 수 있어야 한다. 그러나, 대부분의 필기 동작은 펜을 지면과 접촉한 다운(down) 상태에서 필기를 하고, 이동할 경우에는 펜을 지면과 비접촉한 업(up) 상태가 된다. 펜의 연속적인 좌표값을 구하기 위해서는 접촉 또는 비접촉 상태에서도 그 위치 값을 정밀하게 측정할 수 있는 수단을 필요로 한다.
종래의 전자펜 형태의 입력 장치들은 크게 2가지로 나누어 볼 수 있는 바, 펜 외부에서 펜 팁의 좌표를 측정하는 방식과 펜 내부에서 펜 팁의 운동을 측정하는 방식으로 나눌 수 있다.
펜 외부에서 펜 팁의 좌표를 측정하는 방식으로 3각 측량방식(미국 특허 제 5,166,668호), 전자파(미국 특허 제 5,977,958호) 또는 초음파(미국 특허 제 4,478,674호)의 비행시간차(time of flights)를 이용하는 방식등이 있다. 그러나, 상기 방식들은 펜에서 발신 신호를 보내고 외부에서 수신하는 형태를 지니기 때문에 휴대용 단말기와 같은 장치에서는 단말기의 본체에 수신부를 장착해야 하므로 휴대가 불편한 단점이 있다.
또한, 펜 내부에서 펜 팁의 좌표를 측정하는 내장 방식은 펜 내부에서 펜 팁의 운동을 감지하는 방식으로, 초기에는 볼의 회전을 이용하는 방식(미국 특허 제 5,027,115호), 펜에 작용하는 힘을 측정하는 방식(미국 특허 제 5,111,004호, 미국 특허 제 5,981,883호)이 있었으나, 펜이 지면에서 떨어지게 되면 펜의 운동을 측정하기 어려운 단점이 있다. 그리고, 펜 내부에 장착된 2축 또는 3축 가속도 센서를 이용하여 이중 적분을 통하여 전자펜의 위치 운동을 구하는 방식(미국 특허 제 5,247,137호, WO 제 94/09,447호, 미국 특허 제 5,587,558호)이 제안되었다. 그러나, 가속도 센서를 펜 팁에 장착하기 어려운 문제점이 있어, 일정한 높이에 장착할경우에는 펜 중심축의 기울기에 대한 영향을 고려하지 않은 관계로 큰 위치 오차를 초래할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 가속도 신호를 이중 적분 함으로써 누적 오차가 증가되므로 정확한 운동을 측정하기 어려운 단점이 있다.
이러한 펜의 경사각에 대한 영향을 보정하기 위하여 A.T Cross사(미국 특허 제 5,434,371호)에서 2축 이상의 가속도 센서 소자를 펜 팁으로 이동시키고 신호처리부는 펜의 상부로 이동하는 방법을 제안하고 있으나 센서 소자 및 신호처리부가 분리되어 있어 전기적인 잡음의 영향이 크고, 펜 선단에 잉크를 장착할 수 없는 문제점이 있다. 한편, 세이코사(Seiko)(일본 특허 평6-67,799호)에서는 경사각 보정을 위하여 2축 가속도와 2축 Gyro를 이용하여 가속도는 이중 적분으로 그 위치를 구하고, 펜의 각속도를 단적분하여 펜의 경사각을 측정하는 방식을 제안하고 있다. 또한, 리코사(Richo)(미국 특허 제 5,902,968호, 미국 특허 제 5,981,884호)에서는 펜 내부에 3축 가속도 센서와 3축 Gyro센서를 내장하여 알반적인 3차원 필기 운동을 하는 펜팁의 위치를 구하는 방법을 제시하고 있다. 그러나, 입력하는 평면이 항상 중력 방향에 수직으로 있어야 하기 때문에 사용상의 제약조건이 따르는 문제점이 있으며, 상기 관성 센서(가속도 센서, Gyro)를 이용하는 방식에 있어서 가속도는 이중 적분, 각속도는 단적분을 통하여 펜의 위치 및 각도를 구하는데, 센서 신호의 잡음이나 Drift에 의해 가속도계의 경우는 시간의 제곱누승, Gyro의 경우에는 시간에 비례하는 형태로 누적 오차가 증가하게 되어 정밀한 펜 팁의 운동을 추정하기가 어려운 문제점이 있다.
상기 누적 오차를 줄이기 위해서 최근 인터센스사(Intersense)에서는 3축 가속도 센서 및 3축 Gyro를 사용한 펜 장치에 초음파 센서를 추가하여 관성 센서(가속도, 각속도)로 부터 발생하는 위치 누적 오차를 줄이는 기술을 제시하고 있다. 그러나, 이러한 외부 센서의 추가는 휴대성이 불편한 문제점이 있다.
본 발명에서는 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 임의의 각도로 일반 평면에 필기 동작을 하거나, 평면으로 부터 떨어져 필기 동작을 하는 경우에 있어서도 관성 센서의 누적 오차를 줄이면서 연속적인 전자펜의 운동을 정밀하게 추종할 수 있는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치 및 좌표 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치에 관한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 의한 전자펜의 광학식 3차원 측정장치의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 전자펜의 광학식 3차원 측정장치의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 의한 전자펜의 광학식 3차원 측정장치에 있어서, 전자펜의 경사각 및 축방향의 변화에 따른 빔 스펏의 형태가 달라지는 원리를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에서 사용되는 3축 가속도 센서, 광학식 3차원 측정장치 및 전자펜의 팁에서의 각 좌표계를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 전자펜의 운동을 묘사하는데 필요한 전자펜의 지면에 대한 경사각과 높이 측정 변수, 3축 가속도 센서 좌표계 Oa에서의 속도, 각속도, 전자펜 팁의 Os좌표계에서의 펜팁의 속도 및 지면의 법선 벡터 n을 나타낸 도면이다
도 7은 본 발명에 의한 전자펜의 정보처리 과정인 센서 퓨전(sensor fusion)을 위한 perception net의 기본 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에 의한 전자펜의 3축 가속도 센서 및 광학식 3차원 측정 장치에 있어서의 데이타 처리에 관한 흐름도를 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1... 송신 장치 2... 저장 장치
3... 배터리 4... 3축 가속도 센서
5... 중앙처리장치 6... 광학 신호처리 장치
6-A... 광학식 3차원 측정 장치(6, 7, 8)
7... 빔 발생기 8... 수광부
9... 응력 센서 10... 잉크통
11... 전자펜 팁 12... 필기면
13... 빔 스펏 21... 광원
22... 제 1렌즈 23... 격자
24... 제 2렌즈 25... 방출 빔
26... 스펏 반사광 27... 카메라 렌즈
28... 위치 검출기 29... 하프 미러
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 펜 형상의 하우징을 갖는 전자펜에 있어서,
상기 전자펜 중심축의 지면에 대한 기울기 및 상기 전자펜의 필기면에 대한 높이를 측정하기 위한 광학식 3차원 측정장치;
상기 전자펜의 3차원 운동에 따른 이동량을 측정하기 위한 3축 가속도 센서; 및
상기 측정된 정보를 외부 연산 장치로 송신하기 위한 통신 수단;을 포함한 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서 상기 광학식 3차원 측정 장치는 소정의 필기면에 스펏을 형성시키기 위해 빔을 방출하는 발광부; 및 상기 필기면에 형성된 빔 스펏을 감지하는 감지부;를 포함하며, 상기 발광부는 빔을 방출시키는 광원; 상기 광원에서 발생된 발산빔을 평행하게 하는 제 1 렌즈; 상기 제 1 렌즈를 통한 빔을 분리시키는 격자; 및 상기 제 1 렌즈를 통한 빔을 필기면을 향해 투사시키는 제 2 렌즈;를 포함하며, 상기 감지부는 상기 필기면에서 맺힌 스펏빔을 1차적으로 집광하는 카메라 렌즈; 상기 카메라 렌즈를 통과한 빔을 감지하는 위치 검출기;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 광학식 3차원 측정장치는 상기 감지부에서 받아들인 스펏빔을 이용하여 빔스펏의 위치를 검출하는 신호처리회로; 및 상기 검출된 빔스펏의 위치를 이용하여 상기 전자펜의 상기 필기면에 대한 높이 및 기울기를 연산하는 연산기;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 전자펜은 상기 발광부의 광원의 on/off를 조절하는 제어기; 및 상기 외부연산장치에서 연산된 상기 전자펜에 대한 운동정보를 저장하기 위한 저장 수단;을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 통신 수단은 RF 통신 수단;인 것이 바람직하다.
상기 전자펜은 상기 3축 가속도 센서 및 상기 광학식 3차원 측정장치에서 측정된 데이타를 이용하여 상기 전자펜 팁의 위치를 연산하기 위한 중앙처리장치;를 더 포함하며, 상기 전자펜의 지면에 대한 접촉 여부를 검출하기 위한 상기 전자펜의 팁과 연결된 응력센서;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 전자펜이 지면에 접촉되어 필기를 하는 경우 잉크를 분사하기 위해 상기 전자펜의 팁과 연결된 잉크통;을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 펜 형상의 하우징을 갖는 전자펜;
상기 전자펜 중심축의 지면에 대한 기울기 및 상기 전자펜의 필기면에 대한 높이를 측정하기 위한 광학식 3차원 측정장치;
상기 전자펜의 3차원 운동에 따른 이동량을 측정하기 위한 3축 가속도 센서;
상기 3축 가속도 센서 및 상기 광학식 3차원 측정장치에서 측정된 데이타를 이용하여 상기 전자펜 팁의 위치 좌표를 연산하기 위한 중앙처리장치; 및
상기 연산된 전자펜 팁의 위치 좌표를 외부 컴퓨터 또는 개인 휴대용 단말기에 송신하기 위한 통신 수단;을 포함하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 좌표 측정 방법에 있어서,
(가) 상기 광학식 3차원 측정 장치에 의하여 상기 전자펜과 필기면이 이루는 기울기 및 필기면에 대한 높이를 측정하고, 상기 3축 가속도 센서에 의하여 상기 전자펜의 운동 정보를 측정하는 단계;
(나) 상기 측정된 필기면에 대한 전자펜의 기울기, 높이 및 운동 정보를 컴퓨터 또는 휴대용 단말기의 중앙처리장치에서 변환하여 전자펜 팁의 좌표를 추출하는 단계; 및
(다) 상기 추출된 전자펜 팁의 좌표를 상기 통신 수단을 이용하여 외부 컴퓨터 또는 휴대용 단말기로 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 좌표 측정 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 광학식 3차원 측정 장치는 필기면에 스펏을 형성시키기 위한 빔을 방출하는 발광부; 및 상기 필기면에 형성된 빔 스펏을 감지하는 감지부;를 포함하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 작동방법에 있어서, 상기 (가)단계의 전자펜과 필기면이 이루는 기울기 및 필기면에 대한 높이를 측정하는 단계는 상기 발광부에서 빔을 방출하는 단계; 상기 방출된 광을 필기면에 투사하여 5개 이상의 빔 스펏을 형성시키는 단계; 상기 빔 스펏의 반사 빔을 집광하는 단계; 및 상기 집광된 빔을 이용하여 전자펜의 필기면과 이루는 각 및 높이에 관한 정보를 위치 검출기를 통하여 검출하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 경사각 및 높이를 검출하는 단계는 상기 집광된 5개 이상의 빔 스펏의 정보를 이용하여 타원방정식에 의해 상기 전자펜의 경사각 및 필기면에 대한 높이를 구하는 단계; 및 상기 구해진 경사각 및 높이 각각을 미분하여 경사각 속도 및 수직 속도를 초기값으로 부터 구하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (나) 단계는 상기 가속도 신호에서 중력성분을 제거하는 단계; 상기 중력성분이 제거된 가속도 신호를 제 1차 적분하여 전자펜의 이동속도를 구하는 단계; 상기 전자펜의 팁의 속도를 구한 후, 지면에 대한 수직속도를 이용하여 누적오차를 보정하는 단계; 상기 보정된 전자펜의 이동속도를 제 2차 적분하여 상기 전자펜의 변위 이동량을 구하는 단계; 및 상기 전자펜의 변위 이동량의 누적오차를 보정하여 전자펜 팁의 좌표를 구하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (나) 단계는 상기 3축 가속도 센서에서 나오는 가속도 신호에 대해 로우-패스 필터링을 수행하는 단계;를 더 포함하며, 상기 (다) 단계의 통신 수단은 RF 통신 방법에 의한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 펜 형상의 하후징을 갖는 전자펜;
상기 전자펜 중심축의 지면에 대한 기울기 및 상기 전자펜 팁의 필기면에 대한 높이를 측정하기 위한 광학식 3차원 측정 장치;
상기 전자펜의 3차원 운동에 따른 이동량을 측정하기 위한 3축 가속도 센서; 및
상기 처리된 정보를 컴퓨터 또는 휴대용 단말기로 전송하기 위한 통신 수단;을 포함하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 좌표 측정 방법에 있어서,
(가) 상기 광학식 3차원 측정 장치에 의하여 상기 전자펜과 필기면이 이루는 기울기 및 필기면에 대한 높이를 측정하고, 상기 3축 가속도 센서에 의하여 상기 전자펜의 운동 정보를 측정하는 단계;
(나) 상기 측정된 정보를 상기 통신 수단을 이용하여 컴퓨터 또는 휴대용 단말기로 송신하는 단계; 및
(다) 상기 측정된 필기면에 대한 전자펜의 기울기, 높이 및 운동 정보를 컴퓨터 또는 휴대용 단말기의 중앙처리장치에서 변환하여 전자펜 팁의 좌표를 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 작동 방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 광학식 3차원 측정 장치는 상기 광학식 3차원 측정 장치는 필기면에 스펏을 형성시키기 위해 빔을 방출하는 발광부; 및 상기 필기면에형성된 빔 스펏을 감지하는 감지부;를 포함하며, 상기 (가)단계의 전자펜과 필기면이 이루는 기울기 및 필기면에 대한 높이를 측정하는 단계는, 상기 방출된 광을 필기면에 투사하여 빔 스펏을 형성시키는 단계; 상기 빔 스펏의 반사 빔을 집광하는 단계; 및 상기 집광된 빔을 위치 검출기를 통하여 검출하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (다) 단계는 상기 가속도 신호에서 중력성분을 제거하는 단계; 상기 중력성분이 제거된 가속도 신호를 제 1차 적분하여 전자펜의 이동속도를 구하는 단계; 상기 전자펜의 팁의 속도를 구한 후, 지면에 대한 수직속도를 이용하여 누적오차를 보정하는 단계; 상기 보정된 전자펜의 이동속도를 제 2차 적분하여 상기 전자펜의 변위 이동량을 구하는 단계; 및 상기 전자펜의 변위 이동량의 누적오차를 지면에 대한 높이를 이용하여 보정하여 전자펜 팁의 좌표를 구하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 통신 수단은 RF 통신 방법에 의한 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참고하면서 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명에 의한 전자펜의 구조를 나타낸 개략도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 전자펜은 펜의 3차원 운동에 따른 이동량을 측정하기 위한 3축 가속도 센서(4) 및 펜의 경사각과 높이를 측정하기 위한 광학식 3차원 측정장치(6-A)를 구비한 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 3축 가속도 센서(4)에서 가속도 신호를 받아들이는 중앙처리장치(CPU)(5)가 마련되어 있으며, 이러한 가속도 신호를 적분하여 속도를 구할 수 있으며, 또한 2차 적분에 의해 위치 이동량을구할 수 있다. 광학식 3차원 측정 장치(6-A)는 빔을 발생시키는 발광부 및 이를 감지하기 위한 수광부로 이루어져 있으며, 본 발명에서는 발광부에서 5점 이상의 빔 스펏(13)을 얻기 위해 빔을 필기면(12)에 투사하여 전자펜의 기울어진 정도와 높이에 관한 정보를 얻는 것을 특징으로 한다. 즉, 도 1에 나타낸 바와 같이 원형 링의 형태로 스펏(13)을 얻기 위해 빔을 필기면(12)에 투사하면 필기면(12)에 대한 펜의 각도 및 높이에 따라 맺히는 타원형의 형태 및 크기가 달라지게 되므로 이러한 점(13)들의 좌표값을 측정하여 펜의 경사각 및 높이를 측정하게 되는 것이다. 상기에 서술된 것과 같은 펜의 경사각, 높이 및 이동량에 관한 정보를 받아들여 처리하기 위한 광학 신호 처리 장치(6) 및 중앙처리장치(CPU)(5)를 구비하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명에 의한 전자펜은 그 내부에 중앙처리장치(5)를 포함할 수 있으나, 상기 3축 가속도 센서(4) 및 광학식 3차원 측정 장치(6-A)에 의해 얻어진 정보를 컴퓨터 또는 개인 휴대용 단말기 등에서 처리하는 경우에는 상기 중앙처리장치(5)는 필요없게 된다. 즉, 상기 중앙처리장치는 선택적이다.
그리고, 전자 펜을 일정시간 이상 용이하게 사용하기 위한 배터리(3)를 포함하며, 상기와 같은 펜의 운동에 관한 정보를 저장하기 위한 저장 장치(2)를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전자펜에 관한 정보를 컴퓨터 또는 개인 휴대용 단말기에 전송하기 위한 송신 장치(1)가 필요한데, 본 발명에 의한 전자펜은 그 데이타 송신에 있어서 유선 또는 무선 모두가 가능한 것을 특징으로 하며, 무선인 경우 RF 통신 장치를 포함하는 것이 바람직하다. 통상적으로 펜에 의한 필기 동작은 펜-down, 펜-up의 연속동작으로 구성되므로 이러한 동작 정보를 얻기 위해필기면(12)에 대한 접촉 여부를 판별하기 위한 응력 센서(9)를 포함할 수 있다. 또한, 종이 등에 직접 기록할 필요성이 있으므로 이를 위해 펜 내부에 잉크통(10)을 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명에 의한 전자펜의 광학식 3차원 측정장치(6-A)의 일실시예를 나타낸 도면이다. 상기에서 설명한 바와 같이 광학식 3차원 측정 장치(6)는 전자펜의 필기면(12)에 대한 높이 및 경사각을 측정하기 위한 것으로 여러가지 형태의 구조를 가질 수 있으며, 여기서 한가지 예를 살펴보면 다음과 같다. 도 2에 나타낸 실시예는 펜의 중심축과 3차원 측정장치(6-A)에서 투사 및 입사하는 광경로와 편차를 가지는 구조를 나타낸다.
먼저 그 구조를 살펴보면, 빔을 방출하는 광원(21)과 퍼지는 빔을 평행하게 하는 제 1렌즈(22), 일정한 구조를 지닌 격자(grating)(23), 상기 광원(21)에서 방출된 빔(25)을 필기면(12)을 향해 재차 평행하게 투사하는 제 2렌즈(24), 필기면(12)에서 산란된 빔의 일부를 집광하는 카메라 렌즈(27), 상기 카메라 렌즈(27)에서 집광된 빔을 받아들이는 위치 검출기(28), 상기 위치 검출기(28)의 신호를 이용하여 위치를 감지하는 신호처리부와 필기면(12)에 대한 높이와 기울기를 연산하는 연산기로 구성되어 있다.
이러한 광학식 3차원 측정장치(6-A)에서의 빔의 방출에서 정보의 출력까지의 원리에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저 광원(21)으로 부터 빔(25), 예를 들어 가시광선 또는 적외선을 방출한다. 이 경우, 상기 광원(21)은 레이저 다이오드(laser diode), LED(light emitting diode)등 통상적인 광원으로 사용되는것이면 제한이 없다. 상기 광원(21)에서 방출된 빔은 예를 들어, 제 1렌즈(22)에 의해 평행한 원통형의 빔이 되고, 격자(23)의 구조에 의해 일정한 반경을 지니는 원주상에 5개 이상의 빔으로 분리가 된다. 상기 격자(23)에서 분리된 빔은 정밀한 평행빔을 위하여 제 2렌즈(24)를 거쳐 필기면(12) 방향으로 투사된다. 필기면(12)에 투사된 빔은 그 투사각에 따른 형태로 부채꼴 형상의 타원형으로 스펏(13)을 형성한다. 여기서, 상기 필기면(12)이 나무 또는 종이등과 같이 산란면인 경우에는 빔이 다양한 각도로 퍼지게 되며, 일부가 카메라 렌즈(27)로 집광이 되며, 위치 검출기(position dector)(28)에 의해 받아들여진다. 이렇게 얻어진 빔에 관한 정보, 즉 빔 스펏(13)의 위치는 신호처리부에서 구할 수 있으며, 연산기를 거쳐 5점의 각각 좌표로 부터 전자펜 필기면(12)에 대한 높이와 경사각을 출력하게 된다. 이들 위치 검출기(28), 신호처리부를 모두 일체형으로 위치 검출기로 구성할 수 있다. 여기서, 상기 광원(21)에서의 전력 소비를 줄이기 위하여 작동을 하지 않는 경우에 전력을 차단할 수 있도록 제어기에 on/off를 제어하는 기능을 가지도록 구성하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 의한 전자펜의 광학식 3차원 측정장치의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도 3에서 나타낸 광학식 3차원 측정장치는 상기 도 2와는 달리 지면에 대한 빔의 중심축을 전자펜의 중심축과 일치시킨 것을 특징으로 하며, 따라서 빔 스펏의 주사 및 반사축이 전자펜의 중심축과 동일하게 구성한 것이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명에 의한 전자펜의 광학식 3차원 측정장치에 있어서, 전자펜의 경사각 및 축방향의 변화에 따른 빔 스펏의 형태가 달라지는 원리를나타낸 도면이다. 여기서, 빔이 투사되는 면을 X-Y 축으로 나타냈으며, 상기 투사면에 수직인 축을 Z로 정의한다. 3방향 각각의 경사각 변수 Θ1, Θ2, Θ3의 변화에 따라서 지면에 맺히는 빔들의 패턴이 변화한다. Θ1은 필기면(12)에 대한 법선 방향의 축(Zs)과 전자펜의 중심축 사이의 각도를 의미하며, Θ2는 필기면(Xs-Ys)과 전자펜의 중심축이 필기면에 투영시 회전한 각도 의미하고, Θ3는 전자펜의 중심축 자체에 대한 회전각을 의미한다. 또한, δZa는 전자펜의 팁과 필기면과의 거리를 나타낸다. 여기서 이러한 빔들의 패턴은 타원 형태를 나타내게 되며, 필기면(12)에 대한 경사각이 변함에 따라 타원의 장축, 단축 및 그 타원의 기울기가 변화한다. 또한, 지면에 대한 높이 방향의 펜운동에 의해 타원의 크기가 변하게 되는데, 전자펜이 지면에 가까와지면 타원 전체의 크기가 확대되며, 멀어지면 축소되는 경향을 나타낸다. 따라서, 지면에서의 빔 패턴을 읽어들여 해석을 하게되면 전자펜의 필기면에 대한 경사각 및 높이를 구할 수 있다.
도 4b는 Θ1의 변화에 따른 타원의 장축 및 단축의 변화를 나타낸 것으로 각각 왼쪽 형태로 부터 Θ1이 0보다 작은 경우, 같은 경우 및 큰 경우를 나타내고 있다. 도 4c는 Θ2의 변화에 따른 타원의 장축, 단축 및 기울기 변화를 나타낸 도면으로 상기 도 4b와 마찬가지로 Θ2가 0보다 작은 경우, 같은 경우 및 큰 경우를 나타내고 있다. 도 4d는 Θ3의 변화에 따른 원주상에 있는 스펏의 변화를 나타낸 것으로 여기서 Θ3는 전자펜 중심축의 회전각을 나타내므로 Θ3의 변화에 따라 5개 스펏의 위치가 변하는 것을 간략하게 나타내었다. 이러한 스펏의 위치는 변화하지만 타원의 형상은 변화하지 않는다. 그러나 위치 검출기(28)에서 측정된 타원영상은 영상면이 Θ3 만큼 회전한 형태로 나타나므로 그 회전 각도를 측정할 수 있다. 도 4e는 δZa의 변화에 따른 도면형태를 나타낸 것으로 이는 상기에서 서술한 바와 같이 전자펜이 지면에 가까와지면 타원 전체의 크기가 확대되며, 멀어지면 축소되는 경향을 나타낸다.
도 4f는 위치 검출기 영상면 Q와 필기면에 맺힌 스펏(spot)과의 기하학적 관계를 도시한 것이다. 여기서, 좌표 (Xc, Yc, Zc)는 카메라 렌즈의 좌표계이다. 위치검출기의 초점을 fc, 빔의 반경을 r, 위치 검출기의 렌즈 축과 광원의 축이 이루는 사이각을 Φ라고 정의한다. 그러면, 광학식 3차원 측정 장치에서 측정하는 변수는 빔 축에 대한 필기면의 기울기(Θ1, Θ2)와 회전각(Θ3), 카메라 렌즈 좌표계에서 필기면에 맺힌 빔 중심 좌표(Px, Pz)이다.
영상면 Q에 맺히는 5개 이상의 빔 스펏이 이루는 타원의 방정식으로 정의를 하면, 타원 방정식은 다음과 같이 표현할 수 있다.
x2+ ω1y2+ ω2xy + ω3x + ω4y + ω5= 0
ω1, ω2, ω3,ω4,ω5는 렌즈의 초점거리(fc), 투사되는 빔의 반경(r), 카메라 렌즈축과 광원축이 이루는 사이각(Φ), 필기면에 대한 전자펜의 수직거리(Pz) 및 전자펜의 경사각(Θ1, Θ2)의 함수로 이루어진다. 상기 수학식 1에서의 X-Y 평면의 타원 방정식에서 미지수가 5개 이므로 최소한 5점 에 대한 영상점의 좌표가 필요하다. 따라서 본 발명에 의한 전자펜의 광학식 3차원 측정 장치에서는 광원에서 방출된 빔이 영상면에서 5개 이상의 스펏이 형성되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이를 하기 수학식 2를 참고하여 보다 상세하게 설명한다.
ω1= b/cos2(Θ1), b = 2sinΦsin(Θ2)cos(Θ1)sin(Θ1)
ω2= c/cos2(Θ1),
c = cos2(Θ1)cos2(Φ) + sin2Φsin2(Θ1) - 2sinΦcosΦcos(Θ1)sin(Θ1)
ω3= -2Px/K, K = fc/(Pz + fc)
ω4= -bPx/(cos2(Θ1)K)
ω5= (g - cos2(Θ1)Px2)/(cos2(Θ1)K2),
g = r2(cosΦcos(Θ1) - sinΦcos(Θ2)sin(Θ1))2
5개 스펏의 좌표를 이용하여 상기 영상면의 타원 방정식이 계산되게 되면 ω1, ω2, ω3, ω4, ω5를 구할 수 있으며, 여기서 렌즈의 초점거리(fc), 투사되는 빔의 반지름(r), 카메라 렌즈축과 광원이 이루는 사이각(Φ)은 본 발명에 의한 전자펜의 제작시 알 수 있는 것이므로 빔축에 대한 지면의 경사각(Θ1, Θ2)을 ω1, ω2로 부터 일차적으로 유일하게 계산할 수 있고, ω3, ω4, ω5로 부터 Px, Pz를 결정할 수 있다. 한편, 빔의 회전각(Θ3)은 도 4d에서 제시된 방법과 같이 영상에서 스펏이 회전한 각도를 계산해서 구할 수 있다. 이 때, 영상면에 있는 타원 방정식을 원의 방정식으로 변환한 후, 회전각(Θ3)을 결정하는 것이 바람직하다. 이는 상기 수학식 2를 통해서 빔축과 카메라 축과의 기하학적 변환 관계를 모두 계산하였으므로 카메라 렌즈 중심축의 이동과 회전을 통하여 광원의 빔축과 일치시키면 카메라 영상면에 맺히는 가상의 원에 대한 영상을 계산할 수 있고, 원의 중심에서 스펏이 회전한 각도를 계산하여 회전각(Θ3)을 결정한다.
이러한 타원 방정식의 매개 변수와 지면의 관계는 공지된 참고문헌(D. Wei, " The use of taper light for object recognitions" : Robot vision, IFS Ltd. p143 ~ 153 및 " 평면 물체 인식을 위한 원통형 레이저 빔 투사형 시각 정보처리 시스템의 개발" : 김종형, 한국과학기술원 기계공학과 석사논문, 1989)에 그 유사 기술이 소개되어 있다.
도 5는 본 발명에서 사용되는 3축 가속도 센서(4), 광학식 3차원 측정장치(6-A) 및 전자펜의 팁(12)에서의 각 좌표계를 나타낸 도면이다. 먼저 전자펜의 팁의 좌표계를 Os, 3축 가속도 센서(4)의 좌표계를 Oa, 그리고 광학식 3차원 측정장치(6-A)의 좌표계를 Oc라고 정의한다. 전자펜의 구조상 상기 3가지 좌표계들은 차이를 나타내게 되므로, 광학식 3차원 측정 장치(6-A)에서 구해진 전자펜의 경사각 및 높이 정보는 전자펜의 팁(11)에서 구해진 경사각 및 높이 정보와 차이를 나타내게 된다. 특히, 도 2의 광학식 3차원 측정 장치(6-A)의 실시예에 있어서는 경사각도 차이를 보인다. 이에 대한 보정을 하기위해 도 5에 나타낸 것과 같이 벡터 E를 사전에 계산해 두는 것이 바람직하다. 또한, Oc 좌표계에서 구한 경사각과 경사각 속도와 3축 가속도 센서(4)의 Oa 좌표계에서 구한 정보의 차이는 벡터 D를 구하면 그들 사이의 기하학적 변환 관계를 구할 수 있다. 3축 가속도 센서(4)의 좌표계 Oa에서 구한 속도 및 위치 이동량은 결국 전자펜 팁의 좌표계 Os로 변환을 하게되며, 이 경우 Oa-Os사이의 변환 관계는 벡터 L로 나타낼 수 있으며, 이는 본 발명에 의한 전자펜의 설계 과정에서 결정할 수 있는 변수이다.
도 6은 본 발명에 의한 전자펜의 운동을 묘사하는데 필요한 전자펜의 지면에 대한 경사각과 높이 측정 변수, 3축 가속도 센서(4) 좌표계 Oa에서의 속도, 각속도, 전자펜 팁(11)의 Os좌표계에서의 펜팁의 속도 및 지면의 법선 벡터 n을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 의한 전자펜의 정보처리 과정인 센서 퓨전(sensor fusion)을 위한 perception net의 기본 구조를 나타낸 도면이다. 먼저, 3축 가속도 센서(4)에서 나오는 신호를 이용하여 FTM1(feature transformation module)에 의해 전자펜의 속도 및 위치를 구하고, 다음으로 광학식 3차원 측정장치(6)에서 나오는 신호를 이용하여 FTM2에서 전자펜의 필기면(12)에 대한 경사각, 속도 및 높이를 구한다. 다음 단계로 CSM1(constraint satifaction module)과 CSM2에서 3축 가속도 센서(4) 및 광학식 3차원 측정장치(6)에서 받아들인 정보를 하기 수학식 2에서 주어진 수학적 제한 조건식을 이용하여 상호 융합(fusion)시키게고, 이에 의하여 오차가 감소한 데이타가 FTM1에 피드백(feedback)되면서 새로운 속도 및 가속도 신호를 얻을 수 있게 된다. 수학식 2는 각각 CSM1(위치), CSM2(속도)에 대한 제한 조건식을 나타내고 있다. 상기의 센서 융합 기법의 기본 원리는 공지된 참고 문헌 (Sukhan Lee, "Sensor fusion and planning with preception-action network, 1996, International conference on Multisensor Fusion and Integration for Intelligent Systems)에 소개되어 있다.
δZs = αXa + βYa + γZa + λ--- (1)
Vs/n = ()ㆍn ---(2)
여기서, CSM1의 제한 조건식 (1)은 전자펜 내부에서 구한 위치 성분(Xa, Ya, Za)를 전자펜 팁(11)의 좌표계(Xs, Ys, Zs)로 변환할 때 지면의 높이(δZs)에 대한 제한 조건식을 나타낸 것이다. 위치(Xs, Ys, Zs)는 전자펜 내부에서의 가속도 신호를 적분하여 속도를 구한 다음, 이를 다시 적분하여 위치를 나타낸 것이다. 여기서 α, β, r, λ는 전자펜의 선단까지의 길이 및 전자펜의 지면에 대한 경사각에 의해 각각 구해지는 상수이다. 여기서 상기 제한 조건식에 의한 전자펜 내부에서의 위치 이동량은 각각 전자펜 팁(11)의 높이에 영향을 미칠 수 있기 때문에 각 신호의 성분 오차의 선형 조합에 의해 전자펜 팁(11)의 높이 (δZs)를 만족하는 형태로 나타냄으로써, 각 센서의 위치 신호(Xs, Ys, Zs)에 누적된 오차를 감소시킬 수 있게 된다.
한편, CSM2는 전자펜 내부에서의 가속도 신호를 단적분하여 구한 속도 성분 Va, 전자펜의 각속도 Ω, 전자펜의 선단까지의 길이 L을 벡터로 나타낸 것이며, 전자펜 팁(11)에서의 수직 속도 Vs/n은 펜 팁에서의 선속도 Vs와 평면의 법선 벡터 n과 내적으로 주어진다. 이는 전자펜의 내부에서 구한 속도 성분(Vax, Vay, Vaz)가 지면에 대한 제한 조건식을 만족하는 형태로서 전자펜이 필기면에 접촉하고 있는 상태에서는 Vs/n = 0 인 관계가 됨을 의미한다. 또한, 전자펜이 필기면과 비접촉된 상태에서도 각 속도 성분의 선형조합이 제한 조건식을 만족해야 하므로 속도에 대한 누적오차를 줄일 수 있다. 상기와 같은 구조의 본 발명에 의한 피드백 시스템의 센서 퓨전을 통하여 누적 오차의 증가를 방지하고 정보량을 일정한 오차범위 내로 유지시킬 수 있게 된다.
도 8은 본 발명에 의한 전자펜의 3축 가속도 센서(4) 및 광학식 3차원 측정 장치(6-A)에 있어서의 데이타 처리에 관한 흐름도를 나타낸 도면이다. 먼저 광학식 3차원 측정장치(6-A)에서 필기면(12)에서 산란된 빔으로부터 구한 5개의 빔 스펏(13)의 타원 정보를 이용하면 위치 검출기(28)에서 전자펜의 필기면(12)에 대한 높이 및 경사각을 구한다. 이러한 데이타를 구하는 과정은 상기 도 4에서 설명한 바와 같이 5개 이상의 빔 스펏(13)의 좌표를 이용하여 타원 방정식을 구함으로써 계산된다. 각 경사각과 높이에 대한 정보를 구하면, 이에 대한 미분치인 경사각 속도 수직 속도를 초기값으로 부터 구할 수 있다.
그리고, 3축 가속도 센서(4)에서 전자펜의 가속도에 관한 정보신호를 읽어 들이며, 이때 3축 가속도 센서(4)에서 나오는 정보 신호는 잡음이 많으므로 low-pass filtering을 수행한다. 일반적으로 가속도 신호에는 정적인 중력 성분이 항상 포함되어 있기 때문에, 순수한 필기 동작에 의한 운동신호를 추출하기 위해서는 가속도 신호에서 중력 성분을 제거해야 한다. 중력에 대한 각 신호의 크기는 계산만으로는 구하기 어렵기 때문에 미리 초기에 정지 상태에서 구한 중력값을 이용하여 전자펜의 경사각의 변화에 따라 변하는 가속도 값에서 상기 중력 성분을 제거해야 한다. 그리하여, 순수한 전자펜 운동에 따른 가속도 신호가 구해진다. 다음으로, 이러한 가속도 신호를 1차 적분을 통하여 전자펜의 이동 속도에 관한 정보를 구할 수 있게 된다. 그러나 정보 신호의 잡음으로 인하여 적분에 대한 누적 오차가 발생하게 되므로, 이를 보정하기 위해서 전자펜의 선단에서 구해지는 속도를 이용하여 속도에 대한 제한 조건식인 상기 수학식 3의 (2)를 적용시킨다. 전자펜의 팁(11)에서의 속도를 구하기 위해서는 전자펜의 회전 각속도 및 전자펜의 기하 변수에 대한 고려가 필요하다. 그리하여 속도 신호에서 잡음이 줄어든 수정 속도값이 구해지게 되는데, 이는 상기 도 7에서 나타낸 것과 같이 연속적으로 새로운 속도값으로 갱신한다.
다음으로, 상기 1차 적분시킨 이동 속도를 2차 적분을 수행하여 전자펜의 변위 이동량을 구한다. 이에 대한 누적 위치 오차는 상기 수학식 3의 (1)을 이용하여 계산하고, 상기 도 7에 나타낸 바와 같이 새롭게 수정된 위치신호를 구한다. 상기한 단계를 거쳐 가속도 신호에서 이중 적분에 의해 발생될 수 있는 누적 오차를 단계적으로 상기 수학식 2의 제한 조건식 각각을 이용하여 보정함으로써, 최종적으로 전자펜의 이동량(Xs, Ys, Zs)를 구할 수 있게 된다. 이러한 전자펜의 이동량 데이터를 이용하여 본 발명에 의한 전자펜의 위치 데이터를 구할 수 있다.
도 8에서는 3축 가속도 센서(4) 및 광학식 3차원 측정 장치(6-A)로 부터 전자펜의 경사각, 경사각 속도, 높이 및 수직 속도를 중앙처리장치(8)에 의해 계산하는 실시예를 나타낸다. 이미 서술한 바와 같이, 이러한 데이터 처리는 본 발명에 의한 전자펜 내부에 3축 가속도 센서(4), 광학식 3차원 측정 장치(6-A) 및 중앙처리장치(5)를 구비한 상태로 계산하여 결과값을 컴퓨터 또는 개인 휴대폰 단말기에 유무선으로 송신할 수 있고, 단지 측정치만을 송신하여 컴퓨터나 개인 휴대용 단말기의 중앙처리 장치등에서 계산 할 수도 있다.
본 발명에 따르면 컴퓨터 또는 개인 휴대용 단말기에 지면과 접촉한 상태 및 비접촉한 상태에서의 유무선 전자펜의 동작에 따른 기록정보를 중력가속도 및 정보 신호의 잡음으로 인한 가속도의 적분에 따른 누적 오차를 최소화함으로써 전자펜의 팁의 순수한 위치 좌표를 용이하게 구할 수 있는 장점이 있다.

Claims (24)

  1. 펜 형상의 하우징을 갖는 전자펜에 있어서,
    상기 전자펜 중심축의 지면에 대한 기울기 및 상기 전자펜의 필기면에 대한 높이를 측정하기 위한 광학식 3차원 측정장치;
    상기 전자펜의 3차원 운동에 따른 이동량을 측정하기 위한 3축 가속도 센서; 및
    상기 측정된 정보를 외부 연산 장치로 송신하기 위한 통신 수단;을 포함하고,
    상기 광학식 3차원 측정 장치는
    소정의 필기면에 스펏을 형성시키기 위해 빔을 방출하는 발광부; 및
    상기 필기면에서 반사되는 빔 스펏을 감지하는 감지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치.
  2. 삭제
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 발광부는 빔을 방출시키는 광원;
    상기 광원에서 발생된 발산빔을 평행하게 하는 제 1 렌즈;
    상기 제 1 렌즈를 통한 빔을 분리시키는 격자; 및
    상기 제 1 렌즈를 통한 빔을 필기면을 향해 투사시키는 제 2 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 감지부는 상기 필기면에서 맺힌 스펏빔을 1차적으로 집광하는 카메라 렌즈;
    상기 카메라 렌즈를 통과한 빔을 감지하는 위치 검출기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치
  5. 제 2항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학식 3차원 측정장치는 상기 감지부에서 받아들인 스펏빔을 이용하여 빔스펏의 위치를 검출하는 신호처리회로; 및
    상기 검출된 빔스펏의 위치를 이용하여 상기 전자펜의 상기 필기면에 대한 높이 및 기울기를 연산하는 연산기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치.
  6. 제 2항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자펜은 상기 발광부의 광원의 on/off를 조절하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치.
  7. 제 2항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학식 3차원 측정 장치의 발광부에서 방출하는 빔의 중심축은 상기 전자펜의 중심축과 소정의 편차를 나타내는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 외부연산장치에서 연산된 상기 전자펜에 대한 운동정보를 저장하기 위한 저장 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 통신 수단은 RF 통신 장치;인 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 전자펜은 소정 시간의 구동을 위한 베터리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 전자펜은 상기 3축 가속도 센서 및 상기 광학식 3차원 측정장치에서 측정된 데이타를 이용하여 상기 전자펜 팁의 위치를 연산하기 위한 중앙처리장치;를 더 포함한 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 전자펜의 지면에 대한 접촉 여부를 검출하기 위한 상기 전자펜의 팁과 연결된 응력센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치.
  13. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전자펜이 지면에 접촉되어 필기를 하는 경우 잉크를 분사하기 위해 상기 전자펜의 팁과 연결된 잉크통;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치.
  14. 펜 형상의 하우징을 갖는 전자펜;
    상기 전자펜 중심축의 지면에 대한 기울기 및 상기 전자펜의 필기면에 대한 높이를 측정하기 위해 필기면에 스펏을 형성시키기 위한 빔을 방출하고, 상기 필기면에 형성된 빔 스펏을 감지하는 광학식 3차원 측정장치;
    상기 전자펜의 3차원 운동에 따른 이동량을 측정하기 위한 3축 가속도 센서;
    상기 3축 가속도 센서 및 상기 광학식 3차원 측정장치에서 측정된 데이타를 이용하여 상기 전자펜 팁의 위치 좌표를 연산하기 위한 중앙처리장치; 및
    상기 연산된 전자펜 팁의 위치 좌표를 외부 컴퓨터 또는 개인 휴대용 단말기에 송신하기 위한 통신 수단;을 포함하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 좌표 측정 방법에 있어서,
    (가) 상기 광학식 3차원 측정 장치를 이용하여 빔을 방출하고, 방출된 광을 필기면에 투사하여 복수의 빔 스펏을 형성시키며, 빔 스펏들의 반사 빔을 집광하여 전자펜의 필기면과 이루는 각 및 높이에 관한 정보를 위치 검출기를 통하여 검출하는 단계;
    (나) 상기 3축 가속도 센서에 의하여 상기 전자펜의 운동 정보를 측정하는 단계;
    (다) 상기 측정된 필기면에 대한 전자펜의 기울기, 높이 및 운동 정보를 컴퓨터 또는 휴대용 단말기의 중앙처리장치에서 변환하여 전자펜 팁의 좌표를 추출하는 단계; 및
    (라) 상기 추출된 전자펜 팁의 좌표를 상기 통신 수단을 이용하여 외부 컴퓨터 또는 휴대용 단말기로 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 좌표 측정 방법.
  15. 삭제
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 (가)단계에서 경사각 및 높이의 검출은 집광된 5개 이상의 빔 스펏의 정보를 이용하여 타원방정식에 의해 상기 전자펜의 경사각 및 필기면에 대한 높이를 구하는 단계; 및
    상기 구해진 경사각 및 높이 각각을 미분하여 경사각 속도 및 수직 속도를 초기값으로 부터 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 좌표 측정 방법.
  17. 제 14항 또는 제 16항에 있어서,
    상기 (다) 단계는 상기 가속도 신호에서 중력성분을 제거하는 단계;
    상기 중력성분이 제거된 가속도 신호를 제 1차 적분하여 전자펜의 이동속도를 구하는 단계;
    상기 전자펜의 팁의 속도를 구한 후, 지면에 대한 수직 속도를 이용하여 누적오차를 보정하는 단계;
    상기 보정된 전자펜의 이동속도를 제 2차 적분하여 상기 전자펜의 변위 이동량을 구하는 단계; 및
    상기 전자펜의 변위 이동량의 누적오차를 보정하여 전자펜 팁의 좌표를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 좌표 측정 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 3축 가속도 센서에서 나오는 가속도 신호에 대해 잡음을 제거하기 위한 로우-패스 필터링을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 좌표 측정 방법.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 (라) 단계의 통신 수단은 RF 통신 방법에 의한 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 좌표 측정 방법.
  20. 펜 형상의 하우징을 갖는 전자펜;
    상기 전자펜 중심축의 지면에 대한 기울기 및 상기 전자펜의 필기면에 대한 높이를 측정하기 위해 필기면에 스펏을 형성시키기 위한 빔을 방출하고, 상기 필기면에 형성된 빔 스펏을 감지하는 광학식 3차원 측정장치;
    상기 전자펜의 3차원 운동에 따른 이동량을 측정하기 위한 3축 가속도 센서; 및
    상기 처리된 정보를 컴퓨터 또는 휴대용 단말기로 전송하기 위한 통신 수단;을 포함하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 작동 방법에 있어서,
    (가) 상기 광학식 3차원 측정 장치를 이용하여 빔을 방출하고, 방출된 광을 필기면에 투사하여 복수의 빔 스펏을 형성시키며, 빔 스펏들의 반사 빔을 집광하여 전자펜의 필기면과 이루는 각 및 높이에 관한 정보를 위치 검출기를 통하여 검출하는 단계;
    (나) 상기 3축 가속도 센서에 의하여 상기 전자펜의 운동 정보를 측정하는 단계;
    (다) 상기 측정된 정보를 상기 통신 수단을 이용하여 컴퓨터 또는 휴대용 단말기로 송신하는 단계; 및
    (라) 상기 측정된 필기면에 대한 전자펜의 기울기, 높이 및 운동 정보를 컴퓨터 또는 휴대용 단말기의 중앙처리장치에서 변환하여 전자펜 팁의 좌표를 추출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 좌표 측정 방법.
  21. 삭제
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 (라) 단계는 상기 운동 정보에 포함되는 가속도 신호에서 중력성분을 제거하는 단계;
    상기 중력성분이 제거된 가속도 신호를 제 1차 적분하여 전자펜의 이동속도를 구하는 단계;
    상기 전자펜의 팁의 속도를 구한 후, 지면에 대한 수직속도를 이용하여 누적오차를 보정하는 단계;
    상기 보정된 전자펜의 이동속도를 제 2차 적분하여 상기 전자펜의 변위 이동량을 구하는 단계; 및
    상기 전자펜의 변위 이동량의 누적오차를 지면에 대한 높이를 이용하여 보정하여 전자펜 팁의 좌표를 구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 좌표 측정 방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 3축 가속도 센서에서 나오는 가속도 신호에 대해 잡음을 제거하기 위한 로우-패스 필터링을 수행하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 좌표 측정 방법.
  24. 제 20항에 있어서,
    상기 (다) 단계의 통신 수단은 RF 통신 방법에 의한 것을 특징으로 하는 컴퓨터용 전자펜 데이타 입력 장치의 좌표 측정 방법.
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