KR100469294B1 - 펜형 광 마우스 장치 및 펜형 광 마우스 장치의 제어방법 - Google Patents

펜형 광 마우스 장치 및 펜형 광 마우스 장치의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반사광을 이용하여 커서의 위치를 표시하거나 쓰기 입력을 할 수 있는 펜형 광 마우스 장치 및 펜형 광 마우스 장치의 제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 손으로 쥐기 쉽고, 자연스런 필기동작에 의해 쓰기 입력이 가능하며, 사용자의 필기습관에 맞춰 마우스의 좌표값 보정이 가능한 펜형 광 마우스 장치 및 펜형 광 마우스 장치의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 영상센서를 펜형 광 마우스 장치 본체 내부 측면에 설치함으로써 굵기를 손에 쥐기 용이한 크기로 축소하여 구성할 수 있고, 접촉감지수단에 의한 쓰기 명령의 자동인식 및 긴 초점거리(focal length)를 갖는 렌즈 또는 텔레센트릭계(telecentric system)를 통하여 긴 초점 심도(depth of focus)를 확보함으로써, 자연스런 필기동작에 의해 마우스 기능뿐만 아니라 쓰기 입력을 할 수 있으며, 사용자가 펜형 광 마우스를 어떤 자세로 쥐더라도 정확한 커서 이동 및 쓰기 입력을 할 수 있다.

Description

펜형 광 마우스 장치 및 펜형 광 마우스 장치의 제어방법{THE APPARATUS OF PEN-TYPE OPTICAL MOUSE AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 펜형 광 마우스 장치 및 펜형 광 마우스 장치의 제어방법에 관한것으로, 특히 조명장치로부터 조사된 빛이 광 가이드에 의해 바닥면에 일정한 각도로 입사되도록 하고, 바닥면에서 반사된 빛의 경로를 변경하여 영상센서에 결상(imaging; 렌즈를 이용하여 바닥면의 영상을 영상센서에 형성하는 과정)되도록 하며, 자연스러운 필기 동작에 의해 쓰기 입력이 가능한 펜형 광 마우스 장치 및 펜형 광 마우스 장치의 제어방법에 관한 것이다.
종래의 컴퓨터용 마우스는 컴퓨터 시스템에서 디스플레이 장치에 표시되는 커서를 이용하여 위치를 지시하는 컴퓨터 주변기기로서 좌표 추출이 가능한 볼과 기능설정 버튼으로 구성되어 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 볼 타입 마우스는 매끄러운 바닥면에서는 볼의 회전이 원활하지 못하므로 사용장소에 제한을 받게 되고 볼의 원활한 회전을 위한 패드가 요구된다. 또한 마우스 패드 상에서 작동하더라도 볼의 회전에 따라 작동되는 좌표축이 정확하게 변화하지 않아 화면상의 커서의 움직임이 부드럽지 못하다는 문제점도 있다.
그리고 볼타입 마우스를 이용하여 글자를 입력하거나 정밀 작업을 하는 경우, 마우스를 쥐고 이동시키는 상태에서 마우스 전단에 구비된 클릭버튼을 조작해야 하는데, 이 경우 마우스의 이동을 위한 동작이 번거로우면서도 좌표측정의 신속성과 정확성을 떨어뜨리는 문제점이 있었다. 특히, 상기 마우스의 형태가 일반적인 필기 도구의 형태와 달라 자연스러운 필기나 그리기 작동이 어려운 문제점도 있었다. 그 외에도 볼 타입 마우스는 기본적으로 볼의 회전을 이용하는 것이므로 볼과 회전을 감지하는 장치 사이에 먼지 등이 낄 수 있어 내구성이 높지 않으며, 주기적으로 볼 타입 마우스 내부를 청소해야 하는 불편함이 있었다.
또한, 컴퓨터용 마우스들에서 광을 이용하여 좌표를 검출하는 방법을 사용하는 광 마우스 장치로는 광센서와 패드가 결합한 마우스와 CMOS 센서를 채용한 광학식 마우스가 사용되고 있다. 상기 광센서와 패드를 이용한 광 마우스 장치는 발광소자와 수광소자로 이루어지는 좌표검출 수단과 상기 광 마우스 장치를 위한 마우스 패드가 서로 교차하는 라인 패턴으로 형성되어 있었다. 따라서 상기 광 마우스 장치도 전용 패드가 반드시 있어야만 하기 때문에 마우스 사용 범위가 제한적이라는 문제점이 있다.
한편, 최근에 개발된 CMOS 센서를 채용한 광학식 마우스의 경우는 기존의 광 마우스 장치와 달리 별도의 패드가 필요 없다는 장점과 역학적인 장치를 사용하지 않기 때문에 내구성이 높다는 장점을 동시에 가지고 있다. 이러한 광학식 마우스의 원리는 2001년 5월 15일자로 등록되고 발명의 명칭이 "CMOS 디지털 광 항법 방식(CMOS DIGITAL OPTICAL NAVIGTION)"인 미국 특허 6,233,368 B1 호에 상세히 개시되어 있는바, 광학식 마우스 장치 바로 아래에 있는 바닥면 혹은 지면을 내장된 조명장치(조명용 광원과 조명계)가 조명하고, 내장된 결상계가 상기 바닥 혹은 지면의 영상을 CMOS 센서에 결상하며, 제어수단이 시간에 따른 영상 정보의 변화로부터 마우스 이동 방향 및 정도를 감지하도록 구성되어 있다. 이러한 광학식 마우스 외에도 1988년 12월 27일자로 등록되고 발명의 명칭이 "광학 트랜스레이터 장치(OPTICAL TRANSLATOR DEVICE)"인 미국 특허 4,794,384호는 광원으로부터 부분 간섭광(partially coherent light)이 바닥면에 조사되면 디텍터 어레이(detectorarray)가 바닥면으로부터 반사된 스펙클 패턴(speckle pattern)의 변화를 검출함으로써 마우스의 이동이 검출되는 구성을 가진다.
이러한 구성은 사용 환경에 대한 제약 조건이 없다는 장점을 가지지만, 상기 마우스의 형태가 일반적인 필기도구와는 다른 형태를 가지므로 마우스 전체를 감싸는 방식으로 마우스의 이동이 수행되므로 정확한 좌표 이동이 어렵고, 그결과 그래픽 작업 또는 마우스 서명이 용이하지 않다는 문제점이 있었다.
상기와 같은 정교한 그래픽 작업이나 서명 작업에서 마우스를 이용한 정밀한 커서 제어를 실시하기 위해 펜타입 마우스가 개발되어 있다. 그 한 예로서 2000년 11월 21일자로 등록된 미국 특허 6,151,015호(이하, '015호라 함)의 "컴퓨터 포인팅 장치 종류의 펜(PEN LIKE COMPUTER POINTING DEVICE)"은 도 1에 도시된 바와 같이 원통형 몸체(102), 발광소스(104), 렌즈(110), 광 모션 탐지부(108), 스위치(106), 통신 링크(116, 118), 버튼들(112, 114)을 포함한다. 상기 발광소스(104)는 빛을 발광하며, 상기 렌즈(110)는 상기 발광소스(104)로부터 발광된 빛이 바닥면으로부터 반사되어 발생하는 반사광을 결상시킨다. 그 다음, 렌즈(110)에 의해 결상된 바닥면의 영상이 상기 광 모션 탐지부(108)로 인가되면 장치의 이동에 따른 영상의 변화로부터 이동 방향 및 이동량을 구한 후 통신 링크(116, 118)를 통해 컴퓨터로 송신한다.
그러나, 상기 '015호의 광 마우스 장치는 정교한 그래픽 작업이나 자연스러운 필기 작업에 적용하는데 있어 다음과 같은 세 가지의 문제점을 안고 있다.
첫번째 문제점은 광 마우스 장치의 구경이 커 손으로 쥐기 힘들다는 것이다.도 1을 참조하면 바닥면의 영상을 캡쳐하는 광 모션 탐지부(108)는 중심축에 대해 수직방향으로 설치되어 있다. 그런데, IC칩의 일종인 상기 광 모션 탐지부(108)는 반도체 칩의 표준화된 크기를 가지므로 중심축에 대해 수직한 방향(가로방향)의 크기가, 중심에 대해 평행방향(세로방향)의 크기보다 상대적으로 크다. 따라서 도 1에 도시된 형태로 광 모션 탐지부(108)를 설치하는 경우 장치의 구경이 커지게 되므로 손으로 잡고 사용하기가 곤란하다는 문제점이 있다.
두번째 문제점은 특정 바닥면에서는 마우스의 이동을 정확하게 감지하지 못한다는 것이다. 도 1을 참조하면 상기 '015호의 광 마우스 장치는 발광소스(104)로부터 발광된 빛을 바닥면으로 저각으로 전달하기 위한 수단을 포함하고 있지 않으므로, 도 2에 도시된 바와 같이 발광소스(104)로부터 바닥에 조사되는 빛의 입사각(θ)이 커질 수도 있다. 이로 인하여, 상기 발광소스(104)에 의해 조사되는 바닥면이 어떠한 무늬도 갖지 않거나, 같은 색을 가진 경우에는 마우스의 이동을 감지하지 못하는 문제가 발생한다. 도 2에서 바닥면(21)은 복사용지와 같이 색깔이 균일하고 무늬가 없는 면을 확대한 것이다. 보통의 조명하에서 맨눈으로 보면, 이러한 바닥면의 요철을 확인할 수 없으나, 실제로 도 2에 도시된 바닥면(21)과 같은 미세한 요철을 가진다. 도 2에서, 발광소스(104)에서 바닥으로 조사되는 빛의 입사각(θ)이 40도 이상이 되는 경우, 상기 요철 부분의 좌, 우측 부분(24, 23) 모두 빛이 조사되므로, 렌즈를 통해서 관찰한 바닥의 영상에서는 요철의 좌, 우측 경사면(24, 23)을 구분할 수 없게 된다.
세번째 문제점은 광 마우스 장치가 바닥면으로부터 이격된 경우 커서의 위치를 추적할 수 없다는 것이다. 도 3을 참조하면, 문자나 그림을 입력하는데 있어서, 통상적으로 펜에 의한 필기 동작은 펜이 바닥면에 접촉되어 이동되는 펜다운(pen-down) 동작과, 펜이 바닥면으로부터 이격되어 이동되는 펜업(pen-up) 동작의 조합으로 이루어진다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 알파벳 대문자 "X" 자를 쓰고자 하는 경우, 펜다운 동작으로 "／"을 쓰는 단계(S1), 펜업 동작으로 펜을 이동시키는 단계(S2) 및 펜다운 동작으로 "＼"를 쓰는 단계(S3)로 이루어진다. 일반적으로 펜업 동작에서 이격 거리는 대략 3mm 이하가 된다.
그런데, 상기 '015호의 광 마우스 장치를 이용하여 문자를 입력하고자 하는 경우, 먼저 마우스를 바닥면에 대고 설정버튼을 클릭한 상태에서 "／"을 끊이지 않게 연결하여 쓴 다음(S1), 설정버튼을 뗀 상태에서 마우스를 바닥면에 접촉한 채로 적당한 위치로 이동시켜야 한다(S2). 그리고, 다시 설정버튼을 누르고 마우스를 바닥면에 접촉한 채로 "＼"를 써야 한다(S3). 그런데, 여기서 문자를 입력하지 않고 마우스를 이동만 하는 때(S2)에도 좌표 추적을 위해서 마우스를 바닥면에 접촉한 상태를 계속 유지하면서 이동하여야 한다. 마우스가 바닥면으로부터 떨어져 있는 경우에는 바닥면(21)으로부터 렌즈(110)까지의 거리가 멀어지므로 펜이 바닥면(21)에 접촉된 상태에 맞추어 설계된 렌즈(110)에 의해서는 광 모션 탐지부(108)에 빛을 정확히 결상할 수 없기 때문이다. 따라서, 펜업 상태에서는 정확한 좌표값 측정이 불가능하여 자연스런 필기동작에 의한 문자나 그림 입력이 어렵게 된다.
상기한 바와 같이 필기 동작은 마우스가 바닥면에 접촉할 때와 접촉하지 않고 이동할 때가 연속적으로 이어질 때 자연스럽게 이루어지는데, 종래의 마우스에의하면 항상 마우스를 바닥면에 접촉한 상태로 문자나 그림을 그려야 하기 때문에 필기 동작이 부자연스러우며 원하는 대로 문자를 입력하기 어렵다. 더욱이, 현대에는 인터넷상으로 거의 모든 업무가 처리되고 있는 시점에서, 문서상에 자신의 서명을 해야 할 경우가 자주 생길 수 있다. 그런데, 종래의 마우스 장치로는 서명과 같은 독특한 글씨체를 입력하는 것은 매우 어려우므로 사용자가 모니터상에 평소 자신의 서명을 제대로 재현하기는 거의 불가능하다.
따라서, 문자나 그림의 자연스런 입력을 위해서는 펜의 바닥면에 대한 접촉 또는 비접촉 상태에 따른 연속적인 좌표 추적을 위해 그 위치값을 정밀하게 측정할 수 있는 수단이 필요하다.
또한, 정교한 그래픽 작업이나 자연스러운 필기 작업을 위해 요구되는 종래의 펜형 광 마우스 장치의 문제점을 해결한다고 하더라도, 또 다른 두가지 중요한 문제점이 예상된다. 펜형 광 마우스 장치를 실제 사용하는 경우 펜형 광 마우스 장치를 지면에 수직으로 세워 사용하기보다는 약간 기울여 사용하므로, 펜형 광 마우스 축은 지면에 수직한 법선(z축이라 명명함)에 대해 일정한 기울기를 가지게 되며, 이로 인하여 펜형 광 마우스의 y축은 기울기에 의해 영향을 받는 반면 x축은 기울기에 의해 영향을 받지 않게 된다. 즉, 펜형 광 마우스의 x축과 y축에 대한 배율이 달라지므로 예를 들어 사용자가 광 마우스 장치로 원이라는 도형을 그리면 컴퓨터로 전송되는 마우스의 이동 정보는 원이 아니라 가로 및 세로 비율이 다른 타원이 된다는 문제점이 있다. 여기서 언급한 x,y,z축의 정의는 다음과 같다. 먼저 바닥면 혹은 지면에 수직한 방향을 z축이라 하고, 지면 즉 z축에 수직한 평면을 xy평면이라 한다. 이때, 법선(z축)과 펜형 광 마우스 축이 이루는 평면에 포함되면서, xy 평면 위에 놓이는 직선 혹은 방향을 y축이라 하고, y축에 수직하면서 동시에 xy 평면에 놓이는 또 다른 방향을 x축이라 한다.
게다가, 바닥면의 영상을 캡쳐하는 광 모션 탐지부(108)는 자신의 수평방향과 수직방향을 마우스의 이동에 따른 기준방향으로 설정하고 있는데, 펜형 광 마우스의 형상은 기본적으로 원통형이므로 사용자가 펜형 광 마우스를 쥐는 파지 자세에 따라 펜형 광 마우스 장치 내부의 광 모션 탐지부가 기준각도로부터 회전될 수 있을 것이다. 이로 인하여, 사용자가 펜형 광 마우스를 다른 파지 자세로 잡으면 펜형 광 마우스를 수평방향으로 이동시키는 방향과 내장된 광 모션 탐지부(108)의 수평방향이 나란하지 않게 되어, 광 모션 탐지부(108)가 인식하는 마우스의 이동방향과 실제 펜형 광 마우스의 이동 궤적이 일정 각도만큼 틀어져 왜곡이 발생한다는 문제점이 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 제1목적은 영상센서를 펜형 광 마우스 장치 본체 내부 측면에 설치함으로써 굵기가 축소되어 손으로 쥐기 쉬운 펜형 광 마우스 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2목적은, 조명장치에서 조사된 빛이 바닥면에 저각으로 조사되도록 광을 가이드함으로써 바닥면의 상태와 관계없이 마우스의 이동을 정확하게 감지할 수 있는 펜형 광 마우스 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제3목적은, 마우스가 바닥면에 접촉된 채로 이동하는 경우 및 마우스가 바닥면으로터 이격되어 이동하는 경우를 구분하여 감지하고, 감지된 접촉압력에 따라 쓰기 명령이 자동으로 인식되도록 하며, 마우스의 접촉 또는 비접촉 여부에 관계없이 연속적인 좌표추적을 수행함으로써 직접 펜으로 쓰는 것과 같이 편리하게 쓰기 또는 그리기 입력을 할 수 있는 펜형 광 마우스 장치 및 펜형 광 마우스 장치의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제4목적은, 사다리형 수차(trapezoidal distortion)를 최소화하는 동시에 사용자가 펜형 광 마우스를 쥐는 자세에 따라 마우스 좌표값의 왜곡을 보정함으로써, 사용자가 펜형 광 마우스를 어떤 자세로 쥐더라도 정확한 커서 이동 및 쓰기 입력을 할 수 있는 펜형 광 마우스 장치 및 펜형 광 마우스 장치의 제어방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 펜형 광 마우스 장치의 구성도이다.
도 2는 종래의 펜형 광 마우스 장치에 있어서 조명장치에서 조사된 빛이 바닥면에 입사하는 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 문자를 필기하는데 필요한 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 내부 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 내부 구성의 또 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 조명장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 광 가이드의 일 예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 조명장치에서 조사된 빛이 바닥면에 입사되는 과정을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 영상센서의 배열각도를 조절하여 사다리형 수차(trapezoidal distortion)를 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 내부 구성의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치에 채용된 텔레센트릭계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 조명장치와 광 가이드를 일체형으로 형성한 경우의 개략적인 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치 제어방법의 흐름도이다.
도 17은 펜형 광 마우스 장치의 기울기 변동에 따라 배율의 이방성을 보정하는 방법의 흐름도이다.
도 18은 펜형 광 마우스 장치의 기울기 변동에 따라 배율의 이방성을 보정하는 또 다른 방법의 흐름도이다.
도 19는 펜형 광 마우스 장치의 기울기 변동에 따라 배율의 이방성을 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 펜형 광 마우스 장치의 파지위치 변화에 따른 왜곡을 보정하는 방법의 흐름도이다.
도 21은 펜형 광 마우스 장치의 파지위치 변화에 따른 왜곡을 보정하는 또 다른 방법의 흐름도이다.
도 22는 펜형 광 마우스 장치의 파지위치 변화에 따른 왜곡을 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 펜형 광 마우스 장치의 파지위치 변화에 따른 왜곡을 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
*도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명*
10,45...본체 11...조명장치
12...광 가이드 13...결상계
14...영상센서 15...제어수단
16...송신수단 17...설정버튼
18...휠 스위치 19...접촉감지수단
20,21...바닥면 30...텔레센트릭계
40...필기구 42...압력감지수단
상기 제1목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광경로 변환기를 통해 수렴되는 반사광의 경로를 변경하여 영상센서를 펜형 광 마우스 장치 본체 내부 측면에 설치한 것을 특징으로 한다.
상기 제2목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광 가이드를 통해 조명장치에서 조사된 빛이 바닥면에 저각으로 조사되도록 광을 가이드하는 것을 특징으로 한다.
상기 제3목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 접촉감지수단에 의한 마우스의 접촉력 감지에 의해 쓰기 명령이 자동으로 인식되도록 하며, 긴 초점거리를 갖는 렌즈 또는 텔레센트릭계를 이용하여 광학계의 초점 심도를 길게 해 줌으로써, 마우스의 바닥면에 대한 접촉 여부에 관계없이 좌표측정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 제4목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광경로 변환기나 영상센서 또는 둘 다의 배열각도를 조정하거나 텔레센트릭계를 이용하여 사다리형 수차를 최소화하는 것을 특징으로 한다.
상기 제4목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 사용자로부터 입력된 필기습관에 따라 보정 인자를 계산하여 상기 계산된 보정 인자를 기초로 하여 마우스의 좌표값에서 배율의 이방성을 보정하거나, 기울기감지 센서로부터 감지된 펜형 광 마우스 장치 중심축의 기울기를 기초로 하여 마우스의 좌표값에서 배율의 이방성을 보정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제4목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 사용자로부터 입력된 필기습관에 따라 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 계산하고, 상기 계산된 펜형 마우스 장치의 회전각도를 기초로 하여 마우스의 좌표값을 보정하거나, 회전각도 감지 센서로부터 감지된 펜형 마우스 장치의 회전각도를 기초로 하여 마우스의 좌표값을 보정하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 사시도이다.
도 4에 도시된 펜형 광 마우스 장치는 마우스 본체(10), 조명장치(11), 광 가이드(12), 결상계(13), 영상센서(14), 제어수단(15), 송신수단(16), 설정버튼(17), 휠 스위치(18) 및 접촉감지수단(19)을 포함한다.
상기 펜형 마우스 본체(10)는 그 단면이 원형 또는 타원형으로 손에 쥐기 편한 형태로 제조된 펜 형상을 가지며, 바람직하게 사용자의 손가락을 파지할 수 있도록 다수의 파지부(미도시)를 포함한다.
접촉감지수단(19)은 예를 들어 압력센서와 같이 마우스 본체(10) 선단이 책상면과 같은 임의의 접촉면(20)에 접촉할 때 압력을 감지하며, 조명장치(11)는 마우스 본체(10) 선단의 접촉감지수단(19)이 압력을 감지하는 경우, 즉, 펜이 바닥면에 접촉하였다는 신호에 의해 내부의 빛을 발광한다. 물론, 설정버튼(17) 또는 휠 스위치(18)를 이용하여 조명장치(11)를 동작하게 할 수 있으며, 제어수단(15)을 이용하여 마우스를 사용하지 않는 경우에는 상기 조명장치(11)를 미약하게 동작시키고 마우스를 사용하는 경우 상기 접촉감지수단(19)에 의해 압력이 감지되거나 영상센서(14)에서 영상에 어떠한 변화가 감지되는 순간 조명장치(11)를 정상적인 밝기로 동작하도록 할 수도 있다.
상기 광 가이드(12)는 조명장치(11)에서 조사된 빛이 바닥면(20)에 일정한 각도로 조사되도록 광을 가이드 한다. 그러나 이러한 광 가이드(12)는 경우에 따라 생략가능한데, 예를 들면 펜형 광 마우스가 책상면과 같은 임의의 바닥면에서 사용되는 경우에 광 가이드(12) 없이 펜형 광 마우스의 구현이 가능하다.
상기 결상계(13)는 상기 광 가이드(12)를 통해 조사된 빛이 바닥면으로부터 반사되어 발생하는 반사광을 결상시켜 영상센서(14)로 출력한다.
영상센서(14)는 상기 결상계(13)에서 집속되어 결상된 빛을 수광하여 전기적 신호로 변환시켜 제어수단(15)으로 제공한다. 제어수단(15)은 영상센서(14)에서 변환된 전기적 신호에 따라 증폭, 여과작용 및 광전변환을 수행하여 모니터 상에 표시되는 커서의 좌표값을 계산한다.
송신수단(16)은 상기 제어수단(15)에서 계산된 좌표값 및 상기 각종 기능의 설정신호를 마우스 포트를 통해 컴퓨터 본체 내부의 제어수단으로 제공한다. 물론 송신수단(16)은 유무선 송신이 모두 가능하다. 설정버튼(17)과 휠 스위치(18)는 제어수단(15)을 통해 모니터 상에서 소정의 작업을 수행하기 위한 기능버튼들이다.
또한, 상기 펜형 광 마우스 장치는 바람직하게 펜형 광 마우스 장치의 기울기 변동에 따른 배율의 이방성을 보정할 수 있도록 바닥면에 수직한 법선에 대한 상기 펜형 광 마우스 장치 중심축의 기울기를 감지하는 기울기감지 센서(미도시)를 더 포함하며, 펜형 광 마우스 장치의 파지위치 변화에 따른 왜곡을 보정할 수 있도록 상기 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 감지하는 회전각도 감지 센서(미도시)를 더 포함한다. 여기에서, 상기 기울기감지 센서로는 내장된 추에 작용하는 중력을 이용하여 펜형 광 마우스 장치 중심축의 기울기를 감지하는 센서, 또는 밀폐된 공간에 채워진 유체의 이동, 전기용량 변화, 전류의 변화, 엔코더(encoder)에 의하여 펜형 광 마우스 장치 중심축의 기울기를 감지하는 센서를 사용할 수 있으며, 현재 각광을 받고 있는 MEMS(Micro-electromechanical systems)기술을 적용한 센서도 사용할 수 있다.여기서, 상기 기울기 감지센서는 마우스 본체에 설치되며, 바닥면에 수직한 법선에 대한 상기 펜형 광마우스 장치 중심축의 기울기를 감지하여 전기적 신호로 변환한 후, 상기 변환된 전기적 신호를 제어수단으로 제공한다. 이 때, 상기 제어수단은 상기 기울기 감지센서에서 감지되어 전기적 신호로 변환, 제공된 기울기 값을 기초로하여 영상센서로부터 제공받은 전기적 신호로부터 계산한 좌표값에서 배율의 이방성을 보정한다.또한, 상기 회전각도 감지 센서는 마우스 본체에 설치되며, 상기 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 감지하여 전기적 신호로 변환한 후, 상기 변환된 전기적 신호를 제어수단으로 제공한다. 이 때, 상기 제어수단은 상기 회전각도 감지센서에서 감지되어 전기적 신호로 변환, 제공된 회전각도를 기초로 하여 영상센서로부터 제공받은 전기적 신호로부터 계산한 좌표값을 보정한다.
또한, 상기 펜형 광 마우스 장치는 바람직하게 컴퓨터와 독립적으로 휴대용 입력 기기로도 활용할 수도 있는데, 이를 위하여 휴대시 펜형 광 마우스의 이동궤적을 저장할 수 있는 메모리(미도시)를 더 포함한다. 따라서, 휴대시 사용자가 상기 펜형 광 마우스 장치를 이용하여 종이나 메모지 위에 중요한 내용을 메모하면 제어수단에서 계산된 좌표값을 기초로 추적되는 펜형 광 마우스의 이동 궤적이 벡터 이미지나 비트맵 이미지 형태로 상기 펜형 광 마우스의 메모리에 저장되며, 이렇게 저장된 정보는 나중에 컴퓨터와 무선 혹은 유선으로 연결되었을 때 특정 응용 소프트웨어를 통해 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 내부 구성의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5에서, 도 4와 동일한 부분은 동일한 참조부호를 사용한다.
조명장치(11), 광 가이드(12), 결상계(13), 영상센서(14) 및 제어수단(15)의 동작은 도 4에서 설명한 것과 동일하므로 그 설명은 생략하기로 한다.
상기 결상계(13)는 결상렌즈(13a)와 광경로 변환기인 반사경 또는 직각 프리즘(13b)을 포함한다. 결상렌즈(13a)는 조명장치(11)로부터 조사되어 광 가이드(12)를 거쳐 바닥면(20)에 조사되어 반사된 빛을 결상한다.
반사경 또는 직각 프리즘(13b)은 결상렌즈(13a)를 통과하는 빛의 경로 상에 설치되어, 조사되는 빛의 경로를 변경하여 영상센서(14)에 정확히 결상되도록 한다.
도 6은 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 내부 구성의 또 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 6의 장치는 도 5의 장치와 결상계의 구조만 다르고 나머지 요소들은 모두 동일하다. 즉, 도 6에서는, 결상계(13)의 광경로 변환기로 반사경 또는 직각 프리즘(13b) 대신에 펜타 프리즘(13c)이 구비된다.
펜타 프리즘(13c)은 반사경 또는 직각 프리즘과 마찬가지로 결상렌즈(13a)를통과하는 빛의 경로 상에 설치되어, 조사되는 빛의 경로를 90˚도로 변경하여 영상센서(14)로 정확히 결상되도록 한다.
그리고 광경로 변환기로 상기 펜타 프리즘(13c)을 사용하는 경우에는 영상의 좌표값이 컴퓨터 상에 디스플레이되는 커서의 좌표값과 방향이 일치하므로 좌표값 계산시 마우스의 움직이는 방향으로 좌표값을 계산하면 된다.
도 7은 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7에서, 사용자가 좌표 위치 입력장치를 구비한 마우스 본체(10)를 손에 펜을 잡듯이 쥐고 책상면과 같은 바닥면(20)에 접촉시키면, 펜형 광 마우스 장치 선단의 접촉감지수단(19)이 접촉 압력을 감지하며, 이때 조명장치(11)는 펜이 바닥면에 접촉하였다는 신호에 의해 내부의 빛을 발광한다.
조명장치(11)의 일 예가 도 8에 도시되어 있다. 도 8에서, 조명장치(11)는 원형 또는 타원형의 PCB기판(11b), PCB기판(11b) 위에 일정한 간격으로 설치된 다수의 발광수단(11a) 및 기판(11b)에 전원을 공급하기 위한 전원선(11c)으로 구성된다. 여기서는 소형, 저휘도의 발광수단(11a)을 사용하면서도, 바닥면에 조사되는 빛의 양을 크게 하여 결상계(13)를 통해 영상센서(14)에 결상되는 반사광의 양을 크게 하기 위해 다수의 발광수단(11a)이 사용된다.
한편, PCB기판(11b) 상에 있는 발광수단(11a)은 여러 가지 방법으로 동작될 수 있다. 우선, 마우스를 사용하지 않는 경우에는 상술한 바와 같이 상기 제어수단(15)에 의해 상기 발광수단(11a)이 미약하게 동작되는 상태가 유지된다.그리고, 기능버튼들인 설정버튼(17)이나 휠 스위치(18)가 작동될 때 발광수단(11a)이 정상적으로 작동되도록 할 수 있다. 또는 마우스를 사용하지 않는 동안에는 미약한 빛을 내는 조건으로 발광수단(11a)을 동작시키지만, 접촉감지수단(19)에 의해 압력이 감지되거나, 영상센서(14)를 통해 어떠한 영상의 변화가 감지되는 순간 상기 제어수단(15)에 의해 발광수단(11a)이 정상적인 밝기로 동작되도록 할 수 있다. 여기에서 마우스의 미작동시에도 상기 발광수단(11a)이 미약한 빛을 유지하고 있으므로 상기 마우스를 사용하기 위해 마우스를 이동시키면 상기 영상센서(14)에서 영상의 변화가 감지되어 마우스가 정상 작동될 수 있는 상태로 전환된다.
이밖에 상기 접촉감지수단(19)에서 감지되는 신호에 의해 발광수단(11a)에 전원을 공급 또는 차단하여 빛의 발광을 조정할 수 있도록 할 수 있다. 이렇게 하면 마우스가 사용되지 않는 동안에는 발광수단(11a)이 작동하지 않으므로 절전 효과가 있다.
상술한 바와 같이 접촉감지수단(19)에서 접촉압력이 감지되거나 영상센서(14)에서 영상 변화가 감지되면 도 5 또는 도 6에 도시된 조명장치(11)로부터 빛이 발광된다.
다음으로 조명장치(11)의 발광수단(11a)으로부터 발광된 빛은 광 가이드(12)를 통과하면서 바닥면에 조사된다.
도 9는 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치의 광 가이드의 일 예를 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 광 가이드(12)는 볼록렌즈(12a), 광 도파로(12b) 및 오목렌즈(12c)를 포함한다. 상기 볼록렌즈(12a)는 발광수단(11a)으로부터 소정의각(작게는 20˚, 크게는 140˚ 이상)을 가지고 퍼지면서 방출되는 빛을 평행광 형태로 집속한다. 상기 볼록렌즈(12a)에 의해 평행광으로 변환된 빛은 광 가이드(12)의 광 도파로(12b)를 지나게 된다. 이때, 빛이 광 가이드(12) 밖으로 새어 나가는 것을 방지하기 위해 광 도파로(12b)의 각면은 진행광에 대해 전반사 조건을 만족한다. 또한, 빛이 바닥면을 저각으로 비추도록 도 9에 도시된 바와 같이 광 도파로(12b) 내에 비스듬한 반사면을 설치한다. 그리고 광 도파로(12b)를 통해 진행된 빛은 광 가이드(12)의 최종단 즉, 오목렌즈(12c)를 통과하여 바닥면에 조명된다. 한편, 오목렌즈(12c)는 광 가이드(12)를 통과해 나가는 빛을 어느 정도 퍼지도록 하여 조명되는 지역을 원하는 크기로 해 주며 동시에 바닥면에 균일하게 조명하도록 한다.
광 가이드(12)로부터 나온 빛이 바닥면(20)을 비추는 각도( θ)를 저각으로 유지하는 이유를 도 10을 참조하여 설명한다. 도 10에서, 바닥면(21)은 복사용지와 같이 색깔이 균일하고 무늬가 없는 면을 확대한 것으로, 보통의 조명 하에서는 이러한 바닥면(21)을 맨눈으로 보면 그 면의 요철을 확인할 수 없으나 실제로는 도 10에 도시된 바닥면(21)과 같은 미세한 요철이 존재한다. 따라서, 도 2에 도시된 것과는 달리, 조명장치(11)로부터 조사되어 광 가이드(12)를 통해 바닥면(21)에 조사되는 빛의 입사각이 저각(대개 10˚∼25˚ 정도)일 경우에는 요철 부분의 좌측 경사면(26)에는 빛이 비춰지지만, 요철 부분의 우측 경사면(25)에는 빛이 전혀 비춰지지 않게 된다. 그러므로 저각으로 빛을 조명하게 되면, 결상계(13)를 통해 영상센서(14)에 의해 감지된 바닥면의 영상은 요철 부분의 좌, 우측 경사면이 서로다른 밝기, 즉 무늬를 가진 영상으로 관찰된다.
물론, 광 가이드(12)로부터 나온 빛이 바닥면(21)을 비추는 각도는 바닥면(21)과 요철부분의 간격 및 높이에 따라 영향을 받지만, 통상적인 바닥면(21)의 요철의 간격과 높이를 고려하면 25˚이하가 적당하다. 물론, 각도가 너무 낮을 경우에는 조명의 효율이 떨어지게 되며 또한 요철이 균일하지 않으면 높은 요철에 의해 낮은 요철이 가리어 영상이 효과적으로 형성되기 어려우므로 10˚이상이 적당하다.
다음으로, 상기 바닥면에 조사되어 반사된 반사광은 결상계(13)로 입사되어 결상된다.
바닥면에 조사되어 반사된 반사광은 결상계(13)의 결상렌즈(13a)를 통과하면서, 도 5에 도시된 바와 같이, 반사광의 경로 상에 45˚로 기울어져 설치된 광경로 변환기인 반사경 또는 직각 프리즘(13b)에 의해 경로가 변경되어 마우스 본체 측면에 부착된 영상센서(14) 표면 위에 정확히 결상된다. 즉, 광학계의 상면(image plane)이 영상센서 면과 일치한다.
물론 상기 광경로 변환기는 상기의 반사경 또는 직각 프리즘(13b) 외에 다른 수단이 사용될 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이, 결상계(13)의 광경로 변환기로 펜타 프리즘(13c)을 사용할 수도 있다.
광경로 변환기로 도 5에 도시된 반사경 또는 직각 프리즘(13b)을 사용하는 경우에는 영상의 좌우가 뒤바뀌어 좌표값을 마우스가 움직이는 방향과 반대방향으로 읽게 되므로 좌표값 계산시에 이를 반영해야 한다. 그러나, 도 6에 도시된 펜타프리즘(13c)을 사용하는 경우에는 영상의 좌우가 뒤바뀌지 않으므로 좌표값 계산시 마우스의 움직이는 방향으로 좌표값을 계산하면 된다. 또한 펜타 프리즘(13c)을 사용하는 경우에는 결상렌즈(13a)와 펜타 프리즘(13c) 간의 거리를 짧게 구성할 수 있으므로 펜형 광 마우스 장치의 크기를 소형화할 수 있다.
또한, 상기 결상계(13)의 배율은 1에 가까운 값을 가지도록 바닥면(21)과 결상렌즈(13a) 사이의 광경로와 결상렌즈(13a)와 영상센서(14)사이의 거리는 거의 같아야 하며, 이 거리는 사용하는 결상렌즈(13a)의 초점 거리의 2배가 되도록 설정하여야 한다. 만일 배율이 1보다 크거나 작은 결상계(13)를 구성하는 경우, 하드웨어 측면에서 펜형 광 마우스 장치의 실제 이동거리와 영상센서(14)와 제어수단(15)에 의해 인식된 이동거리가 달라지게 되므로 마우스의 동작 정밀도가 저하되거나 비효율적이게 된다. 하지만, 마우스를 이용한 고도의 정밀 작업을 수행하는 경우에는 인위적으로 배율을 낮출 필요가 있다. 이러한 장점을 활용하기 위해 광학계의 배율을 인위적으로 조정하기 위한 방안으로 줌 렌즈를 사용하거나 바닥면과 결상렌즈(13a) 사이의 광경로와 결상렌즈(13a)와 영상센서(14) 사이의 거리를 조정하는 장치를 부가할 수 있다.
펜형 광 마우스 장치의 결상렌즈(13a)로는 광학유리로 제작된 보통의 구면렌즈를 사용할 수 있으며, 펜형 광 마우스 장치의 소형화 및 경량화를 위해 비구면 형상을 갖는 플라스틱 사출 렌즈를 사용할 수도 있다. 비구면 볼록 렌즈를 사용하면, 결상계(13)의 구경을 더 줄일 수 있기 때문에 마우스 장치의 굵기를 작게 제조할 수 있으며, 유리 렌즈에 비해 무게를 감소시켜, 수작업 시 손에 걸리는 부하를줄일 수 있고 펜형 광 마우스 장치의 동작을 더욱 안정적으로 구현할 수 있다. 특히 본 발명에 따른 결상계(13)는 종래의 광 마우스 장치에 비해 긴 초점 거리의 결상렌즈(13a)를 사용하므로, 결상계(13)의 초점심도가 깊어 유리판 아래에 있는 바닥면에 대해서도 펜형 광 마우스 장치가 정상적으로 동작할 수 있으며, 펜형 광 마우스 장치가 지면에 접촉하지 않고 약간 위에 있는 경우에도 정상적인 동작을 할 수 있다.
그리고 펜형 광 마우스 장치를 실제 사용하는 경우, 펜형 광 마우스 장치를 지면에 수직으로 세워 사용하기보다는 약간 기울여 사용하게 되는데 이때 결상계(13)의 측면에서 보면 사다리형 수차가 발생할 수 있다. 이러한 수차가 발생하면, 펜형 광 마우스 장치의 이동 방향에 따라, 이동 거리를 다르게 감지하는 문제가 발생하거나, 동작이 비정상적일 수 있으므로, 결상렌즈(13)는 사다리형 수차가 최소화된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 도 11에 도시된 바와 같이, 펜형 광 마우스를 자연스런 상태로 잡았을 때 광 마우스 본체(10)가 기울어짐에 따라 영상센서(14)에 대해 바닥면(20)이 상대적으로 기울어져 있다고 생각할 수 있다. 이때 바닥면(20)으로부터 반사된 광이 결상렌즈(13a')를 통과해 영상센서(14)에 수광될 때 상기 바닥면(20)이 기울어진 정도를 고려하여 상기 영상센서(14)를 기울여 놓음으로써 사다리형 수차를 최소화 할 수 있다. 즉, 바닥면(20)이 기울어진 것에 대해 대칭적으로 영상센서(14)의 위치를 조절하는 것이다. 또는, 상기 광경로 변환기(13b)(13c)의 위치를 조절하거나, 상기 영상센서(14)와 상기 광경로 변환기의 위치를 같이 조절하여 사다리형 수차를 최소화할 수 있다.
다음으로, 상기 결상렌즈(13a)와 광경로 변환기로 이루어진 결상계(13)에 의해 결상된 바닥면의 영상은 영상센서(14)에 의해 전기적인 신호로 변환되어 제어수단(15)으로 전송된다.
영상센서(14)는 수렴되는 반사광의 경로를 수직으로 변경하는 결상계(13)의 광경로 변환기에 의해 도 5 또는 도 6에 도시된 바와 같이 펜형 광 마우스 장치 본체 내부 측면에 설치할 수 있다. 따라서, 영상센서(14)의 가로방향의 길이가 펜형 광 마우스 장치의 직경보다 크더라도 마우스 장치의 본체 내부 어느 곳에나 설치할 수 있으므로 펜형 광 마우스 장치의 굵기를 축소하여 구성할 수 있다.
제어수단(15)이 상기 전기적 신호를 이용하여 마우스의 움직임, 즉, 이동방향 및 거리에 따라 변환되는 x, y 좌표값을 계산한 후 송신수단(16)을 통해 컴퓨터로 전송하면, 컴퓨터는 모니터 상에 디스플레이되는 커서의 위치, 움직임을 표시하게 된다.
상기 펜형 광 마우스 장치의 움직임에 따라 영상센서(14)와 제어수단(15)이 펜형 광 마우스 장치의 이동방향 및 거리를 인식하는 원리는 다음과 같다.
펜형 광 마우스 장치는 일반적으로 매초 1500 장 정도의 바닥면(21)의 영상을 결상계(13)를 통해 순차적으로 받아들이며, 상기의 바닥면(21)의 영상은 내부적으로 18×18 pixel로 구성되어 있다. 특정무늬(반드시 무늬일 필요는 없으며, 흠집이나 색깔이 변하는 부분이라도 관계없음)가 있는 바닥면(21)을 마우스를 통해 관찰하는 경우에 관찰된 영상 내의 어딘가에 특정 무늬에 해당하는 부분이 존재한다. 따라서, 펜형 광 마우스 장치를 이동하게 되면 매 시간별로 관찰되는 영상에서 특정 무늬 부분의 위치도 마우스 이동 방향과 속도에 비례하여 이동할 것이므로, 특정 무늬 부분이 어느 방향으로 얼마나 이동했는지를 판단하면 펜형 광 마우스 장치의 이동방향 및 이동거리를 인식할 수 있다.
다음으로, 사용자는 펜형 광 마우스 장치를 이동시킴으로써 커서를 원하는 위치에 이동시킨 후, 펜 부분에 장착된 설정버튼(17)을 눌러 모니터 화면상의 아이콘 또는 프로그램 등을 선택 또는 실행할 수 있다.
설정버튼(17) 및 휠 스위치(18)는 통상의 마우스의 클릭 장치와 동일한 방식으로 동작된다. 따라서, 설정버튼(17)이나 휠 스위치(18)를 이용하여 아이콘이나 워드프로세서 프로그램의 문장 또는 글자를 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 커서가 원하는 아이콘 등에 위치하면, 하나의 버튼을 눌러 프로그램을 실행시키는 등의 동작을 수행하며, 다른 하나는 버튼을 눌러 메뉴 창이 뜨게 하여 메뉴에 있는 기능들을 수행하도록 할 수 있다. 또한 상단에 위치한 휠 스위치를 이용하여 화면을 상하로 조정할 수 있다.
다음은, 본 발명에 따른 텔레센트릭계(Telecentric system)를 채용한 펜형 광 마우스 장치에 대해 설명한다.
전술한 바와 같이, 펜에 의한 필기 동작은 펜이 바닥면에 접촉되어 이동되는 펜다운(pen-down) 동작과, 펜이 바닥면으로부터 이격되어 이동되는 펜업(pen-up) 동작의 조합으로 이루어진다. 즉, 자연스런 문자나 그림의 입력을 위해서는 이러한 펜다운 동작 또는 펜업 동작이 펜형 광 마우스 장치에 의해서도 동일하게 이루어져야 한다. 따라서, 문자나 그림의 자연스런 입력을 위해서는 필기 동작의 펜다운 동작 또는 펜업 동작을 판별하는 단계와, 펜다운 동작시에는 그 이동경로를 따라 좌표추적과 동시에 문자나 그림이 그려지고 펜업 동작시에는 그 이동경로를 따라 좌표추적이 가능하도록 제어하는 단계가 요구된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 펜형 광 마우스 장치는, 도 12에 도시된 바와 같이, 조명장치(11), 광 가이드(12), 텔레센트릭계(30), 영상센서(14) 및 제어수단(15)을 포함한다.
상기 텔레센트릭계(30)는 렌즈(31)와, 조리개(32), 반사경(33)을 구비하고, 상기 조리개(32)를 통과한 광은 반사경(33)에 의해 반사되어 영상센서(14)로 수광된다. 여기서, 상기 텔레센트릭계(30)는 초점심도가 길며, 결상계의 배율이 상기 펜형 광 마우스 장치와 바닥면 사이의 거리에 영향을 적게 받는다. 또한, 바닥면(20)이 마우스에 대해 상대적으로 기울어져 있는 경우 텔레센트릭계(30)는 상기 바닥면(20)의 한 점과 렌즈(31) 간의 거리에 관계없이 배율이 일정하므로 영상센서(14)에서 감지되는 마우스의 이동량을 바닥면(20)의 기울기 정도에 따라 보정할 필요가 없다. 더욱이, 도 13에 도시된 바와 같이 물체면(35)이 광축에 대해 수직하지 않은 경우에도 영상센서(14)에서 측정되는 상의 높이는 렌즈(31)로 입사되는 주광선의 높이에 비례하므로 사다리형 수차가 적게 발생된다. 따라서, 펜형 광 마우스를 바닥면에 대해 기울여 사용하더라도 사다리형 수차의 영향을 적게 받는다.
하지만, 앞서도 상술한 바와 같이 상기 영상센서(14)를 상기 바닥면(20) 또는 물체면(35)의 기울어진 정도에 대응되게 배치하여 사다리형 수차를 최소할 수있다. 또한, 상기 광경로 변환기 예컨대, 반사경(33)의 위치 및 각도를 조절하거나 상기 영상센서(14)와 반사경(33)의 위치 및 각도를 함께 조절하여 사다리형 수차를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 조명장치(11)와 광 가이드(12) 사이의 간격이나 배열 각도 등은 광축 정렬 및 광효율 등에 큰 영향을 미치므로 매우 중요하다. 광효율이 낮으면 더 높은 전력의 조명장치를 사용해야 하므로 소비전력이 높아질 뿐만 아니라, 결합되지 않은 빛이 마우스 본체 내부로 전파되면서 산란을 일으킬 수 있고 이에 따라 영상센서가 잘못된 신호를 받을 수 있다. 따라서, 도 14에 도시된 바와 같이 조명장치(11')와 광 가이드(12')를 일체로 형성하여 광축 정렬의 문제로 해결함과 아울러 생산성도 높이고 광마우스 장치를 소형화하는데도 일조할 수 있다.
이상과 같이 긴 초점 심도의 장점에 의해 본 발명의 펜형 광 마우스 장치를 바닥면에 접촉시키거나 비접촉상태에서 이동시키거나 마우스 장치의 바닥면과의 접촉 여부에 관계없이 안정적으로 위치 변화를 검출할 수 있다. 즉, 상기 펜형 광 마우스 장치는 바닥면과의 접촉여부에 관계없이 영상센서에 바닥면의 영상이 맺치게 되어 언제나 정밀한 좌표 측정이 가능하게 되므로, 자연스런 필기동작에 있어 필수 조건으로 요구되는 펜다운 동작과 펜업 동작을 제약없이 수행할 수 있게 된다.
또한, 상기 펜형 광 마우스 장치는 바람직하게 바닥면에 수직한 법선에 대한 상기 펜형 광 마우스 장치 중심축의 기울기를 감지하는 기울기감지 센서(미도시) 및 상기 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 감지하는 회전각도 감지 센서(미도시)를 더 포함하며, 휴대시 펜형 광 마우스의 이동궤적을 저장할 수 있는 메모리(미도시)를 더 포함한다.여기서, 상기 기울기 감지센서는 마우스 본체에 설치되며, 바닥면에 수직한 법선에 대한 상기 펜형 광마우스 장치 중심축의 기울기를 감지하여 전기적 신호로 변환한 후, 상기 변환된 전기적 신호를 제어수단으로 제공한다. 이 때, 상기 제어수단은 상기 기울기 감지센서에서 감지되어 전기적 신호로 변환, 제공된 기울기 값을 기초로하여 영상센서로부터 제공받은 전기적 신호로부터 계산한 좌표값에서 배율의 이방성을 보정한다.또한, 상기 회전각도 감지 센서는 마우스 본체에 설치되며, 상기 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 감지하여 전기적 신호로 변환한 후, 상기 변환된 전기적 신호를 제어수단으로 제공한다. 이 때, 상기 제어수단은 상기 회전각도 감지센서에서 감지되어 전기적 신호로 변환, 제공된 회전각도를 기초로 하여 영상센서로부터 제공받은 전기적 신호로부터 계산한 좌표값을 보정한다.또한, 상기 메모리는 마우스 본체에 설치되며, 제어수단에서 계산된 좌표값들을 기초로 추적되는 펜형 광마우스 장치의 이동궤적을 저장한다.
더욱이, 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치는 실제로 문자나 그림을 종이에 쓰거나 그리면서 모니터상에 출력할 수 있도록 필기구를 더 구비할 수 있다.
도 15을 참조하면, 본 발명의 펜형 광 마우스 장치의 본체(45) 내부에 필기구(40)을 구비하고, 상기 필기구의 후단에 압력감지수단(42)을 설치한다. 그리고, 조명장치(11), 광 가이드(12), 텔레센트릭계(30), 영상센서(14) 등은 앞서 설명한 것과 동일한 기능을 하므로 자세한 설명은 생략한다. 한편, 상기 조명장치(11)로부터 출사된 빛이 바닥면(20)에 조사되고 바닥면(20)으로부터 반사된 빛이 상기 텔레센트릭계(30)를 통해 영상센서(14)로 집속되도록 광경로 상의 상기 본체(45)에 구멍(50)이나 투명창이 구비된다.
여기서, 상기 필기구(40)를 이용하여 종이에 실제로 문자나 그림을 그리면서 쓰기 입력을 할 수 있으므로, 모니터를 보지 않고도 종이에 실제로 씌어지는 상태를 직접 확인하면서 입력할 수 있어 편리하다. 특히, 이러한 필기구를 채용한 펜형 광 마우스 장치는 회의나 토론시에 유용하게 이용할 수 있다.
이밖에 상기 필기구(40)는 선택키(44)의 작동에 의해 필기구의 팁(41)이 본체(45) 내부로 출입 가능하게 되어 있어 필기구의 사용여부를 선택할 수 있도록 되어 있다. 상기 필기구(40)의 사용시 필기구의 바닥면에 대한 압력이 상기 압력감지수단(42)에 전달되어 쓰기 입력이 수행된다. 상기 필기구(40)의 미사용시에는 필기구의 팁(41)이 상기 본체(45) 내부로 들어가 있는 상태에서 상기 본체(45) 선단부에 설치된 압력 전달부(43)에 의해 상기 압력감지수단(42)으로 압력이 전달되도록 할 수 있다. 또는, 상기 필기구(40)의 미사용시 압력을 감지하기 위해 상기 본체(45) 선단부에 별도의 접촉감지수단(미도시)을 구비할 수 있다. 또는, 잉크가 들어 있는 펜촉과 잉크가 들어있지 않은 펜촉을 마련하고 양쪽 펜촉 모두에 접촉감지수단을 구비한다.
또한, 상기 필기구(40)는 교체 가능함은 물론이다. 상기 필기구(40)의 잉크를 전부 소모한 경우에는 필기구(40)만을 교체하여 사용할 수 있다.
도 16은 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치 제어방법의 흐름도이다.
소정 시간 동안 외부로부터 입력이 없는 경우 상기 제어수단(15)에 의해 상기 조명장치(11)를 최소 밝기로 동작시킨다(S10).
사용자가 마우스 본체(10)를 책상면과 같은 바닥면(20)에 접촉시키면 상기 접촉감지수단(19)이 접촉압력을 감지하여 상기 조명장치(11)를 정상작동 상태로 활성화시키거나, 또는 사용자가 마우스 본체(10)를 이동시키면 영상센서(14)가 영상의 변화를 감지하여 상기 조명장치(11)를 정상작동 상태로 활성화시키거나, 또는 사용자가 설정버튼(17)이나 휠 스위치(18)를 선택한 경우 상기 조명장치(11)를 정상작동 상태로 활성화시킨다(S20~S30).
그 다음, 소정 대기시간이 경과되었는지 체크하여 소정 대기시간 내에 외부로부터 다른 입력이 없으면 다시 상기 조명장치(11)를 최소 밝기로 동작시킨다(S40).
상기 접촉감지수단(19)이 접촉압력을 감지한 경우에는 감지된 접촉압력(P)의크기가 소정 기준 압력(P0) 이상 이상인지를 확인하는 데(S50), 상기 기준 압력(P0)은 일반적으로 사람이 쓰기 동작을 할 때 요구되는 바닥면(20)에 대한 최소한의 압력으로, 광마우스를 상기 기준 압력(P0)보다 작은 압력으로 바닥면(20)에 접촉시키거나 광마우스가 바닥면(20)으로부터 이격되었을 때에는 쓰기 명령으로 인식되지 않으며, 이 상태에서 마우스를 이동시킬 때에는 커서만 이동되게 된다. 따라서, 쓰기 동작 외에 커서를 이동시키고자 할 때 마우스를 바닥면(20)에 약하게 접촉시킨 상태로 이동시키는 것도 가능하다. 또한, 상기 기준 압력(P0)이 0으로 설정된 경우에는 상기 펜형 광 마우스가 바닥면에 접촉되기만 하면 그 접촉력의 크기에 관계없이 쓰기 명령으로 인식되며, 개인의 펜에 대한 악력(握力)차에 관계없이 실제 쓰기 동작을 할 때와 동일한 동작으로 쓰기 입력을 할 수 있는 이점이 있다.
상기 감지된 접촉압력의 크기가 소정 기준 압력 이상이면 쓰기 명령을 제어수단(15)으로 전송하는 동시에 제어수단(15)에 의하여 마우스의 이동에 따른 좌표값을 계산한 후 입력된 문자나 도형에 대한 기록정보를 처리하여 송신수단(16)으로 출력함으로써 입력된 문자나 도형을 모니터에 출력한다(S60~S80). 여기에서, 상기 문자나 도형에 대한 기록정보는 상기 접촉감지수단(19)에 의하여 감지된 접촉압력의 크기에 따라 변화되며, 상기 접촉감지수단(19)에 의하여 감지된 접촉압력의 대소에 따라 화면에 표시되는 문자나 도형의 굵기가 조절된다.
만약 상기 감지된 접촉압력의 크기가 소정 기준 압력 이하이면 커서이동 명령을 제어수단(15)으로 전송하는 동시에 제어수단(15)에 의하여 마우스의 이동에 따른 좌표값을 계산한 후 송신수단(16)으로 커서의 위치이동을 출력하여 커서의 위치이동을 모니터에 출력한다(S90~S110).
이와 같이 상기 접촉감지수단(19)은 모니터상에 쓰기 입력이 되도록 명령하는 기능버튼으로서의 역할을 한다. 즉, 상기 마우스 본체(45)의 바닥면(20)에 대한 접촉 여부를 감지하여 접촉 상태(ON 상태)에서는 쓰기 입력이 되고, 비접촉 상태(OFF 상태)에서는 쓰기 입력 없이 좌표 측정과 함께 커서만 이동되는 것이다. 이밖에, 상기 접촉감지수단(19)은 일반적인 ON-OFF 스위치로 대체될 수도 있다.
다음은, 본 발명의 펜형 광 마우스 장치를 이용하여 실제 쓰기 입력을 하는 경우를 살펴보기로 한다. 예를 들어, 알파벳 대문자 "X"를 입력시키는 경우 앞서 설명한 바와 같이(도 3참조), 펜다운 상태에서의 "／"와(S1), 펜업 상태에서의 이동(S2) 그리고 펜다운 상태에서의 '＼'(S3)를 조합하여야 한다. 여기에서, 펜다운 상태에서 이동시킬 때에는 바닥면에 대해 일정한 압력이 가해지므로 접촉감지수단(19)에 의해 펜다운 동작 상태인 것이 감지된다. 그러면, 쓰기 명령이 자동 인식되어 쓰기가 실행된다.
그리고, 펜이 바닥면으로부터 이격되어 이동될 때에는 상기 접촉감지수단(19)에 의해 감지되는 압력이 없으므로 펜업 동작 상태임을 인식할 수 있다. 이때에는 쓰기 명령이 없는 것이므로 좌표 추적만 수행되는데, 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치는 초점심도가 긴 텔레센트릭계(30)에 의해 상기 렌즈(31)와 바닥면(20) 사이의 거리가 다소 멀어지더라도 상기 바닥면(20)으로부터 반사된 빛이 상기 영상센서(14)에 결상되는 데에는 영향이 없다. 또한, 텔레센트릭계 대신 초점 길이가 긴 렌즈를 사용함으로써 펜형 광 마우스가 바닥면으로부터 이격된 상태에서 영상센서(14)에 바닥면의 영상이 감지되도록 할 수 있다.
이와 같이 문자나 그림의 입력 명령은 펜형 광 마우스 장치의 바닥면에 대한 압력 여부에 의해 자동으로 제어되므로 사용자는 평소 종이에 글씨를 쓰거나 그림을 그리는 것처럼 하여 자연스럽게 컴퓨터 모니터 상에 문자나 그림을 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 펜형 광 마우스 장치에서는 마우스의 펜다운 동작과 펜업 동작을 구별하여 인식할 수 있고 마우스의 접촉 여부에 관계없이 텔레센트릭계에 의해 좌표 측정이 가능하므로 자연스런 필기 동작에 의해 용이하게 쓰기 입력이 가능하다.
도 17은 펜형 광 마우스 장치의 기울기 변동에 따라 배율의 이방성을 보정하는 방법의 흐름도이고, 도 18은 펜형 광 마우스 장치의 기울기 변동에 따라 배율의 이방성을 보정하는 또 다른 방법의 흐름도이며, 도 19는 펜형 광 마우스 장치의 기울기 변동에 따라 배율의 이방성을 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 19에 표시된 바와 같이, 펜형 광 마우스를 지면에 기울여 사용하는 경우 펜형 광 마우스의 x방향, y방향에 대한 배율이 달라지는데, 이러한 배율의 이방성으로 인한 문제점을 다음과 같은 방법에 의하여 보정할 수 있다.
우선, 사용자가 컴퓨터 프로그램을 통하여 자신의 필기습관을 입력하였는지 체크하여(S210), 사용자의 필기습관이 입력된 경우 사용자로부터 입력된 필기습관에 따라 보정 인자를 계산한다(S220).
더 자세히 설명하자면, 컴퓨터 프로그램을 이용하여 모니터 화면에 길이가같고 서로 수직인 x축 방향의 직선과 y축 방향의 직선을 표시한 후, 사용자에게 상기 직선을 따라 마우스를 이동시키도록 요구한다. 여기서 언급한 x,y,z축의 정의는 다음과 같다. 먼저 바닥면 혹은 지면에 수직한 방향을 z축이라 하고, 지면 즉 z축에 수직한 평면을 xy 평면이라 한다. 이때, 법선(z축)과 펜형 광 마우스 축이 이루는 평면에 포함되면서, xy 평면 위에 놓이는 직선 혹은 방향을 y축이라 하고, y축에 수직하면서 동시에 xy 평면에 놓이는 또 다른 방향을 x축이라 한다.
먼저 사용자에게 마우스를 x축 방향으로 그려진 선의 시작점으로부터 끝점까지 이동시키도록 요구하여 그 동안 컴퓨터로 전송된 마우스의 이동 정보 중에서 x 좌표의 변화량 Δx을 모두 합산한다:.
그 다음, 사용자에게 마우스를 y축 방향으로 그려진 선의 시작점으로부터 끝점까지를 이동시키도록 요구하여 그 동안 컴퓨터로 전송된 마우스의 이동 정보 중에서 y 좌표의 변화량 Δy을 모두 합산한다:.
화면상에 그려진 x축 방향의 직선과 y축 방향의 직선의 길이가 동일하고 펜형 광 마우스의 배율이 방향과 무관하게 일정하다면 측정된 xtotal,ytotal은 같은 값을 가져야 하지만, 펜형 광 마우스 장치가 바닥면에 대하여 소정 각도 기울어져 있기 때문에 상기 xtotal,ytotal의 길이는 서로 다를 것이다.
따라서, 이러한 배율의 이방성으로 인해 x축 방향, y축 방향 중 어느 한쪽의 직선의 길이를 인위적으로 확대 혹은 축소해 줄 필요가 있으며, y축 방향의 길이를 변화시켜 배율의 이방성을 보정하고자 한다면 y축 좌표에 대한 보정 인자(m)를 구한다. 여기에서, 보정 인자(m)는 다음 식(1)과 같이 주어진다.
‥‥‥‥‥‥(1)
그 다음, 영상센서(14)가 영상변화를 감지하였는지 체크하여(S230), 상기 영상센서(14)가 영상변화를 감지한 경우 영상센서(14)에서 변환된 전기적 신호를 이용하여 마우스의 이동에 따른 좌표값을 계산한다(S240).
상기 계산된 보정 인자를 기초로 하여 상기 마우스의 좌표값에서 배율의 이방성을 보정하는데(S250), 다음의 식에 의하여 상기 계산된 마우스의 좌표값에서 y축 방향의 이동량 Δy를 상기에서 계산된 보정 인자(m)를 이용하여 Δynew로 변환하여 배율의 이방성을 보정한다. 여기에서, Δynew는 다음 식(2)와 같이 주어진다.
‥‥‥‥‥‥(2)
그 다음, 상기 보정된 마우스의 좌표값을 송신수단(16)으로 출력한다(S260).
만약 사용자가 컴퓨터 프로그램을 통하여 자신의 필기습관을 입력하지 않은 경우에는, 일반 사용자의 필기습관에 따라 미리 결정된 펜형 광 마우스 장치 중심축의 기울기 값을 기초로 하여 상기 계산된 마우스의 좌표값에서 배율의 이방성을 보정한다. 예를 들어, 일반 사용자의 필기습관에 따라 미리 결정된 펜형 광 마우스 장치 중심축의 기울기가 θ이면, y축 방향의 배율은 x축 방향의 배율에 비해 cos θ만큼 축소되므로, 제어수단(15)에 의하여 계산된 마우스의 좌표값에서 y축 방향의 이동량 Δy를 다음 식(3)을 이용하여 Δynew로 변환하여 배율의 이방성을 보정한 후, 상기 보정된 마우스의 좌표값을 송신수단(16)으로 출력한다. 여기에서, Δynew는 다음 식(3)과 같이 주어진다.
‥‥‥‥‥‥(3)
상기와 같은 방법에 의하여 펜형 광 마우스를 지면에 기울여 사용할 때 발생하는 배율의 이방성 문제를 해결할 수도 있지만, 이하에 설명하는 바와 같이 바닥면에 수직한 법선에 대한 펜형 광 마우스 장치 중심축의 기울기를 감지하는 기울기감지 센서에 의하여 배율의 이방성 문제를 해결하는 것도 가능하다.
우선, 기울기감지 센서를 이용하여 바닥면에 수직한 법선에 대한 상기 펜형 광 마우스 장치 중심축의 기울기를 감지한다(S310).
그 다음, 영상센서(14)가 영상변화를 감지하였는지 체크하여(S320), 상기 영상센서(14)가 영상변화를 감지한 경우 상기 영상센서(14)에서 변환된 전기적 신호를 이용하여 마우스의 이동에 따른 좌표값을 계산한다(S330).
상기 계산된 마우스의 좌표값에서 상기 기울기감지 센서로부터 감지된 펜형 광 마우스 장치 중심축의 기울기(θ)를 기초로 하여 배율의 이방성을 보정하는데(S340), 상기 마우스의 좌표값에서 y축 좌표의 변화량 Δy를 상기 식(3)을 이용하여 Δynew로 변환하여 배율의 이방성을 보정한 후, 상기 보정된 마우스의 좌표값을 송신수단으로 출력한다(S350).
또한, 펜형 광 마우스를 지면에 기울여 사용하는 경우 바닥면과 결상렌즈 사이의 거리가 변하게 되어 영상이 결상렌즈에 정확히 결상되지 못할 수도 있다. 이로 인한 영상의 흐려짐을 최소화하기 위해서는 펜형 광 마우스 내부에 설치된 결상계가 펜형 광 마우스의 중심축에서 가능한 가까운 곳을 결상하여야 하는데, 유한 직경을 가진 결상계가 펜형 광 마우스 장치 중심축의 가까운 곳을 결상하기 위해서는 결상계의 중심축이 펜형 광 마우스 장치의 중심축에 대해 일정 각도 이상 기울어져야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 펜형 광 마우스 장치에서는 펜형 광 마우스 장치의 중심축에 대하여 결상계의 중심축을 소정 각도(대략 6°)내외로 기울여 배치함으로써 기울기 변동에 따른 영상의 흐려짐을 최소화할 수 있다.
도 20은 펜형 광 마우스 장치의 파지위치 변화에 따른 왜곡을 보정하는 방법의 흐름도이고, 도 21은 펜형 광 마우스 장치의 파지위치 변화에 따른 왜곡을 보정하는 또 다른 방법의 흐름도이며, 도 22 및 도 23은 펜형 광 마우스 장치의 파지위치 변화에 따른 왜곡을 보정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 22(a)는 펜형 광 마우스를 정상적으로 파지한 경우의 단면도이고, 도 22(b)는 펜형 광 마우스를 비정상적으로 파지한 경우의 단면도이다. 도 22(a)에 표시된 바와 같이, 펜형 광 마우스를 정상적으로 파지한 경우 펜형 광 마우스의 중심축(도면에서 x축)에 대해 영상센서(14)가 인식하는 마우스의 이동방향(점선)이 평행하므로 실제 마우스의 이동방향(실선)과 영상센서(14)가 인식하는 마우스의 이동방향(점선)이 일치한다.
그러나, 도 22(b)에 표시된 바와 같이, 펜형 광 마우스를 비정상적으로 파지한 경우, 펜형 광 마우스의 중심축(도면에서 x축)에 대해 영상센서(14)가 인식하는 마우스의 이동방향(점선)이 일정 각도 만큼 틀어지게 된다. 이로 인하여, 영상센서(14)가 인식하는 마우스의 이동방향(점선)과 실제 펜형 광 마우스의 이동방향(실선)이 일정 각도만큼 틀어지게 되므로, 틀어진 각도 만큼 이동방향이 잘못 인식되어 왜곡이 발생될 수 있다.
이러한 펜형 광 마우스 장치의 파지위치 변화에 따른 왜곡은 이하에서 설명될 방법에 의하여 보정이 가능하다.
도 20을 참조하면, 먼저 사용자가 컴퓨터 프로그램을 통하여 자신의 필기습관을 입력하였는지 체크하여(S410), 사용자의 필기습관이 입력된 경우 사용자로부터 입력된 필기습관에 따라 상기 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 계산한다(S420).
사용자의 필기습관 입력과 관련하여, 사용자는 컴퓨터 프로그램 안내에 따라 펜형 광 마우스를 x축 방향으로 이동시켜 모니터 화면에 일정 길이 이상의 수평선을 긋는다. 이때, 펜형 광 마우스의 파지위치가 기준각도로부터 벗어나 있다면, 모니터 화면에는 기준각도로부터 벗어난 각도 φ만큼 기울어진 사선이 그려질 것이다. 따라서, 상기 x축 방향의 직선과 이 사선과의 기울기를 구함으로써, 간단하게 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 산출할 수 있다. 여기에서, 기준각도란 영상센서가 인식하는 수평방향이 펜형 광 마우스를 수평방향으로 이동시키는 방향과 평행한 상태에서의 펜형 광 마우스 장치의 회전각도를 의미한다.
그 다음, 상기 영상센서(14)가 영상변화를 감지하였는지 체크하여(S430), 상기 영상센서(14)가 영상변화를 감지한 경우 상기 영상센서(14)에서 변환된 전기적 신호를 이용하여 마우스의 이동에 따른 좌표값을 계산한 후(S440), 상기 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 기초로 하여 상기 마우스의 좌표값을 보정한다(S450).
이하 상기 펜형 마우스 장치의 회전각도를 기초로 하여 상기 마우스의 좌표값을 보정하는 것을 더 자세히 설명한다.
도 23에 표시된 바와 같이 펜형 광 마우스가 A점(x0, y0)으로부터 각각 x축, y축방향으로 Δx, Δy 만큼 이동하여 B'(x', y')점으로 이동한 경우, x' = x0+ Δx , y' = y0+ Δy 가 된다.
상기 컴퓨터 프로그램을 이용하여 구한 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도가 φ라면, 펜형 광 마우스의 파지위치 변화에 따른 왜곡을 보정한 새로운 좌표값 B(xc, yc)은 다음 식(4)와 같이 주어진다.
‥‥‥‥‥‥(4)
한편, 마우스는 상대 좌표 방식을 사용하기 때문에 현재 마우스의 위치 정보를 컴퓨터로 전송하는 것이 아니라, 이전 위치로부터 마우스의 이동량을 전송한다. 그러므로 위 식에서 보정된 좌표값 B(xc, yc) 대신에 보정된 이동량 Δxc, Δyc를 구해야 한다.
Δxc= xc- x0 ,Δyc= yc- y0의 관계식에 따라 펜형 광 마우스의 파지위치가 기준각도에서 φ만큼 회전된 경우 회전에 따른 왜곡을 보정한 이동량 Δxc, Δyc은 다음 식(5)와 같이 주어진다.
‥‥‥‥‥‥(5)
따라서, 이동전의 점을 기준점으로 설정할 필요가 없으며, 동시에 기준점에 대한 좌표값을 기억하고 있을 필요도 없게 된다. 다시 말해 펜형 광 마우스 장치의 이동에 따른 이동량 정보와 현재 기준각도에 대한 회전각도만 주어진다면, 위 식을 통해 펜형 광 마우스의 파지위치 변화에 따른 마우스 좌표값의 왜곡을 보정할 수 있다.
그 다음, 상기 보정된 마우스의 좌표값을 상기 송신수단으로 출력한다(S460).
상기와 같은 방법에 의하여 펜형 광 마우스의 파지위치 변화에 따른 마우스 좌표값의 왜곡을 보정할 수도 있지만, 이하에 설명하는 바와 같이 상기 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 감지하는 회전각도 감지 센서에 의하여 펜형 광 마우스의 파지위치 변화에 따른 마우스 좌표값의 왜곡을 보정하는 것도 가능하다.
도 21를 참조하면, 우선 회전각도 감지 센서에 의하여 상기 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 감지하는데(S510), 상기 회전각도 감지 센서는상기 기울기감지 센서와 단지 중심축이 다를 뿐 동일한 원리로 동작한다.
그 다음, 상기 영상센서가 영상변화를 감지하였는지 체크하여(S520), 상기 영상센서가 영상변화를 감지한 경우 상기 영상센서에서 변환된 전기적 신호를 이용하여 마우스의 이동에 따른 좌표값을 계산한 후(S530), 상기 회전각도 감지 센서로부터 감지된 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 기초로 하여 상기 계산된 마우스의 좌표값을 보정하고 상기 보정된 마우스의 좌표값을 송신수단으로 출력한다(S540~S550). 여기에서, 회전각도 감지 센서로부터 감지된 펜형 마우스 장치의 회전각도를 기초로 하여 마우스의 좌표값을 보정하는 절차는 상기에서 설명한 것과 동일하므로 그 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명의 펜형 광 마우스 장치 및 펜형 광 마우스 장치의 제어방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 광 가이드를 통해 발광수단으로부터 조사된 빛을 바닥면으로 저각으로 전달하면서 빛이 주변으로 확산되지 않도록 하여 반사되는 반사광을 크게 함으로써 거의 모든 바닥면에서 정상적으로 동작할 수 있으며, 별도의 마우스 패드 없이 마우스를 동작시킬 수 있는 장점이 있다.
둘째, 광경로 변환기를 통해 수렴되는 반사광의 경로를 수직으로 변경하여 영상센서를 펜형 광 마우스 장치 본체 내부 측면에 설치할 수 있으므로 영상센서의크기에 관계없이 펜형 광 마우스 장치의 직경을 렌즈의 직경보다 약간 큰 정도로 형성할 수 있어, 펜형 광 마우스 장치의 굵기를 손에 쥐기 용이한 크기로 축소하여 구성할 수 있다.
셋째, 보통의 결상렌즈 대신에 줌렌즈를 사용하거나, 결상계의 배치를 조정하는 기능을 부과함으로써, 마우스의 동작 정밀도를 조정할 수 있게 되며 고정밀 작업에 적합하도록 하는 가변성을 부여할 수 있다.
넷째, 렌즈 구경에 비해 긴 초점거리를 갖는 렌즈 또는 텔레센트릭계를 이용하여 초점심도를 길게 함으로써 마우스의 펜다운 동작과 펜업 동작을 구별하여 인식함과 아울러 마우스의 바닥면에 대한 접촉 여부에 관계없이 좌표측정을 할 수 있어 자연스런 필기 동작에 의해 쓰기 입력을 할 수 있다.
다섯째, 광경로 변경 수단이나 영상센서 또는 둘 다의 배열 각도를 조정하거나, 텔레센트릭계를 이용함으로써 펜형 광 마우스를 지면에 대해 기울여 사용하더라도 사다리형 수차의 영향을 적게 받는다.
여섯째, 접촉감지수단에 의한 마우스의 접촉력 감지에 의해 쓰기 명령이 자동으로 인식되도록 함으로써 자연스럽고 간편하게 쓰기 입력이 가능하다.
일곱째, 펜형 광 마우스 장치의 기울기 변동에 따른 배율의 이방성을 보정할 수 있으며, 펜형 광 마우스의 파지위치 변화에 따른 마우스 좌표값의 왜곡을 보정할 수 있으므로, 사용자가 펜형 광 마우스를 어떤 자세로 쥐더라도 정확한 커서 이동 및 쓰기 입력을 할 수 있다.

Claims (12)

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  4. 반사광을 이용하여 마우스의 움직임을 검출하여 컴퓨터 모니터 상에 커서의 위치를 표시하기 위한 펜형 광 마우스 장치로서, 펜형 마우스 본체; 빛을 조사하는 조명장치; 상기 조명장치로부터의 빛이 바닥면에 조사된 후 상기 바닥면으로부터 반사된 빛을 집속하고, 상기 집속된 빛의 경로를 변경하여 영상센서에 수광시키는 결상계; 상기 마우스 본체의 내측면에 위치하며 상기 결상계로부터 입사되는 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환시켜 제어수단으로 제공하는 영상센서; 상기 마우스 본체에 위치하며 바닥면에 수직한 법선에 대한 상기 펜형 광 마우스 장치의 중심축의 기울기를 감지하여 전기적 신호로 변환시켜 제어수단으로 제공하는 기울기 감지센서; 상기 조명장치에서 빛이 조사되도록 제어하고, 상기 영상센서에서 변환된 전기적 신호를 이용하여 컴퓨터 모니터 상에 디스플레이되는 커서의 좌표값을 계산하며, 상기 기울기 감지센서에서 변환된 전기적 신호에 의한 기울기 값을 기초로 상기 계산된 좌표값에서 배율의 이방성을 보정하는 제어수단; 및 상기 제어수단에서 계산된 좌표값을 컴퓨터 본체로 전송하는 송신수단을 포함함을 특징으로 하는 펜형 광 마우스 장치.
  5. 반사광을 이용하여 마우스의 움직임을 검출하여 컴퓨터 모니터 상에 커서의 위치를 표시하기 위한 펜형 광 마우스 장치로서, 펜형 마우스 본체; 빛을 조사하는 조명장치; 상기 조명장치로부터의 빛이 바닥면에 조사된 후 상기 바닥면으로부터 반사된 빛을 집속하고, 상기 집속된 빛의 경로를 변경하여 영상센서에 수광시키는 결상계; 상기 마우스 본체의 내측면에 위치하며 상기 결상계로부터 입사되는 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환시켜 제어수단으로 제공하는 영상센서; 상기 마우스 본체에 위치하며 상기 펜형 광 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 감지하여 전기적 신호로 변환시켜 제어수단으로 제공하는 회전각도 감지 센서; 상기 조명장치에서 빛이 조사되도록 제어하고, 상기 영상센서에서 변환된 전기적 신호를 이용하여 컴퓨터 모니터 상에 디스플레이되는 커서의 좌표값을 계산하며, 상기 회전각도 감지 센서에서 변환된 전기적 신호에 의한 회전각도를 기초로 상기 계산된 좌표값을 보정하는 제어수단; 및 상기 제어수단에서 계산된 좌표값을 컴퓨터 본체로 전송하는 송신수단을 포함함을 특징으로 하는 펜형 광 마우스 장치.
  6. 반사광을 이용하여 마우스의 움직임을 검출하여 컴퓨터 모니터 상에 커서의 위치를 표시하기 위한 펜형 광 마우스 장치로서, 펜형 마우스 본체; 빛을 조사하는 조명장치; 상기 조명장치로부터의 빛이 바닥면에 조사된 후 상기 바닥면으로부터 반사된 빛을 집속하고, 상기 집속된 빛의 경로를 변경하여 영상센서에 수광시키는 결상계; 상기 마우스 본체의 내측면에 위치하며 상기 결상계로부터 입사되는 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환시켜 제어수단으로 제공하는 영상센서; 상기 조명장치에서 빛이 조사되도록 제어하고, 상기 영상센서에서 변환된 전기적 신호를 이용하여 컴퓨터 모니터 상에 디스플레이되는 커서의 좌표값을 계산하는 제어수단; 상기 마우스 본체에 위치하며 상기 제어수단에서 계산된 좌표값들을 기초로 추적되는 펜형 광 마우스 장치의 이동궤적을 저장하기 위한 메모리; 및 상기 제어수단에서 계산된 좌표값 또는 메모리에 저장되어 있는 이동궤적을 컴퓨터 본체로 전송하는 송신수단을 포함함을 특징으로 하는 펜형 광 마우스 장치.
  7. 삭제
  8. 마우스 본체, 조명장치, 결상계, 영상센서, 제어수단, 송신수단, 설정버튼, 및 접촉감지수단을 구비하는 펜형 광 마우스 장치의 제어방법에 있어서,
    사용자가 컴퓨터 프로그램을 통하여 자신의 필기습관을 입력하였는지 체크하는 단계(S210);
    사용자의 필기습관이 입력된 경우 사용자로부터 입력된 필기습관에 따라 보정 인자를 계산하는 단계(S220);
    상기 영상센서가 영상변화를 감지하였는지 체크하는 단계(S230);
    상기 영상센서가 영상변화를 감지한 경우 상기 영상센서에서 변환된 전기적 신호를 이용하여 마우스의 이동에 따른 좌표값을 계산하는 단계(S240);
    상기 계산된 보정 인자를 기초로 하여 상기 마우스의 좌표값에서 배율의 이방성을 보정하는 단계(S250); 및
    상기 보정된 마우스의 좌표값을 상기 송신수단으로 출력하는 단계(S260)를 포함하는 것을 특징으로 하는 펜형 광 마우스 장치의 제어방법.
  9. 제 8항에 있어서, 사용자가 컴퓨터 프로그램을 통하여 자신의 필기습관을 입력하지 않은 경우, 일반 사용자의 필기습관에 따라 미리 결정된 펜형 광 마우스 장치 중심축의 기울기 값을 기초로 하여 상기 계산된 마우스의 좌표값에서 배율의 이방성을 보정하는 것을 특징으로 하는 펜형 광 마우스 장치의 제어방법.
  10. 마우스 본체, 조명장치, 결상계, 영상센서, 제어수단, 송신수단, 설정버튼, 기울기감지 센서를 구비하는 펜형 광 마우스 장치의 제어방법에 있어서,
    상기 기울기감지 센서를 이용하여 바닥면에 수직한 법선에 대한 상기 펜형 광 마우스 장치 중심축의 기울기를 감지하는 단계(S310);
    상기 영상센서가 영상변화를 감지하였는지 체크하는 단계(S320);
    상기 영상센서가 영상변화를 감지한 경우 상기 영상센서에서 변환된 전기적 신호를 이용하여 마우스의 이동에 따른 좌표값을 계산하는 단계(S330);
    상기 계산된 마우스의 좌표값에서 상기 기울기감지 센서로부터 감지된 펜형 광 마우스 장치 중심축의 기울기를 기초로 하여 배율의 이방성을 보정하는 단계(S340); 및
    상기 보정된 마우스의 좌표값을 상기 송신수단으로 출력하는 단계(S350)를 포함하는 것을 특징으로 하는 펜형 광 마우스 장치의 제어방법.
  11. 마우스 본체, 조명장치, 결상계, 영상센서, 제어수단, 송신수단, 설정버튼, 접촉감지수단을 구비하는 펜형 광 마우스 장치의 제어방법에 있어서,
    사용자가 컴퓨터 프로그램을 통하여 자신의 필기습관을 입력하였는지 체크하는 단계(S410);
    사용자의 필기습관이 입력된 경우 사용자로부터 입력된 필기습관에 따라 상기 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 계산하는 단계(S420);
    상기 영상센서가 영상변화를 감지하였는지 체크하는 단계(S430);
    상기 영상센서가 영상변화를 감지한 경우 상기 영상센서에서 변환된 전기적 신호를 이용하여 마우스의 이동에 따른 좌표값을 계산하는 단계(S440);
    상기 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 기초로 하여 상기 마우스의 좌표값을 보정하는 단계(S450); 및
    상기 보정된 마우스의 좌표값을 상기 송신수단으로 출력하는 단계(S460)를 포함하는 것을 특징으로 하는 펜형 광 마우스 장치의 제어방법.
  12. 마우스 본체, 조명장치, 결상계, 영상센서, 제어수단, 송신수단, 설정버튼, 회전각도 감지 센서를 구비하는 펜형 광 마우스 장치의 제어방법에 있어서,
    상기 회전각도 감지 센서에 의하여 상기 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 감지하는 단계(S510);
    상기 영상센서가 영상변화를 감지하였는지 체크하는 단계(S520);
    상기 영상센서가 영상변화를 감지한 경우 상기 영상센서에서 변환된 전기적 신호를 이용하여 마우스의 이동에 따른 좌표값을 계산하는 단계(S530);
    상기 회전각도 감지 센서로부터 감지된 펜형 마우스 장치의 기준각도에 대한 회전각도를 기초로 하여 상기 계산된 마우스의 좌표값을 보정하는 단계(S540); 및
    상기 보정된 마우스의 좌표값을 상기 송신수단으로 출력하는 단계(S550)를 포함하는 것을 특징으로 하는 펜형 광 마우스 장치의 제어방법.
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