KR100653020B1 - 무게추 움직임을 이용한 컴퓨터 입력장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무게추 움직임을 이용한 컴퓨터 입력장치로서, 자세하게는 무게추가 달린 장치에서 입력장치를 기울임에 따라 무게추는 항상 지구중심으로 떨어지려는 만유인력을 이용해서 위치를 측정, 파악해서 좌표를 입력받는 컴퓨터 입력장치이다. 먼저 원통형의 중심부에 무게추가 위치를 하고 원통형 상단과 측면에는 무게추의 기울기의 변화를 영상으로 입력받는 카메라로 구성된다. 이와 같이 본 장치를 기존의 조이패드, 마우스에 장착하여 좀더 다양한 운동패턴을 손가락이 아닌 입력장치를 쥔 상태에서 입력장치를 기울임으로서 다양한 운동패턴(전, 후, 좌, 우, 원운동)을 가지게 되어 다양한 조종성을 가지게 된다.

CMOS이미지 센서, 발광 다이오드, FPS

Description

무게추 움직임을 이용한 컴퓨터 입력장치{A computer input device which use the weight moving}

도 1은 본 발명에 따른 원통형 박스에 무게추와 장치의 기울기에 따른 무게추의 운동방향을 이미지로 입력받는 카메라로 구성된 입력장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 조종하기 이전의 입력장치의 측면에서 바라본 작동설명도.

도 3은 본 발명에 따른 조종이후의 입력장치의 변화된 작동설명도.

도 4는 본 발명에 따른 입력장치의 가동범위에서 특정범위(90도) 이상을 넘어서 사용될 때 체크하기 위한 작동설명도.

도 5는 본 발명에 따른 입력장치에서 카메라 시점에서 보는 무게추의 좌표인식에 따른 동일 좌표 데이터를 분리, 처리하는 작동설명도.

도 6은 본 발명에 따른 입력장치를 장착한 조이패드 및 마우스의 예시도.

도 7은 입력장치가 작동되는 순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

1. 카메라(또는 CMOS 이미지 센서) 및 발광 다이오드(또는 전구).

2. 측면 카메라 또는 무게추 감지 센서.

3. 수직 고정봉. 4. 무게추 연결고리. 5. 무게추.

6. Y축 좌표선. 7. X축 좌표선.

8. 입력장치가 작동하기 이전의 1번 카메라시점에서 본 입력장치의 내부.

9. 입력장치를 장착한 조이패드를 작동할 때 사용자의 시점에서 바라본 조이패드의 움직임.

10. 입력장치의 작동하기 이전의 무게추의 모습.

11. 입력장치의 작동으로 인해 기울어진 무게추의 모습.

12. 입력장치의 작동으로 인해 무게추의 이동방향이 바뀐 것을 확인할 수 있는 1번 카메라의 시점에서 본 입력장치의 내부.

13. 입력장치의 무게추가 위치한 지역의 배경색을 체크하여 카메라(또는 센서)가 배경색을 비교 감지하는 모습.

14. 입력장치의 특정가동범위(예: 전방향 30도의 카메라의 영상과 전방향 150도의 카메라의 영상)에서 같은 영상이 나온 모습.

15. 입력장치를 장착한 조이패드와 마우스.

16. 입력장치의 작동 순서도.

본 발명은 무게추 움직임을 이용한 컴퓨터 입력장치로서, 자세하게는 무게추가 달린 장치에서 기울기에 따라 무게추는 항상 지구중심으로 떨어지려는 만유인력 을 이용해서 위치를 측정, 파악해서 좌표를 입력받는 컴퓨터 입력장치이다.

본 발명은 컴퓨터, 컴퓨터 게임, 비디오 게임기의 조종입력장치로서 사용되는 조이패드, 마우스의 조종입력장치로서, 기존의 제품이 가지는 조종운동성에 영향을 미치지 않고 더욱더 다양한 운동패턴을 가지는 입력장치에 관한 것이다.

기존의 컴퓨터, 게임기를 이용해서 작업 또는 게임을 할 때 사용되는 입력장치로써 마우스, 조이스틱, 조이패드 등이 사용되고 있다. 마우스나 조이스틱 등은 스크린 상에서 표시되는 좌표 또는 특정개체를 이동시키는 것과, 스크린 상에서 표시되는 배경화면을 상하 또는 좌우로 이동시키는데 사용된다. 이러한 조종을 위해서는 조이패드의 경우 두 손을 쥐고 있는 상황에서 엄지, 검지, 중지 손가락만으로 조이패드의 버튼을 사용하게 된다. 마우스 또한 평평한 평면 위에서만 움직임으로서 2차원적인 이동조작만을 하게 된다.

그런데 위에서의 기존의 조이패드의 경우 모든 조종 및 입력버튼을 손가락만으로 조종, 입력을 해야 하는 관계로 많은 종류의 입력명령을 내리기 위해서는 손가락만으로 모두 해결하긴 힘든 것이 사실이다. 특정 게임의 경우(비행, 자동차 시뮬레이션 게임) 조이패드의 조종버튼 또는 부속된 조이스틱 컨트롤러를 이용하게 된다. 그러나 손가락만으로 조종하긴 현실감이 떨어지게 된다. 또한 마우스의 경우 컴퓨터 상에서 특정 프로그램을 이용할 때(CAD, 3D 관련 프로그램, 게임등) 3차원 물체를 다룰 경우 마우스의 평평한 평면에서의 2차원적인 운동방향만으로 3차원 물체를 표현하기 어렵다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 무게추를 이용한 컴퓨터 입력장치(우선권주 장 출원)를 제시했지만, 이전에 제시한 시스템에서는 전, 후, 좌, 우의 가동범위가 수평상태에서 90도 이상 기울기에 따른 표현을 하지 못하는 가동범위의 제약이 있었다.

따라서 본 발명은 기존의 제품인 조이패드와 마우스가 가지는 행동의 제약을 개선하기 위해서 원통형의 상단에서 부착된 막대기의 끝부분이 연결 고리로 부착된 무게추를 원통형의 중심부에 설치, 무게추가 조이스틱, 조이패드나 마우스를 쥔 상태에서 손목을 이용한 전, 후, 좌, 우, 원운동을 할 때 기울어지는 무게추의 모습을 영상으로 확인하는 카메라가 장착된 조종장치와 조종방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해서는 조이패드나 마우스에 장착된 상태에서 제품이 사용자의 의도에 따라 손에 쥔 상태에서 제품을 전, 후, 좌, 우 기울임으로서 생기는 무게추 시스템과, 무게추의 기울어짐에 따라 생기는 무게추의 변화를 체크하는 카메라 시스템, 그리고 카메라로 영상을 입력받아서 무게추의 운동방향을 디지털 데이터로 변환하는 영상좌표 데이터 처리 시스템으로 나뉘어진다.

도 1은 본 발명의 구성도로서 원통형태의 투명용기를 밑에는 X축, Y축을 구별하기 쉽게 표현한 좌표그림(6,7 7)이 있으며, 원통형 상단에서 내려오는 수직 고정봉(3)과 고정봉과 무게추를 자유롭게 움직이게 하는 연결고리(4), 그리고 무게추(5)로 구성된다. 연결고리와 무게추까지의 연결봉에는 밑의 좌표그림과 대비되는 카메라가 인식하기 쉬운 색으로 도색 되어져 있다. 그리고 원통형 상단에는 무게추의 움직임을 영상으로 입력받는 카메라(또는 CMOS 이미지 센서)와 발광 다이오드(어두울 때 내부를 밝혀서 무게추의 움직임을 잘 인식하기 위한 라이트 기능)(1)가 위치해 있으며, 측면에는 연결고리와 평행이 되는 지점에서 특정범위(전, 후, 좌, 후 90도 이상 또는 이하에서 무게추가 움직일 경우)를 체크하는 카메라(또는 센서)(2)와 원통형 용기의 연결고리와 평행이 되는 지점(90도 지점)의 상위부분(90도 이상의 지역)에 아랫부분의 색과 비교되는 색으로 칠해져 있는 구조로 이루어져 있다.

도 2는 입력장치를 조종하기 이전의 모습을 보여주는데 무게추는 평평한 상태에 있을 경우 좌표선의 정중앙(수직 고정봉이 위치해 있는 정중앙)에 위치하고 있다. 이것을 카메라는 원통형 상단에서 아래로 보이는 영상으로 확인이 가능하다.

도 3은 입력장치가 장착된 조이패드를 좌측과 하측방향으로 30도 기울임으로서 방향을 조종하기 위해 기울인 모습으로 기존의 무게추(10)가 있던 위치에서 기울어진 방향(11)로 옮겨진 모습을 카메라의 시점에서 영상을 확인(13)하여 디지털 좌표 데이터로 처리할 수 있게 된다. 이때 좌표데이터의 인식 및 처리는 상단에서 보는 카메라(1)의 영상 이미지는 무게추와 연결고리와의 사이에 있는 연결봉의 길이만이 보이게 된다. 이때 연결봉이 길게 영상으로 잡히면 그것은 입력장치를 많이 기울였다는 것을 의미하게 되고 연결봉이 짧게 영상으로 잡히면 입력장치를 작게 기울였다는 것을 의미하게 된다. 이것을 디지털 좌표 데이터로 인식은 무게추의 끝부분이 X축 좌표와 Y축 좌표(6,7)상에 위치하게 될 것이므로 중앙점에서 좌표점까지의 거리로 입력장치의 기울기 값과 방향을 측정할 수 있게 된다.

도 4는 입력장치가 장착된 조이패드를 좌측과 하측으로 90도 기울었을 때의 무게추의 움직임으로 이때 측면에 장착된 카메라(또는 센서)에서 무게추 뒤의 배경색의 검사 비교를 시도하게 된다.이것은 이후 카메라에서 인식되는 무게추의 다른 2개의 움직임이 동일 좌표를 나타낼 때 구분하기 위해서 사용된다.

도 5는 입력장치를 좌측과 하측으로 150도 기울었을 때 무게추의 움직임은 다음과 같지만 카메라의 영상좌표(14)는 도 3에서 30도 기울인 무게추의 영상좌표(12)와 같게 되는 경우가 생기게 된다. 이런 오류를 막기 위해서 측면카메라(또는 센서)(2)와 상위지역에 칠해진 색의 구분으로 가능하게 된다. 90도 이상의 무게추의 움직임이 있을 땐 미리 입력되어 있는 상위지역의 색과 카메라에서 입력되어 들어온 배경색을 비교하게 된다. 상위지역의 미리 입력된 색과 무게추 뒤의 배경색이 일치할 경우 무게추는 90도 이상의 운동을 하고 있다고 판단되기 때문에 90도 이상의 운동좌표를 얻을 수 있으며, 배경색과 입력된 색이 불일치한 경우(90도 미만의 운동지역에선 상위지역색과 다른 배경색을 가지게 되므로) 90도 미만의 운동좌표를 얻게 되는 것이다. 이러한 90도 이상과 이하의 구분방식으로 기존의 방식에서 측면 카메라가 없는 상태에서는 반 구체의 범위밖에 좌표를 입력받지 못하며 만약 90도 이상 가동이 된다 하더라도 무게추의 위치가 다르더라도 같은 좌표 데이터가 나오게 되므로 오류가 발생할 수 있지만, 측면 카메라의 감지기능으로 무게추는 거의 구체에 가까운 운동범위를 표현할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명품을 기존의 제품에 장착한 모습(15)으로 본 장치를 사용할 때 선택 가능한 버튼이 장치되어야 한다. 조이패드와 마우스의 경우 외부로 시야에 드러나 보이는 형태로 입력장치가 장착되어야 할 것이다.

도 7은 본 발명이 작동되는 순서도를 나타낸다. 먼저 평평한 위치에서 초기 시작단계에서 카메라의 체크를 통해서 무게추의 중심점에 위치한지 여부를 확인한다. 이상여부가 없을 경우 입력장치를 기울임으로서 생기는 무게추의 운동이 시작되는데, 이러한 무게추의 움직임을 상단의 카메라와 측면의 카메라로 감지하게 된다. 이러한 무게추의 움직임을 원통형 바닥에 위치한 좌표점과 비교해서 X축,Y축의 좌표를 영상으로 얻게 되고 이것을 디지털 데이터로 변환한다. 이때 측면 카메라의 감지센서에서 무게추가 위치한 지역의 배경색을 비교 감지가 되어서 90도 이상의 무게추의 움직임도 구분가능하여 정확한 좌표를 전달할 수 있게 된다. 무게추의 움직임이 없는 경우 이전 영상 데이터가 남게 되어 그대로 유지되지만 무게추의 움직임이 있어서 새로운 영상 데이터가 들어오면 바로 갱신하고 무게추의 움직임을 감지하게 된다.

위에서 설명된 내용으로 본 입력장치가 기존의 조이패드와 마우스 등 컴퓨터 입력장치에 장치되어 사용될 경우에서 먼저 게임기에 사용될 조이패드의 경우 시뮬레이션(비행, 자동차), FPS 게임에서 화면상의 초점을 조이패드의 조종버튼으로 할 때보다 좀더 유연하고 빠르게 초점을 잡을 수 있으며, 자동차 게임의 경우 조이패드를 쥔 상태에서 핸들을 쥐고 돌리는 방식처럼 조이패드를 기울이면 기존의 핸들 조이스틱을 구매할 필요 없이 현실적인 조작감을 가질 수 있다.

기존의 조이패드의 조작에선 엄지, 검지, 중지만을 이용해서 모든 조작을 했지만 다양한 게임에 대해선 만족스러운 조작을 하지 못했다.(비행 시뮬레이션일 땐 조이스틱을 사용하고, 자동차 게임일 땐 핸들을 사용해서 좀더 사실적인 조작을 구현했다.) 그러나 본 발명품을 장착한 입력장치에서는 이러한 다양한 게임종류를 만족시키는 조작을 가능하게 하며 손가락만으로 조작하던 것을 이젠 손목과 팔의 움직임으로 조종하는 다양한 운동패턴을 이룰 수 있게 된다.

또한 마우스에 장치하여 사용할 경우 3D관련 프로그램을 이용할 때 3차원 물 체를 다룰 경우 마우스를 쥔 상황에서 3차원적인 운동을 필요시 편리할 것이며, 컴퓨터 시뮬레이션 게임과 조이스틱을 필요로 하는 게임 등을 할 경우 마우스를 두 손으로 쥐고 마우스를 기울이면서 조종하는 형태로 가능해 컴퓨터 게임을 즐기는 사람에게 조이패드를 구매할 필요 없이 마우스와 조이패드를 겸용으로 사용할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 무게추를 장착한 상태에서 기울기 운동량으로 표현하는 무게추 시스템과, 카메라 영상으로 무게추의 운동량은 체크하는 카메라 시스템, 그리고 영상 이미지를 디지털 좌표 데이터로 변환하는 시스템을 가지는 컴퓨터 입력장치.
2. 청구항 1에 있어서 야간에도 작동이 가능하게 발광 시스템을 더 구비하는 컴퓨터 입력장치.
3. 청구항 1에 있어서 무게추와 무게추 연결봉이 카메라 시스템에 인식이 쉽게 하기 위해 색이 추과되어 있는 컴퓨터 입력장치.

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