KR101576169B1 - 3d 3d mouse and system comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 3D 마우스 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 일 태양에 따르면, 적어도 3 개의 거리 센서를 포함하는 레퍼런스 프레임, 및 상기 레퍼런스 프레임에 대하여 움직일 수 있는 반사 프레임을 포함하고, 상기 적어도 3 개의 거리 센서의 각각은 상기 레퍼런스 프레임과 상기 반사 프레임 간의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 3D 마우스가 제공된다.The present invention relates to a 3D mouse and a system including the same, and in accordance with one aspect of the present invention, there is provided a 3D mouse comprising a reference frame including at least three distance sensors, and a reflective frame movable relative to the reference frame, And each of the three distance sensors measures a distance between the reference frame and the reflection frame.
3D 마우스, 거리 센서 3D mouse, distance sensor
Description
본 발명은 3D 마우스 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 3D 마우스의 x 축 회전각(θx), y 축 회전각(θy), 및 z 축 방향 이동 거리(z)를 3 개의 거리 센서만으로 추정해내며, 이러한 추정을 비접촉식으로 처리함으로써, 빠른 반응 속도 및 높은 정확도를 갖고, 하드웨어적으로도 구현하기가 용이한 3D 마우스 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a system including 3D mouse, and this, and more particularly, to a 3D mouse x axis rotation angle (θ x), y-axis rotation angle (θ y), and z-axis direction moving distance (z) The present invention relates to a 3D mouse and a system including the 3D mouse, which have high response speed and high accuracy, and can be easily implemented in hardware, by estimating with only three distance sensors and processing the estimation in a non-contact manner.
Douglas Engelbart 가 미국 스탠포드 연구소에 재직하는 동안 고안을 하고 1970 년에 "X-Y Position Indicator For a Display System"이라는 명칭으로 특허를 취득한 이래로, 마우스는 마이크로소프트사의 윈도우즈와 같은 GUI(Graphical User Interface) 환경에 적합한 포인팅 장치로서 널리 사용되어 왔다.Since Douglas Engelbart devised while working for the Stanford Institute in the United States and patented the name "XY Position Indicator For a Display System" in 1970, the mouse has been adapted to a GUI (Graphical User Interface) environment such as Microsoft's Windows Has been widely used as a pointing device.
제 1 세대 마우스는 기계적인 작동 원리에 기반을 두고 있다. 기계적으로 작동하는 마우스는 크게 두 가지 종류가 있는데 그 중 한 가지는 볼 마우스이다. 볼 마우스는 보통 두 개의 롤러(roller)를 포함하며, 이러한 롤러는 마우스의 수평 운 동과 수직 운동을 감지하여 상대적인 좌표 값들을 계산한다. 한편, 다른 한 가지는 두 개의 롤러 대신 두 개의 휠(wheel)을 포함하는 마우스인데, 이 마우스는 휠의 가장자리에 형성되는 구멍을 통과하는 LED 빛이 차단되는 횟수를 카운트하는 방식으로 마우스의 수평 운동과 수직 운동을 감지하여 상대적인 좌표 값들을 계산한다.The first-generation mouse is based on mechanical working principles. There are two kinds of mechanically operating mice, one of which is a ball mouse. A ball mouse usually includes two rollers, which sense the horizontal and vertical movements of the mouse and calculate relative coordinate values. The other, on the other hand, is a mouse that includes two wheels instead of two rollers, which counts the number of times the LED light through a hole in the edge of the wheel is blocked, The vertical motion is detected and relative coordinate values are calculated.
이러한 기계식 마우스들은 제 2 세대 마우스인 광학 마우스에 의해 대체되고 있다. 이러한 광학 마우스에도 역시 여러 가지 종류가 있는데, 광학 마우스의 제 1 세대 마우스와의 가장 큰 차이점은 영상 처리를 이용한다는 점이다. 제 2 세대 마우스는 이러한 영상 처리를 위해 밑면에 18×18 의 해상도를 갖는 흑백 카메라를 구비하고 표면에서의 조도 변화를 통해 마우스의 이동 방향을 추정한다. 이러한 원리를 구현한 것을 "Optical Flow"라고 칭하기도 한다.These mechanical mice are being replaced by second generation mice, optical mice. There are many different types of optical mice. The biggest difference between the first generation mouse and the optical mouse is that they use image processing. The second-generation mouse has a black-and-white camera having a resolution of 18 × 18 on the bottom surface for the purpose of image processing, and estimates the moving direction of the mouse through the change in illuminance on the surface. Implementation of this principle is sometimes referred to as "optical flow".
그러나, 이러한 제 1 세대 마우스와 제 2 세대 마우스는 2 DOF(Degrees Of Freedom)만을 제공하며 x-y 위치 확인만을 가능하게 하므로 현재 시장이 요구하는 새로운 환경, 즉, 3D 웹 애플리케이션, 3D 그래픽 작업 애플리케이션 또는 3 차원 게임 장치 등에 사용하기에는 부적합한 측면이 있었다. 이에 따라 등장한 것이 제 3 세대 마우스이다.However, the first generation mouse and the second generation mouse provide only two degrees of freedom (DOF), and only xy positioning is possible. Therefore, a new environment required by the current market, that is, a 3D web application, Dimensional game apparatuses and the like. This is the third generation mouse.
제 3 세대 마우스로 분류되는 마우스에는 공중 마우스, 3D 마우스 그리고 비디오 마우스 등이 있으며 이러한 제 3 세대 마우스는 6 DOF 를 제공한다. 여기서, 6 DOF 는 x 축 방향 움직임, y 축 방향 움직임, z 축 방향 움직임, x 축 회전각(roll angle), y 축 회전각(pitch angle), 그리고 z 축 회전각(yaw angle)일 수 있다. 즉, 제 3 세대 마우스는 3 차원 공간에서의 여섯 가지 움직임에 대한 추적을 가능하게 한다.Mice classified as third-generation mice include public mice, 3D mice, and video mice, and these third-generation mice provide six DOFs. Here, 6 DOF may be x axis direction movement, y axis direction movement, z axis direction movement, x axis roll angle, y axis pitch angle, and z axis rotation angle (yaw angle) . In other words, a third generation mouse enables tracking of six movements in three dimensional space.
대표적으로, 가속 센서와 자이로 센서가 장착되어 있는 공중 마우스는 확장 칼만 프로세스(Extended Kalman Process)를 이용하여 6 DOF 에 해당되는 6 개의 파라미터의 값을 추정한다. 이러한 공중 마우스는 데스크와 같은 지지대가 없어도 사용이 가능한 장점이 있다. 한편, 3D 마우스와 비디오 마우스는 가격적인 측면 및 정교성의 측면에서 장점을 가지고 있다. 이 중, 비디오 마우스는 320×240 의 해상도를 갖는 CCD 카메라를 이용하여 6 DOF 를 추정하는데, 이는 특별한 패턴이 인쇄된 마우스 패드의 위치를 복잡한 영상 처리를 통하여 해독한 후 6 개의 파라미터의 값을 구하는 방식으로 작동한다. 그러나, 이러한 3D 마우스와 비디오 마우스는 접촉식으로 동작하기 때문에 사용을 위한 지지대를 필요로 하며, 반응 속도가 느리고 먼지 등의 이물질이 유입될 수 있다는 단점을 가지고 있다.Typically, a public mouse equipped with an acceleration sensor and a gyro sensor estimates six parameter values corresponding to six DOFs using an extended Kalman process. These aerial mice have the advantage that they can be used without a desk-like support. On the other hand, 3D and video mice have advantages in terms of cost and sophistication. Of these, the video mouse estimates 6 DOF using a CCD camera having a resolution of 320 x 240. This is because the position of a mouse pad on which a special pattern is printed is deciphered through complicated image processing, Lt; / RTI > However, since the 3D mouse and the video mouse operate in a contact-type manner, they require a support for use, slow reaction speed, and have a disadvantage that foreign substances such as dust can be introduced.
이러한 문제를 해결하기 위해 개발된 것이 자속(磁束)을 이용하는 비접촉식 마우스이다. 자속을 이용하는 Melexis 사의 마우스는 위치 센서를 포함한다. 이러한 위치 센서는 3 차원 공간 상의 위치 확인을 비접촉식으로 처리해내는데, 특히, 이는 자속 밀도의 세 성분(Bx, By, Bz)의 변화 값을 이용하는 방식으로 작동한다. 그러나, 이렇듯 자속을 이용하는 마우스는 자장의 영향에 민감하기 때문에, 자장의 영향에 의해 부정확한 결과를 도출해낼 수 있다는 문제점을 가지고 있다.To solve this problem, a non-contact type mouse that uses magnetic flux is developed. A Melexis mouse that uses magnetic flux includes a position sensor. This position sensor processes the position confirmation on the three-dimensional space in a noncontact manner, in particular, it operates in such a manner that the change values of the three components of the magnetic flux density (B x , B y , B z ) are used. However, since the mouse using the magnetic flux is sensitive to the influence of the magnetic field, there is a problem that an inaccurate result can be obtained due to the influence of the magnetic field.
따라서, 비접촉식으로 동작하고, 빠른 반응 속도 및 높은 정확도를 가지며, 구현 또한 용이한 제 3 세대 마우스의 개발이 시급한 실정이다.Therefore, it is urgent to develop a third-generation mouse that operates in a non-contact manner, has a high reaction speed and high accuracy, and is easy to implement.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve all the problems of the prior art described above.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 3D 마우스 및 이를 포함하는 시스템에 있어서, 거리 센서를 이용하여 측정된 값으로부터, 마우스의 x 축 회전각(θx), y 축 회전각(θy), 및 z 축 방향 이동 거리(z)를 추정해냄으로써, 빠른 반응 속도와 높은 정확도를 제공할 수 있도록 하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a 3D mouse and a system including the same, which are capable of detecting an x-axis rotation angle (? X ), a y-axis rotation angle (? Y ) (z) in the z-axis direction, thereby providing a fast response speed and high accuracy.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 하드웨어적으로 구현하기가 용이한 3D 마우스를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a 3D mouse that is easy to implement in hardware.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 3D 마우스 내에 포함되는 레퍼런스 프레임과 반사 프레임 간의 상대적인 동작을 기초로 하여 마우스의 움직임을 파악함으로써 비접촉식 3D 마우스를 구현하는 것이다.Another object of the present invention is to implement a non-contact 3D mouse by grasping the movement of the mouse based on the relative movement between the reference frame and the reflection frame included in the 3D mouse.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.In order to accomplish the above object, a representative structure of the present invention is as follows.
본 발명의 일 태양에 따르면, 적어도 3 개의 거리 센서를 포함하는 레퍼런스 프레임, 및 상기 레퍼런스 프레임에 대하여 움직일 수 있는 반사 프레임을 포함하고, 상기 적어도 3 개의 거리 센서의 각각은 상기 레퍼런스 프레임과 상기 반사 프레임 간의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 3D 마우스가 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a display device comprising: a reference frame including at least three distance sensors; and a reflective frame movable relative to the reference frame, And a distance between the first mouse and the second mouse is measured.
이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 시스템이 더 제공된다.In addition, other systems for implementing the present invention are provided.
본 발명에 의하면, 빠른 반응 속도와 높은 정확도를 갖는 3D 마우스 및 이를 포함하는 시스템을 구현할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to realize a 3D mouse having a high reaction rate and high accuracy and a system including the 3D mouse.
본 발명에 의하면, 하드웨어적으로 구현하기가 용이한 3D 마우스가 제공된다.According to the present invention, a 3D mouse which is easy to implement in hardware is provided.
본 발명에 의하면, 3D 마우스 내에 포함되는 레퍼런스 프레임과 반사 프레임 간의 상대적인 동작을 기초로 하여 마우스의 움직임을 파악함으로써 비접촉식 3D 마우스를 구현할 수 있게 되고, 이에 따라 오동작이 적고, 자장의 영향을 받지 않는 3D 마우스가 달성된다.According to the present invention, a non-contact type 3D mouse can be realized by grasping the movement of the mouse based on the relative movement between the reference frame and the reflection frame included in the 3D mouse, thereby realizing a 3D The mouse is achieved.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조, 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with one embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
한편, 본 명세서에서, 포인팅 장치의 대표적인 예로서 "마우스"를 언급하였지만, 본 발명의 기술적 사상이 구현된 것인 이상, 본 발명에 따른 포인팅 장치가 마우스로만 한정되어 받아들여져서는 안될 것이며, 본 발명에 따른 포인팅 장치는 마우스뿐만 아니라, 조이스틱, 포인팅 스틱, 위(Wii) 리모트 등과 흔히 "리모콘"이라고 약칭되는 리모트 컨트롤러(예를 들면, TV 수신기의 리모콘, DVD 플레이어의 리모콘 등)까지도 포괄하는 것으로 받아들여져야 할 것이다.In the present specification, the term "mouse" is used as a representative example of the pointing device. However, since the technical idea of the present invention is implemented, the pointing device according to the present invention should not be limited to a mouse, Not only a mouse but also a remote controller (for example, a remote controller of a TV receiver, a remote controller of a DVD player, etc.) commonly referred to as a joystick, a pointing stick, a Wii remote, It should be imported.
[본 발명의 바람직한 실시예][Preferred Embodiment of the Present Invention]
3D 마우스의 전체 구성Complete configuration of 3D mouse
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 마우스(1)의 내부 구성 중 주요 구성요소를 모식적으로 나타내는 도면이며, 도 2 는 도 1 에 도시되는 3D 마우스(1)를 포함하는 시스템의 일례를 나타내는 도면이다.Fig. 1 is a diagram schematically showing main components of an internal structure of a
먼저, 도 1 에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 마우스(1)는 2 개의 주요 구성요소, 즉, 레퍼런스 프레임(100) 및 반사 프레임(200)을 포함하여 구성될 수 있다. 레퍼런스 프레임(100)은 3D 마우스(1)의 바닥면을 형성하 는 구성요소이며, 반사 프레임(200)은 사용자의 조작에 따라 레퍼런스 프레임(100)에 대한 상대적인 움직임을 나타내는 구성요소이다. 또한, 레퍼런스 프레임(100)에는 하나 이상의 거리 센서가 포함되어 있을 수 있다.First, as shown in FIG. 1, a
한편, 도 2 에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 마우스(1)를 포함하는 시스템은 n 개의 거리 센서를 포함하는 레퍼런스 프레임(100), 연산 처리부(300), 및 통신 모듈(400)을 포함하여 구성될 수 있다.2, a system including a
본 발명에 따른 3D 마우스(1)의 동작 원리를 간단히 설명하면 다음과 같다. 레퍼런스 프레임(100)에 포함되는 하나 이상의 거리 센서가 빛을 조사하게 되면, 이는 반사 프레임(200)에 의해 반사되어 다시 레퍼런스 프레임(100)으로 돌아오게 된다. 이때, 상기 하나 이상의 거리 센서는 반사되어 돌아온 빛의 조도를 감지하여 이를 전기적 신호로 변환한다. 상기 전기적 신호는 레퍼런스 프레임(100)에 포함되는 거리 센서와 반사 프레임(200) 간의 거리와 일정한 관계를 갖게 되므로, 거리 센서는 상기 전기적 신호를 기초로 하여 레퍼런스 프레임(100)과 반사 프레임(200) 간의 거리를 측정할 수 있게 된다. 이렇게 측정된 값은 연산 처리부(300)로 전송되며, 연산 처리부(300)는 이로부터 3D 마우스(1)의 x 축 회전각(θx), y 축 회전각(θy), 및 z 축 방향 이동 거리(높이)를 파악해낼 수 있게 되는 것이다. 연산 처리부(300)에 의한 연산 처리 과정에 대해서는 후에 상세히 설명하기로 한다.The operation principle of the
연산 처리부(300)에 의해 3D 마우스(1)의 x 축 회전각(θx), y 축 회전각(θy), z 축 방향 이동 거리(높이) 등이 파악되면, 이러한 파라미터 값들은 통신 모듈 (400)을 통해 PC 등 다른 주변 장치로 전송될 수 있고, 이를 전송 받은 주변 장치는 3D 마우스(1)의 움직임을 디스플레이할 수 있게 된다.The x-axis rotation angle? X , the y-axis rotation angle? Y , and the z-axis movement distance (height) of the
여기서, 통신 모듈(400)은 연산 처리부(300)로부터의 출력 값을 주변 장치로 전송하는 기능을 수행한다. 전체적으로, 통신 모듈(400)은 연산 처리부(300)로부터의/로의 데이터 송수신이 가능하도록 하는 기능을 수행한다. 이러한 통신 모듈(400)은 지그비(ZigBee) 통신 방식, IRDA(InfraRed Data Association) 방식, RF(Radio Frequency) 통신 방식, 블루투스 통신 방식 등을 채용하는 무선 통신 모듈 또는 기타 유선 통신 모듈일 수 있다.Here, the
이하에서는, 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 3D 마우스(1)의 구성과 함께 그 동작 원리에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the
제 1 실시예First Embodiment
도 3, 도 4, 및 도 5 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 마우스(1)에 포함되는 레퍼런스 프레임(100)과 반사 프레임(200)의 구성을 나타내는 도면이다.FIGS. 3, 4, and 5 are views showing the configurations of the
도 3 및 도 4 에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 마우스(1)의 레퍼런스 프레임(100)에는 3 개의 거리 센서(110, 111, 112)가 포함될 수 있다.3 and 4, three
바람직하게는, 3 개의 거리 센서(110, 111, 112)는 레퍼런스 프레임(100) 상에서 삼각형을 이룰 수 있고, 전술한 바와 같이 이들은 각 지점에서 레퍼런스 프레임(100)과 반사 프레임(200) 사이의 거리를 측정하는 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로, 3 개의 거리 센서(110, 111, 112)는 반사 프레임(200)을 향해 빛을 조사하 는데, 반사 프레임(200)으로부터 반사된 빛의 조도로부터 반사 프레임(200)과의 거리를 파악해낸다.Preferably, the three
예를 들어, 레퍼런스 프레임(100) 상에서 제 1 거리 센서(110), 제 2 거리 센서(111), 및 제 3 거리 센서(112)의 위치가 각각 (x0, y0), (x1, y1), (x2, y2)와 같은 좌표 형식으로 표현되고, 각 거리 센서(110, 111, 112)가 측정한 반사 프레임(200)까지의 거리가 각각 d0, d1, d2인 것으로 가정하면, 3D 마우스(1)의 x 축 회전각(θx) 및 y 축 회전각(θy)에 대한 수학적인 모델은 다음과 같은 수학식 1 로 표현될 수 있다.For example, when the positions of the
이러한 수학식 1 의 해인 θx, θy는 수학식 1 의 평면 공간 상에 존재하는데, 이때 아래의 수학식 2 를 만족한다.The solutions θ x and θ y of the equation (1) exist in the plane space of the equation (1), and satisfy the following equation (2).
이러한 수학식 1 및 수학식 2 를 이용하면, θx, θy의 추정치를 구할 수 있다. 이에 따라 산출된 각각의 추정치는 아래의 수학식 3 및 수학식 4 을 통해 알 수 있다.Using these equations (1) and (2), the estimated values of? X and? Y can be obtained. Each of the estimated values thus calculated can be found by the following Equations (3) and (4).
한편, 3D 마우스(1)의 높이, 즉, 도 3 에서 거리 센서(112)를 기준으로 한 3D 마우스(1)의 위치를 나타내는 벡터 의 z 성분은 다음의 수학식 5 로 표현될 수 있다.On the other hand, the height of the
즉, 수학식 3 을 이용하여 구한 θx 값을 이용하면 3D 마우스(1)의 높이를 구할 수 있게 된다.That is, the height of the
이러한 과정을 거쳐, 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 마우스(1)를 포함하는 시스템은 3 개의 거리 센서(110, 111, 112)에 의해 측정된 값 d0, d1, d2를 통해 마우스(1)의 x 축 회전각(θx), y 축 회전각(θy), 및 z 축 방향 이동 거리(높이)를 파악해낼 수 있게 된다.The system including the
도 6 및 도 7 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 마우스(1)를 포함하는 시 스템에 의해 x 축 회전각(θx) 및 y 축 회전각(θy)이 각각 추정되는 시뮬레이션의 결과를 나타내는 그래프이다. 이 시뮬레이션에서 제 1 거리 센서(110), 제 2 거리 센서(111), 및 제 3 거리 센서(112)의 좌표를 각각 (3cm, 0cm), (1.5cm, -3cm), 및 (0cm, 0cm)로 가정하였다. 또한, 잡음은 정규분포를 갖되, 평균치 0, 표준 편차 0.2cm 이 되도록 설정하였다. 한편, 도 6 및 도 7 의 그래프에서 수직 축의 단위는 도(degree)이다. 수평 축의 단위는 초(sec)이다.6 and 7 are graphs showing the results of the simulation in which the x-axis rotation angle [theta] x and the y-axis rotation angle [theta] y are respectively estimated by the system including the
도 6 및 도 7 의 그래프에서 실선은 각각 x 축 회전각(θx) 및 y 축 회전각(θy)의 샘플 값이며, 점선은 이러한 샘플 값에 대한 시뮬레이션 값이다. 즉, 실선은 각각 3D 마우스(1)의 실제 x 축 회전각(θx) 및 y 축 회전각(θy)이라고 할 수 있고, 점선은 상기 설명한 과정을 통해 3D 마우스(1)의 x 축 회전각(θx) 및 y 축 회전각(θy)을 추정한 결과라고 할 수 있다.In the graphs of Figs. 6 and 7, the solid line is the sample value of the x-axis rotation angle [theta] x and the y-axis rotation angle [theta] y , respectively, and the dotted line is the simulation value for this sample value. That is, the solid line represents the actual x-axis rotation angle? X and the y-axis rotation angle? Y of the
도 6 및 도 7 에 도시되는 바와 같이, 추정치가 샘플 값과 일치하는 것을 알 수 있고, 이를 통해 본 발명의 3D 마우스(1)를 포함하는 시스템은 마우스(1)의 x 축 회전각(θx) 및 y 축 회전각(θy)을 정확하게 추정함을 알 수 있다.6 and 7, it can be seen that the estimated value coincides with the sample value, whereby the system including the
한편, 도 8 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 마우스(1)를 포함하는 시스템에 의해 x 축 회전각(θx) 및 y 축 회전각(θy)이 각각 추정되는 또 다른 시뮬레이션의 결과를 나타내는 그래프이다. 이 시뮬레이션에서 제 1 거리 센서(110), 제 2 거리 센서(111), 및 제 3 거리 센서(112)의 좌표는 각각 (3cm, 0cm), (1.5cm, -3cm), 및 (0cm, 0cm)로 가정하였다. 도시된 그래프에서 수평 축은 잡음의 표준 편차를 나타낸다. 이러한 잡음은 가우시안 분포를 갖되, 평균치는 0 이며, 표준 편차의 값은 0cm 에서부터 0.45cm 까지 변화하도록 설정하였다. 각 잡음 레벨당 10,000 회의 시뮬레이션을 하였다. 한편, 도 8 의 그래프에서 역시 수직 축의 단위는 도이다.8 is a graph showing another simulation in which the x-axis rotation angle [theta] x and the y-axis rotation angle [theta] y are respectively estimated by the system including the
도 8 의 그래프에서 실선은 y 축 회전각(θy)의 추정치를 나타내며, 점선은 x 축 회전각(θx)의 추정치를 나타낸다.In the graph of Fig. 8, the solid line represents the estimated value of the y-axis rotation angle [theta] y , and the dotted line represents the estimated value of the x-axis rotation angle [theta] x .
도 8 에 도시되는 바와 같이, 잡음의 표준 편차에 따라 x 축 회전각(θx) 및 y 축 회전각(θy)의 추정치도 정확히 함께 변하는 것을 알 수 있다.As shown in Fig. 8, it can be seen that the estimated values of the x-axis rotation angle [theta] x and the y-axis rotation angle [theta] y also change with the standard deviation of the noise.
한편, 도 9 는 도 8 을 참조로 하여 설명된 시뮬레이션과 같은 조건 하에서 z 축 방향 이동 거리의 추정치를 나타내는 그래프이다. 도 9 의 그래프에서 수직 축의 단위는 거리(cm)이다.9 is a graph showing an estimate of the z-axis travel distance under the same conditions as the simulation described with reference to Fig. In the graph of Fig. 9, the unit of the vertical axis is distance (cm).
도 9 에 도시되는 바와 같이, 잡음의 표준 편차에 따라 z 축 방향 이동 거리의 추정치 또한 정확히 함께 변하는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 9, it can be seen that the estimated values of the z-axis movement distance also vary with the standard deviation of the noise.
도 6 내지 도 9 의 그래프로부터 본 발명에 따른 3D 마우스(1)를 포함하는 시스템은 잡음에 노출된 상황 하에서도 상당히 정확한 추정치들을 얻어낸다는 사실을 알 수 있다.It can be seen from the graphs of FIGS. 6 to 9 that a system including the
제 2 실시예Second Embodiment
도 10 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 마우스(1)에 포함되는 레퍼런스 프레임(100)의 구성을 나타내는 도면이다.10 is a diagram showing a configuration of a
도 10 에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 마우스(1)의 레퍼런스 프레임(100)에는 5 개의 거리 센서(110, 111, 112, 113, 114)가 포함되어 구성될 수도 있다.10, in the
4 개의 거리 센서(110, 112, 113, 114)가 사각형을 이루도록 배치되고, 그 중심점에 1 개의 거리 센서(111)가 배치될 수 있다. 이러한 5 개의 거리 센서(110, 111, 112, 113, 114) 또한 전술한 바와 같이 각 지점에서의 반사 프레임(200)까지의 거리를 측정해낸다.Four
예를 들어, 레퍼런스 프레임(100) 상에서 제 1 거리 센서(110), 제 2 거리 센서(111), 제 3 거리 센서(112), 제 4 거리 센서(113), 제 5 거리 센서(114)의 위치가 각각 (x0, y0), (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3), (x4, y4)와 같은 좌표로 표현될 수 있고, 각 거리 센서(110, 111, 112, 113, 114)가 측정한 반사 프레임(200)까지의 거리가 각각 d0, d1, d2, d3, d4인 것으로 가정하면, 3D 마우스(1)의 x 축 회전각(θx) 및 y 축 회전각(θy)에 대한 수학적인 모델은 다음과 같은 수학식 6 으로 표현될 수 있다.For example, the
이러한 수학식 6 이 0 의 값을 갖는 경우의 해인 θx, θy는 수학식 6 의 평면 공간 상에 존재하는데, 이때 아래에 표현되는 5 개의 x 축 회전각(θx)과 3 개의 y 축 회전각(θy)에 대한 수학식이 만족된다.This equation (6) the same year θ x, θ y in the case having the value of 0 is to present on a plane space of the equation (6), where 5 x expressed under the shaft rotation angle (θ x) and three y-axis The equation for the rotation angle? Y is satisfied.
먼저, 첫 번째 x 축 회전각(θx,0) 추정치와 첫 번째 y 축 회전각(θy,0) 추정치는 다음의 수학식 7 및 수학식 8 로 표현된다.First, the first x-axis rotation angle (θ x, 0 ) estimation value and the first y-axis rotation angle (θ y, 0 ) estimation value are expressed by the following Equation (7) and Equation (8).
한편, 두 번째 x 축 회전각(θx,1) 추정치와 두 번째 y 축 회전각(θy,1) 추정치는 다음의 수학식 9 및 수학식 10 으로 표현된다.On the other hand, the second x-axis rotation angle (θ x, 1 ) estimation value and the second y-axis rotation angle (θ y, 1 ) estimation value are expressed by the following equations (9) and (10).
또한, 세 번째 x 축 회전각(θx,2) 추정치와 네 번째 x 축 회전각(θx,3) 추정치는 각각 다음의 수학식 11 및 수학식 12 로 표현된다.The estimates of the third x-axis rotation angle (? X, 2 ) and the fourth x-axis rotation angle (? X, 3 ) are expressed by the following equations (11) and (12), respectively.
한편, 수학식 7, 수학식 9, 수학식 11, 및 수학식 12 를 이용하면 다섯 번째 x 축 회전각(θx) 추정치를 구할 수 있으며, 이는 다음의 수학식 13 으로 표현된다.On the other hand, the fifth x-axis rotation angle? X estimation value can be obtained using Equations (7), (9), (11), and (12).
수학식 13 에 의해 구해지는 다섯 번째 x 축 회전각(θx)이 3D 마우스(1)의 x 축 회전각이 된다.The fifth x-axis rotation angle [theta] x obtained by Expression (13) becomes the x-axis rotation angle of the
한편, 수학식 8 및 수학식 10 을 이용하면 세 번째 y 축 회전각(θy) 추정치를 구할 수 있으며, 이는 다음의 수학식 14 로 표현된다.On the other hand, using Equations (8) and (10), a third y-axis rotation angle ( y y ) estimation value can be obtained, which is expressed by the following Equation (14).
수학식 14 에 의해 구해지는 세 번째 y 축 회전각(θy)이 3D 마우스(1)의 y 축 회전각이 된다.The third y-axis rotation angle? Y obtained by the expression (14) becomes the y-axis rotation angle of the
이러한 과정을 거쳐 본 발명의 3D 마우스(1)를 포함하는 시스템은 5 개의 거리 센서(110, 111, 112, 113, 114)에 의해 측정된 값 d0, d1, d2, d3, d4 를 통해 3D 마우스(1)의 x 축 회전각(θx) 및 y 축 회전각(θy)을 파악해낼 수 있게 되며, z 축 방향 이동 거리(높이)는 본 발명의 제 1 실시예를 통해 설명한 방법과 같은 방식으로 측정해낼 수 있게 된다.The system including the
도 11 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 마우스(1)를 포함하는 시스템에 의해 x 축 회전각(θx) 및 y 축 회전각(θy)이 각각 추정되는 시뮬레이션의 결과를 나타내는 그래프이다. 이 시뮬레이션에서 제 1 거리 센서(110), 제 2 거리 센서(111), 제 3 거리 센서(112), 제 4 거리 센서(113), 및 제 5 거리 센서(114)의 좌표는 각각 (3cm, 0cm), (1.5cm, -1.5cm), (0cm, 0cm), (3cm, -3cm), (0cm, -3cm)로 가정하였다. 도시된 그래프에서 수평 축은 잡음의 표준 편차를 나타낸다. 이러한 잡음은 가우시안 분포를 갖되, 평균치는 0 이며, 표준 편차는 0cm 에서부터 0.45cm 까지 변화하도록 설정하였다. 각 잡음 레벨당 10,000 회의 시뮬레이션을 하였다. 한편, 도 11 의 그래프에서 역시 수직 축의 단위는 도이다.11 is a graph showing the result of a simulation in which the x-axis rotation angle [theta] x and the y-axis rotation angle [theta] y are respectively estimated by the system including the
도 11 의 그래프에서 실선은 y 축 회전각(θy)의 추정치를 나타내며, 점선은 x 축 회전각(θx)의 추정치를 나타낸다.In the graph of Fig. 11, a solid line represents an estimated value of the y-axis rotational angle? Y , and a dotted line represents an estimated value of the x-axis rotational angle? X.
도 11 에 도시되는 바와 같이, 잡음의 표준 편차에 따라 x 축 회전각(θx) 및 y 축 회전각(θy)의 추정치도 정확히 함께 변하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 8 의 그래프를 참조로 하여 설명되었던 시뮬레이션, 즉, 3 개의 거리 센서를 이용한 시뮬레이션에서보다 더욱 정확한 추정치를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 이를 통해, 거리 센서의 개수가 많아질 수록 마우스(1)의 정확한 회전각 또는 위치 변화 값의 측정이 가능해진다는 것을 알 수 있다.As shown in Fig. 11, it can be seen that the estimated values of the x-axis rotation angle? X and the y-axis rotation angle? Y also change together with the standard deviation of the noise. It can also be seen that more accurate estimates can be obtained than in the simulations described with reference to the graph of FIG. 8, that is, simulations using three distance sensors. As a result, it can be seen that the more accurate the angle of rotation or the positional change of the
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, I will say.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 마우스의 내부 구성 중 주요 구성요소를 모식적으로 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a diagram schematically illustrating main components of an internal configuration of a 3D mouse according to an embodiment of the present invention.
도 2 는 도 1 에 도시되는 3D 마우스를 포함하는 시스템의 일례를 나타내는 도면이다.Fig. 2 is a diagram showing an example of a system including the 3D mouse shown in Fig. 1. Fig.
도 3, 도 4, 및 도 5 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 마우스에 포함되는 레퍼런스 프레임과 반사 프레임의 구성을 나타내는 도면이다.FIGS. 3, 4, and 5 are views showing the configuration of a reference frame and a reflection frame included in the 3D mouse according to the first embodiment of the present invention.
도 6 내지 도 9 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3D 마우스의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.6 to 9 are graphs showing simulation results of a 3D mouse according to the first embodiment of the present invention.
도 10 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 마우스에 포함되는 레퍼런스 프레임의 구성을 나타내는 도면이다.10 is a diagram illustrating a configuration of a reference frame included in a 3D mouse according to a second embodiment of the present invention.
도 11 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3D 마우스의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.11 is a graph showing simulation results of a 3D mouse according to the second embodiment of the present invention.
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