KR20000063192A - Pointing device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A positioning system and method in the 3 dimensional space is provided to adjust a movement strength of a cursor or an object according to the strength of the cursor or a positioner acceleration as well as position the cursor or the object without using the conventional directional keys. CONSTITUTION: A positioning system over the 3 dimensional space comprises an oscillator(1), sensors(2a,2b,2c), modulators(3a,3b,3c), a pulse width modulator(4), a micro processor(5) and a communication port(6). The oscillator(1) senses a dynamic acceleration and a gravity caused by a movement of an object. The sensors(2a,2b,2c) senses absolute acceleration quantity in the directions of X, Y,and Z with respect to a vector summation of the acceleration and the gravity sensed by the oscillator(1). The modulators(3a,3b,3c) and the pulse width modulator(4) modulates the absolute acceleration quantity. The microprocessor(5) moves the cursor or the object to a position corresponding to a variation quantity if the variation ratio of the modulated signal is more than a set value.

Description

3차원 공간상에서의 위치 결정 장치 및 방법{POINTING DEVICE}Positioning device and method in three-dimensional space {POINTING DEVICE}

본 발명은 가속도 센서를 이용한 3차원 공간에서의 위치 결정 장치(Pointing Device)에 관한 것으로서, 구체적으로는 위치 결정 장치의 공간상에서의 움직임을 감지하여 컴퓨터나 이동용 기구의 커서 위치를 결정하거나 클릭을 가능하도록 한 3차원 공간에서의 위치 결정 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a positioning device (Pointing Device) in a three-dimensional space using an acceleration sensor, and specifically detects a movement in the space of the positioning device to determine the position of the cursor or click of a computer or a moving device. The present invention relates to a positioning apparatus and method in three-dimensional space.

더욱 상세하게는 가속도 센서 또는 기울기 센서를 사용하여 위치 결정 장치의 공간에서의 움직임 즉, 가속도의 방향성분 또는 기울기를 감지하여 컴퓨터나 이동용 기구의 제어기로 전달하므로써 공간상의 이동에 대응하는 움직임 정보를 이용하여 표시창 위의 커서 위치를 결정하거나 클릭을 가능하게 하고, 방향 키의 용도로도 사용 가능하게 한 3차원 공간에서의 위치 결정 장치 및 방법에 관한 것이다.More specifically, by using the acceleration sensor or the tilt sensor, the motion in the space of the positioning device, that is, the direction component or the tilt of the acceleration is sensed and transmitted to the controller of the computer or the moving device to use the motion information corresponding to the movement in the space. The present invention relates to an apparatus and method for positioning in a three-dimensional space by which a cursor position on a display window can be determined or clicked, and also used as a direction key.

현재 사용되고 있는 마우스는 마우스 패드 또는 어느 정도 균일한 평면위에서 마우스를 이동시켜 그에 따른 볼의 회전을 감지하여 회전량에 대응하는 마우스의 위치값을 이용하여 컴퓨터로 전달하거나 또는 광 마우스의 경우는 격자형의 패드 위에서만 작업되어야 하는 단점이 있었다.Currently used mice move the mouse on a mouse pad or a uniform plane to detect the rotation of the ball and transfer it to the computer using the mouse's position value corresponding to the amount of rotation, or in the case of an optical mouse There was a drawback to working only on the pads.

즉, 종래의 마우스는 마우스가 접촉하여 움직일 수 있는 적절한 평면 또는 판이 있어야만 작업을 할 수 있므로 이동시나 휴대용 장치에 있어서는 활용이 부자연스러운 경우가 자주 발생한다.That is, the conventional mouse can only work if there is an appropriate plane or plate that the mouse can move in contact with the mouse often occurs when the movement is unnatural in the portable device.

또한, 최근 컴퓨터 그래픽 기술의 발달에 따라서 오락 시설에서의 게임 장치나 가정용의 비디오 게임 장치의 경우에 3차원의 입체적인 화상 표시를 사용한 3D 게임이 점차 일반화되고 있다.In recent years, with the development of computer graphics technology, 3D games using three-dimensional stereoscopic image display have gradually become commonplace in the case of a game device in an entertainment facility or a video game device for home use.

기존 마우스의 경우는 평면 위에서만 이동하므로써 갈수록 3차원화되는 가상 현실과 같은 새로운 컴퓨터 3차원 GUI(Graphic User Interface)에 대처하여 커서의 위치를 결정하기 힘든 입력장치로 인식되고 있다. 최근의 PDA(휴대용 PC)나 휴대전화기와 같은 경우 점차 그래픽에 의한 화면이 늘고 커서를 이용해야 하는 경우가 많아짐과 더불어 게임의 공간적인 플레이가 2차원에서 3차원으로 바뀌어짐에 따라 공간상에서 위치 결정을 위한 장치의 필요성이 점차 증대되고 있다.The existing mouse is recognized as an input device that is difficult to determine the position of the cursor in response to a new computer three-dimensional graphical user interface (GUI) such as a virtual reality that is gradually three-dimensional by moving only on a plane. In recent years, such as PDAs (portable PCs) and mobile phones, graphic screens gradually increase and users need to use cursors, and positioning in space as game play changes from 2D to 3D. There is a growing need for devices for such applications.

이를 해결하기 위하여, 3차원 마우스 또는 조이스틱 등이 개발되기는 하였으나 이는 마우스 패드의 경사가 필요하는 등 불필요한 기구적인 구속이나 제한이 있어 그 실용화에는 문제가 있었다.In order to solve this problem, a three-dimensional mouse or a joystick has been developed, but there is a problem in its practical use because of unnecessary mechanical restraints or limitations such as inclination of a mouse pad.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 가속도 센서 또는 기울기 센서를 사용하여 위치 결정 장치의 공간에서의 움직임 즉, 가속도의 방향성분 또는 기울기를 감지하여 컴퓨터나 이동용 기구의 제어기로 전달하므로써 공간상의 이동에 대응하는 움직임 정보를 이용하여 표시창 위의 커서 위치를 결정하거나 클릭을 가능하게 한 것으로서 마우스 또는 개인용 무선 휴대 전화기나 전자 수첩 등과 같이 개인이 휴대하는 제품에 적용 가능하도록 한 3차원 공간에서의 위치 결정 장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problem, by using the acceleration sensor or the tilt sensor to detect the movement in the space of the positioning device, that is, the direction component or the slope of the acceleration to the controller of the computer or the moving mechanism By using the motion information corresponding to the movement in space, the cursor position on the display window can be determined or clicked, and it can be applied to products carried by an individual such as a mouse or a personal wireless cellular phone or an electronic notebook. It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for positioning in space.

본 발명의 다른 목적은 각 방향으로의 회전이나 가속도의 움직임에 대해 위치 결정 장치의 변화율이 주어진 설정치 이상이 되면 컴퓨터에서의 방향 키의 용도로도 사용할 수 있도록 설계하므로써 3차원 공간상에서의 커서 위치 결정뿐만 아니라 커서나 표현 대상을 화면에서 일정량 이동시키는 것이 가능하도록 한 3차원 공간에서의 위치 결정 장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to determine the position of the cursor in three-dimensional space by designing it to be used as a direction key in a computer when the rate of change of the positioning device for a rotation or acceleration movement in each direction is more than a given set value. In addition, it is an object of the present invention to provide a positioning apparatus and method in a three-dimensional space that allows a certain amount of movement of the cursor or expression object on the screen.

본 발명의 또 다른 목적은 기구적인 구속이나 제한없이 위치의 변이를 수치화할 수 있도록 3차원 공간상에서의 위치 결정 장치를 구현하므로써 균일한 평면 및 별도의 마우스 패드가 사실상 불필요하여 이동시나 휴대용 장치에 있어서의 적용을 가능하도록 한 3차원 공간에서의 위치 결정 장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.It is still another object of the present invention to implement a positioning device in three-dimensional space to quantify the positional shift without mechanical constraints or limitations, so that a uniform plane and a separate mouse pad are virtually unnecessary, so that mobile or portable devices It is an object of the present invention to provide a positioning apparatus and method in a three-dimensional space to enable the application of.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 공간에서의 위치 결정 장치의 전체 블록도.1 is an overall block diagram of a positioning device in three-dimensional space according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 3차원 공간에서의 위치 결정 장치의 원리도.2 is a principle diagram of a positioning device in three-dimensional space according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서의 마이크로프로세서의 동작 제어 흐름도.3 is an operation control flowchart of the microprocessor in the preferred embodiment according to the present invention;

도 4는 본 발명의 3차원 공간에서의 위치 결정 장치를 마우스에 적용한 제1 실시예의 사용 상태도.Fig. 4 is a use state diagram of a first embodiment in which a positioning device in a three-dimensional space of the present invention is applied to a mouse.

도 5는 본 발명의 3차원 공간에서의 위치 결정 장치를 PDA에 적용한 제2 실시예의 사용 상태도.Fig. 5 is a use state diagram of a second embodiment in which a positioning device in a three-dimensional space of the present invention is applied to a PDA.

<도면의 주요부분의 부호의 설명><Description of Symbols of Major Parts of Drawings>

1 : 발진기 2a~2c : X, Y, Z 방향센서1: Oscillator 2a ~ 2c: X, Y, Z direction sensor

3a~3c : 변조기 4 : 펄스폭 변조기3a ~ 3c: modulator 4: pulse width modulator

5 : 마이크로 프로세서 6 : 통신 포트5: microprocessor 6: communication port

100 : 위치결정장치100: positioning device

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3차원 공간에서의 위치 결정 장치는 장치의 운동에 의한 운동 가속도와 정적 가속도(중력)를 감지하는 발진수단과, 발진수단에 의해서 감지한 운동 가속도와 정적 가속도의 합으로 나타나는 X, Y, Z 방향의 절대가속도 이동량을 감지하기 위한 센서 수단과, 센서 수단으로부터 제공되는 각각의 절대가속도 이동량을 절대가속도 이동량의 크기에 비례하는 펄스 신호의 폭으로 변조하기 위한 변조 수단 및 펄스폭 변조수단과, 펄스폭 변조 수단으로부터 인가되는 펄스 폭 변조된 신호의 변화율이 설정치 이상이 되면 변화량에 해당하는 양 만큼 커서나 대상을 공간상에서 이동시키고 설정치 이하일 때는 커서나 대상의 공간상에서의 이동을 정지시키도록 제어하는 제어 수단으로 이루어진 3차원 공간상에서의 위치 결정 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.Positioning apparatus in the three-dimensional space of the present invention for achieving this object is the oscillation means for detecting the movement acceleration and the static acceleration (gravity) by the movement of the device, the motion acceleration and the static acceleration detected by the oscillation means Sensor means for sensing an absolute acceleration movement amount in the X, Y, and Z directions represented by the sum, and modulation means for modulating each absolute acceleration movement amount provided from the sensor means with a width of a pulse signal proportional to the magnitude of the absolute acceleration movement amount; And when the rate of change of the pulse width modulating means and the pulse width modulated signal applied from the pulse width modulating means is greater than or equal to the set value, the cursor or object is moved in space by an amount corresponding to the amount of change. Position determination in three-dimensional space consisting of control means for controlling to stop movement It is characterized by including a tablet device.

또한 본 발명에서의 제어 수단은 변조 수단으로부터 인가되는 각 방향의 펄스 폭 변조된 신호의 변화율이 키 설정치 이상이 되면 설정된 키 설정치에 해당하는 양 만큼 '', '', '', '' 방향으로 커서나 대상을 공간상에서 이동시키고 키 설정치 이하일 때는 커서나 대상의 공간상에서의 이동을 정지시키도록 제어하여 방향 키의 용도로도 사용 가능하게 한 것을 특징으로 하는 3차원 공간상에서의 위치 결정 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control means according to the present invention, if the rate of change of the pulse width modulated signal in each direction applied from the modulation means is greater than or equal to the key set value, ',' ',' ',' Position in the three-dimensional space, characterized in that the cursor or object is moved in space in the direction of the key and the cursor or object is moved below the set value to stop the movement of the cursor or object in space. An apparatus is provided.

또한, 본 발명에서의 3차원 공간에서의 위치 결정 방법은 발진수단(1)에 의하여 장치의 운동에 의한 운동 가속도와 정적 가속도(중력)를 감지하는 제1 단계와; 센서 수단을 통하여 발진수단으로 감지한 운동 가속도와 정적 가속도의 합으로 나타나는 X, Y, Z 방향의 절대가속도 이동량을 감지하는 제2 단계와; 변조 수단 및 펄스폭 변조수단에 의하여 센서 수단으로부터 제공되는 각각의 절대가속도 이동량을 절대가속도 이동량의 크기에 비례하는 펄스 신호의 폭으로 변조하는 제3 단계; 및 제어 수단을 통하여 펄스폭 변조 수단으로부터 인가되는 펄스 폭 변조된 신호의 변화율이 설정치 이상이 되면 변화량에 해당하는 양 만큼 커서나 대상을 공간상에서 이동시키고 설정치 이하일 때는 커서나 대상의 공간상에서의 이동을 정지시키도록 제어하는 제4 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, the positioning method in the three-dimensional space in the present invention comprises a first step of detecting the motion acceleration and the static acceleration (gravity) by the motion of the device by the oscillating means (1); A second step of detecting an absolute acceleration movement amount in the X, Y, and Z directions represented by the sum of the motion acceleration and the static acceleration detected by the oscillation means through the sensor means; A third step of modulating each absolute acceleration movement amount provided from the sensor means by the modulation means and the pulse width modulation means into the width of the pulse signal proportional to the magnitude of the absolute acceleration movement amount; And when the rate of change of the pulse width modulated signal applied from the pulse width modulating means through the control means is greater than or equal to the set value, the cursor or object is moved in space by an amount corresponding to the amount of change. And a fourth step of controlling to stop.

이와 같은 3차원 공간에서의 위치 결정 장치는 그 구조상으로 크게 다음의 두가지로 나눌 수 있다.Such a positioning device in three-dimensional space can be largely divided into the following two structures.

기존의 볼 마우스 또는 트랙볼과 같이 별도로 움직일 수 있는 유닛을 유선 또는 무선으로 이동용 기구에 연결하여 사용하거나 이동용 기구에 내장하여 그 기구에 가해지는 적절한 움직임에 따라 표시창 위의 커서 위치를 결정하는 용도로 사용된다.It is used to connect a movable unit such as a conventional ball mouse or a track ball to a mobile device by wire or wirelessly, or to use the built-in mobile device to determine the cursor position on the display window according to the proper movement applied to the device. do.

또한, 일정한 주기로 피드백을 받는 기존의 위치 입력기구가 아닌 위치의 변화량에 따른 가속도의 변화와 회전의 세기 등을 정량화하므로써 보다 자연스러운 모션을 제공할 수 있는 모션 캡처기구로 사용된다.In addition, it is used as a motion capture mechanism that can provide a more natural motion by quantifying the change in acceleration and the intensity of rotation according to the amount of change in position, rather than the existing position input mechanism that receives feedback at regular intervals.

3차원 공간에서의 위치 결정 장치는 그 기능에 따라 다음의 세가지 기능을 수행한다.The positioning device in three-dimensional space performs the following three functions according to its function.

첫째, 기울기 또는 가속도에 따라 커서의 위치를 연속적으로 변화시키는 3 방향 좌표 트랙볼 또는 마우스의 기능을 가진다.First, it has the function of a 3-way coordinate trackball or mouse that continuously changes the position of the cursor according to tilt or acceleration.

둘째로 각 방향의 움직임이 주어진 문턱값(threshold)보다 큰 경우에 대해 컴퓨터 자판의 '', '', '', '' 키 중에서 그 방향에 해당하는 키를 한번 누른 것과 같은 기능을 하는 가상 키 스위치의 기능을 수행한다.Second, if the motion in each direction is greater than the given threshold, ',' ',' ',' It performs the function of a virtual key switch which has the same function as pressing the key corresponding to the direction among the 'keys.

세째로 3차원의 공간 좌표와 회전 기울기/가속도와 같은 순간적인 변화량을 정량화하는 새로운 개념의 모션 캡처기능을 수행한다.Thirdly, it performs a new concept of motion capture that quantifies instantaneous changes such as three-dimensional spatial coordinates and rotational slope / acceleration.

본 발명은 이같은 새로운 추세에 맞추어 공간상의 입력 장치의 이동 가속도 성분 또는 자세의 기울기에 따라서 커서 또는 대상의 위치를 결정하거나 키 입력을 가능하게 하고, 3차원 GUI에 대응하여 3차원 공간상에서의 이동량 입력을 가능하게 하여 컴퓨터 키보드의 방향 키 또는 조이스틱 등이 수행할 수 있는 역할을 가능하게 한다.In accordance with this new trend, the present invention enables the user to determine the position of the cursor or the object or to input a key according to the tilt of the acceleration component or attitude of the input device in space, and to input the amount of movement in the three-dimensional space corresponding to the three-dimensional GUI. To enable the direction keys or joysticks, etc. of the computer keyboard to perform the role.

이를 위하여 위치 결정 장치의 이동 가속도 또는 자세를 측정하기 위해서 가속도 센서를 사용하였고 이를 진폭 변조하여 마이크로프로세서로 입력하여 적절한 신호처리와 필터링을 통하여 커서의 위치에 대응되는 신호량으로 궤환하여 마우스의 기능을 수행하도록 개발하였다.For this purpose, an acceleration sensor was used to measure the movement acceleration or posture of the positioning device, and it was amplitude modulated and input to the microprocessor, and then fed back into the signal amount corresponding to the position of the cursor through proper signal processing and filtering. Developed to perform.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 공간에서의 위치 결정 장치의 전체 블록도를 도시한 것이다.1 shows an overall block diagram of a positioning device in three-dimensional space according to the present invention.

X, Y, Z 방향센서(2a~2c)로는 가속도 센서를 사용하고, 운동에 의한 동적 가속도(운동 가속도) 또는 정적 가속도(중력 가속도)를 감지하기 위한 발진장치(1)는 공통으로 사용한다.An acceleration sensor is used as the X, Y, and Z direction sensors 2a to 2c, and an oscillation device 1 for detecting dynamic acceleration (movement acceleration) or static acceleration (gravity acceleration) by motion is commonly used.

각 방향에 대한 정보는 각각의 방향 센서에 의해 중력 가속도와 운동 가속도의 합으로 나타나는 절대 가속도의 측정으로부터 얻고, 모두 3 방향까지의 감지가 가능하다.Information about each direction is obtained from the measurement of absolute acceleration represented by the sum of gravity acceleration and motion acceleration by each direction sensor, and all three directions can be detected.

각각의 방향 센서(2a~2c)에 의하여 감지된 절대 가속도의 양은 펄스폭 변조 회로(4)에 의해 그 크기에 비례하는 펄스의 폭으로 출력되며 이는 마이크로프로세서(5)의 캡쳐기능을 이용하여 정량화할 수 있다. 이어서, 변환된 각 방향의 센서(2a~2c) 측정치는 통신 포트(6)를 통하여 대상이 되는 전자기기로 입력된다.The amount of absolute acceleration sensed by each of the direction sensors 2a to 2c is output by the pulse width modulation circuit 4 as a pulse width proportional to its magnitude, which is quantified using the capture function of the microprocessor 5. can do. Subsequently, the measured values of the sensors 2a to 2c in each of the converted directions are input to the target electronic device through the communication port 6.

도 4 내지 도 5를 참조하여 예를들어 보면, 위치결정장치(100)를 마우스에 적용한 경우는 통신포트(6)를 통하여 컴퓨터 본체로 각 방향의 센서(2a~2c) 측정치가 입력되고 위치결정장치(100)가 PDA 또는 이동용 기구에 내장된 경우도 동일하게 적용된다.For example, referring to FIGS. 4 to 5, when the positioning device 100 is applied to a mouse, measurement values of the sensors 2a to 2c in each direction are input to the computer main body through the communication port 6, and positioning is performed. The same applies when the device 100 is embedded in a PDA or mobile device.

도 2를 참조하여 본 발명에 따른 3차원 공간에서의 위치 결정 장치의 원리를 살펴보면 다음과 같다.The principle of the positioning device in the three-dimensional space according to the present invention with reference to Figure 2 as follows.

X 방향 센서(2a)는 위치 결정 장치의 X 방향의 운동 가속도와 Y축에 대해 장치를 회전시켰을 때 얻어지는 기울기에 비례하는 정적 가속도(중력과 X 방향 단위벡터 간의 내적)의 합에 의한 절대 가속도 양을 감지하며, Y 방향 센서(2b)는 위치 결정 장치의 Y 방향의 운동 가속도와 X축에 대해 장치를 회전시켰을 때 얻어지는 기울기에 비례하는 정적 가속도(중력과 Y 방향 단위 벡터간의 내적)의 합에 의한 절대 가속도 양을 감지하게 된다.The X direction sensor 2a is an absolute acceleration amount by the sum of the acceleration in the X direction of the positioning device and the static acceleration (inner product between gravity and the X direction unit vector) proportional to the slope obtained when the device is rotated about the Y axis. And Y-direction sensor 2b is the sum of the acceleration of motion of the positioning device in the Y direction and the static acceleration (inner dot between gravity and the Y-direction unit vector) proportional to the slope obtained when the device is rotated about the X axis. Will detect the absolute amount of acceleration.

또한, Z 방향 센서(2c)는 위치 결정 장치의 Z 방향 운동 가속도와 정적 가속도(Z축 방향의 단위 벡터와 중력 가속도 간의 내적)의 합인 Z 축에 대한 절대 가속도 양을 감지하는 것에 의해 3차원 공간에서의 위치를 결정할 수 있다.In addition, the Z direction sensor 2c detects an absolute acceleration amount with respect to the Z axis, which is the sum of the Z direction movement acceleration of the positioning device and the static acceleration (inner product between the unit vector in the Z axis direction and the acceleration of gravity). The position of at can be determined.

도 3은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서의 마이크로프로세서의 동작 제어 흐름도를 나타낸 것이다.3 shows a flow chart of the operation of the microprocessor in the preferred embodiment according to the present invention.

먼저, 현재 X, Y ,Z 방향 센서(2a~2c)의 출력치를 기준 '0'으로 설정하고, 커서 또는 대상 위치를 현재 센서의 출력치와 영점 보정시의 출력치와의 차이값으로 설정한다. 이어서, X, Y, Z 방향 센서(2a~2c)의 출력 변화율이 설정된 수치 이상일 경우는 위치 결정 장치의 변화량에 해당하는 양 만큼 커서나 대상의 이동이 있는 것으로 설정하고, 센서 출력 변화율이 설정된 수치 이하일 경우는 위치 결정 장치의 이동(움직임)이 없는 것으로 설정한다. 이때, 변화율이 설정치 이상이 되어 위치 결정 장치의 변화량에 해당하는 양 만큼 커서나 대상의 이동이 있는 것으로 설정한 경우는 위치 결정 장치의 각 방향으로의 회전이나 가속도 움직임에 대해 각각의 방향( '', '', '', '' )으로 커서나 표현 대상을 3차원 화면상에서 일정량 이동시키도록 설정한다.First, the output values of the current X, Y, and Z direction sensors 2a to 2c are set to reference '0', and the cursor or the target position is set to the difference value between the output value of the current sensor and the output value at zero calibration. . Subsequently, when the output change rate of the X, Y, Z direction sensors 2a to 2c is equal to or greater than the set value, the cursor or target is moved by an amount corresponding to the change amount of the positioning device, and the sensor output change rate is set. When it is below, it sets to the movement (movement) of a positioning device. At this time, if the rate of change is greater than or equal to the set value and the cursor or the target moves by an amount corresponding to the amount of change of the positioning device, the respective directions (' ',' ',' ',' Use ') to move the cursor or expression object on the 3D screen by a certain amount.

도 1 내지 도 3을 참조하여 좀 더 구체적으로 3차원 공간에서의 위치 결정 장치의 동작을 살펴보면, 현재 위치 결정 장치가 수평면 위에 놓여있다고 가정할 때 X 방향 센서(2a)는 위치 결정 장치의 X 방향의 운동 가속도와 Y축에 대해 장치를 회전시켰을 때 얻어지는 기울기에 비례하는 정적 가속도(중력과 X 방향 단위벡터 간의 내적)의 합에 의한 절대 가속도 양을 감지하며, Y 방향 센서(2b)는 위치 결정 장치의 Y 방향의 운동 가속도와 X축에 대해 장치를 회전시켰을 때 얻어지는 기울기에 비례하는 정적 가속도(중력과 Y 방향 단위 벡터간의 내적)의 합에 의한 절대 가속도 양을 감지하게 된다.Referring to FIGS. 1 to 3, in more detail, the operation of the positioning device in three-dimensional space, assuming that the current positioning device lies on a horizontal plane, the X direction sensor 2a is the X direction of the positioning device The absolute acceleration amount is detected by the sum of the acceleration of motion and the static acceleration (inner product between gravity and the unit vector in the X direction) proportional to the slope obtained when the device is rotated about the Y axis, and the Y direction sensor 2b determines the position. The absolute acceleration amount is detected by the sum of the acceleration of motion of the device in the Y direction and the static acceleration (inner product between gravity and the unit vector in the Y direction) proportional to the slope obtained when the device is rotated about the X axis.

또한, Z 방향 센서(2c)는 위치 결정 장치의 Z 방향 운동 가속도와 정적 가속도(Z축 방향의 단위 벡터와 중력 가속도 간의 내적)의 합인 Z 축에 대한 절대 가속도 양을 감지하게 된다.In addition, the Z direction sensor 2c detects the absolute acceleration amount with respect to the Z axis, which is the sum of the Z direction movement acceleration of the positioning device and the static acceleration (inner product between the unit vector in the Z axis direction and the gravity acceleration).

X, Y ,Z 방향 센서에 의해 측정된 절대 가속도는 위치 결정 장치의 방위(orientation)에 따라 변화하기 때문에 절대 가속도에 따른 출력치를 그대로 이용하게 되면 초기 위치에 따라 화면내 커서의 위치나 나타내고자 하는 대상의 위치값이 달라지게 된다. 따라서 위치 결정 장치(기기)를 켜게 되거나 리셋 또는 영점 보정을 수행하게 되면 현재 센서 출력치를 기준 '0'점으로 기억시키고, 커서 또는 대상 위치를 현재 센서의 출력치와 영점 보정시의 출력치와의 차이값으로 설정한다(S1~S2). 이에 의하여, 커서 또는 대상 위치를 초기 방위와는 무관하게 안정되게 위치 결정을 행할 수 있게 된다.Since the absolute acceleration measured by the X, Y, Z direction sensor changes according to the orientation of the positioning device, when the output value according to the absolute acceleration is used as it is, the position of the cursor on the screen is displayed according to the initial position. The position value of the object is changed. Therefore, when the positioning device (equipment) is turned on or reset or zero calibration is performed, the current sensor output value is stored as the reference '0' point, and the cursor or target position is compared with the output value of the current sensor and the output value during zero calibration. Set to the difference value (S1 to S2). This makes it possible to stably position the cursor or the target position irrespective of the initial orientation.

또한 공간상에서 움직이기 때문에 바닥에 놓는다든지 고정할 때와 같이 의도적인 움직임에 대해 위치 궤환이 필요 없을 때를 대비하여 약지에 눌러지는 동작 스위치의 입력을 받아들여 동작 스위치가 눌러졌을 때에만 위치 결정 장치의 입력을 받아들이게 된다(S3). 일단 동작 스위치가 계속적으로 눌러지게 되면 영점 보정을 일회 수행하여 가속도 량을 측정한다(S4~S5). 이때 보정은 회전 행렬이라고 불리는 3X3 보정 행렬을 곱함으로서 현 방위(orientation)에서의 이동량을 계산할 수 있다.In addition, because it moves in space, the positioning device accepts the input of the action switch pressed on the ring finger in case the position feedback is not needed for intentional movement such as when placing it on the floor or fixing it. Accept the input of (S3). Once the operation switch is continuously pressed to measure the amount of acceleration by performing a zero calibration once (S4 ~ S5). In this case, the amount of movement in the current orientation may be calculated by multiplying a 3X3 correction matrix called a rotation matrix.

또한, X, Y ,Z 방향 센서(2a,2b,2c)는 아날로그 방식을 사용하므로 위치 결정 장치의 위치 이동이나 기울기 변화가 없는 경우에도 그 출력치가 계속 변화하여 이 출력을 그대로 사용할 경우에는 나타내고자 하는 커서 또는 대상의 위치가 계속 변하게 되므로 적절한 문턱값(threshold) 이상의 변화만 이동이 있다고 간주하고 필터링을 수행해야 할 필요가 있다(S6). 따라서 영점 보정시의 출력과의 상대치로 표현된 필터링된 출력치는 그 자체가 커서나 표현 대상의 위치에 상당하는 값으로 사용될 수도 있다. 이를 절대적 형태의 위치 결정(absolute type positioning)이라 하고 본 발명에서의 위치 결정 장치의 기울기에 상당하는 정적 가속도를 이용한 위치 표현에 유용하게 사용한다.In addition, since the X, Y, and Z direction sensors 2a, 2b, and 2c use an analog method, their output values continue to change even when there is no position shift or inclination change of the positioning device. Since the position of the cursor or the target is constantly changing, it is necessary to consider that only the change of the threshold or more is changed and perform filtering (S6). Therefore, the filtered output value expressed as a value relative to the output at the zero point correction may itself be used as a value corresponding to the position of the cursor or the expression target. This is called absolute type positioning and is usefully used for positional expression using static acceleration corresponding to the inclination of the positioning device in the present invention.

필터링이 끝난 신호량은 그 절대치와 설정 경계치를 비교하여 경계치보다 작으면 초기상태인 입력 확인 상태로 되돌아가고, 설정 경계치보다 크면 이동량 계산을 위해 다음 절차를 수행한다(S7). 즉 보정행렬을 곱함으로서 현 방위(orientation)에 대한 각 방향의 가속도치를 계산하고(S8), 각각 i=0,1,2로 나타낸 각 방향에 대한 보정가속도(x, y, z의 3방향임;i)가 설정치보다 작으면 그 방향의 이동량을 0으로 놓고(S9~S11) 설정치보다 크면 프로그램이나 동작모드 스위치에 의해 설정된 것처럼 이동량을 계산하여 PC나 표시장치와 같은 연결된 장치로 3방향의 이동량을 전송하게 된다(S10,S12~S16).When the filtered signal amount is compared with the absolute value and the set threshold value, if it is smaller than the threshold value, the signal is returned to the initial input check state, and if it is larger than the set threshold value, the following procedure is performed to calculate the movement amount (S7). That is, by multiplying the correction matrix, the acceleration values in each direction with respect to the current orientation are calculated (S8), and the correction accelerations for each direction represented by i = 0, 1, and 2 are three directions of x, y, and z, respectively. If; i) is less than the set value, the movement amount in that direction is set to 0 (S9 ~ S11). If it is larger than the set value, the movement amount is calculated in three directions to the connected device such as a PC or display device by calculating the movement amount as set by the program or operation mode switch. It is transmitted (S10, S12 ~ S16).

즉, 위치 결정 장치의 움직임이 주어졌을 때 X, Y ,Z 방향 센서의 출력 변화율이 설정된 경계치 수치 이상이 되면 변화량에 해당하는 양 만큼의 커서나 대상의 이동이 있는 것으로 간주하고 설정된 수치 이하일 때 움직임이 없는 것으로 간주한다.That is, if the output change rate of the X, Y, Z direction sensor is more than the set threshold value when the movement of the positioning device is given, it is regarded that there is the movement of the cursor or the object by the amount corresponding to the change amount and is less than the set value. It is assumed that there is no movement.

이에 의하여 위치 결정 장치를 상대적으로 빠른 회전이나 빠른 가속도의 움직임으로 커서나 표현 대상을 화면에서 이동시키고 위치 결정 장치를 천천히 원위치로 복원하게 되면 커서나 표현 대상은 화면에서 이동한 채로 고정되어 있게 된다. 이와 같은 동작 즉, 빠른 움직임에 의한 이동과 천천히 움직이는 복귀 동작을 반복하게 되면 위치 결정 장치가 위치한 공간에 제한을 받지 않고 표현 대상을 화면상의 원하는 곳 어디든지 위치시킬 수 있게 된다. 이러한 방식을 incremental type positioning이라 하고, 이 위치 결정방식의 적용에 의해 좁은 운동범위에 대해서도 화면에서의 이동을 고정도로 넓은 범위에 걸쳐서 표현할 수 있다. 다시 말하면 마이크로프로세서(5)에 설정한 설정치의 범위를 벗어난 이동은 무시하도록 설계하므로써 위치 결정 장치를 회전시키는 작은 동작에 의해서도 화면상에서의 커서 위치를 결정할 수 있게 하여 넓은 운동 범위에 걸쳐 위치 결정 장치를 움직일 필요가 없다.As a result, when the positioning device is moved on the screen by a relatively rapid rotation or a rapid acceleration movement, and the positioning device is slowly restored to its original position, the cursor or expression object is fixed while being moved on the screen. By repeating such an operation, ie, a fast movement and a slowly moving return operation, the expression target can be positioned anywhere on the screen without being restricted by the space where the positioning device is located. This method is called incremental type positioning, and by applying this positioning method, movement on the screen can be expressed over a wide range with high accuracy even in a narrow range of motion. In other words, it is designed to ignore movement out of the range of the set value set in the microprocessor 5, so that the cursor position on the screen can be determined by a small operation of rotating the positioning device, thereby positioning the positioning device over a wide range of motion. No need to move

따라서 균일한 평면 및 별도의 마우스 패드와 같은 기구적인 구속이나 제한없이 위치의 변이를 수치화할 수 있으므로 이동시나 휴대용 장치에 있어서의 화면상에서의 커서 위치 및 표현 대상의 위치를 자유자재로 결정할 수 있게 된다(포인터 모드).Therefore, the position variation can be quantified without any mechanical constraints or restrictions such as a uniform plane and a separate mouse pad, so that the position of the cursor and the expression target on the screen can be freely determined when moving or in a portable device. (Pointer mode).

또한, 각 방향의 회전이나 가속도 움직임에 대해 위치 결정 장치의 움직임 변화율이 주어진 설정치(키 설정치) 이상이 되면 컴퓨터에서의 방향 키에 해당하는 '', '', '', '' 중의 한 키 스위치가 눌러진 것처럼 커서나 표현 대상 위치를 화면상에서 선택한 방향으로 주어진 설정치 만큼 일정량 이동시킨다(커서키 모드;S10~S16).In addition, when the movement change rate of the positioning device for the rotation or acceleration movement in each direction is equal to or greater than a given set value (key set value), the ' ',' ',' ',' As if one of the key switches is pressed, the cursor or the expression target position is moved by a predetermined amount in the direction selected on the screen (Cursor Key Mode; S10 to S16).

이러한 위치 결정 장치를 사용하여 3차원 공간상에서 게임을 한다고 가정할 때 본 발명의 위치 결정 장치를 사용하면 컴퓨터상에서의 방향 키( '', '', '', '' )를 사용할 필요없이 마우스만으로 3차원 공간상에서의 커서 및 표현 대상의 위치 결정을 행할 수 있는 잇점이 있다.Assuming that a game is played in three-dimensional space using such a positioning device, using the positioning device of the present invention, a direction key (' ',' ',' ',' There is an advantage in that the positioning of the cursor and the expression target in the three-dimensional space can be performed using only the mouse without using ').

아울러, 3차원 공간상에서의 커서나 표현 대상의 위치 결정뿐만 아니라 위치 결정 장치의 각 방향으로의 회전이나 이동 가속도의 세기에 따라서 이들 커서나 표현 대상의 움직임의 세기를 조정할 수 있다.In addition, the intensity of the movement of the cursor or the expression target can be adjusted not only in accordance with the positioning of the cursor or the expression target in the three-dimensional space, but also according to the strength of the rotation or the movement acceleration in each direction of the positioning device.

즉, 커서나 대상을 이동시키고자 하는 방향으로 위치 결정 장치를 움직이되 위치 결정 장치의 이동 가속도 세기에 따라서 커서나 대상의 움직임 세기가 달라지므로 위치 결정 장치의 움직임 변화율이 설정된 수치 이상일 경우, 위치 결정 장치의 가속도 세기가 세면 커서나 대상의 움직임이 빨라지고, 위치 결정 장치의 가속도 세기가 약하면 커서나 움직이고자 하는 대상의 움직임이 느려지며, 위치 결정 장치의 움직임 변화율이 설정된 수치 이하일 경우, 커서나 표현 대상은 화면에서 움직이지 않고 고정되어 있게 된다.In other words, move the positioning device in the direction to move the cursor or the target, but the movement intensity of the cursor or the target varies depending on the movement acceleration intensity of the positioning device. The higher the acceleration strength of the positioning device, the faster the movement of the cursor or the target. The lower the acceleration strength of the positioning device, the slower the movement of the cursor or the object to be moved. If the rate of change of the positioning device is less than the set value, the cursor or expression The subject remains stationary without moving on the screen.

이러한 3차원 공간상에서의 위치 결정 장치는 3차원 마우스, 조이스틱, 포인터(pointer), 가상현실 3차원 파워글러브, 인터넷 핸드폰(internet handphone), PDA(핸드 PC), 노트북 컴퓨터, 차량용 또는 운송도구의 드라이빙 제어 시스템, 시뮬레이터, 3차원 모션 캡쳐 등 다양한 장치에 적용 가능한 잇점이 있다.The positioning device in such a three-dimensional space may be a three-dimensional mouse, joystick, pointer, virtual reality three-dimensional power glove, Internet handphone, PDA (hand PC), notebook computer, vehicle or vehicle driving There are advantages that can be applied to various devices such as control systems, simulators, and three-dimensional motion capture.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 3차원 공간상에서의 커서나 표현 대상의 위치 결정뿐만 아니라 커서(대상)의 이동 및 위치 결정 장치의 각 방향으로의 회전이나 이동 가속도의 세기에 따라서 이들 커서나 표현 대상의 움직임의 세기를 조정할 수 있는 장치를 하나의 장치로 구현하여 3차원 공간상에서의 게임 및 가상 현실 등 컴퓨터 3차원 GUI를 행할 때 여러개의 기구를 사용할 필요가 없어지므로 시스템 제조 단가를 낮출 수 있는 탁월한 효과가 있다.As described above, according to the present invention, not only the cursor or the expression target is positioned in the three-dimensional space, but also the cursor or the expression is changed depending on the movement of the cursor (object) and the rotational acceleration and the intensity of the movement acceleration in each direction of the positioning device. It is possible to reduce the cost of manufacturing the system by implementing a device that can adjust the intensity of the movement of the object as a single device, so that it is not necessary to use multiple instruments when performing a computer 3D GUI such as a game and virtual reality in a 3D space. Excellent effect

또한 기구적인 구속이나 제한없이 위치의 변이를 수치화할 수 있도록 3차원 공간상에서의 위치 결정 장치를 구현하므로써 균일한 평면 및 별도의 마우스 패드가 사실상 불필요하여 이동시나 휴대용 장치에 있어서의 적용을 가능하게 한다.In addition, by implementing a positioning device in three-dimensional space to quantify the positional variation without mechanical constraints or limitations, a uniform plane and a separate mouse pad are practically unnecessary, making it possible to apply it to a mobile device or a portable device. .

또한 빠른 움직임에 의한 이동과 천천히 움직이는 복귀 동작의 반복에 의해 위치 결정 장치가 위치한 공간에 제한을 받지 않고 표현 대상을 화면상의 원하는 곳 어디든지 위치시킬 수 있다.In addition, the expression object can be positioned anywhere on the screen without being restricted by the space where the positioning device is located by repetition of fast movement and slow movement.

따라서, 향후 휴대용 단말기의 보급 확대와 기종 및 응용분야의 다양화, 컴퓨터 3차원 GUI의 일반화 등을 고려해 볼 때 개인용 무선 휴대 전화기나 전자수첩, 노트북 컴퓨터, PDA(핸드 PC), E-NOTE 등의 휴대용 단말기에 적용될 수 있는 위치 결정 장치로 매우 유용하며, 기구적인 구속이나 제한없이 위치의 변이를 수치화할 수 있어 그 사용의 분야가 무한하다고 할 수 있다.Therefore, considering the expansion of portable terminals, diversification of models and applications, and generalization of computer three-dimensional GUI, personal wireless cellular phones, electronic notebooks, notebook computers, PDAs (hand PCs), E-NOTE, etc. It is very useful as a positioning device that can be applied to a portable terminal, and it can be said that the field of use is infinite because the variation of the position can be quantified without mechanical constraints or limitations.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 첨부한 도면과 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention is not limited to the contents described in the accompanying drawings and the detailed description of the specification.

Claims (6)

3차원 공간상에서의 위치 결정을 위한 입력 장치에 있어서, 장치의 운동에 의한 운동 가속도와 정적 가속도(중력)를 감지하는 발진수단(1)과, 상기 발진수단에 의해서 감지한 운동 가속도와 정적 가속도의 합으로 나타나는 X, Y, Z 방향의 절대가속도 이동량을 감지하기 위한 센서 수단(2a~2c)과, 상기 센서 수단으로부터 제공되는 각각의 절대가속도 이동량을 절대가속도 이동량의 크기에 비례하는 펄스 신호의 폭으로 변조하기 위한 변조 수단 및 펄스폭 변조수단(3a~3c,4)과, 상기 변조 수단(3a~3c) 및 상기 펄스폭 변조 수단(4)으로부터 인가되는 펄스 폭 변조된 신호의 변화율이 설정치 이상이 되면 변화량에 해당하는 양 만큼 커서나 대상을 공간상에서 이동시키고 설정치 이하일 때는 커서나 대상의 공간상에서의 이동을 정지시키도록 제어하는 제어 수단(5)으로 이루어진 3차원 공간상에서의 위치 결정 장치.An input device for positioning in a three-dimensional space, comprising: an oscillation means (1) for sensing movement acceleration and static acceleration (gravity) due to movement of the device, and the movement acceleration and static acceleration detected by the oscillation means. Sensor means (2a to 2c) for detecting the absolute acceleration movement amounts in the X, Y, and Z directions represented by the sum, and the width of the pulse signal proportional to the magnitude of the absolute acceleration movement amounts provided from the respective absolute acceleration movement amounts provided from the sensor means; The rate of change of the pulse width modulated signal applied from the modulating means and pulse width modulating means (3a to 3c, 4) and the modulating means (3a to 3c) and the pulse width modulating means (4) for modulation by Control means (5) for controlling to move the cursor or object in space by an amount corresponding to the amount of change, and to stop the movement in the space of the cursor or object when it is below the set value. Positioning device of the three-dimensional space consisting of a. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단(5)은 상기 펄스 폭 변조 수단(4)으로부터 인가되는 각 방향의 펄스 폭 변조된 신호의 변화율이 키 설정치 이상이 되면 설정된 키 설정치에 해당하는 양 만큼 '', '', '', '' 방향으로 커서나 대상을 공간상에서 이동시키고 키 설정치 이하일 때는 커서나 대상의 공간상에서의 이동을 정지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 3차원 공간상에서의 위치 결정 장치.The method according to claim 1, wherein the control means (5) is set to a value corresponding to the set key set value when the rate of change of the pulse width modulated signal in each direction applied from the pulse width modulating means (4) is equal to or greater than the key set value. ',' ',' ',' And moving the cursor or the object in space in a direction and stopping the movement of the cursor or the object in the space when the cursor or the object is less than the key setting value. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어 수단(5)은 마이크로프로세서를 사용하는 것을 특징으로 하는 3차원 공간상에서의 위치 결정 장치.The positioning device according to claim 1 or 2, characterized in that the control means (5) uses a microprocessor. 제 1 항에 있어서, 상기 방향 센서로서 사용된 센서 수단(2a~2c)으로는 가속도 센서를 사용하는 것을 특징으로 하는 3차원 공간상에서의 위치 결정 장치.The positioning device according to claim 1, wherein an acceleration sensor is used as the sensor means (2a to 2c) used as the direction sensor. 3차원 공간상에서의 위치 결정을 위한 입력 장치에 있어서, 발진수단(1)에 의하여 장치의 운동에 의한 운동 가속도와 정적 가속도(중력)를 감지하는 제1 단계와; 센서 수단(2a~2c)을 통하여 상기 발진수단으로 감지한 운동 가속도와 정적 가속도의 합으로 나타나는 X, Y, Z 방향의 절대가속도 이동량을 감지하는 제2 단계와; 변조 수단 및 펄스폭 변조수단(3a~3c,4)에 의하여 상기 센서 수단으로부터 제공되는 각각의 절대가속도 이동량을 절대가속도 이동량의 크기에 비례하는 펄스 신호의 폭으로 변조하는 제3 단계; 및 제어 수단(5)을 통하여 상기 펄스폭 변조 수단(4)으로부터 인가되는 펄스 폭 변조된 신호의 변화율이 설정치 이상이 되면 변화량에 해당하는 양 만큼 커서나 대상을 공간상에서 이동시키고 설정치 이하일 때는 커서나 대상의 공간상에서의 이동을 정지시키도록 제어하는 제4 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 공간상에서의 위치 결정 방법.An input device for positioning in a three-dimensional space, comprising: a first step of detecting motion acceleration and static acceleration (gravity) due to movement of the device by an oscillating means (1); A second step of sensing an absolute acceleration movement amount in the X, Y, and Z directions represented by the sum of the motion acceleration and the static acceleration detected by the oscillation means through the sensor means (2a to 2c); A third step of modulating each absolute acceleration movement amount provided from the sensor means by a modulation means and pulse width modulation means (3a to 3c, 4) to a width of a pulse signal proportional to the magnitude of the absolute acceleration movement amount; And when the rate of change of the pulse width modulated signal applied from the pulse width modulating means 4 via the control means 5 is greater than or equal to the set value, the cursor or object is moved in space by an amount corresponding to the amount of change, And a fourth step of controlling to stop the movement in the space of the object. 제 5 항에 있어서, 상기 제4 단계는 각 방향의 펄스 폭 변조된 신호의 변화율이 키 설정치 이상이 되면 설정된 키 설정치에 해당하는 양 만큼 '', '', '', '' 방향으로 커서나 대상을 공간상에서 이동시키고 키 설정치 이하일 때는 커서나 대상의 공간상에서의 이동을 정지시키도록 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 공간상에서의 위치 결정 방법.6. The method of claim 5, wherein the fourth step is performed by the amount corresponding to the set key set value when the rate of change of the pulse width modulated signal in each direction is greater than or equal to the key set value. ',' ',' ',' And moving the cursor or the object in space in a direction and stopping the movement of the cursor or the object in the space when the cursor or the object is less than the key setting value.
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