KR20040086721A - 지면과 공간 양측에서 사용가능한 다기능 컴퓨터 입력장치및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지면과 공간 양측에서 사용가능한 다기능 컴퓨터 입력장치에 관한 것으로서, 입력장치 본체의 공간에서의 움직임을 감지하는 자이로센서; 상기 본체의 지면에서의 2차원 움직임을 감지하는 마우스센서; 본체의 지면접촉 여부를 감지하는 접지센싱부; 상기 자이로센서 혹은 마우스센서의 감지 데이터를 무선송출하는 제1통신모듈; 상기 접지센싱부의 출력신호에 따라 선택적으로 상기 자이로센서 혹은 마우스센서의 감지 데이터를 제1통신모듈로 출력제어하는 제1마이컴; 상기 제1통신모듈로부터 감지 데이터를 수신하는 제2통신모듈; 및 상기 제2통신모듈로부터 감지 데이터를 전달받아 인터페이싱 처리하여 컴퓨터에 입력하는 제2마이컴;을 포함하는 다기능 컴퓨터 입력장치가 개시된다.

또한, 본 발명에 의하면 입력장치 본체의 접지상태여부를 센싱하는 제1단계와; 센싱결과 상기 본체가 지면에 있는 것으로 판단될 경우 본체의 움직임에 따른 평면상에서의 이동거리를 감지하고, 공간에 있는 것으로 판단될 경우에는 본체의 회전각속도를 감지한 후 디지털 변환 및 바이어스 변화값 보정을 수행하고 적분하여 회전각을 계산하는 제2단계와; 상기 감지 데이터를 본체 외부로 무선송출함과 아울러 이를 수신하여 컴퓨터에 입력하는 제3단계;를 포함하는 다기능 컴퓨터 입력장치의 제어방법이 제공된다.

본 발명에 의하면 지면과 공간에 대하여 겸용으로 사용가능한 컴퓨터 입력장치가 구성될 수 있으며, 자이로 센싱시에는 마우스 커서의 드리프트 현상을 방지하여 안정적인 센싱이 가능한 장점이 있다.

Description

지면과 공간 양측에서 사용가능한 다기능 컴퓨터 입력장치 및 그 제어방법{Multi-functional computer input device capable of using in both surface and space and control method thereof}

본 발명은 다기능 컴퓨터 입력장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입력장치 본체가 지면은 물론 공간상에 위치하더라도 그 움직임을 자동인식하여 컴퓨터로 무선전송할 수 있는 지면/공간 겸용의 마우스 기능을 수행할 수 있는 다기능 컴퓨터 입력장치와 그 제어방법에 관한 것이다.

컴퓨터 입력장치의 대표적인 예로는 사용자의 조작에 따른 평면상의 수평축 및 수직축 거리변화를 감지하여 컴퓨터에 전달하는 마우스를 들 수가 있다. 현재 마우스는 주로 볼마우스나 광마우스의 형태로 상용화되어 있으며, 컴퓨터 화면상에 표시되는 각종 아이콘이나 메뉴의 선택을 위해 매우 유용하게 사용되고 있다.

그러나, 이러한 마우스는 그 몸체 하면을 바닥에 접촉시킨 상태에서만 동작이 이루어지므로 특히, 프리젠테이션을 하는 경우와 같이 사용자가 기립한 자세에서 화면상에 포인팅을 해야 하는 경우에는 사용이 매우 불편하고, 공간상에서 자유롭게 움직일 수 있는 포인팅수단(예컨대, 레이저 포인터)에 비해 현저히 포인팅 효과가 떨어지는 한계가 있다.

비록, 공간상에서의 마우스 기능을 위해 자이로마우스가 개발된 바 있으나, 종래의 자이로마우스는 지면상에서는 사용할 수 없으므로 사용환경이 제한적인 측면이 있다. 또한, 종래의 자이로마우스는 자이로센서 자체의 바이어스 특성을 고려하지 않고 단순히 마우스의 회전각속도를 검출한 후 회전각으로 적분만을 수행하여 감지 데이터를 출력하도록 구성되기 때문에 센서 출력신호에 도 1에 도시된 바와 같은 노이즈 레벨이 많이 혼입되고, 일정 시간이 지나면 센싱오차가 누적되어 도 2에 도시된 바와 같이 마우스 커서가 흐르는 드리프트(Drift) 현상이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 지면과 공간에서 겸용으로 마우스 기능을 수행하도록 구성됨과 아울러 공간에서의 자이로 센싱시에는 마우스 커서의 드리프트 현상을 방지할 수 있는 다기능 컴퓨터 입력장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 목적이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 일반적인 자이로센서의 노이즈 특성을 도시하는 그래프.

도 2는 일반적인 자이로센서의 바이어스 드리프트 특성을 도시하는 그래프.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다기능 컴퓨터 입력장치의 구성을 도시하는 블록도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다기능 컴퓨터 입력장치의 동작을 도시하는 흐름도.

도 5는 도 4에서 자이로센서에 대한 바이어스 보정과정의 예를 도시하는 흐름도.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

10...자이로센서 11...A/D 변환기

12...마우스센서 13...접지센싱부

14...메모리 15...제1마이컴

16...제1통신모듈 17...제2통신모듈

18...제2마이컴

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 다기능 컴퓨터 입력장치는, 입력장치 본체의 공간에서의 움직임을 감지하는 자이로센서; 상기 본체의 지면에서의 2차원 움직임을 감지하는 마우스센서; 본체의 지면접촉 여부를 감지하는 접지센싱부; 상기 자이로센서 혹은 마우스센서의 감지 데이터를 무선송출하는 제1통신모듈; 상기 접지센싱부의 출력신호에 따라 선택적으로 상기 자이로센서 혹은 마우스센서의 감지 데이터를 제1통신모듈로 출력제어하는 제1마이컴; 상기 제1통신모듈로부터 감지 데이터를 수신하는 제2통신모듈; 및 상기 제2통신모듈로부터 감지 데이터를 전달받아 인터페이싱 처리하여 컴퓨터에 입력하는 제2마이컴;을 포함한다.

바람직하게 상기 제1마이컴에는, 자이로센서에 대한 바이어스 변화값을 보정하는 바이어스 보정부와, 상기 자이로센서에서 출력되는 회전각속도값을 회전각으로 적분하는 적분기가 구비된다.

바람직하게 상기 마우스센서로는 광마우스센서가 사용되고, 상기 접지센싱부는 포토센서로 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 입력장치 본체의 접지상태여부를 센싱하는 제1단계와; 센싱결과 상기 본체가 지면에 있는 것으로 판단될 경우 본체의 움직임에 따른 평면상에서의 이동거리를 감지하고, 공간에 있는 것으로 판단될 경우에는 본체의 회전각속도를 감지한 후 디지털 변환 및 바이어스 변화값 보정을 수행하고 적분하여 회전각을 계산하는 제2단계와; 상기 감지 데이터를 본체 외부로 무선송출함과 아울러 이를 수신하여 컴퓨터에 입력하는 제3단계;를 포함하는 다기능 컴퓨터 입력장치의 제어방법이 제공된다.

상기 제2단계의 바이어스 보정과정은, 자이로센서의 출력값을 일정시간 동안 평균하여 자이로센서의 바이어스를 초기화하는 단계; 초기화 이후의 자이로센서 출력값과 바이어스값의 차이를 계산하는 단계; 상기 차분값을 저역통과필터를 이용해 필터링하는 단계; 상기 필터링된 차분값과, 시간에 따른 그 변화율을 각각 임계값과 비교하는 단계; 및 상기 차분값 및 변화율이 모두 임계값에 비해 작은 경우 자이로센서의 출력값을 평균하여 바이어스 보정을 하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다기능 컴퓨터 입력장치의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명은 본체(미도시)의 일측에 구비되는 자이로센서(10) 및 마우스센서(12)와, 본체의 접지여부를 인식하기 위한 접지센싱부(13)와, 상기 자이로센서(10)에 대한 바이어스 변화값 보정과 아울러 본체의 움직임에 상응하는 감지 데이터를 지면 혹은 공간에 대하여 선택적으로 출력제어하는 제1마이컴(15)과, 상기 제1마이컴(15)으로부터 제공되는 감지 데이터를 수신하여 컴퓨터(100)에 입력하는 제2마이컴(18)을 포함한다.

자이로센서(10)는 본체의 공간상에서의 움직임, 즉 피치(pitch) 운동,요우(yaw) 운동, 롤(Roll) 운동 등에 대한 회전각속도를 측정하는 것으로서, 바람직하게 통상의 2축 혹은 3축 자이로로 구성될 수 있다.

상기 자이로센서(10)에서 출력되는 감지신호는 아날로그 신호이므로 자이로센서(10)의 후단에는 A/D 변환기(11)가 더 구비되어 회전각속도값을 디지털 형태로 변환하여 출력한다. 여기서, 상기 A/D 변환기(11)는, 자이로의 출력값 중 본체를 파지하는 사람의 다양한 손동작 중 빈도가 높은 동작범위를 선정하여 이 구간에 대한 A/D 변환을 보다 세밀하게 하여 제한된 A/D 변환기(11)의 성능을 효율적으로 사용하는 것이 바람직하다.

마우스센서(12)는 상기 본체의 지면상에서의 움직임, 즉 X축 및 Y축의 2차원 평면운동에 따른 이동거리를 감지한다. 이러한 마우스센서(12)로는 바람직하게 통상의 광마우스용 센서가 사용될 수 있으며, 그밖에 볼마우스용 센서 등 다양한 공지기술이 채용 가능하다.

접지센싱부(13)는 본 발명의 입력장치 본체가 지면으로부터 떨어져 있는지 여부를 센싱하여 제1마이컴(15)으로 출력한다. 이러한 접지센싱부(13)는 바람직하게 지면에서의 반사광을 수광하여 접지여부를 인식하는 포토센서로 구성될 수 있으며 그밖에 다양한 변형예가 있을 수 있다.

제1마이컴(15)은 소정의 메모리(14)와 연동하면서 상기 자이로센서(10)에 대한 바이어스 보정 및 회전각 계산과 아울러 본체의 위치에 상응하여 감지모드를 제어하는 기능을 수행한다. 이를 위해, 상기 제1마이컴(15)은 자이로센서(10)의 출력값이, 드리프트 임계값에 비해 작을 경우 자이로센서(10)의 바이어스를 보정하는바이어스 보정부(15a)와, 상기 자이로센서(10)에서 출력되는 회전각속도를 적분하여 회전각을 계산하는 적분기(15b)와, 상기 접지센싱부(13)에서 출력되는 센싱신호에 따라 선택적으로 상기 자이로센서(10) 혹은 마우스센서(10)의 감지 데이터를 제1통신모듈(16)로 출력하는 출력제어부(15c)를 구비한다.

상기 감지 데이터는 제1통신모듈(16)에 의해 본체 외부로 무선송출되고, 아울러, 컴퓨터(100)측에 구비되는, 상기 제1통신모듈(16)에 상응하는 통신 프로토콜을 갖는 제2통신모듈(17)에 수신된다. 여기서, 상기 제1통신모듈(16) 및 제2통신모듈(17)로는 통상의 적외선(IR) 통신모듈, 고주파(RF) 통신모듈 혹은 블루투스(Bluetooth) 모듈 등이 채용될 수 있다.

상기 제2통신모듈(17)에는 제2마이컴(18)이 연결된다. 상기 제2마이컴(18)은 제2통신모듈(17)에 수신된 감지 데이터를 전달받아 컴퓨터(100)에 입력 가능한 시리얼, PS2 혹은 USB 등의 유선통신방식으로 인터페이스싱 처리하여 컴퓨터(100)에 입력한다.

바람직하게 본 발명에는 다른 기기와의 혼선방지를 위한 ID 설정기능이 더 구비될 수 있다. 즉, 초기 셋팅시 헤드에 ID가 부여된 데이터를 양측의 마이컴(15,18)에서 상호 송수신하여 메모리에 설정한 후 감지 데이터의 전송시에는 ID가 일치하는 데이터만을 처리하여 입력장치 본체와 컴퓨터(100) 간의 데이터통신을 수행함으로써 혼선을 방지할 수 있다.

그러면, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다기능 컴퓨터 입력장치의 동작을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.

도 4를 참조하면, 먼저 입력장치 본체의 일측에 구비된 접지센싱부(13)가 동작되어 본체의 접지상태 여부를 센싱하고 이를 바탕으로 현재 본체가 지면으로부터 떨어져 있는지 여부를 판단하는 동작이 수행된다(단계 S100 및 단계 S110).

이에 따라, 입력장치 본체가 지면에 접촉된 상태로 판단된 경우에는 마우스센서(12)를 이용해 본체의 평면상에서의 움직임에 따른 감지신호를 출력하고(단계 S115), 본체가 지면으로부터 떨어져 공간상에 위치한 것으로 판단된 경우에는 공간인식모드로 자동전환되어 자이로센서(10)를 이용해 본체의 피치운동이나 요우운동에 따른 감지신호를 출력한다(단계 S120).

상기 자이로센서(10) 혹은 마우스센서(12)에서 출력되는 감지신호는 제1마이컴(15)에 의해 처리된 후 제1통신모듈(16)로 전달되어 외부로 무선송출된다(단계 S130). 여기서, 특히 상기 제1마이컴(15)에서는 자이로센서(10)에서 출력된 후 A/D 변환기(11)에 의해 디지털 변환된 감지신호에 대하여 바이어스 보정처리를 수행하고, 아울러 보정된 신호를 적분함으로써 본체의 움직임에 따른 회전각을 계산하여 출력한다.

상기 제1통신모듈(16)에서 송출된 감지 데이터는 제1통신모듈(16)에 상응하는 제2통신모듈(17)에 수신된 후 제2마이컴(18)에 의해 인터페이싱 처리되어 컴퓨터(100)에 입력된다(단계 S140).

한편, 도 5에는 상기 제1마이컴(15)에 의해 수행되는, 자이로센서(10)에 대한 바이어스 보정과정의 예가 상세히 도시되어 있다. 비록, 도면에는 입력장치 본체의 2차원 움직임(피치운동 및 요우운동)에 따른 자이로센서(10)의 바이어스 보정과정이 나타나 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않고 본체의 롤운동이 추가된 3차원 움직임에 상응하는 바이어스 보정과정 또한 롤(Roll)각 성분을 더 부가하여 동일한 프로세스로 수행될 수 있음은 물론이다.

도 5를 참조하면, 먼저 입력장치 본체의 피치운동과 요우운동에 각각 상응하는 자이로센서(10)의 원출력값인 Gpraw 및 Gyraw를 측정하는 동작이 수행된다(단계 S200). 이어서, 상기 측정값이 초기화가 되어 있는지 여부를 판단하여(단계 S205), 초기화가 안된 상태의 경우에는 자이로의 출력값을 일정시간 동안 평균하여 자이로센서(10)의 바이어스를 Gpbias 및 Gybias로 초기화 한다(단계 S210).

바이어스 초기화 후에는, 자이로센서(10)의 원출력값과 상기 바이어스값 간의 차이 즉, DGp1(=Gpraw-Gpbias) 및 DGy1(=Gyraw-Gybias)를 계산한 후 이를 메모리(14)에 저장하는 한편, 상기 DGp1과 DGy1을 저역통과필터(Low Pass Filter)를 이용해 필터링한 후 그 필터링된 값 DGp2 및 DGy2를 다시 메모리(14)의 소정 영역에 저장하는 과정이 수행된다(단계 S220, 단계 S225).

다음, 상기 DGp2 및 DGy2 값을 드리프트가 일어나는 임계값1과 비교함과 아울러 상기 DGp2 및 DGy2의 시간에 따른 변화율, 즉 dtDGp2 및 dtDGy2를 드리프트가 일어나는 해당 임계값2와 비교하는 과정이 진행된다(단계 S230). 비교결과 상기 임계값1 및 임계값2에 비해 DGp2, DGy2 및 그 변화율이 모두 작은 경우에는 드리프트 현상이 일어나는 것으로 판단하여 바이어스 보정처리를 한 후 상기 단계 S215를 다시 수행하고, 그 외의 경우에는 보정이 요구되지 않는 상태로 판단하여 메모리(14)에 저장된 DGp1과 DGy1을 그대로 독출한다(단계 S235, 단계 S240). 여기서, 바이어스의 보정은 전술한 초기화 단계와 마찬가지로 자이로센서(10)의 출력값을 일정시간 동안 평균하여 이를 바탕으로 바이어스를 갱신함으로써 수행될 수 있다.

계속해서, 상기 메모리(14)로부터 독출된 상기 DGp1값과 DGy1값은 스케일 조절처리와 노이즈레벨 제거처리 과정을 거친 후(단계 S245, 단계 S250), 이어지는 적분처리 과정을 위한 결과값으로 출력된다(단계 S255).

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따른 컴퓨터 입력장치는 지면과 공간에서 겸용으로 마우스기능을 수행할 수 있으므로 예컨대, 프리젠테이션과 같이 평면상에서의 마우스조작과 공간상에서의 마우스조작을 병행해야 하는 사용환경에 매우 유용하게 적용될 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 공간상에서의 본체 움직임을 인식하는 자이로센서의 출력값을 자동보정하는 기능이 구비되므로 이른바, 마우스 커서가 흐르는 드리프트 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 입력장치 본체의 공간에서의 움직임을 감지하는 자이로센서;

   상기 본체의 지면에서의 2차원 움직임을 감지하는 마우스센서;

   본체의 지면접촉 여부를 감지하는 접지센싱부;

   상기 자이로센서 혹은 마우스센서의 감지 데이터를 무선송출하는 제1통신모듈;

   상기 접지센싱부의 출력신호에 따라 선택적으로 상기 자이로센서 혹은 마우스센서의 감지 데이터를 제1통신모듈로 출력제어하는 제1마이컴;

   상기 제1통신모듈로부터 감지 데이터를 수신하는 제2통신모듈; 및

   상기 제2통신모듈로부터 감지 데이터를 전달받아 인터페이싱 처리하여 컴퓨터에 입력하는 제2마이컴;을 포함하는 다기능 컴퓨터 입력장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1마이컴에는,

   자이로센서에 대한 바이어스 변화값을 보정하는 바이어스 보정부와,

   상기 자이로센서에서 출력되는 회전각속도값을 회전각으로 적분하는 적분기가 구비된 것을 특징으로 하는 다기능 컴퓨터 입력장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 마우스센서로는 광마우스센서가 사용되고,

   상기 접지센싱부는 포토센서로 구성된 것을 특징으로 하는 다기능 컴퓨터 입력장치.
4. 입력장치 본체의 접지상태여부를 센싱하는 제1단계와;

   센싱결과 상기 본체가 지면에 있는 것으로 판단될 경우 본체의 움직임에 따른 평면상에서의 이동거리를 감지하고, 공간에 있는 것으로 판단될 경우에는 본체의 회전각속도를 감지한 후 디지털 변환 및 바이어스 변화값 보정을 수행하고 적분하여 회전각을 계산하는 제2단계와;

   상기 감지 데이터를 본체 외부로 무선송출함과 아울러 이를 수신하여 컴퓨터에 입력하는 제3단계;를 포함하는 다기능 컴퓨터 입력장치의 제어방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제2단계의 바이어스 보정과정이,

   자이로센서의 출력값을 일정시간 동안 평균하여 자이로센서의 바이어스를 초기화하는 단계;

   초기화 이후의 자이로센서 출력값과 바이어스값의 차이를 계산하는 단계;

   상기 차분값을 저역통과필터를 이용해 필터링하는 단계;

   상기 필터링된 차분값과, 시간에 따른 그 변화율을 각각 임계값과 비교하는 단계; 및

   상기 차분값 및 그 변화율이 모두 임계값에 비해 작은 경우 자이로센서의 출력값을 평균하여 바이어스 보정을 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 컴퓨터 입력장치의 제어방법.