KR20050032950A - Optical pointing device with reflector - Google Patents

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Abstract

An optical pointing device using a reflective mirror is provided to be appropriate for a portable electronic apparatus which does not require a flat surface or a mouse pad for moving a pointer by using the principles of an optical mouse, thereby performing the same function as an existing point device while reducing thickness of the existing pointing device in more than a half size. A light source(100) radiates a light on a subject to be pictured. An objective surface(110) receives the radiated light from the light source(100), and reflects an image for a movement of the subject. A reflective mirror(130) reflects the image for the movement of the subject from the objective surface(110). An image sensor(120) receives the reflected image from the reflective mirror(130), and converts the received image into an electric signal.

Description

반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치{Optical pointing device with reflector} Optical pointing device with reflector {Optical pointing device with reflector}

본 발명은 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 광마우스 원리를 이용하여 포인터를 움직이기 위한 마우스 패드 또는 평평한 면을 필요로 하지 않는 휴대형 전자기기에 적합한 소형의 포인팅 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical pointing device using a reflective mirror, and more particularly, to a small pointing device suitable for a portable electronic device that does not require a mouse pad or a flat surface for moving a pointer using the optical mouse principle. .

도 1은 종래기술에 의한 휴대형 통신단말기를 나타내는 구성도이다. 이것은 일반적인 폴더형 휴대형 통신단말기로서, 전화번호 또는 이름 등을 입력하기 위한 다수의 키버튼으로 이루어지는 숫자/문자 버튼부(10), 메뉴선택 또는 인터넷 연결 등 다양한 기능을 설정하기 위한 다수의 키버튼으로 이루어지는 기능설정 버튼부(20), 시스템의 설정상태 및 현재 동작 상태 등을 표시하여 보여주는 표시부(30)를 구비하고 있다. 1 is a block diagram showing a portable communication terminal according to the prior art. This is a general foldable portable communication terminal, which includes a number / character button unit 10 consisting of a plurality of key buttons for inputting a telephone number or name, and a plurality of key buttons for setting various functions such as menu selection or Internet connection. And a display unit 30 for displaying and displaying a setting state of the system and a current operation state.

일반적으로, 휴대폰 또는 PDA와 같은 휴대형 정보단말기기 등의 전자기기에서 화면에 디스플레이되는 사용자 인터페이스를 보다 편리하게 구동하기 위한 수단으로 취득되는 영상의 변화를 인식하여 구동되는 광마우스의 원리를 도입한 2차원 포인팅 장치가 사용되고 있다. 퍼스널 컴퓨터, 노트북에서 흔히 사용되고 있는 광마우스의 원리를 이용한 포인팅 장치를 점차 소형화되는 휴대형 전자기기에 사용한다면 그 크기를 더욱 줄일 수 있어야 한다.2. Description of the Related Art In general, the principle of an optical mouse driven by recognizing a change in an image acquired as a means for driving a user interface displayed on a screen more conveniently in an electronic device such as a mobile information terminal such as a mobile phone or a PDA 2 A dimensional pointing device is used. If the pointing device using the principle of optical mouse, which is commonly used in personal computers and notebooks, is used in portable electronic devices that are becoming smaller, the size should be further reduced.

도 2는 종래 사용되는 포인팅 장치의 기본 구조도이다. 도 2를 살펴보면, 발광소자(Light-Emitting Diode, 이하 LED)(40)에서 발생한 빛은 물체의 면을 비추고 물체에서 반사된 빛은 결상용의 렌즈(50)에 의하여 영상센서(60)에 결상되며 상기 영상센서(60)는 결상된 영상을 전기신호로 변환하여 데이터 처리부로 넘겨준다. 상기 데이터 처리부는 물체의 움직임에 의하여 시간적으로 변화되는 영상을 분석하여 물체의 움직임에 관한 방향 및 움직임의 양을 2차원 데이터로 변환하는 역할을 한다. 2 is a basic structural diagram of a pointing device conventionally used. Referring to FIG. 2, light generated from a light emitting diode (LED) 40 illuminates the surface of the object, and light reflected from the object is imaged on the image sensor 60 by the imaging lens 50. The image sensor 60 converts the formed image into an electric signal and passes the image to the data processor. The data processor analyzes an image that is temporally changed by the movement of an object and converts the direction and the amount of movement of the object into two-dimensional data.

최근에 많이 사용하는 광마우스는 씨모스(Complementary Metal Oxide Semiconductor, 이하 CMOS) 이미지센서(Image Sensor)로 구성된 2차원 광센서 어레이를 가지고 있으며 이에 광학장치를 부가하여 마우스가 움직이는 표면의 영상을 취득한다. 마우스가 움직이지 않는 경우에는 취득된 영상이 변화하지 않지만 마우스가 움직이는 경우에는 취득된 영상이 변화하게 된다. 상기 취득된 영상의 변화를 이용하여 마우스의 이동량을 계산하기 위하여서는 이때 영상으로부터 움직임의 정도를 파악할 수 있는 움직임 추정 방식을 사용한다. 마우스가 움직이는 표면의 조명을 위하여 LED를 광원으로 주로 사용하고 있으며 결상을 위한 광학계로는 볼록렌즈 또는 이와 유사한 성질을 지니는 비구면 렌즈를 사용한다.Recently used optical mouse has a two-dimensional optical sensor array composed of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS) image sensor, and adds an optical device to acquire an image of the surface of the mouse moving . If the mouse does not move, the acquired image does not change, but if the mouse moves, the acquired image changes. In order to calculate the amount of movement of the mouse by using the acquired change of the image, a motion estimation method for grasping the degree of movement from the image is used. LED is mainly used as a light source for illuminating the surface where the mouse moves, and convex lens or aspherical lens having similar properties is used as an optical system for imaging.

또한, 핸드폰 또는 PDA와 같은 휴대형 정보단말기기 등의 전자기기에서 마우스의 기능을 갖는 포인팅 장치가 사용되지만, 그 기능이 미비하거나 따로 부가 장비를 소지하여야 하는 문제점이 있었다.In addition, a pointing device having a mouse function is used in an electronic device such as a mobile information terminal device such as a mobile phone or a PDA, but there is a problem in that the function is insignificant or additional equipment must be carried separately.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광마우스 원리로 포인팅 장치를 이용한 핸드폰 또는 PDA와 같은 휴대형 정보단말기기 등의 전자기기에서 렌즈를 사용하는 대신에 반사거울을 사용하여 광로의 두께의 소형화 및 박형화를 이루는 반사거울을 이용한 포인팅 장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다. Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned disadvantages and problems of the prior art, and the reflection instead of using a lens in an electronic device such as a mobile information terminal device such as a mobile phone or PDA using a pointing device in the optical mouse principle SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a pointing device using a reflection mirror that achieves miniaturization and thinning of the thickness of an optical path using a mirror.

본 발명의 상기 목적은 전자기기에 사용되어 피사체의 움직임의 방향에 대한 영상을 취득하여 디스플레이 장치의 커서 역할을 수행하는 포인팅 장치에 있어서, 피사체에 빛을 조사하는 광원; 상기 광원으로부터 조사된 빛을 받아 피사체의 움직임에 대한 영상을 반사하는 대물면; 상기 대물면으로부터의 피사체의 움직임에 대한 영상을 반사하는 반사거울 및 상기 반사거울로부터 반사된 영상을 받아 전기적 신호로 변환하는 영상센서로 이루어진 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치에 의해 달성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a pointing device, which is used in an electronic device to acquire an image of a direction of a movement of a subject and serves as a cursor of the display apparatus, the pointing device comprising: a light source for irradiating light onto the subject; An objective surface receiving light emitted from the light source and reflecting an image of a movement of a subject; It is achieved by an optical pointing device using a reflection mirror consisting of a reflection mirror reflecting an image of the movement of the subject from the objective surface and an image sensor which receives the image reflected from the reflection mirror and converts the image into an electrical signal.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.Details of the above object and technical configuration of the present invention and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치를 나타내는 개략도이다. 도 3에서 반사거울을 사용하는 경우의 조명용 LED(100)와 대물면(110), 영상센서(120) 및 반사거울(130)의 배치에 관한 바람직한 실시예를 볼 수 있다.3 is a schematic view showing an optical pointing device using a reflective mirror according to the present invention. In FIG. 3, a preferred embodiment of the arrangement of the illumination LED 100, the objective surface 110, the image sensor 120, and the reflection mirror 130 when using the reflection mirror is shown.

광원인 LED(100)에서 나온 빛은 피사체가 닿는 대물면(110)을 조사하게 된다. 상기 대물면(110)에서 피사체의 움직임에 따라 반사되는 빛은 반사거울(130)에 반사되어 피사체의 움직임에 대한 영상을 담은 빛은 영상센서(120)에 결상된다. The light emitted from the LED 100, which is a light source, is irradiated to the object surface 110 that the subject touches. The light reflected by the movement of the subject on the objective surface 110 is reflected by the reflection mirror 130, and the light containing the image of the movement of the subject is formed on the image sensor 120.

상기 영상센서(120)는 상기 피사체의 움직임에 대한 영상을 담은 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환시켜 제어부(140)로 제공한다. 상기 제어부(140)는 영상센서(120)에서 변환된 전기적 신호에 따라 증폭, 여과작용 및 광전변환을 수행하고 연산부(150)로 제공한다. 상기 제어부(140)는 영상센서에서 취득한 영상의 유효성을 판단하는 역할도 함께 수행한다. 그리고, 취득된 밝고 어두운 영상이 짧은 시간 내에 자주 반복되어 유효한 영상-무효한 영상-유효한 영상 순으로 인지될 때에는 그 동작을 일반 마우스의 클릭으로 판단하여 연산부(150)로 전달한다. 상기 연산부(150)는 제어부(140)에서 감지된 광신호 및 변환값에 의거하여 모니터 상에 디스플레이되는 커서(Cursor)의 좌표값을 계산하도록 한다.The image sensor 120 detects the light containing the image of the movement of the subject, converts it into an electrical signal, and provides it to the controller 140. The control unit 140 performs amplification, filtration and photoelectric conversion according to the electrical signal converted by the image sensor 120 and provides it to the operation unit 150. The controller 140 also plays a role of determining the validity of the image acquired by the image sensor. When the acquired light and dark images are frequently repeated within a short time and are recognized in the order of valid images-invalid images-valid images, the operation is determined as a click of a general mouse and transferred to the operation unit 150. The calculator 150 calculates a coordinate value of a cursor displayed on the monitor based on the optical signal and the converted value detected by the controller 140.

상기 영상센서(120)는 CMOS 이미지센서 또는 CCD(Charge-coupled Device) 이미지센서로 구성되어 대물면의 피사체로부터의 영상을 획득한다. 상기 CMOS 이미지센서(120)는 휴대형 전자기기에 접합되는 접합면이 대물면(110)과 동일평면에 위치하거나 동일평면에 위치하지 않아도 소정의 거리를 갖고 구비되어 영상을 획득할 수 있다.The image sensor 120 is configured of a CMOS image sensor or a charge-coupled device (CCD) image sensor to obtain an image from an object on an objective surface. The CMOS image sensor 120 may be provided with a predetermined distance even if the bonding surface bonded to the portable electronic device is located on the same plane as the objective plane 110 or not on the same plane, and may acquire an image.

상기와 같이 구성된 포인팅 장치는 일반 마우스에서 흔히 볼 수 있는 클릭버튼에 해당하는 별도의 수단과 연계되어 구동될 수도 있다. 포인팅 장치를 구비하는 전자기기의 일면에 클릭스위치를 구비하여 상기 포인팅 장치의 연산부가 계산한 커서의 좌표를 클릭하게 한다. 상기 클릭스위치는 소형 전자기기의 뒷면 또는 대물면과 인접한 위치에 구비된다.The pointing device configured as described above may be driven in association with a separate means corresponding to a click button commonly seen in a general mouse. A click switch is provided on one surface of the electronic device including the pointing device to click on the coordinates of the cursor calculated by the calculation unit of the pointing device. The click switch is provided at a position adjacent to the rear surface or the object surface of the small electronic device.

물체의 크기와 영상의 크기가 1:1로 형성할 경우 본 발명에 따른 반사거울을 사용하면 렌즈를 사용하는 경우에 비해 기기의 두께를 절반 이상 줄이면서 동일한 기능을 수행한다. If the size of the object and the size of the image is formed to be 1: 1, the reflection mirror according to the present invention performs the same function while reducing the thickness of the device by more than half compared to the case of using the lens.

핸드폰과 PDA와 같은 휴대형 정보단말기기 등의 전자기기의 작은 공간에 상기 포인팅 장치를 실장하기 위하여 거울의 초점거리가 매우 짧아야 한다. 물체와 이 물체의 상이 반사거울(130)의 중심축과 어긋나 있기 때문에 일반적으로 사용하는 구면경이나 포물면경을 사용하면 상의 왜곡되지만, 반사거울(130)은 피사체의 크기와 위치 또는 CMOS 이미지센서(120)의 크기와 위치에 따라 비구면 설계를 할 수 있다.The focal length of the mirror must be very short in order to mount the pointing device in a small space of an electronic device such as a cellular phone and a PDA. Since the object and the image of the object are offset from the central axis of the reflecting mirror 130, the spherical mirror or parabolic mirror that is generally used distorts the image, but the reflecting mirror 130 is a size and position of the subject or the CMOS image sensor 120 Aspheric design is possible according to the size and position of

도 4는 본 발명에 따른 반사거울 및 집광렌즈를 이용한 광학식 포인팅 장치를 나타내는 실시예이다. 도 4에서 반사거울, 물체의 대물면, 집광렌즈를 포함한 일체의 광학물을 한 개의 투명 광학물질로 성형을 하고 반사를 위하여 반사거울 부위에는 반사용 코팅을 한다. 집광렌즈는 볼록렌즈 또는 비구면 렌즈로서 이의 초점 부분에 매우 작은 크기의 LED를 배치한다. LED에서 입사한 빛은 볼록렌즈 또는 비구면 렌즈를 통과하여 평행광으로 바뀌게 되고, 평행광은 물체를 균일한 광량으로 조사하게 된다. 물체의 표면에서 반사된 광은 오목반사거울에 의하여 집속되어 CMOS 이미지센서에 결상이 되는 구조이다.4 is an embodiment showing an optical pointing device using a reflective mirror and a condenser lens according to the present invention. In Figure 4, the reflection mirror, the objective surface of the object, the integral optical material including the condenser lens is molded into a single transparent optical material, and the reflection mirror is coated on the reflection mirror for reflection. The condenser lens is a convex lens or an aspherical lens, which places a very small size LED in the focus portion thereof. The light incident from the LED passes through the convex lens or the aspherical lens to be converted into parallel light, and the parallel light irradiates the object with a uniform amount of light. The light reflected from the surface of the object is condensed by the concave reflection mirror to form an image on the CMOS image sensor.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above-described embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

따라서, 본 발명의 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치는 종래 기술에 비해 포인팅 장치의 두께를 절반 이상 줄이면서 동일한 기능을 수행하는 장점이 있고, 휴대형 전자기기의 소형화가 가능한 효과가 있다.Therefore, the optical pointing device using the reflective mirror of the present invention has the advantage of performing the same function while reducing the thickness of the pointing device by more than half compared to the prior art, it is possible to miniaturize the portable electronic device.

도 1은 종래기술에 의한 휴대형 통신단말기를 나타내는 구성도이다.1 is a block diagram showing a portable communication terminal according to the prior art.

도 2는 종래 사용되는 포인팅 장치의 기본 구조도이다.2 is a basic structural diagram of a pointing device conventionally used.

도 3은 본 발명에 따른 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치를 나타내는 개략도이다.3 is a schematic view showing an optical pointing device using a reflective mirror according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 반사거울 및 집광렌즈를 이용한 광학식 포인팅 장치를 나타내는 실시예이다.4 is an embodiment showing an optical pointing device using a reflective mirror and a condenser lens according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100. LED 110. 대물면     100.LED 110.Objective

120. 영상센서 130. 반사거울     120. Image Sensor 130. Reflective Mirror

140. 제어부 150. 연산부     140. Control unit 150. Operation unit

Claims (12)

전자기기에 사용되어 피사체의 움직임의 방향에 대한 영상을 취득하여 모니터의 디스플레이상에서 커서의 역할을 수행하는 포인팅 장치에 있어서,A pointing device, which is used in an electronic device and acquires an image of a direction of a movement of a subject, serves as a cursor on a display of a monitor 피사체에 빛을 조사하는 광원;A light source for irradiating light onto the subject; 상기 광원으로부터 조사된 빛을 받아 피사체의 움직임에 대한 영상을 반사하는 대물면;An objective surface receiving light emitted from the light source and reflecting an image of a movement of a subject; 상기 대물면으로부터의 피사체의 움직임에 대한 영상을 반사하는 반사거울; 및A reflection mirror reflecting an image of the movement of the subject from the object surface; And 상기 반사거울로부터 반사된 영상을 받아 전기적 신호로 변환하는 영상센서Image sensor that receives the image reflected from the reflection mirror and converts it into an electrical signal 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치.Optical pointing device using a reflective mirror, characterized in that comprises a. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 영상센서에서 변환된 전기적 신호에 따라 증폭, 여과 및 광전변환을 수행하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치.Optical pointing device using a reflection mirror further comprises a control unit for performing amplification, filtration and photoelectric conversion according to the electrical signal converted by the image sensor. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제어부에서의 신호를 모니터 상에 디스플레이되는 커서의 좌표값으로 계산하는 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치.The optical pointing device using the reflection mirror, characterized in that it further comprises a calculation unit for calculating the signal from the control unit to the coordinate value of the cursor displayed on the monitor. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광원으로부터의 빛을 평행광선으로 만들어 피사체에 조사하는 집광렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치.Optical pointing device using a reflection mirror, characterized in that it further comprises a condenser lens for irradiating a subject to the light from the light source in parallel light. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 집광렌즈는 볼록렌즈 또는 비구면 렌즈로 이루어짐을 특징으로 하는 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치.The condenser lens is an optical pointing device using a reflective mirror, characterized in that consisting of a convex lens or an aspheric lens. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 집광렌즈, 대물면 및 반사거울은 일체의 구조물 형태임을 특징으로 하는 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치.The light collecting lens, the objective surface and the reflective mirror is an optical pointing device using a reflective mirror, characterized in that the integral structure. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 영상센서는 CMOS 이미지센서 또는 CCD 이미지센서로 이루어짐을 특징으로 하는 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치.The image sensor is an optical pointing device using a reflection mirror, characterized in that consisting of a CMOS image sensor or a CCD image sensor. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반사거울은 반사용 코팅한 것을 특징으로 하는 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치.The reflective mirror is an optical pointing device using a reflective mirror, characterized in that the coating for reflection. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제어부는 영상센서에서 취득한 영상의 유효성을 판단하는 것을 특징으로 하는 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치.The controller is an optical pointing device using a reflection mirror, characterized in that for determining the validity of the image acquired by the image sensor. 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제어부는 유효한 영상, 무효한 영상 및 유효한 영상이 순차적으로 인지될 때 그 동작을 일반 마우스의 클릭으로 판단하는 것을 특징으로 하는 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치.And the control unit determines the operation as a click of a general mouse when the valid image, the invalid image, and the valid image are sequentially recognized. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 포인팅 장치는 전자기기의 뒷면 또는 대물면과 인접한 위치에 클릭스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치.The pointing device is an optical pointing device using a reflecting mirror, characterized in that it further comprises a click switch in a position adjacent to the back or the object surface of the electronic device. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 클릭스위치는 상기 포인팅 장치의 연산부가 계산한 커서의 좌표를 클릭하게 하는 것을 특징으로 하는 반사거울을 이용한 광학식 포인팅 장치.The click switch is an optical pointing device using a reflection mirror, characterized in that for clicking the coordinates of the cursor calculated by the calculation unit of the pointing device.
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