KR20050033196A - 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치에 관한 것으로, 종래의 광원으로 사용되는 장치 내 광원을 사용하지 않거나 사용시에도 그 사용을 최대한 억제함으로써 포인팅장치의 소비전력을 줄이는 장치에 관한 것이다.

본 발명의 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치는 전자기기에 사용되어 피사체의 움직임의 방향에 대한 영상을 취득하여 디스플레이 장치의 커서 역할을 수행하는 포인팅 장치에 있어서, 광원으로서의 외부의 빛이 들어가는 빛 통로; 상기 외부의 빛을 반사시켜 피사체에 조사하는 반사거울; 상기 반사거울로부터 조사된 빛을 받아 피사체의 움직임에 대한 영상을 반사하는 대물면; 상기 대물면으로부터의 영상을 모으는 결상용 렌즈 및 상기 결상용 렌즈로부터의 영상을 받아 전기적 신호로 변환하는 영상센서로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치는 휴대기기를 밝은 곳에서 사용할 경우에는 외부의 빛을 광원으로 사용하고, 어두운 곳에서 사용할 경우에는 장치 내 광원을 광원으로 사용하여 밝을 곳에서 사용할 경우의 장치 내 광원의 소비전력을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치{Low power optical pointing device using natural light}

본 발명은 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치에 관한 것으로, 일반적으로 광원으로 사용되는 장치 내 광원을 사용하지 않거나 사용시에도 그 사용을 최대한 억제함으로써 포인팅장치의 소비전력을 줄이는 장치에 관한 것이다.

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.

휴대폰과 PDA와 같은 휴대형 정보단말기기에서 GUI(Graphic User Interface)를 구동하기 위한 수단으로 광학마우스의 원리를 도입한 2차원 포인팅 장치가 제안되고 있다. 기본적으로 PC 에서 많이 사용하고 있는 광학마우스의 원리를 이용하는 것으로서 유사한 기술을 휴대기기에 적용하기 위한 소형화 방안 및 박형화 방법의 개발이 실용화의 큰 요소가 된다.

도 1은 종래 사용되는 포인팅 장치의 기본 구조도이다. 도 1을 살펴보면, 발광소자(Light-Emitting Diode, 이하 LED)(10)에서 발생한 빛은 물체의 면을 비추고 물체에서 반사된 빛은 결상용의 렌즈(20)에 의하여 영상센서(30)에 결상되며 상기 영상센서(30)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. 그러나, 상기와 같은 종래의 포인팅 장치는 밝은 곳에서 사용할 때에도 어두운 곳에서 사용할 때와 같이 LED가 전력을 소모하게 되어 불필요한 전력을 낭비하게 되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록실용신안 제20-0319462호에서도 광학 이미지 센서를 이용하여 광원을 받아들여 이전 이미지와 현재 이미지의 차이를 비교 분석하여 이동방향과 거리데이터를 감지하여 출력하는 포인팅 장치를 소개하고 있으나, 불필요한 전력소비를 방지하기 위한 장치 및 그 동작방법을 제시하지 않았다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 휴대폰과 같은 휴대형 정보단말기기에 본 발명의 포인팅 장치가 장착될 때 자체적으로 광원을 사용하지 않고 외부의 자연광을 이용하여 소모되는 전력을 줄이는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 전자기기에 사용되어 피사체의 움직임의 방향에 대한 영상을 취득하여 디스플레이 장치의 커서 역할을 수행하는 포인팅 장치에 있어서, 광원으로서의 외부의 빛이 들어가는 빛 통로; 상기 외부의 빛을 반사시켜 피사체에 조사하는 반사거울; 상기 반사거울로부터 조사된 빛을 받아 피사체의 움직임에 대한 영상을 반사하는 대물면; 상기 대물면으로부터의 영상을 모으는 결상용 렌즈 및 상기 결상용 렌즈로부터의 영상을 받아 전기적 신호로 변환하는 영상센서를 포함하는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치에 의해 달성된다.

휴대형 정보단말기기에 들어가는 부품 소재는 저전력 설계가 기본이 되어야 한다. 따라서, 본 발명에서는 휴대폰과 같은 휴대형 정보단말기기에 본 발명의 포인팅 장치가 장착될 때 소모전력을 줄이기 위해서 자체적으로 광원을 사용하지 않고, 외부의 자연광을 이용하여 포인팅 장치를 동작시키고자 한다. 조명을 위해 LED를 사용하지 않고 외부의 빛을 이용한다면 LED가 소비하는 전력을 줄일 수 있다.

그러나, 우리가 항상 휴대형 정보단말기기를 밝은 곳에서만 사용하는 것은 아니다. 따라서, 내부조명을 위하여 조명수단을 사용함에 있어서 밝은 곳에서 사용할 경우에는 외부의 빛을 광원으로 사용하고, 어두운 곳에서 사용할 경우에는 장치 내 광원, 예컨대 LED를 광원으로 사용하면 밝을 때에는 장치 내 광원에서 소비되는 전력을 줄일 수 있다. 즉, 외부의 빛을 이용하는 경우에는 장치 내 광원을 광원으로 사용하지 않음으로써 불필요한 전력의 소비를 줄일 수 있는 것이다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 통하여 상세히 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 외부의 빛을 이용한 포인팅 장치를 나타내는 개략도이다. 도 2를 살펴보면, 외부의 빛을 광원으로 사용하여 반사거울(130)에 반사되어 물체의 면을 비추고 피사체가 닿는 대물면을 조사하게 된다. 상기 대물면에서 피사체의 움직임에 따라 렌즈(110)에 의하여 영상센서(120)에 결상되며 상기 영상센서(120)는 결상된 영상을 전기신호로 변환하여 제어부(150)에 넘겨준다.

상기 제어부(150)는 영상센서(120)에서 변환된 전기적 신호에 따라 증폭, 여과작용 및 광전변환을 수행하고 연산부(160)로 제공한다. 상기 제어부(150)는 영상센서(120)에서 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(160)로 전달한다. 상기 연산부(160)는 제어부(150)에서 감지된 광신호 및 변환값에 의거하여 모니터 상에 디스플레이되는 커서(Cursor)의 좌표값을 계산하도록 한다.

상기 영상센서(120)는 CMOS 이미지센서 또는 CCD(Charge-coupled Device) 이미지센서로 구성되어 대물면의 피사체로부터의 영상을 획득한다.

도 3은 본 발명에 따른 장치 내 광원과 외부의 빛을 이용한 포인팅 장치를 나타내는 개략도이다. 도 3을 살펴보면, LED(100)와 휴대형 정보단말기기 외부의 빛을 광원으로 사용하며 외부의 빛의 밝기를 감지하는 밝기 감지센서(140)를 제어부(150)에 연결하여 LED(100)와 휴대형 정보단말기기 외부의 빛 중에서 광원을 선택하여 동작하는 포인팅 장치를 나타낸 것이다.

상기 밝기 감지센서(140)는 외부의 빛의 밝기를 감지하고, 상기 제어부(150)는 LED(100)와 외부의 빛 중에서 하나의 광원을 선택하는 명령을 수행한다.

먼저 LED(100)가 선택되면, LED(100)에서 발생한 빛은 물체의 면을 비추고 물체에서 반사된 빛은 결상용의 렌즈(110)에 의하여 영상센서(120)에 결상되며 상기 영상센서(120)는 결상된 영상을 전기신호로 변환하여 제어부(150)에 넘겨준다.

만약 외부의 빛이 선택되면, 선택된 외부의 빛은 반사거울(130)에 반사되어 물체의 면을 비추고 피사체가 닿는 대물면을 조사하게 된다. 상기 대물면에서 피사체의 움직임에 따라 렌즈(110)에 의하여 영상센서(120)에 결상되며 상기 영상센서(120)는 결상된 영상을 전기신호로 변환하여 제어부(150)에 넘겨준다.

상기 광원 선택 과정은 외부 빛의 광도가 소정의 값 미만일 때는 상기 장치 내 광원을 선택하고, 상기 소정의 값 이상일 때는 상기 외부의 빛을 선택하는 과정이다. 상기 소정의 값을 장치 내 광원의 광도로 설정하면 장치 내 광원과 외부 빛 가운데 더 밝은 광원을 영상 획득용 광원으로 이용할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 외부의 빛을 이용한 최적의 결상능력을 위한 포인팅 장치를 나타내는 개략도이다. 먼저, 외부의 빛을 광원으로 사용할 경우에 광로가 일정하지 않기 때문에 상이 맺힐 때 왜곡이 생길 수 있으나 최적의 결상능력을 가지기 위해 반사거울 즉 비구면거울(180)로 외부의 빛을 반사시켜 집광렌즈(170)에서 초점거리에 모아 평행광선을 만들어 물체의 면을 비추고 피사체가 닿는 대물면을 조사하게 된다. 상기 집광렌즈는 볼록렌즈 또는 비구면렌즈이다. 상기 대물면에서 피사체의 움직임에 따라 렌즈(110)에 의하여 영상센서(120)에 결상되며 상기 영상센서(120)는 결상된 영상을 전기신호로 변환하여 제어부(150)에 넘겨준다.

도 5는 본 발명에 따른 외부의 빛을 효율적으로 이용한 포인팅 장치를 나타내는 개략도이다. 먼저, 외부의 빛을 광원으로 사용하여 휴대형 정보단말기기에 실장될 경우에 크기나 위치의 제약을 피하는 동시에 빛을 보다 효율적으로 사용하기 위해 내부에서는 빛이 전반사되야 한다. 빛이 들어오는 통로의 모양을 원하는 대로 성형할 수 있는 소재를 사용하여 외부의 빛을 전달할 수 있어야 하는데 이를 위해 본 발명에서는 광 가이드(200)를 소재로 사용하였다.

그러나, 휴대형 정보단말기기에 실장되어 사용할 때 상기 휴대형 정보단말기기 표면의 광량이 모두 일정하지 않다. 따라서, 빛이 들어오는 통로를 N(단, N은 자연수)개로 만들어 광 가이드(200)와 같은 소재를 사용하여 빛을 끌어들이는 통로를 구성할 경우에 위치나 크기의 제약을 피할 수 있다.

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.

따라서, 본 발명의 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치는 휴대기기를 밝은 곳에서 사용할 경우에는 외부의 빛을 광원으로 사용하고, 어두운 곳에서 사용할 경우에는 장치 내 광원을 광원으로 사용하여 밝을 곳에서 사용할 경우의 장치 내 광원의 소비전력을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 사용되는 포인팅 장치의 기본 구조도이다.

도 2는 본 발명에 따른 외부의 빛을 이용한 포인팅 장치를 나타내는 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 장치 내 광원과 외부의 빛을 이용한 포인팅 장치를 나타내는 개략도이다.

도 4는 본 발명에 따른 외부의 빛을 이용한 최적의 결상능력을 위한 포인팅 장치를 나타내는 개략도이다.

도 5는 본 발명에 따른 외부의 빛을 효율적으로 이용한 포인팅 장치를 나타내는 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: LED 110: 렌즈

120: 영상센서 130: 반사거울

140: 밝기 감지센서 150: 제어부

160: 연산부 170: 집광렌즈

180: 비구면거울 190: 오목거울

200: 광 가이드

Claims (14)

1. 전자기기에 사용되어 피사체의 움직임의 방향에 대한 영상을 취득하여 디스플레이 장치의 커서 역할을 수행하는 포인팅 장치에 있어서,

   광원으로서의 외부의 빛이 들어가는 빛 통로;

   상기 외부의 빛을 반사시켜 피사체에 조사하는 반사거울;

   상기 반사거울로부터 조사된 빛을 받아 피사체의 움직임에 대한 영상을 반사하는 대물면;

   상기 대물면으로부터의 영상을 모으는 결상용 렌즈; 및

   상기 결상용 렌즈로부터의 영상을 받아 전기적 신호로 변환하는 영상센서

   를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 반사거울에서 입력된 빛을 평행광선으로 만들어 피사체에 조사하는 집광렌즈를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 집광렌즈는 볼록렌즈 또는 비구면렌즈로 이루어짐을 특징으로 하는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 집광렌즈, 대물면 및 반사거울은 일체의 구조물 형태임을 특징으로 하는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   영상센서에서 변환된 전기적 신호에 따라 증폭, 여과 및 광전변환을 수행하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 제어부에서의 신호를 모니터 상에 디스플레이되는 커서의 좌표값으로 계산하는 연산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 대물면에 빛을 조사하는 장치 내 광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 외부의 빛의 밝기를 감지하는 밝기 감지센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 장치 내 광원과 상기 외부 빛 가운데 하나의 광원을 선택하는 것을 특징으로 하는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 제어부는 상기 외부 빛의 광도가 소정의 값 미만일 때는 상기 장치 내 광원을 선택하고, 상기 소정의 값 이상일 때는 상기 외부의 빛을 선택하는 것을 특징으로 하는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 소정의 값은 장치 내 광원의 광도임을 특징으로 하는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 빛 통로는 광 가이드임을 특징으로 하는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 광 가이드는 소정의 개수의 빛이 들어오는 통로를 만드는 것을 특징으로 하는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치.
13. 제 1항에 있어서,

    상기 반사거울은 비구면거울 또는 오목거울로 이루어짐을 특징으로 하는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치.
14. 제 1항에 있어서,

    상기 영상센서는 CMOS 이미지센서 또는 CCD 이미지센서로 이루어짐을 특징으로 하는 자연광을 이용한 저전력 광학식 포인팅 장치.