KR20050103715A - 광을 이용하는 좌표측정 시스템 - Google Patents

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KR20050103715A
KR20050103715A KR1020040028994A KR20040028994A KR20050103715A KR 20050103715 A KR20050103715 A KR 20050103715A KR 1020040028994 A KR1020040028994 A KR 1020040028994A KR 20040028994 A KR20040028994 A KR 20040028994A KR 20050103715 A KR20050103715 A KR 20050103715A
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Abstract

본 발명에 따른 좌표측정 시스템은 두개의 위치감지수단(A, B)을 통하여 광원의 위치좌표를 파악하여 이를 컴퓨터로 출력하는데, 이 때, 위치감지수단(A, B)은 직회전축(10a)을 가지는 구동모터(10)와, 수직에서 비스듬하도록 수직회전축(10a)의 윗끝에 부착되어 수직회전축(10a)을 축으로 하여 회전운동을 하다가 광원 C로부터 광이 입사되어 들어오면 이를 반사시키도록 설치되는 반사경(20)과, 반사경(20)에서 반사되어 나오는 광을 감지하도록 반사경(20)의 윗공간에 설치되는 수광부(50)와, 반사경(20)의 윗면이 맞은 편 위치감지수단을 바라보는 순간과 수광부(50)에서 광이 감지되는 순간의 시간차를 파악하고, 수직회전축(10a)의 회전속도를 근거로 하여 상기 두개의 위치감지수단을 서로 연결한 선분의 양끝점에서 상기 선분과 광원 C가 이루는 각도를 각각 판단한 후에, 삼각함수 정리를 이용하여 광원 C의 좌표를 연산하는 마이콤을 구비한다.

Description

광을 이용하는 좌표측정 시스템{System for measuring coordinates using light}
본 발명은 좌표측정 시스템에 관한 것으로서, 특히 광을 이용하는 좌표측정 시스템에 관한 것이다.
컴퓨터에 있어서 키보드와 마우스는 가장 기본적인 구성 요소인 동시에 주된 입력장치이다. 그러나 최근 들어 컴퓨터의 보급이 급격히 확산됨과 아울러 윈도우 운영체제의 일반화 및 인터넷 보급의 확산으로 인하여 이들 키보드와 마우스만으로는 입력방식에 있어서의 다양한 욕구를 충족시키기에 부족한 실정에 이르렀다. 특히 고난도의 그래픽이나 복잡한 도면의 설계, 필기체의 입력 등 기존 키보드나 마우스로는 구현하지 못하던 다양하고 복잡한 기능들이 요구됨에 따라 이러한 요구를 충족시키기 위해 지금까지는 대부분 디지타이저(Digitizer)가 사용되어 왔다.
그러나, 이러한 디지타이저는 부피가 커서 휴대가 거의 불가능할 뿐 아니라 가격이 매우 고가이므로 아주 특수한 분야에 국한되어 사용되고 있다. 따라서 이러한 요구에 대한 대응책으로 최근 들어 디지타이저보다 비교적 가격이 저렴한 디지털 펜이 등장하게 되었다.
기존 마우스의 경우에는 포인터의 이동방향이나 이동거리는 알 수 있지만 실질적으로 포인터의 위치는 알 수 없는 상대좌표 개념의 동작만을 하므로 도면을 그린다거나 장문의 글씨를 입력한다거나 하는 일에는 적용이 불가능하였다. 그러나 디지타이저나 디지털 펜의 경우에는 단순한 이동방향과 이동거리만이 아니라 포인터의 위치를 알 수 있는 절대좌표의 개념으로 동작하므로 상기의 복잡한 기능을 모두 충족시킬 수 있다.
테블릿(Tablet)을 이용한 방식의 디지타이저에 비하여 디지털 펜은 광학 방식으로, 아주 미세한 점이나 도형을 이용하여 특수하게 코딩(Coding)된 용지를 사용하는 것이 특징이다. 디지텔 펜은 내부에 장착돼 있는 이미지 센서로 이 용지 표면의 일정영역에 해당하는 패턴을 이미지 센서로 읽어 표면에 점이나 도형으로 코딩(Coding)되어 있는 특수한 부호로부터 해당 부분의 좌표를 판독해 내는 방식을 취한다. 따라서, 디지털 펜을 사용할 경우 디지타이저의 테블릿(Tablet)에 해당하는 기능을 특수한 무늬가 인쇄된 단순한 용지로 대체할 수 있으므로 가격이 저렴하고, 휴대가 매우 간편한 장점이 있다. 그러나, 디지털 펜의 경우 이렇게 특수한 부호가 인쇄된 용지를 이용하는 것도 하나의 문제이다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 특수한 부호가 인쇄된 별도의 용지를 사용함이 없이도 디지털 펜의 좌표를 측정할 수 있는 좌표측정 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 좌표측정 시스템은, 두개의 위치감지수단을 통하여 광원의 위치좌표를 파악하여 이를 컴퓨터로 출력하는 좌표측정 시스템으로서,
상기 위치감지수단은,
수직회전축을 가지는 구동모터와,
수직에서 비스듬하도록 상기 수직회전축의 윗끝에 부착되어 상기 수직회전축을 축으로 하여 회전운동을 하다가 상기 광원으로부터 광이 입사되어 들어오면 이를 반사시키도록 설치되는 반사경과,
상기 반사경에서 반사되어 나오는 광을 감지하도록 상기 반사경의 윗공간에 설치되는 수광부와,
상기 반사경의 윗면이 맞은 편 위치감지수단을 바라보는 순간과 상기 수광부에서 광이 감지되는 순간의 시간차를 파악하고, 상기 수직회전축의 회전속도를 근거로 하여 상기 두개의 위치감지수단을 서로 연결한 선분의 양끝점에서 상기 선분과 상기 광원이 이루는 각도를 각각 판단한 후에, 삼각함수 정리를 이용하여 상기 광원의 좌표를 연산하는 마이콤을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 반사경의 윗끝에는 바깥쪽으로 연장되는 인덱스 바를 설치하고, 상기 반사경의 윗공간에는 상기 인덱스 바의 존재를 감지하기 위한 인덱스 바 감지수단를 설치하여, 이들을 통해서 상기 반사경이 맞은 편 위치감지수단을 바라보는 순간을 파악하도록 할 수 있다. 이 때, 상기 수광부와 상기 인덱스 바 감지수단은 상기 반사경의 윗공간에 설치되는 기판에 함께 마련되면 좋다.
상기 반사경의 윗면은 오목한 것이 바람직하다.
상기 반사경에서 반사되어 나오는 광을 감지하도록 상기 반사경의 아랫공간에도 수광부가 더 설치될 수 있는데, 이 경우 상기 반사경의 아랫면이 오목하면 좋다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.
도 1은 본 발명에 따른 좌표측정 시스템의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 일정한 거리의 두점 A, B가 있을 때에 점 A와 점 B를 연결하는 직선과 점 C가 이루는 각도를 측정하면 점 C의 좌표를 알 수 있게 된다.
구체적으로, θc = 180°-( θA + θB ) 이고, 삼각함수의 사인(sine) 법칙에 의하여 b = (sin θB /sin θC)×C 의 관계가 성립하므로, 점 C의 표는 X = (sin θB /sin θC)×sin(90°- θA ), Y = (sin θB /sin θC )×sin θA 가 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 좌표측정 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에 따른 좌표측정 시스템은 두개의 위치감지수단 A, B를 통하여 광원 C의 위치좌표를 파악하여 이를 컴퓨터로 출력한다.
광원 C는 디지털 펜에 설치되며, LED 등과 같은 자체발광체에 국한되는 것이 아니라 디지털 펜에 장착되어 외부로부터의 빛을 위치감지수단 A, B로 반사시키는 반사수단도 상기 광원의 범주에 포함된다.
도 3은 도 2의 위치감지수단 A, B의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 구동모터(10)는 수직회전축(10a)을 가지며, 반사경(20)은 수직에서 비스듬하도록 수직회전축(10a)의 윗끝에 부착되어 수직회전축(10a)을 축으로 하여 회전운동하게 설치된다. 반사경(20)의 윗끝에는 바깥쪽으로 연장되는 인덱스 바(30)가 설치된다.
반사경(20)의 윗공간에는 PCB 기판(40)이 설치되며, 여기에 수광부(50)와 인덱스 바 감지수단(60)이 설치된다. 수광부(50)는 광 감지센서를 포함하여 이루어져서 반사경(20)에서 반사되어 나오는 광을 감지한다. 그리고, 인덱스 바 감지수단(60)은 인덱스 바(30)가 자신의 밑을 지나가는 것을 감지한다.
반사경(20)의 윗면은 오목한 것이 바람직하다. 반사경(20)의 아랫면에서 반사되어 밑으로 나아가는 광을 감지하기 위하여 반사경(20)의 아랫공간에 수광부가 더 설치될 수도 있으며, 이 경우 반사경(20)의 아랫면도 오목한 것이 바람직하다.
도 4a 및 도 4b는 광원 C의 위치를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다. 반사경(20)은 구동모터(10)에 의해 반시계방향으로 일정한 각속도로 움직인다. 물론, 시계방향으로 회전할 수도 있다. 반사경(20)이 회전하다 보면 광원 C에서 나오는 광이 반사경(20)에 입사되는 경우가 생기게 된다. 이렇게 반사경(20)에 입사된 광은 반사경(20)에 의해 반사되어 수광부(50)로 들어가게 된다. 수광부(50)는 광을 감지하는 순간 펄스 신호를 마이콤으로 출력한다.
한편, 인덱스 바 감지수단(60)은 위치감지수단 A와 B를 잇는 선분의 외측 연장선 상에 위치하도록 설치되는데, 인덱스 바 감지수단(60)이 이러한 위치에 설치되면 반사경(20)이 맞은 편 위치감지수단 B를 바라보는 순간 인덱스 바(30)가 인덱스 바 감지수단(60) 바로 밑에 위치하게 된다. 인덱스 바 감지수단(60)은 전기적이나 광학적인 방법 등을 통하여 인덱스 바(30)가 자신의 바로 밑에 위치할 때 인덱스 바(30)의 존재를 간파한다.
반사경(20)이 회전할 때 인덱스 바(30)가 인덱스 바 감지수단(60) 밑을 주기적으로 지나게 되는데 인덱스 바(30)가 인덱스 바 감지수단(60) 밑에 위치할 때 마다 인덱스 바 감지수단(60)은 상기 마이콤으로 펄스 신호를 출력한다.
그러면, 상기 마이콤은 인덱스 바 감지수단(60)을 통해서 펄스 신호가 들어온 순간에서부터 수광부(50)를 통해서 펄스 신호가 들어오는 순간까지에 반사경(20)이 회전하는데 걸리는 시간 T1을 파악할 수 있게 되고, 상기 T1과 반사경(20)이 한바퀴 회전하는데 걸리는 시간 T2를 토대로 반사경(20)이 회전한 각도 θA 를 계산한다. 마찬가지 방법으로 상기 마이콤은 θB (도 2)를 계산하고, 삼각함수 정리를 이용하여 광원 C의 좌표를 계산한다.
광원 C의 위치를 파악하는 민감도는 반사경(20)의 회전속도에 의해 결정된다. 반사경(20)의 회전속도가 느릴수록 광원 C의 움직임을 파악하는 민감도가 떨어진다. 따라서, 한번의 반사경(20)의 회전으로 사실상 두 번의 회전효과를 얻을 수 있도록 반사경(20)의 아랫공간에도 수광부를 더 마련하여 광원 C의 위치를 파악하도록 하면 좋다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 특수한 무늬가 인쇄된 용지를 광학방식으로 읽어 좌표를 판독하는 기존의 디지털 펜이나 테블릿을 사용하는 디지타이저와 달리 별도의 용지나 패드를 요하지 않고서도 위치좌표를 판독할 수 있게 된다.
따라서, 별도의 소모품(특수인쇄 용지)을 필요로 하지 않아 사용이 간편하고 경제적이며, 별도의 테블릿을 필요로 하지 않으므로 휴대나 이동이 용이하다. 또한, 좌표인식 방식에 있어서 평면 뿐만 아니라 공간상에서의 3차원 좌표인식도 가능하므로 향후 기술 및 응용범위의 확장성이 매우 넓다.
도 1은 본 발명에 따른 좌표측정 시스템의 원리를 설명하기 위한 도면;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 좌표측정 시스템을 설명하기 위한 도면;
도 3은 위치감지수단 A, B의 구성을 설명하기 위한 도면;
도 4a 및 도 4b는 광원 C의 위치를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >
A, B: 위치감지수단 C: 광원
10: 구동모터 10a: 수직회전축
20: 반사경 30: 인덱스 바
40: PCB 기판 50: 수광부
60: 인덱스 바 감지수단

Claims (7)

  1. 두개의 위치감지수단을 통하여 광원의 위치좌표를 파악하여 이를 컴퓨터로 출력하는 좌표측정 시스템에 있어서,
    상기 위치감지수단은,
    수직회전축을 가지는 구동모터와,
    수직에서 비스듬하도록 상기 수직회전축의 윗끝에 부착되어 상기 수직회전축을 축으로 하여 회전운동을 하다가 상기 광원으로부터 광이 입사되어 들어오면 이를 반사시키도록 설치되는 반사경과,
    상기 반사경에서 반사되어 나오는 광을 감지하도록 상기 반사경의 윗공간에 설치되는 수광부와,
    상기 반사경의 윗면이 맞은 편 위치감지수단을 바라보는 순간과 상기 수광부에서 광이 감지되는 순간의 시간차를 파악하고, 상기 수직회전축의 회전속도를 근거로 하여 상기 두개의 위치감지수단을 서로 연결한 선분의 양끝점에서 상기 선분과 상기 광원이 이루는 각도를 각각 판단한 후에, 삼각함수 정리를 이용하여 상기 광원의 좌표를 연산하는 마이콤을 구비하는 것을 특징으로 하는 좌표측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사경의 윗끝에는 바깥쪽으로 연장되는 인덱스 바를 설치하고, 상기 반사경의 윗공간에는 상기 인덱스 바의 존재를 감지하기 위한 인덱스 바 감지수단를 설치하여, 이들을 통해서 상기 반사경이 맞은 편 위치감지수단을 바라보는 순간을 파악하는 것을 특징으로 하는 좌표측정 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수광부와 상기 인덱스 바 감지수단은 상기 반사경의 윗공간에 설치되는 기판에 함께 마련되는 것을 특징으로 하는 좌표측정 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반사경의 윗면이 오목한 것을 특징으로 하는 좌표측정 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반사경에서 반사되어 나오는 광을 감지하도록 상기 반사경의 아랫공간에도 수광부가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 좌표측정 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 반사경의 아랫면이 오목한 것을 특징으로 하는 좌표측정 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광원은 디지털 펜에 설치되는 것을 특징으로 하는 좌표측정 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017129767A (ja) * 2016-01-21 2017-07-27 セイコーエプソン株式会社 反射体、光出射装置の調整方法、及び検出システム

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