KR20130076297A - 입력 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 입력 장치는, 물체 표면으로 빛을 방출하는 발광부, 상기 물체 표면으로부터 산란되는 빛을 검출하는 이미지 센서, 및 상기 이미지 센서가 검출하는 빛으로부터 상기 물체의 입력 정보를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 이미지 센서에서 정의되는 제1 2차원 평면 좌표계를 상기 물체 표면에서 정의되는 제2 2차원 평면 좌표계로 변환하여 상기 물체의 입력 정보를 판단한다.

Description

입력 장치 및 그 동작 방법{INPUT DEVICE AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 이미지 센서에서 정의되는 2차원 평면 좌표계에서 계산된 좌표를 실제 물체 표면에서 정의되는 2차원 평면 좌표계 상의 좌표로 변환하여 물체의 실제 움직임을 정확히 감지할 수 있는 입력 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), 타블렛 PC 등과 같은 모바일 전자 기기의 보급률이 늘어나면서, 제한된 폼팩터에서 사용자가 편리하게 사용할 수 있는 입력 장치에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 대표적인 것이 터치스크린으로서, 터치스크린은 디스플레이 장치와 일체로 구현되어 별도의 기계식 키패드 없이도 사용자에게 편리한 입력 환경을 제공할 수 있다.
터치스크린과 함께 모바일 전자 기기에서 그 적용률이 높아지고 있는 것이 초소형 마우스 장치이다. 일반적으로 데스크톱에 적용되는 마우스를 모바일 전자 기기에 실장될 수 있는 작은 크기로 구현한 것으로, 제한된 면적을 사용자로부터 입력을 인가받기 위한 입력 공간으로 제공하고, 사용자의 입력 - 예를 들면 손가락 접촉 등 - 이 이동하는 것을 빛 또는 압력 등으로 감지하여 입력을 판단하고 이를 처리할 수 있다.
빛을 이용한 마우스 형태의 초소형 입력 장치는 트랙볼 같은 기계식 입력 장치나 압력 센서를 이용한 장치에 비해 수명이 길고 미세한 입력을 구분할 수 있는 장점이 있다. 그러나 이미지 센서와 발광부, 물체의 위치 관계에 따라서 이미지 센서가 검출하는 빛의 스펙클 패턴(speckle pattern)과, 물체의 실제 움직임 사이에서 오차가 발생할 수 있어, 물체의 실제 움직임을 정확하게 검출하기가 어려운 문제점이 있었다.
특허문헌 1은 마이컴에서 신호처리에서 특정 배수를 곱하는 구성이 개시되어 있으나, 이는 디스플레이 장치와 이미지 센서의 좌표 매칭을 위한 것이며, 특허문헌 2는 빛을 이용한 포인팅 장치에 관한 특허이나, 좌표의 매칭 방법이 개시되어 있지 않다.
한국 등록특허공보 KR 10-0868175 미국 공개특허공보 US 2007/0077900
본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 보완하기 위한 것으로서, 물체 표면에서 산란되는 빛의 스펙클 패턴(speckle pattern)을 이미지 센서를 통해 검출하고, 이미지 센서에서 정의되는 2차원 평면 좌표계와, 물체의 실제 움직임을 정의하기 위한 2차원 평면 좌표계 사이의 오차를 보상하여 물체의 실제 움직임을 계산한다. 따라서, 이미지 센서와 물체 표면, 및 발광부의 위치 관계에 따라 정확한 물체의 실제 움직임을 검출할 수 있다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 물체 표면으로 빛을 방출하는 발광부, 상기 물체 표면으로부터 산란되는 빛을 검출하는 이미지 센서부, 및 상기 이미지 센서부가 검출하는 빛으로부터 상기 물체의 입력 정보를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 이미지 센서부에서 정의되는 제1 2차원 평면 좌표계를 상기 물체 표면에서 정의되는 제2 2차원 평면 좌표계로 변환하여 상기 물체의 입력 정보를 판단하는 입력 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 2차원 평면 좌표계를 상기 제2 2차원 평면 좌표계로 변환하는 데에 필요한 파라미터를 적어도 하나 이상 결정하는 입력 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 발광부와 상기 이미지 센서 사이의 거리, 상기 발광부와 상기 물체 사이의 거리, 상기 이미지 센서와 상기 물체 사이의 거리, 및 상기 발광부에서 방출되는 빛이 상기 물체 표면에 입사하는 경로와 상기 물체 표면에서 산란된 빛이 상기 이미지 센서에 입사하는 경로 사이의 각도 중 적어도 하나 이상을 상기 파라미터로 결정하는 입력 장치를 제안한다.
또한, 상기 발광부에서 방출되는 빛이 상기 물체 표면으로 입사하는 경로에 마련되는 렌즈를 더 포함하는 입력 장치를 제안한다.
또한, 상기 발광부는, 수직공동 면발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL), 및 레이저 다이오드(Laser Diode, LD) 중 적어도 하나를 포함하는 입력 장치를 제안한다.
또한, 상기 발광부는, 상기 물체 표면으로 간섭성 빛(coherent light)을 방출하는 입력 장치를 제안한다.
한편, 본 발명의 제2 기술적인 측면에 따르면, 물체 표면으로 빛을 방출하는 단계, 이미지 센서를 통해 상기 물체 표면에서 산란되는 빛을 검출하는 단계, 및 상기 이미지 센서를 통해 검출한 빛으로부터 상기 물체의 움직임을 계산하는 단계 를 포함하고, 상기 계산 단계는, 상기 검출한 빛을 이용하여 상기 이미지 센서에서 정의되는 제1 2차원 평면 좌표계에서의 제1 좌표를 계산하고, 상기 제1 좌표를 상기 물체 표면에서 정의되는 제2 2차원 평면 좌표계에서의 제2 좌표로 변환하여 상기 물체의 움직임을 계산하는 입력 장치의 동작 방법을 제안한다.
또한, 상기 계산 단계는, 상기 물체 표면으로 빛을 방출하는 발광부와 상기 이미지 센서 사이의 거리, 상기 발광부와 상기 물체 사이의 거리, 상기 이미지 센서와 상기 물체 사이의 거리, 및 상기 발광부에서 방출되는 빛이 상기 물체 표면에 입사하는 경로와 상기 물체 표면에서 산란된 빛이 상기 이미지 센서에 입사하는 경로 사이의 각도 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제1 좌표를 상기 제2 좌표로 변환하는 입력 장치의 동작 방법을 제안한다.
또한, 상기 계산 단계는, 상기 물체 표면에서 산란된 빛의 스펙클 패턴(speckle pattern)을 이용하여 상기 제1 좌표를 계산하는 입력 장치의 동작 방법을 제안한다.
본 발명에 따르면, 발광부에서 조사하여 물체 표면에서 산란되는 빛의 스펙클 패턴(speckle pattern)을 이미지 센서를 통해 검출하고, 이미지 센서에서 정의되는 2차원 평면 좌표계와, 물체의 실제 움직임을 정의하기 위한 2차원 평면 좌표계 사이의 오차를 보상하여 물체의 실제 움직임을 계산한다. 따라서, 이미지 센서와 물체 표면, 및 발광부의 위치 관계에 따라 정확한 물체의 실제 움직임을 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입력 장치가 적용된 전자 기기를 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 입력 장치를 간단하게 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 입력 장치에 포함되는 제어부를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 입력 장치의 동작 방법을 설명하는 데에 제공되는 도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 입력 장치의 동작 방법을 설명하는 데에 제공되는 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입력 장치가 적용될 수 있는 전자 기기를 나타낸 도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전자 기기(100)는 화면을 출력하기 위한 디스플레이 장치(110), 입력 장치(120), 음성 출력을 위한 오디오부(130) 등을 포함하며, 디스플레이 장치(110)와 일체화되어 제공되는 접촉 감지 장치를 더 포함할 수도 있다.
모바일 전자 기기(100) 같은 경우 접촉 감지 장치가 디스플레이 장치에 일체화되어 구비되는 것이 일반적이며, 접촉 감지 장치는 디스플레이 장치가 표시하는 화면이 투과할 수 있을 정도로 높은 빛 투과율을 가져야 한다. 따라서 접촉 감지 장치는 PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), PET(Polyethylene terephthalate) 등과 같이 투명한 필름 재질의 베이스 기판에 투명하고 전기 전도성을 갖는 ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 탄소 나노 튜브(CNT, Carbon Nano Tube), 또는 그라핀(Graphene)과 같은 물질로 감지 전극을 형성함으로써 구현될 수 있다. 디스플레이 장치의 베젤 영역에는 투명 전도성 물질로 형성된 감지 전극과 연결되는 배선 패턴이 배치되며, 배선 패턴은 베젤 영역에 의해 시각적으로 차폐되므로 은(Ag), 구리(Cu) 등과 같은 금속 물질로도 형성이 가능하다.
입력 장치(120)는 전자 기기(100)의 외관에서 식별가능하도록 마련될 수 있으며, 전자 기기(100)의 하우징 전면에 배치되어 사용자에게 입력 수단을 제공할 수 있다. 입력 장치(120)는 도 1에서 디스플레이 장치(100)의 하부에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이외에 다양한 위치에 마련될 수 있음은 물론이며, 작은 크기로 그 내부에서 발생하는 빛이 접촉된 물체로부터 반사되는 성질을 이용하여 접촉된 물체의 좌표 변화를 판단할 수 있다. 이로부터 입력 장치(120)는, 데스크톱 컴퓨터의 광 마우스와 같은 커서 이동 및 아이콘 선택 등의 다양한 입력 형태를 구현할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 입력 장치를 간단하게 나타낸 도이다.
우선, 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 입력 장치(200)는 발광부(210), 이미지 센서(220), 및 제어부(230)를 포함할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, x, y, z의 3개의 축으로 정의되는 3차원 공간에서, 도 2가 도시된 평면이 x-z 평면이며, 물체(240)의 표면(245)에서 반사된 빛이 입사되는 이미지 센서(220)의 표면은 X-Y 평면에 정의되는 것을 가정한다. 또한, 발광부(210)에서 방출되는 빛이 조사되는 물체(240)는 x축의 양(+)의 방향으로 이동하는 것으로 가정한다.
발광부(210)는 간섭성 빛(coherent light)을 방출하는 수직공동 면발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL), 및 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)일 수 있다. 발광부(210)에서 방출되는 빛은 물체(240)의 표면(245)에서 산란되며, 산란된 빛(215) 중 적어도 일부는 발광부(210)에서 방출되는 빛의 경로와 각도 α2를 형성하는 경로를 통해 이미지 센서(220)에 입사된다. 이미지 센서(220)는 물체(240)의 표면(245)에서 산란된 빛을 검출하고, 제어부(230)는 이미지 센서(220)가 검출한 빛을 이용하여 물체(240)의 움직임을 계산할 수 있다.
다음으로 도 3을 참조하면, 입력 장치(300)는 발광부(310), 이미지 센서(320), 및 제어부(330)를 포함하며, 특히 발광부(310)에서 방출되는 빛이 물체(340)의 표면(345)으로 입사되는 경로에 마련되는 렌즈(lens, 350)를 더 포함할 수 있다. 도 3은 발광부(310) 표면과 렌즈(350) 사이의 거리 Z3이 렌즈(350)의 초점 거리 f보다 큰 경우를 나타낸 도이다. 도 3에 도시된 렌즈(350)는 볼록 렌즈로 가정한다. 볼록 렌즈를 배치함으로써 발광부(310)에서 방출되는 빛의 경로에 가상의 빔 웨이스트(virtual beam waist)가 형성될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 본 발명의 실시예에 따른 입력 장치(200)를 도 2를 참조하여 설명한다. 그러나, 도 2에 도시된 입력 장치(200)에 대한 설명이 도 3에 도시된 입력 장치(300)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 2를 참조하면, 발광부(210)에서 방출하는 빛의 방출 지점으로부터 물체(240)의 표면(245)까지의 거리는 Z1이며, 빛이 산란되는 물체(240)의 표면(245)으로부터 이미지 센서(220)까지의 거리는 R0으로 정의된다. 발광부(210)에서 방출되는 빛이 직진성을 가지며, 빛이 방출되는 경로와 빛이 산란되는 경로 사이의 각도가 α2로 주어지므로, 도 2에서 물체(240)의 표면(245)과 이미지 센서(220) 사이의 z축 방향 거리 Z2는 아래의 수학식 1과 같이 주어진다.
Figure pat00001
또한, 빛이 방출되는 경로와 빛이 산란되는 경로 사이의 각도 α2는 하기의 수학식 2와 같이 계산할 수 있다.
Figure pat00002
여기서 X0는 이미지 센서(220)와 발광부(210) 사이의 x축 거리를 의미한다. 입력 장치(200)의 설계 시에 X0, Z1, Z2, R0 등의 값은 모두 미리 정의가 되므로, 설계시에 정해진 값으로부터 각도 α2를 계산할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 입력 장치(200)에서 물체(240)의 표면(245)과 이미지 센서(220)는 x-z 평면에서 일정한 각도 차 α2를 갖도록 배치되며, 그 면적 또한 서로 다르다. 따라서, 이미지 센서(220)에서 검출되는 빛으로부터 제어부(230)가 계산하는 물체(240)의 좌표는, 물체(240)의 실제 좌표가 아닌 이미지 센서(220) 표면에서 검출된 빛의 좌표를 나타내며, 이는 물체(240)의 실제 좌표 또는 움직임과 다를 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 제어부(230)가 소정의 연산 과정을 거쳐 이미지 센서(220)에서 검출한 빛으로부터 물체(240)의 실제 움직임을 정확히 검출할 수 있는 입력 장치(200)를 제안한다.
도 4를 참조하면, 입력 장치(400)는 발광부(410), 이미지 센서(420), 및 제어부(430)를 포함하며, 특히 발광부(410)에서 방출되는 빛이 물체(440)의 표면(445)으로 입사되는 경로에 마련되는 렌즈(lens, 450)를 더 포함할 수 있다. 도 4는 도 3과 달리 렌즈의 초점거리 f가 발광부(410) 표면과 렌즈(450) 사이의 거리 Z3보다 큰 경우를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 가상의 빔 웨이스트가 물체(440)를 통과하여 형성된다. 따라서, 물체 표면(445)과 빔 웨이스트 사이의 거리를 나타내는 Z1의 부호가 마이너스(-)가 되며, 후술하는 바와 같이 이미지 센서(420) 표면에서 검출되는 좌표와 물체(440)의 실제 움직임 사이의 오차를 보상하기 위한 파라미터의 계산법이 도 2 및 도 3에 도시된 실시예와 다르게 적용될 수 있다. 이에 대해서는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 입력 장치에 포함되는 제어부를 간단하게 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 제어부(500)는 발광부 구동 회로(510), 스펙클 패턴 연산부(520), 제1 좌표 연산부(530), 및 제2 좌표 연산부(540)를 포함할 수 있다. 발광부 구동 회로(510)는 빛을 방출하는 발광부에 구동 신호를 인가하여 발광부가 물체 표면으로 빛을 조사하도록 제어한다.
스펙클 패턴(speckle pattern) 연산부(520)는 이미지 센서가 검출한 빛을 데이터로 변환하여 이미지 센서의 X-Y 평면상의 좌표 x,y를 계산한다. 스펙클 패턴 연산부(520)에서 계산한 좌표는 이미지 센서의 X-Y 평면상의 좌표로서, 물체의 실제 좌표, 또는 움직임과 일치하지 않을 수도 있다. 따라서, 스펙클 패턴 연산부(520)가 계산한 이미지 센서의 X-Y 평면상의 x, y 좌표는 제1 좌표 연산부(530)와 제2 좌표 연산부(540)에서 물체의 실제 좌표 및 움직임과 일치하도록 수정된다. 제1 좌표 연산부(530)는 스펙클 패턴 연산부(520)가 계산한 x 좌표를 수정하여 x 축 방향으로 물체의 실제 좌표에 해당하는 σ 값을 출력하며, 제2 좌표 연산부(530)는 스펙클 패턴 연산부(520)가 계산한 y 좌표를 수정하여 y축 방향에서 물체의 실제 좌표에 해당하는 ρ 값을 출력한다.
제1 좌표 연산부(530)와 제2 좌표 연산부(540)는 각각 서로 다른 파라미터 MX와 MY를 이용하여 물체의 실제 좌표를 나타내는 σ, ρ 값을 출력할 수 있다. 도 4를 참조하면, 스펙클 패턴 연산부(520)가 출력하는 x, y 좌표를 수정하는데에 적용되는 파라미터 MX와 MY는 아래의 수학식 3과 같이 주어진다.
Figure pat00003
Figure pat00004

도 2에 도시된 입력 장치(200)를 참조하면, 파라미터 MX와 MY는 발광부(210)와 물체(240) 사이의 z 축 방향 수직 거리 Z1, 발광부(210)와 이미지 센서(220) 사이의 x 축 방향 수평 거리 X0, 물체(240)와 이미지 센서(220) 사이의 z 축 방향 수직 거리 Z2에 따라 결정될 수 있다. 위의 값들은 입력 장치(200)의 설계 시에 이미 모두 결정되는 값이므로, 파라미터 MX와 MY는 입력 장치(200)의 특성에 따라 상수(constant)로 결정되어 미리 메모리 등에 저장될 수 있다. 도 3에 도시된 입력 장치(300)에도 위의 수학식 3이 동일하게 적용될 수 있다.
다만, 도 4의 경우에는 수학식 3과 다른 식이 적용될 수 있다. 이는, 렌즈(450)의 초점 거리 f가, 가상의 빔 웨이스트와 물체 표면(445) 사이의 거리 Z3보다 크고, Z1의 부호가 마이너스인 점에 기인한다. 도 4에 도시된 실시예에서, x, y 좌표를 수정하는데에 적용되는 파라미터 MX와 MY는 아래의 수학식 4와 같이 주어진다.
Figure pat00005
Figure pat00006

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 입력 장치의 동작 방법을 설명하는 데에 제공되는 도이다.
도 6a를 참조하면, 빛이 방출되는 발광 지점(610)으로부터 Z축 방향으로 Z1, Z1+Z2 만큼 이격되는 지점에 각각 물체 표면(630)에서 정의되는 η-ζ 평면 좌표계와, 이미지 센서 표면(620)에서 정의되는 X-Y 평면 좌표계가 도시되어 있다. 발광 지점(610)으로부터 물체 표면(630)의 η-ξ 평면 좌표계까지의 거리 r1과, η-ζ 평면 좌표계로부터 X-Y 평면 좌표계까지의 거리 r2는 아래의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00007
Figure pat00008

발광부가 수직공동 면발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)를 포함하는 경우, 매우 작은 발산 특성(divergence)을 갖는 빔이 방출되며, 따라서, ζ << Z1, η << Z1 과 같이 가정할 수 있다. r1과 r2를 벡터 형태로 x, y 또는 σ, ρ값으로 표현하고 정리하면, 최종적으로 아래와 같은 수학식 6을 도출할 수 있다.
Figure pat00009
Figure pat00010

수학식 6의 식 각각의 우변에서, 대괄호에 포함된 식은 위의 수학식 3에서 표현한 파라미터 MX,MY와 동일하다. 따라서, 입력 장치의 구조적 특성에 따라 결정되는 파라미터 MX와 MY를 미리 계산하고, 그로부터 이미지 센서 표면(520)에서 정의되는 X-Y 평면 좌표계에서 계산되는 좌표 (x, y)를 물체 표면(530)에서 정의되는 η-ζ 평면 좌표계에서 계산되는 좌표 (σ, ρ)로 변환할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 도 4의 실시예에 대해서는 파라미터 MX와 MY가 도 2 및 도 3의 실시예와 다르게 계산되므로, 수학식 7을 이용하여 좌표 x, y를 계산할 수 있다.
Figure pat00011
Figure pat00012

도 6b를 참조하면, 스펙클 패턴에서 측정된 움직임과, 물체의 실제 움직임이 서로 다르게 나타난다. 또한, 스펙클 패턴에서 측정된 움직임을 나타내는 좌표 (x, y)와, 물체의 실제 움직임을 나타내는 좌표 (σ, ρ)에서, x와 σ의 관계지수가 y와 ρ의 관계지수와 서로 다르다. 도 6b를 참조하면, x와 σ의 관계지수를 의미하는 파라미터 MX가 y와 ρ의 관계지수를 의미하는 파라미터 MY보다 크고, 따라서 x와 σ 사이의 오차가 더 크게 나타나는 것을 알 수 있다.
예를 들어, Z1=Z2=X0인 조건, 즉, 각도 α2가 45°로 정의되는 조건에서는, 파라미터 MX가 3.8, 파라미터 MY는 2.4의 고정된 상수 값으로 계산된다. 즉, 내부적으로 Z1=Z2=X0인 조건을 만족시키는 입력 장치에 대해서는, 제어부(500)의 스펙클 패턴 연산부(520)가 계산한 좌표 (x, y)를 각각 3.8과 2.4로 나눠서 물체의 실제 움직임을 나타내는 좌표 (σ, ρ)를 산출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 입력 장치의 동작 방법을 설명하는 데에 제공되는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 입력 장치의 동작 방법은, 발광부(210)에 구동 신호를 인가하고(S70), 그로부터 발광부(210)가 물체 표면으로 빛을 방출(S72)하는 것으로 시작된다. 발광부(210)는 수직공동 면발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL), 및 레이저 다이오드(Laser Diode, LD) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 발광부(210)가 방출한 빛은 물체 표면에서 산란 및 반사된다.
이미지 센서(220)는 물체 표면에서 산란되는 빛을 검출한다(S74). 이미지 센서(220)는 발광부(210)와 소정의 거리만큼 이격되도록 배치되며, 이미지 센서(220)와 발광부(210) 사이의 거리, 이미지 센서(220)와 물체 표면 사이의 수직 거리, 발광부(210)와 물체 표면 사이의 수직 거리 등은 제어부(230)가 물체의 실제 움직임을 계산하는 데에 이용될 수 있다.
제어부(230)는 이미지 센서(220)에서 검출한 빛을 이용하여, 제1 좌표계에서 정의되는 스펙클 패턴의 좌표를 계산한다(S76). 도 5를 참조하면, 이미지 센서(220)의 표면에서 정의되는 X-Y 평면 좌표계가 제1 좌표계에 해당하며, 제어부(230)는 제1 좌표계에서 좌표 (x, y)를 계산한다.
스펙클 패턴의 좌표 (x, y)가 계산되면, 제어부(230)는 이미지 센서(220)에서 검출되는 스펙클 패턴의 좌표 (x, y)와, 물체의 실제 움직임을 나타내는 좌표 사이의 오차를 보정한다. 이를 위해, 제어부(230)는 스펙클 패턴의 좌표 (x, y)를, 물체 표면에서 정의되는 η-ζ 평면 좌표계에서의 좌표 (σ, ρ)로 변환할 수 있다(S78). 도 6에 도시된 바와 같이, 좌표 (x, y)와, 좌표 (σ, ρ)는 서로 수학식 5와 같은 관계를 가지므로, 입력 장치(200)의 구조에 따라 정의되는 X0, Z1, Z2 등의 값으로부터, 이미지 센서(220)의 좌표 (x, y)를 물체의 실제 좌표 (σ, ρ)로 변환할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
200, 300 : 입력 장치
210, 310 : 발광부
220, 320 : 이미지 센서
230, 330, 400 : 제어부
410 : 발광부 구동 회로
420 : 스펙클 패턴 연산부
430 : 제1 좌표 연산부
440 : 제2 좌표 연산부

Claims (9)

  1. 물체 표면으로 빛을 방출하는 발광부;
    상기 물체 표면으로부터 산란되는 빛을 검출하는 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서가 검출하는 빛으로부터 상기 물체의 입력 정보를 판단하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 이미지 센서에서 정의되는 제1 2차원 평면 좌표계를 상기 물체 표면에서 정의되는 제2 2차원 평면 좌표계로 변환하여 상기 물체의 입력 정보를 판단하는 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 2차원 평면 좌표계를 상기 제2 2차원 평면 좌표계로 변환하는 데에 필요한 파라미터를 적어도 하나 이상 결정하는 입력 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 발광부와 상기 이미지 센서 사이의 거리, 상기 발광부와 상기 물체 사이의 거리, 상기 이미지 센서와 상기 물체 사이의 거리, 및 상기 발광부에서 방출되는 빛이 상기 물체 표면에 입사하는 경로와 상기 물체 표면에서 산란된 빛이 상기 이미지 센서에 입사하는 경로 사이의 각도 중 적어도 하나 이상을 상기 파라미터로 결정하는 입력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발광부에서 방출되는 빛이 상기 물체 표면으로 입사하는 경로에 마련되는 렌즈; 를 더 포함하는 입력 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 발광부는,
    수직공동 면발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL), 및 레이저 다이오드(Laser Diode, LD) 중 적어도 하나를 포함하는 입력 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 발광부는,
    상기 물체 표면으로 간섭성 빛(coherent light)을 방출하는 입력 장치.
  7. 물체 표면으로 빛을 방출하는 단계;
    이미지 센서를 통해 상기 물체 표면에서 산란되는 빛을 검출하는 단계; 및
    상기 이미지 센서를 통해 검출한 빛으로부터 상기 물체의 움직임을 계산하는 단계; 를 포함하고,
    상기 계산 단계는, 상기 검출한 빛을 이용하여 상기 이미지 센서에서 정의되는 제1 2차원 평면 좌표계에서의 제1 좌표를 계산하고, 상기 제1 좌표를 상기 물체 표면에서 정의되는 제2 2차원 평면 좌표계에서의 제2 좌표로 변환하여 상기 물체의 움직임을 계산하는 입력 장치의 동작 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 계산 단계는,
    상기 물체 표면으로 빛을 방출하는 발광부와 상기 이미지 센서 사이의 거리, 상기 발광부와 상기 물체 사이의 거리, 상기 이미지 센서와 상기 물체 사이의 거리, 및 상기 발광부에서 방출되는 빛이 상기 물체 표면에 입사하는 경로와 상기 물체 표면에서 산란된 빛이 상기 이미지 센서에 입사하는 경로 사이의 각도 중 적어도 하나를 이용하여 상기 제1 좌표를 상기 제2 좌표로 변환하는 입력 장치의 동작 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 계산 단계는,
    상기 물체 표면에서 산란된 빛의 스펙클 패턴(speckle pattern)을 이용하여 상기 제1 좌표를 계산하는 입력 장치의 동작 방법.
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