WO2019231056A1 - 포인팅장치 - Google Patents

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WO2019231056A1
WO2019231056A1 PCT/KR2018/011940 KR2018011940W WO2019231056A1 WO 2019231056 A1 WO2019231056 A1 WO 2019231056A1 KR 2018011940 W KR2018011940 W KR 2018011940W WO 2019231056 A1 WO2019231056 A1 WO 2019231056A1
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WO
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pointing device
coordinate system
writing
optical module
reference coordinate
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PCT/KR2018/011940
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변준원
김종필
김진범
신건식
우정호
주성범
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Publication date
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03545—Pens or stylus
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    • G02B27/20—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical projection, e.g. combination of mirror and condenser and objective for imaging minute objects, e.g. light-pointer
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    • G06V30/10—Character recognition
    • G06V30/32—Digital ink

Definitions

  • the present invention relates to a pointing device having an optical module for coordinate tracking with an optical module and an inertial sensor.
  • the pointing device refers to a device that generates an input signal such as moving or selecting coordinates in an associated terminal device.
  • the pen-type pointing device includes an indirect signal generation pointing device for allowing the terminal device to generate an input signal by directly touching a touch screen of the terminal device.
  • Indirect signal generation pointing device in principle does not require a separate battery, there is little error between the user's intended movement trajectory and the actual movement trajectory in that the input is performed in physical contact with the touch screen.
  • the indirect signal generation pointing device since the indirect signal generation pointing device must directly contact the touch screen, the indirect signal generation pointing device has a disadvantage in that the moving area is limited and the touch screen is covered.
  • the direct signal generation pointing device compensates for this disadvantage. Since the direct signal generation pointing device tracks the movement of the device itself and performs input, in principle, there is no limitation on the opposite surface. Thus, writing can be performed on any surface such as a notebook or a desk rather than an electronic device.
  • the direct signal generation pointing device recognizes the movement trajectory through the optical module.
  • a pointing device that is provided in the shape of a pen of the direct signal generation pointing device to generate an input signal by holding the pen as if the user is holding the pen.
  • This is called a pen-type direct signal generation pointing device.
  • the pen-type direct signal generation pointing device mainly performs a function optimized for writing.
  • the pen-type direct signal generation pointing device is often not intended to be written by the user due to the limitation of the sensing capability of the optical module that recognizes the writing trajectory. This is because, unlike the general pointing device, it often stands out from the writing surface, and since the writing is held in the hand, the inclination of the device often changes.
  • An object of the present invention is to solve a problem in which a writing input is not accurately made in the conventional pen type direct signal generation pointing device.
  • a pen-type pointing device for recognizing writing on any outer surface, the pen-shaped body long in one direction; Located at one end of the body, the optical module for irradiating light to the outer surface and receiving the reflected light to sense the frequency of the reflected light, the inertial sensor for sensing the movement, rotation and azimuth of the pointing device and the It provides a pointing device including a calculation unit for setting a reference coordinate system having the writing direction information based on the sensing value of the optical module or the inertial sensor, and recognizes the first writing information based on the set reference coordinate system.
  • the writing direction information provides a pointing device, characterized in that the travel direction of the writing trajectory sensed by the optical module or the inertial sensor.
  • the writing direction information provides a pointing device, characterized in that determined based on the inclination on the absolute coordinate system of the pointing device.
  • the calculation unit the degree of inclination of the pointing device with respect to a specific reference axis on the reference coordinate system, the first handwriting information corresponding to the calculated degree of inclination It provides a pointing device, characterized in that to correct the second handwriting information.
  • the second handwriting information is a movement of the first handwriting information in a direction opposite to the inclined direction of the pointing device, the movement degree according to the degree of inclination of the pointing device It provides a pointing device characterized in that it is changed.
  • the operation unit may calculate a degree of rotation using the pen axis of the pointing device as a rotation axis, and pointing the reset reference coordinate system according to the calculated degree of rotation. Provide the device.
  • the reset reference coordinate system provides a pointing device, characterized in that for rotating the set reference coordinate system in the rotated opposite direction by the degree of rotation.
  • the optical module and the inertial sensor provides a pointing device, characterized in that provided in the direction of the pen tip of the pointing device.
  • the handwriting recognition accuracy may be increased.
  • FIG. 1 illustrates a pointing device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an optical module for explaining the principle of the pointing device according to the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of an optical module for explaining the principle of the pointing device according to the present invention.
  • FIG. 4 illustrates an embodiment of a pointing device according to the present invention.
  • FIG. 6 illustrates a process of resolving the error generated in FIG. 5.
  • FIG. 8 illustrates a process of resolving the error generated in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a handwriting recognition and input signal generation process according to the present invention.
  • FIG. 1 illustrates a pointing device 100 related to the present invention.
  • the pointing device 100 to be described below is based on the premise that the pen-type direct signal generation pointing device 100 is described above. The features described below may be applied to all other kinds of pointing devices 100 within a range that does not contradict.
  • the pointing device 100 generates an input signal by writing on an arbitrary writing surface 300.
  • This input signal includes movement information for the up, down, left and right components on the writing surface 300 of the pointing device 100.
  • the input signal may be implemented as handwriting information or information for performing a specific function with respect to the corresponding pointing device 100 or an external terminal device connected to the pointing device 100.
  • the writing surface 300 is not particularly limited in material or shape. This feature is distinguished from conventional pointing devices that can only write on the touch screen.
  • the pointing device 100 includes an optical module 200 for emitting light and receiving the emitted light.
  • the optical module 200 may track the coordinates of the pointing device 100 by recognizing the movement and the direction of movement of the pointing device 100 by using the principle of refraction and diffraction of light.
  • the pointing device 100 includes a body 101 for holding by a user and an optical module 200 mounted on the body 101. If necessary, a configuration (for example, a physical button) for generating an input signal by a method other than handwriting may be further provided.
  • a configuration for example, a physical button
  • the input signal recognized and generated through the optical module 200 and the calculator may be transmitted to an external device through the wireless communicator. For example, if the input signal includes the movement information to the right side of the pointing device 100, this may be transmitted to the mobile terminal device to bring the pointer to the right.
  • the optical module 200 since the optical module 200 needs to receive the light again after irradiating the writing surface 300, the optical module 200 is preferably provided at the end of the pointing device 100.
  • the pointing device 100 may include a power supply unit for electrical driving of the above components.
  • 2 and 3 illustrate one cross-sections of the optical module 200 for explaining the principle of the pointing device 100 according to the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view of the optical module 200 cut to include an optical axis.
  • 3 is a cross-sectional view of the optical module 200 cut perpendicular to the optical axis.
  • the light emitting unit 210 of the optical module 200 that recognizes writing by using light diffraction irradiates light toward the writing surface.
  • the light emitting unit 210 may include a vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL). Since light irradiated through the light emitting unit 210 has a property of spreading, that is, diverging, it is efficient in terms of energy to be provided at the center of the case 201 of the optical module 200.
  • VCSEL vertical cavity surface-emitting laser
  • the light receiving unit 220 receives the light emitted through the light emitting unit 210 when the light is reflected on the outer surface 301 and returns.
  • the received light may be analyzed and converted into movement information of the pointing device 100.
  • the lens unit 230 refracts and diffracts the emitted light so that the light receiving unit 220 may receive light having appropriate information.
  • the lens unit 230 is refracted so that the light emitted from the light emitting unit 210 and the light emitted are parallel to each other, and the light reflected on the mating surface 301 can be focused to the light receiving unit 220. Let's do it.
  • the lens unit 230 diffracts the light reflected on the mating surface 301 to reach the light receiving unit 220.
  • the reflected light is diffracted so that only relevant information can be collected.
  • the light receiver 220 may analyze only the light of the first order or the -first order of the diffracted light. This is because diffracted lights of the first order or -first order have a relatively high efficiency.
  • the light reaches a plurality of points of the light receiver 220, and in particular, when the pointing device 100 moves, the movement of the pointing device 100 may be calculated based on the wavelength change of the light.
  • the pointing device generates a final input signal through a reference coordinate system setting process and an error correction process of the writing trajectory.
  • the reference coordinate system setting provides a reference that can be implemented by interworking the terminal device by coordinates the writing trajectory.
  • a conventional pointing device In order to set a reference coordinate system, a conventional pointing device requires a line drawing to set a reference in the writing direction before starting writing. When the user draws a line in an intended writing direction, the user recognizes it as the writing direction of the reference coordinate system and synchronizes with the writing direction of the connected terminal device.
  • This conventional reference coordinate system setting process is inconvenient in that the user requires an additional process.
  • the pen when the coordinate axis is changed during writing, for example, when the user fixes the pen again while writing, the pen has a disadvantage in that it is difficult to reflect the changed coordinate axis.
  • the pointing device 100 of the present invention solves the above disadvantages by using an optical module and an inertial sensor provided.
  • FIG. 4 illustrates an embodiment of a pointing device 100 according to the present invention.
  • the inertial sensor senses the movement, rotation and azimuth of the pointing device 100.
  • the inertial sensor may be provided as a 9-axis sensing inertial sensor. Unlike 6-axis sensing, 9-axis sensing enables geomagnetic sensing, which means that absolute coordinates can be set based on the geomagnetic axis. That is, the 9-axis sensing inertial sensor may know not only the degree of movement and rotation of the pointing device 100 but also the current angle based on the geomagnetic axis.
  • the calculator may set the reference coordinate system and the writing direction based on the calculation.
  • the reference coordinate system and the writing direction may be set based on sensing values of the optical module or the inertial sensor.
  • the x'-y 'plane of the reference coordinate system may be a plane including a writing trajectory recognized by the inertial sensor.
  • the calculator may set the reference coordinate system by setting the plane including the writing trajectory on the absolute coordinate system as the x'-y 'plane of the reference coordinate system, and setting the axis perpendicular to the set x'-y' plane as the z 'axis.
  • the x 'axis of the x'-y' plane is defined as the writing direction, but this is merely for convenience, and any axis within the x'-y 'plane may be defined as the writing direction.
  • the writing direction is predicted based on the direction of letters recognized through OCR. That is, the calculating unit may set the horizontal axis of the letter in the writing direction in which the written letter is directly placed.
  • the traveling direction of the writing trajectory recognized by the optical module or the inertial sensor may be set as the writing direction. That is, the direction of the writing trajectory formed by writing a plurality of letters may be set as the writing direction.
  • the writing direction may be determined based on the tilt on the absolute coordinate system of the pointing device 100.
  • a user may predict an approximate writing direction through the direction in which the user holds the pointing device 100. That is, in the pen-type pointing device 100, the inclination of the pen and the writing direction are mostly constant.
  • the pen axis of the right-handed user's pen is assumed that most of the pens have (1, 2, 3) vector values.
  • An axis of the reference coordinate system x'-y'-z ' may be set in which the pen axis direction of the sensed pen is a (1, 2, 3) vector.
  • the calculator may calculate the writing trajectory of the pointing device 100 recognized by the optical module or the inertial sensor as the first writing information.
  • the calculated first handwriting information may be an input signal for input to the linked terminal device 400.
  • the reference coordinate system and the writing direction information are synchronized with the display coordinate system (x-axis, y-axis, z-axis) on the display 410 of the linked terminal device 400 so that the first handwriting information is input to the terminal device based on this. Can be.
  • the first handwriting information may be directly generated as an input signal and transmitted to the external terminal device 400.
  • the operation unit reflects the error and thus the first handwriting information. May be generated as an input signal by correcting the second handwriting information, or an input signal may be generated by resetting the reference coordinate system.
  • the pointing device 100 may be tilted when writing.
  • an expected writing trajectory calculated by the calculation unit by the user's intended trajectory ie, the user's trajectory 511 and the optical module 200, that is, the recognition trajectory before correction 512.
  • Has an error As the degree of inclination of the pointing device 100 varies, an expected writing trajectory calculated by the calculation unit by the user's intended trajectory, ie, the user's trajectory 511 and the optical module 200, that is, the recognition trajectory before correction 512. ) Has an error.
  • FIG. 6 illustrates a process of resolving the error generated in FIG. 5.
  • the calculation unit may correct the second handwriting information in consideration of an error of the first handwriting information.
  • the calculating unit corrects the first writing information to the second writing information in consideration of the degree of inclination with respect to the reference axis.
  • the recognition trajectory 512 before correction is moved in a direction inclined with respect to the reference axis. Calibration can be performed with the information.
  • the correction value d may be based on the degree of tilt C relative to the reference axis A. That is, as the inclination degree C increases, the correction value d may increase.
  • FIG. 7 illustrates an error caused by rotation of the pen shaft 102 of the pointing device 100.
  • the set reference coordinate system is fixed in principle, but changes when the pen shaft 102 is rotated.
  • the user's intended hand locus 511 and the handwriting locus recognized by the optical module before the correction locus 512 are different.
  • FIG. 8 illustrates a process of resolving the error generated in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating a handwriting recognition and input signal generation process according to the present invention.
  • the inertial sensor 110 of the pointing device 100 sets an absolute coordinate system (S110).
  • S110 an absolute coordinate system
  • S120 a reference coordinate system is set based on the information recognized by the inertial sensor 110 (S130).
  • the optical module 200 and the inertial sensor 110 Based on the set reference coordinate system, the optical module 200 and the inertial sensor 110 recognize the writing trajectory, and the calculating unit calculates the first writing information (S140).
  • the inertial sensor 110 recognizes the central axis B of the pointing device 100, and the calculation unit inclines the degree C of the reference axis A of the reference coordinate system and the central axis B of the pointing device 100. Is calculated, and the correction amount d is determined based on this.
  • the calculating unit reflects the determined correction amount d on the first handwriting information and calculates the second handwriting information. That is, the calculation unit calculates the inclination with respect to the reference axis A (S150) and if the inclination does not occur, determines the first writing information as an input signal (S151), and if the inclination occurs, the first writing information 2 is corrected by handwriting information and determined as an input signal (S152).
  • the inertial sensor recognizes the pen axis reference rotation of the pointing device 100 (S160), and if the rotation occurs, resets the reference coordinate system based on the amount of rotation (S161). If the rotation does not occur, the handwriting is continuously recognized without resetting the reference coordinate system (S162).
  • the accuracy of handwriting recognition due to the inertial sensor 110 may increase even in the following situations.
  • the movement between strokes during writing is determined by whether the pointing device is spaced apart from the writing surface.
  • the pointing device may recognize that stroke movement has occurred when the intensity of light sensed by the optical module is less than or equal to a threshold value.
  • a threshold value Conventionally, there is a problem of accuracy because the movement between strokes is detected only by the optical module.
  • the inertial sensor is provided as in the present invention, the movement in the z 'axis direction of the reference coordinate system can be recognized, so that the occurrence of stroke movement can be accurately identified.
  • the movement of the pointing device during the stroke movement can be combined with the optical module and the inertial sensor.
  • the inertial sensor can solve the problem that the optical module cannot accurately grasp the movement of the pointing device due to the reduced light intensity during the stroke movement.
  • the inertial sensor can compensate for the optical module's recognition of the stroke movement, even if it is not the stroke movement. If it is briefly separated from the writing surface and then written again at the same point, it can be recognized as a stroke-to-stroke movement by sensing with the optical module alone, but the inertial sensor is moved and moved in the z 'direction even in this case.
  • the degree of movement on the x'-y 'plane can be recognized as a restart at the same point if it is below a certain range.

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Abstract

직접 신호 생성 펜 형태의 포인팅 장치에 있어서, 펜의 회전으로 인해 발생하는 필기 궤적의 오차를 해결하기 위해 임의의 외부면에 대한 필기를 인식하는 펜 형태의 포인팅장치에 있어서, 외부면에 빛을 조사하고 반사된 빛을 수광하여 반사된 빛의 주파수를 센싱하는 광학 모듈, 상기 포인팅장치의 이동, 회전 및 방위각을 센싱하는 관성 센서 및 상기 광학 모듈 또는 상기 관성 센서의 센싱 값을 근거로 필기 방향 정보를 갖는 기준 좌표계를 설정하고, 상기 설정된 기준 좌표계를 기준으로 하는 제1 필기 정보를 인식하는 연산부를 포함하는 포인팅장치를 제공한다.

Description

포인팅장치
본 발명은 광학 모듈 및 관성 센서를 구비하는 좌표 추적용 광학 모듈을 갖는 포인팅장치에 관한 것이다.
포인팅장치는 연동된 단말장치에 좌표의 이동 또는 선택 등의 입력 신호를 생성하는 장치를 가리킨다.
특히 펜 형태의 포인팅장치는 단말장치의 터치 스크린에 직접 터치함으로써 단말장치가 입력 신호를 생성하도록 하는 간접 신호 생성 포인팅장치가 있다.
간접 신호 생성 포인팅장치는 원칙적으로 별도의 배터리가 필요하지 않으며, 터치 스크린에 물리적으로 접촉하여 입력을 수행한다는 점에서 사용자의 의도된 이동 궤적과 실제 입력되는 이동 궤적의 오차가 거의 없다.
하지만, 간접 신호 생성 포인팅장치는 터치 스크린에 직접 접촉해야 하므로 이동 영역이 제한되며 터치 스크린을 가린다는 단점이 있다.
직접 신호 생성 포인팅장치는 이러한 단점을 보완한다. 직접 신호 생성 포인팅장치는 장치 스스로의 움직임을 추적하여 입력을 수행하므로 원칙적으로 상대면에 제한이 없다. 따라서 전자적 장치가 아닌 노트 또는 책상 등의 임의의 면에 필기를 수행할 수 있다.
이러한 직접 신호 생성 포인팅장치는 광학 모듈을 통해 이동 궤적을 인식한다.
특히, 직접 신호 생성 포인팅장치 중 펜 형상으로 구비되어 사용자가 펜을 쥐듯 파지하여 입력 신호를 생성하는 포인팅장치가 있다. 이를 펜 방식 직접 신호 생성 포인팅장치라 한다. 펜 방식 직접 신호 생성 포인팅장치는 주로 필기에 최적화된 기능을 수행한다.
그런데 이러한 펜 방식 직접 신호 생성 포인팅장치는 필기 궤적을 인식하는 광학 모듈의 센싱 능력 한계로 인해 사용자가 의도한 필기가 수행되지 않는 경우가 많다. 이는 일반적인 포인팅장치와 달리 필기면으로부터 띄어지는 경우가 많으며, 또 손에 쥐어진 상태로 필기되므로 장치의 기울기가 계속 변화하는 경우가 많기 때문이다.
본 발명은 전술한 문제인 종래의 펜 방식의 직접 신호 생성 포인팅장치에 있어서 필기 입력이 정확하게 이루어지지 않는 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 임의의 외부면에 대한 필기를 인식하는 펜 형태의 포인팅장치에 있어서, 일 방향으로 긴 펜 형태의 바디; 상기 바디의 일단부에 위치하며, 상기 외부면에 빛을 조사하고 반사된 빛을 수광하여 반사된 빛의 주파수를 센싱하는 광학 모듈, 상기 포인팅장치의 이동, 회전 및 방위각을 센싱하는 관성 센서 및 상기 광학 모듈 또는 상기 관성 센2서의 센싱 값을 근거로 필기 방향 정보를 갖는 기준 좌표계를 설정하고, 상기 설정된 기준 좌표계를 기준으로 하는 제1 필기 정보를 인식하는 연산부를 포함하는 포인팅장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 필기 방향 정보는 상기 광학 모듈 또는 상기 관성 센서가 센싱한 필기 궤적의 진행 방향인 것을 특징으로 하는 포인팅장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 필기 방향 정보는 상기 포인팅장치의 절대 좌표계 상의 기울기를 근거로 정해지는 것을 특징으로 하는 포인팅장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 연산부는, 상기 기준 좌표계 상의 특정 기준축에 대한 상기 포인팅장치의 기울어짐 정도를 연산하고, 상기 연산된 연산된 기울어짐 정도에 대응하여 상기 제1 필기 정보를 제2 필기 정보로 보정하는 것을 특징으로 하는 포인팅장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제2 필기 정보는 상기 제1 필기 정보를 상기 포인팅장치의 기울어진 방향의 반대 방향으로 이동시킨 것이고, 상기 이동 정도는 상기 포인팅장치의 기울어짐 정도에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 포인팅장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 연산부는, 상기 포인팅장치의 펜축을 회전축으로 하는 회전 정도를 연산하고, 상기 연산된 회전 정도에 대응하여 상기 설정한 기준 좌표계를 재설정하는 것을 특징으로 하는 포인팅장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 재설정된 기준 좌표계는 상기 설정된 기준 좌표계를 상기 회전된 반대 방향으로 상기 회전 정도만큼 회전시키는 것을 특징으로 하는 포인팅장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 광학 모듈 및 상기 관성 센서는 상기 포인팅장치의 펜 팁 방향에 치우쳐 구비되는 것을 특징으로 하는 포인팅장치를 제공한다.
본 발명에 따른 이동 단말장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 필기 인식 정확도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 실제 필기 전에 수행하는 선긋기 과정을 생략할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명과 관련된 포인팅장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명과 관련된 포인팅장치의 원리를 설명하기 위한 광학 모듈의 일 단면을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명과 관련된 포인팅장치의 원리를 설명하기 위한 광학 모듈의 일 단면을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명과 관련된 포인팅장치의 일 실시 예를 도시한 것이다.
도 5는 광학 모듈에 의한 포인팅장치의 기울어짐에 따른 오차를 도시한 것이다.
도 6은 도 5에서 발생한 오차를 해결하는 과정을 도시한 것이다.
도 7은 포인팅장치의 펜축 회전에 따른 오차를 도시한 것이다.
도 8은 도 7에서 발생한 오차를 해결하는 과정을 도시한 것이다.
도 9는 본 발명과 관련된 필기 인식 및 입력 신호 생성 과정을 설명하는 순서도이다.
도 1은 본 발명과 관련된 포인팅장치(100)를 도시한 것이다.
후술하는 포인팅장치(100)는 상술한 펜 방식의 직접 신호 생성 포인팅장치(100)인 것을 전제로 한다. 후술하는 특징은 모순되지 않는 범위 내에서 다른 모든 종류의 포인팅장치(100)에 적용될 수 있다.
포인팅장치(100)는 임의의 필기면(300)에 필기함으로써 입력 신호를 발생시킨다. 이 입력 신호는 포인팅장치(100)의 필기면(300)에서의 상, 하, 좌, 우 성분에 대한 이동 정보를 포함한다. 입력 신호는 해당 포인팅장치(100) 또는 포인팅장치(100)와 연결된 외부 단말장치에 대해 필기 정보 또는 특정 기능을 수행하는 정보로서 구현될 수 있다.
필기면(300)은 재질 또는 형상의 특별한 제약이 없다. 이러한 특징은 터치 스크린 상에서만 필기가 가능한 통상의 포인팅장치와 구분된다.
상기 특징을 갖는 포인팅장치(100)의 구현을 위해, 포인팅장치(100)는 빛을 출사 시키고, 출사된 빛을 수신하기 위한 광학 모듈(200)을 구비한다. 구체적으로, 광학 모듈(200)은 빛의 굴절 및 회절 원리를 이용하여 포인팅장치(100)의 이동 및 이동 방향을 인식하여 포인팅장치(100)가 이동하는 좌표를 추적할 수 있다.
포인팅장치(100)는 사용자가 파지하기 위한 바디(101) 및 바디(101)에 실장되는 광학 모듈(200)을 포함한다. 필요에 따라 필기가 아닌 다른 방법에 의한 입력 신호의 생성을 위한 구성(예를 들어, 물리 버튼)도 추가적으로 구비될 수 있다.
광학 모듈(200) 및 연산부 등을 통해 인식 및 생성된 입력 신호는 무선 통신부를 통해 외부 장치로 송신될 수 있다. 예를 들어, 입력 신호가 포인팅장치(100)의 우측으로의 움직임 정보를 포함하는 경우 이는 이동 단말장치에 전달되어 포인터가 우측으로 이동하는 효과를 가져올 수 있다.
이때 광학 모듈(200)은 필기면(300)에 빛을 조사한 뒤 이를 다시 수신하여야 하므로, 포인팅장치(100)의 단부에 구비되는 것이 바람직하다.
포인팅장치(100)는 상기 구성들의 전기적 구동을 위한 전원 공급부를 구비할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명과 관련된 포인팅장치(100)의 원리를 설명하기 위한 광학 모듈(200)의 일 단면들을 도시한 것이다. 도 2는 광학 모듈(200)을 광축을 포함하도록 자른 단면이다. 도 3 은 광학 모듈(200)을 광축에 수직하도록 자른 단면이다.
빛의 회절을 이용하여 필기를 인식하는 광학 모듈(200)의 발광부(210)는 필기면을 향해 빛을 조사한다. 발광부(210)는 수직 캐비티 표면 광방출 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, 이하 VCSEL)을 포함할 수 있다. 발광부(210)를 통해 조사된 빛은 퍼지는 성질, 즉 발산(Divergence)하는 성질을 가지므로, 광학 모듈(200)의 케이스(201) 중심에 구비되는 것이 에너지 측면에서 효율적이다.
수광부(220)는 발광부(210)를 통해 조사된 빛이 외부면(301)에 반사되어 돌아오면 이를 수신한다. 수신된 빛은 분석되어 포인팅장치(100)의 이동 정보로 변환될 수 있다.
렌즈부(230)는 출사된 빛을 굴절 및 회절시켜 수광부(220)가 적절한 정보를 가진 빛을 수광할 수 있도록 한다.
빛의 굴절과 관련하여, 렌즈부(230)는 발광부(210)에서 발산하며 출사된 빛이 평행하게 나아가고, 또 상대면(301)에 반사된 빛이 수광부(220)로 포커싱 될 수 있도록 굴절시킨다.
빛의 회절과 관련하여, 렌즈부(230)는 상대면(301)에 반사된 빛을 회절시켜 수광부(220)에 도달하도록 한다. 반사된 빛은 회절됨으로써 적절한 정보만을 수집할 수 있다. 특히 수광부(220)는 회절된 빛 중 1차 order 또는 -1차 order의 빛 만을 분석할 수 있다. 이는 1차 order 또는 -1차 order의 회절된 빛들은 상대적으로 높은 효율을 갖기 때문이다.
빛은 수광부(220)의 복수의 지점에 도달하게 되며, 특히 포인팅장치(100)가 이동하는 경우 빛의 파장 변화를 근거로 포인팅장치(100)의 이동을 연산할 수 있다.
포인팅장치는 기준 좌표계 설정 과정과 필기 궤적의 오차 보정 과정을 거쳐 최종 입력 신호를 생성한다.
기준 좌표계 설정은 필기 궤적을 좌표화 하여 연동된 단말장치 등에 구현될 수 있는 기준을 제공한다. 기준 좌표계 설정을 위해, 종래의 포인팅장치는 필기 시작 전에 필기 방향의 기준을 잡기 위한 선긋기를 요구한다. 사용자가 의도하는 필기 방향으로 선을 그으면, 이를 기준 좌표계의 필기 방향으로 인식하여 연결된 단말장치의 필기 방향과 동기화 한다. 이러한 종래의 기준 좌표계 설정 과정은 사용자로 하여금 추가적인 과정을 요구한다는 점에서 불편함이 있다.
또한 필기 도중에 좌표축이 변경된 경우, 예를 들어 필기 도중 사용자가 펜을 다시 고쳐잡아 펜이 회전되는 경우 등에는 변경된 좌표축을 반영하기 어렵다는 단점을 갖는다.
또한 필기 시 포인팅장치의 기울어짐 등으로 인해 사용자가 의도한 필기 궤적과 포인팅장치가 인식하는 필기 궤적에는 차이가 발생하는데, 종래의 포인팅장치는 이를 반영하지 않아 오차가 발생한다.
본 발명의 포인팅장치(100)는 구비된 광학 모듈 및 관성 센서를 이용하여 상기 단점들을 해결한다.
도 4는 본 발명과 관련된 포인팅장치(100)의 일 실시 예를 도시한 것이다.
관성 센서는 포인팅장치(100)의 이동, 회전 및 방위각을 센싱한다. 이를 위해, 관성 센서는 9축 센싱 방식의 관성 센서로 구비될 수 있다. 9축 센싱은 6축 센싱과 달리 지자기 센싱이 가능하다는 점에서 지자계 축을 기준으로 하는 절대 좌표계의 설정이 가능하다. 즉, 9축 센싱 관성 센서는 포인팅장치(100)의 이동 정도, 회전 정도뿐만 아니라 지자계 축을 기준으로 하는 현재 각도까지 알 수 있다.
광학 모듈 또는 관성 센서의 센싱에 의해 필기가 시작되었음이 인식되면, 연산부는 이를 근거로 기준 좌표계 및 필기 방향을 설정할 수 있다.
기준 좌표계 및 필기 방향은 광학 모듈 또는 관성 센서의 센싱 값을 근거로 설정될 수 있다.
기준 좌표계의 x'-y'평면은 관성 센서가 인식한 필기 궤적이 포함되는 면이 될 수 있다. 연산부는 절대 좌표계 상에서 필기 궤적이 포함되는 평면을 기준 좌표계의 x'-y'평면으로 설정하고, 설정된 x'-y'평면에 수직한 축을 z'축으로 설정하여 기준 좌표계를 설정할 수 있다.
다음은 필기 방향을 설정하는 몇 가지 방법을 설명한다. 도 4에서는 x'-y'평면 중 x'축을 필기 방향으로 정하고 있으나, 이는 단지 편의를 위한 것이며, x'-y'평면 내의 어떠한 축도 필기 방향으로 정의될 수 있다.
첫째로, OCR 등을 통해 인식된 글자의 방향을 근거로 필기 방향을 예상하는 것이다. 즉, 연산부는 필기된 글자가 바로 놓인 상태에서의 글자 가로축을 필기 방향으로 설정할 수 있다.
둘째로, 광학 모듈 또는 관성 센서가 인식한 필기 궤적의 진행 방향을 필기 방향으로 설정할 수도 있다. 즉 복수의 글자가 쓰여짐으로 인해 형성되는 필기 궤적의 방향을 필기 방향으로 설정할 수 있다.
셋째로, 포인팅장치(100)의 절대 좌표계 상의 기울기를 근거로 필기 방향이 결정될 수도 있다.
사용자가 포인팅장치(100)를 쥐고있는 방향을 통해 대략적인 필기 방향을 예측할 수 있다. 즉, 펜 형태의 포인팅장치(100)에 있어서 펜의 기울기와 필기 방향은 대부분 일정한 관계가 있다. 기준 좌표계 x'-y'-z'축에서 x'축이 필기 방향인 경우 오른손잡이 사용자의 펜의 펜축은 대부분 펜은 (1, 2, 3)벡터 값을 가진다고 하면, 연산부는 관성 센서에 의해 센싱된 펜의 펜축 방향을 (1, 2, 3)벡터로 하는 기준 좌표계 x'-y'-z'축을 설정할 수 있다.
기준 좌표계 및 필기 방향이 설정되면, 연산부는 광학 모듈 또는 관성 센서가 인식한 포인팅장치(100)의 필기 궤적을 제1 필기 정보로 연산할 수 있다. 연산된 제1 필기 정보는 연동된 단말장치(400)에 입력되기 위한 입력 신호가 될 수 있다.
즉, 기준 좌표계 및 필기 방향 정보는 연동된 단말장치(400)의 디스플레이(410) 상의 디스플레이 좌표계(x축, y축, z축)와 동기화 되어 제1 필기 정보는 이를 근거로 단말장치에 입력될 수 있다.
이때 제1 필기 정보는 바로 입력 신호로 생성되어 외부 단말장치(400)에 전달될 수도 있으나, 후술하는 원인에 의해 발생하는 필기 궤적의 오차를 갖고 있으므로, 연산부는 이러한 오차를 반영하여 제1 필기 정보를 제2 필기 정보로 보정하여 입력 신호로 생성하거나 기준 좌표계를 재설정하여 입력 신호를 생성할 수도 있다.
도 5는 광학 모듈에 의한 포인팅장치(100)의 기울어짐에 따른 오차를 도시한 것이다.
포인팅장치(100)는 필기 시 기울어짐 정도가 변경될 수 있다.
포인팅장치(100)의 기울어짐 정도가 달라짐에 따라 사용자가 의도한 필기 궤적, 즉 사용자 궤적(511)과 광학 모듈(200)이 인식하여 연산부가 연산한 예상 필기 궤적, 즉 보정전 인식 궤적(512)은 오차를 갖는다.
예를 들어, 도 5와 같이 A축을 기준으로 펜 형태의 포인팅장치(100)가 우측으로 기울어져 B축에 위치한 경우, 사용자 궤적(511)보다 광학 모듈에 의해 인식된 보정전 인식 궤적(512)이 우측으로 치우칠 수 있다.
도 6은 도 5에서 발생한 오차를 해결하는 과정을 도시한 것이다.
연산부는 상기 제1 필기 정보가 갖는 오차를 고려하여 제2 필기 정보로 보정할 수 있다.
도 6을 참조하면, 포인팅장치(100)의 기울어짐 정도가 커질수록 사용자 궤적(511)과 광학 모듈이 인식한 보정전 인식 궤적(512)의 편차는 커지게 된다. 따라서 연산부는 기준축을 기준으로 기울어진 정도를 고려하여 제1 필기 정보를 제2 필기 정보로 보정한다.
특히 포인팅장치(100)가 펜 형태인 경우, 기준축을 기준으로 기울어지는 방향으로 보정전 인식 궤적(512)이 이동하므로, 이를 보정하여 기울어지는 반대 방향으로 인식 궤적(512)을 이동시켜 제2 필기 정보로 보정을 수행할 수 있다.
보정값 d는 기준축(A) 대비 기울어진 정도(C)에 근거할 수 있다. 즉, 기울어진 정도(C)가 커질수록 보정값 d는 커질 수 있다.
도 7은 포인팅장치(100)의 펜축(102) 회전에 따른 오차를 도시한 것이다.
상기 설정된 기준 좌표계는 원칙적으로 고정되나, 펜축(102)이 회전한 경우에는 변하게 된다.
기준 좌표계가 변경되면 사용자가 의도하는 필기 궤적인 사용자 궤적(511)과 광학 모듈이 인식한 필기 궤적인 보정전 인식 궤적(512)은 달라지게 된다.
예를 들어, 오른쪽 방향으로 선을 긋는 도중에, 포인팅장치(100)의 펜축(102, 본 실시 예의 경우 z'축과 동일함을 가정)을 회전축으로하는 시계 방향의 회전이 발생하는 경우, 보정전 인식 궤적(512)은 위로 휘어져 전체 필기 궤적은 우상향하는 궤적이 나온다.
도 8은 도 7에서 발생한 오차를 해결하는 과정을 도시한 것이다.
포인팅장치(100)가 펜축(102)을 회전축으로 E만큼 회전한 경우, 회전 반대 방향으로 기준 좌표계(x'-y')를 다시 E만큼 회전시켜 x''-y'' 기준 좌표계로 재설정하여 필기를 인식하도록 한다.
도 9는 본 발명과 관련된 필기 인식 및 입력 신호 생성 과정을 설명하는 순서도이다.
포인팅장치(100)의 관성 센서(110)는 절대 좌표계를 설정한다(S110). 사용자에 의해 필기 시작이 포인팅장치(100)에 의해 인식되면(S120), 관성 센서(110)가 인식한 정보를 근거로 기준 좌표계를 설정한다(S130).
설정된 기준 좌표계를 기준으로, 광학 모듈(200) 및 관성 센서(110)는 필기 궤적을 인식하고 연산부는 제1 필기 정보로 연산한다(S140).
관성 센서(110)는 포인팅장치(100)의 중심축(B)을 인식하고, 연산부는 기준 좌표계의 기준축(A)과 포인팅장치(100)의 중심축(B)의 기울어짐 정도(C)를 연산하고, 이를 근거로 보정량(d)를 결정한다. 연산부는 결정된 보정량(d)를 제1 필기 정보에 반영하여 제2 필기 정보로 연산한다. 즉, 연산부는 기준축(A) 대비 기울어짐을 연산하여(S150) 기울어짐이 발생하지 않은 경우 제1 필기 정보를 입력 신호로 그대로 결정하고(S151), 기울어짐이 발생한 경우 제1 필기 정보를 제2 필기 정보로 보정하여 입력 신호로 결정한다(S152).
이후 입력되는 필기를 계속해서 반복해서 인식 및 연산하되, 관성 센서가 포인팅장치(100)의 펜축 기준 회전을 인식하여(S160), 회전이 발생한 경우 회전량을 근거로 기준 좌표계를 재설정하고(S161), 회전이 발생하지 않은 경우 기준 좌표계의 재설정 없이 계속해서 필기를 인식한다(S162).
관성 센서(110)의 구비로 인한 필기 인식 정확도는 하기와 같은 상황에서도 상승할 수 있다.
필기 중 획간 이동은 포인팅장치가 필기면으로부터 이격되었는지 여부로 판단한다. 포인팅장치는 광학 모듈이 센싱하는 빛의 세기가 임계 값 이하인 경우 획간 이동이 발생한 것으로 인식할 수 있다. 종래에는 광학 모듈만으로 획간 이동을 파악하므로 정확도의 문제가 있었다. 하지만 본 발명과 같이 관성 센서가 구비된 경우 기준 좌표계의 z'축 방향으로의 이동을 인식할 수 있으므로 획간 이동의 발생을 정확하게 파악할 수 있다.
획간 이동 중, 필기 입력은 발생하지 않으나 다음 획의 시작점을 정하기 위해 포인팅장치의 이동이 정확하게 인식되어야 한다.
이를 위해 획간 이동 중 포인팅장치의 이동은 광학 모듈 및 관성 센서를 이용하여 복합적으로 파악될 수 있다. 관성 센서는 획간 이동 중 광학 모듈이 빛의 세기가 감소함으로 인해 포인팅장치의 이동 정도를 정확하게 파악할 수 없는 문제까지 해결할 수 있다.
반대로 획간 이동이 아님에도 광학 모듈이 획간 이동으로 인식할 수 있는 상황을 관성 센서가 보완할 수 있다. 필기면으로부터 잠깐 이격되었다가 다시 동일한 지점에서 필기되는 경우, 광학 모듈만으로 센싱하면 이동량의 부정확으로 인해 이를 획간 이동으로 인식할 수 있으나 관성 센서는 이 경우에도 z'축 방향으로의 이동 및 이동한 상태에서의 x'-y'평면 상에서의 이동 정도를 인식하여 일정 범위 이하인 경우 동일 지점에서의 재시작으로 인식할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명하다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (8)

  1. 임의의 외부면에 대한 필기를 인식하는 펜 형태의 포인팅장치에 있어서,
    일 방향으로 긴 펜 형태의 바디;
    상기 바디의 일단부에 위치하며, 상기 외부면에 빛을 조사하고 반사된 빛을 수광하여 반사된 빛의 주파수를 센싱하는 광학 모듈;
    상기 포인팅장치의 이동, 회전 및 방위각을 센싱하는 관성 센서; 및
    상기 광학 모듈 또는 상기 관성 센서의 센싱 값을 근거로 필기 방향 정보를 갖는 기준 좌표계를 설정하고, 상기 설정된 기준 좌표계를 기준으로 하는 제1 필기 정보를 인식하는 연산부를 포함하는 포인팅장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 필기 방향 정보는 상기 광학 모듈 또는 상기 관성 센서가 센싱한 필기 궤적의 진행 방향인 것을 특징으로 하는 포인팅장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 필기 방향 정보는 상기 포인팅장치의 절대 좌표계 상의 기울기를 근거로 정해지는 것을 특징으로 하는 포인팅장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 기준 좌표계 상의 특정 기준축에 대한 상기 포인팅장치의 기울어짐 정도를 연산하고,
    상기 연산된 연산된 기울어짐 정도에 대응하여 상기 제1 필기 정보를 제2 필기 정보로 보정하는 것을 특징으로 하는 포인팅장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 필기 정보는 상기 제1 필기 정보를 상기 포인팅장치의 기울어진 방향의 반대 방향으로 이동시킨 것이고, 상기 이동 정도는 상기 포인팅장치의 기울어짐 정도에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 포인팅장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 포인팅장치의 펜축을 회전축으로 하는 회전 정도를 연산하고, 상기 연산된 회전 정도에 대응하여 상기 설정한 기준 좌표계를 재설정하는 것을 특징으로 하는 포인팅장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 재설정된 기준 좌표계는 상기 설정된 기준 좌표계를 상기 회전된 반대 방향으로 상기 회전 정도만큼 회전시키는 것을 특징으로 하는 포인팅장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 모듈 및 상기 관성 센서는 상기 포인팅장치의 펜 팁 방향에 치우쳐 구비되는 것을 특징으로 하는 포인팅장치.
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