KR20030062032A - Digital pen device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 영상센서를 이용해서 마우스의 이동을 모니터 커서 변화 값으로 바꾸어 주는 광 마우스용 반도체 칩을 사용하여 글이나 그림을 PC, PDA 등의 정보기기에 입력하기 위한 디지털 펜 장치에 관한 것으로서, 초점심도가 소정의 제 1임계값보다 크고 구경이 소정의 제 2임계값보다 작은 렌즈를 포함하고 상기 렌즈가 인식하는 인식범위를 조사할 수 있는 발광다이오드를 구비하는 광학부; 상기 광학부로부터 인가된 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환하는 영상센서와 상기 영상센서에서 변환된 전기적 신호를 이용하여 컴퓨터 모니터 상에 디스플레이되는 커서의 좌표값을 계산 및 처리하는 디지털 신호처리부를 하나의 반도체 칩으로 집적 구성한 광마우스용 반도체칩; 상기 광마우스용 반도체칩에서 계산된 좌표값을 컴퓨터 몸체로 전송하는 송신부; 난 반사면을 가지는 바닥면에 상기 발광다이오드의 빛을 반사하지 않는 색의 일정한 라인 또는 점으로 소정의 격자 패턴을 구비하여 상기 영상센서에 서로 다른 방향의 격자패턴의 선 중 각각 한 개 이상이 결상되도록 된 패드; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital pen device for inputting a text or picture into an information device such as a PC or a PDA by using a semiconductor chip for an optical mouse that converts a mouse movement into a monitor cursor change value using an image sensor. An optical unit including a lens having a depth greater than a predetermined first threshold and having an aperture smaller than a predetermined second threshold and having a light emitting diode capable of irradiating a recognition range recognized by the lens; An image sensor for detecting the light applied from the optical unit and converting the light into an electrical signal, and a digital signal processing unit for calculating and processing coordinate values of a cursor displayed on the computer monitor using the electrical signal converted from the image sensor. An optical mouse semiconductor chip integrated with a semiconductor chip; A transmitter for transmitting the coordinates calculated by the optical mouse semiconductor chip to a computer body; One or more of the grid pattern lines in different directions are formed in the image sensor by providing a predetermined grid pattern with a predetermined line or dot of a color that does not reflect light of the light emitting diode on a bottom surface having an egg reflection surface. Intended pads; Characterized in that it comprises a.
따라서, 본 발명은 디지털 펜과 바닥면의 거리가 변해도 좌표의 이동이 원활하여 일반적으로 사용하는 펜을 사용하듯이 글을 쓰거나 그림을 그리면 그 내용을 사실적으로 각종 정보기기에 입력을 할 수 있어 편리하다.Therefore, in the present invention, even when the distance between the digital pen and the bottom surface is changed, the coordinates are smoothly moved, so that the contents can be realistically input to various information devices when writing or drawing like a general pen. Do.
Description
본 발명은 종래의 마우스 기능과 컴퓨터나 PDA 등의 정보기기에 글과 그림을 입력할 수 있는 디지털 펜 장치에 관한 것으로, 초점거리가 길고 구경이 작아 초점심도가 깊은 렌즈를 사용하여 백색바탕에 소정의 점 또는 라인으로 격자패턴이 있는 패드를 광 마우스용 반도체 칩의 영상센서에서 인식하게 하여 일정 높이 이상 패드에서 디지털펜이 떨어져도 좌표의 이동 값을 표시할 수 있게 함으로써 필기가 가능한 디지털 펜 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a digital pen device capable of inputting text and pictures into a conventional mouse function and an information device such as a computer or a PDA. The device has a long focal length and a small aperture, and is defined on a white background using a lens having a deep depth of focus. A digital pen device capable of writing by allowing the image sensor of the semiconductor chip for optical mouse to recognize a pad having a lattice pattern as a dot or a line of the optical chip so that the movement value of coordinates can be displayed even if the digital pen is separated from the pad by a certain height or more. will be.
도 1은 디지털 펜으로 '이' 자를 쓰는 동작을 도시한 일례로서, 'ㅇ'을 쓸 때 펜을 바닥면에 접촉하여 쓰는 동작 (11)과 펜을 들어 'ㅣ'를 쓰기 위한 위치로 옮기는 동작 (22), 펜을 바닥에 접촉하여 'ㅣ'를 쓰는 동작 (33)으로 이루어 진다.1 is an example showing the operation of writing a 'yi' with a digital pen, the operation of writing the pen in contact with the bottom surface when writing 'ㅇ' (11) and the operation of moving the pen to a position for writing 'ㅣ' (22), the pen touches the floor and writes 'ㅣ' (33).
펜을 들어 다음 자소를 쓰기 위해 옮길 때 펜이 바닥면에서 떨어지는 거리는 일반적으로 종이 위에 쓰는 글씨의 경우에는 1mm 내외이고 글씨의 크기가 커지면 조금 더 떨어지게 된다. 한 줄을 쓰고 행을 바꾸어서 다음 줄을 쓸 때에는 A4 용지의 경우 5mm 정도 바닥면에서 떨어지게 된다. 이러한 동작은 사람의 필기 습관에 따라 다를 수 있는데 그림을 그릴 때에는 비슷한 동작의 글을 쓸 때 보다 더 많이 떨어지게 된다.When you move the pen to write the next letter, the distance that the pen falls from the bottom is usually about 1 mm for writing on paper, and a little further as the size of the pen grows. When writing one line and changing the line, the next line will fall about 5mm from the bottom of A4 paper. This behavior can vary depending on the person's writing habits, and drawing is more likely to occur than writing similar gestures.
따라서, 광마우스용 반도체칩을 활용해서 디지털 펜을 구성하기 위해서는 렌즈에서 물체까지의 거리가 펜이 바닥에 닿았을 때보다 최소 5mm가 떨어져도 좌표의 이동이 원활해야한다.Therefore, in order to construct a digital pen using an optical mouse semiconductor chip, the coordinate movement should be smooth even if the distance from the lens to the object is at least 5 mm away from when the pen touches the floor.
마우스로 '이'를 쓰는 경우 마우스 왼쪽 버튼을 클릭하고 원운동을 하여'ㅇ'를 쓴 후에 버튼을 떼고 'ㅣ'를 쓰기 위한 위치에 마우스를 이동시킨 후에 다시 왼쪽 버튼을 클릭 한 상태로 'ㅣ'를 쓰게 되어 동작이 번거로와 많은 숙련을 필요로 한다.If you use 'Yi' with your mouse, click the left mouse button and move in a circular motion to write 'ㅇ', release the button and move the mouse to the position to write 'ㅣ' and click the left button again. ', The operation is cumbersome and requires a lot of skill.
또한, 마우스는 손바닥으로 감싸 쥐고 팔의 움직임을 이용해 운동을 하기 때문에 글을 쓰거나 그림을 그리는 정교한 동작을 요구하는 작업을 할 수 없다. 따라서 기존의 일반 마우스를 이용해서 정교한 글과 그림을 구현하려면 많은 숙련이 필요하고 숙련된 상태라 해도 자신의 필체와 화법 같은 특징을 구현하기 어렵다는 문제가 있다.Also, because the mouse is wrapped around the palm of the hand and uses the movement of the arm to exercise, it cannot do the task of requiring sophisticated movements such as writing or drawing. Therefore, there is a problem that it requires a lot of skill to implement sophisticated texts and pictures using a conventional general mouse, and it is difficult to implement features such as handwriting and speech, even in a skilled state.
상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 종래에도 정교한 그래픽 작업이나 서명 작업에서 정밀한 커서(cursor) 제어를 실시하기 위해 펜형 마우스가 개발되어 있다. 그 예의 하나로 '실용신안등록 제196758호 CMOS센서를 이용한 펜 마우스 장치'가 있다. 상기 CMOS센서를 이용한 펜 마우스 장치는 저각 조명을 하지 않아, CMOS센서가 영상의 이동 값을 인식할 수 있는 무늬, 패턴 등의 요소가 없는 바닥 면에서는 펜 마우스 장치의 이동을 감지하지 못하게 되어 바닥면의 상태에 따라 동작이 일정치 않은 문제를 가진다.In order to solve the above problems, a pen-type mouse has been developed to perform precise cursor control in a sophisticated graphic work or a signature work. One example is a pen mouse device using a utility model registration No. 196758 CMOS sensor. The pen mouse device using the CMOS sensor does not emit low angle illumination, so the CMOS sensor cannot detect the movement of the pen mouse device on the bottom surface where there are no elements such as patterns and patterns that can recognize the movement value of the image. Depending on the state of the operation has a problem that is not constant.
또한, 글을 쓰거나 그림을 그릴 때 펜 마우스 장치가 바닥 면에서 일정한 거리 이상 떨어질 때 좌표의 이동을 감지할 수 있는 조건을 갖추지 못하고 있어 글을쓰거나 그림을 그리는 동작을 할 수 없는 문제점이 있다.In addition, when writing or drawing, the pen mouse device does not have a condition for detecting the movement of the coordinates when a certain distance is dropped from the bottom surface, and thus there is a problem in that the writing or drawing operation cannot be performed.
다른 종래기술로 '특허출원번호 10-2000-0077162 광마우스 장치'가 있다. 상기 광마우스 장치는, 조명장치(101)로부터 광 가이드(102)를 통해 조사된 빛을 바닥 면(100)으로 저각으로 전달하여 별도의 마우스 패드 없이 거의 모든 바닥 면에서 정상적으로 동작시킬 수 있는 효과가 있고, 광 경로 변경수단(103b)을 통해 수렴되는 반사광의 경로를 수직으로 변환하여 영상센서(104)의 부착위치를 광 마우스 장치 몸체 내부 측면에 설치할 수 있으므로 광 마우스 장치의 굵기를 축소하여 구성할 수 있는 효과가 있다.Another prior art is the patent application No. 10-2000-0077162 optical mouse device. The optical mouse device transmits light emitted from the lighting device 101 through the light guide 102 to the bottom surface 100 at a low angle so that the optical mouse device can operate normally on almost all floor surfaces without a separate mouse pad. In addition, since the path of the reflected light converged through the optical path changing means 103b can be vertically installed, the attachment position of the image sensor 104 can be installed on the inner side of the body of the optical mouse device, thereby reducing the thickness of the optical mouse device. It can be effective.
또한, 상기 광마우스 장치는 '광 마우스용 반도체 칩'을 사용한 광마우스와 같이 LED의 빛을 집광하여 평행에 가까운 광선으로 만들어 저각으로 바닥면에 비춤으로서, 바닥면의 미세한 요철에 의해 생기는 그림자를 영상센서로 인식하여 펜마우스 장치의 움직임을 좌표의 이동값으로 바꾸어 준다.In addition, the optical mouse device condenses the light of the LED like an optical mouse using a semiconductor chip for the optical mouse to form a light beam near parallel to the bottom surface at a low angle, so as to cast shadows generated by minute unevenness of the bottom surface. It recognizes the image sensor and converts the movement of the pen mouse device to the coordinate movement value.
그러나 최근에 널리 쓰여지고 있는 일반적인 광마우스는 저각조명으로 표면에 미세한 요철이 있는 사무용 백지에서 고성능으로 동작하는 등 대부분의 바닥면에서 동작되는 특성을 갖는 반면 사무용 백지에서는 바닥면에서 1mm만 떨어져도 전혀 동작하지 않는다.However, the general optical mouse, which is widely used in recent years, has low-angle lighting and works on most floors such as high performance on office white paper with minute unevenness on the surface. Do not.
도 4는 일반적인 광마우스 중의 한 제품의 동작특성이다. 바닥면의 종류 별로 바닥면에서 광마우스의 거리 변화에 따른 평균 에러율을 그래프로 나탄낸 것이다. 도 4에서 도시한 바와같이, 바닥면이 사무용 백지인 경우, 광마우스가 렌즈에서 바닥면 까지의 거리가 최적인 2.4mm를 벗어나 0.2mm 이상을 떨어지면 에러율이 급격히 높아지는 특성을 보인다.4 is an operation characteristic of one of the general optical mouse. The graph shows the average error rate according to the change of distance of the optical mouse from the floor surface by type of floor surface. As shown in FIG. 4, when the bottom surface is an office blank paper, an error rate is rapidly increased when the optical mouse drops 0.2 mm or more out of the optimum 2.4 mm distance from the lens to the bottom surface.
펜을 들어 다음 자소를 쓰기 위해 옮길 때 펜이 바닥면에서 떨어지는 거리는 일반적으로 종이 위에 쓰는 글씨의 경우에는 1mm 내외이고 글씨의 크기가 커지면 조금 더 떨어지게 된다.When you move the pen to write the next letter, the distance that the pen falls from the bottom is usually about 1 mm for writing on paper, and a little further as the size of the pen grows.
또한, 한 줄을 쓰고 행을 바꾸어서 다음 줄을 쓸 때에는 A4 용지의 경우 5mm 정도 바닥면에서 떨어지게 된다. 이러한 동작은 사람의 필기 습관에 따라 다를 수 있고 그림을 그릴 때에는 비슷한 동작의 글을 쓸 때 보다 더 많이 떨어지게 된다.Also, when writing one line and changing the line, the next line will fall about 5mm from the bottom of A4 paper. These actions can vary depending on the person's writing habits, and when drawing, they fall farther than when writing similar actions.
따라서, 광마우스용 반도체칩을 활용해서 디지털 펜을 구성하기 위해서는 렌즈에서 물체까지의 거리가 펜이 바닥에 닿았을 때보다 최소 5mm가 떨어져도 좌표의 좌표의 이동이 원활해야한다.Therefore, in order to construct a digital pen using an optical mouse semiconductor chip, the coordinate coordinates should be smoothly moved even if the distance from the lens to the object is at least 5 mm away from when the pen touches the floor.
그러므로, 상기 광마우스 장치는 일반적인 광마우스와 같이 사무용 백지에서 고성능으로 동작하는 등 대부분의 바닥면에서 동작될 수 있는 특성을 갖는 반면 거리의 변화에 따른 좌표의 이동을 검출할 수 없어 디지털펜으로 사용할 수 없다.Therefore, the optical mouse device has a characteristic that can be operated on most floors, such as high performance in an office blank paper like a general optical mouse, but can not detect the movement of coordinates according to the change of distance to use it as a digital pen. Can not.
또한, 상기 광마우스 장치는 일반적인 광마우스와 같이 바닥면에서 펜이 떨어질 때 조명이 렌즈가 인식하는 범위를 조사하지 못하는 문제점이 있다.In addition, the optical mouse device has a problem that the illumination does not investigate the range of the lens recognizes when the pen falls from the bottom surface like a conventional optical mouse.
도 3은 종래의 광마우스 장치와 최근에 널리 사용되고 있는 광 마우스용 반도체 칩을 사용한 일반적인 광마우스에서 사용하는 조명장치의 도해이다. 상기 도3에서 도시한 바와같이, 바닥면에 닿았을 때의 바닥면1(1), 펜이 바닥면에서 떨어졌을 때의 바닥면2(2), 바닥면의 영상을 센서에 결상하기 위한 렌즈(3), 조명용 광원의 광경로(4), 바닥면의 영상이 결상되는 광경로(5), 렌즈가 인식하는 범위인 인식범위(6)를 도시하고 있다.3 is a diagram of a lighting device used in a general optical mouse using a conventional optical mouse device and a semiconductor chip for optical mouse which is widely used recently. As shown in FIG. 3, the bottom surface 1 (1) when the bottom surface is touched, the bottom surface 2 (2) when the pen is dropped from the bottom surface, and a lens for forming an image of the bottom surface onto the sensor ( 3), the optical path 4 of the illumination light source, the optical path 5 on which an image of the bottom surface is formed, and the recognition range 6 which is a range recognized by the lens.
상기 도 3은 LED의 빛(4)을 바닥면1(1), 바닥면2(2)에 20도의 평행 광선으로 조사하는 경우의 예시이다. 현재 사용되고 있는 일반적인 광마우스에서 사용하는 반도체의 한 제품의 경우 내장된 CMOS센서의 크기는 사방 1mm인데, 1:1광학계(렌즈에서 센서의 거리와 렌즈에서 물체의 거리가 같아 물체의 크기와 상의 크기가 같게 설계된 광학계)의 경우 인식범위(6)는 1mm가 된다. 바닥면1(1)과 바닥면2(2)의 거리차이를 5mm의 경우이다.3 is an illustration of the case where the light 4 of the LED is irradiated to the bottom surface 1 (1) and the bottom surface 2 (2) with parallel rays of 20 degrees. In the case of a semiconductor product used in a general optical mouse, the size of a built-in CMOS sensor is 1mm in all directions, and a 1: 1 optical system (the distance between the sensor and the distance between the lens and the lens is equal to the size of the object and the size of the image). In the case of an optical system designed to be the same, the recognition range 6 becomes 1 mm. The distance difference between the bottom face 1 (1) and the bottom face 2 (2) is 5 mm.
상기 도 3에서 바닥면1의 인식범위를 비추던 LED 빛이, 펜이 바닥에서 5mm 떨어지면 바닥면2로 멀어지게 되고 LED의 빛은 인식범위를 벗어나게 된다. 이런 경우 바닥면1과 바닥면2 의 인식범위를 모두 조사하기 위해서 광가이드에서 나오는 빛을 평행광선이 아닌 20도 이상의 각도로 확산하여 조사해야 한다.In FIG. 3, the LED light that illuminates the recognition range of the bottom surface 1 moves away from the bottom surface 2 when the pen is 5 mm away from the floor, and the light of the LED is out of the recognition range. In this case, in order to investigate both the recognition range of the bottom surface 1 and the bottom surface 2, the light from the light guide should be diffused and irradiated at an angle of 20 degrees or more instead of parallel rays.
상기 도 3에서 평행광선이 아닌 20도 이상의 각도로 확산하여 조사할 경우, 바닥면2에 비추어 지는 조명과 바닥면의 각도가 54도를 이루어 저각조명의 효과를 상실하게 된다. 또한 도면에 예시된 광선 보다 폭이 넓은 평행광선으로 조사할 경우에는 조명용 광학장치가 커져 펜의 굵기가 커지게 되는 단점을 가지게 된다.In FIG. 3, when diffused and irradiated at an angle of 20 degrees or more instead of parallel rays, the illumination of the bottom surface 2 and the angle of the bottom surface are 54 degrees, thereby losing the effect of low angle lighting. In addition, when irradiated with a parallel light beam wider than the light beam illustrated in the drawing has a disadvantage that the illumination optical device becomes large, the thickness of the pen increases.
따라서, 상기 광마우스 장치와 일반적인 광마우스는 상기 선행기술의 경우와 같이, 렌즈와 물체의 거리가 최적 값을 벗어나면 좌표의 이동을 검출하기 어려운 문제점이 있다.Therefore, as in the case of the prior art, the optical mouse device and the general optical mouse have a problem that it is difficult to detect the movement of coordinates when the distance between the lens and the object is outside the optimum value.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 난 반사면을 가지는 바닥면에 발광다이오드의 빛을 반사하지 않는 색의 일정한 라인 또는 점으로 소정의 격자 패턴을 구비하여 영상센서에 서로 다른 방향의 격자패턴의 선 중 각각 한 개 이상이 결상되도록 된 패드를 포함하여 디지털펜과 바닥면의 거리가 변해도 좌표의 이동이 원활하여 일반 펜을 사용하여 글을 쓰거나 그림을 그리 듯 그 내용을 사실적으로 각종 정보기기에 입력할 수 있는 디지털 펜 장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a predetermined lattice pattern with a certain line or point of color that does not reflect light of the light emitting diode on the bottom surface having an egg reflective surface, and among the lines of the lattice pattern in different directions in the image sensor. Even if the distance between the digital pen and the floor is changed, including pads that are formed with one or more images, the coordinates can be moved smoothly so that the contents can be input to various information devices as if writing or drawing using a general pen. It is to provide a digital pen device that can be.
또한, 본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 발광면을 가지는 바닥면에 불투명 색의 일정한 라인 또는 점으로 소정의 격자 패턴을 구비하여 상기 영상센서에 서로 다른 방향의 격자패턴의 선 중 각각 한 개 이상이 결상되도록 된 패드 를 포함하여 디지털펜과 바닥면의 거리가 변해도 좌표의 이동이 원활하여 일반 펜을 사용하여 글을 쓰거나 그림을 그리 듯 그 내용을 사실적으로 각종 정보기기에 입력할 수 있는 디지털펜 장치를 제공하는 것이다.In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a predetermined lattice pattern with a predetermined line or dots of opaque color on the bottom surface having a light emitting surface, each one or more of the lines of the grid pattern in different directions in the image sensor Even though the distance between the digital pen and the bottom surface changes, including the pad that has been formed, the digital pen can move the coordinates to various information devices realistically as if writing or drawing using a general pen. To provide a device.
도 1은 디지털 펜으로 '이' 자를 쓰는 일예를 도시한 도면.1 is a diagram showing an example of writing 'yi' with a digital pen;
도 2는 종래의 광마우스 장치의 조명장치의 문제를 도시한 도면.2 is a view showing a problem of the lighting apparatus of the conventional optical mouse device.
도 3은 종래의 광 마우스 장치의 내부 구성을 도시한 도면.3 is a diagram showing an internal configuration of a conventional optical mouse device.
도 4는 바닥면에 따른 종래의 광마우스의 동작 특성을 그래프로 표시한 도면4 is a graph showing the operating characteristics of the conventional optical mouse according to the floor surface
도 5는 본 발명에 따른 디지털펜 장치의 구성을 도시한 도면.5 is a diagram showing the configuration of a digital pen apparatus according to the present invention;
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 사무용 백지에 저각조명을 할 때 형성된 영상이 영상센서에 결상될 때 영상의 변화를 설명하기 위한 도면.6A, 6B, and 6C are views for explaining the change of the image when the image formed when the low angle illumination on the office blank paper is formed on the image sensor.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 흰 바탕에 검은색 격자로 형성된 패드가 영상센서에 결상할 때 영상의 변화를 설명하기 위한 도면.7A, 7B, and 7C are diagrams for explaining changes in an image when a pad formed of a black grid on a white background forms an image on an image sensor.
도 8a 와 도 8b는 사무용 백지에 저각조명을 할 때 광마우스에서 사용하는 반도체의 영상센서에 결상된 실제의 영상의 변화를 설명하기 위한 도면.8A and 8B are views for explaining the change of the actual image formed by the image sensor of the semiconductor used in the optical mouse when the low-angle lighting on the office white paper.
********** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ******************** Symbol description of the main parts of the drawing **********
500 : 바닥면 501 : 결상용 렌즈500: bottom 501: imaging lens
503 : 조명부 505 : 경통503: lighting unit 505: barrel
507 : 광마우스용 반도체 칩 509 : 송신부507: semiconductor chip for optical mouse 509: transmitting unit
600 : 몸체600: body
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 디지털 펜 장치는, 디지털 펜 몸체, 광학부, 광마우스용 반도체 칩, 송신부를 구비한 디지털 펜 장치에 있어서, 초점심도가 소정의 제 1임계값보다 크고 구경이 소정의 제 2임계값보다 작은 렌즈를 포함하고 상기 렌즈가 인식하는 인식범위를 조사할 수 있는 발광다이오드를 구비하는 광학부; 상기 광학부로부터 인가된 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환하는 영상센서와 상기 영상센서에서 변환된 전기적 신호를 이용하여 컴퓨터 모니터상에 디스플레이되는 커서의 좌표값을 계산 및 처리하는 디지털 신호처리부를 하나의 반도체 칩으로 집적 구성한 광마우스용 반도체칩; 상기 광마우스용 반도체칩에서 계산된 좌표값을 컴퓨터 몸체로 전송하는 송신부; 난 반사면을 가지는 바닥면에 상기 발광다이오드의 빛을 반사하지 않는 색의 일정한 라인 또는 점으로 소정의 격자 패턴을 구비하여 상기 영상센서에 서로 다른 방향의 격자패턴의 선 중 각각 한 개 이상이 결상되도록 된 패드; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.A digital pen device according to the present invention for achieving the above technical problem, the digital pen device having a digital pen body, an optical portion, a semiconductor chip for optical mouse, and a transmitter, the depth of focus is larger than the predetermined first threshold value An optical unit including a lens smaller than the predetermined second threshold and having a light emitting diode capable of irradiating a recognition range recognized by the lens; An image sensor for detecting light from the optical unit and converting the light into an electrical signal, and a digital signal processing unit for calculating and processing coordinate values of a cursor displayed on a computer monitor using the electrical signal converted from the image sensor. An optical mouse semiconductor chip integrated with a semiconductor chip; A transmitter for transmitting the coordinates calculated by the optical mouse semiconductor chip to a computer body; One or more of the grid pattern lines in different directions are formed in the image sensor by providing a predetermined grid pattern with a predetermined line or dot of a color that does not reflect light of the light emitting diode on a bottom surface having an egg reflection surface. Intended pads; Characterized in that it comprises a.
또한, 상기 패드는 상기 점 또는 라인이 상기 발광 다이오드의 색과 보색관계인 색인 것을 특징으로 한다.In addition, the pad is characterized in that the dot or line is an index that is complementary to the color of the light emitting diode.
또한, 상기 난반사면을 가지는 부재는 종이인 것을 특징으로 한다.In addition, the member having the diffuse reflection surface is characterized in that the paper.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 디지털 펜 장치는, 디지털 펜 몸체, 광학부, 광마우스용 반도체 칩, 송신부를 구비한 디지털 펜 장치에 있어서, 초점심도가 소정의 제 1임계값보다 크고 구경이 소정의 제 2임계값보다 작은 렌즈를 구비하는 광학부; 상기 광학부로부터 인가된 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환하는 영상센서와 상기 영상센서에서 변환된 전기적 신호를 이용하여 컴퓨터 모니터 상에 디스플레이되는 커서의 좌표값을 계산 및 처리하는 디지털 신호처리부를 하나의 반도체 칩으로 집적 구성한 광마우스용 반도체칩; 상기 광마우스용 반도체칩에서 계산된 좌표값을 컴퓨터 몸체로 전송하는 송신부; 발광면을 가지는 바닥면에 불투명한 색의 일정한 라인 또는 점으로 소정의 격자 패턴을 구비하여 상기 영상센서에 서로 다른 방향의 격자패턴의 선 중 각각한 개 이상이 결상되도록 된패드를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a digital pen device including a digital pen body, an optical unit, a semiconductor chip for optical mice, and a transmitter, wherein a depth of focus is greater than a predetermined first threshold value. An optical unit including a lens having an aperture smaller than a second predetermined threshold; An image sensor for detecting the light applied from the optical unit and converting the light into an electrical signal, and a digital signal processing unit for calculating and processing coordinate values of a cursor displayed on the computer monitor using the electrical signal converted from the image sensor. An optical mouse semiconductor chip integrated with a semiconductor chip; A transmitter for transmitting the coordinates calculated by the optical mouse semiconductor chip to a computer body; And a pad having predetermined lattice patterns of opaque colors on a bottom surface having a light emitting surface, wherein at least one of the lines of grid patterns in different directions is formed in the image sensor. It is done.
또한, 상기 발광면은, LCD모니터의 백라이트 성분으로 된 패드를 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, the light emitting surface is characterized in that it comprises a pad of the backlight component of the LCD monitor.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명에 따른 디지털 펜 장치의 구성을 도시한 도면으로서, 상기 도 5에서 도시한 바와 같이, 디지털 펜 장치는 몸체와, 렌즈와, 발광다이오드와, 경통과, 광마우스용 반도체칩과, 송신부와, 패드로 구성한다.5 is a diagram showing the configuration of a digital pen device according to the present invention. As shown in FIG. 5, the digital pen device includes a body, a lens, a light emitting diode, a barrel, a semiconductor mouse for an optical mouse, And a transmitter and a pad.
상기 몸체(600)는 원형 또는 타원형으로 손에 쥐기 편한 형태로 제조된 펜 형상을 가진다. 상기 렌즈(501)는 초점심도가 소정의 제 1임계값보다 크고 구경이 소정의 제 2임계값보다 작으며, 상기 소정의 제 1임계값과 제 2임계값은 실험에 의해 적정 수치를 정할 수 있는데, 상기 제 1임계값은 상기의 패드와 디지털 펜이 바닥에 닿았을 때보다 5mm 이상의 거리가 떨어져도 펜이 패드의 바닥면에 닿았을 때와 좌표의 이동속도가 변하지 않는 초점심도 값을 말한다.The body 600 has a pen shape manufactured in a circular or oval shape that is easy to hold in the hand. The lens 501 has a depth of focus greater than a predetermined first threshold value and an aperture smaller than a predetermined second threshold value, and the predetermined first threshold value and the second threshold value may be appropriately determined by an experiment. The first threshold refers to a depth of focus value that does not change when the pen touches the bottom surface of the pad and the movement speed of the coordinate does not change even when a distance of 5 mm or more is greater than when the pad and the digital pen touch the floor.
상기 발광다이오드(503)는 사용자가 디지털 펜 장치로 글씨를 쓰거나 그림을 그리는 경우 펜이 5mm 이상 바닥면에서 떨어져도 렌즈(501)가 영상을 읽어 들이는 인식부위를 모두 비출 수 있는 각도로 조사하여 펜이 바닥에 닿았을 때 보다 렌즈에서 물체까지의 거리가 최소한 5mm 이상 떨어져도 영상센서에서 영상의 변화를 감지해 좌표이동을 추적할 수 있다. 상기 경통(505)은 상기 발광다이오드(503)와 광마우스용 반도체칩(507)을 연결한다.When the user writes or draws with a digital pen device, the light emitting diode 503 is irradiated at an angle that allows the lens 501 to read all of the recognition region where the lens 501 reads the image even when the pen is dropped from the bottom surface by 5 mm or more. Even if the distance from the lens to the object is at least 5mm more than when it hits the floor, the image sensor can detect the change of the image and track the coordinate movement. The barrel 505 connects the light emitting diode 503 and the semiconductor mouse 507 for the optical mouse.
상기 광마우스용 반도체칩(507)은 상기 발광다이오드(503)로부터 인가된 빛을 감지하여 전기적 신호로 변환하는 영상센서(미도시)에서 변환된 전기적 신호를 이용하여 컴퓨터 모니터상에 디스플레이되는 커서의 좌표값을 계산 및 처리하는 디지털 신호처리부(미도시)를 하나의 반도체칩으로 집적 구성한다. 상기 광마우스용 반도체칩(507)은 상기 영상센서(미도시)와 상기 디지털 신호처리부(미도시)를 분리하여 별도로 구비하는 것이 가능하다. 또한, 상기 디지털 신호처리부(미도시) 대신에 마이크로 프로세서를 사용하는 것이 가능하다.The optical mouse semiconductor chip 507 detects light applied from the light emitting diode 503 and converts the light into an electrical signal using an electrical signal converted by an image sensor (not shown). A digital signal processor (not shown) for calculating and processing coordinate values is integrated into one semiconductor chip. The optical mouse semiconductor chip 507 may be provided separately from the image sensor (not shown) and the digital signal processor (not shown). In addition, it is possible to use a microprocessor instead of the digital signal processor (not shown).
상기 송신부(509)는 상기 광마우스용 반도체칩(507)에서 계산된 좌표값을 컴퓨터 본체로 전송한다.The transmitter 509 transmits the coordinates calculated by the optical mouse semiconductor chip 507 to the computer main body.
상기 패드(500)는 난 반사면을 가지는 바닥면에 상기 발광다이오드의 빛을 반사하지 않는 색의 일정한 라인 또는 점으로 소정의 격자 패턴을 구비하여 상기 영상센서에 서로 다른 방향의 격자패턴의 선 중 각각 한 개 이상이 결상되도록 한다. 패드(500)는 일반적인 광마우스도 콘트라스트가 높은 바닥 면에서는 수mm 떨어져도 정상적인 동작을 하는 것이 가능하며 이때 사용하는 바닥면의 형상에 따라 정상동작을 하는 거리가 차이가 나게 되는데 가장 성능이 좋은 백색 용지에 검은 줄을 교차시켜 만든 격자 패턴을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 격자 패턴(미도시)은 방향이 다른 각각의 두 축이 영상센서에 각각 한개 이상이 결상될 수 있도록 선의 굵기와 간격이 설계되어야 한다. 또한, 흰색 바탕의 검은색 격자로 이루어진 패드 외에도 흰색 바탕에 검은색 점으로 이루어진 패드도 가능하며, 검은색 뿐 아니라 LED 조명의 보색으로 이루어진 격자 또는 점으로 패드를 구성할 수 있다.The pad 500 has a predetermined lattice pattern with a predetermined line or dot of a color that does not reflect light of the light emitting diode on a bottom surface having an egg reflective surface, and among the lines of the lattice pattern in different directions on the image sensor. Make sure at least one is missing each. The pad 500 can operate normally even if a general optical mouse has a high contrast, even if it is several mm away from the bottom surface, and the distance of the normal operation varies depending on the shape of the bottom surface. It is advisable to use a grid pattern created by crossing black lines. The grid pattern (not shown) should be designed in the thickness and spacing of the lines so that at least one of each of two axes having different directions can be formed in the image sensor. In addition, a pad made of black dots on a white background may be used in addition to a pad made of a black grid on a white background, and the pad may be formed of a grid or dots made of complementary colors of LED lighting as well as black.
본 발명에 따른 다른 실시예(미도시)로서, 디지털 펜 장치의 구성을 몸체와, 렌즈와, 경통과, 광마우스용 반도체칩과, 송신부와, 자체 발광하는 패드로 구성할 수 있다.As another embodiment (not shown) according to the present invention, the structure of the digital pen apparatus may be composed of a body, a lens, a barrel, a semiconductor chip for an optical mouse, a transmitter, and a pad that emits light.
상기 몸체와, 렌즈와 경통과 광마우용 반도체칩과 송신부는 상기 도 3에서 도시한 바와 같은 구성과 동작을 하나, 자체 발광하는 패드(미도시)는 LCD모니터에서 사용하는 백라이트와 같이 발광하는 평면으로 이루어진 바닥면 위에 빛을 투과하지 못하는 검은색 등 불투명한 라인이 교차하는 격자 또는 점으로 구성한다.The body, the lens, the barrel, and the optical chip for the optical mouse and the transmitter are configured and operated as shown in FIG. 3, but the self-emitting pad (not shown) is a plane that emits light as the backlight used in the LCD monitor. It consists of grids or dots intersecting opaque lines such as black that do not transmit light on the bottom surface.
상기와 같은 자체 발광하는 패드(미도시)는 LED 등 조명 수단이 없어도 디지털 펜 장치의 동작이 가능하다.The self-emitting pad (not shown) can operate the digital pen device even without an LED or the like.
도 6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 7c, 8a, 8b는 디포커스(Defocus:초점 흐려짐) 현상이 생길 때의 센서에 맺히는 영상의 도해이다.6A, 6B, 6C, 7A, 7B, 7C, 8A, and 8B are illustrations of an image formed on a sensor when a defocus phenomenon occurs.
상기 도 6a, 6b, 6c는 사무용 백지에 저각조명으로 만들어지는 작은 영상이 렌즈에서 물체까지의 거리가 멀어지면서 디포커스가 생길 때 센서에 맺히는 영상의 변화를 원리를 도식적으로 도시한 도면이다. 도 7a, 7b, 7c는 흰 바탕에 검은색 격자로 형성된 영상이 렌즈에서 물체까지의 거리가 멀어지면서 디포커스가 생길 때 센서에 맺히는 영상의 변화를 원리로 이해하기 위하여 도해한 것이다.6A, 6B, and 6C are diagrams schematically illustrating a principle of change of an image formed on a sensor when a small image made of a low angle light on an office white paper causes a defocus as the distance from a lens to an object increases. 7A, 7B, and 7C are diagrams for understanding in principle the image change formed on the sensor when the image formed by the black grid on the white background becomes defocused as the distance from the lens to the object increases.
또한 도 6a, 7a, 8a는 바닥면의 위치가 최적 상 거리에 있을 때이고 도 6b,7b, 8b는 최적 상 거리에서 멀어 졌을 때, 도 6c와 7c는 도 6b, 7b보다 멀어졌을 때의 현상이다.6A, 7A, and 8A show when the bottom surface is at the optimum phase distance, and FIGS. 6B, 7B and 8B show the phenomenon when the distance from the optimal phase distance is greater, and FIGS. 6C and 7C are farther than FIGS. 6B and 7B. .
영상센서가 영상의 이동을 감지하기 위해서는 센서에 결상되는 영상의 각 셀 간의 콘트라스트(명암의 대비)가 센서에서 감지할 수 있는 감도 이상으로 형성되어야 된다.In order for the image sensor to detect the movement of the image, the contrast (contrast of contrast) between each cell of the image formed in the sensor should be formed above the sensitivity that can be detected by the sensor.
상기 도 7a는 거리의 변화로 인한 디포커스가 생겨도 셀 간에 뚜렷한 구분되어 있어 센서가 인식할 수 있는 조건을 갖추고 있다. 반면 도 6에서 디포커스될 때의 영상 도 6a, 6b는 셀 간의 명암의 대비가 급격히 저하된 모습이다.In FIG. 7A, even if defocus occurs due to a change in distance, the cells are clearly distinguished from each other and thus have a condition that the sensor can recognize. On the other hand, when the image is defocused in FIG. 6, FIGS. 6A and 6B show a sharp decrease in contrast between cells.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 기술되었지만, 본 발명 분야의 당업자는 본 발명 사상과 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 의해서만 제한된다.Although the invention has been particularly shown and described with reference to the preferred embodiments, those skilled in the art will appreciate that various modifications are possible without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the invention is limited only by the claims.
이상에서 설명한 본 발명에 의한 디지털 펜장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.The digital pen apparatus according to the present invention described above has the following effects.
첫째, 디지털 펜과 바닥면의 거리가 변해도 좌표의 이동이 원활하여 일반적으로 사용하는 펜을 사용하듯이 글을 쓰거나 그림을 그리면 그 내용을 사실적으로 각종 정보기기에 입력을 할 수 있고, 거리의 변화에 따른 좌표 이동을 파악할 수 있는 바닥면을 별도의 패드 외에도 종이, 노트북컴퓨터의 표면 등에 자유롭게 구현할 수 있으며, LED 외에 별도의 조명용 장치가 없어 구경을 작게 설계할 수 있다.First, even if the distance between the digital pen and the floor changes, the coordinates move smoothly, so writing or drawing like a normal pen can be used to realistically input the contents into various information devices. In addition to a separate pad, the bottom surface can grasp the coordinate movement according to the paper, the surface of the notebook computer can be freely implemented, and there is no separate lighting device besides the LED, so that the diameter can be designed small.
둘째, LCD모니터에서 사용하는 백라이트와 같이 발광하는 평면으로 이루어진 바닥면 위에 빛을 투과하지 못하는 검은색 등 불투명한 라인이 교차하는 격자 또는 점으로 이루어진 패드를 사용하는 경우 LED 등 조명 수단이 없어도 동작할 수 있어 펜의 전력소모를 줄일 수 있을 뿐 아니라 펜의 크기를 줄일 수 있다는 장점이 있다.Second, in the case of using a pad made of grids or dots intersecting opaque lines such as black that cannot transmit light on the bottom surface made of a plane that emits light, such as a backlight used in LCD monitors, it is possible to operate without LED lighting means. This can reduce the power consumption of the pen as well as reduce the pen size.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20020116 |
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| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| PN2301 | Change of applicant |
Patent event date: 20030804 Comment text: Notification of Change of Applicant Patent event code: PN23011R01D |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20040331 Patent event code: PE09021S01D |
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20041227 |
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| NORF | Unpaid initial registration fee | ||
| PC1904 | Unpaid initial registration fee |