JP2012508408A - 空中での指の動きを通じて制御されるマウス - Google Patents

Abstract

本発明は空中で自由に動く指の微細な移動情報を把握し、これをコンピューターマウスの座標情報として利用することによって使用者の便宜性を高めることができる新型指マウスに関する。使用者は本発明の技術によって従来の有無線マウスにおける形態的限界及び空間的限界から逸脱して、如何なる姿勢や場所にも制限されず、容易で且つ便利にマウスポインタを制御することができる。

Description

指の動きを基盤にした新型コンピューターポインティング入力装置

最近半導体とセンサーの早い発展に伴って多くの電子器機が使用者の便利性のために多様な方式に変化されており、このような傾向はコンピューターの主入力装置であるマウス分野においても適用されている実情である。マウス製品は初期形態であるボールマウスを始め、ボールマウスの不便を無くした光マウス及びレーザーマウス、マウスとコンピューターの間の連結線を除去した無線マウス、また携帯用コンピューティング環境でポインティング機能を具現したＡｐｐｌｅ社のタッチパッドやＩＢＭ社のトラックポインタなどで、漸次にその機能と形態が発展している傾向である。しかし、このようなマウスは平面に置いて使用しなければならないという点で不便である。これは、マウスは必ずコンピューターの前に座って使用すべきであるという固定観念から逸脱されなかったからであり、姿勢の制限性及び空間の制約性によって容易にコンピューターを制御することができないという短所がある。

以下、従来マウスの短所を減少するために試みられた従来技術の接近法及び指を利用した従来のポインティング技術の問題点を記述する。

まず、大韓民国実用新案出願番号２００４−００２８０７４号はリモートコントローラーとマウスを結合した新型マウスで、空中でもポインティング制御が可能な機能（空中マウス）を有している。これと類似して、大韓民国特許公開２００４−００６６９８６号はプレゼンテーション用レーザーポインタとマウスを結合した装備で、この発明も空中でポインティング制御が可能である。このような装備は水平／垂直感知部をマウスの内側に構成して装備を持っている手の全体の動きを算出し、その情報をマウスの移動信号として使う方式である。これは平面でマウスを使用する必要がないという点では肯定的であるが、その大きさと重量が従来のマウスと大同小異であるので、使用者が長期間使用することができないという問題点がある。また、従来のマウスと同じく手で握って動作させなければならないという点で使用者の姿勢的制限及びずっと持っていなければならないという不便がある。

一方、日本特許公開２００７−１０９１８８号は指の動きを通じて制御されるピストル型マウスで、左／右親指を利用してマウス座標を制御し、人差し指を通じてマウスクリック機能を行う。従来のマウスとは異なって指を通じて制御されるという面では肯定的であるが、マウスポインタを対角線の方向に移動させにくいという点と、空中マウスのようにマウスポインティングのためにずっと持っていなければならないという不便がある。

一方、アメリカ特許公開２００３０２１４４８１号は指に付着する指貫型マウスで、ＩＢＭ社のトラックポインタのように指の触圧（ｔｏｕｃｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を測定することができる装備をマウスに装置して指の間の接触圧力を利用してコンピューターポインタを制御するマウスである。指に付着された形態であるので携帯性が優れ、マウスを手でずっと持っている必要がないという点で肯定的である。しかし、指の圧力を通じて制御される方式はポインティングの精巧さに限界を有し、使用者が利用するにも直観的ではなくてその效率性が低下する。これに比べて、本発明の技術は、空中で動く微細な指の移動情報を測定してマウスポインタに反映するので、より精巧であり、同時に使用者が直観的にマウスポインタを制御することができるという点でさらに效果的である。

一方、大韓民国特許公開２００５−００２５８３７号は指にマウスポインタ装置を付着し、加速度計のＸ／Ｙ情報を把握して仮想タッチパッドに接触された指の動きを把握する技術を提案した。しかし、地球上の全ての加速度計は重力加速度（９.８ｍ／ｓ^２）に影響されるため、測定されたＸ、Ｙ加速度値には実際指の移動で変化された運動加速度と指標の垂直方向からｃｏｓθだけの大きさで発生される重力加速度が必ず加えられる。即ち、指の動きの加速度のみ精密に測定することができないため、精巧なポインティングが不可能である。もちろん、指を床（仮想タッチパッド）に置いて動く場合には、重力加速度のエラーをフィルターとアルゴリズムを通じてある程度減少することができるが、空中にある場合、微細なマウスポインタの制御が不可能であるので、当該技術は床のみに使用されることができる。その結果、指の移動をジャイロセンサーを通じて測定し、加速度センサーで補正する本発明の動き感知手段は、指ポインティング装置が床だけでなく、空中でも使用できるようにしたという点で大韓民国特許公開２００５−００２５８３７号の限界点を克服したと評価される。

大韓民国実用新案出願番号２００４−００２８０７４号 大韓民国特許公開２００４−００６６９８６号 日本特許公開２００７−１０９１８８号 米国特許公開２００３０２１４４８１号 大韓民国特許公開２００５−００２５８３７号

本発明の目的は、使用者の姿勢や空間に関係なく、指の動き自体を測定してポインティングに適用される新型指マウス装置及びその方法を提供することにある。本発明のために従来の有無線マウスの大きさに比べて相対的に１）非常に小型化された形態のマウスを指に付着し、付着された指の微細な２）動きを測定した後、この情報をＲＦ通信やＵＳＢ通信を通じてコンピューターに伝達してポインタの座標情報として利用する。また使用者の所望の場合のみ、指の動きがマウスポインタに適用されることができる３）特定スィッチを有する。

本発明を小型化するためには、マイクロプロセッサーと通信装置、またタッチセンサーなどが一つのチップに集約されたＳＯＣ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｎ Ｃｈｉｐ）形態のチップを使用することが好ましい。特に、静電容量基盤のタッチ機能は該原理のみ理解すれば特別なチップを使用しなくても一般のマイクロプロセッサーで具現できる。マイクロチップ社やＳＴＭ社のホームページでは、特許権限が終了したタッチ技術を一般のマイクロプロセッサーで具現できるように説明した技術文書を配布しているので参照が可能である。このように本発明に必要な諸機能をＳＯＣ形態に集約したチップを使用する場合、本発明の電子回路の大きさを大きく減少することができるので製品の小型化が可能である。

指に付着された小型マウスを通じて指の動きを測定するためにはジャイロセンサーや加速度センサーが必要である。しかし、加速度センサーは地球の重力加速度（９.８ｍ／ｓ^２）に影響されるため、指の動き自体のみを正確に測定することができない。一部特許では、数学式１を基に３軸加速度センサーを通じて重力加速度が排除された動きの加速度のみを測定することができると主張しているが、これは加速度センサーが測定した値に誤差が全くないと仮定した理論的な内容である。実際、量産に用いられるＭＥＭＳ基盤の低価加速度センサーは確かに一部の誤差を有しているので正確な動きの加速度のみを測定するには限界がある。

指の動きを正確に測定するためには重力加速度に影響されないジャイロセンサーを主測定装置として使用し、加速度センサーはジャイロセンサーの測定正確性を高める補助装置として使用することが好ましい。実際、量産に使用されるＭＥＭＳ基盤の低価ジャイロセンサーも確かに一部の誤差を有しているが、この誤差は重力ではなく動きに関して適用される誤差であるので適切なアルゴリズムとフィルターを通じて解決することができる。一つの例として、ジャイロセンサーで測定されたデータを、まずローパスフィルタを通過させて一部のエラーを無くし、最近データの分散情報を基にするカルマンフィルターアルゴリズムを適用させる場合、測定されたデータの正確性を高めることができる。このようなフィルターやアルゴリズムを利用する時、補助情報として加速度センサーの測定値を使用する場合より正確な測定が可能である。ここで、ジャイロセンサーを基盤に加速度値を補助情報として利用する方式と加速度センサーを基盤にジャイロセンサーの角速度値を補助情報として利用する方式は結論的にほぼ同じ結果を得ることもできるので、少しの論難の要素が存在することができる。しかし、本発明はジャイロセンサーのみを通じて具現されることもできるが、加速度センサーのみでは具現されることができないことは明らかである。このような事実で、本発明ではジャイロセンサーを主測定装置と使用し、加速度センサーはジャイロセンサーの測定正確性を高める補助装置として使用すると明示した。

本発明を效果的に使用するためには、使用者の所望の場合のみに指の動きがマウスポインタに反映できるようにすべきである。これは本発明のマウスを付着したままタイピング動作や電話などの他の動作を容易に行うようにするためである。このために、ポインティングの反映可否を制御するスィッチは指や体の軽いタッチだけで動作されることができるタッチスィッチに具現されることが好ましい。

本発明における空中での指の動きを通じて制御されるマウスは、マウスを非常に小型化して指に付着することによって、従来の有無線マウスの空間的限界を克服し、使用者の便宜性を図ることができるという效果を奏する。

本発明における空中での指の動きを通じて制御されるマウスは、ジャイロセンサー及び加速度センサーを利用して指の微細な動き、即ち、左／右移動あるいは傾きなどを測定し、当該情報をマウスの座標情報として使用することによって、マウスポインタの制御のために必要以上の過度な手動作を最小化することができるという效果を奏する。

本発明における空中での指の動きを通じて制御されるマウスは、タッチセンサーを利用して指の間の軽い接触だけでもマウスポインタの動作可否を制御できるようにすることによって、マウス機能の便宜性を極大化することができるという效果を奏する。

本発明の一実施形態による空中での指の動きを通じて制御されるマウスの主要構成図である。 本発明の一実施形態による指の動きを通じて制御されるマウスの位置例示図である。 本発明の一実施形態による空中での指の動きを通じて制御されるマウスの指を固定する例示図である。 本発明の一実施形態による空中での指の動きを通じて制御されるマウスポインタ動作開始／終了の例示図である。 本発明の一実施形態による空中での指の動きを通じて制御されるマウスで指の動きを測定する順序を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による空中での指の動きを通じて制御されるマウスにＳＯＣ型マイクロプロセッサーを利用した例示図である。 本発明の一実施形態による空中での指の動きを通じて制御されるマウスが無線通信を基盤に動作した場合、コンピューターの方に連結される無線ＵＳＢ形態の器機構成図である。

以下、図面を参照して説明するに当って、本発明の要旨を表すために必要ではない事項、即ち通常の知識を有する当業者が自明に付加することができる公知の構成に対しては図示しないか、または具体的に記述しないことを明らかにする。

図１は本発明の一実施形態による空中での指の動きを通じて制御されるマウスの主要構成図である。

ジャイロセンサー及び加速度センサー１は本発明のマウスが付着された指の動きを感知する。本発明の動き感知手段は、地球重力に影響されないで指の動きを精密に把握できるジャイロセンサーを主測定装置として使用する。ジャイロセンサーは物体が動いた角速度を測定できる装置で、傾斜や周辺環境に関係なく指の移動座標値を正確に測定することができるので、空中でも指の動きを精密に把握することができる。本発明では、ジャイロセンサーを主動き感知手段として使用し、さらに加速度センサーを備える場合には、ジャイロセンサーとの協業を通じて動きの測定の正確性を高める補助装置として使用する。クリックスィッチ２、３はマウス左クリック及び右クリックを具現するためのスィッチで、機械的スィッチやタッチセンサーを通じて具現されることができる。一方、タッチパッド４には使用者の体が近接した場合、パッドの誘電率の変化による静電容量を計算して体の接触可否を感知することができるタッチスィッチが装置される。図１のタッチパッドの位置は一例に過ぎず、マウスの構造によってその位置が多様に変化されることができる。センサー制御ＩＣ５は、タッチボタンを制御する機能を行う。一例として、Ｑｕａｎｔｕｍ社のＡＴ４２ＱＴ１０６０チップの場合は、非常に少ない電力を消耗しながら、六つのタッチセンサーを一つのＩＣで制御することができるので、本発明に採用可能である。もし、静電容量基盤のタッチ技術が知っていれば、一般のマイクロプロセッサーにタッチ機能を直接具現することもできる。マイクロプロセッサー６は、ジャイロセンサー及び加速度センサー１、クリックスィッチ、タッチセンサー５の動作を制御し、処理された情報は通信チップ７を通じてコンピューターに伝達することによってマウスポインタの情報及びクリックなどの動作を処理する。ここで、通信チップ７はＲＦ無線通信、ＵＳＢ無線通信またはＵＳＢ有線通信などの機能を有することができる。バッテリー８は、無線通信を行う場合、マウスに電源を供給し、ＵＳＢ連結でマウスを駆動する場合には、コンピューター本体の電力を直接利用できるように構成される。

図２は本発明の一実施形態による指の動きを通じて制御されるマウスの位置例示図である。

本発明が具現されたマウスは指の動きを感知するために一つまたは複数が何れかの指に付着されて動作されることができることは自明である。図２は本発明のマウスが人差し指９や中指１０上に存在する場合の一例示図である。

図３は本発明の一実施形態による指の動きを通じて制御されるマウスの固定例示図である。

マウスを指に固定するための最も簡単な方式は指輪のようなリング状固定装置でマウスを指に固定させることである。図３の１１のように端部に若干の空間を置くことによって指の大きさによって若干大きくなることができるように效率的に構成する場合、指の太さに関係なく固定されることができる。前記リング状固定装置は一例に過ぎず、本発明を指に付着させるために多様な構造の装置が使用できることは勿論であり、一指のみにマウスが固定されるのではなく二つ以上の指にも付着されるように固定装置を構成することもできる。さらに、マウスの固定装置が付着機能以外に他の機能も実行できるように固定装置の内部に他の構成要素を配置して設計することができることは勿論である。

図４は本発明の一実施形態による空中での指の動きを通じて制御されるマウスポインタのポインティング適用判断スィッチを操作する例示図である。

使用者はマウスだけではなく、キーボードを打ったり電話に出たりするなど多くの仕事をするので、本発明のマウスに意図しない動きの信号を与える場合もある。従って、これを防止するためには、マウスの特定部位にマウスポインタ動作の開始／終了を制御可能なスィッチを備え、図４のように容易にスィッチ１２を制御できるようにすべきである。便利性のために、該スィッチは指や体の接触を通じて制御されるタッチスィッチが好ましい。しかし、一般スィッチを使用してこの機能を具現することもでき、従来の左／右クリックスィッチを押す順序や押す時間によってこの機能が具現されることもできる。即ち、このボタンの具現方式や構造またボタンの位置などの多様な形態になることができることは勿論である。

図５は本発明の一実施形態による空中での指の動きを通じて制御されるマウスで指の動きを測定する順序のフローチャートである。

まず、マウスポインタ動作の適用可否を制御するスィッチを確認して、現在使用者が指の動きをポインティングするか否かを判断する。ポインティングが許可（ＥＮＡＢＬＥ）された状態であると、動き感知手段を通じてＸ／ＹＬＯＷデータを測定して、ローパスフィルタを通じて雑音を除去する。Ｘ／Ｙともゼロではない場合、該情報をＲＦ通信やＵＳＢ通信を通じてコンピューターに伝達し待機状態に戻る。

図６は本発明の一実施形態による空中での指の動きを通じて制御されるマウスにＳＯＣ型マイクロプロセッサーを適用した例示図である。

マイクロプロセッサーとＲＦ、ＵＳＢ通信機能及び／またはＵＳＢ連結機能などは一つのチップに包括されるＳＯＣ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｎ Ｃｈｉｐ）形態に構成することによって、本発明をより小型化させることができる。一例として、ＴＩ社のＣＣ２４３０やＣＣ２４３１のようなチップは８０５１コアのマイクロプロセッサーを基盤に２.４ＧＨｚの無線通信機能を同時に提供し、Ｃｙｐｒｅｓｓ社やＮｏｒｄｉｃ社の一部チップではマイクロプロセッサーの中にＵＳＢ及び無線通信機能を有しているので、本発明に適用可能である。

図７は本発明の一実施形態による空中での指の動きを通じて制御されるマウスが無線通信を基盤に動作した場合、コンピューターの方に連結される無線ＵＳＢ形態の器機構成図である。Ｎｏｒｄｉｃ社ではマイクロプロセッサー中にＵＳＢ通信とＲＦ通信機能を有しているＳＯＣチップｎＲＦ２４ＬＵ１を生産していて、本発明に適用可能である。

一方、上記で図１〜図７を利用して説明したのは本発明の主要事項のみを説明したもので、その技術的範囲内で多様な設計が可能な限り本発明が図１〜図７の構成に限定されるのではないことは自明である。

Claims (1)

1. 動き感知手段と；
   タッチ感知手段と；
   マウスポインタ動作開始／終了手段と；
   制御手段と；を含む、一つ以上の指に固定される空中での指の動きを通じて制御されるマウスにおいて、
   動き感知手段は、空中での指の動きで、左／右移動及び傾きを感知し、
   タッチ感知手段は、一つ以上存在して指及び人体のタッチを感知し、
   マウスポインタ動作開始／終了手段は、空中での指の動きによってマウスポインタが動作されることを開始／終了し、
   制御手段は、指の動きによってマウスポインタを指のタッチに従ってマウス機能をそれぞれ制御し、
   前記動き感知手段は、ジャイロセンサーを基盤にし、必要の時誤差を補正するために加速度センサーを使用し、前記タッチ感知手段は、人体の微細な電流によってタッチを感知して動作されるタッチセンサーで構成されたボタンとして動作し、前記マウスポインタ動作開始／終了手段はタッチセンサーで構成されたボタンであることを特徴とする空中での指の動きを通じて制御されるマウス。

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