KR101304948B1 - Sensor System and Position Recognition System - Google Patents
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Abstract
본 발명은 센서장치 및 이를 이용한 위치인식장치에 관한 것이다. 본 발명의 센싱장치는 대상물체로부터 나오는 빛을 초점에 모아서 상기 물체의 상(像)을 형성하기 위한 제 1렌즈와, 상기 제 1렌즈에 의해 형성된 물체의 상을 센싱하기 위한 제 1이미지센서와, 상기 제 1렌즈가 위치한 곳과 동일하지 않은 위치에 형성되며, 대상물체로부터 나오는 빛을 초점에 모아서 그 물체의 상(像)을 형성하는 제 2렌즈 및 상기 제 2렌즈에 의해 형성된 물체의 상을 센싱하기 위한 제 2이미지센서를 포함한다.The present invention relates to a sensor device and a position recognition device using the same. The sensing device of the present invention comprises a first lens for forming an image of the object by focusing light from an object, a first image sensor for sensing an image of an object formed by the first lens; And a second lens formed at a position not identical to where the first lens is located, and collecting light from an object to form an image of the object, and an image of the object formed by the second lens. It includes a second image sensor for sensing the.
센서, 마우스, 위치, OFS Sensor, mouse, position, OFS
Description
도 1은 일반적인 광마우스의 구조도1 is a structural diagram of a typical optical mouse
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱장치의 구조도2 to 4 is a structural diagram of a sensing device according to an embodiment of the present invention
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서장치를 사용한 위치인식장치의 일부 블록도5 is a partial block diagram of a position recognition device using a sensor device according to an embodiment of the present invention
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 도 2 내지 도 4의 센싱장치를 구비한 위치인식장치6 to 8 is a position recognition device having the sensing device of FIGS. 2 to 4 according to an embodiment of the present invention
{도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명}{Description of Signs of Major Parts of Drawings}
200a : 제 1인식부 200b : 제 2인식부200a:
201, 301 : 제 1이미지센서 202, 302, 402 : 제 1렌즈201, 301:
203, 303 : 제 2이미지센서 204, 304, 404 : 제 2렌즈203, 303:
305 : 빔분할수단 401 : 이미지 센서305: beam splitting means 401: image sensor
403 : 차단수단403: blocking means
본 발명은 센서장치 및 이를 이용한 위치인식장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor device and a position recognition device using the same.
도 1은 종래 광마우스의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional optical mouse.
광마우스는 매우 작은 카메라작용을 하는 광학센서(금속 산화물 CMOS 반도체), 빨간 불빛을 내는 작은 다이오드(LED)가 있다. 공학마우스가 내는 빨간 불빛은 광학센서위로 반사되고, 센서의 신호는 다시 각 영상을 디지털 신호 처리장치(DSP)로 보내고, DSP는 각 영상의 패턴을 감지할 수 있고, 그런 패턴들이 이전의 영상과 비교해 어떻게 움직였는지 간파할 수 있다.Optical mice have an optical sensor (metal oxide CMOS semiconductor) that acts as a very small camera, and a small red light emitting diode (LED). The red light emitted by the engineering mouse is reflected onto the optical sensor, and the signal from the sensor is sent back to the digital signal processor (DSP), and the DSP can detect the pattern of each image. Compare how it worked.
일련의 영상 패턴이 변화한 것을 토대로 DSP는 마우스가 얼마나 멀리 움직였는지를 결정하고, 이에 상응하는 좌표를 컴퓨터로 보내고, 컴퓨터는 마우스에서 받은 좌표를 바탕으로 화면 위에 커서를 움직인다. 이런 일들이 1초에도 수백번씩 반복되기 때문에 화면의 커서는 매우 부드럽게 움직일 수 있다. Based on the change in the sequence of images, the DSP determines how far the mouse has moved, sends the corresponding coordinates to the computer, and the computer moves the cursor on the screen based on the coordinates received from the mouse. Because these things are repeated hundreds of times a second, the cursor on the screen can move very smoothly.
그러나 종래의 광마우스에 사용되는 센서의 경우 렌즈와 바닥 간의 거리가 2.3~2.5㎜를 유지하여야 변위데이터를 획득할 수 있으며, 거리에 따라 상의 크기가 바뀌어 진행거리 대비 변위 데이터가 불규칙한 현상이 발생한다.However, in the case of the sensor used in the conventional optical mouse, the distance between the lens and the floor must be maintained at 2.3 to 2.5 mm to obtain the displacement data, and the size of the image changes according to the distance, resulting in irregular displacement data compared to the traveling distance. .
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 그 목적은 센 서장치의 광학 시스템을 재설계하여 바닥과의 거리와 무관하게 동작을 하고, 스케일링 문제도 극복한 센서장치를 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to redesign the optical system of the sensor device to provide a sensor device that operates regardless of the distance to the floor, and also overcomes the scaling problem. .
본 발명의 다른 목적은 이동테의 높이변화에 따른 동작불능이나 스케일링을 극복한 센싱장치를 부착한 위치인식장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a position recognition device with a sensing device that overcomes inoperability or scaling due to height change of the moving frame.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 센싱장치는, 대상 물체로부터 나오는 빛을 모아서 상기 물체의 상(像)을 형성하는 제 1 렌즈; 상기 제 1 렌즈에 의해 형성된 물체의 상을 센싱하는 제 1 이미지센서; 대상 물체로부터 나오는 빛을 모아서 상기 물체의 상(像)을 형성하는 제 2 렌즈; 및 상기 제 2 렌즈에 의해 형성된 물체의 상을 센싱하는 제 2 이미지센서를 포함하고, 상기 제 1 렌즈와 상기 대상 물체 간의 거리와 상기 제 2 렌즈와 상기 대상 물체 간의 거리는 동일하지 않다.In order to achieve the above object, the sensing device of the present invention comprises: a first lens for collecting light emitted from an object to form an image of the object; A first image sensor sensing an image of an object formed by the first lens; A second lens collecting light emitted from an object to form an image of the object; And a second image sensor sensing an image of an object formed by the second lens, wherein a distance between the first lens and the target object and a distance between the second lens and the target object are not equal.
본 발명의 다른 센싱장치는, 대상 물체로부터 나오는 빛을 서로 다른 경로로 분할하는 빔 분할수단; 상기 빔 분할수단에 의해 분할되어 하나의 경로로 출력된 빛을 모아서 상기 물체의 상(像)을 형성하는 제 1 렌즈; 상기 제 1 렌즈에 의해 형성된 물체의 상을 센싱하는 제 1 이미지센서; 상기 빔 분할수단에 의해 분할되어 상기 하나의 경로와는 다른 경로로 출력된 빛을 모아서 상기 물체의 상(像)을 형성하는 제 2 렌즈; 및 상기 제 2 렌즈에 의해 형성된 물체의 상을 센싱하는 제 2 이미지센서를 포함하고, 상기 제 1 렌즈와 상기 빔 분할수단 간의 거리와 상기 제 2 렌즈와 상기 빔 분할수단 간의 거리는 동일하지 않다.Another sensing device of the present invention comprises: beam splitting means for splitting light emitted from an object into different paths; A first lens divided by the beam dividing means and collecting light output through one path to form an image of the object; A first image sensor sensing an image of an object formed by the first lens; A second lens divided by the beam dividing means to collect light output in a path different from the one path to form an image of the object; And a second image sensor for sensing an image of an object formed by the second lens, wherein a distance between the first lens and the beam splitting means and a distance between the second lens and the beam splitting means are not equal.
본 발명의 또 다른 센싱장치는, 대상 물체로부터 나오는 빛을 모으는 제 1 렌즈; 상기 제 1 렌즈에 의해 모인 빛을 이용하여 물체의 상을 형성하는 제 2 렌즈; 상기 제 2 렌즈에 의해 형성된 상을 센싱하는 이미지센서; 및 상기 제 1 렌즈와 상기 제 2 렌즈 사이에 위치하며, 상기 제 1 렌즈에 의해 모인 빛이 상기 제 2 렌즈를 통과할 때 다른 외부의 빛이 유입되지 않도록 차단하는 차단수단을 포함하고, 상기 제 1 렌즈와 상기 차단수단 간의 거리와 상기 제 2 렌즈와 상기 차단수단 간의 거리는 동일하지 않다.Another sensing device of the present invention, the first lens for collecting light emitted from the object; A second lens for forming an image of an object by using light collected by the first lens; An image sensor sensing an image formed by the second lens; And blocking means positioned between the first lens and the second lens and blocking other external light from entering when the light collected by the first lens passes through the second lens. The distance between the first lens and the blocking means and the distance between the second lens and the blocking means are not equal.
본 발명에서 상기 제 1렌즈와 대상물체와의 거리와, 상기 제 2렌즈와 대상물체와의 거리는 동일하지 않을 수 있다.In the present invention, the distance between the first lens and the object and the distance between the second lens and the object may not be the same.
본 발명에서 상기 제 1렌즈 및 제 2렌즈는 볼록렌즈일 수 있다.In the present invention, the first lens and the second lens may be convex lenses.
또한, 본 발명은 상기 센싱장치를 포함하는 위치인식장치를 포함한다.In addition, the present invention includes a position recognition device including the sensing device.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components, and the same reference numerals will be used to designate the same or similar components. Detailed descriptions of known functions and configurations are omitted.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱장치의 구조도이다.2 is a structural diagram of a sensing device according to an embodiment of the present invention.
상기 실시예에서, 센싱장치는 제 1이미지센서(201), 제 1렌즈(202), 제 2이미지센서(203), 및 제 2렌즈(204)를 포함한다.In the above embodiment, the sensing device includes a
상기 실시예는, 센싱장치의 높이 변경에 관계없이 실제 이동변위를 정확히 센싱할 수 있는 센싱장치를 개략적으로 나타낸 것이다.The embodiment schematically illustrates a sensing device capable of accurately sensing the actual movement displacement regardless of the height change of the sensing device.
본 실시예에서는 상기 제 1렌즈(202) 및 제 2렌즈(204)는 볼록렌즈를 사용하고, 상기 제 1이미지센서(201) 및 상기 제 2이미지센서(203)는 CMOS 이미지 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 각각의 구성요소는 상기 볼록렌즈 및 CMOS 이미지 센서로 한정되는 것은 아니고, 당업자의 수준에 맞추어 용이 설계변경이 가능함은 자명한 일이다.In the present embodiment, the
도 2를 참조하면, 본 발명의 센싱장치는 두 개의 인식부(200a, 200b)를 구비한다. 상기 인식부는 실제 이동거리를 검출하는 부분인데, 제 1인식부(200a)와 제 2인식부(200b)로 이루어지며, 상기 각각의 인식부(200a, 200b)는 렌즈(202, 204)와 이미지센서(201, 203)를 포함한다. 상기에서 언급한 바와 같이 상기 렌즈(202, 204)는 볼록렌즈를 이용하는 것으로 하고, 상기 이미지센서(201, 203)는 CMOS 이미지 센서를 이용하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2, the sensing device of the present invention includes two
상기 제 1인식부(200a)는 제 1렌즈(202) 및 제 1이미지센서(201)를 포함하고, 상기 제 2인식부(200b)는 제 2렌즈(204) 및 제 2이미지센서(203)를 포함한다. 상기 제 1렌즈(202) 및 제 2렌즈(204)는 볼록렌즈를 사용하여 물체에서 나오는 빛을 하나의 초점으로 형성한 후 물체의 상을 형성한다. 상기 제 1렌즈(202) 및 상기 제 2렌즈(204)는 각각 볼록렌즈를 사용하여 각각의 물체의 상을 형성한다. 상기 각각의 렌즈(202, 204)에 의해 형성된 물체의 상은 각각의 이미지센서(201, 203)에 의해서 인식된다. 즉, 제 1이미지센서(201)는 제 1렌즈(202)가 만들어 낸 물체의 상을 인식하고, 제 2이미지센서(203)는 제 2렌즈(204)가 만들어 낸 물체의 상을 인 식한다.The
도 2에 도시된 본 발명의 실시예에서는 상기 제 1렌즈(202)와 물체와의 거리와 제 2렌즈(204)와 물체와의 거리가 동일하지 않아야 한다. 즉, 상기 제 1렌즈(202)와 상기 제 2렌즈(204)가 일정한 거리간격을 가져야 한다는 것인데, 이러한 일정한 거리간격에 의해 이하 서술되는 방법에 의해 센싱장치가 물체와의 거리차가 발생하여도 일정하게 이동거리를 측정할 수 있다. In the embodiment of the present invention illustrated in FIG. 2, the distance between the
도 2에는 센싱장치와 실제 물체와의 거리 변화와 관계없이 실제이동변위를 인식할 수 있는 장치가 개시되고 이에 대한 구체적인 계산과정이 나타나 있다.FIG. 2 discloses a device capable of recognizing a real moving displacement regardless of a change in distance between a sensing device and a real object, and shows a detailed calculation process thereof.
도 2를 참조하면, 상기 제 1렌즈와 물체와의 거리를 b1이라 정의하고, 상기 제 1렌즈(202)와 상기 제 1이미지센서와(201)의 거리를 a1이라 정의하며, 제 1이미지센서(201)에 의해 인식된 이동변위를 x1이라 정의한다. 또한, 상기 제 2렌즈(204)와 물체와의 거리를 b2라 정의하고, 상기 제 2렌즈(204)와 상기 제 2이미지센서(203)와의 거리를 a2라 정의하며, 제 2이미지센서(203)에 의해 인식된 이동변위를 x2이라 정의한다.Referring to FIG. 2, the distance between the first lens and the object is defined as b 1 , the distance between the
상기에서 이미 살펴본 바와 같이 제 1렌즈(202)와 제 2렌즈(204)사이는 항상 일정한 거리를 유지하도록 한다. 따라서, 제 1렌즈(202)가 물체와 이루는 거리인 b1와 제 2렌즈(204)가 물체와 이루는 거리인 b2의 차이는 일정한 상수가 된다.As described above, the
또한, 상기 제 1이미지센서(201)와 상기 제 2이미지센서(203)에 인식되는 이동변위인 x1 및 x2는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.In addition, x 1 and x 2 , which are movement displacements recognized by the
상기에서 x는 실제 이동변위이며, a1는 제 1이미지센서(201)와 제 1렌즈(202)와의 거리이고, a2는 제 2이미지센서(203)와 제 2렌즈(204)와의 거리이다. 상기 b1은 제 1렌즈(202)와 물체와의 거리이며, 상기 b2는 제 2렌즈(204)와 물체와의 거리이다.X is the actual displacement, a 1 is the distance between the
상기 두 식을 정리하면 다음과 같이 실제물체의 크기를 알 수 있다.Summarizing the above two equations, we can see the actual size of the object as follows.
상기에서, x1는 제 1이미지센서(201)에 의해 인식된 이동변위이고, a1는 제 1이미지센서(201)와 제 1렌즈(202)와의 거리이며, x2는 제 2이미지센서(203)에 의해 인식된 이동변위이고, a2는 제 2이미지센서(203)와 제 2렌즈(204)와의 거리이며, h는 제 1렌즈(202)와 제 2렌즈(204)의 거리이다.In the above description, x 1 is a movement displacement recognized by the
상기 식에서 살펴본 바와 같이, 실제 센싱장치가 인식하는 실제 이동변위는 렌즈(202, 204), 즉 볼록렌즈와 물체와의 거리와는 관계없이 제 1, 제 2렌즈(202, 204)의 거리와 각 렌즈(202, 204)와 이미지센서(201, 203)와의 거리에 의존함을 알 수있다. 따라서, 센싱장치가 바닥이 불균일 해 그 높이의 차이가 발생한다 할지라도 해당 센싱장치는 실제 이동변위를 정확하게 인식하게 된다. 그러므로 이를 이용한 마우스나 로봇 등에서 바닥의 불균일하더라도 자신의 위치를 정확히 인식하고 좌표이동경로를 정확히 파악할 수 있다.As described in the above equation, the actual movement displacement recognized by the actual sensing device is determined by the distance and angle of the first and
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 센싱장치의 구조도이다.3 is a structural diagram of another sensing device according to an embodiment of the present invention.
상기 실시예에서, 센싱장치는 제 1이미지센서(301), 제 1렌즈(302), 제 2이미지센서(303), 제 2렌즈(304), 및 빔분할수단(305)을 포함한다.In this embodiment, the sensing device includes a
상기 실시예는, 센싱장치의 높이 변경에 관계없이 실제 이동변위를 정확히 센싱할 수 있는 다른 센싱장치를 개략적으로 나타낸 것이다.The embodiment schematically shows another sensing device capable of accurately sensing the actual movement displacement regardless of the height change of the sensing device.
본 실시예에서는 도 2의 센싱장치와 마찬가지로 상기 제 1렌즈(302), 및 제 2렌즈(304)는 볼록렌즈를 사용하고, 상기 제 1이미지센서(301) 및 상기 제 2이미지센서(303)는 CMOS 이미지 센서를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 빔분할수단(305)으로는 빔스프리터를 사용하는 것이 바람직하다. 물론 본 발명에서 상기 각각의 구성요소는 상기 볼록렌즈, CMOS 이미지 센서 및 빔스프리터로 한정되는 것은 아니고, 당업자의 수준에 맞추어 용이설계변경이 가능함은 자명한 일이다.In the present embodiment, like the sensing device of FIG. 2, the
상기 실시예에서는, 도 2의 구성과는 다르게 제 1이미지센서(301) 및 제 2이미지센서(303)가 측정하는 측정물체를 하나로 일치시킴으로써 보다 정교한 이동변위를 측정하는 것이 가능하게 한다.In the above embodiment, unlike the configuration of FIG. 2, the measurement object measured by the
상기 실시예의 센싱장치는 반사되는 물체의 빛이 서로 다른 경로로 분할된다. 도 3을 참조하면, 물체에서 나오는 빛은 일단 빔분할수단(305)으로 입사된다. 상기 빔분할수단으로 입사된 빛은 두 개의 방향으로 분리된다. 도 3에서는 상기 빔분할수단의 우측과 상부로 분할되도록 설계되었으나, 상기 빔 분할방향은 좌, 우측이나, 상부와 좌측으로 분할되도록 설계하는 것도 가능하다. In the sensing device of the above embodiment, the light of the reflected object is divided into different paths. Referring to FIG. 3, light emitted from the object is incident to the
도 3을 참조하면, 상기 빔분할수단(305)을 거쳐 우측으로 분할된 빛의 경로는 제 1인식부(300a)으로 정의하고, 상기 빔분할수단(305)을 거쳐 상부으로 분할된 빛의 경로는 제 2인식부(300b)으로 정의한다.Referring to FIG. 3, the path of the light split to the right through the
상기 제 1인식부(300a)는 제 1렌즈(302)와 제 1이미지센서(301)를 포함하고, 상기 제 2인식부(300b)는 제 2렌즈(304)와 제 2이미지센서(303)를 포함한다.The
상시 빔분할수단(305)에서 분할된 일부분의 빛은 우측으로 반사된다. 상기 우측으로 반사된 빛은 소정의 거리에 형성된 제 1렌즈(302)으로 입사된다. 상기 제 1렌즈(302)는 상기 입사된 빛의 초점을 모아서 제 1이미지센서(301)으로 상을 형성하고, 상기 제 1이미지센서(301)는 물체의 상을 인식한다.Part of the light divided by the
상시 빔분할수단(305)에서 분할된 다른 부분의 빛은 상부로 반사된다. 상기 상부로 반사된 빛은 소정의 거리에 형성된 제 2렌즈(304)으로 입사된다. 상기 제 2렌즈(304)는 상기 입사된 빛의 초점을 모아서 제 2이미지센서(303)으로 상을 형성하고, 상기 제 2이미지센서(303)는 물체의 상을 인식한다.The light of the other part divided by the
도 3에 도시된 본 발명의 실시예에서는 상기 제 1렌즈(302)와 빔분할수단(305)의 거리와 제 2렌즈(304)와 빔분할수단(305)과의 거리가 동일하지 않아야 한다. 즉, 상기 제 1렌즈(302)와 상기 제 2렌즈(304)가 빔분할수단(305)과 형성하는 거리의 차가 '0' 이되지 않아야 한다는 것인데, 이러한 일정한 거리간격에 의해 이하 서술되는 방법에 의해 센싱장치가 물체와의 거리차가 발생하여도 일정하게 이동거리를 측정할 수 있다. 3, the distance between the
상기 제 1렌즈(302)와 물체와의 거리를 d1이라 정의하고, 상기 제 1렌즈(302)와 상기 제 1이미지센서(301)와의 거리를 c1이라 정의하며, 제 1이미지센 서(301)에 의해 인식된 이동변위를 x1이라 정의한다. 또한, 상기 제 2렌즈(304)와 물체와의 거리를 d2라 정의하고, 상기 제 2렌즈(304)와 상기 제 2이미지센서(303)와의 거리를 c2라 정의하며, 제 2이미지센서(303)에 의해 인식된 이동변위를 x2이라 정의한다.A distance between the
상기에서 이미 살펴본 바와 같이 제 1렌즈(302)와 제 2렌즈(304)가 빔분할수단(305)과 이루는 거리는 동일하지 않도록 일정한 거리를 유지하도록 한다. 따라서, 제 1렌즈(302)와 물체와의 거리인 d1과 제 2렌즈(304)와 물체와의의 거리인 d2의 차이는 일정한 상수가 유지된다.As described above, the distance between the
또한, 상기 제 1이미지센서(301)와 상기 제 2이미지센서(303)에 인식되는 이동변위인 x1 및 x2는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.In addition, x 1 and x 2 , which are movement displacements recognized by the
상기에서 x는 실제 이동변위이며, c1는 제 1이미지센서(303)와 제 1렌즈(304)와의 거리이고, c2는 물체와 제 2렌즈(304)와의 거리이다. 상기 d1은 제 1렌즈(302)와 제 1이미지센서(301)와의 거리이며, 상기 d2는 제 2렌즈(304)와 물체와의 거리이다.In the above, x is the actual displacement, c 1 is the distance between the
상기 두 식을 정리하면 다음과 같이 실제물체의 크기를 알 수 있다.Summarizing the above two equations, we can see the actual size of the object as follows.
상기에서, x1는 제 1이미지센서(301)에 의해 인식된 이동변위이고, c1는 제 1이미지센서(301)와 제 1렌즈(302)와의 거리이며, x2는 제 2이미지센서(303)에 의해 인식된 이동변위이고, c2는 제 2이미지센서(303)와 제 2렌즈(304)와의 거리이며, h는 제 1렌즈(302)와 제 2렌즈(304)의 거리이다.In the above description, x 1 is a movement displacement recognized by the
상기 식에서 살펴본 바와 같이, 실제 센싱장치가 인식하는 실제 이동변위는 빔분할수단(305)과 물체와의 거리와는 관계없이 제 1, 제 2렌즈(302, 304)의 거리와 각 렌즈(302, 304)와 이미지센서(301, 304)와의 거리에 의존함을 알 수있다. 따라서, 상기 실시예의 센싱장치가 바닥이 불균일 해 그 높이의 차이가 발생한다 할지라도 해당 센싱장치는 실제 이동변위를 정확하게 인식하게 된다. 그러므로 이를 이용한 마우스나 로봇 등에서 바닥의 불균일하더라도 자신의 위치를 정확히 인식하고 좌표이동경로를 정확히 파악할 수 있다.As described in the above equation, the actual movement displacement recognized by the actual sensing device is the distance between the first and
이러한 도 3의 센싱장치에 의한 결과는 상기 도 2의 센싱장치에 의한 결과와 동일한 것으로써, 양 센싱장치 모두 실제 렌즈 또는 빔분할장치와 물체와의 거리, 즉 실제 센싱장치와 물체의 높이차와 관계없이 실제 이동변위를 정확히 구할 수 있게 된다.The result of the sensing device of FIG. 3 is the same as the result of the sensing device of FIG. 2, and both sensing devices have a distance between the actual lens or the beam splitter and the object, that is, the height difference between the actual sensing device and the object. Regardless, the actual displacement can be obtained accurately.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센싱장치의 구조도이다.4 is a structural diagram of a sensing device according to another embodiment of the present invention.
상기 실시예에서, 센싱장치는 이미지센서(401), 제 1렌즈(402), 차단수단(403) 및 제 2렌즈(404)를 포함한다.In this embodiment, the sensing device includes an
상기 실시예는, 센싱장치의 높이 변경에 관계없이 실제 센싱장치에 인식되는 이동변위의 스케일이 변경되지 않는 센싱장치를 개략적으로 나타낸 것이다.The embodiment schematically illustrates a sensing device in which the scale of the movement displacement recognized by the actual sensing device does not change regardless of the height change of the sensing device.
본 실시예에서는 상기 제 1렌즈(402), 및 제 2렌즈(404)는 볼록렌즈를 사용하고, 상기 이미지센서는 CMOS 이미지 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 각각의 구성요소는 상기 볼록렌즈 및 CMOS 이미지 센서로 한정되는 것은 아니고, 당업자의 수준에 맞추어 용이설계변경이 가능함은 자명한 일이다.In the present embodiment, it is preferable that the
도 4를 참조하면, 본 발명의 센싱장치는 두 개의 렌즈(402, 404)를 구비하는데, 물체와 가장 가까이 위치하는 렌즈는 제 2렌즈(404)으로, 물체에서 나오는 빛을 한점으로 모으는 역할을 하며, 상기 이미지센서(401)에 가까이 위치하는 렌즈는 제 1렌즈(402)으로써 상기 제 2렌즈(404)에 의해 모아진 빛을 이용하여 물체의 상을 상기 이미지센서(401)에 형성한다. 상기 제 1렌즈(402)와 상기 제 2렌즈(404) 사이에는 차단수단(403)이 구비되는데, 이는 상기 제 1렌즈(402)에 의해 한점으로 모아진 빛만을 통과하도록 중앙에 핀홀이 형성되어 상기 모아진 빛 이외의 빛이 통과하지 못하도록 한다. 상기 차단수단(403)은 다양하게 제작이 가능하나 빛을 전혀 차단하지 못하는 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 대량생산을 위해서 플라스틱 일면에 빛이 통과하는 핀홀을 제외한 나머지 부분에 빛을 차단하는 물질을 증착할 수 있다. 또한, 상기 핀홀의 크기는 이미지센서가 일정한 스케일링을 인식하도록 실험에 의해서 조정될 수 있는데, 그 크기는 400㎛를 넘지 않는 것이 바람직하다. 다만, 상기 핀홀의 크기는 본 발명의 관련기술의 발전에 맞추에 변화가능하며, 상기 크기에 한정되는 것이 아님은 자명한 일이다. 본 실시예에서는 상기 차단수단(403) 및 상기 차단수단(403)에 형성된 핀홀에 의해서 센서장치가 물체와의 거리 변화가 발생한다 하더라도 실제 이미지센서에 인식되는 이동변위의 크기는 일정하게 유지되기 때문에, 거리변경에 따른 이미지센서에 인식되는 배율의 변화가 사라지게 된다.Referring to FIG. 4, the sensing device of the present invention includes two
상기 실시예에서, 상기 제 1렌즈(402)와 제 2렌즈(404)가 상기 차단수단과 이루는 거리는 각각 렌즈, 즉 볼록렌즈의 초점거리와 동일하게 위치하는 것이 바람 직하다. In the above embodiment, the distance between the
상기 실시예에 의해서 실제 이미지센서에서 인식되는 이동변위의 크기를 알아보도록 한다.According to the above embodiment, the magnitude of the movement displacement recognized by the actual image sensor will be examined.
도 4를 참조하면, x1 및 x0는 센싱장치가 실제 이동한 이동변위이며, x는 이미지센서(401)에 인식된 이동변위이다. f1은 제 1렌즈(402)의 초점거리이며, f2는 제 2렌즈(404)의 초점거리이다. b2는 제 1렌즈(402)와 이미지센서(401)간의 거리이며, b12는 최초 제 2렌즈(404)와 물체와의 거리이며, b11는 외부환경변화에 따른 제 2렌즈(404)와 물체와의 거리를 나타낸다.Referring to FIG. 4, x 1 and x 0 are movement displacements actually moved by the sensing device, and x is movement displacement recognized by the
상기와 같은 실시예의 차단수단(403)은 항상 일정한 상만을 이미지센서에 형성하고 그 실제 이미지센서(401)에 인식되는 이동변위는 다음과 같다. The blocking means 403 of the above embodiment always forms only a certain phase in the image sensor and the movement displacement recognized by the
상기에서, f1은 제 1렌즈(402)의 초점거리이며, f2는 제 2렌즈(404)의 초점거리이고, x0는 실제 이동변위이다.In the above, f 1 is the focal length of the
상기 식 7에서 나타난 바와 같이, 이미지센서(401)에 인식되는 이동변위는 제 1렌즈(402) 및 제 2렌즈(404)의 초점거리의 비와 실제 이동변위와 비례한다. 따라서, 센싱장치가 외부 환경변화에 의해 바닥과의 거리가 변경된다 하더라도, 실세 이미지센서에 인식되는 이동변위의 크기에는 전혀 영향을 주지 않게 된다.As shown in Equation 7, the movement displacement recognized by the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서장치를 사용한 위치인식장치의 일부 블록도이다.5 is a partial block diagram of a position recognition device using a sensor device according to an embodiment of the present invention.
상기 실시예에서, 상기 위치인식장치는 제어부, 센서부 및 발광부를 포함한다.In the above embodiment, the position recognition device includes a control unit, a sensor unit, and a light emitting unit.
상기 실시예는, 자신의 위치를 인식하기 위한 장치의 블록도를 개략적으로 나타낸 것이다.The above embodiment schematically shows a block diagram of an apparatus for recognizing its position.
도 5를 참조하면, 위치인식장치는 제어부(501), 센서부(502) 및 발광부(503)를 포함한다. 상기 위치인식장치는 마우스나 로봇청소기 등 현재 자신의 위치를 정확히 파악해야 하는 모든 장치를 의미한다. 상기 위치인식장치는 도 5에 도시된 블록도(500) 이외에 소정의 필요한 구성요소를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명에서 다른 구성요소는 본 발명의 요지를 흐릴 우려가 있기 때문에 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다Referring to FIG. 5, the position recognition device includes a control unit 501, a sensor unit 502, and a light emitting unit 503. The location recognition device refers to any device that must accurately grasp its current location, such as a mouse or a robot cleaner. The position recognition device may include any necessary components in addition to the block diagram 500 illustrated in FIG. 5. However, since other components in the present invention may obscure the gist of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
상기 발광부(503)에서 소정의 빛이 발광되면 이는 바닥등에 반사되어 상기 도 2 내지 도 4에 개시된 구성을 포함하는 센서부(502)로 입사된다. 상기 센서부(502)로 입사된 빛은 센서부 내부의 이미지 센서의 소정의 상을 형성하고, 상기 제어부(501)는 이를 이용하여 실제 위치 인식장치의 이동거리를 계산한다. 물론 도 4에서 개시된 센서부를 이용한다면 상기 이미지 센서의 일정한 상을 형성하는 것을 가능하게 한다.When a predetermined light is emitted from the light emitting unit 503, it is reflected by a floor lamp and is incident to the sensor unit 502 including the configuration of FIGS. 2 to 4. The light incident on the sensor unit 502 forms a predetermined image of the image sensor inside the sensor unit, and the control unit 501 calculates a moving distance of the actual position recognizing apparatus using the image. Of course, using the sensor unit disclosed in Figure 4 makes it possible to form a constant image of the image sensor.
도 6 내지 도 8은 상기 센싱장치를 부착한 마우스의 단면도이다. 도 6는 상기 도 2의 센싱장치를 부착한 마우스의 단면도이고, 도 7은 상기 도 3의 센싱장치를 부착한 마우스의 단면도이며, 도 8은 도 4의 센싱장치를 부착한 마우스의 사시도이다. 상기와 같은 마우스는 상기 바닥과의 거리변화와 관계없이 정확한 실제 이동변위 및 일정한 이동 스케일을 인식하므로 정확한 위치이동을 파악할 수 있다. 상기 도 6 내지 도 8에서는 마우스를 이용한 위치인식장치에 대한 실시예를 개시하고 있으나, 본 발명은 청소로봇 등 자신의 위치를 탐색하기 위한 위치인식장치에 적용가능함은 자명한 일이다.6 to 8 are cross-sectional views of a mouse to which the sensing device is attached. 6 is a cross-sectional view of a mouse attached to the sensing device of FIG. 2, FIG. 7 is a cross-sectional view of a mouse attached to the sensing device of FIG. 3, and FIG. 8 is a perspective view of a mouse attached to the sensing device of FIG. Such a mouse recognizes the exact actual movement displacement and the constant movement scale irrespective of the change of the distance from the floor, thereby determining the exact position movement. 6 to 8 disclose an embodiment of a position recognition device using a mouse, the present invention is obvious that it is applicable to a position recognition device for searching for its own position, such as a cleaning robot.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It can be understood that
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 바닥의 형상이 불균일하여 센서장치와 대상물체간의 거리에 변화가 발생하여도, 해당 센서장치에서는 실제이동변위를 정확히 측정하고, 센서장치 내부의 이미지센서에 인식되는 이동변위의 크기가 항상 일정하게 인식됨으로써, 이를 이용한 마우스나 위치인식장치 등은 자신의 정확한 위치 및 이동경로를 파악할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention as described above, even if a change in the distance between the sensor device and the target object due to the non-uniform shape of the floor, the sensor device accurately measures the actual displacement and is recognized by the image sensor inside the sensor device Since the size of the movement displacement is constantly recognized, the mouse or the position recognition device using the same has the advantage of being able to grasp its exact position and movement path.
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