JP2004516542A - ペン型光マウス装置及びペン型光マウス装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は反射光を用いてカーソルの位置を表示するか、書き取り入力することができるペン型光マウス装置及びペン型光マウス装置の制御方法を提供する。
【解決手段】本発明によると、映像センサをペン型光マウス装置本体内部側面に設けることにより太さを手に握りやすいサイズに縮小して構成することができ、接触感知手段による書き取り命令の自動認識及び長い焦点距離を有するレンズ又はテレセントリック系を通じて長い焦点深度を確保することにより、自然である筆記動作によりマウス機能だけではなく、書き取り入力を行うことができ、使用者がペン型光マウスをどんな姿勢に握っても正確なカーソル移動及び書き取り入力を行うことができる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はペン型光マウス装置及びペン型光マウス装置の制御方法に関するものであり、特に照明装置から照射された光が光ガイドにより底面に一定した角度に入射されるようにし、底面から反射された光の経路を変更して映像センサに結像（ｉｍａｇｉｎｇ；レンズを用いて底面の映像を映像センサに形成する過程）されるようにし、自然である筆記動作により書き取り入力が可能なペン型光マウス装置及びペン型光マウス装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコンピュータ用マウスはコンピュータシステムでディスプレイ装置に表示されるカーソルを用いて位置を指示するコンピュータ周辺機器として座標抽出が可能なボールと機能設定ボタンから構成されている。
【０００３】
しかし、前記のような従来のボールタイプマウスはなめらかな底面ではボールの回転が円滑にならないので使用場所が制限され、ボールの円滑な回転のためのパッドが要求される。又マウスパッド上で作動してもボールの回転により作動される座標軸が正確に変化しないため画面上のカーソルの動きが柔らかくない問題点もある。
【０００４】
そして、ボールタイプマウスを用いて字を入力するか精密作業する場合、マウスを握り移動させる状態でマウス前端に備えられたクリックボタンを操作しなければならないが、この場合マウスの移動のための動作が煩わしいながらも座標測定の迅速性と正確性を劣る問題点があった。特に前記マウスの形態が一般的な筆記道具の形態とは違って自然である筆記や描き作動が難しい問題点もあった。その外にもボールタイプマウスは基本的にボールの回転を用いることであるためボールと回転を感知する装置との間に埃等が付くことができて耐久性が高まらず、周期的にボールタイプマウス内部を掃除しなければならない不便なことがあった。
【０００５】
又、コンピュータ用マウスで光を用いて座標を検出する方法を使用する光マウス装置としては光センサとパッドが結合したマウスとＣＭＯＳセンサを採用した光学式マウスが使用されている。前記光センサとパッドを用いた光マウス装置は発光素子と受光素子より成る座標検出手段と前記光マウス装置のためのマウスパッドが互いに交差するラインパターンに形成されていた。従って前記光マウス装置も専用パッドが必ずあらなければならないのでマウス使用範囲が制限的であるという問題点がある。
【０００６】
一方、最近に開発されたＣＭＯＳセンサを採用した光学式マウスの場合は既存の光マウス装置とは違って別途のパッドが不要であるという長所と力学的な装置を使用しないので耐久性が高いという長所を同時に有している。こうした光学式マウスの原理は２００１年５月１５日付に登録され、発明の名称が“ＣＭＯＳディジタル光航法方式（ＣＭＯＳ ＤＩＧＩＴＡＬ ＯＰＴＩＣＡＬ ＮＡＶＩＧＴＩＯＮ）”である米国特許第６，２３３，３６８Ｂ１号に詳細に開示されるが、光学式マウス装置直ちに下にある底面或いは地面に内蔵された照明装置（照明用光源と照明系）が照明し、内蔵された結像系が前記底或いは地面の映像をＣＭＯＳセンサに結像し、制御手段が時間による映像情報の変化からマウス移動方向及び程度を感知するように構成されている。こうした光学式マウス外にも１９８８年１２月２７日付に登録され、発明の名称が“光学トランスレータ装置（ＯＰＴＩＣＡＬ ＴＲＡＮＳＬＡＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥ）”である米国特許第４，７９４，３８４号は光源から部分干渉光（ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｌｉｇｈｔ）が底面に照射されれば検出器アレイ（ｄｅｔｅｃｔｏｒ ａｒｒａｙ）が底面から反射されたスペックルパターン（ｓｐｅｃｋｌｅ ｐａｔｔｅｒｎ）の変化を検出することによりマウスの移動が検出される構成を有する。
【０００７】
こうした構成は使用環境に対する制約条件がないという長所を有するが、前記マウスの形態が一般的な筆記道具とは違う形態を有するためマウス全体をくるむ方式にマウスの移動が遂行されるので正確な座標移動が難しく、その結果グラフィック作業又はマウス署名が易くないという問題点があった。
【０００８】
前記のような精巧なグラフィック作業や署名作業でマウスを用いた精密なカーソル制御を実施するためペンタイプマウスが開発されている。その一例として２０００年１１月２１日付に登録された米国特許第６，１５１，０１５号（以下、′０１５号という）の“コンピュータポインティング装置種類のペン（ＰＥＮ ＬＩＫＥ ＣＯＭＰＵＴＥＲ ＰＯＩＮＴＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥ）”は図１に示されたように円筒形胴体１０２と、発光ソース１０４と，レンズ１１０と、光モーション探知部１０８と、スイッチ１０６と、通信リンク１１６，１１８と、ボタン１１２，１１４とを含む。前記発光ソース１０４は光を発光し、前記レンズ１１０は前記発光ソース１０４から発光された光が底面から反射されて発生する反射光を結像させる。その後、レンズ１１０により結像された底面の映像が前記光モーション探知部１０８へ印加されれば装置の移動による映像の変化から移動方向及び移動量を求めた後通信リンク１１６，１１８を通じてコンピュータに送信する。
【０００９】
しかし、前記′０１５号の光マウス装置は精巧なグラフィック作業や自然である筆記作業に適用することにあって次のような三つの問題点を有している。
【００１０】
一番目の問題点は光マウス装置の口径が広く、手に握りにくいことである。図１を参照すれば、底面の映像をキャプチャーする光モーション探知部１０８は中心軸に対して垂直方向に設けられている。ところで、ＩＣチップの一種である前記光モーション探知部１０８は半導体チップの標準化されたサイズを有するため中心軸に対して垂直な方向（横方向）のサイズが中心に対して平行方向（縦方向）のサイズより相対的に広い。従って、図１に示された形態に光モーション探知部１０８を設ける場合装置の口径が広くなるため手に握り使用するのが困難であるという問題点がある。
【００１１】
二番目の問題点は特定底面ではマウスの移動を正確に感知することができないことである。図１を参照すれば、前記′０１５号の光マウス装置は発光ソース１０４から発光された光を底面に低角に伝達するための手段を含まないので、図２に示されたように発光ソース１０４から底に照射される光の入射角θが大きくなることもできる。これにより、前記発光ソース１０４により照射される底面がどんな模様も有しないか、或いは同じ色を有した場合にはマウスの移動を感知しない問題が発生する。図２で底面２１は複写用紙のように色が均一で模様がない面を拡大したことである。普通の照明下で肉眼に見れば、こうした底面の凹凸を確認することができないが、実際に図２に示された底面２１のような微細な凹凸を有する。図２で、発光ソース１０４から底へ照射される光の入射角θが４０°以上になる場合、前記凹凸部分の左，右側部分２４，２３共に光が照射されるため、レンズを通じて観察した底の映像では凹凸の左，右側傾斜面２４，２３を区分することができない。
【００１２】
三番目の問題点は光マウス装置が底面から離隔された場合カーソルの位置を追跡することができないことである。図３を参照すれば、文字や絵を入力することにおいて、通常的にペンによる筆記動作はペンが底面に接触されて移動されるペンダウン（ｐｅｎ−ｄｏｗｎ）動作と、ペンが底面から離隔されて移動されるペンアップ（ｐｅｎ−ｕｐ）動作の組合より成る。例えば、図３に示されたようにアルファベット大文字“Ｘ”を書こうとする場合、ペンダウン動作に“／”を書く段階Ｓ１、ペンアップ動作にペンを移動させる段階Ｓ２及びペンダウン動作に“＼”を書く段階Ｓ３より成る。一般にペンアップ動作で離隔距離は大略３ｍｍ以下になる。
【００１３】
ところで、前記′０１５号の光マウス装置を用いて文字を入力しようとする場合、先ずマウスを底面に当てて設定ボタンをクリックした状態で“／”を切れないように連結して書いた後（Ｓ１）、設定ボタンを外した状態でマウスを底面に接触したまま適当な位置に移動させなければならない（Ｓ２）。そして再び、設定ボタンを押し、マウスを底面に接触したまま“＼”を書かなければならない（Ｓ３）。ところで、ここで文字を入力せずマウスを移動のみ行う時（Ｓ２）にも座標追跡のためにマウスを底面に接触した状態を維持続けながら移動しなければならない。マウスが底面から離れている場合には底面２１からレンズ１１０までの距離が遠くなるためペンが底面２１に接触された状態に合わせて設計されたレンズ１１０によっては光モーション探知部１０８に光を正確に結像することができないからである。従って、ペンアップ状態では正確な座標値が不可能になって自然である筆記動作による文字や絵入力が難しい。
【００１４】
前記のように筆記動作はマウスが底面に接触する時と接触せず移動する時が連続的に繋がる時自然に成されるが、従来のマウスによると、常にマウスを底面に接触した状態で文字や絵を描かなければならないので筆記動作が不自然であり所望の通り文字を入力しにくい。さらに、現代にはインターネット上に殆ど全ての業務が処理されている時点で、文書上に自分の署名を行わなければならない場合がしばしば生ずることができる。ところで、従来のマウス装置には署名のような独特な字体を入力することは非常に難しいので使用者がモニタ上に平素自分の署名をそのまま再現するのは殆ど不可能である。
【００１５】
従って、文字や絵の自然である入力のためにはペンの底面に対する接触又は非接触状態による連続的な座標追跡のためその位置値を精密に測定することができる手段が必要である。
【００１６】
又、精巧なグラフィック作業や自然である筆記作業のため要求される従来のペン型光マウス装置の問題点を解決するとしても、さらに他の二つ重要な問題点が予想される。ペン型光マウス装置を実際使用する場合ペン型光マウス装置を地面に垂直に立てて使用することより若干傾いて使用するため、ペン型光マウス軸は地面に垂直な法線（ｚ軸という）に対して一定の傾きを有し、これによりペン型光マウスのｙ軸は傾きにより影響を受ける反面、ｘ軸は傾きにより影響を受けない。即ち、ペン型光マウスのｘ軸とｙ軸に対する倍率が異なるため例えば使用者が光マウス装置に円という図形を描かればコンピュータに伝送されるマウスの移動情報は円ではなく横及び縦比率が異なる楕円になるという問題点がある。ここで、言及したｘ，ｙ，ｚ軸の定義は次の通りである。先ず底面或いは地面に垂直な方向をｚ軸と言い、地面即ちｚ軸に垂直な平面をｘｙ平面という。この際、法線（ｚ軸）とペン型光マウス軸が成される平面に含まれながら、ｘｙ平面上に置かれる直線或いは方向をｙ軸といい、ｙ軸に垂直ながら同時にｘｙ平面に置かれるさらに他の方向をｘ軸という。
【００１７】
その上に、底面の映像をキャプチャーする光モーション探知部１０８は自分の水平方向と垂直方向とをマウスの移動による基準方向に設定しているが、ペン型光マウスの形状は基本的に円筒形なので使用者がペン型光マウスを握る把持姿勢によりペン型光マウス装置内部の光モーション探知部が基準角度から回転されることができることである。これにより、使用者がペン型光マウスを異なる把持姿勢に握ればペン型光マウスを水平方向に移動させる方向と内蔵された光モーション探知部１０８の水平方向が並ばなく、光モーション探知部１０８が認識するマウスの移動方向と実際ペン型光マウスの移動軌跡が一定角度程外れて歪みが発生するという問題点がある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１目的は映像センサをペン型光マウス装置本体内部側面に設けることにより太さが縮小されて手に握りやすいペン型光マウス装置を提供することである。
【００１９】
本発明の第２目的は、照明装置で照射された光が底面に低角に照射されるように光をガイドすることにより底面の状態と関係なくマウスの移動を正確に感知することができるペン型光マウス装置を提供することである。
【００２０】
本発明の第３目的は、マウスが底面に接触されたまま移動する場合及びマウスが底面から離隔されて移動する場合を区分して感知し、感知された接触圧力により書き取り命令が自動に認識されるようにし、マウスの接触又は非接触可否に関係なく連続的な座標追跡を遂行することにより直接ペンに書き取ることのように便利に書き取り又は描き入力を行うことができるペン型光マウス装置及びペン型光マウス装置の制御方法を提供することである。
【００２１】
本発明の第４目的は、梯形収差（ｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を最小化する同時に使用者がペン型光マウスを握る姿勢によりマウス座標値の歪みを補正することにより、使用者がペン型光マウスをどんな姿勢に握っても正確なカーソル移動及び書き取り入力を行うことができるペン型光マウス装置及びペン型光マウス装置の制御方法を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記第１目的を達成するために、本発明は光経路変換器を通じて収斂される反射光の経路を変更して映像センサをペン型光マウス装置本体内部側面に設けたことを特徴とする。
【００２３】
前記第２目的を達成するために、本発明は光ガイドを通じて照明装置から照射された光が底面に低角に照射されるように光をガイドすることを特徴とする。
【００２４】
前記第３目的を達成するために、本発明は接触感知手段によるマウスの接触力感知により書き取り命令が自動に認識されるようにし、長い焦点距離を有するレンズ又はテレセントリック系を用いて光学系の焦点深度を長くすることにより、マウスの底面に対する接触可否に関係なく座標測定を遂行することを特徴とする。
【００２５】
前記第４目的を達成するために、本発明は光経路変換器や映像センサ又は二つながらの配列角度を調整するか、或いはテレセントリック系を用いて梯形収差を最小化することを特徴とする。
【００２６】
前記第４目的を達成するために、本発明は使用者から入力された筆記習慣により補正因子を計算して前記計算された補正因子を基礎としてマウスの座標値で倍率の異邦性を補正するか、或いは傾き感知センサから感知されたペン型光マウス装置中心軸の傾きを基礎としてマウスの座標値で倍率の異邦性を補正することを特徴とする。
【００２７】
前記第４目的を達成するために、本発明は使用者から入力された筆記習慣によりペン型マウス装置の基準角度に対する回転角度を計算し、前記計算されたペン型マウス装置の回転角度を基礎としてマウスの座標値を補正するか、或いは回転角度感知センサから感知されたペン型マウス装置の回転角度を基礎としてマウスの座標値を補正することを特徴とする。
【００２８】
（実施形態）
以下、添付した図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２９】
図４は本発明によるペン型光マウス装置の斜視図である。
【００３０】
図４に示されたペン型光マウス装置はマウス本体１０と、照明装置１１と、光ガイド１２と，結像系１３と、映像センサ１４と、制御手段１５と、送信手段１６と、設定ボタン１７と、ホイールスイッチ１８及び接触感知手段１９とを含む。
【００３１】
前記ペン型マウス本体１０はその断面が円形又は楕円形に手に握りやすい形態に製造されたペン形状を有し、望ましく使用者の指を把持することができる多数の把持部（図示せず）を含む。
【００３２】
接触感知手段１９は例えば圧力センサのようにマウス本体１０先端が机面のような任意の接触面２０に接触する時圧力を感知し、照明装置１１はマウス本体１０先端の接触感知手段１９が圧力を感知する場合即ち、ペンが底面に接触したという信号により内部の光を発光する。勿論、設定ボタン１７又はホイールスイッチ１８を用いて照明装置１１を動作することができ、制御手段１５を用いてマウスを使用しない場合には前記照明装置１１を微弱に動作させ、マウスを使用する場合前記接触感知手段１９により圧力が感知されるか、映像センサ１４で映像にどんな変化が感知される瞬間照明装置１１を正常的な明るさに動作するようにすることもできる。
【００３３】
前記光ガイド１２は照明装置１１から照射された光が底面２０に一定した角度に照射されるように光をガイドする。しかし、こうした光ガイド１２は場合により省略可能であるが、例えばペン型光マウスが机面のような任意の底面で使用される場合に光ガイド１２なしでペン型光マウスの具現が可能である。
【００３４】
前記結像系１３は前記光ガイド１２を通じて照射された光が底面から反射されて発生する反射光を結像させて映像センサ１４に出力する。
【００３５】
映像センサ１４は前記結像系１３から集束されて結像された光を受光して電気的信号に変換させて制御手段１５に提供する。制御手段１５は映像センサ１４から変換された電気的信号により増幅、濾過作用及び光電変換を遂行してモニタ上に表示されるカーソルの座標値を計算する。
【００３６】
送信手段１６は前記制御手段１５で計算された座標値及び前記各種機能の設定信号を、マウスポートを通じてコンピュータ本体内部の制御手段に提供する。勿論送信手段１６は有無線送信が全て可能である。設定ボタン１７とホイールスイッチ１８とは制御手段１５を通じてモニタ上で所定の作業を遂行するための機能ボタンである。
【００３７】
又、前記ペン型光マウス装置は望ましくペン型光マウス装置の傾き変動による倍率の異邦性を補正することができるように底面に垂直な法線に対する前記ペン型光マウス装置中心軸の傾きを感知する傾き感知センサ（図示せず）をさらに含み、ペン型光マウス装置の把持位置変化による歪みを補正することができるように前記ペン型マウス装置の基準角度に対する回転角度を感知する回転角度感知センサ（図示せず）をさらに含む。ここで、前記傾き感知センサとしては内蔵された錘に作用する重力を用いてペン型光マウス装置中心軸の傾きを感知するセンサ、又は密閉された空間に充填された流体の移動、電気容量変化、電流の変化、エンコーダ（ｅｎｃｏｄｅｒ）によりペン型光マウス装置中心軸の傾きを感知するセンサを使用することができ、現在脚光を帯びるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を適用したセンサも使用することができる。
【００３８】
又、前記ペン型光マウス装置は望ましくコンピュータと独立的に提携用入力機器としても活用することもできるが、これのため提携時ペン型光マウスの移動軌跡を貯蔵することができるメモリ（図示せず）をさらに含む。従って、提携時使用者が前記ペン型光マウス装置を用いて紙やメモ紙上に重要な内容をメモすれば、ペン型光マウスの移動軌跡がベクトルイメージやビットマップイメージ形態に前記ペン型光マウスのメモリに貯蔵され、このように貯蔵された情報は後程コンピュータと無線或いは有線に連結された時特定応用ソフトウェアを通じて確認することができる。
【００３９】
図５は本発明によるペン型光マウス装置の内部構成の一例を示した図面である。
【００４０】
図５で、図４と同一な部分は同一な参照符号を使用する。
【００４１】
照明装置１１と、光ガイド１２と、結像系１３と、映像センサ１４及び制御手段１５の動作は図４で説明したことと同一なのでその説明は省略しようとする。
【００４２】
前記結像系１３は結像レンズ１３ａと光経路変換器である反射鏡又は直角プリズム１３ｂを含む。結像レンズ１３ａは照明装置１１から照射されて光ガイド１２を経て底面２０に照射されて反射された光を結像する。
【００４３】
反射鏡又は直角プリズム１３ｂは結像レンズ１３ａを通過する光の経路上に設けられ、照射される光の経路を変更して映像センサ１４に正確に結像されるようにする。
【００４４】
図６は本発明によるペン型光マウス装置の内部構成のさらに他の一例を示した図面である。
【００４５】
図６の装置は図５の装置と結像系の構造のみ異なり、残り要素は全て同一である。即ち、図６では、結像系１３の光経路変換器に反射鏡又は直角プリズム１３ｂの代わりにペンタプリズム１３ｃが備えられる。
【００４６】
ペンタプリズム１３ｃは反射鏡又は直角プリズムと同様に結像レンズ１３ａを通過する光の経路上に設けられ、照射される光の経路を９０°に変更して映像センサ１４に正確に結像されるようにする。
【００４７】
そして光経路変換器に前記ペンタプリズム１３ｃを使用する場合には映像の座標値がコンピュータ上にディスプレイされるカーソルの座標値と方向が一致するため座標値計算時マウスの動く方向に座標値を計算すれば良い。
【００４８】
図７は本発明によるペン型光マウス装置の動作を説明するための流れ図である。
【００４９】
図７で、使用者が座標位置入力装置を備えたマウス本体１０を手にペンを取りそうに握り、机面のような底面２０に接触させると、ペン型光マウス装置先端の接触感知手段１９が接触圧力を感知し、この際照明装置１１はペンが底面に接触したという信号により内部の光を発光する。
【００５０】
照明装置１１の一例が図８に示されている。図８で、照明装置１１は円形又は楕円形のＰＣＢ基板１１ｂ、ＰＣＢ基板１１ｂ上に一定した間隔に設けられた多数の発光手段１１ａ及び基板１１ｂに電源を供給するための電源線１１ｃから構成される。ここでは小型、低輝度の発光手段１１ａを使用しながらも、底面に照射される光の量を多くして結像系１３を通じて映像センサ１４に結像される反射光の量を多くするために多数の発光手段１１ａが使用される。
【００５１】
一方、ＰＣＢ基板１１ｂ上にある発光手段１１ａは色々方法に動作されることができる。先ず、マウスを使用しない場合には前述したように前記制御手段１５により前記発光手段１１ａが微弱に動作される状態が維持される。そして、機能ボタン１７やホイールスイッチ１８が作動される時発光手段１１ａが正常的に作動されるようにすることができる。又は、マウスを使用しない間には微弱な光を発する条件に発光手段１１ａを動作させるが、接触感知手段１９により圧力が感知されるか、映像センサ１４を通じてどんな映像の変化が感知される瞬間前記制御手段１５により発光手段１１ａが正常的な明るさに動作されるようにすることができる。ここでマウスの未動作時にも前記発光手段１１ａが微弱な光を維持しているので、前記マウスを使用するためマウスを移動させると、前記映像センサ１４で映像の変化が感知されてマウスが正常作動されることができる状態に転換される。
【００５２】
この他に前記接触感知手段１９で感知される信号により発光手段１１ａに電源を供給又は遮断して光の発光を調整することができるようにすることができる。こうにすれば、マウスが使用されない間には発光手段１１ａが作動しないため節電効果がある。
【００５３】
前述したように接触感知手段１９で接触圧力が感知されるか、映像センサ１４で映像変化が感知されれば、図５又は図６に示された照明装置１１から光が発光される。
【００５４】
次に、照明装置１１の発光手段１１ａから発光された光は光ガイド１２を通過しながら底面に照射される。
【００５５】
図９は本発明によるペン型光マウス装置の光ガイドの一例を示した図面である。図９を参照すれば、光ガイド１２は凸レンズ１２ａ、光導波路１２ｂ及び凹レンズ１２ｃを含む。前記凸レンズ１２ａは発光手段１１ａから所定の角（小さくは２０°、大きくは１４０°以上）を有し広がりながら放出される光を平行光形態に集束する。前記凸レンズ１２ａにより平行光に変換された光は光ガイド１２の光導波路１２ｂを経る。この際、光が光ガイド１２外へ漏れることを防止するため光導波路１２ｂの各面は進行光に対して全反射条件を満足する。又、光が底面を低角に照らすように図９に示されたように光導波路１２ｂ内に斜めな反射面を設ける。そして光導波路１２ｂを通じて進行された光は光ガイド１２の最終端即ち、凹レンズ１２ｃを通過して底面に照明される。一方、凹レンズ１２ｃは光ガイド１２を通過して出す光をどの程度広がるようにして照明される地域を所望のサイズになり、同時に底面に均一に照明するようにする。
【００５６】
光ガイド１２から出た光が底面２０を照らす角度θを低角に維持する理由を、図１０を参照して説明する。図１０で、底面２１は複写用紙のように色彩が均一で模様がない面を拡大したことであり、普通の照明下ではこうした底面２１を肉眼に見ればその面の凹凸を確認することができないが、実際には図１０に示された底面２１のような微細な凹凸が存在する。従って、図２に示されたこととは違って、照明装置１１から照射されて光ガイド１２を通じて底面２１に照射される光の入射角が低角（大抵１０°〜２５°程度）である場合には凹凸部分の左側傾斜面２６には光が照らされるが、凹凸部分の右側傾斜面２５には光が全く照らない。だから、低角に光を照明すれば、結像系１３を通じて映像センサ１４により感知された底面の映像は凹凸部分の左、右側傾斜面が相異なる明るさ、即ち模様を有する映像に観察される。
【００５７】
勿論、光ガイド１２から出た光が底面２１を照らす角度は底面２１と凹凸部分の間隔及び高さにより影響を受けるが、通常的な底面２１の凹凸の間隔と高さを考慮すれば２５°以下が適当である。勿論、角度があまり低い場合には照明の効率が劣り、又凹凸が均一にならなければ高い凹凸により低い凹凸が隠して映像が効果的に形成されにくいので１０°以上が適当である。
【００５８】
次に、前記底面に照射されて反射された反射光は結像系１３に入射されて結像される。
底面に照射されて反射された反射光は結像系１３の結像レンズ１３ａを通過しながら、図５に示されたように、反射光の経路上に４５°に傾いて設けられた光経路変換器である反射鏡又は直角プリズム１３ｂにより経路が変更されてマウス本体側面に付着された映像センサ１４表面上に正確に結像される。即ち、光学系の像面（ｉｍａｇｅ ｐｌａｎｅ）が映像センサ面と一致する。
【００５９】
勿論前記光経路変換器は前記の反射鏡又は直角プリズム１３ｂ外に他の手段が使用されることができ、図６に示されたように、結像系１３の光経路変換器としてペンタプリズム１３ｃを使用することもできる。
【００６０】
光経路変換器として図５に示された反射鏡又は直角プリズム１３ｂを使用する場合には映像の左右が狂って座標値をマウスが動く方向と逆方向に読み取られるため座標値計算時にこれを反映しなければならない。しかし、図６に示されたペンタプリズム１３ｃを使用する場合には映像の左右が狂わないため座標値計算時マウスの動く方向に座標値を計算すれば良い。又、ペンタプリズム１３ｃを使用する場合には結像レンズ１３ａとペンタプリズム１３ｃとの距離を短く構成することができるためペン型光マウス装置の大きさを小型化することができる。
【００６１】
又、前記結像系１３の倍率は１に近似値を有するように底面２１と結像レンズ１３ａとの光経路と結像レンズ１３ａと映像センサ１４との距離は殆ど同じでなければならなく、この距離は使用する結像レンズ１３ａの焦点距離の２倍になるように設定しなければならない。もし倍率が１より大きいか小さい結像系１３を構成する場合、ハードウェア側面でペン型光マウス装置の実際移動距離と映像センサ１４と制御手段１５により認識された移動距離が異なるためマウスの動作精度が低下されるか、或いは非効率的になる。マウスを用いた高度の精密作業を遂行する場合には人為的に倍率を低める必要がある。こうした長所を活用するため光学系の倍率を人為的に調整するための方案にズームレンズを使用するか底面と結像レンズ１３ａとの光経路と結像レンズ１３ａと映像センサ１４との距離を調整する装置を付加することができる。
【００６２】
ペン型光マウス装置の結像レンズ１３ａとしては光学ガラスに製作された普通の球面レンズを使用することができ、ペン型光マウス装置の小型化及び軽量化のため非球面形状を有するプラスティック射出レンズを使用することもできる。非球面凸レンズを使用すれば、結像系１３の口径をさらに縮めることができるためマウス装置の太さを小さく製造することができ、ガラスレンズに比べて重さを減少させて、手作業時手にかかる負荷を減らすことができ、ペン型光マウス装置の動作をさらに安定的に具現することができる。特に、本発明による結像系１３は従来の光マウス装置に比べて焦点距離の結像レンズ１３ａを使用するため、結像系１３の焦点深度が深く、ガラス板下にある底面に対してもペン型光マウス装置が正常的に動作することができ、ペン型光マウス装置が地面に接触せず若干上にある場合にも正常的な動作を行うことができる。
【００６３】
そしてペン型光マウス装置を実際使用する場合、ペン型光マウス装置を地面に垂直に立てて使用することよりは若干傾いて使用されるが、この際結像系１３の側面から見れば梯形収差が発生することができる。こうした収差が発生すれば、ペン型光マウス装置の移動方向により、移動距離を異なって感知する問題が発生するか、動作が非正常的であり得るため、結像レンズ１３は梯形収差が最小化されたことを使用することが望ましい。図１１に示されたように、ペン型光マウスを自然である状態に握った時光マウス本体１０が傾くことにより映像センサ１４に対して底面２０が相対的に傾いていると考えることができる。この際、底面２０から反射された光が結像レンズ１３ａ′を通過して映像センサ１４に受光される時前記底面２０が傾いた程度を考慮して前記映像センサ１４を傾いておくことにより梯形収差を最小化することができる。即ち、底面２０が傾いたことに対して対称的に映像センサ１４の位置を調節することである。又は、前記光経路変換器１３ｂ，１３ｃの位置を調節するか、或いは前記映像センサ１４と前記光経路変換器の位置を同じく調節して梯形収差を最小化することができる。
【００６４】
次に、前記結像レンズ１３ａと光経路変換器より成った結像系１３により結像された底面の映像は映像センサ１４により電気的な信号に変換されて制御手段１５に伝送される。
【００６５】
映像センサ１４は収斂される反射光の経路を垂直に変更する結像系１３の光経路変換器により図５又は図６に示されたようにペン型光マウス装置本体内部側面に設けることができる。従って、映像センサ１４の横方向の長さがペン型光マウス装置の直径より広まってもマウス装置の本体内部ある所にも設けることができるためペン型光マウス装置の太さを縮小して構成することができる。
【００６６】
制御手段１５が前記電気的信号を用いてマウスの動き即ち、移動方向及び距離により変換されるｘ，ｙ座標値を計算した後送信手段１６を通じてコンピュータに伝送すれば、コンピュータはモニタ上にディスプレイされるカーソルの位置、動きを表示する。
【００６７】
前記ペン型光マウス装置の動きにより映像センサ１４と制御手段１５がペン型光マウス装置の移動方向及び距離を認識する原理は次の通りである。
【００６８】
ペン型光マウス装置は一般に毎秒１５００枚程度の底面２１の映像を、結像系１３を通じて順次に取り入れ、前記の底面２１の映像は内部的に１８×１８ピクセルから構成されている。特定模様（必ず模様である必要はなく、傷物や色が変わる部分であっても関係なし）がある底面２１を、マウスを通じて観察する場合に観察された映像内にどこか特定模様に該当する部分が存在する。従って、ペン型光マウス装置を移動すれば枚時間別に観察される映像で特定模様部分の位置もマウス移動方向と速度に比例して移動することであるため、特定模様部分がどの方向にいくら位移動したかを判断すれば、ペン型光マウス装置の移動方向及び移動距離を認識することができる。
【００６９】
次に、使用者はペン型光マウス装置を移動させることによりカーソルを所望の位置に移動させた後、ペン部分に装着された設定ボタン１７を押してモニタ画面上のアイコン又はプログラム等を選択又は実行することができる。
【００７０】
設定ボタン１７及びホイールスイッチ１８は通常のマウスのクリック装置と同一な方式に動作される。従って、設定ボタン１７やホイールスイッチ１８を用いてアイコンやワードプロセッサプログラムの文章又は字を選択することができる。例えば、前記カーソルが所望のアイコン等に位置すれば、一つのボタンを押してプログラムを実行させる等の動作を遂行し、他の一つはボタンを押してメニュー窓が出てメニューにある機能を遂行するようにすることができる。又上端に位置したホイールスイッチを用いて画面を上下に調整することができる。
【００７１】
次は、本発明によるテレセントリック系（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ ｓｙｓｔｅｍ）を採用したペン型光マウス装置に対して説明する。
【００７２】
前述したように、ペンによる筆記動作はペンが底面に接触されて移動されるペンダウン（ｐｅｎ−ｄｏｗｎ）動作と、ペンが底面から離隔されて移動されるペンアップ（ｐｅｎ−ｕｐ）動作の組合より成る。即ち、自然である文字や絵の入力のためにはこうしたペンダウン動作又はペンアップ動作がペン型光マウス装置によっても同一に成らなければならない。従って、文字や絵の自然である入力のためには筆記動作のペンダウン動作又はペンアップ動作を判別する段階と、ペンダウン動作時にはその移動経路に沿って座標追跡と同時に文字や絵が描いてペンアップ動作時にはその移動経路に沿って座標追跡が可能なように制御する段階が要求される。
【００７３】
本発明の他の実施例によるペン型光マウス装置は、図１２に示されたように、照明装置１１と、光ガイド１２と、テレセントリック系３０と、映像センサ１４及び制御手段１５とを含む。
【００７４】
前記テレセントリック系３０はレンズ３１と、絞り３２と、反射鏡３３とを備え、前記絞り３２を通過した光は反射鏡３３により反射されて映像センサ１４に受光される。ここで、前記テレセントリック系３０は焦点深度が長く、結像系の倍率が前記ペン型光マウス装置と底面との距離に影響を小さく受ける。又、底面２０がマウスに対して相対的に傾いている場合テレセントリック系３０は前記底面２０の一つの点とレンズ３１との距離に関係なく倍率が一定するため映像センサ１４で感知されるマウスの移動量を底面２０の傾き程度により補正する必要がない。さらに、図１３に示されたように物体面３５が光軸に対して垂直にしない場合にも映像センサ１４で測定される像の高さはレンズ３１に入射される主光線の高さに比例するため、梯形収差が少なく発生する。従って、ペン型光マウスを底面に対して傾いて使用しても梯形収差の影響を小さく受ける。
【００７５】
だが、前述したように前記映像センサ１４を前記底面２０又は物体面３５の傾いた程度に対応されるように配置して梯形収差を最小化することができる。又、前記光経路変換器例えば、反射鏡３３の位置及び角度を調節するか、或いは前記映像センサ１４と反射鏡３３の位置及び角度を共に調節して梯形収差を最小化することができる。
【００７６】
又、本発明では前記照明装置１１と光ガイド１２との間隔や配列角度等は光軸整列及び光効率等に大きい影響を及ぶため非常に重要である。光効率が低ければより高い電力の照明装置を使用しなければならないため消費電力が高くなるだけではなく、結合されない光がマウス本体内部に伝播されながら散乱を起こすことができ、これにより映像センサが間違った信号を受けることができる。従って、図１４に示されたように照明装置１１′と光ガイド１２′を一体に形成して光軸整列の問題を解決することと同時に生産性も高め、光マウス装置を小型化することも役に立つことができる。
【００７７】
以上のように長い焦点深度の長所により本発明のペン型光マウス装置を底面に接触させながら非接触状態で移動させながらマウス装置の底面との接触可否に関係なく安定的に位置変化を検出することができる。即ち、前記ペン型光マウス装置は底面との接触可否に関係なく映像センサに底面の映像が結ばれて常に精密な座標測定が可能になるため、自然である筆記動作にあって必須条件に要求されるペンダウン動作とペンアップ動作を制約なしで遂行することができる。
【００７８】
又、前記ペン型光マウス装置は望ましく底面に垂直な法線に対する前記ペン型光マウス装置中心軸の傾きを感知する傾き感知センサ（図示せず）及び前記ペン型マウス装置の基準角度に対する回転角度を感知する回転角度感知センサ（図示せず）をさらに含み、携帯時ペン型光マウスの移動軌跡を貯蔵することができるメモリ（図示せず）をさらに含む。
【００７９】
さらに、本発明によるペン型光マウス装置は実際に文字や絵を紙に書き取るか描きながらモニタ上に出力することができるように筆記具をさらに備えることができる。
【００８０】
図１５を参照すれば、本発明のペン型光マウス装置の本体４５内部に筆記具４０を備え、前記筆記具の後端に圧力感知手段４２を設ける。そして、照明装置１１、光ガイド１２、テレセントリック系３０、映像センサ１４等は前述したことと同一な機能を行うため、詳細な説明は略する。一方、前記照明装置１１から射出された光が底面２０に照射され、底面２０から反射された光が前記テレセントリック系３０を通じて映像センサ１４に集束されるように光経路上の前記本体４５に孔５０や透明窓が備えられる。
【００８１】
ここで、前記筆記具４０を用いて紙に実際に文字や絵を描きながら書き取り入力を行うことができるため、モニタを見ず紙に実際に書かれる状態を直接確認しながら入力することができて便利である。特に、こうした筆記具を採用したペン型光マウス装置は会議や討論時に有用に用いることができる。
【００８２】
この他に前記筆記具４０は選択キー４４の作動により筆記具のチップ４１が本体４５の内部に出入可能になっていて筆記具の使用可否を選択することができるようになっている。前記筆記具４０の使用時筆記具の底面に対する圧力が前記圧力感知手段４２に伝達されて書き取り入力が遂行される。前記筆記具４０の未使用時には筆記具のチップ４１が前記本体４５の内部に入っている状態で前記本体４５の先端部に設けられた圧力伝達部４３により前記圧力感知手段４２に圧力が伝達されるようにすることができる。又は、前記筆記具４０の未使用時圧力を感知するため前記本体４５先端部に別途の接触感知手段（図示せず）を備えることができる。又は、インクが入っているペン先とインクが入っていないペン先を設け、両方ペン先共に接触感知手段を備える。
【００８３】
又、前記筆記具４０は交替可能なことは勿論である。前記筆記具４０のインクを全部消耗した場合には筆記具４０のみを交替して使用することができる。
【００８４】
図１６は本発明によるペン型光マウス装置制御方法の流れ図である。
【００８５】
所定時間中外部から入力がない場合前記制御手段１５により前記照明装置１１を最小明るさに動作させる（Ｓ１０）。
【００８６】
使用者がマウス本体１０を机面のような底面２０に接触させると、前記接触感知手段１９が接触圧力を感知して前記照明装置１１を正常作動状態に活性化させるか、又は使用者がマウス本体１０を移動させれば映像センサ１４が映像の変化を感知して前記照明装置１１を正常作動状態に活性化させるか、又は使用者が設定ボタン１７やホイールスイッチ１８を選択した場合前記照明装置１１を正常作動状態に活性化させる（Ｓ２０〜Ｓ３０）。
【００８７】
その後、所定待機時間が経過されたかチェックして所定待機時間内に外部から他の入力がなければ再び前記照明装置１１を最小明るさに動作させる（Ｓ４０）。
【００８８】
前記接触感知手段１９が接触圧力を感知した場合には感知された接触圧力Ｐの大きさが所定基準圧力Ｐ０以上であるかを確認するが（Ｓ５０）、前記基準圧力Ｐ０は一般に人が書き取り動作を行う時要求される底面２０に対する最小限の圧力に、光マウスを前記基準圧力Ｐ０より小さい圧力に底面２０に接触させるか光マウスが底面２０から離隔された時には書き取り命令に認識されず、この状態でマウスを移動させる時にはカーソルのみ移動される。従って、書き取り動作外にカーソルを移動させようとする時マウスを底面２０に弱く接触させた状態に移動させることも可能である。又、前記基準圧力Ｐ０が０に設定された場合には前記ペン型光マウスが底面に接触されたりすれば、その接触力の大きさに関係なく書き取り命令に認識され、個人のペンに対する握力差に関係なく実際書き取り動作を行う時と同一な動作に書き取り入力を行うことができる利点がある。
【００８９】
前記感知された接触圧力の大きさが所定基準圧力以上であれば書き取り命令を制御手段１５に伝送する同時に制御手段１５によりマウスの移動による座標値を計算した後入力された文字や図形に対する記録情報を処理して送信手段１６に出力することにより入力された文字や図形をモニタに出力する（Ｓ６０〜Ｓ８０）。ここで、前記文字や図形に対する記録情報は前記接触感知手段１９により感知された接触圧力の大きさにより変化され、前記接触感知手段１９により感知された接触圧力の大小により画面に表示される文字や図形の太さが調節される。
【００９０】
もし前記感知された接触圧力の大きさが所定基準圧力以下であれば、カーソル移動命令を制御手段１５に伝送する同時に制御手段１５によりマウスの移動による座標値を計算した後、送信手段１６にカーソルの位置移動を出力してカーソルの位置移動をモニタに出力する（Ｓ９０〜Ｓ１１０）。
【００９１】
このように前記接触感知手段１９はモニタ上に書き取り入力になるように命令する機能ボタンとしての役割を果たす。即ち、前記マウス本体４５の底面２０に対する接触可否を感知して接触状態（オン状態）では書き取り入力され、非接触状態（オフ状態）では書き取り入力なしで座標測定と共にカーソルのみ移動されることである。この他に、前記接触感知手段１９は一般的なオン−オフスイッチに代替されることもできる。
【００９２】
次は、本発明のペン型光マウス装置を用いて実際書き取り入力を行う場合を調べる。例えば、アルファベット大文字“Ｘ”を入力させる場合前述したように（図３参照）、ペンダウン状態での“／”（Ｓ１）と、ペンアップ状態での移動（Ｓ２）そしてペンダウン状態での“＼”（Ｓ３）を組み合ってなければならない。ここで、ペンダウン状態で移動させる時には底面に対して一定の圧力が加えられるため接触感知手段１９によりペンダウン動作状態であることが感知される。そうすれば、書き取り命令が自動認識されて書き取りが実行される。
【００９３】
そして、ペンが底面から離隔されて移動される時には前記接触感知手段１９により感知される圧力がないのでペンアップ動作状態であることを認識することができる。この際には書き取り命令がないことであるため座標追跡のみ遂行されるが、本発明によるペン型光マウス装置は焦点深度が長いテレセントリック系３０により前記レンズ３１と底面２０との距離が多少遠くなっても前記底面２０から反射された光が前記映像センサ１４に結像されることには影響がない。又、テレセントリック系の代わりに焦点長さが長いレンズを使用することによりペン型光マウスが底面から離隔された状態で映像センサ１４に底面の映像が感知されるようにすることができる。
【００９４】
このように文字や絵の入力命令はペン型光マウス装置の底面に対する圧力可否により自動に制御されるため使用者は平素紙に字を書くか絵を描くことのように自然にコンピュータモニタ上に文字や絵を出力することができる。
【００９５】
前述したように、本発明のペン型光マウス装置ではマウスのペンダウン動作とペンアップ動作とを区別して認識することができ、マウスの接触可否に関係なくテレセントリック系により座標測定が可能なので自然である筆記動作により容易に書き取り入力が可能である。
【００９６】
図１７はペン型光マウス装置の傾き変動により倍率の異邦性を補正する方法の流れ図であり、図１８はペン型光マウス装置の傾き変動により倍率の異邦性を補正するさらに他の方法の流れ図であり、図１９はペン型光マウス装置の傾き変動により倍率の異邦性を補正する方法を説明するための図面である。
【００９７】
図１９に表示されたように、ペン型光マウスを地面に傾いて使用する場合ペン型光マウスのｘ方向、ｙ方向に対する倍率が異なるが、こうした倍率の異邦性による問題点を次のような方法により補正することができる。
【００９８】
先ず、使用者がコンピュータプログラムを通じて自分の筆記習慣を入力したかチェックして（Ｓ２１０）、使用者の筆記習慣が入力された場合使用者から入力された筆記習慣により補正因子を計算する（Ｓ２２０）。
【００９９】
より詳細に説明すれば、コンピュータプログラムを用いてモニタ画面に長さが同じで互いに垂直なｘ軸方向の直線とｙ軸方向の直線を表示した後、使用者に前記直線に沿ってマウスを移動させるように要求する。ここで、言及したｘ，ｙ，ｚ軸の定義は次の通りである。先ず底面或いは地面に垂直な方向をｚ軸といい、地面即ち、ｚ軸に垂直な平面をｘｙ平面という。この際、法線（ｚ軸）とペン型光マウス軸が成される平面に含まれながら、ｘｙ平面上に置かれる直線或いは方向をｙ軸といい、ｙ軸に垂直ながら同時にｘｙ平面におかれるさらに他の方向をｘ軸という。
【０１００】
先ず、使用者にマウスをｘ軸方向に描いた線の始め点から終わり点まで移動させるように要求してその間コンピュータに伝送されたマウスの移動情報中でｘ座標の変化量Δｘを全て合算する。ｘ_{ｔｏｔａｌ}＝ΣΔｘ。
【０１０１】
その後、使用者にマウスをｙ軸方向に描いた線の始め点から終わり点まで移動させるように要求してその間コンピュータに伝送されたマウスの移動情報中でｙ座標の変化量Δｙを全て合算する。ｙ_{ｔｏｔａｌ}＝ΣΔｙ。
【０１０２】
画面上に描いたｘ軸方向の直線とｙ軸方向の直線の長さが同一でペン型光マウスの倍率が方向と関係なく一定すれば測定されたｘ_{ｔｏｔａｌ}，ｙ_{ｔｏｔａｌ}は同じ値を有しなければならないが、ペン型光マウス装置が底面に対して所定角度傾いているので前記ｘ_{ｔｏｔａｌ}，ｙ_{ｔｏｔａｌ}の長さは互いに異なることである。
【０１０３】
従って、こうした倍率の異邦性によりｘ軸方向、ｙ軸方向の中いずれか一方の直線の長さを人為的に拡大或いは縮小する必要があり、ｙ軸方向の長さを変化させて倍率の異邦性を補正しようとすれば、ｙ軸座標に対する補正因子ｍを求める。ここで、補正因子ｍは次の式（１）のように与えられる。
【０１０４】
【式１】

【０１０５】
その後、映像センサ１４が映像変化を感知したかチェックして（Ｓ２３０）、前記映像センサ１４が映像変化を感知した場合映像センサ１４で変換された電気的信号を用いてマウスの移動による座標値を計算する（Ｓ２４０）。
【０１０６】
コンピュータプログラムにより前記計算された補正因子を基礎として前記マウスの座標値で倍率の異邦性を補正するが（Ｓ２５０）、次の式により前記計算されたマウスの座標値でｙ軸方向の移動量Δｙを前記で計算された補正因子ｍを用いてΔｙ_ｎｅｗに変換して倍率の異邦性を補正する。ここで、Δｙ_ｎｅｗは次の式（２）のように与えられる。
【０１０７】
【式２】

【０１０８】
前記実施例において、前記マウスの座標値で倍率の異邦性を補正する段階（Ｓ２５０）は、コンピュータプログラム外にペン型光マウスの制御手段１５によっても遂行されているが、この場合コンピュータプログラムを通じて計算された補正因子ｍが前記制御手段１５に伝送されれば前記制御手段１５はコンピュータから伝送された補正因子ｍを基礎としてマウスの座標値で倍率の異邦性を補正した後補正されたマウスの座標値を送信手段１６に出力する（Ｓ２６０）。
【０１０９】
もし使用者がコンピュータプログラムを通じて自分の筆記習慣を入力しない場合には、一般使用者の筆記習慣により予め決定されたペン型光マウス装置中心軸の傾き値を基礎として前記計算されたマウスの座標値で倍率の異邦性を補正する。例えば、一般使用者の筆記習慣により予め決定されたペン型光マウス装置中心軸の傾きがθであれば、ｙ軸方向の倍率はｘ軸方向の倍率に比べてｃｏｓθ程縮小されるので、制御手段１５により計算されたマウスの座標値でｙ軸方向の移動量Δｙを次の式（３）を用いてΔｙ_ｎｅｗに変換して倍率の異邦性を補正する。ここで、Δｙ_ｎｅｗは次の式（３）のように与えられる。
【０１１０】
【式３】

【０１１１】
前記のような方法によりペン型光マウスを地面に傾いて使用する時発生する倍率の異邦性問題を解決することもできるが、以下に説明するように底面に垂直な法線に対するペン型光マウス装置中心軸の傾きを感知する傾き感知センサにより倍率の異邦性問題を解決することも可能である。
【０１１２】
先ず、傾き感知センサを用いて底面に垂直な法線に対する前記ペン型光マウス装置中心軸の傾きを感知する（Ｓ３１０）。
【０１１３】
その後、映像センサ１４が映像変化を感知したかチェックして（Ｓ３２０）、前記映像センサ１４が映像変化を感知した場合前記映像センサ１４で変換された電気的信号を用いてマウスの移動による座標値を計算する（Ｓ３３０）。
【０１１４】
前記計算されたマウスの座標値で前記傾き感知センサから感知されたペン型光マウス装置中心軸の傾きθを基礎として倍率の異邦性を補正するが（Ｓ３４０）、前記マウスの座標値でｙ軸座標の変化量Δｙを前記式（３）を用いてΔｙ_ｎｅｗに変換して倍率の異邦性を補正した後、前記補正されたマウスの座標値を送信手段に出力する（Ｓ３５０）。
【０１１５】
前記実施例において、前記マウスの座標値で倍率の異邦性を補正する段階（Ｓ３４０）は、ペン型光マウスの制御手段１５外にコンピュータプログラムによっても遂行されることができるが、この場合コンピュータプログラムはペン型光マウスから伝送されたペン型光マウス装置の傾きを基礎としてマウスの座標値を補正し、この際補正されたマウスの座標値を送信手段１６に出力する段階（Ｓ３５０）は略する。
【０１１６】
又、ペン型光マウスを地面に傾いて使用する場合底面と結像レンズとの距離が変わって映像が結像レンズに正確に結像されることもできない。これによる映像の濁ることを最小化するためにはペン型光マウス内部に設けられた結像系がペン型光マウスの中心軸で可能な近い所を結像しなければならないが、有限直径を有した結像系がペン型光マウス装置中心軸の近い所を結像するためには結像系の中心軸がペン型光マウス装置の中心軸に対して一定角度以上傾かなければならない。従って、本発明によるペン型光マウス装置ではペン型光マウス装置の中心軸に対して結像系の中心軸を所定角度（大略６°）内外に傾いて配置することにより傾き変動による映像の濁ることを最小化することができる。
【０１１７】
図２０はペン型光マウス装置の把持位置変化による歪みを補正する方法の流れ図であり、図２１はペン型光マウス装置の把持位置変化による歪みを補正するさらに他の方法の流れ図であり、図２２及び図２３はペン型光マウス装置の把持位置変化による歪みを補正する方法を説明するための図面である。
【０１１８】
図２２（Ａ）はペン型光マウスを正常的に把持した場合の断面図であり、図２２（Ｂ）はペン型光マウスを非正常的に把持した場合の断面図である。図２２（Ａ）に表示されたように、ペン型光マウスを正常的に把持した場合ペン型光マウスの中心軸（図面でｘ軸）に対して映像センサ１４が認識するマウスの移動方向（点線）が平行なので実際マウスの移動方向（実線）と映像センサ１４が認識するマウスの移動方向（点線）が一致する。
【０１１９】
しかし、図２２（Ｂ）に表示されたように、ペン型光マウスを非正常的に把持した場合、ペン型光マウスの中心軸（図面でｘ軸）に対して映像センサ１４が認識するマウスの移動方向（点線）が一定角度程外れている。これにより、映像センサ１４が認識するマウスの移動方向（点線）と実際ペン型光マウスの移動方向（実線）が一定角度程外れているので、外れた角度程移動方向が間違い認識されて歪みが発生されることができる。
【０１２０】
こうしたペン型光マウス装置の把持位置変化による歪みは以下で説明される方法により補正が可能である。
【０１２１】
図２０を参照すれば、先ず使用者がコンピュータプログラムを通じて自分の筆記習慣を入力したかチェックして（Ｓ４１０）、使用者の筆記習慣が入力された場合使用者から入力された筆記習慣により前記ペン型マウス装置の基準角度に対する回転角度を計算する（Ｓ４２０）。
【０１２２】
使用者の筆記習慣入力と関連し、使用者はコンピュータプログラム案内によりペン型光マウスをｘ軸方向に移動させてモニタ画面に一定長さ以上の水平線を描く。この際、ペン型光マウスの把持位置が基準角度から外れていれば、モニタ画面には基準角度から外れた角度ψ程傾いた斜線が描かれることである。従って、前記ｘ軸方向の直線とこの斜線との傾きを求めることにより、簡単にペン型マウス装置の基準角度に対する回転角度を算出することができる。ここで、基準角度とは、映像センサが認識する水平方向がペン型光マウスを水平方向に移動させる方向と平行な状態でのペン型光マウス装置の回転角度を意味する。
【０１２３】
その後、前記映像センサ１４が映像変化を感知したかチェックして（Ｓ４３０）、前記映像センサ１４が映像変化を感知した場合前記映像センサ１４で変換された電気的信号を用いてマウスの移動による座標値を計算した後（Ｓ４４０）、前記ペン型マウス装置の基準角度に対する回転角度を基礎として前記マウスの座標値を補正する（Ｓ４５０）。
【０１２４】
以下、前記ペン型マウス装置の回転角度を基礎として前記マウスの座標値を補正することをさらに詳細に説明する。
【０１２５】
図２３に表示されたようにペン型光マウスがＡ点（ｘ_０，ｙ_０）から各々ｘ軸、ｙ軸方向にΔｘ，Δｙ程移動してＢ′（ｘ′，ｙ′）点に移動した場合、ｘ′＝ｘ_０＋Δｘ，ｙ′＝ｙ_０＋Δｙになる。
【０１２６】
前記コンピュータプログラムを用いて求めたペン型マウス装置の基準角度に対する回転角度がψなら、ペン型光マウスの把持位置変化による歪みを補正した新しい座標値Ｂ（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ）は次の式（４）のように与えられる。
【０１２７】
【式４】

【０１２８】
一方、マウスは相対座標方式を使用するので、現在マウスの位置情報をコンピュータに伝送することではなく以前位置からマウスの移動量を伝送する。だから、上式で補正された座標値Ｂ（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ）の代わりに補正された移動量Δｘ_ｃ，Δｙ_ｃを求めなければならない。
【０１２９】
Δｘ_ｃ＝ｘ_ｃ−ｘ_０，Δｙ_ｃ＝ｙ_ｃ−ｙ_０の関係式によりペン型光マウスの把持位置が基準角度でψ程回転された場合回転による歪みを補正した移動量Δｘ_ｃ，Δｙ_ｃは次の式（５）のように与えられる。
【０１３０】
【式５】

【０１３１】
従って、移動前の点を基準点に設定する必要がなく、同時に基準点に対する座標値を記憶している必要もない。言い換えれば、ペン型光マウス装置の移動による移動量情報と現在基準角度に対する回転角度のみ与えられると、上式を通じてペン型光マウスの把持位置変化によるマウス座標値の歪みを補正することができる。
【０１３２】
前記実施例において、前記マウスの座標値を補正する段階（Ｓ４５０）は、コンピュータプログラム外にペン型光マウスの制御手段１５によっても遂行されることができるが、この場合コンピュータプログラムを通じて計算されたペン型マウス装置の回転角度が制御手段１５に伝送されれば前記制御手段１５はコンピュータから伝送されたペン型マウス装置の回転角度を基礎としてマウスの座標値を補正した後、補正されたマウスの座標値を送信手段１６に出力する（Ｓ４６０）。
【０１３３】
前記のような方法によりペン型光マウスの把持位置変化によるマウス座標値の歪みを補正することもできるが、後述するように前記ペン型マウス装置の基準角度に対する回転角度を感知する回転角度感知センサによりペン型光マウスの把持位置変化によるマウス座標値の歪みを補正することも可能である。
【０１３４】
図２１を参照すれば、先ず回転角度感知センサにより前記ペン型マウス装置の基準角度に対する回転角度を感知するが（Ｓ５１０）、前記回転角度感知センサは前記傾き感知センサと単に中心軸が異なるだけ同一な原理に動作する。
【０１３５】
その後、前記映像センサが映像変化を感知したかチェックして（Ｓ５２０）、前記映像センサが映像変化を感知した場合前記映像センサで変換された電気的信号を用いてマウスの移動による座標値を計算した後（Ｓ５３０）、前記回転角度感知センサから感知されたペン型マウス装置の基準角度に対する回転角度を基礎として前記計算されたマウスの座標値を補正し、前記補正されたマウスの座標値を送信手段に出力する（Ｓ５４０〜Ｓ５５０）。ここで、回転角度感知センサから感知されたペン型マウス装置の回転角度を基礎としてマウスの座標値を補正する手続きは前述したことと同一なのでその説明は略する。
【０１３６】
前記実施例において、前記マウスの座標値を補正する段階（Ｓ５４０）は、ペン型光マウスの制御手段１５外にコンピュータプログラムによっても遂行されることができるが、この場合コンピュータプログラムはペン型光マウスから伝送されたペン型マウス装置の回転角度を基礎としてマウスの座標値を補正し、この際、補正されたマウスの座標値を送信手段１６に出力する段階（Ｓ５５０）は略する。
【０１３７】
本発明は前述した実施例に限定されず、本発明の思想を外れない範囲内で当業者による変形が可能なことは勿論である。
【０１３８】
【発明の効果】
本発明のペン型光マウス装置及びペン型光マウス装置の制御方法によると、次のような効果がある。
【０１３９】
一番目、光ガイドを通じて発光手段から照射された光を底面に低角に伝達しながら光が周辺に拡散されないようにして反射される反射光を大きくすることにより、殆ど全ての底面で正常的に動作することができ、別途のマウスパッドなしでマウスを動作させ得る長所がある。
【０１４０】
二番目、光経路変換器を通じて収斂される反射光の経路を垂直に変更して映像センサをペン型光マウス装置本体内部側面に設けることができるので映像センサのサイズに関係なくペン型光マウス装置の直径をレンズの直径より若干広い程度に形成することができて、ペン型光マウス装置の太さを手に握りやすいサイズに縮小して構成することができる。
【０１４１】
三番目、普通の結像レンズの代わりにズームレンズを使用するか、結像系の配置を調整する機能を付加することにより、マウスの動作精度を調整することができ、高精密作業に適合するようにする可変性を付与することができる。
【０１４２】
四番目、レンズ口径に比べて長い焦点距離を有するレンズ又はテレセントリック系を用いて焦点深度を長くすることによりマウスのペンダウン動作とペンアップ動作とを区別して認識することと同時にマウスの底面に対する接触可否に関係なく座標測定を行うことができて自然である筆記動作により書き取り入力を行うことができる。
【０１４３】
五番目、光経路変更手段や映像センサ又は二つながらの配列角度を調整するか、テレセントリック系を用いることにより、ペン型光マウスを地面に対して傾いて使用しても梯形収差の影響を小さく受ける。
【０１４４】
六番目、接触感知手段によるマウスの接触力感知により書き取り命令が自動に認識されるようにすることにより自然で簡便に書き取り入力が可能である。
【０１４５】
七番目、ペン型光マウス装置の傾き変動による倍率の異邦性を補正することができ、ペン型光マウスの把持位置変化によるマウス座標値の歪みを補正することができるので、使用者がペン型光マウスをどんな姿勢に握っても正確なカーソル移動及び書き取り入力を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のペン型光マウス装置の構成図である。
【図２】従来のペン型光マウス装置において照明装置から照射された光が底面に入射する過程を示した図面である。
【図３】文字を筆記することに必要な過程を示した図面である。
【図４】本発明によるペン型光マウス装置の斜視図である。
【図５】本発明によるペン型光マウス装置の内部構成の一例を示した図面である。
【図６】本発明によるペン型光マウス装置の内部構成のさらに他の一例を示した図面である。
【図７】本発明によるペン型光マウス装置の動作を説明するための流れ図である。
【図８】本発明によるペン型光マウス装置の照明装置の一例を示した図面である。
【図９】本発明によるペン型光マウス装置の光ガイドの一例を示した図面である。
【図１０】本発明によるペン型光マウス装置の照明装置から照射された光が底面に入射される過程を示した図面である。
【図１１】本発明によるペン型光マウス装置の映像センサの配列角度を調節して梯形収差を補正する方法を説明するための図面である。
【図１２】本発明によるペン型光マウス装置の内部構成の他の実施例を示した図面である。
【図１３】本発明によるペン型光マウス装置に採用されたテレセントリック系を概略的に示した図面である。
【図１４】本発明によるペン型光マウス装置の照明装置と光ガイドを一体型に形成した場合の概略的な図面である。
【図１５】本発明によるペン型光マウス装置の他の実施例を示した図面である。
【図１６】本発明によるペン型光マウス装置制御方法の流れ図である。
【図１７】ペン型光マウス装置の傾き変動により倍率の異邦性を補正する方法の流れ図である。
【図１８】ペン型光マウス装置の傾き変動により倍率の異邦性を補正するさらに他の方法の流れ図である。
【図１９】ペン型光マウス装置の傾き変動により倍率の異邦性を補正する方法を説明するための図面である。
【図２０】ペン型光マウス装置の把持位置変化による歪みを補正する方法の流れ図である。
【図２１】ペン型光マウス装置の把持位置変化による歪みを補正するさらに他の方法の流れ図である。
【図２２】ペン型光マウス装置の把持位置変化による歪みを補正する方法を説明するための図面である。
【図２３】ペン型光マウス装置の把持位置変化による歪みを補正する方法を説明するための図面である。
【符号の説明】
１０：マウス本体
１１：照明装置
１２：光ガイド
１３：結像系
１４：映像センサ
１５：制御手段
１６：送信手段
１７：設定ボタン
１８：ホイールスイッチ
１９：接触感知手段
２０：接触面

Claims (30)

1. 反射光を用いてマウスの動きを検出してコンピュータモニタ上にカーソルの位置を表示するためのペン型光マウス装置であって、
   ペン型マウス本体と、
   光を照射する照明装置と、
   前記照明装置からの光が底面に照射された後前記底面から反射された光を集束し、前記集束された光の経路を変更して映像センサに受光させる結像系と、
   前記マウス本体の内側面に位置し、前記結像系から入射される光を感知して電気的信号に変換させて制御手段に提供する映像センサと、
   前記照明装置から光が照射されるように制御し、前記映像センサから変換された電気的信号を用いてコンピュータモニタ上にディスプレイされるカーソルの座標値を計算する制御手段と、
   前記制御手段から計算された座標値をコンピュータ本体に伝送する送信手段とを含むことを特徴とするペン型光マウス装置。
2. 前記ペン型マウス本体の先端に接触感知手段をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のペン型光マウス装置。
3. 前記照明装置は中央が空いた円形又は楕円形のＰＣＢ基板上に一定した間隔に設けられた多数の発光手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のペン型光マウス装置。
4. 前記照明装置から照射された光が前記マウス本体の先端と底面が一定した角度を成しながら照射されるように光をガイドする光ガイドをさらに含み、前記光ガイドは照明装置から照射される光を平行光形態に集束する凸レンズと、
   前記凸レンズにより集束された光を底面に対して低角に照射されるようにする反射面を含んで光を進行させる光導波路とを含むことを特徴とする請求項１に記載のペン型光マウス装置。
5. 前記光導波路は前記凸レンズにより集束された光を底面に１０°乃至２５°の角度に照射されるようにする反射面を含むことを特徴とする請求項４に記載のペン型光マウス装置。
6. 前記光ガイドは、前記光導波路を通じて進行された光を広がるようにして底面に照射されるようにする凹レンズをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のペン型光マウス装置。
7. 前記照明装置と光ガイドが一体に形成されたことを特徴とする請求項４乃至請求項６に記載のペン型光マウス装置。
8. 前記結像系は、
   底面に照射されて反射された反射光を結像する結像レンズと、
   前記結像された光の経路を変更して映像センサに受光させる光経路変換器とを含むことを特徴とする請求項１に記載のペン型光マウス装置。
9. 前記結像系は、
   底面に照射されて反射された反射光を結像するレンズ及び絞りと、
   長い焦点深度を確保するため前記結像された光の経路を変更して映像センサに受光させる光経路変換器から構成されるテレセントリック系であることを特徴とする請求項１に記載のペン型光マウス装置。
10. 前記結像系の中心軸は前記ペン型光マウス装置の中心軸に対して所定角度傾いたことを特徴とする請求項１に記載のペン型光マウス装置。
11. 前記結像レンズは梯形収差を補正した非球面レンズであることを特徴とする請求項８に記載のペン型光マウス装置。
12. 前記結像レンズはズームレンズであるか、或いは底面と結像レンズとの光経路と映像センサとの距離を調整することができる装置をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のペン型光マウス装置。
13. 前記光経路変換器と映像センサとの中少なくとも一つの配列角度を底面に対するマウス本体の傾きに対応されるように調整して梯形収差を補正するように成されたことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のペン型光マウス装置。
14. 前記光経路変換器は反射鏡、直角プリズム又はペンタプリズムの中いずれか一つであることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のペン型光マウス装置。
15. 底面に垂直な法線に対する前記ペン型光マウス装置中心軸の傾きを感知する傾き感知センサをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のペン型光マウス装置。
16. 前記ペン型マウス装置の基準角度に対する回転角度を感知する回転角度感知センサをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のペン型光マウス装置。
17. 前記ペン型光マウス装置の移動軌跡を貯蔵するためのメモリをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のペン型光マウス装置。
18. 前記ペン型マウス本体には使用者の指を把持することができる多数の把持部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のペン型光マウス装置。
19. 前記接触感知手段により所定の基準圧力より大きい圧力が感知される時書き取り入力されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のペン型光マウス装置。
20. 前記マウス本体に筆記具を備え、前記筆記具の後端に圧力感知手段を設けることを特徴とする請求項１に記載のペン型光マウス装置。
21. 前記圧力感知手段により所定の基準圧力より大きい圧力が感知される時書き取り入力されるようにしたことを特徴とする請求項２０に記載のペン型光マウス装置。
22. 前記筆記具がマウス本体内部に出入可能なようにする選択キーを備えたことを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載のペン型光マウス装置。
23. マウス本体と、照明装置と、光ガイドと、結像系と、映像センサと、制御手段と、送信手段と、設定ボタン及び接触感知手段とを備えるペン型光マウス装置の制御方法において、
    所定時間中外部から入力がない場合前記照明装置を最小明るさに動作させる照明装置待機段階と、
    前記接触感知手段が接触圧力を感知するか、又は前記映像センサが映像変化を感知するか、又は前記設定ボタンが選択された場合前記照明装置を正常作動状態に活性化させる段階と、
    所定待機時間が経過されたかチェックする段階と、
    前記接触感知手段が接触圧力を感知した場合感知された接触圧力の大きさが所定基準圧力以上であるか確認する段階と、
    前記感知された接触圧力の大きさが所定基準圧力以上であれば書き取り命令を制御手段に伝送する同時にマウスの移動による座標値を計算した後入力された文字や図形に対する記録情報を処理して送信手段に出力する段階とを含むことを特徴とするペン型光マウス装置の制御方法。
24. 前記感知された接触圧力の大きさが所定基準圧力以下であればカーソル移動命令を制御手段に伝送する同時にマウスの移動による座標値を計算した後送信手段にカーソルの移動を出力する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載のペン型光マウス装置の制御方法。
25. 前記文字や図形に対する記録情報は前記接触感知手段により感知された接触圧力の大きさにより変化されることを特徴とする請求項２３に記載のペン型光マウス装置の制御方法。
26. マウス本体と、照明装置と、光ガイドと、結像系と、映像センサと、制御手段と、送信手段と、設定ボタンと、接触感知手段とを備えるペン型光マウス装置の制御方法において、
    使用者がコンピュータプログラムを通じて自分の筆記習慣を入力したかチェックする段階と、
    使用者の筆記習慣が入力された場合使用者から入力された筆記習慣により補正因子を計算する段階と、
    前記映像センサが映像変化を感知したかチェックする段階と、
    前記映像センサが映像変化を感知した場合前記映像センサから変換された電気的信号を用いてマウスの移動による座標値を計算する段階と、
    前記計算された補正因子を基礎として前記マウスの座標値で倍率の異邦性を補正する段階とを含むことを特徴とするペン型光マウス装置の制御方法。
27. 使用者がコンピュータプログラムを通じて自分の筆記習慣を入力しない場合、一般使用者の筆記習慣により予め決定されたペン型光マウス装置中心軸の傾き値を基礎として前記計算されたマウスの座標値で倍率の異邦性を補正することを特徴とする請求項２６に記載のペン型光マウス装置の制御方法。
28. マウス本体と、照明装置と、光ガイドと、結像系と、映像センサと、制御手段と、送信手段と、設定ボタンと、傾き感知センサとを備えるペン型光マウス装置の制御方法において、
    前記傾き感知センサを用いて底面に垂直な法線に対する前記ペン型光マウス装置中心軸の傾きを感知する段階と、
    前記映像センサが映像変化を感知したかチェックする段階と、
    前記映像センサが映像変化を感知した場合前記映像センサから変換された電気的信号を用いてマウスの移動による座標値を計算する段階と、
    前記計算されたマウスの座標値で前記傾き感知センサから感知されたペン型光マウス装置中心軸の傾きを基礎として倍率の異邦性を補正する段階とを特徴とするペン型光マウス装置の制御方法。
29. マウス本体と、照明装置と、光ガイドと、結像系と、映像センサと、制御手段と、送信手段と、設定ボタンと、接触感知手段とを備えるペン型光マウス装置の制御方法において、
    使用者がコンピュータプログラムを通じて自分の筆記習慣を入力したかチェックする段階と、
    使用者の筆記習慣が入力された場合使用者から入力された筆記習慣により前記ペン型マウス装置の基準角度に対する回転角度を計算する段階と、
    前記映像センサが映像変化を感知したかチェックする段階と、
    前記映像センサが映像変化を感知した場合前記映像センサから変換された電気的信号を用いてマウスの移動による座標値を計算する段階と、
    前記ペン型マウス装置の基準角度に対する回転角度を基礎として前記マウスの座標値を補正する段階とを含むことを特徴とするペン型光マウス装置の制御方法。
30. マウス本体と、照明装置と、光ガイドと、結像系と、映像センサと、制御手段と、送信手段と、設定ボタンと、回転角度感知センサとを備えるペン型光マウス装置の制御方法において、
    前記回転角度感知センサにより前記ペン型マウス装置の基準角度に対する回転角度を感知する段階と、
    前記映像センサが映像変化を感知したかチェックする段階と、
    前記映像センサが映像変化を感知した場合前記映像センサから変換された電気的信号を用いてマウスの移動による座標値を計算する段階と、
    前記回転角度感知センサから感知されたペン型マウス装置の基準角度に対する回転角度を基礎として前記計算されたマウスの座標値を補正する段階とを含むことを特徴とするペン型光マウス装置の制御方法。

Images