CN1252631C

CN1252631C - 具有可变光圈的扫描器引导系统

Info

Publication number: CN1252631C
Application number: CNB001217305A
Authority: CN
Inventors: D·D·波恩
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2020-07-25
Also published as: EP1100253A2; CN1296237A; EP1100253A3; US6429422B1; US20020166950A1; JP3865580B2; JP2001189831A

Abstract

一种用于文件图像的便携式扫描器(10)，包括至少一个位置检测器(44)。该位置检测器具有一个光检测器(50)和一个与所述光检测器相邻的光圈机构(60)。所述光圈机构具有第一光圈尺寸和第二光圈尺寸。光圈机构能够在所述第一光圈尺寸与第二光圈尺寸之间调节。

Description

具有可变光圈的扫描器引导系统

发明领域

本发明涉及一种便携式图像扫描器，更具体地说，涉及一种具有可变光圈的手提式扫描器引导系统。

发明背景

光学扫描装置是已知技术中熟知的，它产生计算机可读的代表了被扫描物体的图像数据，所述被扫描物体例如可以是一幅相片或者是一页印刷品。在扫描器的一种典型应用中，光学扫描器产生的图像数据可以供个人计算机使用，以便在一个适合的显示装置上，例如CRT或者打印机，再现被扫描物体的图像。

手持式或者便携式图像扫描器是一种光学扫描器，它被设计成由人的手使之扫过被扫描的物体或者文件。该手持式扫描器可以通过数据电缆，直接与另一个计算机相连接。在这样的情况下，由手持式扫描器产生的数据信号可以“飞传”到另一个计算机，也就是一旦收集到数据，就将它传送给计算机。另一种不同的方式是，便携式图像扫描器可以包括一个其自身的数据存储系统，用于存储图像数据。在完成扫描操作之后，采用任何方便的手段将存储的图像数据上载到另一个计算机中。

手提式或者便携式扫描器在已知技术中是熟知的，其各种部件已由名称为“具有可调光通道的手提式扫描器”5552597号美国专利、名称为“用于手提式扫描器的光学波导”的5586212号美国专利、名称为“具有机载电池充电装置的手提式光学扫描器”的5381020号美国专利、以及名称为“具有触觉速度控制机构的手提式光学扫描器”的5306908号美国专利所披露。本申请以这些专利文献作为参考文献。

典型的手提式扫描器可以包括照射系统和光学系统，以完成对物体的扫描。所述照射系统对物体的一部分(通常称为“扫描区”)进行照射，光学系统则收集由被照射的扫描区所反射的光，并将被照射的扫描区的一个很小的区域(通常称为“扫描线”)聚焦在位于扫描器之内的一个光敏检测器的表面上。通过使扫描线扫过整个物体，通常是通过使手提式扫描器相对于物体运动，就可以获得表示整个物体的图像数据。例如，照射系统可以包括一个光源(例如荧光或者白炽灯，或者发光二极管(LED)阵列)。光学系统可以包括镜头和/或反光镜组件，用于将被照射的扫描线的图像引导聚焦在检测器的表面上。所述光学系统也可以包括一个缩小光学系统上，以便将反射光缩小在一个非常小的检测器上。

用于检测光学系统所聚焦的图像光的光敏检测器可以是一种结构紧凑的图像检测器，也可以是多个光敏检测器组成的阵列，它们协同运作，以捕获整个扫描线的图像。一种典型的单个光敏检测器当它暴露于光时会改变其电阻。当反射在光敏检测器上的光的强度发生变化时，流过光敏检测器的电流就会发生变化。这样，光敏检测器就能够用于检测图像上的明亮和黑暗区域。

在本说明书中，术语“图像光”用于表示通过光学系统聚焦在检测器阵列表面上的光。根据扫描器和被扫描文件的类型，图像光可以是由文件或者物体所反射的光，也可以是穿过物体或者文件的光。一般通过三个步骤将图像光转换为数字信号。第一，每一个光敏检测器将其接收到的光转换为电荷；第二，通过一个模拟放大器将光敏检测器的电荷转换为模拟电压；第三，通过模—数(A/D)转换器将模拟电压数字化。可以按照需要对数字数据进行处理和/或存储。

一种典型的手持式光学扫描器也可以包括一个位置检测系统，或者引导系统，用于跟踪扫描器相对于被扫描物体的位置。该引导系统使得手持式扫描器能够对比它更大和更宽的物体或者文件进行扫描。当便携式扫描仪来回扫过物体，对物体的所有面积进行检测时，该引导系统保持对扫描仪位置的跟踪。采用位置检测系统所收集的位置信息，就能够随后将各个被扫描的条“拼接”起来。

一种类型的引导系统采用光学检测器，它产生代表物体表面的两维部分的图像数据。该光学检测器捕获物体上若干目标位置的图像。在每一个光学检测器的附近设置了一个光学镜头和一个固定光圈，用于将物体反射的光引导和聚焦在光学检测器上。一个处理器对图像数据进行分析，以便识别物体表面上区别点相对于光学扫描器的位置。当扫描器相对于物体运动时，这些区别点相对于光学扫描器的位置也相应移动。处理器测量这些位置变化，确定扫描器相对于物体表面的位移和运动方向。处理器也可以将所述位移组合起来，确定扫描器相对于物体表面的运动速度。名称为“用于检测引导器相对于物体的运动的引导技术”的5644139号美国专利、以及名称为“能够补偿非线性运动的自由臂图像扫描装置”的5578813号美国专利披露了对物体的两维表面进行扫描的位置检测器或者引导器。上述的专利所公开的内容引用结合在本文中。

上面所述的扫描器不无问题。例如，根据物体材料和成份的不同，引导系统的效率就有很大的不同。影响引导系统效率的因素包括物体的颜色、材质、涂覆层和成份。白色打印纸通常具有大约为80％的反射率，而暗色光滑期刊页的反射率小于大约3％。光滑物体的反射率还具有较大的特定分量，需要在物体上以较大的入射角进行照射。由白色物体反射到引导系统光学检测器上的光量远远大于暗色物体所反射的光量。

引导器中光圈的固定大小通常是通过对将要扫描物体的各种类型进行平衡来予以确定的。再一个需要考虑的因素是引导器所需要的景深。光圈越小，景深就越大。因此，具有较小光圈的便携式扫描器就不容易因为扫描器在物体上的倾斜而产生聚焦错误。然而，对于所有类型的物体来说，固定的光圈不能为引导器的光学检测器提供理想的光量。因此，在白色复印纸上能够良好工作的便携式扫描器引导系统在暗色光滑期刊纸上就有可能不能适当地跟踪扫描器的运动。

现实需要提供这样一种便携式扫描器引导系统，它能够更为有效地用于各种类型的成份有所不同的物体。更具体地说，需要提供这样一种便携式扫描器引导系统，它能够针对不同类型的物体，使景深最优化。

发明概述

为了满足上述需要，本发明提供了一种便携式扫描器，其引导系统具有一个可变光圈。其光圈尺寸可以根据需要扫描的物体类型予以改变，从而提高引导系统对不同物体类型的效率。

本发明提供了一种用于文件图像的便携式扫描器，具有至少一个位置检测器(44)。该位置检测器具有一个光检测器以及一个与所述光检测器相邻的光圈机构。所述光圈机构具有第一光圈尺寸和第二光圈尺寸。光圈机构能够在所述第一光圈尺寸与第二光圈尺寸之间调节。

本发明还提供了一种方法，用于改变入射在便携式扫描器中的引导器光检测器上的光强度。该方法包括在便携式扫描器中提供一个与引导器光检测器相邻的光圈机构，其中所述光圈机构具有可变光圈尺寸，该尺寸可以调节，一种改变入射在引导器的光检测器上的光强度。该方法还包括确定最佳光圈尺寸，该最佳尺寸能够使引导器光检测器最好地检测便携式扫描器的位置。该方法还包括调节光圈机构，将所述可变光圈尺寸设定为所述最佳光圈尺寸。

本发明还提供了一种用于文件图像便携式扫描器，包括至少一个位置检测器，一个位于所述位置检测器中的光检测器，以及用于改变通向所述光检测器的光通道的横截面积的机构。

附图说明

附图中表示示例优选实施例，其中：

图1是一种具有带可变光圈的引导系统的便携式扫描器的透视图；

图2是如图1所示便携式扫描器的顶视图；

图3是如图1所述便携式扫描器的底视图；

图4是具有滑动可变圆形光圈的便携式扫描器的引导器的剖视图；

图5是如图4所示滑动可变圆形光圈的顶视图；

图6是在其顶部边缘具有斜面的光圈的侧视图；

图7是其顶部和底部边缘具有斜面的光圈的侧视图；

图8是示出便携式扫描器的引导方法的示意图；

图9是示出采用如图8所示引导方法的过程中所产生的相关系数的图表；

图10是对应于图9所示图表的表面；

图11是示出图10所示表面的碗底深度的两维曲线图；

图12是具有可变圆形光圈的手提式扫描器引导器的侧视图；

图13是如图12所示的剪刀型可变圆形光圈处于闭合位置的顶视图；

图14是如图12所示的剪刀型可变圆形光圈处于张开位置的顶视图；

图15是便携式扫描器的引导器的示意图，示出了引导器部件的垂直运动；

图16是剪刀型可变矩形光圈的顶视图，该光圈由圆盘状致动器操纵；

图17是如图16所示剪刀型可变矩形光圈处于张开位置的顶视图；

图18是剪刀型可变矩形光圈的顶视图，该光学由一个垂直安装的条形致动器操纵；

图19是如图18所示剪刀型可变矩形光圈处于张开位置的顶视图；

图20是一种可变圆形光圈的顶视图，该光圈安装在两个条形致动器上；

图21是安装在4个条形致动器的可变方形光圈的顶视图；

图22是具有可变电化学光圈的便携式扫描器引导器的剖视图；

图23是具有两种大小的圆形电化学光圈的视图；

图24是圆形可变电化学光圈的视图；

图25是方形可变电化学光圈的视图；

图26是方形可变电化学光圈的视图。

对最佳实施例的说明

本说明书和附图公开了一种用于文件图像的便携式扫描器10，包括至少一个位置检测器44，或者引导器。所述至少一个位置检测器44包括光检测器50和与所述光检测器50相邻的光圈组件60，该光圈组件60具有可调整的光圈尺寸。

本说明书和附图还公开了一种方法，用于改变入射在便携式扫描器10的位置检测器44上的光强度。该方法包括在便携式扫描器10中提供一个与光检测器50相邻的可变光圈组件60，所述光圈组件60具有可变的光圈尺寸，可以对之进行调整，以改变入射在光检测器50上的光强度。该方法还包括确定最佳光圈尺寸，使光检测器50能够最好地检测便携式扫描器10的位置。该方法还包括调整光圈组件60，将可变光圈的尺寸设定为最佳光圈尺寸。

本说明书和附图还公开了一种用于文件图像的便携式扫描器10，它包括至少一个位置检测器44，一个位于位置检测器之中的光检测器50，以及用于改变通向光检测器50的光通道46的横截面积的机构。

根据本发明的便携式扫描器10具有一个引导系统12，其中包括一个可变光圈14(图1)，可以用于对物体16进行扫描，该物体可以是文件20，其上有文字22。例如，可以使便携式扫描器10沿着文件20上的蜿蜒或者弯曲的扫描路径24，对整个文件20进行扫描。如下面所要详细说明的那样，便携式扫描器10具有一个引导系统12，该系统包括一个可变光圈14，这样的便携式扫描器10可以适用于各种类型的物体16，例如白色复印纸或者光滑的暗色期刊纸。

同时参见图1、2、3，本发明一种实施例的具有带可变光圈14的引导系统12的便携式扫描器10包括一个主壳体部分26，其中有一个图像头部分30。便携式扫描器10的主体壳体部分26的尺寸使之可以容纳便携式扫描器10进行工作所需要的电子部件以及其他装置(图中未示)。例如，除了容纳便携式扫描器10进行工作所需要的各种电子部件之外(图中未示)，主壳体部分26中还可以提供显示装置32，以及各种按钮和开关34、36、38，以便对便携式扫描器10的功能和操作进行控制。主壳体部分26还可以包括适合的电源，例如电池(图中未示)，以便为便携式扫描器10提供电能。

便携式扫描器10的图像头部分30成形以容纳一个光学成像机构和一个照射系统(图中未示)。图像头部分30的工作表面或者接触表面40可以设有一个长形扫描窗口42，照射系统通过该窗口对物体16上的目标区域进行照射。扫描窗口42也用于使光学成像机构接受由所述目标区域所反射的图像光。当便携式扫描器10在物体16上运动时，光学成像机构根据通过窗口42所反射的图像光，产生图像信号。包含在图像信号中的图像数据可以通过一个图像处理系统(图中未示)进行处理操作，以便产生代表被扫描物体的图像数据。

图像头部分30还包括一个或者多个位置检测器44和46，或者引导器(图3)，它们以光学方式检测物体16的表面，以便跟踪便携式扫描器10在物体16上的运动。当便携式扫描器10在物体16上运动时，位置检测器44、46产生位置信息。当便携式扫描器10在物体16上沿着曲线路径24移动时所产生的图像数据表示一种曲线扫描带条，随后必须根据位置检测器44、46所产生的位置信息将这样的曲线扫描带条拼合在一起。

然而，不同类型的物体的反射率有很大不同，这影响了位置检测器44、46的工作。白色复印纸具有大约80％的反射率，而光滑的暗色期刊纸的反射率则小于大约3％，对于后者来说，要想检测纸上固有的或者印刷的特征，就必须进行更强的照射。这使得难于设计单个的位置检测器以适用于各种不同类型的物体16。位置检测器44、46需要接受足够的由物体16所反射的光，以提供强的信号，提高信噪比。然而，过多的光入射在位置检测器44、46上将会使它们达到饱和。如果信噪比过低，便携式扫描器10就不能区分物体16上的特征，并将失去引导信息。另一方面，如果引导器接受过多的光，光检测器(例如光检测器50)就会饱和，产生一白如洗、缺少细节的图像。具有固定光圈的引导器被设计来使之同时适合用于白色复印纸和暗色期刊纸，然而对两者来说都不理想。此外，为了适合用于暗色物体所需要的较大尺寸光圈具有较窄的景深，这样只要便携式扫描器10略为有些倾斜，就会导致位置检测器44、46不能正确聚焦。

物体16所反射并入射在位置检测器44、46上的光的强度可以通过调整发光二极管(LED)(例如部件54)的照射量来予以改变，但是这种解决方案受到大小、电能、所需要的照射角等因素的限制。

入射在位置检测器44、46上的光的强度也可以通过调整积分时间来改变。当便携式扫描器10在物体16上运动时，位置检测器44、46捕获了一系列的离散图像。积分时间是指位置检测器44、46中的光检测器对每一帧图像收集信息所需要的时间量。然而，由于要想形成较亮的图像，就需要增加积分时间，因此必须使便携式扫描器10更为缓慢地在物体16上运动。如果采用较长的积分时间，而便携式扫描器10运动过快，引导图像就会变得模糊，便携式扫描器10就会失去其引导信息。

具有带可变光圈14的引导系统12的便携式扫描器10可以用于其反射率有很大不同的各种物体16。当具有带可变光圈14的引导系统12的便携式扫描器10在物体16上运动时，在低反射率区域上，光圈就会增大；在高反射率区域上，光圈就会减小。这样，就能使位置检测器44、46保持最佳的信号水平，同时在物体16的具有不同反射率的区域上使景深尽可能大。

具有带可变光圈14的引导系统12的便携式扫描器10可以按照如下的方式对物体16，例如其上具有文字22的文件20，进行扫描。第一步，使用者(图中未示)根据特定扫描装置的特定操作程序，通过操纵适当的按钮或者开关(例如34、36、38)，初步设定便携式扫描器10以进行扫描操作。

使用者将便携式扫描器10的接触表面或者工作表面40朝向文件20，并开始进行扫描操作。此后，使用者移动便携式扫描器10，使之扫过文件20，光学成像机构和位置检测器44、46获得扫描图像条以及位置信息。安装在便携式扫描器10或者外部计算机中的拼合软件能够根据光学成像机构捕获的扫描图像条以及位置检测器44、46所捕获的位置信息，拼合出文件20的单一图像。名称为“能够补偿非线性运动的FREEHAND图像扫描装置”的美国专利5578813号公开了一种具有代表性的拼合算法。由于拼合算法的细节对于理解和实施本发明来说并不重要，因此下面不需要对本发明的具有带可变光圈14的引导系统12的便携式扫描器10采用的特定拼合算法进行详细说明。

在对具有带可变光圈14的引导系统12的便携式扫描器10及其一些重要的特点和优点进行概略说明之后，下面对便携式扫描器10的各种实施例进行详细说明。在进行详细说明之前，应当指出的是，所介绍的具有带可变光圈14的引导系统12的便携式扫描器10都是举例性质的。还应当指出的是，下面介绍的具有带可变光圈14的引导系统12的便携式扫描器10可以用于诸如其上有文字22的文件20之类的物体16，但是它并不限于特定类型的物体16。事实上，本发明的便携式扫描器10可以用于任何类型的可以成像的物体。

参见图4-7，本发明的具有带可变光圈14的引导系统12的便携式扫描器10包括一个外壳26，采用聚合碳化合物材料注塑而成。外壳26容纳用于对数字图像进行处理、存储、操作和传送的电子系统。显示装置32置于外壳26之中，用于在使用便携式扫描器10的过程中提示使用者，并显示被扫描的图像。显示板32的大小适合安装在外壳26之内，并为其他必要的元件，例如控制按钮34、36、38，留出足够的空间。显示板32最好是低成本的黑白液晶显示器(LCD)，具有适合的分辩率，以显示被扫描的图像以及用户界面(菜单、指令等等)。

另外，显示板32也可以采用另外的显示类型，例如薄膜三极管(TFT)显示器、气体等离子体显示器等等，根据需要，可以是彩色的，也可以是黑白的。

图像头部分30位于外壳26之中，并包括成像系统，其中包括一个光学成像机构(图中未示)和一个照射系统(图中未示)，该照射系统指向便携式扫描器10的接触表面40上的扫描窗口42。

所述照射系统产生多个光束，通过扫描窗口42照射在物体16的目标区域上。照射系统可以是各种光源，只要适合提供多个光束即可。举例来说，在一种最佳实施例中，照射系统包括多个发光二极管，它们以彼此相隔的方式设置在图像头部分30。每一个发光二极管74可以采用编号为HSMA-S690的LED部件，由美国加州的Hewlett-Packard公司提供。

光学成像机构响应于物体16所反射的图像光。该光学成像机构产生代表物体16的图像信号。光学成像机构可以采用任何适合的成像系统，包括以后开发出来的系统，只要能够产生与被扫描物体16所反射的图像光相关的图像数据即可。因此，本发明不受任何特定的成像系统或者系统结构的限制。不过，举例来说，在一种最佳实施例中采用的光学成像系统包括光检测器和用于将图像的光引导到光检测器的镜头。所述光检测器可以是分辩率为300dpi(每英寸点数)的CCD阵列，例如由美国德克萨斯州的Texas Advanced Optoelectronic Solution Co.提供的TS1301型，也可以采用具有相同或不同分辩率的其他类型的检测器。

用于将图像引导和聚焦在光检测器表面上的镜头可以包括一个光学系统，例如以SELFOC的名称出售的产品，该名称是日本片型玻璃公司的注册商标。也可以采用不同的类型的成像系统，例如投射成像系统，它包括镜头和/或反射器。

图像头部分30还包括一个引导系统12，它有一个或者多个位置检测器或者引导器组成。在一种最佳实施例中，所述引导系统包括两个位置检测器44、46，其位置与扫描窗口42相平行，位于扫描窗口42形成的端线内侧。

参见图4-7，位置检测器44包括光检测器50、镜头52、LED54、以及光圈机构60。LED54产生光束(例如56)，以照射物体16的位于位置检测器44之下的区域。图像光44由物体16予以反射，通过镜头52引导和聚焦在光检测器50上。

LED 54安装在图像头部分30中，使照射光以大约5度到大约30度之间(最好是20度)的角度66掠射在物体16上。这种掠射照射减少了由物体16的定向反射，从而导致由表面不规则产生的漫射占主导地位。

镜头52最好由圆形透明毛玻璃或者模制塑料元件构成，以便将图像光聚焦和缩小在光检测器50上。镜头52最好具有大约1.4的放大系数，因此将物体16上大约2平方毫米的方形区域聚焦在光检测器50的大约为2.88平方毫米的区域上。镜头52通过支持件74安装在光检测器50的下面。支持件74在镜头52的上方和下方均以一定的角度向外扩张，以免阻挡图像光64，并减少重量和成本。一个大致为U形的凸缘76环绕镜头52的边缘80，以提供支持。支持件74由添加了聚合碳化合物材料的黑色30％玻璃纤维模制而成。支持件74的形状可以根据需要来确定，以适合于特定的便携式扫描器10和所希望的图像头部分30。此外，镜头52可以采用任何适合的方式支持在光检测器50的下方。

光检测器50最好是在单个半导体芯片上制作的多个光学传感器的两维阵列。光检测器50通过一组导线连接器(例如72)与一个印刷电路板(PCB)70相连接。另外，光检测器也可以通过表面安装焊接连接方式或者任何适合的方式安装在PCB 70上。光检测器50产生来自被扫描的物体16的一个较小的两维区域上的图像数据。便携式扫描器10中的计算处理器接受这样的图像数据，识别物体16上的区分特征。例如，当物体16是具有文字22的文件时，上述区分特征可以是纸张上所固有的不规则点，例如纸纤维或者印刷文字的边缘。这些区分特征相对于位置检测器44、46的位置被存储在一个存储装置中。当便携式扫描器10相对于物体16运动时，这些区分特征相对于位置检测器44、46运动。处理器将区分特征的新位置与存储在存储器中的位置进行比较。基于这样的比较，处理器就能够确定与位置检测器44、46有固定连接关系的便携式扫描器10的位置、运动方向、和运动速度。这样，处理器就能够将光学成像机构所获得的图像帧拼合起来，因为这些扫描图像帧彼此之间的位置关系可以很好地予以确定。

光圈机构60位于光检测器50与镜头52之间，通过一个导轨(图中未示)以可以滑动的方式支持在支持件74上。光圈机构60包括一个具有多个固定光圈(例如84、86)的板件82。在一种最佳实施例中，板件82包括两个圆形光圈，即一个较大的光圈84和一个较小的光圈86。板件82最好采用低成本的金属片材冲压而成，也可以采用塑料注塑部件。

用于较暗物体16的较大光圈84最好具有大约为1.5毫米的直径110，而用于较亮物体16的较小光圈最好具有大约为1.0毫米的直径112，这样较大光圈84所通过的图像光64大约是较小光圈86的两倍。光圈84、86的直径110、112可被确定尺寸以便通过任何所需量的图像光64。

光圈84、86的大小被确定为足够小，以便阻挡经过镜头52边缘部分的图像光64。例如，可以使较大光圈的大小能够通过除了毗邻支持件74的1/2毫米之内所通过的光之外的所有图像光64。

板件82的宽度114足以阻挡来自镜头52的不需要的图像光64，让图像光64仅仅通过光圈84、86。板件82的长度116也足以阻挡来自镜头的不需要的图像光64，让图像光64一次仅仅通过光圈44、46中的一个。在一种最佳实施例中，板件82的宽度114大约为5.0毫米，长度116大约为10.0毫米。

致动器90通过杆件94与板件82的边缘92相连接。所述致动器90最好是一种线性致动器，例如美国新泽西州的RMB Miniature Bearing公司出售的产品序号为APH59001的Smoovy直线电机。致动器90通过导线96与PCB 70相连接。便携式扫描器10中的电子控制机构通过导线96送出控制信号，以控制致动器90。致动器90由PCB 70予以支持，或者可以由支持件74予以支持。致动器90通过使杆件94伸出、缩回，使位于光检测器50下方的板件74在方向100上来回滑动。

与支持件74相连接的止动块104、106帮助对准板件82，使较大光圈84和较小光圈86中的任何一个位于光检测器50下方。

参见图6、7，板件82的厚度120大约为1毫米。在光圈84、86的内壁上设有斜面122，从而使光圈84、86对于图像光64来说尽可能地薄。如果光圈84、86过厚，图像光64就有可能由于在光圈内壁上的二次反射而受到影响。此外，光圈壁过厚还会使得光圈的大小由于图像光64的角度不同而产生变化。

在一种最佳实施例中，如图6所示，光圈内壁的上边缘是倾斜的，从而使光圈内壁位于板件82的底部，其厚度124大约为0.25毫米。所述斜面的角度130最好在大约30度和60度之间。

另一不同的方式如图7所示，光圈内壁的上下边缘均是倾斜的，从而使光圈内壁126成为板件82厚度方向大体中间位置上的一个点。这种方式提供了一种更薄的更为有效的光圈，但是其加工较为复杂，因为需要切削两个斜面，而不是一个斜面。此外，如图7所示切削斜面时，与图6所示采用钻孔方式相比，要想精确控制其光圈直径较为困难。

光圈机构60由便携式扫描器10的芯片根据一个或者多个控制变量来予以控制，例如光检测器50或者单独的光量检测器(图中未示)上的入射光大小，所述单独的光量检测器可以安装在光检测器50附近或者其上。在这种实施例中，当光量增大时，将光圈机构60调整到较为较小光圈，当光量减小时，将光圈机构60调整为较大光圈。

然而，较为理想的控制变量是所谓“碗底深度”，它是在处理引导图像过程中产生的一种相关系数，下面对它进行详细说明。

参见图8，便携式扫描器10的移动是通过使样本帧或图像与基准帧相关来确定的，所述基准帧在样本帧之前获得，然后使之移动。首先存储基准帧140。在这一实施例中，基准帧140包括物体16上的T形特征142。

在存储基准帧140之后，当便携式扫描器10略为移动时，显示物体16的同一T形特征142的样本帧144被存储。这样，由于便携式扫描器10朝着物体16的左下方移动，在基准帧140中位于中央位置的T形特征142在样本帧144中朝右上方移动。存储基准帧140与存储样本帧144之间的时间差最好尽可能地短，使便携式扫描器10的移动不超过象素宽度的一半。为了清楚起见，图8所示的移动作了夸大。

样本帧144与基准帧140的移动样式(例如150、152)相结合，以确定样本帧144与移动的基准帧(例如150、152)之间的相关程度。通过使基准帧140在已知方向和距离上移动，然后确定哪一个移动后的基准帧(例如150、152)与样本帧144最为相关，这样就能够确定便携式扫描器10的实际移动。例如，如果基准帧140向左移动一个象素，而样本帧144与向左移动的基准图像准确相关，就可以确定便携式扫描器10在存储基准帧140和存储样本帧144之间的时间内向右移动了一个象素。

如图8的移动图146所示，提供了8个移动的基准帧(例如150、152)和一个未移动的基准帧。基准帧140移动到相邻的8个象素。在位置“1”150，基准帧140移动到左上方的相邻象素。在位置“2”152，基准帧移动到上方的相邻象素。位置“0”是未移动的基准帧140。以这种方式准备了9个位置(0-8)上的基准帧。随后将样本帧144与所述9个准备好的基准帧相结合，以形成一个3×3阵列的组合图形154。其中，位于位置“3”的组合图形具有最少数量的阴影象素(5个)，因而具有最高的相关性，而位于位置“7”的组合图形具有最多数量的阴影象素(10个)，因而具有最低的相关性。

计算阵列154中9个组合图形的一组相关系数，根据下面的公式来计算，该公式计算差的平方和对其求和：

C_{k} = \underset{i}{Σ} \underset{j}{Σ} {(S_{ij} - R_{(ij) + k})}^{2}

其中，Sij是光检测器在样本帧144的位置ij的测量值，Rij+k是光检测器在朝K方向移动的基准帧140的位置ij上的测量值。根据这一公式，具有最高相关性的组合图形，在这一情况下是位置“3”，将具有最小的相关系数，而具有较低相关性的组合图像将具有较高的相关系数。

在实际操作中，样本帧144不会与移动的基准帧(例如150、152)中的任何一个精确相关，因为在便携式扫描器10移动一个完整的象素宽度之前，就会对样本帧144进行存储，而且便携式扫描器10的移动方向也不会与其中一个移动的基准帧的移动方向完全相同。然而，便携式扫描器10的实际移动通过对所述相关系数进行插值来予以计算。

继图8所示的例子，图9示出了9个相关系数的条形图。最高的相关系数156、160对应于于图8中的位置“8”、“7”，而最小的相关系数162对应于图8中的位置“3”。对所述9个相关系数，可以计算出如图10所示的最佳适配和平滑表面164。此时，就可以确定“碗底深度”166(如图11所示)。通过从最高点到最低点对最佳适配表面作一剖视，就可以确定碗底深度166。

应当注意的是，如图11所示的剖视图并不具有碗底形状，因为在这一例子中，在存储基准帧140和样本帧144之间的时间差中，让便携式扫描器10移动了一个整个的象素。但是，在实际操作中，在便携式扫描器10移动超过半个的象素之前，就对样本帧144进行存储，因此最低的相关系数将位于位置“0”。平滑的最佳适配表面164将在靠近表面164的位置上具有一个低点，如果便携式扫描器10完全没有移动，所述低点就会位于表面164的中心。

最好采用最低相关系数162与其余相关系数(例如156、160)的平均值之间的高度来确定碗底深度166。

在对碗底深度166进行说明之后，下面对如图4、5所示的具有带可变光圈14的引导系统12的便携式扫描器10进行详细说明。如上面所述，将便携式扫描器10置于物体16上，开始进行扫描操作。在启动扫描操作的过程中，将光圈机构60置于适合于白色复印纸的其缺省位置。便携式扫描器10的芯片通过导线96将电信号送到致动器90，使致动器90伸出与板件82相连接的杆件94。此时，板件82将朝方向100移动，直到到达左止动块104的位置为止，从而将较小的光圈86置于光检测器50之下。

当便携式扫描器10在物体16上移动时，位置检测器44跟踪这一移动，芯片监视所需要的控制变量，该变量可以是图像光64的强度，也可以是碗底深度166。当控制变量达到预定的数值，指示出物体16足够黑暗，需要较大的光圈时，就对光圈机构60进行调整。芯片通过导线96将电信号送到致动器90，致动器90使与板件62相连接的杆件94缩回。这样，板件82就会在方向102上滑动，直到到达止动块106的位置为止，从而将较大的光圈84置于光检测器50之下。

致动器90必须使板件82以足够快的速度产生运动，以便不影响引导处理。光圈机构60最好在获得和存储样本帧144与基准帧140之间的时间间隔中进行，以避免中断引导处理。另一种不同的方式是，如果光圈机构不能足够快地运动，以避免对获得和存储样本帧144和基准帧140的影响，可以通过在调整光圈之前和之后在引导信息之间进行插值来获得适合的结果。

这样，当便携式扫描器10在物体16上移动时，根据需要，将光圈机构60在较大光圈84和较小光圈86之间反复调整。另一种不同的方式是在开始进行操作时将光圈机构60调整到较小光圈84和较小光圈86中的任何一个，然后在整个扫描过程中将光圈机构60保持在该位置上。

在另一种实施例中(图中未示)，光圈机构60可以以手动方式予以调整，其方式是取消致动器90，将杆件94延伸到位于便携式扫描器10外部的一个手柄上。在这样的情况下，就可以的开始扫描之前，根据物体的亮暗程度或者根据便携式扫描器10的指示，以手动方式设定光圈机构60。

下面同时参见图12、13、14，另一种具有可变光圈的引导器244包括光检测器250、镜头252、LED 254、光圈机构260。其中，LED254、镜头252和光检测器250的工作方式与上面结合图4所述的相同。镜头252由支持件274予以支持，光检测器250采用上面所述方式安装在PCB 270上。

光圈机构260位于光检测器250与镜头252之间，由支持件274上的引导导轨以可以滑动的方式予以支持。光圈机构260包括一对相互重叠的可移动板件282、283。(如果需要，光圈机构260可以由大于1的任何数量的板件构成。)通过枢轴销子291将所述一对板件282、283保持在支持件274上并相互连接，板件282、283可以围绕该销子291转动。板件282、283通过夹子293与枢轴销子291相连接。板件282、283中的每一个具有一个开口285、287，它们相互组合以形成光圈的内壁，光圈的大小可以通过使板件282、283围绕枢轴销子291转动而予以改变。开口285、287置于分别靠近板件282、283的边缘，大致为U形形状，从而使光圈当处于闭合位置时呈圆形(参见图13)，而当光圈处于较为开放的位置时呈长圆形(参见图14)。U形开口285、287的基部大致为半圆形。U形开口285、287的臂部最好形成略为大于90度的角度311、313，从而使所形成的光圈当处于开放位置时具有平滑的边缘。通过使板件282、283以类似于剪刀的运动方式，朝着相互靠拢和相互分开的方向运动，就能够平滑地改变光圈的大小。

将一个返回弹簧295固定在两个柱体297、301之间，所述两个柱体分别由两个板件282、283向外伸出。所述返回弹簧295对板件282、283施加一个使它们彼此靠拢的力。板件282、283的角部307、309与枢轴销子292相对，并彼此最为靠拢，它们被向后切出一个大约为135度的角度303，两个经过切除的端部形成一个V形的槽口。将一个三角型的楔块305连接到致动器杆件294的端部，使之与所述V形槽口相配合。当杆件294压向板件282、283时，楔块305压在经过切除的角部307、309，迫使板件282、283彼此分开，就能够使光圈变大(参见图14)。当杆件293退回，使楔块305不再压在经过切除的角部307、309时，板件282、283就会被弹簧295拉动，彼此靠拢(参见图13)。

致动器290与致动器杆件294、楔块305相连接，以使板件282、283自动地张开、关闭。致动器290通过导线296与PCB 270相连接，或者将其表面焊接在PCB 270上。按照上面结合图4所述方式对致动器290进行控制。

图15示出了上面所述的光圈机构60、260的部件之间的垂直间距。物体16位于镜头52的下方，它与镜头下表面之间的距离315为大约3.5毫米。镜头52的厚度317大约为2.2毫米。光圈机构60位于镜头52的上方，其下表面与镜头上表面之间的距离319大约为0.5毫米。光圈机构60的厚度120大约为1毫米。光检测器50位于光圈机构60的上方，与光圈机构的上表面之间的距离321大约为3.6毫米。在具有上述优选垂直间距的实施例中，镜头52的放大率大约为-1.4，光检测器50的面积大约为2.88平方毫米。

参见图16、17，引导器244中的板件382、383可以通过一个圆盘形的压电致动器390予以启动或者开启。板件382、383具有矩形形状，在由板件382、383上伸出的柱体397、401上安装了一个返回弹簧395，以便将上述板件偏压到关闭位置。在板件382、383的侧边上分别切出了矩形槽口421、423，从而在相互重叠的板件382、383上形成了一个矩形开口。圆盘形致动器390以其侧部安装在所述矩形开口中，其底部仅靠板件383的槽口423，致动器390顶部的能够以压电方式突出的圆盘压在另一个板件382的槽口421上。这样，当圆盘形致动器390的顶部突出时，致动器390压在槽口421、423上，迫使板件382、383彼此分开。

在这一实施例中，在板件382、383的远离其枢轴销子391的一端的侧边上，分别形成了矩形槽口425、427，这两个槽口形成了一个大致为矩形的孔洞。

参见没图18、19，引导器244中的板件482、483可以通过一个双压电晶片致动器490或者双金属片致动器予以致动。致动器490的端部如图18、19所示，当点信号送到致动器490时，它朝着靠近或者离开枢轴销子491的方向运动。板件482、483在靠近枢轴销子491的彼此最为靠近的侧边上具有槽口521、523。该槽口521、523以一定的角度朝枢轴销子491倾斜，因此当它们相互重叠时，形成了一个大致为菱形的开口，致动器409插入在该开口中。这样，当致动器490在方向400(参见图18)上朝枢轴销子491运动时，它压在倾斜的槽口521、523的侧壁上，迫使板件482、483彼此靠拢，以形成一个较小的光圈。当致动器490在方向402上(参见图19)朝远离枢轴销子491的方向运动时，它压在倾斜槽口521、523的侧壁上，迫使板件482、483朝彼此分开的方向运动，以形成一个较大的光圈。

在这一实施例中，在板件482、483的侧边上切出T形槽口525、527。当板件482、483处于彼此靠拢的位置时(参见图18)，仅仅只有T形槽口525、527的主体部分相互重叠，形成一个方形或者矩形的光圈。当板件482、483处于彼此分开的位置时，(参见图19)，T形槽口525、527更多地重叠，形成一个较大的十字形或者加号形光圈。如果需要，可以设计槽口525、527的形状，使得最大的光圈面积为最小光圈面积的两倍。

参见图20，引导器244的另一种实施例可以包括一对安装在双压电晶片致动器590、592或者双金属片致动器上的矩形板件590、592。所述板件部分地重叠，当致动器590、592分别在相反的方向501、503上运动时，板件能够朝彼此剀或者彼此分开的方向移动。

每一个板件582、583具有一个开口585、587，它们相结合形成了光圈的侧壁，通过使板件582、583在方向501、503上朝彼此靠拢或彼此分开的方向运动，就能够改变光圈的大小。开口585、587大致具有U形形状，因此当板件处于彼此靠拢的位置时，光圈呈圆形；当板件处于彼此分开的位置时，光圈呈长圆形。

参见图21，引导器244的另一种实施例可以包括4个矩形板件682、683、684、685，它们安装在双压电晶片致动器690、691、692、693或者双金属片致动器上。板件682、683、684、685部分地重叠，当致动器690、691、692、693在相对的方向601、602、603、604上运动时，所述板件在朝彼此靠拢或者彼此分开的方向运动。所述板件682、683。684、685没有槽口，如果在相对的方向上移动相等的距离，就会形成一个大小可变的方形光圈。如果需要，板件682、683、684、685也可以移动不同的距离，以形成一个矩形的光圈。

参见图22-26，具有可变光圈的引导器244的另一种实施例包括光检测器750、镜头752、LED 754以及一个光圈机构760。LED 754、镜头752、光检测器750的工作方式与图4所示的相同。镜头752由支持件774予以支持，光检测器750如上面所述安装在PCB 770上。

光圈机构760位于光检测器750与镜头752之间，由支持件774予以支持。光圈机构760包括一个基本上透明的基板782，其上形成了电化学涂层800。通过导线796由PCB 770传送到基板782的电信号，所述电化学涂层800可以由基本上透明转换到基本上不透明。

如图23所示，要形成具有两个光圈大小的可变光圈，在基板782的外侧边缘施加了一个不透明的涂层802，留出一个圆形透明区域(例如800或者804)。在不透明涂层802中设置一个电化学涂层800，在其中心留出一个未经涂覆的透明区域804。到通过电线(例如806)将电压施加到环形电化学涂层时，电化学涂层800变得透明，形成一个由区域800和804组合而成的较大光圈。当没有电压施加电化学涂层800时，它变得不透明，形成一个由未经涂覆的中心区域804构成的较小光圈。

如图24所示，由电化学涂层800形成的光圈可以具有两个以上的光圈大小。以圆形方式形成一个电化学涂层线阵列，圆形光圈的中心位于光检测器750之下的中心位置。若要选择最小的光圈，对阵列810中的所有电化学涂层线均不施加电压，使它们不透明。这样，图像光764就仅仅能够通过圆形光圈812的没有涂覆电化学涂层800的中心区域812。若要选取逐步增大的光圈，可以由内至外，次第对电化学涂层线阵列810施加电压。

如果需要，电化学涂层800也可以以方形图形814(参见图25)或者以框条图形816(参见图26)涂覆在基板782上，以形成一个方形或者矩形的可变光圈。

可以采用任何适合的方式，将电化学涂层800涂覆在基板782上，例如在集成电路制造过程中。

上面对本发明的最佳实施例进行了详细的说明，应当指出的是，本发明的发明构思还可以有种种不同的实现方式，下面的权利要求旨在涵盖这些变化，除了已知技术之外。应当注意的是，在本发明的发明构思范围内，可以采用各种不同的光圈形状以及不同的致动器，其组合方式可以不同于上面所述的实施例。

Claims

1.一种用于文件图像的便携式扫描器(10)，所述便携式扫描器包括至少一个位置检测器(44)，所述位置检测器包括一个光检测器(50)和一个与所述光检测器相邻的光圈机构(60，260，760)，所述光圈机构具有在较大光圈(84)的尺寸与较小光圈(86)的尺寸之间可调整的光圈尺寸。

2.如权利要求1所述的便携式扫描器(10)，其中所述光圈机构(60)包括一个板件(82)，该板件具有多个固定尺寸的光圈(84，86)，其中每一个光圈都具有不同的固定光圈尺寸，所述光圈机构可调节，以使所述多个光圈中的每一个定位在与所述光检测器(50)相邻的位置，以便改变所述的光圈机构的可调整的光圈尺寸。

3.如权利要求1所述的便携式扫描器(10)，其中所述光圈机构(260)包括多个可移动的板件(282、283)，其中每一个可移动的板件包括一个开口(285、287)，所述多个可移动的板件相互重叠，以使所述每一个开口的一部分对齐，以便在所述光圈机构中形成一个可变光圈，其中所述多个可移动板件可以滑动到彼此分开或者彼此靠拢，以平滑地改变所述可变光圈的尺寸。

4.如权利要求3所述的便携式扫描器(10)，其中所述可移动板件(482、483)彼此靠拢时，所述可变光圈具有矩形形状；当可移动板件彼此相距一定距离时，所述可变光圈具有十字形状。

5.如权利要求3所述的便携式扫描器(10)，其中所述多个可移动板件(282、283)连接到一个枢轴销子(291)，所述多个可移动板件可以围绕该枢轴销子转动以彼此靠拢或者彼此分开，从而改变所述可变光圈的尺寸。

6.如权利要求3所述的便携式扫描器(10)，其中所述多个可移动板件(582、583)连接到多个致动装置(590、592)，其中所述多个致动装置可以移动到彼此分开或者彼此靠拢，以使所述多个可移动板件滑动到彼此分开或者彼此靠拢，从而改变所述可变光圈的尺寸。

7.如权利要求1所述的便携式扫描器(10)，其中所述光圈机构(760)包括透明的基板(782)，该基板上具有电化学涂层(800)，当电流施加到所述电化学涂层时，该电化学涂层形成了一个具有可变尺寸的光圈。

8.一种用于改变入射在便携式扫描器(10)中的光检测器(50)上的光强度的方法，包括：

提供一个光圈机构(60)，它与便携式扫描器中的所述引导器光检测器相邻，其中所述光圈机构具有可变光圈的尺寸，其可以调节，以改变入射在光检测器上的光强度；

确定一个光圈尺寸，其可使光检测器检测上述便携式扫描器的位置；和

调整所述光圈机构，使所述可变光圈尺寸为所述最佳光圈尺寸。

9.如权利要求8所述的方法，其中确定最佳光圈尺寸的步骤包括：

将当前由所述光检测器产生的样本帧(144)与多个先前的组合帧(154)的阵列相结合，所述组合帧的阵列由所述光检测器同时获得，所述组合帧的阵列中，除了一个之外，均朝着多个方向移动；

产生多个相关系数，所述相关系数指示出当前图像帧与所述组合帧的之间的相关程度，所述多个相关系数指示出在获得所述组合帧的阵列与获得所述帧的时间期间内的运动方向和幅度；

设置一个表面(160)，以绘出所述多个相关系数；

计算出所述表面上的最高点与最低点之间的高度的变化；

与所述高度变化成反比地，选择一个光圈尺寸。

10.一种用于文件图像便携式扫描器(10)，包括：

至少一个位置检测器(44)；

一个位于所述位置检测器中的光检测器(50)；和

用于改变通向所述光检测器的光通道的横截面积的机构。