DE60029392T2

DE60029392T2 - Abbildungsgerät mit integriertem Positionsfühlungsgerät

Info

Publication number: DE60029392T2
Application number: DE60029392T
Authority: DE
Inventors: David D. Fort Collins Bohn
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2020-05-26
Also published as: DE60029392D1; EP1067755A3; EP1067755A2; EP1067755B1; US6242731B1; JP2001045242A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Positionserfassungsgeräte und insbesondere auf ein Abtastgerät mit einem Positionserfassungsgerät, das in den Bilderzeugungsabschnitt des Abtastgeräts integriert ist.
Hintergrund der Erfindung
Tragbare Abtastgeräte sind tragbare Bilderzeugungsgeräte, die maschinenlesbare Bilddaten erzeugen (die hierin manchmal allgemein einfach als Bilddaten bezeichnet werden), die ein Bild eines Objekts darstellen. Das Erzeugen von Bilddaten, die ein Objekt darstellen, wird manchmal als „Erzeugen eines Bildes bzw. Abbilden" oder „Abtasten" des Objekts bezeichnet. Einige Abtastgeräte erzeugen Bilddaten, die einen schmalen „Abtastlinien"-Abschnitt des Objekts darstellen, das abgebildet wird. Während des Bilderzeugungsprozesses wird das Abtastgerät relativ zu dem Objekt bewegt, das abgebildet wird. Während das Abtastgerät relativ zu dem Objekt bewegt wird, erzeugt das Abtastgerät Bilddaten, die eine Mehrzahl von sequenziellen Abtastlinienabschnitten des Bildes des Objekts darstellen. Das Bild des Objekts wird entsprechend durch die Bilddaten der Ansammlung von sequenziellen Abtastlinien dargestellt, ähnlich zu dem Bild des Objekts, das durch eine herkömmliche Videoanzeige dargestellt wird.
Das Bild des Abtastlinienabschnitts des Objekts wird auf ein lineares Array von Photodetektorelementen fokussiert (hierin manchmal einfach als Photodetektoren bezeichnet). Die Photodetektoren können als ein Beispiel auf einer Mehrzahl von linear angeordneten elektronischen Segmenten befestigt sein, wie z.B. Kontaktbildsensoren, wie sie in der Technik bekannt sind. Die Photodetektoren können auch in einen einzigen Halbleiter geätzt sein, wie es in einer ladungsgekoppelten Vorrichtung üblich ist. Die einzelnen Photodetektoren erzeugen Bilddaten, die einzelne Abschnitte des Bildes des Abtastlinienabschnitts des Objekts darstellen. Die Bilddaten können beispielsweise Spannungen sein, wobei eine relativ hohe Spannung eine relativ hohe Lichtintensität darstellt, die durch einen Photodetektor empfangen wird, und eine relativ niedrige Spannung eine relativ niedrige Lichtintensität darstellt, die durch einen Photodetektor empfangen wird.
Die Bilddaten, die durch die Photodetektoren erzeugt werden, werden zu einem Prozessor übertragen. Eine der Funktionen des Prozessors ist es, eine Datenbank oder eine ähnliche elektronische Struktur zu erzeugen, die die Positionen der Abtastlinien relativ zu den Positionen auf dem Objekt darstellt, von dem die Abtastlinien erzeugt wurden. Alternativ kann die Datenbasis die Positionen der Abtastlinien relativ zueinander anzeigen. Die Daten, die in der Datenbank gespeichert sind, und die Bilddaten werden durch den Prozessor verwendet, um das Bild des Objekts zu reproduzieren. Als ein Beispiel kann in der Situation, wo das Abtastgerät Bilddaten erzeugt, die ein zweidimensionales Objekt darstellen, wie z.B. Text, der auf einem Blatt Papier angeordnet ist, das tragbare Abtastgerät in jeder Richtung auf dem Papier bewegt werden. Folglich können die Abtastlinienabschnitte von virtuell jeder Position auf dem Papier erzeugt werden, was dazu führt, dass die Bilddaten das Bild des Objekts darstellen, das aus einer Mehrzahl von Abtastlinienabschnitten besteht, die über der Oberfläche des Objekts schief sein können. Um das Bild des Objekts genau zu reproduzieren, verwendet das tragbare Abtastgerät die Daten, die in der Datenbank gespeichert sind, um die ordnungsgemäße Platzierung der Abtastlinienabschnitte des Bildes des Objekts zu bestimmen. Der Prozessor kann dann ein elektronisches Bild des Objekts durch bekannte Verar beitungstechniken erzeugen, z.B. Zusammensetzungs-Software.
Ein Problem beim Reproduzieren des Bildes des Objekts kann auftreten, falls die Geschwindigkeit oder Position des Abtastgeräts relativ zu dem Objekt während des Abtastprozesses unbekannt wird. Falls beispielsweise das Abtastgerät 1.000 Abtastlinienabschnitte des Bildes des Objekts pro Sekunde abbildet, und sich das Abtastgerät entlang einer einzigen Achse bei einer konstanten Geschwindigkeit von 2,54 cm/sec (ein Zoll pro Sekunde) relativ zu dem Objekt bewegt, stellt jede Abtastlinie ein Tausendstel von 2,54 cm (einem Zoll) des Bildes des Objekts dar. Falls die korrekte Geschwindigkeit des Abtastgeräts relativ zu dem Objekt zu dem Prozessor übertragen wurde, erzeugt der Prozessor eine Datenbank, die anzeigt, dass jede Abtastlinie ein Tausendstel von 2,54 cm (einem Zoll) des Bildes des Objekts darstellt. Alternativ zeigt der Prozessor an, dass jede Abtastlinie ein Tausendstel von 2,54 cm (einem Zoll) von einer benachbarten Abtastlinie angeordnet ist. Basierend auf den Bilddaten und den Daten, die in der Datenbank gespeichert sind, kann der Prozessor das Bild des Objekts genau reproduzieren. Falls jedoch die Geschwindigkeit des Abtastgeräts relativ zu dem Objekt verschlechtert ist und die verschlechterte Geschwindigkeit nicht zu dem Prozessor übertragen wird, verarbeitet der Prozessor die Bilddaten weiterhin so, als ob jede Abtastlinie ein Tausendstel von 2,54 cm (einem Zoll) des Objekts darstellt. Jede Abtastlinie stellt jedoch weniger als ein Tausendstel von 2,54 cm (einem Zoll) des Objekts dar. Folglich wird das Bild des Objekts komprimiert. Falls andererseits die Geschwindigkeit des Abtastgeräts relativ zu dem Objekt erhöht ist, und die erhöhte Geschwindigkeit nicht zu dem Prozessor übertragen wird, wird das Bild des Objekts vergrößert.
Das genaue Reproduzieren eines Bildes eines Objekts, wenn entweder die Geschwindigkeit oder Position des Abtastgeräts relativ zu dem Objekt unbekannt wird, ist unmöglich. Falls die Position oder Geschwindigkeit nicht bekannt ist, wird der Prozessor nicht wissen, wo das Abtastgerät relativ zu dem Objekt angeordnet ist, während die Abtastlinien erzeugt werden. Folglich ist der Prozessor nicht in der Lage, die Abtastlinienabschnitte relativ zueinander ordnungsgemäß zu platzieren, um das Bild des Objekts genau zu reproduzieren. Dieses Problem wird in tragbaren Abtastgeräten verstärkt, wo die Abtastlinien von irgendwo auf dem Objekt erzeugt werden können und häufig über der Oberfläche des Objekts schief sind.
Um diese Probleme zu überwinden, verwenden Abtastgeräte Positionssensoren, um die Position des Abtastgeräts relativ zu dem Objekt zu erfassen. Die Positionssensoren geben Positionsinformationen aus, die sich auf die Position des Abtastgeräts relativ zu dem Objekt beziehen, während die Abtastlinienabschnitte des Bildes des Objekts erzeugt werden. Diese Positionsinformationen werden zu dem Prozessor übertragen, wo dieselben in die oben beschriebene Datenbank aufgenommen werden.
Einige Abtastgeräte verwenden Rollenmechanismen, um Informationen zu erzeugen, die sich auf die Position des Abtastgeräts relativ zu dem Objekt beziehen. Die Positionsinformationen werden verarbeitet, um zu bestimmen, wo in Beziehung zu der Oberfläche des Objekts die Abtastlinien erzeugt wurden. Der Rollenmechanismus kontaktiert das Objekt und dreht sich, während das Abtastgerät relativ zu dem Objekt bewegt wird. Das Abtastgerät misst die Drehung des Rollenmechanismus, um die Position des Abtastgeräts relativ zu dem Objekt zu bestimmen. Rollenmechanismen liefern jedoch keine direkte Messung der Position des Abtastgeräts relativ zu dem Objekt. Statt dessen wird die Positionsmessung von der Drehung des Rollenmechanismus abgeleitet, was der Positionsmessung Ungenauigkeiten hinzufügen kann. Ferner verlässt sich der Rollenmechanismus auf Reibung zwischen dem Rollenmechanismus und dem Objekt, um die Drehung beizubehalten. Falls die Reibung aus irgendeinem Grund verrin gert ist, kann der Rollenmechanismus eher gleiten als sich drehen, was bewirkt, dass die Positionsmessung und folglich das Bild, das durch die Bilddaten dargestellt wird, ungenau ist.
Der Rollenmechanismus muss das Objekt kontaktieren, so dass dieselben das Abtastgerät nicht stören, während dasselbe Bilddaten erzeugt. Der Rollenmechanismus erhöht somit die Größe des Abtastgeräts über die Größe hinaus, die erforderlich ist, um Bilddaten zu erzeugen. Diese erhöhte Größe ist nachteilig für die tragbaren Scanner, weil es dieselben bei der Verwendung schwerfälliger macht.
Andere Abtastgeräte haben einen optischen Sensor, der an dem Abtastgerät befestigt ist, um die Position des Abtastgeräts relativ zu dem Objekt zu bestimmen, das abgetastet wird. Der optische Sensor erzeugt regelmäßig Bilddaten von einer kleinen zweidimensionalen Fläche des Objekts, das abgetastet wird. Ein Prozessor empfängt diese Bilddaten und identifiziert charakteristische Merkmale auf dem Objekt. Bei dem Beispiel, wo das Objekt Text ist, der auf einem Blatt Papier gedruckt ist, können die charakteristischen Merkmale inhärente Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Papiers sein. Die Positionen dieser charakteristischen Merkmale relativ zu dem optischen Sensor werden in einer Speichervorrichtung gespeichert. Während das Abtastgerät relativ zu dem Objekt bewegt wird, bewegen sich die Positionen dieser charakteristischen Merkmale relativ zu dem optischen Sensor. Der Prozessor vergleicht die neuen Positionen dieser charakteristischen Merkmale mit den Positionen, die in der Speichervorrichtung gespeichert sind. Basierend auf diesen Vergleichen ist der Prozessor in der Lage, die Position, Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit des Abtastgeräts, an dem der optische Sensors befestigt ist, relativ zu dem Objekt zu bestimmen. Folglich ist der Prozessor in der Lage, die oben beschriebene Datenbank zu erzeugen, weil die Positionen der Abtastlinienabschnitte des Bildes des Objekts relativ zueinander ohne weiteres bestimmt werden können.
Einige Abtastgeräte können mehrere dieser zweidimensionalen optischen Sensoren aufweisen, die an festen Positionen relativ zu dem linearen Array von Photodetektoren angeordnet sind. In einigen Abtastgeräten ist ein optischer Sensor um einen Abstand von jedem Ende des linearen Arrays von Photodetektoren beabstandet. Diese Positionen der optischen Sensoren stellen Probleme dar, wenn ein Benutzer das Abtastgerät in der Nähe des Rands des Objekts betreibt, d.h. der Benutzer Text nahe dem Rand eines Blatt Papiers abbildet. Während das lineare Array von Photodetektoren den Rand des Papiers abbildet, kann es sein, dass der optische Sensor, der am Nächsten zu dem Rand des Papiers ist, unbeabsichtigt von dem Papier und auf eine andere Oberfläche bewegt wird, die das Papier trägt, z.B. einen Schreibtisch. Falls der optische Sensor nicht in der Lage ist, charakteristische Merkmale auf der anderen Oberfläche zu erkennen, oder wenn sich das Papier relativ zu der anderen Oberfläche bewegt, kennt der Prozessor die Position des Abtastgeräts relativ zu dem Papier nicht. Folglich kann der Text auf dem Papier nicht durch den Prozessor reproduziert werden. Diese Platzierung der optischen Sensoren hat einen weiteren Nachteil, weil er die Länge des Abtastgeräts um den Abstand erhöht, um den die optischen Sensoren von jedem Ende des linearen Arrays von Photodetektoren beabstandet sind. Diese erhöhte Länge des Abtastgeräts ist inhärent nachteilig für ein tragbares Abtastgerät.
Einige andere Abtastgeräte beabstanden die optischen Sensoren um einen Abstand über oder unter dem linearen Array von Photodetektoren. Diese Position der optischen Sensoren bewirkt, dass die Breite des tragbaren Abtastgeräts erhöht wird, was wie bei der erhöhten Länge eines tragbaren Abtastgeräts inhärent nachteilig ist. Das breitere tragbare Abtastgerät stellt auch ein Problem dar, weil ein Benutzer eventuell nicht weiß, wo auf einem Objekt die Abtastlinien abschnitte erzeugt werden. Als ein Beispiel kann es sein, dass ein Benutzer, der eine Textseite abtastet, das Abtastgerät nicht ordnungsgemäß relativ zu dem Text positioniert und unbeabsichtigt einen Teil des Texts nicht abbildet. Ein zusätzliches Problem, wie es oben beschrieben ist, kann auftreten, falls die optischen Sensoren von der Seite und auf eine andere Oberfläche bewegt werden. Wie bei dem oben beschriebenen Abtastgerät kann es sein, dass die optischen Sensoren nicht in der Lage sind, charakteristische Merkmale auf dieser Oberfläche zu erfassen, was Fehler erzeugt, wenn die Bilddaten verarbeitet werden. Genauer gesagt, die Positionen der Abtastlinien werden nicht genau bestimmt, was Fehler bewirkt, wenn der Prozessor versucht, das Bild der Seite zu reproduzieren.
Daher besteht ein Bedarf an einem tragbaren Abtastgerät, das in der Lage ist, seine Position direkt relativ zu einem Objekt, das abgebildet wird, zu bestimmen, wobei die Größe des Abtastgeräts minimiert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Bilderzeugungsvorrichtung und ein Verfahren zum Abbilden bzw. Erzeugen eines Bildes eines Objekts gemäß den angehängten Ansprüchen.
Ein Bilderzeugungsgerät ist offenbart, bei dem Licht, das verwendet wird, um ein Objekt abzubilden (Bilderzeugungslicht), und Licht, das verwendet wird, um die Position des Bilderzeugungsgeräts relativ zu dem Objekt (Positionierungslicht) zu bestimmen, durch das gleiche optische Gerät verlaufen. Bilderzeugungslicht wird von einem Bilderzeugungsabschnitt des Objekts zu einem linearen Photosensorarray gerichtet. Positionierungslicht wird von einem Positionierungsabschnitt des Objekts zu einem zweidimensionalen Photosensorarray gerichtet. Bei einem Ausführungsbeispiel des Bilderzeugungsgeräts haben das Bilderzeugungslicht und das Positionierungslicht unterschiedliche Wellenlängen, und werden durch die Verwendung eines Strahlteilers zu ihren jeweiligen Positionen gerichtet. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden das Bilderzeugungslicht und das Positionierungslicht zu ihren jeweiligen Positionen gerichtet, durch Beugen des Lichts mit einer Linse. Das leiten des Bilderzeugungslichts und des Positionierungslichts durch das gleiche optische Gerät ermöglicht es dem Bilderzeugungsgerät, weniger optische Komponenten zu verwenden als ein herkömmliches Bilderzeugungsgerät. Es ermöglicht auch, dass der Bilderzeugungsabschnitt des Objekts und der Positionierungsabschnitt des Objekts in nächster Nähe angeordnet werden, was die Größe des Bilderzeugungsgeräts reduziert.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine schematische Darstellung einer Unteransicht eines herkömmlichen Scanners.
2 ist eine perspektivische Draufsicht eines Scanners, der einem Blatt Papier zugeordnet ist.
3 ist eine Schnittansicht des Scanners von 2 von oben.
4 ist eine schematische Darstellung eines Bilderzeugungssystems, das in dem Scanner von 2 verwendet wird.
5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Bilderzeugungssystems, das in dem Scanner von 2 enthalten sein kann.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
2 bis 5 stellen allgemein eine Bilderzeugungsvorrichtung 300, 500 dar, die folgende Merkmale umfasst:
einen ersten Lichtweg 360, 370, der sich zwischen einer Brennachse 366 und einem linearen Bilderzeugungsgerät 460 erstreckt, wobei der erste Lichtweg 360, 370 eine erste optische Komponente 340 schneidet; einen zweiten Lichtweg 380, 390, der sich zwischen einer Brennebene 262, die nahe zu der Brennachse 366 angeordnet ist, und einem zweidimensionalen Bilderzeugungsgerät 420 erstreckt, wobei der zweite Lichtweg 380, 390 die erste optische Komponente 340 schneidet; und wobei ein Teil des ersten Lichtwegs 360, 370 einen Teil des zweiten Lichtwegs 380, 390 schneidet.
2 bis 5 stellen ebenfalls allgemein ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes eines Objekts 212 dar, das folgende Schritte umfasst:
Beleuchten eines Achsenabschnitts 366 des Objekts 212; Beleuchten eines Flächenabschnitts 262 des Objekts 212, wobei der Flächenabschnitt 262 des Objekts 212 nahe zu dem Achsenabschnitt 366 des Objekts 212 angeordnet ist;
Richten von Licht 360, das von dem Achsenabschnitt 366 des Objekts 212 reflektiert wird, zu einem linearen Bilderzeugungsgerät 460, mit einer ersten optischen Komponente 340, 350; Richten von Licht 380, das von dem Flächenabschnitt 262 des Objekts 212 reflektiert wird, zu einem zweidimensionalen Bilderzeugungsgerät 420 mit der ersten optischen Komponente 340, 350; Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem Objekt 212 und dem ersten optischen Gerät 340, 350; Erzeugen erster Bilddaten des Achsenabschnitts 366 des Objekts 212 mit dem linearen Bilderzeugungsgerät 460; Erzeugen zweiter Bilddaten des Flächenabschnitts 262 des Objekts 212 mit dem zweidimensionalen Bilderzeugungsgerät 420; Durchführen einer ersten Analyse an den zweiten Bild daten, um Merkmale des Objekts 212 zu identifizieren; und Durchführen einer zweiten Analyse an den zweiten Bilddaten, um die Stellen der Merkmale relativ zu dem zweidimensionalen Bilderzeugungsgerät 420 zu bestimmen, während sich das Objekt 212 relativ zu dem ersten optischen Gerät 340, 350 bewegt.
2 bis 5 stellen ebenfalls allgemein ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes eines Objekts 212 dar, das folgende Schritte umfasst:
Beleuchten eines Achsenabschnitts 366 des Objekts 212 mit einem ersten Frequenzband von Licht 320; Beleuchten eines Flächenabschnitts 262 des Objekts 212 mit einem zweiten Frequenzband von Licht 322, wobei der Flächenabschnitt 262 des Objekts 212 nahe zu dem Achsenabschnitt 366 des Objekts 212 angeordnet ist; Richten von Licht 360, das von dem Achsenabschnitt 366 des Objekts 212 reflektiert wird, zu einem linearen Bilderzeugungsgerät 460 mit einer ersten optischen Komponente 340, 350; Richten von Licht 380, das von dem Flächenabschnitt 262 des Objekts 212 reflektiert wird, zu einem zweidimensionalen Bilderzeugungsgerät 420 mit der ersten optischen Komponente 340, 350; Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem Objekt 212 und der ersten optischen Komponente 340, 350; Erzeugen erster Bilddaten des Achsenabschnitts 366 des Objekts 212 mit dem linearen Bilderzeugungsgerät 460; Erzeugen zweiter Bilddaten des Flächenabschnitts 262 des Objekts 212 mit dem zweidimensionalen Bilderzeugungsgerät 420; Durchführen einer ersten Analyse an den zweiten Bilddaten, um Merkmale des Objekts 212 zu identifizieren; und Durchführen einer zweiten Analyse auf den zweiten Bilddaten, um die Stellen der Merkmale relativ zu dem zweidimensionalen Bilderzeugungsgerät 420 zu bestimmen, während sich das Objekt 212 relativ zu dem ersten optischen Gerät 340, 350 bewegt.
2 bis 5 stellen außerdem allgemein eine Bilderzeugungsvorrichtung 300, 500 dar, die folgende Merkmale umfasst:
eine erste Beleuchtungseinrichtung 314 zum Beleuchten eines Achsenabschnitts 366 eines Objekts 212; eine zweite Beleuchtungseinrichtung 316 zum Beleuchten eines Flächenabschnitts 262 des Objekts 212, wobei der Flächenabschnitt 262 nahe zu dem Achsenabschnitt 366 des Objekts 212 angeordnet ist; eine Lichtleiteinrichtung 340, 350 zum Leiten von Licht 360, das von dem Achsenabschnitt 366 des Objekts 212 reflektiert wird, zu einer linearen Bilderzeugungsvorrichtung 460, und zum Leiten von Licht 380, das von dem Flächenabschnitt 262 des Objekts 212 reflektiert wird, zu einem zweidimensionalen Bilderzeugungsgerät 420; eine erste Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von Daten, die durch das lineare Bilderzeugungsgerät 460 erzeugt werden; eine zweite Verarbeitungseinrichtung zum Identifizieren und Anordnen von Merkmalen in dem Flächenabschnitt 366 des Objekts 212.
Nachdem das Bilderzeugungssystem 300, 500, 2 bis 5, allgemein beschrieben wurde, wird es nun näher beschrieben, wie es in einem tragbaren Bilderzeugungsgerät 200, 2 (hierin manchmal einfach als der Scanner 200 bezeichnet) verwendet wird. Die folgende Beschreibung beschreibt zusammenfassend herkömmliche Scanner, gefolgt von einer zusammenfassenden Beschreibung des Scanners 200, der das Bilderzeugungssystem 300, 500 umfasst, und endet mit einer detaillierteren Beschreibung des Bilderzeugungssystems 300, 500. Es ist jedoch klar, dass die Verwendung des Bilderzeugungssystems 300, 500 in einem Scanner Darstellungszwecken dient und dass das Bilderzeugungssystem 300, 500 in anderen Geräten, z.B. Faksimilemaschinen, verwendet werden kann.
Scanner sind Geräte, die maschinenlesbare Bilddaten erzeugen (hierin manchmal einfach als Bilddaten bezeichnet), die ein Bild eines Objekts darstellen, wie z.B. von Text, der auf einem Blatt Papier gedruckt ist. Das Erzeugen von Bilddaten, die das Bild eines Objekts darstellen, wird häufig als Abbilden oder Abtasten des Objekts bezeichnet. Ein Beispiel eines tragbaren Scanners 200 ist in 2 dargestellt, der die Oberfläche 212 eines Blatt Papiers 210 abtastet.
3 ist eine Schnittansicht des Scanners 200 von oben, der in 2 dargestellt ist.
Der Scanner 200 ist dargestellt beim Abbilden von Text 216, der auf der Oberfläche 212 des Blatt Papiers 210 gedruckt ist. Der Scanner 200 erzeugt Bilddaten, die einen schmalen Abtastlinienabschnitt 366 der Oberfläche 212 darstellen, wobei die Position des Abtastlinienabschnitts 366 relativ zu dem Scanner 200 fest ist. Ein Benutzer kann eine relative Bewegung zwischen dem Scanner 200 und der Oberfläche 212 bewirken. Während sich der Scanner 200 relativ zu der Oberfläche 212 bewegt, erzeugt der Scanner Bilddaten, die eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Abtastlinienabschnitten 366 der Oberfläche 212 darstellen. Die Bilddaten, die diese aufeinanderfolgenden Abtastlinienabschnitte 366 der Oberfläche 212 darstellen, können für weitere Verarbeitung in einer herkömmlichen Datenspeichervorrichtung gespeichert werden. Der Scanner 200 kann die gespeicherten Bilddaten verarbeiten, um das Bild der Oberfläche 216 zu reproduzieren, oder um ein Bild der Oberfläche 212 zu einem Computer zu übertragen.
Als ein Beispiel, wenn der Scanner 200 über dem Text 216 angeordnet ist, wie es in 3 dargestellt ist, umfasst der Abtastlinienabschnitt 366 Text 216. Während der Scanner 200 in einer Richtung 218 bewegt wird, erzeugt der Scanner 200 Bilddaten von aufeinanderfolgenden Abtastlinienabschnitten der Oberfläche 212, einschließlich des Texts 216. Wenn der Scanner 200 über den Text 216 verlaufen ist, hat der Scanner 200 Bilddaten, die in einer Datenspeichervor richtung gespeichert sind, die verarbeitet werden können, um das Bild des Texts 216 zu reproduzieren.
Für Verarbeitungszwecke ist es wesentlich, dass die Positionen der Abtastlinienabschnitte 366 relativ zu der Oberfläche 212 oder relativ zueinander bekannt sind. Andernfalls hat der Scanner 200 Bilddaten, die eine Mehrzahl von Abtastlinienabschnitten 366 der Oberfläche 212 darstellen, aber der Scanner 200 wird nicht in der Lage sein, die Abtastlinienabschnitte 366 ordnungsgemäß relativ zueinander zu platzieren, um das Bild der Oberfläche 212 zu reproduzieren. Dieses Problem wird verstärkt, wenn der Scanner 200 ein tragbarer Scanner ist, weil die vom Benutzer ausgehende Bewegung typischerweise bewirkt, dass die Abtastlinienabschnitte 366 über der Oberfläche 212 schief sind.
Ein Beispiel einer herkömmlichen Lösung zum Bestimmen der Positionen der Abtastlinienabschnitte ist durch die untere schematische Darstellung des Scanners 100 in 1 dargestellt. Der Scanner 100 hat einen linken Abschnitt 110, einen rechten Abschnitt 112, einen vorderen Abschnitt 114 und einen hinteren Abschnitt 116. Eine Länge 122 erstreckt sich zwischen dem linken Abschnitt 110 und dem rechten Abschnitt 112. Eine Breite 124 erstreckt sich zwischen dem vorderen Abschnitt 114 und dem hinteren Abschnitt 116. Der Scanner 100 hat eine untere Oberfläche 120, die durch die Länge 122 und die Breite 124 definiert ist.
Die untere Oberfläche 120 des Scanners 100 hat einen ersten Positionierungsabschnitt 140, einen zweiten Positionierungsabschnitt 142 und einen Bilderzeugungsabschnitt 134. Der Bilderzeugungsabschnitt 134 dient dazu, Bilddaten eines eindimensionalen Abtastlinienabschnitts des Objekts zu erzeugen, das auf herkömmliche Weise abgetastet wird. Der Bilderzeugungsabschnitt 134 hat ein erstes Ende 136 und ein zweites Ende 138. Eine Länge 130 erstreckt sich zwischen dem ersten Ende 136 und dem zweiten Ende 138. Das erste Ende 136 des Bilderzeugungsabschnitts 134 ist an einem Abstand 128 von dem linken Abschnitt 110 des Scanners 100 angeordnet. Das zweite Ende 138 des Bilderzeugungsabschnitts 134 ist an einem Abstand 126 von dem rechten Abschnitt 112 des Scanners 100 angeordnet. Der erste Positionierungsabschnitt 140 ist zwischen dem ersten Ende 136 des Bilderzeugungsabschnitts 134 und dem linken Abschnitt 110 angeordnet. Der zweite Positionierungsabschnitt 142 ist zwischen dem zweiten Ende 138 des Bilderzeugungsabschnitts 134 und dem rechten Abschnitt 112 angeordnet.
Der erste Positionierungsabschnitt 140 und der zweite Positionierungsabschnitt 142 werden durch den Scanner 100 verwendet, um die Position des Scanners 100 relativ zu dem Objekt zu bestimmen, das abgetastet wird. Der erste Positionierungsabschnitt 140 und der zweite Positionierungsabschnitt 142 sind zweidimensionale Bilderzeugungsgeräte, die Bilddaten erzeugen, die Merkmale des Objekts darstellen, das abgetastet wird. Dieselben können beispielsweise Bilddaten erzeugen, die kleine Abweichungen in der Oberfläche des Objekts darstellen, das abgetastet wird. In der Situation, wo ein Blatt Papier abgetastet wird, können die ersten Positionierungsabschnitte 140, 142 Bilddaten erzeugen, die Schatten darstellen, die durch Oberflächenabweichungen in dem Blatt Papier geworfen werden. Basierend auf diesen Bilddaten kann der Scanner 100 die Positionen der Abtastlinien, die durch den Bilderzeugungsabschnitt 134 erzeugt werden, relativ zueinander bestimmen. Der Scanner kann dann ohne weiteres das Bild des Objekts reproduzieren. Beispiele der Verwendung von Positionssensoren, um die Position eines Scanners zu bestimmen, sind in den folgenden U.S.-Patenten offenbart: 5,644,139 von Allen u.a. für NAVIGATION TECHNIQUE FOR DETECTING MOVEMENT OF NAVIGATION SENSORS RELATIVE TO AN OBJECT; und 5,578,813 von Allen u.a. für FREEHAND IMAGE SCANNING DEVICE WHICH COMPENSATES FOR NON-LINEAR MOVEMENT.
Eines der Ziele beim Entwurf von tragbaren Scannern ist das Minimieren der Größe derselben, was dieselben leichter zu verwenden macht, weil dieselben weniger schwerfällig sind. Die Länge 122 des Scanners 100 ist länger als die Länge 130 des Bilderzeugungsabschnitts 134, um den Abstand 126 und den Abstand 128. Die Länge 122 ist übermäßig lang, weil dieselbe die Positionierungsabschnitte 140, 142 und den Bilderzeugungsabschnitt 134 umfasst, die alle getrennte Einheiten sind, die erforderlich sind, um eine Fläche auf der Oberfläche 120 des Scanners 100 zu besetzen.
Mit Bezugnahme auf 3 minimiert der Scanner 200 seine Länge 242 und somit seine Größe durch Aufnehmen seiner Positionierungsabschnitte 260, 262 in den Bilderzeugungsabschnitt, wie es nachfolgend näher beschrieben wird. Folglich muss der Scanner 200 nur eine Länge 242 aufweisen, die etwa so lang ist wie die Länge der Abtastlinie 366. Die Länge der Abtastlinie 366 kann etwas kürzer sein als die Länge 242 des Scanners 200, aus strukturellen Gründen, d.h. Unterstützen der Komponenten im Zusammenhang mit der Abtastlinie 366.
4 stellt eine Seitenansicht eines Bilderzeugungssystems 300 dar, das in dem Scanner 200 von 2 verwendet werden kann. Das Bilderzeugungssystem 300, wie es von 4 zu sehen ist, empfängt Licht, das eine zweite Positionierungsfläche 262 und den Abtastlinienabschnitt 366 darstellt, wobei der Abtastlinienabschnitt 366 die zweite Positionierungsfläche 262 schneidet. Die linke Positionierungsfläche 262 und der Abtastlinienabschnitt 366 sind ebenfalls von der Draufsicht von 3 dargestellt. Das Bilderzeugungssystem 300 verwendet optische Techniken zum Trennen des Lichts, das die Abtastlinienabschnitte 366 darstellt, von dem Licht, das die zweite Positionierungsfläche 262 darstellt. Dies ermöglicht es dem Abtastlinienabschnitt 366, den linken Positionierungsabschnitt 262 zu schneiden, was es wiederum ermöglicht, dass die Länge 242 des Scanners 200 etwa die Länge des Abtastlinienabschnitts 366 ist. Ähnliche optische Techniken werden verwendet, um Licht abzubilden, das einen ersten Positionierungsabschnitt 260 darstellt, 3, der ebenfalls durch den Abtastlinienabschnitt 366 geschnitten wird.
Nachdem der Scanner 200 von 2 und das Bilderzeugungssystem 300 von 4 zusammenfassend beschrieben wurden, werden dieselben nun näher beschrieben. Mit Bezugnahme auf 2 kann der Scanner 200 einen vorderen Abschnitt 220, einen hinteren Abschnitt 222, einen linken Abschnitt 224 und einen rechten Abschnitt 226 aufweisen. Der Scanner 200 kann eine Breite 240 aufweisen, die sich zwischen dem vorderen Abschnitt 220 und dem hinteren Abschnitt 222 erstreckt. Der Scanner 200 kann auch eine Länge 242 aufweisen, die sich zwischen dem linken Abschnitt 224 und dem rechten Abschnitt 226 erstreckt. Der vordere Abschnitt 220, der hintere Abschnitt 222, der linke Abschnitt 224 und der rechte Abschnitt 226 können die Grenzen eines unteren Abschnitts 230 definieren, der ebenfalls in 3 dargestellt ist. Ein Ziel beim Entwurf des Scanners 200 ist das Minimieren der Breite 240 und der Länge 242 des Scanners 200.
4 ist eine abgeschnittene schematische Darstellung der Optik- und Bilderzeugungsgeräte, die in dem Scanner 200 von 2 enthalten sein können, wie er von dem rechten Abschnitt 226 des Scanners 200 zu sehen ist. Das Bilderzeugungssystem 300, das in 4 dargestellt ist, ist so dargestellt, dass es Bilddaten der Oberfläche 212 des Blatt Papiers 210 erzeugt, wie es in 2 und 3 dargestellt ist. Das Bilderzeugungssystem 300 kann eine Lichtquelle 310, eine Linse 340, einen Strahlteiler 350, ein Bilderzeugungsgerät 460 und ein Positionierungsgerät 420 umfassen.
Die Lichtquelle 310 kann eine erste Lichtquelle 314 und eine zweite Lichtquelle 316 umfassen, die elektrisch und mechanisch mit einem Substrat 312, z.B. einer gedruckten Schaltungsplatine, verbunden sind. Die erste Lichtquelle 314 kann Licht 320 emittieren, das eine erste Wellenlänge aufweist, z.B. etwa 590 Nanometer. Die zweite Lichtquelle 316 kann Licht 322 emittieren, das eine zweite Wellenlänge aufweist, z.B. etwa 875 Nanometer. Alternativ können die erste Lichtquelle 314 und die zweite Lichtquelle 316 Licht 320 und 322 emittieren, das ein erstes Band von Wellenlängen bzw. ein zweites Band von Wellenlängen aufweist. Die erste Lichtquelle 314 kann einen Strahl emittieren, der etwa abgemessen ist, um den Abtastlinienabschnitt 366 der Oberfläche 212 zu umfassen, der ebenfalls in 3 dargestellt ist. Die zweite Lichtquelle 316 kann einen Strahl emittieren, der angemessen abgemessen ist, um die zweite Positionierungsfläche 262 und die erste Positionierungsfläche 260, 3, zu umfassen. Alternativ kann die zweite Lichtquelle 316 zwei einzelne Lichtquellen umfassen, wobei eine Lichtquelle in der Nähe der ersten Positionierungsfläche 260 angeordnet ist, und die andere Lichtquelle in der Nähe der zweiten Positionierungsfläche 262 angeordnet ist.
Die Linse 340 kann ein Gradienten-Index-Linsenarray sein, die eine positive Vergrößerung von eins aufweist, wie es in der Technik bekannt ist. Ein Beispiel eines Gradienten-Index-Linsenarray ist erhältlich unter dem Handelsnamen SELFOC von NSG America, Inc. Die Linse 340 kann über dem Abtastlinienabschnitt 366 und der zweiten Positionierungsfläche 262 angeordnet sein. Die Linse 340 kann dazu dienen, Licht, das von dem Abtastlinienabschnitt 366 reflektiert wird, auf das Bilderzeugungsgerät 460 zu fokussieren, um Licht, das von der zweiten Positionierungsfläche 262 reflektiert wird, über den Strahlteiler 350 auf das Positionierungsgerät 420 zu fokussieren.
Der Strahlteiler 350 kann ein optisches Gerät sein, das ausgewählte Wellenlängen von Licht reflektiert oder durchlässt, wie es in der Technik bekannt ist. Wie es nachfolgend näher beschrieben ist, lässt der Strahlteiler 350, der hierin beschrieben ist, die erste Wellenlänge von Licht 320, das durch die erste Lichtquelle 314 emittiert wird, durch, und reflektiert die zweite Wellenlänge von Licht 322, das durch die zweite Lichtquelle 316 emittiert wird.
Der Strahlteiler 350 kann physikalisch in dem Scanner angeordnet sein, um die zweite Wellenlänge von Licht auf das Positionierungsgerät 420 zu reflektieren.
Das Positionierungsgerät 420 kann ein zweidimensionales Array 422 von Photodetektoren 426 umfassen, die elektrisch und mechanisch mit einem Substrat 424, z.B. einer gedruckten Schaltungsplatine, verbunden sind. Das Positionierungsgerät 420 kann eine Bildseite 438 aufweisen, wobei die Photodetektoren 420 elektrisch und mechanisch mit der Bildseite 438 verbunden sein können. Das zweidimensionale Array 422 von Photodetektoren 426 kann eine Mehrzahl von Reihen 428 von Photodetektoren 426 umfassen. Das zweidimensionale Array 422 von Photodetektoren 426 kann eine erste Reihe 430 und eine letzte Reihe 432 aufweisen. Wie es nachfolgend näher beschrieben wird, kann das Positionierungsgerät 420 dazu dienen, das Bild der zweiten Positionierungsfläche 262 in Bilddaten umzuwandeln. Das Bilderzeugungssystem 300 kann ein weiteres Positionierungsgerät aufweisen, das nicht in 4 gezeigt ist, das angeordnet ist, um ein Bild der ersten Positionierungsfläche 260, 3, in Bilddaten umzuwandeln.
Das Bilderzeugungsgerät 460 kann eine Mehrzahl von Segmenten 464 umfassen, die elektrisch und mechanisch mit einem Substrat 462, z.B. einer gedruckten Schaltungsplatine, verbunden sind. Die Segmente 464 können auf dem Substrat 462 angeordnet sein, um ein lineares Array zu bilden. Jedes Segment 464 kann ein lineares Array von Photodetektoren aufweisen, die elektrisch und mechanisch mit demselben verbunden sind. Die Photodetektoren 470 können ein lineares Array bilden, das sich entlang einer Referenzlinie AA in 4 erstreckt. Die Segmente 464 können beispielsweise Kontaktbildsensoren sein, wie es in der Technik bekannt ist. Ein Beispiel eines im Handel erhältlichen Kontaktbildsensors ist als ein lineares optisches Array bekannt und ist erhältlich von Texas Instruments, Inc. von Austin, Texas und wird verkauft als Modell Nummer TSL2301. Wie es nachfolgend näher beschrieben wird, kann das Bilderzeugungsgerät 460 dazu dienen, das Bild des Abtastlinienabschnitts 366 in Bilddaten umzuwandeln.
Sowohl das Positionierungsgerät 420 als auch das Bilderzeugungsgerät 460 können dazu dienen, Licht in Bilddaten umzuwandeln. Genauer gesagt, die Photodetektoren 426 und 470 können Spannungen ausgeben, die proportional zu der Intensität des Lichts sind, das dieselben empfangen. Beispielsweise können Photodetektoren 426, 470, die relativ hohe Intensitäten von Licht empfangen, relativ hohe Spannungen ausgeben. Gleichermaßen können Photodetektoren 426, 470, die relativ niedrige Intensitäten von Licht empfangen, relativ niedrige Spannungen ausgeben. Die Bilddaten, die sowohl durch das Positionierungsgerät 420 als auch die Photodetektoren 470 erzeugt werden, können zu einem herkömmlichen Prozessor, der nicht gezeigt ist, für die Verarbeitung übertragen werden.
Die Photodetektoren 470, die in 4 dargestellt sind, können entlang der Referenzlinie AA von 3 ausgerichtet sein, die die Position des Abtastlinienabschnitts 366 definiert. Somit wird die Position des Abtastlinienabschnitts 366 relativ zu der Oberfläche 212 durch die Position des Scanners 200 relativ zu der Oberfläche 212 geregelt. Die erste Positionierungsfläche 260 und die zweite Positionierungsfläche 262, die in 3 dargestellt ist, kann unter der Linse 340, 4, angeordnet sein. Die zweite Positionierungsfläche 262 kann eine Breite 268 aufweisen, die etwa den gleichen Abstand haben kann zwischen der ersten Reihe 430 und der letzten Reihe 432 von Photodetektoren 426 auf dem zweidimensionalen Array 422. Die zweite Positionierungsfläche 262 kann auch eine Länge 266 aufweisen, die im Wesentlichen gleich sein kann wie die Breite 268. Die erste Positionierungsfläche 260 kann im Wesentlichen die gleiche Größe haben wie die zweite Positionierungsfläche 262.
Nachdem die Komponenten beschrieben wurden, die das Bilderzeugungssystem 300, 4, umfasst, wird es nun beschrieben, wie es Bilddaten erzeugt, die Bilder des Abtastlinienabschnitts 366 und der zweiten Positionierungsfläche 262 auf der Oberfläche 212 des Blatt Papiers 200 darstellen.
Die Lichtquelle 310 beleuchtet die Abschnitte der Oberfläche 212, die abzubilden sind. Genauer gesagt, die erste Lichtquelle 314 beleuchtet den Abtastlinienabschnitt 366 mit einer ersten Wellenlänge von Licht 320, z.B. 590 Nanometer. Die zweite Lichtquelle 316 beleuchtet die zweite Positionierungsfläche 262 mit einer zweiten Wellenlänge von Licht 322. Mit kurzer Bezugnahme auf 3 beleuchtet die erste Lichtquelle 314 den gesamten Abtastlinienabschnitt 366 und die zweite Lichtquelle beleuchtet die zweite Positionierungsfläche 262. Eine dritte Lichtquelle, die ähnlich ist wie die zweite Lichtquelle 316, 4, kann die erste Positionierungsfläche 260 beleuchten.
Mit erneuter Bezugnahme auf 4 reflektiert das Bilderzeugungslicht 360 von dem Abtastlinienabschnitt 366 der Oberfläche 212 zu der Linse 340. Das Bilderzeugungslicht 360 hat somit die gleiche Wellenlänge wie die erste Lichtquelle 314. Das Bilderzeugungslicht 316 kann so definiert sein, dass es einen linken Abschnitt 362 und einen rechten Abschnitt 364 aufweist. Das Bilderzeugungslicht 360 verläuft durch die Linse 340 und kommt aus der Linse 340 als Bilderzeugungslicht 370 hervor und wird zu dem Strahlteiler 350 geleitet. Das Bilderzeugungslicht 370 kann so definiert sein, dass es einen linken Abschnitt 372 und einen rechten Abschnitt 374 aufweist. Der Strahlteiler 350 ist angepasst, um Licht durchzulassen, das die erste Wellenlänge aufweist, somit verläuft das Bilderzeugungslicht 370 durch den Strahlteiler 350 und zu dem Bilderzeugungsgerät 460. Der linke Abschnitt 372 und der rechte Abschnitt 374 konvergieren auf den Photodetektoren 470, um ein Bild des Abtastlinienabschnitts 366 auf die Photodetektoren 470 zu fokussieren. Die Photodetektoren 470 wandeln ein Bild des Abtastli nienabschnitts 366 auf eine herkömmliche Weise in Bilddaten um. Die Bilddaten können beispielsweise eine Reihe von Werten sein, wobei jeder Wert die Intensität von Licht darstellt, das durch einen einzelnen Photodetektor 470 empfangen wird.
Der zweite Positionierungsabschnitt 262 und der Abtastlinienabschnitt 366 werden gleichzeitig abgebildet. Das Positionierungslicht 380 reflektiert von der zweiten Positionierungsfläche 262 der Oberfläche 212 zu der Linse 340. Das Positionierungslicht 380 hat die gleiche Wellenlänge wie das Licht 322, das durch die zweite Lichtquelle 316 emittiert wird. Das Positionierungslicht 380 ist hierin so definiert, dass es einen linken Abschnitt 382 und einen rechten Abschnitt 384 aufweist. Der linke Abschnitt 382 erstreckt sich zwischen einem linken Punkt 386 und der Linse 340. Der rechte Abschnitt 384 erstreckt sich zwischen einem rechten Punkt 388 und der Linse 340. Der linke Punkt 386 und der rechte Punkt 388 sind durch die Breite 268 getrennt, wie es in 3 dargestellt ist.
Das Positionierungslicht 390 kommt aus der Linse 340 und reflektiert von dem Strahlteiler 350 zu dem Positionierungsgerät 420. Das Positionierungslicht 390, bevor es den Strahlteiler 350 schneidet, ist hierin so definiert, dass es einen linken Abschnitt 392 und einen rechten Abschnitt 394 aufweist. Der linke Abschnitt 392 schneidet und reflektiert von dem Strahlteiler 350 in einem linken Punkt 396. Ein unterer Abschnitt 400 des Positionierungslichts 390 reflektiert von dem linken Punkt 396 zu dem Positionierungsgerät 420. Der rechte Abschnitt 394 des Positionierungslichts 390 schneidet den Strahlteiler 350 in einem rechten Punkt 398 und reflektiert von demselben. Ein oberer Abschnitt 402 des Positionierungslichts 390 reflektiert von dem rechten Punkt 398 zu dem Positionierungsgerät 420.
Der untere Abschnitt 400 des Positionierungslichts 390 erstreckt sich zwischen dem linken Punkt 396 des Strahltei lers 350 und der letzten Reihe 432 von Photodetektoren 426 auf dem zweidimensionalen Array 422. Der obere Abschnitt 402 erstreckt sich zwischen dem rechten Punkt 398 und der ersten Reihe 430 von Photodetektoren 426 auf dem zweidimensionalen Array 422. Somit wird ein Bild der zweiten Positionierungsfläche 262 auf das zweidimensionale Array 422 von Photodetektoren 426 fokussiert. Ein Bild der ersten Positionierungsfläche 260, 3, kann auf ein zweites zweidimensionales Array von Photodetektoren auf ähnliche Weise fokussiert werden.
Das Positionierungsgerät 420 erzeugt periodisch Bilddaten, die die zweite Positionierungsfläche 262 darstellen, und gibt die Bilddaten an einen Prozessor, der nicht gezeigt ist, auf eine herkömmliche Weise aus. Der Prozessor identifiziert charakteristische Merkmale in den Bilddaten, wie z.B. Kontraste, die durch Pulpe-Material erzeugt werden, das verwendet werden kann, um das Blatt Papier 200 herzustellen. Da das Abtastgerät relativ zu der Oberfläche 212 bewegt wird, bewegen sich die Positionen der charakteristischen Merkmale relativ zu dem zweidimensionalen Array 422 entsprechend. Wenn sich die charakteristischen Merkmale um einen vorbestimmten Abstand relativ zu dem zweidimensionalen Array 422 bewegt haben, empfängt der Prozessor Bilddaten, die einen neuen Abtastlinienabschnitt 366 der Oberfläche 212 von dem Bilderzeugungsgerät 460 darstellen. Der Prozessor empfängt nur Bilddaten von dem Bilderzeugungsgerät 460, wenn sich der Scanner um einen vorbestimmten Abstand von der vorhergehenden Position bewegt hat, wo Bilddaten erzeugt wurden. Andernfalls würden Bilddaten fortlaufend erzeugt, was die Datenspeichervorrichtung überlasten kann oder die Zeit, die erforderlich ist, um die Bilddaten zu verarbeiten, wesentlich erhöhen kann.
Mit Bezugnahme auf 3 kann der Scanner 200 in einer Richtung 218 relativ zu der Oberfläche 212 und über den Text 216 bewegt werden. Wenn der Scanner 200 relativ zu der Oberfläche 212 bewegt wird, überwacht das Bilderzeugungs system 300, 4, die Position des Scanners 200 fortlaufend. Die Position des Scanners 200 relativ zu der Oberfläche 212 wird von der ersten Positionierungsfläche 260 und der zweiten Positionierungsfläche 262 überwacht. Dies ermöglicht es dem Scanner 200, seine Position genau zu bestimmen, während der Scanner irgendwo auf der Oberfläche 212 bewegt wird. Falls der Scanner beispielsweise in jeder anderen Richtung als der Richtung 218 bewegt wird, oder falls der Scanner gedreht wird, kann seine Position relativ zu der Oberfläche 212 leicht bestimmt werden.
Bei dem in 3 dargestellten Beispiel wird ein Bild des Texts 216 in Bilddaten umgewandelt, durch Umwandeln aufeinanderfolgender Abtastlinienabschnitte 366 der Oberfläche 212, einschließlich des Texts 216, in Bilddaten. Der Scanner 200 kann beispielsweise Bilddaten erzeugen, die einen Abtastlinienabschnitt 366 jedes Mal darstellen, wenn sich der Scanner 200 ein Tausendstel eines Zolls entweder relativ zu der ersten Positionierungsfläche 260 oder der zweiten Positionierungsfläche 262 bewegt. Die Positionen der Abtastlinienabschnitte 366 relativ zueinander werden in einer Datenbank oder einer anderen elektronischen Speicherstruktur gespeichert. Wenn das Bild der Oberfläche 212, einschließlich des Texts 216, reproduziert wird, wird der Scanner 200 wissen, wie die Bilddaten anzuordnen sind, die die Abtastlinienabschnitte 366 darstellen, weil ihre Positionen relativ zueinander bestimmt wurden.
Das Bilderzeugungssystem 300 hat viele Vorteile. Der bemerkenswerteste Vorteil ist, dass Bilddaten zum Abbilden eines Objekts und zum Bestimmen der Position des Scanners 200 relativ zu dem Objekt von den gleichen Positionen auf dem Objekt erzeugt werden. Mit Bezugnahme auf 12 ermöglicht dies, dass die Breite 240 und Länge 242 des Scanners 200 minimiert werden, weil die Positionierungsabschnitte 260, 262, 3, in dem Bilderzeugungsabschnitt enthalten sind. Das Minimieren der Größe des Scanners 200 macht denselben weniger schwerfällig zu betreiben und verbessert die Tragbarkeit des Scanners 200.
Ein weiterer Vorteil des Bilderzeugungssystems 300 ist, dass die Komponenten, die der Scanner 200 umfasst, auf weniger Substraten befestigt sein können. Mit erneuter Bezugnahme auf 4 können das zweidimensionale Array 422 und das Substrat 424 vertikal in dem Scanner befestigt sein. Diese vertikale Befestigung wird erreicht, weil das Bild der zweiten Positionierungsfläche 262 in einem rechten Winkel relativ zu der horizontalen Oberfläche 212 reflektiert wird. Die anderen elektronischen Komponenten, die erforderlich sind, um den Scanner 200 zu betreiben, können auch auf dem Substrat 424 befestigt sein. Somit ist das einzige horizontal positionierte Substrat, das in dem Scanner 200 erforderlich ist, das Substrat 462, das verwendet wird, um die Segmente 464 und die Photodetektoren 470 zu tragen. Dies ermöglicht es, dass die elektronischen Komponenten, die der Scanner 200 umfasst, anders als die Segmente 464, auf dem einzigen Substrat 424 befestigt werden können, wodurch die Breite 240, 2, des Scanners 200 weiter minimiert wird.
Das in 4 dargestellte Bilderzeugungssystem 300 stellt ein vertikal befestigtes Positionierungssystem 420 und ein horizontal befestigtes Bilderzeugungsgerät 460 dar. Es ist klar, dass das Positionierungssystem 420 horizontal befestigt sein kann und das Bilderzeugungsgerät 460 vertikal befestigt sein kann, womit im Wesentlichen die Positionen des Positionierungssystems 420 und des Bilderzeugungsgeräts 460 ausgetauscht werden, wie es in 4 dargestellt ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bilderzeugungssystems ist in 5 dargestellt und numerisch als 500 dargestellt. Zusammengefasst hat das Bilderzeugungssystem 500 das Positionierungssystem 420 in nächster Nähe zu dem Bilderzeugungsgerät 460 angeordnet. Das Positionierungslicht 390 wird von dem Bilderzeugungslicht 370 getrennt durch Beugung von der Linse 340 anstatt durch Brechung von einem Strahlteiler oder einer anderen reflektierenden Vorrichtung. Der Abtastlinienabschnitt 366 und die zweite Positionierungsfläche 262 bleiben in nächster Nähe zueinander, wodurch die Breite 240, 2, des Scanners 200 minimiert bleibt.
Nachdem das Bilderzeugungssystem 500 zusammenfassend beschrieben wurde, wird es nun näher beschrieben. Das Bilderzeugungssystem 500 ist im Wesentlichen ähnlich wie das Bilderzeugungssystem 300 von 4. Die Hauptunterschiede zwischen den Bilderzeugungssystemen sind, dass das Bilderzeugungssystem 500 keinen Strahlteiler 350, 4, aufweist, und das Positionierungsgerät 420 und das Bilderzeugungsgerät 460 auf einem einzigen horizontalen Substrat 550, z.B. einer gedruckten Schaltungsplatine, befestigt sind.
Das Bilderzeugungssystem 500 kann eine Platte 510 aus transparentem Material, z.B. Glas, aufweisen, die zwischen der Linse 340 und der Oberfläche 212 angeordnet ist. Die Platte 510 kann in Verbindung mit einem Gehäuse, das nicht gezeigt ist, dazu dienen, Verunreinigungen davon abzuhalten, in den Scanner einzudringen. Die Platte 510 kann eine obere Oberfläche 512 und eine untere Oberfläche 514 aufweisen, wobei die untere Oberfläche 514 der Oberfläche 212 der Seite 200 zugewandt ist. Eine zweite Platte aus transparentem Material, die hierin als Stufenkompensator 520 bezeichnet wird, kann an einem Abschnitt der oberen Oberfläche 512 der Platte 510 befestigt sein. Der Stufenkompensator 520 kann eine Dicke 522 aufweisen. Der Stufenkompensator 520 kann einen Brechungsindex n aufweisen, der von der Frequenz des Lichts abhängt, das durch den Stufenkompensator verläuft. Wie es nachfolgend beschrieben wird, kann der Stufenkompensator 520 dazu dienen, das Sichtfeld des Bilderzeugungssystems 500 einzustellen, so dass das Positionierungslicht 380, 390 genau auf das zweidimensionale Array 422 von Photodetektoren 426 fokussiert werden kann.
Das Substrat 550 kann in dem Scanner befestigt sein, um im Wesentlichen parallel zu der Platte 510 und somit der Oberfläche 212 zu sein. Das Substrat 550 kann eine Befestigungsseite 552 aufweisen, die in der Richtung der Platte 510 gerichtet ist. Das Bilderzeugungsgerät 460 und das zweidimensionale Array 422 können elektrisch und mechanisch mit der Befestigungsseite 552 des Substrats 550 verbunden sein. Die Bildseite 438 des zweidimensionalen Arrays 422 kann an einem Abstand 560 von der Befestigungsseite 552 des Substrats 550 angeordnet sein. Die Photodetektoren 470 auf dem Bilderzeugungsgerät 460 können an einem Abstand 562 von der Befestigungsoberfläche 552 angeordnet sein. Die Abstände 560, 562 hängen von der longitudinalen chromatischen Aberration des Bilderzeugungssystems 500 ab, wie es in der Technik bekannt ist. Wie es nachfolgend beschrieben wird, können die Abstände 560, 562 in Verbindung mit der Dicke 522 des Stufenkompensators 520 eingestellt sein, um die Bilder des Abtastlinienabschnitts 338 und der zweiten Positionierungsfläche 262 ordnungsgemäß auf die Photodetektoren 470 bzw. 462 zu fokussieren.
Der Abstand 560 und der Abstand 562 können sich durch die folgende Gleichung auf die Dicke 522 des Stufenkompensators 520 beziehen:
wobei:

H₅₆₀: der Abstand 560 ist;
H₅₆₂: der Abstand 562 ist;
n_λ2: der Brechungsindex des Stufenkompensators 520 für die Frequenz des Lichts 322 ist; und
t₅₂₂: die Dicke 522 ist.

Wie es in 5 dargestellt ist, schneiden sich der Abtastlinienabschnitt 366 und die zweite Positionierungsflä che 262 in dem Bilderzeugungssystem 500 nicht, wie sie es bei dem Bilderzeugungssystem 300, 4, tun. Der Abtastlinienabschnitt 366 und der linke Punkt 386 können durch einen sehr kleinen Abstand 368 von etwa 0,5 bis 1,0 Millimeter getrennt sein. Folglich müssen die erste Lichtquelle 314 und die zweite Lichtquelle 316 ausgerichtet sein, so dass das Bilderzeugungslicht 320 den Abtastlinienabschnitt 366 beleuchtet, und das Positionierungslicht 322 die zweite Positionierungsfläche 262 beleuchtet.
Das Bilderzeugungslicht 360 und das Positionierungslicht 380 sind im Wesentlichen ähnlich wie das Bilderzeugungslicht 360 und das Positionierungslicht 380, die in dem Bilderzeugungssystem 300 von 4 beschrieben sind, außer dass dieselben von unterschiedlichen Abschnitten auf der Oberfläche 212 des Blatt Papiers 200 stammen. Das Bilderzeugungslicht 370 ist im Wesentlichen ähnlich wie das Bilderzeugungslicht 370 von 4, außer dass mit dem Bilderzeugungssystem 500 das Bilderzeugungslicht 270 sich von der Linse 340 zu den Photodetektoren 470 beugt. Gleichartig dazu beugt sich das Positionierungslicht 390 von der Linse 340 zu dem zweidimensionalen Array 422 anstatt von dem Strahlteiler 350 zu reflektieren, wie es in 4 dargestellt ist.
Nachdem die Komponenten beschrieben wurden, die das Bilderzeugungssystem 500 umfasst, wird dasselbe nun näher beschrieben, wie es Bilddaten erzeugt, die Bilder des Abtastlinienabschnitts 366 und des linken Positionierungsabschnitts 262 darstellen. Es ist klar, dass der rechte Positionierungsabschnitt 260, 3, auf ähnliche Weise abgebildet werden kann, zu Darstellungszwecken ist die erste Positionierungsfläche 260 jedoch in 5 nicht dargestellt.
Die Linse 340 und andere optische Komponenten, die das Bilderzeugungssystem 500 umfasst, können angepasst werden, um mit einer bestimmten Wellenlänge von Licht optimal zu arbeiten. Die Linse 340 wird hierin so beschrieben, dass sie angepasst ist, um mit der Wellenlänge von Bilderzeugungslicht 320 optimal zu arbeiten, das durch die erste Lichtquelle 314 emittiert wird, z.B. 590 Nanometer. Es kann sein, dass leichte optische Einstellungen durchgeführt werden müssen, so dass das Bilderzeugungssystem 500 gleichzeitig mit der Wellenlänge des Positionierungslichts 322 arbeiten kann, das durch die zweite Lichtquelle 316 emittiert wird, z.B. 875 Nanometer. Genauer gesagt werden Korrekturen durchgeführt, um die Schärfentiefe des Bilderzeugungssystems 500 einzustellen, so dass die zweite Positionierungsfläche 262 genau auf das zweidimensionale Array 422 fokussiert werden kann. Diese Korrekturen umfassen die Hinzufügung des Stufenkompensators 520 und das Variieren der Abstände 560 und 562, wie es nachfolgend beschrieben ist. Das Bilderzeugungssystem 500 kann ohne diese Korrekturen funktionieren, es kann jedoch sein, dass das Bild der zweiten Positionierungsfläche 262 dann nicht genau auf das zweidimensionale Array 422 fokussiert ist.
Das Bilderzeugungslicht 320 wird durch die erste Lichtquelle 314 zu dem Abtastlinienabschnitt 366 der Oberfläche 212 emittiert, um den Abtastlinienabschnitt 366 zu beleuchten. Das Positionierungslicht 322 wird durch die zweite Lichtquelle 316 zu der zweiten Positionierungsfläche 262 emittiert, um die zweite Positionierungsfläche 262 zu beleuchten. Das Bilderzeugungslicht 320, das Positionierungslicht 322, das Bilderzeugungslicht 360 und das Positionierungslicht 380 sind im Wesentlichen ähnlich wie diejenigen, die in 4 dargestellt sind, außer dass das Bilderzeugungslicht 360 das Positionierungslicht 380 nicht in der Oberfläche 212 schneiden muss.
Das Bilderzeugungslicht 360 reflektiert von dem Abtastlinienabschnitt 366 zu der Linse 340. Das Bilderzeugungslicht 360 kann die Linse 340 in einem leichten Winkel schneiden, was, wie es nachfolgend beschrieben ist, bewirken kann, dass das Bilderzeugungslicht 370 sich leicht zu dem Bilder zeugungsgerät 460 beugt. Gleichartig dazu reflektiert das Positionierungslicht 380 von der zweiten Positionierungsfläche 262 und kann die Linse 340 in einem leichten Winkel schneiden. Folglich kann sich das Positionierungslicht 390 leicht von der Linse 340 zu dem Positionierungssystem 420 beugen.
Das Bilderzeugungslicht 370 kommt aus der Linse 340 auf ähnliche Weise hervor, wie es in dem Bilderzeugungssystem 300 von 4 dargestellt wurde. Das Bilderzeugungslicht 370 in dem Bilderzeugungssystem 500 beugt sich jedoch leicht, um die Photodetektoren 470 auf dem Bilderzeugungsgerät 460 zu schneiden. Das Positionierungslicht 390 kommt aus der Linse 340 auf ähnliche Weise hervor, wie es bei dem Bilderzeugungssystem 300 von 4 dargestellt war. Das Positionierungslicht 390 von 5 beugt sich jedoch von der Linse 340 und wird direkt auf das zweidimensionale Array fokussiert, anstatt durch den Strahlteiler 350 reflektiert zu werden, der in 4 dargestellt ist.
Um das Bild der zweiten Positionierungsfläche 262 genau auf das zweidimensionale Array 422 zu fokussieren, kann es sein, dass leichte optische Einstellungen an dem Bilderzeugungssystem 500 durchgeführt werden müssen. Das Bilderzeugungssystem 500 von 5 hat einen Stufenkompensator 520, der auf der Oberseite 512 der Platte 510 angeordnet ist, der in Kombination mit den Abständen 560, 562 verwendet wird, um die zweite Positionierungsfläche 262 in das Sichtfeld des zweidimensionalen Arrays 422 zu platzieren. Die Hinzufügung des Stufenkompensators 520 und Variationen der Abstände 560, 562 können erforderlich sein, weil die Linse 340 typischerweise angepasst ist, um mit der ersten Wellenlänge von Licht 320 zu arbeiten, die die Wellenlänge ist, die verwendet wird, um den Abtastlinienabschnitt 366 abzubilden. Die zweite Wellenlänge von Licht 322, das verwendet wird, um die zweite Positionierungsfläche 262 abzubilden, kann die zweite Positionierungsfläche 262 aus der Schärfentiefe der Linse 340 bringen, falls die Photodetektoren 426 an dem gleichen Abstand von dem Substrat entfernt angeordnet waren wie die Photodetektoren 470. Folglich wird der Stufenkompensator 520 in Verbindung mit dem Abstand 560 verbunden verwendet, um die zweite Positionierungsfläche 262 in der Schärfentiefe der Photodetektoren 470 anzuordnen. Genauer gesagt, der Stufenkompensator wird verwendet, um sicherzustellen, dass das Bild der zweiten Positionierungsfläche 262 auf die Photodetektoren 470 fokussiert wird.
Das Erzeugen von Bilddaten und Positionsdaten mit dem Bilderzeugungssystem 500 wird auf die gleiche Weise durchgeführt, wie es mit dem Bilderzeugungssystem 300 von 4 beschrieben ist. Die Breite 240, 2, des Scanners 200, bleibt relativ klein, weil das Bilderzeugungsgerät 460 und das Positionierungssystem 420 auf dem Substrat 550, in nächster Nähe zueinander sind.
Das Bilderzeugungssystem 500 hat viele Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik. Der Abtastlinienabschnitt 366 und die zweite Positionierungsfläche 262 sind in nächster Nähe zueinander auf der Oberfläche 212 angeordnet. Beispielsweise können dieselben um nur 0,5 Millimeter getrennt sein. Somit kann mit Bezugnahme auf 2 die Breite 240 des Scanners 200 wesentlich reduziert werden im Vergleich zu herkömmlichen Scannern. Außerdem werden die Bilder des Abtastlinienabschnitts 366 und der zweiten Positionierungsfläche 262 durch die gleiche Linse 340 fokussiert, was die Optik reduziert, die durch den Scanner erforderlich ist.
Bei einigen Ausführungsbeispielen des Bilderzeugungssystems 500 können sich der Abtastlinienabschnitt 366 und die zweite Positionierungsfläche 262 an der Oberfläche 212 schneiden. In diesen Situationen können das Bilderzeugungslicht 370 und das Positionierungslicht 390 vor dem Schneiden der Photodetektoren 426, 470 gefiltert werden. Beispielsweise können die Photodetektoren 470 mit einer dichroitischen Beschichtung beschichtet sein, die wirkt, um Licht in der Wellenlänge des Bilderzeugungslichts 320 durchzulassen. Gleichartig dazu kann das zweidimensionale Array 422 von Photodetektoren 426 mit einer dichroitischen Beschichtung beschichtet sein, die wirkt, um Licht in der Wellenlänge des Positionierungslichts 322 durchzulassen. Die dichroitische Beschichtung kann auch auf die Photodetektoren 426, 470 in dem Bilderzeugungssystem 300, das in 4 dargestellt ist, aufgetragen werden.
Mehrere Ausführungsbeispiele sind anwendbar auf die Bilderzeugungssysteme und die Scanner, die die Bilderzeugungssysteme umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel wird nur ein einziger Positionierungsabschnitt verwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden Bilddaten nur von einer einzigen Fläche der Oberfläche, die abgetastet wird, gesammelt. Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass es kostengünstiger ist, die Positionierungsinformationen sind jedoch nicht so genau, insbesondere wenn der Scanner gedreht wird.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine einzige Wellenlänge von Licht verwendet, um den Abtastlinienabschnitt und die Positionierungsabschnitte des Objekts zu beleuchten. Bei dem Bilderzeugungssystem 300 von 4 kann der Strahlteiler 350 mit einem teilweise reflektierenden Spiegel ersetzt werden. Der Spiegel reflektiert einen Teil des Bilderzeugungslichts 370 und des Positionierungslichts 390 auf das Positionierungssystem 420. Falls der Spiegel nur die Länge des Positionierungssystems 420 ausdehnt, weist das Bilderzeugungsgerät 460 Flächen auf, die der Position des Spiegels entsprechen, die eine disproportional geringe Intensität von Licht empfangen. Dies ist ein Ergebnis davon, dass ein Teil des Lichts zu dem Positionierungssystem 420 reflektiert wird. Um dieses Problem zu überwinden, kann ein Prozessor die Bilddaten skalieren, um die tatsächliche Intensität von Licht, das von dem entsprechenden Abschnitt der Abtastlinie 366 reflektiert wird, ordnungsgemäß zu reflektieren.
Das Bilderzeugungssystem 300, 4, und das Bilderzeugungssystem 500, 5, wurden hierin so beschrieben, dass sie in einem tragbaren Abtastgerät verwendet werden. Es ist jedoch klar, dass dieselben in anderen Anwendungen verwendet werden können, wie z.B. um die Position von Papier in einer Faksimilemaschine zu bestimmen.

Claims

Eine Bilderzeugungsvorrichtung (300, 500), gekennzeichnet durch: ein lineares Bilderzeugungsgerät (460); eine optische Komponente (340, 350), die eine Brennachse (366) auf einem Objekt, das gescannt wird, definiert; und ein zweidimensionales Bilderzeugungsgerät (420); wobei ein erster Lichtweg (360, 370) sich zwischen der Brennachse (366) und dem linearen Bilderzeugungsgerät (460) erstreckt, wobei der erste Lichtweg (360, 370) die optische Komponente (340, 350) schneidet; ein zweiter Lichtweg (380, 390) sich zwischen einer Brennebene (262), die nahe zu der Brennachse (366) (420) angeordnet ist, und dem zweidimensionalen Bilderzeugungsgerät erstreckt, wobei der zweite Lichtweg (380, 390) die optische Komponente (340, 350) schneidet; und wobei ein Teil des ersten Lichtwegs (360, 370) einen Teil des zweiten Lichtwegs (380, 390) schneidet.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Brennachse (366) die Brennebene (262) schneidet.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale umfasst: eine Lichtquelle (310), die der Brennachse (366) und der Brennebene (262) wirksam zugeordnet ist; und einen dritten Lichtweg, der sich zwischen der Lichtquelle (310) und einer Stelle erstreckt, die die Brennachse (366) und die Brennebene (262) umfasst.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die optische Komponente (340) eine Linse ist; und bei der der erste Lichtweg (360, 370) und der zweite Lichtweg (380, 390) durch die Linse (340) verlaufen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der die Linse (340) ein Gradienten-Index-Linsenarray ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale umfasst: eine erste Lichtquelle (314), die angepasst ist, um ein erstes Frequenzband von Licht (320) zu emittieren; einen dritten Lichtweg, der sich zwischen der ersten Lichtquelle (314) und der Brennachse (366) erstreckt; eine zweite Lichtquelle (316), die angepasst ist, um ein zweites Frequenzband von Licht (322) zu emittieren; und einen vierten Lichtweg, der sich zwischen der zweiten Lichtquelle (316) und der Brennebene (262) erstreckt.
Ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes eines Objekts (200), das folgende Schritte umfasst: Beleuchten eines Achsenabschnitts (366) des Objekts (200); Beleuchten eines Flächenabschnitts (262) des Objekts (200), wobei der Flächenabschnitt (262) des Objekts (200) nahe zu dem Achsenabschnitt (366) des Objekts (200) angeordnet ist; Richten von Licht (360, 370), das von dem Achsenabschnitt (366) des Objekts (200) reflektiert wird, zu einem linearen Bilderzeugungsgerät (460) mit einer optischen Komponente (340, 350); Richten von Licht (380, 390), das von dem Flächenabschnitt (262) des Objekts (200) reflektiert wird, zu einem zweidimensionalen Bilderzeugungsgerät (420) mit der optischen Komponente (340, 350); Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem Objekt (200) und der optischen Komponente (340, 350); Erzeugen erster Bilddaten des Achsenabschnitts (366) des Objekts (200) mit dem linearen Bilderzeugungsgerät (460); Erzeugen zweiter Bilddaten des Flächenabschnitts (262) des Objekts (200) mit dem zweidimensionalen Bilderzeugungsgerät (420); Durchführen einer ersten Analyse an den zweiten Bilddaten, um Merkmalen des Objekts (200) zu identifizieren; und Durchführen einer zweiten Analyse an den zweiten Bilddaten, um die Stellen der Merkmale relativ zu dem zweidimensionalen Bilderzeugungsgerät (420) zu bestimmen, während sich das Objekt (200) relativ zu der optischen Komponente (340, 350) bewegt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 7: bei dem die erste optische Komponente (340) ein Beugungsgerät (340) ist; wobei das Richten von Licht (360, 370), das von dem Achsenabschnitt (366) des Objekts (200) reflektiert wird, Beugen von Licht (360, 370), das von dem Achsenabschnitt (366) des Objekts (200) reflektiert wird, zu einem linearen Bilderzeugungsgerät (460) mit dem Beugungsgerät (340) umfasst; und wobei das Richten von Licht (380, 390), das von dem Flächenabschnitt (262) des Objekts (200) reflektiert wird, Beugen von Licht (380, 390), das von dem Flächenabschnitt (262) des Objekts (200) reflektiert wird, zu einem zweidimensionalen Bilderzeugungsgerät (420) mit dem Beugungsgerät (340) umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Beleuchten eines Achsenabschnitts (366) das Beleuchten eines Achsenabschnitts (366) des Objekts (200) mit einem ersten Frequenzband von Licht (320) umfasst; und wobei das Beleuchten eines Flächenabschnitts (262) des Objekts (200) das Beleuchten eines Flächenabschnitts (262) des Objekts (200) mit einem zweiten Frequenzband von Licht (322) umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem das Beleuchten eines Flächenabschnitts (262) des Objekts (200) das Beleuchten eines Flächenabschnitts (262) des Objekts (200) mit einem zweiten Frequenzband von Licht (322) umfasst, wobei der Flächenabschnitt (262) des Objekts (200) durch den Achsenabschnitt (366) des Objekts (200) geschnitten wird.