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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Positionserfassungsvorrichtungen
und -verfahren und insbesondere auf eine Positionserfassungsvorrichtung
und ein -verfahren, die in eine optische Abtastvorrichtung eingegliedert
sind, zum Bestimmen der Position der optischen Abtastvorrichtung
relativ zu einer glatten Oberfläche.
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Hintergrund
der Erfindung
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Handabtastvorrichtungen
sind tragbare Bilderfassungsvorrichtungen, die maschinenlesbare Bilddaten
(die hier einfach als „Bilddaten" bezeichnet werden
können),
die ein Bild eines Objekts darstellen, erzeugen. Das Erzeugen von
Bilddaten, die ein Bild eines Objekts darstellen, wird bisweilen
als „Abbilden" oder „Abtasten" des Objekts bezeichnet.
Einige Abtastvorrichtungen erzeugen Bilddaten, die einen schmalen „Abtastlinien"-Abschnitt des Objekts, das
abgebildet wird, darstellen. Während
des Bilderfassungsprozesses wird die Abtastvorrichtung relativ zu
dem Objekt, das abgebildet wird, bewegt. Wenn die Abtastvorrichtung
relativ zu dem Objekt bewegt wird, erzeugt die Abtastvorrichtung
Bilddaten, die eine Mehrzahl von sequentiellen Abtastlinienabschnitten
des Bildes des Objekts darstellen. Das Bild des Objekts wird dementsprechend
durch Bilddaten der Anhäufung
von sequentiellen Abtastlinienabschnitten dargestellt, ähnlich dem
Bild des Objekts, das durch eine herkömmliche Videoanzeige dargestellt
wird.
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Beispiele
für Handabtastvorrichtungen
sind in den folgenden U.S.-Patenten und Patentanmeldungen beschrieben:
5,552,597 von McConica für HAND-HELD
SCANNER HAVING ADJUSTABLE LIGHT PATH; 5,646,394 von Steinle für IMAGING DEVICE
WITH BEAM STEERING CAPABILITY; 5,646,402 von Khovaylo u. a. für EXPANDABLE HAND-HELD
SCANNING DEVICE; 5,723,859 von Kerschner u. a. für LINE CONTACT HAND-HELD SCANNING
DEVICE AND METHOD HAVING A LIGHT PATH SUBSTANTIALLY PERPENDICULAR TO
THE ORIENTATION OF THE OBJECT AT A LINE PORTION; Serien-Nr. 09/120,641
von Sims u. a. für HAND-HELD
SCANNING DEVICE, eingereicht am 29. Juli 1998; und Serien-Nr. 09/120,637
von Sims u. a. für
HAND-HELD SCANNING DEVICE, eingereicht am 30. Juli 1998.
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Bei
einigen Abtastvorrichtungen wird das Bild des Abtastlinienabschnitts
des Objekts auf ein lineares Array von Photodetektorelementen fokussiert,
die hier bisweilen einfach als Photodetektoren bezeichnet werden.
Die Photodetektoren können
z. B. an einer Mehrzahl von linear angeordneten elektronischen Segmenten,
wie z. B. „Kontaktbildsensoren", wie dieselben in
der Technik bekannt sind, befestigt sein. Die Photodetektoren können auch
in einen einzelnen Halbleiter eingeätzt sein, wie es bei einer
ladungsgekoppelten Vorrichtung üblich
ist. Die einzelnen Photodetektoren erzeugen Bilddaten, die diskrete
Abschnitte des Bildes des Abtastlinienabschnitts des Objekts darstellen.
Bei den Bilddaten kann es sich z. B. um Spannungen handeln, wobei eine
relativ hohe Spannung eine relativ hohe Intensität von Licht, das durch einen
Photodetektor empfangen wird, darstellt, und eine relativ niedrige
Spannung eine relativ niedrige Lichtintensität, die durch einen Photodetektor
empfangen wird, darstellt.
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Die
Bilddaten, die durch die Photodetektoren erzeugt werden, werden
an einen Prozessor übertragen.
Eine der Funktionen des Prozessors besteht darin, eine Datenbank
oder eine ähnliche
elektronische Struktur zu erzeugen, die die Positionen der Abtastlinien
relativ zu den Positionen an dem Objekt anzeigt, von wo die Abtastlinien
erzeugt wurden. Alternativ dazu kann die Datenbank die Orte 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. Zum Beispiel
kann bei der Situation, bei der die Abtastvorrichtung Bilddaten
erzeugt, die ein zweidimensionales Objekt, wie z. B. Text, der auf
ein Blatt Papier gedruckt ist, darstellen, die Handabtastvorrichtung
in einer beliebigen Richtung auf dem Papier bewegt werden. Dementsprechend
können
die Abtastlinienabschnitte von praktisch jedem beliebigen Ort auf
dem Papier erzeugt werden, was bewirkt, dass die Bilddaten, die
das Bild des Objekts darstellen, aus einer Mehrzahl von Abtastlinienabschnitten
bestehen, die über
die Oberfläche
des Papiers versetzt sein können.
Um das Bild des Objekts genau zu reproduzieren, verwendet die Handabtastvorrichtung
die Daten, die in der Datenbank gespeichert sind, um die ordnungsgemäße Platzierung
der Abtastlinienabschnitte des Bildtextes, der auf das Papier gedruckt
ist, zu bestimmen. Der Prozessor kann dann ein elektronisches Bild
des Texts, der auf das Papier gedruckt ist, durch bekannte Verarbeitungstechniken,
wie z. B. Zusammensetzungssoftware, erzeugen.
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Ein
Problem, das Bild des Objekts zu reproduzieren, tritt auf, wenn
die Geschwindigkeit, Position oder Bewegungsrichtung der Abtastvorrichtung relativ
zu dem Objekt während
des Abtastprozesses unbekannt wird. Falls die Abtastvorrichtung
z. B. 1.000 Abtastlinienabschnitte des Bildes des Objekts pro Sekunde
abbildet und die Abtastvorrichtung sich entlang einer einzigen Achse
mit einer konstanten Geschwindigkeit von einem Zoll pro Sekunde
relativ zu dem Objekt bewegt, stellt jede Abtastlinie ein Eintausendstel
eines Zolls des Bildes des Objekts dar. Falls die korrekte Geschwindigkeit
und somit Position der Abtastvorrichtung relativ zu dem Objekt an
den Prozessor übermittelt
worden ist, erzeugt der Prozessor eine Datenbank, die anzeigt, dass
jede Abtastlinie ein Eintausendstel eines Zolls des Bildes des Objekts
darstellt. Alternativ dazu zeigt der Prozessor an, dass jede Abtastlinie
sich ein Eintausendstel eines Zolls von einer benachbarten Abtastlinie
entfernt befindet. 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 der
Abtastvorrichtung relativ zu dem Objekt verringert wird und die
verringerte Geschwindigkeit nicht an den Prozessor übermittelt
wird, fährt
der Prozessor fort, die Bilddaten zu verarbeiten, als ob jede Abtastlinie
ein Eintausendstel eines Zolls des Objekts darstellt. Jede Abtastlinie
stellt jedoch weniger als ein Eintausendstel eines Zolls des Objekts
dar. Dementsprechend wird das reproduzierte Bild des Objekts komprimiert.
Falls andererseits die Geschwindigkeit der Abtastvorrichtung relativ
zu dem Objekt erhöht
wird und die erhöhte
Geschwindigkeit nicht an den Prozessor übermittelt wird, wird das reproduzierte
Bild des Objekts ausgedehnt.
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Ein
genaues Reproduzieren eines Bildes eines Objekts, wenn entweder
die Geschwindigkeit oder die Position der Abtastvorrichtung relativ
zu dem Objekt unbekannt wird, ist nicht möglich. Falls die Position oder
Geschwindigkeit nicht bekannt ist, weiß der Prozessor nicht, wo die
Abtastvorrichtung relativ zu dem Objekt angeordnet ist, wenn die
Abtastlinien erzeugt werden. Dementsprechend ist der Prozessor nicht
in der Lage, die Abtastlinienabschnitte relativ zueinander ordnungsgemäß zu platzieren,
um das Bild des Objekts zu reproduzieren. Dieses Problem wird bei
Handabtastvorrichtungen verschlimmert, bei denen die Abtastlinien
von überall
auf dem Objekt erzeugt werden können
und oft über
die Oberfläche des
Objekts versetzt sind.
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Um
diese Probleme zu lösen,
verwenden Abtastvorrichtungen Positionssensoren, um die Position der
Abtastvorrichtung relativ zu dem Objekt zu erfassen. Die Positionssensoren
geben Positionsinformationen aus, die sich auf die Position der
Abtastvorrichtung relativ zu dem Objekt beziehen, wenn die Abtastlinienabschnitte
des Bildes des Objekts erzeugt werden. Diese Positionsinformationen
werden an den Prozessor übermittelt,
wo dieselben in die im Vorhergehenden beschriebene Datenbank eingegliedert
werden, die zur Positionserfassung verwendet wird.
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Einige
Abtastvorrichtungen weisen einen optischen Sensor auf, der an der
Abtastvorrichtung befestigt ist, um die Position der Abtastvorrichtung
relativ zu dem Objekt, das abgebildet wird, zu bestimmen. Der optische
Sensor erzeugt periodisch Bilddaten, die einen kleinen zweidimensionalen
Bereich des Objekts, das abgebildet wird, darstellen. Ein Prozessor
empfängt
diese Bilddaten und identifiziert klare Merkmale bei dem Bild des
Objekts. Bei dem Beispiel, bei dem das Objekt Text ist, der auf
ein Blatt Papier gedruckt ist, kann es sich bei den klaren Merkmalen
um inhärente
Unregelmäßigkeiten
in der Oberfläche
des Papiers handeln. Die Positionen dieser klaren Merkmale relativ
zu dem optischen Sensor werden in einer Speichervorrichtung gespeichert. Wenn
die Abtastvorrichtung relativ zu dem Objekt bewegt wird, bewegen
sich die Positionen dieser klaren Merkmale relativ zu dem optischen
Sensor. Der Prozessor vergleicht die neuen Positionen dieser klaren 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 der Abtastvorrichtung,
an der der optische Sensor befestigt ist, relativ zu dem Objekt
zu bestimmen. Dementsprechend ist der Prozessor in der Lage, die
im Vorhergehenden beschriebene Datenbank zu erzeugen, da die Orte
der Abtastlinienabschnitte des Bildes des Objekts relativ zueinander
ohne weiteres bestimmt werden können.
Es sei darauf hingewiesen, dass einige Abtastvorrichtungen eine
Mehrzahl von optischen Sensoren verwenden, um die Position des optischen
Sensors relativ zu dem Objekt, das abgebildet wird, besser zu bestimmen.
Beispiele für
Bilderfassungsbereichabschnitte einer Oberfläche, um die Position einer
optischen Abtastvorrichtung relativ zu der Oberfläche zu bestimmen,
sind des weiteren in den folgenden U.S.-Patenten beschrieben:
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.
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Die
Bilder einiger Oberflächen
weisen jedoch keine klaren Merkmale auf, die zu Zwecken des Bestimmens
der Positionen der Abtastvorrichtung relativ zu den Oberflächen abgebildet
werden können. Zum
Beispiel liegen in dem Fall, bei dem die Oberfläche des Objekts, das abgebildet
wird, glatt oder glänzend
ist, wie z. B. bei einigen Fotografien und Zeitschriftentitelblättern, normalerweise
nicht genug geeignete klare Merkmale bei dem Bild der Oberfläche vor,
um die im Vorhergehenden beschriebene Positionserfassung zu erreichen.
Dementsprechend ist der Prozessor nicht in der Lage, die Position
der Abtastvorrichtung relativ zu der Oberfläche, die abgebildet wird, zu
bestimmen. Somit ist der Prozessor nicht in der Lage, die Orte zu
bestimmen, von denen die Abtastlinienabschnitte abgebildet werden.
Dies führt
dazu, dass die Abtastvorrichtung nicht in der Lage ist, Bilddaten
zu erzeugen, die diese glatten oder glänzenden Oberflächen darstellen.
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Die
US-A-4,797,544 bezieht sich auf eine optische Abtastvorrichtung,
an der ein Satz von Sensoren angeordnet ist, die angepasst sind,
um Ortshinweise zu erfassen, die entweder auf einer transparenten
Schicht oder einer mechanischen Beschränkung platziert sind. Die Sensoren
sind unterschiedlich von den Hinweisen beabstandet, weshalb dieselben
eine Bewegung mit einer sehr feinen Auflösung anzeigen. Die Hinweise
sind auf einem Transparentmedium gedruckt.
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Die
US-A-4,984,287 bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausrichten einer
optischen Doppelmausabtastvorrichtung auf einem orthogonalen Gittermuster.
Das Gittermuster wird auf einem Transparentmedium gedruckt, gefärbt oder
gebildet, und die Linien, die das Gittermuster bilden, sind bevorzugt aus
einem Material gebildet, das für
sichtbares Licht durchlässig
ist, jedoch für
Ultraviolett- oder Infrarotlicht nicht durchlässig ist.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen
zu liefern, die in der Lage sind, die Position eines Bilderfassungssystems
relativ zu einem Objekt, das eine glatte oder glänzende Oberfläche aufweist,
auf eine höchst
zuverlässige
Weise genau zu bestimmen.
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Diese
Aufgabe wird durch Verfahren gemäß Anspruch
1 und 3 und durch ein System gemäß Anspruch
10 gelöst.
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Ein
Verfahren und ein System zum Bestimmen der Position eines ersten
Objekts relativ zu einem zweiten Objekt sind hier offenbart. Das
Verfahren kann ein Bereitstellen eines Blattes aufweisen, wobei
das Blatt eine erste Oberfläche,
die mit Konturen versehen ist, und eine zweite Oberfläche aufweist,
die mit Konturen versehen sein kann oder nicht. Die zweite Oberfläche des
Blattes kann benachbart zu einer Oberfläche des zweiten Objekts platziert
werden, um im Wesentlichen mit der Oberfläche des zweiten Objekts konform
zu sein. Das Verfahren kann ferner ein Bereitstellen eines Bilderfassungssystems
aufweisen, das dem ersten Objekt fest zugeordnet ist. Das Bilderfassungssystem
kann benachbart zu der ersten Oberfläche des Blattes platziert werden
und kann zusammen mit dem ersten Objekt relativ zu der ersten Oberfläche des
Blattes bewegt werden. Das Bilderfassungssystem bildet planare Abschnitte
der ersten Oberfläche
des Blattes ab und identifiziert klare Merkmale auf der ersten Oberfläche und
identifiziert außerdem
die Orte der Bilder der klaren Merkmale relativ zu dem Bilderfassungssystem.
Wenn das erste Objekt und das Bilderfassungssystem relativ zu der
ersten Oberfläche
des Blattes bewegt werden, bewegen sich die Bilder der klaren Merkmale
dementsprechend relativ zu dem Bilderfassungssystem. Das Bilderfassungssystem misst
die Menge und Richtung der relativen Bewegung zwischen dem Bilderfassungssystem
und den Bildern der klaren Merkmale. Die relative Bewegung zwischen
dem ersten Objekt und dem zweiten Objekt wird dann ohne weiteres
bestimmt, was wiederum die Position des ersten Objekts relativ zu
dem zweiten Objekt ergibt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist
eine perspektivische Draufsicht einer optischen Abtastvorrichtung,
die eine Oberfläche eines
glatten Objekts abbildet.
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2 ist
eine perspektivische Unteransicht der optischen Abtastvorrichtung
von 1.
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3 ist
eine schematische Darstellung einer gedruckten Schaltungsplatine,
die in die optische Abtastvorrichtung von Anspruch 1 eingegliedert
ist.
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4 ist
eine Seitenschnittansicht der optischen Abtastvorrichtung, die die
Oberfläche
des Objekts von 1 abbildet.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die 1 bis 4 veranschaulichen
allgemein ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines ersten
Objekts 100 relativ zu einem zweiten Objekt 170,
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen
eines Bilderfassungssystems 144, das dem ersten Objekt 100 wirksam
zugeordnet ist; Bereitstellen eines Blattes 200, das eine
erste Oberfläche 210 und
eine zweite Oberfläche 212 aufweist, wobei
das Blatt 200 zumindest ein optisch erfassbares Merkmal 218 umfasst;
Positionieren des Blattes 200 benachbart zu dem zweiten
Objekt 170; Bewirken einer relativen Bewegung zwischen
dem ersten Objekt 100 und dem Blatt 200; Erzeugen
von Bilddaten mit dem Bilderfassungssystem 144, die aufeinanderfolgende
Abschnitte 130 der ersten Oberfläche 210 des Blattes
darstellen, wenn das erste Objekt 100 relativ zu der ersten
Oberfläche 210 des
Blattes bewegt wird; Durchführen
einer Analyse bei den Bilddaten, um die Position des ersten Objekts 100 relativ zu
dem zweiten Objekt 170 zu bestimmen.
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Die 1 bis 4 veranschaulichen
auch allgemein ein Verfahren zum Erzeugen von Bilddaten, die ein
Bild eines Objekts 170 darstellen, das folgende Schritte
aufweist: Bereitstellen eines ersten Bilderfassungssystems 150;
Bereitstellen eines zweiten Bilderfassungssystems 154,
wobei das zweite Bilderfassungssystem 154 dem ersten Bilderfassungssystem 150 fest
zugeordnet ist; Bereitstellen eines Blattes 200, das eine
erste Oberfläche 210 und eine
zweite Oberfläche 212 aufweist,
wobei das Blatt 200 zumindest ein optisch erfassbares Merkmal 218 umfasst;
Positionieren der zweiten Oberfläche 212 des
Blattes benachbart zu dem Objekt 170; Positionieren des
ersten Bilderfassungssystems 150 und des zweiten Bilderfassungssystems 154 benachbart zu
der ersten Oberfläche 210 des
Blattes; Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem ersten Bilderfassungssystem 150 und
der ersten Oberfläche 210 des
Blattes; Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem zweiten
Bilderfassungssystem 154 und der ersten Oberfläche 210 des
Blattes, die proportional zu der relativen Bewegung zwischen dem ersten
Bilderfassungssystem 150 und der ersten Oberfläche 210 des
Blattes ist; Erzeugen von Bilddaten, die das Objekt 170 darstellen,
mit dem ersten Bilderfassungssystem 150; Erzeugen von Bilddaten, die
das zumindest eine optisch erfassbare Merkmal 218 darstellen,
mit dem zweiten Bilderfassungssystem 154; Durchführen einer
Analyse bei den Bilddaten, die durch das zweite Bilderfassungssystem 154 erzeugt
werden, um die Position des ersten Bilderfassungssystems 150 relativ
zu dem Objekt 170 zu bestimmen.
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Die 1 bis 4 veranschaulichen
auch allgemein ein Bilderfassungssystem, das folgende Merkmale aufweist:
eine optische Bilderfassungsvorrichtung 100, die ein erstes
Bilderfassungssystem 150 und ein zweites Bilderfassungssystem 154 aufweist;
ein Blatt 200, das eine erste Oberfläche 210 und eine zweite
Oberfläche 212 aufweist;
wobei das Blatt 200 zumindest ein optisch erfassbares Merkmal 218 umfasst;
wobei das erste Bilderfassungssystem 150 zum Erzeugen von
Bilddaten dient, die ein Bild eines Objekts 170 darstellen,
und das zweite Bilderfassungssystem 154 zum Erzeugen von
Bilddaten dient, die Bereichsabschnitte 130 des Blattes 200 darstellen,
um die Position der optischen Bilderfassungsvorrichtung 100 relativ
zu dem Blatt 200 zu bestimmen; und wobei das erste Bilderfassungssystem 150 im
Wesentlichen blind gegenüber
dem Blatt 200 ist; wobei das zweite Bilderfassungssystem 154 nicht im
Wesentlichen blind gegenüber
dem Blatt 200 ist.
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Nachdem
das Verfahren zum Bestimmen der Position eines ersten Objekts relativ
zu einem zweiten Objekt allgemein beschrieben worden ist und die Abtastvorrichtung 100 allgemein
beschrieben worden ist, werden dieselben nun genauer beschrieben. Unter
Bezugnahme auf 1 konzentriert sich die folgende
Beschreibung auf einen nicht einschränkenden Bildprozess unter Verwendung
der Abtastvorrichtung 100, um eine Oberfläche 172 eines
Materials 170 abzubilden. Das Verfahren zum Bestimmen der Position
eines ersten Objekts relativ zu einem zweiten Objekt ist innerhalb
des Bilderfassungsprozesses beschrieben, wobei das erste Objekt
die Abtastvorrichtung 100 ist, und das zweite Objekt das
Material 170 ist. Die folgende Beschreibung fasst den Abtastprozess
zusammen und wird von einer genaueren Beschreibung des Abtastprozesses
gefolgt, der ein Blatt 200 umfasst.
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Die
Abtastvorrichtung 100 ist in 1 so veranschaulicht,
dass dieselbe maschinenlesbare Bilddaten erzeugt, die bisweilen
einfach als Bilddaten bezeichnet werden, die ein Bild 174,
das auf der Oberfläche 172 des
Materials 170 gedruckt ist, darstellen. Der Prozess des
Erzeugens von Bilddaten, die ein Objekt darstellen, wird hier bisweilen als
Abbilden oder Abtasten des Objekts bezeichnet. Es sei darauf hingewiesen,
dass der Prozess des Abbildens des Bildes 174 inhärent ein
Abbilden der Oberfläche 172 umfasst.
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Die
Abtastvorrichtung 100 kann zusammenfassend Bilddaten erzeugen,
die einen Abtastlinienabschnitt 110 der Oberfläche 172 des
Materials 170 darstellen. Der Abtastlinienabschnitt 110 ist
in 1 so dargestellt, dass sich derselbe auf einer
Referenzlinie AA auf der Oberfläche 172 befindet.
Die Position des Abtastlinienabschnitts 110 ist relativ
zu der Abtastvorrichtung 100 fest, so dass sich, wenn sich
die Abtastvorrichtung 100 relativ zu der Oberfläche 172 bewegt,
die Position des Abtastlinienabschnitts 110 dementsprechend
relativ zu der Oberfläche 172 bewegt.
Um Bilddaten zu erzeugen, die einen größeren Abschnitt der Oberfläche 172 als
den Abtastlinienabschnitt 110 darstellen, kann die Abtastvorrichtung 100 entlang
einem Weg 112 bewegt werden, während die Abtastvorrichtung 100 Bilddaten
erzeugt, die aufeinanderfolgende Abtastlinienabschnitte 110 der Oberfläche 172 darstellen.
Die Bilddaten, die die Oberfläche 172 darstellen,
sind somit in der Form einer Mehrzahl von Abtastlinienabschnitten 110,
die über
die Oberfläche 172 versetzt
sind.
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Neben
dem Erzeugen von Bilddaten, die den Abtastlinienabschnitt 110 darstellen,
kann die Abtastvorrichtung 100 Bilddaten erzeugen, die
einen ersten Navigationsabschnitt 130 und einen zweiten
Navigationsabschnitt 132 darstellen. Bei einem herkömmlichen
Abtastprozess sind der erste Navigationsabschnitt 130 und
der zweite Navigationsabschnitt 132 planare Abschnitte
der Oberfläche 172,
die verwendet werden, um die Position der Abtastvorrichtung 100 relativ
zu dem Material 170 zu bestimmen. Die Abtastvorrichtung 100 ist
in der Lage, kleine klare Merkmale in den Bildern des ersten Navigationsabschnitts 130 und
des zweiten Navigationsabschnitts 132 zu erfassen. Zum
Beispiel hat bei der Situation, bei der das Material 170 aus
Zellstoffmaterial, z. B. Papier, hergestellt ist, die Oberfläche 172 normalerweise
klare Merkmale in der Form von Konturen, die durch das Zellstoffmaterial
verursacht werden. Die Abtastvorrichtung 100 erfasst die
Orte dieser klaren Merkmale relativ zu der Abtastvorrichtung 100 und zeichnet
dieselben auf. Wenn sich die Abtastvorrichtung 100 relativ
zu der Oberfläche 172 bewegt,
bewegen sich die Orte der klaren Merkmale relativ zu der Abtastvorrichtung 100.
Die Abtastvorrichtung 100 kann dann ihre Bewegungsgeschwindigkeit
und ihren Ort relativ zu der Oberfläche 172 durch ein
Analysieren der Bewegung der klaren Merkmale relativ zu der Abtastvorrichtung 100 bestimmen.
Beispiele für
ein Abbilden von Bereichsabschnitten einer Oberfläche, um
die Position einer optischen Abtastvorrichtung relativ zu der Oberfläche zu bestimmen,
sind ferner in den folgenden U.S.-Patenten beschrieben: 5,644,139
von Allen u. a. und 5,578,813 von Allen u. a.
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Die
Abtastvorrichtung 100 verwendet die Bilddaten, die den
ersten Navigationsabschnitt 130 und den zweiten Navigationsabschnitt 132 darstellen,
um die Position des Abtastlinienabschnitts 110 relativ
zu der Oberfläche 172 zu
bestimmen, während Bilddaten
erzeugt werden. Die Abtastvorrichtung 100 kann dann die
Bilddaten, die die Abtastlinienabschnitte 110 darstellen,
mit Positionsinformationen, die die Orte der Abtastlinienabschnitte 110 relativ
zueinander identifizieren können,
elektronisch etikettieren. Die Abtastvorrichtung 100 verwendet
die Positionsinformationen, um die Bilddaten, die die Abtastlinienabschnitte
darstellen, relativ zueinander ordnungsgemäß zu platzieren, um das Bild
der Oberfläche 172 auf
eine herkömmliche
Weise zu reproduzieren.
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Wenn
die Abtastvorrichtung 100 mit herkömmlichen Abtastverfahren wirksam
ist und eine glatte oder glänzende
Oberfläche
abbildet, ist die Abtastvorrichtung 100 normalerweise nicht
in der Lage, die Bilder der im Vorhergehenden beschriebenen klaren
Merkmale in der Oberfläche
zu erfassen.
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Dies
liegt an einem Mangel an abbildbaren klaren Merkmalen, die sich
auf der glatten oder glänzenden
Oberfläche
befinden. Die Unfähigkeit
der Abtastvorrichtung 100, klare Merkmale abzubilden, führt dazu,
dass die Abtastvorrichtung 100 nicht in der Lage ist, ihre
Geschwindigkeit oder Position relativ zu der glatten oder glänzenden
Oberfläche
zu bestimmen. Falls dementsprechend Bilddaten, die eine Mehrzahl
von Abtastlinienabschnitten der Oberfläche 172 darstellen,
erzeugt werden, können
die Bilddaten nicht ordnungsgemäß verarbeitet
werden, um das Bild der Oberfläche 172 zu
reproduzieren.
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Das
hier offenbarte Verfahren zum Abtasten löst die im Vorhergehenden beschriebenen
Probleme, die dem Abbilden einer glatten oder glänzenden Oberfläche zugeordnet
sind, durch die Verwendung eines transparenten Blattes 200.
Das Verfahren kann ein Bereitstellen des Blattes 200 aufweisen,
wobei das Blatt 200 eine obere Oberfläche 210 und eine untere
Oberfläche 212 aufweisen
kann, und wobei die obere Oberfläche 210 optisch
erfassbare Merkmale aufweisen kann, die daran angeordnet sind. Die
optisch erfassbaren Merkmale, die hier gezeigt sind, sind Konturen 218,
die an der oberen Oberfläche 210 angeordnet
sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die optisch erfassbaren
Merkmale alternativ dazu an der unteren Oberfläche 212, sowohl an
der unteren Oberfläche 212 als
auch der oberen Oberfläche 210 oder
innerhalb des Blattes 200 zwischen der unteren und der
oberen Oberfläche 210, 212 angeordnet
sein können.
Die Konturen 218 sind klare Merkmale, die durch die Abtastvorrichtung 100 über den
ersten Navigationsabschnitt 130 und den zweiten Navigationsabschnitt 132 abgebildet
werden können.
Die Konturen 218 können
an der oberen Oberfläche 210 gebildet
sein, um ein Druckmaterial, wie z. B. Tinte, zu halten. Alternativ
dazu kann es sich bei den Konturen 218 um Hügel oder
dergleichen handeln, die z. B. in die obere Oberfläche 210 geprägt sein
können.
Die Hügel
oder Konturen 218 können aus
den Bilddaten, die den Abtastlinienabschnitt 110 darstellen,
elektronisch entfernt werden, nachdem das Abbilden abgeschlossen
ist. Das Blatt 200 kann sichtbares Licht durchlassen und
kann somit das Bild 174, das auf der Oberfläche 172 gedruckt
ist, mit minimaler Verzerrung des Bildes 174 durchlassen.
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Das
Verfahren kann ferner ein Platzieren der unteren Oberfläche 212 des
Blattes 200 benachbart zu der Oberfläche 172 des Materials 170,
das abgebildet wird, aufweisen. Das Blatt 200 kann in einer festen
Position platziert werden, so dass sich dasselbe nicht während des
Abtastprozesses relativ zu der Oberfläche 172 des Materials 170 bewegt.
Außerdem
kann das Verfahren ein Platzieren der Abtastvorrichtung 100 benachbart
zu der oberen Oberfläche 210 des
Blattes 200 und ein Bewirken einer relativen Bewegung zwischen
der Abtastvorrichtung 100 und dem Material 170 aufweisen.
Diese relative Bewegung zwischen der Abtastvorrichtung 100 und dem
Material 170 ist die gleiche relative Bewegung wie zwischen
der Abtastvorrichtung 100 und dem Blatt 200. Während des
Abtastprozesses kann die Abtastvorrichtung 100 dem Weg 112 oder
einem ähnlichen
Weg auf dem Blatt 200 auf eine herkömmliche Weise folgen. Dementsprechend
erzeugt die Abtastvorrichtung 100 Bilddaten, die eine Mehrzahl
von Abtastlinienabschnitten 110 der Oberfläche 172 des Materials 170 darstellen.
Diese Abtastlinienabschnitte 110 umfassen das Bild 174,
das auf der Oberfläche 172 des
Materials 170 gedruckt ist. Um die Bilddaten zu verarbeiten,
um das Bild 174, das auf der Oberfläche 172 gedruckt ist,
zu reproduzieren, muss die Abtastvorrichtung 100 bestimmen,
von wo auf der Oberfläche 172 die
Abtastlinienabschnitte 110 erzeugt wurden. Dementsprechend
muss die Abtastvorrichtung 100 in der Lage sein, ihre Position
relativ zu der Oberfläche 172 des
Materials 170 zu bestimmen, wenn dieselbe Bilddaten erzeugt.
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Ein
Bestimmen der Position der Abtastvorrichtung 100 relativ
zu der Oberfläche 172 wird
durch ein Abbilden des ersten Navigationsabschnitts 130 und
des zweiten Navigationsabschnitts 132 erreicht. Bei dem
hier offenbarten Ab tastverfahren sind der erste Navigationsabschnitt 130 und
der zweite Navigationsabschnitt 132 planare Abschnitte
der oberen Oberfläche 210 des
Blattes 200. Wie es im Vorhergehenden beschrieben ist,
befindet sich das Blatt 200 in einer festen Position relativ
zu dem Material 170. Somit bildet die Abtastvorrichtung 100 die
klaren Merkmale auf der oberen Oberfläche 210 des Blattes 200 auf
die gleiche Weise ab, wie dieselbe es gemacht hätte, wenn die klaren Merkmale
auf der Oberfläche 172 des
Materials 170 angeordnet gewesen wären. Die Bilddaten, die den
ersten Navigationsabschnitt 130 und den zweiten Navigationsabschnitt 132 darstellen,
werden auf eine herkömmliche
Weise verarbeitet, um die Position der Abtastvorrichtung 100 relativ
zu dem transparenten Blatt 200 zu bestimmen. Diese Positionsinformationen
werden verwendet, um die Bilddaten, die den Abtastlinienabschnitt 110 darstellen,
zu verarbeiten und das Bild der Oberfläche 172 auf eine herkömmliche
Weise zu reproduzieren, wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde.
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Nachdem
das Verfahren des Abbildens und die Abtastvorrichtung 100 zusammenfassend
beschrieben worden sind, werden dieselben nun genauer beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf 1 kann es sich bei der Abtastvorrichtung 100,
die hier beschrieben ist, um eine herkömmliche optische Handabtastvorrichtung
handeln, die Bilddaten erzeugt, die ein Bild eines Objekts darstellen.
Beispiele für
ein Erzeugen von Bilddaten mit optischen Handabtastvorrichtungen
sind in den folgenden U.S.-Patenten und Patentanmeldungen offenbart,
auf die alle im Vorhergehenden bereits verwiesen wurde: 5,552,597
von McConica; 5,646,394 von Steinle; 5,646,402 von Khovaylo u. a.;
5,723,859 von Kerschner u. a.; Serien-Nr. 09/120,641 von Sims u.
a.; und Serien-Nr. 09/120,637 von Sims u. a.
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Die
hier beschriebene Abtastvorrichtung 100 wird so beschrieben,
dass dieselbe Bilddaten erzeugt, die das Bild 174 darstellen,
das auf der Oberfläche 172 eines
Materials 170 gedruckt ist. Die Oberfläche 172 des Materials 170 kann
glatt oder glänzend
sein, und es kann sein, dass dieselbe keine klaren optischen Merkmale
liefert, wie z. B. die klaren optischen Merkmale, die durch Zellstoffmaterial
geliefert werden, das bei der Herstellung eines Blatts Papier verwendet
wird. Das Material 170 kann z. B. ein Blatt photographisches
Papier sein, und das Bild 174 kann eine Photographie sein,
die darauf gedruckt ist. Alternativ dazu kann es sich bei der Oberfläche 172 um
Glanzpapier handeln, und bei dem Bild 174 kann es sich
um Text handeln, der darauf gedruckt ist. Es sei darauf hingewiesen,
dass der Prozess des Abbildens des Bildes 174 inhärent ein
Abbilden der Oberfläche 172 umfasst.
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Das
Blatt 200 kann benachbart zu der Oberfläche 172 des Materials 170 fest
positioniert werden, um vorübergehend
an dem Material 170 befestigt zu sein. Zum Beispiel kann
das Blatt 200 durch Reibungskräfte oder Haftmittel, z. B.
Klebeband, an dem Material 170 befestigt werden. Das Blatt 200 kann eine
obere Oberfläche 210 und
eine untere Oberfläche 212 aufweisen,
wobei die untere Oberfläche 212 benachbart
zu der Oberfläche 172 des
Materials 170 positioniert sein kann. Die obere Oberfläche 210 des Blatts 200 kann
Konturen 218 aufweisen, die sich darauf befinden. Bei den
Konturen 218 kann es sich um Unregelmäßigkeiten in der oberen Oberfläche 210 handeln,
die Unregelmäßigkeiten ähnlich sind, die
durch Zellstoffmaterial in der Oberfläche eines Blatts Papier hervorgerufen
werden.
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Das
Blatt 200 kann im Wesentlichen für sichtbares Licht durchlässig sein,
und die obere Oberfläche 210 kann
im Wesentlichen Infrarotlicht reflektieren. Somit kann Licht, das
die Oberfläche 172 einschließlich des
Bildes 174 darstellt, durch das Blatt 200 hindurchgehen,
und Infrarotlicht, das die Konturen 218 darstellt, kann
von der oberen Oberfläche 210 des
Blattes 200 reflektiert werden. Bei dem Blatt 200 kann
es sich z. B. um ein Transparentmedium handeln, das im Handel von
Apollo Company aus Ronkonkoma, New York, entweder als Modell Nummer
PP100C oder CG7060 erhältlich
ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Dicken des Materials 170 und
des Blattes 200 zusammen mit der Größe der Konturen 218,
die in den 1 und 4 dargestellt sind,
zu Veranschaulichungszwecken in hohem Maße vergrößert worden sind.
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Unter
Bezugnahme auf 2 kann die Abtastvorrichtung 100 ein
Gehäuse 116 aufweisen,
das dazu dient, die Komponenten, die die Abtastvorrichtung 100 bilden,
zu enthalten und zu tragen. Zum Beispiel kann eine gedruckte Schaltungsplatine 144,
die bisweilen als ein Substrat bezeichnet wird, innerhalb des Gehäuses 116 angeordnet
sein. Die gedruckte Schaltungsplatine 144 ist im Detail
weiter unten unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Das Gehäuse 116 kann
einen oberen Abschnitt 118 und einen unteren Abschnitt 120 aufweisen.
Der obere Abschnitt 118 kann konfiguriert sein, um in die
Hand eines Benutzers zu passen, so dass das tragbare Konzept der Abtastvorrichtung 100 verbessert
wird. Der untere Abschnitt 120 kann im Wesentlichen planar
sein, so dass derselbe während
des Abtastprozesses benachbart zu der oberen Oberfläche 210 des
Blattes 200 platziert sein kann. Der untere Abschnitt 120 kann
jedoch auf andere Formen konfiguriert sein, abhängig von den Formen von Objekten,
die abzubilden die Abtastvorrichtung 100 angepasst ist.
Zum Beispiel kann der untere Abschnitt 120 konkav sein,
um zylindrisch geformte Objekte abzubilden.
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Der
untere Abschnitt 120 des Gehäuses 116 kann mehrere Öffnungen
aufweisen, die darin gebildet sind, um den Durchgang von Licht zwischen
dem Inneren des Gehäuses 116 und
dem Objekt, das abgetastet wird, zu gestatten. Eine erste Öffnung 122 kann
im Wesentlichen rechteckig sein und kann dazu dienen, Abbildungslicht
von dem Abtastlinienabschnitt 110, 1, der Oberfläche 172 in
das Innere des Gehäuses 116 durchgehen
zu lassen, wie es im Folgenden beschrieben ist. Die erste Öffnung 122 kann
ferner dazu dienen, Licht von der Abtastvorrichtung 100 zu
dem Abtastlinienabschnitt 110 der Oberfläche 172 durchzulassen,
um den Abtastlinienabschnitt 110 zu beleuchten. Eine zweite Öffnung 124 und
eine dritte Öffnung 126 können im
Wesentlichen rund sein und können
dazu dienen, Licht, das von dem ersten Navigationsabschnitt 130, 1,
und dem zweiten Navigationsabschnitt 132 auf der oberen
Oberfläche 210 des
Blattes 200 reflektiert wird, in das Innere des Gehäuses 116 durchgehen
zu lassen, wie es im Folgenden beschrieben ist. Die zweite Öffnung 124 und
die dritte Öffnung 126 können ferner dazu
dienen, Licht von der Abtastvorrichtung 100 zu dem ersten
Navigationsabschnitt 130, 1, und dem
zweiten Navigationsabschnitt 132 durchgehen zu lassen,
um den ersten Navigationsabschnitt 130 und den zweiten
Navigationsabschnitt 132 zu beleuchten. Eine Abbildungslinse 128 kann
in der ersten Öffnung 122 angeordnet
sein und kann dazu dienen, Licht, das von dem Abtastlinienabschnitt 110, 1,
reflektiert wird, auf optische Komponenten zu fokussieren, die zum
Abbilden verwendet werden, wie es im Folgenden beschrieben ist.
Bei der Abbildungslinse 128 kann es sich beispielsweise
um ein Gradientenindexlinsenarray mit einer Vergrößerung von
plus Eins handeln. Eine erste Navigationslinse 134 und
eine zweite Navigationslinse 136 können in der zweiten Öffnung 124 bzw.
der dritten Öffnung 126 angeordnet
sein. Die erste Navigationslinse 134 und die zweite Navigationslinse 136 können dazu
dienen, Licht, das von dem ersten Navigationsabschnitt 130, 1,
und dem zweiten Navigationsabschnitt 132 reflektiert wird,
auf optische Komponenten zu fokussieren, die zur Positionserfassung
verwendet werden, wie es im Folgenden beschrieben ist.
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Eine
erste Navigatorlichtquelle 138 und eine zweite Navigatorlichtquelle 140 können in
dem Gehäuse 116 in
der Nähe
der zweiten Öffnung 124 bzw. der
dritten Öffnung 126 angeordnet
sein. Die erste Navigatorlichtquelle 138 kann dazu dienen,
den ersten Navigationsabschnitt 130, 1,
durch ein Emittieren von Licht durch die zweite Öffnung 124 zu beleuchten,
wie es im Folgenden beschrieben ist. Gleichermaßen kann die zweite Navigatorlichtquelle 140 dazu
dienen, den zweiten Navigationsabschnitt 132, 1,
durch ein Emittieren von Licht durch die dritte Öffnung 126 zu beleuchten.
Die erste Navigatorlichtquelle 138 und die zweite Navigatorlichtquelle 140 können Licht
emittieren, das Wellenlängen
in dem Infrarotlichtband aufweist.
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Unter
Bezugnahme auf 3, bei der es sich um eine Draufsicht
der gedruckten Schaltungsplatine 144 von 2 handelt,
kann der Großteil
der optischen Komponenten der Abtastvorrichtung 100, 2,
auf der gedruckten Schaltungsplatine 144 angeordnet sein.
Die gedruckte Schaltungsplatine 144 wird bisweilen als
ein Substrat bezeichnet. Die gedruckte Schaltungsplatine 144 kann
eine Oberseite 145, eine rechte Seite 146, eine
Unterseite 147 und eine linke Seite 148 aufweisen.
Die Grenzen der Seiten 145–148 können eine
Oberfläche 149 definieren, mit
der die im Vorhergehenden erwähnten
optischen Komponenten mechanisch und elektrisch verbunden sind.
Andere Komponenten, die verwendet werden, um ein Abtasten zu ermöglichen,
können
ebenfalls elektrisch und mechanisch mit der Oberfläche 149 verbunden
sein. Zum Beispiel können
Vorrichtungen, um Spannungen zu regeln und die Übertragung von Daten zu ermöglichen,
elektrisch und mechanisch mit der Oberfläche 149 verbunden
sein.
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Eine
Mehrzahl von Licht emittierenden Dioden 162 (LEDs) kann
elektrisch und mechanisch mit der Oberfläche 149 der gedruckten
Schaltungsplatine 194 in der Nähe der Oberseite 145 verbunden sein.
Die LEDs 162 können
Licht emittieren, das Wellenlängen
in dem sichtbaren Lichtband aufweist. Wie es im Folgenden beschrieben
ist, können
die LEDs 162 dazu dienen, den Abtastlinienabschnitt 110, 1,
zu beleuchten. Es sei darauf hingewiesen, dass andere Lichtquellen
als LEDs dazu dienen können,
den Abtastlinienabschnitt 110, 1, zu beleuchten.
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Ein
Photodetektorarray 150 kann elektrisch und mechanisch mit
der Oberfläche 149 der
gedruckten Schaltungsplatine 149 verbunden sein. Wie es
im Folgenden beschrieben ist, kann das Photodetektorarray 150 dazu
dienen, das Bild des Abtastlinienabschnitts 110, 1,
auf eine herkömmliche
Weise zu Bilddaten umzuwandeln. Das Photodetektorarray 150 kann
eine Mehrzahl von linear ausgerichteten Photodetektorelementen 152 aufweisen,
die hier bisweilen einfach als Photodetektoren bezeichnet werden.
Das Photodetektorarray 150 kann sich zwischen der Nähe der linken
Seite 148 und der Nähe
der rechten Seite 146 der gedruckten Schaltungsplatine 144 erstrecken.
Gruppen von linear angeordneten Photodetektoren 152 können auf
einer Mehrzahl von Segmenten, nicht gezeigt, angeordnet sein, wobei
die Segmente linear angeordnet sind, um die lineare Ausrichtung
der Photodetektoren 152 zu bilden. Die Segmente können beispielsweise
von dem Typ sein, der von Texas Advanced Optoelectronics Solutions, Inc.
aus Plano, Texas, als Modell Nummer TSL2301 im Handel erhältlich ist.
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Ein
erster Navigator 154 und ein zweiter Navigator 156 können auch
elektrisch und mechanisch mit der Oberfläche 149 der gedruckten
Schaltungsplatine 144 verbunden sein. Der erste Navigator 154 kann
ein zweidimensionales Array von Photodetektoren 158 aufweisen.
Gleichermaßen
kann der zweite Navigator 156 ein zweidimensionales Array
von Photodetektoren 160 aufweisen. Der erste Navigator 154 und
der zweite Navigator 156 können beispielsweise zweidimensionale
Arrays aufweisen, die 48 Reihen von 48 Photodetektoren 158, 160 aufweisen.
Die Photodetektoren 158, 160, die in 3 gezeigt
sind, wurden zu Veranschaulichungszwecken in hohem Maße vergrößert. Wie
es im Folgenden beschrieben ist, können der erste Navigator 154 und
der zweite Navigator 156 dazu dienen, Bilddaten zu erzeugen, die
den ersten Navigationsabschnitt 130, 1,
bzw. den zweiten Navigationsabschnitt 132 darstellen.
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Nachdem
die Abtastvorrichtung 100, 1, das Material 170 und
das Blatt 200 einzeln beschrieben worden sind, wird nun
ihre Zuordnung zueinander beschrieben. Die Zuordnung der Komponenten ist
in 4 dargestellt, bei der es sich um eine Seitenschnittansicht
der Abtastvorrichtung 100, des Blattes 200 und
des Materials 170 handelt. Es sei darauf hingewiesen, dass
die Größe der Abtastvorrichtung 100,
des Blattes 200 und des Materials 170, die in 4 dargestellt
sind, in hohem Maße
zu Veranschaulichungszwecken vergrößert worden ist. Es sei ferner
darauf hingewiesen, dass die Seitenansicht von 4 den
Abtastlinienabschnitt 110 als einen Punkt und den ersten
Navigationsabschnitt 130 als ein Liniensegment darstellt.
Der zweite Navigationsabschnitt 132, 1,
ist in 4 nicht dargestellt.
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Mehrere
Lichtstrahlen, die zur Positionserfassung und Abbildung verwendet
werden, sind in 4 dargestellt. Ein einfallender
Abbildungslichtstrahl 164 kann durch die LEDs 162 emittiert
werden und kann durch die erste Öffnung 122 hindurchgehen,
um den Abtastlinienabschnitt 110 auf der Oberfläche 172 des
Materials 170 zu beleuchten. Ein Abbildungsreflektionslichtstrahl 166 kann
von dem Abtastlinienabschnitt 110 reflektiert werden und
kann durch die erste Öffnung 122 durch
die Abbildungslinse 128 hindurchgehen und kann das Photodetektorarray 150 schneiden.
Der Abbildungsreflektionslichtstrahl 166 kann das Bild
des Abtastlinienabschnitts 110 darstellen. Ein einfallender
Navigationslichtstrahl 167 kann durch die erste Navigatorlichtquelle 138 emittiert
werden und kann durch die zweite Öffnung 124 hindurchgehen,
um den ersten Navigationsabschnitt 130 auf der oberen Oberfläche 210 des
Blattes 200 zu beleuchten. Ein Navigationsreflektionslichtstrahl 168 kann
von dem ersten Navigationsabschnitt 130 reflektiert werden
und kann durch die zweite Öffnung 124 durch
die erste Navigationslinse 134 hindurchgehen und kann den
ersten Navigator 154 schneiden. Der Navigationsreflektionslichtstrahl 168 kann
ein Bild des ersten Navigationsabschnitts 130 darstellen. Ähnliche
Lichtstrahlen, nicht gezeigt, können
hinsichtlich des zweiten Navigationsabschnitts 132, 1,
und des zweiten Navigators 156, 3, vorliegen.
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Wie
es in 4 dargestellt ist, kann der untere Abschnitt 120 der
Abtastvorrichtung 100 in Kontakt mit der oberen Oberfläche 210 des
Blattes 200 sein, und die untere Oberfläche 212 des Blattes 200 kann
mit der Oberfläche 172 des
Materials 170 in Kontakt sein. Es sei darauf hingewiesen,
dass Zwischenräume
zwischen dem unteren Abschnitt 120 der Abtastvorrichtung 100 und
der oberen Oberfläche 210 des
Blattes 200 zusammen mit der unteren Oberfläche 212 des
Blattes 200 und der Oberfläche 172 des Materials 170 vorliegen
können.
Diese Zwischenräume
werden nicht bevorzugt, da dieselben bewirken können, dass das Bild des Abtastlinienabschnitts 110,
des ersten Navigationsabschnitts 130 oder des zweiten Navigationsabschnitts 132, 1, defokussiert
ist. Die Abtastvorrichtung 100 kann jedoch in der Lage
sein, wirksam zu sein, wenn die Zwischenräume vorliegen.
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Nachdem
die Abtastvorrichtung 100 und ihre Zuordnung zu dem Material 170 und
dem Blatt 200 beschrieben worden sind, wird nun der Prozess
des Erzeugens von Bilddaten, die die Oberfläche 172 des Materials 170 darstellen,
beschrieben.
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Bei
einem herkömmlichen
Abtastprozess ist das Blatt 200 nicht vorhanden, und der
untere Abschnitt 120 der Abtastvorrichtung 100 ist
benachbart zu der Oberfläche 172 des
Materials 170 positioniert. Der herkömmliche Abtastprozess besteht
zusammenfassend aus einem Erzeugen von Bilddaten, die eine Mehrzahl
von Abtastlinienabschnitten 110 der Oberfläche 172 des
Materials 170 darstellen. Gleichzeitig mit der Erzeugung
von Bilddaten, die die Abtastlinienabschnitte 110 darstellen,
erzeugt die Abtastvorrichtung 100 Bilddaten, die Bereichsabschnitte
der Oberfläche 172 des
Materials 170 darstellen. Die Bereichsabschnitte sind im
Wesentlichen dem ersten Navigationsabschnitt 130 und dem
zweiten Navigationsabschnitt 132 ähnlich, die auf der oberen Oberfläche 210 des
Blattes 200 angeordnet sind. Ein Prozessor, nicht gezeigt,
analysiert die Bilddaten, die die Bereichsabschnitte darstellen,
und identifiziert klare Merkmale in der Oberfläche 172 des Materials 170.
Der Prozessor identifiziert ferner die Orte dieser klaren Merkmale
relativ zu dem ersten Navigator 154 und dem zweiten Navigator 156, 3.
Wenn sich die Abtastvorrichtung 100 relativ zu der Oberfläche 172 des
Materials 170 bewegt, bewegen sich die Orte der klaren
Merkmale relativ zu dem ersten Navigator 154 und dem zweiten
Navigator 156, 3. Basierend auf der Bewegung
der klaren Merkmale relativ zu dem ersten Navigator 154 und
dem zweiten Navigator 156 ist der Prozessor in der Lage,
die Bewegung der Abtastvorrichtung 100 relativ zu der Oberfläche 172 des
Materials 170 zu bestimmen. Der Prozessor ist dann in der
Lage, die Orte zu bestimmen, von wo die Abtastlinienabschnitte 110 erzeugt wurden.
Diese Informationen werden durch den Prozessor verwendet, um das
Bild der Oberfläche 172 des
Materials 170 zu reproduzieren. Beispiele für ein Abbilden
von Bereichsabschnitten einer Oberfläche, um die Position einer
optischen Abtastvorrichtung relativ zu der Oberfläche zu bestimmen,
sind ferner in den folgenden U.S.-Patenten beschrieben: 5,644,139
von Allen u. a. und 5,578,813 von Allen u. a., auf die beide bereits
im Vorhergehenden verwiesen wurde.
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Der
im Vorhergehenden beschriebene herkömmliche Abtastprozess funktioniert
gut, wenn auf der Oberfläche 172 klare
Merkmale angeordnet sind. Der Prozess funktioniert jedoch nicht
gut, wenn auf der Oberfläche 172 keine
klaren Merkmale angeordnet sind. Bei dem hier dargestellten Beispiel
weist die Oberfläche 172 des
Materials 170 keine klaren Merkmale auf, die ohne weiteres
durch den ersten Navigator 154 und den zweiten Navigator 156, 3,
abbildbar sind. Zum Beispiel kann die Oberfläche 172 eine glatte
oder glänzende
Oberfläche
sein, die wenige oder gar keine klaren Merkmale aufweist. Dementsprechend
sind der erste Navigator 154, der zweite Navigator 156, 3,
und der Prozessor, der denselben zugeordnet ist, nicht in der Lage,
die Position der Abtastvorrichtung 100 zu bestimmen, falls
die Abtastvorrichtung 100 direkt auf der Oberfläche 172 positioniert
ist.
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Ein
Benutzer kann ohne weiteres bestimmen, ob die Oberfläche 172 zu
glatt oder glänzend zum
Abbilden ist, indem derselbe versucht, die Oberfläche 172 abzubilden,
ohne dass das Blatt 200 darauf angeordnet ist. Falls das
reproduzierte Bild der Oberfläche 172 nicht
das tatsächliche
Bild der Oberfläche 172 darstellt,
kann der Benutzer schlussfolgern, dass die Oberfläche 172 zu
glatt oder glänzend zum
Abbilden ist. Alternativ dazu kann die Abtastvorrichtung 100 konfiguriert
sein, um ein Signal für
den Benutzer zu erzeugen, das anzeigt, dass ein Fehler bei dem Abtastprozess
aufgetreten ist. Falls der Prozessor z. B. bestimmt, dass die Bilddaten,
die durch das Photodetektorarray 150 erzeugt werden, sich verändern, kann
der Prozessor schlussfolgern, dass eine relative Bewegung zwischen
der Abtastvorrichtung 100 und der Oberfläche 172 des
Materials 170 vorliegt. Falls jedoch die Bilddaten, die
durch den ersten Navigator 154 und den zweiten Navigator 156, 3,
erzeugt werden, sich nicht verändern,
kann der Prozessor schlussfolgern, dass ein Fehler auftritt. Insbesondere
wird die Fehlerschlussfolgerung gezogen, weil die Bilddaten, die
durch das Photodetektorarray 150, den ersten Navigator 154 und
den zweiten Navigator 156, 3, erzeugt
werden, sich gleichzeitig ändern
sollten. Dementsprechend kann eine Fehlernachricht an den Benutzer
gesendet werden, die anzeigt, dass die Oberfläche, die abgebildet wird, zu
glatt oder glänzend
zum Abbilden sein kann.
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Wenn
die Oberfläche 172 zu
glatt oder glänzend
zum Abbilden ist, platziert der Benutzer das Blatt 200 auf
der Oberfläche 172.
Um die genauesten Bilddaten zu erzeugen, wird die untere Oberfläche 212 des
Blattes 200 benachbart zu der Oberfläche 172 des Materials 170 positioniert.
Reibung oder alternativ dazu ein Haftmittel können verwendet werden, um jegliche
relative Bewegung zwischen dem Blatt 200 und dem Material 170 zu
beseitigen. Wenn das Blatt 200 relativ zu dem Material 170 ordnungsgemäß positioniert
ist, ist der untere Abschnitt 120 der Abtastvorrichtung 100 dann
benachbart zu der oberen Oberfläche 210 des
Blattes 200 positioniert. Wie es im Vorhergehenden beschrieben
ist, ist der untere Abschnitt 120 der Abtastvorrichtung 100 im Idealfall
mit der oberen Oberfläche 210 des
Blattes 200 in Kontakt.
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Während des
Bilderfassungsprozesses emittieren die LEDs 162 den einfallenden
Abbildungslichtstrahl 164, der durch die erste Öffnung 122 und durch
das Blatt 200 hindurchgeht, um den Abtastlinienabschnitt 110 der
Oberfläche 172 zu
beleuchten. Der Abbildungsreflektionslichtstrahl 166 wird
von dem Abtastlinienabschnitt 110 reflektiert und stellt das
Bild des Abtastlinienabschnitts 110 dar. Der Abbildungsreflektionslichtstrahl 166 geht
durch das Blatt 200 durch die erste Öffnung 122 hindurch
und wird durch die Abbildungslinse 128 auf das Photodetektorarray 150 fokussiert.
Das Bild des Abtastlinienabschnitts 110, das auf das Photodetektorarray 150 fokussiert
wird, wird dann auf eine herkömmliche Weise
zu Bilddaten umgewandelt und verarbeitet. Wie es im Vorhergehenden
beschrieben ist, weist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Abtastvorrichtung 100 der
einfallende Abbildungslichtstrahl 164 Wellenlängen in
dem sichtbaren Lichtband auf, und das Blatt 200 ist im
Wesentlichen für
Wellenlängen
von Licht in dem sichtbaren Lichtband durchlässig. Dementsprechend wird
das Bild des Abtastlinienabschnitts 110, das auf das Photodetektorarray 150 fokussiert
wird, durch das Blatt 200 nicht wesentlich verzerrt und
ist eine sehr genaue Darstellung des tatsächlichen Bildes des Abtastlinienabschnitts 110.
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Gleichzeitig
mit der im Vorhergehenden beschriebenen Abbildung des Abtastlinienabschnitts 110 bildet
die Abtastvorrichtung 100 den ersten Navigationsabschnitt 130 und
den zweiten Navigationsabschnitt 132, 1,
ab. Die erste Navigatorlichtquelle 138 emittiert den einfallenden
Navigationslichtstrahl 167, der durch die zweite Öffnung 124 hindurchgeht,
um den ersten Navigationsabschnitt 130 auf der oberen Oberfläche 210 des
Blattes 200 zu beleuchten. Der Navigationsreflektionslichtstrahl 168 wird
von dem ersten Navigationsabschnitt 130 reflektiert und
stellt ein Bild des ersten Navigationsabschnitts 130 einschließlich klarer
Merkmale dar, die sich in dem ersten Navigationsabschnitt 130 befinden.
Der Navigationsreflektionslichtstrahl 168 geht durch die
zweite Öffnung 124 hindurch
und wird durch die erste Navigationslinse 134 auf den ersten Navigator 154 fokussiert.
Das Bild des ersten Navigationsabschnitts 130 wird dann
durch den ersten Navigator 154 zu Bilddaten umgewandelt
und auf eine herkömmliche
Weise verarbeitet. Ein Bild des zweiten Navigationsabschnitts 132, 1,
wird auf den zweiten Navigator 156, 3, auf eine ähnliche
Weise fokussiert, wie es im Vorhergehenden bezüglich des ersten Navigationsabschnitts 130 und
des ersten Navigators 154 beschrieben ist. Wie es im Vorhergehenden
beschrieben ist, können
die erste Navigatorlichtquelle 138 und die zweite Navigatorlichtquelle 140, 2,
Infrarotlicht emittieren, und Infrarotlicht kann im Wesentlichen
von der oberen Oberfläche 210 des
Blattes 200 reflektiert werden. Infrarotlichtquellen, wie
z. B. die erste Navigatorlichtquelle 138 und die zweite
Navigatorlichtquelle 140, 2, emittieren
eine ausreichende Lichtintensität,
ohne dass wesentliche Leistungsanforderungen notwendig wären. Dementsprechend
verbessern Infrarotlichtquellen die Tragbarkeit der Abtastvorrichtung 100.
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Während des
Abtastprozesses wird die Abtastvorrichtung 100 in einer
Richtung 108 relativ zu dem Blatt 200 und dem
Material 170 bewegt. Die Richtung 108 dient zu
Veranschaulichungszwecken, und es sei darauf hingewiesen, dass sich
die Abtastvorrichtung 100 in andere Richtungen relativ
zu dem Blatt 200 bewegen kann. Wenn die Abtastvorrichtung 100 bewegt
wird, bewegen sich die Orte des Abtastlinienabschnitts 110,
des ersten Navigationsabschnitts 130 und des zweiten Navigationsabschnitts 132, 1,
relativ zu dem Material 170 und dem Blatt 200 dementsprechend.
Der erste Navigator 154 und der zweite Navigator 156, 3,
bilden kontinuierlich den ersten Navigationsabschnitt 130 und
den zweiten Navigationsabschnitt 132, 1,
ab. Die Bilddaten, die durch den ersten Navigator 154 und
den zweiten Navigator 156, 3, erzeugt
werden, werden kontinuierlich analysiert, um die Position der Abtastvorrichtung 100 relativ
zu der Oberfläche 172 des Materials 170 aufzuzeichnen.
Jedes Mal, wenn sich die Abtastvorrichtung 100 eine spezifische
Strecke relativ zu der oberen Oberfläche 210 des Blattes 200 bewegt,
erzeugt die Abtastvorrichtung 100 Bilddaten, die das Bild
eines weiteren Abtastlinienabschnitts 110 der Oberfläche 172 darstellen.
Dieser Prozess wird fortgeführt,
bis ein gewünschter
Abschnitt des Bildes der Oberfläche 172 des
Materials 170 in Bilddaten umgewandelt worden ist.
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Die
Bilddaten, die durch das Photodetektorarray 150, den ersten
Navigator 154 und den zweiten Navigator 156 erzeugt
werden, werden auf eine herkömmliche
Weise verarbeitet. Zum Beispiel kann die Verarbeitung ein Bestimmen
der Position der Abtastvorrichtung 100 relativ zu der Oberfläche 172 des Materials 170 umfassen.
Die Verarbeitung kann ferner ein elektronisches Etikettieren von
Bilddaten, die durch das Photodetektorarray 150 erzeugt
wurden, mit Positionsinformationen umfassen. Während der Reproduktion des
Bildes der Oberfläche 172 werden die
Bilddaten, die die Abtastlinien darstellen, verarbeitet, um das
Bild der Oberfläche 172 basierend
auf den Positionsinformationen genau darzustellen.
-
Andere
Ausführungsbeispiele
der Abtastvorrichtung 100 und des Verfahrens, die im Vorhergehenden
beschrieben sind, können
verwendet werden. Einige dieser Ausführungsbeispiele sind im Folgenden
beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf 4 wurden die erste Navigatorlichtquelle 138 und
die zweite Navigatorlichtquelle 140, 2,
so beschrieben, dass dieselben Infrarotlicht emittieren. Infrarotlicht
wurde gegenüber
anderen Lichtquellen dargestellt, da ein relativ kleines Licht emittierendes
Element normalerweise in der Lage ist, eine ausreichende Intensität von Infrarotlicht
zu emittieren, um die obere Oberfläche 210, 4,
des Blattes 200 zu beleuchten. Es sei jedoch darauf hingewiesen,
dass andere Wellenlängen
von Licht verwendet werden können,
um die Oberfläche 172, 4,
des Materials 170 zu beleuchten. Zum Beispiel kann sichtbares
Licht verwendet werden, um die Oberfläche 172 zu beleuchten.
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Unter
Bezugnahme auf 1 wurde das Blatt 200 hier
so beschrieben, dass dasselbe eine obere Oberfläche 210 und eine untere
Oberfläche 212 aufweist,
wobei die obere Oberfläche 210 mit Konturen
versehen ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die obere Oberfläche 210 relativ
glatt sein kann und die untere Oberfläche 212 mit Konturen
versehen sein kann. Bei der Situation, bei der die untere Oberfläche 212 mit
Konturen versehen ist, lässt
das Blatt 200 selbst den einfallenden Navigationslichtstrahl 167 durch,
und die untere Oberfläche 212 reflektiert
den einfallenden Navigationslichtstrahl 167. Somit stellt
der Navigationsreflektionslichtstrahl 168 die mit Konturen
versehene untere Oberfläche 212 dar.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass sowohl die obere Oberfläche 210 als
auch die untere Oberfläche 212 mit
Konturen versehen sein können. Außerdem sei
darauf hingewiesen, dass die Konturen andere optisch erfassbare
dreidimensionale Konturen sein können.
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Die
Oberfläche 172 des
Materials 170 wurde hier so beschrieben, dass dieselbe
eine glatte oder glänzende
Oberfläche
ist. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Oberfläche 172 eine
beliebige Oberfläche
sein kann, die keine ausreichenden abbildbaren klaren Merkmale aufweist,
um eine Positionserfassung zu erreichen. Es sei auch darauf hingewiesen,
dass die Verwendung des Blattes 200 dazu dienen kann, das
Objekt, das abgebildet wird, während
des Abtastprozesses zu schützen.
Zum Beispiel verhindert das Blatt 200, dass die Abtastvorrichtung 100 die
Oberfläche 172 des
Materials 170 verkratzt.