DE60033260T2 - Positionsmessvorrichtung und -verfahren - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • 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.
  • Hintergrund der Erfindung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Diese Aufgabe wird durch Verfahren gemäß Anspruch 1 und 3 und durch ein System gemäß Anspruch 10 gelöst.
  • 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.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • 1 ist eine perspektivische Draufsicht einer optischen Abtastvorrichtung, die eine Oberfläche eines glatten Objekts abbildet.
  • 2 ist eine perspektivische Unteransicht der optischen Abtastvorrichtung von 1.
  • 3 ist eine schematische Darstellung einer gedruckten Schaltungsplatine, die in die optische Abtastvorrichtung von Anspruch 1 eingegliedert ist.
  • 4 ist eine Seitenschnittansicht der optischen Abtastvorrichtung, die die Oberfläche des Objekts von 1 abbildet.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nachdem das Verfahren des Abbildens und die Abtastvorrichtung 100 zusammenfassend beschrieben worden sind, werden dieselben nun genauer beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 145148 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (10)

  1. 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 (154), das dem ersten Objekt (100) wirksam zugeordnet ist; Bereitstellen eines transparenten Blattes (200), das eine erste Oberfläche (212) und eine zweite Oberfläche (210) aufweist, wobei das Blatt (200) zumindest eine optisch erfassbare dreidimensionale Kontur (218) umfasst, die an der ersten oder zweiten Oberfläche desselben angeordnet ist; Positionieren des Blattes (200) benachbart zu dem zweiten Objekt (170) und zwischen dem ersten Objekt (100) und dem zweiten Objekt (170); Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem ersten Objekt (100) und dem Blatt (200), während die Position des Blattes relativ zu dem zweiten Objekt aufrecht erhalten wird; Erzeugen von Bilddaten unter Verwendung des Bilderfassungssystems (154), die die zumindest eine optisch erfassbare Kontur (218) darstellen, während das erste Objekt (100) relativ zu dem Blatt (200) bewegt wird; und Analysieren der Bilddaten, um die Position des ersten Objekts (100) relativ zu dem zweiten Objekt (170) zu bestimmen.
  2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das erste Objekt (100) eine optische Abtastvorrichtung ist.
  3. 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 transparenten Blattes (200), das eine erste Oberfläche (212) und eine zweite Oberfläche (210) aufweist, wobei das Blatt (200) zumindest eine optisch erfassbare dreidimensionale Kontur (218) umfasst, die an der ersten oder zweiten Oberfläche desselben angeordnet ist; Positionieren der ersten Oberfläche (212) des Blattes benachbart zu dem Objekt (170); Positionieren des ersten Bilderfassungssystems (150) und des zweiten Bilderfassungssystems (154) benachbart zu der zweiten Oberfläche (210) des Blattes; Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem ersten Bilderfassungssystem (150) und dem Blatt (200), während die Position des Blattes relativ zu dem Objekt konstant aufrecht erhalten wird; Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem zweiten Bilderfassungssystem (154) und dem Blatt (200), die proportional zu der relativen Bewegung zwischen dem ersten Bilderfassungssystem (150) und dem Blatt (200) ist, während die Position des Blattes relativ zu dem Objekt konstant aufrecht erhalten wird; Erzeugen von Bilddaten, die das Objekt (170) darstellen, unter Verwendung des ersten Bilderfassungssystems (150); Erzeugen von Bilddaten, die die zumindest eine optisch erfassbare Kontur (218) darstellen, unter Verwendung des zweiten Bilderfassungssystems (154); und Analysieren der Bilddaten, die durch das zweite Bilderfassungssystem (154) erzeugt werden, um die Position des ersten Bilderfassungssystems (150) relativ zu dem Objekt (170) zu bestimmen.
  4. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem das zweite Bilderfassungssystem (154) ein zweidimensionales Bilderfassungssystem ist.
  5. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, das ferner folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer ersten Lichtquelle (162), die dem ersten Bilderfassungssystem (150) zugeordnet ist; und Beleuchten des Objekts (170) unter Verwendung der ersten Lichtquelle (162).
  6. Das Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem das Blatt (200) im Wesentlichen für sichtbares Licht durchlässig ist, und wobei die erste Lichtquelle (162) Licht in dem sichtbaren Lichtband emittiert.
  7. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, das ferner folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer zweiten Lichtquelle (138), die dem zweiten Bilderfassungssystem (154) zugeordnet ist; und Beleuchten der zumindest einen optisch erfassbaren Kontur (218) unter Verwendung der zweiten Lichtquelle (138).
  8. Das Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem die zumindest eine optisch erfassbare Kontur (218) Licht in dem Infrarotlichtband reflektiert, und wobei die zweite Lichtquelle (138) Licht in dem Infrarotlichtband emittiert.
  9. Das Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem die zumindest eine optisch erfassbare dreidimensionale Kontur (218) eine Mehrzahl von Konturen ist.
  10. Ein Bilderfassungssystem, das folgende Merkmale aufweist: eine optische Bilderfassungsvorrichtung (144), die ein erstes Bilderfassungssystem (150) und ein zweites Bilderfassungssystem (154) aufweist; ein transparentes Blatt (200), das eine erste Oberfläche (212) und eine zweite Oberfläche (210) aufweist, wobei das Blatt (200) zumindest eine optisch erfassbare dreidimensionale Kontur (218) umfasst, die an der ersten oder zweiten Oberfläche desselben angeordnet ist; wobei das erste Bilderfassungssystem (150) angepasst ist, um Bilddaten zu erzeugen, die ein Bild eines Objekts (170) darstellen, und das zweite Bilderfassungssystem (154) angepasst ist, um Bilddaten zu erzeugen, die Bereichsabschnitte (130) des Blattes (200) darstellen, um die Position der optischen Bilderfassungs vorrichtung (144) relativ zu dem Blatt (200) zu bestimmen; wobei das erste Bilderfassungssystem (150) im Wesentlichen gegenüber der zumindest einen optisch erfassbaren Kontur (218) blind ist; und wobei das zweite Bilderfassungssystem (154) nicht im Wesentlichen blind gegenüber der zumindest einen optisch erfassbaren Kontur (218) ist.
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