JP3641196B2 - 光学式位置感知装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式位置感知装置に関し、特に、単一感光素子を備えた光学式位置感知装置で構成される走査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
手動式走査装置は、対象物の画像を表す、機械が読み取り可能な画像データ（本明細書では、単に画像データと言うこともある）を生成する携帯用撮像装置である。対象物の画像を表す画像データを生成することを、対象物を「撮像する」または「走査する」ということもある。走査装置の中には、撮像中の対象物の狭い「走査線」部分を表す画像データを生成するものもある。撮像プロセスにおいて、走査装置は、撮像中の対象物に対して相対移動される。走査装置が対象物に対して相対移動すると、走査装置は、対象物の画像の複数本の連続走査線部分を表す画像データを生成する。したがって、対象物の画像は、従来のビデオディスプレイで表示される対象物の画像と同様の蓄積した連続走査線の画像データにより表される。
【０００３】
対象物の走査線部分の画像は、光検出器素子（本明細書では、単に光検出器と言うこともある）の線形アレイに結像される。光検出器は、一例として、当該技術において周知の密着型画像センサ等、線形に配列された複数個の電子セグメントに搭載されてもよい。また、光検出器をエッチング処理して単一半導体にしてもよく、これは、電荷結合素子において知られている。個々の光検出器は、対象物の走査線部分の画像の離散部分を表す画像データを生成する。画像データは、たとえば電圧としてもよく、比較的高い電圧は、光検出器により受光された光の強度が比較的高いことを表し、比較的低い電圧は、光検出器により受光された光の強度が比較的低いことを表す。
【０００４】
光検出器により生成された画像データは、プロセッサに送られる。プロセッサの機能の１つは、走査線を生成した対象物上の位置に対する走査線の位置を示すデータベースまたは同様の電子構造を作成することである。あるいは、データベースは、走査線の位置を互いに対して相対的に示すようにしてもよい。データベースに記憶されたデータおよび画像データをプロセッサが使用することで、対象物の画像を複製できる。一例として、走査装置が、１枚の用紙上に作成したテキスト等の二次元対象物を表す画像データを生成している状況において、手動式走査装置を用紙の任意の方向に移動させることができる。したがって、走査線部分は、用紙上のほぼいずれの位置からも生成できるため、この画像データは、用紙に対して斜めに進むことができる複数本の走査線部分からなる対象物の画像を表している。対象物の画像を正確に複製するために、手動式走査装置は、データベースに記憶されているデータを使用して、用紙の画像の走査線部分の正確な配置を決定する。次に、プロセッサは、用紙に印刷されたテキストの電子画像を、周知の処理技術、たとえば、ソフトウェアを縫合することにより作成する。
【０００５】
手動式走査装置の例は、以下の米国特許および特許出願に記載されている。これらをすべて参考として本明細書中に組み込む。McConicaの米国特許第５，５５２，５９７号「調整可能な光路を有する手動式スキャナ(HAND-HELD SCANNER HAVING ADJUSTABLE LIGHT PATH)」、Steinleの米国特許第５，６４６，３９４号「ビーム操縦性能を備えた撮像装置 (IMAGING DEVICE WITH BEAM STEERING CAPABILITY)」、Khovaylo他の米国特許第５，６４６，４０２号「伸長可能な手動式走査装置(EXPANDABLE HAND-HELD SCANNING DEVICE)」、Kerschner他の米国特許第５，７２３，８５９号「一線分において対象物の向きに略直交する光路を有する線接触型手動式走査装置および方法(LINE CONTACT HAND-HELD SCANNING DEVICE AND METHOD HAVING A LIGHT PATH SUBSTANTIALLY PERPENDICULAR TO THE ORIENTATION OF THE OBJECT AT A LINE PORTION)」、１９９８年７月２９日付で出願されたSims他の米国特許出願第０９／１２０，６４１号「手動式走査装置(HAND HELD SCANNING DEVICE)」、そして１９９８年７月３０日付で出願されたSims他の米国特許出願第０９／１２０，６３７号「手動式走査装置(HAND HELD SCANNING DEVICE)」である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
対象物に対する走査装置の移動の相対的な速度、位置または方向が走査処理中にわからない場合、対象物の画像を複製する問題に直面することがある。たとえば、走査装置が１秒あたり対象物の画像の１０００の走査線部分を撮像しており、かつ走査装置が対象物に対して１秒あたり１インチの一定速度で単一軸に沿って移動しているとすると、各走査線は、対象物の画像の１／１０００インチを表す。対象物に対する走査装置の正確な相対速度がプロセッサに伝達されていれば、プロセッサは、各走査線が対象物の画像の１／１０００インチを表すことを示すデータベースを作成する。あるいは、プロセッサは、各走査線が隣接する走査線から１／１０００インチ離れて配置されていることを示す。画像データおよびデータベースに記憶されているデータに基づいて、プロセッサは、対象物の画像を正確に複製することができる。しかしながら、対象物に対する走査装置の相対速度が減速され、この減速がプロセッサに伝達されなければ、プロセッサは、各走査線が対象物の１／１０００インチを表しているかのように画像データを引き続き処理する。しかしながら、各走査線は、対象物の１／１０００インチ未満を表す。このため、対象物の画像は圧縮される。一方、対象物に対する走査装置の相対速度が加速され、この加速がプロセッサに伝達されなければ、対象物の画像は拡大される。
【０００７】
対象物に対する走査装置の相対的な速度または位置のいずれか一方がわかっていない場合、対象物の画像を正確に複製することは不可能である。位置または速度がわからなければ、プロセッサは、走査線が生成されていく際に走査装置が対象物に対してどこに位置しているのかを把握することができない。したがって、プロセッサは、走査線部分を互いに対して適切に配置することができないため、対象物の画像を正確に複製することができない。この問題は、走査線が対象物の任意の位置から生成される可能性があり、かつ対象物の表面上を斜めに進むことの多い手動式走査装置では悪化する。
【０００８】
これらの問題を克服するために、走査装置は、位置センサを使用して対象物に対する走査装置の相対位置を検出する。位置センサは、対象物の画像の走査線部分が生成される際、対象物に対する走査装置の相対位置に関する位置情報を出力する。この位置情報は、プロセッサに伝達され、上述のデータベースに組み込まれる。
【０００９】
走査装置の中には、走査装置に光センサを付属させて、走査中の対象物に対する走査装置の位置を測定するものがある。光センサは、走査中の対象物の二次元の小領域から画像データを周期的に生成する。この画像データをプロセッサが受け取り、対象物の固有の特性を識別する。対象物が１枚の用紙に印刷されたテキストである例では、固有の特性は、用紙表面の凹凸とすることができる。光センサに対するこれら固有の特性の位置は、メモリ装置に記憶される。走査装置が対象物に対して相対移動すると、これら固有の特性の位置は、光センサに対して相対移動する。プロセッサは、これら固有の特性の新たな位置をメモリ装置に記憶された位置と比較する。これらの比較に基づいて、プロセッサは、光センサを装着した走査装置の、対象物に対する相対的な位置、移動方向および速度を測定することが可能である。したがって、プロセッサは、対象物の画像の走査線部分の、互いに対する位置を容易に測定し得ることから、上述したデータベースを作成することが可能である。
【００１０】
走査装置の中には、これらの二次元光センサのいくつかを、光検出器の線形配列に対して固定位置に配置させたものもある。たとえば、走査装置は、２個の光センサを互いに間隔をあけて配置してもよい。走査装置は、各光センサからの移動データを比較して、走査装置が受けた回転運動の量を測定することが可能である。光センサ間の距離が長くなると、これに応じて走査装置が回転運動を測定することが可能な精度が高くなる。
【００１１】
しかしながら、これらの光センサは、走査装置を構成しているより高価な素子の一部をなす傾向がある。したがって、複数個の光センサを使用すると走査装置のコストが実質的に上昇する。しかしながら、走査装置の回転運動を正確に測定するためには、走査装置において最低でも２個の光センサを使用する必要がある。
【００１２】
本発明は、このような従来の問題に鑑みて為されたものであり、走査装置が回転しても、走査装置のコストを実質的に上昇させることなく、対象物に対するその位置を正確に測定することが可能な手動式走査装置に用いられる光学式位置感知装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
ここでは、単一の二次元光検出装置（本明細書では、感光素子と言うこともある）を備えた光学式位置感知装置が開示される。光学式位置感知装置は、１個の光検出装置と、第１の光路と、第２の光路と、第１の光源と、第２の光源と、を備えることができる。第１の光路および第２の光路は、それぞれ第１の焦点面と第２の焦点面から延伸し、光検出装置で交差し得る。第１の光源は、第１の焦点面を照射するように機能し、第２の光源は、第２の焦点面を照射するように機能し得る。光検出装置は、第１の光路または第２の光路のいずれかの光を機械が読み取り可能な画像データに変換するように機能する。
【００１４】
光学式位置感知装置は、第１の光源と第２の光源がアクティブである周期を制御することにより、第１の焦点面と第２の焦点面の照射を交互に行うことができる。すなわち、光学式位置感知装置は、第１の焦点面または第２の焦点面の一方のみを照射することができる。したがって、第１の焦点面または第２の焦点面の一方の画像が取り込まれ、光検出装置により画像データに変換される。第１の焦点面と第２の焦点面をこのように切り替えることで、単一の光検出装置に、対象物の２カ所の異なる部分を撮像させることができる。プロセッサは、光検出装置と連係して、画像データを分析し、対象物に対する光学式位置感知装置の動きを従来通りの方法で測定することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１乃至図６は、全般的に、二次元光センサアレイ１３０と、第１の領域２２０と上記二次元光センサアレイ１３０との間に延在する第１の光路２６０と、第２の領域２３０と上記二次元光センサアレイ１３０との間に延在する第２の光路２７０と、上記第１の光路２６０上に配置された第１の光学部品１５０と、上記第２の光路２７０上に配置された第２の光学部品１５２と、上記第１の領域２２０と連係される第１の光源１４０と、上記第１の光源１４０と上記第１の領域２２０の間に延在する第３の光路２５０と、上記第２の領域２３０と連係される第２の光源１４２と、上記第２の光源１４２と上記第２の領域２３０の間に延在する第４の光路２５６と、で構成される光学式位置感知装置１００を示している。
【００１６】
また、図１乃至図６は、全般的に、表面２０８に対する対象物１０４の位置を測定する方法も示している。該方法は、対象物１０４と連係される二次元光センサアレイ１３０を設ける工程と、表面２０８の第１の焦点面部２２０から二次元光センサアレイ１３０に所定期間光を向ける工程と、表面２０８の第１の焦点面部２２０から二次元光センサアレイ１３０に光を向けていないときに、表面２０８の第２の焦点面部２３０から二次元光センサアレイ１３０に光を向ける工程と、二次元光センサアレイ１３０が取り込んだ画像を表す画像データを、二次元光センサアレイ１３０により生成する工程と、表面２０８と二次元光センサアレイ１３０の間を相対移動させる工程と、表面２０８に対する二次元光センサアレイ１３０の変位を測定するために上記画像データの分析を行う工程と、を含んでいる。
【００１７】
また、図１乃至図６は、全般的に、表面２０８に対する対象物１０４の位置を測定する方法も示している。該方法は、対象物１０４と連係される二次元光センサアレイ１３０を設ける工程と、表面２０８の第１の焦点面部２２０と連係される第１の光源１４０を設ける工程と、表面２０８の第２の焦点面部２３０と連係される第２の光源１４２を設ける工程と、表面２０８の第１の焦点面部２２０を、第１の期間第１の光源１４０により照射する工程と、表面２０８の第２の焦点面部２３０を、第２の期間第２の光源１４２により照射する工程と、ここで、第２の期間が、第１の光源１４０が表面２０８の第１の焦点面部２２０を照射していない時間を含んでおり、表面２０８の第１の焦点面部２２０から二次元光センサアレイ１３０に第１の期間光を向ける工程と、表面２０８の第２の焦点面部２３０から二次元光センサアレイ１３０に第２の期間光を向ける工程と、二次元光センサアレイ１３０が取り込んだ画像を表す画像データを二次元光センサアレイ１３０により生成する工程と、表面２０８と二次元光センサアレイ１３０の間を相対移動する工程と、上記画像データの分析を行って、表面２０８に対する二次元光センサアレイ１３０の位置を測定する工程と、を含んでいる。
【００１８】
また、図１乃至図６は、全般的に、表面２０８に対する対象物１０４の位置を測定する装置１００も示している。装置１００は、対象物１０４と連係される、画像データを生成する二次元光センサアレイ１３０と、表面２０８の第１の領域部２２０を第１の期間照射する手段１４０と、表面２０８の第２の領域部２３０を、第１の領域部２２０を照射していない時間を含む第２の期間照射する手段１４２と、表面２０８の第１の領域部２２０から二次元光センサアレイ１３０に光を向ける手段１５０と、表面２０８の第２の領域部２３０から二次元光センサアレイ１３０に光を向ける手段１５２と、二次元光センサアレイ１３０が生成した画像データを分析して、表面２０８に対する二次元光センサアレイ１３０の変位を測定する手段３００と、を備えている。
【００１９】
図１を参照して、ここで、光学式位置感知装置１００を装着した対象物の表面に対する位置を測定するために使用可能な光学式位置感知装置１００について説明する。すなわち、光学式位置感知装置１００は、表面に対するその位置を測定し、次いでこれを用いて、光学式位置感知装置１００を装着した対象物の表面に対する位置を求める。本明細書における例示では、光学式位置感知装置１００は、走査装置１０４の、１枚の用紙等の対象物２００の表面２０８に対する位置を測定するために使用されるが、走査装置以外の装置や複数枚の用紙とともに光学式位置感知装置１００を使用してもよいことが理解されよう。
【００２０】
走査装置１０４は、たとえば、McConicaらの米国特許第５，５５２，５９７号、Steinleの米国特許第５，６４６，３９４号、Cristie他の米国特許第５，６８０，３７５号、Kerschner他の米国特許第５，７２３，８５９号、Sims他の米国特許出願第０９／１２０，６４１号、Simsらの米国特許出願第０９／１２０，６３７号に記載された手動式走査装置等の従来の手動式走査装置として構成されてもよい。上記の特許および特許出願は、すでに引用したものである。
【００２１】
要するに、光学式位置感知装置１００は、表面２０８の左側領域部２２０と右側領域部２３０を撮像することによって、走査装置１０４の位置を測定するものである。ここで、左側領域部２２０と右側領域部２３０は、対象物２００の二次元部分である。本明細書では、左側領域部２２０を単に左領域２２０、右側領域部２３０を単に右領域２３０ということもある。なお、図１は、対象物２００の断面図であるため、左領域２２０と右領域２３０は二次元平面部ではなく一次元線分として図示されていることに留意されたい。光学式位置感知装置１００は、左領域２２０と右領域２３０の画像の固有の特性の位置を識別する。たとえば、対象物２００が１枚の用紙であるような状況では、光学式位置感知装置１００は、用紙のパルプ材料によりもたらされる対象物の表面２０８の固有の特性を識別できる。
【００２２】
走査プロセスにおいて、走査装置１０４は、対象物の表面２０８に対して相対移動し、これにより、左領域２２０と右領域２３０とが光学式位置感知装置１００に対して相対移動する。したがって、左領域２２０と右領域２３０における固有の特性は、走査装置１０４の移動に比例する量だけ、その方向で光学式位置感知装置１００に対して相対移動する。光学式位置感知装置１００は、左領域２２０と右領域２３０に対する固有の特性の相対移動の量および方向を計測し、走査装置１０４の表面２０８に対する相対移動速度、位置および方向を測定する。
【００２３】
２つの領域２２０および２３０は、走査装置１０４の回転運動を正確に測定するために撮像される。すなわち、対象物の表面２０８に対する左領域２２０と右領域２３０の間の方向および移動の差を容易に分析して、走査装置１０４の回転運動を求める。たとえば、走査装置１０４が基準線ＡＡにより定められる軸を中心に回転する場合、２つの領域２２０、２３０を撮像することにより、走査装置１０４の回転運動の測定を精度よく行うことができる。なお、左領域２２０と右領域２３０の間の距離２４０が大きいほど、走査装置１０４の回転運動の測定を精度よく求めることができる。これは、走査装置１０４の回転運動が僅かである場合、左領域２２０と右領域２３０との、対象物の表面２０８に対する方向および移動の差が大きくなるという理由による。
【００２４】
従来の光学式位置感知装置は、比較的な高価な素子である２個の二次元光センサ装置を個別に使用することにより、２つの別の領域を撮像していた。２個の光センサ装置を個別に使用することで、従来の光学式位置感知装置のコストが実質的に高くなり、したがって、この光学式位置感知装置を用いる従来の走査装置も実質的に高くなっていた。
【００２５】
本明細書に開示される光学式位置感知装置１００は、単一の光センサ素子１３０を使用することで、複数の光センサ素子の使用に絡む諸問題を克服している。２つの光路２６０および２７０は、左領域２２０と右領域２３０の画像を単一の光センサ素子１３０に向ける。光学式位置感知装置１００は、単一の光センサ素子１３０により、左領域２２０または右領域２３０のいずれかを選択的に撮像する。左領域２２０および右領域２３０の画像を表す、光センサ素子１３０により生成された画像データは従来の方法で処理され、光学式位置感知装置１００の位置、移動速度および方向を測定する。本明細書に開示される光学式位置感知装置１００は、複数の光センサ素子の必要性をなくし、よって、走査装置１０４のコストを抑えるものである。
【００２６】
光学式位置感知装置１００および走査装置１０４について概説したが、以下、さらに詳細を説明していく。
【００２７】
光学式位置感知装置１００は、走査装置１０４のハウジング１０６内に納められている。ここで、走査装置１０４は、対象物２００の画像を表す機械が読み取り可能な画像データを生成する種類のものである。対象物２００の表面２０８に対するその位置を測定する走査装置１０４について以下説明していくが、ここでは、対象物２００は、１枚の用紙であり、表面２０８は、この用紙の表面である。なお、光学式位置感知装置１００は、走査装置以外の装置に組み込まれてもよく、また、走査装置１０４は、用紙以外の対象物とともに用いられてもよいことは理解されるはずである。
【００２８】
光学式位置感知装置１００は、光検出アセンブリ１１０と、第１の光源１４０と、第２の光源１４２と、を有することができる。さらに、光学式位置感知装置１００は、第１の入射光路２５０と、第１の反射光路２６０と、第２の入射光路２５６と、第２の反射光路２７０と、を有することができる。また、光学式位置感知装置１００は、第１のレンズ１５０と第２のレンズ１５２とを有することもできる。第１のレンズ１５０は、第１の反射光路２６０上にあり、第１の反射光路２６０の光を光検出アセンブリ１１０に収束するような機能としてもよい。同様に、第２のレンズ１５２は、第２の反射光路２７０上にあり、第２の反射光路２７０の光を光検出アセンブリ１１０に収束するような機能としてもよい。また、後述するように、第１のレンズ１５０と第２のレンズ１５２は、第１の反射光路２６０および第２の反射光路２７０の光を光検出アセンブリ１１０に向ける機能としてもよい。
【００２９】
第１の光源１４０と第２の光源１４２は、たとえば、当該技術において周知の発光ダイオードとしてもよい。これらは、対象物の一領域を照射するのに十分大きなビームの光をそれぞれ発光することができる。本明細書に記載の例では、第１の光源１４０は、対象物２００の左領域２２０を照射するのに十分大きな光ビームを発光することができるが、これについては、さらに詳細を後述する。左領域２２０は、左端２２２と右端２２４の間に延在する領域を含んでいてもよい。同様に、第２の光源１４２は、対象物２００の右領域２３０を照射するのに十分大きな光ビームを発光することができる。右領域２３０は、左端２３２と右端２３４の間に延在する領域を含んでいてもよい。光学式位置感知装置１００の実施形態の中には、第１の光源１４０と第２の光源１４２とが異なる周波数の光を発光できるものもある。
【００３０】
光検出アセンブリ１１０は、光センサ素子１３０と、基板１１４と、で構成できる。基板１１４は、当該技術において周知のプリント回路基板としてもよく、これを走査装置１０４のハウジング１０６に従来の方法で装着している。基板１１４は、光センサ素子１３０を含む、基板１１４に実装される素子間の導通を図る複数のランド（図示せず）を有することができる。また、基板１１４は、基板１１４に実装された素子の実装面として機能することもできる基板面１１６を有しうる。光センサ素子１３０は、従来の方法、すなわち、はんだ付けまたはソケットにより基板１１４の基板面１１６に実装できる。光センサ素子１３０は、基板面１１６から高さ１３４だけ延伸することができる。
【００３１】
光センサ素子１３０は、光検出装置面１３２に光検出素子の二次元アレイ（単に光検出装置と言うこともあり、図１には図示せず）を装着してもよい。各光検出装置は、光検出装置が受光した光を表す、機械が読み取り可能な画像データ（本明細書では、単に画像データと言うこともある）を出力できる。たとえば、比較的強度の大きな光を受光した光検出装置は、比較的高いデータ値、たとえば高電圧、を出力できる。同様に、比較的強度の小さな光を受光した光検出装置は、比較的低いデータ値、たとえば低電圧、を出力できる。光センサ素子１３０は、用紙の表面にある輪郭等、対象物２００の微細に至る詳細を撮像するのに十分な解像度を有することができる。
【００３２】
プロセッサ３００は、データ線３１０により基板１１４と電気的に接続される。基板１１４に設けられたランドにより、プロセッサ３００は、最終的には光センサ素子１３０と電気的に接続される。また、プロセッサ３００は、データ線３１２により第１の光源１４０と、さらにデータ線３１４により第２の光源１４２とも接続される。以下、さらに詳細に説明していくが、プロセッサ３００は、光センサ素子１３０により生成された画像データを処理し、かつ第１の光源１４０と第２の光源１４２を制御する機能を奏することができる。
【００３３】
光検出装置により生成された画像データは、光センサ素子１３０からプロセッサ３００に出力される。画像データは、光センサ素子１３０から基板１１４のランドに伝送される。次に、画像データは、基板１１４からデータ線３１０を介してプロセッサ３００に送られる。プロセッサ３００は、後述する画像データを分析するように構成された従来型プロセッサとすることができる。さらに、プロセッサ３００は、データ線３１２とデータ線３１４をそれぞれ介して第１の光源１４０と第２の光源１４２をアクティブにするよう構成される。
【００３４】
簡単に上述したように、光学式位置感知装置１００は、対象物２００の表面２０８に対してその位置を測定するものとして図１に示されている。対象物２００は、ここでは１枚の用紙として図示され、表面２０８は、この用紙の表面として図示されている。光学式位置感知装置１００は、走査装置１０４に装着されるものとして図示されている。したがって、光学式位置感知装置１００は、走査装置１０４の対象物の表面２０８に対する位置を測定する。
【００３５】
走査装置１０４は、ハウジング１０６を有し、ハウジング１０６の中には光学式位置感知装置１００が納められている。ハウジング１０６には、第１の孔１２０と第２の孔１２２が形成されている。第１の孔１２０に第１の窓１５６を設け、第２の孔１２２に第２の窓１５８を設けることができる。第１の窓１５６と第２の窓１５８は、透明な部品としてもよく、ハウジング１０６の内側と外側の間の光路に光を通す役割を果たすことができる。
【００３６】
光学式位置感知装置１００および走査装置１０４の各部品について説明してきたが、次に、光学式位置感知装置１００の動作について説明する。光学式位置感知装置１００の動作は、さらに図２のフローチャートを参照しながら説明を行う。
【００３７】
図３は、対象物２００に対して相対移動する走査装置１０４を示している。ここで、対象物２００は、１枚の用紙である。走査装置１０４の対象物の表面２０８に対する位置を測定する図１の光学式位置感知装置１００を以下説明していくが、該表面は、図３に示すように用紙の紙面である。走査装置１０４は、たとえば、用紙の蛇行経路２１６をたどることで、表面２０８に印字されたテキスト２１０を撮像することができる。走査装置１０４は、本明細書では手動式の走査装置として説明する。
【００３８】
再び図１を参照して、要約すると、光学式位置感知装置１００は、対象物の表面２０８の左領域２２０と右領域２３０の撮像を光センサ素子１３０により交互に行っている。左領域２２０と右領域２３０の、光センサ素子１３０に対する固有の特性の位置は、プロセッサ３００により記録される。走査装置１０４が対象物の表面２０８に対して相対移動すると、これらの固有の特性の位置は、光センサ素子１３０に対して相対移動する。光センサ素子１３０に対するこれらの固有の特性の移動方向および速度を測定することによって、光学式位置感知装置１００は、走査装置１０４の対象物の表面２０８に対する移動方向および速度を測定することが可能である。光学式位置感知装置１００は、走査装置１０４の移動方向および速度を分析することで、走査装置１０４の対象物の表面２０８に対する位置を測定する。単一の光センサ素子１３０を使用して左領域２２０と右領域２３０の両方を撮像することによって、光学式位置感知装置１００は、単一の光センサ素子１３０とともに機能することが可能である。
【００３９】
光学式位置感知装置１００および走査装置１０４の動作の概略を説明してきたが、次に、これらの動作についてさらに詳細に説明していく。
【００４０】
プロセッサ３００は、対象物の表面２０８の左領域２２０または右領域２３０のいずれを撮像対象とするかを決定する。これは、第１の光源１４０または第２の光源１４２の何れをアクティブにするかを制御することにより達成される。後述するように、本実施形態の光学式位置感知装置１００において、第１の光源１４０と第２の光源１４２は、同時にはアクティブにできない。まず、第１の光源１４０をアクティブすることについて説明し、その後、第２の光源１４２をアクティブにすることについて説明する。
【００４１】
プロセッサ３００は、アクティブにするよう第１の光源１４０に指示する命令を、データ線３１２を介して第１の光源１４０に出力する。プロセッサ３００は、同時に、第２の光源１４２に対して、アクティブ解除するよう第２の光源１４２に指示する命令をデータ線３１４を介して送る。第１の光源１４０をアクティブにすると、該光源１４０は、第１の入射光路２５０に沿って左領域２２０を照射する光ビームを発光する。第１の入射光路２５０は、第１の光源１４０と左領域２２０内の中心点２２６との間に延伸するものとして図示されている。特に、第１の入射光路２５０は、第１の光源１４０から第１の窓１５６を通過し、さらに第１の孔１２０を通過して左領域２２０に延伸する。第１の入射光路２５０の光は、左端２２２から右端２２４に延在する左領域２２０を照射する。なお、左領域２２０と右領域２３０は、対象物の表面２０８の二次元平面部であるが、図１は、対象物の表面２０８の側面図であるため、左領域２２０と右領域２３０は対象物の表面２０８の線分部分として現れる。
【００４２】
第１の入射光路２５０と対象物の表面２０８の間にはかすめ角２２８が存在する。第１の光源１４０は、かすめ角２２８を比較的小さくするように対象物の表面２０８に対して配置されている。このかすめ角２２８が小さいことで、左領域２２０の照射により、鏡面反射を減少させる結果となることがある。この小さいかすめ角２２８は、さらに、対象物の表面２０８についての固有の特性の光学的コントラストを高める機能があり、これらの固有の特性が光学式位置感知装置１００により検出される可能性を高めている。たとえば、固有の特性が対象物の表面２０８に設けられたピットである場合、小さいかすめ角２２８により、このピットが照射される可能性が低下する。したがって、ピットは、明るい照射領域に囲まれた暗スポットとして現れ、光学式位置感知装置１００により比較的容易に検出することができる。同様に、固有の特性が対象物の表面２０８に設けられた隆起である場合、隆起が照射され、この隆起の後ろに影が現れる。光学式位置感知装置１００は、この影と隆起の明るい照射部分とのコントラストを検出することが可能となる。また、第２の入射光路２５６も、対象物の表面２０８により比較的小さいかすめ角（図示せず）を形成し得る。
【００４３】
左領域２２０から反射した光は、第１の反射光路２６０に沿って左領域２２０から第１の孔１２０を通り、第１の窓１５６を通り、さらに第１のレンズ１５０を通って光センサ素子１３０に入射する。左領域２２０の画像は、この光上に存在する。第１のレンズ１５０は、第１の反射光路２６０を光センサ素子１３０に向け、これにより左領域２２０の画像を光センサ素子１３０に収束させる機能がある。図１に示すように、第１の反射光路２６０は、基準線ＡＡに対して角度２８０で光センサ素子１３０と交差している。ここで、基準線ＡＡは、光検出器表面１３２と直交している。したがって、第１のレンズ１５０は、走査装置１０４の中に適宜配置されて、第１の反射光路２６０が角度２８０で光センサ素子１３０と交差することを確実としている。たとえば、第１のレンズ１５０の焦点軸は、第１の反射光路２６０からオフセットされていてもよく、これを利用することで、第１の反射光路２６０を光センサ素子１３０に向けることができる。レンズの焦点軸を光路からオフセットさせ光路を対象物に向ける例が、１９９９年４月１３日付で出願されたGardnerの米国特許出願第０９／２９０，８４２号「レンズを光学軸からオフセットさせた光学アセンブリ(OPTICAL ASSEMBLY HAVING LENS OFFSET FROM OPTICAL AXIS)」に開示されている。これに開示されるすべてを参考として本明細書中に組み込む。
【００４４】
光センサ素子１３０は、左領域２２０の画像を画像データに変換する。すなわち、光センサ素子１３０は、左領域２２０の画像である、第１の反射光路２６０の光を画像データに変換する。画像データは、光センサ素子１３０から基板１１４に設けられたランドに出力され、データ線３１０を介してプロセッサ３００に送られる。画像データは、電圧が左領域２２０の一部における光の強度を表すアナログ電圧の形式としてもよい。あるいは、画像データは、ディジタル値が左領域２２０の一部における光の強度を表すディジタル値の形式としてもよい。第１の光源１４０がアクティブである期間、プロセッサ３００は、光センサ素子１３０から画像データを受け取るためのモードにある。プロセッサ３００は、画像データを受け取ると、左領域２２０を表す電子タグを画像データにつける。
【００４５】
プロセッサ３００が、左領域２２０の画像を表す画像データを受け取った後、該プロセッサ３００は、アクティブ解除するように第１の光源１４０に指示する命令をデータ線３１２を介して送る。第１の光源１４０のアクティブ解除により、左領域２２０の画像を光センサ素子１３０に向けることが中止される。この期間中、プロセッサ３００は、光センサ素子１３０から画像データを受け取れないモードに入る。これは、プロセッサ３００が、走査装置１０４に外部光が入射した結果である画像データを光センサ素子１３０から受け取る可能性をなくす。
【００４６】
次に、光学式位置感知装置１００は、左領域２２０を撮像したときと同様に右領域２３０を撮像する。プロセッサ３００は、アクティブにするように第２の光源１４２に指示する命令を第２の光源１４２にデータ線３１４を介して送る。同時に、プロセッサ３００は、光センサ素子１３０から画像データを再び受け取り可能とするモードに入る。第２の光源１４２は、右領域２３０を照射する第２の入射光路２５６に沿って光ビームを発光する。すなわち、第２の入射光路２５６は、第２の光源１４２から、第２の窓１５８を通り、第２の孔１２２を通って対象物の表面２０８の右領域２３０に設けられた中心点２３６まで延在している。第２の入射光路２５６にしたがって進む光は、少なくとも右領域２３０の左端２３２と右端２３４の間の距離だけ広がっている領域を照射する。
【００４７】
光は、右領域２３０から第２の反射光路２７０に沿って光センサ素子１３０に反射する。すなわち、光は、右領域２３０から発光し、第２の孔１２２を通り、第２の窓１５８を通り、第２のレンズ１５２を通って光センサ素子１３０に進む。図１に示すように、第２の反射光路２７０は、光センサ素子１３０および右領域２３０の両方に対して垂直である。このように第２の反射光路２７０が垂直交差していることで、通常、第２の反射光路２７０が右領域２３０と光センサ素子１３０と角度を持って交差している場合と比べて光センサ素子１３０に結像された右領域２３０のより精巧な画像が得られる。上述の垂直交差により、電解効果収差は実質的に減少する。第２のレンズ１５２は、直接光が光センサ素子１３０と交差するよう機能する。したがって、第２のレンズ１５２は、第２の反射光路２７０にしたがって進む光を光センサ素子１３０に収束させるように走査装置１０４に的確に配置される。
【００４８】
光センサ素子１３０は、第２の反射光路２７０にしたがって進む光を画像データに変換する。これにより、光センサ素子１３０は、左領域２２０の撮像を参照して上述したように、右領域２３０の画像を表す画像データを生成する。光検出器アセンブリ１１０は、上述したものと同様の方法でプロセッサ３００に画像データを出力する。したがって、プロセッサ３００は、左領域２２０において上述したものと同様の方法で光センサ素子１３０から画像データを受け取る。
【００４９】
プロセッサ３００が右領域２３０の画像を表す画像データを光センサ素子１３０から受け取った後、該プロセッサ３００は、アクティブ解除を第２の光源１４２に指示する命令をデータ線３１４を介して送る。同時に、プロセッサ３００は、光センサ素子１３０から画像データを受け取らないモードに入る。
【００５０】
プロセッサ３００は、上述したプロセスを繰り返し行うことによって、左領域２２０と右領域２３０から画像データの受け取りを交互に行う。画像データをプロセッサ３００が受け取ると、該プロセッサ３００は、左領域２２０または右領域２３０を表す画像データにタグをつけて以下のような処理を行う。
【００５１】
プロセッサ３００は、光センサ素子１３０に対する左領域２２０と右領域２３０における固有の特性の位置を決定する。走査装置１０４が移動すると、これに応じて光センサ素子１３０に対するこれらの固有の特性の位置も移動する。プロセッサ３００は、光センサ素子１３０に対するこれらの固有の特性の移動量および方向を計測し、走査装置１０４の対象物の表面２０８に対する移動の速度および方向を測定する。そして、プロセッサ３００は、走査装置１０４の対象物の表面２０８に対する位置を算出することが可能となる。プロセッサ３００は、走査装置１０４がさらに基準線ＡＡを中心として回転するか、または図２に示すように蛇行経路２１６に沿って移動する際、該走査装置１０４の位置を算出することが可能である。なお、プロセッサ３００は、走査装置１０４が基準線ＡＡにより定められる軸または基準線ＡＡと平行な他の軸を中心に移動する際、該走査装置１０４の位置を測定することが可能であることに留意されたい。二次元光センサアレイからの画像データを使用して、走査装置の位置を測定する例が、以下の米国特許、すなわち、Allen他の米国特許第５，６４４，１３９号「対象物に対するナビゲーションセンサの移動を検出するナビゲーション技法(NAVIGATION TECHNIQUE FOR DETECTING MOVEMENT OF NAVIGATION SENSORS RELATIVE TO AN OBJECT)」および、Allen他の米国特許第５，５７８，８１３号「非線形移動を補償するフリーハンド画像走査装置(FREEHAND IMAGE SCANNING DEVICE WHICH COMENSATES FOR NON-LINEAR MOVEMENT)」において開示されている。これらに開示されているすべてを参考として本明細書中に組み込む。
【００５２】
本明細書に記載の光学式位置感知装置１００には、従来の光学式位置感知装置を凌ぐ利点がいくつもある。たとえば、光学式位置感知装置１００と併用される光センサ素子１３０は１個だけで済む。上述したように、光センサ素子１３０は、走査装置１０４のより高価な素子の１つとなる傾向があり、したがって、光学式位置感知装置１００が必要とする光センサ素子１３０の数が減ったことにより、走査装置１０４のコストが大幅に低下する。さらに、光学式位置感知装置１００は、１個の光センサ素子を支持するための電子部品のみでよく、従来の光学式位置感知装置のように２個の光センサ素子のための構成は必要としない。
【００５３】
光学式位置感知装置１００の一実施形態について説明してきたが、次に光学式位置感知装置１００の他の実施形態について説明する。たとえば、図４は、反射素子２９０および２９２を用いて対象物の表面２０８からの光を光センサ素子１３０に向ける光学式位置感知装置１００の一実施形態を示している。
【００５４】
図４の光学式位置感知装置１００は、第１の反射素子２９０を、第１の反射光路２６０と第２の反射光路２７０との交差部に配置することができる。また、光学式位置感知装置１００は、第２の反射素子２９２を、第２の反射光路２７０を第１の反射素子２９０の方に向けるように機能させることもできる。第１の反射素子２９０を、たとえばビームスプリッタとし、第２の反射素子２９２を、たとえばミラーとしてもよい。
【００５５】
第１の光源１４０および第２の光源１４２は、図１を参照しながら上述したものと略同様に機能することができる。しかしながら、第１の光源１４０および第２の光源１４２は、異なる周波数の光を発光してもよい。たとえば、第１の光源１４０は周波数１の光を発光し、第２の光源１４２は周波数２の光を発光してもよい。第１の反射素子２９０は、周波数１の光を通過させ、かつ周波数２の光を反射するように構成されてもよい。
【００５６】
図４の光学式位置感知装置１００における第１の反射光路２６０および第２の反射光路２７０は、いずれも対象物の表面２０８と垂直である。これは、第１の光源１４０と第２の光源１４２を第１の反射光路２６０と第２の反射光路２７０の間に配置できる余地を残しており、これにより、走査装置１０４をより小型にし、したがって携帯性がより高められる。
【００５７】
図４の光学式位置感知装置１００の各部品について説明してきたが、次に図４の光学式位置感知装置１００の動作を説明する。
【００５８】
図４の光学式位置感知装置１００は、図１を参照しながら説明したように、プロセッサ３００に第１の光源１４０をアクティブとさせることにより左領域２２０を照射する。したがって、左領域２２０は、周波数１の光で照射される。第１の反射光路２６０は、左領域２２０から、第１の孔１２０を通り、第１の窓１５６を通り、第１のレンズ１５０を通り、第１の反射素子２９０を通って光センサ素子１３０に延在する。上述したように、第１の反射素子２９０は、周波数１の光を通すため、第１の反射光路２６０の光は、第１の反射素子２９０を通過する。第１の反射素子２９０と光センサ素子１３０の間に延在する第１の反射光路２６０の部分を本明細書では共通光路２７８と言う。共通光路２７８は、第１の反射光路２６０と第２の反射光路２７０に共通である。
【００５９】
第１の反射光路２６０が共通光路２７８を介して光センサ素子１３０と交差すると、光センサ素子１３０は、上述したように、左領域２２０の画像を表す画像データを生成する。同様に、プロセッサ３００は、上述と同様の方法で画像データを受け取り、処理する。
【００６０】
プロセッサ３００が、左領域２２０の画像を表す画像データを受け取った後、該プロセッサ３００は、上述のように、第１の光源１４０をアクティブ解除し、第２の光源１４２をアクティブにする。したがって、第２の光源１４２は、周波数２の光により右領域２３０を照射する。そして、周波数２の光は、右領域２３０から反射し、第２の反射光路２７０に沿って進む。第２の反射光路２７０は、第１のセクション２７２と第２のセクション２７４の２つのセクションに分割される。第１のセクション２７２は、右領域２３０から反射し、第２の孔１２２を通過し、第２の窓１５８を通って第２の反射素子２９２に進む。上述したように、第２の反射素子２９２はミラーである。したがって、第２の反射光路２７０の第２のセクションは、第２の反射素子２９２から反射し、第２のレンズ１５２を通過し、第１の反射素子２９０と交差する。上述したように、第１の反射素子２９０は、周波数２の光を反射するように構成されるビームスプリッタである。したがって、光は、第１の反射素子２９０から反射され、共通光路２７８に沿って進み、光センサ素子１３０と交差する。
【００６１】
光センサ素子１３０は、上述したように、右領域２３０の画像を画像データに変換し、この画像データをプロセッサ３００に送る。左領域２２０および右領域２３０を照射するプロセスは、走査装置１０４が対象物の表面２０８に対して相対移動する際に繰り返し行われる。プロセッサ３００は、図１に示した光学式位置感知装置１００の実施形態に関して上述したように、走査装置１０４の移動の速度および方向を測定することが可能である。
【００６２】
図４に示した光学式位置感知装置１００の一実施形態では、第１の反射素子２９０を部分反射ミラーとしてもよく、第２の反射素子２９２を従来のミラーとしてもよい。第１の反射素子２９０は、たとえば、これと交差する光の５０パーセントを反射することができる。したがって、光路２７４の光の５０パーセントは、第１の反射素子２９０から反射する。同様に、第１の反射光路２６０の光の５０パーセントは、第１の反射素子２９０を通過する。本実施形態の光学式位置感知装置１００により、第１の光源１４０と第２の光源１４２とが、同一の周波数の光を発光することができる。しかしながら、第１の光源１４０および第２の光源１４２は、第１の反射素子２９０が光を減衰することから、より強い光を発光する必要がある。
【００６３】
図４に示した本実施形態の光学式位置感知装置１００では、第１の反射光路２６０および第２の反射光路２７０は、左領域２２０および右領域２３０と角度を持って交差する必要がない。むしろ、第１の反射光路２６０および第２の反射光路２７０は、左領域２２０および右領域２３０に対してそれぞれ垂直である。さらに、第１の反射光路２６０および第２の反射光路２７０は、共通光路２７８を介して、光センサ素子１３０に対して垂直である。上述した垂直交差による撮像中に生じる歪みは少ないことから、位置感知の精度を高めることができる。本実施形態の光学式位置感知装置１００には、さらに、走査プロセス中に光学式位置感知装置１００が傾く際に左領域２２０と右領域２３０の比較的精度の高い撮像を維持することができるという利点がある。
【００６４】
図１および図４に示した光学式位置感知装置１００の実施形態は、光センサ素子１３０を対象物の表面２０８と平行に配置させている。このように光センサ素子１３０を対象物の表面２０８に対して平行に配置することは、光学式位置感知装置１００が比較的平坦なスキャナにおいて使用されるような状況ではおそらく好ましい。しかしながら、用途によっては、図５に示すように光センサ素子１３０を対象物の表面２０８に対して直交するように配置することが好ましい。たとえば、光センサ素子１３０を対象物の表面２０８に対して直交するように配置することは、光学式位置感知装置１００が、走査中の対象物から垂直方向に延伸するスキャナにおいて使用されるような状況ではおそらく好ましい。
【００６５】
光センサ素子１３０が対象物の表面２０８に対して直交するように配置された光学式位置感知装置１００を図５に示す。図５に示す光学式位置感知装置１００は、図４に示した光学式位置感知装置１００と実質的に同様である。図４に示した光学式位置感知装置１００とは異なり、第１の反射素子２９０は、周波数２の光を通過させ、周波数１の光を反射する。この状況では、第１の反射光路２６０の光は、第１の反射素子２９０から反射されて光センサ素子１３０の方に進む。同様に、第２の反射光路２７０の光は、第１の反射素子２９０を通過して光センサ素子１３０と交差する。
【００６６】
図１に示した実施形態と同様の光学式位置感知装置１００の実施形態を図６に示す。図６に示す光学式位置感知装置１００における第２の反射光路２７０は、基準線ＡＡに対して角度２８２をもって光センサ素子１３０と交差する。角度２８２により、左領域２２０と右領域２３０は、図１に示した光学式位置感知装置１００の場合より長い距離２４０をもって引き離される。これには、光学式位置感知装置１００の回転運動についてより精度の高い情報を提供できるという利点がある。しかしながら、角度２８２により、右領域２３０の画像は、図１に示した光学式位置感知装置１００の右領域２３０の画像に対して歪む虞れがある。
【００６７】
本明細書では、第１の光源１４０および第２の光源１４２のアクティブ化を制御することにより、左領域２２０または右領域２３０のいずれかを撮像するとして、光学式位置感知装置１００を説明してきた。左領域２２０と右領域２３０の撮像を交互に行うために他の実施形態を使用することもできる。たとえば、各光路に電子シャッタ装置を配置して、光センサ素子１３０によって左領域２２０の画像を取り込むか、あるいは右領域２３０の画像を取り込むかを制御することができる。シャッタ装置は、当該技術において周知の械動作式の孔または電子式の孔とすることができる。
【００６８】
本明細書では、対象物の表面２０８の２つの領域部を撮像するとして、光学式位置感知装置１００を説明してきた。これは単に例示の目的であり、光学式位置感知装置１００は、対象物の表面２０８の複数箇所の領域部を、本明細書で説明したようにこれらの領域部から光センサ素子１３０に光を向けることにより撮像できるということが理解されよう。
【００６９】
本発明の例示的かつ現在推奨される実施形態について詳細に説明してきたが、それ以外にも発明の概念を様々に具体化して用いてもよく、従来技術により制限されない限りかかる変形を含めるとして特許請求の範囲を解釈するものとすることが理解されよう。
【００７０】
以下に、本発明の実施形態を要約しておく。
１．二次元光センサアレイ（１３０）と、
第１の領域（２２０）と前記二次元光センサアレイ（１３０）の間に延在する第１の光路（２６０）と、
第２の領域（２３０）と前記二次元光センサアレイ（１３０）の間に延在する第２の光路（２７０）と、
前記第１の光路（２６０）上に配置された第１の光学部品（１５０）と、
前記第２の光路（２７０）上に配置された第２の光学部品（１５２）と、
前記第１の領域（２２０）と連係される第１の光源（１４０）と、
この第１の光源（１４０）と前記第１の領域（２２０）の間に延在する第３の光路（２５０）と、
前記第２の領域（２３０）と連係される第２の光源（１４２）と、
この第２の光源（１４２）と前記第２の領域（２３０）の間に延在する第４の光路（２５６）と、
を備えてなることを特徴とする光学式位置感知装置（１００）。
【００７１】
２．部分反射素子（２９０）をさらに備え、
前記第１の光路（２６０）と前記第２の光路（２７０）が前記部分反射素子（２９０）で交差し、
前記第１の光路（２６０）は前記部分反射素子（２９０）を通過し、
前記第２の光路（２７０）は前記部分反射素子（２９０）から反射する、
ことを特徴とする上記１に記載の光学式位置感知装置（１００）。
【００７２】
３．ビームスプリッタ素子（２９０）をさらに備え、
前記第１の光路（２６０）と前記第２の光路（２７０）が前記ビームスプリッタ素子（２９０）で交差し、
前記第１の光路（２６０）は前記ビームスプリッタ素子（２９０）を通過し、
前記第２の光路（２７０）は前記ビームスプリッタ素子（２９０）から反射する、
ことを特徴とする上記１に記載の光学式位置感知装置（１００）。
【００７３】
４．前記光学式位置感知装置（１００）は走査装置（１０４）と動作上連係されることを特徴とする上記１に記載の光学式位置感知装置（１００）。
【００７４】
５．前記第１の光路（２６０）は前記二次元光センサアレイ（１３０）に対して垂直であることを特徴とする上記１に記載の光学式位置感知装置（１００）。
【００７５】
６．前記第２の光路（２７０）は前記第２の領域（２３０）に対して垂直であることを特徴とする上記１に記載の光学式位置感知装置（１００）。
【００７６】
７．表面（２０８）に対する対象物（１０４）の位置を測定する位置測定方法において、
前記対象物（１０４）に連係される二次元光センサアレイ（１３０）を設ける工程と、
前記表面（２０８）の第１の焦点面部（２２０）から前記二次元光センサアレイ（１３０）に所定期間光を向ける工程と、
前記表面（２０８）の第２の焦点面部（２３０）から前記二次元光センサアレイ（１３０）に、前記表面（２０８）の前記第１の焦点面部（２２０）から前記二次元光センサアレイ（１３０）に光を向けていない期間、光を向ける工程と、
前記二次元光センサアレイ（１３０）により、前記二次元光センサアレイ（１３０）が取り込んだ画像を表す画像データを生成する工程と、
前記表面（２０８）と前記二次元光センサアレイ（１３０）の間に相対移動を生じさせる工程と、
前記二次元光センサアレイ（１３０）の前記表面（２０８）に対する変位を測定するために前記画像データの分析を行う工程と、
を備えてなることを特徴とする位置測定方法。
【００７７】
８．前記対象物（１０４）は走査装置であることを特徴とする上記７に記載の位置測定方法。
【００７８】
９．表面（２０８）に対する対象物（１０４）の位置を測定する位置測定方法において、
前記対象物（１０４）と連係される二次元光センサアレイ（１３０）を設ける工程と、
前記表面（２０８）の第１の焦点面部（２２０）と連係される第１の光源（１４０）を設ける工程と、
前記表面（２０８）の第２の焦点面部（２３０）と連係される第２の光源（１４２）を設ける工程と、
前記表面（２０８）の前記第１の焦点面部（２２０）を第１の期間前記第１の光源（１４０）により照射する工程と、
前記表面（２０８）の前記第２の焦点面部（２３０）を第２の期間前記第２の光源（１４２）により照射する工程であって、前記第２の期間が、前記表面（２０８）の前記第１の焦点面部（２２０）を前記第１の光源（１４０）が照射していないときの時間を含む、工程と、
前記表面（２０８）の前記第１の焦点面部（２２０）から前記二次元光センサアレイ（１３０）に前記第１の期間光を向ける工程と、
前記表面（２０８）の第２の焦点面部（２３０）から前記二次元光センサアレイ（１３０）に前記第２の期間光を向ける工程と、
前記二次元光センサアレイ（１３０）により、前記二次元光センサアレイ（１３０）が取り込んだ画像を表す画像データを生成する工程と、
前記表面（２０８）と前記二次元光センサアレイ（１３０）の間に相対移動を生じさせる工程と、
前記二次元光センサアレイ（１３０）の前記表面（２０８）に対する変位を測定するために前記画像データの分析を行う工程と、
を備えてなることを特徴とする位置測定方法。
【００７９】
１０．前記対象物（１０４）は走査装置であることを特徴とする上記９に記載の位置測定方法。
【００８０】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、本発明の光学式位置感知装置によれば、第１の領域と第２の領域を選択的に照射し、これらの領域を単一の光センサアレイで撮像するようにしており、走査装置のコストを実質的に上昇させることなく、対象物に対するその位置を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】走査装置に組み込まれた光学式位置感知装置を示す側面図である。
【図２】図１の光学式位置感知装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】１枚の用紙上の蛇行経路を辿る図１の走査装置を示す斜視図である。
【図４】図１の光学式位置感知装置の一実施形態を示す側面図である。
【図５】図１の光学式位置感知装置の他の実施形態を示す側面図である。
【図６】図１の光学式位置感知装置のさらに他の実施形態を示す側面図である。
【符号の説明】
１００ 光学式位置感知装置
１０４ 走査装置
１３０ 二次元光センサアレイ
１４０ 第１の光源
１４２ 第２の光源
１５０ 第１のレンズ（第１の光学部品）
１５２ 第２のレンズ（第２の光学部品）
２０８ 表面
２２０ 第１の領域
２３０ 第２の領域
２５０ 第３の光路
２５６ 第４の光路
２６０ 第１の光路
２７０ 第２の光路
２９０ 反射素子（ビームスプリッタ素子）

Claims (8)

1. ある表面に対する対象物の位置測定方法において、
   前記対象物と連係する二次元光センサアレイを設けることと、
   所定期間、前記表面の第１の焦点面部から前記二次元光センサアレイに光を向けることと、
   前記表面の前記第１の焦点面部から前記二次元光センサアレイ光が向けられていない所定期間、前記表面の第２の焦点面部から前記二次元光センサアレイに光を向けることと、
   前記二次元光センサアレイが取り込んだ画像を表す画像データを前記二次元光センサアレイにより生成することと、
   前記表面と前記二次元光センサアレイの間に相対変位を生じさせることと、
   前記画像データを分析して前記表面に対する前記二次元光センサアレイの変位を測定することと、
   を含むことを特徴とする位置測定方法。
2. 前記対象物が走査装置であることを特徴とする請求項１に記載の位置測定方法。
3. 前記表面が用紙の表面であることを特徴とする請求項１に記載の位置測定方法。
4. ある表面に対する対象物の位置測定方法において、
   前記対象物と連係する二次元光センサアレイを設けることと、
   前記表面の第１の焦点面部と連係する第１の光源を設けることと、
   前記表面の第２の焦点面部と連係する第２の光源を設けることと、
   第１の期間だけ、前記第１の光源で前記表面の前記第１の焦点面部を照らすことと、
   前記第１の光源が前記表面の前記第１の焦点面部を照らしていない期間を含む第２の期間だけ、前記第２の光源で前記表面の前記第２の焦点面部を照らすことと、
   前記第１の期間、前記表面の前記第１の焦点面部から前記二次元光センサアレイに光を向けることと、
   前記第２の期間、前記表面の前記第２の焦点面部から前記二次元光センサアレイに光を向けることと、
   前記二次元光センサアレイが取り込んだ画像を表す画像データを前記二次元光センサアレイにより生成することと、
   前記表面と前記二次元光センサアレイの間に相対変位を生じさせることと、
   前記画像データを分析して前記表面に対する前記二次元光センサアレイの変位を測定することと、
   を含むことを特徴とする位置測定方法。
5. 前記第１の光源は第１の周波数の光を発するように構成され、前記第２の光源は第２の周波数の光を発するように構成されることを特徴とする請求項４に記載の位置測定方法。
6. 前記対象物が走査装置であることを特徴とする請求項４に記載の位置測定方法。
7. 前記表面が用紙の表面であることを特徴とする請求項４に記載の位置測定方法。
8. ある表面に対する対象物の位置測定装置において、
   前記対象物と連係し、画像データを生成する二次元光センサアレイと、
   第１の期間、前記表面の第１の領域部を照らす手段と、
   前記第１の領域部が照らされていない期間を含む第２の期間、前記表面の第２の領域部を照らす手段と、
   前記表面の前記第１の領域部からの光を前記二次元光センサアレイに向ける手段と、
   前記表面の前記第２の領域部からの光を前記二次元光センサアレイに向ける手段と、
   前記二次元光センサアレイによって生成された画像データを分析して前記表面に対する前記二次元光センサアレイの変位を測定する手段と、
   を備えたことを特徴とする位置測定装置。

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