米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 計算機;電気通信 -> ヒューレット・パッカード・カンパニー

発明の名称 位置検知方法およびイメージング装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−157000(P2001−157000A)
公開日 平成13年6月8日(2001.6.8)
出願番号 特願2000−342755(P2000−342755)
出願日 平成12年11月10日(2000.11.10)
代理人 【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一 (外2名)
発明者 トーマス・シー・オリバー
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 第2の物体に対する第1の物体の位置を決定する方法であって、前記第1の物体に動作可能に関連しているイメージング装置を準備するステップと、第1の表面および第2の表面を有し、かつ少なくとも一つの光学的に検出可能な形状を含むシートを準備するステップと、前記シートを前記第2の物体に隣接して配置するステップと、前記第1の物体と前記シートとの間で相対的な運動を生じさせるステップと、前記第1の物体が前記シートに対して動くにつれて、前記少なくとも一つの光学的に検出可能な形状を示すイメージデータを、前記イメージング装置を使用して生成するステップと、前記イメージデータに対する分析を実行して、前記第2の物体に対する前記第1の物体(100)の位置を決定するステップとを含む方法。
【請求項2】 前記第1の物体が光学的走査装置である請求項1に記載の方法。
【請求項3】 物体のイメージを示すイメージデータを生成する方法であって、第1のイメージング装置を準備するステップと、前記第1のイメージング装置に固定的に関連している第2のイメージング装置を準備するステップと、第1の表面および第2の表面を有し、かつ少なくとも一つの光学的に検出可能な形状を含むシートを準備するステップと、前記シートの第1の表面を前記物体に隣接して配置するステップと、前記第1のイメージング装置と前記第2のイメージング装置とを前記シートの第2の表面に隣接して配置するステップと、前記第1のイメージング装置と前記シートとの間で相対的な運動を生じさせるステップと、前記第2のイメージング装置と前記シートとの間で、前記第1のイメージング装置と前記シートとの間の相対的運動に比例する相対的な運動を生じさせるステップと、前記物体を示すイメージデータを、前記第1のイメージング装置を使用して生成するステップと、前記少なくとも一つの光学的に検出可能な形状を示すイメージデータを、前記第2のイメージング装置を使用して生成するステップと、前記第2のイメージング装置によって生成された前記イメージデータに対する分析を実行して、前記物体に対する前記第1のイメージング装置の位置を決定するステップとを含む方法。
【請求項4】 前記第2のイメージング装置が2次元イメージング装置である請求項3に記載の方法。
【請求項5】 前記第1のイメージング装置に関連している第1の光源を準備するステップと、前記第1の光源を使用して前記物体を照射するステップとをさらに含む請求項3に記載の方法。
【請求項6】 前記シートが可視光に対して実質的に透明であり、前記第1の光源が可視光帯域の光を発する請求項5に記載の方法。
【請求項7】 前記第2のイメージング装置に関連している第2の光源を準備するステップと、前記第2の光源を使用して、前記少なくとも一つの光学的に検出可能な形状を照射するステップとをさらに含む請求項3に記載の方法。
【請求項8】 前記少なくとも一つの光学的に検出可能な形状が赤外光帯域の光を反射し、前記第2の光源が前記赤外光帯域の光を発する請求項7に記載の方法。
【請求項9】 前記少なくとも一つの光学的に検出可能な形状が複数の凹凸形状である請求項3に記載の方法。
【請求項10】 イメージング装置であって、第1のイメージング装置および第2のイメージング装置を有する光学的イメージング装置と、第1の表面および第2の表面を有するシートと、を備えており、前記シートが、少なくとも一つの光学的に検出可能な形状を有し、前記第1のイメージング装置は、物体のイメージを示すイメージデータを生成するように構成され、かつ前記第2のイメージング装置は、前記シートのエリア部分を示すイメージデータを生成するように構成され、前記光学的イメージング装置の前記シートに対する位置を決定し、前記第1のイメージング装置は、前記少なくとも一つの光学的に検出可能な形状を実質的に感知せず、前記第2のイメージング装置は、前記少なくとも一つの光学的に検出可能な形状を実質的に感知するイメージング装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には位置検知方法およびイメージング装置に関しており、より具体的には、光学的走査装置に組み込まれて滑らかな表面に対する光学的走査装置の位置を決定する位置検知方法およびイメージング装置に関している。
【0002】
【従来の技術】ハンドヘルド型走査装置は、物体のイメージを示す機械読取り可能なイメージデータ(本願明細書では、単に「イメージデータ」とも称される)を生成する携帯型イメージング装置である。物体のイメージを示すイメージデータを生成することは、ときには物体を「イメージングする」または「走査する」と呼ばれる。ある走査装置は、イメージングされている物体における狭い「走査線」部分を示すイメージデータを生成する。イメージングプロセスの間に、走査装置は、イメージングされている物体に対して移動される。走査装置がイメージングされている物体に対して移動されるにつれて、走査装置は、物体のイメージにおける複数の連続した走査線部分を示すイメージデータを生成する。したがって、物体のイメージは、従来のビデオディスプレイによって表される物体のイメージに類似した、連続した走査線部分の累積としてのイメージデータによって表される。
【0003】ハンドヘルド型走査装置の例は、「調整可能な光路を有するハンドヘルド型スキャナ」に関するマッコニカ(McConica)の米国特許第5,552,597号、「ビームステアリング能力を有するイメージング装置」に関するスタインレ (Steinle)の米国特許第5,646,394号、「拡張可能なハンドヘルド型走査装置」に関するコバイロら(Khovaylo et al.)の米国特許第5,646,402号、「線部分における物体の方向に実質的に垂直な光路を有する線接触型ハンドヘルド走査装置および方法」に関するカーシュナーら(Kerschner etal.)の米国特許第5,723,859号、1998年7月29日付けで出願された「ハンドヘルド型走査装置」に関するシムスら(Sims et al.)の米国特許出願第09/120,641号、および1998年7月30日付けで出願された「ハンドヘルド型走査装置」に関するシムスら(Sims et al.)の米国特許出願第09/120,637号などの米国特許証および米国特許出願に記載されており、これらの内容はすべて、参照によって本願明細書に援用される。
【0004】ある走査装置では、物体の走査線部分のイメージが光検出器素子のリニアアレイ(本願明細書では単に光検出器とも称される)の上にフォーカスされる。例えば、光検出器は、従来技術で知られている「接触型イメージセンサ(contactimage sensor)」のような直線状に(リニアに)配置された複数の電子セグメントに搭載されてもよい。光検出器は、電荷結合素子(CCD)で一般的なように、単一の半導体にエッチングされてもよい。個々の光検出器は、物体の走査線部分のイメージにおける離散的部分を示すイメージデータを生成する。例として、このイメージデータは電圧であり、比較的高い電圧が、光検出器によって受け取られた光の強度が比較的高いことを示し、比較的低い電圧が、光検出器によって受け取られた光の強度が比較的低いことを示してもよい。
【0005】光検出器によって生成されたイメージデータは、プロセッサに伝達される。プロセッサの機能の一つは、走査線の生成対象になっている物体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生成することである。あるいは、このデータベースは、走査線相互間での位置を示すこともある。データベースに記憶されたデータとイメージデータとをプロセッサによって使用することによって、物体のイメージを複製する。例えば、走査装置が、1枚の紙の上に印刷されたテキストのような2次元的な物体を示すイメージデータを生成している場合には、ハンドヘルド型走査装置は、その紙の上で任意の方向に動かされてもよい。したがって、走査線部分は、事実上、紙の上のあらゆる位置から生成されることがあり、このために、物体のイメージを示すイメージデータが、紙の表面上で湾曲している可能性がある複数の走査線部分から構成されることになる。物体のイメージを正確に複製するために、ハンドヘルド型走査装置は、データベースに記憶されたデータを使用して、紙の上に印刷されたイメージテキストの走査線部分の適当な配置を決定する。プロセッサは、例えばスティッチングソフトウエアのような既知の処理技術によって、紙の上に印刷されたテキストの電子的イメージを生成してもよい。
【0006】走査処理中に物体に対する走査装置の動きの速度、位置、または方向が不明であると、物体のイメージの複製において、問題が発生する。例えば、走査装置が物体のイメージに対して毎秒1000個の走査線部分をイメージングし、かつ走査装置が物体に対して毎秒1インチの一定速度で単一の軸に沿って移動しているときには、各走査線は、物体のイメージの1/1000インチを示す。物体に対する走査装置の正しい速度、およびこれより位置がプロセッサに伝達されていると、プロセッサは、各走査線が物体のイメージの1/1000インチを示すデータベースを生成する。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インチ離れていることを示す。イメージデータとデータベースに記憶されたデータとに基づいて、プロセッサは、物体のイメージを正確に複製する。しかし、物体に対する走査装置の速度が減少し、その減少した速度がプロセッサに伝達されないと、プロセッサは、各走査線が物体の1/1000インチを示しているかのように、イメージデータの処理を継続する。しかし、各走査線は、物体の1/1000インチよりも小さい部分を示している。したがって、複製された物体のイメージは圧縮される。一方、物体に対する走査装置の速度が増加し、その増加した速度がプロセッサに伝達されないと、複製された物体のイメージは伸長される。
【0007】物体に対する走査装置の速度または位置が分からないときには、物体のイメージを正確に複製することは不可能である。位置または速度が分からないと、プロセッサには、走査線が生成されるときに、走査装置が物体に対して何処に位置しているのかが分からない。したがって、プロセッサは、走査線を相互に適切に配置して物体のイメージを複製することができない。この問題は、走査線が物体上の任意の箇所から生成されることがあり、かつしばしば物体表面上で湾曲しているようなハンドヘルド型走査装置では、特に顕著である。
【0008】これらの問題を解決するために、走査装置は、位置センサを使用して、物体に対する走査装置の位置を検出する。位置センサは、物体のイメージにおける走査線部分が生成される際に、物体に対する走査装置の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、そこで、位置検知のために使用される前述のデータベースに組み込まれる。
【0009】いくつかの走査装置は、走査装置に固定された光学的センサを有していて、これによって、イメージングされている物体に対する走査装置の位置を決定する。光学的センサは、イメージングされている物体における小さい2次元エリアを示すイメージデータを、定期的に生成する。プロセッサはこのイメージデータを受け取って、物体のイメージにおける独特な形状を識別する。物体が紙の上に印刷されたテキストである例では、この独特な形状は、紙の表面が独特な凹凸形状であってもよい。光学的センサに対するこれらの独特な形状の位置が、メモリ装置に記憶される。走査装置が物体に対して移動すると、これらの独特な形状の位置が光学的センサに対して移動する。プロセッサは、これらの独特な形状の新しい位置を、メモリ装置に記憶されている位置と比較する。これらの比較結果に基づいて、プロセッサは、光学的センサが物体に対して固定されている走査装置の物体に対する位置、移動方向、および速度を決定することができる。したがって、物体のイメージにおける走査線部分の相互間の位置が容易に決定できるので、プロセッサは前述のデータベースを生成することができる。いくつかの走査装置では、複数の光学的センサを使用して、イメージングされている物体に対する光学的センサの位置を、より精度よく決定していることに留意されたい。ある表面に対する光学的走査装置の位置を決定するためのその表面上におけるイメージングエリア部分の例は、「対象物に対するナビゲーションセンサの動きを検出するためのナビゲーション技術」に関するアレンら(Allen et al.)の米国特許第5,644,139号、および「非線形の動きを補償するフリーハンドイメージ走査装置」に関するアレンら(Allen et al.)の米国特許第5,578,813号にさらに詳細に説明されており、これらの両方の開示内容はすべて、参照によって本願明細書に援用される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、表面のイメージが、表面に対する走査装置の位置を決定する目的でイメージングすることができる独特な形状を有さないことがある。例えば写真や雑誌カバーのように、イメージングされている物体の表面が滑らかであったり、または光沢がある例では、典型的には、前述の位置センシングを達成するために十分に適当である独特な形状が、表面のイメージ中に存在していない。したがって、プロセッサは、イメージングされている表面に対する走査装置の位置を決定することができない。このため、プロセッサは、走査線部分がイメージングされる位置を決定することができない。この結果、走査装置は、これらの滑らかな、または光沢のある表面を示すイメージデータを生成することができない。
【0011】したがって、滑らかな、または光沢のある表面を有する物体に対する位置を正確に決定することができる光学的位置決めシステムが必要とされている。
【0012】
【課題を解決するための手段】第2の物体に対する第1の物体の位置を決定する方法およびシステムが、本願明細書に開示されている。この方法は、凹凸形状を有する第1の表面と、凹凸形状を有しても有さなくてもよい第2の表面とを有するシートを提供するステップを有し得る。このシートの第2の表面は、第2の物体の表面に実質的に沿うように、第2の物体の表面に隣接して配置されてもよい。この方法は、第1の物体に固定的に関連しているイメージング装置を準備するステップをさらに有してもよい。このイメージング装置は、シートの第1の表面に隣接して配置されてもよく、このシートの第1の表面に対して、第1の物体に沿って移動されてもよい。イメージング装置は、シートの第1の表面の平坦部分をイメージングし、第1の表面上の独特な形状を識別し、加えて、この独特な形状のイメージのイメージング装置に対する位置を特定する。第1の物体およびイメージング装置がシートの第1の表面に対して移動すると、独特な形状のイメージがそれにあわせて、イメージング装置に対して移動する。イメージング装置は、イメージング装置と独特な形状のイメージとの間の相対運動の量および方法を計測する。第1の物体と第2の物体との間の相対運動がこれから容易に決定され、これが結局、第2の物体に対する第1の物体の位置を示す。
【0013】
【発明の実施の形態】図1〜図4は、一般的に、第2の物体170に対する第1の物体100の位置を決定する方法を示している。この方法は、第1の物体100に動作可能に関連しているイメージング装置144を準備するステップと、第1の表面210および第2の表面212を有し、かつ少なくとも一つの光学的に検出可能な形状218を含むシート200を準備するステップと、シート200を第2の物体170に隣接して配置するステップと、第1の物体100とシート200との間で相対運動を生じさせるステップと、第1の物体100がシートの第1の表面210に対して動くにつれて、シートの第1の表面210の連続的な部分130を示すイメージデータをイメージング装置144によって生成するステップと、イメージデータに対する分析を実行して、第2の物体170に対する第1の物体100の位置を決定するステップと、を含む。
【0014】図1〜図4はまた、一般的に、物体170のイメージを示すイメージデータを生成する方法を示している。この方法は、第1のイメージング装置150を準備するステップと、第1のイメージング装置150に固定的に関連されている第2のイメージング装置154を準備するステップと、第1の表面210および第2の表面212を有し、かつ少なくとも一つの光学的に検出可能な形状218を含むシート200を準備するステップと、シートの第2の表面212を物体170に隣接して配置するステップと、第1のイメージング装置150と第2のイメージング装置154とをシートの第1の表面210に隣接して配置するステップと、第1のイメージング装置150とシートの第1の表面210との間で相対運動を生じさせるステップと、第2のイメージング装置154とシートの第1の表面210との間で、第1のイメージング装置150とシートの第1の表面210との間の相対運動に比例する相対運動を生じさせるステップと、物体170を示すイメージデータを第1のイメージング装置150によって生成するステップと、少なくとも一つの光学的に検出可能な形状218を示すイメージデータを第2のイメージング装置154によって生成するステップと、第2のイメージング装置154によって生成されたイメージデータに対する分析を実行して、物体170に対する第1のイメージング装置150の位置を決定するステップと、を含む。
【0015】図1〜図4はまた、一般的に、イメージング装置を示している。このイメージング装置は、第1のイメージング装置150および第2のイメージング装置154を有する光学的イメージング装置100と、第1の表面210および第2の表面212を有するシート200とを備えており、このシート200が、少なくとも一つの光学的に検出可能な形状218を含み、第1のイメージング装置150は、物体170のイメージを示すイメージデータを生成し、かつ第2のイメージング装置154は、シート200のエリア部分130を示すイメージデータを生成し、光学的イメージング装置100のシート200に対する位置を決定し、第1のイメージング装置150は、実質的にシート200を感知せず、第2のイメージング装置154は、実質的にシート200を感知する。
【0016】第2の物体に対する第1の物体の位置を決定する方法を一般的に説明し、かつ走査装置100を一般的に説明したので、以下では、これらについて、さらに詳細に説明する。図1を参照して、以下の説明では、走査装置100を使用して材料170の表面172をイメージングする非制限的なイメージングプロセスに焦点を絞る。第2の物体に対する第1の物体の位置を決定する方法は、イメージングプロセスの中で説明される。ここで、第1の物体は走査装置100であり、第2の部体は材料170である。以下では、走査プロセスを簡潔に説明し、その後で、シート200を組み込んだ走査プロセスをさらに詳細に説明する。
【0017】走査装置100が図1に示されており、これは、材料170の表面172に印刷されたイメージ174を示す機械読取可能なイメージデータ(単にイメージデータとも称される)を生成する。物体を示すイメージデータを生成するプロセスは、本願明細書では、単に物体のイメージングまたは走査と称されることもある。イメージ174をイメージングするプロセスが表面172のイメージングを本質的に含んでいることに留意されたい。
【0018】走査装置100は、簡単に説明すると、材料170の表面172の走査線部分110を示すイメージデータを生成してもよい。走査線部分110は、図1では、表面172の上の参照線AA上に位置していると描かれている。走査線部分110の位置は、走査装置100に対して固定されており、これによって、走査装置100が表面172に対して移動すると、それに応じて、表面172に対して走査線部分110が移動する。表面172における走査線部分110よりも大きな部分を示すイメージデータを生成するためには、走査装置100が表面172の連続走査線部分110を示すイメージデータを生成するときに、走査装置100をパス112に沿って移動してもよい。表面172を示すイメージデータは、これより、表面172上で湾曲している複数の走査線部分110の形態を有している。
【0019】走査線部分110を示すイメージデータの生成に加えて、走査装置100は、第1のナビゲーション部分130および第2のナビゲーション部分132を示すイメージデータを生成してもよい。従来の走査プロセスでは、第1のナビゲーション部分130および第2のナビゲーション部分132は表面172の平坦部分であって、材料170に対する走査装置100の位置を決定するために使用される。走査装置100は、第1のナビゲーション部分130および第2のナビゲーション部分132のイメージにおける小さな独特な形状を検出することができる。例えば、材料170がパルプ材料、例えば紙からできている場合には、表面172は、典型的には、パルプ材料によって生じた凹凸形状の独特な形状を有している。走査装置100は、これらの独特な形状の走査装置100に対する位置を検出して記録する。走査装置100が表面172に対して移動すると、独特な形状の位置が走査装置100に対して移動する。走査装置100はその後に、走査装置100に対する独特な形状の動きを分析することによって、表面172に対する運動速度および位置を決定してもよい。表面に対する光学的走査装置の位置を決定するための表面のイメージングエリア部分の例は、アレンら(Allen etal.)の米国特許第5,644,139号およびアレンら(Allen et al.)の米国特許第5,578,813号にさらに説明されており、これらの開示内容はすべて、参照によって本願明細書に援用される。
【0020】走査装置100は、第1のナビゲーション部分130および第2のナビゲーション部分132を示すイメージデータを使用して、イメージデータが生成される際に、走査線部分110の表面172に対する位置を決定する。走査装置100は、その後に、走査線部分110を示すイメージデータに、走査線部分110の相互間の位置を識別し得る位置情報のタグを電子的に付けてもよい。走査装置100は、この位置情報を使用して、走査線部分を示すイメージデータを相互に適切に配置して、従来の方法で表面172のイメージを複製する。
【0021】走査装置100が従来の操作方法にて動作し、滑らかな、または光沢のある表面をイメージングするとき、走査装置100は、典型的には、表面における上述の独特な形状のイメージを検出することができない。これは、滑らかな、または光沢のある表面上にイメージング可能な独特な形状が存在していないことによる。走査装置100が独特な形状をイメージングできないことの結果として、走査装置100は、滑らかな、または光沢のある表面に対するその速度または位置を決定することができない。したがって、表面172の複数の走査線部分を示すイメージデータが生成されると、これらのイメージデータを適切に処理して表面172のイメージを複製することができない。
【0022】本願明細書に開示されている走査方法は、透明シート200の使用によって、滑らかな、または光沢のある表面のイメージングに関連する上述の問題を解決する。この方法は、頂部表面210と底部表面212とを有するシート200を提供するステップを含み得て、この頂部表面210には、光学的に検出可能な形状が位置していてもよい。ここで示されている光学的に検出可能な形状は、頂部表面210上に位置している凹凸形状218である。しかし、光学的に検出可能な形状は、代わりに底部表面212上に位置していてもよく、底部表面212および頂部表面210上の両方に位置していてもよく、あるいは、底部表面212および頂部表面210の間のシート200の内部に位置していてもよいことを理解されたい。凹凸形状218は独特な形状であって、第1のナビゲーション部分130および第2のナビゲーション部分132を介して走査装置100によってイメージングされ得る。凹凸形状218は、インクのような印刷材料を保持するために、頂部表面210上に形成されてもよい。あるいは、凹凸形状218は、一例として頂部表面210にエンボスされたバンプなどであってもよい。バンプまたは凹凸形状218は、イメージングの完了後に、走査線部分110を示すイメージデータから電子的に除去されてもよい。シート200は可視光線を透過させてもよく、これより、表面172上に印刷されたイメージ174を、イメージ174の歪みを最小にして透過させてもよい。
【0023】この方法は、イメージングされている材料170の表面172に隣接して、シート200の底部表面212を位置させるステップをさらに含んでもよい。シート200は、走査プロセス中に材料170の表面172に対して動かないように、シート200は固定位置に配置されてもよい。加えて、この方法は、シート200の頂部表面210に隣接して走査装置100を配置し、走査装置100と材料170との間に相対運動を生じさせるステップをさらに含んでもよい。走査装置100と材料170との間の相対的運動は、走査装置100とシート200との間と同じ相対運動である。走査プロセス中に、走査装置100は、従来の方法で、パス112をたどるか、またはシート200上の同様のパスをたどる。したがって、走査装置100は、材料170の表面172における複数の走査線部分110を示すイメージデータを生成する。これらの走査線部分110は、材料170の表面172上に印刷されたイメージ174を含む。イメージデータを処理して表面172上に印刷されたイメージ174を複製するために、走査装置100は、表面172上のどこからその走査線部分110が生成されたかを決定しなければならない。したがって、走査装置100は、イメージデータを生成する際に、その位置を、材料170の表面172に対して決定することができなければならない。
【0024】表面172に対する走査装置100の位置の決定は、第1のナビゲーション部分130および第2のナビゲーション部分132をイメージングすることによって達成される。ここで開示されている走査方法では、第1のナビゲーション部分130および第2のナビゲーション部分132は、シート200の頂部表面210の平坦部分である。上述のように、シート200は、材料170に対して固定位置に置かれている。これより、走査装置100は、シート200の頂部表面210上の独特な形状を、材料170の表面172上にその独特な形状が存在している場合と同じようにイメージングする。第1のナビゲーション部分130および第2のナビゲーション部分132を示すこのイメージデータは、従来の方法で処理されて、透明シート200に対する走査装置100の位置を決定する。この位置情報を使用して、走査線部分110を示すイメージデータが処理されて、前述のように表面172のイメージを従来の方法で複製する。
【0025】イメージング方法および走査装置100を簡潔に説明してきたので、以下では、それらをさらに詳細に説明する。
【0026】図1を参照すると、ここで説明されている走査装置100は、物体のイメージを示すイメージデータを生成する従来のハンドヘルド型光学的走査装置であってもよい。ハンドヘルド型光学的走査装置によるイメージデータの生成例は、マッコニカ(McConica)の米国特許第5,552,597号、スタインレ(Steinle)の米国特許第5,646,394号、コバイロら(Khovaylo etal.)の米国特許第5,646,402号、カーシュナーら(Kerschner etal.)の米国特許第5,723,859号、シムスら(Sims et al.)の米国特許出願第09/120,641号、およびシムスら(Sims et al.)の米国特許出願第09/120,637号などの米国特許証および米国特許出願に記載されており、これらの内容はすべて、参照によって本願明細書に援用される。
【0027】ここで説明されている走査装置100は、材料170の表面172上に印刷されたイメージ174を示すイメージデータを生成している。材料170の表面172は、滑らかであるか、または光沢を有していてもよく、紙シートの製造時に使用されるパルプ材料によって提供される独特な光学的形状のような、独特の光学的形状を有していなくてもよい。材料170は、一例として、印画紙(photographic paper)のシートであってもよく、イメージ174は、その上に印刷されていてもよい。あるいは、表面172は、光沢を有する紙であってもよく、イメージ174は、その上に印刷されたテキストであってもよい。イメージ174をイメージングするステップは、本質的に表面172のイメージングを含んでいると理解されたい。
【0028】シート200は、材料170に一時的に固定されるように、材料の170の表面172に隣接して、固定的に配置されてもよい。例えば、シート200は、摩擦力または接着剤、例えば接着テープによって、材料170に固定されてもよい。シート200は、頂部表面210と底部表面212とを有し、底部表面212が材料170の表面172に隣接して配置されてもよい。シート200の頂部表面210には、凹凸形状218が位置していてもよい。この凹凸形状218は、一枚の紙の表面においてパルプ材料によって生じる凹凸形状に類似した、頂部表面210の凹凸形状であってもよい。
【0029】シート200が可視光線に対して実質的に透明であり、頂部表面210が赤外光を実質的に反射してもよい。これより、イメージ174を含む表面172を示す光がシート200を透過し、凹凸形状218を示す赤外光がシート200の頂部表面210で反射されることが可能になる。シート200は、一例としては、アメリカ合衆国ニューヨーク州ロンコンコマ(Ronkonkoma)のアポロ社(ApolloCompany)から型番PP100CまたはCG7060のいずれかとして商業的に入手可能な透明シートであることが可能である。図1および図4に描かれている材料170およびシート200の厚さは、凹凸形状218のサイズと共に、描写目的にために大きく拡大されていることに留意されたい。
【0030】図2を参照すると、走査装置100は、走査装置100を構成する構成要素を含んで支える役割を果たすハウジング116を有し得る。例えば、基板とも称される印刷回路板144が、ハウジング116の内部に位置していてもよい。この印刷回路板144は、図3を参照して以下に詳細に説明する。ハウジング116は、上部118および下部120を有し得る。上部118は、ユーザの手にフィットするように構成されてもよく、これにより、走査装置100のハンドヘルド概念が向上される。下部120は、走査プロセス中にシート200の頂部表面210に隣接して置かれるように、実質的に平坦であることができる。しかし、下部120は、走査装置100のイメージング対象になる物体の形状によって異なり、他の形状を有するように構成されてもよい。例えば、下部120は、円筒状の物体をイメージングするために、凹部を有する形状になっていてもよい。
【0031】ハウジング116の下部120には、ハウジング116の内部と走査されている物体との間の光の伝達路を確保するように、いくつかの開口部が形成されていてもよい。第1の開口部122は、実質的に長方形であってもよく、光を、表面172の走査線部分110(図1)から、以下に説明するようにハウジング116の内部に通すように機能してもよい。この第1の開口部122はさらに、表面172の走査線部分110を照射するために、走査装置100からの光を走査線部分110に通すように機能してもよい。第2の開口部124および第3の開口部126は実質的に円形であってもよく、以下に説明するように、シート200の頂部表面210上の第1のナビゲーション部130(図1)および第2のナビゲーション部132で反射した光を、ハウジング116の内部に通すように機能し得る。第2の開口部124および第3の開口部126はさらに、第1のナビゲーション部130(図1)および第2のナビゲーション部132を照射するために、走査装置100からの光を第1のナビゲーション部130および第2のナビゲーション部132に通すように機能してもよい。イメージングレンズ128が第1の開口部122に配置され、走査線部分110(図1)で反射した光を、以下に説明するようにイメージングのために使用されている光学的要素の上にフォーカスさせるように機能してもよい。このイメージングレンズ128は、例えば、大きさ+1の傾斜屈折率レンズアレイであってもよい。第1のナビゲーションレンズ134および第2のナビゲーションレンズ136が、第2の開口部124および第3の開口部126にそれぞれ配置されてもよい。第1のナビゲーションレンズ134および第2のナビゲーションレンズ136は、以下に説明するように、第1のナビゲーション部分130(図1)および第2のナビゲーション部分132で反射した光を、位置検知のために使用されている光学的要素の上にフォーカスさせるように機能してもよい。
【0032】第1のナビゲータ光源138および第2のナビゲータ光源140が、第2の開口部124および第3の開口部126にそれぞれ近接して、ハウジング116内に配置されてもよい。第1のナビゲータ光源138は、以下に説明するように、第2の開口部124を通して光を発することによって、第1のナビゲーション部分130(図1)を照射するように機能し得る。同様に、第2のナビゲータ光源140は、第3の開口部126を通して光を発することによって、第2のナビゲーション部分132(図1)を照射するように機能し得る。第1のナビゲータ光源138および第2のナビゲータ光源140は、赤外帯域の波長を有する光を発してもよい。
【0033】図2の印刷回路板144の上面図である図3を参照すると、走査装置100の光学的要素(図2)の大部分は、印刷回路板144上に配置されていてもよい。印刷回路板144は、基板とも称される。印刷回路板144は、頂部サイド145、右サイド146、底部サイド147、および左サイド148を含み得る。これらのサイド145〜148の境界が、前述の光学的要素が機械的および電気的に接続されている表面149を規定してもよい。走査を容易にするために使用されている他の構成要素も、表面149に電気的および機械的に接続され得る。例えば、電圧を制限してデータの転送を促進する装置が、表面149に電気的および機械的に接続されてもよい。
【0034】複数の発光ダイオード(LED)162が、頂部サイド145に近接した印刷回路板144の表面149上に電気的および機械的に接続されてもよい。LED162は、可視光帯域の波長を有する光を発してもよい。以下に説明するように、LED162は、図1の走査線部分110を照射するように機能し得る。LED以外の光源を使用して図1の走査線部分110を照射してもよいことに留意されたい。
【0035】光検出器アレイ150が、印刷回路板144の表面149に電気的および機械的に接続されてもよい。以下に説明するように、光検出器アレイ150は、従来の方法で、図1の走査線部分110のイメージをイメージデータに変換するように機能し得る。光検出器アレイ150は、単に光検出器とも称される、直線状に(リニアに)配列された複数の光検出器素子152を有していてもよい。光検出器アレイ150は、印刷回路板144の左サイド148の近傍と右サイド146の近傍との間に延びていてもよい。直線状に配列された光検出器素子152の複数のグループを、図示されていない複数のセグメント上に配置し、各セグメントを、光検出器152の直線状配置を形成するように直線状に配置してもよい。セグメントは、例えば、アメリカ合衆国テキサス州のプレーノ(Plano)のテキサス・アドバンスト・オプトエレクトロニクス・ソリューション社(TexasAdvanced Optoelectronics Solutions, Inc.)から型番TSL2301として商業的に入手可能なタイプであることが可能である。
【0036】第1のナビゲータ154および第2のナビゲータ156も、印刷回路板144の表面149に電気的および機械的に接続され得る。第1のナビゲータ154は、光検出器158の2次元アレイを備えていてもよい。同様に、第2のナビゲータ156は、光検出器160の2次元アレイを備えていてもよい。第1のナビゲータ154および第2のナビゲータ156は、一例として、一列48個の光検出器158、160を48列含む2次元アレイを有していてもよい。図3に示した光検出器158、160は、描写目的のために大きく拡大されている。以下に説明するように、第1のナビゲータ154および第2のナビゲータ156は、それぞれ、図1の第1のナビゲーション部分130および第2のナビゲーション部分132を示すイメージデータを生成するように機能することができる。
【0037】走査装置100(図1)、材料170、およびシート200を個別に説明してきたので、ここでは、それらの相互関係を説明する。構成要素の関係は、図4に説明されている。図4は、走査装置100、シート200、および材料170の側面切り欠き図である。図4に描かれている走査装置100、シート200、および材料170のサイズが描写目的のために大きく拡大されていることに留意されたい。さらに、図4の側面図が、走査線部分110を点として、第1ナビゲーション部分130を線として描いていることに留意されたい。図1の第2ナビゲーション部分132は、図4には描かれていない。
【0038】位置検知およびイメージングに使用されるいくつかの光ビームが、図4に描かれている。イメージング入射光ビーム164は、LED162から発せられ得て、第1の開口部122を通過して、材料170の表面172上の走査線部分110を照射し得る。イメージング反射光ビーム166は、走査線部分110で反射して、第1の開口部122を通過し、イメージングレンズ128を通過し、光検出器アレイ150に交差し得る。イメージング反射光ビーム166は、走査線部分110のイメージを示し得る。ナビゲーション入射光ビーム167は、第1のナビゲータ光源138から発せられ得て、第2の開口部124を通過して、シート200の頂部表面210上の第1のナビゲーション部分130を照射し得る。ナビゲーション反射光ビーム168は、第1のナビゲーション部分130で反射して、第2の開口部124を通過し、第1のナビゲーションレンズ134を通過し、第1のナビゲータ154に交差し得る。ナビゲーション反射光ビーム168は、第1のナビゲーション部分130のイメージを示し得る。図示されていないが、同様の光ビームが、図1の第2のナビゲーション部分132および図3の第2のナビゲータ156に関して存在し得る。
【0039】図4に描かれているように、走査装置100の下部120は、シート200の頂部表面210に接触してもよく、シート200の底部表面212は、材料170の表面172に接触してもよい。走査装置100の下部120とシート200の頂部表面210との間、およびシート200の底部表面212と材料170の表面172との間に、空間が存在することがある。しかし、これらの空間は好ましくない。なぜなら、これらの空間は、走査線部分110、第1のナビゲーション部分130、または第2のナビゲーション部分132のイメージ(図1)を、焦点ずれしたものにさせ得るからである。しかし、走査装置100は、空間が存在していても、動作し得る。
【0040】走査装置100、ならびにその材料170およびシート200との関係を説明してきたので、材料170の表面172を示すイメージデータを生成するプロセスを、以下に説明する。
【0041】従来の走査プロセスでは、シート200は存在せず、走査装置100の下部120は、材料170の表面172に隣接して置かれる。従来の走査プロセスは、簡単に説明すると、材料170の表面172上の複数の走査線部分110を示すイメージデータを生成するステップからなっている。走査線部分110を示すイメージデータの生成と同時に、走査装置100は、材料170の表面172のエリア部分を示すイメージデータを生成する。これらのエリア部分は、シート200の頂部表面210上に位置する第1のナビゲーション部分130および第2のナビゲーション部分132と、実質的に同じである。図示されていないプロセッサが、エリア部分を示すイメージデータを分析して、材料170の表面172上における独特な形状を識別する。このプロセッサはさらに、第1のナビゲータ154および第2のナビゲータ156(図3)に対するこれらの独特な形状の位置も識別する。走査装置100が材料170の表面172に対して移動すると、第1のナビゲータ154および第2のナビゲータ156(図3)に対するこれらの独特な形状の位置も移動する。第1のナビゲータ154および第2のナビゲータ156に対するこれらの独特な形状の動きに基づいて、プロセッサは、材料170の表面172に対する走査装置100の動きを決定することができる。プロセッサはその後に、走査線部分110が生成された位置を決定することができる。プロセッサは、この情報を使用して、材料170の表面172のイメージを複製する。表面に対する光学的走査装置の位置を決定するために使用される表面上のイメージングエリア部分の例は、アレンら(Allen et al.)の米国特許第5,644,139号およびアレンら(Allen et al.)の米国特許第5,578,813号にさらに説明されており、これらの開示内容はすべて、参照によって本願明細書に援用される。
【0042】前述の従来の走査プロセスは、表面172に独特な形状が存在していると、うまく機能する。しかし、このプロセスは、表面172に独特な形状が存在していないと、うまく機能しない。ここに示されている例では、材料170の表面172には、図3の第1のナビゲータ154および第2のナビゲータ156によって容易にイメージングされるような独特な形状が存在していない。例えば、表面172は滑らかな、または光沢を有する表面で有り得て、独特な形状は、もしあるとしても、わずかしか存在していない。したがって、図3の第1のナビゲータ154および第2のナビゲータ156と、それに関連したプロセッサとは、走査装置100が表面172の直上に位置していると、走査装置100の位置を決定することができない。
【0043】ユーザは、シート200を表面172の上に置かずに表面172のイメージングを試みることによって、表面172が滑らかすぎるか、または光沢があり過ぎてイメージングができないかどうかを、容易に決定し得る。表面172の複製されたイメージが表面172の実際のイメージを示していないときには、ユーザは、表面172が滑らかすぎるか、または光沢があり過ぎてイメージングができないと結論付け得る。あるいは、走査装置100を、走査プロセス中にエラーが生じたことを示す信号をユーザのために生成するように構成してもよい。例えば、光検出器アレイ150によって生成されたイメージデータが変化しているとプロセッサが決定したら、プロセッサは、走査装置100と材料170の表面172との間に相対運動があると結論付けることができる。しかし、図3の第1のナビゲータ154および第2のナビゲータ156によって生成されたイメージデータが変化していなければ、プロセッサは、エラーが生じていると結論付けることができる。より具体的には、光検出器アレイ150、ならびに図3の第1のナビゲータ154および第2のナビゲータ156によって生成されたイメージデータが同時に変化していないので、エラーが生じていると結論付けされる。したがって、イメージングされている表面が滑らかすぎるか、または光沢があり過ぎてイメージングができないことを示すエラーメッセージが、ユーザに送られる。
【0044】表面172が滑らかすぎるか、または光沢があり過ぎてイメージングができないと、ユーザは、シート200を表面172の上に置く。最も正確なイメージデータを生成するために、シート200の底部表面212は、材料170の表面172に隣接して配置される。摩擦、または接着剤を使用して、シート200と材料170との間の相対運動を排除してもよい。シート200が材料170に対して適切に配置されると、走査装置100の下部120が、シート200の頂部表面210に隣接して配置される。前述のように、理想的には、走査装置100の下部120は、シート200の頂部表面210に接触する。
【0045】イメージングプロセス中に、LED162はイメージング入射光ビーム164を発し、これが第1の開口部122およびシート200を通過して、表面172の走査線部分110を照射する。イメージ反射光ビーム166は走査線部分110から反射し、走査線部分110のイメージを示す。イメージ反射光ビーム166は、シート200を通過し、第1の開口部122を通過して、イメージングレンズ128によって光検出器アレイ150の上にフォーカスされる。光検出器アレイ150の上にフォーカスされた走査線部分110のイメージは、その後にイメージデータに変換され、従来の方法で処理される。上述のように、走査装置100の好適な実施形態では、イメージング入射光ビーム164は可視光帯域の波長を有しており、シート200は、可視光帯域の光の波長に対して実質的に透明である。したがって、光検出器アレイ150の上にフォーカスされた走査線部分110のイメージは、シート200によって顕著に歪むことはなく、走査線部分110の実際のイメージを比較的に正確に示している。
【0046】上記のような走査線部分110のイメージングと同時に、走査装置100は、図1の第1のナビゲーション部分130および第2のナビゲーション部分132をイメージングする。第1のナビゲータ光源138が第1のナビゲーション入射光ビーム167を発し、これが、第2の開口部124を通過して、シート200の頂部表面210上の第1のナビゲーション部分130を照射する。ナビゲーション反射光ビーム168は、第1のナビゲーション部分130で反射し、第1のナビゲーション部分130に位置する独特な形状を含めて、第1のナビゲーション部分130のイメージを示している。ナビゲーション反射光ビーム168は、第2の開口部124を通過し、第1のナビゲーションレンズ134によって第1のナビゲータ154にフォーカスされる。第1のナビゲーション部分130のイメージは、その後に第1のナビゲータ154によってイメージデータに変換され、従来の方法で処理される。図1の第2のナビゲーション部分132のイメージは、第1のナビゲーション部分130および第1のナビゲータ154に関して上記で説明されたものと同様の方法で、図3の第2のナビゲータ156にフォーカスされる。前述のように、図2の第1のナビゲータ光源138および第2のナビゲータ光源140は赤外光を発してもよく、赤外光は、シート200の頂部表面210で実質的に反射し得る。図2の第1のナビゲータ光源138および第2のナビゲータ光源140のような赤外光源は、実質的なパワー要件を必要とせずに、十分な強度の光を発する。したがって、赤外光源は、走査装置100の携帯性を向上する。
【0047】走査プロセス中に、走査装置100は、シート200および材料170に対して、ある方向108に移動する。この方向108は描写目的のものであって、走査装置100がシート200に対して他の方向に移動し得ることを理解されたい。走査装置100が移動すると、材料170およびシート200に対する走査線部分110、ならびに図1の第1のナビゲーション部分130および第2のナビゲーション部分132の位置が、それにしたがって移動する。図3の第1のナビゲータ154および第2のナビゲータ156は、図1の第1のナビゲーション部分130および第2のナビゲーション部分132を連続的にイメージングする。図3の第1のナビゲータ154および第2のナビゲータ156によって生成されたイメージデータは、材料170の表面172に対する走査装置100の位置を記録するために、連続的に分析される。走査装置100が、シート200の頂部表面210に対して特定の距離を移動するたびに、走査装置100は、表面172の別の走査線部分110のイメージを示すイメージデータを生成する。このプロセスは、材料170の表面172のイメージの所望の部分がイメージデータに変換されるまで、継続される。
【0048】光検出器アレイ150、第1のナビゲータ154、および第2のナビゲータ156によって生成されたイメージデータは、従来の方法で処理される。例えば、この処理には、材料170の表面172に対する走査装置100の位置の決定が含まれ得る。処理には、光検出器アレイ150によって生成されたイメージデータへの位置情報の電子的なタグ付けが含まれ得る。表面172のイメージの複製中に、走査線を示すイメージデータが処理されて、この位置情報に基づいて、表面172のイメージが正確に複製される。
【0049】上記で説明した走査装置100および方法の他の実施形態を使用してもよい。これらの実施形態のいくつかを、以下に説明する。
【0050】図4を参照すると、図2の第1のナビゲータ光源138および第2のナビゲータ光源140が、赤外光を発するものとして説明されている。赤外光は他の光源の上方に描かれているが、これは、典型的には、比較的小さな発光素子が、シート200の頂部表面210(図4)を照射するために十分な強度の赤外光を発することができるからである。しかし、他の波長の光を使用して、材料170の表面172(図4)を照射することもできることを理解されたい。例えば、可視光を使用して表面172を照射してもよい。
【0051】図1を参照すると、シート200は、頂部表面210および底部表面212を有し、頂部表面210が凹凸形状を有しているものとして説明されている。しかし、頂部表面210が比較的滑らかで、かつ底部表面212が凹凸形状を有していてもよいことを、理解されたい。底部表面212が凹凸形状を有している場合には、シート200自身がナビゲーション入射光ビーム167を通過させ、底部表面212がナビゲーション入射光ビーム167を反射する。これより、ナビゲーション反射光ビーム168は、凹凸形状を有する底部表面212を示す。さらに、頂部表面210および底部表面212の両方が凹凸形状を有していてもよいことを、理解されたい。また、凹凸形状が、光学的に検出可能な他の形状であってもよいことも、理解されるべきである。
【0052】材料170の表面172は、滑らかであるか、または光沢を有するものとして説明されてきた。しかし、表面172が、位置検知が行えるほど十分にイメージング可能な独特の形状を有さない任意の表面であってもよいことを、理解されたい。また、シート200の使用が、走査プロセス中にイメージングされている物体の保護機能を果たすことも、理解されたい。例えば、シート200は、走査装置100が材料170の表面172をスクラッチすることを防ぎ得る。
【0053】本発明の具体的な、かつ現時点では好適な実施形態を明細書中で詳細に説明した。しかし、この発明の思想は、他の方法でさまざまに具現化され、かつ使用され得ること、および添付の請求項が、従来技術で制限されるものを除いて、その変形を含むものと解釈されるべきであることが了解される。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013