專利名稱：具有傾斜殼體結構的便攜式掃描器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及成像裝置，更具體地說，涉及手持式或便攜式光掃描器。
光掃描器裝置在本技術領域是公知的，并可以用于產生代表被掃描對象(例如照片或一頁打印的文本)的機器可讀的圖像數據信號。在典型的掃描器應用場合，由光掃描器產生的圖像數據信號可以由個人計算機采用，以便在適當的顯示裝置例如CRT或打印機上重現被掃描對象的圖像。
手持式或便攜式光掃描器是這樣一種光掃描器，其設計成手持移動掃過被掃描對象或文件。手持式掃描器可以用數據電纜直接連接到單獨的計算機。如果這樣做，由手持式掃描器產生的數據信號可以傳輸到單獨的‘在飛行中(on the fly)的’計算機，即如同圖像數據被采集起來。另外，手持式掃描器可以包含用于存儲圖像數據的機裝數據存儲系統。在掃描之后在利用任何常規(guī)裝置例如利用電纜或光學紅外數據耦合線路則可以將圖像數據卸載到單獨的計算機。
光掃描器裝置在本技術領域是公知的，它的各種組成部分公開在授予McConica的U.S.專利5552597號“具有可調光路的手持式光掃描器”；授予McConica等人的U.S.專利5586212號“用于手持式光掃描器的光波導”；授予Kochis等人的U.S.專利5381020號“具有機載蓄電池重新充電組件的手持式光掃描器”；以及授予McConica等人的U.S.專利5306908號“具有觸覺式速度控制組件的手動操作的手持式光掃描器”，這里引用的所有這些公開的專利均可作為參考。
通常的手持式光掃描器可以包含照明和光學系統，以便實現對被掃描對象進行掃描。照明系統對被掃描對象的一部分(通常稱為“掃描區(qū)”)進行照射，而光學系統聚集由被照射的掃描區(qū)所反射的光并將被照射的掃描區(qū)中的小的區(qū)域(通常稱為“掃描線”)聚焦到安置在掃描器內部的光敏式探測器上。通常通過相對于被掃描對象移動手持式光掃描器，掠過整個被掃描對象按掃描線掃描可以得到代表整個掃描對象的圖像數據。例如，照明系統可以包含一些發(fā)光二極管(LED)，然而其它類型的光源(例如熒光或白熾燈)也是可以采用的。光學系統可以包含一“接觸式圖像傳感器”或CIS，以便將被照射的掃描線的圖像聚焦到探測器的表面上。另外，可以使用透鏡和/或平面鏡組件，以便將來自被照射的掃描區(qū)域的光集中和聚焦到檢測器上。
用于檢測利用光學系統聚焦到其上的圖像光的該光敏式探測器包含電荷耦合器件(CCD)，但其它類型的器件也是可以采用的。通常的CCD可以包含一由各個像元或“像素”組成的陣列，其中的每個像元隨曝光而聚集或積累電荷。由于在一指定的像元或“像素”中積累電荷的數量與曝光的強度和持續(xù)時間相關，CCD可以用于檢測在其上聚焦的圖像的明暗光點。
術語“圖像光”用在這里是指利用光學系統聚焦在探測器陣列表面上的光。取決于掃描器的類型和文本的類型，該圖像光可以是由在被掃描對象反射的光或者可以是通過被掃描對象透射的光。該圖像光可以按基本上3個步驟變換成數字信號。首先，在CCD探測器中的每個像素將接收到的光變換為電荷。其次，將每個像素的電荷利用模擬放大器變換為模擬電壓。最后，將模擬電壓利用模數變換器(A/D)數字化。然后，將數字信號可以按需要進行處理和/或存儲。
手持式光掃描器可以裝有位置傳感系統或“導航”系統，以便測定手持式光掃描器相對于在被掃描對象的位置。因此，這種位置傳感系統能使掃描器令其位置與在被掃描對象相關聯。該位置相關性使得能夠生成被掃描對象的完整圖像，盡管在單次通過或“掃線”期間掃描器可能未掃描整體圖像。例如，如果為掃描整個該被掃描對象需要兩或更多次掃過該被掃描對象，則由“導航”系統提供的位置相關性將使得掃描圖像數據的各個部分能“縫”在一起形成一代表整個該被掃描對象的一個整體圖像。
一種類型的“導航”系統利用一對光傳感器來檢測包含在被掃描對象(例如，其上具有文本或圖像的紙頁)上的某些內在的結構特征(例如，表面粗糙度、紙纖維取向等)。上述類型的“導航”系統的實例公開在授予Holland的U.S.專利5089712號“檢測紙頁纖維分布圖形的紙頁行進控制系統”，和授予Allen等人的U.S.專利5578813號“對于非線性移動補償的徒手圖像掃描裝置”，這里特別引用這兩者，其全部公開內容可供參考。
與很多手持式掃描器相關的一個問題涉及維持在照明和光學系統與被掃描對象之間的適當位置關系的能力。一般地說，希望將光學系統與被掃描對象表面維持成直角，但也可以采用其它角度，這取決于掃描器的特定結構。無論如何，如果照明特別是光學系統如果不能維持適當的取向，其結果是可能使在探測器上的圖像散焦，描述圖像質量相應下降。使掃描的在極端位置偏差的情況下，形成的圖像數據可能無用。如果手持式光掃描器裝有位置傳感系統，這種位置偏差可能還涉及該系統的有效性。
為了說明上述問題，裝有位置傳感系統的手持式光掃描器應可以能夠按相對高的掃描速度(例如18英寸/秒)工作。在這樣高的掃描速度下，使用人難以維持適當的掃描器取向，特別是當改變掃描方向時，例如在文本的邊緣需要改變掃描方向。
上述位置偏差問題在桌面式和/或平臺式掃描器中不會產生嚴重的問題，是由于掃描器的機器配置通常預防在光學系統和被掃描對象之間產生明顯的位置偏差。然而，對于手持式掃描器來說情況就不會是這樣。即，由于手持式掃描器是用手掃過被掃描的對象移動的，就有很大可能在把它掃過掃描對象時，由于使用人搖動和或傾斜掃描器會引起明顯的位置偏差。雖然，熟練的使用人可能夠沒有明顯的位置偏差地把手掃描器掃過在被掃描的對象，但對于不太熟練的和/或初學者使用手持式掃描器掃描過程會是相當困難的和受挫的。
因此，需要一種手持式掃描器，讓使用人能夠易于維持掃描器光學部分和在被掃描對象之間的適當的位置關系，以便更穩(wěn)定地產生高質量的掃描圖像數據。
手持式圖像掃描器裝置可以包含一具有第一和第二側壁的殼體，二側壁位置彼此隔開，即第二側壁與第一側壁彼此隔開一定的距離。該殼體還包含一凸面部分，其在第一和第二側壁之間擴展，并且確定一沿橫向方向延伸的且縱向上位于在第一和第二側壁之間的接觸軸線。當該凸面部分與同被掃描對象相接觸時該凸面部分使殼體能圍繞接觸軸線傾斜。安裝在殼體內部的圖像傳感系統響應于由在被掃描對象反射的圖像光并根據圖像光產生圖像信號。圖像傳感系統光耦合到由殼體的凸面部分中的圖像光開口，使得由圖像傳感系統接收通過圖像光開口的圖像光。
在附圖中表示了本發(fā)明的說明性的目前優(yōu)選的實施例，其中

圖1是具有根據本發(fā)明的傾斜殼體的手持式圖像掃描器的透視圖；圖2是圖1所示的手持式圖像掃描器的立面正視圖；圖3是手持式圖像掃描器中的凸面掃描頭的平面圖，表示圖像和導航開口相對于接觸軸線的相對位置；圖4是沿圖3中的斷面線4-4所取的手持式圖像掃描器中的凸面掃描頭的立面斷面圖；圖5是圍繞接觸軸線稍微傾斜的的凸面掃描頭的立面斷面圖；圖6是凸面掃描頭第二實施例的平面圖，確定兩個接觸軸線并表示圖像和導航用開口相對于兩個接觸軸線的相對位置；圖7是沿圖6中的斷面線7-7所取的凸面掃描頭的第二實施例的立面斷面圖；圖8是圍繞兩條接觸軸線之一稍微傾斜的凸面掃描頭第二實施例的立面斷面圖；圖9是凸面掃描頭第三實施例的平面圖，具有的圖像和導航用開口與單一的接觸軸線的相對準；圖10是凸面掃描頭第四實施例的平面圖，具有的圖像和導航用開口與單一的接觸軸線的相對準，以及其中導航用開口包含成像用開口的擴大部分；以及圖11是沿圖10中的斷面線11-11所取的凸面掃描頭的第四實施例的立面斷面圖。
在圖1中表示具有傾斜殼體12的便攜式或手持式掃描器裝置10能夠掃描一例如為其上寫有文本18的文件16的掃描對象14。掃描器10中的傾斜殼體12裝有一凸面掃描頭或凸面部分20，其確定一縱向上位于在掃描器10中的殼體12的兩個側壁之間24和26的接觸軸線22。該凸面掃描頭或凸面部分20使得使用人(末表示)在掃描操作過程中能夠使掃描器10中的殼體12圍繞接觸軸線22傾斜，而不會影響掃描器10的工作。
下面主要參照圖1和2，手持式掃描器裝置10的主殼體12包含一總體結構或形狀，有助于由使用人(末表示)手動操作。例如，在一優(yōu)選的實施例中，主殼體12可以包含第一和二側壁部分24和26，它們的位置通常相對隔開，分別限定主殼體12的前面和后面部分。第一和二側壁部分24和26可以在端部利用第一和二端部部分74和76以及在頂部利用頂部部分78結合在一起，如由圖2中可清楚地看出。第一和二側壁部分24和26的底部可以利用該凸面掃描頭或凸面部分20結合在一起。
如由圖2和3中可清楚地看出凸面掃描頭或凸面部分20其可包含形成一定角度的第一和第二端面部分70和72，它們由殼體12中的第一和二側壁部分24和26延伸。形成一定角度的第一和第二端面部分70和72沿接觸軸線22相交，接觸軸線22縱向上位于在第一和第二側壁24和26之間并且沿凸面掃描頭部分20的長度方向延伸。參照圖3，當凸面掃描頭20被置于與在被掃描對象14相接觸時，接觸軸線22形成主接觸線。參照圖1和4，正如下面將詳細介紹的，第一和第二形成角度的端面部分70和72使掃描器裝置10的殼體12能圍繞接觸軸線22沿箭頭88的方向稍微傾斜，如由圖4和5清楚看到的。
除了上述的外部特征部分之外，定手持式掃描器10的主殼體部分12的尺寸以適于容納為使手持式掃描器裝置10工作所需要的各種電子零部件和系統。例如定主殼體12的尺寸以適于容納圖像處理系統(末表示)和為使掃描器10工作所需要的或所希望有的各種其它器件和系統。主殼體12還可以裝有顯示裝置例如液晶顯示器28，用于顯示與手持式圖像掃描器10的功能和工作相關的信息。在主殼體12還可以裝有一些功能按鈕或開關30、32、34以便控制手持式圖像掃描器10的功能和工作。掃描器10的后側還可以裝有一開始/停止掃描按鈕或桿(bar)(圖3)以便使用人能起動和終止掃描操作。開動手持式圖像掃描器10所需的電功率可以由適當的電源(例如蓄電池，末表示)提供，其也可以容納在手持式圖像掃描器10的主殼體部分12中。
殼體部分12中的凸面掃描頭或凸面部分20，其形體可適于容納圖像傳感系統36和導航系統38，由圖4可以清楚地看出。圖像傳感系統36產生代表在被掃描對象14上的掃描線40的圖像信號(末表示)。在一優(yōu)選實施例中，圖像傳感系統36可以包含一照明系統42，用于將光44照射在被掃描對象14上。光44通過一形成圖像用開口，例如設在殼體部分12中的凸面部分20上的細長縫隙46(圖3)。圖像用開口46使來自照明系統42的光44能照射在被掃描對象14上的掃描區(qū)。光學系統50將由在掃描對象14上經照射的掃描區(qū)域48反射的圖像光引向探測器陣列54。探測器陣列54產生代表圖像光52(即掃描線40)的圖像信號(未表示)。
如上所述，最好但不要求，手持式圖像掃描器裝置10裝有導航系統38，其能提供表示手持式圖像掃描器10相對于在被掃描對象14的位置的導航數據信號(未表示)。導航系統38使圖像掃描器10能掃描幾乎任何尺寸的文件，而與便攜式圖像掃描器10的尺寸無關。例如，在圖1所示的應用場合下，通過沿一曲折的或曲線的路徑56在文件16上移動便攜式圖像掃描器10便可掃描整個文件16。該曲折的或曲線的路徑56可以被認為是如同規(guī)定一個或多個掃描通道或“掃線”。通過將利用掃描器10在每次擊過文件16的過程中得到的各個圖像數據段縫在一起，可以得到代表整個被掃描文件16的圖像信息。各個圖像數據段可根據由導航系統38提供的位置或導航信息縫在一起。
下面參照圖3和4，導航系統38可以包含設在主殼體12的凸面掃描頭中的第一和二導航探測器用開口58和60。導航探測器用開口58和60在被掃描對象14上限定各自的導航區(qū)(例如圖中所示的導航區(qū)66)，并使由在被掃描對象14上受照射的導航區(qū)(例如導航區(qū)66)反射的導航光68由各自的第一和二導航探測器62和64接收。第一和二導航探測器62和64產生表示手持式圖像掃描器10相對于在被掃描對象14的位置的各自的第一和二導航數據信號。
為了對被掃描對象14(其上寫有文本的文件16)進行掃描，使用人(未示出)可以首先將掃描器裝置10安置在文件16上，使凸面掃描頭或凸面部分20接觸文件16。理想情況是，使用人起初將掃描器10這樣安置，即主殼體12基本上垂直于文件16，在這種情況下主接觸點將沿著接觸軸線22。參照圖4。然后，在利用功能按鈕(例如30、32、34)完成適當的選擇之后，使用人通過按下安置在掃描器10后側26上的開始/停止桿80(圖3)開始掃描過程，并且在此之后使掃描器10沿掃描路徑56橫越文件16掃描，如在圖1上清楚看到的。由于掃描器10是手持式的，使用人不太可能在掃描操作的過程中握住主殼體完全垂直于文件16，例如使用人在掃描操作的過程中可能某種程度地搖動或傾斜主殼體12，如在圖4中箭頭88所示的。由于凸面掃描頭20沿接觸軸線22接觸文件16，使用人會不經意地圍繞接觸軸線22旋轉或輕微傾斜主殼體12。然而，傾斜的幅度由于形成一定角度的第一和第二端面部分70和72而受到限制，按最大傾斜角度90接觸文件16。這種狀態(tài)表示在圖5中。應選擇最大傾斜角度90，使被掃描對象14的表面維持在圖像傳感系統36和導航系統38兩者的場(即聚焦區(qū))深度范圍內。因此，凸面部分20允許掃描器10的殼體12有某數量的傾斜，但是不允許其數量足以對掃描器10的成像或導航功能產生不良的影響。
本發(fā)明的優(yōu)點是，凸面掃描頭20允許掃描器10的殼體12沿接觸軸線22有某種程度的傾斜，但是阻止使用人將掃描器10傾斜超出預定的最大角度90之外，傾斜超出該角度將有損圖像質量和或導航能力。因此，利用掃描器10可以獲取滿意的圖像，而不需要使用人過分集中在嚴格垂直對正文件。凸面掃描頭20的另一個優(yōu)點是，允許使用人在豎直對正方面有明顯的寬容度，而且不需要單獨旋轉或“浮動”圖像頭。
上面已簡要地介紹了根據本發(fā)明的手持式圖像掃描器裝置10以及它的某些較明顯的特征和優(yōu)點，下面將更詳細地介紹了根據本發(fā)明的手持式圖像掃描器的各種實施例。然而在介紹之前應當指出，雖然這里所表示的和介紹的是手持式圖像掃描器裝置10，其可用于掃描一被掃描對象14(例如其上寫有文本18的文件16)，但不局限于結合任何特定的掃描對象14使用。實際上，手持式圖像掃描器裝置10可以用于掃描幾乎任何類型的可成像的對象。此外，可以在被掃描對象14上按照基本上無限多次數改變曲折的或曲線的掃描路徑移動。因而，不應當認為本發(fā)明局限于在此表示和介紹的特定的曲折的掃描路徑上移動。
通過前面的分析，在圖1中表示的是具有傾斜殼體12的手持式圖像掃描器10，其可以用于掃描一被掃描對象14(例如其上寫有文本18的文件16)。正如上述的，一般最好但不是要求，手持式圖像掃描器10裝有導航系統38(圖4)，其產生表示手持式圖像掃描器10相對于被掃描對象14的位置的導航信號(未表示)。導航系統38使得僅通過沿一曲折的或曲線的掃描路徑56移動手持式圖像掃描器10就能夠掃描幾乎任何尺寸的被掃描對象14，使得掃描器10在基本上是整個地被掃描對象14的部分上通過，曲折的掃描路徑56可以認為是規(guī)定一些掃描的“掃線”形成的。在此之后，在每一掃描的“掃線”期間由手持式圖像掃描器10采集的圖像數據(未示出)利用一圖像處理器(未表示)并借助于由導航系統38提供的導航數據縫在一起，提供代表整個被掃描對象14的圖像數據。
在進行具有傾斜殼體12的手持式圖像掃描器10的各種實施例的介紹之前，有用的是定義一些這里使用的術語，以便說明掃描器10的各種特征和屬性。首先定義殼體的座標系統，其相對于掃描器10的主殼體12是固定的。然后可以將該殼體的座標系統用于更明確地定義在掃描器10的各個組件之間的一些幾何關系。下面參照圖1，這一殼體的座標系統可以包含縱軸或方向82、橫軸或軸或方向84以及豎直軸或軸或方向86。其次，這里所用的術語“凸面”是指具有向外擴展或鼓起的表面或邊界的那些部件和物件，與該部分包含若干平面還是單一曲面無關。
下面反過來參照圖1-3，手持式圖像掃描器10中的主殼體部分12可以包含有助于由使用人(未表示)手持操作的一整體結構或形狀，然而也可以采用其它結構。作為例子，在一優(yōu)選實施例中，主殼體12可以包含第一和第二側壁部分24和26，二側壁通常沿橫向方向和豎直方向84和86延伸，因此限定(形成)這里另外分別可以稱為掃描器10的前后表面的平直表面。第一和第二側壁部分24和26由第一和第二端部部分74和76使之沿縱向方向彼此隔開。在這里表示和介紹的實施例中，第一和第二側壁部分24和26具有彎曲的頂部部分以及可以利用彎曲的頂壁78結合在一起，如在圖1中清楚地看到的。另外，可以采用其它結構，本發(fā)明并不局限于這里表示和介紹的具有特定形狀或結構主殼體12。
手持式圖像掃描器10中的主殼體12可以由凸面掃描頭或凸面部分20構成。凸面掃描頭或凸面部分20確定一接觸軸線22，其沿橫向方向84延伸和縱向上位于在第一和第二側壁部分24和26之間，如由圖1和圖3清楚地看到的。接觸軸線22由形成一定角度的第一和第二端面部分70和72相交形成，端面部分70和72由各自的側壁部分24和26按如由圖1和4清楚地看到的方式延伸。如下面將更詳細地介紹的一樣，應當選擇當殼體12的豎直軸線86與被掃描對象14的法線N一致時每個形成一定角度的第一和第二端面部分70和72與被掃描對象14形成的角度98(圖4)，使得被照射的掃描區(qū)48和被照射的導航區(qū)66將維持在各自的圖像傳感系統36和導航系統38中的場深度(即聚焦區(qū))范圍內。
主殼體12可以由范圍廣泛的材料構成，例如適用于要求的應用的金屬、塑料或復合材料。因此，不應認為本發(fā)明局限于由任何特定材料構成的主殼體。然而，例如在一個優(yōu)選實施例中，主殼體12可以包含一種注模塑料材料(例如，聚碳酸酯塑料)，其利用按重量計算約20％的玻璃纖維加強，雖然加強材料的存在不是必須的。另外還可以采用其他材料。
除了上述的外部特征部分以外，手持式圖像掃描器10中主殼體部分12其尺寸可以被定為適于容納用于使該手持式圖像掃描器裝置10工作所需要的各種電子元器件和系統。例如，主殼體12尺寸可以被定為適于容納圖像處理系統(未表示)，比如，微處理器和相關的隨機存取存貯器(RAM)、只讀存貯器(ROM)，以及大規(guī)模數據存儲系統(未表示)，以及對于掃描器10工作所需要的或者是所希望有的任何其它器件和系統。另外，某些或者全部的各種各樣的電子元器件可以放在其他地方并可以利用適當的數據鏈路(未表示)連接到該主殼體部分12。主殼體12還可以裝備有顯示系統28例如液晶顯示器(LCD)，以及各種開關器件30、32和34，它們可以是為手持式圖像掃描器工作所需要的或者是所希望的。掃描器10中的主殼體12還可以裝備一開始/停止開關或者桿80，在一個優(yōu)選的實施例中，其可以位于在主殼體12的后側26。另外，各種各樣的開關轉換器件30、32、34和80可以位于在手持式圖像掃描器10上的其他位置。操作該掃描器10所需要的電功率可以由適當的電源例如蓄電池(未表示)來提供，其也可以容納在圖像掃描器10的主殼體部分12內部。然而，由于各種電子元器件、顯示裝置以及蓄電池，它們是在特定的手持式圖像掃描器中使用所需要的或者所希望的，同時在本技術領域是公知的，并且由于理解或者實施本發(fā)明并不需要對各種元器件進行介紹，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中所使用的各種元器件這里不再進行更詳細的介紹(例如電子元件器件(未表示)、顯示裝置28、開關轉換器件30、32、34和80等)。
殼體12的凸面掃描頭或凸面部分20可以構形得適合于容納圖像傳感系統36和導航系統38，如在圖4中清楚的看到的。圖像傳感系統36主要產生圖像信號(末表示)，該圖像信號表示在被掃描對象14上的照射掃描區(qū)48內的掃描線40。在一個優(yōu)選實施例中，該圖像傳感系統36可以包含照明系統42用于將光44引向被掃描對象14。光44通過一個成象用開口，例如一個細長的縫隙46(圖3)，設在殼體12的凸面部分20中。成象用開口46使得來自照明系統42的光能照射被掃描對象14上的掃描區(qū)48。光學系統50將由受照射的被掃描對象14上的掃描區(qū)48反射的圖像光52引向探測器陣列54。探測器陣列54產生代表圖像光52(即掃描線)的圖像信號(未表示)。
圖像傳感系統36中的各種元器件可以包含范圍廣泛的任何在本技術領域公知的元器件和裝置。例如在一個優(yōu)選實施例中，照明系統42可以包含一發(fā)光二極管陣列(LED)，其產生的光44的亮度能充分地照射被掃描對象14上的掃描區(qū)48。另外，其它類型的光源例如白熾燈或熒光燈光源也可以采用。最好但不是要求，用于將圖像光52引向并聚焦在探測器陣列54的表面上的光學系統50包含一種接觸式圖像傳感器，例如按商標“SELFOC”銷售的類型的接觸式圖像傳感器，其由日本板材玻璃有限公司(the Nippon Sheet Glass Company，Limited)注冊商標。簡單地說， “SELFOC”透鏡(lens)陣列包含一些彼此鄰近配置的短透光桿。該桿是“摻雜的(doped)”，以便使每一桿的折射系數在該桿的范圍內沿徑向變化。另外，每一桿能將圖像光聚焦在探測器陣列54上，無需單獨的透鏡。在另一實施例中，還可以采用其它類型的光學系統，例如投影成像系統。探測器陣列54可以包含一CCD陣列，其具有的分辨率為300ppi(象素/時)，例如為TS105型，可由Texas Instrument，Inc.，of Austin，TX購得。另外還可以采用其它類型的具有不同分辨率的探測器。
在一個優(yōu)選實施例中采用的光學系統50具有的場深度(即聚焦區(qū))約±0.5毫米。即，在位于光學系統50的場深度范圍內的被掃描對象14上的各個特征將充分地聚焦在探測器陣列54上，以致各個特征將成功地由圖像傳感系統36檢測。
還可以將導航系統38容納在手持式圖像掃描器10中的凸面掃描頭或凸面部分20內。在一個優(yōu)選實施例中，導航系統38可以包含這樣一種類型的導航系統，如在申請?zhí)枮?9/045603(Attorney DocketNo.1097065-1)的美國專利申請(1998.03.20申請，題為“具有光學定位傳感器的便攜式圖像掃描器”，這里引用，可供查閱其全部公開內容的參考。另外，導航系統38可以包含這樣一種類型的導航系統，如在授予Holland的專利號為5089712，題為“檢測紙頁中的纖維分布圖形的紙頁行進控制系統”的美國專利，以及授予Allen等人的專利號為5578813，題為“對非線性移動進行補償的手持式掃描裝置”的美國專利所表示和介紹的，這里專門引用，可供查閱其全部公開內容的參考。導航系統38主要可以包含第一和第二導航探測器62和64，它們經過各自的第一和二導航探測器用開口58和60(圖3)觀察或監(jiān)測對應的第一和第二導航區(qū)(例如圖4中的導航區(qū)66)。由于每個導航探測器62和64基本上是相同的，這里將僅介紹第一導航探測器62。
下面主要參照圖4，第一導航探測器62可以包含一光源92，用于照射由第一導航探測器用開口58限定的導航區(qū)66。一透鏡94將由受照射的導航區(qū)66反射的導航光68聚焦在二維探測器陣列96的表面上。該二維探測器陣列96產生與導航光68相關的第一導航數據信號。然后，二維探測器陣列96基本上對在被掃描對象上的各固有的結構特征產生響應。
這里所使用的術語“固有的結構特征”是指在被掃描對象14的那些特征，即以被掃描對象14特有的而與被掃描對象14上的形成的圖像數據和或對稱記錄數據無關。例如，如果被掃描對象14包含一紙頁文件16，所關注的固有的結構特征可能是紙纖維。按另外的實例，如果被掃描對象14包含一砑光的文件或一上置的透明薄膜，則所關注的固有的結構特征可能包含由受照射的導航區(qū)66產生的各鏡面反射場。在任何情況下，由該二維探測器陣列96產生的導航數據信號(未表示)都與被掃描對象14的固有的結構特征相關。
剛剛介紹的各種元器件(包含導航系統38)可以包括在上面援引的美國專利申請和授權的美國專利中表示和介紹的范圍廣泛的元器件中的任何一個。例中在一優(yōu)選的實施例中，光源可以包含這樣定位的發(fā)光二極管，即使得因此產生的光按照掠射角入射到被掃描對象上，掠射角的范圍約由5到30度(該掠射角為入射角的余角)。另外，如果要檢測各鏡面反射場則基本上按照垂直的角度入射光。透鏡94可以包括焦闌式的透鏡，但也可以采用其它類型的透鏡。
二維探測器陣列96可以包含一個二維CCD陣列，其具有48×48像素以及分辨率為約600dpi。另外可以采用具有不同尺寸和/或分辨率的陣列。然而，由于在上面參考的美國專利申請和授予的美國專利中詳細地介紹了用于檢測和處理與包含在被掃描對象上的固有的結構特征相關的導航數據的系統和方法，以及由于理解或者實施本發(fā)明并不需要與上述的裝置和方法相關的細節(jié)，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中可使用的用于檢測和處理導航數據的導航系統和方法這里不再進行更詳細的介紹。
和圖像傳感系統36的情況一樣，在掃描器的實施例中的使用的導航系統38的場深度(即聚焦區(qū))約為±0.5毫米。即位于在導航系統38的場深度范圍內的掃描對象14上的固有的結構特征將充分地聚焦在探測器96上，使得導航系統38可以成功地檢測固有的結構特征。
正如上面簡要地介紹的，主殼體12中的凸面掃描頭或凸面部分20可以裝有一對沿接觸軸22相交(即確定接觸軸線)的形成一定角度的端面部分70和72。因此，凸面掃描頭20允許掃描器10的殼體12圍繞接觸軸線22即通常沿以箭頭88指示的方向能有某種程度的傾斜。參照圖4。在這里表示和介紹的該實施例中，配置圖像傳感系統36中的各種元器件，使得當殼體12的豎直軸線86與在被掃描對象14的法線N一致時，受照射的掃描區(qū)48一般位于光學系統50的場深度中部。與之相似，配置導航系統38中的各種元器件，使得當殼體12的豎直軸線86與在被掃描對象14的法線N一致時，受照射的導航區(qū)66一般位于導航系統38的場深度中部。
上述的圖像傳感系統36和導航系統38的配置允許掃描器10的殼體12圍繞接觸軸線22能有某種程度的傾斜，但是不會將受照射的掃描區(qū)48或受照射的導航區(qū)66移動到與各自的圖像傳感系統36和導航系統38相關聯的場深度之外。對當殼體12的豎直軸線86與被掃描對象14的法線N一致時每個形成一定角度的端面部分70和72與被掃描對象14形成的角度98進行選擇，使得當掃描器10的殼體12傾斜，使得兩個形成一定角度的端面部分70和72中的任一個平靠文件16時受照射的掃描區(qū)48或受照射的導航區(qū)66不會移動到與各自的圖像傳感系統36和導航系統38相關聯的聚焦區(qū)(即場深度)之外。參照圖5。
通過取在接觸軸線22和掃描線40的中點13之間的水平距離11與圖像傳感系統36的場深度長的二分之一的比值的反正切可以確定角度98。例如在這里所表示和介紹的實施例中，圖像傳感系統36的場深度范圍約±0.5毫米，在接觸軸線22和掃描線40的中點13之間的長度11約2.0毫米，計算的角度98約為14.0度?？梢圆捎靡环N類似的方法來計算關于第二形成一定角度的端面部分72的角度，除去該方法是根據導航區(qū)66的中點位置和導航系統38的場深度計算以外。在這里所表示和介紹的該實施例中，將第二形成一定角度的端面部分72的角度選擇得與對于第一形成一定角度的端面部分70的角度98相同。
第一和第二形成一定角度的端面部分70和72促使使用人(未表示)將掃描器10的殼體12圍繞接觸軸線22傾斜高達最大角度90(其基本上與角度98相等)。即使當按照最大角度90傾斜時，掃描器仍然能夠工作，這是因為受照射的掃描線48或受照射的導航區(qū)66仍然能夠維持聚焦，因此，利用圖像傳感系統36和導航系統38可進行檢測。當殼體12或許能傾斜超出最大角度90時，這種極度傾斜下要求殼體12旋轉，不是圍繞接觸軸線22，而是圍繞由第一和第二側壁部分24、26與第一和第二形成一定角度的端面部分70和72分別相交確定的角點15或17。參照圖5。然而這種狀態(tài)因凸面部分20的幾何特性受到阻止，并且當傾斜角度過大時，使用人會注意到。
具有根據本發(fā)明的有傾斜殼體12的手持式或便攜式光掃描器10可以按照下述部分工作掃描被掃描對象14(例如其上寫有文本的文件16)。按第一步驟，使用人可以將掃描器裝置10放置得使凸面掃描頭或凸面部分20接觸文件16。理想情況是，使用人起初將掃描器10這樣安置，即主殼體12的豎直軸線86與被掃描對象14的本身的法線N相重合，如由中所看到的，盡管不要求這樣。這樣安置后，在掃描器10和文件16之間的主接觸點將沿著接觸軸線22。在利用功能按鈕(例如30、32、34)完成適當的選擇之后，使用人通過按下位于在掃描器10后側26上的開始/停止桿80(圖3)和通過使掃描器10沿掃描路徑56橫越文件16掃描開始掃描過程，如由圖1中所看到的。由于掃描器10是手持式的，使用人不太可能在掃描操作的過程中握住主殼體12完全垂直于文件16，例如使用人在掃描操作的過程中可能某種程度地搖動或傾斜主殼體12，如在圖4中箭頭88所示的。凸面掃描頭20允許使用人圍繞接觸軸線22使殼體12旋轉或輕微傾斜，但是由于觸覺阻止使用人將主殼體12傾斜超出預定的最大角度90之外，在最大角度90下二形成一定角度的端面部分70和72中之一(例如72)會平靠文件16。由于選擇最大傾斜角度90，使被掃描對象14的表面維持在圖像傳感系統36和導航系統38兩者的場深度(即聚焦區(qū))范圍內，導致能夠對文件進行成功的掃描，即使使用人可能圍繞接觸軸線22使殼體12傾斜。
凸面掃描頭或凸面部分20可以采用與剛剛介紹的不同的外形，仍然保持在本發(fā)明的范圍內。例如，在圖6-8中表示了具有殼體112的圖像掃描器的第二實施例110。第二實施例不同于上面表示和介紹的第一實施例之處在于，第二實施例110中的凸面掃描頭或凸面部分120形成兩條接觸軸線122和122′。因此，凸面部分120允許掃描器110的殼體112圍繞接觸軸線122或122′旋轉。
下面具體地參照圖6和7，凸面部分120可以包含形成一定角度的第一和第二端面部分170和172，它們由主殼體112中的各自的第一和第二側壁部分124和126擴展。形成一定角度的第一和第二端面部分170和172利用平面部分170′結合在一起。因此，凸面部分120不是形成一條而是兩條接觸軸線122和122′，它們縱向上位于在殼體兒2的第一和第二側壁部分124和126之間。凸面部分120可以設有一成像用開口，例如細長縫隙146，以及一對導航用開口158和160，所有都位于在兩條接觸軸線122和122′之間，如由圖6中清楚地看到的。另外，各開口146、158和160不必都縱向上位于在兩條接觸軸線122和122′之間，而是可以部分或者完全位于在兩條接觸軸線122和122′的外側，然而通常這不是被推薦的。
和上面介紹的第一實施例的情況一樣，應選擇各形成一定角度的端面部分170、172與文件116形成的角度198、198′使得由此允許的最大傾斜角度(即當殼體112傾斜得使各形成一定角度的端面部分170、172中之一平靠文件116時)既不會使受照射的掃描區(qū)148也不會使受照射的導航區(qū)166移動到各自的圖像傳感系統136或導航系統38中的場深度(即聚焦區(qū))之外。
計算角度198、198′的方法與第一實施例稍有不同，下面將進行介紹。在形成一定角度的第一端面部分170與文件116之間的角度198通過取第一接觸軸線122和導航區(qū)166的中點或質心121之間的水平距離119與導航系統138的場深度的二分之一的比值的反正切可以被計算。例如在這里所表示和介紹的實施例中，導航系統138的場深度約±0.5毫米，第一接觸軸線122和導航區(qū)166的中點或質心121之間的水平距離(長度)119約4.0毫米，計算的角度約7.0度。
可以采用相似的方法來計算關于形成一定角度的第二端面部分172的角度198′，除了該方法是根據在掃描線140的中點和第二接觸軸線122′之間的水平距離以及圖像傳感系統136的場深度的計算之外。例如在這里所表示和介紹的實施例中，圖像傳感系統136深度范圍約±0.5毫米，第二接觸軸線122′和掃描線140的中點之間的長度約4.0毫米，計算的形成一定角度的第二端面部分172的角度198′約7.0度。另外，第二角度198′可以選擇得與角度198相同，反之亦然。
凸面掃描頭或端面部分120允許使用人圍繞接觸軸線122或122′使殼體112旋轉或輕微傾斜，但是由于觸覺阻止使用人將主殼體112傾斜超出預定的最大角度之外，在最大角度下二形成一定角度的端面部分170和172中之一會平靠文件116。由于選擇最大傾斜角度，使被掃描對象114的表面維持在圖像傳感系統136和導航系統138兩者的場深度(即聚焦區(qū))內，導致能夠對文件116進行成功的掃描，即使使用人可能圍繞接觸軸線122或122′使掃描器10傾斜。
本發(fā)明還可以有其它的變更方案。例如，在圖9中表示了具有傾斜殼體212的圖像掃描器的第三實施例210，其可以包含確定單一接觸軸線222的凸面掃描頭220。第三實施例210和第一實施例10之間的主要差別在于，成像用開口246一般與接觸軸線222對準，導航用開口258和260位置鄰近成像用開口246的縱向端部。按照上面介紹的方法，可以計算各個形成一定角度的端面部分170和172的角度，除了成像用開口246和導航用開口258和260與接觸軸線222的對準將允許使用的角度(例如圖4中的角度98)明顯變大，這是由于，被掃描對象移動到圖像傳感系統或導航系統的焦距深度之外前，主殼體部分212按一個相當大的角度傾斜。
在圖10和11中表示了具有傾斜殼體312的圖像掃描器的第四實施例310。第四實施例310中的凸面掃描頭或凸面部分320可以與第三實施例210中的基本相同，除去兩個導航用開口358和360可以包含成像用開口346的各整體部分以外。所有的開口(346、358和360)可按照圖中表示的方式在單一接觸軸線322集中。
第四實施例310中的圖像傳感系統336和導航系統338兩者可以結合成整體形成單一的系統。例如，在圖11所示的實施例中，導航用光源392可以這樣配置，使得導航用光368入射到一般由放大的導航用開口358限定的導航區(qū)366，如在圖10中清楚地看到的。按照在第一實施例中已介紹的方式可以由掃描線照明系統342照射掃描區(qū)348。然后可以由單一的探測器54檢測由受照射的掃描和導航區(qū)348和366反射的光。另外，可按照類似于其它實施例已經介紹的方式，可以采用各單獨的導航探測器(未示出)。
預期這里所介紹的本發(fā)明的各種構思可按照其它各種各樣的方式體現，除在受現有技術限定外，企圖所附加的權利要求應該被認為將包含本發(fā)明的各種替換的實施例。
權利要求
1.一種用于手持式掃描器裝置(10)的殼體(12)，包含第一側壁(24)，其沿橫向方向(84)延伸和取向，使得其一般垂直于縱向方向(82)；第二側壁(26)，其沿橫向方向(84)延伸和取向，使得其一般垂直于縱向方向(82)，所述第二側壁(26)位置與所述第一側壁(24)間隔一定距離；一凸面部分(20)，擴展在所述第一和第二側壁(24、26)之間，其中具有一圖像光開口(46)使圖像光(52)能經其通過，所述凸面部分(20)限定一第一接觸軸線(22)，沿橫向方向(84)延伸并且縱向上位于在所述第一和第二側壁(24、26)之間，當所述凸面部分(20)與要被掃描對象接觸時，所述凸面部分(20)使所述殼體(12)能圍繞第一接觸軸線(22)沿第一方向傾斜。
2.如權利要求1所述的殼體(12)，其中該圖像光開口(46)包含一通常為細長的縫隙沿橫向方向(84)延伸，該通常為細長的縫隙具有第一和第二縱向端。
3.如權利要求1或2所述的殼體(12)，其中還包含第一導航探測器用開口(58)和第二導航探測器用開口(60)，所述第一和第二導航探測器用開口(58、60)鄰近通常為細長的縫隙相互隔開配置。
4.如權利要求1、2或3所述的殼體(12)，其中第一接觸軸線(22)縱向上位于在通常為細長的縫隙和所述第一和第二導航探測器用開口(58、60)之間。
5.如權利要求1、2、3或4所述的殼體(12)，其中所述第一和第二導航探測器用開口(58、60)隔開一定距離配置，該隔開的距離小于該通常為細長的縫隙的第一和第二縱向端隔開的距離。
6.如權利要求1、2、3、4或5所述的殼體(12)，其中所述凸面部分(20)確定一第二接觸軸線(22′)沿橫向方向(84)延伸，使第一和第二接觸軸線(22、22′)縱向上位于在所述第一和第二側壁(24、26)之間，當所述凸面部分(20)與被掃描對象(14)相接觸時所述凸面部分(20)能使所述殼體(12)圍繞第二接觸軸線(22′)沿第二方向傾斜。
7.如權利要求1、2、3、4、5或6所述的殼體(12)，其中通常為細長的縫隙和所述第一和第二導航探測器用開口(58、60)縱向上位于在第一和第二接觸軸線(22、22′)之間。
8.一種手持式掃描器裝置10，包含殼體(12)具有第一側壁(24)，其沿橫向方向(84)延伸和取向，使得其一般垂直于縱向方向(82)；第二側壁(26)，其沿橫向方向(84)延伸和取向，使得其一般垂直于縱向方向(82)，所述第二側壁(26)與所述第一側壁(24)間隔一定距離配置；一凸面部分(20)，擴展在所述第一和第二側壁(24、26)之間，其中具有一開口(46)，所述凸面部分(20)限定一第一接觸軸線(22)，沿橫向方向(84)延伸并且縱向上位于在所述第一和第二側壁(24、26)之間，當所述凸面部分(20)與要被掃描對象(14)接觸時，所述凸面部分(20)使所述殼體(12)能圍繞第一接觸軸線(22)沿第一方向傾斜；以及一安裝在所述殼體(12)內部的圖像傳感系統(36)，所述圖像傳感系統(36)響應于由在被掃描對象(14)反射的圖像光(52)并根據圖像光(52)產生圖像信號，所述圖像傳感系統(36)光耦合到所述殼體(12)的凸面部分(20)中的開口(46)，使得由所述圖像傳感系統(36)接收通過該開口(46)的圖像光(52)。
9. 如權利要求8所述的手持式掃描器裝置(10)，還包含第一導航傳感器(62)，其響應于由在被掃描對象(14)反射的第一導航用光(68)并根據該第一導航用光(68)產生第一導航用數據信號，所述第一導航傳感器(62)光耦合到所述殼體(12)的凸面部分(20)中的開口(46)，使得由所述第一導航傳感器(62)接收通過該開口(46)的第一導航用光(68)；以及一導航傳感器(64)，其響應于由被掃描對象(14)反射的第二導航用光并根據該第二導航用光產生第二導航用數據信號，所述第二導航傳感器(64)光耦合到所述殼體(12)的凸面部分(20)中的開口(46)，使得由所述第二導航傳感器(64)接收通過該開口(46)的第二導航用光。
10.一種用于手持式掃描器裝置(10)的殼體(12)，包含一凸面部分(20)，其使手持式掃描器裝置(10)能沿一接觸軸線(22)與被掃描對象(14)相接觸，所述凸面部分(20)使所述手持式掃描器裝置(10)能在掃描的過程中圍繞接觸軸線(22)傾斜。
全文摘要
一種手持式圖象掃描器裝置(10),可以包含一殼體(12),其具有間隔開配置的第一側壁(24)和第二側壁(26),第二側壁(26)離第一側壁(24)一間隔的距離。殼體(12)還包含一凸面部分(20),其擴展在所述第一和第二側壁(24、26)之間,并限定一第一接觸軸線(22),該接觸軸線沿橫向方向(84)延伸并且縱向上位于在所述第一和第二側壁(24、26)之間。當所述凸面部分(20)與要被掃描對象(14)接觸時,所述凸面部分(20)使所述殼體(12)能圍繞接觸軸線(22)傾斜。一安裝在所述殼體(12)內部的圖像傳感系統(36)響應于由在被掃描對象(14)反射的圖像光(52)并根據圖像光(52)產生圖像信號,所述圖像傳感系統(36)光耦合到所述殼體(12)的凸面部分(20),使得由所述圖像傳感系統(36)接收通過該開口(46)的圖像光(52)。
文檔編號G06T1/00GK1257257SQ99121088
公開日2000年6月21日 申請日期1999年10月11日 優(yōu)先權日1998年12月11日
發(fā)明者D·D·波恩 申請人:惠普公司