用来帮助观看文件页面的自动翻页装置的制作方法

专利名称：用来帮助观看文件页面的自动翻页装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及在观看、阅读文件页面或使文件页面成像中使用的装置，尤其涉及便于观看或阅读书本或能够获取类似书的页面图像的自动装置，其中书或文件保持在夹具中，且每个页面顺序翻转、精确定位、并呈现给读者或图像获取系统。这种装置可以使文件的信息量以模拟或数字形式汇编，用于后续的存储、分发和/或打印。
背景技术：
目前在书本成像、记录和电子归档领域中许多自动或半自动书本扫描或阅读系统是已知的。在这类系统的使用中，书本典型地保持为敞开状态，且通过数码相机或基于LED的扫描仪顺序获取每个页面的数字图像。这种系统的一个主要功能是顺序翻转书本的每个页面，从而将其暴露于成像系统。
将意识到，书本或类似文件阅读系统必须克服各种问题。特别理想的是，书本阅读系统能阅读用于转换成电子格式的候选对象的大量书本。例如，这种书本阅读系统用于公共和大学图书馆。因此，在这种应用中的书本阅读系统必须能可靠地阅读具有大量物理特性或特征的书本，但不损坏这样的书本。
优选书本阅读装置必须适应的特性和条件中包括如下所述a)书页(book leaf)和书本封面纸板(cover board)的物理尺寸，即，长度和宽度(如果存在的话)。
b)书本的物理厚度，即，大致为书页的数量乘以每页的厚度。
c)每个书页的厚度和纸张成分，以及与之相关的特性(即，质量、刚度、孔隙率等)d)例如书脊的弹性等的存在和特征，即，在书本打开时书脊是否保持平整，或它是否形成拱形，以及它成拱形的程度(曲率半径)。可选地，叶(页面)可以被“装订”在三环活页封面(binder)中，或无需装订，简单地装在一起。
e)与封面纸板在平装书上的不存在相对，精装书上的封面纸板的刚度和支撑特性。
f)书本结构中不规则的存在，例如破损、起折或裂缝粘合、毛边书页或其它磨损，这导致书本特性根据书页而不同。在统计过程控制领域中，这种不规则性将被认为是噪音源。
g)例如相对湿度等环境条件的变化，由于吸湿和解吸，这导致书页页面(leaf page)的特性改变。这种改变也是书本阅读装置要适应的噪音源。
除了适应取决于书本的变化外，自动书本阅读装置也必须在敞开页面位置从书本正面转变到书本背面期间适应页面位置的变化。如果敞开的书本的封面和封底保持在固定位置中，且顺序翻转页面，则由于书页从书本一侧移位到另一侧的累积效应，也由于书页曲率相对于敞开页面的位置改变，敞开页面的物理位置将改变。
在此以前，许多专利和专利申请已经披露了在书本阅读、成像和记录中使用的、用于书本定位和/或翻页的装置，可简要地概括如下泰勒等人于2001年7月24日获得的美国专利6,264,188 B1披露了一种纸张进给装置，所述装置具有适合的空气疏解器和空气室，它们一起工作，以将顶部纸片从下面的一叠纸张中分离出来。
林德等人于2001年8月28日获得的美国专利6,279,896 B1披露了一种纸张进给装置，所述装置包括可选择性开动的真空源、连接到真空源以获取纸叠的顶部纸张的平移真空进给头(translating vacuum feed head)、单向转动驱动机构和控制电路，所述电路动态调整真空和正压力，以确保正确的纸张进给。
泰勒等人于2002年6月4日获得的美国专利6,398,206 B1披露了一种纸张进给装置，所述装置具有带有皱褶面的空气室，包括位于第一高度的第一组凸缘和位于第二高度的第二组凸缘，它起皱并将顶部纸张从下面的一叠纸张中分离出来，而不管纸张叠重量如何。
泰勒等人于2002年6月4日获得的美国专利6,398,208 B1披露了一种纸张进给装置，所述装置具有空气室，所述空气室带有皱褶面和有漏缝的周边密封垫，它起皱并将顶部纸张从一叠纸张中分离出来，并密封此处。
本发明的一些方面在于将具有皱褶面的真空气室作为辅助设备应用于敞开书本扫描仪中的页面分离和翻转。其中发现本申请的特殊用途的扫描仪举例来说在美国专利6,056,258、5,640,252和5,359,207中进行了描述。这些专利和申请结合在本说明书中作为参考，用于讲述涉及纸张和页面的翻页、扫描和/或真空处理。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于翻转例如装订的书本等文件的自动装置，举例来说帮助进行书本阅读。不管文件长度和宽度、厚度、书页(页面)特性、书脊的存在、书脊特性、硬或软图书封面以及磨损状态如何，也不管装置所处的环境条件如何，这种装置都能可靠地顺序呈现书本的书页或页面给读者或图像获取系统。
本发明的另一目的是提供一种帮助观看或阅读文件页面的自动装置，所述装置可连接到每个页面，且从所选第一页面开始到所选最终页面结束顺序转动每个页面。
本发明的再一目的是提供一种帮助观看或阅读装订的文件的自动装置，所述装置能从所选第一页面开始到所选最终页面结束顺序呈现每个页面给图像获取装置，其中每个页面位于图像获取装置的视平面和焦平面区域中。
本发明的一个目的是提供一种帮助书本阅读的自动装置，所述装置能可靠地顺序呈现书本页面或类似的装订文件给读者或成像系统(用于图像观看和/或捕捉)，而不损坏书本。
本发明的另一目的是提供一种帮助书本阅读的自动装置，所述装置能从所选第一页面开始到所选最终页面结束可靠地获取书本中的每个页面的图像。
本发明的再一目的是提供一种自动书本阅读装置，所述装置能以约为每分钟二十页或更高的速率可靠地获取任何书本并将其转换(translate)成电子格式。
根据本发明，提供了一种实现页面图像获取的设备，包括底座，用于支撑装置的操作组件和部件；支架组件，具有第一半支架和第二半支架；以及翻页组件，用于逐一地呈现待成像的页面。支架组件的半支架的每个都包括通过联动装置连接到书本支撑板上的支架底座，每个半支架都进一步具有一对图书封面夹和适合操作中连接到书本支撑板上的驱动电机，以便驱动电机的操作使书本支撑板以弓形方式相对于支架底座移动。第一和第二半支架的支撑板通过柔性网状材料结合在一起。翻页组件进一步包括纸张疏解器，用于使敞开的页面从下面的相邻页面(包括文本块)分离；以及可枢轴转动且可平移的真空头，用于连接到分离的敞开页面，并翻转分离的敞开页面。
根据本发明的另一方面，提供了一种实现页面图像获取的设备，进一步包括光学组件，所述光学组件包括至少一个相机；照明设备，指向敞开的书本页面；检测装置，用于探测敞开书本页面相对于相机的视平面和焦平面区域的位置；以及至少一个反射镜，在成像期间指引左边敞开页面和右边敞开页面的图像到相机。
根据本发明的再一方面，提供了一种实现页面图像获取的设备，进一步包括敞开页面紧固和变平装置，所述敞开页面紧固和变平装置具有第一页面夹和第二页面夹，每个页面夹在翻页之前都可伸缩，在页面成像之前可展开。
根据本发明的又一方面，提供了一种实现页面图像获取的设备，进一步包括页面位置调整装置，所述页面位置调整装置包括可操作地连接到支架组件的至少一个半支架的至少一个电机，使所述支架组件和保持在其中的书平移。
根据本发明的又一方面，提供了一种实现页面图像获取的设备，进一步包括分叉位置调整装置，所述图像位置调整装置进一步包括光学检测装置，所述光学检测装置用于传感保持在所述设备的支架组件中的书本的分叉位置。
根据本发明的又一方面，提供了一种实现页面图像获取的设备，进一步包括页面边沿探测装置，所述页面边沿探测装置进一步包括光学检测装置，所述光学检测装置用于在页面被真空头获取和被翻页组件翻转时检测页面边沿的位置。
根据本发明的另一方面，提供了一种逐一地阅读多个书本页面的方法，包括以下步骤将书本紧固在支架组件中，所述书本打开到所选第一和第二页面；调整所述书本位置，以使第一和第二页面中至少之一完全位于至少一个图像获取装置的视野区内；将至少一个页面保持在适当位置一段时间；将第二页面的至少外边沿从与随后的邻近页面接触移开；紧邻第二页面的表面的至少部分临时放置真空头；利用真空头装置获取第二页面；绕其与书本的装订线接触的线转动第二页面，直到第二页面的印刷面与第一页面的印刷面大致一致；以及从真空头松开第二页面。
根据本发明的另一方面，提供了一种逐一地阅读多个书本页面的方法，包括以下步骤将书本紧固在支架组件中，所述书本打开到所选第一和第二页面；使书本的第一和第二页面至少之一变平，用至少一个夹页装置紧固书本的第一和第二页面的至少之一，以使所述至少一个页面位于至少一个图像获取装置的视平面和焦平面区域内；调整所述书本位置，以使第一和第二页面中至少之一完全位于至少一个图像获取装置的视野区内；将至少一个页面保持在适当位置一段时间；松开夹页装置；将第二页面的至少外边沿从与随后的邻近页面接触移开；紧邻第二页面的表面的至少部分临时放置真空头；利用真空头装置获取第二页面；绕其与书本的装订线接触的线转动第二页面，直到第二页面的印刷面与第一页面的印刷面大致一致；以及从真空头松开第二页面。
本文中描述的设备和方法是有利的，因为它们能适用于大范围的书本或类似装订的和未装订的文件，对于所述文本或文件，想要逐一地捕捉、观看和/或记录其中的页面的图像。特别地，本发明的设备能可靠地分离和翻转例如书本等文件的页面，且在它们被所述设备保持和处理时，能适应书本之间的几何形状的大的改变。作为本发明的结果，具有大量书本的贮藏室将能够以模拟图像格式或以非常紧凑并可传输的数字格式记录、归档和分发包含在其中的信息。


将参看附图描述本发明，其中相同附图标记是指相同元件，在附图中图1A至1C是从各个角度获得的书本的透视图，用于定义在本说明书中使用的术语；图2A是图像记录装置和书本的侧视图，其中所述书本打开到大约在文本块中央的页面位置；图2B是图像记录装置和书本的侧视图，其中所述书本打开到书本封面附近的页面位置；图2C是图像记录装置和书本的侧视图，其中所述书本打开到书本封底附近的页面位置；图3A是透视图，描述了用于使书本页面变平为大致平面的装置；图3B是侧视图，描述了用于使书本页面变平为大致平面的装置；图4A和4B分别是本发明的自动设备的一个实施例的透视图和正视图；图5是用于使用本发明的实施例获取书本页面图像的自动过程的流程图；图6A和6B分别是本发明的设备的支架组件的透视图和正视图；图7A和7B分别是本发明的设备的支架组件的左前和右前的另外的正视图；图8A是本发明的支架组件的正视图，进一步描述了就在页面成像过程开始后不久被支架组件保持的书本；图8B是本发明的支架组件的正视图，进一步描述了就在页面成像过程结束前不久被支架组件保持的书本；图9A是支架组件和容纳在设备底座中的夹和支架调整机构的正视图；图9B是图9A的支架组件和夹以及支架调整机构的侧视图；图10A是本发明的支架组件的透视图，进一步描述了用于在页面成像之前使敞开页面变平的页面夹；图10B和10C分别是处于松开位置和展开位置的页面夹的正视图；图11A是本发明的支架组件的正视图，进一步描述了被支架组件保持的书本和处于松开位置的页面夹；
图11B是本发明的支架组件的正视图，进一步描述了被支架组件保持的书本和处于松开位置的页面夹；图12A和12B分别是本发明的设备的光学组件的透视图和正视图；图13A是本发明的设备的部分透视图，进一步描述了支架组件、页面疏解组件和翻页组件；图13B是本发明的设备的部分透视图，进一步描述了支架组件和页面疏解组件；图13C是本发明的设备的部分透视图，进一步描述了支架支撑组件、夹组件和页面疏解组件的可选实施例；图14A是本发明的设备的支架组件和页面疏解器的正视图，进一步描述了由支架组件保持的书本；图14B是图14A的支架组件和页面疏解组件的俯视图；图15A是本发明的设备的支架组件和翻页器的正视图，进一步描述了被支架组件保持的书本；图15B是本发明的设备的支架组件和翻页器的右前透视图；图16A是支架组件和翻页器的正视图，描述了其组件之间的几何关系，也描述了翻页组件中的气刀；图16B是图16A的支架组件和翻页组件的俯视图，其中翻页组件进一步包括延迟指(retard finger)，所述延迟指用于确保仅单张页面被翻页组件翻转；图17是本发明的时间图，描述了书本页面成像过程中各个组件的平行操作；图18是沿图9B的线18-18的本发明的设备的支架组件的截面图，进一步描述了用于在支架组件上支撑书本的书脊布的使用；图19是本发明的设备的支架组件和翻页器的左前透视图；图20是真空头的侧视图，进一步包括连接到这里的页面探测装置；以及图21是本发明的设备的可选光学组件的正视图。
将结合优选实施例对本发明进行描述，然而，将理解，目的不是在于将本发明限制于所描述的实施例。相反，目的在于覆盖所有的替代物、修改和等同物，只要它们包含在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。
具体实施例方式
为了综合理解本发明，参考附图进行说明。在附图中，相同的附图标记自始自终用于表示相同元件。在描述本发明中，在描述中使用了多个术语。标准术语广泛使用于书本制造领域以及图书馆领域中。例如，一个术语是指网址为http//www.alibris.com/glossary的“Glossary of Book Terms”；和CA的Alibris Corportion of Emeryville的“Glossary of Book TermsCondition，Anatomy，Size&Abbreviations”，其所披露的内容结合于此作为参考。
尽管本文中所用的术语“书本”描述了本发明的特定实施例和方面，但是所述术语目的在于广泛地表示各种类型的装订文件，其中其页面被折叠和/或彼此连接以便逐一地观看或阅读—例如三节环(three-ring)笔记本等。这种文件的实例包括活页乐谱、报告、扇形折计算机打印输出。进一步期望，一系列未装订的页面可以类似于相对于以下实施例描述的方式进行处理，且这组未装订的页面将绕共同的边沿或轴转动。
图1A-1C是从各个角度获得的书本的透视图，其中书本处于不同位置，以定义本说明书中所用的术语。参看图1A，典型的书本10包括打印纸或页12的集合，通过装订物(binding)14在其一侧结合，所述装订物可进一步包括缝线、钉书钉、粘合剂、其各种组合和/或书本装订领域中已知的其它材料和紧固装置。书本10进一步包括在接缝22和23处结合到书脊20的封面16和封底17。如上所述，本发明的意图还在于应用到保持在3环笔记本活页夹中的许多文件，乃至未装订的文件叠，其中即使没有书脊或类似机构来装订所述叠的边沿，在它们翻转时，页面也以逐一的关系被保持、翻转和维持。
参看图1B，在(图1A的)接缝22处的材料是柔性的，且形成铰链24，所述铰链使封面16可枢轴转动地结合到书脊20。类似铰链(未示出)使封底17结合到书脊20。封面16和17称为图书封面，且通常将书本10称为平装书。可选地，封面16和17可包括用布、皮革等覆盖的、较厚的、大致为刚性的纸板材料，其中通常将书本10称为精装书。
将与书脊20相对的书本10的书页12的表面26称为书本前边沿。将沿书本10的顶部的书页12的表面28称为顶边沿。同样地，将沿书本10的底部的书页12的表面(未示出)称为底边沿。将从第一书页32到最后的书页34的装订书页的整个集合称为文本块。因此，在参考单个书页时，相同术语是指形成这些表面的特定书页的边沿。将结合到图1的装订物14的任何书页的边沿称为装订边沿(未示出)。
图1C是书本的透视图，所述书本位于水平面50上，支撑在敞开位置，大致位于典型的读者在读书时保持所述书本的位置。参看图1C，暴露出两个页面供读者观看，或供成像装置进行图像记录。在图书馆领域中，将左边的页36称为左页(verso page)，将右边的页38称为右页(recto page)。为了描述本发明，将在书本10处于敞开状态时所呈现的、位于左页36和右页38之间的V形交叉线40称为页面分叉线。在本说明书中参考笛卡儿坐标系时，x轴方向由箭头52限定，y轴方向由箭头54限定，z轴方向由箭头56限定。z轴方向沿着页面分叉线40，使得x轴和y轴限定表面50的水平面，且y轴处于与表面50正交的垂直方向。
为了描述本发明，在书本处于闭合状态时，将书本高度认为是从封面顶边沿到封面底边沿的距离；将书本宽度认为是从书本书脊到封面前边沿的距离；和将书本厚度认为是从封面的外表面到封底的外表面的距离。将书本的书页(或页面)的高度认为是从书页顶边沿到书页底边沿的距离，并将书页(或页面)的宽度认为是从书页装订边沿到书页前边沿的距离。
图1C描述了处于敞开状态的书本。为了说明本说明书的目的，敞开状态或敞开表示读者看得见两个书页，或处于使得页面图像可被成像装置记录的位置。实际上，当通过由书本封面和封底限定的平面的交线形成的角度处于约90度和180度之间时，书本处于敞开状态。术语敞开页面是指在书本处于敞开状态时可读或可成像的一对页面，即，左页和右页。
如本文中所用，将向前翻页的动作定义为如下顺序用手指或其它装置接触和抓住或获得包括右页的书页和使所述页面绕其装订边沿作枢轴转动，直到所述页面表面接触前一左页的表面，且转动的书页的暴露表面是新的左页。向后翻页是以类似方式但在相反方向上移动页面的动作。
术语有顺序的页面表示这样的顺序，其中如果人们将从靠近封面的文本块的第一页面开始，读者或设备将遇到书本页面，顺序翻页，直到到达靠近封底的最后一页面。
从大多数传统的书本如何被阅读即从封面到封底逐一地阅读的观点提供了前面的描述，其中文本或其它信息通常从左到右阅读。然而，这样的书本存在，其中，读者举例来说可将书脊定位在顶部，并从底部到顶部或从顶部到底部翻页。并且，某些语言是在不同于从左到右的方向上进行阅读的，这可能影响阅读书本的方式。也可期望以不同于其有序顺序的方式阅读或获取书本页面的图像。因此将意识到，为了用本发明帮助以想要的方式阅读这种书本，软件、硬件和/或操作顺序的较小变化将是显然的，从而在本发明的范围内。
如下面将要指出的，本发明的各个实施例目的在于覆盖宽范围的可能用途。例如，尽管就翻页书本扫描仪进行了描述，本发明也可用作用于盲人用户阅读系统的输入源，或用作以放大形式为其他视力受损者显示的图像数据源。
类似地，本发明的各个方面可独立使用或结合其它装置使用。例如，本发明的夹页机构可与例如目录或手册等装订的文件系统一起使用。人们可想象夹页机构用在失重环境中，用来将书本页面保持在适当位置，以使用户可在双手都在工作时还能观看页面。
另外的实例是，下述的翻页机构的方面可用于在进行音乐作品演奏期间为音乐家或指挥家向前翻活页乐谱页面。类似地，所述装置可被研究人员用于实现书本的观看，其中所述书本处于受控环境中，且用户仅能按“向前翻页”或“向后翻页”按钮。因为已经描述了本发明的多种潜在应用及其多个组件，现在将注意力转向本发明的实施例的细节的进一步的描述。
图2A-2C是图像记录装置和书本的侧视图，其中所述书本分别打开到大致位于文本块中央的页面位置、靠近书本封面的页面位置和靠近书本封底的页面位置。书本尺寸和敞开页面的关系与处于这三个页面位置的图像记录装置的比较在理解本发明解决的问题中是有益的。
参看图2A-2C，设置了图像记录装置，例如包含镜头62的相机60。相机60可以是静止画面相机、摄像机、电影摄影机、胶片摄影机、数码相机等。在图2A-2C中，相机60处于相对于书本10固定的位置中。在此位置中，相机60具有视野宽度64、z轴方向上的高度(未示出)和z轴上沿虚线的焦平面66。显然的是，尽管如图2A-2C中所示的相机60仅示出记录右页38时的状态，但此论述同样适用于左页36，且另外的相机或反射镜机构可用于记录左页36的图像。
在图2A中，当书本10打开到文本块的大致中央处时，相机60设置为使得焦平面66和右页38的表面彼此靠近。在图2B中，其中书本10打开到靠近封面16的页面，且文本块位于封面17上，右页38较大地靠近相机60，相应地在焦平面66上移动。同样，在图2C中，其中书本10打开到靠近封底66的页面，且文本块位于封底66上，右页38进一步较大地远离相机60，且相应地在焦平面66下面移动。因此显然的是，有助于书本的自动成像的合格设备必须在作为书本10的敞开页面位置的函数的相机60的焦平面66的位置中进行调整，以获得每个被记录的页面的聚焦图像。
再次参看图2A-2C，一个调整相机60的焦平面66的普通方法是通过镜头62的调整。然而，因为几个原因，这样的动作对使得相机60能记录页面图像是不够的。当将页面从靠近书本10的封面16的位置(图2B)翻到靠近书本10中央的位置(图2A)、翻到靠近书本10的封底17的位置，同时书本10和封皮16和17保持在固定位置中时，页面分叉线40的位置页大致在x轴方向上改变。因此，形成页面交叉线40的敞开页面的位置相对于相机60的位置变化。有助于书本的图像记录的适合设备必须适应这样的位置变化。
也显然的是，图2A-2C的左页36和右页38的表面也是曲面，而非平面。特别参看图2A，将折叠的书页装订成组(称为折标)的效果是可见的，其中折标42和43中的应力在左页36和右页38中产生显著的弯曲，例如，可看到，右页38靠近其装订边沿的部分位于焦平面66上面，右页38靠近其前边沿的部分在焦平面66下面。因此，没有进一步使得右页38和焦平面66一致，相机60对右页38的清晰的聚焦图像进行记录是不可能的。
图3A是透视图，描述了使书本交叉线和页面变平以便为每个页面产生近似平面的夹或类似装置。参看图3A，上部V形夹70和下部V形夹72在页面交叉线40处紧固到书本10。V形夹70和72施加与页面36和38大致垂直的力，如分别用箭头74和76表示的。这种力形成的效果在图3B中示出，其中使得右页38与相机60的焦平面66大致一致。因此，相机60可能形成右页38的清晰的聚焦图像。
总之，有助于书本自动成像的合格设备必须将书本的每个页面精确地成像给成像系统，以获得每个页面的清晰、完整的聚焦图像。为了实现这一点，所述设备优选提供装置使敞开的书本页面变平，并将敞开页面定位在相机或其它图像记录装置的焦平面、视野区内，以获得每个页面的清晰而完整的聚焦图像，而不管书本内的敞开页面的位置如何。除了适应根据书本而不同的页面改变的特性(已在前面描述过)外，这些适应由于书本内的页面位置造成的改变的特性是非常有利的，并且是非常优选的。现在将描述以优于现有技术的设备的方式适应根据页面和书本而不同的改变的本发明的设备。
图4A和4B分别是本发明的自动设备的一个实施例的透视图和正视图。参看图4A和4B，设备100包括几个组件，它们一起工作以执行书本页面的自动图像获取的过程。基座110和背板130支撑和/或容纳处于适当位置的书本(未示出)，并呈现敞开的书本页面来进行图像获取。光学组件300包括相机、反射镜、照明设备(lighting)和页面位置传感器，用来获得书本的每个页面的清晰而完整的聚焦图像。翻页组件400包括用来提升和分离待翻动的书页疏解器和用于获取书页并将其翻动以使随后的一对敞开页面可用于图像获取循环的翻页臂和头。在本说明书中和在图6A至17中，将进一步详细地描述这些组件中的每个组件。
支架组件现在将参看附图详细描述支架组件200的部件和功能，其中在这些附图中，图6A和6B分别是本发明的设备的支架组件的透视图和正视图。图7A和7B分别是本发明的设备的支架组件的左前和右前的另外的正视图。图8A是本发明的支架组件的正视图，进一步描述了就在页面成像过程开始后不久被支架组件保持的书本。图8B是本发明的支架组件的正视图，进一步描述了就在页面成像过程结束前不久被支架组件保持的书本。图9A是支架组件和容纳在设备底座中的夹和支架调整机构的正视图。图9B是图9A的支架组件和夹和支架调整机构的侧视图。
参看图6A、6B、7A和7B，支架组件200包括左半支架210和右半支架260。左半支架210进一步包括书本支撑板212、图书封面夹214和216、联动装置218、驱动电机220、驱动轴222和提升杆274。
图书封面夹214连接到杆226和228，所述杆226和228分别穿过前直立板230以及穿过上部块导向器232和下部块导向器(未示出)可滑动地安装。图书封面夹216连接到杆234和236，所述杆234和236分别穿过后直立板238以及穿过上部块导向器232和下部块导向器(未示出)可滑动地安装。图书封面夹216利用连接到杆234的轴环235保持在支架组件200内。同样地，图书封面夹214利用连接到杆226的类似轴环(未示出)保持在支架组件200内。
同样地，在右半支架260上，图书封面夹264连接到杆276和278，所述杆276和278分别穿过前直立板280以及穿过上部块导向器282和下部块导向器(未示出)可滑动地安装。图书封面夹266连接到杆284和286，所述杆284和286分别穿过后直立板288以及穿过上部块导向器282和下部块导向器(未示出)可滑动地安装。图书封面夹266利用连接到杆284的轴环285保持在支架组件200内。同样地，图书封面夹264利用连接到杆276的类似轴环(未示出)保持在支架组件200内。
在左半支架210的前侧上，联动装置218包括联杆240和243，所述联杆240和243分别通过销241和244可枢轴转动地连接到前直立板230。联杆240和243也分别通过销242和245可枢轴转动地连接到下部板246。下部板246连接到左支架基座247。联动装置218进一步包括一组位于左半支架210的后侧上的大致相同的组件(未示出)。
同样地，在右半支架260的前侧上，联动装置268包括联杆290和293，所述联杆290和293分别通过销291和294可枢轴转动地连接到前直立板280。联杆290和293也分别通过销292和295可枢轴转动地连接到下部板296。下部板296连接到右支架基座297。联动装置268进一步包括一组位于右半支架260的后侧上的大致相同的组件(未示出)。
支架组件200的上述组件能够被调整为使具有宽范围的页面尺寸和厚度的书本页面适当地成像，且正确呈现书本的每对敞开的页面供图像获取，其中敞开的页面完全位于相机的焦平面和视野区内，以获取每个页面的清晰而完整的聚焦图像。现在将描述用于实现此任务的支架组件200的操作。
图8A是本发明的支架组件的正视图，进一步描述了就在页面成像过程开始后不久被支架组件保持的书本；图8B是本发明的支架组件的正视图，进一步描述了就在页面成像过程结束前不久被支架组件保持的书本。参看图8A和8B，书本10保持在支架组件200中。在书本成像过程开始时和在任何一对敞开页面成像之前，通过半支架210的操作调整左页36的位置，通过半支架260的操作调整右页38的位置。
为了调整左页36的位置，使用了定位装置，例如，操作通过托座221可枢轴转动地连接到左支架基座247的驱动电机220。驱动电机220在由箭头201表示的方向上沿驱动轴222的轴移动驱动轴222。连接到驱动轴222的提升杆224相应地移动，且进一步产生用弓形箭头202和203表示的联动装置208的动作。这样，用弓形箭头204表示的左半支架210和书本10的左页36的位置通过驱动电机220的操作进行调整。
同样地，为了调整右页38的位置，采用了定位装置，例如，操作通过托座271可枢轴转动地连接到左支架基座297的驱动电机270。驱动电机270在由箭头251表示的方向上沿驱动轴272的轴移动驱动轴272。连接到驱动轴272的提升杆274相应地移动，且进一步产生用弓形箭头252和253表示的联动装置268的动作。这样，用弓形箭头254表示的右半支架260和书本10的右页38的位置通过驱动电机270的操作进行调整。
在x轴方向上可进一步调整用箭头205表示的书本10的水平位置。左半支架210和右半支架260通过支架联结装置(hitch)250连接在一起，且可滑动地安装在左滑动机构248和右滑动机构298上，所述左滑动机构248和右滑动机构298有连接到基座110。(参看图9A)，为了实现用箭头205表示的运动，包括左半支架210、右半支架260和联杆(link)250的组件可操作地连接到驱动电机(未示出)或类似的定位装置，所述定位装置用于调整半支架在x轴方向上的位置。在可选实施例中，响应于夹紧机构或可连接到支架的类似装置的运动，支架移动。特别地，可采用凸轮式锁紧机构，以使支架或至少其半支架在夹紧机构与书本啮合时自由移动，从而能够响应于夹紧力实现半支架的自动定心或调整。并且，在去除夹紧机构时半支架锁定在水平位置中，以将书本保持在中央位置进行翻页。在可选实施例(未示出)中，支架联结装置250不出现，且半支架210和260中每个都可操作地连接到分离的驱动电机。在此实施例中，可在x轴方向上独立调整半支架210和260的位置。这种特性提供了设备100适应具有各种尺寸和特性的书本的额外能力。特别地，使得设备100更能适应这种书放在支架组件200中时书脊构造中根据书本而不同的改变。这种根据书本而不同的书脊改变导致在设备翻页和通过书本的文本块时书本页面缩短的变化。这样，本发明的设备能使具有弓形幅度很大的书脊的书本和具有大致平坦的书脊的书本正确成像。
参看图1C获得对书本页面缩短的更好理解。参看图3B，其中描绘的书本10包括书脊20，所述书脊弓形幅度很大，且紧邻页面交叉线40大致为合叶状(hing-like)。这种合叶状书脊所形成的效果是，左文本块的边沿31稍有角度，但几乎垂直于封面16，右文本块的边沿31稍有角度，但几乎垂直于封底17。这样，认为图3B的书本10具有小的页面缩短量。
相反，现在参看图1C。其中描述的书本页包括书脊20，所述书脊20为大致平面。这种平面书脊所形成的效果是，左文本块的边沿31相对于封面16角度很大，右文本块的边沿33相对于封底17角度很大。这样，认为图3B的书本10具有大的页面缩短量。显然的是，需要在书本成像期间探测页面缩短的程度，并根据需要调整成像系统，以获得这种书本的每个页面的完整图像。下面给出本发明的设备解决这种需要的方式。
再次参看图8A和8B，分别描述了在页面成像过程开始后不久和在页面成像过程结束前不久被支架组件保持的书本，在书本成像过程开始时将书本装在支架中后，通过驱动电机220和270的操作调整第一对敞开页面的位置，以使这对敞开页面完全位于相机的焦平面和视野区内。接着，页面成像和翻页循环(随后将描述)继续。
如图8A中所示，在整个过程早期，翻页36下面的文本块部分的厚度较小，且右页38下面的文本块部分的厚度较大。在这些页面成像和翻页循环继续时，翻页36下面的文本块部分的厚度增加，且右页38下面的文本块部分的厚度减小到过程后期的条件，如图8B中所示。为了将这对敞开页面完全设置在相机的焦平面和视野区内，如上所述，且如图8A和8B中所示，分别调整左半支架210和右半支架260的位置。也如所述的调整半支架210和260的x位置。这样，在整个页面成像过程中，调整左页36和右页38的位置，以获得每个页面的清晰而完整的聚焦图像。
在本发明的一个实施例中，提供了光学检测装置，用于探测页面分叉线的位置，以更精确地控制左页和右页的位置。参看图8A和8B，将光学检测装置255大致安装在想要在页面成像过程中保持页面分叉线40的位置中，以优化左页36和右页38的位置。这样，当页面成像过程继续且书本10的文本块进行从图8A到图8B的转移时，光学检测装置255继续探测页面分叉线40的位置。来自光学检测装置255的数据被设备控制器(未示出)用来调整所述驱动电机或多个电机(未示出)，其中电机用于控制半支架210和260的x位置。因此，为了获得每个页面的清晰而完整的聚焦图像，保持左页36和右页38的位置。
一般而言，光学检测装置255在大致沿z轴和平行于页面分叉线40的方向上“观看”。在一个实施例中，光学检测装置255包括位于书本一侧上的光电二极管和位于书本另一侧上的光电二极管。在类似实施例中，光学检测装置255包括位于书本一侧上的集成光电二极管和探测器以及位于书本另一侧上的反射器。在这些实施例中的每个实施例中，页面分叉线40的位置通过与页面分叉线40大致一致的光束通道被探测；或，如果页面分叉线未处于理想位置中，则阻挡了光束。
在可选实施例中，光学检测装置255包括相机和图像获取或机器视觉硬件和软件，使得页面分叉线的图像被识别。具体而言，页面分叉线40的V形间断性被识别，且数字表示页面分叉线40的形状和位置的图像处理数据被设备控制器(未示出)用来调整所述驱动电机或多个电机(未示出)，其中电机用来控制半支架210和260的x位置。
一般而言，光学检测装置255可包括硬件、软件和计算机控制器的任何组合，它们能传感页面分叉线40的V形间断性。
在另一实施例中，在根据需要调整支架组件和支撑在其中的书本的水平位置后，通过使用支架驱动电机和/或页面分叉线检测装置和/或夹紧组件(在本说明书中随后描述)，支架组件和书本的水平位置通过滑动制动器(detent)的啮合被固定。参看图9B，滑动解扣板(trip plate)112与电机180可操作地啮合，以使电机180在向前和向后方向上的操作影响滑动解扣板112的末端113的上下移动，如用箭头114表示的。
滑动解扣板112的末端113的上端(未示出)与滑动制动器115可操作地啮合，使得滑动解扣板112的末端113的上下移动产生滑动制动器115的相应的上下移动。在一个实施例(未示出)中，滑动制动器包括L形片，其中水平面作为L的一个腿。当滑动制动器115向上升高时，所述水平面接触右半支架260的基座297和/或左半支架210的基座247的相应表面(参看图8A)。
这样，当电机180操作以产生滑动制动器115的向上移动时，滑动制动器115与支架组件200啮合，并放置支架组件200和支撑在其中的书本的移动。应指出，电机180的操作用于使滑动制动器与支架组件200啮合和在书本上展开页面夹紧组件140的双重目的，这将在本说明书中随后描述。
在另一实施例中，书本进一步利用书脊布支撑在支架组件中，所述书脊布悬挂在每个半支架下部之间。在书本成像期间，书脊布与书本的书脊可支撑地接触，以便消除书本落在两个半支架之间的可能性。
图18是在图9B的线18-18获得的本发明的设备的支架组件的截面图。参看图18，书脊布256在第一端处可操作地连接到柱状条261，所述柱状条261后端被后支撑板238支撑，且其前端被前支撑板230(参看图6A和6B)支撑。书脊布256也在其第二端处连接到夹206。
书脊布256通过另外的元件被进一步支撑，且通过(route through)半支架210和260。书脊布256在辊263上延伸(route)，穿过半支架210和半支架260之间的空间、在辊213上延伸、在辊211下延伸。柱状条211的后端由后支撑板238支撑，前端由前支撑板230(参看图6A和6B)支撑。辊213也是柱形，且其后端由托架215支撑，其前端由托架217(参看图6A和6B)支撑。同样，辊263的后端由托架265支撑，其前端由托架267(参看图6B)支撑。
为了在书脊上提供支撑力，提供了张紧装置，所述装置在正在成像的书本书脊的至少部分上拉紧书脊布256。再次参看图18，且在一个实施例中，张紧装置包括弹簧208，所述弹簧208的第一端连接到柱状条209，相对端连接到吊环螺栓207，所述螺栓207可操作地连接到夹206。如先前对于柱状条211所描述的，柱状条209类似地被支撑板230和238支撑。弹簧208优选是卷绕的线或螺旋弹簧，且所选择的弹簧208具有使得书脊布256通过弹簧208的动作放置在张紧状态中的尺寸和不变力。
这样，在保持在支架组件200中的书本不存在时，弹簧布256分别在半支架210和260的辊213和263之间的跨度(span)259中形成大致为平面的表面。然而，当书本存在时，书脊布256在用箭头258表示的总方向上自由变形。辊213和263之间的跨度259相应地变长，同时如用箭头257表示的，相应的长度变化通过弹簧208的伸长被调节。书脊布256的张紧在用箭头258表示的大致相反的方向上施加力给书脊。
图8A和8B描述了书脊布256与书本10的书脊20的接触。在图8A和8B中描述的实施例中，书本10包括凹形书脊或弓形书脊，且书脊20仅有小部分21与书脊布256的跨度259接触。他8B进一步描述了其中书本10包括凸形书脊249的情形，其中凸形书脊249用虚线轮廓形式表示。显然的是，在这种情形下，作为张紧书脊布256的结果，跨度259变得与凸形书脊249一致。应指出，图8A和8B进一步说明，由于书脊布256包括柔性材料，所以当成像过程逐一地通过书本10的文本块30时，它保持与书本10的书脊20的接触。
应理解，尽管在本说明书中，将柔性网状材料作为书脊布256进行描述，但是意图不是为了将这种网状材料的材料选择限制为布。这种网状材料可由多种柔性片状制品形成，例如皮革、薄聚合物膜、聚合物网织品、橡皮板、上面具有这种涂层的材料，所述材料具有可操作的要求在使柔性网状物处于张紧状态时，它与书脊20的至少部分一致，并在书脊20的至少部分上提供支撑力，即使书本10进一步支撑在支架组件200中。
页面夹在获取每对敞开页面的图像之前，通过迫使它们具有大致为平面的形状，可将所述页面进一步精确定位，以进行成像。如先前所述的和在图3A和3B中描述的，夹在页面分叉线处的使用提供了使敞开页面变平成大致为平面的适当装置。在本发明的一个实施例中，提供了这样的夹。这种夹被认为是在每个页面成像循环期间优选自动展开，但是在翻动页面时收缩，以便不干扰页面或翻页机构。
图10A是本发明的支架组件的透视图，进一步描述了在页面成像之前使敞开页面变平的页面夹。参看图10A，本发明的设备设置有前夹组件140和后夹组件160。应指出，在图10A中为了说明目的，所示出的前夹组件140处于收缩状态，所示出的后夹组件160处于展开状态。然而，在所述设备的操作中，夹组件140和160典型地一起展开，以使书本页面变平，并且一起松开，以松开书本页面。
图10B和10C分别是处于松开位置和展开中的页面夹的正视图。参看图10C，页面夹组件140/160包括转轴块141、拉杆142、弹簧143、销144和145、钩耳146和147、扩展器148和149以及联杆150和151。在操作中，拉杆142向着页面分叉线40向下拉图10B的收缩的夹组件140/160，其中所述页面分叉线40位于左页36和右页38之间(用虚线示出)。由于联杆150和151分别通过销145可枢轴转动地连接到拉杆142，通过钩耳146和147可枢轴转动地连接到扩展器148和149，且扩展器148和149通过销145可枢轴转动地和可滑动地连接到拉杆142，所以夹组件140/160的向下移动在左页36上展开扩展器148，在右页38上展开扩展器149。弹簧143通过链接机构(linked mechanism)提供了扩展器148和149与左页36和右页38大致正交的力，分别用箭头154和156表示。作为这些力的结果，页面分叉线40张开，左页36和右页38变平为近似平面，从而准备图像获取。为了进一步的说明，图11A描述了被支架组件保持的书本，其中页面夹组件140/160处于松开位置中；图11B示出描述了被支架组件保持的书本，其中页面夹组件处于展开位置中。
在书本成像过程开始时，调整页面夹组件140和160的位置，以将它们放置到相对于书本高度的适当位置中。图9B是侧视图，描述了对页面夹组件140和160的调整。参看图9B，保持书本(未示出)的支架组件200安装在基座110上。导螺杆机构120安装到基座110，在基座110的下侧上，且在底盘116上方。导螺杆机构120包括调整钮122和轴124，所述轴124具有包括左手螺纹的第一部分126和包括右手螺纹的第二部分128。轴124与左手导螺帽130螺纹啮合，所述左手导螺帽130适当地连接到前支撑板134。轴124页与右手导螺帽132螺纹啮合，所述右手导螺帽132适当地连接到后支撑板136。前夹组件140在转轴块141处可枢轴转动地连接到前支撑板134，后夹组件160在转轴块161处可枢轴转动地连接到后支撑板136。因此，当调整钮122顺时针方向转动时，前夹组件140和后夹组件160彼此相向移动。这样，在书本成像过程开始时，夹组件140和160彼此充分分开，使得书本装载到支架组件200上。随后，调整钮122转动到紧邻书本的弹簧夹组件，使得它们将啮合页面并使页面变平，从而获得与前述相同的满意的页面图像。
在每个成像循环即左页和右页获取期间，夹组件140和160与前述相同展开。在每个翻页循环期间，夹组件140和160收缩，使得下一书页自由翻转。如从图10C到图10B的转变(transition)所表示的，夹组件在收缩期间向上移动。然而，为了待翻转的页面的充分的清晰度，夹组件的收缩步骤优选包括从页面分叉线向上垂直收缩和相对于书本顶边沿和底边沿向外水平收缩。本发明的设备提供了具有现在将描述的能力的夹组件。
再次参看图9B，首先指出，为了说明目的，所示出的夹组件140处于收缩位置，且所示出的组件160处于展开位置中。然而，在本设备的操作中，在成像循环中，夹组件140和160一起在夹组件160的位置中展开，且在翻页循环中，夹组件140和160一起在夹组件140的位置中收缩。可看到，处于收缩位置的夹组件140已经通过用弓形箭头158表示的绕枢轴螺栓152的枢轴运动向外平行收缩。同样地，夹组件160在处于收缩位置时水平收缩到类似位置。
为了实现展开和收缩，夹组件140由驱动电机1 80驱动。驱动电机1 80适当地安装在凸轮前支撑板182上。驱动电机180的轴(未示出)适当地可操作地连接到包括杠杆臂的夹驱动凸耳(未示出)。所述夹驱动凸耳还连接到夹弹簧联杆(未示出)，所述夹弹簧联杆又连接到拉杆142。当驱动电机180顺时针方向(相对于图9B的图示)转动，所述夹弹簧联杆产生拉杆142的向上运动和转轴块141绕枢轴螺栓152的转动。因此，夹组件140移动到前述由图9B的夹组件140示出的收缩位置。夹组件160的展开和收缩通过驱动电机190以大致相同的方式实现，所述驱动电机1 90具有用于夹组件140的为此处描述的镜像的机构。
在一个实施例中，展开夹组件以紧固敞开的书本页面并使其变平也用于将书本定位在光学组件下面的x轴方向上的理想位置。参看图11A和11B，当展开页面夹组件140和160时，向下驱动驱动页面夹组件140和160进入书本10的页面分叉线40。夹组件140的扩展器148和149和夹组件160的扩展器168和169啮合书本10的左页36和右页38。如用箭头205表示的，将迫使支撑在可滑动地安装的支架组件200上的书本10在x轴方向上移动，以使页面分叉线分别与夹140和160的夹拉杆142和162对准。同样，书本10在成像过程中一直被定位，使得页面分叉线40、左页36和右页38处于相对于光学组件300(参看图4B)固定的位置中。因此，当所述设备逐一获取页面图像时，连续地获得左页36和右页38的理想图像。
应指出，在上述操作中，展开页面夹组件140的电机180的操作也具有使滑动制动器115与支架组件200啮合的作用，如先前在本说明书中所述的和图9B中所示的，以在成像过程中防止支架组件200的水平运动。
光学组件图12A和12B是分别是用在本发明中用于获取敞开的书本页面的图像的光学组件的透视图和正视图。尽管这里就适于捕捉高分辨率视觉图像的静止图像相机进行了描述，但是将意识到，也可采用闭路电视或类似实时相机和关联的记录装置或显示器。这种系统可用于帮助视觉受损者和物理受损者阅读书本和其它装订的文件。
参看图12A和12B，光学组件300包括框架301(未示出；参看图4A)、相机302、透镜304、相机支架306、回转镜组件310、右页超声波位置传感器382和左页超声波位置传感器384。照明设备经由高频荧光灯设置，所述高频荧光灯相对于支架位于至少前部和后部。此外，为了确保各种书本尺寸(页面高度)的完全照亮，和减少光滑的页表面的眩光，前部和后部照明设备位置优选是可调整的。灯光系统设备100优选是光学系统300的部分。前部和后部灯光与框架301关联，且被一对平行滑板(slide)支撑，其中所述滑板被连接以便使得后部灯光位置在前部灯光位置改变时移动(例如，一个滑板沿其表面具有线性齿，且通过共用齿轮互连，以使一个滑板的运动自动转移到另一滑板；向外拉前灯造成后灯向后移动，反之亦然)。
图12B进一步描述了包括左页36和右页38的书本10，如前所述，所述书本10保持在支架200中，所述左页和右页通过夹组件(未示出)变平为近似平面。为了说明目的，右页38的图像通过右页反射镜组件320和回转镜组件310投射到相机透镜304在图12B中用虚线示出。参看图12A和12B，右页反射镜组件包括框架322和反射镜324。回转镜组件包括反射镜312。在记录右页38的图像中，所速图像被右页透镜反射到回转镜312。回转镜312将所述图像反射到相机透镜304，所述相机透镜304优选将相机302内的所述图像聚焦到电荷耦合器件(CCD)图像接收器(未示出)上，或聚焦到卤化银相机薄膜(未示出)、缩影胶片上，或聚焦到其它适当的图像记录介质上。
回转镜312安装在基座313上，且如弓形箭头311表示的可枢轴转动。如前面对于右页38所描述的，在左页36的记录中，回转镜312通过电机314的操作顺时针转动约90度，使得左页36的图像被左页反射镜332反射到回转镜312，随后到相机透镜304。
回转镜组件310还包括用于探测左页36和右页38的位置的超声波传感器。(参看上述传感器构造)再次参看图12A和12B，右页超声波传感器382和左页超声波传感器384分别通过支托(support bracket)386和388适当地安装到回转镜组件310。右页超声波传感器382指引超声波(未示出)到右页反射镜324，所述右页反射镜324反射所述超声波到右页38。所述超声波被右页38反射回右页反射镜324，随后到右页超声波传感器382。信号处理装置(未示出)通过屏蔽电缆(未示出)或通过无线传输(未示出)适当地连接到超声波传感器382，用于分析和比较传输的被传感器382接收的超声波，和确定右页38和右页反射镜324之间的距离。在每个翻页和成像循环中，将此距离与待处于相机302的焦平面中的右页38所需要的距离进行比较，以获得右页38的清晰的聚焦图像。与前述说明书中相同，如果这些距离之差大于指定量，则可编程控制器(未示出)操作用于转动轴272的电机270，从而调整左半支架260和右页38的位置。显然的是，利用左页超声波传感器384和驱动电机220，以大致相同的步骤实现左页36的位置的测量和控制。
显然的是，不同于利用超声波的那些传感器的很多位置检测装置是已知的，且适于作为本发明中的位置检测装置。例如，利用红外光的位置检测装置是适合的。其中用于探测交叉位置的位置检测装置(包括交叉光束)也是适合的。
光学系统300优选具有用于调整其图像获取功能以适应具有各种页面尺寸的书本的额外能力。显然的是，与小书相比，大书(即具有大的页面高度和宽度的书本)将要求较大的相机视野区，以完全记录其页面图像。这样，图12A和12B的相机302和透镜304具有放大缩小或以其它方式调整图像区域的能力，以大的书本尺寸范围内捕捉完整的页面图像。然而，在左页和右页成像中回转镜312的位置必须被调整为正确匹配所选择的缩放量。在要求对许多书本尺寸成像的缩放位置的完全范围内，单个右成像位置和单个左成像位置的使用将不能将左页和右页图像完整到反射到相机透镜304上。
因此，在本发明中，调整回转镜312的位置，以将左页和右页图像完整地反射到相机透镜304。在一个实施例中，透镜304使用了七个不同的缩放位置，以适应具有不同尺寸的书本页面。在下表中提供了用于左页和右页成像的回转镜312的相对角位对书本宽度设置。用于反射右页和左页的完整图像到相机304的包括更多或更少尺寸和不同回转镜角位的其它实施例也在本发明的范围内。

在图22中描述的可选实施例中，通过不同于回转镜的光学装置将左页和右页的图像同时指引到相机(或其它图像获取装置，例如高分辨率行扫描仪)。参看图22，在一个优选实施例中，这种光学装置包括安装在基座313上的反射棱镜360。反射棱镜360包括反射左面364和反射右面362。
在此实施例中，每对左页和右页同时成像，其中左页36的图像从左页反射镜334反射到棱镜360的反射左面364，到相机透镜304上；同时，右页38的图像从左页反射镜324反射到棱镜360的反射右面362，到相机透镜304上。这样的实施例在使书本成像中具有非常高的处理量的优点。
在可选实施例(未示出)中，使用一对反射镜代替棱镜360，其中第一反射镜放置在与棱镜360的左面364大致相同的位置处，第二反射镜放置在与棱镜360的右面362大致相同的位置处。显然的是，许多其它光学器件是已知的，例如，透镜、棱镜、光栅、及其组合，它们可充当光学装置，顺序或同时传送左页和右页的图像给相机反射镜304。
在另一可选实施例(未示出)中，可使用一对相机同时获取页面图像，其中第一相机获取左页图像，第二相机获取右页图像。
翻页组件本发明的设备还提供了用于翻转每个书本页面的组件，使得无需人工介入，所述设备就能使所有页面快速和自动成像。如先前所述的，向前翻页的动作定义为用手指或某一设备接触和抓住或获取包括右页的书页，和绕其装订边沿枢轴转动所述页面，直到所述页面的表面与前一左页的表面接触，且转动的书页的暴露表面是新的左页。在本发明的优选实施例中，向前翻页，以便从书本正面开始到书本背面结束顺序获取页面图像。
图13A和13B是本发明的设备的部分的透视图，进一步描述了支架组件200和翻页组件。翻页组件400优选包括页面疏解器410和翻页器440。就在成像循环完成后，即，在获取这对敞开页面的图像后，页面疏解器410分开包括右页的书页，且翻页器临时连接到书页的上表面，并翻转所述页面，从而产生待成像的新的左页和新的右页。
也参看图13C，描述了支架、页面疏解和夹紧组件的可选实施例。具体而言，可选实施例包括一对邻近左页前边沿和后边沿设置的页面疏解器410。两个另外的部件即页面水平传感器408和延迟指409也与页面疏解器410的头或末端关联。页面水平传感器408优选是例如SUNX CX-23等光电传感器，其中光束从后部安装的发射器发送到前部安装的探测器，以便可探测到右页的水平位置。在可选实施例中，传感器可以是反射型传感器，其中发射器和探测器是协同定位的。可为左页(未示出)设置类似的传感器，且此传感器优选安装为与邻近左页设置的夹或类似装置关联。在本发明的一个实施例中，一个或多个延迟指409可用于在翻转顶页时压紧右手或右页。在图中，所示出的前延迟指处于缩回或收缩位置中，而所示出的后延迟指处于工作位置中，其中它用以防止页面翻转。
如回顾图13C将意识到，疏解器组件410安装在滑板406上，以优选在装载书本时通过在沿轴404的箭头407的方向上移动疏解器对其页面宽度进行位置调整。尽管没有示出后疏解器安装机构的细节，但是将意识到，可将类似机构用于图13C的实施例中的前和后疏解器组件。
图13C也示出，疏解器410和夹组件140分别位于共同的结构670上。结构670也能响应于螺杆轴在用箭头676表示的方向上转动彼此相对在方向672上进行平移或调整。螺杆轴可装配有曲柄(未示出)，以提供这种平移，或允许用户为不同高度的书本调整疏解器和夹。通过将前和后疏解器和夹组件安装在共同的结构上，用单个调整控制每个组件的位置。
在图13C中，前夹机构140也优选是枢轴转动机构，一旦被松开，则能向旁边倾斜(向下枢轴移动/倾斜)，以便于书本从设备前部进行装载。并且，在页面被夹紧机构夹紧时，将扩展器148和149(例如，图10C)放置在页面的页边空白上，以将它们保持在适当位置进行成像。在一个实施例中，将扩展器148和149的顶面印刷成能易于被接收由相机产生的图像和在此图像上操作的图像处理软件识别的特定颜色或图案。以此方式，所述软件可在页面图像上操作，以自动从图像(页边空白)“去除”扩展器，优选用类似于未夹紧的页边空白区的图像替换扩展器。已经描述了页面疏解器和翻页器的各个实施例，现在详细描述页面疏解器410和翻页器440的操作。
如这里所述，本发明的各种操作可通过优选响应于输入的可编程控制器实现，所述控制器可包括传感器信号。例如，例如上述传感器等检测装置或适于探测一个或多个页面边沿的类似光学传感器(例如，反射传感器)可用于探测书本或文件的敞开页面的位置。这种类型的传感器还可用于指示页面的至少一个边沿的边界，且来自所述传感器的信号可被控制器用于自动指示和/或输出边沿位置，以便控制由相机产生的图像的裁剪。将进一步意识到，这种传感器或光学成像相机还可用于检测插入的页面(例如彩页或具有特定图案的页面)或附加到现有页面上的标签或在页面边沿上延伸的等同材料。在探测这种材料(例如插入物或标签)时，传感器可用于响应于传感所述材料发信号给控制器，从而使得控制器改变所述设备的操作循环。例如，所述信号可用于完全停止操作，以通过跳过页面改变操作，直到探测到另一插入物或标签，或改变扫描/成像参数(例如，由于在有标签的页面上发现图像，以不同分辨率进行扫描)。在传感器的另一修改中，它们可用于传感获取的页面的不透明度。这样，通过真空头可确定典型的页面不透明度，且可将任何具有较高等级的不透明度(遮挡)确定为获取到多个页面，从而要求操作停止以进行人工干预，或所述过程可改变为确保页面在继续之前分开(例如，疏解器被啮合，再啮合等)。将意识到，通过光学传感器结合控制器可实现这种功能，其中，检测装置能传感真空头所获取的不透明度，并提供表示不透明度的信号给控制器，且控制器确定作为不透明度信号的函数的多个页面是否已经被真空头获取。
图14A是本发明的设备的支架组件和页面疏解器的正视图，进一步描述了被支架组件保持的书本。图14B是图14A的支架组件和页面疏解组件的俯视图。参看图14A和14B，疏解器410包括管口412、上弯管414、上供给管416、外供给管418、下供给管420、下弯管422、枢轴管424、滑轮支架426以及空气(气体)供应管道421(示意性示出)，所述空气(气体)供应管道421可操作地连接到枢轴管424，连接到阀425(示意性示出)，连接到供气风箱423(示意性示出)。枢轴管424可枢轴转动地连接到滑轮支架426，使得疏解器410可绕枢轴管424的中心轴作枢轴转动，如用弓形箭头430表示的。
上供给管416和下供给管420的外直径稍大于外供给管418的内直径，使得上供给管416和下供给管420在外供给管418内滑动啮合。因此，通过上供给管416和外供给管418沿其共同的中心轴的运动，如分别用箭头432和434表示的，可相对于书本10调整管口412的位置。
这种调整通过滑轮支架426的转动实现，其中所述滑轮支架426通过疏解器定向杆428启动。如用图14A和14B的箭头426所表示的，当通过疏解器定向杆428的操作使滑轮支架426绕枢轴管424转动时，可操作地连接到滑轮支架426和外供给管418的联接杆427在箭头434的总方向上启动，造成外供给管418在下供给管420上滑动。从而，使得可相对于书本10调整疏解器管口412的位置。
在疏解器410的操作中，在书本成像循环开始时，调整管口412的位置，以使其最接近书本10的文本块30的拐角44。就在每个成像循环后，通过在大致垂直于文本块30的边沿46的方向上向书本10的拐角44引导一股疏解空气，页面疏解器410将包括右页38的书页从右页38下面的其余文本块分开。所述疏解空气优选通过送风机423提供，并且通过阀425(在图14B中示意性示出)的运转而开始和停止。所述疏解空气典型地为周围空气，当然空气也可以出于湿度或者其他特性的目的而处理以增强可操作性。
在一个实施例中，所述疏解空气主要由干燥压缩空气构成。在另一个实施例中，其中书10为珍本，本发明的装置可以装入充满惰性气体的室中，并且所述疏解空气也可以主要由惰性气体(例如氮气、氩气等)构成。
文本块30的拐角44出的疏解空气的喷射方向使右页38与右页38下面的相邻页面分离，如图14A中虚线格式显示的疏解页39所示。在翻页之前，这种分离方便了翻页器440连接至疏解页39。
本发明的替代实施例旨在使用空气疏解器分离包括将被从其下的文本块翻转的页面的页。Belkhir的专利申请10/389,051公开了一种翻页装置，用于翻转书中很多页面的至少顶页，包括用于固定书的装置；空气室，其位于顶页之上，用于当真空施加于所述室时获取所述页面；和纸疏解器，用于在书的各个页面之间吹风；所述纸疏解器包括与所述页面至少一个边相接触的文氏管板部分，并且所述纸疏解器包括调节板部分，其中限定了允许空气通过的孔和当顶页与所述空气室相接触时限制空气流动的横截面区域。这种纸疏解器的使用也应被考虑在本发明的分为之内。
随着右页38被疏解以产生疏解页39，页面被翻转。图15A是本发明所述装置的支架组件和翻页器的正视图，还显示了由支架组件固定的书。图15B是本发明所述设备的支架组件和翻页器的右前透视图。图16A是支架组件和翻页器的正视图，说明了部件之间的尺寸关系。图19是本发明所述设备的支架组件和翻页器的左前透视图，进一步示出用于操作翻页器的三个驱动电机。这些正视图和透视图最好地描述了本发明的翻页器的操作，且应结合在一起进行理解。
参看图15A和15B，翻页器440包括真空头442、上臂444、下臂446、枢轴块组件448、枢轴管450、真空头驱动电机452、上臂驱动电机454和导螺杆456。真空头442进一步包括被密封且用真空管443枢轴转动地啮合的出口套管458。因此，如用弓形箭头490表示的，真空头442与真空管442可枢轴转动地啮合。包括薄壁中空管的真空管443连接和密封到上臂444。上臂444进一步包括大致为矩形或正方形的薄壁中空件，带有可密封地固定到上臂444的悬臂端的帽445。真空管443在上臂444内其接头(junction)处进一步包括至少一个通道，使得真空管443内的内部通道与上臂444的内部通道连通。
上臂444通过枢轴460可枢轴转动地连接到下臂446，使得如弓形箭头492所表示的，上臂444可关于下臂446作枢轴转动。在本说明书内的进一步的描述中，将上臂444和下臂446之间的角度称为rho(ρ)角。这种rho角在图16A中示出。
再次参看图15A和15B，下臂446包括与对于下臂444所描述的相同的薄壁中空件，带有可密封地固定到其下端的帽(未示出)，也与对于上臂444描述和示出的相同。彼此最近且通过枢轴460连接的的下臂446和上臂444的末端包含在柔性波纹管(未示出)中，所述柔性波纹管密封到下臂446和上臂446的所述端。这样，所述柔性波纹管使得下臂446的内部通道与上臂444的内部通道连通。
下臂446进一步连接和密封到枢轴管450，所述枢轴管450进一步包括在下臂446中接合处具有至少一个通道的薄壁中空管。这样，在枢轴管450内的内部通道与下臂446的内部通道连通。枢轴管450以其远端连接到柔性管道464，所述柔性管道464进一步连接到真空阀465(示意性示出)和吸入式输运器467(示意性示出)。在翻页过程中，吸入式输运器467从书页39附近将空气(如果惰性气体存在，则为惰性气体)吸入真空头442、通过真空管443、通过上臂444并邻接弯管(未示出)、通过下臂446、通过枢轴管450和通过柔性管道464从设备出来。
转轴块448包括分别容纳轴承470和472的前支撑板468和后支撑板468。枢轴管450由轴承470和472支撑，因此可转动地安装在转轴块448内。因此，如用弓形箭头494表示的，连接到枢轴管450的下臂446可绕枢轴管450的中心轴枢轴转动。
在本发明的进一步描述中，将下臂446和如先前在本说明书中定义和在图16中表示的x轴之间的角度称为theta(θ)角。参看图19，在翻页循环中设备的操作中，这种枢轴运动由电机451提供。主动轮453安装在电机451的轴(未示出)上，且通过传动带与从动轮455可操作地耦合，所述从动轮455连接到枢轴管450。这样，电机451的转动导致θ角的改变，即下臂446和连接到这里的所有部件的枢轴运动。
在本发明中，上臂444相对于下臂446的枢轴运动也是电机驱动的。参看图15A和15B，电机454可枢轴转动地连接到转环478上，所述转环478又连接到下臂446。电机454通过联轴器480可操作地连接到导螺杆456。导螺杆456与导螺帽482螺纹啮合，所述导螺帽482可枢轴转动地连接导上臂444。因此，电机454如用弓形箭头498表示的转动导螺杆456，所述导螺杆456驱动上臂444和连接于此的部件相对于下臂446的枢轴运动。
电机454的操作控制如先前在本说明书中定义的且在图16A中所示的rho角。将理解，当电机454控制rho角时，电机454也控制也在图16中示出的R值。R定义为枢轴管450(参看图15B)的轴和真空管443(参看图15B)的轴之间的距离。注意到真空头442可操作地连接到真空管443，将理解，这样，电机451(参看图19)和电机454控制在极坐标系中定义的且参考枢轴管450的轴的真空头的位置。由电机451控制的θ角限定真空头442相对于枢轴管450的角位。由电机454控制的值R限定真空头442相对于枢轴管450的轴的径向位置。
这样，如图16A中所示，通过电机451和454的操作，使真空头442靠近书本10的疏解页39。然而，需要对真空头的另外控制。为了使真空头442从书本10适当地获取疏解页39，必须对准真空头442的下部484，使得真空头442的下部484与疏解页39大致平行。在以下描述中，将真空头442的下部484和x轴之间的角度称为phi()角。这样的角在图16A中示出，且是真空头442的下部484与书本10的疏解页39对准的量度(measurement)。将进一步意识到，可枢轴转动的真空轴作枢轴转动的较低是可变的(例如，根据页面使用的造纸原料类型)，且可被调整，以便帮助分离获取的敞开页面。换句话说，一旦接触页面，则真空头就可枢轴转动，以便迫使获取的页面或书页远离下面的邻近页面，从而帮助分离页面。
在一个实施例中，通过图16A和19中描述的另外的驱动电机和联杆的使用提供了这种对准。参看图16A和19，电机452提供了这种对准动作。主动轮474安装在电机452的轴(未示出)上，且通过传动带(未示出)与从动轮476可操作地耦合，所述从动轮476可转动地安装在下臂446的下端上。联杆447连接到主动轮474，因此相对于下臂446的下端可枢轴转动。联接杆449以其下端连接到联杆447，以其上端连接到联杆462，所述联杆462可枢轴转动地安装在枢轴460上。同样，联接杆457以其第一端连接到联杆462，连接到联杆459，所述联杆459连接到真空管443。
因此，将理解，电机452的前后运动将产生用弓形箭头491表示的联杆447的运动；所述联杆447的运动产生了用箭头493表示的联接杆449的运动；所述联接杆449的运动又产生用弓形箭头495表示的联杆462的运动；所述联杆462的运动产生用弓形箭头496表示的联杆457的运动；所述联杆457的运动产生用弓形箭头497表示的联杆459的运动；所述联杆459的运动产生用弓形箭头490表示的真空头442的枢轴运动。这样，电机452的操作控制phi()角，从而，控制真空头442的下部484与书本10的疏解页39的对准。
在接着是成像循环的翻页循环的执行中，操作电机451和454，以控制真空头442的下部484的对准，使得真空头442的下部484靠近书本10的疏解页39，如图21中描述的。气体通过真空头442和疏解器39之间的空隙流入真空头442导致向上拉疏解页39到真空头442的下部484。利用存在的环境大气和真空头442内部内的真空之间的压力差在真空头442的下部484上临时地、轻轻地获得疏解页39。
真空头442可以是具有皱褶面的真空头，能使这种真空头更有效地获取疏解页39。这种真空头叶称为自适应空气室，在本领域中是众所周知的。例如，泰勒等人于2002年6月4日提交的美国专利6,398,206 B1披露了一种片状进给设备，所述设备具有带有皱褶面的空气室，包括位于第一高度的第一组凸缘和位于第二高度的第二组凸缘，它起皱并将顶部纸张从下面的一叠纸张中分离出来。泰勒等人于2002年6月4日提交的美国专利6,398,208 B1披露了一种纸张进给装置，所述装置具有空气室，所述空气室带有皱褶面和有漏缝的周边密封垫，它们起皱并将顶部纸张从一叠纸张中分离出来，并密封这里。这些美国专利中的每个所披露的内容都结合于此作为参考。
本发明的另外的方面在于将具有皱褶面的真空气室作为辅助设备应用于敞开书本扫描仪中的页面分离和翻转。其中发现本申请的特殊用途的扫描仪举例来说在美国专利6,056,258、5,640,252和5,359,207中进行了描述。这些美国专利中的每个所披露的内容都结合于此作为参考。
在真空头442已经获取疏解页39后，电机451、452和454工作，以实现翻页。电机451和454控制真空头442的角位和径向位置，使得如用弓形箭头499所示的，形成真空头442的大致为弓形的轨道。当这种弓形轨道出现时，电机452工作，使得当疏解页39翻转时，真空头442的下部484保持与疏解页39大致平行。同样，翻页操作没有使页面翻转成弯曲度很大的构造。这种大的弯曲度在页面中产生弯曲应力，可能损坏页面，或使得页面变得与真空头442分离。相反，在页面翻转时，页面保持为大致为平面的构造，或具有渐开线齿形，使得当页面翻转即大致绕其装订边沿作枢轴移动时，在页面中产生最小弯曲或张紧应力。
参看图16A，并借助于进一步的说明，就phi角定性地描述翻页期间电机452的操作。在翻页开始时，当真空头442已经获得疏解页39时，真空头442的phi角在图16A中描述的实施例中为约30度。在翻页中途(未示出)，即当翻转的书页大致垂直时，真空头442的phi角约为90度。因此，真空头442的下部484大致垂直。邻近翻页结束(未示出)，翻转的书页接近书本10的前一左页36的角度。在循环中的此处真空头442的phi角约为130度。换句话说，真空头442在翻页期间“滚动”，使得真空头442的下部484如图16A中所示翻页开始时对角朝下，在翻页中途大致垂直，邻近翻页结束对角朝上。
参看图15B，当翻页接近结束，且真空头442邻近前一左页36时，真空阀465关闭，导致书页39从真空头442释放。真空头进一步向外移动，越过相机视野区(未示出)，其中翻页循环完成，下一成像循环开始。将意识到，在典型循环中，在页面翻转时保持真空，使得在真空头完成其循环时夹下来将页面保持在适当位置。并且，真空传感器可用于在翻页后传感真空头何时开始松开与页面的接触，和确认夹可以开始移动到夹紧位置。在这种意义上，真空传感器可用作确定页面是否被适当翻转的传感器。然而，也可能出现真空传感器不能用于开始夹紧例如装订文件的松开页面或撕掉页面的情形，在真空头442向上移动时真空没有破坏的情形。在这些情形下，优选关掉真空，以避免松开页面向外移动和/或消除部分撕破的页面的进一步撕破。
在翻页器440的操作中，近程传感器484、485、486和487能够在书本成像过程开始时进行电机451、452和454的零位置设置。同样，适应书本尺寸(即，宽度和厚度)的变化。
总之，本发明的翻页器440与读者执行翻页一样执行大致相同的页面移动。
在另一实施例中，翻页组件可进一步包括气刀，所述气刀用于使顶部疏解页与任何另外的书页完全分离，所述书页可能通过疏解器从文本块移位。这种气刀在电子照相复印机和印刷机的纸张片状进给领域中是已知的。例如，参看林德等人的美国专利6,279,896，其所披露的内容结合于此作为参考。
图16A和16B描述了本发明的翻页组件的一个实施例。参看图16A，气刀610包括充气室612、入口614和至少一个指向疏解页39的外边沿的管口616。气刀610适合地安装在所述设备的另外的支撑结构(未示出)上。将压缩空气供给气刀610的入口614，通过充气室612，从管口616出来。如图16A中所述，管口616优选关于书本10的文本块30成一角度，以将另外的疏解页(未示出)更有效地从书本10的顶部疏解页39分离。
压缩空气优选通过送风机(未示出)提供给气刀610。在一个实施例(未示出)中，提供了歧管，且图14B的送风机423通过管道和配件可操作地连接到气刀610，使得送风机423供应空气给图14B的疏解器410，并且连接到图16B中的气刀610。
在图16B中所示的一个优选实施例中，气刀610包括一对管口616和618，相对于疏解页39的外边沿41成约45度角设置。分别用箭头620和622表示的管口616和618的气流会聚在疏解页39的外边沿41附近，且使另外的疏解页(未示出)更有效地从书本10的疏解页39分离。这样，在所描述的实施例中，翻页设备使用气刀将顶页从邻近页面分离，从而防止或避免一次翻转多个页面。
在另一实施例中，本发明的翻页组件还包括延迟指(例如，参看图13C)，用于在翻页循环中阻止或延迟已经通过疏解器从文本块移位的任何另外的书页的运动。已知的是，在高的翻页速度和短的循环时间，当快速翻页时，它产生真空，真空吸引下一书页或顺序吸引几个书页。如果这种书页通过疏解器充分分离，则所产生的真空可能造成此下一书页以及计划的书页被翻转。如果这种情况发生，则书本页面的图像获取效果是跳过明显不想要的至少一对页面。因此，延迟指用于防止这种不想要的操作。
图16B描述了延迟指的一个优选实施例。参看图16B，延迟指630和640分别设置在书本10的拐角44和45处。延迟指630可操作地连接到电机634的轴632。同样，延迟指640可操作地连接到电机644的轴642。电机634和644适合地安装在所述设备的额外支撑结构(未示出)上。电机634在逆时针方向上的操作将展开延迟指630，且电机634在顺时针方向上的操作将使延迟指630收缩，如用弓形箭头636表示的。同样，电机644在顺时针方向上的操作将展开延迟指640，且电机644在逆时针方向上的操作将使延迟指640收缩，如用弓形箭头646表示的。在翻页循环的执行中，延迟指630和640在图16A的翻页器440的操作(先前已经描述)之前立即展开。
在另一实施例中，本发明进一步包括页面边沿探测装置。各种已知装置适于作为页面边沿探测装置。就功能而言，任何能探测空气和一片纸之间的不连续性的光学、机械或电气装置或其组合是适合的。在一个实施例中，页面边沿探测装置包括光学器件，一个优选实施例包括光电晶体管阵列。一个适合的光电晶体管阵列是由Optek Technology Inc.of Carrollton Tx制造的，作为Type OPR5013出售。这种Optek光电晶体管阵列包括具有约为十三个元件且每个元件为0.027英寸分辨率的多元件发光二极管阵列。
在图20中所述的一个实施例中，光电晶体管阵列安装在真空头上，使得可验证，在整个翻页循环中正在翻转的页面与真空头保持连接。参看图20，光电晶体管阵列650适当地安装在真空头442的表面441上。光电晶体管阵列650被安装为使其在使得各个元件652组成的阵列与真空头442的下部484大致平行的方向上从表面441向外凸出。因此，光电晶体管阵列元件652与书本10的疏解页39大致平行。
光电晶体管阵列650进一步包括用于光电晶体管阵列650的每个元件652的光电探测装置(未示出)。这种光电探测装置是众所周知的，且例如在前述的Optek Technology的光电晶体管阵列中被提供。这样，如果邻近光电晶体管阵列650放置大致为光反射面的边沿，则可从每个元件652和相应的光电探测装置提供信号，表明光反射面是否邻近每个单个的元件652。这样，可将光反射面的边沿的位置确定为约等于各个元件652之间的距离的精度级。
这是将光电晶体管用作页面边沿探测装置的基础。参看图20，疏解页39的前边沿26通过光电晶体管阵列650确定为位于元件654和元件656之间。元件656和向着真空头442的邻近元件探测疏解页39的存在，且元件654和远离真空头442的邻近元件探测疏解页39的不存在。
这种页面边沿探测装置在翻页循环之前或其中探测疏解页39的边沿是有用的。同样，在整个页面获取和翻页循环中可确认真空头442对疏解页39的获取和保持。如本文中前面所述的，在使书本页面逐一成像过程中使有页面缩短倾向的书本成像时，页面边沿探测的使用是特别有用的。这种页面边沿探测极大地提高了本发明的设备适应具有各种几何形状和书脊特性的书本的能力。
现在将描述其中记录书本页面的图像的设备的整个操作。图5是使用本发明的实施例获取书本页面图像的自动过程的流程图。参看图5，过程500从装载书本和配置设备的步骤510开始，且在从设备支架去除书本的步骤590结束。步骤510和590是由操作者执行的人工步骤。步骤510包括将书本放置在支架上和将可滑动夹固定到书本边沿上(先前在本说明书中已描述)。步骤510进一步包括传感器、光学和机械部件、成像软件算法等的最初调整和优化，以适应书本的特定高度、宽度和厚度，以及在整个成像过程中获得清晰而完整的聚焦图像。步骤590的去除书本包括从书本边沿释放支架的可滑动夹，且从支架提升书本。
在过程500的步骤510和590之间，存在重复循环550，其进一步包括页面准备520、页面成像540和翻页560的顺序循环。整个重复循环550一直到书本的最后一页已经成像才终止。
页面准备循环520包括页面变平步骤522和页面位置调整步骤524。如先前在本说明书中已述的，页面变平步骤522通过图9A至11B的前页面夹紧组件140和后页面夹紧组件160的展开执行。页面位置调整步骤524通过支架驱动电机220和270的操作执行，以与先前在本说明书中所述的相同，独立调整左半支架210和右半支架260的位置。
页面成像循环540包括左页成像步骤542、反射镜回转步骤544和右页成像步骤546。与先前在本说明书中所述的和图12A和12B中所示的相同，执行左页成像、回转镜操作和右页成像。
翻页循环560包括与翻页器返回步骤562同时执行的页面疏解步骤561、页面获取步骤564、翻页步骤566和页面松开步骤568。与先前在本说明书中所述的相同，页面疏解步骤561通过图13A至14B的页面疏解器410的操作执行。与先前在本说明书中所述的相同，翻页器返回步骤562通过操作图15A和15B的翻页器440的驱动电机452和454执行，以将真空头442从书本10左侧(在先前的翻页循环后停放的位置)上的位置返回到书本10左侧，到靠近疏解页39的位置。页面获取步骤通过真空泵和阀的操作和图16A和16B的气刀610的操作(与先前在本说明书中所述的相同)执行，所述真空泵和阀可操作地连接到真空头442，以便拉动(draw)疏解页39并将其紧固在真空头442上。翻页步骤分别通过利用电机634和644展开图16的延迟指630和640和通过操作图15A和15B的翻页器440的驱动电机451、452和454执行，使得与先前在本说明书中所述的相同，疏解页39从敞开书本的右部翻转到敞开书本的左部。页面松开步骤568通过关闭真空阀执行，以便使真空头442内的真空再生，并且与先前在本说明书中所述的相同，松开翻转的书页。
在完成翻页循环后，所述设备确定是否书本的所有页面均已成像，如果不是，则重复重复循环550。在一个实施例中，所述设备探测页面获取中的错误，并且关闭，等待操作者干预。(在没有另外的页面待获取和成像时，将总是在页面获取中呈现错误。)在本发明的一个实施例中，重复循环550花费约六秒钟完成，从而形成每分钟约为二十页的页面成像速度。因此，所述设备以约为二十五分钟使具有五百个页面的课本成像。图17是具有约为六个第二重复循环的实施例的典型时间图，描述了在重复循环550期间所述设备的关键部件的操作的相对时间。参看图17，重复循环550在约为六秒内发生，且包括从零到约1.0秒的页面准备循环520、从约为1.0秒到2.1秒的页面成像循环和从约为2.1秒到6.0秒的翻页循环。实际上，由于部件的响应时间(例如电机的加速和减速)不同，执行循环520、540和560所执行的部件操作可能稍有重叠。
再次参看图17，在页面准备循环520中，“夹”操作通过页面夹电机180和190的操作实现，所述页面夹电机180和190与先前在本说明书中描述的和在图9A至11B中所示的相同，展开页面夹组件140和160。页面夹组件140和160的展开在时间零开始，花费约0.4秒。在页面成像循环540中，如用闪烁图标542表示的，相机302以约为1.05秒执行左页成像步骤542。随后，如用闪烁图标546表示的，相机302以约2.05秒执行右页成像步骤546。回转电机314接着在约为201和2.5秒之间使反射镜回转步骤544反向(reverse)，使回转镜返回左页成像位置。
多个部件同时工作，以执行包括翻页循环560的步骤。在约为2.1到2.6秒期间，页面夹组件140和160通过页面夹电机180和190的操作立即收缩。启动疏解器阀425，从约为2.1至4.8秒的时间执行页面疏解步骤561。在包括气刀(未示出)的设备的实施例中，所述气刀作为页面疏解步骤561的部分进行操作。延迟指驱动电机634和644在约为2.2秒展开延迟指630和640。臂θ控制驱动电机451、真空头空气室控制驱动电机452和臂R驱动电机454分别在约2.1、2.3和2.4秒开始操作，且一直操作到约3.5秒，以执行返回翻页器步骤562。真空阀465在约2.6秒打开，吸引(draw)疏解页到真空头，从而执行页面获取步骤564。臂θ控制驱动电机451、真空头空气室控制驱动电机452和臂R驱动电机454在约4.8秒继续操作，同时真空阀465保持打开，且一直操作到约5.9秒，以执行翻转翻页器步骤566。在约为5.9秒的时间，真空阀465关闭，执行松开页面步骤。当循环再次从页面变平步骤520开始时，控制驱动电机452和R驱动电机继续操作约0.3秒，使翻页器移动到书本左侧，从相机视野区出来，同时延迟指电机634和644使延迟指630和640收缩。如果最后的页面没有成像，则继续重复循环550。
将理解，本发明的设备提供了重要的优点。具体而言，支架组件的可调整紧固部件适应根据书本而不同的尺寸可变性。当页面逐一地从第一页面翻转到最后一页面时，支架组件的每个半支架的位置的独立调整适应在敞开页面位置从书本正面到书本背面移动期间页面位置的变化。
因此，每对敞开的书本页面在相同的三维位置中呈现给页面夹紧和页面成像系统，使得不管敞开页面在书本内的位置如何，设备都能获得每个页面的清晰而完整的聚焦图像。并且，每个疏解页在精确相同的三维位置中呈现给翻页组件，使得不管敞开页面在书本内的位置如何，设备都能可靠地翻转每个页面。对于每个页面准备循环520、页面成像循环540和翻页循环560，不需要对各个部件进行原位调整来适应书本变化。在图5的步骤510中，在书本作为成像过程开始时，作为设置步骤的部分对设备调整一次。设备的这种能力使图5和图17的整个重复循环550能通过整个书本的成像完成。
因此，显然的是，根据本发明，已经提供了用于逐一获取和记录书本页面图像的方法和设备，包括支架组件、光学组件和翻页组件。尽管已经结合本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但是显然的是，许多替换物、修改和改变对本领域的技术人员是显然的。因此，本发明目的在于涵盖落在所附权利要求的精神和广阔范围内的所有这样的替换物、修改和改变。
权利要求
1.一种用于翻转文件页面的设备，包括基座，用于支撑所述设备的可操作组件和部件；支架组件，用于支撑其中的文件，所述支架组件连接到所述基座，且包括第一半支架和第二半支架，其中所述半支架的每个进一步包括支架基座和驱动电机，所述支架基座通过联杆连接到书本支撑板，所述驱动电机可操作地连接到书本支撑板，以便驱动电机的操作使书本支撑板以弓形方式相对于支架基座移动；并且，其中，第一和第二半支架的支撑板通过柔性网状材料连接；以及翻页组件，用于逐一移动待观看的页面。
2.根据权利要求1所述的设备，其中每个半支架进一步包括至少一个盖夹。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述翻页组件进一步包括可枢轴转动并可平移的真空头，所述真空头用于连接到敞开页面和翻转分开的敞开页面。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述可枢轴转动的真空头一旦与敞开页面接触就作枢轴转动，以便帮助将敞开页面从多个邻近页面分离。
5.根据权利要求4所述的设备，其中可枢轴转动的真空头作枢轴转动以便帮助分离敞开页面的角度是根据用于页面的造纸原料的类型而改变的。
6.根据权利要求3所述的设备，其中翻页组件进一步包括用于将敞开页面从邻近页面分离的页面疏解器。
7.根据权利要求1所述的设备，其中翻页组件进一步包括气刀，所述气刀用于将顶页从邻近页面分离，以便避免一次翻转多个页面。
8.根据权利要求1所述的设备，还包括允许观看敞开的文件页面的光学组件。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述光学组件进一步包括相机，适于获取文件的至少一个敞开页面的图像；以及显示器，被连接以接收相机输出，且图像可在所述显示器上进行观看。
10.根据权利要求1所述的设备，进一步包括光学组件，所述光学组件包括相机；照明设备，用于照亮所述文件的敞开页面；以及检测装置，用于探测文件的敞开页面相对于相机的视野区和焦平面的位置。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述用于探测文件的敞开页面的位置的检测装置进一步用于指示页面的至少一个边沿的边界，且来自所述传感器的信号用于自动控制由所述相机产生的图像的裁减。
12.根据权利要求11所述的设备，进一步包括用于根据预编程指令控制所述设备的操作的控制器，其中所述用于探测文件的敞开页面的检测装置能传感延伸过页面边沿的材料，和响应于材料的检测发信号给控制器，从而使得控制器改变所述设备的操作循环。
13.根据权利要求3所述的设备，进一步包括用于根据预编程指令控制所述设备的操作的控制器，其中所述用于探测敞开页面的检测装置能检测所述真空头获取的页面不透明度，并能提供表示所述不透明度的信号给所述控制器，其中所述控制器确定作为不透明度信号的函数的多个页面是否已经被真空头获取。
14.根据权利要求10所述的设备，其中所述光学组件进一步包括至少一个反射镜，所述反射镜位于敞开页面和相机之间的光学路径中，用于引导敞开页面的图像给相机。
15.根据权利要求1所述的设备，进一步包括敞开页面紧固和变平装置，所述页面紧固和变平装置包括第一页面夹和第二页面夹，每个夹都在翻页之前可收缩，在页面成像之前可展开。
16.根据权利要求1所述的设备，进一步包括页面位置调整装置，所述页面位置调整装置包括至少一个可操作地连接到支架组件的至少一个半支架的定位装置，其中所述定位装置的操作使所述支架组件和保持在其中的文件平移。
17.根据权利要求1所述的设备，进一步包括多个会聚空气喷口，靠近敞开页面设置在敞开页面上方，以便在通过所述空气喷口向所述页面引导空气时，使得所述页面保持在固定和变平位置中。
18.一种能够获取页面图像的设备，包括基座，用于支撑所述设备的可操作组件和部件；支架组件，具有第一半支架和第二半支架；以及翻页组件，用于逐一呈现待成像的页面，所述翻页组件包括用于连接到页面和翻转所述页面的可枢轴转动并可平移的真空头；其中所述支架组件的半支架的每个都包括支架基座和驱动电机，所述支架基座通过联杆连接到书本支撑板，每个半支架进一步具有夹，所述驱动电机适合地可操作地连接到书本支撑板，以便驱动电机的操作使书本支撑板以弓形方式相对于支架基座移动；以及其中，所述第一和第二半支架的支撑板通过柔性网状材料连接。
19.根据权利要求18所述的设备，进一步包括光学组件，所述光学组件包括至少一个相机；照明设备，指向书本的敞开页面；检测装置，用于探测敞开页面相对于所述至少一个相机的视野区和焦平面的位置；以及至少一个反射镜，用于在成像循环期间引导所述左侧敞开页面和所述右侧敞开页面到所述至少一个相机。
20.根据权利要求18所述的设备，进一步包括敞开页面紧固和变平装置，所述页面紧固和变平装置具有第一页面夹和第二页面夹，每个夹在翻页之前可收缩，在页面成像之前可展开。
21.根据权利要求18所述的设备，进一步包括页面位置调整装置，所述页面位置调整装置包括至少一个电机，所述电机可操作地连接到支架组件的至少一个半支架，以使所述支架组件和保持在其中的文件在大致水平反向上平移。
22.根据权利要求18所述的设备，进一步包括页面分叉线位置调整装置，所述页面分叉线位置调整装置进一步包括光学检测装置，所述光学检测装置用于检测保持在所述设备的支架组件内的页面的页面分叉线的位置。
23.根据权利要求18所述的设备，进一步包括页面边沿探测装置，所述页面边沿探测装置进一步包括光学检测装置，所述光学检测装置用于在页面被真空头获取和被翻页组件翻转时传感页面边沿的位置。
24.根据权利要求18所述的设备，其中所述翻页组件进一步包括用于使页面从邻近页面分离的页面疏解器。
25.一种阅读文件的方法，所述方法包括以下步骤将文件紧固在支架组件中，所述文件打开到所选第一和第二页面；调整所述文件位置，以使第一和第二页面中的至少之一完全位于至少一个图像获取装置的视野区内；将至少一个页面保持在适当位置一段时间；将第二页面的至少外边沿从与随后的邻近页面接触移开；紧邻第二页面表面的至少部分临时放置真空头；利用真空头装置获取第二页面；绕其与书本的装订线接触的线转动第二页面，直到第二页面的印刷面与第一页面的印刷面大致一致；以及从真空头松开第二页面。
26.根据权利要求25所述的设备，进一步包括获取所述文件的第一页面的图像的步骤。
27.根据权利要求26所述的设备，进一步包括获取所述文件的第二页面的图像的步骤。
28.一种阅读文件的方法，所述方法包括以下步骤将文件紧固在支架组件中，所述文件打开到所选第一和第二页面；使文档的第一和第二页面的至少之一变平，用至少一个夹页装置紧固所述文件的第一和第二页面的至少之一，以使所述至少一个页面位于至少一个图像获取装置的视野区和焦平面内；调整所述文件位置，以使第一和第二页面中的至少之一完全位于至少一个图像获取装置的视野区内；将至少一个页面保持在适当位置一段时间；松开夹页装置；将第二页面的至少外边沿从与随后的邻近页面接触移开；紧邻第二页面的表面的至少部分临时放置真空头；利用真空头装置获取第二页面；绕其与书本的装订线接触的线转动第二页面，直到第二页面的印刷面与第一页面的印刷面大致一致；以及从真空头松开第二页面。
29.根据权利要求28所述的设备，进一步包括获取所述文件的第一页面的图像的步骤。
30.根据权利要求28所述的设备，进一步包括获取所述文件的第二页面的图像的步骤。
31.一种用于在翻转文件页面时可调节地支撑文件的支架设备，包括第一半支架和第二半支架，其中所述半支架的每个进一步包括通过联杆连接到书本支撑板的支架基座；驱动电机，可操作地连接到书本支撑板，以便驱动电机的操作使书本支撑板以弓形方式相对于支架基座移动；以及其中，第一和第二半支架的支撑板通过柔性网状材料连接。
32.根据权利要求31所述的设备，进一步包括敞开页面紧固和变平装置，所述页面紧固和变平装置包括第一页面夹和第二页面夹，每个夹在翻转文件页面之前可收缩。
33.根据权利要求31所述的设备，其中每个半支架进一步包括至少一个书本盖夹。
34.根据权利要求31所述的设备，进一步包括页面位置调整装置，所述页面位置调整装置包括至少一个可操作地连接到支架组件的至少一个半支架的定位电机，其中所述定位电机的操作使所述支架组件和保持在其中的文件在大致水平方向上平移。
35.一种用于夹紧支撑的文件的页面的设备，包括转轴块；拉杆；以及至少两个扩展器，铰接地彼此固定，且利用联杆顺从地(compliantly)连接到拉杆，其中当拉杆向着页面分叉线向下移动时，扩展器与分叉线上的任一侧上的左页和右页接触，并将左页和右页保持在适当位置。
36.根据权利要求35所述的设备，其中所述夹紧设备可以在展开状态和收缩状态之间移动，以允许翻转文件的页面。
37.根据权利要求35所述的设备，其中所述夹紧设备可远离操作位置枢轴转动，以允许被放置在用于夹紧的位置中。
全文摘要
本发明披露了一种用于观看和获取例如书本(10)等文件的图像的方法(500)和设备(100)。所述设备(100)允许自动而可靠地翻转文件的页面(36，38)，同时以便于使面对的页面成像的方式支撑它。在一个实施例中，所述设备包括底座(110)，用于支撑设备的操作组件和部件；支架组件(200)，用于支撑书本(10)；以及翻页组件(400)，用于逐一地呈现待成像的页面。本发明使用的方法(500)包括以下步骤翻页(566)；夹紧页面(522)；和成像(540)，其中操作所述设备的各个部件，以顺序执行翻页和成像功能。
文档编号H04N1/04GK1695368SQ03822395
公开日2005年11月9日 申请日期2003年9月10日 优先权日2002年9月10日
发明者托马斯·N·泰勒, 洛特菲·贝克海尔 申请人:科塔斯技术公司