图像读取装置及读取方法

专利名称：图像读取装置及读取方法
技术领域：
本发明涉及图像读取装置及方法。
背景技术：
近年来，将书写在纸张上的内容转换成数据、将该数据传送给个人计算机、移动电 话等并将该书写内容显示在监视器上，或者将该书写内容传送/保存为数据的技术已经在 吸引着人们的兴趣。这些技术使用了以特定配置图案形成了大量微小点图像的纸张和通过 读取这些点图像使书写内容数字化的数字笔。当在纸张上进行书写时该数字笔利用成像装 置读取笔尖附近的点图案，并基于读取的点图案指定笔尖在该纸张上的位置。由此能够生 成由书写字符、图形等构成的电子文件，将字符、图形等添加到指定电子文件等(例如，参 见日本特开JP-A-2004-94907A(pp. 12-14))。另一方面，读取特定图案的技术包括设置有多 个成像装置的条形码读取器(日本特开平JP-A-2-183879)。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种图像读取装置，其包括指示部，其指示在介 质上形成有目标图像的位置，该目标图像为待读取图像；照射单元，其将光照射在所述指示 部所指示的位置上；成像单元，其使从被照射了所述光的所述介质反射的光成像；感测单 元，其响应于所述成像单元所成像的光而采集表示所述目标图像的信号；以及变更单元，其 改变所述成像单元的方向或者位置。 根据本发明的第二方面，所述照射单元将所述光照射在相对于在所述介质上所述 指示部所指示的位置而言预定的照射范围内。 根据本发明的第三方面，所述变更单元包括旋转轴，其以能够旋转的方式支持所
述成像单元；以及摇摆单元，其使所述成像单元绕所述旋转轴在预定范围内摇摆。 根据本发明的第四方面，所述变更单元根据所述指示部相对于所述图像读取装置
的主体的位置变化量来改变所述照射单元和所述成像单元的方向或位置，以便改变在所述
介质上被所述照射单元照射了光的位置以及所述介质上反射了所述成像单元接收的反射
光的位置。 根据本发明的第五方面，所述指示部相对于所述图像读取装置的主体的位置变化
量越大，所述变更单元增加所述照射单元和所述成像单元的位置或方向的变化量。 根据本发明的第六方面，所述变更单元包括旋转轴，其以能够旋转的方式支持所
述照射单元和所述成像单元；以及将施加到所述指示部的力施加到所述照射单元和所述成
像单元的部件，并且随着施加到所述指示部的力被施加到所述照射单元和所述成像单元，
所述照射单元和所述成像单元绕所述旋转轴旋转。 根据本发明的第七方面，提供了一种读取方法，其包括以下步骤指示在介质上形 成有目标图像的位置，所述目标图像为待读取图像；将光照射在被指示的位置上；使从被 照射了所述光的介质反射的光成像；响应于所成像的光而采集表示所述目标图像的信号；
4以及改变所述成像单元的方向或者位置。 根据本发明的八个方面，所述光照射在相对于所述介质上所述被指示的位置而言 预定的照射范围内。 根据本发明的第九方面，所述改变包括使成像单元绕旋转轴在预定范围内摇摆， 所述旋转轴以能够旋转的方式支持所述成像单元。 根据本发明的第十方面，根据所述被指示的位置的变化量改变照射单元和成像单 元的方向或位置，以便改变所述介质上被照射了光的位置以及所述介质上反射所述光的位置。 根据本发明的十一方面，所述被指示的位置的变化量越大，所述照射单元和所述 成像单元的位置或方向的变化量。 利用根据本发明的第一方面的结构的读取装置，可以抑制由于从介质反射的光中 镜面反射分量大并由于对待读取图像进行成像时散焦的原因而导致的读取准确度降低。
利用根据本发明的第二方面的结构的读取装置，可以抑制由于从介质反射的光中 镜面反射分量大并由于对待读取图像进行成像时散焦的原因而导致的读取准确度降低。
利用根据本发明的第三方面的结构的读取装置，通过使成像单元摇摆，成像部的 方向是可变的。 利用根据本发明的第四方面的结构的读取装置，可以根据指示部相对于读取装置 主体的位置变化量来改变介质上的照射位置和反射位置。 利用根据本发明的第五方面的结构的读取装置，可以根据指示部相对于读取装置
主体的位置变化量来使照射单元和成像单元二者的位置或方向的变化量不同。 利用根据本发明的第六方面的结构的读取装置，可以根据施加到指示部上的力来
旋转照射单元和成像单元。 利用根据本发明的第七方面的结构的读取装置，可以抑制由于从介质反射的光中 镜面反射分量大并由于对待读取图像进行成像时散焦的原因而导致的读取准确度降低。
利用根据本发明的第八方面的结构的读取装置，可以抑制由于从介质反射的光中 镜面反射分量大并由于对待读取图像进行成像时散焦的原因而导致的读取准确度降低。
利用根据本发明的第九方面的结构的读取装置，通过使成像单元摇摆，成像单元 的方向是可变的。 利用根据本发明的第十方面的结构的读取装置，可以根据指示部相对于读取装置 的主体的位置变化量来改变介质上的照射位置和反射位置。 利用根据本发明的第十一方面的结构的读取装置，可以根据指示部相对于读取装 置的主体的位置变化量来使照射单元和成像单元的位置或方向的变化量不同。


将基于以下附图详细描述本发明的示例性实施方式，其中
图1示出了书写信息处理系统的整体结构；
图2示出了代码图案图像的内容；
图3是示出了数字笔的结构的功能框图；
图4是示出了数字笔的结构的截面5
图5是示出了数字笔的控制器的功能框图； 图6是关于照明控制信号、图像采集信号和输出图像信号的输出时序图； 图7是示出了数字笔的代码获取单元和数据处理部的操作的流程图； 图8A到8C示意性示出了照射单元的照射轴a和照射范围A，以及成像单元的受光
轴b和图像采集范围B; 图9示出了数字笔书写的示例性内容； 图10示出了由数字笔的成像单元进行的图像拍摄范围的一个示例性迁移； 图11是示意性示出了相关技术中可读区域的特征线图； 图12是示意性示出了第一示例性实施方式中可读区域的特征线图； 图13是示出了数字笔的示例性功能结构的框图； 图14是示出了数字笔的示例性结构的侧向截面图； 图15是示出了数字笔的示例性结构的侧向截面图； 图16示出了数字笔书写的示例性内容； 图17示出了由数字笔的光学单元进行的图像拍摄范围的一个示例性迁移； 图18示出了数字笔书写的示例性内容； 图19示出了由数字笔的光学单元进行的图像拍摄范围的一个示例性迁移；以及 图20是示出了数字笔的示例性结构的侧向截面图。
具体实施例方式1.第一示例性实施方式
1-1.结构 图l示出了根据本发明的第一示例性实施方式的系统的一个示例性结构。图1中， 数字笔60是一个示例性图像读取装置，其设置有在诸如纸张的介质50上书写字符、图形等 的功能，以及读取在该介质50上形成的代码图案图像(目标图像、待读取图像)的功能。信 息处理单元10是一个示例性书写信息生成装置。信息处理装置10例如是个人计算机，并 根据从数字笔60输出的信号生成表示书写内容的书写信息。 在介质50上形成的代码图案图像是通过下述获取的图像，即对识别介质50的识 别信息和表示介质50上的坐标位置的位置进行编码以形成图像。这里，将参照图2来描述 介质50上形成的示例性代码图案图像。图2示出了介质50上形成的一个示例性代码图案 图像。该代码图案图像通过多个点图像的相互位置关系表示了上述识别信息和位置信息。 区域A1到A9预定为能够形成有这些点图像的区域。在图2示出的示例中，黑色区域A1和 A2示出了形成有点图像的区域，而阴影区域A3到A9示出了未形成有点图像的区域。通过 在哪些区域中形成点图像来表示识别信息和位置信息。例如，该代码图案图像通过例如打 印机的电子照相图像形成装置(未示出)形成在整个介质50上。数字笔60读取该代码图 案图像，并通过分析所读取的代码图案图像来检测数字笔60的笔尖69a的位置。
除上述代码图案图像之外，可以在介质50上形成表示文件、图形等(目的在于向 人们传达信息)的图像。此后，该图像将称为"文件图像"，但是包括诸如图片、照片和图形 以及其他图像的图像，而不限于表示包含文本的文件的图像。图像形成装置在形成代码图 案图像时利用K(黑色)调色剂执行图像形成，而在形成文件图像时利用C(青色)、M(品红
6色)和Y(黄色)执行图像形成。在介质50上文件图像和代码图案图像以彼此重叠的方式 形成。数字笔60可以被设置成通过利用具有不同光谱反射特性的材料分别形成代码图案 图像和文件图像而选择性地仅读取代码图案图像。 注意，本示例性实施方式中的"介质"可以是诸如OHP(Over HeadProjector :高射 投影仪)幻灯片的塑料片材或者其他材料的片材，而不限于所谓的纸张。"介质"还可以是 可电地重写显示内容的所谓数字纸。简言之，介质50只需要至少具有通过图像形成装置等 在其上形成的代码图案图像即可。 数字笔60既是具有在介质50上书写字符、图形等功能的书写工具，也是读取在介 质50上形成的代码图案图像的图像读取装置。数字笔60向信息处理装置10发送示出了 从介质50读取的代码图案图像的信息。 接着，将参考附图来描述数字笔60的示例性功能结构。图3是示意性示出了数字 笔60的功能的功能框图。图3中，控制器61是控制数字笔60的元件的操作的控制器的一 个示例。压力传感器62是基于施加到持笔器69的压力来检测数字笔60的书写操作轨迹 的检测单元的一个示例。光学单元70包括照射单元63、成像单元80和图像感测单元64。 照射单元63为例如是近红外LED并且将近红外光照射到介质50上的示例性照射单元。成 像单元80是根据介质50反射的反射光响应于介质50上形成的图像在图像感测单元64上 成像的示例性成像单元。图像感测单元64是根据从照射单元63照射的近红外光的反射光 来采集示出了介质50上形成的图像的信号的示例性感测单元。 信息存储器65是存储了识别信息和位置信息的存储器。通信单元66是控制与外 部装置的通信的通信单元的示例。电池67是提供驱动数字笔60的电力的可充电电源单 元的示例。笔ID存储器68是存储数字笔60的识别信息(笔ID)的存储器。持笔器(pen holder)69即所谓的持笔器(penholder)，持笔器69的前端部形成笔尖69a。笔尖69a是用 户在执行书写操作时指示在介质50上形成有代码图案图像(目标图像，待读取图像)的位 置的指示部(pointing part)的示例。当用户执行书写操作时，照射单元63将光照射在相 对于在介质50上笔尖69a所指示的位置而言预定的照射范围中。在图3中，为了简化，仅 例示了从照射单元63照射的光的中心束，但光实际上是以漫射状态照射的。开关75是切 换各种设置的开关单元的示例。这些单元都连接到控制器61。此外，用于使成像单元80摇 摆的摇摆致动器81连接到控制器61。这里，"成像单元80摇摆"表示改变成像单元80的 位置或方向。 接着，将参照附图来描述持笔器69和光学单元70的示例性结构。图4是示出了 数字笔60的示意结构的截面图。持笔器69设置在形成了数字笔60的壳体的笔主体60A 的内部。压力传感器62设置在持笔器69的后端侧。持笔器69可通过施加到笔尖69a的 力向后端侧移动，并且压力传感器62通过检测由于书写压力导致的持笔器69的移动来检 测施加到笔尖69a上的力。 光学单元70容纳在笔主体60A中持笔器69的后端侧。该光学单元70包括照射 单元63、由单元壳体71的旋转轴72以能够旋转的方式支持的成像单元80以及将介质50 上图像的由成像单元80利用反射光形成的图像转换成电信号的图像感测单元64，并且所 述图像感测单元64固定到所述单元壳体71上。而且，旋转轴72沿与照射单元63照射的 光的光轴垂直的方面朝向介质延伸。这里，为了简化，从照射单元63照射的光的光轴称为
7照射轴a，而成像单元80中图像形成光学系统的中心轴称为受光轴b。这里提到的受光轴b的方向基本上是沿着光接收面所面向的方法，并且通常是沿着连接受光面的中心与介质50上由成像单元80形成了图像并由图像感测单元64成像的区域(此后称为成像范围)的中心的方向。 图像感测单元64包括其上安装有电子组件的基板64A、安装在该基板64A上的图像感测装置64B和对由成像单元80形成了图像的光进行反射并引导到图像感测装置64B的棱镜64C。图像感测装置64B基于由成像单元80形成了图像的待读取表面的反射光，来采集代码图案图像，并输出表示所成像的代码图案图像的信号。这里，图像感测装置64B包括对近红外区域敏感的CMOS (互补金属氧化物半导体)图像传感器，并且使用了能够生成通过在同一定时采集所有像素而获得的图像信号的全局快门(global shutter)CMOS图像传感器。图像感测装置64B按照大约70到100fps (帧每秒)的图像采集周期(帧速率)采集图像。这里，照射单元63配置成与图像采集周期同步地向图像感测装置64B发出脉冲，以便抑制功耗。注意，这里，使用CMOS图像传感器作为图像感测装置，但图像感测装置不限于CMOS图像传感器。可以使用诸如CCD(电荷耦合器件)的其他图像感测装置。
成像单元80具有组成受光面的凸透镜80A和支持凸透镜80A的透镜支持部件80B。成像单元80是根据反射光在图像感测单元64上形成介质50上图像的图像的示例性成像单元。通过光学单元70的旋转轴72以能够旋转的方式支持透镜支持部件80B。摇摆致动器81使透镜支持组件80B沿箭头M的方向摇摆。摇摆致动器81由旋转电动机和摇摆滑动机构的组合或者线性致动器等构成。示例性的变更单元由摇摆致动器81和旋转轴72构成。 通过使成像单元80摇摆，数字笔60既改变介质50上的图像拍摄范围，又改变焦距，如图8A到图8C所示。图8A到图8C示意性地示出了由照射单元63向介质50照射的光的照射范围A以及成像单元80的图像拍摄范围B。照射范围A示出了从照射单元63照射的光的范围，而图像拍摄范围B为包括成像单元80的焦距(即所谓景深)的范围，即在图像被对焦的状态下接收光的范围。因此，受光轴b的方向是沿着数字笔60的壳体的纵向。
图8B示出了在相对于介质50的法线c在照射轴a与受光轴b相交的点处与平分这两轴之间的夹角的中心轴一致的情况下产生的镜面反射状态。在这种情况下，常常发生读取错误，因为由成像单元80接收到的反射光是镜面反射分量。相反，图8A中图像拍摄范围B与图8B的图像拍摄范围B相比向右移，而图8C中图像拍摄范围B与图8B的图像拍摄范围B相比向左移。而且，对于图8A和8C而言，读取错误减少并且读取准确度提高，因为成像单元80接收到的反射光中的漫射分量增加。由图像拍摄范围B相对于照射轴a的偏离导致了漫射分量的增加。 这里，对于图8A和图8C，成像单元80将接收在与焦距与介质50上待读取图像一致的位置(正好对焦的位置)偏离的位置所反射的光，并且选择接近正好对焦的图8A或图8C中任何一个并用于读取。 接着，将描述在用户利用数字笔60在介质50上书写图9中例示的点的情况下的示例性操作。用户利用数字笔60指示在介质50上的位置0q，y》，并将笔尖69a压靠在介质50上。连接到持笔器69的压力传感器62由此检测书写操作，并且数字笔60开始读取识别信息和位置信息的处理。此时，数字笔60由于用户对笔尖69a的向下按压操作而开始
8使成像单元80沿着箭头M的方向摇摆。 图10示出了成像单元80的图像拍摄范围B的示例性迁移。图10示意性示出了与图9中示出的书写操作对应的图像拍摄范围B的偏移。注意，在图10中，为了避免使该图复杂化，示出了数量比实际成像数量更少的光学单元70的图像拍摄范围B。随着用户在图9中所示位置(Xl，yi)处向下按压笔尖69a的操作，成像单元80摇摆并且成像单元80的图像拍摄范围逐渐从区域Bl变到区域B7。 利用传统数字笔，当指示在介质50上特定点的情况下成像单元接收到较大镜面反射分量时，不能正确地读取代码图案图像并且会发生读取错误。因此，关于写操作的信息不足。 相反，利用本示例性实施方式的数字笔60的成像单元80，即使在用户指示在介质50上特定点时(参见图10中区域B1到B7)的情况下，也可以以多个不同受光角度在多个图像拍摄范围内执行成像。此时，如上所述，对于各区域B1、B2、…、和B7，由相对于介质50的照射单元63的照射轴a和成像单元80的受光轴b形成的交叉角不同。因此，即使在接收到较大的镜面反射分量的情况下，通过从待读取图像的这些图像中选择接近正好对焦的图像，也可以减少读取错误，并且可以提高读取准确度。 接着，在介质50上画连续线的情况下，在沿持笔器69移动的方向形成图像拍摄范围，同时如同三角波的波形一样重叠。即使在接收到较大的镜面反射分量的情况下，通过从这些图像拍摄范围内成像的图像中选择接近正好对焦的图像，也可以减少读取错误，并且可以提高读取准确度。 接着，将参照图5来描述控制器61的功能结构。图5是示出了控制器61的功能的功能框图。图5中，代码获取单元612从图像感测单元64输出的信号(表示所成像的图像的信号)获取代码图案图像。数据处理单元613从代码获取单元612检测的代码图案图像提取识别信息和位置信息。照明控制器614向照射单元63发出使照射单元63发出脉冲的照明控制信号，并使照射单元63发出脉冲。成像控制器615向图像感测单元64提供与发送给照射单元63的照明控制信号同步的图像采集信号。 另外，将描述数字笔60中控制器61的示意性操作。图6为示出与控制照射单元63发出脉冲的照明控制信号、提供给图像感测单元64的图像采集信号和输出图像信号有关的输出的时序图。当数字笔60开始书写时，连接到持笔器69的压力传感器62检测书写操作。控制器61由此开始读取识别信息和位置信息的处理。 首先，控制器61的照明控制器614向照射单元63发出使照射单元63发出脉冲的照明控制信号(图6中的(A))，并使照射单元63发出脉冲。 图像感测单元64与图像采集信号同步地对介质50上的图像进行成像(图6中的(B))。此时，照射单元63与图像拍摄信息同步地向图像感测单元64发出脉冲。图像感测单元64对经脉冲照射单元63照明的介质50上的图像进行成像。因此，在图像感测单元64中，依次生成了与经照射单元63照明的介质50上的图像有关的图像信号(输出图像信号图6中的(C))。 由图像感测单元64顺次获得的输出图像信号被发送到代码获取单元612。已经接收了输出图像信号的代码获取单元612对该输出图像信号进行处理，并从图像感测单元64所成像的图像获取代码图案图像。由代码获取单元612获得的代码图案图像被发送给数据
9处理单元613。已经接收到代码图案图像的数据处理单元613对该代码图案图像进行解码，
并获得代码图案图像中所嵌有的识别信息和位置信息。
1-2.操作 接着，将描述根据本示例性实施方式的数字笔60的操作。当用户开始用数字笔60进行书写时，连接到持笔器69的压力传感器62检测该书写操作。 在该示例性操作中，将描述在用户利用数字笔60在介质50上书写图9中例示的点的情况下的示例性操作。用户利用数字笔60指示在介质50上的位置(Xl， y》，S卩，用户将笔尖69a压靠在介质50上。连接到持笔器69的压力传感器62由此检测书写操作，并且控制器61开始读取识别信息和位置信息的处理。 首先，照明控制器614向照射单元63发出使照射单元63发出脉冲的照明控制信号，并使照射单元63发出脉冲。而且，数字笔60的成像控制器615向图像感测单元64提供与发送给照射单元63的照明控制信号同步的图像采集信号。图像感测单元64响应于从成像控制器615提供的图像采集信号基于由成像单元80形成了图像的反射光对代码图案图像进行成像。图像感测单元64向代码获取单元612输出表示所成像的代码图案图像的输出图像信号。 接着，将参照图7中所示的流程图来描述代码获取单元612和数据处理单元613的操作。将表示介质50上的图像的输出图像信号从图像感测单元64输入到代码获取单元612(步骤S601)。代码获取单元612执行除去该输出图像信号中包含的噪声的处理(步骤S602)。这里，噪声包括由电路和CMOS灵敏度的变化而产生的噪声。根据数字笔60的成像系统的特性确定为了除去噪声而执行的处理。例如，应用灰度处理或者诸如反锐化掩模(皿sharp masking)的锐化处理。接着，代码获取单元612从该图像获取点图案(点图像的位置)(步骤S603)。另外，代码获取单元612将所检测到的点图案转换成二维阵列上的数字数据(步骤S604)。例如，代码获取单元612将所检测到的点图案转换成数据，使得在该二维阵列上具有点的位置为"1"而没有点的位置为"0"。然后将二维阵列上的这种数字数据(代码图案图像)从代码获取单元612传送到数据处理单元613。 数据处理单元613从所传送的代码图案图像检测由图2中所示两个点的组合所构成的点图案(步骤S605)。例如，数据处理单元613通过在二维阵列上移动与点图案相对应的块的边界位置并且检测包含在该块中的点的数量为2的边界位置，能够检测到点图案。从而，当检测到点图案时，数据处理单元613基于点图案的类型检测识别代码和位置代码(步骤S606)。接着，数据处理单元613对识别代码进行解码以获得识别信息，并对位置代码进行解码以获得位置信息(步骤S607)。在图7所示的处理中，在图像感测单元64接收到的光量太少的情况下，或者相反，在接收到的光量太多的情况下，会发生从所成像的图像未检测到点图案并且数字笔60不能获得识别信息和位置信息(例如，读取错误)的情况。在由此不能获得识别信息和位置信息的情况下，数据处理单元613获得表示读取失败的信息，而不是识别信息和位置信息。 数字笔60向信息处理装置10发送通过图7的处理获得的识别信息和位置信息。此时，在识别信息和位置信息的读取失败的情况下，数字笔60向信息处理装置10发送表示读取失败的信息。信息处理装置10接收到来自数字笔60的识别信息和位置信息，并基于所接收到的位置信息生成书写信息。在从数字笔60接收到表示读取错误的信息的情况下，
10信息处理装置10利用先前或随后接收到的识别信息和位置信息，通过内插法等生成书写信息。 1-3.示例性操作 接着，将参照附图来描述该示例性实施方式的特定操作的示例。利用根据本示例性实施方式的数字笔60，通过摇摆致动器81来执行使成像单元80摇摆的操作。如图8A到图8C的示意图所示，成像单元80的图像拍摄范围B在照射单元63的照射范围A内摇摆。然后，通过图像感测单元64读取在偏离了焦距与介质50上待读取图像一致的位置(正好对焦)的位置处的反射光，减少读取错误，并提高待读取图像的读取准确度。
另外，为了提高数字笔的成像效率，通常在成像单元中采用自动对焦机构。通过沿受光轴改变构成成像单元的多个透镜之间的距离来调节相对于介质50的焦距(对焦)的自动对焦机构。 通常在倾斜一定角度的状态下使用数字笔，因为由用户执行的书写操作使光学单元中的检测操作开始。然而，根据用户的书写习惯，例如用户在书写的同时检查其书写内容的情况、左手用户的情况，可以在与介质正交地(或者垂直地)握持数字笔的状态下使用数字笔。 在这种情况下，同轴地设置数字笔中的持笔器69和光学单元70。因此，如图8B所示，相对于介质50的法线可以在照射轴a与受光轴b相交的点处与平分这两个轴之间的夹角的中心轴一致。在这种情况下，成像单元80接收到的反射光将是镜面反射分量，并且会经常发生不能正确读取代码图案图像的读取错误。 此外，利用前述自动对焦机构，因为通过沿着受光轴移动透镜执行聚焦，因此如果
在接收到镜面反射分量的位置执行自动对焦(聚焦)则读取错误是无法避免的。 相反，利用根据本示例性实施方式的数字笔60，因为通过使成像单元80摇摆改变
了照射轴a和受光轴b形成的夹角，所以通过成像单元80接收到比镜面反射分量的反射光
更多的漫射分量的反射光实现了读取错误的减少。 图ll和图12中示出了特定示例。图ll和图12示意性示出了针对成像单元80的焦距和受光轴b相对于介质50的夹角的可读区域和不可读区域。 水平轴示出了随着光学单元70内位置的移动而变化的焦距。垂直轴示出了数字笔60相对于介质50的夹角。 镜面反射角是相对于介质50的法线在照射轴a与受光轴b相交的点处与平分这两轴之间夹角的中心轴一致的夹角。 图11示出了由自动对焦机构通过沿着受光轴b移动成像单元中的前述透镜执行对焦(焦距的移动)的特征的特征线图。横向延伸的双向线示出了针对各夹角执行的对焦的范围。从而，因为通过这种自动对焦机构只能改变焦距，所以双向线沿着横向延伸。此外，因为利用这种自动对焦机构焦距仅在不可读区域内移动，所以在镜面反射角处，不能读取利用反射光所成像的图像。 图12是示出了当使本示例性实施方式的数字笔60的成像单元80摇摆时的对焦(焦距的移动)特征的特征线图。因为通过成像单元80的摇摆操作改变了由照射轴a和受光轴b形成的角，所以焦距和受光轴b相对于介质50的夹角会随着成像单元的摇摆操作而变化。因此，以倾斜角度画出了双向线。此外，在达到镜面反射角的情况下，利用图像感测
11单元64对在偏离了焦距与介质50上待读取图像相一致的位置(正好对焦位置)的可读区域中接收的反射光进行成像。因此，利用成像单元80和图像感测单元64，可以采集可读图像，并且可以减少图像感测单元64中的读取错误。
2.第二示例性实施方式 接着，将描述本发明的第二示例性实施方式。
2-1.结构 在根据本示例性实施方式的系统结构中，数字笔的结构与根据前述第一示例性实施方式的系统的结构不同。其他组成元件与上述第一示例性实施方式的组成元件类似。因此，在以下描述中，对与上述第一示例性实施方式相似的组成元件给出了相同标号，并且适当省略其描述。 接着，将参考附图描述根据本示例性实施方式的数字笔160的示例性功能结构。图13是示意性示出了数字笔160的示例性功能结构的框图。图13中示出的数字笔160的结构与上述第一示例性实施方式中图3示出的数字笔60的结构的不同之处在于数字笔160没有摇摆致动器81。其余结构类似于上述第一示例性实施方式的结构。因此，在以下描述中，对与上述第一示例性实施方式相似的组成元件给出了相同标号，并且适当省略其描述。
接着，将参照附图描述持笔器69和光学单元70的示例性结构。图14是数字笔160的示例性侧向截面图。 在图14中，持笔器69设置成可通过施加到笔尖69a的力沿着箭头A的方向移动。旋转轴91以能够旋转的方式支持光学单元70。旋转端92设置成固定至光学单元70。旋转端92设置在持笔器69与压力传感器62之间的位置中。当将力施加到笔尖69a时，持笔器69沿着箭头A的方向移动，并且，通过该移动将施加到笔尖69a的力施加到旋转端92上。由于持笔器69推动旋转端92，旋转端92绕旋转轴91旋转。整个光学单元70随着旋转端92的旋转而旋转。而且，通过旋转着的旋转端92推动压力传感器62，并由此通过压力传感器62检测笔尖69a上的压力。 图15示出了持笔器69由于施加到笔尖69a上的力而沿着箭头A的方向移动的状态。如图15所示，通过持笔器69将施加到笔尖69a的力施加至光学单元70，并且由于施加到笔尖69a的力被施加到了光学单元70，光学单元70绕旋转轴91旋转。由于光学单元70旋转，介质50上被照射单元63照射了光的位置和介质50上反射了受光部641接收的反射光的位置(参见图14中的位置pl，图15中的位置p2)改变。S卩，如图14和图15所示，相对于介质50的形成图像的面(此后称为介质面)，照射单元63的光轴与受光部641的光轴(图14、15中的虚线)交叉角随着施加到笔尖69a上的力而变化。因此，旋转轴91和持笔器69起变更单元的作用，该变更单元根据施加到笔尖69a的力使光学单元70的位置或方向发生变化，并改变介质50上被光学单元70照射了光的位置以及介质50上反射了由光学单元70接收的反射光的位置。 光学单元70的旋转角在图14所示的角度和图15所示的角度之间的范围内根据施加到笔尖69a的力而变化。如图14和图15中所示，施加到笔尖69a的力越大，持笔器69的移动量增加，并且光学单元70的旋转量也增加。S卩，施加到笔尖69a的力越大，光学单元70的位置或方向的变化量增加。
2-2.操作
12
接着，将描述本示例性实施方式的操作。当开始用数字笔160书写时，连接到持笔器69的压力传感器62检测书写操作。控制器61由此开始读取识别信息和位置信息的处理。首先，照明控制器614向照射单元63发出使照射单元63发出脉冲的照明控制信号，并使照射单元63发出脉冲。而且，数字笔160的成像控制器615向图像感测单元64提供与发送给照射单元63的照明控制信号同步的图像采集信号。图像感测单元64响应于从成像控制器615提供的图像采集信号基于由受光部641接收的反射光对代码图案图像进行成像，并向代码获取单元612输出表示所成像的代码图案图像的输出图像信号。注意，因为由代码获取单元612和数据处理单元613执行的操作类似于上述第一示例性实施方式中利用图7描述的操作，因此这里省略其描述。
2-3.示例性操作1 接着，将参照附图描述该示例性实施方式的特定操作的示例。在该示例性操作中，将描述在用户利用数字笔160在介质50上书写图16中例示的点的情况下的示例性操作。用户利用数字笔160指示在介质50上的位置0q，y》，并将笔尖69a压靠在介质50上。连接到持笔器69的压力传感器62由此检测书写操作，并且开始读取识别信息和位置信息的处理。此时，光学单元70随着用户对笔尖69a的向下按压操作而旋转。因此，如图14和图15中所示，照射单元63的光轴和受光部641的光轴相对于介质50的交叉角和交叉点随着用户对笔尖69a的向下按压操作而逐渐变化。 图17示出了由光学单元70的图像拍摄范围的示例性迁移。图17对应于图16中所示的书写操作。注意，在图17中，为了避免使该图复杂化，示出了数量比实际成像数量更少的光学单元70的图像拍摄范围。随着由用户在图16中所示位置Oq，y》处按压笔尖69a的操作，光学单元70旋转并且光学单元70的图像拍摄范围逐渐从区域Al变到区域A7。
另外，当利用数字笔160在介质50上执行书写时，数字笔160与介质50之间的角度随着书写操作而连续地变化。此时，如图20所示，在传统数字笔260中，数字笔与介质之间的夹角可能达到接近90度的状态。关于该数字笔，因为期望如构成普通书写工具的笔一样的细长形状，所以必须将照射单元163和受光部180A设置在沿与数字笔的纵向方向正交的方向上彼此相对接近的位置中。因为这种结构限制，如图20所示，在数字笔和介质之间的角度接近90度的状态下，受光部180A从照射单元163照射的光的反射光中主要接收到镜面反射分量。此时，取决于形成代码图案图像的调色剂类型，由于反射光过强的原因，超过受光部180A所允许的最大受光强度的反射光可能达到受光部180A，并且可能无法正确地读出代码图案图像。 具体地说，关于传统数字笔，当在指示在介质50上特定点的情况下受光部180A接收到大的镜面反射分量时，无法正确地读出代码图案图像，并且信息读取失败，导致关于书写操作的信息不足。相反，因为本示例性实施方式的数字笔160的光学单元70根据施加到笔尖69a上的力旋转，因此即使在用户指示在介质50上特定点的情况下也会在笔尖69a被向下按压的开始与结束之间的时间段内以多个不同成像角执行成像(参见图17中的区域Al到A7)。此时，如上所述，因为照射单元63的光轴和受光部641的光轴相对于介质50的交叉角对于各区域A1、 A2、…、A7不同，所以即使在笔尖69a被向下按压的开始与结束之间在某个定时处读取失败的情况下也可以在另一定时处执行图像读取。具体地说，在图17中所示的示例中，例如，即使在受光部641在对应于区域A7(用阴影表示的区域)的成像角
13处接收到大的镜面反射分量使得代码图案读取失败的情况下，也可以以另一不同成像角读
取该代码图案图像。因此，在本示例性实施方式中，即使在所执行的书写操作只是笔尖69a
的接触操作的情况下也能够避免关于书写操作的信息的不足。注意，在本示例性操作中，描
述了在介质50上书写图16中所示的点的情况下的示例性操作，但本发明并不限于此，并且
在仅仅指定了显示面上的位置(例如，选择软按钮)的情况下，本示例性实施方式的数字笔
160也是有效的。 2-4.示例性操作2 接着，将参照附图来描述该示例性实施方式的具体操作的另一示例。在该示例性 操作中，将描述在用户利用数字笔160在介质50上书写图18中例示的线的情况下的示例 性操作。首先，用户利用数字笔160指示在介质50上的位置0q，y》，S卩，用户将笔尖69a压 靠在介质50上。连接到持笔器69的压力传感器62由此检测书写操作，并且开始读取识别 信息和位置信息的处理。此时，光学单元70随着用户对笔尖69a的向下按压操作而旋转。 因此，照射单元63的光轴和受光部641的光轴相对于介质50的交叉角和交叉点随着用户 对笔尖69a的向下按压操作而逐渐变化。 图19示出了由光学单元70进行的图像拍摄范围的示例性迁移。图19对应于图 18中所示的书写操作。注意，在图19中，为了避免使该图复杂化，示出了数量比实际成像数 量更少的光学单元70的图像拍摄范围。随着由用户在图18中所示位置Oq， y》处向下按 压笔尖69a的操作，光学单元70旋转并且光学单元70的图像拍摄范围逐渐从区域Al移动 到区域A7。 接着，用户将笔尖69a从位置(Xl，yi)移动位置(X2，y》，同时保持笔尖69a压靠在 介质50上(参见图18)。随着笔尖69a的这种移动，光学单元70的图像拍摄范围从区域A7 移动到区域A15，如图19所示。即，随着笔尖69a的移动，依次对来自区域A7到区域A15的 代码图案图像进行成像，并且根据该成像的代码图案图像来读取位置信息和识别信息。另 外，可能是这种情况，当用户将笔尖69a在介质50的介质表面上移动时，施加到笔尖69a的 力在该移动过程中不是恒定的。因此，可能是这种情况，光学单元70的成像区域的位置根 据施加到笔尖69a的力的大小而沿图19的垂直方向变化，如图19所示。
—旦笔尖69a移到位置(x2，y2)时，用户将笔尖69a从介质50上抬起。随着该操 作，施加到笔尖69a的力逐渐减小。随着施加到笔尖69a的压力的减小，持笔器69沿着与 图14中箭头A的方向相反的方向移动，并且光学单元70随着该移动而旋转。光学单元70 的图像拍摄范围由此逐渐移动。在图19所示的示例中，光学单元70的图像拍摄范围随着 光学单元70的旋转从区域A15移动到区域A21。 即使在该示例性操作中，根据数字笔160与介质50之间的角度，也可能是受光部 641接收到大的镜面反射分量并且不能正确地读取代码图案图像的情况。然而，因为本示例 性实施方式的光学单元70根据施加至笔尖69a的压力而旋转，即使在一个成像角度上读取 失败，也可以在其他成像角度上执行读取。具体地说，在图19所示的示例中，例如，即使在 区域A7、A8、A13和A15 (通过阴影表示的区域)读取失败的情况下，也可以在其他区域中执 行图像读取。在这种情况下，可以通过利用适当的内插方法连接读取信息，来近似地指定书 写轨迹。 具体地说，因为在书写的开始位置Oq，y》处在区域A1到区域A7的多个成像角度
14上执行读取，因此即使在一个成像角度上读取失败，也可以在其他成像角度上执行读取。而 且，因为在书写的结束位置(x2， y2)处也在区域A15到区域A21的多个成像角度上执行读 取，因此即使在一个读取角度上读取失败，也可以在其他成像角度上执行读取。即，在书写 的开始位置0q， y》和书写的结束位置(x2， y2)处肯定可以读取位置信息。关于传统数字 笔，可能有在书写的开始位置和书写的结束位置处读取失败的情况，在这种情况下，书写信 息的准确度降低。相反，关于本示例性实施方式的数字笔160，因为在书写的开始位置和书 写的结束位置处肯定可以读取位置信息，所以与相关技术相比，书写信息的准确度增加。而 且，因为即使在书写的开始位置和书写的结束位置之间的位置上光学单元70的成像角度 也是根据施加到笔尖69a的力而变化，因此即使在用户移动笔尖69a同时使数字笔160的
角度保持恒定的情况下，信息读取的连续失败减少，并且书写信息的准确度增加。
3.变型 上面描述了本发明的示例性实施方式，但是本发明并不限于上述示例性实施方 式，而是可以实现各种其他示例性实施方式。下面将给出它们中的一些示例。注意，以下说 明性的示例性实施方式可以组合。 (1)在上述示例性实施方式中，描述了用于在介质50上书写字符、图形等的数字 笔，但是本发明不限于此，例如，数字笔可以设置有指示装置(鼠标)功能，或者读取与介质 上的区域一致地记录的信息(例如，命令信息)的指示笔功能。 注意，在这些示例性实施方式的示例性操作中，描述了在介质50上书写字符等的 情况下的示例性操作，但本发明并不限于此，并且在仅仅指定显示表面上的位置(例如，选 择介质50上设置的软按钮)的情况下，上述示例性实施方式的数字笔60和160也是有效 的。 (2)在前述示例性实施方式中，使用照射近红外光的近红外LED作为照射单元63， 但是照射单元63不限于此，并且可以使用具有不同特性的LED。简言之，照射单元63仅需 要照射光，使得能够用在介质50上形成的要被读取的代码图案图像的反射光来读取该代 码图案图像。 (3)在前述示例性实施方式中，使用唯一地识别介质的信息作为识别信息，但识别
信息不限于此，例如，可以使用唯一地识别电子文件的信息作为识别信息。在使用唯一地识
别介质的信息的情况下，如上述示例性实施方式中，当形成了同一电子文件的多个副本时，
将不同识别信息指派给不同介质。相反，在使用唯一地识别电子文件的信息作为识别信息
的情况下，当形成同一电子文件时，既使对不同介质也指派同一识别信息。 而且，在前述示例性实施方式中，读取表示位置信息和识别信息的代码图案图像，
但是代码图案图像表示的信息不限于位置信息或者识别信息，例如也可以是表示文本数据
或者命令的信息，或者是仅仅表示位置信息的图像。简言之，仅需要在介质50上形成表示
某类信息的图像。 (4)在前述图像形成装置中，利用K调色剂形成代码图案图像。这是因为K调色 剂比C、M或Y调色剂吸收更多的红外光，并且可以利用数字笔60和160以高对比度来读取 代码图案图像。然而，也可以利用特殊调色剂来形成代码图案图像。这里，特殊调色剂例如 包括在可见光区(400nm到700nm)具有最大吸收比为7%或更小而在近红外区(800nm到 1000nm)具有吸收比为30%或更大的不可见调色剂。这里，"可见"和"不可见"与调色剂在
15视觉上是否能够被感知无关。通过由于调色剂对可见光区域中特定波长的吸收是否具有显 色属性的原因是否能够感知介质上形成的图像，来区分"可见"和"不可见"。此外，由于对可 见光区域中特定波长的吸收而具有某种显色属性但难以用人眼感知的调色剂也是按照"不 可见"包括进来的。期望这种不可见调色剂具有100nm到600nm范围内的平均散射直径，以 便提高图像的机械读取所需要的近红外光吸收能力。 而且，图像形成装置不限于电子照相系统，而可以使用任何其他系统，例如喷墨系 统。 (5)在上述第二示例性实施方式中，数字笔60包括以能够旋转的方式支持光学单 元70的旋转轴91，以及将施加到笔尖69a的压力施加至光学单元70的持笔器69，并且使 用了使得光学单元70由于施加到笔尖69a的压力而绕旋转轴91摇摆的机构。改变光学单 元70的位置或方向的机构不限于此，例如，数字笔60可以设置有利用电动机等改变光学单 元70的位置或方向的驱动机构，并且控制器61可以控制该驱动机构，以便根据压力传感器 62检测到的压力来改变光学单元70的位置或方向。此外，作为另一个示例，例如，可以在数 字笔60中设置根据施加到笔尖69a的压力使光学单元70沿相对于持笔器69的轴向水平 的方向摇摆的机构。而且，例如，可以设置根据施加到笔尖69a的压力使光学单元70振荡 的机构。简言之，数字笔60仅需要设置这样的机构，S卩，该机构根据施加到笔尖69a的压力 来使光学单元70的位置或方向变化，并改变介质50上被光学单元70照射了光的位置以及 介质50上反射出由光学单元70接收的反射光的位置。即，数字笔60仅需要设置根据施加 到笔尖69a的力使相对于介质50照射单元63的光轴与受光部641的光轴相交叉的角度变 化的机构。 (6)在上述第二示例性实施方式中，数字笔利用了使光学单元70的旋转量随着施 加到笔尖69a的压力的增大而增加的机构，但本发明不限于此，例如，数字笔可以配置成检 测是否向笔尖69a施加了压力，并在检测到压力的情况下使光学单元70的位置或方向改变 仅预定量。简言之，数字笔160仅需要设置有根据施加到笔尖69a的压力来使光学单元70 的位置或方向变化的机构。 (7)由根据前述示例性实施方式的数字笔60和160的控制器61执行的计算机程 序可以以存储在诸如磁记录介质(磁带、磁盘等)、光记录介质(光盘等)、磁光记录介质或 半导体存储器的计算机可读记录介质上的状态提供。此外，该计算机程序还可以通过诸如 互联网的网络下载到数字笔60和160中。注意，除CPU之外，可以将各种装置用作执行上 述控制的控制器，例如可以使用专用处理器。 为了解释和说明的目的对本发明的示例性实施方式提供了前述描述。其目的不是 穷举性的，也不是将本发明限制于所公开的精确形式。显然，许多修改和变型对于本领域的 技术人员来说是明显的。为了最佳地解释本发明的原理及其实际应用选择并描述了这些实 施方式，由此使得本领域的其他技术人员能够针对各种实施方式和适合设想出的具体应用 的各种修改来理解本发明。意欲通过所附权利要求书及其等同物来限定本发明的范围。
1权利要求
一种图像读取装置，该图像读取装置包括指示部，其指示在介质上形成有目标图像的位置，该目标图像为待读取图像；照射单元，其将光照射在所述指示部所指示的位置上；成像单元，其使从照射了所述光的所述介质反射的光成像；感测单元，其响应于由所述成像单元所成像的光而采集表示所述目标图像的信号；以及变更单元，其改变所述成像单元的方向或者位置。
2. 根据权利要求1所述的图像读取装置，其中，所述照射单元将光照射在相对于所述介质上所述指示部所指示的位置而言预定的照射范围内。
3. 根据权利要求2所述的图像读取装置，其中，所述变更单元包括 旋转轴，其以能够旋转的方式支持所述成像单元；以及摇摆单元，其使所述成像单元绕所述旋转轴在预定范围内摇摆。
4. 根据权利要求1所述的图像读取装置，其中，所述变更单元根据所述指示部相对于 所述图像读取装置的主体的位置变化量，来改变所述照射单元和所述成像单元的方向或位 置，以便改变在所述介质上被所述照射单元照射了光的位置以及所述介质上反射了所述成 像单元接收的反射光的位置。
5. 根据权利要求4所述的图像读取装置，其中，所述指示部相对于所述图像读取装置 的主体的位置变化量越大，所述变更单元增加所述照射单元和所述成像单元的位置或方向 的变化量。
6. 根据权利要求4所述的图像读取装置，其中， 所述变更单元包括旋转轴，其以能够旋转的方式支持所述照射单元和所述成像单元；以及 将施加到所述指示部的力施加到所述照射单元和所述成像单元的部件，并且 随着施加到所述指示部的力被施加到所述照射单元和所述成像单元，所述照射单元和 所述成像单元绕所述旋转轴旋转。
7. —种读取方法，该读取方法包括以下步骤指示在介质上形成有目标图像的位置，所述目标图像为待读取图像； 将光照射在被指示的位置上； 使从照射了所述光的所述介质反射的光成像； 响应于所成像的光而采集表示所述目标图像的信号；以及 改变所述成像单元的方向或者位置。
8. 根据权利要求7所述的读取方法，其中，所述光照射在相对于所述介质上所述被指 示的位置而言预定的照射范围内。
9. 根据权利要求8所述的读取方法，其中，所述改变包括使成像单元绕旋转轴在预定范围内摇摆，所述旋转轴以能够旋转的方式支持所述成像 单元。
10. 根据权利要求7所述的读取方法，其中，根据所述被指示的位置的变化量改变照射 单元和成像单元的方向或位置，以便改变所述介质上被照射了所述光的位置以及所述介质 上反射所述光的位置。
11.根据权利要求io所述的读取方法，其中，所述被指示的位置的变化量越大，所述照射单元和所述成像单元的位置或方向的变化量增加。
全文摘要
一种图像读取装置包括指示部，其指示在介质上具有形成在其上的待读取图像的位置；照射单元，其将光照射在指示部所指示的位置所处的介质上；成像单元，其形成从被照射单元照射了光的介质所反射的光的图像；生成单元，其生成表示待读取图像的信号，该信号取决于由成像单元形成其图像的反射光；以及变更单元，其在被照射单元照射了光的照射范围内，使成像单元的方向变化并且改变由生成单元所成像的图像上的位置。
文档编号G06K9/22GK101751570SQ200910174020
公开日2010年6月23日 申请日期2009年10月16日 优先权日2008年12月10日
发明者中川英悟, 大井一成, 竹内伸, 西原义雄, 高平英信 申请人:富士施乐株式会社