(57)【要約】【課題】画像形成処理システムにおいて、「暗電流」によるノイズが生じ、画像を実際より明るいものとして画像を表す傾向がある。また特定の位置で画像のサンプルを取得する時に、発光ダイオード等の光源オンの時点とサンプリング時点との間の時間遅れによって誤差が生じる。特に走査装置が可変速度で移動する場合には、補正がより困難となる。【解決手段】本願発明では、サンプリング動作の前にセンサをリセットすることにより暗電流による誤差を除去し、また複数のセンサの移動速度が、変化する場合には光源に関連付けられたカウンタを有し、当該カウンタからの情報を用いて、光源からの光量の幾何学的中心を計算し、適切な時点でサンプリングを行うことによって解決する。【選択図】図８
2006121739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の（ａ）から（ｃ）を有する、走査動作において正確なデータを取得するシステム、
（ａ）走査される物体からの光を測定する少なくとも１つの光学センサであって、該少なくとも１つの光学センサは、該光に応じて、該少なくとも１つの光学センサ内部に測定レベルを確立し、
（ｂ）光学サンプリング動作に先立って前記測定レベルをゼロにリセットすることによって、該光学サンプリング動作の前に前記少なくとも１つの光学センサにおける前記測定レベルのセンサドリフト成分を除去するリセットスイッチと、
（ｃ）前記センサが各前記光学サンプリング動作の幾何学的中心に到達した時に当該システムに送信する割り込み信号とを有し、該割り込み信号は、該システムが正確な位置データを各前記光学サンプリング動作において収集した光学データに関連付けることができるシステム。
【請求項２】
前記光学サンプリング動作は、非同期に実行されることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記リセットスイッチは、前記光学サンプリング動作間において常に前記少なくとも１つのセンサにおける前記測定レベルをゼロに維持するように動作することを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記割込み信号を生成するカウンタを更に具備することを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項５】
以下の（ａ）から（ｄ）のステップを含む、走査動作において位置データを光学データに正確に関連付ける方法、
（ａ）走査移動の方向に沿った、光学データの収集を所望する点であって、初期ナビゲーションマーカである点を識別するステップと、
（ｂ）前記初期ナビゲーションマーカに対して一定である点において少なくとも１つのセンサにより光学データ収集を開始するステップと、
（ｃ）前記光学データ収集中に走査される物体に対し前記少なくとも１つのセンサの移動の中心に対応する位置を識別するステップと、
（ｄ）前記少なくとも１つのセンサの前記移動の中心に対応する位置を前記光学データ収集中に収集された光学データと関連付けるステップとを含み、
前記光学データ収集では、前記光学データ収集を開始するステップと前記少なくとも１つのセンサが前記移動の中心に達する時刻との間に遅延時間があることを特徴とする方法。
【請求項６】
以下の（ａ）から（ｃ）のステップを含む、走査動作において光学データサンプルを正確に位置付ける方法、
（ａ）走査移動の方向に沿った、光学サンプリング動作が望まれる幾何学的点を識別するステップであって、前記幾何学的点の識別が前記走査動作中の時点を一意に識別し、該時点が所望のサンプリング時刻であり、前記幾何学的点が所望のサンプリング位置であり、
（ｂ）前記光学的サンプリング動作の開始と該光学サンプリング動作の中心点との間の遅延期間を決定するステップと、
（ｃ）前記所望のサンプリング時刻に先立つ１つの遅延期間の時点において前記サンプリング動作を開始することにより、前記所望のサンプリング時刻と該光学的サンプリング動作の中心点とを一致させるステップとを有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してデジタル画像形成に関し、特に、画像データ自体をかかる画像データに関連する位置データと同様により正確に取得することにより画像形成処理を改良するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コピー機、ファクシミリ機および画像スキャナは、可視画像を、印刷、記憶、送信または他のコンピュータおよび電子的使用に適した電子形態に変換する。一般に、システムは、光源と、フォトセンサのアレイと、アナログのフォトセンサ出力をデジタルデータに変換するエレクトロニクスと、を有している。光は、不透明な画像媒体から反射されるか、または透明な画像媒体を透過してフォトセンサ上に集束される。カラー装置は、複数の光源を有し、各々が異なる帯域の波長を有しているか、あるいは、広域スペクトル光が、カラーセパレータによるかまたはフィルタを使用することによって複数の帯域に分割される。
【０００３】
フォトセンサアレイセグメントは、光検出器素子のリニアアレイ（ここでは、単に光検出器と言う）と、光検出器をサポートするエレクトロニクスと、を有している。個々の光検出器は、リニアアレイにおいて互いに一定の間隔で配置されており、一般に、印刷配線板または基板に取付けられているかまたはその一部となっている。個々の光検出器は、それぞれその光検出器が受光する光の強度に対応したデータ信号を生成する。光検出器によって生成されるデータ信号は、一般に電圧である。各光検出器によって生成される各データ信号は、マルチセグメントリニアフォトセンサアセンブリによって生成されるデータの１ビットを表し、それは、画像形成されている物体の走査線部分を表すデータの１ビットである。マルチセグメントリニアフォトセンサアセンブリによって生成されるデータのビットは、一般に、「ピクチャエレメント」すなわち「画素」と呼ばれる。また、「画素」という用語は、時に本技術分野において、個々の光検出器要素を表すかまたはこれら個々の光検出器要素上に画像形成される物体の部分を表すために使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
サンプリングは、走査中の画像から発生する光が、センサによって測定されるに従い、エネルギー形態、一般に電圧に変換されるプロセスであり、そのエネルギー形態はその後デジタル化され、デジタルコンピュータによって、読出され、処理される。一般に、測定装置の電圧すなわちエネルギレベルは、画像から発生する光強度に実質的に比例する。
【０００５】
従って、理想的には、完全に暗い画像の上に配置されたセンサはエネルギーが存在しないことを示し、それによって後続する光の測定が非常に正確になることを保証する。しかしながら、現実には、「暗電流」として知られる現象が存在する。この「暗電流」は、徐々に蓄積される電荷、あるいは、暗い表面上に配置されたセンサによる「センサドリフト」を言う。現実世界の表面を走査する時に、かかる暗電流は走査装置全体に対しエラー源すなわちノイズ源を表し、画像を実際より明るいものとして画像を表す傾向がある。
【０００６】
同期してサンプリングする際、サンプリング動作は連続して発生する。従って、同期サンプリング方法の欠点は、価値のある画像情報がまったく存在しない場所で多くのサンプルが取得され、それによって非常にエネルギーを浪費する、ということである。電池を電源とするハンドヘルド装置において、そのようにエネルギーを浪費することにより、電池がすぐに消耗することによって実質的な不便をもたらす可能性がある。
【０００７】
走査動作が正確であるためには、上述したように、走査中の表面からの発光を正確に読取る必要がある。しかしながら、デジタルデータによる画像の正確な再構成には、画像から取得された光学データが、かかる画像データが収集された位置を正確に反映する位置データに関連付けられていることもまた必要である。走査動作において使用される光学センサのあらゆる特性は、位置データの画像データとの関連付けにおけるエラーの要因となる可能性がある。
【０００８】
特定の位置で画像のサンプルを取得することは、特定の期間に発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源をオンにするかまたはパルス駆動することと、適当な信号処理装置にサンプリングが望まれている画像上の点においてセンサ値をデジタルデータに変換するよう命令することと、を含む。光源をオンにする命令の発行と光パルスの時間的中心を表す時点との間に有限の遅延が存在するという事実から、問題が発生する。
【０００９】
この遅延により、走査システムは、サンプリングが要求された点から有限の距離だけ離れた画像を処理し、収集された画像データに関連付けられた位置を不正確に識別することとなる。本技術分野では、画像サンプリング動作の要求と実行との間の遅延によるいかなる位置エラーをも補正する機構が必要である。
【００１０】
走査装置が一定の速度でサンプリング中の画像の上を移動する時、サンプリング位置エラーは少なくとも、取得される多くの測定値の間で比較的一定であり、サンプリング結果すべてを、すべての測定値に等しく適用可能である補正作用を受け易いものとする。しかしながら、走査装置が走査動作を通して可変速度で移動する場合、より困難な状況が発生する。各サンプルに関連付けられた位置エラーは異なるものとなり、それにより補正がより困難となる。
【００１１】
従って、本技術分野において、意味のある情報が配置されている場所でのみサンプリングするサンプリング方法が必要とされている。
【００１２】
また、本技術分野では、価値のある情報が配置されていない場所でサンプリングすることによりエネルギーを浪費することがないサンプリング方法が必要とされている。
【００１３】
更に、本技術分野では、サンプリング動作に対する要求とその実行との間の遅延から発生するサンプリングデータに関連する位置エラーを補正するシステムおよび方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
これらおよび他の目的、特徴並びに技術的利点は、コントローラのコマンドにより非同期にサンプリングし、サンプリング動作の前に個々のセンサの値をリセットすることにより暗電流によってもたらされる測定値のバイアスを除去するシステムおよび方法によって達成される。
【００１５】
非同期サンプリングによって、有用な情報が存在する場所でのみ画像をサンプリングすることにより走査機構がエネルギーを保存することができる。これによって、本機構は、同期サンプリングの場合に浪費されたサンプリング動作であったものに関連するエネルギーを節約することができる。これにより、非同期サンプリングによってハンドヘルドスキャナにおける電池寿命を延長することができる。
【００１６】
同期サンプリングの場合、サンプリングは基本的に連続的である。サンプリング自体の実行がセンサを放電するよう実行するため（ＣＣＤ、ＣＩＳまたは他の可視光センサの場合）、同期サンプリング動作では、暗電流は、殆ど蓄積されない傾向にある。更に、先行するサンプリング動作以来実質的に同じ時間間隔の後、サンプルが取得されるため、多くの異なるサンプリング動作に亙って、発生するいかなる電荷すなわち暗電流の蓄積が同様のレベルになる可能性がある。
【００１７】
対照的に、非同期サンプリングを採用する場合、暗電流すなわちセンサドリフトの問題は深刻な問題となり得る。第１に、同期動作でないことにより、センサエネルギの規則的な放電が防止される。これは、同期サンプリングプロセスを通して通常発生し、それにより、暗電流の蓄積が、そのままにしておかれた場合実質的な測定エラーをもたらすレベルに達するものである。第２に、サンプリング動作の非同期特性により、サンプリング動作間の時間間隔が同期サンプリングの場合と異なって変化することになる。また、暗電流の蓄積は、重大であることだけでなく、異なるサンプリング動作間で大幅に変化する可能性があり、それによって走査中の画像から収集される情報に実質的な歪みがもたらされる。長い非アクティブな間隔の後に取得されたサンプルは、一般に、よりセンサドリフトを有することとなり、短い非アクティブな間隔の後に取得されたサンプルは、よりセンサドリフトが少ない可能性が高い。従って、本技術分野において、非同期に取得された画像を形成するサンプル間の暗電流すなわちドリフトのあらゆる差を除去する機構が必要とされている。更に、走査装置のセンサに存在する暗電流の合計量を可能な限り低減する機構が必要とされている。
【００１８】
個々のセンサにおいて暗電流すなわちノイズがセンサ読取りにエラーをもたらすことを防止するために、個々のセンサは、サンプリング動作を実行するよう命令されるまでリセット状態で保持される。このリセット状態は、サンプリング動作間においてセンサを「ゼロ」値または他の一定値で保持する。好ましくは、リセットセンサ値は、走査装置において使用されるすべてのセンサ間で同じである。各センサ値をサンプリング動作間において一定に保持することにより、サンプリング値に不正確さをもたらす電荷の蓄積または他の形態のエネルギーの蓄積が防止される。リセット機能がサンプリング動作間に連続的に適用され、それによって、各センサが連続的に０または他の一定値に保持されるか、あるいは、サンプリング動作の前に即時にパルス駆動される。
【００１９】
非同期にサンプリングする場合、センサドリフトの問題が存在するだけでなく、短いアイドル期間（非サンプリング時間）の後よりも長いアイドル期間の後に取得されたサンプルに対し、かかるセンサドリフトが高くなる可能性がある。リセット機能を設けることにより、概してセンサドリフトが実質的に除去されるだけでなく、アイドル時間の異なる期間の後に行われるサンプリング動作間のかかるセンサドリフトの変化も実質的に除去される。従って、本発明のリセット機能から、非同期サンプリングは、同期サンプリングよりも利点を有する。
【００２０】
従来技術では、連続したサンプリングの実行およびそれに伴うセンサの連続した放電の結果により、リセット機能を設けることは不要であった。従って、非同期サンプリングの解決法（電気エネルギを節約することを目的とした）により、新たな問題が発生し、そのために新たな解決法が望まれる。
【００２１】
上述したように、画像の適切な走査には、可能な限り正確に、画像の光学特性を表すセンサ値が正確に表されることが必要である。更に、適切な走査には、画像が後に正確に再構成されるように、表されている画像上の位置が正確に知られることが必要である。センサドリフトは、光学情報自体の正確さに関係する。画像の表現における第２のエラー源は、たとえ実際のセンサ値が有効であってもサンプルが取得される位置が意図せずに間違って表されている場合に発生する可能性がある。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態において、走査される画像上の１つまたは複数のセンサの移動は、変化する速度で発生する可能性があり、それにより非同期サンプリングが望ましいものとなる。非同期サンプリングは、本発明によって扱われるセンサ値および知覚されたセンサ位置における上述したエラー源を更に悪化させる傾向にある。
【００２３】
走査画像の再現における第２のエラー原因に関し、走査中の画像の一部の知覚された位置におけるエラーの原因には、センサに対するサンプリング動作を実行するという命令とサンプリング動作の実際の実行との間の遅延時間が含まれる。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態において、コマンドにより画像をサンプリングするために密着型画像センサ（ＣＩＳ）が採用される。本発明において使用される代替的なセンサには、限定はされないが、電荷結合素子（ＣＣＤ）または他の可視光センサがある。好ましくは、走査中の物体を予め決められた期間照明するために、ＬＥＤまたは白色光源が採用される。好ましくは、サンプリング動作において取得される光学画像データに対する位置データ点として、サンプリング動作中にＬＥＤによって照明される画像の範囲の幾何学的中心が記録される。しかしながら、サンプリング動作に対する要求とその実行との間の遅延期間の存在により、遅延期間と走査中の画像に対するセンサの相対的な速度の積だけ、知覚される位置データ点と実際の幾何学的中心とが異なることとなる。
【００２５】
ＬＥＤまたは他の光源は、好ましくは移動可能な走査装置に取付けられており、光学スキャナに対して固定されている。あるいは、光源を走査装置から分離し、走査中の物体に対して固定してもよい。更に、複数の光源を任意に設けてもよい。
【００２６】
好ましい実施の形態では、ＬＥＤまたは他の光源に関連付けられた１つまたは複数のカウンタが、ＬＥＤの照明期間を通して、および任意に全走査動作を通して動作する。カウンタからの情報を用いて、ＬＥＤパルスの持続時間を識別することができる。そして、この情報は、ナビゲーションプロセッサまたは、そのカウンタ情報を用いてＬＥＤパルスの幾何学的中心を計算する他の計算装置に供給される。カウンタからのタイミング情報は、概して、以下の情報が既知である場合に計算装置が適当に初期位置データを変更することができるためには十分である。すなわち、サンプリングを開始するというコマンドの発行と光パルスの開始との間の時間遅延（Ｔｓ）、光パルスの持続時間（Ｔｐ）および走査速度（Ｖｓ）である。サンプリングを開始するというコマンドが発行される時点と光パルスの時間的中心との間の合計時間遅延は、Ｔ（遅延）＝Ｔｓ＋Ｔｐ／２である。この時間遅延によるセンサ位置に差には、前の結果がナビゲーション速度（Ｖｎａｖ）によって乗算されることが必要である。従って、位置補正は、位置エラー＝Ｔ（遅延）×Ｖｎａｖとなる。
【００２７】
サンプリング動作の中心の絶対位置を決定するためには、一般に、初期幾何学的情報を位置エラー情報と結合することが必要である。この初期幾何学的情報は、ナビゲーション装置かまたは全走査動作の開始から経過した時間を追跡し続けるカウンタによって供給される。
【００２８】
代替的な実施の形態において、計算装置によるセンサと走査中の画像との間の相対的な速度の知識を採用して、画像上の実際の測定位置に到達するために知覚された測定位置に対するオフセットをより正確に計算することができる。この速度は、サンプル間の距離およびかかるサンプリングが発生する率に関する情報、すなわち、最初から計算装置に知られている距離およびサンプリング率情報を用いて計算される。この実施の形態では、計算装置は、ＬＥＤをオンとすることによってサンプリング動作を開始し、それによってカウンタを起動する。ＬＥＤの開始および停止時間に関する情報および画像に対するセンサの速度を取得すると、計算装置は、走査経路に沿ったＬＥＤ照明の幾何学的中心を計算する。速度の小さい変化が、一定速度を想定する単純な線形補間演算にエラーをもたらすこととなるため、速度が積極的に考慮される場合、幾何学的中心の計算はより正確なものとなる。
【００２９】
他の代替的な実施の形態では、ＬＥＤセンサの動作に関連する速度情報および遅延時間を知ることにより、計算装置は、ＬＥＤ動作の幾何学的中心が次のサンプルのための画像上の目標点に可能な限り近くなるように、次のサンプルが要求されるべき時点を予測することができる。かかる予測方式が適切に実現されることにより、サンプリング動作に関連する位置データの後続する補正が、好ましくは不要となる。しかしながら、予測的なサンプリングの利益と後続する位置データの割込みベースの補正の利益とを結合することにより、更なる精度を採用することができる。
【００３０】
この結合された動作モードにおいて、サンプリング動作が開始されるべき点に関する「最良推測」を生成するために、予測的サンプリングが採用される。続いて、ＬＥＤまたは他の光源に関連付けられたタイマによって決定されるＬＥＤ照明の実際の幾何学的中心に関する情報は、必要ならば、適切な光学サンプリング動作に関連する位置データを補正することができる情報を提供する。
【００３１】
好ましい実施の形態において、走査中の画像に対するセンサの位置を決定する手段には、限定されないが、エンコーダ（光学であってもなくてもよい）、インタラプタ（光学であってもなくてもよい）および光学紙繊維ナビゲーションモジュールがある。かかるナビゲーションモジュールの１バージョンは、「FREEHANDIMAGE SCANNING DEVICE WHICH COMPENSATES FOR NON-LINEAR COLOR MOVEMENT」と題された、共通の譲受人に譲渡された登録特許第５，８２５，０４４号に記載された手段であり、Hewlett Packard社の製品であるCapShare（商標）910 Information Applianceにおいて使用されている。
【００３２】
光学紙繊維ナビゲーションモジュールは、好ましくは、紙繊維の一続きの写真を撮るためにエリアセンサを使用する。そして、その一連の写真は、位置および速度を計算するために互いに関連付けられる。
【００３３】
概して、上述したセンサは、位置情報を連続的にではなく周期的に取得する。エンコーダは概して、センサ位置がある予め定義された量だけ変化するか否かの情報を生成する。紙繊維ナビゲーションモジュールは概して、新たな写真または画像フレームが取得される度に情報を提供する。
【００３４】
上述した位置情報を取得するという周期的な特徴は、好ましくは、本発明の特徴により補正される。サンプリングコマンド、走査中の画像の照明の幾何学的中心、およびセンサ位置が測定される点の間の時間的なギャップを識別するカウンタを採用することにより、システムは、サンプリング情報が取得される場所に関する正確な位置情報を取得し、それによってあらゆる位置情報取得手段の周期的特性の問題を解決することができる。
【００３５】
従って、本発明の利点は、有用な情報が見付けられる場所でのみ非同期に画像をサンプリングすることにより、エネルギを節約することができ、かつ、電池寿命を延長することができる、ということである。
【００３６】
本発明の更なる利点は、光学的サンプリング動作に先立ってリセット機能が光学センサにおけるノイズすなわちセンサドリフトを実質的に除去することができる、ということである。
【００３７】
本発明の更なる利点は、上記リセット機能の使用を、光学サンプリング動作が非同期で実行される場合に、従来技術に対して特別に有利であるように使用することができる、ということである。
【００３８】
また、本発明の更なる利点は、サンプリング動作の幾何学的中心を識別することができることにより、正確な位置データをサンプリング動作からの光学データと関連付けることができる、ということである。
【００３９】
また、本発明の更なる利点は、予測的サンプリングを採用することができ、サンプリング動作の要求と実行との間の遅延時間を知ることにより、所望の幾何学的サンプリング点および実際の幾何学的サンプリング点が一致するように、サンプリング動作が要求されることが可能となる、ということである。
【００４０】
上述したことは、以下の本発明の詳細な説明がより理解されるために本発明の特徴および技術的利点をむしろ広く概略した。以下、本発明の特許請求の範囲の主題を形成する本発明の追加の特徴および利点が説明されている。当業者により、開示された概念および特定の実施の形態を、本発明の同じ目的を実行するために変更または他の構成を設計するための基礎として容易に利用することができる、ということは認められるべきである。また、当業者により、かかる等価の構造が添付の特許請求の範囲で示されているような本発明の精神および範囲から逸脱しない、ということもまた理解されるべきである。
【００４１】
ここで、本発明およびその利点をより完全に理解するために、添付の図面と共に以下の説明を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図１は、本発明の好ましい実施の形態による走査動作の実行とその走査動作からのデータの処理に適した装置を示す。走査装置１００は、用紙または他の画像内容１０１からの光を受光し光学的情報をセンサ１０３に送信する、レンズ１０２等の光学装置を備えている。センサ１０３は、光学エネルギを電圧等のデジタル化に適した形態に変換する。アナログデジタル変換器１０４は、センサデータをデジタル形態に変換し、そのデジタル化データを画像プロセッサ１０５に送信する。画像処理が完了すると、その処理済みデータはマイクロプロセッサ１０６に送信される。代替的に、ホストコンピュータを使用することも可能である。
【００４３】
好ましい実施の形態では、好ましくはマイクロプロセッサからセンサに配信されるリセットコマンド１０７を使用することにより、好ましくは、サンプリング動作を開始する前、センサ１０３はリセット状態に保持されている。好ましくは、それによって、サンプリング動作を開始する要求をセンサが受信するまで、センサエネルギレベルが０レベルで保持される。あるいは、センサエネルギレベルを０でない一定のレベルで保持することも可能である。あるいは、リセット動作を、サンプリング動作の開始直前にセンサ１０３に対して発行されるリセットパルスの形態としてもよい。好ましい実施の形態では、センサ１０３は、ＣＣＤまたはＣＩＳセンサ等の可視光センサである。
【００４４】
好ましい実施の形態では、リセットコマンドは、リセットパルスまたは連続したリセットのいずれの形態に関わらず、コンピュータコントローラによって発行される。あるいは、リセットコマンドを、リセットコマンドの発行を画像走査動作と協動させることができるいかなるインテリジェント装置によっても発行することができる。
【００４５】
図２は、従来からの同期サンプリング動作に関連したあらゆる作業のタイムラインを示す。表されている３つのラインは、サンプルコマンドタイムライン２０１、走査動作タイムライン２０２およびデータ収集タイムライン２０４である。走査動作タイムライン２０２が、サンプリングデータを取得する要求のある無しに関わらず同期して動作することが分る。
【００４６】
タイムライン２０１上に、データのサンプリングに対する２つの要求２０６が示されており、それらのすぐ後を、タイムライン２０２上でライン走査またはサンプリング動作２０３が続き、それらはタイムライン２０４上の有効データの収集２０５の期間と一致している。同期動作の特徴に従って、タイムライン２０２上で「ライン走査」２０３として示されているような走査動作が、サンプリング要求２０６の発行に関わらず継続することが分る。かかる同期走査はエネルギを使用するが有用なデータを産出さない。コントローラまたはマイクロプロセッサは、後に不要な走査線（すなわち、有用なデータをまったく含まない走査線）を捨てることができる。
【００４７】
図３は、本発明の好ましい実施の形態による非同期サンプリングおよびリセット機能を採用する走査動作における一続きのステップ３００を示す。図３には、サンプル要求タイムライン３０３、リセットコマンドタイムライン３０１、走査動作タイムライン３０４およびデータ収集タイムライン３０５をそれぞれ表す４つのタイムラインが存在する。
【００４８】
好ましい実施の他の例では、走査機構は、データサンプリングに対する要求２０６によりデータをサンプリングするよう命令された場合にのみ、走査動作を実行しデータを収集する。そのため、かかるサンプリングによって生成されるデータが要求され走査中の画像のデジタル再現に使用することが予定される場合にのみ走査することにより、エネルギを節約することができる。タイムライン３０１は、リセットコマンド３０２の特徴をもたらす。センサにおけるランダムなエネルギの蓄積は、「暗電流」すなわち「センサドリフト」として周知であるが、この蓄積されたセンサエネルギを減少させるリセット機能により取除かれる。サンプリング動作２０３がアクティブでない時、このリセット機能が起動され、それによってセンサにおけるエネルギのいかなる蓄積も防止される。好ましくは、データに対する要求２０６が発行される直後に、リセット機能が停止され、センサが走査中の画像から放射される光に従うエネルギの蓄積を開始することができるようになる。
【００４９】
好ましい実施の形態では、センサの電気的出力を接地することにより、リセット機能が実現される。これは、限定はされないが、センサ出力を電気的接地または他の一定電圧レベルに接続するリセットスイッチと、センサを放電するがマイクロプロセッサが保持するデータを生成しない「ダミー」読出し動作の実行と、を含んでいる。
【００５０】
更にまたは代替的に、センサによる外来光の受光を最小化するために、センサに到達する光学データを操作することにより、センサノイズを低減するようにしてもよい。これを行うための機構には、限定はされないが、検知要素により光に対するすべてのアクセスをブロックする処理がある。一般に、上記「光ブロッキング」ステップでは、暗電流すなわちセンサドリフトに無関係なあり得るセンサエラー源を扱う。
【００５１】
本発明の他の実施の形態では、センサは、実際にサンプリングしていない時にエネルギすなわち「ノイズ」を蓄積することが可能となり、リセット機能３０２は、走査動作２０３の開始直前の短い期間のみにパルス駆動され、それによって、上記走査動作２０３に先立ってセンサのエネルギ蓄積を消耗させる。このリセット機能は、限定されないが、電圧ベースのセンサを接地または他の一定電圧レベルにショートされることを含む多くの機構によるか、またはセンサエネルギを消耗させる「ダミー」読出し動作を実行することによって実現することができる。
【００５２】
好ましくは、リセット機能を展開することにより、いかなる形態のサンプリング方式を使用する場合にもセンサ読取りの正確さが向上しなければならない。しかしながら、センサドリフトは一般に時間の経過に伴って増大するため、非同期サンプリング動作はより改善される。それは、センサドリフトが、特定の走査動作に先立ってセンサがどれくらいの期間アイドルであったかにより、あらゆる読出し動作間で一定ではない可能性が高いためである。従って、リセット機能は、非同期サンプリング動作に対して特に有益である。
【００５３】
好ましい実施の形態では、データ要求２０６が発行された後に、リセット機能がロー３０２に設定されることによりセンサがエネルギの蓄積を開始することができるようになる。そして、センサによって有効な画像データ２０５が収集される予め設定された期間に、走査動作２０３が行われる。
【００５４】
画像の走査および再現には、ある画像データが収集された位置の正確な表現が正確な光学データと同様に要求される。画像データが取得された知覚された位置にエラーをもたらす現象は、画像のサンプリングに対する要求とそのサンプリングの実行との間の遅延時間である。以下の動作シーケンスは、物体に沿って画像データが取得された正確な位置を決定するために、カウンタの使用と割込みパルスの使用を通してこの問題を処理している。
【００５５】
図４は、本発明の好ましい実施の形態により出力パルスの幾何学的中心を正確に決定するために線形補間を採用する走査動作におけるステップのシーケンスを示す。図４には、ナビゲーション位置タイムライン４０１、サンプル要求タイムライン４０２、ＬＥＤパルスタイムライン４０３、センサデータタイムライン４０４および割込みタイムライン４０５をそれぞれ表す５つのタイムラインが示されている。
【００５６】
なお、パルス４０７は、ＬＥＤ光が唯一の使用可能な選択肢であるあらゆるタイプの電磁気エネルギパルスであり、かかるタイプはすべて本発明の範囲内にあることが意図されている。パルスを発生させる送信機は、限定されないが可視光、赤外線、紫外線、レーダおよびマイクロ波送信を含む電磁波の実施形態を採用する。センサデータ４０８を収集するために使用されるセンサには、限定はされないが、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ、密着型画像センサ（ＣＩＳ）および他の可視光センサと、赤外線センサと、紫外線センサと、レーダと、マイクロ波センサと、がある。
【００５７】
タイムライン４０１は、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆとラベル付けされた走査軌跡に沿って一連の分離した既知の位置を示す。これら位置は、好ましくは、走査およびデータ処理動作を制御する計算装置によって予め知られているか、または、リアルタイムで計算されるようにしてもよい。計算装置は、専用のナビゲーションプロセッサであっても、他の適切な処理装置であってもよい。図４に示す動作シーケンスの目的は、走査装置の移動において画像データが取得される時点を最もよく表す点で割込みを発生させることである。この位置データは、割込みにより一旦取得されると、測定された画像データを関連付けられ、コンピュータメモリに適当に格納される。この割り込みは、ＬＥＤパルスの位置的中心で生成されるが、光の有限速度によるいかなる遅延も無視できるため、有効に実際には、同様に入力データの位置的中心も表す。従って、この説明の残りの部分では、出力パルスの中心は、入力データが受信された位置の有効な中心と同期していると考えられる。
【００５８】
タイムライン４０２上には、サンプル要求命令４１０が生成され、これは、タイムライン４０３に沿って示されている、所定の期間アクティブであり続けるＬＥＤ（または他の可視光）パルス４０７を駆動する。ＬＥＤまたは他の光源からの光は、走査中の物体から反射され、センサによって取込まれる。センサが反射されたエネルギを受信した後、走査されたばかりの物体の部分に関する光学情報を表すセンサまたは画素データ４０８が生成される。
【００５９】
代替的な実施の形態では、複数のＬＥＤが使用され同時に活性化される。また他の代替的な実施の形態では、走査される表面からの環境光の反射を用いて、光学サンプリングデータが取得され、ＬＥＤまたは他のスキャナ特有の光源の設置を省略してもよい。
【００６０】
本発明の好ましい実施の形態では、パルスの時間的かつ幾何学的な中心を示すために１つのカウンタが使用される。好ましくは、このカウンタは、走査動作の開始時にカウントを開始し、走査動作が完了するまで連続的に実行する。いかなるパルスの時間的中心をも決定するために、状態機械７２４は、そのパルスの開始時および終了時にカウンタ値をサンプリングし、その２つの値の平均を計算する。上記のように計算された計算済み平均は、好ましくは、パルスの正確な時間的中心を表し、その後好ましくは関連するパルス中に収集される光学的サンプリングデータに関連付けられる時間値を表すために使用される。例えば、走査動作における４番目のパルスに対し、Ｃi４はパルスの開始時におけるカウンタ値を表し、Ｃf４はパルスの終了時のカウンタ値を表すとすると、走査動作において、その４番目のパルスに対するサンプリングデータに関連付けられた時間値Ｔ４は、Ｔ４＝（Ｃi４＋Ｃf４）／２で表される。この場合、Ｔ４は、走査動作の開始に関する４番目のパルスの中心の時間における点を表すこととなる。
【００６１】
代替的な実施の形態において、カウンタからの情報は、ナビゲーション位置のうちの既知の位置と組み合わされることにより、そのパルスおよび関連するサンプリング動作の絶対位置が確立される。好ましくは、パルスの開始時に１つのカウンタがオンとされ、パルスの完了時にオフとされることにより、パルスの持続時間が有効に測定される。そして、このパルス持続時間測定が二等分にされることにより、パルスの開始と計算されたパルスの中心との間の時間の経過が決定される。その後、この時間の経過が使用されることにより、パルスの開始と中心との間の変位が決定される。そして、走査動作全体のコンテキストにおけるパルスの中心の位置は、最も最近のナビゲーションマーカまたはナビゲーション位置の既知の位置に対し予め計算された変位を付加することにより、決定することができる。
【００６２】
代替的な実施の形態において、パルスの中心における時点を決定するために２つのカウンタが採用される。好ましくは、第１のカウンタは、走査動作の開始から走査動作の終了まで連続的にカウントすることにより、走査動作の開始に関する絶対時間を追跡する。好ましくは、第２のカウンタは、各パルスの持続時間を測定するためだけに採用される。各パルスに対して第２のカウンタによって示される測定値を二等分にし、この値をパルスの開始時に記録された第１のカウンタの値に付加することにより、走査動作の開始に関するパルスの時間的中心を表す時間測定値が決定される。
【００６３】
例えば、複数のパルスを含み画像サンプリング動作に関連付けられた走査動作内において、その走査動作内の３番目のパルスの場合を考える。３番目のパルスの開始時のカウンタ１の値がＣi３ｉで表され、３番目のパルスの中心における時間の値がＴ3で表されるものとする。カウンタ２で測定されるようなパルスの持続時間は、Ｃ2で表されるものとする。好ましい実施の形態によれば、走査動作の３番目のパルスの中心における時間の値の計算を表す式は、Ｔ3＝Ｃi３ｉ＋Ｃ2／２で表される。好ましくは、カウンタを２つ使用する実施の形態では、第１のカウンタがカウントする割合は、走査中の物体に対する走査装置の速度に実質的に比例する。他の代替的な実施の形態では、いかなる数のカウンタも使用することができ、かかる実施の形態はすべて本発明の範囲内にある。
【００６４】
本発明の好ましい実施の形態では、タイムライン４０５は、パルスの中心が発生する時点を示す割込み４０９を含む。ＬＥＤパルスの時間的中心は、好ましくは、サンプリング動作の期間中走査表面に沿ったＬＥＤおよびセンサの移動の幾何学的中心に時間的に非常に近接した地点で発生する。それは、走査装置が、上記サンプリング動作中に実質的に一定の速度で移動するためである。なお、サンプリング動作時に決定される状態に基づき、パルスの長さは動作毎に変化するものである。いかなる持続時間のパルスも、本発明の範囲内にあることが意図されている。
【００６５】
代替的な実施の形態では、上述したものと異なる手段により、サンプリング動作の幾何学的中心をプロセッサに通知することができる。その手段として、限定はされないが、ピーク照明が発生する時を示す光強度センサ、所望のサンプリング点に近接したセンサを検出する位置センサ、パルス全体の持続時間を測定してこの情報をプロセッサに送信することにより、プロセッサがパルスの中間点が発生した時点を決定することができるようにするカウンタ、および、ＬＥＤを用いてオンおよびオフすることにより、サンプリング動作中のセンサの移動合計を測定し、この移動合計情報をプロセッサに送信することによって、プロセッサがサンプリング動作の幾何学的中心を計算することができるようにする距離測定装置がある。
【００６６】
好ましい実施の形態では、ナビゲーションプロセッサまたは他のプロセッサは、タイムライン４０１に示されている分離した既知の位置またはナビゲーションマーカＡ〜Ｆの位置についての知識を有している。また、ナビゲーションプロセッサは、あらゆるナビゲーションマーカ間の時間を正確に追跡することができる。従って、パルスの中心に到達したことを示す割込み４０９が受信されると、ナビゲーションプロセッサは、センサが先行するおよび後続のナビゲーションマーカに対してどこにあるかを知り、線形または非線形の補間を使用して、センサ走査方向に沿ったパルスの位置に対応する正確な位置を計算する。
【００６７】
好ましくは、この調整された位置情報は、「要求サンプル」命令が発行された位置とは異なっているが、後にその位置について取得された画像データと適当に関連付けられメモリに格納され、それにより、存在する位置情報の補正によって「要求サンプル」位置データが使用されるようになる。
【００６８】
好ましい実施の形態では、補間計算はここで示されているように実現される。以下の式において、Ｘ（ｃ）は、可視光パルスによって照明された領域内のセンサの移動の幾何学的中心を表す。センサが初期ナビゲーションマーカに到達する時は、Ｔ（Ｍ１）で示される。センサが続くナビゲーションマーカに到達する時は、Ｔ（Ｍ２）である。センサが光パルスによって照明された領域内の移動の中心に到達する時は、Ｔ（ｃ）で示される。初期および続くナビゲーションマーカの位置は、Ｘ（Ｍ１）およびＸ（Ｍ２）でそれぞれ示される。光パルスによって照明される領域の幾何学的中心Ｘ（ｃ）を決定する式は、
Ｘ（ｃ）＝Ｘ（Ｍ１）＋［｛Ｔ（ｃ）−Ｔ（Ｍ１）｝
／｛Ｔ（Ｍ２）−Ｔ（Ｍ１）｝］×［Ｘ（Ｍ２）−Ｘ（Ｍ１）］
となる。
【００６９】
図５は、本発明の好ましい実施の形態による位置補間を採用することにより、有限時間遅延によるエラーが補正されるステップのシーケンス５００を示す。図５は、図４に示すものと同様のステップのシーケンスを示し、それに、サンプル要求タイムライン４０１上に示される時間遅延５０１が付加されている。この時間遅延５０１は、サンプル要求命令４０７と、好ましくはＬＥＤパルス機構に関連したカウンタによって報告されるようなかかる要求からの結果であるＬＥＤパルス４０７の中心と、の間時間の遅延を表す。好ましくは、図４に関連して説明した補間が、走査中の物体に対する走査装置の速度によって乗算された時間遅延５０１によって、画像サンプルに関連した位置データを補正するよう作用する。画像サンプルに関連した位置データを補正する目的で、線形または非線形のいずれの補間を採用してもよい。
【００７０】
本発明の代替的な実施の形態において、実際のサンプル５０２の位置またはＬＥＤパルスの中心の補間計算における変数として速度を含むことにより、時間遅延５０１をより精密に計算することができる。センサと走査中の物体との間の一定の相対速度を推定するのではなく、ナビゲーションマーカ４０６間で経過した時間に基づいて相対速度を計算することができる（図４）。その後、ＬＥＤパルスに関連したカウンタが上記パルスの中心を報告すると、ナビゲーションプロセッサまたは他の適切な処理装置は、走査機構の現速度と、ＬＥＤパルスの中心を表す割込みの時点と、先行および後続するナビゲーションマーカの位置に関するプロセッサの知識と、を使用して、サンプルの実際の位置を計算する。
【００７１】
図６は、本発明の好ましい実施の形態により、予測的サンプリングを採用することによりサンプリングを所望の位置で発生させることが可能となるステップのシーケンス６００を示す。
【００７２】
図４および図５に関して説明した補間計算は、ＬＥＤパルスの発生および反射されたエネルギの測定の作用の後に画像データに関連した位置データを補正することを目的としている。しかしながら、センサ速度と遅延時間５０１（図５）との知識を用いて、ＬＥＤパルスに対する要求を発行するためにサンプリング動作に対する所望の位置からどれだけ離れているかを決定することが可能となる。従って、サンプリング動作の実行の値に位置的エラーすなわちオフセットを計算するのではなく、最初にサンプルを正確に正しい位置に置くことができる。
【００７３】
本発明の好ましい実施の形態では、ナビゲーションプロセッサには、タイムライン６０１に沿って示されているように所望のサンプル位置６０４が知らされ、ナビゲーションプロセッサは、結果としてのＬＥＤパルス４０７の幾何学的中心６０５が所望のサンプル位置６０４と正確に一致するために、サンプルデータに対する要求が発行されるべき時間の予測点６０３を計算する。好ましいイベントのシーケンスにおいて、予測点６０３は、ナビゲーションプロセッサによって計算され、サンプル要求は、タイムライン６０２に沿って示されているように時間の予測点６０３において生成される。タイムライン４０３上に示されるＬＥＤパルス４０７は、好ましくは、サンプル要求が実行された直後に開始し、その中心６０５が所望のサンプル位置６０４と一致する。予測サンプル要求６０３の発行により、好ましくは、画像データの収集の値に予測サンプルに対する、収集された画像データに関連する位置データのいかなる算術補正をも不要となる。
【００７４】
好ましくは、予測サンプル要求が発行される地点は、先行するサンプリング動作において決定された遅延時間５０１（図５）と、走査中の物体に対する走査装置の速度と、ナビゲーションマーカ（図４）の位置と、を用いて計算される。パルスの中心がナビゲーションマーカの位置と一致することが望まれる場合、ナビゲーションプロセッサは、既知の遅延時間５０１とスキャナ速度との積をナビゲーションマーカの位置から減算することにより、予測要求サンプル（幾何学的）点６０３を決定する。距離に関し、予測点の計算についての式は、以下のように表される。
予測点＝ナビゲーションマーカ点−（スキャナ速度×遅延時間）
時間についての予測点を表す場合、適当な式は
予測点（ｔ）＝ナビゲーション（時）−遅延時間となる。
【００７５】
好ましい実施の形態では、上述したように計算された予測点においてサンプル要求が発行されることにより、画像データが収集された後に位置データのいかなる補正をも実行する必要がなくなる。しかしながら、代替的に、ＬＥＤパルスの中心を更に正確に示すことを保証するために、予測とサンプル後の補正方法とを組合せてもよい。具体的には、サンプル要求は、点６０３（図６）で予測的に発行され、ナビゲーションプロセッサは、ＬＥＤパルス４０７の中心を表す割込み４０９（図４）が所望のナビゲーションマーカと一致している否かを判断する。ＬＥＤパルスを示すパルスと所望のサンプル位置との間に不一致がある場合、ナビゲーションプロセッサは、それに従って画像サンプルに関連する位置データを調整することができる。
【００７６】
図７は、本発明の好ましい実施の形態によるナビゲーションシステム装置７００を示す。この実施の形態では、センサ装置の２つのブランチが、走査動作に関する情報を処理し、それら各タイプの情報をメモリ７３０に格納する。メモリは、ＲＡＭ、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤまたは他の形態のデジタル記憶装置を含む。ナビゲーション位置情報は、第１のブランチ７１０に沿って搬送され、光学情報は第２のブランチ７２０に沿って搬送される。
【００７７】
第１のブランチ７１０において、ＬＥＤ７１１は、走査中の表面に向かって光りを放出し、その光はナビゲーションセンサ７１２に向かって反射される。ナビゲーションセンサのタスクは、走査表面の光学特性を評価することではなく走査表面に沿って移動された距離を追跡することである。その後、ナビゲーションセンサ７１２からのデータは、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）７１３に送信され、デジタル化される。そして、デジタル化情報はＡＤＣ７１３からナビゲーションプロセッサ７１４に送信されて処理される。ナビゲーションプロセッサ７１４は、好ましくは、あらゆる動作および演算を実行するためにそれ自体の専用のメモリ７１５を有しており、それは好ましくはＤＲＡＭメモリである。そして、ナビゲーションプロセッサは、特定の光学サンプリング動作に関連する位置情報をメモリ７３０に送信し、そこで位置情報は走査画像を後にデジタル再構成するために格納される。代替的な実施の形態では、ナビゲーションプロセッサは画像および位置データを内部的に格納することにより、いかなる形態の外部メモリ装置をも不要とする。
【００７８】
好ましくは、ナビゲーションセンサ７１２は、固定の間隔で画像からサンプルを取得するセンサアレイを含む。そして、好ましくは、ナビゲーションプロセッサ７１４は、その固定の間隔で取得された連続する画像サンプルを比較することにより、画像と走査中の画像に対するナビゲーションセンサの絶対位置との間の距離を決定する。代替的な実施の形態では、ローラまたはエンコーダシステムを採用することにより、画像に沿ったナビゲーションセンサ７１２の移動を測定することができる。
【００７９】
好ましい実施の形態では、ナビゲーションプロセッサ７１４は、センサをリセットするステップに対してコントローラおよびタスクマスタ全体として動作して、センサがデータの収集を開始することができるようにし、適当な時刻にＬＥＤまたは他の光源を駆動し、ＬＥＤの照明期間の時間的中心を示すパルスを受信する。また、これら起動は、限定されないがプログラマブルロジックコントローラおよびパーソナルコンピュータを含む多くのインテリジェント装置によって実行することができ、かかる実施の形態はすべて、本発明の範囲内にあることが意図されている。
【００８０】
好ましい実施の形態において、リセット機能７２５により、光学センサ７２２のリセットが可能となる。状態機械７２４と光学センサ７２２との間には、リセット機能７２５の動作を可能とするために専用の物理的接続が実装されている。
【００８１】
好ましい実施の形態では、情報取得および送信装置の第２のブランチ７２０は、走査される表面に向かって光を放出するＬＥＤ７１１を有しており、この光は、レンズまたは他の光学装置７２１向かって反射され光学センサ７２２に取込まれる。光学センサは、好ましくは、光学エネルギを結果としてのデータをコンピュータが操作するためにより容易にデジタル化される形態に変換する。好ましくは、光学情報は、測定された光エネルギの強度に比例する電圧に変換される。この目的で使用可能なセンサには、限定されないが、電荷結合素子（ＣＣＤ）および密着型画像センサ（ＣＩＳ）がある。光学情報を電圧に変換した後、ＡＤＣ７２３が電圧をデジタルデータに変換し、続いてこの情報を専用の状態機械７２４に送信する。
【００８２】
代替的な実施の形態において、走査中の物体からの光エネルギは、後続するデジタル化のための電圧以外の量に変換してもよく、これには、限定されないが、修正光エネルギ源、磁気波、熱エネルギおよび圧力がある。
【００８３】
好ましくは、専用の状態機械７２４が、光学データに対する信号処理動作を実行する。これには、隣接する画素間の値の鮮明な差を緩和することにより画像を平滑にすることと、センサおよびＬＥＤにおける不規則性およびセンサドリフトを補正することと、光学データの各パッケージが、ブランチ７１０において決定された位置情報にタグ付けされているか、または一意に関連付けられているメモリ７３０の位置に、結果としてのデータを格納することと、が含まれる。
【００８４】
図８は、走査される表面の上に配置された好ましい実施の形態のナビゲーションシステムを示す。幾何学的ライン８０１は、走査される画像に沿った幾何学的ラインを表す。
【００８５】
好ましい実施の形態では、センサ装置７２０は、必要な場所でセンシングコマンドの起動を実行しながら幾何学的ライン８０１に沿って移動する。センサ装置７２０は、幾何学的ライン８０１に沿った上部点予測点８０３にある時にＬＥＤ７１１のパルスが駆動されることにより、ＬＥＤパルス８０５の中心が最適な点で発生するように、決定する。これにより、本発明の機構によって、上部点８０４で取得された画像サンプリングデータに関連するデータの位置の高度な正確性を保証することができる。
【００８６】
好ましい実施の形態では、画像データ自体の正確性を保証するために、専用状態機械７２４が、ＬＥＤ７１１の駆動命令に先立ってリセット機能７２５により光学センサ７２２をリセットするよう作用する。これにより、専用状態機械７２４は、光学センサ７２２によって処理される結果としての画像データ測定値から暗電流を実質的に除去することを保証することができる。光学センサ７２２のリセット処理は、上述したサンプリング動作の開始前にセンサ７２２を連続的にリセット状態に保持することによるか、または、上記サンプリング動作を開始する直前に短いパルスを発行することにより、行われる。要素８０２は、上述したサンプリング動作中にＬＥＤ７１１によって照明される幾何学的ライン８０１に沿った長さを示す。
【００８７】
以上、本発明の実施例について詳述したが、以下、本発明の各実施態様の例を示す。
【００８８】
（実施態様１）
以下の（ａ）から（ｃ）を有する、走査動作において正確なデータを取得するシステム、
（ａ）走査される物体（１０１）からの光を測定する少なくとも１つの光学センサ（１０３）であって、該少なくとも１つの光学センサ（１０３）は、該光に応じて、該少なくとも１つの光学センサ（１０３）内部に測定レベルを確立し、
（ｂ）光学サンプリング動作に先立って前記測定レベルをゼロにリセットすることによって、該光学サンプリング動作の前に前記少なくとも１つの光学センサにおける前記測定レベルのセンサドリフト成分を除去するリセットスイッチ（１０７）と、
（ｃ）前記センサが各前記光学サンプリング動作の幾何学的中心（５０２）に到達した時に当該システムに送信する割り込み信号（４０９）であって、該割り込み信号（４０９）は、該システムが正確な位置データを各前記光学サンプリング動作において収集した光学データに関連付けることができる。
【００８９】
（実施態様２）
前記光学サンプリング動作は、非同期に実行されることを特徴とする実施態様１記載のシステム。
【００９０】
（実施態様３）
前記リセットスイッチ（１０７）は、前記光学サンプリング動作間において常に前記少なくとも１つのセンサ（１０３）における前記測定レベルをゼロに維持するように動作することを特徴とする実施態様１記載のシステム。
【００９１】
（実施態様４）
前記割込み信号を生成するカウンタを更に具備することを特徴とする実施態様１記載のシステム。
【００９２】
（実施態様５）
以下の（ａ）から（ｄ）のステップを含む、走査動作において位置データを光学データに正確に関連付ける方法、
（ａ）走査移動の方向に沿った、光学データの収集を所望する点であって、初期ナビゲーションマーカ（４０６）である点を識別するステップと、
（ｂ）前記初期ナビゲーションマーカに対して一定である点において少なくとも１つのセンサにより光学データ収集を開始するステップと、
（ｃ）前記光学データ収集中に走査される物体（１０１）に対し前記少なくとも１つのセンサの移動の中心（５０２）に対応する位置を識別するステップと、
（ｄ）前記少なくとも１つのセンサの前記移動の中心に対応する位置を前記光学データ収集中に収集された光学データと関連付けるステップとを含み、
前記光学データ収集では、前記光学データ収集を開始するステップと前記少なくとも１つのセンサ（１０３）が前記移動の中心に達する時刻との間に遅延時間があることを特徴とする方法。
【００９３】
（実施態様６）
前記光学データ収集は、前記初期ナビゲーションマーカ（４０６）において開始されることを特徴とする実施態様５記載の方法。
【００９４】
（実施態様７）
前記少なくとも１つのセンサが該少なくとも１つのセンサの移動の中心に達した時を示す信号を生成することにより、該移動の中心に到達した時点を確立するステップを更に含むことを特徴とする実施態様６記載の方法。
【００９５】
（実施態様８）
以下の（ａ）から（ｃ）のステップを含む、走査動作において光学データサンプルを正確に位置付ける方法、
（ａ）走査移動の方向に沿った、光学サンプリング動作が望まれる幾何学的点（６０４）を識別するステップであって、前記幾何学的点の識別が前記走査動作中の時点を一意に識別し、該時点が所望のサンプリング時刻であり、前記幾何学的点が所望のサンプリング位置であるステップと、
（ｂ）前記光学的サンプリング動作の開始と該光学サンプリング動作の中心点との間の遅延期間（５０１）を決定するステップと、
（ｃ）前記所望のサンプリング時刻に先立つ１つの遅延期間の時点において前記サンプリング動作を開始することにより、前記所望のサンプリング時刻と該光学的サンプリング動作の中心点とを一致させるステップ。
【００９６】
（実施態様９）
前記光学サンプリング動作は、完了するためにある期間かかり、該期間がサンプリング期間であり、前記遅延時間は、前記サンプリング期間の１／２に等しいことを特徴とする実施態様８記載の方法。
【００９７】
（実施態様１０）
前記サンプリング動作に、固定量の光エネルギが関連付けられており、前記光学サンプリング動作の前記中心点は、該中心点に先立ってサンプリングされた光エネルギの量が、該中心点の後にサンプリングされた光エネルギの量と等しい点であることを特徴とする実施態様８記載の方法。
【００９８】
本発明およびその利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲に示されているような本発明の精神および範囲から逸脱しないで、あらゆる変更、代用および代替を実行することができる、ということは理解されるべきである。更に、本出願の範囲は、本明細書で述べられたプロセス、マシン、製品、合成物、手段、方法およびステップの特定の実施の形態に限定されることが意図されていない。当業者が本発明の開示から容易に認めるように、本発明に従って、ここで説明された対応する実施の形態と実質的に同じ機能を実行するか、または、実質的に同じ結果に達する、現存しまたは後に開発されるべきプロセス、マシン、製品、合成物、手段、方法またはステップを利用することができる。従って、添付の特許請求の範囲は、かかるプロセス、マシン、製品、合成物、手段、方法またはステップをその範囲ないに含めることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の好ましい実施形態により走査動作の実行およびその走査動作からのデータの処理に適した装置を示す図である。
【図２】従来技術による同期サンプリング方式による走査動作の一続きのステップを示す図である。
【図３】本発明の好ましい実施形態による非同期サンプリングおよびリセット機能を採用するサンプリング動作の一続きのステップを示す図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態により、出力パルスの幾何学的中心を正確に決定するために線形補正を採用する走査動作におけるステップのシーケンスを示す図である。
【図５】本発明の好ましい実施形態による位置補正のみを採用して有限の時間遅延によるエラーが補正されるステップのシーケンスを示す図である。
【図６】本発明の好ましい実施形態により、予測的サンプリングが採用されることにより所望の位置でのサンプリングの発生が可能となるステップのシーケンスを示す図である。
【図７】本発明の動作の実行に適した好ましい実施形態のナビゲーションシステム装置を示す図である。
【図８】走査対象の表面の上に配置された好ましい実施形態のナビゲーションシステム装置を示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
１０１  画像
１０３  センサ
１０７  リセットコマンド
４０６  ナビゲーションマーカ
４０９  割込み信号
５０１  時間遅延
５０２  サンプル位置
６０４  サンプル位置
【図１】
2006121739.tif 000003
【図２】
2006121739.tif 000004
【図３】
2006121739.tif 000005
【図４】
2006121739.tif 000006
【図５】
2006121739.tif 000007
【図６】
2006121739.tif 000008
【図７】
2006121739.tif 000009
【図８】
2006121739.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月27日(2005.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査動作において正確なデータを取得するシステムであって、
走査される物体からの光を測定する少なくとも１つの光学センサであって、該光に応じて、その内部に測定レベルを決定する光学センサと、
前記光学センサによって行われる光学的サンプリング動作に先立って前記測定レベルをゼロにリセットすることによって、該光学的サンプリング動作の前に前記少なくとも１つの光学センサにおける前記測定レベルのセンサドリフト成分を除去するリセットスイッチとを備え、
前記走査動作において前記光学センサが移動し、該光学センサが各前記光学的サンプリング動作の幾何学的中心に到達した時に、当該システムに割り込み信号が送信されることによって正確な位置データを各前記光学的サンプリング動作において収集した光学データに関連付けるように構成されたシステム。
【請求項２】
前記光学的サンプリング動作は、非同期に実行されることを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記リセットスイッチは、前記光学的サンプリング動作間において常に前記少なくとも１つのセンサにおける前記測定レベルをゼロに維持するように動作することを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記割込み信号を生成するカウンタを更に具備することを特徴とする請求項１記載のシステム。
【請求項５】
走査動作において位置データを光学データに正確に関連付ける方法であって、
走査移動の方向に沿った、前記光学データの収集を所望する点であって且つ初期ナビゲーションマーカである点を識別するステップと、
前記初期ナビゲーションマーカに対して決定された点において少なくとも１つのセンサにより前記光学データの収集を開始するステップと、
前記光学データの収集中に前記センサが移動することによって走査される物体に対し前記少なくとも１つのセンサの移動の中心に対応する位置を識別するステップと、
前記少なくとも１つのセンサの前記移動の中心に対応する位置を前記光学データの収集中に収集された光学データと関連付けるステップと
を含み、
前記光学データの収集では、前記光学データの収集を開始するステップと前記少なくとも１つのセンサが前記移動の中心に達する時刻との間に遅延時間があり、前記決定された点は、初期ナビゲーションマーカの時点を示す値から前記遅延時間を減算することによってその時点が決定され、前記初期ナビゲーションマーカの位置を示す値から、前記センサの移動速度と前記遅延時間との積を減算することによってその位置が決定された点であることを特徴とする方法。
【請求項６】
走査動作においてサンプリングした光学データを正確に位置付ける方法であって、
走査移動の方向に沿った、光学的サンプリング動作が望まれる幾何学的点を識別するステップであって、前記幾何学的点を識別することによって前記走査動作中の時点が一意に識別され、該時点が所望のサンプリング時刻であり、前記幾何学的点が所望のサンプリング位置である、ステップと、
前記光学的サンプリング動作の開始と該光学的サンプリング動作の中心点との間の遅延時間を決定するステップと、
前記所望のサンプリング時刻から、１つの前記遅延時間分、早い時点において前記光学的サンプリング動作を開始することにより、前記所望のサンプリング時刻と該光学的サンプリング動作の中心点とを一致させるステップと
を有する方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
タイムライン２０１上に、データのサンプリングに対する２つの要求２０６が示されており、それらのすぐ後を、タイムライン２０２上でライン走査またはサンプリング動作２０３が続き、それらはタイムライン２０４上の有効データの収集２０５の期間と一致している。同期動作の特徴に従って、タイムライン２０２上で「ライン走査」２０３として示されているような走査動作が、サンプリング要求２０６の発行に関わらず継続することが分る。かかる同期走査はエネルギを使用するが有用なデータを産出しない。コントローラまたはマイクロプロセッサは、後に不要な走査線（すなわち、有用なデータをまったく含まない走査線）を捨てることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
更にまたは代替的に、センサによる外来光の受光を最小化するために、センサに到達する光学データを操作することにより、センサノイズを低減するようにしてもよい。これを行うための機構には、限定はされないが、検知要素により光に対するすべてのアクセスをブロックする処理がある。一般に、上記「光ブロッキング」ステップでは、暗電流すなわちセンサドリフトに無関係に発生し得るセンサエラーを扱う。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
好ましい実施の形態では、データ要求２０６が発行された後に、リセット機能がロー３０２に設定されることによりセンサがエネルギの蓄積を開始することができるようになる。そして、センサによって有効な画像データが収集される予め設定された期間２０５に、走査動作２０３が行われる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
画像の走査および再現には、ある画像データが収集された位置の正確な表現が正確な光学データと同様に要求される。画像のサンプリングに対する要求とそのサンプリングの実行との間の遅延時間によって、画像データを取得した位置が誤って認識されるという現象が起こる。以下の動作シーケンスは、物体に沿って画像データが取得された正確な位置を決定するために、カウンタの使用と割込みパルスの使用を通してこの問題を処理している。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
本発明の好ましい実施の形態では、パルスの時間的かつ幾何学的な中心を示すために１つのカウンタが使用される。好ましくは、このカウンタは、走査動作の開始時にカウントを開始し、走査動作が完了するまで連続的に実行する。いかなるパルスの時間的中心をも決定するために、専用の状態機械７２４は、そのパルスの開始時および終了時にカウンタ値をサンプリングし、その２つの値の平均を計算する。上記のように計算された計算済み平均は、好ましくは、パルスの正確な時間的中心を表し、その後好ましくは関連するパルス中に収集される光学的サンプリングデータに関連付けられる時間値を表すために使用される。例えば、走査動作における４番目のパルスに対し、Ｃi４はパルスの開始時におけるカウンタ値を表し、Ｃf４はパルスの終了時のカウンタ値を表すとすると、走査動作において、その４番目のパルスに対するサンプリングデータに関連付けられた時間値Ｔ４は、Ｔ４＝（Ｃi４＋Ｃf４）／２で表される。この場合、Ｔ４は、走査動作の開始に関する４番目のパルスの中心の時間における点を表すこととなる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
代替的な実施の形態において、カウンタからの情報は、ナビゲーション位置のうちの既知の位置と組み合わされることにより、そのパルスおよび関連するサンプリング動作の絶対位置が確立される。好ましくは、パルスの開始時に１つのカウンタがオンとされ、パルスの完了時にオフとされることにより、パルスの持続時間が有効に測定される。そして、このパルス持続時間測定が二等分にされることにより、パルスの開始と計算されたパルスの中心との間の時間の経過が決定される。その後、この時間の経過が使用されることにより、パルスの開始と中心との間の変位が決定される。そして、走査動作全体から見て、パルスの中心の位置は、最も最近のナビゲーションマーカまたはナビゲーション位置の既知の位置に対し予め計算された変位を付加することにより、決定することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
図５は、本発明の好ましい実施の形態による位置補間を採用することにより、有限時間遅延によるエラーが補正されるステップのシーケンス５００を示す。図５は、図４に示すものと同様のステップのシーケンスを示し、それに、サンプル要求タイムライン４０２上に示される時間遅延５０１が付加されている。この時間遅延５０１は、サンプル要求命令４１０と、好ましくはＬＥＤパルス機構に関連したカウンタによって報告されるようなかかる要求からの結果であるＬＥＤパルス４０７の中心と、の間時間の遅延を表す。好ましくは、図４に関連して説明した補間が、走査中の物体に対する走査装置の速度によって乗算された時間遅延５０１によって、画像サンプルに関連した位置データを補正するよう作用する。画像サンプルに関連した位置データを補正する目的で、線形または非線形のいずれの補間を採用してもよい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７６】
図７は、本発明の好ましい実施の形態によるナビゲーションシステム装置７００を示す。この実施の形態では、センサ装置の２つの処理経路において、走査動作に関する情報を処理し、それら各タイプの情報をメモリ７３０に格納する。メモリは、ＲＡＭ、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤまたは他の形態のデジタル記憶装置を含む。ナビゲーション位置情報は、第１の処理経路７１０に沿って搬送され、光学情報は第２の処理経路７２０に沿って搬送される。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
第１の処理経路７１０において、ＬＥＤ７１１は、走査中の表面に向かって光りを放出し、その光はナビゲーションセンサ７１２に向かって反射される。ナビゲーションセンサのタスクは、走査表面の光学特性を評価することではなく走査表面に沿って移動された距離を追跡することである。その後、ナビゲーションセンサ７１２からのデータは、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）７１３に送信され、デジタル化される。そして、デジタル化情報はＡＤＣ７１３からナビゲーションプロセッサ７１４に送信されて処理される。ナビゲーションプロセッサ７１４は、好ましくは、あらゆる動作および演算を実行するためにそれ自体の専用のメモリ７１５を有しており、それは好ましくはＤＲＡＭメモリである。そして、ナビゲーションプロセッサは、特定の光学サンプリング動作に関連する位置情報をメモリ７３０に送信し、そこで位置情報は走査画像を後にデジタル再構成するために格納される。代替的な実施の形態では、ナビゲーションプロセッサは画像および位置データを内部的に格納することにより、いかなる形態の外部メモリ装置をも不要とする。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
好ましい実施の形態において、リセット機能７２５により、光学センサ７２２のリセットが可能となる。専用の状態機械７２４と光学センサ７２２との間には、リセット機能７２５の動作を可能とするために専用の物理的接続が実装されている。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
好ましい実施の形態では、情報取得および送信処理が行われる第２の処理経路７２０は、走査される表面に向かって光を放出するＬＥＤ７１１を有しており、この光は、レンズまたは他の光学装置７２１に向かって反射され光学センサ７２２に取込まれる。光学センサは、好ましくは、光学エネルギを結果としてのデータをコンピュータが操作するためにより容易にデジタル化される形態に変換する。好ましくは、光学情報は、測定された光エネルギの強度に比例する電圧に変換される。この目的で使用可能なセンサには、限定されないが、電荷結合素子（ＣＣＤ）および密着型画像センサ（ＣＩＳ）がある。光学情報を電圧に変換した後、ＡＤＣ７２３が電圧をデジタルデータに変換し、続いてこの情報を専用の状態機械７２４に送信する。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８３】
好ましくは、専用の状態機械７２４が、光学データに対する信号処理動作を実行する。これには、隣接する画素間の値の鮮明な差を緩和することにより画像を平滑にすることと、センサおよびＬＥＤにおける不規則性およびセンサドリフトを補正することと、光学データの各パッケージが、第１の処理経路７１０において決定された位置情報にタグ付けされているか、または一意に関連付けられているメモリ７３０の位置に、結果としてのデータを格納することと、が含まれる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
好ましい実施の形態では、センサ装置７２０は、必要な場所でセンシングコマンドの起動を実行しながら幾何学的ライン８０１に沿って移動する。センサ装置７２０は、幾何学的ライン８０１に沿った予測点８０３にある時にＬＥＤ７１１のパルスが駆動されることにより、ＬＥＤパルス８０５の中心が最適な点で発生するように、決定する。これにより、本発明の機構によって、サンプリング点８０４で取得された画像サンプリングデータに関連するデータの位置の高度な正確性を保証することができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
好ましい実施の形態では、画像データ自体の正確性を保証するために、専用の状態機械７２４が、ＬＥＤ７１１の駆動命令に先立ってリセット機能７２５により光学センサ７２２をリセットするよう作用する。これにより、専用の状態機械７２４は、光学センサ７２２によって処理される結果としての画像データ測定値から暗電流を実質的に除去することを保証することができる。光学センサ７２２のリセット処理は、上述したサンプリング動作の開始前にセンサ７２２を連続的にリセット状態に保持することによるか、または、上記サンプリング動作を開始する直前に短いパルスを発行することにより、行われる。要素８０２は、上述したサンプリング動作中にＬＥＤ７１１によって照明される幾何学的ライン８０１に沿った長さを示す。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
（実施態様１）
以下の（ａ）から（ｃ）を有する、走査動作において正確なデータを取得するシステム、
（ａ）走査される物体（１０１）からの光を測定する少なくとも１つの光学センサ（１０３）であって、該光に応じて、該少なくとも１つの光学センサ（１０３）内部に測定レベルを決定する光学センサと、
（ｂ）光学サンプリング動作に先立って前記測定レベルをゼロにリセットすることによって、該光学サンプリング動作の前に前記少なくとも１つの光学センサにおける前記測定レベルのセンサドリフト成分を除去するリセットスイッチ（１０７）と、
（ｃ）前記センサが各前記光学サンプリング動作の幾何学的中心（５０２）に到達した時に当該システムに送信する割り込み信号（４０９）であって、該割り込み信号（４０９）は、該システムが正確な位置データを各前記光学サンプリング動作において収集した光学データに関連付けることができる。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９２】
（実施態様５）
以下の（ａ）から（ｄ）のステップを含む、走査動作において位置データを光学データに正確に関連付ける方法、
（ａ）走査移動の方向に沿った、光学データの収集を所望する点であって、初期ナビゲーションマーカ（４０６）である点を識別するステップと、
（ｂ）前記初期ナビゲーションマーカに対して決定された点において少なくとも１つのセンサにより光学データ収集を開始するステップと、
（ｃ）前記光学データ収集中に走査される物体（１０１）に対し前記少なくとも１つのセンサの移動の中心（５０２）に対応する位置を識別するステップと、
（ｄ）前記少なくとも１つのセンサの前記移動の中心に対応する位置を前記光学データ収集中に収集された光学データと関連付けるステップとを含み、
前記光学データ収集では、前記光学データ収集を開始するステップと前記少なくとも１つのセンサ（１０３）が前記移動の中心に達する時刻との間に遅延時間があり、前記決定された点は、初期ナビゲーションマーカの時点を示す値から前記遅延時間を減算することによってその時点が決定され、前記初期ナビゲーションマーカの位置を示す値から、前記センサの移動速度と前記遅延時間との積を減算することによってその位置が決定された点であることを特徴とする方法。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
（実施態様７）
前記少なくとも１つのセンサが該少なくとも１つのセンサの移動の中心に達した時を示す信号を生成することにより、該移動の中心に到達した時点を決定するステップを更に含むことを特徴とする実施態様６記載の方法。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
（実施態様８）
以下の（ａ）から（ｃ）のステップを含む、走査動作において光学データサンプルを正確に位置付ける方法、
（ａ）走査移動の方向に沿った、光学サンプリング動作が望まれる幾何学的点（６０４）を識別するステップであって、前記幾何学的点の識別が前記走査動作中の時点を一意に識別し、該時点が所望のサンプリング時刻であり、前記幾何学的点が所望のサンプリング位置であるステップと、
（ｂ）前記光学的サンプリング動作の開始と該光学サンプリング動作の中心点との間の遅延期間（５０１）を決定するステップと、
（ｃ）前記所望のサンプリング時刻から、１つの前記遅延時間分、早い時点において前記サンプリング動作を開始することにより、前記所望のサンプリング時刻と該光学的サンプリング動作の中心点とを一致させるステップ。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
本発明およびその利点を詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲に示されているような本発明の精神および範囲から逸脱しないで、あらゆる変更、代用および代替を実行することができる、ということは理解されるべきである。更に、本出願の範囲は、本明細書で述べられたプロセス、マシン、製品、構成要素、手段、方法およびステップの特定の実施の形態に限定されることが意図されていない。当業者が本発明の開示から容易に認めるように、本発明に従って、ここで説明された対応する実施の形態と実質的に同じ機能を実行するか、または、実質的に同じ結果に達する、現存しまたは後に開発されるべきプロセス、マシン、製品、構成要素、手段、方法またはステップを利用することができる。従って、添付の特許請求の範囲は、かかるプロセス、マシン、製品、構成要素、手段、方法またはステップをその範囲内に含めることが意図されている。