JPH0774896A

JPH0774896A - 握持用光学式スキャナ

Info

Publication number: JPH0774896A
Application number: JP6064602A
Authority: JP
Inventors: Charles H Mcconica; チャールズ・エイチ・マコニカ; Eric F Aas; エリック・エフ・アアス; Richard L Kochis; リチャード・エル・コーチス; Dan L Dalton; ダン・エル・ダルトン; Eugene A Miksch; ユージーン・エイ・ミクシュ
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1993-03-15
Filing date: 1994-03-08
Publication date: 1995-03-17
Also published as: EP0616461B1; EP0616461A2; EP0616461A3; DE69412315T2; US5306908A; DE69412315D1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】オペレータが最適な走査速度以上の速度で走
査することを防止でき、快適走査感を味わえ、かつ必要
な画像データの損失や歪みの発生を防止でき、走査プロ
セスの時間を短縮できる握持用光学式スキャナを提供す
る。【構成】オペレータが握持して対象物の走査面上を走
査するハウジングにＤＣモータ５０により駆動される歯
車およびローラ・アセンブリ１０４を取り付け、ローラ
・アセンブリを対象物の上方で所定の走査方向に回転式
に変位可能にし、ローラ・アセンブリの角変位をエンコ
ーダ装置７０で検出し、その検出した角変位に応じて、
マイクロプロセッサ１２２によりＤＣモータ５０を起動
し、ローラ・アセンブリの角加速と角減速を行い、走査
のために最適な速度範囲で対象物を横切るようにハウジ
ングをオペレータが手動式で変位するように促進させる
ようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に握持用光学式ス
キャナに関し、特に手動走査の速度がオペレータへの触
覚フィードバックを利用することによって制御される握
持用光学式スキャナ関する。

【０００２】

【従来の技術】光学式センサは走査対象物、例えば印書
されたテキストのページを表す機械読取り可能なデータ
を生成するために使用される。光学式センサは走査対象
物を結像するために線状焦点システムを利用する。

【０００３】線状焦点システムでは、照射された線状対
象物からの光ビームが線状対象物から離れた位置にある
線形光センサ・アレイ上のレンズによって結像される。
光学式走査装置では、線状焦点システムの照射された線
状対象物は一般に「走査線」と呼ばれる。線形の光セン
サ・アレイは線状対象物に沿った小面積の位置に対応す
る光学素子の単次元アレイである。線状対象物上のこの
ような小面積の位置は一般に「画素」もしくは「ピクセ
ル」と呼ばれている。線状対象物上の対応するピクセル
位置からの光線に応動して、各々の光学素子はそこに衝
突する光線の強度を表すデータ信号を生成する。光学素
子からのデータ信号は全て適宜のデータ処理システムに
よって処理され、このデータ処理システムは引き続いて
適当な媒体にデータを記憶し、又は、媒体からディスプ
レー信号を生成してＣＲＴ又はプリンタのようなディス
プレー装置によって対象の画像を再生する。

【０００４】光学式スキャナ及びその種々の構成部品は
デービッド・ウェイン・ボイド(David Wayne Boyd)の米
国特許明細書第４，９２６，０４１号「光学式スキャナ
(OPTICAL SCANNER) 」、ケント・ジェイ・ヴィンセント
(Kent J. Vincent) の米国特許明細書第４，７０９，１
４４号「新規の三色分光器及び光センサを使用したカラ
ー結像装置(COLOR IMAGER UTILIZING NOVEL TRICHROMAT
IC BEAM SPLITTER ANDPHOTOSENSOR) 」、及びケント・
ジェイ・ヴィンセント(Kent J. Vincent) 、ハンス・デ
ィー・ノイマン(Hans D. Neuman)の米国特許明細書第
４，８７０，２６８号「カラー結合器及び分光器とその
実施(COLOR COMBINER AND SEPARATOR ANDIMPLEMENTATIO
NS)」に開示されており、それぞれが全ての開示内容に
関して本明細書に参考文献として組み入れられている。

【０００５】ほとんどの光学式スキャナは電荷結合素子
（以下、ＣＣＤという）形の光センサを使用した光電変
換アセンブリを有している。ＣＣＤ線形アレイ内の光学
素子は全て、例えば１ミリ秒である同一の定められた動
作（サンプリング）間隔を有している。動作間隔の終端
で各々の素子によってデータ信号が生成され、このデー
タ信号は動作間隔中に素子が受ける光線強度の平均を表
すものである。このようにして線形ＣＣＤ光センサ・ア
レイを使用したスキャナの走査速度はＣＣＤの動作間隔
によって限定される。光学式スキャナの変位速度がＣＣ
Ｄの動作間隔当たりの一つの走査線幅よりも大きい場合
は、光学式スキャナは走査される文書の正確な表示を行
うのに充分なデータを収集できない。例えばフラッド・
ベッド式、シート送り式、及びオーバヘッド式スキャナ
のようなほとんどの形式の光学式スキャナの場合、走査
速度はスキャナ制御システムによって直接制御される。
このような光学式スキャナの制御システムは代表的に
は、システムの光電変換アセンブリによる適正な動作に
とって可能である最大速度よりも小さく、しかしそれに
近い走査速度を付与するように設計されている。

【０００６】握持用光学式スキャナは、走査対象、例え
ばテキストのページを横切って手で移動される光学式ス
キャナである。手動的な走査の間、走査速度、すなわち
オペレータが走査対象物を横切って光学式スキャナを移
動させる速度はオペレータによって左右される。オペレ
ータが光学式スキャナの光電変換アセンブリの動作速度
と比較して速すぎる速度で光学式スキャナを動かすと、
走査対象物の正確な画像を作成するのに必要な画像デー
タは失われてしまう。一方、オペレータが画像データの
損失を避けるために遅すぎる速度で光学式スキャナを動
かすと、走査プロセスには必要以上の時間を要すること
になる。

【０００７】開示内容の全てが本明細書に参考文献とし
て組み入れられているナカヤマ(Nakayama)他の米国特許
明細書第４，７０３，１８６号は速度制御装置を備えた
握持用光学式スキャナを開示している。幾つかの異なる
速度制御の実施例が記載されている。一つの実施例で
は、光学式スキャナが文書を横切って移動される際に回
転する案内ローラと摩擦ディスクとが機械的に連結され
ている。摩擦ディスクは走査速度が所定速度を超えると
膨張し、ハウジングと摩擦接触する状態に移動して、負
荷抵抗走査運動を生成するように構成されている。別の
実施例では、走査速度を制限し、比較的スムーズな走査
速度を保持するために、速度が高まるとともに回転軸に
対して径方向外側に移動するはずみ車と回転重錘が利用
されている。別の実施例では、走査ユニットがガイド・
レールに沿って移動される。関連するガイド・ローラが
回転することによってＤＣモータが逆方向に回転され
る。「そこで、ＤＣモータはその回転速度と実質的に比
例する負荷を生成するジェネレータとして機能する。こ
のようにして生成された負荷はガイド・ローラの回転速
度を定まった値に保持しようとし、この値が適宜の均一
な運動のために走査ユニットの移動速度を制御する。」

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このようにナカヤマ他
は走査速度を制限するある種の方法を開示しているが、
必要であるよりも遅い速度での走査に関連する性能の問
題を考慮していない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、特定の条件下
で、代表的にはオペレータが所定の最適な走査速度範囲
未満の速度で握持用光学式スキャナを動かすときに、握
持用光学式スキャナの駆動ローラに加速トルクを付与す
るための速度制御アセンブリを使用した握持用光学式ス
キャナに関するものである。最適な速度範囲は、画像デ
ータ損失を生ずることなく走査を実行できる最高速度よ
りも僅かに低い速度であるプリセットされた目標速度を
中心とした比較的小さい速度範囲にあるように選択でき
る。速度制御アセンブリは更に、画像データの損失又は
歪みを防止するために握持用光学式スキャナの駆動ロー
ラに対して減速トルクを付与する。

【００１０】速度制御システムによって付与される加速
トルクは直流（ＤＣ）モータによって供給されることが
できる。加速トルクは、握持用光学式スキャナの駆動ロ
ーラと走査される文書との間に空転を生ずることなく、
オペレータが付与されたトルクを手動的にオーバライド
制御できるような充分に低いトルクであるように選択さ
れる。出願人は、オペレータが種々の走査動作用に走査
速度を容易に調整できるようなトルク・レベルが必要で
あることを発見した。例えば、オペレータは文書の特定
部分の走査を避けたい場合があり、従って文書の不要な
部分が近づくと走査運動を遅くし、場合によっては停止
したい場合がある。出願人は更に、供給された加速トル
クがほぼ一定の大きさに保持されると、ほとんどのオペ
レータが握持用光学式スキャナの動作を極めて快適に感
ずることを発見した。その理由はおそらくはトルクを予
測できると感ずるためである。

【００１１】

【作用】速度制御システムは、クロック信号、及び握持
用光学式スキャナの駆動ローラの角変位を監視するエン
コーダ装置等のような変位センサによって生成された信
号に基づいて、握持用光学式スキャナの駆動ローラに加
速トルクを付与する時期を「決定する」。一実施例で
は、制御システムは駆動ローラの速度を計算するために
時間及び変位信号を利用し、現在の握持用光学式スキャ
ナ速度が所定の速度値未満である場合は常に加速トルク
を付与するために駆動ローラと連結された駆動用のモー
タを起動する。本発明の別の実施例では、制御システム
は駆動ローラの速度と駆動ローラの加速の双方を計算
し、加速トルクを付与する時期を決定するために双方の
値を利用する。この第２の実施例はオペレータが最適な
速度範囲よりもやや低い速度で握持用光学式スキャナを
動かしているが、同時に握持用光学式スキャナを急激に
加速している状況を考慮するようにされている。このよ
うな場合、制御システムは加速を考慮に入れつつ、最適
な速度範囲に達するかなり前にモータによって付与され
る加速トルクを付与することを省いて、オペレータが最
適な速度範囲全体に亘って握持用光学式スキャナを加速
し続けることを、すなわち最適な範囲を行き過ぎること
を防止することができよう。

【００１２】前述したように、制御システムはオペレー
タが最適な走査速度範囲以上の速度で文書を走査するこ
とを防止するために減速トルクを付与する。減速トルク
を付与する時期に関する判定は前述のように、駆動ロー
ラの速度、又は、駆動ローラ速度と加速の双方の何れか
の計算値に基づいて行われる。供給される減速トルクは
一定でも、可変でもよく、オペレータが最適な速度以上
の速度で走査することを防止するのに充分な大きさであ
ることが好ましい。すなわち、最適な速度範囲を超えよ
うとするときに被走査文書上でローラが歯止めされるの
に充分な減速トルクであることが好ましい。

【００１３】減速トルクは加速トルクと同様に、従来形
の任意のモータによって付与されることができ、一実施
例ではＤＣモータが備えられている。加速トルクを供給
するには、ＤＣモータは所望のトルクを供給するのに充
分な大きさの電源と接続されている。減速トルクを供給
するには、ＤＣモータは駆動ローラから受ける機械エネ
ルギを散逸するジェネレータとして動作することができ
る。ＤＣモータ／ジェネレータの電気出力はアースに印
加し、又は、減速トルクを増大するために反対の電位に
印加することができる。本発明の一実施例では、ＤＣモ
ータがスキャナの駆動ローラに減速トルクを付与するよ
うに動作するための電源として搭載バッテリが使用され
る。駆動ローラに減速トルクを供給するためのジェネレ
ータとしてＤＣモータが使用される場合、ＤＣモータは
バッテリと逆に接続される。

【００１４】制御システムが駆動ローラの速度（又は速
度と加速）が加速駆動トルクも減速駆動トルクも必要で
はない速度であるものと判定すると（代表的には、握持
用光学式スキャナが最適な速度範囲内の比較的一定の速
度で動作されている場合）、駆動用のモータは「フリー
ホイール」状態に置かれ、その間駆動用のモータはそれ
ほどの加速トルクも減速トルクも付与しない。

【００１５】

【実施例】図１、図２及び図５は書籍のページのような
走査の対象物１１を表示する画像データ信号を生成する
ための光学センサ装置としての光学式センサ・アセンブ
リ（以下、光電変換装置という）１０１から成る握持用
光学式スキャナ１０の種々の構成要素を示している。握
持用光学式スキャナは光学式アセンブリ８０を支持する
ハウジング１２を有している。

【００１６】駆動ローラ３０，３２，４０，４２等は握
持用光学式スキャナのハウジング装置の主体をなすハウ
ジング１２上に動作可能に据付けられ、ハウジング１２
が対象物１１を横切って所定の走査方向１３に回転式に
変位することができるようにする。エンコーダ装置７０
のような変位検知装置は駆動ローラの角変位を検知し、
それを表す信号を生成する。モータ装置としてのＤＣモ
ータ５０は駆動ローラに駆動トルクを付与するために駆
動ローラ３０，３２等と駆動的に連結されている。制御
アセンブリはＤＣモータ５０を起動して駆動ローラを角
加速及び角減速し、走査にとって最適である所定の速度
範囲内で走査対象を横切ってハウジング装置をオペレー
タが手動式に変位することを促進するための触覚フィー
ドバックを付与する。速度範囲は光学式センサ・アセン
ブリ（光電変換装置）１０１の動作間隔に基づいて、ハ
ウジング装置（ひいては、握持用光学式スキャナ）が適
正に動作できる最高走査速度のすぐ下の比較的小さい速
度範囲にあるように選択されることが好ましい。

【００１７】このように本発明を概略的に説明してきた
が、本発明のある種の実施例の詳細は省略する。

【００１８】図１は書籍のページのような走査の対象物
１１を走査するために使用される携帯して走査時に握持
する握持用光学式スキャナ１０を示している。図１及び
図２に示すように、握持用光学式スキャナは開放され
た、又は透明な底面１４を有する細長く、略筐形のハウ
ジング１２を有している。ハウジングは結像される対象
物上の走査線と平行で、走査方向１３（走査動作中に握
持用光学式スキャナが移動される方向）に対して垂直な
方向に延びた中央の縦軸ＸＸを有している。握持用光学
式スキャナは縦軸ＸＸと垂直に延びる中心の横軸ＹＹを
有している。

【００１９】オペレータによって握持用光学式スキャナ
に下方への力が加えられることによって、握持用光学式
スキャナが使用可能にされるように、走査オン／オフス
イッチ１７をハウジングに備えてもよく、又は、ローラ
懸架システム（図示せず）に組み入れてもよい。

【００２０】中央の縦軸ＸＸと平行に延びた一対の回転
軸１６，１８はハウジングの対向端部２２，２４に固定
的に据付けられた支持ブロック２０（一個だけを図示）
によって回転可能に支持されている。複数個の駆動ロー
ラ３０，３２，３４，４０，４２，４４，４６は回転軸
１６，１８と共に回転するように回転軸１６，１８に固
定的に取付けられている。駆動ローラは通常の動作条件
で走査のための変位中に紙文書の表面と空転せずに係合
するのに充分な摩擦係数を有するゴム、プラスチック又
はその他の適宜の材料製のものでよい。しかし、駆動ロ
ーラの摩擦係数は、後に詳述するようなある種の高速度
又は高加速動作条件では、駆動ローラが紙文書上で滑る
のに充分に小さい値である。

【００２１】駆動用のモータ装置としてのＤＣモータ５
０はハウジング１２内に固定的に据付けられている。モ
ータは回転可能な駆動軸５２を有し、これは図示した実
施例ではハウジングの横軸ＹＹと平行に配設されてい
る。ＤＣモータ５０はブューラー・プロダクツ(Buehler
Products, Inc.)株式会社（ノースカリフォルニア州レ
イリー、私書箱３３４００）社から製品モデルNo. １
６．１１．１８２で販売されているような市販の種類の
ＤＣモータでよい。駆動軸の歯車５４は駆動軸５２に固
定的に取り付けられ、横向きに配設された軸５８に固定
的に取り付けられた歯車５６と噛合する。前記軸５８は
ハウジング１２の前部と後部に固定的に連結された前部
及び後部支持ブロック（図示せず）にジャーナル軸受さ
れている。同一の歯車６２，６４が軸５８の対向端部に
固定的に据付けられ、回転軸１６及び１８のそれぞれに
固定的に取り付けられた同一の歯車６６，６８と駆動的
に噛合している。このようにして回転軸１６及び１８は
ＤＣモータ５０によって、ＤＣモータ５０の駆動軸５２
の角速度と正比例する同一の角速度で同一の方向に回転
される。

【００２２】従来形のエンコーダ装置７０はＤＣモータ
の駆動軸５２、又は軸５８，回転軸１６，１８のような
駆動システムの別の軸と作動的に連結され、駆動ローラ
３０，３２，４０，４２等の角変位を表示するパルス式
のエンコーダ出力信号を供給する。

【００２３】図５に概略的に示した光学式アセンブリ８
０はハウジング１２内に配置され、細長い走査ヘッド
（図示せず）を有している。この走査ヘッドは従来形の
ものでよく、これと平行に延びた回転軸１６，１８の間
に配置されている。光学式アセンブリ８０は走査ヘッド
内の光源８２を備え、これは走査中の文書の現在の走査
線部分を照射する。光学式アセンブリは更に結像アセン
ブリ８４を備え、これは従来のＣＣＤアレイのような光
電変換装置１０１の結像面上に現在の走査線を結像する
従来形のスキャナ・レンズ・アセンブリでよい。

【００２４】図３及び図６は一実施例のスキャナ制御シ
ステムによって実行される基本動作を示している。任意
の走査中、駆動ローラの角変位の量は変位検知装置とし
てのエンコーダ装置７０と、これと関連するカウンタ１
１６（図５）を用いて継続的に監視される。駆動ローラ
の角変位の第１の時間導関数、すなわち角速度はカウン
タ１１６とクロック１１８からの信号を用いて決定され
る。

【００２５】図３に更に示すように、ＤＣモータ５０は
所定値（正、負、又はゼロの何れか）のトルクを付与す
るために起動され、駆動ローラの角速度の現在値と所定
の最適速度範囲９７との比較に基づいて駆動ローラ３
０，４０等を駆動する。最適速度範囲９７は目標速度９
８を含む比較的小さい速度範囲であり、前記の目標速度
は光電変換装置１０１のサンプリング速度に基づいて握
持用光学式スキャナが動作可能である最高速度９９より
も僅かに低い速度である。代表的な例として、目標速度
は最高速度の９５％でよく、最適速度範囲は最高速度９
９の９０％ないし最高速度９９の９９％の範囲でよい。

【００２６】この実施例では、ＤＣモータ５０は駆動ロ
ーラが走査速度の所定の最適範囲９７未満の速度で移動
される毎に駆動ローラに加速トルクを付与するように起
動される。ＤＣモータは走査速度の所定の最適範囲９７
内では駆動ローラにゼロ・トルクを付与するように起動
される。ＤＣモータは駆動ローラが目標速度以上の速度
で、しかしあらかじめ選択された最適範囲内で移動され
るときに一定のより小さい減速トルクを付与するように
起動される。最適範囲９７以上の走査速度では一定の比
較的高い減速トルクが付与される。この基本的な制御原
理のバリエーションは、後述するように可能性のある最
適速度を超えたり、それを下回ることを前もって処理す
るために本発明のより複雑な実施例で利用される。

【００２７】図４及び図７の実施例では、エンコーダ装
置７０及びクロック１１８からの信号は駆動ローラの変
位の第１と第２の時間導関数、すなわち駆動ローラの角
速度と角加速の双方を決定するために利用される。次に
現在速度と加速値の双方が駆動ローラに供給されるべき
モータ・トルクの大きさと方向を決定するために利用さ
れる。速度と加速値は供給されるべきＤＣモータのトル
クを決定するために所定のアルゴリズム、もしくは参照
用テーブルに適用されることができる。ＤＣモータ応答
を決定するために加速並びに速度を利用する結果、図７
から最適速度範囲９７に近接した駆動ローラ速度領域に
中央の包絡線が作成されることが判る。この包絡線にお
いて前縁（右）はオペレータが握持用光学式スキャナに
対して実質的に負の加速力を付与した場合のモータ・ト
ルク応答を表し、後縁（左）はオペレータが握持用光学
式スキャナに対して実質的に加速力を付与した場合のモ
ータ・トルク応答を表す。制御変数として加速を利用す
ることによってオペレータが最適速度範囲内に保持され
る際のＤＣモータ応動の効率が高まる。更に、変位の時
間導関数は速度制御システムにも利用可能であろうが、
制御システムの効率を大幅に高めるものではない。

【００２８】出願人が発見したところによれば、最適速
度範囲未満の速度範囲で動作する際に、握持用光学式ス
キャナが最適な走査速度範囲に達するか、ほぼ達するま
で、一定値の加速トルクを付与することが望ましい。供
給される一定値の加速トルクは、オペレータが走査の動
作を減速又は停止したい場合にトルクをオーバライド制
御できるような充分に低い必要があろう。出願人の発見
したところによれば、低速範囲でのこのような特徴の組
合せによって、ユーザーが制御において、ひいては握持
用光学式スキャナの操作において快適であると感ずるこ
とができる握持用光学式スキャナが提供される。一定の
トルク出力を供給するために、ＤＣモータの現在速度と
加速、及びそれに関連するシステムの慣性が最初に判定
され、次に供給されるべきエネルギを決定するために従
来のモータ制御アルゴリズムもしくは参照用テーブルを
利用することができる。ＤＣモータ速度は駆動ローラ速
度と正比例するので、制御装置としてのマイクロプロセ
ッサは必要な入力エネルギを決定するためにこの値を利
用できる。ＤＣモータへのエネルギ入力の量は連結され
たモータ電源の電圧を変化させるたとによって、又は、
後述するように、可変電圧を効率よく供給するために定
電圧のエネルギ供給をパルス化することによって制御で
きる。

【００２９】制御システムの別の一般的な特徴は、オペ
レータが手動の握持用光学式スキャナの機能上の最高走
査速度に等しい速度に近づくと、オペレータが最高走査
速度を超えることを防止するのに充分に大きいトルクが
供給されることである。オペレータが握持用光学式スキ
ャナを最高走査速度を超えて加速しようとすると、ＤＣ
モータによって供給される逆トルクは、オペレータの手
の重みによって通常の下方への圧力が加えられた場合、
握持用光学式スキャナの駆動ローラが被走査文書の表面
で歯止めされるのに充分に大きいトルクである。

【００３０】このように制御システムの動作を一般的に
説明してきたが、次にその種々の特別の構成要素と機能
をより詳細に説明する。

【００３１】図５は図１の握持用光学式スキャナの速度
制御システムの構成図を示す。ＤＣモータ５０はパルス
幅変調器１２３を介してバッテリ９０から供給された電
圧に応動し、歯車及びローラ・アセンブリ１０４に角速
度を付与する。この歯車及びローラ・アセンブリは複製
される対象物１１に沿って光学式アセンブリ８０と光電
変換装置１０１とを移動させる機能を果たす。光電変換
装置１０１は電荷結合素子（ＣＣＤ）のような受像素子
である。ＣＣＤは連続的な動作期間の間にそこに衝突す
る光画像を表す画像データ信号を生成する動作を行う。
このように、走査の対象物１１である被走査文書の小部
分の「写真」（走査線）が各動作期間中に「撮影され
る」。従って、画像データ信号は、握持用光学式スキャ
ナ１０が文書を横切って移動される際に生成される文書
の走査線部分の一連の写真を表すものである。代表的な
ＣＣＤ画像検出装置は文書の「写真」をほぼ１ミリ秒毎
に撮影する。文書を横切って握持用光学式スキャナが移
動される速度は、それがデータがそのために生成される
各々の走査線の実効幅を決定するので、重要であること
が容易に理解されよう。握持用光学式スキャナの移動が
不規則に、又は規則的に速すぎると、文書からの情報は
失われる。握持用光学式スキャナの移動が遅すぎると、
冗長な情報が生成され、その結果、握持用光学式スキャ
ナの性能が失われる。従って、握持用光学式スキャナの
速度制御システムの目的はユーザーが最適な順方向速度
を保持することを促進することにある。この目的のた
め、速度制御システムは駆動ローラの速度と、好ましく
は駆動ローラの加速をもサンプリングし、このデータを
処理し、ＤＣモータに正又は負の電圧を供給しなければ
ならず、その結果、ＤＣモータが生成するトルクによっ
てオペレータが握持用光学式スキャナの速度を調整する
ことが援助される。

【００３２】実施例では、握持用光学式スキャナの運動
は９０°位相外れの二つのパルスを供給するように設計
された直角位相のエンコーダ装置７０によって、握持用
光学式スキャナの移動が追跡される。一つの好適な実施
例では、エンコーダ装置の分解能と、駆動歯車比及びロ
ーラの円周は、第１のパルス、すなわちＡパルスによっ
て、握持用光学式スキャナが１３．１２３ｍｍ移動する
毎に立ち上がりエッジが得られるようなものであり、こ
の移動速度が最良の画像転写結果のための文書に沿った
走査速度である。第２パルス、すなわちＢパルスは、握
持用光学式スキャナが順方向に移動すると、Ａパルスの
立ち上がりエッジ毎に１６ビットの位置変位をカウント
するカウンタ１１６を保持し、且つ増分する。Ｂパルス
・カウンタは、通常は生じるべきではない事態であるが
握持用光学式スキャナが逆方向に移動すると、Ａパルス
の立ち下がりエッジ毎に減分する。全てのスキャンの開
始時点で、カウンタ１１６はリセットされる。（マイク
ロプロセッサのソフトウェア又は関連するファームウェ
アに備えられた）走査スイッチが閉じている限りは、Ａ
パルスはカウントされる。走査スイッチが開かれると、
Ａパルスはカウントされない。このように、直角位相エ
ンコーダ装置は位置変位カウンタ及び方向指示器として
機能する。

【００３３】カウンタ１１６はＡパルス間の時間を測定
する。カウンタ１１６は約２００ＫＨｚで動作し、握持
用光学式スキャナが順方向に移動している時はＡパルス
の立ち上がりエッジでリセットする。握持用光学式スキ
ャナが逆方向に移動している場合は、カウンタ１１６は
Ａパルスの立ち下がりエッジでリセットする。そこでカ
ウンタ値が速度を得るために一度微分され、加速を得る
ために２度微分される。この微分は微分器１１７によっ
て行われる。そこで位置、方向、速度及び（又は）加速
がＲＡＭ１２０に記憶される。

【００３４】この時点で再度付記しておくべき点は、触
覚フィードバック制御システムが図６の場合のように階
段状近似法を利用している場合は、加速は計算されず、
握持用光学式スキャナの加速は許容されないことであ
る。このようなシステムはユーザーの速度は調整するで
あろうが、ユーザーが走査中に過剰な、又は過少な力を
加えた場合は目標速度を超えたり、下回ったりすること
がある。速度と同様に加速にも反応することによって、
行き過ぎは最小限にすることができ、最高走査速度によ
り近い目標速度を選択することができる。目標速度は光
電変換装置１０１がデータを処理できる最高速度よりも
僅かに低い速度に設定するべきである。そのことによっ
て、目標速度を僅かに行き過ぎてもデータの損失は生じ
ない。

【００３５】次に、制御装置としてりディジタル信号プ
ロセッサもしくはマイクロプロセッサ１２２が速度、又
は速度と加速情報とを検索し、適宜のアルゴリズムもし
くは参照用テーブルを利用してこれらの値をＤＣモータ
の角速度とＤＣモータの角加速とに変換する。一実施例
では、カウント・ゼロでの角速度（Ｗ₀）は回転軸１
６，１８とＤＣモータの駆動軸５２との歯車比掛ける１
３．１２３ｍｍ割るカウント・ゼロでの速度（Ｖ₀）掛
ける４．５７１μｓ掛けるローラ半径である。すなわ
ち、角速度（Ｗ₀ ）は次の式１のようになる。

【００３６】角速度（Ｗ₀）＝（１３．１２３ｍｍ×歯車比）／（（Ｖ₀）×４．５７１μ ｓ×ローラ半径）・・・・・式１

【００３７】カウント・ゼロでの角加速（ａ₀)はカウン
ト・ゼロでの角速度（Ｗ₀）マイナス先行のカウントで
の角速度（Ｗ_-1）割るカウント・ゼロでの速度（Ｖ₀）
掛ける４．５７１μｓである。すなわち、角加速
（ａ₀）は次の式２のようになる。

【００３８】角加速（ａ₀)＝（（Ｗ₀）−（Ｗ_-1））／
（（Ｖ₀）×４．５７１μｓ）・・・・・式２

【００３９】上記の変換は双方とも参照用テーブルを利
用してマイクロプロセッサ１１２によってより効率よく
実行できる。

【００４０】次にマイクロプロセッサはオペレータが目
標速度の近くで握持用光学式スキャナを操作することを
促進するために、オペレータに対して触覚フィード・バ
ックを付与するための所定のトルクをＤＣモータによっ
て供給するのに必要な電圧を計算する。しかし、一実施
例では、この段階に必要な時間がかかる計算を行うので
はなく、「ファジー論理」が適用され、所望のトルク電
圧を発見するためにテーブル探索動作が行われる。ファ
ジー論理とは、所定の速度と加速によって所定のトルク
電圧が生成されるように設計者がその論理によって規則
と表を作成する制御システムである。ファジー論理によ
ってマイクロプロセッサによる必要な計算量が減少し、
ひいてはマイクロプロセッサの設計とプログラミングが
簡単になる。更に、ファジー論理によって応答時間が大
幅に速くなる。

【００４１】握持用光学式スキャナを加速又は減速する
トルク電圧が決定されると、この値はＤＣモータに供給
される実効電圧へと変換される。この目的のため、２５
６の計数値を記憶できるパルス幅変調器（ＰＷＭ）１２
３が実効電圧、及びＤＣモータにとっての電圧の極性を
調整できる。パルス幅変調器はパルス化された電圧を供
給し、代表的な電圧調整器の場合のような電圧損又は過
熱を生ずることのない電圧調整器として機能する。

【００４２】例えば、ＤＣモータに使用可能な最大電圧
が１２ボルトであると決定されると、ＤＣモータに供給
される電圧（Ｖ_motor）はＮ_{0 -255}掛ける１２（最大モ
ータ電圧）割る２５５によって計算され、その結果０−
１２の数値が得られる。すなわち、電圧（Ｖ_motor）は
次の式３のようになる。

【００４３】Ｖ_motor＝Ｎ_{0 -255}×１２／２５５・・・・・式３ここに、数値Ｎｏ．２５５は０と２５５との間の数であ
り、これはトルク電圧が決定された後にマイクロプロセ
ッサによって計算された数値である。Ｎ_{0 -255}はモータ
のトルク定数（ｋ）掛けるカウント・ゼロでの角速度
（Ｗ₀）プラス、トルク電圧（Ｖ_torque）によって計算
される。すなわち、次の式４のようになる。

【００４４】数値（Ｎ_{0 -255}）＝ｋ×Ｗ₀＋（Ｖ_torque）・・・・・式４

【００４５】モータ電圧（Ｖ_torque）が掲載された後、
マイクロプロセッサは計算されたこのモータ電圧に基づ
く適宜のデューティ・サイクルによってパルス幅変調器
１２３をプログラムする。スイッチ９２の適宜の設定も
後述するように計算されたモータ電圧に基づいて選択さ
れる。

【００４６】図５は更にＤＣモータ５０が駆動ローラに
減速トルクを付与するために起動される態様を示してい
る。この実施例では、減速トルクを付与する間、パルス
幅変調器はスイッチ・アウトされ、そのモータ端子はア
ースに接続される。マイクロプロセッサに応動するスイ
ッチ９２のアセンブリはＤＣモータ５０がバッテリ９０
にもアース９３にも接続されない第１の動作状態と、Ｄ
Ｃモータ５０がアース９３だけに接続される第２の動作
状態と、ＤＣモータ５０が（逆に）バッテリ９０だけに
接続される第３の動作状態とを有している。スイッチ９
２はマイクロプロセッサ１２２からの制御信号によって
選択された動作状態にされる。第１の動作状態では、Ｄ
Ｃモータ５０は「フリーホイール」状態にあり、駆動ロ
ーラに有効なトルクを付与しない。第２の動作状態では
第１の負のトルクがＤＣモータによって付与される。第
３の動作状態では、第２の比較的大きい負のトルクがＤ
Ｃモータによって付与される。第２と第３の動作システ
ムの双方で、速度と共にジェネレータの出力が増大する
ので負のトルクは駆動ローラの速度と共に増大する。こ
のようなスイッチ９２のアセンブリは図６の制御原理を
実行するために利用できる。別の実施例では、選択的に
可変の負のトルクを供給するためにＤＣモータ５０とバ
ッテリ９０とに接続された可変抵抗スイッチ・アセンブ
リが使用される。図５に示した制御システムの別の実施
例では、適宜のスイッチ設定と組み合わせてパルス幅変
調器を用いて減速トルクが生成される。

【００４７】一つの好適な実施例では、バッテリ９０は
搭載バッテリであり、電気エネルギを使用する全ての握
持用光学式スキャナの構成要素に電気エネルギを供給す
る。

【００４８】マイクロプロセッサ１２２が実行しなけれ
ばならない別の機能はエンコーダ装置の立ち上がりエッ
ジの度に、すなわち握持用光学式スキャナが１３．１２
３ｍｍ進行する毎に線セレクタ１０２を遮断し、線セレ
クタに対して、走査データの線を選択して１２１で示し
たような最終画像出力用に線走査データを処理し、（大
容量記憶装置１１９に）これを記憶するように指令する
ことである。実施例では、線セレクタは例えばその一つ
はエンコーダ・パルスの直前であり、もう一つはその直
後である二つのデータ線を選択し、且つ選択された二つ
のデータ線からの画像データの平均値を算出する。この
実施例はパルス毎に単一の線の場合よりもより精密な画
像を生成できる。

【００４９】実施例では、カウンタ１１６と、微分器１
１７と、クロック１１８と、ＲＡＭ１２０と、大容量記
憶装置１１９と、マイクロプロセッサ（もしくはＤＳ
Ｐ）１２２と、スイッチ９２と、パルス幅変調器１２３
は全て特定用途向き集積回路（以下、ＡＳＩＣという）
内で実施することができ、それによってスペースが節減
され、より小型が軽量の握持用光学式スキャナが可能に
なる。更に、上記の速度制御回路をＡＳＩＣ内に設計す
ることによって、量産での製造コストと部品のコストが
大幅に節減されよう。

【００５０】上記の方法と装置によって生成された画像
信号は握持用光学式スキャナのハウジング内に実装され
た大容量記憶装置１１９内に記憶することができ、パー
ソナル・コンピュータ（図示せず）のような搭載装置に
も転送でき、（例えばＯＣＲ）のような更に別の処理の
ために、又はハード・ドライブ、フロッピーディスク又
はＲＯＭディスクのような適宜の媒体に記憶するために
利用できよう。又は、例えば取り付けられたＣＲＴ又は
プリンタによるような視覚的にディスプレーするために
利用できよう。

【００５１】ここに記載した発明的なコンセプトはその
他の多様な方法で実施されることを意図したものであ
り、特許請求の範囲は従来技術によって限定されている
場合を除いて本発明の別の実施例をも含むものである。

【００５２】以上本発明の各実施例について詳述した
が、ここで本発明の各実施例の実施態様を要約すると、
以下に列挙するごとくである。１．（ａ）．走査された対象物（１１）を表すデータ
信号を生成するための光学式センサ装置（１０１）と；（ｂ）．光学式センサ装置を手動式に変位可能に支持す
るためのハウジング装置（１２）と；（ｃ）．前記ハウジング装置上に据付けられ、前記ハウ
ジング装置を走査される対象物の上方で所定の走査方向
に回転式に変位可能にするためのローラ装置（３０，３
２，４０，４２等）と；（ｄ）．前記ローラ装置の角変位を検知し、それを表す
変位信号を生成するための変位検知装置（７０）と；（ｅ）．前記ローラ装置（３０）と駆動式に連結され、
前記ローラ装置に駆動トトルクを付与するためのモータ
装置（５０）と；（ｆ）．前記変位信号に応動して前記モータ装置（５
０）を起動して前記ローラ装置（３０）を角加速及び角
減速させ、走査にとって最適である所定の速度範囲（９
７）内で走査される対象物物（１１）を横切って前記ハ
ウジング装置（１２）をオペレータが手動式に変位する
ことを促進するための制御装置（１２２）とから構成さ
れる握持用光学式スキャナである。

【００５３】２．前記制御装置（１２２）は、前記
ハウジング装置（１２）が前記所定の速度範囲（９７）
未満の速度で走査の対象物（１１）を横切って変位され
た時に、前記ローラ装置（３０）に対して一定の加速ト
ルクを付与するように前記モータ装置（５０）を起動す
る前記１に記載の握持用光学式スキャナである。

【００５４】３．前記ハウジング装置が前記所定の速
度範囲（９７）未満の速度で走査対象物を横切って変位
された時に前記ローラ装置（３０）に対して付与される
前記一定の加速トルクが、ローラ装置と紙文書との間に
空転を生ずることなく、オペレータが走査される通常の
紙文書（１１）上に固定してハウジング装置を保持でき
るような充分に低いトルクであることによって、ユーザ
ーは走査速度を前記所定の速度範囲未満に減速すること
が可能であり、その結果、スキャナを持つ手の変更や、
走査対象の末端部分での走査運動の減速や停止を含む種
々の手動式走査動作が容易になる前記２に記載の握持用
光学式スキャナである。

【００５５】４．前記制御装置（１２２）は、前記ハ
ウジング装置が前記所定の速度範囲（９７）以上の速度
で走査対象を横切って変位された時に前記ローラ装置に
対して減速トルクを付与するように前記モータ装置（５
０）を起動する前記１ないし３のいずれか１つに記載の
握持用光学式スキャナである。

【００５６】５．スキャナ（１０）が前記光学式セン
サ装置（１０１）の適正な動作用の所定の最高走査速度
を有すると共に、前記ハウジング装置（１２）が前記所
定の範囲以上の速度で走査の対象物を横切って変位され
た時に前記ローラ装置（３０）に対して付与される前記
減速トルクが、前記光学式センサ装置の前記所定の最高
走査速度においてローラ装置（３０）と走査される通常
の紙文書による対象物（１１）との間に空転を生ずるよ
うな充分な大大きさのトルクであることによって、動作
不能速度での走査が防止される前記４に記載の握持用光
学式スキャナである。

【００５７】６．前記モータ装置（５０）がバッテリ
（９０）と動作可能に接続されたＤＣモータであり、前
記モータ装置は、前記ハウジング装置の変位速度が前記
所定の最適な速度範囲未満であるときは前記制御装置
（１２２）からの制御信号に応動して前記モータ装置を
加速するような電気エネルギを前記バッテリから受ける
ように接続され、前記モータ装置は、前記ハウジング装
置の変位速度が前記所定の最適な速度範囲以上であると
きは前記制御装置（１２２）からの制御信号に応動して
前記モータ装置（５０）を減速すするような電気エネル
ギを前記バッテリ（９０）に供給するように接続された
前記１に記載の握持用光学式スキャナである。

【００５８】７．（ａ）ユーザーが所定の速度範囲
（９７）未満の速度で対象物（１１）を走査するときに
ローラ装置（３０）に対して加速トルクを付与し；（ｂ）．ユーザーが所定の速度範囲（９７）以上の速度
で対象を走査すときにローラ（３０）に対して減速トル
クを付与する；工程とからなる対象物上の上方でのスキャナの回転式変
位を可能にするよようにされたローラ装置（３０、３２
等）を有する握持用光学式スキャナで対象物（１１）を
走査する方法である。

【００５９】８．加速トルクを付与する工程が、ロー
ラ装置（３０）と紙文書との間に空転を生ずることな
く、オペレータが走査される通常の紙文書（１１）上に
固定してスキャナを保持できるような充分に低いトルク
を付与する工程である前記７に記載による握持用光学式
スキャナである。

【００６０】９．前記光学式センサ装置（１０１）が
適正な動作用の所定の最高走査速度（９９）を有すると
共に、減速トルクを付与する工程が；前記光学式センサ
装置の所定の最高走査速度においてローラ装置（３０）
と走査される通常の紙文書（１１）との間に空転を生ず
るような充分な大きさのトルクであることによって、動
作不能速度での走査が防止される工程である前記７また
は８に記載の方法である。

【００６１】１０．対象物（１１）の画像を表すデー
タを含むデータ記憶媒体（１１９）であって、前記デー
タが前記７ないし９のいずれか１つの方法に従って対象
物（１１）を走査することによって生成されるデータ記
録媒体である。

【００６２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、握持用光学式スキャナのハウジングに駆動ローラ
を取り付け、被走査対象物の上方で所定の走査方向に回
転式に変位可能にし、駆動ローラの角変位を変位検知装
置で検出し、その検出した角変位に応じて制御装置によ
りモータを起動して駆動ローラの角加速または角減速を
行い、触覚フィードバッグを利用して走査のために最適
な速度範囲で被走査対象物をよこぎるようにハウジング
をオペレータが手動式で変位することを促進するように
構成したので、オペレータは最適な走査速度以上の走査
速度で走査することが防止できるとともに、オペレータ
が快適走査感を感じることができる。また、必要な画像
データの損失または歪みを防止することができ、走査プ
ロセスに必要以上の時間をようすることもなくなるとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】書籍のぺージを走査するために使用される本発
明の一実施例の握持用光学式スキャナの斜視図である。

【図２】本発明の握持用光学式スキャナのハウジング、
駆動モータ、駆動ローラ及び機械的連結の部分破断斜視
図である。

【図３】本発明の一実施例の握持用光学式スキャナの速
度制御システムの基本的な制御機能を示す構成図であ
る。

【図４】本発明の第２の実施例の握持用光学式スキャナ
の第２の実施例の基本的な制御機能を示すブロック図で
ある。

【図５】本発明の握持用光学式スキャナの基本動作構成
要素を示すプロック図である。

【図６】図３の制御原理に従った、走査速度の関数とし
て付与されるモータ・トルクを説明するグラフである。

【図７】図４の制御原理に従った、走査速度の関数とし
て付与されるモータ・トルクの一例を説明するグラフで
ある。

【符号の説明】

１０握持用光学式スキャナ１１対象物１２ハウジング１６，１８回転軸１７，９２スイッチ３０，３２，４０，４２，４６駆動ローラ５０ＤＣモータ５２駆動軸５４，５６，６２，６６歯車７０エンコーダ装置８０光学式アセンブリ９０バッテリ９７最適速度範囲９８目標速度９９最高速度１０２線セレクタ１０４歯車およびローラ・アセンブリ１１６カウンタ１１７微分器１１９大容量記憶装置１２０ＲＡＭ１２２マイクロプロセッサ１２３パルス幅変調器

フロントページの続き (72)発明者リチャード・エル・コーチスアメリカ合衆国コロラド州フォートコリンズブリクストン・ロード 2217 (72)発明者ダン・エル・ダルトンアメリカ合衆国コロラド州グリーリーウエスト・ナイン・ストリート 4216 (72)発明者ユージーン・エイ・ミクシュアメリカ合衆国コロラド州ラヴランドイースト・カントリー・ロード・20シー 8044

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）．走査された対象物（１１）を表
すデータ信号を生成するための光学式センサ装置（１０
１）と；（ｂ）．前記光学式センサ装置を手動式に変位可能に支
持するためのハウジング装置（１２）と；（ｃ）．前記ハウジング装置上に据付けられ、前記ハ
ウジング装置を走査される対象物の上方で所定の走査方
向に回転式に変位可能にするためのローラ装置（３０，
３２，４０，４２等）と；（ｄ）．前記ローラ装置の角変位を検知し、それを表す
変位信号を生成するための変位検知装置（７０）と；（ｅ）．前記ローラ装置（３０）と駆動式に連結され、
前記ローラ装置に駆動トルクを付与するためのモータ装
置（５０）と；（ｆ）．前記変位信号に応動して前記モータ装置（５
０）を起動して前記ローラ装置（３０）を角加速及び角
減速させ、走査にとって最適である所定の速度範囲（９
７）内で走査される対象物（１１）を横切って前記ハウ
ジング装置（１２）をオペレータが手動式に変位するこ
とを促進するための制御装置（１２２）とから構成され
る握持用光学式スキャナ。