CN1228899A - 用于光学采集及存储可视地标记并投射的字母数字字符,图示和图像和/或三维地形的数据采集装置 - Google Patents

Abstract

数据采集装置包括一个投射装置用于将由一个发光源所发射的光投射到带有标记表面上的一个区域,和一个光学单元用于在一个图像传感器上记录和再现所反射的光,将所反射的光转换为一系列电信号。此外,数据采集装置具有一个运动检测器用于在存在与带标记的表面相平行的运动的情况下生成同步信号,并且信号处理单元将图像传感器的信号转换为信息包,并在一个存储器单元中可再调用地存储这样的信息包。

Description

用于光学采集及存储可视地标记并投射的字母数字字符， 图示和图像和/或三维地形的数据采集装置

从文件WO92/11610中已经知道了一种用于电采集和存储字母数字字符的扫描仪。通过这种装置，通过一个投射装置(projection device)将发光源的光投射到标有字母数字字符的表面上的预定部分并且通过图像传感器上的一个光单元再现所反射的光，将光转化为一系列光信号。一个运动检测器同时记录下扫描仪沿着字符行进行的运动。集成在数据采集装置中的一个信号处理电子装置将信号转换为一系列字符，每一个字母都对应着字母数字符号。可以将字符作为字母数字符号存储在一个集成的存储器中或通过一个接口发送到一台计算机以进一步处理。

这样的扫描仪被限定在只能逐行采集和储存字母数字字符，但是并不能采集图形或图像。

此外，在国际申请WO94/00825中已知一种以阅读笔形式用于读入字符的手持式扫描仪。出于这个目的，阅读笔在各字符行之间逐行移动。在这个过程中，光照射到行的至少一部分并且捕获到所反射的光并将其转换为数字信息，只有代表一个字符或一个字符的结尾的信息才被记录下来。接下来将这个信息提供给一个字符识别装置并且最后存储在例如一个ASCII文本文件中。

这种手持式扫描仪具有缺点，它可能只能读入与预置的识别模式相对应的字符。不可能读入非字母数字结构的图像信息。

以前在欧洲专利申请EP 0 278 004中已知的一种手持式的复制装置就没有以上的缺点。这种装置首先读出在一个图像平面上可获得的全部信息并几乎不做任何的处理将它存储在一个矩阵数据存储器中。

但是，这种装置也被设计为仅仅是面向行的数据采集。这个也有缺点，例如对于以曲线排列的文本，只能够收集覆盖该曲线所在全部区域的连续的四边形的部分，这意味着大量的所不感兴趣的数据也与主要部分一起被采集并存储起来。

这样，本发明是基于上面的问题，发明一种数据采集装置，允许用最小的存储容量获取图像平面中任何想要的信息，而无需为这样的采集预设任何运动方向。

这个问题是通过一个具有权利要求1或权利要求26特性的数据采集装置来解决的。

在应用中，本发明所定义的数据采集装置以一种优选方式采集标记有字母数字字符，图形或图像的图像平面上一个自由选择的部分，并将光信号转换为一系列电信号，并以一种在进一步的电处理时可访问的方式存储起来，保留全部初始的图像信息，并且可以再调用该信息。可以省去一个《OCR》(光学符号识别)文本搜索软件。

应该采用具有单色光的有效照明，目的是为了避免由于色散所引起的光采集的畸变。在这种情况下红外光是特别适合的，因为在通常所采用的有标记的表面，例如白纸上，它比可见光有更深的穿透性，这样它允许从杂质中区别出所采集的信息。

为了对要采集的图像平面区域或部分进行可变的调整，如果将具有可变孔距快门的一个投射装置安装在数据采集装置上是有用的。对于这个用途特别适合的是一个缝隙快门，它的缝隙的大小是连续可变的并允许采集像光束一样的细节。

为了数据采集装置的一个简单的结构，依据本发明的一个有效的改进提供了将光源集成在图像传感器中的结构，这样引导所述的光源的光与所反射的光通过同一光通路。

特别是如果以一种固定的方式将运动检测器与数据采集装置相连接起来，并且如果所述的检测器具有一个扫描元件，该元件被设计为对称旋转的并且以这样一种方式排列在运动检测器上，沿着至少一个轴旋转并且沿着所采集的区域是可移动的，那么获得尤其简单的结构。

在霍尔效应的帮助下，可以检测到在区域上数据采集装置的运动。为了达到这个目的，依据本发明的另一个重要的改进，使运动检测器有一个具有一个扫描元件的霍尔元件，借此使扫描元件被一个非对称的磁场所环绕着。扫描元件的旋转运动会使霍尔元件所感应的霍尔电压周期性变化。所述的效应允许在该区域上确定数据采集装置的位置。

依据另外一种进一步的改进，该扫描元件包括一个可自由旋转的球并且具有一个磁板排列在它的表面上，板彼此之间的距离相等。以这种方式能够检测出在该区域上数据采集装置在垂直和水平方向上的运动。

在另外一种实施方式中，为数据采集装置提供了一个电子挡板(electronic closure)，通过它的作用可以自由确定该区域中将由信号处理单元存储到一个信息包中的那部分。

为了进行更快的信息处理，也可能将一个或多个用于接收信息包的存储器集成在信号处理单元中。

在另外一种实施方式中，信号处理单元可能具有用于连接外部存储器的装置。以这种方式也有可能存储各种文本或是复杂的图形文件。

如果已经将信号处理单元和存储单元集成在图像传感器中，那么电流消耗和工作电压能够明显的减少。

为了在外部对数据进行进一步的处理，如果将数据采集装置的信号处理单元和/或存储器单元以光的，电的，或是光电的方式连接到一个接口上以向外部装置发送数据是有用的。

为了更容易的进行操作，应该为数据采集装置配备一个电池电流源，电池电流源可以使用可充电的电池。为了对电池充电，可以使用一个可从数据采集装置拆下的插入式装置，或是使用一个与接口相连接的电缆。也可以通过将一个充电电路最好集成在计算机接口卡中，使充电过程受到连续的电子控制，从而进一步优化电池的充电过程。

此外，连续控制所采集的或所存储的数据也有可能带来益处。依据本发明进一步的实施方式，可能采用一个监视器来满足这个需求，这个显示器是通过集成在信号处理单元中的一个信号处理芯片来控制的。这样可以将所采集的图像联机可视地显示出来。但是，也有可能调用存储器单元中所有的信息包，这些信息包作为可读的图像表示是可见的。在这个连接中，监视器也可以被设计为是一个插入式的单元，在需要时能够与数据采集装置相连接或是与后者相分离。

现代的微电子技术对空间更少的要求允许本发明具有特别有效的实施方式，例如以一支自来水笔形式的手持装置。

依据本发明的另一种实施方式，将要采集的字符，图形或图像用一个可见光光束和与前者完全相应的红外光的叠加光束。由一个半透明的镜子，将反射的光束分解为它的可见和红外部分，只有红外光才能穿透该镜子，这样就只有红外光部分被用于图像采集。

这样的红外光图像采集具有的优点是图像传感器仍然有可能处理和利用甚至脏或是模糊的字符。此外图像传感器也能够采集颜色与用来作标记的可见光的颜色相同的字符。

在另一种实施方式中，数据采集装置具有一个运动检测器，允许对数据采集装置与该区域相平行的运动进行非接触(contact free)的采集。如果在该区域例如通过一个扫描球的方式进行运动检测并不是很容易的情况下，例如浮雕状的表面结构的情况，或是在表面对接触敏感的情况下，是非常有益的。在这个连接中光传感装置可以被认为是非接触的采集装置；然而，其它的可能性也是可能的，例如通过声波或磁场方式的运动采集。

依据权利要求27，提供了光电二极管作为采集运动的特别有益的装置，它检测由所选择的区域反射的发光源的光。在这个连接中，发光源可能与用来记录图像的是同一个；但是，也可能是一个单独用于检测运动的发射器。在数据采集装置的运动过程中，光电二极管排列在一个与所选择的区域相大致平行的数据采集平面上，这种方式是依据光电二极管所提供的电信号的时间顺序，能清楚指定数据采集装置所执行的相对于该区域的运动。为了检测到任何与一个表面相平行的运动，必须在至少两个不同的方向在该平面上将光电二极管相隔开。能够与参考信号同时使用由光电二极管所发送的信号，目的是进行校正补偿，例如为了确保文本的行校正采集。

运动检测器最好具有用于检测数据采集装置与所选择的区域的垂直间隔的装置。最好是通过光或红外光的方式测量垂直间隔，例如通过一个或多个检测由该部分所反射的光的光电二极管。在这种情况下，也可以提供一个附加的发射器用于测量垂直间隔。但是，出于这种目的也可能采用用来检测运动和/或记录图像的发光源。

在依据权利要求29的一种进一步改进的实施方式中，不再要求数据采集装置相对于该区域保持间隔不变。在这一种进一步改进的实施方式，依据数据采集装置与所选择的区域的垂直间隔来调整聚焦单元的焦距-所述的垂直间隔是通过一个适当的测量仪器来检测的-通过这样一种方式，不论垂直间隔是多少总是在图像传感器上再现所选择的区域。

在另外一种有益的进一步改进的实施方式中，将用于检测运动和/或垂直间隔的发光源集成在运动检测器中。最好是采用一个半导体发射器来作为这样一个发光源，从制造的价格角度它是受人欢迎的，并且在使用时它节省空间和能量。

在另外一种有益的进一步改进的实施方式中，用于检测运动的装置和/或用于检测垂直间隔的装置和/或发光源，例如一个半导体发射器都被集成在一个微芯片中，该芯片排列在运动检测器中。

依据权利要求32，用于检测运动的装置和用于检测垂直间隔的装置所发射的信号都被转换为数字同步信号，将该信号与同时记录的图像信息的信息包一起存储在数据采集装置的存储器之中。以这种方式，在向一个外部装置，例如一台PC发送数据时，有可能真实地标度和校正再现的图像信息。

在依据权利要求33的一种更进一步改进的实施方式中，数据采集装置也适合于采集三维的信息。出于这个目的，图像传感器具有适当的装置允许检测对象的三维字符。这种装置有可能是例如立体或全息的类型。

作为用于检测对象的三维字符的一个特别有效的装置，依据权利要求34提供了一种图像传感器，具有两个检测器矩阵，每一个矩阵都只敏感于由数据采集装置的光单元的发光源所发送光谱的一个光谱区域，也就是以一种两个区域的光谱不相互重叠的方式。对于三维检测，及时的控制两个检测器矩阵的位移，例如是通过一个双稳开关，并且在一个适当的数据处理装置中将两个检测器矩阵不同的图像信息转换为有关该区域的三维结构的信息。

在另外一种进一步改进的实施方式中，依据权利要求35的数据采集装置具有一个发送和接收单元，通过它们可以与一个外部计算机进行无线通信。

这样手写的信息也可以被转换为EDP-可读的信息，信号处理单元与包括有相应参考信息的一个存储介质进行数据交换。例如，以这种方式，可以将手写信息作为标准的十六进制的代码字符存储在图像存储器中。

在另外一种有益的进一步改进的实施方式中，为数据采集装置提供一个输入单元，例如一个键盘，通过它可以调用或输入有关的可选处理程序，例如文本，图表或图形程序。

在另外一种有益的实施方式中，数据采集装置包括至少两个分开的并且功能上独立的单元。某一个数据采集装置用来采集所选择区域中包括的信息。通过优选的远程无线数据传输，将所述的信息发送到一个处理单元，由该单元处理读入数据。依次将处理单元划分为功能上独立的单元，例如一个控制单元和一个指示单元。这样的一种设计方便了数据采集装置的操作。特别是，能够将读取单元设计为容量小体积轻的数据采集装置的形式，这是由于有可能省却数据处理硬件和冷却系统等必需相连接的系统的安装。

为前面提到的数据采集装置的控制单元提供了传感器装置用于输入控制命令或其它信息。使用一个所谓的触摸笔，以这种方式有可能使用数据采集装置作为一个无键盘的便携式PC。至于触摸笔，有可能被认为是例如一个相应设计的读入单元。

在一个进一步改进的实施方式中，同时将读入装置设计为一个写入工具并且允许用读入装置手工处理前面所写入的信息。

为了更详细的解释本发明，下面参考附图来描述示例的实施方式，附图中

图1表示的是被设计为手持式装置的一种数据采集装置的结构，具有一个运动检测器，一个光学器件，一个信号处理单元，一个集成的电池电源单元和一个集成的接口。

图2是数据采集装置1在使用时的一个视图。

图3表示的是数据采集装置的光学器件的一个纵截面，包括一个图像传感器，一个聚焦单元和一个缝隙快门。

图4是光学器件的缝隙快门的俯视图。

图5是对所谓的霍尔效应的大致的概要解释。

图6是设计为一个霍尔发生器的运动检测器的结构的断面图。

图7是设计为一个霍尔发生器单元的运动检测器的透视图。

图8是运动检测器的侧视图。

图9是在以一个框图形式的数据采集装置的的简图的结构。

图10表示的是在框图的帮助下，借助于数据采集装置读入和存储信息。

图11表示的是在通用的简图的帮助下，将数据采集装置所采集的装置发送到一个电子数据处理台。

图12是数据采集装置的透视图，它具有一个监视器在运行条件下设计为一个插入式单元。

图13是监视器插入式单元本身的透视图。

图14也是依据权利要求12的数据采集装置的透视图，在它的非运行状态也具有一个监视器插入单元。

图15是类似于图3中的光学器件的一个纵截图，具有一个红灯发射器，一个红外光发射器和一个半透明的镜子，它们排列在光束的光路上。

图16是图15中所表示的光学器件；但是是所选择的区域反射的光的光路。

图17表示的是另外一种设计中数据采集装置中的结构，具有一个非接触的监视器检测器，一个可调节的聚焦光学器件，还有一个输入单元。

图18表示的是通过图17中所表示的非接触的监视器的一个纵截面。

图19表示的是框图表示的图18中的运动检测器的检测装置的操作方式。

图20表示的是一个框图，用于解释图17和18中所表示的运动检测器的操作方式。

图21是一个框图，解释用于检测三维对象的图像传感器的操作方式。

图22到24表示的是另外一种设计中的数据采集装置，其中将读入，控制和指示的装置设计为独立的单元，相互交换数据，其中：

图22是一个读入装置；

图23是一个控制装置；和

图24是这种数据采集装置的一个指示单元。

图1中所示的数据采集装置1包括一个运动检测器2，与所述的数据采集装置紧密相连，所述的运动检测器从被设计为一个手柄的外壳3突出。集成在外壳3中的是一个用作图像采集的光学器件4，一个底板6通过一个多芯的接线电缆5与光学器件4相连接，在所述的底板上有一个信号处理单元7和一个带充电电池9的电池电源单元8；此外，还有一个接口10通过一个连接电缆11与底板6相电连接；和一个接口卡12。

用作图像采集的光学器件4，包括一个CCD图像传感器14，它将光图像信号转换为电子图像信号，并且在其中集成了一个半导体发射器17，所述的发射器发射例如绿光。将具有一个光学聚焦单元18的一个投射装置15排列在图像传感器14上。聚焦单元18包括一个双凸面的，一个平凸的和一个双凹的透镜，还有一个缝隙快门16，它排列在投射装置15的侧面。当数据采集装置如预期工作的时候，所述的投影装置与载有所采集信息的信息载体相对。缝隙快门16具有两个薄片23,23’，它们形成了一个缝隙24，通过一个可旋转的调整环25来变化的调整该缝隙。为了调整该缝隙，缝隙薄片23,23’，在径向上沿着两个排列在一个以固定方式与投射装置15相连接的圆盘27上的导轨28制导这两个薄片，这两个薄片都被一个弹簧29,29’的径向向外方向的压力所压着，其中弹簧与靠在一个椭圆形的外框26上与导轨28固定相连，外框26与调整环相固定连接。在这个连接中，以这样一种方式设计椭圆的外框，当缝隙23,23’与它们的制导装置排列为与由外框26所形成的椭圆的小的半轴相平行时，缝隙24完全关闭。调整环25的旋转将会引起缝隙薄片23,23’被强行分开，使缝隙24变大。将薄片23,23’调整到在它们的制导的方向排列为与外框26所形成的椭圆26的长的半轴相平行，缝隙的大小将达到最大。

由于聚焦单元18与缝隙快门16的协同作用，当如预期使用并如图2中所示的方式沿着一个具有数字字母字符，图形或图像的表面移动数据采集装置时，可以将半导体17的光照射到有要采集的信息的图像平面20上的一个自由选择的区域19，这样的区域大致是一个矩形光束的形状。区域19所反射并由聚焦单元投射到图像传感器14的光在通过缝隙快门16之后被所述的图像传感器14以一种已知的在这里并不再详细描述的方式转化为电信号。

为了能够检测到提供信息的图像平面20上的一个更大的区域，必需使运动检测器2沿着图像平面20检测到数据采集装置1的运动并且将相应的同步信号发送到信号处理单元7。在这个与图1中的数据采集装置连接中，所涉及的是一个利用了所谓的霍尔效应的运动检测器2来进行检测；在这个连接中有一个磁场31穿过一个导电的导体形式霍尔元件30。在霍尔元件30中磁场31在电流上的作用会导致在与电流流过所述的元件的方向相横向的方向产生一个电压32。

在面对图像平面20的侧面上，运动检测器2具有一个可自由旋转的扫描球33，小的磁板34等距离的排列在所述球的表面上。扫描球面33相对于霍尔元件30的运动将导致穿透霍尔元件30的磁场31周期性变化和霍尔元件30中电压相应的周期性变化，其中的霍尔元件30与数据采集装置1固定连接并且与扫描球面33相分开。为了能够检测扫描球面33的二维运动，要求两个霍尔元件35,36，它们与扫描球面相距排列并且相互垂直，并且每一个都通过电流，以这样一种方式从所述的霍尔元件发射的电压信号将得出有关扫描球面33的旋转运动的清晰结论。

将图像传感器14的电图像信号和霍尔元件30的信号提供给信号处理单元7。在一个放大器级41将图像信号电放大并提供给一个A-D转换器42并且以数字形式将其存储在一个存储器单元47中。在一个脉冲分割器43中，将霍尔元件30的信号转换为同步信号44。一个电子挡板45确定了同步信号44序列的开始和结束和所检测的图像平面20的图像区域19的大小。如图10所示，将以这种方式由电子闭和时间50所限定的同步信号44与从存储器单元47中所调用的图像信号一起提供给一个信号编辑单元48，并转换为一个数字信息包51，在存储器49的一个存储器地址52下存储该信息包。允许附属于存储器49的装置56通过连接附加的外部存储器57来扩展存储能力。

在附图中所示的数据采集装置1的实施方式中，将信号处理单元7通过一个电缆11与接口10相连接，所述的接口允许与外部电子数据处理仪器相连接。如图11所示，这个或是通过一个接口电缆60，它通过一个插头61直接将接口10与一个外部电子数据处理安装70相连接，或是通过一个插入式的装置62，在该装置中数据采集装置1可以正向但是可拆开的放到一个凹槽63中，并且该插入式装置62具有一个安装接口10的连接装置66，并通过一个接口电缆64和一个插头65连接到一个外部数据处理设施70。

在设计为手柄的外壳3中，数据采集装置1具有一个电池电流源单元8排列在底板6上，它提供了数据采集装置1运行所要求的所有电流，并且电池最好是可充电的电池9。通过一个插入式的装置62或通过接口电缆60对电池9进行充电，其中所述的电池是由位于接口卡72上的一个充电电路所监控的。一个电压控制器73，它通过连接电缆74,75与接口10和电池单元8相连接，生成运行电子器件所要求的运行和控制电压，以运行电子器件，监视和控制电池9的电压。

图12表示的是数据采集装置1’的一种实施方式，它是对照着图1的实施方式进行的修改。所述的数据采集装置1’具有一个装置80，在该装置中可以通过连接元件82,82’插入一个插入式单元形式的监视器81，用于与数据采集装置1’形成机械固定但是可拆卸的电子连接。监视器81是由集成在信号处理单元7中的一个视频微型磁片83来控制的。所述的视频微型磁片访问存储在存储器地址52中的信息包51并且允许在排列在LCD-监视器81上的一个显示器84上表示它们。

在前面所解释的数据采集装置中所涉及的是将由半导体发射器17所发射的在可见的太阳光光谱范围内的射线通过投射装置15和缝隙快门16投射到所检测的介质上并且变为可见，例如作为光束19或画面。所投射的光束或画面的几何维数是由调整环25不受限制的调整缝隙快门中可调的缝隙的大小来决定的。这意味着不但投射位置的光束19适合于所检测的字体或图形的大小，而且也定义了在CCD-图像传感器中用于图像处理的光检测范围。投射的光线由图像平面20的辐照区域19所反射并且由CCD-图像传感器14在通过在光路上所现有的缝隙快门相反的方向上接收到，并且通过光学器件作为反射的光线包括各自区域19的所有图像信息。在表示由一个监视器81的装置所检测的介质的大小的表示中，可视的表示准确的对应于由CCD-图像传感器14所检测的图像信息。

由霍尔生成器生成用于CCD-同步信号的脉冲，该生成器包括霍尔元件30和扫描球33，并通过转换器级42将该脉冲提供给信号处理单元7。霍尔效应所要求的磁场31是由磁板34所生成的，磁板34均匀的直接分布在扫描球33表面的下面。通过一个键46来提供用于电子挡板45的控制脉冲。

与图15和16中所示的光学器件一起使用相对于图3中所使用的提高了一百的参考符号。光学器件104再包括一个CCD丝网(screen)传感器114，在其中集成了一个红外发射器117。并且此外包括一个投射装置115，它具有一个聚焦单元118，像聚焦单元18一样它包括一个双凸面，一个平凸和一个双凹镜，并且具有一个缝隙快门116。与图3中所示的光学器件4相反，光学器件104配备有一个红光发射器121，排列在与红外发射器117的光线的光路成直角的地方，并且它有一个半透明的镜子122。镜子122排列在红外发射器117和红光发射器121的射线的光路上，并且能被由红光发射器121发射到镜子的红光穿透，但是不能被红外光穿透。

当如所预期的采用一个配备有光学器件104的数据采集装置时，红外光通过半透明的镜子122，并且侧面入射红光，它在镜子上在红外光的方向上被偏转通过聚焦单元118发光，并且撞击提供有信息的图像平面20的一个区域，这样的区域是依据缝隙快门116的调整自由选择的，图15中表示了这一点。具有叠加的红外光由区域19在它被接收的方向上反射的红光包括有图像平面20所选择的区域19的所有信息。所反射的光的红光部分被朝着红光发射器在半透明的镜子122上偏转，半透明的镜子对所述的光是不可穿透的，红外光部分通过镜子122并且在CCD-图像传感器114中被接收，传感器114将所反射的红外光中所包含的光信号转换为电信号。

图17中所示的数据采集装置200不同于图1中所示的数据采集装置，由于它包括一个集成在外壳201内的非接触的运动检测器202，取代了配有一个扫描球33的运动检测器2，此外还由于它包括一个提供一个可调整的聚焦单元203的光学器件204，代替数据采集装置1的不可调整的光学器件4。此外，数据采集装置200具有一个输入单元205，侧面排列在外壳201上。此外，光学器件204配备有一个图像传感器208，它允许以下面将详细描述的方式来记录三维的对象。

数据采集装置200的其它部件在设计和功能上与数据采集装置1相应的部件相类似。例如，数据采集装置200也具有一个底板206集成在外壳201中并且与光学器件206相连接，也有一个信号处理单元207和一个存储单元217排列在所述的底板上，此外和一个电池电源218和一个接口220。

图18中所放大显示的运动检测器包括一个扫描头225，在其中排列有一个半导体芯片226，提供装置用于检测运动和数据采集装置与所选择区域的垂直间距，以及一个聚焦光学器件，在示例的实施方式中它是一个凸-凹透镜227。

一个半导体发射器228和总共五个光电二极管229,229’,229”,229,230都集成在一个半导体芯片226中。在这个连接中，光电二极管229到229用作检测数据采集装置200与区域19相平行的运动，其中光电二极管230允许测量数据采集装置200与区域19之间的垂直间距。在这个连接中，由光电二极管229,229’,229”,229所发射的信号是作为读入数据的校正补偿的参考值。图19a表示的是在数据采集过程中运动检测器202的位置-如箭头所指示的-在一个图像平面202上所标记的，通过例子只是字母数字字符行19。在这个过程中，一方面光电二极管229,229’,另一方面光电二极管229’,229”每个都从要检测的字母数字字符行检测到大致相等的信号。在另一方面，图19b表示的是依据字符行没有正确检测出数据的情况。在数据采集过程中由光电二极管229和229’所发射的电信号在强度上与光电二极管229”,229的信号明显不同。光电二极管229,229’,229”,229的信号是由图中没有表示的一个赋值电子器件所检测的。存在着上面所解释过的预定的信号强度的不同，赋值电子器件发射一个警告信号，例如一个声音信号，直到已经再次建立起字母数字信息的行-校正检测。此外将由光电二极管229,229’和229”,229所发射的信号分别存储在存储器单元217中，以备进行以后的校正/补偿。

在图20所示的框图的帮助下可以描述非接触的运动检测器202的功能。

只要一开始数据采集装置的读入过程，一个适当的控制电路234将立即激活半导体280。在带标记的表面20的方向上由半导体228的透镜227所聚焦的光被所述的表面反射并由透镜227聚焦到半导体芯片上。光电二极管229,229’,229”,229检测所反射的光。在数据采集装置200与所带标记的表面平行移动的同时，在包括光电二极管229,229’,229”,229的二极管矩阵中生成一个按时间连续的电信号图案，这是基于此图案通过一个适当的数据处理有可能以一种清晰的方式确定数据采集装置200在数据采集过程中运动的方向和速度。

在A/D转换器235中放大光电二板管229,229’,229”,229的电脉冲，并将它作为数字同步信号提供给信号处理单元207，以描述数据采集装置200相对于图像平面表面20的位置。在一种与数据采集装置1的霍尔元件30的信号相类似的方式中，所述的同步信号被用作同时记录的同步图像传感器208的的电图像信号。当将图像传感器298的图像信息归档到存储器单元247时，将同步信号作为同步协议在所采集的图像信息的各自的存储器地址下归档。当使用适当的还原装置调用图像信息时，以这种方式有可能在任何时间获取所记录信息的一个正确的并是等比例(true-to-scale)的再现。

非接触的运动检测器的采用确保了当像所预期的那样使用数据采集装置200时，在数据采集装置200和所标记的表面20之间的间距是可变的并且不需要像数据采集装置1那样以一种固定的方式进行预置。出于这个原因，聚焦单元203的焦距被设计为是可调整的，这是由于聚焦单元203的透镜系统的一部分，在示例的实施方式中为双凹透镜，相对于聚焦单元203的其它部件是可以活动的，即沿着光轴移动。通过一个侍服系统219来调整焦距，通过一个控制单元221来电子控制该侍服系统，依据运动传感器202所发射的信息通过数据采集装置200与有标记的表面20的垂直距离来调整焦距。出于这个目的，伺服电动机具有一个主动轴222被设计为是一个螺纹主轴，所述的主动轴被周围的一个从活动安装的透镜的侧面突出的小孔223所接合着。主动轴222的旋转运动被以这种方式转换为与光轴相平行的运动。依据主动轴222的旋转的方向，增加或减少聚焦单元203的焦距。

在这样一种方式中，图像传感器208被认为是能够检测三维对象的全部信息。出于这个原因，图像传感器具有两个检测器矩阵平面240,241,它们每个都检测不同范围的电磁频谱并且相互之间不相互重叠。最好是，在这方面，一个检测器矩阵平面对于整个可视频谱敏感，而另一个检测器矩阵板241检测例如红外频谱的一部分。

以一种预定的方法由一个双稳开关243以一种时移的方式来控制检测器矩阵平面240,241。在这种方式中将两个矩阵平面240,241的图像信息通过一个滑动寄存器245和一个中间存储器247提供给一个图像存储器249。为了进行进一步的处理，特别是提取有关所记录的对象的三维字符的信息，通过一个滑动寄存器251从图像存储器249中读出信息并将其提供给信号处理单元207的一个信号放大器253。

在数据采集装置200的外壳201中集成有一个发送器254，该发送器代替了通过接口220进行数据的有线发射，允许向一个外部的装置，例如一台PC或一个笔记本电脑进行无线远程数据传输。

在信号处理单元207中，允许对所收集的数据进行进一步的电子处理并也可能直接在例如文本，图表或图象程序中计算。在这种情况下输入单元204用作拨号各自的处理程序并且如果需要输入任何附加的信息。将用于文本-图表和图像处理的程序与，例如，用于将手写信息识别和翻译为电子可读信息的参考信息相同的方式可重复调用地存储在一个附加存储器255中。

图22到24表示的是另外一种设计的数据采集装置，其中用于读入，控制和指示的装置被设计为独立的单元300,301,302，相互之间交换数据。

在使用时，在标记有字母数字，图形或图像的图像平面20上直接移动读入单元300。通过一个光波导体305，将所检测的信息提供给一个光学器件307，它然后在CCD图像传感器308上再现这样的信息。在一个CCD信号处理单元310中，将图像传感器308所检测到的信号变为一种适合于远程数据传输的形式并且提供给一个发送器312，发送器312与控制单元301的一个接收器313之间交换数据。读入单元300通过它自己的电池单元314提供电流，并且与控制单元301的电流源316相独立。读入单元300同时也可以被用作书写的工具。出于这个原因，读入单元300具有一个书写头(writing filler)329，在读入单元300中它是可伸缩的。

在控制单元301中，在一个微处理器318中处理接收器313所接收到的信号。一个显示器319用于指示状态和如果有，用于指示错误信息。微处理器318与一个接口321和一个图形接口322交换数据，它与外部装置中的每一个，例如一台PC，都通过适当的数据传输电缆与之相连。所采集的数据和/或微处理器318所处理的数据直接显示在显示单元302上。控制单元301和显示单元302通过远程无线数据传输的方式相互连接。出于这个原因，控制单元301具有它自己的发送器324，并且显示单元具有一个接收器325。用于对接收器325所接收的数据进行图形编辑的一个电子处理单元326排列在显示器单元中。

控制单元310配备有一个输入显示器328用于一个所谓的触摸笔的无键盘的输入。例如读入装置300，能够被认为是触摸笔。以这种方式有可能将数据采集装置作为一个无键盘的袖珍PC。

Claims (40)

1．一个数据采集装置，用于光采集和存储排列在一个图像平面上的字母数字字符，图形和图像，其中包括

一个投射装置(15,115)，用于将一个发光源(17,117)的光投射到标记有字母数字字符，图形和图像的一个图像平面(20)上的一个预定范围之上；

一个光学单元(4,104,204,307)，用于捕获由所述的图像部分(19)所反射的光并且在一个将光转换为一系列电信号的图像传感器(14,114,208,308)上再现它；

一个运动检测器(2,202)，用于当数据采集装置(1,1’,200)相对图像平面平行运动时，产生描述数据采集装置(1,1’,200)的位置的同步信号；

一个信号处理单元(7,207,318)，用于将图像传感器的信号(14,114,208,308)在同步信号的帮助下转换为独立于字符码的信息包，并且保留该图片所选择范围(19)内的全部原始的图片信息，并且用在一个存储单元(47,217)中可再调用地存储所述的信息包以用于以后进行进一步的电子处理。

2．依据权利要求1的数据采集装置，特征在于发光源包括至少一个半导体发送器(17,117)，发送在可见的或紫外光谱中的单色光。

3．依据权利要求1或2的数据采集装置，特征在于投射装置(15,115)具有一个快门(16,116)，它的孔径是连续可调的，以照射图像平面(20)的不同大小的图片范围(19)。

4．依据权利要求3的数据采集装置，特征在于快门被设计成一个缝隙快门(16,116)，这种快门缝隙的大小是连续可调的。

5．依据前面的权利要求中的任何一个的数据采集装置，特征在于将发光源(17,117)集成在图像传感器(14,114,208,308)之中。

6．依据前面的权利要求中的任何一个的数据采集装置，特征在于运动检测器(2,207)以一种固定的方式与数据采集装置相连接。

7．依据权利要求6的数据采集装置，特征在于运动检测器(2)具有一个设计为对称旋转的扫描元件(33)，能绕着至少一个轴旋转。

8．依据权利要求7的数据采集装置，特征在于运动检测器(2)有一个具有一个扫描元件(33)的霍尔元件(30)，其中扫描元件(33)被一个非均匀磁场(31)所包围着，以这种方式一旦扫描元件(33)旋转，与霍尔元件(30)相互作用生成电信号，这种信号被清楚地分配给各自的旋转运动。

9．依据权利要求8的数据采集装置，特征在于将扫描元件(33)设计为一个在运动检测器(2)中可自由旋转的球，所述的球表面上固定着等间距的磁板。

10．依据前面的权利要求中的任何一个的数据采集装置，特征在于在每一种情况中可以自由确定信息包的大小。

11．依据前面的权利要求中的任何一个的数据采集装置，特征在于存储单元(47,217)包括一个或多个集成在信号处理单元(7,207)中的存储器(49,57)。

12．依据权利要求11的数据采集装置，特征在于信号处理单元(7,207,318)具有用于另外连接外部存储器(57)的装置。

13．依据前面的权利要求中的任何一个的数据采集装置，特征在于图像传感器(14,114,208,318)配备有集成的存储器用于信号处理。

14．依据前面的权利要求中的任何一个的数据采集装置，特征在于信号处理装置(7,207,318)和/或存储单元(47,217)与一个接口(10,220,321)以光，电，或光电连接，以向外部仪器发送数据。

15．依据前面的权利要求中的任何一个的数据采集装置，特征在于一个集成的电池电流源(8,218,314,316)，所述的电源可以使用可充电电池(9)。

16．依据权利要求15的数据采集装置，特征在于用于为电池充电的集成的充电电子器件允许在电子方式控制下对电池(9)进行快速充电。

17．依据权利要求15或16的数据采集装置，特征在于将充电电子器件集成在接口(10)中。

18．依据权利要求15,16或17的数据采集装置，特征在于用来对电池(9)充电的电流是通过一个插入式的装置(62)产生的，该装置可从数据采集装置上拆开的。

19．依据权利要求14和/或权利要求15到17中的任何一个的数据采集装置，特征在于接口(10,220,321)与一个接口电缆相连接，通过这个电缆可以提供用于对电池(9)充电的电流。

20．依据前面的权利要求中的任何一个的数据采集装置，特征在于在信号处理单元(7,207,318)中集成一个将用于控制一个外接的监视器(81)的一个信号处理芯片，在信号处理单元(7,207)中生成信息包，通过所述的监视器直观地将该信息显示出来。

21．依据权利要求20的数据采集装置，特征在于监视器是一个插入式的单元(80,81)，以一种固定的但可拆卸的方式与数据采集装置相连接。

22．依据权利要求20或21的数据采集装置，特征在于信号处理芯片具有存取能力以在监视器(81,302)上直观地显示所存储的信息包。

23．依据前面的权利要求中的任何一个的数据采集装置，特征在于设计了一种手持式的装置。

24．依据权利要求23的数据采集装置，特征在于将手持式的装置设计为自来水笔的形式。

25．依据前面的权利要求1,2-24中的任何一个的数据采集装置，特征在于包括：

一个集成在图像传感器(114)中的红外发射器作为发光源(117)；和

一个光源(121)投射装置(115)，发出与红外辐射器(17)的发光方向相垂直的可见光并具有一个半透明镜子(122)，可穿透红外光，反射可见光，其中半透明的镜子(122)安装在红外光和可见光的光路上，以这种方式红外发射器(117)所发射的光和光源(121)的可见光照射到图像平面(20)一个全等的图像范围(19)，在一方面，在图像传感器上(114)只接收由这个图像范围所反射的光的红外部分，另一方面，将所反射的光的可见部分引导到离开图像传感器的一个方向上。

26．依据前面的权利要求中的任何一个的数据采集装置，特征在于运动检测器(2,202)配备有一个检测装置(229,229’,229”,229)，用于对数据采集装置(1,200)相对图像平面的平行运动进行非接触的检测。

27．依据权利要求26的数据采集装置，特征在于作为用于检测与图像平面(20)大致相平行的一个采集平面的检测装置，提供了至少在两个方向上等距离的排列着的光电二极管(229,229’,229”,229)，所述的光电二极管检测由所选择的区域(19)上的字母数字字符，图形和图像所反射的光并将它转换为进行校正/补偿时作为参考信息的电信息。

28．依据权利要求27的数据采集装置，特征在于运动检测器(2,202)具有用于检测垂直间距的装置(230)，例如一个光电二极管检测由图像平面(20)所反射的发光源(17,117,228)的光。

29．依据权利要求27和28中任何一个的数据采集装置，特征在于用于检测垂直间距的装置(230)与一个伺服传动装置(219)相连接，通过它可以依据垂直间距以一种预定的方式调节数据采集装置(1,200)的聚焦单元(18,118,203)的焦距。

30．依据权利要求27到29中的任何一个的数据采集装置，特征在于还提供了一个半导体发射体集成在运动检测器(202)中作为发光源(228)，用于检测运动和/或垂直间距。

31．依据权利要求26到30中任何一个的数据采集装置，特征在于用于检测运动的装置(229,229’,229”,229)和/或检测垂直间距的装置(230)和/或用于检测运动的发光源(228)都集成在排列在运动检测器(2,202)中的一个微芯片(226)中。

32．依据权利要求26到31中任何一个的数据采集装置，特征在于用于检测运动的装置(229,229’,229”,229)和/或检测垂直间距的装置(230)发送同步信号，在一个同步的可分配给各自信息包(51)的协议中将信号存储在存储器单元(7,207)中。

33．依据前面的权利要求中任何一个的数据采集装置，特征在于图像传感器(14,114,208,308)配备有用于检测图像平面(20)上的对象的三维属性的装置(240,241)。

34．依据前面的权利要求中任何一个的数据采集装置，特征在于图像传感器(14,114,208,308)配备有两个检测器矩阵(240,241)，用于检测频谱彼此不重叠的两个不同的频谱区域，这两个检测器矩形平面可以用一种预定的相互时差来控制。

35．依据前面的权利要求中任何一个的数据采集装置，特征在于包括一个发送和接收单元(254)，用于与一个外部计算机进行无线远程数据传输。

36．依据前面的权利要求中任何一个的数据采集装置，特征在于信号处理单元(7,207,318)与一个存储器介质(254)交换数据，目的是在参考信息的帮助下将手写的信息转换为EDP-可读的信息，最好是十六进制字符。

37．依据前面的权利要求中任何一个的数据采集装置，特征在于包括一个输入单元(205)，通过该单元，有可能输入有关可选择的处理程序的信息，例如文本，图表或图形程序。

38．依据前面的权利要求中任何一个的数据采集装置，特征在于包括一个读入单元(300)，一个控制单元(301)和/或一个显示单元(302)，每一个都被设计成功能独立的单元并且相互之间最好是无线的，直接的或间接的交换数据。

39．依据权利要求38的数据采集装置，特征在于控制单元(301)配备有传感器装置(328)用于输入数据。

40．依据权利要求38或40的数据采集装置，特征在于读入装置(300)配备有书写装置(329)，例如在读入单元(300)中可伸缩的书写头。

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