読取装置
【課題】被読取画像を読み取る読取装置において、被読取画像の読取精度を向上させることのできる技術を提供する。
【解決手段】光学系ユニット７０の結像部８０は、回転軸７２に回転自在に支持される。、揺動アクチュエータによって結像部８０が自動的に矢印Ｍ方向に揺動される。この揺動により、照射軸ａと受光軸ｂのなす角度が変更されると共に、結像部８０における焦点距離を変更する。これにより、照射軸ａ、受光軸ｂおよび媒体５０の配置が、結像部８０で受光される反射光が正反射成分となった場合であっても、結像部８０の揺動動作により、照射軸ａに対して受光軸ｂをずらす。そして、結像部８０で拡散反射成分となる反射光を受光して、撮像部６４で読取可能な画像が取得して読取エラーを低減する。
【解決手段】光学系ユニット７０の結像部８０は、回転軸７２に回転自在に支持される。、揺動アクチュエータによって結像部８０が自動的に矢印Ｍ方向に揺動される。この揺動により、照射軸ａと受光軸ｂのなす角度が変更されると共に、結像部８０における焦点距離を変更する。これにより、照射軸ａ、受光軸ｂおよび媒体５０の配置が、結像部８０で受光される反射光が正反射成分となった場合であっても、結像部８０の揺動動作により、照射軸ａに対して受光軸ｂをずらす。そして、結像部８０で拡散反射成分となる反射光を受光して、撮像部６４で読取可能な画像が取得して読取エラーを低減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、用紙上への筆記内容を同時に電子化した筆記情報データに変換し、このデータをパソコンや携帯電話等に転送して、筆記内容をモニタ上に表示したり、データとして転送・保存したりする技術が注目されている。かかる技術では、表面にそれぞれ異なるパターンで形成された微細なドットが印刷された特殊な用紙と、これらのドットを読み込むことで筆記内容を電子情報化する電子ペン（アノトペン（登録商標））とが用いられる。この電子ペンは、特殊用紙上に筆記が行われると、ペン先近傍のドットパターンを撮像素子で読み込み、読み込んだドットパターンからペン先の特殊用紙上における位置を特定する。これにより、筆記された文字や図形等からなる電子文書の生成や、所定の電子文書への文字や図形等の付加等が可能となる（例えば、特許文献１参照）。一方、特殊なパターンを読み取る技術としては、複数の撮像素子を備えたバーコードリーダ（特許文献２）等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−９４９０７号公報（第１２−１４頁）
【特許文献２】実開平２−１８３８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、被読取画像を読み取る読取装置において、被読取画像の読取精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明の請求項１が採用する読取装置の構成は、読取対象となる被読取画像が形成された媒体上の位置を指示する指示部と、前記指示部によって指示される前記媒体上の位置に対し予め定められた照射範囲に光を照射する照射手段と、前記照射手段によって前記媒体に照射された光の反射光を受光する結像手段と、前記結像手段によって受光された反射光に基づいて被読取画像を撮像し、当該被読取画像を表す信号を生成する生成手段と、前記結像手段の姿勢を変えて、前記照射手段によって光が照射された照射範囲内において前記生成手段が撮像する前記被読取画像の位置を変更する変更手段と、を具備することを特徴とする。
【０００６】
本発明の請求項２に係る読取装置は、請求項１記載の構成において、前記変更手段は、前記結像手段を回転自在に支持する回転軸と、この回転軸を中心として前記結像手段を予め決められた範囲で揺動させる駆動手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、媒体からの反射光において正反射成分が多いことと、被読取画像を撮像する際に焦点が合っていないことによる読取精度の悪化を抑制することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明によれば、結像手段を揺動させることでその姿勢を可変にできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】筆記情報処理システムの全体構成を示す図である。
【図２】コードパターン画像の内容を示す図である。
【図３】電子ペンの構成を示す機能ブロック図である。
【図４】電子ペンの構成を示す断面図である。
【図５】電子ペンの制御部を示す機能ブロック図である。
【図６】照明制御信号、画像取込信号および出力画像信号に関する出力タイミングチャートを示した図である。
【図７】電子ペンのコード検出部およびデータ処理部での動作を示した流れ図である。
【図８】照射部の照射軸ａおよび照射範囲Ａ、結像部の受光軸ｂおよび撮像範囲Ｂを模式的に示した図である。
【図９】電子ペンによる筆記内容の一例を示す図である。
【図１０】電子ペンの結像部による撮像範囲の遷移の一例を示す図である。
【図１１】従来における読取可能領域を模式的に示した特性線図である。
【図１２】本実施形態における読取可能領域を模式的に示した特性線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜Ａ：構成＞
図１は、本実施形態に係るシステムの構成の一例を示す図である。図において、電子ペン６０は、紙等の媒体５０に対して文字や図形を筆記する機能を備えるとともに、媒体５０に形成されたコードパターン画像（被読取画像）を読み取る機能を備えた読取装置の一例である。情報処理装置１０は、例えばパーソナルコンピュータであり、電子ペン６０から出力される信号に応じて筆記内容を表す筆記情報を生成する筆記情報生成装置の一例である。
【００１１】
媒体５０に形成されるコードパターン画像は、媒体５０を識別する識別情報や、媒体５０上の座標位置を表す位置情報を符号化して画像化したものである。ここで、媒体５０に形成されるコードパターン画像の一例について、図２を参照しつつ説明する。図２は、媒体５０に形成されるコードパターン画像の一例を示す図である。コードパターン画像は、複数の点状のドット画像の相互の位置関係によって上述した識別情報及び位置情報を表したものであるが、これらのドット画像が配置され得る領域として、領域Ａ１〜Ａ９が予め定められている。図２に示す例では、黒色の領域Ａ１，Ａ２は点状のドット画像が配置された領域を示し、斜線の領域Ａ３乃至Ａ９はドット画像が配置されていない領域を示している。どの領域にドット画像が配置されるかによって識別情報及び位置情報が表現される。媒体５０には、例えばプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置（図示せず）によって、このコードパターン画像が媒体５０の全体に形成されている。電子ペン６０は、コードパターン画像を読み取り、その上で、コードパターン画像を解析して電子ペン６０のペン先６９ａの位置を検出する。
【００１２】
媒体５０には、上記のコードパターン画像のほか、人間に対して情報を伝えることを目的とした文書や図形など画像が形成されていてもよい。
以下では、この画像のことを「文書画像」というが、これには、テキストを含む文書を表す画像に限らず、例えば、絵、写真、図形等の画像や、その他の画像が含まれる。画像形成装置は、コードパターン画像を形成するときはＫ（黒）のトナーを用いて画像形成を行う一方、文書画像を形成するときはＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）のトナーを用いて画像形成を行う。媒体５０には、文書画像とコードパターン画像とが重畳されて形成される。このようにコードパターン画像と文書画像とで分光反射特性の異なる材料を用いて形成することで、電子ペン６０は選択的にコードパターン画像のみを読み取るように設定することができる。
なお、本実施形態における「媒体」は、いわゆる紙に限定されるものではなく、例えばＯＨＰシートなどのプラスチックシートや、その他の材質のシート等であってもよい。また、表示内容を電気的に書き換え可能ないわゆる電子ペーパーであってもよい。要は、媒体５０は、画像形成装置等によって少なくともコードパターン画像が形成されたものであればよい。
【００１３】
電子ペン６０は、媒体５０に文字や図形等を筆記する機能を有する筆記具であると共に、媒体５０に形成されたコードパターン画像を読み取る読取装置である。電子ペン６０は、媒体５０から読み取ったコードパターン画像を示す情報を情報処理装置１０に送信する。
【００１４】
次に、電子ペン６０の機能的構成の一例について、図面を参照しつつ説明する。図３は、電子ペン６０の機能を模式的に示した機能ブロック図である。図において、制御部６１は、電子ペン６０の全体の動作を制御する制御手段である。圧力センサ６２は、電子ペン６０による筆記動作をペンチップ６９に加わる圧力によって検出する検出手段である。光学系ユニット７０は、照射部６３、結像部８０および撮像部６４を具備する。照射部６３は、例えば近赤外ＬＥＤであり、媒体５０上に近赤外光を照射する照射手段の一例である。結像部８０は、媒体５０で反射した反射光に応じて媒体５０上の画像を撮像部６４上に結像する結像手段の一例である。撮像部６４は、照射部６３から照射された近赤外光の反射光に応じて、媒体５０上の画像を撮像する生成手段の一例である。
【００１５】
情報メモリ６５は、識別情報および位置情報を記憶する記憶手段である。通信部６６は、外部装置との通信を制御する通信手段である。バッテリ６７は、電子ペン６０を駆動するための電力を各部に供給する充電可能な電力供給手段である。ペンＩＤメモリ６８は、電子ペン６０の識別情報（ペンＩＤ）を記憶する記憶手段である。ペンチップ６９は、いわゆるペン軸であり、その先端部がペン先６９ａとなる。ペン先６９ａは、ユーザによって筆記動作がなされる際に、読取対象となるコードパターン画像（被読取画像）が形成された媒体５０上の位置を指示する指示部となる。照射部６３は、ユーザによって筆記動作がなされる際に、ペン先６９ａによって指示される媒体５０上の位置に対して予め定められた照射範囲に光を照射する。図中では、便宜上、照射部６３から照射される光の中心線のみを図示するが、実際には拡散状態で照射される。スイッチ７５は、各種設定を切り替える切替手段である。
これら各部は、制御部６１に接続されている。さらに、後述する結像部８０を揺動させるための揺動アクチュエータ８１が制御部６１に接続される。
【００１６】
次に、ペンチップ６９と光学系ユニット７０の構成の一例について、図面を参照しつつ説明する。図４は、電子ペン６０の概略構成を示す断面図である。
ペンチップ６９は、電子ペン６０の筐体となるペン本体６０Ａ内に設けられ、その起端側には圧力センサ６２が配置される。このペンチップ６９は、ペン先６９ａに加えられる力によって起端側に向けて移動可能であり、圧力センサ６２は、ペンチップ６９が筆圧によって移動したことを検知することで、ペン先６９ａに力が加えられたことを検知する。
【００１７】
光学系ユニット７０は、ペン本体６０Ａ内の、ペンチップ６９の起端側に収容される。この光学系ユニット７０は、照射部６３と、ユニットケース７１の回転軸７２に回転可能に支持された結像部８０と、結像部６３で結像された、反射光による媒体５０上の画像を電気信号に変換する撮像部６４と、を具備し、照射部６３および撮像部６４がユニットケース７１に固定される。また、回転軸７２は、照射部６３から媒体に向けて照射される光軸の対して直交する方向に延びている。ここで、便宜上、照射部６３から照射される光の光軸を照射軸ａ、結像部８０の結像光学系の中心軸を受光軸ｂと呼ぶ。ここでいう受光軸ｂの方向とは、要するに受光面の向きであり、典型的には、受光面と中心と、結像部８０によって結像されて撮像部６４によって撮像される媒体５０上の領域（以下、撮像範囲撮像範囲と呼ぶ）の中心とを結ぶ方向である。
【００１８】
撮像部６４は、電子部品が実装された基板６４Ａと、この基板６４Ａ上に実装された撮像素子６４Ｂと、結像部８０で結像された光を反射させて撮像素子６４Ｂに導くプリズム６４Ｃと、を備える。撮像素子６４Ｂは、結像部６３により結像された被読取面の反射光に基づいてコードパターン画像を撮像し、撮像したコードパターン画像を表す信号を出力する。ここでは、撮像素子６４Ｂは、近赤外領域に感度があるＣＭＯＳイメージセンサであって、全画素において同一のタイミングで撮像した画像信号を生成できるグローバルシャッタ方式のＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。撮像素子６４Ｂは、７０ｆｐｓ〜１００ｆｐｓ（frame per second）程度の画像取込周期（フレームレート）に従って画像を撮像する。ここで、照射部８０は、消費電力を抑制するために、撮像素子６４Ｂへの画像取込周期に同期してパルス点灯するように構成されている。なお、ここでは、撮像素子としてＣＭＯＳイメージセンサを用いるが、撮像素子はＣＭＯＳイメージセンサに限定されるものではなく、Ｃ複写機イメージセンサ等の他の撮像素子を使用してもよい。
【００１９】
結像部８０は、受光面である凸レンズ８０Ａと、この凸レンズ８０Ａを支持するレンズ支持部材８０Ｂとを有し、この結像部８０が反射光に応じて媒体５０上の画像を撮像部６４上に結像する結像手段の一例となる。レンズ支持部材８０は、光学系ユニット７０の回転軸７２に回転可能に支持され、揺動アクチュエータ８１がレンズ支持部材８０を矢印Ｍ方向に揺動させる。揺動アクチュエータ８１としては、回転モータと揺動スライダ機構との組み合わせ、或いはリニアアクチュエータ等から構成される。この揺動アクチュエータ８１および回転軸７２により変更手段の一例が構成される。
【００２０】
結像部８０を揺動させることにより、図８に示すように、媒体５０上における撮像範囲を変更すると共に、焦点距離を変更する。図８は、照射部６３が媒体５０に向けて照射される照射範囲Ａと、結像部８０における撮像範囲Ｂを模式的に示した図である。照射範囲Ａは照射部６３からの光が照射される範囲を示し、撮像範囲Ｂは、結像部８０の焦点距離（所謂、被写界深度）を有する範囲、つまり画像がピント合わせされた状態で受光される範囲となる。したがって、受光軸ｂの方向は、電子ペン６０の筐体の長手方向となる。
【００２１】
まず、図８（ｂ）は、媒体５０に対する法線ｃと、照射軸ａと受光軸ｂとが交わる点において、各軸のなす角度を二分にした中心軸とが一致した場合に発生する正反射の状態を示しており、この場合には、結像部８０で受光される反射光には正反射成分となるため、読取エラーが生じることが多い。これに対し、図８（ａ）では撮像範囲Ｂは、図８（ｂ）の撮像範囲Ｂに比べて右側に移動し、図８（ｃ）では撮像範囲Ｂは、図８（ｂ）の撮像範囲Ｂに比べて左側に移動する。また、図８（ａ）および図８（ｃ）では、撮像範囲Ｂが照射軸ａからずれているため、結像部８０で受光される反射光は、拡散反射成分が多くなるため、読取エラーが低減して読取精度が向上する。
ここで、図８（ａ）または図８（ｃ）では、焦点距離と媒体５０上の被読取画像とが一致した位置（ジャストフォーカス位置）からずれた位置で結像部８０が反射光を受けることになるが、図８（ａ）または図８（ｃ）のうちジャストフォーカスに近いどちらか一方を選択して読取に利用する。
【００２２】
次に、ユーザが、電子ペン６０を用いて、図９に例示する点を媒体５０上に筆記した場合の動作例について説明する。ユーザは、媒体５０上の位置（ｘ１，ｙ１）を電子ペン６０で指示し、ペン先６９ａを媒体５０に押し付ける。これにより、ペンチップ６９に接続された圧力センサ６２が筆記動作を検出し、識別情報及び位置情報の読取処理を開始する。このとき、ユーザによるペン先６９ａの押し込み動作に起因して結像部８０の矢印Ｍ方向への揺動を開始する。
【００２３】
図１０は、結像部８０による撮像範囲Ｂの遷移の一例を示す図である。図１０は、図９に示す筆記動作に対応した撮像範囲Ｂの推移を模式的に示した図である。なお、図１０においては、図面が煩雑になるのを防ぐために、光学系ユニット７０による撮像範囲Ｂの数を、実際に撮像される数よりも少ない数で図示している。ユーザによって図９に示す位置（ｘ１，ｙ１）でペン先６９ａが押し込まれる動作に連動して、結像部８０が揺動して結像部８０による撮像範囲が領域Ｂ１から領域Ｂ７まで徐々に変化する。
特に、従来の電子ペンにおいては、媒体５０上のある一点が指示される場合において結像部１６４１が正反射成分を多く受光してしまうと、コードパターン画像が正確に読み取れず読取エラーとなってしまい、その結果、その筆記動作に対する情報が欠落してしまう。
【００２４】
これに対し、本実施形態の電子ペン６０の結像部８０は、ユーザが媒体５０上のある一点を指示した場合であっても、複数の異なる受光角度で複数の撮像範囲にて撮像が行われる（図１０の領域Ｂ１乃至Ｂ７参照）。このとき、上述したように、媒体５０に対する照射部６３の照射軸ａと結像部８０の受光軸ｂとがなす交差角度は、領域Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂ７のそれぞれで異なるから、これらの撮像された被読取画像からジャストフォーカスに近い画像を選ぶことで、正反射成分を多く受光してしまう場合であっても、読取エラーを低減し、読取精度を向上させることができる。
【００２５】
次に、連続した線を媒体５０上に描画する場合には、ペンチップ６９が移動する方向に対して三角波の波形のように重なり合いながら撮像範囲が形成されることになる。これらの撮像範囲で撮像された画像のうち、ジャストフォーカスに近い画像を選ぶことで、正反射成分を多く受光してしまう場合であっても、読取エラーを低減し、読取精度を向上させることができる。
【００２６】
次に、制御部６１の機能的構成について、図５を参照しつつ説明する。図５は、制御部６１の機能を示す機能ブロック図である。図において、コード検出部６１２は、撮像部６４から出力される信号（撮像された画像を表す信号）からコードパターン画像を検出する。データ処理部６１３は、コード検出部６１２にて検出されたコードパターン画像から識別情報および位置情報を抽出する。照明制御部６１４は、照射部６３をパルス点灯させるための照明制御信号を照射部６３に対して送信し、照射部６３をパルス点灯させる。撮像制御部６１５は、照射部６３に送信するパルス点灯に同期した画像取込信号を撮像部６４に供給する。
【００２７】
さらに、電子ペン６０における制御部６１の動作の概略を説明する。図６は、照射部６３のパルス点灯を制御する照明制御信号、撮像部６４における画像取込信号、および出力画像信号に関する出力を示したタイミングチャートである。電子ペン６０による筆記が開始されると、ペンチップ６９に接続された圧力センサ６２が筆記動作を検出する。これにより、制御部６１は、識別情報及び位置情報の読取処理が開始される。
まず、制御部６１の照明制御部６１４は、照射部６３をパルス点灯させるための照明制御信号（図６（Ａ））を照射部６３に対して送信し、照射部６３をパルス点灯させる。
【００２８】
撮像部６４は、画像取込信号（図６（Ｂ））に同期して媒体５０上の画像を撮像する。その際に、照射部６３は、撮像部６４への画像取込信号に同期してパルス点灯する。撮像部６４は、パルス点灯する照射部６３にて照明される媒体５０上の画像を撮像する。そのため、撮像部６４では、照射部６３にて照明された媒体５０上の画像に関する画像信号（出力画像信号：図６（Ｃ））が順に生成される。
【００２９】
撮像部６４にて順次生成された出力画像信号は、コード検出部６１２に送られる。出力画像信号を受け取ったコード検出部６１２は、出力画像信号を処理して、撮像部６４にて撮像された画像からコードパターン画像を検出する。コード検出部６１２により取得されたコードパターン画像はデータ処理部６１３に送られる。コードパターン画像を受け取ったデータ処理部６１３は、コードパターン画像を復号し、コードパターン画像に埋め込まれている識別情報および位置情報を取得する。
【００３０】
＜Ｂ：動作＞
次に、この実施形態による電子ペン６０の動作について説明する。ユーザが、電子ペン６０による筆記を開始すると、ペンチップ６９に接続された圧力センサ６２が筆記動作を検出する。
この動作例では、ユーザが、電子ペン６０を用いて、図９に例示する点を媒体５０上に筆記した場合の動作例について説明する。ユーザは、媒体５０上の位置（ｘ１，ｙ１）を電子ペン６０で指示し、ペン先６９ａを媒体５０に押し付ける。これにより、ペンチップ６９に接続された圧力センサ６２が筆記動作を検出し、制御部６１は、識別情報及び位置情報の読取処理を開始する。
【００３１】
まず、照明制御部６１４は、照射部６３をパルス点灯されるための照明制御信号を照射部６３に対して送信し、照射部６３をパルス点灯させる。また、電子ペン６０の撮像制御部６１５は、照射部６３に送信するパルス点灯に同期した画像取込信号を、撮像部６４に供給する。撮像部６４は、撮像制御部６１５から供給される画像取込信号に応じて、結像部６４で結像される反射光に基づいてコードパターン画像を撮像し、撮像したコードパターン画像を表す出力画像信号をコード検出部６１２へ出力する。
【００３２】
次に、コード検出部６１２及びデータ処理部６１３の動作について、図７に示すフローチャートを参照しつつ説明する。コード検出部６１２には、撮像部６４から媒体５０上の画像を表す出力画像信号が入力される（ステップ６０１）。コード検出部６１２は、出力画像信号に含まれるノイズを除去するための処理を行う（ステップ６０２）。ここで、ノイズとしては、ＣＭＯＳ感度のばらつきや電子回路により発生するノイズ等がある。ノイズを除去するために如何なる処理を行うかは、電子ペン６０の撮像系の特性に応じて決定する。例えば、ぼかし処理やアンシャープマスキング等の先鋭化処理を適用することができる。次に、コード検出部６１２は、画像からドットパターン（ドット画像の位置）を検出する（ステップ６０３）。また、コード検出部６１２は、検出したドットパターンを２次元配列上のデジタルデータに変換する（ステップ６０４）。例えば、２次元配列上で、ドットがある位置を「１」、ドットがない位置を「０」というように変換する。そして、この２次元配列上のデジタルデータ（コードパターン画像）は、コード検出部６１２からデータ処理部６１３へと受け渡される。
【００３３】
データ処理部６１３は、受け渡されたコードパターン画像から、図２に示した２つのドットの組み合わせからなるドットパターンを検出する（ステップ６０５）。例えば、ドットパターンに対応するブロックの境界位置を２次元配列上で動かし、ブロック内に含まれるドットの数が２つになる境界位置を検出することにより、ドットパターンを検出することができる。このようにしてドットパターンが検出されると、データ処理部６１３は、ドットパターンの種類に基づいて、識別符号および位置符号を検出する（ステップ６０６）。その後、データ処理部６１３は、識別符号を復号して識別情報を取得し、位置符号を復号して位置情報を取得する（ステップ６０７）。図７に示す処理において、結像部８０が受光した光量が少なすぎる場合や、逆に受光した光量が多すぎる場合等には、撮像された画像からドットパターンが検出されず、電子ペン６０が識別情報及び位置情報を取得できない場合（つまり、読取エラー）が発生する。このように識別情報及び位置情報が取得できなかった場合は、データ処理部６１３は、識別情報および位置情報に代えて、読取失敗を示す読取エラーの情報を取得する。
【００３４】
電子ペン６０は、図７の処理により取得した識別情報および位置情報を情報処理装置１０に送信する。このとき、電子ペン６０は、識別情報および位置情報の読取に失敗した場合は、読取の失敗を示す情報を情報処理装置１０に送信する。情報処理装置１０は電子ペン６０から識別情報および位置情報を受信し、受信した位置情報に基づいて筆記情報を生成する。情報処理装置１０は、電子ペン６０から読取エラーを示す情報を受信した場合には、その前後の識別情報および位置情報によって補間したりする等して筆記情報を生成する。
【００３５】
＜Ｃ：動作例＞
次に、この実施形態の具体的な動作の一例について図面を参照しつつ説明する。本実施形態による電子ペン６０では、揺動アクチュエータ８１によって結像部８０を揺動動作を開始する。これにより、図８の模式図に示すように、照射部６３の照射範囲Ａ内を結像部８０の撮像範囲Ｂが揺動するることになる。そして、焦点距離と媒体５０上の被読取画像とが一致した位置（ジャストフォーカス）からずれた位置における反射光を撮像部６４で読み取ることで、読取エラーを低減し、被読取画像の読取精度が向上する。
【００３６】
ところで、通常、電子ペンにおいて撮像効率を高めるために、結像部にオートフォーカス機構が採用されている。このオートフォーカス機構は、結像部を構成する複数のレンズ間の距離を受光軸に沿って変更することで、媒体５０に対する焦点距離の調整（ピント合わせ）を行うものがある。
【００３７】
電子ペンは、ユーザが筆記する動作により光学系ユニットにおける検出動作を開始するから、ある程度傾いた状態で使用されるのが通常である。しかし、左利きのユーザが使用する場合のように、自分の書いた字を確認しながら筆記する場合等、ユーザの筆記癖に応じては、電子ペンを媒体に対して直交させた状態で使用することがある。
このような場合、電子ペンは、ペンチップ６９と光学系ユニット７０が同軸方向に並んで配置されているため、図８（ｂ）のように、媒体５０に対する法線と、照射軸ａと受光軸ｂとが交わる点において、各軸のなす角度を二分にした中心軸とが一致した場合には、結像部８０で受光する反射光が正反射成分となってしまい、コードパターン画像が正確に読み取れられない読取エラーが多発する場合がある。
しかも、前述したオートフォーカス機構では、受光軸に沿ってレンズを移動させることによりピント合わせを行っているため、正反射成分を受光する位置でオートフォーカス（ピント合わせ）したのでは、読取エラーを回避することはできなかった。
【００３８】
これに対し、本実施形態による電子ペン６０は、結像部８０を揺動させることで、照射軸ａと受光軸ｂとのなす角度を変更させているため、結像部８０で正反射成分の反射光よりも拡散反射成分の反射光を多く受光することで、読取エラーの低減を図っている。
【００３９】
具体的な例を図１１および図１２に示す。図１１および図１２は、結像部８０の焦点距離と媒体５０に対する受光軸ｂの角度について、読取可能領域および読取不可能領域を模式的に示した図である。
横軸の焦点は、撮像ユニット内の部位を移動させることによって変化する焦点距離を示し、縦軸の角度は、媒体５０に対する電子ペン６０の角度を示している。
正反射角度は、媒体５０に対する法線と、照射軸ａと受光軸ｂとが交わる点において、各軸のなす角度を二分にした中心軸とが一致した角度のことである。
【００４０】
図１１は、前述した結像部におけるレンズを受光軸ｂに沿って移動させて行うオートフォーカス機構によるピント合わせ（焦点距離の移動）の特性を示した特性線図である。横に延びる両側矢印線は、角度毎に行われるピント合わせされる範囲を示している。このように、このオートフォーカス機構によって変更できるのは、焦点距離のみであるため、各両側矢印線は横方向に延びる。そして、正反射角度においては、このオートフォーカス機構では、読取不可能領域内を焦点距離が移動するだけであるため、反射光によって撮像された読取不可能な画像となる。
【００４１】
図１２は、本実施形態の電子ペン６０による結像部８０を揺動させた際のピント合わせ（焦点距離の移動）の特性を示した特性線図である。結像部８０の揺動動作によって、照射軸ａと受光軸ｂとがなす角度が変更されるため、結像部の揺動動作に伴って、媒体５０に対する受光軸ｂの角度と焦点距離とが変化することになる。このため、両側矢印線は、斜めに傾斜して描写される。そして、正反射角度となった場合には、焦点距離と媒体５０上の被読取画像とが一致した位置（ジャストフォーカス位置）からずれた読取可能領域において受光した反射光を撮像部６４で撮像する。これにより、結像部８０および撮像部６４では、読取可能な画像が取得でき、この結果撮像部６４における読取エラーを低減することができる。
【００４２】
＜Ｄ：変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。以下にその例を示す。なお、以下の各態様を組み合わせてもよい。
（１）前述した実施形態では、媒体５０に文字や図形等を筆記する電子ペンについて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、ポインティングデバイス（マウス）機能や、媒体上の領域に対応して記録された情報（例えば、コマンド情報）を読み取るスタイラス機能を備えたものであってもよい。
なお、実施形態の動作例では媒体５０上に文字などを筆記する場合の動作例について説明したが、これに限らず、例えば、媒体５０上に設けられたソフトボタンを選択するなどの、表示面上の位置を単に指定する場合にも、本実施形態の電子ペン６０は有効である。
【００４３】
（２）前述した実施形態では、照射部６３として、近赤外光を照射する近赤外ＬＥＤを用いたが、照射部６３はこれに限らず、違う特性を有するＬＥＤを用いるようにしてもよい。要は、照射部６３は、媒体５０に形成されたコードパターン画像をその反射光で読取可能な光を照射するものであればよい。
【００４４】
（３）前述した実施形態では、識別情報として、媒体を一意に識別する情報を用いたが、識別情報はこれに限らず、例えば、電子文書を一意に識別する情報を識別情報として用いるようにしてもよい。上述の第１実施形態に例示したように媒体を一意に識別する情報を用いる場合は、同じ電子文書を複数部数形成すると、異なる媒体には異なる識別情報が付与される。これに対し、電子文書を一意に識別する情報を識別情報として用いる場合は、同じ電子文書を形成すると、異なる媒体であっても同じ識別情報が付与される。
【００４５】
また、前述した実施形態では、位置情報及び識別情報を表すコードパターン画像を読み取ったが、コードパターン画像が表す情報は位置情報や識別情報に限らず、例えば、テキストデータやコマンドを表す情報であってもよい。また、位置情報のみを表す画像であってもよい。要は、何らかの情報を表す画像が媒体５０に形成されていればよい。
【００４６】
（４）前述した画像形成装置では、コードパターン画像をＫのトナーを用いて形成するようにした。これは、Ｋのトナーが、Ｃ、Ｍ、Ｙのトナーよりも赤外光の吸収量が多く、電子ペン６０でコードパターン画像を高いコントラストで読み取ることができるからである。しかしながら、コードパターン画像は、特殊トナーを用いて形成することも可能である。ここで、特殊トナーとしては、可視光領域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における最大吸収率が７％以下であり、近赤外領域（８００ｎｍ〜１０００ｎｍ）における吸収率が３０％以上の不可視トナーが例示される。ここで、「可視」および「不可視」は、目視により認識できるかどうかとは関係しない。形成された媒体に形成された画像が可視光領域における特定の波長の吸収に起因する発色性の有無により認識できるかどうかで「可視」と「不可視」とを区別している。また、可視光領域における特定の波長の吸収に起因する発色性が若干あるが、人間の目で認識し難いものも「不可視」に含める。また、この不可視トナーは、画像の機械読取りのために必要な近赤外光吸収能力を高めるために、平均分散径が１００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲のものが望ましい。
また、画像形成装置は、電子写真方式に限らず、インクジェット方式等のその他の如何なる方式を用いてもよい。
【００４７】
（５）前述した実施形態に係る電子ペン６０の制御部６１によって実行されるコンピュータプログラムは、磁気記録媒体（磁気テープ、磁気ディスクなど）、光記録媒体（光ディスクなど）、光磁気記録媒体、半導体メモリなどのコンピュータが読取可能な記録媒体に記憶した状態で提供し得る。また、インターネット等のネットワーク経由で電子ペン６０にダウンロードさせることも可能である。なお、上述の制御を行う制御手段としてはＣＰＵ以外にも種々の装置を適用することができ、例えば、専用のプロセッサなどを用いてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０…情報処理装置、５０…媒体、６０…電子ペン、６１…制御部、６２…圧力センサ、６３…照射部、６４…撮像部、６４Ａ…基板、６４Ｂ…撮像素子、６４Ｃ…プリズム、６５…情報メモリ、６６…通信部、６７…バッテリ、６８…ペンＩＤメモリ、６９…ペンチップ、６９ａ…ペン先、７０…光学系ユニット、７１…ユニットケース、７２…回転軸、７５…スイッチ、８０…結像部、８０Ａ…凸レンズ、８０Ｂ…レンズ支持部材、８１…揺動アクチュエータ、６１２…コード検出部、６１３…データ処理部、６１４…照明制御部、６１５…撮像制御部、ａ…照射軸、Ａ…照射範囲、ｂ…受光軸、Ｂ…撮像範囲。
【技術分野】
【０００１】
本発明は読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、用紙上への筆記内容を同時に電子化した筆記情報データに変換し、このデータをパソコンや携帯電話等に転送して、筆記内容をモニタ上に表示したり、データとして転送・保存したりする技術が注目されている。かかる技術では、表面にそれぞれ異なるパターンで形成された微細なドットが印刷された特殊な用紙と、これらのドットを読み込むことで筆記内容を電子情報化する電子ペン（アノトペン（登録商標））とが用いられる。この電子ペンは、特殊用紙上に筆記が行われると、ペン先近傍のドットパターンを撮像素子で読み込み、読み込んだドットパターンからペン先の特殊用紙上における位置を特定する。これにより、筆記された文字や図形等からなる電子文書の生成や、所定の電子文書への文字や図形等の付加等が可能となる（例えば、特許文献１参照）。一方、特殊なパターンを読み取る技術としては、複数の撮像素子を備えたバーコードリーダ（特許文献２）等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−９４９０７号公報（第１２−１４頁）
【特許文献２】実開平２−１８３８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、被読取画像を読み取る読取装置において、被読取画像の読取精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明の請求項１が採用する読取装置の構成は、読取対象となる被読取画像が形成された媒体上の位置を指示する指示部と、前記指示部によって指示される前記媒体上の位置に対し予め定められた照射範囲に光を照射する照射手段と、前記照射手段によって前記媒体に照射された光の反射光を受光する結像手段と、前記結像手段によって受光された反射光に基づいて被読取画像を撮像し、当該被読取画像を表す信号を生成する生成手段と、前記結像手段の姿勢を変えて、前記照射手段によって光が照射された照射範囲内において前記生成手段が撮像する前記被読取画像の位置を変更する変更手段と、を具備することを特徴とする。
【０００６】
本発明の請求項２に係る読取装置は、請求項１記載の構成において、前記変更手段は、前記結像手段を回転自在に支持する回転軸と、この回転軸を中心として前記結像手段を予め決められた範囲で揺動させる駆動手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に係る発明によれば、媒体からの反射光において正反射成分が多いことと、被読取画像を撮像する際に焦点が合っていないことによる読取精度の悪化を抑制することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明によれば、結像手段を揺動させることでその姿勢を可変にできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】筆記情報処理システムの全体構成を示す図である。
【図２】コードパターン画像の内容を示す図である。
【図３】電子ペンの構成を示す機能ブロック図である。
【図４】電子ペンの構成を示す断面図である。
【図５】電子ペンの制御部を示す機能ブロック図である。
【図６】照明制御信号、画像取込信号および出力画像信号に関する出力タイミングチャートを示した図である。
【図７】電子ペンのコード検出部およびデータ処理部での動作を示した流れ図である。
【図８】照射部の照射軸ａおよび照射範囲Ａ、結像部の受光軸ｂおよび撮像範囲Ｂを模式的に示した図である。
【図９】電子ペンによる筆記内容の一例を示す図である。
【図１０】電子ペンの結像部による撮像範囲の遷移の一例を示す図である。
【図１１】従来における読取可能領域を模式的に示した特性線図である。
【図１２】本実施形態における読取可能領域を模式的に示した特性線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜Ａ：構成＞
図１は、本実施形態に係るシステムの構成の一例を示す図である。図において、電子ペン６０は、紙等の媒体５０に対して文字や図形を筆記する機能を備えるとともに、媒体５０に形成されたコードパターン画像（被読取画像）を読み取る機能を備えた読取装置の一例である。情報処理装置１０は、例えばパーソナルコンピュータであり、電子ペン６０から出力される信号に応じて筆記内容を表す筆記情報を生成する筆記情報生成装置の一例である。
【００１１】
媒体５０に形成されるコードパターン画像は、媒体５０を識別する識別情報や、媒体５０上の座標位置を表す位置情報を符号化して画像化したものである。ここで、媒体５０に形成されるコードパターン画像の一例について、図２を参照しつつ説明する。図２は、媒体５０に形成されるコードパターン画像の一例を示す図である。コードパターン画像は、複数の点状のドット画像の相互の位置関係によって上述した識別情報及び位置情報を表したものであるが、これらのドット画像が配置され得る領域として、領域Ａ１〜Ａ９が予め定められている。図２に示す例では、黒色の領域Ａ１，Ａ２は点状のドット画像が配置された領域を示し、斜線の領域Ａ３乃至Ａ９はドット画像が配置されていない領域を示している。どの領域にドット画像が配置されるかによって識別情報及び位置情報が表現される。媒体５０には、例えばプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置（図示せず）によって、このコードパターン画像が媒体５０の全体に形成されている。電子ペン６０は、コードパターン画像を読み取り、その上で、コードパターン画像を解析して電子ペン６０のペン先６９ａの位置を検出する。
【００１２】
媒体５０には、上記のコードパターン画像のほか、人間に対して情報を伝えることを目的とした文書や図形など画像が形成されていてもよい。
以下では、この画像のことを「文書画像」というが、これには、テキストを含む文書を表す画像に限らず、例えば、絵、写真、図形等の画像や、その他の画像が含まれる。画像形成装置は、コードパターン画像を形成するときはＫ（黒）のトナーを用いて画像形成を行う一方、文書画像を形成するときはＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）のトナーを用いて画像形成を行う。媒体５０には、文書画像とコードパターン画像とが重畳されて形成される。このようにコードパターン画像と文書画像とで分光反射特性の異なる材料を用いて形成することで、電子ペン６０は選択的にコードパターン画像のみを読み取るように設定することができる。
なお、本実施形態における「媒体」は、いわゆる紙に限定されるものではなく、例えばＯＨＰシートなどのプラスチックシートや、その他の材質のシート等であってもよい。また、表示内容を電気的に書き換え可能ないわゆる電子ペーパーであってもよい。要は、媒体５０は、画像形成装置等によって少なくともコードパターン画像が形成されたものであればよい。
【００１３】
電子ペン６０は、媒体５０に文字や図形等を筆記する機能を有する筆記具であると共に、媒体５０に形成されたコードパターン画像を読み取る読取装置である。電子ペン６０は、媒体５０から読み取ったコードパターン画像を示す情報を情報処理装置１０に送信する。
【００１４】
次に、電子ペン６０の機能的構成の一例について、図面を参照しつつ説明する。図３は、電子ペン６０の機能を模式的に示した機能ブロック図である。図において、制御部６１は、電子ペン６０の全体の動作を制御する制御手段である。圧力センサ６２は、電子ペン６０による筆記動作をペンチップ６９に加わる圧力によって検出する検出手段である。光学系ユニット７０は、照射部６３、結像部８０および撮像部６４を具備する。照射部６３は、例えば近赤外ＬＥＤであり、媒体５０上に近赤外光を照射する照射手段の一例である。結像部８０は、媒体５０で反射した反射光に応じて媒体５０上の画像を撮像部６４上に結像する結像手段の一例である。撮像部６４は、照射部６３から照射された近赤外光の反射光に応じて、媒体５０上の画像を撮像する生成手段の一例である。
【００１５】
情報メモリ６５は、識別情報および位置情報を記憶する記憶手段である。通信部６６は、外部装置との通信を制御する通信手段である。バッテリ６７は、電子ペン６０を駆動するための電力を各部に供給する充電可能な電力供給手段である。ペンＩＤメモリ６８は、電子ペン６０の識別情報（ペンＩＤ）を記憶する記憶手段である。ペンチップ６９は、いわゆるペン軸であり、その先端部がペン先６９ａとなる。ペン先６９ａは、ユーザによって筆記動作がなされる際に、読取対象となるコードパターン画像（被読取画像）が形成された媒体５０上の位置を指示する指示部となる。照射部６３は、ユーザによって筆記動作がなされる際に、ペン先６９ａによって指示される媒体５０上の位置に対して予め定められた照射範囲に光を照射する。図中では、便宜上、照射部６３から照射される光の中心線のみを図示するが、実際には拡散状態で照射される。スイッチ７５は、各種設定を切り替える切替手段である。
これら各部は、制御部６１に接続されている。さらに、後述する結像部８０を揺動させるための揺動アクチュエータ８１が制御部６１に接続される。
【００１６】
次に、ペンチップ６９と光学系ユニット７０の構成の一例について、図面を参照しつつ説明する。図４は、電子ペン６０の概略構成を示す断面図である。
ペンチップ６９は、電子ペン６０の筐体となるペン本体６０Ａ内に設けられ、その起端側には圧力センサ６２が配置される。このペンチップ６９は、ペン先６９ａに加えられる力によって起端側に向けて移動可能であり、圧力センサ６２は、ペンチップ６９が筆圧によって移動したことを検知することで、ペン先６９ａに力が加えられたことを検知する。
【００１７】
光学系ユニット７０は、ペン本体６０Ａ内の、ペンチップ６９の起端側に収容される。この光学系ユニット７０は、照射部６３と、ユニットケース７１の回転軸７２に回転可能に支持された結像部８０と、結像部６３で結像された、反射光による媒体５０上の画像を電気信号に変換する撮像部６４と、を具備し、照射部６３および撮像部６４がユニットケース７１に固定される。また、回転軸７２は、照射部６３から媒体に向けて照射される光軸の対して直交する方向に延びている。ここで、便宜上、照射部６３から照射される光の光軸を照射軸ａ、結像部８０の結像光学系の中心軸を受光軸ｂと呼ぶ。ここでいう受光軸ｂの方向とは、要するに受光面の向きであり、典型的には、受光面と中心と、結像部８０によって結像されて撮像部６４によって撮像される媒体５０上の領域（以下、撮像範囲撮像範囲と呼ぶ）の中心とを結ぶ方向である。
【００１８】
撮像部６４は、電子部品が実装された基板６４Ａと、この基板６４Ａ上に実装された撮像素子６４Ｂと、結像部８０で結像された光を反射させて撮像素子６４Ｂに導くプリズム６４Ｃと、を備える。撮像素子６４Ｂは、結像部６３により結像された被読取面の反射光に基づいてコードパターン画像を撮像し、撮像したコードパターン画像を表す信号を出力する。ここでは、撮像素子６４Ｂは、近赤外領域に感度があるＣＭＯＳイメージセンサであって、全画素において同一のタイミングで撮像した画像信号を生成できるグローバルシャッタ方式のＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。撮像素子６４Ｂは、７０ｆｐｓ〜１００ｆｐｓ（frame per second）程度の画像取込周期（フレームレート）に従って画像を撮像する。ここで、照射部８０は、消費電力を抑制するために、撮像素子６４Ｂへの画像取込周期に同期してパルス点灯するように構成されている。なお、ここでは、撮像素子としてＣＭＯＳイメージセンサを用いるが、撮像素子はＣＭＯＳイメージセンサに限定されるものではなく、Ｃ複写機イメージセンサ等の他の撮像素子を使用してもよい。
【００１９】
結像部８０は、受光面である凸レンズ８０Ａと、この凸レンズ８０Ａを支持するレンズ支持部材８０Ｂとを有し、この結像部８０が反射光に応じて媒体５０上の画像を撮像部６４上に結像する結像手段の一例となる。レンズ支持部材８０は、光学系ユニット７０の回転軸７２に回転可能に支持され、揺動アクチュエータ８１がレンズ支持部材８０を矢印Ｍ方向に揺動させる。揺動アクチュエータ８１としては、回転モータと揺動スライダ機構との組み合わせ、或いはリニアアクチュエータ等から構成される。この揺動アクチュエータ８１および回転軸７２により変更手段の一例が構成される。
【００２０】
結像部８０を揺動させることにより、図８に示すように、媒体５０上における撮像範囲を変更すると共に、焦点距離を変更する。図８は、照射部６３が媒体５０に向けて照射される照射範囲Ａと、結像部８０における撮像範囲Ｂを模式的に示した図である。照射範囲Ａは照射部６３からの光が照射される範囲を示し、撮像範囲Ｂは、結像部８０の焦点距離（所謂、被写界深度）を有する範囲、つまり画像がピント合わせされた状態で受光される範囲となる。したがって、受光軸ｂの方向は、電子ペン６０の筐体の長手方向となる。
【００２１】
まず、図８（ｂ）は、媒体５０に対する法線ｃと、照射軸ａと受光軸ｂとが交わる点において、各軸のなす角度を二分にした中心軸とが一致した場合に発生する正反射の状態を示しており、この場合には、結像部８０で受光される反射光には正反射成分となるため、読取エラーが生じることが多い。これに対し、図８（ａ）では撮像範囲Ｂは、図８（ｂ）の撮像範囲Ｂに比べて右側に移動し、図８（ｃ）では撮像範囲Ｂは、図８（ｂ）の撮像範囲Ｂに比べて左側に移動する。また、図８（ａ）および図８（ｃ）では、撮像範囲Ｂが照射軸ａからずれているため、結像部８０で受光される反射光は、拡散反射成分が多くなるため、読取エラーが低減して読取精度が向上する。
ここで、図８（ａ）または図８（ｃ）では、焦点距離と媒体５０上の被読取画像とが一致した位置（ジャストフォーカス位置）からずれた位置で結像部８０が反射光を受けることになるが、図８（ａ）または図８（ｃ）のうちジャストフォーカスに近いどちらか一方を選択して読取に利用する。
【００２２】
次に、ユーザが、電子ペン６０を用いて、図９に例示する点を媒体５０上に筆記した場合の動作例について説明する。ユーザは、媒体５０上の位置（ｘ１，ｙ１）を電子ペン６０で指示し、ペン先６９ａを媒体５０に押し付ける。これにより、ペンチップ６９に接続された圧力センサ６２が筆記動作を検出し、識別情報及び位置情報の読取処理を開始する。このとき、ユーザによるペン先６９ａの押し込み動作に起因して結像部８０の矢印Ｍ方向への揺動を開始する。
【００２３】
図１０は、結像部８０による撮像範囲Ｂの遷移の一例を示す図である。図１０は、図９に示す筆記動作に対応した撮像範囲Ｂの推移を模式的に示した図である。なお、図１０においては、図面が煩雑になるのを防ぐために、光学系ユニット７０による撮像範囲Ｂの数を、実際に撮像される数よりも少ない数で図示している。ユーザによって図９に示す位置（ｘ１，ｙ１）でペン先６９ａが押し込まれる動作に連動して、結像部８０が揺動して結像部８０による撮像範囲が領域Ｂ１から領域Ｂ７まで徐々に変化する。
特に、従来の電子ペンにおいては、媒体５０上のある一点が指示される場合において結像部１６４１が正反射成分を多く受光してしまうと、コードパターン画像が正確に読み取れず読取エラーとなってしまい、その結果、その筆記動作に対する情報が欠落してしまう。
【００２４】
これに対し、本実施形態の電子ペン６０の結像部８０は、ユーザが媒体５０上のある一点を指示した場合であっても、複数の異なる受光角度で複数の撮像範囲にて撮像が行われる（図１０の領域Ｂ１乃至Ｂ７参照）。このとき、上述したように、媒体５０に対する照射部６３の照射軸ａと結像部８０の受光軸ｂとがなす交差角度は、領域Ｂ１，Ｂ２，…，Ｂ７のそれぞれで異なるから、これらの撮像された被読取画像からジャストフォーカスに近い画像を選ぶことで、正反射成分を多く受光してしまう場合であっても、読取エラーを低減し、読取精度を向上させることができる。
【００２５】
次に、連続した線を媒体５０上に描画する場合には、ペンチップ６９が移動する方向に対して三角波の波形のように重なり合いながら撮像範囲が形成されることになる。これらの撮像範囲で撮像された画像のうち、ジャストフォーカスに近い画像を選ぶことで、正反射成分を多く受光してしまう場合であっても、読取エラーを低減し、読取精度を向上させることができる。
【００２６】
次に、制御部６１の機能的構成について、図５を参照しつつ説明する。図５は、制御部６１の機能を示す機能ブロック図である。図において、コード検出部６１２は、撮像部６４から出力される信号（撮像された画像を表す信号）からコードパターン画像を検出する。データ処理部６１３は、コード検出部６１２にて検出されたコードパターン画像から識別情報および位置情報を抽出する。照明制御部６１４は、照射部６３をパルス点灯させるための照明制御信号を照射部６３に対して送信し、照射部６３をパルス点灯させる。撮像制御部６１５は、照射部６３に送信するパルス点灯に同期した画像取込信号を撮像部６４に供給する。
【００２７】
さらに、電子ペン６０における制御部６１の動作の概略を説明する。図６は、照射部６３のパルス点灯を制御する照明制御信号、撮像部６４における画像取込信号、および出力画像信号に関する出力を示したタイミングチャートである。電子ペン６０による筆記が開始されると、ペンチップ６９に接続された圧力センサ６２が筆記動作を検出する。これにより、制御部６１は、識別情報及び位置情報の読取処理が開始される。
まず、制御部６１の照明制御部６１４は、照射部６３をパルス点灯させるための照明制御信号（図６（Ａ））を照射部６３に対して送信し、照射部６３をパルス点灯させる。
【００２８】
撮像部６４は、画像取込信号（図６（Ｂ））に同期して媒体５０上の画像を撮像する。その際に、照射部６３は、撮像部６４への画像取込信号に同期してパルス点灯する。撮像部６４は、パルス点灯する照射部６３にて照明される媒体５０上の画像を撮像する。そのため、撮像部６４では、照射部６３にて照明された媒体５０上の画像に関する画像信号（出力画像信号：図６（Ｃ））が順に生成される。
【００２９】
撮像部６４にて順次生成された出力画像信号は、コード検出部６１２に送られる。出力画像信号を受け取ったコード検出部６１２は、出力画像信号を処理して、撮像部６４にて撮像された画像からコードパターン画像を検出する。コード検出部６１２により取得されたコードパターン画像はデータ処理部６１３に送られる。コードパターン画像を受け取ったデータ処理部６１３は、コードパターン画像を復号し、コードパターン画像に埋め込まれている識別情報および位置情報を取得する。
【００３０】
＜Ｂ：動作＞
次に、この実施形態による電子ペン６０の動作について説明する。ユーザが、電子ペン６０による筆記を開始すると、ペンチップ６９に接続された圧力センサ６２が筆記動作を検出する。
この動作例では、ユーザが、電子ペン６０を用いて、図９に例示する点を媒体５０上に筆記した場合の動作例について説明する。ユーザは、媒体５０上の位置（ｘ１，ｙ１）を電子ペン６０で指示し、ペン先６９ａを媒体５０に押し付ける。これにより、ペンチップ６９に接続された圧力センサ６２が筆記動作を検出し、制御部６１は、識別情報及び位置情報の読取処理を開始する。
【００３１】
まず、照明制御部６１４は、照射部６３をパルス点灯されるための照明制御信号を照射部６３に対して送信し、照射部６３をパルス点灯させる。また、電子ペン６０の撮像制御部６１５は、照射部６３に送信するパルス点灯に同期した画像取込信号を、撮像部６４に供給する。撮像部６４は、撮像制御部６１５から供給される画像取込信号に応じて、結像部６４で結像される反射光に基づいてコードパターン画像を撮像し、撮像したコードパターン画像を表す出力画像信号をコード検出部６１２へ出力する。
【００３２】
次に、コード検出部６１２及びデータ処理部６１３の動作について、図７に示すフローチャートを参照しつつ説明する。コード検出部６１２には、撮像部６４から媒体５０上の画像を表す出力画像信号が入力される（ステップ６０１）。コード検出部６１２は、出力画像信号に含まれるノイズを除去するための処理を行う（ステップ６０２）。ここで、ノイズとしては、ＣＭＯＳ感度のばらつきや電子回路により発生するノイズ等がある。ノイズを除去するために如何なる処理を行うかは、電子ペン６０の撮像系の特性に応じて決定する。例えば、ぼかし処理やアンシャープマスキング等の先鋭化処理を適用することができる。次に、コード検出部６１２は、画像からドットパターン（ドット画像の位置）を検出する（ステップ６０３）。また、コード検出部６１２は、検出したドットパターンを２次元配列上のデジタルデータに変換する（ステップ６０４）。例えば、２次元配列上で、ドットがある位置を「１」、ドットがない位置を「０」というように変換する。そして、この２次元配列上のデジタルデータ（コードパターン画像）は、コード検出部６１２からデータ処理部６１３へと受け渡される。
【００３３】
データ処理部６１３は、受け渡されたコードパターン画像から、図２に示した２つのドットの組み合わせからなるドットパターンを検出する（ステップ６０５）。例えば、ドットパターンに対応するブロックの境界位置を２次元配列上で動かし、ブロック内に含まれるドットの数が２つになる境界位置を検出することにより、ドットパターンを検出することができる。このようにしてドットパターンが検出されると、データ処理部６１３は、ドットパターンの種類に基づいて、識別符号および位置符号を検出する（ステップ６０６）。その後、データ処理部６１３は、識別符号を復号して識別情報を取得し、位置符号を復号して位置情報を取得する（ステップ６０７）。図７に示す処理において、結像部８０が受光した光量が少なすぎる場合や、逆に受光した光量が多すぎる場合等には、撮像された画像からドットパターンが検出されず、電子ペン６０が識別情報及び位置情報を取得できない場合（つまり、読取エラー）が発生する。このように識別情報及び位置情報が取得できなかった場合は、データ処理部６１３は、識別情報および位置情報に代えて、読取失敗を示す読取エラーの情報を取得する。
【００３４】
電子ペン６０は、図７の処理により取得した識別情報および位置情報を情報処理装置１０に送信する。このとき、電子ペン６０は、識別情報および位置情報の読取に失敗した場合は、読取の失敗を示す情報を情報処理装置１０に送信する。情報処理装置１０は電子ペン６０から識別情報および位置情報を受信し、受信した位置情報に基づいて筆記情報を生成する。情報処理装置１０は、電子ペン６０から読取エラーを示す情報を受信した場合には、その前後の識別情報および位置情報によって補間したりする等して筆記情報を生成する。
【００３５】
＜Ｃ：動作例＞
次に、この実施形態の具体的な動作の一例について図面を参照しつつ説明する。本実施形態による電子ペン６０では、揺動アクチュエータ８１によって結像部８０を揺動動作を開始する。これにより、図８の模式図に示すように、照射部６３の照射範囲Ａ内を結像部８０の撮像範囲Ｂが揺動するることになる。そして、焦点距離と媒体５０上の被読取画像とが一致した位置（ジャストフォーカス）からずれた位置における反射光を撮像部６４で読み取ることで、読取エラーを低減し、被読取画像の読取精度が向上する。
【００３６】
ところで、通常、電子ペンにおいて撮像効率を高めるために、結像部にオートフォーカス機構が採用されている。このオートフォーカス機構は、結像部を構成する複数のレンズ間の距離を受光軸に沿って変更することで、媒体５０に対する焦点距離の調整（ピント合わせ）を行うものがある。
【００３７】
電子ペンは、ユーザが筆記する動作により光学系ユニットにおける検出動作を開始するから、ある程度傾いた状態で使用されるのが通常である。しかし、左利きのユーザが使用する場合のように、自分の書いた字を確認しながら筆記する場合等、ユーザの筆記癖に応じては、電子ペンを媒体に対して直交させた状態で使用することがある。
このような場合、電子ペンは、ペンチップ６９と光学系ユニット７０が同軸方向に並んで配置されているため、図８（ｂ）のように、媒体５０に対する法線と、照射軸ａと受光軸ｂとが交わる点において、各軸のなす角度を二分にした中心軸とが一致した場合には、結像部８０で受光する反射光が正反射成分となってしまい、コードパターン画像が正確に読み取れられない読取エラーが多発する場合がある。
しかも、前述したオートフォーカス機構では、受光軸に沿ってレンズを移動させることによりピント合わせを行っているため、正反射成分を受光する位置でオートフォーカス（ピント合わせ）したのでは、読取エラーを回避することはできなかった。
【００３８】
これに対し、本実施形態による電子ペン６０は、結像部８０を揺動させることで、照射軸ａと受光軸ｂとのなす角度を変更させているため、結像部８０で正反射成分の反射光よりも拡散反射成分の反射光を多く受光することで、読取エラーの低減を図っている。
【００３９】
具体的な例を図１１および図１２に示す。図１１および図１２は、結像部８０の焦点距離と媒体５０に対する受光軸ｂの角度について、読取可能領域および読取不可能領域を模式的に示した図である。
横軸の焦点は、撮像ユニット内の部位を移動させることによって変化する焦点距離を示し、縦軸の角度は、媒体５０に対する電子ペン６０の角度を示している。
正反射角度は、媒体５０に対する法線と、照射軸ａと受光軸ｂとが交わる点において、各軸のなす角度を二分にした中心軸とが一致した角度のことである。
【００４０】
図１１は、前述した結像部におけるレンズを受光軸ｂに沿って移動させて行うオートフォーカス機構によるピント合わせ（焦点距離の移動）の特性を示した特性線図である。横に延びる両側矢印線は、角度毎に行われるピント合わせされる範囲を示している。このように、このオートフォーカス機構によって変更できるのは、焦点距離のみであるため、各両側矢印線は横方向に延びる。そして、正反射角度においては、このオートフォーカス機構では、読取不可能領域内を焦点距離が移動するだけであるため、反射光によって撮像された読取不可能な画像となる。
【００４１】
図１２は、本実施形態の電子ペン６０による結像部８０を揺動させた際のピント合わせ（焦点距離の移動）の特性を示した特性線図である。結像部８０の揺動動作によって、照射軸ａと受光軸ｂとがなす角度が変更されるため、結像部の揺動動作に伴って、媒体５０に対する受光軸ｂの角度と焦点距離とが変化することになる。このため、両側矢印線は、斜めに傾斜して描写される。そして、正反射角度となった場合には、焦点距離と媒体５０上の被読取画像とが一致した位置（ジャストフォーカス位置）からずれた読取可能領域において受光した反射光を撮像部６４で撮像する。これにより、結像部８０および撮像部６４では、読取可能な画像が取得でき、この結果撮像部６４における読取エラーを低減することができる。
【００４２】
＜Ｄ：変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。以下にその例を示す。なお、以下の各態様を組み合わせてもよい。
（１）前述した実施形態では、媒体５０に文字や図形等を筆記する電子ペンについて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、ポインティングデバイス（マウス）機能や、媒体上の領域に対応して記録された情報（例えば、コマンド情報）を読み取るスタイラス機能を備えたものであってもよい。
なお、実施形態の動作例では媒体５０上に文字などを筆記する場合の動作例について説明したが、これに限らず、例えば、媒体５０上に設けられたソフトボタンを選択するなどの、表示面上の位置を単に指定する場合にも、本実施形態の電子ペン６０は有効である。
【００４３】
（２）前述した実施形態では、照射部６３として、近赤外光を照射する近赤外ＬＥＤを用いたが、照射部６３はこれに限らず、違う特性を有するＬＥＤを用いるようにしてもよい。要は、照射部６３は、媒体５０に形成されたコードパターン画像をその反射光で読取可能な光を照射するものであればよい。
【００４４】
（３）前述した実施形態では、識別情報として、媒体を一意に識別する情報を用いたが、識別情報はこれに限らず、例えば、電子文書を一意に識別する情報を識別情報として用いるようにしてもよい。上述の第１実施形態に例示したように媒体を一意に識別する情報を用いる場合は、同じ電子文書を複数部数形成すると、異なる媒体には異なる識別情報が付与される。これに対し、電子文書を一意に識別する情報を識別情報として用いる場合は、同じ電子文書を形成すると、異なる媒体であっても同じ識別情報が付与される。
【００４５】
また、前述した実施形態では、位置情報及び識別情報を表すコードパターン画像を読み取ったが、コードパターン画像が表す情報は位置情報や識別情報に限らず、例えば、テキストデータやコマンドを表す情報であってもよい。また、位置情報のみを表す画像であってもよい。要は、何らかの情報を表す画像が媒体５０に形成されていればよい。
【００４６】
（４）前述した画像形成装置では、コードパターン画像をＫのトナーを用いて形成するようにした。これは、Ｋのトナーが、Ｃ、Ｍ、Ｙのトナーよりも赤外光の吸収量が多く、電子ペン６０でコードパターン画像を高いコントラストで読み取ることができるからである。しかしながら、コードパターン画像は、特殊トナーを用いて形成することも可能である。ここで、特殊トナーとしては、可視光領域（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）における最大吸収率が７％以下であり、近赤外領域（８００ｎｍ〜１０００ｎｍ）における吸収率が３０％以上の不可視トナーが例示される。ここで、「可視」および「不可視」は、目視により認識できるかどうかとは関係しない。形成された媒体に形成された画像が可視光領域における特定の波長の吸収に起因する発色性の有無により認識できるかどうかで「可視」と「不可視」とを区別している。また、可視光領域における特定の波長の吸収に起因する発色性が若干あるが、人間の目で認識し難いものも「不可視」に含める。また、この不可視トナーは、画像の機械読取りのために必要な近赤外光吸収能力を高めるために、平均分散径が１００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲のものが望ましい。
また、画像形成装置は、電子写真方式に限らず、インクジェット方式等のその他の如何なる方式を用いてもよい。
【００４７】
（５）前述した実施形態に係る電子ペン６０の制御部６１によって実行されるコンピュータプログラムは、磁気記録媒体（磁気テープ、磁気ディスクなど）、光記録媒体（光ディスクなど）、光磁気記録媒体、半導体メモリなどのコンピュータが読取可能な記録媒体に記憶した状態で提供し得る。また、インターネット等のネットワーク経由で電子ペン６０にダウンロードさせることも可能である。なお、上述の制御を行う制御手段としてはＣＰＵ以外にも種々の装置を適用することができ、例えば、専用のプロセッサなどを用いてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１０…情報処理装置、５０…媒体、６０…電子ペン、６１…制御部、６２…圧力センサ、６３…照射部、６４…撮像部、６４Ａ…基板、６４Ｂ…撮像素子、６４Ｃ…プリズム、６５…情報メモリ、６６…通信部、６７…バッテリ、６８…ペンＩＤメモリ、６９…ペンチップ、６９ａ…ペン先、７０…光学系ユニット、７１…ユニットケース、７２…回転軸、７５…スイッチ、８０…結像部、８０Ａ…凸レンズ、８０Ｂ…レンズ支持部材、８１…揺動アクチュエータ、６１２…コード検出部、６１３…データ処理部、６１４…照明制御部、６１５…撮像制御部、ａ…照射軸、Ａ…照射範囲、ｂ…受光軸、Ｂ…撮像範囲。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
読取対象となる被読取画像が形成された媒体上の位置を指示する指示部と、
前記指示部によって指示される前記媒体上の位置に対し予め定められた照射範囲に光を照射する照射手段と、
前記照射手段によって光が照射された前記媒体からの反射光を結像する結像手段と、
前記結像手段によって結像された反射光に応じた、前記被読取画像を表す信号を生成する生成手段と、
前記結像手段の姿勢を変えて、前記照射手段によって光が照射された照射範囲内において前記生成手段が撮像する前記被読取画像の位置を変更する変更手段と、を具備する
ことを特徴とする読取装置。
【請求項２】
請求項１に記載の読取装置において、
前記変更手段は、前記結像手段を回転自在に支持する回転軸と、この回転軸を中心として前記結像手段を予め決められた範囲で揺動させる駆動手段と、を備える
ことを特徴とする読取装置。
【請求項１】
読取対象となる被読取画像が形成された媒体上の位置を指示する指示部と、
前記指示部によって指示される前記媒体上の位置に対し予め定められた照射範囲に光を照射する照射手段と、
前記照射手段によって光が照射された前記媒体からの反射光を結像する結像手段と、
前記結像手段によって結像された反射光に応じた、前記被読取画像を表す信号を生成する生成手段と、
前記結像手段の姿勢を変えて、前記照射手段によって光が照射された照射範囲内において前記生成手段が撮像する前記被読取画像の位置を変更する変更手段と、を具備する
ことを特徴とする読取装置。
【請求項２】
請求項１に記載の読取装置において、
前記変更手段は、前記結像手段を回転自在に支持する回転軸と、この回転軸を中心として前記結像手段を予め決められた範囲で揺動させる駆動手段と、を備える
ことを特徴とする読取装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１６０７４４（Ｐ２０１０−１６０７４４Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３７０２（Ｐ２００９−３７０２）
【出願日】平成２１年１月９日（２００９．１．９）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月９日（２００９．１．９）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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