JP2009246623A - 画像読取装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】結像光学系1は、副走査方向212に第1列215と第2列216の二列に配置され、主走査方向211には千鳥状に配置された複数個のセルで構成される。原稿から第1列のセル及び第2列のセルへ進む光線は、副走査方向において傾斜している。処理装置6は、これに起因する副走査方向における画像のずれ情報を求めて画像を結合し、更に、ずれ情報から算出した焦点位置から原稿面までの距離に基づいて画像のぼやけを修正する。
【選択図】図1
Description
即ち、本発明の一態様における画像読取装置は、原稿を載置する天板と、上記原稿の被撮像部に光を照射する光源と、上記被撮像部で反射した上記光の散乱光を集光し画像として結像する結像光学系であって、主走査方向に複数個配置されそれぞれが独立した光学系であるセルを有し副走査方向には上記セルを第1列及び第2列の2列に配列し上記主走査方向には各セルの視野範囲を互いに補完するように各セルを千鳥状に配置した結像光学系と、それぞれの上記セルに対応して配置され上記セルにて結像された各画像を撮像する複数の撮像素子部と、上記撮像素子部から得られる画像情報を記憶するメモリと、上記メモリに記憶した上記画像情報を上記セルに対応した画像毎に復元し合成することで原稿画像を作成する処理装置と、を備えた画像読取装置において、上記被撮像部から上記セルへ向かう主光線は、上記第1列及び上記第2列の同列において上記主走査方向に沿って配置された各セル間では平行であり、上記第1列に配置される各セルと上記第2列に配置される各セルとの間では上記第1列と上記第2列との隙間側へ傾斜しており、上記処理装置は画像修正部を有し、該画像修正部は、上記副走査方向において上記第1列及び上記第2列に配置され各セルに対応する上記撮像素子部から得られた各画像情報の副走査方向におけるズレから、焦点方向において焦点位置から上記被撮像部までの距離を求め、該距離に基づいて上記画像情報を修正して上記原稿画像を作成することを特徴とする。
画像修正部は、各撮像素子部からの画像情報を処理装置にて元の画像に復元する際に、副走査方向において隣接する画像同士について、副走査方向にどれだけずれているかを求め、さらに、この副走査方向のずれ量から、焦点位置と原稿の被撮像部との間の距離を求める。画像の焦点方向のぼやけ具合は、セルの焦点位置と原稿の被撮像部との間の焦点方向における距離に依存する。よって、画像修正部は、光学系の焦点深度範囲外に被撮像部が位置したことに起因して得られたぼやけた画像を、求めた上記距離を用いて元の画像に修復する。
このように、本発明の一態様における画像読取装置によれば、小型で、かつ焦点深度範囲外の画像でも合焦した状態に修復可能な、つまり実質的に大きな被写界深度を有する画像読取装置を得ることができる。
以下には、実施の形態1における画像読取装置の一例について、図1〜図4を参照して説明する。
本実施形態の画像読取装置201は、大きく分けて、結像光学系1と、光源2と、天板3と、撮像素子部41、42、…と、メモリ5と、画像修正部61を有する処理装置6とを備える。
これらの構成部分は、画像の読み取りがなされる被読取物の一例である原稿7の近傍に光源2が配置され、原稿7にて反射した光が入射可能なように結像光学系1が配置され、該結像光学系1に対応して撮像素子部41等が適宜配置される。このような画像読取装置201は、主走査方向(X方向)211に沿って原稿7の画像を読み取り、さらに主走査方向211に直交する副走査方向(Y方向)212に原稿7をスキャンして、原稿7における全画像の読み取りを行う。尚、原稿7とは、文章、書画、写真などを表示した被読取物や、紙幣等の被読取物であり、印刷するもとになったり、真贋の判定に使用されたり、電子ファイルとして使用されたりするものが相当する。又、図1では、図示の明瞭化のため、原稿7の図示を省略している。
図2の(a)は、主走査方向211における、第1列215に備わるセル11、13、15、…の結像光学系要素と、主要光路とを示し、図2の(b)は、主走査方向211における、第2列216に備わるセル12、14、16、…の結像光学系要素と、主要光路とを示した図である。図3は、副走査方向212におけるセル13とセル14とを重ね書きした状態にて、結像光学系要素と主要光路とを示した図である。
アパーチャ101は、光軸11aに直交する方向において第1レンズ100の両側で第1レンズ100を支持し、第1レンズ100の中央部分に開口部を有する。よって、被撮像部31で反射した、光源2の照明光線221の散乱光は、アパーチャ101の開口部を通して第1レンズ100に入射し第1レンズ100から出射される。
各撮像素子部41、42,…は、例えばCCD等からなる受光部が主走査方向211に複数個配列されて構成されたもの、さらには、上記受光部を主走査方向211に複数個配列したものを副走査方向212に複数列にて配置して構成したものである。
よって、各撮像素子部41、42,…には、原稿を反射散乱し結像光学系1の各セル11,12,13,…を通過した光線が入射し結像する。
画像修復部61を有する処理装置6は、メモリ5から画像信号を読み出し、被撮像部31,32…の画像を復元する。画像修復部61を含めて処理装置6については、以下に詳しく説明する。尚、メモリ5と画像の処理装置6とは、図1では別体のように図示しているが、同一基板上に一体にて配置されていてももちろん構わない。
図2に示すように、主走査方向(X方向)211に沿って配置される各セル11,12,13,…において焦点方向(Z方向)213の位置が変化する原稿7が天板3に載置されているとする。つまり、主走査方向211において、原稿7の撮像面の焦点方向213の位置は、変化している。又、図3に示すように、セル13とセル14との読み取り範囲が重複する領域、即ち各セルの焦点位置における原稿面の高さ位置を71とする。
位置71上の一点から発しセル13に入射した光線は、図3に示すように、撮像素子部43の光入射面にて一点に集光されず、焦点ぼけを起こす。セル14に入射した光線も同様に、撮像素子部44の光入射面にて一点に集光されず、焦点ぼけを起こす。天板3の上面3aと原稿位置71とのZ方向における距離が1mm以内であれば、上記焦点ぼけは、許容範囲内に収まる。言い換えると、原稿位置71からの点像の半径が許容錯乱円の半径以内であるとも言える。
各セル0〜3、及び各セル0〜3に対応する撮像素子部は、主走査方向211において互いに一部が重なるように配置されている。よって、隣接するセル同士で取得した各画像の端部では、同じ画像が含まれる。この重複して読み取られた領域を用いて、隣接セルによる画像間において対応する位置を求める。そして、その結果を元に、両画像を繋ぎ合せることにより、原稿画像を復元する。対応する位置の検出は、各セルの端部で、各ラインにおいて行う。
L1=L0+(ya−yb_min) 式(2)
厳密には、各セルや撮像素子部の取り付け精度により、各セルの読み取り画像には、元々ずれが生じている。よって、予め、斜め格子などのテストパターン原稿を焦点位置に置いて読み取り、読み取った画像から各セル間の初期ずれ量を求め記憶しておく。そして上記初期ずれ量をオフセットとして、読み取った原稿の画像から差し引くことで、真の原稿面までの距離Δzを求めることができる。
画像のぼやけ方がわかれば、ぼやける場合と逆の変換を、ぼやけ画像に対して行うことで、ぼやけ画像からぼやける前の画像を復元することが可能となる。つまり、画像Fが関数Hによりぼやけ画像Gとなる場合、式(3)に示す逆変換により、ぼやけ画像Gからもとの画像Fを復元することが可能である。
点像分布関数は、画像のぼやけ方、つまり被写体が焦点位置からどの程度ずれた位置にあるかによって変化する。よって、予め、焦点位置から原稿面までの距離に応じて点像分布関数を測定しておき、焦点位置から原稿面までの距離に応じて、適用する逆関数を選択する。例えば、上記距離に応じて、対象となる画素の範囲や各画素の輝度値にかける重み付けなどが異なる逆関数を選択すればよい。
次に、図14及び図15を参照して、本発明の実施の形態2に係る画像読取装置202について説明する。
本実施の形態2では、結像光学系1を構成する各セル11,12,…の光学系が原稿7側にテレセントリックな光学系を構成している。画像読取装置202における、その他の基本的構成は、上述の画像読取装置201における構成に同じである。即ち、本実施の形態2に係る画像読取装置202においても、上述したメモリ5、及び画像修正部61を有する画像処理装置6を備えている。
以下には、実施の形態1と相違する点についてのみ説明を行う。
即ち、実施の形態1で述べたのと同じ原理により、隣接する各セルから得られる2枚の画像の副走査方向212のずれ量ΔYから、焦点位置から原稿面までの距離Δzを算出することができる。その距離Δzを用いて、画像のぼやけ補正を行ない、実質的な被写界深度を大きくすることができる。尚、上記焦点位置は、本実施形態でも天板3の上面3aに位置する場合を例に採る。
その他、実施の形態1の画像読取装置201が奏する上述の効果は、本実施形態2の画像読取装置202においても奏することができる。
さらに、主走査方向211に関して各セル11,12,…の光軸と、天板3とが垂直であれば、距離Δzの変動によっても各セル11,12,…の画像は、主走査方向211には全く動かない。副走査方向212に関しても、距離Δzの変動により転写倍率が変わらず、各画像は、副走査方向212に移動するだけである。よって、主走査方向の画像処理は不要となり、画像合成に際して副走査方向212に隣接する2つの画像の位置ずれ量だけ、副走査方向212にシフトする補正を行えばよい。したがって、実施の形態1の場合に比べて、より高速に信号処理が可能であり、あるいは低コストの処理装置にて、画像復元が可能となるという効果がある。
図16に実施の形態3における画像読取装置203の一例を示す。セル11,12,…は、上述の実施形態2における構成と同様である。本実施形態3の画像読取装置203では、第1列215に属するセル11,13,…の第1レンズ100と天板3との間に水平方向へ光路を折り曲げる、折曲げ部材の一例に相当する第1折曲げミラー111を設け、第2列216に属するセル12,14,…の第1レンズ100と天板3との間に水平方向へ光路を折り曲げる、折曲げ部材の一例に相当する第2折曲げミラー112を設けている。折り返す方向は、第1列215に属するセル11,13,…では図の左側に、第2列216に属するセル12,14,…では図の右側に、互いに反対方向へ折り曲げている。
尚、本実施形態3における画像読取装置203のその他の構成は、画像読取装置202と変わるところはない。
次に、図17から図21を参照して、本発明の実施の形態4における画像読取装置204の一例について説明する。
図17は、複数セルを配置した画像読取装置204の光学系部分の内部構造を示している。尚、図示の煩雑さを避けるため、照明光源2、及び天板3等の図示を省略している。図18は、図17に図示した構成の内、一つのセルの光学要素のみを抜き出して記載した図である。図19は、主走査方向211を紙面に垂直にして、副走査方向212に沿った画像読取装置204の断面における図である。
これに対し本実施形態4では、画像読取装置の実際の構成に、より即したセル11,12,13,14,…の形態を示している。
照明光源2により照射された原稿7を反射散乱した光線がセル11等に入射する。ここで、まず一つのセルのみ、例えばセル11の光路、構成について、数値も交えて詳細に説明する。一つのセル11の主走査方向211における読み取り幅は10mmである。天板3に対する光軸の副走査方向212における倒れ角は5°である。つまり、原稿面から副走査方向5°の角度の光線を主光線とする光線束が結像に寄与する。この光線束は、第1折曲げミラー111によって光路を曲げられる。図19では、Y軸に対して8°の角度をなす方向に光線が偏向される。
第1列215のセル11,13,…には、原稿面からX軸周りに+5°傾いた光軸が作用し、第2列216のセル12,14,…には、原稿面からX軸周りに−5°傾いた光軸が作用する。k番目とk+1番目の各セルにおける副走査方向212の間隔、つまり上記読み取りライン8、9間の間隔は、9mmである。又、同一列内でのセル間の距離、つまりk番目とk+2番目の各セルの間隔は、18mmである。1セルの読み取り幅は、10mmであるので、隣接するセル、つまりk番目とk+1番目とのセル間での読み取り領域の重なり幅は、1mmである。主走査方向211に幅1mmで600dpiということは、約24画素ということであり、実施の形態2等で述べたような隣接セル間での画像の合成に十分な大きさである。
次に、図22から図24を参照して、本発明の実施の形態5における画像読取装置205の一例について説明する。
図22は、画像読取装置205の読み取り光学系部分の内部構造を示している。但し、図22では、図示の煩雑さを避けるため、照明光源2、天板3、撮像素子基板4、メモリ5、処理装置6等の図示を省略している。図23は、主走査方向211を紙面垂直にして、副走査方向212における光路を描いた透視図である。図24は、図22の図示に、遮光部材を取り付けた光学系部を示している。
実施形態4にて、アパーチャ101の開口部に対応する部分が、本実施形態5では反射ミラーにて構成されていることから、副走査方向212において、光学系のサイズをコンパクト化することができる。具体的数値を挙げると、実施の形態4における副走査方向212における光学要素間の距離は、約60mmであったのに対し、実施の形態5における副走査方向212における光学要素間の距離は、約20mmであり、約3分の1に減じている。
6 処理装置、7 原稿、
11、12、13、14、… セル、31,32,33,34,… 被撮像部、
41、42、43、44、… 撮像素子部、61 画像修正部、
100 第1レンズ、101 アパーチャ、102 第2レンズ、
211 主走査方向、212 副走査方向、215 第1列、216 第2列、
201〜205 画像読取装置。
Claims (5)
- 原稿を載置する天板と、
上記原稿の被撮像部に光を照射する光源と、
上記被撮像部で反射した上記光の散乱光を集光し画像として結像する結像光学系であって、主走査方向に複数個配置されそれぞれが独立した光学系であるセルを有し副走査方向には上記セルを第1列及び第2列の2列に配列し上記主走査方向には各セルの視野範囲を互いに補完するように各セルを千鳥状に配置した結像光学系と、
それぞれの上記セルに対応して配置され上記セルにて結像された各画像を撮像する複数の撮像素子部と、
上記撮像素子部から得られる画像情報を記憶するメモリと、
上記メモリに記憶した上記画像情報を上記セルに対応した画像毎に復元し合成することで原稿画像を作成する処理装置と、を備えた画像読取装置において、
上記被撮像部から上記セルへ向かう主光線は、上記第1列及び上記第2列の同列において上記主走査方向に沿って配置された各セル間では平行であり、上記第1列に配置される各セルと上記第2列に配置される各セルとの間では上記第1列と上記第2列との隙間側へ傾斜しており、
上記処理装置は画像修正部を有し、該画像修正部は、上記副走査方向において上記第1列及び上記第2列に配置され各セルに対応する上記撮像素子部から得られた各画像情報の副走査方向におけるズレから、焦点方向において焦点位置から上記被撮像部までの距離を求め、該距離に基づいて上記画像情報を修正して上記原稿画像を作成する、
ことを特徴とする画像読取装置。 - 上記第1列及び上記第2列に備わる全セルは、上記原稿側にテレセントリックな光学系である、請求項1記載の画像読取装置。
- 上記被撮像部から上記撮像素子部に至る上記反射光の光路を折り曲げる折曲げ部材をさらに備えた、請求項1又は2に記載の画像読取装置。
- 上記セルは、複数の光学素子と絞りとを有し、上記光学素子の少なくとも一つは反射集光ミラーである、請求項1から3のいずれかに1項に記載の画像読取装置。
- 上記絞りは反射ミラーにて形成される、請求項4記載の画像読取装置。
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