JP2016171366A

JP2016171366A - 画像読取装置

Info

Publication number: JP2016171366A
Application number: JP2015048010A
Authority: JP
Inventors: 郁太郎光武; Ikutaro Mitsutake
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2016-09-23
Also published as: US9596379B2; US20160269594A1

Abstract

【課題】原稿載置台上に載置された原稿に対する、投影部が備える表示素子に起因する、原稿載置台上の投影画像に含まれる暗線の影響を低減することによって、撮像部により原稿の画像を高解像度で読み取ることができる画像読取装置を提供する。【解決手段】本発明に係る画像読取装置１０は、原稿載置台１００上に載置された原稿Ｍを撮像する撮像部１０３と、原稿載置台１００に画像を投影する投影部１０２と、前記画像のぼけ量を切り換える切換機構と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、画像読取装置に関するものであり、具体的には、プロジェクターを併用した、高解像度で原稿画像の読み取りを行う画像読取装置に関するものである。

従来、プロジェクターを併用した画像読取装置が知られている。

特許文献１は、プロジェクターによる照明において、照明範囲や照明強度分布を変更することができる投影装置を開示している。
また、特許文献２は、投影された画像の視覚的な性能向上のために、画素間隔を意図的にぼかすことができるプロジェクターを開示している。

特開２０１３−７６９２３号公報特開２００４−３４７７７５号公報

しかしながら、被写体を照明する装置として従来のプロジェクターを併用した画像読取装置では、画像読取装置の解像度がプロジェクターの解像度を上回ると、本来の画像情報の上に微細な照明ムラの情報が重なってしまう。
この微細な照明ムラの原因としては、プロジェクターの表示画素間のスジが挙げられる。このスジは、液晶などの画像表示素子を形成する電極等の影響であるため、細線化等によって、軽減することはできても無くすことはできない。また、液晶に限らず、微細なミラー面を駆動する画像表示素子においても、同様である。

そこで、本発明は、原稿載置台上に載置された原稿に対する、投影部が備える表示素子に起因する、原稿載置台上の投影画像に含まれる暗線の影響を低減することによって、撮像部により原稿の画像を高解像度で読み取ることができる画像読取装置を提供する。

本発明に係る画像読取装置は、原稿載置台上に載置された原稿を撮像する撮像部と、原稿載置台に画像を投影する投影部と、前記画像のぼけ量を切り換える切換機構と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、原稿載置台上に載置された原稿に対する、投影部が備える表示素子に起因する、原稿載置台上の投影画像に含まれる暗線の影響を低減することによって、撮像部により原稿の画像を高解像度で読み取ることができる。

第１実施形態に係る撮像装置の斜視図。第１実施形態に係る撮像装置の斜視図。（ａ）撮像装置の投影部内に設けられた表示素子の一部拡大図、及び（ｂ）シミュレーションによって得られた撮像装置の投影部内に投影された表示素子の像を示した図。撮像装置の原稿載置台上に投影された表示素子の像と撮像素子の共役像とを重ねて示した図。撮像装置の原稿載置台上に投影された表示素子の像と撮像素子の共役像とを重ねて示した図。第１実施形態に係る撮像装置における、画像投影時の表示素子共役面及び撮像時における表示素子共役面を示した図。第１実施形態に係る撮像装置の原稿載置台上における（ａ）画像投影時の表示素子の像及び（ｂ）撮像時の表示素子の像を示した図。第１実施形態に係る撮像装置において、操作ボタンに相当する図形及び文字が投影されている様子を示した図。第２実施形態に係る撮像装置の斜視図。第２実施形態に係る撮像装置の一部拡大斜視図。第２実施形態に係る撮像装置の断面図。

以下、本発明に係る画像読取装置について図面に基づいて説明する。なお、以下に示す図面は、本発明を容易に理解できるようにするために、実際とは異なる縮尺で描かれている場合がある。

図１は、本発明の第１実施形態に係る画像読取装置１０の斜視図を示している。

画像読取装置１０は、原稿載置台１００、光学ユニット１０１、投影部１０２、撮像部１０３、ミラー１０４及び支柱１１１を備えている。

原稿載置台１００上には、原稿Ｍが載置される。
光学ユニット１０１には、投影部１０２及び撮像部１０３が格納される。
投影部１０２は、原稿載置台１００上に画像や文字情報を投影するための光線を射出する。
撮像部１０３は、原稿載置台１００上に載置されている原稿Ｍなどの読取対象を撮像する。
ミラー１０４は、投影部１０２から射出された光線を原稿載置台１００に向けて反射し、且つ、原稿載置台１００からの光線を撮像部１０３に向けて反射する。
支柱１１１は、原稿載置台１００上に固定配置されており、光学ユニット１０１及びミラー１０４を保持している。

画像や文字情報を原稿載置台１００上に投影する際には、投影部１０２内の不図示の光源から光線が出射し、該光線は、投影部１０２内の液晶パネル等の不図示の表示素子を経由して、投影部１０２内の不図示の投影レンズから出射する。そして、投影レンズから出射した光線は、ミラー１０４によって反射され、原稿載置台１００に投影される。すなわち、表示素子は原画像を表示し、投影レンズは原画像の共役像（投影画像）を形成する。
その結果、図２に示されるように、原稿載置台１００上に画像を投影することができる。

原稿載置台１００上に載置されている原稿Ｍなどの読取対象を撮像する際には、ミラー１０４によって反射された読取対象からの光線が、撮像部１０３内の不図示の撮像レンズに入射する。撮像レンズに入射した光線は、撮像レンズによって、撮像部１０３内の、ＣＭＯＳセンサ等の不図示の撮像素子上に集光（受光）され、読取対象を撮像することができる。

なお、原稿載置台１００上に載置されている原稿Ｍなどの読取対象を撮像する際には、環境光による明るさのムラを低減し、撮像部１０３における露光時間を短縮し、且つ撮像の際のノイズを低減するために、投影部１０２によって原稿載置台１００を照明する。

本実施形態に係る画像読取装置１０には以下のような使用形態を考えることができる。

例えば、画像読取装置１０が記入済み書類を撮像する場合を考える。まず、ユーザによって記入済み書類が原稿載置台１００上に載置される。そして、画像読取装置１０は、記入済み書類を撮像し、記入漏れや捺印漏れ等を撮像して得られた画像からチェックする。もし、画像から記入漏れや捺印漏れ等が見つかった場合には、画像読取装置１０は、該当箇所を示す画像を記入済み書類上に投影する。もし、画像から記入漏れや捺印漏れ等が見つからなかった場合には、画像読取装置１０は、得られた画像を電子書類として記録する。

また、別の使用形態としては、原稿載置台１００上に載置されている原稿に対して、ユーザが撮像したい範囲を指定することによって、画像読取装置１０は、原稿のうちユーザが撮像したい範囲のみを撮像する。なお、画像読取装置１０は、原稿のうちユーザが撮像したい範囲のみを、画像読取装置１０のズーム機能を用いてズーミングすることによって撮像してもよい。
なお、ユーザが撮像したい範囲は、不図示のモーションキャプチャ装置を用いて、ユーザの指の動きを検知することによって判断することができる。また、画像読取装置１０がユーザの指の動きを撮像することによって、ユーザが撮像したい範囲を判断してもよい。そして、判断されたユーザが撮像したい範囲は、投影部が周囲より明るく照明することによって示すことができる。

また、画像読取装置１０の動作のユーザによる指示は、ユーザが不図示の機械的なプッシュボタンやタッチパネルを押圧し、それを感知することによって、判断することができる。また、画像読取装置１０が、ボタン等の画像を原稿載置台１００上に投影し、投影されたボタン画像に対するユーザの指の動きを撮像することによって、指示を判断してもよい。後者の方法を用いると、機械的なプッシュボタンやタッチパネル等の部材を設ける必要がないため、省コスト化できると共に、柔軟なユーザインターフェースを利用することができる。

次に、従来の画像読取装置において発生する課題について、具体的に説明する。

画像読取装置において、原稿載置台上に載置された原稿を高精細に撮像するためには、撮像部の結像光学系を高性能なものにする必要がある。また、それに加えて、画像読取装置を小型化させるためには、小型且つ高画素仕様の撮像素子を設ける必要がある。

例えば、原稿の大きさがＩＳＯ２１６におけるＡ３サイズ（２９７ｍｍ×４２０ｍｍ）である場合、原稿の画像情報を３００ｄｐｉ（１１．８ｐｉｘ／ｍｍ）の解像度で、一回の撮像で読み取ろうとすると、撮像素子は約１７５０万画素を有している必要がある。従って、撮像素子が矩形であるとすると、撮像素子は長辺が約５０００画素、短辺が約３５００画素で形成されている必要がある。

また、ここで考える画像読取装置では、撮像のために原稿を照明する投影部の表示素子としては、例えば透過型液晶パネル、反射型液晶パネル、マイクロミラーアレイ等の、主に映像を投影するプロジェクターに用いられる表示素子であるものとする。
この場合、投影部内の光源から出射した光線が、プロジェクターに用いられる、原画像を表示する表示素子を透過または該表示素子によって反射され、原稿載置台上に投影画像（原画像の共役像）として投影される。その際に、投影画像には、表示素子の画素間に存在する非表示部分に対応して、暗い部分が含まれる。
また、一般的には、プロジェクターに用いられる表示素子の画素数は、従来の画像読取装置に用いられる撮像素子の画素数よりも少ない。
従って、そのような表示素子を用いて、原稿載置台上に照明のために白色を投影し、そのような撮像素子を用いて原稿載置台上に載置されている原稿を撮像すると、撮像された画像には上記の暗い部分が認識可能に撮像されてしまい、撮像画像の認識や品質に問題が発生する可能性がある。

以下に、具体的な数値を用いて、上記の問題について説明する。

画像読取装置が、１７５０万画素の矩形（長辺が約５０００画素、短辺が約３５００画素）の撮像素子を備えた撮像部と、約２３０万画素の矩形（長辺が１９２０画素、短辺が１２００画素）の表示素子を用いた投影部で構成されているとする。そして、画像読取装置において、投影部が原稿載置台上における撮像範囲の全領域を一括投影できるとする。

例えば、図３（ａ）に示されるように、表示素子の１画素の大きさが８μｍ×８μｍであり、画素の間に０．４μｍの非表示部（図３（ａ）における実線）があるとする。そのような表示素子を光源から出射した光線が通過し、表示素子の像が原稿載置台上に３１倍に拡大投影されるとすると、原稿載置台上において、表示素子の像は長辺約５００ｍｍ、短辺約３１２ｍｍの矩形の像となる。すなわち、原稿載置台上の５００ｍｍ×３１２ｍｍの範囲が照明されることになる。そして、表示素子の１画素は、幾何光学的な理想結像であるとして０．２４８ｍｍ×０．２４８ｍｍの大きさの明るい像、非表示部は、０．０１２４ｍｍの幅の暗い線として投影される。
従って、原稿載置台上では、１ｍｍ当たり約３．８画素の投影解像度（Ｒｐ＝３．８ｐｉｘ／ｍｍ）となる。

図３（ｂ）は、上記のような条件に基づいて、実際のレンズによる結像を考慮した上で、投影範囲中央部における数画素範囲の波動光学的な結像状態をシミュレーションして得られた表示素子の像を示している。なお、このシミュレーションでは、収差及び回折の影響を考慮しているため、非表示部の像は０．０１２４ｍｍより広がっている。

これに対して、撮像部は、原稿載置台上の撮像範囲を３００ｄｐｉで撮像するため、１ｍｍ当たり約１１．８画素の撮像解像度（Ｒｉ＝１１．８ｐｉｘ／ｍｍ）となり、約０．０８５ｍｍのピッチで原稿の画像情報を記録することになる。

図４は、上記の条件における、画像読取装置の原稿載置台上に投影された表示素子の像５０と撮像素子の共役像５１とを重ねて示している。

図４から分かるように、撮像素子には、表示素子の画素間における非表示部に対応する暗部が格子状に記録される可能性があり、これにより、撮像した文字の認識や画像の品質に問題が生じる可能性がある。

なお、ここでは撮像部の読み取り解像度を３００ｄｐｉとしたが、例えば現在市販のデジタル一眼レフカメラの撮像素子として販売されている約３６００万画素の撮像素子を用いると、４３０ｄｐｉの解像度で画像読取が可能である。この場合、撮像部は、さらに細かいピッチで明暗情報を記録することができるため、表示素子の像における明暗のコントラストはより顕著になってしまう。

一方で、使用目的によっては、画像をより低解像度で読み取る場合がある。例えば２５．４ｄｐｉの解像度（１ｐｉｘ／ｍｍの空間分解能）で撮像部が画像を読み取る場合は、表示素子の画素間における非表示部に対応する暗部は、撮像素子の共役像の１画素内で平均化され、明暗のコントラストは目立ちにくくなる。
図５は、上記の条件における、画像読取装置の原稿載置台上に投影された表示素子の像５２と撮像素子の共役像５３とを重ねて示している。

上記に示したように、撮像解像度が投影解像度よりも高い場合には、撮像素子には、表示素子の画素間における非表示部に対応する暗部が格子状に記録される可能性があり、これにより、撮像した文字の認識や画像の品質に問題が生じる可能性がある。
この問題を解決するために、本実施形態に係る画像読取装置１０では、撮像解像度が投影解像度よりも高い場合には、撮像時における表示素子共役面（投影部１０２の像面）を原稿載置台１００上から光路方向にシフトした位置となるようにする。それによって、表示素子の像が原稿載置台１００上に形成されず、明暗のコントラストを目立ちにくくさせている。

図６は、本実施形態に係る画像読取装置１０における、画像投影時の表示素子共役面Ｐ_１及び撮像時における表示素子共役面Ｐ_２を示している。

図６に示されているように、撮像時における表示素子共役面Ｐ_２は、不図示の切換機構によって、画像投影時の表示素子共役面Ｐ_１に対して光学ユニット１０１から離れる方向（オーバー側）にシフトされている。
なお、表示素子共役面Ｐ_１及びＰ_２間の距離、すなわち、撮像時における表示素子共役面の移動量は、表示素子の画素間における非表示部の幅、投影光学系のＦナンバー、投影倍率等によって変動する。好ましくは、おおむね表示素子の１画素を投影する光束が、原稿載置台１００上の撮像対象における撮像素子の１画素の共役像に対して、十分に広がればよい。本実施形態では、移動量を５００ｍｍとしている。

図７（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態に係る画像読取装置１０の原稿載置台１００上における、画像投影時の表示素子の像及び撮像時の表示素子の像を示している。

図７（ａ）及び（ｂ）に示されているように、撮像時において表示素子共役面をオーバー側にシフトさせることによって、画像投影時には明暗のコントラストが目立っている表示素子の像が、撮像時には、明暗のコントラストが目立たない表示素子の像に変化している。すなわち、不図示の切換機構によって、表示素子の像（投影された画像）のぼけが切り換えられている。
なお、図７（ａ）及び（ｂ）に示されている表示素子の像の端部が暗くなっているのは、形成される表示素子の像のシミュレーションする範囲を限定したことに起因するもので、実際の投影範囲中央部の数画素の範囲内ではこのような明暗差は発生しない。

このように、目安としては、撮像対象に投影された表示素子の画素ピッチの空間周波数をパラメタ−としたＭＴＦ（ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎ）が、２０％以下になっていれば、また、より好ましくは１０％以下となれば、表示素子の像における明暗のコントラストは目立ちにくくなる。

なお、本実施形態に係る画像読取装置１０では、撮像時において表示素子共役面を移動させる方向は、光学ユニット１０１から離れる方向に設定している。
これは、撮像対象が厚みを有する書籍のようなものである場合に、撮像時において表示素子共役面を光学ユニット１０１に近づく方向にシフトさせると、表示素子共役面が読み取り対象面に近づいてしまい、フォーカスをずらした効果が薄くなってしまうためである。

以上のことから、本実施形態に係る画像読取装置１０のように、撮像時において表示素子共役面をオーバー側に移動させれば、撮像対象が厚みを有する書籍であったとしても、表示素子の像における明暗のコントラストは目立ちにくくなる。

また、本実施形態に係る画像読取装置１０では、例えばプレビュー画像撮影や撮像範囲を検知するための撮像等の、撮像解像度が投影解像度よりも低い場合には、表示素子の像における明暗のコントラストが画像品質に与える影響は少ない。そのため、撮像時において表示素子共役面のシフトは行わない。

本実施形態に係る画像読取装置１０では、まず投影部によって原稿載置台１００上に照明を行う。そして、原稿載置台１００上の原稿の読み取り指示があった場合に、画像読取装置１０は、設定或いは指示された撮像解像度（つまり撮像素子の空間周波数）と投影解像度（つまり表示素子の原稿載置台１００上での空間周波数）から適した撮像条件を選択する。そして、画像読取装置１０は投影部の動作を行う。
具体的には、原稿載置台上における投影解像度（原稿載置台に投影された表示素子の単位長さ当たりの画素数）をＲｐ（ｐｉｘ／ｍｍ）、原稿載置台上における撮像解像度（原稿載置台に対する撮像素子の共役像における単位長さ当たりの画素数）をＲｉ（ｐｉｘ／ｍｍ）とするとき、以下のような撮像条件となる。Ｒｉ＞２Ｒｐの場合は投影光学系のフォーカスをはずす撮像モード、Ｒｉ＜４Ｒｐの場合は投影モードのまま撮像を行う。換言すると、Ｒｉ≧４Ｒｐの場合は撮像モードを使用し、Ｒｉ≦２Ｒｐの場合は投影モードを使用し、２Ｒｐ＜Ｒｉ＜４Ｒｐの場合は、撮像モード及び投影モードの一方を使用する。

本実施形態に係る画像読取装置１０では、ユーザが画像読取装置１０に指示を与えるためのユーザインターフェースとして、投影部によって照明に加えて、操作ボタンに相当する図形及び文字を原稿載置台１００上に投影している。

図８は、本実施形態に係る画像読取装置１０において、操作ボタンに相当する図形及び文字が投影されている様子を示している。

そして、本実施形態に係る画像読取装置１０は、撮像部が投影されたボタンに対する指の動きを撮像することによって、ユーザの指示を判断するシステムを採用している。

この場合、撮像時における表示素子共役面のシフトによって、原稿載置台１００上に投影されていた操作ボタンに相当する図形及び文字がぼけてしまい、該図形及び文字をユーザが認識することが困難になる。
そこで、本実施形態に係る画像読取装置１０では、撮像時において表示素子共役面がシフトしても、ユーザが操作ボタンに相当する図形及び文字を容易に認識することができるように、該図形及び文字を、低い空間周波数で、換言すると、より大きく、表示する。
具体的には、文字の線の太さや図形の線幅を、表示素子の４画素以上で形成するようにしており、実質的には、表示素子の解像力の１／４以下の空間周波数で、操作ボタンに相当する図形及び文字を表示するようにしている。

図９は、本発明の第２実施形態に係る画像読取装置９０の斜視図を示している。
なお、本第２実施形態に係る画像読取装置９０は、拡散部９０５をさらに備えている以外は、第１実施形態に係る画像読取装置１０と同一の構成であるため、同一の参照符番を付し、説明を省略する。

拡散部９０５は、投影部１０２から出射する光線の光路上に配置されると、投影部１０２から射出された光線を拡散させることができる。

図１０は、第２実施形態に係る画像読取装置９０の一部拡大斜視図を示している。

上記のように、画像読取装置９０において、撮像解像度が投影解像度よりも高い場合には、撮像素子に、表示素子の画素間における非表示部に対応する暗部が格子状に記録される可能性がある。その場合には、画像読取装置９０では、図１０に示されるように、拡散部９０５が、投影部１０２から出射する光線の一部を拡散させるように、投影部１０２から出射する光線の光路の一部に配置される。すなわち、不図示の切換機構によって、拡散部９０５が、投影部１０２から出射する光線の光路の少なくとも一部に配置されたり、光路から退避されたりする。

図１１は、第２実施形態に係る画像読取装置９０の断面図を示している。

図１１に示されるように、拡散部９０５が投影部１０２から出射する光線の光路に垂直な断面内の一部に配置されることによって、拡散部９０５を通過した光線は、ぼけた状態で原稿載置台１００上の原稿Ｍの周囲領域Ａに投影される。一方で、拡散部９０５を通過しなかった光線は、ぼけていない状態で原稿載置台１００の縁部近傍領域Ｂ上に投影される。
これにより、原稿載置台１００上の原稿Ｍの周囲に投影される照明光の明暗のコントラストを目立ちにくくさせることができる。また、それと同時に、原稿載置台１００の縁部近傍上に投影されるユーザインターフェースとしての操作ボタンに相当する図形及び文字の明暗のコントラストを高いまま維持することができる。すなわち、不図示の切換機構によって、投影された画像のぼけ量が切り換えられる。
なお、画像読取装置９０における拡散部９０５は、目安としては、撮像対象に投影された表示素子の画素ピッチの空間周波数をパラメタ−としたＭＴＦが、２０％以下になるように、また、より好ましくは１０％以下となるように設計される。

従って、原稿Ｍの照明に用いる光線を原稿Ｍにぼかして投影させることによって、明暗のコントラストを目立たなくさせつつ、ユーザインターフェースやプレビュー画像を表示する部分については、投影部本来の解像力を生かした高精細な表示が可能となる。

なお、拡散部９０５としては、擦りガラスなどの透過型拡散部材を用いる他に、例えば複屈折板など、投影像をぼかすことができる様々な部材を用いることができる。また、投影部の表示素子又は投影レンズを振動させることによって、投影像をぼかすこともできる。さらに、拡散部９０５の配置位置についても、本実施形態の配置位置に限らず、投影部内の光源近傍に配置しても構わない。

以上のように、本発明によれば、プロジェクターで照明及び操作指示を行いながら、高解像度の画像読み取りを可能にした画像読取装置を提供することができる。

１０画像読取装置
１００原稿載置台
１０２投影部
１０３撮像部
Ｍ原稿

Claims

原稿載置台上に載置された原稿を撮像する撮像部と、
前記原稿載置台に画像を投影する投影部と、
前記画像のぼけ量を切り換える切換機構と、
を備えることを特徴とする、画像読取装置。
前記撮像部は、前記原稿からの光を受光する撮像素子を備え、前記投影部は、原画像を表示する表示素子を備えており、
前記原稿載置台に投影された前記表示素子の単位長さ当たりの画素数をＲｐ（ｐｉｘ／ｍｍ）、前記原稿載置台に対する前記撮像素子の共役像における単位長さ当たりの画素数をＲｉ（ｐｉｘ／ｍｍ）とするとき、
前記切換機構は、Ｒｉ≧４Ｒｐの場合は、前記原稿載置台に対して前記撮像部から離れる方向に前記撮像素子の共役面を移動させ、Ｒｉ≦２Ｒｐの場合は、前記原稿載置台上に重なるように前記撮像素子の共役面を移動させ、２Ｒｐ＜Ｒｉ＜４Ｒｐの場合は、前記原稿載置台に対して前記撮像部から離れる方向に、若しくは前記原稿載置台上に重なるように前記撮像素子の共役面を移動させることを特徴とする、請求項１に記載の画像読取装置。
前記切換機構は、光を拡散させる拡散部を含み、
前記切換機構は、前記拡散部を前記投影部から出射する光線の光路の少なくとも一部に配置したり、前記光路から退避させたりする機構であることを特徴とする、請求項１に記載の画像読取装置。
前記投影部は、原画像を表示する表示素子と該原画像の共役像を形成する投影レンズとを備え、前記切換機構は、前記表示素子または前記投影レンズを振動させる機構であることを特徴とする、請求項１に記載の画像読取装置。
前記切換機構が、前記画像のぼけ量が大きくなるように切り換えた際には、前記原稿載置台に投影された前記表示素子の画素ピッチの空間周波数をパラメタ−としたＭＴＦが、２０％以下になることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の画像読取装置。
前記撮像素子の画素数は、前記表示素子の画素数より多いことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の画像読取装置。