JP2018174510A - 画像取得装置、スタンド型スキャナ装置および画像取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特定の波長の光を透過するフィルタを備える構成に対し、外乱の影響をさらに低減させる。【解決手段】画像取得装置が、特定の赤外領域の光を選択的に透過させる光学フィルタと、前記特定の赤外領域の光に選択的な感度を有するイメージセンサと、対象物からの光が前記光学フィルタを透過した光のうち、前記特定の赤外領域の光を選択的に透過させ、前記イメージセンサの撮像面に前記対象物の像を結像させるレンズとを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、画像取得装置、スタンド型スキャナ装置および画像取得方法に関する。

画像認識等における撮像に際し、特定の波長の光を透過するフィルタを用いる技術が示されている。
例えば、特許文献１には、屋外で使用した場合でも安定して読取を行わせ得るための文字読取装置が記載されている。この文字読取装置は、光源として太陽光の影響を受けにくい波長のものを使用して物体の表面を照らし、この表面を撮影装置で撮影し、文字認識ソフトを用いて映像信号を文字データに変換する。

また、特許文献２には、顔認証における顔の認識率を高くするための赤外線顔認証装置が記載されている。この赤外線顔認証装置は、７６０ｎｍ以上の波長の赤外光を照射する赤外ＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）と、７６０ｎｍ以上の赤外光を受光する赤外線フィルタとの組み合わせを用いて、赤外光画像を撮像する。

特開平１０−１１５２９号公報 特開２００８−１８１４６８号公報

特許文献１及び２に示されるような、特定の波長の光を透過するフィルタを備える構成に対し、外乱の影響をさらに低減させられることが好ましい。

本発明は、上記課題を解決することができる画像取得装置、スタンド型スキャナ装置および画像取得方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、画像取得装置は、特定の赤外領域の光を選択的に透過させる光学フィルタと、前記特定の赤外領域の光に選択的な感度を有するイメージセンサと、対象物からの光が前記光学フィルタを透過した光のうち、前記特定の赤外領域の光を選択的に透過させ、前記イメージセンサの撮像面に前記対象物の像を結像させるレンズとを備える。

本発明の第２の態様によれば、画像取得方法は、特定の赤外領域の光を選択的に透過させる光学フィルタと、前記特定の赤外領域の光に選択的な感度を有するイメージセンサと、対象物からの光が前記光学フィルタを透過した光のうち、前記特定の赤外領域の光を選択的に透過させ、前記イメージセンサの撮像面に前記対象物の像を結像させるレンズとを用いて、前記対象物の画像を撮像することを含む。

この発明によれば、外乱の影響をさらに低減させることができる。

本発明の実施形態に係る画像取得装置の構成例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る特定赤外領域透過フィルタ、特定赤外領域透過レンズコートおよび特定赤外領域反応イメージセンサの特性の例を示す図である。 本発明の実施形態に係る画像取得装置の設置例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る特定赤外領域反応イメージセンサの構成例を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る画像取得装置と特定赤外領域の照明装置とを組み合わせた場合を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る画像取得装置に特定赤外領域の照明装置を組み付けた場合を示す斜視図である。 一般的なカラーイメージセンサの分光感度と特定赤外領域を示した説明図である。 太陽光分光感度波長と、単結晶シリコンで光センサの分光感度および特定赤外領域を示した説明図である。 本発明の実施形態の概略の基本的構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の実施形態に係る画像取得装置の構成例を示す模式図である。図１に示す画像取得装置１は、特定赤外領域透過フィルタ１１と、ミラー１２と、光学系１３と、特定赤外領域反応イメージセンサ１４とを備える。光学系１３は、レンズ１３１〜１３４を備える。なお、画像取得装置１は、図示していない制御装置、入出力装置等をさらに備える。

図１に示す画像取得装置１は、特定赤外領域反応イメージセンサ１４がスタンドに支持されて対象物から離間した位置に配置されるスタンド型のイメージスキャナ（オーバヘッドタイプの画像取得装置）である。また、図１の例では、画像取得装置１は光源を備えておらず、室内光等が対象物で反射された反射光を用いて撮像を行う。但し、後述するように画像取得装置１が光源を備えていてもよい。
画像取得装置１は、例えば、帳票に記載された文字記号などをＯＣＲ（Optical Character Recognition、光学的文字認識）するための画像取得装置として用いられてもよい。

特定赤外領域透過フィルタ１１は、特定の赤外領域の光を選択的に透過させる光学フィルタである。
特定赤外領域反応イメージセンサ１４は、特定の赤外領域の光に選択的な感度を有するイメージセンサである。
光学系１３は、対象物２からの光が特定赤外領域透過フィルタ１１を透過した光のうち、特定の赤外領域の光を選択的に透過させ、特定赤外領域反応イメージセンサ１４の撮像面１４ａに対象物２の像を結像させる複合レンズである。光学系１３が備えるレンズ１３１には、太陽光の赤外領域で強度が常に低い分光波長領域の光を選択的に透過させる特定赤外領域透過レンズコート１３１ａが付されている。
対象物２は文字や画像が描かれた原稿であってもよい。

図２は、図１に示す特定赤外領域透過フィルタ１１、特定赤外領域透過レンズコート１３１ａおよび特定赤外領域反応イメージセンサ１４の特性の例を示す図である。本実施形態において、特定の赤外領域（以下、特定赤外領域という）とは、図２に示すように、太陽光の赤外領域で強度が常に低い分光波長領域であり、例えば９２０ｎｍ（ナノメートル）から９５０ｎｍまでの波長領域である。

図２は、横軸を波長として、縦軸に太陽光分光波長特性、透過特性または感度を示す。具体的には、図２は、太陽光分光波長特性を、分光放射エネルギー（相対値（％））によって破線で示す。また、図２は、特定赤外領域透過フィルタ１１および光学系１３の透過特性（透過率（％））と、特定赤外領域反応イメージセンサ１４の感度（相対値（％））を同一の実線で示す。

また、特定赤外領域反応イメージセンサ１４は、例えば図４（ａ）に示すように構成されていてもよい。図４（ａ）の例で、特定赤外領域反応イメージセンサ１４は、オンチップカラーフィルタとして画素毎に形成された可視光領域の透過フィルタ１４１Ｒ、１４１Ｇおよび１４１Ｂと特定赤外領域を選択的に透過させるフィルタ１４１ＩＲとを格子状に交互に配列させて備える。

ここで、透過フィルタ１４１Ｒ、１４１Ｇおよび１４１Ｂは、例えば図７に示すように、赤、緑および青の光をそれぞれ選択的に透過させる。図７は、波長と各フィルタの透過率との関係を示す。透過フィルタ１４１Ｒは、赤色フィルタの例に該当する。透過フィルタ１４１Ｇは、緑色フィルタの例に該当する。透過フィルタ１４１Ｂは、青色フィルタの例に該当する。

図４（ａ）に示す各フィルタの配列は、図４（ｂ）に示す一般的なベイヤー配列に対して、グループ１４１毎に１画素分の緑の透過フィルタをフィルタ１４１ＩＲに変更したものである。すなわち、図４（ａ）に示す構成では、光電変換素子である特定赤外領域反応イメージセンサ１４自体に太陽光の赤外領域で強度が常に低い分光波長領域の光を選択的に受光する仕組みを設けている。

例えば、特定赤外領域反応イメージセンサ１４には、光を電荷に変化させるＳｉ（シリコン）素子が多数並べられていて、一定の間隔でＳｉ素子の前面に特定赤外領域を選択的に透過させるフィルタが設けられている。この構成によれば、イメージセンサデバイス（特定赤外領域反応イメージセンサ１４）自体に特定の赤外領域に対して選択的に感度を強くもつ特性をもたせることが可能になる。

なお、特定赤外領域反応イメージセンサ１４は、例えば、図８に示すような感度を有する一般的な単結晶シリコン光センサを用いて構成することができる。
図８は、波長と太陽光分光波長の分光放射エネルギーと単結晶シリコン光センサとの感度の関係を示す図である。図８は、一般的なカラーイメージセンサの分光感度特性を示す。図８に示す一般的なカラーイメージセンサにおいても通常、特定赤外領域であれば十分な感度を有している。

以上のように構成された画像取得装置１では、対象物２の反射光が、特定赤外領域透過フィルタ１１を透過し、ミラー１２で反射されて光学系１３に入射し、光学系１３で屈折し、特定赤外領域反応イメージセンサ１４の撮像面１４ａに対象物２の像を結像する。対象物２からの反射光は、特定赤外領域透過フィルタ１１、特定赤外領域透過レンズコート１３１ａおよび特定赤外領域反応イメージセンサ１４によって特定赤外領域の波長成分が選択され、特定赤外領域反応イメージセンサ１４によって光電変換される。ここで、太陽光が含む特定赤外領域の光は他の領域の光に比べて光量が低い。これにより、特定赤外領域反応イメージセンサ１４は、飽和せず、許容の光量を超えないため、安定して画像に対応した電気信号を生成することができる。

次に、図３を参照して画像取得装置１の設置例について説明する。
図３は、画像取得装置１の設置例を示す斜視図である。画像取得装置１が一般事務所や一般店舗などに設置される際、たとえば図３に示すように窓際に設置される可能性がある。画像取得装置１が窓際に設置された場合、時間や方向、季節によっては窓から朝日や西日等が差しこんでくることが想定される。その外光が、画像取得装置１の原稿面へ投光されて室内光の光量に加算されると、外光が投光されていない場合から光量変動が発生し、一時的に画像取得装置の画質が変動する可能性がある。

例えば、室内光の可視光領域光量（例えば３，０００ＬＸ（ルクス）以下）に比べて、太陽光の光量は１００倍以上（例えば３００，０００ＬＸ以上）になる場合がある。このように、室内光の光量に対して太陽光の光量が多いことで、本実施形態と異なる一般的な画像取得装置では撮像画像が白く飽和した画像となるか、画像取得装置が許容の光量を超えている旨のエラーを出力し画像を得ることができない可能性がある。また、太陽光を遮光するカーテンやブラインドによる影がある場合には、地球の自転運動及び公転運動によって時間経過に応じて影の位置及び形が変化し、安定した画像を得られない可能性がある。

これに対し、本実施形態に係る画像取得装置１によれば、太陽光の赤外領域で強度が常に低い分光波長領域である特定赤外領域を選択的に光電変換するので、外光の影響を低減させ、安定して画像を取得することができる。さらに、本実施形態では、特定赤外領域の選択が、特定赤外領域透過フィルタ１１と、光学系１３と、特定赤外領域反応イメージセンサ１４との３つの部分によって重ねて行われる。したがって、例えば赤外線フィルタのみで光の波長を限定する場合など、２つ以下の部分で当該領域外の光（赤外光を含む）を減衰させる場合よりも、領域外の光をより減衰させることができる。この点で、画像取得装置１によれば、外乱の影響をさらに低減させることができる。

また、画像取得装置１によれば、太陽光による外来光に変動があっても光量変動の影響を受けにくい点で、安定した画像を取得することができる。

画像取得装置１が画像を撮像する際の光源として、太陽光の赤外領域で強度が常に低い分光波長領域である特定赤外領域に強い分光特性を持つ光源を用いるようにしてもよい。
図５は、特定赤外領域に強い分光特性を持つ照明装置３が、画像取得装置１の本体とは別に設けられた例を示す斜視図である。図６は、特定赤外領域に選択的に強い分光特性を持つ照明装置３ａが、画像取得装置１と一体的に設けられた例を示す斜視図である。

画像取得装置１は、照明装置３または照明装置３ａが照射した赤外光を光源として用いて、対象物２からの反射光を撮像面１４ａに結像させ、光を電気信号に変換することで対象物２を撮像する。図５および図６に示す構成によれば、例えば、地球の自転及び公転によって太陽入射の角度が変化した場合、太陽光が弱くなった場合、或いは太陽光が遮られた場合でも安定した光量を得ることができる。すなわち、本実施形態の画像取得装置１は、特定赤外領域に選択的に強い分光特性を持つ光源からの光を原稿面等の対象物２へ投光し画像を取得することで、太陽光の変動があっても、その影響を低減させて一定した画質の画像を得ることができる。ここでの太陽光は外乱光の例に該当する。

なお、特定赤外領域は、一般的な室内照明等の光源においても光量強度が低い範囲であるため、室内照明の光量をも受けにくい特徴を持つ。

以上のように、特定赤外領域透過フィルタ１１は、特定の赤外領域の光を選択的に透過させる。特定赤外領域反応イメージセンサ１４は、特定の赤外領域の光に選択的な感度を有する。レンズ１３１は、対象物２からの光が特定赤外領域透過フィルタ１１を透過した光のうち、特定の赤外領域の光を選択的に透過させ、特定赤外領域反応イメージセンサ１４の撮像面に対象物２の像を結像させる。

これにより、画像取得装置１は、太陽光の赤外領域で強度が常に低い分光波長領域である特定赤外領域を選択的に光電変換するので、外光の影響を低減させ、安定して画像を取得することができる。さらに、画像取得装置１では、特定赤外領域の選択が、特定赤外領域透過フィルタ１１と、光学系１３と、特定赤外領域反応イメージセンサ１４との３つの部分によって重ねて行われる。したがって、例えば赤外線フィルタのみで光の波長を限定する場合など、２つ以下の部分で当該領域外の光（赤外光を含む）を減衰させる場合よりも、領域外の光をより減衰させることができる。この点で、画像取得装置１によれば、外乱の影響をさらに低減させることができる。

また、画像取得装置１によれば、太陽光による外来光に変動があっても光量変動の影響を受けにくい点で、安定した画像を取得することができる。
また、画像取得装置１では、特定赤外領域の選択を、特定赤外領域透過フィルタ１１と、光学系１３と、特定赤外領域反応イメージセンサ１４との３つの部分が重ねて行うので、絞りで光量を制限する必要無しに、太陽光による外来光の影響を抑制することができる。
従って、画像取得装置１では、絞りの無い構成とすることができ、この点で、装置のコンパクト化、制御の簡単化、及び、コスト低減を図ることができる。

また、画像取得装置１が、スタンド型スキャナ装置（スタンド型のイメージスキャナ）として構成されることで、原稿と撮像部（特定赤外領域透過フィルタ１１、ミラー１２、光学系１３、及び、特定赤外領域反応イメージセンサ１４）との距離がおよそ一定に保たれる。このため、画像取得装置１では、ピント合わせの処理を行わずとも原稿にピントを合わせることができる。
画像取得装置１では、絞り調整及びピント調整を行わずとも適切な光量及びピントを得られる。この点、及び、太陽光による外来光の影響を受けにくい点で、画像取得装置１では、画面の明るさ調整を高精度に行うことができる。

また、対象物２からの光は、特定の赤外領域に選択的な分光特性を有する光源（照明装置３又は３ａ）から対象物２に対して投光された光の反射光を含む。
これにより画像取得装置１は、照明装置３または照明装置３ａが照射した赤外光を用いることで、例えば、地球の自転及び公転によって太陽入射の角度が変化した場合、太陽光が弱くなった場合、或いは太陽光が遮られた場合でも安定した光量を得ることができる。すなわち、画像取得装置１は、特定赤外領域に選択的に強い分光特性を持つ光源からの光を原稿面等の対象物２へ投光し画像を取得することで、太陽光の変動があっても、その影響を低減させて一定した画質の画像を得ることができる。
なお、特定赤外領域は、一般的な室内照明等の光源においても光量強度が低い範囲であるため、室内照明の光量をも受けにくい特徴を持つ。

また、特定赤外領域反応イメージセンサ１４において、画素毎に形成された可視光領域の透過フィルタおよび特定の赤外領域の透過フィルタが格子状に交互に配列されている。
これにより、特定赤外領域反応イメージセンサ１４自体に特定の赤外領域に対して選択的に感度を強くもつ特性をもたせることが可能になる。

次に、図９を参照して、本発明の実施形態の最小構成について説明する。
図９は、本発明の実施形態に係る画像取得装置の最少構成の例を示す図である。図９に示す画像取得装置１００は、光学フィルタ１０１、レンズ１０２およびイメージセンサ１０３を備える。
かかる構成にて、光学フィルタ１０１は、特定の赤外領域の光を選択的に透過させる。イメージセンサ１０３は、特定の赤外領域の光に選択的な感度を有する。レンズ１０２は、対象物からの光が光学フィルタ１０１を透過した光のうち、特定の赤外領域の光を選択的に透過させ、イメージセンサ１０３の撮像面に対象物の像を結像させる。

これにより、画像取得装置１００によれば、太陽光の赤外領域で強度が常に低い分光波長領域である特定赤外領域を選択的に光電変換することができ、外光の影響を低減させて、安定して画像を取得することができる。さらに、画像取得装置１００では、特定赤外領域の選択が、光学フィルタ１０１と、レンズ１０２と、イメージセンサ１０３との３つの部分で重ねて行われる。したがって、例えば赤外線フィルタのみで光の波長を限定する場合など、２つ以下の部分で当該領域外の光（赤外光を含む）を減衰させる場合よりも、領域外の光をより減衰させることができる。この点で、画像取得装置１００によれば、外乱の影響をさらに低減させることができる。
また、画像取得装置１００によれば、太陽光による外来光に変動があっても光量変動の影響を受けにくい点で、安定した画像を取得することができる。

例えば、画像取得装置１００は、上記画像取得装置１に対応する。光学フィルタ１０１は、特定赤外領域透過フィルタ１１に対応する。レンズ１０２は、光学系１３が対応する。イメージセンサ１０３は、特定赤外領域反応イメージセンサ１４に対応する。

なお、本発明の実施形態は上記のものに限定されない。例えば、特定赤外領域は、９２０ｎｍから９５０ｎｍまでの波長領域に限らず、１１５０ｎｍ〜１３５０ｎｍ付近の領域等であってもよい。また、特定赤外領域透過フィルタ１１は、複数の光学フィルタから構成されていてもよい。この場合、各フィルタの透過帯域は同一であってもよいし、異なっていてもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１、１００ 画像取得装置
２ 対象物
３、３ａ 照明装置
１１ 特定赤外領域透過フィルタ
１２ ミラー
１３ 光学系
１４ 特定赤外領域反応イメージセンサ
１３１〜１３４ レンズ
１３１ａ 特定赤外領域透過レンズコート

Claims (5)

1. 特定の赤外領域の光を選択的に透過させる光学フィルタと、
   前記特定の赤外領域の光に選択的な感度を有するイメージセンサと、
   対象物からの光が前記光学フィルタを透過した光のうち、前記特定の赤外領域の光を選択的に透過させ、前記イメージセンサの撮像面に前記対象物の像を結像させるレンズと
   を備える画像取得装置。
2. 前記対象物からの光は、前記特定の赤外領域に選択的な分光特性を有する光源から前記対象物に対して投光された光の反射光を含む
   請求項１に記載の画像取得装置。
3. 前記イメージセンサにおいて、画素毎に形成された可視光領域の透過フィルタおよび前記特定の赤外領域の透過フィルタが格子状に交互に配列されている
   請求項１または２に記載の画像取得装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の画像取得装置を含むスタンド型スキャナ装置。
5. 特定の赤外領域の光を選択的に透過させる光学フィルタと、
   前記特定の赤外領域の光に選択的な感度を有するイメージセンサと、
   対象物からの光が前記光学フィルタを透過した光のうち、前記特定の赤外領域の光を選択的に透過させ、前記イメージセンサの撮像面に前記対象物の像を結像させるレンズと
   を用いて、
   前記対象物の画像を撮像する
   ことを含む画像取得方法。

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