JP3970979B2 - スプリットビームを用いた光学式文字読み取り装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式文字読み取り装置に関するものである。
【０００２】
本発明は、パスポートやセキュリティパスなどのドキュメントの機械読み取りに用いられる光学式文字読み取り装置に関するものである。このようなドキュメントは、通常、グラフィックやアルファベットと数字のシンボルやテキストなどを含んでいる。そして、これらのいくつかは、しばしばコード化されている。これらのデータのほとんどは、ユーザと光学式文字読み取り装置の双方にとって、見ることができ、読みとることができるものである。また、適性な光学式読み取り装置によってのみ読みとることのできるデータがドキュメントに含まれていることもある。そして、機械読み取り可能なテキストの一部または全部が、通常の光の下で見ることができるものである必要はなく、それを読み取るために、特殊な光源を必要とすることもある。
【０００３】
現在の光学式文字読み取り装置のほとんどは、光検知デバイスとして、電化結合素子またはCCDアレイを用いており、より古い装置ではオルシコンチューブのような撮像デバイスを用いている。読み取るべきドキュメントは適性な光源に照らされ、シャープで、ピントのあった画像が、適性なレンズシステムによって、画像検出デバイスに供給される。そして、このイメージは、適当な電子的デバイスによって、ドキュメントの一部の電子的イメージに、変換される。ここで、本明細書では、便宜上、焦点を合わせるレンズシステムと光検知デバイスの組み合わせを、まとめて「撮像デバイス」と呼ぶことにする。
【０００４】
さて、本発明は、従来の読み取り装置を簡略化でき、かつ、比較的安価な標準的なCCDアレイを用いて撮像デバイスを構成できる、より好ましい光学式文字読み取り装置を提供するものである。本発明は、たとえば、一本のラインや二三本のラインのイメージや、テキストのイメージを、２つの隣接した同じ長さのセクションに分割し、少なくとも、そのうちの一つを、他方の上（または下）の位置まで、水平および垂直方向にずらす光学システムを提供する。二つのセクションの長さを適切に選ぶことにより、標準的なCCDアレイを用いて、両方を一度に読み取ることができるようになる。
【０００５】
【従来の技術】
ビームスプリッターを用いた光学式文字読み取り装置が提案されている。このような装置では、半分もしくは全部に銀メッキした鏡がビームを２以上の部分に分けるために用いられる。また、このようにして分けられた各部分は分離して設けられた撮像デバイスによって読み取られる。ここで、このようなアプローチをとる例としては、CraineらのUS 4,634,882や、Diehlらの CA 2,074,127がある。これら送付の装置は、機械読み取り可能な証印( Indicia )の異なる部分が、分離した撮像デバイスによって読み取られる。Diehlらは、単一のイメージを、それぞれ分離して読み取られる３つの部分に分割している。また、CraineらとDiehlらの双方とも、撮像デバイスからの信号から一個または数個のイメージを生成するのに適当な電子的手段を用いている。
【０００６】
一つのイメージを数個のイメージに、色的に分離することも、また、提案されている。この数個のイメージは、それぞれ、オリジナルの色のうちのいくつかだけを表したものとなる。このタイプの装置は、色フィルタを用いるOraruのCA 2,107,823や、色分離に異なる解析格子を用いるSetaniのUS 5,223,703に記述されている。
【０００７】
また、ビームスプリッターではなくビーム結合器と呼ばれるものを用いた、異なる装置が、MitaのUS4,956,547に記載されている。Mitaの読み取り装置では、分離した光源と鏡システムによって、単一のドキュメントの両面からの画像が、撮像デバイスに与えられる。しかし、ドキュメントの両面を同時に読み取ることができない。画像のビームをさえぎるか、二組の照射光のオンオフを切り換えることにより、ドキュメントの各面の画像が逐次読み取られる。
【０００８】
これら従来の装置は、次に示す２つの問題の一方、もしくは、両方をもっているように思われる。その第１は、一度にドキュメントの小さな部分しか読み取ることができないことである。そして第２は、特別に形成された撮像デバイスが必要なことである。この結果、撮像デバイスが高価なものとなるか、読み取られるイメージが撮像デバイスの一部しかカバーしないという点において効率的に撮像デバイスを用いることができないことになる。言い換えれば、撮像デバイス中の光検知アレイのアスペクト比（アレイの横縦比）と、ドキュメントの読み取られる情報のアスペクト比が整合していない、また、近似してもいない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題を解決し、最もありふれた（同時に最も廉価な）ＣＣＤアレイ装置を、単一のパスで、ドキュメントの機械読み取り可能なフィールドを可能な限り読み出すための、最適な方法に、使用可能とする光学的システムを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
典型的な機械読み取り可能なドキュメントでは、光学的文字認識フィールドは、典型的には１：３から１：５のアスペクト比を持っており、画像文字のフィールドの幅は、３倍から５倍、そのフィールドの高さより大きい。たとえば、機械読み取り可能なパスポートでは、機械読み取り可能なゾーンは、典型的には高さ２３.５mm、幅１２５mmであり、アスペクト比は１：５.３２となる。
【００１１】
理論的には、撮像デバイスは、任意のアスペクト比の光検知アレイを用いて構成することができる。しかし、実際上は、撮像デバイスは、正方形か長方形の形でのみ作成される。正方形形式の撮像デバイスは、天文などの特定の科学的用途や、それが設計された特定の用途などにのみ用いられるものであり、それが少数しか製作されないこともあって、高価なものである。一方、長方形の形の撮像デバイスは、いくつかのアスペクト比で作成されている。いくつかの機械視力の用途では、１：１から１：１．５のアスペクト比が用いられている。これらのデバイスもまた、それが限定的で特定の用途向けに少数しか製作されないこともあって、比較的高価である。
【００１２】
実際上、撮像デバイスの最も一般的なアスペクト比は、普通のテレビ画面のものであり、このような撮像デバイスは、コンピュータ端末などの様々な装置にも用いられている。VTR一体型カメラなどを含むTVカメラや、監視カメラや、セキュリティスキャナは、約３：４か１：１.３３のアスペクト比の、他の標準的な長方形形式の画像を用いている。これは、多くの用途でのデバイスの使用の増加が、大量の高品質の光検知アレイの製造、また、これによる価格の低下の影響を与えていることによる。その結果、他のタイプのあるものには数千ドルかかるのに対して、ＴＶの慣例に沿ったアスペクト比をもつ高品質の光検知アレイには、数十ドルしか費用かからないようになっている。このアスペクト比の撮像デバイスは、利用が増加しているデジタルシステムを含む各種電子装置をサポートする広い範囲をもっており、普通のＴＶカメラは一例にすぎない。
【００１３】
本発明は、このような工業的標準の３：４に整合していないアスペクト比のイメージを、整合するものに変換し、撮像デバイスの光検知アレイの利用可能なエリアのほとんどを有効に利用することのできる光学システムを提供せんとするものである。これは、見えるイメージを二つの同じ部分に分割し、少なくとも一方の部分を、他方に隣接するように、他方に対して縦軸に相対的に動かし、イメージを組み合わせて撮像デバイスで読み出すようにする光学システムとして実現される。このような処理によって、約１.5：8のアスペクト比を持つ寸法のイメージは、まず、各々１.５：４のアスペクト比をもつ２つのイメージに分割され、そして、標準的なTVカメラの比に整合する約３：４のアスペクト比をもつ単一のイメージとして組み合わされる。言い換えるならば、撮像デバイスの光検知アレイのおおよそ半分の高さと２倍の幅をもつ一つのラインのイメージは、光検知アレイと略同じ高さと幅をもつ２本のラインに変換される。
【００１４】
このように、本発明は、アスペクト比が約A：２Ｂのイメージを、約２A：Ｂのイメージに変換するドキュメント読み取り装置の光学システムを提供せんとするものである。ただし、２A＜Ｂである。
【００１５】
第１の態様では、光軸と、縦横のアスペクト比が略２A：B（但し、２A＜B）のイメージフィールドとを持つ撮像デバイスによって、縦横のアスペクト比がA：２Bのデータのイメージを電気信号に変換するドキュメント読み取り装置のための、光学システムであって、
前記光学システムは、
撮像デバイスとドキュメントの間の反射光のパス中に、少なくとも一つの鏡が傾いている鏡のペアを、少なくとも一つ有し、
少なくとも一つの鏡のペアにおいて、第１の鏡は、データのイメージの第１の半部分を横方向に、第１の鏡より撮像デバイスの光軸に近い位置に配置された第２の鏡に向かって反射し、第２の鏡は、データのイメージの第１の半部分のイメージを、撮像デバイスの光軸に平行に反射し、撮像デバイスのイメージフィールドに、２つのイメージを、両方で略２A：Bのアスペクト比を持つように供給することを特徴とする光学システムを提供する。
【００１６】
ここで、好ましくは、２A：Bは、約３：４である。
【００１７】
また、好ましくは、各イメージは、データの半分より多くを含み、少なくとも、一方のイメージの端の一部は、他方のイメージの逆方向の端部に含まれるようにする。
【００１８】
また、好ましくは、光学システムは、ドキュメントと撮像デバイスの間の光のパス中に、二組の鏡のペアを含み、第１のペアはデータのイメージの第１の半部分のイメージを反射し、第２のペアはデータのイメージの第２の半部分のイメージを反射して、前記２つのイメージを供給するようにする。
【００１９】
また、各鏡のペアもしくは一つの鏡のペアにおいて、第１の鏡が傾いているようにしても良い。逆に、各鏡のペアもしくは一つの鏡のペアにおいて、第１、第２の鏡のペアが傾いているようにしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【００２１】
まず、図２、３、４、５において、I-Iで示したラインは、撮像デバイスの光軸を表している。また、各図では、撮像デバイスから供給された光学的イメージ信号を、視認可能なイメージに変換する電子装置の図示は省略している。
【００２２】
図１において、機械読み取り可能な、高さＸ、幅Ｙを持つ、アルファベットと数字の典型的な短いテキストを１で示した。図示するように、この短いテキストのＸ：Ｙのアスペクト比は１.５：８である。アスペクト比３：４の従来の装置によって、このテキストを読み取る主な方法は二つある。同時に８文字読みとれるように、そのサイズを縮小する方法と、４文字づつの２組として読み取る方法である。サイズを縮小して読み取る場合には、有効なアスペクト比が０.７５：４となるように文字を５０パーセントに縮小しなければならず、この場合、撮像デバイスの利用可能な撮像フィールドの１／４しか使用しないことになる。一方、もし、単純に、２つの等しい部分に分けるとすると、これらはアスペクト比１.５：４となるが、テキストを読み取るのに２手順必要となるし、撮像デバイスの撮像フィールドに半分しか使わないことになる。
【００２３】
このようなアプローチは、本実施形態では採用しない。その代わり、図２に示すように、反射イメージのビームを２つの部分に少なくとも他の一つの鏡を用いて、図１の３、４に示すように分割する。これらのイメージは、少なくとも一つの鏡を用いて図１の５、６に示すように再度一体化され、図１の７、８に示すようにオリジナルのイメージの半分が他方の半分の上に置かれる。この結果得られた結合されたイメージはアスペクト比 X:Yとして３：４を持っており、標準的に構成された撮像デバイスに良く整合している。
【００２４】
図１に示すように、イメージの左半分は右半分の下に配置される。もちろん、イメージの左半分が右半分の上に配置されるよう鏡を角度つけることも同様に可能である。
【００２５】
可能な鏡の配置を、図２、３のプランとして図示した。図２において、支持面１１の上のドキュメント１０によって機械読み取り可能なデータがもたらされる。読み取るデータの半分１３の反射光１２（簡明化のため光源の図示は省略している）は、撮像デバイスレンズ１４によって、焦点が合わされ、第１のイメージ１５を供給する。すなわち、ドキュメント１３のイメージのフィールド中のデータの半分が直接読み取られる。データの残りの半分１７の反射光１６は、鏡１８によって横方向に反射され、鏡１９によってレンズ１４に向かって反射される。鏡１８と１９の一方もしくは両方は、データ１７の第２のイメージが、データ１３の第１のイメージに重ならず、図１の７、８に示すように上側もしくは下側に位置するように傾けられている。また、ビーム１２のパスの外に鏡１０は配置している。
【００２６】
この配置は、データ１３と１７の２つの部分からレンズを通って焦点を結んだ２組のイメージまでの光学的パスの長さが等しくないという不利を有している。このため、オリジナルのイメージの両方の部分に、同じレベルのシャープさや明晰さを持つように焦点を合わせるのが難しい。ただし、いくつかの用途ではこのような低いレベルのシャープさでも許容される。
【００２７】
図３、４、５において、ドキュメント１０のデータの両方の部分１３、１４からの反射光は、水平、垂直の両方にずらされる。明確化のため、一つの光のパスのみを図５に示した。データの第１の部分１３からの反射光は、横方向、垂直方向に、二つの鏡２０、２１によって動かされ、第１のイメージ２７として焦点を結ぶ。同様に、データの第２の部分１７からの反射光も横方向垂直方向に、鏡２２、２３によって動かされ、第１のイメージに対して垂直方向にずれた第２のイメージ２５として焦点があわされる。これらの両方のイメージは、共通のイメージ面１５A上に焦点が結ばれる。２０、２１と、２２、２３の鏡のペアの両方は、図４や図５の等角投影図より明瞭に読み取ることができるように、他方のイメージの光のパスの外側に配置されている。データの半部分１３からの反射光２４は、焦点が合わされた第１のイメージ２５を供給し、データの半部分１７の反射光２６は焦点が合わされた第１のイメージ２７を第１のイメージの下方に供給する。ただし、前述したようにこの配置は逆にしてもよい。
【００２８】
このような配置は、イメージの両半分からの光学的パスの長さが等しく、このため、イメージ全体について良好な明晰さやシャープさを得ることができるという利点がある。
【００２９】
以上のシステムでは、鏡のペアを、イメージを基本的に横方向と縦方向に動かすのに用いた。平面鏡のペアは、このような目的を一般的に満たす。各イメージの光パス中で横方向と縦方向のシフトの組み合わせを得るためには、鏡のペアのうち少なくとも一つの鏡を傾けなければならない。両方の鏡を傾けることも可能であるが、一方はシステムの光軸に実質的に垂直な一軸をもつ平面上に配置し、一方のみを傾ければ足りると思われる。また、図４に示すように、レンズシステムに最も近いほうの鏡を傾けることが、最良の結果を得ると思われる。
【００３０】
各鏡は、前面反射の（前面に銀メッキした）ものであることが、光のロスと従来の背面反射の（背面に銀メッキした）鏡で現れるゴーストイメージの２つの問題を避ける上で望ましい。もし、イメージの品質の幾分かのロスを許容できるのあれば、背面反射の鏡を用いることもできる。さらに、作成が難しく、しばしばイメージの明晰さを損なう場合があるが、磨き上げた金属の鏡を用いることも可能である。また、内部で反射を行うプリズムを用いることも可能であるが、これらは比較的高価である。
【００３１】
図３において、データのイメージの中央の部分２９は、その両端部がイメージの２つの半分１３、１７の両方に含まれる。一方、前述したように図１ではこのようにはならず、データの二つの部分の２つの分離したイメージが得られる。すなわち、二つのイメージ間で重複するエリアが無い。理論的には、光学システムをイメージを重複しない光学システムとし、鏡をイメージが重複しないようにセットすることも可能であるが、現実的には、高いレベルの正確な鏡の配置が必要となるため、これを達成することは、とても困難である。そして、データのイメージ中の一つの文字やシンボルが両方の光学イメージに部分的に含まれる場合には、ほとんど、これを達成することは不可能となる。たとえば、図１において、二つの完全なイメージは、全部で８つのアルファベット／数字の文字を存在させることができるが、二つの完全なイメージは、同じ空間に９文字を含めることはできない。合理的で正確な鏡の配置が望まれるけれども、求められる正確さは、イメージを幾分重複させることにより低くなる。望ましくは二つのイメージ間を一文字幅まで重複させる。データを見る際、重複したエリアは、簡単に電子的に除去できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、ドキュメントの機械読み取り可能なフィールドを可能な限り読み出すための最適な方法で、最もありふれたＣＣＤアレイ装置を使用可能とする光学的システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】イメージの再配置を示した図である。
【図２】一組の鏡を用いた光学的合焦システムを示した図である。
【図３】二組の鏡を用いた光学的合焦システムを示した図である。
【図４】図３の二組の鏡を用いた光学的合焦システムを横から示した図である。
【図５】図３、４の二組の鏡を用いた光学的合焦システムの等角投影図である。
【符号の説明】
１０ ドキュメント
１１ 支持面
１３、１７ データフィールドの半部分
１４ 焦点合わせレンズ、
１５ イメージ合焦面
１８、１９、２０、２１、２２、２３ 鏡

Claims (12)

1. 光軸と、縦横のアスペクト比が略２A：B（但し、２A＜B）のイメージフィールドとを、持つ撮像デバイスによって、縦横のアスペクト比がA：２Bのデータのイメージを電気信号に変換するドキュメント読み取り装置のための、光学システムであって、
   前記光学システムは、
   撮像デバイスとドキュメントの間の反射光のパス中に、少なくとも一つの鏡が傾いている鏡のペアを、少なくとも一つ有し、
   少なくとも一つの鏡のペアにおいて、第１の鏡は、データのイメージの第１の半部分を横方向に、第１の鏡より撮像デバイスの光軸に近い位置に配置された第２の鏡に向かって反射し、第２の鏡は、データのイメージの第１の半部分のイメージを、撮像デバイスの光軸に平行に反射し、撮像デバイスのイメージフィールドに、２つのイメージを、両方で略２A：Bのアスペクト比を持つように供給することを特徴とする光学システム。
2. 請求項１記載の光学システムであって、撮像デバイスのイメージフィールド上の各イメージは、各々データのイメージの半分を含んでいることを特徴とする光学システム。
3. 請求項１記載の光学システムであって、撮像デバイスのイメージフィールド上の各イメージは、各々データのイメージの半分より多くを含んでおり、一方のイメージの一端部は、他方のイメージの他端部に含めれていることを特徴とする光学システム。
4. 請求項１記載の光学システムであって、比２A：Bは、略３：４であることを特徴とする光学システム。
5. 請求項１記載の光学システムであって、
   二組の鏡のペアが、前記反射光のパス中に含まれており、第１のペアはデータのイメージの第１の半部分のイメージを反射し、第２のペアはデータのイメージの第２の半部分のイメージを反射して、前記２つのイメージを供給することを特徴とする光学システム。
6. 請求項５記載の光学システムであって、鏡の各ペアにおいて、第２の鏡は傾いており、第１の鏡は、システムの光軸に実質的に垂直な一軸をもつ平面上に配置されていることを特徴とする光学システム。
7. 請求項５記載の光学システムであって、鏡の各ペアにおいて、第１の鏡と第２の鏡の双方が傾いていることを特徴とする光学システム。
8. 請求項１記載の光学システムであって、一つの鏡のペアは、反射光のパス中にあることを特徴とする光学システム。
9. 請求項８記載の光学システムであって、鏡のペアにおいて、第２の鏡は傾いており、他方は、システムの光軸に実質的に垂直な一軸をもつ平面上に配置されていることを特徴とする光学システム。
10. 請求項８記載の光学システムであって、鏡のペアにおいて、第１の鏡と第２の鏡の双方が傾いていることを特徴とする光学システム。
11. 請求項１記載の光学システムであって、各鏡は、前面反射型の鏡と背面反射型の鏡と内部で反射を行うプリズムのいづれかであることを特徴とする光学システム。
12. 請求項１１記載の光学システムであって、各鏡は前面反射型の鏡であることを特徴とする光学システム。

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