JPH07140373A - 画像入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パソコンやワープロ等に書類や写真などをＣ
ＣＤカメラを使って入力する際に、紙面の全面にピント
が合って、しかも歪みのない画像を簡単に得ることがで
きる画像入力装置を提供する。 【構成】 レンズ３１と、このレンズ３１を通過した光
が結像されるＣＣＤ２１と、このＣＣＤ２１の出力を画
像情報として読み出す情報読み出し手段とを備える画像
入力装置において、上記ＣＣＤ２１により決定される画
面内の複数点における合焦状態を検出し、これら複数点
の全てにピントが合うように、上記レンズ３１の光軸Ｏ
に対する上記ＣＣＤ２１の傾きを、引っ張りばね２７で
付勢しつつスクリューねじ２５，２６を前後動すること
で変化させる画像入力装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像入力装置、より詳
しくは、撮像素子から画像情報を読み出す画像入力装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】人手による入力の代わりにイメージスキ
ャナ等で書籍や紙面などに記載された文字等の情報を電
気的なデータに変換して読み取る方法は、従来より実用
化されていて、特にファクシミリ等では広く一般的に用
いられているものである。

【０００３】しかし、このイメージスキャナを用いる方
法では、読み取りには時間がかかるとともに、装置全体
が大型になってしまう。

【０００４】このような点に対処する手段として、例え
ばＣＣＤ等の２次元型撮像素子を内蔵したカメラによっ
て、入力したい像を撮像して電気的なデータに変換する
というものが考えられる。

【０００５】この撮像素子を備えたカメラを用いて紙面
上の文字等を読み取る際のセッティングとしては、一般
的に、机の上などに水平に置いた紙面の真上に、三脚等
を用いてカメラを真下に向けて保持する設置方法が考え
られるが、紙面からカメラの撮像光学系までの距離をあ
る程度確保する必要があるために、三脚もそれに対応し
た大きさのものを要求されて、空間的にかなりのスペー
スを要することになり、また設置も面倒である。

【０００６】そこで、このような設置の手間を省くセッ
ティングとしては、入力者が画像を確認するための機器
の近傍、例えばパソコンのモニタの上面前方側や側面前
方側等にカメラを配置し、これに対して、入力者の手元
に紙面を置いた状態で撮影するという構成がより理想的
である。このときの一般的な環境は、被写体の形状は書
類など略平面形状をなすものであって、その書類の種類
によっては例えばＡ４やＢ５等のように大きさや形状が
定まっているものもある。また、カメラから被写体まで
の距離は、通常は約１ｍ以内と比較的近いものとなって
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなパソコンのモニタ上面等にカメラを配置する構成
では、カメラの撮像光学系の光軸と、被写体たる紙面と
の角度が必ずしも垂直にはならないので、紙面の両端で
は結像位置、すなわちピントが極端に異なる場合が生じ
る。しかもこの場合像の歪みが生じて、長方形の紙面を
撮像すると例えば台形やさらに対称性の低い普通の四角
形に写ってしまい、正常な画像が得られないことにな
る。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、被写体の複数点にピントが合って画像情報を読み
出し易い画像入力装置を提供することを目的としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、本発明による画像入力装置は、光学系
と、この光学系を通過した光が結像される撮像素子と、
この撮像素子の出力を画像情報として読み出す情報読み
出し手段とを備えた画像入力装置において、上記撮像素
子により決定される画面内の複数点における合焦状態を
検出し、これら複数点の全てにピントが合うように、上
記光学系の光軸に対する上記撮像素子の傾きを変化させ
るものである。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１ないし図６は、本発明の一実施例を示したも
のである。

【００１１】略平面をなす被写体面が撮像光学系の光軸
に対して垂直にならずこれよりも傾いている場合に、該
被写体面の全体にピントを合わせる手段を、図１を参照
して説明する。図示のように、撮像光学系たるレンズ１
の光軸前方には、被写体面が平面である被写体２が同レ
ンズ１の光軸Ｏに対して傾いて配設されている。そし
て、被写体面がなす平面の延長線と、この被写体面のレ
ンズ１による結像面の延長線と、レンズ１のレンズ主点
を含む光軸Ｏに垂直な平面の延長線は、互いに一点Ｐで
交わる。

【００１２】そこで、レンズ１の光軸後方の上記結像面
に、撮像素子たるＣＣＤ３の撮像面を一致させて配設す
ることにより、被写体面の全てにピントが合った像を得
ることができる。このような配置は、いわゆるシャイン
プルフの法則（Scheimpflugrule）として知られている
ものである。

【００１３】上述のような配置において、図１に示すよ
うに、レンズ１から被写体２までの光軸Ｏに沿った距離
Ｌが大きくなると、点Ｐを中心にして被写体２とレンズ
１がなす角（被写体２の傾き角）αが一定である場合に
は、レンズ１から上記点Ｐまでの距離Ｓが大きくなる。
このとき、レンズ１からＣＣＤ３までの距離はほぼ一定
（より正確には、少し近づく）であるために、点Ｐを中
心にしてレンズ１とＣＣＤ３がなす角（ＣＣＤ３の傾き
角）βが小さくなる。

【００１４】逆に言えば、レンズ１から被写体２までの
距離が近い近距離撮影においては、被写体２の傾き角α
が同じでも、被写体面全体にピントを合わせるためのＣ
ＣＤ３の傾き角βが大きくなって、ＣＣＤ３を傾けない
場合にはピントの不一致量が大きくなり、いわゆるアオ
リの必要性が増す。

【００１５】また、このとき被写体２上の点Ａ，Ｂに対
応するＣＣＤ３上の点Ａ’，Ｂ’は、当然上述した結像
面上に位置しているので、点Ａ’，Ｂ’それぞれの狭い
領域のピント位置を求めることで、逆に全面にピントを
合わせるために必要なＣＣＤ３全体の傾きを決めること
ができる。

【００１６】実際には被写体２は３次元内に配置されて
いるので、ＣＣＤ３の傾きを決めるには、少なくとも独
立な３点Ａ，Ｂ，Ｃでフォーカスすることが必要で、ま
た、何らかの理由でＣＣＤ３を横または縦のいずれか一
方にのみ振る機構の場合には少なくとも２点でフォーカ
スすることが必要である。このように、複数点の全てで
ピントが合うように調節することで、ＣＣＤ３を最も適
切なピント位置に制御することができる。

【００１７】次に、上記図１に示すような状況で図２
（Ａ）に示すような長方形を撮影した場合には、レンズ
の収差がないとすると、例えば図２（Ｂ）に示すような
被写体像が得られる。この得られた被写体像の歪みは、
図１における上記角αと角βの関係により一義的に決定
されるものである。

【００１８】すなわち、上述のようにＣＣＤ３の撮像面
上の２点または３点の狭いエリアのフォーカスを検知す
ることで、該ＣＣＤ３の傾き角βを知ることができる。
ＣＣＤ３からレンズ１までの距離は既知であるので、レ
ンズ１の主点から上記点Ｐまでの距離Ｓを知ることがで
きる。これに加えてレンズ１の焦点距離は既知であるの
で、該ＣＣＤ３の撮像面上の複数のフォーカス測定点の
内の少なくとも一点のレンズ１に対する絶対距離を検知
することで、被写体２までの距離Ｌを知ることができ、
この距離Ｌと上記距離Ｓとから、図１に示した角αを知
ることができる。

【００１９】このようにして得た角α，βの情報に基づ
いて、図示しない情報読み出し手段によりＣＣＤ３の画
像情報を読み出して、図２（Ｂ）に示すような画像の歪
みを検知するとともに、これを電気的に処理すること
で、図２（Ａ）に示すような画像に補正することができ
る。

【００２０】また、レンズの使用状況において、今まで
述べてきたような平面ばかりを必ずしも撮影しないと考
えると、複数点で測距してＣＣＤの傾きを決定するとい
うシステムは不都合な場合があり、これに対応するため
にはＣＣＤを光軸に対して垂直に保ったまま一点で測距
する必要がある。このときの一点とは、画面中央が最も
適していると考えられる。従って、フォーカスを検知す
る複数点のうちの一点を画面の中央付近に配設すると、
レンズの汎用性を考えたとき最もメリットがあるものと
なる。すなわち、ＣＣＤそのものの光軸方向の位置かあ
るいはフォーカスレンズの位置を制御することで画面中
央部のピントを合わせ、これによって画面全体のフォー
カスを制御するとともに、像の片ボケを他ポイントのフ
ォーカスデータをもとにＣＣＤを傾けて修正するように
すれば良い。

【００２１】上述した被写体の中でも、特に書類を入力
する場合には、書類は例えばＡ４，Ｂ５などと一般に縦
横比が決まっているのものが多い。この場合には、計測
すべき情報の量を減らすことができる。

【００２２】まず図３に示すようなＣＣＤ３が傾く前の
状態において、一つの点（例えば画面中央の点Ｑ’）か
らレンズ１までの絶対距離を検知すれば、該レンズ１の
焦点距離等は既知であるので、同レンズ１から被写体２
までの距離Ｌが判る。

【００２３】次に、この距離Ｌの位置において、上述し
たように被写体２の傾きαと画面の歪みには一義的な関
係がある。従って、ＣＣＤ３上での被写体２の形状の歪
みを検知することで、その画面の歪みの性質を知ること
ができる。

【００２４】すなわち、図３に示すＣＣＤ３上には、例
えば、図２（Ｂ）に示すような画像が得られる（より正
しくは、図２（Ｂ）は図１に示したような状態のＣＣＤ
３で得られる画像における歪みを示しており、これに対
して、図３ではまだＣＣＤ３は傾いていないので、得ら
れる歪み形状は図２（Ｂ）に示すものとは若干異なる
が、イメージとしては同様のものとなる。）。この歪ん
だ画像における、例えば線分Ａ’Ｃ’と線分Ｂ’Ｄ’の
長さの比などを検知することにより角αを知ることがで
きる。

【００２５】こうして、レンズ１から被写体２までの距
離Ｌと角度αを検知することにより、距離Ｓを計算でき
て、レンズ１からＣＣＤ３までの距離は既知であるため
に、ＣＣＤ３を傾けるのに必要な角βを知ることができ
る。

【００２６】そして、ＣＣＤ３をこの角βだけ傾けて被
写体２の全面にピントを合わせた後に、図示しない情報
読み出し手段によりＣＣＤ３の画像情報を読み出して、
上述で得た角α，βの情報に基づいて、必要な画像補正
を電気的に行うことで、歪みのない全面にピントが合っ
た画像を得ることができる。

【００２７】さらに、定型書類についてはその大きさも
既知であるので、これを前もって知っておけば、ＣＣＤ
３上に得られた画像の大きさを基に、被写体までの距離
を知ることができる。

【００２８】つまり、例えば図２（Ｂ）に示すような画
像がＣＣＤ３上に得られたとすると、線分Ａ’Ｃ’と線
分Ｂ’Ｄ’の長さを検知すれば、図２（Ａ）に示す元の
被写体２の線分ＡＣと線分ＢＤの長さが既知であり、か
つレンズ１に関する各種データ、例えば焦点距離等が既
知であるために、レンズ１から被写体２の線分ＡＣまで
の距離、およびレンズ１から被写体２の線分ＢＤまでの
距離がわかる。これらの平均をとれば、レンズ１から被
写体２の中心Ｑまでの距離Ｌが分かる。

【００２９】次に、この距離Ｌの情報の下に、上記で得
た線分Ａ’Ｃ’と線分Ｂ’Ｄ’の長さの比をとること
で、角αが知れる。

【００３０】そして、これら距離Ｌと角αのデータに基
づいて角βを算出し、ＣＣＤ３をこの角βだけ傾けた
後、図示しない情報読み出し手段によりＣＣＤ３の画像
情報を読み出して、上記角α，βに基づいて必要な画像
補正を電気的に行うことで、歪みのない全面にピントが
合った画像を得ることができる。

【００３１】図４に、本実施例の画像入力装置を設置す
るときの環境の一例を示す。机１５の上には、例えばパ
ソコン等のモニタ１３が載置されている。このモニタ１
３の上面には、雲台１２に取り付けられたカメラ１１が
設けられている。上記雲台１２は、カメラ１１の方向、
例えば緯度や経度を変えることができて、これにより該
カメラ１１の撮像光軸を被写体の方向に向けることがで
きるものである。そして、モニタ１３の右側の例えばや
や手前側には、書類等の被写体１６が置かれている。

【００３２】このような環境においては、机１５の上面
からカメラ１１のレンズまでの高さ方向の距離Ｙは一定
である。そして、机面の垂線に対する雲台１２の傾き角
（机面の垂線に対するカメラ１１の傾き角）θは、被写
体１６の垂線とカメラ１１の撮像光軸とのなす角δと等
しい（θ＝δ）。

【００３３】したがって、雲台１２の傾き角θを知れ
ば、該カメラ１１のレンズから被写体１６までの距離Ｌ
は、 Ｌ＝Ｙ／cosθ と計算される。

【００３４】こうして、こうして距離Ｌと角δ（＝θ）
が知れることにより、上記図１に示したレンズ１から点
Ｐまでの距離Ｓを知ることができ、レンズ１からＣＣＤ
３までの距離はほぼ一定であるために角βを算出するこ
とができる。そして、この角βだけＣＣＤ３を傾けるこ
とで、書類等の被写体１６の全面にピントが合った画像
が得られる。

【００３５】そして、上記角θ（図１では角αに対応す
る。）と角βの情報に基づいて、図示しない情報読み出
し手段によりＣＣＤ３の画像情報を読み出して、必要な
画像補正を電気的に行うことで、歪みのない全面にピン
トが合った画像を得ることができる。

【００３６】なお、上記図４に示したような環境におい
て、カメラ１１の位置や方向を固定しておいて、その被
撮像範囲内の机１５の上面の適当な位置に書類等の被写
体１６を置く場合には、この机１５の上面が形成する平
面にピントを合わせるような角度になるよう事前にＣＣ
Ｄ３の角度等を調整しておけば、被撮像範囲内のどの位
置に書類等の被写体１６をおいても、常にピントが合っ
た画像を得ることができる。

【００３７】次に、図５，図６を参照して、ＣＣＤの位
置調整機構について説明する。レンズ３１の光軸Ｏの前
方には、被写体３２が配置され、この被写体３２の像が
結像する位置にＣＣＤ２１が配設されている。このＣＣ
Ｄ２１は、ＣＣＤホルダ２２に形成された凹部に嵌合し
て保持されている。

【００３８】ＣＣＤホルダ２２の光軸後方側の面には、
ＣＣＤ２１の画面の略中心部に対応する位置に円錐状の
窪み２２ｂが穿設され、また対角でない２つの隅、例え
ば上端部側の２隅には突起２２ａが突設されていて、さ
らにこれら２つの突起２２ａと円錐状の窪み２２ｂとの
間の中央部には係止部２２ｃが設けられている。

【００３９】上記窪み２２ｂには、円錐形スクリューね
じ２６の先端部が嵌合していて、この円錐形スクリュー
ねじ２６は、図示しない駆動系を介してモータ２４によ
り回動され前後動するようになっている。

【００４０】上記２つの突起２２ａには、２つのスクリ
ューねじ２５がその先端部に備えた円盤状部２５ａによ
りそれぞれ当接していて、この２つのスクリューねじ２
５は、図示しない駆動系を介して２つのモータ２３によ
りそれぞれ回動され前後動するようになっている。

【００４１】上記係止部２２ｃには、引っ張りばね２７
が掛けられていて、これにより上記スクリューねじ２５
が突起２２ａに、円錐形スクリューねじ２６が窪み２２
ｂにそれぞれ当接するように付勢されている。

【００４２】また、上記ＣＣＤホルダ２２の下端面から
は凸部２２ｄが突設されていて、そこに形成されたＵ溝
が、光軸Ｏと平行になるよう図示しないカメラ本体に固
定された軸２８に摺動可能に嵌合することにより、該Ｃ
ＣＤホルダ２２が光軸Ｏの周りに回動するのを規制して
いる。

【００４３】上記モータ２４および２つのモータ２３を
制御することで、ＣＣＤ２１の光軸Ｏに沿った位置およ
び光軸Ｏに対する傾きを制御することができる。

【００４４】なお、上述ではＣＣＤの位置を変更するこ
とによって被写体の全面にピントを合わせるものについ
て述べたが、光学系たるレンズの位置を変更することに
よってもほぼ同様の機能を実現することができる。

【００４５】また、上述においては、アオリ撮影を可能
とするような十分な大きさのイメージサークルを有する
レンズを用いていることはいうまでもない。

【００４６】このような実施例によれば、光学系たるレ
ンズに対する撮像素子たるＣＣＤの相対的な傾きを制御
する機構を設けて、画面内の比較的狭い複数のエリアの
フォーカスを検出してＣＣＤの傾きを制御し画面全体の
ピントを合わせるとともに、ＡＦ情報によって光軸と被
写体のなす角がわかるので、これらの情報を基に画像の
歪みを修正することができる。

【００４７】さらに、入力書類の縦横比が前もって分か
っている場合には、ＣＣＤに写った像の形状から光軸に
対して該ＣＣＤを傾けるべき角を検知し、この角だけＣ
ＣＤを傾けることで、被写体の全面にピントが合った像
を得ることができる。

【００４８】加えて、入力書類の縦横比のみならず、そ
の大きさが前もって分かっている場合には、写った像の
大きさや形状から光軸との傾きや距離を検出して、これ
に応じてＣＣＤの位置制御を行うことで、やはり被写体
の全面にピントが合った像を得ることができる。

【００４９】モニタの上面にカメラを載置するという現
実的な使用環境においては、机からレンズまでの高さな
どの種々の環境変数は一度定めればほぼ一定しているた
めに、被写体の中心位置をＣＣＤの中心に一致させたと
きのレンズ向き（例えば緯度，経度等）がわかれば、Ｃ
ＣＤを傾けるのに必要な情報や、得られた画像データを
処理するのに必要なパラメータ等がわかる。

【００５０】こうして、被写体の複数点、被写体が平面
であるときにはその全面にピントが合って、しかも電気
的に補正することで歪みがない画像が得られ、画像情報
を読み出し易い画像入力装置とすることができる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
写体の複数点にピントが合って画像情報を読み出し易い
画像入力装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の画像入力装置における被写
体とレンズとＣＣＤとの関係を示す図。

【図２】上記実施例における被写体とＣＣＤにおける被
写体像を示す図。

【図３】上記図１に示した画像入力装置において、ＣＣ
Ｄの角度を調整する前の状態を示す図。

【図４】上記実施例の画像入力装置をモニタの上に配置
して、机の上の被写体を写す様子を示す一部断面を含む
側面図。

【図５】上記実施例の画像入力装置におけるＣＣＤの位
置調整機構の一部断面を含む側面図。

【図６】上記実施例の画像入力装置におけるＣＣＤの位
置調整機構を光軸後方側から見た斜視図。

【符号の説明】

１，３１…レンズ ２，１６，３２…被写体 ３，２１…ＣＣＤ １１…カメラ １２…雲台 ２５…スクリューねじ ２６…円錐形スクリューねじ ２７…引っ張りばね

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 1/19 Ｇ０６Ｆ 15/64 ３２５ Ｆ 7251−5Ｃ Ｈ０４Ｎ 1/04 １０２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学系と、 この光学系を通過した光が結像される撮像素子と、 この撮像素子の出力を画像情報として読み出す情報読み
   出し手段と、 を具備する画像入力装置において、 上記撮像素子により決定される画面内の複数点における
   合焦状態を検出し、これら複数点の全てにピントが合う
   ように、上記光学系の光軸に対する上記撮像素子の傾き
   を変化させることを特徴とする画像入力装置。