JP2008172325A - 画像取得装置および画像取得方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で高性能な画像を取得する。
【解決手段】視野を点状に制限し、光の通過経路を規定する開口１３ａ，１４ａを有する視野規定部材としての仕切壁１３，１４と、仕切壁１３，１４の開口１３ａ，１４ａを通過した光を検知する光センサ１５と、視野規定部材による点状の視野を２次元方向に走査させる走査装置としてのガルバノミラー１８と、ガルバノミラー１８を制御する制御装置とを備え、制御装置は、ガルバノミラー１８により視野を２次元方向に走査させつつ、光センサ１５が検知した信号を取得する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像取得装置および画像取得方法に関する。

一般に、デジタルカメラで撮影をする場合には、レンズを用いてＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサなどの２次元イメージセンサに結像し、画像を電子データとして取得している（特許文献１参照）。

特開２００６−２９５９４９

しかし、光学的なレンズは、収差やひずみ、周辺視野での光量低下を避けることができず、良好な画像を得るためには、レンズを組み合わせたりする必要があり、装置を大型化せざるを得なかった。
また、光学的なレンズでズーム機能を達成しようとする場合にも、複数のレンズを組み合わせ、光軸方向に機械的に移動させる必要があり、装置が大型化していた。

本発明は、以上のような背景に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で高性能な画像を取得することができる画像取得装置および画像取得方法を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するための本発明は、視野を点状に制限し、光の通過経路を規定する少なくとも２つの視野制限部を形成する視野規定部材と、前記視野規定部材の前記視野制限部を通過した光を検知する光センサと、前記視野規定部材による点状の視野を２次元方向に移動させる走査装置と、前記走査装置を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記走査装置により視野を２次元方向に移動させつつ、前記光センサが検知した信号を取得することを特徴とする画像取得装置である。

このような構成によると、視野規定部材により点状に制限された視野から光センサに光が入射され、光センサにより１つの画素の光量を取得することができる。そして、走査装置により視野を２次元方向に移動させながら光センサで光を検知することで、２次元の画像データを取得できる。

前記制御装置は、前記走査装置により走査して取得する画素の位置に応じ、前記光センサの露光時間またはゲインを補正して、画素の位置ごとの露光レベルを均一にするよう制御するのが望ましい。または、前記制御装置は、前記走査装置により走査して取得する画素の位置ごとに、前記走査装置の走査速度に応じて前記光センサのゲインを補正して、画素の位置ごとの露光レベルを均一にするよう制御するのが望ましい。

このように、画素の位置に応じて、取得できる光量に誤差が出る場合に、露光時間を調整し、または光センサのゲインを調整することで、画素ごとの露光レベルを均一にすることができる。

前記した画像取得装置においては、前記走査装置は、２軸周りに回動するガルバノミラーを用いることができる。
また、前記光センサは、光を分離する複数のカラーフィルタと、当該各カラーフィルタに対応した光検知素子を有することができる。このような構成により、ＲＧＢの３原色などに分けたカラー画像の情報を取得することができる。

前記した画像取得装置の視野制限部は、様々な形態で形成することができ、壁状の部材に形成された貫通孔、光センサが有する光の取得範囲を規定する部分、所定の長さを有する筒、光センサへ向け光を反射させる鏡の輪郭などとして構成することができる。

前記した課題を解決する本発明の方法は、画素ごとに光量を検知し、前記画素の光量の検知を２次元方向に走査して行うことで画像を取得する画像取得方法であって、視野を点状に制限する少なくとも２つの視野制限部を形成する視野規定部材の前記視野制限部を通過した光を光センサにより検知し、前記視野規定部材の前記視野制限部の少なくとも１つを移動させることで、前記視野を２次元に走査することを特徴とする。

このような方法によれば、視野規定部材により点状に制限された視野から光センサに光が入射され、光センサにより１つの画素の光量を取得することができる。そして、走査装置により視野を２次元方向に移動させながら光センサで光を検知することで、２次元の画像データを取得できる。

本発明の画像取得装置および画像取得方法によれば、少なくとも２つの視野制限部により視野を制限し、画素ごとに光量を取得する方法であるため、レンズが不要であり、装置を簡素化できるだけでなく、レンズのひずみ、収差による影響がなく、良好な画像を得ることができる。

［第１実施形態］
次に、本発明の画像取得装置およびこの装置による画像取得方法について図面を参照しながら説明する。参照する図において、図１は、本発明の第１実施形態に係る画像取得装置の構成を説明する斜視図であり、図２は、本発明の第１実施形態に係る画像取得装置のブロック図であり、図３（ａ）は、ガルバノミラーの一例を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、ガルバノミラーの他の例を示す斜視図である。
る。
図１に示すように、画像取得装置１は、画像ＩＭを電子データとして読み取るための装置である。
画像取得装置１は、筐体１１に、ガルバノミラー１８、光センサ１５を備え、ガルバノミラー１８を制御装置１００により制御する構成となっている（図２参照）。

筐体１１には、画像ＩＭに向いた面に光を取り込む窓１２が形成され、窓１２の内側に前記したガルバノミラー１８が配置されている。また、筐体１１は、仕切壁１３，１４により３つの部屋に仕切られており、各仕切壁１３，１４には、ガルバノミラー１８で反射された光の一部のみを通す点状の開口１３ａ，１４ａが形成されている。仕切壁１４の開口１４ａの位置には、開口１４ａを通過した光を検知する光センサ１５が配置されている。すなわち、この開口１３ａ，１４ａは、視野を点状に制限し、光の通過経路を規定する視野制限部であり、仕切壁１３，１４は、視野規定部材に相当する。
なお、筐体１１の内壁面や、内部の各部材には、従来のカメラと同様に吸光性の塗装や部材を設けておくのが望ましい。

ガルバノミラー１８は、ミラー１６と、このミラー１６をＸ軸（鉛直軸）およびＹ軸（水平軸）の２軸周りに回動して向きを変える走査装置としての２軸アクチュエータ１７とを備えてなる。ガルバノミラー１８は、画像ＩＭ上の点を反射させて光センサ１５に入射させるが、２軸アクチュエータ１７により向きが変わることで、光センサ１５に入射する点を画像ＩＭ上でｘ方向（水平方向）およびｙ方向（鉛直方向）に移動することができるようになっている。

ガルバノミラー１８は、公知のものを用いることができるが、例えば、図３（ａ）または（ｂ）に示す構成のものを用いることができる。
図３（ａ）に示す一例のガルバノミラー５０は、Ｓｉ基板をフォトリソグラフィにより加工してなるマイクロマシンであり、矩形のヨーク５１の各辺の内側に磁石５２が配置されている。そして、ヨーク５１の対向する一対の辺の部分に対応する位置の基板（図示せず）からは、内側に向けてねじりバネ５３ａが延び、このねじりバネ５３ａを介して矩形の環形状の第１コイル配置部５３が設けられている。第１コイル配置部５３の上には、第１コイル５３ｂが設けられている。第１コイル配置部５３の各辺のうち、ねじりバネ５３ａが配置された一対の辺とは９０度ずれた他の一対の辺には、内側にねじりバネ５４ａを介して第２コイル配置部５４が設けられている。第２コイル配置部５４は、矩形をなし、中央にミラー５５が蒸着などにより形成されている。このミラー５５の周りには、第２コイル５４ｂが設けられている。このような構成により、第１コイル５３ｂおよび第２コイル５４ｂに電流を流すことにより、磁界が発生して、ミラー５５が配置された第２コイル配置部５４がねじられるようにして向きを変えるようになっている。

また、図３（ｂ）に示す他の例のガルバノミラー６０は、Ｌ字形の金具５１の一方の板部６１ａにミラー６２が取り付けられたサーボモータ６３が固定され、他方の板部６１ｂにミラー６４が取り付けられたサーボモータ６５が固定されている。このような構成により、サーボモータ６３，６５に適宜、必要角度回動させる信号を送ることにより、２次元に光を走査することができるようになっている。

なお、本実施形態では、図示を分かりやすくするため、画像ＩＭを平面的な画像として例示しているが、画像ＩＭは、外界にある物体や風景であってもよいし、後に例示するように、記録媒体上に光学的に記録された記録媒体であってもよい。

光センサ１５は、開口１４ａを通過してきた光の光量を測定するセンサである。光センサ１５は、ＣＣＤなどの２次元のイメージセンサである必要がなく、例えばフォトダイオードなどを利用することができる。

制御装置１００は、例えば、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを有したコンピュータで構成され、制御部１０１、記憶部１０２、入力Ｉ／Ｆ（インタフェース）１０３、出力Ｉ／Ｆ１０４、ガルバノミラー１８の２軸アクチュエータ１７を駆動する走査コントローラ１０５、光センサ１５が測定した光量を入力する検知Ｉ／Ｆ１０６などを備えてなる。
走査コントローラ１０５は、公知のガルバノミラーコントローラであり、ミラー１６のＸ軸およびＹ軸周りの角度を制御部１０１から入力することで、２軸アクチュエータ１７内の図示しないサーボモータを駆動してミラー１６の向きを変えるものである。
制御部１０１は、走査コントローラ１０５に対しＸ軸周りおよびＹ軸周りの角度を出力するとともに、そのときに光センサ１５が検知した光量を検知部Ｉ／Ｆ１０６を介して取得し、適宜記憶部１０４に記憶する。このとき、制御部１０１は、Ｘ軸周りの角度からｘ方向の画素の座標、Ｙ軸周りの角度からｙ方向の画素の座標を計算し、この（ｘ，ｙ）の座標に対応させて光量をデジタル化して記憶させる。

なお、必要に応じ、画像ＩＭに光を照射する光源を設けてもよい。

以上のような構成の画像取得装置１によれば、ガルバノミラー１８の向きを特定し、画像ＩＭ上の特定の点で散乱、反射した光を視野制限部としての開口１３ａ，１４ａを通して光センサ１５に入れることで、当該点の光量、すなわち明度を取得することができる。そして、ガルバノミラー１８の向きをＸ軸周りおよびＹ軸周りに変えて、ｘ方向およびｙ方向に走査することで、画像ＩＭの全体の画像を座標と明度の関係で取得することができる。
また、画像ＩＭのうち、走査する範囲を一部に絞ることで、その範囲のみをズームした画像を取得することができる。逆に、走査範囲を広げることで、広角の画像を取得することができる。

このようにして得た画像データは、光学レンズを使っていないため、光学レンズでは不可避な収差やひずみがなく、良好な画像である。また、前記したように、光学レンズでのズームに相当する機能を、走査範囲を変えることで実現できるため、装置の小型化を図ることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。参照する図において、図４（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る画像取得装置の構成を説明する斜視図であり、図４（ｂ）は、走査装置の第１の例を示す斜視図であり、図４（ｃ）は、走査装置の第２の例を示す斜視図である。なお、以下の説明において、第１実施形態と同様の部分については、適宜説明を省略する。

図４（ａ）に示すように、画像取得装置２は、筐体２１内の画像ＩＭ側に窓２２を有し、内部に視野制限壁２３および仕切壁２４を有する。視野制限壁２３には、ｘ方向およびｙ方向に走査可能な視野制限部としての開口２３ａが形成され、仕切壁２４には、視野制限部としての開口２４ａが形成されている。仕切壁２４の開口２４ａの部分には、光センサ２５が設けられている。

視野制限壁２３は、開口２３ａの位置をｘ方向およびｙ方向に走査可能な構成であれば、特に限定されず、例えば図４（ｂ）に示すような構成を採ることができる。第１の例としての視野制限壁２３は、図４（ｂ）に示す可動膜２６のように、長尺の膜２６ａをロール２６ｃおよびロール２６ｄとして巻いておく。膜２６ａには、視野を点状に絞る小孔２６ｂが長尺方向（ｙ方向）に一定間隔で形成され、かつ隣接する小孔２６ｂが上下方向（ｘ方向）に僅かにずれて配置されている。これにより、ロール２６ｄからロール２６ｃに膜２６ａを巻き取ることで、小孔２６ｂの位置がｘ方向およびｙ方向に走査される。

また、第２の例として、図４（ｃ）に示すように、視野制限壁２３として液晶パネル２７を適用することができる。すなわち、液晶パネル２７を１画素ずつ透明にして、その透明にした画素をｘ方向およびｙ方向に走査する構成とすることができる。なお、可動膜２６または液晶パネル２７は、第１実施形態と同様に、図示しない制御装置により走査動作が制御される。

このように、第１実施形態のようにミラー１６の向きを変えるのではなく、視野制限部の一つの開口の位置を２次元に走査することによっても、第１実施形態と同様にして画像を電子データで取得することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。参照する図において、図５は、本発明の第３実施形態に係る画像取得装置の構成を説明する斜視図である。なお、以下の説明において、第１実施形態と同様の部分については、適宜説明を省略する。
第３実施形態に係る画像取得装置３は、筐体３１と、この筐体３１内に配置された視野規定部材としての視野制限ブロック３３、光センサ３５、２軸アクチュエータ３７および図示しない第１実施形態と同様の制御装置により構成されている。
筐体３１には、画像ＩＭに向いた側に窓３２が形成され、窓３２の内側に視野制限ブロック３３が配置されている。
視野制限ブロック３３は、画像ＩＭの方向に長い部材であり、細い貫通孔３３ａが長手方向に沿って形成されている。貫通孔３３ａの直径および長さは、１画素に視野を制限するのに十分な相対比を有している。この貫通孔３３ａの一方の開口３３ｂは画像ＩＭを向き、反対側の開口３３ｃの後には、光センサ３５が配置されている。すなわち、視野制限ブロック３３は、視野を規定する所定の長さを有する筒として機能し、開口３３ｂ，３３ｃが視野制限部に相当する。

このような構成により、２軸アクチュエータ３７を駆動して貫通孔３３ａの向きをｘ方向およびｙ方向に走査することで、貫通孔３３ａにより視野が制限された各点の光量、すなわち明度を取得して、画像ＩＭを取得することができる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。参照する図において、図６（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る画像取得装置の構成を説明する斜視図であり、図６（ｂ）は、２軸アクチュエータの表面側を示す斜視図である。なお、以下の説明において、第１実施形態と同様の部分については、適宜説明を省略する。

図６（ａ）に示すように、第４実施形態に係る画像取得装置４では、取得する画像として、光学的記録媒体ＯＭを読み取る。光学的記録媒体ＯＭは、カード型の記録媒体であり、ｘ方向およびｙ方向に画素状に記録スポットＳが形成されている。記録スポットＳは公知のホログラフィック記録方法によりデータが記録された干渉縞のスポットである。すなわち、コヒーレントな情報光および参照光を光学的記録媒体ＯＭの同じ点上に照射して干渉縞を形成し、この干渉縞を記録したものである。

光学的記録媒体ＯＭは、例えば画像取得装置４とは反対の側から参照光と同じ波長および角度を有する読出光ＯＢを光源Ｌにより照射することで、記録時と同様の情報光が各記録スポットＳから発光する。

画像取得装置４は、筐体４１内に２軸アクチュエータ４８および光センサ４５が配置されている。
筐体４１の光学的記録媒体ＯＭ側には窓４２が形成され、窓４２の内側には、２軸アクチュエータ４８が配置されている。
２軸アクチュエータ４８の表側、すなわち窓４２側には、図６（ｂ）に示すように、極めて微細なミラー４６が貼付されている。このミラー４６は、視野を点状に制限するものであり、このミラー４６の輪郭が視野制限部として機能する。２軸アクチュエータ４８は、第１実施形態と同様の制御装置によりその向きが制御される。
筐体４１の内部には、内壁面から突出した支持部４３に光センサ４５が固定されている。光センサ４５は、ミラー４６からの光を取得しうる位置に配置されている。光センサ４５は、光の取得範囲が、外装部材の輪郭またはフォトダイオードの輪郭により規定されており、これらの輪郭が視野制限部として機能する。

このような形態の画像取得装置４によれば、ミラー４６と光センサ４５により視野が制限され、別途の視野制限部が無くても、視野を点状に絞ることができる。そのため、２軸アクチュエータ４８の向きをＸ軸周りおよびＹ軸周りに変えて、光学的記録媒体ＯＭの各記録スポットＳに合わせてｘ方向およびｙ方向に走査することにより、光学的記録媒体ＯＭの再生時の画像を取得することができる。言い換えれば、光学的記録媒体ＯＭの情報を読み取ることができる。

なお、図６（ａ）の例においては、筐体４１内に、光センサ４５が配置された部分と２軸アクチュエータ４８が配置された部分を仕切る仕切壁は設けていないが、これらを仕切る仕切壁を設け、ミラー４６から光センサ４５に向かう光を通す開口を仕切壁に設けておけば、光センサ４５に不要な散乱光が入ることがないので望ましい。

このように、ミラー４６を小さくすることにより、また、光センサ４５の光の取得範囲を規定する部分を小さくすることにより、視野制限部とすることができる。そして、ミラー４６を小さくすることで、装置の小型化にも寄与することができる。

以上に本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されることなく適宜変更して実施することができる。
例えば、前記した各実施形態においては、モノクロの画像を取得する場合について説明したが、光センサ１５に隣接した３つの光検知素子としてのフォトダイオードを形成し、各フォトダイオードにカラーフィルタを設けておくことで、Ｒ，Ｇ，Ｂなどの３原色の光量、すなわち明度を取得することができる。すなわち、カラー画像を取得することができる。

また、制御部１０１において、単に光センサ１５から取得した光量を取得、記憶するだけでなく、画素の位置に応じて補正をすることもできる。
例えば、ミラー１６の入射角に応じた反射率に合わせて、取得する光量を調整しても良い。そのため、反射率が低い角度では、ゆっくり走査して露光時間を長くしたり、光センサ１５のゲインを高くしたりするとよい。このようにすることで、画素の位置ごとの露光レベルを均一にすることができる。このために、予め、一様なグレーの被写体について撮影しておき、各画素ごとの補正レベルを設定しておくとよい。
もしくは、制御部１０１は、走査装置の走査速度に応じて光センサ１５のゲインを調整することもできる。例えば、２軸アクチュエータ１７が、走査角度範囲の両端付近で減速するように設定されているならば、その減速に応じて光センサ１５のゲインを低くするように補正することができる。

また、走査範囲を変えてズームの機能を実現するときには、走査範囲を変えるだけでなく、画素の走査ピッチを変更することもできる。

さらに、画像のスキャニング中に手ぶれや振動により画像取得装置が動いてしまった場合であっても、その動きを測定する加速度センサなどを設け、このセンサの検出結果により取得された光の方角を計算し、座標ごとに光量を取得するタイミングを補正すれば、画像のぶれを補正することもできる。

本発明の第１実施形態に係る画像取得装置の構成を説明する斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る画像取得装置のブロック図である。 （ａ）は、ガルバノミラーの一例を示す斜視図であり、（ｂ）は、ガルバノミラーの他の例を示す斜視図である。 （ａ）は、本発明の第１実施形態に係る画像取得装置の構成を説明する斜視図であり、（ｂ）は、走査装置の第１の例を示す斜視図であり、（ｃ）は、走査装置の第２の例を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る画像取得装置の構成を説明する斜視図である。 （ａ）は、本発明の第４実施形態に係る画像取得装置の構成を説明する斜視図であり、（ｂ）は、２軸アクチュエータの表面側を示す斜視図である。

符号の説明

１ 画像取得装置
１１ 筐体
１２ 窓
１３ 仕切壁
１３ａ 開口
１４ 仕切壁
１４ａ 開口
１５ 光センサ
１６ ミラー
１７ ２軸アクチュエータ
１８ ガルバノミラー
１００ 制御装置
１０１ 制御部
１０２ 記憶部
１０４ 記憶部
１０５ 走査コントローラ

Claims (10)

1. 視野を点状に制限し、光の通過経路を規定する少なくとも２つの視野制限部を形成する視野規定部材と、
   前記視野規定部材の前記視野制限部を通過した光を検知する光センサと、
   前記視野規定部材による点状の視野を２次元方向に移動させる走査装置と、
   前記走査装置を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記走査装置により視野を２次元方向に移動させつつ、前記光センサが検知した信号を取得することを特徴とする画像取得装置。
2. 前記制御装置は、前記走査装置により走査して取得する画素の位置に応じ、前記光センサの露光時間またはゲインを補正して、画素の位置ごとの露光レベルを均一にするよう制御することを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
3. 前記制御装置は、前記走査装置により走査して取得する画素の位置ごとに、前記走査装置の走査速度に応じて前記光センサのゲインを補正して、画素の位置ごとの露光レベルを均一にするよう制御することを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
4. 前記走査装置は、２軸周りに回動するガルバノミラーであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像取得装置。
5. 前記光センサは、光を分離する複数のカラーフィルタと、当該各カラーフィルタに対応した光検知素子を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の画像取得装置。
6. 前記少なくとも２つの視野制限部は、壁状の部材に形成された貫通孔であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像取得装置。
7. 前記視野制限部のうちの１つは、前記光センサが有する光の取得範囲を規定する部分であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像取得装置。
8. 前記少なくとも２つの視野制限部は、所定の長さを有する筒の両端の開口であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像取得装置。
9. 前記少なくとも２つの視野制限部のうちの１つは、前記光センサへ向け光を反射させる鏡の輪郭であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像取得装置。
10. 画素ごとに光量を検知し、前記画素の光量の検知を２次元方向に走査して行うことで画像を取得する画像取得方法であって、
    視野を点状に制限する少なくとも２つの視野制限部を形成する視野規定部材の前記視野制限部を通過した光を光センサにより検知し、
    前記視野規定部材の前記視野制限部の少なくとも１つを移動させることで、前記視野を２次元に走査することを特徴とする画像取得方法。
    

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