JP6287086B2 - 撮像装置及び画像読み取り装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮影対象の相対移送方向に対してラインセンサを斜めに配置して撮影対象を撮像したときでも、隣接する画素同士の解像度を犠牲にすることなく画像を読み取ることが可能な撮像装置及び画像読み取り装置に関する。

従来から、例えば、画像読み取り装置には、撮像装置の一部を構成するラインセンサに対して撮影対象を相対的に一定方向に移送し、この移送中にその撮影対象を撮像して読み取るものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

その特許文献１に開示のものでは、ラインセンサの各画素の配列方向が移送方向に対して、斜めとされている。このものによれば、ラインセンサが相対移送方向に対して斜めに配置されているので、ラインセンサの画素の読み取りピッチ（読み取り幅）を結果的に小さくでき、従って、高密度の画像を取得できる。

なお、この特許文献１に開示のものでは、ラインセンサを撮影対象の相対移送方向に斜めに配置して、撮影対象を撮像することに起因する画像の歪を除去するために、ラインセンサと移送方向との為す角度に応じて画像の歪を補正している。

ところが、この従来の画像読み取り装置では、撮影対象の相対移送方向に対して直交して配列されている各画素に本来一対一に対応して読み取られるべき撮影対象のライン領域が、ラインセンサの各画素の配列方向が斜めに配置されているので、斜めに読み取られる。

このため、ラインセンサの各画素の配列方向に対して直交する方向に本来読み取られるべき撮影対象のライン領域の一部が、ラインセンサの互いに隣接する画素にオーバラップして（跨って）読み取られる。
このため、隣接する画素同士ではその取得する画像の解像度が損なわれ、その結果、撮影対象に対応する二次元画像を全体として構築した場合に、画質が劣化する。

本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、撮影対象の相対移送方向に対してラインセンサを斜めに配置して撮影対象を撮像したときでも、隣接する画素同士の解像度を犠牲にすることなく画像を読み取ることが可能な撮像装置及び画像読み取り装置を提供することを目的とする。

本発明に係る撮像装置は、撮影対象を撮像する撮影レンズと、撮影レンズにより撮影対象のライン領域像が形成されるラインセンサと、前記撮影レンズと前記ラインセンサとの間に配置されかつ該ラインセンサの各画素に対応して設けられしかも前記撮影対象のライン領域からの像形成光束を拡大して画素サイズよりも小さい径のスポット像を各画素に投影するマイクロレンズとを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、撮影対象に対する相対移送方向に対してラインセンサを斜めに配置して撮影対象を撮像したときでも、隣接する画素同士の解像度を犠牲にすることなく画像を読み取ることができる。

図１は本発明に係る画像読み取り装置の概略構成図である。 図２は図１に示す撮像装置の光学系を模式的に示す説明図である。 図３は図２に示す光学系を模式的に示す平面図である。 図４は図１に示す撮像装置によりラインセンサに形成されたライン領域像を模式的に示す説明図である。 図５はマイクロレンズアレイが配設されていない撮像装置を模式的に示す説明図であって、撮影対象の移送方向に対して直交する方向にラインセンサの各画素が配列されている状態を示す撮像装置の光学系の平面図である。 図６は図５に示す光学系の側面図である。 図７はマイクロレンズアレイが配設されていない撮像装置の不具合を説明するための図であって、撮影対象の移送方向に対して直交する方向に対してラインセンサの画素の配列方向が斜めにされている状態を示す撮像装置の光学系の平面図である。 図８は本発明に係る画像読み取り装置の変形例の概略構成図である。

図１は、本発明の実施例に係る撮像装置（工業用のカメラ）を備えた工業用の画像読み取り装置の概略構成を示す説明図である。
この図１において、１は移送手段としてのベルト、２はそのベルト１に載置された撮影対象、３、４はそのベルト１が架け渡された移送ローラ、５はベルト１の駆動部である。

そのベルト１の移送速度は、エンコーダ６によりタイミング信号Ｓとして検出され、そのタイミング信号Ｓは、画像読み取り装置７に入力される。その画像読み取り装置７は、撮像装置８と、制御部９と、画像構築部１０と、モニタ部１１とから概略構成される。

撮像装置８は、図２に拡大して示すように、撮影レンズ１２とマイクロレンズアレイ１３とラインセンサ１４とから概略構成されている。そのマイクロレンズアレイ１３は、撮影レンズ１２とラインセンサ１４との間に配置されている。このマイクロレンズアレイ１３は、各画素Ｇ１、…、Ｇｉ、…、Ｇｎに対応して配置されたマイクロレンズ１３ａを有する。

この撮像装置８は、撮影対象２の移送域に臨まされている。図３に示すように、そのラインセンサ１４の各画素Ｇｉ（ｉは１からｎまでの整数）の配列方向Ｘは移送方向Ｙに対して斜めに配設されている。

ここでは、配列方向Ｘは、移送方向Ｙに直交する方向Ｙ’に対して角度αだけ傾けられているものとする。このように、方向Ｙ’に対して配列方向Ｘを角度αだけ傾けると、ラインセンサ１４の全長をＬとして、移送方向Ｙに直交する方向Ｙ’の読み取り幅はＬ cos αとなる。言い換えると、ラインセンサ１４の各画素のピッチをＰとすると、移送方向Ｙに直交する方向Ｙ’のピッチは、Ｐ cos αとなる。

この構成によれば、撮影対象２の移送方向Ｙに対する直交する方向Ｙ’のライン領域２’の物点Ｂ１、…、Ｂｉ、…Ｂｎの間隔の密度が高まるので、ラインセンサ１４の画素ＧｉのピッチＰを小さくして画素Ｇｉの個数を増加させることなく、画像の解像度を向上させることができる。

言い換えると、画素の個数をｎ、画素Ｇｉの配列方向を主走査方向として、撮影対象２の相対移送方向に対して直交して配列されている各画素Ｇｉに本来一対一に対応して読み取られるべき撮影対象２の主走査方向の解像度はＬ/ｎである。これに対して、撮影対象２のライン領域２’が相対移送方向Ｙと直交する方向Ｙ’に対して傾けられている場合、解像度は１/ cos α倍となる。

そのマイクロレンズ１３ａは、図２、図３に示すように、ライン領域２’の各物点Ｂ１、…、Ｂｉ、…、Ｂｎからの像形成光束を拡大して画素サイズよりも小さい径の円形のスポット像を各画素Ｇ１、…、Ｇｉ、…、Ｇｎに投影する拡大レンズ（凹レンズ）により構成されている。

この構成によれば、各物点Ｂ１、Ｂｉ、…、Ｂｎからの像形成光束が、図４に示すように、各画素Ｇ１、…、Ｇｉ、…、Ｇｎに一対一に対応付けられている。このため、各物点Ｂｉ（ｉは１からｎの整数）に対応して、各画素Ｇ１、…、Ｇｉ、…、Ｇｎに形成される円形のスポット像Ｂｉ’が隣接する画素同士で重なり合うことが防止され、ライン領域像２”が形成される。

図５ないし図７は、マイクロレンズアレイ１３が配設されていない撮像装置８の説明図である。ラインセンサ１４の配列方向Ｘは、撮影レンズ１２の光軸Ｏの中心を通り、通常、図５に示すように、移送方向Ｙと直交する方向Ｙ’と平行とされる。

ライン領域２’の物点Ｂ１、…、Ｂｉ、…、Ｂｎは、撮影レンズ１２に関して、各ラインセンサ１４を構成する各画素Ｇ１、…、Ｇｉ、…、Ｇｎに対して共役関係にある。撮像装置８のレンズ設計は通常このようにして行われる。

ラインセンサ１４の各画素Ｇ１、…、Ｇｉ、…、Ｇｎが移送方向Ｙと直交する方向Ｙ’と平行とされている場合、ラインセンサ１４の各画素Ｇ１、…、Ｇｉ、…、Ｇｎの互いに隣接する画素には、互いに隣接する物点Ｂｉからの像形成光束が、互いに隣接する画素にオーバラップすることなく結像され、図６に示すように、ライン領域２’に対応するライン領域像２”が形成される。

これに対して、図７に示すように、ラインセンサ１４の各画素Ｇｉの配列方向Ｘが移送方向Ｙと直交する方向Ｙ’に対して斜めに配置されている場合、撮影対象２の相対移送方向に対して直交して配列されている各画素Ｇｉに一対一に対応して本来読み取られるべき撮影対象２のライン領域２’のうち符号ＯＢで示す斜線領域が互いに隣接する画素に跨って読み取られる。このため、後述する二次元画像を構築した場合、画像品質が劣化する。

これに対して、この発明の実施例に係る撮像装置８では、各画素Ｇｉに対して一対一にマイクロレンズ１３ａを対応づけている。従って、移送方向Ｙに対してラインセンサ１４の画素Ｇｉの配列方向Ｘを斜めにした場合でも、図４に示すように、互いに隣接する画素Ｇｉにライン領域２’の一部が跨ることなく読み取られる。

その制御部９は、タイミング信号Ｓに同期して、ラインセンサ１４の移送方向Ｙと直交する方向Ｙ’の映像信号Ｓ’を取得する。撮影対象２の相対移送方向に対して直交して配列されている各画素Ｇｉに一対一に対応して本来読み取られるべき撮影対象２のライン領域２’が相対移送方向と直交する方向に対して角度αだけ傾いている。

このため、画像構築部１０は、その制御部９からの映像信号Ｓ’により撮影対象２に対応する二次元画像を構築する際に、画素Ｇｉの配列方向Ｘのライン領域像２’を構築すべく歪補正を行う。この歪補正後の二次元画像は、必要に応じてモニタ部１１に表示される。

図８は、本発明の画像読み取り装置の変形例を示し、この変形例では、撮像装置８は、移送手段としてのボールネジ部材１’に支持されている。ボールネジ部材１’は駆動部５により回転駆動される。撮像装置８は、撮影対象２に臨まされ、撮像装置８を撮影対象２に対して相対的に往復させることにより、二次元画像が取得される。

２…撮影対象
２’…ライン領域
２”…ライン領域像
８…撮像装置
１２…撮影レンズ
１３ａ…マイクロレンズ
１４…ラインセンサ
Ｇｉ…画素

特開２００６−１７９９７０号公報

Claims (4)

1. 撮影対象を撮像する撮影レンズと、撮影レンズにより撮影対象のライン領域像が形成されるラインセンサと、前記撮影レンズと前記ラインセンサとの間に配置されかつ該ラインセンサの各画素に対応して設けられしかも前記撮影対象のライン領域からの像形成光束を拡大して画素サイズよりも小さい径のスポット像を各画素に投影するマイクロレンズとを備えた撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮影対象と請求項１に記載の撮像装置とが相対的に移送され、請求項１に記載のラインセンサの各画素の配列方向を主走査方向として、該撮影対象の相対移送方向に対して直交して配列されている各画素に一対一に対応して本来読み取られるべき撮影対象のライン領域が相対移送方向と直交する方向に対して傾けられていることを特徴とする画像読み取り装置。
3. 前記撮像装置に対して前記撮影対象を移送する移送手段と、前記撮影対象を移送するタイミングに同期して前記ラインセンサの各画素に形成された画像を取得する制御部と、前記画像が入力されかつ前記撮影対象のライン領域の前記主走査方向に対する傾きに応じて、前記制御部により取得された各画素の画像を補正することにより二次元画像を構築する画像構築部とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の画像読み取り装置。
4. 撮影対象に対して前記撮像装置を移送する移送手段と、前記撮像装置を移送するタイミングに同期して前記ラインセンサの各画素に形成された画像を取得する制御部と、前記画像が入力されかつ前記撮影対象のライン領域の前記主走査方向に対する傾きに応じて、前記制御部により取得された各画素の画像を補正することにより二次元画像を構築する画像構築部とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の画像読み取り装置。