(57)【要約】【課題】被写界深度拡大技術を応用して被写界深度範囲を拡大し、被写体距離が被写界深度拡大技術の被写界深度下限未満となる状況にも適用可能である書画カメラ装置を提供する。【解決手段】液体レンズと、被写界深度拡大モジュールとを備えた書画カメラ装置である。液体レンズは制御回路から供給される電圧に基づいてその光の屈折度が変化させられるとともに、被写体距離の短い対象物を像距離の長い像として投射するものである。対象物および像はいずれも液体レンズの同一側に位置している。被写界深度拡大モジュールは、波面コーディング技術で像をディジタル処理するために、液体レンズの後方に配設されている。被写界深度拡大モジュールは、像に波面コーディングを行うための位相エンコーダと、波面コーディング後の像をディジタル信号に変換するための信号処理手段と、ディジタル信号を画像信号に変換するためのディジタル画像処理手段とを備えている。【選択図】図１
2010256837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
書画カメラ装置であって、
制御回路に電気的に接続されており、前記制御回路から供給される電圧に基づいて光の屈折度が変化させられ、対象物からの光を結像する液体レンズであり、前記対象物および像はいずれも前記液体レンズの同一側に位置しており、前記対象物と前記液体レンズとの距離が前記像と前記液体レンズとの距離よりも短い、液体レンズと、
波面コーディング技術で前記像を処理するために、前記像を取得すべく前記液体レンズに結合されている被写界深度拡大モジュールと、を少なくとも備えており、
前記被写界深度拡大モジュールが、
前記像に波面コーディングを行う位相エンコーダと、
波面コーディング後の前記像をディジタル信号に変換するための信号処理手段と、
前記ディジタル信号を画像信号に変換するために、前記信号処理手段に接続されているディジタル画像処理手段と、を少なくとも備えている、ことを特徴とする書画カメラ装置。
【請求項２】
前記被写界深度拡大モジュールが、前記位相エンコーダに結合されている複数のレンズを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の書画カメラ装置。
【請求項３】
前記信号処理手段が、
波面コーディング後の前記像の光の強さに基づいてアナログ信号に変換するセンサと、
前記アナログ信号をディジタル信号に変換するために前記センサに接続されているＡ／Ｄコンバータと、を備えていることを特徴する請求項１に記載の書画カメラ装置。
【請求項４】
前記ディジタル画像処理手段が、前記ディジタル信号を復号するために前記信号処理手段に電気的に接続されているデコーダを備えていることを特徴する請求項１に記載の書画カメラ装置。
【請求項５】
前記被写界深度拡大モジュールの被写界深度には下限があり、前記液体レンズの光の屈折度を調整して、前記像から前記被写界深度拡大モジュールまでの前記下限よりも長くすることを特徴とする請求項１に記載の書画カメラ装置。
【請求項６】
前記液体レンズの光の屈折度を調整して、前記像から前記被写界深度拡大モジュールまでの距離を１メートルよりも長く、１０メートルよりも短くすることを特徴とする請求項１に記載の書画カメラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は書画カメラ装置に関し、特に被写界深度を拡大可能な書画カメラ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
書画カメラ装置は登場して以来、科学技術の発展に伴って各種分野に運用されるようになり、民生製品からハイテク製品まで、その応用範囲はかなり広範囲にわたる。書画カメラ装置は、大型の会議室での講演に用いられ投影する方式で対象物を拡大するか、またはビジネスの場面で投影スクリーンまたはテレビジョンに応用されることで、プレゼンテーションの内容を即時的に表示するようにしている例が多い。
【０００３】
書画カメラ装置は便利な投影器具であり、プレゼンテーションの対象物を予め電子式の画像ファイルまたはテキストファイルに変換しておく必要なく、対象物をスクリーン上に直接表示することができる。書画カメラ装置はプレゼンテーション用の対象物をレンズの撮像範囲内に置いて、撮像された画像を直接投影スクリーン上に表示するものである。したがって、書画カメラ装置はプレゼンテーションを行う人が資料の準備に要する時間を短縮できるとともに、対象物の即時的な状態の変化の様子を提供できるので、かなり便利な機器である。
【０００４】
従来の書画カメラ装置のレンズに採用されているフォーカス技術の大部分は、好適な撮像解像度を探すためにレンズの位置を移動させることで、フォーカスを行う目的を達成している。しかしながら、レンズの移動には数多くの精密な電子機器の組み合わせが必要となることから、設計において煩雑となるうえコストも嵩んでしまう。さらに、レンズの移動には割と時間がかかってしまうため、使用者は書画カメラ装置がフォーカスを行う時間を待たなければならない。
【０００５】
上記問題を解決すべく、現在、当業者の間では被写界深度拡大技術（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ−Ｄｅｐｔｈ−ｏｆ−Ｆｉｅｌｄ、ＥＤｏＦ）によりレンズを移動させてフォーカスを行う動作をなくしている。いわゆる被写界深度とは、光学系において、許容できる画質における焦点が合っている最も遠い対象物と最も近い対象物との間の距離を表わすものである。被写界深度拡大技術は被写界深度を拡大することで、被写体がその被写界深度範囲内にあるときに、レンズが明晰な画像を取得することができるようにするものである。
【０００６】
被写界深度拡大技術は被写界深度の拡大に寄与するものの、やはり限界はある。具体的には、被写界深度拡大技術は被写体距離が短い場合には適用できない。現在公知の技術においては、被写界深度拡大技術が応用可能な被写界深度は通常、数十センチから数メートルの間であり、最も遠距離では無限の遠距離であるのが理想である。例えば、ＯｍｎｉＶｉｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ.製のチップＯＶ３６４２ Ｃｏｌｏｒ ＣＭＯＳ ＱＸＧＡ（３．１ Ｍｅｇａｐｉｘｅｌ）の撮像チップを例とすると、その適用される被写界深度は２０センチから無限の遠距離となっている。これから理解できるように、被写体距離が２０センチ未満のときには、被写界深度拡大技術は適用できなくなってしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
書画カメラ装置の分野においては、書画カメラ装置は、通常、被写体距離が上記した被写界深度拡大技術の適用被写界深度の下限未満となる。被写界深度拡大技術が適用できない状況下では、書画カメラ装置はレンズを移動させてフォーカスを行うことに頼らざるを得なくなり、設計において煩雑となるうえコストも嵩み、更にはフォーカス待ちの時間もかかってしまう。
【０００８】
これに鑑み、被写界深度拡大技術を応用して被写界深度範囲を拡大可能であるとともに、被写体距離が被写界深度拡大技術の被写界深度下限未満となる状況にも適用可能である新たな書画カメラ装置が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、被写界深度拡大技術に近距離撮像素子を組み合わせて、その被写界深度範囲を拡大するとともに被写界深度拡大技術における被写体距離が短いという制限を克服して、レンズを移動させる従来のフォーカス方式に取って代わる書画カメラ装置を提供する。
【００１０】
書画カメラ装置は液体レンズと被写界深度拡大モジュールとを備えている。液体レンズは制御回路に電気的に接続されており、制御回路から供給される電圧に基づいて液体レンズの光の屈折度が変化される。
【００１１】
液体レンズの作用は対象物からの光を結像させるためのものであり、対象物および像はいずれも液体レンズの同一側に位置しており、対象物と液体レンズとの距離は像と液体レンズとの距離よりも短い。言い換えれば、液体レンズは被写体距離が短い対象物を像距離が長い像として投射することができる。
【００１２】
被写界深度拡大モジュールは、液体レンズが結像した像を取得するために液体レンズに結合されている。被写界深度拡大モジュールは波面コーディング技術で、取得した像をディジタル処理する。
【００１３】
被写界深度拡大モジュールは少なくとも位相エンコーダと、信号処理手段と、ディジタル画像処理手段とを備えている。位相エンコーダは対象物に波面コーディングを行うためのものである。信号処理手段は波面コーディング後の像をディジタル信号に変換するためのものである。ディジタル画像処理手段は、ディジタル信号を画像信号に変換するために、信号処理手段に電気的に接続されている。
【００１４】
本発明の一実施例において、被写界深度拡大モジュールは位相エンコーダに結合されている複数のレンズを更に備えている。
【００１５】
本発明の他の実施例において、信号処理手段はセンサと、Ａ／Ｄコンバータとを備えている。センサは、波面コーディング後の像の光の強さに基づいて、アナログ信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータはアナログ信号をディジタル信号に変換するためにセンサに電気的に接続されている。
【００１６】
本発明の更に他の実施例において、ディジタル画像処理手段はデコーダを備えている。デコーダは、ディジタル信号を復号するために信号処理手段に接続されている。
【００１７】
本発明の実施例において、被写界深度拡大モジュールの被写界深度には下限があり、液体レンズの光の屈折度を調整して、その結像される像から被写界深度拡大モジュールまでの距離を被写界深度拡大モジュールの被写界深度の下限値よりも長くする。本発明の実施例において、液体レンズの光の屈折度を調整して、像から被写界深度拡大モジュールまでの距離を１メートルよりも長く、１０メートルよりも短くする。
【発明の効果】
【００１８】
上記各実施例から理解できるように、書画カメラ装置では被写界深度拡大モジュールでその被写界深度範囲を拡大するとともに、光の屈折度を調整可能な液体レンズを組み合わせることで、被写体距離が短い対象物を像距離が長い像として投射することで、被写界深度拡大モジュールにおいて被写体距離が短くなる制限を克服するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
本発明の上記およびその他目的、特徴、長所および実施例をより明確に理解できるよう、添付の図面の詳細な説明を下記のとおり行う。
【図１】本発明の一実施例に係る書画カメラ装置の構造概略図である。
【図２】図１に示す書画カメラ装置の作用を表わす概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１および図２を同時に参照されたい。図１は本発明の一実施例に係る書画カメラ装置１００の構造概略図であり、図２は図１に示す書画カメラ装置１００の作用を表わす概略図である。書画カメラ装置１００は前方に置かれている対象物１０の画像を取得するためのものである。取得された画像は例えばテレビモニタ、プロジェクタまたはＰＣモニタなどの外部表示装置１４０に送信される。
【００２１】
書画カメラ装置１００は液体レンズ（ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｎｓ）１１０と、被写界深度拡大モジュール（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ−Ｄｅｐｔｈ−ｏｆ−Ｆｉｅｌｄ、ＥＤｏＦ）１２０とを備えており、両者は互いに結合されている。被写界深度拡大モジュール１２０は書画カメラ装置１００の被写界深度を拡大するためのものである。したがって、対象物１０を書画カメラ装置１００の被写界深度範囲内に置くだけで、書画カメラ装置１００のレンズはその位置を移動させることなく、明晰な画像を取得することができる。液体レンズ１１０は短い距離内の対象物１０を遠距離にまで投射することで、被写界深度拡大モジュール１２０の適用範囲を増大させている。各構成要素およびその働きを下記のとおり逐一、そして詳細に説明する。
【００２２】
液体レンズ１１０は光の屈折度（ｄｉｏｐｔｏｒ）を調整可能なレンズである。液体レンズ１１０は、外部から供給される電圧により内部材料の構造を調整・制御することで、光の屈折度を変化させて、ひいては焦点距離を変化させるものである。本発明の実施例において、液体レンズ１１０は制御回路１１２に電気的に接続されている。制御回路１１２は液体レンズ１１０に電圧を提供するとともに、電圧を変化させることにより液体レンズ１１０の光の屈折度を変化させる。
【００２３】
液体レンズ１１０には数多くの種類がある。本発明の一実施例においては、フランスＶａｒｉｏｐｔｉｃ社製のレンズＡＲＣＴＩＣ４１６を採用しており、その光の屈折度の調整範囲は−５（ｍ−１）から１３（ｍ−１）の間である。
【００２４】
液体レンズ１１０は対象物１０からの光に基づいて像１２を結像するためのものであり、対象物１０および像１２はいずれも液体レンズ１１０の前方に配置される。対象物１０と液体レンズ１１０との間の距離は被写体距離ｄ１であり、像１２と液体レンズ１１０との間の距離は像距離ｄ２となり、被写体距離ｄ１は像距離ｄ２よりも短い。本発明の実施例において、液体レンズ１１０の焦点距離は調整可能であるので、像１２を対象物１０よりも遠い位置に結像させることができる。
【００２５】
本発明の実施例において、液体レンズ１１０は被写界深度拡大モジュール１２０の前方に配設、つまり液体レンズ１１０は被写界深度拡大モジュール１２０と対象物１０との間に介在されている。これから理解できるように、被写界深度拡大モジュール１２０は液体レンズ１１０で結像した像１２を取得するとともに、像１２を波面コーディング処理してディジタル画像を生成する。
【００２６】
被写界深度拡大モジュール１２０の被写界深度は一定の範囲を持つ。被写界深度拡大モジュール１２０の適用範囲を拡大するために、液体レンズ１１０は被写界深度拡大モジュール１２０の被写界深度範囲の外側にある対象物１０を、被写界深度拡大モジュール１２０の被写界深度範囲の内側に位置する像１２として投射する。具体的に言えば、液体レンズ１１０の光の屈折度を調整可能とすることで、像１２から被写界深度拡大モジュール１２０までの距離ｄ３を被写界深度拡大モジュール１２０の被写界深度の下限よりも長くする。対象物１０が被写界深度拡大モジュール１２０の被写界深度範囲内にあるか否かを問わない。
【００２７】
本発明の実施例において、液体レンズ１１０の光の屈折度が調整可能であることで、像１２から被写界深度拡大モジュール１２０までの距離ｄ３が１メートルよりも長くなる。像１２から被写界深度拡大モジュール１２０までの距離ｄ３の上限は無限の遠距離であるのが理想であるが、実際には１０メートルとしている。
【００２８】
被写界深度拡大モジュール１２０は波面コーディング技術（ｗａｖｅ−ｆｒｏｎｔ ｃｏｄｉｎｇ）で符号化を行って、そして例えば信号処理技術で復号するというように、取得した像１２をディジタル方式で処理する。詳細に言えば、波面コーディング技術は光学系に位相マスク（ｐｈａｓｅ ｍａｓｋ）の類の位相エンコーダ１２２を挿入して、伝搬してきた光の位相を変換することにより、他の光学伝達関数または点拡散関数を得るというものである。被写界深度範囲内にあって、この新たな光学伝達関数または点拡散関数は不変であったり、または被写体距離の変化に鈍感であるので、ぼやけた中間像として結像される。続いて、復号の方式でこれら中間画像を明晰な最終像に変換する。被写界深度拡大モジュール１２０の動作原理に関しては、例えば１９９５年４月、Ｅｄｗａｒｄ ＤｏｗｓｋｉおよびＴｈｏｍａｓ ＣａｔｈｅｙがＡｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ上に発表した文章《Ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｉｅｌｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｗａｖｅ−ｆｒｏｎｔ ｃｏｄｉｎｇ》といった文献が参考になる。
【００２９】
本発明の実施例において、被写界深度拡大モジュール１２０は位相エンコーダ１２２と、信号処理手段１２６と、ディジタル画像処理手段１３０とを備えている。
【００３０】
位相エンコーダ１２２は、取得した像１２を符号化するために液体レンズ１１０の後方に配設されている。本発明の実施例において、位相エンコーダ１２２は複数のレンズ１２４に結合されることで、位相エンコーダ１２２の機能を実現している。
【００３１】
信号処理手段１２６は、像１２をディジタル信号に変換するために位相エンコーダ１２２の後方に配設されている。信号処理手段１２６は、波面コーディングされた後の像１２を受け取って、像１２の光強度に応じてアナログ信号に変換するためのセンサ１２８を備えている。本発明の実施例において、信号処理手段１２６はＡ／Ｄコンバータ１２９を選択的に備えてもよい。Ａ／Ｄコンバータ１２９は、アナログ信号をディジタル信号に変換するためにセンサ１２８に電気的に接続されている。
【００３２】
ディジタル画像処理手段１３０は、ディジタル信号を復号するとともに、画像信号に変換するために信号処理手段１２６に電気的に接続されている。ディジタル画像処理手段１３０は外部表示装置１４０に接続されて、画像信号を外部表示装置１４０に送信して再生する。
【００３３】
本発明の実施例において、ディジタル画像処理手段１３０にはデコーダ１３２が内蔵されている。ディジタル画像処理手段１３０は、後続の画像処理ステップの準備としてディジタル信号を復号するために信号処理手段１２６に電気的に接続されている。
【００３４】
被写界深度拡大モジュール１２０の信号処理手段１２６およびディジタル画像処理手段１３０は、集積回路またはチップといった同一回路中に組込むことができる。
【００３５】
本発明の実施例から理解できるように、書画カメラ装置１００は被写界深度拡大モジュール１２０により被写界深度範囲を拡大する。書画カメラ装置１００は光の屈折度を調整可能な液体レンズ１１０を被写界深度拡大モジュール１２０の前方に配設することで、被写体距離の短い対象物１０を像距離の長い像１２として投射して、ひいては被写界深度範囲を拡大している。
【００３６】
本発明では実施例を上記のように開示したが、これは本発明の保護範囲を限定するためのものではなく、当業者であれば、本発明の技術的思想および範囲を逸脱することなく、一部の変更および付加を行うことができるので、本発明の保護範囲は特許請求の範囲により限定されるものを基準とすべきである。
【符号の説明】
【００３７】
１００      書画カメラ装置
１１０      液体レンズ
１１２      制御回路
１２０      被写界深度拡大モジュール
１２２      位相エンコーダ
１２４      レンズ
１２６      信号処理手段
１２８      センサ
１２９      Ａ／Ｄコンバータ
１３０      ディジタル画像処理手段
１３２      デコーダ
１４０      外部表示装置
１０ 対象物 
１２ 像
ｄ１ 被写体距離
ｄ２ 像距離
ｄ３ 距離
【図１】
2010256837.tif 000003
【図２】
2010256837.tif 000004