(57)【要約】【課題】被写体を斜め上方から撮像する光学系を採用することにより、装置構成の小型化及び被写体に対する直接の加筆や修正を容易としつつ、被写体の表面形状による画像のうねりや歪みが防止された画像撮像装置を提供する。【解決手段】原稿台１上の原稿２に対し、ＬＥＤ８によって所定形状の光線パターンを投影する。原稿２上に投影された光線パターンを、この光線パターンを投影する光学系の光軸と異なる光軸を有するカメラ１２によって撮像する。このカメラ１２において撮像された画像における光線パターンの形状と、既知の所定形状とに基づいて、原稿２の表面形状を検知する。原稿２を非球面ミラー３及び撮像レンズ５を介してＣＣＤ６によって撮像し、検知されている原稿２の表面形状に基づいて、信号処理によって画像のうねりや歪みを補正する。【選択図】      図５
2004247874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体が載置される載置台と、
前記被写体の上方側を開放するように、前記載置台のいずれかに設置された非球面反射ミラーと、
前記非球面反射ミラーを介して前記載置台上の被写体の像を形成する第１の撮像レンズと、
前記第１の撮像レンズにより形成された像を撮像して画像信号を出力する第１の撮像素子と、
前記載置台上に所定形状の光線パターンを所定の光軸に沿って非可視光で投影する投影手段と、
前記投影手段の光軸とは異なる光軸を有する第２の撮影レンズを介して、前記載置台上に載置された被写体に投影された光線パターンを撮像する第２の撮像素子と、
前記投影手段により投影されている光線パターンの所定形状と、前記第２の撮像素子により撮像された像における形状とに基づいて、前記被写体の表面形状を検知する形状検知手段とを少なくとも備える画像撮像手段と、
前記形状検知手段により検知された前記被写体の表面形状に基づいて、前記第１の撮像素子からの画像信号に対する信号処理を行い、前記所定形状に対応する画像信号に補正する画像補正手段とを備えていることを特徴とする画像撮像装置。
【請求項２】
前記第１の撮像レンズ及び前記非球面反射ミラーを介して前記光線パターンを投影するために、前記第１の撮像レンズと投影用光源との間にビームスプリッタを備え、投影光学系の光軸と撮像光学系の光軸は、前記第１の撮像レンズ側において一致することを特徴とする請求項１記載の画像撮像装置。
【請求項３】
被写体が載置される載置台と、
前記被写体の上方側を開放するように、前記載置台のいずれかの側縁部の近傍の上方に設置された非球面反射ミラーと、
前記非球面反射ミラーを介して前記載置台上の被写体の像を形成する撮像レンズと、
前記撮像レンズにより形成された像を撮像して画像信号を出力する撮像素子と、
前記載置台上に所定形状の光線パターンを所定の光軸に沿って非可視光で投影する投影手段と、
前記載置台から前記撮像素子に至る光路上に設置され、可視光と非可視光を切替える波長選択手段と、
前記投影手段により投影されている光線パターンの所定形状と、前記撮像素子により撮像された像における形状とに基づいて、前記被写体の表面形状を検知する形状検知手段とを少なくとも備える画像撮像手段と、
前記形状検知手段により検知された前記被写体の表面形状に基づいて、前記第１の撮像素子からの画像信号に対する信号処理を行い、前記所定形状に対応する画像信号に補正する画像補正手段とを備え、
前記撮像素子は、前記波長選択手段によって可視光が入射される状態と非可視光が入射される状態とを交互に切替えられ、可視光による画像と非可視光による画像とのそれぞれを撮像することを持徴とする画像撮像装置。
【請求項４】
前記非可視光は、波長が８００ｎｍ乃至１０００ｎｍの近赤外光である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、略々水平な載置台上に載置された被写体を斜め上方より撮像して歪みのない画像に対応した画像信号を得る画像撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、原稿等の被写体の画像を撮像し、スクリーン上に拡大投影する装置として、「ＯＨＰ（オーバーヘツドプロジェクター）」が使われている。このような画像撮像装置は、いわゆる「プレゼンテーション」などにおいてよく使用されている。
【０００３】
そして、このような画像撮像装置は、装置構成が大きく持ち運びが不便であることなどから、近年では、パーソナルコンピュータにより出力される画像信号に基づく画像をスクリーン上に拡大投影する装置が、前記のような画像撮像装置に代わって広く使用されるようになっている。
【０００４】
しかしながら、原稿等の被写体の画像を拡大投影する装置は、原稿作成が容易に行えることや、拡大投影したままの状態で原稿上に直に加筆、修正することができるという簡便性などから、依然として利用価値のあるものとなっている。
【０００５】
なお、このような画像撮像装置に代わる装置としては、原稿の画像をスキャナによって取り込んで画像信号とし、この画像信号に基づく画像を拡大投影する装置がある。しかし、このようなスキャナを用いた装置においても、画像を拡大投影したままの状態で原稿上に直に加筆、修正することは困難であり、やはり、前記のような画像撮像装置には利用価値がある。
【０００６】
図２２は、従来の画像撮像装置の構成を示す側面図である。本件出願人は、特願２００２−１９０４８１において、図２３に示すように、原稿台１０１上の原稿（被写体）１０２の像を非球面ミラー１０３を介して斜め上方より撮像するようにした画像撮像装置を提案している。この画像撮像装置においては、原稿１０２から発せられた（反射された）光は、原稿台１０１の側縁部近傍の上方に設置された非球面ミラー１０３によって反射され、該原稿台１０１の側方部分に配設された撮像レンズ１０５に入射される。そして、この撮像レンズ１０５が形成する原稿１０２の像は、撮像素子（ＣＣＤ）１０５によって撮像される。撮像素子１０５は、撮像した像に対応する画像信号を出力する。
【０００７】
そして、撮像素子１０５より出力された画像信号は、画像表示装置１０６に送られる。この画像表示装置１０６は、送られた画像信号に対応する画像を、陰極線管（ＣＲＴ）や液晶表示デバイスなどの表示部１０７に表示する。
【０００８】
この画像撮像装置においては、非球面ミラー１０３、折返しミラー１０４及び撮像レンズ１０５からなる撮像光学系は、原稿台１０１の中心部分の上方ではなく、原稿台１０１の側縁部近傍の上方に設置されている。したがって、この画像撮像装置においては、原稿台１０１上に載置された原稿１０２に対して直に加筆や訂正を行うにあたって、この原稿１０２の上方側に遮る物が無いので、そのような加筆や訂正を容易、円滑に行うことができる。
【０００９】
また、この画像撮像装置は、原稿台１０１に対する光線入射角７５度という極端な傾角を持った撮像を可能にする特殊な光学系を採用しており、非球面ミラー１０３との組み合わせにより、該原稿台１０１上に載置された原稿１０２の画像を台形歪みなしに撮像することが可能となっている。
【００１０】
そして、この画像撮像装置の光学系においては、原稿１０２及びこの原稿１０２の像は、光軸上ではなく、光軸からかなり偏心した位置にあるようになっている。このような光学系を採用することにより、この画像撮像装置の光学系においては、同じ撮像倍率において、それまでの画像撮像装置よりも、結像距離が短くなっている。したがって、この画像撮像装置においては、それまでの画像撮像装置に比較して、装置構成の小型化が可能となっている。
【００１１】
すなわち、この画像撮像装置においては、原稿１０２の側方より極短焦点の光学系によって撮像するようになっているため、原稿台１０１を含めた装置全体が、略々原稿１０２の大きさを底面とする高さ１００ｍｍ程度の領域内に収まるという小型化が可能となっている。
【００１２】
【特許文献１】
特開２０００−２４１９１６号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のような、原稿（被写体）１０２を斜め上方から撮像するように構成された画像撮像装置においては、凹凸やシワの無い平らな原稿１０２を撮像したときには、出力画像として、画像歪みの無い、例えば、ディストーションが０．１％以下の画像が得られるように設計されている。
【００１４】
図２３は、従来の画像撮像装置により、シワのある原稿の撮像を行っている状態を示す側面図である。この画像撮像装置においては、原稿１０２に折り目やシワなどによる凹凸がある場合には、この画像撮像装置の特徴である大きく傾いた極端な傾角の撮像画角のため、凹凸の高さが強調され、極端なうねり、歪みとなって撮像されるという問題がある。
【００１５】
図２４は、原稿にシワがあった場合に撮像された画像を示す正面図である。すなわち、シワ、または、凸凹のある原稿を撮像した場合に画像信号として出力される画像１０８は、図２４に示すように、原稿表面において凹凸のある部分が２次元的に強調されたような画像になってしまい、本来の原稿の形状１０９に対して、極端な歪みのある著しく画質の劣化した画像となってしまう。
【００１６】
図２５は、従来の画像撮像装置におけるシワのある原稿と撮像される光線との関係を示す側面図である。
【００１７】
図２６は、従来の画像撮像装置におけるシワのある原稿と撮像される光線との関係をさらに詳細に示す側面図である。
【００１８】
例えば、図２５に示すように、原稿の凹凸の浮き量が１ｍｍあったとすると撮像装置で撮像される原稿の光線（実線矢印）は原稿台１０１の表面の法線に対して７５度の急角度をなすので、撮像される原稿１０２の浮いた部分は、点線矢印のような角度で撮像される光線と重なる。したがって、画像撮像装置としては、原稿１０２の浮いた部分を、平らな原稿が点線矢印の延長線上に３．７３ｍｍ引き伸ばされたものとして撮像してしまうのである。
【００１９】
原稿１０２の浮き上がり量と画像の歪み量の関係を表すと、図２６に示すように、撮像される光線が原稿台１０１の表面に対してなす角度（９０°−入射角）をθとすると、原稿１０２の浮き上がり量ａに対して、（１／ｔａｎθ）倍の長さｂに引き伸ばされることになる。
【００２０】
ところで、撮像される光線の原稿台１０１の表面に対する入射角は、撮像光学系の画角に伴って大きくなり、該光線の原稿台１０１の表面に対してなす角度θ（９０°−入射角）は小さくなる。そのため、非球面ミラー１０３から最も遠い原稿１０２の端の部分の浮きが最も強調され、撮像される画像の歪みが大きくなる。
【００２１】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、被写体を斜め上方から撮像する光学系を採用することにより、装置構成の小型化及び被写体に対する直接の加筆や修正を容易としつつ、該被写体の表面形状による撮像画像のうねりや歪みが防止された画像撮像装置を提供しようとするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明に係る画像撮像装置は、被写体が載置される載置台と、前記被写体の上方側を開放するように、前記載置台のいずれかに設置された非球面反射ミラーと、前記非球面反射ミラーを介して前記載置台上の被写体の像を形成する第１の撮像レンズと、前記第１の撮像レンズにより形成された像を撮像して画像信号を出力する第１の撮像素子と、前記載置台上に所定形状の光線パターンを所定の光軸に沿って非可視光で投影する投影手段と、前記投影手段の光軸とは異なる光軸を有する第２の撮影レンズを介して、前記載置台上に載置された被写体に投影された光線パターンを撮像する第２の撮像素子と、前記投影手段により投影されている光線パターンの所定形状と、前記第２の撮像素子により撮像された像における形状とに基づいて、前記被写体の表面形状を検知する形状検知手段とを少なくとも備える画像撮像手段と、前記形状検知手段により検知された前記被写体の表面形状に基づいて、前記第１の撮像素子からの画像信号に対する信号処理を行い、前記所定形状に対応する画像信号に補正する画像補正手段とを備えている。
【００２３】
前記第１の撮像レンズ及び前記非球面反射ミラーを介して前記光線パターンを投影するために、前記第１の撮像レンズと投影用光源との間にビームスプリッタを備え、投影光学系の光軸と撮像光学系の光軸は、前記第１の撮像レンズ側において一致することが望ましい。
【００２４】
被写体が載置される載置台と、前記被写体の上方側を開放するように、前記載置台のいずれかの側縁部の近傍の上方に設置された非球面反射ミラーと、前記非球面反射ミラーを介して前記載置台上の被写体の像を形成する撮像レンズと、前記撮像レンズにより形成された像を撮像して画像信号を出力する撮像素子と、前記載置台上に所定形状の光線パターンを所定の光軸に沿って非可視光で投影する投影手段と、前記載置台から前記撮像素子に至る光路上に設置され、可視光と非可視光を切替える波長選択手段と、前記投影手段により投影されている光線パターンの所定形状と、前記撮像素子により撮像された像における形状とに基づいて、前記被写体の表面形状を検知する形状検知手段とを少なくとも備える画像撮像手段と、前記形状検知手段により検知された前記被写体の表面形状に基づいて、前記第１の撮像素子からの画像信号に対する信号処理を行い、前記所定形状に対応する画像信号に補正する画像補正手段とを備え、前記撮像素子は、前記波長選択手段によって可視光が入射される状態と非可視光が入射される状態とを交互に切替えられ、可視光による画像と非可視光による画像とのそれぞれを撮像することが望ましい。
【００２５】
前記非可視光は、波長が８００ｎｍ乃至１０００ｎｍの近赤外光であることが望ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係る画像撮像装置の構成を示す側面図である。この画像撮像装置は、略々水平な載置台である原稿台１、非球面ミラー３、折返しミラー４及び第１の撮像レンズ５からなる斜め撮像光学系と、この斜め撮像光学系を介して、原稿台１上に載置された被写体である原稿２を撮像する第１の撮像素子（ＣＣＤ）６とを備えている。
【００２８】
また、この画像撮像装置は、原稿２の表面形状（非平面性）を検知するための所定の形状を有する光線パターンを原稿２上に投影する投影手段と、この投影手段の光軸とは異なる光軸を有する第２の撮影レンズを介して原稿台１上に載置された原稿２に投影された光線パターンを撮像する第２の撮像素子とを備えている。
【００２９】
さらに、この画像撮像装置は、第１及び第２の撮像素子から出力される画像信号についての信号処理を行う図示しない信号処理回路を備えている。この信号処理回路は、原稿２に投影された光線パターンの第２の撮像素子により撮像された像における形状と既知の光線パターンの所定形状とに基づいて原稿２の表面形状を検知する形状検知手段、及び、検知された原稿２の表面形状に基づいて第１の撮像素子６からの画像信号を原稿２の表面形状が平面である場合の像に対応する画像信号に補正する画像補正手段としての機能を果たすものである。
【００３０】
〔斜め撮像光学系の説明〕
この画像撮像装置においては、図１に示すように、原稿台１上の原稿２の像は、非球面ミラー３を介して斜め上方より撮像される。すなわち、この画像撮像装置においては、原稿２から発せられた（反射された）光は、被写体である原稿２の上方側を開放するように、原稿台１の側縁部近傍の上方に支持部材３ａにより設置された非球面ミラー３によって反射され、該原稿台１の側方部分に配設された折返しミラー４を経て第１の撮像レンズ５に入射される。そして、この第１の撮像レンズ５が形成する原稿２の像は、第１の撮像素子６によって撮像される。第１の撮像素子６は、撮像した像に対応する画像信号を出力する。
【００３１】
そして、第１の撮像素子６より出力された画像信号は、信号処理回路において信号処理された後、図示しない画像表示装置に送られる。この画像表示装置は、送られた画像信号に対応する画像を、陰極線管（ＣＲＴ）や液晶表示デバイス等により表示したり、または、スクリーン上に拡大投影する。
【００３２】
図２は、本発明に係る画像撮像装置の構成を示す平面図である。この画像撮像装置においては、非球面ミラー３、折返しミラー４及び第１の撮像レンズ５からなる斜め撮像光学系は、原稿台１の中心部分の上方ではなく、原稿２の上方側を開放するように、原稿台１の側縁部近傍に設置されている。したがって、この画像撮像装置においては、原稿台１上に載置された原稿２に対して直に加筆や訂正を行うにあたって、この原稿２の上方側に遮る物が無いので、そのような加筆や訂正を容易、円滑に行うことができる。
【００３３】
また、この画像撮像装置は、原稿台１に対する光線入射角７５度という極端な傾角を持った撮像を可能にする特殊な光学系を採用しており、非球面ミラー３との組み合わせにより、該原稿台１上に載置された原稿２の画像を台形歪みなしに撮像することが可能となっている。
【００３４】
そして、この画像撮像装置の斜め撮像光学系においては、原稿２及びこの原稿２の像は、光軸上ではなく、光軸からかなり偏心した位置にあるようになっている。このような光学系を採用することにより、この画像撮像装置の斜め撮像光学系においては、撮像倍率を下げることなく、結像距離を短くすることができている。したがって、この画像撮像装置においては、装置構成の小型化が可能である。すなわち、この画像撮像装置においては、原稿２の側方より極短焦点の光学系によって撮像するようになっているため、原稿台１を含めた装置全体が、例えば、略々原稿２の大きさを底面とする高さ１００ｍｍ程度の領域内に収まるという小型化が可能である。
【００３５】
〔光線パターン（赤外線マトリクスチャート）の投影手段の説明〕
図３は、本発明に係る画像撮像装置であって投影手段を含めた構成を示す側面図である。この画像撮像装置における投影手段は、前述の斜め撮像光学系に組み込まれており、この斜め撮像光学系と光学素子を共用するようになっている。この投影手段は、所定の既知の形状、例えば、格子形状を有する光線パターンである赤外線マトリクスチャートを原稿台１上の原稿２の表面に投影するものである。
【００３６】
すなわち、第１の撮像素子６と第１の撮像レンズ５との間には、波長選択性のビームスプリッタプリズム７が設置されている。また、この画像撮像装置は、波長が８００ｎｍ乃至１０００ｎｍの赤外光を発するＬＥＤ光源８を有している。このＬＥＤ光源８から発せられた赤外光は、マトリクスチャートマスク９を照明する。赤外光により照明されたマトリクスチャートマスク９からの散乱赤外光は、ビームスプリッタプリズム７に入射し、このビームスプリッタプリズム７の反射面により反射されて、第１の撮像レンズ５に入射する。第１の撮像レンズ５及び非球面反射ミラー３を介してマトリクスチャートマスク９による光線パターンを投影するために、第１の撮像レンズ５とＬＥＤ光源８との間にビームスプリッタ７を備え、投影光学系の光軸と撮像光学系の光軸は、第１の撮像レンズ５側において一致している。ビームスプリッタプリズム７の反射面は、赤外光を反射し、可視光を透過するように設計されている。マトリクスチャートマスク９は、ビームスプリッタプリズム７の反射面に対して、第１の撮像素子６と等しい光路長となる位置に配置されている。
【００３７】
図４は、本発明に係る画像撮像装置における投影手段のみの構成を示す側面図である。この画像撮像装置においては、原稿台１上の原稿２の表面と第１の撮像素子６とが共役の関係にあるため、赤外光により照明されたマトリクスチャートマスク９の像は、第１の撮像レンズ５、折り返しミラー４及び非球面ミラー３を介して、原稿台１上の原稿２の表面上に台形歪みなく投影され赤外線マトリクスチャートとして結像される。
【００３８】
〔赤外線カメラ（第２の撮像レンズ及び第２の撮像素子）の説明〕
前述のようにして原稿２の表面上に投影された赤外線マトリクスチャートは、投影手段の光軸とは異なる光軸を有する第２の撮影レンズを備えた赤外線カメラにより撮像される。
【００３９】
図５は、原稿２の表面上に投影された赤外線マトリクスチャートを撮像する手段である第２の撮像レンズ１０及び第２の撮像素子１１からなる赤外線カメラ１２を組み込んだ構成を示す側面図である。この赤外線カメラ１２は、原稿２の表面を斜め上方より撮像するように設置されている。
【００４０】
図６は、この赤外線カメラ１２の構成を示す平面図である。この赤外線カメラ１２は、第２の撮像レンズ１０が形成する像が、第２の撮像素子１１により撮像されるように構成されている。第２の撮像素子１１は、波長が８００ｎｍ乃至１０００ｎｍの赤外光に対して感度を有するように構成されている。また、第２の撮像レンズ１０は、赤外光を基準波長として設計されている。
【００４１】
図７は、この赤外線カメラ１２が矩形の原稿２を撮像している状態を示す平面図である。この赤外線カメラ１２においては、第２の撮像レンズ１０から原稿２までの距離が近いほど、第２の撮像レンズ１０の焦点距離は短くなる。例えば、原稿２の中心から第２の撮像素子１１までの距離が１４０ｍｍである場合、第２の撮像レンズ１０は、焦点距離ｆが０．９ｍｍ、画角がφ１７０ｍｍ、Ｆナンバが１．２とというレンズである必要がある。
【００４２】
図８は、赤外線カメラ１２の第２の撮像素子１１上に形成された赤外線マトリクスチャートの像１３を示す正面図である。この赤外線マトリクスチャートの像１３は、極端な台形像となる。前記のレンズスペックの例においては、このときの赤外線マトリクスチャートの像１３は、下底４．８、上底１．０、高さ１．０の台形像となる。第２の撮像レンズ１０の焦点距離が短くなるほど、光路差による結像倍率差が大きくなるため、第２の撮像素子１１上に結像される台形像である赤外線マトリクスチャートの像１３の上底と下底の長さの差が大きくなる。
【００４３】
この画像撮像装置においては、表面部が平坦な原稿台１上に投影された赤外線マトリクスチャートの赤外線カメラ１２により撮像された像をリファレンスとして、原稿２上に投影された赤外線マトリクスチャートの赤外線カメラ１２により撮像された像を比較することにより、原稿２の凹凸による赤外線マトリクスチャートの変位量を検出する。
【００４４】
したがって、この画像撮像装置においては、赤外線カメラ１２が原稿２の表面部を斜め上方から撮像することによる前記のような台形歪みは問題とならず、補正する必要はない。しかしながら、赤外線カメラ１２は、赤外線マトリクスチャートの全体（原稿エリア全体）を撮像できる画角の全ての領域において、焦点が合うように設計される必要がある。
【００４５】
図９は、「シャインプルーフの条件」を示す側面図である。この「シャインプルーフの条件」と呼ばれる像面と被写体の関係においては、撮像レンズ（第２の撮像レンズ１０）の主面と像面（第２の撮像素子１１）と披写体面（原稿２の表面）とが、それぞれの面の延長線上の一箇所Ｓで交われば、像面は全て焦点が合うという関係がある。ただし、図９に示すように、傾斜した披写体面の両端部である点Ａ及び点Ｂの撮像レンズ１０による像点Ａ´，Ｂ´での結像倍率は互いに大きく異なるので、矩形の原稿２を撮像しても、図８に示したように、極端な台形像になる（点Ｂについては、撮像倍率は、〔Ｓ´／Ｓ〕となるが、点Ａについては、より小さい）。ただし、どちらの点についても像の焦点は合っているので、画像としては歪んだ画質でも、赤外線マトリクスチャートの像の原稿２の凹凸による変位量の検出には、十分な性能である。
【００４６】
図１０は、赤外線カメラ１２における撮像倍率を示す側面図である。この赤外線カメラ１２にニュートンの結像公式をあてはめると、原稿２の中心から第２の撮像レンズ１０の主面までの距離をＳとし、第２の撮像レンズ１０の主面から第２の撮像素子１１までの距離をＳ´とし、光軸上における撮像倍率〔Ｓ´／Ｓ〕をβとし、第２の撮像レンズ１０の焦点距離をｆとすると、以下の式が成立する。
【００４７】
β＝（１−Ｓ´）／ｆ
したがって、第２の撮像レンズ１０の焦点距離ｆが大きくなるほど、結像倍率βは、Ｓ´の差による変化量が小さくなる。すなわち、第２の撮像レンズ１０の焦点距離ｆを大きくすれば、赤外線マトリクスチャートの像の台形歪みを小さくすることができる。
【００４８】
図１１は、赤外線カメラ１２により撮像される光線の光路をミラー１４によって折り返した構成を示す側面図である。
【００４９】
図１２は、赤外線カメラ１２の位置を原稿台１に接近させるとともに、この赤外線カメラ１２により撮像される光線の光路をミラー１４によって折り返した構成を示す側面図である。
【００５０】
これら図１１及び図１２に示すように、赤外線カメラ１２により撮像される光線の光路をミラー１４によって折り返すことにより、光路長を長くとり、第２の撮像レンズ１０の焦点距離を長くすることができる。このようにして第２の撮像レンズ１０の焦点距離を長くして、赤外線マトリクスチャートの像の台形歪みを抑えることにより、この台形像の短辺側における解像力不足の虞れを解消することができる。台形歪みがあまり極端であると、台形像の短辺側において、第２の撮像素子１１における解像力が不足する虞れがあるためである。
【００５１】
図１３は、赤外線カメラ１２ａ，１２ｂを並列に２台設置して構成を示す平面図である。
【００５２】
図１４は、並列に設置された２台の赤外線カメラ１２ａ，１２ｂと原稿台１との関係を示す平面図である。
【００５３】
これら図１３及び図１４に示すように、赤外線カメラ１２ａ，１２ｂを並列に２台設置することにより、各赤外線カメラ１２ａ，１２ｂにおけるレンズ性能等に対する負担や製造コストを増大させることなく、より大きな原稿台１に対応することができる。例えば、前記した撮像レンズの設計例により、Ａ５サイズ２面分（１６０ｍｍ×２３０ｍｍ）の原稿全面についての撮像を行うことができる。
【００５４】
〔信号処理回路による画質補正〕
そして、この画像撮像装置においては、第１及び第２の撮像素子６，１１から出力される画像信号についての信号処理を行う信号処理回路が、原稿２に投影された赤外線マトリクスチャートの第２の撮像素子１１により撮像された像における形状と、既知の赤外線マトリクスチャートの形状とに基づいて、原稿２の表面形状を検知する。すなわち、既知の赤外線マトリクスチャートの形状が第２の撮像素子１１により撮像された像において伸びている部分は、原稿２が浮き上がっている場所であり、これらの関係は、前記図２５及び図２６により示した通りである。
【００５５】
さらに、信号処理回路は、検知された原稿２の表面形状に基づいて、第１の撮像素子６からの画像信号を、原稿２の表面形状が平面である場合の像に対応する画像信号に補正する。この場合にも、前記図２５及び図２６により示した原稿２が浮き上がり量と像の伸びとの関係を用いて、補正を行う。
【００５６】
この画像撮像装置においては、信号処理回路によるこのような画質補正により、良好な画像を得ることが可能である。
【００５７】
〔赤外線カメラの構成の他の実施の形態〕
さらに、本発明に係る画像撮像装置は、第１の撮像レンズ及び第２の撮像レンズを同一の撮像レンズとし、第１の撮像素子及び第２の撮像素子を同一の撮像素子として、斜め撮像光学系を赤外線カメラとして兼用する構成とすることもできる。
【００５８】
この場合には、原稿台から撮像素子に至る光路上に、波長が８００ｎｍ乃至１０００ｎｍの近赤外光を遮光し可視光を透過、または、反射させる可視光用領域及び可視光を遮光し前記近赤外光の少なくとも一部を透過、または、反射させる近赤外光用領域を有するカラーホイールを設置する。また、このカラーホイールを、回転操作手段となるモータにより、撮像素子の撮像周期に同期して回転させる。
【００５９】
図１５は、カラーホイールの構成を示す側面図である。このカラーホイール１５は、円盤状に構成され、モータ１６の回転軸１７に中心部分を支持されている。
【００６０】
図１６は、カラーホイールの構成を示す正面図である。このカラーホイール１５は、波長が８００ｎｍ乃至１０００ｎｍの近赤外光を遮光し可視光を透過、または、反射させる可視光用領域１８と、可視光を遮光し近赤外光の少なくとも一部（５０％乃至１００％）を透過、または、反射させる近赤外光用領域１９とを有している。これら可視光用領域１８及び近赤外光用領域１９は、それぞれ中心軸回りの所定の角度範囲を占めて扇形に形成されている。
【００６１】
図１７は、カラーホイールの構成を示す斜視図である。このカラーホイール１５は、モータの回転軸１７により中心部分を支持され、図１７中の矢印で示すように、このモータにより、撮像素子の撮像周期（フレーム周期）に同期して回転操作される。
【００６２】
図１８は、撮像素子である「ＣＣＤ」の分光感度特性を示すグラフである。波長８００ｎｍ乃至１０００ｎｍの近赤外光については、可視光よりも感度は下がっているが、赤外線マトリクスチャートの撮像には充分な感度がある。
【００６３】
図１９は、「ＣＭＯＳ」型の撮像素子の分光感度特性を示すグラフである。この場合も、波長８００ｎｍ乃至１０００ｎｍの近赤外光については、可視光よりも感度は下がっているが、赤外線マトリクスチャートの撮像には充分な感度がある。
【００６４】
原稿台１から撮像素子に至る光路上においてカラーホイール１５が回転されることにより、撮像素子は、可視光用領域１８を経た光線が入射される状態と近赤外光用領域１９を経た光線が入射される状態とを交互に切替えられ、可視光による画像（原稿の画像）と近赤外光による画像（赤外線マトリクスチャートの像）とのそれぞれを時分割的に撮像することとなる。
【００６５】
図２０は、近赤外光を遮光し可視光を透過させる可視光用領域及び可視光を遮光し近赤外光を透過させる近赤外光用領域を有するカラーホイール１５を用いた構成を示す側面図である。
【００６６】
この画像撮像装置においては、原稿台１上の原稿２の像は、非球面ミラー３を介して斜め上方より撮像される。すなわち、この画像撮像装置においては、原稿２から発せられた（反射された）光は、原稿２の上方側を開放するように原稿台１の側縁部近傍の上方に支持部材３ａにより設置された非球面ミラー３によって反射され、撮像レンズ５に入射される。そして、この第１の撮像レンズ５が形成する原稿２の像は、カラーホイール１５を透って、撮像素子６によって撮像される。撮像素子６は、撮像した像に対応する画像信号を出力する。この撮像素子６より出力された画像信号は、信号処理回路において信号処理された後、画像表示装置に送られる。この画像表示装置は、送られた画像信号に対応する画像を、陰極線管（ＣＲＴ）や液晶表示デバイス等により表示したり、または、スクリーン上に拡大投影する。
【００６７】
また、この画像撮像装置は、波長が８００ｎｍ乃至１０００ｎｍの赤外光を発するＬＥＤ光源８及び発色光を発する光源２１を有している。発色光を発する光源２１は、原稿台１上の原稿２を照明する。ＬＥＤ光源８から発せられた赤外光は、マトリクスチャートマスク９を照明する。赤外光により照明されたマトリクスチャートマスク９からの散乱赤外光は、投影レンズ２０に入射する。赤外光により照明されたマトリクスチャートマスク９の像は、投影レンズ２０により、原稿台１上の原稿２の表面上に投影され、赤外線マトリクスチャートとして結像される。
【００６８】
この画像撮像装置においては、撮像素子６は、カラーホイール１５が回転されることにより、光路上に可視光用領域１８が位置して可視光による画像（原稿の画像）を撮像する状態と、光路上に近赤外光用領域１９が位置して近赤外光による画像（赤外線マトリクスチャートの像）を撮像する状態とに、１フレーム周期ごとに切替えられる。可視光による画像は、この画像撮像装置で撮像したい原稿の画像であり、近赤外光による画像は、原稿２のシワなどの凹凸を認識するための赤外線マトリクスチャートの像である。これらの像は、フレーム周期ごとに時分割的に弁別することにより、２つの像として取り出すことができる。そして、赤外線マトリクスチャートの像に基づいて、前述したと同様に、原稿の画像についての信号処理を行い、歪みの補正を行う。
【００６９】
図２１は、近赤外光を遮光し（反射させず）可視光を反射する可視光用領域及び可視光を遮光し（反射させず）近赤外光を反射する近赤外光用領域を有するカラーホイール１５を用いた構成を示す側面図である。
【００７０】
この画像撮像装置においては、原稿台１上の原稿２の像は、非球面ミラー３を介して斜め上方より撮像される。すなわち、この画像撮像装置においては、原稿２から発せられた（反射された）光は、原稿２の上方側を開放するように、原稿台１の側縁部近傍の上方に支持部材３ａにより設置された非球面ミラー３によって反射され、撮像レンズ５に入射される。そして、この第１の撮像レンズ５が形成する原稿２の像は、カラーホイール１５により反射されて、撮像素子６によって撮像される。撮像素子６は、撮像した像に対応する画像信号を出力する。この撮像素子６より出力された画像信号は、信号処理回路において信号処理された後、画像表示装置に送られる。この画像表示装置は、送られた画像信号に対応する画像を、陰極線管（ＣＲＴ）や液晶表示デバイス等により表示したり、または、スクリーン上に拡大投影する。
【００７１】
また、この画像撮像装置は、波長が８００ｎｍ乃至１０００ｎｍの赤外光を発するＬＥＤ光源８及び発色光を発する光源２１を有している。発色光を発する光源２１は、原稿台１上の原稿２を照明する。ＬＥＤ光源８から発せられた赤外光は、マトリクスチャートマスク９を照明する。赤外光により照明されたマトリクスチャートマスク９からの散乱赤外光は、投影レンズ２０に入射する。赤外光により照明されたマトリクスチャートマスク９の像は、投影レンズ２０により、原稿台１上の原稿２の表面上に投影され、赤外線マトリクスチャートとして結像される。
【００７２】
この画像撮像装置においては、撮像素子６は、カラーホイール１５が回転されることにより、光路上に可視光用領域１８が位置して可視光による画像（原稿の画像）を撮像する状態と、光路上に近赤外光用領域１９が位置して近赤外光による画像（赤外線マトリクスチャートの像）を撮像する状態とに、１フレーム周期ごとに切替えられる。可視光による画像は、この画像撮像装置で撮像したい原稿の画像であり、近赤外光による画像は、原稿２のシワなどの凹凸を認識するための赤外線マトリクスチャートの像である。これらの像は、フレーム周期ごとに時分割的に弁別することにより、２つの像として取り出すことができる。そして、赤外線マトリクスチャートの像に基づいて、前述したと同様に、原稿の画像についての信号処理を行い、歪みの補正を行う。
【００７３】
前述のように、本実施の形態の画像撮像装置においては、載置台上に載置された被写体の表面形状が平面でない場合においても、この被写体の表面形状が検知されるので、この被写体の表面形状が平面である場合の像に対応する画像信号を得ることができる。
【００７４】
また、この画像撮像装置において、第１の撮像レンズ及び非球面反射ミラーを介して光線パターンが投影されるようにした場合には、載置台上の被写体の像を撮像するための光学系と光線パターンを投影するための光学系とを共用することにより、光学系の構成を簡素化できる。
【００７５】
さらに、この画像撮像装置において、光線パターンを、波長が８００ｎｍ乃至１０００ｎｍの近赤外光が投影されて形成されるものとした場合には、被写体上に投影された光線パターンが肉眼によってほとんど見えることがなく、この光線パターンによって被写体が見づらくなることがない。
【００７６】
そして、この画像撮像装置において、第１の撮像レンズ及び第２の撮像レンズを同一の撮像レンズとし、第１の撮像素子及び第２の撮像素子を同一の撮像素子とし、載置台から撮像素子に至る光路上に可視光用領域及び近赤外光用領域を有するカラーホイールを設置して回転させた場合には、可視光により撮像された被写体の画像において光線パターンが撮像されることがなく、この光線パターンによって被写体の像が見づらくなることがない。
【００７７】
【発明の効果】
本発明は、被写体を斜め上方から撮像する光学系を採用することにより、装置構成の小型化及び被写体に対する直接の加筆や修正を容易としつつ、該被写体の表面形状による撮像画像のうねりや歪みが防止された画像撮像装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像撮像装置の斜め撮像光学系の構成を示す側面図である。
【図２】前記画像撮像装置の構成を示す平面図である。
【図３】前記画像撮像装置であって投影手段を含めた構成を示す側面図である。
【図４】前記画像撮像装置における投影手段のみの構成を示す側面図である。
【図５】前記画像撮像装置であって原稿の表面上に投影された赤外線マトリクスチャートを撮像する手段である赤外線カメラを組み込んだ構成を示す側面図である。
【図６】前記赤外線カメラの構成を示す平面図である。
【図７】前記赤外線カメラが矩形の原稿を撮像している状態を示す平面図である。
【図８】前記赤外線カメラにより撮像された赤外線マトリクスチャートの像を示す正面図である。
【図９】「シャインプルーフの条件」を示す側面図である。
【図１０】前記赤外線カメラにおける撮像倍率を示す側面図である。
【図１１】前記画像撮像装置であって前記赤外線カメラにより撮像される光線の光路をミラーによって折り返した構成を示す側面図である。
【図１２】前記画像撮像装置であって前記赤外線カメラの位置を原稿台に接近させるとともに、この赤外線カメラにより撮像される光線の光路をミラーによって折り返した構成を示す側面図である。
【図１３】前記画像撮像装置であって赤外線カメラを並列に２台設置して構成を示す平面図である。
【図１４】前記画像撮像装置において並列に設置された２台の赤外線カメラと原稿台との関係を示す平面図である。
【図１５】前記画像撮像装置のカラーホイールの構成を示す側面図である。
【図１６】前記画像撮像装置のカラーホイールの構成を示す平面図である。
【図１７】前記画像撮像装置のカラーホイールの構成を示す斜視図である。
【図１８】前記画像撮像装置の撮像素子（ＣＣＤ）の分光感度特性例を示すグラフである。
【図１９】前記画像撮像装置の撮像素子（ＣＭＯＳ）の分光感度特性例を示すグラフである。
【図２０】前記カラーホイールを用いて構成した本発明に係る画像撮像装置の第１の構成を示す側面図である。
【図２１】前記カラーホイールを用いて構成した本発明に係る画像撮像装置の第２の構成を示す側面図である。
【図２２】従来の画像撮像装置において歪みの無い平坦な原稿を撮像している状態を示す側面図である。
【図２３】前記従来の画像撮像装置において歪み、凹凸の有る原稿を撮像している状態を示す側面図である。
【図２４】前記従来の画像撮像装置において歪み、凹凸の有る原稿を撮像して得られた画像を示す正面図である。
【図２５】前記従来の画像撮像装置における画像歪みと原稿浮きの構成を示す側面図である。
【図２６】前記従来の画像撮像装置における画像歪み発生の原理の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１  原稿台
２  原稿
３  非球面ミラー
４  折返しミラー
５  第１の撮像レンズ
６  第１の撮像素子
７  ビームスプリッタプリズム
８  ＬＥＤ光源
９  マトリクスチャートマスク
１０  第２の撮像レンズ
１１  第２の撮像素子
１２  赤外線カメラ
１５  カラーホイール
１６  モータ
１８  可視光用領域
１９  近赤外光用領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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