(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体から入射される光を平行光として出射するフィールドフラット機能を備えている集光光学系と、
互いに直交する二軸を回転中心として二次元方向に傾けることで前記被写体を複数の領域に分割して、該分割された領域の光を偏向する可動ミラーと、
前記可動ミラーが分割した領域の光を二次元固体撮像素子に画像として結像する結像光学系と、
前記結像光学系で結像された各々の前記画像を合成して前記被写体の画像を生成する合成手段と、を具備する画像入力装置。
【請求項２】
二次元固体撮像素子と、
被写体から入射される光を平行光として出射するフィールドフラット機能を備えている集光光学系と、
互いに直交する二軸を回転中心として二次元方向に傾けることで前記被写体を複数の領域に分割して、該分割された領域の光を偏向する可動ミラーと、
前記可動ミラーが分割した領域の光を二次元固体撮像素子に画像として結像する結像光学系とを具備し、
前記可動ミラーと集光光学系とを有し、前記二次元固体撮像素子と結像光学系とを有する撮像ユニットに着脱自在に取り付けられた、被写体が文書画像である場合にその解像度を高めるための部分読取ユニットと、
前記結像光学系で結像された各々の前記画像を合成して前記被写体の画像を生成する合成手段と、を具備する電子カメラ。
【請求項３】
二次元固体撮像素子と、
被写体から入射される光を平行光として出射するフィールドフラット機能を備えている集光光学系と、
互いに直交する二軸を回転中心として二次元方向に傾けることで前記被写体を複数の領域に分割する可動ミラーと、
前記可動ミラーが分割した前記領域の各々を二次元固体撮像素子に結像する結像光学系と、
前記結像光学系で結像された各々の前記画像を合成して前記被写体の画像を生成する合成手段と、をカメラ本体に具備する電子カメラ。
【請求項４】
前記可動ミラーは、互いに直交する二軸を回転中心として二次元方向に回転可能な多数の反射板をマトリックス状に配列してなるマイクロミラーアレイが用いられる請求項２又は３記載の電子カメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像入力方法、画像入力装置、電子カメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、多数の受光素子をマトリックス状に配列した二次元固体撮像素子に被写体の画像を取り込む機器があるが、取り込む画像の解像度は二次元固体撮像素子の画素数によって決まる。しかし、二次元固体撮像素子の単位面積当たりの画素数（受光素子の配列密度に相当）を高めるには限度がある。そこで、二次元固体撮像素子の単位面積当たりの画素数が少なくても取り込む画像の解像度を高めるために、特開昭６３−１９１４８３号公報、特開平６−１４１２２８号公報に記載された提案がなされている。
【０００３】
特開昭６３−１９１４８３号公報に記載された発明では、ｎ×ｍ個の二次元固体撮像素子を互いに近接させて縦横に配置した検知器を設け、この検知器と被写体との間に配置した集光光学系を光軸と直交する二次元方向に回動させることにより、個々の二次元固体撮像素子上に対応するフィールド像を順次結像させて撮像し、撮像された複数のフィールド像を合成して１フレームの画像に復元することにより、実効的に二次元固体撮像素子の画素数をｎ×ｍ倍に増大し、高解像度の画像が得られるようにしている。
【０００４】
特開平６−１４１２２８号公報に記載された発明では、鏡を一走査方向に間欠的に回動させることにより、被写体の画像を部分的に撮像素子に結像して取り込み、このときに、前回取り込んだ画像領域と現在取り込もうとする画像領域をオーバーラップさせ、画像のぶれをぶれ補正回路により補正し、このようにして分割して取り込んだ画像を再構成して被写体全体の画像を高解像度で撮像するようにしている。また、同公報には、文書画像を分割して読み取る場合に、撮像素子と集光光学系とよりなる電子カメラを固定し、ステージで文書を二次元の平面方向に移動させる内容も記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６３−１９１４８３号公報に記載された発明は、複数の二次元固体撮像素子を用いているので撮像面の面積が増大し、装置が大型化する。また、分割撮影される各画像が隣接部分で連続して繋がるように撮影するには集光光学系を非常に高い精度で移動させる必要があるため、装置が複雑化しコストが高くなる。さらに、電子カメラを手持ちで撮影すると電子カメラが移動することがあり、分割して取り込んだ各画像が繋がらないことがある。
【０００６】
特開平６−１４１２２８号公報に記載された発明は、遠方にある被写体を撮影する場合には特に問題はないが、鏡を回動させて文書画像を分割して撮影する場合には、鏡の走査角が増加するに従い焦点ボケ、画像の歪みが発生するため解像度が悪くなる。また、前述のように電子カメラを固定しステージで文書を移動させることも行われているが、文書の移動範囲が大きいためステージが大きくなり、装置全体が大型化する。
【０００７】
現在普及しているパーソナルコンピュータ等で表示される画面の画素数は、通常、６４０×４８０〜１２８０×１０２４であり、総画素数としては３０万以上であり、高画素でも１３０万程度である。一方、文書画像としては、Ａ４版を例にすると、３００ｄｐｉの場合には約８７０万画素、４００ｄｐｉの場合には約１５５０万画素におよぶ。この画素数は通常の電子カメラの画素数をはるかに越えるもので、通常の電子カメラでは一般的な被写体は取り込めても文書画像を高解像度で取り込むことはできない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の画像入力装置は、被写体から入射される光を平行光として出射するフィールドフラット機能を備えている集光光学系と、互いに直交する二軸を回転中心として二次元方向に傾けることで前記被写体を複数の領域に分割して、該分割された領域の光を偏向する可動ミラーと、前記可動ミラーが分割した領域の光を二次元固体撮像素子に画像として結像する結像光学系と、前記結像光学系で結像された各々の前記画像を合成して前記被写体の画像を生成する合成手段と、を具備する。
【０００９】
したがって、可動ミラーを二次元方向に回動させることにより、分割して取り込む被写体の画像領域を二次元固体撮像素子の画素数に合わせて設定することが可能となる。このようにして分割して取り込まれた画像は合成手段により一枚の画像として合成される。この場合、被写体に対して可動ミラーが大きく傾いても、被写体からの画像が集光光学系により可動ミラーに集光される。
【００１０】
請求項２記載の電子カメラは、二次元固体撮像素子と、被写体から入射される光を平行光として出射するフィールドフラット機能を備えている集光光学系と、互いに直交する二軸を回転中心として二次元方向に傾けることで前記被写体を複数の領域に分割して、該分割された領域の光を偏向する可動ミラーと、前記可動ミラーが分割した領域の光を二次元固体撮像素子に画像として結像する結像光学系とを具備し、前記可動ミラーと集光光学系とを有し、前記二次元固体撮像素子と結像光学系とを有する撮像ユニットに着脱自在に取り付けられた、被写体が文書画像である場合にその解像度を高めるための部分読取ユニットと、前記結像光学系で結像された各々の前記画像を合成して前記被写体の画像を生成する合成手段と、を具備する。
【００１１】
したがって、可動ミラーを二次元方向に回動させることにより、分割して取り込む被写体の画像領域を二次元固体撮像素子の画素数に合わせて設定することが可能となる。このようにして分割して取り込まれた画像は合成手段により一枚の画像として合成される。この場合、被写体に対して可動ミラーが大きく傾いても、被写体からの画像が集光光学系により可動ミラーに集光される。さらに、遠方の被写体を撮影する場合には、文書画像を取り込む場合ほど高解像度を必要としないため、部分読取ユニットを撮像ユニットから外し、操作性を向上させることが可能となる。
【００１２】
請求項３記載の電子カメラは、二次元固体撮像素子と、被写体から入射される光を平行光として出射するフィールドフラット機能を備えている集光光学系と、互いに直交する二軸を回転中心として二次元方向に傾けることで前記被写体を複数の領域に分割する可動ミラーと、前記可動ミラーが分割した前記領域の各々を二次元固体撮像素子に結像する結像光学系と、前記結像光学系で結像された各々の前記画像を合成して前記被写体の画像を生成する合成手段と、をカメラ本体に具備する。
【００１３】
したがって、可動ミラーを二次元方向に回動させることにより、分割して取り込む被写体の画像領域を二次元固体撮像素子の画素数に合わせて設定することが可能となる。このようにして分割して取り込まれた画像は合成手段により一枚の画像として合成される。この場合、被写体に対して可動ミラーが大きく傾いても、被写体からの画像が集光光学系により可動ミラーに集光される。さらに、全ての構成部品がカメラ本体に組み込まれるため、電子カメラの構成を簡略化することが可能となる。
【００１４】
請求項４記載の電子カメラは、請求項２又は３記載の発明において、前記可動ミラーは、互いに直交する二軸を回転中心として二次元方向に回転可能な多数の反射板をマトリックス状に配列してなるマイクロミラーアレイが用いられる。
【００１５】
したがって、被写体の画像領域を変更するときにマイクロミラーアレイ全体を変位させる必要がないため、小さな設置スペースにマイクロミラーアレイを設置することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の第一の形態を図１ないし図４に基づいて説明する。まず、図１に画像入力装置１の構成を示す。この画像入力装置１は、多数の受光素子（図示せず）をマトリックス状に配列した二次元固体撮像素子２と、この二次元固体撮像素子２の受光面に対向する結像光学系（レンズ）３と、互いに直交する二軸を回転中心として二次元方向に傾けることで被写体４の縦横に分割された画像を偏向して結像光学系３に入射する可動ミラー５と、被写体の画像を集光して可動ミラー５の入射面に向けて出射する集光光学系（レンズ）６と、この集光光学系６と可動ミラー５と結像光学系３とを介して順次二次元固体撮像素子２に結像された被写体４の分割された分割画像を接続して一枚の画像に合成する合成手段（図示せず）とを具備する。
【００２１】
この場合、可動ミラー５の回動方向は、図３及び図４に示す矢印方向及びこの矢印と直交する方向である。この例では一つの可動ミラー５を二次元方向に回動させているが、互いに直交する一方向にのみ回動する二つの可動ミラーを組み合わせる構成を用いてもよい。
【００２２】
次に、このような画像入力装置１を用いて被写体４の画像を取り込む画像入力方法について説明する。この例における被写体４は、机上の文書画像である。観測視野中の被写体４と結像光学系３との間に配設された可動ミラー５を互いに直交する二軸を回転中心として二次元方向に傾ける度に可動ミラー５により偏向された被写体４の縦横に分割された画像を順次結像光学系３により二次元固体撮像素子２に結像する動作を複数回繰り返す。
【００２３】
図２は、被写体（文書）４を▲１▼▲２▼▲３▼▲４▼の四つの画像領域に分割して画像を取り込むようにし、また、一回に取り込む画像領域を前回取り込んだ画像領域の周囲にオーバーラップさせる大きさに定めた例である
具体的には、図３に矢印で示すように、可動ミラー５を時計方向に回動させて画像領域▲１▼の画像を取り込み、図４に矢印で示すように、可動ミラー５を反時計方向に回動させて画像領域▲２▼の画像を取り込む。画像領域▲３▼▲４▼の画像を取り込むときは、可動ミラー５を図３及び図４に示す矢印方向と直交する方向に回動させる。
【００２４】
このように、可動ミラー５を二次元方向に回動させることにより、分割して取り込む被写体４の画像領域▲１▼▲２▼▲３▼▲４▼を二次元固体撮像素子２の画素数に合わせて設定することが可能となる。このようにして分割して取り込まれた画像は一つの二次元固体撮像素子２が有する画素でも従来より高い解像度をもち、この分割して取り込まれた画像を一枚の画像として合成することにより、文書画像の場合でも解像度を高めることができる。この例では画像領域を▲１▼▲２▼▲３▼▲４▼の四分割にしたので、一枚の文書画像を二次元固体撮像素子２の画素数の４倍の高解像度で取り込むことができる。
【００２５】
また、集光光学系６に画像を平坦化するフィールドフラット機能をもたせておくことにより、被写体４に対して可動ミラー５が大きく傾いても、取り込む画像の周辺部において、歪みや焦点ボケの発生を防止できる。
【００２６】
また、図２に示すように、一回に取り込む▲１▼▲２▼▲３▼▲４▼の画像領域の大きさを、前回取り込んだ画像領域の周囲にオーバーラップさせる大きさに定めたので、一回に取り込む画像領域を精緻に設定する必要がなく、これにより、可動ミラー５の移動量を高精度で制御する必要性がない。これにより、制御系の構成を簡略化することができる。オーバーラップして取り込んだ画像を合成する方法としては、オーバーラップされた画像領域の中に特長点を抽出して特定し、この特定した部分を目印にして分割画像を接続する。
【００２７】
次に、本発明の実施の第二の形態を図５及び図６に基づいて説明する。本実施の形態は、前実施の形態における画像入力装置１の構成を電子カメラに応用した例であるので、画像入力装置１と同一部分は同一符号を用い説明も省略する。
【００２８】
図５に示す電子カメラ７は、撮像ユニット８と部分読取ユニット９と分割された分割画像を接続して一枚の画像に合成する合成手段（図示せず）とを有する。撮像ユニット８は、本体ケース１０に二次元固体撮像素子２と結像光学系３とを有し、部分読取ユニット９は、ユニットケース１１に可動ミラー５と集光光学系６とを有する。二次元固体撮像素子２、結像光学系３、可動ミラー５、集光光学系６の特性は前実施の形態の場合と同様である。
【００２９】
このような電子カメラ７では、文書画像を取り込む場合には、図５に示すように、集光光学系６を文書としての被写体４に向け、前述のように可動ミラー５の向きを変えて画像領域毎に分割した分割画像を取り込み、この分割して取り込んだ画像を一枚の画像として合成する。
【００３０】
この場合、本体ケース１０に対して部分読取ユニット９のユニットケース１１が着脱自在に取り付けられているため、図６に示すように、遠方の被写体１２を撮影する場合には、文書画像を取り込む場合ほど高解像度を必要としないため、部分読取ユニット９のユニットケース１１を撮像ユニット８の本体ケース１０から外し、操作性を向上させることができる。
【００３１】
次に、本発明の実施の第三の形態を図７ないし図１１に基づいて説明する。本実施の形態も、前実施の形態における画像入力装置１の構成を電子カメラに応用した例であるので、画像入力装置１と同一部分は同一符号を用い説明も省略する。
【００３２】
図７に示す電子カメラ１３は、カメラ本体１４に、二次元固体撮像素子２と、結像光学系３と、可動ミラーとしてのマイクロミラーアレイ１５と集光光学系１６と、分割された分割画像を接続して一枚の画像に合成する合成手段（図示せず）とを具備する。マイクロミラーアレイ１５は、図８に示すように、それぞれマトリックス状に配列された多数の反射板１７を有する。このマイクロミラーアレイ１５は、裏面に配列されたマトリクス電極（図示せず）を備え、このマトリクス電極に印加する電圧の大きさ及び極性を変えることにより、多数の反射板１７を一斉に同期させて前述した可動ミラー５と同様に二次元方向に回動させるように構成されている。また、集光光学系１６は、入射した画像をマイクロミラーアレイ１５に集光する機能の他に、被写体４又は１２の一点から拡散されて入射される光を平行光として出射するフィールドフラット機能を備えている。
【００３３】
このような電子カメラ１３では、遠方の被写体１２の画像も、文書としての被写体４の画像も取り込むことができる。図７に示すように、遠方の画像を取り込むときは、マイクロミラーアレイ１５の反射板１７の向きを固定し、被写体１２の画像を分割することなく一度に取り込んでもよく、また、反射板１７を回動させて被写体１２の画像を分割して取り込んでもよい。
【００３４】
次に、マイクロミラーアレイ１５の反射板１７の向きを変えて画像を分割して取り込む操作を、文書画像取り込み操作を例として説明する。文書画像を取り込むときは、画像領域▲１▼（図２参照）の画像を二次元固体撮像素子２に入射する方向にマイクロミラーアレイ１５の反射板１７を回動させることとにより、図９に示すように画像領域▲１▼の画像を取り込み、画像領域▲２▼（図２参照）の画像を二次元固体撮像素子２に入射する方向にマイクロミラーアレイ１５の反射板１７を回動させることとにより、図１０に示すように画像領域▲２▼の画像を取り込む。画像領域▲３▼▲４▼（図２参照）の画像を取り込むときは、画像領域▲３▼▲４▼の画像を二次元固体撮像素子２に入射する方向に反射板１７を回動させる。
【００３５】
この場合、図１１に示すように、被写体４の例えばＢ点（Ａ点からＣ点に至る他の任意の点も同様）からの反射光（画像）が拡散されて集光光学系１６に入射されるが、その光はフィールドフラット機能を備えた集光光学系１６により平行光としてマイクロミラーアレイ１５に入射することができるので、Ｂ点の画像を結像光学系３により二次元固体撮像素子２の一点に結像することができる。これにより、可動ミラーとしてマイクロミラーアレイ１５を用いた場合でも、被写体４の画像を精緻に取り込むことができる。
【００３６】
このように、被写体４の画像領域を変更するときに反射板１７を回動させることによりマイクロミラーアレイ１５全体を回動させる必要がなく、これにより小さな設置スペースにマイクロミラーアレイ１５を設置することができ、電子カメラ１３の構造を小型化することができる。
【００３７】
また、全ての構成部品（二次元固体撮像素子２、結像光学系３、マイクロミラーアレイ１５、集光光学系１６、合成手段がカメラ本体１４に組み込まれるため、電子カメラ１３の構成を簡略化することができる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１記載の画像入力装置は、被写体から入射される光を平行光として出射するフィールドフラット機能を備えている集光光学系と、互いに直交する二軸を回転中心として二次元方向に傾けることで前記被写体を複数の領域に分割して、該分割された領域の光を偏向する可動ミラーと、前記可動ミラーが分割した領域の光を二次元固体撮像素子に画像として結像する結像光学系と、前記結像光学系で結像された各々の前記画像を合成して前記被写体の画像を生成する合成手段と、を具備するので、可動ミラーを二次元方向に回動させることにより、分割して取り込む被写体の画像領域を二次元固体撮像素子の画素数に合わせて設定することができる。このようにして分割して取り込まれた画像は合成手段により一枚の画像として合成されため、文書画像の場合でも二次元固体撮像素子の画素数を増やすことなく解像度を高めることができる。さらに、集光光学系に画像を平坦化するフィールドフラット機能をもたせておくことにより、被写体に対して可動ミラーが大きく傾いても、取り込む画像の周辺部における歪みや焦点ボケの発生を防止できる。
【００３９】
請求項２記載の電子カメラは、二次元固体撮像素子と、被写体から入射される光を平行光として出射するフィールドフラット機能を備えている集光光学系と、互いに直交する二軸を回転中心として二次元方向に傾けることで前記被写体を複数の領域に分割して、該分割された領域の光を偏向する可動ミラーと、前記可動ミラーが分割した領域の光を二次元固体撮像素子に画像として結像する結像光学系とを具備し、前記可動ミラーと集光光学系とを有し、前記二次元固体撮像素子と結像光学系とを有する撮像ユニットに着脱自在に取り付けられた、被写体が文書画像である場合にその解像度を高めるための部分読取ユニットと、前記結像光学系で結像された各々の前記画像を合成して前記被写体の画像を生成する合成手段と、を具備するので、可動ミラーを二次元方向に回動させることにより、分割して取り込む被写体の画像領域を二次元固体撮像素子の画素数に合わせて設定することができる。このようにして分割して取り込まれた画像は合成手段により一枚の画像として合成されるため、文書画像の場合でも二次元固体撮像素子の画素数を増やすことなく解像度を高めることができる。さらに、被写体の画像を分割して取り込む場合に集光光学系に画像を平坦化するフィールドフラット機能をもたせておくことにより、被写体に対して可動ミラーが大きくて傾いても、取り込む画像の周辺部における歪みや焦点ボケの発生を防止することができる。さらに、遠方の被写体を撮影する場合には、文書画像を取り込む場合ほど高解像度を必要としないため、部分読取ユニットを撮像ユニットから外し、操作性を向上させることが可能となる。
るときにマイクロミラーアレイ全体を変位させる必要がないため、スペースにマイクロミラーアレイの設置スペースを小さくして電子カメラの小型化に寄与することができる。
【００４０】
請求項３記載の電子カメラは、二次元固体撮像素子と、被写体から入射される光を平行光として出射するフィールドフラット機能を備えている集光光学系と、互いに直交する二軸を回転中心として二次元方向に傾けることで前記被写体を複数の領域に分割する可動ミラーと、前記可動ミラーが分割した前記領域の各々を二次元固体撮像素子に結像する結像光学系と、前記結像光学系で結像された各々の前記画像を合成して前記被写体の画像を生成する合成手段と、をカメラ本体に具備するので、可動ミラーを二次元方向に回動させることにより、分割して取り込む被写体の画像領域を二次元固体撮像素子の画素数に合わせて設定することができる。このようにして分割して取り込まれた画像は合成手段により一枚の画像として合成されるため、文書画像の場合でも二次元固体撮像素子の画素数を増やすことなく解像度を高めることができる。さらに、被写体の画像を分割して取り込む場合に被写体に対する可動ミラーの傾きが大きくても、被写体からの画像が集光光学系により可動ミラーに集光されるため、取り込む画像の周辺部における歪みや焦点ボケの発生を防止することができる。さらに、全ての構成部品が本体ケースに組み込まれるため、電子カメラの構成を簡略化することが可能となる。
【００４１】
請求項４記載の電子カメラは、請求項２又は３記載の発明において、前記可動ミラーは、互いに直交する二軸を回転中心として二次元方向に回転可能な多数の反射板をマトリックス状に配列してなるマイクロミラーアレイが用いられるので、被写体の画像領域を変更するときにマイクロミラーアレイ全体を変位させる必要がないため、スペースにマイクロミラーアレイの設置スペースを小さくして電子カメラの小型化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第一の形態における画像入力装置の構成を示す説明図である。
【図２】文書画像と、その文書画像を分割して取り込むための分割領域との関係を示す説明図である。
【図３】被写体の一つの分割領域の画像を取り込む状態を示す説明図である。
【図４】被写体の他の分割領域の画像を取り込む状態を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の第二の形態における電子カメラの構成を示す説明図である。
【図６】部分読取ユニットを外して遠方の被写体を撮影する状態を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の第三の形態における電子カメラの構成を示す説明図である。
【図８】マイクロミラーアレイの斜視図である。
【図９】被写体の一つの分割領域の画像を取り込む状態を示す説明図である。
【図１０】被写体の他の分割領域の画像を取り込む状態を示す説明図である。
【図１１】集光光学系の集光作用を示す説明図である。
【符号の説明】
２  二次元固体撮像素子
３  結像光学系
４  被写体
５  可動ミラー
６  集光光学系
８  撮像ユニット
９  部分読取ユニット
１２  被写体
１４  本体ケース
１５  可動ミラー、マイクロミラーアレイ
１６  集光光学系
１７  反射板
【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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