JP2013214917A

JP2013214917A - 読取装置

Info

Publication number: JP2013214917A
Application number: JP2012085197A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kurumisawa; 孝胡桃澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2013-10-17

Abstract

【課題】読取対象物に対する読取手段の位置調整を簡単に行うことができ、高い分解能が要求される装置にも適用可能な技術を提供する。
【解決手段】略水平面に載置された読取対象物の上方から、読取対象物を光学的に読み取る読取手段と、読取対象部の上方で、読取対象物に対して接近および離間する方向に位置調整可能に読取手段を支持する支持手段と、支持手段により読取手段と一体的に支持されて、読取対象物の載置面に向けて可視光線の光ビームを照射する照射手段と、支持手段により照射手段と一体的に支持されて、読取手段により読み取り可能な読取可能範囲の周縁に沿って照射手段からの光ビームを走査する走査手段とを備える読取装置である。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば書画カメラのように、読取対象物の上方に位置決めした読取手段で読取対象物を光学的に読み取る読取装置に関するものである。

書物や図版、美術作品などの読取対象物を高い分解能で読み取ってデータ化するための装置として、例えば書画カメラが実用化されている。このような装置においては、水平面に載置した読取対象物の上方離間位置に読取手段を設け、該読取手段により読取対象物の像を光学的に読み取っている。この構成では、原稿台に密着させた原稿をＣＩＳ（Contact Image Sensor；コンタクトイメージセンサー）により読み取るフラットベッド型のスキャナーと異なり、上下方向に凹凸のある読取対象物についてもある程度高精細に読み取り可能である。またこのことを積極的に利用し、読み取ったデータを補正して読取対象物をより立体的にデータ化する立体物スキャナー装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２７０５８０号公報（例えば、図９）

この種の読取装置では、読取対象物に対する読取手段の位置を適宜に設定する必要があり、現在の読取手段の設定位置で読取対象物のどの部分が読み取り可能であるかを簡単に確認することができると便宜である。上記した従来技術では、ＣＣＤカメラの出力をビデオ信号として取り出しているため、例えば撮像状態を画面表示させることでリアルタイムに確認することが可能である。一方、例えば学術目的等でより高分解能の読み取りが求められる読取装置もあり、このような目的のためには読取対象物の読み取りにより多くの時間をかける必要がある。そのため、上記従来技術のようにリアルタイムで読み取り結果を確認することができない場合がある。また、読み取り結果を確認するためには読取手段や読取対象物から一時的に目を離す必要があり、精密な位置合わせを行うための手間が煩雑となる。

このように、高い分解能での読み取りが求められる読取装置において、読取対象物に対する読取手段の位置合わせを簡単に行うことができる技術が要望されるが、そのような技術はこれまで確立されるに至っていなかった。

この発明にかかるいくつかの態様は、上記課題を解決して、読取対象物に対する読取手段の位置調整を簡単に行うことができ、しかも高い分解能が要求される装置にも適用可能な技術を提供するものである。

この発明の一の態様は、略水平面に載置された読取対象物の上方から、前記読取対象物を光学的に読み取る読取手段と、前記読取対象部の上方で、前記読取対象物に対して接近および離間する方向に位置調整可能に前記読取手段を支持する支持手段と、前記支持手段により前記読取手段と一体的に支持されて、前記読取対象物の載置面に向けて可視光線の光ビームを照射する照射手段と、前記支持手段により前記照射手段と一体的に支持されて、前記読取手段により読み取り可能な読取可能範囲の周縁に沿って前記照射手段からの前記光ビームを走査する走査手段とを備えることを特徴とする読取装置である。

このように構成された発明では、走査手段により走査される可視光ビームが読取対象物の載置面に描く軌跡が、読取手段により読み取りが可能な範囲とその範囲外との境界を明示することとなる。また、照射手段および走査手段が読取手段と一体的に支持されており、読取対象物に対する読取手段の位置が変更されると、照射手段および走査手段もこれに追随して位置が変更される。特に、読取手段の高さ方向の位置が変わって読取可能範囲の大きさが変わっても、読取対象物の上方から載置面に向けて、しかも読取可能範囲の周縁に沿って光ビームが走査されているため、光ビームの軌跡により表示される範囲は読取可能範囲の拡大・縮小に応じて自動的に変化する。つまり、読取手段の高さによらず、常にその高さに応じた読取可能範囲が表示され、しかもそのために何らかの調整動作を行う必要がない。

したがってユーザーは、表示された読取可能範囲に対する読取対象物の位置を簡単に調整することができる。そして、このような範囲の表示は読取手段の作動によらず実行可能であるため、例えば読み取りに長い時間を要する高分解能の読取手段を備える読取装置にも、本発明を適用可能である。

ここで例えば、照射手段と載置面との間の任意の高さに仮想的な水平面を想定したとき、該仮想水平面における読取可能範囲の周縁と光ビームの軌跡が略一致するように、走査手段により光ビームが走査されるようにするのが好ましい。こうすることで、載置面に対する照射手段の高さを任意に設定した場合でもその高さでの読取可能範囲が載置面に示されることとなり、ユーザーは読取対象物に対する読取手段の水平方向位置および高さを簡単に調整することが可能となる。

特に、照射手段から離れるほど、仮想水平面のうち光ビームの軌跡によって囲まれる領域の面積が大きくなるようにすると、読取対象物に近づくほど読取範囲が狭くなり、離れるほど読取範囲が広がるような読取手段の高さに追随して、任意の高さでの読取可能範囲を表示させることが可能である。

これらの発明においては、例えば読取手段は、読取対象物からの光を受光してその受光量に応じた電気信号を出力する受光部と、受光部に読取対象物の像を結像させる結像光学系と、結像光学系の画角を変化させるズーム機構とを有し、走査手段は、結像光学系の画角に応じて光ビームの走査範囲を変化させるようにしてもよい。このような構成を有する読取手段では、その位置を変更しなくても結像光学系の画角を制御してズーム調整を行うことができ、これに伴って読取可能範囲も変化する。そこで、結像光学系の画角に応じて光ビームの走査範囲を変化させることで、ズーム調整が行われた場合でもそれに追随して読取可能範囲の表示サイズを変更することが可能である。

このような光ビームの走査を可能とする走査手段の具体的な構成としては、例えば、照射手段からの光ビームをラスター走査するラスター走査部と、ラスター走査部により走査される光ビームのうち読取可能範囲の内部に向かう光ビームを遮蔽するマスク部とを有するものとすることができる。こうすることで、マスク部を通過した光ビームの軌跡によって読取可能範囲とその外側の領域との境界を示すことができる。

この場合、例えばラスター走査部とマスク部との距離が変更可能であるようにしてもよい。こうすることで、マスク部を通過する光ビームの広がり角を変化させることができ、光ビームの軌跡が描く図形の大きさを変えることができる。特に、上記のように読取手段がズーム機構を有する場合、画角の変化に対応する光ビームの走査範囲の変更を、ラスター走査部とマスク部との距離調整によって実現することができる。

また走査手段の他の態様としては、例えば、所定の揺動軸周りに揺動する揺動ミラーを少なくとも１つ有し、該揺動ミラーにより光ビームの方向を変化させることで光ビームを走査するようにしてもよい。こうすることで、載置面あるいは載置面と走査手段との間の任意の水平面（以下、「載置面等」という）上において、光ビームの照射位置を水平方向に変化させることができる。この光ビームの軌跡によって読取可能範囲を示すことができる。

この場合、例えば揺動ミラーの揺動範囲が変更可能であるようにしてもよい。揺動ミラーの揺動範囲を変化させることで載置面等における光ビームの走査範囲を変化させることができるので、これを画角の変化に対応する光ビームの走査範囲の変更に利用することが可能となる。

さらにこの場合、走査手段は、第１の揺動軸周りに揺動する第１の揺動ミラーに照射手段からの光ビームを入射させ、その反射光を第１の揺動軸に直交する第２の揺動軸周りに揺動する第２の揺動ミラーに入射させ、その反射光を載置面に向けて出射するようにしてもよい。このようにすると、２つのミラーの揺動の態様を適宜に組み合わせることで、載置面等に光ビームの軌跡による種々の形状の２次元図形を描画することが可能である。したがって、読取可能範囲を適切に示すような（例えば矩形に）光ビームの軌跡を描くことができる。

また、この発明にかかる読取装置では、例えば、照射手段と、該照射手段からの光ビームを一軸方向に走査する走査手段との組を４組有し、各組のそれぞれによって１辺ずつを形成させて、載置面における前記光ビームの軌跡を矩形とするようにしてもよい。読取可能範囲は通常矩形であるから、一軸方向に光ビームを走査する機構を４組設けて光ビームの軌跡が描く図形を矩形とすることができる。光ビームを一軸方向に走査するための機構は比較的単純な構造で実現可能であるので、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。また、例えば結像光学系の周囲を取り囲むようにこれら４組の機構を配置することで、結像光学系との位置の干渉を回避しながら、読取手段の視野の広がりと光ビームの広がりとを高い精度で一致させることが可能となる。

また走査手段のさらに別の態様は、例えば、照射手段からの光ビームを導光して先端部から出射する導光部材を有し、該動向部材の先端部の方向を変化させることで光ビームを走査するものであってもよい。このような構成によっても、読取可能範囲を示す図形を光ビームの軌跡によって表示することができる。

また、この発明にかかる読取装置では、照射手段は、読取手段による読取対象物の読み取り時には光ビームを消灯することが好ましい。こうすることで、読み取り結果に光ビームの影響が及ぶのを防止することができる。

また例えば、照射手段が、読取手段に対して着脱自在となっていてもよい。本発明の照射手段としては、例えばレーザーポインターとして市販されている光学製品を好適に適用することが可能である。言い換えれば、照射手段を読取手段に対して着脱自在とすることで、装着時には本発明の照射手段として、また取り外し時にはこれをレーザーポインターとして使用することが可能となる。

本発明にかかる読取装置の一実施形態を示す図。読取ヘッドの第１の構成例を示す図。読取ヘッドの高さと走査光ビームの広がりとの関係を示す図。ズーム調整による画角と走査光ビームの広がりとの関係を示す図。この読取装置における読み取り動作の概略を示すフローチャート。読取ヘッドの第２の構成例を示す図。読取ヘッドの第３の構成例を示す図。読取ヘッドの第４の構成例を示す図。

図１は本発明にかかる読取装置の一実施形態を示す図である。この読取装置１は、上面１０１が略水平面となったステージ１０に載置された平面原稿または立体物を読取対象物として光学的に読み取る立体物スキャナー装置として機能するものである。読取装置１は、この装置の台座としても機能するステージ１０と、ステージ１０の外周部から上方に向けて立設された多関節ブーム２０と、該多関節ブーム２０の先端に取り付けられた読取ヘッド３０とを備えている。図に矢印で示すように、多関節ブーム２０は幾つかの関節部分およびステージ１０への取り付け部分で回動自在となっており、これにより、ステージ１０に対する読取ヘッド３０の位置（水平位置および高さ）を任意に設定することができる。すなわち、読取ヘッド３０は、ステージ１０に対して移動自在に多関節ブーム２０により支持されている。

この明細書では、図１に示すように、Ｘ−Ｙ平面を水平面とし、Ｚ方向を鉛直上向きとするように、Ｘ、Ｙ、Ｚ各座標軸を設定する。

読取ヘッド３０は、多関節ブーム２０に支持された筐体３１と、その下面に取り付けられた撮像部３２と、筐体３１の上面に装着されたレーザー光源ユニット３３とを備えている。撮像部３２は、略鉛直下向きの光軸を有し、ステージ１０の上面（載置面１０１）に載置された読取対象物の光学像を電気信号に変換してデータ化する。レーザー光源ユニット３３から出射される可視レーザー光は筐体３１下部の撮像部３２の周囲からステージ１０に向けて照射される。より詳しくは、レーザー光源ユニット３３から出射されるレーザー光はＸ方向およびＹ方向に走査されてその出射方向が周期的に変更されており、こうして走査されるレーザー光の軌跡（載置面１０１およびその上部に示した点線）は載置面１０１から読取ヘッド３０までの任意の高さの水平面において矩形を描き、それによって、載置面１０１における撮像部３２の撮像可能範囲の外縁（枠）が示される。

レーザー光が走査されることで載置面１０１に描かれる軌跡が、撮像部３２によって撮像可能な範囲を示す枠となることから、以下ではこのレーザー光ビームを「ガイドビーム」と称することがある。

載置面１０１に描かれるレーザー光の軌跡よりも内部にある読取対象物が、撮像部３２により読み取られる。レーザー光の軌跡が載置面１０１に載置された読取対象物上を通っているとき、その軌跡よりも外側の領域については読み取りが行われない。なお、走査レーザー光の軌跡により描かれる矩形の枠は、厳密に撮像可能範囲と一致している必要はなく、例えば数ｍｍ程度のずれはあっても実用上問題ない。

これにより、ユーザーは載置面１０１に載置した読取対象物（例えば平面原稿、開かれた書物など）のどの部分が読取ヘッド３０による撮像範囲に含まれるかを、ガイドビームにより直感的に把握することができる。したがって、こうして示される撮像可能範囲の枠を確認しながら、必要な部分を読み取るために読取対象物と読取ヘッド３０との位置調整を簡単に行うことが可能である。

撮像部３２による撮像可能範囲（視野）はステージ１０との距離が近いほど狭く、遠くなるほど広くなる。光ビームは、このような視野の広がりに応じて、つまり視野と視野外との境界に沿って下方ほど広がるように走査されている。このため、撮像部３２とステージ１０との間の任意の高さの水平面上に光ビームが描く軌跡は常に、当該水平面上における撮像部３２の撮像可能範囲を示している。

このような光ビームの広がりにより、ステージ１０に対して読取ヘッド３０を接近させると光ビームの軌跡が載置面１０１に描く矩形の大きさは小さくなり、ステージ１０から読取ヘッド３０を離間させると該矩形は大きくなるが、いずれの場合でもその矩形はその時点での撮像部３２の載置面１０１における撮像可能範囲を表している。

つまり、ステージ１０に対して読取ヘッド３０を上げ下げした場合、載置面１０１上での撮像可能範囲の拡大・縮小に応じて光ビームが描く矩形の枠も自動的に拡大・縮小される。そのため、ユーザーは読取ヘッド３０を動かすことによって刻々と位置および大きさが変わる撮像可能範囲を常に確認しながら、優れた作業性で位置調整作業を行うことができる。

撮像部３２が例えばビデオカメラで使用されるＣＣＤ（Charge Coupled Device；電荷結合素子）のような撮像素子を用いたものである場合、その信号出力を別途設けたモニター画面に表示させることで、撮像範囲をリアルタイムに確認することは可能である。しかしながら、ユーザーは読取対象物とモニター画面とを交互に見ながら位置調整作業を行う必要があり、作業が煩雑になるという問題がある。

また、例えば貴重な文献資料や美術作品をデータ化するといった学術目的で使用される読取装置では、このようなビデオカメラ用の撮像素子ではスキャナー装置として必要十分な分解能が得られないことがあり得る。そのような目的のためには、より高い分解能を有するリニアイメージセンサーを読取対象物に対して走査移動させることで２次元画像を得る撮像方式や、単色用のイメージセンサーに色フィルター等を組み合わせてＲＧＢ各色成分を個別に読み取る撮像方式、また撮像素子の位置を変えながら複数回に分けて撮像を行う撮像方式などを適用することができる。

本実施形態の撮像部３２としては上記したいずれの撮像方式も適用可能であり、使用目的に応じた方式が選択されればよい。それらの撮像方式の中には、上記したようなモニター画面での確認が原理上不可能なものも含まれるが、本実施形態のようにガイドビームの軌跡によって撮像範囲を示す方法は、撮像方式に関わらず適用可能である。

次に、上記のような走査光ビームによる撮像範囲の表示を可能とするための読取ヘッド３０の構成例およびそれを用いた読取手順などについて、順次説明する。

図２は読取ヘッドの第１の構成例を示す図である。図２に示すように、読取ヘッド３０は撮像部３２、レーザー光源ユニット３３、ビーム走査部３４およびこれらを制御する制御部３５を備えている。撮像部３２は読取ヘッド３０の下部に配置されており、受光面に入射する光量に応じた電気信号を出力することで光学像を撮像する撮像素子３２１と、載置面１０１に載置された読取対象物の光学像を撮像素子３２１の下向きの受光面に結像させる結像光学系３２２とを備えている。結像光学系３２２は、光軸が略鉛直下向きに合わせられており、制御部３５のズーム制御機構３５５によりフォーカス調整および画角を増減させるズーム調整を行うことが可能となっている。

撮像素子３２１は制御部３５の撮像制御部３５４と接続されており、撮像制御部３５４は撮像素子３２１を制御して撮像動作を実行したり、撮像素子３２１により撮像された画像データに所定の画像処理を施して、図示を省略するインターフェース部を介して外部装置に出力する。撮像素子３２１としては、上記した種々の撮像方式のものを適用可能である。

一方、読取ヘッド３０の上部にはレーザー光源ユニット３３が設けられている。レーザー光源ユニット３３は内部に例えばレーザーダイオードからなるレーザー光源３３１を有する筒状体であり、読取ヘッド３０に対して着脱自在に装着されている。レーザー光源ユニット３３は、読取ヘッド３０から取り外された状態では、この読取装置１とは独立に市販のレーザーポインターと同様の使い方ができるものである。レーザー光源ユニット３３が読取ヘッド３０に装着された状態では、レーザー光源３３１は制御部３５の光源駆動部３５１によってオン・オフ駆動される。

レーザー光源ユニット３３から出射される可視（例えば赤色）レーザー光ビームＬは、ビーム走査部３４に入射する。より詳しくは、ビーム走査部３４に設けられた固定ミラー３４１に入射する。固定ミラー３４１で反射された光ビームはさらに揺動ミラー３４２に入射する。揺動ミラー３４２は、それぞれＸ軸、Ｙ軸に平行な揺動軸Ａ１，Ａ２周りに揺動自在に支持された二軸揺動ミラーであり、制御部３５のミラー揺動機構３５２によってこれら２つの揺動軸周りに揺動駆動される。

これにより、揺動ミラー３４２に入射し反射される光ビームは揺動ミラー３４２の揺動により、鉛直下向き、つまり（−Ｚ）方向を中心としてＸ方向およびＹ方向にその方向を刻々と変化させる。揺動ミラー３４２の下方で撮像部３２の上方位置には、略矩形のスリットＳが設けられたマスク３４３が略水平に配置されている。揺動ミラー３４２からの反射光はこのマスク３４３に入射する。

すなわち、揺動ミラー３４２で反射された光ビームはマスク３４３上においてＸ方向およびＹ方向にラスター走査される。言い換えれば、そのように揺動ミラー３４２がミラー揺動機構３５２によって制御されている。また、詳しくは後述するが、マスク３４２は制御部３５のマスク昇降機構３５３により、所定の範囲で昇降可能となっている。

ラスター走査される光ビームがマスク３４３の上面（マスク面）に入射したとき、該光はマスク３４３によって遮蔽される。一方、光ビームがスリットＳに入射すると、マスク３４３を通過してさらに下方へ進み、最終的にはステージ１０の上面（載置面１０１）に到達する。スリットＳが略矩形に仕上げられているため、載置面１０１上ではスリットＳの形状が投影された矩形がマスク３４３を通過した走査光ビームの軌跡として表れる。

光ビームの走査速度は任意であるが、光ビームの軌跡が残像現象により載置面１０１において連続した線状に見える程度の速度であることが好ましい。

光ビームは揺動ミラー３４２によって下方ほど広がるようにラスター走査されているため、載置面１０１に投影される矩形はマスク３４３上のスリットＳの矩形より大きく、しかも読取ヘッド３０と載置面１０１との距離によって変化する。また、揺動ミラー３４２とマスク３４３との距離を変えると、光ビームがスリットＳを通過するときの光路の方向が変化するためマスク３４３を通過するビームの広がりが変化し、やはり載置面１０１に投影される矩形のサイズが変化する。このことを利用して、以下に説明するように、撮像部３２の撮像範囲と走査光ビームの軌跡が描く矩形とを常に一致させておくことが可能である。

図３は読取ヘッドの高さと走査光ビームの広がりとの関係を示す図である。図３に実線で示すように、読取ヘッド３０がステージ１０の載置面１０１から比較的離れた位置にあるとき、撮像部３２の視野の広がり（破線で示す）に対応する画角α内に見込む載置面１０１の幅をＷ１とする。このとき、揺動ミラー３４２からマスク３４３を通過して載置面１０１に到達する走査レーザー光の広がり（鎖線で示す）の角度はほぼαに近い値となっており、載置面１０１におけるレーザー光の走査範囲もほぼＷ１となっている。つまり、図において撮像部３２の視野の広がりを示す破線と、走査レーザー光の広がりを示す鎖線とが概ね一致する。言い換えれば、レーザー光は、撮像部３２の視野内と視野外との境界に沿って進み、かつその進行方向は撮像可能範囲の周縁に沿って走査されている。

厚みの大きい、あるいは上面に凹凸を有する読取対象物（例えば開かれた書籍）では、載置面１０１上では撮像可能な範囲に入っていても、より上方では撮像部３２の視野の縮小に起因して端部が部分的に撮像可能範囲からはみ出してしまう場合があり得る。しかしながら、レーザー光が撮像部３２の視野の広がりに沿って進むことで、このような場合にはレーザー光が読取対象物に当たって軌跡を作る一方、載置面１０１には軌跡が示されないため、ユーザーはそのようなはみ出しを容易に認識することが可能である。

この状態で、図に点線で示すように読取ヘッド３０を載置面１０１に近づけた場合を考える。このとき撮像部３２の画角αは変わらないので、見込まれる載置面１０１の幅は離れているときの値Ｗ１より小さな値Ｗ２となる。一方、走査レーザー光の広がりも変わらず、しかも撮像部３２の視野の広がりと概ね一致していることから、載置面１０１におけるレーザー光の走査範囲もほぼＷ２となる。

すなわち、レーザー光が撮像部３２の視野の周縁に沿って走査されることで、載置面１０１に対する読取ユニット３０の高さによらず、常にそのときの撮像可能範囲が走査レーザー光によって示され、そのために特段の動作は必要ない。

図４はズーム調整による画角と走査光ビームの広がりとの関係を示す図である。読取ユニット３０の高さを変えずにズーム調整を行った場合を考える。このとき、撮像部３２の画角αがズーム調整により変化する。画角αがある値α１に設定されているときの撮像可能範囲の幅をＷ３とする。ズーム調整により画角がより小さな値α２に変更（つまりズームアップ）されたとき、撮像可能範囲の幅もW４（＜Ｗ３）に変化する。撮像可能範囲が絞られたことで画像の倍率が高くなり、ズームアップ効果が得られる。

この場合、図に点線で示すように、マスク３４３を下方へ移動させることで揺動ミラー３４２とマスク３４３とを離間させる。これにより、マスク３４３を通過するレーザー光の方向を変化させてレーザー光の広がり範囲を絞り、レーザー光の軌跡が描く矩形を撮像可能範囲の変化に追随させて縮小することができる。すなわち、ズーム制御機構３５５とマスク昇降機構３５３とが協調して動作することで、ズーム調整によって変化する撮像可能範囲をレーザー光の軌跡によって示すことが可能である。

図５はこの読取装置における読み取り動作の概略を示すフローチャートである。この読取装置１では、制御部３５が以下の動作を実行することにより、読取対象物を読み取ってその光学像に対応する画像データを作成する。最初に光源駆動部３５１がレーザー光源３３１を制御してガイドビームを点灯させ（ステップＳ１０１）、ユーザーによるステージ１０への読取対象物の載置および読取ヘッド３０の位置決め作業を待つ（ステップＳ１０２）。ここでいう位置決め作業は、読取ヘッド３０の水平方向および鉛直方向への移動位置決めとズーム調整操作とを含むが、実際の作業ではこれらの一方のみが行われても構わない。

前記した通り、読取ヘッド３０の位置が移動されてもガイドビームが示す撮像可能範囲は撮像部３２に追随して移動するため、読取ヘッド３０の移動に伴うガイドビームの調整は不要である。一方、ズーム機能が操作されたときには、撮像部３２の画角αの変化に対応させてマスク３４３の上下方向位置を調整することで、ガイドビームはズーム調整により変化する撮像可能範囲をリアルタイムで示すことができる。これによりユーザーの位置決め作業が支援される。

例えば図示しない操作ボタンへのユーザーの操作入力や外部装置からの制御信号等によって位置決め作業の終了が認識されると（ステップＳ１０３）、ガイドビームを消灯させてから（ステップＳ１０４）、撮像制御部３５４により撮像素子３２１を作動させて読取対象物の読み取りを開始する（ステップＳ１０５）。読み取り開始前にガイドビームを消灯させることで、ガイドビームやその反射光、散乱光が読み取り結果に混入し画質を低下させることが未然に防止される。

撮像可能範囲全体の読み取りが終了すると（ステップＳ１０６）、読み取った画像データを図示しない記憶手段に記憶保存させる（ステップＳ１０７）。また要求に応じて画像データを外部装置へ出力する。こうして読取対象物が読み取られ画像データとしてデータ化される。

以上のように、この実施形態では、水平な載置面１０１に載置された読取対象物の上方に読取ヘッド３０を設け、これにより読取対象物を走査してその光学像を読み取る。このとき、読取ヘッド３０から載置面１０１に向かって撮像部３２の撮像可能範囲が広がってゆくのに対応して、撮像部３２の視野の境界に沿って読取ヘッド３０から光ビームを出射し、これをガイドビームとして用いる。これにより、撮像部３２による撮像可能範囲がユーザーに示され、ユーザーは読取対象物と読取ヘッド３０との間の水平方向および鉛直方向の位置調整を効率よく簡単に行うことができる。

より具体的には、出射した光ビームを撮像可能範囲の周縁に沿って走査させることで、走査光ビームの軌跡により載置面１０１における撮像可能範囲を示すことができる。このような光ビームの走査については、レーザー光源３３１から出射されるレーザー光を二軸の揺動ミラー３４２によりラスター走査するとともに、不要な走査光ビームをマスク３４３で遮蔽することで、撮像可能範囲の周縁に向かう方向の光のみを出射させることができる。

これらにより、読取対象物およびガイドビームで示される撮像可能範囲を確認しながら位置調整を行うことができ、その作業性が大きく向上する。また、撮像部３２による撮像結果を利用していないので、撮像方式に関わらず、上記効果を得ることが可能である。このことは、一般に読み取りに長時間を有する高分解能の読取装置において特に有用なものとなる。

次に、読取ヘッドの他の構成例について説明する。以下に示すいくつかの構成例では、撮像可能範囲の周縁に合わせて光ビームを走査させるための具体的構成が上記した第１の構成例のものとは異なっている。いずれの例でも、上記例と同様に、レーザー光の軌跡によって撮像可能範囲を示し、位置調整が効率よく行えるようユーザーの作業を支援することができるものである。

図６は読取ヘッドの第２の構成例を示す図である。より詳しくは、図６（ａ）は読取ヘッドに設けられるビーム走査部の第２の構成例を示す図である。また、図６（ｂ）はその動作シーケンスの例を示す図である。この例では、ビーム走査部の構成が上記した第１の構成例とは異なっているが、その他の構成および動作は基本的に第１の構成例と同一であるので、同一構成については同一符号を付して説明を省略し、本構成において特徴的なビーム走査部の構成を主に説明する。

ただし、以下に示すように、この例ではマスクを設けないためマスク昇降機構が省かれており、また揺動ミラーの構成が異なっていることに対応して、ミラー揺動機構３５２の動作が変更されている。

図６（ａ）に示すように、本構成例のビーム走査部３７では、ミラー揺動機構３５２により所定の揺動軸Ａ３周りに揺動可能な第１揺動ミラー３７１が設けられており、レーザー光源３３からのレーザー光Ｌはこの第１揺動ミラー３７１に入射する。第１揺動ミラーによる反射光ビームは第２揺動ミラー３７２に入射する。第２揺動ミラー３７２はミラー揺動機構３５２によって第１揺動ミラー３７１の揺動軸に直交する揺動軸Ａ４周りに揺動可能となっており、しかも該揺動軸Ａ４を長手方向とする細長い形状を有している。

第１揺動ミラー３７１が揺動軸Ａ３周りに揺動することで、その反射光ビームは第２揺動ミラー３７２の表面においてその長手方向に沿って所定の範囲内で走査される。この光ビームは第２揺動ミラー３７２により反射されることでステージ１０の載置面１０１に向かう方向に向きを変え、しかも光路長が長くなることで走査範囲が拡大されて載置面１０１に入射する。これにより、載置面１０１上の所定の走査範囲内で光ビームを走査させて、載置面１０１上に光ビームの軌跡による所定長さの線分を描画することができる。

第１揺動ミラー３７１をその揺動軸Ａ３周りに、図６（ａ）に示す矢印方向に揺動させたとき、第２揺動ミラー３７２に入射する光ビームが第２揺動ミラー３７２の長手方向に沿って走査されながら反射されることで、載置面１０１には図中（１）で示す描画区間に対応する線分が描かれる。揺動軸Ａ３をＸ座標軸に直交させることで、載置面１０１に描かれる軌跡はＸ方向に沿ったものとなる。

一方、第２揺動ミラー３７２を揺動軸Ａ４周りに揺動させると、反射光ビームの出射方向が該揺動軸Ａ４に直交する方向に走査される。揺動軸Ａ４をＹ座標軸に直交させることで、載置面１０１上では光ビームの軌跡を所定の走査範囲でＹ方向に走査させることができる。例えば描画区間（１）の終了時点で第１揺動ミラー３７１の揺動を停止させ、第２揺動ミラー３７２を揺動軸Ａ４周りに図６（ａ）に示す矢印方向に揺動させると、載置面１０１には図中（２）で示す描画区間に対応する線分が描かれる。

したがって、第１揺動ミラー３７１および第２揺動ミラー３７２を同期させながら揺動させることにより、載置面１０１に種々の２次元図形を光ビームの軌跡として描くことが可能である。撮像可能範囲を示す矩形を描くためには、例えば次のように両揺動ミラーを制御すればよい。描画区間（１）の（＋Ｘ）方向への線分を描くときには、図６（ｂ）に示すように、第１揺動ミラー３７１（図６（ｂ）では「ミラー１」と記載）を正方向に揺動させる一方、第２揺動ミラー（図６（ｂ）では「ミラー２１」と記載）を停止させておく。なお、ここで第１揺動ミラー３７１および第２揺動ミラー３７２の揺動方向は、図６（ａ）において各揺動軸Ａ３およびＡ４の近傍に付した矢印の方向をそれぞれの正方向、これと反対方向を負方向と称する。

描画区間（１）の線分の描画が終了した時点で第１揺動ミラー３７１を停止させ、第２揺動ミラー３７２を正方向に揺動させると、（＋Ｙ）方向へ延びる描画区間（２）に対応する線分を描くことができる。同様に、第２揺動ミラー３７２を停止させて第１揺動ミラー３７１を負方向に揺動させることで描画区間（３）に対応する（−Ｘ）方向の線分を、さらに第１揺動ミラー３７１を停止させて第２揺動ミラー３７２を負方向に揺動させることで描画区間（４）に対応する（−Ｙ）方向の線分を、それぞれ光ビームの軌跡により描くことができる。これを繰り返すことで、光ビームは撮像可能範囲の外縁を取り囲むように走査され、載置面１０１には撮像可能範囲を示す矩形が光ビームの軌跡により示される。こうして、第１の構成例と同様に、レーザー光源３３１からのレーザー光をガイドビームとして載置面１０１に走査させて撮像可能範囲を示すことが可能となる。

この構成例では、２つの揺動ミラー３７１，３７２を設けたことで、マスクが不要となっている。この場合でも、撮像可能範囲の広がりの外縁に沿って走査光ビームが進むことで、載置面１０１と読取ヘッド３０との距離が変わった場合でも光ビームの軌跡は常にそのときの撮像可能範囲を示すものとなる。

また、ズーム調整に伴う画角の変更による撮像可能範囲の変化に対しては、第１および第２揺動ミラーの揺動範囲を変化させることによって対応することが可能である。すなわち、これらの揺動ミラーの揺動範囲を大きくすれば光ビームの軌跡が描く矩形は大きくなる一方、揺動ミラーの揺動範囲を小さくすることで矩形を小さくすることができる。また、必要に応じて２つの揺動ミラーの揺動範囲の変化率を異ならせることで、載置面１０１に描かれる矩形のアスペクト比を変化させることも可能である。

図７は読取ヘッドの第３の構成例を示す図である。より詳しくは、図７（ａ）は読取ヘッドに設けられるビーム走査部の第３の構成例を示す図である。また、図７（ｂ）はこの構成よる描画の原理を示す図である。この例においても、第１の構成例と同一の構成については同一符号を付して説明を省略する。

第３の構成例における読取ヘッド３８は、結像光学系３２２を収めた鏡筒３８０の周囲に４つのビーム走査部３８１〜３８４を備えている。このうちビーム走査部３８１，３８３は鏡筒３８０を挟んでＸ方向に対称配置され、それぞれ下向きかつ結像光学系３２２の光軸から離れる方向にレーザー光を出射する。ビーム走査部３８１，３８３によるビーム走査方向はＹ方向のみである。一方、ビーム走査部３８２，３８４は鏡筒３８０を挟んでＹ方向に対称配置され、それぞれ下向きかつ結像光学系３２２の光軸から離れる方向にレーザー光を出射する。ビーム走査部３８２，３８４によるビーム走査方向はＸ方向のみである。

このように、それぞれ一軸方向に所定範囲で光ビームを走査する４つのビーム走査部３８１〜３８４を設けることで、載置面１０１に描く矩形の１辺ずつをそれぞれ個別のビーム走査部に担わせることができる。このような構成によっても、ガイドビームによる撮像可能範囲の描画が可能である。また、この構成では、走査方向が一軸であるために各ビーム走査部３８１〜３８４を小型に構成することができ、このようなビーム走査部３８１〜３８４を結像光学系３２２の鏡筒３８０を取り囲むように近接配置することが可能である。これにより、走査光ビームの光路と撮像部３２とが干渉することなく、撮像部３２の視野の広がりの方向と、光ビームの進行方向とをより精度よく一致させることが可能となる。このため、読取ヘッド３８の位置やズーム調整状態を種々に変えた場合でも、載置面１０１に描かれる光ビームの軌跡と実際の撮像可能範囲との乖離を極めて小さくすることが可能である。

なお、この構成例において、光源については各ビーム走査部３８１〜３８４に個別に設けてもよく、またこれらの間で共通に設けてもよい。例えば１つの光源からの出射光をビームスプリッターや光ファイバー等により分割して各ビーム走査部３８１〜３８４に案内するように構成することができる。

図８は読取ヘッドの第４の構成例を示す図である。この例においても、第１の構成例と同一の構成については同一符号を付して説明を省略する。この例のビーム走査部３９では、図示を省略するレーザー光源からのレーザー光を光ファイバー３９１に導くととともに、光ファイバー３９１の先端から該レーザー光を出射させる。また、光ファイバー３９１の先端を、矩形の開口が設けられたガイド枠３９２の開口周縁部に沿って周回移動させる。

このような構成によっても、光ビームの軌跡による矩形を載置面１０１に描くことができ、光ビームをガイドビームとして機能させることが可能である。ズーム調整に伴う矩形サイズの拡大・縮小については、光ファイバー３９１の先端の向きを変えることによって対応することが可能である。

以上説明したように、上記実施形態においては、読取ヘッド３０，３８が本発明の「読取手段」として機能しており、多関節ブーム２０が本発明の「支持手段」として機能している。また、レーザー光源ユニット３３が本発明の「照射手段」として機能する一方、ビーム走査部３４，３７，３８１〜３８４，３９がいずれも本発明の「走査手段」として機能している。

また、上記実施形態では、撮像素子３２１、結像光学系３２２およびズーム制御機構３５５がそれぞれ本発明の「受光部」、「結像光学系」および「ズーム機構」として機能している。また、上記実施形態では、揺動ミラー３４２が本発明の「ラスター走査部」として機能する一方、マスク３４３が本発明の「マスク部」として機能している。また、上記実施形態における「撮像可能範囲」が、本発明の「読取可能範囲」に相当している。

また、上記実施形態では、揺動ミラー３４２，３７１，３７２がそれぞれ本発明の「揺動ミラー」に相当している。このうち第１揺動ミラー３７１が本発明の「第１の揺動ミラー」として機能し、その揺動軸Ａ３が「第１の揺動軸」に相当している。また、第２揺動ミラー３７２が本発明の「第２の揺動ミラー」として機能し、その揺動軸Ａ４が「第２の揺動軸」に相当している。また、上記実施形態における光ファイバー３９１が本発明の「導光部材」として機能している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、読取ヘッド３０を多関節ブーム２０に装着してステージ１０上で自由に位置決めすることができるようにしているが、読取ヘッド３０を支持する支持手段としては少なくとも載置面１０１との距離を変更する機能があれば足り、読取ヘッドの移動方向は上下方向のみであってもよい。また、読取ヘッドを固定しステージを上下させる構成であってもよい。

また、上記実施形態では、読取装置１を制御する制御部３５を読取ヘッド３０内に設けているが、これに限定されず、例えばステージ１０内に制御部を設けてもよい。なお、ステージ１０は必須のものではなく、例えばデスク上に直接載置された読取対象物を読み取る場合にも本発明を適用可能である。したがって、ブーム２０を倒れないように支持する支持脚があれば、ステージ１０は省略しても構わない。この場合、読取対象物が載置された例えばデスクが本発明の「載置面」に相当することとなる。

また、上記実施形態ではレーザー光源ユニット３３を読取ヘッド３０から取り外してレーザーポインターとして利用することができるようにしているが、このような構成は必須の要件ではなく、レーザー光源が読取ヘッド内に装備されてもよい。

また、上記実施形態では撮像部３２の光軸を鉛直下向きとしているが、所定の範囲で光軸の方向を変えることができるようにしても構わない。この場合においても、撮像部３２およびビーム走査部３４等を一体的に動かすことにより、上記した作用効果を維持することができる。

また、上記実施形態では、撮像可能範囲を示すガイドビームの軌跡を矩形としているが、これに限定されない。例えば撮像素子の撮像方式あるいは絞りの形状等で撮像可能範囲の形状が異なる場合にはそれに合わせることができる。また、撮像可能範囲の周囲全体を示す必要は必ずしもなく、例えば矩形の四隅だけを視認できるような軌跡を描くようにしてもよい。これらはマスクのスリット形状、または揺動ミラーの制御態様によって適宜に設定することが可能である。

また、上記実施形態では、ビーム走査部で走査される光ビームをそのまま載置面に向けて出射しているが、該光ビームの光路をさらにミラー等で変化させてから出射するようにしてもよい。

また、上記実施形態は読取対象物を静止画像として読み取ることを想定したものであるが、動画出力を備えた読取装置に対しても本発明を適用することが可能である。また上記実施形態は読取対象物を読み取ってデータ化し画像データを出力する読取装置であるが、例えばこれに印刷機能を付加して複写装置として機能させる場合にも、本発明を適用することが可能である。

１０…ステージ、２０…多関節ブーム（支持手段）、３０，３８…読取ヘッド（読取手段）、３３…レーザー光源ユニット（照射手段）、３４，３７，３９，３８１〜３８４…ビーム走査部（走査手段）、１０１…（ステージ１０の）載置面、３２１…撮像素子（受光部、読取手段）、３２２…結像光学系（読取手段）、３４２…揺動ミラー（揺動ミラー、ラスター走査部）、３４３…マスク（マスク部）、３５５…ズーム制御機構（ズーム機構、読取手段）、３７１…第１揺動ミラー（第１の揺動ミラー）、３７２…第２揺動ミラー（第２の揺動ミラー）、３９１…光ファイバー（導光部材）、Ａ３…第１の揺動軸、Ａ４…第２の揺動軸、Ｌ…光ビーム

Claims

略水平面に載置された読取対象物の上方から、前記読取対象物を光学的に読み取る読取手段と、
前記読取対象部の上方で、前記読取対象物に対して接近および離間する方向に位置調整可能に前記読取手段を支持する支持手段と、
前記支持手段により前記読取手段と一体的に支持されて、前記読取対象物の載置面に向けて可視光線の光ビームを照射する照射手段と、
前記支持手段により前記照射手段と一体的に支持されて、前記読取手段により読み取り可能な読取可能範囲の周縁に沿って前記照射手段からの前記光ビームを走査する走査手段と
を備えることを特徴とする読取装置。
前記照射手段と前記載置面との間の任意の高さに仮想的な水平面を想定したとき、該仮想水平面における前記読取可能範囲の周縁と前記光ビームの軌跡が略一致するように、前記走査手段により前記光ビームが走査される請求項１に記載の読取装置。
前記照射手段から離れるほど、前記仮想水平面のうち前記光ビームの軌跡によって囲まれる領域の面積が大きい請求項２に記載の読取装置。
前記読取手段は、前記読取対象物からの光を受光してその受光量に応じた電気信号を出力する受光部と、前記受光部に前記読取対象物の像を結像させる結像光学系と、前記結像光学系の画角を変化させるズーム機構とを有し、前記走査手段は、前記結像光学系の画角に応じて前記光ビームの走査範囲を変化させる請求項１ないし３のいずれかに記載の読取装置。
前記走査手段は、前記照射手段からの前記光ビームをラスター走査するラスター走査部と、前記ラスター走査部により走査される前記光ビームのうち前記読取可能範囲の内部に向かう光ビームを遮蔽するマスク部とを有する請求項１ないし４のいずれかに記載の読取装置。
前記ラスター走査部と前記マスク部との距離が変更可能である請求項５に記載の読取装置。
前記走査手段は、所定の揺動軸周りに揺動する揺動ミラーを少なくとも１つ有し、該揺動ミラーにより前記光ビームの方向を変化させることで前記光ビームを走査する請求項１ないし６のいずれかに記載の読取装置。
前記揺動ミラーの揺動範囲が変更可能である請求項７に記載の読取装置。
前記走査手段は、第１の揺動軸周りに揺動する第１の揺動ミラーに前記照射手段からの前記光ビームを入射させ、その反射光を前記第１の揺動軸に直交する第２の揺動軸周りに揺動する第２の揺動ミラーに入射させ、その反射光を前記載置面に向けて出射する請求項７または８に記載の読取装置。
前記照射手段と、該照射手段からの前記光ビームを一軸方向に走査する前記走査手段との組を４組有し、各組のそれぞれによって１辺ずつを形成させて、前記載置面における前記光ビームの軌跡を矩形とする請求項１ないし６のいずれかに記載の読取装置。
前記走査手段は、前記照射手段からの光ビームを導光して先端部から出射する導光部材を有し、該動向部材の先端部の方向を変化させることで前記光ビームを走査する請求項１ないし６のいずれかに記載の読取装置。
前記照射手段は、前記読取手段による前記読取対象物の読み取り時には前記光ビームを消灯する請求項１ないし１１のいずれかに記載の読取装置。
前記照射手段が、前記読取手段に対して着脱自在となっている請求項１ないし１２のいずれかに記載の読取装置。