專利名稱：圖像采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像采集裝置，尤其是涉及一種用于提供以照片、書、文件、教學(xué)材料、固體材料或類似被攝像物為代表的光學(xué)圖像(數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))給作為其輸入圖像的外部設(shè)備的圖像采集裝置(圖像和書法照相機(jī)picture and calligraphic camera)。


圖1所示為常規(guī)的圖像采集裝置透視圖。如圖1所示圖像采集裝置，具有一象箱于一樣的結(jié)構(gòu)，包括一大致為正方形的載物臺(tái)101，其上載著被攝像物102，一個(gè)照明系統(tǒng)由光源部件104a和104b和一個(gè)圖像采集部件(照相機(jī))103組成，光源部件104a和104b安排在被攝像物102的兩邊用于后者的照明，而圖像采集單元(照相機(jī))103設(shè)置成俯視被攝像物102。光源部件104a、104b和圖像采集部件103分別地被臂105a、105b和106的一端所支障。在載物臺(tái)101的邊緣部分有一個(gè)臂平臺(tái)107，臂105a和105b的另一端分別被臂平臺(tái)107前壁的相對端部所支撐，臂106的另一端基本上由臂平臺(tái)107的中心部分所支撐。
光源部件104a采用桿狀熒光燈形式，基一端可旋轉(zhuǎn)地裝在臂105a的一端部上。光源部件104b具有與光源部件104a的相同的結(jié)構(gòu)，其一端可旋轉(zhuǎn)地裝在臂105b的一端上。臂105a和105b分別與臂平臺(tái)107的前壁在大致共面的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。通過調(diào)整光源部件104a和104b以及臂105a和105b的旋轉(zhuǎn)角度，可以在一定范圍內(nèi)改變被攝像物102的照明角度。
圖像采集部件103可旋轉(zhuǎn)地裝在臂106的一端部上，臂106可以在一個(gè)與共面正交的平面內(nèi)繞臂平臺(tái)107的中心部分旋轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)圖像采集部件103和臂106的旋轉(zhuǎn)角度，在一定范圍內(nèi)，相對被攝像物102就可以分別地改變圖像采集部件103的高度和圖像采集裝置103的拍攝角度。
圖像采集裝置還包括多種功能，例如，需要將圖像采集裝置103采集的圖像數(shù)據(jù)傳送到例如投影儀的外部輸出設(shè)備的功能。
當(dāng)安放在載物臺(tái)101上的被攝像物102被圖像采集裝置103拍攝時(shí)，通過調(diào)節(jié)光源部件104a和104b的角度和支撐它們的臂105a和105b的角度，由光源照亮將被拍攝的被攝像物102的表面，調(diào)節(jié)圖像采集部件103與臂平臺(tái)107的角度，從期望的方向拍攝被攝像物102。圖像采集部件103通常具有調(diào)焦功能，利用調(diào)焦功能可獲得適當(dāng)大小的圖像數(shù)據(jù)。
圖2所示為另一個(gè)常規(guī)的圖像采集裝置，雖然在如圖1所示的圖像采集裝置中，照明系統(tǒng)包括在載物臺(tái)101的兩側(cè)上提供的光源部件104a和104b，而在圖2所示的圖像采集裝置的照明系統(tǒng)僅僅由一個(gè)光源部件104組成。因?yàn)閳D2所示的圖像采集裝置除了照明系統(tǒng)外其他部分都與圖1所示的圖像采集裝置相同，這里僅僅對圖2所示的照明系統(tǒng)進(jìn)行描述。
光源部件104是一個(gè)桿狀熒光燈，它的一端實(shí)際上用鉸接接合在臂106的基本上中心的位置，臂10支撐著圖像采集部件103，使用可旋轉(zhuǎn)的鉸接108，光源部件104可以繞鉸接108旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)不需要照明時(shí)，可以通過圍繞鉸接108旋轉(zhuǎn)光源部件104而將光源部件104折疊在臂106的后面。
然而，如圖1和圖2所示常規(guī)的圖像采集裝置存在以下問題。
在如圖1所示的圖像采集裝置中，因?yàn)楣庠床考?04a和104b分別用臂105a和105b裝在載物臺(tái)101的兩側(cè)，這就給裝置的設(shè)計(jì)帶來多方面的局限性。當(dāng)被攝像物被另一個(gè)被攝像物替換時(shí)，臂105a和105b給操作者帶來障礙。
另外，在拍攝被攝像物102時(shí)，除了要對圖像采集部件103與臂106的角度調(diào)節(jié)之外，操作者必須進(jìn)行光源部件104a和104b以及臂105a和105b的角度的調(diào)節(jié)。這就需要大量復(fù)雜的工作。
在如圖2所示的圖像采集裝置中，由于光源部件104安裝在支撐圖像采集部件的臂106上，更換被攝像物時(shí)臂106成為障礙的問題就不存在。然而，在拍攝被攝像物102時(shí)，除了光源部件104的角度調(diào)節(jié)之外，圖像采集部件103與臂106的角度調(diào)節(jié)也是麻煩的。
此外，當(dāng)為一管和一管的內(nèi)表面形狀的被攝像物102被拍攝時(shí)，由于圖像采集部件103和光源部件104的位置有相當(dāng)大的差別，存在光源部件104放出的光不能充分照明管的內(nèi)表面的問題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的圖像采集裝置的特征在于它包括圖像采集裝置，用于在期望的方向拍攝被攝像物；照明裝置，固定在圖像采集裝置預(yù)定部分并且照明方向大致與圖像采集裝置的拍攝方向相一致。
照明裝置可包括一個(gè)冷陰極管，使它環(huán)繞在圖像采集裝置預(yù)定部分的外圍。
此外，照明裝置還包括一個(gè)反射器，其大致包圍著冷陰極管，并發(fā)出照明光，該照明光包括來自冷陰極管的直接光和在預(yù)定方向反射的光；一個(gè)薄片件，用于散射和漫射從反射器發(fā)出的照明光。
冷陰極管可以是一圓型冷陰極管。
圖像采集裝置還包括支撐圖像采集裝置的臂，裝在臂中的輔助照明裝置，用于照亮被攝像物；轉(zhuǎn)換裝置，用于在照明裝置和輔助照明裝置之間轉(zhuǎn)換照明。
在后者的情況下，輔助照明裝置可包括一線形冷陰極管；反射器，它大致包圍著線形冷陰極管，并發(fā)出照明光，該照明光包括來自線形冷陰極管的直接光和在預(yù)定方向反射的光；支撐裝置，用于可旋轉(zhuǎn)地支撐輔助照明裝置的反射器。
在本發(fā)明中，照明裝置是以這樣的方式固定在圖像采集裝置的預(yù)定部分其照明方向和圖像采集裝置的拍攝方向基本相一致。依照這個(gè)結(jié)構(gòu)，照明方向總是和圖像采集裝置的方向相同。因此，操作者僅需調(diào)節(jié)圖像采集裝置的拍攝方向而不需調(diào)節(jié)照明方向。此外，因?yàn)閮H需要臂來支撐圖像采集裝置，與如圖1所示的圖像采集裝置不同，臂不會(huì)成為更換被攝像物的障礙。
當(dāng)圓柱狀被攝像物的內(nèi)部被帶有照明裝置的圖像采集裝置拍攝時(shí)，該照明裝置包括大致環(huán)繞在圖像采集裝置的預(yù)定部分的外圍的冷陰極管，從冷陰極管發(fā)出的光照射到圓柱狀被攝像物的內(nèi)部。因此，就有可能清楚地采集圓柱狀被攝像物內(nèi)部的圖像。
借助在圖像采集裝置中使用薄片件，通過薄片件散射和漫射從反射器發(fā)出的光，使得從照明裝置射出的光量能均勻。
借助使用輔助照明裝置，當(dāng)照明裝置產(chǎn)生光暈時(shí)，照明系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到輔助照明裝置。輔助照明裝置的照明方向與圖像采集裝置的拍攝方向有很大的不同。因此，既使從輔助照明裝置發(fā)出的光被被攝像物規(guī)則地反射，反射光也不會(huì)入射到圖像采集裝置中。因此，不會(huì)出現(xiàn)光暈。
圖3所示為依照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖像采集裝置。如圖3所示的圖像采集裝置包括一個(gè)大致正方形的載物臺(tái)1；被攝像物2放置在載物臺(tái)上；圖像采集部件3垂直地采集被攝像物2的圖像；圓型冷陰極管4，用于照明被攝像物2；臂6用于支撐圖像采集部件3；一個(gè)支撐照明部件5，處在臂6的預(yù)定位置并由一個(gè)線形冷陰極管5a構(gòu)成。臂6安裝在載物臺(tái)1預(yù)定的一個(gè)角上、并在預(yù)定的方向上繞安裝部分可旋轉(zhuǎn)。
圖像采集部件3可以由CCD照相機(jī)構(gòu)成，可旋轉(zhuǎn)地安裝在臂6上端部。圓型冷陰極管4安裝在圖像采集部件3的前側(cè)，這樣圖像采集部件3的拍攝方向就和圓型冷陰極管的4照明方向相一致。以這種方式整體地安裝圖像采集部件3和圓型冷陰極管4，將被圖像采集部件3拍攝的被攝像物2總是由圓型冷陰極管4均勻地照明。附帶地，為了防止圓型冷陰極管4發(fā)出的光直接入射到圖像采集部件3的圖像采集平面上，圓型冷陰極管4必須安裝在圖像采集部件3前平面的后面，或者應(yīng)設(shè)置防止冷陰極管4發(fā)出的直接光入射到圖像采集平面上的裝置。
支持光源部件5用來防止光暈的發(fā)生，并可以根據(jù)需要，通過使用在載物臺(tái)1的預(yù)定部分中提供的轉(zhuǎn)換開關(guān)11，由圓型冷陰極管4來取代。假設(shè)一種情況，如OHP(高架投影儀Over Head Projector)片的反射原片作為被攝像物2放置在載物臺(tái)1上，由于圓型冷陰極管4發(fā)出的光經(jīng)過反射原片的規(guī)則反射，導(dǎo)致圖像采集部件3采集的圖像變成模糊的白色圖像。這種現(xiàn)象稱為光暈。
例如，冷陰極熒光燈可以分別作為圓型冷陰極管4和線形冷陰極管5a。冷陰極熒光燈與眾所周知的熒光燈相似，包括一個(gè)玻璃管、電極、填充的氣體、水銀和一個(gè)熒光元件。然而，冷陰極熒光燈的電極不是一個(gè)燈絲而是一個(gè)金屬元件。因?yàn)槔潢帢O熒光燈使用金屬元件而不用燈絲，它的持續(xù)時(shí)間長(持續(xù)時(shí)間是普通熒光燈的大約7到10倍)，并且其小型化成為可能。由于冷陰極熒光燈的這種特征，它很容易實(shí)現(xiàn)如圖3所示的圖像采集部件3中的固定結(jié)構(gòu)。此外，因?yàn)槔潢帢O熒光燈自己產(chǎn)生的熱少，對圖像采集部件3的熱影響也小。
現(xiàn)在，參照圖4詳細(xì)描述的使用圓型冷陰極管4的照明系統(tǒng)，圖4為如圖3所示的圖像采集部件3和圓型冷陰極管4的橫向截面圖。
圖像采集部件3包括一個(gè)外殼12，安裝在外殼12的內(nèi)部的一個(gè)透鏡組件(ASSY)13用于采集被攝像物2的圖像。例如被攝像物2的調(diào)焦圖像所期望的圖像數(shù)據(jù)(數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))可以通過透鏡組件13讀入。透鏡組件13的前部從外殼12突出。
圓型冷陰極管4和一個(gè)環(huán)形反射器7環(huán)繞從外殼12突出的透鏡組件13的前部。環(huán)形反射器7的橫載面通常為倒U形，圓型冷陰極管4安置在環(huán)形反射器7的內(nèi)部。例如用螺絲釘(未顯示)，將環(huán)形反射器7固定在透鏡組件13突出部分的預(yù)定部分。環(huán)形反射器7的敞開區(qū)域(光發(fā)射區(qū)域)被一個(gè)環(huán)形散射/漫射薄片8覆蓋，該薄片8大致與透鏡組件13的前表面處于同一平面。環(huán)形反射器7由反射材料形成，例如高反射度的聚碳酸酯(PC)。
從圓型冷陰極管4直接發(fā)出的光和從環(huán)形反射器7反射的光，在一個(gè)預(yù)定的方向上從環(huán)形反射器7的敞開區(qū)域射出。從敞開區(qū)域發(fā)出的光被環(huán)形散射/漫射薄片8散射和漫射。因此，就可能用柔和的光線均勻地照射被攝像物2。
環(huán)形發(fā)射器7固定在透鏡組件13的突出部分，這樣從敞開區(qū)域發(fā)出的照明光線直接沿著透鏡組件13的光軸射出。因此照明光線的方向總是和圖像采集部件3的方向相一致。優(yōu)選地，照明系統(tǒng)設(shè)置成圖像采集部件3覆蓋的整個(gè)區(qū)域由環(huán)形反射器7發(fā)出的光來照明。在這種情況下，不管圖象采集部分3的拍攝方向如何，拍攝區(qū)域總是由環(huán)形反射器7發(fā)出的光所照射。
圖5A為圓型冷陰極管4的一個(gè)例子——圓型冷陰極熒光燈的平面圖，圖513為其側(cè)面圖。如圖5A和5B所示，圓型冷陰極熒光燈包括一個(gè)充有適量水銀和惰性氣體的圓型玻璃管30。在圓型玻璃管30的兩端部向下彎曲，電極31a和31b分別地設(shè)置在其兩個(gè)端部。在圓型玻璃管30的內(nèi)壁上涂有熒光材料。當(dāng)在電極31a和31b之間接通高電壓時(shí)，從電極31a和31b發(fā)射電子。水銀分子被這種發(fā)射的電子激發(fā)，玻璃管30內(nèi)被激發(fā)的水銀分子發(fā)射的紫外線照射在圓形冷陰極熒光燈內(nèi)壁的熒光材料上。因此，圓型冷陰極熒光燈發(fā)射出光線。
當(dāng)使用如圖5A和5B所示的圓型冷陰極熒光燈時(shí)，因?yàn)槎瞬坎话l(fā)光，在其中提供電極31a和31b的端部的亮度實(shí)際上比其他部分低。依照圖4所示的結(jié)構(gòu)，其中安裝有環(huán)形散射/漫射薄片8，電極部分亮度的降低得以緩和，所以被攝像物2能夠被均勻地照明。
現(xiàn)在，詳細(xì)描述支持光源部件5的照明系統(tǒng)。圖6A和圖6B是如圖3所示的支持光源部件5的正視圖和平面圖，圖6C為沿圖6A中線I-I的橫截面圖。
線形冷陰極管5a安裝在通常具有U形橫截面的線形反射器16中。線形反射器16的光發(fā)射區(qū)域(敞開區(qū)域)被一個(gè)丙烯酸有機(jī)玻璃透鏡17所覆蓋。從線形冷陰極管5a發(fā)出的直接光線和被線形反射器16反射的光線通過透鏡17。透鏡17起到將線形冷陰極管5a發(fā)出的光均勻地照射被攝像物2和保護(hù)線形冷陰極管5a的作用。
各自有一軸向突起18的上部板161和下部板162，分別地固定在線形反射器16的上部和下部。各自具有一個(gè)容納軸向突起18的軸承的一對支撐板19固定在臂6內(nèi)，支撐覆蓋線形冷陰極管5a的反射器。詳細(xì)地，在線形反射器16的上部板161上提供的軸向突起18裝在上部支撐板19的接頭191內(nèi)的軸承中。一個(gè)彈性O(shè)環(huán)形20安裝在上部支撐板19的軸承和形成在上部板161上的突起18之間。同樣地，在線形反射器16的下部板162上提供的軸向突起18裝在下部支撐板19的接頭191內(nèi)的軸承中。一個(gè)彈性O(shè)環(huán)形20安裝在上部支撐板19和形成在下部板162上的突起18之間。因此，線形反射器16可以繞安裝在上部和下部支撐板19的上部和下部軸承中的軸向突起18旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度可以由O環(huán)形20的彈性自由地固定。雖然軸向突起18和線形陰極管5a更優(yōu)選地為共軸，但本發(fā)明并不局限于此。
在如圖6A到圖6C所示的支撐光源的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)橹С止庠床考?a安裝在臂6的內(nèi)部，支持光源部件5a不會(huì)在操作臂6時(shí)成為障礙。此外，因?yàn)榫€形反射器16在一定范圍內(nèi)可繞軸向突起18旋轉(zhuǎn)，在照明被攝像物2時(shí)，支持光源的照明角度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
根據(jù)已描述的實(shí)施例，對圖像采集裝置的操作優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行簡要地描述。
操作者將一個(gè)所期望的被攝像物2放置在載物臺(tái)1上。在如圖3所示的結(jié)構(gòu)中，單臂6裝配在載物臺(tái)1的一個(gè)角上，因此，臂6不會(huì)對在載物臺(tái)1上放置被攝像物2構(gòu)成障礙。既使為了避免光暈，使用支持光源部件5a，因?yàn)橹С止庠床考?a安裝在臂的內(nèi)部，在操作中支撐部件5a也不會(huì)構(gòu)成障礙。
安裝在載物臺(tái)1上的被攝像物2被圖像采集部件3所拍攝時(shí)，只要圖像采集部件3正對著被攝像物2，從圓型冷陰極管4發(fā)出的光線均勻地照明被攝像物2。因此，在拍攝被攝像物2時(shí)，操作者不需要調(diào)節(jié)圓型冷陰極管4的照明角度，結(jié)果可操作性提高了。
當(dāng)被攝像物2為一個(gè)圓柱狀被攝像物2a時(shí)，能清楚地照明圓柱狀被攝像物內(nèi)部。圖7圖解入射到圓柱狀被攝像物上的照明光。從圖7中可清楚地看到，從圓形陰極管4發(fā)出的照明光線的光部分4a，其與圖像采集部件3的光軸3a形成一個(gè)預(yù)定的角度，通過圓柱狀被攝像物2a的一個(gè)圓形敞開區(qū)域入射到圓柱狀被攝像物2a的內(nèi)部。因此，圓柱狀被攝像物2a的內(nèi)部被光部分4a均勻和清楚地照明。
現(xiàn)在，參照圖8，詳述如圖3所示本實(shí)施例的圖像采集裝置的一個(gè)應(yīng)用。
一個(gè)輸出端(未示出)，用于輸出被圖像采集部件3所采集的圖像數(shù)據(jù)(數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))到一個(gè)投影儀10，安裝在圖像采集裝置的物體安裝部分的后部。用一根通迅電纜10a連接輸出端和投影儀10的視頻輸入端(未示出)。
當(dāng)所期望的被攝像物2安裝在載物臺(tái)1上并被圖像采集部件3所拍攝時(shí)，被攝像物2的圖像數(shù)據(jù)從圖像采集設(shè)備傳送到投影儀10。在投影儀10中，圖像數(shù)據(jù)放大并被投影到一個(gè)屏幕上(未示出)。
在被攝像物2是如OHP薄片的反射原片的情況下，通過將光源部件從圓型冷陰極光源部件4轉(zhuǎn)換到支持光源部件5，就可以防止光暈。在轉(zhuǎn)換光源部件時(shí)，必須通過調(diào)節(jié)如圖6A到6C所示的線形反射器16與臂6的角度以獲得最佳的照明。
依照已描述實(shí)施例的圖像采集裝置，固定在圖像采集部件3的照明裝置不限于圓型冷陰極管4。照明裝置可以是任意的，只要照明裝置固定在圖像采集部件的預(yù)定位置以使被攝像物2的照明方向大致地與圖像采集裝置拍攝方向相一致。例如，照明裝置可以是一個(gè)普通的U形冷陰極管、一個(gè)線形冷陰極管、或者是它們的組合，也可以安置在圍繞圖像采集部件3一個(gè)預(yù)定的位置上。
此外，在如圖4所示的結(jié)構(gòu)中，圓型冷陰極管4可以是多個(gè)不同直徑的圓型冷陰極管。在這種情況下，就能增加照明被攝像物的光量來獲得一個(gè)清晰的圖像。
正如在上文中的描述，因?yàn)楸景l(fā)明僅僅需要調(diào)節(jié)圖像采集部件的拍攝方向，而不需要調(diào)節(jié)照明方向，與常規(guī)的圖像采集裝置相比，能提供具有更高的可操作性的圖像采集裝置。
此外，因?yàn)橹螆D像采集部件僅僅需要一個(gè)臂，載物板可以有效地利用，圖像采集裝置的設(shè)計(jì)可以簡化，而不會(huì)降低外觀質(zhì)量。
此外，因?yàn)檎彰鞴饪梢哉丈涞嚼鐖A柱狀被攝像物內(nèi)部的被攝像物部分，其不能被常規(guī)的裝置拍攝，所以，各種被攝像物都可以被拍攝。
權(quán)利要求
1.一種圖像采集裝置，包括一圖像采集部件，用于在所期望的方向上拍攝被攝像物；以及一光源部件，固定在所述圖像采集部件的預(yù)定的部分上，使得所述光源部件的照明方向大致上與所述圖像采集部件的拍攝方向相一致。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像采集裝置，其中所述光源部件包括一安裝以圍繞所述圖像采集部件預(yù)定部分的冷陰極管。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像采集裝置，其中所述光源部件包括一個(gè)覆蓋所述冷陰極管的反射器，用于反射來自所述冷陰極管的光并以預(yù)定的方向發(fā)射出反射光；以及一用于散射和漫射從所述反射器發(fā)出的光線的薄片件。
4.如權(quán)利要求2所述的圖像采集裝置，其中所述冷陰極管是一個(gè)圓形冷陰極管。
5.如權(quán)利要求1所述的圖像采集裝置，還包括支撐所述圖像采集部件的臂；一安裝在所述臂內(nèi)的輔助光源部件，用于照明所述被攝像物；以及一轉(zhuǎn)換部件，用于在所述光源部件和所述輔助光源部件之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
6.如權(quán)利要求5所述的圖像采集裝置，其中所述輔助光源部件包括一個(gè)線形冷陰極管；一個(gè)覆蓋所述線形冷陰極管的反射器，用于反射來自所述線形冷陰極管的光并以一預(yù)定的方向發(fā)出光；以及一支撐部分，用于可旋轉(zhuǎn)地支撐所述反射器。
全文摘要
一種圖像采集裝置，包括一個(gè)圖像采集部件3，用于在所期望的方向上拍攝被攝像物2；一個(gè)光源部件，由一個(gè)固定在圖像采集部件3預(yù)定位置的圓型冷陰極管4組成，以使光源部件3的照明方向和圖像采集部件4的拍攝方向大致上相一致；以及一個(gè)支持光源部件5，安裝于臂6的內(nèi)部用于支撐圖像采集部件3。由圖像采集部件3拍攝的被攝像物2總是用圓型冷陰極管4的光來照明。
文檔編號(hào)H04N1/195GK1472589SQ0313677
公開日2004年2月4日 申請日期2003年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月25日
發(fā)明者守谷義信 申請人:日本電氣視象技術(shù)株式會(huì)社