(57)【要約】【課題】画像読取装置の照明光学系の構成と、該照明光学系の個別の照度分布とから、照明効率が最適な合成照度分布を計算する画像読取装置の照度分布計算システムを提供すること。【解決手段】受光面のメッシュ毎に、入射する光の強度を積分して得られるメッシュ単位の光強度及び入射する光の方向ベクトルを加算して得られるメッシュ単位の方向ベクトルを、光源から出射されて直接受光面に入射する光と、リフレクタから反射されて受光面に入射する光とに分けて計算し、光源から出射されて直接受光面に入射する光による照度分布と、リフレクタから反射されて受光面に入射する光による照度分布と、受光面に入射する全ての光による照度分布とを計算し、受光面に入射する全ての光による照度分布から、ピーク照度に対して８０％以上の照度を有する、原稿設置台の長さ方向における光強度幅または受光面の面積と、ピーク照度に対する８０％の照度とを特性値とする。【選択図】図１
2010102438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源と、該光源からの光を反射するリフレクタと、を備える照明光学系と、
長さと幅を有し光を透過する原稿設置台と、を具備する画像読取装置の照度分布計算システムにおいて、
前記原稿設置台上部の画像読取位置を含み、複数のメッシュで区切られた受光面を設定し、
該受光面のメッシュ毎に、入射する光の強度を積分して得られるメッシュ単位の光強度、及び、入射する光の方向ベクトルを加算して得られるメッシュ単位の方向ベクトルを、前記光源から出射されて直接受光面に入射する光と、前記リフレクタから反射されて受光面に入射する光と、に分けて計算し、
前記メッシュ単位の光強度及び前記メッシュ単位の方向ベクトルから、前記光源から出射されて直接受光面に入射する光による当該受光面全体の照度分布と、前記リフレクタから反射されて受光面に入射する光による当該受光面全体の照度分布と、前記受光面に入射する全ての光による当該受光面全体の照度分布と、を計算し、
該受光面に入射する全ての光による当該受光面全体の照度分布から、ピーク照度に対して８０％以上の照度を有する、前記原稿設置台の長さ方向における光強度幅または前記受光面の面積と、ピーク照度に対する８０％の照度と、を特性値として算出して評価することを特徴とする画像読取装置の照度分布計算システム。
【請求項２】
前記光源から出射されて直接受光面に入射する光による当該受光面全体の方向ベクトルと、前記リフレクタから反射されて受光面に入射する光による当該受光面全体の方向ベクトルと、前記受光面に入射する全ての光による当該受光面全体の方向ベクトルと、を計算することを特徴とする請求項１に記載の画像読取装置の照度分布計算システム。
【請求項３】
前記光源から出射された光の中で、当該光源から当初出射された光強度の１％以下の光は、計算から除外されることを特徴とする請求項１または２に記載の画像読取装置の照度分布計算システム。
【請求項４】
当該画像読取装置における前記光源と前記画像読取位置との距離Ｌの初期設計条件は、基準距離Ｌ０±２０％の範囲であり、
当該画像読取装置における前記原稿設置台の垂直方向に対して、前記光源と前記画像読取位置とを結ぶ直線が成す角度θＬ（０°＜θＬ＜９０°）の初期設計条件は、基準角度θＬ０±１１％の範囲であり、
前記特性値より前記距離Ｌの初期設計条件及び前記角度θＬの初期設計条件を評価して、Ｌ＝Ｌ０〜Ｌ０＋７％、θＬ＝θＬ０とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像読取装置の照度分布計算システム。
【請求項５】
演算処理機能を有するコンピュータに請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像読取装置の照度分布計算システムを実行させるためのプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像読取装置の照明状態を予測するための計算処理に関する技術であり、特に、照度分布を評価することに関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
画像読取装置の照明状態を予測するための計算処理に関する技術として、例えば特許文献１では、画像に対する入力条件、信号処理条件を設定し、画像を用いて入力信号を算出し、信号処理された画像信号を生成する技術が開示されている。このとき、照明される位置により光源の照度を異ならせて画像の光学データを算出する、または、照明される同一位置に対して照度が異なる複数の照度分布曲線を用いて画像の光学データを算出している。
しかしながら、かかる技術では複数の照度分布を考慮しているに過ぎず、実際には光学部材のレイアウト等によって照度分布は変化してしまうという問題があった。
【０００３】
また特許文献２では、有機ＥＬ素子と反射鏡から構成される２の照明装置を用い、照明対象における照度が高い照明装置および照明装置を用いた画像読取装置の発明が開示され、該画像読取装置において原稿面を照明した際の、読取位置での相対照度をシミュレーションによって求めている。
ところが、特許文献２では反射鏡の有無による相対照度の比較といったシミュレーションを行ったこと及びその結果が記載されているが、具体的にどのようなシミュレーションを行ったかについては明記されていない。また、特許文献２では、読取対象部分の全照度と条件を変えた場合との相対照度を特性値としてシミュレーションを行っているが、読取対象部分のみを考慮した場合、例えば照明装置の移動の際に生じる振動による光強度変化に対応できず、照度むら等の問題が発生する。
【０００４】
さらに特許文献３では、画像読取装置内の再照明光分布をシミュレーションによって求める技術が開示されている。しかしながら、かかる技術によっても照明装置の移動の際に生じる振動等による光強度変化に対応できず、照度むら等の問題が発生する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−４１５８１号公報
【特許文献２】特開２００７−１３９１３号公報
【特許文献３】特開２００７−１２９５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した照明装置の移動の際に生じる振動等による光強度変化に対応するために、実際の画像読取装置においては、画像読取位置周辺、すなわち照度ピーク位置近傍の照度分布を特性値として評価することが望まれる。
また、特許文献１〜３のいずれにおいても光学部材毎の照明シミュレーションは行われていないため、それぞれの照度分布から総合的な照度分布を設計し、最適化することが望まれる。
【０００７】
本発明は、以上の従来技術における問題点を鑑みてなされたものであり、画像読取装置の照明光学系の構成と、該照明光学系の個別の照度分布とから、照明効率が最適な合成照度分布を計算する画像読取装置の照度分布計算システム、及び該画像読取装置の照度分布計算システムを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明に係る画像読取装置の照度分布計算システム、及び該画像読取装置の照度分布計算システムを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、具体的には下記（１）〜（５）に記載の技術的特徴を有する。
（１）：光を出射する光源と、該光源からの光を反射するリフレクタと、を備える照明光学系と、長さと幅を有し光を透過する原稿設置台と、を具備する画像読取装置の照度分布計算システムにおいて、前記原稿設置台上部の画像読取位置を含み、複数のメッシュで区切られた受光面を設定し、該受光面のメッシュ毎に、入射する光の強度を積分して得られるメッシュ単位の光強度、及び、入射する光の方向ベクトルを加算して得られるメッシュ単位の方向ベクトルを、前記光源から出射されて直接受光面に入射する光と、前記リフレクタから反射されて受光面に入射する光と、に分けて計算し、前記メッシュ単位の光強度及び前記メッシュ単位の方向ベクトルから、前記光源から出射されて直接受光面に入射する光による当該受光面全体の照度分布と、前記リフレクタから反射されて受光面に入射する光による当該受光面全体の照度分布と、前記受光面に入射する全ての光による当該受光面全体の照度分布と、を計算し、該受光面に入射する全ての光による当該受光面全体の照度分布から、ピーク照度に対して８０％以上の照度を有する、前記原稿設置台の長さ方向における光強度幅または前記受光面の面積と、ピーク照度に対する８０％の照度と、を特性値として算出して評価することを特徴とする画像読取装置の照度分布計算システムである。
【０００９】
（２）：前記光源から出射されて直接受光面に入射する光による当該受光面全体の方向ベクトルと、前記リフレクタから反射されて受光面に入射する光による当該受光面全体の方向ベクトルと、前記受光面に入射する全ての光による当該受光面全体の方向ベクトルと、を計算することを特徴とする上記（１）に記載の画像読取装置の照度分布計算システムである。
【００１０】
（３）：前記光源から出射された光の中で、当該光源から当初出射された光強度の１％以下の光は、計算から除外されることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の画像読取装置の照度分布計算システムである。
【００１１】
（４）：当該画像読取装置における前記光源と前記画像読取位置との距離Ｌの初期設計条件は、基準距離Ｌ０±２０％の範囲であり、当該画像読取装置における前記原稿設置台の垂直方向に対して、前記光源と前記画像読取位置とを結ぶ直線が成す角度θＬ（０°＜θＬ＜９０°）の初期設計条件は、基準角度θＬ０±１１％の範囲であり、前記特性値より前記距離Ｌの初期設計条件及び前記角度θＬの初期設計条件を評価して、Ｌ＝Ｌ０〜Ｌ０＋７％、θＬ＝θＬ０とすることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の画像読取装置の照度分布計算システムである。
【００１２】
（５）：演算処理機能を有するコンピュータに上記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の画像読取装置の照度分布計算システムを実行させるためのプログラムを記録した、コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、画像読取装置の照明光学系の構成と、該照明光学系の個別の照度分布とから、照明効率が最適な合成照度分布を計算する画像読取装置の照度分布計算システム、及び該画像読取装置の照度分布計算システムを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る画像読取装置の照度分布計算システムは、光を出射する光源と、該光源からの光を反射するリフレクタと、を備える照明光学系と、長さと幅を有し光を透過する原稿設置台と、を具備する画像読取装置の照度分布計算システムにおいて、前記原稿設置台上部の画像読取位置を含み、複数のメッシュで区切られた受光面を設定し、該受光面のメッシュ毎に、入射する光の強度を積分して得られるメッシュ単位の光強度、及び、入射する光の方向ベクトルを加算して得られるメッシュ単位の方向ベクトルを、前記光源から出射されて直接受光面に入射する光と、前記リフレクタから反射されて受光面に入射する光と、に分けて計算し、前記メッシュ単位の光強度及び前記メッシュ単位の方向ベクトルから、前記光源から出射されて直接受光面に入射する光による当該受光面全体の照度分布と、前記リフレクタから反射されて受光面に入射する光による当該受光面全体の照度分布と、前記受光面に入射する全ての光による当該受光面全体の照度分布と、を計算し、該受光面に入射する全ての光による当該受光面全体の照度分布から、ピーク照度に対して８０％以上の照度を有する、前記原稿設置台の長さ方向における光強度幅または前記受光面の面積と、ピーク照度に対する８０％の照度と、を特性値として算出して評価することを特徴とする。
【００１５】
次に、本発明に係る画像読取装置の照度分布計算システムにおける基本的な構成について図面を用いてさらに詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限りこれらの態様に限られるものではない。
【００１６】
（画像読取装置）
本発明では、画像読取装置は、光を出射する光源と、該光源からの光を反射するリフレクタと、を備える照明光学系と、長さと幅を有し光を透過する原稿設置台と、を具備するものである。
図１−Ａは、画像読取装置の構成の一例を示す断面概略図である。図１−Ｂは、原稿設置台と照明光学系の構成の一例を示す断面概略図である。
本実施の形態では、画像読取装置として、被写体である２次元原稿を１次元撮像素子によって読み取る所謂フラットベッドスキャナを例に挙げて構造を説明する。
【００１７】
被写体である原稿（１−１）は、原稿設置台であるコンタクトガラス（１−２）上に載置される。走行体１（１−１０）は、光源である照明ランプ（１−４）、リフレクタ（１−５）、反射部材１（１−６）で構成される。走行体２（１−１１）は反射部材２（１−７）で構成される。
コンタクトガラス（１−２）上に設置された原稿（１−１）の画像（光）は、反射部材１（１−６）、反射部材２（１−７）により順に反射され、レンズ（１−８）によって１次元撮像素子（１−９）に結像される。１次元撮像素子（１−９）は原稿（１−１）の幅方向（図１−Ａにおける紙面垂直方向）に亘り設けられていて、原稿（１−１）からの光（像）を光電変換して、画像信号として出力する。走行体１（１−１０）が原稿（１−１）の長さ方向（図１−Ａにおける左右方向）全域に亘り走行することによって２次元画像を生成する。このとき走行体２（１−１１）は、走行体１（１−１０）の走行速度の半分の走行速度で走行することにより、原稿（１−１）から１次元撮像素子（１−９）までの距離を不変とすることができる。
【００１８】
走行体（１−１０），（１−１１）の走行する方向を副走査方向、それと垂直で走行体（１−１０），（１−１１）の長手方向を主走査方向と言う。また副走査方向は原稿（１−１）及びコンタクトガラス（１−２）の長さ方向と一致し、主走査方向は原稿（１−１）及びコンタクトガラス（１−２）の幅方向と一致する。
【００１９】
通常、撮像素子としては１次元ＣＣＤが用いられ、レンズはコンタクトガラス面に対して縮小して撮像素子上に結像（縮小光学系）している。したがってＣＣＤの画像解像度と、スキャナ自身の持つ画像解像度は一致しない。
スキャナの画像解像度はＤＰＩ（ドット／ｉｎｃｈ）で表され、３００〜１２００ＤＰＩ程度である。
【００２０】
次に、原稿設置台（コンタクトガラス）及び照明光学系について説明する。
照明ランプ（１−４）から発せられた照明光（１−１６）は、コンタクトガラス（１−２）に直接、もしくはリフレクタ（１−５）で反射されて入射する。
照明ランプ（１−４）は、光源として利用できるものであれば良く、ハロゲンランプ、キセノンランプ、蛍光灯、ＬＥＤ等の従来公知のものをそのまま適用できる。本実施の形態では、開口部（１−１２）を有する円筒状の発光体であり、円筒内壁が発光し、開口部（１−１２）から光が外部に出射される構成である。勿論、本発明はこの形態に限定されるものではなく、例えば任意の形状として良い。
コンタクトガラス（１−２）は、透明なガラスによって構成される。但し、本発明における原稿設置台は、長さと幅を有する形状で光を透過する材料からなるものであれば良く、公知のものをそのまま適用できる。
コンタクトガラス（１−２）に入射した入射光は透過して受光面（１−３）に当たる。
【００２１】
図１−Ｂにおいて、照明ランプ（光源：１−４）から発せられた照射光（１−１６）の中の一部は、受光面（１−３）を照射する光は、受光面上でランプによる照度分布（１−１３）を形成する。一方、照明ランプ（１−４）から発せられた照明光（１−１６）の中のその他の一部は、リフレクタ（１−５）で反射されて受光面（１−３）を照射し、受光面上でリフレクタによる照度分布（１−１４）を形成する。受光面上ではランプによる照度分布（１−１３）とリフレクタによる照度分布（１−１４）とを重ね合わせた合成照度分布（１−１５）を形成する。
【００２２】
（シミュレーション）
さらに本発明では、前記原稿設置台上部の画像読取位置を含み、複数のメッシュで区切られた受光面を設定し、該受光面のメッシュ毎に、入射する光の強度を積分して得られるメッシュ単位の光強度、及び、入射する光の方向ベクトルを加算して得られるメッシュ単位の方向ベクトルを、前記光源から出射されて直接受光面に入射する光と、前記リフレクタから反射されて受光面に入射する光と、に分けて計算し、前記メッシュ単位の光強度及び前記メッシュ単位の方向ベクトルから、前記光源から出射されて直接受光面に入射する光による当該受光面全体の照度分布と、前記リフレクタから反射されて受光面に入射する光による当該受光面全体の照度分布と、前記受光面に入射する全ての光による当該受光面全体の照度分布と、を計算する。
以下、シミュレーション（計算及び計算における各種条件）について具体的な例を挙げて詳細に説明する。
【００２３】
図２は原稿設置台及び照明光学系においてメッシュ状に区切られた受光面と方向ベクトルを説明するための概略構成図である。
コンタクトガラス（１−２）上部には受光面（２−３）が設定され、複数のメッシュで区切られた受光面メッシュ（２−４）が構成されてなる。
【００２４】
受光面（２−３）は、画像読取位置（２−５）を含み、コンタクトガラス（１−２）上部に設定されれば良い。即ち、コンタクトガラス（１−２）上面に接するような仮想平面であっても良く、所定の距離だけ平行に離間したような仮想平面であっても良く、読み取られる原稿（１−１）の形状等にあわせて任意の位置に設定することができる。さらには本などのような原稿浮きを想定して任意形状の面としても良い。
【００２５】
受光面メッシュ（２−４）は分割数が細かいほど詳細な照度分布が得られるが、必要となる光線数が増加するため、計算時間が長くなる。受光面メッシュ（２−４）の形状は、等面積であることが好ましく、特に等面積の矩形であること即ち、受光面（２−３）が格子状に区切られることが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。
照度分布の全体的な形状を得るためには、通常、主走査方向、副走査方向に４０分割程度で良い。
【００２６】
コンタクトガラス（１−２）を透過する光線の強度は、受光面（２−３）上のメッシュ毎に積分され、メッシュ単位の光強度が計算される。また、コンタクトガラス（１−２）を透過する光線の方向ベクトルは、受光面（２−３）上のメッシュ毎に加算され、メッシュ単位の方向ベクトルが計算される。
このとき、照明ランプ（１−４）から直接受光面（２−３）に入射する光の光強度と、リフレクタ（１−５）から反射されて受光面（２−３）に入射する光の光強度とを個別に計算し、全メッシュの光強度をプロットしていくことで、ランプによる照度分布（１−１３）とリフレクタによる照度分布（１−１４）とを分離して求めることができる。さらに、ランプによる照度分布（１−１３）とリフレクタによる照度分布（１−１４）とを加算することで合成照度分布（１−１５）を求めることができる。
また同様に、照明ランプ（１−４）から直接受光面（２−３）に入射する光の方向ベクトルと、リフレクタ（１−５）から反射されて受光面（２−３）に入射する光の方向ベクトルとを個別に計算し、それぞれを分離して求めることができる。さらに、ランプによる受光面（２−３）全体の方向ベクトルと、リフレクタによる受光面（２−３）全体の方向ベクトルとを加算することで、受光面（２−３）に入射する全ての光による当該受光面全体の方向ベクトルを求めることができる。
【００２７】
これらの照度分布及び方向ベクトルの算出は、後述する照明ランプの発光モデルおよび反射、屈折の光線追跡手法によって求めることができる。
【００２８】
（光線追跡手法）
図３−Ａは、照明ランプの構成の一例を示す概略斜視図であり、図３−Ｂは図３−Ａに示す照明ランプにおける光線追跡手法を説明する概略説明図である。
照明ランプ（３−１）は、その内壁に複数の発光点（３−４）を有し、様々な方向に光線を出射する。出射方向はモンテカルロ法を用いてランダムなものとして算出される。照明ランプ（３−１）内壁から出射される光線は、方向と光強度とを持つベクトルで表され、照明ランプ（３−１）内壁で多重反射する毎に内壁の反射率に従ってその光強度が減衰する。
【００２９】
ここで、図３−Ｂに示す例を考える。出射点Ｐ（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）からＱ（Ｑｘ,Ｑｙ,Ｑｚ）方向に出射した光線が反射点Ｋ（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）で反射するときのＫの座標点は、ＰＫ＝ｍとし、ｒを開口部を有する円筒状の照明ランプ（３−１）における軸方向に垂直な断面である円の半径とすると、下記（１）〜（４）式が成り立つ。
【００３０】
Ｘｐ  ＝  Ｘｓ  ＋  ｍＱｘ                              （１）
Ｙｐ  ＝  Ｙｓ  ＋  ｍＱｙ                              （２）
Ｚｐ  ＝  Ｚｓ  ＋  ｍＱｚ                              （３）
Ｘｐ2  ＋  Ｙｐ2  −  ｒ2  ＝  ０                       （４）
【００３１】
上記（４）式に上記（１）式及び（２）式を代入し、整理するとｍは下記（５）式で表される。
【００３２】
【数１】
2010102438.tif 000003
【００３３】
また、内面反射のときには、上記（５）式における右辺の分子は下記（６）式で表される。
【００３４】
【数２】
2010102438.tif 000004
【００３５】
こうして算出されたｍを上記（１）〜（３）式に代入することでＫ点の座標を求める。
【００３６】
一方、Ｋで反射された光線はＱ’（ｑｘ’，ｑｙ’，ｑｚ’）方向に反射する。Ｋでの法線ベクトルＥ（Ｅｘ，Ｅｙ，Ｅｚ）はリフレクタ面の勾配であるから上記（４）式をｈ（Ｘｐ，Ｙｐ）と置けば、下記（７）式のように表される。このとき、ベクトルＥは正規化する。
【００３７】
Ｅ＝ｇｒａｄ  ｈ                                （７）
【００３８】
さらに反射法則により、Ｑ’は下記（８）式のように表せる。
【００３９】
Ｑ’＝Ｑ−２Ｅ（Ｅ・Ｑ）                        （８）
【００４０】
多重反射した光線のうち開口部（３−２）に達した光線のみが光源外に出射する。このとき、あるしきい値以下の光強度の光線は計算を中止する。これは照度分布に影響が出ないレベルの光強度に関しては光線追跡計算時間を短縮する効果がある。しきい値は初期出射光強度の１％に設定することが望ましい。
【００４１】
多重反射計算では光線が光源内を無限に反射する場合も生じる。この場合にも前記の光強度計算を行い、しきい値未満の光強度になった場合には計算を中止することで無限ループを回避することができる。
【００４２】
図３−Ａのように照明ランプ（３−１）の開口部（３−２）には、開口部形状に沿った形状で等間隔の格子状発光領域（３−３）が設置される。各発光点から出射した光線のうち、開口部（３−２）の格子状発光領域（３−３）に達した領域毎の光線の光強度を加算し、発光方向をベクトル合成する。開口部（３−２）の格子状発光領域（３−３）での光束の光強度と発光方向のセットが照明ランプ（３−１）の発光分布情報となる。格子状発光領域（３−３）の格子間隔は細かい方が最終照度分布の計算精度が高くなる。
【００４３】
照明ランプ（３−１）の発光分布情報はファイル化することも可能である。照明ランプ（３−１）の種類は固定で、他の光学部材のレイアウトだけを変更して計算するときにはファイル化された照明ランプの発光分布情報を用いることで計算が速くなる。また照明ランプ（３−１）の発光分布情報として実験値を用いることも可能である。実験値の場合もファイル化しておくことが望ましい。
【００４４】
次に、照明ランプとリフレクタとを含む照明光学系における光線追跡手法について説明する。
図４は、照明ランプとリフレクタとを含む照明光学系における光線追跡手法を説明する概略説明図である。
【００４５】
光源（照明ランプ：４−１）から出射した光線がリフレクタ（４−２）に当たったときの反射点および反射方向の計算は、光源（４−１）の光線の出射座標点および方向ベクトルとリフレクタ（４−２）の形状関数とから求められる。このとき光学系のグローバル座標系ＸＹＺからリフレクタ（４−２）の原点を中心としたローカル座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’への座標変換を行い、ローカル座標系において光線追跡を行えばリフレクタ（４−２）の形状が平面あるいは任意の曲面であっても統一的に計算が実行できる。リフレクタ（４−２）の形状としては円筒面、楕円面、双曲面、非球面、平面等のあらゆる形状が用いられるが、本実施の形態では、円筒をその軸に平行な面で切断した形状である円筒面を採用する。
【００４６】
光源の出射点Ｕ（ｘｕ，ｙｕ，ｚｕ）からＶ（ｖｘ，ｖｙ，ｖｚ）方向に発射した光線のリフレクタ中心のローカル座標系Ｘ’Ｙ’Ｚ’への座標変換は回転・並進行列をＲxyz（α，β，γ，ｋｘ，ｋｙ）とすれば以下のように表すことができる。
【００４７】
【数３】
2010102438.tif 000005
【００４８】
【数４】
2010102438.tif 000006
【００４９】
点Ｕ’（ｘｕ’，ｙｕ’，ｚｕ’）からＶ’（ｖｘ’，ｖｙ’，ｖｚ’）方向に発射した光線が形状関数ｆ（ｘ’，ｙ’，ｚ’）＝０で表されるリフレクタ面上の点Ｔ’（ｘｔ’，ｙｔ’，ｚｔ’）に当たる位置はＵ’Ｔ’＝ｌとすれば下記（１１）〜（１４）式が成り立つ。
【００５０】
ｘｔ’＝ｘｕ’＋ｌ  ｖｘ’                              （１１）
ｙｔ’＝ｙｕ’＋ｌ  ｖｙ’                              （１２）
ｚｔ’＝ｚｕ’＋ｌ  ｖｚ’                              （１３）
ｆ（ｘｔ’，ｙｔ’，ｚｔ’）＝０                        （１４）
【００５１】
この連立方程式を解き、ｌを求め、(１１)〜(１３)式に代入することでＴ’の座標点を求めることができる。
【００５２】
一方、Ｔ’で反射された光線はＷ’（ｗｘ’，ｗｙ’，ｗｚ’）方向に反射する。Ｔ’での法線ベクトルＧ’（ｇｘ’，ｇｙ’，ｇｚ’）はリフレクタ面の勾配であるから上記（１４）式より下記（１５）式のように表される。このとき、ベクトルＧ’は正規化する。
【００５３】
Ｇ’＝ｇｒａｄ  ｆ                                      （１５）
【００５４】
さらに反射法則により、Ｗ’は下記（１６）式のように表せる。
【００５５】
Ｗ’＝Ｖ’−２Ｇ’（Ｇ’・Ｖ’）                        （１６）
【００５６】
以上のようにしてローカル座標系での反射点および反射方向を求めることができる。これらの計算の終了後、グローバル座標系に戻す。前述の回転・並進行列の逆行列Ｒxyz-1（（α，β，γ，ｋｘ，ｋｙ）を用いて、反射点Ｔ（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）および反射方向Ｗ（ｗｘ，ｗｙ，ｗｚ）は下記（１７）〜（１８）式のように計算できる。
【００５７】
【数５】
2010102438.tif 000007
【００５８】
【数６】
2010102438.tif 000008
【００５９】
さらに、原稿設置台（コンタクトガラス）における光線の屈折について説明する。
図５は、原稿設置台（コンタクトガラス）における光線の屈折を説明する概略説明図である。
【００６０】
図５に示されるように屈折は光線がコンタクトガラス（５−１）に入射したときに生じる。光線がコンタクトガラス（５−１）面に当たる座標は、リフレクタによる反射計算で行った計算と同様である。異なるのはコンタクトガラス（５−１）面での屈折方向であり、たとえば第１面での屈折を考える。入射方向ベクトルＱ（ｑｘ，ｑｙ，ｑｚ）とし、入射角ｉ、屈折角ｉ’、法線ベクトルＦ（ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ）とすれば、スネルの法則を用いて、屈折光ベクトルＨ（ｈｘ，ｈｙ，ｈｚ）は下記（１９）式のように求められる。
【００６１】
【数７】
2010102438.tif 000009
【００６２】
ここでｃｏｓｉ’は下記（２０）式のように表される。
【００６３】
【数８】
2010102438.tif 000010
【００６４】
ｓｉｇｎ（ｘ）はｘの正負によって＋１もしくは−１となる関数である。ＮおよびＮ’は媒質の屈折率である。
【００６５】
上記（１９）、（２０）式によって第１面での屈折方向が求まる。同様に第２面での屈折方向も計算できる。
【００６６】
以上のような光線追跡手法を用いて、図１−Ｂにおいて示したような照明ランプ（１−４）から出射された照明光の中で直接受光面に入射する光による照度分布（１−１３）と、照明ランプ（１−４）から出射された照明光の中でリフレクタ（１−５）から反射されて受光面に入射する光による照度分布（１−１４）と、を算出することができる。さらに、照明ランプ（１−４）による照度分布（１−１３）と、リフレクタ（１−５）による照度分布（１−１４）とを合成することで、合成照度分布（１−１５）が得られる。
【００６７】
（システム構成）
図６は、照度分布計算システムを実行するための演算機能を有するコンピュータの構成の一例を示す概略図である。
演算機能を有するコンピュータは、記憶装置、演算装置、ＣＲＴから構成され、記憶装置にはランプ部材データ、ランプ発光分布データ、光学部材データ、リフレクタ・ランプ・合成照度分布データが含まれている。
【００６８】
ランプ部材データは照明ランプの形状、位置、照明ランプ内の発光点位置・発光本数の情報が含まれている。
ランプ発光分布データはランプの開口部の格子状発光領域から出射する光束の光強度と発光方向のセットから構成されたデータである。
【００６９】
光学部材データは、リフレクタ、コンタクトガラスなどの形状、光学特性、位置情報である。光学特性としてはリフレクタ、照明ランプでは反射率、コンタクトガラスでは屈折率である。また、この他に受光面の位置、メッシュの格子数、格子の大きさの情報も含まれる。
【００７０】
リフレクタ・ランプ・合成照度分布データは、リフレクタおよびランプとそれらを合成した、メッシュ毎の光強度と光線方向ベクトルのセットから構成されたデータである。
リフレクタ・ランプ照度分布計算部、合成照度分布計算部および光線追跡計算部で計算されたリフレクタ・ランプ・合成照度分布の結果は、記憶装置内でリフレクタ・ランプ・合成照度分布データとして記憶される。
【００７１】
演算装置にはランプ発光分布計算部、光線追跡計算部、リフレクタ・ランプ照度分布計算部、合成照度分布計算部が含まれる。
ランプ発光分布計算部では照明ランプ内壁の様々な点から多数の光線を発射し、多重反射計算を行って開口部から出射する光線の光強度と方向とから、発光分布を表すようなデータが計算される。
光線追跡計算部では照明ランプからの光線発射、原稿面に光線が到達するまでの光線追跡および光強度計算を行う。このとき、照明ランプからの直接照明光とリフレクタからの反射照明光が別々に光線追跡される。リフレクタ・ランプ照度分布計算部では光線追跡計算部で求められたそれぞれ照明光が受光面上に到達したときの光線をメッシュ毎に積分し、メッシュ全体の照度分布を計算する。
【００７２】
計算された照度分布は合成照度分布計算部に送られ、リフレクタからの照度分布とランプからの照度分布が受光面メッシュ毎に加算される。また、同時に受光面メッシュ毎の光線方向ベクトルも計算される。これらの計算結果は記憶装置に送られ、リフレクタ・ランプ・合成照度分布データとして記憶され、ＣＲＴ上に表示される。
【００７３】
次に、本発明に係る画像読取装置の照度分布計算システムにおけるフローについて説明する。
図７は、本発明に係る画像読取装置の照度分布計算システムにおけるフローについて説明するフローチャートである。
【００７４】
先ず、光学部材データ入力では光学部材の形状、位置情報、光学特性を入力する。
次いで、発光分布データの有無を確認する。データがない場合には照明ランプから出射した光線の光線追跡を実行し、ランプ発光分布データを作成する。データがある場合には照明ランプの発光分布データを読み込む。
このランプ発光分布データを用いて、受光面までの光線追跡計算を実行する。
【００７５】
さらに、計算種類の分岐を行う。ランプからの直接照明光を用いて、受光面上のメッシュ毎に光線の位置、方向および光強度から、ランプ照度分布と光線方向ベクトルとを計算する。また、リフレクタからの反射照明光を用いて、受光面上のメッシュ毎に光線の位置、方向および光強度から、リフレクタ照度分布と光線方向ベクトルとを計算する。
【００７６】
両者の計算が終了した後、ランプ照度分布とリフレクタ照度分布を受光面メッシュ毎に加算し、合成照度分布を計算する。また同時に両者の光線方向ベクトルのベクトル和を受光面メッシュ毎に計算する。
そして、計算により得られたランプ、リフレクタおよび合成照度分布をＣＲＴ上に表示する。
【００７７】
（特性値）
そして本発明では、受光面に入射する全ての光による当該受光面全体の照度分布から、ピーク照度に対して８０％以上の照度を有する、原稿設置台の長さ方向における光強度幅または受光面の面積と、ピーク照度に対する８０％の照度と、を特性値として算出して評価する。
【００７８】
図８は、副走査方向断面で計算された（受光面に入射する全ての光による）照度分布の一例を示すグラフである。
図８のグラフにおいて、横軸は副走査方向位置を示し、縦軸は光強度を示す。横軸の０％の位置が読取位置であり、また、ピーク照度（最も高い光強度）の１％の光強度になる点を±５０％としてプロットしている。縦軸の光強度は、発射する光線本数によって変化するため、今回の計算では総光線本数を３００万本に固定している。これによって条件を変えても相対比較評価が可能となる。
【００７９】
本発明では、ピーク照度の８０％以上の光強度を有する原稿設置台の長さ方向（副走査方向）における光強度幅または受光面の面積と、ピーク照度に対する８０％の照度と、を特性値として算出して評価する。
即ち、図８に示す光強度幅、もしくはこれに幅方向（主走査方向）の長さを乗じたものである受光面の面積と、ピーク照度に対する８０％の照度と、を特性値として算出して評価する。
【００８０】
これは図１−Ａにおいて走行体が副走査方向に移動するときに生じる振動で、読取位置が副走査方向にずれる影響で光強度が変化することを考慮した結果である。
理想的には光強度幅もしくは面積が広く、平均照度が大きいことが望ましい。
ただし、パラメータの組合せによっては交互作用が出るため安定的な領域を使う必要がある。
【００８１】
さらに本発明では、当該画像読取装置における光源と画像読取位置との距離Ｌの初期設計条件は、基準距離Ｌ０±２０％の範囲であり、当該画像読取装置における原稿設置台の垂直方向に対して、光源と画像読取位置とを結ぶ直線が成す角度θＬ（０°＜θＬ＜９０°）の初期設計条件は、基準角度θＬ０±１１％の範囲であり、特性値より距離Ｌの初期設計条件及び角度θＬの初期設計条件を評価して、Ｌ＝Ｌ０〜Ｌ０＋７％、θＬ＝θＬ０とすることが好ましい。
【００８２】
図９は、設計パラメータを示す説明図である。
ランプ中心位置と読取位置との距離Ｌはスキャナユニットの設計仕様から制限がある。初期設計条件として、Ｌ＝１２ｍｍから１８ｍｍの範囲内で、また、前記距離と読取位置での鉛直方向との成すランプ角度（画像読取装置における原稿設置台の垂直方向に対して、光源と画像読取位置とを結ぶ直線が成す角度）θＬ＝２５度から３０度である水準幅を設定する。これはそれぞれ、基準位置Ｌ０＝１５ｍｍに対して±２０％の水準幅と、基準角度θＬ０＝２７．５ｍｍに対して±１１％の水準幅に相当する。
【００８３】
この条件で、光強度幅および平均照度の変化を計算した結果を図１０、図１１、図１２、図１３に示す。
図１０は、光強度幅のランプ中心位置と読取位置との距離に対する変化を示すグラフであり、図１１は、平均照度のランプ中心位置と読取位置との距離に対する変化を示すグラフである。また、図１２は、光強度幅のランプ角度に対する変化を示すグラフであり、図１３は、平均照度のランプ角度に対する変化を示すグラフである。
このときの平均照度は水準の基準値を１００％としている。
【００８４】
計算する照度分布は、リフレクタからの交互作用を排除するために、ランプのみの照度分布で比較したほうが良い。リフレクタの仮設計値が決まっている場合にはランプとリフレクタの合成照度分布で評価しても良い。
【００８５】
ランプ中心位置と読取位置との距離Ｌは図１０、図１１より光強度幅、平均照度共にＬ＝１４ｍｍ付近にピークを持つが、より安定的な位置は平坦な領域を持つ１５から１６ｍｍ付近である。取付け公差を考えてＬ＝１５から１６ｍｍを最適条件とする。これはＬ＝１５ｍｍからＬ＝１５ｍｍ＋７％の領域に相当する。
【００８６】
ランプ角度θＬは図１２、図１３より２７°付近に明らかなピークを持つことがわかる。したがってランプ角度の最適値はθＬ＝２７°となる。
【００８７】
前記、最適条件ＬおよびθＬの条件下において、Ｌとランプの上側開口角との成す角度をランプ光線角度δとする。δが９度から１２度の水準幅で、光強度幅および平均照度の変化を計算した結果を図１４、図１５に示す。
図１４は、光強度幅のランプ光線角度δに対する変化を示すグラフであり、図１５は、平均照度のランプ光線角度δに対する変化を示すグラフである。
このときの平均照度は水準の基準値を１００％としている。
【００８８】
光強度幅はどの水準においても大きな変化はないが、平均照度は図１５のようにδ＝１１°付近にピークを持つことがわかる。この結果からランプ光線角度δの最適値はδ＝１１°となる。
【００８９】
前記、最適条件ＬおよびθＬの条件下において、リフレクタ曲率半径ｒｃが１６．５ｍｍから１８．５ｍｍの水準幅で、光強度幅および平均照度の変化を計算した結果を図１６、図１７に示す。
図１６は、光強度幅のリフレクタ曲率半径ｒｃに対する変化を示すグラフであり、図１７は、平均照度のリフレクタ曲率半径ｒｃに対する変化を示すグラフである。
このときの平均照度は水準の基準値を１００％としている。
【００９０】
リフレクタ曲率半径に関しては光強度幅、平均照度共にｒｃ＝１７．５ｍｍ付近にピークを持つことがわかる。
この結果からリフレクタ半径の最適値はｒｃ＝１７．５ｍｍとなる。
【００９１】
前記、最適条件ＬおよびθＬの条件下において、リフレクタの反射有効角度θＲ１が１７°から２４°の水準幅で、光強度幅および平均照度の変化を計算した結果を図１８、図１９に示す。
図１８は、光強度幅の反射有効角度θＲ１に対する変化を示すグラフであり、図１９は、平均照度の反射有効角度θＲ１に対する変化を示すグラフである。
このときの平均照度は水準の基準値を１００％としている。
【００９２】
リフレクタの反射有効角度θＲ１に関しては光強度幅、平均照度共にθＲ１＝２１°付近にピークを持つことがわかる。
この結果からリフレクタの反射有効範囲の最適値はθＲ１＝２１°となる。
【００９３】
これら一連の画像読取装置の照度分布計算は、演算処理機能を有する演算装置（コンピュータ）に実行させるためのプログラムであって、演算装置（コンピュータ）が読み取り可能な記録媒体に保存されてなる。
記録媒体としては、フレキシブルーディスクあるいは光ディスクのような従来公知の記録媒体のいずれであっても良い。また、この記録媒体に記録されたプログラムを演算装置が直接読み取り実行しても良く、プログラムを演算装置が読み取り演算装置内に保存した上で実行しても良い。
【００９４】
以上説明した本発明によれば、受光面上に達するランプからの照度分布とリフレクタからの照度分布を分離して計算しているので、設計段階において、画像読取装置が存在しなくてもこれらの分布を予想することが可能となり、試作コストの低減を図ることができる。
【００９５】
また、ランプからの照度分布とリフレクタからの照度分布を合成した合成照度分布を計算し、それらの値の相対評価ができるので、それぞれの照度分布の寄与率を試作前に事前に把握することができる。
【００９６】
さらに、ピーク照度の８０％光強度における光強度幅または面積と平均照度とを特性値とすることで、振動等の要因による読取位置近傍の実際の照度分布変動を考慮した評価が可能となり、従来のピーク強度もしくは全照度で評価するよりも最適値を見つけることが容易となる。また、光強度幅または面積と平均照度の２つの特性値で評価するので最適領域や安定的な領域を見つけることが可能となる。尚、このとき総光線本数を、上述した実施の形態のような３００万本といった充分な精度が得られるような本数において固定した状態で副走査方向の照度分布を比較するので、設計条件を変えても照度分布の相対比較評価が可能となる。これらによって、試作コストの低減と画像読取装置の性能向上とを図ることが可能となる。
【００９７】
またさらに、読取装置のサイズの初期設計条件から、水準幅を振ってランプ位置、ランプ角度による前記、特性値の変化をとらえることが可能になるので、ランプ位置、ランプ角度の最適値を決定できる。
【００９８】
これに加えてさらに、下記（Ａ）乃至（Ｃ）に記載の効果を奏する。
（Ａ）：前記のランプ位置、ランプ角度最適値の条件下で水準幅を振ってランプ光線角度による前記、特性値の変化をとらえることが可能になるので、ランプ光線角度の最適値を決定できる。
（Ｂ）：前記のランプ位置、ランプ角度最適値の条件下で水準幅を振ってリフレクタ曲率半径による前記、特性値の変化をとらえることが可能になるので、リフレクタ曲率半径の最適値を決定できる。
（Ｃ）：前記のランプ位置、ランプ角度最適値の条件下で水準幅を振ってリフレクタの反射有効領域による前記、特性値の変化をとらえることが可能になるので、リフレクタの反射有効領域の最適値を決定できる。
【００９９】
このようなパラメータの最適化は、設計段階において、画像読取装置が存在しなくても決定することが可能となるので、高効率照明の実現、試作コストの低減、設計期間の短縮を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】１−Ａ：画像読取装置の構成の一例を示す断面概略図である。１−Ｂ：原稿設置台及び照明光学系の構成の一例を示す断面概略図である。
【図２】原稿設置台及び照明光学系においてメッシュ状に区切られた受光面と方向ベクトルを説明するための概略構成図である。
【図３】３−Ａ：照明ランプの構成の一例を示す概略斜視図である。３−Ｂ：３−Ａに示す照明ランプにおける光線追跡手法を説明する概略説明図である。
【図４】照明ランプとリフレクタとを含む照明光学系における光線追跡手法を説明する概略説明図である。
【図５】原稿設置台における光線の屈折を説明する概略説明図である。
【図６】照度分布計算システムを実行するための演算機能を有するコンピュータの構成の一例を示す概略図である。
【図７】本発明に係る画像読取装置の照度分布計算システムにおけるフローについて説明するフローチャートである。
【図８】副走査方向断面で計算された照度分布の一例を示すグラフである。
【図９】設計パラメータを示す説明図である。
【図１０】光強度幅のランプ中心位置と読取位置との距離に対する変化を示すグラフである。
【図１１】平均照度のランプ中心位置と読取位置との距離に対する変化を示すグラフである。
【図１２】光強度幅のランプ角度に対する変化を示すグラフである。
【図１３】平均照度のランプ角度に対する変化を示すグラフである。
【図１４】光強度幅のランプ光線角度δに対する変化を示すグラフである。
【図１５】平均照度のランプ光線角度δに対する変化を示すグラフである。
【図１６】光強度幅のリフレクタ曲率半径ｒｃに対する変化を示すグラフである。
【図１７】平均照度のリフレクタ曲率半径ｒｃに対する変化を示すグラフである。
【図１８】光強度幅の反射有効角度θＲ１に対する変化を示すグラフである。
【図１９】平均照度の反射有効角度θＲ１に対する変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０１】
（図１の符号の説明）
１−１    原稿
１−２    コンタクトガラス
１−３    受光面
１−４    照明ランプ
１−５    リフレクタ
１−６    反射部材１
１−７    反射部材２
１−８    レンズ
１−９    １次元撮像素子
１−１０  走行体１
１−１１  走行体２
１−１２  開口部
１−１３  ランプによる照度分布
１−１４  リフレクタによる照度分布
１−１５  合成照度分布
１−１６  照明光
（図２の符号の説明）
２−１    照明ランプ
２−２    リフレクタ
２−３    受光面
２−４    受光面メッシュ
２−５    読取位置
２−６    方向ベクトル
（図３の符号の説明）
３−１    照明ランプ
３−２    開口部
３−３    格子状発光領域
３−４    発光点
（図４の符号の説明）
４−１    照明ランプ
４−２    リフレクタ
（図５の符号の説明）
５−１    コンタクトガラス
【図１】
2010102438.tif 000011
【図２】
2010102438.tif 000012
【図３】
2010102438.tif 000013
【図４】
2010102438.tif 000014
【図５】
2010102438.tif 000015
【図６】
2010102438.tif 000016
【図７】
2010102438.tif 000017
【図８】
2010102438.tif 000018
【図９】
2010102438.tif 000019
【図１０】
2010102438.tif 000020
【図１１】
2010102438.tif 000021
【図１２】
2010102438.tif 000022
【図１３】
2010102438.tif 000023
【図１４】
2010102438.tif 000024
【図１５】
2010102438.tif 000025
【図１６】
2010102438.tif 000026
【図１７】
2010102438.tif 000027
【図１８】
2010102438.tif 000028
【図１９】
2010102438.tif 000029