(57)【要約】【課題】発光分布情報として実験値などのデータを使用することができるようにするともに照明計算時間の短縮を図る。【解決手段】光学部材データを入力すると、光学部材データ入力部が受け付けて、光学部材データ保存部が記憶装置に記憶する（ステップＳ１）。光源データ保存部に光源データが用意されている場合は（ステップＳ２のＹ）、その光源データを読み込む（ステップＳ３）。光源データが用意されていない場合には（ステップＳ２のＮ）、光源データ入力部で光源データの入力を受け付け（ステップＳ４）、光源データ保存部が記憶装置に記憶し（ステップＳ５）、その光源データを読み込む（ステップＳ３）。光源データは、光源の開口部上の領域を格子状に複数に区画し、それぞれの区画（後述の領域５５）内での光束の発光強度、発光方向（方向ベクトル）の情報を備えたテキストデータである。次に、光線追跡計算部が光線追跡計算を行なう（ステップＳ６）。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象となる照明装置の光源の光を出射する領域を複数に区画したときの各区画内での光束の発光強度及び発光方向の情報である光源データを入力する入力手段と、
この入力した光源データを記憶する第１の光源データ記憶手段と、
前記照明装置の光学部材に関する情報である光学部材データを記憶する光学部材データ記憶手段と、
前記光源データ及び前記光学部材データを用い前記光源の照度分布を計算する照度分布計算手段と、
を備えていることを特徴とする照度分布計算装置。
【請求項２】
前記光源データを計算する光源データ計算手段と、
該光源データ計算手段により求めた光源データを記憶する第２の光源データ記憶手段と、
をさらに備え、
前記照度分布計算手段は、前記入力手段により受け付けた光源データ又は前記光源データ計算手段により計算により求めた光源データを用いる、
ことを特徴とする請求項１に記載の照度分布計算装置。
【請求項３】
前記照度分布計算手段により計算された照度分布のデータに基づいて前記照明装置の照度分布を表示する表示手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照度分布計算装置。
【請求項４】
前記光学部材データは、少なくとも光源、リフレクタ、及びコンタクトガラスに関する形状、光学特性、及び位置情報を含んでいることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照度分布計算装置。
【請求項５】
前記照度分布計算手段は、読取位置を中心として前記コンタクトガラス上面と平行方向に格子状の領域により定義される照度分布投影部の格子状の区画ごとに到達した光束の数を合計すると共に、前記光束の合成方向ベクトルを計算し、前記区画ごとの合計光束数を前記区画ごとにプロットすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照度分布計算装置。
【請求項６】
対象となる照明装置の光源の光を出射する領域を複数に区画したときの各区画内での光束の発光強度及び発光方向の情報である光源データを入力装置で入力する入力処理と、
この入力した光源データを記憶装置に記憶する第１の光源データ記憶処理と、
前記照明装置の光学部材に関する情報である光学部材データを記憶装置に記憶する光学部材データ記憶処理と、
前記光源データ及び前記光学部材データを用い前記光源の照度分布を計算する照度分布計算処理と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項７】
前記光源データを計算する光源データ計算処理と、
この求めた光源データを記憶する第２の光源データ記憶処理と、
をさらにコンピュータに実行させ、
前記照度分布計算処理は、前記光源データとして前記入力を受け付けた光源データ又は前記計算により求めた光源データを用いる、
ことを特徴とする請求項６に記載のプログラム。
【請求項８】
前記照度分布計算処理により計算された照度分布のデータに基づいて前記照明装置の照度分布を表示装置に表示する表示処理をさらにコンピュータに実行させることを特徴とする請求項６又は７に記載のプログラム。
【請求項９】
前記光学部材データは、少なくとも光源、リフレクタ、及びコンタクトガラスに関する形状、光学特性、及び位置情報を含んでいることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載のプログラム。
【請求項１０】
前記照度分布計算手段は、読取位置を中心として前記コンタクトガラス上面と平行方向に格子状の領域により定義される照度分布投影部の格子状の区画ごとに到達した光束の数を合計すると共に、前記光束の合成方向ベクトルを計算し、前記区画ごとの合計光束数を前記区画ごとにプロットすることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載のプログラム。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれか一項に記載のプログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照度分布計算装置、プログラム及び記憶媒体に関し、特に、外部からの入力データに基づいて照度分布を計算する、照度分布計算装置、プログラム及び記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像読取装置に使用される照明装置においては、原稿が載置されるコンタクトガラスの下に光源及びリフレクタを設けたものがある。このような照明装置において、コンタクトガラス及びリフレクタは、その形状、配置が機種などによって大きく変更されることはあまりない。しかし、光源は、その種類、形状、発光方向などが比較的大きく変更されることが多い。
そして、このような画像読取装置を設計するのに際し、原稿面上の照度分布画像を計算によって生成することは試作回数の低下などの点から重要な技術となっているが、光源の発光分布を計算のみで求めることは難しく、実験値が用いられることも多かった。また、計算を行う場合も光源の変更の度に全体の照明計算を行う必要があり、光源内における発光をどのように考慮するかを決めることが難しかった。
これに対し、特許文献１には、三次元コンピュータ・グラフィックスの分野における三次元画像生成に関する技術が開示されている。すなわち、三次元物体の形状データ、属性データや、光源データを保存する光源・形状データ保存部と、光源を複数の光源集合に分類する光源集合生成部と、光源集合ごとに照度計算を行なう照度計算部と、光源集合ごとに照度を部分光源照度として保存する照度保存部と、光源集合ごとに加算係数を入力する加算係数入力部と、部分光源照度を加算係数により重み付け加算する照度加算部と、部分光源照度の代表点が異なる時に共通の代表点を持つ共通代表点部分光源照度を作成する照度変換部とを備えた三次元画像生成装置について開示されている。
ここで、光源・形状データ保存部には、三次元物体（三次元場面を構成する物体）の位置、大きさなどを表す形状データや、物体の色・模様、光学特性などを表す属性データ、あるいは、照明器具の位置、照明強度、配光特性などを表す光源データが格納されている。
【特許文献１】特開平６−３０１７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の技術では、光源ごとに照度計算を行う照度計算部と、照度分布として保存する照度保存部とを設けることで、照明状態が変化しても照度の再計算を行わずに照明状態の変更を反映できるようにしているが、照度データは、照度計算部で計算し照度保存部に保存して用いることとしている。
そのため、特許文献１の技術では、実験値として得られた照度データ等のように、照度計算部で計算して得られるものとは別の照度データを用いることはできないという問題がある。
そこで、本発明は、光源情報データ保存部の発光分布情報と、光学部材データ保存部の光学部材情報とを分離することにより、発光分布情報として実験値などのデータを使用することができるようにするともに、照明計算時間の短縮を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載の発明は、対象となる照明装置の光源の光を出射する領域を複数に区画したときの各区画内での光束の発光強度及び発光方向の情報である光源データを入力する入力手段と、この入力した光源データを記憶する第１の光源データ記憶手段と、前記照明装置の光学部材に関する情報である光学部材データを記憶する光学部材データ記憶手段と、前記光源データ及び前記光学部材データを用い前記光源の照度分布を計算する照度分布計算手段と、を備えていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光源データを計算する光源データ計算手段と、該光源データ計算手段により求めた光源データを記憶する第２の光源データ記憶手段と、をさらに備え、前記照度分布計算手段は、前記入力手段により受け付けた光源データ又は前記光源データ計算手段により計算により求めた光源データを用いることを特徴とする。
【０００５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記照度分布計算手段により計算された照度分布のデータに基づいて前記照明装置の照度分布を表示する表示手段をさらに備えていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記光学部材データは、少なくとも光源、リフレクタ、及びコンタクトガラスに関する形状、光学特性、及び位置情報を含んでいることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記照度分布計算手段は、読取位置を中心として前記コンタクトガラス上面と平行方向に格子状の領域により定義される照度分布投影部の格子状の区画ごとに到達した光束の数を合計すると共に、前記光束の合成方向ベクトルを計算し、前記区画ごとの合計光束数を前記区画ごとにプロットすることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、対象となる照明装置の光源の光を出射する領域を複数に区画したときの各区画内での光束の発光強度及び発光方向の情報である光源データを入力装置で入力する入力処理と、この入力した光源データを記憶装置に記憶する第１の光源データ記憶処理と、前記照明装置の光学部材に関する情報である光学部材データを記憶装置に記憶する光学部材データ記憶処理と、前記光源データ及び前記光学部材データを用い前記光源の照度分布を計算する照度分布計算処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【０００６】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記光源データを計算する光源データ計算処理と、この求めた光源データを記憶する第２の光源データ記憶処理と、をさらにコンピュータに実行させ、前記照度分布計算処理は、前記光源データとして前記入力を受け付けた光源データ又は前記計算により求めた光源データを用いることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の発明において、前記照度分布計算処理により計算された照度分布のデータに基づいて前記照明装置の照度分布を表示装置に表示する表示処理をさらにコンピュータに実行させることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の発明において、前記光学部材データは、少なくとも光源、リフレクタ、及びコンタクトガラスに関する形状、光学特性、及び位置情報を含んでいることを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の発明において、前記照度分布計算手段は、読取位置を中心として前記コンタクトガラス上面と平行方向に格子状の領域により定義される照度分布投影部の格子状の区画ごとに到達した光束の数を合計すると共に、前記光束の合成方向ベクトルを計算し、前記区画ごとの合計光束数を前記区画ごとにプロットすることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項６乃至１０のいずれかの一項に記載のプログラムを記憶していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１、６に記載の発明によれば、光源データはユーザが入力したものを用いるため、実験値などの光源データを外部から与えて使用することができる。
請求項２、７に記載の発明によれば、光源データとして計算で求めた値でも実験値のようにユーザが入力したものでもいずれでも使用することができる。
請求項３、８に記載の発明によれば、計算で求めた照明装置の照度分布を表示装置の画面上に表示することができる。
請求項４、９に記載の発明によれば、少なくとも光源、リフレクタ、及びコンタクトガラスに関する形状、光学特性、及び位置情報を含んでいる光学部材データを用いて、照度分布を的確に計算することができる。
請求項５、１０に記載の発明によれば、読取位置を中心としてコンタクトガラス上面と平行方向に格子状の領域により定義される照度分布投影部の格子状の区画ごとに到達した光束の数を合計すると共に、光束の合成方向ベクトルを計算し、区画ごとの合計光束数を区画ごとにプロットすることで、照度分布を的確に計算することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための最良の一形態について説明する。
まず、本実施形態が対象とする画像読取装置の照明装置の一例について、その構成を説明する。図１は照度分布を模式的に表現した照明装置２００の斜視図である。図２は照明装置２００の斜視図である。
この照明装置２００は、円筒状の発光体で円周面の一部は一定の角度を持った透明な開口部２０６を有する光源２０１と、光源２０１から出射した光束２０８の一部を反射するリフレクタ２０２と、原稿を載置するコンタクトガラス２０３と、読取位置２０５を中心としてコンタクトガラス２０３上面と平行方向に格子状の領域により定義される照度分布投影部２０７と、を備えて構成される。
光源２０１から出射した光束２０８の一部はリフレクタ２０２で反射され、コンタクトガラス２０３を透過し、コンタクトガラス２０３上（図１、図２においてコンタクトガラス２０３の底面）の原稿の読取位置２０５付近を照明する。また、光源２０１から出射した光束２０８の一部は直接コンタクトガラス２０３を透過して読取位置２０５の付近を照明する。このとき、照度分布投影部２０７上の領域を格子状に区画し、各区画上での、リフレクタ２０２で反射されて読取位置２０５付近を照明する光、直接読取位置２０５付近を照明する光の合成された光強度が、照明装置２００の照度分布２０４となる。全ての光束の照度分布計算が終了していない場合は次の光束の光線追跡を実行し、全ての光束の照度分布計算が終了した場合は照度画像がＣＲＴ上に表示される。照度分布の計算例を図８に示す。
【０００９】
次に、本実施形態の照度分布計算装置等について説明する。
図３は、本実施形態の照度分布計算装置１の電気的な接続のブロック図である。
この照度分布計算装置１は、ワークステーションやパソコンなどのコンピュータで構成されており、装置の各部を集中的に制御するＣＰＵ１２と、各種のＲＯＭ、ＲＡＭからなるメモリ１３とが、バス１４で接続されている。
バス１４には、所定のインターフェイスを介して、ハードディスクなどの磁気記憶装置１５と、キーボード、マウスなどの入力装置１６と、ＬＣＤ、ＣＲＴなどの表示装置１７と、光ディスクなどの記憶媒体１８を読み取る読取装置１９とが接続され、また、インターネットなどのネットワーク２０と通信を行う通信制御装置１１が接続されている。
記憶媒体１８としては、光ディスク、光磁気ディスクなどの各種メディアを用いることができる。また、読取装置１９は、記憶媒体１８の種類に応じて光ディスクドライブ装置、光磁気ディスクドライブ装置などが用いられる。
照度分布計算装置１は、本実施形態の記憶媒体１８から、本実施形態のプログラムを読み取って、磁気記憶装置１５にインストールする。また、このプログラムはインターネットなどのネットワーク２０を介してダウンロードしてインストールするようにしてもよい。このインストールにより、照度分布計算装置１は、後述の処理の実行が可能な状態となる。なお、インストールされたプログラムは所定のＯＳ上で動作するものであってもよい。
【００１０】
次に、インストールしたプログラムに基づいて照度分布計算装置１が実行する処理について説明する。
図４は、照度分布計算装置１の機能ブロック図である。各機能ブロックは、前述のプログラムに基づいて実行する処理により実現される。
図４に示すように、光源データ入力部３１は、入力装置１６を介して、例えば前述のような照明装置２００の光源２０１の発光分布に関する情報（光源データ）の入力を受け付ける。この入力された光源データは、光源データ保存部３２により所定の記憶装置、例えば、磁気記憶装置１５に保存する。光源データ保存部３２に保存される。
この光源データには、光源２０１の光束２０８が出射する領域である開口部２０６上の領域を格子状に複数に区画し、それぞれの区画（後述の領域５５）内での光束２０８の発光強度、発光方向（方向ベクトル）に関する情報が含まれている。これらのデータは計算結果又は実験値が用いられ、データが計算結果の場合は光源データ計算部３３で計算された結果が入力され、データが実験値の場合には光源データ入力部３１から前述のように入力される。
光学部材データ入力部３９は、照明装置２００が備えている各光学部材に関するデータ（光学部材データ）の入力を、入力装置１６を介して受け付ける。光学部材データ保存部３４は、この光学部材データを所定の記憶装置、例えば磁気記憶装置１５に記憶する。光学部材としては、光源２０１、リフレクタ２０２、コンタクトガラス２０３などが挙げられ、光学部材データとして、これらの形状、光学特性、位置に関する情報が含まれる。また、この他に読取位置２０５、読取位置２０５を中心とする照度分布投影部２０７の格子数、光源２０１内の発光点位置・発光本数の情報も含まれる。光学特性は、リフレクタ２０２、光源２０１では反射率、コンタクトガラス２０３では屈折率である。
【００１１】
光線追跡計算部３５は、光源データ及び光学部材データを用いて、光源２０１から出射される光束２０８の反射・屈折計算を実行する。
照度分布計算部３６は、この反射・屈折計算の結果を用いて、照度分布投影部２０７における照度分布を計算し、その結果である照度分布データは照度データ保存部３７により所定の記憶装置、例えば磁気記憶装置１５に記憶される。
照度画像表示部３８は、照度データ保存部３７に記憶された照度分布データに基づいて、照明装置２００の照度分布を表示装置１７の画面上に表示する。これは、照度分布投影部２０７における照度分布の三次元画像である。
光源の発光分布情報はテキストファイルとしてファイル化することも可能である。光源の種類は固定で、他の光学部材のレイアウトだけを変更して照度分布を計算するときにはファイル化された光源の発光分布情報を用いることで計算が速くなる。また光源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。実験値の場合もテキストファイルとしてファイル化しておく。
【００１２】
照度分布計算部３６では記憶装置の光源発光分布データおよび光学部材データを用いて、光源から出射した光線がコンタクトガラスで屈折し、照度分布投影部に到達する経路と、光源から出射した光線がリフレクタで反射し、コンタクトガラスで屈折し、照度分布投影部に到達する経路が計算される。このときの光線追跡計算は前述の光線追跡計算部３５で計算される。
多数の光線のうち、読取位置を中心とする照度分布投影部に入射した光束だけがカウントされる。照度分布投影部は読取位置を中心としてコンタクトガラス上面と平行方向に格子状の領域で定義される。格子状の区画毎に到達した光線の数が合計され、同時にその合成方向ベクトルが計算される。区画毎の合計光線数を区画毎にプロットしたものが照度分布となる。
照度分布計算部３６で計算された照度分布は記憶装置１５に送られ、照度分布データとして保存される。照度分布データはＣＲＴ１７に送られ、ＣＲＴ上に表示される。
【００１３】
データの流れを図５にて説明する。
光学部材データ入力では光源、リフレクタ、コンタクトガラスなどの形状、光学特性、位置情報を入力する。リフレクタの形状は長さ、幅、また曲面である場合にはその曲率半径などである。位置情報は設置位置、傾き角である。光学特性としては反射率がある。コンタクトガラスの形状は長さ、幅、厚さである。位置情報は設置位置である。光学特性としては屈折率がある。また光源の形状は直径、長さ、開口部の大きさであり、位置情報は設置位置、開口部の向きなどである。光学特性としては内壁面の反射率がある。光源としてよく用いられるハロゲンランプやキセノンランプはほぼ白色光として扱えるので代表屈折率もしくは代表反射率を与えれば良いが、他の光源（ＬＥＤなど）を用いる場合には形状も前記とは異なったものになり、光学特性も使用される光源の発光特性にあった値を用いる必要がある。
次に光源データの有無が確認される。既に光源データが用意されている場合は光源情報データより光源発光分布データが読み込まれる。データがない場合には光源情報データを入力し、光源の発光分布が計算される。
光源のデータは光源の開口部上の領域を格子状に区画し、それぞれの区画内での、光束の発光強度、発光方向（方向ベクトル）情報を持ったテキストデータである。
【００１４】
次に、照度分布計算装置１が前述のプログラムに基づいて実行する処理についてより詳細に説明する。
図５は、かかる処理について説明するフローチャートである。まず、光学部材データを入力装置１６で入力すると、光学部材データ入力部３９が受け付けて、光学部材データ保存部３４が記憶装置に記憶する（ステップＳ１）。
前述のように、光学部材データには、光源２０１、リフレクタ２０２、コンタクトガラス２０３などの形状、光学特性、位置などの情報が含まれる。
リフレクタ２０２の形状の情報には、その長さ、幅、また曲面形状を有するときはその曲率半径などが含まれる。位置の情報には、設置位置、傾き角などが含まれる。光学特性の情報としては、反射率などが含まれる。
コンタクトガラス２０３の形状には、その長さ、幅、厚さなどの情報が含まれる。また、位置の情報には、設置位置などが含まれる。光学特性には、屈折率などが含まれる。
光源２０１の形状には、その直径、長さ、開口部２０６の大きさの情報が含まれ、位置の情報には、その設置位置、開口部２０６の向きなどの情報が含まれる。また、光学特性の情報としては、内壁面の反射率などが含まれる。光源２０１としてよく用いられるハロゲンランプやキセノンランプは、ほぼ白色光として扱えるので代表屈折率又は代表反射率を与えれば良いが、ＬＥＤなどの光源を用いる場合には、形状も前記とは異なったものになり、光学特性も使用される光源の発光特性にあった値を用いる必要がある。
【００１５】
次に、光源データが光源データ保存部３２により記憶されているか否か判断する（ステップＳ２）。そして、既に光源データが用意されている場合は（ステップＳ２のＹ）、その光源データを読み込む（ステップＳ３）。
光源データが用意されていない場合には（ステップＳ２のＮ）、光源データ入力部３９で光源データの入力を受け付け（ステップＳ４）、光源データ保存部３２が記憶装置に記憶する（ステップＳ５）。そして、その光源データを読み込む（ステップＳ３）。
ここで、光源データは、前述のように光源２０１の開口部２０６上の領域を格子状に複数に区画し、それぞれの区画（後述の領域５５）内での光束２０８の発光強度、発光方向（方向ベクトル）の情報を備えたテキストデータである。
次に、光線追跡計算部３５が光線追跡計算を行なう（ステップＳ６）。この光線追跡計算では、光源データ及び光学部材データにより、光源２０１の発光分布から光束２０８がどのような経路で伝播していくかを計算する。
【００１６】
光源２０１からの光束２０８の一部はリフレクタ２０２で反射する。このときリフレクタ２０２の反射率によって光強度が減少する。リフレクタ２０２で反射した光束２０８はコンタクトガラス２０３で屈折して、最終的にはコンタクトガラス２０３の上面（図１、図２では底面）に達する。また光源２０１からの光束２０８の一部は直接、コンタクトガラス２０３に入射し、屈折する。なお、コンタクトガラス２０３での屈折はコンタクトガラス２０３の屈折率と厚さによりスネルの法則で計算することができる。このとき、光強度はコンタクトガラス２０３界面での入射角に依存した関係式を導入して、光強度の減少を計算したほうがより現実に近い結果が得られる。
コンタクトガラス２０３上面に達した光束２０８については光強度と方向ベクトルを計算する。これらの光束２０８のうち、読取位置２０５を中心とする照度分布投影部２０７に入射した光束だけがカウントされ、照度分布計算が行われる。照度分布投影部２０７は読取位置２０５を中心としてコンタクトガラス２０３上面と平行方向に格子状の領域で定義される。格子状の区画毎に到達した光束の数が合計され、同時にその合成方向ベクトルが計算される。
そして、照度分布計算部３６照度分布計算を行なうが（ステップＳ７）、照度分布とは、前述の格子状の区画毎の合計光束数を区画毎にプロットしたデータである。
そして、全ての光束２０８の照度分布計算が終了していない場合は（ステップＳ８のＮ）、次の光束２０８の光線追跡を実行し、すべて終了すると（ステップＳ８のＹ）、照度画像表示部３８が照度画像を表示装置１７の画面上に表示する（ステップＳ９）。
【００１７】
図９に光源から出射した光線とリフレクタでの反射における光線追跡の一例を示し、光線追跡の機能を説明する。
光源から出射した光線がリフレクタに当たったときの反射点および反射方向の計算は光源の光線の出射座標点および方向ベクトルとリフレクタの形状関数から求められる。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。
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。
[xu', yu', zu']＝[Ｒ][xu , yu , zu]                            （１）
[vx',vy', vz']＝[Ｒ][vx, vy, vz]                               （２）
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とすれば以下の式が成り立つ。
xt'＝xu'＋l vx'                                           （３）
yt'＝yu'＋l vy'                                           （４）
zt'＝zu'＋l vz'                                           （５）
ｆ(xt',yt',zt')＝０                                       （６）
この連立方程式を解き、ｌを求め、(３)〜(５)式に代入することでＴ'の座標点を求めることができる。一方、Ｔ'で反射された光線はＱ'(qx',qy',qz')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(６)式より以下のように表される。
G'＝gradｆ                                               （７）
反射法則によりＱ'は以下のように表せる。
Q'＝V'−２G'(G'・V')                                       （８）
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Ｑ(qx,qy,qz)は以下のように計算できる。
[xt, yt, zt]＝[Ｒ]-1[xt', yt', zt']                             （９）
[qx, qy, qz]＝[Ｒ]-1[qx', qy', qz']                             （１０）
【００１８】
次に屈折による光線追跡について説明する。図１０に示されるように屈折は光線がコンタクトガラスに入射したときに生じる。光線がコンタクトガラス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) は以下のように求められる。
2006277740.tif 000003
ここでは以下のように表される。
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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。（１１）、（１２）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。
【００１９】
次に、光源データを求めるための光源発光分布計算（ステップＳ５）について詳細に説明する。
この光源２０１の発光分布計算にはモンテカルロ法を用いる。すなわち、図６に示すように、光源２０１の内壁面５１には円周方向及び長手方向に一定のピッチ間隔で発光点５４が並んでいると考える。各発光点５４には光源２０１の内壁面５１に垂直な方向を頂点とした半球状の区画で区切られた領域５５を想定し、発光点５４からそれぞれの区画内に向かってランダムな方向に複数本の光線が一定の光強度で発射される。このとき半球状の領域５５は頂点から等角度間隔で放射状に分割され、それと直交する方向に円周状に等間隔で分割された格子領域５３で区切られる。
図７に示すように、領域５５において、頂点を含む領域をＦ１とし、そこから発射される光線数をｋ０とした場合に、頂点から離れた領域Ｆｎ（ｎ＝１，２，３，…）での光線数ｋｎは、
ｋｎ＝ｋ０（２ｎ−１）
で表されるような関係であると、単位面積あたりの発射光線数がどの領域においても一定となり、最終的に得られる照度分布が安定的に求められる。
【００２０】
また発光点からの配光分布は図１１のような球状の分布を用いても良い。この分布は頂点の光強度をＩ0とし、そこから角度φの位置での光強度をＩとすると以下の式で与えられる。
Ｉ＝Ｉ0 cosφ                                                    （１４）
この場合の光線数はφによって決まる。すなわちφ≦π/4（rad）までの領域では（１３）式と同様に光線数が決まる。次にφ＞π/4（rad）の領域ではφ＝π/4（rad）のときのｎをｍと置くと領域Ｆｎでの光線数ｋｎは以下の式で表される。
ｋｎ＝ｋ0（４ｍ−２ｎ＋１）                                      （１５）
発射された光線は、光源２０１の内壁面５１を多重反射する。このとき内壁面５１の反射率によって光強度が減衰する。多重反射した光線のうち開口部２０６に達した光線のみが光源２０１外に出射する。また、このとき、ある閾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ないレベルの光強度に関しては、計算を省略して光線追跡計算時間を短縮する効果がある。なお、閾値は初期出射光強度の約１０％程度に設定することが望ましい。
多重反射計算では光源２０１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、閾値未満の光強度になった場合には計算を中止するようにすることで、処理の無限ループを回避することができる。
【００２１】
図６に示すように、光源２０１の開口部２０６には、その開口部形状に沿った形状で等間隔の格子状の領域５５が想定される。各発光点から出射した光線のうち、開口部２０６の領域５５に達した領域５５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２０６の領域５５での光束の光強度と発光方向のセットが光源２０１の発光分布情報となる。なお、領域５５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。
以上説明したように、本実施形態では、光源データは光源情報データ入力部３１を介してユーザが入力したものを用いることができるため、実験値などの光源データを外部から与えて使用することができる。
また、光源データは光源情報計算部３３により計算で求めた値でも、実験値のようにユーザが光源情報データ入力部３１を介して入力したものでもいずれでも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態で対象とする照明装置の斜視図。
【図２】本発明の実施形態で対象とする照明装置の斜視図。
【図３】本発明の実施形態である照度分布計算装置の電気的な接続のブロック図。
【図４】照度分布計算装置が実行する処理の機能ブロック図。
【図５】照度分布計算装置が実行する処理のフローチャート。
【図６】光源の発光分布計算について説明する説明図。
【図７】光源の発光分布計算について説明する説明図。
【図８】照度分布の計算例を示す図。
【図９】光源から出射した光線とリフレクタでの反射における光線追跡の一例を示す図。
【図１０】屈折による光線追跡について説明する図。
【図１１】発光点のからの配光分布を示す図。
【符号の説明】
【００２３】
１  照度分布計算装置、１８  記憶媒体、２００  照明装置、２０１  光源
【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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