(57)【要約】【課題】対象とする原稿画像読取装置内のスキャナを動作させなくても、原稿画像読取装置内の再照明光分布を照明光学系のデータから計算により生成する再照明光生成装置と再照明光生成方法および再照明光生成処理プログラムを提供する。【解決手段】対象とする原稿画像読取装置１００内の再照明光１０１の光強度分布を表す再照明光分布１を生成するデータを記憶する記憶装置２と、前記記憶装置２の記憶するデータで前記再照明光分布１を生成する演算を行う演算装置３と、生成される前記再照明光分布１を表示する表示手段４と、前記再照明光分布１を生成する各処理を制御する制御部５とを備える。【選択図】図１
2007129589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原稿画像読取装置内の再照明光の光強度分布を照明光学系のデータから計算により生成する再照明光生成装置であって、対象とする原稿画像読取装置内の再照明光の光強度分布を表す再照明光分布を生成するデータを記憶する記憶装置と、前記記憶装置の記憶するデータで前記再照明光分布を生成する演算を行う演算装置と、生成される前記再照明光分布を表示する表示手段と、前記再照明光分布を生成する各処理工程を制御する制御部と、を備えることを特徴とする再照明光生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の再照明光生成装置において、前記記憶装置は、光源部材のデータを記憶する光源部材データ記憶部を備えることを特徴とする再照明光生成装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の再照明光生成装置において、前記記憶装置は、放射光分布のデータを記憶する放射光分布データ記憶部を備えることを特徴とする再照明光生成装置。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の再照明光生成装置において、前記記憶装置は、光学部材のデータを記憶する光学部材データ記憶部を備えることを特徴とする再照明光生成装置。
【請求項５】
原稿画像読取装置内の再照明光の光強度分布を照明光学系のデータから計算により生成する再照明光生成装置において、対象とする原稿画像読取装置内の再照明光の光強度分布を表す再照明光分布を生成するデータを記憶する記憶装置と、前記記憶装置の記憶するデータで前記再照明光分布を生成する演算を行う演算装置と、生成される前記再照明光分布を表示する表示手段と、前記再照明光分布を生成する各処理を制御する制御部と、を備え、前記記憶装置は、前記再照明光分布のデータを記憶する再照明光分布データ記憶部を備えることを特徴とする再照明光生成装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の再照明光生成装置において、前記演算装置は、光源から出射する光線の発光分布を表すデータを作成する光源発光分布計算部を備えることを特徴とする再照明光生成装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一項に記載の再照明光生成装置において、前記演算装置は、前記発光分布のデータを用いて発光領域からの前記放射光分布を表すデータを作成する放射光分布計算部を備えることを特徴とする再照明光生成装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載の再照明光生成装置において、前記演算装置は、光線追跡および光強度計算を行う光線追跡計算部を備えることを特徴とする再照明光生成装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか一項に記載の再照明光生成装置において、前記演算装置は、前記再照明光分布を表す計算をする再照明光分布計算部を備えることを特徴とする再照明光生成装置。
【請求項１０】
原稿画像読取装置内の再照明光の光強度分布を照明光学系のデータから計算により生成する再照明光生成方法において、前記原稿画像読取装置内の照明光学系のデータを上記再照明光生成装置に入力して原稿面上の微少面積を持った前記発光領域を設定し、前記発光領域内の点光源からの発光分布のデータを用いて前記発光領域からの放射光分布を生成して、前記放射光分布の放射光データで前記再照明光分布を生成して表すことを特徴とする再照明光生成方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の再照明光生成方法において、前記発光分布は、前記照明光学系内の光線追跡から求めることを特徴とする再照明光生成方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の再照明光生成方法において、前記発光分布は、前記点光源からの放射光分布計測値を用いることを特徴とする再照明光生成方法。
【請求項１３】
請求項１０、１１または１２に記載の再照明光生成方法において、前記放射光分布は、発光分布を曲線近似し、かつ多数の格子領域に分割し、強度と方向を持った多数の光線の集合体として表し、それらがさまざまな方向に放射する放射光を表すことを特徴とする再照明光生成方法。
【請求項１４】
請求項１０ないし１３のいずれか一項に記載の再照明光生成方法において、前記発光領域の形状は、矩形とすることを特徴とする再照明光生成方法。
【請求項１５】
請求項１０ないし１３のいずれか一項に記載の再照明光生成方法において、前記発光領域の形状は、円形とすることを特徴とする再照明光生成方法。
【請求項１６】
請求項１０ないし１５のいずれか一項に記載の再照明光生成方法において、前記点光源は、一辺の長さもしくは直径が前記原稿画像読取装置の読取解像度以下とすることを特徴とする再照明光生成方法。
【請求項１７】
請求項１０ないし１６のいずれか一項に記載の再照明光生成方法において、前記再照明光分布は、前記放射光分布から前記原稿画像読取装置の原稿設置板内部の多重反射および屈折の光線追跡を行い、再び前記原稿面上に戻る光線の位置と光強度を求めて生成して表すことを特徴とする再照明光生成方法。
【請求項１８】
請求項１０ないし１７のいずれか一項に記載の再照明光生成方法において、前記再照明光分布は、前記放射光分布から前記照明光学系内の再光線追跡を行い、再び前記原稿面上に戻る光線の位置と光強度を求めて生成して表すことを特徴とする再照明光生成方法。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載の再照明光生成方法において、前記原稿面上を格子状メッシュで分割し、前記再照明光分布は、各前記格子状メッシュに入射する光強度を積分し、前記格子状メッシュ全体の形状を求めて生成して表すことを特徴とする再照明光生成方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の再照明光生成方法において、前記格子状メッシュは、一辺の長さが前記発光領域よりも小さいことを特徴とする再照明光生成方法。
【請求項２１】
原稿画像読取装置内の再照明光の光強度分布を照明光学系のデータから計算により生成する処理をコンピュータに実行させる再照明光生成処理プログラムにおいて、請求項１０ないし２０のいずれか一項に記載の再照明光生成方法の処理をする再照明光生成処理プログラム。
【請求項２２】
請求項２１に記載の再照明光生成処理プログラムを記録した、前記制御部が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、再照明光生成装置と再照明光生成方法および再照明光生成処理プログラムに関し、詳しくは、対象とする原稿画像読取装置内の再照明光の光強度分布を照明光学系のデータから計算により生成して、照明状態を予測する、特にフレアのような再照明現象を評価するための再照明光生成装置と再照明光生成方法および再照明光生成処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の原稿画像読取装置２００に使用される照明装置は、図１５に示されるような構成を持っている。
照明ランプ２０２の開口部２２２から発した照明光２２１は、原稿（Ｏ）を載置する原稿設置板であるコンタクトガラス２３１に直接、もしくはリフレクタ２０３で反射されて入射する。コンタクトガラス２３１は、透明なガラスによって構成され、入射光は透過して、原稿面２３０に当たる。
原稿面２３０で反射された光は再びリフレクタ２０３もしくは照明ランプ２０２に戻って再反射することで、原稿（Ｏ）を再び照明する再照明光２０１が存在することが知られている。これをフレア現象と呼ぶ。
照明ランプ２０２から原稿面２３０に到達する照明光２２１を１次照明光、原稿面２３０を反射して再度原稿面２３０を照明する光を再照明光２０１とする。 さらにこのフレア現象の原因として原稿面２３０で反射された光がコンタクトガラス２３１の上下面で内部反射して原稿面２３０を再照明する現象がある。
このフレア現象が生じると、同一原稿濃度であるにもかかわらず、周辺の原稿濃度の差によって、図示しないスキャナの読取画像信号が変化する。これは照明光２２１が原稿面２３０で反射する際に原稿（Ｏ）の濃度によって反射光量が変化するため、１次照明光と再照明光２０１の合計である照明光２２１が周辺の原稿濃度の差によって変わってしまうことから生じる現象である。特に上記現象は、原稿（Ｏ）において急激に濃度が変化する部分で顕著となる。
【０００３】
図１６は、実際にフレア現象が生じた読取画像の例を示す図である。
図１６において、黒パターン部２３２に挟まれた境界部２３３が白パターン部２３４と比べて暗く読み取られている。白パターン部２３４は、濃度が均一であるため、理想的には境界部２３３と白パターン部２３４は同じ明るさにならなければならないが、この場合は、あきらかに読取画像として劣化していることになる。これは黒パターン部２３２に挟まれた領域をスキャナが読んだ際、その両側が黒いため、白パターン部２３４を読み取った場合と比較して再照明光が相対的に減ってしまうためである。
全般に原稿反射率が低い領域ほどスキャナは暗く画像を読み取り、原稿反射率が高い領域ほどスキャナは明るく画像を読み取ることになる。つまり黒文字原稿において文字内の白部がスキャナ画像においては暗くなり、コントラストが低下して読みづらくなってしまうなどの不良となって認識される。
これは再照明光が原稿面で照明光が反射した位置を中心に再照明しており、そのため、原稿の急な濃度変化、即ち、白黒パターンの境界部などがある場所で光量の変化が大きくなってしまうからである。
そこでスキャナの設計段階においては、原稿面を反射した再照明光が原稿を照明しないように、光学系部品を黒く塗装する、レイアウトを工夫するなどの対応をしているが、再照明光による再照明を完全には除去できず、読取画像品質上の課題となっていた。特に、文字部の周辺が急激に暗くなり、コピー画像などで地汚れが発生して、極端な画像品質劣化を招く場合があった。
このような再照明光分布を計測する手段として、コンタクトガラス上で点光源を照射し、それを読み取ったスキャナ画像から照度分布を補正し、更に照射光分布を減じることで再照明光の分布を算出することが知られている（特許文献１を参照）。
ここでは実際のスキャナ画像から再照明光の分布を算出しているから、スキャナが存在しない設計段階での再照明光分布を予想することができなかった。
【特許文献１】特開２００３−５０１８４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の再照明光生成装置と再照明光生成方法および再照明光生成処理プログラムにおいては、実際のスキャナ画像から再照明光の分布を算出しているから、スキャナが存在しない設計段階での再照明光分布を予想することができないと言う問題が発生していた。
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、対象とする原稿画像読取装置内のスキャナを動作させなくても、原稿画像読取装置内の再照明光分布を照明光学系のデータから計算により生成する再照明光生成装置と再照明光生成方法および再照明光生成処理プログラム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】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、原稿画像読取装置内の再照明光の光強度分布を照明光学系のデータから計算により生成する再照明光生成装置において、対象とする原稿画像読取装置内の再照明光の光強度分布を表す再照明光分布を生成するデータを記憶する記憶装置と、前記記憶装置の記憶するデータで前記再照明光分布を生成する演算を行う演算装置と、生成される前記再照明光分布を表示する表示手段と、前記再照明光分布を生成する各処理を制御する制御部と、を備える再照明光生成装置であることを特徴とする。
又は、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の再照明光生成装置において、前記記憶装置は、光源部材のデータを記憶する光源部材データ記憶部を備える再照明光生成装置であることを特徴とする。
又は、請求項３に記載の本発明は、請求項１または２に記載の再照明光生成装置において、前記記憶装置は、放射光分布のデータを記憶する放射光分布データ記憶部を備える再照明光生成装置であることを特徴とする。
又は、請求項４に記載の本発明は、請求項１、２または３に記載の再照明光生成装置において、前記記憶装置は、光学部材のデータを記憶する光学部材データ記憶部を備える再照明光生成装置であることを特徴とする。
又は、請求項５に記載の本発明は、原稿画像読取装置内の再照明光の光強度分布を照明光学系のデータから計算により生成する再照明光生成装置において、対象とする原稿画像読取装置内の再照明光の光強度分布を表す再照明光分布を生成するデータを記憶する記憶装置と、前記記憶装置の記憶するデータで前記再照明光分布を生成する演算を行う演算装置と、生成される前記再照明光分布を表示する表示手段と、前記再照明光分布を生成する各処理を制御する制御部と、を備え、前記記憶装置は、前記再照明光分布のデータを記憶する再照明光分布データ記憶部を備える再照明光生成装置であることを特徴とする。
【０００６】
又は、請求項６に記載の本発明は、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の再照明光生成装置において、前記演算装置は、光源から出射する光線の発光分布を表すデータを作成する光源発光分布計算部を備える再照明光生成装置であることを特徴とする。
又は、請求項７に記載の本発明は、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の再照明光生成装置において、前記演算装置は、前記発光分布のデータを用いて発光領域からの前記放射光分布を表すデータを作成する放射光分布計算部を備える再照明光生成装置であることを特徴とする。
又は、請求項８に記載の本発明は、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の再照明光生成装置において、前記演算装置は、光線追跡および光強度計算を行う光線追跡計算部を備える再照明光生成装置であることを特徴とする。
又は、請求項９に記載の本発明は、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の再照明光生成装置において、前記演算装置は、前記再照明光分布を表す計算をする再照明光分布計算部を備える再照明光生成装置であることを特徴とする。
又は、請求項１０に記載の本発明は、原稿画像読取装置内の再照明光の光強度分布を照明光学系のデータから計算により生成する再照明光生成方法において、前記原稿画像読取装置内の照明光学系のデータを上記再照明光生成装置に入力して原稿面上の微少面積を持った前記発光領域を設定し、前記発光領域内の点光源からの発光分布のデータを用いて前記発光領域からの放射光分布を生成して、前記放射光分布の放射光データで前記再照明光分布を生成して表す再照明光生成方法であることを特徴とする。
【０００７】
又は、請求項１１に記載の本発明は、請求項１０に記載の再照明光生成方法において、前記発光分布は、前記照明光学系内の光線追跡から求める再照明光生成方法であることを特徴とする。
又は、請求項１２に記載の本発明は、請求項１０に記載の再照明光生成方法において、前記発光分布は、前記点光源からの放射光分布計測値を用いる再照明光生成方法であることを特徴とする。
又は、請求項１３に記載の本発明は、請求項１０、１１または１２に記載の再照明光生成方法において、前記放射光分布は、発光分布を曲線近似し、かつ多数の格子領域に分割し、強度と方向を持った多数の光線の集合体として表し、それらがさまざまな方向に放射する放射光を表す再照明光生成方法であることを特徴とする。
又は、請求項１４に記載の本発明は、請求項１０ないし１３のいずれか一項に記載の再照明光生成方法において、前記発光領域の形状は矩形とする再照明光生成方法であることを特徴とする。
又は、請求項１５に記載の本発明は、請求項１０ないし１３のいずれか一項に記載の再照明光生成方法において、前記発光領域の形状は円形とする再照明光生成方法であることを特徴とする。
又は、請求項１６に記載の本発明は、請求項１０ないし１５のいずれか一項に記載の再照明光生成方法において、前記点光源は、一辺の長さもしくは直径が前記原稿画像読取装置の読取解像度以下とする再照明光生成方法であることを特徴とする。
【０００８】
又は、請求項１７に記載の本発明は、請求項１０ないし１６のいずれか一項に記載の再照明光生成方法において、前記再照明光分布は、前記放射光分布から前記原稿画像読取装置の原稿設置板内部の多重反射および屈折の光線追跡を行い、再び前記原稿面上に戻る光線の位置と光強度を求めて生成して表す再照明光生成方法であることを特徴とする。
又は、請求項１８に記載の本発明は、請求項１０ないし１７のいずれか一項に記載の再照明光生成方法において、前記再照明光分布は、前記放射光分布から前記照明光学系内の再光線追跡を行い、再び前記原稿面上に戻る光線の位置と光強度を求めて生成して表す再照明光生成方法であることを特徴とする。
又は、請求項１９に記載の本発明は、請求項１７または１８に記載の再照明光生成方法において、前記原稿面上を格子状メッシュで分割し、前記再照明光分布は、各前記格子状メッシュに入射する光強度を積分し、前記格子状メッシュ全体の形状を求めて生成して表す再照明光生成方法であることを特徴とする。
又は、請求項２０に記載の本発明は、請求項１９に記載の再照明光生成方法において、前記格子状メッシュは、一辺の長さが前記発光領域よりも小さい再照明光生成方法であることを特徴とする。
又は、請求項２１に記載の本発明は、原稿画像読取装置内の再照明光の光強度分布を照明光学系のデータから計算により生成する処理をコンピュータに実行させる再照明光生成処理プログラムにおいて、請求項１０ないし２０のいずれか一項に記載の再照明光生成方法の処理をする再照明光生成処理プログラムであることを特徴とする。
又は、請求項２２に記載の本発明は、請求項２１に記載の再照明光生成処理プログラムを記録した、前記制御部が読み取り可能な記録媒体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、対象とする原稿画像読取装置内のスキャナを動作させなくても、原稿画像読取装置内の再照明光分布を照明光学系のデータから計算により生成する再照明光生成装置と再照明光生成方法および再照明光生成処理プログラムを提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置１０の基本構成を示すブロック図である。
図２は、本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置１０の対象とする原稿画像読取装置１００の基本構成図である。
図２において、まず再照明光生成装置１０の対象とする原稿画像読取装置１００の一例として、被写体である２次元の原稿（Ｏ）を１次元撮像素子１０９によって読み取るフラットベッドスキャナについて、その構造を説明する。
被写体である原稿（Ｏ）はコンタクトガラスである原稿設置板１３１の上に設置される。スキャナの第１走行体１０４は照明ランプの光源１２０、リフレクタ１３５、第１反射部材１０６で構成される。第２走行体１０５は第２反射部材１０７で構成される。
原稿設置板１３１に設置された原稿（Ｏ）の画像は、第１反射部材１０６、第２反射部材１０７を反射して、レンズ１０８によって、１次元撮像素子１０９に像を結像する。像は光電変換されて画像信号として取り込まれる。第１、２走行体１０４、１０５が原稿（Ｏ）の全面を走査することによって２次元画像を生成する。第１、２走行体１０４、１０５の図示の矢印（Ａ）方向に走行する方向を副走査、それと垂直で走行体の長手方向を主走査という。
通常１次元撮像素子１０９として１次元ＣＣＤが用いられ、レンズ１０８は原稿面１３０に対して縮小して１次元撮像素子１０９上に縮小光学系で結像している。したがって、１次元撮像素子１０９の画像解像度と、原稿画像読取装置１００自身の持つ画像解像度は一致しない。原稿画像読取装置１００の画像解像度はＤＰＩ（ドット／ｉｎｃｈ）で表され、３００〜８００ＤＰＩ程度である。
原稿（Ｏ）を設置する原稿設置板１３１は透明なガラス板で構成されている。光源１２０は円筒状の発光体で、片側に設けられた開口部１２２から照明光１２１が原稿（Ｏ）に照射される。照明光１２１の一部はリフレクタ１３５で反射され、原稿（Ｏ）を照明する。光源１２０としてハロゲンランプ、キセノンランプ、蛍光灯などが用いられる。
【００１１】
図１において、本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置１０の基本構成を説明する。
再照明光生成装置１０は、記憶装置２、演算装置３、生成される再照明光分布１を表示する表示装置４と、再照明光分布１を生成する各処理を制御する制御部５から構成される。
記憶装置２には、光源部材データ記憶部２０、放射光分布データ記憶部２１、光学部材データ記憶部２２、再照明光分布データ記憶部２３が含まれている。
光源部材データ記憶部２０には、図２に図示する光源１２０の形状、位置、照明ランプ内の発光点位置、発光本数などの情報が含まれている。
放射光分布データ記憶部２１には、後述する図６および図７における光源１２０から出射した光線１２３が発光領域８で反射されて計算される放射光分布６の光強度、方向（方向ベクトル）情報を持っている。あるいは後述する図９のような点光源照射部の点光源８０からの照射光分布計測値でもよい。計算結果としては放射光分布計算部３１および光線追跡計算部３２で計算された結果が保存され、実験値の場合には実験値データとして保存される。
光学部材データ記憶部２２は、光学部材のリフレクタ１３５、原稿設置板１３１の形状、光学特性、位置情報を持っている。光学特性としてはリフレクタ１３５、光源１２０では反射率、原稿設置板１３１では屈折率である。また、この他に再照明光分布１の格子状メッシュ１３４の格子数、格子の大きさの情報、発光領域８の位置、大きさ、形状の情報も含まれる。
再照明光分布計算部３３および光線追跡計算部３２で計算された再照明光分布の結果は記憶装置内で再照明光分布データ記憶部２３に記憶される。
演算装置３には、光源発光分布計算部３０、放射光分布計算部３１、光線追跡計算部３２、再照明光分布計算部３３が含まれる。
【００１２】
光源発光分布計算部３０では、光源１２０の照明ランプ内壁のさまざま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１２２から出射する光線の光強度と方向から後述する図７に図示する発光分布７を表すようなデータが計算される。
放射光分布計算部３１では発光分布７のデータを用いて発光領域８からの放射光分布６が計算される。このとき発光領域８までの光線の挙動は光線追跡計算部３２で計算される。計算された放射光分布６は記憶装置２内の放射光分布データ記憶部２１に転送され、保存される。
光線追跡計算部３２では、光源１２０からの光線発射から発光領域８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。また、発光領域８から再出射した光線の原稿設置板１３１内での内部反射および屈折、リフレクタ１３５での再反射、光源１２０内での再反射計算を行い、原稿面１３０上の格子状メッシュ１３４の領域に戻ってくる光線の光線追跡を行う。
再照明光分布計算部３３では、光線追跡計算部３２で求められた原稿面１３０上の格子状メッシュ１３４（図１３参照）の領域に戻ってきた光線をメッシュ毎に積分し、メッシュ全体の再照明光分布１を計算する。計算された再照明光分布１は表示手段４のＣＲＴ上に画像表示される。
これらの一連の放射光分布計算および再照明光分布計算などの各処理の制御は制御部５内の再照明光生成処理プログラム５０で行われる。これらの再照明光生成処理プログラム５０はフロッピー（登録商標）ディスクあるいは光ディスクのような記憶媒体５１に保存することができる。
【００１３】
図３は、本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置１０の対象とする原稿画像読取装置１００の光源１２０内の発光を示す斜視図である。
図３において、光源１２０の照明ランプ内壁１２６の複数の発光点１２４からさまざまな方向に光線１２３が発射される。発射する方向はモンテカルロ法を用いてランダムに発射する。照明ランプ内壁１２６から発射する光線１２３は方向と強度を持ち、照明ランプ内壁１２６で多重反射する毎に内壁の反射率にしたがって強度が減衰する。
多重反射した光線１２３のうち開口部１２２に達した光線１２３のみが光源１２０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１２３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約１％程度に設定することが望ましい。
多重反射計算では、光線１２３が光源１２０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。
光源１２０の開口部１２２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１２５が設置される。各発光点１２４から出射した光線１２３のうち、開口部１２２の格子状発光領域１２５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１２２の格子状発光領域１２５での光束の光強度と発光方向のセットが光源１２０の発光分布情報となる。格子状発光領域１２５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。
光源１２０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１２０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光源１２０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１２０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。
【００１４】
図４は、本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置１０の対象とする原稿画像読取装置１００の照明光学系のリフレクタ１３５と光線１２３の反射を示す斜視図である。
図５は、本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置１０の対象とする原稿画像読取装置１００の照明光学系の原稿設置板１３１内の光線１２３の屈折を示す断面図である。
図４と図５において、光源１２０から出射した光線１２３とリフレクタ１３５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１２０から出射した光線１２３がリフレクタ１３５に当たったときの反射点および反射方向の計算は光源１２３の光線の出射座標点および方向ベクトルとリフレクタ１３５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１３５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１３５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１２０の出射点Ｕ(Ｘｕ，Ｙｕ,Ｚｕ)からＶ(ｖｘ,ｖｙ,ｖｚ)方向に発射した光線１２３のリフレクタ１３５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１２３が形状関数 f(x’,y’,z’)＝０で表されるリフレクタ１３５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’＋lvx’                  （３）
yt’＝yu’＋lvy’                  （４）
zt’＝zu’＋lvz’                  （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１３５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）
【００１５】
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）
次に、屈折による光線追跡について説明する。図５に示されるように屈折は光線１２３が原稿設置板１３１に入射したときに生じる。光線１２３が原稿設置板１３１面に当たる座標はリフレクタ１３５による反射計算で行った計算と同様である。異なるのは原稿設置板１３１面での屈折方向であり、たとえば第1面１３２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。 
Ｈ＝Ｎ／Ｎ’Ｑ+Ｆ（cosi'−Ｎ／Ｎ’cosi）          （１１）
ここで、cosi'は以下のように表される。
cosi'＝ｓｉｇｎ（cosi）√１−（Ｎ／Ｎ’）2（１−cos2i）    （１２）
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１３２での屈折方向が求まる。同様に第２面１３３での屈折方向も計算できる。
【００１６】
図６は、本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置１０の対象とする原稿画像読取装置１００の照明光学系と原稿面１３０上の発光領域８の構成を示す斜視図である。
図７は、本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置１０の対象とする原稿画像読取装置１００の発光領域８からの放射光６を示す図である。
図８は、本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置１０の対象とする原稿画像読取装置１００の発光分布７を示す図である。
図６において、原稿面１３０上に定義されて設定された発光領域８の内部に光源１２０から到達した光線１２３のみに注目する。発光領域８に到達した光線１２３は原稿面１３０の反射率で光強度が弱められ、ある広がりを持った散乱反射光として反射する。このときの主反射方向は光源１２０あるいはリフレクタ１３５からの光線１２３の正反射光方向が中心となる。反射点と反射方向は前述の反射法則（３）〜（８）式を用いることで計算できる。主反射方向を中心とした発光分布は曲面形状で近似される。曲面形状は代表的に以下のランバート則（１３）あるいはレムニスケート（１４）のように表される。
Ｉ＝Ｉ0ｃｏｓφ                              （１３）
Ｉ＝Ｉ0√２ｃｏｓ（２φ）                    （１４）
【００１７】
図８に示されるように発光分布７の表面は角度分割された格子領域６０で分割される。格子領域６０の単位面積当たりに等しい密度の光線６１がランダムな方向に発光する。このとき、発光分布７内に存在する全光線６１の光強度の和が、前記発光領域８から反射した散乱反射光の光強度に等しくなるようにする。このような発光分布７は図７に示されるように発光領域８からさまざまな方向に放射し、放射光分布６を形成する。
図９は、本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置１０の対象とする原稿画像読取装置１００の発光分布計測方法を示す図である。
図９において、発光分布計測方法を説明する。ここでは原稿設置板１３１上の原稿（Ｏ）からの発光分布７として点光源８０からの放射光分布計測値を用いる。原稿（Ｏ）内に設置された点光源照射部８１はライトガイドなどからの光をピンホールから照射する。このときのライトガイドからの光は光源１２０の照明ランプと同様の発光波長特性を持っていることが望ましい。点光源照射部８１の下には拡散板８２が設置され、前記、ピンホールからの光が拡散されて放射される。放射光分布６は光源１２０を消して図示しないスキャナで読み取ることで計測することができる。
計測された放射光分布６は光源１２０を点灯させたときの原稿面１３０上の照度分布分を補正した方がよい。放射光分布６のデータを演算装置３内で保存し、その形状にしたがって分布を曲線近似する。さらにこの放射光分布６の形状を多数の格子領域に分割し、強度と方向を持った多数の光線の集合体として表す。このとき格子領域の単位面積当たりに等しい密度の光線がランダムな方向に発光するものとする。このような放射光分布６を持った光束が図７のように発光領域８から出射され、放射光となる。
【００１８】
図１０は、本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置１０の対象とする原稿画像読取装置１００の照明光学系と原稿面１３０上の発光領域８の他の形状を示す斜視図である。
発光領域８の形状は、図６に示されるような矩形形状、あるいは図１０に示されるような円形状を設定する。計算によって発光分布７を得る場合には矩形形状で行うほうがアルゴリズムとして簡単になる。また計測で求める場合には矩形、円形状のどちらでもよい。発光領域８の大きさは対象とする原稿画像読取装置１００の読取幅に合わせることが望ましい。これは図示しないレンズ１０８の縮率によっても変化するが通常数ｍｍである。
そして、点光源８０は一辺の長さもしくは直径が対象とする原稿画像読取装置１００の読取解像度以下とする。原稿面１３０上の読取解像度は図示しないレンズ１０８の縮率と１次撮像素子１０９の画素サイズから計算することができる。計測の場合には理想的な点光源８０とはならず一定の面積を持ってしまう。しかしながら、その一辺の長さあるいは直径が読取解像度以下であれば、ほぼ１点の点光源１２０からの発光と考えることができる。
従って、発光領域８の形状が矩形もしくは円形とし、なおかつその一辺の長さもしくは直径が原稿画像読取装置１００の読取解像度以下であるため、計算領域が限定されて計算量が減るとともに、ほぼ１点の点光源からの発光と考えることができ、より現実に近い計算を行うことが可能になる。
【００１９】
図１１は、本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置１０の対象とする原稿画像読取装置１００の照明光学系と再照明光１０１を示す図である。
図１１において、発光領域８からの放射光は原稿設置板１３１内に戻り、内部で多重反射と屈折を繰り返し、一部の光は再び原稿面１３０を再照明する。これらの光線に関する光線追跡を行う。光線の反射、屈折に関する計算は前述した方法と同様である。このとき原稿設置板１３１のコンタクトガラス界面の反射率に従って光強度の減衰を計算する。この光線追跡計算の結果、再び発光領域８周辺に戻ってきた光線の位置と光強度に注目することで再照明光１０１を計算して求める。
さらに発光領域８からの放射光は照明光学系内へ戻っていく。このとき光線はいくつかに分岐する。ひとつはリフレクタ１３５での再反射、もうひとつは光源１２０での照明ランプ内壁１２６での再反射である。これらの光線に関する再光線追跡を行う。光線の反射、屈折に関する計算は前述した方法と同様である。このときリフレクタ１３５の反射率、照明ランプ内壁１２６の反射率に従って光強度の減衰を計算する。この再光線追跡計算の結果、再び発光領域８周辺に戻ってきた光線の位置と光強度に注目することで再照明光１０１を計算して求める。
【００２０】
図１２は、本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置１０の対象とする原稿画像読取装置１００の照明光学系と原稿面１３０上に設けられた格子状メッシュ１３４を示す斜視図である。
図１３は、本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置１０の対象とする原稿画像読取装置１００の再照明光分布１の形状の一例を示す斜視図である。
図１２において、発光領域８の周辺に戻ってくる再照明光１０１が再光線追跡によって計算される。このとき図１２に示されるように原稿面１３０上の発光領域８の周辺を格子状メッシュ１３４で分割し、各メッシュ１３４に入射する再照明光１０１の光強度を積分する。各格子状メッシュ１３４の光強度を結ぶと図１３のような再照明光分布１が得られる。このとき、各格子状メッシュ１３４は細かく分割したほうがより詳細な再照明光分布１を得ることができる。格子状メッシュ１３４全体の大きさは発光領域８の１辺に対して５倍ほどの領域を取ればよい。設計段階においては光学部材１０３の配置や大きさを変えることで、再照明光分布１をいかに小さく抑えるかが重要となる。
さらに再照明光分布１の形状を表現するためには格子状メッシュ１３４一辺の長さが発光領域８よりも十分に小さい方が良い。少なくとも格子状メッシュ１３４一辺の長さは発光領域８の一辺の長さもしくは直径の１／４であることが望ましい。
【００２１】
図１４は、本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置１０の制御部５により、対象とする原稿画像読取装置１００内の再照明光分布１を生成して表す動作を示すフローチャートである。
図１４において、再照明光生成装置１０の制御部５により次のように各処理を制御して、スキャナを動作させなくても照明光学系のデータから計算により、対象とする原稿画像読取装置１００内の再照明光分布１を生成して表す。
スタートでまず、対象とする原稿画像読取装置１００内の照明光学系の光源部材と光学部材の形状、位置情報、光学特性のデータを入力して原稿面１３０上の微少面積を持った発光領域８を設定し（ステップ１）、発光分布７のデータは存在するか判断する（ステップ２）。
データがない場合には、光源１２０から出射した光線１２３の光線追跡計算を実行し（ステップ３）、図６の発光領域８（形状は矩形もしくは円形）で反射されて計算される発光分布７のデータを作成して（ステップ３）、放射光データを作成する（ステップ６）。
しかし、（ステップ２）でデータがある場合には、点光源８０（一辺の長さもしくは直径が対象とする原稿画像読取装置１００の読取解像度以下）からの放射光分布計測値から得られた放射光分布６のデータを読み込む（ステップ５）。
次に計算された発光分布７のデータの場合はそれらのデータをまとめて放射光分布６のデータを作成し、計測から得られた放射光分布６のデータはそのまま用いて、さらにこの放射光分布６の形状を多数の格子領域に分割し、強度と方向を持った放射光データを作成する（ステップ６）。
放射光データから再光線追跡計算を実行し（ステップ７）、原稿面１３０上の格子状メッシュ１３４の領域に戻ってくる光線の位置および光強度から再照明光分布１を求める計算を行って（ステップ８）、全計算が終了したかどうかを判定し（ステップ９）、終了していなければ（ステップ７）に戻るが、終了していれば再照明光分布１を表示手段４のＣＲＴ上に画像表示して（ステップ１０）、エンドで終了する。
従って、前述の放射光分布６から原稿設置板１３１内部の多重反射および屈折および照明光学系内への再光線追跡を行い、再び原稿面１３０上に戻る光線の位置と光強度を求めて再照明光分布１を計算して求めているので、設計段階において、スキャナが存在しなくても再照明光分布１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。また、再照明光生成装置１０を用いて再照明光１０１の発生を抑えるような光学レイアウトを設計することが可能になるので、対象とする原稿画像読取装置１００の性能向上を図ることができる。
また再照明光分布１の格子状メッシュ１３４において一辺の長さが発光領域８よりも小さいので、より細かい再照明光分布１を計算することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置の対象とする原稿画像読取装置の基本構成図である。
【図３】本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置の対象とする原稿画像読取装置の光源内の発光を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置の対象とする原稿画像読取装置の照明光学系のリフレクタと光線の反射を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置の対象とする原稿画像読取装置の照明光学系の原稿設置板内の光線の屈折を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置の対象とする原稿画像読取装置の照明光学系と原稿面上の発光領域の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置の対象とする原稿画像読取装置の発光領域からの放射光を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置の対象とする原稿画像読取装置の発光分布を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置の対象とする原稿画像読取装置の発光分布計測方法を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置の対象とする原稿画像読取装置の照明光学系と原稿面上の発光領域の他の形状を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置の対象とする原稿画像読取装置の照明光学系と再照明光を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置の対象とする原稿画像読取装置の照明光学系と原稿面上に設けられた格子状メッシュを示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置の対象とする原稿画像読取装置の再照明光分布の形状の一例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態例にかかる再照明光生成装置の制御部により、対象とする原稿画像読取装置内の再照明光分布を生成して表す動作を示すフローチャートである。
【図１５】従来の原稿画像読取装置に使用される照明装置の基本構成図である。
【図１６】実際にフレア現象が生じた読取画像の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  再照明光分布、２  記憶装置、３  演算装置、４  表示手段、５  制御部、６  放射光分布、７  発光分布、８  発光領域、１０  再照明光生成装置、２０  光源部材データ記憶部、２１  放射光分布データ記憶部、２２  光学部材データ記憶部、２３  再照明光分布データ記憶部、３０  光源発光分布計算部、３１  放射光分布計算部、３２  光線追跡計算部、３３  再照明光分布計算部、５０  再照明光生成処理プログラム、５１  記録媒体、６０  格子領域、６１  光線、８０  点光源、８１  点光源照射部、８２  拡散板、１００  原稿画像読取装置、１０１  再照明光、１０２  光源部材、１０３  光学部材、１０４、１０５  第１、２走行体、１０６、１０７  第１、２反射部材、１０８  レンズ、１０９  １次元撮像素子、１２０  光源、１２１  照明光、１２２  開口部、１２３  光線、１２４  発光点、１２５  格子状発光領域、１２６  照明ランプ内壁、１３０  原稿面、１３１  原稿設置板、１３２、１３３  第１、２面、１３４  格子状メッシュ、１３５  リフレクタ、２００  原稿画像読取装置、２０１  再照明光、２０２  照明ランプ、２０３  リフレクタ、２２１  照明光、２２２  開口部、２３０  原稿面、２３１  コンタクトガラス、２３２  黒パターン部、２３３  境界部、２３４  白パターン部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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