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技術 再照明光生成装置、再照明光生成方法、再照明光生成処理プログラム及び記録媒体

出願人 株式会社リコー
発明者 多田武
出願日 2005年11月4日 (13年0ヶ月経過) 出願番号 2005-321574
公開日 2007年5月24日 (11年5ヶ月経過) 公開番号 2007-129589
状態 未査定
技術分野 FAXの走査装置
主要キーワード 放射光分布 各格子状 形状関数 光源部材 フレア現象 光強度計 反射計 格子状メッシュ
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図面 (17)

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。

概要

背景

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。

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計測する手段として、コンタクトガラス上で点光源照射し、それを読み取ったスキャナ画像から照度分布補正し、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。
特開2003−50184公報

概要

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。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。

目的

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。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

原稿画像読取装置内の再照明光光強度分布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

技術分野

0001

本発明は、再照明光生成装置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照明光学系のデータから計算により生成して、照明状態予測する、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計測する手段として、コンタクトガラス上で点光源照射し、それを読み取ったスキャナ画像から照度分布補正し、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。
特開2003−50184公報

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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

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