JP2008286644A - フレア計測システム、フレア計測方法および該方法を実行するためのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】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フレアの分布を算出し、実際のスキャナ画像からのフレアの分布を算出するにあたって、再照明光の算出を可能にすること。
【解決手段】光源と、光源からの光を反射して原稿を照明する反射板と、原稿設置台とからなる画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測システムであって、原稿設置台上には格子状のメッシュで区切られた受光面が設置されており、フレア計測システムは、光源または反射板からの照明光に対する原稿設置台からの多重反射光強度を算出し、原稿設置台を透過する１次透過光以外の多次透過光を受光面上のメッシュ毎に積分して受光面におけるメッシュ毎の光強度を計算し、メッシュ毎の光強度によって得られる全メッシュの光強度から多次透過光分布を求めることを特徴とする。
【選択図】図１２

Description

本発明は、画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測システム、フレア計測方法および該方法を実行するためのプログラムに関し、また画像読取装置の照明状態における透過光および再照明現象を評価する技術に関する。

従来の原稿画像読取装置１００に使用される照明装置は、例えば図１４に示されるような構成を有している。また第１の走行体１０の拡大図を図１５に示す。
図１４に示す画像読取装置は被写体である２次元原稿を１次元撮像素子によって読み取るフラットベッドスキャナの一例である。このような画像読取装置１００は、光源の照明ランプ４と、原稿１を設置する原稿設置板であるコンタクトガラス２と、照明ランプ４からの照明光を原稿１の原稿面に反射して照射させるリフレクタ５と、原稿面からの反射光を撮像側に導く第１及び第２の反射部８、１１と、反射光を１次元撮像素子９に結像させるレンズ８とを含んで構成されている。また、走行体１０は、照明ランプ４、リフレクタ５及び反射部６を搭載して副走査方向に走査される。更に、走行体１１も反射部７を搭載して副走査方向に走査される。なお、照明ランプ４は円筒状の発光体であり、たとえばハロゲンランプ、キセノンランプ、蛍光灯などが用いられる。

このような構成を有する画像読取装置１００によれば、コンタクトガラス２に設置された原稿１の画像は、反射部８、反射部７に反射されて、レンズ８によって１次元撮像素子９に像を結像する。像は１次元撮像素子９によって光電変換されて画像信号として取り込まれる。走行体１０、１１が原稿の全面を走査することによって２次元画像を生成する。なお、通常撮像素子として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。よって、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、３００〜８００ＤＰＩ程度である。
走行体１０の走行する方向が副走査方向であり、それと垂直な走行体の長手方向が主走査方向である。

このような画像読取装置において、照明ランプ４の開口部１４から発した照明光２２１は、原稿１を載置する原稿設置板であるコンタクトガラス２に直接入射する（直接入射光）か、もしくはリフレクタ５で反射されてから入射する（反射入射光）。コンタクトガラス２は、透明なガラスによって構成され、コンタクトガラス２に入射した入射光（直接入射光と反射入射光）は透過して、原稿面（コンタクトガラス面と接触している面）１に当たる。

また照射光はコンタクトガラス２の両方の界面で多重反射されることが多く、このような複数の多重反射光を含む透過光の一方は原稿面へ行き、残りは再びコンタクトガラス２の下方にさらなる多重反射光となる。この多重反射光にはコンタクトガラス２の下面（原稿と接触する面と対向したコンタクトガラスの面）で反射して下方に戻る反射光も存在する。
コンタクトガラス２を透過して原稿面に到達した光は原稿面１のパターン上で反射され、反射された光は再びコンタクトガラス２を透過した後に、下方へ戻る。その結果、コンタクトガラス２からの多重反射光とコンタクトガラス下面からの反射光および原稿１からの反射光は合成され、下方へ放射される。これらの光を多重反射光１３と呼ぶ。
このような多重反射光が存在すると原稿濃度が同一であっても、目的位置（スキャン位置）の周辺の原稿濃度と目的位置の原稿濃度との差が影響して、本来の目的位置の原稿濃度におけるスキャナの読取画像信号が変化してしまう。すなわち照明光が原稿面やコンタクトガラス界面で反射する際に目的位置の原稿への照射光とその周辺位置への照射光とが反射の結果混合しあい反射光に対して多重反射光強度が影響するほど強いと目的位置（スキャン位置）のみの反射光量だけでなく、その周辺位置の原稿濃度あるいは多重反射光量の影響によって、撮像素子に入射する光量が変化する。特にこのような現象であるフレア現象は、原稿濃度が急激に変化する部分で顕著に発生する。

このようなフレア現象は、例えば、再反射光がリフレクタもしくは照明ランプ外壁で反射して、再び原稿を再照明する光学部材からの再反射光の場合に生じる。このような、原稿を再照明する光を再照明光と呼ぶ。

図１６に実際にフレア現象が生じた読取画像例を示す。
図１６に示すように、黒パターン部２１に挟まれた境界部２２は、白パターン部２３に比べ、暗く読み取られる。白パターン部２３は濃度が均一であり、境界部２２と白パターン部２３とは、本来同じ「白」と読み取られなければならない。しかし図１６に示すように、これら２領域は異なる明るさの部として読み取られてしまっており、境界部２２は読取画像として劣化しているということになる。この劣化は黒パターン部に挟まれた領域が画像読取装置によって読み込まれたときに、その両側の黒パターン部の影響により、白パターン部が連続している領域を読み取った場合と比較して再反射光量が相対的に減ってしまうためである。

また、この例とは逆に、白パターン部２２が近傍に存在する黒パターン部２１では、周辺の白パターン部２２からの再照明光の影響によって、黒パターン部２１の黒レベルが高くなっている（いわゆる白化している）と読み取られてしまう現象も生じている。
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て再照明光の分布を算出する発明が知られている（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号公報

この公報（特許文献１）では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フレアの分布を算出しているが、その際に実際のスキャナ画像からフレアの分布を算出している。

本発明は、前記したフレアの分布を求めるにあたって、再照明光を算出すれば、画像読取装置がなくてもフレア分布を再現できる点に鑑みてなされたものであり、画像読取装置の照明光学系構成からフレアのような再照明現象による光強度分布を生成する装置などを設計するための支援可能なフレア計測システム、方法、プログラムおよびこのプログラムを格納した記憶媒体を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、光源と、前記光源からの光を反射して原稿を照明する反射板と、原稿設置台とからなる画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測システムであって、前記画像読取装置の前記原稿設置台上に格子状のメッシュで区切られた受光面が設置されており、前記フレア計測システムは、前記光源または前記反射板からの照明光に対する前記原稿設置台からの多重反射光強度を算出し、前記稿設置台を透過する1次透過光以外の多次透過光を前記受光面上のメッシュ毎に積分して前記受光面における前記メッシュ毎の光強度を計算し、前記メッシュ毎の光強度によって得られる全メッシュの光強度から多次透過光分布を求めることを特徴とする。

また請求項２に記載の本発明は、光源と、前記光源からの光を反射して原稿を照明する反射板と、原稿設置台とからなる画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測システムであって、前記画像読取装置のフレア計測システムは、記憶装置と、演算装置と、表示装置とが接続され、前記演算装置により前記多重反射光が算出され、前記稿設置台を透過する1次透過光以外の多次透過光強度を前記受光面上のメッシュ毎に積分して前記受光面における前記メッシュ毎の光強度が計算され、前記メッシュ毎の光強度から得られる全メッシュの光強度から多次透過光分布が求められることを特徴とする。

また請求項３に記載の本発明は、請求項１または２に記載のフレア計測システムにおいて、前記画像読取装置の前記原稿設置台上部の任意の位置に格子状のメッシュで区切られた受光面が設置されており、前記フレア計測システムは前記光源または前記反射板からの照明光に対する原稿設置台内部の多重反射強度を計算し、前記原稿設置台上から反射する多次反射光の光線を追跡し、光源もしくは反射板で再反射し再び原稿設置台を透過した再照明光を前記受光面上のメッシュ毎に積分してメッシュ毎の光強度を計算し、計算された多重反射データ、多次反射光の光線の追跡データおよびメッシュごとの光強度データを用いて全メッシュの光強度から再照明光分布を求めることを特徴とする。

また請求項４に記載の本発明は、請求項３において、前記画像読取装置の前記原稿設置台上部に格子状のメッシュで区切られた受光面が設置されており、前記フレア計測システムは照明光に対して原稿設置台を透過した１次透過光のデータと、前記多次透過光のデータと、前記再照明光のデータとを用いて、前記受光面上のメッシュ毎に積分してメッシュごとの光強度を計算し、前記メッシュごとの光強度により得られる全メッシュの光強度から全要素照明光分布を求めることを特徴とする。

また請求項５に記載の本発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載のフレア計測システムにおいて、前記受光面は、原稿設置台上部の任意の位置に設置され、任意の位置に設置された受光面における多次透過光分布、再照明光分布および全要素照明光分布のうち少なくとも１つを演算することを特徴とするフレア計測システムである。

また請求項６に記載の本発明は、光源と、前記光源からの光を反射して原稿を照明する反射板と、原稿設置台とからなる画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測システムであって、前記画像読取装置のフレア計測システムは、記憶装置と、演算装置と、表示装置とが接続され、前記演算装置は、前記光源から出射された光線の光強度と方向から光源発光分布を表すデータを算出する光源発光分布計算部と、前記光源からの前記原稿設置台の原稿まで到達する光線の強度と方向とを有する追跡を演算すると共に、前記原稿設置台内での反射及び屈折、原稿面から反射した光線の前記光源または前記反射板から再反射されて前記原稿設置台に戻る再反射計算を行う光線追跡計算部と、前記光線追跡計算部で求められた受光面上の光線をメッシュ毎に積分してメッシュ領域全体の再反射光分布を計算する再反射光分布計算部とを有することを特徴とする。

また請求項７に記載の本発明は、請求項６において、さらに前記記憶装置は、前記光源の形状、位置、前記光源の発光点を含む情報を格納する光源部材データ部と、前記光源から出射する光束の光強度と発光方向のデータを格納する光源発光分布データ部と、前記反射板、前記原稿設置台の形状、光学特性、位置情報を格納する光学部材データ部と、前記多次透過光・再照明光分布計算部および前記光線追跡計算部で計算された多次透過光および再照明光分布のデータを格納する多次透過光・再照明光分布データ部と、を有し、前記光源発光分布計算部は前記光源部材データ部内の光源部材データを用いて光源発光分布データを算出するか、または前記光源発光分布データ部に光源発光分布データの有無を確認し、無い場合には光源発光分布データを算出を実行し、得られた光源発光分布データを用い、有る場合には当該光源発光分布データを用いて前記光源追跡計算部は前記原稿設置台の原稿まで到達する光線の強度と方向とを有する追跡を計算実行し、また前記光源追跡計算部は前記多次透過光・再照明光分布データ部の前記多次透過光・再照明光分布データを用いて前記再反射計算を実行することを特徴とする。

また別の観点から言えば本発明は、光源と、前記光源からの光を反射して原稿を照明する反射板と、原稿設置台と、前記原稿設置台上に格子状のメッシュで区切られた受光面が設置されている画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測方法であって、前記光源または前記反射板からの照明光に対する前記原稿設置台からの多重反射光強度を算出し、前記稿設置台を透過する1次透過光以外の多次透過光を前記受光面上のメッシュ毎に積分して前記受光面における前記メッシュ毎の光強度を計算し、前記メッシュ毎の光強度によって得られる全メッシュの光強度から多次透過光分布を求めることを特徴とする。

また請求項９に記載の本発明は、光源と、前記光源からの光を反射して原稿を照明する反射板と、原稿設置台と、前記原稿設置台上に格子状のメッシュで区切られた受光面が設置されている画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測方法であって、前記光源または前記反射板からの照明光に対する原稿設置台内部の多重反射強度を計算し、前記原稿設置台上から反射する多次反射光の光線を追跡し、光源もしくは反射板で再反射し再び原稿設置台を透過した再照明光を前記受光面上のメッシュ毎に積分してメッシュ毎の光強度を計算し、計算された多重反射データ、多次反射光の光線の追跡データおよびメッシュごとの光強度データを用いて全メッシュの光強度から再照明光分布を求めることを特徴とする。

また請求項１０に記載の本発明は、光源と、前記光源からの光を反射して原稿を照明する反射板と、原稿設置台と、前記原稿設置台上に格子状のメッシュで区切られた受光面が設置されている画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測方法であって、照明光に対して原稿設置台を透過した１次透過光のデータと、前記多次透過光のデータと、前記再照明光のデータとを用いて、前記受光面上のメッシュ毎に積分してメッシュごとの光強度を計算し、前記メッシュごとの光強度により得られる全メッシュの光強度から全要素照明光分布を求めることを特徴とする。

また請求項１１に記載の本発明は、光源と、前記光源からの光を反射して原稿を照明する反射板と、原稿設置台と、前記原稿設置台上に格子状のメッシュで区切られた受光面が設置されている画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測方法であって、照明光に対して原稿設置台を透過した１次透過光のデータと、前記多次透過光のデータと、前記再照明光のデータとを用いて、前記受光面上のメッシュ毎に積分してメッシュごとの光強度を計算し、前記メッシュごとの光強度により得られる全メッシュの光強度から全要素照明光分布を求め、前記光源の形状、位置、前記光源の発光点を含む情報を光源部材データとして格納し、前記光源から出射する光束の光強度と発光方向のデータを光源発光分布データとして格納し、前記光源部材データを用いて光源発光分布データを算出するか、または前記光源発光分布データ部に光源発光分布データの有無を確認し、無い場合には光源発光分布データを算出を実行し、得られた光源発光分布データを用い、有る場合には当該光源発光分布データを用いて前記光源追跡計算部は前記原稿設置台の原稿まで到達する光線の強度と方向とを有する追跡を計算実行し、また前記光源追跡計算部は前記多次透過光・再照明光分布データ部の前記多次透過光・再照明光分布データを用いて前記再反射計算を実行することを特徴とする。

また別の観点から言えば本発明は、請求項８乃至１１記載のフレア計測方法を請求項１乃至７記載のフレア計測システムまたは演算装置に実行させるためのプログラムである。

本発明によれば、原稿設置台内部の多重反射を計算して、受光面側へ透過する多次透過光と、原稿設置台下方に反射した光線がランプ外面やリフレクタで再反射し、原稿設置台を透過して受光面に達する再照明光を計算して、受光面上での多次透過光分布および再照明光分布を求めているので、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。また、本装置を用いてフレア光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、画像読取装置の性能向上を図ることができる。
また前記の多次透過光および再照明光に加えて、１次透過光を合成して照度分布を求めているので、全ての光を考慮した全要素照明光分布を計算することが可能となる。ランプから出射する光線本数を揃えることで前記、多次透過光もしくは再照明光と全要素照明光との定量比較が可能となり、フレア成分の寄与率及び割合を推定することが可能となる。
さらに、受光面が任意の位置に設置可能であるので、任意の位置での多次透過光および再照明光分布が計算可能であり、紙浮きなどの現象が生じたときに多次透過光および再照明光の変化を捕らえることでその影響や寄与率を推定でき、フレア光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。

本発明のフレア計測システムは、光源または反射板からの照明光に対する原稿設置台からの多重反射光強度を算出し、前記稿設置台を透過する1次透過光以外の多次透過光を前記受光面上のメッシュ毎に積分して前記受光面における前記メッシュ毎の光強度を計算し、前記メッシュ毎の光強度から得られる全メッシュの光強度から多次透過光分布を求めることを特徴とする。

本発明のフレア計測システム構成例の詳細は後述するが、図１２に示すように、記憶装置５１、演算装置５２および表示装置５３から構成されている。記憶装置５３には光源部材データ、光源発光分布データ、光学部材データ、多次反射光・再照明光分布データなどを納めた部（光源部材データ部５１１、光源発光分布データ部５１２、光学部材データ部５１３、多次反射光・再照明光分布データ部５１４）が含まれている。

まず、光源発光分布の算出について説明する。
図１は照明ランプ３１の構成を説明するための斜視図である。
照明ランプ内壁の複数の発光点３４から様々な方向に発射される。発射される光線の方向はモンテカルロ法を用いてランダムに発射されることになる（モンテカルロ法を用いて得られる）。照明ランプ４の内壁からランダムな方向に出射された光線は、照明ランプ内壁で多重反射する毎にこの光線の方向が変化し内壁の反射率にしたがってこの光線の強度が減衰する。
次に発光点から出射された光線の多重反射による追跡について説明する。
光線の追跡は、発光点から開始される。
図２に示すように、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の座標はＰＫ＝ｍとすると以下の式が成り立つ。
Xp ＝ Xs ＋ mＱx （１）
Yp ＝ Ys ＋ mＱy （２）
Zp ＝ Zs ＋ mＱz （３）
Xp2 ＋ Yp2 − r2 ＝ 0 （４）
上記した（４）式に（１）〜（３）式を代入し、整理するとｍは以下のようになる。

このとき右辺の分子の項は内面反射（図２において、円筒状の内部における反射）のとき、

となる。
上記（６）、（７）を用いてｍを求め、（１）〜（３）式に代入するとＫ点の座標を求めることができる。
一方、Kで反射された光線は図２に示すように、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(４)式をｈ(Ｘp, Ｙp)と置けば、以下のように表される。
Ｅ＝grad ｈ （８）
反射法則を用いてＱ’は以下のように表せる。
Ｑ’＝Ｑ−２Ｅ（Ｅ・Ｑ） （９）
多重反射した光線のうち開口部３２に達した光線のみが光源外に出射される。この光源外に出射される光線のうち、あるしきい値以下の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程度の光線の寄与を省略すれば光線追跡のための計算時間を短縮可能である。このような閾値として初期出射光強度の１％程度の値を閾値と設定することが望ましい。
多重反射計算では光線が光源内を無限に反射するような場合（無限ループ光線）も前記した閾値未満の光強度になる光線に対する計算省略の中に含まれるので無限ループを回避することができる。

図１に示すように照明ランプの開口部３２には開口部形状に沿って略等間隔に格子状発光領域３３が設置される。各発光点から出射した光線のうち、開口部３２の格子状発光領域３３に達した領域毎に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３２の格子状発光領域３３での光束の光強度と発光方向とが、光源の発光分布情報（光源発光分布データ）となる。格子状発光領域３３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。

光源の発光分布情報は光源発光分布データ部にファイル化され、光源発光分布データとすることも可能である。光源の種類は１つとし、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の発光分布情報（光源発光分布データ）を用いると速く算出できる。また光源発光分布データとして実験値を用いることも可能であり、実験値も光源発光分布データ部にファイル化しておくことができる。

次に光線２跡を、図３〜６を参照しながら説明する。
図３〜６に光源４から出射した光線とリフレクタ５での反射における光線追跡の例を示す。

まず反射による光線追跡について説明する。
光線の追跡は発光点から開始される。
光源４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。このとき図３に示すように、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’への座標変換を行う。このような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よいので、統一的に計算が実行できる。リフレクタの形状としては、たとえば平面、円筒面、楕円面などが用いられる。

図３に示すように、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] （１０）
[vx’,vy’,vz’]＝[Ｒ][vx, vy, vz] （１１）
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（エル）とすれば以下の式が成り立つ。
xt’＝xu’＋l vx’ （１２）
yt’＝yu’＋l vy’ （１３）
zt’＝zu’＋l vz’ （１４）
ｆ(xt’,yt’,zt’)＝０ （１５）

この連立方程式を解き、ｌを求め、（１２）〜（１４）式に代入して、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（１５）式より以下のように表される。
G’＝gradｆ （１６）
反射法則によりW’は以下のように表せる。
Ｗ’＝V’−２G’(G’・V’) （１７）

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’] （１８）
[qx, qy, qz ]＝[Ｒ]-1[qx’, qy’, qz’] （１９）

次に屈折による光線追跡について説明する。図４に示されるように屈折は光線が屈折率の異なるところ、すなわちコンタクトガラス２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にして求めることができる。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面における屈折を考える。入射方向ベクトルを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、以下のようにして求められる。

式（２１）中、sign(x) はx の正負によって+1もしくは‐1となる関数（シグネーチャー関数）である。NおよびN’は媒質の屈折率である。
式（２０）〜（２１）によって、第1面での屈折方向が求まる。同様な演算を実行することにより、第2面での屈折方向も計算できる。
一方、コンタクトガラス２の界面での反射は、前記式（１０）〜（１９）式と同様にして演算を実行することによって、反射方向を計算することができる。

図５に照明光学系とコンタクトガラス２内での光の多重反射光および透過光に関する説明をするための図を示す。
照明ランプ４１から照射された照明光６５は、一部は直接コンタクトガラス２に入射し、一部はリフレクタ５により反射されてコンタクトガラス２に入射する。
コンタクトガラス２の両面では、コンタクトガラス２を透過する光は反射せずに透過する一次透過光６６と、多重反射した後に透過する多次透過光６７に分けられる。

コンタクトガラス２の界面で多重反射する光は図６に示すように表される。
コンタクトガラスのような異なった媒質面へ光が入射される場合、入射角θiによって界面での反射率が異なるという現象が知られている。図６に示すように、屈折率ｎ0の媒質から屈折率ｎ1の媒質への入射の場合、第1面での偏光方向毎の反射率は以下のようなフレネル則で表せる。

ここで扱う光はインコヒーレント光であるので、偏光成分がない。そこで、透過率Ｔ１は以下のように計算できる。
Ｔ1＝1−(Ｒs1＋Ｒp1)／2 （２４）
したがってコンタクトガラス２内での透過光強度Ｉt1は入射光強度をI0とすると以下のようになる。
Ｉt1＝Ｉ0×Ｔ1 （２５）
コンタクトガラス第２面での反射は前記式（２２）〜（２３）と同様に反射率を計算でき、その値Ｒ2は以下のようになる。
Ｒ2＝(Ｒs2＋Ｒp2)／2 （２６）
第２面の透過率Ｔ２は以下のようになる。
Ｔ2＝１−Ｒ2 （２７）
よって、第２面を透過する１次透過光強度It2は入射光強度をI0とすると以下のようになる。
Ｉt2＝Ｉ0×Ｔ1×Ｔ2 （２８）

またコンタクトガラス第２面で反射する反射光強度Ir2は入射光強度をI0とすると以下のように表せる。
Ｉr2＝Ｉ0(Ｔ1・Ｒ2) （２９）
第２面を反射した光は第１面で再び反射するが、これは第２面での反射と同様に計算できる。
つまり、Ｒ2は（２６）式と同じなので、第１面で再反射する反射光強度Ｉr3は以下のようになる。
Ｉr3＝Ｉ0(Ｔ1・Ｒ22) （３０）
この光は第２面で一部透過し、その多次透過光強度Ｉt4は以下のようになる。
Ｉt4＝Ｉ0(Ｔ1・Ｔ2・Ｒ22) （３１）
このように各面での反射光強度を繰り返し計算することで多重反射光、一次透過光、多次透過光の各成分を計算することができる。

コンタクトガラス２上部の位置には格子状のメッシュで区切られた受光面６４が設置され、コンタクトガラス２を透過した光線が受光面上の各メッシュ（単位メッシュ）毎に積分される。単位メッシュ毎の光強度を計算し、全メッシュの光強度をメッシュの順番にプロットしていくと、透過光分布を求めることができる。
これらの光は主たる照明光と異なる光でありフレア光の一種である。

図７に、コンタクトガラス２を透過した全要素照明光強度を、各メッシュの位置ごとに順にプロットして作成したものを示す。この図７は副走査断面での照明光強度を示している。
照明ランプ４１からの光線本数を図７と同条件で出射した場合に、1次透過光を除いた多次透過光の受光面上での光強度分布を図８に示す。この図に示されるような分布が副走査断面での光強度を示している。
図８に示す光強度分布は照明光強度に比べると非常に小さく、ピーク強度の１％程度であるが、スキャナ画像への影響としては必ずしも無視できる値ではない。
したがってこのような光強度分布をいかに減らしていくかがフレア低減するのに重要となる。
低減を図るには、たとえば照明光学系の光学要素レイアウトの修正、あるいは前記式（２２）〜（２３）に示したフレネル則からコンタクトガラス２の屈折率を小さくすることで対処することが考えられる。

図９に照明光学系とコンタクトガラス２内での光の多重反射および再照明光について説明するための図を示す。
照明ランプ４１から出射された照明光は、一部は直接コンタクトガラス２に入射し、一部はリフレクタ５に反射してコンタクトガラス２に入射する。
コンタクトガラス２内では多重反射が生じ、コンタクトガラス２を透過する光は反射せずに透過する一次透過光８６と多重反射した後に下方に透過する多次反射光に分けることができる。
コンタクトガラス２内での屈折は前記式（２０）〜（２１）と同様にして計算することによって得ることができる。
コンタクトガラス２の界面で多重反射する光は前記した図６を用いて説明したのと同様なモデルで表すことができる。
前記式（２２）〜（２９）を用いて同様にして多重反射光の光強度を計算し、第２面を反射して第１面を透過する光の透過光強度Ｉt3を以下の式を用いて得られる。
Ｉt3＝Ｉ0(Ｔ1・Ｔ2・Ｒ2) （３２）
このような計算を繰り返してコンタクトガラス２内の多重反射を計算することができる。

コンタクトガラス２の下方に透過した多次反射光の一部は照明ランプ４１の外面で反射して、コンタクトガラス２へ入射し、コンタクトガラス２を透過して受光面８４へ抜ける。また一部は照明ランプ４１の外面で反射した後、リフレクタ５で反射してコンタクトガラス２へ入射し、コンタクトガラス２を透過して受光面８４へ抜けていく。
照明ランプ外面での反射は前記式（１）〜（５）を用いて計算でき、リフレクタでの反射は前記式（１０）〜（１９）を用いて計算することができる。コンタクトガラス２での屈折は前記式（２０）〜（２１）と同様である。
これらの光が再照明光８７であり、これらの光は主たる照明光とは異なるフレア光の一種である。

コンタクトガラス２上部の任意の位置には格子状のメッシュで区切られた受光面８４が設置され、コンタクトガラス２を透過する1次透過光を除いた再照明光の光線が受光面上のこの各メッシュ毎に積分される。
このようにして積分して単位メッシュ毎の光強度を計算し、全メッシュの光強度をそのメッシュの配置の順番にプロットしていくと、再照明光分布が求められる。

照明ランプ４１からの光線本数を、図７を得たときと同条件とした場合の再照明光分布の例を図１０に示す。図１０は副走査断面の分布を示している。

図１０と図７とを比較すると、０°近傍における再照明光分布の光強度は小さいことがわかる。しかし、照明光分布と異なった点にピークが存在している。このピーク強度はリフレクタの角度に依存している。図１１はこのリフレクタの角度を変えた場合のピーク光強度を示す。図１１から、リフレクタ角度が２２°〜２６°の領域だけピーク強度が下がることがわかる。このようにピーク強度が下がるレイアウトが計算によって見つけることができ、これに基づいてフレア光の低減を図ることが可能である。

また本発明では図５に示すような受光面６４は画像読取装置における紙の位置と同じであり、通常、コンタクトガラス２に接触した位置に置かれる。しかしながら紙送り機構などにより紙がコンタクトガラス２から離れる場合も想定し、コンタクトガラス２上部の任意の位置に受光面６４設置する必要がある。このようにして任意の位置での多次透過光分布および再照明光分布を求めることもできる。

次に以上の一連の動作を行う本システムの構成図を図１２に示す。本システムは記憶装置５１、演算装置５２および表示装置５３から構成されている。記憶装置５３には光源部材データ、光源発光分布データ、光学部材データ、多次反射光・再照明光分布データなどを納めた部（光源部材データ部５１１、光源発光分布データ部５１２、光学部材データ部５１３、多次反射光・再照明光分布データ部５１４）が含まれている。なお図１２（Ａ）に示す構成図では表示部は記憶装置５１に接続されている構成としているが、表示部（表示装置）５３は演算装置に接続されていてもよく、あるいは表示部は演算装置５２と記憶装置に接続していても良い。また表示部（表示装置）は、それぞれの記憶装置５１および演算装置５２に設けられていても良くその数は複数であってもよい。本システムは、それぞれが一体となって機能するようになっていることが好ましく、電気的に接続されていることが好ましい。電気的に接続は、有線、無線のどちらであってもよい。
また、これら記憶装置５１、演算装置５２および表示装置５３は、各装置がコンピュータ機能を有していてもよく、たとえばネットワーク回線を介して接続されている構成としてもよい。

図１２（Ａ）に示すシステム構成図において、記憶装置５１は、光源部材データ部５１１と、光源発光分布データ部と、光学部材データ部と、多次透過光・再照明光分布計算部とを有して構成されている。
光源部材データ部には照明ランプ４１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。
光源発光分布データ部には光源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とのセットから構成されたデータが含まれている。
光学部材データ部には、リフレクタ、コンタクトガラスなどの形状、光学特性、位置情報が含まれている。光学特性としてはリフレクタ５、照明ランプ４１では反射率、コンタクトガラス２では屈折率の情報などである。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。
多次透過光・再照明光分布計算部および光線追跡計算部で計算された多次透過光および再照明光分布の結果は記憶装置内に、多次透過光・再照明光分布データとしてこの部に記憶される。
演算装置には、光源発光分布計算部、光線追跡計算部および多次透過光・再照明光分布計算部が含まれる。
光源発光分布計算部では照明ランプ内壁のさまざまな点（座標点）から、多数の光線が発射され、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から発光分布を表す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。また、コンタクトガラス２内での内部反射および屈折と、コンタクトガラスから反射して光源の外面もしくはリフレクタで再反射し、再びコンタクトガラスを透過して、受光面上のメッシュ領域に戻ってくる再照明光の光線追跡を行う。多次透過光・再照明光分布計算部では光線追跡計算部で求められた受光面上の光線をメッシュ毎に積分し、メッシュ全体の光強度分布を計算する。計算された光強度分布は記憶装置に送られ、多次透過光・再照明光分布データとして記憶され、表示装置（薄型表示装置、ＣＲＴなどを含む）上に表示される。

次に図１３に示すフローチャートを用いてフレア計測方法について説明する。この方法が開始されると（スタート）、まず、光学部材の形状、位置情報、光学特性が入力される光学部材データ入力が実行される（ステップＳ１）。
次いで、前記ステップＳ１により発光分布データが有るか無いかが判定される（ステップＳ２）。データがない場合には（ステップＳ２においてＮｏの場合）、照明ランプ（光源）から出射した光線の光線追跡計算を実行し、得られた発光分布データを記憶装置の光源発光分布データ部に収納する（ステップＳ２／Ｎｏ→ステップＳ９→ステップＳ１０→ステップＳ４へ）。またデータがある場合（ステップＳ２においてＹｅｓの場合）には、照明ランプからの放射光分布データを読み込み、光線追跡を実行する（ステップＳ２／Ｙｅｓ→ステップＳ３→ステップＳ４へ）。

次に計算種類の分岐を行う（ステップＳ５）。あらかじめ指定された計算種類により多次透過光、再照明光および全要素照明光に関する光線追跡計算を実行し、受光面上のメッシュ領域に戻ってくる光線の位置および光強度からそれぞれの光強度分布計算（多次透過光分布計算（ステップＳ６−１）、再照明光分布計算（ステップＳ６−３）および全要素照明光に関する光線追跡計算（ステップＳ６−２）を実行する。全計算が終了したかどうかを判定し（ステップＳ８）、終了していれば（ステップＳ８においてＹｅｓの場合）、フレア光分布を表示装置上に表示し、そうでない場合（ステップＳ８においてＹｅｓの場合）、ステップＳ４に戻り、以降、前記同様のフローに従って進む。

本発明のフレア計測方法では、また、光源部材データを用いて光源発光分布データを算出するか、または前記光源発光分布データ部に光源発光分布データの有無を確認し、無い場合には光源発光分布データを算出を実行し、得られた光源発光分布データを用い、有る場合には当該光源発光分布データを用いて前記光源追跡計算部は前記原稿設置台の原稿まで到達する光線の強度と方向とを有する追跡を計算実行し、また前記光源追跡計算部は前記多次透過光・再照明光分布データ部の前記多次透過光・再照明光分布データを用いて前記再反射計算を実行している。

これら一連のフレア計測は演算装置内（フレア計測システムの演算装置内、あるいは図１２（Ｂ）に示す構成の装置（たとえばコンピュータ）にプログラムとして存在する。なお図１２（Ｂ）に示す演算装置としてのフレア計測装置２００では、ＣＰＵなどの演算部２０１と、ハードディスク２０２と、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの各種メモリ２０３と、ＤＶＤ、ＬＣＤなどの薄型表示部あるいはＣＲＴなどの表示部２０４と、ＬＡＮ、ＷＡＮなどの他のネットワーク２０８と接続する通信モデムを含む通信部（通信入／出部）２０５と、キーボード、マウスなどの入力部２０６と、読取部２０７とを有している。演算部２０１と、２０２〜２０７とはバス等を介して電気的に接続されている。あるいはコンピュータを複数ネットワークを介して接続して、その１台をホストコンピュータとし、他を従属コンピュータとして、これら一連のフレア計測を、行うようなシステムであっても良い。なおこのようなシステムでは、読取装置（読取部）および入力装置（入力部）は、その中の１台と接続していてもよく、また表示装置（表示部）などもホストコンピュータ等が有するだけとしてもよい。また、図１２（Ａ）に示すフレア計測システムにおいて、記憶装置と演算装置とはネットワークを介して接続されていてもよく、また表示部は演算装置に従属するようにしても良い。この演算装置は、前記したホストコンピュータと、それに従属するコンピュータとから構成されていてもよく、記憶装置もホストコンピュータなどと通信回線を介して接続されるように構成されていても良い。また本発明のフレア計測システムで用いられる記憶装置、演算装置を各個別に、あるいは記憶装置と演算装置の１体として、図１２（Ｂ）に示すようなコンピュータを１つあるいは２以上用いることもできる。

これらのフレア計測システム、コンピュータなどに光線追跡計算などを含むフレア計測を実行させるためのプログラムおよび、コンピュータをフレア計測システムあるいは装置として実現させるためのプログラムは、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（不揮発性メモリ、揮発性メモリを含む）に一時的あるいは永続的に保存することができる。

光源である照明ランプの構成とこの光源内の発光点からの発光光の進行などを説明するための図である。 照明ランプでの光線の反射を説明する図である。 照明光学系内の光学部材と光線の反射を説明する図である。 コンタクトガラス内の光線の屈折を説明する図である。 照明光学系内の照明光と多次透過光を説明する図である。 コンタクトガラス内の反射・屈折を説明する図である。 全要素照明光強度分布の一例を説明する図である。 多次透過光分布の一例を説明する図である。 照明光学系内の照明光と再照明光を説明する図である。 再照明光分布の一例を説明する図である。 リフレクタ角度による再照明光のピーク強度が変化した例を示す図である。 本システムの構成例を説明するブロック図である。 本システムの動作を示すフローチャートである。 画像読取装置の光学系の配置例を示す図である。 照明光学系の構成配置例を示す図である。 フレア現象を説明する図である。

符号の説明

１ 原稿
２ コンタクトガラス
３ 撮像領域
４、３１、４１ 光源（照明ランプ）
５ リフレクタ
６、７ 第１及び第２の反射部
８ レンズ（撮像素子用画像調製レンズ）
９ １次元撮像素子
１０、１１ 第１及び第２の走行体
１４、３２ 開口部
２１ 黒パターン部（黒パターン領域）
２２ 境界部
２３ 白パターン部（白パターン領域）
３３ 格子状発光領域
３４ 発光点
５１ 記憶装置
１００ 読取装置
５２、２００ 演算装置（コンピュータ）
２０１ 演算部（ＣＰＵ）
２０２ ハードディスク
２０３ メモリ
５３、２０４ 表示部（表示装置）
２０５ 通信部（通信入／出部）
２０６ 入力部
２０７ 読取部（読取装置）
２０８ ネットワーク

Claims (12)

1. 光源と、前記光源からの光を反射して原稿を照明する反射板と、原稿設置台とからなる画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測システムであって、
   前記画像読取装置の前記原稿設置台上に格子状のメッシュで区切られた受光面が設置されており、
   前記フレア計測システムは、前記光源または前記反射板からの照明光に対する前記原稿設置台からの多重反射光強度を算出し、前記稿設置台を透過する１次透過光以外の多次透過光を前記受光面上のメッシュ毎に積分して前記受光面における前記メッシュ毎の光強度を計算し、前記メッシュ毎の光強度によって得られる全メッシュの光強度から多次透過光分布を求めることを特徴とするフレア計測システム。
2. 光源と、前記光源からの光を反射して原稿を照明する反射板と、原稿設置台とからなる画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測システムであって、
   前記画像読取装置のフレア計測システムは、記憶装置と、演算装置と、表示装置とが接続され、前記演算装置により前記多重反射光が算出され、前記稿設置台を透過する１次透過光以外の多次透過光強度を前記受光面上のメッシュ毎に積分して前記受光面における前記メッシュ毎の光強度が計算され、前記メッシュ毎の光強度から得られる全メッシュの光強度から多次透過光分布が求められることを特徴とするフレア計測システム。
3. 請求項１または２に記載のフレア計測システムにおいて、
   前記画像読取装置の前記原稿設置台上部の任意の位置に格子状のメッシュで区切られた受光面が設置されており、前記フレア計測システムは前記光源または前記反射板からの照明光に対する原稿設置台内部の多重反射強度を計算し、前記原稿設置台上から反射する多次反射光の光線を追跡し、光源もしくは反射板で再反射し再び原稿設置台を透過した再照明光を前記受光面上のメッシュ毎に積分してメッシュ毎の光強度を計算し、計算された多重反射データ、多次反射光の光線の追跡データおよびメッシュごとの光強度データを用いて全メッシュの光強度から再照明光分布を求めることを特徴とするフレア計測システム。
4. 前記画像読取装置の前記原稿設置台上部に格子状のメッシュで区切られた受光面が設置されており、
   前記フレア計測システムは照明光に対して原稿設置台を透過した１次透過光のデータと、前記多次透過光のデータと、前記再照明光のデータとを用いて、前記受光面上のメッシュ毎に積分してメッシュごとの光強度を計算し、前記メッシュごとの光強度により得られる全メッシュの光強度から全要素照明光分布を求めることを特徴とする請求項３に記載のフレア計測システム。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のフレア計測システムにおいて、前記受光面は、原稿設置台上部の任意の位置に設置され、任意の位置に設置された受光面における多次透過光分布、再照明光分布および全要素照明光分布のうち少なくとも１つを演算することを特徴とするフレア計測システム。
6. 光源と、前記光源からの光を反射して原稿を照明する反射板と、原稿設置台とからなる画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測システムであって、
   前記画像読取装置のフレア計測システムは、記憶装置と、演算装置と、表示装置とが接続され、
   前記演算装置は、
   前記光源から出射された光線の光強度と方向から光源発光分布を表すデータを算出する光源発光分布計算部と、
   前記光源からの前記原稿設置台の原稿まで到達する光線の強度と方向とを有する追跡を演算すると共に、前記原稿設置台内での反射及び屈折、原稿面から反射した光線の前記光源または前記反射板から再反射されて前記原稿設置台に戻る再反射計算を行う光線追跡計算部と、
   前記光線追跡計算部で求められた受光面上の光線をメッシュ毎に積分してメッシュ領域全体の再反射光分布を計算する再反射光分布計算部と
   を有することを特徴とするフレア計測システム。
7. さらに前記記憶装置は、
   前記光源の形状、位置、前記光源の発光点を含む情報を格納する光源部材データ部と、
   前記光源から出射する光束の光強度と発光方向のデータを格納する光源発光分布データ部と、
   前記反射板、前記原稿設置台の形状、光学特性、位置情報を格納する光学部材データ部と、
   前記多次透過光・再照明光分布計算部および前記光線追跡計算部で計算された多次透過光および再照明光分布のデータを格納する多次透過光・再照明光分布データ部と、を有し、
   前記光源発光分布計算部は前記光源部材データ部内の光源部材データを用いて光源発光分布データを算出するか、または前記光源発光分布データ部に光源発光分布データの有無を確認し、無い場合には光源発光分布データを算出を実行し、得られた光源発光分布データを用い、有る場合には当該光源発光分布データを用いて前記光源追跡計算部は前記原稿設置台の原稿まで到達する光線の強度と方向とを有する追跡を計算実行し、また前記光源追跡計算部は前記多次透過光・再照明光分布データ部の前記多次透過光・再照明光分布データを用いて前記再反射計算を実行することを特徴とする請求項６記載のフレア計測システム。
8. 光源と、前記光源からの光を反射して原稿を照明する反射板と、原稿設置台と、前記原稿設置台上に格子状のメッシュで区切られた受光面が設置されている画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測方法であって、
   前記光源または前記反射板からの照明光に対する前記原稿設置台からの多重反射光強度を算出し、前記稿設置台を透過する１次透過光以外の多次透過光を前記受光面上のメッシュ毎に積分して前記受光面における前記メッシュ毎の光強度を計算し、前記メッシュ毎の光強度によって得られる全メッシュの光強度から多次透過光分布を求めることを特徴とするフレア計測方法。
9. 光源と、前記光源からの光を反射して原稿を照明する反射板と、原稿設置台と、前記原稿設置台上に格子状のメッシュで区切られた受光面が設置されている画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測方法であって、
   前記光源または前記反射板からの照明光に対する原稿設置台内部の多重反射強度を計算し、前記原稿設置台上から反射する多次反射光の光線を追跡し、光源もしくは反射板で再反射し再び原稿設置台を透過した再照明光を前記受光面上のメッシュ毎に積分してメッシュ毎の光強度を計算し、計算された多重反射データ、多次反射光の光線の追跡データおよびメッシュごとの光強度データを用いて全メッシュの光強度から再照明光分布を求めることを特徴とするフレア計測方法。
10. 光源と、前記光源からの光を反射して原稿を照明する反射板と、原稿設置台と、前記原稿設置台上に格子状のメッシュで区切られた受光面が設置されている画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測方法であって、
    照明光に対して原稿設置台を透過した１次透過光のデータと、前記多次透過光のデータと、前記再照明光のデータとを用いて、前記受光面上のメッシュ毎に積分してメッシュごとの光強度を計算し、前記メッシュごとの光強度により得られる全メッシュの光強度から全要素照明光分布を求めることを特徴とするフレア計測方法。
11. 光源と、前記光源からの光を反射して原稿を照明する反射板と、原稿設置台と、前記原稿設置台上に格子状のメッシュで区切られた受光面が設置されている画像読取装置の照明状態を予測するためのフレア計測方法であって、
    照明光に対して原稿設置台を透過した１次透過光のデータと、前記多次透過光のデータと、前記再照明光のデータとを用いて、前記受光面上のメッシュ毎に積分してメッシュごとの光強度を計算し、
    前記メッシュごとの光強度により得られる全メッシュの光強度から全要素照明光分布を求め、前記光源の形状、位置、前記光源の発光点を含む情報を光源部材データとして格納し、
    前記光源から出射する光束の光強度と発光方向のデータを光源発光分布データとして格納し、
    前記光源部材データを用いて光源発光分布データを算出するか、または前記光源発光分布データ部に光源発光分布データの有無を確認し、無い場合には光源発光分布データを算出を実行し、得られた光源発光分布データを用い、有る場合には当該光源発光分布データを用いて前記光源追跡計算部は前記原稿設置台の原稿まで到達する光線の強度と方向とを有する追跡を計算実行し、また前記光源追跡計算部は前記多次透過光・再照明光分布データ部の前記多次透過光・再照明光分布データを用いて前記再反射計算を実行することを特徴とするフレア計測方法。
12. 請求項８乃至１１記載のフレア計測方法を請求項１乃至７記載のフレア計測システムまたは演算装置に実行させるためのプログラム。

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