JP6064364B2 - 画像読取装置、画像読取システム及び画像読取方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像読取装置、画像読取システム及び画像読取方法に関する。

従来、コンタクトガラス上に配置した原稿に対して、コンタクトガラスの下方で移動する読取ヘッド内部に配置された光源から走査光を照射し、原稿面からの反射光をラインＣＣＤで読取ってデジタル画像データを出力することが知られている。

例えば、特許文献１には、被写体の被走査面と読取り光学系の光軸の対応角度を所望の角度に調整できるようにしたマルチアングルスキャナが開示されている。

また、特許文献２には、光源から出射される光束の波長を限定する複数の波長限定手段などを備え、波長限定手段の数だけ撮像対象物を走査して、該撮像対象物について複数の波長帯での画像を撮像する撮像装置が開示されている。

また、特許文献３には、ノーマル画像情報に基づく第１の画像データと、ノーマル画像情報及び凹凸画像情報に基づく第２の画像データと、ノーマル画像情報及び光沢画像情報に基づく第３の画像データとを生成し、被読取物の質感に係る画質をユーザの指定に応じて異ならせる読取装置が開示されている。

しかしながら、凹凸のある撮像対象に対し、質感や凹凸感を十分に再現する画像データを容易に得ることができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、凹凸のある撮像対象に対し、質感や凹凸感を十分に再現する画像データを容易に得ることができる画像読取装置、画像読取システム及び画像読取方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、対象物の表面粗さを含む表面凹凸を読取る凹凸読取部と、前記対象物に対して光を照射する照射部と、前記照射部が前記対象物に対して光を照射する照射位置を前記表面凹凸に応じて決定する照射位置決定部と、前記対象物からの反射光を受光する受光部と、前記反射光に応じて画像データを生成する画像処理部と、前記照射位置決定部が決定した照射位置から前記照射部が光を照射して、前記受光部が反射光を受光するように制御する制御部と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、対象物の表面粗さを含む表面凹凸を読取る凹凸読取部と、前記対象物に対して光を照射する照射部と、前記照射部が前記対象物に対して光を照射する照射位置を前記表面凹凸に応じて決定する照射位置決定部と、前記対象物からの反射光を受光する受光部と、前記照射位置決定部が決定した照射位置から前記照射部が光を照射して、前記受光部が反射光を受光するように制御する制御部と、前記反射光に応じて画像データを生成する画像処理装置と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、対象物の表面粗さを含む表面凹凸を読取る工程と、照射部が前記対象物に対して光を照射する照射位置を前記表面凹凸に応じて決定する工程と、決定された前記照射位置から照射部が光を照射して、受光部が反射光を受光するように制御する工程と、前記反射光に応じて画像データを生成する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、凹凸のある撮像対象に対し、質感や凹凸感を十分に再現する画像データを容易に得ることができるという効果を奏する。

図１は、実施形態にかかる画像読取装置の構成を示すブロック図である。 図２は、画像読取装置を構成する各部の配置の概要を示した配置図である。 図３は、凹凸読取部の短手方向の断面を示す断面図である。 図４は、照射部の短手方向の断面を示す断面図である。 図５は、受光部の短手方向の断面を示す断面図である。 図６は、算術平均粗さＲａの平均値に応じて照射部の照射位置を決定する対照表である。 図７は、照射位置を指し示すベクトルと支持台の法線ベクトル、及び照射位置を示す角度θ１との関係を示す図である。 図８は、第２の変形例における受光部の短手方向の断面を示す断面図である。 図９は、第３の変形例における照射部、受光部及び反射板の短手方向の断面を示す断面図である。 図１０は、第４の変形例における照射部、受光部及び反射板の短手方向の断面を示す断面図である。

以下に添付図面を参照して、画像読取装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、実施形態にかかる画像読取装置１の構成を示すブロック図である。また、図２は、画像読取装置１を構成する各部の配置の概要を示した配置図である。画像読取装置１は、凹凸読取部１０、照射位置決定部１２、照射位置変更部１４、照射部２０、受光部３０、画像処理部４０及び制御部５０を有する。なお、画像読取装置１は、画像処理部４０の機能を有する画像処理装置が独立して設けられる構成であってもよい。

凹凸読取部１０は、読取りの対象物の表面凹凸を読取る。照射部２０は、対象物に対して光を照射する。受光部３０は、対象物によって反射された反射光を受光する。照射位置決定部１２は、凹凸読取部１０が読取った対象物の表面凹凸に応じて、照射部２０が対象物に対して光を照射する照射位置を決定する。照射位置変更部１４は、照射位置決定部１２が決定した照射位置へ照射部２０を移動させ、照射部２０の照射位置を変更する。

画像処理部４０は、受光部３０が受光した反射光に応じて画像データを生成する。制御部５０は、照射位置決定部１２が決定した照射位置から照射部２０が光を照射して、受光部３０が反射光を受光するように制御する。

画像読取装置１は、例えば図２に示した移動方向Ａに移動しつつ、支持台６０に載置された対象物を走査して画像データを得るスキャナとして機能する。画像読取装置１が移動することに代えて、支持台６０が移動するように構成されてもよい。また、画像読取装置１は、例えば図示しないＰＣ（Personal computer）などが接続され、ＰＣの制御に応じて動作し、画像データなどをＰＣに対して出力するように構成されてもよい。また、ＰＣが画像処理部４０の機能を有していてもよい。

次に、画像読取装置１を構成する各部の詳細について説明する。図３は、凹凸読取部１０の短手方向の断面を示す断面図である。図３に示すように、凹凸読取部１０は、レーザ光を発光するレーザ光発光部１００と、対象物から反射されるレーザ光を受光するレーザ光受光部１０２とを有する。そして、凹凸読取部１０は、対象物にレーザ光を走査しながら照射し、対象物からの反射光を受光する構成にされている。

レーザ光発光部１００が発光（照射）するレーザ光は、例えば波長が６８５ｎｍの赤色レーザ光である。レーザ光発光部１００は、レーザ光が３２５ｍｍ×２５０ｍｍ（図３において左右方向）の領域を走査可能に構成されている。凹凸読取部１０は、レーザ光発光部１００による照射角度と、レーザ光受光部１０２が反射光を受光するまでの所要時間とを用いて対象物の高さ情報（対象物までの距離）を取得することにより、対象物の表面凹凸を読取る。例えば、凹凸読取部１０は、表面方向の解像度（対象物の表面方向）が６００ｄｐｉ、高さ方向の分解能（深さ方向）が１６ｂｉｔ（１ステップあたりの高さが２０ｕｍに相当）として対象物の表面凹凸の読み取りを行う。

図４は、照射部２０の短手方向の断面を示す断面図である。図４に示すように、照射部２０は、例えば光源２２及び拡散板２４を有する。光源２２は、例えば高演色性の蛍光灯又はＬＥＤなどである。拡散板２４は、対象物に照明ムラが発生することを防止するために設けられているが、設けられていなくてもよい。照射部２０は、図４に示した破線矢印（円弧）のように対象物への光の照射角度を変更することができるように移動可能に支持されている。例えば、照射部２０は、円弧上の移動可能域が鉛直方向に対して０〜８０度の範囲で設定されており、不図示の駆動装置によって照射位置を変更することが可能にされている。

図５は、受光部３０の短手方向の断面を示す断面図である。図５に示すように、受光部３０は、例えば集光レンズ３２、カラーフィルタ３４及びラインＣＣＤ（ラインセンサ）３６を有する。集光レンズ３２は、照射部２０が照射した光に対して対象物が反射した光を集光する。カラーフィルタ３４は、対象物が反射した光の波長選択を行う。ラインＣＣＤ３６は、波長選択された光を電気信号に変換する。つまり、受光部３０は、集光レンズ３２が集光した光に対し、カラーフィルタ３４がレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の色成分に対応する波長選択を行い、各色成分の反射光量に応じた電気信号をラインＣＣＤ３６が生成する構成となっている。

ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂの色成分の波長域はそれぞれ、４００〜５００、５００〜５８０、５７５〜７００ｎｍである。また、受光部３０は、例えば表面方向の解像度が１８００ｄｐｉにされ、ＲＧＢ各色をそれぞれ１６ｂｉｔの分解能で反射光量に対応した電気信号に変換して出力する構成にされている。

照射位置決定部１２は、まず、凹凸読取部１０が読取りを行った対象物の高さ方向のデータを用いて、いわゆる算術平均粗さＲａを算出する。この算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１に記載された計算方法により算出される。そして、照射位置決定部１２は、図６に示した対照表を参照し、算出した算術平均粗さＲａの平均値に応じて照射部２０の照射位置を決定する。なお、照射位置決定部１２は、対照表に代えて、関係式に応じて照射位置を決定するように構成されてもよい。

ここで、照射部２０の照射位置とは、対象物からの照射部２０の位置を示す角度（照射角度θ１）により表されるものとする。つまり、対象物から照射位置を指し示すベクトルと、対象物を配置している支持台６０の法線ベクトルとのなす角を、照射位置を示す角度とみなしている。図７は、照射位置を指し示すベクトルと支持台６０の法線ベクトル、及び照射位置を示す角度θ１との関係を示す図である。このように、照射角度θ１により、照射光が対象物に対してどの角度から照射されているが表されている。

照射位置変更部１４は、照射部２０に連結された回転駆動装置などにより構成される。そして、照射位置変更部１４は、照射位置決定部１２が決定した照射位置（照射角度：θ１の位置）へ照射部２０を移動させて、照射部２０による照射位置の変更を行う。

画像処理部４０は、受光部３０が受光した電気信号を受けて画像データの生成を行う。例えば、画像処理部４０は、受光部３０から受入れた電気信号に応じて、ＲＧＢ各色成分に対する１６ｂｉｔのデータ値を画像データとする。また、画像処理部４０は、画像データを汎用形式であるＴＩＦＦデータにしてファイル出力を行うようにされている。

制御部５０は、図１に示すように、凹凸読取部１０、照射位置決定部１２及び照射位置変更部１４を順に動作させ、照射位置変更部１４が変更した照射位置から照射部２０が照射する光の反射光を受光部３０が受光するように制御を行う。

つまり、画像読取装置１は、支持台６０上に対象物を載置した状態で、凹凸読取部１０、照射部２０及び受光部３０が対象物の上方を支持台６０に対して平行移動して走査する構成にされている（図２参照）。このように、凹凸読取部１０は、対象物の表面凹凸の読取りを対象物の全表面について行うことになる。また、照射部２０及び受光部３０は、互いに相対的な位置関係を固定した状態で（一体の状態で）対象物の上方を平行移動して走査する。これにより、画像読取装置１は、対象物表面からの反射光を対象物表面の全面に亘って得ることができ、対象物表面の全面の画像データを得ることができるようになる。

従来は、対象物表面を実際にスキャンして採取した画像データを確認するまでは、対象物の表面凹凸が再現された画像データとなっているか否かが判別しないといった問題があった。こうした、実際にスキャンしないと対象物の表面凹凸が再現された画像データであるか否かが判別しない理由は、対象物の表面凹凸の状態によってそれに適したスキャン条件（照射位置条件など）が異なるためであった。

これに対して、画像読取装置１は、対象物をスキャンして画像データを得る前に、始めに凹凸読取部１０によって対象物の表面凹凸を読取る構成になっている。照射位置決定部１２は、その後に、凹凸読取部１０からの読取り結果を受けて、対象物のスキャンを行う際に対象物の表面凹凸が再現された画像データが採取できるように照射部２０の照射位置を決定する。そして、照射位置変更部１４は、照射位置決定部１２によって決定された照射位置を受けて、照射部２０の照射位置を変更する。画像読取装置１は、照射位置変更部１４が照射部２０の照射位置を変更した後に、従来技術と同様に対象物表面をスキャンし画像データをファイル出力する。

このように、画像読取装置１は、対象物表面をスキャンする前に、対象物の表面凹凸を読取り、適切な位置に照射位置を設定する構成になっているため、従来装置にように、照射位置などのスキャン条件の変更と対象物のスキャンとを何度も繰り返して、対象物の表面凹凸が再現されるようなスキャン条件を見出すといった面倒な作業を使用者が強いられるようなことがなくなる。

スキャンによって採取した画像データにおいて、対象物の表面凹凸が良好に再現された画像データとなっているか否かが、照射条件によって変化してしまうといった現象については、次のように考えることができる。実物の対象物（対象物そのもの）を見ることができる場合には、観察者は、対象物自体を動かしてみたり、照射位置を変更したりすることで、対象物の表面状態に関して多くの情報を得ることができると考えられる。つまり、さまざまな照明状態での対象物を観察することで、対象物の表面凹凸を認識している状態にある。このとき特に、対象物の凹凸に起因して対象物の表面に発生する陰影を通じて、対象物の表面凹凸を知覚することができると考えている。

一方で、スキャン画像などの２次元画像データでは、スキャンを行った際のスキャン条件での反射光が対象物の表面凹凸に関する唯一の情報となる。（単一の照射条件のみが画像データには反映される。）このときに、対象物の凹凸に起因する陰影が画像データにうまく反映されていないと、対象物の表面凹凸が再現されていない２次元画像データとなってしまう。２次元画像データにおいて対象物の表面凹凸を反映させた画像データを得ることは容易なことではないため、２次元画像データにおいて表面凹凸に関する情報が失われてしまうといった問題がしばしば発生する。このため、照射位置を工夫して対象物の凹凸に起因する陰影を発生させた状態で２次元画像データを採取することが、対象物のスキャンを行う際に必要となるのである。

画像読取装置１は、このような点を鑑みてなされたものであり、対象物表面をスキャンする前に、対象物の表面凹凸を読み取り、適切な位置に照射位置を設定する構成になっている。従って、スキャン条件の変更と対象物のスキャンとを何度も繰り返して適切なスキャン条件を見出すといった従来装置では回避することができなかった煩わしい問題を解決し、１度のスキャンのみで対象物の表面凹凸が再現された画像データを採取することができるようになる。

画像読取装置１は、対象物の表面凹凸を読取る凹凸読取部１０が、レーザタイプの表面凹凸読取り装置である。レーザタイプの表面凹凸読取り装置では、レーザ光を象物に照射することで発生する対象物からの反射光の情報から、対象物の表面凹凸の算出を行う。このレーザタイプの凹凸読取部１０は、光を利用した方法であるため対象物の表面凹凸の算出を非接触で行うことができる。これにより、対象物の表面凹凸の際に、対象物の表面を変質・変形・破壊してしまう恐れがない。画像読取装置１は、表面凹凸の読取りの後に対象物のスキャン画像を採取するため、対象物の表面への接触による変形や汚れといった問題は許容できるものではなく、このレーザ式は画像読取に好適な表面凹凸の読取り方法である。

このように、凹凸読取部１０によって、非接触の読取り方式で対象物表面の表面凹凸の読取りを実現することができる。さらに、凹凸読取部１０は、高精度で高速に表面凹凸を読取ることが可能である。つまり、画像読取装置１は、対象物などの変形などの恐れがなく、高精度かつ短時間で対象物の表面凹凸を再現した画像データの採取を可能とするスキャナ装置を実現することができる。

（第１の変形例）
画像読取装置１の第１の変形例においては、照射位置決定部１２は、算術平均粗さＲａの平均値に基づいて照射部２０の照射位置を決定するのではなく、後述の計算手順によって算出する平均傾斜角度に基づいて照射部２０の照射位置を決定する。

まず、凹凸読取部１０が読取った対象物の表面凹凸をｆ（ｘ，ｙ）と表すことにする。ただし、ｘ，ｙは、対象物の表面の位置を表すｘ，ｙ座標の値であり、ｆ（ｘ，ｙ）は対象物の高さに対応している。対象物の表面凹凸をこのようにｆ（ｘ，ｙ）によって表現すると、位置（ｘ，ｙ）における対象物表面の法線ベクトルｎ（＝ｎ（ｘ，ｙ））は下式１のように示される。

対象物の表面凹凸を表すｆ（ｘ，ｙ）は離散的な値であるため、実際には下式２のように計算を行う。なお、ｆ（ｘ，ｙ）は、解像度６００ｄｐｉで読取った離散的な値である。

ここで、Δｘ、Δｙは、表面凹凸データにおける、ｘ方向及びｙ方向のデータ間隔を意味する。例えば解像度６００ｄｐｉで表面凹凸を読取る場合、Δｘ＝Δｙ＝４２．３μｍである。

次に、照射位置決定部１２は、下式３に示すように、この法線ベクトルｎについて、対象物のスキャン領域に亘って平均をとった後に単位ベクトル化することにより、平均法線ベクトルｎaveを算出する。ここで、照射位置決定部１２は、対象物の表面の位置を表すｘ，ｙについて、スキャン領域に含まれるすべてのｘ，ｙの平均をとる。

次に、照射位置決定部１２は、対象物の各場所における傾斜角度θ（ｘ，ｙ）（単位：ｄｅｇ．）を下式４により算出する。（演算・はベクトルの内積を表す。）

さらに、照射位置決定部１２は、この傾斜角度θ（ｘ，ｙ）を対象物のスキャン領域に亘って平均をとることにより、下式５に示すように平均傾斜角度θaveを算出する。

また、照射位置は、上述したように照射角度θ１を用いて表される（図７参照）。照射位置決定部１２は、上述した平均傾斜角度θaveと、照射角度θ１との関係が下式６の条件式を満たすように照射位置を決定する。

画像読取装置１は、照射部２０の照射条件をこのように設定することにより、対象物の表面凹凸に応じた陰影を発生させる。即ち、上式６は、対象物の表面に照射光が照射されない条件を反映したものとなっている。

また、下式７は、θ（ｘ，ｙ）を有する座標（ｘ，ｙ）で表される場所では、照射光が照射されない箇所に対応している。

これは、対象物の表面の傾斜が大きく、照射光が照射されない程度に表面が傾いているために、影となって対象物の表面に照射光が照射されないことに対応している。このように、照射光が照射されない部分を対象物表面に形成することにより、対象物表面に表面凹凸に起因した陰影を形成することができる。上式６は上式７のθ（ｘ，ｙ）をθave（ｘ，ｙ）に置き換えたものであるが、上式６を満たすことにより、対象物表面の多くの部分に陰影が形成される。上式６に示した状態は、傾斜角度の平均値が用いられているため、およそ半分の領域に陰影が形成された状態であると考えられる。

第１の変形例では、照射位置決定部１２は、実際には下式８によって照射角度（θ１）を算出する。

第１の変形例は、対象物表面の各場所における法線ベクトルｎを算出し、またこの法線ベクトルを対象物のスキャン領域に亘って平均をとった平均法線ベクトルｎaveを算出する。そして、第１の変形例は、法線ベクトルｎと平均法線ベクトルとのなす角である傾斜角度θを対象物表面の各場所において算出し、この傾斜角度θについて対象物のスキャン領域に亘って平均をとった平均傾斜角度θaveを算出し、この平均傾斜角度θaveの値に応じて照射位置の変更を行う。なお、第１の変形例において、傾斜角度θについて対象物のスキャン領域に亘って平均をとることに代えて、最大値や最小値、又は部分的に重み付けを行った値を用いるように構成されてもよい。

第１の変形例は、対象物表面をスキャンする前に、対象物の表面凹凸を読み取り、適切な位置に照射位置を設定する構成になっているため、従来装置にように、照射位置などのスキャン条件の変更と対象物のスキャンとを何度も繰り返して、対象物の表面凹凸が再現されるようなスキャン条件を見出すといった面倒な作業を使用者が強いられるようなことがなくなる。

第１の変形例では、凹凸読取部１０において、前述した計算手順によって平均傾斜角度θaveを算出し、この平均傾斜角度θaveに応じて照射位置の変更を行うようにしている。上述したように、２次元画像において対象物の表面凹凸を再現させるためには、表面凹凸の状態を反映した陰影を発生させた照射状態で２次元画像データの採取を行う必要がある。対象物の表面に発生する陰影に関係する表面凹凸の特性は、表面の傾きがどのようになっているかということが関係する。つまり、単に高さの大きな凸部や、高さの小さな凹部であるということは、対象物の表面に発生する陰影とは関係しない。凹凸が急激に発生している箇所、つまり対象物の表面の傾きが大きなところで陰影が発生しやすいといったことにつながる。

陰影が発生しないような対象物では、照射部２０の照射位置を陰影が発生しやすいように低い位置から対象物表面を照射するようにして、反対に陰影が発生しやすいような対象物の場合には高い位置から対象物表面を照射するようにすることで、表面凹凸の再現がよい２次元画像データを採取することができるようになる。

このように、第１の変形例は、対象物の表面に発生する陰影と関係が大きい平均傾斜角度を算出して、この算出結果に基づいて照射位置の変更を行うことから、対象物表面に効果的に陰影を発生させた状態で、対象物表面のスキャンを行うことができるようになる。これにより、スキャン条件の変更と対象物のスキャンとを何度も繰り返して適切なスキャン条件を見出すといった従来装置では回避することができなかった煩わしい問題を解決し、１度のスキャンのみで対象物の表面凹凸が再現された画像データを採取することができるようになる。

さらに、第１の変形例においては、対象物の表面凹凸の状態に対応して照射位置を変更するといった構成になっているが、上述した６式が対象物の表面に凸部分の陰影が発生する条件となっていると考えている。このことは７式のように説明することができる。即ち、対象物の場所ごとに陰影が形成されるか否かの条件は７式によって示される。ここで、θ１は照射位置と平均法線ベクトルとのなす角、θは対象物表面の各位置での法線ベクトルである。これらの関係式を満足する状態では、対象物表面における傾斜角度θを持つ傾斜面には照射光が照射できない。このため、平均傾斜角度θaveで用いて表される６式は、対象物表面の多く（約半数）の部分に照射光が照射しておらず陰影が発生している状態に対応している。

第１の変形例では、６式の条件を満足する構成とすることにより、対象物表面の多くの領域において表面凹凸に起因する陰影が発生した状態で、対象物のスキャンを行うことができるため、表面凹凸を反映したスキャン画像を採取することができるようになる。これにより、スキャン条件の変更と対象物のスキャンとを何度も繰り返して適切なスキャン条件を見出すといった従来装置では回避することができなかった煩わしい問題を解決し、１度のスキャンのみで対象物の表面凹凸が再現された画像データを採取することができるようになる。

また、第１の変形例では、対象物表面の傾斜角度の算出が必要であるため高精度の表面凹凸の読取りが必要である。レーザ式の凹凸読取部１０は、こうした要求にも適しており、高精度で対象物表面の表面凹凸の読み取りを実現することができる。

なお、第１の変形例において、照射位置決定部１２は、表面凹凸における複数の異なる位置の法線ベクトルを用いて平均法線ベクトルを算出し、複数（例えば３つ以上）の法線ベクトルと平均法線ベクトルとがなす角である傾斜角度それぞれの平均傾斜角度を算出して、平均傾斜角度に応じて照射位置を決定するように構成されてもよい。

また、照射位置決定部１２は、照射部２０が光を照射する方向と鉛直方向とがなす角度が、９０度から平均傾斜角度を差し引いた値以上の角度であるように構成されてもよい。

（第２の変形例）
画像読取装置１の第２の変形例においては、受光部３０は、受光位置が変更可能にされている。図８は、第２の変形例における受光部３０の短手方向の断面を示す断面図である。図８に示すように、第２の変形例における受光部３０は、破線矢印（円弧）のように移動可能に支持されており、対象物からの反射光に対する受光角度が変更可能にされている。例えば、受光部３０は、円弧上の移動可能域が鉛直方向に対して０〜７０度の範囲で設定されており、不図示の駆動装置によって受光位置を変更することが可能にされている。

ここで、受光位置は、受光部３０の受光角度φを用いて表すものとする。この受光角度φは、対象物から受光部３０の位置を示した位置ベクトルと、対象物を配置する支持台６０の法線ベクトルとのなす角によって表される。つまり受光角度φは、対象物からの反射光の中でどの角度へ反射した光を受光部３０が受光しているかを表している。

画像読取装置１の第２の変形例においては、受光部３０の受光位置を変更することにより、受光にともなう不具合が発生することなく対象物の表面をスキャンすることができる。ここでの受光にともなう不具合とは、照射角度（θ１：図７）と受光角度（φ：図８）とが同じになる場合などのように、照射光の正反射光が反射される位置に受光部３０が配置されることを指す。即ち、受光部３０が受光する反射光に正反射光が混入すると、正反射光が非常に大きな光量であるために、対象物のスキャンを行う際の感度調整が難しく、対象物の表面凹凸の再現された画像データを採取できないといった問題が発生する。画像読取装置１の第２の変形例においては、こうした不具合が発生しないように、照射位置が決定された後に受光位置を決定する。これにより、受光位置が照射光の正反射する位置にならないように、受光部３０は配置される。

第２の変形例においても、対象物表面をスキャンする前に、対象物の表面凹凸を読み取り、適切な位置に照射位置を設定する構成になっているため、従来装置にように、照射位置などのスキャン条件の変更と対象物のスキャンとを何度も繰り返して、対象物の表面凹凸が再現されるようなスキャン画像を採取することが可能なとなるスキャン条件を見出すといった面倒な作業を使用者が強いられるようなことがなくなる。

また、第２の変形例においても、対象物の表面凹凸に応じて照射位置を変更するようにしてあるが、照射位置の変更により正反射光が反射される位置も変化してしまう。正反射光とは鏡面反射光とも呼ばれ、反射体（この場合は対象物）の表面におい入射角と反射角とが等しくなる反射によって生じる反射光のことである。正反射光は反射光量としては大きな光量を持つため、もしも正反射光が反射される位置に受光装置が配置されてしまうと、対象物のスキャン時に受光感度が設定しにくいといった問題がある。これは受光装置において感度調整を行うことなく受光可能な光量が実際の反射物からの反射される光量に対して非常に狭いレンジに対応しているためである。これにより適切なスキャン画像を採取することが困難となるといった問題を引き起こす。より具体的には、受光感度を正反射光に合わせた場合には正反射が発生しない領域では暗いスキャン画像となってしまい、反対に、受光感度を正反射が発生しない領域に合わせると今度は正反射発生領域が白く飛んでしまい、どちらの場合であって実物の対象物の表面凹凸を再現したスキャン画像とはなり得ないためである。

このような問題を鑑みて、第２の変形例では照射位置の変更とともに、受光装置の位置も変更可能となるように構成している。これにより、照射位置を変更した際には受光装置の位置も適切に配置することで、照射光の正反射光が受光装置に入らないように受光装置を配置することが可能となる。そして、正反射光が原因となって発生する受光感度の問題が発生することなく、正反射光の影響を受けずに受光感度を設定できるようになるため、対象物の表面凹凸の再現性にすぐれたスキャン画像を採取することができるようになる。

このように、第２の変形例では、照射光の正反射光を回避して対象物表面のスキャンを行うことができるようになる。これにより、正反射光が入った画像で問題となる受光感度の問題によって、対象物の表面凹凸が反映された画像データの採取が困難であるといった問題が発生することを防止することができるようになる。

（第３の変形例）
画像読取装置１の第３の変形例は、照射位置と対向する位置に反射板７０を有する。ここで、照射位置と対向する位置とは、対象物表面が鏡面の場合に照射光の正反射光が反射される位置のことである。

図９は、第３の変形例における照射部２０、受光部３０及び反射板７０の短手方向の断面を示す断面図である。図９に示すように、第３の変形例において、反射板７０は、照射位置と対向する位置に配置されている。反射板７０は、例えば白色の拡散板（光沢のない白色板）である。

照射位置と対向する位置に反射板７０が配置されると、対象物に照射された照射光の中で対象物によって反射された光を、反射板７０が反射させて対象物にふたたび照射する。従って、照射部２０の反対側から光を対象物に照射させることができる。これにより、照射部２０からの直接光では照射することが難しい箇所にも光を照射することができる。このため、対象物表面に形成される照射部２０からの照射光によって形成される陰影の中にも、表面凹凸にともなう陰影を形成することができるようになり、対象物の表面凹凸をより認識することができるような画像データを得ることができるようになる。

また、第３の変形例においては、反射板７０として、上述の白色の拡散板の他、反射率５０％、反射率３０％、反射率１０％、反射率０％（黒色板）の白色板を交換して配置できるようにされている。画像読取装置１は、このように反射率の異なる反射板７０を配置することが可能な構成とされているため、照射部２０の反対側から対象物の表面を照射する光（反射板７０で反射する光）の量をコントロールすることができる。これにより、対象物表面に発生する陰影を消失させてしまうことなく、照射部２０からの直接光で発生させた陰影中でも表面の凹凸が認識できる程度の適度な光量で、照射部２０とは反対側から対象物表面に光を当てることができ、陰影の部分においても表面凹凸に関する情報を認識できるようになるため、対象物の表面凹凸を再現した画像データの取得に貢献する。

第３の変形例においても、対象物表面をスキャンする前に、対象物の表面凹凸を読み取り、適切な位置に照射位置を設定する構成になっているため、従来装置にように、照射位置などのスキャン条件の変更と対象物のスキャンとを何度も繰り返して、対象物の表面凹凸が再現されるようなスキャン条件を見出すといった面倒な作業を使用者が強いられることがなくなる。

第３の変形例では、照射位置と対応する位置に反射板７０などを配置する構成になっている。これにより、反射板７０で反射された光が、照射位置とは反対側から対象物を照射することになる。なお、この反射板７０で反射される光の経路は、照射部２０→対象物→反射板７０→対象物となっている。第３の変形例においても、対象物表面には表面凹凸に起因する陰影が形成される。すでに説明したように、この陰影により、対象物の表面凹凸を再現したスキャン画像を得ることが可能になる。しかしながら、対象物表面に形成される陰影部分には照射光がほとんど差し込まない。（完全に影となっている部分には照射光はほとんど届いていない）。このため、陰影部分では対象物の表面凹凸が認識できず、表面凹凸に関する細かな情報がほとんど認識できないといった問題がある。このような問題を解消するために、第３の変形例では、反射板７０を照射位置とは対向する位置に配置して、反射板７０による反射光をこの陰影部分へ照射することで、陰影部分でも表面凹凸が認識できるような光照射条件を実現している。

ただし、反射板７０から（照射位置の対向する位置から）の光量が大きくなりすぎると、せっかく照射位置を工夫することで形成した対象物の表面凹凸に起因する陰影が消失してしまうため、反射板７０からの光量は大きくなりすぎないことが重要である。反射板７０の代わりに新たな照射部を配置することも考えられるが、新たな照射部を配置すると光量が大きくなりすぎるため、あえて反射板を使用して、光量が大きくなりすぎることを防止している。これにより、陰影を消失させることなく、かつ陰影部の表面凹凸が判別するような照明状態を実現し、対象物の表面凹凸がより再現されたスキャン画像の採取を実現している。

このように、第３の変形例では、対象物の表面凹凸の陰影部分においても、対象物の表面凹凸が判別するようなスキャン画像を採取することを実現する。これにより、対象物の表面凹凸をより良好に再現した画像データの採取を可能とするスキャナ装置を実現することができる。

（第４の変形例）
画像読取装置１の第４の変形例は、複数の反射板が設けられている。図１０は、第４の変形例における照射部２０、受光部３０及び反射板７２−１〜７２−３の短手方向の断面を示す断面図である。反射板は、対象物と受光部３０との間には配置することができない。第４の変形例においては、例えば図１０に示すように、反射板７２−１〜７２−３が受光部３０の前後（上下）に配置されている。

第４の変形例では、受光部３０及び反射板７２−１〜７２−３は、例えば互いに連結されて構成され、移動可能にされている。このため、受光部３０の受光位置の変更に連動して、反射板７２−１〜７２−３の位置も変更される。このように、第４の変形例では、対象物表面に発生する陰影を消失させてしまうことなく、照射部２０からの直接光で発生させた陰影中でも表面の凹凸が認識できる程度の適度な光量で、照射部２０とは反対側から対象物表面に光を当てることができるため、陰影の部分においても表面凹凸に関する情報を認識できるようになる。この結果、対象物の表面凹凸を再現した画像データの取得に貢献する。

第４の変形例においても、対象物表面をスキャンする前に、対象物の表面凹凸を読取り、適切な位置に照射位置を設定する構成になっているため、従来装置にように、照射位置などのスキャン条件の変更と対象物のスキャンとを何度も繰り返して、対象物の表面凹凸が再現されるようなスキャン条件を見出すといった面倒な作業を使用者が強いられることがなくなる。

上述したように、反射板から対象物へ向かう光量は大きすぎると、表面凹凸が再現されるように形成した陰影が消失してしまうといった問題がある。また反射板から対象物へ向かう光量が小さすぎると、陰影領域に光が差し込まないことになるため、この部分における表面凹凸を認識できないといった問題が発生する。第４の変形例は、こうした問題へ対応するために考案されたものである。第４の変形例では、反射率の異なる反射板７２−１〜７２−３の中からから適当なものを選択して使用する構成となっている。これにより、反射板から対象物に照射される光が大きすぎたり小さすぎたりすることがなくなり、適当な光量を対象物に照射することできるようになる。この結果、対象物の表面凹凸をよりよく反映したスキャン画像を採取することに貢献できるようになる（陰影を消失させることなく、陰影中の表面凹凸をも再現したスキャン画像の採取に貢献することができる。）。

このように、第４の変形例は、対象物の表面凹凸の陰影部分においても、対象物の表面凹凸が判別するようなスキャン画像を採取することを実現する。これにより、より対象物の表面凹凸を再現した画像データの採取を可能とするスキャナ装置を実現することができる。

１ 画像読取装置
１０ 凹凸読取部
１２ 照射位置決定部
１４ 照射位置変更部
２０ 照射部
２２ 光源
２４ 拡散板
３０ 受光部
３２ 集光レンズ
３４ カラーフィルタ
３６ ラインＣＣＤ
４０ 画像処理部
５０ 制御部
６０ 支持台
７０，７２−１〜７２−３ 反射板
１００ レーザ光発光部
１０２ レーザ光受光部

特許第４３４８３１５号公報 特開２０１０−２６９３７号公報 特開２００９−２８４０１２号公報

Claims (9)

1. 対象物の表面粗さを含む表面凹凸を読取る凹凸読取部と、
   前記対象物に対して光を照射する照射部と、
   前記照射部が前記対象物に対して光を照射する照射位置を前記表面凹凸に応じて決定する照射位置決定部と、
   前記対象物からの反射光を受光する受光部と、
   前記反射光に応じて画像データを生成する画像処理部と、
   前記照射位置決定部が決定した照射位置から前記照射部が光を照射して、前記受光部が反射光を受光するように制御する制御部と、
   を有する画像読取装置。
2. 前記照射位置決定部は、
   前記表面凹凸における複数の異なる位置の法線ベクトルを用いて平均法線ベクトルを算出し、複数の前記法線ベクトルと前記平均法線ベクトルとがなす角である傾斜角度の平均である平均傾斜角度を算出して、前記平均傾斜角度に応じて前記照射位置を決定すること
   を特徴とする請求項１に記載の画像読取装置。
3. 前記照射位置決定部は、
   前記照射部が光を照射する方向と鉛直方向とがなす角度が、９０度から前記平均傾斜角度を差し引いた値以上の角度であること
   を特徴とする請求項２に記載の画像読取装置。
4. 前記受光部は、
   前記反射光を受光する受光位置が変更可能にされていること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像読取装置。
5. 前記凹凸読取部は、
   前記対象物に対してレーザ光を照射し、前記対象物により反射されたレーザ光を受光することにより、前記対象物の表面凹凸を読取ること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像読取装置。
6. 前記照射部が照射する光の前記対象物による正反射光を反射する反射部をさらに有し、
   前記受光部は、
   前記反射部が反射した反射光を受光すること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像読取装置。
7. 前記反射部は、
   光の反射率が異なる複数の反射板からなり、前記反射板のいずれか一つが前記対象物による正反射光を反射すること
   を特徴とする請求項６に記載の画像読取装置。
8. 対象物の表面粗さを含む表面凹凸を読取る凹凸読取部と、
   前記対象物に対して光を照射する照射部と、
   前記照射部が前記対象物に対して光を照射する照射位置を前記表面凹凸に応じて決定する照射位置決定部と、
   前記対象物からの反射光を受光する受光部と、
   前記照射位置決定部が決定した照射位置から前記照射部が光を照射して、前記受光部が反射光を受光するように制御する制御部と、
   前記反射光に応じて画像データを生成する画像処理装置と、
   を有する画像読取システム。
9. 対象物の表面粗さを含む表面凹凸を読取る工程と、
   照射部が前記対象物に対して光を照射する照射位置を前記表面凹凸に応じて決定する工程と、
   決定された前記照射位置から照射部が光を照射して、受光部が反射光を受光するように制御する工程と、
   前記反射光に応じて画像データを生成する工程と、
   を含むことを特徴とする画像読取方法。

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