JP2000514970A - 高速高解像度イメージキャプチャ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 映画フィルムに記録されたイメージのようなイメージを高速かつ高解像度で走査するための電子イメージ捕捉装置である。多重ビーム発生装置が、イメージの一方の側に入射する光ビームのアレーを提供する一方、光感知素子の対応するアレーが、そのイメージの反対の側に配置される。出力プロセッサが、ビームアレーによって走査されたイメージの全体の領域に関するビーム位置の関数として光強度の値を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 高速高解像度イメージキャプチャ装置技術分野 本願発明は電子イメージング装置に関し、特に、映画フィルムに記録されたイ メージを含むイメージの高速高解像度の走査装置に関する。発明の概要 本願発明に係る望ましい実施例は高速かつ高解像度のイメージキャプチャ装置 を提供する。その実施例の装置は、二次元ビームアレー内で複数のビームを発生 するための多重ビーム発生機構を持つ。走査機構は、走査信号に応答して、ビー ムアレー内のビームによって、イメージを走査方向に走査する。(これに関連し て、走査方向に測定するとして、それらのビームに関して平均ビーム幅を決定す ることができる。)その装置は光感知素子の二次元感知アレーも備える。その感 知アレー内の素子数は、それらの複数のビームの数と同じである。各素子は、光 強度出力値及び中心を持っていて、そのような素子がビームアレー内のただ一つ のビームと実質的に関連するイメージからの光を検出するように配置されている 。ビームアレー内での隣接するビーム間の間隔は、隣接する素子の中心間の対応 する間隔が平均ビーム幅より実質的に広くなるようになっている。その装置は、 また、走査信号を伝達するための出力プロセッサと、各光感知素子が関連するビ ームの位置の関数として各素子の出力を提供する光感知素子とを備えており、そ れにより、ビームアレーによって走査されたイメージの全体の領域に対するビー ム位置の関数として、感知アレーが光強度値を提供する。 複数のサブシステムを組立体に設けることができる。各サブシステムはビーム アレー、走査機構及び走査アレーを備え、イメージがこのサブシステムと整合し たときにそのイメージの走査を行うことができる。また、さらに、駆動機構を設 けてイメージをその組立体に対し移動させ、それによって、そのイメージを各サ ブシステムと連続的に整合させて、そのイメージを各サブシステムが走査できる ようにすることができる。この構成は特に映画フィルムの走査に適しており、そ の際には、連続するフレームを連続するサブシステムによって処理することがで き、さらに、すべてのサブシステムが同時に作動して多くの処理を行うことがで きる。 前段の構成を用いる際には、光の各原色のために別々のサブシステムを用いる ことができる。また、ｎ個の独立したサブシステムを設けることができる。ここ で、ｎは２と等しいか又はそれより大きな整数であり、各サブシステムはイメー ジのｎをｊで割った場合の残りの所定のラインを走査するように構成されており 、ｊはｎと等しいか又はそれより小さな整数である。ｎが２である特別な場合に は、別々のサブシステムがイメージの奇数及び偶数のラインを走査するように用 いられる。また、光の各原色に対し独立したサブシステムを用いた場合には、合 計で６つのサブシステムとなる。つまり、赤、青及び緑のサブシステムの各々が イメージの奇数ラインを走査し、赤、青及び緑のサブシステムの各々がイメージ の偶数ラインを走査する。 別の実施例では、走査機構が複数の音響光学装置（acousto-optic device）を 備え、さらに、多重ビーム発生機構がホログラフィー光学素子を備える。図面の簡単な説明 本願発明は、以下の詳細の説明とともに添付の図面を参照するとより容易に理 解することができる。ここで、 図１は、本願発明の望ましい実施例に係るイメージキャプチャ装置の構成を示 す図である。 図２は、図１の装置におけるビームアレーに関する感知アレーの配列を示す図 である。 図３は、図１の装置の基本的な電子構成要素のブロック図である。 図４は、本願発明の別の実施例に係る、映画フィルムのイメージからのカラー イメージキャプチャのために６つのサブシステムを用いた場合を示す図である。 図５は、本願発明の別の実施例に係るフレーム整合機構の概略側面図である。 図６は、図５のフレーム整合機構の概略平面図である。 図７は、本願発明の望ましい実施例に係るイメージキャプチャ装置の構成を示 す図である。 図８は、本願発明の実施例に係る高処理フィルム走査装置の構成を示す図であ る。特定の実施例の詳細な説明 図１は、本願発明の望ましい実施例に係るイメージキャプチャ装置の構成を示 す図である。捕捉されているイメージは映画フィルム１４上の１フレームであり 、そのフィルムは方向１９に向かって一度に１フレームずつ前進することができ る。イメージは、単色レーザービーム１１０の光によって照射される。そのビー ム１１０は、第１及び第２の音響光学装置１１１及び１１２によって連続的に偏 向される。それからビームはホログラフィー光素子（ＨＯＥ）１２に入り、それ により、ビームが、８×８（又は４×４）の素子を持つような二次元アレーのビ ームとして発生することができる。そのビームのアレーは、音響光学装置１１１ 及び１１２の適切な作動によってフィルム１４のフレーム内のイメージを走査す る。音響光学装置による偏向は、それに供給される交流信号の周波数の作用であ る。つまり、装置１１１及び１１２に供給されたその交流信号の周波数が変化す ると、ＨＯＥ１２に入るビームの角度はそのＨＯＥの表面に対して変化するが、 そのビームは常にそのＨＯＥの同じ位置に入る。ビームのアレーはレンズ１３を 通過する。そのレンズは、そのビームのアレーが確実にフィルム１４内の適切な フレームのイメージを走査するように形成されている。 第１の光読取ヘッド１５がフィルム１４の上方に配置されていて、レンズ１３ から現れたビームのアレーからのフィルムを通過した光を受け取る。選択的に、 追加の同様な読取ヘッド１５Ａ又は複数の別の同様な読取ヘッドを似たような構 成になるように用い、それらをフィルム上に配置してそのフィルムを通過するビ ームのアレーを走査するようにしてもよい。その読取ヘッドは、ビームのアレー のビームの数と同じ数の領域に分割されている。その読取ヘッドの各領域は、そ のビームのアレーの特定のビームに関連する光を受け取る。読取ヘッドの各領域 と関連するものは、特定のフォトセンサにその領域からの光を指向するように構 成されたテーパー状の光ファイバの束であり、そのフォトセンサは、その領域と 結合したビームの特定の位置（つまり、イメージ内のそのビームの位置）の結果 として、その領域に入った光の強度を示す電気的出力信号を提供する。信号対ノ イズ比（ＳＮ比）を高めるために散乱光を排除する共焦点光学系を用いることは 本願発明の範囲内である。望ましい実施例では、フォトセンサはアバランシェフ ォトダイオードであり(例えば、ＥＧ＆Ｇ社、ウェルズリー、マサチューセッツ から入手可能である)、それは高感度、低ノイズ及び広い周波数帯域幅という特 徴を有する。そのフォトセンサはケース１６で囲まれており、フォトセンサから の電気的アナログ出力はライン１７に供給される。同様に、読取ヘッド１５Ａは そのフォトセンサ用のケース１６Ａを持っており、そのフォトセンサからの出力 はライン１７Ａに供給される。 図２は、図１の装置のビームアレーに関する読取ヘッド１５の感知アレーの配 置を示す図である。ここでは、読取ヘッド１５の６４の領域の半分を示す。つま り、第１の行（１,１）乃至（１,８）と、第２の行（２,１）乃至（２,８）と、 第３の行（３,１）乃至（３,８）と、第４の行（４,１）乃至（４,８）とにある 領域である。領域（１,１）に示すように、各領域は、２つの音響光学装置１１ １及び１１２の作動によって行われる走査のためのビームアレー内のその領域と 対応するビームによって、一連の走査ライン（破線で概略を示す）にわたって走 査される。すべての領域はビームによって同時に走査され、ライン１７へのフォ トセンサの出力が同時に提供される。約３０ｍｍ幅のイメージを含むフレームの ３５ｍｍ映画の場合には、フレームごとに６０００水平ピクセルの解像度を達成 するためには、約５ミクロン又はそれより小さなビーム寸法が必要である。一方 、本願発明は、そのような解像度に対し、そのような寸法（少なくとも走査方向 に）のビーム寸法を必要とするが、光感知領域は、そのビーム寸法の数倍の大き さの広さを持つことができる。それは、（ｉ）各領域は１つのビームと独自に関 連し、さらに、（ii）ビーム位置はそれ自体が公知で、実際には、音響光学装置 １１１及び１１２の作動によって電気的に決定されるからである。したがって、 正確なイメージピクセル位置は、所定の領域と関連するフォトセンサによっては 明らかにすることはできないが、ビームの位置は音響光学装置の変調信号から知 ることができ、そのデータはフォトセンサの強度を実際のピクセル位置と関連す るために 用いられる。実際、その構成を用いた場合には、隣接する領域の中心間の距離ｄ 、つまり、図２に示すような領域（１,３）と（１,４）との間の距離は、３０ｍ ｍフレーム幅の８分の１、つまり、約３．８ｍｍとなる。言い換えると、この実 施例の発明が要求するもっとも小さな感光領域は、ほぼビーム寸法より３倍程度 の大きさとなる。したがって、本願発明の実施例は、３５ｍｍフィルムのフレー ムごとに６０００×４０００ピクセルの解像度を提供することができる。この構 成は同様に１秒ごとに１１カラーフレームの走査速度の１４ビット／カラー／ピ クセルの明暗度の解像度を提供することができる。 図３は、図１の装置の基本的な電子構成要素のブロック図である。各音響光学 装置１１１及び１１２は、電圧制御の発振器（ＶＣＯ）３２１及び３２２のそれ ぞれによって駆動され、次に、ＤＡ変換器（Ｄ/Ａ）３１１及び３１２のそれぞ れから電圧信号を受け取り、そのＤＡ変換器はコントローラ３１によって駆動さ れ、その結果、ビームアレー３４の走査が行われる。そのコントローラ３１は、 ＡＤ変換器（Ａ/Ｄ）３５１からの信号のサンプリング及び記憶を制御する。そ の信号は、音響光学装置１１１及び１１２に提供される走査信号と同期して感知 アレー３５のフォトセンサから得られる。そのコントローラによってサンプリン グされた信号がメモリ３６に記憶され、その信号はメモリから読み出されてバッ ファ３７を経由して出力として提供される。データ流れとして信号の矢印だけが 図示されているが、すべてのフォトセンサは、同時に読み出すことができ、その 結果、同時にサンプリングされて記憶され、さらに、同時に読み出され、それに より、高速、高帯域で高解像度の装置を提供するということを理解すべきである 。 図４は、本願発明の別の実施例に係る、映画フィルムのイメージのカラーイメ ージキャプチャのために６つのサブシステムを用いる例を示す図である。前図の 実施例は、多数のフレーム（ここでは、６）を同時に走査しかつ読み出すために 独立したサブシステムを提供する装置によって実現することができる。白色光の 共通源４１は、多角形４２を回転することによって提供される構造と関連して用 いられる。多角形４２はすべての６つのサブシステムのための６つの似たビーム 走査アレー機構を囲む。多角形４２が回転すると、所定のフレームとそのビーム 走査アレー機構とは新たな位置に前進し、そこでは、別の感知アレーが新たな出 力データを提供することができる。この実施例では、別々の感知アレーが各原色 、つまり、赤、緑及び青のために用いられる。また、別々の組の件値アレーが、 奇数及び偶数の走査ラインのために用いられる。この場合には、図１の装置の処 理量に６の係数をかけることができる。 フィルムフレームを前進かつ整合するための機械的なピン利用の配置機構は、 高速には適さないので、図５に符号５０で概略が示されたフィルム整合機構が、 本願発明の実施例にしたがって提供されている。図５を参照すると、フィルム整 合機構５０の側面図が示されており、そこでは、フィルム１４が、機械的ステー ジ（図６に示す）まで、ローラーガイド５２及び５４によって横方向に前進させ る。そのステージは、ジグ５６に取り付けられていて、そのジグ５６に対し正確 な位置に配置されている。ジグ５６は、フィルム１４の一方の側の光源５８と、 フィルム１４の反対側にあるフォトダイオード（ＬＥＰＤ）５１０とを備える。 光源５８は例えば発光ダイオードを用いることができるが、他のどのような光源 を用いることも特許請求の範囲内にある。光源５８は、フィルムが走査装置に取 り付けられたときに、各光源が１つのフィルム整列ホールを照射するように配置 されている。フィルム１４の反対側にある対応するＬＥＰＤ５１０は、そのＬＥ ＰＤの表面に投射された整列ホールの影の二次元の位置を記録する。 不可欠な整合の許容量は、アカデミーフォーマットのデジタル化されたイメー ジ（４０００×６０００ピクセル）の高密度イメージ走査の場合における４μｍ より小さな許容量に相当するピクセルの幅よりかなり小さいことがある。各ＬＥ ＰＤ／光源対の間の相対距離は、ジグ５６の製造の際の許容量をその不可欠な許 容量に規格化することによって知ることができる。したがって、各ＬＥＰＤ／光 源対は、フィルムスプロケットの位置決めのための正確な基準マークのように機 能する。 図６は、図５のフィルム整合機構の平面図である。フィルム１４が、フィルム 整列ホール６０を備えるように図示されており、そのホール６０は、光源５８と フィルム１４の下方に配置された対応するＬＥＰＤとの対の間に置かれている。 光源５８およびＬＥＰＤ５１０（図５に示す）は、静止ジグ５６に対し一定位置 にあり、フィルム１４はステージ６２上を前進する。そのステージはたわみベア リン グ上に構成されており、たわみベアリングはフィルムの面内においてそのステー ジに４度の自由度（２回転方向および２横方向）を与える。ステージ６２は例え ばリニアモータを用いることができるサーボ制御のアクチュエータ６４によって 作動される。そのサーボ制御により、位置精度が＜１／２ピクセル整列基準より 優れる。サーボ制御機構は、例えば、線形電磁モータに組み込まれた正確な、高 ダイナミックレンジ、高帯域位置センサ（レーザー干渉計または共焦点光位置セ ンサのようなもの）を備える。 図７は、光の原色に対応する光出力７２を持つレーザーのアレー７０によって フィルム１４の照射を行っている本願発明の別の実施例を示す。図８は、本願発 明のデータアーキテクチャの望ましい実施例の概略図であり、それにより、デジ タル化された映画のイメージが複数のデジタルビデオディスクまたはハードディ スク８０に高速で伝達される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．(a) 複数のビームを二次元ビームアレーで発生する多重ビーム発生手段と、 (b) ビームアレーのビームによって、走査信号に応答して、走査方向に、イ メージを走査する走査手段であって、前記ビームが走査方向に測定した平 均ビーム幅を持つ走査手段と、 (c) 光感知素子の二次元感知アレーであって、素子の数が複数のビームの数 と等しく、各素子が光強度出力値および中心を持ち、さらに、各素子が、 該素子が前記ビームアレーの前記ビームの特定の１つと実質的に関連する ような前記イメージからの光を感知するように配置されていて、 前記ビームアレー内の隣接するビームの間の距離は、隣接する素子の中 心間の対応する距離が前記平均ビーム幅より大きくなるようなものである 二次元感知アレーと、 (d) 前記走査信号および前記光感知素子と通信を行い、該素子と関連する前 記ビーム位置の関数として各素子の出力値を提供し、それにより、光強度 値が、前記ビームアレーによって走査されたイメージの全体領域に対する ビーム位置の関数として前記感知アレーによって提供される出力プロセッ サとを備える装置。 ２．請求項１の装置において、 (a) 組立体内に設けられた複数のサブシステムであって、各サブシステムが、ビ ームアレー、走査手段および感知アレーを備えていて、画像が該サブシステム と整列すると該イメージの走査を行うことができる複数のサブシステムと、 (b) 前記イメージを前記組立体に対し移動して、前記イメージが各サブシステム と連続的に整列できるようにし、それによって、前記イメージを各サブシステ ムによって走査できるようにする駆動手段とを備える装置。 ３．請求項２の装置において、各光原色用に別々のサブシステムを備える装置。 ４．請求項２の装置において、ｎの別々のサブシステムを備えており、ｎは２と 等しいかまたはそれより大きな整数であり、各サブシステムがイメージのｊを ｎで割った残りの所定のラインを走査するように構成されており、ｊはｎと等 しいかまたはそれより小さい装置。 ５．請求項４の装置において、ｎ＝２の場合には、前記イメージの奇数および偶 数ラインを走査するために、別々のサブシステムを用いる装置。 ６．請求項５の装置において、さらに、各光原色のためにイメージの奇数ライン を走査するための別のサブシステムと、各光原色のためにイメージの偶数ライ ンを走査するための別のサブシステムとを備え、その結果、６のサブシステム を用いる装置。 ７．請求項１の装置において、前記走査手段は複数の音響光学装置を備える装置 。 ８．請求項２の装置において、前記走査手段は複数の音響光学装置を備える装置 。 ９．請求項１の装置において、前記多重ビーム発生手段は、ホログラフィー光素 子を備える装置。 10．請求項２の装置において、前記多重ビーム発生手段は、ホログラフィー光素 子を備える装置。 11．請求項１の装置において、さらに、イメージの位置を整列ホールを持つフィ ルムに正確に整合するためのフレーム整合機構を備えており、該フレーム整合 機構は、 (a) 前記フィルムを保持する機械的ステージと、 (b) 前記フィルムの第１の側に配置された複数の光源と、 (c) 複数のフォトダイオードであって、各フォトダイオードが、対応する光源 とは反対側の前記フィルムの第２の側に配置され、それにより、複数のフィ ルム整列ホールの位置を正確に決定することができる複数のフォトダイオー ドとを備える。 12．請求項１の装置において、さらに、フィルムにイメージを保持するためのス テージを備えており、該ステージが、 (a) 前記フィルムを４度の自由度に関して整列するためのたわみ台と、 (b) 該たわみ台の位置決めを行うための複数のモータとを備える装置。