JPH04502376A - カラー画像化装置用ビームスプリッタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 カラー画像化装置用ビームスプリッタ 本発明はカラー画像化装置用ビームスプリッタさらにとくには線形配列フィルム スキャナにおける使用にとくに適したビームスプリッタに関するものである。

テレビジョン用に使用される線形配列フィルムスキャナは典型的には光検知ミツ 　荷結合素子（ＣＣＤ）を含み、該電荷結合素子はテレビのラスタの１つの線を 表す連続出力を提供する。カラーテレビジョンに対しては、フィルムスキャナは 各々原色である３つの別々のＣＣＤ配列の組合せを含む。フィルムは等速で光源 を通過して駆動されまたレンズおよびビームスプリッタはフィルムの照明された セクションを各ＣＯＤアレー上に像を結ぶ。フィルムの運動は垂直方向（フレー ム）の走査を提供しまたＣＣＤアレーの線形サイクリングは水平方向（ライン） の走査を提供する。このようなスキャナは米国特許第４．２０５，３３７号に記 載されている。

フィルム走査装置においてフィルムの照明されたラインからの光を２つの画像す なわち輝度画像およびクロミナンス画像に分割するのにビームスプリッタを使用 することもまた既知である。このタイプの装置はたとえば米国特許第４，３１０ ．８４７号に示されている。２チヤネル装置における問題点の１つは検出チャネ ルの各々における適切なカラーバランスを達成することである。特許になったこ の装置の輝度チャネルにおける原色の所定重み付けを達成するために、チャネル 内にカラーフィルタが置かれこれにより可視スペクトルの部分を高めたりまたは 押さえたりする。クロミナンス画像の経路内にカラーフィルタの反復配列が配置 されることもある。しかしながら、所定のカラーバランスを得るために装置内に 別々のバランス用フィルタを使用することは装置をきわめて複雑にする。他の欠 点は種々のフィルタがその効果を時間とともに変化しがちであることであり。

したがって装置を補正し続けることはむずかしい。

上記の従来技術における問題点を克服しかつカラー画像化装置に対して改良され たビームスプリッタを提供することが本発明の目的である。

本発明の一実施態様によれば、輝度チャネルおよびクロミナンスチャネルを含む カラー画像化装置とともに使用されるビームスプリッタが提供され、該ビームス プリッタは： 入力光ビームを該ビームスプリッタに受け入れるためのプリズム手段であって。

相互に結合されて断面が概ね三角形の本体を形成するところの２つのプリズム要 素を含み、該要素の１つはその上に入力光ビームを受け入れるための入力面と第 １の出力面とを有しまた該要素の他方は第２の出方面を有するところのプリズム 手段と； プリズム要素の間に配置されたダイクロイック干渉フィルタであって、これによ り入力光ビームを、第１の出力面から離れて輝度チャネルのための所定のスペク トル成分を有するところの第１の光ビームと、第２の出力面から離れ力りクロミ ナンスチャネルのための所定のスペクトル成分を有するところの第２の光ビーム とに分離し、第１の光ビームが第２の光ビームより青の光量が少なくまた該第２ の光ビームより赤および緑の光量が多いところの該ダイクロイック干渉フィルタ と：を含む。

本発明の他の実施態様においては、ビームスプリブタの形状すなわち断面は直角 三角形をなしている。ビームスプリッタは第２のプリズム要素に結合された第１ のガラスプリズム要素を含む。ダイクロイック干渉フィルタは２つのプリズム要 素の間にはさまれかつ第１のガラスプリズム要素上の入力面に対し２２．５゜の 角度に配置されている。干渉フィルタは２つのプリズム要素が相互に結合される 前に第２のプリズム要素の１つの面上に５ｉ０２およびＴｉＯ２の交互層を堆積 することにより形成される。

ビームスプリッタの使用において、光の入力ビームは第１のプリズム要素の入力 面に入りかつダイクロイック干渉フィルタに衝突する。第１の出力ビームは入力 面の方向に戻るように反射され、該入力面はこのビームをビームスプリッタから 外へ導く。第２の出力ビームは干渉フィルタを通過して伝達された入力ビームか らの光により形成されまたこの第２の出方ビームは内部では第２のプリズム要素 内で反射されてビームスプリッタから外へ導かれる。入力ビームの干渉フィルタ への入射角およびフィルタの組成は、線形フィルムスキャナの輝度チャネルおよ びクロミナンスチャネルのそれぞれの所定スペクトル成分を有する第１および第 ２の出力ビームを形成するように選択されている。第１および第２の出力ビーム はお互いに１３５°の角度を形成する。

本発明の利点は、ビームスプリッタの要素が協働して２つの検出チャネルすなわ ち輝度チャネルおよびクロミナンスチャネルを有するフィルムスキャナに対する 適切なカラーバランスを提供することである。その結果、検出チャネル内に別々 のカラーバランスフィルタを使用することは必要ではない。ビームスプリッタの 形状は装置の取扱いおよび装着において有利である。他の利点は、２つの出力ビ ームの間の広い角分離であり；これはスキャナ内の構成成分の配置および感光ア レーの装着を容易にする。

ここで本発明の実施態様を添付図面により実施例で説明しよう。ここで：図１は 本発明のビームスプリッタの立面図：図２はそれらが相互に結合される前のビー ムスプリッタの２つのプリズム要素を示す立面図：および 図３はフィルムスキャナのクロミナンスチャネルに使用されるビームの波長に対 する％透過率を示すグラフである。

本発明のビームスプリッタは電子式画像化技術における多くの用途において使用 可能である。しかしながらそれは、２つの検出チャネルすなわち輝度チャネルお よびクロミナンスチャネルを有する線形配列フィルムスキャナにおける使用にと くに適しており、また動画フィルムからのテレビ信号を形成するのに使用される 。

図１を参照すると１本発明により構成されたビームスプリッタ１０が示されてい る。ビームスプリッタ１０は図１に示すように断面が三角形の本体を有し、該本 体は第２のプリズム要素１４と該要素に結合された第１のプリズム要素１２とに より形成されている。要素１２および１４が相互に結合される前の図が図２１； 示されている。図２かられかるように、プリズム要素１４は形状が三角形であり また図１に示したダイクロイック干渉フィルタ１５がプリズム要素１４の面１６ 上に形成されている。プリズム要素１２は図２かられかるように断面が四辺形ノ 形状を有し、また要素１２は入力面１８と、入力面１８の対向面２ｏとを含み。

該対向面２０は入力面１８に対し２２．５°の角度に配置されている。プリズム 要素の各々はたとえばＢＫ７ガラスのようなガラスで形成してよい。のちに詳細 に説明するように、入力光ビーム３ｏは入力面１８がらビームスプリッタ１０に 入り、ダイクロイック干渉フィルタ１５により第１の出力光ビーム３２と第２の 出力光ビーム３４とに分離され、第１の光出力ビーム３２はプリズム要素１２上 の出力面３３からビームスプリッタ１０を離れまた第２の出力光ビーム３４はプ リズム要素１４上の出力面３５から離れる。

ダイクロイック干渉フィルタ１５はプリズム要素１４の面１６上に形成されかつ Ｓｉｎ、およびＴｉＯｘの交互層を含み、すなわちＴｉＯ２の第１の層の上にＳ ｉＯ２の層が重ねられまたその上にＴｉＯ２の層が重ねられるというぐあいであ る。

たとえばＴａ、Ｏ，およびＨＦＯ，のような他の酸化リフラクトリも使用可能で ある。

１３の層を含むフィルタ１５の一実施例においては、５ｉ０２およびＴｉＯ２の 交互層はプリズム要素１４の面１６への電子ビーム真空蒸着により形成されてい る。干渉フィルタ１５がプリズム要素１４０面１６上に形成されたのちに、プリ ズム要素１２の面２０がプリズム要素１４の面１６に結合される。要素１２およ び１４はたとえばノーランド（Ｎｏｒｌａｎｄ）社から入手可能なノーランド６ １接着剤のような紫外線硬化接着剤により結合される。要素１２および１４を相 互に接着する前に、プリズム１４をその上に形成されたフィルタ１５とともに３ ５０’Ｃのオーブン内で約１時間加熱することが好ましいことがわかった。

ビームスプリッタ１０を使用する際に、入力光ビーム３０は図１に示すようにビ ームスプリッタ１０の方向に導かれる。ビーム３ｏは図においては単一光線で示 されているが、該ビーム３０は実際には光線の収斂円錐または発散円錐を形成す る多数の光線からなるものである。図に示した光線はしたがって中心光線すなわ ち円錐の軸を示すものである。ビーム３０はたとえばフィルム内の画像（図示な し）により変調されかつ対物レンズ（図示なし）を通してビームスプリッタｌＯ に伝達された光ビームである。ビーム３０は０°の入射角で入力面１８に入りか つダイクロイツタフィルタ１５の方向に進むように示されている。ビーム３０の フィルム１５に対する入射角はフィルタ１５が入力面１８となす角度により決定 されまたこの角度は２２，５°である。ビーム３０により示される光線の円錐内 の他の光線は２２．５°よりやや小さいかまたはやや大きい角度でダイクロイッ クフィルタ１５に入射されるであろう。

ビーム３０の円錐角の範囲内での種々の光線に対する入射角の変化がこれらの種 々の光線に対するダイクロイックフィルタのスペクトル透過率における小さな変 化の原因である。入射角が２２．　５″の代わりにたとえば４５°であったなら ば、これらの他の光線のスペクトル透過率はかなり大きくなったであろう。した がってたとえば４５″の代わりにこのように比較的小さい２２，５°という入射 角を用いることはひとつの利点である。

出力光ビーム３２はフィルタ１５において反射されかつ４５°の入射角で入力面 １８に戻る。ここでも同様に、ビーム内のいくつかの光線に対する実際の入射角 は４５′′とはやや異なり、あるものは小さい角度でありまたあるものは大きい 角度である。ビームスプリッタが効率的に作動するためには、これらの種々の入 射角がすべて全内面反射に対する臨界角より大きくなければならない。たとえば 赤い光線とＢＫ７ガラスとを仮定すると、臨界角は約４１．５’である。臨界角 より小さい角度で表面に入射する光線は屈折光線と反射光線との２つの光線に分 割される。屈折光線は損失エネルギーを示し、これにより反射光線の強度を減少 しかつビームスプリッタの効率を低減する。したがってたいていの効率的な作動 に対しては、ガラス内の光線の円錐の半角が制限されるべきで、この場合には３ ゜５°　（４５−４１，５）未満に制限されるべきである。ガラス内でより大き な光線の円錐半角を有するビームに対しては、より高い屈折率を有するガラスの タイプを使用することがとくに推奨されよう。

面１８において全内面反射が行われたのちに、ビーム３２は出力面３３からビー ムスプリッタ１０を離れる。出力光ビーム３４はダイクロイックフィルタ１５を 透過された光から形成される。光ビーム３４はプリズム要素１４の面３６で全内 面反射されかつ出力面３５からビームスプリッタを離れる。

ビームスプリッタｌＯを通過する出力ビーム３２の光路長さはビームスプリッタ を通過する出力ビーム３４の光路長さと同じであることに注目すべきである。

ビームスプリッタ１０の他の性質は、出力ビームがビームスプリッタ内で２回反 射されるのに対しビーム出力ビーム３４はただ１回反射されるだけであるという ことである。したがって、もし画像がビーム３２および３４により搬送されるな らば画像は相互に対し反転され、すなわちそれらは相互に鏡像となるであろう。

ビーム３２および３４は、ビームスプリッタ１０から出たのちに相互に１３５０ の角度を形成する。２つの出力光ビーム３２および３４のこの広い分離は、それ がスキャナ構成成分の配置および線形ＣＯＤアレー（図示なし）の装着を容易に する点である種のスキャナ装置においてはと（に有利である。

入力面１８に対するダイクロイックビームスプリッタの２２．５’の角度は面１ ８におけるビーム３２の全内面反射に対する要求とビームスプリッタの本質的な 幾何形状との両方により決定される。もしその角度が小さければ７　ビーム３２ の光線の全円錐が面１８において全内面反射されないであろう。またもしその角 度が２２．５°より大きければ、プリズム要素１２は太き（しなければならずま たビームスプリッタはもはや断面が三角形の形状を有しないであろう。またもし その角度が大きくされたならば、ビームを構成する種々の光線に対してダイクロ イックビームスプリッタのスペクトル透過率に大きな変動があるであろう。した がって２２．５’はビームスプリッタの角度に対し最適な値である。

本発明のビームスプリッタの重要な特徴は、それがたとえば前述の米国特許第４ ．３１０，８４７号に開示されたように線形スキャナの輝度チャネルおよびクロ ミナンスチャネルに対し適切なカラーバランスを有する出力ビームを形成すると いうことである。望ましいカラーバランスはここに開示されたタイプの干渉フィ ルタを使用することにより達成される。フィルタはビームスプリッタ内に配置さ れこれにより入力光ビームはビームスプリッタプリズムに対しより一般的である 約４５６の大きな角度の代わりに約２２．５°の角度でフィルタに衝突する。入 射角が小さいことは２つの出力ビーム間のカラーバランスの好ましいタイプを得 ることを可能とし：この目標は入射角が２２．　５″でな（４５°とした場合に は達成することがいっそう困難であろう。

２チヤネルスキヤナにおいてはクロミナンスチャネルよりも輝度チャネルに対し て青の光線をより少なく提供することによって最適の結果が達成されることがわ かった。したがってフィルタ１５内の層は輝度チャネル内よりもクロミナンスチ ャネル内にいっそう青の光を形成するように選択された。クロミナンスチャネル に関して出力光ビーム３４の波長に対する％透過率の関係が図３の曲線４０で示 されている。曲線４０により示された本発明の重要な特徴は青から緑に移る約５ ００ｎｍにおける急な移り変わりでありまたスペクトルの青の領域とおよび赤と 緑の領域とにおける比較的一定した透過率である。このようなビームのスペクト ル成分分布は２つの検出チャネルにおける望ましいカラーバランスを得ることを 可能にする。輝度チャネルの出力光ビーム３２に対するフィルタ１５からの反射 率は１から曲１１４０に示した透過率を差し引いたものに等しい。したがってた とえば出力光ビーム３２における青の光線は図３に示したビーム３４に対する約 ７５％との比較から約２５％にすぎないであろう。

国際調査報告 −１１−−＾８−ｕ１齢軸・ＰＣＴｌυＳ　９Ｑ１０５６３１国際調査報告

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．輝度チャネルおよびクロミナンスチャネルを含むカラー画像化装置とともに 使用されるビームスプリッタであって，：入力光ビーム（３０）を前記ビームス プリッタに受け入れるためのプリズム手段であって，前記プリズム手段が相互に 結合されて断面が概ね三角形の本体を形成するところの２つのプリズム要素（１ ２，１４）を含み，該要素の１つはその上に入力光ビーム（３０）を受け入れる ための入力面（１８）と第１の出力面（３３）とを有し、また、他方の要素は第 ２の出力面（３５）を有するところの該プリズム手段と； 前記要素の間に配置されたダイクロイック干渉フィルタ（１５）であって，これ により前記入力光ビーム（３０）を，前記第１の出力面（３３）から離れて輝度 チャネルのための所定のスペクトル成分を有するところの第１の光ビーム（３２ ）と、前記第２の出力面（３５）から離れかつクロミナンスチャネルのための所 定のスペクトル成分を有するところの第２の光ビーム（３４）とに分離し，前記 第１の光ビーム（３２）が前記第２の光ビーム（３４）より青の光量が少なくま た前記第２の光ビーム（３４）より赤および緑の光量が多いようにするところの ダイクロイック干渉フィルタ（１５）と；を含むビームスプリッタ。
2. ２．前記第１のプリズム要素（１２）は断面が四辺形である請求項１のビームス プリッタ。
3. ３．前記第２のプリズム要素（１４）は断面が概ね三角形である請求項２のビー ムスプリッタ。
4. ４．前記ビームスプリッタが前記入力光ビーム内の青の光を約７５％透過しまた 赤および緑の光を約３０％透過する請求項１のビームスプリッタ。
5. ５．前記フィルタ（１５）か前記入力光ビーム内の青の光の約２５％を反射しま た赤および緑の光を約７０％を反射する請求項４のビームスプリッタ。
6. ６．前記干渉フィルタ（１５）がＴｉＯ２およびＳｉＯ２の交互層を含む請求項 ５のビームスプリッタ。
7. ７．前記入力光ビーム（３０）が約２２．５°の入射角で前記干渉フィルタ（１ ５）に衝突する請求項１のビームスプリッタ。
8. ８．前記第１の光ビーム（３２）が前記第２の光ビーム（３４）と約１３５°の 角度を形成する請求項７のビームスプリッタ。
9. ９．カラー画像化装置とともに使用されるビームスプリッタであって，光の入力 ビーム（３０）を光の第１および第２の出力ビーム（３２，３４）に分離するよ うに設計された前記ビームスプリッタにおいて，前記ビームスプリッタが：入力 面（１８）と，第１の出力面（３３）であって該面（３３）を介して前記第１の 出力ビーム（３２）が前記ビームスプリッタを離れるところの該第１の出力面（ ３３）とおよび第２の出力面（３５）であって該面（３５）を介して前記第２の 出力ビーム（３４）が前記ビームスプリッタを離れるところの該第２の出力面（ ３５）とを有する概して三角形の本体と；およびダイクロイック干渉フィルタ（ １５）であって，前記入力面（１８）に直角に入る光の入力ビーム（３０）が前 記フィルタ上で少なくとも２２，５／２°の入射角を有し，前記２つの出力ビー ム（３２，３４）の各々がビームスプリッタを離れる前に１つの全内面反射を行 いまた前記２つの出力ビームの間の角度が９０°より大であるように前記本体内 に配置された該ダイクロイック干渉フィルタ（１５）と； を含むビームスプリッタ。
10. １０．前記２つの出力ビーム（３２，３４）の間の前記角度が約１３５°である 請求項９のビームスプリッタ。
11. １１．前記入射角が約２２．５／２°である請求項１０のビームスプリッタ。
12. １２．前記干渉フィルタ（１５）がＳｉＯ２およびＴｉＯ２の交互層から形成さ れる請求項１１のビームスプリッタ。
13. １３．カラー画像化装置とともに使用されるビームスプリッタであって，前記ビ ームスプリッタが光の入力ビーム（３０）を光の第１および第２のビーム（３２ ，３４）に分離するように成形された前記ビームスプリッタにおいて：前記第１ のプリズム要素が前記入力ビーム（３０）を受け取るように設計された入力面（ １８）と、前記第１のビーム（３２）が前記ビームスプリッタから出るところの 出力面（３３）とを有する前記第１のプリズム要素（１２）と；前記第１のプリ ズム要素に結合されて該第１プリズムとともに概ね三角形をなす当該ビームスプ リッタを形成する第２のプリズム要素（１４）であって，断面が概ね三角形であ り前記第２のビームが当該ビームスプリッタから出るところの出力面（３５）を 有する前記第２のプリズム要素（１４）と；および前記第１および第２のプリズ ム要素（１２，１４）の間に挟まれたダイクロイック干渉フィルタ（１５）であ って，前記入力面（１８）に対し約２２．５°の角度に配置された前記ダイクロ イック干渉フィルタ（１５）と：を含むビームスプリッタ。