JPH074005B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は撮像装置、特に被写体を線状の光ビームで走査
して画像信号を作成する撮像装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、光ビームで映画フィルムを走査してテレビジョン
レートの画像信号を作成するフィルム走査装置が実用化
されている。このフィルム走査装置ではフィルムの両面
に液体を接触させてフィルム面のキズやフィルムに付着
したゴミの影響を除くようにしたリキィッドゲイト型の
フィルム走査装置が開発されてからS/Nが向上し、その
評価が見直されるようになった。

しかし、従来のフィルム走査装置は、ポリゴンミラーを
高速回転させて光ビームでフィルムを走査する構成とし
ているため、装置全体が大型化する欠点があった。ま
た、ポリゴンミラーは製作が面倒で高価になると共に、
高速回転に伴なう騒音が発生する欠点もあった。

このような欠点を解消するものとして本願人は、音響光
学素子と振動ミラーにより光ビームを主走査方向および
副走査方向に偏向し、偏向した光ビームで被写体を２次
元的に走査し、被写体からの光束をリニアイメージセン
サで１ライン毎に受光する撮像装置を提案している（特
願昭60−76611号）。しかし、音響光学素子により光ビ
ームを主走査方向に偏向する場合、顕微鏡撮像装置のよ
うに走査範囲が小さい場合は問題ないが、映画フィルム
のように大きな被写体を走査する場合シエージングが顕
著に発生し、フィルム前面に亘つて均一に照明できなく
なってしまう。

このような不都合を解消するため、本願人は特願昭60−
151221号公報においてシリンドリカルレンズを用いて線
状光ビームを形成し、線状光ビームで被写体を１次元的
に走査し、試料からの光束をリニアイメージセンサで１
ライン毎に受光する撮像装置を提案している。この撮像
装置では、線状光ビームで被写体を走査しているので、
シエージングが発生しないと共に主走査方向の走査速度
ムラ等による画影響を除去できる大きな利点が達成され
る。

（発明が解決しようとする問題点） レーザ光は、スポット状に収束した状態では輝度ムラが
問題とならず均一な光点となる。しかし、エキスパンダ
により拡大され大径ビームの状態では、レーザ放射角
や、エキスパンダの入射面及び出射面の状態（例えばゴ
ミの付着等）によって不規則な回析像のような輝度ムラ
が発生してしまう。この大径のレーザ光をシリンドリカ
ルレンズで一方向に収束した場合輝度ムラは軽減される
が、依然として残存しており、シリンドリカルレンズに
よって線状に収束した光ビームで被写体を照明した場合
Ｙ方向に線状の輝度ムラが発生してしまう。この線状の
輝度ムラが発生すると、得た画像信号をテレビ画面に映
出した場合線状の輝度ムラが画面上にそのまま映出され
画像品質が著しく低下する不都合が生じてしまう。

従って、本発明の目的は上述した欠点を除去し、線状光
ビームで被写体を照明しても線状の輝度ムラが発生せ
ず、良好な品質の画像信号を形成できる撮像装置を提供
するものである。

（問題点を解決するための手段及び作用） 本発明による撮像装置は、光ビームを放射する光源と、
光源からの光ビームを拡大された光ビームに変換するエ
キスパンダ光学系と、拡大された光ビームを主走査方向
に振動させる振動手段と、この振動手段からの光ビーム
を主走査方向と直交する副走査方向にだけ収束して主走
査方向に延在する線状光ビームを形成するシリンドリカ
ルレンズと、ビーム偏向ミラーを有し、前記シリンドリ
カルレンズから出射した線状光ビームを副走査方向に偏
向して被写体上に投射する偏向手段と、被写体からの光
束を集光する集光レンズと、複数の素子が前記主走査方
向に一次元的に配列され、前記集光レンズから発する線
状光ビームを前記偏向手段を介して受光して所定の読出
し周波数で光電出力信号を出力するリニアイメージセン
サとを具え、前記被写体を、主走査方向に延在すると共
に主走査方向に振動する線状光ビームで走査するように
構成したことを特徴とするものである。

このように被写体を線状光ビームで副走査方向に走査す
ると共に、線状光ビームをその延在方向に沿って偏向さ
せているので、ポリゴンミラー等の主走査方向の偏向手
段が不要になると共に、光ビーム中に輝度ムラが発生し
ても時間的に平均化されるので輝度ムラが除去され良好
な品質の画像信号を作成することができる。

（実施例） 第１図は本発明による撮像装置の一実施例の構成を示す
立体的線図である。本例では映画フィルムから画像信号
を形成するカラーフィルム走査装置に適用した例を示
す。光路の多くは水平面に対して45゜又は垂直方向に延
在している。

青、緑及び赤の３原色光ビームを放射する光源として、
青及び緑の光ビームを放射するArレーザ１と赤の光ビー
ムを放射するHe−Neレーザ２を用いる。Arレーザ１から
放射した光ビームは水平面に対し45゜の角度だけ下方に
傾いて放射され第１のダイクロイックミラー３に入射
し、波長488nmの青色成分光と波長514.5nmの緑色成分光
とに分離される。ダイクロイックミラー３を透過した青
色光ビームは、エキスパンダ４で拡大平行光束とされ、
直角プリズム５で水平面と直交す方向に反射し、更に直
角プリズム６で水平面に対して45゜の角度方向に反射さ
れて第１の音響光学素子７に入射する。この第１音響光
学素子７は、光ビームを主走査方向に振動させる振動手
段として作用し、青色光ビームを主走査方向（Ｘ方向）
に振動させるものであり、その偏向量はＸ方向走査長の
10〜20％とし、その振動周波数は輝度ムラが視聴者に感
知されない程度で十分であり高速振動させる必要はな
い。この第１の音響光学素子７で偏向された光ビームは
光路補正手段である第１の非平行平面板８に入射する。
この非平行平面板８は駆動装置（図示せず）に連結さ
れ、第２図Ａに示すように青色光ビームの光路からのず
れ量に応じて光軸を中心にして回転させてＸ方向と直交
するＹ方向に青色光ビームを偏向し光路補正を行なう。
光路補正された青色光ビームはハーフミラー９で反射
し、ハーフミラー10を透過し、凹レンズ11により拡大発
散光束とされてから、Ｙ方向にだす収束作用を有するシ
リンドリカルレンズ12によってＸ方向に延在する線状光
ビームにされ、水平面に対して45゜の角度下方に向けて
進行し、水平面内に配置した振動ミラー13に入射する。
振動ミラー13は駆動装置（図示せず）に連結したビーム
偏向ミラー面を有し、所定の周波数で回動して入射した
線状光ビームを被写体のＸ方向と直交するＹ方向に偏向
する。この振動ミラー13は、その表面及び裏面共に全反
射面が形成されており、被写体に向かう光ビームは表面
側に入射し被写体から発した光ビームは裏面側に入射す
る。振動ミラー13で反射した青色光ビームは水平面に対
して45゜の角度だけ上方に向いて進行し、左右反転プリ
ズム14を経て直角プリズム15で水平面に直交する方向に
反射し、リレーレンズ16を経てＸ方向に延在する線状光
ビームとなって被写体であるフィルム17に入射する。従
って、フィルム17は線状光ビームにより所定の周波数で
Ｙ方向に走査されることになる。この線状光ビームは、
第１音響光学素子７によりＸ方向に振動するので部分的
に輝度ムラが発生していても輝点部分もＸ方向に振動す
ることになる。フィルム17を透過して青色光束はリレー
レンズ18により集光される。本例では、リレーレンズ16
と18との間に２個のプリズム19及び20から成るバイパス
光路を設け、線状光ビームの端部の光ビームをフィルム
17をバイパスしてリレーレンズ18に入射させる。リレー
レンズ18で集光された青色光束は、直角プリズム21で水
平面に対して45゜の角度上方に向けて反射して振動ミラ
ー13の裏面側のミラー面に入射する。振動ミラー13の裏
面で反射した青色光束は、結像レンズ23を経て第２のダ
イクロイックミラー24に入射する。この第２のダイクロ
イックミラー24は青色光だけを反射し他の波長域の光を
透過する。従って、青色光束は第２のダイクロイックミ
ラー24で反射し、倍率補正レンズ25によって倍率補正さ
れてから平行平面板26に入射する。この平行平面板26は
第２図Ｂに示すようにａ又はｂ方向に回動してＹ方向の
光路補正を行なう。平行平面板26を透過した光束は、バ
イパス光路を通過しフィルム17によって変調されていな
い光束は光路の一部に配置した全反射ミラー27により反
射されてＹ方向の変位量を検出する変位量検出器28に入
射し、フィルム17を透過した光束は第１リニアイメージ
センサ29に入射する。この第１のリニアイメージセンサ
29は結像レンズ23の結像位置に配置され、フィルム17か
らの線状光束を受光するように複数の素子がＸ方向と対
応する方向に１次元的に配列された構成とする。従っ
て、第３図に示すようにリニアイメージセンサ29上には
各素子29a〜29nの配列方向に沿ってフィルム17からの線
状光束30が投影され、各受光素子29a〜29nに蓄積した電
荷が所定の読出し周波数で順次読み出されて光電出力信
号が形成される。この場合リニアイメージセンサ29に入
射する線状光束は第１音響光学素子７によってＸ方向に
振動しているので、フィルム17からの光束中に輝度ムラ
が生じていても、この輝度ムラはＸ方向に時間的に平均
化されるので輝度ムラのない良好な品質の光電出力信号
が形成される。尚、第１音響光学素子７の走査周波数は
第１リニアイメージセンサ29の読出し周波数と同期させ
る必要はなく、読出し周波数に対して任意の周波数とす
ることができる。

このように、フィルム17からの線状光ビームを振動ミラ
ー13を介してリニアイメージセンサ29に入射させること
により、リニアイメージセンサ上にはフィルムからの線
状光ビームを静止した状態で入射させることができる。

第４図は変位量検出器28の構成を示す線図である。フィ
ルム17のＹ方向と対応する方向に同一形状の２個の光検
出器60及び61を配置し、フィルム17からの青色光束をこ
れら第１及び第２の光検出器60及び61上に入射させる。
そして、第１光検出器60と第２光検出器61の境界線ｌを
リニアイメージセンサ29の受光素子の中心位置に一致さ
せる。このように構成すれば、リニアイメージセンサ29
への入射光がＹ方向にずれた場合変位量検出器28の２個
の光検出器60及び61に入射する光は同時にＹ方向に変位
するから、第１光検出器60と第２光検出器61との光電出
力信号を差動増幅器62に供給して差信号を形成すれば、
この差信号の大きさは光ビームの変位量を表わし、極性
は変位方向を表わすことになる。従って、この差信号を
光路補正手段である第１の非平行平面板８および／また
は第１の平行平面板26の駆動装置に供給し第１リニアイ
メージセンサ29の受光素子に対する入射光のＹ方向の変
位量に応じて非平行平面板８および／または平行平面板
26を駆動すれば、自動的に光路補正が行なわれ、フィル
ム17からの透過光をリニアイメージセンサ29の各受光素
子上に正確に入射させることができる。

このようにフィルム17に対してバイパス光路を設け、こ
のバイパス光路を通る光束に基いて光ビームの変位量を
検出すれば、フィルム17によって変調されない光束に基
いて変位量が検出されるので撮像中に常時高精度のビー
ム位置制御を行なうことができる。また、このようなＹ
方向のビーム制御を行えば、例えば撮像中に温度変化に
よりレーザ放射角が変動してもフィルム17からの光束を
リニアイメージセンサ29上に正確に投影することができ
る。

次に、緑色光ビームの走査について説明する。

第１のダイクロイックミラー３で反射した緑色光ビーム
は水平面に対して45゜の角度下方に向いて進行し、直角
プリズム31で反射しエキスパンダ32で拡大平行光束とさ
れ、直角プリズム33で垂直方向に反射し直角プリズム34
で水平面に対して45゜の角度下方に向けて反射してから
第２の音響光学素子35に入射する。そして、この第２音
響光学素子35により第１の音響光学素子７と同一周波数
でＸ方向に振動し、第２の非平行平面板36で光路補正さ
れハーフミラー10で反射して共通の光路に進入する。次
に、凹レンズ11及びシリンドリカルレンズ12を経て振動
ミラー13に入射してＹ方向に偏向される。その後共通の
光路を進行しリレーレンズ16を経て線状光ビームとして
フィルム17に入射する。従って、フィルム17は青色光ビ
ームによって走査された領域が同一の走査周波数で同時
に走査されることになる。

フィルム17を透過した緑色光ビームは、更に共通の光路
を進行し、振動ミラー13の裏面で反射され結像レンズ23
を経て第２のダイクロイックミラー24を透過して第３の
ダイクロイックミラー37に入射する。この第３のダイク
ロイックミラー37は緑色光ビームだけを反射し他の波長
域の光を透過するものとする。従って、緑色光ビームは
この第３のダイクロイックミラー37で反射し、倍率補正
レンズ38および第２の平行平面板39を経てバイパス光路
を通過した光束は全反射ミラー40で反射され第２の変位
量検出器41に入射してＹ方向の変位量の検出に用いら
れ、フィルム17を透過した光束は第２リニアイメージセ
ンサ42に入射して１ライン毎に受光されてフィルム17の
緑色成分の画像信号が作成される。これら第２リニアイ
メージセンサ42及び第２変位量検出器41の構成及び作用
は第１のリニアイメージセンサ29及び第１変位量検出器
28と同一であるため詳細な説明は省略する。

次に、赤色光ビームの走査について説明する。赤色光ビ
ームを放射するHe−Neレーザ２は、Arレーザ１から発し
た光ビームと互いに交差しないようにするためArレーザ
１より下側に配置する。He−Neレーザ２から放射した赤
色光ビームは水平面に対して45゜の角度だけ下方に向い
て進行し、エキスパンダ43により拡大平行光束とされ、
第３の音響光学素子44により青および緑色光ビームと同
期してＸ方向に振動し、第３の非平行平面板45でＹ方向
の光路補正が行なわれ、ハーフミラー９及び10、凹レン
ズ11及びシリンドリカルレンズ12を経て振動ミラー13に
入射してＹ方向に偏向される。

このように青、緑及び赤の３本の光ビームに対して振動
ミラーを共用する構成とすればＹ方向のレジストレーシ
ョンエラーの発生を有効に防止できる。振動ミラー13で
反射された赤色光ビームは共通の光路を進行し、リレー
レンズ16を経て線状光ビームとなってフィルム17に入射
する。この結果、フィルム17は、同一の領域が青、緑及
び赤の３本の光ビームにより同一走査周波数で同時に走
査されることになる。フィルム17を透過した赤色光束
は、さらに共通の光路を進行し振動ミラー13の裏面で反
射し、結像レンズ23を経て第２及び第３のダイクロイッ
クミラー24及び37を透過し倍率補正レンズ46および第３
の平行平面板47を経て直角プリズム48で反射し、バイパ
ス光路を通過した光束は全反射ミラー49で反射して第３
の変位量検出器50に入射し、フィルム17を透過した光束
は第３のリニアイメージセンサ51に入射して光電出力信
号が形成される。

このように３本の光ビーム毎に各光ビームの正規の光路
からの変位量を検出して光路を補正する構成とすれば、
例えばいずれかのレーザ光源の放射角が変動しても試料
からの各光ビームを自動的にしかも正確に各リニアイメ
ージセンサ上にそれぞれ入射させることができる。

本発明は上述した実施例だけに限定されるものではなく
種々の変形が可能である。例えば上述した実施例では透
過型撮像装置を例にして説明したが、透過型撮像装置だ
けでなく反射型撮像装置にも適用でき、更にモノクロ型
撮像装置にも勿論適用することができる。

また、撮影される被写体は、映画フィルムに限られるも
のではなく、オペークフィルム等の種々のものを被写体
とすることもできる。

更に、上述した実施例では光ビームを主走査方向に偏向
する手段として音響光学素子を用いたが、主走査方向へ
の偏向量は少なくて済み、且つ精度も必要とせずリニア
イメージセンサと同期させる必要もないため、駆動装置
に連結したミラー等の各種の偏向手段を用いることがで
きる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、線状の光ビームで
被写体を走査しているので、ポリゴンミラー等の主走査
方向の偏向手段が不要となり、主走査方向の同期ずれ等
の問題点が解消すると共に撮像装置の小型化及び低コス
ト化を図ることができる。

主走査方向に走査線長の一部に亘って振動させ、振動す
る線状光ビームで試料を走査する構成としているから、
線状光ビーム中に輝度ムラが生じても時間的に平均化さ
れるので輝度ムラが除去され、良好な品質の画像信号を
作成することができる。

さらに、試料からの光ビームを振動ミラーを介してリニ
アイメージセンサに入射させているので、リニアイメー
ジセンサには常時静止した線状光ビームを入射させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による撮像装置の一実施例の構成を示す
線図、 第２図Ａ及びＢは光路補正手段の構成を示す線図、 第３図はリニアイメージセンサ上に投影される光束の状
態を示す線図、 第４図は変位量検出器の構成を示す線図である。 １……Arレーザ、２……He−Neレーザ 3,24,37……ダイクロイックミラー 4,32,43……エキスパンダ 5,6,15,21,33,34,48……直角プリズム 7,35,44……音響光学素子 8,36,45……非平行平面板 9,10……ハーフミラー、11……凹レンズ 12……シリンドリカルレンズ 13……振動ミラー、14……左右反転プリズム 16,18……リレーレンズ、17……フィルム 19,20……プリズム、23……結像レンズ 25,38,46……倍率補正レンズ 26,39,47……平行平面板 27,40,49……全反射ミラー 28,41,50……変位量検出器 29,42,51……リニアイメージセンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ビームを放射する光源と、光源からの光
   ビームを拡大された光ビームに変換するエキスパンダ光
   学系と、拡大された光ビームを主走査方向に振動させる
   振動手段と、この振動手段からの光ビームを主走査方向
   と直交する副走査方向にだけ収束して主走査方向に延在
   する線状光ビームを形成するシリンドリカルレンズと、
   ビーム偏向ミラーを有し、前記シリンドリカルレンズか
   ら出射した線状光ビームを副走査方向に偏向して被写体
   上に投射する偏向手段と、被写体からの光束を集光する
   集光レンズと、複数の素子が前記主走査方向に一次元的
   に配列され、前記集光レンズから発する線状光ビームを
   前記偏向手段を介して受光して所定の読出し周波数で光
   電出力信号を出力するリニアイメージセンサとを具え、
   前記被写体を、主走査方向に延在すると共に主走査方向
   に振動する線状光ビームで走査するように構成したこと
   を特徴とする撮像装置。