JPH07508147A - 高効率リニア光源 - 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】 高効率リニア光源 関連出願 Ｋａｐｌａｎの名義で１９９１年１１月２５日に出願された米国特許出願番号第 ７９７，６６１、発明の名称「リニア光源」）を参照した。

技術分野 本発明は、リニア光源、特に、フィルムスキャナに使用される光源に関する。

従来技術 フィルムスキャナは、通常、イメージの連続ラインを表す信号をシリアル出力す るりニアＣＣＤイメージセンサを含む。カラー装置用のフィルムスキャナは、各 原色にそれぞれ対応しｔ；３個の個別ＣＣＤイメージセンサアセンブリを含む。

フィルムは、照射系からの光ビームを迫って均一な割合で駆動され、フィルムの 被照射部分は各ＣＣＤイメージセンサ上に撮像される。フィルム移動によりフレ ームスキャンが行われ、イメージセンサ内容素子のリニアサイクリングによりラ インスキャンが行われる。この種のスキャナは、米国特許第４，２０５，３３７ 号に開示されている。

はとんどのフィルムスキャナには、フィルムに対する光線を発生する照射系が配 設されている。こうした照射系に使用されるランプは、通常、円形の対称光ビー ムを発生するが、この円形ビームを光の均一なライン分布へと効率よく変換する ことが容品ではない。−例として、米国特許第４，７９７，７１１号には、透明 円柱ロッドが原資料（オリジナル）上に光線を発生するように配置されたスキャ ナが開示されている。光源からの光はカラーフィルタを通過した後、円柱ロッド の一端上に向かう。オリジナルから反射した光は、ＣＣＤイメージセンサ上に撮 像される。この特許に示された照射系の主な問題点の一つとして、フィルム等の オリジナルへ拡散光の均一ラインを発生できないために、オリジナル上に存在す る傷などのアーチファクトが、被走査情報をもとに生成されたイメージ中に現出 してしまうということがあった。

改良された照射系としては、本願の披譲渡人に譲渡された米国特許第４，８６８ ．３８３号に開示されたものがある。この特許は、強力な光ビームを発生する手 段と、拡散反射壁を有する細長円柱状統合キャビティを備えている。この強力ビ ームは、入射口からキャビティ内に導かれ、円柱状統合キャビティの長手軸と平 行に伸長した出口スリット溝を介して出力される。このような光源は、均一線形 ・角度分布特性をもつ拡散光線を発生し、幅広い作用条件範囲にわたって優れた 結果が得られる。

光応答系は、この応答系に光を効率よく伝達する光学装置を活用したものである ことが広く知られている。例えば、１９７０年１月６日にＷｅｉｓｇｌａｓｓに 対して付与された米国特許第３，４８８，１１７号に開示された高速カラー拡大 器は、光源からの光を統合球内部へ指向させるために、円錐状の固体ガラスまた はアクリル光ガイドを用い、これによってユニットの透過性領域を介した光伝達 量を増大させている。光は、球の出口から、近接配置された陰画の表面全体にわ たって均一に発生する。しかし、このワイスグラス装置は、光が固体光ガイドへ 入った時の第１反射によって損失するという欠点がある。さらに、固体円錐を用 いた場合、円錐の集中パワーと内部反射要求との間にトレードオフが生じる。

円錐の出力口を小さくして出力効率を上げるために円錐のテーバを大きくすると 、入力光の角度が、内部反射に対する所要限界角度を超えた点に達してしまう。

円錐のテーバをさらに大きくすることに起因する光の集中性の増大は、光線が円 錐の壁部から逃げる損失量によって阻止される。更に、固体ガイドは、加工や製 造、そして統合球を高信頼性で支持するには、比較的大きな費用がかかる。加え て、Ｗｅｉｓｇｌａｓｓの装置は、リニア光源ではなく、負透過性用の面照射器 である。このように、或種のスキャナには、なお、高効率であり且つ光源からの 光が高い割合で統合キャビティからの出力ビームに含まれるように構成されたリ ニア光源が必要である。

発明のｖ１要 本発明は、上記従来の課題を克服した、改良されたフィルムスキャナ用リニア光 源を提供することにある。

本発明の他の目的は、統合キャビティの最小可能孔内に光を集束させることであ る。

本発明の一態様によれば、照射ビームを発生するビーム源と、キャビティの長手 軸とほぼ平行な出口スロット及びそこを通ってビームがキャビティ内へ導入され る入口とを有し拡散反射内面を有する壁部により形成された細長光統合キャビテ ィと、を含むリニア光源が得られる。ビームは、ビームをキャビティ内へ導入す るように指向させるための反射壁と中空ボアとを有する高集束性非撮像光学装置 を介してキャビティ内へ導かれる。

本発明の一実施例では、光源は、照々・１体内に形成された拡散度η・Ｊキャビ ティ壁部を有する細長光統合キャビティをもつ固体照射体を含む。光は、照射体 内に中空ボアとして形成された高集束性非撮像光学装置を介してキャビティ内の 入り口内へ導かれる。拡散光のラインは、統合キャビティの長手軸に平行な出口 スロットを通ってキャビティから出る。本発明の他の態様では、キャビティは、 はぼ円柱状の面部と、出力ビームの光学軸に対して約４５度の角度で出口スロッ ト近傍に配置されたほぼ平面状の部分と、を含む。

本発明の主な利点は、高い光集束度を実現できる高効率リニア光源であることで ある。他の利点は、統合キャビティ及び高集束性非撮像光学装置の双方が、製造 及び機械内への組み込みか容易なコンパクト統合型に形成されていることである 。更に他の利点は、再生像上への傷等のフィルム面損傷作用を抑制するのに特に 効果的であることである。光源は、統合キャビティを含み、該キャビティ内で、 出口スロット近傍の壁部は、光源がスキャナ内のフィルム近傍に密接して配置可 能となるように構成されている。この結果、フィルム上への光の最適分布が達成 されると共に高度にスクラッチが抑制でき、且つフィルム近傍の邪魔になること を最小限に抑制できる。本発明のリニア光源は、その長さに沿って高度に均一な 照度及びほぼ均一な角度分布を有する強い光ラインを生成する。

他の特徴及び利点は、添付の各図面を参照しつつ、以下の好適な実施例の説明に より明らかとなろう。

図面の簡ｌｌｔな説明 図１は、本発明のリニア光源の斜視図；Ｆｇｉ２は、円錐高集束性非撮像光学装 置を示す図１の２−２断面図；図３Ａは、図１のリニア光源の他の実施例の断面 図であり、放物線高集束性非撮像装置を示す図１の２−２断面図； 図３Ｂは、図３Ａに示したような高集束性非撮像装置の斜視図：図４は、入力ス キャナにおける本発明を示す斜視図：図５は、統合キャビティからの照射ライン に垂直な面におけるレンズアパーチャに入射する光を示す図１の２−２断面図； 図６は、統合キャビティからの照射ラインの面におけるレンズアパーチャへ入射 する光を示す図１の６−６断面図である。

実施例 図１−２に、本発明に従って構成されたリニア光源１ｏを示す。光源１ｏは、長 手軸１８に関してその内部に形成された細長統合キャビティ１２を有する。キャ ビティ１２は、はぼ円柱状壁面２４、及びそれぞれ壁部２７及び２９内における ほぼ平面の壁面２６及び２８により形成されており、各壁部は伸長して出口スロ ット３０を形成する。光源３１がらの光は、入り口３４を介してキャビティ１２ へ供給され、光ラインはキャビティ１２がら出口スロット３ｏを介して発射され る。バッフル３６が長手軸１８に沿って配置されており、これによって光が入口 ３４から直接出口スロット３０へ通過することが防止されている。光源１ｏは、 ランプ３１を放射源として機能するように構成されており、ランプ３１はキセノ ンランプ等が使用できる。適切なキセノンランプの例としては、ＩＬＣセルマッ クスランプスにより製造されているモデルＮｏ、ＬＸ−３０Ｏｆが挙げられる。

他には、ゼネラル・エレクトリック社により製造されている２４ボルトＤＣタン グステン−ハロゲンランプ　タイプＥＬＣ等も使用できる。

ランプ３１からの光は、高集束性非撮像光学装置４０を介してキャビティ１２の 入口内へ指向される。光学装置４０は、鏡反射面４２、光が入射可能な少なくと も−の入射口４３ａ１及び光が出力可能な少なくとも−の出口４３ｂにより閉止 された体積を含む。出口４３ｂの面積は、入射口４３ａの面積よりも小さい。

反射面４２の形状は、存在している光パワー（ワット）と入射光パワーとの比が 、出力表面積と入力表面積との比を超えるように設計されており、これにより、 装置は光を「集束」すると表現することができる。体積は空（真空または空気） で反射面４２及び入射口及び出射口４３ａ及び４３ｂにより包囲されていること が好適である。高集束性非撮像光学装Ｗｔ４０の一実施例は、図２に示すように 円錐の錐台の形状の円錐集束器である。光学集束器４０は、キャビティ１２内の 入口孔４′３ａから人口３４へ伸長した本体１４内の円錐状中空ボア３３内に支 持された円錐ミラー面４２を含む。本実施例においては、鏡面４２は反射テープ により形成されている。

高集束性非撮像光学装置の他の実施例は、湾曲壁集束器であり、これは図３Ａの 断面及び図３Ｂの斜視図において複合放物線集束器４０°の形態で示されている 。複合パラボラ集束器の詳細は、アカデミツク・プレス社発行のウェルフォード 及びウィンストン著ｒ高集束非撮像光学機器Ｊ　（１９８９）に記載されている 。

光集束器４０′　は、キャビティ１２内の入口３４へ入口４３８′から伸長した 本体１４内のパラボラボア３３°内で支持されている。或いは、図３Ｂに示すよ うなガラス等の透過性物質により構成された固体複合パラボラ集束器によれば、 本発明に係る性能が一層改善される。固体円錐はＷｅｉｓｇｌａｓｓ特許につい て説明したような欠点をもつが、固体湾曲壁集束器は、固体円錐に対する基本的 な利点をもつ。この結果、本発明のバリエーションとして、固体誘電体（例：　 ガラス）から成る非円錐状高集束性非撮像光学装置が挙げられることになり、表 面の各部は光に対する入射及び出射領域として指定され、鏡の代わりに表面４２ ゜における全内部反射を使用する。固体非円錐状を有する高集束性非撮像光学装 置の端面は、平坦または湾曲のいずれかとして形成でき、レンズとして機能する 。

或いは、高集束性非撮像光学装置は、鏡面により完全または部分的に包囲された 空及び誘電性体積の組み合わせとすることもできる。他の体積は、成極の装置に おいて、パラボロイドまたは円錐に対してより好適に使用することができる。図 １に示した光学装置の場合のように、もし光源３１が入口から集束器への有限距 離にあるならば、該有限距離における光源に対する好適な集束器は、（Ｗｅｌｆ ｏｒｄ及びＷｉｎｓｔｏｎの第８４−８６ページに指摘されているように）、楕 円の断面を有する。

リニア光源１０の本体１４は、アルミニウムで構成することが望ましく、キャビ ティ１２内の光接触面は高反射性拡散ホワイト塗料であるスペクトラフレクト（ 商標）塗料で塗布されている。この塗料は、ラブスフェア社から発売されている 。−の例示装置においては、キャビティ１２の長さは２７　ｍ　ｍ　ｓ円柱状壁 部２４の径は３５．５４ｍｍである。人口３４の径は円形で１２．５ｍｍであり 、出口スロット３０の幅は２　１／２ｍｍで長さは２７ｍｍである。

バッフル３６は、少なくとも−の内部キャビテイ面において反射することなく入 射光をキャビティ１２に存在させつづける。バッフル３６の断面は、円柱、方形 、または三角形などとすることができる。バッフル３６の表面を含むキャビティ １２の全ての内面は、高反射性拡散面である。バッフル３６の位置及びサイズに より、入射光からキャビティ１２への位置はさほどの重要性をもたない。入射に 対する好適な位置は、出力スロット３０に対してセンタリングされている。従っ て、キャビティ１２への光入射は、キャビティ１２からの出力ビームの光学軸４ １に垂直か、或いは同一線形順序とすることができる。

照射源（不図示）照度の一時制御は、一体キャビティ１２からの拡散光をサンプ リングすることによって達成可能である。このようなシステムは、上記米国特許 第４，８６８，３８３号に開示されており、この特許の開示は本願に参考文献と して記載されている。この特許に開示されているように、フィードバックポート は、拡散光のサンプルを除去するために一層キャビティ１２内に設けることが可 能である。

フィードバックポートから出た光は、光ファイバにより、シリコンフォトダイオ ードなどのフォトセンサへ指向される。フォトダイオードからの出力は、フィー ドバック回路を介して光線源の電源へ供給される。

平面壁２７及び２つは、光源１０をスキャナ内のフィルム近傍に密接配置可能と するように配設されており、これによってフィルム近傍のスペースの占有を最小 限に抑制しつつ、光の最適分布及び高度な傷抑制が可能となる。！！２７及び２ ９は、光学軸４に対して約４５度の角度α（図２）となるよう構成された内面２ ６及び２８を有する。図２に示すように、壁２７及び２９は、光源１ｏに対して スロット３０近傍にほぼウェッジ形状を与えている。このウェッジ形状により、 フィルムゲート（図示せず）の他素子との機械的干渉が最小限に抑制される。こ の形状の更に他の利点は、出力スロット３０とフィルムとの間の空間を最小限に 抑制できることである。約＋４５度に伸長した角度でのフィルムの拡散照射によ り、良好な傷抑制効果が得られる。これは、光源ｌｏ内における出力スロット幅 がスロット３０からフィルム４５までの距離の約２倍であることを意味する。ス ロット３０からフィルム４５までの距離を低減することにより、スロット３０の サイズは最小限に抑制され、これにより更に高次の放射性及び良好な均一性が得 られる。リニア光［１０は、１９９０年７月２７日にＦｅ　ｔ　ｔ　ｅ　ｒｍａ ｎ他により出願された米国特許出願番号第５５９．４８１、発明の名称「フィル ムスキャナ」）などに開示されたようなダイナミックフィルムゲートを有するロ ークリスキャナへの使用に適している。

リニア光源１０は、図４に示したスキャナ４４のような入力スキャナに使用可能 である。スキャナ４４は、光源１０内へ照射されるビームを生成するランプ３１ を含む。光源１０の光出力スロット３０は、フィルム４５上への拡散光のライン ４５′を形成する。フィルム４５に伝達された光は、ＣＣＤ５８などの光検出器 上の光を集束する撮像レンズ４９を通過する。フィルム４５はクロス走査方向に 移動し、フィルム４５の長さを走査する。図５及び６において、レンズ４９の孔 ５０に入るスロット３０からの光が２個の直交面に対して示されている。ビーム ５２はフィルム４５に対して放射され、イメージ面４８に配置される光検出器（ 図５及び６では不図示）上で撮像される。図５に示した照射ラインに直交する面 内では、ビーム５２は孔５０を通過し、イメージ面４８における点で集束する。

図６に示した照明ラインの面内では、ビーム５２は光のラインの形態でフィルム ４５上に入射してフィルム４５を介して伝達され、その後イメージ面４８で光検 出器の長さに沿って撮像される。

バフル３６は、キャビティの出口３０に対して１８０度以外の角度の位置で入力 ボート３４を再配置することによって除去される。この場合、光のあるわずかな 部分は、キャビティ１２内で単尺射さえすることなく、入口３４から直接出口ス ロット３０へ通過する。

他の実施例では、ウェルフォード及びウィンストンの第２０６及び１０６ページ に示されているように、高集束性非撮像装置ｉ！４０内に組み込まれている。

本発明は、いくつかの好適な実施例を参照しつつ説明してきたが、本発明の技術 思想及び範囲内で、種々の変更改良が可能であることが理解される。

国際調査、−５，、＝ｐ−−−＝　ＰＣＴ／ＵＳ　９３１０４４９２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．照射ビーム発生源と、 拡散反射性内面を有するキャビティ壁により形成された細長光統合キャビティと 、を含み、 前記キャビティ壁は、ビームがそれを通ってキャビティ及びキャビティの長手軸 とほぼ平行な出力スロット内へ導入される入力ポートを有し、ビームは、前記キ ャビティの入力ポートへ向けて入力ビームを集束させるための中空ボア及び反射 性集束壁を有する高集束性非撮像光学装置を介して前記キャビティ内へ導入され ることを特徴とするリニア光源。 ２．請求項１に記載のリニア光源において、前記出力スロット近傍のキャビティ 壁の内面は、ほぼ平面であって光学軸とともにある角度を形成し、前記光学軸は 前記長手軸に対してほぼ垂直であることを特徴とするリニア光源。 ３．請求項２に記載のリニア光源において、前記キャビティ壁は、光学軸に対し て前記出力スロット近傍のその内面とほぼ同じ角度である前記出力スロット近傍 の外面を有することを特徴とするリニア光源。 ４．請求項２に記載のリニア光源において、前記出力スロット近傍のキャビティ 壁の内面は、ほぼ円柱状面により結合されていることを特徴とするリニア光源。 ５．請求項４に記載のリニア光源において、前記出力スロット近傍のキャビティ 壁の内面は、前記円柱状面に対して正接していることを特徴とするリニア光源。 ６．請求項４に記載のリニア光源において、前記入口は、前記円柱状面内に配置 されていることを特徴とするリニア光源。 ７．請求項１に記載のリニア光源において、前記キャビティは更に前記長手軸と ほぼ垂直なエンドピースにより形成されていることを特徴とするリニア光源。８ ．請求項１に記載のリニア光源において、前記高集束性非撮像光学装置の反射性 集束壁は、円錐集束面として形成されていることを特徴とするリニア光源。 ９．請求項１に記載のリニア光源において、高集束性非撮像光学装置の反射性集 束壁は、放物線状集束面として形成されていることを特徴とするリニア光源。 １０．請求項１に記載のリニア光源において、高集束性非撮像光学装置の反射性 集束壁は、楕円集束面として形成されていることを特徴とするリニア光源。 １１．光線発生源と、 固体本体内に形状された細長光統合キャビティと、を含み、 キャビティは、拡散性反射内面を有するキャビティ壁により形成され、キャビテ ィ壁は人口を有し、該入口を通った前記ビームは前記キャビティ及びキャビティ の長手軸にほぼ平行な出力スロット内へ導入され、ビームは、キャビティの入口 へ光源から光を指向させる固体本体内の中空ボアとして形成された高集束性非撮 像性光学装置を介してキャビティ内へ導入され、光学装置はボアの内部寸法をラ イニングする反射性集束壁を有し、ビームは光学装置を介してキャビティ内へ導 入され、これによって出力スロットを出る前に少なくとも一の拡散反射を受ける ことを特徴とするリニア光源。 １２．請求項１１に記載のリニア光源において、出力スロット近傍のキャビティ 壁の内面はほぼ線形であると共に光学軸と共にある角度を形成し、該軸は長手軸 に対してほぼ垂直であることを特徴とするリニア光源。 １３．請求項１２に記載のリニア光源において、キャビティ壁は、出口スロット 近傍のキャビティ壁の内面とほぼ同じ角皮で光学軸に対向した、前記出口スロッ ト近傍の外面を有することを特徴とするリニア光源。 １４．請求項１２に記載のリニア光源において、出口スロット近傍のキャビティ 壁の内面はほぼ円柱状面により結合されていることを特徴とするリニア光源。 １５．請求項１４に記載のリニア光源において、出力スロット近傍のキャビティ 壁の内面は、円柱状面に正接であることを特徴とするリニア光源。 １６．請求項１４に記載のリニア光源において、入口は円柱状面内に配置されて いることを特徴とするリニア光源。 １７．請求項１１に記載のリニア光源において、キャビティは更に長手軸とほぼ 垂直な端壁により形成されていることを特徴とするリニア光源。 １８．請求項１１に記載のリニア光源において、高集束性非撮像光学装置の反射 性集束壁は円錐状面として形成されていることを特徴とするリニア光源。 １９．請求項１１に記載のリニア光源において、高集束性非撮像光学装置の反射 性集束壁は、放物線状面として形成されていることを特徴とするリニア光源。 ２０．請求項１１に記載のリニア光源において、高集束性非撮像光学装置の反射 性収集壁は、楕円面として形成されていることを特徴とするリニア光源。 ２１．光源が光源からの所定距離を隔てたフィルム上に照射ラインを生成するよ う配置されたフィルムスキャナに使用されるリニア光源において、放射ビーム発 生源と； 光源とフィルムとの間に介在された固体照射体と；固体照射体内に形成された細 長光統合キャビティであって、該キャビティは、拡散性反射内面を有するキャビ ティ壁により形成され、キャビティ壁はそこを通ってビームがキャビティ内へ導 入される入口及びそこを通ってビームが出る出力スロットを有し、出力スロット はキャビティの長手軸とほぼ平行であり、出力スロット近傍のキャビティ壁の内 面は長手軸にほぼ垂直な光学軸に対して約４５度であるキャビティと； 光を光源からキャビティの入口近傍の出口へ指向させるために前記固体照射体内 に中空ボアとして形成された高集束性非撮像光学装置であって、該光学装置は、 ビームを出口に向けて集束させるためにボアの内側に反射性集束壁を有する高集 束性非撮像光学装置と； を含むことを特徴とするリニア光源。 ２２．請求項２１に記載したリニア光源において、高集束性非撮像光学装置は、 光源からの光を収集するための、前記出口よりも大きい入口を含むことを特徴と するリニア光源。 ２３．請求項２１に記載したリニア光源において、高集束性非撮像光学装置の反 射性集束壁は円錐集束面として形成されていることを特徴とするリニア光源。 ２４．請求項２１に記載したリニア光源において、高集束性非撮像光学装置の反 射性集束壁は放物線集束面として形成されていることを特徴とするリニア光源。 ２５．請求項２１に記載したリニア光源において、高集束性非撮像光学装置の反 射性集束壁は、楕円集束柱面として形成されていることを特徴とするリニア光源 。 ２６．放射ビーム発生源と； 拡散性反射内面を存するキャビティにより形成された細長光集束キャビティと； を含み、 前記キャビティ壁は、そこを通ってビームがキャビティへ導かれる人口及びキャ ビティの長手軸にほぼ平行な出力スロットを有し、ビームは、キャビティの人口 に向けて入力ビームを集束させるための湾曲壁を有する高集束性非撮像光学装置 を介してキャビティ内へ導入されることを特徴とするリニア光源。 ２７．請求項２６に記載のリニア光源において、高集束性非撮像光学装置の湾曲 壁は、放物線形状を有することを特徴とするリニア光源。 ２８．請求項２７に記載のリニア光源において、放物線形状は複合放物線集束器 の形状であることを特徴とするリニア光源。 ２９．請求項２７に記載のリニア光源において、前記放物線形状は中空であり、 湾曲壁は入力ビームをキャビティへ向けて集束させるための反射壁であることを 特徴とするリニア光源。 ３０．請求項２６に記載のリニア光源において、高集束性非撮像光学装置は、装 置の湾曲壁からの入力ビームの全内面反射を与える誘電体で満たされていること を特徴とするリニア光源。 ３１．請求項３０に記載のリニア光源において、高集束性非撮像光学装置の端面 は、平坦または湾曲であり、レンズとして作用することを特徴とするリニア光源 。 ３２．請求項２６に記載のリニア光源において、湾曲壁は、光学装置から有限距 離において光源から光を反射するために最適化されていることを特徴とするリニ ア光源。 ３３．請求項３２に記載のリニア光源において、湾曲壁は楕円形状であることを 特徴とするリニア光源。 ３４．請求項２６に記載のリニア光源において、高集束性非撮像光学装置は、放 射源全体または一部を包囲していることを特徴とするリニア光源。