JPS62237861A - レーザー走査型画像入力装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はレーザー光走査装置、特に複数波長のレーザー
光を用いて被写体上の走査を行ない、その反射ないし透
過光を受光して光電変換することにより、被写体の画像
データを取得するレーザー光走査装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 被写体をレーザー光のスポットで走査し、その反射光又
は透過光を受光素子で受けて映像信号を得る飛点走査型
の画像入力方式は、レーザー光の高輝度、集束性または
単一波長性などの特許から種々の利点があり、産業用あ
るいは医療用の分野で広く利用されている。

特にレーザー光の走査を水平、垂直方向に２次元的に行
ない、その速度を通常のＣＲＴのラスクスキャンに対応
させると、リアルタイムで残像のない映像が得られるた
め、用途が拡大されると共に、その操作性は著しく向上
する。

この種の装置において、レーザー光を偏向させて面直あ
るいは水上方向に走査する手段として。

振動鏡やポリゴンミラー等の回転多面鏡その他を用いた
機械的駆動方法と、音響光学素子などを利用する非機械
的方法とが用いられている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、通常のラスタスキャンの場合、ＮＴＳＣ方式
においては、走査周波数は水平方向に　１５．７５Ｋ　
Ｈｚ　、垂直方向に６０Ｈ２であり、高品位テレビにお
いては水平走査周波数はさらに高くなる。従ってレーザ
ーの垂直偏向は機械的駆動で充分追従ができ、安定した
制御が行なえるが、その水平偏向は周波数が極めて高い
ため、低価格で信頼性の高い機械的制御方法が存在しな
かった。

即ち、振動鏡や回転多面鏡などによる機械的駆動方式で
は、複数波長のレーザー光を用いても色による分散がお
きず、また１０ＫＨｚ以上の高い走査周波数を実現する
ことも不可能ではないが、耐久性や機構の寿命などの点
で問題があり、また鏡の軸振れなどのために精密なラス
タを描くことは困難である。

一力、音響光学素子を用いる方法は機械的に制御される
部分が存在しないため、信頼性が高いが１次に示すよう
な問題がある。

第６図は音響光学素子６０の動作を示したものである。

音響光学素子６０は信号源６１に駆動され、その駆動超
音波周波数をｆ、入射するレーザー光の波陵を入、υを
超音波速度とすると、音響光学素子の動作により得られ
る一次回折光の回折角０は次の式で１．えられる。

入 ０Φ−ｆ υ ところで、このような偏向方式では、鏡を機械的に駆動
する方法と異なり１回折の角度が入射光の波長に依存す
るため、色分散が起こる０例えば、第７図に示すように
Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）３色のレーザー光をｇ　
ｆｉｌｌ光学素子６０に入射させると、波長が長いほど
回折角が大きくなるので、−次回折光の色分散が生じる
。

従って、複数の波長のレーザー光源を用いて被写体の色
情報を取得し、その画像をカラー化するのは困難である
という欠点がある。

この問題に鑑み、レーザー光の波長ごとに複数のｆｆ　
９！’光学素子を用い偏向させた後、これらを合成した
り、あるいは１つの音響光学素子を用いて複数波長のレ
ーザー光を偏向させ、その結果生じた色分散をミラーや
プリズムなどの光学素子を用いて補正する技術が知られ
ている。しかし、いずれの方法によっても光学系は複雑
、高価になり、また大きな偏向角範囲にわたって複数の
波−長のレーザー光を完全に一致させるような補正光学
系を構成することは極めて難しい、また、上記のような
補正光学系はレーザー光の波長によって固有な設定が行
なわれるので、光源の波長を変える必要が生じた場合に
、容易に対応できないという問題があった。

音響光学素子以外にも高い走査周波数が得られる非機械
的なレーザー光偏向装置が開発されているが、その多く
は光の回折や屈折を利用しているため、本質的に色分散
が起こり、分解能や信頼性の点での問題もあり、まだ実
用的なものは少ない。

従ってレーザー光走査で１通常のラスタスキャンに対応
し、リアルタイムでカラー画像の入力処理が行なえる信
頼性の高いレーザー光走査装置は今のところまだ現れて
いない。

［問題点を解決するための手段］ 以−ヒの問題点を解決するため、本発明においては、光
源として複数波長のレーザー光を用い、これらレーザー
光を偏向手段により偏向させることにより被写体上を走
査し、その反射ないし透過光を受光して光電変換するこ
とにより被写体の画像データを得るレーザー光走査装置
において、前記偏向手段に色分散の生じる偏向器を用い
、レーザー光の波長成分ごとに光電変換して得られる映
像信号に関して、偏向手段で発生する色分散に応じてレ
ーザー光の波長ごとに異なる所定の時系列で得られる映
像信号を同一の時系列に変換して出力させる電子処理手
段を設け、偏向手段の色分散により所得する画像データ
に生じる色ずれを補正する構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、偏向手段の色分故により生じた被
写体上での走査レーザー光の波長による到達位置のずれ
の結果として、受光手段の出力する画像データに現われ
る時系列的な色ずれを、波長ごとに画像データを取り出
するタミング及び速度を変更することにより補正するこ
とができる。

［実施例］ 以下１図面に示す実施例に基づき本発明の詳細な説明す
る。

第１図は本発明を採用したレーザー光走査システムの構
成を示したブロック図である。ここでは、走査系と受光
系の両方が図示されている。走査系は次のように構成さ
れている。

第１図では光源として被写体のカラー情報を取得するた
め、Ｒ，Ｇ、Ｈの３原色のレーザー光源１１．１２及び
１３が設けられている。これらのレーザー光源１１−１
３の出力するレーザー光は被写体を２次元的に走査する
ために、水平及び垂直方向に偏向される。このために、
本実施例では水平偏向用の素子として音響光学素子１４
を用いている。また、レーザー光の６直偏向は揺動ミラ
ーあるいはポリゴンミラーなどから構成したミラー装置
１７を用いる。　符号１４．１７で示された水平及び６
直偏向装置は、各々の駆動方式に対応したドライバ１５
．１８により各々制御される。これらのドライバには、
鋸歯状波による制御信号が入力される。鋸歯状波の制御
信号は、ジェネレータ１６．１９により各々発生される
。これらのジェネレータ１６．１９は、各々同期信号発
生器２０によって発生された水平同期信号及びＩｍ直同
期信号に同期して動作する。

以上のようにして偏向されたレーザー光源１１〜１３の
レーザー光は被写体２６を２次元的に走査し、その反射
光（あるいは透過光など）はＲｌＧ、Ｈの３原色を各々
受は持つ３つの受光素子２３．２４及び２５に入力され
る。

これらの受光素子は、光電子増倍管あるいはフォトダイ
オード等の光電変換素子及び３原色のカラーフィルタ等
から構成される。

前述のように、音響光学素子により光の偏向を行なうと
色分散が生じるので、当然受光素子２３〜２５から出力
される映像信号はこの影響を受けている０色分散による
色ずれは、本実施例の場合、受光系に設けられた処理装
置２１によって補正する。処理装置２１は画像メモリ及
びこれを制御するマイクロプロセッサ素子などから構成
される。処理装置２１で色分散の影響を補正されたＲ、
Ｇ、Ｂの３原色のデータはビデオモニタあるいはカラー
記録装置などの出力装置、あるいは他の画像データ処理
装置等から成る出力装置２２に伝えられる。

処理装置２１及び出力装置２２から成る受光系の動作は
、前記の走査系の動作を制御する同期信号発生器２０の
出力する水平及び垂直同期信号により制御され、走査系
及び受光系の同期がとられる。

受光系の処理装置２１で行なう補正動作を説明するため
に、第２図に水モ偏向を行なう音響光学、に子１４の駆
動周波数と偏向角の関係がレーザー光の波長にどのよう
に依存しているかを示す、第２図は横軸に音響光学素子
１４を駆動する超音波周波数ｆを、また縦軸に得られる
偏向角θを示したものである。

Ｒ，Ｇ、Ｈの３原色のレーザー光波長を各々入日　、λ
Ｇ、入日とすれば、超音波の速度をυとして、偏向角０
は θ：入ｆ／υ であるから、Ｒ，Ｇ、Ｈの３原色について７ＦＳ２図に
示すような３木の直線が得られる。

第２図のａ音波周波数ｆｌに関してＲ，Ｇ。

Ｂの３原色の偏向角は、各々１９１　ｎ　＋　０１　Ｇ
　＋θＩＢとなる。

また高周波側の周波数ｆ２について、Ｒ，Ｇ。

Ｂに関する偏向角は’　２　ｎ　＋　０２　Ｇ　、０２
ｅとなる。低周波側に関して、周波数ｆ１によってイｉ
＃られるＲの偏向角ｏ１ｎを考えると、Ｇ、Ｂについて
同じ偏向角の得られる周波数は各々ｆ（ａ　。

ｆＩ日となる。また高周波側の周波数ｆ２についてＢの
偏向角０２日を考えると、Ｒ，Ｇ各色について同じ偏向
角の得られる周波数はｆ２Ｆ？　。

ｆ２Ｇとなる。

第１図の処理装置２１が受光素子２３〜２５の出力信号
をとりこむ際、Ｒ，Ｇ、Ｈの３原色ついて各々周波数が
ｆ！〜ｆ２日、ｆｌＧ”’ｆ２Ｇ及びｆ１８〜ｆ２とな
る偏向範囲を利用する。

第３図は第１図の構成における水平偏向と、受光側の処
理袋ＺＬ２１による信号処理を示したものである。第３
図上段のグラフは、音響光学素子１４の被写体走査時の
周波数の変化を示したもので、前記のように、その変化
範囲はｆ、−ｆ２の範囲に設定されている。

このような水平偏向により、被写体２６を走査すると、
Ｒ，Ｇ、Ｂ各成分の偏向角の違いから同一時刻に照射さ
れたＲ、Ｇ、Ｈの各レーザー光は被射体上の走査線上の
異なる地点に到達する。これを受光素子２３〜２５で受
光して光電変換し、その結果をそのままストレートに出
方すれば、出力画像に色ずれが発生する。

従って本実施例では、受光素子２３〜２５の出力を一旦
処理装置２１内に設けられたメモリに格納し、その書き
込み／読み出しタイミングを制御することにより色ずれ
を解消する。即ち、受光素子２３〜２５の出力する映像
信号に関して、各波長ごとに異なる所定の時系列で得ら
れるデータを採用してメモリに書き込み、それを同一の
時系列で読み出すことにより出力する画像データを正常
なものに変換する。そこで、本実施例では受光素子の出
力をメモリに格納する際に１水平走査期間内にＲ，Ｇ、
Ｂ各成分について時系列的に異なる所定の書き込み期間
を設定し、読み出し時には各成分について同一の読み出
しタイミングを与える必要がある。メモリへの書き込み
処理においては、ｔ５３図に示す波形ＲＷ、ＧＷ、ＢＷ
のような期間が設定される。

即ち、音響光学素子１４の駆動超音波周波数がｆｌの時
点である被写体との地点にＲ成分のレーザー光が照射さ
れたとすると、この地点は第２図の例から、それぞれ駆
動超音波周波数がｆ　Ｌ　Ｇ　＊ｆ、日となるタイミン
グで、それぞれＧ成分、Ｂ成分のレーザー光により照射
される。よって、受光素子２３〜２５から取り出したＲ
、Ｇ、Ｂ各成分の映像信号のメモリへの書き込み開始タ
イミングはｔｎｔ　　ｌ　ｔＧｌ　　、ｔＥｌｌとなる
。またＲＧＢ各成分の書き込み終了タイミングは、Ｂ成
分の偏向角により規定された周波数ｆ２を基準にして、
上記と同様に考えてｔＦＩ２．ｔａ２．ｔｅ□となる。

各波長について書き込み期間の長さは異なるから、メモ
リへの書き込み速度としてＲ，Ｇ、Ｂ各成分につき異な
る値を用いなければならない。

一方、データの読み出しは、第３図の波形ＲＧＢｎに示
すようにＲ，Ｇ、Ｂ各成分が同時に読み出される。

また、第３図では簡略化のために１水平走査期間あたり
２０ビツトの解像度を設定したが、解像度としては、必
要に応じて２５６，５１２．１０２４ビツト／走査線等
所望の値を用いることができる。

第４図は、上記の制御を行なうための処理装置２１の具
体的な構成を示したものである。ここでは、受光素子２
３〜２５の各出力を処理するため、Ｒ，Ｇ、Ｂ各成分に
つき同一の構成の回路ブロックが設けられており、それ
らは同一数字とＲ，Ｇ、Ｈのアルファベットによる符号
で識別できるよにしである。以下では必要な場合を除き
。

各回路ブロックの符号として数字のみを引用する。

図示のように、受光素子（２３〜２５）の出力信号は、
増幅器１１１により所定レベルまで増幅され、Ａ／Ｄ変
換器１１２により所定ビット数のデジタルデータに変換
される。変換されたデジタルデータはメモリ１１３また
は１１４に格納するようにしである。

メモリ１１３または１１４の出力は、Ｄ／Ａ変換器１１
９により再びアナログデータに戻され。

出力装置２２に出力される。

メモリに対するデータ書き込み時におけるメモリ１１３
または１１４の選択は、制御信号発生器１１７により行
なわれる。即ち、制御信号発生器１１７は、メモリ制御
Ｊｌｌ器１１８を介してＲＧＢ各成分のメモリ１１３ま
たは１１４を選択する信号を午える。また、これと同時
に書き込み用のクロック生成器１１５Ｒ，１１５Ｇ、１
１５Ｂ、アドレスカウンタ１１６Ｒ，１１６Ｇ、１１６
Ｂを介してデータを書き込むべきメモリ１１３ないし１
１４のアドレスが指定される。この時、クロック生成器
１１５Ｒ，１１５Ｇ、１１５Ｂは前述のように波長ごと
に異なるタイミング、速度を得られるよう独立して制御
される。

一方、メモリからの読み出しは同時に行なうので、読み
出し川のクロック生成器１２０及びアドレスカウンタ１
２１はＲＧＢ各成分につき共通のものを用いる。これら
も制御信号発生器１１７により制御される。制御信号発
生器１１７は上記の動作を行なう際、同期信号発生器２
０の出力する同期信号に同期して処理を進める。

次に土足構成における動作につき説明する。

第５図は、第３図の書き込み及び読み出しタイミングを
実現するためのメモリ１１３，１１４の割り当てを示し
たものである０図示のように１つの水平走査期間では、
一方のメモリ１１３（１１４）が書き込みに、また他方
のメモリ１１４（１１３）が１つ前の走査期間で書き込
まれたデータの読み出しに用いられる。書き込み期間に
は第３図に関して説明したように、Ｒ，Ｇ。

Ｂ各成分つき異なった期間が設定される。

以、ヒの構成により、１水平走査終了時には、ＲＧＢ各
成分のメモリ１１３または１１４に各成分ごとに被写体
の水平走査データが格納されることになる。前記のよう
に、メモリへの書き込みタイミング及び書き込み速度は
、ＲＧＢ８成分の偏向角の違いに応じて、ＲＧＢ各成分
につき異なる時系列における受光素子からの出力信号を
用いるように制御される。このような書き込み制御によ
り、書き込み終了時には、メモリＬ１３Ｒ。

１１３Ｇ、１１３Ｂ（又は１１４Ｒ，１１４Ｇ。

１１４Ｂ）の先頭アドレスから数えて同一の各アドレス
には、被写体上の同一地点の光学特性を反映したＲＧＢ
データが格納されることになる。

従って、あとはこれらをメモリの先頭から順に読み出す
ことにより、色ずれのないカラー画像データを取得する
ことができる。この画像データは必要に応じてビデオモ
ニタや画像処理装置などの出力装置２２で利用できる。

上記実施例によれば、音響光学素子を用いることにより
高速な水平偏向を行なえ、しかも上記のように音響光学
素子特有の色分散による色ずれを完全に解消できるから
、動画等のカラー画像の入力処理も可能である。しかも
、水平偏向は高精度な機械的制御の必要がない音響光学
素子により行なうから、長期間にわたり、安定した水平
偏向走査が可能になる。垂直偏向に関しては、比較的低
速なミラー装置を用いており、偏向周波数に見あった充
分な精度と耐久性を確保することができる。

また１本実施例では色分散の影響を純電子的な構成によ
り補正するようにしているから、従来の光学的な補正法
に比して低価格であり、正確且つ安定した色ずれ補正が
可能になる。しかも、走査レーザー光の波長変更の必要
が生じた場合でも。

その対応が極めて容易である。

なお、以上の構成は音響光学素子により必然的に発生す
る色分散のみでなく、発生条件が分っていれば、他の光
学系その他により発生した１次元的な色分散の影響をも
除去できる。

［効　果］ 以−ヒの説明から明らかなように１本発明によれば、光
源として複数波長のレーザー光を用い、これらレーザー
光を色分散が発生する偏向手段により偏向させることに
より被写体上を走査し、その反射ないし透過光を受光し
て光電変換することにより被写体の画像データを得るレ
ーザー光走査装置において、前記レーザー光の各波長成
分ごとに光電変換して得られる映像信号に関して、偏向
手段で発生する色分散に応じてレーザー光の波長ごとに
異なる所定の時系列で得られる映像信号を同一の時系列
に変換して出力させる電子処理手段を設け、偏向手段の
色分散により所得する画像データに生じる色ずれを補正
する構成を採用しているので、所得する画像データに対
する偏向手段の色分散の影響を完全に除去することが可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用したレーザー光走査装置の全体構
成を示したブロック図、第２図は音響光学素子の駆動超
音波周波数とＲＧＢ各成分の偏向角の関係を示した線図
、第３図はメモリを用いた色分散補正の原理を示した説
明図、第４図は第１図の処理装置の構成を示したブロッ
ク図、第５図は第４図のメモリーの割り昌てを示した説
明図、第６図は音響光学素子の動作原理を示した説明図
、第７図は音響光学素子による色分散の様子を示した説
明図である。 １１Ｎ１３・・・レーザー光源 １４・・・ｌ音響光学素子 １７・・・ミラー装Ｌ　　２６・・・被写体２１・・・
処理装置　　　２２・・・出力装置２３〜２５・・・受
光素子 １１３．１１４・・・メモリ １１５．１２０・・・クロック生成器 １１７・・・制御信号発生器 １１８・・・メモリ制御器 １１６．１２１・・・アドレスヵウンタ第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源として複数波長のレーザー光を用い、これらレーザ
   ー光を偏向手段により偏向させることにより被写体上を
   走査し、その反射ないし透過光を受光して光電変換をす
   ることにより、被写体の画像データを得るレーザー光走
   査装置において、偏向手段に色分散の生じる偏向器を用
   い、レーザー光の波長成分ごとに光電変換して得られる
   映像信号に関して、偏向手段で発生する色分散に応じて
   レーザー光の波長ごとに異なる所定の時系列で得られる
   映像信号を同一の時系列に変換して出力させる電子処理
   手段を設け、偏向手段の色分散により所得する画像デー
   タに生じる色ずれを補正することを特徴とするレーザー
   光走査装置。