專利名稱：使用光纖耦合激光二極管的膠片圖像數字化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及膠片圖像數字化裝置，尤其涉及在這類數字化裝置中使用的激光束鏡片。
背景技術：
膠片圖像數字化裝置將一張膠片上的圖像轉換成一組數字值。每個數字值表示膠片在圖像某特定像素上的透光度。透光度表示與圖像像素相關的光不透明度。膠片數字化裝置可以把從膠片獲得的數字值存儲起來，形成像素矩陣圖像文件?？梢詫D像文件進行訪問，以便將其顯示在監(jiān)視器上，或者將文件存檔。
一種類型的膠片圖像數字化裝置把激光器用作光源。激光器發(fā)射聚焦激光束，在膠片上掃描，以照亮各像素。聚光裝置位于與激光器相對的膠片的一側，該裝置響應激光器的照射，測量透過膠片的光強。光強表示每個像素上膠片透光度的數值。數據采集系統(tǒng)從聚光裝置接收表示所測透光度數值的模擬信號。數據采集系統(tǒng)將模擬信號轉換成數字值，并將數字值存儲在圖像文件中合適的像素地址上。
許多現有膠片圖像數字化裝置中所用的激光器是氦-氖氣體激光器。不幸的是，在膠片圖像數字化裝置中使用氦-氖氣體激光器存在許多缺點。例如，功率和光束質量規(guī)格適于在膠片數字化裝置中使用的氦-氖氣體激光器成本昂貴。另外，必須用一系列光學元件對這類激光器發(fā)射的激光束的形狀和大小進行細心的校正，以便精確照射在直徑大小為35-300微米左右的離散像素位置上。光學元件擴大了數字化裝置的體積，增加了其成本和復雜性，并且?guī)矶鄠€會引入光散射的表面。
氦-氖氣體激光器的功率穩(wěn)定性一般要求用分束器和光電探測器進行反饋。分束器將一部分激光束射向光電探測器，光電探測器測量激光束的功率，并且提供反饋信號給與激光器光源相關的控制電路，該電路用來校正激光器輸出功率的變化。類似于被要求用來形成光束形狀和大小的光學元件，分束器的光電探測器也占據了膠片數字化裝置內的附加空間，帶來附加的成本和復雜性，并且會引起附加的光散射。
氦-氖氣體激光器及其相關的光源也會非常大，非常累贅。氦-氖氣體激光器的大小增加了膠片數字化裝置的大小，并且使激光器和光學元件在數字化裝置內放置復雜化。另外，氦-氖氣體激光器的耐用性和使用壽命可能低于所希望的。激光管易碎易漏，致使激光器的作用降低，或者完全不能使用。最后，氦-氖氣體激光器產生波長光譜窄且相干長度長的激光束。已經發(fā)現這種激光束會在數字化圖像上產生可見的干涉條紋，這是因激光束在膠片層內被多次反射引起的。干涉條紋會在數字化圖像中產生可視的贗象，破壞診斷的實用。
作為氦-氖激光器替代物，一些現有的膠片圖像數字化裝置使用激光二極管。激光二極管克服了與使用氦-氖激光器相關的幾個問題。例如，激光二極管比氦-氖激光器小，而且成本低。另外，激光二極管一般比氦氖激光器更耐用。此外，激光二極管還包括一內裝的后平面監(jiān)視器，該監(jiān)視器使得不需要分束器便能測量激光束的功率。
但是，與氦-氖激光器相同，激光二極管需要一系列光學元件對激光束的大小的形狀進行精確校正，以獲得較高的空間分辨率。光學元件增加了膠片圖像數字化裝置的成本和復雜性，并會引起散射。另外，單縱模激光二極管產生波長光譜較窄且相干長度較長的光。因此，激光二極管能在數字化圖像中產生干涉條紋。
鑒于上述與氦-氖氣體激光器和激光二極管都相關的缺點，需要一種改進的在膠片圖像數字化裝置中使用的光源。

發(fā)明內容
在第一實施例中，本發(fā)明旨在提供一種用于將膠片上形成的圖像數字化的設備。依照本發(fā)明的第一實施例，該設備包括激光二極管，用于發(fā)射激光束；一根光纖，它與激光二極管耦合，用于傳輸激光束；掃描裝置，用于接收來自光纖的激光束，并使激光束在膠片上掃描；和聚光裝置，用于響應激光束在膠片上的掃描，檢測透過膠片的光。
在第二實施例中，本發(fā)明提供了一種用于掃描膠片并將膠片上形成的圖像數字化的設備。依照本發(fā)明的第二實施例，該設備包括激光二極管，用于發(fā)射激光束；一根光纖，它與激光二極管耦合，用于傳輸激光束；和掃描裝置，用于接收來自光纖的激光束，并使激光束在膠片上掃描。
在第三實施例中，本發(fā)明提供了一種用于將膠片上形成的圖像數字化的設備。該設備包括激光二極管，用于發(fā)射激光束；掃描裝置，用于使激光束在膠片上掃描；聚光裝置，用于向應激光束在膠片上的掃描，檢測透過膠片的光；和射頻振蕩器，用于射頻調制激光二極管，以便增大激光二極管發(fā)射的激光束的光譜寬度，從而減弱因激光束在膠片內多次反射所產生的干涉。
附圖概述

圖1是一示意圖，示出了依照本發(fā)明將一膠片上形成的圖像數字化的設備。較佳實施例的詳細描述圖1示出了用于將一膠片12上形成的圖像數字化的設備10。設備10包括激光二極管14，它從前平面18發(fā)射激光束15。光纖20具有與激光二極管14的前平面18耦連的輸入端22。光纖20接收來自激光二極管14之前平面18的激光束15，并沿光纖的長度方向將激光束傳送至輸出端24。位于光纖20之輸出端24附近的光學模塊26對光纖傳送來的激光束進行聚焦，以產生聚焦光束16。掃描裝置28接收來自光纖20并通過光學模塊26的聚焦光束16，產生光束17，對膠片12進行掃描。
聚光裝置30響應激光束17對膠片的掃描，檢測透過膠片12的光。聚光裝置30對每個像素測量透過膠片12的光強大小，并產生表示所測光強大小的模擬信號。測得的光強大小表示每個像素上膠片12的透光度。聚光裝置30可以在聚光室內包括一硅的光電二極管陣列，其取向可接收透過膠片12的光。數據采集系統(tǒng)32接收來自聚光裝置30的模擬信號，并將模擬信號轉換成數字值。然后，數據采集系統(tǒng)32將數字值存儲在圖像文件中合適的像素地址上。
再參見圖1，如直線36所示，射頻(RF)振蕩器34將功率提供給激光二極管14。如直線42所示，激光二極管控制器38接收來自激光二極管后平面監(jiān)視器40的反饋。該反饋是代表激光二極管14之激光束輸出功率的模擬信號，由與后平面監(jiān)視器相關的內裝光電二極管測得。反饋可使激光二極管控制器38穩(wěn)定激光二極管14的激光束輸出功率。具體地說，激光二極管控制器38產生一個作為從后平面監(jiān)視器40接收到的反饋信號之函數的驅動信號，從而控制激光束的輸出功率。如累加元件44所示，將激光二極管控制器38產生的驅動信號與RF振蕩器34產生的功率信號相加。固定RF振蕩器34產生的信號幅值，從而在所選的平均輸出功率處，振蕩器每周期一次使激光二極管降低至閾值以下。由后平面監(jiān)視器40提供給激光二極管控制器38的反饋信號使激光束主光路不再需要分束元件，并且不需要用于測量分光束的分立的附帶光電探測器。
膠片數字化裝置10只用單個波長來感測膠片的透光度，因此它不同于常規(guī)的利用光盒白光照射膠片的由人進行觀察的情形。當在數字化裝置10中選擇使用某一激光波長時，該區(qū)別是必須關心的。特別是，希望選擇這樣的激光波長，膠片在該波長上的透光度接近于整個可見波長譜上的平均膠片透光度。大約為780納米的激光波長適用于常規(guī)的鹵化銀X-射線膠片。因此，激光二極管14可以包括能從市場上買到的以大約780納米波長發(fā)射激光束15的激光二極管。另一種方法是，使用能以大約630-690納米波長范圍發(fā)射激光束15的激光二極管。
使用RF振蕩器34是希望在數字化圖像中不出現可見的干涉條紋。具體地說，RF振蕩器34被用來高頻(例如300-1000兆赫茲)調制激光二極管14，從而使激光束15擴頻。所得到的具有較寬頻譜的掃描激光束17產生較弱的因膠片層12內的多次反射所引起的激光干涉。干涉的減弱減少或消除了數字化圖像中出現的可見干涉條紋和其它贗象，從而保持了圖像質量。
用來傳輸激光束15的光纖20最好是單模光纖。另外，最好用激光二極管14引出光纖20，以便提高耦合效率和膠片平面功率(film-plane power)。換句話說，最好將激光二極管14和光纖20組裝在一起，形成光纖尾纖激光二極管。帶準直鏡片具有單模光纖尾纖的合適的激光二極管組件可向例如加拿大，不列顛哥倫比亞州，西德尼市的Seastar Optics公司，以及科羅拉多州博爾德市的Melles Griot公司購買。目前將780納米激光二極管與光纖尾纖的耦合效率規(guī)定在大約40％-50％的范圍內。目前，具有630-690納米波長的激光二極管的耦合效率被規(guī)定在大約25％的范圍內。如果就一組給定的要求可以獲得足夠的耦合效率，那么可以使用不帶尾纖的光纖20。
用光纖20來傳輸激光束15有許多好處。光纖20不僅傳輸激光束15，而且還形成光束的形狀和大小。特別是，激光束16在光纖20之輸出端22上的剖面分布由該光纖確定，并且與激光二極管14之前平面18處存在的像散無關。激光束16的剖面分布大約成圓形高斯剖面分布，而容易被聚焦在成像平面上，以便對膠片12進行數字化處理。另外，激光束16的大小由光纖20的直徑確定。因此，光纖20起形成激光束16之形狀和大小的作用，從而不再需要在主光路中設置一系列的光學元件。省去光學元件縮小了整個數字化設備10的體積、降低了成本和復雜性，并且減少了會引入光散射的表面數。另外，光纖20容易操作，并且可以彎曲地放在數字化設備10的外殼內。
盡管光纖20省去了原先校正光束形狀和大小所必需的一系列光學元件，但仍希望用光學模塊26將激光束16聚焦在膠片12上。光學模塊26可包括一個消色差透鏡(雙合透鏡，f＝25.4毫米)和一個平凸透鏡(f＝250.0毫米)。消色差透鏡和平凸透鏡接收來自單模光纖20之輸出端22的近于理想的高斯形激光束16，并使光束聚焦，以便施加到膠片12的每個部位上。然后，掃描裝置28接收來自光學模塊26的經聚焦的激光束，并將其作為掃描光束17射到膠片12上。例如，掃描裝置28可以包括一多邊形掃描器，旋轉該掃描器可使激光束17在膠片12上掃描。
以下將例舉一非限制性的例子，進一步說明本發(fā)明。
例 1用激光二極管形式的光源構造一膠片圖像數字化裝置，其中激光二極管發(fā)射波長大約為780納米的光。激光二極管包括一單模光纖尾纖服務，并且從SeastarOptics公司購得。在光纖的輸出端放置了一個消色差透鏡(雙合透鏡，f＝25.4毫米)和一個平凸透鏡(f＝250.0毫米)。標稱激光束直徑大約為85微米，該直徑是在膠片平面上半最大值處全寬度(FWHM)的半最大光強值處測得的。測得的激光二極管的功率大約為30毫瓦，而在光纖輸出端測得的激光束的功率大約為13.5毫瓦。用一多邊形掃描器使激光束掃描14×17英寸(35.56厘米×43.18厘米)大小的鹵化銀X-射線膠片，并且測得的膠片平面的功率大約為8毫瓦。從加利福尼亞州圣克拉拉市Copal公司購買的多邊形掃描器在掃描角中心的總光束行程大約為600毫米。較大的光束行程距離產生相當長的聚焦深度，不需要場平坦化透鏡。
經描述本發(fā)明的實施例后，本領域的技術人員通過研究這里揭示的對本發(fā)明的說明和實施將明白其它優(yōu)點和變化。因此，應僅將說明和舉例視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由以下權利要求書給出。
權利要求
1.一種用于將膠片上形成的圖像數字化的設備，其特征在于，包括激光二極管，用于發(fā)射激光束；一根光纖，它與所述激光二極管耦合，用于傳輸所述激光束；掃描裝置，用于接收來自所述光纖的所述激光束，并使所述激光束在所述膠片上掃描；和聚光裝置，用于響應所述激光束在所述膠片上的所述掃描，檢測透過所述膠片的光。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述光纖是單模光纖。
3.如權利要求2所述的設備，其特征在于，所述單模光纖形成所述激光束的形狀，以便產生基本上圓形的光束剖面分布。
4.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述光纖從所述激光二極管以尾纖形成引出。
5.如權利要求1所述的設備，其特征在于，還至少包括一個位于所述光纖之所述輸出端與所述掃描裝置之間的光學聚焦元件。
6.如權利要求1所述的設備，其特征在于，還包括一射頻振蕩器，用于射頻調制所述激光二極管，以便增大所述激光二極管發(fā)射的所述激光束的光譜寬度，從而減弱所述激光束在所述膠片內多次反射所產生的干涉。
7.如權利要求6所述的設備，其特征在于，所述射頻包括大約在300-1000兆赫茲范圍內的頻率。
8.如權利要求1所述的設備，其特征在于，所述掃描裝置包括一多邊形反射鏡。
9.一種用于掃描膠片并將所述膠片上形成的圖像數字化的設備，其特征在于，包括激光二極管，用于發(fā)射激光束；一根光纖，它與所述激光二極管耦合，用于傳輸所述激光束；和掃描裝置，用于接收來自所述光纖的所述激光束，并使所述激光束在所述膠片上掃描。
10.如權利要求9所述的設備，其特征在于，所述光纖是單模光纖。
11.如權利要求10所述的設備，其特征在于，所述單模光纖形成所述激光束的形狀，以便產生基本上圓形的光束剖面分布。
12.如權利要求9所述的設備，其特征在于，所述光纖從所述激光二極管以尾纖形式引出。
13.如權利要求9所述的設備，其特征在于，還至少包括一個位于所述光纖之所述輸出端與所述掃描裝置之間的光學聚焦元件。
14.如權利要求9所述的設備，其特征在于，還包括一射頻振蕩器，用于射頻調制所述激光二極管，以便增大所述激光二極管發(fā)射的所述激光束的光譜寬度，從而減弱所述激光束在所述膠片內多次反射所產生的干涉。
15.如權利要求14所述的設備，其特征在于，所述射頻包括大約在300-1000兆赫茲范圍內的頻率。
16.如權利要求9所述的設備，其特征在于，所述掃描裝置包括一多邊形反射鏡。
17.一種用于將膠片上形成的圖像數字化的方法，其特征在于，包括以下步驟從激光二極管發(fā)射一束激光；通過一根光纖傳輸所述激光束；使所述光纖傳輸的所述激光束在膠片上掃描；并且響應所述激光束在所述膠片上的所述掃描，檢測透過所述膠片的光。
18.一種用于掃描膠片將所述膠片上形成的圖像數字化的方法，其特征在于，包括以下步驟從激光二極管發(fā)射一束激光；通過一根光纖傳輸所述激光束；并且使所述光纖傳輸的所述激光束在膠片上掃描。
19.一種用于將膠片上形成的圖像數字化的設備，其特征在于，包括激光二極管，用于發(fā)射激光束；掃描裝置，用于使所述激光束在所述膠片上掃描；聚光裝置，用于響應所述激光束在所述膠片上的所述掃描，檢測透過所述膠片的光；和射頻振蕩器，用于射頻調制所述激光二極管，以便增大所述激光二極管發(fā)射的所述激光束的光譜寬度，從而減弱因所述激光束在所述膠片內多次反射所產生的干涉。
20.一種用于將膠片上形成的圖像數字化的方法，其特征在于，包括以下步驟從激光二極管發(fā)射一束激光；使所述激光束在所述膠片上掃描；響應所述激光束在所述膠片上的所述掃描，檢測透過所述膠片的光；射頻調制所述激光二極管，以便增大所述激光二極管發(fā)射的所述激光束的光譜寬度，從而減弱因所述激光束在所述膠片內多次反射所產生的干涉。
全文摘要
一種膠片圖像數字化裝置包括用于發(fā)射激光束(15)的激光二極管(14);與激光二極管耦合的用于傳輸激光束的光纖(20);用于接收來自光纖的激光束并使激光束在膠片(12)上掃描的掃描裝置;以及用于響應激光束在膠片上的掃描檢測透過膠片的光的聚光裝置(30)。射頻振蕩器用來射頻調制激光二極管,以便增大所述激光二極管發(fā)射的激光束的光譜寬度。增大的光譜寬度減弱因激光束在膠片內多次反射所產生的干涉。
文檔編號H04N1/028GK1185882SQ9619424
公開日1998年6月24日 申請日期1996年4月17日 優(yōu)先權日1995年6月2日
發(fā)明者玻爾·C·舒伯特, 李云仲, 理查德·R·倫伯格 申請人:美國3M公司