专利名称：使用光纤耦合激光二极管的胶片图像数字化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及胶片图像数字化装置，尤其涉及在这类数字化装置中使用的激光束镜片。
背景技术：
胶片图像数字化装置将一张胶片上的图像转换成一组数字值。每个数字值表示胶片在图像某特定像素上的透光度。透光度表示与图像像素相关的光不透明度。胶片数字化装置可以把从胶片获得的数字值存储起来，形成像素矩阵图像文件。可以对图像文件进行访问，以便将其显示在监视器上，或者将文件存档。
一种类型的胶片图像数字化装置把激光器用作光源。激光器发射聚焦激光束，在胶片上扫描，以照亮各像素。聚光装置位于与激光器相对的胶片的一侧，该装置响应激光器的照射，测量透过胶片的光强。光强表示每个像素上胶片透光度的数值。数据采集系统从聚光装置接收表示所测透光度数值的模拟信号。数据采集系统将模拟信号转换成数字值，并将数字值存储在图像文件中合适的像素地址上。
许多现有胶片图像数字化装置中所用的激光器是氦-氖气体激光器。不幸的是，在胶片图像数字化装置中使用氦-氖气体激光器存在许多缺点。例如，功率和光束质量规格适于在胶片数字化装置中使用的氦-氖气体激光器成本昂贵。另外，必须用一系列光学元件对这类激光器发射的激光束的形状和大小进行细心的校正，以便精确照射在直径大小为35-300微米左右的离散像素位置上。光学元件扩大了数字化装置的体积，增加了其成本和复杂性，并且带来多个会引入光散射的表面。
氦-氖气体激光器的功率稳定性一般要求用分束器和光电探测器进行反馈。分束器将一部分激光束射向光电探测器，光电探测器测量激光束的功率，并且提供反馈信号给与激光器光源相关的控制电路，该电路用来校正激光器输出功率的变化。类似于被要求用来形成光束形状和大小的光学元件，分束器的光电探测器也占据了胶片数字化装置内的附加空间，带来附加的成本和复杂性，并且会引起附加的光散射。
氦-氖气体激光器及其相关的光源也会非常大，非常累赘。氦-氖气体激光器的大小增加了胶片数字化装置的大小，并且使激光器和光学元件在数字化装置内放置复杂化。另外，氦-氖气体激光器的耐用性和使用寿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-氖气体激光器产生波长光谱窄且相干长度长的激光束。已经发现这种激光束会在数字化图像上产生可见的干涉条纹，这是因激光束在胶片层内被多次反射引起的。干涉条纹会在数字化图像中产生可视的赝象，破坏诊断的实用。
作为氦-氖激光器替代物，一些现有的胶片图像数字化装置使用激光二极管。激光二极管克服了与使用氦-氖激光器相关的几个问题。例如，激光二极管比氦-氖激光器小，而且成本低。另外，激光二极管一般比氦氖激光器更耐用。此外，激光二极管还包括一内装的后平面监视器，该监视器使得不需要分束器便能测量激光束的功率。
但是，与氦-氖激光器相同，激光二极管需要一系列光学元件对激光束的大小的形状进行精确校正，以获得较高的空间分辨率。光学元件增加了胶片图像数字化装置的成本和复杂性，并会引起散射。另外，单纵模激光二极管产生波长光谱较窄且相干长度较长的光。因此，激光二极管能在数字化图像中产生干涉条纹。
鉴于上述与氦-氖气体激光器和激光二极管都相关的缺点，需要一种改进的在胶片图像数字化装置中使用的光源。
发明内容
在第一实施例中，本发明旨在提供一种用于将胶片上形成的图像数字化的设备。依照本发明的第一实施例，该设备包括激光二极管，用于发射激光束；一根光纤，它与激光二极管耦合，用于传输激光束；扫描装置，用于接收来自光纤的激光束，并使激光束在胶片上扫描；和聚光装置，用于响应激光束在胶片上的扫描，检测透过胶片的光。
在第二实施例中，本发明提供了一种用于扫描胶片并将胶片上形成的图像数字化的设备。依照本发明的第二实施例，该设备包括激光二极管，用于发射激光束；一根光纤，它与激光二极管耦合，用于传输激光束；和扫描装置，用于接收来自光纤的激光束，并使激光束在胶片上扫描。
在第三实施例中，本发明提供了一种用于将胶片上形成的图像数字化的设备。该设备包括激光二极管，用于发射激光束；扫描装置，用于使激光束在胶片上扫描；聚光装置，用于向应激光束在胶片上的扫描，检测透过胶片的光；和射频振荡器，用于射频调制激光二极管，以便增大激光二极管发射的激光束的光谱宽度，从而减弱因激光束在胶片内多次反射所产生的干涉。
附图概述
图1是一示意图，示出了依照本发明将一胶片上形成的图像数字化的设备。较佳实施例的详细描述图1示出了用于将一胶片12上形成的图像数字化的设备10。设备10包括激光二极管14，它从前平面18发射激光束15。光纤20具有与激光二极管14的前平面18耦连的输入端22。光纤20接收来自激光二极管14之前平面18的激光束15，并沿光纤的长度方向将激光束传送至输出端24。位于光纤20之输出端24附近的光学模块26对光纤传送来的激光束进行聚焦，以产生聚焦光束16。扫描装置28接收来自光纤20并通过光学模块26的聚焦光束16，产生光束17，对胶片12进行扫描。
聚光装置30响应激光束17对胶片的扫描，检测透过胶片12的光。聚光装置30对每个像素测量透过胶片12的光强大小，并产生表示所测光强大小的模拟信号。测得的光强大小表示每个像素上胶片12的透光度。聚光装置30可以在聚光室内包括一硅的光电二极管阵列，其取向可接收透过胶片12的光。数据采集系统32接收来自聚光装置30的模拟信号，并将模拟信号转换成数字值。然后，数据采集系统32将数字值存储在图像文件中合适的像素地址上。
再参见图1，如直线36所示，射频(RF)振荡器34将功率提供给激光二极管14。如直线42所示，激光二极管控制器38接收来自激光二极管后平面监视器40的反馈。该反馈是代表激光二极管14之激光束输出功率的模拟信号，由与后平面监视器相关的内装光电二极管测得。反馈可使激光二极管控制器38稳定激光二极管14的激光束输出功率。具体地说，激光二极管控制器38产生一个作为从后平面监视器40接收到的反馈信号之函数的驱动信号，从而控制激光束的输出功率。如累加元件44所示，将激光二极管控制器38产生的驱动信号与RF振荡器34产生的功率信号相加。固定RF振荡器34产生的信号幅值，从而在所选的平均输出功率处，振荡器每周期一次使激光二极管降低至阈值以下。由后平面监视器40提供给激光二极管控制器38的反馈信号使激光束主光路不再需要分束元件，并且不需要用于测量分光束的分立的附带光电探测器。
胶片数字化装置10只用单个波长来感测胶片的透光度，因此它不同于常规的利用光盒白光照射胶片的由人进行观察的情形。当在数字化装置10中选择使用某一激光波长时，该区别是必须关心的。特别是，希望选择这样的激光波长，胶片在该波长上的透光度接近于整个可见波长谱上的平均胶片透光度。大约为780纳米的激光波长适用于常规的卤化银X-射线胶片。因此，激光二极管14可以包括能从市场上买到的以大约780纳米波长发射激光束15的激光二极管。另一种方法是，使用能以大约630-690纳米波长范围发射激光束15的激光二极管。
使用RF振荡器34是希望在数字化图像中不出现可见的干涉条纹。具体地说，RF振荡器34被用来高频(例如300-1000兆赫兹)调制激光二极管14，从而使激光束15扩频。所得到的具有较宽频谱的扫描激光束17产生较弱的因胶片层12内的多次反射所引起的激光干涉。干涉的减弱减少或消除了数字化图像中出现的可见干涉条纹和其它赝象，从而保持了图像质量。
用来传输激光束15的光纤20最好是单模光纤。另外，最好用激光二极管14引出光纤20，以便提高耦合效率和胶片平面功率(film-plane power)。换句话说，最好将激光二极管14和光纤20组装在一起，形成光纤尾纤激光二极管。带准直镜片具有单模光纤尾纤的合适的激光二极管组件可向例如加拿大，不列颠哥伦比亚州，西德尼市的Seastar Optics公司，以及科罗拉多州博尔德市的Melles Griot公司购买。目前将780纳米激光二极管与光纤尾纤的耦合效率规定在大约40％-50％的范围内。目前，具有630-690纳米波长的激光二极管的耦合效率被规定在大约25％的范围内。如果就一组给定的要求可以获得足够的耦合效率，那么可以使用不带尾纤的光纤20。
用光纤20来传输激光束15有许多好处。光纤20不仅传输激光束15，而且还形成光束的形状和大小。特别是，激光束16在光纤20之输出端22上的剖面分布由该光纤确定，并且与激光二极管14之前平面18处存在的像散无关。激光束16的剖面分布大约成圆形高斯剖面分布，而容易被聚焦在成像平面上，以便对胶片12进行数字化处理。另外，激光束16的大小由光纤20的直径确定。因此，光纤20起形成激光束16之形状和大小的作用，从而不再需要在主光路中设置一系列的光学元件。省去光学元件缩小了整个数字化设备10的体积、降低了成本和复杂性，并且减少了会引入光散射的表面数。另外，光纤20容易操作，并且可以弯曲地放在数字化设备10的外壳内。
尽管光纤20省去了原先校正光束形状和大小所必需的一系列光学元件，但仍希望用光学模块26将激光束16聚焦在胶片12上。光学模块26可包括一个消色差透镜(双合透镜，f＝25.4毫米)和一个平凸透镜(f＝250.0毫米)。消色差透镜和平凸透镜接收来自单模光纤20之输出端22的近于理想的高斯形激光束16，并使光束聚焦，以便施加到胶片12的每个部位上。然后，扫描装置28接收来自光学模块26的经聚焦的激光束，并将其作为扫描光束17射到胶片12上。例如，扫描装置28可以包括一多边形扫描器，旋转该扫描器可使激光束17在胶片12上扫描。
以下将例举一非限制性的例子，进一步说明本发明。
例 1用激光二极管形式的光源构造一胶片图像数字化装置，其中激光二极管发射波长大约为780纳米的光。激光二极管包括一单模光纤尾纤服务，并且从SeastarOptics公司购得。在光纤的输出端放置了一个消色差透镜(双合透镜，f＝25.4毫米)和一个平凸透镜(f＝250.0毫米)。标称激光束直径大约为85微米，该直径是在胶片平面上半最大值处全宽度(FWHM)的半最大光强值处测得的。测得的激光二极管的功率大约为30毫瓦，而在光纤输出端测得的激光束的功率大约为13.5毫瓦。用一多边形扫描器使激光束扫描14×17英寸(35.56厘米×43.18厘米)大小的卤化银X-射线胶片，并且测得的胶片平面的功率大约为8毫瓦。从加利福尼亚州圣克拉拉市Copal公司购买的多边形扫描器在扫描角中心的总光束行程大约为600毫米。较大的光束行程距离产生相当长的聚焦深度，不需要场平坦化透镜。
经描述本发明的实施例后，本领域的技术人员通过研究这里揭示的对本发明的说明和实施将明白其它优点和变化。因此，应仅将说明和举例视为示例性的，本发明的真正范围和精神由以下权利要求书给出。
权利要求
1.一种用于将胶片上形成的图像数字化的设备，其特征在于，包括激光二极管，用于发射激光束；一根光纤，它与所述激光二极管耦合，用于传输所述激光束；扫描装置，用于接收来自所述光纤的所述激光束，并使所述激光束在所述胶片上扫描；和聚光装置，用于响应所述激光束在所述胶片上的所述扫描，检测透过所述胶片的光。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光纤是单模光纤。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述单模光纤形成所述激光束的形状，以便产生基本上圆形的光束剖面分布。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述光纤从所述激光二极管以尾纤形成引出。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还至少包括一个位于所述光纤之所述输出端与所述扫描装置之间的光学聚焦元件。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括一射频振荡器，用于射频调制所述激光二极管，以便增大所述激光二极管发射的所述激光束的光谱宽度，从而减弱所述激光束在所述胶片内多次反射所产生的干涉。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述射频包括大约在300-1000兆赫兹范围内的频率。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述扫描装置包括一多边形反射镜。
9.一种用于扫描胶片并将所述胶片上形成的图像数字化的设备，其特征在于，包括激光二极管，用于发射激光束；一根光纤，它与所述激光二极管耦合，用于传输所述激光束；和扫描装置，用于接收来自所述光纤的所述激光束，并使所述激光束在所述胶片上扫描。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述光纤是单模光纤。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述单模光纤形成所述激光束的形状，以便产生基本上圆形的光束剖面分布。
12.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述光纤从所述激光二极管以尾纤形式引出。
13.如权利要求9所述的设备，其特征在于，还至少包括一个位于所述光纤之所述输出端与所述扫描装置之间的光学聚焦元件。
14.如权利要求9所述的设备，其特征在于，还包括一射频振荡器，用于射频调制所述激光二极管，以便增大所述激光二极管发射的所述激光束的光谱宽度，从而减弱所述激光束在所述胶片内多次反射所产生的干涉。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述射频包括大约在300-1000兆赫兹范围内的频率。
16.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述扫描装置包括一多边形反射镜。
17.一种用于将胶片上形成的图像数字化的方法，其特征在于，包括以下步骤从激光二极管发射一束激光；通过一根光纤传输所述激光束；使所述光纤传输的所述激光束在胶片上扫描；并且响应所述激光束在所述胶片上的所述扫描，检测透过所述胶片的光。
18.一种用于扫描胶片将所述胶片上形成的图像数字化的方法，其特征在于，包括以下步骤从激光二极管发射一束激光；通过一根光纤传输所述激光束；并且使所述光纤传输的所述激光束在胶片上扫描。
19.一种用于将胶片上形成的图像数字化的设备，其特征在于，包括激光二极管，用于发射激光束；扫描装置，用于使所述激光束在所述胶片上扫描；聚光装置，用于响应所述激光束在所述胶片上的所述扫描，检测透过所述胶片的光；和射频振荡器，用于射频调制所述激光二极管，以便增大所述激光二极管发射的所述激光束的光谱宽度，从而减弱因所述激光束在所述胶片内多次反射所产生的干涉。
20.一种用于将胶片上形成的图像数字化的方法，其特征在于，包括以下步骤从激光二极管发射一束激光；使所述激光束在所述胶片上扫描；响应所述激光束在所述胶片上的所述扫描，检测透过所述胶片的光；射频调制所述激光二极管，以便增大所述激光二极管发射的所述激光束的光谱宽度，从而减弱因所述激光束在所述胶片内多次反射所产生的干涉。
全文摘要
一种胶片图像数字化装置包括用于发射激光束(15)的激光二极管(14);与激光二极管耦合的用于传输激光束的光纤(20);用于接收来自光纤的激光束并使激光束在胶片(12)上扫描的扫描装置;以及用于响应激光束在胶片上的扫描检测透过胶片的光的聚光装置(30)。射频振荡器用来射频调制激光二极管,以便增大所述激光二极管发射的激光束的光谱宽度。增大的光谱宽度减弱因激光束在胶片内多次反射所产生的干涉。
文档编号H04N1/028GK1185882SQ9619424
公开日1998年6月24日 申请日期1996年4月17日 优先权日1995年6月2日
发明者玻尔·C·舒伯特, 李云仲, 理查德·R·伦伯格 申请人:美国3M公司