(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学経路に沿って光ビームを生成する光源と、前記光学経路上に位置し前記光源から光ビームを受光してフィルムの画像フレームを均一な拡散照明で照射するフィルム照射手段と、このフィルム照射手段に送られる光の強度を測定し、測定光強度信号を発生する光強度測定手段と、照明制御装置とを備え、フィルムの画像フレームを照射して、照射された画像フレームから所定のフレーム走査時間内でビデオ画像フレームに関するデータを引き出すテレシネフィルムスキャナの照明システムであって、前記照明制御装置は、
前記光学経路上で位置調整可能に配置され、第１の光量を有する第１の位置と、第２の光量を有する第２の位置との間の位置調整により、前記光源から前記フィルム照射手段に導かれる光の量を調整する光制御手段と、
フィルムの種類およびそのフィルムの画像フレームに捕らえられた場面の照度に関連するコマンド光強度信号を生成するコマンド光強度生成手段と、
前記コマンド光強度信号と測定光強度信号とに応じて前記フレーム走査時間内に前記光制御手段の位置を選択的に調整する第１の状態と、前記光制御手段の位置を前記第１の状態で決められた位置に待機させる第２の状態とで作動するレギュレータ手段と、
前記光制御手段の位置調整が完了したならば前記レギュレータ手段を第１の状態から第２の状態へ切り替え、コマンド光強度信号の新しい供給に応じて前記レギュレータ手段を第２の状態から第１の状態へ切り替えるスイッチ手段と、
を備えることを特徴とする、テレシネフィルムスキャナの照明システム。
【請求項２】
前記光制御手段は、
駆動信号に応じて作動し、前記光学経路上で複数のアパーチャ開閉位置のいずれかに選択的に位置して、前記光ビームの直径を減少または増加させることによって光ビームの遮断量を増加もしくは減少させ、これによって前記フレーム照射手段に入射する光量を調整するアパーチャ設定手段と、
前記アパーチャ設定手段のその時点での位置を表わす位置信号を生成する位置検出手段と、
を備えることを特徴とする、請求項１に記載のテレシネフィルムスキャナの照明システム。
【請求項３】
前記レギュレータ手段は、
前記第１の状態で、コマンド光強度信号と測定光強度信号とに応じ、前記アパーチャ設定手段を作動させる駆動信号を生成し、アパーチャ位置によって調整される測定光強度をコマンド光強度に一致させる光強度レギュレータ手段と、
前記第２の状態で、前記第１状態で設定されたアパーチャ位置と、その時点でのアパーチャ位置信号に応じ、前記アパーチャ設定手段を作動させる駆動信号を生成して第１の状態で設定されたアパーチャ位置を維持する位置レギュレータ手段と、
を備えることを特徴とする、請求項２に記載のテレシネフィルムスキャナの照明システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、フィルムスキャナの照明システムに関し、特に、フレームをリアルタイムで走査するための時間内に特定の照度レベルに到達させるよう作動する、ダイナミックレンジの広いテレシネフィルムスキャナのアパーチャ制御システムに関する。
【０００２】
なお、本発明は、本出願人が１９９３年６月８日に出願した米国特許出願第０７３，８２０号（「照度レベルを制御するアパーチャ機構」）と関連するものである。
【０００３】
【従来の技術】
テレシネフィルムスキャナの照明システムは一般に、テレビラスタの１本のラインを表わす直列出力を生成する感光性の電荷結合素子（ＣＣＤ）リニアアレイと、１本の光ビームで走査するか直線状の拡散光線を用いるかして、走査するフィルムを直線状に照射する光源とを備える。カラーテレビ用のある種のフィルムスキャナでは、光源からの光は二色性フィルタリングが施され、走査するフィルムに応じてその分光成分が調節されて光集積器に導かれる。光集積器は、光源からの光ビームを１本の直線状拡散光線に変調して細長い開口部から放射し、フィルムフレームを照射する。この直線状拡散光線は、その長手方向に強度および拡散が十分に均一でなければならず、走査するフィルムに対して赤、緑、青の分光放射を有しなければならない。フィルムは円筒形に保持され、拡散光線を横切るように動かされる。照射によって直線域を通過する光は、その領域内の画像によって色調整および強度調整され、３色フィルタＣＣＤアレイ上に投影される。これは例えば、本件出願人所有の米国特許第５，０１２，３４６号（ＤｅＪａｇｅｒ  ｅｔ  ａｌ．）および第５，００３，３７９号（Ｍｏｏｒｅ  Ｊｒ．  ｅｔ  ａｌ．）に開示されている。
【０００４】
垂直方向走査（すなわちフレーム走査）はフィルムの移動により行われ、クロミナンス成分と輝度成分の双方を有するテレビラスタ信号に沿った水平走査（すなわちライン走査）は、直線的なＣＣＤアレイがなす等速度での電子的な周期運動により行われる。このようなテレシネフィルムスキャナを用いて、カラーポジフィルムかプリントフィルム、およびカラーネガフィルムを走査する際には、論文、「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ａ  ＣＣＤ  ｔｅｌｅｃｉｎｅ  ｆｏｒ  ＨＤＴＶ  」（Ｋｕｒｔｓ  ｅｔ  ａｔ．  ｉｎ    ＳＰＩＥ，  ｖｏｌ．  １４４８  Ｃａｍｅｒａ  ａｎｄ  Ｉｎｐｕｔ  Ｓｃａｎｎｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  １９９１，  ｐｐ１９１−２０５）に述べられたいくつかの事項が考慮される。
【０００５】
上記ＳＰＩＥ論文や、本件出願人所有の米国特許第４，８６８，３８３号および第５，１５５，５９６号（ともにｋｕｒｔｚ  ｅｔ  ａｌ．）、第５，０１２，３４６号（Ｄｅｊａｇｅｒ  ｅｔ  ａｌ．）にも述べられているように、このようなフィルムスキャナの直線光源では、光源灯から放射される光から変換した１本の拡散光線の強度および明度を、光源灯の寿命と要求される強度の作動域全域にわたって十分かつ均一にし、しかも光源灯の「ノイズ」を原因として時の経過に伴って変化させないようにするのは困難である。そこで上記米国特許第４，８６８，３８３号および第５，０１２，３４６号では、直線光集積器に、強度センサとフィードバック回路とを設け、ランプ電力を調整してキセノンアーク灯の出力光強度の揺らぎを抑えている。ランプ球内のアークの長さと位置は常時変化し、それによって生じる影も時間により変化するので、目標ランプ強度からの揺らぎは時間および空間の双方に関連するといえる。ランプ電流が減少すると揺らぎも激しくなるので、比較的高い電流および強度によりキセノンアーク灯を駆動している。
【０００６】
ランプからの光ビームを集積して、光ビームの強度が空間的に揺らぐにも拘らず、任意の瞬間瞬間に放射口の長手方向に強度が均一な線形の光を放射するのが、集積シリンダである。結果として、均一な線形の光では強度は時間に対してだけ変化する。集積された光の強度が目標強度または基準強度に対して時間的に揺らぐこの変化を照射「ノイズ」といい、照明システムの信号対雑音比すなわちＳ／Ｎ比特性を測定するときに考慮される。米国特許第５，１５５，５９６号においては、集積シリンダ内の光の瞬間強度を強度センサとフィードバック回路とを用いて監視し、ランプ駆動電流を増加または減少させる補正係数を求めてシステム全体の照明Ｓ／Ｎ比特性を高めている。
【０００７】
米国特許第５，１５５，５９６号に述べられるように、さらに必要となることは、光学経路、フィルム走査速度、フィルムの種類、アーク灯の使用経年などの可変要因に応じて光集積シリンダに入射する光の強度を調整することである。しかし、ランプ電流を上げるとランプの寿命が短くなり、ランプ電流を下げると照明Ｓ／Ｎ比特性が落ちるので、キセノン短アーク灯への電流を制御するだけでは光強度を狭い範囲でしか調整できない。しかもＣＣＤアレイを用いた場合は、光強度を左右するＣＣＤ素子の電気的信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比特性によって照明の変動範囲が制限される。
【０００８】
ＣＣＤ素子は、光を電気的出力信号に変換する時に、ある程度決まったレベルの電気的な作動ノイズを生じる。このノイズは、画像ピクセルから送られる光の強度を表わす出力信号に含まれてしまう。ＣＣＤ素子に対するピクセルからの照明強度が足りず、通常の作動強度変動範囲の任意のレベルにまで達しない場合、例えば、暗い場面で低強度の光が遮断された場合には、出力信号でのノイズの比率が高まり、Ｓ／Ｎ比が減少して、結果的に詳細な画像が失われる。したがって、ランプ出力の強度範囲を拡張しようとすれば、低出力領域でのシステムのＳ／Ｎ特性が低下してしまう。このようにランプ電流の制御では、アーク灯の照度のＳ／Ｎ変化に応じた狭い範囲でしか電流を調整できない。
【０００９】
異なる種類のフィルム走査に必要とされる広いダイナミックレンジでの調整は、米国特許第５，１５５，５９６号および前述のＳＰＩＥ論文に開示されるモータ駆動のアパーチャホイールによって実現される。アパーチャホイールは、アーク灯からの光ビームを集積シリンダに入射する前に遮断し、フィルムの走査中、フィルムの種類やランプの作動条件に応じた任意のアパーチャを用いて、光強度全体の調整を行う。
【００１０】
フィルム種類の相違やランプ出力の時間的揺らぎを補償する以外にも、光ビームの強度調節を行う理由がある。通常、映画にはさまざまな場面が含まれ、夜の暗い場面や日中の明るい場面といった場面場面で平均フィルム濃度が異なる。暗い劇場でプリント映画フィルムから場面が投影される場合は、暗すぎるような場面でも見えるし、その場面での最暗部と最明部とのコントラストも大きい。しかし、同じ場面をテレビで見る場合はこのようにはいかない。テレビを見る環境は通常適度な明るさに照明され、周囲の明るさによって画像の暗い部分と明るい部分とのコントラストが低下する。また、テレビの画面の画像コントラストと解像度は、蛍光体のフレア（にじみ）やラグ（遅れ）によってさらに制限され、結果的に、テレビ画像の解像度やコントラストのダイナミックレンジは、劇場で投影されるプリント映画フィルムに比べて低くなる。周囲が明るく、加えて画面のダイナミックレンジが低くなると、テレビでの映画放映は、投影に使用されるオリジナルプリントと比較して視覚的なコントラストがかなり低くなる。
【００１１】
これを補正するために、熟練のテレシネオペレータまたはカラリストが、場面ごとに色バランスと信号レベルの設定を予めプログラムする。カラリストは、テレビ画像の欠陥を補償し、さらにオリジナルの投影場面に近い美的な画質を生成しようとする。
【００１２】
最も明るい部分でさえ暗く見える場面では、カラリストは最も明るい部分のビデオ信号レベルを１００％まで高めることもある。こうすると、場面全体の平均信号レベルも上昇してしまう。このような信号レベルの上昇は電子的に調節することができるが、そうすることによってノイズレベルも増加する。ビデオ信号を上昇させるには、集積シリンダから放射されてフィルム画像フレーム上に向けられる光の量を増加させて、照度レベルを高めるのが好ましい。しかしながら、現状のテレシネシステムでは、フィルムフレーム速度でリアルタイムに光強度を変化させることは不可能である。
【００１３】
このように、映画のテレビ放映や、ビデオテープあるいはビデオディスクをテレビ（特に高品位テレビＨＤＴＶ）で再生する際に行う、ネガ、マスター、ポジのプリント映画フィルムのテレシネへの変換は、上記文献にも詳細に説明されているように、考慮すべき点が多い。アーク灯の出力光強度の時間的な揺らぎは、ビデオの再生画像にフリッカ（ちらつき）を生じさせる重大な原因の１つであるし、鑑賞条件の相違や、テレビ画面によって明度ダイナミックレンジが限定される（あるいは異なる）ことと関連して、美的観点から、場面の変換に応じて走査照明を基準コマンド光強度の値から変化させることが望まれる。基準コマンド光強度の値はフィルムの種類に応じて決定され、米国特許第５，１５５，５９６号に開示されるシステムでは、テレシネ変換中にアパーチャホイールの位置によって設定される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
テレシネ照明制御システムの性能をいま以上に高めることが望ましく、特に、広いダイナミックレンジを持つと同時に、通常のフィルムフレーム走査速度もしくはビデオフレーム速度（フレームごとに３３ミリ秒）でリアルタイムで行える照明調節を可能にすることが望まれる。アーク灯システムの作動範囲では、カラリストが特定した新たなコマンド光強度値に呼応して、低ノイズを維持しながら光ビーム出力や明度を変化させることがない。また、照度レベルが低いことに対応して電子的にＣＣＤアレイのゲインを変えると、出力信号のノイズ成分が拡大されるので好ましくない。さらに、米国特許第５，１５５，５９６号に開示されるモータ駆動のアパーチャホイールでは、これを回転させて１フィルムフレーム走査時間内で線形の走査強度を調整してほぼリアルタイムで輝度制御を行うことは不可能である。照射ビームの直径に必要なホイールサイズとその慣性質量を考慮すると、コンパクトでありながらフィルムフレームの走査速度で割出し可能な駆動装置の開発は非常に困難である。通常の円形光ビームでは、位置の関数としてのビーム強度分布がガウス分布をとり、制御システムのゲインが非線形になって、高周波帯域幅での操作に不利益となり、アパーチャホイールによるレベル変更の際の性能に一貫性が失われる。したがってこれらの方法に頼らずに、線形の拡散光線の照度レベルを迅速かつ正確に変更できる照明制御システムが望まれる。
【００１５】
本発明は、上記の要望に応じ、走査するフィルムの場面の変化に応じて走査ビームの光強度を調整する光強度制御システムを改善することを目的とする。
【００１６】
また、本発明は、照明を均一に保つとともに、外周部分に比べてノイズレベルの低い光ビームの中心部分を利用するために、一般に光源から直径の大きな円形で放射される光ビームを、光ビームの経路の外側から左右対称に狭めることにより、光強度を調整可能な走査光ビームを提供することを目的とする。
【００１７】
さらに、本発明は、アパーチャ制御システムを用い、ランプから生じるノイズ調整のためのランプ電流制御システムとは無関係に、かつアパーチャ位置に応じた照度レベルの較正を必要とせずに、正確な照度レベルを達成することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る装置は、光学経路に沿って光ビームを生成する光源と、前記光学経路上に位置し前記光源から光ビームを受光してフィルムの画像フレームを均一な拡散照明で照射するフィルム照射手段と、このフィルム照射手段に送られる光の強度を測定し、測定光強度信号を発生する光強度測定手段と、照明制御装置とを備え、フィルムの画像フレームを照射して、照射された画像フレームから所定のフレーム走査時間内でビデオ画像フレームに関するデータを引き出すテレシネフィルムスキャナの照明システムであって、前記照明制御装置は、前記光学経路上で位置調整可能に配置され、第１の光量を有する第１の位置と、第２の光量を有する第２の位置との間の位置調整により、前記光源から前記フィルム照射手段に導かれる光の量を調整する光制御手段と、フィルムの種類およびそのフィルムの画像フレームに捕らえられた場面の照度に関連するコマンド光強度信号を生成するコマンド光強度生成手段と、前記コマンド光強度信号と測定光強度信号とに応じて前記フレーム走査時間内に前記光制御手段の位置を選択的に調整する第１の状態と、前記光制御手段の位置を前記第１の状態で決められた位置に待機させる第２の状態とで作動するレギュレータ手段と、前記光制御手段の位置調整が完了したならば前記レギュレータ手段を第１の状態から第２の状態へ切り替え、コマンド光強度信号の新しい供給に応じて前記レギュレータ手段を第２の状態から第１の状態へ切り替えるスイッチ手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明によれば、前記フィルム照射手段は、スキャナのフィルムゲートを通過する映画フィルムの画像フレーム上に線形の拡散散乱照射光線を照射するテレシネフィルムスキャナの照明システムであって、前記照明制御装置はさらに、光源から放射される光ビームの光強度を調整する強度調整手段と、光集積手段へ送られた光の強度を測定して測定光強度信号を生成する光強度測定手段と、前記第２状態で、測定光強度信号に応じて光源の光出力を調整する光強度調整手段とを備えることが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明によれば、前記光制御手段は、レギュレータ手段で生成された駆動信号に応じ、光学経路上の複数のアパーチャ開閉位置のいずれかに選択的に位置し、光ビームの直径を減少または増加させることによって光ビームの遮断量を増加または減少させ、これによってフレーム照射手段に入射する光量を調整するアパーチャ設定手段と、前記アパーチャ設定手段のその時点での位置を表す位置信号を生成する位置検出手段とを備えることが好ましい。
【００２１】
さらにまた、本発明によれば、前記レギュレータ手段は、前記第１の状態では、コマンド光強度信号と測定光強度信号との差異を表わす強度誤差信号に応じて駆動信号を発生する手段と、駆動信号をアパーチャ設定手段に適用し、設定されたアパーチャ位置により測定光強度を調整して誤差信号の値をゼロまでもたらす手段とを備える。この第１の状態での駆動信号の生成において、強度誤差信号のゲインをその時点での位置信号の関数として形作る手段がさらに設けられる。また、形作られた強度誤差信号をアパーチャ速度信号に加算する手段も設けられる。アパーチャ調整位置信号を記憶するための手段も設けられる。
【００２２】
さらにまた、本発明によれば、アパーチャ速度は、負荷モデルの推定速度の高周波部分と、位置信号の導関数の低周波部分とを組み合わせて、合成アパーチャ推定速度信号を生成する手段を用いて求めることが好ましい。
【００２３】
さらにまた、本発明によれば、第１の状態で照度レベルを変更する間、制御システムはサーボレギュレータとして構成されることが好ましく、駆動信号に応じてアパーチャ設定手段のアパーチャブレードは、コマンド光強度レベルと検出光強度レベルの誤差をゼロにする方向に移動する。アパーチャブレードのための駆動信号は、アパーチャのその時点での位置で関連付けられる強度ゲインで修正された強度誤差信号と、アパーチャ速度信号との積で求められる。
【００２４】
さらにまた、本発明によれば、第１状態では、アパーチャ位置を変更する間、照明源ランプへの作動電流を一定に保ち、誤差信号がゼロになったならば、最終アパーチャ位置信号をアパーチャ位置の変更の合間の第２状態で使用するために記憶して、強度誤差信号およびアパーチャ速度の双方がゼロになった時点で第２状態に移行させる手段を設ける。
【００２５】
さらにまた、本発明によれば、第２状態では、ランプの光強度の揺らぎを補正するためにランプ電流を強度誤差信号の関数として調整し、その時点でのアパーチャ位置信号を、記憶されたアパーチャ位置信号およびアパーチャ速度と比較してそれらの差異を表わす位置誤差信号を生成し、アパーチャ設定手段を作動する駆動信号を求めて位置誤差信号の値を最小限にする手段が用いられる。
【００２６】
さらにまた、本発明によれば、この第２の状態では、制御システムが位置サーボレギュレータとして構成され、強度誤差信号がゼロになった時に記憶された位置と、外部条件に左右される実際のアパーチャ位置との誤差がゼロになるような位置にアパーチャ設定手段のアパーチャブレードを維持する。
【００２７】
さらにまた、本発明によれば、第２の状態で外部からの位置障害がない場合は、アパーチャ設定手段が電力を消費せずに、モータによる強度レベル調整に最大可能出力が用いられることが好ましい。第１および第２の状態の双方で、アパーチャ速度が求められ、ブレード駆動電流信号の算出に用いられる。
【００２８】
【実施例】
図１は、本発明の照明制御システムの構成要素をテレシネスキャナの構成要素と組み合わせた簡略斜視図である。この図は、前述の米国特許第５，１５５，５９６の図１および本件出願人が１９９２年６月１日に出願した米国特許出願第８９１，１４３号（Ｋａｐｌａｎ  ｅｔ  ａｌ）の図１１と同様の図である。
【００２９】
この照明システムは、可変駆動源によってエネルギ供給されるハウス１４内の３００ＷのＣｅｒｍａｘキセノン短アーク灯と、常開のシャッター２２から光学経路２０へ光ビームを発射する線形電源１６と、集光レンズ２４とを備える。光学経路２０内では、ポジあるいはネガフィルムを走査するために、一連の集光レンズ２４、２６、２８によって光ビームが円形断面に成形され、ゲート前分光フィルタ３０、３２（もしくは米国特許第５，１５５，５９６号に開示される別のフィルタ）でフィルタリングされる。光学経路２０にはフィルタホイール４０が介在され、ホイール上には、フィルムに合わせて誂えられた干渉フィルタが３セット設けられる。この３セットの中から１つの干渉フィルタが較正のために選択されたり、Ｅａｓｔｍａｎ  Ｃｏｌｏｒネガおよびポジフィルムの走査のために選択され、走査されるフィルムのタイプに合った色のバランスを作り出したりする。かかる走査の様子は、前述のＳＰＩＥ論文や米国特許第５，００３，３７９号に詳述される。較正の後、必要であれば、照明制御システムコンソール７０からの信号に応じて、テレシネ走査中、選択された干渉フィルタが光学経路に位置される。
【００３０】
本発明によれば、アパーチャ設定機構３３は、光学経路２０上で、好ましくは集光レンズ２４と２６とにそれぞれ関連するアパーチャ絞りと視野絞りとの中間に設けられる。アパーチャ設定機構３３の制御により、様々なアパーチャ設定位置で多様なアパーチャ開口を迅速かつ正確に形成する。本発明の実施例によるアパーチャ設定機構３３は、光学経路２０の中心に位置するアパーチャ３９を設定する一対の可動ブレード３５、３７を備える。アパーチャ３９の作用により光ビームが成形され、ビームの電力レベルを調整する。このビーム成形および調整方法については後述する。位置センサ（図示せず）が照明制御システムコンソール７０に位置信号を供給し、コンソール７０は駆動電流信号をブレード３５、３７の駆動モータに供給する。
【００３１】
光ビーム２１は、光学経路２０上のアパーチャ３９を通過し、フィルタホイール４０の干渉フィルタの中から選択されたフィルタでフィルタリングされ、集光レンズ２６、２８で成形されて集積シリンダ８０の入光ポートに導かれる。集積シリンダ８０は前述の係属中の米国特許出願第８９１，１４３号に開示されるものが好ましいが、米国特許第５，０１２，３４６号、４，８６８，３８３号、５，１５５，５９６号、ＳＰＩＥ論文などに開示されるタイプのものでもよい。光集積シリンダ８０のフィードバックポートには、フォトセンサ８３に接続される光伝導ロッド（または光ファイバ）８１が接続される。このフォトセンサ８３は、コンソール７０内の電流／電圧変換回路に接続され、集積シリンダ８０内の空間に光の測定光強度信号を展開する。測定された照度レベルはフォトセンサ８３によって電流値に変換され、次いで測定された光強度信号に対応した電圧値に変換される。
【００３２】
図１に示すように、集積シリンダ８０を光学経路２０に対して傾け、光ビーム２１を導入するためのエンド入光ポート（図に明示されず）を集積シリンダ８０に設けることが好ましい。光ビーム２１の拡散角度や、集積シリンダ８０の光学軸および物理的特徴に対するその向きは、直線状の出光ポート８５から均一な光が出力されるように入念に調整される。入射した光ビーム２１は、集積シリンダ８０内を反射し、細い１本の強度、拡散光線として出光ポート８５から出て、出光ポート８５の前を図１のＡ方向に搬送される映画フィルム４４の画像フレームを照射する。
【００３３】
光線は、画像の色素の色や濃度によって色と輝度が変調され、変調された光線はピックアップステージ４５に導かれる。ピックアップステージ４５の投影レンズ４６は光線を２色性フィルタを備えるビームスプリッタ４８に導き、スプリッタ４８はそのように変調された線画像をクロミナンスや輝度あるいは細かい線画像に分割して、各ピックアップ装置５０、５２に送る。ピックアップ装置５０、５２は、米国特許第５，０１２，３４６号および第５，００３，３７９号、ＳＰＩＥ論文に詳述されるように、３色のビデオ線クロミナンス信号を生成する複数の３色フィルタＣＣＤリニアアレイと、ビデオラスタ線輝度信号を生成する１つのＣＣＤリニアアレイとのセットであるのが好ましいが、その他のＣＣＤアレイシステムが用いられてもよい。
【００３４】
図１の照明制御システムは、米国特許第５，１５５，５９６号の表Ｉにリストされるような広範囲の映画フィルムに適応するよう設計された高品位テレビ（ＨＤＴＶ）テレシネ変換システムに使用してもよい。フィルムにおけるフォーマット、パーフォレーション、速度が違えば、リニアアレイのＣＣＤ素子の集積時間が相違し、要求される照度（パワー）レベルも相違する。キセノン短アーク灯ハウス１４のパワーレベルを調整することは可能であるが、ランプパワーが通常の作動レベルより下がった場合、平均光出力が減少するにつれてノイズ（フリッカ）が増加する。米国特許第５，１５５，５９６号に述べられているように、出力源（光集積シリンダ８０のアパーチャ８５における照射線）のＳ／Ｎ比は、ビデオ画像の人為的なフリッカを防止するために５０ｄｂ以上で分離される必要がある。また、通常の作動範囲より高いランプパワーでは、Ｓ／Ｎ比を強化できても、ランプの寿命は縮まる。
【００３５】
このようにランプ電流の変調は、主としてランプ灯フリッカによって引き起こされる低周波、低レベル障害に対して用いられることがある狭い作動範囲でパワーレベルを調整することに制限される。この調整は、集積シリンダ内で測定された照度レベルを所望のレベルと比較し、その誤差を用いて一般的なサーボレギュレータ構成で可変電源を誤差ゼロへと導くことによって達成される。
【００３６】
図２に詳細に示されるように、米国特許第５，１５５，５９６号のアパーチャホイールに代えて、光ビームを遮蔽するブレード３５、３７を光学経路２０に挿入したのは、照度のダイナミックレンジを広くするためである。この薄いブレード３５、３７の細部は図２に示される。２枚の薄いブレード３５、３７は、ほぼ同一平面内で支持され、光学経路２０に沿って集積シリンダ８０の手前で、アパーチャ絞りと視野絞りとの中間、即ち集光レンズ２４、２６の間に念入りに位置決めされる。これによって、米国特許出願第８９１，１４３号に開示されるタイプの集積シリンダ８０内でビームの反射角度に及ぶ影響が最小限に押さえられる。実施例として米国特許第５，１５５，５９６号やＳＰＩＥ論文で開示される集積シリンダを用いた場合、ブレードの設置はそれ程影響しない。
【００３７】
光学経路２０のブレードに達する地点では、光ビーム２１の断面はほぼ円形であり、レンズ群によって決まる名目上の直径を有する。ブレード３５、３７を操作するメカニズムに関しては図７〜９を参照して後述するが、これらのブレード３５、３７は矢印Ｂで示される水平方向に沿って、内、外方向に動かされ、アパーチャ３９を通過する光ビームの直径を縮小したり拡大したりする。アパーチャ３９を形成するＶ字切り込み入りの楕円型ブレード開口部３５´、３７´は、実像と鏡像との関係のように互いに左右対称に移動し、光ビーム２１を両側から均等に遮断する。これによって低ノイズの光ビーム中心特性が維持され、アパーチャの位置がどこであれ、集積シリンダのスリットからは長さ方向に均一となった光線を出力する助けとなる。しかも、アパーチャ３９が閉鎖されると、水平方向よりも垂直方向への閉鎖速度が遅く、猫の瞳孔の形に似た縦方向の光を維持する。これは集積シリンダ８０の細長い出光ポート８５で出力される光の均一性にはほとんど影響を及ぼさない。
【００３８】
ブレード３５、３７の質量は十分に小さく、高性能モータ（図示せず）で矢印Ｂの方向に駆動されるので、フィルムフレームの走査速度に比較して極めて迅速にその位置を変化できる。このテレシネシステムを用いてほぼリアルタイムで照明制御を行いながら、１フィルムフレームを走査する度に照度レベルを調整することによって、ビデオシステムは、そのフレームに代えてその前後のフレームの走査画像データを置き換えることが可能になる。また、フィルム搬送システムを停止させることなく照度レベルを変更することができ、ビデオ画像に目に見える遷移光が生じることを防ぐ。リアルタイムでブレードを制御するのは駆動モータであり、ブレードを制御するために用いられる絶対位置情報が位置センサ６０から供給される。モータ駆動されるビーム遮断機構３３の実施例は後述されると同時に米国特許出願第０７３，８２０号にも開示されている。
【００３９】
ブレード３５、３７の位置を制御するには、サーボレギュレータとして構成される連続制御構造を用いる。この構造では、制御されるパラメータは正しい極性が付されたままフィードバックされ、パラメータごとの基準レベルと比較される。基準値とフィードバック値との誤差は、常に誤差をゼロに向ける力を加えるような極性を付加された駆動信号となってブレードパワーステージに送られる。誤差をゼロにするための駆動力の強さと安定性は誤差信号ゲインで決定され、「比例誤差」と称される。誤差信号にさらに微分、積分演算を行うことによって、バラエティに富んだダイナミック応答が達成される。このように、一貫したダイナミック応答は、誤差信号ゲインを導くためにシステムが有するシステムゲイン要素の非変動性と直線性に依存する。
【００４０】
本発明では、「強度レベル」と「ブレード位置」といった制御指数を表す２つのフィードバック信号を用いて、これらの信号に対する照度レベル基準値とブレード位置基準値に対するサーボ調整を行う。照度強度誤差信号と位置誤差信号は、それぞれ強度ゲイン信号と位置ゲイン信号から形作られるゲインとして作り出される。強度ゲイン信号は非線形であり、アパーチャ位置の関数として変化する（これに関しては図７を参照して後述する）。一方、位置ゲイン信号は、所望のダイナミック応答を得るために位置誤差信号に適用される、一定値に固定された線形増幅ファクタである。
【００４１】
これら２つの制御パラメータを個別に制御することはできず、これらのサーボレギュレータ制御が同時に行われた場合は衝突してしまう。この衝突を避けるために、作動状態に応じてうまくサーボレギュレータの作動を停止し、常に強度ゲインか位置ゲインのいずれかをゼロに設定する。
【００４２】
ビームのパワーレベルがビームの中心Ｃから半径Ｒに沿って外側へ向かう近似ガウス特性を有する場合、図３の曲線に見られるように、アパーチャ位置の変化に対して、これを通過するビームが有するパワーレベルの伝達率の変化はまさしく非線形な関係を示す。図３は、キセノン灯のビームパワーがガウス分布を示す場合の結果であり、伝達率はブレード位置の関数として示され、ブレード位置の数値は、両ブレードがビームの外側から中心Ｃに向かって均等に移動するにつれて増加する。
【００４３】
真っ直ぐなビーム遮蔽エッジを有するブレード対、即ち、湾曲開口部３５´、３７´や、類似のコンセプトに基づく米国特許第５，１５５，５９６号のアパーチャホイールの螺旋型開口部を有しないブレード対の伝達特性は図３の実線で示される。この伝達曲線から、ブレード位置の変化につれて強度ゲインも大きく変わることがわかる。このような強度ゲインは、ブレード位置変化当たりの強度レベルの変化増加分として定義される。また、真っ直ぐなエッジでは、特にＦ絞りや対数領域で測定される場合、低伝達作動領域（すなわちアパーチャがほとんど閉じた状態）で、ブレード位置の変化に対するビームの強度変化が急激（敏感）である。
【００４４】
本発明の実施例によるブレード３５、３７間のアパーチャ３９は、最小強度ゲインに対する最大強度ゲインの比を改善、即ち低減する形状に形作られる。また、かかる形状は解像度を高めるが、これは、ブレードをほとんど閉じた低い伝達領域でのアパーチャ位置誤差に対する感度を低減できるためである。図３の破線は、中央にＶ字切り込みを入れた一対の楕円形ブレード開口部３５´、３７´の伝達特性を示している。この伝達曲線はいくぶん線形に近く、低い伝達領域でもその強度ゲインは小さい。しかし、ブレード開口部３５´、３７´をこのような形状にするだけでは、アパーチャ位置に対する強度ゲインの非線形性を完全に解消するには至らない。
【００４５】
アパーチャブレード機構を用いた照明制御システムに話を戻すと、アパーチャ位置を設定／変更するためのサーボ制御システムでは、ロジックが図４の状態図に示される３つの状態のいずれかをとる。制御状態「３」は、「アイドル」状態もしくはゼロエネルギ状態であり、サービスやメンテナンスのための状態である。アパーチャ制御は完全に停止しており、この状態からリセットされると状態「２」に入って、この状態にあるブレード機構のモータは、照明制御システムが制御状態「２」に入ると、一貫して予測できるようにエネルギ供給される。制御状態「２」は「待機」状態もしくは維持状態であり、照度レベルの変更の合間におけるアパーチャ位置の制御を司る。制御状態「３」がリセットされると制御状態「２」に進入する。制御状態「１」は、移行状態あるいは「作動」状態であり、新たな強度レベルへのブレードの移動を制御する。照明制御システムから個別ロジック信号が入力されると制御状態「１」に入る。
【００４６】
各状態における作動条件は図４のブロックに示される。制御状態間の移行は、各制御状態での作動の変化を制御する種々のコマンドで示され、図７、８を参照して説明される図５、６のシステムの作動を制御する。制御状態「２」および「１」での作動と、これら制御状態間の移行は、特に図５、６に示される制御システムの作動と特に関連する。
【００４７】
図５は、照明制御システムにおけるアパーチャ制御システムの高レベル時の概略構成図である。図１を参照して前述したように、キセノンアーク灯を収容したハウス１４は光ビーム２１を放射し、光ビーム２１はブレード３５、３７の前縁部が形成するアパーチャ３９を通ってフィルムを照射するために集積シリンダ８０に導かれる。集積シリンダ８０内の光は、その一部が光ファイバ８１によってフォトセンサ８３に送られ、そこで電流信号が生成される。電流信号は電流／電圧変換回路８２で「測定光強度」に比例した電圧に変換される。この強度電圧レベルは加算／比較回路８４で「コマンド光強度」と比例した規準電圧と比較され、これら２つの信号の差異を示す強度誤差信号を生成する。制御状態「１」では、測定光強度がコマンド光強度と一致するまで「駆動電流」に応じてアパーチャブレード位置を調整し、強度誤差信号を例えばゼロといった一定の値に収束させる。
【００４８】
照明強度制御ロジック１００は、フィルムの種類と場面変更コマンドに応じてコマンド光強度信号を生成する。ここで、場面変更コマンドは、それまでに行われたフィルムチェックでフィルムの画像フレームと関連付けて記憶されたものである。現在走査している画像フレームの順番が突き止められ、記憶された場面変更画像フレームの番号と比較され、制御システムが制御状態「２」にある間に新たなコマンド光強度信号が生成される。同時に、強度制御ライン１１０にはランプ個別制御信号が設定され、アパーチャ制御ライン１２０にはアパーチャ個別制御信号が設定され、これら２つの信号は図４に示されるように制御状態「１」に変わると変化する。１フィルムフレームが走査される時間（通常３３ミリ秒）内に、新たなアパーチャ開口位置が確立され、そのブレード絶対位置がアパーチャブレード駆動制御回路９２に記憶される。ビデオフレーム用に設定され、走査されたＨＤＴＶ画像フレームに関するデータは個別に記憶または放棄され、その前後のいずれかの画像フレームに関するデータが用いられ、一時的な光の変化がフリッカとして現れないようにする。
【００４９】
強度誤差信号は、ライン８６を経て強度誤差積分／アーク灯制御回路９０に供給され、ライン８８を経てアパーチャブレード駆動制御回路９２に供給されるが、図４に示されるどの制御状態にあろうとも、上記制御回路９０、９２のいずれか一方だけが強度誤差信号に呼応した制御を行う。
【００５０】
待機状態「２」では、ランプ制御が行われる間、アーク灯１４への電源１６が強度誤差積分／アーク灯制御回路９０によって駆動され、電源１６で出力されたアーク灯電流を、基準電圧回路９４で設定された公称作動値（例えば１８ａｍｐｓ）に調整して、強度誤差信号の積分値をゼロにする。個別ではあるがこれと同時に、アパーチャブレード駆動制御回路９２がライン６２から得られる「位置信号」といった位置センサのブレード情報を用いて、ショック、振動、滑り（ドリフト）などによってブレード位置に生じた外乱に対抗し、詳述されるように制御状態「１」で予め設定されたアパーチャ位置に留まる。
【００５１】
作動状態「１」では、新たなコマンド光強度信号に応じて、アパーチャ位置の変更とそれによる照度レベルを統制し、その一方で、光強度を維持しつつランプノイズを抑制するためのアーク灯電流の調整は一旦停止される。アーク灯電流を基準電圧回路９４で設定しているのは、アーク灯電流制御およびアパーチャ制御の双方が集積シリンダ８０へ進入する光ビームの強度を制御する際に衝突するのを回避するためである。強度誤差信号とアパーチャブレード駆動制御回路９２とがサーボレギュレータを構成し、強度誤差信号の値をゼロにする方向にブレード３５、３７を駆動する。制御状態「１」では位置誤差ゲインがゼロに設定され、制御動作を行わないようになっている。
【００５２】
後述するが、アパーチャ設定機構３３は、待機状態「２」でアパーチャ位置を維持するのに「維持」駆動電流を消費しない（必要としない）ことが好ましい。これによって、適用された駆動電流に応じて広いダイナミックレンジの動作が達成され、特に制御状態「１」で役立つ。しかも、アパーチャ設定機構３３の駆動モータが、状態変更のデューティサイクル即ち頻度を低下させるような熱負荷を被らずに済むからである。
【００５３】
アパーチャ設定機構３３、その中でもブレード３５、３７は駆動電流に応じた「ブレード速度」即ち「アパーチャ速度」を示す。この速度は、制御状態「１」で新たなアパーチャ位置設定を行い、制御状態「２」でその位置を維持するために用いられる。アパーチャ速度はアパーチャブレード駆動制御回路９２で求められる。
【００５４】
図６は、アパーチャブレード駆動制御回路９２の構成を示す概略図である。アパーチャブレード駆動制御回路９２は、図７の補正強度ゲインと図８のアパーチャ速度フィルタアルゴリズムを用いた強度誤差信号および位置信号の演算処理を通じて、ライン９６に駆動電流信号を送る。図６において、ブロック間の実線ラン上を可変アナログ信号が送られ、ブロック間および照明強度制御ロジック１００への破線ラインを個別制御信号が送られる。位置追跡／維持回路１３０と照明強度制御ロジック１００との間では、図５のアパーチャ個別制御信号１２０の一部として、「開き方向（ＧＯ  ＴＯ  ＯＰＥＮ）」、「閉じ方向（ＧＯ  ＴＯ  ＣＬＯＳＥ）」、「全閉位置（ＡＴ  ＦＵＬＬ  ＣＬＯＳＥＤ）」、「全開位置（ＡＴ  ＦＵＬＬ  ＯＰＥＮ）」といった制御信号がやりとりされる。「開き方向」および「閉じ方向」といった制御信号は、始動位置またはテスト位置として用いられ、アパーチャ３９の両端を設定する。「全閉位置」および「全開位置」といった信号は、所望のアパーチャを確立するにあたって誤差のフィードバックを行う。
【００５５】
同様に、強度誤差ゼロ個別／組合せ制御ロジック１３２と照明強度制御ロジック１００との間では、図５のアパーチャ個別制御信号１２０の一部として、「アパーチャサーボから強度サーボへ（ＳＥＲＶＯ  ＡＰＥＲＴＵＲＥ  ＴＯ  ＩＮＴＥＮＳＩＴＹ）」、「待機アパーチャ（ＰＡＲＫ  ＡＰＥＲＴＵＲＥ）」、「強度誤差および速度ゼロ（ＡＴ  ＺＥＲＯ  ＯＭＴＥＭＳＯＴＵ  ＥＲＲＯＲ  ＡＮＤ  ＳＰＥＥＤ）」といった制御信号がやりとりされる。「待機アパーチャ」信号は、制御ロジック１３２から位置追跡／維持回路１３０に送られる「待機位置保持」信号と組み合わされて制御状態「２」で使用される。「アパーチャサーボから強度サーボへ」信号は、特に強度ゲインをＯＮに設定することによって制御状態「１」を作動させる。「強度誤差および速度ゼロ」信号は、照明強度制御ロジック１００へのフィードバックを行い、照明強度制御ロジック１００で、制御状態「１」における新たなアパーチャ位置への変更が完了し、「待機アパーチャ」信号を強度誤差ゼロ個別／組合せ制御ロジック１３２に送ることによって制御状態「２」を確立する。システムが図４の制御状態「３」にある場合は、「閉鎖」信号が、「アパーチャ個別制御」信号の一部としてブレードパワーアンプ／モータ回路１４０に送られる。
【００５６】
このように、強度誤差ゼロ個別／組合せ制御ロジック１３２は制御信号と強度誤差信号やアパーチャ速度信号とに応じ、制御状態「１」および「３」のときは、位置ゲイン制御／フィルタ１４２に「位置誤差ゲイン縮小」信号を供給し、制御状態「２」および「３」のときは、強度誤差ゲイン制御／フィルタ１３６に「強度誤差ゲイン縮小」信号を供給し、これらの状態でのフィードバックループを効果的に抑止する。制御ロジック１３２に送られるアパーチャ速度信号の値は、アパーチャブレード機構が新たなアパーチャ位置に到達し、制御状態「２」への移行が可能になったことを確認するために使用される。制御状態「２」に移行するには、強度誤差信号とアパーチャ速度信号の双方がある一定の値（例えばゼロ）に低減されねばならない。
【００５７】
強度誤差信号は、強度誤差ゼロ個別／組合せ制御ロジック１３２とゲイン形成器１３４とに接続されるライン８８に供給される。ゲイン形成器１３４は強度誤差信号を変形する。この変形は、アナログ乗算集積回路を用いた乗算、即ち強度誤差信号を図７に示されるアパーチャ位置に依存のアパーチャゲイン逆関数を表わす信号で乗算し、その乗算結果を強度誤差ゲイン制御／フィルタ１３６に送ることによってなされる。制御状態「２」において強度誤差ゲイン制御／フィルタ１３６の作動が制御ロジック１３２からの「強度誤差ゲイン縮小」制御信号によって停止されない場合は、フィルタリングされ変形された強度誤差信号は加算器１３８に送られる。
【００５８】
前述したように、光ビーム２１断面半径方向の照明がガウス分布特性を示すことによって、アパーチャ位置変化に対するビームパワーや光強度の変化の関係は著しく非線形なものとなる。この非線形性が、サーボレギュレータもしくは制御システム構成に影響する要素として非線形なゲインを作り出し、ブレード３５、３７の移動域全体や、これによって決定されるアパーチャ開閉位置の全範囲にわたって一貫したサーボ性能を達成することができなくなる。実際、いかなる補償をも行わないことを条件に位置ゲインが２０：１の比で変化した場合に見られることは、ライン８８の強度誤差信号とライン６２の位置信号のみに基づいたブレード位置制御は、最悪のアパーチャ位置では、１フィルムフレーム走査時間内で適正な照射レベルを得られなくなることである。このように、未処理の信号値を用いたサーボレギュレータ制御は受け入れられない。
【００５９】
上記のような非線形要素を含んだレギュレータ問題に対する我々の回答は、図７に示すように、ビームとブレードとで決定される非線形な測定システム強度ゲインを、ゲイン形成器１３４で適正な逆関数として設定し、強度誤差比例サーボゲインを形成することである。実際には、サーボゲインの形状は、図７に示されるように、測定されたシステムゲインがほぼ線形になるように３片近似法（ｔｈｒｅｅ  ｐｉｅｃｅ  ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ  ）を行って得られる。このゲイン成形は、図６のブロック１３４で表わされる単一のアナログ回路で実行される。強度誤差信号は、ブレード位置に対するビーム強度の非線形性を含むが、ゲイン形成器１３４で反対形状の強度誤差比例サーボゲインで乗算されるので、この乗算値はほぼ一定の値をとる。この打消しによって、システムの制御は線形のレギュレータ制御といえる程にまで戻り、１フレーム走査時間内でどんなアパーチャ位置からも新たな照射レベルのための位置へと移行することが可能になる。このような強度ゲインの成形は作動状態「１」で行われ、強度の非線形性は、即ち測定ゲインおよびサーボゲインの関数は、どちらも位置の関数であるので、位置センサ６０から出力されたブレード位置信号がまず最初に用いられる。
【００６０】
制御状態「１」において、ブレード位置信号は、ブレードが新たなアパーチャ位置へ移動する際にアパーチャ速度と関連して、モータによるアパーチャブレード３５、３７の移動調整にも使用される。速度算出／フィルタ１４４は、駆動電流信号と位置信号とを受信し、アパーチャ速度信号を出力する。この出力信号はブレードアパーチャ位置の変化に応じてその値も変化する。加算／比較器１３８は、強度誤差ゲイン制御／フィルタ１３６から強度誤差信号を、速度算出／フィルタ１４４からアパーチャ速度信号をそれぞれ受信し、これらを減算した値を表わす出力信号をブレードパワーアンプ／モータ回路１４０に送る。これらの回路１４４、１３８、１４０は、作動状態「１」（および後述の待機状態「２」）の間、速度制御ループとして作動する。
【００６１】
１フィルムフレームの走査時間内で迅速かつ正確に照明変更を行うには、外乱を効果的に跳ね除け、システムパラメータの許容値や要素の変動に影響されないことが必要とされる。これらの特質は、速度制御ループを適用することで実現される。アパーチャブレードの移動速度は、速度センサの加算からも、ブレード位置情報における変化（導関数）からも求められ、また、負荷力学のモデルを用いて速度を推定すればモータ電流からも求められる。制御状態「１」の強度制御および制御状態「２」の位置制御の双方に同一の速度制御ループを使用すれば、アパーチャ速度を求めるのにどのような手段を用いても、スイッチングの過渡電流を有効に低減できる。速度制御ループは制御状態が変化すると作動して正確に初期化されるからである。
【００６２】
速度を算出して速度信号を創出する方法としては、負荷モデル推定速度の高周波部分と、位置信号の導関数の低周波部分とを組み合わせて、アパーチャ速度の合成推定信号「Ｖｗ（ｓ）推定」を生成するものが好ましい。この方法は図８の周波数領域演算回路ブロック１５０〜１６２に実線で示され、図６の速度算出／フィルタ１４４のアナログ回路で実行されている。図８のブロック１６４〜１６６の破線は、周波数領域での仮想モデルを示しており、アパーチャ設定機構３３、特に図９〜１１の機構がどのように駆動電流ｉ（ｓ）を位置ｐ（ｓ）に変換し、速度センサを用いた場合にどのように実際の速度Ｖｗ（ｓ）を引き出すかを数学記号で表わしたものである。
【００６３】
上述のように、実際の速度信号Ｖｗ（ｓ）は、図８の回路ブロック１６４〜１６８の仮想経路で示されるように、移動するブレード駆動機構に搭載される速度センサで求めることもできる。この場合、回路ブロック１６４は実際のシステム応答を表わしており、速度推定フィルタ回路ブロック１５２のフィルタは回路ブロック１６４にエミュレートしたものである。回路ブロック１６６は、係数Ｋｖに対応する応答関数を有する実際の速度センサを示し、実際の速度信号Ｖｗ（ｓ）を出力する。回路ブロック１６８は、速度をその時点の位置ｐ（ｓ）へ変換する。
【００６４】
しかしながら、上述した理由により、モータ駆動電流ｉ（ｓ）（ａｍｐｓ）と位置信号ｐ（ｓ）（ラジアンで表わされる回転角）から合成推定速度信号「Ｖｗ（ｓ）推定」を導き出すことが好ましい。モータ駆動電流ｉ（ｓ）は回路ブロック１５０の電流センサｋＩ  （抵抗）で電圧Ｖｉ（ｓ）に変換され、位置信号ｐ（ｓ）は回路ブロック１５８で電圧Ｖｐ（ｓ）に変換される（回路ブロック１５８は位置センサ６０であってもよい）。モータ駆動信号Ｖｉ（ｓ）は速度推定フィルタ回路ブロック１５２に送られ、モータトルク定数ＫＴ  （ｉｎ−ｏｚ／ａｍｐ）、負荷慣性Ｊ（ｏｚ−ｉｎ−ｓｅｃ２  ）、ウィンデイジＢ（ｏｚ−ｉｎ／ｒａｄ／ｓｅｃ）から成る簡単な負荷モデル公式で処理される。ここで求められた値は慣性、ウィンデイジ、速度センサの所望の目標係数Ｋｖ  （ｖｏｌｔｓ／ｒａｄ／ｓｅｃ）、高域および低域通過フィルタカットオフ値Ａ（１／ｒａｄ／ｓｅｃ）、電流センサ係数ｋＴ  で決定されるフィルタ成分とともに、高域通過フィルタ回路ブロック１５４に送られる。
【００６５】
位置信号Ｖｐ（ｓ）のラプラス変換ｓで表わされる導関数は回路ブロック１６０で求められ、低域通過フィルタ回路ブロック１６２に送られる。低域通過フィルタ回路ブロック１６２は図８の数式に従って演算する。そこでは、位置センサ係数ｋＰ  （ｖｏｌｔｓ／ｒａｄ）が前述の係数や値と結合され、加算回路ブロック１５６に出力される位置関連信号を生成する。こうして求められた速度信号「Ｖｗ（ｓ）推定」は、図６の加算器１３８と制御ロジック１３２に付与される。
【００６６】
モータ電流ｉ（ｓ）から速度を推定する場合の問題は、低周波や安定状態レベルでシステムの摩擦や一定負荷力による妨害によって推定が不正確になりがちな点である。ホールド電流を必要とするものはいかなるものでも、速度として不正確に現れる。このような不具合を避けるためには、回路ブロック１５６で加算される信号のゲインが正しく適合している限り、上述のように合成速度信号「Ｖｗ（ｓ）推定」導関数が使用される。
【００６７】
以上のように、作動状態「１」で作動している間、強度ゲイン関数が適用され、ブレード位置は強度誤差信号と位置信号の双方に応じて変化する。作動状態「１」では、位置信号は位置追跡／維持回路１３０にも送られ、ここで最終位置信号ｐ（ｓ）をディジタル化してメモリに記憶する。制御ロジック１３２からの待機位置保持信号に応じて待機状態「２」へ移行する際には、記憶された絶対位置信号が検索されて「位置コマンド」としてアナログ変換され、加算器１４６で電流位置信号と比較され、位置ゲイン制御／フィルタ１４２に送られる位置誤差信号が生成される。しかし、全開または全閉の初期（テスト）位置を確立するために、実際に検出されたアパーチャ位置は、位置追跡／維持回路１３０に記憶された「開き方向」信号の値または「閉じ方向」信号の値と比較される。
【００６８】
制御状態「１」からのレベル変更が終り、待機状態「２」でアーク灯電流調整を再開する前に、ブレード制御を制御状態「２」にする必要がある。この制御状態「２」では、もはや強度誤差を調整せず、強度誤差ゼロ位置を公称位置として維持し、外乱に抵抗してその位置を保つ。これは制御ロジック１３２によって達成される。制御ロジック１３２は、「待機位置保持」信号を位置追跡／維持回路１３０に送り、その絶対位置（強度誤差およびアパーチャ速度をゼロにして）を記憶し、位置ゲイン制御／フィルタ１４２を作動させて位置サーボレギュレータループに切り替わる。強度誤差ゲイン制御／フィルタ１３６の強度誤差ゲインはこの段階でゼロにされ、このフィルタ１３６の作動は事実上停止する。
【００６９】
制御状態「２」で作動している間、駆動電流はゼロか、アパーチャ画成機構３３でブレードが抵抗に打ち勝って移動することのないほど低いレベルにある。しかし、アパーチャ位置に対してなんらかの外乱が作用している場合、位置コマンド信号は継続的に位置センサから出力されるその時点での絶対位置と比較され、位置誤差信号を生成する。この位置誤差信号は位置ゲイン制御／フィルタ１４２に送られ、ここで所望のダイナミックレスポンスを達成するレベルに増幅されてブレード移動を開始する。このように位置誤差は位置レギュレータではゼロにされる。換言すれば、フィルタリングされた位置誤差信号は加算／比較器１３８で速度算出／フィルタ１４４からのアパーチャ速度信号と比較され、比較結果を表わす差異信号はブレードパワーアンプ／モータ１４０に送られて駆動電流信号を出力し、適正なブレード位置を記憶する。こうして制御状態「２」では位置に対する外乱はリアルタイムで継続的に補正される。
【００７０】
図５に戻って、制御状態「２」では、測定された光強度信号がコマンド光強度信号と比較され、ランプ出力の揺らぎによる強度誤差信号を生成する。この強度誤差信号はアーク灯電流の制御に使用される。
【００７１】
以上、作用を要約すると、上述のサーボ制御システムは、（１）フィルムスキャナの照度レベルを走査速度で変更し、（２）照度レベル変更の合間にアパーチャ位置をその照度レベル位置に制御し、（３）制御ゲインを成形して非線形ビーム特性を相殺し、（４）適正な照度レベルに達したならばアパーチャ位置を検索し、（５）位置変更の合間に、アパーチャを検索されたアパーチャ位置に制御し、（６）アーク灯電流調整制御とともに作動し、（７）フィルム走査中は、アーク灯とアーク灯電流の制御によって生じる光強度の揺らぎに全く影響されることなく安定したアパーチャ位置を維持し、（８）サーボ制御の静止時には最小の電力だけを使用して、アパーチャ位置に対する外乱に抵抗し、これによって温度蓄積を最小としてレベル変更のための継続的な電力配給力を維持し、（９）システムが最大トルク力までの所望の照度レベルにある場合は、アパーチャ位置に強く影響を及ぼす不規則な外乱に抵抗し、（１０）システムの安定性のためにサーボ速度フィードバックを用いて、光強度の変更および位置の保持の双方に同一の速度信号を用い、（１１）低域通過フィルタを通過した位置信号の導関数と高域通過フィルタを通過したモータ電流から推定される負荷モデルとを加算して速度情報を導き出す。
【００７２】
１フィルムフレーム走査時間内にあるアパーチャ位置から別のアパーチャ位置に変更するのに必要とされる速度、正確さ、信頼性を備えて機械的に作動するアパーチャ設定装置は、前述の関連発明である１９９３年６月８日付米国特許出願第０７３，８２０号に開示されており、図９〜１１はこの特許出願の図を引用したものである。
【００７３】
本実施例では、ブレード３５、３７は、図１１に別個示される、薄い（０．００２インチ）連続したスチールバンド２３３の参照符号が付された部分で理解される。このスチールバンド２３３は、固い平坦な中央部と、切り抜かれたループ状の端部とを備える。スチールバンド２３３の固い平坦部２３５、２３７は、楕円側縁２３５´、２３７´によって区切られる。楕円側縁２３５´、２３７´の形状は、前述の開口部３５´、３７´と同じ形状であり、両平坦部２３５、２３７が互いに平行に接近して、側縁２３５´、２３７´が図のように適切な位置に配置されると、アパーチャ３９を形成して光ビームを通過させる。平坦部２３５、２３７は、ループ状の端部との境界で平坦な側縁２３５’’、２３７’’によって区切られる。バンドの両側から細長い切込み開口２３９、２４１が長さ方向にバンドを切り裂いて、細いループ部２３９１  、２３９２  、２４１１  、２４１２  が互いに平行して設けられる。これらのループ部２３９１  、２３９２  、２４１１  、２４１２  は、図９および図１０に示されるように、ベアリングおよびモータ駆動のスプールに巻き付く。
【００７４】
図２に示されるように、切込み開口２３９、２４１の楕円側縁２３５´、２３７´は、照明ビームを通過させるためのアパーチャ３９を形成する。照明ビームの近似ガウス特性分布により、ビームパワーの変化とアパーチャ位置の変化の間に非線形な関係が生じる。前述のように、アパーチャ３９は最小ゲインに対する最大ゲインの比を改善すなわち低減するように形作られている。ここで、ゲインとはアパーチャ位置に対する強度誤差の変化である。また、このアパーチャ形状は、アパーチャの全閉位置や全閉に近い位置、いわゆる低伝達領域においてアパーチャ位置誤差に対する感度を低下させることにより、解像度を向上させる。
【００７５】
図９および図１０に戻って、アパーチャ設定機構３３は、ダイカストで箱型に成形されたハウジング２４０と金属製の前面カバー２７０とを備える。ハウジング２４０および前面カバー２７０は、それぞれ位置合せされたアパーチャ開口２４２、２７２を有し、その内部には、スチールバンド２３３が内蔵された駆動モータおよびアイドラ機構により移動可能に搭載される。ハウジング２４０において、スチールバンド２３３の一方のループ部２４１1、２４１2は、駆動軸２４４に取り付けられた駆動スプール２４４1、２４４2に取り付けられ、他方のループ部２３９1、２３９2は、ベアリングレース２４６1、２４６2を備えたテンション／リターンアイドラ組立体２４６に巻き付けられる。平坦部２３５、２３７は、楕円側縁２３５´、２３７´が互いに向き合うように互いに平行な第１および第２の平面上に支持され、横方向に移動する。駆動モータ組立体２４８は駆動軸２４４を回転させて、スチールバンド２３３を移動させ、楕円端縁２３５´、２３７´を位置合せされたアパーチャ開口２４２、２７２の中心点から前述の移動範囲内で互いに接近あるいは離反する方向に引っ張る。ハウジング２４０に取り付けたピンストップ２４５は駆動モータ組立体２４８と干渉し、駆動軸２４４が規定の作動範囲を超えて回転するのを防ぐ。
【００７６】
スチールバンド２３３は、駆動スプール２４４１  、２４４２  から、一対の第１および第２のアイドラ２６０、２６２、さらにテンション／リターンアイドラ組立体２４６に取り付けられたベアリングレース２４６１  、２４６２  をわたって駆動スプール２４４１  、２４４２  に戻るように巻かれる。テンション／リターンアイドラ組立体２４６の各ベアリングレース２４６１  、２４６２  は、肩付ねじ２５４１  、２５４２  でハウジング２４０に取り付けられた固定軸２５２上を回転するベアリング２５０１  、２５０２  によって支持される。肩付ねじ２５４１  、２５４２  は、固定軸２５２の溝孔付端がバネ（２５５１  、２５５２  ）の作用で駆動スプール２４４１  、２４４２  から離反する方向に偏向することを可能とし、バンド高さ方向にわたって一定のバンド張力を与える。
【００７７】
第１、第２のアイドラ２６０、２６２は、ベアリング外周レース２６０１  、２６０２  、２６２１  、２６２２  を有する。これらのレース２６０１  、２６０２  、２６２１  、２６２２  はバンド２３３の一面側で平坦部２３５の両端を押し付け、前後に位置する平坦部２３５、２３７をほぼ同一平面上に案内する。各アイドラ２６０、２６２のアイドラベアリング組立体は、質量をできるだけ小さくするためにスチールバンド２３３を押し付けるレースだけが回転する構造になっている。
【００７８】
このように、スチールバンド２３３、駆動スプール２４４１  、２４４２  、テンション／リターンアイドラ組立体２４６のベアリングレース２４６１  、２４６２  の慣性質量は小さいため、駆動モータ組立体２４８の小型高性能永久磁石ＤＣモータ２４８´によって駆動されても、任意の時間内に移動が可能である。寿命を長くするために、スチールバンド２３３の厚さと、アイドラ組立体２４６や駆動スプール回りの曲率半径は念入りに特定され、このスチールバンドが特定する最小曲率半径より大きくなるような局率半径が保証される。
【００７９】
また、スチールバンド２３３の切込み開口２３９、２４１によって、スチールバンド２３３の質量は低減され、さらに加速を増すことができ、バンドのループ部２３９１  、２３９２  、２４１１  、２４１２  が駆動スプールやアイドラ回りを通過する際の時計ばね効果（ｃｌｏｃｋ  ｓｐｒｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ  ）を除去するように形作られる。この時計ばね効果は、駆動スプールが回転している際に、スチールバンド２３３が不均等な領域で駆動スプールの端部およびアイドラの端部によって湾曲される場合に発生する。このような時計ばね効果はモータおよび制御システムに絶えず負荷力を与えることになり、ダイナミックレスポンスや精度に影響を及ぼす。すなわち、駆動モータは、指定されたアパーチャ位置を維持するために時計ばね効果に抗するエネルギを費やすことになり、これによってモータ温度が上昇し、指定された光強度の変化への迅速な反応力を低めてしまい、その結果、デューティサイクルが低下する。
【００８０】
駆動モータ組立体２４８は、回動を制限された枠なし高トルク駆動モータ２４８´を備える。この駆動モータ２４８´は、駆動軸２４４に取り付けられて、回転に必要なトルクを駆動スプール２４４１  、２４４２  に供給する。駆動モータ２４８´は、環状に巻かれた単巻き（シングルワインディング）装置であって、スチールバンド２３３および楕円端縁２３５´、２３７´を全開アパーチャ位置と全閉アパーチャ位置との間で移動させるのに必要な運動角全体にわたって均一なトルクを供給できることが好ましい。駆動スプール２４４１  、２４４２  の半径は、モータの作動範囲内でスチールバンド２３３の線形な運動を達成できる大きさに定められる。駆動モータ２４８´は単一巻線のモータなので整流が不要であり、整流によるノイズやトルクの乱れを避けることができる。駆動モータ２４８´はこれに合った線形パワーアンプによって駆動され、ノイズ出力の電位をさらに小さくする。
【００８１】
制御システムにより設定されるアパーチャ開口部の変更、維持の精度や速度を確かなものにするために、スチールバンド２３３の操舵、即ち移動の正確さが維持されなければならない。駆動スプール２４４１  、２４４２  上の２本組の位置決めピン２セット（図示せず）と取付けねじ２６４１  、２６４２  、およびテンション／リターンアイドラ組立体のベアリングレース２４６１  、２４６２  上の位置決めピン２６６１  、２６６２  によって、スチールバンド２３３がスリップのない安定した位置に維持される。取付けねじ２６４１  、２６４２  と位置決めピンは、図１１のループ部２４１１  、２４１２  に設けられた直列の３個の孔２６５１  、２６５２  に嵌め込まれる。同様に、位置決めピン２６６１  、２６６２  は、図１１のスチールバンド２３３のループ部２３９１  、２３９２  の孔２６７１  、２６７２  に嵌め込まれる。これにより、スチールバンドが駆動／アイドラ機構から滑り落ちないよう取り付けられる。
【００８２】
ばね搭載テンション／リターンアイドラ組立体のベアリングレース２４６１  、２４６２  による張力と、スチールバンド２３３の弾力が低いこととにより、駆動スプール２４４１  、２４４２  からアパーチャ開口位置に安定した駆動力が供給される。この構成が、上述のサーボレギュレータを基礎とした制御システムの応答性の向上を実現している。
【００８３】
可変回転作動変圧器（ＲＶＤＴ）２５６はカプリング２５８を介して、駆動スプール２４４１  、２４４２  に取り付けられた駆動軸２４４に連結される。この変圧器２５６は、回動が制限された装置であって、システムの回動角範囲に適合する回動角域にわたって線形な出力を供給し、駆動スプール２４４１  、２４４２  に取り付けられたスチールバンド２３３の絶対位置を表わす連続フィードバック信号を供給する。変圧器２５６は、ベアリング以外に磨耗部材を含んでおらず、無限に近い解像度で連続した情報を供給する。この変圧器２５６はＬｕｃａｓ  Ｓｃｈａｅｖｉｔｚ社のモデルＲ３０Ｄでもよいし、代わりに光エンコーダを用いて、制御エレクトロニクスを適切に変化させて位置情報を供給することもできる。
【００８４】
図９に示されるその他の構成要素として、ハウジング２４０に取り付けられてモータハウジングの温度を監視するサーモスタット２８０がある。温度が高すぎた場合にこれが検出されて、システムが閉鎖（停止）されてモータへの損傷を防ぐことができる。
【００８５】
使用時には、高トルクモータ２４８´によって軽量のスチールバンド２３３は前後駆動され、ビデオやフィルムのフレーム速度に対応する迅速なアパーチャ位置の変更が可能になる。バンド２３３の実際の位置は、楕円側縁２３５´、２３７´によって形成されるアパーチャの大きさと相関し、変圧器２５６によって検出される。テレシネにおいて光ビームの照度レベルをほぼリアルタイムで１フィルムフレーム走査時間（３３ミリ秒）内に調節する照明制御を行うことにより、ビデオシステムで移行中のフレームの代わりにその前後の走査ビデオフレームを再現することができる。こうして、フィルム送りシステムを停止することなく、また、移行中の光レベルでビデオイメージを生成することもなく、照度レベルを変えることができる。
【００８６】
このように、上記制御システムで用いられるアパーチャ設定機構は、（１）外からの光ビームを遮蔽するために駆動される薄いブレードを用い、（２）遮蔽ブレードをほぼ同一平面上に位置させ、（３）光集積シリンダとともに作動して、アパーチャブレード位置域全範囲にわたってほぼ絶えず均一に集積シリンダから出力される光を提供し、（４）光ビームに沿った光学経路において、集積シリンダの手前でアパーチャ絞りと視野絞りとの間にアパーチャブレードを配置し、（５）光ビームの中心部のノイズを低く維持し、（６）独自のアパーチャ形状（Ｖ字切り込み入りの楕円形状）により、非線形なシステムゲインの最小値対最大値の比を低くして、低光伝達領域でのアパーチャ位置誤差に対する感度を低下させ、これによって位置識別度を高める。
【００８７】
本発明の照明制御システムは図９〜１１のアパーチャ設定機構内で操作されるように設計されるが、その他のアパーチャ設定装置が用いられてもよい。また、楕円の側縁３５´、３７´で形成されるアパーチャの形状を用途に応じて変えることも可能である。
【００８８】
照明制御システムと共に用いられるアパーチャ設定機構の変形例として考えられるものに、それぞれ単一のピボットに搭載され、ロータリボイスコイルモータで駆動されるブレードを用いるものがある。この場合、ベアリングは旋回ピボットにだけ必要とされる。ブレードの縁形状は、上述のスチールバンドの平坦部の楕円側縁と同様のものであり、同じ特質、効果を有する。ピボットに接続された位置センサはブレード位置のフィードバック情報を供給する。この方法では２つのモータと２つの位置センサを必要とする上に、光ビームの中心部分にブレードビームを維持する制御が複雑になる。しかし、このデュアルブレード方法の効果として、機械的な構造がより単純かつ軽量になり、連続スチールバンドを案内するよりもベアリングが少なくてすみ、質量が小さいので高性能、迅速な応答が得られる。
【００８９】
また別の実施例として、ブレード駆動の代わりに米国特許第５，１５５，５９６号のアパーチャホイールを用いるものがある。ホイール外周に永久磁石を設けることによって、最近確立されたブラッシュレスディスクのリニアモータとなり得る。整流エレクトロニクスが複数の巻線に電流を交互に送って、ホイール外周にトルクを発生させ、アパーチャホイールに必要な加速を生み出す。こうして生成されたモータは、単純な構造のベアリングシステムで安定した駆動を生み出す。この方法は細いビームを遮断する場合に有効である。直径の大きなビームの場合はホイール直径も大きくして慣性質量が急速に拡大するからである。
【００９０】
本発明の照射制御システムとともに用いられるその他の装置を変形させても、細長い拡散照射光線を生成することができる。例えば、光集積シリンダ８０は光ビームを導入する入光ポートがあれば、球形でもその他の形でもよい。
【００９１】
本発明は上記実施例に限られるものではなく、本発明の原理および範囲内で多様な変形改良が可能である。
【００９２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、照明制御装置が提供される。光制御システムは、フィルムの種類に応じて必要とされる光強度を調整できるだけでなく、ダイナミックレンジの広い強度調整を行って場面ごとの照明の変化に適用することができる。その際、照明の均一性が維持され、ノイズが低減され、１回のレベル調整が１フィルムフレームの走査に割れ当てられた時間内に終えられる。照射フレームの走査中、照度レベルが変わることによって悪影響を受けるが、本発明ではビデオシステムロジックが照射フレームの代わりにその前後のフレームを繰り返すことによって、目に見えるフリッカの発生を防ぐ。
【００９３】
著しい効果として、光源からテレシネスキャナの光集積シリンダに進入する光ビームを調整するためのアパーチャの変更が迅速かつ正確に行われることが挙げられる。１／１５Ｆ絞りアパーチャ解像度で、１フィルムフレーム走査時間内に任意のアパーチャ位置から新たなアパーチャ位置へ移動させるブレード機構の調整が達成される。この移動は、強度信号ゲインの形成とアパーチャ形状とに助けられて、アーク灯の照度レベルのダイナミックレンジ全域にわたって一貫して達成される。本発明の照明システムの作動は、場面変更に伴う照度レベルの変更の合間にアークを原因とするフリッカを調整するランプ電流制御とともに使用されると、制御相互間で衝突も発生せず、有益である。照度レベル変更の合間には、アパーチャ位置調整は高精度で行われるが、妨害がない限りその電力消費は低く、レベル変更のデューティサイクルを高くできる。
【００９４】
また、本発明に従って光集積シリンダに進入する光ビームの光強度レベルを変更することにより、ビデオ信号ゲインの変更やセンサに電子シャッターを用いて場面ごとの光変更を補正する現行の方法に比べ、著しくＳ／Ｎ比を改善し、広範囲のダイナミックレンジにわたる均一な線形照明が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】テレシネスキャナの構成要素に組み合わせられた本発明の実施例に係る照明制御システムの構成を示す簡略斜視図である。
【図２】図１で使用される光ビームのためのアパーチャ設定機構の簡略図である。
【図３】ブレード開度に対する伝達率特性のデータであって、直線エッジを有するブレードと、図２のＶ字切り込み付き楕円形エッジを有するブレードとを比較したものである。
【図４】図１のアパーチャ／ランプ強度照明制御システムの最高レベル制御状態におけるロジックの態様を示す図である。
【図５】照明システムにおけるアパーチャ／ランプ制御システムの構成を概略したブロック図である。
【図６】図５のアパーチャ／ブレード駆動制御回路の構成を示す概略ブロック図である。
【図７】測定されたシステムゲインとブレード位置との関係、および付加された補正ゲインとブレード位置との関係を表わすグラフである。
【図８】ブレード位置とブレード駆動電流信号とに基づいて求められるブレード速度信号を算出するための構成を示す図である。
【図９】本発明の実施例に係るアパーチャ設定装置の構成を示す分解図である。
【図１０】図９のアパーチャ設定装置であってフロントカバーを取り外した状態の正面図である。
【図１１】図９および１０のアパーチャ設定装置で使用される鉄バンドの斜視図である。
【符号の説明】
１４  光源としてのアーク灯
２０  光学経路
２１  光ビーム
２４、２６、２８  集光レンズ
３３  光制御手段としてのアパーチャ設定機構
３５、３７  ブレード
３９  アパーチャ
６０  位置検出手段としての位置センサ
７０  照明制御装置としての照明制御システムコンソール
８０  フィルム照射手段としての集積シリンダ
８３  光強度測定手段としてのフォトセンサ
９０  強度誤差積分およびアーク灯制御回路
９２  レギュレータ手段としてのアパーチャブレード駆動制御回路
１００  コマンド光強度生成手段としての照明強度制御ロジック
１３２  スイッチ手段としての強度誤差ゼロ個別／組合せ制御ロジック
１３６  光強度レギュレータ手段としての強度誤差ゲイン制御／フィルタ
１４２  位置レギュレータ手段としての位置ゲイン制御／フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003545805.tif 000009
【図９】
0003545805.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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