JPS6250893B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可変面積形の光学サウンドトラツク用
再生装置、特にそのような音声トラツクを走査す
る改良された装置に関する。

映画のフイルム上に設けた可変面積形の光学的
音声トラツクは発声映画の出現の当初から実質的
にそのままの形で用いられてきている。当初はそ
の白い区域の幅が録音された変調信号の振幅に比
例する単一のモノラルな光学的音声トラツクが使
用されていた。音の歪みを減少させることを意図
したその後の改正によつて互いに同じ変調情報を
有しそのパターンが同一なバイラテルトラツクや
このようなバイラテルトラツクを二重に互いに隣
接して設けることが提案された。さらに別の改正
においては、二重に設けたバイラテラルトラツク
を別個に変調してステレオ的音声再生を行なうこ
とが提案されている。

現在用いられて商業的映写機は可変面積形の光
学的音声トラツクを読取るのに一番最初に用いら
れた映写装置のものと本質的に同じ照射装置およ
び光検知装置をいまだに使用している。すなわ
ち、光源と狭い機械的スリツトとによつて線状の
照射を行ない、検出用として単一のホトセルを用
いており、ステレオ用の二重形バイラテラルトラ
ツクの場合はホトセルを二重に設けている。

光学的音声トラツクの再生においてずつと問題
になつているのは周波数範囲を広くしてしかも雑
音を抑圧することである。光学的音声トラツクは
ごみや引掻き傷による衝撃的雑音に特に弱く、こ
のごみや傷はフイルムを映写する毎に増えるもの
である。その他の雑音としてはトラツクの白い区
域内における粒子による雑音とホトセル内で発生
する雑音とがあり、何れも再生中のトラツクの幅
に本質的に比例するもので音声信号を再生する時
に雑音変調効果を生ずるものである。

光学的音声トラツクの質を改良するために種々
の技術が提案されてきており、磁気的音声トラツ
クを広く採用しようという試みがなされた1950年
および1960年代においても光学的音声トラツクは
考えられていたよりも欠陥のあるものではないこ
とが示唆されている。光学的音声トラツクの歴史
と可能性を論じた有用文献としてはエス・エム・
ピー・テイー・イー・ジヤーナル（Journal of
SMPTE）の1975年９月発行になる第84巻の720
−729頁にアイオーン・アレン（loan Allem）が
発表した「ドルビーの雑音軽減システムを利用し
た広帯域かつ低歪みの光学的音声トラツクの製作
（The Production of Wide―Range Low―
Distortion Optical Sound Tracks Utiliging the
Dolby Noise Reduction System）」なる論文が
ある。この論文には引用した文献の一覧表が附い
ている。

光学的音声トラツクの再生の別の方法を見出す
ための従来の試みとして米国特許第2347084号明
細書に開示のものがある。これによれば非常に小
さな走査スポツトでトラツクの幅を横切つてくり
返し走査を行ない単一の光応答セルによつてこれ
を検出して本質的に２レベルのパルス幅変調信号
をえている。この信号をリミタにかけて雑音を抑
圧し、積分して振幅の変る音声信号をうる。この
システムはトラツクの白い区域に存在する黒い点
によつて生ずる雑音の相当の量を除去するのに有
用である。ネガが不完全で黒い区域内に白い点が
存在しない限り黒い区域からは実質的に雑音が生
ずることはない。しかしながら、上述の走査方式
にも拘らず、白い区域にいくらかでも黒い点があ
ると雑音を生ずることになる。

改良された走査システムが本発明者の発明によ
り1974年８月27日に出願された英国特許願第
37292号明細書に記載されている。この英国特許
願は1975年８月11日に出願された米国特許願第
603671号に相当するもの、この米国特許願はその
一部継続出願として1977年３月18日に出願された
米国特許願第778870号の親出願である。そのシス
テムにおいては雑音はもともとトラツクの白い区
域に生ずるものであるという知識を利用して各走
査時にトラツクの黒い区域から白い区域への移行
部分を検出した時点での出力信号をスケルチ回路
により抑圧することによつて雑音を抑圧してい
る。各走査終了後にリセツトを行なつている。こ
の技法のより良いものとして二方向の走査を行な
つてバイラテラルトラツクにおける白い区域から
黒い区域への移行部分をも利用している。この目
的で信号遅延装置と論理回路とを使用している。

上述のこれら従来の走査装置における問題点は
光学的走査機構が複雑であつて現在使用されてい
るフイルム映写機へ適用するには広範な改変を要
することである。さらに、商業的映写装置にあつ
ては長期にわたる信頼性とたび重なる調整をそれ
程必要としないことが必須要件である。従来の走
査装置は陰極線管方式や機械式、レーザ式または
電気光学式等の走査技術を用いているため上述の
問題点が生じやすい。

本発明は改良型光学的音声トラツク（光学サウ
ンドトラツク）再生装置を提供する。本再生装置
は直線状に整列配置されたセンサからの信号を同
時に処理し且つ組合わせることを特徴としてい
る。各センサは、サウンドトラツクを有する映画
フイルムがセンサを通り過ぎて縦に移動すると
き、サウンドトラツクの微小部分を標本化する。
本発明は必要と考えられるよりも少ない数のセン
サを利用し得ることを認識することによつて、発
明の実施を一層実現可能なものとしている。本発
明では、光学サウンドトラツクの白い区域から黒
い区域へ移行する不確定部分の幅より狭いセンサ
サンプリング間隔では、それ以上の情報は得られ
ないが、このような比較的狭い間隔に対応する少
ない数のセンサを用いた場合、望ましくない量子
化雑音が生じることを認識している。もれにも拘
らず本発明においては、このような狭いセンサ間
隔、従つて少数のセンサを設定している。これを
実現するために本発明では、サウンドトラツクが
縦に移動する結果として、移行する境界部の不確
定領域が無作為に標本化されるように、センササ
ンプリング間隔を設けることによつて、移行不確
定部分を広帯域デイザ信号に変換している。即
ち、直線状に整列配置されたセンサからの信号と
少数センサに起因する量子化雑音との相関関係を
低減させたことが本発明の効果である。このよう
にデイザを用いないで行う場合に要するよりも、
遥かに少数のセンサを用いて高音質の音声信号を
量子化することを可能にした。従つて本発明によ
つて、比較的少数のセンサを用いて並行感知（セ
ンシング）と並行信号処理とが実際的に行える。

本発明に至る経緯は次の通りである。まづ一群
のホトセンサを光学的音声トラツクの変動する全
ての幅を検知するように配列することができれば
光線によるトラツクの走査の必要性はなくなるこ
とは明らかである。トラツクを光学的に拡大する
こともできるが、現在使用されている映写機用と
して実用されるためには、センサ列はフイルム平
面の直後に位置すべきである。しかしながら、こ
のようなセンサ列を使用する際の障害となるのは
量子化雑音が問題となる点である。オーデイオの
分野においては音声信号を高品質度で量子化する
ためには約10000またそれ以上の量子化段が必要
であるとされている。35ミリフイルム上の一本の
ステレオ用光学的音声トラツクの全幅は0.033イ
ンチ（約0.838ミリメートル）、すなわち、バイラ
テラルに録音した場合、それぞれ約0.016インチ
（約0.419ミリメートル）になるので、10000個の
ホトセンサ素子を1.6マイクロインチ（約0.00004
ミリメートル）の間隔で並べたホトセンサ列が必
要となる。これはマイクロエレクトロニクス技術
の現状から見て問題外である。光学的拡大装置を
用いたとしても現用の映写機への取付けが非常に
困難であるとともに、ステレオ用トラツクの全幅
に対して40000個ものホトセンサ群を設けること
はとても考えられないことである。

上述の問題をもつと研究することによつて次の
ような有望な結果がえられた。音声信号の量子化
の際に入力信号に広帯域のデイザ（dither）信号
を加えて入力信号と量子化雑音との相関関係を軽
減させることが知られている。これによつて量子
化雑音による妨害が顕著に減る。デイザ信号が十
分に大きければ量子化段は少数で足りる。可変面
積形光学的音声トラツクを顕微鏡で観察すると、
トラツクの白い区域と黒い区域との境界は急激な
ものでなく、フイルム粒子による不確定領域が存
在するためむしろでこぼこの縁部を有する。この
不確定領域は0.0001インチ（約0.0025ミリメート
ル）ないし0.0002インチ（約0.0051ミリメート
ル）の距離にわたつて延びている。可変面積形サ
ウンドトラツクで伝送する全ての情報は「白」か
ら「黒」へ移行することによつて行われるが、当
該不確定領域が存在することによつて情報の精度
即ち分解能が制限される。従つてこのような不確
定幅未満のサンプリング間隔では、不確定領域の
ためにそれ以上の情報は得られない。しかし、不
確定幅より僅かに小さい幅（不確定領域に対して
２〜３回のサンプリング）で行う標本化は極めて
有効である。何故ならばこのようなサンプリング
によつて結果的に不確定領域が無作為に標本化さ
れてデイサ信号に変換されるからである。このよ
うに本発明においては不確定領域を固有のデイサ
信号として利用し、このデイザ信号を入力信号に
加算することによつてサウンドトラツクを例えば
約0.0025ミリメートル（0.0001インチ）の量子化
段により量子化できる。それゆえ、バイラテラル
に録音したトラツクの各半部は160の量子化段だ
けで量子化できることになり、この数は従来音声
信号の量子化に必要とした10000という数に比べ
て非常に少なくなる。

ホトセンサ列内のホトセンサのピツチを0.0001
インチ（約0.0025ミリメートル）とした場合、そ
の集積密度は現在のマイクロエレクトロニクスで
行われているものの約10倍になる。新しいマスク
法やエツチング法が必要にはなるが、この集積密
度の増大は全く問題外とも思われない。何れにし
ても必要とする微小エレクトロニクスによる製法
が利用できるようになるまで光学的拡大法を用い
ることができる。それゆえ、光学的音声トラツク
には量子化再生装置の実現を可能とする内在的特
性があることの発見と認識とが本発明の重要な要
点である。

本発明のある実施例においてはクロツク回路お
よびスイツチによつてホトセンサ素子を順次高速
で走査する。パルス幅変調された出力信号はつい
で従来の走査装置同様にリミタにかけられるか別
の方法で処理される。上述の実施例は実現可能で
はあるができるだけ装置を簡単化することが望ま
しい。それゆえ、本発明の別の要点はデイジタル
的読出し装置を設ければ音声トラツクの横方向走
査は不要となり構造がかなり複雑なクロツク回路
スイツチング回路がパルス幅変調信号復調回路が
不要となるという認識に基づくものである。この
認識に基づく本発明によれば、各ホトセンサの出
力は並行して処理される。各センサ出力はそれ自
体用の増幅およびリミタ回路に直接導かれる。ご
みや引掻き傷によるスプリアスな出力はほとんど
リミタの作用によつて取除かれる。リミタ回路の
出力を論理回路に加えることによつてさらに雑音
を軽減することができる。ついで全回路の出力を
合成し平滑化して音声出力信号をうる。これらに
必要な回路の構造はすべて非常に簡単であるの
で、ホトセンサ素子、増幅器、リミタ、雑音抑圧
用論理回路、合成回路および音声出力増幅器をす
べて単一の集積回路チツプに集積することができ
る。前述の数字によれば、640の検知および処理
チヤネルが必要となるが、商業的映写機への適用
例では集積回路の最終出力はただ２つの音声チヤ
ネルを含むだけでよい。

ホトダイオードの部分を別々の群として処理す
るように選択することによつて本発明はモノラル
用のバイラテラルトラツク、モノラル用の二重バ
イラテラルトラツクおよびステレオ用の二重バイ
ラテラルトラツクを含むすべての可変面積形光学
的音声トラツクに適用可能である。２本、３本、
４本またはそれ以上のトラツクとこれに対応する
処理系統を用いることによつて左側信号、中央信
号、右側信号、後側信号等の包囲音響効果信号を
発生させるとともに特殊目的用の制御信号等を発
生させることができる。

本発明の装置は通常の映写機の照射源を使用す
るので、映写機の機械的構造に必要な改変点とし
てはただホトセルの代りにホトダイオードと処理
用ICを使用することだけである。ホトダイオー
ドをフイルムのトラツクの像形成面に効果的に置
くために適当な光学機構を設けることが可能であ
り望ましい場合もある。

本発明の上述およびその他の目的ならびに特長
は図面を参照して以下に述べる好適な実施例の説
明から明らかとなろう。

第１図には一本の可変面積形バイラテラル音声
トラツクを横切つて走査する場合の写真密度と距
離との関係を例示してある。第１図のパルス幅Ｗ
内に波形情報が収容されている。最初の黒レベル
は本質的に一定のレベルであるので雑音は存在し
ない。しかしながら、トラツクの白い区域には通
常黒い粒子が含まれていることが多いので白レベ
ルの振幅は実質的に変動する。そのようなレベル
変動をリミタによつて取除かないと再生された音
声信号内には相当な雑音が含まれることになる。
しかしながら、この振幅制限によつてもすべての
振幅変動が除去されず、また第２図に示すような
黒レベルから白レベルの移行部分（および白レベ
ルから黒レベルへの移行部分）における不確定領
域によつて発生する雑音も除去されない。第２図
は移行部分における信号の立上りの模様を示すた
め第１図の一部を拡大したものである。点線は別
に生じうる立上りを示すものである。このため、
振幅制限レベルに左右されて黒レベルから白レベ
ルへのみかけの移行位置が変つて再生された信号
に雑音を生じさせることになる。

第３図は本発明の装置の一般的配置を示すもの
で、この装置は映画フイルム１６上の狭い可変面
積形音声トラツク１４の部分に水平方向に光を照
射するための普通のランプ１０と機械的スリツプ
１２とを有する。バイラテラル音声トラツクを図
示してあるが、本発明は多重トラツクを持つたフ
イルムにも適用できる。音声トラツク１４によつ
て変調された光は受光装置によつて検知される。
この受光装置は音声トラツクの幅の微少部分をそ
れぞれ検知する一群のソリツドステートセンサ１
８列からなる。必要に応じてランプ１０、スリツ
ト１２、フイルム１６、センサ１８間に種々のレ
ンズを設けてスリツトの像をフイルム面上に光学
的に形成させセンサがトラツク像形成面に置かれ
るようにすることができる。処理回路２０はセン
サ１８の出力を受けて再生音声信号を発生する。
本発明の目的の一つのセンサと処理回路とを単一
の集積回路チツプに設けた装置を提供することに
ある。

サウンドトラツクを横切つて約0.0025ミリメー
トル（0.0001インチ）間隔につき一個の標本が得
られるような数のセンサ１８が配置される。すな
わち、幅が約1.9ミリメートル（0.076インチ）の
標準ステレオ光学映画フイルムトラツクからステ
レオ用保護帯域を除いた有効作動幅約1.6ミリメ
ートル（0.064インチ）に相当する約640個のセン
サを設ける。この数は量子化雑音の除去用として
は十分に大きいものでしかも不確定領域の部分を
過度にサンプリングするほどには大きくないもの
である。すなわち、各不確定領域に対して約２な
いし３個のサンプリング出力がえられるような不
規則サンプリングを行ない、これによつてえられ
る音響心理学的に許容できる雑音を耳ざわりな量
子化雑音に取つて代えようというものである。

第４図に示す好適な実施例では、センサ列１８
を形成する各センサ２４はそれぞれそれ自体用の
増幅器３４ａ，３４ｂ…およびリミタ３６ａ，３
６ｂ…に接続され、リミタの出力は合成器４８に
印加される。この合成器４８の最も簡単な形式で
は合成器４８は印加された信号を加え合せ、その
結果を積分器または音声帯域フイルタ４０に印加
して再生された音声信号をうる。

センサ２４が一様に間隔を隔てて配列されてい
ない時、例えば、センサ２４の密度がトラツク区
域の中心部が他より高いように配列されている時
には、合成器４８内で出力信号に適当に重みづけ
をして密度の違いを補償する。

ステレオ用のバイラテラル音声トラツクのよう
な多重音声トラツクの場合には第４図のセンサ２
４をそれに相当する群に分けて各群のセンサが相
応するトラツクを読取るようにし、これらセンサ
群を各別の処理回路に接続して各トラツクからそ
れぞれ別個の音声信号を再生する。これら信号は
ついで各別の合成器に印加する。

リミタ３６の作用によつてごみが引掻き傷によ
る雑音はほとんど軽減されるが、各リミタの出力
に論理回路を接続してさらに雑音軽減を図ること
ができる。例えば第４図においてリミタ３６ｂの
出力を受ける論理回路３７ｂが設けられている。
図示しない同様な論理回路をその他のリミタ３７
ａ，３７ｃ等の出力に接続することができる。引
掻き傷による雑音はリミタの出力が一様でなくな
ることによつて分る。例えば、トラツクの白い区
域においてはリミタの出力の極性はすべて正であ
る。深い引掻き傷があると１個または少数個のリ
ミタの出力の極性が負になる。あるリミタ、例え
ば、リミタ３６ｂの出力の極性をその両側のリミ
タ、例えばリミタ３６ａ，３６ｃまたは２つまた
はそれ以上離れた基準とするリミタの出力の極性
と比較することによつて異常な信号の存在を検出
することができる。ある特定のリミタの出力の極
性とその基準リミタの出力の極性とが異なる場合
には、前者の出力を無効とし、これに代えて後
者、すなわち基準リミタの出力を用いる。

リミタの出力がスプリアスであるかどうかを決
定する論理回路の一例として第５図に示すような
オアゲート４４、アンドゲート４６、アンドゲー
ト５０、オアゲート５２の組合せがある。すなわ
ち、あるリミタの出力Ｍを例えばその両側のリミ
タの出力Ｍ−１、Ｍ＋１と比較するものである。
極性が同じであれば、その出力信号は正しいが、
異なる時には基準センサの出力極性のものを出力
とする。論理素子５０，５２を取除いて論理回路
を単純化することができるが、この場合には黒い
区域に生じた異常な白信号は黒信号には変えられ
ない。

実際には増幅器３４、リミタ３６および論理回
路３７を組合せこれら回路を適当に接続して合成
器４８への論理入力を与える単一の電子回路とす
ることができる。

第６図は本発明の別の実施例を示し、この実施
例においては処理回路２０は列状に配置したホト
センサ１８を電子的に走査する装置を有する。こ
の走査装置は機能的に走査制御装置３０として図
示されており、各センサ２４に選択的に接続され
るスイツチ３２を制御する。適切な走査率として
は100キロヘルツ程度として約20キロヘルツまで
の音声周波数に対応できるようにする。

スイツチ３２の出力は増幅器３４に印加される
が、この増幅器は好適には低雑音の広帯域増幅器
とするのがよい。この増幅器はさらにホトセンサ
の電流出力を電圧に変換するものが好適である。
増幅器の出力をリミタ３６によつて振幅制限、す
なわち、レベルクリツプを行なつて黒／白区域か
らの信号に含まれる変動をほとんど取除き実質的
に２レベルの信号を論理回路３８に印加する。

論理回路３８にはさらに走査サイクルのタイミ
ングに関する情報が走査制御装置３０から送られ
る。この論理回路３８は前述した英国特許願に開
示した原理に基づいて作動するように構成するこ
とができる。または、この論理回路は記憶装置を
有するものとしこの記憶と一回または多数回の走
査におけるサンプリングの結果とを比較しサンプ
リングしたものが雑音でなく正しい出力がどうか
決定するようにしてもよい。黒信号または白信号
が正しいかどうか決定し正しくない場合に補間に
より正しいものに代える論理回路の例としては第
５図に示す回路がある。

論理回路３８の出力は走査した光学的音声トラ
ツクの幅に関係して変化する幅を有する一連のパ
ルスであつて、この出力では上述の振幅制御およ
び論理的処理によつて雑音が抑圧されている。こ
のパルスを積分器または音声帯域フイルタ４０で
適当な一定時間積分し、その結果えられる再生音
声信号を劇場の音声放送装置に印加する。

第４図に示す実施例はアナログ出力信号を必要
とする別の形式の走査装置を有する装置へも適用
できる。この形式の装置としては、例えば、被加
工物の厚さ、幅、穴径等を測定するために走査す
るものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の理解のために可変面積形光学
的音声トラツクを走査した時の密度と距離との関
係の一例を示すグラフ、第２図は第１図の黒区域
から白区域への移行部分の拡大図、第３図は本発
明の光学的再生装置の一部をブロツクで示す略示
的斜視図、第４図は本発明の好適な実施例におけ
るセンサ列と処理回路とを機能的に示すブロツク
図、第５図は第４図に使用できる論理回路の一部
の略示図、第６図は本発明の他の実施例における
センサ列と処理回路とを機能的に示すブロツク図
である。 １０…光源、１２…スリツト、１４…音声トラ
ツク、１６…フイルム、１８，２４…センサ、２
０…処理回路、３０…走査制御装置、３４…増幅
器、３６…リミタ、３７，３８…論理回路、４０
…積分器、４８…合成器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 縦方向に移動する映画フイルムの可変面積形
   光学サウンドトラツクを再生する走査装置であつ
   て、 前記サウンドトラツクの実質的な幅を照射する
   装置と、 前記サウンドトラツクに関して前記照射装置か
   ら離れて横に直線状に整列配置され、各々が前記
   サウンドトラツクの各微小部分から受承した照射
   レベルに応じたアナログ電気信号を発生する複数
   個の受光装置と、 前記電気信号の各々を制限する装置を有すると
   共に該電気信号を同時に並行して処理する装置
   と、 音声信号を発生するために同時に処理された上
   記電気信号を並行して受承し、処理された上記電
   気信号を同時に組み合わせる装置とを有する走査
   装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の走査装置にお
   いて、前記フイルムが前記縦方向に移動すると
   き、白い区域から黒い区域へ移行する不確定領域
   を無作為に標本化するように、前記受光装置のサ
   ンプリング間隔を設定することにより、電気信号
   と量子化雑音との相関関係を減少させるために当
   該不確定領域をデイザ信号に変換することを特徴
   とする走査装置。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の走査装置にお
   いて、同時に並行して処理する前記装置が更に制
   限された前記信号に応答して各信号が正しいかど
   うかを決定し、正しくない場合には補間による代
   替を行う理論装置を有する走査装置。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の走査装置にお
   いて、前記フイルムが前記縦方向に移動すると
   き、白い区域から黒い区域へ移行する不確定領域
   を無作為に標本化するように、前記受光装置のサ
   ンプリング間隔を設定することにより、電気信号
   と量子化雑音との相関関係を減少させるために当
   該不確定領域をデイザ信号に変換することを特徴
   とする走査装置。 ５ 特許請求の範囲第２項に記載の走査装置にお
   いて、各不確定領域につき２又は３個のサンプル
   を得るように、前記受光装置のサンプリング間隔
   を設定することを特徴とする走査装置。 ６ 特許請求の範囲第４項に記載の走査装置にお
   いて、各不確定領域につき２又は３個のサンプル
   を得るように、前記受光装置のサンプリング間隔
   を設定することを特徴とする走査装置。