JP2002344793A - 高速撮影装置およびそれに用いる照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の減衰速度の早い発光を伴った高速撮影を
行うことができる高速撮影装置およびそれに用いられる
照明装置を提供する。 【解決手段】 この発明の高速撮影装置１によれば、近
接配備された陽極と陰極とから構成された１組の放電発
光電極を複数組備え、本体装置１のシャッタリングに同
期して間欠的に発光する照明装置１５が接続されてい
る。この照明装置１５は電極間距離が短いので、放電発
光後の光の減衰速度が早いとともに、複数組の放電発光
電極を同時に発光させることによって、十分な光量を稼
げるようになっている。したがって、高速撮影装置１
は、撮像素子９に余計な光をいれることなく高速撮影が
できるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ビデオカメラな
どの高速撮影装置およびそれに用いる照明装置に係り、
例えば、ロケットなどの高速移動物体の爆発、破壊、乱
流、放電現象、顕微鏡下の微生物の運動、脳・神経系の
信号伝達などの科学的計測用に用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置として、特開平８−
２５４５３５号公報に示すようなものがある。すなわ
ち、従来の高速撮影装置（高速ビデオカメラ）は、光学
系の後段に電圧のオン・オフ切り換えを行うことによっ
てメカニカルシャッタの役割をするマイクロチャネルプ
レート型イメージインテシファイア（以下、単に「ＭＣ
Ｐ型Ｉ．Ｉ」という。）と、撮像素子と、画像処理など
の種々の処理部を備えた本体装置と、この本体装置に接
続された被写体に常時照明を照射するメタルハイドラン
プと、シャッタリングに同期して発光するストロボとか
らなる照明装置とから構成されている。

【０００３】そして、ストロボに用いられる白色照明
は、陰極と陽極とからなる１組の放電発光電極を備えて
いる。一般にストロボは、１組の放電発光電極の発光で
十分な光量を稼ぐために、電極間距離を長く設定してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成を有する従来例の場合には、次のような問題が
ある。すなわち、従来装置の場合、シャッタスピードが
１〜１０ｍｓ程度の連続撮影であればメカニカルシャッ
タの開閉動作を追動させることができる。しかし、シャ
ッタスピードが１μｓともなると、構造的にシャッタの
開閉動作が十分に追動しきれないといった問題がある。

【０００５】また、ストロボに用いる白色照明は、光量
を稼ぐために電極間距離を長くしているので、放電発光
後の光が完全に減衰するのに長時間かかってしまうとい
った問題もある。

【０００６】上記問題から、さらに次のような問題が起
こる。すなわち、メカニカルシャッタの開閉動作の限度
を超えるスピードの高速連続撮影を行うと、撮像素子
は、光学像を光電変換して電荷蓄積および読み出し処理
を逐次対応しても、所定の枚数の撮影が終了してもメカ
ニカルシャッタが閉じない場合がある。このような場
合、メカニカルシャッタが閉まるまでの間に減衰過程に
あるストロボ発光の光が撮像素子の遮光膜まで入り込
む。そして、撮像素子に蓄積されている最終枚目の電荷
が、この光にさらされることとなる。つまり、最終枚目
は長時間露光されたことになり、ハレーションが発生す
るといった問題が生じる。

【０００７】例えば、メカニカルシャッタのスピードが
１ｍｓの高速撮影装置を用いてシャッタスピードを１μ
ｓで１００枚の高速連続撮影を行った場合、１〜９９枚
目までの露光時間は１枚につき１μｓで行われる。しか
し、最後の１００枚目は、メカニカルシャッタが閉まる
までの間、つまり、１ｍｓ−（１μｓ×９９枚）＝９０
１μｓの間、装置内部に入り込こんでくるストロボから
の減衰過程にある光にさらされたトータルの露光時間と
なる。すなわち、１００枚目は露光時間が非常に長くな
りハレーションを起こしてしまう。

【０００８】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、シャッタリングに応じて光の減衰速
度の早い放電発光を伴う高速撮影を行うことができる高
速撮影装置およびそれに用いられる照明装置を提供する
ことを主たる目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の発明は、発光して被写体に光を照
射する照明手段と、短時間間隔でシャッタリングを行う
高速シャッタ手段と、この高速シャッタ手段のシャッタ
リングに同期して間欠的に照明手段から光を発光させる
信号制御手段と、撮影対象の被写体の光学像を取り込む
光学手段と、この光学手段から取り込んだ光学像を光電
変換して電気信号として出力する撮像手段とを備えた高
速撮影装置であって、（ａ）前記照明手段は、互いに近
接した陰極と陽極とからなる１組の放電発光電極を複数
組備えたものである。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の高速撮影装置において、（ｂ）前記照明手段
は、信号制御手段から送られてくる信号に応じて各組の
放電発光電極の発光タイミングが独立的に制御されたも
のである。

【００１１】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または請求項２に記載の高速撮影装置において、（ｃ）
前記照明手段は、複数組の放電発光電極が並列して配備
されたものである。

【００１２】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
または請求項２に記載の高速撮影装置において、（ｄ）
前記照明手段は、１つの陰極を挟んで直列に配備された
２つの陽極を備えたものである。

【００１３】さらに、請求項５に記載の発明は、請求項
１に記載の高速撮影装置に用いられる照明装置におい
て、（ｅ）互いに近接した陰極と陽極とからなる１組の
放電発光電極を複数組備えたものである。

【００１４】〔作用〕請求項１に記載の発明の作用は次
のとおりである。すなわち、請求項１に記載の発明の高
速撮影装置によれば、互いに近接した陰極と陽極とから
なる１組の放電発光電極を複数組備えた照明手段を備え
ている。この照明手段は、少ない光量の放電発光が束ね
られて光量が増倍されるとともに、発光した光の減衰速
度が高速化される。つまり、シャッタの開閉動作に影響
を受けることなく最適な光量が保たれた連続的な高速撮
影が行える。

【００１５】また、請求項２に記載の発明の高速撮影装
置によれば、複数組の放電発光電極が信号制御手段によ
って独立して個々に発光させられるので、撮影状況に応
じて光量が可変調整される。

【００１６】また、請求項３に記載の発明の高速撮影装
置によれば並列配備された放電発光電極を、請求項４に
記載の発明によれば１つの陰極を挟んで直列に配備され
た２つの陽極とからなる放電発光電極をそれそれ備える
ことによって、請求項１ないし請求項２に記載の高速撮
影装置が好適に実現される。

【００１７】また、請求項５に記載の発明の照明装置に
よれば、互いに近接した陰極と陽極とからなる１組の放
電発光電極を複数組備えているので、少ない光量の放電
発光が束ねられて光量が増倍されるとともに、発光した
光の減衰速度が高速化される。

【００１８】

【発明の実施の形態】<第１実施例>以下、図面を参照し
てこの発明の一実施例を説明する。図１ないし図３はこ
の発明の第１実施例に係り、図１は高速撮影装置の全体
構成を示したブロック図、図２はマイクロチャンネルプ
レート型イメージインテシファイア（以下、「ＭＣＰ型
Ｉ．Ｉ」という）の構造図、図３は照明装置の要部であ
る照明部の斜視図である。

【００１９】この実施例の高速撮影装置は、図１に示す
ように、大きく分けて本体装置１と、本体装置１に接続
された照明装置１５と、操作部２２と、モニタ２３とか
ら構成されている。以下、各構成部分について図１を参
照しながら具体的に説明する。

【００２０】本体装置１は、被写体からの光を取り込む
光学手段としての光学レンズ２と、光学レンズ２から取
り込まれた光学像を電気信号に変換して種々の処理を行
う処理部３とから構成されている。

【００２１】処理部３は、光学レンズ２から近い順番
に、光学像を増倍するＭＣＰ型Ｉ．Ｉ４と、ＭＣＰ型
Ｉ．Ｉ４から出力された光学像を電気信号に変換する撮
像素子９と、撮像素子９や、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ４の電圧の
印加（オン・オフ）切り換えなどを制御する信号制御部
１０と、撮像素子９から読み出されるアナログ信号をデ
ジタル信号に変換するＡＤコンバータ１１と、デジタル
信号を用いて画像処理を行う画像処理部１２と、画像処
理部１２で処理された画像情報を蓄積する主記憶部１３
と、前記各部を総括的に制御する主制御部１４とから構
成されている。

【００２２】ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ４は、図２に示すように、
光の入射側から順に、ファイバーガラス５と、入射光を
受けうる光電面６と、入射光光電子にして増倍するマイ
クロチャンネルプレート（ＭＣＰ）７と、ＭＣＰ７から
出力された光電子を光学像に変換する蛍光面８とを備え
ている。

【００２３】つまり、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ４は、光学レンズ
２から入射した光学像を光電面６で結像する。この光学
像は光電子に変換してＭＣＰ７に入射する。その光電子
は、さらにＭＣＰ７でパルス電圧が印加されて電子衝突
を起こしながら転送され、２次電子を放出するアバラン
シュ現象を繰り返して生じる。そうすることによって、
光電子が増倍されるようになっている。そして、増倍さ
れた光電子は、蛍光面８に当たって再び光学象に戻され
るようになっている。

【００２４】また、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ４は、後述する信号
制御部１０によって電圧の印加のオン・オフ切り換えが
調整され、メカニカルシャッタとしても動作している。

【００２５】撮像素子９は、一般的に使用されるもの
で、光電変換する複数個のフォトダイオードとＣＣＤ素
子郡とから構成されており、その画素数は、例えば２５
６×２５６のものが使用される。また、撮像素子９は、
光電変換された電荷の蓄積、および読み出しを逐次行う
際に、電子シャッタとして作動している。なお、撮像素
子９は、この発明の撮像手段と高速シャッタ手段に相当
する。

【００２６】つまり、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ４から出力された
光学像は、撮像素子で光電変換され、アナログの画像情
報として後段のＡＤコンバータ１１に出力されるように
なっている。

【００２７】ＡＤコンバータ１１は、アナログ信号の画
像情報をデジタル信号に変換して画像処理部１２に出力
する。そして、画像処理部１２ではデジタル信号から種
々の画像補正などを行って出力画像用の画像情報に加工
した後に、この画像情報を主記憶部１３に送る。主記憶
部１３は、送られてきた画像情報を蓄積するようになっ
ている。

【００２８】信号制御部１０は、操作部２２から入力設
定されたシャッタスピードに応じたパルス信号をＭＣＰ
型Ｉ．Ｉ４と、撮像素子９と、後述する照明装置１５に
送るようにっている。つまり、本体装置１のシャッタリ
ングに同期して照明装置１５の光量を調整しながら間欠
的に発光するようにしている。なお、この信号制御部１
０は、この発明の信号制御手段に相当する。

【００２９】モニタ２３は、操作部２２を操作すること
によって、主記憶部１３に蓄積された画像情報を適時に
モニタ画面上に表示するようになっている。

【００３０】次に、この実施例装置の特徴的な構成部分
である照明手段としての照明装置１５について、図３を
参照しながら以下に詳述する。照明装置１５は、図１に
示すように、発光部１６と、信号制御部１０に接続され
た発光駆動部１７とから構成されている。

【００３１】発光部１６は、図３に示すように、ソケッ
ト１７上部にガラスなどからなる電極管１９が取り付け
られており、その内部には、例えば、キセノンガスなど
が封入されている。また、その内部の長手方向に絶縁物
からなるリング状の２個の電極支持台２０（２０ａ、２
０ｂ）が重なるように近接配備されている。なお、電極
支持台２０のそれぞれは図示しないガラスなどの絶縁軸
を介して電極管内に固定支持されている。

【００３２】そして、電極支持台２０ａの円周上には陽
極２１ａが、他方の電極支持台２０ｂには陰極２１ｂが
それぞれ同じ数だけ等間隔に複数個備えられているとと
もに、陽極２１ａと陰極２１ｂのそれぞれが対向して放
電発光電極２１を構成している。

【００３３】また、図４に示す放電発光電極２１の電極
間距離Ｄは、一般のストロボに使用される白色照明の電
極間距離よりも短く設定されている。この実施例装置の
場合、放電発光電極Ｄは、例えば、０．１〜０．５ｍｍ
である。なお、電極間距離Ｄは、電極の数や電極に印加
する電圧レベルなどよって異なる。

【００３４】また、各放電発光電極２１は、電極支持台
２０の裏面側から個々に接続された配線Ｒを介して発光
駆動部１７に並列接続されている。

【００３５】発光駆動部１７は、図５に示すように、並
列配列されたＮ個のスイッチＳＷ１〜ＳＷＮを備えてお
り、１〜Ｎ番目の放電発光電極に接続された配線Ｒのそ
れぞれがスイッチＳＷ１〜ＳＷＮに１対１で対応して接
続されている。つまり、発光駆動部１７は、信号制御部
１０から送られてくるパルス信号に応じて、各組の放電
発光電極２１を独立して放電発光できるようにしてい
る。

【００３６】例えば、シャッタスピードを１００万分の
１に設定した場合、全ての組の放電発光電極をまとめて
放電発光させたのではシャッタリングに応じた間欠発光
が追いつかない。このような場合、信号制御部１０から
送られてきたパルス信号に応じて、１組の放電発光電極
を独立して順番に放電発光させる。

【００３７】つまり、図６に示すように、１〜Ｎ番目ま
での放電発光電極に位相のずれたパルス信号を送り、順
番に放電発光させる。

【００３８】なお、放電発光電極の放電発光の組み合わ
せは上記組み合わせに限定されるものではなく、例え
ば、全部または数組の放電発光電極２１を組み合わせて
順番に放電発光させてもよいし、１組または数組を間引
いて順番に放電発光させてもよい。

【００３９】つまり、この実施例の照明装置１５は、各
組の放電発光電極２１が独立して放電発光することがで
きるので、シャッタスピードに応じて連続的な放電発光
を行うことができる。

【００４０】また、複数組の放電発光電極２１を組み合
わせて同時発光させることによって、光量の調整を行う
こともできる。

【００４１】さらに、この実施例の照明装置１５は、電
極間距離Ｄが短く設定されているので、放電発光後の光
の減衰速度を高速化することができる。

【００４２】その結果、この実施例の高速撮影装置１
は、メカニカルシャッタであるＭＣＰ型Ｉ．Ｉ４のオン
状態でシャッタが開放されていても、余計な光が撮像素
子９まで入り込まないので、ハレーションを抑制するこ
とができるようになっている。

【００４３】次に、上記実施例装置の動作について説明
する。先ず、操作部２２からシャッタスピードが設定入
力され、この入力情報が信号制御部１０に送られる。

【００４４】そして、高速撮影を開始すると信号制御部
１０は、シャッタスピードの情報に応じたパルス信号を
本体装置３のＭＣＰ型Ｉ．Ｉ４と撮像素子９に送るとと
もに、照明装置１５の発光駆動部１７にも送る。

【００４５】そして、本体装置３のシャッタリングに同
期して照明装置１５が発光しながら高速撮影が行われ
る。このとき、被写体の光学像は、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ４で
光電子に変換されて増倍された後に光学像にもどされ、
撮像素子９で光電変換されて逐次電荷蓄積される。蓄積
された電荷はアナログ信号として逐次読み出され、ＡＤ
コンバータ１１でデジタル信号に変換される。

【００４６】デジタル信号に変換された画像情報は、画
像処理部１２で補正などの種々の加工処理が行われて主
記憶部１３に逐次蓄積される。そして、蓄積された画像
情報は、適時に主記憶部１３から読み出されてモニタ２
３に表示されることとなる。

【００４７】<第２実施例>次に、第２実施例の高速撮影
装置の構成について説明する。なお、照明装置以外は、
先の第１実施例の構成と同じであるので同一個所につい
ては同一符号を付すに留め、この実施例の特徴部分であ
る照明装置にのみについて説明する。

【００４８】この実施例の照明部１６は、図７に示しよ
う、ソケット１８上にガラスなどからなる電極管１９が
取り付けられており、その内部には、例えば、キセノン
ガスなどが封入されている。また、その内部には、１つ
の陰極２１ｂを挟むようにして２個の陽極２１ａが近接
配備されて放電発光電極２１を構成している。そして、
陽極２１ａと陰極２１ｂのそれぞれは、図示しないガラ
ス軸によって固定支持されている。

【００４９】また、各電極間距離Ｄは、一般のストロボ
に使用される白色照明の電極間距離よりも短く設定され
ている。例えば、この実施例の電極間距離Ｄは、０．１
〜０．５ｍｍである。なお、電極間距離Ｄは、電極に印
加する電圧や電極の数などよって設定変更される。

【００５０】また、各放電発光電極２１のそれぞれには
個々に接続された配線Ｒを介して発光駆動部１７に並列
接続されている。

【００５１】つまり、照明装置１５は、信号制御部１０
から送られてくるパルス信号によって、本体装置３のシ
ャッタスピードと同期して発光するようになっている。
このとき、放電発光は、左右両方の放電発光電極２１を
同時に発光させてもよいし、いずれか一方を発光させる
ようにしてもよい。

【００５２】この発明は、上記実施例の形態に限られる
ことなく、下記のような変形実施することができる。 （１）上記実施例では、一般的に使用される撮影装置に
用いられる撮像素子９を備えた本体装置１について説明
したが、上記本体装置１に限らず、特殊な撮像素子を用
いた高速撮影装置にも適用することができる。

【００５３】（２）上記実施例では、照明部１６がその
一端にソケット１８を備えた電球形状であったが、図８
に示すように、円柱状をした電極管１９の内部に複数組
の放電発光電極２１を備え、陽極２１ａと陰極２１ｂの
それぞれが異なった端部に配線接続されているものであ
ってもよい。

【００５４】（３）上記実施例では、照明装置１５が本
体装置１と別体の形態となっているが、本体装置１と照
明装置１５とが一体的な形態のものであってもよい。

【００５５】（４）上記実施例では、シャッタリングに
同期して発光する照明装置しか用いていないが、上記実
施例の照明装置以外に、光を被写体に常に照射する照明
装置と併用してもよい。

【００５６】（５）上記実施例では、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ４
を用いていたが、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ４を省いた構成の本体
装置に適用してもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、本体装置に接続された照明装
置が電極間隔の短い放電発光電極を複数組備えているの
で、発光時の光量を増倍することができるとともに、発
光後の光を早く減衰させることもできる。すなわち、余
計な光が撮像素子に入り込まないので、十分な光量を保
ちつつ、出力画像へのハレーションを抑制する高速撮影
を行うことができる。

【００５８】また、請求項２に記載の発明によれば、信
号制御手段によって複数組の放電発光電極を個々に発光
させることによって、シャッタリング間隔の変化に応じ
て光量の調整を行った高速撮影を行うことができる。

【００５９】また、請求項３に記載の記載の発明によれ
ば並列で、請求項４に記載の発明によれば直列で複数組
の放電発光電極を配備することによって、請求項１ない
し請求項２に記載の高速撮影装置を好適に実現すること
ができる。

【００６０】また、請求項５に記載の発明によれば、電
極間距離の短い複数組の放電発光電極を同時に放電発光
することによって十分な光量が確保できるとともに、発
光後の光の減衰速度を早くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の高速撮影装置に係る全体構成を示し
た概略ブロック図である。

【図２】ＭＣＰ型Ｉ．Ｉの構成図である。

【図３】第１実施例装置の要部である照明部の斜視図で
ある。

【図４】放電発光電極の拡大図である。

【図５】照明装置の構成を示したブロック図である。

【図６】シャッタリングと間欠発光のタイミングを示し
たパルス波形図である。

【図７】第２実施例装置の要部である照明部の図であ
る。

【図８】照明部の変形例を示した図である。

【符号の説明】

１ … 本体装置（高速ビデオカメラ） ４ … ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ ９ … 撮像素子 １０ … 信号制御部 １５ … 照明装置 １６ … 発光部 １７ … 発光駆動部 １８ … ソケット １９ … 電極管 ２０（２０ａ、２０ｂ） … 電極支持台 ２１（２１ａ、２１ｂ） … 放電発光電極 ２２ … 操作部 ２３ … モニタ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｂ 41/34 Ｈ０５Ｂ 41/34 Ａ Ｆターム(参考） 2H053 BA85 DA03 2H054 AA01 3K098 AA12 AA24 AA25 AA30 5C022 AA14 AB15 AB17 AC41 AC42

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光して被写体に光を照射する照明手段
   と、短時間間隔でシャッタリングを行う高速シャッタ手
   段と、この高速シャッタ手段のシャッタリングに同期し
   て間欠的に照明手段から光を発光させる信号制御手段
   と、撮影対象の被写体の光学像を取り込む光学手段と、
   この光学手段から取り込んだ光学像を光電変換して電気
   信号として出力する撮像手段とを備えた高速撮影装置で
   あって、（ａ）前記照明手段は、互いに近接した陰極と
   陽極とからなる１組の放電発光電極を複数組備えたこと
   を特徴とする高速撮影装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の高速撮影装置におい
   て、（ｂ）前記照明手段は、信号制御手段から送られて
   くる信号に応じて各組の放電発光電極の発光タイミング
   が独立的に制御されていることを特徴とする高速撮影装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の高速撮
   影装置において、（ｃ）前記照明手段は、複数組の放電
   発光電極が並列して配備されていることを特徴とする高
   速撮影装置。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２に記載の高速撮
   影装置において、（ｄ）前記照明手段は、１つの陰極を
   挟んで直列に配備された２つの陽極を備えたことを特徴
   とする高速撮影装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の高速撮影装置に用いら
   れる照明装置において、（ｅ）互いに近接した陰極と陽
   極とからなる１組の放電発光電極を複数組備えたことを
   特徴とする照明装置。