JP3849585B2

JP3849585B2 - High-speed photography device

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Publication number: JP3849585B2
Application number: JP2002168342A
Authority: JP
Inventors: 泰志近藤
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2022-06-10
Also published as: JP2004015612A

Description

【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に係り、特に、ロケットなどの高速移動物体，爆発，乱流，放電現象，顕微鏡下での微生物の運動，脳・神経系の信号伝達などの科学計測用に用いて撮影を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高速撮影装置（高速度ビデオカメラ）では、一連の撮影において撮影間隔、すなわち撮影速度が一定であった。撮影の対象物である被写体において現象が生起する瞬間では、生起の変化が急激であるので、詳細に撮影を行うには短い撮影間隔で、すなわち速い撮影速度で撮影を行うことが望ましい。一方、現象が生起する前あるいは後においては、生起の変化が緩やかであるので、比較的長い撮影間隔で、すなわち遅い撮影速度で撮影を行うのが望ましい。なお、本明細書中での『撮影間隔』とは単位フレーム当りの時間（単位は、秒／フレーム）を示し、『撮影速度』とは単位時間当りのフレーム数（単位は、フレーム／秒）を示す。すなわち、撮影速度は、撮影間隔の逆数である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、撮影速度が一定の高速度カメラで撮影間隔を短くすると、撮影データの量が増大する、あるいは有限のメモリ容量の場合には一連の撮影を全て撮影することができないという問題がある。逆に、撮影間隔を長くすると、急激な変化を撮影することができないという問題がある。
【０００４】
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、有限の撮影データ内で撮影を精度良く行う高速撮影装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明者は、上記の問題を解決するために鋭意研究した結果、次のような知見を得た。
すなわち、従来の撮影装置では、撮影速度が比較的低速であったので、一連の撮影データの量が増大し難く、かつ有限のメモリ容量であっても一連の撮影を全て撮影することができたが、近年の高速撮影装置では、撮影速度が１．０×１０⁶フレーム／秒（１，０００，０００フレーム／秒）と高速であるので、上述したように撮影データの量が増大する、あるいは有限のメモリ容量の場合には一連の撮影を全て撮影することができない。このような問題を解決するには、現象が生起する瞬間のみに撮影を行う、あるいはメモリ容量を増大させることが考えられる。
【０００６】
しかし、例えば爆発のような自発的な現象の場合には、爆発の瞬間がいつ起こるか分からないので、現象が生起する瞬間のみに撮影を行うのは困難であり、また、メモリ容量を増大させると、高速撮影装置が大型化になるという別異の問題が生じる。
【０００７】
一方、撮影速度が比較的低速の撮影装置では、上述したように一連の撮影データの量が増大し難く、かつ有限のメモリ容量であっても一連の撮影を全て撮影することができるので、一連の撮影中に撮影条件を変更することに想到し得ないし、逆に変更すると撮影の制御がし難くなる。この発明者は、発想を変えて、一連の撮影中に撮影条件を敢えて変更することで有限の撮影データ内で撮影を精度良く行うことに想到した。このような知見に基づくこの発明は、次のような構成をとる。
【０００８】
すなわち、請求項１に記載の発明は、被写体の光学像を取り込み、取り込まれた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を備え、前記撮像手段から出力された電気信号を撮影画像として処理する高速撮影装置であって、撮影を行ううえで必要となる装置の物理量である撮影条件を一連の撮影中に変更する撮影条件変更手段を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
〔作用・効果〕請求項１に記載の発明によれば、撮影を行ううえで必要となる装置の物理量である撮影条件を一連の撮影中に変更する撮影条件変更手段を備えることで、有限の撮影データ内で撮影を精度良く行う高速撮影装置を提供することができる。つまり、例えば、現象が生起する瞬間では短い撮影間隔で、すなわち速い撮影速度で撮影を行うと、現象が生起する瞬間では急激な変化を撮影することができるなどのように撮影を精度良く行うことができる。また、現象が生起する前あるいは後では比較的長い撮影間隔で、すなわち遅い撮影速度で撮影を行うと、現象が生起する前あるいは後では一連の撮影データの量が増大し難く、かつ有限のメモリ容量であっても撮影が可能になるなどのように有限の撮影データ内で撮影を行うことができる。
【００１０】
請求項１に記載の発明は、撮影条件の変更のタイミングを手動で切り換えることも含まれるが、手動で切り換える場合には、例えば爆発などのように現象が自発的な場合には、上述したように爆発の瞬間がいつ起こるか分からないので、変更のタイミングをいつ行えばよいのかが困難となる。そこで、例えば現象が爆発の場合には、爆発が起こる時間を想定して、所定の撮影計画を予め組み立てればよい。このような知見に基づく請求項２に記載の発明は、次のような構成をとる。
【００１１】
すなわち、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、前記撮影条件変更手段は、所定の撮影計画に基づいて前記撮影条件を設定する撮影計画手段であって、前記撮影計画手段は、前記撮影計画に基づいて撮影条件を一連の撮影中に変更することを特徴とするものである。
【００１２】
〔作用・効果〕請求項２に記載の発明によれば、撮影条件変更手段は、所定の撮影計画に基づいて撮影条件を設定する撮影計画手段であって、その撮影計画手段は、上述した撮影計画に基づいて撮影条件を一連の撮影中に変更するので、所定の撮影計画を予め組み立てることで、撮影条件を一連の撮影中に変更しつつ撮影を容易に行うことができる。従って、例えば現象が爆発の場合には、爆発が起こる時間を想定して、所定の撮影計画を予め組み立てることで、撮影条件の変更のタイミングがとり易くなり、爆発の前後を含む一連の撮影を容易に行うことができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、例えば爆発のような自発的な現象の場合でも、撮影を容易に行うことができる。ただ、想定された爆発の時間と、爆発が実際に起こる時間とがズレる場合がある。そこで、撮影をより容易に行ううえで、下記の請求項３に記載の発明のような構成をとるのが好ましい。
【００１４】
すなわち、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、前記被写体の動作を検出して、その検出のタイミングをトリガとして取り込むトリガ入力手段を備え、前記トリガ入力手段からのトリガに基づいて、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記撮影条件を一連の撮影中に変更することを特徴とするものである。
【００１５】
〔作用・効果〕請求項３に記載の発明によれば、被写体の動作を検出して、その検出のタイミングをトリガとして取り込むトリガ入力手段を備え、そのトリガ入力手段からのトリガに基づいて、撮影条件変更手段または撮影計画手段は、撮影条件を一連の撮影中に変更するので、被写体の実際の動作から撮影条件の変更のタイミングがより一層とり易くなり、撮影をより容易に行うことができる。従って、例えば現象（被写体の動作）が爆発の場合には、爆発の振動のタイミングをトリガ入力手段がトリガとして取り込んで、そのトリガに基づいて撮影条件の変更のタイミングがより一層とり易くなり、爆発の前後を含む一連の撮影をより容易に行うことができる。
【００１６】
また、自発的な現象を撮影するには、すなわち被写体の動作が爆発のように、爆発がいつ起こるか分からないものを撮影するには、上述した請求項３に記載の発明が有用であるが、例えば現象（被写体の動作）が、微生物への刺激の付与による微生物の運動のように、現象を生起させる（微生物に刺激を与える）場合には、下記の請求項４に記載の発明が有用である。
【００１７】
すなわち、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の高速撮影装置において、前記被写体に所定の動作を付与する動作付与手段と、前記動作付与手段からの被写体へ付与する前記所定の動作のタイミングに合わせて、トリガを出力するトリガ出力手段を備え、前記トリガ出力手段からのトリガに基づいて、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記撮影条件を一連の撮影中に変更することを特徴とするものである。
【００１８】
〔作用・効果〕請求項４に記載の発明によれば、被写体に所定の動作を付与する動作付与手段と、その動作付与手段からの被写体へ付与する上述した所定の動作のタイミングに合わせて、トリガを出力するトリガ出力手段を備え、そのトリガ出力手段からのトリガに基づいて、撮影条件変更手段または撮影計画手段は、撮影条件を一連の撮影中に変更するので、被写体に所定の動作を付与するタイミングに合わせて、撮影をより容易に行うことができる。従って、例えば現象（被写体の動作）が、微生物への刺激の付与による微生物の運動のように、微生物に刺激を与える場合には、微生物への刺激のタイミングに合わせてトリガ出力手段からトリガを出力して、そのトリガに基づいて微生物への刺激の前後を含む微生物の運動に関する一連の撮影をより容易に行うことができる。
【００１９】
また、撮影条件を一連の撮影中に変更するのに際し、請求項３または請求項４に記載の発明のようにトリガに基づいて行ってもよいが、下記の請求項５〜請求項７に記載の発明のように、撮像手段の動作を制御するクロック手段からの信号に同期して行ってもよい。
【００２０】
すなわち、請求項５に記載の発明は、前記装置は、前記撮像手段の動作を制御するクロック手段を備え、前記撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔であって、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記クロック手段からの信号に同期して、前記撮影間隔を変更することを特徴とするものである。
【００２１】
〔作用・効果〕請求項５に記載の発明によれば、撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔であって、撮像手段の動作を制御するクロック手段からの信号に同期して、撮影条件である撮影間隔を変更しているので、撮影間隔を変更してもクロック手段からの信号に同期して変更を行うことで撮影の制御をより容易に行うことができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の高速撮影装置において、前記装置は、前記撮像手段の動作を制御するクロック手段を備え、前記撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔の間で光が入射している時間である露光時間であって、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記クロック手段からの信号に同期して、前記露光時間を変更することを特徴とするものである。
【００２３】
〔作用・効果〕請求項６に記載の発明によれば、撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔の間で光が入射している時間である露光時間であって、撮像手段の動作を制御するクロック手段からの信号に同期して、撮影条件である露光時間を変更しているので、露光時間を変更してもクロック手段からの信号に同期して変更を行うことで撮影の制御をより容易に行うことができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の高速撮影装置において、前記装置は、前記撮像手段の動作を制御するクロック手段を備えるとともに、前記被写体に光を照射する照明手段を備え、前記撮影条件は、前記照明手段から被写体に連続的あるいは間欠的に照射する時間である照明時間、あるいは前記照明手段から被写体に照射する強度である照明強度であって、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記クロック手段からの信号に同期して、前記照明時間あるいは照明強度を変更することを特徴とするものである。
【００２５】
〔作用・効果〕請求項７に記載の発明によれば、被写体に光を照射する照明手段を備え、撮影条件は、照明手段から被写体に連続的あるいは間欠的に照射する時間である照明時間、あるいは照明手段から被写体に照射する強度である照明強度であって、撮像手段の動作を制御するクロック手段からの信号に同期して、撮影条件である照明時間あるいは照明強度を変更しているので、照明時間あるいは照明強度を変更してもクロック手段からの信号に同期して変更を行うことで撮影の制御をより容易に行うことができる。
【００２６】
なお、通常、露光時間は、撮影間隔の割合によって設定される。この設定状態で撮影間隔を変更すると、撮影間隔が短い（撮影速度が速い）場合では露光時間が短くなり、撮影間隔が長い（撮影速度が遅い）場合では露光時間が長くなる。従って、撮影間隔の変更に伴って、照明手段からの単位フレーム当りの入射光量が異なってきて、適切な入射光量で撮影が行えなくなる場合が生じるので、下記の請求項８，請求項９に記載の発明のような構成をとるのが好ましい。
【００２７】
すなわち、請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の高速撮影装置において、前記撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔と、前記撮影間隔の間で光が入射している時間である露光時間とであって、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記撮影間隔の変更に関わらず前記露光時間を一定にすることを特徴とするものである。
【００２８】
〔作用・効果〕請求項８に記載の発明によれば、撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔と、その撮影間隔の間で光が入射している時間である露光時間とであって、撮影間隔の変更に関わらず露光時間を一定にすることで、入射光量を一定にした状態で撮影を適切に行うことができる。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項１から請求項８のいずれかに記載の高速撮影装置において、前記装置は、前記被写体に光を照射する照明手段を備え、前記撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔と、前記照明手段から被写体に連続的あるいは間欠的に照射する時間である照明時間、あるいは前記照明手段から被写体に照射する強度である照明強度とであって、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記撮影間隔の変更に関わらず前記照明時間および前記照明強度を一定にすることを特徴とするものである。
【００３０】
〔作用・効果〕請求項９に記載の発明によれば、被写体に光を照射する照明手段を備え、撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔と、照明手段から被写体に連続的あるいは間欠的に照射する時間である照明時間、あるいは照明手段から被写体に照射する強度である照明強度とであって、撮影間隔の変更に関わらず照明時間および照明強度を一定にすることで、入射光量を一定にした状態で撮影を適切に行うことができる。
【００３１】
また、撮影条件を一連の撮影中に変更する撮影条件変更手段または撮影計画手段は、高速撮影装置に備えられた単体の撮像手段を制御してもよいが、下記の請求項１０に記載の発明のように複数の撮像手段を制御してもよい。
【００３２】
すなわち、請求項１０に記載の発明は、請求項１から請求項９のいずれかに記載の高速撮影装置において、各々の装置ごとに前記撮像手段を備え、前記撮影条件変更手段または前記撮影計画手段は、前記撮影条件を一連の撮影中に変更するように各々の撮像手段をそれぞれ制御することを特徴とするものである。
【００３３】
〔作用・効果〕請求項１０に記載の発明によれば、撮影条件変更手段または撮影計画手段は、複数の撮像手段を制御しているので、撮像手段とともに複数の高速撮影装置を統括制御することができる。
【００３４】
なお、本明細書は、撮影方法に係る発明も開示している。
【００３５】
（１）被写体の光学像を取り込み、取り込まれた光学像を光電変換して電気信号として出力し、出力された電気信号を撮像画像として処理する撮影方法であって、撮影を行ううえで必要となる装置の物理量である撮影条件を一連の撮影中に変更することを特徴とする撮影方法。
【００３６】
〔作用・効果〕前記（１）の発明によれば、撮影条件を一連の撮影中に変更するので、有限の撮影データ内で撮影を精度良く行うことができる。
【００３７】
（２）前記（１）に記載の撮影方法において、予め組み立てられた所定の撮影計画に基づいて撮影条件を設定し、設定された撮影条件を一連の撮影中に変更することを特徴とする撮影方法。
【００３８】
〔作用・効果〕前記（２）の発明によれば、所定の撮影計画を予め組み立てることで、撮影条件を一連の撮影中に変更しつつ撮影を容易に行うことができる。
【００３９】
（３）前記（２）に記載の撮影方法において、前記撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔であって、前記被写体で現象が生起する瞬間のときには撮影間隔を短くとるとともに、それ以外のときには被写体で現象が生起する瞬間における撮影間隔よりも長くとるように前記所定の撮影計画を組み立て、撮影計画に基づいて撮影条件である撮影間隔を設定し、設定された撮影間隔を一連の撮影中に変更することを特徴とする撮影方法。
【００４０】
〔作用・効果〕前記（３）の発明によれば、現象が生起する瞬間で撮影間隔を短くとるとともに、それ以外のときには被写体で現象が生起する瞬間における撮影間隔よりも長くとることで、現象が生起する瞬間では短い撮影間隔で現象が生起する瞬間では急激な変化を撮影することができるなどのように撮影を精度良く行うことができるとともに、それ以外では撮影間隔を長くとることで一連の撮影データの量が増大し難く、かつ有限のメモリ容量であっても撮影が可能になるなどのように有限の撮影データ内で撮影を行うことができる。
【００４１】
（４）前記（２）に記載の撮影方法において、前記撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔と、前記撮影間隔の間で光が入射している時間である露光時間とであって、前記撮影間隔の変更に関わらず前記露光時間を一定にするように前記所定の撮影計画を組み立て、撮影計画に基づいて撮影条件である撮影間隔および露光時間を設定することを特徴とする撮影方法。
【００４２】
〔作用・効果〕前記（４）の発明によれば、撮影条件は、各撮影間の時間である撮影間隔と、その撮影間隔の間で光が入射している時間である露光時間とであって、撮影間隔の変更に関わらず露光時間を一定にすることで、入射光量を一定にした状態で撮影を適切に行うことができる。
【００４３】
（５）前記（４）に記載の撮影方法において、前記露光時間の設定は、撮影間隔の中での最小撮影間隔に基づいて行われ、露光時間は前記最小撮影間隔以下であることを特徴とする撮影方法。
【００４４】
〔作用・効果〕露光時間を一定にした状態で、露光時間の設定について、撮影間隔の中での最小撮影間隔に基づいて行わないと、撮影間隔よりも露光時間が長くなるという事態が発生する。そこで、前記（５）の発明によれば、露光時間の設定を、撮影間隔の中での最小撮影間隔に基づいて行い、露光時間をその最小撮影間隔以下にすることで、上記事態を回避することができる。
【００４５】
【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第１実施例を説明する。
図１は、第１実施例に係る高速撮影装置の全体構成を示したブロック図、図２は、第１実施例に係る撮影計画記憶部に予め組み立てられた撮影計画、図３は、撮影間隔や露光時間のタイミングを示したパルス波形図（タイミングチャート）であって、図４は、第１実施例に係る撮影方法を示すフローチャートである。なお、第１実施例では被写体である風船が爆発する様子を撮影する場合を例に採って説明する。
【００４６】
図１中の符号１は、第１実施例に係る高速撮影装置であり、この高速撮影装置１は、本体装置２，モニタ３，振動センサ４から構成される。図１では、図示を省略するが操作部も備えている。
【００４７】
本体装置２は、被写体からの光を取り込む光学レンズ５と、光学レンズ５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６とから構成される。
【００４８】
処理部６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）７，撮像素子８，画像処理部９，主記憶部１０，照明制御部１１，クロック発生回路１２，撮影計画記憶部１３，およびトリガ発生回路１４から構成される。
【００４９】
ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ７は、被検体の光学像を光電子に変換して、クロック発生回路１２から出力されたクロック信号に同期するパルス電圧の印加によって光電子を倍増した後、倍増された光電子を光学像に再度変換する機能を備えている。つまり、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ７は、クロック発生回路１２から出力されたクロック信号に同期するパルス電圧の印加によってオン・オフ切り換えを調整し、シャッタとして作動する機能を備えている。
【００５０】
撮像素子８は、光電変換する複数個のフォトダイオード、およびＣＣＤ素子群を備えており、取り込まれた光学像を光電変換して電気信号として出力する。そして、撮像素子８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、シャッタとして作動する機能を備えている。撮像素子８は、本発明における撮像手段に相当する。
【００５１】
画像処理部９は、アンプやＡＤコンバータ（いずれも図示省略）によって信号を増幅してアナログ信号からディジタル信号に変換する。つまり、画像処理部９は、撮像素子８から出力された電気信号を撮影画像として処理する機能を備えている。画像処理部９によって処理された撮影画像は主記憶部１０に記憶され、逐次モニタ３に出力表示される。
【００５２】
照明制御部１１は、発光部や発光駆動部など（いずれも図示省略）を備えており、クロック発生回路１２から出力されたクロック信号に同期して、発光駆動部は発光部の駆動を促す。発光部は、キセノンガスなどの希ガスが封入された放電管（図示省略）などから構成される。そして、発光部の放電管から可視光あるいは紫外光を放射して、被写体を照射する。照明制御部１１は、本発明における照明手段に相当する。
【００５３】
クロック発生回路１２は、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ７，撮像素子８，画像処理部９，主記憶部１０，照明制御部１１を統括制御する機能を備えている。クロック発生回路１２から出力されるクロック信号に種々の信号が同期する。クロック発生回路１２は、本発明におけるクロック手段に相当する。
【００５４】
撮影計画記憶部１３は、予め組み立てられた所定の撮影計画を記憶し、その所定の撮影計画に基づいて撮影条件を設定するように構成されている。第１実施例では撮影条件として、撮影間隔および露光時間を設定する。また、設定された撮影間隔および露光時間について、クロック発生回路１２を介して、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ７や撮像素子８を制御する。また、撮影条件の１つである照明時間および照明強度については、クロック発生回路１２を介して、照明制御部１１を制御する。撮影計画記憶部１３の具体的構成については、後で説明する。撮影計画記憶部１３は、本発明における撮影計画手段に相当し、また、本発明における撮影条件変更手段にも相当する。
【００５５】
振動センサ４は、風船の爆発による振動を検出するもので、この振動センサ４の検出のタイミングをトリガ発生回路１４がトリガとして取り込む。トリガ発生回路１４から発生したこのトリガはクロック発生回路１２に送り込まれる。トリガ発生回路１４は、本発明におけるトリガ入力手段に相当する。
【００５６】
第１実施例に係る撮影計画記憶部１３は、図２に示すような撮影計画、図３に示すようなタイミング、および図４に示すようなフローチャートの手順を記憶しており、このフローチャートに従って撮影を行う。
【００５７】
図２中の左端の列は『撮影モード』であって、『低速』は低速撮影、『高速』は高速撮影である。図２中の左から２番目の列の『トリガ』は、トリガ発生回路１４から発生するトリガの有無の判定であって、トリガが発生していれば『あり』、トリガが発生していなければ『なし』とする。図２中の右から２番目の列は、『フレーム番号』である。また、トリガが発生したとき、すなわち風船が爆発したときのフレーム番号を『ｘ』で表す。図２中の右端の列は『撮影速度』であって、単位はフレーム／秒である。
【００５８】
本明細書中では、撮影速度が１００，０００フレーム／秒以上を『高速撮影』とし、それ未満の撮影速度を『低速撮影』とする。従って、フレーム番号が『０』〜『ｘ−１』までは撮影速度が１０，０００フレーム／秒なので、撮影モードが低速撮影となり、フレーム番号が『ｘ』〜『ｘ＋３９』までは撮影速度が１００，０００フレーム／秒なので、撮影モードが高速撮影となり、フレーム番号が『ｘ＋４０』〜『ｘ＋６９』までは撮影速度が２０，０００フレーム／秒なので、撮影モードが低速撮影となる。
【００５９】
また、撮影速度は、撮影間隔の逆数である。従って、高速撮影での撮影速度が１００，０００フレーム／秒のときには、撮影間隔は１．０×１０^-5秒／フレーム（１０μｓ／フレーム）となり、低速撮影での撮影速度が１０，０００フレーム／秒のときには、撮影間隔は１．０×１０^-4秒／フレーム（１００μｓ／フレーム）となり、低速撮影での撮影速度が２０，０００フレーム／秒のときには、撮影間隔は５．０×１０^-5秒／フレーム（５０μｓ／フレーム）となる。
【００６０】
図３中の転送クロックは、パルス電圧の印加により、ＭＣＰ型Ｉ．Ｉ７のオン・オフ切り換えが調整されて、シャッタリング、すなわち露光時間の制御を行う。また、図３中のシャッタリングクロックは、照明制御部１１を制御する信号であって、このシャッタリングクロックに同期して、照明制御部１１の発光部は紫外線を放射する。
【００６１】
シャッタリングクロックの出力は、転送クロックの各撮影間隔にそれぞれ同期し、シャッタリングクロックが出力される時間が露光時間となる。露光時間を、図３に示すように『ｔ』とすると、撮影モードの如何に関わらず露光時間がｔと常に一定になるように、撮影計画記憶部１３は設定している。露光時間ｔの設定は、撮影間隔の中での最小撮影間隔に基づいて行われる。第１実施例の場合には、最小撮影間隔は、高速撮影での撮影間隔である１０μｓ／フレームとなる。従って、露光時間ｔは、この最小撮影間隔である１０μｓ／フレームよりも短く設定される。最小撮影間隔である１０μｓ／フレームに基づいて行わないと、撮影間隔よりも露光時間ｔが長くなるという事態が発生するからである。
【００６２】
第１実施例では、トリガ発生回路１４からトリガが発生すれば、図３に示すように、撮影速度が１０，０００フレーム／秒（撮影間隔は１００μｓ／フレーム）の低速撮影から、撮影速度が１００，０００フレーム／秒（撮影間隔は１０μｓ／フレーム）の高速撮影に変更される。
【００６３】
この他に、図示を省略する垂直同期信号は、１フレーム分の画像のタイミングをとるための信号であって、モニタ３に出力するフレームレートでもある。また、図示を省略する垂直転送パルスは、モニタ３の垂直方向に撮影画像を逐次出力するための信号である。図示を省略する映像出力は、モニタ３に出力される走査線１本分の撮影画像であって、垂直転送パルスごとに走査線１本分の撮影画像がモニタ６の垂直方向に逐次出力される。そして１フレームで、すなわち次の垂直同期信号が出力されるまで、１フレーム分の画像が撮影画像としてモニタ３に出力される。なお、これらの信号およびクロックは、クロック発生回路１２から出力されたクロック信号に同期されるものとする。
【００６４】
次に、第１実施例に係る撮影方法について、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００６５】
（ステップＳ１）低速で撮影
風船が爆発するまでは、変化が緩やかであるので、比較的長い撮影間隔で、すなわち低速で撮影を行う。第１実施例では、撮影速度が１０，０００フレーム／秒（撮影間隔は１００μｓ／フレーム）の低速撮影を行う。
【００６６】
（ステップＳ２）トリガが発生したか？
トリガ発生回路２４からトリガが発生したか否かを判断する。トリガが発生していなければ、ステップＳ１の低速撮影を引き続き行う。トリガが発生していれば、振動センサ４が風船の爆発を振動として検出して、その検出のタイミングをトリガとして取り込んだとして、低速撮影から、ステップ３の高速撮影へ変更する。
【００６７】
（ステップＳ３）高速で撮影
風船が爆発した瞬間では、爆発による変化が急激であるので、短い撮影間隔で、すなわち高速で撮影を行う。第１実施例では、撮影速度が１００，０００フレーム／秒（撮影間隔は１０μｓ／フレーム）の高速撮影を『４０フレーム』分だけ行う（フレーム番号が『ｘ』〜『ｘ＋３９』）。『４０フレーム』分を撮影後、高速撮影から、ステップＳ４の低速撮影へ変更する。
【００６８】
（ステップＳ４）低速で撮影
風船が爆発してから所定時間経過後では、変化が緩やかであるので、比較的長い撮影間隔で、すなわち低速で撮影を行う。第１実施例では、撮影速度が２０，０００フレーム／秒（撮影間隔は５０μｓ／フレーム）の低速撮影を行う。
【００６９】
上述したステップＳ１〜Ｓ４に係る一連の撮影方法、および第１実施例に係る高速撮影装置１によれば、撮影条件を一連の撮影中に変更する撮影計画記憶部１３を備えることで、有限の撮影データ内で撮影を精度良く行うことができる。つまり、第１実施例では、風船が爆発する瞬間では短い撮影間隔（高速撮影）で撮影を行う（ステップＳ３）と、風船が爆発する瞬間では爆発による急激な変化を撮影することができるなどのように撮影を精度良く行うことができる。また、風船が爆発する前後では長い撮影間隔（低速撮影）で撮影を行う（ステップＳ１，Ｓ４）と、風船が爆発する前後では一連の撮影データの量が増大し難く、かつ有限のメモリ容量であっても撮影が可能になるなどのように有限の撮影データ内で撮影を行うことができる。
【００７０】
また、撮影計画記憶部１３は、予め組み立てられた所定の撮影計画を記憶し、その所定の撮影計画に基づいて撮影条件を設定し、その撮影条件を一連の撮影中に変更するので、風船が爆発する様子の撮影を容易に行うことができる。さらには、振動センサ４が風船の爆発による振動を検出して、その検出のタイミングをトリガとして取り込むトリガ発生回路１４を高速撮影装置１が備えているので、そのトリガに基づいて撮影条件の変更のタイミング（ステップＳ１〜Ｓ３での低速撮影から高速撮影への変更）がより一層とり易くなり、爆発の前後を含む一連の撮影をより容易に行うことができる。
【００７１】
また、クロック発生回路１２からのクロック信号に同期して、撮影条件である撮影間隔を変更（ステップＳ３からステップＳ４での高速撮影から低速撮影への変更）しているので、撮影間隔を変更してもクロック信号に同期して変更を行うことで撮影の制御をより容易に行うことができる。
【００７２】
また、撮影間隔の変更に関わらず露光時間ｔを一定にすることで、入射光量を一定にした状態で撮影を適切に行うことができる。
【００７３】
〔第２実施例〕
次に、この発明の第２実施例を説明する。なお、第１実施例装置と共通する箇所については同符号を付して、その説明を省略する。第２実施例に係る高速撮影装置は、図５に示すとおりであり、第１実施例の振動センサ４の替わりに第２実施例ではモータなどの駆動部２１を備えること、およびトリガ発生回路１４の機能が第１実施例・第２実施例間で異なることを除いて、図１に示す第１実施例に係る高速撮影装置と同じ構成からなる。図５では、操作部２２を図示する。なお、第２実施例では被写体である鉄球を壁に衝突させ、衝突によって鉄球が破壊する様子を撮影する場合を例に採って説明する。
【００７４】
操作部２２は、トリガ発生回路１４を介して、モータなどの駆動部２１を制御するように構成されており、駆動部２１は、鉄球を壁に衝突させるべく壁に向けて鉄球を駆動するように構成されている。駆動部２１は、本発明における動作付与手段に相当する。
【００７５】
駆動部２１から鉄球を駆動する場合には、鉄球の初期位置や壁の位置や鉄球の速度などを操作部２１に入力し、その入力データを操作部２２からトリガ発生回路１４に送り込む。トリガ発生回路１４は鉄球が壁に衝突するタイミングを演算し、駆動部２１を介して鉄球を駆動しつつ、そのタイミングに合わせてトリガを出力する。第１実施例と同じくトリガ発生回路１４から発生したこのトリガはクロック発生回路１２に送り込まれる。第２実施例でのトリガ発生回路１４は、本発明におけるトリガ出力手段に相当する。
【００７６】
第２実施例に係る撮影計画記憶部１３は、第１実施例での図２と同様の撮影計画、第１実施例での図３と同様のタイミング、および第１実施例での図４と同様のフローチャートの手順を記憶しており、このフローチャートに従って撮影を行う。
【００７７】
第２実施例に係る高速撮影装置１によれば、駆動部２１から付与する鉄球の駆動のタイミングに合わせて、トリガ発生回路１４はトリガを出力し、そのトリガに基づいて撮影条件を一連の撮影中に変更するので、鉄球の駆動のタイミングに合わせて、鉄球の衝突の前後を含む一連の撮影をより容易に行うことができる。
【００７８】
〔第３実施例〕
次に、この発明の第３実施例を説明する。なお、第１，第２実施例装置と共通する箇所については同符号を付して、その説明を省略する。第３実施例に係る高速撮影装置は、図６に示すとおりであり、第３実施例ではトリガ発生回路を備えないこと、および第３実施例では撮影計画記憶部は駆動部を直接的に制御することを除いて、図５に示す第２実施例に係る高速撮影装置と同じ構成からなる。なお、第３実施例では被写体である鉄球を直接的に破壊する様子を撮影する場合を例に採って説明する。
【００７９】
第３実施例に係る駆動部２１は、例えばハンマーなどで構成されており、鉄球を直接的に破壊する。また、第３実施例に係る撮影計画記憶部１３は、図７に示すような撮影計画を記憶している。なお、タイミングチャートおよびフローチャートについては図示を省略する。
【００８０】
図７中の『撮影モード』と『撮影速度』とは、第１実施例での図２と同様であって、図７中の『フレーム番号』において、『０』〜『２９』までは撮影速度が１０，０００フレーム／秒の低速撮影、『３０』〜『６９』までは撮影速度が１００，０００フレーム／秒の高速撮影、『７０』〜『９９』は撮影速度が２０，０００フレーム／秒の低速撮影である。第３実施例の場合には、鉄球の破壊時に低速撮影から高速撮影に変更するように、撮影計画を予め組み立てて撮影条件を設定している。従って、トリガを発生させずに変更を行う。また上述の理由から、撮影開始から『３０フレーム』で鉄球を直接的に破壊しつつ、低速撮影から高速撮影に変更することになる。
【００８１】
第３実施例に係る高速撮影装置１によれば、予め組み立てられた所定の撮影計画を記憶し、その所定の撮影計画に基づいて撮影条件を設定し、その撮影条件を一連の撮影中に変更するので、鉄球を直接的に破壊する様子の撮影を容易に行うことができる。
【００８２】
なお、第３実施例では第１，第２実施例と相違し、トリガに基づいて低速撮影から高速撮影に変更せずに組み立てられた撮影計画のみに基づいて変更を行う。従って、想定された現象が生起する時間と現象が実際に生起する時間とがズレる場合があるが、第３実施例では鉄球を直接的に破壊しているので、ズレが生じることは少ない。
【００８３】
〔第４実施例〕
次に、この発明の第４実施例を説明する。なお、第１〜第３実施例装置と共通する箇所については同符号を付して、その説明を省略する。第４実施例に係る高速撮影装置は、図８に示すとおりであり、図１に示す第１実施例に係る高速撮影装置と、図５に示す第２実施例に係る高速撮影装置とを組み合わせ、第２実施例の駆動部２１の替わりに第３実施例では刺激部３１を備えた構成となっている。なお、第３実施例では被写体である微生物に刺激を与え、刺激後に微生物が運動する様子を撮影する場合を例に採って説明する。また、第３実施例では振動センサ４は、微生物の運動による振動を検出するものとする。
【００８４】
刺激部３１は、電源部３１ａおよびプローブ３１ｂを備えており、クロック発生回路１２から出力されたクロック信号に同期した電源部３１ａからの電気信号をプローブ３１ｂに伝送する。プローブ３１ｂの先端は、微生物に接触されており、電気信号はプローブ３１ｂを介して微生物に電気刺激を与える。なお、微生物は刺激後、運動を即座に開始せずに、『ｙフレーム』分だけタイムラグが生じるとする。刺激部３１は、本発明における動作付与手段に相当する。
【００８５】
なお、操作部２２に刺激を命令するコマンドを入力して、刺激部３１から微生物に刺激を与えるように制御してもよい。
【００８６】
第３実施例に係る撮影計画記憶部１３は、図９に示すような撮影計画、および図１０に示すようなフローチャートの手順を記憶しており、このフローチャートに従って撮影を行う。なお、タイミングチャートについては図示を省略する。
【００８７】
図９中の『フレーム番号』において、『０』〜『３９』および『４０』〜『４０＋（ｙ−１）』までは撮影速度が１０，０００フレーム／秒の低速撮影、『ｙ＋４０』〜『ｙ＋６９』までは撮影速度が１００，０００フレーム／秒の高速撮影、『ｙ＋７０』〜『ｙ＋９９』は撮影速度が２０，０００フレーム／秒の低速撮影である。また、撮影開始から『４０フレーム』で微生物に刺激を与える。また、上述したように刺激後からｙフレームで運動を開始するので、トリガが発生したとき、すなわち微生物が運動を開始したときのフレーム番号は『ｙ＋４０』となる。従って、撮影開始から『（ｙ＋４０）フレーム』で微生物が運動を開始し、それによってトリガが発生し、同時に低速撮影から高速撮影に変更することになる。
【００８８】
次に、第４実施例に係る撮影方法について、図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００８９】
（ステップＳ１１）低速で撮影
微生物が運動を開始するステップＳ１５までは、変化が緩やかであるので、比較的長い撮影間隔で、すなわち低速で撮影を行う。撮影速度は１０，０００フレーム／秒（撮影間隔は１００μｓ／フレーム）である。
【００９０】
（ステップＳ１２）刺激を付与
微生物に刺激を与えるために、撮影開始から『４０フレーム』で電気信号をプローブ３１ｂに伝送する。
【００９１】
（ステップＳ１３）低速で撮影
刺激後、微生物が運動を開始するまで、すなわちトリガが発生するまで、撮影速度は１０，０００フレーム／秒（撮影間隔は１００μｓ／フレーム）のままで撮影を引き続き行う。
【００９２】
（ステップＳ１４）トリガが発生したか？
トリガ発生回路２４からトリガが発生したか否かを判断する。トリガが発生していなければ、ステップＳ１３の低速撮影を引き続き行う。トリガが発生していれば、振動センサ４が微生物の運動の開始を振動として、その検出のタイミングをトリガとして取り込んだとして、低速撮影から、ステップ５の高速撮影を変更する。
【００９３】
（ステップＳ１５）高速で撮影
微生物が運動を開始したときには、変化が急激であるので、短い撮影間隔で、すなわち高速で撮影を行う。撮影速度は１００，０００フレーム／秒（撮影間隔は１０μｓ／フレーム）で『３０フレーム』分だけ行う（フレーム番号が『ｘ＋４０』〜『ｘ＋６９』）。『３０フレーム』分を撮影後、高速撮影から、ステップＳ１６の低速撮影へ変更する。
【００９４】
（ステップＳ１６）低速で撮影
微生物が運動してから所定時間経過後、変化が緩やかとすると、比較的長い撮影間隔で、すなわち低速で撮影を行う。撮影速度は２０，０００フレーム／秒（撮影間隔は５０μｓ／フレーム）である。
【００９５】
上述したステップＳ１１〜Ｓ１６に係る一連の撮影方法、および第３実施例に係る高速撮影装置１のように、第１実施例と第２実施例とを組み合わせて撮影を行うこともできる。なお、微生物への刺激の付与と微生物の運動の開始との間にタイムラグがなければ、微生物に刺激を与えると同時に低速撮影から高速撮影に変更すればよい。
【００９６】
この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００９７】
（１）上述した第１〜第４実施例では、撮影モードの如何に関わらず、すなわち撮影間隔の変更にも関わらず露光時間を一定にすることで、照明制御部１１の発光部からの単位フレーム当りの入射光量を一定にした状態で撮影を行ったが、撮影間隔の変更に伴う露光時間のズレが少ない、あるいは、ある程度ズレが大きくても撮影が適切に行われるならば、露光時間を一定にせず、例えば撮影間隔の割合によって露光時間を設定した状態で、撮影間隔を変更して撮影を行ってもよい。
【００９８】
また、露光時間以外にも、照明時間や照明強度を一定にしてもよい。なお、照明時間は、露光時間と相違し、撮影間隔の間で間欠的に照射するのみならず、連続的に照射する時間も含まれる。
【００９９】
（２）上述した第１，第４実施例では、被写体の動作を検出するのに振動センサ４を用いたが、被写体の動作は、第１実施例のように風船の爆発や、第４実施例のように微生物の運動に限定されないし、動作を検出する手段も振動センサに限定されない。例えば、被写体の動作については、ロケットなどの高速移動物体，爆発，乱流，放電現象，顕微鏡下での微生物の運動，脳・神経系の信号伝達などがある。また、ロケットなどの高速移動物体の発射を撮影する場合には、その発射を検出するのに、発射音による音波や周波数の変化の受信に基づいて行ってもよいし、放電現象を撮影する場合には、モニタに映し出された画像（画素値）の変化に基づいて放電現象のタイミングを検出すればよい。また、第２実施例では鉄球を壁に衝突させたが、鉄球がセンサを横切ったときのタイミングを検出してもよい。
【０１００】
また、被写体に所定の動作を付与する、本発明における動作付与手段についても、被写体の動作の形態によって変化し、その手段についても、第２，第３実施例のようにモータやハンマーなどであってもよいし、第４実施例のように刺激を与えるプローブであってもよいなど、特に限定されない。
【０１０１】
（３）上述した第１〜第４実施例では、予め組み立てられた所定の撮影計画に基づいて設定し、その撮影条件を一連の撮影中に変更して撮影を行ったが、撮影条件の変更のタイミングを手動で切り換えてもよい。例えば、所定の動作を付与するコマンドを操作部に入力し、本発明における動作付与手段から被写体に動作を付与する場合には、動作を付与するタイミングが分かっているので、撮影計画を予め組み立てなくとも、操作部の入力あるいは被検体への動作の付与と同時に撮影条件を変更すればよい。かかる場合では、例えば爆発のように現象が生起するタイミングが分からないときには有効的でないが、第２，第３実施例のように操作部や撮影計画記憶部１３から被写体に動作を直接的に付与するときには有効的である。
【０１０２】
また、手動で変更のタイミングを切り換えるような、かかる場合では、本発明におけるクロック手段（第１実施例〜第４実施例ではクロック発生回路１２）からの信号に同期しなくとも変更を行うことができ、撮影の制御を容易に行うことができる。逆に、例えば爆発のように現象が生起するタイミングが分からないときには、撮影計画またはトリガに基づいて撮影条件を変更する、あるいはクロック手段からの信号に同期して撮影を行うのが好ましい。
【０１０３】
（４）上述した第１〜第４実施例では、一連の撮影中において撮影モード、すなわち撮影間隔を変更したが、撮影条件であるならば、撮影間隔に限定されず、例えば、露光時間や照明時間、あるいは照明強度を変更してもよい。
【０１０４】
（５）上述した第１〜第４実施例では、撮影条件を一連の撮影中に変更するように単体の撮像素子とともに高速撮影装置を統括制御したが、各々の装置ごとに撮像素子を備え、各々の撮像素子をそれぞれ制御してもよい。第１〜第４実施例の撮影計画記憶部１３を例に採って説明すると、撮影計画記憶部１３を本体装置２から外し、単体の撮影計画記憶部１３を複数の本体装置２にそれぞれ接続し、本体装置２内の各クロック発生回路１２をそれぞれ介して、各々の処理部（特に撮像素子８）を制御するようにすればよい。この場合、撮影計画記憶部１３は、複数の撮像素子８を制御しているので、撮像素子８とともに複数の高速撮影装置を統括制御することができる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、撮影を行ううえで必要となる装置の物理量である撮影条件を一連の撮影中に変更する撮影条件変更手段を備えることで、有限の撮影データ内で撮影を精度良く行う高速撮影装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る高速撮影装置の全体構成を示したブロック図である。
【図２】第１実施例に係る撮影計画記憶部に予め組み立てられた撮影計画を示す図である。
【図３】撮影間隔や露光時間のタイミングを示したパルス波形図である。
【図４】第１実施例に係る撮影方法を示すフローチャートである。
【図５】第２実施例に係る高速撮影装置の全体構成を示したブロック図である。
【図６】第３実施例に係る高速撮影装置の全体構成を示したブロック図である。
【図７】第３実施例に係る撮影計画記憶部に予め組み立てられた撮影計画を示す図である。
【図８】第４実施例に係る高速撮影装置の全体構成を示したブロック図である。
【図９】第４実施例に係る撮影計画記憶部に予め組み立てられた撮影計画を示す図である。
【図１０】第４実施例に係る撮影方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ … 高速撮影装置
４ … 振動センサ
８ … 撮像素子
１１ … 照明制御部
１２ … クロック発生回路
１３ … 撮影計画記憶部
１４ … トリガ発生回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-speed photographing apparatus such as a video camera, and in particular, scientific measurement such as a high-speed moving object such as a rocket, explosion, turbulent flow, discharge phenomenon, movement of a microorganism under a microscope, and signal transmission of brain and nervous system. It is related with the technique which uses for photography.
[0002]
[Prior art]
In the conventional high-speed photographing device (high-speed video camera), the photographing interval, that is, the photographing speed is constant in a series of photographing. At the moment when the phenomenon occurs in the subject that is the subject of photography, the change in the occurrence is abrupt. Therefore, it is desirable to photograph at a short photographing interval, that is, at a high photographing speed, in order to perform detailed photographing. On the other hand, before or after the phenomenon occurs, the change in the occurrence is gradual, so it is desirable to perform shooting at a relatively long shooting interval, that is, at a low shooting speed. In this specification, “shooting interval” refers to time per unit frame (unit: seconds / frame), and “shooting speed” refers to the number of frames per unit time (unit: frames / second). Indicates. That is, the shooting speed is the reciprocal of the shooting interval.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the shooting interval is shortened with a high-speed camera with a constant shooting speed, there is a problem that the amount of shooting data increases, or that a series of shooting cannot be shot in the case of a finite memory capacity. Conversely, if the shooting interval is increased, there is a problem that a rapid change cannot be shot.
[0004]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-speed imaging device that performs imaging accurately within limited imaging data.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
As a result of earnest research to solve the above problems, the inventor has obtained the following knowledge.
That is, in the conventional photographing apparatus, since the photographing speed is relatively low, it is difficult to increase the amount of a series of photographing data, and it is possible to photograph a whole series of photographing even with a limited memory capacity. However, in recent high-speed photographing apparatuses, the photographing speed is 1.0 × 10. ⁶ Since the frame / second (1,000,000 frames / second) is a high speed, the amount of shooting data increases as described above, or a series of shooting cannot be shot in the case of a limited memory capacity. . In order to solve such a problem, it is conceivable to perform photographing only at the moment when the phenomenon occurs or to increase the memory capacity.
[0006]
However, in the case of a spontaneous phenomenon such as an explosion, it is difficult to capture the moment when the phenomenon occurs because it is not known when the explosion occurs, and the memory capacity is increased. Another problem arises that the high-speed imaging device becomes larger.
[0007]
On the other hand, in a photographing device with a relatively low photographing speed, the amount of a series of photographing data is difficult to increase as described above, and a whole series of photographing can be taken even with a limited memory capacity. It is impossible to conceive of changing the shooting condition during the shooting of the image, and if it is changed, it becomes difficult to control the shooting. The inventor has changed the way of thinking and has come up with the idea that the shooting conditions are changed during a series of shootings to accurately perform shooting within the limited shooting data. The present invention based on such knowledge has the following configuration.
[0008]
That is, the invention described in claim 1 includes an imaging unit that captures an optical image of a subject, photoelectrically converts the captured optical image, and outputs the electrical signal as an electrical signal, and the electrical signal output from the imaging unit is captured. Is a high-speed imaging apparatus that performs processing as described above, and is characterized by comprising imaging condition changing means for changing imaging conditions, which are physical quantities of the apparatus necessary for imaging, during a series of imaging.
[0009]
[Operation / Effect] According to the first aspect of the present invention, by providing the photographing condition changing means for changing the photographing condition, which is a physical quantity of the apparatus necessary for photographing, during a series of photographing, it is limited. It is possible to provide a high-speed imaging device that performs imaging with high accuracy within imaging data. In other words, for example, when shooting occurs at a short shooting interval at the moment when the phenomenon occurs, that is, at a high shooting speed, shooting can be performed with high accuracy so that a rapid change can be shot at the moment when the phenomenon occurs. Can do. In addition, if shooting is performed at a relatively long shooting interval before or after the phenomenon occurs, that is, at a low shooting speed, the amount of a series of shooting data hardly increases before or after the phenomenon occurs, and a finite memory is used. Shooting can be performed within limited data such that shooting is possible even with a capacity.
[0010]
The invention described in claim 1 includes manually switching the timing of changing the photographing condition. However, when switching manually, for example, when a phenomenon is spontaneous, such as an explosion, as described above. Since it is difficult to know when the moment of the explosion will occur, it becomes difficult to determine when to make the change. Therefore, for example, when the phenomenon is an explosion, a predetermined photographing plan may be assembled in advance assuming the time when the explosion occurs. The invention described in claim 2 based on such knowledge has the following configuration.
[0011]
That is, the invention according to claim 2 is the high-speed imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging condition changing unit is an imaging plan unit that sets the imaging condition based on a predetermined imaging plan, The shooting plan means is characterized in that the shooting conditions are changed during a series of shooting based on the shooting plan.
[0012]
[Operation / Effect] According to the invention described in claim 2, the photographing condition changing means is a photographing plan means for setting photographing conditions based on a predetermined photographing plan, and the photographing plan means is the photographing means described above. Since the shooting conditions are changed during a series of shootings based on the plan, it is possible to easily perform shooting while changing the shooting conditions during a series of shootings by assembling a predetermined shooting plan in advance. Therefore, for example, if the phenomenon is an explosion, it is easier to change the shooting conditions by assembling a predetermined shooting plan in advance, assuming the time when the explosion occurs, and a series of shooting including before and after the explosion can be performed. It can be done easily.
[0013]
According to the second aspect of the present invention, photographing can be easily performed even in the case of a spontaneous phenomenon such as an explosion. However, there is a case where the expected explosion time and the time when the explosion actually occurs are different. Therefore, in order to perform photographing more easily, it is preferable to adopt the configuration as in the invention described in claim 3 below.
[0014]
That is, the invention described in claim 3 is the high-speed imaging device according to claim 1 or 2, further comprising trigger input means for detecting the motion of the subject and taking the detection timing as a trigger, Based on a trigger from a trigger input unit, the photographing condition changing unit or the photographing plan unit changes the photographing condition during a series of photographing.
[0015]
[Operation / Effect] According to the third aspect of the present invention, there is provided trigger input means for detecting the motion of the subject and taking the timing of the detection as a trigger, and photographing based on the trigger from the trigger input means. Since the condition changing unit or the imaging plan unit changes the imaging condition during a series of imaging, the timing for changing the imaging condition can be more easily determined from the actual operation of the subject, and imaging can be performed more easily. Therefore, for example, when the phenomenon (the motion of the subject) is an explosion, the trigger input means captures the timing of the vibration of the explosion as a trigger, and the timing of changing the shooting conditions is more easily taken based on the trigger. A series of photographing including before and after can be performed more easily.
[0016]
In order to photograph a spontaneous phenomenon, that is, to photograph a subject whose movement does not know when the explosion occurs, such as an explosion, the invention according to claim 3 described above is useful. For example, when the phenomenon (movement of the subject) causes the phenomenon (i.e., gives a stimulus to the microorganism), such as the movement of the microorganism by applying the stimulus to the microorganism, the invention described in claim 4 below is useful. It is.
[0017]
That is, the invention described in claim 4 is the high-speed photographing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the operation applying means for applying a predetermined operation to the object and the object from the operation applying means. Trigger output means for outputting a trigger in accordance with the timing of the predetermined operation to be applied to, and based on the trigger from the trigger output means, the imaging condition changing means or the imaging planning means It is characterized by changing during a series of photographing.
[0018]
[Operation / Effect] According to the invention described in claim 4, in accordance with the timing of the above-mentioned predetermined motion given to the subject from the motion imparting means and the motion imparting means for imparting the predetermined motion to the subject, A trigger output means for outputting a trigger is provided. Based on a trigger from the trigger output means, the photographing condition changing means or the photographing planning means changes the photographing condition during a series of photographing, so that a predetermined operation is given to the subject. Shooting can be performed more easily according to the timing. Therefore, for example, when the phenomenon (the movement of the subject) gives a stimulus to the microorganism, such as the movement of the microorganism due to the stimulus to the microorganism, a trigger is output from the trigger output means in accordance with the timing of the stimulus to the microorganism. Thus, based on the trigger, it is possible to more easily perform a series of imaging related to the movement of the microorganism including before and after the stimulus to the microorganism.
[0019]
Further, when changing the photographing condition during a series of photographing, it may be performed based on a trigger as in the invention described in claim 3 or claim 4, but in the following claims 5 to 7. As in the first aspect, it may be performed in synchronism with a signal from a clock means for controlling the operation of the imaging means.
[0020]
That is, in the invention described in claim 5, the apparatus includes a clock unit that controls the operation of the imaging unit, and the imaging condition is an imaging interval that is a time between each imaging, and the imaging condition change The means or the photographing plan means changes the photographing interval in synchronization with a signal from the clock means.
[0021]
[Operation / Effect] According to the invention described in claim 5, the photographing condition is a photographing interval which is a time between photographings, and is synchronized with a signal from a clock means for controlling the operation of the photographing means. Since the shooting interval, which is a shooting condition, is changed, even if the shooting interval is changed, the shooting can be controlled more easily by changing in synchronization with the signal from the clock means.
[0022]
According to a sixth aspect of the present invention, in the high-speed photographing device according to any one of the first to fifth aspects, the device includes a clock unit that controls the operation of the imaging unit, and the photographing conditions are The exposure time is the time during which light is incident during the photographing interval, which is the time between photographing, and the photographing condition changing means or the photographing planning means is synchronized with a signal from the clock means, The exposure time is changed.
[0023]
[Operation / Effect] According to the invention described in claim 6, the photographing condition is an exposure time which is a time during which light is incident during a photographing interval which is a time between each photographing, and Since the exposure time that is the shooting condition is changed in synchronization with the signal from the clock means that controls the operation, even if the exposure time is changed, the change is made in synchronization with the signal from the clock means. Control can be performed more easily.
[0024]
According to a seventh aspect of the present invention, in the high-speed photographing apparatus according to any one of the first to sixth aspects, the apparatus includes a clock unit that controls an operation of the imaging unit, and emits light to the subject. Illuminating means for illuminating, and the imaging condition is an illumination time that is a time for continuously or intermittently irradiating the subject from the illuminating means, or an illumination intensity that is an intensity irradiating the subject from the illuminating means, The imaging condition changing means or the imaging planning means changes the illumination time or illumination intensity in synchronization with a signal from the clock means.
[0025]
[Operation / Effect] According to the invention as set forth in claim 7, the illumination means for irradiating the subject with light is provided, and the photographing condition is an illumination time which is a time for continuously or intermittently irradiating the subject from the illumination means, Or it is the illumination intensity that is the intensity irradiated to the subject from the illumination means, and the illumination time or illumination intensity that is the imaging condition is changed in synchronization with the signal from the clock means that controls the operation of the imaging means. Even if the illumination time or illumination intensity is changed, it is possible to more easily control photographing by changing the illumination time or illumination intensity in synchronization with the signal from the clock means.
[0026]
Normally, the exposure time is set by the ratio of the shooting interval. If the shooting interval is changed in this setting state, the exposure time is shortened when the shooting interval is short (the shooting speed is fast), and the exposure time is long when the shooting interval is long (the shooting speed is slow). Accordingly, since the incident light amount per unit frame from the illumination unit varies with the change of the photographing interval, there is a case where photographing cannot be performed with an appropriate incident light amount. Therefore, the following claims 8 and 9 are provided. It is preferable to adopt the configuration as in the invention.
[0027]
That is, according to an eighth aspect of the present invention, in the high-speed photographing apparatus according to any one of the first to seventh aspects, the photographing condition is between a photographing interval that is a time between each photographing and the photographing interval. Exposure time, which is the time during which light is incident, wherein the imaging condition changing means or the imaging planning means makes the exposure time constant regardless of the change of the imaging interval. It is.
[0028]
[Operation / Effect] According to the invention described in claim 8, the shooting conditions are the shooting interval that is the time between each shooting and the exposure time that is the time during which light is incident between the shooting intervals. Thus, by making the exposure time constant regardless of the change in the photographing interval, it is possible to appropriately perform photographing with the incident light quantity kept constant.
[0029]
According to a ninth aspect of the present invention, in the high-speed photographing apparatus according to any one of the first to eighth aspects, the apparatus includes an illuminating unit that irradiates the subject with light, and the photographing condition is set for each photographing. An imaging interval that is an interval of time, an illumination time that is a time for continuously or intermittently irradiating the subject from the illumination unit, or an illumination intensity that is an intensity that is applied to the subject from the illumination unit. The condition changing means or the photographing plan means makes the illumination time and the illumination intensity constant regardless of the change of the photographing interval.
[0030]
[Operation / Effect] According to the invention described in claim 9, the illumination means for irradiating the subject with light is provided, and the photographing condition is a photographing interval which is a time between photographing and a continuous from the illumination means to the subject. Illumination time, which is the time to irradiate intermittently, or illumination intensity, which is the intensity to illuminate the subject from the illumination means, by making the illumination time and intensity constant regardless of the change in shooting interval, Shooting can be appropriately performed in a state where is kept constant.
[0031]
The shooting condition changing means or shooting planning means for changing the shooting conditions during a series of shots may control a single imaging means provided in the high-speed shooting apparatus. The invention according to claim 10 below As described above, a plurality of imaging means may be controlled.
[0032]
That is, the invention described in claim 10 is the high-speed imaging device according to any one of claims 1 to 9, wherein the imaging unit is provided for each device, and the imaging condition changing unit or the imaging planning unit is provided. Is characterized in that each imaging means is controlled to change the imaging condition during a series of imaging.
[0033]
[Operation / Effect] According to the invention described in claim 10, since the photographing condition changing means or the photographing planning means controls a plurality of image pickup means, the image pickup means and the plurality of high-speed photographing devices are controlled in an integrated manner. Can do.
[0034]
Note that the present specification also discloses an invention relating to a photographing method.
[0035]
(1) An imaging method for capturing an optical image of a subject, photoelectrically converting the captured optical image and outputting it as an electrical signal, and processing the output electrical signal as a captured image, which is necessary for capturing An imaging method characterized by changing an imaging condition, which is a physical quantity of an apparatus, during a series of imaging.
[0036]
[Operation / Effect] According to the invention of (1), the photographing condition is changed during a series of photographing, so that photographing can be performed with high accuracy within the limited photographing data.
[0037]
(2) The photographing method according to (1), wherein photographing conditions are set based on a predetermined photographing plan assembled in advance, and the set photographing conditions are changed during a series of photographing. Method.
[0038]
[Operation / Effect] According to the invention of (2), it is possible to easily shoot while changing the shooting conditions during a series of shootings by assembling a predetermined shooting plan in advance.
[0039]
(3) In the photographing method according to (2), the photographing condition is a photographing interval which is a time between photographings, and when the phenomenon occurs in the subject, the photographing interval is shortened and In other cases, the predetermined shooting plan is assembled so as to be longer than the shooting interval at the moment when the phenomenon occurs in the subject, the shooting interval that is the shooting condition is set based on the shooting plan, and the set shooting interval is A shooting method characterized by changing during shooting.
[0040]
[Operation / Effect] According to the invention of (3), the shooting interval is shortened at the moment when the phenomenon occurs, and at other times, the shooting interval is longer than the shooting interval at the moment when the phenomenon occurs in the subject. At the moment when the phenomenon occurs, it is possible to shoot with high accuracy, such as being able to shoot sudden changes at the moment when the phenomenon occurs at a short shooting interval, and at other times, taking a series of long shooting intervals It is difficult to increase the amount of shooting data, and shooting can be performed within limited shooting data such that shooting is possible even with a limited memory capacity.
[0041]
(4) In the imaging method according to (2), the imaging conditions are an imaging interval that is a time between each imaging and an exposure time that is a time during which light is incident between the imaging intervals. The predetermined photographing plan is assembled so as to make the exposure time constant regardless of the change of the photographing interval, and the photographing interval and the exposure time, which are photographing conditions, are set based on the photographing plan. Method.
[0042]
[Operation / Effect] According to the invention of (4), the photographing conditions are a photographing interval which is a time between photographings and an exposure time which is a time during which light is incident between the photographing intervals. Thus, by making the exposure time constant regardless of the change in the photographing interval, it is possible to appropriately perform photographing with a constant incident light amount.
[0043]
(5) In the photographing method according to (4), the setting of the exposure time is performed based on a minimum photographing interval among photographing intervals, and the exposure time is equal to or less than the minimum photographing interval. How to shoot.
[0044]
[Operation / Effect] If the exposure time is not set based on the minimum shooting interval in the shooting interval with the exposure time kept constant, the exposure time will be longer than the shooting interval. . Therefore, according to the invention of the above (5), the exposure time is set based on the minimum shooting interval in the shooting interval, and the above situation is avoided by setting the exposure time to be equal to or less than the minimum shooting interval. be able to.
[0045]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the high-speed imaging device according to the first embodiment, FIG. 2 is a shooting plan assembled in advance in the shooting plan storage unit according to the first embodiment, and FIG. 3 is a shooting interval. 4 is a pulse waveform diagram (timing chart) showing the timing of the exposure time, and FIG. 4 is a flowchart showing the photographing method according to the first embodiment. In the first embodiment, the case where a balloon as a subject explodes will be described as an example.
[0046]
Reference numeral 1 in FIG. 1 denotes a high-speed photographing apparatus according to the first embodiment. The high-speed photographing apparatus 1 includes a main body device 2, a monitor 3, and a vibration sensor 4. In FIG. 1, although not shown, an operation unit is also provided.
[0047]
The main unit 2 includes an optical lens 5 that captures light from a subject, and a processing unit 6 that converts an optical image captured from the optical lens 5 into an electrical signal and performs various processes.
[0048]
The processing unit 6 includes a microchannel plate type image intifier (hereinafter referred to as “MCP type II”) 7, an image sensor 8, an image processing unit 9, a main storage unit 10, an illumination control unit 11, and a clock generation circuit 12. , An imaging plan storage unit 13 and a trigger generation circuit 14.
[0049]
MCP type I.M. I7 converts the optical image of the subject into photoelectrons, doubles the photoelectrons by applying a pulse voltage synchronized with the clock signal output from the clock generation circuit 12, and then converts the doubled photoelectrons into an optical image again. It has a function. That is, the MCP type I.D. I7 has a function of adjusting on / off switching by applying a pulse voltage synchronized with the clock signal output from the clock generation circuit 12 and operating as a shutter.
[0050]
The image sensor 8 includes a plurality of photodiodes for photoelectric conversion and a CCD element group, and photoelectrically converts the captured optical image and outputs it as an electrical signal. The image pickup device 8 has a function of operating as a shutter when sequentially storing and reading out the photoelectrically converted charges. The imaging element 8 corresponds to the imaging means in the present invention.
[0051]
The image processing unit 9 amplifies the signal by an amplifier or an AD converter (both not shown) and converts the signal from an analog signal to a digital signal. That is, the image processing unit 9 has a function of processing the electrical signal output from the image sensor 8 as a captured image. The captured image processed by the image processing unit 9 is stored in the main storage unit 10 and output and displayed on the monitor 3 sequentially.
[0052]
The illumination control unit 11 includes a light emitting unit, a light emission driving unit, and the like (both not shown), and the light emission driving unit urges driving of the light emitting unit in synchronization with the clock signal output from the clock generation circuit 12. The light emitting unit includes a discharge tube (not shown) in which a rare gas such as xenon gas is sealed. Then, visible light or ultraviolet light is emitted from the discharge tube of the light emitting unit to irradiate the subject. The illumination control unit 11 corresponds to the illumination unit in the present invention.
[0053]
The clock generation circuit 12 is an MCP type I.D. I7, the image sensor 8, the image processing unit 9, the main storage unit 10, and the function of controlling the illumination control unit 11 are provided. Various signals are synchronized with the clock signal output from the clock generation circuit 12. The clock generation circuit 12 corresponds to clock means in the present invention.
[0054]
The shooting plan storage unit 13 is configured to store a predetermined shooting plan assembled in advance and set shooting conditions based on the predetermined shooting plan. In the first embodiment, an imaging interval and an exposure time are set as imaging conditions. Further, for the set photographing interval and exposure time, the MCP type I.D. I7 and the image sensor 8 are controlled. In addition, the illumination control unit 11 is controlled via the clock generation circuit 12 for the illumination time and illumination intensity, which are one of the imaging conditions. A specific configuration of the imaging plan storage unit 13 will be described later. The shooting plan storage unit 13 corresponds to shooting plan means in the present invention, and also corresponds to shooting condition change means in the present invention.
[0055]
The vibration sensor 4 detects vibration caused by the explosion of the balloon, and the trigger generation circuit 14 takes in the detection timing of the vibration sensor 4 as a trigger. The trigger generated from the trigger generation circuit 14 is sent to the clock generation circuit 12. The trigger generation circuit 14 corresponds to trigger input means in the present invention.
[0056]
The shooting plan storage unit 13 according to the first embodiment stores the shooting plan as shown in FIG. 2, the timing as shown in FIG. 3, and the procedure of the flowchart as shown in FIG. I do.
[0057]
The leftmost column in FIG. 2 is “shooting mode”, where “low speed” is low speed shooting and “high speed” is high speed shooting. The “trigger” in the second column from the left in FIG. 2 is a determination of the presence or absence of a trigger generated from the trigger generation circuit 14, and “Yes” if a trigger has occurred, and if no trigger has occurred. “None”. The second column from the right in FIG. 2 is “frame number”. The frame number when the trigger occurs, that is, when the balloon explodes is represented by “x”. The rightmost column in FIG. 2 is “shooting speed”, and the unit is frames / second.
[0058]
In this specification, a shooting speed of 100,000 frames / second or more is referred to as “high-speed shooting”, and a shooting speed lower than that is referred to as “low-speed shooting”. Accordingly, since the shooting speed is 10,000 frames / second from “0” to “x−1”, the shooting mode is low-speed shooting, and the shooting speed is 100 from “x” to “x + 39”. Since the frame rate is 20,000 frames / second, the shooting mode is high-speed shooting, and since the shooting speed is 20,000 frames / second from frame numbers “x + 40” to “x + 69”, the shooting mode is low-speed shooting.
[0059]
The shooting speed is the reciprocal of the shooting interval. Therefore, when the shooting speed in high-speed shooting is 100,000 frames / second, the shooting interval is 1.0 × 10 ^-Five Second / frame (10 μs / frame), and when the shooting speed in low-speed shooting is 10,000 frames / second, the shooting interval is 1.0 × 10 ^-Four Second / frame (100 μs / frame), and when the shooting speed at low-speed shooting is 20,000 frames / second, the shooting interval is 5.0 × 10 ^-Five Second / frame (50 μs / frame).
[0060]
The transfer clock in FIG. 3 is an MCP type I.D. The on / off switching of I7 is adjusted to control the shuttering, that is, the exposure time. Further, the shuttering clock in FIG. 3 is a signal for controlling the illumination control unit 11, and the light emitting unit of the illumination control unit 11 emits ultraviolet rays in synchronization with the shuttering clock.
[0061]
The output of the shuttering clock is synchronized with each shooting interval of the transfer clock, and the time when the shuttering clock is output is the exposure time. When the exposure time is “t” as shown in FIG. 3, the shooting plan storage unit 13 is set so that the exposure time is always constant with t regardless of the shooting mode. The exposure time t is set based on the minimum shooting interval in the shooting interval. In the case of the first embodiment, the minimum shooting interval is 10 μs / frame, which is the shooting interval in high-speed shooting. Accordingly, the exposure time t is set shorter than 10 μs / frame which is the minimum photographing interval. This is because if it is not performed based on the minimum shooting interval of 10 μs / frame, the exposure time t becomes longer than the shooting interval.
[0062]
In the first embodiment, when a trigger is generated from the trigger generation circuit 14, as shown in FIG. 3, from a low-speed shooting at a shooting speed of 10,000 frames / second (shooting interval is 100 μs / frame), the shooting speed is 100 10000 frames / second (shooting interval is 10 μs / frame).
[0063]
In addition, the vertical synchronization signal (not shown) is a signal for timing the image for one frame, and is also a frame rate to be output to the monitor 3. A vertical transfer pulse (not shown) is a signal for sequentially outputting captured images in the vertical direction of the monitor 3. The video output not shown is a captured image for one scanning line output to the monitor 3, and the captured image for one scanning line is sequentially output in the vertical direction of the monitor 6 for each vertical transfer pulse. . Then, an image for one frame is output as a captured image to the monitor 3 in one frame, that is, until the next vertical synchronization signal is output. These signals and clock are assumed to be synchronized with the clock signal output from the clock generation circuit 12.
[0064]
Next, the photographing method according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0065]
(Step S1) Shooting at low speed
Since the change is slow until the balloon explodes, shooting is performed at a relatively long shooting interval, that is, at a low speed. In the first embodiment, low-speed shooting is performed at a shooting speed of 10,000 frames / second (shooting interval is 100 μs / frame).
[0066]
(Step S2) Has a trigger occurred?
It is determined whether or not a trigger is generated from the trigger generation circuit 24. If no trigger has occurred, the low-speed shooting in step S1 is continued. If the trigger has occurred, the vibration sensor 4 detects the explosion of the balloon as vibration, and the timing of the detection is taken as a trigger, and the low-speed shooting is changed to the high-speed shooting in step 3.
[0067]
(Step S3) Shooting at high speed
Since the change due to the explosion is abrupt at the moment the balloon explodes, shooting is performed at a short shooting interval, that is, at high speed. In the first embodiment, high-speed shooting is performed for “40 frames” at a shooting speed of 100,000 frames / second (shooting interval is 10 μs / frame) (frame numbers are “x” to “x + 39”). After shooting 40 frames, the high-speed shooting is changed to the low-speed shooting in step S4.
[0068]
(Step S4) Shooting at low speed
Since the change is gentle after a lapse of a predetermined time from the explosion of the balloon, photographing is performed at a relatively long photographing interval, that is, at a low speed. In the first embodiment, low-speed shooting is performed at a shooting speed of 20,000 frames / second (shooting interval is 50 μs / frame).
[0069]
According to the above-described series of imaging methods according to steps S1 to S4 and the high-speed imaging device 1 according to the first embodiment, the imaging plan storage unit 13 that changes the imaging conditions during the series of imaging includes the finite number. Imaging can be performed with high accuracy within the imaging data. That is, in the first embodiment, when shooting is performed at a short shooting interval (high-speed shooting) at the moment when the balloon explodes (step S3), a sudden change due to the explosion can be shot at the moment when the balloon explodes. As described above, the photographing can be performed with high accuracy. Also, if shooting is performed at a long shooting interval (low-speed shooting) before and after the balloon explodes (steps S1 and S4), the amount of a series of shooting data hardly increases before and after the balloon explodes, and the memory capacity is limited. Even in such a case, shooting can be performed within limited shooting data so that shooting is possible.
[0070]
The shooting plan storage unit 13 stores a predetermined shooting plan assembled in advance, sets shooting conditions based on the predetermined shooting plan, and changes the shooting conditions during a series of shootings. You can easily shoot the explosion. Furthermore, since the high-speed imaging device 1 includes the trigger generation circuit 14 that detects the vibration due to the explosion of the balloon by the vibration sensor 4 and captures the detection timing as a trigger, the imaging condition can be changed based on the trigger. Timing (change from low-speed shooting to high-speed shooting in steps S1 to S3) is further facilitated, and a series of shooting including before and after an explosion can be performed more easily.
[0071]
In addition, the shooting interval, which is a shooting condition, is changed in synchronization with the clock signal from the clock generation circuit 12 (change from high-speed shooting to low-speed shooting in step S3 to step S4), so the shooting interval is changed. However, the shooting can be controlled more easily by making the change in synchronization with the clock signal.
[0072]
Further, by making the exposure time t constant regardless of the change in the photographing interval, it is possible to appropriately perform photographing with the incident light quantity kept constant.
[0073]
[Second Embodiment]
Next explained is the second embodiment of the invention. In addition, about the location which is common with 1st Example apparatus, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. The high-speed imaging apparatus according to the second embodiment is as shown in FIG. 5. In the second embodiment, a drive unit 21 such as a motor is provided instead of the vibration sensor 4 of the first embodiment, and the trigger generating circuit 14 is provided. 1 has the same configuration as that of the high-speed photographing apparatus according to the first embodiment shown in FIG. FIG. 5 illustrates the operation unit 22. In the second embodiment, an explanation will be given by taking as an example a case where an iron ball as a subject is caused to collide with a wall and the situation where the iron ball is destroyed by the collision is photographed.
[0074]
The operation unit 22 is configured to control a drive unit 21 such as a motor via the trigger generation circuit 14, and the drive unit 21 drives the iron ball toward the wall to collide with the wall. Is configured to do. The drive unit 21 corresponds to an operation applying unit in the present invention.
[0075]
When driving the iron ball from the drive unit 21, the initial position of the iron ball, the position of the wall, the speed of the iron ball, etc. are input to the operation unit 21, and the input data is sent from the operation unit 22 to the trigger generation circuit 14. . The trigger generation circuit 14 calculates the timing at which the iron ball collides with the wall, and drives the iron ball via the drive unit 21 and outputs a trigger in accordance with the timing. The trigger generated from the trigger generation circuit 14 is sent to the clock generation circuit 12 as in the first embodiment. The trigger generation circuit 14 in the second embodiment corresponds to the trigger output means in the present invention.
[0076]
The shooting plan storage unit 13 according to the second embodiment has the same shooting plan as in FIG. 2 in the first embodiment, the same timing as in FIG. 3 in the first embodiment, and FIG. 4 in the first embodiment. A procedure of a similar flowchart is stored, and shooting is performed according to this flowchart.
[0077]
According to the high-speed imaging device 1 according to the second embodiment, the trigger generation circuit 14 outputs a trigger in accordance with the driving timing of the iron ball applied from the driving unit 21, and the imaging conditions are set based on the trigger. Since the change is made during photographing, a series of photographing including before and after the collision of the iron ball can be more easily performed in accordance with the driving timing of the iron ball.
[0078]
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In addition, about the location which is common with the 1st, 2nd Example apparatus, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. The high-speed imaging apparatus according to the third embodiment is as shown in FIG. 6. In the third embodiment, the trigger generation circuit is not provided, and in the third embodiment, the imaging plan storage unit directly controls the drive unit. Except for this, it has the same configuration as that of the high-speed photographing apparatus according to the second embodiment shown in FIG. The third embodiment will be described by taking as an example a case of shooting a state where an iron ball as a subject is directly destroyed.
[0079]
The drive unit 21 according to the third embodiment is composed of, for example, a hammer and directly destroys the iron ball. Further, the shooting plan storage unit 13 according to the third embodiment stores a shooting plan as shown in FIG. Note that the timing chart and the flowchart are not shown.
[0080]
The “shooting mode” and “shooting speed” in FIG. 7 are the same as those in FIG. 2 in the first embodiment, and in the “frame number” in FIG. 7, “0” to “29” are taken. Low-speed shooting with a speed of 10,000 frames / second, high-speed shooting with a shooting speed of 100,000 frames / second from "30" to "69", and a shooting speed of 20,000 frames / second with "70" to "99" It is slow shooting of seconds. In the case of the third embodiment, the shooting conditions are set in advance and the shooting conditions are set so that the low-speed shooting is changed to the high-speed shooting when the iron ball is destroyed. Therefore, the change is made without generating a trigger. For the above-mentioned reason, the iron ball is directly destroyed at “30 frames” from the start of shooting, and the low-speed shooting is changed to the high-speed shooting.
[0081]
According to the high-speed photographing apparatus 1 according to the third embodiment, a predetermined photographing plan assembled in advance is stored, photographing conditions are set based on the predetermined photographing plan, and the photographing conditions are changed during a series of photographing. Therefore, it is possible to easily take a picture of how the iron ball is directly destroyed.
[0082]
In the third embodiment, unlike the first and second embodiments, the change is made based only on the shooting plan assembled without changing from the low-speed shooting to the high-speed shooting based on the trigger. Therefore, there is a case where the time at which the assumed phenomenon occurs and the time at which the phenomenon actually occurs are different from each other. However, since the iron ball is directly destroyed in the third embodiment, the occurrence of the deviation is small.
[0083]
[Fourth embodiment]
Next explained is the fourth embodiment of the invention. In addition, about the location which is common with the 1st-3rd Example apparatus, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. The high-speed imaging apparatus according to the fourth embodiment is as shown in FIG. 8, and the high-speed imaging apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 is combined with the high-speed imaging apparatus according to the second embodiment shown in FIG. Instead of the drive unit 21 of the second embodiment, the third embodiment has a configuration including a stimulation unit 31. The third embodiment will be described by taking as an example a case in which a microorganism that is a subject is stimulated and a state in which the microorganism moves after stimulation is photographed. In the third embodiment, the vibration sensor 4 detects vibration due to the movement of microorganisms.
[0084]
The stimulation unit 31 includes a power supply unit 31a and a probe 31b, and transmits an electrical signal from the power supply unit 31a synchronized with the clock signal output from the clock generation circuit 12 to the probe 31b. The tip of the probe 31b is in contact with the microorganism, and the electrical signal gives electrical stimulation to the microorganism through the probe 31b. Here, it is assumed that the microorganism does not start the exercise immediately after the stimulation, and a time lag is generated by “y frame”. The stimulating unit 31 corresponds to the action imparting means in the present invention.
[0085]
Note that a command for instructing stimulation may be input to the operation unit 22 to control the stimulation unit 31 to stimulate the microorganism.
[0086]
The shooting plan storage unit 13 according to the third embodiment stores a shooting plan as shown in FIG. 9 and a flowchart procedure as shown in FIG. 10, and performs shooting according to this flowchart. Note that illustration of the timing chart is omitted.
[0087]
In “frame number” in FIG. 9, “0” to “39” and “40” to “40+ (y−1)” are low-speed shooting with a shooting speed of 10,000 frames / second, “y + 40” to “ Up to “y + 69”, high-speed shooting at a shooting speed of 100,000 frames / second, and “y + 70” to “y + 99” are low-speed shooting at a shooting speed of 20,000 frames / second. In addition, the microbes are stimulated at “40 frames” from the start of the photographing. Further, since the motion is started in the y frame after the stimulation as described above, the frame number when the trigger is generated, that is, when the microorganism starts the motion is “y + 40”. Accordingly, the microorganism starts to move at “(y + 40) frame” from the start of imaging, thereby generating a trigger and simultaneously changing from low-speed imaging to high-speed imaging.
[0088]
Next, a photographing method according to the fourth embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0089]
(Step S11) Shooting at low speed
Since the change is slow until step S15 when the microorganism starts to move, the image is taken at a relatively long photographing interval, that is, at a low speed. The shooting speed is 10,000 frames / second (shooting interval is 100 μs / frame).
[0090]
(Step S12) Giving stimulus
In order to give a stimulus to the microorganism, an electrical signal is transmitted to the probe 31b in "40 frames" from the start of imaging.
[0091]
(Step S13) Shooting at low speed
After the stimulation, until the microorganism starts to move, that is, until the trigger is generated, the imaging is continued at the imaging speed of 10,000 frames / second (the imaging interval is 100 μs / frame).
[0092]
(Step S14) Has a trigger occurred?
It is determined whether or not a trigger is generated from the trigger generation circuit 24. If no trigger has occurred, the low-speed shooting in step S13 is continued. If a trigger is generated, the vibration sensor 4 changes the high-speed shooting in step 5 from the low-speed shooting, assuming that the start of the movement of the microorganism is a vibration and the detection timing is taken as a trigger.
[0093]
(Step S15) Shooting at high speed
Since the change is rapid when the microorganism starts to move, the image is taken at a short photographing interval, that is, at a high speed. The shooting speed is 100,000 frames / second (shooting interval is 10 μs / frame) and is performed for “30 frames” (frame numbers are “x + 40” to “x + 69”). After shooting “30 frames”, the high-speed shooting is changed to the low-speed shooting in step S16.
[0094]
(Step S16) Shooting at low speed
If the change is moderate after a lapse of a predetermined time from the movement of the microorganism, the image is taken at a relatively long imaging interval, that is, at a low speed. The shooting speed is 20,000 frames / second (the shooting interval is 50 μs / frame).
[0095]
Like the series of imaging methods according to steps S11 to S16 described above and the high-speed imaging device 1 according to the third example, it is also possible to perform imaging by combining the first example and the second example. If there is no time lag between the application of the stimulus to the microorganism and the start of the movement of the microorganism, the stimulus may be given to the microorganism and at the same time the low-speed shooting may be changed to the high-speed shooting.
[0096]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified as follows.
[0097]
(1) In the first to fourth embodiments described above, the unit from the light emitting unit of the illumination control unit 11 is made constant regardless of the shooting mode, that is, regardless of the change in the shooting interval. Shooting was performed with a constant amount of incident light per frame, but if the exposure time shift caused by the change in the shooting interval is small, or if shooting is performed properly even if the shift is large to some extent, the exposure time will be reduced. For example, the exposure interval may be set according to the ratio of the shooting interval, and the shooting interval may be changed to perform shooting.
[0098]
In addition to the exposure time, the illumination time and illumination intensity may be constant. Note that the illumination time is different from the exposure time, and includes not only intermittent irradiation between imaging intervals but also continuous irradiation time.
[0099]
(2) In the first and fourth embodiments described above, the vibration sensor 4 is used to detect the motion of the subject. However, the motion of the subject may be an explosion of a balloon as in the first embodiment or a fourth embodiment. As an example, it is not limited to the movement of microorganisms, and the means for detecting motion is not limited to a vibration sensor. For example, the movement of the subject includes a high-speed moving object such as a rocket, explosion, turbulent flow, discharge phenomenon, movement of microorganisms under a microscope, and signal transmission of the brain and nervous system. In addition, when shooting the launch of a fast moving object such as a rocket, the launch may be detected based on reception of a sound wave or a change in frequency due to the launch sound, or when shooting a discharge phenomenon. For this, the timing of the discharge phenomenon may be detected based on the change in the image (pixel value) displayed on the monitor. In the second embodiment, the iron ball collides with the wall. However, the timing when the iron ball crosses the sensor may be detected.
[0100]
In addition, the motion imparting means for imparting a predetermined motion to the subject also changes depending on the motion mode of the subject, and the means is also a motor or a hammer as in the second and third embodiments. The probe may be a probe that gives a stimulus as in the fourth embodiment, and is not particularly limited.
[0101]
(3) In the first to fourth embodiments described above, the shooting conditions are set based on a predetermined shooting plan assembled in advance and the shooting conditions are changed during a series of shootings. The timing may be switched manually. For example, when a command for giving a predetermined action is input to the operation unit and the action is given to the subject from the action giving means in the present invention, the timing for giving the action is known, so the shooting plan is not assembled in advance. In any case, the imaging conditions may be changed simultaneously with the input of the operation unit or the application of the motion to the subject. In such a case, it is not effective when the timing of occurrence of a phenomenon such as an explosion is not known, but the operation is directly applied to the subject from the operation unit or the shooting plan storage unit 13 as in the second and third embodiments. It is effective when you do.
[0102]
Further, in such a case where the change timing is manually switched, the change can be made without synchronizing with the signal from the clock means in the present invention (the clock generation circuit 12 in the first to fourth embodiments). Therefore, it is possible to easily control photographing. Conversely, for example, when the timing at which a phenomenon occurs such as an explosion is not known, it is preferable to change the imaging condition based on the imaging plan or trigger, or to perform imaging in synchronization with a signal from the clock means.
[0103]
(4) In the first to fourth embodiments described above, the shooting mode, that is, the shooting interval is changed during a series of shooting. However, the shooting condition is not limited to the shooting interval. You may change time or illumination intensity.
[0104]
(5) In the above-described first to fourth embodiments, the high-speed imaging device is integrated and controlled together with a single imaging device so that the imaging conditions are changed during a series of imaging, but each device includes an imaging device, You may control each image pick-up element, respectively. The shooting plan storage unit 13 of the first to fourth embodiments will be described as an example. The shooting plan storage unit 13 is removed from the main body device 2 and a single shooting plan storage unit 13 is connected to each of the plurality of main body devices 2. The respective processing units (particularly, the image sensor 8) may be controlled via the respective clock generation circuits 12 in the main unit 2. In this case, since the imaging plan storage unit 13 controls the plurality of imaging elements 8, the imaging plan storage unit 13 can control the plurality of high-speed imaging apparatuses together with the imaging element 8.
[0105]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, the imaging condition changing means for changing the imaging condition, which is a physical quantity of the apparatus necessary for imaging, during a series of imaging is provided, so that limited imaging is possible. It is possible to provide a high-speed imaging device that performs imaging within data accurately.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a high-speed imaging apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating an imaging plan assembled in advance in an imaging plan storage unit according to the first embodiment.
FIG. 3 is a pulse waveform diagram showing timings of photographing intervals and exposure times.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a photographing method according to the first embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing an overall configuration of a high-speed photographing apparatus according to a second embodiment.
FIG. 6 is a block diagram illustrating an overall configuration of a high-speed imaging apparatus according to a third embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a shooting plan assembled in advance in a shooting plan storage unit according to the third embodiment;
FIG. 8 is a block diagram illustrating an overall configuration of a high-speed imaging device according to a fourth embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a shooting plan assembled in advance in a shooting plan storage unit according to the fourth embodiment;
FIG. 10 is a flowchart illustrating a photographing method according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... High-speed imaging device
4… Vibration sensor
8 ... Image sensor
11 ... Lighting control unit
12 ... Clock generation circuit
13 ... Shooting plan storage unit
14 ... Trigger generation circuit

Claims

A high-speed imaging apparatus that includes an imaging unit that captures an optical image of a subject, photoelectrically converts the captured optical image and outputs the result as an electrical signal, and processes the electrical signal output from the imaging unit as a captured image. A high-speed photographing apparatus comprising photographing condition changing means for changing a photographing condition, which is a physical quantity of the apparatus required for performing the photographing, during a series of photographing.

2. The high-speed imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging condition changing unit is an imaging plan unit that sets the imaging condition based on a predetermined imaging plan, and the imaging plan unit is based on the imaging plan. A high-speed photographing apparatus characterized by changing photographing conditions during a series of photographing.

3. The high-speed imaging apparatus according to claim 1, further comprising: a trigger input unit that detects an operation of the subject and takes a detection timing as a trigger, and based on a trigger from the trigger input unit, The photographing condition changing means or the photographing planning means changes the photographing condition during a series of photographing, the high-speed photographing apparatus.

4. The high-speed imaging apparatus according to claim 1, wherein an operation applying unit that applies a predetermined operation to the subject and a timing of the predetermined operation that is applied to the object from the operation applying unit. 5. Trigger output means for outputting a trigger, and based on a trigger from the trigger output means, the imaging condition changing means or the imaging planning means changes the imaging conditions during a series of imaging. High-speed shooting device.

5. The high-speed imaging apparatus according to claim 1, wherein the apparatus includes a clock unit that controls an operation of the imaging unit, and the imaging condition is an imaging interval that is a time between each imaging. The high-speed photographing apparatus, wherein the photographing condition changing means or the photographing planning means changes the photographing interval in synchronization with a signal from the clock means.

6. The high-speed imaging apparatus according to claim 1, wherein the apparatus includes a clock unit that controls an operation of the imaging unit, and the imaging condition is a time interval between imagings. Exposure time, which is a time during which light is incident, wherein the imaging condition changing means or the imaging planning means changes the exposure time in synchronization with a signal from the clock means. High-speed shooting device.

7. The high-speed imaging apparatus according to claim 1, wherein the apparatus includes a clock unit that controls an operation of the imaging unit, and an illumination unit that irradiates the subject with light. The condition is an illumination time that is a time for continuously or intermittently irradiating the subject from the illumination unit, or an illumination intensity that is an intensity to irradiate the subject from the illumination unit, and the imaging condition changing unit or the imaging plan The means changes the illumination time or illumination intensity in synchronization with a signal from the clock means.

8. The high-speed imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging condition is an imaging interval that is a time between each imaging and an exposure time during which light is incident between the imaging intervals. The high-speed photographing apparatus, wherein the photographing condition changing means or the photographing planning means makes the exposure time constant regardless of the change of the photographing interval.

9. The high-speed imaging apparatus according to claim 1, wherein the apparatus includes an illumination unit that irradiates light to the subject, and the imaging condition is an imaging interval that is a time between each imaging, An illumination time that is a time for continuously or intermittently irradiating the subject from the illumination means, or an illumination intensity that is an intensity to irradiate the subject from the illumination means, the imaging condition changing means or the imaging plan means A high-speed photographing apparatus characterized in that the illumination time and the illumination intensity are made constant regardless of the change in the photographing interval.

10. The high-speed imaging device according to claim 1, wherein each of the devices includes the imaging unit, and the imaging condition changing unit or the imaging planning unit sets the imaging condition during a series of imaging. A high-speed imaging apparatus, wherein each imaging unit is controlled to be changed.