JPS63250285A - 高速撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高速撮像装置、即ち時間軸方向に情報密度の高
いビデオ信号を出力できる撮像装置に関する。

〔従来の技術とその問題点〕

ビデオ・カメラによる高速撮像装置としては、撮像面へ
の垂直走査周波数ｒｖｓと水平走査周波数ｆＨｓの両方
を同一の倍率だけ高める方法が公知である。しかし単純
にｆ　ＶＳ＋　　ｆ　）ｌ！を高くしたのでは、信号周
波数も同様に高くなるためカメラの信号処理回路を広帯
域化しなければならない。また、出力されるビデオ信号
を記録したい場合には、広帯域の記録装置を用いなけれ
ばならず、非常に高価な記録装置が必要になる。例えば
、ＮＴＳＣ方式のテレビジョン信号では映像信号周波数
帯域は約Ｏ〜４ＭＨｚであり、これを５倍に高速化する
とすれば、０〜２０ＭＨｚの信号を処理しうるカメラ及
び記録装置を必要とする。

より低い信号帯域での記録を可能にするためには、映像
信号を複数の記録チャンネルに分割する方法も考えられ
るが、分割に伴う信号処理が複雑になり、また、再生の
際の信号処理もそれに応じて複雑になるため、記録装置
ひいては再生装置も高価になるという欠点がある。

また、出力映像信号をモニタ装置で表示することを考え
ると、このように信号周波数を全体的に高くした場合に
は、モニタ装置は、その信号周波数に応答しうる高速動
作のものでなければならず、高価な装置にならざるをえ
ない。

他方、近年民生用のビデオカメラの分野においても、１
０００〜２０００分の１程度の高速シャッタを具えるも
のが製品化されており、これに伴い時間軸方向の情報密
度の高いビデオ信号を出力する安価なビデオカメラ及び
ビデオ記録再生システムの登場が待たれている。

本発明は、このような背景に鑑み、安価で高速撮影が可
能で、且つ記録再生装置及びモニタ装置としても安価な
ものを使用可能な高速撮像装置を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る高速撮像装置は、撮像面上の光学像を電気
信号に変換し、水平同期信号及び垂直同期信号を付加し
てビデオ信号として出力する装置であって、当該垂直同
期信号の周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数の
垂直走査４３号により、当該撮像面上の光学像を電気信
号に変換することを特徴とする。

〔作用〕

本発明では、撮像面の垂直走査周波数を、出力するビデ
オ信号の垂直同期信号の周波数のｎ倍にすることにより
、各垂直同期信号間にｎ個の画像を出力でき、時間分解
能がｎ倍になる。この時、垂直同期信号及び水平同期信
号の周波数を従来のビデオカメラ及びビデオ記録再生シ
ステムで取り扱う周波数にすれば、本発明の撮像装置に
より高速撮影されたビデオ信号をこれら従来のシステム
で取り扱うことができる。また、撮像面からの信号続出
速度も従来のビデオカメラと同一にすれば、各画像の情
報量は１／ｎになるが、従来のビデオカメラを用いて高
速撮影が可能になる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第
１図は、本発明の一実施例の構成ブロック図を示す。

第１図において、１０は基準発振回路であり、１２は高
速撮影の速度倍率ｎを指定する速度信号を発生する速度
信号発生回路である。ｎは整数である。ｎが１のときは
通常速度の撮影を行うことになり、高速撮影ではｎｉｌ
である。水平同期信号発生回路１４は、基準発振回路１
０からの基準信号に基づき水平同期信号ｆ１４を形成し
、垂直同期信号発生回路１６は、基準発振回路１０から
の基準信号及び速度信号発生回路１２からの速度信号に
基づき、通常の垂直同期信号周波数ｆｖの信号とそのｎ
倍の周波数の垂直同期信号ｎｆｖとを発生する。水平走
査信号形成回路１８は水平同期信号ｆＨに同期して水平
走査信号ｒＨｓを発生し、垂直走査信号発生回路２０は
通常撮影用垂直同期信号ｆｖ又は高速撮影用垂直同期信
号ｎｆｖに同期して垂直走査信号ｆｖ、を発生する。

２２は、水平走査信号ｆ’ｓと垂直走査信号ｒｖｓに従
い撮像面の各画素の光信号を電気信号に変換して出力す
る撮像素子である。このような描像素子２２は、ビジコ
ン等の撮像管又はＣＣＤやＭ２Ｓ式の固体描像素子とし
て公知である。撮像素子２２が撮像管の場合には、水平
走査信号発生回路１８からの水平走査信号ｆｉｔ３は水
平同期信号ｆＨに同期して鋸歯状に電圧の変換する波形
であり、他方垂直走査信号発生回路２０からの垂直走査
信号ｆＶｓは通常撮影用の垂直同期信号ｆｖ又は高速撮
影用の垂直同期信号ｎｆｖに同期して電圧が鋸歯状に変
化する波形である。撮像管の場合の水平走査信号ｆ’ｓ
、垂直走査信号ｒｖｓ及び垂直同期信号ｆｖＯ間のタイ
ミング関係を第２図に図示した。

但しｆ　ＶＳ２は３倍速の場合の垂直走査信号であり、
ｒｖｘ＋　は通常速度での撮影の場合の垂直走査信号で
あり、ｆ　９３３の振幅はｒｖｓ＋　の１／３とする。

信号処理回路２４は、撮像素子２２から出力される映像
信号にシェーディング補正、色処理等の公知の処理を施
し、クランプ回路２６に供給する。

クランプ回路２６は水平同期信号ｆＨ及び垂直同期信号
ｆｖを付加する。本実施例の撮像装置で得たビデオ信号
のＴＶモニタ装置での再生画面のイメージは、例えば３
倍速の場合垂直方向に時間的に連続する３個の小映像が
並ぶことになる。この小映像間の区切りを明確にするた
めに、クランプ回路２６では、垂直同期信号ｎｆｖに応
じて、第２図のＢで指示するタイミングの数水平同期期
間にわたり、ブラック・バーストや１００χ白信号等の
一定振幅の信号を挿入するのが好ましい。これは、モニ
タ画面走査の垂直帰線部のノイズを除去すると共ｔこ、
画面に枠を付けて再生映像を見易くすることにもなる。

通常速度での撮影と３倍速での撮影とで、撮像素子２２
の撮像面のインターレース走査の比較を第３図に示す。

第３図（ａ）が通常速度での撮影による場合を示し、（
ｋｌ）が３倍速での撮影の場合を示す。

ＮＴＳＣ方式では２６２．５Ｈ／１フイールドであるの
で、３倍速の場合には８７．５Ｈ／１フイールドとなる
。撮影速度や信号方式によってはインターレースの条件
が満たされない場合が生じるが、その場合には、垂直同
期信号ｎｆｖに相当するタイミング（第２図のＢのタイ
ミング）のパルスを、インターレース条件が満たされる
ように水平同期信号ｆ、に同期させればよい。

第３図から分かるように、高速撮影時にはＩ層像素子２
２の撮像面で、垂直走査されない部分が生じる。この部
分にも光は入射しているので、そこから電荷が滲み出し
、走査領域の端の数水平周期については、信号が損傷を
受けることがある。この損傷信号部分は、第２図のＢの
タイミングで一定振幅信号を挿入することにより見えな
くすることができる。

第３図（ｂ）は撮像素子２２の撮像面の最上部を使用し
ているが、垂直走査信号発生回路２０からの垂直走査信
号ｒｖｓに適当な直流バイアスを加えることにより撮像
面の任意の位置を利用できる。

以上の説明は、所謂３管式の撮像管を用いた場合でも同
様である。また、撮像素子２２駆動用の垂直同期信号ｎ
ｆｖに同期してスリット式等の各種シャッタやストロボ
を作動させれば、動く画像のブレを減らし、高速化の効
果を高めうる。

このようにしてクランプ回路２６から出力される映像信
号を通常のテレビジョン装置に印加すると、画面垂直方
向にｎ個の時間的に連続する被写体像が並ぶ映像が表示
される。即ち、垂直走査線数が約１／ｎで時間分解能が
ｎ倍の映像が得られる。この出力映像信号は、水平同期
信号及び垂直同期信号が通常速度の撮影による場合と同
じであるので、そのまま通常のビデオ・テープ・レコー
ダ（ＶＴＲ）で記録でき、またＴＶモニタ装置で表示で
きる。

第４図は、撮像素子２２としてフレーム転送型ＣＯＤを
用いた場合の実施例を示す。第５図は３倍速撮影の場合
の走査信号（転送パルス）のタイミングを示す。３０が
光電変換部、３２が一時蓄積部、３４が続出用水平転送
部、３６がバッファ・アンプ、３８がこの素子の出力端
子である。ＩΦ１〜■Φ３＋ＳΦ、〜ＳΦ１．Φ１〜Φ
、はそれぞれ光電変換部３０．一時蓄積部３２．続出用
水平転送部３４に転送パルスを印加する制御線である。

ｐ、ｆｚは転送パルスの周波数で、ｆ、＞ｆ、である。

Ｔ、は通常のテレビジョン信号の垂直同期パルスに対応
する期間、Ｔ３は３倍速での撮影で垂直同期信号発生回
路１６が垂直走査信号発生回路２０に印加する垂直同期
信号ｎｆｙに対応する期間（第２図のＢのタイミング）
、Ｔｔは３倍速での撮影で得られる信号部分に対応する
期間である。

通常速度での撮影の場合、垂直同期信号ｆｖに同期して
、期間Ｔ、の間ＩΦ、〜ＩΦ３＋ＳΦ、〜ＳΦ、に周波
数ｆ、の転送パルスを印加し、光電変換部３０の蓄積電
荷を一時蓄積部３２に転送する。

その後ＳΦ、〜ＳΦ、に周波数ｆ２の転送パルスを印加
して１水平ラインずつ水平転送部３４に転送し、水平パ
ルスΦ１〜Φ、により出力端子３８に各画素の信号を出
力する。この動作が垂直同期信号ｆｖに同期して繰り返
される。高速撮影の場合には、第５図に示すように期間
Ｔ、の他に期間Ｔ、にもｌΦ、〜ＩΦ３＋ＳΦ１〜ＳΦ
、に周波数ｆ、の転送パルスを印加する。その際、転送
パルス数、即ち垂直転送ライン数を通常動作の場合と同
じにすると、高速撮影時には光電変換部３０の下側（ｉ
ｉ！面上では上側）の１／ｎ＠繰り返し読み出すことに
なるが、転送パルス数を増すことにより光電変換部３０
の任意の垂直位置を選択できる。

この実施例では、水平走査信号発生回路１８と垂直走査
信号発生回路２０は、鋸歯状波形の走査信号ではなく上
記転送パルスを発生する。他の処理及び期間Ｔ、での信
号挿入処理は、第１図の場合と同じである。また、期間
Ｔ、及びＴ３に２回の垂直転送を実行することにより、
電子シャッタ機能を奏させることもできる。

第６図は撮像素子２２としてインターライン続出型ＣＯ
Ｄを用いる場合の実施例である。４０は光電変換セルで
あり、縦横に多数配置される。４２は垂直転送用ＣＣＤ
、４４はゲート電極、４６は水平転送用ＣＯＤ、４８は
バッファ・アンプ、５０は出力端子であり、この構造自
体は公知である。Φ大、Φ９．Φ９はそれぞれ、ゲート
・パルス、垂直転送パルス、水平転送パルスである。第
７図に高速撮影の場合の各信号のタイミングを示した。

通常速度での撮影時には、垂直同期信号ｆｖに同期して
ゲート・パルスφ８が印加され、各セル４０の電荷が同
時に垂直転送用ＣＣＤ４２に移され、その後水平同期信
号ｆＨに同期した垂直転送パルスΦ９の印加により１水
平ラインずつ水平転送用ＣＣＤ４６に転送され、水平転
送パルスΦ。

により出力端子４９に映像信号が出力される。高速撮影
動作の場合には、第７図に示すように、１垂直期間にｎ
回（図示例では３回）ゲート・パルスφ□を印加すれば
よい。但し、垂直転送用ＣＣＤ４２には、上方から送ら
れてきた電荷が残っているので、この掃き出しを行う必
要がある。このためには、読出動作時の周波数ｆ２より
も高い周波数ｆ、の垂直転送パルスΦ９をゲート・パル
スφ□の直前に印加すればよい。電子シャッタ動作のた
めには、周波数ｆｌの垂直転送パルスΦ９の前にもゲー
ト・パルスΦＲ（第７図に破線で図示）を印加すればよ
い。ゲート・パルスΦ８の後に適当な数だけ周波数ｆ１
の垂直転送パルスΦ９を印加することで、任意の垂直位
置のセル４０から信号を読み出せる。他にΦ８を分割し
て１／ｎライン分にだけ印加されるようにする方法、Φ
９を分割して１／ｎライン分だけ動作させる方法、各セ
ル又は垂直転送用ＣＣＤ４２にリセント電極を設ける方
法なども利用できる。

第６図の実施例でも、信号処理回路２４、クランプ回路
２６の処理は第１図の場合と同じである。

本発明は、図示例の他にＭＯＳ型やＳＩＴ型等の他の撮
像素子を用いる場合にも適用できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から容易に理解出来るように、本発明によれ
ば、極めて簡単な回路構成で時間分解能がｎ倍の高速撮
影を実現でき、しかも、得られるビデオ信号は、通常の
ビデオ記録装置又はテレビジョン装置で記録又は表示で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成ブロック図、第２図は
第１図の回路のタイミング・チャート、第３図は通常速
度の場合と高速度の場合とでの第１図の撮像素子２２の
インターレース走査の比較図、第４図及び第５図は別の
撮像素子を用いた実施例の説明図、第６図及び第７図は
更に別の撮像素子を用いた場合の説明図である。 １０・−基準発振器　１２−・速度信号発生回路　１４
−水平同期信号発生回路　１６−垂直同期信号発生回路
　１８−水平走査信号発生回路　２０−・・垂直走査信
号発生回路　２２−撮像素子　２４・・・信号処理回路
　２６−クランプ回路　３０・・−光電変換部　３２・
−−一時蓄積部　３４−・−水平転送部３６．４８〜バ
ツフア・アンプ　３８．４９・−出力端子　４０−・−
セル　４２垂直転送用ＣＣＤ　　４４−ゲート電極　４
６−・水平転送部 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）撮像面上の光学像を電気信号に変換し、水平同期
   信号及び垂直同期信号を付加してビデオ信号として出力
   する装置であって、当該垂直同期信号の周波数のｎ倍（
   ｎは２以上の整数）の周波数の垂直走査信号により、当
   該撮像面上の光学像を電気信号に変換することを特徴と
   する高速撮像装置。
2. （２）水平走査周波数が前記水平同期信号の周波数と同
   一である特許請求の範囲第（１）項に記載の装置。
3. （３）前記撮像面上の一部領域上の光学像のみを電気信
   号に変換する特許請求の範囲第（１）項又は第（２）項
   に記載の装置。