JPH0799864B2 - ビデオ撮影装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ビデオ撮影装置に関し、詳しくは、１台のビ
デオ撮影装置で多種類の撮影目的に使用され得るもの
で、特に、動的な現象の画像解析が有効な手段となる科
学計測、例えば、自動車の走行、衝突、エンジンの燃
焼、破壊現象、爆発現象、流動現象、微生物の運動、工
業用ロボットの運動、心臓や体の運動、IC製造における
高速加工工程、などの観察、解析に好適に用いられるビ
デオ撮影装置に関するものである。

特に、本発明は、１組のビデオ撮影装置でユーザーが撮
影ごとの目的に対応して、例えば、下記に列挙するよう
な撮影条件の一つを選択して撮影することができるよう
にするものである。

１）画素数が少なく解像度が落ちても高いフレムレート
が必要とされる高速ビデオ撮影、あるいは画素数が多く
解像度が高いがフレームレートは上記高速ビデオ撮影よ
り低い高解像度ビデオ撮影。

２）同じ画素数とフレームレートである場合に高い解像
力のモノクロ撮影、あるいは該モノクロ撮影より解像度
は落ちるがカラーによる撮影。

３）撮像素子の前面に、ファイバー結合または直接接合
によりイメージインテンシファイヤを接合した撮像ユニ
ットによるモノクロで解像度は少し低いが微弱光下での
撮影、あるいはイメージインテンシファイヤの前面にカ
ラーフイルターアレーを取付けた低解像度の微弱光下の
カラー撮影。

従来の技術 従来より、家庭用、科学計測用のために種々のビデオ装
置が提供されており、通常のビデオ装置では、撮像素子
からの出力を信号処理回路によって、NTSCやPALなどの
標準ビデオ信号に変換した後、画面表示及びメモリーに
記憶している。

上記従来のビデオ装置では、ビデオカメラ本体に内蔵さ
れた撮像素子は、メーカーサイドで交換できるだけで、
使用者が使用目的に応じて任意に交換することは出来な
い構成であった。これは、撮像素子の外部結線用電極
（ピン）、信号のフォーマット等の定格が適合しないこ
との他に、信号処理回路そのものを変える必要が生じる
ことがあるからである。

例えば、モノクロで全画素を独立に読みだす場合と、カ
ラーで隣接する一組の３〜４画素からの出力信号を一纏
めに処理して、それら一組の画素の中央点での赤，緑，
青色の強度を計算して出力する場合では、信号処理回路
が全く異なる。また、例えば、NTSCではフレームレート
が30枚／秒と決まっているので、画素数の多い素子を使
う場合と少ない素子を使う場合では、信号の読み出しク
ロックも変わる。

そのため、撮像素子を取り替えると、信号処理回路やコ
ード等も取り変える必要があり、ビデオカメラのレンズ
系と外枠を残して全ての中身を入れ替える必要が生じ
る。

実際には、家庭用のビデオ装置では、要求される撮影条
件の種類が少なく、それら複数の条件に対応できるよう
な信号処理回路を前もって組み込んでおくことは可能で
ある。例えば、モノクロ撮影とカラー撮影の両方を可能
にする程度は容易であるから、現在のNTSC信号でも１系
列の輝度情報と２色の色情報を持っており、モノクロな
ら前者のみを使い、カラーでは前者と後者から残りの１
色の強度を計算して出せるようにしている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、科学計測用のビデオ装置においては、多
様な撮影条件に全て対応可能な信号処理回路を準備する
ことは困難である。

通常のビデオ装置では１秒間に処理出来る信号数に限界
があるため、大きい高速撮影が必要な場合、撮影素子の
画素数が少ない程、高速度撮影が可能となる。この場
合、個々の画素面積を大きくすることが出来るので、高
速度撮影で常に問題となる光量不足の問題を解消できる
が、解像力が落ちる。一方、画素数の多い撮像素子を用
いると、逆にフレームレートは落ちて高速度撮影には限
界があるが解像力は高い。このように、解像力とフレー
ムレートとの競合関係より、即ち、解像力が多少落ちて
も高速度撮影が必要な場合と、フレームレートが落ちて
も解像力が必要な場合とに応じて、撮影素子の画素数を
任意に変えられることが好ましい。

例えば、クロックを何段階かに切り替え可能として、ク
ロックを高速側にセットする場合を考える。30MHZ程度
が最高速であると仮定すると共に、256行×256列で40μ
ｍの画素ピッチのものを標準品（受光面積は一定）と
し、16本並列出力の場合を仮定する。また、１枚の画像
を読みだすのに必要な時間の20％が読みだし以外の素子
の信号操作に必要であると仮定する。この場合のフレー
ムレートは、 30,000,000/（256×256）×16/1.2＝6,103枚／秒 である。

一方、高い解像度の影響が必要な研究テーマの場合、例
えば、1,024行×1,024列の素子では画素ピッチは10μｍ
となり、クロックが同じなのでフレームレートは画素数
に逆比例して1/16の381枚／秒となる。逆に、画素が64
行×64列では160μｍの画素ピッチで、フレームレート
は97,648枚／秒となる。

従来の技術では、多くの画素を持つ１個の撮像素子を固
定して使い、高解像度撮影には全画素を使い、超高速撮
影にはその一部分だけを読みだすことで高速のフレーム
レートを達成する提案もなされている。この場合の問題
は、画素ピッチが小さくなるために数千枚／秒のフレー
ムレートでは光量不足となり撮影に著るしい困難をきた
すことと、画面のごく一部を用いるために、その部分を
全画面に拡大したとき、ピントのずれなどの解像度低下
は避けられないという点である。特に、１万枚／秒以上
のフレームレートの超高速撮影は、部分読みだし方式で
は不可能に近い。また、部分読みだし方式の場合では、
部分読みだしのための余分の回路や配線が撮像素子のチ
ップの中に組込まれており、その分ノイズレベルが上が
ってSN比が下がり、より多くの光量が必要となる。

上記した問題に対しては、画素数が相違する（画素ピッ
チが相違する）撮像素子を取り替えて使用出来ることが
望ましいが、上記したように、ユーザーサイドで任意に
交換することは出来ない。

また、科学計測のためにビデオ装置を利用する場合、高
速度撮影で光量不足が問題となる際には光量増強装置を
付加することが望ましく、かつ、カラー撮影が望ましい
場合もある。

上記した微弱光下の撮影では、10,000倍以上の光増強機
能を持つマイクロチャンネルプレート型のイメージイン
テンシファイヤを前面に取り付けた撮像素子による撮影
が極めて有効である。しかしながら、マイクロチャンネ
ルプレート前面の光電面は、可視光はもとより、赤外
線、紫外線、ｘ線などに対しても電子を放出するので、
輝度情報のみのモノクロ画像となる。該光電面の前面を
レンズによる結像位置として、その部分にカラーフィル
タアレイを焼き付け、隣接する３〜４のメッシュを一組
とする要素からの色分解された光の強度から、その要素
での赤、緑、青それぞれの光の強度を求め、もって、イ
メージインテンシファイヤを用いると同時にカラー画像
を得る方式が考え得るが、実際上は問題が多い。即ち、
第13図に示すように、色分解フィルタ（カラーフィル
タ）100で色分解された光が光電面101に衝突して光強度
に対応する電子となり、該電子がマイクロチャンネルプ
レート102に入る前に拡散し、またマイクロチャンネル
プレート102から出た電子が蛍光面103に当たる前にも拡
散し、さらに蛍光面103からファイバーガラス104に入射
するとき、ファイバーガラス104のオイル結合部104aを
通過するとき、およびファイバーガラス104と撮像素子1
05の結合過程でも拡散する。それらの総合拡散幅を概算
すると40μｍ程度と推定される。一方、当然のことなが
ら、最初の光電面101上のカラーフィルターアレイ100の
メッシュサイズと最後の撮像素子105の画素ピッチが同
程度であることが望ましい。総合拡散幅が40μｍ程度で
あるから、これらのメッシュサイズは、少なくとも40μ
ｍ以上でなければならない。ところが現在市販の撮像素
子のほとんどは画素ピッチが10μｍのオーダーであるか
ら、イメージインテンシファイヤを用いると同時にカラ
ー画像を得ようとすれば、その画素サイズの素子と付け
変える必要がある。

これに対して、撮像素子の画素サイズは通常の小さいも
のを使い、数〜数十画素を一組の画素とみなして、その
幅をカラーフィルタアレイのメッシュサイズに合せてお
くという方法も考えられる。しかしながら、上記方法の
場合、実質の画素数が減ることになるので、もともと解
像度の比較的低いマイクロチャンネルプレートからなる
イメージインテンシファイヤを用いた撮像の解像度がさ
らに低くなって実用性はほとんどなくなる。さらに、光
電面のカラーフィルタアレイと撮像素子の画素配列の位
相を一致させることは困難である。メッシュサイズを極
端に大きくすれば可能であるが、画素数が減って解像度
が下がり実用的でない。また、数十μｍ程度のメッシュ
サイズにすると光電面のカラーフィルタアレイと撮像素
子の画素配列の位相は完全にずれる。その上、光の拡散
のために、一旦分解した隣同士の色が撮像素子上ではあ
る程度滲んだ、あるいは混じった状態になることは避け
られない。

上記のように、イメージインテンシファイヤとカラーフ
ィルタアレイとを用いようとすると、画素数を変えるこ
とが必要となる共に、種々の不具合がある。

本発明は上記のような従来のビデオ撮影装置、特に、科
学計測用に用いる場合の問題を解決するためになされた
ものであって、撮影目的に応じた撮像素子を備えた撮像
ユニットを前以て設けておき、ユーザーがこれら撮像ユ
ニットをビデオカメラ本体に簡単に交換して装填出来る
ようにし、１台のビデオ撮影装置で種々の用途に応じた
使用が出来るようにするものである。

課題を解決するための手段 従って、本発明は、レンズにより結像した光を光量に対
応した電気信号に変換する複数の画素を備える撮像素子
を備え、該撮像素子の種類、光増強手段の有無、あるい
は該撮像素子に取付けるフィルターの有無及び種類が異
なり、それぞれ撮像ユニット装填部に着脱可能に装填さ
れる、交換自在な複数種類の撮像ユニットと、 上記撮像ユニットのクロック周波数及びシャッター速度
を含む撮影条件を制御する信号制御部と、 上記撮像素子から読み出された電気信号の増幅、AD変換
を行う信号処理部と、 上記信号処理部で変換されたデジタル信号を未処理のま
まシリアルに記憶するメモリー部と、 上記メモリー部に直接アクセスして上記記憶された信号
を、画素配列及びフィルタの有無を含む撮像ユニットの
仕様に対応した順序で読み出して画像として構成する画
像構成用コンピュータと を備えるビデオ撮影装置を提供するものである。

上記本発明のビデオ装置は、上記撮像ユニットの撮像素
子の受光面積を略一定とすると共に出力用のピン数及び
ピンピッチ数を一定とし、かつ、入出力信号のフォーマ
ット等を同一とするか、あるいは、撮像素子と上記撮像
ユニット装填部との間に介在して両者を接続するアダプ
ターを備えている。

また、上記撮像素子はそのパッケージが同一であると共
に、該パッケージ内に取り付けるチップサイズ及びチッ
プの上の外部との結線用電極配置が同一で、該チップの
内部の配線及び回路のみが異なる。

上記複数種類の異なるカートリッジ式撮像ユニットは、
撮像素子の画素数の異なるもの、撮像素子の受光面前面
にイメージインテンシファイヤを取り付けたもの、撮像
素子の受光面前面にカラーフィルタアレイを取り付けた
もの、上記イメージインテンシファイヤとカラーフィル
タアレイの両方を取り付けたもの、あるいは上記イメー
ジインテンシファイヤおよびカラーフィルタアレイの両
方を取り付けていないもの等からなる。また、上記撮像
素子からの信号出力線を複数として、高いフレームレー
トの高速撮影をすることができる構成とすることも好ま
しい。

作用 上記したように、本発明では、異なる撮像素子あるいは
撮像素子にフィルターを取付けたカートリッジ式の撮像
ユニットをビデオカメラ本体に設けた撮像ユニット装填
部に着脱自在に装填する構成としているため、撮影目的
に応じた撮像素子を使用することができる。

更に、上記撮像素子の出力信号は所謂、垂れ流し方式で
一旦メモリー部に記録する構成としているため、撮像ユ
ニットを交換しても、それに対応してそれ以外の交換は
ほとんど必要なく、単に、撮像素子あるいは撮像ユニッ
トの画素配列等に対応して画像構成コンピュータのソフ
トを少し変えるだけで良い。このように、ハードとして
は撮像素子あるいは撮像ユニットのみの交換で、種々の
目的の科学計測のためのビデオ撮影が可能となる。

また、撮像素子の受光面の前面にイメージインテンシフ
ァイヤを取り付け、該イメージインテンシファイヤの光
電面にカラーフィルタアレイを取り付ける場合、該カラ
ーフィルタアレイのメッシュサイズを撮像素子の画素サ
イズと同程度として、イメージインテンシファイヤの取
り付けによる光の分散幅より大きくし、初めに赤、緑、
青などの単色光を入射したときの各素子の応答の強さを
計っておき、その応答係数を画像構成用コンピュータに
入力しておき、画像を撮影したとき、隣接する３〜４個
の画素の出力信号と該応答係数とから、その中心点にお
ける３色の強度が計算できる。

異なる撮像素子のパッケージ、チップのサイズおよび外
部接続用電極の配列などを全く同じにし、ピッチ内の配
線および回路のみを変えることにより、異なる撮像素子
のセットとしての製造コストを低下することが出来る。

また、部分読み出しを行って高速化を図る場合に比べ
て、該部分読み出しと同じ画素数の場合の撮像素子と取
り替えた場合、画素サイズが十分大きくなるので、高速
度撮影につきものの光量不足の問題が解消される。

実施例 以下、本発明を図面に示す実施例により詳細に説明す
る。

第１図に示すように、本発明の実施例に係るビデオ撮影
装置11は、レンズ12により結像した光を電気信号に変換
する撮像ユニット13を撮像ユニット取付基盤14上に設置
している。上記撮像ユニット13内に取り付けている撮像
素子の画像信号は、ビデオカメラ本200と別体とした外
部信号処理機構300に設けた信号処理部15に出力し、該
信号処理部15よりメモリー部16に送る構成としており、
該メモリー部16には画像構成用コンピュータ17、画像構
成装置18、ディスプレイ19、外部記録装置20を接続して
いる。また、ビデオカメラ本体200には撮像ユニット1
3、信号処理部15、メモリー部16と接続する信号制御部2
1を内蔵している。

上記撮像ユニット13は、後述するようにカートリッジ式
で撮影目的により交換自在であり、撮像ユニット取付基
盤14の撮像ユニット取付部14aに着脱可能に取付けられ
る。

第２図は撮像ユニット13の一例を示し、この撮像ユニッ
ト13Aは、撮像素子26の前面にマイクロチャンネルプレ
ート型（MCP型）のイメージインテンシファイヤ27を一
体に設けたタイプである。

上記撮像素子26は、第３図に示すように、上面開口のパ
ッケージ28内に、表面が受光面29aを構成するチップ29
を内嵌しており、該チップ29の画素内のホトダイオード
又はホトトランジスタ（図示せず）が受光強度に応じた
電荷を生成する構成となっている。上記チップ29とパッ
ケージ28の間には薄い弾性プラスチック（図示せず）を
介在させて、緩衝作用を持たせている。

本実施例の各撮像ユニット13が備える夫々の撮像素子
は、パッケージ28の大きさ、チップサイズ、受光面29a
の面積、チップ29の上の外部との結線用電極配置、ピン
30の数、ピンピッチ、入出力信号等のフォーマット等の
規格を統一するか、あるいは、後述するアダプターを取
付けて上記規格に適合するようにしており、チップ29の
内部の配線及び回路を構成するマスク、各種フィルタの
有無を相違させている。

このように撮像素子26の外部との接続部の規格を統一し
ているため、後述するように撮影条件の変化に対応して
撮像素子を簡単に取り替えることができ、特に、アダプ
ターを用いず撮像素子26のみで上記規格に適合するよう
にした場合には、製造コストも低くなる。即ち、撮像素
子のパッケージ28に変更を加える場合には、型起こし等
に相当の費用を要するのに対して、チップ29のマスクの
設計変更は、通常、CADにより行うため、設計者の人件
費等のみで比較的低コストで行うことができる。特に、
回路等は同じで画素サイズのみが変わる撮像素子のセッ
トのような場合、即ち、上記第２図に示す実施例の撮像
素子26では、第６図に示すように画素数64行×64列、画
素ピッチ160μｍとしているが、例えば、画素数が512行
×512列で20μｍの画素ピッチの素子、256行×256列で4
0μｍの画素ピッチの素子、128行×128列で80μｍの画
素ピッチの素子、64行×64列で160μｍの画素ピッチの
素子のセットを作る場合、始め標準品として例えば256
行×256列で40μｍの素子のみを作り、それを作る過程
で明確になった問題点とその解決策を考慮して、同時に
他の種類の素子についてはマスクの設計のみを完了させ
ておけば良い。あと必要に多じてそれらのマスクを用い
て他の種類の素子を作ることが出来る。同様に、カラー
の場合もカラーフィルターアレイを作っておき、それを
付けたものと付けないものを作れば、ほとんど追加費用
なしに、画素サイズが同じカラー用及びモノクロ用の撮
像素子を作ることができる。

上記したように、第２図に示す実施例では撮像素子26の
受光面の前面にイメージインテンシファイヤ27を一体に
組み付けており、該イメージインテンシファイヤ27は、
第４図に示すように、真空管32中に、光を電子に変換す
る光電面33、該変換された電子を増倍するマイクロチャ
ンネルプレート（MCP）34及び上記増倍した電子を再び
光に変換する蛍光面35を備え、入射窓36から入った光を
増幅してファイバーガラスからなる出力窓37から放射す
るようになっている。尚、上記イメージインテンシファ
イヤ27としては、上記マイクロチャンネルプレート型と
インバータ型イメージインテンシファイヤを直列に配置
したもの、あるいはインバータ型イメージインテンシフ
ァイヤのみを取り付けても良い。

上記撮像素子26とイメージインテンシファイヤ27は夫々
撮像素子固定枠41、イメージインテンシファイヤ固定枠
42内に固定して、角柱状のファイバーガラス43を介在し
た状態で、端部に夫々ボルト穴44A〜44Dを設けた４つの
Ｌ字状の取付プレート45A〜45Dにより強固に結合され、
イメージインテンシファイヤ27が放射する光が、該ファ
イバーガラス43を経て撮像素子26の受光面29aに導かれ
るようになっている。

上記ファイバーガラス43は一旦を撮像素子26の受光面29
aにガラスとほぼ等しい屈折率を持つ接着剤で接着する
一方、他端をイメージインテンシファイヤ27の出力窓37
とオイル接合している。上記したように撮像素子26のチ
ップ29とパッケージ28の間に薄い弾性プラスティックを
はさみ、かつ、イメージインテンシファイヤ27と撮像素
子26とを強固に結合しているため、受光面29aに過度の
荷重がかからず、また、上記ファイバーガラス43とイメ
ージインテンシファイヤ27のオイル接合面へのゴミ、気
泡等の侵入を防止することができる。

上記撮像ユニット13を着脱自在に装填するビデオカメラ
本体200には、第１図に示すように、撮像ユニット取付
基盤14を設け、該撮像ユニット取付基板14の前面で、か
つ、レンズ12からの入射光を受光する位置に撮像ユニッ
ト装填部201を設けている。該撮像ユニット装填部201は
通常はカバー（図示せず）により閉鎖されている外部開
口部を備え、撮像ユニットを交換する際にはカバーを外
して外部より挿入し、撮像ユニット13を撮像ユニット取
付基盤14に固定出来るようにしている。

上記撮像ユニット取付基盤14には、第５図に示すよう
に、撮像ユニット取付部14aに撮像ユニット取付用のボ
ルト孔47A〜47D（第５図には47A、47Bのみ図示）を設け
ると共に、撮像素子26のピン30と接続する接続コネクタ
48を設けている。取付時には、上記撮像ユニット13Aの
ボルト孔44A〜44D及び上記ボルト孔47A〜47Dにボルト49
A〜49D（第５図には49A、49Bのみ図示）を挿通して撮像
ユニット13Aを着脱可能に取付けている。

本発明では、上記のように撮像ユニットの撮像素子の外
部接続用電極の位置、数、パッケージの大きさ等を統一
するか、あるいは、後述するように撮像素子と撮像ユニ
ット装填部との間に両者を接続するアダプターを設ける
ことにより、撮像ユニット13A以外の撮像ユニット13で
あっても上記撮像ユニット取付基盤14の撮像ユニット取
付部14aに取付けることができる。

ビデオカメラ本体200に内蔵する信号制御部21は、撮影
時にクロック周波数と撮像ユニット13内のシャッター速
度や絞り等を設定するとともに、撮像ユニット13、信号
処理回路部15及びメモリー部16の同期関係を制御してい
る。

ビデオカメラ本体200と別体の外部信号処理機構300に設
ける信号処理回路部15は、上記撮像ユニット13から読み
出した電気信号を増幅するプリアンプ50及びアナログ−
デジタル変換を行うAD変換器51を備え、デジタル信号に
変換した電気信号をそのままシリアルに高速ICメモリー
からなるメモリー部16に送るようにしている。

メモリー部16に直接アクセスする画像構成用コンピュー
タ17は、画像構成時に、撮像ユニット13上の画素配列や
撮像時に信号制御部21で設定したデータに基づいてメモ
リー部16に記録された出力信号を本来画像を構成する順
序で読みだし、信号の補正計算などを行って、１画面分
の画像情報になおした後、再びメモリー部16に、いわゆ
るフレームメモリーとして書き入れる操作を全ての画面
について繰り返すようにしている。

メモリー部16に記憶したフレームメモリー上の画像情報
を、外部記録装置７で必要に応じて記録している。

画像構成装置18は、上記フレームメモリーをディスプレ
イ19の規格に合った画像情報に変換してディスプレイ19
で表示する。本実施例では、ディスプレイ19は画像処理
専用の機種を使用しており、フレームメモリーに記録さ
れているとおりに表示できるが、例えば、ディスプレー
19として家庭用テレビを使用する場合には、画像構成装
置18は、上記フレームメモリーをNTSC信号に変換する。

尚、上記メモリー部16には、画像処理用コンピュータを
接続してフレームメモリーを読み出して必要な画像処理
を行い、解析用コンピュータで必要な定量情報を計算す
るようにしても良く、更に、上記信号制御部、画像構成
用コンピュータ、画像構成装置、画像処理用コンピュー
タ、解析用コンピュータの一部または全てを、共通のコ
ンピュータにより構成しても良い。

次に、ビデオ撮影装置11に第２図に示す撮像ユニット13
Aを取付けて低解像度高速撮影を行う場合の作動につい
て説明する。

撮影時には、レンズ12を通過した光は、イメージインテ
ンシファイヤ27の光電面33で像を結び、該光電面33が結
像面となる。該結像した光は上記したようにイメージイ
ンテンシファイヤ27で増幅され、ファイバーガラス43に
より撮像ユニット13A内の撮像素子26の受光面29aに導か
れる。上記したように、撮像素子26の受光面29a上の画
素内のホトダイオード（或いはホトトランジスタ）は受
光強度に応じた電荷を生成する。この量をスキャンして
電気信号として読み出し、信号処理部15のプリアンプ50
で増幅後、AD変換器51によりディジタル信号化し、画像
構成等を行うことなく出てきた信号の順序にシリアルに
そのままメモリー部16に書き入れる。

本実施例での信号の読みだし方法は、実際には16本並列
読み出しとしているが、第６図では、理解を容易にする
ため２本並列読み出しとしている。ただし、ディジタル
メモリーの各要素は８ビットで構成され、これらが一組
となって１画素分の輝度情報を表す。

画像構成時には、画像構成用コンピュータ17は、メモリ
ー部16中の記憶のうち第１ブロックの１〜64番目までの
メモリーを読みだして画面の１行目とする。次に第２ブ
ロックの１〜64番目までのメモリーを読みだして画面の
２行目とする。次に第１ブロックの65〜128番目までの
メモリーを読みだして画面の３行目とする。以下同様の
操作を続け、一画面分の画像情報に直しフレームメモリ
ーとしてメモリー部16に送る。

以上の操作を繰り返して、画像構成用コンピュータ17は
メモリー部16にシリアルに入力された信号をフレームメ
モリーに変換していく。

上記した実施例の撮像ユニット13Aは低解像度白黒撮影
で、かつ、超高速（フレームレートはクロック周波数を
最高速の30MHZとすると、97,648枚／秒）で撮影する場
合に好適に用いられるものであるが、他の撮影目的に対
応して、種々の撮像ユニットが設けられる。

第７図及び第８図に示す撮像ユニット13Bは、イメージ
インテンシファイヤを備えず、撮像素子52で構成してい
る。該撮像素子52は、画素数512行×512列であり、上記
したしように本発明ではチップサイズは一定であるか
ら、画素ピッチは20μｍである。クロック周波数を前記
実施例の画素数が64行×64列と全く同じ条件のものを使
うと、30MHZであるためフレームレートは画素数に逆比
例して、この場合のフレームレートは上記撮像素子26の
場合の1/4で1,526枚／秒である。

上記撮像ユニット13Bを使用する場合、撮像素子52の受
光面53aがレンズ12を通過した光の結像面となるよう
に、即ち、レンズ12からの距離が上記撮像ユニット13B
を撮像ユニット取付基盤14に取り付けたときのイメージ
インテンシフアイヤ27の光電面33と同じ位置となるよう
に、上記撮像素子52をアダプター54を介して撮像ユニッ
ト取付部14に取付けてレンズ12側へ移動させている。

上記アダプター54は、直方体状で撮像素子52の外部との
結線用電極55と接続するコネクター部56を備え、該コネ
クター部56を設けた面の他方側の面に上記撮像素子52の
ピン55と同じ配置の結像用電極57を配置して、撮像ユニ
ット取付基盤14に取付ける構成とし、撮像素子52と撮像
ユニット装填部201の間に介在して両者を接続してい
る。

上記撮像ユニット13Bのように撮像素子と撮像ユニット
装填部との間にアダプター54を介在させる場合には、撮
像素子のピン55の数、ピンピッチ、外部との結線用電極
等の規格は、上記した撮像ユニット13Aのように撮像ユ
ニット装填部201に対応して統一する必要はない。例え
ば、上記撮像ユニット13Bでは、上記コネクター部56が
撮像素子52のピン55の数等に適合し、かつ、結線用電極
57が撮像ユニット取付部14aの接続コネクタ48と適合し
ていれば、ピン55の数等が接続コネクタ48に不適合であ
ってもアダプター54内部の配線等により調整することが
できる。

更に、上記のようにアダプター54により、撮像ユニット
13を取り替えた場合のレンズ12との距離を調整する代わ
りに、撮像素子26を直接撮像ユニット取付基盤14に取付
けたときに、上記撮像素子26の受光面29aが結像面とな
るようにレンズ12との距離を設定し、上記イメージイン
テンシファイヤ付きの撮像ユニット13Aを使うときには
第９図に示すようなレンズ12の筒部12aの長さを延長す
る調節用リング58を入れる方法もある。しかしながら、
この場合、レンズ系は重いた調節用リング58は強固にす
る必要があると共に、イメージインテンシファイヤの直
径は数十mmとかなり大きいため、調節用リングのサイズ
も大きくする必要がある。また、調節リング58を使用す
る場合には、撮像素子のピン数等の規格は撮像ユニット
取付部14aと適応している必要がある。一方、撮像素子
のサイズは遥かに小さいので第７図に示すアダプター54
の方が調節用リング58よりも小型軽量化できて有利であ
る。更に、撮像ユニット取付基板14からレンズマウント
202までを交換可能な構成としてもよい。

上記撮像素子13Bは画素数を前記したように512×512と
多数設けているため、高解像度の白黒撮影を行うことが
できる。即ち、画像構成時に、前記撮像素子13Aを使用
する場合と同様に、画像構成用コンピュータ17により画
像構成をする。即ち、第10図に示すように、メモリー部
16中の記憶のうち、第１ブロックの１〜512番目までの
メモリーを読み出し画面の１行目とし、次に、第２ブロ
ックの１〜512番目までのメモリーを読み出し、画面の
２行目とする。次に、第１ブロックの513〜1024番目ま
でのメモリーを読み出して画面の３行目とし、以下同様
に繰り返す。

第11図は他の実施例に係わる撮像ユニット13Cを示し、
該撮像ユニット13Cは撮像素子60にイメージインテンシ
ファイヤ61とカラーフィルタアレイ（色分解フィルタ）
62を一体に組み付けている。即ち、撮像素子60の受光面
前面にファイバーガラス63を固着し、該ファイバーガラ
ス63の前面にイメージインテンシファイヤ61を備えてい
る。該イメージインテンシファイヤ61は、真空管65内
に、蛍光面66、マイクロチャンネルプレート67、光電面
68、カラーフィルタ62を備え、上記したようにファイバ
ーガラス63に固定している。

上記撮像素子60は、第12図に示すように、画素数を256
行×256列、画素ピッチを40μｍとしている。この撮像
素子60の画素と対応して、上記カラーフィルタ62は、前
記第13図に示す従来例と同様に、光電面66に赤（Ｒ）、
青（Ｂ）、緑（Ｇ）のカラーフィルタアレー62を焼き付
け、フィルタを焼き付けていない部分の輝度情報計測部
とで４個のメッシュを１組とする構成からなり、入射光
を色分解して、対応する撮像素子60の画素の受光面に色
分解された光を入射している。

上記撮像ユニット13Cのようにイメージインテンシファ
イヤとカラーフィルタアレイとを取り付けた場合、前記
従来の技術において記載したように、撮像素子の受光面
に入射するまでに色分解された光が拡散し、撮像素子の
面上では光が部分的に混合している。各画素は赤が比較
的感度が良い、或いは、青が比較的感度が良いといった
程度の色分解機能しかもたないが、本実施例では、カラ
ーフィルタ62とイメージインテンシファイヤ61と撮像素
子60とを一体化して撮像ユニットとした後に、各画素の
組みについての感度を逐一実験的に求め、該情報を画像
構成用コンピュータ17に入力しておくことで、イメージ
インテンシファイヤの光増強機構を用いると共にカラー
化を図ることが出来る。

尚、イメージインテンシファイヤを付加せず、単に、撮
像素子の受光面の前面にカラーフィルタアレイを貼り付
け、該撮像素子を組み込んだ撮像ユニットを設けて、カ
ラー撮影用としても良いことは言うまでもない。また、
カラーフィルタアレイを光電面の前方に間隔を隔てて配
置すると共に、レンズ系の構成により（例えば、２枚の
レンズを設ける。）上記カラーフィルターを平行光線が
通過する構成としても良い。

第12図は上記撮像素子13Cによるカラー撮影時の画像構
成を示すもので、まず、第１ブロックの第１メモリーと
第２メモーリーと、第２ブロックの第１メモリーと第２
メモリーを呼び出し、これら４個のメモリー内の信号か
ら第１画面第１行第１列の赤、緑、青の輝度を計算す
る。次に、第１ブロックの第２メモリーと第３メモリー
と、第２ブロックの第２メモリーと第３メモリーの４個
のメモリー内の信号から第１画面第１行第２列の赤、
緑、青の輝度を計算する。即ち、移動平均操作を伴って
おり、計算される画素数も元の画素数とほとんど変わら
ない。以下、同様な操作を繰り返す。よって、モノクロ
ーとカラーの撮影素子が画素数が同じ場合、解像度は面
積で1/4まで低下するわけでもないし、全く同じでもな
く、その中間的な値となる。線解像度で比較すると面積
値の平方根でもとの解像度の70％程度になる。

本発明は上記した実施例に限定されず、撮像ユニットと
しては、例えば、科学計測用の種々のフィルタを撮像素
子の前面に蒸着、接着などの方法で取付けたもの等、種
々のタイプのものがある。

効果 以上の説明より明らかなように、本発明に係るカートリ
ッジ式撮像ユニットを装填するビデオ撮影装置では、ビ
デオカメラ本体と外部信号処理機構と種々の撮像ユニッ
トからなる一組のビデオ撮影装置を用いることにより、
超高速撮影、高密度撮影、モノクロ撮影、カラー撮影等
様々のビデオ撮影が可能になる。また、高価な撮像ユニ
ットは必要に応じて買い揃えることができるので、ユー
ザーにとっての経済的メリットが大きい。また、本発明
では、撮像素子から読み出して未処理のままシリアルに
メモリー部に記憶した信号を、画像構成用コンピュータ
が撮像ユニットの仕様に対応した順序で読み出して画像
として構成するため、撮像ユニットの取り替えにより、
撮像素子の画素数、光増強手段の有無、フィルタの有無
等の撮像ユニットの仕様が変更された場合にも、信号を
処理するための回路を変更、追加することなく、あるい
は最小限の回路の変更等を行うだけで、撮影を行うこと
ができる。

さらに、撮像素子からの信号出力線を複数にした場合に
は、超高速読み出しが可能になると共に、イメージイン
テンシファイヤを撮像素子前面に直接取り付けた撮像ユ
ニットを用いた場合、特に微弱光下の高速撮影が可能に
なり、科学計測上で撮影する際にメリットが大きい。

また、少ない画素数の読みだしで超高速読み出しを行う
場合、画素サイズの十分大きくな撮像素子を備えたもの
と交換すると、超高速撮影で常に問題となる光量不足の
問題が大きく軽減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わるビデオ撮影装置の全体構成図、
第２図は上記ビデオ撮影装置に装填する撮像ユニットの
一実施例を示す分解斜視図、第３図は第２図に示す撮像
素子を詳細に示す斜視図、第４図はイメージインテンシ
ファイヤの構成図、第５図は上記撮像ユニットをビデオ
カメラ本体の撮像ユニット取付基盤に取り付けた状態を
示す正面図、第６図は第１実施例の撮像ユニットを用い
た場合における低解像度モノクロ撮影の画像構成の原理
を示す図面、第７図は他の撮像ユニットを示す分解斜視
図、第８図は第７図の撮像ユニットを撮影ユニット取付
基盤に取り付けた状態を示す正面図、第９図は撮像ユニ
ットの取付時の変形例を示す分解斜視図、第10図は高解
像度モノクロ撮影の画像構成の原理を示す図面、第11図
はカラーフィルタとイメージインテンシファイヤを取り
付けた撮像ユニットを示す側面図、第12図はカラー撮影
の画像構成の原理を示す図面、第13図はカラーフィルタ
とイメージインテンシファイヤを撮像素子の前面に取り
付けた場合の問題点を示す図面である。 11……ビデオ撮影装置、12……レンズ、 13（13A、13B、13C）……撮像ユニット、 14……撮像ユニット取付基盤、 15……信号処理部、16……メモリー部、 17……画像構成用コンピュータ、 18……画像構成装置、 26、52、60……撮像素子、 27,61……イメージインテンシファイヤ、 28……パッケージ、30……ピン、 54……アダプタ、 200……ビデオカメラ本体、 201……撮像ユニット装填部、 300……外部信号処理機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−175372（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−124927（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−53037（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−17928（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−57074（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−104704（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レンズにより結像した光を光量に対応した
   電気信号に変換する複数の画素を備える撮像素子を備
   え、該撮像素子の種類、光増強手段の有無、あるいは該
   撮像素子に取付けるフィルターの有無及び種類が異な
   り、それぞれ撮像ユニット装填部に着脱可能に装填され
   る、交換自在な複数種類の撮像ユニットと、 上記撮像ユニットのクロック周波数及びシャッター速度
   を含む撮影条件を制御する信号制御部と、 上記撮像素子から読み出された電気信号の増幅、AD変換
   を行う信号処理部と、 上記信号処理部で変換されたデジタル信号を未処理のま
   まシリアルに記憶するメモリー部と、 上記メモリー部に直接アクセスして上記記憶された信号
   を、画素配列及びフィルタの有無を含む撮像ユニットの
   仕様に対応した順序で読み出して画像として構成する画
   像構成用コンピュータと を備えるビデオ撮影装置。