JPH0468873A - ビデオ撮影装置 - 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、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
ロボットの連動、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。

■）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ノ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
ラーフィ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
リーに記録している。

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−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
ートか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
ード等も取り替える必要かあり、ヒ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信号でら
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、撮像素子の
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、撮像素子の画素数を任
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×２５
６列で４０μｍ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／（２５６Ｘ２５６）Ｘ１６／１
．２　＝６，１０３枚／秒である。

一方、高い解像度の撮影が必要な研究テーマの場合、例
えば、１，０２４行Ｘ１、０２４行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
定して使円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十枚／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か上がっ
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、Ｉ　Ｏ，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
よる撮影か極めて有効である。

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のメツ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、イメージインテンノファイ
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の段部１０４ａを通過
するとき、およびファイバーガラス＋０４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のメツ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、これらのメツシュサイズは、
少なくとも４０μｍ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カ月０μｍ
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
サイズの素子と付は変える必要がある。

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ツツユサイズに合せてお
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
を用いた撮影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。メツシュサイズを極端に大きくすれば可能である
が、画素数か減って解像度が下がり実用的でない。また
、数十μｍ程度のメツツユ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、−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した
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 撮像素子あるいは該撮像素子に光量増強装置や各種フィ
ルタ等を一体的に取付けたカートリッジ式の撮像ユニッ
トとして、撮像素子の種類あるいは該撮像素子に取り付
けるフィルタ等の装置を変えたものを複数種類を設け、 上記撮像ユニットは、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ことを特徴とするビ
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ビン数及び
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か同一であると共
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。

さらに、本発明は、上記ビデオカメラ本体に取り替え自
在に装填した撮像素子に対応した信号処理を行うために
、装填される撮像素子の各画素に入射した光量を示す電
気信号の読み出し方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録するメモリー部と、上記メ
モリー部に直接アクセスして上記記録された信号を撮像
ユニットの様式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たビデオ撮影
装置を提供するものである。

尚、複数種の装填する撮像素子に対応した複数種の信号
処理回路部を、ビデオカメラ本体あるいは外部信号処理
機構に予め設けておき、あるいは、撮像素子とペアで装
填出来るようにし、各撮像素子に対応した信号処理回路
部で画像処理した後に、メモリー部に記憶させる構成と
してもよい。

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か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、撮像素子のサイズやピッチ、ピンピッチ数、入出
力信号のフォーマット等を統一すると共に、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ツ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へて
、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
。

第り図に示すように、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、ビデオカメラ本体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、デイスプレィ
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１３、信号処理部１
５、メモリー部１６と接続する信号制御部２１を内蔵し
ている。

上記撮像ユニットＩ３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２
９ａ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６
４行×６４列、画素ピッチ１６０μｍとしているが、例
えば、画素数が５１２１２行×５１で２０μＭの画素ピ
ッチの素子、２５６５６行×２５で４０μｍの画素ピッ
チの素子、１２８２８行×１２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Ｉこついてはマスクの設計のみを
完了させておけば良い。あと必要に応じてそれらのマス
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、はとんど
追加費用なしに、画素サイズが同じのカラー用及びモノ
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２
７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
イクロチャンネルブレー）（ＭＣＰ）３４及び上記増倍
した電子を再び光に変換する受光面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
ノファイヤを直列に配置したもの、あるいはインバータ
型イメージイノテンン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ノファイヤ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
間定枠４２内に固定して、角柱状のファイバーガラス４
３を介在した状態で、端部に夫々ボルト孔４４Ａ〜４４
Ｄ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２
７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は一端を撮像素子２６の受光
面２９ａ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
のオイル接合面一・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盤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２０Ｉ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Ｉ４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のビン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にポルｌ−４９Ａ〜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＋３Ａ以外の撮像ユニット１
３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１ｌ１２Ｉ
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３０
０に設ける信号処理回路部１５は、上記撮像ユニット１
３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５Ｉを備え
、デジタル変換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」６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
配列や撮影時に信号制御部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１
６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イスプ
レィ１９の規格に合った画像情報に変換してデイスプレ
ィ１９で表示する。本実施例では、デイスプレィ１９は
画像処理専用の１１１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、
デイスプレー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ＮＴ
ＳＣ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、解析用コンビコ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ｍ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
コンビュ−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
１３Ａ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５
１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１６６本
並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ヒツトで構成され、これらか−
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ブロツクの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ブロツクの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ブロツクの６５〜１
２８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Ｉ６にシリアルに人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＋３Ａ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３０・ＭＨ２とすると、９７６４８枚／秒）
で撮影する場合に好適に用いられるらのであるが、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
ジイノテンノファイヤを備えず、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Ｘ６４列と全く同
じ条件のものを使うと、３０ＭＨ２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Ｉ２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ァイヤ２７の蛍光面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５
４を介して撮像ユニット取付部１４に取付けてレンズ１
２側へ移動させている。

上記アダプター５４は、直方体状て撮像素子５２の外部
との結線用電極５５と接続するコネクタ一部５６を備え
、該コネクタ一部５６を設けた面の他方側の面に上記撮
像素子５２のピノ５５と同じ配置の結線用電極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）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
、撮像素子のビン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
に直接撮像素子２６が撮像ユニット装填部２０１に接続
される場合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１３
Ｂでは、上記コネクタ一部５６が撮像素子５２のビン５
５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、
ビン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−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Ｉ２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２９
ａが結像面となるようにレンズＩ２との距離を設定し、
上記イメージインテンソファイヤ付きの撮像ユニット１
３Ａ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］ノング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
ため調節用リング５８は強固にする必要があると共に、
イメージインテンソ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。

上記撮像素子１３Ｂは画素数を前記したように５＋２ｘ
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１
３Ａ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１Ｏ図に示すよう
に、メモリー部Ｉ６中の記憶のうち、第１ブロツクの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ブロツクの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ブロツ
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
ンテンソファイヤ６Ｉ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の受光面曲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ソフ
ァイヤ６１を備えている。該イメージインテンソファイ
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。

上記カラー撮影用の撮像素子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４０
μｍ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個のメツシ
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ソフ
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ソファイヤ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
、イメージインテンソ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、イメージインテンソ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ィ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＋３０によるカラー撮影時の画
像構成を示すもので、まず、第１ブロツクの第１メモリ
ーと第２メモリーと、第２ブロツクの第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ブロツクの第２メモリーと第３メモリー
と、第２ブロツクの第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ス。よって、モノクロと
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、接着なとの方法で取付けたもの等、種
々のタイプのものかある。

また、上記した実施例では、撮像素子からの電気信号は
、増幅、ＡＤ変換のみてそのままシリアルにメモリー部
に記憶される構成であったか、各撮像素子に対応する信
号処理回路部をビデオカメラ本体、あるいは、外部信号
処理機構に予め設けておき、あるいは、撮像素子とペア
できるようにし、撮像素子の信号を画像構成のための処
理を行った後にメモリーに記憶する構成としてもよい。

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。

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て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。

さらに、本発明の撮像ユニットは、その撮像素子の外部
との接続部分の規格、パッケージの構造等の規格をビデ
オカメラ本体の撮像ユニット装填部に適合するように統
一するか、あるいは、撮像素子と撮像ユニット装填部に
間に両者を接続するアダプターを設けているため、撮像
素子あるいは撮像ユニットの交換が可能になる。特に、
上記のように撮像素子の規格を統一した場合には、同時
に製作コストも低くてきる。即ち、画素サイズのみが相
違する場合には、設計に必要な追加検討事項は殆どない
ため、設計者の人件費を低減でき、経済的に有利である
等の種々の利点を存するものである。

【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ノ
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１Ｏ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１
１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（１３
Ａ、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、Ｉ７・・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・・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。 特許出願人学校法人　近畿大学１３ｆｉ’Ｌ）ｂ代理人
　弁理士前　山　　葆　ほか２名第２図 第３図 派 °） 第１１図 Ｔ １１１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、撮像素子あるいは該撮像素子に光量増強装置や各種
   フィルタ等を一体的に取付けたカートリッジ式の撮像ユ
   ニットとして、撮像素子の種類あるいは該撮像素子に取
   り付けるフィルタ等の装置を変えたものを複数種類を設
   け、 上記撮像ユニットは、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ことを特徴とするビ
   デオ撮影装置。 ２、上記撮像ユニットは、そ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し
   ていることを特徴とする請求項１記載のビデオ撮影装置
   。 ３、上記撮像ユニットは、その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
   を備えることを特徴とする請求項１記載のビデオ撮影装
   置。 ４、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ものである請求項１から
   請求項３のいずれか１項に記載のビデオ撮影装置。 ５、上記ビデオカメラ本体に交換可能に装填される撮像
   素子の各画素に入射した光量を示す電気信号の読み出し
   方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
   まシリアルに記録するメモリー部と、上記メモリー部に
   直接アクセスして上記記録された信号を撮像ユニットの
   様式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た請求項１から請求項４
   のいずれか１項に記載のビデオ撮影装置。 ６、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請求項１から
   請求項５のいずれか１項に記載のビデオ撮影装置。 ７、上記撮像素子からの信号出力線が複数になっており
   、高いフレームレートの高速撮影をすることができる構
   成としていることを特徴とする請求項１から請求項６の
   いずれか１項に記載のビデオ撮影装置。