(57)【要約】【課題】ＣＣＤ等の撮像素子の高速走査は、その電気信号処理手段及び物理的特性による制約及び感度の低下等により限界があり、また、従来の複数の撮像手段を用いる高速撮像装置は高価で精密な光学系を要し、入射光の分割により光量が低下する欠点があった。【解決手段】複数の撮像手段を互いに近接して備え、各撮像手段が所定の遅延時間をもって同調して順次繰返し撮像した撮像信号を画像メモリに記録し、それぞれの撮像画面に係る読出し順序を制御して読出す。これにより、高価で精密な光学系及びその入射光の分割による光量の減少を排除し、複数の撮像手段を用いてそれぞれの本来の撮像の作用及び撮像感度に基づく高速撮像ができ、その配設及び撮像が容易である高速撮像装置を提供することを目的とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに撮像レンズとその光軸に対応した撮像素子とを設けて共通の被写体に対しそれぞれ互いに近接して配設し同様の画角で撮像する複数の撮像手段を具備し、
信号処理手段及び画像メモリを設けたデジタル処理回路を備え、それぞれの撮像手段及びデジタル処理回路に係る作用を制御する制御回路とクロック及び撮像トリガ信号を生成出力するクロック回路とを備えた装置であって、
前記デジタル処理回路は、撮像手段がそれぞれ所定の遅延時間差をもって同調して順次繰返し撮像して出力した撮像信号を画像メモリに記録しそれぞれの撮像画面のこまに係る読出し順序を制御して読出した画像信号を出力することを特徴とする高速撮像装置。
【請求項２】
前記画像信号は、それぞれの前記撮像手段の撮像信号に基づく一連の時系列の画像信号であることを特徴とする請求項１に記載の高速撮像装置。
【請求項３】
複数の前記撮像素子はそれぞれ互いに近接して一面状に配設し、前記それぞれの撮像レンズはその光軸を互いに並行に配列することを特徴とする請求項１または２に記載の高速撮像装置。
【請求項４】
前記一連の時系列の画像信号の単位時間毎のこま数は、前記撮像信号のこま数の前記複数倍であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高速撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、共通の被写体を複数の撮像手段で時系列に順次繰返し撮像して記録した撮像画面を、読出し順序を制御して読出すことによる高速撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、動きをともなう物体または事象などを高速撮像して、単位時間の撮像画面のこま数を多く撮像する装置がある。このように高速撮像して記録した画像信号は、スローモーション表示、または画像解析などによりその動きによる変化を細密に認識できる。【０００３】  この場合、ＣＣＤ等の撮像素子を用いた撮像装置では、撮像素子に結像された被写体の光学像を光電変換した電荷を高速で読出すが、そのための高速走査作用には、電気信号処理手段及び物理的特性等により限界がある。
また、撮像素子に係る電子シャッターの作用にもよるが、一般に、例えば、撮像画面のこま数が１秒間に数千こま等の高速撮像では、光電変換される電荷の１こま当たりの蓄積量が少なく、撮像感度が低下する。【０００４】  そこで、同一の被写体による光学像に複数の撮像素子を対応させ、それぞれ遅延時間差をもって順次繰返し撮像する装置（例えば、特許文献１参照）などが提案されている。
すなわち、撮像レンズによる入射光を光学系で複数分割し、結像した光学像に対応させたそれぞれの撮像素子が所定の遅延時間をもって順次操返し撮像すれば、その撮像速度は、それぞれが撮像した撮像画面の単位時間の合計こま数とすることができる。
そして、その電気信号処理手段及び光電変換される電荷の蓄積に係る物理的特性は、それぞれが単独である場合の撮像装置の動作に基づくものであり、さらに、それぞれの撮像素子による撮像が、通常よりも高速撮像できる手段（例えば特許文献２参照）によるものであれば、更なる高速撮像の効果が得られる。【０００５】  一方、近年では、携帯電話や内視鏡その他のビデオカメラのように、極めて小型のレンズ及び撮像素子を用いた小型の撮像手段が開発され、実用化されている。
【特許文献１】特開平１０−２３３９５７号公報
【特許文献２】特開２００３−２９８９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  上述したように、撮像素子による高速走査は、その電気信号処理手段及び物理的特性等による制約、また前記電荷の蓄積量の減少による感度の低下により限界がある。
また、前記特許文献１のように複数分割した光学像をそれぞれの撮像素子で撮像する手段は、高価で精密な光学系を要し、その分割数は３分割程度に制約され、さらに、それぞれの光学像は入射光の分割により光量が減少する。また、それぞれに撮像レンズを備えた複数の撮像装置を用いれば、それらの配設及び撮像作用の制御が困難である。【０００７】  本発明は、このような背景においてなされ、それぞれに撮像レンズと撮像素子とを設けた複数の小型の撮像手段を互いに近接して備え、共通の被写体をそれぞれの撮像手段が所定の遅延時間をもって同調して順次繰返し撮像した撮像信号を画像メモリに記録し、それぞれの撮像画面に係る読出し順序を制御して読出すものである。【０００８】  これにより、高価で精密な光学系及びその入射光の分割による光量の減少を排除し、複数の撮像手段を用いてそれぞれの撮像手段の本来の撮像の作用及び撮像感度に基づき、その撮像手段の数に応じた高速撮像ができ、また、その配設及び撮像は単独の撮像装置と同様に容易である高速撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明は上記目的を達成するために、次の課題解決手段によりこの問題を解決した。
本発明の高速撮像装置の第１の課題解決手段は、それぞれに撮像レンズとその光軸に対応した撮像素子とを設けて共通の被写体に対しそれぞれ互いに近接して配設し同様の画角で撮像する複数の撮像手段を具備し、信号処理手段及び画像メモリを設けたデジタル処理回路を備え、それぞれの撮像手段及びデジタル処理回路に係る作用を制御する制御回路とクロック及び撮像トリガ信号を生成出力するクロック回路とを備えた装置であって、前記デジタル処理回路は、撮像手段がそれぞれ所定の遅延時間差をもって同調して順次繰返し撮像して出力した撮像信号を画像メモリに記録しそれぞれの撮像画面のこまに係る読出し順序を制御して読出した画像信号を出力することを特徴とする（請求項１）。【００１０】  これにより、高価で精密な光学系を要しさらにその入射光の分割により光量が低下する欠点を排除し、複数の撮像手段を用いそのそれぞれは本来の撮像の作用及び感度に基づくものでありながら、高速の撮像をすることができる。【００１１】  本発明の第２の課題解決手段は、前記画像信号は、それぞれの前記撮像手段の撮像信号に基づく一連の時系列の画像信号である（請求項２）。これにより、それぞれの前記撮像信号に基づき、一連の時系列の高速撮像の画像信号が効率良く得られる。【００１２】  さらに、本発明の第３の課題解決手段では、複数の前記撮像素子はそれぞれ互いに近接して一面状に配設し、前記それぞれの撮像レンズはその光軸を互いに並行に配列することことが望ましい（請求項３）。
これにより、被写体に対するそれぞれの撮像手段の視差は微小となり、被写体との撮像距離にかかわらず、それぞれの撮像レンズの光軸は常に固定で撮像でき、その配設及び撮像が容易にできる。【００１３】  さらにまた、本発明の第４の課題解決手段では、前記一連の時系列の画像信号の単位時間毎のこま数は、前記撮像信号のこま数の前記複数倍とする（請求項４）。
これにより、前記複数の撮像手段の数に比例した速度の高速撮像ができる。
【発明の効果】
【００１４】  本発明によれば、高価で精密な光学系及びその入射光の分割による光量の減少を排除し、複数の撮像手段を用いてそれぞれの撮像手段の本来の撮像の作用及び撮像感度に基づき、その複数の撮像手段の数に応じた高速撮像ができ、また、その配設及び撮像は単独の撮像装置と同様に容易な高速撮像装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】  本発明を実施するための実施の形態を図１〜図４を参照して説明する。
図１は本発明実施例の高速撮像装置の要部構成図、図２は同実施例の撮像素子の配設を説明する模式図、図３は同実施例の撮像作用を説明する図、図４は同実施例の高速撮像を説明する図、図５は同実施例の高速撮像装置の外観斜視図である。【００１６】  図においては、１は撮像手段、２は撮像レンズ、３は撮像素子、４はデジタル処理回路、５は画像メモリ、６は信号処理手段、７は制御回路、８はクロック回路、９及び１０は端子、１１は被写体である。【００１７】  本発明実施例の高速撮像装置は、図１に示すように、それぞれに撮像レンズ２とその光軸に対応した撮像素子３とを設けて、共通の被写体１１に対しそれぞれ互いに近接して配設し同様の画角で撮像する複数の撮像手段１を具備し、信号処理手段６及び画像メモリ５を設けたデジタル処理回路４を備え、それぞれの撮像手段１及びデジタル処理回路４に係る作用を制御する制御回路７とクロック及び撮像トリガ信号を生成出力するクロック回路８とを備えた装置であって、デジタル処理回路４は、撮像手段１がそれぞれ所定の遅延時間差をもって同調して順次繰返し撮像して出力した撮像信号を画像メモリ５に記録しそれぞれの撮像画面のこまに係る読出し順序を制御して読出した画像信号を出力するものである。【００１８】  上記構成のように、本装置は複数の撮像手段１を備え、そのそれぞれには撮像レンズ２とその光軸に対応するＣＣＤ等を用いた撮像素子３とが設けられている。そして、それぞれの撮像素子３はこれに結象する被写体１１の光学像を撮像する。
また、それぞれの撮像手段１は、共通の被写体１１に対しそれぞれ同様の画角により小さな視差で撮像できるように、互いに近接して配設される。そのため、それぞれの撮像手段１は小型であることが望ましいが、近年では、本装置に充分適応できる非常に小型の撮像レンズ２および撮像素子３が供給されている。【００１９】  そして、制御回路７は、クロック回路８で生成出力された撮像トリガ信号及びクロックを入力し、クロックに基づき同期信号、タイミング信号及び制御信号等を生成してそれぞれの撮像手段１の所定の走査作用の撮像動作及びその撮像信号の出力動作を制御する。
また、それぞれの撮像手段１に設けた撮像素子３の基本動作は、通常の撮像の手段または前記特許文献２などの高速撮像の手段による走査作用、及び光電変換された電荷の読出し等の作用に基づくものである。【００２０】  ここで、それぞれの撮像手段１は、前記撮像トリガ信号により、撮像作用の開始及び終了のタイミングが制御され、所定の遅延時間差をもって同調して順次繰返し撮像された撮像信号を出力する。この遅延時間差は、例えば前記クロックの数を計数することにより所定の遅延時間を得ることができる。
そして、この撮像トリガ信号は、クロック回路８のスイッチ素子、撮像のタイミングを検知するセンサ等の検知器またはタイミング生成手段等で生成されるが、端子１０を介し外部より入力することもできる。【００２１】  また、制御回路７は、前記同期信号等の信号に基づきデジタル処理回路４を制御する。
前記撮像作用によるそれぞれの撮像信号の出力は、デジタル処理回路４に入力し、これに備えた信号処理手段６で量子化等の信号処理をして画像メモリ５に記録する。
そして、撮像画面のこまに係る読出し順序を制御して読出し、これを信号処理した画像信号を端子９を介し出力する。この出力は、画像モニタに表示してスローモーションによる画像表示、または画像処理等の装置に接続して、前記動きをともなう物体または事象など被写体１１の経時変化を明瞭に認識することができる。【００２２】  この場合、デジタル処理回路４に備えた画像メモリ５及び信号処理手段６は、それぞれの撮像信号の出力に対応して作用するが、この画像メモリ５及び信号処理手段６が複数であって、そのそれぞが各撮像手段１の撮像信号の出力に対応するものでもよい。
また、前述した撮像作用に係り、電子シャッター機能を適応することも可能である。【００２３】  ここで、例えば、それぞれの撮像速度が１秒間に１０００こま／秒（１こま／ｍｓ）の４式の撮像手段１Ａ〜１Ｄを用い、それぞれが、０．２５ｍｓの一定の遅延時間差で順次繰返し撮像する場合のタイミングを、図３の時間軸上に実線の矢印で示す。
このように、撮像手段１Ａ〜１Ｄのそれぞれの撮像速度は１０００こま／秒であるが、撮像間隔が０．２５ｍｓで４０００こま／秒に相当する撮像効果が得られる。
しかも、それぞれの撮像作用に係る処理手段及び物理的特性、前記電荷の蓄積量に係る撮像感度は、それぞれの撮像手段１Ａ〜１Ｄの１こま／ｍｓの撮像速度に基づくものであり、複数の撮像手段１の数に応じた高速撮像ができる。【００２４】  また、前述した第２の課題解決手段に係る実施例は、前記画像信号は、それぞれの前記撮像手段の撮像信号に基づく一連の時系列の画像信号であるものとする。
図４に、上述したそれぞれの撮像手段１Ａ〜１Ｄごとに撮像される画面のこまの順序を、それぞれＡ１〜Ａｎ、Ｂ１〜Ｂｎ、Ｃ１〜Ｃｎとした模式図を示す。そして、これらのこま全体が撮像される順序は、Ａ１〜Ｄ１、Ａ２〜Ｄ２、Ａｎ〜Ｄｎである。
したがって、この順序で図１の画像メモリ５から読出しすれば、撮像手段１Ａ〜１Ｄの数に応じた、一連の時系列の高速撮像の画像信号が得られることになる。【００２５】  また、前述の第３の課題解決手段は、複数の撮像素子３はそれぞれ互いに近接して一面状に配設し、それぞれの撮像レンズ２はその光軸を互いに並行に配列する。
図１に示す撮像手段１は充分に小型とし、撮像素子３は、碁盤目状等または図２の例に示すように、それぞれ互いに近接した一面状に集合して配設する。これにより、それぞれの撮像素子３に係る被写体１１に対する画角である視差は比較的微小のものとなる。
したがって、被写体１１と撮像手段１との距離が適応する距離以上であれば、該距離にかかわらず、それぞれの撮像レンズの光軸は常に固定で撮像でき、その配設及び撮像作業は単独の撮像装置と同様に容易にできる。【００２６】  さらに、前述の第４の課題解決手段は、前記一連の時系列の画像信号の単位時間毎のこま数は、前記撮像信号のこま数の前記複数倍である。
それぞれの撮像手段１の撮像に係る所定の遅延時間差を同一とし、前記一連の時系列の画像信号を画像メモリ５から順次均等に読み出せば、その単位時間毎のこま数は、前記撮像信号のこま数の前記複数倍となる。【００２７】  本装置はこのようにして、スローモーションによる画像表示、または前記動きをともなう物体または事象などの経時変化を明瞭に認識する。
そして、それぞれの撮像手段１は、共通の被写体１１に対しそれぞれ小さな視差で撮像できるので上記経時変化の認識には殆ど支障ないが、前記画像信号または撮像画面の処理により、この視差を修正することは容易である。
また、近年は本装置に充分適応できる非常に小型の撮像レンズ２および撮像素子３が供給されるので、例えば、図５に示すような外観の高速撮像装置を容易に製作できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明実施例の高速撮像装置の要部構成図。
【図２】同実施例の撮像素子の配設を説明する模式図。
【図３】同実施例の撮像作用を説明する図。
【図４】同実施例の高速撮像を説明する図。
【図５】同実施例の高速撮像装置の外観斜視図。
【符号の説明】
【００２９】１  撮像手段
２  撮像レンズ
３  撮像素子
４  デジタル処理回路
５  画像メモリ
６  信号処理手段
７  制御回路
８  クロック回路
９  端子
１０  端子
１１  被写体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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