(57)【要約】【課題】  高速現象についての光学的イメージ情報の検出速度を十分にアップする。【解決手段】  この発明の高速撮像素子は、各画像情報検出ユニット１０において、１個のフォトダイオード１１に８個の各信号取出ゲートＲ１〜Ｒ８に電気信号の転送を行う信号転送ラインＴ１〜Ｔ８を相互に分離したかたちで接続し、電子シャッタリング周期を〔信号転送セルの信号転送周期〕の８倍の速さにして各信号取出ゲートＲ１〜Ｒ８から各信号転送ラインＴ１〜Ｔ８へ信号転送ラインの各信号転送期間毎に２次元画像情報としての電気信号を１個ずつ送り込むとともに信号転送ラインの信号転送周期で電気信号を転送する結果、各画像情報検出ユニット１０では信号転送ラインの信号転送周期で８個の電気信号の取り出しと転送が行われ、信号転送周期の８倍の速度で２次元画像情報が検出される。【選択図】        図３
2005045608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速現象における光学的イメージ情報を保持している入射光の光強度に応じて電気信号を発生する１個の光電変換手段に光電変換手段で発生した電気信号を電子シャッタリングごとに取り出すＭ個（但しＭは２以上の整数）の信号取出手段がパラレルに接続されており、各信号取出手段ごとに各信号取出手段により取り出されて送り込まれる電気信号を転送するＮ個（但しＮは２以上の整数）の信号転送手段がシリアルに接続されていて、信号取出手段が所定の順番で電気信号の取り出しを繰り返し行うとともに各信号取出手段から先に送り込まれた電気信号が次の電気信号が送り込まれるまでの間に後の信号転送手段の間を順次転送される複数個のイメージ情報検出ユニットが配列ラインに沿って並べられていることを特徴とする光学的イメージ情報検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学的イメージ情報検出装置において、信号取出手段による信号取り出しタイミングが最初に電気信号が送り込まれる信号転送手段の信号受入不可タイミングとなる信号取出手段には最初に電気信号が送り込まれる信号転送手段との間に、信号転送手段が信号受入可能タイミングに移行するまでの間、信号取出手段から取り出した電気信号を一時的に保持する信号一時保持手段が配備されている光学的イメージ情報検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光学的イメージ情報検出装置において、複数個のイメージ情報検出ユニットが２次元配列ラインに沿って縦横に並べられている光学的イメージ情報検出装置。
【請求項４】
請求項１から３に記載の光学的イメージ情報検出装置において、各イメージ情報検出ユニットにおける信号取出手段の数Ｍが５以上１５以下の範囲であり、信号転送手段の数Ｎが５以上１５以下の範囲である光学的イメージ情報検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、爆発現象や燃焼現象の２次元画像（２次元の光学的イメージ）や蛍光消滅時の分光スペクトル（１次元の光学的イメージ）など高速度で状態が変化する光学的イメージ情報を検出する装置に係り、高速現象についての光学的イメージ情報の検出速度をあげるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速現象の光学的イメージ情報検出装置として、１画面の撮影時間が１μ秒（１００万枚／１秒）というような高速度で（例えば、爆発，破壊，燃焼などの）高速現象を撮影し高速現象における２次元画像情報（光学的イメージ情報）を検出する高速撮像素子を備えた高速撮影装置（高速ビデオカメラ）が、科学的計測等に用いられている。
【０００３】
従来の高速撮像素子の場合、図９に示すように、例えば８万画素分の画像情報検出ユニット５１が２次元配列ラインに沿って縦横マトリックス状に配設されていて、各画像情報検出ユニット５１は、検出対象の入射光の光強度に応じた電気信号を発生する１個のフォトダイオード５２にフォトダイオード５２で発生した電気信号を電子シャッタリング毎に取り出す１個の信号取出ゲート５３が接続されているとともに、信号取出ゲート５３の後に電子シャッタリング毎に信号取出ゲート５３によりフォトダイオード５２から出力される電気信号を画像情報として転送するＣＣＤセルＣ１〜Ｃ２４を有するＣＣＤデバイス５４が付設されている。
【０００４】
光学レンズ（図示省略）を介して被写体の光学像が取り込まれて画像情報検出ユニット５１に投影されると、各画像情報検出ユニット５１では、１画面の画像情報を得るための電子シャッタリング毎にフォトダイオード５２から出力される電気信号が電荷のかたちで信号取出ゲート５３で取り出されてＣＣＤデバイス５４へ次々と送り出される。ＣＣＤセルＣ１〜Ｃ２４では表面に設けられた転送用電極ライン（図示省略）に電子シャッタリング動作と同期した電荷転送信号が印加されるのに伴って、ＣＣＤデバイス５４へ次々と送り込まれる電荷が、以下のように次々とＣＣＤセル間を転送される。電荷がＣＣＤセルＣ４〜Ｃ１と水平に転送されてＣＣＤセルＣ１〜Ｃ４に全て電荷が蓄積されると、ＣＣＤセルＣ１〜Ｃ４の各電荷が、一斉に一段下のＣＣＤセルＣ２１〜Ｃ２４へ垂直に転送される。そして、再びＣＣＤセルＣ１〜Ｃ４に全て電荷が蓄積されると、各ＣＣＤセルの電荷が一斉に一段下のＣＣＤセルへそれぞれ垂直に転送される転送動作が繰り返される。そして、電子シャッタリングが２４回連続で繰り返される間に、各フォトダイオード５１からの電荷が、図１０に矢印で示す経路でもって転送されながら、全てのＣＣＤセルＣ１〜Ｃ２４に電荷が蓄積された状態となる。よって、フォトダイオード５１に付設されたＣＣＤデバイス５４には２４画面分の画像信号が高速で記憶されることになる。
【０００５】
なお、画像情報を記憶せずに外部に放出する場合は電荷をＣＣＤセルからドレイン素子５５へ送り込み、ドレイン素子５５から電荷を直に外部へ放出する。画像情報を記憶する場合は電荷をドレイン素子５５へ送り込まないようにする。
【０００６】
このようにして高速撮影の場合は、電子シャッタリングが高速で行われてＣＣＤデバイス５４に画像情報用の電荷が高速で蓄積される。高速撮影の場合は、電荷を蓄積しながら読み出すことは難しいので、電子シャッタリングを停止してからＣＣＤデバイス５４に蓄積された電荷を読み出し電極（図示省略）から読み出す。さらに、読み出した電荷は高速撮像素子の後段でディジタル化した後、さらに同一電子シャッタリングで得られた電気信号を１枚の画面に編集して２次元画像を作成表示する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の高速撮影装置に用いられている高速撮像素子の場合、まだまだ撮影速度が十分とは言い難く、高速現象を精度良く行うためには撮影速度をアップする必要がある。
【０００８】
従来の高速撮像素子の場合、撮影速度は電子シャッタリング（電子露光）の周期に比例するので、電子シャッタリングの周期を速めれば撮影速度がアップする。しかし、電子シャッタリングの周期を速めれば、ＣＣＤデバイス５４の転送速度も速くしなければないない。したがって、ＣＣＤデバイス５４の転送速度（信号転送周期）を速くしないと電気信号が停滞して転送されず、高速撮影装置の撮影速度はＣＣＤデバイス５４の転送速度を超えることはできない。しかし、ＣＣＤデバイス５４の転送速度を速くするとＣＣＤデバイス５４が発熱する等の不具合を生ずるので、ＣＣＤデバイス５４の転送速度をあげることができない。その結果、高速撮影素子の撮影速度を十分にアップすることができない。
【０００９】
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、高速現象についての光学的イメージ情報の検出速度を十分にアップすることができる光学的イメージ情報検出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】
【００１０】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
【００１１】
すなわち、請求項1に記載の発明に係る光学的イメージ情報検出装置は、高速現象における光学的イメージ情報を保持している入射光の光強度に応じて電気信号を発生する１個の光電変換手段に光電変換手段で発生した電気信号を電子シャッタリングごとに取り出すＭ個（但しＭは２以上の整数）の信号取出手段がパラレルに接続されており、各信号取出手段ごとに各信号取出手段により取り出されて送り込まれる電気信号を転送するＮ個（但しＮは２以上の整数）の信号転送手段がシリアルに接続されていて、信号取出手段が所定の順番で電気信号の取り出しを繰り返し行うとともに各信号取出手段から先に送り込まれた電気信号が次の電気信号が送り込まれるまでの間に後の信号転送手段の間を順次転送される複数個のイメージ情報検出ユニットが配列ラインに沿って並べられていることを特徴とするものである。
【００１２】
［作用・効果］装置によって高速現象における光学的イメージ情報を検出する場合、配列ラインに沿って並べられている複数個の各イメージ情報検出ユニットでは、高速現象における光学的イメージ情報を保持する入射光の光強度に応じて電気信号が１個の光電変換手段で発生する一方、１個の光電変換手段にパラレルに接続されているＭ個の信号取出手段が、光電変換手段で発生した電気信号を電子シャッタリングごとに所定の順番で電気信号の取り出しを繰り返し行って各信号取出手段のそれぞれに接続されているＮ個の信号転送手段がシリアル接続されている信号転送ラインへ送り出す。他方、Ｎ個の信号転送手段がシリアルに接続されている各信号転送ラインでは、先に送り込まれた電気信号が次の電気信号が送り込まれるまでの間に後の信号転送手段へ順次転送される。こうして信号転送手段に蓄積された電気信号は、適当な時点で取り出され、同一電子シャッタリングで得られた電気信号から高速現象についての光学的イメージが編集作成される。
【００１３】
このように、請求項1に記載の発明に装置では、高速現象についての光学的イメージ情報を検出するために配列ラインに沿って並べられている各イメージ情報検出ユニットでは、高速現象における光学的イメージを検出する場合、１個の光電変換手段にパラレルに接続されているＭ個の信号取出手段のそれぞれに接続されているＮ個の信号転送手段がシリアルに接続されている信号転送ラインに、高速現象における光学的イメージ情報を保持する入射光の光強度に応じて発生する電気信号を電子シャッタリングごとに所定の順番で各信号取出手段が取り出して送り込むとともに、各信号転送ラインでは先に送り込まれた電気信号が次の電気信号が送り込まれるまでの間に後の信号転送手段へ順次転送される構成になっている。従って、請求項１に記載の発明の場合、各イメージ情報検出ユニットの１個の光電変換手段から電子シャッタリングごとに電気信号を取り出すＭ個の各信号取出手段のそれぞれに電気信号の転送を行う信号転送ラインが互いに分離されたかたちで配備されており、電子シャッタリング周期を〔信号転送手段の信号転送周期〕のＭ倍の速さにして各信号取出手段からそれぞれの信号転送ラインへ信号転送ラインの信号転送期間毎に電気信号を１個ずつ送り込むとともに各信号転送ラインが先に送り込まれた電気信号を次の電気信号が送り込まれるまでの間に後の信号転送手段へ転送することによって、各イメージ情報検出ユニットでは信号転送手段の信号転送周期でＭ個の電気信号の取り出しと転送が行えるようになるので、信号転送ラインの信号転送周期のＭ倍の速度で高速現象についての光学的イメージ情報を検出することができる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光学的イメージ情報検出装置において、信号取出手段による信号取り出しタイミングが最初に電気信号が送り込まれる信号転送手段の信号受入不可タイミングとなる信号取出手段には最初に電気信号が送り込まれる信号転送手段との間に、信号転送手段が信号受入可能タイミングに移行するまでの間、信号取出手段から取り出した電気信号を一時的に保持する信号一時保持手段が配備されているものである。
【００１５】
［作用・効果］請求項２に記載の発明の場合、信号取出手段による信号取り出しタイミングが最初に電気信号が送り込まれる信号転送手段の信号受入不可タイミングとなる信号取出手段の場合、最初に電気信号が送り込まれる信号転送手段との間に配備されている信号一時保持手段によって、信号転送手段が信号受入可能タイミングに移行するまでのの間、電気信号取出手段から取り出した電気信号が一時的に保持され、信号転送手段が信号受入可能タイミングに移行すると直ちに、信号一時保持手段から信号転送手段へ電気信号が送り込まれるので、信号取出手段の電気信号の取り出しと信号転送手段の電気信号の受け入れのタイミングとがズレていても、電気信号の取り出し・送り込みは何ら支障なく円滑に行われる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光学的イメージ情報検出装置において、複数個のイメージ情報検出ユニットが２次元配列ラインに沿って縦横に並べられているものである。
【００１７】
［作用・効果］請求項３に記載の発明の場合、複数個のイメージ情報検出ユニットが２次元配列ラインに沿って縦横に並べられているので、高速現象についての２次元光学的イメージ情報を検出することができる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３に記載の光学的イメージ情報検出装置において、各イメージ情報検出ユニットにおける信号取出手段の数Ｍが５以上１５以下の範囲であり、信号転送手段の数Ｎが５以上１５以下の範囲であるものである。
【００１９】
［作用・効果］請求項４に記載の発明の場合、信号転送手段の信号転送周期の５〜１５倍の速度で高速現象における光学的イメージ情報を検出することができるとともに、５〜１５回の電子シャッタリングの光学的イメージ情報を連続的に検出することができる。なお、信号取出手段の数Ｍが５未満では、高速現象についての光学的イメージ情報の検出速度のアップ効果が発揮され難くなり、信号取出手段の数Ｍが５以上ではイメージ情報検出ユニットひとつ当たりの構成が大きくなり過ぎて高速現象についての光学的イメージ情報の検出密度が低くなる傾向がみられる。信号転送手段の数Ｎが５未満では、高速現象についての光学的イメージ情報を連続で検出し難くなる傾向が見られ、信号転送手段の数Ｎが１５以上ではイメージ情報検出ユニットひとつ当たりの構成が大きくなり過ぎて高速現象についての光学的イメージ情報の検出密度が低くなる傾向がみられる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明に係る光学的イメージ情報検出装置の場合、各イメージ情報検出ユニットの１個の光電変換手段から電子シャッタリングごとに電気信号を取り出すＭ個の各信号取出手段のそれぞれに電気信号の転送を行う信号転送ラインが互いに分離されたかたちで配備されており、電子シャッタリング周期を〔信号転送手段の信号転送周期〕のＭ倍の速さにして各信号取出手段からそれぞれの信号転送ラインへ信号転送ラインの信号転送期間毎に電気信号を１個ずつ送り込むとともに各信号転送ラインが先に送り込まれた電気信号を次の電気信号が送り込まれるまでの間に後の信号転送手段へ転送することによって、各イメージ情報検出ユニットでは信号転送手段の信号転送周期でＭ個の電気信号の取り出しと転送が行えるようになるので、信号転送ラインの信号転送周期のＭ倍の速度で高速現象についての光学的イメージ情報を検出することができる。
【００２１】
よって、請求項１に記載の発明の光学的イメージ情報検出装置によれば、高速現象についての光学的イメージ情報の検出速度を十分にアップすることができる。
【実施例１】
【００２２】
この発明の光学的イメージ情報検出装置の実施例１に係る高速撮像素子を図面を参照して説明する。図１は実施例１の高速撮像素子を用いた高速撮影装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２３】
図１の高速撮影装置（高速ビデオカメラ）は、１画面の撮影時間が１μ秒（１００万枚／１秒）というような高速度で被写体を撮影して（例えば、爆発，破壊，燃焼などの）高速現象についての２次元画像を表示することができる装置であり、科学的計測等に用いられる。
【００２４】
図１の高速撮影装置は、被写体（図示省略）の光学像を必要に応じて配設される高感度イメージインテンシファイア等の光増倍機構（図示省略）や機械シャッタリング機構（図示省略）を介して取り込むレンズなどに代表される光学系１と、光学系１で取り込まれた光学像を撮像して２次元画像情報（２次元光学的イメージ情報）を検出する高速撮像素子２と、高速撮像素子２の電子シャッタリング周期（電子露光周期）などをコントロールする高速撮像素子制御部３と、高速撮像素子２から出力される電気信号をディジタル信号に変換するＡＤコンバータ４と、ディジタル化された電気信号にしたがって被写体の２次元画像を編集作成する画像処理演算部５と、画像処理演算部５で作成された２次元画像を記憶する画像記憶部６と、画像記憶部６に記憶された２次元画像を画面に映し出す画像表示モニタ７と、高速撮影の実行に必要な種々の操作を行う操作部８と、操作部８により設定した撮影条件にしたがって装置全体の動作・進行を司る主制御部９とを備えている。
【００２５】
実施例１の高速撮像素子２の場合、図２に示すように、光学系１で取り込まれた光学像が投影される検出面２Ａには、画像情報検出ユニット（イメージ情報検出ユニット）１０が２次元配列ラインに沿って例えば８万個という数で縦横にマトリックス配置されている。高速撮像素子２の場合、原則として１個の画像情報検出ユニット１０が２次元画像の１個の画素に対応する画像情報を検出する。
【００２６】
各画像情報検出ユニット１０は、図３に示すように、高速現象における光学的イメージ情報を保持している入射光の光強度に応じて電気信号を電荷のかたちで発生する１個のフォトダイオード（光電変換手段）１１にフォトダイオード１１で発生した電気信号を電子シャッタリング毎に取り出すＭ個（以下Ｍは便宜上８とする）の信号取出ゲート（信号取出手段）Ｒ１〜Ｒ８がパラレルに接続されており、各信号取出ゲートＲ１〜Ｒ８ごとに各信号取出ゲートＲ１〜Ｒ８により電荷のかたちで取り出されて送り込まれる電気信号を転送する８本の信号転送ラインＴ１〜Ｔ８が接続されていて、信号取出ゲートＲ１〜Ｒ８が所定の順番で電気信号の取り出しを繰り返し行うとともに各信号取出ゲートＲ１〜Ｒ８から先に送り込まれた電気信号は次の電気信号が送り込まれるまでの間に信号転送ラインＴ１〜Ｔ８を転送される。
【００２７】
各信号転送ラインＴ１〜Ｔ８の場合、図３に示すように、Ｎ個（以下Ｎは便宜上１０とする）の信号転送セルＣ０１〜Ｃ１０がシリアルに接続されていて、信号転送ラインＴ１〜Ｔ８では、信号転送セルＣ０１〜Ｃ１０の表面に設けられた転送用電極ライン（図示省略）に電子シャッタリング動作と同期したかたちで印加される電荷転送信号により、信号取出ゲートＲ１〜Ｒ８から送り込まれた電気信号が信号転送セルＣ０１〜Ｃ１０を順次転送される。実施例１の場合、信号転送セルＣ０１〜Ｃ１０の転送は４相駆動方式で行われる。つまり信号転送ラインＴ１〜Ｔ８は４相駆動方式のＣＣＤデバイスである。なお、図３では各信号転送セルＣ０１〜Ｃ１０は「Ｃ」抜きで番号０１〜１０のみで表示している。
【００２８】
また、信号転送セルＣ０９は、転送されてくる電気信号を、上書き指令が出されている間は、隣の信号転送セルＣ１０を転送せずに直に外部へ放出するドレイン素子を兼ねている。もちろん上書き指令が出されていなければ、信号転送セルＣ０９は転送されてくる電気信号を隣の信号転送セルＣ１０へ転送する。
【００２９】
さらに、４相駆動方式で電気信号の転送が行われる場合、信号転送ラインＴ１〜Ｔ４では、詳しくは後述するように、信号取出ゲートＲ１〜Ｒ４による電気信号の取り出しタイミングが最初に電気信号が送り込まれる信号転送セルＣ０１の信号受入不可タイミングとなるので、図４に示すように、各信号取出ゲートＲ１〜Ｒ４には信号転送セルＣ０１との間に、信号転送セルＣ０１が信号受入可能タイミングに移行するまでの間、信号取出ゲートＲ１〜Ｒ４から取り出した電気信号を一時的に保持するバッファセル（信号一時保持手段）１２が配備されている。
【００３０】
続いて、実施例１の高速撮像素子２の各画像情報検出ユニット１０における２次元画像情報の検出動作を図面を参照しながら説明する。図５は、高速撮像素子２の電子シャッタリング周期（電子露光周期）ＴＡをコントロールするシャッタリング制御信号ＣＬと、信号取出ゲートＲ１〜Ｒ８の電気信号取り出しタイミングをコントロールするゲート駆動信号ｒ１〜ｒ８と、信号転送セルＣ01〜Ｃ10の転送用電極ラインＡ１〜Ａ４およびバッファセル１２の転送用電極ラインＡ３，Ａ４に印加される電気信号転送用の電荷転送信号ａ１〜ａ４とを対比して示すグラフである。
【００３１】
フォトダイオード１１では高速現象における光学的イメージ情報を保持する入射光の光強度に応じて電気信号が発生している。一方、図５の上から２段目〜９段目に示す８つのゲート駆動信号ｒ１〜ｒ８にしたがって、８個の各信号取出ゲートＲ１〜Ｒ８が順番に電子シャッタリング周期ＴＡの時間差をもって次々とフォトダイオード１１から電気信号を取り出して各信号転送ラインＴ１〜Ｔ８へ送り込む。各信号転送ラインＴ１〜Ｔ８の信号転送セルＣ０１〜Ｃ１０の間では、図５の下から１段目〜４段目に示す電荷転送信号ａ１〜ａ４に従って先に送り込まれた電気信号が次の電気信号が送り込まれるまでの間に次の信号転送セルへ転送される。具体的には、電気信号は実質的に信号転送セルＣ０１〜Ｃ１０同士の間を電子シャッタリング周期ＴＡの８倍遅い周期で転送される。
【００３２】
したがって、各信号取出ゲートＲ１〜Ｒ８がそれぞれ電気信号を取り出す毎に高速撮像素子２に対する電子シャッタリングが１回行われる勘定になり、結局、各信号転送セルＣ０１〜Ｃ１０の１回の転送時間（１信号転送周期の間）に電子シャッタリングが８回切られたことになる。換言すれば、電子シャッタリング周期ＴＡは信号転送ラインＴ１〜Ｔ８の信号転送周期の８倍速い周期であることになる。
【００３３】
なお、４相駆動方式で電気信号の転送が行われる信号転送ラインＴ１〜Ｔ８の場合、図４に示す転送用電極ラインＡ１〜Ａ４の配置形態では、転送用電極ラインＡ１に印加される電荷転送信号ａ１の関係上、信号取出ゲートＲ１〜Ｒ４の信号取り出しタイミングが、ちょうど信号転送セルＣ01の信号受入不可タイミングとなるので、転送用電極ラインＡ１の信号ａ１の極性が反転して信号転送セルＣ01が信号受入可能タイミングとなるまでの間、転送用電極ラインＡ３，Ａ４を引き回したバッファセル１２で電気信号を受け入れて一時的に保持する。したがって、信号取出ゲートＲ１〜Ｒ４の電気信号の取り出しと信号転送セルＣ０１の電気信号の受け入れのタイミングとがズレていても、電気信号の取り出し・送り込みは何ら支障なく円滑に行われる。
【００３４】
実施例１の高速撮像素子２の場合、電子シャッタリングが８０回切られると、各画像情報検出ユニット１０の８０個の信号転送セルＣ０１〜Ｃ１０の全てに２次元画像情報としての電気信号が蓄積された状態となる。全信号転送セルＣ０１〜Ｃ１０に電気信号が蓄積された段階で電子シャッタリングが停止され、信号転送セルＣ０１〜Ｃ１０に蓄積された電気信号がＣＣＤデバイス式垂直転送セルＶ０１〜Ｖ０８や垂直転送セルＶ０１〜Ｖ０８の先に設けられているＣＣＤデバイス式水平転送セル（図示省略） を経て高速撮像素子２の各画像情報検出ユニット１０からＡＤコンバータ３へ次々と出力される。
【００３５】
図１の高速撮影装置の場合、ＡＤコンバータ４でディジタル化された電気信号は、画像処理演算部５によって同一電子シャッタリングで得られた各画像情報検出ユニット１０の電気信号毎に１枚の２次元画像が編集作成されて画像記憶部６へ記憶される。画像記憶部６に記憶された２次元画像は操作部の入力操作により随時に読み出して適当な表示速度で画像表示モニタ７の画面に映し出して観察することができる。
【００３６】
高速撮像素子２の電子シャッタリング周期を変更したい場合は操作部８により周期変更の操作を行う。高速撮像素子制御部３は変更設定した電子シャッタリング周期に見合ったシャッタリング制御信号を高速撮像素子２へ供給する。
【００３７】
また、図１の高速撮影装置の場合、外部から高速現象の生起を報知するトリガ信号が導入されるように構成されており、高速撮像素子制御部３が通常は遅い電子シャッタリング周期で撮影を行わせながら信号転送セルＣ０９で電気信号を直に外部へ放出して上書きを続け、撮影対象の高速現象が起こってトリガ信号が導入された時点で上書きを停止するとともに高速撮影に切り換えられる構成とされている。
【００３８】
以上に述べたように、実施例１の高速撮像素子２の各画像情報検出ユニット１０では、１個のフォトダイオード１１から電子シャッタリングごとに電気信号を取り出す８個の各信号取出ゲートＲ１〜Ｒ８のそれぞれに電気信号の転送を行う信号転送ラインＴ１〜Ｔ８が相互に分離されたかたちで接続されており、電子シャッタリング周期を〔信号転送セルの信号転送周期〕の８倍の速さにして各信号取出ゲートＲ１〜Ｒ８からそれぞれの信号転送ラインＴ１〜Ｔ８へ信号転送ラインの各信号転送期間毎に２次元画像情報としての電気信号を１個ずつ送り込むとともに信号転送ラインの信号転送周期で信号転送ラインＴ１〜Ｔ８が電気信号を転送することによって、各画像情報検出ユニット１０では信号転送ラインの信号転送周期で８個の電気信号の取り出しと転送が行われる結果、信号転送周期の８倍の速度で高速現象についての２次元画像情報を検出することができる。
【００３９】
実施例１の高速撮像素子２の場合、各画像情報検出ユニット１０における信号取出ゲートの数Ｍは５以上１５以下の範囲が概ね適当であり、信号転送セルの数Ｎは５以上１５以下の範囲が概ね適当である。この場合、信号転送セルの信号転送周期の５〜１５倍の速度で高速撮影ができるとともに、高速現象についての２次元画像を５〜１５コマ連続で高速撮影できる。
【００４０】
なお、信号取出ゲートの数Ｍが５未満だと撮影速度のアップ効果が少なく、逆に信号取出ゲートの数Ｍが５以上では画像情報検出ユニット１０ひとつ当たりの構成が大きくなり過ぎて画像情報検出ユニット１０の数が少なく、画像鮮明度が不足しがちとなる。また信号転送セルの数Ｎが５未満だと、連続撮影可能なコマ数が不足する傾向が見られ、逆に信号転送セルの数Ｎが１５以上では画像情報検出ユニット１０ひとつ当たりの構成が大きくなり過ぎてやはり画像鮮明度が不足しがちとなる。
【実施例２】
【００４１】
この発明の光学的イメージ情報検出装置の実施例２に係る高速リニアイメージセンサを図面を参照して説明する。図６は実施例２の高速リニアイメージセンサを用いた高速分光分析装置の要部構成を示すブロック図である。
【００４２】
図６の高速分光分析装置は、蛍光消滅時の分光スペクトルを１μ秒という極めて短い間隔で取得できる装置であり、検出対象の蛍光を分光する（例えば回折光子などの分光素子を用いた）分光器１３と、分光スペクトル情報を検出する高速リニアイメージセンサ１４とを備えている。
【００４３】
実施例２の高速リニアイメージセンサ１４の場合、図７に示すように、分光器１３で分光された光が投影される検出面１４Ａに、分光スペクトル情報検出ユニット（イメージ情報検出ユニット）１５が１次元配列ラインに沿って必要な個数（例えば１０００個）直線状に並べられている。
【００４４】
分光スペクトル情報検出ユニット１５の内部構成は、図３および図４に示す実施例１における画像情報検出ユニット１０のものと同一であり、その検出動作も図５に示す実施例１における画像情報検出ユニット１０のものと同様であるので、共通する説明は省略する。高速リニアイメージセンサ１４の場合、原則として１個の分光スペクトル情報検出ユニット１５が分光スペクトルの中の特定の一つの波長の光強度を分光スペクトル情報として検出する。
【００４５】
すなわち、分光器１３によって各分光スペクトル情報検出ユニット１５に検出する光の波長が割り当てられるかたちで分光スペクトル情報を保持する光が高速リニアイメージセンサ１４の検出面に照射される。具体的には一端側の分光スペクトル情報検出ユニット１５には最も短い波長の光が入射し、配列が進むにつれて入射する光の波長が段階的に増加して、他端側の分光スペクトル情報検出ユニット１５には最も長い波長の光が入射する構成となっている。
【００４６】
図６の高速分光分析装置により分光スペクトルを高速検出する場合、分光器１３からの光が高速リニアイメージセンサ１４の検出面に照射された状態で高速リニアイメージセンサ１４に対して電子シャッタリングが高速で連続して行われる。電子シャッタリングが８０回切られると、各分光スペクトル情報検出ユニット１５の８０個の信号転送セルＣ０１〜Ｃ１０の全てに分光スペクトルの中の担当波長の光強度に対応する電気信号が分光スペクトル情報として蓄積された状態となる。全信号転送セルＣ０１〜Ｃ１０に電気信号が蓄積された段階で電子シャッタリングが停止され、信号転送セルＣ０１〜Ｃ１０に蓄積された電気信号が実施例１の場合と同様にして出力されるとともに、後段で信号処理が行われて、同一電子シャッタリングで得られた分光スペクトル情報が一つの分光スペクトルに纏められて描画される。図８に示すように、分光スペクトルは電子シャッタリングの回数と同じ数だけ得られる。したがって、図６の高速分光分析装置は、蛍光消滅時の分光スペクトルを例えば１μ秒という極めて短い間隔で連続的に取得し描画することにより、蛍光寿命の分析を精密に解析できる。
【００４７】
以上に述べたように、実施例２の高速リニアイメージセンサ１４でも、分光スペクトル情報検出ユニット１５では、１個のフォトダイオード１１から電子シャッタリングごとに電気信号を取り出す８個の各信号取出ゲートＲ１〜Ｒ８のそれぞれに電気信号の転送を行う信号転送ラインＴ１〜Ｔ８が相互に分離されたかたちで接続されており、電子シャッタリング周期を〔信号転送セルの信号転送周期〕の８倍の速さにして各信号取出ゲートＲ１〜Ｒ８からそれぞれの信号転送ラインＴ１〜Ｔ８へ信号転送ラインの各信号転送期間毎に電気信号を１個ずつ送り込むとともに各信号転送ラインの信号転送周期で各信号転送ラインＴ１〜Ｔ８が電気信号を転送することによって、各分光スペクトル情報検出ユニット１５では信号転送ラインの信号転送周期で８個の電気信号の取り出しと転送が行える結果、信号転送周期の８倍の速度で分光スペクトル情報を検出することができる。
【００４８】
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。
【００４９】
（１）実施例１の高速撮像素子２や実施例２の高速リニアイメージセンサ１４では、信号取り出し駆動信号ｒ１〜ｒ８が全て外部から送り込まれているが、高速撮像素子２や高速リニアイメージセンサ１４には信号取り出し駆動信号ｒ１のみを送り込むだけとし、高速撮像素子２や高速リニアイメージセンサ１４に内臓させたシフトレジスタや遅延素子で信号取り出し駆動信号ｒ１から信号取り出し駆動信号ｒ２〜ｒ８を作るようにしてもよい。こうすれば高速撮像素子２あるいは高速リニアイメージセンサ１４の信号入力端子数を減らしたり、駆動回路を簡素化したりできる。
【００５０】
（２）実施例１，２の高速撮像素子２や高速リニアイメージセンサ１４の信号転送ラインＴ１〜Ｔ８は４相駆動方式で電気信号の転送が行われる構成であったが、信号転送ラインＴ１〜Ｔ８は２相駆動方式や３相駆動方式で電気信号の転送が行われる構成であってもよい。
【００５１】
（３）この発明の光学的イメージ情報検出装置は、実施例１，２に示した高速撮影装置や高速分光分析装置だけに用いられるものではなく、高速撮影装置や高速分光分析装置以外の機器にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】実施例１の高速撮像素子を用いた高速撮影装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施例１の高速撮像素子の画像情報検出ユニットの配置状況を示す説明図である。
【図３】実施例１の高速撮像素子の画像情報検出ユニットの構成を示すブロック図である。
【図４】実施例１の高速撮像素子の画像情報検出ユニットの中のバッファセルを示す模式図である。
【図５】実施例１の高速撮像素子の駆動に必要な各種信号を示すグラフである。
【図６】実施例２の高速リニアイメージセンサを用いた高速分光分析装置の要部構成を示すブロック図である。
【図７】実施例２の高速リニアイメージセンサの分光スペクトル情報検出ユニットの配置状況を示す説明図である。
【図８】実施例２に係る高速分光分析装置で得られる分光スペクトルを示すグラフである。
【図９】従来の高速撮像素子の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の高速撮像素子における電気信号の転送状況を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
２  …  高速撮像素子（光学的イメージ情報検出装置）
１０  …  画像情報検出ユニット（イメージ情報検出ユニット）
１１  …  フォトダイオード（光電変換手段）
１２  …  バッファセル（信号一時保持手段）
１４  …  高速リニアイメージセンサ（光学的イメージ情報検出装置）
１５  …  分光スペクトル情報検出ユニット（イメージ情報検出ユニット）
Ｃ０１〜Ｃ１０  …  信号転送セル（信号転送手段）
Ｒ１〜Ｒ８  …  信号取出ゲート（信号取出手段）
Ｔ１〜Ｔ８  …  信号転送ライン
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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