(57)【要約】【課題】撮影速度を変更しても被検体の像の視野を変化させずに撮影することにある。【解決手段】対象物１を透過するＸ線透過像を可視光の透過像に変換するＸ線ＩＩ５と、撮影速度を設定する撮影速度設定部７と、可視光透過像を、設定撮影速度で撮影する高速度カメラ６とを備え、高速度カメラ６は、可視光透過像を結像させる焦点距離可変の光学系１１ａと、光学系１１ａの焦点距離のもとに光検出面１２ａに結像される可視光透過像を、格子状に並んだ画素毎に電気信号に変換する撮像素子１２と、撮影速度が高くなる毎に撮像素子１２の収集範囲が減じる画素の出力を収集しデジタル透過像に変換するデータ収集部１３と、デジタル透過像を記憶するメモリ１４とを有し、撮影速度に応じて、Ｘ線ＩＩ５出力面の一定範囲の透過像が減じた撮像素子１２の収集範囲に結像するように光学系１１ａの焦点距離を制御する焦点距離制御部８とを設けた高速度撮影装置である。【選択図】      図１
2009278544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物にＸ線を照射するＸ線を照射するＸ線発生器と、このＸ線発生器から照射されて前記対象物を透過してくるＸ線の透過像をＸ線検出面で検出し可視光の透過像に変換して出力面に出力するＸ線可視光変換手段と、所定の複数の撮影速度の中から任意の撮影速度を設定する撮影速度設定手段と、前記Ｘ線可視光変換手段が出力する可視光の透過像を、前記撮影速度設定手段で設定された撮影速度のもとに毎秒１００フレーム以上の撮影速度で連続撮影する撮影速度可変の高速度カメラとを備えた高速度撮影装置において、
前記高速度カメラは、前記Ｘ線可視光変換手段から出力される可視光の透過像を結像させるための焦点距離可変の光学系と、この光学系によって定まる焦点距離のもとに光検出面に結像される可視光の透過像を、当該光検出面に格子状に並んだ画素ごとにそれぞれ電気信号に変換する撮像素子と、前記設定された撮影速度が高くなるにつれて前記撮像素子の収集の範囲が減じられる画素の出力を前記撮影速度で収集しＡＤ変換してデジタルの透過像に変換するデータ収集部と、このデジタルの透過像を記憶するメモリとを有し、
前記撮影速度設定手段で設定された撮影速度に応じて、前記Ｘ線可視光変換手段の出力面の一定の範囲の透過像が前記減じられた前記撮像素子の収集の範囲に結像するように前記光学系の焦点距離を制御する焦点距離制御手段を
有することを特徴とする高速度撮影装置。
【請求項２】
請求項１に記載の高速度撮影装置において、
前記撮影速度設定手段で設定された撮影速度に応じて、前記Ｘ線可視光変換手段の出力面から出力される透過像が前記撮像素子の光検出面に結像するように前記Ｘ線可視光変換手段と前記光学系との間隔を変更するピント制御手段をさらに設けたことを特徴とする高速度撮影装置。
【請求項３】
所定の複数の撮影速度の中から任意の撮影速度を設定する撮影速度設定手段と、前記撮影速度設定手段で設定された撮影速度のもとに対象物の像を毎秒１００フレーム以上の撮影速度で連続撮影する撮影速度可変の高速度カメラとを備えた高速度撮影装置において、
前記高速度カメラは、前記対象物の像を結像させるための焦点距離可変の光学系と、この光学系によって定まる焦点距離のもとに光検出面に結像される可視光の透過像を、当該光検出面に格子状に並んだ画素ごとにそれぞれ電気信号に変換する撮像素子と、前記設定された撮影速度が高くなるにつれて前記撮像素子の収集の範囲が減じられる画素の出力を前記撮影速度で収集しＡＤ変換してデジタルの透過像に変換するデータ収集部と、このデジタルの透過像を記憶するメモリとを有し、
前記撮影速度設定手段で設定された撮影速度に応じて、前記減じられた前記撮像素子の収集の範囲に対応する視野の大きさが一定となるように前記光学系の焦点距離を制御する焦点距離制御手段を
有することを特徴とする高速度撮影装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の高速度撮影装置において、
前記焦点距離制御手段は、前記各撮影速度あるいは前記各収集の範囲を示すパラメータと前記光学系の焦点距離を示すパラメータとを対応付けたテーブルを持つメモリを有し、
前記撮影速度あるいは前記収集の範囲を示すパラメータに応じた前記光学系の焦点距離を示すパラメータを取り出し、当該光学系の焦点距離の制御に用いることを特徴とする高速度撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影対象物となる被検体を高速で連続撮影して動画像として記憶する高速度撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速度撮影は、毎秒１００フレーム程度以上の速度で連続撮影し記憶するもので、この記憶された画像を毎秒３０フレームの速度で再生表示することでスローモーション表示により撮影対象物の状態を観察できる。
【０００３】
従来の高速度撮影においては、カメラで撮影された画像をフィルムに記録し、あるいは磁気テープに記憶する方法をとっていたが、近年、デジタル技術の進歩に伴い、デジタル画像に変換して記憶する方法をとっている。
【０００４】
図６はデジタル画像に変換して記憶する高速度撮影装置の概略構成図である。
【０００５】
この高速度撮影装置は、撮影対象物の像を連続撮影してデジタル画像に変換し記憶する高速度カメラ１１０と、この高速度カメラ１１０にケーブルを介して接続され、高速度カメラ１１０に記憶されたデジタル画像を記憶及び再生する記憶・再生部１２０とで構成される。
【０００６】
高速度カメラ１１０は、光学系１１１、撮像素子１１２、データ収集部１１３および高速の半導体メモリ１１４等よりなり、視野ＦＯＶ（Field  Of  View）内に入る撮影対象物の像は光学系１１１により撮像素子１１２の光検出面１１２ａ上に結像される。この結像された像は撮像素子１１２により電気信号に変換され、この電気信号はデータ収集部１１３でデジタルデータ（デジタル画像）に変換されて半導体メモリ１１４に記憶される。
【０００７】
撮像素子１１２は、光検出面１１２ａ上に例えば１３００×１０００程度のマトリックス（格子）状に並べた素子群からなり、光検出面１１２ａの上の像を各素子（画素）ごとに光強度に応じた電気信号に変換して撮影する。
【０００８】
記憶・再生部１２０は、ＣＰＵで構成されるデータ処理部１２１、メモリ１２２及び表示部１２３等を有し、高速度カメラ１１０の半導体メモリ１１４からデジタル画像を取り込んでメモリ１２２に永続的に記憶し、適宜必要なときに表示部１２３に再生表示する（特許文献１）。
【特許文献１】特開平０８−０７９６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、近年の高速度撮影装置は、撮影速度が毎秒１００フレーム程度から毎秒１０万フレーム程度まで段階的に設定して撮影できる性能を有している。ただし、撮影速度が毎秒２０００フレーム程度を越えると、撮影が間に合わなくなり、マトリックス状に配置された全画素数（全素子数）にわたって撮影できなくなる。そのため、撮影速度にほぼ反比例してマトリックス状に配置された画素数を減らして撮影している。ここで、画素数を減らす際、光検出面１１２ａ上で周辺画素から切り捨ててデータを収集するので、撮影範囲が小さくなる。
【００１０】
図７は前述した高速度撮影装置の視野の変化を説明する図である。  
通常、撮影速度が低い場合（例えば毎秒２０００フレーム以下の場合）、図７（ａ）に示すように光検出面１１２ａ全体をカバーする画素数の素子を用いて撮影するので、取り込む画像の視野ＦＯＶが大きくなる。
【００１１】
これに対し、撮影速度が高い場合（例えば毎秒２０００フレームを超える場合）、図７（ｂ）に示すように光検出面１１２ａの中央部に対応する画素数の素子を用いて撮影するので、被検体（図示せず）画像の視野ＦＯＶが狭くなる。そして、撮影速度が高くなるに従って、益々その視野ＦＯＶが狭くなってしまう。
【００１２】
その結果、従来の高速度撮影装置は、撮影速度を切換えるごとに被検体の画像の視野ＦＯＶが変化してしまうので、その都度、被検体サイズが一定となるように、高速度カメラ１１０と被検体との距離を変えなければならない。つまり、撮影中に撮影作業が中断し、被検体を移し変えて高速度カメラ１１０との距離を調整しなければならず、撮影作業が煩雑となる問題がある。
【００１３】
本発明は以上のような問題を解決するためになされたもので、適宜に撮影速度を変更しても撮影対象物の像の視野を変化させずに連続撮影できる高速度撮影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】
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項１に対応する発明は、対象物にＸ線を照射するＸ線を照射するＸ線発生器と、このＸ線発生器から照射されて前記対象物を透過してくるＸ線の透過像をＸ線検出面で検出し可視光の透過像に変換して出力面に出力するＸ線可視光変換手段と、所定の複数の撮影速度の中から任意の撮影速度を設定する撮影速度設定手段と、前記Ｘ線可視光変換手段が出力する可視光の透過像を、前記撮影速度設定手段で設定された撮影速度のもとに毎秒１００フレーム以上の撮影速度で連続撮影する撮影速度可変の高速度カメラとを備えた高速度撮影装置であって、前記高速度カメラは、前記Ｘ線可視光変換手段から出力される可視光の透過像を結像させるための焦点距離可変の光学系と、この光学系によって定まる焦点距離のもとに光検出面に結像される可視光の透過像を、当該光検出面に格子状に並んだ画素ごとにそれぞれ電気信号に変換する撮像素子と、前記設定された撮影速度が高くなるにつれて前記撮像素子の収集の範囲が減じられる画素の出力を前記撮影速度で収集しＡＤ変換してデジタルの透過像に変換するデータ収集部と、このデジタルの透過像を記憶するメモリとを有し、
前記撮影速度設定手段で設定された撮影速度に応じて、前記Ｘ線可視光変換手段の出力面の一定の範囲の透過像が前記減じられた前記撮像素子の収集の範囲に結像するように前記光学系の焦点距離を制御する焦点距離制御手段を有する高速度撮影装置である。
【００１５】
以上のような手段を講じることにより、撮影速度を変更したとき、焦点距離制御手段が前記撮影速度設定手段で設定された撮影速度に応じて、前記Ｘ線可視光変換手段の出力面の一定の範囲の透過像が前記減じられた前記撮像素子の収集の範囲に結像するように前記光学系の焦点距離を制御するので、撮影速度を変更しても被検体の像の視野を変化させずに高速度で連続撮影できる。
【００１６】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明の構成に新たに、前記撮影速度設定手段で撮影速度に応じて、前記Ｘ線可視光変換手段の出力面から出力される透過像が前記撮像素子の光検出面に結像するように前記Ｘ線可視光変換手段と前記光学系との間隔を変更するピント制御手段を設けた高速度撮影装置である。
【００１７】
このような手段を講じることにより、ピント制御手段が撮影速度に応じてＸ線可視光変換手段と光学系との間隔を変更するので、焦点距離を変更しても誤差なくＸ線可視光変換手段の出力面にピントを合わせることができる。
【００１８】
請求項３に対応する発明は、所定の複数の撮影速度の中から任意の撮影速度を設定する撮影速度設定手段と、前記撮影速度設定手段で設定された撮影速度のもとに対象物の像を毎秒１００フレーム以上の撮影速度で連続撮影する撮影速度可変の高速度カメラとを備えた高速度撮影装置であって、前記高速度カメラは、前記対象物の像を結像させるための焦点距離可変の光学系と、この光学系によって定まる焦点距離のもとに光検出面に結像される可視光の透過像を、当該光検出面に格子状に並んだ画素ごとにそれぞれ電気信号に変換する撮像素子と、前記設定された撮影速度が高くなるにつれて前記撮像素子の収集の範囲が減じられる画素の出力を前記撮影速度で収集しＡＤ変換してデジタルの透過像に変換するデータ収集部と、このデジタルの透過像を記憶するメモリとを有し、
前記撮影速度設定手段で設定された撮影速度に応じて、前記減じられた前記撮像素子の収集の範囲に対応する視野の大きさが一定となるように前記光学系の焦点距離を制御する焦点距離制御手段を有する高速度撮影装置である。
【００１９】
このような手段を講ずることにより、撮影速度を変更したとき、焦点距離制御手段が、対象物の像の一定の範囲が前記撮影速度設定手段で設定された撮影速度に応じて減じられた前記撮像素子の収集の範囲に結像するように前記光学系の焦点距離を制御するので、撮影速度を変更しても被検体の像の視野を変化させずに高速度で連続撮影できる。
【００２０】
請求項４に対応する発明は、請求項１ないし請求項３の何れか一項に対応する発明の構成の焦点距離制御手段としては、前記各撮影速度あるいは前記各収集の範囲を示すパラメータと前記光学系の焦点距離を示すパラメータとを対応付けたテーブルを持つメモリを有し、
前記撮影速度あるいは前記収集の範囲を示すパラメータに応じた前記光学系の焦点距離を示すパラメータを取り出し、当該光学系の焦点距離の制御に用いる高速度撮影装置である。
【００２１】
このような手段とすることにより、各撮影速度あるいは各収集の範囲を示すパラメータに応じて、焦点距離制御手段がメモリテーブルから光学系の焦点距離を示すパラメータを取り出し、光学系の焦点距離の制御に用いるので、請求項１，３と同様な作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、撮影速度を変更しても撮影対象物の像の視野を変化させずに高速度で連続撮影できる高速度撮影装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。  
（第１の実施の形態）  
図１は本発明に係る高速度撮影装置の第１の実施形態を示す構成図である。  
高速度撮影装置は、撮影対象物１にＸ線ビーム２を照射するＸ線発生器３、Ｘ線制御器４、撮影対象物１からのＸ線透過像を可視光の透過像に変換するＸ線ＩＩ５（請求項に記載されるＸ線可視光変換手段に相当する）、高速度カメラ６、撮影速度設定部７、焦点距離制御部８及び記憶・再生部９等よりなり、撮影対象物１の透過像を撮影する。
【００２４】
対象物１としては、高速度で作動する機械等、例えばカメラのシャッター機構等が挙げられる。
【００２５】
Ｘ線発生器３は、Ｘ線管及び高電圧発生部より成り、例えばＸ線制御器４のパネルから操作設定される管電圧、管電流のもとに所要の強度を持ったＸ線ビーム２を対象物１に向けて照射する。
【００２６】
Ｘ線ＩＩ５は、Ｘ線発生器３と対向する位置に配置され、Ｘ線発生器３のＸ線焦点Ｆから照射されるＸ線の一部のＸ線ビーム２を検出する。このＸ線ＩＩ５はＸ線検出面５ａで検出されるＸ線の強度分布であるＸ線透過像を可視光の透過像に変換し出力面５ｂに出力する。このＸ線ＩＩ５としては残光の少ないものが使用される。
【００２７】
高速度カメラ６は、Ｘ線ＩＩ５の出力面５ｂに出力される可視光の透過像を１００フレーム毎秒以上の撮影速度で連続撮影するものであって、撮影速度設定部７で設定される撮影速度に従って撮影速度（フレームレート）を段階的に変えることができる。
【００２８】
高速度カメラ６は、ズームレンズ１１、ＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子１２、データ収集部１３及びメモリ１４等より成り、Ｘ線ＩＩ５の出力面５ｂ上の可視光の透過像をズームレンズ１１で撮像素子１２の光検出面１２ａに結像する機能を有する。
【００２９】
ズームレンズ１１は、単レンズ群よりなる焦点距離可変の光学系１１ａと、この光学系１１ａを囲むように設けられた筐体１１ｂと、この筐体１１ｂの外側に配置されるズームリング１１ｃと、ピントリング１１ｄとが設けられている。
【００３０】
ピントリング１１ｄは、例えば手動による回転操作により、光軸Ｌに沿って光学系１１ａを繰り出してＸ線ＩＩ５の出力面５ｂ上の像を撮像素子１２の光検出面１２ａに結像させる働きをする（以下、出力面５ｂにピントを合わせると称する）。
【００３１】
一方、ズームリング１１ｃは、外周部側にギヤ機構部が設けられ、減速ギヤ付きモータ１５の出力回転軸に直結されたギヤ１６を介して回転動作を受けると、光学系１１ａの単レンズ群の配置を変えることにより、焦点距離を変更する。このとき、結像の状態を変化させずに焦点距離のみを変更できる。通常のズームレンズはそのような光学設計がなされている。すなわち、ズームリング１１ｃを回転すると、出力面５ｂにピントがあった状態を保ったまま焦点距離が変化するので、撮影する範囲を変更できる。
【００３２】
また、ズームリング１１ｃには、外周部側のギヤ機構部にギヤ１７を介してポテンシオメータ１８が回転するように設けられ、当該ポテンシオメータ１８の回転に伴って出力される電気信号（電圧）からズームリング１１ｃの回転角を検出し、ひいては当該回転角に対応した焦点距離を測定可能である。
【００３３】
撮像素子１２は、光検出面１２ａに結像される透過像を、光検出面１２ａにマトリックス（格子）状に並べられた各画素（各素子）でそれぞれ電気信号に変換し出力する。
【００３４】
撮影速度設定部７は、速度設定用スイッチが設けられ、例えば図２に示す撮影速度、画素の収集範囲（横×縦）及び焦点距離の関係を示す一例図の中から所望とする任意の撮影速度を対応する速度設定用スイッチで選択し設定したとき、その撮影速度を表す電気信号をデータ収集部１３及び焦点距離制御部８に送出する。
【００３５】
データ収集部１３は、撮像素子１２の各画素の出力を、撮影速度設定部７で設定された撮影速度で収集しＡＤ変換してデジタルデータ（デジタル画像）に変換した後、メモリ１４に記憶するが、撮影速度が高くなるに従って広さを減じる撮像素子１２の収集範囲の画素の出力を収集する。
【００３６】
図２は撮影速度、画素の収集範囲及び焦点距離の関係を説明する図である。  
データ収集部１３は、前述したように撮影速度が毎秒２０００フレーム程度を超えると、収集が間に合わなくなり、マトリックス状に配置された全画素数にわたって撮影ができなくなる。そこで、図２に示すように撮影速度が毎秒２０００フレーム程度を超えたとき、その撮影速度にほぼ反比例させて画素の収集範囲の面積を減らして収集する。画素の収集範囲を減らす場合、光検出面１２ａ上において周辺画素から切り捨てて中央部に近づけるように収集範囲を狭めて収集する。
【００３７】
焦点距離制御部８は、撮影速度設定部７で設定された撮影速度に応じてズームレンズ１１の焦点距離を制御する機能を有するものであって、メモリ８ａ、制御部８ｂ、Ａ／Ｄ変換部８ｃ及びＤ／Ａ変換部８ｄで構成され、例えばデジタル回路を含んだ電気回路で実現でき、また、ソフトウエアで動作するＰＣ（パーソナルコンピュータ）を用いても実現できる。
【００３８】
メモリ８ａには、例えば図２に従い、各撮影速度と当該各撮影速度に対応する焦点距離（デジタルデータ）との関係を記述したテーブルが設けられている。
【００３９】
制御部８ｂは、メモリ８ａから撮影速度設定部７で設定された撮影速度に応じた焦点距離を取り出し、この取り出した焦点距離とポテンシオメータ１８からＡ／Ｄ変換部８ｃを通して送られてくるフィードバック信号であるズームレンズ１１の焦点距離とを比較し、その偏差を零とするための制御信号をＤ／Ａ変換部８ｄを介して出力し、モータ１５を回転駆動することにより、ズームレンズ１１の焦点距離を撮影速度に対応した焦点距離に設定するように制御する。
【００４０】
なお、メモリ８ａのテーブルは、撮影速度と焦点距離との関係を表したテーブルである必要は無く、例えば撮影速度あるいは収集範囲を示すパラメータ（例えば図２に記述される設定番号）と焦点距離を示すパラメータ（例えばポテンシオメータ１８の出力値など）との関係を表したテーブルであってもよい。
【００４１】
焦点距離は、予め較正してメモリ８ａに記憶させておく。較正方法としては、例えばＸ線ＩＩ５の出力面５ｂ位置にテストチャートを置き、このテストチャートが画像上で同じ大きさで撮影されるように焦点距離を調整し、この焦点距離（ポテンシオメータ出力）を記憶させる方法（ティーチング法）などが用いられる。なお、較正を行う前にピント合わせを行ってピントリング１１ｄを固定しておく。
【００４２】
記憶・再生部９は、通常のパーソナルコンピュータと同等の処理を行うものが使用され、構成的には、ＣＰＵで構成されるデータ処理部９ａ、高速度カメラ６のメモリ１４からデジタルの透過像を取り込むインタフェース（図示せず）、このインタフェースを介して取り込んだ透過像を記憶する主メモリ及びディスクなどのメモリ９ｂ、キーボード９ｃ、ポインティングデバイス（トラックボール，マウス等）９ｄ及び表示部９ｅ等を備えている。
【００４３】
記憶・再生部９は、高速度カメラ６と接続され、メモリ１４に記憶されるデジタルの透過像をインタフェースを介して読み取り、メモリ９ｂに永続的に記憶し、適宜な時期にキーボード９ｃ、ポインティングデバイス９ｄから所望の指示を受け、データ処理部９ａ及び表示部９ｅにてデータ解析やスローモーションによる再生表示を行う。
【００４４】
さらに、高速度撮影装置には、図示されていないが、Ｘ線発生器３、Ｘ線ＩＩ５及び高速度カメラ６を覆うＸ線遮蔽部分等が設けられている。
【００４５】
次に、以上のような高速度撮影装置の作用について説明する。  
操作者は、撮影に先立ち、撮影の対象物１を設定すると共に、撮影速度設定部７から撮影速度を設定する。また、幾何的な配置としては、Ｘ線ＩＩ５の出力面５ｂと撮像素子１２の光検出面１２ａは光学系１１ａの光軸Ｌに対して直角、かつ、光軸Ｌを中心として配置するものとする。
【００４６】
図３は撮影速度を変えたときの幾何図であって、同図（ａ）は撮影速度が低い場合（毎秒２０００フレーム以下）、同図（ｂ）は撮影速度が高い場合（毎秒３０００フレーム以上）における焦点距離ｆｉと収集範囲ｈｉの関係を表わしている。また、図３の点線は光路２１（厳密には光路を示す作図線）で、ＨとＨ´は光学系１１ａの物空間主点と像空間主点とを示し、簡単化のためにＨとＨ´は一致させている。ｈｉ（収集範囲）は設定番号ｉ（図２参照）の収集範囲の光検出面１２ａ上の幅である。
【００４７】
すなわち、光検出面１２ａ上の収集範囲ｈｉは、撮影速度が低い場合、３（ａ）に示すように撮像素子１２の光検出面１２ａにマトリックス状に配置される縦横全幅の全画素数が収集の範囲となるが、撮影速度が高い場合には光軸Ｌを中心とする狭い幅に配置される画素数が収集の範囲となる。今、Ｘ線ＩＩ５の出力面５ｂと撮像素子１２の光検出面１２ａまでの撮影距離をＬ0、光学系１１ａの焦点距離をｆｉ、Ｘ線ＩＩ５の出力面５ｂの撮影範囲をｄ0とすると、  
ｆｉ＝Ｌ0・ｄ0・ｈｉ／（ｄ0＋ｈｉ）2                      ……（１）  
が成り立つ。
【００４８】
このことは、式（１）が成り立つように光学系１１ａの焦点距離ｆｉを制御すれば、ｈｉが変化してもＸ線ＩＩ５の出力面５ｂ上の光軸Ｌを中心とする一定の幅ｄ0（撮影範囲）のＸ線可視光の透過像を、図３（ｂ）に示す光検出面１２ａ上の狭い収集範囲ｈｉに結像させることができる。式（１）は図３の光路２１の作図から導出できる。
【００４９】
ただし、式（１）はＨとＨ´が一致する場合に適用できるものであって、ＨとＨ´が一致しない場合にはＬ0をＨ−Ｈ´距離で補正して用いる必要がある。何れにせよ、焦点距離制御部８のメモリ８ａに予め較正された焦点距離が記憶されているので、こまめに式（１）の計算、つまり焦点距離ｆｉとｈｉとの関係を計算する必要が無い。
【００５０】
以下、高速度撮影装置の動作について詳細に説明する。  
操作者が撮影速度設定部７にて図２に示す撮影速度群の中から所望とする任意の撮影速度を設定すると、その撮影速度を表す電気信号がデータ収集部１３及び焦点距離制御部８に送られる。ここで、焦点距離制御部８は、撮影速度設定部７で設定された撮影速度に基づき、メモリ８ａに記憶されている撮影速度に対応する焦点距離を読み出し、この読み出した焦点距離とポテンシオメータ１８から送られてくるズームレンズ１１の焦点距離とを比較し、その偏差を零とするような制御信号をモータ１５に与え、当該モータ１５の回転駆動によりズームレンズ１１（光学系１１ａ）の焦点距離を撮影速度に対応した焦点距離に設定する。
【００５１】
次に、操作者は、Ｘ線制御器４を開始操作してＸ線発生器３からＸ線ビーム２を照射させた状態にする。この照射状態において、対象物１に運動あるいは変化などを行わせつつ高速度カメラ６で設定した撮影速度で対象物１の像を連続撮影する。すなわち、対象物１である例えばカメラのシャッター機構を動作させると同時にトリガ信号を高速度カメラに送って撮影させる。このトリガ信号はカメラのシャッター機構に連動させて自動的にトリガ信号を発生させるか、あるいは手動にて高速度カメラ６の撮影開始を操作し、撮像素子１２の光検出面１２ａ上に結像される可視光の透過像を連続撮影し、データ収集部１３を介してデジタル画像に変換し、メモリ１４に一時記憶する。
【００５２】
高速度カメラ６のメモリ１４に一時記憶された透過像は、取込み指令のもとに記憶・再生部９が取込み、メモリ９ｂに永続的に記憶する。以後、記憶・再生部９は、再生指示を受けたとき、データ処理部９ａがメモリ９ｂから例えば毎秒３０フレーム程度の速度で透過像を読み出し、表示部９ｅに表示すれば、スローモーションにより再生表示することができ、対象物１であるカメラのシャッター機構の動作状態を観察することができる。
【００５３】
従って、以上のような実施の形態によれば、操作者が撮影速度設定部７から所望とする任意の撮影速度に選択設定したとしても、焦点距離制御部８の制御部８ｂがメモリ８ａのテーブルから撮影速度に応じた焦点距離ｆｉ、つまりＸ線ＩＩ５の出力面５ｂ上の光軸Ｌを中心とする一定の幅ｄ0（撮影範囲）のＸ線可視光の透過像を撮影速度に応じて減じた撮像素子１２の収集の範囲内に結像するように光学系１１ａの焦点距離ｆｉを制御する。その結果、撮影速度を適宜切換え選択しても、画像の視野が変化せずに対象物１の像を高速度で連続撮影することができる。
【００５４】
すなわち、上記実施の形態によれば、撮影速度を適宜切換え選択しても、焦点距離制御部８が自動的に画像の視野が変化しないように焦点距離を制御するので、Ｘ線発生器３、Ｘ線ＩＩ５、高速度カメラ６等を覆うＸ線遮蔽の中の狭い空間へアクセスすること無く、容易に一定視野の画像を撮影することができる。
【００５５】
（第１の実施の形態の変形例）  
（１）  第１の実施の形態では、Ｘ線可視光変換手段としてＸ線ＩＩ５を用いたが、これに限られることはない。例えばマイクロチャンネルプレート等を用いてもよい。
【００５６】
（２）  第１の実施の形態では、画素の収集範囲を正方形としたが、長方形であってもよい。
【００５７】
（３）  第１の実施の形態では、撮影速度設定部７、焦点距離制御部８及び記憶・再生部９がそれぞれ独立した構成体として説明したが、記憶・再生部９に例えば撮影速度設定部７及び焦点距離制御部８を組み込んで同様の処理機能を実行させる構成であっても構わない。
【００５８】
（４）  第１の実施の形態では、焦点距離を変更させた際にピント合わせを行っていない。通常のズームレンズにおいては、焦点距離を変更させた際にピントを合わせた面の位置は変化しないが、上記実施の形態では近接撮影のために焦点深度が浅いことから、厳密には若干の変化が問題となる場合がある。
【００５９】
そこで、焦点距離と一緒にピント合わせについても制御するのが好ましい。ピント合わせの制御手段としては、ピントリング１１ｄについても、ズームリング１１ｃと同様にモータとポテンシオメータを取り付け、さらにモータを制御するために新たに焦点距離制御部８と同様の構成を持つピント合わせ制御部を設ける必要がある。
【００６０】
さらに、ピント合わせ制御部にはメモリを設けるが、このメモリのテーブルには、撮影速度とＸ線ＩＩ５−光学系１１ａの間隔とを対応付けて記憶し、撮影速度設定部７で設定される撮影速度に応じて前記間隔を変更するようにモータを回転駆動することで制御する。このメモリのテーブルは、焦点距離制御部８の場合と同様にティーチング法で記憶させることができる。
【００６１】
これにより、焦点距離を変更しても誤差なく出力面５ｂにピントを合わせることができる。
【００６２】
（５）  第１の実施の形態の変形例（４）では、光学系１１ａを光軸Ｌに沿って繰り出してＸ線ＩＩ５−光学系１１ａ間の間隔を変更しているが、ズームレンズ１１を繰り出し、あるいはズームレンズ１１と撮像素子１２とを繰り出し、あるいは高速度カメラ６全体を繰り出し、あるいはＸ線ＩＩ５を繰り出すことにより、Ｘ線ＩＩ５−光学系１１ａ間の間隔を変更してもよい。これにより、変形例（４）と同様、焦点距離を変更しても誤差なく出力面５ｂにピントを合わせることができる。
【００６３】
（６）  第１の実施の形態で、メモリ８ａに焦点距離ｆｉを記憶する代わりに、低撮影速度での焦点距離をｆ0として、ｆｉとｆ0との比ｒｉ（＝ｆｉ／ｆ0）を記憶させてもよい。この場合、焦点距離ｆｉを制御する際、記憶しているｒｉからｆｉ＝ｒｉ・ｆ0なる演算を行ってｆｉを求めて制御に用いればよい。また、焦点距離を制御する際、ｆｉ＝ｒｉ・ｆ0なる式のうち、ｒｉに掛け算するｆ0を変えることで撮影範囲ｄ0を任意に調整することができる。例えば、ｆOを０．８倍することでｄ0を概略１／０．８倍に調整できる。
【００６４】
（７）  第１の実施の形態で、メモリ８ａに焦点距離ｆｉを記憶する代わりに、ｆｉを較正時の撮影距離Ｌ0で除算した比ｓｉ（＝ｆｉ／Ｌ0）を記憶させてもよい。
【００６５】
この場合、撮影距離をＬ0´に変更しても同じテーブルを用いて焦点距離を制御することができる。すなわち、ｆｉ´＝ｓｉ・Ｌ0´なる計算式から求めたｆｉ´を制御に用いればよい。
【００６６】
（８）  第１の実施の形態の変形例（７）としては、異なる撮影範囲ｄ0ごとに比ｓｉの複数のテーブルを作成し、異なるｄ0のとき一番近いｄ0のテーブルを選ぶか、あるいは補間計算によりｓｉを選び、前述したｆｉ´＝ｓｉ・Ｌ0´なる計算式から求めたｆｉ´を制御に用いれば、同じテーブルで任意の撮影距離Ｌ0と撮影範囲ｄ0に対して焦点距離の制御を行うことができる。
【００６７】
（９）  第１の実施の形態では、撮影距離Ｌ0が大きい場合（正確には、倍率ｄ0／ｈｉ＞１０（数値１０は誤差から許容できる定数）程度の場合には、テーブルの焦点距離ｆｉに補正を加えることで較正時のＬ0、ｄ0とは異なる撮影距離Ｌ0´と撮影範囲ｄ0´に対応できる。ここで、補正式は、ｆｉ´＝ｆｉ・Ｌ0´／Ｌ0・ｄ0／ｄ0´となる。
【００６８】
これにより、同じテーブルで任意の撮影距離Ｌ0と撮影範囲ｄ0に対して焦点距離の制御を行うことができる。
【００６９】
（１０）  第１の実施の形態では、焦点距離ｆｉの代わりに収集範囲ｈｉを記憶してもよい。この場合、式（１）でｆｉを計算し制御に用いればよい。これにより、任意の撮影距離Ｌ0と任意の撮影範囲ｄ0に対し、同じテーブルを用いて焦点距離の制御を行うことができる。
【００７０】
（第２の実施の形態）  
図４は本発明に係る高速度撮影装置の第２の実施の形態を示す構成図である。  
この実施の形態における高速度撮影装置は、第１の実施の形態を示す図１の構成からＸ線発生器３、Ｘ線制御器４及びＸ線ＩＩ５を除いた構成である。従って、その他の構成については、図１と同じであるので、同一または等価な部分には図１と同様の符号を付し、その詳しい説明を省略する。
【００７１】
第１の実施の形態においては対象物１のＸ線透過像を高速度で連続撮影するのに対し、第２の実施の形態は対象物１の外観像を高速度で連続撮影する点のみが異なる。
【００７２】
すなわち、第２の実施の形態は、Ｘ線ＩＩ５の出力面５ｂに代えて、対象物１にピントを合わせるようにズームレンズ１１のピントリング１１ｄを回転させる。正確に言えば、対象物１の位置に、光軸Ｌと直交するピント面３１を仮想設定し、ピントリング１１ｄを回転操作し、当該ピント面３１上の像が撮像素子１２の光検出面１２ａに結像されるようにする。
【００７３】
従って、この状態においては、視野ＦＯＶ内の対象物１の画像がピント面３１にピントが合った状態で撮影できる。
【００７４】
焦点距離制御部８は、第１の実施の形態で説明したようにメモリ８ａに撮影速度と焦点距離とを対応付けしたテーブルを設け、撮影速度設定部７から設定される撮影速度に基づいて、テーブルから当該撮影速度に対応付けられた焦点距離を取り出し、モータ１５の回転駆動することでズームレンズ１１の光学系１１ａが取り出した焦点距離となるように制御する。
【００７５】
なお、焦点距離の較正は、第１の実施の形態で説明した場合と同様に撮影速度を変えながら、対象物１の画像が画像上で同じ大きさで撮影されるように焦点距離を調整し、このとき得られた焦点距離を撮影速度に対応付けてメモリ８ａのテーブルに記憶する。
【００７６】
以上のように構成された高速度撮影装置の作用について説明する。  
この第２の実施の形態は、対象物１のＸ線透過像の撮影ではなく、対象物１の外観像を撮影するものである。  
まず、操作者は、対象物１の撮影に先立ち、対象物１を設定すると共に、撮影速度設定部７から撮影速度を設定する。
【００７７】
図５は第２の実施の形態における撮影速度を変えたときの幾何図であって、同図（ａ）は撮影速度が低い場合（毎秒２０００フレーム以下）、同図（ｂ）は撮影速度が高い場合（毎秒３０００フレーム以上）における焦点距離ｆｉと収集範囲ｈｉの関係を表わしている。
【００７８】
また、幾何的な配置としては、対象物１のピント面３１及び撮像素子１２の光検出面１２ａが光学系１１ａの光軸Ｌに直角、かつ、光軸Ｌを中心となるように配置するとともに、ピント面３１上の対象物１の像が光検出面１２ａ上の収集範囲ｈｉに結像されるようにする。
【００７９】
図５を参照して撮影速度を変えたときの焦点距離の制御を説明することになるが、要は第１の実施の形態における図３で説明した「Ｘ線ＩＩ５の出力面５ｂ」を「ピント面３１」で置き換えれば同じ作用となるので、作用の詳細説明は省略する。
【００８０】
この高速度撮影装置においては、前述するように撮影速度設定部７から撮影速度が設定されたとき、常にピント面３１上の一定の撮影範囲ｄ0が収集範囲ｈｉに結像するように当該撮影速度に応じた焦点距離ｆｉとなるように制御する。すなわち、撮影速度に応じて、撮像素子１２の減じた収集の範囲に対応する視野ＦＯＶのピント面３１における大きさが一定となるようにモータ１５を回転することで焦点距離を設定する。
【００８１】
以上のようにして撮影速度と焦点距離が設定されると、以後、第１の実施の形態と同様に連続撮影が行われる。
【００８２】
従って、以上のような第２の実施の形態によれば、所望の任意の撮影速度に選択設定したとしても、撮影速度に応じて減じた撮像素子１２の収集の範囲に対応する視野ＦＯＶの大きさ（ピント面３１における大きさ）が一定になるように、焦点距離制御部８の制御部８ｂがメモリ８ａのテーブルから撮影速度に応じた焦点距離を取り出し、光学系１１ａの焦点距離を設定する。その結果、撮影速度を選択的に設定しても、画像の視野が変化せずに対象物１の像を高速度で連続撮影することができる。
【００８３】
（第２の実施の形態の変形例）
第２の実施の形態の変形例としては、第１の実施の形態の変形例（２）〜（１０）がそのまま適用できる。  
特に、第２の実施の形態では、撮影距離Ｌ0と撮影範囲ｄ0を変更する場合が多いが、第１の実施の形態の変形例（６）〜（１０）を適用すれば、較正をやり直す必要がなくなるので有効なものとなる。
【００８４】
その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に係る高速度撮影装置の第１の実施の形態を示す構成図。
【図２】撮影速度、画素の収集範囲及び焦点距離の関係を説明する図。
【図３】撮影速度を変えたときの幾何図。
【図４】本発明に係る高速度撮影装置の第２の実施の形態を示す構成図。
【図５】撮影速度を変えたときの幾何図。
【図６】従来の高速度撮影装置の概略構成を示す図。
【図７】従来の高速度撮影装置の視野の変化を示す図。
【符号の説明】
【００８６】
１…撮影対象物、３…Ｘ線発生器、４…Ｘ線制御器、５…Ｘ線ＩＩ、５ａ…Ｘ線検出面、５ｂ…出力面、６…高速度カメラ、７…撮影速度設定部、８…焦点距離制御部、８ａ…メモリ、８ｂ…制御部、９…記憶・再生部、１１…ズームレンズ、１１ａ…光学系、１１ｃ…ズームリング、１１ｄ…ピントリング、１２…撮像素子、１２ａ…光検出面、１３…データ収集部、１４…メモリ、１５…モータ、１８…ポテンシオメータ、２１…光路、３１…ピント面、Ｆ…Ｘ線焦点、Ｌ…光軸、Ｌ0…撮影距離、ｄ0…撮影範囲、ｈｉ…収集範囲、ｆｉ…焦点距離。
【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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