JP2007184703A

JP2007184703A - トリガ信号発生装置

Info

Publication number: JP2007184703A
Application number: JP2006000598A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yoneuchi; 淳米内; Koji Eto; 剛治江藤
Original assignee: Nippon Hoso Kyokai NHK; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2006-01-05
Publication date: 2007-07-19

Abstract

【課題】被対象物の高速度現象が発生したことを的確に通知することができるトリガ信号発生装置を提供すること。
【解決手段】トリガ信号発生装置１０は、光照射手段２０と、反射光受光手段３０と、輝度変化検出手段４０と、トリガ信号発生手段５０とを備え、光照射手段２０は、被写体に照射する参照光を発生する発光部２１と、参照光を振幅変調するための信号を発生する変調信号発生器２２と、被写体に参照光を照射する照射光学系２３とを備え、反射光受光手段３０は、被写体から反射された反射光を受光する受光光学系３１と、反射光を受光して電気信号に変換する受光部３２とを備え、輝度変化検出手段４０は、信号の演算処理を行う演算部４１と、被写体の輝度変化を検出する輝度変化検出部４２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、被対象物が高速度で一瞬変化する現象を検出してトリガ信号を発生するトリガ信号発生装置に関する。

従来、例えば放送分野において、被対象物が高速度で一瞬変化する現象（以下「高速度現象」という。）を撮像する際に、一般的な撮像装置よりも高速度で撮像できる高速度撮像装置が用いられる。高速度撮像装置は、高速度で撮像した被対象物の映像信号を記憶するメモリを備えており、このメモリは、被対象物が撮像された映像信号をそのまま記憶するか、あるいは循環的に上書きを繰り返しながら所定のコマ数分だけ記憶できるようになっている。メモリの容量を増大すれば、記憶できるコマ数を増やすことができ、高速度現象の撮像を容易化することができるが、メモリのコスト増大や実装面積の制限等の問題で撮像素子へのメモリの大幅な実装は実現が困難である。したがって、より少ない容量のメモリで高速度現象が撮像できるよう、被対象物の撮影開始タイミングを高速度撮像装置に的確に通知することができる装置が望まれている。

この種の装置としては、例えば特許文献１に示されたものが知られている。特許文献１に示されたものは、被対象物の方向に指向性を有する集音マイクと、集音マイクが感知した音をトリガ信号に変換する音検出装置とを備え、被対象物の一瞬の動きによって生じる音波を受信したときにトリガ信号を発生することにより、被対象物の撮影開始タイミングを高速度撮像装置に通知することができるようになっている。

また、音波に代えて被対象物の輝度が変化したときにトリガ信号を出力する装置も考えられる。この種の装置は、被対象物の輝度変化を検知する光センサと、トリガ信号を発生するトリガ信号発生装置とを備え、光センサの出力が変化したときにトリガ信号発生装置がトリガ信号を発生して出力するようにできる。

特開平８−２６５６１６号公報

しかしながら、特許文献１に示されたものでは、音波を利用してトリガ信号を発生しているので、被対象物から集音マイクまでの距離が比較的長い条件下で被対象物の一瞬の動きを撮影する場合は、被対象物からの音波が集音マイクに届くまでに所定の時間を要するので、音検出装置が発生したトリガ信号が高速度撮像装置に届く前に被対象物の一瞬の動きが終了してしまい、被対象物の撮影開始タイミングを高速度撮像装置に的確に通知することができないという問題があった。

また、特許文献１に示されたものでは、音波を利用してトリガ信号を発生しているので、音波が生じる高速度現象しか撮像の対象とすることができないという問題や、被対象物以外からの音波が外乱となって被対象物の撮影開始タイミングを高速度撮像装置に的確に通知することができないという問題があった。

一方、被対象物の輝度変化を検出してトリガ信号を出力する装置では、例えばゴルフボールをプレーヤが打つ瞬間のゴルフボールの高速度現象を撮像しようとする際に、プレーヤの陰によってゴルフボールの輝度が変化してしまうことがあり、被対象物の撮影開始タイミングを高速度撮像装置に的確に通知することができないという問題が生ずる。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、被対象物の高速度現象が発生したことを的確に通知することができるトリガ信号発生装置を提供することを目的とする。

本発明のトリガ信号発生装置は、所定の波長の光を予め定められた周波数の変調信号で変調する光変調手段と、変調された前記光を被対象物に照射する光照射手段と、前記被対象物によって反射された前記所定の波長の反射光を受光する反射光受光手段と、前記反射光受光手段の出力信号中における前記変調信号の成分の変化を検出する輝度変化検出手段と、前記変化に基づいてトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明のトリガ信号発生装置は、輝度変化検出手段が、反射光受信手段が出力する反射光中の変調信号成分の輝度変化を検出し、トリガ信号発生手段が、輝度変化検出手段によって検出された被対象物の輝度変化に基づいてトリガ信号を発生するので、被対象物の高速度現象が発生したことを的確に通知することができる。

また、本発明のトリガ信号発生装置は、前記所定の波長の光は、不可視光の波長域の光である構成を有している。

この構成により、本発明のトリガ信号発生装置は、光変調手段によって変調された光をスポーツ中継等におけるプレーヤ、観客、視聴者等に視認させることなく被対象物の輝度変化を検出してトリガ信号を発生することができ、被対象物の高速度現象が発生したことを的確に通知することができる。

さらに、本発明のトリガ信号発生装置は、前記反射光受光手段は、前記反射光中の前記所定の波長以外の光を減衰させる光学フィルタを備えた構成を有している。

この構成により、本発明のトリガ信号発生装置は、不要な周波数をカットすることで、それによる入射エネルギを減じ、フォトダイオードが飽和しないようにし、反射光に応じたフォトダイオード出力を取り出すことができる。

さらに、本発明のトリガ信号発生装置は、前記輝度変化検出手段は、前記反射光受光手段の出力信号と前記変調信号とを掛け合わせることで前記反射光中の変調信号の成分を検出する構成を有している。

この構成により、本発明のトリガ信号発生装置は、反射光中の変調信号成分を容易に検出することができる。

本発明は、被対象物の高速度現象が発生したことを的確に通知することができるという効果を有するトリガ信号発生装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、高速度現象を撮像する高速度撮像システムに本発明のトリガ信号発生装置を適用した例を挙げて説明する。

まず、本実施の形態に係る高速度撮像システムの構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る高速度撮像システムを概念的に表した図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る高速度撮像システム１００は、被写体１０１の高速度現象を検出してトリガ信号を発生するトリガ信号発生装置１０と、トリガ信号に基づいて被写体１０１の高速度現象を撮像する高速度撮像装置６０とを備えている。

トリガ信号発生装置１０は、所定の波長の光（以下「参照光」という。）１０２を被写体１０１に照射する光照射手段２０と、被写体１０１から反射された反射光１０４を受光する反射光受光手段３０と、被写体１０１の輝度変化を検出する輝度変化検出手段４０と、輝度変化に基づいてトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段５０とを備えている。

なお、図１において、被写体１０１には、参照光１０２とは異なる光、例えば太陽光のような光（以下「バックグラウンド光」という。）１０３も照射されているものとする。したがって、反射光１０４は、参照光１０２の反射成分と、バックグラウンド光１０３の反射成分とを含んでいる。また、被写体１０１は、特許請求の範囲に記載の被対象物に対応するものである。

また、光照射手段２０は、第１の筐体２０ａに収納され、反射光受光手段３０、輝度変化検出手段４０及びトリガ信号発生手段５０は、第２の筐体１０ａに収納されている。また、光照射手段２０と輝度変化検出手段４０との間には、信号ケーブル４０ａが設けられている。また、トリガ信号発生手段５０と高速度撮像装置６０との間には、信号ケーブル５０ａが設けられている。

高速度撮像装置６０は、装置全体の動作を制御する制御部６１と、高速度現象の撮像信号を記憶するメモリ６２とを備えている。メモリ６２は、例えば１０万コマ／秒の撮影スピードで、１００コマ分の被写体１０１の映像信号を循環的に上書きを繰り返しながら記憶できるようになっている。メモリ６２の動作は、トリガ信号発生手段５０から出力されるトリガ信号に基づき、制御部６１によって制御される。例えば、メモリ６２が１００コマ分の映像信号を記憶できる場合に、制御部６１がトリガ信号を受信してから５０コマ分の映像信号をメモリ６２に記憶する処理を実行したとき、メモリ６２は、トリガ信号を受信した時刻前後にそれぞれ５０コマ分の映像信号を記憶することとなる。

次に、トリガ信号発生装置１０の詳細な構成について図２を用いて説明する。図２は、トリガ信号発生装置１０のブロック図である。

図２に示すように、トリガ信号発生装置１０は、光照射手段２０と、反射光受光手段３０と、輝度変化検出手段４０と、トリガ信号発生手段５０とを備えている。

光照射手段２０は、被写体１０１（図１参照）に照射する参照光１０２を発生する発光部２１と、参照光１０２を振幅変調するための信号を発生する変調信号発生器２２と、被写体１０１に参照光１０２を照射する照射光学系２３とを備えている。

発光部２１は、例えば赤外線レーザ光を出射する半導体のレーザダイオードや、レーザダイオードを駆動する駆動回路等を含み、参照光１０２を生成するようになっている。なお、以下の説明において、参照光１０２は、波長７８０ｎｍの赤外線レーザ光で構成されるものとする。

変調信号発生器２２は、パルス信号や正弦波信号等を生成する発振器を備え、発光部２１によって生成される参照光１０２を振幅変調するようになっている。ここで、変調信号発生器２２は、本発明の光変調手段を構成している。なお、振幅変調に用いられるパルス信号や正弦波信号等を以下「基準信号」という。

照射光学系２３は、例えば赤外線レーザ光を平行光にするコリメータレンズや、参照光１０２の焦点を被写体１０１に合わせる合焦機構及び光学レンズ等を含んでいる。

光照射手段２０は、前述のように構成されているので、発光部２１が波長７８０ｎｍの赤外線レーザ光を生成し、変調信号発生器２２が例えば１００ｋＨｚのパルス信号を振幅変調の基準信号として発生する場合、光照射手段２０から出射される参照光１０２は、波長が７８０ｎｍの赤外線レーザ光で、周期が１０μｓのパルス状の光となる。

反射光受光手段３０は、被写体１０１から反射された反射光１０４を受光する受光光学系３１と、反射光１０４を受光して電気信号に変換する受光部３２とを備えている。なお、受光光学系３１は、本発明の反射光集光部を構成している。

受光光学系３１は、反射光１０４に含まれる光成分のうち参照光１０２の波長とほぼ一致する波長の光成分を透過させ、それ以外の波長の光成分を減衰させる光学フィルタ３１ａと、例えば光学レンズ、合焦機構、絞り機構等を含む受光機構部３１ｂとを備えている（図１参照）。受光部３２は、例えばアバランシェフォトダイオードのような応答速度が比較的速いフォトダイオード、バンドパスフィルタ、増幅回路等を備えている。

輝度変化検出手段４０は、信号の演算処理を行う演算部４１と、被写体１０１の輝度変化を検出する輝度変化検出部４２とを備え、輝度変化を検出した際にその旨を示す信号をトリガ信号発生手段５０に出力するようになっている。

トリガ信号発生手段５０は、例えばＩＣから成るパルス信号発生回路であり、メモリ等を備え、輝度変化検出部４２が輝度変化を検出した旨を示す信号を出力した際にパルス信号を生成し、これをトリガ信号として出力するようになっている。

次に、輝度変化検出手段４０の演算部４１及び輝度変化検出部４２の詳細な構成について図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る輝度変化検出手段４０のブロック図である。

まず、輝度変化検出手段４０の演算部４１について説明する。

演算部４１は、信号の位相を補正する位相補正回路４１ａと、所定の周波数以下の信号を通過させるローパスフィルタ（以下「ＬＰＦ」という。）４１ｂと、掛け算の演算を行う掛け算器４３とを備えている。

位相補正回路４１ａは、変調信号発生器２２と掛け算器４３との間に設けられ、受光部３２からの信号（以下「受光部出力信号」という。）Ｓ３の位相を参照して、変調信号発生器２２の基準信号Ｓ１の位相を補正することにより、受光部出力信号Ｓ３の位相と基準信号Ｓ１の位相とを揃えた信号（以下「補正後基準信号」という。）Ｓ２を掛け算器４３に出力するようになっている。

掛け算器４３は、受光部出力信号Ｓ３の極性を反転する極性反転回路４４と、アナログスイッチ４５とを備えている。アナログスイッチ４５は、補正後基準信号Ｓ２を入力する入力端子４５ａと、受光部出力信号Ｓ３を入力する入力端子４５ｂと、極性反転回路４４からの信号（以下「極性反転信号」という。）Ｓ４を入力する入力端子４５ｃと、補正後基準信号Ｓ２と受光部出力信号Ｓ３とを掛け算した信号を出力する出力端子４５ｄとを備えている。なお、入力端子４５ａは、本発明の変調信号入力部を構成している。

ここで、アナログスイッチ４５は、補正後基準信号Ｓ２に基づき、受光部出力信号Ｓ３と極性反転信号Ｓ４とを切り替えて出力端子４５ｄから出力するようになっている。例えば、アナログスイッチ４５は、入力端子４５ａに入力される信号がハイレベルの期間に受光部出力信号Ｓ３を出力端子４５ｄから出力し、入力端子４５ａに入力される信号がローレベルの期間に極性反転信号Ｓ４を出力端子４５ｄから出力するようになっている。

その結果、補正後基準信号Ｓ２と受光部出力信号Ｓ３とが掛け算された信号が、掛け算器４３からＬＰＦ４１ｂに出力されることとなる。

ＬＰＦ４１ｂは、掛け算器４３から出力された信号から直流成分を取り出し、輝度変化検出部４２に出力するようになっている。

なお、掛け算器４３の構成は、極性反転回路４４及びアナログスイッチ４５の構成に限定されるものではなく、補正後基準信号Ｓ２と受光部出力信号Ｓ３との掛け算が行えるものであればよい。また、位相補正回路４１ａは、演算部４１の構成として必須のものではないが、基準信号Ｓ１の周波数が高くなるに従って、基準信号Ｓ１の位相と受光部出力信号Ｓ３の位相とがずれやすくなるので、位相補正回路４１ａを備える構成が好ましい。なお、この位相補正回路４１ａは、高速度撮影装置６０のピントが合ったときの距離情報で位相補正を行うことが可能である。

次に、輝度変化検出手段４０の輝度変化検出部４２について説明する。

輝度変化検出部４２は、予め定められた閾値電圧Ｖ_Ｓ１、Ｖ_Ｓ２を記憶する閾値記憶回路４２ａと、閾値電圧Ｖ_Ｓ１、Ｖ_Ｓ２に基づいて被写体１０１の輝度が変化したか否かを判定する電圧判定回路４２ｂとを備えている。この閾値電圧Ｖ_Ｓ１、Ｖ_Ｓ２は、被写体１０１の輝度変化を検出するために予め定められた輝度に対応する電圧で設定されたものである。

次に、本実施の形態に係る高速度撮像システム１００の動作について、図１〜図５を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る高速度撮像システム１００の各ステップのフローチャートである。図５は、本実施の形態に係る輝度変化検出処理の各ステップのフローチャートである。

まず、トリガ信号発生装置１０の光照射手段２０によって、被写体１０１に参照光１０２が照射される（ステップＳ１１）。

次いで、高速度撮像装置６０によって、被写体１０１の撮影が開始される（ステップＳ１２）。具体的には、高速度撮像装置６０の制御部６１は、例えば１０万コマ／秒の撮影スピードで、１００コマ分の被写体１０１の映像信号を循環的に上書きを繰り返しながら記憶するようメモリ６２を制御する。

そして、トリガ信号発生装置１０によって、図５に示された輝度変化検出処理が実行される。以下、この輝度変化検出処理について説明する。

図５に示すように、まず、反射光受光手段３０によって、被写体１０１からの反射光１０４の中の参照光と同じ波長の成分が受光される（ステップＳ２１）。被写体１０１にはバックグラウンド光１０３（図１参照）も照射されているので、被写体１０１によって反射された反射光１０４は、参照光１０２の成分と、バックグラウンド光１０３の中の参照光の波長成分とを含んでいる。

次いで、受光部３２に備えられたフォトダイオードによって、反射光１０４が電気信号に変換される（ステップＳ２２）。さらに、受光部３２に備えられたバンドパスフィルタによって、所定の周波数帯域の信号が取り出され、その結果、反射光１０４の直流成分が除去される（ステップＳ２３）。

続いて、演算部４１の位相補正回路４１ａによって、基準信号Ｓ１の位相補正処理が実行された後、演算部４１の掛け算器４３によって、直流成分が除去された反射光１０４の信号と、参照光１０２の成分の信号とが掛け算される（ステップＳ２４）。ここで、参照光１０２の成分の信号とは、位相補正回路４１ａ（図３参照）によって位相が補正された補正後基準信号Ｓ２をいう。

さらに、演算部４１のＬＰＦ４１ｂによって、ステップＳ２４において生成された信号から高域成分が除去される（ステップＳ２５）。

そして、輝度変化検出部４２の電圧判定回路４２ｂによって、閾値記憶回路４２ａから閾値電圧Ｖ_Ｓ１、Ｖ_Ｓ２が読み出され、演算部４１の出力電圧Ｖと閾値電圧Ｖ_Ｓ１、Ｖ_Ｓ２とが比較される（ステップＳ２６）。

ステップＳ２６において演算部４１の出力電圧Ｖが閾値電圧Ｖ_Ｓ１よりも大きいかＶ_Ｓ２よりも小さいと判断された場合は、被写体１０１の輝度が変化した旨を示す信号がトリガ信号発生手段５０に出力され（ステップＳ２７）、輝度変化検出処理を終了して図４に示されたステップＳ１４に進む。

一方、ステップＳ２６において、演算部４１の出力電圧Ｖが閾値電圧Ｖ_Ｓ１よりも大きいかＶ_Ｓ２よりも小さいと判断されなかった場合は、ステップＳ２６を繰り返す。

図４に戻り、トリガ信号発生手段５０によって、トリガ信号が高速度撮像装置６０に出力される（ステップＳ１４）。

引き続き、高速度撮像装置６０の制御部６１によって、メモリ６２が所定コマ数の映像信号を記憶したが否かが判断される（ステップＳ１５）。具体的には、制御部６１がトリガ信号を受信してからメモリ６２が記憶した映像信号のコマ数が例えば５０コマに達したか否かが判断される。

ステップＳ１５においてメモリ６２が所定コマ数の映像信号を記憶したと判断された場合は、制御部６１によって、撮影が終了される（ステップＳ１６）。一方、ステップＳ１５においてメモリ６２が所定コマ数の映像信号を記憶したと判断されなかった場合は、ステップＳ１５を繰り返す。

したがって、メモリ６２が例えば１００コマ分の映像信号を記憶できる場合、メモリ６２には制御部６１がトリガ信号を受信した時刻前後にそれぞれ例えば５０コマ分の映像信号が記憶されたことになり、本実施の形態に係る高速度撮像システム１００は、被写体１０１の高速度現象を確実に撮像することができる。

次に、トリガ信号発生装置１０の演算部４１及び輝度変化検出部４２によって実行される輝度変化検出処理について具体例を挙げ、図３及び図６を用いて説明する。図６は、輝度変化検出処理における波形の一例を示している。なお、説明を簡略化するため、参照光１０２及びバックグラウンド光１０３を正弦波と仮定する。また、図３における基準信号Ｓ１の位相と受光部出力信号Ｓ３の位相は一致しているものとする。

まず、参照光１０２を変調するための基準信号をＳｉｎ（Ａ）とする。また、受光部３２がバックグラウンド光１０３のみを受光して光電変換した後の信号をＳｉｎ（Ｂ）＋αとする。この場合、被写体１０１からの反射光１０４の信号は、参照光１０２及びバックグラウンド光１０３の成分を含み、この信号の電圧Ｖａは、次式で表される。なお、α及びｋは定数である。

Va = sin(B) + α + k｛sin(A)+1｝（１）

このとき、反射光１０４は、図６（ａ）に示されるように、バックグラウンド光１０３に参照光１０２が重畳された波形の信号となる。この信号は、受光部３２のフォトダイオードによって光電変換された信号であり、受光部３２のバンドパスフィルタを通過すると直流分が除去され、図６（ｂ）に示すような波形となり、この信号の電圧Ｖｂは、次式で示される。

Vb = sin(B) + k｛sin(A)｝（２）

式（２）で示された信号は、図３における受光部３２からの信号Ｓ３に相当する。また、基準信号Ｓ１の位相と受光部出力信号Ｓ３の位相は一致しているものとしているので、掛け算器４３のアナログスイッチ４５の入力端子４５ａに入力される信号Ｓ２は、基準信号Ｓｉｎ（Ａ）となる。したがって、掛け算器４３から出力される信号は、式（２）で示されたＶｂと基準信号Ｓｉｎ（Ａ）とを掛け算したものとなり次式で示される。

V = ｛sin(B) + k×sin(A)｝×sin(A)

= k×sin²(A) + sin(A)×sin(B)

= 1/2×［k｛1 - cos(2A)｝+ cos(A-B) - cos(A+B)］（３）

式（３）で表された信号は、直流成分ｋ／２を有し、図６（ｃ）に示すような波形となり、反射光１０４に含まれる参照光１０２の直流成分の半分になっている。この波形の信号は、ＬＰＦ４１ｂに入力されると直流成分のみが取り出され、図６（ｄ）に示すような直流の波形となる。すなわち、被写体１０１からの反射光１０４の受光部出力信号と、基準信号とを掛け算することにより、反射光１０４から参照光１０２の成分を確実に取り出すことができる。

前述の輝度変化検出処理は、無線通信の分野で用いられている同期検波方式と同様な処理を行うものであり、トリガ信号発生装置１０の演算部４１は、バックグラウンド光１０３の光量が不規則に変化する場合でもその影響を受けることなく、反射光１０４に含まれる参照光１０２の成分のみの信号を取り出すことができるものである。

したがって、例えばゴルフの試合中において、ゴルフボールとゴルフクラブのヘッドとが衝突したときのゴルフボールの高速度現象を撮像する際に、トリガ信号発生装置１０は、ゴルフボールからの反射光の光量がプレーヤの影で変化する場合でも、反射光から参照光の成分の信号を確実に取り出すことができるので、ゴルフボールの高速度現象が発生したことを的確に高速度撮像装置６０に通知することができる。また、高速度撮像システム１００は、参照光として赤外線レーザ光を用いることにより、参照光をプレーヤや観客等に視認させることなくゴルフボールの高速度現象を撮像することができる。

次に、本実施の形態に係るトリガ信号発生装置１０を用いて行った実験について図７を参照して説明する。図７（ａ）〜図７（ｃ）は、それぞれ、実験において取得した反射光の波形、演算部４１の出力信号の波形、トリガ信号発生手段５０によって生成されたトリガ信号の波形を示している。

まず、実験で用いたトリガ信号発生装置１０の主要部の構成ついて説明する。バックグラウンド光の光源としてキセノンランプを用意した。また、発光部２１として、波長７８０ｎｍの赤外線レーザ光を発するレーザダイオードを用いた。また、変調信号発生器２２として、１００ｋＨｚのパルス信号発生器を用いた。

次に、実験内容について説明する。まず、キセノンランプの光量を不規則に変化させつつ、バックグラウンド光として被写体に照射した。次いで、波長７８０ｎｍの赤外線レーザ光を１００ｋＨｚのパルス信号で振幅変調し、この振幅変調した光を参照光として被写体に照射した。そして、時刻Ｔ１において被写体を取り除き、受光部３２の出力信号の変化を調べた。

その結果、受光部３２の出力信号の波形として図７（ａ）に示すような波形が得られ、また、演算部４１の出力信号の波形として図７（ｂ）に示すような波形が得られた。

すなわち、図７（ａ）に示すように、時刻Ｔ１以前の範囲において、反射光はバックグラウンド光の成分（図７では「ＢＧ光成分」と表記）と、参照光の成分とを含んだ波形となっており、受光部３２の出力値は、バックグラウンド光の成分の変化に従って変動していた。ところが、時刻Ｔ１において被写体を取り除くと、時刻Ｔ１以降においてはバックグラウンド光の成分のみになり、参照光の成分は無くなった。

一方、図７（ｂ）に示すように、時刻Ｔ１以前の範囲において、演算部４１の出力電圧は、被写体の動きによる参照光成分の変化が無いため、一定の電圧Ｖ１であったが、被写体が動いたことにより参照光の成分がなくなった時刻Ｔ１を境に電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に変化し、閾値電圧Ｖｓよりも小さくなった。つまり、輝度変化検出手段４０は、バックグラウンド光の有無や強度変化等に依存されず、被写体の変化のみを検出していることが確認できた。

したがって、図７（ｃ）に示すように、トリガ信号発生手段５０が、演算部４１の出力電圧が閾値電圧Ｖｓよりも小さくなった時刻Ｔ１においてパルス信号を生成し、このパルス信号をトリガ信号として高速度撮像装置６０に出力することにより、高速度撮像装置６０は、被写体の高速度撮像を行うことができることが証明できた。

なお、上記の例では、参照光成分が減少し、出力電圧も減少する例を示したが、被写体が撮像対象に入る場合は、反射光中の参照光成分が増加し出力電圧も増加する。この場合は閾値電圧Ｖ_Ｓ'より大きくなった時刻でパルス信号を生成する。

以上のように、本実施の形態の高速度撮像システム１００によれば、高速度撮像装置６０は、トリガ信号発生装置１０によって発生されたトリガ信号を受信して被写体１０１の撮影を実行する構成としたので、被写体１０１の高速度現象を確実に撮像することができる。

また、本実施の形態のトリガ信号発生装置１０によれば、光照射手段２０は、振幅変調された赤外線レーザ光を参照光１０２として被写体１０１に照射し、輝度変化検出手段４０は、被写体１０１からの反射光１０４のうち参照光１０２の変調信号成分の変化を検出し、トリガ信号発生手段５０は、参照光１０２の変調信号成分の変化に基づいてトリガ信号を発生する構成としたので、バックグラウンド光１０３の影響を受けることなく、被写体１０１の高速度現象が発生したことを的確に通知することができる。

また、本実施の形態のトリガ信号発生装置１０によれば、参照光１０２として赤外線レーザ光を用いる構成としたので、スポーツ中継等においてプレーヤや観客に参照光１０２を視認させることなく被写体１０１の輝度変化を検出してトリガ信号を発生することができ、被写体１０１の高速度現象が発生したことを的確に通知することができる。

なお、前述の実施の形態において、高速度現象を撮像する高速度撮像システム１００に本発明のトリガ信号発生装置１０を適用した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、被対象物の高速度現象の発生に基づいて例えば何らかのイベントを開始又は終了させるものにも本発明のトリガ信号発生装置１０を適用することができる。

また、前述の実施の形態において、赤外線レーザ光を参照光１０２とする例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、青色や緑色等の光を発するランプ、又はＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）等を発光部２１に設け、ランプ又はＬＥＤ等からの光を振幅変調して参照光１０２としてもよい。また、例えば白色ランプ及び単色フィルタを発光部２１に設け、白色光を単色フィルタに透過させた光を振幅変調したものを参照光１０２とする構成としてもよい。

また、前述の実施の形態において、光照射手段２０を第１の筐体２０ａに収納し、反射光受光手段３０、輝度変化検出手段４０及びトリガ信号発生手段５０を第２の筐体１０ａに収納する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば反射光受光手段３０、輝度変化検出手段４０及びトリガ信号発生手段５０と光照射手段２０とを同一の筐体に収納して一体化する構成としてもよい。

また、前述の実施の形態において、光変調手段としての変調信号発生器２２が振幅変調を行い、輝度変化検出手段としての掛け算器４３が同期検波と同等な復調を行う例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、所定の周波数で変調された変調光を用いて被写体１０１の輝度変化を検出できる構成であればよい。

また、前述の実施の形態において、光照射手段２０及び反射光受光手段３０をそれぞれ一つで構成する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光照射手段２０及び反射光受光手段３０をそれぞれ複数備える構成としてもよい。

本実施の形態に係る高速度撮像システムを概念的に表した図本実施の形態に係るトリガ信号発生装置のブロック図本実施の形態に係る輝度変化検出手段のブロック図本実施の形態に係る高速度撮像システムの各ステップのフローチャート本実施の形態に係る輝度変化検出処理の各ステップのフローチャート本実施の形態に係る輝度変化検出処理における波形の一例を示す図（ａ）反射光の波形の一例を示す図（ｂ）直流分が除去された反射光の波形の一例を示す図（ｃ）本実施の形態に係る掛け算器から出力される信号の波形の一例を示す図（ｄ）本実施の形態に係るＬＰＦから出力される信号の波形の一例を示す図（ａ）本実施の形態に係るトリガ信号発生装置の実験において取得した反射光の波形（ｂ）本実施の形態に係る演算部の出力信号の一例を示す図（ｃ）本実施の形態に係るトリガ信号発生手段によって生成されたトリガ信号の一例を示す図

符号の説明

１０トリガ信号発生装置
１０ａ第２の筐体
２０光照射手段
２０ａ第１の筐体
２１発光部
２２変調信号発生器（光変調手段）
２３照射光学系
３０反射光受光手段
３１受光光学系（反射光集光部）
３１ａ光学フィルタ
３１ｂ受光機構部
３２受光部
４０輝度変化検出手段
４０ａ、５０ａ信号ケーブル
４１演算部
４１ａ位相補正回路
４１ｂＬＰＦ
４２輝度変化検出部
４２ａ閾値記憶回路
４２ｂ電圧判定回路
４３掛け算器
４４極性反転回路
４５アナログスイッチ
４５ａ入力端子（変調信号入力部）
４５ｂ、４５ｃ入力端子
４５ｄ出力端子
５０トリガ信号発生手段
６０高速度撮像装置
６１制御部
６２メモリ
１００高速度撮像システム
１０１被写体
１０２参照光
１０３バックグラウンド光
１０４反射光

Claims

所定の波長の光を予め定められた周波数の変調信号で変調する光変調手段と、変調された前記光を被対象物に照射する光照射手段と、前記被対象物によって反射された前記所定の波長の反射光を受光する反射光受光手段と、前記反射光受光手段の出力信号中における前記変調信号の成分の変化を検出する輝度変化検出手段と、前記変化に基づいてトリガ信号を発生するトリガ信号発生手段とを備えたことを特徴とするトリガ信号発生装置。
前記所定の波長の光は、不可視光の波長域の光であることを特徴とする請求項１に記載のトリガ信号発生装置。
前記反射光受光手段は、前記反射光中の前記所定の波長以外の光を減衰させる光学フィルタを備えた請求項１又は請求項２に記載のトリガ信号発生装置。
前記輝度変化検出手段は、前記反射光受光手段の出力信号と前記変調信号とを掛け合わせることで前記反射光中の変調信号の成分を検出する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のトリガ信号発生装置。