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100万秒/秒のビデオカメラ

 水滴が衝突したときに、水面上に“水の王冠”が生じることはよく知られていますが、これは水面下の現象です。水滴と水表面の間に閉じ込められた空気が一瞬のうちに真珠の首飾りのような小さな気泡のリングを形成し、リング径を縮小させながら気泡の合体によって個々の気泡径を増大させ、最後には一つの気泡となってさらに上下2個の気泡に分離します。この現象は、近畿大学理工学部の江藤剛治教授が島津製作所などと共同で開発した、100万枚/秒以上の超高速度ビデオカメラで撮影することにより、新たに発見されたものです。
超高速度ビデオカメラで撮影した風船の割れる様子
 江藤教授の専門は水工学です。教授らの研究グループは、水の流れを細かく見るために、1991年に256×256画素で4500枚/秒、64×64画素なら、40500枚/秒で撮影できるビデオカメラを開発、さらに、10年後の2001年に、312×260画素で100万枚/秒で撮影できるビデオカメラの実証機を開発しました。
 そして、現在、デジタル・ハイビジョン放送で使える100万枚/秒の撮影速度をもつ超高速超高解像ビデオカメラシステムの開発、実用化を目標に研究を続けており、放送文化基金はこれに対して助成しました。
 このような超高速撮影を可能にしたのは、教授らが開発したISIS=画素周辺記録型撮像素子(In-situ Storage Image Sensor)です。これは、一つ一つの画素の中に多数の画像信号メモリーを作り込んであり、撮影中は画像情報を素子の外に読み出さずにこのメモリーに連続的に記録し、撮影終了後にまとめてゆっくり外部に読み出します。これにより、高い画質を保ったまま、従来にない高速撮影ができるようになりました。この撮像素子には、小さな画素の中に多数のメモリーを作り込むために、教授が考案した世界で最も単純で面積の小さいメモリー構造(斜光直線CCD型メモリー)が採用されています。現在は放送番組用のHDTVに対応するため、全く新しい撮像素子構造をもつ、棚田型撮像素子(Terraced Image Sensor)の実装技術や、画像トリガーなどの関連技術もあわせて開発中です。
 HDTV対応への実用化研究の成果としては、NHK放送技術研究所の協力を得て、原理実証用センサーである撮像素子ISIS-V2を用いた3板式の8万画素100万枚/秒のビデオカメラを、試験的に野球放送などの現場で使用しています。
詳細は、近畿大学理工学部 教授 江藤 剛治
best2010@civileng.kindai.ac.jp まで
その他のムービーは下記よりご覧になれます。※ダウンロードに多少時間がかかります。
シャボン玉
バットスウィング
水風船
shabon.mpg(約3MB)
bat.mpg(約4MB)
mizufusen.mpg(約3MB)

2003年6月掲載

平成13年度助成
「100万枚/秒のHDTVカメラの開発と科学技術の啓蒙への適用」
(代表研究者 近畿大学理工学部 教授 江藤 剛治)