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【PC Watch】4兆分の1秒の撮影可能に

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【PC Watch】4兆分の1秒の撮影可能に

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STAMPカメラの構成  ■東大、光を制御する超高速カメラ開発

 東京大学などの研究チームは、4.37兆分の1秒ごとに画像撮影できる、世界最高速の連写カメラを考案したと発表した。そのプロトタイプも作成した。

 高速、あるいは短時間に起こる現象を観測するには、高速度に撮影可能なカメラが必要となる。しかし既存のカメラは、シャッターなどの機械的限界や、データ転送などの電気的限界から、撮影速度がナノ秒に制限される。

 そこで、東大大学院理学系研究科の中川桂一特別研究員、同大学院工学系研究科の佐久間一郎教授、慶應義塾大学理工学部の神成文彦教授、東大大学院理学系研究科の合田圭介教授らは、「デバイスの動作を速く」するのではなく、「最も高速な光をより遅く」するという逆の発想に基づく、新技術を開発した。

 Sequentially Timed All-optical Mapping Photography(STAMP)と呼ばれるこの技術は、まず超短パルス光源から発せられた広帯域のパルス光を、時間写像装置に送る。ここで、もともと1つだったパルス光は、6つの異なる波長(色)のパルスに引き伸ばし、分けられる。これが光を遅くするとするゆえんだ。

 それぞれのパルス列(STAMP照明光)は、観察対象に次々に照射され、像情報を取得する。このとき、パルス間隔と、パルス幅は、既存のカメラのフレーム間隔と露光時間に対応するものとなる。

 これらの像情報を持ったSTAMP照明光は、今度は空間写像装置で波長に応じて空間的に分離され、イメージセンサーの異なる位置に入力される。つまり、動画の1コマがイメージセンサー全体を使うのではなく、イメージセンサーは6分割されて、異なるSTAMP照明光が撮影した像を記録する。時間と空間と波長の対応状況は分かっているので、後は異なる位置の画像を動画の1コマに再構成すれば、シングルショットでの超高速撮影が実現されるという具合だ。

 1フレームの撮影時間は229フェムト秒(1フェムト秒は1000兆分の1秒)。既存のカメラの数十万~数百万倍高速で、229フェムト秒では、秒速30万キロメートルの光が0.07ミリ程度しか進むことができない。

 このように超高速ダイナミクスを一度に連続的に撮影したのは、これが世界初となる。

 この撮像法により、生体組織・細胞での衝撃波伝播(でんぱ)過程の解析、確率的に生じる量子効果の直接的可視化による調査などに貢献することが期待されるという。(インプレスウオッチ)

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