光をスローモーションで捕らえる 1兆フレーム/秒ビジュアリゼーション

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高速度カメラ
光をスローモーションで捕らえる
1 兆フレーム / 秒ビジュアリゼーション
米マサチューセッツ工科大学メデ
の物質を分析するなどの材料分析に
ィアラボの研究チームは、光速の光
有用であろう」と付け加えた。
子でさえスローモーションで捕らえる、
1 兆フレーム/ 秒（ fps ）ビジュアリゼ
1 兆フレーム / 秒の動画
ーションに利用できる各種ストリーク
この超高速の 1 兆 fps セットアッ
カメラを開発した（1）。
プを使い、研究チームによって、水
光の検出と測距（ライダ）
、あるい
で満たされたソーダボトルを通過す
は他の超高速分子撮像などの用途
る光パルスの多重反射光伝搬と表面
に活用されている最高速度の飛行時
下散乱を撮影した動画が作られた
間型ゲート制御インテンシファイアド
（ http://youtu.be/EtsXgODHMWk
CCD または ICCD 撮像技術は、明ら
を参照）。
かにされるのは一般に被写界深度ま
もう 1 つのビデオにおいては、光
たは深度イメージングデータである。
それに代わって、MIT メディアラボ
の技術はストリークカメラの 2 次元
図 1　球面状の光パルス前面がトマトとロールテープを
照明する。各着色バンドは撮影中に進行する光パルスを
表す。各バンドの間隔は約 20ps である。
パルスが出現した際のトマトとロー
ルテープを撮 像 している（ http://
youtu.be/P-HqKjBgLPMと図1を 参
照）
。このパルスはシーン右側の拡散
の狭開口を使用して、スリットの方向
と一致する 1 次元空間情報をキャプチ
ストリークカメラはそのシーン内の
散乱面によって反射され、球状のパル
ャし、偏光の度合いに対応する 2 次元
瞬間的に発生する 1 本線（ 1 次元動画）
ス前面として出現するバーチャル光源
データから時間情報を得る。
しか提供しないので、ミラーシステム
を形成する。このパルスが左から右に
によってカメラの視界を光景に沿って
シーンを横切って移動するとき、多少
走査させて、2 時間周期で最高 1000 画
の迷光が最初にトマトにあたる。拡散
超高速の光源、検出器、光学系など
像までの一連の画像を捕らえ、レーザ
体に当たった後、光はシーン全体にあ
を使って実現された改良ストリークカ
とカメラが同期しているため 2 次元動
ふれる。
メラは、約 0.5×10 fpsの速度（ 2ピコ秒
画が作成される。
シーンの間接的に照明された部分（ト
の時間解像度）で 672×1000 ピクセル
MIT メディアラボのラメシュ・ラス
マトの上部とロールテープの内部）に
の解像度で完全な 2 次元動画を再構成
カー准教授は、
「 1ns 長さのビデオ用
は、1 次の直接光波が到達することは
するのに必要とされる画像を取得する。
の全データを収集するのに約 1 時間か
ないが、散乱波による間接光がそれら
795nm、600mW の超高速 Ti：サフ
かるため、私たちはこれを『世界で最も
に達した後にだけライトアップされる。
ァイアレーザは 50 フェムト秒パルスを
遅い最高速度カメラ』と呼んでいる」
影は照明後に現れ、シーン背面の壁に
75MHz の繰り返し速度でそのシーン
と言う。
「しかし、このカメラは異方性
あたった直接光はトマトに向けて後方
に供給する。そのビームの一部をガラ
媒質やフォトニック結晶中の光伝搬な
反射され、表面下散乱によってトマト
ススライドで分離し、光検出器を浜松
どの超高速現象を捕らえることができ、
の表皮下に閉じ込められ、そこで弱ま
ホトニクス製の C5680 ストリークカメ
例えば、埋め込まれた欠陥を検出し、
りながらグローを放つ。
ラと同期させた。このカメラは 1ns の
あるいはシーンに侵入せずにシーン内
超高速実現の要因
12
持続時間と 1 次元の視野で 512 サンプ
リングの時間分解能と 672 ピクセルの
空間分解能を持つ。
18
2012.4 Laser Focus World Japan
（ Gail Overton ）
参考文献
（ 1 ）L
. Hardesty, “ Trillion-frame-per-second video, ” MIT News Office, http://web.mit.edu/
newsoffice/2011/trillion-fps-camera-1213.html（ Dec. 13, 2011 ）.
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