一般に、分子相互作用や水滴などの非常に速い動きの鮮明な画像をキャプチャしたい場合は、非常に高価なリグが必要です。研究者らは、コストを大幅に削減できるプロジェクター技術を使用して構築されたシステムを開発しました。
カナダの国立科学研究研究所 (INRS)、コンコルディア大学、メタプラットフォームのメンバーで構成される研究チームは、0.37 マイクロ秒の時間解像度と 7 フレームのシーケンス深度を備え、毎秒 480 万フレームで 1 回の露光でイベントをキャプチャできる新しいカメラを開発しました。」
パフォーマンスの点では、これはカリフォルニア工科大学が数年前に達成したものと同等ではありませんが、DRUM テクノロジーは既製のコンポーネントを使用して構築されており、コストは商用システムの数分の一です。
「私たちのカメラは、高速イメージングに対してまったく新しいアプローチを採用しています」と INRS の Jinyang Liang 氏は述べています。 「その撮像速度と空間解像度は市販の高速度カメラと同等ですが、既製のコンポーネントを使用すると、価格は 10 万ドル近くから始まる今日の超高速度カメラの 10 分の 1 以下になる可能性があります。」
開発の中心は、時変光回折と呼ばれる新しい時間ゲート手法です。通常のカメラでは、シャッター形のゲートがセンサーに当たる光の量を制御します。タイム ゲーティングでは、ドアを数回素早く開閉して、短い高速ビデオを撮影します。
研究チームは、光の回折を利用した時間的ゲートの方法を提案した。この方法では、「回折格子上の周期的ファセットの傾斜角を急速に変化させ」、異なる方向に移動する入射光のコピーを複数生成する。これにより、さまざまな時点でフレームを効果的にゲートし、非常に短い超高速タイムラプス ムービーを生成します。
「幸いなことに、このタイプの走査回折ドアは、プロジェクターで一般的な光学素子であるデジタル マイクロミラー デバイス (DMD) を使用することで、従来とは異なる方法で実現できます」と Liang 氏は述べています。 「DMD は大量生産されており、派生ドアを製造するために機械的な動作を必要としないため、システムのコスト効率が高く、安定したものになります。」
Derivative リアルタイム超高速マッピング (DRUM) カメラは、フィルムごとに 7 フレームをキャプチャできます。プロジェクトの学際的なチームは、レーザーと蒸留水の相互作用を記録することで装置をテストし、「パルスレーザーに反応したプラズマチャネルの進化と気泡の発生を示した」。
DRUM カメラは、炭酸飲料の泡の動きや、タマネギの細胞サンプルと超短レーザー パルスの間の相互作用も捉えました。この技術をさらに改良するための作業が進行中ですが、研究者らは生物医学や自律輸送ライダーシステムへの応用の可能性を見込んでいます。
このプロジェクトに関する論文が雑誌「Optica」に掲載されました。