ハイスピードカメラ Phantom UV拡張モデル

ハイスピードカメラPhantom UV拡張モデルは従来のセンサー波長感度に加え、紫外域に波長感度をもった拡張モデルです。
紫外～可視光の波長帯に対応し、従来のハイスピードカメラと同様の可視光での使用から、UVレンズと波長フィルタを用いた紫外の可視化まで幅広い活用が可能です。
UV拡張モデルはPhantom TMX 7510 / 6410 / 5010 ・ Phantom T3610 / 2410 / 2110に対応しています。

製造元：Vision Research Inc.（米国）

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UV拡張モデルの紹介ビデオ

UV拡張モデルの特徴

紫外～可視光の波長帯に感度をもつ拡張モデル
UVレンズ、波長フィルタを用いた紫外可視化が可能
従来のハイスピードカメラと同様の使用が可能

従来の撮影手法（イメージインテンシファイア）との比較

これまでの一般的なハイスピードカメラは、主に人の目で見える可視光の範囲しか撮影できず、紫外線（UV）領域の撮影はできませんでした。また、これまでUV波長の撮影には「イメージインテンシファイア（I.I.）」という装置が必要でしたが、この装置は取り扱いが難しく、システム全体も大型になりやすいという問題がありました。また、I.I.を使うと映像にノイズが発生しやすいという課題もありました。

Phantom UVシリーズのハイスピードカメラは、UV波長まで撮影可能な特殊なセンサーを搭載しており、OHラジカルなど、これまで撮影が困難だった現象の可視化が可能になりました。
また、I.I.が不要になったため、カメラシステム全体をコンパクトにでき、実験効率も向上します。

UVハイスピードカメラと/I.I. の比較動画

小型モビリティ用水素エンジンの研究
火花点火燃焼のOH発光可視化

解像度：512 × 512ピクセル
撮影速度：10,000fps
露光時間：99.9us

【計測のポイント】

左がUVハイスピードカメラ、右が従来システム（ハイスピードカメラ+I.I.）です。
一見すると右のほうが明るく撮影できているように見えますが、ノイズで輪郭がぼやけており、白飛びも発生しているためしっかりとした形がわかりません。
左は、白飛びすることなく撮影できており、有用なデータとなりました。

UV拡張モデルの使用例

燃焼
OH発光
レーザー誘起蛍光(LIF)分光法
生物医学
UV-VIS分光法

燃焼 - OH発光の観察

燃焼時のOH発光強度の観察は従来、I.I.（イメージインテンシファイア）が必須でした。

UVハイスピードカメラを使用することで、310nmのバンドパスフィルタを装着してOH発光の観察が可能となり、I.I.での撮影より低ノイズで鮮明な画像が撮影できるようになりました。

燃焼分野における撮影事例

水素燃焼エンジン向け OHラジカルの可視化

解像度：1,280 × 800ピクセル
撮影速度：10,000fps
露光時間：99.9us

【計測のポイント】

エンジン内の水素燃焼の様子をPhantom T3610 UVで撮影しました。I.I.だとノイズが多く、燃焼の輪郭が捉えられません。I.I.なしで310nmバンドパスフィルタを入れると、鮮明に撮影できました。

画像提供:千葉大学環境・熱流体エネルギー分野森吉・窪山研究室

カーボンニュートラルに向けて水素とアンモニアの混合気の燃焼

解像度：1,280×800ピクセル
撮影速度：500fps
露光時間：1.99ms

【計測のポイント】

バンドパスフィルターを装着することで、310nmだけを撮影できます。外すと、センサーがもつ波長感度のすべての波長における光が撮影でき、通常のモノクロハイスピードカメラとしても使用できます。

画像提供：九州大学オカフォー先生

バーナー燃焼
(310nmフィルタ装備)

解像度：1,280×800ピクセル
撮影速度：2,000fps
露光時間：490µs

燃焼分野におけるフィルタ有無の比較撮影

OHラジカルの発光は燃焼過程の反応性や温度を直接的に反映します。OH発光強度を計測することで、燃焼効率、燃料の完全燃焼のモニタリングが可能となるだけでなく、燃焼条件の最適化にもつながります。UVハイスピードカメラに310nmのバンドパスフィルタを装着することでOHラジカル発光の計測が可能となります。

放電・プラズマ - UV領域で感度増大

放電・プラズマ分野においてもOH発光強度の観察が可能です。I.I.だと取り回しや焼き付きの懸念がある一方、UVハイスピードカメラなら強力な発光を捉えたり、微弱な発光を捉えたり柔軟に対応できます。通常のモノクロカメラの波長感度に加え、UV波長帯域での感度を有するため、以下の事例のように放電現象を高感度かつ鮮明に撮影できます。

送電線などのコロナ放電研究に向けた可視化

解像度：512×256ピクセル
撮影速度：230,000fps
露光時間：4.1µs

（左図）Phantom UV非対応モデル
（中央図）Phantom UV フィルタなし
（右図）Phantom UV + 310nmバンドパスフィルタ

コロナ放電現象とは、高い電圧がかかる場所で空気中の分子（主に窒素や酸素）が電気の力で引き裂かれて光を放つ現象です。
放電によって放たれる紫外線だけを取り出して可視化しています。

水処理，殺菌のための水中放電の可視化

画素数：256ｘ128ピクセル
撮影速度：400,000fps
露光時間：2.2us
ビニングモード(※4ピクセルを1ピクセルとして扱うことで撮影速度、ダイナミックレンジを向上させるモード)

310nmの波長にて、I.I.不要で撮影に成功しました。
400,000fps（256ｘ128ピクセル時）と非常に高い撮影速度ながら、ノイズが少ないことで現象を鮮明に撮影できています。
UVシリーズのハイエンドタイプであるTMX 7510-UVであれば、456,000fps（640x256ピクセル）と、5倍の画素数で撮影が可能です。

画像提供：兵庫県立大学　岡先生