みなさん。
こんにちは。マエコウです。
毎週月曜日のお楽しみサイエンスZEROのお時間がきました。
今回のテーマは
1億分の1秒の世界から1兆分の1の世界へ！！ハイスピードカメラの最前線です。
まずはハイスピードカメラとは何か？を考えていきましょう。
ハイスピードカメラとは？
ハイスピードカメラとは
1秒間に100枚取れるカメラを指します。
普通のカメラは
1秒間に30枚取れるようです。
（これでも充分すごい・・）
放送中の実験では線香花火とワングラスを使ってハイスピードカメラの世界を体感していました。
線香花火をハイスピードカメラを通して見ると
打ち上げ花火を見ているような絵になります。
ワイングラスは割った瞬間を捉えるというものでした。
ヒビがどのようにワイングラスに入るのかを調べようとしました。
しかし
1秒間に2000枚レベルのハイスピードカメラでは捉えることはできません。
1秒間に30000枚撮れるハイスピードカメラでやっと捉えることがデキます。
こんなハイスピードカメラは
どういった分野に貢献しているのか考えてみましょう。
ハイスピードカメラが貢献する分野
番組では宇宙開発の例が上げられていました。
特に人工衛星の開発に貢献しています。
宇宙にはデブリと呼ばれるゴミが多く浮遊しています。
実はこのデブリは秒速10キロのスピードで動いています。
これが人工衛星に衝突するとどうなるか想像できますよね？
秒速10キロのデブリが人工衛星モデルに当たると
どの程度の衝撃が起きてるかをハイスピードカメラで分析できます。
ハイスピードカメラは人工衛星開発に役立っています。
他にも
パソコンの衝撃テストにも使われます。
最近ではスマートフォンに搭載されているカメラも高性能になってきました。
僕たちの生活にも高性能カメラが身近になってきましたね。
ここでハイスピードカメラの歴史について振り返りましょう！！
ハイスピードカメラの歴史
世界初のハイスピードカメラはアメリカで生まれました。
場所は競馬場。
馬が走っている時に馬の4本足すべてが浮く瞬間があるのか？ないのか？を確認するために
ハイスピードカメラが導入されました。
今みたいに1台ではなく何台も横に並べて撮影しました。
この馬の4本足が浮くか浮かないかは賭けの対象にもなりました。
では、なぜ1台で事足りるようになったのか？
それは
シャッターの仕組みが変わったからです。
シャッターの仕組み
今のカメラは電子式シャッターと呼ばれ
被写体の光が内蔵されたセンサーに当たることで画像を電子に変えていました。
つまり、センサーのオン・オフを連続することで1秒間に何枚もとることができるようになりました。
一方でそれ以前は
機械式シャッターと呼ばれシャッターの開閉が必要だったため速度に限界がありました。
しかし
電子式シャッターにも弱点がありました。
電子式シャッターの弱点
電子をメモリーに送るのに時間がかかってしまいます。
電子式シャッターではその転送が終わるまでシャッターをきることができません。
では、どのようなにして1秒間に100万枚も撮れるカメラが生まれたのか？
つまり、転送時間をどう回避したのかということです。
転送時間の回避とは？
実はデータの転送路に電子を一時溜めておく技術がうまれました。
これにより転送路が満タンになるまでシャッターを切り続けることできます。
この技術で最大1秒間に1600万枚の撮影に成功しました。
撮影速度上昇の盲点
なんと撮影速度が上昇するとその分感度が落ちてしまいます。
簡単にいうと撮影速度を上げるにはその分強い光が必要となってくるといことです。
そして次の課題は
その撮影速度と感度をどのようにして両立するかが問題になります。
撮影速度と感度の両立
この両立に一役買ったのがレーザー光です。
詳しい仕組みに関してはこちらのサイトを参照してください。
どうやら、光にシャッターとフィルムの役割を担わせたそうです。
代表的なカメラとしてSTEAMカメラというのが紹介されてました。
このカメラは医療分野での導入が検討されてきました。
なぜなら、このカメラは1億分の1の世界を見ることができるので
がん患者の血液に流れるがん細胞を捉えることも可能にしてくれます。
そして究極の速さへ
1兆分の1の世界に足を踏み入れたSTAMPというカメラが開発されています。
レーザー光を6分割してその6個がそれぞれ被写体を捉えて
6つをすべて電子に変えていく仕組みのようです。
ここまでくると
核融合や化学反応のようなものが見えてきます。
けれども
弱点が1つだけあります。
撮影枚数が限界があり、現状6枚が限界となっています。
近いうちに25枚
将来は100枚を目指しているようです。
カメラの世界ってこんなに深いんですね。
終わり
