(57)【要約】【課題】パルスレーザー光源より短い間隔で撮影対象物にパルスレーザー光を照射できるパルスレーザー光源装置を提供する。【解決手段】高速撮影用のパルスレーザー光源装置は、撮影対象物３に照射されるパルスレーザー光を出射する光源１と、光源１から出射されたパルスレーザー光を複数の分岐パルスレーザー光に分岐する光分岐手段２と、複数の分岐パルスレーザー光の少なくとも一部の光路長を延長することにより複数の分岐パルスレーザー光の光路長を互いに異ならせる遅延光路手段Ａ、Ｂとを備え、遅延光路手段Ａ、Ｂは、分岐パルスレーザ光が対象物３を照射する照射期間が重複しないように、且つ、分岐パルスレーザー光の照射間隔が光源１のパルス繰り返し周期よりも短くなるように光路長を延長する。分岐パルスレーザー光が本来のパルス繰り返し周期より短い時間差で同一対象物３に繰り返し照射されるため、従来より高速で撮影する場合も鮮明な撮影画像を得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速撮影に用いられるパルスレーザー光源装置において、
a)撮影対象物に照射されるパルスレーザー光を出射するパルスレーザー光源と、
b)前記パルスレーザー光源から出射されたパルスレーザー光を複数の分岐パルスレーザー光に分岐する光分岐手段と、
c)前記複数の分岐パルスレーザー光の少なくとも一部の光路長を延長することにより前記複数の分岐パルスレーザー光の光路長を互いに異ならせる遅延光路手段と、
を備え、
前記遅延光路手段は、前記分岐パルスレーザー光が前記撮影対象物を照射する照射期間が重複しないように、且つ、前記分岐パルスレーザー光の照射間隔が前記パルスレーザー光源のパルス繰り返し周期よりも短くなるように、光路長を延長することを特徴とするパルスレーザー光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパルスレーザー光源装置において、
前記遅延光路手段は光ファイバーから成ることを特徴とするパルスレーザー光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速で変化する現象を高速で連続して撮影するために用いられるパルスレーザー光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば破壊、爆発、燃焼等の高速で変化する現象を高速度カメラで連続して撮影すると、対象物の動きを動画として撮影することができる（特許文献１）。このような高速撮影では露光不足が問題となるため、撮影対象物を照明するための光源が必要となる。一方、撮影対象物が高速で変化するため、光源の発光時間が長引くと、その撮影の間に被写体が大きく変化し、撮影画像がぼける等の問題が生じる。そのため、発光時間の非常に短い光源を用い、高速度カメラのフレーム間隔に発光タイミングを同期させて撮影することが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2005-354209号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
撮影速度が数千〜数十万コマ／秒の場合には、従来からストロボやパルスレーザーといった発光時間が短く、かつ高速で繰り返し発光可能な光源が利用されている。しかし、数百万コマ／秒以上のように、さらに高速で撮影を行いたい場合、発光タイミングをフレーム間隔に同期させるためには数ＭＨｚで繰り返し発光する発光源が必要となり、従来のストロボやパルスレーザーの繰り返し周波数ではこれに対応できない。通信用のＬＥＤにはこのような高速で発光可能なものもあるが、光量が少なく、これを高速撮影用の光源として用いることはできない。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、高速撮影装置において、従来のパルスレーザー光源よりも短い間隔で撮影対象物にパルスレーザー光を照射することのできるパルスレーザー光源装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために成された本発明の第一の態様に係るパルスレーザー光源装置は、高速撮影に用いられるパルスレーザー光源装置において、
撮影対象物に照射されるパルスレーザー光を出射するパルスレーザー光源と、
前記パルスレーザー光源から出射されたパルスレーザー光を複数の分岐パルスレーザー光に分岐する光分岐手段と、
前記複数の分岐パルスレーザー光の少なくとも一部の光路長を延長することにより前記複数の分岐パルスレーザー光の光路長を互いに異ならせる遅延光路手段と、
を備え、
前記遅延光路手段は、前記分岐パルスレーザー光が前記撮影対象物を照射する照射期間が重複しないように、且つ、前記分岐パルスレーザー光の照射間隔が前記パルスレーザー光源のパルス繰り返し周期よりも短くなるように、光路長を延長することを特徴とする。
【０００７】
上記課題を解決するために成された本発明の第二の態様に係るパルスレーザー光源装置は、前記第一の態様に係るパルスレーザー光源装置において、
前記遅延光路手段は光ファイバーから成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るパルスレーザー光源装置によると、光源から出射されたパルスレーザー光は複数に分岐され、少なくとも一部の分岐パルスレーザー光は、それぞれ別個の光ファイバーなどに導入される。光ファイバー入口端から導入される分岐パルスレーザー光は光ファイバーの長さに応じ、遅延して光ファイバー出口端から出力され、撮影対象物に照射される。撮影対象物に照射される分岐光の照射間隔は、パルスレーザー光源から出射されるパルスレーザー光のパルス繰り返し周期より短く、また、それぞれの分岐パルスレーザー光が撮影対象物を照射する照射期間が重複しないように、即ち同一対象物に照射される光が間欠的に発光するように、各分岐パルスレーザー光の照射期間と遅延時間が設定されている。
【０００９】
分岐パルスレーザー光が、パルスレーザー光源の本来のパルス繰り返し周期より短い時間差で同一対象物に繰り返し照射されるため、従来より高速で撮影を行う場合にも鮮明な撮影画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施例に係る高速撮影用光源装置、及び撮影装置の要部構成を示す構成図。
【図２】本実施例におけるレーザー光出射タイミング、分岐光の発光タイミング、及びカメラ露光タイミングを示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施例について図１及び図２を用いて説明する。
【実施例】
【００１２】
本実施例にかかるパルスレーザー光源装置は、パルスレーザー光源１、ハーフミラー２、光ファイバーＡ、Ｂ、集光レンズα、βから成る。ハーフミラー２はパルスレーザー光源１のレーザー光軸上に配置され、ハーフミラー２によって分岐されたレーザー光Ｌａ、Ｌｂが光ファイバーＡ、Ｂにそれぞれ入射するようにこれらは配置されている。撮影対象物３は、集光レンズα、βによる集光点に配置されている。光ファイバーＡ、Ｂの出口端は撮影対象物３の近傍で開口しており、光ファイバー出口から出射された分岐光が撮影対象物に到達するのに要する時間は無視できる程度である。制御部５はパルスレーザー光源１に内蔵されており、高速カメラ４と接続されている（図１）。
【００１３】
以下、本実施例に係るパルスレーザー光源装置を用い、高速カメラ４で撮影速度５００万コマ／秒で高速撮影するための手順を図２のタイムチャートを用いて説明する。
【００１４】
ユーザが撮影開始の指示を出すと、制御部５はパルスレーザー光源１から１回目のパルスレーザー光Ｌ１を出射させる。ここでは、パルスレーザー光源１から出射されるパルスレーザー光の発光時間は１００ｎｓ（ｔ１）に設定されている。
ハーフミラー２で分岐されて光ファイバーＡに導入されたレーザー光Ｌａ１は、光ファイバーＡの長さ分だけ光路が長くなり、その分遅延して光ファイバーＡの出口端から出射される。ここで、光ファイバーＡの長さを１０ｍ、光ファイバーのコアの屈折率を１．５とすると、光速が約３０万ｋｍ／ｓであることから約５０ｎｓ（ｔ２）の遅延が生じることになる。遅延して光ファイバーＡ出口端から出射された分岐光Ｌａ１は集光レンズαで集光されて撮影対象物３に照射される。
【００１５】
パルスレーザー光Ｌ１の出射と同時に制御部５は高速カメラ４に撮影開始タイミング信号を送信する。ただし、分岐パルスレーザー光Ｌａ１が対象物に照射されるタイミングと撮影開始タイミングとを同期させる必要があるため、制御部５からの信号を受けた高速カメラ４は、光ファイバーＡによるレーザー光の遅延を見込み、遅延時間ｔ２の分、撮影（露光）開始を遅らせる。このようにして高速カメラ４による１コマ目の撮影は、分岐光Ｌａ１の撮影対象物３への発光タイミングに合わせて行われる。
【００１６】
５００万コマ／秒で２コマ目を撮影するためには、高速カメラ４の２コマ目の露光を１コマ目から２００ｎｓ（ｔ３）後に開始し、且つ撮影対象物３への分岐パルスレーザー光Ｌｂ１の照射を露光に同期させてＬａ１との照射間隔を２００ｎｓ（ｔ３）としなければならない。即ち、撮影開始の指示を行ってから２５０ｎｓ（ｔ２＋ｔ３）後に分岐光Ｌｂ１が対象物３に照射されるようにＬｂ１の光路長を調整する必要がある。光ファイバーのコアの屈折率１．５と光速から計算すると、光ファイバーＢの長さを５０ｍに設定すればよいことが分かる。
【００１７】
このようにして設定された光ファイバーＢを通過した分岐パルスレーザー光Ｌｂ１は、集光レンズβで集光されて撮影対象物３に照射される。この分岐光Ｌｂ１の照射の下で２コマ目の撮影が行われる。
【００１８】
５００万コマ／秒で３コマ目を撮影するためには、３コマ目の露光を２コマ目から２００ｎｓ（ｔ３）後に開始し、且つ撮影対象物３への分岐パルスレーザー光の発光タイミングを露光に同期させなければならない。本実施例ではパルスレーザー光源１から出射されたレーザー光は２つに分岐されるため、３コマ目の撮影は、光源１から２回目に出射されたパルスレーザー光Ｌ２が分岐され、光ファイバーＡ内を通過したパルスレーザー光Ｌａ２の照射の下で行われる。従って、レーザー光源１からの２回目の出射を１回目の出射の４００ｎｓ（ｔ３＋ｔ３）後に行うことになる。４コマ目以降の撮影も同様にして行われる。
【００１９】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨の範囲で変更が許容される。例えば、上記実施例では分岐光を全て光ファイバーに導入しているが、分岐光Ｌｂのみを光ファイバーに導入し、分岐光Ｌａは撮像対象物３に直接照射される構成にしてもよい。また、制御部５はパルスレーザー光源１から独立して設置しても構わないし、高速カメラ４と無線で接続してもよい。光ファイバーＡ、Ｂの出口端から出射される分岐光Ｌａ、Ｌｂが直接撮影対象物３を照明できる場合には、集光レンズを設けなくても構わない。
【００２０】
本実施例ではパルスレーザー光源１からの出射光Ｌを２つに分岐したが、ハーフミラーの数を増やして３以上に分岐させることも可能である。その場合、さらに短い間隔で撮影対象物３に分岐パルスレーザー光を照射することも可能である。また、本実施例では分岐光Ｌａ、Ｌｂの撮影対象物３への照射間隔が等しくなるように光ファイバーＡ、Ｂの長さを調整したが、照射間隔は等間隔でなくてもよい。例えば、本実施例において光ファイバーＢの長さのみを４４ｍに変更すると、光ファイバーＢを通過した分岐光Ｌｂは光源１からの出射より２２０ｎｓ（光ファイバーＡを通過した分岐光Ｌａより１７０ｎｓ）遅れて撮影対象物３に照射される。カメラの２回目の露光時間を同期させると、１コマ目と２コマ目の撮影間隔は１７０ｎｓとなり、上記実施例より短い間隔での撮影、即ち、より高速での撮影が可能になる。
【００２１】
本発明の変形例として、光出力遅延手段として光ファイバーの代わりに１対の光路長調整用ミラーを配置し、これらのミラー間でレーザー光を往復させる構成にしてもよい。この場合、これら１対のミラーの配置位置と角度によってミラー間の距離と反射の繰り返し回数を調整し、光路長を所望の遅延時間に対応する長さに設定することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１…パルスレーザー光源
２…ハーフミラー
３…撮影対象
４…高速度カメラ
Ｌ…出射光
Ｌａ、Ｌｂ…分岐光
Ａ、Ｂ…光ファイバー
α、β…集光レンズ
【図１】
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【図２】
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