この世で最速の光を撮影
超高速現象の研究に応用

　右ページ上に掲載の、暗闇の中を斜めに切り裂く光線の静止映像。これは2017年、近畿大学理工学部の竹原幸生教授らが開発した「超高速高感度カメラ」が「飛ぶ光」を捉えた写真だ。光の速度はこの世で最も速い秒速30万km。1秒で地球を7周半もする速さの光を静止画で捉えた竹原教授らの成果は、新聞の科学面など多くのメディアで報じられた。

「実験では、レーザーのパルス光を照射し、10メートル弱の部屋の両端の壁にとりつけた鏡で反射させました。数メートルの『光の帯』が飛ぶ瞬間をイメージセンサーを用いたカメラで撮影できたのは、我々が世界で初めてです」

　竹原教授らが開発したカメラの分解能は「1億分の1秒」。1秒を1億に分割した瞬間を10コマ連続で撮影できる。

「自然界にはこれまで観察することができなかった、超高速で起きている現象が沢山あります。例えば、核物理学における粒子と粒子をぶつけたときの反応や、細胞内のシグナル反応なども、このカメラを用いれば撮影できる可能性があります」

異分野の研究から
高速カメラの開発へ

　竹原教授の専門は土木工学。もともとは大気と海洋の間で起こっている二酸化炭素などの物質の交換現象を研究していた。

「約30年前、その研究のために海洋表面を当時のアナログビデオカメラで撮影したのですが、毎秒20数コマでは遅すぎて何が起きているかまったくわかりませんでした。そこで同じく近畿大学理工学部で河川計画、水資源等を研究していた江藤剛治教授をリーダーに、超高速デジタルビデオカメラの開発を進めることになったのです」

　まったく土木工学とは畑違いの研究分野だったが、江藤教授らは電気工学や半導体工学等の撮像素子の開発に必要な知識と技術を学びながら、世界のどこにもなかったカメラの開発を進めていった。その研究は短期間で目覚ましい成果を挙げた。1991年には当時の世界最高速、4500分の1秒のカメラの開発に成功。このカメラでは時速200キロで走る新幹線の中にいる人の表情や、飛んでいるトンボの羽の模様をくっきり撮影することができ、NHKのテレビ番組で特集も組まれた。

「当初は『これぐらい速ければ十分だろう』と考えたのですが、高速現象を扱うさまざまな研究者にアンケートを行ったところ、『さらに速いカメラをぜひ開発してほしい』という要望が多数寄せられたのです」

　さらなる高速化を決意した江藤教授らは、2001年に島津製作所との共同研究で100万分の1秒のカメラを開発。このカメラは、世界中の自動車メーカーに納入され、衝突実験による安全性の向上、エンジン開発にともなう燃費向上、排ガスの浄化などに活用された。