偏光高速度デジタル干渉計:音の可視化ソリューション

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フォトロンでは、偏光ハイスピードカメラ(高速度カメラ)を組み込んだ「音の可視化装置」を独自開発しています。

目次

概要

フォトロンでは、偏光高速度カメラを組み込んだ「音の可視化装置」を独自開発しています。
近年注目されている「自動運転」分野においては、人の耳には聞こえない領域の音を用いて障害物を検知することで停止や警告補助機能などを付与できるため、超音波ソナーの利用が重要です。
一方で、音響効果は非常に複雑で、シミュレーションが難しいため、実用化するためには超音波ソナーから発せられている実際の音場の可視化を行い、車両部品や障害物との干渉状態を評価する必要があります。
しかしながら、従来の音場測定法では、一般に空間分解能がセンチメートルオーダであるため音場の微細構造の解析が難しく、また、音場自体に音センサを差し入れる必要があることから「測定対象の音」「計測センサ自体」が干渉するという課題があり、下記要件を満たす装置が求められていました。

・空間分解能がミリ~サブミリの二次元かつ動的な音場計測ができること。
・音場空間の外から計測できること。

今回開発した、「偏光高速度デジタル干渉計」は、独自の偏光高速度イメージセンサおよび干渉計を組み合わせることで、上記課題を解決しています。
光学系を調整することで、撮影範囲としては10mm視野から500mm野程度まで調整可能であり、空間分解能はサブミリからミリオーダを実現しています。また、撮影距離も7m以上とることができるため、測定対象と計測装置が干渉することがありません。
この装置が、超音波や音場計測による「自動運転および超音波ソナー領域への解析装置」となり、様々な課題解決に貢献することを期待しています。
さらに、音の利用分野は「楽器の音響効果」「医療用超音波装置」「動物のコミュニケーション」など多岐にわたっているので、今後多種多様な分野での展開も期待しています。

偏光高速度デジタル干渉計の光学システム概略図
偏光高速度イメージセンサの構造図
偏光高速度デジタル干渉計の外観写真

ポイント

  • 主用途
    空間または水中を伝播する超音波や可聴音の動的可視化。
  • 音場の微細構造解析
    サブミリオーダの空間分解能(計測1点あたりの測定範囲)で音場分布を可視化することができるため小型ソナー等から発せられた音の伝播や音響効果を空間的に細かく可視化、および解析することが可能。
  • 超高速シャッタ
    最速100万分の1秒未満の露光時間で撮影でき、秒速数百mで伝播する音をブレなく捉えることが可能。
  • 音場非干渉
    測定距離を7m以上とることができ、測定装置が音場を乱さない(干渉しないため)測定対象物の純粋な音特性を想定することが可能。

論文リンク

事例動画

超音波ソナー(40kHz)の可視化

超音波ソナー(40kHz)の可視化:45度反射

超音波ソナー(40kHz)の可視化:90度反射

セミの鳴き声を可視化

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