紫外イメージング
紫外域の微弱化学発光を高速度で捉える、燃焼計測・放電観測の新たな可視化手法をご紹介します。
燃焼反応や放電現象に伴って生じる NO*・OH*・CH*・NH₂* などの活性種は、可視域外の紫外波長域に特徴的な化学発光を放出します。可視光の火炎観察だけでは捉えられない反応帯構造や化学反応の進行を、紫外域の高速度イメージングで直接可視化できます。紫外化学発光は極めて微弱で、深紫外域では大気吸収や光学損失も加わるため、高感度センサと紫外対応光学系の組み合わせが不可欠です。
適用事例：メタン・アンモニア燃焼の多波長ラジカル計測
低炭素燃料の燃焼研究では、温度・圧力の従来計測に加えて、火炎構造・反応帯・ラジカル発光の時間分解情報が求められています。ISOC 2026（第41回国際燃焼シンポジウム）で発表された実験では、Revealer NEO 25M(UV) を用いた多バンドイメージングシステムにより、メタン・アンモニア・酸素火炎の 228nm・310nm・430nm・632nm の4波長帯で、NO*・OH*・CH*・NH₂* の各シグナルをそれぞれ観察しました。
画像増倍管で微弱なNO*発光を増幅し100fpsで記録。光子不足が支配的な測定であることを示しました。
増倍により1,000fpsの連続火炎構造を取得。せん断層不安定性に伴う火炎面のゆらぎを捉えました。
増倍管なしで1,000fpsの安定撮影を実現。火炎面の曲率や局所エントレインメントを解像しました。
可視域に近く高コントラストで記録。含窒素中間体の輸送とその後の反応解析に有用です。
本実験では、228nm の NO* 観察には画像増倍管が必要でしたが、310nm の OH* は増倍により100fps級から1,000fpsへ時間分解能を向上でき、430nm・632nm の CH*・NH₂* は増倍管なしで1,000fpsの撮影が可能でした。この結果は、紫外燃焼イメージングにおけるカメラ選定がフレームレート単独では決まらず、センサ感度・UVレンズ・狭帯域フィルタ・露光設定・画像増倍管の組み合わせで決まることを示しています。
NEO 25M(UV) の紫外計測技術
NEO 25M(UV) は、裏面照射型CMOSセンサ（20μmピクセル）を搭載し、1,280×1,024のフル解像度で最大25,000fpsの撮影が可能です。分光応答は約200–1,100nm に及び、深紫外域の250nm付近で約60%の量子効率を維持します。微弱な NO*・OH* 発光の高速度検出に対応し、紫外透過レンズ・狭帯域フィルタ・画像増倍管と組み合わせることで、対象発光の強度に応じた測定系を構成できます。
