用于微秒级高速现象测量的干涉仪
先进的干涉仪 “DELTAPH” 搭载本公司独有的高速偏振相机 “CRYSTA”。该系统无需机械扫描，即可从单次拍摄的条纹图像中测量相位偏移图像。凭借高速、实时的测量能力，可用于评价快速变化的动态现象。
传统干涉仪通过机械方式扫描参考镜，因此帧率受到限制，无法对瞬时现象进行单次测量。而 DELTAPH 干涉仪采用本公司专有的偏振测量技术，无需机械驱动即可实现单次测量。
声场成像是需要高速、单次测量的应用之一。由于声音在空气中的传播速度约为 340 米/秒，因此单次测量至关重要。DELTAPH 干涉仪的快门速度为 1 微秒以下，每秒可获取超过 16,000 幅相位图像，因此能够无模糊地可视化声音在空气中的传播过程。此外，由于图像包含定量相位信息，还可以分析声音传播所引起的空气密度变化。
在其他应用中，当将样品放置在参考镜位置时，还可以测量由振动或冲击引起的表面形状的微小变化。
应用示例：流动可视化
1．烙铁周围的热对流
烙铁周围受热的空气上升，从而产生复杂的热对流。
DELTAPH干涉仪可将温度变化引起的空气折射率变化作为相位信息进行检测，无需接触，也无需使用示踪粒子，即可将肉眼无法观察到的热对流进行可视化。
2．高速弹丸发射时的压力波与气流
使用气枪发射BB弹时，以10,000 fps的速度拍摄了枪口周围的空气运动。
发射后立即观察到被认为是压力波的扰动从枪口向前传播，并先于BB弹到达。随后可观察到BB弹以及压缩空气喷流。
DELTAPH干涉仪可将压力变化引起的空气密度和折射率的微小变化作为相位信息进行检测，从而实现对肉眼无法观察到的高速空气运动的可视化。
本次测量通过10,000 fps的高速拍摄，对压力波、压缩空气喷流以及BB弹发射过程进行了时间分辨观测。
3．CO₂气体泄漏
通过带有小开口的管道输送CO₂气体，对气体泄漏以及随后向周围空气中扩散的过程进行了可视化。
由于CO₂与周围空气的折射率不同，因此可以将气体泄漏所引起的折射率变化作为相位信息进行检测，从而观察原本不可见的气体流动。
DELTAPH无需添加烟雾、颗粒或其他示踪物，即可在实验室条件下对气体泄漏及扩散过程进行可视化。
该技术可应用于气体流动的基础研究，以及不同条件下气体扩散行为的比较。
应用示例：声场可视化
1．超声波换能器产生的球面波
本示例对40 kHz超声波换能器辐射出的球面波进行了可视化。
通过将空气中声波引起的密度变化作为相位信息进行检测，可以观察通常肉眼无法看到的声波传播过程。
视频中途插入一块金属板，可以观察到声波的反射、入射波与反射波之间的干涉，以及声波绕过金属板边缘传播时产生的衍射。
DELTAPH无需接触，也不会扰动声场本身，即可对复杂的声场行为进行可视化。
2．响板产生的瞬态声传播
拍摄速度：100,000 fps
在撞击瞬间，可以在分布中观察到强烈的高频尖峰（撞击区域附近非常窄的蓝色条纹）。
数毫秒后，频率逐渐降低（条纹在从撞击区域向外传播的过程中逐渐变宽），声波也随之衰减。
本示例对敲击响板时产生的瞬态声波传播过程进行了可视化。
DELTAPH无需与周期性声波进行同步，也无需进行重复测量。由于可以高速获取每一瞬间的相位分布，因此也能够观察单次冲击声等非周期性现象。
本次测量以100,000 fps的速度进行高速拍摄，捕捉了冲击发生后立即产生的强声波传播过程，以及随后数毫秒内声场的变化与衰减过程。
因此，DELTAPH不仅能够对稳态声场进行可视化，还能够观察冲击声及其他瞬时声学事件等快速变化的瞬态声学现象。
3．超声悬浮
本示例对超声悬浮系统产生的声场进行了可视化。5个聚苯乙烯球被捕获在超声场形成的驻波中。
DELTAPH干涉仪可将空气中传播的超声波所引起的密度变化作为相位信息进行检测，从而实现对悬浮物体周围波前的高速观察。
此外，通过计算所记录相位图像中每个像素随时间变化的相位波动RMS值，可以将声场的相对振幅分布进行可视化。
所得分布显示，聚苯乙烯球被捕获在与超声驻波波节相对应的位置，从而以二维方式呈现悬浮声场的结构。
通过结合瞬时波前可视化与RMS分布，可以直观评估超声悬浮中声场形成与捕获位置之间的关系。
成像协作：工学院大学 长谷川副教授
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声场相对振幅分布（相位波动RMS） |
超声悬浮系统与5个被捕获的聚苯乙烯球 |
吹响犬哨时，从犬哨辐射出的声波与供气产生的气流会同时出现。
DELTAPH通过高速测量由空气密度变化引起的折射率变化，在同一组相位图像序列中记录这些现象。
所获得的数据中同时包含快速振荡的声场成分，以及与气流相关的较缓慢变化的密度成分。利用两者不同的时间特性，可以将这些成分分离并分别进行可视化。
左侧视频显示提取出的声场成分以及从犬哨辐射出的声波传播过程。
右侧视频显示去除声场成分后，由吹响犬哨所产生气流引起的密度变化。
通过这种方式，可以从一次测量获得的数据中，将发生在不同时间尺度上的多个现象分离并进行分析。
与传统干涉仪的主要区别
使用干涉仪测量物体形状时，通常是通过表面“相位”来间接测量。传统方法需要使用参考面，并在测量过程中对其位置进行调整和扫描，因此整个测量过程不适合运动物体，尤其不适合高速运动的对象。
传统干涉仪需要扫描反射镜
DELTAPH 采用本公司偏振相机，可实现单次拍摄的相位图像测量。