(57)【要約】  本発明のレーザ誘起蛍光法を用いた流体計測装置は、レーザ光が照射されると蛍光又は燐光を発生させる発光分子が混入された流体にレーザ光を照射して、発生した蛍光又は燐光に基づいて流体の特性を計測するものであり、計測対象の流体が流れる計測場１に複数のドット状の連続的なレーザ光を照射する照射装置２と、レーザ光の照射により計測場において発生した蛍光又は燐光を撮影する撮影装置３と、撮影された蛍光又は燐光の光跡の長さに基づいて流体の流速を、上記光跡の方向に基づいて流体の流れ方向を、上記光跡の起点における蛍光又は燐光の強度に基づいて流体の温度又は発光分子の濃度をそれぞれ算出する算出装置４とを具備する。これにより、微小な計測場においても流体の特性を計測することができる安価且つ簡単な計測装置が提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光が照射されると蛍光又は燐光を発生させる発光分子が混入された流体にレーザ光を照射して、発生した蛍光又は燐光に基づいて流体の特性を計測する、レーザ誘起蛍光法を用いた流体計測装置において、
計測対象の流体が流れる計測場にレーザ光を照射する照射装置と、レーザ光の照射により上記計測場において発生した蛍光又は燐光を撮影する撮影装置と、該撮影手段によって撮影された蛍光又は燐光の光跡の長さに基づいて流体の流速を、上記光跡の方向に基づいて流体の流れ方向を、上記光跡の起点における蛍光又は燐光の強度に基づいて流体の温度又は発光分子の濃度をそれぞれ算出する算出装置とを具備し、
上記照射装置は上記計測場に複数のドット状の連続的なレーザ光を照射する、流体計測装置。
【請求項２】
上記照射装置は計測場にドットマトリクス状のレーザ光を照射する、請求項１に記載の流体計測装置。
【請求項３】
上記照射装置は、連続的なレーザ光を発生させるレーザと、該レーザ光を複数のレーザ光に変換する透過型回折格子とを具備する、請求項１又は２に記載の流体計測装置。
【請求項４】
上記照射装置は、上記レーザによって発生せしめられたレーザ光を反射すると共に上記計測場において発生した蛍光又は燐光を透過させるミラーを具備し、上記レーザによって発生せしめられたレーザ光は上記ミラーに反射されて上記計測場に照射されると共に、上記計測場において発生した蛍光又は燐光は上記ミラーを透過して上記撮影装置によって撮影される、請求項３に記載の流体計測装置。
【請求項５】
上記照射装置は、上記計測場に照射される複数のレーザ光間の間隔を拡大又は縮小するレンズを具備する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体計測装置。
【請求項６】
上記撮影装置はＣＣＤカメラを具備する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の流体計測装置。
【請求項７】
レーザ光が照射されると蛍光又は燐光を発生させる発光分子が混入された流体にレーザ光を照射して、発生した蛍光又は燐光に基づいて流体の特性を計測する、レーザ誘起蛍光法を用いた流体計測方法において、
計測対象の流体が流れる計測場にレーザ光を照射する照射工程と、レーザ光の照射により上記計測場において発生した蛍光又は燐光を撮影する撮影工程と、該撮影工程において撮影された蛍光又は燐光の光跡の長さに基づいて流体の流速を、上記光跡の方向に基づいて流体の流れ方向を、上記光跡の起点における蛍光又は燐光の強度に基づいて流体の温度又は発光分子の濃度をそれぞれ算出する算出工程とを具備し、
上記照射工程では上記計測場に複数のドット状の連続的なレーザ光が照射される、流体計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ誘起蛍光法を用いた流体計測装置及び流体計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な流速計測法として、粒子画像流速測定法（Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ：ＰＩＶ）が知られている。ＰＩＶでは、微細なトレーサー粒子を混入させた流体の流れにシート状の照明が当てられ、照明が当てられたトレーサー粒子からの散乱光が複数回撮影される。個々のトレーサー粒子は各撮影間隔において局所的な流速に従って移動すると考えられるため、上述したように撮影された画像のうち連続する２時刻の画像から、個々の粒子の移動距離と撮影時間間隔とに基づいて流体の流速や流れ方向が推定される。
しかし、マイクロオーダーの微細な流路や複雑な形状の流路等を流れる流体の特性を計測する場合、上記ＰＩＶを用いると、トレーサー粒子が流路に詰まる可能性があると共に、流体中にトレーサー粒子を均一に分散させるのが困難となる。また、ＰＩＶでは、一般に、撮影間隔の短い高速度カメラ或いはパルス間隔の短いダブルパルスレーザ等の高価な機材が必要であり、さらに撮影後の画像から流体の流速を算出するのに高度な画像処理が必要となる。
また、流速計測法としては、例えば特開平０８−２７８２５１号公報に記載されているような、レーザ誘起蛍光法（Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ：ＬＩＦ）が知られている。レーザ誘起蛍光法とは、レーザ等の照射光によって発光分子を励起させ、発生した蛍光や燐光の強度等から物理量を計測する手法である。特開平０８−２７８２５１号公報に記載された流体計測装置では、線状の反射コーティングを複数施したシリンドリカルレンズを通過したパルス状の二つの縞状シート光を測定場に異なる角度で照射しており、このシート光に励起された測定分子により生じる蛍光及び燐光によって測定場に網の目又は格子状の明暗が形成される。そして、レーザ光の照射と同時及びレーザ光の照射停止中に測定場に生じた蛍光及び燐光を撮影しており、撮影された網の目状の明暗のうち明部の蛍光強度から測定分子の濃度が、暗部の交差点の時間的移動の解析から測定分子の二次元的な流速及び移動方向が推定される。
この流体計測装置では、測定分子として例えばレーザ光が照射されると蛍光又は燐光を発生させる蛍光染料が用いられるため、トレーサー粒子を用いずに計測を行うことができる。また、この蛍光染料は測定対象の流体に分子レベルで溶解している。このため、マイクロオーダーの微細な流路等を流れる流体の特性を計測する場合であっても蛍光染料が流路に詰まることは無い。
ところが、特開平０８−２７８２５１号公報に記載された計測装置では、レーザ光の照射と同時に測定場において発生した蛍光又は燐光を撮影すると共にレーザ光の照射停止から所定時間後の蛍光又は燐光を撮影する必要があり、上記ＰＩＶと同様に、パルスレーザやパルスレーザのパルスと撮影タイミングとを同調させる同調装置等の高価な機材が必要とされる。また測定分子の流速や流れ方向を求めるために撮影した２枚の画像に対して高度な画像処理が必要とされる。このため、この計測装置も高価なものとなってしまうと共に複雑な処理が必要となってしまう。
【発明の開示】
【０００３】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みて、安価且つ簡単な流体計測装置及び流体計測方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するための手段として、請求の範囲の各請求項に記載された流体計測装置又は流体計測方法を提供する。
本発明の第１の態様では、レーザ光が照射されると蛍光又は燐光を発生させる発光分子が混入された流体にレーザ光を照射して、発生した蛍光又は燐光に基づいて流体の特性を計測する、レーザ誘起蛍光法を用いた流体計測装置において、計測対象の流体が流れる計測場にレーザ光を照射する照射手段と、レーザ光の照射により上記計測場において発生した蛍光又は燐光を撮影する撮影手段と、該撮影手段によって撮影された蛍光又は燐光の光跡の長さに基づいて流体の流速を、上記光跡の方向に基づいて流体の流れ方向を、上記光跡の起点における蛍光又は燐光の強度に基づいて流体の温度又は発光分子の濃度をそれぞれ算出する算出手段とを具備し、上記照射手段は上記計測場に複数のドット状の連続的なレーザ光を照射する。
本態様によれば、計測場に複数のドット状のレーザ光が照射され、これに伴って各照射点に形成される蛍光又は燐光の光跡が撮影される。斯かる蛍光又は燐光の光跡は各照射点における計測対象の流体の速度ベクトルを示しているため、これら光跡に基づいて各照射点毎に計測対象の流体の特性、特に流体の流速、流れ方向、流体の温度又は発光分子の濃度を容易に算出することができ、全ての照射点についての特性に基づいて計測場全体について二次元的な特性を求めることができる。
そして、本態様によれば、計測場に照射するレーザ光としてパルス状のレーザ光ではなく連続的なレーザ光を用いることができるため、レーザ光の発生源として高価なパルスレーザを用いる必要がなく、またパルスレーザのパルスと撮影タイミングとを同調させる同調装置も必要ない。さらに、従来では、撮影した２枚の画像から計測対象の流体の特性を算出するにあたって高度な画像処理が必要であったのに対して、本態様によれば、レーザ光の照射中の所定の時刻における蛍光又は燐光から、すなわち撮影した１枚の画像から計測対象の特性を算出することができるため、高度な画像処理が必要なくなる。
したがって、本態様によれば、安価且つ簡単な流体計測装置及び流体計測方法が提供される。
本発明の第２の態様では、上記照射手段は計測場にドットマトリクス状のレーザ光を照射する。
本態様によれば、計測場にドットマトリクス状のレーザ光が照射されるため、計測場に規則的に配列されていない複数のレーザ光が照射される場合に比べて、各照射点での特性に基づいて計測場全体について二次元的な特性を求めるのが容易になる。
本発明の第３の態様では、上記照射手段は、連続的なレーザ光を発生させるレーザと、該レーザ光を複数のレーザ光に変換する透過型回折格子とを具備する。
本態様によれば、計測場に照射する複数のレーザ光を一つのレーザ光から変換することができるため、流体計測装置を安価なものとすることができる。
本発明の第４の態様では、上記照射手段は、上記レーザによって発生せしめられたレーザ光を反射すると共に上記計測場において発生した蛍光又は燐光を透過させるミラーを具備し、上記レーザによって発生せしめられたレーザ光は上記ミラーに反射されて上記計測場に照射されると共に、上記計測場において発生した蛍光又は燐光は上記ミラーを透過して上記撮影手段によって撮影される。
本態様によれば、計測場に対するレーザ光の入射角度を垂直にすると共に計測場に対して垂直な方向から蛍光又は燐光の撮影ができる。このため、レーザ光を斜めに入射させたり蛍光又は燐光を斜めに撮影したりする場合に比べて計測精度を高いものとすることができる。
本発明の第５の態様では、上記照射手段は、上記計測場に照射される複数のレーザ光間の間隔を拡大又は縮小するレンズを具備する。
本態様によれば、レンズでレーザ光の照射点の間隔を容易に短くすることができるため、微小な計測場について計測を行うことができる。
本発明の第６の態様では、上記撮影手段はＣＣＤカメラを具備する。
本発明の第７の態様では、レーザ光が照射されると蛍光又は燐光を発生させる発光分子が混入された流体にレーザ光を照射して、発生した蛍光又は燐光に基づいて流体の特性を計測する、レーザ誘起蛍光法を用いた流体計測方法において、計測対象の流体が流れる計測場にレーザ光を照射する照射工程と、レーザ光の照射により上記計測場において発生した蛍光又は燐光を撮影する撮影工程と、該撮影工程において撮影された蛍光又は燐光の光跡の長さに基づいて流体の流速を、上記光跡の方向に基づいて流体の流れ方向を、上記光跡の起点における蛍光又は燐光の強度に基づいて流体の温度又は発光分子の濃度をそれぞれ算出する算出工程とを具備し、上記照射工程では上記計測場に複数のドット状の連続的なレーザ光が照射される。
以下、添付図面と本発明の好適な実施形態の記載から、本発明を一層十分に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、本発明の流体計測装置の実施形態を示す図である。
図２は、計測場に照射されるレーザ光の照射点を示す図である。
図３は、計測場に形成される蛍光又は燐光の光跡を示す図である。
【符号の説明】
【０００５】
１…計測場
２…照射装置
３…撮影装置
４…計測装置
２１…励起用レーザ
２２…透過型直交回折格子
２３…照射範囲調整用レンズ
２４…ダイクロイックミラー
３１…フィルタ
３２…集光レンズ
３３…ＣＣＤカメラ
４１…コンピュータ
４２…表示装置
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の流体計測装置の実施形態を示している。図１に示したように、本実施形態の流体計測装置は、計測場１を流れる流体の特性、特に流体の流速、流れ方向及び流体内の蛍光染料の濃度を計測するものであり、計測場１を流れる計測対象の流体には特定の波長のレーザ光が照射されると蛍光又は燐光を発生させる蛍光染料（発光分子）が分子レベルで均一に溶解、混入せしめられている。蛍光染料としてはレーザ光が照射されると蛍光又は燐光を発生させれば如何なる物質をも利用可能であり、流体の物性、流体の流速等に応じて適宜選択される。
本実施形態の流体計測装置は、計測対象の流体が流れる計測場１にレーザ光を照射する照射装置２と、このレーザ光の照射によって計測場１に発生した蛍光又は燐光を撮影する撮影装置３と、撮影装置によって撮影された蛍光又は燐光に基づいて流体の特性を算出する算出装置４とを具備する。
照射装置２は、励起用レーザ２１と、透過型直交回折格子２２と、照射範囲調整用レンズ２３と、ダイクロイックミラー２４とを有する。励起用レーザ２１は、計測対象の流体に溶解せしめられた蛍光染料の励起波長に対応した波長のレーザ光を出力するレーザであり、パルス状のレーザ光ではなく連続的なレーザ光を発生させる。透過型直交回折格子２２は、一本のレーザ光線を回折により複数本のレーザ光線に変換する直交格子となっている。また、照射範囲調整用レンズ２３は、複数のレーザ光間の間隔を拡大又は縮小して、複数のレーザ光の照射範囲が計測場１の大きさに対応するように調整するのに用いられる。さらに、ダイクロイックミラー２４は、特定波長域の光を反射させると共に他の波長域の光を透過させるミラーであり、本実施形態では励起用レーザ２１によって発生せしめられたレーザ光を反射させると共に計測場１に発生した蛍光又は燐光を透過させる。
なお、照射装置２は、計測場１に対して複数のドット状の連続的なレーザ光を照射することができれば如何なる構成であってもよい。従って、上記実施形態では単一のレーザ光を回折格子によって複数のレーザ光に変換しているが、複数の励起用レーザを用いて各レーザ光を複数のレーザ光に変換せずに計測場１に照射させるようにしてもよいし、複数の励起用レーザと複数の回折格子とを用いて複数のレーザ光を計測場１に照射させるようにしてもよい。
また、上記実施形態において照射装置２は照射範囲調整用レンズ２３とダイクロイックミラー２４とを有しているが、これら照射範囲調整用レンズ２３やダイクロイックミラー２４を介さずに励起用レーザによって発生せしめられたレーザ光を直接、又は回折格子のみを介して計測場１に照射するようにしてもよい。
撮影装置３は、フィルタ３１と、集光レンズ３２と、ＣＣＤカメラ３３とを有する。フィルタ３１は、励起用レーザ２１から出力されて計測場１に照射されるレーザ光等、計測場１に発生した蛍光又は燐光以外の光がＣＣＤカメラ３３に入らないようにこのような光を遮断するのに用いられる。集光レンズ３２は、計測場１に発生した蛍光又は燐光全てがＣＣＤカメラ３３に捉えられるように蛍光又は燐光を集光する。ＣＣＤカメラ３３は、計測場１に発生した蛍光又は燐光をフィルタ３１及び集光レンズ３２を介して撮影するためのものである。このように、蛍光又は燐光を撮影するためのものとして本実施形態ではＣＣＤカメラが用いられているが、蛍光又は燐光を撮影することができれば如何なるカメラが用いられてもよく、銀塩カメラ等を用いることができる。また、例えば計測場１が微小な領域である場合には発生する蛍光又は燐光の強度が低い場合が多く、よって冷却ＣＣＤ等の感度の高いカメラが用いられる。
また、本実施形態では、算出装置４として表示装置４２を有するコンピュータ４１が用いられる。コンピュータ４１は、撮影装置３によって撮影された計測場１の蛍光又は燐光に基づいて計測場１を流れる流体の流速、流れ方向、濃度等の特性を算出し、その結果が表示装置４２によって表示される。
なお、上記実施形態では、撮影装置３によって撮影された計測場１の蛍光又は燐光に基づいて計測場１を流れる流体の特性を算出するのにコンピュータ４１を用いているが、必ずしもこのようなコンピュータ４１を用いる必要はなく、撮影装置３によって撮影された画像から流体の特性を算出することができれば如何なる手段を用いてもよい。例えば、操作者が撮影装置３によって撮影された画像から定規等を用いて直接流体の特性を算出してもよい。
次に、上述したような構成を有する流体計測装置による流体の特性の計測方法について説明する。
まず、励起用レーザ２１から出力された一本のレーザ光線は直交格子の透過型直交回折格子２２により複数本のレーザ光線に変換される。本実施形態では、励起用レーザ２１から出力されたレーザ光は、透過型直交回折格子２２により、レーザ光の照射点が図２に示したようにドットマトリクス状になるように、すなわちレーザ光の照射点が計測場１上で縦横に等間隔で配列されたドットとなるように変換される。なお、図２は、計測場１に照射されるレーザ光の照射点Ｄを示す図であり、照射点Ｄ間の破線は単に照射点Ｄがドットマトリクス状に配列されることを分かり易くするために追加された補助線である（図３においても同様）。
このように透過型直交回折格子２２によって変換された複数のレーザ光は、これらレーザ光の照射範囲が計測場１の大きさに合うように、照射範囲調整用レンズ２３により拡大又は縮小される。照射範囲調整用レンズ２３を通過したレーザ光は、ダイクロイックミラー２４により反射せしめられて、計測場１に対して垂直に照射されるようになる。これにより、計測場１には、図２に示したようにドットマトリクス状に並んでレーザ光が照射されることとなる。
計測場１にレーザ光がこのように照射されると、計測場１において流れる流体に溶解している蛍光染料がレーザ光により励起されて蛍光又は燐光を発生させる。蛍光染料は流体の流れに沿って流れており、よってレーザ光の照射点において励起されて発光している蛍光染料は流体と共に流れてレーザ光の照射点から外れる。
蛍光染料は、レーザ光の照射点から外れた瞬間に発光が消失するわけではなく、レーザ光の照射点から外れても、蛍光染料の種類に応じてある程度の期間に亘って発光が持続する。このため、計測場１には図３に示したように、ドットマトリクス状に並んだ各レーザ照射点を起点とする蛍光又は燐光の光跡Ｆが形成される。
このようにして発生した蛍光又は燐光は、ダイクロイックミラー２４及びフィルタ３１を通過後、集光レンズ３２で集光されて、ＣＣＤカメラ３３で撮影される。ＣＣＤカメラ３３はコンピュータ４１と接続されており、撮影された画像データは、コンピュータ４１に保存される。
コンピュータ４１は、ＣＣＤカメラ３３によって撮影された画像データに基づいて計測場１で流れる計測対象の流体中の蛍光染料の濃度、計測対象の流体の速度及び流れ方向等の特性を算出する。具体的には、流体の特性の算出は下記のようにして行われる。
すなわち、蛍光染料の濃度と蛍光又は燐光強度とは比例すると共に蛍光染料の濃度が高いほど蛍光又は燐光の強度が高いことから、計測場１に形成された光跡Ｆの起点Ｏにおける蛍光又は燐光の強度から蛍光染料の濃度を決定することができる。ただし、蛍光染料の種類に応じて蛍光染料分子当たりの蛍光又は燐光の強度が異なることから、蛍光染料の濃度と蛍光又は燐光の強度との関係を予め求めておく必要がある。
また、レーザ光の各照射点において撮影された蛍光又は燐光の光跡Ｆは、レーザ光の各照射点を起点とした計測対象の流体の速度ベクトルを示していると考えられる。すなわち、レーザ光の各照射点から外れた蛍光染料は、上述したように、レーザ光の照射点から外れてから上記発光寿命に対応する時間に亘って発光が持続する。そして、蛍光又は燐光の起点Ｏからの光跡Ｆはこの発光寿命に対応する時間の間における計測対象の流体の移動量及び移動方向を示している。
このため、蛍光又は燐光の光跡Ｆの長さはその照射点における計測対象の流体の流速を表しており、光跡の起点Ｏから延びる光跡Ｆの方向はその照射点における計測対象の流体の流れ方向を表している。なお、蛍光又は燐光の光跡Ｆの長さに基づいて計測対象の流体の流速を算出する場合には、レーザ光を照射した場合の蛍光染料の発光寿命を予め求めておいて撮影された蛍光又は燐光の光跡Ｆの長さを発光寿命で除算して流速を算出するか、或いは光跡の長さと流速との関係を予め求めておいて撮影された蛍光又は燐光の光跡Ｆの長さに基づいて流速を算出することが必要とされる。
このようにして各照射点における流体中の蛍光染料の濃度、流体の流速、流れ方向がコンピュータ４１において算出され、それら算出結果が表示装置４２に表示される。
なお、本実施形態では、蛍光染料の種類は計測場１を流れる流体の流速に応じて適宜選択され、例えば流体の流速が遅い場合には発光寿命の長い蛍光染料が用いられ、流体の流速が速い場合には発光寿命の短い蛍光染料が用いられる。また、励起用レーザ２１は、選択された蛍光染料に応じて、レーザの波長が蛍光染料の励起波長に対応するように選択される。さらに、温度に対する蛍光又は燐光の強度特性が異なる２種類の蛍光染料を用いれば計測対象の流体の温度を計測することができる。
また、計測対象の流体の流速及び流れ方向の計測精度は、ＣＣＤカメラ３３の画素数と流速に応じた発光寿命を有する蛍光染料とを適切に選択することにより、ＰＩＶと同程度に確保することができる。
上述したように、本実施形態における流体計測装置によれば、計測場１にドットマトリクス状のレーザ光を照射して、計測場１に生じたドットマトリクス状に並んだ蛍光又は燐光の光跡をＣＣＤカメラ８で撮影することとしている。これにより、各照射点毎に、計測対象の流体中の蛍光染料の濃度、計測対象の流体の流速、計測対象の流体の流れ方向を計測することができる。そしてこれら各照射点における濃度、流速、流れ方向等に基づいて、計測場１全体について、蛍光染料の濃度、流体の流速、流れ方向を二次元的に求めることができるようになる。
また、本実施形態の流体計測装置によれば、ドットマトリクス状のレーザ光を照射範囲調整用レンズ２３で拡大又は縮小することができるため、メートルオーダーの流れ場からマイクロオーダーの流れ場まで、幅広いスケールの流れ場に対応することができる。特に、本実施形態の流体計測装置によれば、マイクロオーダーの微小な流れ場（例えば、血管等の細い管路内の流体の流れ）等についても流体の特性を計測することができる。
すなわち、従来のＰＩＶでは、微細な流路や複雑な形状の流路等では、使用されるトレーサー粒子の粒径が流路に対して比較的大きいことにより、トレーサー粒子が詰まる等の問題が生じるため、微小な流れ場においては特性の計測が困難であった。また、トレーサー粒子を用いずに蛍光染料を用いたとしても、例えば特許文献１に記載されているような流体計測装置によって微小な流れ場における流体の特性を計測しようとすると、シリンドリカルレンズに施した反射コーティングの間隔を狭くする必要がある。しかしながら、反射コーティングの間隔を狭くすると、シリンドリカルレンズを通った光が回折して広がってしまい、計測場に微小な間隔の格子状のレーザ光を照射することができなくなってしまう。このため、このような流体計測装置では、微小な計測場について流体の特性を計測することができない。
これに対して、本実施形態の流体計測装置によれば、ＰＩＶで用いられるようなトレーサー粒子を使用せずに計測対象の流体に蛍光染料を分子レベルで溶解させているため、微小な流れ場について計測を行う場合であっても蛍光染料が詰まってしまうことがなくなる。また、照射範囲調整用レンズ２３でドットマトリクス状レーザ光の照射点の間隔を容易に短くすることができるため、微小な計測場について計測を行うことができる。
また、例えば特許文献１に記載の流体計測装置では、測定場に対して斜め又は横方向からレーザ光を照射する必要がある。このため、この流体計測装置では、光の照射できる方向が計測場に対して垂直な方向からのみに制限されている測定場においては計測を行うことができない。これに対して、本実施形態の流体計測装置によれば、計測場に対して垂直にレーザ光を入射させることができるため、上記照射方向が計測場に対して垂直な方向からのみに制限されている計測場、すなわち斜め又は横方向からではレーザ光を計測場近傍の流体に照射することができないような計測場においても計測を行うことができる。
さらに、本実施形態の流体計測装置によれば、従来の流体計測装置に比べて極めて安価な機材を用いて簡単に流体の特性を二次元的に計測することができるようになる。
すなわち、従来の流体計測装置では、励起用レーザとしてパルス間隔の短いパルスレーザが必要とされると共に、撮影間隔の短い高速度カメラやパルスレーザのパルスと撮影タイミングとを同調させる同調装置が必要とされていた。例えばＰＩＶでは、短い時間間隔でトレーサー粒子の位置を撮影する必要があるため高速度カメラが必要とされ、またこれに合わせて計測場に短い時間間隔でレーザを照射しなければならないことからパルスレーザ及び同調装置が必要とされていた。また、また引用文献１に記載の流体計測装置でも計測場へのレーザ照射停止からの時間経過に伴って燐光の様子を撮影しなければならず、高速度カメラが必要とされ、またレーザ照射停止から所定時間間隔で撮影を行うために同調装置が必要とされると考えられる。また、一定間隔でレーザ照射停止が必要なことからパルスレーザが必要とされる。
これに対して、本実施形態の流体計測装置によれば、励起用レーザ２１としてパルスレーザを用いる必要はなく、連続的なレーザ光を発生させるレーザを用いることができる。このため、励起用レーザ２１として半導体レーザ等、安価なレーザを用いることができる。また、本実施形態の流体計測装置によれば、短い時間間隔で２回の撮影をする必要はなく、１回の撮影のみでよいため、撮影機材として撮影間隔の短い高速度カメラを用いる必要がない。このため、安価な撮影機材を用いることができる。さらに、本実施形態の流体計測装置によれば、パルスレーザのパルスと撮影タイミングとを同調させる必要がないため、同調装置も不要である。従って、本実施形態の流体計測装置によれば、安価な機材で流体の特性を計測することができるようになる。
また、従来の流体計測装置では、撮影した２枚の画像から計測対象の流体の流速、流れ方向を算出するにあたって高度な画像処理が必要であった。例えば、ＰＩＶでは、２枚の画像について各トレーサー粒子の移動を追う必要があり、また特許文献１に記載の装置では２枚の画像間で暗部の交差点の時間的移動を解析する必要がある。これに対して本実施形態の流体計測装置によれば、１枚の画像について光跡の長さ、方向等のみを計測すればよく、高度な画像処理が必要なくなる。これにより、二次元的な流体の特性を簡単に計測することができるようになる。
なお、上記実施形態では、計測場にドットマトリクス状のレーザ光を照射することとしている。しかしながら、照射するレーザ光は、計測場を二次元的に計測するために複数である必要はあるが、ドットマトリクス状でなくてもよい。ただし、レーザ光がドットマトリクス状に配列されていれば計測場における流体全体の流れの解析が容易になるため、ドットマトリクス状であることが好ましい。
また、本実施形態の流体計測装置は、特に微小な流れ場における流体の特性を計測するのに用いられる。例えば、血管等の細い管路内を流れる流体の特性を計測する場合や、流体潤滑している摺動部の潤滑膜内における流体の特性を計測する場合等に用いられる。
なお、本明細書では、「蛍光」という用語は、励起のための電磁波を止めるとすぐに発光が消失する発光寿命が短いものを意味し、「燐光」という用語は励起のための電磁波を止めても発光が持続する励起寿命が長いものを意味する。より詳細には、「蛍光」は発光過程の始状態と終状態のスピン多重度が同じものをいい、「燐光」は発光過程の始状態と終状態とのスピン多重度が異なるものを意味する。
なお、本発明について特定の実施形態に基づいて詳述しているが、当業者であれば本発明の請求の範囲及び思想から逸脱することなく、様々な変更、修正等が可能である。
【図１】
2007135804.tif 000003
【図２】
2007135804.tif 000004
【図３】
2007135804.tif 000005
【国際調査報告】
2007135804.tif 000006
2007135804.tif 000007
2007135804.tif 000008
2007135804.tif 000009