(57)【要約】【課題】透明円筒中を流れる液体中に存在する気泡を外側から観測する場合に、透明円筒のレンズ効果に係らず、気泡の位置を正確に観測できるようにする。【解決手段】少なくとも観測側が曲面とされた透明な筒状体１０内の液体１２中に存在する気泡１４を外側から観測する際に用いる気泡の可視化装置であって、前記筒状体１０の少なくとも一部を収容する、少なくとも観測側が平面とされた透明な液槽２０と、該液槽２０内で筒状体１０を完全に浸漬する高さまで充満された液体２２と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも観測側が曲面とされた透明な筒状体内の液体中に存在する気泡を外側から観測する際に用いる気泡の可視化装置であって、
前記筒状体の少なくとも一部を収容する、少なくとも観測側が平面とされた透明な液槽と、
該液槽内で筒状体を完全に浸漬する高さまで充満された液体と、
を備えたことを特徴とする気泡の可視化装置。
【請求項２】
前記液槽と観測位置の間に凹レンズが配設されていることを特徴とする請求項１に記載の気泡の可視化装置。
【請求項３】
前記液槽の表面にフレネル型凹レンズが配設されていることを特徴とする請求項２に記載の気泡の可視化装置。
【請求項４】
前記液槽内の液体の屈折率が、前記筒状体内の液体の屈折率と同じであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の気泡の可視化装置。
【請求項５】
観測位置に３Ｄ用カメラが配設されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の気泡の可視化装置。
【請求項６】
少なくとも観測側が平面とされた透明な液槽と、
該液槽の表面に配設されたフレネル型凹レンズと、
を備えたことを特徴とする観測用液槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気泡の可視化装置及び観測用液槽に係り、特に、透明円筒中を流れる液体中に存在する気泡を外側から観測する際に用いるのに好適な、気泡の可視化装置、及び、これを応用した観測用液槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
流れを可視化する方法として、（１）流れに目印（トレーサ）となる多数の微粒子を懸濁させ、その動きを適当な露出時間で撮影して流線又は流跡を得る懸濁法、（２）観察しようとする水流中に金属細線を陰極として張り、同じ水流中に陽極を置いて適当な電圧を印加することにより、金属細線に微小な水素の気泡を無数に発生させ、流れによって細線から離脱して下流に移動する気泡の動きを観察することで流れを可視化する水素気泡法、（３）水を電気分解するときに陽極近傍に生成する白色の沈殿物をトレーサとして利用する電解沈殿法、（４）ｐＨ指示薬を添加した電解液流中で電気分解したときに陰極近傍で発色した溶液をトレーサとして可視化する電解ｐＨ指示薬法、（５）ヨウ化カリと澱粉の水溶液中に置かれた電極に一定の電圧を加えて、陽極付近に青紫色の色素を発生させて流れを可視化する電解ヨウ素カリ澱粉法、（６）水流中でテルルＴｅを陰極として２０Ｖ程度の電圧を加えて電気分解を行った際に発生する黒色雲状のコロイドをトレーサとして流れを可視化するテルル法、（７）流れの密度変化即ち屈折率の変化を利用する光学的可視化方法としての、気体あるいは液体の密度変化による光の影を直接スクリーン又はフィルム上に投影して観察するシャドーグラフ法、シュリーレン法、モアレ法など様々な方法が提案されている。
【０００３】
具体的には、特許文献１には、円筒回転容器を透明部材で構成することによって、回転場における流体の挙動をその場で観測可能とし、流体に、この流体と異なる固体あるいは液体を流体の特性を変えない範囲で添加して、濁度や色調を変化させて流体の動的挙動を観測できるようにした回転流体試験装置が記載されている。
【０００４】
又、特許文献２には、透明材料をもって中空体に製作された可視槽の内部に不織布フィルタを付設すると共に、前記可視槽の下流側に循環ポンプを接続し、流れ内部に生起される負圧によって視認可能な気泡を発生させる流れの可視化装置が記載されている。
【０００５】
又、特許文献３には、鉱物油の内部に金属物体を設け、該物体に電圧を印加することにより、気泡を鉱物油内に存在させ、且つ崩壊させ、外部から識別可能な物質として煙状物質などを鉱物油内に析出又は発生させ、流れを可視化する、気泡崩壊を利用した流れの可視化の方法及び装置が記載されている。
【０００６】
又、特許文献４には、硫化亜鉛粒子、又は硫化亜鉛を表面にコーティングした粒子をトレーサ粒子として用い、波長が２５０乃至４００ｎｍのレーザ光を前記トレーサ粒子に照射して、ルミネッセンスによる緑色の蛍光を上記トレーサ粒子から発生させるようにするとともに、レーザ光を照射後の適切なタイミングにおける電子シャッタを開閉するようにして、レーザ光を照射していないタイミングで前記トレーサ粒子からの蛍光のみを撮像することにより、可視化空間に存在する気泡からの散乱光の影響を受けないようにして、トレーサ粒子と気泡とを画像上で分離して液体場のみを可視化できるようにした、気液混相流れ場の液体場可視化方法技術が記載されている。
【０００７】
一方、観測用液槽に関しては、特許文献５に、水槽の天板を、その中央部に向って僅かに凹レンズ状に凹ませた凹レンズ状曲面に形成し、天板上に、少なくとも天板の凹レンズ状曲面に略相対する部分に透明部を形成し、その他の部分を不透明に形成したテーブル板を載置することにより、テーブル上から見ると気泡等は全く見えず、内部に水の存在すら感じさせないように透き通った水槽内を魚が泳いでいるように見える、観賞魚等用密封型テーブル水槽が記載されている。
【０００８】
又、特許文献６に、水槽に突状又は凸レンズ状の蓋を被せることにより、インテリア効果を高めたり、魚を拡大することが記載されている。
【０００９】
又、特許文献７には、観賞用水槽の側面を凸レンズ状の円弧状曲面として、立体的に演出することが記載されている。
【００１０】
又、特許文献８、９にも、水槽に拡大用凸レンズを付けることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平０６−２４１８４１号公報
【特許文献２】実開平０５−４０８７８号公報
【特許文献３】特開平０９−２８８１２２号公報
【特許文献４】特開平０７−６３６４１号公報
【特許文献５】特開平０５−２１１８２９号公報
【特許文献６】特開平１０−２３８３８号公報
【特許文献７】登録実用新案第３００８９３５号公報
【特許文献８】特開平０８−６２５１３号公報
【特許文献９】特開平０８−６２５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら従来は、液体が流れる透明円柱のレンズ効果による誤差については検討されていなかった。
【００１３】
即ち、図１に示す如く、液体１２の流れる方向をＸ、前後方向をＹ、上下方向をＺと定義した場合、図２に示す如く、透明円筒１０中を流れる液体１２中に存在する気泡１４を、例えばカメラ１８で上方から観測すると、空気１６の屈折率ｎ０と液体１２の屈折率ｎ１が異なる為、円筒１０の壁の屈折率を無視できるとしても、液体１２のレンズ効果により、気泡１４は二点鎖線の方向に、中心より遠ざかって見える。即ち、気泡１４からの光線は、実線矢印のようにカメラ１８に入射し、気泡が正しい方向（破線の方向）には見えない。カメラ１８として３Ｄ用カメラを用いて、円筒１０内の気泡１４の位置を立体的に観測しようとする場合にも、同様の問題が発生する。
【００１４】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべく為されたもので、透明円筒中を流れる液体中に存在する気泡の位置を正確に観測可能な、気泡の可視化装置を提供することを第１の課題とする。
【００１５】
本発明は、又、水槽中の物体の位置や形状を、違和感無く実感的に観測可能な観測用液槽を提供することを第２の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、少なくとも観測側が曲面とされた透明な筒状体内の液体中に存在する気泡を外側から観測する際に用いる気泡の可視化装置であって、前記筒状体の少なくとも一部を収容する、少なくとも観測側が平面とされた透明な液槽と、該液槽内で筒状体を完全に浸漬する高さまで充満された液体と、を備えることにより、前記第１の課題を解決したものである。
【００１７】
ここで、前記液槽と観測位置の間に凹レンズを配設することができる。
【００１８】
更に、前記液槽の表面にフレネル型凹レンズを配設することができる。
【００１９】
又、前記液槽内の液体の屈折率を、前記筒状体内の液体の屈折率と同じとすることができる。
【００２０】
又、観測位置に３Ｄ用カメラを配設することができる。
【００２１】
本発明は、又、少なくとも観測側が平面とされた透明な液槽と、該液槽の表面に配設されたフレネル型凹レンズと、を備えたことを特徴とする観測用液槽により、前記第２の課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、透明円筒中を流れる液体中に存在する気泡を外側から観測する場合であっても、透明円筒のレンズ効果に係らず、気泡の位置を正確に観測することができる。
【００２３】
又、本発明の観測用液槽によれば、液槽内に存在する物体の位置や形状を、違和感無く実感的に観測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＸＹＺ方向の定義を示す図
【図２】従来の問題点を説明するための断面図
【図３】本発明の第１実施形態を示す断面図
【図４】本発明の第２実施形態を示す横断面図
【図５】本発明の第３実施形態を示す横断面図
【図６】本発明の第４実施形態を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２６】
本発明の第１実施形態は、図３に示す如く、従来例と同様の透明円筒１０を収容する直方体状の液槽（角槽と称する）２０を設け、該角槽２０内で透明円筒１０を浸漬する高さまで、屈折率ｎ２の液体２２を充満したものである。
【００２７】
前記角槽２０は、例えば透明円筒１０と同じアクリル製とすることができる。
【００２８】
前記液体２２としては、液体１２と同じ物が望ましいが、屈折率ｎ２が液体１２の屈折率ｎ１と同じか、近い物であれば、別の液体を用いても良い。
【００２９】
本実施形態においては、角槽２０内の液体２２（屈折率ｎ２≒ｎ１＞ｎ０）により、気泡１４が二点鎖線の方向、即ち、中心により近い、ほぼ正しい方向に見える。
【００３０】
更に、角槽２０を上方に延長し、カメラ１８も液浸させることで、視差を更に少なくすることもできる。
【００３１】
又、液体１２と２２の温度が異なる場合には、液体２２の温度調節装置を設けて、液体２２の温度を液体１２の温度と一致させ、屈折率の差を生じないようにしたり、液体１２と２２が異なる場合には、液体２２の温度を調節して両者の屈折率を近づけることもできる。
【００３２】
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態を詳細に説明する。
【００３３】
本実施形態は、第１実施形態と同様の構成において、角槽２０内の液体２２の表面とカメラ１８の間に凹レンズ３０を配置したものである。
【００３４】
凹レンズ３０が無いと、液体１２と２２の屈折率ｎ１、ｎ２が空気１６の屈折率ｎ０より大きいことにより、気泡１４が槽内液表面に近付いて浮いて見えるが、凹レンズ３０を設ける事により、気泡１４からの光は実線矢印のようにカメラ１８に入射し、気泡は破線の方向（正しい方向）に見える。
【００３５】
次に図５を参照して、本発明の第３実施形態を詳細に説明する。
【００３６】
本実施形態は、図４に示した第２実施形態と同様の構成において、カメラを３Ｄ用カメラ４０に変えたものである。
【００３７】
本実施形態によれば、透明円筒１０内を流れる液体１２に存在する気泡１４の高さ方向（Ｚ方向）の位置も正確に観測でき、リアルタイムの立体可視化が実現できる。従って、中心部と周辺部の流速の違いもリアルタイムで検出でき、流れの状態を、より詳細に知ることができる。
【００３８】
なお、前記実施形態においては、いずれも筒状体が円筒とされ、液槽が角槽とされていたが、円筒１０は、少なくとも観測側が曲面とされた透明な筒状体であれば、他の形状であっても良い。又、角槽２０も、少なくとも観測側が平面とされた透明な液槽であれば、他の形状であっても良い。
【００３９】
又、透明円筒１０内の液体１２と角槽２０内の液体２２の屈折率は同じであることが望ましいが、同じでなくてもよい。
【００４０】
更に、前記実施形態においては、いずれも角槽２０の観測側面（実施形態では上面）が開放されていたが、上面にも壁面があってもよい。上面に壁面がある場合には、角槽２０内を全て液体２２で充満することもできる。
【００４１】
次に、図６を参照して、本発明の第４実施形態を詳細に説明する。
【００４２】
本実施形態は、例えば水５２中に鑑賞用魚貝５４が入れられた観測用水槽５０において、少なくとも一面（図では上面）にフレネル型凹レンズ６０を配設し、３Ｄ用カメラ４０で観測するようにしたものである。
【００４３】
本実施形態においては、フレネル型凹レンズ６０により、ＸＹ方向の視差（横ずれ）、及びＺ方向の視差（浮き）を補正できる。従って、観賞用の水槽に生じる違和感のある視差を補正できる。なお、フレネル型凹レンズ６０は図に示した上方だけでなく、側面から鑑賞する場合には、側面に設置することも出来る。
【符号の説明】
【００４４】
１０…透明円筒
１２、２２…液体
１４…気泡
１６…空気
１８…カメラ
２０…角槽
３０…凹レンズ
４０…３Ｄ用カメラ
５０…観測用水槽
５２…水
５４…観賞用魚貝
６０…フレネル型凹レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図４】
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【図５】
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