(57)【要約】【課題】簡易な構成により密度分布を算出する装置及び方法を提供する。【解決手段】シュリーレン断層撮影装置は、シュリーレン光学系２と、ノズル４と、回転機構１２と、撮像装置１４と、演算部１４０と、を備える。シュリーレン光学系２は、光源２２と、コリメータレンズ２４と、集光レンズ２６と、集光レンズ２６を経た光を通すカラーフィルタ２８と、を有する。ノズル４は、コリメータレンズ２４と集光レンズ２６との間を横切るように、流体を吐出するための開口４ａを有する。回転機構１２は、開口４ａを通る軸まわりにノズル４を回転させる。撮像装置１４は、回転機構１２と、カラーフィルタ２８を通してコリメータレンズ２４と集光レンズ２６との間の画像を撮像する。演算部１４０は、回転機構１２と撮像装置１４との協働により得られる複数種類の画像を用い、コリメータレンズ２４と集光レンズ２６との間の密度分布を算出する。【選択図】図１
2016075590.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源から出射された光を平行にするコリメータレンズと、前記コリメータレンズを経た前記光を集光する集光レンズと、前記集光レンズを経た前記光を通すフィルタと、を有するシュリーレン光学系と、
前記コリメータレンズと前記集光レンズとの間を横切るように、流体を吐出するための開口を有するノズルと、
前記開口を通る軸まわりに前記ノズルを回転させる回転機構と、
前記フィルタを通して前記コリメータレンズと前記集光レンズとの間の画像を撮像する撮像装置と、
前記回転機構と前記撮像装置との協働により得られる複数種類の画像を用い、前記コリメータレンズと前記集光レンズとの間の密度分布を算出する演算部と、を備える、シュリーレン断層撮影装置。
【請求項２】
前記ノズルの開口から吐出させるための前記流体を収容する集合洞と、
前記集合洞の外側から前記ノズルを回動自在に保持し、前記集合洞に着脱自在に取り付けられる保持部材と、を更に備える、請求項１に記載のシュリーレン断層撮影装置。
【請求項３】
前記ノズルの外周に設けられ、前記ノズルの回転を許容しつつ、前記集合洞及び前記ノズルの間を封止する封止部材と、
前記保持部材及び前記ノズルの間に設けられ、前記ノズルの回転を許容しつつ、前記開口を通る軸に沿う荷重を受けるスラスト軸受と、を更に備える、請求項２に記載のシュリーレン断層撮影装置。
【請求項４】
前記スラスト軸受は滑り軸受である、請求項３に記載のシュリーレン断層撮影装置。
【請求項５】
前記フィルタはカラーフィルタである、請求項１〜４の何れか一項に記載のシュリーレン断層撮影装置。
【請求項６】
前記密度分布の算出に用いられる前記複数種類の画像を取得するように、前記回転機構と前記撮像装置とを協調制御する撮像制御部を更に備える、請求項１〜５の何れか一項に記載のシュリーレン断層撮影装置。
【請求項７】
前記撮像制御部は、前記撮像装置が前記画像を撮像するときには、前記ノズルを回転させないように前記回転機構を制御し、前記撮像装置が前記画像を撮像していないときには、前記ノズルを回転させるように前記回転機構を制御する、請求項６に記載のシュリーレン断層撮影装置。
【請求項８】
光源と、前記光源から出射された光を平行にするコリメータレンズと、前記コリメータレンズを経た前記光を集光する集光レンズと、前記集光レンズを経た前記光を通すフィルタと、を有するシュリーレン光学系を用い、
前記コリメータレンズと前記集光レンズとの間を横切るように、ノズルの開口から流体を吐出すること、
前記開口を通る軸まわりに前記ノズルを回転させること、
前記フィルタを通して前記コリメータレンズと前記集光レンズとの間の画像を撮像すること、
前記ノズルの回転及び前記画像の撮像の協働により得られる複数種類の画像を用い、前記コリメータレンズと前記集光レンズとの間の密度分布を算出すること、を含む、三次元圧縮性噴流評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ノズルから吐出される流体によって形成される三次元圧縮性噴流を評価するシュリーレン断層撮影装置及び三次元圧縮性噴流評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮性流れを可視化するための光学計測法の一つとして、シュリーレン法がある。下記の特許文献１には、シュリーレン法を用いて超音速ジェット気流を可視化することにより、ジェット騒音の音源位置を把握する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０１９９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、シュリーレン法を用いた従来の技術では、流れ場の密度分布を高精度に算出することが困難であった。そこで、本開示は、流れ場の密度分布を高精度に算出できる装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示に係るシュリーレン断層撮影装置は、光源と、光源から出射された光を平行にするコリメータレンズと、コリメータレンズを経た光を集光する集光レンズと、集光レンズを経た光を通すフィルタと、を有するシュリーレン光学系と、コリメータレンズと集光レンズとの間を横切るように、流体を吐出するための開口を有するノズルと、開口を通る軸まわりにノズルを回転させる回転機構と、フィルタを通してコリメータレンズと集光レンズとの間の画像を撮像する撮像装置と、回転機構と撮像装置との協働により得られる複数種類の画像を用い、コリメータレンズと集光レンズとの間の密度分布を算出する演算部と、を備える。
【０００６】
本開示に係る三次元圧縮性噴流評価方法は、光源と、光源から出射された光を平行にするコリメータレンズと、コリメータレンズを経た光を集光する集光レンズと、集光レンズを経た光を通すフィルタと、を有するシュリーレン光学系を用い、コリメータレンズと集光レンズとの間を横切るように、ノズルの開口から流体を吐出すること、開口を通る軸まわりにノズルを回転させること、フィルタを通してコリメータレンズと集光レンズとの間の画像を撮像すること、ノズルの回転及び画像の撮像の協働により得られる複数種類の画像を用い、コリメータレンズと集光レンズとの間の密度分布を算出すること、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、密度分布を高精度に算出できる装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】シュリーレン断層撮影装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】流れ場の可視化の原理を説明するための図である。
【図３】ノズル及び回転機構の正面図である。
【図４】図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】制御装置のハードウェア構成図である。
【図６】三次元圧縮性噴流評価方法の実行手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１０】
［シュリーレン断層撮影装置］
（全体構成）
図１に示されるシュリーレン断層撮影装置１は、ノズル４から流出された流れ場の密度分布を算出するものであり、シュリーレン光学系２と、ノズル４と、集合洞６と、コンプレッサ８と、電磁弁１０と、回転機構１２と、撮像装置１４と、制御装置１００と、を備える。
【００１１】
シュリーレン光学系２は、光源２２と、コリメータレンズ２４と、集光レンズ２６と、カラーフィルタ２８と、を有する。光源２２は、例えば、メタルハライドランプ等の白色光源Ｓと、白色光源Ｓから出射された光を通すピンホールＰとを有する。ピンホールＰは、実質的な点光源を構成する。コリメータレンズ２４は、その焦点の位置がピンホールＰに一致するように配置されている。コリメータレンズ２４は、光源２２のピンホールＰから出射された光Ｌ１を平行にする。集光レンズ２６は、コリメータレンズ２４を経て平行にされた光Ｌ１を集光する。コリメータレンズ２４及び集光レンズ２６としては、例えば、アクロマティックレンズが挙げられる。
【００１２】
カラーフィルタ２８は、集光レンズ２６を経て集光された光Ｌ１を通す。カラーフィルタ２８は、集光レンズ２６の焦点の位置に設けられている。カラーフィルタ２８は、例えば、互いに色が異なる複数種類の透光部を有する。複数種類の透光部は、シュリーレン光学系２の光軸に直交する方向（例えば、図中、ｙ軸方向又はｚ軸方向）に並んでいる。カラーフィルタ２８が有する透光部の種類は、例えば２種類であってもよく、３種類であってもよい。また、カラーフィルタ２８は、より細分化された透光部を有するレインボーフィルタであってもよい。レインボーフィルタは、多種類の透光部を色相順に並べたものである。レインボーフィルタの一例として、ＨＳＩ色空間における色相が０°から３１４°まで連続して変化するものが挙げられる。
【００１３】
ノズル４は、コリメータレンズ２４と集光レンズ２６との間を横切るように、圧縮性の流体（例えば空気）Ａを吐出するための開口４ａ（図３参照）を有する。集合洞６は、ノズル４の開口４ａから吐出させるための流体を収容する。集合洞６には、集合洞６内の温度を検出可能な温度センサ６ａと、集合洞６内の圧力を検出可能な圧力センサ６ｂとが設けられている。コンプレッサ８は、開口４ａから吐出させるための流体を集合洞６に供給する。電磁弁１０は、コンプレッサ８から集合洞６へ流体を送る経路に設けられている。電磁弁１０により、上記経路の開閉が可能となっている。電磁弁１０の開度の調整により、コンプレッサ８から集合洞６内に供給される空気の量を調整することで、集合洞６内の圧力調整も可能となっている。
【００１４】
回転機構１２は、開口４ａの中心軸ＣＬまわりにノズル４を回転させる。なお、ノズル４の回転の中心軸は、開口４ａを通る軸であればよく、必ずしも、開口４ａの中心軸ＣＬでなくてもよい。
【００１５】
撮像装置１４は、カラーフィルタ２８を通してコリメータレンズ２４と集光レンズ２６との間の画像を撮像する。撮像装置１４は、カラーフィルタ２８を挟んで、集光レンズ２６とは反対側に配置されている。撮像装置１４は、例えば、画像を撮像し、その画像データのＲＧＢ値を出力する。撮像装置１４としては、例えば、ＣＭＯＳセンサを備えたデジタルカメラが挙げられる。
【００１６】
以上の構成により、ノズル４から吐出された流体により形成される流れ場がシュリーレン光学系２により可視化され、その画像が撮像装置１４により撮像される。
【００１７】
ここで、図２を参照して、流れ場の可視化の原理を説明する。ノズル４から流体Ａが吐出されることにより、コリメータレンズ２４と集光レンズ２６との間には、流れ場が形成される。流体Ａの圧縮又は膨張により、流れ場には、部位ごとに密度が異なる状態が形成される。これにより、光の屈折率も部位ごとに相違するので、流れ場を通過する位置により光Ｌ１の経路に違いが生じる（Ｒ１及びＲ２参照）。このため、光Ｌ１は、カラーフィルタ２８を通過する位置にも差が生じる。従って、流れ場が画像の色むらとして可視化される。
【００１８】
（ノズル及び回転機構の詳細）
ここで、図３及び図４を更に参照して、ノズル４、集合洞６及び回転機構１２について詳述する。ノズル４は、例えば金属により構成され、外径が異なる太径部分４ｂと細径部分４ｃとを有している。太径部分４ｂは、開口４ａと同軸の円柱状を呈している。細径部分４ｃは、太径部分４ｂの一端面から突出している。細径部分４ｃは、開口４ａと同軸の円柱状を呈している。細径部分４ｃの外径は、太径部分４ｂの外径に比べ小さい。開口４ａは、太径部分４ｂ及び細径部分４ｃを貫通するように形成されている。開口４ａは、太径部分４ｂ側から流体を受け入れ、細径部分４ｃ側から吐出する。図３には、軸対称かつ先細り形状の開口４ａの例を示しているが、これに限られない。例えば開口４ａは一定内径であってもよいし、先太り形状であってもよい。開口４ａは、軸対称でなくてもよい。すなわち、開口４ａの断面形状は円形に限られず、三角形、四角形、又は、星形等の多角形であってもよい。
【００１９】
集合洞６は、例えば金属により構成され、円筒状の側壁と、その両端をそれぞれ塞ぐ一対の端部壁とを有する。一方の端部壁は、シュリーレン光学系２に対向している。この端部壁には開口６ｃが形成されている。
【００２０】
ノズル４は、保持部材１６により集合洞６に取り付けられている。保持部材１６は金属により構成され、円環状を呈する。保持部材１６の内径は、ノズル４の細径部分４ｃの外径と略等しい。保持部材１６の外径は、ノズル４の太径部分４ｂの外径より大きく、更に集合洞６の開口６ｃの内径より大きい。保持部材１６の内側には細径部分４ｃが挿入される。保持部材１６は、太径部分４ｂが集合洞６の開口６ｃ内に位置し、細径部分４ｃが集合洞６の外側に突出するように配置され、ボルト等により集合洞６に着脱自在に取り付けられる。これにより、集合洞６にノズル４が回転自在に取り付けられる。すなわち、シュリーレン断層撮影装置１は、集合洞６の外側からノズル４を回動自在に保持し、集合洞６に着脱自在に取り付けられる保持部材１６を更に備えている。
【００２１】
ノズル４の太径部分４ｂの外周面と集合洞６の開口６ｃの内周面との間には、封止部材１７が配置されている。封止部材１７は、例えば、ゴム製のＯリングである。このように、シュリーレン断層撮影装置１は、ノズル４の外周に設けられ、ノズル４の回転を許容しつつ、集合洞６及びノズル４の間を封止する封止部材１７を更に備えている。
【００２２】
ノズル４の細径部分４ｃには、集合洞６と共に円環状のスラスト軸受１８が装着されている。スラスト軸受１８は、ノズル４の太径部分４ｂと、集合洞との間に介在する。スラスト軸受１８は、例えば滑り軸受であり、ノズル４及び集合洞６に比べ摩擦係数が小さい材料から構成される。材料としては、例えば、ＰＴＦＥなどが挙げられる。このように、シュリーレン断層撮影装置１は、保持部材１６及びノズル４の間に設けられ、ノズル４の回転を許容しつつ、開口４ａを通る軸に沿う荷重を受けるスラスト軸受１８を更に備えている。
【００２３】
回転機構１２は、ステッピングモータ３０と、固定部材３１と、プーリ３２と、プーリ３３と、タイミングベルトＢとを有する。
【００２４】
ステッピングモータ３０は、出力軸が開口４ａの中心軸ＣＬと平行になるように配置されている。ステッピングモータ３０は、入力されるパルス信号に応じた角度で出力軸を回転させる。動力源はステッピングモータに限られず、例えば、サーボモータ等の他の電気モータであってもよい。ステッピングモータを用いた場合、サーボモータを用いた場合に比べて、出力軸の静止時の微動が抑制される。ステッピングモータ３０は、固定部材３１により、集合洞６の外部に固定されている。
【００２５】
プーリ３２は、ステッピングモータ３０の出力軸に設けられている。プーリ３３は、集合洞６の外側において、ノズル４の細径部分４ｃに装着されている。タイミングベルトＢは、プーリ３２とプーリ３３とに掛け渡されている。回転機構１２は、プーリ３２と、プーリ３３と、タイミングベルトＢとを介して、ステッピングモータ３０の動力をノズル４に伝え、ノズル４を回転させる。なお、プーリ３３は、ノズル４の太径部分４ｂと共に集合洞６及び保持部材１６を挟んでいる。これにより、ノズル４が集合洞６内に脱落することが防止される。
【００２６】
回転機構１２がステッピングモータ３０の回転動力を伝達する機構は、上述したものに限らず、プーリ３２とプーリ３３とタイミングベルトＢとの組み合わせをスプロケットとチェーンの組み合わせに置き換えてもよい。また、回転機構１２は、ギアによる伝達機構であってもよい。
【００２７】
ノズル４は、次の手順により集合洞６に取り付けられる。まず、ノズル４の外周に封止部材１７を配置し、ノズル４の太径部分４ｂを保持部材１６及びスラスト軸受１８に挿入し、保持部材１６を貫通した細径部分４ｃにプーリ３３を取り付ける。次に、保持部材１６を集合洞に取り付け、プーリ３２とプーリ３３とにタイミングベルトＢを掛け渡す。以上により、ノズル４が集合洞６に取り付けられる。また、以上の手順を逆順に行うことにより、ノズル４を集合洞６から取り外すことができる。
【００２８】
（制御装置）
図１に戻り、制御装置１００について説明する。制御装置１００は、圧力制御部１１０と、撮像制御部１２０と、記憶部１３０と、演算部１４０と、表示部１５０とを備えている。
【００２９】
圧力制御部１１０は、コンプレッサ８から集合洞６への経路の開閉及び集合洞６内の圧力調整を行うように、電磁弁１０を制御する。集合洞６内の圧力調整に際し、圧力制御部１１０は、例えば集合洞６に設けられた圧力センサ６ｂの検出値が目標値に略一致するように、電磁弁１０を制御する。
【００３０】
撮像制御部１２０は、密度分布の算出に用いられる複数種類の画像を取得するように、回転機構１２と撮像装置１４とを協調制御する。撮像制御部１２０は、撮像装置１４が画像を撮像するときには、ノズル４を回転させないように回転機構１２を制御し、撮像装置１４が画像を撮像していないときに、ノズル４を回転させるように回転機構１２を制御する。撮像制御部１２０は、集合洞６内の圧力の安定を待機してから撮像を行うように撮像装置１４を制御してもよい。撮像制御部１２０は、撮像装置１４が撮像した画像を記憶部１３０に保存する。
【００３１】
演算部１４０は、撮像制御部１２０により記憶部１３０に保存された複数種類の画像を用いて、コリメータレンズ２４と集光レンズ２６との間の密度分布を算出する。すなわち、演算部１４０は、回転機構１２と撮像装置１４との協働により得られる複数種類の画像を用いて密度分布を算出する。
【００３２】
表示部１５０は、演算部１４０による算出結果をモニタ等によりテキスト又はグラフィック等で表示する。表示部１５０は、上記表示内容を紙媒体に印刷して表示するプリンタ等であってもよい。表示部１５０は、モニタ等による表示とプリンタ等による印刷との両方を実行するものであってもよい。
【００３３】
図５には、制御装置１００のハードウェア構成の一例を示す。制御装置１００は、例えば一つ又は複数の制御用コンピュータにより構成されており、ＣＰＵ１００ａと、メモリ１００ｂと、入出力部１００ｃと、モニタ１００ｄと、ストレージ１００ｅと、を備える。制御装置１００は、モータドライバＭＤを更に備える。入出力部１００ｃは、モータドライバＭＤを介して、ステッピングモータ３０にパルス信号（駆動信号）を出力する。入出力部１００ｃは、撮像装置１４から画像データを取得する。図１に示した制御装置１００の各機能は、ＣＰＵ１００ａ及びメモリ１００ｂ等の協働によりプログラムを実行することで構成される。なお、制御装置１００の各要素を構成するハードウェアは、必ずしもプログラムを実行するコンピュータに限られない。例えば、制御装置１００の各要素は、その機能に特化した電気回路により構成されていてもよいし、当該電気回路を集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）により構成されていてもよい。
【００３４】
［三次元圧縮性噴流評価方法］
次に、図６を参照して、シュリーレン断層撮影装置１で実行される処理（三次元圧縮性噴流評価方法）を説明する。この処理は、例えば、利用者がシュリーレン断層撮影装置１に対して計測開始の指令を入力することにより開始される。
【００３５】
まず、制御装置１００は、ステップＳ１０を実行する。ステップＳ１０では、コンプレッサ８から集合洞６への経路を開放するように、圧力制御部１１０が電磁弁１０を制御する。これにより、コリメータレンズ２４と集光レンズ２６との間を横切るように、ノズル４の開口４ａから流体の吐出が開始される。
【００３６】
次に、制御装置１００は、ステップＳ１２を実行する。ステップＳ１２では、集合洞６内の圧力が目標値に略一致するように、圧力制御部１１０が電磁弁１０を制御する。目標値は、例えば集合洞６内の空気の圧力Ｐｏｓと大気圧Ｐｂとの圧力比Ｐｏｓ／Ｐｂが所定の値となるように定められる。圧力比Ｐｏｓ／Ｐｂは、形成すべき流れ場に応じて適宜設定可能である。
【００３７】
次に、制御装置１００は、ステップＳ１４を実行する。ステップＳ１４では、カラーフィルタ２８を通してコリメータレンズ２４と集光レンズ２６との間の画像を撮像するように、撮像制御部１２０が撮像装置１４を制御する。
【００３８】
次に、制御装置１００は、ステップＳ１６を実行する。ステップＳ１６では、密度分布の算出に必要な全ての画像を取得したかを撮像制御部１２０が判定する。全ての画像は、例えば、ノズル４を略半周させ、所定の角度ごとに撮像を行うことで取得される。この場合、ノズル４が略半周したか否かに基づいて、上記全ての画像を取得したか否かを判定可能である。
【００３９】
ステップＳ１６において、密度分布の算出に必要な全ての画像が撮像されていないと判断されると、制御装置１００はステップＳ１８を実行する。ステップＳ１８では、開口４ａの中心軸ＣＬまわりにノズル４を一ピッチ分回転させるように、撮像制御部１２０が回転機構１２を制御する。一ピッチは、例えば、一周を任意の数で等分した値である。
【００４０】
制御装置１００は、ステップＳ１８を実行した後、ステップＳ２０を実行する。ステップＳ２０では、集合洞６内の圧力が許容範囲内か否かを圧力制御部１１０が判定する。許容範囲は、求められる精度に応じて適宜設定される。制御装置１００は、圧力が許容範囲となるのを待機した後、処理をステップＳ１４に戻す。
【００４１】
以上により、ステップＳ１４からステップＳ２０が繰り返され、密度分布の算出に必要な全ての画像が取得される。すなわち、この三次元圧縮性噴流評価方法は、ノズル４の回転及び画像の撮像の協働により、密度分布の算出に必要な複数種類の画像を取得することを含む。
【００４２】
ステップＳ１６において、密度分布の算出に必要な全ての画像が撮像されていると判断されると、制御装置１００は、ステップＳ２２を実行する。ステップＳ２２では、コンプレッサ８から集合洞６への経路を閉鎖するように、圧力制御部１１０が電磁弁１０を制御する。これにより、集合洞６内の圧力を低下させる。これにより、ノズル４の開口４ａから流体の吐出が終了する。
【００４３】
次に、制御装置１００は、ステップＳ２４を実行する。ステップＳ２４では、演算部１４０が、ノズル４の回転及び画像の撮像の協働により得られる複数種類の画像を用い、コリメータレンズ２４と集光レンズ２６との間の密度分布を算出する。
【００４４】
一例として、演算部１４０は、撮像装置１４が撮像した画像の各部について背景位相からの光の変位量を得る。背景位相とは、コリメータレンズ２４と集光レンズ２６との間に流体が吐出されていない場合に撮像した画像の色相の値である。背景位相は、例えば、予め求められて記憶部１３０に保存されている。演算部１４０は、各画像について光の変位量を算出すると、これを用いて屈折率の分布を算出する。屈折率の分布の算出には、既知のコンピュータ断層撮影（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ；ＣＴ）における演算手法を適用可能である。演算部１４０は、相関関係を利用し、屈折率の分布から密度分布を算出する。
【００４５】
このように算出される密度分布は、例えば、中心軸ＣＬと交差する断面における密度分布である。すなわち、演算部１４０は、三次元圧縮性噴流の密度分布を断層撮影する。演算部１４０は、中心軸ＣＬに沿う複数断面の密度分布を算出することで、三次元空間における密度分布を算出してもよい。
【００４６】
次に、制御装置１００は、ステップＳ２６を実行する。ステップＳ２６では、表示部１５０が算出された密度分布を表示する。一断面内の密度分布を二次元グラフィック表示してもよいし、三次元空間における密度分布を三次元グラフィック表示してもよい。
【００４７】
上述した実施形態によれば、ノズル４から吐出された流体により形成される流れ場がシュリーレン光学系２により可視化され、その画像が撮像装置１４により撮像される。回転機構１２はノズル４を回転させる。ノズル４が回転すると、上記流れ場自体をノズル４と共に回転させたのと同様の流れ場が形成される。このため、回転機構１２と撮像装置１４とを協働させることにより、流れ場を回転させつつ、異なる回転角度ごとに撮像したものに相当する複数種類の画像を撮像できる。この複数種類の画像を用いて、演算部１４０は、密度分布を算出する。このように、回転機構１２及び撮像装置１４の協働により得られた複数種類の画像を用いることにより、密度分布を高精度に算出することができる。
【００４８】
また、シュリーレン断層撮影装置１によれば、シュリーレン光学系２と撮像装置１４とを回転させることなく、複数種類の画像を撮像できるので、装置の小型化、単純化が可能である。
【００４９】
シュリーレン断層撮影装置１は、例えば、三次元超音速ノズルから噴出する流れの評価に利用可能である。具体例として、流れ場の密度分布を算出することにより、衝撃波と膨張波を含む複雑な流れを非接触にて評価できる。シュリーレン断層撮影装置１は、乱流モデルを含む数値計算コードを用いたコンピュータシミュレーションなどの検証にも利用可能である。シュリーレン断層撮影装置１は、スートブロワノズル、ガスワイピングノズル、ガスアトマイゼーションノズル、ねぎ皮剥き用ノズルなどの様々な工業用ノズルから吐出される流れの評価にも利用可能である。
【００５０】
シュリーレン断層撮影装置１は、ノズル４の開口４ａから吐出させるための流体を収容する集合洞６と、集合洞６の外側からノズルを回動自在に保持し、集合洞６に着脱自在に取り付けられる保持部材１６と、を更に備えている。このため、集合洞６を設置したまま、複数種類のノズルを容易に付け替えて計測を行うことができる。ただし、この構成は必須ではない。例えば、ノズル４は、保持部材１６を用いることなく集合洞６に取り付けられていてもよい。
【００５１】
上述した実施形態では、シュリーレン断層撮影装置１は、ノズル４の外周に設けられ、ノズル４の回転を許容しつつ、集合洞６及びノズル４の間を封止する封止部材１７と、保持部材１６及びノズル４の間に設けられ、ノズル４の回転を許容しつつ、開口４ａを通る軸に沿う荷重を受けるスラスト軸受１８と、を更に備えている。このため、封止部材１７により、開口４ａ以外からの流体の漏出が抑制される。流体の吐出中において、ノズル４には、集合洞６内から外側へ向かう力が作用する。この力はスラスト軸受１８により受けられるので、封止部材１７には作用しにくい。このため、封止部材１７による摩擦抵抗が抑制される。従って、回転性能を保ちつつ、開口４ａ以外からの流体の漏出を抑制することができる。ただし、この構成は必須ではない。開口４ａ以外からの流体の漏出が密度分布の算出に支障をきたさない場合、封止部材１７は必須ではない。また、ノズル４と集合洞６との回転性能が確保される場合、スラスト軸受１８は必須ではない。
【００５２】
上述したように、スラスト軸受１８は滑り軸受であってもよい。このように構成した場合、転がり軸受を用いた場合に比べ、保持部材１６及びノズル４の間の密閉性を高めることができるので、開口４ａ以外からの流体の漏出を更に抑制することができる。ただし、この構成は必須ではない。例えば、スラスト軸受１８は転がり軸受であってもよい。
【００５３】
上述した実施形態において、フィルタはカラーフィルタである。このため、密度分布の情報を色情報としてより確実に抽出し、より高精度に密度分布を算出することができる。レインボーフィルタを用いたシュリーレン法による計測は、モアレシュリーレン法、フォーカシングシュリーレン法、又は背景シュリーレン法、といった他のシュリーレン計測法に比べ、空間分解能が非常に高く、密度値の計測精度が非常に高くなる傾向がある。よって、密度分布を更に高精度に算出することができる。ただし、この構成は必須ではない。シュリーレン光学系２は、流れ場を可視化できればどのようなものであってもよいので、例えばピンホールＰにかえて有限の大きさを有する光源を採用してもよく、カラーフィルタ２８にかえてナイフエッジ型のフィルタを採用してもよい。
【００５４】
上述した実施形態では、シュリーレン断層撮影装置１は、密度分布の算出に用いられる複数種類の画像を取得するように、回転機構１２と撮像装置１４とを協調制御する撮像制御部１２０を更に備えている。このため、複数種類の画像の取得から、当該画像を用いた密度分布の算出までの一連の手順を自動化できる。ただし、この構成は必須ではない。例えば複数種類の画像の取得までを作業者のマニュアル操作によって行ってもよい。
【００５５】
上述した実施形態では、撮像制御部１２０は、撮像装置１４が画像を撮像するときには、ノズル４を回転させないように回転機構１２を制御し、撮像装置１４が画像を撮像していないときに、ノズル４を回転させるように回転機構１２を制御する。このため、撮像時の流れ場を安定させ、より高精度に密度分布を算出することができる。ただし、この構成は必須ではなく、撮像制御部１２０は、ノズル４の回転を止めることなくノズル４の回転中に撮像を実行する制御を行ってもよい。
【００５６】
以上、実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１…シュリーレン断層撮影装置、２…シュリーレン光学系、４…ノズル、４ａ…開口、６…集合洞、１２…回転機構、１４…撮像装置、１６…保持部材、１７…封止部材、１８…スラスト軸受、２２…光源、２４…コリメータレンズ、２６…集光レンズ、２８…カラーフィルタ（フィルタ）、１００…制御装置（制御部）、１４０…演算部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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