(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦振動を伝播する固体と、
前記固体中を伝播する縦振動の波面方向と略同一方向に延びて撓み振動可能に前記固体に固定された光学反射面と、
前記縦振動の伝播する方向と略同一方向に前記光学反射面に照射光を照射する光源と、
前記光学反射面において反射された反射光を受光する受光面とを有し、
前記固体中を伝播する縦振動を前記撓み振動を利用して前記受光面上に拡大させることにより前記縦振動を可視化し、
前記光学反射面は部分反射鏡であり、
前記部分反射鏡を前記縦振動の伝播する方向に複数設けるとともに、反射鏡面を前記伝播方向に対して所定角度傾けて配設し、
前記光源は前記複数の部分反射鏡に前記縦振動の伝播する方向と略同一方向に照射光を照射し、
前記受光面は前記複数の部分反射鏡において反射された複数の反射光を受光することにより、
前記固体中を伝播する縦振動の振幅分布を可視化することを特徴とする固体中の縦振動を可視化する装置。
【請求項２】
縦振動を伝播する固体に、
前記固体中を伝播する縦振動の波面方向と略同一方向に延びて撓み振動可能に光学反射面を固定し、
前記光学反射面に前記縦振動の伝播する方向と略同一方向から照射光を照射し、
前記光学反射面において反射された反射光を受光面で受光することにより、
前記固体中を伝播する縦振動を前記撓み振動を利用して前記受光面上に拡大させて前記縦振動を可視化し、
前記光学反射面は部分反射鏡であり、
前記部分反射鏡を前記縦振動の伝播する方向に複数設けるとともに、反射鏡面を前記伝播方向に対して所定角度傾けて配設し、
前記複数の部分反射鏡に前記縦振動の伝播する方向と略同一方向から照射光を照射させて、
前記受光面は前記複数の部分反射鏡において反射された複数の反射光を受光することにより、
前記固体中を伝播する縦振動の振幅分布を可視化することを特徴とする固体中の縦振動を可視化する方法。
【請求項３】
前記照射光は可視光であることを特徴とする請求項１に記載の固体中の縦振動を可視化する装置。
【請求項４】
前記照射光は可視光であることを特徴とする請求項２に記載の固体中の縦振動を可視化する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体中を伝播する縦振動を可視化する方法並びに、この方法を用いて固体中の縦振動を可視化する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
良く知られるように、媒質中を伝わる（伝播する）波には、波の伝わる方向と直交する方向に媒質が振幅運動を行う横波（横振動）と、波の伝わる方向と同一方向に媒質が振幅運動を行う縦波（縦振動）とがある。このうち横波は、例えば海上の波や楽器の弦を弾いたときの運動に代表されるように、媒質自身が波動の伝播方向に対して直交する方向に振幅分布を有する運動であるため、一般に把握容易であり、微細な運動であってもこれを光学的に容易に可視化できるという特質を有している。
【０００３】
一方、縦波は、例えば金属棒の端部を棒の軸方向に叩いたときに金属棒中に発生する運動に代表されるように、媒質内部において媒質を構成する原子等が波動の伝播方向に相対変位する運動（疎密波）であるため、一般に把握困難であり、これを可視化することが困難であるという特質を有している。このため、従来では縦振動を観測するために、例えば被観測体である金属棒に対し棒の軸方向に圧電素子（ＰＺＴ）等の加速度ピックアップを固定配設し、この検出信号をチャージアンプで増幅、変換することにより可視化して観測していた。
【０００４】
また、例えば物理学の基礎実験等において、クントの実験と呼ばれる方法で金属棒を伝播する縦波の音速、または金属棒のヤング率の測定が行われている。これは、金属棒中を伝播する縦波をガラス管の気中に伝達させ、気中の定在波の波長をコルク等の粉末の状態から測定して、金属棒中の音速またはヤング率を求める実験である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の縦振動の観測方法では、現実に媒質内部で発生している縦振動の変化を直接的に目視観測することができないうえ、加速度ピックアップやチャージアンプを始めとしてオッシロスコープやプロッタ等の多数の機材が必要となる。さらに媒質中の振動分布状態を観測しようとすれば、その観測点数に応じて多現象の同時観測が可能な機材が必要になるなど、観測装置が大がかりなものにならざるを得ないという課題があった。
【０００６】
また、例えば上記物理学の基礎実験等においては、金属棒中での縦波及びその定在波を直接観測できないため、実験者たち（例えば学生等）は金属棒中で起こっているであろう現象を想像しながら実験を行うにとどまり、縦振動についての根本的な理解を深めることが難しいという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みて成されたものであり、簡便な装置構成で媒質中を伝播する縦波を直視的に観測することができる方法及び装置を提供するとともに、これにより縦波の振動現象や定在波の存在をより容易に理解させることができる方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明では、縦振動を伝播する固体（例えば実施形態に於ける金属棒５）と、この固体中を伝播する縦振動の波面方向と略同一方向に延びて撓み振動可能に固体に固定された光学反射面（例えば実施形態に於ける反射鏡面２５ａ，３５ａ）と、縦振動の伝播する方向と略同一方向に光学反射面に照射光を照射する光源（例えば実施形態に於けるレーザ光源１０）と、光学反射面において反射された反射光を受光する受光面（例えば実施形態に於けるスクリーン４０）とを有し、固体中を伝播する縦振動を撓み振動を利用して受光面上に拡大させることにより縦振動を可視化し、さらに、上記光学反射面は部分反射鏡であり、この部分反射鏡を縦振動の伝播する方向に複数設けるとともに、反射鏡面を伝播方向に対して所定角度傾けて配設し、光源は複数の部分反射鏡に縦振動の伝播する方向と略同一方向に照射光を照射し、受光面は複数の部分反射鏡において反射された複数の反射光を受光することにより、固体中を伝播する縦振動の振幅分布を可視化する装置を構成する。
【０００９】
そして、縦振動を伝播する固体に、この固体中を伝播する縦振動の波面方向と略同一方向に延びて撓み振動可能に光学反射面を固定し、光学反射面に縦振動の伝播する方向と略同一方向から照射光を照射し、光学反射面において反射された反射光を受光面で受光することにより、固体中を伝播する縦振動を撓み振動を利用して受光面上に拡大させて縦振動を可視化する。さらに、光学反射面は部分反射鏡であり、この部分反射鏡を縦振動の伝播する方向に複数設けるとともに、反射鏡面を伝播方向に対して所定角度傾けて配設し、複数の部分反射鏡に縦振動の伝播する方向と略同一方向から照射光を照射させて、受光面は複数の部分反射鏡において反射された複数の反射光を受光することにより、固体中を伝播する縦振動の振幅分布を可視化する。
【００１０】
上記構成の縦振動可視化装置では、光学反射面は固体中を伝播する縦振動の波面方向と略同一方向（すなわち縦振動の伝わる方向と略直交する方向）に延びてこの面において撓み振動可能に固体に固定されており、光源からの照射光は縦振動の伝播する方向と略同一方向に光学反射面に照射され、光学反射面で反射された反射光は受光面に投影されて受光面上に像を作る。光学反射面は縦振動の波面方向と略同一方向に延びて撓み振動可能に固定されているため、固体中を伝播する縦振動によって光学反射面が前後に傾動するように撓み振動が誘起される。このため、反射光はいわゆる光テコの原理によって撓み振動が拡大され、受光面上には拡大された振動像が投影される。
さらに、上記構成の可視化装置では、複数の部分反射鏡（すなわち入射光の一部(例えば数％)を反射し、他を透過する反射鏡）を縦振動の伝わる方向に、例えば一直線上に並べて設けるとともに、各反射鏡面からの反射光が重ならないように反射鏡面を伝播方向に対して所定角度傾けて配設する。そして、これら複数の部分反射鏡を貫通するように、光源からの照射光を縦振動の伝播する方向と略同一方向に照射し、複数の部分反射鏡において反射された複数の反射光を受光面上に投影するように縦振動可視化装置を構成する。このような構成によれば、受光面上に複数の部分反射鏡それぞれによって反射された固体各点における振動像が並んで拡大投影されることとなり、固体中を伝播する縦振動の振幅分布を可視化することができる。
【００１１】
従って、上記構成の縦振動可視化装置を用い、上記方法によって固体中を伝播する縦振動を可視化することにより、極めて簡単な構成で、かつ容易に、固体中を伝わる縦振動を可視化することができる。また、これにより縦波の振動現象を容易に理解させることができる。
さらに、上記構成の縦振動可視化装置を用い、上記方法によって固体中を伝播する縦振動を可視化することにより、極めて簡単な構成で、かつ容易に、固体中を伝わる縦振動の振幅分布を可視化することができる。また、これにより縦波の振動現象及び定在波の存立状態を容易に理解させることができる。
【００１６】
なお、上述の縦振動可視化方法及び装置における照射光は可視光であることが好ましい。本発明における上記各装置及び方法においては、赤外光や紫外光などの不可視光を発生する光源を用い、受光面として光源波長に対応して受光面上で光スポット位置を検出可能な受光素子（例えばＣＣＤやＰＳＤなど）を用い、この検出信号をオッシロスコープ等で可視化する方法の他、例えば蛍光板や液晶フィルム（イメージプレートやコンバートプレートとも称される）などのように、受光面で不可視光を可視光に波長変換する受光素子を用いることにより、受光面上で可視化することも可能である。
【００１７】
しかし、照射光として可視光を用いる構成によれば、受光面として上記のような波長変換素子等を用いる必要がなく、反射光が目視可能なスクリーンであればよい。従って、極めて簡単な装置構成で、かつ容易に、固体中を伝わる縦振動の振幅分布を直接的に可視化することができる。そして、これにより縦波の振動現象及び定在波の存立状態を容易に理解させることができる。なお、このような光源としてビームスポットサイズが小さく、空間的な拡がり角の小さい可視レーザ光を用いることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る固体中の縦振動を可視化する装置（以下単に「可視化装置」という）及び可視化方法における好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１には本発明に係る可視化装置における第１の好ましい実施例を平面図(a)、及び側面図(b)として示している。この可視化装置１は、固体の一部における縦振動の状態を観測する可視化装置であり、軸方向に縦振動を生ずる円柱状の金属棒５、この金属棒５の端部に取り付けられた光学反射部材２０、光学反射部材２０に照射光(レーザ光)Ｌを照射するレーザ光源１０、及び光学反射部材２０で反射された反射光ＬRを投影するスクリーン４０などから構成されている。
【００１９】
金属棒５は、縦振動の振動状況を観測しようとする固体の一例としてとり上げたものであり、縦振動の発生及び観測容易のため、これを棒状に加工して被観測媒体とした。以降説明する第１実施例では、直径8mm、長さｌ＝120cmの真鍮の丸棒を用い、この金属棒５の長さ方向における中点（ｌ／２位置）を固定支持した場合を例に採り説明する。
【００２０】
レーザ光源１０は、その発振形態（固体、半導体、気体レーザ等）や発振波長（不可視光、可視光）を問うものではないが、本実施例ではビームの時間的、空間的な安定性の高さや取り扱いの容易性から、発振波長633nm、出力5mWのHe-Neレーザを用い、金属棒５の軸線Ｓに対して水平方向にわずかに傾けて後述する反射鏡２５に入射させている。
【００２１】
金属棒５に固定配設される光学反射部材２０は、図１中にII-II矢視及びIII-III矢視する詳細図を、それぞれ図２及び図３に示すように、環状に形成された固定金具２１と、この固定金具２１に固着された反射鏡２５、固定金具２１を金属棒５に締め付け固定するための固定ネジ２２からなり、本実施例においては、平面視（図１(a)）において金属棒５の中心軸Ｓと反射鏡面２５ａとが垂直となるように、すなわち金属棒５中を伝播する縦振動の波面と反射鏡面２５ａとが平行になるように、構成されている。
【００２２】
固定金具２１は、金属棒５に反射鏡２５を着脱自在に固定するために用いる固定部材であり、金属棒５の振動状態に影響を与えることなく反射鏡２５に縦振動を伝達するように、例えば、アルミニウム合金のような軽量高剛性の金属材料を旋削等公知の機械加工方法によって成形加工したものである。この部材２１は、図１及び図２中にIII-III矢視で示す断面図を図３に示すように、内周側の金属棒５に向けて形成されたナイフエッジ２１ａと、金具外周部にナイフエッジ２１ａと平行に設けられて反射鏡２５を接着固定するための取付座面２１ｂと、環状の金具の一部を切り欠くことにより形成されたスリ割り２１ｃとを有して構成されている。固定金具２１は、切り欠き部２１ｃを固定ネジ２２を用いて締め込むことにより金属棒５の外周面にナイフエッジ２１ａで線接触し、金属棒５と一体となって振動するように固定されている。
【００２３】
反射鏡２５は、例えば、大きさが5×18mm程度で厚さ0.16mm程度のガラス基板を用いた短冊状の薄肉軽量の反射鏡であり、反射鏡面２５ａ側には、用いるレーザ光源１０の波長の光を反射する反射膜がコーティングされている。反射鏡２５は基端部において上記固定金具２１の取付座面２１ｂに接着固定され、固定部が固定金具２１と一体的に振動するように構成されている。なお、反射鏡上端部は解放されて図３中に二点鎖線で示すように前後に傾動可能に構成されている。
【００２４】
スクリーン４０は、レーザ光源１０から射出され反射鏡２５において反射されたレーザ光を受光して映し出す観測面であり、目視観測する場合においては上記波長のレーザスポットが明瞭に視認可能な平坦面であればよい。また、反射鏡２５とスクリーンとの距離Ｄは、反射鏡２５が上記図３のように撓み振動したときに、光テコの原理により拡大される反射光の変位を読み取るのに適した距離として適宜定められる。例えば、スクリーン４０上のレーザスポットを目視観測する場合には、最大振幅でのスクリーン上における像の高さが数十ミリメートル程度となるようにスクリーン４０を配設する。本実施例ではＤ＝２mの位置にスクリーン４０を配設した。また、ＰＳＤなどの受光素子を用いて振動波形を観測する場合には、当該受光素子の検出可能領域幅に応じて受光素子を配設する。
【００２５】
以上のように構成された可視化装置１において、図４(a)に示すように、金属棒５の長さ方向における中点（ｌ／２位置）の外周部をナイフエッジ状の固定点５ｃにおいて固定支持し、反射鏡２５にレーザ光源１０からレーザ光Ｌを入射させる。図４(b)は、このときにスクリーン４０上に投影された反射レーザ光ＬRの像をカメラで撮影したものであり、静止した丸い点状のレーザスポットとして観測される。次に、この状態から光学反射部材２０が取り付けられていない金属棒５の自由端５ｂを乾いた綿布などで軸方向に擦り、金属棒５に縦波の定在波を生じさせる。図４(c)は、このときにスクリーン４０上に投影された反射レーザ光ＬRの像であり、高速で上下に往復振動するレーザスポットがライン状の像として観測される。
【００２６】
このライン状の像の長さは金属棒５に於ける縦振動の振幅の大きさに対応しており、縦振動による金属棒５の端面の変位量を静電容量式変位計によって測定した測定結果と比較すると、例えば、静電容量式変位計による測定値(変位量)約20μmに対してスクリーン４０上でのライン長（振幅）は約50mmであった。このことから、反射鏡２５の撓み角は約0.7度であり、金属棒５の縦波の変位は反射鏡２５の撓み振動によって２５００倍に拡大されたことを意味する。
【００２７】
なお、金属棒５に固定金具２１を介して固定配設された反射鏡２５の撓み振動は、金属棒５の縦波による強制振動として考えることができる。反射鏡２５の固有振動数を振動実験装置により測定した結果850Hzであり、他方、金属棒５の縦振動の周波数をクントの方法によって測定した結果1.42kHzであった。従って、反射鏡２５と金属棒５の振動は共振状態ではなく、また、反射鏡の撓み振動数が固有振動数よりも大きいことから、金属棒５の縦振動に対して逆位相で撓み振動していると考えられる。
【００２８】
これらから、縦波の波面と同一方向のウェッジ２１ａで金属棒５に固定された固定金具２１は、縦振動によって図３中に矢印ｍで示すように軸方向に一体として直線往復運動し、反射鏡２５は、この強制振動により図３中に一点鎖線及び矢印Ｍで示すように揺動する撓み振動を発生する。このためスクリーン上に投影される反射レーザ光ＬRは光テコの原理により振幅が拡大され、縦振動の振幅強度はスクリーン上におけるライン長（直線往復運動の振幅）として投影される。
【００２９】
従って、これまで説明したような簡易な装置構成によって、極めて簡単かつ容易に縦振動の振動状態を可視化することができる。また、その拡大倍率は反射鏡２５とスクリーン４０との距離を変化させることや、反射鏡２５へのレーザビームＬの照射位置（高さ）を変化させることなどによって、任意に変更することができる。
【００３０】
次に、本発明に係る第２の好ましい実施形態について説明する。この可視化装置２は、固体の一定部分について縦振動の振幅分布を観測する可視化装置であり、図５(a)に平面図を示し、図５(b)に側面図を示すように、複数の光学反射部材３０を用いることを除いて、前述した実施例と略同一の装置構成により達成される。すなわち、この可視化装置２は、金属棒５と、金属棒５に直線状に並んで固定配設される複数の光学反射部材３０（３０1，３０2，３０3…）と、射出ビームＬが金属棒５の軸線Ｓと平行となるように配設されるレーザ光源１０と、各光学反射部材からの反射レーザ光ＬR（ＬR1，ＬR2，ＬR3…）を受光するスクリーン４０とから構成されている。なお、以降の説明においては前述した実施例と同一の部材については同一番号を付して重複説明を省略する。
【００３１】
金属棒５に固定配設される光学反射部材３０は、既に図２及び図３を用いて説明した光学反射部材２０と略同一構成であり、環状に形成された固定金具２１’と、この固定金具２１’に固着された反射鏡３５、固定金具２１’を金属棒５に締め付け固定するための固定ネジ２２から構成されている。本実施形態では、レーザ光源１０から射出され光学反射部材３０の部分反射鏡３５で反射された反射光ＬRが戻り光路において隣接する部分反射鏡にかからず、また、スクリーン４０上において各反射像が重複しないように、平面視（図５(a)）において金属棒５の中心軸Ｓに対して各反射鏡面３５ａを垂直からわずかに傾斜させて固定配設している。
【００３２】
このため固定金具２１’は、前述の固定金具２１と略同一の構成であるが、部分反射鏡３５を接着固定するための取付座面(２１ｂ)部分のみが前述の固定金具と異なり、所定傾斜角（部分反射鏡の撓み振動に大きな影響を与えることのない傾斜角度範囲内であり、例えば数度程度）だけ傾けて形成されている。
【００３３】
部分反射鏡３５は、前記反射鏡２５と同程度の形状寸法のガラス基板を用いた短冊状の部分反射鏡であり、反射鏡面３５ａ側には、用いるレーザ光源１０の光波長に対して数％の反射率を持つ反射膜がコーティング（PRコート）され、他面には不要な反射を避けるための無反射コーティング（ARコート）が施されている。部分反射鏡３５は、無反射コーティング側の鏡面基端部において上記固定金具２１’の取付座面に接着固定され、固定部が固定金具２１’と一体的に振動するように構成されている。
【００３４】
このように構成された光学反射部材３０を複数用い、一列に並べて金属棒５に固定する。そして以上のように構成された可視化装置２において、レーザ光源１０から射出されたレーザ光Ｌを金属棒５の軸線Ｓに平行に（すなわち、各部分反射鏡３５に対して同一高さ位置に）各部分反射鏡３５1,３５2,３５3…に入射させる。以降、図６から図８を用いて可視化装置２の作用について説明する。
【００３５】
図６(a)は金属棒５の長さ方向における中点（ｌ／２位置）を固定支持したときに、金属棒５内に生じる縦振動の定在波の振幅分布を視覚化する装置構成を示したものである。この実施例では、金属棒５の固定点５ｃからレーザ光源１０側の棒端部５ａまで１０cm間隔で７個の光学反射部材３０（３０1,３０2…３０7）を固定配設し、各部分反射鏡３５（３５1,３５2…３５7）で反射されスクリーン４０上に投影された反射レーザ光ＬR1,ＬR2…ＬR7の像を観測する。
【００３６】
図６(b)は、縦振動を発生させる前にスクリーン４０上で観測される反射レーザ光の像であり、各部分反射鏡３５1,３５2…３５7で反射されたレーザビームが７つの等間隔の静止した点状のスポット像として観測される。次に、この状態から光学反射部材３０が取り付けられていない金属棒５の自由端５ｂを乾いた綿布などで軸方向に擦り、金属棒５に縦波の定在波を生じさせる。図４(c)は、このときにスクリーン４０上に投影された反射レーザ光ＬR1,ＬR2…ＬR7の像である。これ等の各像は金属棒５の各位置における縦振動の振動状態を表しており、部分反射鏡の固定されている位置に依存してその大きさが変化することがわかる。
【００３７】
前述したように、ライン状の像の高さ（高速で上下に往復振動するレーザスポットの振幅）は縦振動の振幅強度に対応しており、図６(d)にこのような支持条件において理論的に求められる縦波の定在波形を示すように、縦波の振幅強度分布と良く一致する。すなわち、図６(a)のように光学反射部材３０を被観測媒体に複数取り付けて反射像を観測することにより、被観測媒体上の縦波の定在波形を極めて容易に視覚化できることがわかる。
【００３８】
図７は、金属棒５の固定点５ｃをｌ／２の中点位置から、左端からｌ／４の位置に変更し、固定点５ｃからレーザ光源１０側の金属棒５に１０cm間隔で１０個の光学反射部材３０を固定配設したときの、縦振動を発生させる前（図７(a)）及び縦振動を生じさせたとき（図７(b)）にスクリーン４０上で観察される反射レーザ光ＬR1〜ＬR10の像である。図７(c)は、このような支持条件で理論的に予測される縦波の定在波形であり、図中に付記したようにｌ／４，３ｌ／４の位置に節が、０，２ｌ／４，ｌの各位置に腹ができる。スクリーン上で観測される反射レーザ光ＬR1〜ＬR10の像は、この定在波形と良く一致しており、腹と節とを含む定在波形を明確かつ忠実に視覚化していることが解る。
【００３９】
図８は、金属棒５の固定点を左端からｌ／６位置に設け、固定点５ｃからレーザ光源１０側の金属棒５に６.７cm間隔で１６個の光学反射部材３０を固定配設したときの、縦振動を発生させる前（図８(a))及び縦振動を生じさせたとき（図８(b)）にスクリーン４０上で観察される反射レーザ光ＬR1〜ＬR16の像である。図８(c)は、このような支持条件で理論的に予測される縦波の定在波形であり、図中に付記したようにｌ／６，３ｌ／６，５ｌ／６の位置に節が、０，２ｌ／６，ｌの各位置に腹ができる。スクリーン上で観測される反射レーザ光ＬR1〜ＬR16の像は、この定在波形と良く一致しており、縦波の定在波形を明確かつ忠実に視覚化していることが解る。
【００４０】
このように、本発明では縦振動の伝播する被観測媒体に、縦波の波面方向と略同一方向に撓み振動自在な光学反射部材を固定配設し、光学反射面に縦振動の伝播する方向と略同一方向から照射光を照射して光学反射面において反射された反射光を受光面で受光することにより、固体中を伝播する縦振動を撓み振動を利用して受光面上に拡大させて縦振動を可視化する。このため、被観測媒体は光学反射部材(反射鏡)が固定可能な固体であればよく、例えば岩盤や氷などであっても振幅分布を可視化し、あるいは振動状態を計測することができる。また、このような縦振動の計測装置及び方法をさらに進めて固体中の音速測定やヤング率の測定に応用することも可能である。
【００４１】
なお、以上説明した実施例では縦振動の観測位置を自由に変更できるように、撓み振動可能な反射鏡を固定金具に接着固定した光学反射部材を用い、これを被検出媒体である固体に締め付け固定する構成としたが、固体に撓み振動可能な反射鏡を直接固定する構成や、撓み振動可能な弾性体に反射鏡を固定する構成であっても同様の効果を得ることができる。さらに、本実施例では部分反射鏡を用いて１本のレーザビームを部分反射させる構成としたが、例えば、一本のレーザビームをビームスプリッタ等により複数本に分割し、あるいは複数のレーザ光源を用い、それぞれ全反射鏡で反射させたレーザスポットをスクリーン上に並べて投影するように構成することも可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、縦振動を伝播する固体と、この固体中を伝播する縦振動の波面方向と略同一方向に延びて撓み振動可能に固体に固定された光学反射面と、縦振動の伝播する方向と略同一方向に光学反射面に照射光を照射する光源と、光学反射面において反射された反射光を受光する受光面とを有し、固体中を伝播する縦振動を撓み振動を利用して受光面上に拡大させることにより縦振動を可視化するように固体中の縦振動を可視化する装置を構成する。そして、光学反射面に縦振動の伝播する方向と略同一方向から照射光を照射し、光学反射面において反射された反射光を受光面で受光することにより、固体中を伝播する縦振動を撓み振動を利用して受光面上に拡大させて縦振動を可視化する。
従って、上記構成の縦振動可視化装置を用い、上記方法によって固体中を伝播する縦振動を可視化することにより、極めて簡単な構成で、かつ容易に、固体中を伝わる縦振動を可視化することができる。また、これにより縦波の振動現象を容易に理解させることができる。
さらに、本発明では、上記光学反射面は部分反射鏡であり、この部分反射鏡を縦振動の伝播する方向に複数設けるとともに、反射鏡面を伝播方向に対して所定角度傾けて配設し、光源は複数の部分反射鏡に縦振動の伝播する方向と略同一方向に照射光を照射し、受光面は複数の部分反射鏡において反射された複数の反射光を受光するように装置を構成し、固体中を伝播する縦振動の振幅分布を可視化する。
従って、上記構成の縦振動可視化装置を用いて固体中を伝播する縦振動を可視化することにより、極めて簡単な構成で、かつ容易に、固体中を伝わる縦振動の振幅分布を可視化することができる。また、これにより縦波の振動現象及び定在波の存立状態を容易に理解させることができる。
【００４６】
なお、上述の縦振動可視化方法及び装置における照射光は可視光であることが好ましい。このような構成によれば、受光面として波長変換素子等を用いる必要がなく反射光が目視可能なスクリーンであればよい。従って、極めて簡単な装置構成で、かつ容易に、固体中を伝わる縦振動の振幅分布を直接的に可視化することができる。そして、これにより縦波の振動現象及び定在波の存立状態を容易に理解させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る固体の縦振動を可視化する装置における、第１の好ましい実施形態の構成を示す説明図である。このうち図(a)は装置の上面図、図(b)は側面図を表す。
【図２】上記可視化装置における光学反射部材の詳細構成を示す正面図である。
【図３】上記光学反射部材の断面図（図２におけるIII-III断面図）である。
【図４】上記可視化装置の作用を説明する説明図である。このうち、図(a)は金属棒の固定条件を示す装置概略図、図(b)は金属棒に縦振動を発生させる前のスクリーン上の反射像、図(c)は金属棒に縦振動を発生させたときのスクリーン上の反射像を示す。
【図５】本発明に係る固体の縦振動を可視化する装置における、第２の好ましい実施形態の構成を示す説明図である。このうち図(a)は装置の上面図、図(b)は側面図を表す。
【図６】上記可視化装置の作用を説明する説明図である。このうち、図(a)は金属棒の固定条件を示す装置概略図、図(b)は金属棒に縦振動を発生させる前のスクリーン上の反射像、図(c)は金属棒に縦振動を発生させたときのスクリーン上の反射像、図(d)は上記支持条件において想定される縦振動の振幅分布を示す。
【図７】上記可視化装置の作用を説明する説明図である。このうち、図(a)は金属棒の固定条件を示す装置概略図、図(b)は金属棒に縦振動を発生させる前のスクリーン上の反射像、図(c)は金属棒に縦振動を発生させたときのスクリーン上の反射像、図(d)は上記支持条件において想定される縦振動の振幅分布を示す。
【図８】上記可視化装置の作用を説明する説明図である。このうち、図(a)は金属棒の固定条件を示す装置概略図、図(b)は金属棒に縦振動を発生させる前のスクリーン上の反射像、図(c)は金属棒に縦振動を発生させたときのスクリーン上の反射像、図(d)は上記支持条件において想定される縦振動の振幅分布を示す。
【符号の説明】
１  固体の縦振動を可視化する装置（第１実施例）
２  固体の縦振動を可視化する装置（第２実施例）
５  金属棒（縦振動を伝播する固体）
１０  レーザ光源（光源）
２０  光学反射部材
２５  反射鏡
２５ａ  反射鏡面（光学反射面）
３０  光学反射部材
３５  部分反射鏡
３５ａ  反射鏡面（光学反射面）
４０  スクリーン（受光面）
【図１】
0004195540.tif 000002
【図２】
0004195540.tif 000003
【図３】
0004195540.tif 000004
【図４】
0004195540.tif 000005
【図５】
0004195540.tif 000006
【図６】
0004195540.tif 000007
【図７】
0004195540.tif 000008
【図８】
0004195540.tif 000009