実施の形態1.
 図1は、本発明における「実施の形態1」の� �定装置を示す。
 「実施の形態1」は、3色以上の複数色の光� �所定の時間間隔と所定の順序で変化させる� �源1と、前記光源の光によって照射された移� ��又は変化する物体(飛翔液滴2)を撮影する装� ��(デジタルスチールカメラ2)と、移動距離を� ��較検討するための既知の寸法の比較対照(定 規4)からなり、前記撮影装置(デジタルスチー ルカメラ3)は、撮影するタイミングと撮影時� ��を設定可能であり、前記撮影時間内に前記� ��数色の光源1が少なくとも各色それぞれ一回 は変化するように設定された構成となってい る。
 光源1から照射された順次変化する複数色の 照射光6は、図1左方より右方に移動する飛翔� ��滴2を照射する。各色の変化光は、図2のタ� �ムチャートで発光している。
 デジタルカラースチールカメラ3は、一定時 間の間、シャッターを開く。被写体である飛 翔液滴2は、カメラレンズの撮影視界5と照射� ��6が交錯する範囲でのみ撮影される。ここで は撮影される液滴2を黒丸、撮影されない液� �2を白丸で図示している。
 尚、撮影時の周囲の明るさは、光源1に飛翔 液滴2が照らされる照度よりも、低いことが� �ましい。つまり、太陽光下のような明るい� �境では、計測はむずかしい。

 図2は、本発明における「実施の形態1」に� �ける光源の発光の様子をタイムチャート化� �たものである。発光には発光ダイオード(以� ��、LED)を用いる。これは、キセノン球を色フ ィルターで着色した光源や、レーザー光であ ってもかまわない。意図する変化のタイムチ ャートに対して、応答性よく反応するもので あれば、発光体の種類は問わない。電力で発 光するものである必要もない。連続発光する 光源の光を断続的に遮断するような発光方法 でもよい。一般にキセノン球よりもLEDが、又 LEDよりもレーザー発光のほうが、応答性は良 好である。測定対象物の移動や変化速度が速 いものほど、良好な応答性を有する発光体を 必要とする。以下「実施の形態1」では、LED� �発光体に用いた場合の実施例を示す。
 尚、実際の電圧値及び発光量は、回路に使� ��される半導体素子や発光体の応答時間の関� ��で、若干の遅れや、波形のナマリなどを生� ��るが、ここでは無視する。
 また、色を赤・緑・青としているが他の色� ��用いてもよいし、色数を3色としているが4� �以上としてもよい。但し、2色では、進行方� ��が予測できない飛翔液滴の進行方向の特定� ��困難である。
 図2において、各色光源は一定時間Tの間隔� �、一定時間tの発光を順次繰り返す。各色の� ��光順序は入れ替わることなく、つねに所定� ��順序で繰り返される。一定時間Tと一定時間 tは、測定対象の移動速度や形状変化速度に� �じて任意に設定する。

 図3は、本発明における「実施の形態1」の� �源の構成を示す図である。
 制御信号発生部7で、任意のパルス間隔とパ ルス幅を有するピーク値5Vの微小電流パルス� ��号を生成し、LED駆動電流発生部8に信号を送 る。電源部9では、発光に必要な電力を必要� �電圧値で供給する。LED駆動電流発生部8では� ��電源部9から得た電圧・電流をもとに微小電 流パルス信号にて制御されたLED駆動用の電流 を生成する。LED駆動部10はこの電流により、L ED11を発光する。 一般的にLEDは、各LED個体ご とに発光量を電流値でコントロールするので 、電流検出・表示部12を設け、この値をもと� ��人間が電源部9の出力電圧を設定することに より電流をコントロールし、結果的に発光量 をコントロールする。

 LED11で発光した光は、光ファイバーを用い� �光の通路であるライトガイド13により各色個 別にライトガイド集光部14で集光される。ラ� ��トガイド内部では、光ファイバーにより各� ��個別に光がライトガイド発光部15に伝達さ� �る。
 図4に示すように、ライトガイド発光部15の� ��部では、各色用の光ファイバー16は、各色� �均一にまばらになるように配置されて、光� �放出する。また、ライトガイド発光部15の光 出口側にはシリンドリカルレンズ17が設けら� ��、光はあまり拡散せず、光源から離れた位� ��でも光の減衰を少なくしている。これによ� ��、各色の光は、等間隔に位相をずらして、� ��イトガイドから規則正しい順序と時間間隔� ��同じ部位を照らすことになる。
 尚、三次元的に広範囲を照射したい場合は� ��シリンドリカルレンズなどを使用せず照射� ��度を大きくしてもよい。但し、この場合は� ��きな光量を必要とする。デジタルカラース� ��ールカメラ3を二台配置して同時にシャッタ ーを切り、ステレオ撮影を行って、飛翔液滴 2の三次元的な移動を計測したい場合など、� �範囲で照射する必要がある場合もあり得る� �

 図5は、本発明における「実施の形態1」の� �影された飛翔液滴の様子を図式化したもの� �ある。
 照射される撮影範囲18は、図1における照射� ��6と、カメラレンズの撮影視界5の交錯する� �囲である。
 飛翔液滴は、赤緑青赤緑青・・・の順次発� ��する光源で撮影され、図5では、便宜上赤は ○、緑は△、青は×で示すものとする。
 又、この例では図2のタイムチャートにおけ るT/3の時間(発光間隔)は、1/1000秒とし、シャ� ��ター開放時間は、2.5/1000秒とする。
 任意にシャッターを開いた直後の発光が赤� ��タイミングあったので、各飛翔液滴は赤緑� ��の順序で、3回多重露光撮影されている。定 規4を撮影範囲内に収まるように配置してお� �ことで、画像内での定規4との比較により、� ��定時間での液滴の移動ベクトルを計測する� ��とができる。 すなわち、赤の点から緑の� �までの距離、緑の点から青の点までの距離� �、1/1000秒間に動いていることになるので、� �算により速度が求まる。赤-緑間と緑-青間の 間隔や移動方向が変化していれば、ベクトル 変化が発生していることになる。ベクトル変 化を重点的に測定したい場合は、シャッター 開放時間を長くする。5.5/1000秒とすれば、一� ��の液滴に対して5回の多重露光が行われ、ベ クトル変化をより詳細に測定できる。
 また、図示されていないが、実際の撮影画� ��では、飛翔液滴の大きさも確認することが� ��きる。以下は、実際の画像では飛翔液滴の� ��きさも判断できることを前提として記述す� ��。

 実施の形態1では、1枚の画像内で液滴の密� �や分布、各液滴の移動速度や速度変化、及� �方向や方向変化、ならびに各液滴の大きさ� �確認できる。これらのデータを定量化する� �とも、市販されている電子静止画データ内� �寸法測定用の格子状の線を配置できるプロ� �ラムソフトや、逆に撮影データを二次元CAD� �取り込むことにより、二次元CADの寸法測定� �能を利用することにより、容易に安価に実� �することができる。
 定量化を自動化するために、PIV的な解析手� ��を用いる場合でも、時系列ごとに色が異な� ��ため連続性をたどる手がかりとなり、解析� ��ルゴリズムも単純化することができる。又� ��誤ベクトルの発生も大幅に低減することが� ��きる。ある点から次の点を識別する際の選� ��が、通常のPIVに比べ1/色数となるからであ� �。

 図5における実線の楕円で囲んだ部位の飛翔 液滴19は、他と違い移動方向が下向きで移動� ��度もおそく、大きさも小さい。他の飛翔液� ��と衝突しての破片と推定できる。
 図5における破線の楕円で囲んだ部位の飛翔 液滴20は、他の多くの飛翔液滴と大きさや進� ��方向、進行速度が似通っている。本件の測� ��対象における代表的な運動形態の飛翔液滴� ��判断できる。
 図5のおける二重線の楕円で囲んだ部位の飛 翔液滴21は、代表的な飛翔液滴と比較して、� ��行方向は同じであるが速度が遅い。本件の� ��定対象は、方向が同じで速度の異なる飛翔� ��滴が一部混在することが確認できるととも� ��、速度の違いにより飛翔液滴同士の衝突が� ��生していることが類推される。

 図6は図1を上方向と横方向から見た図であ� �。照射光の拡散角度22や撮影画角Y°23-1及び� �影画角X°23-2は、誇張して図式化している。� ��、通常のデジタルスチールカメラでは、撮� ��画角X°38-1と撮影画角Y°38-2は、ほぼ同じ角� �である。
 飛翔液滴2は、撮影時間内での最初のパルス 発光時での位置を丸で表し、撮影されるもの を白丸、撮影されないものを黒丸で表してい る。また、撮影時間内での最後のパルス発光 の位置を×で表している。
 照射光の厚み24(デジタルスチールカメラ3の 撮影方向の照射光の厚み。)の範囲内で、各� �翔液滴2である被写体とカメラ間の距離には� ��ラツキがある。
 飛翔液滴26では、移動距離の誤差α25となる� ��これはカメラに明るい望遠レンズを用いる� ��とにより、撮影画角X°38-1と撮影画角Y°38-2� �小さくし、誤差を小さくすることができる� �又、照射光の拡散角度22を小さくすることで 、照射光の厚み24を小さくし、誤差を小さく� ��ることができる。この場合、「撮影方向に� ��角な面に対して大きく角度の異なる方向に� ��行している飛翔液滴」は、測定対象から外� ��ことになる。照射光の拡散角度22を小さく� �又はレーザー光などによりほとんどゼロに� �た発光は、「シート光」と呼ばれ、流体工� �や流体を扱う企業の研究分野では、頻繁に� �用されている。二次元的な物体の移動のみ� �計測することに対しても、大きな需要があ� �。
 飛翔液滴27では、測定値29と「実際の移動距 離」の間に大きな誤差を生ずる。
 又、飛翔液滴28は、照射光6の範囲外から、� ��囲内を通過して、範囲外に達している。こ� ��場合、デジタルスチールカメラ3のシャッタ ー開放時間内で、光源1が赤緑青赤緑青と仮� �6回変化したとして、少なくとも最初の赤と� ��後の青は撮影されない。これにより、飛翔� ��滴2-3が「撮影方向に直角な面」に対して大� ��く角度の異なる方向に進行していることが� ��別できる。このような、「撮影方向に直角� ��面に対して大きく角度の異なる方向に進行� ��ている飛翔液滴郡を測定したい場合は、前� ��のデジタルスチールカメラ3を2台用いたス� �レオ撮影を行う必要がある。
 尚、あらかじめ照射光6の厚みの範囲での誤 差を把握しておくことで、本装置における測 定誤差を把握することができる。
 カメラレンズの画像歪みについても、予め� ��ラフ用紙などの正確な格子状の静止画を撮� ��しておくことにより、歪みによる誤差を把� ��することができるとともに、必要により定� ��化の際に補正することもできる。

 図1における、「移動距離を比較検討するた めの既知の寸法の比較対照」である定規4は� �飛翔液滴2の移動距離を比較検討するために� ��置されるのであるが、必ずしも飛翔洗浄液2 が撮影された同じ画像内で撮影される必要は ない。図1におけるデジタルスチールカメラ3� ��光源1との位置関係や方向、及びカメラ設定 を測定時と同じにした状況で、定規4を撮影� �ても、のちに撮影画像を照合することで、� �動距離を比較検討することができる。
 又、図1におけるデジタルスチールカメラ3� �光源1との位置関係や方向、及びカメラ設定� ��測定時と同じにした状況で、図6における撮 影面の寸法A30や、撮影面の寸法B31を把握して おけば、この寸法も「移動距離を比較検討す るための既知の寸法の比較対照」となる。
実施の形態2.

 図1は、本発明における「実施の形態2」の� �定装置を示す。
 「実施の形態2」は、3色以上の複数色の光� �所定の時間間隔と所定の順序でパルス発光� �、なおかつ前記パルス発光時よりも小さい� �光量で連続発光する光源1と、前記光源によ� ��て照射された移動又は変化する物体(飛翔液 滴2)を撮影する装置(デジタルスチールカメラ 2)と、移動距離を比較検討するための既知の� ��法の比較対照(定規4)からなり、前記撮影装� ��(デジタルスチールカメラ3)は、撮影するタ� ��ミングと撮影時間を設定可能であり、前記� ��影時間内に前記複数色の光源1が少なくとも 各色それぞれ一回は変化するように設定され た構成となっている。
 光源1から照射された複数色で順次パルス発 光し、前記点パルス発光よりも小さい発光量 で連続発光する照射光6は、図1左方より右方� ��移動する飛翔液滴2を照射する。光源1は、� �2のタイムチャートで発光している。なお、� ��のような連続発光する照射光6は、場合によ っては自然光を活用することもできる。
 デジタルカラースチールカメラ3は、一定時 間の間、シャッターを開く。被写体である飛 翔液滴2は、カメラレンズの撮影視界5と照射� ��6が交錯する範囲でのみ撮影される。ここで は撮影される液滴を黒丸、撮影されない液滴 を白丸で図示している。
 尚、撮影時の周囲の明るさは、光源1に飛翔 液滴2が照らされる照度よりも、低い必要が� �ましい。つまり、太陽光下のような明るい� �境では、計測はむずかしい。

 図7は、本発明における「実施の形態2」に� �ける光源の発光の様子をタイムチャート化� �たものである。パルス発光には発光ダイオ� �ド(以下、LED)を用いる。これは、キセノン球 を色フィルターで着色した光源や、レーザー 光であってもかまわない。意図する変化のタ イムチャートに対して、応答性よく反応する ものであれば、発光体の種類は問わない。電 力で発光するものである必要もない。連続発 光する光源の光を断続的に遮断するような発 光方法でもよい。一般にキセノン球よりもLED が、又LEDよりもレーザー発光のほうが、応答 性は良好である。測定対象物の移動や変化速 度が速いものほど、良好な応答性を有する発 光体を必要とする。連続発光に関しては、パ ルス発光とは別途に電球などの発光体を用い てもかまわない。パルス発光時と連続発光時 は、同じ発光体を用いる必要はない。
以下「実施の形態2」では、パルス発光、連� �発光ともにLEDを発光体に用いた場合の実施� �を示す。
 尚、図7のタイムチャートにおいて、実際の 電圧値及び発光量は、回路に使用される半導 体素子や発光体の応答時間の関係で、若干の 遅れや、波形のナマリなどを生ずるが、ここ では無視する。
 また、パルス発光、連続発光ともに色を赤� ��緑・青としているが他の色を用いてもよい� ��、色数を3色としているが4色以上としても� �い。但し、パルス発光が2色では、進行方向� ��予測できない飛翔液滴の進行方向の特定が� ��難である。連続光は単色でも、変化光同様� ��複数色でもよい。
 図7において、各色光源は一定時間Tの間隔� �、一定時間tのパルス発光を順次繰り返す。� ��色のパルス発光順序は入れ替わることなく� ��つねに所定の順序で繰り返される。一定時� ��Tと一定時間tは、測定対象の移動速度や形� �変化速度に応じて任意に設定する。
 連続光は、他の色がパルス発光しているタ� ��ミングでは発光しない。色が混ざり鮮明な� ��光が行われないのを防ぎ鮮明な画像を得る� ��めである。必ずしも、他の色のパルス発光� ��イミングで発光をやめる必要はない。
 他の色がパルス発光しているタイミングで� ��発光しないと、各色単独では連続光とは言� ��ないが、三色を総合して考えると、光源1は パルス発光よりも小さい発光量で連続発光し ていることになる。
 又、飛翔液滴2の軌道を特定するためのパル ス発光より小さい発光量の発光を「連続光」 と便宜上呼称しているが、必ずしも厳密に連 続している必要はなく、飛翔液滴2の軌道を� �別可能ならば、瞬間的に発光が途切れても� �その機能は満たせている。ここでは、ある� �ルス発光と次のパルス発光の間の、飛翔液� �の軌道を特定できる程度に連続的な発光を� �連続光」と呼称することとする。
 つまり、連続光はパルス発光よりも発光量� ��弱い必要もないことになる。
ある色のパルス発光のそれとは異なる色の次 のパルス発光の色の間に、それらと異なる色 の連続又はそれに受ずる発光があれば、飛翔 液滴2の軌道は特定できる。

 図3は、本発明における「実施の形態1」の� �源の構成を示す図である。
 制御信号発生部7で、任意のパルス間隔とパ ルス幅を有するピーク値5Vのパルス電圧と前� ��の連続発光を司るための5Vより小さい連続� �圧を合成した信号を生成する。連続電圧と� �えども他の色がパルス発光するタイミング� �は0Vとなっている。又、連続電圧は任意の電 圧に設定できるものとする。
 制御信号発生部7はこの信号をLED駆動電流発 生部8に送る。
 電源部9では、発光に必要な電力をパルス発 光ピーク時での任意の電圧値で供給する。
 LED駆動電流発生部8では、電源部9から得た� �圧を制御信号ピーク時の電圧とし、それ以� �のタイミングでは、5Vと制御信号電圧との比 にもとづいて決定された電圧のLED駆動電流を 生成する。
 LED駆動部10はこのLED駆動電流により、LED11を 発光する。 一般的にLEDは、各LED個体ごとに� ��光量を電流値でコントロールするので、電� ��検出・表示部12を設け、この値をもとに人� �が電源部9の出力電圧と制御信号発生部7の連 続電圧を設定することにより電流をコントロ ールし、結果的に発光量をコントロールする 。

 LED11で発光した光は、光ファイバーを用い� �光の通路であるライトガイド13により各色個 別にライトガイド集光部14で集光される。ラ� ��トガイド内部では、光ファイバーにより各� ��個別に光がライトガイド発光部15に伝達さ� �る。
 図4に示すように、ライトガイド発光部15の� ��部では、各色用の光ファイバー16は、各色� �均一にまばらになるように配置されて、光� �放出する。また、ライトガイド発光部15の光 出口側にはシリンドリカルレンズ17が設けら� ��、光はあまり拡散せず、光源から離れた位� ��でも光の減衰を少なくしている。
 尚、三次元的に広範囲を照射したい場合は� ��シリンドリカルレンズなどを使用せず照射� ��度を大きくしてもよい。但し、この場合は� ��きな光量を必要とする。デジタルカラース� ��ールカメラ3を二台配置して同時にシャッタ ーを切り、ステレオ撮影を行って、飛翔液滴 2の三次元的な移動を計測したい場合など、� �範囲で照射する必要がある場合もあり得る� �

 図8は、本発明における「実施の形態2」の� �影された飛翔液滴の様子を図式化したもの� �ある。
 照射される撮影範囲32は、図1における照射� ��6と、カメラレンズの撮影視界5の交錯する� �囲である。
 飛翔液滴2は、赤緑青赤緑青・・・と順次パ ルス発光し、かつパルス発光時よりも小さい 光量で発光する光源で照射される。尚、図8� �は便宜上、赤のパルス発光で照射された飛� �液滴は○、緑は二重丸、青は三重丸で示す� �のとする。
 連続発光により照射された飛翔液滴33は、� �ヌキで表している。連続発光時は、三色の� �圧をバランスを取って設定し、白色に近い� �光色となるようにする。但し、必ずしも白� �に近づける必要はなく、パルス発光時と連� �発光時の発光量の差による濃淡で、「パル� �発光で飛翔液滴が照射された点」と「連続� �光で照射された軌道」が判別できれば、赤� �近い色バランスでもよく、又単色でもよい� �
 この例では図7のタイムチャートにおけるT/3 の時間(発光間隔)は、1/1000秒とし、シャッタ� ��開放時間は、2.5/1000秒とする。
 任意にシャッターを開いた直後のパルス発� ��が赤のタイミングあったので、各飛翔液滴� ��赤緑青の順序で、3回パルス発光にて多重露 光撮影されている。パルス発光とパルス発光 の間は、撮影可能な程度の淡い白色で飛翔液 滴は照射されている。このため、撮影された 飛翔液滴の軌道は連続している。

  実施の形態1と比較して実施の形態2では 、撮影された飛翔液滴の軌道が連続している ので、実施の形態1よりも飛翔液滴の連続性� �判断が確実にできる。飛翔液滴の分布密度� �高かったり、ベクトル変化が大きかったり� �移動方向がランダムである場合は、実施の� �態2は実施の形態1よりも有効性が高い。

 定規4を撮影範囲内に収まるように配置して おくことで、画像内での定規4との比較によ� �、一定時間での液滴の移動ベクトルを計測� �ることができる。 すなわち、赤の点から緑 の点までの距離、緑の点から青の点までの距 離が、1/1000秒間に動いていることになるので 、計算により速度が求まる。赤-緑間と緑-青� ��の間隔や移動方向が変化していれば、ベク� ��ル変化が発生していることになる。ベクト� ��変化を重点的に測定したい場合は、シャッ� ��ー開放時間を長くする。5.5/1000秒とすれば� �一つの液滴に対して5回の多重露光が行われ� ��ベクトル変化をより詳細に測定できる。
 また、図示されていないが、実際の撮影画� ��では、飛翔液滴の大きさも確認することが� ��きる。以下は、実際の画像では飛翔液滴の� ��きさも判断できることを前提として記述す� ��。

 実施の形態2では、1枚の画像内で液滴の密� �や分布、各液滴の移動速度や速度変化、及� �方向や方向変化、ならびに各液滴の大きさ� �確認できる。これらのデータを定量化する� �とも、市販されている電子静止画データ内� �寸法測定用の格子状の線を配置できるプロ� �ラムソフトや、逆に撮影データを二次元CAD� �取り込むことにより、二次元CADの寸法測定� �能を利用することにより、容易に安価に実� �することができる。
 定量化を自動化するために、PIV的な解析手� ��を用いる場合でも、時系列ごとに色が異な� ��ため連続性をたどる手がかりとなるうえに� ��連続発光により飛翔液滴の軌道が連続して� ��影されるので、解析アルゴリズムも単純化� ��ることができる。又、誤ベクトルの発生も� ��幅に低減することができる。

 「実施の形態2」におけるその他の実施形 態は、実施の形態1と同様である。