JP6830692B2 - 流体の計測方法、計測装置および計測システム - Google Patents

流体の計測方法、計測装置および計測システム Download PDF

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Description

本発明は、流体の計測方法、計測装置および計測システムに関する。
一般に、機械的な運動を行う場合、互いに摺動する部材間に薄膜を形成して動作を滑らかにする潤滑剤等の流体を介在させている。例えば、ピストン、シリンダ、すべり軸受などでは機械的に円滑に作動させることが要求され、すべり面には潤滑油が入れられる。ピストン、シリンダ、すべり軸受などを円滑に作動するためには、形状、境界面の間隔、潤滑油の量や質などの最適化が必要になる。
従来、ピストン−シリンダ間の油膜の潤滑状態を把握するために、フォトクロミック反応を生じる物質を用いて油膜内流れの可視化を実現する技術が提案されている（非特許文献１参照）。
フォトクロミック反応とは、紫外光などの光を特定の物質に照射することにより当該物質の色素の分子構造を変化させ、それに伴って吸収スペクトルが変化する現象である。つまり、色素の分子構造を変化する前の物質は吸収スペクトルが無いため、光を照射しても着色されないが、色素の分子構造が変化した物質は特定の波長領域の光を照射すると、光を吸収して着色する。
非特許文献１に記載される技術では、潤滑油（エンジンオイル）にフォトクロミック化合物を含有し、フォトクロミック化合物の色素の分子構造を変化させるための光（例えば、紫外光）をエンジンオイルに照射し、色素の分子構造が変化した部分を時間経過と共に撮影する。ここで、潤滑油の撮影は、観測用の照明光（例えば、白色光）を照射した状態でカメラを用いて行われる。
観測用の照明光を測定部のエンジンオイルに当てることによりエンジンオイルからの反射光（厳密にはエンジンオイルを透過し背面のエンジンから反射してくる光）を得られるが、この反射光は、フォトクロミズムにより吸収スペクトルが変化した影響で、吸収された波長域では反射光強度が低下する。その為、時間経過と共に反射光強度の結果を撮影し、撮影した撮影画像を解析することでエンジンオイルが流れる様子が分かる。
ここで、光の吸収量を表す指標として吸光度があり、撮影画像の解析は吸光度を用いて行われる。吸光度は以下の式で求められる。
着色前後の光強度（撮影画像の強度値）を
Ｉbefore ・・・着色前の光強度
Ｉafter ・・・着色後の光強度
とすると、吸光度Ａsの計算式は、以下の式となる。なお、ＬＯＧは常用対数である。
Ａs＝−ＬＯＧ（Iafter／Ibefore）
畔津昭彦、北嶋一慶著、「油膜内流れの可視化に関する研究」、日本機械学会2015年度年次大会講演論文集、一般社団法人 日本機械学会、2015年
非特許文献１に記載される技術によれば、油膜の潤滑状態を把握することが可能であるが、駆動部の動き、油膜表面の動き、気泡の分布等による油膜の変動がノイズとして含まれ、詳細な油膜の流れを把握することができず、油膜のより詳細な潤滑状態を観測したいという要望がある。その為には、フォトクロミズムを従来技術よりも鮮明に撮影・解析する必要がある。
しかし、非特許文献１には、このような要望を満たす具体的な技術内容について、記載も示唆もされていない。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであって、動く物体中、変化する場のような測定環境でも測定対象物を計測することができる計測方法、計測装置および計測システムを提供することを課題とする。
ここで、フォトクロミズムを生じさせる変異発生光を照射することによって、特定の波長領域の吸収量が変化したフォトクロミック化合物のことを、変異フォトクロミック化合物と定義する。また、測定対象物の計測には、例えば、時間経過に伴う流れの可視化や特定時刻における厚さの測定などが含まれる。
前記課題を解決するために、本発明の一態様による計測方法は、流体の計測方法であって、変異発生光を照射することで光の吸収量が変化するフォトクロミック化合物を前記流体に溶解する準備工程と、フォトクロミズムを生じさせる変異発生光を前記流体に照射する変異発生光照射工程と、前記変異発生光を照射した後の前記流体の画像を撮影する変異後画像撮影工程と、前記変異後画像撮影工程の後で行う画像処理工程とを有する。
前記変異後画像撮影工程では、変異発生光が照射されることによって光の吸収量が変化する第１の波長領域の第１の光を用いて前記流体を撮影することで第１画像を生成し、また、前記吸収量が全くまたは殆ど変化しない第２の波長領域の第２の光を用いて、前記第１画像の撮影と同時刻の前記流体を撮影した第２画像を生成する。
前記画像処理工程では、前記第１画像および前記第２画像を用いて第３画像を生成する。
例えば、第３画像は、第１画像と第２画像との比を取ってから対数を算出することにより生成される。具体的には、前記画像処理工程では、次式（１）を用いて各画素における吸光度Ａ１を計算し、各画素の計算結果を２次元パターン化することで前記第３画像を生成するのがよい。なお、ＬＯＧは常用対数である。
Ａ１＝−ＬＯＧ（I11／I21）・・・式（１）
ここで、「I11」は、前記変異後画像撮影工程で撮影した第１画像を構成する画素の光強度である。「I21」は、前記変異後画像撮影工程で撮影した第２画像を構成する画素の光強度である。
前記課題を解決するために、本発明の一態様による計測方法は、流体の計測方法であって、変異発生光を照射することで光の吸収量が変化するフォトクロミック化合物を前記流体に溶解する準備工程と、フォトクロミズムを生じさせる変異発生光を前記流体に照射する変異発生光照射工程と、前記変異発生光を照射した後の前記流体の画像を撮影する変異後画像撮影工程と、前記変異後画像撮影工程の後で行う流体厚さ算出工程とを有する。
前記変異後画像撮影工程では、変異発生光が照射されることによって光の吸収量が変化する第１の波長領域の第１の光を用いて前記流体を撮影することで第１画像を生成し、また、前記吸収量が全くまたは殆ど変化しない第２の波長領域の第２の光を用いて、前記第１画像の撮影と同時刻の前記流体を撮影した第２画像を生成する。
前記流体厚さ算出工程では、前記第１画像および前記第２画像を用いて前記流体の厚さを算出する。
例えば、流体の厚さは、吸光度と厚さとの関係（例えば、比例）により算出する。具体的には、前記流体厚さ算出工程では、次式（１）を用いて変異発生光が照射された領域の画素における吸光度Ａ１を計算し、
Ａ１＝−ＬＯＧ（I11／I21）・・・式（１）
さらに、次式（３）を用いて流体厚さｌを計算するのがよい。
ｌ＝Ａ１／μ ・・・式（３）
ここで、「I11」は、前記変異後画像撮影工程で撮影した第１画像を構成する画素の光強度である。「I21」は、前記変異後画像撮影工程で撮影した第２画像を構成する画素の光強度である。「μ」は、前記フォトクロミック化合物を溶解した後の前記流体の吸光係数である。
また、本発明の一態様による計測装置は、フォトクロミズムを生じさせる変異発生光が照射されることによって特定の波長領域の光の吸収量が変化するフォトクロミック化合物が溶解された流体の流れを可視化する計測装置である。
この計測装置は、前記吸収量が変化する第１の波長領域の第１の光を用いて前記流体を撮影した第１画像を記憶する第１画像記憶手段と、前記吸収量が全くまたは殆ど変化しない第２の波長領域の第２の光を用いて、前記第１画像の撮影と同時刻の前記流体を撮影した第２画像を記憶する第２画像記憶手段と、前記第１画像および前記第２画像を用いて前記流体の流れを可視化した第３画像を生成する画像処理手段と、を備える。
前記画像処理手段は、前記変異発生光を照射した後の前記流体を撮影した前記第１画像および前記第２画像を用いて第３画像を生成する。
例えば、第３画像は、第１画像と第２画像との比を取ってから対数を算出することにより生成される。具体的には、前記画像処理手段は、次式（１）を用いて各画素における吸光度Ａ１を計算し、各画素の計算結果を２次元パターン化することで前記第３画像を生成するのがよい。なお、ＬＯＧは常用対数である。
Ａ１＝−ＬＯＧ（I11／I21）・・・式（１）
ここで、「I11」は、前記変異発生光を照射した後の第１画像を構成する画素の光強度である。「I21」は、前記変異発生光を照射した後の第２画像を構成する画素の光強度である。
また、本発明の一態様による計測装置は、フォトクロミズムを生じさせる変異発生光が照射されることによって特定の波長領域の光の吸収量が変化するフォトクロミック化合物が溶解された流体の厚さを測定する計測装置である。
この計測装置は、前記吸収量が変化する第１の波長領域の第１の光を用いて前記流体を撮影した第１画像を記憶する第１画像記憶手段と、前記吸収量が全くまたは殆ど変化しない第２の波長領域の第２の光を用いて、前記第１画像の撮影と同時刻の前記流体を撮影した第２画像を記憶する第２画像記憶手段と、前記第１画像および前記第２画像を用いて前記流体の厚さを算出する流体厚さ算出手段と、を備える。
前記流体厚さ算出手段は、前記変異発生光を照射した後の前記流体を撮影した前記第１画像および前記第２画像を用いて前記流体の厚さを算出する。
例えば、流体の厚さは、吸光度と厚さとの関係（例えば、比例）により算出する。具体的には、前記流体厚さ算出手段は、次式（１）を用いて変異発生光が照射された領域の画素における吸光度Ａ１を計算し、
Ａ１＝−ＬＯＧ（I11／I21）・・・式（１）
さらに、次式（３）を用いて流体厚さｌを計算するのがよい。
ｌ＝Ａ１／μ ・・・式（３）
ここで、「I11」は、前記変異発生光を照射した後の第１画像を構成する画素の光強度である。「I21」は、前記変異発生光を照射した後の第２画像を構成する画素の光強度である。「μ」は、前記フォトクロミック化合物を溶解した後の前記流体の吸光係数である。
このような工程を有する計測方法は、光の吸収量が変化する第１の波長領域を用いて流体の第１画像を撮影し、また、吸光度が全くまたは殆ど変化しない第２の波長領域を用いて流体の第２画像を撮影する工程を備えている。また、このような構成を備える計測装置は、光の吸収量が変化する第１の波長領域を用いて流体を撮影した第１画像を記憶し、また、吸光度が全くまたは殆ど変化しない第２の波長領域を用いて流体を撮影した第２画像を記憶する。
第１の波長領域は変異フォトクロミック化合物の光の吸収量が変化する領域なので、第１画像では流体内の変異フォトクロミック化合物が着色された状態で写し出される。ここで、流体の状況（例えば、油膜厚さ）が変化した場合に、第１画像に写し出される変異フォトクロミック化合物の分布と同時に、装置の汚れや傷等による変色や、流体表面の動き、気泡の分布等の流体の状況の変化の影響が同時にノイズとして反映される。
第２の波長領域は変異フォトクロミック化合物であっても光の吸収量が全くまたは殆ど変化しない領域なので、第２画像では流体内の変異フォトクロミック化合物が着色されずに、装置の汚れや傷等による変色や、流体表面の動き、気泡の分布等の流体の状況が写し出される。
ここで、同時刻の第１画像および第２画像には、同じ状態の流体表面の動き、気泡の分布等の流体の状況が写し出されるので、第１画像および第２画像を用いた第３画像では、流体の表面の動き、気泡の分布等の流体の状況の変化の影響等の様々なノイズが低減され、着色された変異フォトクロミック化合物の分布の変化がより鮮明に写し出される。また、同様に、第１画像および第２画像を用いて算出した流体厚さｌは、様々なノイズの影響が低減されることにより正確な値となる。
また、計測方法は、前記変異発生光照射工程の前で、前記変異発生光を照射する前の前記流体の第１画像および第２画像を撮影する変異前画像撮影工程を有し、前記画像処理工程では、次式（２）を用いて各画素における吸光度Ａを計算し、各画素の計算結果を２次元パターン化することで前記第３画像を生成するのがよい。なお、ＬＯＧは常用対数である。
Ａ＝−ＬＯＧ（I11／I21）−（−ＬＯＧ（I10／I20））・・・式（２）
ここで、「I10」は、前記変異前画像撮影工程で撮影した第１画像を構成する画素の光強度である。「I20」は、前記変異前画像撮影工程で撮影した第２画像を構成する画素の光強度である。
また、計測方法は、前記変異発生光照射工程の前で、前記変異発生光を照射する前の前記流体の第１画像および第２画像を撮影する変異前画像撮影工程を有し、前記流体厚さ算出工程では、次式（２）を用いて変異発生光が照射された領域の画素における吸光度Ａを計算し、
Ａ＝−ＬＯＧ（I11／I21）−（−ＬＯＧ（I10／I20））・・・式（２）
さらに、次式（４）を用いて流体厚さｌを計算するのがよい。
ｌ＝Ａ／μ ・・・式（４）
ここで、「I10」は、前記変異前画像撮影工程で撮影した第１画像を構成する画素の光強度である。「I20」は、前記変異前画像撮影工程で撮影した第２画像を構成する画素の光強度である。
また、計測装置は、前記画像処理手段が、次式（２）を用いて各画素における吸光度Ａを計算し、各画素の計算結果を２次元パターン化することで前記第３画像を生成するのがよい。なお、ＬＯＧは常用対数である。
Ａ＝−ＬＯＧ（I11／I21）−（−ＬＯＧ（I10／I20））・・・式（２）
ここで、「I10」は、前記変異発生光を照射する前の第１画像を構成する画素の光強度である。「I20」は、前記変異発生光を照射する前の第２画像を構成する画素の光強度である。
また、計測装置は、前記流体厚さ算出手段が、次式（２）を用いて変異発生光が照射された領域の画素における吸光度Ａを計算し、
Ａ＝−ＬＯＧ（I11／I21）−（−ＬＯＧ（I10／I20））・・・式（２）
さらに、次式（４）を用いて流体厚さｌを計算するのがよい。
ｌ＝Ａ／μ ・・・式（４）
ここで、「I10」は、前記変異発生光を照射する前の第１画像を構成する画素の光強度である。「I20」は、前記変異発生光を照射する前の第２画像を構成する画素の光強度である。
このような工程を有する計測方法、および、このような構成を備える計測装置は、前記変異発生光を照射する前の流体を撮影した第１画像および第２画像と、前記変異発生光を照射した後の流体を撮影した第１画像および第２画像とを用いて第３画像を生成し、または、流体厚さｌを計算する。
ここで、第１の波長領域の光、第２の波長領域の光によって反射率が異なる部分がある場合（例えば、エッジ部）や、２つの光源を使う等によって第１の波長領域の光と第２の波長領域の光の強度分布が異なる場合（例えば、第１画像上部が明るく、第２画像下部が明るい等の場合）であっても、変異発生光を照射する前の第１画像と変異発生光を照射した後の第１画像および変異発生光を照射する前の第２画像と変異発生光を照射した後の第２画像には、ほぼ同じ状態の第１の波長領域の光および第２の波長領域の光によって流体の状況が写し出される。
その為、第３画像には、装置の汚れや傷等による変色の影響の軽減だけではなく、第１の波長領域の光、第２の波長領域の光の波長の違いによって反射率が異なる部分や、第１の波長領域の光と第２の波長領域の光の強度分布が異なることによって生ずる光による様々なノイズが同時に低減され、着色された変異フォトクロミック化合物の分布の変化がより鮮明に写し出される。これにより、動く物体中や変化する場のような流体の状況が変化し易い測定環境でも、流体の流れをより鮮明に可視化することができる。また、同様に、流体厚さｌは、これらのノイズの影響が低減されることにより正確な値となる。
また、本発明の一態様による計測システムは、前記計測装置と、前記第１の光および前記第２の光を含む照明光を前記流体に照射する照明手段と、前記流体を透過した後の前記照明光を前記第１の波長領域の第１の光と前記第２の波長領域の第２の光とに分離する分離手段と、を備える。
また、計測システムは、前記分離手段により分離された前記第１の光を撮像し、前記第１画像を生成する第１撮像手段と、前記分離手段により分離された前記第２の光を撮像し、前記第２画像を生成する第２撮像手段と、を備える。
前記照明手段は、前記第１撮像手段および前記第２撮像手段が撮影を行うタイミングに前記照明光を照射するタイミングを合わせたパルス光として前記照明光を照射する。
このような構成を備える計測システムは、撮影を行うタイミングで照明光を照射するので、撮影を行わない時間帯に照明光を照射せずにすむ。その為、照明光の光や熱による変異フォトクロミック化合物の変異を減衰させる期間を短くすることができ、また撮影に十分な照明光量を照射できるので、流体の長時間の流れを鮮明に可視化することができる。
また、計測システムは、前記変異発生光を照射する変異発生光源を備えるのがよい。この変異発生光源が、前記流体の流れを可視化する領域を決定するために光のサイズを任意の大きさに調整する機能と、前記変異発生光を前記流体の任意の位置に照射する機能とを備え、前記任意の大きさの前記変異発生光を前記流体の流れを可視化する前記任意の位置にパルス光として前記流体に照射する。
このような構成を備える計測システムは、流体の流れを可視化する領域を任意の大きさで、任意の場所に調節することができる。また、変異発生光源がパルス光を照射するので、流体の流れによって可視化する領域となる着色部の像のぶれを最小限にすることができる。
また、計測システムは、往復動または回転する駆動部が前記流体の中にある場合に、前記駆動部の位置情報を受信し、前記照明手段または前記変異発生光源が前記流体に照射するタイミングを制御する制御部をさらに備えるのがよい。
前記制御部は、前記駆動部が特定の位置にあるときに前記変異発生光をパルス光として照射するとともに、前記駆動部が特定の撮影位置にあるときに撮影する。
このような構成を備える計測システムは、変異発生光源がフォトクロミズムを生じさせる光をパルス光として照射するので、駆動部が流体の中にある場合であっても照射位置を流体の特定の位置に限定できる。また、駆動部の動きに同期させて撮影を行うので、撮影される変異発生光を照射する前の第１画像および第２画像と、変異発生光を照射した後の第１画像および第２画像には駆動部が同じ位置に写ることになる。その為、前記変異発生光を照射する前後の画像を対比することができるので、駆動部の移動に伴う流体の流れを可視化することができる。
また、計測システムは、前記照明手段が、前記第１の光と前記第２の光とを別々の光として選択的に発生させるのがよい。
このような構成を備える計測システムは、第１の照明光と第２の照明光とを明確に区別した照明光を同時に照射するため、余分な波長の照明光を含んでいないことから、照明光源による過剰な光の光強度や熱を抑えることができることから、変異フォトクロミック化合物の減衰を抑制することができ、高精度の第１画像および第２画像を生成することができる。
また、計測システムは、前記計測装置と、前記第１の光および前記第２の光を含む照明光を前記流体に照射する照明手段と、前記流体を透過した後の前記照明光を前記第１の波長領域の第１の光と前記第２の波長領域の第２の光とに分離する分離手段と、を備える。
この計測システムは、前記分離手段により分離された前記第１の光を撮像し、前記第１画像を生成する第１撮像手段と、前記分離手段により分離された前記第２の光を撮像し、前記第２画像を生成する第２撮像手段と、前記変異発生光を照射する変異発生光源と、を備える。
前記変異発生光源は、前記流体の厚さ方向に対して、フォトクロミック化合物を完全に変異させる。
このような構成を備える計測システムは、流体の厚さを正確に測定することができる。
本発明によれば、動く物体中、変化する場のような測定環境でも測定対象物を計測することができる。
本発明の第１実施形態に係る流体の流れ可視化システムの概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る流体の流れ可視化システムが備える分離手段の特性を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る流体の流れ可視化システムの全体動作を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る流体の流れ可視化システムの基準画像撮影工程を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る流体の流れ可視化システムのフォトクロミズム発生工程を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る流体の流れ可視化システムの比較画像撮影工程を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る流体の流れ可視化システムの画像処理工程を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る流体の流れ可視化システムの全体動作を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る流体の流れ可視化システムの基準画像撮影工程を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る流体の流れ可視化システムのフォトクロミズム発生工程を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る流体の流れ可視化システムの比較画像撮影工程を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る流体の流れ可視化システムの画像処理工程を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る流体の流れ可視化システムを用いて、ピストンを静止している状態で潤滑油を時間経過と共に撮影した画像から生成した第３画像を示す図であり、（ａ）はフォトクロミック化合物にフォトクロミズムを生じさせる光を照射した直後（０秒）の第３画像を示し、（ｂ）は１０秒後の第３画像を示し、（ｃ）は２０秒後の第３画像を示し、（ｄ）は３０秒後の第３画像を示す。 本発明の第２実施形態に係る流体の流体厚さ測定システムの概略構成図である。 吸光度と流体厚さとの関係を調べるための実験の様子を示した図である。 吸光度と流体厚さとの関係を示す図である。 当該実験で求めた吸光係数を用いて算出した試験溶液の厚さの分布を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る流体の流体厚さ測定システムの全体動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る流体の流体厚さ測定システムのフォトクロミズム発生工程を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る流体の流体厚さ測定システムの流体厚さ算出工程を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施するための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。また、参照する図面において、本発明を構成する部材の寸法は、説明を明確にするために誇張して表現されている場合がある。なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。
第１実施形態では、測定対象である流体の時間経過に伴う流れを可視化する場合について説明する。また、第２実施形態では、測定対象である流体の特定時刻における厚さを測定する場合について説明する。なお、流体の流れの可視化や流体の厚さの測定は、測定対象である流体の計測の一例である。
［第１実施形態］
≪流体の流れ可視化システムの構成≫
流体の流れ可視化システム（以下では単に「可視化システム」）は、測定対象である流体の流れを可視化するシステムであり、例えばピストン、シリンダ、すべり軸受などのすべり面である動く物体中で使用される潤滑剤の潤滑状態を可視化する。なお、可視化システムは、流体の計測システムの一例である。
本実施形態では、図１に示すように、ピストン２１とシリンダ２２との間に介在される流体２３の流れを可視化する場合を想定して説明を行うことにする。
ピストン２１はシリンダ２２内をα方向に往復動する駆動部である。流体２３は時間の経過と共に流れており、特にピストン２１がシリンダ２２内を駆動することによって流体２３の状況（例えば、厚さ）は変化する。シリンダ２２には開口部２２ａが形成されており、開口部２２ａにはガラスなどの透明な材料でできた嵌合部材２２ｂが設置されている。これにより、シリンダ２２の外部から開口部２２ａを介して、流体２３を観察することができる。以下では、開口部２２ａを介して観察できる流体２３の範囲を観察部と称する。
流体２３には、図示しないフォトクロミック化合物が溶解されている。フォトクロミック化合物は、例えば、スピロピラン系の1,3,3-Trimethylindolino-6'-nitrobenzopyrylospiranである。このスピロピラン系の化合物は、特定波長の光を吸収することで、無色のスピロピランから発色するメロシアニン構造へと変化する。流体２３は、フォトクロミック化合物を溶解することができるものであればよく、例えば油である。流体２３の粘度は特に限定されず、流体２３には粘度が高い物質（例えば、ゲル状の物質）も含まれる。
図１に示すように、本実施形態に係る可視化システム１は、位置発信手段２と、変異発生光源３と、ミラー４と、照明光源５と、分離手段６と、一組のＣＣＤカメラ９1，９2と、流体の流れ可視化装置１０（以下では単に「可視化装置１０」）とを備えて構成される。なお、ここではＣＣＤカメラとしたが、第１の波長領域および第２の波長領域の光を撮影できるカメラであれば、ＣＭＯＳや撮像管を使うものなど様々なカメラであってよい。
分離手段６は、イメージスプリッティングダイクロイックミラー（ＤＭ）７と、一組のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８1，８2とを備えて構成される。
可視化装置１０は、一組のイメージメモリ１１1，１１2と、画像処理手段１２と、表示部１５と、制御部１６とを備えて構成される。画像処理手段１２は、さらに吸光度演算部１３と、２次元パターン化部１４とを備えて構成される。なお、可視化装置１０は、流体の計測装置の一例である。
位置発信手段２は、駆動部であるピストン２１の位置情報を可視化装置１０に発信する。なお、ピストン２１を静止させた状態で時間の経過による流体２３の潤滑状態を観測する場合、可視化システム１は位置発信手段２を含まない構成でよい。
位置発信手段２は、例えばピストン２１に繋がるクランク（図示せず）に取り付けられたエンコーダから回転位置を取得し、予め決められた回転位置で信号を可視化装置１０に出力する。また、位置発信手段２は、エンジンへの制御信号に基づいて信号を出力するもの、ピストン２１の位置を直接検出して信号を出力するもの、時間経過からピストン２１の位置を予測して信号を検出するものなどであってもよい。高速回転している回転軸を支持する軸受の潤滑状態を観測する場合、回転軸の角度信号を可視化装置１０に出力する。
変異発生光源３は、開口部２２ａを介して流体２３に含まれるフォトクロミック化合物にフォトクロミズムを生じさせる変異発生光３１を照射する装置である。変異発生光３１の波長は、フォトクロミック化合物の種類によって適宜選択されるのがよく、例えば紫外光である。変異発生光源３は、例えば窒素レーザー（波長３３７ｎｍ）やＹＡＧレーザー（波長１０６４ｎｍ）であり、紫外光を発射する場合にはＹＡＧレーザーの第三高調波や第四高調波を使う。ピストン２１の往復動による流体２３の潤滑状態を観測する場合、変異発生光３１をパルス発振するのがよい。変異発生光３１をパルス発振するタイミングは、ピストン２１の往復動作に対応させるのがよく、変異発生光３１は、ピストン２１の特定の位置に照射される。流体中の測定する範囲を調整する方法としては、変異発生光源３にレーザーを用いることや、レンズで焦点を絞ることで変異発生光３１を照射する範囲を狭めることができる。また、レンズで焦点を広げることで、変異発生光３１を照射する範囲を広げることができる。なお、測定範囲の調整は、変異発生光３１を照射する範囲を調整できれば、この方法に限定されない。
流体２３に溶解されたフォトクロミック化合物の色素の分子構造は、変異発生光３１によって変異し、それに伴って特定の波長領域における光の吸収量が変化する。以下では、変異発生光３１を照射されることにより光の吸収量が変化する波長領域を「第１の波長領域」と称し、変異発生光３１を照射されても光の吸収量が全くまたは殆ど変化しない波長領域を「第２の波長領域」と称する。第１の波長領域は、例えば緑色の光に対応する波長領域であり、第２の波長領域は、例えば赤色の光に対応する波長領域である。
なお、フォトクロミズムによる色素の分子構造の変異は可逆的であり、熱や光の吸収によって元の分子構造に逆変異する。その為、分子構造が変異した後の流体２３を撮影する場合には、変異フォトクロミック化合物に与える熱や光の量を最小限に抑えるのがよい。流体２３の撮影についての詳細は後述する。
ミラー４は、変異発生光３１を反射する装置である。このミラー４は、変異発生光３１を特定の照射位置に反射させるように設置されている。
照明光源５は、開口部２２ａを介して撮影に必要な照明光３２を流体２３に照射する装置である。照明光３２は、第１の波長領域の光と第２の波長領域の光とを含む。以下では、照明光３２の内で第１の波長領域の光を「第１の照明光」と称し、第２の波長領域の光を「第２の照明光」と称する。照明光源５は、例えば白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。
照明光源５は、流体２３を撮影するタイミングに合わせて照明光３２をパルス光として照射する。照明光３２を照射する時間は、変異フォトクロミック化合物における分子構造の逆変異を最小限に抑えるために、流体２３の撮影を行える範囲の内でできるだけ短い時間（例えば数ミリ秒）であるのがよい。原理的には、ＣＣＤカメラ９1，９2のシャッタが開き、ＣＣＤ（撮像素子）が露光されている時間（以下では「シャッタ時間」と称する）より短ければよい。ＣＣＤカメラ９1，９2のシャッタ時間以上の露光は、変異フォトクロミック化合物の変異を減衰させるだけなので望ましくない。
なお、照明光源５の形状は、本発明との関係で特に限定されるものではない。照明光源５は、例えばバー状（棒状）や矩形状のものであってもよい。また、照明光源５は、第１の照明光と第２の照明光とを選択的に発射する別々の装置として構成されていてもよい。
分離手段６は、照明光３２が流体２３に反射された光（厳密には流体２３を透過してピストン２１に反射した光）である反射光３３を、第１の波長領域と第２の波長領域とに分離する装置である。ここでは、イメージスプリッティングダイクロイックミラー７とバンドパスフィルタ８1，８2とを備える構成を例示したが、反射光３３を第１の波長領域と第２の波長領域とに分離することができれば、分離手段６は他の方法であってもよい。また、ここでの分離手段６は、イメージスプリッティングダイクロイックミラー（ＤＭ）７と、一組のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）８1，８2とを備える単一の装置として示しているが、イメージスプリッティングダイクロイックミラー７とバンドパスフィルタ８1，８2とは別々の装置として構成されてもよい。なお、分離手段６は、その処理過程において反射光３３により撮像される画像形状を維持する必要がある。
イメージスプリッティングダイクロイックミラー７は、反射波長帯と透過波長帯とを有しており、反射光３３の内で反射波長帯の光３４1を反射し、反射光３３の内で透過波長帯の光３４2を透過する。例えば、反射波長帯には第１の波長領域が含まれ、一方、透過波長帯には第２の波長領域が含まれる。
図２を参照して、ここでのイメージスプリッティングダイクロイックミラー７の反射・透過特性について説明する。図２に示す曲線４１は、変異フォトクロミック化合物の吸光特性を示すものであり、光の波長［ｎｍ］と流体２３に溶解されるフォトクロミック化合物の吸光度（着色前の光強度と着色後の光強度との比率の対数）との関係を表している。ここでのフォトクロミック化合物は、変異発生光３１を照射することにより、波長が520nm周辺の光の吸収量が最も変化し、波長が長くなる又は短くなるにつれて光の吸収量の変化も小さくなる。そして、波長が700nmを超えたあたりから光の吸収量は殆ど変化しない。
また、図２に示す曲線４２は、イメージスプリッティングダイクロイックミラー７の反射・透過特性を示すものであり、光の波長［ｎｍ］と透過率［％］との関係を表している（Semrock社，製品コード：FF560-FDi01-25×36）。ここでのイメージスプリッティングダイクロイックミラー７は、波長が570nm未満の光を反射し、波長が570nm以上の光を透過させる。つまり、イメージスプリッティングダイクロイックミラー７の反射波長帯（波長が570nm未満）には、第１の波長領域が含まれており、一方、透過波長帯（波長が570nm以上）には、第２の波長領域が含まれている。したがって、イメージスプリッティングダイクロイックミラー７は、第１の波長領域を含む光３４1を反射すると共に第２の波長領域を含む光３４2を透過することにより分離している。
バンドパスフィルタ８1，８2は、特定の波長領域の光を通過させる装置である。図２を参照して、ここでのバンドパスフィルタ８1，８2の透過特性について説明する。図２に示す曲線４３は、バンドパスフィルタ８1の透過特性を示すものであり、光の波長［ｎｍ］と透過率［％］との関係を表している（Semrock社，製品コード：FF01-512/25-25）。ここでのバンドパスフィルタ８1は、波長が490〜540nm周辺の光を透過させ、それ以外の領域の波長を透過させない。バンドパスフィルタ８1が透過させる波長の領域には、第１の波長領域が含まれる。以下では、バンドパスフィルタ８1を通過した光を「第１の反射光３５1」称する。
また、図２に示す曲線４４は、バンドパスフィルタ８2の透過特性を示すものであり、光の波長［ｎｍ］と透過率［％］との関係を表している（Semrock社，製品コード：FF01-630/92-25）。ここでのバンドパスフィルタ８2は、波長が580〜680nm周辺の光を透過させ、それ以外の領域の波長を透過させない。バンドパスフィルタ８2が透過させる波長の領域には、第２の波長領域が含まれる。以下では、バンドパスフィルタ８2を通過した光を「第２の反射光３５2」称する。
ＣＣＤカメラ９1，９2は、流体２３の撮影画像を生成する装置である。
ＣＣＤカメラ９1は、バンドパスフィルタ８1を通過した第１の反射光３５1（例えば、波長が490〜540nm周辺の光）により流体２３の第１画像Ｂを生成する。ここでの第１画像Ｂには、変異発生光３１を照射する前のものと変異発生光３１を照射した後のものとが含まれる。以下では、変異発生光３１を照射する前のものを「第１画像Ｂ10」で表し、変異発生光３１を照射した後のものを「第１画像Ｂ11」で表す場合がある。
ＣＣＤカメラ９2は、バンドパスフィルタ８2を通過した第２の反射光３５2（例えば、波長が580〜680nm周辺の光）により流体２３の第２画像Ｃを生成する。ここでの第２画像Ｃには、変異発生光３１を照射する前のものと変異発生光３１を照射した後のものとが含まれる。以下では、変異発生光３１を照射する前のものを「第２画像Ｃ10」で表し、変異発生光３１を照射した後のものを「第２画像Ｃ11」で表す場合がある。
可視化装置１０は、ＣＣＤカメラ９1，９2によって生成された第１画像Ｂ及び第２画像Ｃから流体２３の流れを可視化する装置である。
イメージメモリ（ＩＭ）１１1，１１2は、ＣＣＤカメラ９1，９2によって生成された撮影画像を記憶する装置である。イメージメモリ１１1にはＣＣＤカメラ９1によって生成された第１画像Ｂが記憶され、イメージメモリ１１2にはＣＣＤカメラ９2によって生成された第２画像Ｃが記憶される。イメージメモリ１１1，１１2は、「第１画像記憶手段」、「第２画像記憶手段」の一例である。なお、イメージメモリ１１1，１１2は、一つの装置であってもよく、その場合には一つのイメージメモリ１１に第１画像Ｂおよび第２画像Ｃが記憶される。
バンドパスフィルタ８1を通過した第１の反射光３５1は、第１の波長領域の光なので、時間経過と共に撮影された第１画像Ｂには流体２３内の変異フォトクロミック化合物の各時刻における分布が写し出される。ここで、流体２３の状況（例えば、油膜厚さ）が変化した場合に、第１画像Ｂに写し出される変異フォトクロミック化合物の分布には、流体の状況の変化の影響が反映される。一方、バンドパスフィルタ８2を通過した第２の反射光３５2は、第２の波長領域の光なので、時間経過と共に撮影された第２画像Ｃには各時刻における流体２３の状況が写し出される。
画像処理手段１２は、イメージメモリ１１1，１１2から第１画像Ｂ及び第２画像Ｃを取得し、取得した第１画像Ｂ及び第２画像Ｃを用いて画像処理を行い、第３画像Ｄを新たに生成する。画像処理手段１２は、吸光度演算部１３と、２次元パターン化部１４とを備えて構成される。画像処理手段１２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）によるプログラム実行処理や、専用回路等により実現される。
吸光度演算部１３は、変異発生光３１を照射する前の流体２３を撮影した第１画像Ｂ10および第２画像Ｃ10と、変異発生光３１を照射した後の流体２３を撮影した第１画像Ｂ11および第２画像Ｃ11とを用い、これらの画像の比を取ってから対数を算出し、これらの差分を算出することで吸光度を算出する。
例えば、変異発生光３１を照射する前の第１画像Ｂ10を構成する画素の光強度を「I10」とし、変異発生光３１を照射する前の第２画像Ｃ10を構成する画素の光強度を「I20」と定義する。また、変異発生光３１を照射した後の第１画像Ｂ11を構成する画素の光強度を「I11」とし、変異発生光３１を照射した後の第２画像Ｃ11を構成する画素の光強度を「I21」と定義する。
この場合に、吸光度演算部１３は、次式（２）を用いて各画素における吸光度Ａを計算する。なお、ＬＯＧは常用対数である。
Ａ＝−ＬＯＧ（I11／I21）−（−ＬＯＧ（I10／I20））・・・式（２）
＝−ＬＯＧ（（I11／I21）／（I10／I20）） ・・・式（２）
２次元パターン化部１４は、吸光度演算部１３により算出された吸光度Ａに基づいて第３画像Ｄを生成する。２次元パターン化部１４は、例えば前記式（２）により計算された各画素の吸光度を２次元パターン化することで第３画像Ｄを生成する。
その為、第３画像Ｄには、流体の状況の変化の影響を低減した変異フォトクロミック化合物の分布の変化が写し出される。これにより、可視化装置１０は、流体の流れをより鮮明に可視化することができる。
表示部１５は、例えばディスプレイであり、２次元パターン化部１４により生成された第３画像Ｄを表示する。
制御部１６は、可視化システム１を構成する装置（位置発信手段２、変異発生光源３、照明光源５、ＣＣＤカメラ９1，９2、画像処理手段１２など）を制御する。詳細は後記する「流体の流れ可視化システムの動作」で説明する。制御部１６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成される。なお、可視化装置１０以外の装置が制御部１６を備える構成でもよい。
≪流体の流れ可視化システムの動作≫
次に、本実施形態の可視化システム１の動作について説明する。本実施形態の可視化システム１は、駆動部であるピストン２１が静止している状態、及び運動している状態の何れかの状態の流体２３を開口部２２ａを通して撮影し、流体２３の流れを可視化することができる。ここで、駆動部であるピストン２１が静止している状態の流体２３を時間経過と共に撮影することで、時間の経過による流体２３の潤滑状態を観測することができる。一方、駆動部であるピストン２１が運動している状態の流体２３を時間経過と共に撮影することで、ピストン２１の往復動による流体２３の潤滑状態を観測することができる。なお、可視化システム１の動作は、流体の計測方法の一例である。
＜駆動部であるピストンが静止している場合の動作＞
図３ないし図７を参照して（適宜、図１参照）、駆動部であるピストン２１が静止している場合の動作について説明する。図３は、流体の流れ可視化システム１の全体動作を示すフローチャートであり、図４ないし図７は、各工程を説明するためのフローチャートである。
最初に、可視化する流体２３にフォトクロミック化合物を溶解し（ステップＳ１）、また、流体の流れ可視化システム１の測定環境を整える（ステップＳ２）。これにより、事前の準備が完了する。ステップＳ１，Ｓ２は、特許請求の範囲の「準備工程」である。
次に、基準画像撮影工程を行う（ステップＳ３）。ここでの基準画像は、フォトクロミック化合物がフォトクロミズムを発生させる前の画像であり、第１画像Ｂ10および第２画像Ｃ10を少なくとも１枚ずつを撮影する。基準画像としての第１画像Ｂ10と第２画像Ｃ10とは、同時刻に撮影されたものである。ステップＳ３は、特許請求の範囲の「変異前画像撮影工程」である。
次に、フォトクロミズム発生工程を行う（ステップＳ４）。フォトクロミズム発生工程は、紫外光などの変異発生光３１を流体２３に照射することにより、フォトクロミック化合物を変異させる工程である。この工程で、流体の可視化する領域が確定する。ステップＳ４は、特許請求の範囲の「変異発生光照射工程」である。
次に、比較画像撮影工程を行う（ステップＳ５）。比較画像は、フォトクロミック化合物がフォトクロミズムを発生させた後の画像であり、第１画像Ｂ11および第２画像Ｃ11を少なくとも１枚ずつ撮影する。比較画像としての第１画像Ｂ11と第２画像Ｃ11とは、同時刻に撮影されたものである。ステップＳ５は、特許請求の範囲の「変異後画像撮影工程」である。
次に、画像処理工程を行う（ステップＳ６）。画像処理工程は、基準画像撮影工程で撮影した第１画像Ｂ10および第２画像Ｃ10と、比較画像撮影工程で撮影した第１画像Ｂ11および第２画像Ｃ11とを用いて第３画像Ｄを生成する。第３画像Ｄには、装置の汚れや傷等による変色の影響の軽減だけではなく、流体の表面の動き、気泡の分布等の流体の状況の変化の影響等の様々なノイズが同時に低減した変異フォトクロミック化合物の分布の変化が写し出される。そして、第３画像Ｄを表示部１５で表示することで、流体２３の流れを可視化する（ステップＳ７）。
図４を参照して、基準画像撮影工程（ステップＳ３）について説明する。
まず、照明光源５は、（１）変異したフォトクロミック化合物が吸収する第１の波長領域、および（２）変異したフォトクロミック化合物が全くまたは殆ど吸収しない第２の波長領域の２種類の光を含む照明光３２を観察部全体に照射する（ステップＳ１１）。これにより、第１の照明光および第２の照明光は、観察部に同時に照射される。
次に、分離手段６は、観察部全体から反射してくる反射光３３を（１）変異したフォトクロミック化合物が吸収する第１の波長領域、（２）変異したフォトクロミック化合物が全くまたは殆ど吸収しない第２の波長領域の２種類の波長領域に分光する（ステップＳ１２）。
次に、分光した波長領域のうちの（１）変異したフォトクロミック化合物が吸収する第１の波長領域の第１の反射光３５1を用いて観察部全体を画像化し、基準画像としての第１画像Ｂ10を得る（ステップＳ１３）。
また、分光した波長領域のうちの（２）変異したフォトクロミック化合物が全くまたは殆ど吸収しない第２の波長領域の第２の反射光３５2を用いて観察部全体を画像化し、基準画像としての第２画像Ｃ10を得る（ステップＳ１４）。
次に、可視化装置１０は、画像化した第１画像Ｂ10および第２画像Ｃ10を記憶部であるイメージメモリ１１1，１１2に記憶する（ステップＳ１５）。そして、測定を完了するか否かを判定する（ステップＳ１６）。測定を完了する場合に本工程を終了する。一方、引き続き第１画像Ｂ10および第２画像Ｃ10を取得する場合に、ステップＳ１１〜Ｓ１５の処理を繰り返し行う。これにより、複数の第１画像Ｂ10および第２画像Ｃ10が得られ、これらを平均したものを基準画像とすることで、流体２３をより鮮明に可視化することができる。
図５を参照して、フォトクロミズム発生工程（ステップＳ４）について説明する。
本工程では、変異発生光源３が、フォトクロミック化合物の組成を変異させる変異発生光３１を観察部領域内の測定したい位置に照射する（ステップＳ２１）。
これにより、流体２３の測定したい位置に溶解しているフォトクロミック化合物が特定の波長領域の光を吸収する組成に変異する（ステップＳ２２）。
図６を参照して、比較画像撮影工程（ステップＳ５）について説明する。
まず、照明光源５は、（１）変異したフォトクロミック化合物が吸収する第１の波長領域、および（２）変異したフォトクロミック化合物が全くまたは殆ど吸収しない第２の波長領域の２種類の光を含む照明光３２を観察部全体に照射する（ステップＳ３１）。これにより、第１の照明光および第２の照明光は、観察部に同時に照射される。
次に、分離手段６は、観察部全体から反射してくる反射光３３を（１）変異したフォトクロミック化合物が吸収する第１の波長領域、（２）変異したフォトクロミック化合物が全くまたは殆ど吸収しない第２の波長領域の２種類の波長領域に分光する（ステップＳ３２）。
次に、分光した波長領域のうちの（１）変異したフォトクロミック化合物が吸収する第１の波長領域の第１の反射光３５1を用いて観察部全体を画像化し、比較画像としての第１画像Ｂ11を得る（ステップＳ３３）。
また、分光した波長領域のうちの（２）変異したフォトクロミック化合物が全くまたは殆ど吸収しない第２の波長領域の第２の反射光３５2を用いて観察部全体を画像化し、比較画像としての第２画像Ｃ11を得る（ステップＳ３４）。
次に、可視化装置１０は、画像化した第１画像Ｂ11および第２画像Ｃ11を記憶部であるイメージメモリ１１1，１１2に記憶する（ステップＳ３５）。そして、測定を完了するか否かを判定する（ステップＳ３６）。測定を完了する場合に本工程を終了する。一方、引き続き第１画像Ｂ11および第２画像Ｃ11を取得する場合に、ステップＳ３１〜Ｓ３５の処理を時間の経過と共に繰り返し行う。これにより、時系列の第１画像Ｂ11および第２画像Ｃ11が得られる。
図７を参照して、画像処理工程（ステップＳ６）について説明する。
本工程では、記憶部に記憶されている基準画像（第１画像Ｂ10、第２画像Ｃ10）および比較画像（第１画像Ｂ11、第２画像Ｃ11）の同じ位置にある画素の輝度値を使って、画素毎に吸光度Ａを算出して第３画像Ｄを得る（ステップＳ４１）。そして、生成した第３画像Ｄを画像処理手段１２内の図示しない記憶部に記憶する（ステップＳ４２）。
＜駆動部であるピストンが往復動している場合の動作＞
図８ないし図１２を参照して（適宜、図１参照）、駆動部であるピストン２１が往復動している場合の動作について説明する。図８は、流体の流れ可視化システム１の全体動作を示すフローチャートであり、図９ないし図１２は、各工程を説明するためのフローチャートである。
駆動部であるピストン２１が往復動している場合の全体動作は、ステップＴ１〜ステップＴ７からなり、このうちのステップＴ１，Ｔ２，Ｔ７は、駆動部であるピストン２１が静止している場合の動作のステップＳ１，Ｓ２，Ｓ７（図３参照）と同様である。以下では、処理の異なる基準画像撮影工程（ステップＴ３）、フォトクロミズム発生工程（ステップＴ４）、比較画像撮影工程（ステップＴ５）、および画像処理工程（ステップＴ６）について説明する。なお、ステップＴ１，Ｔ２は、特許請求の範囲の「準備工程」である。また、ステップＴ３は、特許請求の範囲の「変異前画像撮影工程」である。また、ステップＴ４は、特許請求の範囲の「変異発生光照射工程」である。また、ステップＴ５は、特許請求の範囲の「変異後画像撮影工程」である。
図９を参照して、基準画像撮影工程（ステップＴ３）について説明する。
まず、可視化装置１０の制御部１６は、事前に設定した「測定する装置の駆動部（ここでは、ピストン２１）の動作単位」で照明光源５が光を照射するための信号を送信する（ステップＴ１１）。そして、照明光源５は、信号を受信した場合に、（１）変異したフォトクロミック化合物が吸収する波長領域、および（２）変異したフォトクロミック化合物が全くまたは殆ど吸収しない波長領域の２種類の光を含む照明光３２を観察部全体に照射する（ステップＴ１２）。これにより、第１の照明光および第２の照明光は、撮影位置にあるピストン２１に同時に照射される。
次に、分離手段６は、観察部全体から反射してくる反射光３３を（１）変異したフォトクロミック化合物が吸収する第１の波長領域、（２）変異したフォトクロミック化合物が全くまたは殆ど吸収しない第２の波長領域の２種類の波長領域に分光する（ステップＴ１３）。
次に、分光した波長領域のうちの（１）変異したフォトクロミック化合物が吸収する第１の波長領域の第１の反射光３５1を用いて観察部全体を画像化し、基準画像としての第１画像Ｂ10を得る（ステップＴ１４）。
また、分光した波長領域のうちの（２）変異したフォトクロミック化合物が全くまたは殆ど吸収しない第２の波長領域の第２の反射光３５2を用いて観察部全体を画像化し、基準画像としての第２画像Ｃ10を得る（ステップＴ１５）。
次に、可視化装置１０は、「装置の駆動部の位置情報」と、「画像化した第１画像Ｂ10および第２画像Ｂ20」とを対応付けて記憶部であるイメージメモリ１１1，１１2に記憶する（ステップＴ１６）。そして、測定を完了するか否かを判定する（ステップＴ１７）。測定を完了する場合に本工程を終了する。一方、引き続き第１画像Ｂ10および第２画像Ｃ10を取得する場合に、ステップＴ１１〜Ｔ１６の処理を繰り返し行う。これにより、駆動部の位置毎の第１画像Ｂ10および第２画像Ｃ10が得られる。
図１０を参照して、フォトクロミズム発生工程（ステップＴ４）について説明する。
まず、測定する装置の駆動部（ここでは、ピストン２１）の位置情報をモニタリングし（ステップＴ２１）、駆動部の位置が特定位置であるか否かを判定する（ステップＴ２２）。駆動部の位置が特定位置である場合に処理をステップＴ２３に進める。
次に、変異発生光源３が、フォトクロミック化合物の組成を変異させる変異発生光３１を観察部領域内の測定したい位置に照射する（ステップＴ２３）。
これにより、流体２３の測定したい位置に溶解しているフォトクロミック化合物が特定の波長領域の光を吸収する組成に変異する（ステップＴ２４）。
図１１を参照して、比較画像撮影工程（ステップＴ５）について説明する。
まず、可視化装置１０の制御部１６は、事前に設定した「測定する装置の駆動部（ここでは、ピストン２１）の動作単位」で照明光源５が光を照射するための信号を送信する（ステップＴ３１）。そして、照明光源５は、信号を受信した場合に、（１）変異したフォトクロミック化合物が吸収する第１の波長領域、および（２）変異したフォトクロミック化合物が全くまたは殆ど吸収しない第２の波長領域の２種類の光を含む照明光３２を観察部全体に照射する（ステップＴ３２）。これにより、第１の照明光および第２の照明光は、撮影位置にあるピストン２１に同時に照射される。
次に、分離手段６は、観察部全体から反射してくる反射光３３を（１）変異したフォトクロミック化合物が吸収する第１の波長領域、（２）変異したフォトクロミック化合物が全くまたは殆ど吸収しない第２の波長領域の２種類の波長領域に分光する（ステップＴ３３）。
次に、分光した波長領域のうちの（１）変異したフォトクロミック化合物が吸収する第１の波長領域の第１の反射光３５1を用いて観察部全体を画像化し、比較画像としての第１画像Ｂ11を得る（ステップＴ３４）。
また、分光した波長領域のうちの（２）変異したフォトクロミック化合物が全くまたは殆ど吸収しない第２の波長領域の第２の反射光３５2を用いて観察部全体を画像化し、比較画像としての第２画像Ｃ11を得る（ステップＴ３５）。
次に、可視化装置１０は、「装置の駆動部の運動回数情報および位置情報」と、「画像化した第１画像Ｂ11および第２画像Ｃ11」とを対応付けて記憶部であるイメージメモリ１１1，１１2に記憶する（ステップＴ３６）。なお、運動回数情報と位置情報との組合せは、時刻情報の一例である。そして、測定を完了するか否かを判定する（ステップＴ３７）。測定を完了する場合に本工程を終了する。一方、引き続き第１画像Ｂ11および第２画像Ｃ11を取得する場合に、ステップＴ３１〜Ｔ３６の処理を時間の経過と共に繰り返し行う。これにより、時系列の第１画像Ｂ11および第２画像Ｃ11が得られる。
図１２を参照して、画像処理工程（ステップＴ６）について説明する。
まず、記憶部に記憶されている基準画像（第１画像Ｂ10、第２画像Ｃ10）および比較画像（第１画像Ｂ11、第２画像Ｃ11）のうち、装置の駆動部の位置情報が同じである基準画像（第１画像Ｂ10、第２画像Ｃ10）および比較画像（第１画像Ｂ11、第２画像Ｃ11）を抽出する（ステップＴ４１）。
次に、抽出した基準画像（第１画像Ｂ10、第２画像Ｃ10）および比較画像（第１画像Ｂ11、第２画像Ｃ11）の同じ位置にある画素の輝度値を使って、画素毎に吸光度Ａを算出して第３画像Ｄを得る（ステップＴ４２）。そして、生成した第３画像Ｄを画像処理手段１２内の図示しない記憶部に記憶する（ステップＴ４３）。
以上のように、本実施形態に係る流体の流れ可視化システム１は、光の吸収量が変化する第１の波長領域を用いて流体２３の第１画像Ｂを撮影し、また、光の吸収量が全くまたは殆ど変化しない波長領域を用いて流体２３の第２画像Ｃを撮影する。
第１の波長領域は、変異発生光３１によって変異したフォトクロミック化合物の光の吸収量が変化する領域なので、時間経過と共に撮影された第１画像Ｂには流体内の変異フォトクロミック化合物の各時刻における分布が写し出される。ここで、流体の状況（例えば、油膜厚さ）が変化した場合に、第１画像Ｂに写し出される変異フォトクロミック化合物の分布には、流体２３の状況の変化の影響が反映される。
第２の波長領域は変異発生光３１によって変異したフォトクロミック化合物の光の吸収量が全くまたは殆ど変化しない領域なので、時間経過と共に撮影された第２画像Ｃには各時刻における流体２３の状況が写し出される。
そして、可視化システム１は、変異発生光３１を照射する前の流体２３を撮影した第１画像Ｂ10および第２画像Ｃ10と、変異発生光３１を照射した後の流体を撮影した第１画像Ｂ11および第２画像Ｃ11とを用い、これらの画像の比を取ってから対数を算出し、これらの差分を算出することで第３画像Ｄを生成する。
ここで、第１の波長領域の光、第２の波長領域の光によって反射率が異なる部分がある場合（例えば、エッジ部）や、２つの光源を使う等によって第１の波長領域の光と第２の波長領域の光の強度分布が異なる場合（例えば、第１画像上部が明るく、第２画像下部が明るい等の場合）であっても、変異発生光を照射する前の第１画像Ｂ10と変異発生光を照射した後の第１画像Ｂ11および変異発生光を照射する前の第２画像Ｃ10と変異発生光を照射した後の第２画像Ｃ11には、ほぼ同じ状態の第１の波長領域の光および第２の波長領域の光によって流体の状況が写し出される。
その為、第３画像Ｄには、装置の汚れや傷等による変色の影響の軽減だけではなく、第１の波長領域の光、第２の波長領域の光の波長の違いによって反射率が異なる部分や、第１の波長領域の光と第２の波長領域の光の強度分布が異なることによって生ずる光による様々なノイズが同時に低減され、着色された変異フォトクロミック化合物の分布の変化がより鮮明に写し出される。これにより、本実施形態に係る流体の流れ可視化システム１は、動く物体中や変化する場のような流体の状況が変化し易い測定環境でも、流体２３の流れをより鮮明に可視化することができる。
なお、従来技術では、白色光を用いて流体の撮影を行っていた。ここで、白色光で撮影した画像には、流体内の変異フォトクロミック化合物の各時刻における分布と、流体の状況の変化の影響とが反映されている。その為、白色光で撮影した画像から演算した吸光度は、変異フォトクロミック化合物の分布の変化のみならず流体の状況の変化の影響を受けることになる。したがって、従来技術では、動く物体中や変化する場のような流体の状況が変化し易い測定環境において、流れを鮮明に可視化することが難しかった。
本実施形態に係る可視化システム１により生成した第３画像Ｄの具体例を図１３に示す。図１３に示す第３画像Ｄは、図１に示すピストン２１を静止している状態で、流体２３を時間経過と共に撮影した画像から生成したものである。
ここでは、フォトクロミック化合物として、スピロピラン系の1,3,3-Trimethylindolino-6'-nitrobenzopyrylospiran（東京化成工業株式会社，製品コード：T0366）を使用し、流体２３としてエステルオイルを使用した。
また、フォトクロミック化合物にフォトクロミズムを生じさせる変異発生光３１として紫外光を使用し、変異発生光源３としては窒素レーザー（波長３３７ｎｍ）又はＹＡＧレーザー（波長１０６４ｎｍの第三高調波３５５ｎｍ）を使用した。
図１３（ａ）は変異発生光３１を照射した直後（０秒）の第３画像Ｄを示し、（ｂ）は１０秒後の第３画像Ｄを示し、（ｃ）は２０秒後の第３画像Ｄを示し、（ｄ）は３０秒後の第３画像Ｄを示す。図１３では、吸光度を濃淡で表しており、色が濃いほど吸光度が高くなっている。
第３画像Ｄには流体の状況の変化の影響を低減した変異フォトクロミック化合物の分布の変化が写し出されるので、図１３に示すように、変異発生光３１を照射された部分（吸光度が高い部分）が時間経過と共に図面下側に移動しているのが鮮明に分かる。
［第２実施形態］
≪流体の流体厚さ測定システムの構成≫
流体の流体厚さ測定システム（以下では単に「厚さ測定システム」）は、測定対象である流体の厚さを測定するシステムであり、例えばピストン、シリンダ、すべり軸受などのすべり面である動く物体中で使用される潤滑剤の厚さ（油膜厚さ）を測定する。なお、厚さ測定システムは、流体の計測システムの一例である。
図１４に示すように、本実施形態に係る厚さ測定システム１ｘは、位置発信手段２と、変異発生光源３と、ミラー４と、照明光源５と、分離手段６と、一組のＣＣＤカメラ９1，９2と、流体の流体厚さ測定装置１０ｘ（以下では単に「厚さ測定装置１０ｘ」）とを備えて構成される。ここで、第１実施形態に係る可視化システム１（図１参照）と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下では主に機能の異なる構成要素について説明する。なお、流体２３には、第１実施形態と同様に、図示しないフォトクロミック化合物が溶解されている。
厚さ測定装置１０ｘは、一組のイメージメモリ１１1，１１2と、流体厚さ算出手段１２ｘと、表示部１５と、制御部１６とを備えて構成される。流体厚さ算出手段１２ｘは、さらに吸光度演算部１３と、流体厚さ演算部１４ｘとを備えて構成される。なお、厚さ測定装置１０ｘは、流体の計測装置の一例である。
ＣＣＤカメラ９1，９2は、流体２３の撮影画像を生成する装置である。
ＣＣＤカメラ９1は、バンドパスフィルタ８1を通過した第１の反射光３５1（例えば、波長が490〜540nm周辺の光）により流体２３の第１画像Ｂを生成する。ここでの第１画像Ｂには、変異発生光３１を照射する前のものと変異発生光３１を照射した後のものとが含まれる。以下では、第１実施形態と同様に、変異発生光３１を照射する前のものを「第１画像Ｂ10」で表し、変異発生光３１を照射した後のものを「第１画像Ｂ11」で表す場合がある。
ＣＣＤカメラ９2は、バンドパスフィルタ８2を通過した第２の反射光３５2（例えば、波長が580〜680nm周辺の光）により流体２３の第２画像Ｃを生成する。ここでの第２画像Ｃには、変異発生光３１を照射する前のものと変異発生光３１を照射した後のものとが含まれる。以下では、第１実施形態と同様に、変異発生光３１を照射する前のものを「第２画像Ｃ10」で表し、変異発生光３１を照射した後のものを「第２画像Ｃ11」で表す場合がある。
厚さ測定装置１０ｘは、ＣＣＤカメラ９1，９2によって生成された第１画像Ｂ及び第２画像Ｃから流体２３の厚さを測定する装置である。
イメージメモリ（ＩＭ）１１1，１１2は、ＣＣＤカメラ９1，９2によって生成された撮影画像を記憶する装置である。イメージメモリ１１1にはＣＣＤカメラ９1によって生成された第１画像Ｂが記憶され、イメージメモリ１１2にはＣＣＤカメラ９2によって生成された第２画像Ｃが記憶される。イメージメモリ１１1，１１2は、「第１画像記憶手段」、「第２画像記憶手段」の一例である。なお、イメージメモリ１１1，１１2は、一つの装置であってもよく、その場合には一つのイメージメモリ１１に第１画像Ｂおよび第２画像Ｃが記憶される。
バンドパスフィルタ８1を通過した第１の反射光３５1は、第１の波長領域の光なので、特定の時刻に撮影された第１画像Ｂには流体２３内の変異フォトクロミック化合物の特定の時刻における分布が写し出される。ここで、流体２３の状況（例えば、油膜厚さ）が変化した場合に、第１画像Ｂに写し出される変異フォトクロミック化合物の分布には、流体の状況の変化の影響が反映される。一方、バンドパスフィルタ８2を通過した第２の反射光３５2は、第２の波長領域の光なので、特定の時刻に撮影された第２画像Ｃには特定の時刻における流体２３の状況が写し出される。
流体厚さ算出手段１２ｘは、イメージメモリ１１1，１１2から第１画像Ｂ及び第２画像Ｃを取得し、取得した第１画像Ｂ及び第２画像Ｃを用いて流体２３の厚さｌ（ここでは、油膜厚さ）を算出する。流体厚さ算出手段１２ｘは、吸光度演算部１３と、流体厚さ演算部１４ｘとを備えて構成される。流体厚さ算出手段１２ｘは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）によるプログラム実行処理や、専用回路等により実現される。
吸光度演算部１３の機能は、第１実施形態と同様である。つまり、吸光度演算部１３は、変異発生光３１を照射する前の流体２３を撮影した第１画像Ｂ10および第２画像Ｃ10と、変異発生光３１を照射した後の流体２３を撮影した第１画像Ｂ11および第２画像Ｃ11とを用い、これらの画像の比を取ってから対数を算出し、これらの差分を算出することで吸光度を算出する。
例えば、変異発生光３１を照射する前の第１画像Ｂ10を構成する画素の光強度を「I10」とし、変異発生光３１を照射する前の第２画像Ｃ10を構成する画素の光強度を「I20」と定義する。また、変異発生光３１を照射した後の第１画像Ｂ11を構成する画素の光強度を「I11」とし、変異発生光３１を照射した後の第２画像Ｃ11を構成する画素の光強度を「I21」と定義する。
この場合に、吸光度演算部１３は、次式（２）を用いて各画素における吸光度Ａを計算する。なお、ＬＯＧは常用対数である。
Ａ＝−ＬＯＧ（I11／I21）−（−ＬＯＧ（I10／I20））・・・式（２）
＝−ＬＯＧ（（I11／I21）／（I10／I20）） ・・・式（２）
流体厚さ演算部１４ｘは、吸光度演算部１３により算出された吸光度Ａに基づいて流体２３の厚さｌを算出する。例えば、フォトクロミック化合物を溶解した後の流体２３の吸光係数を「μ」と定義する。
この場合に、流体厚さ演算部１４ｘは、次式（４）を用いて測定対象部分の画素における流体２３の厚さｌを計算する。
ｌ＝Ａ／μ ・・・式（４）
表示部１５は、流体厚さ演算部１４ｘにより計算された流体２３の厚さｌを表示する。なお、表示部１５は、第１実施形態と同様に、第３画像Ｄを併せて表示してもよい。つまり、流体厚さ算出手段１２ｘは、第１実施形態で説明した２次元パターン化部１４の機能を備え、表示部１５は、２次元パターン化部１４により生成された第３画像Ｄを流体２３の厚さｌとともに表示してもよい。また、嵌合部材２２ｂから確認できる流体２３全体に変異発生光３１を照射した場合は、第３画像Ｄを構成している吸光度Ａを、式（４）を用いて流体２３の厚さｌに変換することで、流体２３の厚さｌの分布として表示してもよい。
前記式（４）についてさらに詳しく説明する。
本発明の発明者は、実験を行うことにより吸光度が流体厚さに比例し、吸光度と流体厚さとの関係を前記式（４）で表すことができることを確認した。実験の様子を図１５に示す。流体厚さと吸光度との関係を調べるためには、既知の厚さの流体を用意する必要がある。そこで、図１５に示すように、金属球６１と平板状のガラス６２とを接触させ、その間を流体である試験溶液６３で満たすことで既知の厚さを作り出した。つまり、試験溶液６３の厚さは、金属球６１と平板状のガラス６２との距離ｍであるので、金属球６１の直径が分かれば、金属球６１と平板状のガラス６２との接触点６１ａからの距離からそれぞれの場所における流体厚さを計算できる。実験で使用した金属球６１の直径は「100mm」である。試験溶液６３としてはエステルオイルを使用し、試験溶液６３にはスピロピラン系のフォトクロミック化合物が溶解されている。試験溶液６３の質量パーセント濃度は、「0.4mass％」とした。なお、金属球６１は、移動しないように設置台６４に固定されている。
次に、窒素レーザーに波長が近い紫外光ＬＥＤランプ（図示せず）を用いて、符号６５で示す方向から試験溶液６３に光を十分に照射する。実験で使用した紫外光ＬＥＤランプが発する光の波長は、「340nm」である。これにより、試験溶液６３に溶解されるフォトクロミック化合物の色素の分子構造は変異し、試験溶液６３は全体が着色される。ここで、試験溶液６３は、完全に着色している必要があり、変異していない箇所が部分的に残っている場合には、流体厚さと吸光度との関係を調べることができない。そして、図１４で示したのと同様に、分離手段６を用いて符号６５で示す方向から撮影を行い、前記した式（２）を用いて各画素における吸光度Ａを計算する。実験結果を図１６に示す。図１６に示すように、流体厚さ（ここでは、「油膜厚さ」と表示）に対して吸光度が線形に高くなっているのが分かる。この実験では、フォトクロミック化合物を溶解させた試験溶液６３の吸光係数μが線形近似線より「0.03」程度であることが確認された。なお、吸光係数μは、試験溶液６３およびフォトクロミック化合物の種類や質量パーセント濃度などにより決まる。当該実験で求めた吸光係数μを用いて算出した試験溶液６３の厚さの分布を図１７に示す。図１７における中心は、金属球６１と平板状のガラス６２との接触点６１ａ（図１５参照）である。図１７に示すように、接触点６１ａから離れるにつれて試験溶液６３の厚さが大きくなるのが明確に分かる。
≪流体の流体厚さ測定システムの動作≫
次に、図１８を参照して（適宜、図１４参照）、本実施形態の厚さ測定システム１ｘの動作について説明する。ここでは、駆動部であるピストン２１が静止している状態の流体２３を開口部２２ａを通して撮影し、流体２３の厚さを測定する場合を説明する。なお、ここで説明する厚さ測定システム１ｘの動作は、流体の計測方法の一例である。
図１８は、厚さ測定システム１ｘの全体動作を示すフローチャートである。図１８に示すように、厚さ測定システム１ｘの全体動作は、ステップＳ１〜ステップＳ７ｘからなり、このうちのステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ５は、第１実施形態におけるピストン２１が静止している場合の動作（図３参照）と同様である。以下では、処理の異なる工程（ステップＳ４ｘ，Ｓ６ｘ，Ｓ７ｘ）について主に説明する。なお、ステップＳ１，Ｓ２は、特許請求の範囲の「準備工程」である。また、ステップＳ３は、特許請求の範囲の「変異前画像撮影工程」である。また、ステップＳ４ｘは、特許請求の範囲の「変異発生光照射工程」である。また、ステップＳ５は、特許請求の範囲の「変異後画像撮影工程」である。
図１９を参照して、フォトクロミズム発生工程（ステップＳ４ｘ）について説明する。
本工程では、変異発生光源３が、フォトクロミック化合物の組成を変異させる変異発生光３１を観察部領域内の測定したい位置に十分に照射する（ステップＳ２１ｘ）。変異発生光３１を十分に照射とは、流体２３の表面のみならず厚さ方向に対して深くまで変異発生光３１が届くことを意味する。
これにより、流体２３の測定したい位置に溶解しているフォトクロミック化合物が特定の波長領域の光を吸収する組成に完全に変異する（ステップＳ２２ｘ）。フォトクロミック化合物が完全に変異とは、流体２３の厚さ方向において変異していない箇所が部分的に残っていないことを意味する。
図２０を参照して、流体厚さ算出工程（ステップＳ６ｘ）について説明する。
本工程では、記憶部に記憶されている基準画像（第１画像Ｂ10、第２画像Ｃ10）および比較画像（第１画像Ｂ11、第２画像Ｃ11）の同じ位置にある画素の輝度値を使って吸光度Ａを算出する（ステップＳ４１ｘ）。
また、本工程では、予め確認しておいた流体２３の吸光係数μと算出した吸光度Ａとを用いて流体２３の厚さｌを算出する（ステップＳ４２ｘ）。そして、計算した流体２３の厚さｌを表示部１５に表示する（図１８のステップＳ７ｘ）。
以上説明した第２実施形態に係る厚さ測定システム１ｘによっても、第２実施形態と略同等の効果を奏することができる。つまり、第１画像Ｂおよび第２画像Ｃを用いて算出した流体厚さｌは、様々なノイズの影響が低減されることにより正確な値となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を変えない範囲で実施することができる。
第１実施形態では、画像処理手段１２は、イメージメモリ１１1，１１2から第１画像Ｂ及び第２画像Ｃを取得し、取得した第１画像Ｂ及び第２画像Ｃを用いて画像処理を行い、第３画像Ｄを新たに生成していた。具体的には、画像処理手段１２は、変異発生光３１を照射する前の流体２３を撮影した第１画像Ｂ10および第２画像Ｃ10と、変異発生光３１を照射した後の流体２３を撮影した第１画像Ｂ11および第２画像Ｃ11とを用い、これらの画像の比を取ってから対数を算出し、これらの差分を算出することで吸光度を算出し、計算された各画素の吸光度を２次元パターン化していた。
しかしながら、画像処理手段１２は、イメージメモリ１１1から変異発生光３１を照射した後の流体２３を撮影した第１画像Ｂ11を取得し、第１画像Ｂ11を表示部１５に表示するようにしてもよい。この第１画像Ｂ11には、流体２３内の変異フォトクロミック化合物の各時刻における分布が鮮明に写し出されるので、本実施形態の第３画像Ｄには及ばないまでも、動く物体中、変化する場のような測定環境でも測定対象物を鮮明に可視化することができる。
また、画像処理手段１２は、イメージメモリ１１1から変異発生光３１を照射した後の流体２３を撮影した第１画像Ｂ11を取得し、また、イメージメモリ１１2から変異発生光３１を照射した後の流体２３を撮影した第２画像Ｃ11を取得し、これらの画像から第３画像Ｄを生成してもよい。
この場合、画像処理手段１２は、次式（１）を用いて各画素における吸光度Ａ１を計算し、各画素の計算結果を２次元パターン化することで第３画像Ｄを生成する。ここで、「I11」は、変異発生光３１を照射した後の第１画像Ｂ11を構成する画素の光強度である。また、「I21」は、変異発生光３１を照射した後の第２画像Ｃ11を構成する画素の光強度である。また、ＬＯＧは常用対数である。
Ａ１＝−ＬＯＧ（I11／I21）・・・式（１）
同時刻の第１画像Ｂ11および第２画像Ｃ11には、同じ状態の流体表面の動き、気泡の分布等の流体の状況が写し出されるので、第１画像Ｂ11および第２画像Ｃ11を用いた第３画像Ｄでは、流体の表面の動き、気泡の分布等の流体の状況の変化の影響等の様々なノイズが低減され、着色された変異フォトクロミック化合物の分布の変化がより鮮明に写し出される。
なお、第１の波長領域の光、第２の波長領域の光の波長の違いによって反射率が異なる部分があったり、第１の波長領域の光と第２の波長領域の光の強度分布が異なる部分があったりする場合に、これらの光の影響が様々なノイズとして反映されることになる。そのため、第1の波長領域の光と第２の波長領域の光の影響によって様々なノイズが発生する場合には、本実施形態で示した通り、変異発生光３１を照射する前の流体２３を撮影した第１画像Ｂ10および第２画像Ｃ10と、変異発生光３１を照射した後の流体２３を撮影した第１画像Ｂ11および第２画像Ｃ11とを用いて第３画像Ｄを生成するのが望ましい。
なお、第２実施形態における流体厚さ算出手段１２ｘについても同様であり、前記した式（１）を用いて第１画像Ｂ11及び第２画像Ｃ11から吸光度Ａ１を計算し、また、次式（３）を用いて流体２３の厚さｌを計算してもよい。ここで、「μ」は、フォトクロミック化合物を溶解した後の流体２３の吸光係数である。
ｌ＝Ａ１／μ ・・・式（３）
また、第１実施形態では、開口部２２ａを介して観察できる流体２３は、駆動部を円滑に駆動させるための潤滑油であるため、液体膜（薄い膜）であるが、流体２３の表面を可視化するのであれば、流体２３は厚い液体であってもよい。つまり、観察対象である流体２３の厚さは特に限定されない。
また、第１実施形態では、分離手段６は、照明光３２が流体２３に反射された光（厳密には流体２３を透過してピストン２１に反射した光）である反射光３３を、第１の波長領域と第２の波長領域とに分離するが、観察部が光を透過する構造の場合（例えば、ガラスとガラスの間に流体２３がある構造）は、分離手段６は、照明光３２が観察部を透過してきた光である透過光を第１の波長領域と第２の波長領域に分離してもよい。つまり、分離手段６は、流体２３を透過した透過光を分離するものであればよい。
また、本実施形態では、駆動部としてピストン２１を想定していたが、駆動部は往復動または回転するものであればよい。つまり、駆動部は、時刻と駆動部の位置とが対応づけられるものであればよい。
１ 可視化システム（計測システム）
１ｘ 厚さ測定システム（計測システム）
２ 位置発信手段
３ 変異発生光源
４ ミラー
５ 照明光源（照明手段）
６ 分離手段
７ イメージスプリッティングダイクロイックミラー
８1，８2 バンドパスフィルタ
９1，９2 ＣＣＤカメラ（第１撮像手段、第２撮像手段）
１０ 可視化装置（計測装置）
１０ｘ 厚さ測定装置（計測装置）
１１1，１１2 イメージメモリ（第１画像記憶手段、第２画像記憶手段）
１２ 画像処理手段
１２ｘ 流体厚さ算出手段
１３ 吸光度演算部
１４ ２次元パターン化部
１４ｘ 流体厚さ演算部
１５ 表示部
１６ 制御部
２１ ピストン（駆動部）
２２ シリンダ
２３ 流体

Claims (17)

  1. 流体の計測方法であって、
    変異発生光を照射することで光の吸収量が変化するフォトクロミック化合物を前記流体に溶解する準備工程と、
    フォトクロミズムを生じさせる変異発生光を前記流体に照射する変異発生光照射工程と、
    前記変異発生光を照射した後の前記流体の画像を撮影する変異後画像撮影工程と、
    前記変異後画像撮影工程の後で行う画像処理工程と、を有し、
    前記変異後画像撮影工程では、変異発生光が照射されることによって光の吸収量が変化する第１の波長領域の第１の光を用いて前記流体を撮影することで第１画像を生成し、また、前記吸収量が全くまたは殆ど変化しない第２の波長領域の第２の光を用いて、前記第１画像の撮影と同時刻の前記流体を撮影した第２画像を生成し、
    前記画像処理工程では、前記第１画像および前記第２画像を用いて第３画像を生成する、ことを特徴とする計測方法。
  2. 前記変異後画像撮影工程で撮影した第１画像を構成する画素の光強度を「I11」とし、
    前記変異後画像撮影工程で撮影した第２画像を構成する画素の光強度を「I21」とした場合に、
    前記画像処理工程では、次式（１）を用いて各画素における吸光度Ａ１を計算し、各画素の計算結果を２次元パターン化することで前記第３画像を生成する
    Ａ１＝−ＬＯＧ（I11／I21）・・・式（１）
    ことを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
  3. 前記変異発生光照射工程の前で、前記変異発生光を照射する前の前記流体の第１画像および第２画像を撮影する変異前画像撮影工程を有し、
    前記変異前画像撮影工程で撮影した第１画像を構成する画素の光強度を「I10」とし、
    前記変異前画像撮影工程で撮影した第２画像を構成する画素の光強度を「I20」とした場合に、
    前記画像処理工程では、次式（２）を用いて各画素における吸光度Ａを計算し、各画素の計算結果を２次元パターン化することで前記第３画像を生成する
    Ａ＝−ＬＯＧ（I11／I21）−（−ＬＯＧ（I10／I20））・・・式（２）
    ことを特徴とする請求項２に記載の計測方法。
  4. 流体の計測方法であって、
    変異発生光を照射することで光の吸収量が変化するフォトクロミック化合物を前記流体に溶解する準備工程と、
    フォトクロミズムを生じさせる変異発生光を前記流体に照射する変異発生光照射工程と、
    前記変異発生光を照射した後の前記流体の画像を撮影する変異後画像撮影工程と、
    前記変異後画像撮影工程の後で行う流体厚さ算出工程と、を有し、
    前記変異後画像撮影工程では、変異発生光が照射されることによって光の吸収量が変化する第１の波長領域の第１の光を用いて前記流体を撮影することで第１画像を生成し、また、前記吸収量が全くまたは殆ど変化しない第２の波長領域の第２の光を用いて、前記第１画像の撮影と同時刻の前記流体を撮影した第２画像を生成し、
    前記流体厚さ算出工程では、前記第１画像および前記第２画像を用いて前記流体の厚さを算出する、ことを特徴とする計測方法。
  5. 前記変異後画像撮影工程で撮影した第１画像を構成する画素の光強度を「I11」とし、
    前記変異後画像撮影工程で撮影した第２画像を構成する画素の光強度を「I21」とし、
    前記フォトクロミック化合物を溶解した後の前記流体の吸光係数を「μ」とした場合に、
    前記流体厚さ算出工程では、
    次式（１）を用いて変異発生光が照射された領域の画素における吸光度Ａ１を計算し、
    Ａ１＝−ＬＯＧ（I11／I21）・・・式（１）
    さらに、次式（３）を用いて流体厚さｌを計算する、
    ｌ＝Ａ１／μ ・・・式（３）
    ことを特徴とする請求項４に記載の計測方法。
  6. 前記変異発生光照射工程の前で、前記変異発生光を照射する前の前記流体の第１画像および第２画像を撮影する変異前画像撮影工程を有し、
    前記変異前画像撮影工程で撮影した第１画像を構成する画素の光強度を「I10」とし、
    前記変異前画像撮影工程で撮影した第２画像を構成する画素の光強度を「I20」とした場合に、
    前記流体厚さ算出工程では、
    次式（２）を用いて変異発生光が照射された領域の画素における吸光度Ａを計算し、
    Ａ＝−ＬＯＧ（I11／I21）−（−ＬＯＧ（I10／I20））・・・式（２）
    さらに、次式（４）を用いて流体厚さｌを計算する、
    ｌ＝Ａ／μ ・・・式（４）
    ことを特徴とする請求項５に記載の計測方法。
  7. フォトクロミズムを生じさせる変異発生光が照射されることによって特定の波長領域の光の吸収量が変化するフォトクロミック化合物が溶解された流体の流れを可視化する計測装置であって、
    前記吸収量が変化する第１の波長領域の第１の光を用いて前記流体を撮影した第１画像を記憶する第１画像記憶手段と、
    前記吸収量が全くまたは殆ど変化しない第２の波長領域の第２の光を用いて、前記第１画像の撮影と同時刻の前記流体を撮影した第２画像を記憶する第２画像記憶手段と、
    前記第１画像および前記第２画像を用いて前記流体の流れを可視化した第３画像を生成する画像処理手段と、を備え、
    前記画像処理手段は、前記変異発生光を照射した後の前記流体を撮影した前記第１画像および前記第２画像を用いて第３画像を生成する、
    ことを特徴とする計測装置。
  8. 前記変異発生光を照射した後の第１画像を構成する画素の光強度を「I11」とし、
    前記変異発生光を照射した後の第２画像を構成する画素の光強度を「I21」とした場合に、
    前記画像処理手段は、次式（１）を用いて各画素における吸光度Ａ１を計算し、各画素の計算結果を２次元パターン化することで前記第３画像を生成する
    Ａ１＝−ＬＯＧ（I11／I21）・・・式（１）
    ことを特徴とする請求項７に記載の計測装置。
  9. 前記変異発生光を照射する前の第１画像を構成する画素の光強度を「I10」とし、
    前記変異発生光を照射する前の第２画像を構成する画素の光強度を「I20」とした場合に、
    前記画像処理手段は、次式（２）を用いて各画素における吸光度Ａを計算し、各画素の計算結果を２次元パターン化することで前記第３画像を生成する
    Ａ＝−ＬＯＧ（I11／I21）−（−ＬＯＧ（I10／I20））・・・式（２）
    ことを特徴とする請求項８に記載の計測装置。
  10. フォトクロミズムを生じさせる変異発生光が照射されることによって特定の波長領域の光の吸収量が変化するフォトクロミック化合物が溶解された流体の厚さを測定する計測装置であって、
    前記吸収量が変化する第１の波長領域の第１の光を用いて前記流体を撮影した第１画像を記憶する第１画像記憶手段と、
    前記吸収量が全くまたは殆ど変化しない第２の波長領域の第２の光を用いて、前記第１画像の撮影と同時刻の前記流体を撮影した第２画像を記憶する第２画像記憶手段と、
    前記第１画像および前記第２画像を用いて前記流体の厚さを算出する流体厚さ算出手段と、を備え、
    前記流体厚さ算出手段は、前記変異発生光を照射した後の前記流体を撮影した前記第１画像および前記第２画像を用いて前記流体の厚さを算出する、
    ことを特徴とする計測装置。
  11. 前記変異発生光を照射した後の第１画像を構成する画素の光強度を「I11」とし、
    前記変異発生光を照射した後の第２画像を構成する画素の光強度を「I21」とし、
    前記フォトクロミック化合物を溶解した後の前記流体の吸光係数を「μ」とした場合に、
    前記流体厚さ算出手段は、
    次式（１）を用いて変異発生光が照射された領域の画素における吸光度Ａ１を計算し、
    Ａ１＝−ＬＯＧ（I11／I21）・・・式（１）
    さらに、次式（３）を用いて流体厚さｌを計算する、
    ｌ＝Ａ１／μ ・・・式（３）
    ことを特徴とする請求項１０に記載の計測装置。
  12. 前記変異発生光を照射する前の第１画像を構成する画素の光強度を「I10」とし、
    前記変異発生光を照射する前の第２画像を構成する画素の光強度を「I20」とした場合に、
    前記流体厚さ算出手段は、
    次式（２）を用いて変異発生光が照射された領域の画素における吸光度Ａを計算し、
    Ａ＝−ＬＯＧ（I11／I21）−（−ＬＯＧ（I10／I20））・・・式（２）
    さらに、次式（４）を用いて流体厚さｌを計算する、
    ｌ＝Ａ／μ ・・・式（４）
    ことを特徴とする請求項１１に記載の計測装置。
  13. 請求項７ないし請求項９の何れか１項に記載された計測装置と、
    前記第１の光および前記第２の光を含む照明光を前記流体に照射する照明手段と、
    前記流体を透過した後の前記照明光を前記第１の波長領域の第１の光と前記第２の波長領域の第２の光とに分離する分離手段と、
    前記分離手段により分離された前記第１の光を撮像し、前記第１画像を生成する第１撮像手段と、
    前記分離手段により分離された前記第２の光を撮像し、前記第２画像を生成する第２撮像手段と、を備え、
    前記照明手段は、前記第１撮像手段および前記第２撮像手段が撮影を行うタイミングに前記照明光を照射するタイミングを合わせたパルス光として前記照明光を照射する、
    ことを特徴とする計測システム。
  14. 前記変異発生光を照射する変異発生光源を備え、
    前記変異発生光源は、前記流体の流れを可視化する領域を決定するために光のサイズを任意の大きさに調整する機能と、前記変異発生光を前記流体の任意の位置に照射する機能とを備え、
    前記任意の大きさの前記変異発生光を前記流体の流れを可視化する前記任意の位置にパルス光として前記流体に照射する、ことを特徴とする請求項１３に記載の計測システム。
  15. 往復動または回転する駆動部が前記流体の中にある場合に、前記駆動部の位置情報を受信し、前記照明手段または前記変異発生光源が前記流体に照射するタイミングを制御する制御部をさらに備え、
    前記制御部は、前記駆動部が特定の位置にあるときに前記変異発生光をパルス光として照射するとともに、前記駆動部が特定の撮影位置にあるときに撮影する、ことを特徴とする請求項１４に記載の計測システム。
  16. 前記照明手段は、前記第１の光と前記第２の光とを別々の光として選択的に発生させる、ことを特徴とする請求項１３に記載の計測システム。
  17. 請求項１０ないし請求項１２の何れか１項に記載された計測装置と、
    前記第１の光および前記第２の光を含む照明光を前記流体に照射する照明手段と、
    前記流体を透過した後の前記照明光を前記第１の波長領域の第１の光と前記第２の波長領域の第２の光とに分離する分離手段と、
    前記分離手段により分離された前記第１の光を撮像し、前記第１画像を生成する第１撮像手段と、
    前記分離手段により分離された前記第２の光を撮像し、前記第２画像を生成する第２撮像手段と、
    前記変異発生光を照射する変異発生光源と、を備え、
    前記変異発生光源は、前記流体の厚さ方向に対して、フォトクロミック化合物を完全に変異させる、
    ことを特徴とする計測システム。
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