音の見える超高感度高速位相シフト干渉計システムによる流体音響現象の解明

本研究では，新たな光学システムを提案することによる，音場の高精度可視化計測を目的としている．これまでには位相分解能の向上と大きな可視化領域の確保を目的とし，従来とは異なる光学構成および位相シフト技術を有する位相シフト干渉計を提案し，自然対流や強制対流などの現象を観察してきた．さらに位相シフト技術の高速現象への適用を目的として，新たな光学素子としてアルバプリズム，アルバプリズムが出力する画像を処理するための画像処理プログラムを開発した．本年度はこれまでに開発してきた光学システムを統合，かつ問題点を改善することで全く新しい光学システムの構築を目指した．まず構築した光干渉計の拡大光学系をレンズ系によって構成することで光学収差を低減し，また様々な風洞へ適用できるような光学系を構築した．さらに構築した光学系は境界層のような可視化計測を行うために，同様の光学系を利用しながら大視野のみならず微小視野の可視化計測を可能としている．またアルバプリズムについては構造を簡略化し，光学収差の低減や有効視野の拡大，迷光防止といった改善を施した．画像処理プログラムについても，光学系やアルバプリズムで生じてしまった画像歪みを補正する機能などを付加し，より高精度な位相シフトデータの取得を可能とした．上記の光学系を統合し，直径300 mmの可視化視野を有する大型位相シフト干渉計を構築した．構築した光学系で球周りの自然対流の可視化計測を行うことで，球周りの境界層や球上部のプルームを大視野で可視化し，さらに温度境界層の位相シフトデータを取得することに成功した．これにより音場の計測に必要な大視野での可視化かつ高い分解能を有する計測装置のプロトタイプが完成した．

本研究では，新たな光学システムを提案することによる，音場の高精度可視化計測を目的としている．これまでには位相分解能の向上と大きな可視化領域の確保を目的とし，従来とは異なる光学構成および位相シフト技術を有する位相シフト干渉計を提案し，自然対流や強制対流などの現象を観察してきた．さらに位相シフト技術の高速現象への適用を目的として，新たな光学素子としてアルバプリズム，アルバプリズムが出力する画像を処理するための画像処理プログラムを開発した．本年度はこれまでに開発してきた光学システムを統合，かつ問題点を改善することで全く新しい光学システムの構築を目指した．まず構築した光干渉計の拡大光学系をレンズ系によって構成することで光学収差を低減し，また様々な風洞へ適用できるような光学系を構築した．さらに構築した光学系は境界層のような可視化計測を行うために，同様の光学系を利用しながら大視野のみならず微小視野の可視化計測を可能としている．またアルバプリズムについては構造を簡略化し，光学収差の低減や有効視野の拡大，迷光防止といった改善を施した．画像処理プログラムについても，光学系やアルバプリズムで生じてしまった画像歪みを補正する機能などを付加し，より高精度な位相シフトデータの取得を可能とした．上記の光学系を統合し，直径300 mmの可視化視野を有する大型位相シフト干渉計を構築した．構築した光学系で球周りの自然対流の可視化計測を行うことで，球周りの境界層や球上部のプルームを大視野で可視化し，さらに温度境界層の位相シフトデータを取得することに成功した．これにより音場の計測に必要な大視野での可視化かつ高い分解能を有する計測装置のプロトタイプが完成した．