新型シュリーレン装置　デジタルシュリーレン、 BOS法

シュリーレンとは、光学的な可視化手法の一つで、19世紀に開発された手法です。大気中に透明な気体を噴出させても、気体そのものは直接人間の目で見ることはできません。しかし、噴出した気体と大気中に密度の異なる場合には、その部分を通過する光が屈折し、あかるさに明暗の差が生じます。
この屈折率が極端に大きくなれば、肉眼でも見ることができ、例えば、夏場にみられる陽炎などはこの現象に起因します。この現象を応用した流体の光学的な可視化手法をシュリーレン法と呼びます。シュリーレンはドイツ語の"斑(むら)"に由来します。

従来のシュリーレン法は光源、複数のレンズや極めて高い精度を要求される凸面鏡、ナイフエッジなどの光束カットフィルターを用います。これらの機器を用いて、光束上に出来るかすかな差分が、画像では大きな差分となって現れることを利用し、温度、密度、圧力や結合など重要な物理的パラメーターに起因する、空気や水中での歪み可視化の一般的な技術として確立しています。

従来のシュリーレン装置ではミラーやレンズにより作られた平行光を用いた為に計測領域が限られ、広範囲の計測は様々な制約がありました。
また、光学系の設置や調整や光源など、さまざまな制約が発生しており、セッティングには膨大な時間と熟練した技術が必要とされてきました。

【新型シュリーレン装置】

西華デジタルイメージで開発されました最新型 シュリーレン装置はBOS法を応用し、複雑な装置構成や光学調整を必要とせずに、簡単に顕微鏡下から広範囲までのシュリーレン画像が取れる画期的なシステムです。

撮影方法としてはまず、デジタルプロジェクターやモニターなどから映し出された専用パターン（もしくは物理的な紙などに印刷された専用パターン）をバックにします。次に計測したい対象物を専用カメラ（もしくは高速度カメラ：既存カメラでも対応可能）で撮影します。
このときカメラ側のレンズの焦点は対象物ではなく、背景パターンに合わせます。
もし、大気中の屈折率が一定である状態(密度勾配がない状態)であれば、カメラで撮影された背景パターン画像に変化は起きません。

その上で測定環境の中に対して、高温および低温の気流、大気とは大きく成分の異なるガス、衝撃波などが発生した場合、測定環境に対して屈折率の変化をもたらし、密度勾配が大きい状態を作り出します。
そのため、密度勾配が大きい部分が存在すれば、カメラで撮影される背景パターン画像に変化が起きます。

変化前のパターン画像と変化後のパターン画像を比べる事によりシュリーレン画像を得ることが可能となります。実際には専用アルゴリズムを搭載したKoncertoⅡ-DSSソフトウエアにて解析を行います。
また、今回新たに開発された専用アルゴリズムおよび計測装置は非常に感度が高く、伸ばした手の手のひらから暖かい空気が上昇する様子を観察することができます。

この新型シュリーレン装置は、これまでのほとんどのシュリーレンシステムに比べて、非常に大きな実用上の利点を持っています。

まず、新型シュリーレン装置は、1)専用背景パターンユニット、2)専用カメラ（既存カメラでも対応可）、3)専用ソフトウエア（PC)の3点のみです。

これまでの従来型のシュリーレン法に必要とされてきた光学系の複雑な調整は一切必要ありません。

既製のデジタルプロジェクタや、ディスプレイを使用しますので、計測撮影の規模に応じてさまざまなシステムを構築することが可能で、

顕微鏡下～メーター級の観察が可能となります。

また、シンプルな機材構成となっており、非常に簡単にシュリーレン観察が可能となります。

加えて、価格も安価となっており、ご所有のカメラ（もしくは高速度カメラ）をご使用になる場合には、ソフトウエアのみの購入にてシュリーレン

計測が可能です。

デジタルシュリーレンとは、空間中に生じる密度勾配を光学的に可視化する手法の1種で、いわゆるBOS法（Background Oriented Schlieren)の１つです。
従来のシュリーレン法に比べて光学要素も非常に少なく、簡単にシュリーレン画像を取得する事が出来ます。通常の異物検査システムとは違い、可視化出来ない物体、現象などを可視化し、画像化する事が可能です。

デジタルシュリーレンシステムは複雑な装置構成や光学調整を必要とせずに、容易に広範囲のシュリーレン画像が撮影できる画期的なシステムです。

• ① 被写体に対してカメラを設置し、その反対側に専用の背景を設置します。
• ② 現象が起きる前の素の状態（密度勾配が無い状態）にてベース画像を取得します。
• ③ 現象が発生したら任意の周波数にて画像を必要枚数取得します。
• ④ データを撮り終えたら、ベース画像との差分を解析ソフトウエアにて解析し、シュリーレン画像を算出します。