特許 6422910 粒子画像流速測定装置、流速測定方法、及び反射防止構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6422910

(24)【登録日】2018年10月26日

(45)【発行日】2018年11月14日

(54)【発明の名称】粒子画像流速測定装置、流速測定方法、及び反射防止構造体

(51)【国際特許分類】

   G01P 5/20 20060101AFI20181105BHJP

   G01P 13/00 20060101ALI20181105BHJP

【ＦＩ】

   G01P5/20 F

   G01P13/00 E

【請求項の数】9

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2016-51688(P2016-51688)

(22)【出願日】2016年3月15日

(65)【公開番号】特開2017-166936(P2017-166936A)

(43)【公開日】2017年9月21日

【審査請求日】2017年7月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】305027401

【氏名又は名称】公立大学法人首都大学東京

(74)【代理人】

【識別番号】100110227

【弁理士】

【氏名又は名称】畠山 文夫

(72)【発明者】

【氏名】中川 雅樹

(72)【発明者】

【氏名】益田 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】柳下 崇

【審査官】 細見 斉子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２４３１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５２８０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５３４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１７６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 加藤裕之、橋本拓郎、渡辺重哉，ステレオPIV計測における模型表面ハレーション防止法，宇宙航空研究開発機構研究開発報告，日本，宇宙航空研究開発機構，２００６年 ３月３１日

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｐ ５／２０

Ｇ０１Ｐ １３／００

Ｇ０２Ｂ ５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

以下の構成を備えた粒子画像流速測定装置。
（１）前記粒子画像流速測定装置は、
供試体周りの流体の流れ場に含まれ、かつ前記流体の流れに追従するトレーサー粒子に可視光（波長：λ）を照射する光源と、
前記トレーサー粒子からの散乱光を撮像する１又は２以上の撮像装置と
を備えている。
（２）前記粒子画像流速測定装置は、少なくとも表面が反射防止構造体からなる前記供試体の表面近傍における前記流体の流れ場を計測するために用いられる。
（３）前記反射防止構造体は、
前記可視光の受光面側に複数の突起を備えた突起構造体と、
前記突起構造体の裏面側に形成された、吸光係数αと層厚さｔの積で定義される吸収度αｔが６以上である黒色材料からなる黒化層と
を備えている。
（４）前記突起構造体は、
前記突起の高さが１８０ｎｍ以上であり、
前記突起のピッチ及び最大部の直径が、それぞれ、λ以下であり、
前記突起のアスペクト比が５以下である。

【請求項2】

前記反射防止構造体は、前記突起構造体と前記黒化層との間に挿入された支持体をさらに備えた請求項１に記載の粒子画像流速測定装置。

【請求項3】

次の式（１）の関係が成り立つ請求項１又は２に記載の粒子画像流速測定装置。
｜ｎ_i−ｎ_i+1｜＜０．１ ・・・（１）
但し、｜ｎ_i−ｎ_i+1｜は、隣接する２つの層の屈折率の差の絶対値。

【請求項4】

前記光源、又は、前記光源及び前記撮像装置を固定する光学ベンチと、
前記光学ベンチを前記供試体に対して相対移動させる光学ベンチ移動手段と
をさらに備えた請求項１から３までのいずれか１項に記載の粒子画像流速測定装置。

【請求項5】

微小時間離れた２時刻において撮像された粒子画像から、前記トレーサー粒子の速度ベクトルを算出する演算手段をさらに備えた請求項１から４までのいずれか１項に記載の粒子画像流速測定装置。

【請求項6】

請求項１から５までのいずれか１項に記載の粒子画像流速測定装置を用いて、前記供試体周りの流体の流れ場を計測する流速測定方法。

【請求項7】

以下の構成を備えた反射防止構造体。
（１）前記反射防止構造体は、
可視光（波長：λ）の受光面側に複数の突起を備えた突起構造体と、
前記突起構造体の裏面側に形成された、吸光係数αと層厚さｔの積で定義される吸収度αｔが６以上である黒色材料からなる黒化層と
を備えている。
（２）前記突起構造体は、
前記突起の高さが１８０ｎｍ以上であり、
前記突起のピッチ及び最大部の直径が、それぞれ、λ以下であり、
前記突起のアスペクト比が５以下である。
（３）前記反射防止構造体は、
少なくとも表面が前記反射防止構造体からなる供試体の周囲にトレーサー粒子を含む流体の流れ場を形成し、前記供試体に前記可視光を照射し、前記供試体の表面近傍における前記流体の流れ場を計測するために用いられる。

【請求項8】

前記突起構造体と前記黒化層との間に挿入された支持体をさらに備えた請求項７に記載の反射防止構造体。

【請求項9】

次の式（１）の関係が成り立つ請求項７又は８に記載の反射防止構造体。
｜ｎ_i−ｎ_i+1｜＜０．１ ・・・（１）
但し、｜ｎ_i−ｎ_i+1｜は、隣接する２つの層の屈折率の差の絶対値。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、粒子画像流速測定装置、流速測定方法、及び反射防止構造体に関し、さらに詳しくは、供試体の表面近傍における流体の流れ場を正確に計測することが可能な粒子画像流速測定装置及びこれを用いた流速測定方法、並びに、このような計測を可能にする反射防止構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

粒子画像流速測定法（ＰＩＶ、Particle Image Verocimetry）とは、
（ａ）供試体周りの流体の流れ場に、流体に追従するトレーサー粒子を混入させ、
（ｂ）連続的又は断続的に撮影されたトレーサー粒子の可視化画像から微小時間（ｄｔ）離れた２時刻におけるトレーサー粒子の変位ベクトル（ｄｘ）を求め、
（ｃ）トレーサー粒子の速度ベクトル（ｄｘ／ｄｔ）を推定する
方法をいう。

【0003】

ＰＩＶ法は、流れ場の空間構造を把握しやすく、流速が速い流れ場に対しても適用できるという利点がある。そのため、ＰＩＶ法を用いた測定装置に関し、従来から種々の提案がなされている（特許文献１〜３参照）。
ＰＩＶ法を用いて速度ベクトルを求めるためには、トレーサー粒子に可視光を照射し、トレーサー粒子からの散乱光をカメラ、ビデオなどの撮像装置で撮影する必要がある。この時、供試体表面からの反射光が撮像装置に映り込むことがある。特に、供試体表面近傍の流れ場を撮像する際には、反射光が映り込みやすくなる。トレーサー粒子の散乱光に比べて、背景となる反射光の輝度値が相対的に大きくなるため、速度ベクトルの計測精度を低下させる原因となる。

【0004】

反射光の映り込みを抑制する方法として、供試体の表面に反射防止膜を形成することが考えられる。このような反射防止膜としては、例えば、
（ａ）ポリウレタンを発泡させることにより得られる反射抑制シート（特許文献４）、
（ｂ）透明支持体上に微細な凹凸表面を有する防眩層が形成された防眩フィルム（特許文献５）、
（ｃ）ガラス状炭素からなる基板に対して酸素を含むガスを用いてイオンビーム加工を施すことにより得られ、根元部分から先端に向けて縮径した針状又は錘状の形状を有する突起群を備えた反射防止構造体（特許文献６）、
（ｄ）テーパー状細孔を有する陽極酸化ポーラスアルミナからなる鋳型を作製し、テーパー状細孔を高分子フィルムに転写することにより得られる無反射構造（特許文献７）、
（ｅ）静電植毛技術により短繊維を基材表面に接着した植毛紙（特許文献８）、
などが知られている。

【0005】

起毛系のマクロ的構造物（特許文献４、８）は、現状、反射低減が最も高いことが経験上明らかになっており、カメラレンズや望遠鏡の内装材として用いられている。しかし、マクロ的構造物は厚さが０．３ｍｍ以上あるため、ＰＩＶ用の供試体の表面にこれを貼り付けると、供試体近傍の流れ場への影響のみならず、供試体の表面形状そのものを変更してしまう問題がある。

【0006】

一方、ナノスケールの突起構造（特許文献５〜７）は、通常、５°正反射条件でほぼ無反射となることが知られている。しかし、入射角の大きい条件でほぼ無反射となる反射防止膜は少ない。例えば、特許文献５には、入射角３０°で光を入射したときに、反射角３０°の反射率が０．０５％以上２％以下となる点が記載されている。また、特許文献６には、光の入射角を５°、１２°、３０°、又は４５°に変化させた場合であっても、反射率は１％未満となる点が記載されている。
さらに、ＰＩＶ実施時にこれらの構造をそのまま利用しても、必ずしも効果が現れるわけではなく、さらなる絞り込みが必要である。また、これらの構造は、平坦な基板上、あるいはレンズなどの単純曲面上に形成するのが通常であり、自由曲面上に適用した事例はない。

【0007】

非特許文献１は、上記の問題点に対処する方法を提案した唯一の文献である。同文献には、市販されている様々な表面処理法を系統的に調べ、艶あり黒が最も効果があることが記載されている。また、ローダミン等を用いて波長シフトさせ、バンドパスフィルタを用いて撮像する手法も提案されている。しかしながら、正反射条件では十分な写り込み低減には至らない。

【0008】

さらに、非特許文献２、３には、実験後の画像処理により、ソフト的に写り込みを除去する方法が開示されており、いくつかの事例での効果が示されている。しかしながら、その手法の適用には多大な労力を要する。また、粒子そのものの情報が失われる可能性もあるため、完全なノイズ除去が保証されるものではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００４−２８６７３３号公報

【特許文献2】特許第５３１２２３６号公報

【特許文献3】特許第５４６９４８３号公報

【特許文献4】特許第５５２００２１号公報

【特許文献5】特許第５１３５８７１号公報

【特許文献6】特許第５１７７５８１号公報

【特許文献7】特許第４５９５０４４号公報

【特許文献8】特許第１９７６５１０号公報

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】加藤他（２００６）、ステレオＰＩＶ計測における模型ハレーション防止法、ＪＡＸＡ−ＲＲ−０５−０２７

【非特許文献2】Volpe R., Dvinant P., and Kourta A. (2005), "Background extraction from double-frame PIV images," Exp in Fluids 38, pp. 348-362

【非特許文献3】Sciacchitano A. and Scarano F. (2015) "Elimination of PIV light reflections via temporal high pass filter," Meas Sci Technol 18 (2015)084009(13pp)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明が解決しようとする課題は、光の入射角が大きい条件、あるいは、反射光の輝度が大きくなりやすい条件であっても、供試体の表面近傍における流体の流れ場を正確に計測することが可能な粒子画像流速測定装置及びこれを用いた流速測定方法、並びに、このような計測を可能にする反射防止構造体を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するために本発明に係る粒子画像流速測定装置は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記粒子画像流速測定装置は、
供試体周りの流体の流れ場に含まれ、かつ前記流体の流れに追従するトレーサー粒子に可視光（波長：λ）を照射する光源と、
前記トレーサー粒子からの散乱光を撮像する１又は２以上の撮像装置と
を備えている。
（２）前記粒子画像流速測定装置は、少なくとも表面が反射防止構造体からなる前記供試体の表面近傍における前記流体の流れ場を計測するために用いられる。
（３）前記反射防止構造体は、
前記可視光の受光面側に複数の突起を備えた突起構造体と、
前記突起構造体の裏面側に形成された、吸光係数αと層厚さｔの積で定義される吸収度αｔが６以上である黒色材料からなる黒化層と
を備えている。
（４）前記突起構造体は、
前記突起の高さが６０ｎｍ以上であり、
前記突起のピッチ及び最大部の直径が、それぞれ、λ以下である。

【0013】

本発明に係る流速測定方法は、本発明に係る粒子画像流速測定装置を用いて、前記供試体周りの流体の流れ場を計測することを要旨とする。

【0014】

さらに、本発明に係る反射防止構造体は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記反射防止構造体は、
可視光（波長：λ）の受光面側に複数の突起を備えた突起構造体と、
前記突起構造体の裏面側に形成された、吸光係数αと層厚さｔの積で表される吸収度αｔが６以上である黒色材料からなる黒化層と
を備えている。
（２）前記突起構造体は、
前記突起の高さが６０ｎｍ以上であり、
前記突起のピッチ及び最大部の直径が、それぞれ、λ以下である。

【発明の効果】

【0015】

ＰＩＶ計測を行う場合において、供試体の少なくとも表面を、所定の構造を備えた反射防止構造体とすると、入射光の入射角が大きい条件、あるいは、反射光の輝度が大きくなる反射条件（ｓ偏光条件）であっても、艶あり黒よりも高い反射防止効果が得られる。
さらに、このような反射防止構造体は、複雑な表面形状を有する供試体の表面に直接、形成することができる。あるいは、このような反射防止構造体は、厚さを極めて薄くすることが可能であるため、これを複雑な表面形状を有する供試体の表面に貼り付けることもできる。そのため、供試体の表面形状を著しく変更することなく、供試体表面近傍の流れ場を正確に計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施の形態に係る反射防止構造体の断面模式図である。

【図2】２台のカメラを備えた粒子画像流速測定装置（１）の模式図である。

【図3】２台のカメラを備えた粒子画像流速測定装置（２）の模式図である。

【図4】１台のカメラを備えた粒子画像流速測定装置（３）の模式図である。

【図5】図２に示す粒子画像流速測定装置（１）を用いて反射防止構造体のない供試体周りの粒子画像を撮像した時の、第１カメラの撮像画像（図５（Ａ））、及び第２カメラの撮像画像（図５（Ｂ））である。

【0017】

【図6】典型的なＰＩＶ装置のセットアップ方法を一般化した実験装置の模式図（図６（Ａ））、及び、供試体・カメラ・シート光の位置関係の模式図（図６（Ｂ））である。

【図7】図７（Ａ）は、突起構造体の表面のＳＥＭ像（左図）、及び断面のＳＥＭ像（右図）である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す突起構造体の反射率（入射角：５°）である。

【図8】ｓ偏光、β＝４４°、θ_i＝４５°（準正反射条件）における、レーザーエネルギー（絞り値は１６で固定）と輝度値との関係（図８（Ａ））、及び絞り値（レーザーエネルギーは６ｍＪ／ｐｕｌｓｅで固定）と輝度値との関係（図８（Ｂ））を示す図である。

【0018】

【図9】艶あり黒の試料角（θ_i−β）と輝度値の関係（図９（Ａ）：ｓ偏光条件、図９（Ｂ）：ｐ偏光条件）を示す図である。

【図10】植毛紙の試料角（θ_i−β）と輝度値の関係（図１０（Ａ）：ｓ偏光条件、図１０（Ｂ）：ｐ偏光条件）を示す図である。

【図11】突起構造体（Ｈ＝２３０ｎｍ）の試料角（θ_i−β）と輝度値の関係（図１１（Ａ）：ｓ偏光条件。図１１（Ｂ）：ｐ偏光条件）を示す図である。

【0019】

【図12】ｓ偏光条件での各試料の入射角θ_iと輝度値の関係（図１２（Ａ）：β＝θ_i±１°、図１２（Ｂ）：β＝θ_i±３°）を示す図である。

【図13】ｓ偏光条件での各試料の入射角θ_iと輝度値の関係（図１３（Ａ）：β＝θ_i±５°、図１３（Ｂ）：β＝θ_i±７°）を示す図である。

【図14】ｐ偏光条件での各試料の入射角θ_iと輝度値の関係（図１４（Ａ）：β＝θ_i±１°、図１４（Ｂ）：β＝θ_i±３°）を示す図である。

【図15】ｐ偏光条件での各試料の入射角θ_iと輝度値の関係（図１５（Ａ）：β＝θ_i±５°、図１５（Ｂ）：β＝θ_i±７°）を示す図である。

【0020】

【図16】準正反射条件（図１６（Ａ）：θ_i＝１５°、図１６（Ｂ）：θ_i＝２５°）における供試体表面の突起の高さＨに対する輝度値の分布を示す図である。

【図17】準正反射条件（図１７（Ａ）：θ_i＝３５°、図１７（Ｂ）：θ_i＝４５°）における供試体表面の突起の高さＨに対する輝度値の分布を示す図である。

【図18】準正反射条件（図１８（Ａ）：θ_i＝１５°、図１８（Ｂ）：θ_i＝２５°）における供試体表面の突起の高さＨに対する絶対反射率Ｒの分布を示す図である。

【図19】準正反射条件（図１９（Ａ）：θ_i＝３５°、図１９（Ｂ）：θ_i＝４５°）における供試体表面の突起の高さＨに対する絶対反射率Ｒの分布を示す図である。

【0021】

【図20】模型形状に転写した突起構造体の一例を示す図である。

【図21】反射防止構造体の輝度値に及ぼす支持体の屈折率の影響を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１． 反射防止構造体］
図１に、本発明の一実施の形態に係る反射防止構造体の断面模式図を示す。なお、図１では、見やすくするために各部の寸法を実際の寸法より拡大して描いてある。

【0023】

図１において、反射防止構造体１０は、
可視光（波長：λ）の受光面側に複数の突起１２ａ、１２ａ…を備えた突起構造体１２と、
突起構造体１２の裏面側に形成された、吸光係数αと層厚さｔの積で定義される吸収度αｔが６以上である黒色材料からなる黒化層１６と
を備えている。
反射防止構造体１０は、突起構造体１２と黒化層１４との間に挿入された支持体１４をさらに備えていても良い。

【0024】

［１．１． 突起構造体］
［１．１．１． 形状］
「突起構造体１２」とは、平面上又は曲面上に、複数の突起１２ａ、１２ａ…が規則的又は不規則的に並んでいる構造体をいう。
突起１２ａは、根元の径が大きく、かつ、先端に向かって径が小さくなる構造を備えている必要がある。これは、空気層と突起１２ａの共存領域の屈折率を徐々に変化させるためである。このような突起構造体１２に光を入射させると、光は、表面で反射されることなく突起構造体１２を透過する。突起１２ａの形状としては、例えば、錘状、半球状、半楕円球状などがある。
また、突起１２ａの間に平坦部が露出していると、反射光の輝度値（又は反射率）が大きくなる場合がある。従って、受光面に平坦部が露出しないように、突起１２ａを密に並べるのが好ましい。

【0025】

［１．１．２． 入射光］
突起構造体１２に入射させる光は、粒子画像を可視化する必要があるため、可視光である必要がある。入射光の波長λは、可視光域である限りにおいて特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。
入射光は、単色光であっても良く、あるいは、白色光であっても良い。鮮明な粒子画像を得るためには、入射光の強度は強いほど良い。単色光は、白色光に比べて高強度の光を発生させるのが容易であるので、入射光として好適である。
入射光の形状は、特に限定されない。例えば、入射光は、シート状の形状を有する光（シート光）であっても良く、あるいは、ボリューム光であっても良い。

【0026】

［１．１．３． 突起の寸法］
各突起１２ａの寸法は、反射光の輝度値に影響を与える。シート状の入射光が物質の境界面で反射する場合において、入射光は、電界成分が入射光のシート面に垂直な光（ｓ波、ｓ偏光）と、電界成分がシート面に平行な光（ｐ波、ｐ偏光）に分けることができる。一般に、ｓ波は、入射光の入射条件によらず、ｐ波よりも反射率が大きくなることが知られている。突起１２ａの寸法を最適化すると、反射光の輝度値がより高くなる条件下（すなわち、ｓ偏光条件下）においても、高い反射防止効果が得られる。

【0027】

一般に、突起１２ａの高さＨが６０ｎｍ以上になると、高い反射防止効果が得られると言われている。ｓ偏光条件下において、艶あり黒よりも高い反射防止効果を得るためには、突起１２ａの高さＨは、１００ｎｍ以上が好ましい。高さＨは、好ましくは、１７０ｎｍ以上、さらに好ましくは、１８０ｎｍ以上、さらに好ましくは、２００ｎｍ以上である。

【0028】

一方、突起１２ａのアスペクト比が大きくなりすぎると、均一な直立構造を製造するのが困難となるため、ヘイズが大きくなる。従って、突起１２ａのアスペクト比は、５以下が好ましい。
ここで、「アスペクト比」とは、突起１２ａの最大部の直径Ｄに対する突起１２ａの高さＨの比（＝Ｈ／Ｄ）をいう。図１に示すように、突起１２ａが密に配列している場合、直径Ｄに代えて、突起１２ａのピッチＰを用いることができる。

【0029】

また、反射光の輝度値は、入射光の波長λの影響を受ける。反射構造体１０の表面に光の波長以下の小さな凹凸を持つ突起構造体１２を形成すると、表面から内部に向かって屈折率が徐々に変化する。その結果、入射光は、表面で反射することなく突起構造体１２を透過する。高い反射防止効果を得るためには、突起１２ａのピッチＰ及び直径Ｄは、それぞれ、λ以下である必要がある。
ここで、突起１２ａのピッチＰ及び直径Ｄを論ずる場合において、「入射光の波長λ」とは、
（ａ）入射光が単色光である時は、光の中心波長をいい、
（ｂ）入射光が白色光である時は、最大のエネルギーを持つ光の波長をいう。

【0030】

［１．１．４． 吸光係数］
反射防止構造体１０は、入射光が反射することなく突起構造体１２を透過し、透過した光を黒化層１６が吸収することによって光の反射を抑制する。そのため、突起構造体１２の材料の吸光係数α（＝４πκ／λ、κは消衰係数）は、小さいほど良い。αは、好ましくは、α＜１００ｃｍ^-1、さらに好ましくは、α＜５０ｃｍ^-1、さらに好ましくは、α＝０（無色透明）である。
但し、
（ａ）突起構造体１２と黒化層の１６の界面、あるいは、
（ｂ）突起構造体１２と黒化層１６の間に支持体１４が挿入されている時には、突起構造体１２と支持体１４の界面、及び支持体１４と黒化層１６の界面
で入射光が反射される場合がある。界面での反射を抑制するためには、突起構造体１２、支持体１４、及び黒化層１６の屈折率を最適化する必要がある。この点については、後述する。

【0031】

［１．１．５． 材料］
上述した条件を満たす限りにおいて、突起構造体１２の材料は、特に限定されない。突起構造体１２の材料としては、例えば、
（ａ）光反応性ポリマー、
（ｂ）熱可塑性ポリマー（ポリカーボネート・ポリエチレン、ポリスチレン、ポリメタクリル酸（ＰＭＡ）など）、
などがある。

【0032】

［１．２． 支持体］
［１．２．１． 形状］
支持体１４は、突起構造体１２を支持するためのものである。従って、ハンドリングが可能な程度の強度を持つ突起構造体１２の製造が可能である場合には、支持体１４を省略することができる。支持体１４を用いる場合、その形状は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な形状を選択することができる。また、特定の波長λに応じて、支持体１４内部での光の干渉を考慮して支持体１４の層厚さを選択することで、波長λに対してより低い反射率を得ることもできる。なお、図１において、支持体１４は、フィルム状に描かれているが、これは単なる例示である。

【0033】

支持体１４の形状としては、例えば、
（ａ）可撓性を持つフィルム、
（ｂ）厚さが数ｍｍ〜数ｃｍである平板、
（ｃ）供試体の表面形状に倣った表面を持つ３次元形状
などがある。

【0034】

突起構造体１２は、全体の厚さを１μｍ未満にすることができる。このような薄膜状の突起構造体１２をフィルム状の支持体１４で支持すると、可撓性のあるフィルム状の反射防止構造体１０が得られる。このフィルムを供試体表面に貼り付けて、ＰＩＶ測定を行うことができる。この場合、反射防止構造体１０全体の厚さが厚くなり過ぎると、反射防止構造体１０を供試体表面に貼り付けたときに、供試体の表面形状が変化し、供試体の表面近傍の流れ場を正確に測定するのが困難となる。
フィルム状の反射防止構造体１０を供試体の表面に貼り付ける場合において、供試体の表面近傍の流れ場を正確に測定するには、反射防止構造体１０全体の厚さが０．１ｍｍ以下となるように、支持体１４の厚さを定めるのが好ましい。

【0035】

一方、供試体の表面にフィルム状の反射防止構造体を貼り付けることに代えて、供試体の全体又は供試体の表面近傍をこのような反射防止構造体で構成することができる。
例えば、供試体の表面の内、ＰＩＶ測定が行われる部位が平面である場合、厚さが数ｍｍ〜数ｃｍである平板状の支持体１４と、その表面に形成された厚みが均一な突起構造体１２とを備えた反射防止構造体１０を作製する。得られた厚板状の反射防止構造体１０は、そのままＰＩＶ測定用の供試体として用いても良く、あるいは、これを供試体の表面に嵌め込んで使用しても良い。

【0036】

供試体の表面が３次元形状を持つ場合も同様であり、供試体の表面形状に倣った表面を持つ３次元形状の支持体１４と、支持体１４の表面に形成された厚みが均一な突起構造体１２とを備えた反射防止構造体１０を作製する。得られた３次元形状を有する反射防止構造体１０は、そのままＰＩＶ測定用の供試体として用ても良く、あるいは、これを供試体の表面に嵌め込んで使用しても良い。

【0037】

［１．２．２． 吸収度］
支持体１４の材料の吸収度αｔ（α：吸光係数、ｔ：層厚さ）は、特に限定されない。すなわち、支持体１４の材料の吸収度αｔは、αｔ＜６であっても良く、あるいは、αｔ≧６であっても良い。

【0038】

［１．２．３． 屈折率］
反射防止構造体１０の構成要素の屈折率は、反射光の輝度値に影響を与える。これらの屈折率が適切でないと、各構成要素の界面において入射光が反射されやすくなる。
高い反射防止効果を得るためには、次の式（１）の関係が成り立つのが好ましい。
｜ｎ_i−ｎ_i+1｜＜０．１ ・・・（１）
但し、｜ｎ_i−ｎ_i+1｜は、隣接する２つの層の屈折率の差の絶対値。
なお、支持体１４を備えていない反射防止構造体１０の場合、式（１）の左辺は、突起構造体１２の屈折率（ｎ_i）と黒化層１６の屈折率（ｎ_i+1）の差の絶対値を表す。また、より高い反射防止効果を得るためには、｜ｎ_i−ｎ_i+1｜＜０．０２が好ましい。

【0039】

［１．２．４． 材料］
上述した条件を満たす限りにおいて、支持体１４の材料は、特に限定されない。支持体１４の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルにトリル（ＰＥＮ）、アクリルなどがある。

【0040】

［１．３． 黒化層］
黒化層１６は、突起構造体１２（及び支持体１４）を透過した光を吸収するためのものである。そのため、黒化層１６には、吸収度αｔ≧６である黒色材料が用いられる。黒化層１６の材料の吸光係数αは、高いほど良い。黒化層１６の厚さｔは、αｔ≧６を満たす限りにおいて、特に限定されない。

【0041】

黒化層１６としては、例えば、
（ａ）艶あり黒などの黒化塗料を突起構造体１２の裏面又は支持体１４の裏面に塗布することにより得られる層（塗布層）、
（ｂ）突起構造体１２の裏面又は支持体１４の裏面に貼付られた黒色ポリマーシート、
などがある。
黒化層１６として黒色ポリマーシートを用いる場合、光の侵入に影響しない粘着層を利用する必要がある。

【0042】

［１．４． 用途］
本発明に係る反射防止構造体１０は、種々の用途に用いることができる。例えば、本発明に係る反射防止構造体１０は、ＰＩＶ計測に用いられる供試体表面の反射防止層として使用することができる。少なくとも表面が反射防止構造体１０からなる供試体の周囲にトレーサー粒子を含む流体の流れ場を形成し、供試体に可視光を照射すると、入射光の入射角が大きい条件、あるいは、反射光の輝度が大きくなる反射条件（ｓ偏光条件）であっても、光の反射を抑制することができる。そのため、本発明に係る反射防止構造体１０を用いると、供試体の表面近傍における前記流体の流れ場を正確に計測することができる。
ここで、「供試体の表面近傍」とは、供試体の表面から１ｍｍ以下の領域をいう。

【0043】

［２． 反射防止構造体の製造方法］
本発明に係る反射防止構造体は、以下のような方法により製造することができる。

【0044】

［２．１． 基板準備工程］
まず、アルミニウム基板を準備する（基板準備工程）。フィルム状又は平板状の反射防止構造体１０を製造する場合、表面が平坦であるアルミニウム基板を準備する。一方、３次元形状を有する反射防止構造体１０を製造する場合には、３次元形状（雄型）を反転させた表面形状（雌型）を有するアルミニウム基板を準備する。

【0045】

［２．２． 鋳型形成工程］
次に、アルミニウム基板の表面の内、突起構造体１２を形成する部分に対し、陽極酸化と酸化膜の除去（エッチング）とを繰り返す（鋳型形成工程）。これにより、アルミニウム基板の表面にテーパー状の細孔が規則的又は不規則的に並んだ鋳型が得られる。この時、陽極酸化条件及びエッチング条件を最適化すると、細孔の高さＨ及びピッチＰを制御することができる。

【0046】

［２．３． 突起形成工程］
次に、この鋳型に突起構造体１２の材料を充填する。例えば、突起構造体１２がポリマーからなる場合、鋳型にポリマー融液又はポリマー溶液を充填し、ポリマーを固化させると、ポリマー表面に鋳型の凹凸が転写され、突起構造体１２が得られる。この時、少量の材料を鋳型に充填すると、薄膜状の突起構造体１２が得られる。一方、多量の材料を鋳型に充填すると、バルク状の突起構造体１２が得られる。

【0047】

［２．４． 支持体形成工程］
次に、必要に応じて、鋳型に支持体１４の材料を充填する。例えば、支持体１４がポリマーからなる場合、鋳型にポリマー融液又はポリマー溶液を充填し、ポリマーを固化させると、突起構造体１２の裏面に支持体１４が積層された積層体が得られる。

【0048】

［２．５． 黒化層形成工程］
次に、突起構造体１２の裏面又は支持体１４の裏面に、吸収度αｔ≧６である黒化層１６を形成する。黒化層１６を形成した後、鋳型を取り除くと、本発明に係る反射防止構造体１０が得られる。

【0049】

［３． 粒子画像流速測定装置］
本発明に係る粒子画像流速測定装置（以下、「ＰＩＶ装置」ともいう）は、以下の構成を備えている。
（１）前記粒子画像流速測定装置は、
供試体周りの流体の流れ場に含まれ、かつ前記流体の流れに追従するトレーサー粒子に可視光（波長：λ）を照射する光源と、
前記トレーサー粒子からの散乱光を撮像する１又は２以上の撮像装置と
を備えている。
（２）前記粒子画像流速測定装置は、少なくとも表面が反射防止構造体からなる前記供試体の表面近傍における前記流体の流れ場を計測するために用いられる。
（３）前記反射防止構造体は、
前記可視光の受光面側に複数の突起を備えた突起構造体と、
前記突起構造体の裏面側に形成された、吸光係数αと層厚さｔの積で定義される吸収度αｔが６以上である黒色材料からなる黒化層と
を備えている。
（４）前記突起構造体は、
前記突起の高さが６０ｎｍ以上であり、
前記突起のピッチ及び最大部の直径が、それぞれ、λ以下である。

【0050】

粒子画像測定装置は、さらに、
（ａ）前記光源及び前記撮像装置を固定する光学ベンチ、
（ｂ）前記光学ベンチを前記供試体に対して相対移動させる光学ベンチ移動手段、及び／又は、
（ｃ）微小時間離れた２時刻において撮像された粒子画像から、前記トレーサー粒子の速度ベクトルを算出する演算手段
をさらに備えていても良い。

【0051】

［３．１． 供試体、及び反射防止構造体］
本発明において、供試体は、特に限定されない。供試体としては、例えば、自動車、飛行機、船舶、建造物の模型、あるいはそれらの実機、あるいはそれらの部品などがある。
供試体の少なくとも表面は、本発明に係る反射防止構造体からなる。反射防止構造体の詳細については、上述した通りであるので説明を省略する。

【0052】

［３．２． 流体及びトレーサー粒子］
本発明において、供試体周りの流れ場を形成するための流体は、
（ａ）大気、不活性ガスなどの気体、あるいは、
（ｂ）水、有機溶剤などの液体
のいずれであっても良い。
トレーサー粒子は、少なくとも流体の流れに追従可能なものであれば良い。例えば、流体が気体である場合、トレーサー粒子としては、例えば、オリーブ油、ＤＥＨＳ（Di-ethylhexyl sebacate）などがある。また、流体が液体である場合、トレーサー粒子としては、例えば、ポリスチレン、シリカ、ナイロンなどがある。

【0053】

［３．３． 光源］
光源は、流体の流れに追従するトレーサー粒子に可視光を照射するためのものである。光源は、単色光を照射するものでも良く、あるいは、白色光を照射するものでも良い。鮮明な粒子画像を得るためには、光源は、単色光を照射するものが好ましい。光源は、シート状の光を照射するものでも良く、あるいは、ボリューム光を照射するものでも良い。さらに、光源は、連続光を照射するものでも良く、あるいは、パルス光を照射するものでも良い。光源としては、例えば、レーザー光照射装置、ＬＥＤなどがある。

【0054】

［３．４． 撮像装置］
撮像装置は、トレーサー粒子からの散乱光を撮像するためのものである。撮像装置は、１個であっても良く、あるいは、２個以上であっても良い。１個の撮像装置を備えたＰＩＶ装置の場合、速度ベクトルの２次元情報を得ることができる。一方、２個以上の撮像装置を備えたＰＩＶ装置の場合、速度ベクトルの３次元情報を得ることができる。
撮像装置と光源の位置関係は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な位置関係を選択することができる。

【0055】

［３．５． 光学ベンチ及び光学ベンチ移動手段］
ＰＩＶ装置は、光源、又は、光源及び前記撮像装置を固定するための光学ベンチをさらに備えていても良い。この場合、光学ベンチを供試体に対して相対移動させる光学ベンチ移動手段をさらに備えているのが好ましい。光学ベンチ移動手段は、光学ベンチ又は供試体のいずれか一方を移動させるものでも良く、あるいは、双方を移動させるものでも良い。
光学ベンチを用いて光源及び撮像装置を固定した場合、光の照射方向及び撮影方向を固定することができる。この状態で光学ベンチを供試体の表面に沿って相対移動させると、複雑な表面形状を有する供試体であっても、供試体の表面近傍の流れ場を計測することができる。

【0056】

［３．６． 演算手段］
ＰＩＶ装置は、微小時間（ｄｔ）離れた２時刻において撮像された粒子画像から、トレーサー粒子の速度ベクトルを算出する演算手段をさらに備えていても良い。２時刻の粒子画像を対比するだけでも、流れ場の情報ある程度知ることができる。しかし、演算手段をさらに備えている場合には、速度ベクトルを数値化することができる。
速度ベクトルを求めるための時間間隔（ｄｔ）は、目的に応じて最適な値を選択する。一般に、流れ場の流速に対してｄｔが短すぎる場合及び長すぎる場合、それぞれ速度と空間のダイナミックレンジを低下させる原因となる。そのため、流れ場の流速が速くなるほど、それに応じてｄｔを短くするのが好ましい。

【0057】

速度ベクトルを算出するための方法は、特に限定されない。速度ベクトルを算出する方法としては、例えば、
（ａ）特定の粒子に着目し、その２時刻の位置から速度ベクトルを求める方法、
（ｂ）撮像画像を検査領域に分割し、検査領域ごとに２時刻の粒子画像の輝度値パターンの相関から、検査領域内の移動方向と距離を算出することで、速度ベクトルを求める方法、
などがある。

【0058】

［３．７． 具体例］
［３．７．１． 粒子画像流速測定装置（１）］
図２に、２台のカメラを備えた粒子画像流速測定（ＰＩＶ）装置（１）の模式図を示す。図２において、ＰＩＶ装置（１）２０ａは、第１カメラ２２と、第２カメラ２４と、光源２６とを備えている。光源２６は、光学ベンチ２８のほぼ中央に固定され、第１カメラ２２及び第２カメラ２４は、それぞれ、光学ベンチ２８の両端に固定されている。光学ベンチ２８は、図示しない光学ベンチ移動手段により、紙面の左右方向に移動可能になっている。
供試体３０は風洞（図示せず）の中に設置されており、光学ベンチ２８は風洞のガラス窓３２の外側に設置されている。さらに、供試体３０の少なくとも表面は、本発明に係る反射防止構造体（図示せず）からなる。

【0059】

Ｌ_t及びＬ_nは、それぞれ、光源２６からの光が照射される位置近傍での供試体３０の表面の接線及び法線である。θ_iは、入射光の入射角（＝正反射光の反射角）であり、供試体３０表面からの正反射光は、実線の矢印で示されている。β₁は、法線Ｌ_nと第１カメラ２２の光軸とのなす角である。β₂は、法線Ｌ_nと第２カメラ２４の光軸とのなす角である。第１カメラ２２と第２カメラ２４は、これらの光軸が供試体３０の表面近傍の空間（図２中、ハッチングで示した領域）で交わるように、光学ベンチ２８に固定されている。

【0060】

［３．７．２． 粒子画像流速測定装置（２）］
図３に、２台のカメラを備えた粒子画像流速測定（ＰＩＶ）装置（２）の模式図を示す。図３において、ＰＩＶ装置（２）２０ｂは、第１カメラ２２と、第２カメラ２４と、光源２６とを備えている。光源２６は光学ベンチ２８の一方の端部に固定され、第２カメラ２４は他方の端部に固定されている。第１カメラ２２は、光源２６と第２カメラ２４の中心よりも光源２６寄りの位置に固定されている。光学ベンチ２８は、図示しない光学ベンチ移動手段により、紙面の左右方向に移動可能になっている。
供試体３０は風洞（図示せず）の中に設置されており、光学ベンチ２８は風洞のガラス窓３２の外側に設置されている。さらに、供試体３０の少なくとも表面は、本発明に係る反射防止構造体（図示せず）からなる。

【0061】

Ｌ_t及びＬ_nは、それぞれ、光源２６からの光が照射される位置近傍での供試体３０の表面の接線及び法線である。θ_iは、入射光の入射角であり、供試体３０表面からの正反射光は、実線の矢印で示されている。β₁は、法線Ｌ_nと第１カメラ２２の光軸とのなす角である。β₂は、法線Ｌ_nと第２カメラ２４の光軸とのなす角である。第１カメラ２２と第２カメラ２４は、これらの光軸が供試体３０の表面近傍の空間（図３中、ハッチングで示した領域）で交わるように、光学ベンチ２８に固定されている。

【0062】

［３．７．３． 粒子画像流速測定装置（３）］
図４に、１台のカメラを備えた粒子画像流速測定装置（３）の模式図を示す。図４において、ＰＩＶ装置（３）２０ｃは、カメラ２２と、光源２６とを備えている。光源２６は、光学ベンチ２８に固定され、カメラ２２は所定の位置に固定されている。光学ベンチ２８は、図示しない光学ベンチ移動手段により、紙面の左右方向に移動可能になっている。光源２６を移動させる場合、光源２６の光軸とカメラ２２の光軸の交点はカメラ２２の光軸に対して平行方向に移動するため、カメラ２２のピント調整を行いながら粒子画像を撮影する。
供試体３０は風洞（図示せず）の中に設置されており、カメラ２２及び光源２６は風洞のガラス窓３２の外側に設置されている。さらに、供試体３０の少なくとも表面には、本発明に係る反射防止構造体（図示せず）からなる。

【0063】

Ｌ_t及びＬ_nは、それぞれ、光源２６からの光が照射される位置近傍での供試体３０の表面の接線及び法線である。θ_iは、入射光の入射角であり、供試体３０表面からの正反射光は、実線の矢印で示されている。βは、法線Ｌ_nとカメラ２２の光軸とのなす角である。カメラ２２と光源２６は、これらの光軸が供試体３０の表面近傍の空間（図４中、ハッチングで示した領域）で直交（θ₁＋β＝９０°）するように設置されている。

【0064】

［４． 流速測定方法］
本発明に係る流速測定方法は、本発明に係る粒子画像流速測定装置を用いて、前記供試体周りの流体の流れ場を計測することを特徴とする。
測定条件は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の条件を選択することができる。また、粒子画像流速測定装置及び反射防止構造体の詳細については、上述した通りであるので説明を省略する。

【0065】

［５． 作用］
図２に示すＰＩＶ装置（１）は、速度３成分計測を行うための典型的な装置である。第１カメラ２２、第２カメラ２４、及び光源２６を光学ベンチ２８に固定し、これらを一体で気流方向に移動させながら、流れの速度場を計測する。

【0066】

図２に示すＰＩＶ装置（１）の場合、第１カメラ２２は、第２カメラ２４に比べて、より正反射条件に近い位置にある。図５に、ＰＩＶ装置（１）２０ａを用いて反射防止構造体のない供試体３０周りの粒子画像を撮像した時の、第１カメラ２２の撮像画像（図５（Ａ））、及び第２カメラ２４の撮像画像（図５（Ｂ））を示す。図５より、第１カメラ２２の撮像画像にのみ、反射光が映り込んでいるのがわかる。このような場合、供試体３０近傍ではＳ／Ｎ比が悪化するため、粒子群の移動速度、すなわち速度場を正確に求めることができない。特に、ＰＩＶで用いる粒子の散乱光特性は、光源の照射方向に強い分布を持つため、より厳しい条件となる。

【0067】

上記のような反射光を避けるため、図３に示すＰＩＶ装置（２）２０ｂのような設置方法が考えられる。しかしながら、供試体３０の角度や部位によっては、正反射光が映り込む。図３に示すＰＩＶ装置（２）の場合、第１カメラ２２に反射光が映り込む。
図４に示すように、カメラの光軸と光の入射方向とのなす角αが常に９０°となる２次元計測の場合も同様であり、供試体３０の表面の角度次第で正反射条件となる。
このように、ＰＩＶを実施するあらゆる場合において、供試体表面からの反射光が撮像画像に写り込む問題は、物理的に避けるのが難しい。そのため、供試体３０の表面近傍の流れ場を正確に把握することが困難になることが多い。

【0068】

非特許文献１で示されているように、現状は、艶あり黒を用いて光を吸収し、かつ散乱光を抑制し、正反射条件付近を避けてカメラを配置する方法が効果的である。３次元的な曲面を持つ形状の場合、正反射が避けられない場合も存在するため、反射防止効果が不十分となる。
また、カメラレンズや望遠鏡などの内装材として利用される植毛系の材料を用い、その光を閉じ込める性質を利用して、反射を抑制することも効果的である。しかし、植毛系の材料は、厚さが厚いために、流れそのものへの影響のみならず、供試体表面の特徴を出すことが難しい。そのため、植毛系の材料は、ごく限られた条件でしか使用できないのが現状である。

【0069】

これに対し、ＰＩＶ計測を行う場合において、供試体の少なくとも表面を、所定の構造を備えた反射防止構造体とすると、入射光の入射角が大きい条件、あるいは、反射光の輝度が大きくなる反射条件（ｓ偏光条件）であっても、艶あり黒よりも高い反射防止効果が得られる。
さらに、このような反射防止構造体は、複雑な表面形状を有する供試体の表面に直接、形成することができる。また、このような反射防止構造体は、厚さを極めて薄くすることが可能であるため、これを複雑な表面形状を有する供試体の表面に貼り付けることもできる。そのため、供試体の表面形状を著しく変更することなく、供試体表面近傍の流れ場を正確に計測することができる。

【実施例】

【0070】

［１． 実験方法］
［１．１． 実験装置］
図６（Ａ）に、図２〜４に代表される典型的なＰＩＶ装置のセットアップ方法を一般化した実験装置の模式図を示す。図６（Ｂ）に、この実験装置の供試体・カメラ・シート光の位置関係の模式図を示す。この装置を用いて、供試体表面特性と撮像画像への映り込みとの関係を評価した。光源には、レーザーシート照射装置（Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、５２３ｎｍ）を用いた。カメラの光軸とレーザーシート光とのなす角αの絶対値は、９０°以下である。なお、この実験方法は、非特許文献１で採用された手法を、実際の計測に近い条件になるよう、シート光に置き換えたものである。

【0071】

入射角θ_iを変化させながら、撮像されたシート光の輝度値を評価した。従来の供試体表面処理手法との相対的な比較により、反射低減の有無を調べた。
また、上記の輝度値測定と光学特性との対応付けを取るため、供試体表面の絶対反射率を測定した。測定は、分光光度計（SolidSpec-3700、島津製作所製）に可変角絶対反射装置を取り付けて実施した。

【0072】

［１．２． 反射防止構造体］
特許文献８に記載の方法を用いて、図１に示すような突起構造体１２を備えた反射防止構造体１０（以下、単に「突起構造体」ともいう）を作製した。支持体１４には、主としてＰＥＴを用い、その裏面には艶あり黒色塗装を施した。
比較として、市販の植毛紙（以下、単に「植毛紙」ともいう）、及び表面が平坦な支持体１４の裏面に艶あり黒色塗装を施した試料（以下、単に「艶あり黒」ともいう）も試験に供した。表１に、各試料の構造を示す。

【0073】

【表1】

【0074】

図７（Ａ）の左図及び右図に、それぞれ、突起構造体の表面及び断面のＳＥＭ像を示す。図７（Ｂ）に、この突起構造体の反射率（入射角：５°）を示す。得られた突起構造体は、ピッチが１００ｎｍ、高さが２００ｎｍであった。この突起構造体は、いわゆるモスアイ構造と呼ばれる構造体であり、表面における光の屈折率が段階的に変化しているために、特に入射角が小さい条件においては反射率が０．１％以下になる。

【0075】

［１．３． 実験条件］
詳細な実験条件は、以下の通りである。
正反射入射角条件： θ_i＝４５°、３５°、２５°、１５°
θ_i−β＝±１°（準正反射）、±３°、±５°、±７°、±１０°、±１５°
レーザー出力： ６ｍＪ／ｐｕｌｓｅ
光学系拡大角： ２０°
カメラレンズ： Nikon製１０５ｍｍ、Ｆ値１６
偏光条件： ｓ偏光、ｐ偏光

【0076】

入射角θ_i＝１５°、２５°、３５°、４５°の４条件において、法線Ｌ_nとカメラの光軸とのなす角βを変化させながら、実験を行った。各ケースにおいて、１００枚の撮像画像上の平均画像から、シート光の反射領域を抽出し、その輝度値の平均値を評価値とした。なお、β＝θ_iの条件は正反射となり、艶あり黒や特定の試料では正反射光がカメラ画素にダメージを与える可能性があるため、完全正反射条件は回避した。

【0077】

ＰＩＶは、光源にレーザー（Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＬＦ）を用いることが多く、偏光に対する影響を無視することができない。特に、特許文献３のように、偏光を利用した計測も近年では広まっており、偏光による反射特性を把握することは重要である。そのため、本実験では、ｓ、ｐ偏光それぞれの条件で実験を行った。

【0078】

今回の実験では、レーザーエネルギー及びカメラの絞り（Ｆ値）を固定しており、この条件で得られた値を評価値とした。
参考として、図８に、ｓ偏光、β＝４４°、θi＝４５°（準正反射条件）における、レーザーエネルギー（絞り値Ｆは１６で固定）と輝度値との関係（図８（Ａ））、及び絞り値Ｆ（レーザーエネルギーは６ｍＪ／ｐｕｌｓｅで固定）と輝度値との関係（図８（Ｂ））を示す。図８に示すように、これらの関係は単調増加・減少するのみで、実際の実験条件（高エネルギーレーザー、小Ｆ値）でも試料ごとの相対比較は成立すると言える。また、レーザーシートの厚みの調整次第で輝度値の絶対値は、実験ごとに変化することが考えられるが、同条件の相対比較については影響がないものと考えて良い。

【0079】

［３． 結果］
［３．１． 入射角θ_iに対するカメラ角度βの影響］
図９に、艶あり黒の試料角（θ_i−β）と輝度値の関係を示す。艶あり黒については、基本的に正反射条件を挟んで増加、減少する指数関数的な分布を持つが、偏光によって結果が異なる。ｓ偏光に対しては、常に正反射に近い条件においては、いずれの入射角に対しても高い反射率を持つ。一方、ｐ偏光の場合、θ_i＝４５°に近づくにつれて、輝度値分布がなだらかになる。これは、θ_i＝４５°付近で正反射が小さくなるブリュースター角に相当するためであると考えられる。

【0080】

図１０に、植毛紙の試料角（θ_i−β）と輝度値の関係を示す。植毛紙については、輝度値の変化がカメラ角度βによってほぼ変化しないことがわかる。この結果から、植毛紙は、正反射を低減し、ヘイズの影響のみ観測されることが分かり、ＰＩＶにおける反射防止に最も効果的であることを裏付けている。

【0081】

図１１に、突起構造体（Ｈ＝２３０ｎｍ）の試料角（θ_i−β）と輝度値の関係を示す。Ｈ＝２３０ｎｍの突起構造体は、実験を行った突起構造体の中で最も小さな輝度値を示した試料である。正反射付近での輝度値が若干上昇するものの、植毛紙とほぼ同等の分布が得られていることがわかる。突起構造体は、従来の艶あり黒の輝度値を大幅に改善する一方で、植毛紙の１／２０００の厚みで同等の効果が得られた。

【0082】

［３．２． 正反射条件付近での入射角θ_iの影響］
図９〜１１の結果を、各試料について、カメラの位置βが正反射（β＝θ_i）から徐々に遠ざかる条件（θ_i−β＝±１°、３°、５°、又は７°）における輝度値分布で表した。図１２〜図１５に、その結果を示す。
上記同様、両偏光においても、特に正反射付近で、突起構造体が植毛紙相当の輝度値を示している。また、図１４及び図１５のｐ偏光において、艶あり黒が右肩下がりであるのは、上述のブリュースター角の効果と考えられる。また、正反射から離れるにつれ、艶あり黒の輝度値が最も小さくなる。これは突起構造体や植毛紙の表面のヘイズが、鏡面である艶あり黒より大きくなるためと考えられる。但し、輝度値の絶対値としては軒並み小さく抑えられている。

【0083】

［３．３． 準正反射条件に対する突起の高さＨの影響］
図１６及び図１７に、準正反射条件（θ_i−β＝±１°）における突起の高さＨに対する輝度値の分布を示す。なお、θ_iは、１５°、２５°、３５°又は４５°とした。また、この時の艶あり黒の輝度値（ｓ偏光、ｐ偏光）を線で示した。この結果から、各入射角θ_iにおいて、従来の艶あり黒の輝度値を下回るためには、ｓ偏光に対しては高さＨが１８０ｎｍ以上、ｐ偏光に対しては高さＨが２３０ｎｍ以上であれば良いことがわかる。また、ブリュースター角となるθ_i＝４５°の条件では、ｐ偏光に関しては艶あり黒と突起構造体がほぼ同じ結果となっている。

【0084】

図１８及び図１９に、図１６及び図１７と同様の分布を絶対反射率Ｒで表した結果を示す。絶対反射率が必ずしも輝度値と１対１に対応していない。これは、反射率測定がスポット的に表面性状を把握するのに対し、シート光の輝度値評価はより広範囲の測定を行うため、突起構造分布のばらつきの影響や、埃や傷などの表面性状の影響を受けやすいためと考えられる。現実的な観点からも、上記輝度値による評価が重要であることがわかる。一方、上記の突起の高さＨについての結論は同じであることがわかる。このことから、図１６及び図１７の結果との対応付けとして、ｓ偏光に対しては反射率０．５％以下、ｐ偏光に対しては反射率０．２５％以下が必要であることがわかる。

【0085】

また、一方で、カメラの光軸とシート光とのなす角αが常に９０°（すなわち、正反射条件が必ず４５°）となる２ＤＰＩＶのケースでは、供試体の主たる曲面と光源の配置を考慮し、ｐ偏光条件での実験を行うことで表面反射を低減できることがわかる。しかしながら、複雑な３次元曲面などの場合、その効果は限定的になる可能性もある。また、特許文献３の実験手法の場合、両偏光条件は不可欠であり、突起構造の利用は不可欠である。

【0086】

［３．４． 突起構造体の３次元曲面への適用］
以上のような突起構造体は、特許文献５〜７に記載されているような２次元固体基板のみならず、３次元形状にも適用可能である。その具体例を図２０に示す。これは、自動車模型の後部の形状を模った枠から、突起構造体を製造した例である。このように平板や、単純曲面のみならず、供試体を選ばずに自由曲面に適用可能である。

【0087】

［３．５． 材料の屈折率の影響］
図２１に、屈折率の影響を調べた結果を示す。同じ高さ２６０ｎｍの突起構造体に対して、支持体にＰＥＴ（屈折率：１．６）とアクリル（屈折率：１．４９）を利用した時の両者の輝度値分布を示す。支持体の裏面には、αｔ≧６相当の黒化層が形成されている。
この実験では、β＝４５°が正反射条件となる。突起構造体は光反応性ポリマー（屈折率：１．５１）であることから、突起構造体と支持体の屈折率の差が有為であることがわかる。なお、この時の実験条件は、カメラレンズのｆ値を８で実験しているため、輝度値は大きいことに留意されたい。

【0088】

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0089】

本発明に係る粒子画像流速測定装置は、自動車模型周りの流体の流れ場の計測に使用することができる。

【符号の説明】

【0090】

１０ 反射防止構造体
１２ 突起構造体
１２ａ 突起
１４ 支持体
１６ 黒化層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】