(57)【要約】  レーザ光に対する反射部（１２）を有し、反射部（１２）が変位計測方向に対して互いに逆に傾くようにして橋桁（３Ａ）に設置される一対のターゲット（１０Ａ、１０Ｂ）と、橋脚（２）等に設置される一対のレーザ距離計（２０Ａ、２０Ｂ）とを変位計測装置（４）に設け、レーザ距離計（２０Ａ、２０Ｂ）から反射部（１２）に対して互いに平行な一対のレーザ光を照射し、反射部（１２）からレーザ光の入射方向と逆方向に返される反射光をレーザ距離計（２０Ａ、２０Ｂ）で受光して、一対のターゲット（１０Ａ、１０Ｂ）までの距離の変化量を計測し、それらの変化量を利用して、入射方向のずれの影響を排除しつつ橋桁（３Ａ）の鉛直方向の変位を算出する。
2008123510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光に対する反射部を有する一対のターゲットのそれぞれを、前記反射部が変位計測方向に対して斜めに傾くように、かつ前記反射部の傾きが前記変位計測方向に関して互いに逆向きとなるようにして計測対象の計測対象位置に設置し、
前記一対のターゲットに対して前記変位計測方向に相対的に変位する位置に、レーザ光を利用して距離又は該距離の変化量を出力する一対の距離検出手段を設置し、
前記一対の距離検出手段から前記一対のターゲットのそれぞれの反射部に、前記変位計測方向とは異なる方向でかつ前記反射部に対して斜めに傾く方向から、互いに平行な一対のレーザ光を照射するとともに、前記反射部から前記レーザ光の入射方向と逆方向に返される反射光を前記距離検出手段で受光して、前記距離検出手段から前記一対のターゲットにおけるレーザ光のそれぞれの反射位置までの距離の変化量を計測し、
前記距離の変化量の計測値のそれぞれと、前記変位計測方向と直交する方向を基準入射方向としたときの該基準入射方向に対する前記反射部の傾斜角と、前記変位計測方向の変位との関係を利用して、前記基準入射方向と前記レーザ光の実際の入射方向との間における角度のずれの影響を排除しつつ、前記計測対象位置の前記変位計測方向の変位を算出する変位計測方法。
【請求項２】
前記基準入射方向に対する前記一対のターゲットのそれぞれの反射部の傾斜角の絶対値が互いに等しい請求の範囲第１項に記載の変位計測方法。
【請求項３】
前記基準入射方向に対する前記反射部の傾斜角をθ、前記基準入射方向に対するレーザ光の実際の入射方向のずれ角をα、前記一対のターゲットのそれぞれに関する前記距離の変化量をΔＬ１、ΔＬ２としたときに、下式（Ｆ１）でずれ角αを算出し、得られたずれ角αを下式（Ｆ２）又は（Ｆ３）に代入して前記変位計測方向の変位δを算出する請求の範囲第２項に記載の変位計測方法。
【数１】
2008123510.tif 000014
【請求項４】
前記基準入射方向に対する前記反射部の傾斜角をθ、前記一対のターゲットのそれぞれに関する前記距離の変化量をΔＬ１、ΔＬ２、前記変位計測方向の変位をδとしたときに、下式（Ｆ４）により変位δを算出する請求の範囲第２項に記載の変位計測方法。
【数２】
2008123510.tif 000015
【請求項５】
前記一対の距離検出手段によって検出された距離の変化量の和に基づいて、前記基準入射方向に対するレーザ光の実際の入射方向のずれ角がゼロとなるように前記一対のレーザ光の入射方向を補正し、補正後の前記距離の変化量の計測値に基づいて前記変位を算出する請求の範囲第２項に記載の変位計測方法。
【請求項６】
レーザ光に対する反射部を有し、前記反射部が変位計測方向に対して斜めに傾くように、かつ前記反射部の傾きが前記変位計測方向に関して互いに逆向きとなるようにして計測対象の計測対象位置に設置される一対のターゲットと、
前記一対のターゲットに対して前記変位計測方向に相対的に変位する位置に設置され、前記変位計測方向とは異なる方向でかつ前記反射部に対して斜めに傾く方向から、互いに平行な一対のレーザ光を照射するとともに、前記反射部から前記レーザ光の入射方向と逆方向に返される反射光を受光して、前記距離検出手段から前記一対のターゲットにおけるレーザ光のそれぞれの反射位置までの距離又は該距離の変化量を出力する一対の距離検出手段と、
を備えた変位計測装置。
【請求項７】
前記変位計測方向と直交する方向を基準入射方向としたときの該基準入射方向に対する前記一対のターゲットのそれぞれの反射部の傾斜角の絶対値が互いに等しくなるように、前記一対のターゲットが設置されている請求の範囲第６項に記載の変位計測装置。
【請求項８】
前記一対のターゲットに関する前記距離の変化量の計測値のそれぞれと、前記変位計測方向と直交する方向を基準入射方向としたときの該基準入射方向に対する前記反射部の傾斜角と、前記変位計測方向の変位との関係を利用して、前記基準入射方向と前記レーザ光の実際の入射方向との間における角度のずれの影響を排除しつつ、前記計測対象位置の前記変位計測方向の変位を算出する変位算出手段を備えた請求の範囲第７項に記載の変位計測装置。
【請求項９】
前記基準入射方向に対する前記反射部の傾斜角をθ、前記基準入射方向に対するレーザ光の実際の入射方向のずれ角をα、前記一対のターゲットのそれぞれに関する前記距離の変化量をΔＬ１、ΔＬ２としたときに、前記変位算出手段は、下式（Ｆ１）でずれ角αを算出し、得られたずれ角αを下式（Ｆ２）又は（Ｆ３）に代入して前記変位計測方向の変位δを算出する請求の範囲第８項に記載の変位計測装置。
【数３】
2008123510.tif 000016
【請求項１０】
前記基準入射方向に対する前記反射部の傾斜角をθ、前記一対のターゲットのそれぞれに関する前記距離の変化量をΔＬ１、ΔＬ２、前記変位計測方向の変位をδとしたときに、前記変位算出手段は、下式（Ｆ４）により変位δを算出する請求の範囲第８項に記載の変位計測装置。
【数４】
2008123510.tif 000017
【請求項１１】
レーザ光を反射するための反射部を有し、該反射部には、互いに平行な複数の小反射面が該小反射面の法線方向及び該法線方向と直交する高さ方向のそれぞれに漸次位置をずらして配置され、かつ小反射面間には非反射面が設けられた変位計測用のターゲットにおいて、
前記反射部を前記小反射面の法線方向から見たときに、前記非反射面が前記小反射面よりも前記反射部の高さ方向に後退することにより、前記小反射面同士が前記高さ方向に互いに部分的に重なり合っている変位計測用のターゲット。
【請求項１２】
前記非反射面が、前記小反射面の法線方向に対して斜めに傾けられることにより、前記非反射面が前記高さ方向に後退している請求の範囲第１１項のターゲット。
【請求項１３】
前記非反射面が前記小反射面の法線方向と平行で、かつ前記小反射面が前記高さ方向に関して前記非反射面よりも突出して設けられることにより、前記非反射面が前記高さ方向に後退している請求の範囲第１１項のターゲット。
【請求項１４】
請求の範囲第１１〜１３項のいずれか一項のターゲットを、前記反射部が変位計測方向に対して斜めに傾くようにして計測対象の計測対象位置に設置し、
前記計測対象位置に対して前記変位計測方向に相対的に変位する位置にレーザ距離計を設置し、
前記レーザ距離計から射出されるレーザ光を、前記変位計測方向とは異なる方向から前記反射部に対して斜め方向に入射させるとともに、前記反射部から前記レーザ光の入射方向と略平行な方向に返される反射光を前記レーザ距離計で受光して前記レーザ距離計から前記反射部における前記レーザ光の反射位置までの距離の変化量を検出し、
検出された変化量と、前記計測対象位置の前記変位計測方向に関する変位との相関関係を利用して、前記変位計測対象位置の前記変位計測方向に関する変位を計測する変位計測方法。
【請求項１５】
請求の範囲第１１〜１３項のいずれか一項のターゲットが、前記反射部を変位計測方向に対して斜めに傾けた状態で計測対象の計測対象位置に設置され、
前記計測対象位置に対して前記変位計測方向に相対的に変位する位置には、前記ターゲットの前記反射部に対して前記変位計測方向とは異なる方向でかつ前記反射部に対して斜めに傾く方向からレーザ光を照射し、前記反射部から前記レーザ光の入射方向と略平行な方向に返される反射光を受光して、前記レーザ光の反射位置までの距離又は当該距離の変化量に対応した信号を出力するレーザ距離計が設置されている変位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋梁等の構造物、地形等の適宜の箇所に設定された計測対象位置の変位を計測する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁等の構造物の特定方向の変位を計測する方法及び装置として、階段状の反射部を有するターゲットをその反射部が変位計測方向に対して斜めに傾くようにして橋梁の上部工に設置し、橋脚にはレーザ距離計を設置し、そのレーザ距離計から略水平方向に沿ってターゲットの反射部にレーザ光を照射し、その反射部からの反射光をレーザ距離計で受光することにより、上部工の変位を計測する方法等が提案されている（例えば特許文献１参照）。【０００３】
【特許文献１】国際公開公報ＷＯ２００６／０１１３８６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の方法及び装置では、変位計測方向と直交する方向にレーザ光が入射したことを前提とし、その変位計測方向と直交する方向に対するターゲットの反射部の傾斜角と、距離の変化量と構造物の変位との幾何学的関係を利用して、距離の変化量を変位計測方向の変位に換算している。従って、レーザ光の入射方向が変位計測方向と直交する方向に対してずれた場合、その角度のずれに応じて計測誤差が発生する。このため、変位を正確に計測するためには、レーザ光の入射角度のずれに応じて計測値を補正する必要があった。レーザ光の入射方向が小反射面の法線方向からずれた場合には、レーザ光の一部が小反射面間の非反射面に入射して反射光が乱れることがある。このため、安定した計測を実現するにはレーザ光の入射方向を小反射面の法線方向に極力一致させる必要があった。【０００５】
本発明の第１の目的は、レーザ光の入射方向のずれの影響を受けることなく、高精度に変位を計測することができる変位計測方法、及びその方法に適した変位計測装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、レーザ光の入射方向が小反射面の法線方向からずれた場合でも安定して計測を実施することが可能なターゲット、並びにそのターゲットを利用した変位計測方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した第１の目的を達成するため、本発明の変位計測方法は、レーザ光に対する反射部を有する一対のターゲットのそれぞれを、前記反射部が変位計測方向に対して斜めに傾くように、かつ前記反射部の傾きが前記変位計測方向に関して互いに逆向きとなるようにして計測対象の計測対象位置に設置し、前記一対のターゲットに対して前記変位計測方向に相対的に変位する位置に、レーザ光を利用して距離又は該距離の変化量を出力する一対の距離検出手段を設置し、前記一対の距離検出手段から前記一対のターゲットのそれぞれの反射部に、前記変位計測方向とは異なる方向でかつ前記反射部に対して斜めに傾く方向から、互いに平行な一対のレーザ光を照射するとともに、前記反射部から前記レーザ光の入射方向と逆方向に返される反射光を前記距離検出手段で受光して、前記距離検出手段から前記一対のターゲットにおけるレーザ光のそれぞれの反射位置までの距離の変化量を計測し、前記距離の変化量の計測値のそれぞれと、前記変位計測方向と直交する方向を基準入射方向としたときの該基準入射方向に対する前記反射部の傾斜角と、前記変位計測方向の変位との関係を利用して、前記基準入射方向と前記レーザ光の実際の入射方向との間の角度のずれの影響を排除しつつ、前記計測対象位置の前記変位計測方向の変位を算出する。【０００７】
基準入射方向にレーザ光が入射した場合、変位計測方向の変位は、距離の変化量と、基準入射方向に対する反射部の傾斜角との幾何学的関係を利用して一義的に求めることができる。これに対して、レーザ光の入射方向が基準入射方向に対してずれている場合、変位及びずれ角の二つが未知数として存在するため、単一のターゲットに関する幾何学的関係だけでは、ずれ角の誤差を含まない正確な変位を求めることができない。しかしながら、本発明の変位計測方法によれば、一対のターゲットをそれらの傾斜部が変位計測方向に対して互いに逆向きに傾くように設置しているので、距離の変化量と変位計測方向の変位との関係をターゲット毎に方程式で記述することができる。しかも、一対のターゲットの反射部に対して互いに平行な一対のレーザ光を照射しているので、レーザ光の入射方向のずれ角は各ターゲットに共通である。さらに、ターゲット間で変位計測方向の変位も互いに等しい。よって、変位及びずれ角の二つが未知数として存在しても、ターゲット毎に記述された方程式を連立させることにより、入射方向のずれの影響を排除して、変位計測方向の変位を正確に算出することができる。【０００８】
本発明の一形態においては、前記基準入射方向に対する前記一対のターゲットのそれぞれの反射部の傾斜角の絶対値を互いに等しく設定してもよい。この形態によれば、基準入射方向に対して、一対のターゲットの反射部が互いに等しい角度でかつ逆向きに傾いているので、距離の変化量と変位計測方向の変位との関係をターゲット毎に方程式で記述する際に、両方程式間で傾斜角に共通の値を利用することが可能となり、変位の算出をより簡易に行える。【０００９】
例えば、前記基準入射方向に対する前記反射部の傾斜角をθ、前記基準入射方向に対するレーザ光の実際の入射方向のずれ角をα、前記一対のターゲットのそれぞれに関する前記距離の変化量をΔＬ１、ΔＬ２とすれば、下式（Ｆ１）でずれ角αを算出し、得られたずれ角αを下式（Ｆ２）又は（Ｆ３）に代入することにより、前記変位計測方向の変位δを算出することができる。【００１０】
【数１】
2008123510.tif 000003
【００１１】
あるいは、前記基準入射方向に対する前記反射部の傾斜角をθ、前記一対のターゲットのそれぞれに関する前記距離の変化量をΔＬ１、ΔＬ２、前記変位計測方向の変位をδとすれば、下式（Ｆ４）により変位δを算出することもできる。【００１２】
【数２】
2008123510.tif 000004
【００１３】
さらに、前記一対の距離検出手段によって検出された距離の変化量の和に基づいて、前記基準入射方向に対するレーザ光の実際の入射方向のずれ角がゼロとなるように前記一対のレーザ光の入射方向を補正し、補正後の前記距離の変化量の計測値に基づいて前記変位を算出することもできる。すなわち、ターゲットの反射部が変位計測方向に対して互いに逆向きに傾き、かつそれらの傾斜角の絶対値も互いに等しいため、基準入射方向とレーザ光の実際の入射方向とが一致すれば、一対のターゲットのそれぞれに関して計測される距離の変化量の和はゼロになる。この性質を利用して、ずれ角がゼロとなるようにレーザ光の入射方向を補正すれば、入射方向の角度のずれが与える影響を排除して、変位計測方向の変位を正確に計測することができる。【００１４】
上述した第１の目的を達成するため、本発明の変位計測装置は、レーザ光に対する反射部を有し、前記反射部が変位計測方向に対して斜めに傾くように、かつ前記反射部の傾きが前記変位計測方向に関して互いに逆向きとなるようにして計測対象の計測対象位置に設置される一対のターゲットと、前記一対のターゲットに対して前記変位計測方向に相対的に変位する位置に設置され、前記変位計測方向とは異なる方向でかつ前記反射部に対して斜めに傾く方向から、互いに平行な一対のレーザ光を照射するとともに、前記反射部から前記レーザ光の入射方向と逆方向に返される反射光を受光して、前記距離検出手段から前記一対のターゲットにおけるレーザ光のそれぞれの反射位置までの距離又は該距離の変化量を出力する一対の距離検出手段と、を備えている。【００１５】
本発明の変位計測装置によれば、一対の距離検出手段からの出力を参照して各ターゲットまでの距離の変化量を計測し、得られた計測値のそれぞれと、前記変位計測方向と直交する方向を基準入射方向としたときの該基準入射方向に対する前記反射部の傾斜角と、前記変位計測方向の変位との関係を利用することにより、本発明の変位計測方法に従って、基準入射方向とレーザ光の実際の入射方向との角度のずれの影響を排除しつつ、計測対象位置の変位計測方向の変位を正確に算出することができる。【００１６】
本発明の変位計測装置においては、前記変位計測方向と直交する方向を基準入射方向としたときの該基準入射方向に対する前記一対のターゲットのそれぞれの反射部の傾斜角の絶対値が互いに等しくなるように、前記一対のターゲットが設置されてもよい。この形態によれば、基準入射方向に対して一対のターゲットの反射部が互いに等しい角度でかつ逆向きに傾いているので、上記で説明したように変位の算出をより簡易に行える。また、基準入射方向とレーザ光の実際の入射方向とが一致すれば、一対のターゲットのそれぞれに関して計測される距離の変化量の和がゼロになる性質を利用して、ずれ角がゼロとなるようにレーザ光の入射方向を補正することもできる。【００１７】
本発明の変位計測装置においては、前記一対のターゲットに関する前記距離の変化量の計測値のそれぞれと、前記変位計測方向と直交する方向を基準入射方向としたときの該基準入射方向に対する前記反射部の傾斜角と、前記変位計測方向の変位との関係を利用して、前記基準入射方向と前記レーザ光の実際の入射方向との間における角度のずれの影響を排除しつつ、前記計測対象位置の前記変位計測方向の変位を算出する変位算出手段を備えてもよい。この形態によれば、一対の距離検出手段からの出力を参照して各ターゲットまでの距離の変化量を計測し、得られた計測値のそれぞれを変位算出手段に与えることにより、レーザ光の入射方向のずれ角の影響を排除しつつ、計測対象位置の変位計測方向の変位を計測することができる。【００１８】
さらに、前記基準入射方向に対する前記反射部の傾斜角をθ、前記基準入射方向に対するレーザ光の実際の入射方向のずれ角をα、前記一対のターゲットのそれぞれに関する前記距離の変化量をΔＬ１、ΔＬ２としたときに、前記変位算出手段は、下式（Ｆ１）でずれ角αを算出し、得られたずれ角αを下式（Ｆ２）又は（Ｆ３）に代入して前記変位計測方向の変位δを算出してもよい。【００１９】
【数３】
2008123510.tif 000005
【００２０】
あるいは、前記基準入射方向に対する前記反射部の傾斜角をθ、前記一対のターゲットのそれぞれに関する前記距離の変化量をΔＬ１、ΔＬ２、前記変位計測方向の変位をδとしたときに、前記変位算出手段は、下式（Ｆ４）により変位δを算出してもよい。【００２１】
【数４】
2008123510.tif 000006
【００２２】
上述した第２の目的を達成するため、本発明のターゲットは、レーザ光を反射するための反射部を有し、該反射部には、互いに平行な複数の小反射面が該小反射面の法線方向及び該法線方向と直交する高さ方向のそれぞれに漸次位置をずらして配置され、かつ小反射面間には非反射面が設けられた変位計測用のターゲットであって、前記反射部を前記小反射面の法線方向から見たときに、前記非反射面が前記小反射面よりも前記反射部の高さ方向に後退することにより、前記小反射面同士が前記高さ方向に互いに部分的に重なり合っている。この場合、前記非反射面が、前記小反射面の法線方向に対して斜めに傾けられることにより、前記非反射面が前記高さ方向に後退するものであってもよい。あるいは、前記非反射面が前記小反射面の法線方向と平行で、かつ前記小反射面が前記高さ方向に関して前記非反射面よりも突出して設けられることにより、前記非反射面が前記高さ方向に後退するものであってもよい。【００２３】
本発明のターゲットによれば、反射部を小反射面の法線方向から見たときに小反射面同士が部分的に重なり合っているため、反射部をその小反射面の法線方向よりも斜め上方から見下ろした場合でも、一定範囲内では非反射面が小反射面に隠されて見えなくなる。従って、レーザ光の非反射面への入射を抑えて、安定して計測を実施することができる。【００２４】
さらに、第２の目的を達成するための変位計測方法は、上述したターゲットを、前記反射部が変位計測方向に対して斜めに傾くようにして計測対象の計測対象位置に設置し、前記計測対象位置に対して前記変位計測方向に相対的に変位する位置にレーザ距離計を設置し、前記レーザ距離計から射出されるレーザ光を、前記変位計測方向とは異なる方向から前記反射部に対して斜め方向に入射させるとともに、前記反射部から前記レーザ光の入射方向と略平行な方向に返される反射光を前記レーザ距離計で受光して前記レーザ距離計から前記反射部における前記レーザ光の反射位置までの距離の変化量を検出し、検出された変化量と、前記計測対象位置の前記変位計測方向に関する変位との相関関係を利用して、前記変位計測対象位置の前記変位計測方向に関する変位を計測するものである。また、第２の目的を達成するための変位計測装置は、上述したターゲットが、前記反射部を変位計測方向に対して斜めに傾けた状態で計測対象の計測対象位置に設置され、前記計測対象位置に対して前記変位計測方向に相対的に変位する位置には、前記ターゲットの前記反射部に対して前記変位計測方向とは異なる方向でかつ前記反射部に対して斜めに傾く方向からレーザ光を照射し、前記反射部から前記レーザ光の入射方向と略平行な方向に返される反射光を受光して、前記レーザ光の反射位置までの距離又は当該距離の変化量に対応した信号を出力するレーザ距離計が設置されているものである。【００２５】
これらの変位計測方法及び変位計測装置においては、上述したターゲットを利用して、レーザ光の入射方向のずれに対する許容度を高め、変位計測の安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明により橋梁の撓みを計測する場合のターゲット及びレーザ距離計の設置例を示す斜視図。
【図２】ターゲット及びレーザ距離計の設置例を示す側面図。
【図３】単一のターゲットを示す斜視図。
【図４】レーザ距離計の要部の構成を示す図。
【図５Ａ】ターゲットに照射されるレーザ光の直径とターゲットの反射部との関係をターゲットの正面側から示す図。
【図５Ｂ】ターゲットに照射されるレーザ光の直径とターゲットの反射部との関係をターゲットの断面上で示す図。
【図６】レーザ距離計で受講する基準レーザ光と反射光とにそれぞれ対応したパルス列信号の一例を示す図。
【図７】一対のターゲットと一対のレーザ距離計との対応関係を示す斜視図。
【図８】橋桁に取り付けられた状態における一対のターゲットを側方から見た状態を示す図。
【図９】図８の矢印IX方向（つまりレーザ光の入射方向）からターゲットを見た状態を示す図。
【図１０】レーザ光の入射方向が基準入射方向に対してずれているときのターゲットの変位と距離の計測値との関係を示す図。
【図１１】一方のターゲットに鉛直方向の変位を与えたときの距離の変化量と、ターゲットの反射部の傾斜角と、レーザ光の入射方向のずれ角との幾何学的関係を示す図。
【図１２】図１１の場合におけるずれ角とそれが変位の計測値に与える誤差との幾何学的関係を示す図。
【図１３】他方のターゲットに鉛直方向の変位を与えたときの距離の変化量と、ターゲットの反射部の傾斜角と、レーザ光の入射方向のずれ角との幾何学的関係を示す図。
【図１４】図１３の場合におけるずれ角とそれが変位の計測値に与える誤差との幾何学的関係を示す図。
【図１５】レーザ光の入射方向が基準入射方向と一致するときの距離の変化量の相互の関係を示す図。
【図１６】本発明の他の形態に係るターゲットの側面図。
【図１７】図１６に示したターゲットの斜視図。
【図１８】図１６に示したターゲットの反射部に関する拡大図。
【図１９】図１８の反射部を同図の矢印Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ方向から見た状態をそれぞれ示す図。
【図２０】図３のターゲットの反射部を見下ろした状態を示す図。
【図２１】本発明のさらに他の形態に係るターゲットの側面図。
【図２２】図２１に示したターゲットの斜視図。
【図２３】図２１に示したターゲットの反射部に関する拡大図。
【図２４】図１６に示したターゲットとレーザ距離計とを利用した変位計測装置の他の形態を示す図。
【図２５】図２４の変位計測装置における変位計測の原理を示す図。
【図２６】ターゲットを構造物等の変位計測対象に取り付けるための他の形態を示す図。
【図２７Ａ】レーザ距離計からターゲットまでの距離を５ｍに設定したときの実施例における入射方向のずれ角と変位の計測誤差（変位誤差）との関係を比較例とともに示す図。
【図２７Ｂ】ターゲットまでの距離を１１ｍに設定したときの実施例における入射方向のずれ角と変位の計測誤差（変位誤差）との関係を比較例とともに示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１及び図２は本発明を橋梁の鉛直方向の撓みの計測に適用した形態を示している。つまり、本形態では鉛直方向が変位計測方向に相当する。構造物としての橋梁１は、複数の橋脚２の間に上部工３を架け渡した構成を備えている。但し、橋梁１の両端において上部工３は橋台に支持されている。橋脚２は地中に打たれた不図示の基礎によって支持されている。これらの橋脚２、橋台及び基礎によって下部工が構成される。上部工３は橋脚２に両端が支持された複数本の橋桁３Ａと、その橋桁３Ａの上方に配置される床版３Ｂとを備えている。但し、上部工３の構成は一例であり、これらは適宜に変更可能である。【００２８】
橋桁３Ａの下面３ａ又は側面３ｂの少なくともいずれか一方の計測対象位置には、変位計測装置４の構成要素として一対のターゲット１０Ａ、１０Ｂが配置され、橋脚２の上端面２ａには変位計測装置４の構成要素として一対のレーザ距離計２０Ａ、２０Ｂが設置されている。一方のレーザ距離計２０Ａは一方のターゲット１０Ａに向かってレーザ光を射出し、他方のレーザ距離計２０Ｂは他方のターゲット１０Ｂに向かってレーザ光を射出する。橋脚２に代えて、又は加えて橋台にレーザ距離計２０Ａ、２０Ｂが設置されてもよい。以下では、橋脚２にレーザ距離計２０Ａ、２０Ｂが設置されているものとして説明を続ける。ターゲット１０Ａ、１０Ｂの設置箇所及び個数は必要に応じて適宜に変更してよい。橋桁３Ａに代え、又は加えて、床版３Ｂにターゲット１０Ａ、１０Ｂが取り付けられてもよい。以下では橋桁３Ａを計測対象とし、その橋桁３Ａにターゲット１０Ａ、１０Ｂが取り付けられるものとして説明を続けるが、特に断りのない限りその説明はターゲット１０Ａ、１０Ｂが床版３Ｂに取り付けられる場合にも適用され得るものである。また、ターゲット１０Ａ、１０Ｂを区別する必要がないときはターゲット１０と表記することがある。レーザ距離計２０Ａ、２０Ｂについても、これらを区別する必要がないときはレーザ距離計２０と表記することがある。【００２９】
レーザ距離計２０の設置箇所は、上部工３の計測対象位置に対して鉛直方向に相対的に変位する場所であればよく、橋梁１が架け渡された地上面に設置してもよい。すなわち、計測対象位置に対して相対的に変位する位置は、要するに計測対象位置における変位計測方向の変位を観察できる位置であればよく、計測対象位置に対して変位計測方向に異なる位相又は振幅で振動している位置、及び地上面のように、変位計測方向に関して実質的に変位しない位置の両者が含まれる。例えば、橋桁３Ａの中間位置にターゲット１０を、橋桁３Ａの支持端にレーザ距離計２０を設置して橋桁３Ａの支持端に対する中間部の撓み等を計測してもよい。【００３０】
ターゲット１０Ａ、１０Ｂは橋桁３Ａに対する取り付けの向きが互いに異なっているが、それらの形状及び大きさは同じである。図３は、単一のターゲット１０を示す斜視図である。ターゲット１０は、概略三角柱状のターゲット本体１１を有し、そのターゲット本体１１の斜面（図に想像線で示す。）に相当する部分が反射部１２として構成されている。反射部１２は、複数の小反射面１３を反射部１２の一端１２ａから他端１２ｂに向かって一定方向（この場合は端面１１ｂの法線方向）に漸次位置をずらしながら設けられることにより、全体として階段状に形成されている。ターゲット本体１１の底面１１ａ、端面１１ｂ及び側面１１ｃは互いに直交する平面に形成されている。小反射面１３は互いに平行であり、しかも各小反射面１３の法線方向は底面１１ａと平行である。端面１１ｂと平行な方向に関する小反射面１３の高さａは互いに等しい。また、底面１１ａと平行な方向に関する小反射面１３のずれ量ｂも互いに等しい。小反射面１３の個数、高さａ及びずれ量ｂは、計測すべき変位の大きさ、変位計測の分解能、レーザ距離計２０の仕様、ターゲット１０とレーザ距離計２０との距離Ｌ等の各種の計測条件に応じて適宜に設定してよい。レーザ距離計２０との関係については後述する。【００３１】
ターゲット１０の材質は適宜に選択してよい。例えば、金属材料、樹脂材料、木材等をターゲット１０の材質として使用することができる。ターゲット１０を橋桁３Ａに取り付ける手段としては、万力、ボルト、ナット等の機械的結合手段、接着剤、その他、各種の固定手段を利用することができる。橋桁３Ａのターゲット取付部分が鋼鉄製の場合には、図３に想像線で示したようにターゲット本体１１の底面１１ａ等に磁石１５を設け、その磁力でターゲット１０を橋桁３Ａに取り付けることもできる。磁石１５を利用すれば、橋桁３Ａに塗られた塗料を剥がすことなくターゲット１０を取り付けられる利点がある。ターゲット１０の交換や取付位置、姿勢、向き等の変更も容易に行える。ターゲット本体１１の全体を磁石にて形成してもよい。なお、磁石１５は永久磁石でもよいし、電磁石でもよい。ターゲット１０の電源が確保できない場合には永久磁石を利用することになる。磁石を利用して取り付ける場合において、さらに別の固定手段によりターゲット１０を固定することにより、ターゲット１０の脱落や位置のずれをより確実に防止するようにしてもよい。屋外構造物等にターゲット１０を装着する場合にはターゲット１０に耐候性を付与することが望ましい。耐候性、耐熱性、又は耐寒性に優れた材料（一例として耐熱樹脂材料）にてターゲット１０を製造すれば、本発明の適用範囲が拡大する。ターゲット１０を樹脂製とした場合は、各種の成形方法が使用できるのでターゲット１０を安価に製造することができる。【００３２】
図４はレーザ距離計２０の要部を示している。レーザ距離計２０はいわゆる位相差検出方式の距離計であって、レーザ光を射出する発光部２１と、その発光部２１から射出されるレーザ光ＬＢをターゲット（図４では図示略）１０に向かって折り曲げるミラー２２と、ターゲット１０にてレーザ光の入射方向と平行に返される反射光を集光するレンズ２３と、レンズ２３で集光された反射光及び発光部２１から送られる基準レーザ光をそれぞれ受光する受光部２４と、受光部２４の出力信号を演算処理する制御部２５とを備えている。発光部２１は半導体レーザを光源として備え、制御部２５からの発光指示に応答して周期Ｔ（例えば５００Ｈｚ）のパルス状のレーザ光ＬＢをミラー２２及び受光部２４に向けて同時に射出する。【００３３】
発光部２１から射出されるレーザ光はビーム状に絞られているものの、実際には微小な広がり角を有しており、そのために橋梁１のような比較的大きな構造物を計測する際にはターゲット１０の照射範囲が無視できない広がりを持つようになる。ターゲット１０の小反射面１３の高さａはそのレーザ光の照射範囲を考慮して決定される。すなわち、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ターゲット１０に照射されるレーザ光ＬＢのビーム径をＤとしたとき、２つ以上の小反射面１３がレーザ光によって同時に照射されるように、小反射面１３の高さａはビーム径Ｄ以下に設定される。ずれ量ｂは、レーザ距離計２０から射出されるレーザ光の周期をＴ（秒）、レーザ光の大気中の速度をＶｃ（ｍｍ／秒）としたときに、Ｖｃ／Ｔ（ｍｍ）以内に設定することができる。高さａはずれ量ｂよりも小さく制限してもよい。これらの高さａ、ずれ量ｂは使用されるレーザ距離計２０のビーム特性（ビームの広がり角度、周波数等）に応じて適宜に調整すればよい。【００３４】
図４に戻って、受光部２４は発光部２１から送られる基準レーザ光とターゲット１０から返された反射光をそれぞれ電気信号に変換して出力する。制御部２５では、受光部２４の出力信号をＡ／Ｄ変換して得られたデジタル信号から基準レーザ光及び反射光に対応したパルス列信号を抽出し、それらのパルス列信号の位相差を利用してレーザ距離計２０からターゲット１０までの距離Ｌを検出する。上記のように、反射光には複数の小反射面１３からの反射光が含まれており、ターゲット１０から各小反射面１３までの距離は互いに異なっているため、反射光に対応した信号にはレーザ光が照射された小反射面１３の数に相当する複数のパルス列が含まれる。例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示したようにレーザ光が二つの小反射面１３に同時に照射されている場合、図６に示したように、反射光に対応した出力信号には基準レーザ光に相当するパルス列信号に対して位相差Δφａを持つパルス列信号と、位相差Δφｂを持つパルス信号とが含まれる。制御部２５ではこれらのパルス信号の位相差に、それぞれの信号強度ＩＮａ、ＩＮｂに対応した重み付け係数を乗じた上で平均化することにより、反射光に対応したパルス列信号の位相差を一意に特定してターゲット１０までの距離を算出する。信号強度ＩＮａ、ＩＮｂは小反射面１３における照射面積Ｓａ、Ｓｂにそれぞれ対応するため、このような処理により、ターゲット１０の反射部１２が階段状であっても、レーザ距離計２０からターゲット１０までの距離の変化を連続的に検出できるようになる。３つ以上の小反射面１３がレーザ光にて同時に照射される場合でも、信号強度に応じた重み付けを利用して位相差を一意に特定することができる。但し、複数の小反射面１３からの反射光に基づいて距離を一意に特定する処理方法は上記に限らず、種々の方法を用いてよい。図５Ａではレーザ光の断面形状を円形としたが、これに限らず、レーザ光の断面形状は楕円形、長円形といった他の形状でもよい。【００３５】
図４に戻って、レーザ距離計２０の制御部２５は入出力インターフェース２６を介して無線通信装置２７と接続される。一方、レーザ距離計２０から離間した位置には無線通信装置３０が設けられ、その無線通信装置３０はデータ処理装置３１と接続される。データ処理装置３１は一対のレーザ距離計２０Ａ、２０Ｂに対して共用される。無線通信装置３０はレーザ距離計２０毎に設けられてもよいし、レーザ距離計２０Ａ、２０Ｂの間で共用されてもよい。【００３６】
データ処理装置３１は、例えば変位計測を制御するためのソフトウエアがインストールされたパーソナルコンピュータにて構成され、撓み計測のために必要なデータ処理及び各レーザ距離計２０の制御を実行する。データ処理装置３１は、計測用のソフトウエアに従って計測に必要な各種の指示を各レーザ距離計２０の制御部２５に出力する。制御部２５はそのデータ処理装置３１から送られる指示に従って発光部２１を制御して距離Ｌの計測を実行する。レーザ距離計２０にて検出された距離Ｌは無線通信装置２７、３０を介してデータ処理装置３１に入力される。データ処理装置３１では無線通信装置３０から入力される距離のデータを入出力インターフェース３２を介して制御部３３に取り込む。無線通信装置２７、３０の間で使用する通信手順は特に制限するものではないが、例えば無線ＬＡＮに準拠した通信手順を使用すればデータ処理装置３１等に汎用製品が使用できて便利である。無線通信装置３０の設置箇所は無線通信装置２７と相互に通信可能な範囲内である限り特に制限されず、橋梁１の付近の屋外、屋内に設置可能である。データ処理装置３１は無線通信装置３０と有線接続されてもよいし、電話回線等のネットワーク網を介して無線通信装置３０と接続されてもよい。なお、レーザ距離計２０の動作に必要な電力は構造物の外部から電源ラインを引いて供給してもよいし、レーザ距離計２０に内蔵させたバッテリにより供給してもよい。太陽発電や風力発電を利用した発電システムを変位計測装置４に設けてもよい。【００３７】
図７は、ターゲット１０Ａ、１０Ｂとレーザ距離計２０Ａ、２０Ｂとの関係を示す斜視図である。この図から明らかなように、一対のターゲット１０Ａ、１０Ｂは、それぞれの底面１１ａが鉛直方向（図の矢印Ｙ方向）に対して直交するようにして橋桁３Ａに取り付けられる。但し、上下方向の向きは互いに異なる。すなわち、一方のターゲット１０Ａは、底面１１ａが鉛直下方を向くように、他方のターゲット１０Ｂは底面１１ａが鉛直上方を向くようにそれぞれ配置されている。これにより、反射部１２の傾きも鉛直方向に関して互いに逆方向となる。すなわち、一方のターゲット１０Ａの反射部１２ａは水平方向に対して斜め上方に向けられ、他方のターゲット１０Ｂの反射部１２は水平方向に対して斜め下方に向けられる。レーザ距離計２０Ａ、２０Ｂは、ターゲット１０Ａ、１０Ｂの反射部１２に向かって互いに平行なレーザ光を射出するように設置される。【００３８】
図８は橋桁３Ａに取り付けられた状態におけるターゲット１０Ａ、１０Ｂを側方から見た状態を示し、図９は図８の矢印IX方向（つまりレーザ光の入射方向）からターゲット１０Ａ、１０Ｂを見た状態を示す。これらの図から明らかなように、ターゲット１０Ａ、１０Ｂは、鉛直方向に関して互いに逆向きに取り付けられるが、変位計測方向である鉛直方向、及びレーザ光の入射方向（図において左右方向）に関するそれぞれの位置は互いに等しい。また、各反射部１２は水平方向に関して同一の側に向けられる。【００３９】
次に、本形態の変位計測装置４を利用して橋桁３Ａの鉛直方向の撓みを計測する方法を説明する。まず、ターゲット１０Ａ、１０Ｂをその反射部１２が変位計測方向（鉛直方向）に対して斜めに傾くように、さらに具体的には、小反射面１３が水平方向を向くようにして橋桁３Ａの変位計測位置に固定する。この場合、反射部１２の傾きは図３に示した斜面の方向、言い換えれば反射部１２の両端部１２ａ、１２ｂを結ぶ方向によって定義される。一方、レーザ距離計２０についてはそのレーザ光の射出方向をターゲット１０の小反射面１３の法線方向と一致させるようにして橋脚２の上端面２ａに設置する。つまり、この形態ではレーザ光のターゲット１０に対する基準入射方向が水平方向に設定される。なお、ターゲット１０の反射部１２に対するレーザ光の実際の入射方向、レーザ距離計２０におけるレーザ光の受光方向は小反射面１３の法線方向と厳密に一致しなくてもよい。レーザ距離計２０で受光する反射光の強度が実用上十分に確保されていれば、入射方向や反射方向（受光方向）は小反射面１３の法線方向に対して幾らかずれていてもよい。基準入射方向と実際の入射方向との間における角度のずれは、後述する方法によってその影響を排除することができる。【００４０】
次に、各レーザ距離計２０から各ターゲット１０の反射部１２に向かってレーザ光を照射し、その反射部１２から各レーザ距離計２０に戻ってくる反射光をレーザ距離計２０で受光してレーザ距離計２０からターゲット１０まで（正確にはターゲット１０におけるレーザ光の反射位置まで）の距離Ｌを計測する。なお、以下の説明では、レーザ距離計２０Ａが計測する距離をＬ１、レーザ距離計２０Ｂが計測する距離をＬ２と表記することがある。これらの距離を区別する必要がないときは距離Ｌと表記する。【００４１】
レーザ距離計２０Ａ、２０Ｂが計測した距離Ｌ１、Ｌ２を無線通信装置２７、３０を介してデータ処理装置３１の制御部３３に取り込む。データ処理装置３１の制御部３３では、取り込まれた距離Ｌ１、Ｌ２の変化量ΔＬ１、ΔＬ２に基づいて、橋桁３Ａ（あるいは上部工３）の鉛直方向の撓み量δを算出する。以下、データ処理装置３１にて実施される撓み量δの演算方法を説明する。【００４２】
図１０に示すように、ターゲット１０Ａ、１０Ｂの反射部１２へのレーザ光の入射方向が、基準入射方向である水平方向に対して角度αずれていることを前提とし、そのずれの角度αを算出する。なお、図１０では、反射部１２をその両端部１２ａ、１２ｂを結ぶ直線（図３の想像線に相当。）で代表している。角度θはターゲット１０Ａ、１０Ｂの反射部１２の水平方向に対する傾斜角であり、既知の値である。一対のターゲット１０Ａ、１０Ｂ間において、傾斜角θの絶対値は互いに等しい。図中の実線は橋桁３Ａが撓む前のターゲット１０を、破線は橋桁３Ａが撓んだときのターゲット１０をそれぞれ示している。
距離Ｌ１、Ｌ２は撓みδが発生しているときのレーザ距離計２０の計測値である。図１１及び図１３においても同様である。【００４３】
図１１に示すように、橋桁３Ａに撓みが生じたことにより、一方のターゲット１０Ａに鉛直下方の変位（撓み量δに等しいため、以下では変位δと表記する。）が生じた場合を考える。変位δが生じる前のレーザ光の反射点をＰａ１、変位δが生じたときのレーザ光の反射点をＰａ２としたとき、レーザ距離計２０Ａの計測値Ｌ１にはΔＬ１の変化が生じる。図１１の左上は、反射点Ｐａ１、Ｐａ２付近の関係を拡大して示したものである。また、図１２は、反射点Ｐａ１、Ｐａ２を結ぶ長さΔＬ１の線分を斜辺とし、反射点Ｐａ１を通過する水平線と、反射点Ｐａ２を通る鉛直線とで形成される直角三角形を抜き出して示している。図１１及び図１２に示した幾何学的関係から、距離ａ、ｓと変位δとの間には下式（１）の関係がある。【００４４】
【数５】
2008123510.tif 000007
【００４５】
式（１）から、変位δは下式（２）のように記述することができる。【００４６】
【数６】
2008123510.tif 000008
【００４７】
一方、図１３に示すように、他方のターゲット１０Ｂにも、鉛直下方に同一変位δを与えた場合を考える。この場合、変位δが生じる前のレーザ光の反射点をＰｂ１、変位δが生じたときのレーザ光の反射点をＰｂ２としたとき、レーザ距離計２０Ｂの計測値Ｌ２にはΔＬ２の変化が生じる。図１３の下部は、反射点Ｐｂ１、Ｐｂ２付近の関係を拡大して示したものである。また、図１４は、反射点Ｐｂ１、Ｐｂ２を結ぶ長さΔＬ２の線分を斜辺とし、反射点Ｐｂ１を通過する水平線と、反射点Ｐｂ２を通る鉛直線とで形成される直角三角形を抜き出して示している。図１３及び図１４に示した幾何学的関係から、距離ａ、ｓと変位δとの間には下式（３）の関係がある。【００４８】
【数７】
2008123510.tif 000009
【００４９】
式（３）から、変位δは下式（４）のように記述することができる。【００５０】
【数８】
2008123510.tif 000010
【００５１】
ターゲット１０Ａ、１０Ｂの変位δは互いに等しい。つまり、式（２）、（４）の右辺は互いに等しい。この点に着目して、式（２）、（４）を連立方程式として角度αについて解くことにより、下式（５）が得られる。【００５２】
【数９】
2008123510.tif 000011
【００５３】
式（５）を利用すれば、レーザ距離計２０Ａ、２０Ｂのそれぞれの計測値Ｌ１、Ｌ２の変化量ΔＬ１、ΔＬ２、及びターゲット１０Ａ、１０Ｂの反射部１２の傾斜角θを利用して、角度αを算出することができる。そして、得られた角度αを式（２）又は（４）に代入することにより、変位δ、すなわち橋桁３Ａの鉛直方向の撓み量δを算出することができる。【００５４】
上記では水平方向に対するレーザ光の入射方向の角度αを算出しているが、式（２）、（４）、（５）から角度αを用いることなく、変位δを表現すれば以下の通りである。【００５５】
【数１０】
2008123510.tif 000012
【００５６】
従って、レーザ距離計２０Ａ、２０Ｂの計測値Ｌ１、Ｌ２を取り込んでそれぞれの変化量ΔＬ１、ΔＬ２を算出し、予め判明している傾斜角θとともに、それらの変化量ΔＬ１、ΔＬ２を式（６）に代入することにより、角度αの算出を省略して、変位δを算出することができる。【００５７】
以上のように、本形態の変位計測装置４によれば、傾斜した反射部１２を有する一対の同形同大のターゲット１０Ａ、１０Ｂをそれらの反射部１２の傾きが鉛直方向に関して互いに逆向きとなるようにして橋桁３Ａの変位計測位置に設置し、それらのターゲット１０に対してレーザ距離計２０から互いに平行なレーザ光を照射しているため、レーザ光の入射方向のずれαの影響を排除して、橋桁３Ａの正確な撓み量δを計測することができる。【００５８】
上記の形態では、レーザ光の入射方向が基準入射方向に対してずれていることを前提とし、その角度のずれの影響が排除されるようにして撓み量δを求めたが、本形態の変位計測装置４では、レーザ距離計２０Ａ、２０Ｂのそれぞれから出力される計測値Ｌ１、Ｌ２の変化量ΔＬ１、ΔＬ２を利用して、入射方向のずれ角αがゼロとなるようにレーザ距離計２０Ａ、２０Ｂの向きを補正することもできる。すなわち、図１５に示したように、レーザ光の入射方向が水平方向に一致していれば、レーザ距離計２０Ａ、２０Ｂのそれぞれの計測値の変化量ΔＬ１、ΔＬ２は絶対値が互いに等しく、かつ方向が互いに逆となる。
従って、角度αがゼロのときは変化量ΔＬ１、ΔＬ２の和はゼロとなる。従って、データ処理装置３１にて変化量ΔＬ１、ΔＬ２の和を演算し、その和がゼロとなるようにレーザ距離計２０Ａ、２０Ｂの向きを補正すれば、レーザ光の入射方向を水平方向に一致させることができる。【００５９】
本発明は上記の形態に限ることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、ターゲット１０の反射部１２は階段状の構成に限らない。レーザ光を入射方向と逆向きに返すことができるものであればその構成は適宜に変更可能である。反射部１２を波状に構成してもよい。小反射面１３を設ける場合でも、各小反射面１３に凹凸を付してもよい。
さらに、反射部１２は、図３の想像線に沿った一定勾配の斜面状に形成されてもよい。【００６０】
また、上記の形態では、レーザ距離計２０Ａ、２０Ｂが距離検出手段に、データ処理装置３１が変位算出手段にそれぞれ相当するが、これらは適宜の変更が可能である。例えば、レーザ距離計２０は、ターゲット１０毎に互いに独立して設けられているが、一対のレーザ距離計２０Ａ、２０Ｂを一体型の距離計ユニットとして構成し、その距離計ユニットから各ターゲットに向けて互いに平行な一対のレーザ光を射出させてもよい。本形態では、レーザ距離計２０Ａ、２０Ｂのそれぞれで距離Ｌ１、Ｌ２を計測し、それらの距離Ｌ１、Ｌ２をデータ処理装置３１に出力して変化量ΔＬ１、ΔＬ２を計測するものとしたが、レーザ距離計２０Ａ、２０Ｂのそれぞれにて距離の変化量を計測し、それらの計測値をデータ処理装置３１に出力して変位δを演算してもよい。【００６１】
本発明において、変位の計測方向は鉛直方向に限ることなく、適宜の方向を変位計測方向として設定することができる。例えば、上部工の幅方向を変位計測方向として設定してもよい。この場合には、一対のターゲット１０Ａ、１０Ｂを鉛直方向に連ねて配置すればよい。さらに、本発明は、橋梁の上部工の変位の計測に限らず、各種の構造物の計測に適用することができる。さらには、構造物以外にも、山の斜面といった地形その他、各種の計測対象の適宜の位置を計測対象位置として設定して、その特定方向の変位を本発明で計測してよい。【００６２】
次に、本発明の他の形態に係るターゲットを説明する。図１６は本発明の変位計測装置に適用可能な他のターゲット１００の側面図、図１７はその斜視図である。これらの図に示すように、ターゲット１００は、概略三角形状のターゲット本体１０１を有し、そのターゲット本体１０１の斜面に相当する部分が反射部１０２として構成されている。ターゲット本体１０１の底面１０１ａ、端面１０１ｂ及び側面１０１ｃは互いに直交する平面に形成されている。反射部１０２には、複数の小反射面１０３が反射部１０２の一端１０２ａから他端１０２ｂに向かって一定方向（この場合は端面１０１ｂの法線方向）に漸次位置をずらしながら設けられることにより、全体として階段状に形成されている。小反射面１０３は互いに平行であり、しかも各小反射面１０３の法線方向は底面１０１ａと平行である。言い換えれば、小反射面１０３は、それらの法線方向及びターゲット１００の高さ方向（法線方向と直交する方向）のそれぞれに漸次位置をずらしながら配置されている。端面１０１ｂと平行な高さ方向に関する小反射面１０３の高さａは互いに等しい。また、底面１０１ａと平行な奥行き方向に関する小反射面１０３のずれ量ｂも互いに等しい。以上の点は図３のターゲット１０と同様である。なお、本形態においても、小反射面１０３の個数、高さａ及びずれ量ｂは、計測すべき変位の大きさ、変位計測の分解能、レーザ距離計２０の仕様、ターゲット１００とレーザ距離計２０との距離Ｌ等の各種の計測条件に応じて適宜に設定してよい。【００６３】
さらに、本形態のターゲット１００では、小反射面１０３間に存在する非反射面１０４が、小反射面１０３の法線方向に対して斜めに傾けられている。図１８は反射部１０２の拡大図である。反射部１０２の両端１０２ａ、１０２ｂを結ぶ線分Ｌａをターゲット本体１０１の斜面としたとき、非反射面１０４はその斜面の傾きと逆向きに傾けられている。言い換えれば、図１８中に矢印Ｚａに示したように、反射部１０２を小反射面１０３の法線方向から見たとき、非反射面１０４はその前端から後端に向かって下り勾配を描くように傾けられることにより、小反射面１０３よりも高さ方向に後退している。このように非反射面１０４を傾けることにより、反射部１０２を小反射面１０３の法線方向から見たときに、各小反射面１０３が部分的に重なり合う。具体的には、各小反射面１０３の上部が一つ後方の小反射面１０３の下部と重なり合う。非反射面１０４の傾きは適宜に定めてよい。一例として、一つの小反射面１０３の高さがａ、小反射面１０３同士の水平方向（小反射面１０３の法線方向）の間隔がｂのとき、非反射面１０４の勾配がａ／２ｂとなるように非反射面１０４の傾きが設定される。なお、図１８に示されているように、小反射面１０３には、レーザ光に対する反射率を高めるための反射シート１０５が貼り付けられている。但し、十分な反射率が確保できる場合には反射シート１０５を省略してもよい。【００６４】
以上のように構成されたターゲット１００によれば、非反射面１０４に上記のような傾斜が付されているため、レーザ光の入射方向が小反射面１０３の法線方向からずれた場合でも、非反射面１０４へのレーザ光の入射を抑えることができる。その理由は次の通りである。図１８に矢印Ｚａで示すように反射部１０２を小反射面１０３の法線方向から見た場合、矢印Ｚｂに示すように反射部１０２を見下ろした場合、矢印Ｚｃに示すように反射部１０２を見上げた場合の反射部１０２の見え方を図１９にそれぞれ示す。矢印Ｚａ方向及び矢印Ｚｃ方向から反射部１０２を見た場合には非反射面１０４が隠れて見えないことは当然であるが、本形態では、矢印Ｚｂ方向から反射部１０２を見た場合であっても、その視線方向の法線方向からのずれ角が、小反射面１０３の法線方向に対する非反射面１０４の傾斜角以内であれば非反射面１０４は隠れて見えない。よって、非反射面１０４へのレーザ光の入射が抑えられる。従って、ターゲット１００の設置誤差に関する許容度が高く、レーザ光の入射方向が小反射面１０３の法線方向から多少ずれても安定して計測を行うことができる。これに対して、上述したターゲット１０では、反射部１２を見下ろした場合、図２０に示すように小反射面（ハッチング領域）１３間に非反射面１４が露出し、その露出部分にレーザ光が入射する。非反射面１４へのレーザ光の入射を避けるためには、レーザ光の入射方向を小反射面１３の法線方向又は反射部１２を見上げる方向に制限する必要がある。【００６５】
図２１は本発明のさらに他の形態に係るターゲット１１０の側面図、図２２はその斜視図である。これらの図に示すように、ターゲット１１０は、概略三角形状のターゲット本体１１１を有し、そのターゲット本体１１１の斜面に相当する部分が反射部１１２として構成されている。ターゲット本体１１１の底面１１１ａ、端面１１１ｂ及び側面１１１ｃは互いに直交する平面に形成されている。反射部１１２には、複数の小反射面１１３が反射部１１２の一端１１２ａから他端１１２ｂに向かって一定方向（この場合は端面１１１ｂの法線方向）に漸次位置をずらしながら設けられることにより、全体として階段状に形成されている。小反射面１１３は互いに平行であり、しかも各小反射面１１３の法線方向は底面１１１ａと平行である。言い換えれば、小反射面１１３は、それらの法線方向及びターゲット１１０の高さ方向（法線方向と直交する方向）のそれぞれに漸次位置をずらしながら配置されている。端面１１１ｂと平行な高さ方向に関する小反射面１１３の高さａは互いに等しい。また、底面１１１ａと平行な奥行き方向に関する小反射面１１３のずれ量ｂも互いに等しい。以上の点は図３のターゲット１０と同様である。なお、本形態においても、小反射面１１３の個数、高さａ及びずれ量ｂは、計測すべき変位の大きさ、変位計測の分解能、レーザ距離計２０の仕様、ターゲット１００とレーザ距離計２０との距離Ｌ等の各種の計測条件に応じて適宜に設定してよい。【００６６】
図２３に詳しく示したように、本形態のターゲット１１０では、小反射面１１３間に存在する非反射面１１４が小反射面１１３と直交する平面状に形成される一方で、小反射面１１３はそれらの非反射面１１４を超えて上方に突出する。これにより、反射部１１２を小反射面１１３の法線方向（図２３の矢印Ｚａ方向）から見たときに、非反射面１１４が小反射面１０３よりも高さ方向に一様に後退する。それにより、各小反射面１１３が部分的に重なり合う。具体的には、反射部１１２を小反射面１１３の法線方向から見たとき、各小反射面１１３の上部が一つ後方の小反射面１１３の下部と重なり合う。非反射面１１４からの小反射面１１３の突出量は適宜に定めてよい。一例として、小反射面１１３の全高をａとしたときに、非反射面１１４からの小反射面１１３の突出量がａ／２に設定される。なお。図２３に示されているように、小反射面１１３には、レーザ光に対する反射率を高めるための反射シート１１５が貼り付けられている。但し、十分な反射率が確保できる場合には反射シート１１５を省略し、ターゲット本体１１１の素材そのもので小反射面１１３を形成してもよい。反射シート１１５が十分な剛性を有している場合には、図３のターゲット１０の小反射面１３上に、その小反射面１３よりも全高が大きい反射シート１１５を固定することによりターゲット１１０を構成してもよい。【００６７】
以上のターゲット１１０においては、図１８及び図１９のターゲット１００と同様に反射部１１２を矢印Ｚｂ方向から見下ろした場合でも、一定範囲では非反射面１１４が小反射面１１３に隠れて見えない。従って、本形態のターゲット１１０によっても、非反射面１１４へのレーザ光の入射が抑えられ、ターゲット１１０の設置誤差に関する許容度が高くなる。【００６８】
なお、上述したターゲット１００、１１０は、図１に示した形態、すなわち、一箇所の変位計測対象位置に関して２組のターゲット１０とレーザ距離計２０とを使用する変位計測装置又は方法に適用される例に限らない。図２４に示したように、一箇所の変位計測対象位置に関して１組のターゲット１００とレーザ距離計２０とを使用して変位を計測する場合でも、非反射面１０４へのレーザ光の入射を抑えて変位計測の安定性を高めることが可能である。よって、レーザ光の入射方向が小反射面１１３の法線方向から多少ずれても安定して計測を行うことができる。【００６９】
図２４のように１組のターゲット１００とレーザ距離計２０とを利用する場合には、レーザ距離計２０からターゲット１００の反射部１０２に向かってレーザ光を照射し、その反射部１０２からレーザ距離計２０に戻ってくる反射光をレーザ距離計２０で受光してレーザ距離計２０からターゲット１００まで（正確にはターゲット１０におけるレーザ光の反射位置まで）の距離を計測する。その計測された距離をＬｓとすれば、図２５に示す要領で変位を算出することができる。すなわち、橋桁３Ａ等の構造物（変位計測対象）が基準状態に対して鉛直方向にＹだけ撓んだ場合、ターゲット１００の反射部１０２も撓みＹに相当するだけ下方に変位し、その鉛直方向のターゲット１００の変位に伴って距離ＬｓがＬｓ′に変化する。それらの距離の変化量がＸ（＝Ｌｓ−Ｌｓ′）であったとしたとき、ターゲット１００の底面１０１ａに対する反射部１０２の傾斜角をθとすれば、ＸとＹとの間には次式（７）の関係が成立する。【００７０】
【数１１】
2008123510.tif 000013
【００７１】
この式（７）の関係を利用して、レーザ距離計２０の距離の変化量Ｘから橋桁３Ａ等の変位Ｙを算出すればよい。なお、上記では、レーザ距離計２０から距離Ｌｓを出力させているが、レーザ距離計２０から距離Ｌｓの変化量Ｘ（＝Ｌｓ−Ｌｓ′）を出力させてもよい。ターゲット１１０に関しても同様に、１組のターゲットとレーザ距離計とを使用する形態の変位計測装置又は方法に適用可能であり、その場合の変位の算出は上記と同様でよい。【００７２】
図２６はターゲットの取付構造に関する形態を示す。本形態は、上述したターゲット１０、１００、１１０のいずれに対しても適用可能であるが、ここではターゲット１０を例にして説明する。本形態では、ターゲット１０と計測対象の構造物１２０との間に基台１２１が配置されている。基台１２１は、不図示の固定手段により構造物１２０に固定されている。その固定手段としては、ボルト、リベット、磁石、溶接等の適宜の手段を用いてよい。ターゲット１０には中抜き部１６が設けられており、その中抜き部１６にはターゲット１０と基台１２１とを連結する手段として、複数本のボルト１２２がねじ込まれている。各ボルト１２２の先端部は、基台１２１に回転自在かつ軸線方向には移動不能に取り付けられている。従って、ボルト１２２を個別に回転させることにより、ターゲット１０の取り付け高さを適宜に調整することができる。また、ターゲット１０の構造物１２０に対する傾きも調整可能である。
【実施例】
【００７３】
図１に示す形態の変位計測装置の効果を確認すべく、図７に示すようにターゲット１０Ａ、１０Ｂ及びレーザ距離計２０Ａ、２０Ｂを設置し、ターゲット１０Ａ、１０Ｂに鉛直方向の変位を与えたときの当該変位をレーザ距離計２０Ａ、２０Ｂにて計測してその精度を評価した。実験結果を、比較例とともに図２７Ａ及び図２７Ｂに示す。なお、図７の距離Ｌｒｅｆは５ｍ、１１ｍの２種類に設定した。入射方向のずれ角αは、距離Ｌｒｅｆが５ｍの場合において、−５°〜５°の間で１°ずつ変化させ、距離Ｌｒｅｆが１１ｍの場合において、−１°〜５°の間での間で１°ずつ変化させた。ターゲット１０Ａ、１０Ｂの小反射面１３の高さ（図３の寸法ａ）は５ｍｍ、小反射面１３同士の基準入射方向における距離（図３の寸法ｂ）は１０ｍｍとした。測定で使用したレーザ距離計２０Ａ、２０Ｂは、ジック（Ｓｉｃｋ）株式会社のＤＭＥ２０００である。【００７４】
実験では、ターゲット１０Ａ、１０Ｂに与えた変位を、１／５００ｍｍの精度を有する接触式変位計にて計測し、その計測値を基準値とした。基準値と、レーザ距離計２０Ａ、２０Ｂから出力される距離Ｌ１、Ｌ２の変化量△Ｌ１、ΔＬ２、及び既知の傾斜角θを上式（１０）に代入して得られた変位とを比較して変位の計測誤差を求めた。図２７Ａは距離Ｌｒｅｆが５ｍの場合におけるずれ角αを横軸に、変位の計測誤差を縦軸にとって示している。図２７Ｂは距離Ｌｒｅｆが１１ｍの場合である。比較例１は、ターゲット１０Ａのみを用いて変位を計測した場合の計測誤差を、比較例２はターゲット１０Ｂのみを用いて変位を計測した場合の計測誤差を示している。但し、比較例１、２では、レーザ距離計２０にて計測された距離の変化量をΔＬとしたとき、その変化量△Ｌと傾斜角θにおける正接関数との積により変位δを算出した。つまり、δ＝ΔＬ・ｔａｎθとした。【００７５】
図２７Ａ、１６Ｂから明らかなように、ずれ角αがゼロ又はその近傍では実施例と比較例１、２との間で変位誤差に大きな差は見られないが、ずれ角αが増加するに従って、比較例１、２では変位誤差が拡大するのに対して、実施例ではそのような傾向が小さい。よって、本発明によれば、変位δをより正確に測定できることが確認された。
【図１】
2008123510.tif 000018
【図２】
2008123510.tif 000019
【図３】
2008123510.tif 000020
【図４】
2008123510.tif 000021
【図５Ａ】
2008123510.tif 000022
【図５Ｂ】
2008123510.tif 000023
【図６】
2008123510.tif 000024
【図７】
2008123510.tif 000025
【図８】
2008123510.tif 000026
【図９】
2008123510.tif 000027
【図１０】
2008123510.tif 000028
【図１１】
2008123510.tif 000029
【図１２】
2008123510.tif 000030
【図１３】
2008123510.tif 000031
【図１４】
2008123510.tif 000032
【図１５】
2008123510.tif 000033
【図１６】
2008123510.tif 000034
【図１７】
2008123510.tif 000035
【図１８】
2008123510.tif 000036
【図１９】
2008123510.tif 000037
【図２０】
2008123510.tif 000038
【図２１】
2008123510.tif 000039
【図２２】
2008123510.tif 000040
【図２３】
2008123510.tif 000041
【図２４】
2008123510.tif 000042
【図２５】
2008123510.tif 000043
【図２６】
2008123510.tif 000044
【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
2008123510.tif 000046
【国際調査報告】
2008123510.tif 000047
2008123510.tif 000048
2008123510.tif 000049
2008123510.tif 000050