(57)【要約】【課題】局所的な変形が生じた場合にもより正確に変位を計測することができる変位計測装置及び変位計測方法を提供する。【解決手段】変位計測装置１は、光線Ｂを出射する照射部５と、前記光線Ｂの一部を透過し第１光線B1を出射すると共に前記光線Ｂの他の一部を分離して延長光EBを出射する光路長変更部６と、前記第１光線B1及び前記延長光EBを受光して天井３の変位を検出する変位検出部７とを備える。変位検出部７は、第１光線B1を受光して第１受光位置を検出する第１受光部10と、前記延長光EBを受光して第２受光位置を検出する第２受光部11と、前記第１受光位置及び前記第２受光位置から変位を算出する算出部12とを有する。【選択図】図１
2011013095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体に対し所定間隔を隔てて設けられた変位検出対象物の前記基体に対する水平方向の変位を計測する変位計測装置であって、
前記変位検出対象物から前記基体に向かって光線を出射する１又は複数の光源を有し、前記変位検出対象物に設けられる照射部と、
前記基体に設けられ、前記光線を受光して前記変位検出対象物の変位を検出する変位検出部と
を備え、
前記変位検出部は、
前記光線の一部を受光して前記所定間隔を光路長とする第１受光位置を検出する第１受光部と、
前記光線の他の一部の光路長を変更する光路長変更部と、
前記光路長変更部によって所定距離だけ変更された長さを光路長とする第２受光位置を検出する第２受光部と
を有することを特徴とする変位計測装置。
【請求項２】
前記光路長変更部は、前記光線の他の一部を直角に屈折させた延長光を出射し、
前記第２受光部は、
前記光路長変更部と前記所定距離を隔てて受光面を前記光路長変更部に対向させて設けられ、前記延長光を受光して前記所定間隔に前記所定距離を加えた長さを光路長とする前記第２受光位置を検出する
ことを特徴とする請求項１記載の変位計測装置。
【請求項３】
前記光路長変更部は、前記光線を受光して、前記光線の一部を透過し第１光線を出射すると共に、前記光線の他の一部を分離して直角に屈折させた前記延長光を前記第２受光部へ出射し、
前記第１受光部は、前記第１光線を受光して前記第１受光位置を検出する
ことを特徴とする請求項２記載の変位計測装置。
【請求項４】
前記照射部は、
前記光線を受光して、前記光線の一部を透過し第１光線を出射すると共に、前記光線の他の一部を分離して直角に屈折させた第２光線を出射する分離器と、
前記第２光線を前記基体に向かって直角に屈折させる屈折部とを有し、
前記第１受光部は、前記第１光線を受光して前記第１受光位置を検出し、
前記光路長変更部は、前記第２光線を受光して直角に屈折させた前記延長光を前記第２受光部へ出射する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の変位計測装置。
【請求項５】
前記光源は、放射状に伝搬する放射光線を出射し、
前記照射部は、前記放射光線を受光して集光線を出射し前記第１受光部に集光させる集光部を有し、
前記光路長変更部は、前記集光線を受光して、前記集光線の一部を透過し前記第１光線を出射すると共に、前記集光線の他の一部を分離して直角に屈折させて前記延長光を出射し、
前記光路長変更部と前記第２受光部との間に、前記延長光を受光して光軸に平行な平行光線とする凹レンズが設けられている
ことを特徴とする請求項２記載の変位計測装置。
【請求項６】
前記基体と前記変位検出対象物との前記所定間隔をＨ、
前記光路長変更部と前記第２受光部との前記所定距離をＬ、
前記天井の平面内に設けられ互いに直交するｘ軸及びｙ軸で形成され、変位前の前記光源の位置を原点Ｏとするｘｙ座標において、変位後の前記光源の位置を（δｘ、δｙ）、
前記第１受光部の平面内に設けられたｘ’軸とｙ’軸とで形成され、前記第１受光部で検出した変位前の前記第１受光位置を原点Ｏ’としたｘ’ｙ’座標において、前記第１受光部で検出した変位後の前記第１受光位置を（ｘ１、ｙ１）、
前記第２受光部の平面内に設けられたｘ”軸とｙ”軸とで形成され、前記第２受光部で検出した変位前の前記第２受光位置を原点Ｏ”としたｘ”ｙ”座標において、前記第２受光部で検出した変位後の前記第２受光位置を（ｘ２、ｙ２）、
前記光源の位置（δｘ、δｙ）における前記ｘ軸周り及び前記ｙ軸周りの回転角度をそれぞれφｘ、φｙとした場合、
前記変位検出部は、次式
【数１３】
2011013095.tif 000015
【数１４】
2011013095.tif 000016
によって前記（δｘ、δｙ）を算出する
ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の変位計測装置。
【請求項７】
前記照射部は、
前記変位検出対象物から前記基体に向かって互いに平行な第１光線と、第２光線と、第３光線とを出射し、
前記光路長変更部は、前記第２光線を受光して光路長を前記所定距離だけ変更し、
前記変位検出部は、
前記第１受光部が、前記第１光線を受光して前記第１受光位置を検出すると共に、
光路長が変更された前記第２光線を受光して第２受光位置を検出する第２受光部と、
前記屈折部から出射された前記第３光線を受光して前記所定間隔を光路長とする第３受光位置を検出する第３受光部とを有する
ことを特徴とする請求項１記載の変位計測装置。
【請求項８】
前記照射部は、
前記光源から出射される前記光線を受光して、前記光線の一部を透過し前記第１光線を出射すると共に、前記光線の他の一部を直角に屈折させた屈折光を出射する第１分離器と、
前記屈折光を受光して、前記屈折光の一部を直角に屈折させ前記第２光線を出射すると共に、前記屈折光の他の一部を透過し第３光線を出射する第２分離器と、
前記第３光線を直角に屈折させる屈折部と
を有することを特徴とする請求項７記載の変位計測装置。
【請求項９】
前記光路長変更部は、前記第２光線を直角に屈折させた延長光を前記第２受光部へ出射し、
前記第２受光部は、前記光路長変更部と前記所定距離を隔てて受光面を前記光路長変更部に対向させて設けられ、前記延長光を受光して前記所定間隔に前記所定距離を加えた長さを光路長とする前記第２受光位置を検出する
ことを特徴とする請求項７又は８記載の変位計測装置。
【請求項１０】
前記基体と前記変位検出対象物との前記所定間隔をＨ、
前記光路長変更部と前記第２受光部との前記所定距離をＬ、
前記天井の平面内に設けられ互いに直交するｘ軸及びｙ軸で形成され、変位前の前記光源の位置を原点Ｏとするｘｙ座標において、変位後の前記光源の位置を（δｘ、δｙ）、
前記第１受光部の平面内に設けられたｘ’軸とｙ’軸とで形成され、前記第１受光部で検出した変位前の前記第１受光位置を原点Ｏ’とするｘ’ｙ’座標において、前記第１受光部で検出した変位後の前記第１受光位置を（ｘ１、ｙ１）、
前記第２受光部の平面内に設けられたｘ”軸とｙ”軸とで形成され、前記第２受光部で検出した変位前の前記第２受光位置を原点Ｏ”とするｘ”ｙ”座標において、前記第２受光部で検出した変位後の前記第２受光位置を（ｘ２、ｙ２）、
前記第３受光部の平面内に設けられたｘ’’’軸とｙ’’’軸とで形成され、前記第３受光部で検出した変位前の前記第３受光位置を原点Ｏ’’’とするｘ’’’ｙ’’’座標において、前記第３受光部で検出した変位後の前記第３受光位置を（ｘ３、ｙ３）、
前記光源の位置（δｘ、δｙ）における前記ｘ軸周り及び前記ｙ軸周りの回転角度をそれぞれφｘ、φｙとした場合、
前記第２分離器を通るｚ’軸周りの回転角度をψとした場合、
前記変位検出部は、次式
【数１５】
2011013095.tif 000017
【数１６】
2011013095.tif 000018
によって前記（δｘ、δｙ）を算出する
ことを特徴とする請求項９記載の変位計測装置。
【請求項１１】
基体に対し所定間隔を隔てて設けられた変位検出対象物の前記基体に対する水平方向の変位を計測する変位計測方法であって、
前記変位検出対象物から前記基体に向かって１又は複数の光線を出射する照射ステップと、
前記光線を受光して前記変位検出対象物の変位を検出する変位検出ステップと
を備え、
前記変位検出ステップは、
前記光線の一部を受光して前記所定間隔を光路長とする第１受光位置を検出する第１受光ステップと、
前記光線の他の一部の光路長を変更する光路長変更ステップと、
前記光路長変更ステップによって所定距離だけ変更された長さを光路長とする第２受光位置を検出する第２受光ステップと
を有することを特徴とする変位計測方法。
【請求項１２】
前記光路長変更ステップは、前記光線の他の一部を直角に屈折させた延長光を出射する延長ステップを有し、
第２受光ステップは、前記延長光を受光して前記所定間隔に前記所定距離を加えた長さを光路長とする第２受光位置を検出する
ことを特徴とする請求項１１記載の変位計測方法。
【請求項１３】
前記基体と前記変位検出対象物との前記所定間隔をＨ、
前記光路長変更部と前記第２受光部との前記所定距離をＬ、
前記天井の平面内に設けられ互いに直交するｘ軸及びｙ軸で形成され、変位前の前記光源の位置を原点Ｏとするｘｙ座標において、変位後の前記光源の位置を（δｘ、δｙ）、
前記第１受光部の平面内に設けられたｘ’軸とｙ’軸とで形成され、前記第１受光部で検出した変位前の前記第１受光位置を原点Ｏ’としたｘ’ｙ’座標において、前記第１受光部で検出した変位後の前記第１受光位置を（ｘ１、ｙ１）、
前記第２受光部の平面内に設けられたｘ”軸とｙ”軸とで形成され、前記第２受光部で検出した変位前の前記第２受光位置を原点Ｏ”としたｘ”ｙ”座標において、前記第２受光部で検出した変位後の前記第２受光位置を（ｘ２、ｙ２）、
前記光源の位置（δｘ、δｙ）における前記ｘ軸周り及び前記ｙ軸周りの回転角度をそれぞれφｘ、φｙとした場合、
前記変位検出部は、次式
【数１７】
2011013095.tif 000019
【数１８】
2011013095.tif 000020
によって前記（δｘ、δｙ）を算出する
ことを特徴とする請求項１２記載の変位計測方法。
【請求項１４】
前記照射ステップは、
前記変位検出対象物から前記基体に向かって互いに平行な第１光線と、第２光線と、第３光線とを出射し、
前記光路長変更ステップは、前記第２光線を受光して前記所定間隔に対し前記所定距離だけ光路長を変更し、
前記変位検出ステップは、
前記第２受光ステップが、前記第２光線を受光して光路長が変更された前記第２受光位置を検出すると共に、
前記第３光線を受光して前記所定間隔を光路長とする第３受光位置を検出する第３受光ステップを有する
ことを特徴とする請求項１１記載の変位計測方法。
【請求項１５】
前記照射ステップは、
前記光源から出射される一の前記光線を受光して、前記光線の一部を透過し前記第１光線を出射すると共に、前記光線の他の一部を直角に屈折させた屈折光を出射する第１分離ステップと、
前記屈折光を受光して、前記屈折光の一部を直角に屈折させ前記第２光線を出射すると共に、前記屈折光の他の一部を透過し第３光線を出射する第２分離ステップと、
前記第３光線を直角に屈折させる屈折ステップと
を有することを特徴とする請求項１４記載の変位計測方法。
【請求項１６】
前記光路長変更ステップは、前記第２光線を直角に屈折させた延長光を出射する延長ステップを有し、
第２受光ステップは、前記延長光を受光して前記所定間隔に前記所定距離を加えた長さを光路長とする第２受光位置を検出する
ことを特徴とする請求項１４又は１５記載の変位計測方法。
【請求項１７】
前記基体と前記変位検出対象物との前記所定間隔をＨ、
前記光路長変更部と前記第２受光部との前記所定距離をＬ、
前記天井の平面内に設けられ互いに直交するｘ軸及びｙ軸で形成され、変位前の前記光源の位置を原点Ｏとするｘｙ座標において、変位後の前記光源の位置を（δｘ、δｙ）、
前記第１受光部の平面内に設けられたｘ’軸とｙ’軸とで形成され、前記第１受光部で検出した変位前の前記第１受光位置を原点Ｏ’とするｘ’ｙ’座標において、前記第１受光部で検出した変位後の前記第１受光位置を（ｘ１、ｙ１）、
前記第２受光部の平面内に設けられたｘ”軸とｙ”軸とで形成され、前記第２受光部で検出した変位前の前記第２受光位置を原点Ｏ”とするｘ”ｙ”座標において、前記第２受光部で検出した変位後の前記第２受光位置を（ｘ２、ｙ２）、
前記第３受光部の平面内に設けられたｘ’’’軸とｙ’’’軸とで形成され、前記第３受光部で検出した変位前の前記第３受光位置を原点Ｏ’’’とするｘ’’’ｙ’’’座標において、前記第３受光部で検出した変位後の前記第３受光位置を（ｘ３、ｙ３）、
前記光源の位置（δｘ、δｙ）における前記ｘ軸周り及び前記ｙ軸周りの回転角度をそれぞれφｘ、φｙとした場合、
前記第２分離器を通るｚ’軸周りの回転角度をψとした場合、
前記変位検出部は、次式
【数１９】
2011013095.tif 000021
【数２０】
2011013095.tif 000022
によって前記（δｘ、δｙ）を算出する
ことを特徴とする請求項１６記載の変位計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位計測装置、及び変位計測方法に関し、例えば建物の床の水平方向の変位を検出する場合に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震等の災害によって建物の構造部分に被害が生じたか否かを測定する場合には、図10に示すように、構造物101の天井部分102に対し振動方向に平行へ出射したレーザ光103によって、振動方向の変位を計測するレーザ変位計測装置100が知られている。ところが、このレーザ変位計測装置100は、計測できる変位が一方向のみであって、当該一方向と直交する他方向や、鉛直方向の変位を計測することができないだけでなく、当該レーザ変位計測装置100を保持するための固定台104が大型となるため、取り付け場所が制約されるという問題があった。
【０００３】
また、鋼線を用いた層間変位計測システムが開示されている（例えば、非特許文献１）。本システムは、建物のフレームにブレース状に鋼線を張り渡し、その端部に設置した歪変位計で対角方向の変位量を計測し、別に設置する収録装置上で層高さと柱スパンから層間変位を算出する。ところが、本システムは、接触型であるため、設置場所が制約されるという問題がある。
【０００４】
これに対し、例えばレーザ光と撮像手段とを用いて、観測点から見た変位検出対象物の観察軸と垂直平面上との変位、或いは垂直平面の傾きを測定している計測システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような計測システムでは、変位検出対象物に向けて照射したレーザ光の入射部位の光点位置を、カメラ等の撮像手段で撮像し、得られた画像に所定の画像処理を施して変位検出対象物の三方向の変位を計測し得るようになされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２９７０８６７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】伊澤忠明、外２名、「鋼線を用いた層間変位計測システムの提案」、日本建築学会大会学術講演梗概集（中国）、2008年9月、21086、p.171-172
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に係る発明では、レーザや撮像手段を設置する天井又は床が、局所的に変形すると、天井又は床の回転方向の変形によって水平方向の変位に誤差が生じる。この誤差を本明細書では角度誤差と呼ぶ。この角度誤差が生じることにより、従来では、正確な変位計測が困難になるという問題があった。このような局所的な変形による角度誤差は、地震によって発生することが知られている。従って、従来の計測システムでは、測定した層間変位に角度誤差が混合されて出力されてしまうので、正確な変位計測が困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は、局所的な変形が生じた場合にもより正確に変位を計測することができる変位計測装置及び変位計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る発明は、基体に対し所定間隔を隔てて設けられた変位検出対象物の前記基体に対する水平方向の変位を計測する変位計測装置であって、前記変位検出対象物から前記基体に向かって光線を出射する１又は複数の光源を有し、前記変位検出対象物に設けられる照射部と、前記基体に設けられ、前記光線を受光して前記変位検出対象物の変位を検出する変位検出部とを備え、前記変位検出部は、前記光線の一部を受光して前記所定間隔を光路長とする第１受光位置を検出する第１受光部と、前記光線の他の一部の光路長を変更する光路長変更部と、前記光路長変更部によって所定距離だけ変更された長さを光路長とする第２受光位置を検出する第２受光部とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に係る発明は、前記光路長変更部は、前記光線の他の一部を直角に屈折させた延長光を出射し、前記第２受光部は、前記光路長変更部と前記所定距離を隔てて受光面を前記光路長変更部に対向させて設けられ、前記延長光を受光して前記所定間隔に前記所定距離を加えた長さを光路長とする前記第２受光位置を検出することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に係る発明は、前記光路長変更部は、前記光線を受光して、前記光線の一部を透過し第１光線を出射すると共に、前記光線の他の一部を分離して直角に屈折させた前記延長光を前記第２受光部へ出射し、前記第１受光部は、前記第１光線を受光して前記第１受光位置を検出することを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に係る発明は、前記照射部は、前記光線を受光して、前記光線の一部を透過し第１光線を出射すると共に、前記光線の他の一部を分離して直角に屈折させた第２光線を出射する分離器と、前記第２光線を前記基体に向かって直角に屈折させる屈折部とを有し、前記第１受光部は、前記第１光線を受光して前記第１受光位置を検出し、前記光路長変更部は、前記第２光線を受光して直角に屈折させた前記延長光を前記第２受光部へ出射することを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５に係る発明は、前記光源は、放射状に伝搬する放射光線を出射し、前記照射部は、前記放射光線を受光して集光線を出射し前記第１受光部に集光させる集光部を有し、前記光路長変更部は、前記集光線を受光して、前記集光線の一部を透過し前記第１光線を出射すると共に、前記集光線の他の一部を分離して直角に屈折させて前記延長光を出射し、前記光路長変更部と前記第２受光部との間に、前記延長光を受光して光軸に平行な平行光線とする凹レンズが設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項６に係る発明は、前記基体と前記変位検出対象物との前記所定間隔をＨ、  前記光路長変更部と前記第２受光部との前記所定距離をＬ、前記天井の平面内に設けられ互いに直交するｘ軸及びｙ軸で形成され、変位前の前記光源の位置を原点Ｏとするｘｙ座標において、変位後の前記光源の位置を（δｘ、δｙ）、前記第１受光部の平面内に設けられたｘ’軸とｙ’軸とで形成され、前記第１受光部で検出した変位前の前記第１受光位置を原点Ｏ’としたｘ’ｙ’座標において、前記第１受光部で検出した変位後の前記第１受光位置を（ｘ１、ｙ１）、前記第２受光部の平面内に設けられたｘ”軸とｙ”軸とで形成され、前記第２受光部で検出した変位前の前記第２受光位置を原点Ｏ”としたｘ”ｙ”座標において、前記第１受光部で検出した変位後の前記第１受光位置を（ｘ１、ｙ１）、前記第２受光部で検出した変位後の前記第２受光位置を（ｘ２、ｙ２）、前記光源の位置（δｘ、δｙ）における前記ｘ軸周り及び前記ｙ軸周りの回転角度をそれぞれφｘ、φｙとした場合、前記変位検出部は、次式
【００１５】
【数１】
2011013095.tif 000003
【００１６】
【数２】
2011013095.tif 000004
【００１７】
によって前記（δｘ、δｙ）を算出することを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項７に係る発明は、前記照射部は、前記変位検出対象物から前記基体に向かって互いに平行な第１光線と、第２光線と、第３光線とを出射し、前記光路長変更部は、前記第２光線を受光して光路長を前記所定距離だけ変更し、前記変位検出部は、前記第１受光部が、前記第１光線を受光して前記第１受光位置を検出すると共に、光路長が変更された前記第２光線を受光して第２受光位置を検出する第２受光部と、前記屈折部から出射された前記第３光線を受光して前記所定間隔を光路長とする第３受光位置を検出する第３受光部とを有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項８に係る発明は、前記照射部は、前記光源から出射される前記光線を受光して、前記光線の一部を透過し前記第１光線を出射すると共に、前記光線の他の一部を直角に屈折させた屈折光を出射する第１分離器と、前記屈折光を受光して、前記屈折光の一部を直角に屈折させ前記第２光線を出射すると共に、前記屈折光の他の一部を透過し第３光線を出射する第２分離器と、前記第３光線を直角に屈折させる屈折部とを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項９に係る発明は、前記光路長変更部は、前記第２光線を直角に屈折させた延長光を前記第２受光部へ出射し、前記第２受光部は、前記光路長変更部と前記所定距離を隔てて受光面を前記光路長変更部に対向させて設けられ、前記延長光を受光して前記所定間隔に前記所定距離を加えた長さを光路長とする前記第２受光位置を検出することを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項１０に係る発明は、前記基体と前記変位検出対象物との前記所定間隔をＨ、前記光路長変更部と前記第２受光部との前記所定距離をＬ、前記天井の平面内に設けられ互いに直交するｘ軸及びｙ軸で形成され、変位前の前記光源の位置を原点Ｏとするｘｙ座標において、変位後の前記光源の位置を（δｘ、δｙ）、前記第１受光部の平面内に設けられたｘ’軸とｙ’軸とで形成され、前記第１受光部で検出した変位前の前記第１受光位置を原点Ｏ’とするｘ’ｙ’座標において、前記第１受光部で検出した変位後の前記第１受光位置を（ｘ１、ｙ１）、前記第２受光部の平面内に設けられたｘ”軸とｙ”軸とで形成され、前記第２受光部で検出した変位前の前記第２受光位置を原点Ｏ”とするｘ”ｙ”座標において、前記第２受光部で検出した変位後の前記第２受光位置を（ｘ２、ｙ２）、前記第３受光部の平面内に設けられたｘ’’’軸とｙ’’’軸とで形成され、前記第３受光部で検出した変位前の前記第３受光位置を原点Ｏ’’’とするｘ’’’ｙ’’’座標において、前記第３受光部で検出した変位後の前記第３受光位置を（ｘ３、ｙ３）、前記光源の位置（δｘ、δｙ）における前記ｘ軸周り及び前記ｙ軸周りの回転角度をそれぞれφｘ、φｙとした場合、前記第２分離器を通るｚ’軸周りの回転角度をψとした場合、前記変位検出部は、次式
【００２２】
【数３】
2011013095.tif 000005
【００２３】
【数４】
2011013095.tif 000006
【００２４】
によって前記（δｘ、δｙ）を算出することを特徴とする。
【００２５】
本発明の請求項１１に係る発明は、基体に対し所定間隔を隔てて設けられた変位検出対象物の前記基体に対する水平方向の変位を計測する変位計測方法であって、前記変位検出対象物から前記基体に向かって１又は複数の光線を出射する照射ステップと、前記光線を受光して前記変位検出対象物の変位を検出する変位検出ステップとを備え、前記変位検出ステップは、前記光線の一部を受光して前記所定間隔を光路長とする第１受光位置を検出する第１受光ステップと、前記光線の他の一部の光路長を変更する光路長変更ステップと、前記光路長変更ステップによって前記所定距離だけ変更された長さを光路長とする第２受光位置を検出する第２受光ステップとを有することを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項１２に係る発明は、前記光路長変更ステップは、前記光線の他の一部を直角に屈折させた延長光を出射する延長ステップを有し、第２受光ステップは、前記延長光を受光して前記所定間隔に前記所定距離を加えた長さを光路長とする第２受光位置を検出することを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項１３に係る発明は、前記基体と前記変位検出対象物との前記所定間隔をＨ、  前記光路長変更部と前記第２受光部との前記所定距離をＬ、前記天井の平面内に設けられ互いに直交するｘ軸及びｙ軸で形成され、変位前の前記光源の位置を原点Ｏとするｘｙ座標において、変位後の前記光源の位置を（δｘ、δｙ）、前記第１受光部の平面内に設けられたｘ’軸とｙ’軸とで形成され、前記第１受光部で検出した変位前の前記第１受光位置を原点Ｏ’としたｘ’ｙ’座標において、前記第１受光部で検出した変位後の前記第１受光位置を（ｘ１、ｙ１）、前記第２受光部の平面内に設けられたｘ”軸とｙ”軸とで形成され、前記第２受光部で検出した変位前の前記第２受光位置を原点Ｏ”としたｘ”ｙ”座標において、前記第２受光部で検出した変位後の前記第２受光位置を（ｘ２、ｙ２）、前記光源の位置（δｘ、δｙ）における前記ｘ軸周り及び前記ｙ軸周りの回転角度をそれぞれφｘ、φｙとした場合、前記変位検出部は、次式
【００２８】
【数５】
2011013095.tif 000007
【００２９】
【数６】
2011013095.tif 000008
【００３０】
によって前記（δｘ、δｙ）を算出することを特徴とする。
【００３１】
本発明の請求項１４に係る発明は、前記照射ステップは、前記変位検出対象物から前記基体に向かって互いに平行な第１光線と、第２光線と、第３光線とを出射し、前記光路長変更ステップは、前記第２光線を受光して前記所定間隔に対し前記所定距離だけ光路長を変更し、前記変位検出ステップは、前記第２受光ステップが、前記第２光線を受光して光路長が変更された前記第２受光位置を検出すると共に、前記第３光線を受光して前記所定間隔を光路長とする第３受光位置を検出する第３受光ステップを有することを特徴とする。
【００３２】
本発明の請求項１５に係る発明は、前記照射ステップは、前記光源から出射される一の前記光線を受光して、前記光線の一部を透過し前記第１光線を出射すると共に、前記光線の他の一部を直角に屈折させた屈折光を出射する第１分離ステップと、前記屈折光を受光して、前記屈折光の一部を直角に屈折させ前記第２光線を出射すると共に、前記屈折光の他の一部を透過し第３光線を出射する第２分離ステップと、前記第３光線を直角に屈折させる屈折ステップとを有することを特徴とする。
【００３３】
本発明の請求項１６に係る発明は、前記光路長変更ステップは、前記第２光線を直角に屈折させた延長光を出射する延長ステップを有し、第２受光ステップは、前記延長光を受光して前記所定間隔に前記所定距離を加えた長さを光路長とする第２受光位置を検出することを特徴とする。
【００３４】
本発明の請求項１７に係る発明は、前記基体と前記変位検出対象物との前記所定間隔をＨ、前記光路長変更部と前記第２受光部との前記所定距離をＬ、前記天井の平面内に設けられ互いに直交するｘ軸及びｙ軸で形成され、変位前の前記光源の位置を原点Ｏとするｘｙ座標において、変位後の前記光源の位置を（δｘ、δｙ）、前記第１受光部の平面内に設けられたｘ’軸とｙ’軸とで形成され、前記第１受光部で検出した変位前の前記第１受光位置を原点Ｏ’とするｘ’ｙ’座標において、前記第１受光部で検出した変位後の前記第１受光位置を（ｘ１、ｙ１）、前記第２受光部の平面内に設けられたｘ”軸とｙ”軸とで形成され、前記第２受光部で検出した変位前の前記第２受光位置を原点Ｏ”とするｘ”ｙ”座標において、前記第２受光部で検出した変位後の前記第２受光位置を（ｘ２、ｙ２）、前記第３受光部の平面内に設けられたｘ’’’軸とｙ’’’軸とで形成され、前記第３受光部で検出した変位前の前記第３受光位置を原点Ｏ’’’とするｘ’’’ｙ’’’座標において、前記第３受光部で検出した変位後の前記第３受光位置を（ｘ３、ｙ３）、前記光源の位置（δｘ、δｙ）における前記ｘ軸周り及び前記ｙ軸周りの回転角度をそれぞれφｘ、φｙとした場合、前記第２分離器を通るｚ’軸周りの回転角度をψとした場合、前記変位検出部は、次式
【００３５】
【数７】
2011013095.tif 000009
【００３６】
【数８】
2011013095.tif 000010
【００３７】
によって前記（δｘ、δｙ）を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、光路長が異なる第１受光位置と第２受光位置とを検出することにより、変位検出対象物に局所的に生じた回転方向の変形によって水平方向の変位に生じる角度誤差を、検出した第１受光位置及び第２受光位置から除くことができるので、変位検出対象物に局所的な変形が生じた場合でも、より正確な水平方向の変位を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る変位計測装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る変位計測装置の使用状態を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る変位計測装置の概念図であり、角度φｙの変形が生じた場合を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る変位計測装置の概念図であり、角度φｘの変形が生じた場合を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る変位計測装置の全体構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る変位計測装置の全体構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る変位計測装置の全体構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る変位計測装置の概念図であり、角度φｙ及び角度ψの変形が生じた場合を示す図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る変位計測装置の概念図であり、角度φｘ及び角度ψの変形が生じた場合を示す図である。
【図１０】本発明の従来例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００４１】
（１）第１実施形態
（全体構成）
図1に示す変位計測装置１は、例えば地震等の災害によって天井に生じる水平方向の変位δを計測し得るように構成されている。この変位計測装置１は、基体としての床２と、当該床２に対向して所定間隔Ｈだけ隔てて形成された変位検出対象物としての建物の天井３とで構成される層間に設置されている。本実施形態においては、床２は剛体とし、天井３のみが床２に対し水平方向に変位δを生じると共に、天井３のみが局所的に水平方向の軸を中心として角度φだけ回転し得るものとする。
【００４２】
変位計測装置１は、光線Ｂを出射する照射部５と、前記光線Ｂの一部を透過し第１光線B1を出射すると共に前記光線Ｂの他の一部を分離して延長光EBを出射する光路長変更部６と、前記第１光線B1及び前記延長光EBを受光して天井３の変位を検出する変位検出部７とを備える。
【００４３】
本実施形態の場合、照射部５は天井３に設けられ、鉛直下方へ向かって光線Ｂを出射し得るように光源４が設けられており、天井３に固定されている。光源４は、直進性を有するレーザ光を発するレーザ光源が用いられる。床２には、変位検出部７が設置されている。
【００４４】
変位検出部７は、前記光路長変更部６と、前記第１光線B1を受光して第１受光位置を検出する第１受光部10と、前記延長光EBを受光して第２受光位置を検出する第２受光部11とが一体的に設けられており、前記第１受光位置及び前記第２受光位置から変位を算出する算出部12とを有する。第１受光部10及び第２受光部11は、種々のものを選択することができるが、例えば、平板状の光位置センサ(PSD; Position Sensitive Detector)を好適に用いることができる。
【００４５】
第１受光部10は、受光面10aを光源４に対向させた状態で床２に対し平行に設置されている。光路長変更部６は、光源４の光軸上であって、第１受光部10の上方に設けられており、光源４から出射される光線Ｂの一部をそのまま第１受光部10へ透過させると共に、光線Ｂの他の一部を直角に屈折させ水平方向へ延長光EBを出射し得るように構成されている。
【００４６】
本実施形態において、光路長変更部６は、直角プリズムを二つ貼り合わせ、接合面にコーティングを施したビームスプリッターが用いられている。光路長変更部６と第２受光部11とは、水平方向に所定距離Ｌだけ離れて設けられている。この第２受光部11は、受光面11aを光路長変更部６へ対向させた状態で床２に対し垂直に立設されている。ここで、光路長とは、光源４と、受光部10,11との距離をいう。
【００４７】
このようにして、光路長変更部６は、第１光線B1を第１受光部10へ出射することにより、光路長が所定間隔Ｈである第１受光位置を検出させ得ると共に、延長光EBを第２受光部11へ出射することにより光路長が所定間隔Ｈに所定距離Ｌを加えた（Ｈ＋Ｌ）である第２受光位置を検出させ得る。
【００４８】
（作用及び効果）
次に上記のように構成された変位計測装置１の作用及び効果について説明する。光源４から出射された光線Ｂは、鉛直下方に直進して光軸上に設けられた光路長変更部６へ入射する。光路長変更部６は、当該光線Ｂの一部を透過させ、第１光線B1としてそのまま鉛直下方へ出射する。第１光線B1は、光路長変更部６の鉛直下方に設けられた第１受光部10で受光され第１受光位置として検出される。一方、光路長変更部６は、光線Ｂの他の一部を直角に屈折させ、水平方向に延長光EBを出射する。延長光EBは、光路長変更部６から所定距離Ｌだけ水平方向に離れて設けられた第２受光部11で受光され、第２受光位置として検出される。天井３に何ら変位が生じていない状態における光源４の位置を原点と呼ぶ。
【００４９】
この状態で、天井３に水平方向の変位δが生じた場合について説明する。ここで、図2に示すように、光源４の位置は、天井３の平面内に設けられ互いに直交するｘ軸、ｙ軸で形成され、変位前の光源４の位置を原点Ｏとするｘｙ座標で表すこととする。このｘｙ座標において、変位δは、ｘ方向成分をδｘ、ｙ方向成分をδｙと表記する。
【００５０】
この状態で、天井３の水平方向の変位をδ、天井３のｘ軸周り及びｙ軸周りの回転角度をφ（φｘ、φｙ）として、以下図面を参照して説明する。尚、変位δ及び回転角度φは微少なため、変位後の光源４において回転角度φによる変形が生じたものと考える。
【００５１】
光源４の位置は、天井３が水平方向にδだけ変位したとすると、原点Ｏからｘｙ座標上の点（δｘ、δｙ）へ移動する。光源４から出射される光線Ｂは、直進性を有するので、第１受光位置及び第２受光位置も、第１受光部10内の及び第２受光部11内の変位δだけ移動する。従って、天井３が単に水平に移動しただけの場合には、高精度に変位を計測することができる。ここで、天井３が単に水平方向にδだけ変位しただけで、回転方向に変形していない場合には、第１受光位置及び第２受光位置も水平方向に（δｘ、δｙ）だけ変位する。
【００５２】
天井３が角度φｙだけ変形した場合について図3を参照して説明する。尚、変位δ及び回転角度φは微少なため、変位後の光源４において回転角度φによる変形が生じたものとして考える。
【００５３】
ここで、第１受光位置は、前記第１受光部10の平面内に設けられ、前記ｘ軸に平行なｘ’軸と、前記ｙ軸に平行なｙ’軸とで形成され、前記第１受光部10で検出した変位前の前記第１受光位置を原点Ｏ’とするｘ’ｙ’座標で表すこととする。
【００５４】
さらに、第２受光位置は、延長光EBが光路長変更部６で直角に屈折され第１受光部10から所定距離Ｌだけ水平方向に離れた第２受光部11で受光されるので、幾何学的に見れば、第１受光位置からさらに本図中ｚ軸方向へ所定距離Ｌだけ離れたｘ”ｙ”座標で表すことができる。ｘ”ｙ”座標は、前記第２受光部11の平面内に設けられ、前記ｘ軸に平行なｘ”軸と、前記ｙ軸に平行なｙ”軸で形成され、前記第２受光部11で検出した変位前の前記第２受光位置を原点Ｏ”とする。
【００５５】
天井３が局所的に回転方向に角度φ（φｘ、φｙ）だけ変形した場合、第１受光部10で検出される第１受光位置（ｘ１、ｙ１）及び第２受光部11で検出される第２受光位置（ｘ２、ｙ２）には、上記角度φによる誤差（以下、角度誤差）が生じる。ここで、φｘ、φｙはそれぞれｘ軸、ｙ軸周りの回転角度であって、原点から見て時計回転方向を正とする。
【００５６】
この場合、光源４から出射される光線Ｂは、鉛直方向に対し角度φｙだけずれる。従って、第１受光部10が第１光線B1を受光することにより検出される第１受光位置は天井３から本図中ｚ軸方向に所定間隔Ｈだけ離れた床２のｘ’ｙ’座標上の（ｘ１、δｙ）となる。角度φｙによって第１受光位置のｘ方向変位に生じる角度誤差は、本図からＨｔａｎφｙであることは明らかである。尚、φｙが小さいとき、Ｈｔａｎφｙ≒Ｈφｙであるから、一般式（１）ｘ１＝δｘ−Ｈφｙが成り立つ。
【００５７】
さらに、第２受光位置は、ｘ”ｙ”座標上の（ｘ２、δｙ）となる。そうすると、角度φｙによって第２受光位置のｘ方向変位に生じる角度誤差は、本図から（Ｈ＋Ｌ）φｙであることは明らかであるから、一般式（２）ｘ２＝δｘ−（Ｈ＋Ｌ）φｙが成り立つ。
【００５８】
従って、上記一般式（１）及び（２）を連立方程式とする次式
【００５９】
【数９】
2011013095.tif 000011
【００６０】
により、角度φｙを消去し、計測されたｘ１、ｘ２、既知であるＨ及びＬから実際に天井３の水平方向の変位δｘを算出することができる。
【００６１】
次いで、天井３が角度φｘだけ変形した場合について図4を参照して説明する。この場合、光源４から出射される光線Ｂは、鉛直方向に対し角度φｘだけずれる。従って、第１受光部10が第１光線B1を受光することにより検出される第１受光位置は、ｘ’ｙ’座標上の（δｘ、ｙ１）となる。この角度φｘによって第１受光位置のｙ方向変位に生じる角度誤差は、本図からＨφｘであることは明らかであるから、一般式（３）ｙ１＝δｙ＋Ｈφｘが成り立つ。
【００６２】
さらに、第２受光位置は、延長光EBが光路長変更部６で直角に屈折され、第１受光部10から所定距離Ｌだけ水平方向へ離れた第２受光部11で受光されるので、光学的に見れば、第１受光位置からさらに本図中ｚ軸方向へ所定距離Ｌだけ離れたｘ”ｙ”座標上の（δｘ、ｙ２）となる。そうすると、角度φｘによって第２受光位置のｙ方向変位に生じる角度誤差は、本図から（Ｈ＋Ｌ）φｘであることは明らかであるから、一般式（４）ｙ２＝δｙ＋（Ｈ＋Ｌ）φｘが成り立つ。
【００６３】
従って、上記一般式（３）及び（４）を連立方程式とする次式
【００６４】
【数１０】
2011013095.tif 000012
【００６５】
により、角度φｘを消去し、計測されたｙ１、ｙ２、既知であるＨ及びＬから実際に天井３の水平方向の変位δｙを算出することができる。
【００６６】
以上のようにして、本実施形態に係る変位計測装置１は、光路長が異なる第１受光位置と第２受光位置とを検出することにより、天井３に生じた角度φの変形による角度誤差を、計測した第１受光位置及び第２受光位置から除くことができるので、天井３に局所的な変形が生じた場合でも、より正確な水平方向の変位δを計測することができる。
【００６７】
また、変位計測装置１は、天井３に設けられる光源４から出射される光線Ｂを受光して変位を計測する構成とした。これにより、変位計測装置１は、天井３にｘ軸周り及びｙ軸周りの変形が生じた場合、当該ｘ軸周り及びｙ軸周りの回転角度を測定する手段を要せずに、検出された第１受光位置及び第２受光位置から角度誤差を除くことができるので、より正確な水平方向の変位δを計測することができる。
【００６８】
また、変位計測装置１は、第２受光部11を光路長変更部６から所定距離Ｌだけ水平方向へ離して設け、光路長変更部６で直角に屈折させた延長光EBを第２受光部11で受光する構成とした。これにより、光路長、すなわち光源４からの距離が異なる２つの受光位置を、同一の層間において検出することができるので、構成を簡略化できると共に、より正確に変位を計測することができる。
【００６９】
（２）第２実施形態
次に本発明に係る第２実施形態について、図5を参照して説明する。本実施形態に係る変位計測装置20は、第１実施形態に係る変位計測装置１に対し、主として、光線Ｂの一部が天井において水平方向に分離される構成である点が異なる。尚、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。
【００７０】
本図に示す変位計測装置20は、光線Ｂを出射する照射部21と、変位検出部22とを備える。照射部21には、分離器23が設けられている。
【００７１】
前記分離器23は、前記光源４から出射される光線Ｂの一部を透過し第１光線B1を出射すると共に前記光線Ｂの他の一部を分離して第２光線B2を出射し得るように構成されている。分離器23は、直角プリズムを二つ貼り合わせ、接合面にコーティングを施したビームスプリッターが用いられている。
【００７２】
さらに照射部21には、前記分離器23において直角に屈折させ水平方向へ出射された第２光線B2をさらに直角に屈折させ床２に向かって出射する屈折部24とが設けられている。
【００７３】
変位検出部22には、第１受光部10と、第２受光部11と、前記屈折部24から出射された第２光線B2を、さらに直角に屈折させて水平方向へ出射する光路長変更部25とが設けられている。本実施形態では、当該光路長変更部25は、入射した光を直角に屈折させて出射するペンタプリズムを用いることができる。第２受光部11は、光路長変更部25と所定距離Ｌだけ水平方向に離れて当該光路長変更部25に受光面11aを対向させた状態で床２に対し垂直に立設されている。
【００７４】
本実施形態の場合、屈折部24は分離器２３とともに、照射部２１に設けられていることにより、光源４と共に変形するので、光源４と照射部５照射部２１との距離は、光路長に影響しない。この場合、光路長は、光路長変更部25と第２受光部11との所定距離Ｌにより延長される。
【００７５】
光源４から出射された光線Ｂは、分離器23に入射する。分離器23は、光線Ｂの一部を透過させ、第１光線B1としてそのまま鉛直下方へ出射する。第１光線B1は、分離器23の鉛直下方に設けられた第１受光部10で受光され、第１受光位置として検出される。
【００７６】
また、分離器23は、光線Ｂの他の一部を直角に屈折させ、水平方向に第２光線B2として出射する。第２光線B2は、屈折部24及び光路長変更部25を経て、光路長変更部25から所定距離Ｌだけ水平方向に離れて設けられた第２受光部11で受光され、第２受光位置として検出される。
【００７７】
このように、本実施形態では、第１受光位置及び第２受光位置を検出する構成としたことにより、上記数９，１０により変位δを算出することができるので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
（３）第３実施形態
次に本発明に係る第３実施形態について、図6を参照して説明する。本実施形態に係る変位計測装置30は、第１実施形態に係る変位計測装置１に対し、主として、光源４が光線として放射光線を出射する放射光源である点が異なる。尚、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。
【００７９】
照射部５には、前記光源４と、前記光源４が出射する光線Ｂを受光して集光線FBを出射する集光部としての凸レンズ31とが設けられている。
【００８０】
変位検出部32には、第１受光部10と、第２受光部11と、集光線FBを受光して第１光線B1を出射すると共に延長光EBを出射する光路長変更部６と、延長光EBを受光して光軸に平行な平行光線PBとして前記第２受光部11へ出射する凹レンズ33とが設けられている。
【００８１】
凸レンズ31は、集光線FBが第１受光部10で集光し得るように設置される。すなわち、天井３と床２との所定間隔Ｈを、天井３の表面から凸レンズ31までの距離ａと、凸レンズ31から床２までの距離ｂとに分けると、ａ及びｂは、一般的なレンズの結像公式ｆ＝１／ａ＋１／ｂ（ｆ；レンズの焦点距離）で定めることができる。
【００８２】
凹レンズ33は、光路長変更部６から出射される延長光EBの光軸上に配置されている。第２受光部11は、当該凹レンズ33に受光面11aを対向させた状態で、床２に対し垂直に立設されている。
【００８３】
光源４から出射された放射状の光線Ｂは、凸レンズ31によって、集光された集光線FBとして鉛直下方へ直進して光路長変更部６へ入射する。光路長変更部６は、集光線FBの一部を透過させ、第１光線B1としてそのまま鉛直下方へ出射する。第１光線B1は、光路長変更部６の鉛直下方に設けられた第１受光部10で受光され、第１受光位置として検出される。また、光路長変更部６は、集光線FBの他の一部を直角に屈折させ水平方向に延長光EBとして出射する。延長光EBは、凹レンズ33によって平行光線PBとして第１受光部10から所定距離Ｌだけ水平方向に離れて設けられた第２受光部11で受光され、第２受光位置として検出される。
【００８４】
このように、本実施形態では、第１受光位置及び第２受光位置を検出する構成としたことにより、上記数９，１０により変位δを算出することができるので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、本実施形態では、光路長変更部６から出射される延長光EBの光軸上に凹レンズ33を設けたことにより、延長光EBを光軸に平行な平行光線PBに変えることができる。そうすると、延長光EBは有限距離で結像しないので、理論上、無限遠方まで第２受光部11を離すことができる。従って、本実施形態に係る変位計測装置30は、上記第１実施形態と同様の計算手法によって、より正確な変位δを算出することができる。
【００８６】
本実施形態によれば、光源４として直進性を有するレーザ光に変えて、放射状に伝搬する光線Ｂを用いた場合でも、光源４からの距離が異なる２つの受光位置を検出することができる。
【００８７】
（４）第４実施形態
（全体構成）
次に本発明に係る第４実施形態について、図7を参照して説明する。本実施形態に係る変位計測装置40は、第１実施形態に係る変位計測装置１に対し、主として、第１受光位置及び第２受光位置に加え、第３受光位置を検出し得るように構成されている点が異なる。尚、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。また、本実施形態においては、床２は剛体とし、天井３のみが床２に対し水平方向に変位δを生じると共に、天井３のみが局所的に水平方向の軸を中心として角度φだけ回転し得るのに加え、鉛直方向の軸を中心として角度ψだけ回転し得るものとする。
【００８８】
照射部41には、前記光源４と、第１分離器42と、第２分離器43と、屈折部24とが設けられている。第１分離器42と、第２分離器43と、屈折部24とは、互いに間隔ｄだけ離れた位置であって一直線状に配置される。
【００８９】
第１分離器42は、前記光源４の鉛直下方に配置され、受光した光線Ｂの一部をそのまま透過させ、第１光線B1を出射すると共に、前記光線Ｂの他の一部を直角に屈折させ、水平方向に屈折光RBを出射し得るように構成されている。
【００９０】
第２分離器43は、前記屈折光RBの一部を直角方向、すなわち鉛直下方に屈折させた第２光線B2を出射すると共に、受光した屈折光RBの他の一部をそのまま透過させ、第３光線B3を出射し得るように構成されている。また、屈折部24は、前記第３光線B3を直角に屈折させ、鉛直下方へ出射し得るように構成されている。
【００９１】
変位検出部44は、前記第１光線B1を受光する第１受光部10と、前記第２光線B2を受光する第２受光部11と、前記第３光線B3を受光する第３受光部45とを備える。
【００９２】
第１受光部10は、第１分離器42の鉛直下方に配置され、前記第１光線B1を受光し第１受光位置を検出し得るように構成されている。第３受光部45は、屈折部24の鉛直下方に配置され、前記第３光線B3を受光し第３受光位置を検出し得るように構成されている。
【００９３】
第２受光部11は、第２分離器43の鉛直下方に光路長変更部25が設けられており、当該光路長変更部25によりさらに直角に屈折させた第２光線B2を受光し第２受光位置を検出し得るように構成されている。この場合、第２受光部11は、光路長変更部25と所定距離Ｌだけ水平方向に離れて設けられている。
【００９４】
（作用及び効果）
次に上記のように構成された変位計測装置１の作用及び効果について説明する。
【００９５】
光源４から出射された光線Ｂは、鉛直下方に直進して直下に設けられた第１分離器42へ入射する。第１分離器42は、当該光線Ｂの一部を透過させ、第１光線B1としてそのまま鉛直下方へ出射する。第１光線B1は、第１分離器42の鉛直下方に設けられた第１受光部10で受光され第１受光位置として検出される。
【００９６】
また、第１分離器42は、光線Ｂの他の一部を直角に屈折させ、屈折光RBとして出射する。屈折光RBは、第１分離器42から水平方向に間隔ｄだけ離れて設けられた第２分離器43へ入射する。
【００９７】
第２分離器43は、当該屈折光RBの一部を透過させ、第３光線B3としてそのまま水平方向へ出射する。第３光線B3は、第２分離器43から水平方向に間隔ｄだけ離れて設けられた屈折部24で直角に屈折され、当該屈折部24の鉛直下方に配置された第３受光部45で受光され、第３受光位置として検出される。
【００９８】
また、第２分離器43は、前記屈折光RBの他の一部を直角に屈折させ、第２光線B2として鉛直下方へ出射する。第２光線B2は、第２分離器43の鉛直下方に設けられた光路長変更部25でさらに直角に屈折され、水平方向へ出射される。このようにして第２光線B2は第２受光部11で受光され、第２受光位置として検出される。
【００９９】
この状態で、天井３の水平方向の変位をδ、第２分離器43を通る鉛直方向に延びるｚ’軸を中心とした天井３の回転角度をψ、天井３のｘ軸周り及びｙ軸周りの回転角度をφ（φｘ、φｙ）として、以下図面を参照して説明する。尚、変位δ及び回転角度φは微少なため、変位後の光源４、第２分離器43、及び屈折部24において回転角度φによる変形が生じたものとして考える。
【０１００】
尚、第３受光位置は、前記第３受光部45の平面内に設けられ互いに直交するｘ’’’軸としてのｘ’軸と、ｙ’’’軸としてのｙ’軸とで形成され、前記第３受光部45で検出した変位前の前記第３受光位置を原点とするｘ’’’ｙ’’’座標としてのｘ’ｙ’座標で表すこととする。すなわち、本実施形態では、第３受光位置は、第１受光位置と同じｘ’ｙ’座標で表すこととする。
【０１０１】
まず、図8に示すように、水平方向の変位δにおける第１分離器42、第２分離器43、及び、屈折部24の天井３のｘｙ座標をそれぞれ、（δｘ１、δｙ１）、（δｘ２、δｙ２）、（δｘ３、δｙ３）とし、一点鎖線で表す。これに対し、軸を中心として角度ψだけ回転した場合の第１光線B1及び第３光線B3の位置を破線で表す。尚、角度ψは微少であるため、角度ψの回転によってｘ方向の変位に対して誤差は生じないものとして考える。
【０１０２】
さらに、角度φｙを考慮した場合の第１光線B1、延長光EB、第３光線B3の第１受光位置、第２受光位置、第３受光位置は、それぞれ図中の（ｘ１、ｙ１’）、（ｘ２、δｙ２）、（ｘ３、ｙ３’）となる。この角度φｙによって上記ｘ方向の各位置に生じる角度誤差は、本図からＨφｙ、（Ｈ＋Ｌ）φｙ、Ｈφｙであることが明らかであるから、次式
【０１０３】
【数１１】
2011013095.tif 000013
【０１０４】
により、角度φｙを消去し、計測されたｘ１、ｘ２、ｘ３、既知であるＨ及びＬから実際に天井３の水平方向の変位δｘを算出することができる。因みに、ｙ方向については、ｙ１’＝δｙ１−ｄψ、ｙ３’＝δｙ３＋ｄψとなり、ｄψを消去することができないので、本式からｙ方向の変位δｙを算出することはできない。
【０１０５】
次に、角度φｘの変形が生じた場合について図9を参照して説明する。図8と同様に、水平方向の変位δにおける第１分離器42、第２分離器43、及び、屈折部24のｘｙ座標は、それぞれ、（δｘ１、δｙ１）、（δｘ２、δｙ２）、（δｘ３、δｙ３）とし、一点鎖線で表す。これに対し、軸を中心として角度ψだけ回転した場合の第１光線B1及び第３光線B3の位置を破線で表す。
【０１０６】
さらに、天井３が角度φｘだけ変形した場合、第１受光部10及び第３受光部45で検出される第１受光位置及び第３受光位置は、それぞれ、天井３から所定間隔Ｈだけ離れた床２のｘ’ｙ’座標上の（δｘ１、ｙ１）、（δｘ３、ｙ３）となる。
【０１０７】
この結果、角度ψによって第１受光位置のｙ方向変位に生じる誤差は、本図からｄψである。また、角度φｘによって第１受光位置のｙ方向変位に生じる角度誤差は、本図からＨφｘである。従って、一般式（５）ｙ１＝δｙ＋Ｈφｘ−ｄψ、及び一般式（６）ｙ３＝δｙ＋Ｈφｘ＋ｄψが成り立つ。
【０１０８】
また、第２受光部11で検出される第２受光位置は、第１受光位置からさらに所定距離Ｌだけｚ軸方向へ離れたｘ”ｙ”座標上の（δｘ２、ｙ２）となる。この第２受光位置は、角度ψの中心であるから、角度ψによって角度誤差は生じない。そうすると、第２受光位置のｙ方向変位に生じる誤差は、角度φｘによる（Ｈ＋Ｌ）φｘのみである。従って、一般式（７）ｙ２＝δｙ＋（Ｈ＋Ｌ）φｘが成り立つ。
【０１０９】
以上より、上記一般式（５）、（６）及び（７）を連立方程式とする次式
【０１１０】
【数１２】
2011013095.tif 000014
【０１１１】
により、角度ψ及び角度φｘを消去し、計測されたｙ１、ｙ２、ｙ３、既知であるＨ及びＬから実際に天井３の水平方向の変位δｙを算出することができる。
【０１１２】
このように、本実施形態では、第１受光位置及び第２受光位置を検出する構成としたことにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１３】
加えて、本実施形態では、光線Ｂを３つに分け、それぞれ第１受光部10、第３受光部45、第２受光部11で受光位置を検出する構成としたことにより、第１受光位置及び第２受光位置に加えさらに第３受光位置を検出することができるので、軸を中心とする角度ψの変形によって生じる誤差を計測された変位から取り除くことができる。従って、本実施形態に係る変位計測装置１は、より正確な水平方向の変位を算出することができる。
【０１１４】
尚、本実施形態の場合、変位計測装置40は、第２受光部11を光路長変更部25に対し所定距離Ｌだけ水平方向へ離して設け、光路長変更部25で直角に屈折させた延長光EBを第２受光部11で受光する構成としていることにより、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
（５）変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
【０１１６】
例えば、上記した全ての実施形態では、天井３に照射部５を設け、床２に変位検出部７を設置する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、天井３に変位検出部７を設置し、床２に照射部５を設けることとしても良い。
【０１１７】
また、上記第４実施形態では、第２受光部11が光路長変更部25と所定距離Ｌだけ水平方向に離れて設けられていることにより、実質的に天井３から距離（Ｈ＋Ｌ）だけ離れた位置で第２受光位置を検出するように構成した場合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い。この場合、光源４と第１受光部10及び第３受光部45との所定間隔Ｈに対し、天井３から異なる位置に第２受光部11を設置できれば足り、例えば、光路長変更部として高さＬの台を床２上に設け、当該台上に第２受光部11を設置し、実質的に天井３からの距離（Ｈ−Ｌ）の位置で第２受光位置を検出するように構成してもよい。
【０１１８】
また、上記第４実施形態では、一の光源から第１光線、第２光線、及び第３光線を出射する構成について説明したが、本発明はこれに限らず、複数、例えば３つの光源からそれぞれ第１光線、第２光線、及び第３光線を出射することとしても良い。
【０１１９】
同様に、上記第２実施形態では、一の光源から第１光線及び第２光線を出射する構成について説明したが、本発明はこれに限らず、複数、例えば２つの光源からそれぞれ第１光線及び第２光線を出射することとしても良い。
【０１２０】
また、上記各実施形態を適宜組み合わせて、第１受光位置及び第２受光位置を検出し得るように構成しても良いことはもちろんである。
【符号の説明】
【０１２１】
１    変位計測装置
２    床（基体）
３    天井（変位検出対象物）
４    光源
５    照射部
６    光路長変更部
７    変位検出部
10    第１受光部
11    第２受光部
20    変位計測装置
21    照射部
22    変位検出部
23    分離器
24    屈折部
25    光路長変更部
30    変位計測装置
31    凸レンズ（集光部）
32    変位検出部
33    凹レンズ
40    変位計測装置
41    照射部
42    第１分離器
43    第２分離器
44    変位検出部
45    受光部
Ｂ    光線
B1    第１光線
B2    第２光線
B3    第３光線
EB    延長光
FB    集光線
【図１】
2011013095.tif 000023
【図２】
2011013095.tif 000024
【図３】
2011013095.tif 000025
【図４】
2011013095.tif 000026
【図５】
2011013095.tif 000027
【図６】
2011013095.tif 000028
【図７】
2011013095.tif 000029
【図８】
2011013095.tif 000030
【図９】
2011013095.tif 000031
【図１０】
2011013095.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月10日(2009.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
凸レンズ31は、集光線FBが第１受光部10で集光し得るように設置される。すなわち、天井３と床２との所定間隔Ｈを、天井３の表面から凸レンズ31までの距離ａと、凸レンズ31から床２までの距離ｂとに分けると、ａ及びｂは、一般的なレンズの結像公式１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂ（ｆ；レンズの焦点距離）で定めることができる。