(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物外壁の浮きを診断するシステムにおいて、
マイクロ波を対象位置に対して送信する手段と、
測定位置毎に、所定範囲内で送信波の周波数を掃引する手段と、
レンズ手段を介して送信波および受信波を集光する手段と、
測定位置と紐付けて反射波の信号強度を記憶する手段と、
前記送信する手段の位置の移動を制御する手段と、
受信した反射波と前記位置とに基づいて、前記浮きの存在を判断する手段と
を備え、
ファブリ・ペロー干渉法の原理を用いて、前記受信した反射波の位相差による強度の変化に基づいて、前記浮きの存在を判断することを特徴するシステム。
【請求項２】
更に、前記受信した反射波の強度と所定の閾値とを比較して、前記位置における前記浮きの存在を基に前記浮きの面積を計算して、前記建物外壁に対する前記浮きの面積の割合を計算することを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記受信する手段は、受信側のレンズの代わりにプローブアンテナ、あるいは広帯域特性を有する基板アンテナの使用を含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記送信する周波数の範囲における最小の波長は、おおよそ空間分解能に相当する幅であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムを用いた測定方法。
【請求項６】
剥離奥行き方向の三次元情報を生成する手段を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記受信する手段は、受信側のレンズの代わりにアンテナアレイである、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外壁診断システムに関するものであり、特に、マイクロ波を使用して、外壁に貼られたタイルの剥離（浮き）などを診断するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
建物外壁に接着剤等で貼られたタイルの剥離（浮き）を非破壊で検査をする需要がある。
【０００３】
この点について、特許文献１には、建物外壁を診断するシステムが開示されている。しかしながら、特許文献１の診断方法では、タイルごとに剥離の有無を診断することを前提としており、そのタイルのどの程度が剥離をしているのか、または、複数のタイルから構成される外壁全体において、どの程度の割合が剥離をしているのかまではわからない。
【０００４】
特許文献２は、マイクロ波加熱によるコンクリート内部欠陥の検出方法について開示しており、欠陥の有無による熱伝導率の違いから温度分布が異なるため、赤外線サーモグラフィで温度測定を行う。しかしながら、温度分布の差から表示される欠陥の有無は本発明と比較し測定時間の迅速性や空間分解が期待されないこと、また、マイクロ波源として、２．４５ＧＨｚ、７２０Ｗのマグネトロンを使用しており、特許文献２のシステムを屋外で使用することは、電波法・電波防護指針で与えられる電界強度条件を考慮すると極めて困難であると考えられる。
【０００５】
特許文献３は、マイクロ波レーダ方式による欠陥部分の位置検出について開示している。偏波型干渉法を適用している。アップコンバータを使用したヘテロダイン方式により、中間周波数成分を安定して取り出すことができる。また、ホーンで照射部分を広げることにより、微細構造のランダムな変化を平均化すると共に、中間周波数成分で増幅することにより、電波法をクリアするための入射パワーの低減化を図っている。レーダ方式では、後述のように、１０ｍｍ以下の分解を実現するためには〜１５ＧＨｚの帯域幅が必要とされる。本発明では、システムをより狭い周波数幅で稼働させることが可能である。
【０００６】
特許文献４は、超音波を使用した欠陥検査装置であり、レンジ方向は超音波速度ｖ＜＜ｃのため高空間分解が期待されるが、アジマス方向（入射ビームに垂直な方向）の空間分解がマイクロ波レンズを利用した本発明と比較し劣ることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１８−１１９９１１号公開公報
【特許文献２】特開２００７−１３２７３９号公開公報
【特許文献３】特開２０１４−２１９２３８号公開公報
【特許文献４】特開２０１７−０９０２０１号公開公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の一態様によると、外壁全体に対する剥離の程度を定量的に把握できる外壁診断方法を提供することを目的のひとつとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
建物外壁の浮きを診断するシステムにおいて、
マイクロ波を対象位置に対して送信する手段と、
測定位置毎に、所定範囲内で送信波の周波数を掃引する手段と、
レンズ手段を介して送信波および受信波を集光する手段と、
測定位置と紐付けて反射波の信号強度を記憶する手段と、
前記送信する手段の位置の移動を制御する手段と、
受信した反射波と前記位置とに基づいて、前記浮きの存在を判断する手段と
を備えたことを特徴するシステムを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
解像度を上げるために高い周波数を使用可能とする、および（小型化させたり電波法に適合させたりするためなどの実用的な観点から）低い電力で使用可能な測定装置を検討することを目的の一つとする。
【００１１】
本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例による診断システムの構成例の一例を示す。
【図２】本発明の一実施例による診断システムにおける情報処理手順の一例を示す。
【図３】本発明の一実施例による診断システムにおける測定手順の一例を示す。
【図４】本発明の一実施例による診断システムにおける測定結果の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
マイクロ波・ミリ波領域の電磁波は誘電体中を通過するが、誘電体が不連続になる面（媒質１と２との境界面）において反射する特性がある。本発明では、この特性を、建材中の浮きの存在と、その位置同定に利用する。
【００１４】
誘電率の異なる媒質１から媒質２に電磁波が入射する際、その反射率は、以下の式（１）で与えられる。
【００１５】
【数１】
0006683964.tif 000002
【００１６】
ここで、ε１、ε２は、それぞれ媒質１および媒質２の比誘電率である。
【００１７】
本発明の比較例としてレーダ法を考える。ＦＭ−ＣＷレーダ、あるいはパルスレーダ（タイムドメイン法を含む）におけるレンジ方向（入射ビーム方向）空間分解は、ＦＭ−ＣＷレーダでは△Ｌ＝ｃ／２Ｂ、パルスレーダでは△Ｌ＝ｃ△ｔ／２で与えられる。ここで、ｃは光速、Ｂは周波数幅、△ｔはパルスレーダのパルス幅ないし受信系の時間分解幅である。
【００１８】
したがって、ΔＬ＝１ｃｍとおくと、Ｂ＝１５ＧＨｚ、あるいはΔｔ＝７０ピコ秒となる。すなわち、１ｃｍの空間分解能を得るためには、１５ＧＨｚの周波数幅、あるいは７０ピコ秒以下のパルス等が必要になり、実用上かなり高い要求となる。ここで、１ｃｍの空間分解能とは、奥行方向、例えばタイル一枚の厚さで判定できることに対応する。
【００１９】
本発明に適用される手法は、二層間の多重反射による反射波の極大・極小の効果（ファブリーペロ―干渉効果）を利用している。板状物体の透過率あるいは反射率の波長依存性は、２つの反射面の間で多重に反射された電磁波同士の干渉により引き起こされる。これらの波の位相が合えば、反射波が弱めあう（透過波が強めあう）干渉が起こり、反射波が最小（透過波が最大）となり、位相が逆位相となればその逆となる。位相条件は波の波長（λ）、板状物体を通過する光の角度（θ）、板の厚さ（ｌ）そして反射面の間の材質の屈折率（ｎ＝√ε）によって決まる。
【００２０】
多重反射を考慮した場合の反射波は次式で与えられる。
【００２１】
【数２】
0006683964.tif 000003
【００２２】
ただし、Ｒは層面での反射率、また、
【００２３】
【数３】
0006683964.tif 000004
【００２４】
である。２ｎｌｃｏｓθが波長の整数倍（１，２，３，・・・）のとき反射波は最小、半整数倍（１／２，３／２，５／２，・・・）のとき最大となることから、板の厚さを固定すると、入射波の周波数（波長）を変化させることにより、反射波の最大最小の変化を得ることができる。
【００２５】
透過率最大ピークの分解の指標となる周波数幅について考察する。一例として、屈折率ｎ〜２．１のコンクリートタイルを考えると、ピークの鋭さを示すフィネス係数Ｆ〜３となる。また、透過率ピークの周波数は周波数範囲２０−４０ＧＨｚでは、ｆ３＝２７．３ＧＨｚ、ｆ４＝３６．４ＧＨｚとなる。ピークの半値幅をδｆとすると次式となる。
【数４】
0006683964.tif 000005
【００２６】
ここで、ｆＡ＝ｆ３（２７．３ＧＨｚ）―（δｆ／２）、ｆＢ＝ｆ３（２７．３ＧＨｚ）＋（δｆ／２）、△ｆ＝ｆ４―ｆ３、またｆ３２＞＞（δｆ／２）２である。
【００２７】
従って、３ＧＨｚの周波数帯域幅があればピークを同定することが可能となる。これは、レーダ法の約１０ＧＨｚの周波数帯域幅と比較して、有利な点になる。
【実施例】
【００２８】
図１は、本発明の一実施例による診断システム構成の一例を示す。
【００２９】
本実施例の診断システム１０００は、送信側レンズ手段１０１０と、送信アンテナ１０２０と、受信側レンズ手段１０３０と、受信アンテナ１０４０と、送信モジュール１０５０と、受信モジュール１０６０と、周波数掃引手段１０７０と、計測情報解析手段１０８０と、移動制御手段１３１０と、制御手段１３００と、計測情報記憶部１０９０とを備える。
【００３０】
送信側レンズ手段１０１０は、建築外壁への送信波を集光（フォーカス）する。送信側レンズ手段１０１０は、好ましくは、外壁面（例えばタイル面）上における測定の空間分解能を１ｃｍ以下とすることができるような、誘電体レンズを用いる。
【００３１】
送信アンテナ１０２０は、建物外壁に電波（本実施例では、マイクロ波・ミリ波）を送信する。
【００３２】
受信側レンズ手段１０３０は、建築外壁からの反射波を集光（フォーカス）する。受信側レンズ手段１０３０は、好ましくは、測定の空間分解能を１ｃｍ以下とすることができるような、誘電体レンズである。
【００３３】
受信アンテナ１０４０は、受信側レンズ手段１０３０で集光された反射波を受信する。なお、送信アンテナ１０１０に含まれていてもよい。
【００３４】
また、送信アンテナと送信側レンズ手段、受信アンテナと受信側アンテナ手段の組み合わせの代わりに、広帯域特性かつＥ面で高い指向性を有する基板アンテナ（例えば、テーパードスロットルアンテナ）を使用することが可能である。基板アンテナを使用することにより多チャンネル化が容易となり、高空間分解特性を保有しつつ、測定空間も広げることができる。
【００３５】
送信モジュール１０４０は、送信アンテナを介して送信するための電波を生成する。
【００３６】
受信モジュール１０６０は、受信アンテナを介して受信した電波を受信して、増幅するとともに、Ａ／Ｄ変換などを行い、解析／記憶できるような情報に加工する。ここで、受信したデータは、ファブリ・ペロー干渉に起因する受信電力の最大値と最小値の差に閾値を設定することにより判定を行う。本システムでは、送信周波数幅を、レーダ測定に必要な掃引周波数幅（本課題に対しては１０ＧＨｚ程度）よりも狭く（２〜３ＧＨｚ程度）することができる。
【００３７】
周波数掃引手段１０７０は、予め決められた周波数の範囲で掃引する。
【００３８】
計測情報解析手段１０８０は、取得した情報などを基にして、建物外壁の剥離地点を判定したり、剥離した面積を推定したりする。
【００３９】
計測情報記憶部１０９０は、測定位置情報と反射波の信号強度に関する情報とを紐付けて記憶する。また、計測したデータを解析するための情報を記憶してもよい。計測したデータを解析するための情報とは、例えば、剥離の有無を判定する閾値の設定などである。
【００４０】
アンテナモジュール１１００は、送信側レンズ手段１０１０と、送信アンテナ１０２０と、受信側レンズ手段１０３０と、受信アンテナ１０４０とから構成される。なお、別の実施例として、送信側レンズ手段１０１０と受信側レンズ手段１０３０とを一体化し、送信アンテナ１０２０と受信アンテナ１０４０とを一体化する場合は、サーキュレータ（図示せず）を送信モジュール１０５０および受信モジュール１０６０との間に入れる。
【００４１】
制御手段１３００は、各手段を制御するものであり、ＣＰＵなどのプロセッサでもよい。
【００４２】
移動制御手段１３１０は、アンテナモジュール１１００を移動させる。
【００４３】
更に、本実施例の診断システム１０００は、測定対象物３０００を診断する。
【００４４】
タイル３０２０（３０２０−１、３０２０−２、・・・）は、（有機系）接着剤３０３０を介して、建物外壁３０１０に付着している。ここで、本実施例において、接着剤が付されていない部分を、剥離（浮き）３０４０と称する。
【００４５】
また、本実施例において、建物外壁３０１０の主要な材質はコンクリートであり、タイル３０２０の主要な材質は、セラミックであり、例えば、ＪＩＳ  Ａ５２０９：２０１４に準じている。
【００４６】
図２は、本発明の一実施例による診断方法における情報処理手順の一例を示す。
【００４７】
Ｓ２０１０では、分解能を決める。
【００４８】
Ｓ２０２０では、アンテナモジュールを移動させて、測定開始位置を決める。
【００４９】
Ｓ２０３０では、測定対象位置に電波（マイクロ波）を送信する。
【００５０】
Ｓ２０４０では、反射波を受信する。
【００５１】
Ｓ２０５０では、測定位置と反射波の強度とを紐付けて記憶する。
【００５２】
Ｓ２０６０では、アンテナモジュールの次の測定位置を移動する。もし、最終測定位置の場合は移動しなくてよい。
【００５３】
Ｓ２０７０では、全ての位置での測定が終了したかを判定する。終了していない場合は、Ｓ２０３０に戻って、Ｓ２０３０−Ｓ２０６０を実行する。
【００５４】
Ｓ２０８０では、外壁の剥離（浮き）を判定にあたり、必要な情報を取得する。例えば、受信電力の最大値と最小値の差、最大・最小となる送信周波数の値などである。
【００５５】
Ｓ２０９０では、外壁の剥離（浮き）を判定する。本実施例における剥離（浮き）とは、図１に示すように、建物外壁とタイルとの間に接着剤が付着していないことを意味する。
【００５６】
Ｓ２１００では、判定された外壁の剥離（浮き）の位置を基に、剥離した面積を計算すると共に、外壁全体に対する剥離した面積の割合を計算する。
【００５７】
ここで、一般的には、外壁全体に対して、タイルを完全に敷き詰めて貼り付ける場合もあるが、図３に示すように、隣り合うタイルの間で一定の間隔（隙間）をあけて配置することもある。
【００５８】
かかる場合には、反射強度の違いから、剥離（浮き）であるか隙間であるかを判定してもよい。また、付加的な実施例として、位置情報（ｘ，ｙ）毎にタイルが貼り付けてあるか否かの情報を事前に入力しておくことで、隙間に相当する位置ではＳ２０８０の判定を保留するように構成されてもよい。
【００５９】
図３（ａ）は、本発明の一実施例による診断方法における測定手順の一例を示す。ここで、本実施例の解像度は、例えば、縦横１ｃｍの幅であり、ステップ幅が１ｃｍすなわち（ｘ，ｙ）＝（０，０）から（ｘ，ｙ）＝（１，１）がなす正方形である。
【００６０】
（ｘ，ｙ）＝（０，０）の位置に送信電波が当たるように、アンテナモジュールの位置を移動する。
【００６１】
電波を送信して、反射波の受信を確認する。
【００６２】
本実施例では、ｘ軸に沿って掃引するので、（ｘ，ｙ）＝（１，０）の位置に送信電波が当たるように、送信アンテナの位置を移動する。
【００６３】
（ｘ，ｙ）＝（１１、０）まで測定が終わったら、（ｘ，ｙ）＝（０，１）の位置に送信電波が当たるように、送信アンテナの位置を移動する。
【００６４】
（ｘ，ｙ）＝（１１、１１）まで測定が終わったら、測定を終了する。
【００６５】
測定位置ごとに、剥離の有無を判定する。
【００６６】
剥離があると判定された位置を基に、剥離の面積を推定する。
【００６７】
推定結果を表示する。また、剥離の割合も表示する。
【００６８】
測定手順の別の実施例においては、解像度が縦横１ｃｍの幅であるが、ステップ幅が２ｍｍすなわち（ｘ，ｙ）＝（０，０）から（ｘ，ｙ）＝（５，５）が縦横１ｃｍの幅でもよい。このように解像度よりも細かいステップ幅で測定をすることにより、一層高解像度で測定結果を得ることができる。
【００６９】
図４は、本発明の一実施例による診断システムにおける測定結果の一例を示す。ある測定位置においては、周波数を所定範囲内で掃引すると、反射波の強度が相対的に大きく変化していることがわかる。この相対的に大きく変化した位置では、タイルの表面と浮き面との間の多重反射に起因して、剥離（浮き）が生じていると判断することができる。本実施例のシステムにおける剥離（浮き）を判断する手法の一例について説明する。例えば、まず、各測定位置で、所定範囲内で周波数を掃引して、受信強度を測定する。次に、所定の閾値よりも低い受信強度を有している測定位置を抽出する。測定位置毎に、浮きの有無を判断するので、浮きが有ると判定された点をそれぞれ結ぶことによって、浮きの面積を判定することができる。例えば、図３において、ｘ＝９から１０およびｙ＝９から１０がなすマス目において、本実施例のシステムは、（ｘ，ｙ）＝（９，１０）の点のみが浮き無しであると判断したとする。この場合は、（ｘ，ｙ）＝（９，９）、（ｘ，ｙ）＝（１０，９）、（ｘ，ｙ）＝（１０，１０）の三点をむすぶ三角形の部分が浮きの部分（剥離部分２−２）であると判断できる。図３の剥離部分２−１についても同様に判断できる。
【００７０】
また、図３において、ｘ＝９から１０およびｙ＝８から９がなすマス目においては、本実施例のシステムは、４点すべてが浮き有りと判断した。この場合は、この４点を結ぶ四角形の部分が浮きの部分（剥離部分２−３）であると判断できる。
【００７１】
図３のマス目が仮に１ｃｍ×１ｃｍであるとすると、剥離部分２−１、２−２、２−３の合計は、０．５＋０．５＋１．０＝２．０平方センチメートルであると計算できる。
【００７２】
剥離部分の合計面積が計算できることによって、タイル全体の何パーセントが剥離をしているかを計算することができる。
【００７３】
次に、剥離部分１についても、剥離部分２−１から２−３までの計算方法と同じ考え方を用いて計算することができる。但し、剥離部分１には、複数のタイルにわたって剥離が生じており、且つ、目地の部分が含まれている。目地の部分は、剥離部分から除外することが望ましい。つまり、剥離部分１の面積から目地の面積を引いたものが、実際の剥離の面積となる。このような実際の剥離の面積を計算するためには、例えば、目地部分の存在の有無については、該当する位置（ｘ、ｙ座標）を事前に記憶させてもよい。例えば、すべての位置での測定終了後、剥離部分１の面積を計算する。図３の１目盛りが１センチメートルであると仮定すると、ｘ軸方向３目盛りであり、ｙ軸方向７目盛りであるので、２１平方センチメートルとなる。ここで、本実施例のシステムでは、ｘｙ座標に基づく目地に関する情報が記憶されており、剥離部分１内の目地の面積は、１１平方センチメートルであることが計算できる。よって、剥離部分１の実際の剥離面積は、１０平方センチメートルであると計算できる。
【００７４】
なお、実際に、周波数を掃引しながら、反射強度を測定する際に、測定位置が、タイルではなく目地であるという付加情報が、本実施例の診断システムに事前に記録されていれば、当該測定位置での測定をしないで、次の測定位置に移動してもよい。
【００７５】
剥離奥行き方向の三次元情報を計算する一例を示す。剥離奥行き方向の三次元情報とは、剥離の程度すなわち剥離の深さに関する情報である。剥離の深さは、反射波が最大および最小となる周波数に基づいて判断する。例えば、最大・最小を示す周波数の値と剥離の深さの値の関係を示す一覧表を準備しておき、反射波を測定後に、一覧表を参照して、剥離の深さを判定するように構成される。なお、この一覧表内の最大・最小となる周波数の値と剥離の深さの値との関係については、任意にまたは自動的に調整（変更）可能なように構成されてもよい。
【００７６】
本実施例の技術的効果の一例は、以下である。
【００７７】
剥離有無の決定方法がシンプル且つ明確である。
【００７８】
自動判定と画像化技術（三次元イメージングが実現可能）
【００７９】
送受信部に誘電体レンズを使用することにより、１ｃｍ以下の空間分解を実現しているので、タイル剥奪有無の境界を高い空間分解能で表示することができる。
【００８０】
ファブリ・ペロー方式によりシステムの簡略化を図ることができるので、基板化が実現可能である。
【００８１】
受信部にマイクロ波アンプを使用することにより、測定の信号対雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）を維持しつつ送信電力の微弱化（１μＷ＝−３０ｄＢｍ以下）を図ることができ、電波法の許容範囲で屋外使用を可能にする。
【００８２】
従来のレーダ法（タイムドメインも含まれる）で必要となる周波数帯域幅（１０ＧＨｚ程度）と比較して、狭い周波数幅（２から３ＧＨｚ程度）で検知可能である。
【００８３】
以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【符号の説明】
【００８４】
１０００  診断システム、１０１０  送信側レンズ手段、１０２０  送信アンテナ
１０３０  受信側レンズ手段、１０４０  受信アンテナ、１０５０  送信モジュール
１０６０  受信モジュール、１０７０  周波数掃引手段、１０８０  計測情報解析手段
１０９０  計測情報記憶部、１３００  制御手段、１３１０  移動制御手段
３０００  測定対象物、３０１０  建物外壁、３０２０  タイル、３０３０  接着剤
３０４０  剥離（浮き）
【要約】
【課題】マイクロ波を使用して、外壁に貼られたタイルなどの剥離（浮き）の程度を診断するシステムを提供する。
【解決手段】
建物外壁の浮きを診断するシステムにおいて、マイクロ波を対象位置に対して送信する手段と、測定位置毎に、所定範囲内で送信波の周波数を掃引する手段と、レンズ手段を介して送信波および受信波を集光する手段と、測定位置と紐付けて反射波の信号強度を記憶する手段と、前記送信する手段の位置の移動を制御する手段と、受信した反射波と前記位置とに基づいて、前記浮きの存在を判断する手段とを備えたことを特徴するシステム。
【選択図】図１【図１】
0006683964.tif 000006
【図２】
0006683964.tif 000007
【図３】
0006683964.tif 000008
【図４】
0006683964.tif 000009