(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物との相対的な位置関係が固定される固定部と、前記固定部に可動に支持され、所定の物理量に応じて前記固定部との相対的な位置関係が変化する可動部と、を含み、前記固定部と前記可動部とが所定の位置関係となるとき、光又は電磁波を再帰性反射させる光学部材を備え、
前記可動部を前記固定部に支持する支持部材を備え、
前記所定の物理量の変化に応じて前記支持部材が変形又は変位することにより、前記固定部と前記可動部との相対的な位置関係が変化し、
前記光学部材は、球状レンズと、前記球状レンズの後方に位置する凹面反射材と、を備え、
前記球状レンズ及び前記凹面反射材のうちの一方は、前記固定部に含まれ、
前記球状レンズ及び前記凹面反射材のうちの他方は、前記可動部に含まれ、
前記球状レンズ及び前記凹面反射材のうちの前記他方は、前記支持部材を介して前記固定部に支持されている、可視化素子。
【請求項２】
前記球状レンズは、互いに連結された複数の球状レンズの１つであり、
前記凹面反射材は、前記複数の球状レンズのそれぞれの後方に位置する複数の凹面反射材の１つであり、
前記複数の球状レンズ及び前記複数の凹面反射材のうちの一方は、前記固定部に含まれ、
前記複数の球状レンズ及び前記複数の凹面反射材のうちの他方は、前記可動部に含まれ、
前記複数の球状レンズ及び前記複数の凹面反射材のうちの前記他方は、前記支持部材を介して前記固定部に支持されている、請求項１に記載の可視化素子。
【請求項３】
前記支持部材はバイメタルを含み、
前記所定の物理量の変化に応じて前記バイメタルが変形することにより、前記固定部と前記可動部との相対的な位置関係が変化する、請求項１または２に記載の可視化素子。
【請求項４】
前記バイメタルは、温度、湿度、水分量、遠赤外線、及び放射線のうちの少なくともいずれか１つが変化することによって変形する、請求項３に記載の可視化素子。
【請求項５】
前記所定の物理量の変化に応じた大きさの応力を前記支持部材に加える応力部を備え、
前記応力によって前記支持部材が変形又は変位することにより、前記固定部と前記可動部との相対的な位置関係が変化する、請求項１に記載の可視化素子。
【請求項６】
前記応力部は、テンシオメータを含み、
前記テンシオメータが前記計測対象物の水分量に応じて発生させる圧力によって前記支持部材を変形又は変位させる、請求項５に記載の可視化素子。
【請求項７】
前記応力部は、イオン化傾向の異なる２種類の金属電極を備えるｐＨメータを含み、
前記ｐＨメータは、前記計測対象物のｐＨに応じて発生される前記金属電極間の電位差を起電力とした電磁力又は静電気力によって前記支持部材を変形又は変位させる、請求項５に記載の可視化素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載された１つ以上の可視化素子と、
計測対象物に設置された、前記１つ以上の可視化素子に向けて光又は電磁波を照射する照明装置と、
前記計測対象物と、前記１つ以上の可視化素子と、を含む映像を撮影する撮影装置と、
前記映像における、前記１つ以上の可視化素子からの反射光又は反射電磁波の強度の変化に基づいて、前記１つ以上の可視化素子における前記固定部と前記可動部との相対的な位置関係の変化を計測する計測装置と、
を備える、計測システム。
【請求項９】
前記撮影装置は、複数のカメラ又は複眼カメラを含み、
前記計測装置は、前記複数のカメラ又は前記複眼カメラが撮影した複数の映像に基づいて前記反射光又は前記反射電磁波の配光分布を検出する、請求項８に記載の計測システム。
【請求項１０】
前記照明装置は、複数の光源を含み、
前記複数の光源が出射する光又は電磁波は、波長、偏光状態、照射タイミングの少なくとも１つが互いに異なっている、請求項８又は９に記載の計測システム。
【請求項１１】
計測対象物に取り付けられた、請求項１〜５のいずれか１つに記載された１つ以上の可視化素子に光又は電磁波を照射し、
前記１つ以上の可視化素子からの反射光又は反射電磁波を含む映像を撮影し、
前記映像に基づいて前記計測対象物の状態を計測する、計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、計測対象物に取り付けられる可視化素子、当該可視化素子を用いた計測システム及び計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々なものにセンサなどを設けてインターネットに繋ぐＩｏＴ（Internet of Things）という概念や、多種多量のデータを集めたビッグデータの分析及び活用が関心を集めている。特に、インフラ構造物、土木、プラントなどの分野においては、橋梁、トンネル、機械、地盤などの計測対象物の傾斜角度、振動、温度、湿度、水分量などの監視を、センサネットワークにより行う技術開発が盛んに行われている。【０００３】
日本では、橋梁やトンネルなどの公共の構造物の多くが１９７０年代の高度成長期に建設されており、今後、寿命を超える構造物が急速に増えることが予想される。このため、近年、インフラ保守費の膨大化の抑制及び事故防止の為に、センサを用いてインフラの点検を自動化する研究開発が行われている。【０００４】
例えば、米国のイリノイ大学では、加速度、温度などのセンサ、ＣＰＵ、及び無線ユニットを備える無線センサノードを計測対象物に多数取り付け、当該無線センサノードから送られてきたデータに基づいて振動等を分析するシステムが研究開発されている（Illinois Structural Health Monitoring Project）。【０００５】
また、近年増加する局所的な集中豪雨などの異常気象による土砂災害などの防災の為に、地盤の傾斜角度、固有振動、水分量などを、無線センサを用いて計測する研究開発も行われている。【０００６】
また、非特許文献１には、傾斜計や変位計などを用いて鉄道の状態の監視を行うセンサネットワークが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ＲＲＲ  Ｖｏｌ．７０  Ｎｏ．１１  ２０１３．１１、２２頁〜２５頁、「状態監視のためのセンサネットワークを構築する」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本開示の一態様は、計測対象物の状態を可視化することができる可視化素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様に係る可視化素子は、計測対象物との相対的な位置関係が固定される固定部と、前記固定部に可動に支持され、重力方向との成す角度が一定に保たれる可動部と、を含み、前記固定部と前記可動部とが所定の位置関係となるとき、光又は電磁波を再帰性反射させる光学部材を備え、前記光学部材は、前記固定部と前記可動部との相対的な位置関係の変化に応じて、再帰性反射方向へ反射する光又は電磁波の強度を変化させる。【００１０】
本開示の包括的または具体的な態様は、素子、装置、システム、方法又はこれらの任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の一態様に係る可視化素子は、計測対象物の状態を可視化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の第１実施形態に係る計測システムの概略構成図である。
【図２】光学部材が光又は電磁波を反射する原理を示す断面図である。
【図３】光学部材が光又は電磁波を反射する原理を示す斜視図である。
【図４Ａ】図１の計測システムの断面図であり、計測対象物に状態変化が生じていない状態を示す図である。
【図４Ｂ】図１の計測システムの断面図であり、計測対象物が水平面に対して角度−θ傾斜した状態を示す図である。
【図４Ｃ】図１の計測システムの断面図であり、計測対象物が水平面に対して角度＋θ傾斜した状態を示す図である。
【図５】図１の計測システムが備える可視化素子に反射された反射光の拡散性を概念的に示すグラフである。
【図６Ａ】図１の計測システムが備える可視化素子において、バイアス鏡が基準鏡に対して上方に向かうほど側方に離れるように傾斜した状態を示す側面図であり、計測対象物に状態変化が生じていない状態を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａの可視化素子が水平面に対して角度−θ傾斜した状態を示す側面図である。
【図７】図６Ｂの可視化素子に、照明装置が備える複数の光源から照射された光が反射される様子を示す平面図である。
【図８Ａ】図１の計測システムが備える可視化素子の変形例を示す断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａの可視化素子が水平面に対して角度−θ傾斜した状態を示す断面図である。
【図９Ａ】図１の計測システムが備える可視化素子の変形例を示す断面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの可視化素子が水平面に対して角度−θ傾斜した状態を示す断面図である。
【図１０Ａ】図１の計測システムが備える可視化素子の変形例を示す断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの可視化素子が水平面に対して角度−θ傾斜した状態を示す断面図である。
【図１１Ａ】図１の計測システムが備える可視化素子の変形例を示す正面図である。
【図１１Ｂ】図１の計測システムが備える可視化素子の変形例を示す側面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｂの可視化素子が水平面に対して角度−θ傾斜した状態を示す側面図である。
【図１２】図１の計測システムを用いた計測方法のフローチャートである。
【図１３】図１の計測システムを用いて道路橋脇の複数の照明柱を計測する様子を示す斜視図である。
【図１４】本開示の第２実施形態に係る計測システムの概略構成図である。
【図１５】図１４の計測システムが備える可視化素子に反射された反射光の拡散性を概念的に示すグラフである。
【図１６】図１４の計測システムが備える可視化素子の変形例を示す斜視図である。
【図１７】本開示の第３実施形態に係る計測システムの概略構成図である。
【図１８】本開示の第３実施形態に係る状態計測システムの変形例を示す断面図である。
【図１９Ａ】本開示の第４実施形態に係る計測システムが備える可視化素子の断面図であり、計測対象物に状態変化が生じていないときの可視化素子を示す図である。
【図１９Ｂ】本開示の第４実施形態に係る計測システムが備える可視化素子の断面図であり、計測対象物に状態変化が生じたときの可視化素子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（本開示の基礎となった知見）
本開示は、橋梁、トンネル、機械、地盤などの計測対象物の傾斜角度、振動、温度、湿度、水分量などを可視化することができる可視化素子、それを用いた計測システム及び計測方法に関する。
【００１４】
無線センサノードを用いた計測方法では、複数の無線センサノードを計測対象物の全体に分散して貼り付けることで、計測対象物の全体を同時に計測することができる。しかしながら、この計測方法では、無線センサノードが備えるセンサ、ＣＰＵ、無線ユニット等の電気部品の消費電力が大きいため、電池を頻繁に交換する必要がある。
【００１５】
また、インフラ構造物や自然環境などの状態の監視は、高所などの危険な場所や不便な場所などの過酷な環境下で行われることが多い。このため、電池を交換することは容易ではなく、メンテナンス回数をできる限り少なくすることが求められている。
【００１６】
これに対して、無線センサノードを消費電力が小さい電気部品で構成すると、電池の交換頻度を少なくすることができる。しかしながら、この場合、多くの中継器を設置する必要性が生じ、その設置費用が高くなる。また、当該中継器の電池を交換する必要性も生じる。更に、電気部品は腐食しやすく、寿命が短いという課題もある。
【００１７】
また、センサを用いない計測方法として、例えば、レーザドップラ速度計を用いた計測方法がある。レーザドップラ速度計は、ドップラ効果を利用するものである。具体的には、計測器から計測対象物に向けてレーザを照射し、計測対象物からの反射波の波長の変化から、計測器に対する計測対象物の相対的な速度を計測する。このレーザドップラ速度計を用いることにより、例えば、計測対象物に加わった振動を可視化し、計測することができる。しかしながら、レーザドップラ速度計を用いた計測方法では、１箇所ずつしか計測することができず、計測対象物の全体の状態を計測するには相当な時間がかかる。
【００１８】
また、レーザドップラ速度計以外にもレーザを用いた計測方法は存在する。しかしながら、いずれの計測方法も、計測対象物の僅かな変位をレーザ光の可干渉性や指向性を利用することで計測するものであるため、風雨などの外乱が生じると正確な計測が困難になる。また、装置も高価である。
【００１９】
そこで、本発明者は鋭意検討し、光又は電磁波に対して再帰性反射特性を有する光学部材を用い、光学部材の一部が計測対象物の状態変化に応じて変位するように構成することで、これらの課題を改善できることを見出した。この知見に基づき、本発明者は、以下の発明に想到した。
【００２０】
［項目１]
計測対象物との相対的な位置関係が固定される固定部と、前記固定部に可動に支持され、重力方向との成す角度が一定に保たれる可動部と、を含み、前記固定部と前記可動部とが所定の位置関係となるとき、光又は電磁波を再帰性反射させる光学部材を備え、
前記光学部材は、前記固定部と前記可動部との相対的な位置関係の変化に応じて、再帰性反射方向へ反射する光又は電磁波の強度を変化させる、可視化素子。
【００２１】
［項目２]
前記光学部材は、それぞれの鏡面が互いに交差して向き合う第１の鏡、第２の鏡、及び第３の鏡を備え、
前記第１の鏡は、前記固定部に含まれ、
前記第２の鏡は、前記可動部に含まれ、
前記第２の鏡は、鏡面が重力方向と成す角度が一定となるように前記固定部に支持され、
前記光学部材は、前記第１の鏡の鏡面と前記第２の鏡の鏡面とが成す角度の変化に応じて、再帰性反射方向へ反射する光又は電磁波の強度を変化させる、項目１に記載の可視化素子。
【００２２】
［項目３]
前記固定部によって保持される液体を更に備え、
前記可動部は、前記液体を介して前記固定部に支持されている、項目１又は２に記載の可視化素子。
【００２３】
［項目４]
前記液体の比重は、前記可動部の比重よりも大きい、項目３に記載の可視化素子。
【００２４】
［項目５]
前記固定部は凸部を有し、
前記可動部は、前記凸部を支点として前記可動部に支持される、項目１又は２に記載の可視化素子。
【００２５】
［項目６]
一方の端部が前記固定部に接続され、他方の端部が前記可動部に接続された紐を更に備え、
前記可動部は、前記紐を介して前記固定部に支持されている、項目１又は２に記載の可視化素子。
【００２６】
［項目７]
計測対象物との相対的な位置関係が固定される固定部と、前記固定部に可動に支持され、所定の物理量に応じて前記固定部との相対的な位置関係が変化する可動部と、を含み、前記固定部と前記可動部とが所定の位置関係となるとき、光又は電磁波を再帰性反射させる光学部材を備え、
前記光学部材は、前記固定部と前記可動部との相対的な位置関係の変化に応じて、再帰性反射方向へ反射する光又は電磁波の強度を変化させる、可視化素子。
【００２７】
［項目８]
前記可動部を前記固定部に支持する支持部材を備え、
前記所定の物理量の変化に応じて前記支持部材が変形又は変位することにより、前記固定部と前記可動部との相対的な位置関係が変化する、項目７に記載の可視化素子。
【００２８】
［項目９]
前記光学部材は、球状レンズと、前記球状レンズの後方に位置する凹面反射材と、を備え、
前記球状レンズ及び前記凹面反射材のうちの一方は、前記固定部に含まれ、
前記球状レンズ及び前記凹面反射材のうちの他方は、前記可動部に含まれ、
前記球状レンズ及び前記凹面反射材のうちの前記他方は、前記支持部材を介して前記固定部に支持されている、項目８に記載の振動可視化素子。
【００２９】
［項目１０]
前記球状レンズは、互いに連結された複数の球状レンズの１つであり、
前記凹面反射材は、前記複数の球状レンズのそれぞれの後方に位置する複数の凹面反射材の１つであり、
前記複数の球状レンズ及び前記複数の凹面反射材のうちの一方は、前記固定部に含まれ、
前記複数の球状レンズ及び前記複数の凹面反射材のうちの他方は、前記可動部に含まれ、
前記複数の球状レンズ及び前記複数の凹面反射材のうちの前記他方は、前記支持部材を介して前記固定部に支持されている、項目９に記載の振動可視化素子。
【００３０】
［項目１１]
前記支持部材はバイメタルを含み、
前記検出装置が検出した物理量に応じて前記バイメタルが変形することにより、前記固定部と前記可動部との相対的な位置関係が変化する、項目８〜１０のいずれか１項に記載の可視化素子。
【００３１】
［項目１２]
前記バイメタルは、温度、湿度、水分量、遠赤外線、及び放射線のうちの少なくともいずれか１つが変化することによって変形する、項目１１に記載の可視化素子。
【００３２】
［項目１３]
前記検出装置が検出した物理量に応じた大きさの応力を前記支持部材に加える応力部を備え、
前記応力によって前記支持部材が変形又は変位することにより、前記固定部と前記可動部との相対的な位置関係が変化する、項目８に記載の可視化素子。
【００３３】
［項目１４]
前記応力部は、テンシオメータを含み、
前記テンシオメータが前記計測対象物の水分量に応じて発生させる圧力によって前記支持部材を変形又は変位させる、項目１３に記載の可視化素子。
【００３４】
［項目１５]
前記応力部は、イオン化傾向の異なる２種類の金属電極を備えるｐＨメータを含み、
前記ｐＨメータは、前記計測対象物のｐＨに応じて発生される前記金属電極間の電位差を起電力とした電磁力又は静電気力によって前記支持部材を変形又は変位させる、項目１３に記載の可視化素子。
【００３５】
［項目１６]
項目１〜１５のいずれか１項に記載された１つ以上の可視化素子と、
計測対象物に設置された、前記１つ以上の可視化素子に向けて光又は電磁波を照射する照明装置と、
前記計測対象物と、前記１つ以上の可視化素子と、を含む映像を撮影する撮影装置と、
前記映像における、前記１つ以上の可視化素子からの反射光又は反射電磁波の強度の変化に基づいて、前記１つ以上の可視化素子における前記固定部と前記可動部との相対的な位置関係の変化を計測する計測装置と、
を備える、計測システム。
【００３６】
［項目１７]
前記撮影装置は、複数のカメラ又は複眼カメラを含み、
前記計測装置は、前記複数のカメラ又は前記複眼カメラが撮影した複数の映像に基づいて前記反射光又は前記反射電磁波の配光分布を検出する、項目１６に記載の計測システム。
【００３７】
［項目１８]
前記照明装置は、複数の光源を含み、
前記複数の光源が出射する光又は電磁波は、波長、偏光状態、照射タイミングの少なくとも１つが互いに異なっている、項目１６又は１７に記載の計測システム。
【００３８】
［項目１９]
計測対象物に取り付けられた、項目１〜１３のいずれか１つに記載された１つ以上の可視化素子に光又は電磁波を照射し、
前記１つ以上の可視化素子からの反射光又は反射電磁波を含む映像を撮影し、
前記映像に基づいて前記計測対象物の状態を計測する、計測方法。
【００３９】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって、本開示が限定されるものではない。同一又は類似の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００４０】
（第１実施形態）
図１は、本開示の第１実施形態に係る状態計測システムの概略構成図である。第１実施形態に係る計測システムは、可視化素子１と、照明装置２と、撮影装置３と、計測装置４とを備えている。
【００４１】
可視化素子１は、橋梁やトンネルなどの計測対象物１００に取り付けられる。可視化素子１は、鉛直方向（重力方向とも呼ぶ）に対する計測対象物１００の傾斜角度及び傾斜角度の動的変化を可視化する。第１実施形態においては、説明を簡単にするため、計測対象物１００は直方体であるとし、一辺が鉛直方向に平行であるものとする。
【００４２】
照明装置２は、可視化素子１に向けて光又は電磁波を照射する装置である。照明装置２としては、フリッカーが生じにくい光源、例えば、ＤＣ（直流）駆動のＬＥＤなどの装置を用いてもよい。なお、照明装置２は、計測対象物１００を照らす適度な照射角と、撮影距離や環境に応じた明るさとを有するものであれば、特別な照明装置でなくてもよい。照明装置２の例としては、例えば、ＬＥＤ照明、ＨＩＤ照明、ハロゲン照明、水銀灯が含まれる。照明装置２は、例えば、白色ＬＥＤなどの光源と出射光学系とを備え、出射光学系の出射口から光を出射する。
【００４３】
撮影装置３は、図１に示すように、光学部材１２によって再帰性反射方向に反射された反射光又は反射電磁波を含む映像を撮影する装置である。第１実施形態において、撮影装置３は、照明装置２の近傍に配置されている。撮影装置３としては、例えば、カメラやレーダーを用いることができる。撮影装置３は、例えば、ＣＭＯＳ又はＣＣＤと、入射側レンズとを備えたデジタルビデオカメラであってもよい。この場合、撮影装置３の入射側レンズの中心と、照明装置２の光の出射口の中心との間の距離は１ｍ以内であってもよく、５０ｃｍ以内であってもよい。また、撮影装置３と照明装置２とは、撮影中に互いの位置関係が変わらないように互いに結合して固定されてもよい。これにより、撮影装置３が移動体に搭載されたり風などの外乱で揺れたりしても、後述する可視化素子１の再帰性反射特性により、安定した撮影及び計測が可能となる。
【００４４】
計測装置４は、撮影装置３が撮影した映像に基づいて計測対象物１００の状態を計測する装置である。第１実施形態において、計測装置４は、撮影装置３が撮影した映像に基づいて計測対象物１００の傾斜角度を計測する。計測装置４は、照明装置２を制御する機能も有している。計測装置４は、例えば、パーソナルコンピュータと、これにインストールされたソフトウェアとによって実現可能である。また、計測装置４は、例えば、ソフトウェア及び映像データを記憶するメモリと、プロセッサと、ディスプレイとを備えてもよい。
【００４５】
次に、可視化素子１の構成について、より詳しく説明する。可視化素子１は、図１に示すように、透明な筐体１１と、光又は電磁波に対して再帰性反射特性を有する光学部材１２とを備えている。
【００４６】
「再帰性反射」とは、反射光が入射光の方向に戻る特性をいう。この特性は、交通標識の反射材などに広く利用されている。図２は、再帰性反射の原理を示す概念図である。互いに直交するように配置された鏡５０ａ、５０ｂに光又は電磁波が入射すると、実線の矢印５１又は点線の矢印５２に示すように２回反射される。これら２回の反射による反射角の和と、鏡５０ａと鏡５０ｂとが成す角度（９０度）との合計は１８０度になる。このため、鏡５０ａ及び鏡５０ｂに反射された反射光又は反射電磁波は、入射方向と逆方向に進行する。以下、この入射方向と逆方向に進行する光又は電磁波の進行方向を「再帰性反射方向」という。なお、図３に示すように、３枚の鏡５０ａ〜５０ｃを互いに直交するように配置した場合、３枚の鏡５０ａ〜５０ｃに入射した光又は電磁波は、３回反射され、再帰性反射方向に反射される。
【００４７】
一方、これら３枚の鏡の構成（例えば、交わる角度、表面の凹凸など）が変化し、再帰性反射の条件を満たさなくなると、反射光又は反射電磁波の進行方向は再帰性反射方向からずれる。第１実施形態に係る状態計測システムは、この性質を利用して計測対象物の状態を可視化し計測するように構成されている。
【００４８】
なお、従来のレーザを用いた計測方法などにおいても、再帰性反射特性を有する部材が計測対象物に貼付して利用されている。しかしながら、従来の計測方法では、再帰性反射材の形状や反射特性を変化させることはしていない。従来の計測方法では、単に反射光の放射強度を増加させて計測対象物を目立たせるために再帰性反射特性を有する部材を用いている。
【００４９】
これに対して、第１実施形態においては、計測対象物１００の状態変化に応じて可視化素子１の状態が変化し、再帰性反射特性が変化するように構成している。また、この構成によれば、撮影装置３と可視化素子１との距離が大きくなればなるほど、３枚の鏡の交わる角度が直角からほんの僅かにずれても、反射光又は反射電磁波が到達する位置は再帰性反射方向に対して大きくずれることになる。すなわち、第１実施形態の可視化素子１によれば、計測対象物の状態変化を増幅させることができ、可視化素子１を高感度センサとして機能させて、計測対象物の状態変化を容易に計測することができる。また、従来の計測方法のように、計測対象物の状態変化を検出するために、ドップラ効果を利用した測定やピコ秒単位の飛翔時間の測定のような高度な測定を必要としない。
【００５０】
第１実施形態において、光学部材１２は、図１に示すように、筐体１１に固定された固定鏡１３と、透明な液体１５の液面に浮かべた可動鏡１４とを備えている。固定鏡１３は、光学部材１２の他の部分の一例であり、計測対象物１００との相対的な位置関係が固定される固定部の一例である。可動鏡１４は、光学部材１２の一部の一例であり、固定部に対し可動に支持される可動部の一例である。液体１５は、支持部材の一例である。可動鏡１４は、計測対象物１００の状態変化に応じて、固定鏡１３との相対的な位置関係が変化するように支持されている。固定鏡１３及び可動鏡１４は、光又は電磁波を反射する鏡面となる部分に、例えば、アルミなどの高反射率を有する金属、又は誘電体の多層膜を含む高反射率膜を備えている。筐体１１は、例えば、樹脂、金属、又はこれらの組合せで構成されている。
【００５１】
固定鏡１３は、基準鏡１３ａと、基準鏡１３ａに対して前方に所定の角度（例えば、０.１〜１度）傾けて配置されたバイアス鏡１３ｂとを備えている。基準鏡１３ａとバイアス鏡１３ｂとは、それぞれ、リニアプリズムの形状を有する。すなわち、基準鏡１３ａとバイアス鏡１３ｂとは、それぞれ、複数の矩形の鏡面が、互いの長辺が連結されるとともに互いに直交するようにジグザグ状に配置された構成を有している。
【００５２】
第１実施形態において、基準鏡１３ａは、直線状の各稜線が鉛直方向に延びるように筐体１１に固定されている。バイアス鏡１３ｂは、基準鏡１３ａの側方に隣接して配置され、筐体１１に固定されている。バイアス鏡１３ｂは、直線状の各稜線が、上方に向かうほど前方（照明装置２側）へ離れるように、基準鏡１３ａに対して所定の角度δ（例えば、０.１〜１度）傾けて配置されている（図４Ａ参照）。なお、基準鏡１３ａとバイアス鏡１３ｂとは、互いに識別できるように、例えば、異なるカラーフィルタを前面に設けてもよく、形状を異ならせてもよい。
【００５３】
基準鏡１３ａの各稜線が鉛直方向に延びるように配置されているとき、可動鏡１４は、基準鏡１３ａの、互いに隣接し且つ直交する２つの矩形の鏡面のそれぞれに対して直交するように配置される。すなわち、基準鏡１３ａの２つの鏡面及び可動鏡１４は、それぞれ、図３を用いて説明した３枚の鏡５０ａ〜５０ｃのうちのいずれか１つに対応することになる。これにより、図１の実線の矢印で示すように、照明装置２から照射された光線Ａ１は、基準鏡１３ａの２つの鏡面及び可動鏡１４によって反射されて、再帰性反射方向に進行する。
【００５４】
図４Ａ〜図４Ｃは、図１の計測システムの断面図である。図４Ａは、計測対象物１００に状態変化が生じていない状態を示している。図４Ｂは、計測対象物１００が水平面に対して角度−θ傾斜した状態を示している。図４Ｃは、計測対象物１００が水平面に対して角度＋θ傾斜した状態を示している。ここで、図面において、基準方向又は基準面に対して時計回りの角度を「＋」で示し、基準方向又は基準面に対して反時計回りの角度を「−」で示す。
【００５５】
図４Ａに示すように、計測対象物１００に状態変化が生じていない状態においては、基準鏡１３ａは鉛直方向に延在し、バイアス鏡１３ｂは鉛直方向に対して角度＋δ傾斜している。この状態で、照明装置２から基準鏡１３ａへ照射された光又は電磁波は、実線の矢印に示すように、基準鏡１３ａの２つの鏡面及び可動鏡１４によって反射されて再帰性反射方向Ａ１に進行する。一方、照明装置２からバイアス鏡１３ｂへ照射された光又は電磁波は、鎖線の矢印に示すように、バイアス鏡１３ｂの２つの鏡面及び可動鏡１４によって反射されて反射方向Ｂ１に進行する。この反射方向Ｂ１は、再帰性反射方向Ａ１に対して角度−２δずれることになる。
【００５６】
図４Ｂに示すように、計測対象物１００が水平面に対して角度−θ傾斜した状態においては、基準鏡１３ａ及びバイアス鏡１３ｂは、計測対象物１００と共に水平面に対して角度−θ傾斜する。一方、可動鏡１４は、液体１５の液面に浮かべられているので水平な状態を維持する。このため、基準鏡１３ａが鉛直方向に対して成す角度は−θとなる。この状態で、照明装置２から基準鏡１３ａへ照射された光又は電磁波は、基準鏡１３ａ及び可動鏡１４によって反射されて反射方向Ａ２に進行する。この反射方向Ａ２は、再帰性反射方向Ａ１に対して角度＋２θずれる。
【００５７】
また、図４Ｃに示すように、計測対象物１００が水平面に対して角度＋θ傾斜した状態においては、基準鏡１３ａ及びバイアス鏡１３ｂは、計測対象物１００と共に水平面に対して角度＋θ傾斜する。一方、可動鏡１４は、液体１５の液面上に浮かべられているので水平な状態を維持する。このため、基準鏡１３ａが鉛直方向に対して成す角度は＋θとなる。この状態で照明装置２から基準鏡１３ａへ照射された光又は電磁波は、基準鏡１３ａ及び可動鏡１４によって反射されて反射方向Ａ３に進行する。この反射方向Ａ３は、再帰性反射方向Ａ１に対して角度−２θずれる。
【００５８】
図４Ａ〜図４Ｃでは、説明を簡単にするために、照明装置２から照射された光又は電磁波が一本の線であるものとして示したが、実際には、照明装置２から照射された光又は電磁波は、光学部材１２の全体に照射される。このため、例えば、図４Ｂに示すように、固定鏡１３、可動鏡１４の順に反射されて反射方向Ａ２に進行する光又は電磁波以外に、可動鏡１４、固定鏡１３の順に反射されて反射方向Ａ２ａに進行する光又は電磁波も存在する。この反射方向Ａ２ａは、再帰性反射方向Ａ１に対して角度−２θずれる。すなわち、反射方向Ａ２ａは、再帰性反射方向Ａ１に対して図４Ｃに示す反射方向Ａ３と同じ角度ずれることになる。このため、計測対象物１００が水平面に対して、角度−θ傾斜している場合も、角度＋θ傾斜している場合も、同じ反射方向に反射される反射光又は反射電磁波が存在することになる。従って、基準鏡１３ａのみでは計測対象物１００がいずれの方向に傾斜しているのかを判別することができない。これを判別するために、バイアス鏡１３ｂを設けている。
【００５９】
すなわち、図４Ｂに示すように、計測対象物１００が水平面に対して角度−θ傾斜した状態においては、バイアス鏡１３ｂが鉛直方向に対して成す角度は−θ＋δとなる。この状態で、照明装置２からバイアス鏡１３ｂへ照射された光又は電磁波は、バイアス鏡１３ｂ及び可動鏡１４に反射されて反射方向Ｂ２に進行する。この反射方向Ｂ２は、再帰性反射方向Ａ１に対して角度−２（−θ＋δ）ずれる。すなわち、反射方向Ｂ２と再帰性反射方向Ａ１とが成す角度２（θ−δ）は、反射方向Ａ２と再帰性反射方向Ａ１とが成す角度２θよりも小さく、反射方向Ｂ２の方が反射方向Ａ２よりも再帰性反射方向Ａ１に近い。
【００６０】
一方、図４Ｃに示すように、計測対象物１００が水平面に対して角度＋θ傾斜した状態においては、バイアス鏡１３ｂが鉛直方向に対して成す角度は＋θ＋δとなる。この状態で、照明装置２からバイアス鏡１３ｂへ照射された光又は電磁波は、バイアス鏡１３ｂ及び可動鏡１４によって反射されて反射方向Ｂ３に進行する。この反射方向Ｂ３は、再帰性反射方向Ａ１に対して角度−２（＋θ＋δ）ずれる。すなわち、反射方向Ｂ３と再帰性反射方向Ａ１とが成す角度２（θ＋δ）は、反射方向Ａ３と再帰性反射方向Ａ１とが成す角度２θよりも大きく、反射方向Ｂ３は反射方向Ａ３よりも再帰性反射方向Ａ１から離れている。
【００６１】
従って、バイアス鏡１３ｂによる反射方向が基準鏡１３ａによる反射方向よりも再帰性反射方向Ａ１に近い場合には、計測対象物１００が水平面に対して角度−θ傾斜していることが分かる。一方、バイアス鏡１３ｂによる反射方向が基準鏡１３ａによる反射方向よりも再帰性反射方向Ａ１から離れている場合には、計測対象物１００が水平面に対して角度＋θ傾斜していることが分かる。
【００６２】
また、図４Ａ〜図４Ｃでは、説明を簡単にするために、反射光又は反射電磁波の進行方向Ａ１〜Ａ３及びＢ１〜Ｂ３をそれぞれ一本の線であるものとして記載した。しかし実際には、固定鏡１３及び可動鏡１４には僅かな凹凸、配置の誤差、角度のバラツキなどが存在する。このため、反射光又は反射電磁波は、図１の一点鎖線Ｋ１に示すような拡散性を有する。図５は、第１実施形態に係る可視化素子１によって反射された光又は電磁波の拡散性を概念的に示すグラフである。横軸は、反射光が進む方位を示している。縦軸は、輝度の大きさを示している。反射光の再帰性反射方向からのずれは、光源と反射光が到達する位置との距離に対応する。固定鏡１３と可動鏡１４とが直交しているときは、実線で示すように再帰性反射方向をピークとする輝度分布を示す。これに対して、図４Ｂに示すように、再帰性反射方向に対する反射方向のずれが大きくなるに従い、実線から鎖線、さらに一点鎖線で示すようにピークが分かれて中心から離れていく。このような配光分布の変化がアナログ的に生じるので、配光分布及びその変化を予め把握しておくことで、傾斜角度の変化を輝度変化として捉えることができる。
【００６３】
第１実施形態においては、図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、計測対象物１００が水平面に対して角度±θだけ傾斜し、それに応じて固定鏡１３と可動鏡１４とが成す角度が変化する。これにより、再帰性反射方向近傍に向かう反射光又は反射電磁波の配光分布(反射方向)は、水平面に対する計測対象物１００の傾斜角度に応じて変化する。すなわち、計測対象物１００の傾斜角度と、再帰性反射方向の近傍における反射光又は反射電磁波の配光分布の変化とは相関関係がある。従って、この反射光又は反射電磁波の配光分布の変化に基づいて、計測対象物１００の傾斜角度及び当該傾斜角度の動的変化を可視化し、計測することが可能になる。
【００６４】
また、第１実施形態によれば、光学部材１２が再帰性反射特性を有しているので、１つの照明装置２で複数の光学部材１２に光又は電磁波を照射することで、複数の光学部材１２の反射光又は反射電磁波を１つの撮影装置３で受けることができる。すなわち、計測対象物１００に複数の可視化素子１を貼り付け、それらの可視化素子１に照明装置２から光又は電磁波を照射することで、それらの可視化素子１からの反射光の輝度又は反射電磁波の配光分布の変化を撮影装置３で同時に計測することができる。これにより、計測対象物１００の傾斜角度及び当該傾斜角度の動的変化を可視化することができ、状態の計測をより短時間でかつ詳細に行うことができる。
【００６５】
また、第１実施形態によれば、可視化素子１が電力を消費する部品を含まないので、電池を交換する必要がなく、メンテナンス回数をより少なくすることができる。また、可視化素子１の製造コストを安くすることができ、腐食などの劣化を抑えることができる。
【００６６】
また、第１実施形態によれば、光学部材１２が筐体１１内に配置されているため、光学部材１２が風や腐食などの外乱要因の影響を受け難い。従って、外的要因の影響による誤測定を低減することができる。なお、筐体１１の表面は、防汚表面処理などが施されてもよい。また、筐体１１の内面には、多孔質の樹脂などの消波体を設けてもよい。これにより、液面が波立つのを抑え、可動鏡１４が揺れることを抑えることができる。また、液体１５は、透明で揮発性が低くてもよく、濁らないように雑菌の混入や繁殖が無い材料及び封入処理を施してもよい。
【００６７】
なお、可動鏡１４の固有振動数が非常に低くなるように構成してもよい。この場合、固有振動数より大きな周波数の振動に対しては可動鏡１４が追従し難くなる。そのため、撮影装置３が撮影した映像から反射光の輝度の時間変化を抽出することで、計測対象物１００の傾斜角度の時間変化、すなわち振動を計測することが可能になる。また、構造物の劣化を傾斜角度と振動の両方で分析することで、より詳細な健全度診断が可能になる。
【００６８】
なお、照明装置２が電磁波を照射するものである場合、当該電磁波は光よりも波長の長い電磁波であってもよい。また、この場合、固定鏡１３及び可動鏡１４の鏡面の外径は、電磁波の波長より大きくてもよい。これにより、照明装置２が光を照射する場合と同様に取り扱うことができる。なお、波長の長い電磁波を用いた場合、より離れた場所、例えば衛星からでも計測対象物１００の状態の計測が可能となる。
【００６９】
また、基準鏡１３ａとバイアス鏡１３ｂとは、互いに識別できるように、例えば、それらの前面に異なるカラーフィルタを備えてもよい。また、基準鏡１３ａ及びバイアス鏡１３ｂは、異なる形状を有していてもよい。
【００７０】
なお、図１及び図４Ａ〜図４Ｃでは、説明の都合上、可視化素子１と、照明装置２及び撮影装置３との距離を短く記載している。しかし、これらの距離は数十ｍ、数百ｍ以上であってもよい。また、合成開口レーダーを用いて、地球観測衛星から地上の状況を観測するのと同じように、例えば、地球観測衛星に照明装置２及び撮影装置３を設け、照明装置２から電磁波を照射し、その反射電磁波を撮影装置３で受けるようにしてよい。
【００７１】
また、図４Ａ〜図４Ｃでは、照明装置２は、固定鏡１３及び可動鏡１４に対して斜め上方から光又は電磁波を照射している。しかし、照明装置２は、固定鏡１３及び可動鏡１４に対して斜め下方から光又は電磁波を照射してもよい。この場合、照明装置２からの光又は電磁波は、液体１５に入射し、液体１５と空気との界面で屈折されることになる。しかし、例えば、スネルの式を用いて角度を補正することにより、上記と同様にして計測対象物１００の振動を計測することが可能になる。
【００７２】
また、第１実施形態において、可動鏡１４は、アルミなどの高反射率を有する金属、又は誘電体の多層膜を含む高反射率膜で構成されるものとしたが、本開示はこれに限定されない。可動鏡１４は、樹脂や金属で構成されてもよい。但し、液面に浮かぶ物体の固有振動数は、液体の比重に対する物体の比重の比が小さいほど大きくなる。また、固有振動の振幅は、液体の比重に対する物体の比重の比が１に近いほど小さくなる。そのため、可動鏡１４の比重は、液体１５の比重に近くてもよい。可動鏡１４をポリエチレンなどの液体１５よりも比重の軽い樹脂で構成する場合には、錘を付けるなどして比重を調整してもよい。また、可動鏡１４を液体１５よりも比重が重い金属で構成する場合には、内部に空隙を設けて浮力を働かせるなどして比重を調整してもよい。
【００７３】
また、第１実施形態では、光学部材１２が備える３枚の鏡のうちの１枚を可動鏡１４とし、２枚を固定鏡１３としたが、本開示はこれに限定されない。例えば、光学部材１２が備える３枚の鏡のうちの２枚を可動鏡１４とし、１枚を固定鏡１３としてもよい。この場合、２枚の可動鏡１４は、固定鏡１３の２辺に弾性部材（例えば、板ばね）で接続されてもよい。また、２枚の可動鏡１４が互いに直接衝突しないように、２枚の可動鏡１４と固定鏡１３との間に隙間が設けられてもよい。また、２枚の可動鏡１４が互いに直接衝突しないように、２枚の可動鏡１４に緩衝材を設けてもよい。この構成によれば、２軸方向の振動に対して感度を有することができる。
【００７４】
また、本第１実施形態では、光学部材１２が１つのバイアス鏡１３ｂを備えるようにしたが、本開示はこれに限定されない。例えば、光学部材１２は、２つ以上のバイアス鏡１３ｂを備えてもよい。また、この場合、基準鏡１３ａに対する２つ以上のバイアス鏡１３ｂの傾斜角度はそれぞれ異なっていてもよい。例えば、光学部材１２が基準鏡１３ａに対する傾斜角度がより大きなバイアス鏡１３ｂを備えることで、計測対象物１００の水平面に対して傾斜角度が大きくなっても、傾斜角度を計測することが可能になる。
【００７５】
また、第１実施形態では、バイアス鏡１３ｂが、基準鏡１３ａに対して前方に所定の角度傾けて配置されるものとしたが、本開示はこれに限定されない。例えば、バイアス鏡１３ｂは、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、直線状の各稜線が基準鏡１３ａに対して上方に向かうほど側方に離れるように、所定の角度φ（例えば、０.１〜１度）傾けて配置されてもよい。この場合でも、計測対象物１００が水平面に対して角度±θだけ傾斜することで、固定鏡１３と可動鏡１４とが成す角度が変化するので、撮影装置３が受ける再帰性反射方向近傍における反射光又は反射電磁波の配光分布が変化する。従って、この反射光又は反射電磁波の配光分布の変化に基づいて、計測対象物１００の傾斜角度を可視化し、計測することが可能になる。図６Ａは、計測対象物１００に状態変化が生じていない状態を示している。図６Ｂは、計測対象物１００が水平面に対して角度−θ傾斜した状態を示している。
【００７６】
また、撮影装置３は、複数のカメラ又は複眼カメラを備えてもよい。この場合、複数のカメラ又は複眼カメラで撮影した複数の映像情報を比較することで、反射光又は反射電磁波の方向や角度を更に細かく同定することができる。すなわち、計測対象物１００の状態変化が非常に小さい場合であっても、複数のカメラ又は複眼カメラによって反射光又は反射電磁波の方向や角度の微小な変化を観測することができる。
【００７７】
また、照明装置２は、図７に示すように、可視化素子１に向けて光又は電磁波を照射する複数の光源２Ａ、２Ｂを備えてもよい。これにより、計測対象物１００の傾斜角度（図４Ａ、図４Ｂ、図６Ｂでは角度θ）が大きい場合でも、光源２Ａ、２Ｂのいずれかからの光又は電磁波による反射光又は反射電磁波の拡散成分を撮影装置３で受けることが可能になる。従って、反射光の輝度の変化を撮影装置３で撮影することができる。なお、光源は１つとして、光源２Ａ、２Ｂのそれぞれの位置に光源を移動させるようにしてもよい。
【００７８】
また、複数の光源は、鉛直方向に配列されてもよいし、水平方向に配列されてもよい。また、計測対象物１００が前後方向に傾斜したとき（図４Ｂ、図４Ｃ等参照）、光又は電磁波の反射方向は鉛直方向にずれる。一方、計測対象物１００が左右方向に傾斜したとき（図６Ｂ等参照）、光又は電磁波の反射方向は、水平方向にずれる。このため、光源は、鉛直方向及び水平方向の両方向にそれぞれ複数配置されてもよい。この場合、前後方向及び左右方向の二方向における計測対象物１００の傾斜角度が大きい場合であっても、照明装置２のいずれかの光源による反射光又は反射電磁波の拡散成分を撮影装置３で受けることが可能になる。従って、反射光の輝度の変化を撮影装置３で撮影することができる。また、複数の光源は、一定の間隔で配置されてもよいし、規則的な間隔で配置されてもよい。
【００７９】
また、複数の光源２Ａ、２Ｂの照射する光又は電磁波は、波長、偏光状態、照射タイミングのうち少なくとも１つが互いに異なっていてもよい。これにより互いに識別することができる。なお、偏光状態には、例えば、直線偏光、円偏光が含まれる。これにより、例えば、鉛直方向及び水平方向などの二方向に対する傾斜角度を計測することが可能になる。
【００８０】
また、複数の光源２Ａ、２Ｂが配置される位置は、撮像装置３からの距離が互いに異なる位置であってもよい。また、複数の光源２Ａ、２Ｂは、順次、光又は電磁波を照射してもよい。この場合、光源２Ａ、２Ｂのそれぞれに起因する反射光又は反射電磁波の配光分布の変化に基づいて、再帰性反射方向に対する反射方向のずれ角度を検出し、計測対象物１００の傾斜角度を計測することが可能になる。
【００８１】
また、複数の光源２Ａ、２Ｂが照射する光又は電磁波の色は、互いに異なっていることが望ましい。この場合、可視化素子１が何色に見えるかにより、再帰性反射方向に対する反射方向のずれ角度を検出し、計測対象物１００の傾斜角度を計測することが可能になる。例えば、可視化素子１が光源２Ａから照射される光の色に見える場合、光源２Ａから照射された光は再帰性反射されているので、可視化素子１の傾斜角度がゼロであることが分かる。また、例えば、可視化素子１が光源２Ａから照射される光の色と光源２Ｂから照射される光の色とを混合した色に見える場合、当該混合した色の割合に基づいて、再帰性反射方向に対する反射方向のずれ角度をより正確に検出することができる。
【００８２】
また、第１実施形態では、可動鏡１４を矩形板状に形成し、液面に対して平行な鏡面で光又は電磁波を反射するようにしたが、本開示はこれに限定されない。例えば、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、三角柱状に形成した可動鏡６１を用い、液面に対して傾斜した鏡面６１ａで光又は電磁波を反射するようにしてもよい。図８Ａに示すように、計測対象物１００に状態変化がない場合、可動鏡６１の鏡面６１ａに対して、鏡面６２ａが直交するように固定鏡６２を計測対象物１００に固定することで、照明装置２から照射された光又は電磁波を再帰性反射方向に反射させることができる。また、図８Ｂに示すように、計測対象物１００を水平面に対して角度−θ傾斜させることで、反射光又は反射電磁波の進行方向は、再帰性反射方向に対して角度＋２θずれることになる。これにより、撮影装置３が受ける再帰性反射方向近傍における反射光又は反射電磁波の配光分布は、計測対象物１００の傾斜状態に応じて変化する。この変化に基づいて、計測対象物１００の傾斜状態を計測することが可能になる。
【００８３】
また、第１実施形態では、可動鏡１４を液体１５の液面に浮かべることで、水平な状態を維持するようにしたが、本開示はこれに限定されない。例えば、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、可動鏡７１をＬ字形状とし、内側のコーナー部７２を下方から支持棒７４の先端部で支持してもよい。支持棒７４は支持部材の一例であり、筐体７３に固定されている。可動鏡７１は自由に動けるように支持されているため、可動鏡７１の重心は、常に、支点である内側コーナー部７２の鉛直方向の下方に位置することになる。従って、可動鏡７１の鏡面７１ａは、水平方向に対し所定の角度（例えば、４５度）傾斜した姿勢を維持することができる。また、図９Ａに示すように、可動鏡７１の鏡面７１ａと固定鏡７５の鏡面７５ａとが直交するように、固定鏡７５を筐体７３に固定する。これにより、照明装置２から照射された光又は電磁波を再帰性反射方向に反射させることができる。また、図９Ｂに示すように、筐体７３を水平面に対して角度−θ傾斜させたとき、反射光又は反射電磁波の進行方向は、再帰性反射方向に対して角度＋２θずれることになる。これにより、計測対象物１００の傾斜状態に応じて、撮影装置３が受ける再帰性反射方向近傍における反射光又は反射電磁波の配光分布が変化するので、これに基づいて計測対象物１００の傾斜状態を計測することが可能になる。
【００８４】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、固定鏡８１を筐体８２の傾斜面に固定してもよい。また、可動鏡８３を、固定鏡８１の上端部近傍において、ばね８４を介して筐体８２に支持してもよい。ばね８４は支持部材の一例であり、例えば、板ばねである。図１０Ａに示すように、筐体８２の状態が変化しない場合、ばね８４は重力により撓んだ状態で、可動鏡８３を弾性的に支持する。これにより、可動鏡８３の照明装置２側の鏡面８３ａは、固定鏡８１の鏡面８１ａと直交した状態を維持する。この場合、照明装置２から照射された光又は電磁波を再帰性反射方向に反射させることができる。図１０Ｂに示すように筐体８２を水平面に対して角度−θ傾斜させたとき、ばね８４の延在方向が鉛直方向に近づく。これにより、重力によってばね８４が変形する方向に掛かる荷重が小さくなり、ばね８４の撓みが小さくなる。その結果、固定鏡８１の鏡面８１ａと可動鏡８３の鏡面８３ａとが成す角度が変化し、光又は電磁波の反射方向は、再帰性反射方向に対して角度＋２θずれることになる。このように、計測対象物１００の傾斜状態に応じて再帰性反射方向近傍における反射光又は反射電磁波の配光分布が変化するので、この変化に基づいて計測対象物１００の傾斜角度を計測することが可能になる。
【００８５】
なお、筐体８２の傾斜角度に応じて、ばね８４が変形する方向に掛かる荷重が変化するので、可動鏡８３の固有振動数も筐体８２の傾斜角度に応じて変化する。すなわち、可動鏡８３の固有振動数と筐体８２の傾斜角度とは相関関係がある。また、計測対象物１００は、通常、風や騒音等により常に僅かに振動している。そのため、可動鏡８３も、計測対象物１００の振動に応じた固有振動数で主に振動する。従って、可動鏡８３の固有振動数を計測することによっても、筐体８２の傾斜角度を計測することが可能である。但し、ばねの弾性定数は温度に依存するので、正確に計測するには温度を補正する必要がある。
【００８６】
図１１Ａに示すように、２つの立方体形状の固定鏡９１を、それぞれ固定部材９２を介して筐体９３に固定してもよい。また、立方体形状の可動鏡９４を、紐９５によって上方から支持してもよい。紐９５は支持部材の一例である。図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、筐体９３の状態が変化しない場合、紐９５は、可動鏡９４の鏡面９４ａが固定鏡９１の鏡面９１ａと直交する状態を維持するように、可動鏡９４を支持する。この場合、照明装置２から照射された光又は電磁波を再帰性反射方向に反射させることができる。図１１Ｃに示すように、筐体９３を水平面に対して角度−θ傾斜させたとき、固定鏡９１は、筐体９３と共に角度−θ傾斜する。しかし、可動鏡９４は、重心が紐９５の真下になるように紐９５によって支持されているので、可動鏡９４の姿勢は維持される。これにより、固定鏡９１の鏡面９１ａと可動鏡９４の鏡面９４ａとが成す角度が変化し、光又は電磁波の反射方向は、再帰性反射方向に対して角度＋２θずれることになる。このように、計測対象物１００の傾斜状態に応じて、再帰性反射方向近傍における反射光又は反射電磁波の配光分布が変化するので、この変化に基づいて計測対象物１００の傾斜角度を計測することが可能になる。
【００８７】
図１、図４Ａ〜図４Ｃ、図８Ａ〜図１１Ｃを用いて前述した構成によれば、計測対象物の傾斜角度が変化するとき、固定鏡は、計測対象物と共に動くように構成されている。一方、可動鏡は、重力を利用して固定鏡に対する相対位置を変えるように支持部材によって支持されている。このような構成によれば、計測対象物の傾斜角度に応じて、固定鏡に対する可動鏡の相対的位置関係を変化させることができる。したがって、このような構成によれば、電力を消費する部品を設ける必要がないので、電池を交換する必要性を無くして、メンテナンス回数をより少なくすることができる。また、可視化素子の製造コストを安くすることができ、腐食などの劣化を抑えることができる。
【００８８】
次に、第１実施形態に係る計測システムを用いた計測方法について説明する。図１２は、計測方法のフローチャートである。ここでは、図１３に示すように、計測対象物１００が道路橋脇の複数の照明柱であるとし、複数の照明柱のそれぞれの傾斜角度を走行車両などから計測する例を説明する。なお、以下では説明を簡単にするため、照明装置２は光のみを照射するものとし、電磁波についての説明は省略する。なお、図１３では、照明装置２が上下方向及び左右方向に配列された複数の光源を有する例を示している。
【００８９】
まず、ステップＳ１では、計測対象物１００に複数の可視化素子１を取り付ける。
【００９０】
なお、第１実施形態に係る可視化素子１は、電力を消費する部品を含まないので、計測対象物１００に一旦取り付ければ長期間使用することができる。このため、可視化素子１が計測対象物１００から外れないように、しっかり固定してもよい。
【００９１】
次に、ステップＳ２では、図１３に示すように、計測対象物１００に向けて照明装置２から光を照射し、可視化素子１の光学部材１２によって再帰性反射方向に反射された反射光を含む映像を、撮影装置３により撮影する。
【００９２】
なお、ステップＳ２において、照明装置２の複数の光源は、互いに異なる色の光を照射するか、或いは、順次、計測対象物１００に向けて光を照射する。この場合、撮影装置３により撮影される映像において、複数の可視化素子１からの反射光の色が、計測対象物１００の傾斜に応じて変化したり、或いは、複数の可視化素子１からの反射光の強度が、計測対象物１００の傾斜に応じて異なるタイミングで変化する。
【００９３】
次に、ステップＳ３では、計測装置４が、撮影装置３が撮影した映像に基づいて計測対象物１００の傾斜角度を計測する。例えば、計測装置４は、撮影装置３により撮影した映像の各フレームの画像から、各可視化素子１の位置の画素の輝度変化をサンプリングするなどの画像処理を行う。これにより、映像に映っている複数の可視化素子１の輝度の変化を抽出し、複数の計測対象物１００の傾斜角度を計測することができる。例えば、傾斜していない照明柱に取り付けられた可視化素子１は、照明装置２の複数の光源のうち、最も撮影装置３に近い光源から光を照射したときに明るくなる。これに対して、傾斜している照明柱に取り付けられた可視化素子１は、例えば、照明装置２の複数の光源のうち、上記光源とは別の光源から照射された光の色に見える。なお、傾斜角度の絶対値は、計測対象物１００と撮影装置との距離にも依存する。よって、画像等から距離を算出し、算出した距離を用いて傾斜角度の絶対値を算出することもできる。
【００９４】
第１実施形態に係る計測方法によれば、計測対象物１００の傾斜角度に応じて複数の可視化素子１が異なる色又は異なるタイミングで光るので、撮影装置３によって撮影された画像から傾斜角度を計測することができる。また、設定によっては、目視で傾斜角度を計測することもできる。また、可視化素子１に再帰性反射された反射光は高い指向性を有しているので、例えば、計測対象物１００から数百ｍ離れた位置からでも観測することが可能である。また、撮影装置３自体が微振動するなどして多少の焦点のボケやブレが生じた場合であっても、撮影装置３と照明装置２の位置関係がしっかり固定されていれば、反射光を検出することができ、計測対象物１００の状態を計測することができる。したがって、第１実施形態に係る計測方法は、従来の方法に比べてノイズや環境の変化に対して強い計測方法であると言える。
【００９５】
なお、計測装置４は、計測した計測対象物１００の状態変化に関するデータを蓄積して記憶する記憶部と、文字や音等により異常を報知する報知部を備えてもよい。記憶部は、例えば、半導体メモリである。報知部は、例えば、モニタ及び／又はスピーカである。この構成によれば、記憶部に蓄積された過去のデータと今回計測したデータとを比較することで、計測対象物１００の異常箇所及び程度を検出することが可能になる。また、検出した結果に基づいて報知部が管理者に異常を報知することで、計測対象物１００に対する早期のメンテナンスを可能にすることができる。
【００９６】
なお、照明装置２及び撮影装置３は、計測対象物１００から離れた位置に固定されてもよく、車やヘリコプターなどの移動体に設置されてもよい。照明装置２及び撮影装置３を計測対象物１００から離れた位置に固定する場合は、例えば、安全や演出のために橋梁を照らしている照明装置２の横に設置してもよい。これにより、定点観測が行える。
【００９７】
なお、一般的に普及しているデジタルカメラで、可視光を用いた撮影を行う場合は、太陽光による影響が少ない状況、例えば、夜間に撮影を行う方がよい。この場合、撮影装置３が撮影した映像には、照明装置２により薄暗く照らされた計測対象物１００と、再帰性反射により明るく光る可視化素子１と、街灯やビルの明かりなどの背景が含まれる。この映像から複数の可視化素子１の位置を抽出する必要がある。この場合、例えば、計測の開始時又は計測中において、照明装置２の光を点滅させ、照明装置２の光に同期して点滅する部分を特定することにより、可視化素子１の位置を同定することが可能である。
【００９８】
なお、照明装置２として、水分子の吸収により、地上での太陽光のスペクトルが弱い波長域、例えば１．３５μｍ付近や１．１５μｍ付近の光を発光するＬＥＤを使用してもよい。この場合、太陽光による影響を少なくすることができ、昼間でもＳＮ比の高い計測が可能になる。
【００９９】
（第２実施形態）
図１４は、本開示の第２実施形態に係る状態計測システムの概略構成図である。
【０１００】
第２実施形態に係る計測システムが第１実施形態に係る計測システムと異なる点は、可視化素子１に代えて可視化素子１１０を備えている点である。その他の点は第１実施形態と同様である。
【０１０１】
可視化素子１１０は、温度、湿度などによりバイメタルが変形することを利用して、計測対象物１００の状態変化に応じて再帰性反射方向近傍の反射光又は反射電磁波の配光分布を変化させ計測を行う。
【０１０２】
具体的には、可視化素子１１０は、図１４に示すように、筐体１１１と、光又は電磁波に対して再帰性反射特性を有する光学部材１１２とを備えている。
【０１０３】
光学部材１１２は、筐体１１１に固定された固定鏡１１３と、計測対象物１００の状態変化に応じて、固定鏡１１３に対して相対的に動くように支持された可動鏡１１４とを備えている。固定鏡１１３は、光学部材１１２の他の部分の一例である。可動鏡１１４は、光学部材１１２の一部の一例である。
【０１０４】
固定鏡１１３と可動鏡１１４とは、光又は電磁波を反射する鏡面１１３ａ、１１４ａに、例えば、アルミなどの高反射率を有する金属、又は誘電体の多層膜を含む高反射率膜を備えている。
【０１０５】
可動鏡１１４は、温度、湿度、水分量、遠赤外線、又は放射線により変形するバイメタルを含む。第２実施形態において、可動鏡１１４に含まれるバイメタルは、膨張係数が異なる２種類の素材を接合して構成されている。
【０１０６】
可動鏡１１４は、接続部材１１５を介して筐体１１１に取り付けられている。接続部材１１５は、例えば、可動鏡１１４が計測対象物１００の状態変化に応じて変形できるように、可動鏡１１４の鏡面１１４ａとは反対側の面の中心部に取り付けられている。
【０１０７】
計測対象物１００の状態が変化しないとき、可動鏡１１４の鏡面１１４ａは、図１４では実線で示すように平坦であり、可動鏡１１４の鏡面１１４ａと固定鏡１１３の鏡面１１３ａとは互いに直交する。このとき、照明装置２から照射された光又は電磁波は、実線の矢印Ａ１で示すように、再帰性反射方向に反射される。
【０１０８】
計測対象物１００の状態が変化したとき、図１４において鎖線で示すように、可動鏡１１４の鏡面１１４ａは曲面となり、可動鏡１１４の鏡面１１４ａと固定鏡１１３の鏡面１１３ａとは互いに直交しなくなる。このとき、照明装置２から照射された光又は電磁波は、一点鎖線の矢印Ｂ４又は鎖線の矢印Ｂ４ａで示すように反射される。すなわち、反射光又は反射電磁波は、広く拡散する。
【０１０９】
図１５は、第２実施形態に係る可視化素子１１０に反射された光の拡散性を概念的に示すグラフである。横軸は、反射光が進む方位を示している。縦軸は、輝度の大きさを示している。反射光の再帰性反射方向からのずれは、光源と反射光が到達する位置との距離に対応する。可動鏡１１４の鏡面１１４ａが平坦であり、固定鏡１１３と可動鏡１１４とが直交しているときは、実線で示すように再帰性反射方向をピークとする輝度分布を示す。これに対して、可動鏡１１４の鏡面１１４ａが曲面になり、その曲率が大きくなるにつれて、鎖線又は一点鎖線で示すように、ピークとなる再帰性反射方向の輝度が低くなる。このような輝度の変化に基づいて、計測対象物１００の状態を計測することが可能になる。
【０１１０】
なお、第２実施形態においては、説明を簡単にするため、光学部材１１２が１つの固定鏡１１３を備えるものとしたが、本開示はこれに限定されない。光学部材１１２は、互いに直交する２つの固定鏡１１３を備えてもよい。２つの固定鏡１１３と可動鏡１１４とが互いに直交するように配置されることで、図３を用いて説明したように、光又は電磁波を再帰性反射方向に反射することができる。
【０１１１】
また、第２実施形態においては、可動鏡１１４のバイメタルは、温度などに対する膨張係数が異なる２種類の素材を接合して構成されるものとしたが、本開示はこれに限定されない。バイメタルの素材、形状等は、計測対象物１００の計測対象とする状態や、計測範囲に応じて適宜選択、設計すればよい。
【０１１２】
また、第２実施形態においては、可動鏡１１４自体が、バイメタルを備えるものとしたが、本開示はこれに限定されない。例えば、図１６に示すように、螺旋状のバイメタルで構成される接続部材１１６を介して可動鏡１１４を筐体１１１に取り付けるようにしてもよい。この構成によれば、計測対象物１００の状態変化に応じて螺旋状のバイメタルが螺旋軸回りに回転することで、２つの固定鏡１１３と可動鏡１１４とが成す角度を変化させることができる。なお、接続部材１１５をバイメタルで構成する場合には、バイメタルの形状を比較的自由に設定できるので、計測対象物１００の状態変化に対するバイメタルの変形度合を変えて、感度を調整することも容易である。
【０１１３】
なお、バイメタルは、金属に限定されるものではなく、例えば、紙、プラスチックなどであってもよい。また、バイメタルに代えて、計測対象物１００の状態変化に応じて変化する素材、構造を採用しても、同様の効果を得ることが可能である。例えば、計測対象物１００の状態変化に応じて弾性定数が変わる素材を用い、再帰性反射方向に進行する反射光の強度変化の周波数に基づいて計測対象物１００の状態を可視化することも可能である。ここで反射光の強度変化の周波数は、可動鏡１１４の固有振動数に依存する。
【０１１４】
なお、可動鏡１１３の近傍には、計測対象物１００の状態が変化しても変形しない平面鏡（図示せず）を設けてもよい。この構成によれば、第１実施形態において基準鏡１３ａ及びバイアス鏡１３ｂを用いて計測対象物１００がいずれかの方向に傾斜しているかを判別したのと同様にして、平面鏡の反射率と可動鏡１１３の反射率との比に基づいて、計測対象物１００の状態変化をより正確に計測することが可能になる。
【０１１５】
（第３実施形態）
図１７は、本開示の第３実施形態に係る計測システムの概略構成図である。
【０１１６】
第３実施形態に係る計測システムが第１実施形態に係る計測システムと異なる点は、可視化素子１に代えて、可視化素子１２０を備えている点である。その他の点は第１実施形態と同様である。
【０１１７】
計測対象物１００は、土壌である。可視化素子１２０は、土壌中の水分量の状態変化を計測するように構成されている。
【０１１８】
具体的には、可視化素子１２０は、図１７に示すように、筐体１２１と、光又は電磁波に対して再帰性反射特性を有する光学部材１２２とを備えている。
【０１１９】
筐体１２１には、テンシオメータ１２５が取り付けられている。テンシオメータ１２５は、計測対象物１００の状態に応じて応力を発生させる応力部の一例である。テンシオメータ１２５は、ポーラスカップ１２６と、パイプ１２７と、Ｃ型に湾曲する湾曲部を有するブルドン管１２８とを備えている。
【０１２０】
ポーラスカップ１２６は、例えば、多孔質の陶器で構成されている。ポーラスカップ１２６は、パイプ１２７の一方の端部に取り付けられている。パイプ１２７の他方の端部には、ブルドン管１２８が取り付けられている。ブルドン管１２８は、Ｃ字型に湾曲する湾曲部１２８ａを備えている。湾曲部１２８ａは、筐体１２１内に配置されている。
【０１２１】
ポーラスカップ１２６及びパイプ１２７内には、脱気した水が入れられて密封されている。ポーラスカップ１２６及びパイプ１２を湿った土壌中に差し込むと、ポーラスカップ１２６内から土壌中へ水分が排出されることで、当該排出される水分量に応じてパイプ１２７内は減圧される。この圧力変化により、ブルドン管１２８の湾曲部１２８ａは、曲率半径が変わるように変形する。
【０１２２】
光学部材１２２は、筐体１２１に固定された固定鏡１２３と、計測対象物１００の状態変化に応じて固定鏡１２３に対して相対的に動くように支持された可動鏡１２４とを備えている。固定鏡１２３は、光学部材１２２の他の部分の一例である。可動鏡１２４は、光学部材１２２の一部の一例である。
【０１２３】
固定鏡１２３と可動鏡１２４とは、光又は電磁波を反射する鏡面１１３ａ、１１４ａに、例えば、アルミなどの高反射率を有する金属、又は誘電体の多層膜を含む高反射率膜を備えている。可動鏡１２４は、ブルドン管１２８の湾曲部１２８ａに取り付けられている。ブルドン管１２８は可動鏡１２４を支持する支持部材の一例である。
【０１２４】
計測対象物１００の水分量が基準値であり、ブルドン管１２８の湾曲部１２８ａが変形していないとき、可動鏡１２４の鏡面１２４ａと固定鏡１２３の鏡面１２３ａとは、互いに直交する。このとき、照明装置２から照射された光又は電磁波は、再帰性反射方向に反射される。
【０１２５】
計測対象物１００の水分量が基準値から変化すると、ブルドン管１２８の湾曲部１２８ａが変形する。このとき、当該湾曲部１２８ａに取り付けられた可動鏡１２４が動き、可動鏡１２４の鏡面１２４ａと固定鏡１２３の鏡面１２３ａとが成す角度が変化する。これにより、反射光又は反射電磁波の進行方向は、再帰性反射方向に対してずれることになる。このように、計測対象物１００の水分量に応じて、再帰性反射方向近傍における反射光又は反射電磁波の配光分布が変化するので、この変化に基づいて計測対象物１００の水分量を計測することが可能になる。
【０１２６】
なお、テンシオメータ１２５でも土壌中の水分量を計測することは可能であるが、第３実施形態に係る可視化素子１２０を用いることにより、電源を必要とすることなく遠隔地から水分量を計測することが可能になる。このため、第３実施形態に係る可視化素子１２０は、例えば、土砂災害が生じやすい不便な場所にある土壌の水分量を計測するときに極めて有用である。
【０１２７】
なお、第３実施形態では、可視化素子１２０をテンシオメータ１２５に取り付けて土壌中の水分量を計測するように構成したが、本開示はこれに限定されない。例えば、図１８に示すように、可視化素子１２０をｐＨメータ１３１に取り付けて土壌中のｐＨを計測するように構成してもよい。ｐＨメータ１３１は応力部の一例である。
【０１２８】
ｐＨメータ１３１は、イオン化傾向の異なる２種類の金属電極１３２、１３３と、アナログメータ１３４とを備えている。金属電極１３２、１３３は、水中で起電力を発生させる金属の組合せであればよい。一方の金属電極１３２は、例えば、亜鉛である。他方の金属電極１３３は、例えば、銀又は塩化銀である。アナログメータ１３４には、可動鏡１２４が取り付けられる。アナログメータ１３４は可動鏡１２４を支持する支持部材の一例である。
【０１２９】
金属電極１３２、１３３の間の電位差が基準値である場合、アナログメータ１３４に取り付けられた可動鏡１２４の鏡面１２４ａと固定鏡１２３の鏡面１２３ａとは、互いに直交するように位置する。このとき、照明装置２から照射された光又は電磁波は、再帰性反射方向に反射される。
【０１３０】
ｐＨメータ１３１が土壌中に差し込まれると、土壌中の水分のｐＨに応じて金属電極１３２、１３３の間の電位差が基準値から変化する。この電位差を起電力として発生される電磁力又は静電気力により、アナログメータ１３４及び可動鏡１２４が動き、可動鏡１２４の鏡面１２４ａと固定鏡１２３の鏡面１２３ａとが成す角度が変化する。これにより、反射光又は反射電磁波の進行方向は、再帰性反射方向に対してずれることになる。このように、計測対象物１００の水分量に応じて、再帰性反射方向近傍における反射光又は反射電磁波の配光分布が変化するので、この変化に基づいて計測対象物１００の水分量を計測することが可能になる。
【０１３１】
なお、ｐＨメータ１３１でも土壌中の水分のｐＨを計測することは可能であるが、第３実施形態に係る可視化素子１２０を用いることで、電源を必要とすることなく遠隔地から水分量を計測することが可能になる。このため、第３実施形態に係る可視化素子１２０は、例えば、農業や災害予防のために広範囲の土壌中の水分のｐＨを計測するときに極めて有用である。
【０１３２】
なお、計測対象物１００の状態に応じて応力を発生させる応力部として、テンシオメータ１２５及びｐＨメータ１３１を例に挙げたが、本開示はこれに限定されない。例えば、応力部は、気圧、加速度、歪など、計測対象物１００の何らかの状態変化を受けて応力を発生させ、応力により可動鏡１２４を動かすことができるもの（気圧計、圧電体、ボイスコイルモータなど）であってもよい。この場合でも、同様の効果を得ることができる。
【０１３３】
（第４実施形態）
図１９Ａ及び図１９Ｂは、本開示の第４実施形態に係る計測システムが備える可視化素子の概略構成図である。
【０１３４】
第４実施形態に係る計測システムが第１実施形態に係る計測システムと異なる点は、可視化素子１に代えて、ビーズ型構造を有する可視化素子１４０を備えている点である。他の部分は第１実施形態と同様である。
【０１３５】
可視化素子１４０は、温度、湿度などによりバイメタルが変形することを利用する。可視化素子１４０は、計測対象物１００の状態変化に応じて再帰性反射方向近傍の反射光又は反射電磁波の配光分布を変化させ計測を行う。
【０１３６】
具体的には、可視化素子１４０は、図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、筐体１４１と、光又は電磁波に対して再帰性反射特性を有する光学部材１４２とを備えている。
【０１３７】
光学部材１４２は、球状レンズ１４３と、球状レンズ１４３の後方（照明装置２より離れる側）に配置された凹面反射材１４４とを備えている。球状レンズ１４３は、凹面反射材１４４に対して独立して移動可能である。凹面反射材１４４は、球状レンズ１４３の表面と同心円の凹面を有している。すなわち、凹面反射材１４４は、球面の一部である凹面を有する。凹面反射材１４４は、光又は電磁波を反射する鏡面となる。球状レンズ１４３と凹面反射材１４４とは、計測対象物１００の状態変化に応じて相対的な位置関係が変化する。球状レンズ１４３は光学部材１４２の一部の一例であり、凹面反射材１４４は光学部材１４２の他の部分の一例である。計測対象物１００と凹面反射材１４４との相対的な位置関係が固定されてもよく、計測対象物１００と球状レンズ１４３との相対的な位置関係が固定されてもよい。
【０１３８】
球状レンズ１４３は、板材１４５に設けられた位置固定用の穴に埋め込まれている。板材１４５は、支持部材１４６を介して筐体１４１に取り付けられている。支持部材１４６は、温度、湿度、水分量、遠赤外線、又は放射線により変形するバイメタルを含む。
【０１３９】
計測対象物１００の状態が変化しないとき、支持部材１４６のバイメタルは、図１９Ａに示すように、真っ直ぐな状態にある。このとき、凹面反射材１４４は球状レンズ１４３の焦点位置に位置する。凹面反射材１４４によって反射された光又は電磁波は、球状レンズ１４３を通過して、再帰性反射方向Ａ１に進行する。
【０１４０】
計測対象物１００の状態が変化したとき、支持部材１４６のバイメタルは、図１９Ｂに示すように、湾曲する。このとき、球状レンズ１４３が前方に移動し、凹面反射材１４４は球状レンズ１４３の焦点位置からずれる。凹面反射材１４４によって反射された光又は電磁波は、球状レンズ１４３を通過して、再帰性反射方向Ａ１からずれた反射方向Ｂ５に進行する。このように、計測対象物１００の状態変化に応じて、再帰性反射方向近傍における反射光又は反射電磁波の配光分布が変化するので、この変化に基づいて計測対象物１００の状態を計測することが可能になる。
【０１４１】
なお、第４実施形態では、第２実施形態と同様に、バイメタルを用いて温度、湿度などを計測する例を示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、支持部材１４６は、図１１Ａ〜図１１Ｃを用いて説明した構成と同様に、筐体１４１が水平面に対して傾斜するか否かに関わらず球状レンズ１４３の姿勢を維持するように、球状レンズ１４３を上方から支持する紐又はばねであってもよい。この構成によれば、計測対象物１００の傾斜角度を計測することが可能になる。また、例えば、第３実施形態と同様に、テンシオメータやｐＨメータなどの応力部によって、球状レンズ１４３の位置を動かすように構成してもよい。この構成によれば、計測対象物１００の水分量を計測することが可能になる。
【０１４２】
（実施例）
実施例に係る可視化素子は、第１実施形態に係る可視化素子１と同様の構成を有する。実施例に係る可視化素子においては、筐体１１としてアクリル製の容器を用いた。また、液体１５として水を用いた。また、可動鏡１４として厚さ０.５ｍｍのポリエチレン製の板にアルミニウムを蒸着したプラスチックの鏡を用いた。可動鏡１４の裏側にはアルミ片を貼り付けて比重を調整した。なお、液体１５に可動鏡１４の半分以上が沈むように可動鏡１４の比重を調整したところ、筐体１１が揺れても可動鏡１４の揺れは非常に小さくなった。
【０１４３】
基準鏡１３ａ及びバイアス鏡１３ｂとしては、頂角９０度、プリズムのピッチ１ｍｍ、厚さ２ｍｍのアクリル製リニアプリズムシートに、厚さ０．２μｍのアルミ膜を蒸着したものを用いた。基準鏡１３ａは、プリズムの稜線が筐体１１の側面に対して平行になるように筐体１１に貼り付けた。バイアス鏡１３ｂは、プリズムの稜線が上部に向かうほど前方に１度傾斜するように筐体１１に貼り付けた。このとき、バイアス鏡１３ｂの上部と筐体１１との間には、スペーサを設けた。
【０１４４】
以上のようにして構成された実施例に係る可視化素子を、マイクロメータによって傾斜を微調整可能な傾斜台に載置した。この状態で、可視化素子に対して、１０ｍ離れた位置からレーザ光を照射し、可視化素子からの反射光を壁に貼ったグラフ用紙に投影し、反射光の進行方向を計測した。
【０１４５】
傾斜台の傾斜角度がゼロのとき、反射光はレーザ光源の位置に正確に戻り、完全な再帰性反射特性を示した。傾斜台をレーザ光源に向かって前後に傾斜させると（図４Ａ〜図４Ｃ参照）、傾斜角度の２倍のずれ角で反射光の進行方向が上下にずれた。傾斜台をレーザ光源に向かって左右に傾斜させると（図６Ａ〜図７参照）、傾斜角度の２倍のずれ角で反射光の進行方向が左右にずれた。
【０１４６】
撮影装置３として、３Ｄ撮影ができる複眼のデジタルカメラを用いた。照明装置２として、ＲＧＢの３色のＬＥＤランプを３ｍｍ間隔で上下に３つ、左右に３つ配列した照明装置を用いた。照明装置２及び撮影装置３は、可視化素子から斜め上方約１５度の方向に１００ｍ離れた地点に配置した。この状態で、照明装置２から光を可視化素子に向けて照射し、反射光を撮影装置３によって撮影した。なお、ＬＥＤランプの間隔３ｍｍは、１００ｍ離れた地点で０．００１７度（約６．２秒）に相当する。
【０１４７】
撮影装置３が撮影した映像には、可視化素子が小さな輝点となって映っており、常時の微動により輝度が変動していた。このため、５秒間の平均値を静止状態として計算した。撮影装置３による撮影は、傾斜台の傾斜角度を僅かずつ変えながら行った。その結果、０．００１７度の１／２である０．０００８６度毎に、異なるＬＥＤの照射光が撮影装置３に撮影されていることを確認した。これにより、計測対象物の傾斜角度を計測できることが確認できた。
【０１４８】
なお、複眼のデジタルカメラの映像にも輝度の違いが見られ、複眼レンズのレンズ間隔を小さくすれば、更に細かく計測対象物の傾斜角度を計測できることも確認した。また、可視化素子の傾斜角度を、加振器を用いてサイン波形を描くよう振動させると、その振動周波数に応じて、撮影した映像中の可視化素子の明るさが変化した。これにより、計測対象物の振動も計測できることを確認した。
【０１４９】
以上のようにして、本開示に係る可視化素子を計測対象物に貼り付けることで、遠方から状態の計測を行えることを確認した。
【０１５０】
なお、前述した様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【０１５１】
本開示は、添付図面を参照しながら幾つかの実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本開示は、電源を必要とすることなく計測対象物の状態を可視化することができるので、橋梁やトンネルなどの公共の構造物のみならず、機械、ビルなどの健全度の評価、監視、農地の管理などに有用である。また、可視化素子のサイズを大きくすれば、航空機や衛星から計測対象物全体の状態の計測を行うこともでき、土砂災害など、危険個所の監視にも応用できる。
【符号の説明】
【０１５３】
１    可視化素子
２    照明装置
２Ａ，２Ｂ    光源
３    撮影装置
４    計測装置
１１    筐体
１２    光学部材
１３    固定鏡
１３ａ  基準鏡
１４ａ  バイアス鏡
１４    可動鏡
１５    液体
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ    鏡
６１    可動鏡
６２    固定鏡
７１    可動鏡
７２    内側コーナー部
７３    筐体
７４    支持棒
７５    固定鏡
８１    固定鏡
８２    筐体
８３    可動鏡
８４    ばね
９１    固定鏡
９２    固定部材
９３    筐体
９４    可動鏡
９５    紐
１００    計測対象物
１１０    可視化素子
１１１    筐体
１１２    光学部材
１１３    固定鏡
１１４    可動鏡
１１５，１１６    接続部材
１２０    可視化素子
１２１    筐体
１２２    光学部材
１２３    固定鏡
１２４    可動鏡
１２５    テンシオメータ
１２６    ポーラスカップ
１２７    パイプ
１２８    ブルドン管
１２８ａ  湾曲部
１３１    ｐＨメータ
１３２，１３３    金属電極
１３４    アナログメータ
１４０    可視化素子
１４１    筐体
１４２    光学部材
１４３    球状レンズ
１４４    凹面反射材
１４５    板材
１４６    支持部材
【図１】
0006782466.tif 000002
【図２】
0006782466.tif 000003
【図３】
0006782466.tif 000004
【図４Ａ】
0006782466.tif 000005
【図４Ｂ】
0006782466.tif 000006
【図４Ｃ】
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【図５】
0006782466.tif 000008
【図６Ａ】
0006782466.tif 000009
【図６Ｂ】
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【図７】
0006782466.tif 000011
【図８Ａ】
0006782466.tif 000012
【図８Ｂ】
0006782466.tif 000013
【図９Ａ】
0006782466.tif 000014
【図９Ｂ】
0006782466.tif 000015
【図１０Ａ】
0006782466.tif 000016
【図１０Ｂ】
0006782466.tif 000017
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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