JP2012173130A - ミラー調整治具、構造物変状検知システムおよび構造物変状検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自然構造物や人工構造物の状態監視を低コストで効果的に行える構造物変状検知システムおよび構造物変状検知方法、ならびに構造物にミラーを備え付け、高精度で角度調整を行うミラー調整治具を提供する。
【解決手段】発光手段を備えたターゲットと、ミラーと、該ミラーを支持・調整するミラー調整治具を備え、発光手段から放出された光が、ミラーに反射し、観測点に到達するか否かにより、構造物の変状を検知する。ミラー調整治具は、構造物に埋設もしくは固設する支柱と、ミラーを固定するミラー支持部と、支柱に設けられ、ミラー支持部に設けられた脚部を挿入して内部に固化材を充填させることにより、ミラー支持部を固定し得る脚受け部と、ミラー支持部を一端で支持し、他端で支柱もしくは脚受け部と連結固定されるアーム部と、ミラー支持部の傾斜角を調整し得る角度調整機構から成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、自然構造物ならびに人工構造物の現場での変状の発生・進展、あるいは危険度の増大を検知する目的で、構造物の状態監視を簡易に行う変状検知システムおよび変状検知方法に関するものである。

日本は国土の４分の３が山地で覆われており、全国には約９万の斜面崩壊危険箇所（以下、危険斜面という。）をはじめ、地すべり危険箇所、土石流危険箇所、落石危険箇所など２１万箇所を数える土砂災害危険箇所が存在すると言われており、特に豪雨や震災発生時、斜面工事時などには、斜面災害が集中している。

このような状況下、崩壊危険性の高い箇所から斜面防災対策を効率的に実施し、災害の発生やその予兆を捉える装置を配備すると共に、危険度に応じて道路利用者や周辺住民に情報提供することが必要とされている。そのために、モニタリングシステム、データ転送システム、データのリアルタイム分析システム、住民への告知システムなどが開発され、着実に成果を上げている。

しかしながら、自然現象に起因する災害発生の危険度は基本的には不変であるのに対し、災害対策のための整備予算が減少していることもあり、例えば、処置を要する危険斜面の場合でも、未だ全体の約２割の整備率であるというのが実状である。
このうちデータのリアルタイム分析と住民への告知システムが完備している箇所は、極めて限定的なものにとどまっている。

一方、現在、各現場で行っている危険斜面などの計測管理は、主要断面に複数の計測器を設置し、設計計算書を基に管理基準値を、例えば、第１警戒値から第３警戒値までの３段階に設定し、手動測定あるいは自動測定を行って、管理事務所内のコンピュータでデータ整理を行っている。そして、それらの測定結果から計測担当職員が斜面崩壊などの挙動を判断している。
例えば、測定値が管理基準値を超えた場合、職員が現場調査を実施し、危険と判断した場合、発注者と協議の上、警報または退避命令を発するのが一般的な管理方法である。また、管理基準値を超えない場合は、週報や月報で発注者に報告書を提出し、施工終了時には、施工に伴う計測データとして最終報告書に纏めて提出している。

かかる状況下、発明者の一人である芥川は、既に、地すべりなどの防災から市民及び工事関係者を守るために不可欠な動態観測データを、リアルタイムに周辺関係者（住民、現場作業者など）に情報開示すべく、任意の観測点間の相対変位を光の色で表示する装置を提案している（特許文献１）。かかる提案の装置は、建設工事中の安全管理，供用中インフラの維持管理，防災，減災，地震被害の効果的査定などの業務を行うことを目的とする。また、この目的のために、変形や傾斜を計測して、その結果を視覚情報（たとえば光の色）に変換してその場所に表示するアプローチが効果的であることが分かっている、場合によっては、視覚情報を限定的に公開したいというケースがある。

特開２００８−３０９７８４号公報

上記の自然構造物や人工構造物の変状が進み、現場の安全性が低下し続けている現状があったとしても、それを合理的・経済的に検知する方法やシステムは、未だ開発途上にある。このため、自然構造物及び人工構造物に関して、安全性の問題から、現場での変状の発生・進展、あるいは危険度の増大を検知する方法やシステムが求められている。

現在、危険斜面の現場に導入されているシステムは、設備コストが高いため、危険性が既に把握されている箇所の全数に設置することができないといった問題がある。上記の問題点は、危険斜面の例だけに限らず、他の自然構造物、土木構造物、建築構造物、および関係する建設機械を対象とした建設中および供用時の変状監視や安全管理システムにおいても同様に存在している。

また、上述した如く、一部の場合において、現場での視覚的な情報公開を限定的に行う必要がある場合がある。
例えば、道路，鉄道，エネルギー関連施設（原子力発電所など）など国家的レベルのインフラの管理責任者は、それらの存在する範囲と量が膨大であるため、異常が早期に発見された場合に、まずそれを管理責任者らだけが認知して、それらの異常が進行するようであれば第２段階としてその情報を住民に開示したいという背景がある。

上記状況に鑑みて、本発明の第１の目的は、自然構造物や人工構造物の状態監視を低コストで効果的に行える構造物変状検知システムおよび構造物変状検知方法を提供することである。
また、本発明に係る構造物変状検知システムおよび構造物変状検知方法では、後述するようにミラーを用いるが、かかるミラーを目的位置に高精度で角度調整および固定することが要求される。そこで、本発明の第２の目的は、上記の構造物変状検知システムおよび構造物変状検知方法に好適に用いることができ、ミラーを目的位置に高精度で角度調整および固定できるミラー調整治具を提供することである。

なお、本明細書において、自然構造物とは、道路脇や住宅地周辺の自然斜面、自然河川堤防など土質材料および岩盤などで形成されている自然地形の一部を意味する用語として用いる。自然構造物には、豪雪地帯における積雪も含まれる。また、人工構造物とは、大きく分けて土木構造物、建築構造物およびそれらを建設する際に用いる建設機械を意味する。土木構造物とは、橋梁，送電や通信用の鉄塔，ダム，トンネル，盛土，埋立地，人工河川堤防，人工斜面などを指し、建築構造物とは、一般住宅，高層ビル，公共建築物（美術館、学校、駅舎、体育館など），発電用の大型風車，大規模レジャー施設(コンサートホール、スポーツスタジアム、観覧車、ジェットコースターのレールなど)，イベント会場仮設構造物などを指す。また、建設機械とは、特に大型クレーン、大型重機のようにオペレータが必要で工事中に周辺に住民もしくは作業員が近づく可能性があるものを指す。

上記の目的を達成すべく、本発明のミラー調整治具は、下記の１）〜５）の構成要件を備える。
１）構造物に埋設もしくは固設する支柱
２）ミラーを固定するミラー支持部
３）支柱に設けられ、ミラー支持部に設けられた脚部を挿入して内部に固化材を充填させることにより、ミラー支持部を固定し得る脚受け部
４）ミラー支持部の傾斜角を調整し得る角度調整部
５）角度調整部を一端で支持し、他端で支柱もしくは脚受け部と連結固定されるアーム部

かかる構成によれば、ミラーを目的位置に高精度で調整・固定することができ、自然構造物および人工構造物の状態監視を行う構造物変状検知システムおよび構造物変状検知方法に好適に用いることができる。

上記１）の構造物は、自然構造物および人工構造物のことである。また、支柱は構造物に埋設もしくは固設できるもので、硬質性素材で形成されるものである。例えば、鉄筋などの金属や硬質性樹脂などが好適に使用することができる。また、支柱の形状は、特に限定されるものではないが、パイプ状でもよく、構造物に埋設もしくは固設するために適宜設計すればよい。

上記２）のミラーは、光を効率よく反射するものの意味で用いている。ミラーは、平面鏡だけでなく、凸面鏡も含まれる。また、ミラーを固定するミラー支持部は、例えば、ミラーの側面を挟み込んで固定するものでも、ミラーの裏面と嵌着して固定するものでもよい。
また、ミラーとミラー支持部は、取外し可能とすることが好ましい。これにより、ミラーの角度調整の際に、最初に凸型のミラーをミラー支持部に取り付けておいて、大まかにミラーの角度調整を行った後に、凸型のミラーを取り外して、平面型のミラーを取り付けることができる。ミラーが取外しできることで、ミラーの保守・交換が可能となる。

上記３）の脚受け部は、支柱の端部を含め支柱のどの部位に設けてもよい。脚受け部の形状は、例えば、受け皿状や受け筒状のように、上面が開口され内部に物を収納できる構造であればよい。脚受け部は、その内部にミラー支持部の脚部を挿入し、内部に固化材を充填させることにより、ミラー支持部を固定できるようにするものである。
また、上記３）の固化材は、特に限定しないが、例えば、セメントやセメント系固化材が好適に用いることができる。ここで、セメント系固化材とはセメントを含有成分とする固化材であり、ポルトランドセメント、高炉セメントなどを用いることができる。
また、ミラー支持部に設けられた脚部とは、例えば、１本脚や２本脚といったものや、その脚の端部に台座が付いているものでもよい。

上記４）の角度調整部は、ミラー支持部の傾斜角を調整できる機構を備える。例えば、水平軸の回動と垂直軸の回動を組み合わせて、ミラー支持部の傾斜角を任意に調整するものでもよい。或いは、アーム部の端部を球状曲面に構成し、ミラー支持部の裏面に該球状曲面と摺動接触する凹部を設けて、ミラー支持部の傾斜角を任意に調整するものでもよい。例えば、水平軸の回動と垂直軸の回動を組み合わせた角度調整部を用いることにより、ミラーの正面からみて、左右・前後の傾斜角を調整することができる。

上記５）のアーム部は、角度調整部を一端で支持し、他端で支柱と連結固定されるものか、或いは、他端で脚受け部と連結固定されるものがある。角度調整部を一端で支持するとは、角度調整部の上方から吊り下げて支持するものや、角度調整部の側面や裏面から支持することをいう。
ここで、上記の角度調整部は、具体的には、ミラー支持部の１辺の側面部もしくは対向する２辺の側面部と軸着された第１部位と、第１部位と前記アーム部とが軸着された第２部位とからなり、第１部位と第２部位の各々の軸が回転することにより、ミラー支持部の傾斜角を調整できるものである。
かかる構成の角度調整部によれば、第１部位と第２部位の各々の軸が回転することによりミラー支持部の傾斜角を調整できる。ミラー支持部の１辺の側面部を軸着するとは、ミラーに向かって上側面、左側面、右側面のいずれかを軸着することである。また、ミラー支持部の対向する２辺の側面部を軸着するとは、ミラーに向かって上下の側面、或いは、左右の側面を軸着することである。なお、より安定性を考慮した場合、ミラー支持部の対向する２辺の側面部を軸着する方が好ましい。

また、上記の角度調整部において、第２部位の軸の回転角度を操作角度の１／２の角度にする角度半減機構を更に備えることが好ましい。角度半減機構を用いることで、例えば、Ａ方向からＢ方向まで回転操作を行った場合、操作角度の１／２の角度に第２部位の軸が自動的に回転することになる。これにより、Ａ方向とＢ方向の真ん中の方向にミラーの鏡軸を合わせることになる。例えば、Ａ方向に光源がある場合、ミラーに反射した光源の光はＢ方向に進むようになる。

また、上述のミラー支持部において、ミラーの鏡軸の角度を微調整する微調整機構を備えることが好ましく、その微調整機構は、具体的には、ミラー裏面に設けられたステーと、脚部の上方でステーの後方に設けられた支持部材を３点の止ネジで支持するものであり、いずれか１点の止ネジの先端を球状曲面に構成し、球状曲面と摺動接触する凹部をステーの裏面に設けたものである。
かかる構成によれば、止ネジの先端が凹部の内面に摺動接触することにより、ミラーを支持部材上に揺動可能に保持させることができる。

ミラー支持部の角度調整部とは別に、ミラー支持部における微調整機構を設けるのは以下の理由による。
ミラーの設置時に、ミラーを支持するミラー支持部の姿勢、すなわち傾斜角を角度調整部で調整する。角度調整の後、ミラー支持部の脚部を脚受け部に挿入し、脚受け部の内部に固化材を充填し、ミラー支持部を固定する。そのため、ミラー支持部を固定した後は、角度調整部で調整することはできない。そこで、ミラー支持部にミラーの微調整機構を設けたのである。この微調整機構は、固定されたミラー支持部の姿勢を調整するのではなく、ミラー支持部に支持されているミラー自体の姿勢を微調整する。ミラー支持部を固定した後に、ミラーの微調整が必要になるケースもあり得ることを想定したためである。

上述のミラー調整治具において、ミラーの前面には、ミラー面積を調整する遮光部材を被覆することが好ましい。遮光部材を設けることにより、ミラーの大きさや形状を任意に調整することが容易に実現できるからである。遮光部材としては、ミラー表面に貼着する遮光シールが好適に用いることができる。
また、上述のミラー調整治具において、角度調整部と前記アームの間には、支柱の軸方向にスライドし得るスライド機構を更に設けることが好ましい。このスライド機構を用いることにより、支柱の軸方向、例えば、支柱が地面に垂直に立てられる場合、ミラーの正面からみて上下方向に、ミラーの位置を調整することができる。
前述の水平軸の回動と垂直軸の回動を組み合わせた角度調整部と、上記のスライド機構により、ミラーの姿勢を、ミラーの正面からみて、上下スライド、左右回転、前後回転の３軸姿勢の制御が行える。

次に、自然構造物や人工構造物の状態監視を低コストで効果的に行えるために発案した本発明の構造物変状検知システムについて説明する。
本発明の構造物変状検知システムは、発光手段を備えたターゲットと、ミラーと、該ミラーを支持・調整するミラー調整治具を備え、発光手段から照射された光が、ミラーに反射し、観測点に到達するか否か、また到達した場合の到達した光の色により、構造物の変状を検知するシステムである。

光を利用した構造物変状検知システムは、上述の特許文献１において開示されるように、発明者によって既に開発されている。しかしながら、実際には一部の場合において、視覚的な情報公開を限定的に行う必要がある場合がある。かかる目的に合致する極めて低コストのシステムが、本発明の構造物変状検知システムである。
すなわち、本発明の構造物変状検知システムによれば、例えば、施主やオーナーの意向により、構造物の変状の程度を特定作業員だけに効果的に把握させたい場合に、光とミラーを利用して、低コストでの構造物の状態変化をモニタリングすることが可能になる。
ここで、上記の本発明の構造物変状検知システムにおいて、発光手段を備えたターゲットとは、発光手段そのもの自体がターゲットとなるものや、ターゲットに発光手段の光が照射されるものが含まれる意味で用いている。発光手段を備えたターゲットには、発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成された発光パネル自体や、色彩のある看板の傍にサーチライトや蛍光灯を用いて色彩を照らし明るくさせたものが例示される。

また、上記の本発明の構造物変状検知システムにおけるミラー調整治具は、ミラーのミラー面が直交する補助ミラーを備えており、その補助ミラーはミラーの上部あるいは下部の位置に配置されることが好ましい。かかる構成により、ミラーと補助ミラーの交差する箇所から直接見える光源の形状と補助ミラーに反射して見える観測点の映像を用いて、ミラーの角度調整を効率的に大まかに行うことが可能である。
また、ミラー調整治具は、構造物に埋設もしくは固設する支柱を、外的な力を加えて弾性変形させることにより、ミラー角度の微調整を行うことができる。外的な力とは、おもりなどを支柱に取り付けることにより生じる鉛直下向き、もしくは滑車を利用することで得られる水平方向の力が生み出す力のモーメントである。支柱を外的な力を加えて弾性変形させるとは、例えば、垂直に立てた剛性のある棒に水平な枝が設けられ、かかる枝におもりを吊り下げて、その力を鉛直下向きに直接伝えること、もしくは滑車を通して水平方向に伝えることで得られる力のモーメントを生み出すことにより、垂直な棒に曲げによる弾性変形、もしくはねじりによる弾性回転変形を発生させることをいう。

また、上記の本発明の構造物変状検知システムにおける発光手段は、常時点灯状態および点滅状態を切り替えできることが好ましい。点滅状態に切り替えできることにより、観測点においてターゲットの把握が容易になる。また、点滅状態に切り替えできることにより、観測点ならびにターゲット地点においてミラーを備え付けた構造物の状態変化の把握が容易になる。

また、上記の本発明の構造物変状検知システムにおける発光手段は複数の異なる色の光源で構成され各光源が同心円周上に配置されたことが好ましい。あるいは、上記の本発明の構造物変状検知システムにおけるターゲットは異なる色彩で同心円状に模様が描かれ該模様に発光手段の光が照射されたことが好ましい。これにより、観測点においてミラーを備え付けた構造物のその点における変状（主に傾斜を意味する）の方向の把握が可能となる。

また、上記の本発明の構造物変状検知システムにおける発光手段は複数の象限に色分けされたパネル光源で構成されたことが好ましい。あるいは、上記の本発明の構造物変状検知システムにおけるターゲットは異なる色彩で象限に色分けされ該象限に発光手段の光が照射されたことが好ましい。これにより、観測点においてミラーを備え付けた構造物の変状の方向の把握が可能となる。

また、上記の本発明の構造物変状検知システムにおいて、ミラーを支持・調整するミラー調整治具とは、構造物にミラーを調整し固定できるもので、例えば、上述した本発明のミラー調整治具を好適に用いることができる。

また、上記の本発明の構造物変状検知システムにおいて、観測点に受光手段を設け、所定間隔内に受光しない場合にアラームを出力することが好ましい。これにより、観測点において構造物の状態変化の把握が容易になる。すなわち、所定間隔内に受光しない場合、ミラーを備え付けた構造物に変位が生じたと認識し、自動的にアラームを発生する。ここで、アラームは、音告知や外部へのアラーム信号出力を意味する。

また、上記の本発明の構造物変状検知システムにおいて、観測点に異なる色波長の受光手段を設け、特定の色波長の光を受光した場合に、受光した色波長に応じたアラームを出力することが更に好ましい。これにより、ターゲットの色（受光の波長）でアラームをレベル分けすることが可能になる。

また、上記の本発明の構造物変状検知システムにおいて、観測点にカメラ手段と通信手段を設け、観測点におけるミラーに映る画像を遠隔地でモニタリングできることが更に好ましい。これにより、発光するターゲットをカメラで捕らえ、ミラーを備え付けた構造物の変状を遠隔監視するシステムを構築できる。

また、上記の本発明の構造物変状検知システムにおいて、ターゲットの配設地点と観測点を平面図上で同一地点とすることが更に好ましい。ターゲットの配設地点と観測点を同一地点とすることにより、ミラーの姿勢調整が容易となる。すなわち、ターゲットの配設地点と観測点が同じであるため、ミラーの設置地点とターゲットの配設地点を結ぶ直線を鏡軸上に合わせることにより、ミラーの角度を調整できる。また、ターゲットと観測器を一体化できる利点もある。

また、上記の本発明の構造物変状検知システムにおいて、ミラーおよびミラー調整治具を複数セットとし、変状モニタリング対象の構造物の複数の地点にミラーおよびミラー調整治具を取り付け、発光手段の照射光が各々のミラーに反射し観測点に到達するように各々のミラーの姿勢を予め調整し、発光手段の照射光が各ミラーに反射し観測点に到達するか否か、若しくは、到達した場合に到達した光の色を判定することにより、構造物の変状を検知することが好ましい。これにより、構造物が渓谷の側道の斜面やダムなど広範囲におよぶものの場合に、複数個所にミラーを据え付けて広範囲を監視する。
ここで、構造物は複数であってもかまわない。また、観測点は複数であってもよい。

次に、自然構造物や人工構造物の状態監視を低コストで効果的に行えるために発案した本発明の構造物変状検知方法について説明する。
本発明の構造物変状検知方法は、発光手段を備えたターゲットを不動領域に設け、変状モニタリング対象の構造物にミラーを取り付け、発光手段の照射光が前記ミラーに反射し観測点に到達するようにミラーの姿勢を予め調整し、発光手段の照射光がミラーに反射し観測点に到達するか否か、若しくは、到達した場合に到達した光の色を判定することにより、構造物の変状を検知する。
かかる方法によれば、構造物の変状の程度を特定作業員だけに効果的に把握させたい場合に、光とミラーを利用して、低コストでの構造物の状態変化をモニタリングすることが可能になる。

また、上記の本発明の構造物変状検知方法における発光手段は、常時点灯状態および点滅状態を切り替えできることが好ましい。点滅状態に切り替えできることにより、観測点においてターゲットの把握が容易になる。また、点滅状態に切り替えできることにより、観測点ならびにターゲット地点においてミラーを備え付けた構造物の状態変化の把握が容易になる。

また、上記の本発明の構造物変状検知方法における発光手段は複数の異なる色の光源で構成され各光源が同心円周上に配置されたことが好ましい。あるいは、上記の本発明の構造物変状検知方法におけるターゲットは異なる色彩で同心円状に模様が描かれ該模様に発光手段の光が照射されたことが好ましい。これにより、観測点においてミラーを備え付けた構造物の変位の方向の把握が可能となる。

また、上記の本発明の構造物変状検知方法における発光手段は複数の象限に色分けされたパネル光源で構成されたことが好ましい。あるいは、上記の本発明の構造物変状検知方法におけるターゲットは異なる色彩で象限に色分けされ該象限に発光手段の光が照射されたことが好ましい。これにより、観測点においてミラーを備え付けた構造物の変位の方向の把握が可能となる。

また、上記の本発明の構造物変状検知方法において、ターゲットの配設地点と観測点を平面図上で同一地点とすることが更に好ましい。ターゲットの配設地点と観測点を同一地点とすることにより、ミラーの姿勢調整が容易となる。すなわち、ターゲットの配設地点と観測点が同じであるため、ミラーの設置地点とターゲットの配設地点を結ぶ直線を鏡軸上に合わせることにより、ミラーの角度を調整できる。また、ターゲットと観測器を一体化できる利点もある。

また、上記の本発明の構造物変状検知方法において、ミラーおよびミラー調整治具を複数セットとし、変状モニタリング対象の構造物の複数の地点にミラーおよびミラー調整治具を取り付け、発光手段の照射光が各々のミラーに反射し観測点に到達するように各々のミラーの姿勢を予め調整し、発光手段の照射光が各ミラーに反射し観測点に到達するか否か、若しくは、到達した場合に到達した光の色を判定することにより、構造物の変状を検知することが好ましい。これにより、構造物が渓谷の側道の斜面やダムなど広範囲におよぶものの場合に、複数個所にミラーを据え付けて広範囲を監視する。
ここで、構造物は複数であってもかまわない。また、観測点は複数であってもよい。

本発明の構造物変状検知システムならびに構造物変状検知方法によれば、自然構造物や人工構造物の状態監視を低コストで効果的に行える。
また、本発明のミラー調整治具によれば、構造物に備え付けるミラーを目的位置に高精度で角度調整および固定できる。

本構造物変状検知システムの基本要素を示した模式図 本構造物変状検知システムの基本コンセプトの説明図（１） 本構造物変状検知システムの基本コンセプトの説明図（２） 本構造物変状検知システムの基本コンセプトの説明図（３） 任意点に置かれたミラーの中心を通る視線を幾何学的に示す図 ミラーの両端を通る視線を幾何学的に示す図 ミラーが捉えるターゲットゾーンを示すグラフ ターゲットがミラーの中で次第に右側にずれてゆくことが観測できることを示す図。（ａ）は初期状態でミラーの中心にターゲットが映し出されている状態，（ｂ）はミラーの回転角が０．０４°になった状態。 ミラーが取り付けられた構造物の状変の変位精度の説明図 ミラーの回転による視線のずれの説明図 ミラーの回転角が０．０１°の場合に光が反射しなくなるミラーの大きさを算出するグラフ 複数の色彩の光源からなるターゲットを示す図 色彩が段階的に変化する様子の説明図 ミラーの初期設定位置からの回転方向に依存せず、回転角の絶対値として捕らえることができる光源の配置の一例を示す図 段階的にミラーに映る光の色を制御できる様子を示す図 ツートーンの光源からなるターゲットを示す図 ４つの象限パターンからなるターゲットを示す図 １つの変状の検知対象領域内の変状のモニタリング例 複数の変状の検知対象領域内の変状のモニタリング例 複数の変状検知対象領域を複数の観測点でモニタリングする例 ミラー調整治具の説明図 ミラー調整治具の裏面の構造模式図 ミラー調整治具の側面の構造模式図 ミラー調整治具における左右の角度半減機構の説明図１ ミラー調整治具における左右の角度半減機構の説明図２ ミラー調整治具における左右の角度半減機構の説明図３ 光源と観測器の一体型装置の説明図 視線方向と補助ミラーの機能についての説明図 概略方向合わせをする際の解説図 設置作業者および観測点に立つ観測者が見る姿の概略図 他の実施形態のミラー調整治具の背面を正面とする正面図 図３１の平面図 図３１の左側面図 図３１の右側面図 微小角度を調整するための手段の説明図１ 微小角度を調整するための手段の説明図２ 微小角度を調整するための手段の説明図３ 微小角度を調整するための特殊ポールの説明図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。

先ず、本発明の構造物変状検知システムならびに構造物変状検知方法の基本コンセプトについて説明する。
図１は、本発明の構造物変状検知システムならびに構造物変状検知方法の基本要素を示している。基本要素は、ミラー１と、ミラー１を支持・調整するミラー調整治具２と、発光手段を備えたターゲット３と、観測点４である。発光手段を備えたターゲット３には、発光手段そのもの自体がターゲットとなるものや、ターゲットに発光手段の光が照射されるものがある。

図１では、発光手段の光が四方八方に放出され、ミラー１に向かって照射された光（矢印５）は、ミラー１に反射して、ミラー１による反射光が観測点４に到達する（矢印６）。
ここで、発光手段は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）、固体レーザー発振器などのレーザー、サーチライト、蛍光灯などが用いられる。発光手段を備えたターゲットは、具体的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成された発光パネル自体や、色彩のある看板の傍にサーチライトや蛍光灯を用いて色彩を照らし明るくさせたものである。色彩のある看板の傍にサーチライトや蛍光灯を用いて色彩を照らし明るくさせたものをターゲットとすることで、ターゲットが大型化した場合のコスト削減を図ることができる。

図２〜４は、本発明の構造物変状検知システムならびに構造物変状検知方法の基本コンセプトを説明するための模式図を示している。
図２において、観測点４から距離ｄ１にミラー１の中心（Ｘｍ，Ｙｍ）を配置することとし、そこからターゲット３の中心までの距離をｄ２とする。図において、縦線より左側がオープンスペース（Ｏｐｅｎ ｓｐａｃｅ）で、縦線上にターゲット３および観測点４が配置されている。

図３は、ミラー１と、ミラーに映る領域を示している。ミラー１は、所定の幅Ｓを有している。観測点４から見て、ターゲット３が映っている状態を初期状態とする。ターゲット３は、ミラー１に映っているターゲット領域（ＴａからＴｂまで）の中央付近にあるものとする。なお、図３や図４の中の線は、観測点４からミラー１の両端を経て、視線が縦線のどこを捉えているかを示すものである。

図３において、ミラー１が山の斜面やダムなどの構造物に固定されていて、その固定箇所に傾きθｍが生じた場合を考える。その場合、不動領域にある観測点４にいる者にとって、ミラー１に映っている場所が変化することになる。
図４は、θｍが一定の大きさになり、図３の初期状態では観測されていたターゲット３が観測されなくなっている状態を示している。
以上、説明した原理を用いると、発光手段と観測点４の場所を不動領域に設置することを条件に、低コストの構造物の変状をモニタリングするシステムや方法が簡易に実施できることになる。

構造物の変状をモニタリングの手順は、以下のステップ１〜４である。
（ステップ１）発光手段を備えたターゲットを不動領域に設ける。
（ステップ２）変状モニタリング対象の構造物にミラーを取り付ける。
この場合、１箇所でなくとも、複数個所に取り付けることで、各所で変状をモニタリングすることが可能となる。
（ステップ３）指定された観測点において、発光手段の照射光がミラーに反射し観測点に到達するように、ミラーの姿勢を調整する。すなわち、すべてのミラーにターゲットが映るようにそれぞれのミラーの方向を調整する。調整する際に用いる治具は、１台だけあればよく、１か所に設置した後、それを次々と別の場所での設置に用いることとする。
（ステップ４）発光手段の照射光がミラーに反射し観測点に到達するか否か、若しくは、到達した場合に到達した光の色を判定することにより、構造物の変状を検知できる。すなわち、観測点に再び立ち、ミラーにターゲットが映っていないことが確認されれば、ミラーを取り付けた箇所に一定値以上の角度変化が生じたことが視覚的に確認できるのである。

図５は、任意点に置かれたミラーの中心を通る視線を幾何学的に示す図である。図５において、観測点を原点（０，０）と仮定し、任意点（ｘ，ｙ）において鉛直から時計回りにθｍの角度を有するミラーを設置する。この時、観測点からミラーの中心を見た場合、ターゲット（ｘ_ｔ、ｙ_ｔ）が観測されているとする。この時、幾何学的関係から、ターゲットポイントのｙ座標ｙ_ｔは以下数式で与えられる。

（数１）
ｙ_ｔ ＝ ｙ_ｍ−（ｘ_ｔ−ｘ_ｍ）ｔａｎ（θｍ−（π／２−β））・・・（式１）

上記数式１の関係を利用して、観測点からミラーの左端および右端を通ってターゲットライン（ｘ＝ｘ_ｔ）に到達するポイントＴａおよびＴｂを求める。
図６は、ミラーの両端を通る視線を幾何学的に示す図である。図６において、原点を観測点とし、長さ４０ｍｍのミラーを、ミラー中心が位置（−２０ｍ，１０ｍ）になるように配置する。この時、観測点からミラーを観測すると、ターゲットライン上のＴａからＴｂまでの範囲（長さ１２０ｍｍ）が観測されることになる。

この状態から、ミラーに対して、時計回りの回転を０．０４°まで与えたとき、ミラーが捉えるｘ＝２０ｍでのターゲットゾーンを図７のグラフに示す。図７のグラフにおいて、横軸はミラーの回転角度を示しており、縦軸はミラーに映る範囲（図６におけるＴａとＴｂの間の範囲）のＹ座標を示す。
幅１０ｍｍ程度の大きさのターゲットを準備し、ターゲットが鏡の中心に映るように最初の設定を行う。その後、ミラーの回転角が増えてくるにつれて、ターゲットゾーンはその幅をほぼ一定に保ったまま、図７のグラフで下側にシフトする。この時、観測点では、図８に示すように、ターゲットがミラーの中で次第に右側にずれてゆくことが観測できることになる。ここで、図８（ａ）は初期状態でミラーの中心にターゲットが映し出されている状態である。また、図８（ｂ）はミラーの回転角が０．０４°程度になった状態である。図８（ａ）（ｂ）に示すように、ミラーの回転によって映し出されるゾーンがシフトし、ミラーの回転角が０．０４°程度になった時点で、幅１０ｍｍのターゲットが全て、ミラーのターゲットゾーンから外れるため、観測点においてミラーに映っていたターゲットが観測できなくなる。この時点で、ミラーが設置されている箇所において、どちらかの方向に０．０４°の回転があったことが視覚的に確認できることになる。ここで、どちらかの方向というのは、ミラーの回転が時計回りであっても、その逆であってもほぼ同じ回転角度で光源が見えなくなることを意味する。

ミラーのサイズ，ターゲットとの距離，ミラーに映る範囲（ミラーで反射される範囲）から、ミラーが取り付けられた構造物の状変の変位精度について示す。図９に示すように、大きさ（例えば、ミラーが円形のものでは、直径）Ｓのミラーを観測点から距離ｄ１に配置し、そのミラーから更にｄ２離れた場所のＳ’の領域が映っている状態を想定する。図９では、幾何学的関係を明確にするために、反射ではなく投影させるという形で図示する。

図１０に、ミラーの回転による視線のずれ（すなわち、ミラーに映るポイントのずれ）を図示する。観測点４からは最初にＡが見えていたが、ミラー１がαだけ回転した後は見えるポイントはＡ´となる。この時、ミラー１の中心からターゲットに至る視線のラインは、当初のラインから２αだけ回転することになる。この幾何学的関係から、以下の関係式を導くことができる。

（数２）
Ｓ ＝ ２ｔａｎ（２α）ｄ_１ｄ_２／（ｄ_１＋ｄ_２） ・・・（式２）

上記数式２において、Ｓは、ミラーの直径，αはミラーの回転角度、ｄ_１は観測点からミラーの中心までの距離、ｄ_２はミラーの中心から最初に見えていたポイントまでの距離である。
上記数式２を用いると、観測点からミラーの中心位置までの距離と、ミラーからターゲットまでの距離を把握した上で、要求される精度を達成するためのミラーの大きさＳを決定できる、ここで、要求される精度とは、ミラーが何度回転したらターゲットがミラーで観測できなくなるか、あるいは、ターゲットの色や形を細工することでミラーが何度回転したらミラーに映るターゲットの色や形が変わるのか、ということである。

図１１に、ミラーの回転角が０．０１°の場合に光が反射しなくなるためのミラーの大きさを算出するグラフを示す。ここで横軸はミラーとターゲットの距離ｄ２を示し、縦軸はミラーの大きさＳを示している。グラフは、ミラーと観測点との距離ｄ１を１０，５０，１００，２００，３００，４００（ｍ）とした場合をプロットしている。例えば、観測点から鏡までの距離ｄ１を２００ｍとし、ミラーからターゲットまでの距離ｄ２を１５０ｍと想定した場合、ミラーの大きさ（直径）Ｓが約６０ｍｍの鏡を使用することで、回転角０．０１°を判定できる高精度センサを構築できることがわかるのである。

また、ミラーの回転が進んでゆく段階に応じて、ミラーに映る光の色を変えると、ミラー設置個所に生じる変状の度合いを段階的に捕らえることができる。
図１２に、複数の色彩の光源からなるターゲットの一例を示している。ここでは、ミラーの回転軸が安定し、ミラーに映るターゲットゾーンが一方向のみに移動していく場合を想定する。図１２において、Ｚ_２０がミラーに映るターゲットゾーンであり、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は３つの異なる色彩の光源である。今、光源Ｌ１の色を緑色、光源Ｌ２の色を黄色、光源Ｌ３の色を赤色とする。
図１３に示すように、初期設定としてミラーに映るゾーンの中心に緑の光源Ｌ１を配置する（図１３（ａ）の状態）。ミラーの回転が生じると、ゾーンが移動するためミラーに映る光の色が光源Ｌ２の色の黄色に変化する（図１３（ｂ）の状態）。更に、ミラーの回転が生じると、ゾーンが更に移動するためミラーに映る光の色が光源Ｌ３の色の赤に変化する（図１３（ｃ）の状態）。このように、緑，黄色，赤と段階的に変化するシステムを構築することができる。

一般的に、構造物に取り付けたミラーの回転軸は予め予測することは困難である。
そのため、ミラーの回転の方向が任意であっても、その程度を表現できるために、ターゲットとなる光源の配置パターンに工夫を施す。図１４は、ミラーの初期設定位置からの回転方向に依存せず、回転角の絶対値として捕らえることができる光源の配置の一例を示したものである。図１４に示すように、複数の光源を用いて直径のことなる複数の円形光源（３１，３２，３３）を構築する。直径が異なるものは、異なる色の光源にする。これを円形のミラーで映し出すようにする。図１４の円形４０は、円形のミラーが映しているゾーンを示している。ここで、例えば、円形光源３１の色は緑色、円形光源３２の色は黄色、円形光源３３の色は赤色のパターンとする。
図１５に示すように、このパターンでは、初期設定を緑色とし，段階的に黄色（図１５（ａ）の状態）、赤色（図１５（ｂ）の状態）とミラーに映る光の色を制御できることがわかる。

また、光源の設定やミラーの形状は目的に応じて自由に設定することが可能である。図１６に示すツートーンの光源（３４，３５）からなるターゲットを用いることにより、ミラーが上向きに回転しているのか、あるいは、下向きに回転しているのかを見極めることができる。
また、図１７に示す４つの象限パターンからなるターゲットを用いることにより、４つの象限のどのエリア（３６，３７，３８，３９）にミラーのゾーン４０が移動しているかを見極めることができる。
このように、適用現場の状況により、自由な光源パターンとミラーの形状を設定することが可能である。

図１８に１つのターゲット３となる光源と１つの観測点４を準備し、１つの変状の検知対象領域５内の５点（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ）における変状のモニタリング例を示す。計測対象点数を増やしても、必要になるのはミラーだけである。従って、計測対象点数の増加に伴う追加のコストは低く抑えられることになる。また、観測点においては、肉眼で観測するだけではなく、デジタルカメラやビデオカメラなどで映像を記録することも可能である。また、それらの映像を画像処理ソフトで処理することにより、光の色の変化を記録することも可能である。

図１９に複数の変状検知対象領域がある場合のシステムの構成要素の配置レイアウト例を示す。この例では、２つの領域（５ａ，５ｂ）、例えば、２つの地滑りゾーンを想定して、それぞれに５点ずつのミラーを設置している（１ａ〜１ｅ，１ｆ〜１ｊ）。計測対象点は合計１０か所となっているが、ターゲット３となる光源および観測点４は１点ずつであり、コストは最小限に抑えられることがわかる。

また、図２０に複数の変状検知対象領域を複数の観測点（４ａ，４ｂ）でモニタリングする例を示す。観測点は原則的には１点あれば十分であるが、観測作業の実態やその場所に関する諸事情により、複数の観測点を設けたほうが良い場合が考えられる。この場合でも、ミラーの設置角度を変えるだけで様々な観測体制に対応できる柔軟なシステムを構築できることがわかるであろう。

次に、本発明のミラー調整治具の一実施形態を説明する。図２１は、ミラー調整治具の概略構成図である。
図２１に示すミラー調整治具は、以下のａ）〜e)の要素から構成されるものである。
ａ）構造物に埋設する支柱３０
ｂ）ミラー１を固定するミラー支持部２１
ｃ）支柱３０に設けられ、ミラー支持部２１に設けられた脚部２２を挿入して内部に固化材３４を充填させることによりミラー支持部２１を固定し得る脚受け部３２
ｄ）ミラー支持部２１の傾斜角を調整し得る角度調整部２５
ｅ）角度調整部２５を一端で支持し、他端で支柱３０と連結固定されるアーム部２７

上記ａ）の支柱３０は鉄筋で形成された棒状のものである。自然構造物および人工構造物の構造物に埋設して固定する。
また、上記ｂ）のミラー支持部２１は、平面鏡のミラー１の側面を挟み込んで、もしくはミラーホルダーを後方よりネジ止めにて、ミラーを固定する。
また、上記ｃ）の脚受け部３２は、支柱３０の上端部、もしくは支柱３０の周囲に設けられている。脚受け部３２は、地面に設置された支柱３０の角度により、上端部ではなく、取り付け治具を用いて支柱３０の横に設置する場合もある。脚受け部３２の形状は、上面が開口された受け筒状である。脚受け部３２には、内部にミラー支持部２１の脚部２２が挿入されている。脚受け部３２の内部にセメント系の固化材３４を充填させて、ミラー支持部２１を固定する。

上記ｄ）の角度調整部２５は、ミラー支持部２１の傾斜角を調整する。角度調整部２５は、コの字状の形状を呈しており、アーム部２７の一端２７ａで垂直軸２６により吊り下げられている。角度調整部２５は、垂直軸２６の回動によって、左右の傾斜角度が調整される。また、ミラー支持部２１の左側面に取り付けられた部材２３ａと右側面に取り付けられた部材２３ｂは、コの字状の角度調整部２５の左端部２５ａと右端部２５ｂとそれぞれ水平軸（２４ａ，２４ｂ）によって軸着されている。
水平軸（２４ａ，２４ｂ）の回動と垂直軸２６の回動を組み合わせて、ミラー支持部２１の傾斜角、すなわち、ミラーの正面からみて左右・前後の傾斜角を任意に調整する。

上記ｅ）のアーム部２７は、角度調整部２５を一端（２７ａ）で吊り下げて支持する。また、アーム部２７は、他端（２７ｃ）で支柱３０と部材２８を介して連結固定される。部材２８は、ネジで締め付け支柱３０に固定する。

次に、図２２と図２３を参照して、ミラー調整治具における微調整機構について説明する。図２２は、ミラー調整治具の裏面の構造模式図である。図２３は、ミラー調整治具の側面の構造模式図である。
ミラー調整治具における微調整機構は、図２２に示すように、ミラー１の裏面に設けられたステー４０と脚部２２の上方に設けられた支持部材５１を３点の止ネジ（５２，６２，７２）で支持する。３点の止ネジ（５２，６２，７２）のうち１点の止ネジ６２の先端は球状曲面６７に構成し、球状曲面６７と摺動接触する凹部４５をステー４０の裏面に設ける（図２３を参照）。これにより、止ネジ６２の先端の球状曲面６７が凹部４５の内面に摺動接触して、ミラーを揺動可能に保持する。
この場合、図２２に示すように、支持部材５１の左側面に取り付けられた部材２３ａと右側面に取り付けられた部材２３ｂが、コの字状の角度調整部２５の左端部２５ａと右端部２５ｂとそれぞれ水平軸（２４ａ，２４ｂ）によって軸着される。

図２３に示すように、先端を球状曲面６７に構成した止ネジ６２は、止ネジの支持部材５１と間にストッパー６５が設けられている。他の止ネジ５２は、ステー４０の裏面の補強部材４３と支持部材５１の間にスプリング５５が設けられている。止ネジ５２を右回りに回すことで、ステー４０の補強部材４３と支持部材５１の間の間隔を広げることができる。止ネジ５２と止ネジ７２のネジを調整することにより、ステー４０に固定されたミラー４１の角度の微調整が行える。
また、図２３において、ハウジング部材４０は、正面（図の左側）から見ると円形をしており、この中に円形のミラー４１が収納できる構造となっている。４２ａおよび４２ｂは、リング状の１つの部材である。部材（４２ａ，４２ｂ）は、ミラー４１がハウジング部材４０から外れないように、ハウジング部材４０の内側周囲に形成されたネジ溝にねじ込まれ、ミラー４１の脱落を防いでいる。

実施例２では、上述の実施例１のミラー調整治具において、角度半減機構の一実施形態を説明する。図２４〜図２６は、角度半減機構の説明図である。
角度半減機構は、実施例１の角度調整部２５において、図２１に示す垂直軸２６の回転角度を、操作角度の１／２の角度にするものである。
すなわち、角度半減機構は、図２４や図２５に図示するように、操作者がＡ方向をターゲットの方向とし、そこから観測点の方向であるＢ方向まで回転操作を行った場合、操作角度の１／２の角度に垂直軸２６（図示せず）が自動的に回転する機構である。この機構を用いることにより、ターゲットのあるＡ方向と観測点のあるＢ方向の真ん中の方向にミラーの鏡軸を合わせることが容易にできる。これにより、Ａ方向にターゲットの光源がある場合、ミラーに反射した光源の光は観測点のＢ方向に進むのである。

角度半減機構の構造は、４つのギアー（Ｇ１〜Ｇ４）で構成される。角度半減機構は、アーム７２の上方に位置し、軸心７４を中心にして回動する。角度半減機構には、軸心７４を共通にする２つのギアー（Ｇ１，Ｇ４）があり、これらの２つのギアーの軸は分離している。ギアーＧ１とギアーＧ４の歯数と径は異なり、上方に位置するギアーＧ４の方が、垂直軸２６と連結するギアーＧ１よりも歯数と径が小さい。
一方で、上方に位置するギアーＧ４と噛み合うギアーＧ３が存在する。また、下方に位置するギアーＧ１と噛み合うギアーＧ２が存在する。これらの２つのギアーは、軸心７５を共通にし、軸も共通である。上方に位置するギアーＧ４と噛み合うギアーＧ３と下方に位置するギアーＧ１と噛み合うギアーＧ２の歯数と径は異なり、上方に位置するギアーＧ３の方が、垂直軸２６と連結するギアーＧ２よりも歯数と径が大きい。

そして、ギアーＧ４が回転すると、それに噛み合うギアーＧ３が回転し、ギアーＧ３と軸を共通にするギアーＧ２がギアーＧ３の回転角と同一になるように回転する。ギアーＧ２が回転すると、それに噛み合うギアーＧ１が回転し、ギアーＧ１と部材２５を介して連結する垂直軸２６がギアーＧ１の回転角と同一だけ回転する。垂直軸２６が回動することにより、その下方の角度調整部（図示せず）が回動する。
実施例２では、ギアーＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４の歯数を、それぞれ、７５，７５，１００，５０とする。この場合、歯数５０のギアーＧ４が１回転すると、それに噛み合う歯数１００のギアーＧ３は０．５回転する。ギアーＧ３と軸が共通であるギアーＧ２は、ギアーＧ３の回転角と同一の０．５回転する。歯数７５のギアーＧ２が０．５回転すると、それに噛み合う同一歯数のギアーＧ１も０．５回転する。
従って、角度半減機構をアーム２７上で軸心７４を中心に回転させると、その回転角はギアーＧ４の回転角となるので、ギアー１の回転角はその半分の角度となり、ギアー１と垂直軸２６を介して連結する角度調整部が半分の角度で回転することになる。

実施例３は、ターゲットの光源と観測器を一体型にした装置について説明する。図２７は、光源と観測器の一体型装置の外観図を示している。
光源自体がターゲット３となり、光源から放出された光をミラー（図示せず）で反射して観測点４となる受光器でとらえる。ターゲット３と観測点４は水平バー８１の上に設置されている。水平バー８１は、三脚（８４，８５，８６）を用いて地面に固定する。ターゲット３と観測点４の間の距離は、ターゲット３とミラー（図示せず）の間の距離と比較して、無視できる程度のものである。実際に使用する際は、例えば、ターゲット３とミラーの間の距離が２００ｍ程度で、ターゲット３と観測点４の間の距離は４０ｃｍ程度であり、５００：１程度の比である。従って、ターゲット３と観測点４の間の距離は無視でき、ほぼ同地点にあるとしてミラー角度を調整できる。そのため、ミラー調整が容易となり、システムのインストール作業や調整作業の利便性が向上する。
なお、ターゲット３と観測点４の間の距離は、４０ｃｍに限定されるものではなく、更に近づけてもよく、また１ｍ程度はなれても構わない。

実施例４では、ミラーを設置する作業を効率化するための方法について、図２８〜３０を参照しながら説明する。
先ず、設置作業をする際の設置作業者の視線方向と、設置作業者の作業を合理化するために必要な補助ミラーについて、図２８を参照して解説する。図２８に示すように、補助ミラー１０２の法線がｘ軸に一致するように、補助ミラー１０２とメインミラー１０１に連結する。この時、設置作業者の視線（これは、原点Ａを通る）は、原点Ａと光源１００を結んだ線に一致し、対称な位置に原点Ａと観測点４を結んだ線が存在するようにミラー全体の方向を調整する。

ミラー全体の方向の調整作業を説明するために、ミラーの構造をやや大きめに描いた図２９を参照しながら説明する。図２９に示すように、補助ミラー１０２（鏡面は右側）の法線がｘ軸に一致し、メインミラー１０１（鏡面は図では奥側）はｙ軸に一致する。
この時、視線の向こうに光源１００（円形であることを想定）の中心が来るようにすると、設置作業者は光源１００の右上１／４（図３０（１）の１０４で示す部分）が見えることになる。また、設置作業者の視線が補助ミラー１０２によって折れ曲がり、その先に観測点４（ある大きさの円形と想定）の中心が来るとすれば、設置作業者は、観測点４の左上１／４（図３０（１）の１０５で示す部分）を見ることになる（図３０（１）を参照）。
また、この状態で、観測点４に立った観測者は、図３０（２）に示すように、光源１００の下半分がメインミラー１０１の上の辺の中心に映って見えることになる。
すなわち、光源１００を映すミラーが、２つの直交するミラー面を持っていることにより、ミラーの設置作業者は、その後ろ側（光源１００や観測点４の側と反対側）に立ち、幾何学的関係からミラーの初期位置を自らでおおよそ正しい方向に向けることができるのである。これは、ミラーの設置作業の効率化を図る上で重要なポイントとなる。
しかしながら、これは、ミラーの方向合わせが完璧にできる場合であり、実際の現場での設置作業にはある程度の誤差が付きまとうという問題が残る。

そこで、概略的にミラー全体方向の調整が終了した後に、設置作業者は、観測点４に立つ観察者と相互に連絡を取りながら、メインミラー１０１の裏側に取り付けた方向調整ねじを用いて、メインミラー１０１の中心に光源１００の中心が来るように方向を調整する。この際、距離が大きい場合は、観測者は望遠鏡を用いる必要がある。上記方法を用いることにより、ミラー全体方向の初期設定が完了する。

次に、上下方向および左右方向の微調整が行える方向調整ねじをミラーの裏側に備えたミラー調整治具について説明する。図３１〜３４は、本実施例のミラー調整治具の構成を説明するための図であり、それぞれ、正面図（但し、実施例１のミラー調整治具の背面に相当する部位を正面としている。），平面図，左側面図，右側面図を示している。
以下、方向調整ねじをミラーの裏側に備えたミラー調整治具について詳細に説明する。

図３１は、ミラー（図示せず）を取り付けるミラー支持部１１０とミラー支持部の傾斜角を調整する角度調整機構を示している。角度調整機構は、図３１に向かって右側の左右方向調整機構（１３０，１３２ａ，１３２ｂ，１３４，１３６，１３８）と、左側の上下方向調整機構（１４０，１４２ａ，１４２ｂ，１４４，１４６，１４８）と、アーム部（１３２ａ〜１３２ｄ，１４２ａ〜１４２ｂ）からなる。アーム部は構造物に固定された支柱に１２０の孔を介して接続される。
以下に、角度調整機構について、図３２〜３４を参照して詳細に説明する。
図３２に示すように、ミラー支持部１１０は、両側に立てられた側片（１１２，１１４）を介して、ピン（１３４，１４４）が回転軸となり、アーム部（１３２ｂ，１４２ｂ）に取り付けられている。

左右方向調整機構（１３０，１３２ａ，１３２ｂ，１３４，１３６，１３８）は、ミラー支持部１１０に取り付けられた部材１３６をアーム部（１３２ａ）とバネ１３８で接続すると共に、調整ネジ１３０のネジ頭で左右方向の角度を調整できるようにしたものである。図３４に示すように、調整ネジ１３０のネジ頭で部材１３６を図３４の右方向に動かすと、ピン１３４がアーム部１３２ｂに設けられた水平方向に長いスリット孔１３２ｄを右方向にスライド移動できるようになっている。また、調整ネジ１３０のネジ頭を図３４の左方向に動かすと、部材１３６がバネ１３８に引っ張られて左方向に移動し、ピン１３４がスリット孔１３２ｄを左方向にスライド移動する。

上下方向調整機構（１４０，１４２ａ，１４２ｂ，１４４，１４６，１４８）は、ミラー支持部１１０に取り付けられた部材１４６をアーム部（１４２ａ）とバネ１４８で接続すると共に、調整ネジ１４０のネジ頭で上下方向の角度を調整できるようにしたものである。図３３に示すように、調整ネジ１４０のネジ頭で部材１４６を図３３の左方向に動かすと、ミラー支持部１１０が、ピン１４４およびピン１３４を回転軸として右周りに回転できるようになっている。また、調整ネジ１４０のネジ頭を図３３の右方向に動かすと、部材１４６がバネ１４８に引っ張られて、ミラー支持部１１０が、ピン１４４およびピン１３４を回転軸として左周りに回転する。
ここで、部材１４６は図３３に示すように弧を描いた形状にすることで、ミラー支持部が回転した場合でも、常に部材１４６の表面に垂直に力が加わるようにしている。

ミラーには、標準的な角度調整機能が備わっており、それを支える支柱には微小な角度調整を可能とする角度調整機能が備わっていることが好ましい。一般的に、測量器具で、角度合わせをする際は、三脚を設置し、そのうえに取り付ける測量器具が備えている角度調整機能を利用するのが常識となっている。その際、三脚は動かないことが前提となっている。一般的に使用されている２０秒読み程度の測量器具で考えると最小調整角度が２０秒、すなわち、１°の１／６０の１／６０の２０倍である。これは、角度で表すと、０．００５６°程度になる。観測者からミラーの距離がｋｍオーダーになってもミラーの設置が容易にできるようになることが要求されている。

例えば、０．００１°レベルのオーダーで鏡の角度を微調整したい場合、この通常の測量器具が具備している最高レベルのさらに５倍の精度が必要になる。ちなみに、この角度は、１ｋｍ離れた場所で１．７４ｍｍ、或いは５ｋｍ離れた場所で８．７ｍｍずれる程度の超微小角度である。このように、観測者からミラーまでの距離がｋｍのオーダーになった場合、ミラーの裏側の方向調整ねじにおいても、高い精度で位置合わせが困難になることが想定される。

かかる状況に鑑みて、以下では、超微小角の調整を可能とする手段について説明する。
観測者からミラーまでの距離がｋｍのオーダーになった場合、微小角度を調整する機能は、通常の概念では達成できないので、ミラーを設置する基礎構造（通常は三脚で動かないという扱いを受けるもの）の弾性変形を利用して、きわめて微小な角度の調整を行うことした。

図３５に示すように、しっかりと土中に埋め込まれ固定された鋼棒（地上部分の長さＬ）があり、その先端から直角に伸びたアーム（長さＡ）があると想定する。その先端には、おもりを吊るした場合、鋼棒の上部先端に力のモーメントが作用して、おもりを吊るした箇所からアーム部分および鋼棒全体において右回りの回転角度が生じることになる。この時、回転角度はアームの先端で最大値を取るが、ミラーが固定されている鋼棒の上部先端において生じる回転角度が鏡の角度を微調整する角度となる。

Ｅ：２０５８００（Ｎ／ｍｍ^２）
Ｄ：１０（ｍｍ）
Ｉ：４９０（＝πｄ４／６４）
Ｌ：５００（ｍｍ）
Ａ：１００（ｍｍ）
Ｗ ：９．８Ｎ (１ｋｇｆ)

上記値を代入すると、鋼棒の上部先端での右回りの回転角度が、０．２７８°であることになる。これを元に単純計算すると、アームの先端に吊るす重さを調整すれば、その先端の角度変化を意のままに、しかも超微小角度のレベルで調整できることがわかる。例えば、以下のような重さと角度変化の関係になる。

１００ｇ ・・・ ０．０２７８°
１０ｇ ・・・ ０．００２７８°
１ｇ ・・・０．０００２７８°

この角度調整機能とその精度は鋼棒の直径，長さ，アームの長さ，アームの先端にかける力を適切に選ぶことによって自由に設定できるという自由度がある。また、先端に重りを吊るす代わりに、これをターンバックルのねじの回転による強制微小変位として与えても同様の効果が得られることになる。
この原理を使うと、次のようなアレンジが可能であることがわかる。図３６に示すように、Ｍ３の場所からｚ軸に平行なＢｒａｎｃｈ
１とｘ軸に平行なＢｒａｎｃｈ ２を設ける。それぞれの端部（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に所定の角度変化を生じさせる重りを吊るすことが可能である。

また、図３６のメインポールにねじりを与えたい場合は、Ｗ５やＷ６の方向に力を与える必要がある。この場合、図３７に示すように、地面に別途土台と滑車を設けて、それらを利用して重りの力が水平面内でメインポールに伝達されるようにすることができる。これらの力（Ｗ１からＷ６）を制御することにより、あらゆる方向における超微小角度調整が可能になる。

重りの代わりに、ターンバックルを用いれば、図３８に示すものになる。図３８に示すように、地面（ｘｚ面）に垂直にポールを埋め込む。特殊ポールは、基本軸はＭ０からＭ４へのラインで構成される。特殊ポールの材質は、温度膨脹係数ができるだけ小さい金属が望ましく、本実施例ではすべて鋼棒で構成されている。また、特殊ポールは、Ｍ２から２本の枝が出ている構成を備える。但し、これらの枝は必ずしも同一点に溶接される必要はない。なお、１本目の枝（Ｂｒａｎｃｈ
１）はｚｙ面内にあり、２本の枝（Ｂｒａｎｃｈ ２）はｘｙ面内にある。

また、Ｍ３からｘ軸方向にＢｒａｎｃｈ ３が溶接されている。ここで、Ｂｒａｎｃｈ １の先端ＡとＭ３を結んだラインおよびＢｒａｎｃｈ ２とＢｒａｎｃｈ ３の先端Ｃを結んだラインにターンバックルを取り付ける。ここで、ターンバックルとは、互いに逆向きのねじ切りを有する鋼棒をナットで連結した“長さ調整棒”であり、ナットを回転することによって、ターンバックルの両端間の長さを自由に調整できるものである。
Ａ−Ｍ３のラインに装着したターンバックルを用いて、メインポールとＢｒａｎｃｈ１の間の角度を強制的に変化させることにより、ミラーをｘ軸周りに微調整できる。また、Ｂ−Ｃのラインに装着したターンバックルを用いて、メインポールをｙ軸周りに強制的に微小角度だけ回転させることができる。これらの作業は互いにわずかの干渉を及ぼしあうが、その作業を繰り返し行うことによって、ｋｍのオーダーの空間においてもミラー角度を正しく調整できることになる。

この特殊ポールにおいて、例えば、Ｍ２−Ｍ３の距離が５０ｃｍ、またメインミラーの裏に供えられた角度調整ねじとそれを用いる際の回転の中心（支点）までの距離が５ｃｍであると想定する。この時、角度調整ねじとターンバックルのねじピッチが同一であると仮定すると、この特殊ポールを用いた角度調整精度は、ミラーの裏の調整ねじだけを用いた場合の１０倍程度の精度を有することになる。これは、回転が生じる際のアームの長さ（５０ｃｍに対する５ｃｍ）の比から決定される量である。

（その他の実施例）
（１）実施例１において、アーム部２５の形状は、コの字状であったが、Ｕ字状やＶ字状でもかまわない。特に、Ｖ字状の場合は、水平な辺と斜めの辺の２辺で形成されるものにし、ミラー支持部２１の荷重を支えるようにする。

本発明は、上述したような自然構造物、土木構造物、建築構造物、およびそれに関係する建設機械を対象として構造物の建設中および供用後のすべての期間において変状を監視し、安全性を確認するためのシステムならびに方法として有用である。

１ ミラー
２ ミラー調整治具
３ ターゲット
４ 観測点
３０ 支柱

Claims (24)

1. 構造物に埋設もしくは固設する支柱と、
   ミラーを固定するミラー支持部と、
   前記支柱に設けられ、前記ミラー支持部に設けられた脚部を挿入して内部に固化材を充填させることにより前記ミラー支持部を固定し得る脚受け部と、
   前記ミラー支持部の傾斜角を調整し得る角度調整部と、
   前記角度調整部を一端で支持し、他端で前記支柱もしくは前記脚受け部と連結固定されるアーム部と、
   を備えたことを特徴とするミラー調整治具。
2. 前記角度調整部は、前記ミラー支持部の１辺の側面部もしくは対向する２辺の側面部と軸着された第１部位と、第１部位と前記アーム部とが軸着された第２部位とからなり、第１部位と第２部位の各々の軸が回転することにより前記ミラー支持部の傾斜角を調整できることを特徴とする請求項１に記載のミラー調整治具。
3. 前記角度調整部において、前記第２部位の軸の回転角度を操作角度の１／２の角度にする角度半減機構を更に備えたことを特徴とする請求項２に記載のミラー調整治具。
4. 前記ミラー支持部は、ミラーの鏡軸の角度を微調整する微調整機構を備え、該微調整機構は、ミラー裏面に設けられたステーと、前記脚部の上方で前記ステーの後方に設けられた支持部材を３点の止ネジで支持するものであり、いずれか１点の止ネジの先端を球状曲面に構成し、前記球状曲面と摺動接触する凹部を前記ステーの裏面に設け、前記止ネジの先端が前記凹部の内面に摺動接触することにより、ミラーを前記支持部材上に揺動可能に保持させることを特徴とする請求項２又は３に記載のミラー調整治具。
5. 前記角度調整部と前記アームの間には、前記支柱の軸方向にスライドし得るスライド機構が更に設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のミラー調整治具。
6. 前記ミラーの前面には、ミラー面積を調整する遮光部材が被覆されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のミラー調整治具。
7. 発光手段を備えたターゲットと、ミラーと、 該ミラーを支持・調整するミラー調整治具を備え、
   前記発光手段から照射された光が、前記ミラーに反射し、観測点に到達するか否かにより、構造物の変状を検知する構造物変状検知システム。
8. 発光手段を備えたターゲットと、ミラーと、 該ミラーを支持・調整する請求項１〜５のいずれかのミラー調整治具を備え、
   前記発光手段から照射された光が、前記ミラーに反射し、観測点に到達するか否かにより、構造物の変状を検知する構造物変状検知システム。
9. 前記発光手段は、常時点灯状態および点滅状態を切り替え得ることを特徴とする請求項７又は８に記載の構造物変状検知システム。
10. 前記発光手段は複数の異なる色の光源で構成され各光源が同心円周上に配置されたこと、又は、前記ターゲットは異なる色彩で同心円状に模様が描かれ該模様に前記発光手段の光が照射されたことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の構造物変状検知システム。
11. 前記発光手段は複数の象限に色分けされたパネル光源で構成されたこと、又は、前記ターゲットは異なる色彩で象限に色分けされ該象限に前記発光手段の光が照射されたことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の構造物変状検知システム。
12. 前記観測点に受光手段を設け、所定間隔内に受光しない場合にアラームを出力することを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の構造物変状検知システム。
13. 前記観測点に異なる色波長の受光手段を設け、特定の色波長の光を受光した場合に、受光した色波長に応じたアラームを出力することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の構造物変状検知システム。
14. 前記観測点にカメラ手段と通信手段を設け、前記観測点における前記ミラーに映る画像を遠隔地でモニタリングできることを特徴とする請求項７〜１３のいずれかに記載の構造物変状検知システム。
15. 前記ターゲットの配設地点と前記観測点を同一地点とすることを特徴とする請求項７〜１４のいずれかに記載の構造物変状検知システム。
16. 前記ミラー調整治具は、前記ミラーのミラー面が直交する補助ミラーを備え、その補助ミラーは前記ミラーの上部あるいは下部の位置に配置され、前記ミラーと補助ミラーの交差する箇所から直接見える光源の形状と補助ミラーに反射して見える観測点の映像を用いて、前記ミラーの角度調整を行うことを特徴とする請求項７に記載の構造物変状検知システム。
17. 前記ミラー調整治具は、構造物に埋設もしくは固設する支柱を、外的な力を加えて弾性変形させることにより、ミラー角度の微調整を行うことを特徴とする請求項７又は８に記載の構造物変状検知システム。
18. 前記ミラーおよび前記ミラー調整治具を複数セットとし、変状モニタリング対象の構造物の複数の地点に前記ミラーおよび前記ミラー調整治具を取り付け、前記発光手段の照射光が各々のミラーに反射し観測点に到達するように各々のミラーの姿勢を予め調整し、前記発光手段の照射光が各ミラーに反射し観測点に到達するか否か、若しくは、到達した場合に到達した光の色を判定することにより、構造物の変状を検知することを特徴とする請求項７〜１７のいずれかに記載の構造物変状検知システム。
19. 発光手段を備えたターゲットを不動領域に設け、
    変状モニタリング対象の構造物にミラーを取り付け、
    前記発光手段の照射光が前記ミラーに反射し観測点に到達するように前記ミラーの姿勢を予め調整し、
    前記発光手段の照射光が前記ミラーに反射し観測点に到達するか否か、若しくは、到達した場合に到達した光の色を判定することにより、構造物の変状を検知する構造物変状検知方法。
20. 前記発光手段は、常時点灯状態および点滅状態を切り替え得ることを特徴とする請求項１９に記載の構造物変状検知方法。
21. 前記発光手段を複数の異なる色の光源で構成させ、各光源が同心円周上に配置させたこと、又は、前記ターゲットは異なる色彩で同心円状に模様が描かれ該模様に前記発光手段の光が照射されたことを特徴とする請求項１９又は２０に記載の構造物変状検知方法。
22. 前記発光手段を複数の象限に色分けされたパネル光源で構成させたこと、又は、前記ターゲットは異なる色彩で象限に色分けされ該象限に前記発光手段の光が照射されたことを特徴とする請求項１９又は２０に記載の構造物変状検知方法。
23. 前記発光手段の配設地点と前記観測点を同一地点に設けることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の構造物変状検知方法。
24. 前記ミラーを複数とし、変状モニタリング対象の構造物の複数の地点にミラーを取り付け、前記発光手段の照射光が各々のミラーに反射し観測点に到達するように各々のミラーの姿勢を予め調整し、前記発光手段の照射光が各ミラーに反射し観測点に到達するか否か、若しくは、到達した場合に到達した光の色を判定することにより、構造物の変状を検知することを特徴とする請求項１９〜２３のいずれかに記載の構造物変状検知方法。