CN108027240B - 可视化元件、计测系统及计测方法 - Google Patents

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Abstract

本申请的一方式所涉及的状态可视化元件具备：光学部件，包含与计测对象物的相对位置关系被固定的固定部、以及可动地被支承于所述固定部且与重力方向所成的角度被保持为一定的可动部，在所述固定部和所述可动部成为规定的位置关系时，使光或者电磁波回归性反射，所述光学部件根据所述固定部和所述可动部的相对位置关系的变化，使向回归性反射方向反射的光或者电磁波的强度变化。

Description

可视化元件、计测系统及计测方法
技术领域
本申请涉及被安装于计测对象物的可视化元件、使用了该可视化元件的计测系统及计测方法。
背景技术
近年，在各种物品上设置传感器等并与互联网连接的IoT(物联网：Internet ofThings)的概念、以及汇集了多种大量数据的大数据的分析及活用受到关注。特别是，在基础设施构造物、土木、工厂等领域中，通过传感器网络监视桥梁、隧道、机械、地基等计测对象物的倾斜角度、振动、温度、湿度、水分量等的技术开发广泛进行。
在日本，桥梁、隧道等公共构造物的大多数在1970年代的高度增长期建设，今后，预想超过寿命的构造物急速增加。因此，近年，为了抑制基础设施维护费变得庞大及防止事故，使用传感器使基础设施的检查自动化的研究开发正在进行。
例如，在美国的伊利诺伊大学，正研究开发如下系统：将多个具备加速度、温度等的传感器、CPU及无线单元的无线传感器节点安装于计测对象物，基于从该无线传感器节点发送来的数据对振动等进行分析(伊利诺伊结构健康监测项目：Illinois StructuralHealth Monitoring Project)。
此外，为了防范近年增加的局部性集中暴雨等异常气候导致的泥石流灾害等，使用无线传感器计测地基的倾斜角度、固有振动、水分量等的研究开发也正在进行。
此外，在非专利文献1中，记载了使用倾斜计、位移计等进行铁道的状态的监视的传感器网络。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：RRR Vol.70No.11 2013.11、22页～25页，《状態監視のためのセンサネットワークを構築する(架构用于状态监视的传感器网络)》
发明内容
发明要解决的课题
本申请的一方式提供能够将计测对象物的状态可视化的可视化元件。
用于解决课题的手段
本申请的一方式所涉及的可视化元件具备：光学部件，包含与计测对象物的相对位置关系被固定的固定部、和被所述固定部可动地支承且与重力方向所成的角度被保持为一定的可动部，在所述固定部和所述可动部成为规定的位置关系时，使光或者电磁波回归性反射，所述光学部件根据所述固定部和所述可动部的相对位置关系的变化使向回归性反射方向反射的光或者电磁波的强度变化。
本申请的概括性或者具体性的方式也可以通过元件、装置、系统、方法或者它们的任意组合来实现。
发明效果
本申请的一方式所涉及的可视化元件能够将计测对象物的状态可视化。
附图说明
图1是本申请的第一实施方式所涉及的计测系统的概略结构图。
图2是表示光学部件对光或者电磁波进行反射的原理的剖面图。
图3是表示光学部件对光或者电磁波进行反射的原理的立体图。
图4A是图1的计测系统的剖面图，是表示计测对象物没有产生状态变化的状态的图。
图4B是图1的计测系统的剖面图，是表示计测对象物相对于水平面倾斜了角度-θ的状态的图。
图4C是图1的计测系统的剖面图，是表示计测对象物相对于水平面倾斜了角度+θ的状态的图。
图5是概念性地表示被图1的计测系统具备的可视化元件反射的反射光的扩散性的曲线图。
图6A是表示在图1的计测系统具备的可视化元件中，偏镜相对于基准镜以越向上方则越向侧方远离的方式倾斜的状态的侧视图，是表示计测对象物没有产生状态变化的状态的图。
图6B是表示图6A的可视化元件相对于水平面倾斜了角度-θ的状态的侧视图。
图7是表示从照明装置具备的多个光源照射的光被图6B的可视化元件反射的情形的俯视图。
图8A是表示图1的计测系统具备的可视化元件的变形例的剖面图。
图8B是表示图8A的可视化元件相对于水平面倾斜了角度-θ的状态的剖面图。
图9A是表示图1的计测系统具备的可视化元件的变形例的剖面图。
图9B是表示图9A的可视化元件相对于水平面倾斜了角度-θ的状态的剖面图。
图10A是表示图1的计测系统具备的可视化元件的变形例的剖面图。
图10B是表示图10A的可视化元件相对于水平面倾斜了角度-θ的状态的剖面图。
图11A是表示图1的计测系统具备的可视化元件的变形例的主视图。
图11B是表示图1的计测系统具备的可视化元件的变形例的侧视图。
图11C是表示图11B的可视化元件相对于水平面倾斜了角度-θ的状态的侧视图。
图12是使用了图1的计测系统的计测方法的流程图。
图13是表示使用图1的计测系统对道路桥旁的多个照明柱进行计测的情形的立体图。
图14是本申请的第二实施方式所涉及的计测系统的概略结构图。
图15是概念性地表示被图14的计测系统具备的可视化元件反射的反射光的扩散性的曲线图。
图16是表示图14的计测系统具备的可视化元件的变形例的立体图。
图17是本申请的第三实施方式所涉及的计测系统的概略结构图。
图18是表示本申请的第三实施方式所涉及的状态计测系统的变形例的剖面图。
图19A是本申请的第四实施方式所涉及的计测系统具备的可视化元件的剖面图，是表示计测对象物没有产生状态变化时的可视化元件的图。
图19B是本申请的第四实施方式所涉及的计测系统具备的可视化元件的剖面图，是表示计测对象物产生了状态变化时的可视化元件的图。
具体实施方式
(成为本申请的基础的知识)
本申请涉及能够将桥梁、隧道、机械、地基等计测对象物的倾斜角度、振动、温度、湿度、水分量等可视化的可视化元件、使用其的计测系统及计测方法。
在使用了无线传感器节点的计测方法中，将多个无线传感器节点分散地贴到计测对象物的整体，从而能够同时计测计测对象物的整体。但是，在该计测方法中，无线传感器节点具备的传感器、CPU、无线单元等电部件的功耗大，所以需要频繁更换电池。
此外，基础设施构造物、自然环境等的状态的监视多在高处等危险的地点、不便的地点等严酷的环境下进行。因此，不易更换电池，寻求尽可能减少维护次数。
相对于此，若将无线传感器节点以功耗小的电部件构成，则能够减少电池的更换频度。但是，在该情况下，需要设置大量中继器，其设置费用变高。此外，还需要更换该中继器的电池。进而，还存在电部件易于腐蚀，寿命短的课题。
此外，作为不使用传感器的计测方法，例如存在使用了激光多普勒速度计的计测方法。激光多普勒速度计利用多普勒效应。具体而言，从计测器向计测对象物照射激光，根据来自计测对象物的反射波的波长的变化来计测计测对象物相对于计测器的相对速度。通过使用该激光多普勒速度计，例如能够将施加给计测对象物的振动可视化并进行计测。但是，在使用了激光多普勒速度计的计测方法中，只能一处一处进行计测，对于计测计测对象物的整体的状态来说花费相当长的时间。
此外，除了激光多普勒速度计以外，还存在使用了激光的计测方法。但是，无论是哪种计测方法，由于利用激光的可干涉性、指向性来计测计测对象物的轻微的位移，所以若产生风雨等外部干扰则难以进行准确的计测。此外，装置的价格也高。
因此，本发明人努力研究，得知通过使用对光或者电磁波具有回归性反射特性的光学部件，光学部件的一部分构成为根据计测对象物的状态变化而位移，从而能够改善这些课题。基于该知识，本发明人想到以下的发明。
[项目1]
一种可视化元件，具备：
光学部件，包含与计测对象物的相对位置关系被固定的固定部、和被所述固定部可动地支承且与重力方向所成的角度被保持为一定的可动部，在所述固定部和所述可动部成为规定的位置关系时，使光或者电磁波回归性反射，
所述光学部件根据所述固定部和所述可动部的相对位置关系的变化使向回归性反射方向反射的光或者电磁波的强度变化。
[项目2]
如项目1所述的可视化元件，其中，
所述光学部件具备各自的镜面相互交叉地相向的第一镜、第二镜及第三镜，
所述第一镜被包含于所述固定部，
所述第二镜被包含于所述可动部，
所述第二镜以镜面与重力方向所成的角度成为一定的方式被支承于所述固定部，
所述光学部件根据所述第一镜的镜面和所述第二镜的镜面所成的角度的变化使向回归性反射方向反射的光或者电磁波的强度变化。
[项目3]
如项目1或者2所述的可视化元件，其中，还具备：
液体，由所述固定部保持，
所述可动部经由所述液体被支承于所述固定部。
[项目4]
如项目3所述的可视化元件，其中，
所述液体的比重比所述可动部的比重大。
[项目5]
如项目1或者2所述的可视化元件，其中，
所述固定部具有凸部，
所述可动部以所述凸部为支点被支承于所述可动部。
[项目6]
如项目1或者2所述的可视化元件，其中，还具备：
绳，一方的端部与所述固定部连接，另一方的端部与所述可动部连接，
所述可动部经由所述绳而被支承于所述固定部。
[项目7]
一种可视化元件，具备：
光学部件，包含与计测对象物的相对位置关系被固定的固定部、和被所述固定部可动地支承且与所述固定部的相对位置关系根据规定的物理量变化的可动部，在所述固定部和所述可动部成为规定的位置关系时，使光或者电磁波回归性反射，
所述光学部件根据所述固定部和所述可动部的相对位置关系的变化，使向回归性反射方向反射的光或者电磁波的强度变化。
[项目8]
如项目7所述的可视化元件，其中，具备：
支承部件，将所述可动部支承在所述固定部，
所述支承部件根据所述规定的物理量的变化而变形或者位移，从而所述固定部和所述可动部的相对位置关系变化。
[项目9]
如项目8所述的振动可视化元件，其中，
所述光学部件具备球状透镜、和位于所述球状透镜的后方的凹面反射件，
所述球状透镜及所述凹面反射件之中的一方被包含于所述固定部，
所述球状透镜及所述凹面反射件之中的另一方被包含于所述可动部，
所述球状透镜及所述凹面反射件之中的所述另一方经由所述支承部件被支承于所述固定部。
[项目10]
如项目9所述的振动可视化元件，其中，
所述球状透镜为相互连结的多个球状透镜之一，
所述凹面反射件为位于所述多个球状透镜各自的后方的多个凹面反射件之一，
所述多个球状透镜及所述多个凹面反射件之中的一方被包含于所述固定部，
所述多个球状透镜及所述多个凹面反射件之中的另一方被包含于所述可动部，
所述多个球状透镜及所述多个凹面反射件之中的所述另一方经由所述支承部件被支承于所述固定部。
[项目11]
如项目8～10的任一项所述的可视化元件，其中，
所述支承部件包含双金属，
所述双金属根据所述检测装置检测到的物理量而变形，从而所述固定部和所述可动部的相对位置关系变化。
[项目12]
如项目11所述的可视化元件，其中，
所述双金属根据温度、湿度、水分量、远红外线及放射线之中的至少任一个变化而变形。
[项目13]
如项目8所述的可视化元件，其中，具备：
应力部，将与所述检测装置检测到的物理量相应的大小的应力施加给所述支承部件，
所述支承部件根据所述应力而变形或者位移，从而所述固定部和所述可动部的相对位置关系变化。
[项目14]
如项目13所述的可视化元件，其中，
所述应力部包含张力计(tensiometer)，
所述张力计根据所述计测对象物的水分量而产生的压力，从而使所述支承部件变形或者位移。
[项目15]
如项目13所述的可视化元件，其中，
所述应力部包含具备离子化趋势不同的2种金属电极的pH计，
所述pH计通过以根据所述计测对象物的pH产生的所述金属电极间的电位差作为电动势的电磁力或者静电力，使所述支承部件变形或者位移。
[项目16]
一种计测系统，具备：
在项目1～15的任一项中记载的一个以上的可视化元件；
照明装置，向被设置于计测对象物的所述一个以上的可视化元件照射光或者电磁波；
拍摄装置，拍摄包含所述计测对象物、和所述一个以上的可视化元件的影像；以及
计测装置，基于所述影像中的来自所述一个以上的可视化元件的反射光或者反射电磁波的强度的变化，计测所述一个以上的可视化元件中的所述固定部和所述可动部的相对位置关系的变化。
[项目17]
如项目16所述的计测系统，其中，
所述拍摄装置包含多个相机或者复眼相机，
所述计测装置基于所述多个相机或者所述复眼相机拍摄到的多个影像来检测所述反射光或者所述反射电磁波的配光分布。
[项目18]
如项目16或者17所述的计测系统，其中，
所述照明装置包含多个光源，
所述多个光源射出的光或者电磁波的波长、偏振状态、照射定时中的至少一个相互不同。
[项目19]
一种计测方法，向被安装于计测对象物的在项目1～13的任一项中记载的一个以上的可视化元件照射光或者电磁波，
拍摄包含来自所述一个以上的可视化元件的反射光或者反射电磁波的影像，
基于所述影像计测所述计测对象物的状态。
以下，参照附图说明本申请的实施方式。另外，并非通过该实施方式限定本申请。有时关于同一或者类似的结构赋予同一标号，省略其说明。
(第一实施方式)
图1是本申请的第一实施方式所涉及的状态计测系统的概略结构图。第一实施方式所涉及的计测系统具备可视化元件1、照明装置2、拍摄装置3和计测装置4。
可视化元件1被安装于桥梁、隧道等计测对象物100。可视化元件1将计测对象物100相对于铅直方向(也称为重力方向)的倾斜角度及倾斜角度的动态变化可视化。在第一实施方式中，为了使说明简单，计测对象物100设为长方体，一边设为与铅直方向平行。
照明装置2是向可视化元件1照射光或者电磁波的装置。作为照明装置2，也可以使用难以产生闪烁的光源、例如DC(直流)驱动的LED等装置。另外，若照明装置2具有照射计测对象物100的适度的照射角、和与拍摄距离、环境相应的明亮度，则也可以不是特殊的照明装置。作为照明装置2的例子，例如包含LED照明、HID照明、卤素照明、水银灯。照明装置2例如具备白色LED等光源和射出光学系统，从射出光学系统的射出口射出光。
拍摄装置3如图1所示，是对包含通过光学部件12向回归性反射方向反射的反射光或者反射电磁波的影像进行拍摄的装置。在第一实施方式中，拍摄装置3被配置在照明装置2的附近。作为拍摄装置3，例如能够使用相机、雷达。拍摄装置3例如也可以是具备CMOS或者CCD、和入射侧透镜的数码摄像机。在该情况下，拍摄装置3的入射侧透镜的中心与照明装置2的光的射出口的中心之间的距离既可以是1m以内，也可以是50cm以内。此外，拍摄装置3和照明装置2也可以相互结合而固定，以使在拍摄中相互的位置关系不改变。由此，即使拍摄装置3被搭载于移动体或由于风等外部干扰而摇晃，也能够通过后述的可视化元件1的回归性反射特性，进行稳定的拍摄及计测。
计测装置4是基于拍摄装置3拍摄的影像来计测计测对象物100的状态的装置。在第一实施方式中，计测装置4基于拍摄装置3拍摄的影像来计测计测对象物100的倾斜角度。计测装置4还具有控制照明装置2的功能。计测装置4例如能够通过个人计算机和在其上安装的软件而实现。此外，计测装置4例如也可以具备存储软件及影像数据的存储器、处理器和显示器。
接着，更详细地说明可视化元件1的结构。可视化元件1如图1所示，具备透明的箱体11、和对光或者电磁波具有回归性反射特性的光学部件12。
“回归性反射”是指反射光返回入射光的方向的特性。该特性被广泛利用于交通标识的反射件等。图2是表示回归性反射的原理的概念图。若向配置为相互正交的镜50a、50b入射光或者电磁波，则如实线的箭头51或者点线的箭头52所示反射2次。这2次反射的反射角之和、与镜50a和镜50b所成的角度(90度)的合计成为180度。因此，被镜50a及镜50b反射的反射光或者反射电磁波向与入射方向相反的方向行进。以下，将向与该入射方向相反的方向行进的光或者电磁波的行进方向称为“回归性反射方向”。另外，如图3所示，在将3片镜50a～50c配置为相互正交的情况下，向3片镜50a～50c入射的光或者电磁波被反射3次，向回归性反射方向被反射。
另一方面，若这3片镜的结构(例如，相交的角度、表面的凹凸等)变化而不再满足回归性反射的条件，则反射光或者反射电磁波的行进方向从回归性反射方向偏离。第一实施方式所涉及的状态计测系统构成为利用该性质而将计测对象物的状态可视化并进行计测。
另外，在以往的使用了激光的计测方法等中，具有回归性反射特性的部件也被粘贴于计测对象物而利用。但是，在以往的计测方法中，不使回归性反射件的形状或反射特性变化。在以往的计测方法中，仅仅是为了使反射光的放射强度增加而使计测对象物显眼，使用具有回归性反射特性的部件。
相对于此，在第一实施方式中，构成为可视化元件1的状态根据计测对象物100的状态变化而变化，回归性反射特性变化。此外，根据该结构，拍摄装置3和可视化元件1的距离越大，则即使3片镜的相交的角度从直角非常轻微地偏离，反射光或者反射电磁波到达的位置相对于回归性反射方向偏离得越大。即，根据第一实施方式的可视化元件1，能够使计测对象物的状态变化放大，使可视化元件1作为高灵敏度传感器而发挥作用，能够容易地计测计测对象物的状态变化。此外，不需要如以往的计测方法那样，为了检测计测对象物的状态变化而利用多普勒效应进行测定、测定皮秒单位的飞行时间那样的高级的测定。
在第一实施方式中，光学部件12如图1所示，具备被固定于箱体11的固定镜13、和在透明的液体15的液面上漂浮的可动镜14。固定镜13是光学部件12的其他部分的一例，是与计测对象物100的相对位置关系被固定的固定部的一例。可动镜14是光学部件12的一部分的一例，是相对于固定部被可动地支承的可动部的一例。液体15是支承部件的一例。可动镜14以与固定镜13的相对位置关系根据计测对象物100的状态变化而变化的方式被支承。固定镜13及可动镜14在成为对光或者电磁波进行反射的镜面的部分上，例如具备铝等具有高反射率的金属、或者包含电介质的多层膜的高反射率膜。箱体11例如由树脂、金属、或者它们的组合构成。
固定镜13具备基准镜13a、和相对于基准镜13a向前方倾斜规定的角度(例如，0.1～1度)而配置的偏镜13b。基准镜13a和偏镜13b分别具有线性棱镜的形状。即，基准镜13a和偏镜13b分别具有将多个矩形的镜面以相互的长边被连结且相互正交的方式配置为之字状而成的结构。
在第一实施方式中，基准镜13a以直线状的各脊线向铅直方向延伸的方式被固定于箱体11。偏镜13b在基准镜13a的侧方相邻而配置，被固定于箱体11。偏镜13b以直线状的各脊线越向上方则越向前方(照明装置2侧)远离的方式，相对于基准镜13a倾斜规定的角度δ(例如，0.1～1度)而配置(参照图4A)。另外，为了能够相互识别，基准镜13a和偏镜13b例如也可以将不同的滤色器设置在前面，也可以使形状不同。
在基准镜13a的各脊线向铅直方向延伸地配置时，可动镜14被配置为相对于基准镜13a的相互相邻且正交的两个矩形的镜面分别正交。即，基准镜13a的两个镜面及可动镜14分别对应于使用图3说明的3片镜50a～50c之中的任一个。由此，如图1的实线的箭头所示，从照明装置2照射的光线A1被基准镜13a的两个镜面及可动镜14反射，向回归性反射方向行进。
图4A～图4C是图1的计测系统的剖面图。图4A表示计测对象物100没有产生状态变化的状态。图4B表示计测对象物100相对于水平面倾斜了角度-θ的状态。图4C表示计测对象物100相对于水平面倾斜了角度+θ的状态。在此，在附图中，将相对于基准方向或者基准面绕顺时针的角度以“+”表示，将相对于基准方向或者基准面绕逆时针的角度以“-”表示。
如图4A所示，在计测对象物100没有产生状态变化的状态下，基准镜13a向铅直方向延伸，偏镜13b相对于铅直方向倾斜角度+δ。在该状态下，从照明装置2向基准镜13a照射的光或者电磁波如实线的箭头所示，由基准镜13a的两个镜面及可动镜14反射而向回归性反射方向A1行进。另一方面，从照明装置2向偏镜13b照射的光或者电磁波如虚线的箭头所示，由偏镜13b的两个镜面及可动镜14反射而向反射方向B1行进。该反射方向B1相对于回归性反射方向A1偏离角度-2δ。
如图4B所示，在计测对象物100相对于水平面倾斜了角度-θ的状态下，基准镜13a及偏镜13b与计测对象物100一起相对于水平面倾斜角度-θ。另一方面，可动镜14由于在液体15的液面上漂浮而维持水平的状态。因此，基准镜13a相对于铅直方向所成的角度成为-θ。在该状态下，从照明装置2向基准镜13a照射的光或者电磁波由基准镜13a及可动镜14反射而向反射方向A2行进。该反射方向A2相对于回归性反射方向A1偏离角度+2θ。
此外，如图4C所示，在计测对象物100相对于水平面倾斜了角度+θ的状态下，基准镜13a及偏镜13b与计测对象物100一起相对于水平面倾斜角度+θ。另一方面，可动镜14由于在液体15的液面上漂浮而维持水平的状态。因此，基准镜13a相对于铅直方向所成的角度成为+θ。在该状态下从照明装置2向基准镜13a照射的光或者电磁波由基准镜13a及可动镜14反射而向反射方向A3行进。该反射方向A3相对于回归性反射方向A1偏离角度-2θ。
在图4A～图4C中，为了使说明简单，从照明装置2照射的光或者电磁波作为一根线示出，但实际上，从照明装置2照射的光或者电磁波被照射到光学部件12的整体。因此，例如图4B所示，除了按固定镜13、可动镜14的顺序被反射而向反射方向A2行进的光或者电磁波以外，还存在按可动镜14、固定镜13的顺序被反射而向反射方向A2a行进的光或者电磁波。该反射方向A2a相对于回归性反射方向A1偏离角度-2θ。即，反射方向A2a相对于回归性反射方向A1偏离与图4C所示的反射方向A3相同的角度。因此，在计测对象物100相对于水平面倾斜了角度-θ的情况下与倾斜了角度+θ的情况下，都存在向相同的反射方向反射的反射光或者反射电磁波。从而，仅以基准镜13a不能判别计测对象物100向哪个方向倾斜。为了对其进行判别，设置了偏镜13b。
即，如图4B所示，在计测对象物100相对于水平面倾斜了角度-θ的状态下，偏镜13b相对于铅直方向所成的角度成为-θ+δ。在该状态下，从照明装置2向偏镜13b照射的光或者电磁波被偏镜13b及可动镜14反射而向反射方向B2行进。该反射方向B2相对于回归性反射方向A1偏离角度-2(-θ+δ)。即，反射方向B2和回归性反射方向A1所成的角度2(θ-δ)比反射方向A2和回归性反射方向A1所成的角度2θ小，反射方向B2与反射方向A2相比更接近回归性反射方向A1。
另一方面，如图4C所示，在计测对象物100相对于水平面倾斜了角度+θ的状态下，偏镜13b相对于铅直方向所成的角度成为+θ+δ。在该状态下，从照明装置2向偏镜13b照射的光或者电磁波被偏镜13b及可动镜14反射而向反射方向B3行进。该反射方向B3相对于回归性反射方向A1偏离角度-2(+θ+δ)。即，反射方向B3和回归性反射方向A1所成的角度2(θ+δ)比反射方向A3和回归性反射方向A1所成的角度2θ大，反射方向B3与反射方向A3相比更远离回归性反射方向A1。
从而，可知在偏镜13b的反射方向与基准镜13a的反射方向相比更接近回归性反射方向A1的情况下，计测对象物100相对于水平面倾斜角度-θ。另一方面，可知在偏镜13b的反射方向与基准镜13a的反射方向相比更远离回归性反射方向A1的情况下，计测对象物100相对于水平面倾斜角度+θ。
此外，在图4A～图4C中，为了使说明简单，将反射光或者反射电磁波的行进方向A1～A3及B1～B3分别记载为一根线。但是实际上，在固定镜13及可动镜14中存在轻微的凹凸、配置的误差、角度的不均等。因此，反射光或者反射电磁波具有如图1的一点划线K1所示的扩散性。图5是概念性地表示被第一实施方式所涉及的可视化元件1反射的光或者电磁波的扩散性的曲线图。横轴表示反射光前进的方位。纵轴表示亮度的大小。反射光从回归性反射方向的偏离对应于光源与反射光到达的位置之间的距离。在固定镜13和可动镜14正交时，示出如实线所示那样以回归性反射方向为峰值的亮度分布。相对于此，如图4B所示，随着反射方向相对于回归性反射方向的偏离变大，如从实线起向虚线、进而向一点划线所示那样峰值分开而远离中心。由于模拟地产生这样的配光分布的变化，能够预先掌握配光分布及其变化，从而将倾斜角度的变化理解为亮度变化。
在第一实施方式中，如图4B及图4C所示，计测对象物100相对于水平面倾斜角度±θ，据此固定镜13和可动镜14所成的角度变化。由此，回归性反射方向附近的反射光或者反射电磁波的配光分布(反射方向)根据计测对象物100相对于水平面的倾斜角度而变化。即，计测对象物100的倾斜角度与回归性反射方向的附近的反射光或者反射电磁波的配光分布的变化有相关关系。从而，能够基于该反射光或者反射电磁波的配光分布的变化，将计测对象物100的倾斜角度及该倾斜角度的动态变化可视化并进行计测。
此外，根据第一实施方式，光学部件12具有回归性反射特性，因此由一个照明装置2向多个光学部件12照射光或者电磁波，从而能够由一个拍摄装置3接受多个光学部件12的反射光或者反射电磁波。即，在计测对象物100上贴多个可视化元件1，从照明装置2向这些可视化元件1照射光或者电磁波，从而能够由拍摄装置3同时计测来自这些可视化元件1的反射光的亮度或者反射电磁波的配光分布的变化。由此，能够将计测对象物100的倾斜角度及该倾斜角度的动态变化可视化，能够以更短时间且详细地进行状态的计测。
此外，根据第一实施方式，由于可视化元件1不包含耗电的部件，因此不需要更换电池，能够进一步减少维护次数。此外，能够使可视化元件1的制造成本便宜，能够抑制腐蚀等恶化。
此外，根据第一实施方式，光学部件12被配置在箱体11内，所以光学部件12难以受到风、腐蚀等外部干扰原因的影响。从而，能够降低外因的影响导致的误测定。另外，箱体11的表面也可以被实施防污表面处理等。此外，在箱体11的内面也可以设置多孔质的树脂等消波体。由此，能够抑制液面起波，抑制可动镜14摇晃。此外，液体15也可以透明且挥发性低，也可以为了不浑浊而施以没有杂菌的混入和繁殖的材料及封入处理。
另外，也可以构成为可动镜14的固有振动频率非常低。在该情况下，可动镜14难以跟随于比固有振动频率大的频率的振动。因此，通过从拍摄装置3拍摄的影像提取反射光的亮度的时间变化，从而能够计测计测对象物100的倾斜角度的时间变化、即振动。此外，通过以倾斜角度和振动这双方来分析构造物的恶化，从而能够进行更详细的健全度诊断。
另外，在照明装置2照射电磁波的情况下，该电磁波也可以是波长比光长的电磁波。此外，在该情况下，固定镜13及可动镜14的镜面的外径也可以比电磁波的波长大。由此，能够与照明装置2照射光的情况同样地对待。另外，在使用了波长长的电磁波的情况下，即使从更远离的地点、例如卫星，也能够计测计测对象物100的状态。
此外，为了能够相互识别，基准镜13a和偏镜13b例如也可以在它们的前面具备不同的滤色器。此外，基准镜13a及偏镜13b也可以具有不同的形状。
另外，在图1及图4A～图4C中，为了便于说明，将可视化元件1与照明装置2及拍摄装置3的距离记载得较短。但是，它们的距离也可以是几十m、几百m以上。此外，也可以与使用合成孔径雷达从地球观测卫星观测地上的状况相同，例如在地球观测卫星上设置照明装置2及拍摄装置3，从照明装置2照射电磁波，由拍摄装置3接受其反射电磁波。
此外，在图4A～图4C中，照明装置2相对于固定镜13及可动镜14从斜上方照射光或者电磁波。但是，照明装置2也可以相对于固定镜13及可动镜14从斜下方照射光或者电磁波。在该情况下，来自照明装置2的光或者电磁波入射到液体15，在液体15和空气的界面折射。但是，例如通过使用斯涅耳公式来校正角度，从而能够与上述同样地计测计测对象物100的振动。
此外，在第一实施方式中，可动镜14设为由铝等具有高反射率的金属、或者包含电介质的多层膜的高反射率膜构成，但本申请不限定于此。可动镜14也可以由树脂或金属构成。其中，物体的比重相对于液体的比重之比越小则在液面上漂浮的物体的固有振动频率变得越大。此外，物体的比重相对于液体的比重之比越接近1则固有振动的振幅变得越小。因此，可动镜14的比重也可以接近于液体15的比重。在将可动镜14由聚乙烯等与液体15相比比重轻的树脂构成的情况下，也可以附加配重等来调整比重。此外，在将可动镜14由与液体15相比比重重的金属构成的情况下，也可以在内部设置空隙而使浮力作用等来调整比重。
此外，在第一实施方式中，将光学部件12具备的3片镜之中的1片设为可动镜14，将2片设为固定镜13，但本申请不限定于此。例如，也可以将光学部件12具备的3片镜之中的2片设为可动镜14，将1片设为固定镜13。在该情况下，2片可动镜14也可以在固定镜13的2边通过弹性部件(例如，板簧)连接。此外，也可以在2片可动镜14和固定镜13之间设置间隙以使2片可动镜14不相互直接碰撞。此外，也可以对2片可动镜14设置缓冲件以使2片可动镜14不相互直接碰撞。根据该结构，能够对2轴方向的振动具有灵敏度。
此外，在本第一实施方式中，设为光学部件12具备一个偏镜13b，但本申请不限定于此。例如，光学部件12也可以具备两个以上的偏镜13b。此外，在该情况下，两个以上的偏镜13b相对于基准镜13a的倾斜角度也可以分别不同。例如，通过光学部件12具备相对于基准镜13a的倾斜角度更大的偏镜13b，从而即使计测对象物100相对于水平面倾斜角度变大，也能够计测倾斜角度。
此外，在第一实施方式中，设为偏镜13b相对于基准镜13a向前方以规定的角度倾斜而配置，但本申请不限定于此。例如，偏镜13b也可以如图6A及图6B所示，直线状的各脊线相对于基准镜13a以越向上方则越向侧方远离的方式，倾斜规定的角度
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(例如，0.1～1度)而配置。在该情况下，由于计测对象物100相对于水平面倾斜角度±θ，从而由固定镜13和可动镜14所成的角度变化，因此拍摄装置3接受的回归性反射方向附近的反射光或者反射电磁波的配光分布变化。从而，基于该反射光或者反射电磁波的配光分布的变化，能够将计测对象物100的倾斜角度可视化并进行计测。图6A表示计测对象物100没有产生状态变化的状态。图6B表示计测对象物100相对于水平面倾斜了角度-θ的状态。
此外，拍摄装置3也可以具备多个相机或者复眼相机。在该情况下，通过将由多个相机或者复眼相机拍摄到的多个影像信息进行比较，从而能够更细致地辨认反射光或者反射电磁波的方向、角度。即，即使在计测对象物100的状态变化非常小的情况下，也能够通过多个相机或者复眼相机来观测反射光或者反射电磁波的方向、角度的微小的变化。
此外，照明装置2也可以如图7所示那样具备向可视化元件1照射光或者电磁波的多个光源2A、2B。由此，即使在计测对象物100的倾斜角度(在图4A、图4B、图6B中为角度θ)大的情况下，也能够由拍摄装置3接受来自光源2A、2B的某一个的光或者电磁波所致的反射光或者反射电磁波的扩散分量。从而，能够由拍摄装置3拍摄反射光的亮度的变化。另外，也可以是将光源设为一个，且使光源向光源2A、2B各自的位置移动。
此外，多个光源既可以在铅直方向上排列，也可以在水平方向上排列。此外，在计测对象物100向前后方向倾斜时(参照图4B、图4C等)，光或者电磁波的反射方向在铅直方向上偏离。另一方面，在计测对象物100向左右方向倾斜时(参照图6B等)，光或者电磁波的反射方向在水平方向上偏离。因此，光源也可以在铅直方向及水平方向这双方向上分别配置多个。在该情况下，即使在前后方向及左右方向这二方向上的计测对象物100的倾斜角度大的情况下，也能够由拍摄装置3接受照明装置2的某一个光源所致的反射光或者反射电磁波的扩散分量。从而，能够由拍摄装置3拍摄反射光的亮度的变化。此外，多个光源既可以以一定的间隔来配置，也可以以规则的间隔来配置。
此外，关于多个光源2A、2B照射的光或者电磁波，也可以是波长、偏振状态、照射定时之中的至少一个相互不同。由此能够相互识别。另外，在偏振状态中，例如包含直线偏振、圆偏振。由此，例如能够计测对于铅直方向及水平方向等的二方向的倾斜角度。
此外，配置多个光源2A、2B的位置也可以是离摄像装置3的距离相互不同的位置。此外，多个光源2A、2B也可以依次照射光或者电磁波。在该情况下，基于光源2A、2B的各个引起的反射光或者反射电磁波的配光分布的变化，检测反射方向相对于回归性反射方向的偏离角度，能够计测计测对象物100的倾斜角度。
此外，优选多个光源2A、2B照射的光或者电磁波的颜色相互不同。在该情况下，根据可视化元件1显现为什么颜色，检测反射方向相对于回归性反射方向的偏离角度，能够计测计测对象物100的倾斜角度。例如，在可视化元件1显现为从光源2A照射的光的颜色的情况下，从光源2A照射的光被回归性反射，因此可知可视化元件1的倾斜角度为零。此外，例如，在可视化元件1显现为混合了从光源2A照射的光的颜色和从光源2B照射的光的颜色而成的颜色的情况下，能够基于该混合后的颜色的比例，更准确地检测反射方向相对于回归性反射方向的偏离角度。
此外，在第一实施方式中，设为将可动镜14形成为矩形板状，通过相对于液面平行的镜面来反射光或者电磁波，但本申请不限定于此。例如，也可以如图8A及图8B所示，使用形成为三角柱状的可动镜61，通过相对于液面倾斜的镜面61a来反射光或者电磁波。如图8A所示，在计测对象物100没有状态变化的情况下，以镜面62a相对于可动镜61的镜面61a正交的方式将固定镜62固定于计测对象物100，从而能够使从照明装置2照射的光或者电磁波向回归性反射方向反射。此外，如图8B所示，使计测对象物100相对于水平面倾斜角度-θ，从而反射光或者反射电磁波的行进方向相对于回归性反射方向偏离角度+2θ。由此，拍摄装置3接受的回归性反射方向附近的反射光或者反射电磁波的配光分布根据计测对象物100的倾斜状态而变化。基于该变化，能够计测计测对象物100的倾斜状态。
此外，在第一实施方式中，设为使可动镜14漂浮在液体15的液面上，从而维持水平的状态，但本申请不限定于此。例如，也可以如图9A及图9B所示，将可动镜71设为L字形状，通过支承棒74的前端部从下方支承内侧的角部72。支承棒74为支承部件的一例，被固定于箱体73。可动镜71以能自由地运动的方式被支承，所以可动镜71的重心始终位于作为支点的内侧角部72的铅直方向的下方。从而，可动镜71的镜面71a能够维持相对于水平方向倾斜了规定的角度(例如，45度)的姿势。此外，如图9A所示，以可动镜71的镜面71a和固定镜75的镜面75a正交的方式，将固定镜75固定于箱体73。由此，能够使从照明装置2照射的光或者电磁波向回归性反射方向反射。此外，如图9B所示，在使箱体73相对于水平面倾斜了角度-θ时，反射光或者反射电磁波的行进方向相对于回归性反射方向偏离角度+2θ。由此，根据计测对象物100的倾斜状态，拍摄装置3接受的回归性反射方向附近的反射光或者反射电磁波的配光分布变化，因此能够基于此来计测计测对象物100的倾斜状态。
也可以如图10A及图10B所示，将固定镜81固定于箱体82的倾斜面。此外，也可以将可动镜83在固定镜81的上端部附近，经由弹簧84被箱体82支承。弹簧84为支承部件的一例，例如是板簧。如图10A所示，在箱体82的状态没有变化的情况下，弹簧84在由于重力而弯曲的状态下，将可动镜83弹性地支承。由此，可动镜83的照明装置2侧的镜面83a维持与固定镜81的镜面81a正交的状态。在该情况下，能够使从照明装置2照射的光或者电磁波向回归性反射方向反射。如图10B所示，在使箱体82相对于水平面倾斜了角度-θ时，弹簧84的延伸方向接近于铅直方向。由此，由于重力而向弹簧84变形的方向施加的荷重变小，弹簧84的弯曲变小。其结果，固定镜81的镜面81a和可动镜83的镜面83a所成的角度变化，光或者电磁波的反射方向相对于回归性反射方向偏离角度+2θ。这样，回归性反射方向附近的反射光或者反射电磁波的配光分布根据计测对象物100的倾斜状态变化，因此能够基于该变化而计测计测对象物100的倾斜角度。
另外，根据箱体82的倾斜角度，向弹簧84变形的方向施加的荷重变化，因此可动镜83的固有振动频率也根据箱体82的倾斜角度而变化。即，可动镜83的固有振动频率与箱体82的倾斜角度有相关关系。此外，计测对象物100通常由于风、噪音等而始终轻微振动。因此，可动镜83也主要以与计测对象物100的振动相应的固有振动频率振动。从而，通过计测可动镜83的固有振动频率，也能够计测箱体82的倾斜角度。其中，弹簧的弹性常数依赖于温度，因此为了准确地计测而需要校正温度。
也可以如图11A所示，将两个立方体形状的固定镜91分别经由固定部件92固定于箱体93。此外，也可以将立方体形状的可动镜94通过绳95从上方支承。绳95为支承部件的一例。如图11A及图11B所示，在箱体93的状态没有变化的情况下，绳95以维持可动镜94的镜面94a与固定镜91的镜面91a正交的状态的方式支承可动镜94。在该情况下，能够使从照明装置2照射的光或者电磁波向回归性反射方向反射。如图11C所示，在使箱体93相对于水平面倾斜了角度-θ时，固定镜91与箱体93一起倾斜角度-θ。但是，可动镜94以重心成为绳95的正下的方式由绳95支承，因此可动镜94的姿势被维持。由此，固定镜91的镜面91a和可动镜94的镜面94a所成的角度变化，光或者电磁波的反射方向相对于回归性反射方向偏离角度+2θ。这样，根据计测对象物100的倾斜状态，回归性反射方向附近的反射光或者反射电磁波的配光分布变化，因此能够基于该变化而计测计测对象物100的倾斜角度。
根据使用图1、图4A～图4C、图8A～图11C如上所述的结构，构成为在计测对象物的倾斜角度变化时，固定镜与计测对象物一起运动。另一方面，可动镜以利用重力而改变相对于固定镜的相对位置的方式被支承部件支承。根据这样的结构，能够根据计测对象物的倾斜角度，使可动镜相对于固定镜的相对位置关系变化。从而，根据这样的结构，不需要设置耗电的部件，因此不需要更换电池，能够进一步减少维护次数。此外，能够使可视化元件的制造成本便宜，能够抑制腐蚀等恶化。
接着，说明使用了第一实施方式所涉及的计测系统的计测方法。图12是计测方法的流程图。在此，如图13所示，设为计测对象物100为道路桥旁的多个照明柱，说明从行驶车辆等计测多个照明柱各自的倾斜角度的例子。另外，以下为了使说明简单，设为照明装置2仅照射光，省略关于电磁波的说明。另外，在图13中，表示照明装置2具有在上下方向及左右方向上排列的多个光源的例子。
首先，在步骤S1中，在计测对象物100上安装多个可视化元件1。
另外，第一实施方式所涉及的可视化元件1不包含耗电的部件，因此一旦安装于计测对象物100则能够长期间使用。因此，也可以牢固地固定以使可视化元件1不从计测对象物100脱落。
接着，在步骤S2中，如图13所示，从照明装置2向计测对象物100照射光，由拍摄装置3拍摄包含由可视化元件1的光学部件12向回归性反射方向反射的反射光的影像。
另外，在步骤S2中，照明装置2的多个光源照射相互不同的颜色的光，或依次向计测对象物100照射光。在该情况下，在由拍摄装置3拍摄的影像中，来自多个可视化元件1的反射光的颜色根据计测对象物100的倾斜而变化，或来自多个可视化元件1的反射光的强度根据计测对象物100的倾斜而在不同的定时变化。
接着，在步骤S3中，计测装置4基于拍摄装置3拍摄到的影像来计测计测对象物100的倾斜角度。例如，计测装置4进行从由拍摄装置3拍摄到的影像的各帧的图像中对各可视化元件1的位置的像素的亮度变化进行采样等的图像处理。由此，提取影像中出现的多个可视化元件1的亮度的变化，能够计测多个计测对象物100的倾斜角度。例如，在没有倾斜的照明柱上安装的可视化元件1在从照明装置2的多个光源之中最接近拍摄装置3的光源照射了光时变亮。相对于此，在倾斜的照明柱上安装的可视化元件1例如显现为从照明装置2的多个光源之中与上述光源不同的光源照射的光的颜色。另外，倾斜角度的绝对值还依赖于计测对象物100与拍摄装置的距离。因此，还能够根据图像等而算出距离，使用所算出的距离来算出倾斜角度的绝对值。
根据第一实施方式所涉及的计测方法，多个可视化元件1根据计测对象物100的倾斜角度以不同的颜色或者在不同的定时发光，因此能够根据由拍摄装置3拍摄到的图像来计测倾斜角度。此外，通过设定，还能够以目视的方式计测倾斜角度。此外，由于被可视化元件1回归性反射的反射光具有高指向性，因此例如即使在远离计测对象物100几百m的位置也能够进行观测。此外，即使在拍摄装置3本身微振动等而产生了些许的焦点的模糊、抖动的情况下，只要拍摄装置3与照明装置2的位置关系被牢固地固定，就能够检测反射光，能够计测计测对象物100的状态。从而，第一实施方式所涉及的计测方法与以往的方法相比，可以说是抗噪声、环境变化强的计测方法。
另外，计测装置4也可以具备：存储部，将与所计测出的计测对象物100的状态变化相关的数据积蓄并存储；以及通知部，通过字符、声音等对异常进行通知。存储部例如是半导体存储器。通知部例如是监视器及/或扬声器。根据该结构，通过将在存储部中积蓄的过去的数据和此次计测的数据进行比较，从而能够检测计测对象物100的异常部位及程度。此外，通过通知部基于所检测出的结果而向管理者通知异常，从而能够对于计测对象物100进行早期维护。
另外，照明装置2及拍摄装置3也可以被固定在远离计测对象物100的位置上，也可以被设置在车、直升机等移动体上。在将照明装置2及拍摄装置3固定于远离计测对象物100的位置上的情况下，例如也可以设置在为了安全或演出而照射桥梁的照明装置2的旁边。由此，能进行定点观测。
另外，在一般普及的数码相机中，使用了可见光进行拍摄的情况下，在太阳光导致的影响少的状况、例如在夜间进行拍摄更好。在该情况下，在拍摄装置3拍摄的影像中，包含由照明装置2昏暗地照射的计测对象物100、由于回归性反射而明亮地发光的可视化元件1、以及路灯、大楼的光亮等背景。需要从该影像提取多个可视化元件1的位置。在该情况下，例如在计测的开始时或者正计测时，使照明装置2的光闪烁，确定与照明装置2的光同步闪烁的部分，从而能够辨认可视化元件1的位置。
另外，作为照明装置2，也可以使用如下LED，该LED发出由于水分子的吸收而在地上的太阳光的光谱弱的波段、例如1.35μm附近、1.15μm附近的光。在该情况下，能够减少太阳光导致的影响，即使在白天也能够进行SN比高的计测。
(第二实施方式)
图14是本申请的第二实施方式所涉及的状态计测系统的概略结构图。
第二实施方式所涉及的计测系统与第一实施方式所涉及的计测系统不同点在于，代替可视化元件1而具备可视化元件110。其他方面与第一实施方式同样。
可视化元件110利用双金属根据温度、湿度等而变形，使回归性反射方向附近的反射光或者反射电磁波的配光分布根据计测对象物100的状态变化而变化并进行计测。
具体而言，可视化元件110如图14所示，具备箱体111、以及对光或者电磁波具有回归性反射特性的光学部件112。
光学部件112具备被固定于箱体111的固定镜113、和根据计测对象物100的状态变化而相对于固定镜113相对运动地被支承的可动镜114。固定镜113为光学部件112的其他部分的一例。可动镜114为光学部件112的一部分的一例。
固定镜113和可动镜114在对光或者电磁波进行反射的镜面113a、114a例如具备：铝等具有高反射率的金属、或者包含电介质的多层膜的高反射率膜。
可动镜114包含根据温度、湿度、水分量、远红外线或者放射线而变形的双金属。在第二实施方式中，可动镜114中包含的双金属通过接合膨胀系数不同的2种素材而构成。
可动镜114经由连接部件115而被安装于箱体111。连接部件115例如以可动镜114能够根据计测对象物100的状态变化而变形的方式，被安装于可动镜114的与镜面114a相反侧的面的中心部。
在计测对象物100的状态没有变化时，可动镜114的镜面114a如图14中实线所示那样是平坦的，可动镜114的镜面114a和固定镜113的镜面113a相互正交。此时，从照明装置2照射的光或者电磁波如实线的箭头A1所示，向回归性反射方向反射。
在计测对象物100的状态变化时，如图14中虚线所示，可动镜114的镜面114a成为曲面，可动镜114的镜面114a和固定镜113的镜面113a变得不相互正交。此时，从照明装置2照射的光或者电磁波如一点划线的箭头B4或者点划线的箭头B4a所示那样被反射。即，反射光或者反射电磁波被广泛扩散。
图15是概念性地示出被第二实施方式所涉及的可视化元件110反射的光的扩散性的曲线图。横轴表示反射光行进的方位。纵轴表示亮度的大小。反射光从回归性反射方向的偏离对应于光源与反射光到达的位置之间的距离。在可动镜114的镜面114a是平坦的，固定镜113和可动镜114正交时，如实线那样示出以回归性反射方向为峰值的亮度分布。相对于此，随着可动镜114的镜面114a成为曲面而其曲率变大，如虚线或者一点划线所示，成为峰值的回归性反射方向的亮度变低。基于这样的亮度的变化，能够计测计测对象物100的状态。
另外，在第二实施方式中，为了使说明简单，设为光学部件112具备一个固定镜113，但本申请不限定于此。光学部件112也可以具备相互正交的两个固定镜113。两个固定镜113和可动镜114以相互正交的方式被配置，从而如使用图3说明的那样，能够将光或者电磁波向回归性反射方向反射。
此外，在第二实施方式中，设为可动镜114的双金属通过接合对于温度等的膨胀系数不同的2种素材而构成，但本申请不限定于此。双金属的素材、形状等根据作为计测对象物100的计测对象的状态、计测范围而适当选择、设计即可。
此外，在第二实施方式中，设为可动镜114本身具备双金属，但本申请不限定于此。例如，也可以如图16所示，经由由螺旋状的双金属构成的连接部件116而将可动镜114安装于箱体111。根据该结构，螺旋状的双金属根据计测对象物100的状态变化而绕螺旋轴旋转，从而使两个固定镜113和可动镜114所成的角度变化。另外，在将连接部件115由双金属构成的情况下，能够比较自由地设定双金属的形状，因此也易于改变相对于计测对象物100的状态变化的双金属的变形程度，调整灵敏度。
另外，双金属不限定于金属，例如也可以是纸、塑料等。此外，代替双金属而采用根据计测对象物100的状态变化而变化的素材、构造，也能够得到同样的效果。例如，还能够使用根据计测对象物100的状态变化而弹性常数改变的素材，基于向回归性反射方向行进的反射光的强度变化的频率而将计测对象物100的状态可视化。在此反射光的强度变化的频率依赖于可动镜114的固有振动频率。
另外，也可以在可动镜113的附近，设置即使计测对象物100的状态变化也不变形的平面镜(未图示)。根据该结构，与在第一实施方式中使用基准镜13a及偏镜13b来判别计测对象物100是否向某一个方向倾斜同样，能够基于平面镜的反射率和可动镜113的反射率之比，更准确地计测计测对象物100的状态变化。
(第三实施方式)
图17是本申请的第三实施方式所涉及的计测系统的概略结构图。
第三实施方式所涉及的计测系统与第一实施方式所涉及的计测系统不同点在于，代替可视化元件1而具备可视化元件120。其他方面与第一实施方式同样。
计测对象物100是土壤。可视化元件120构成为计测土壤中的水分量的状态变化。
具体而言，可视化元件120如图17所示，具备箱体121、和对光或者电磁波具有回归性反射特性的光学部件122。
在箱体121上，安装有张力计125。张力计125是根据计测对象物100的状态而产生应力的应力部的一例。张力计125具备多孔杯126、管127、以及具有弯曲为C型的弯曲部的布尔登管128。
多孔杯126例如由多孔质的陶器构成。多孔杯126被安装在管127的一方的端部。在管127的另一方的端部上，安装有布尔登管128。布尔登管128具备弯曲为C字型的弯曲部128a。弯曲部128a被配置在箱体121内。
在多孔杯126及管127内加入除气后的水而密封。若将多孔杯126及管127插入湿润的土壤中，则水分从多孔杯126内向土壤中排出，从而管127内根据该排出的水分量被减压。根据其压力变化，布尔登管128的弯曲部128a以曲率半径改变的方式变形。
光学部件122具备被固定于箱体121的固定镜123、和以根据计测对象物100的状态变化而相对于固定镜123相对运动的方式被支承的可动镜124。固定镜123为光学部件122的其他部分的一例。可动镜124为光学部件122的一部分的一例。
固定镜123和可动镜124在反射光或者电磁波的镜面113a、114a例如具备：铝等具有高反射率的金属、或者包含电介质的多层膜的高反射率膜。可动镜124被安装于布尔登管128的弯曲部128a。布尔登管128是支承可动镜124的支承部件的一例。
在计测对象物100的水分量为基准值，布尔登管128的弯曲部128a不变形时，可动镜124的镜面124a和固定镜123的镜面123a相互正交。此时，从照明装置2照射的光或者电磁波向回归性反射方向反射。
若计测对象物100的水分量从基准值变化，则布尔登管128的弯曲部128a变形。此时，被安装于该弯曲部128a的可动镜124运动，可动镜124的镜面124a和固定镜123的镜面123a所成的角度变化。由此，反射光或者反射电磁波的行进方向相对于回归性反射方向偏离。这样，根据计测对象物100的水分量，回归性反射方向附近的反射光或者反射电磁波的配光分布变化，因此能够基于该变化计测计测对象物100的水分量。
另外，虽然通过张力计125也能够计测土壤中的水分量，但通过使用第三实施方式所涉及的可视化元件120，能够从远程地计测水分量而不需要电源。因此，第三实施方式所涉及的可视化元件120例如在对处于容易发生泥石流灾害的不便的地点处的土壤的水分量进行计测时非常有用。
另外，在第三实施方式中，构成为将可视化元件120安装于张力计125而计测土壤中的水分量，但本申请不限定于此。例如，如图18所示，也可以构成为将可视化元件120安装于pH计131而计测土壤中的pH。pH计131为应力部的一例。
pH计131具备离子化趋势不同的2种金属电极132、133、和模拟仪表134。金属电极132、133是在水中产生电动势的金属的组合即可。一方的金属电极132例如是锌。另一方的金属电极133例如是银或者氯化银。在模拟仪表134上安装可动镜124。模拟仪表134是支承可动镜124的支承部件的一例。
在金属电极132、133之间的电位差为基准值的情况下，被安装于模拟仪表134的可动镜124的镜面124a和固定镜123的镜面123a位于相互正交。此时，从照明装置2照射的光或者电磁波向回归性反射方向反射。
若pH计131被插入土壤中，则金属电极132、133之间的电位差根据土壤中的水分的pH从基准值变化。通过将该电位差作为电动势而产生的电磁力或者静电力，模拟仪表134及可动镜124运动，可动镜124的镜面124a和固定镜123的镜面123a所成的角度变化。由此，反射光或者反射电磁波的行进方向相对于回归性反射方向偏离。这样，根据计测对象物100的水分量，回归性反射方向附近的反射光或者反射电磁波的配光分布变化，因此能够基于该变化而计测计测对象物100的水分量。
另外，虽然通过pH计131也能够计测土壤中的水分的pH，但通过使用第三实施方式所涉及的可视化元件120，从而能够从远程地计测水分量而不需要电源。因此，第三实施方式所涉及的可视化元件120例如在为了农业、灾害预防而计测宽范围的土壤中的水分的pH时非常有用。
另外，作为根据计测对象物100的状态而产生应力的应力部，例举了张力计125及pH计131，但本申请不限定于此。例如，应力部也可以是接受气压、加速度、形变等计测对象物100的某种状态变化而产生应力，并能够根据应力使可动镜124移动的应力部(气压计、压电体、音圈电机等)。在该情况下，也能够得到同样的效果。
(第四实施方式)
图19A及图19B是本申请的第四实施方式所涉及的计测系统具备的可视化元件的概略结构图。
第四实施方式所涉及的计测系统与第一实施方式所涉及的计测系统不同点在于，代替可视化元件1而具备具有串珠型构造的可视化元件140。其他部分与第一实施方式同样。
可视化元件140利用双金属根据温度、湿度等而变形。可视化元件140根据计测对象物100的状态变化而使回归性反射方向附近的反射光或者反射电磁波的配光分布变化并进行计测。
具体而言，可视化元件140如图19A及图19B所示，具备箱体141、和对光或者电磁波具有回归性反射特性的光学部件142。
光学部件142具备球状透镜143、和被配置在球状透镜143的后方(远离照明装置2侧)的凹面反射件144。球状透镜143能够相对于凹面反射件144独立移动。凹面反射件144具有与球状透镜143的表面呈同心圆的凹面。即，凹面反射件144具有作为球面的一部分的凹面。凹面反射件144成为反射光或者电磁波的镜面。球状透镜143和凹面反射件144根据计测对象物100的状态变化而相对位置关系变化。球状透镜143为光学部件142的一部分的一例，凹面反射件144为光学部件142的其他部分的一例。计测对象物100和凹面反射件144的相对位置关系也可以被固定，计测对象物100和球状透镜143的相对位置关系也可以被固定。
球状透镜143被埋入板材145中设置的位置固定用的孔。板材145经由支承部件146被安装于箱体141。支承部件146包含根据温度、湿度、水分量、远红外线或者放射线而变形的双金属。
在计测对象物100的状态不变化时，支承部件146的双金属如图19A所示处于笔直的状态。此时，凹面反射件144位于球状透镜143的焦点位置。由凹面反射件144反射的光或者电磁波穿过球状透镜143而向回归性反射方向A1行进。
在计测对象物100的状态变化时，支承部件146的双金属如图19B所示那样弯曲。此时，球状透镜143向前方移动，凹面反射件144偏离球状透镜143的焦点位置。由凹面反射件144反射的光或者电磁波穿过球状透镜143，向偏离回归性反射方向A1的反射方向B5行进。这样，根据计测对象物100的状态变化，回归性反射方向附近的反射光或者反射电磁波的配光分布变化，因此能够基于该变化而计测计测对象物100的状态。
另外，在第四实施方式中，与第二实施方式同样地，示出了使用双金属来计测温度、湿度等的例子，但本申请不限定于此。例如，支承部件146也可以与使用图11A～图11C说明的结构同样地，是以与箱体141是否相对于水平面倾斜无关地维持球状透镜143的姿势的方式，将球状透镜143从上方支承的绳或者弹簧。根据该结构，能够计测计测对象物100的倾斜角度。此外，例如，与第三实施方式同样，也可以构成为通过张力计、pH计等应力部，移动球状透镜143的位置。根据该结构，能够计测计测对象物100的水分量。
(实施例)
实施例所涉及的可视化元件具有与第一实施方式所涉及的可视化元件1同样的结构。在实施例所涉及的可视化元件中，作为箱体11而使用了丙烯制的容器。此外，作为液体15而使用了水。此外，作为可动镜14而使用了在厚度0.5mm的聚乙烯制的板上蒸镀了铝而成的塑料的镜。在可动镜14的背侧贴了铝片来调整了比重。另外，在以可动镜14的一半以上沉入液体15的方式调整可动镜14的比重时，即使箱体11摇晃，可动镜14的摇晃也变得非常小。
作为基准镜13a及偏镜13b，使用了在顶角90度、棱镜的间距1mm、厚度2mm的丙烯制线性棱镜片材上蒸镀了厚度0.2μm的铝膜而成的部件。基准镜13a以棱镜的脊线相对于箱体11的侧面成为平行的方式被贴于箱体11。偏镜13b以棱镜的脊线越向上部则越向前方倾斜1度的方式贴附于箱体11。此时，在偏镜13b的上部和箱体11之间设置了衬垫。
将以上那样构成的实施例所涉及的可视化元件载置在能够通过测微计对倾斜进行微调整的倾斜台。在该状态下，从远离10m的位置对可视化元件照射激光，将来自可视化元件的反射光投影到贴在墙上的图表用纸，计测反射光的行进方向。
在倾斜台的倾斜角度为零时，反射光准确地返回激光源的位置，示出了完全的回归性反射特性。若使倾斜台朝向激光源前后倾斜(参照图4A～图4C)，则反射光的行进方向以倾斜角度的2倍的偏离角上下偏离。若使倾斜台朝向激光源左右倾斜(参照图6A～图7)，则反射光的行进方向以倾斜角度的2倍的偏离角左右偏离。
作为拍摄装置3，使用了能够3D拍摄的复眼的数码相机。作为照明装置2，使用了将RGB这3色的LED灯以3mm间隔上下排列三个且左右排列三个而成的照明装置。照明装置2及拍摄装置3配置在从可视化元件斜上方约15度的方向上远离100m的地点。在该状态下，从照明装置2向可视化元件照射光，通过拍摄装置3拍摄反射光。另外，LED灯的间隔3mm在远离100m的地点相当于0.0017度(约6.2秒)。
在拍摄装置3拍摄到的影像中，可视化元件显现为小亮点，亮度根据平时的微动而变动。因此，将5秒期间的平均值作为静止状态而计算。一边逐次稍微改变倾斜台的倾斜角度一边由拍摄装置3进行拍摄。其结果，在每0.0017度的1/2即0.00086度，确认到不同的LED的照射光被拍摄装置3拍摄。由此，确认到能够计测计测对象物的倾斜角度。
另外，确认到在复眼的数码相机的影像中看到亮度的差异，若减小复眼透镜的透镜间隔，则能够更细致地计测计测对象物的倾斜角度。此外，若使用振荡器以描绘正弦波形的方式使可视化元件的倾斜角度振动，则根据其振动频率，所拍摄到的影像中的可视化元件的明亮度变化。由此，确认到还能够计测计测对象物的振动。
以上那样，确认到通过将本申请所涉及的可视化元件贴到计测对象物，从而能从远方进行状态的计测。
另外，通过将前述的各种实施方式之中的任意的实施方式适当组合，从而能够实现各自具有的效果。
参照附图并与几个实施方式关联地充分记载了本申请，但对于熟练该技术的人们来说应明白各种变形、修正。这样的变形、修正只要不脱离基于所附的权利要求书的本申请的范围，就应理解为被包含于其中。
工业实用性
本申请能够将计测对象物的状态可视化而不需要电源，因此不仅对桥梁、隧道等公共的构造物，还对机械、大楼等的健全度的评价、监视、农地的管理等是有用的。此外，若增大可视化元件的尺寸，则能够从飞机、卫星进行计测对象物整体的状态的计测，还能够应用于泥石流灾害等危险处的监视。
标号说明
1 可视化元件
2 照明装置
2A、2B 光源
3 拍摄装置
4 计测装置
11 箱体
12 光学部件
13 固定镜
13a 基准镜
14a 偏镜
14 可动镜
15 液体
50a、50b、50c 镜
61 可动镜
62 固定镜
71 可动镜
72 内侧角部
73 箱体
74 支承棒
75 固定镜
81 固定镜
82 箱体
83 可动镜
84 弹簧
91 固定镜
92 固定部件
93 箱体
94 可动镜
95 绳
100 计测对象物
110 可视化元件
111 箱体
112 光学部件
113 固定镜
114 可动镜
115、116 连接部件
120 可视化元件
121 箱体
122 光学部件
123 固定镜
124 可动镜
125 张力计
126 多孔杯
127 管
128 布尔登管
128a 弯曲部
131 pH计
132、133 金属电极
134 模拟仪表
140 可视化元件
141 箱体
142 光学部件
143 球状透镜
144 凹面反射件
145 板材
146 支承部件

Claims (10)

1.一种可视化元件，具备：
光学部件，包含固定部和可动部，该固定部与计测对象物的相对位置关系被固定，该可动部可动地被支承于所述固定部，且该可动部与重力方向所成的角度被保持为一定，在所述固定部与所述可动部成为规定的位置关系时，使光或者电磁波回归性反射，
所述光学部件根据所述固定部与所述可动部的相对位置关系的变化，使向回归性反射方向反射的光或者电磁波的强度变化，
所述光学部件具备各自的镜面相互交叉地相向的第一镜、第二镜及第三镜，
所述第一镜被包含于所述固定部，
所述第二镜被包含于所述可动部，
所述第二镜以镜面与重力方向所成的角度成为一定的方式被支承于所述固定部，
所述光学部件根据所述第一镜的镜面与所述第二镜的镜面所成的角度的变化，使向回归性反射方向反射的光或者电磁波的强度变化。
2.如权利要求1所述的可视化元件，其中，还具备：
液体，由所述固定部保持，
所述可动部经由所述液体被支承于所述固定部。
3.如权利要求2所述的可视化元件，其中，
所述液体的比重比所述可动部的比重大。
4.如权利要求1所述的可视化元件，其中，
所述固定部具有凸部，
所述可动部以所述凸部为支点被支承于所述可动部。
5.如权利要求1所述的可视化元件，其中，还具备：
绳，一方的端部与所述固定部连接，另一方的端部与所述可动部连接，
所述可动部经由所述绳被支承于所述固定部。
6.一种计测系统，具备：
一个以上如权利要求1～5的任一项所述的可视化元件；
照明装置，向被设置于计测对象物的一个以上所述的可视化元件照射光或者电磁波；
拍摄装置，拍摄包含所述计测对象物和一个以上所述的可视化元件的影像；以及
计测装置，基于所述影像中的来自一个以上所述的可视化元件的反射光或者反射电磁波的强度的变化，计测一个以上所述的可视化元件中的所述固定部与所述可动部的相对位置关系的变化。
7.如权利要求6所述的计测系统，其中，
所述拍摄装置包含多个相机，
所述计测装置基于所述多个相机所拍摄到的多个影像，检测所述反射光或者所述反射电磁波的配光分布。
8.如权利要求6所述的计测系统，其中，
所述拍摄装置包含复眼相机，
所述计测装置基于所述复眼相机所拍摄到的多个影像，检测所述反射光或者所述反射电磁波的配光分布。
9.如权利要求6～8的任一项所述的计测系统，其中，
所述照明装置包含多个光源，
所述多个光源所射出的光或者电磁波的波长、偏振状态、照射定时中的至少一个相互不同。
10.一种计测方法，
向被安装于计测对象物的一个以上如权利要求1～5的任一项所述的可视化元件照射光或者电磁波，
拍摄包含来自一个以上所述的可视化元件的反射光或者反射电磁波的影像，
基于所述影像计测所述计测对象物的状态。
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