JP2001272380A - 社会資本構造物の非接触非侵襲的劣化／寿命予測システムおよび非接触非侵襲的劣化／寿命予測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、社会資本構造物の寿命の最大化、
点検／保守／修復負担の最適・最小化を図ることができ
る非接触非侵襲的劣化／寿命予測システムおよび非接触
非侵襲的劣化／寿命予測方法を提供することを課題とす
る。 【解決手段】 局所的かつインパルス状の熱弾性波１２
２を測定対象構造物１２０内に励起し、測定対象構造物
１２０内で発生した光音響弾性特性を光学干渉計を用い
て非接触非侵襲的にサンプリングし、これを基に測定対
象構造物１２０の内部の経時劣化状況および腐食劣化状
況を数値化および可視化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、社会資本構造物の
非接触非侵襲的劣化／寿命予測技術に係り、特にコンク
リートやガラス、金属等を複合して構成された複合建造
物や渠梁構造物、鉄道設備（線路のレール、鉄道車両、
トンネル、高架等）等の社会資本構造物の寿命の最大
化、点検／保守／修復負担の最適・最小化を図ることが
できるようになり、循環型社会の形成に向けて、社会資
本構造物を最大効率で維持・修復するとともに、環境へ
の負荷を緩和することで、ＩＴ等への資源の集中化を促
して富国化を支援できる基盤技術を実現できるようにな
る、コンクリートやガラス、金属等を複合して構成され
た複合建造物や渠梁構造物、鉄道設備等の社会資本構造
物の非接触非侵襲的劣化／寿命予測システムおよび非接
触非侵襲的劣化／寿命予測方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、コンクリートやガラス、金属等を
複合して構成された複合建造物や渠梁構造物、鉄道設備
等の社会資本構造物において、構造物建設時の品質不良
生コンの不正使用（不法加水、フライアッシュの大量混
入、海岸砂の不正使用）に主因するコンクリート部分の
炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、ひび割れや、コンク
リート施工不良（廃材の投棄や鉄筋の接合不良、手抜き
配筋、コールドジョイント等）に主因するコンクリート
部分のひび割れやコンクリート剥離、コンクリート塊の
落下等の経時劣化以外でのインフラ崩壊が社会問題とし
て顕在化してきている。

【０００３】このため、上記複合建造物や渠梁構造物、
鉄道設備等の社会資本構造物の要所要所に対して、経時
変化の進行状況の他に、上記炭酸化や中性化、アルカリ
骨材化、ひび割れ、コンクリート剥離、コンクリート塊
の落下等のインフラ崩壊要因の進行状況を定期／不定期
に正確に定量化し、これを基に構造寿命（物理的に破壊
が生じる限界時期）またはインフラ寿命（社会資本とし
て使用に耐えない品質や外観と判定される限界時期、耐
用年数）を予測するとともに、構造寿命またはインフラ
寿命を迎えた危険性のある地点を的確に把握して点検／
保守／修復できるような技術が渇望されている。

【０００４】このような技術背景を踏まえた従来のコン
クリート構造物の侵襲的劣化検査手法としては、コンク
リート建造物からテストピースを作成し、このテストピ
ースに対して強度や構造検査、劣化検査を行うテストピ
ース抜き取り手法（第１従来技術）がある。

【０００５】また、数点のテストピース抜き取り検査結
果とニューラルネットワークを組み合わせて、シミュレ
ーションで構造物の劣化／寿命予測を行う模擬実験手法
（第２従来技術）も考案されている。

【０００６】一方、コンクリート構造物の非侵襲的劣化
検査手法としては、可視光または赤外線を照射して作業
員の肉眼やＣＣＤでひび割れを発見する目視検査手法
（第３従来技術）や、ハンマーを用いた打音によって構
造欠陥を見つけだす打音検査手法（第４従来技術）、ま
たはコンクリート表面に貼着した励振用の超音波振動子
および振動検知用の超音波振動子を用いて構造欠陥を見
つけだす超音波検査手法（第５従来技術）、Ｘ線によっ
て構造欠陥を見つけだすＸ線透過型検査手法（第６従来
技術）やＸ線反射型検査手法（第７従来技術）、複数の
電極（電気信号を印加する電極とコンクリート内を伝播
してきた電気信号を受信する電極）をコンクリート構造
物の表面に貼着し電極に交流信号を印加しコンクリート
内での電気特性（抵抗値等）を測定することで構造欠陥
を見つけだす電気的検査手法（第８従来技術）等が考案
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記テ
ストピース抜き取り手法（第１従来技術）では、構造物
内部の構造欠陥を直接的に測定できるものの、測定箇所
（テストピース抜き取り箇所）が数ｍ〜数１０ｍ間隔で
ありかつ検査員による技量差が激しいため、劣化箇所発
見確率が低く検出漏れが多発しているという問題点、テ
ストピース抜き取り作業が人海戦術のため測定に多大な
時間を要し測定漏れが頻出しているという問題点があっ
た。

【０００８】また、上記模擬実験手法（第２従来技術）
では、得られる結果があくまでもソフトウェア的な予測
に過ぎず実証が難しいという問題点、上記テストピース
抜き取り手法と同様に測定箇所（テストピース抜き取り
箇所）が数ｍ〜数１０ｍ間隔でありかつ検査員による技
量差が激しいため、テストピース抜き取り検査結果に品
質差が大きく、その結果、劣化箇所予測精度が低いとい
う問題点、テストピース抜き取り作業が人海戦術のため
測定に多大な時間を要し測定漏れが頻出しているという
問題点があった。

【０００９】一方、可視光または赤外線を照射して作業
員の肉眼やＣＣＤでひび割れを発見する上記目視検査手
法（第３従来技術）では、構造物内部の構造欠陥を非接
触非侵襲かつ直接的に測定できるものの、測定可能範囲
が構造物表面（数ｍｍ程度）に限定されるという問題
点、測定に多大な時間を要するという問題点があった。

【００１０】また、上記打音検査手法（第４従来技術）
では、構造物内部の構造欠陥を非接触非侵襲かつ直接的
に測定できるものの、測定箇所（打音箇所）が数ｍ〜数
１０ｍ間隔であり劣化箇所発見確率が低く検出漏れが多
発しているという問題点、人海戦術のため測定に多大な
時間を要するという問題点があった。

【００１１】また、上記超音波検査手法（第５従来技
術）では、構造物内部の構造欠陥を非侵襲かつ直接的に
測定できるものの、コンクリート表面に励振用の超音波
振動子および振動検知用の超音波振動子を貼着して測定
を行う手間が必要であるという問題点や、測定箇所（換
言すれば、励振用の超音波振動子および振動検知用の超
音波振動子の貼着箇所）が数ｍ〜数１０ｍ間隔であり、
劣化箇所発見確率が低く検出漏れが多発しているという
問題点、人海戦術のため測定に多大な時間を要するとい
う問題点があった。

【００１２】また、上記Ｘ線透過型検査手法（第６従来
技術）では、構造物内部の構造欠陥を非接触非侵襲かつ
直接的に測定できるものの、Ｘ線源と検出器とで測定対
象構造物を挟んで測定する必要があり、測定対象構造物
が小形なものに限られてしまい、コンクリートやガラ
ス、金属等を複合して構成された建造物や渠梁構造物に
対しては適用が難しいという問題点があった。

【００１３】また、上記Ｘ線反射型検査手法（第７従来
技術）では、構造物内部の構造欠陥を非接触非侵襲かつ
直接的に測定できるものの、測定可能範囲が構造物表皮
（数μｍ程度）に限定され、かつ、測定範囲も数１０×
数１０ｃｍに制限されるという問題点があった。

【００１４】また、上記電気的検査手法（第８従来技
術）では、構造物内部の構造欠陥を非侵襲かつ直接的に
測定できるものの、コンクリート表面に測定用の電極を
貼着して測定を行う手間が必要があるという問題点や、
測定箇所（換言すれば、測定用の電極の貼着箇所）が数
ｍ〜数１０ｍ間隔であり、劣化箇所発見確率が低く検出
漏れが多発しているという問題点、人海戦術のため測定
に多大な時間を要するという問題点があった。

【００１５】本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、コンクリートやガ
ラス、金属等を複合して構成された複合建造物や渠梁構
造物、鉄道設備等の社会資本構造物の寿命の最大化、点
検／保守／修復負担の最適・最小化を図ることができる
ようになり、循環型社会の形成に向けて、社会資本構造
物を最大効率で維持・修復するとともに、環境への負荷
を緩和することで、ＩＴ等への資源の集中化を促して富
国化を支援できる基盤技術を実現できるようになる社会
資本構造物の非接触非侵襲的劣化／寿命予測システムお
よび非接触非侵襲的劣化／寿命予測方法を提供する点に
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１記載
の発明にかかる社会資本構造物の非接触非侵襲的劣化／
寿命予測システムは、可変長レーザ光源で生成・出力す
る第１の波長の表層形状測定用レーザビームを生成・出
力する表層部探査レーザ光生成・出力手段と、ハイパワ
ーレーザ光源で生成・出力する第２の波長の励起用レー
ザビームを生成・出力するハイパワーレーザ生成・出力
手段と、コンクリートやガラス、金属等を複合して構成
された複合建造物や渠梁構造物、鉄道設備等の測定対象
構造物の表面を含む表層部分での光音響弾性波を検知す
るための第３の波長の内部構造・物性測定用レーザビー
ムを生成・出力する内部探査レーザ光生成・出力手段
と、前記表層形状測定用レーザビーム、前記励起用レー
ザビームおよび前記内部構造・物性測定用レーザビーム
の３ビームを所定多重規則で波長多重光に変調する波長
多重手段と、前記変調された波長多重光を用いて前記測
定対象構造物を照射しながら所定ピッチで走査し、当該
測定対象構造物の表層部分に前記表層形状測定用レーザ
ビームをプローブ光として所定ピッチで照射し、前記励
起用レーザビームを当該測定対象構造物の表層部分に所
定ピッチで照射して当該照射部位に局所的かつインパル
ス状の熱弾性波を生成し、当該励起用レーザビームが生
成した局所的かつインパルス状の熱弾性波を照射部位近
傍から当該測定対象構造物の内部に伝播させた後に当該
測定対象構造物の内部を伝播して照射部位から反射され
て表面近傍に伝播されてきた当該光音響弾性波が生起す
る照射部位近傍での表面弾性振動モードを検出するため
に当該内部構造・物性測定用レーザビームをプローブ光
として所定ピッチで照射することで当該測定対象構造物
を非接触非侵襲的に３次元スキャニングする走査手段
と、前記走査手段を用いて前記測定対象構造物の表層部
分にプローブ光として照射した後に反射された前記表層
形状測定用レーザビームの反射光を集光し、当該集光し
た表層形状測定用レーザビームの反射光を当該表層形状
測定用レーザビームを参照光として干渉させることで当
該測定対象構造物の表層部分の形状の凸凹に応じたデー
タをリアルタイムでサンプリングする表層部探査光干渉
系と、前記表層部探査光干渉系がリアルタイムで実測し
た表層部分に対するサンプリングデータを基に、当該測
定対象構造物の表面を含む表層部分の経時劣化箇所およ
び腐食劣化箇所の分布、または前記測定対象構造物の表
面の形状を含む表層部分の経時劣化程度もしくは腐食劣
化程度の少なくともいずれかを数値化および可視化する
表層部解析手段と、前記走査手段を用いて前記励起用レ
ーザビームが生成した前記局所的かつインパルス状の熱
弾性波を照射部位近傍から前記測定対象構造物の内部に
伝播させた後に、当該測定対象構造物の内部を伝播して
照射部位から反射されて表面近傍に伝播されてきた当該
光音響弾性波が生起する照射部位近傍での表面弾性振動
モードを、前記内部構造・物性測定用レーザビームをプ
ローブ光として所定ピッチで走査し、当該プローブ光の
反射光を検出側で集光するとともに、当該集光した内部
構造・物性測定用レーザビームの反射光を当該内部構造
・物性測定用レーザビームを参照光として干渉させるこ
とで当該測定対象構造物の内部に対する光音響弾性特性
のトランジェントデータをサンプリングする内部探査光
干渉系と、前記内部探査光干渉系がリアルタイムで実測
した内部の光音響弾性特性データを基に、当該測定対象
構造物の内部の経時劣化箇所および腐食劣化箇所の分
布、または前記測定対象構造物の内部の経時劣化程度も
しくは腐食劣化程度の少なくともいずれかを数値化およ
び可視化する内部解析手段を有するものである。

【００１７】この発明の請求項２記載の発明にかかる社
会資本構造物の非接触非侵襲的劣化／寿命予測システム
は、可変長レーザ光源で生成・出力する第１の波長の表
層形状測定用レーザビームを生成・出力する表層部探査
レーザ光生成・出力手段と、ハイパワーレーザ光源で生
成・出力する第２の波長の励起用レーザビームを生成・
出力するハイパワーレーザ生成・出力手段と、コンクリ
ートやガラス、金属等を複合して構成された複合建造物
や渠梁構造物、鉄道設備等の測定対象構造物の表面を含
む表層部分での光音響弾性波を検知するための第３の波
長の内部構造・物性測定用レーザビームを生成・出力す
る内部探査レーザ光生成・出力手段と、前記表層形状測
定用レーザビーム、前記励起用レーザビームおよび前記
内部構造・物性測定用レーザビームの３ビームを所定多
重規則で波長多重光に変調する波長多重手段と、前記変
調された波長多重光を用いて前記測定対象構造物を照射
しながら所定ピッチで走査し、当該測定対象構造物の表
層部分に前記表層形状測定用レーザビームをプローブ光
として所定ピッチで照射し、前記励起用レーザビームを
当該測定対象構造物の表層部分に所定ピッチで照射して
当該照射部位に局所的に前記第２の波長に応じたインパ
ルス状の光音響弾性波を生成し、当該励起用レーザビー
ムが生成した局所的に第２の波長に応じたインパルス状
の光音響弾性波を照射部位近傍から当該測定対象構造物
の内部に伝播させた後に当該測定対象構造物の内部を伝
播して照射部位から反射されて表面近傍に伝播されてき
た当該光音響弾性波が生起する照射部位近傍での表面弾
性振動モードを検出するために当該内部構造・物性測定
用レーザビームをプローブ光として所定ピッチで照射す
ることで当該測定対象構造物を非接触非侵襲的に３次元
スキャニングする走査手段と、前記走査手段を用いて前
記測定対象構造物の表層部分にプローブ光として照射し
た後に反射された前記表層形状測定用レーザビームの反
射光を集光し、当該集光した表層形状測定用レーザビー
ムの反射光を当該表層形状測定用レーザビームを参照光
として干渉させることで当該測定対象構造物の表層部分
の形状の凸凹に応じたデータをリアルタイムでサンプリ
ングする表層部探査光干渉系と、前記表層部探査光干渉
系がリアルタイムで実測した表層部分に対するサンプリ
ングデータを基に、当該測定対象構造物の表面を含む表
層部分の経時劣化箇所および腐食劣化箇所の分布、また
は前記測定対象構造物の表面の形状を含む表層部分の経
時劣化程度もしくは腐食劣化程度の少なくともいずれか
を数値化および可視化する表層部解析手段と、前記走査
手段を用いて前記励起用レーザビームが生成した前記局
所的に第２の波長に応じたインパルス状の光音響弾性波
を照射部位近傍から前記測定対象構造物の内部に伝播さ
せた後に、当該測定対象構造物の内部を伝播して照射部
位から反射されて表面近傍に伝播されてきた当該光音響
弾性波が生起する照射部位近傍での表面弾性振動モード
を、前記内部構造・物性測定用レーザビームをプローブ
光として所定ピッチで走査し、当該プローブ光の反射光
を検出側で集光するとともに、当該集光した内部構造・
物性測定用レーザビームの反射光を当該内部構造・物性
測定用レーザビームを参照光として干渉させることで当
該測定対象構造物の内部に対する光音響弾性特性のトラ
ンジェントデータをサンプリングする内部探査光干渉系
と、前記内部探査光干渉系がリアルタイムで実測した内
部の光音響弾性特性データを基に、当該測定対象構造物
の内部の経時劣化箇所および腐食劣化箇所の分布、また
は前記測定対象構造物の内部の経時劣化程度もしくは腐
食劣化程度の少なくともいずれかを数値化および可視化
する内部解析手段を有するものである。

【００１８】この発明の請求項３記載の発明にかかる社
会資本構造物の非接触非侵襲的劣化／寿命予測システム
は、上記請求項１または２に記載の発明において、前記
内部探査光干渉系は、前記測定対象構造物の内部に対す
る光音響弾性特性として、グリーン関数のトランジェン
トデータをサンプリングするものである。

【００１９】この発明の請求項４記載の発明にかかる社
会資本構造物の非接触非侵襲的劣化／寿命予測システム
は、上記請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明に
おいて、前記内部解析手段は、前記内部探査光干渉系が
リアルタイムで実測した内部の光音響弾性特性データと
して少なくとも吸収光スペクトルの光励起スペクトル特
性、音響インピーダンスの光励起スペクトル特性、また
は音速の光励起スペクトル特性に対するトランジェント
データを用い、当該光音響弾性特性データを基に、当該
測定対象構造物の内部の経時劣化箇所および腐食劣化箇
所の分布、または前記測定対象構造物の内部の経時劣化
程度もしくは腐食劣化程度の少なくともいずれかを数値
化および可視化するものである。

【００２０】この発明の請求項５記載の発明にかかる社
会資本構造物の社会資本構造物の非接触非侵襲的劣化／
寿命予測方法は、可変長レーザ光源で生成・出力する第
１の波長の表層形状測定用レーザビームと、ハイパワー
レーザ光源で生成・出力する第２の波長の励起用レーザ
ビームと、コンクリートやガラス、金属等を複合して構
成された複合建造物や渠梁構造物、鉄道設備等の測定対
象構造物の表面を含む表層部分での光音響弾性波を検知
するための第３の波長の内部構造・物性測定用レーザビ
ームの３ビームを所定多重規則で波長多重光に変調して
当該測定対象構造物を走査することで当該測定対象構造
物を非接触非侵襲的に３次元スキャニングする第１処理
ステップと、前記測定対象構造物の表層部分に照射した
後に反射された前記表層形状測定用レーザビームをプロ
ーブ光として用い、当該プローブ光を検出側で集光しレ
ーザ光干渉系に導くことで、当該測定対象構造物の表層
部分の形状の凸凹に応じたデータをサンプリングし、当
該リアルタイムで実測した表層部分を基に、当該測定対
象構造物の表面を含む表層部分の経時劣化箇所および腐
食劣化箇所の分布、または前記測定対象構造物の表面を
含む表層部分の経時劣化程度もしくは腐食劣化程度の少
なくともいずれかを数値化および可視化する第２処理ス
テップと、前記励起用レーザビームを前記測定対象構造
物の表層部分に照射して当該照射部位に局所的かつイン
パルス状の熱弾性波を生成する第３処理ステップと、前
記局所的かつインパルス状の熱弾性波を照射部位近傍か
ら前記測定対象構造物の内部に伝播させる第４処理ステ
ップと、前記測定対象構造物の内部を伝播して反射され
て表面近傍に伝播されてきた局所的かつインパルス状の
前記熱弾性波が生起する照射部位近傍での表面弾性振動
モードを、前記内部構造・物性測定用レーザビームの反
射光をプローブ光として用いて検出し、当該プローブ光
を検出側で集光しレーザ光干渉系に導き当該内部構造・
物性測定用レーザビームの参照光と干渉させることで、
当該測定対象構造物の内部に対する光音響弾性特性のト
ランジェントデータをサンプリングする第５処理ステッ
プと、前記リアルタイムで実測した内部の光音響弾性特
性データを基に、前記測定対象構造物の内部の経時劣化
箇所および腐食劣化箇所の分布、または前記測定対象構
造物の内部の経時劣化程度もしくは腐食劣化程度の少な
くともいずれかを数値化および可視化する第６処理ステ
ップを有するものである。

【００２１】この発明の請求項６記載の発明にかかる社
会資本構造物の非接触非侵襲的劣化／寿命予測方法は、
可変長レーザ光源で生成・出力する第１の波長の表層形
状測定用レーザビームと、ハイパワーレーザ光源で生成
・出力する第２の波長の励起用レーザビームと、コンク
リートやガラス、金属等を複合して構成された複合建造
物や渠梁構造物、鉄道設備等の測定対象構造物の表面を
含む表層部分での光音響弾性波を検知するための第３の
波長の内部構造・物性測定用レーザビームの３ビームを
所定多重規則で波長多重光に変調して当該測定対象構造
物を走査することで当該測定対象構造物を非接触非侵襲
的に３次元スキャニングする第１処理ステップと、前記
測定対象構造物の表層部分に照射した後に反射された前
記表層形状測定用レーザビームをプローブ光として用
い、当該プローブ光を検出側で集光しレーザ光干渉系に
導くことで、当該測定対象構造物の表層部分の形状の凸
凹に応じたデータをサンプリングし、当該リアルタイム
で実測した表層部分を基に、当該測定対象構造物の表面
を含む表層部分の経時劣化箇所および腐食劣化箇所の分
布、または前記測定対象構造物の表面を含む表層部分の
経時劣化程度もしくは腐食劣化程度の少なくともいずれ
かを数値化および可視化する第２処理ステップと、前記
励起用レーザビームを前記測定対象構造物の表層部分に
照射して当該照射部位に所定光波長に応じた局所的かつ
インパルス状の光音響弾性波を生成する第３処理ステッ
プと、前記局所的かつインパルス状の光音響弾性波を照
射部位近傍から前記測定対象構造物の内部に伝播させる
第４処理ステップと、前記測定対象構造物の内部を伝播
して反射されて表面近傍に伝播されてきた前記局所的か
つインパルス状の光音響弾性波が生起する照射部位近傍
での表面弾性振動モードを、前記内部構造・物性測定用
レーザビームの反射光をプローブ光として用いて検出
し、当該プローブ光を検出側で集光しレーザ光干渉系に
導き当該内部構造・物性測定用レーザビームの参照光と
干渉させることで、当該測定対象構造物の内部に対する
光音響弾性特性のトランジェントデータをサンプリング
する第５処理ステップと、前記リアルタイムで実測した
内部の光音響弾性特性データを基に、前記測定対象構造
物の内部の経時劣化箇所および腐食劣化箇所の分布、ま
たは前記測定対象構造物の内部の経時劣化程度もしくは
腐食劣化程度の少なくともいずれかを数値化および可視
化する第６処理ステップを有するものである。

【００２２】この発明の請求項７記載の発明にかかる社
会資本構造物の非接触非侵襲的劣化／寿命予測方法は、
上記請求項５または６に記載の発明において、前記第５
処理ステップは、前記測定対象構造物の内部に対する光
音響弾性特性としてグリーン関数のトランジェントデー
タをサンプリングする処理ステップを有するものであ
る。

【００２３】この発明の請求項８記載の発明にかかる社
会資本構造物の非接触非侵襲的劣化／寿命予測方法は、
上記請求項５乃至７のいずれか一項に記載の発明におい
て、前記第６処理ステップは、前記測定対象構造物の内
部の光音響弾性特性データとして少なくとも吸収光スペ
クトルの光励起スペクトル特性、音響インピーダンスの
光励起スペクトル特性、または音速の光励起スペクトル
特性に対するトランジェントデータを用い、当該光音響
弾性特性データを基に、当該測定対象構造物の内部の経
時劣化箇所および腐食劣化箇所の分布、または前記測定
対象構造物の内部の経時劣化程度もしくは腐食劣化程度
の少なくともいずれかを数値化および可視化する処理ス
テップを有するものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態を
図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１
の実施の形態に係る社会資本構造物の非接触非侵襲的劣
化／寿命予測システムおよび非接触非侵襲的劣化／寿命
予測方法を説明するための機能ブロック図である。図１
において、１０は表層部探査レーザ光生成・出力手段、
２０はハイパワーレーザ生成・出力手段、３０は内部探
査レーザ光生成・出力手段、４０は波長多重手段、４２
は波長多重光、４３Ａは第１光変調器、４３Ｂは第２光
変調器、４３Ｃは第３光変調器、４４は光合波器、５０
は走査手段、６０は表層部探査光干渉系、７０は表層部
解析手段、８０は内部探査光干渉系、９０は内部解析手
段、１００は非接触非侵襲的劣化／寿命予測システム、
１２０は測定対象構造物、１２２は熱弾性波、λ_１は第
１の波長、λ_２は第２の波長、λ_３は第３の波長、Ψ
_ｐｒｂはプローブ光、Ψ_ｒｅｆは参照光、ψ｛λ_１｝は
表層形状測定用レーザビーム、ψ｛λ_２｝は励起用レー
ザビーム、ψ｛λ_３｝は内部構造・物性測定用レーザビ
ーム、ω_ｉ，ω_ｓは光音響弾性波を示している。なお、
以下の説明において、ｖ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜
λ_３｝は音速、Ｚ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝
は音響インピーダンス、ζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１
〜λ_３｝はトランジェントデータ、ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，
ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝はグリーン関数、ｘ，ｙ，ｚは測
定部位の座標、ｔは時間、ｆはサンプリング周波数を示
している。

【００２５】図１を参照すると、本実施の形態の非接触
非侵襲的劣化／寿命予測システム１００は、表層部探査
レーザ光生成・出力手段１０と、ハイパワーレーザ生成
・出力手段２０と、内部探査レーザ光生成・出力手段３
０と、波長多重手段４０と、走査手段５０と、表層部探
査光干渉系６０と、表層部解析手段７０と、内部探査光
干渉系８０と、内部解析手段９０を備えている。

【００２６】表層部探査レーザ光生成・出力手段１０
は、図１に示すように、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（発振波長＝
６３３ｎｍ）やＡｒレーザ（発振波長＝５１５ｎｍ）と
いった可視光レーザ（３８０〜７８０ｎｍ）、チタンサ
ファイアレーザやＹＡＧレーザといった近赤外〜赤外波
長レーザとＳＨＧ素子や色素レーザを組み合わせた可変
長レーザ光源、ＫｒＦエキシマレーザ（発振波長＝２４
８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（発振波長＝１９３ｎ
ｍ），Ｆ_２レーザ（発振波長＝１５７ｎｍ）と波長変換
素子や色素レーザを組み合わせた可変長レーザ光源等を
用いて、第１の波長λ_１（λ_１＝３５０ｎｍ〜２μｍ程
度）の表層形状測定用レーザビームψ｛λ _１｝を生成・
出力する。

【００２７】表層部探査レーザ光生成・出力手段１０で
使用されるレーザ波長は、コンクリートやガラス、金属
等を複合して構成された複合建造物や渠梁構造物、鉄道
設備（線路のレール、鉄道車両の車輪や台車、トンネル
の鉄骨、高架の鉄骨等）／車両等の測定対象構造物１２
０の表層の構造材料（コンクリート、煉瓦、ペンキ、
鉄、アルミニウム等）等によって適宜最良に選択される
べきである。例えば、コンクリートでは、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザ（発振波長＝６３３ｎｍ）やＡｒレーザ（発振波長
＝５１５ｎｍ）といった可視光レーザ（３８０〜７８０
ｎｍ）を選択することが好適である。

【００２８】また、表層部探査レーザ光生成・出力手段
１０で使用されるレーザ出力は、走査手段５０から測定
対象構造物１２０までの距離、表層部探査光干渉系６０
から測定対象構造物１２０までの距離によって決定され
る。例えば、走査手段５０から測定対象構造物１２０ま
での距離、表層部探査光干渉系６０から測定対象構造物
１２０までの距離を数ｍ〜数１０ｍとしたい場合には、
数１０ｍＷ〜数Ｗ程度に設定しておくことが望ましい。

【００２９】ハイパワーレーザ生成・出力手段２０は、
図１に示すように、チタンサファイアレーザやＹＡＧレ
ーザといった長波長レーザとＳＨＧ素子や色素レーザを
組み合わせた可変長レーザ光源、ＫｒＦエキシマレーザ
（発振波長＝２４８ｎｍ），ＡｒＦエキシマレーザ（発
振波長＝１９３ｎｍ），Ｆ_２レーザ（発振波長＝１５７
ｎｍ）と波長変換素子や色素レーザを組み合わせた可変
長レーザ光源等のハイパワーレーザ光源で生成・出力す
る第２の波長λ_２の励起用レーザビームψ｛λ _２｝を生
成・出力する。

【００３０】ハイパワーレーザ生成・出力手段２０で使
用されるレーザ波長、すなわち、第２の波長λ_２は、コ
ンクリートやガラス、金属等を複合して構成された複合
建造物や渠梁構造物、鉄道設備（線路のレール、鉄道車
両の車輪や台車、トンネルの鉄骨、高架の鉄骨等）／車
両等の測定対象構造物１２０の表層および内部の構造材
料（コンクリート、煉瓦、ペンキ、鉄、アルミニウム
等）等によって適宜最良に選択されるべきである。例え
ば、コンクリートでは、チタンサファイアレーザやＹＡ
Ｇレーザといった長波長レーザとＳＨＧ素子や色素レー
ザを組み合わせた可変長レーザ光源を選択することが好
適である。

【００３１】また、ハイパワーレーザ生成・出力手段２
０で使用されるレーザ出力は、走査手段５０から測定対
象構造物１２０までの距離、内部探査光干渉系８０から
測定対象構造物１２０までの距離によって決定される。
例えば、走査手段５０から測定対象構造物１２０までの
距離、内部探査光干渉系８０から測定対象構造物１２０
までの距離を数ｍ〜数１０ｍとしたい場合には、数１０
ｍＷ〜１０数Ｗ程度に設定しておくことが望ましい。

【００３２】内部探査レーザ光生成・出力手段３０は、
コンクリートやガラス、金属等を複合して構成された複
合建造物や渠梁構造物、鉄道設備（線路のレール、鉄道
車両の車輪や台車、トンネルの鉄骨、高架の鉄骨等）／
車両等の測定対象構造物１２０（大きさは一辺を数ｃｍ
〜数１００ｍ程度を想定）の表面を含む表層部分での光
音響弾性波ω_ｓを検知するための第３の波長λ_３の内部
構造・物性測定用レーザビームψ｛λ_３｝を生成・出力
する。

【００３３】内部探査レーザ光生成・出力手段３０は、
図１に示すように、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（発振波長＝６３
３ｎｍ）やＡｒレーザ（発振波長＝５１５ｎｍ）といっ
た可視光レーザ（３８０〜７８０ｎｍ）、チタンサファ
イアレーザやＹＡＧレーザといった近赤外〜赤外波長レ
ーザとＳＨＧ素子や色素レーザを組み合わせた可変長レ
ーザ光源、ＫｒＦエキシマレーザ（発振波長＝２４８ｎ
ｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（発振波長＝１９３ｎ
ｍ），Ｆ_２レーザ（発振波長＝１５７ｎｍ）と波長変換
素子や色素レーザを組み合わせた可変長レーザ光源等を
用いることができる。例えば、コンクリートでは、可視
波長の第３の波長λ_３として生成・出力するために、チ
タンサファイアレーザやＹＡＧレーザといった長波長レ
ーザとＳＨＧ素子や色素レーザを組み合わせた可変長レ
ーザ光源を選択することが好適である。

【００３４】また、内部探査レーザ光生成・出力手段３
０で使用されるレーザ出力は、走査手段５０から測定対
象構造物１２０までの距離、内部探査光干渉系８０から
測定対象構造物１２０までの距離によって決定される。
例えば、走査手段５０から測定対象構造物１２０までの
距離、内部探査光干渉系８０から測定対象構造物１２０
までの距離を数ｍ〜数１０ｍとしたい場合には、数１０
ｍＷ〜数Ｗ程度に設定しておくことが望ましい。

【００３５】図２は、図１の波長多重手段４０で実行さ
れる多重規則ｆを説明するための信号シーケンス図であ
る。波長多重手段４０は、図２に示すように、表層形状
測定用レーザビームψ｛λ_１｝、励起用レーザビームψ
｛λ_２｝（第２の波長λ_２は、測定対象構造物１２０に
よって決まる紫外波長〜可視波長〜赤外波長）および内
部構造・物性測定用レーザビームψ｛λ_３｝（第３の波
長λ_３は可視波長（３８０〜７８０ｎｍ））の３ビーム
｛ψ｛λ_１｝，ψ｛λ_２｝およびψ｛λ_３｝｝を所定多
重規則ｆで波長多重光４２に変調する。

【００３６】具体的には、波長多重手段４０では、表層
形状測定用レーザビームψ｛λ_１｝、励起用レーザビー
ムψ｛λ_２｝、内部構造・物性測定用レーザビームψ
｛λ_３｝のそれぞれを、それぞれに設けられた光変調器
（第１光変調器４３Ａ、第２光変調器４３Ｂ、第３光変
調器４３Ｃ）に導き、第１光変調器４３Ａ、第２光変調
器４３Ｂ、第３光変調器４３Ｃを所定多重規則ｆで同期
制御することでレーザビームψ｛λ_１｝，ψ｛λ_２｝，
ψ｛λ_３｝を光学的にスイッチングした後に出射し、こ
れらを光合波器４４で合波して１ビーム（１本の光ビー
ム）に多重化することで波長多重光４２に変調（パルス
変調）する。

【００３７】光合波器４４は現在実用化されている光学
ミラー（図１に示すＭ）やプリズム（図１に示すＰＺ
Ｍ）等を組み合わせて構成することができる。また、第
１光変調器４３Ａ、第２光変調器４３Ｂ、第３光変調器
４３Ｃとしては、外部（例えば、ファンクションシンセ
サイザ）からの同期信号（通常、電気的な同期信号）に
応じて入力光信号（表層形状測定用レーザビームψ｛λ
_１｝、励起用レーザビームψ｛λ_２｝、内部構造・物性
測定用レーザビームψ｛λ_３｝）を数ｋＨｚ〜数１００
ＭＨｚ程度の範囲で光変調制御できる現用のＥＯ（音響
光学変調素子）やＡＯ（音響光学変調素子）等を用いる
ことが望ましい。

【００３８】次に、第１光変調器４３Ａ、第２光変調器
４３Ｂ、第３光変調器４３Ｃ所定多重規則ｆを説明す
る。図２を参照すると、本実施の形態の非接触非侵襲的
劣化／寿命予測システム１００では、例えば、１測定点
の測定周期（換言すれば、サンプリングタイム）を１０
０μｓ（マイクロ秒：１μｓは１００万分の１秒）と
し、前半の測定周期τ_１（＝表層形状測定期間、例え
ば、５０μｓ）で表層形状測定を行い、後半の測定周期
τ_２（例えば、１００μｓ−５０μｓ＝５０μｓ）で内
部構造・物性測定を行うと仮定した場合、前半の測定周
期τ_１（＝５０μｓ）の期間に第１光変調器４３Ａを活
性化させたうえで、第２光変調器４３Ｂおよび第３光変
調器４３Ｃを不活性化させることで表層形状測定用レー
ザビームψ｛λ _１｝を光合波器４４に導き、続いて、後
半の測定周期τ_２（＝５０μｓ）の期間に第１光変調器
４３Ａを不活性化させたうえで、第２光変調器４３Ｂお
よび第３光変調器４３Ｃを活性化させることで励起用レ
ーザビームψ｛λ_２｝および内部構造・物性測定用レー
ザビームψ｛λ_３｝を光合波器４４に導く。このとき、
後半の測定周期τ_２（＝５０μｓ）の期間においては、
当該測定周期τ_２の前半の所定期間（＝打音期間、例え
ば、２０μｓ）で第２光変調器４３Ｂを活性化させたう
えで、第３光変調器４３Ｃを不活性化させることで励起
用レーザビームψ｛λ_２｝を光合波器４４に導き、当該
測定周期τ_２の後半の所定期間（＝内部構造・物性測定
期間、例えば、２０μｓ）で第２光変調器４３Ｂを不活
性化させたうえで、第３光変調器４３Ｃを活性化させる
ことで内部構造・物性測定用レーザビームψ｛λ_３｝を
光合波器４４に導く。

【００３９】走査手段５０は、図１に示すように、測定
対象構造物１２０（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ
程度を想定）を非接触状態で非侵襲的に３次元スキャニ
ングする手段であって、波長多重手段４０で変調された
波長多重光４２を用いて測定対象構造物１２０を照射し
ながら所定ピッチ（例えば、前述の１０ｍｍの測定ピッ
チ）で走査するように構成されている。その動作を説明
すると、まず、測定対象構造物１２０の表層部分（表面
〜数ｍｍ程度の範囲）に表層形状測定用レーザビームψ
｛λ_１｝をプローブ光Ψ_ｐｒｂとして所定ピッチ（例え
ば、前述の１０ｍｍの測定ピッチ）で照射する。続い
て、励起用レーザビームψ｛λ_２｝（第２の波長λ
_２は、測定対象構造物１２０によって決まる紫外波長〜
可視波長〜赤外波長）を測定対象構造物１２０の表層部
分に所定ピッチ（例えば、前述の１０ｍｍの測定ピッ
チ）で照射して照射部位Ｐ｛ｘ，ｙ，ｚ｝に局所的かつ
インパルス状の熱弾性波１２２（あるいは、第２の波長
λ_２に応じたインパルス状の光音響弾性波）を生成す
る。続いて、励起用レーザビームψ｛λ_２｝が生成した
局所的かつインパルス状の熱弾性波１２２を照射部位Ｐ
｛ｘ，ｙ，ｚ｝近傍から測定対象構造物１２０の内部に
伝播させた後に、測定対象構造物１２０の内部を伝播し
て照射部位Ｐ｛ｘ，ｙ，ｚ｝から反射されて表面近傍に
伝播されてきた光音響弾性波ω_ｉが生起する照射部位Ｐ
｛ｘ，ｙ，ｚ｝近傍での表面弾性振動モードを検出する
ために、内部構造・物性測定用レーザビームψ｛λ_３｝
（第３の波長λ_３は可視波長（３８０〜７８０ｎｍ））
をプローブ光Ψ_ｐｒｂとして所定ピッチ（例えば、前述
の１０ｍｍの測定ピッチ）で照射する。本実施の形態の
非接触非侵襲的劣化／寿命予測システム１００では、上
記所定ピッチを数ｃｍ〜数ｍとすることが望ましい。

【００４０】本実施の形態の走査手段５０としては、上
記所定ピッチ（例えば、前述の１０ｍｍの測定ピッチ）
の大きさや精度、測定対象構造物１２０までの距離、単
位測定周期（サンプリングタイム、例えば、１００μ
ｓ）に応じて、現用のポリゴンミラーやガルバノミラー
を用いた機械的な光スキャニング手段や、電圧の大きさ
で光の偏光量を制御できるＡＯ（音響光学変調素子）や
ＥＯ（電気光学変調素子）等の光変調器等を用いること
ができる。

【００４１】表層部探査光干渉系６０は、図１に示すよ
うに、上記走査手段５０を用いて測定対象構造物１２０
（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想定）の表
層部分（表面〜数ｍｍ程度の範囲）にプローブ光Ψ
_ｐｒｂとして照射した後に反射された表層形状測定用レ
ーザビームψ｛λ_１｝の反射光を集光し、集光した表層
形状測定用レーザビームψ｛λ_１｝の反射光の表層形状
測定用レーザビームψ｛λ _１｝を参照光Ψ_ｒｅｆとして
光学干渉させることで測定対象構造物１２０（大きさは
一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想定）の表層部分の形
状の凸凹に応じたデータをリアルタイムでサンプリング
する構成を有する。

【００４２】上記光学干渉を実現する手段としては、具
体的には、表層形状測定用レーザビームψ｛λ_１｝の反
射光をプローブ光Ψ_ｐｒｂとし、表層形状測定用レーザ
ビームψ｛λ_１｝を参照光Ψ_ｒｅｆとして用いたマイケ
ルソン干渉計、ファブリペロ干渉計、フィゾー干渉計、
回折格子干渉計、二光束干渉計、トワイマン型干渉計、
横ずらし干渉計、赤外干渉計、斜め入射干渉計、二波長
ホログラフィ干渉計等を用いることができる。さらに、
高感度の測定を行うためには、縞走査法、ヘテロダイン
法、フェーズロック法、ホログラフィ干渉法、スペック
ル法（参照光法、二光束法、二開口法、横ずらし法等）
等を用いることができる。

【００４３】本実施の形態の表層部探査光干渉系６０に
おいては、例えば、単位測定周期（サンプリングタイ
ム）を１００μｓ、所定ピッチを１０ｃｍと仮定した場
合、１００ｍ×１００ｍの測定面積に対する１０^６個の
測定を、およそ１００秒（１分４０秒）といった高速度
で完了できる。例えば、１００ｍキュービック（縦×横
×高さ＝１００ｍ×１００ｍ×１００ｍ、例えば、地上
１００ｍ、間口１００ｍ程度の建物）の４側面のすべて
を１０ｃｍの測定ピッチで測定するために必要とする時
間は、およそ４００秒（およそ７分）で済むことにな
る。具体的には、地上１０階建て（高さを３０ｍと仮
定）、間口８０ｍ程度のマンション等の建物の４側面の
すべてを１０ｃｍの測定ピッチで測定するために必要と
する時間は、およそ１００秒（１分４０秒）で済むこと
になる。

【００４４】一方、比較的速い速度で測定が完了すると
考えられる、目視検査手法（第３従来技術）や打音検査
手法（第４従来技術）、超音波検査手法（第５従来技
術），Ｘ線透過型検査手法（第６従来技術），Ｘ線反射
型検査手法（第７従来技術）、電気的検査手法（第８従
来技術）等で本実施の形態と同様の測定を行った場合、
打音操作、超音波探蝕子や電極の設置、装置の移動等を
人海戦術で行うため多大な時間を要する結果、通常は数
日（１日＝８時間）〜１０数日を要していた。このこと
を考慮すると、本実施の形態の非接触非侵襲的劣化／寿
命予測システム１００は、測定速度において従来技術に
比較して２８０倍〜２８００倍といった脅威的な高速測
定が可能になるといった突出した効果を奏する。

【００４５】また、単位測定周期（サンプリングタイ
ム）は使用する第１光変調器４３Ａ、第２光変調器４３
Ｂおよび第３光変調器４３Ｃや、後述する表層部解析手
段７０および内部解析手段９０の処理速度に大きく依存
するが、数Ｗクラスのレーザを使用できれば、第１光変
調器４３Ａ、第２光変調器４３Ｂおよび第３光変調器４
３Ｃに１ＭＨｚ程度の範囲で光変調制御できる現用のＥ
Ｏ（音響光学変調素子）やＡＯ（音響光学変調素子）を
使用できると考えられるので、単位測定周期（サンプリ
ングタイム）を数μｓまで向上できると考えられる。

【００４６】同様に、表層部探査光干渉系６０では、単
位測定周期（サンプリングタイム）を１μｓ、所定ピッ
チ（例えば、前述の１０ｍｍの測定ピッチ）を前述と同
様に１０ｃｍと仮定した場合、１００ｍ×１００ｍの測
定面積に対する１０^６個の測定を、およそ１秒といった
高速度で完了できる。例えば、前述の１００ｍキュービ
ックの４側面のすべてを１０ｃｍの測定ピッチで測定す
るために必要とする時間は、およそ４秒で済むことにな
る。具体的には、地上１０階建て（高さ３０ｍ）、間口
８０ｍ程度のマンション等の建物の４側面のすべてを前
述と同様に１０ｃｍの測定ピッチで測定するために必要
とする時間は、およそ１秒で済むことになる。このこと
を考慮すると、本実施の形態の非接触非侵襲的劣化／寿
命予測システム１００は、第３従来技術乃至第８従来技
術と比較して、測定速度において従来技術に比較して２
８０００倍〜２８００００倍といった脅威的な高速測定
が可能になるといった突出した効果を奏する。

【００４７】表層部解析手段７０は、図１に示すよう
に、表層部探査光干渉系６０がリアルタイムで実測した
表層部分（表面〜数ｍｍ程度の範囲）に対するサンプリ
ングデータを基に、測定対象構造物１２０（大きさは一
辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想定）の表面を含む表層
部分の経時劣化箇所（例えば、亀裂が発生している箇
所）および腐食劣化箇所の分布（例えば、炭酸化や中性
化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コンクリート剥離等の
腐食劣化箇所の分布）、または測定対象構造物１２０の
表面の形状を含む表層部分の経時劣化程度（例えば、亀
裂の幅や長さの進行具合）、および腐食劣化程度（例え
ば、炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コン
クリート剥離等の腐食劣化箇所の程度）を作業者の経験
に依存せずに客観的にかつ早い段階で数値化（物性デー
タ化）および可視化（グラフィック化）する。

【００４８】発明者等は、測定対象構造物１２０の表層
部分の経時劣化現象（特に、亀裂の幅や長さの進行現
象）、および表層部分の腐食劣化現象（特に、炭酸化や
中性化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コンクリート剥離
等の腐食劣化現象）が、制御工学や電子工学で用いられ
ているところの伝達関数Ｚ（ｓ）（ただし、ｓは演算
子）に相当する、弾性体の表層部分のグリーン関数ξ
｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝に強い正の相関性
をもっており、表層部分のグリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，
ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝を実測できれば、測定したグ
リーン関数ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝を基
に弾性体の塑性の変化や分布（具体的には、測定対象構
造物１２０の表層部分の亀裂の幅や長さの進行現象、炭
酸化や中性化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コンクリー
ト剥離を伴う塑性の変化や分布）を予測できるといった
実験事実を得ている。そこで本実施の形態の表層部解析
手段７０では、表層部探査光干渉系６０がリアルタイム
で実測した表層部分（表面〜数ｍｍ程度の範囲）に対す
るサンプリングデータとして、測定対象構造物１２０の
表層部分の光音響弾性特性であるグリーン関数ξ｛ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝をサンプリングしてい
る。

【００４９】これにより、上記表層部探査光干渉系６０
から得られたサンプリングデータを基に、ビル等の複合
建造物のコンクリート壁面の表面の形状を含む表層部分
（表面〜数ｍｍ程度の範囲）の経時劣化程度（例えば、
亀裂の幅や長さの進行具合）、および腐食劣化箇所の分
布（例えば、炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、ひび割
れ、コンクリート剥離等の腐食劣化箇所の分布）、また
は測定対象構造物１２０の表面の形状を含む表層部分の
ひび割れやコンクリート剥離等の経時劣化程度を作業者
の経験に依存せずに客観的にかつ早い段階で数値化（物
性データ化）および可視化（グラフィック化）すると同
時に、炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コ
ンクリート剥離等の腐食劣化程度（例えば、炭酸化や中
性化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コンクリート剥離等
の腐食劣化箇所の程度）を作業者の経験に依存せずに客
観的にかつ早い段階で数値化（物性データ化）および可
視化（グラフィック化）する。その結果、構造物建設時
の品質不良生コンの不正使用（不法加水、フライアッシ
ュの大量混入、海岸砂の不正使用）に主因するコンクリ
ート部分の炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、ひび割れ
や、コンクリート施工不良（廃材の投棄や鉄筋の接合不
良、手抜き配筋、コールドジョイント等）に主因するコ
ンクリート部分のひび割れやコンクリート剥離、コンク
リート塊の落下等の経時劣化以外でのインフラ崩壊要因
も作業者の経験に依存せずに客観的にかつ早い段階で数
値解析できるようになり、事故要因の早期発見に繋がる
といった効果を奏する。

【００５０】同様に、上記表層部探査光干渉系６０から
得られたサンプリングデータ（グリーン関数ξ｛ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝）を基に、ベイブリッジ
等の渠梁構造物の金属壁面、鉄道設備（線路のレール、
鉄道車両の車輪や台車、トンネルの鉄骨、高架の鉄骨
等）等の金属壁面の表面の形状を含む表層部分（表面〜
数ｍｍ程度の範囲）の経時劣化程度（例えば、亀裂の幅
や長さの進行具合）、および腐食劣化箇所の分布（例え
ば、炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コン
クリート剥離等の腐食劣化箇所の分布）、または測定対
象構造物１２０の表面の形状を含む表層部分の経時劣化
（疲労劣化を含む）程度の履歴データを作業者の経験に
依存せずに客観的にかつ早い段階で数値化（物性データ
化）および可視化（グラフィック化）すると同時に、修
理不良や作製不良を主因とする劣化の程度を作業者の経
験に依存せずに客観的にかつ早い段階で数値化（物性デ
ータ化）および可視化（グラフィック化）できるように
なり、事故要因の発見の早期化および補修の最適化に繋
がると考える。

【００５１】なお、本実施の形態では、表層部解析手段
７０でのサンプリングの結果、内部探査が不要あるいは
不適当と考えられる箇所に対しては、当該照射部位Ｐ
｛ｘ，ｙ，ｚ｝のデータを記憶しておき、当該照射部位
Ｐ｛ｘ，ｙ，ｚ｝のデータを基に、ハイパワーレーザ生
成・出力手段２０、内部探査レーザ光生成・出力手段３
０、波長多重手段４０、第２光変調器４３Ｂ、第３光変
調器４３Ｃ、走査手段５０を適宜制御して、表層部探査
に続く内部探査の処理をキャンセル（省略）するように
することもできる。これにより、検査対象に対する非侵
襲性を向上できると同時に、測定所要時間の短縮化を図
ることができるようになるといった効果を奏する。

【００５２】内部探査光干渉系８０は、図１に示すよう
に、走査手段５０を用いて励起用レーザビームψ
｛λ_２｝（第２の波長λ_２は、測定対象によって決まる
紫外波長〜可視波長〜赤外波長）が生成した局所的かつ
インパルス状の熱弾性波１２２（あるいは、第２の波長
λ_２に応じたインパルス状の光音響弾性波）を照射部位
Ｐ｛ｘ，ｙ，ｚ｝近傍から測定対象構造物１２０（大き
さは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想定）の内部に伝
播させた後に、測定対象構造物１２０の内部を伝播して
照射部位Ｐ｛ｘ，ｙ，ｚ｝から反射されて表面近傍に伝
播されてきた光音響弾性波ω_ｉが生起する照射部位Ｐ
｛ｘ，ｙ，ｚ｝近傍での表面弾性振動モードを、内部構
造・物性測定用レーザビームψ｛λ_３｝（第３の波長λ
_３は可視波長（３８０〜７８０ｎｍ））をプローブ光Ψ
_ｐｒｂとして所定ピッチ（測定ピッチ）で走査し、プロ
ーブ光Ψ_ｐｒｂの反射光を検出側で集光するとともに、
この集光した内部構造・物性測定用レーザビームψ｛λ
_３｝（第３の波長λ_３は可視波長（３８０〜７８０ｎ
ｍ））の反射光を内部構造・物性測定用レーザビームψ
｛λ_３｝（第３の波長λ_３は可視波長（３８０〜７８０
ｎｍ））を参照光Ψ_ｒｅｆとして光学干渉させることで
測定対象構造物１２０（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１０
ｍ程度を想定）の内部に対する光音響弾性特性のトラン
ジェントデータζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝
をサンプリングする。

【００５３】発明者等は、測定対象構造物１２０の経時
劣化現象（特に、亀裂の幅や長さの進行現象）、および
腐食劣化現象（特に、炭酸化や中性化、アルカリ骨材
化、ひび割れ、コンクリート剥離等の腐食劣化現象）
が、制御工学や電子工学で用いられているところの伝達
関数Ｚ（ｓ）（ただし、ｓは演算子）に相当する、弾性
体のグリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜
λ_３｝に強い正の相関性をもっており、グリーン関数ξ
｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝を実測できれば、
測定したグリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜
λ_３｝を基に弾性体の塑性の変化や分布（具体的には、
測定対象構造物１２０の内部の亀裂の幅や長さの進行現
象、炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コン
クリート剥離を伴う塑性の変化や分布）を予測できると
いった実験事実を得ている。そこで本実施の形態の内部
探査光干渉系８０では、測定対象構造物１２０の内部に
対する光音響弾性特性として、特にグリーン関数ξ
｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝のトランジェント
データζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝をサンプ
リングしている。

【００５４】内部探査光干渉系８０おける上記光学干渉
を実現する手段としては、具体的には、前記プローブ光
Ψ_ｐｒｂの反射光を検出側で集光した内部構造・物性測
定用レーザビームψ｛λ_３｝（第３の波長λ_３は可視波
長（３８０〜７８０ｎｍ））の反射光をプローブ光Ψ
_ｐｒｂとし、内部構造・物性測定用レーザビームψ｛λ
_３｝（第３の波長λ_３は可視波長（３８０〜７８０ｎ
ｍ））を参照光Ψ_ｒｅｆとして用いたレーザドップラー
速度法、スペックル移動速度検出法等を用いることがで
きる。また、干渉装置としては、マイケルソン干渉計、
ファブリペロ干渉計、フィゾー干渉計等を用いることが
できる。

【００５５】レーザドップラー速度法としては、参照光
法、二光束法、二開口法等を用いることができる。スペ
ックル移動速度検出法としては、相関法、空間フィルタ
法、零交差法等を用いることができる。

【００５６】具体的には、本実施の形態の内部探査光干
渉系８０は、上記走査手段５０を用いて励起用レーザビ
ームψ｛λ_２｝（第２の波長λ_２は、測定対象構造物１
２０によって決まる紫外波長〜可視波長〜赤外波長）が
生成した直径数１０μｍ、パルス幅数μｍ〜１００μｍ
程度の局所的かつインパルス状の熱弾性波１２２（ある
いは、第２の波長λ_２に応じたインパルス状の光音響弾
性波）を照射部位Ｐ｛ｘ，ｙ，ｚ｝の数１００μｍ程度
の近傍から測定対象構造物１２０（大きさは一辺を数ｃ
ｍ〜数１００ｍ程度を想定）の内部（表面下数１０ｃｍ
程度の範囲、特に配筋が埋設されている表面下数ｃｍ〜
２０ｃｍの範囲）に伝播させる。その後に、測定対象構
造物１２０の内部（表面下数１０ｃｍ程度の範囲、特に
配筋が埋設されている表面下数ｃｍ〜２０ｃｍの範囲）
を伝播して照射部位Ｐ｛ｘ，ｙ，ｚ｝から反射されて表
面近傍に伝播されてきた光音響弾性波ω_ｉが生起する照
射部位Ｐ｛ｘ，ｙ，ｚ｝の数１００μｍ程度の近傍での
表面弾性振動モードを、内部構造・物性測定用レーザビ
ームψ｛λ_３｝（第３の波長λ_３は可視波長（３８０〜
７８０ｎｍ））をプローブ光Ψ_ｐｒｂとして所定ピッチ
（例えば、前述の１０ｍｍの測定ピッチ）で走査し、プ
ローブ光Ψ_ｐｒｂの反射光を検出側で集光する。これと
同期して、前記集光した内部構造・物性測定用レーザビ
ームψ｛λ_３｝の反射光を内部構造・物性測定用レーザ
ビームψ｛λ_３｝を参照光Ψ_ｒｅｆとして光学干渉させ
ることで測定対象構造物１２０の内部（表面下数１０ｃ
ｍ程度の範囲、特に配筋が埋設されている表面下数ｃｍ
〜２０ｃｍの範囲）に対するグリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，
ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝のトランジェントデータζ
｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝をサンプリングす
る。

【００５７】例えば、本実施の形態の内部探査光干渉系
８０は、上記走査手段５０を用いて励起用レーザビーム
ψ｛λ_２｝（第２の波長λ_２は、測定対象構造物１２０
がコンクリート構造物の場合、３８０〜２０００ｎｍ）
が生成した直径数１０μｍ、パルス幅数μｍ〜１００μ
ｍ程度の局所的かつインパルス状の熱弾性波１２２（あ
るいは、第２の波長λ_２に応じたインパルス状の光音響
弾性波）を照射部位Ｐ｛ｘ，ｙ，ｚ｝の数１００μｍ程
度の近傍から測定対象構造物１２０（大きさは一辺を数
ｃｍ〜数１００ｍ程度を想定）の内部（表面下数１０ｃ
ｍ程度の範囲、特に配筋が埋設されている表面下数ｃｍ
〜２０ｃｍの範囲）に伝播させる。その後に、測定対象
構造物１２０の内部（表面下数１０ｃｍ程度の範囲、特
に配筋が埋設されている表面下数ｃｍ〜２０ｃｍの範
囲）を伝播して照射部位Ｐ｛ｘ，ｙ，ｚ｝から反射され
て表面近傍に伝播されてきた光音響弾性波ω_ｉが生起す
る照射部位Ｐ｛ｘ，ｙ，ｚ｝の数１００μｍ程度の近傍
での表面弾性振動モードを、内部構造・物性測定用レー
ザビームψ｛λ_３｝（第３の波長λ_３は可視波長（３８
０〜７８０ｎｍ））をプローブ光Ψ_ｐｒｂとして所定ピ
ッチ（例えば、前述の１０ｍｍの測定ピッチ）で走査
し、プローブ光Ψ_ｐｒｂの反射光を検出側で集光する。
これと同期して、前記集光した内部構造・物性測定用レ
ーザビームψ｛λ _３｝の反射光を内部構造・物性測定用
レーザビームψ｛λ_３｝を参照光Ψ_ｒｅｆとして光学干
渉させることで測定対象構造物１２０の内部（表面下数
１０ｃｍ程度の範囲、特に配筋が埋設されている表面下
数ｃｍ〜２０ｃｍの範囲）に対するグリーン関数ξ
｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝のトランジェント
データζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝をサンプ
リングする。

【００５８】本実施の形態の内部探査光干渉系８０で
は、単位測定周期（サンプリングタイム）を１００μ
ｓ、所定ピッチを１０ｃｍと仮定した場合、１００ｍ×
１００ｍの測定面積に対する１０^６個の測定を、およそ
１００秒（１分４０秒）といった高速度で完了できる。
例えば、１００ｍキュービック（縦×横×高さ＝１００
ｍ×１００ｍ×１００ｍ、例えば、地上１００ｍ、間口
１００ｍ程度の建物）の４側面のすべてを１０ｃｍの測
定ピッチで測定するために必要とする時間は、およそ４
００秒（およそ７分）で済むことになる。具体的には、
地上１０階建て（高さを３０ｍと仮定）、間口８０ｍ程
度のマンション等の建物の４側面のすべてを１０ｃｍの
測定ピッチで測定するために必要とする時間は、およそ
１００秒（１分４０秒）で済むことになる。

【００５９】一方、比較的速い速度で測定が完了すると
考えられる、目視検査手法（第３従来技術）や打音検査
手法（第４従来技術）、超音波検査手法（第５従来技
術），Ｘ線透過型検査手法（第６従来技術），Ｘ線反射
型検査手法（第７従来技術）、電気的検査手法（第８従
来技術）等で本実施の形態と同様の測定を行った場合、
打音操作、超音波探蝕子や電極の設置、装置の移動等を
人海戦術で行うため多大な時間を要する結果、通常は数
日（１日＝８時間）〜１０数日を要していた。このこと
を考慮すると、本実施の形態の非接触非侵襲的劣化／寿
命予測システム１００は、測定速度において従来技術に
比較して２８０倍〜２８００倍といった脅威的な高速測
定が可能になるといった突出した効果を奏する。

【００６０】また、単位測定周期（サンプリングタイ
ム）は使用する第１光変調器４３Ａ、第２光変調器４３
Ｂおよび第３光変調器４３Ｃや、内部探査光干渉系８０
および後述する内部解析手段９０の処理速度に大きく依
存するが、数Ｗクラスのレーザを使用できれば、第１光
変調器４３Ａ、第２光変調器４３Ｂおよび第３光変調器
４３Ｃに１ＭＨｚ程度の範囲で光変調制御できる現用の
ＥＯ（音響光学変調素子）やＡＯ（音響光学変調素子）
を使用できると考えられるので、単位測定周期（サンプ
リングタイム）を数μｓまで向上できると考えられる。

【００６１】同様に、本実施の形態の内部探査光干渉系
８０では、単位測定周期（サンプリングタイム）を１μ
ｓ、所定ピッチ（例えば、前述の１０ｍｍの測定ピッ
チ）を前述と同様に１０ｃｍと仮定した場合、１００ｍ
×１００ｍの測定面積に対する１０^６個の測定を、およ
そ１秒といった高速度で完了できる。例えば、前述の１
００ｍキュービックの４側面のすべてを１０ｃｍの測定
ピッチで測定するために必要とする時間は、およそ４秒
で済むことになる。具体的には、地上１０階建て（高さ
３０ｍ）、間口８０ｍ程度のマンション等の建物の４側
面のすべてを前述と同様に１０ｃｍの測定ピッチで測定
するために必要とする時間は、およそ１秒で済むことに
なる。このことを考慮すると、本実施の形態の非接触非
侵襲的劣化／寿命予測システム１００は、第３従来技術
乃至第８従来技術と比較して、測定速度において従来技
術に比較して２８０００倍〜２８００００倍といった脅
威的な高速測定が可能になるといった突出した効果を奏
する。

【００６２】内部解析手段９０は、図１に示すように、
上記内部探査光干渉系８０がリアルタイムで実測した内
部（表面下数１０ｃｍ程度の範囲、特に配筋が埋設され
ている表面下数ｃｍ〜２０ｃｍの範囲）の光音響弾性特
性（グリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜
λ_３｝）のトランジェントデータζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，
ｆ，λ_１〜λ_３｝を基に、測定対象構造物１２０（大き
さは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想定）の内部（表
面下数１０ｃｍ程度の範囲、特に配筋が埋設されている
表面下数ｃｍ〜２０ｃｍの範囲）の経時劣化箇所（例え
ば、亀裂が発生している箇所）および腐食劣化箇所の分
布（例えば、炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、ひび割
れ、コンクリート剥離等の腐食劣化箇所の分布）を作業
者の経験に依存せずに客観的にかつ早い段階で数値化
（物性データ化）および可視化（グラフィック化）す
る。

【００６３】同様に、内部解析手段９０は、図１に示す
ように、上記内部探査光干渉系８０がリアルタイムで実
測した内部（表面下数１０ｃｍ程度の範囲、特に配筋が
埋設されている表面下数ｃｍ〜２０ｃｍの範囲）の光音
響弾性特性（グリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ
_１〜λ_３｝）のトランジェントデータζ｛ｘ，ｙ，ｚ，
ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝を基に、測定対象構造物１２０の
内部（表面下数１０ｃｍ程度の範囲、特に配筋が埋設さ
れている表面下数ｃｍ〜２０ｃｍの範囲）の経時劣化程
度（例えば、亀裂の幅や長さの進行具合）、および腐食
劣化程度（例えば、炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、
ひび割れ、コンクリート剥離等の腐食劣化箇所の程度）
を作業者の経験に依存せずに客観的にかつ早い段階で数
値化（物性データ化）および可視化（グラフィック化）
する。

【００６４】発明者等は、測定対象構造物１２０の経時
劣化現象（特に、亀裂の幅や長さの進行現象）、および
腐食劣化現象（特に、炭酸化や中性化、アルカリ骨材
化、ひび割れ、コンクリート剥離等の腐食劣化現象）
が、制御工学や電子工学で用いられているところの伝達
関数Ｚ（ｓ）（ただし、ｓは演算子）に相当する、弾性
体のグリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜
λ_３｝に強い正の相関性をもっており、グリーン関数ξ
｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝を実測できれば、
測定したグリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜
λ_３｝を基に弾性体の塑性の変化や分布（具体的には、
測定対象構造物１２０の内部の亀裂の幅や長さの進行現
象、炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コン
クリート剥離を伴う塑性の変化や分布）を予測できると
いった実験事実を得ている。そこで本実施の形態の内部
解析手段９０では、測定対象構造物１２０の内部に対す
る光音響弾性特性として、特にグリーン関数ξ｛ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝のトランジェントデータ
ζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝をサンプリング
している。

【００６５】具体的には、本実施の形態の内部解析手段
９０は、内部探査光干渉系８０がリアルタイムで実測し
た内部（表面下数１０ｃｍ程度の範囲、特に配筋が埋設
されている表面下数ｃｍ〜２０ｃｍの範囲）の光音響弾
性特性（グリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜
λ_３｝）のトランジェントデータζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，
ｆ，λ_１〜λ_３｝として、少なくとも吸収光スペクトル
の光励起スペクトル特性、音響インピーダンスＺ｛ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起スペクトル特
性、または音速ｖ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝
の光励起スペクトル特性に対するトランジェントデータ
ζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝を用い、測定対
象構造物１２０の内部（表面下数１０ｃｍ程度の範囲、
特に配筋が埋設されている表面下数ｃｍ〜２０ｃｍの範
囲）の経時劣化箇所（例えば、亀裂が発生している箇
所）および腐食劣化箇所の分布（例えば、炭酸化や中性
化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コンクリート剥離等の
腐食劣化箇所の分布）、または測定対象構造物１２０の
内部（表面下数１０ｃｍ程度の範囲、特に配筋が埋設さ
れている表面下数ｃｍ〜２０ｃｍの範囲）の経時劣化程
度（例えば、亀裂の幅や長さの進行具合）、および腐食
劣化程度（例えば、炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、
ひび割れ、コンクリート剥離等の腐食劣化箇所の程度）
を作業者の経験に依存せずに客観的にかつ早い段階で数
値化（物性データ化）および可視化（グラフィック化）
する。

【００６６】これにより、上記内部探査光干渉系８０が
リアルタイムで実測した内部（表面下数１０ｃｍ程度の
範囲、特に配筋が埋設されている表面下数ｃｍ〜２０ｃ
ｍの範囲）の光音響弾性特性（グリーン関数ξ｛ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝）のトランジェントデー
タζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝を基に、ビル
等の複合建造物のコンクリート壁面の内部（表面下数１
０ｃｍ程度の範囲、特に配筋が埋設されている表面下数
ｃｍ〜２０ｃｍの範囲）の経時劣化程度（例えば、亀裂
の幅や長さの進行具合）、および腐食劣化箇所の分布
（例えば、炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、ひび割
れ、コンクリート剥離等の腐食劣化箇所の分布）、また
は測定対象構造物１２０の内部（表面下数１０ｃｍ程度
の範囲、特に配筋が埋設されている表面下数ｃｍ〜２０
ｃｍの範囲）のひび割れやコンクリート剥離等の経時劣
化程度を作業者の経験に依存せずに客観的にかつ早い段
階で数値化（物性データ化）および可視化（グラフィッ
ク化）すると同時に、炭酸化や中性化、アルカリ骨材
化、ひび割れ、コンクリート剥離等の腐食劣化程度（例
えば、炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コ
ンクリート剥離等の腐食劣化箇所の程度）を作業者の経
験に依存せずに客観的にかつ早い段階で数値化（物性デ
ータ化）および可視化（グラフィック化）する。その結
果、構造物建設時の品質不良生コンの不正使用（不法加
水、フライアッシュの大量混入、海岸砂の不正使用）に
主因するコンクリート部分の炭酸化や中性化、アルカリ
骨材化、ひび割れや、コンクリート施工不良（廃材の投
棄や鉄筋の接合不良、手抜き配筋、コールドジョイント
等）に主因するコンクリート部分のひび割れやコンクリ
ート剥離、コンクリート塊の落下等の経時劣化以外での
インフラ崩壊要因も作業者の経験に依存せずに客観的に
かつ早い段階で数値解析できるようになり、事故要因の
早期発見に繋がるといった効果を奏する。

【００６７】同様に、上記内部探査光干渉系８０がリア
ルタイムで実測した内部（表面下数１０ｃｍ程度の範
囲、特に配筋が埋設されている表面下数ｃｍ〜２０ｃｍ
の範囲）の光音響弾性特性（グリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，
ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝）のトランジェントデータζ
｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝を基に、ベイブリ
ッジ等の渠梁構造物の金属壁面、鉄道設備（線路のレー
ル、鉄道車両の車輪や台車、トンネルの鉄骨、高架の鉄
骨等）等の金属壁面の内部（表面下数１０ｃｍ程度の範
囲、特に配筋が埋設されている表面下数ｃｍ〜２０ｃｍ
の範囲）の経時劣化程度（例えば、亀裂の幅や長さの進
行具合）、および腐食劣化箇所の分布（例えば、炭酸化
や中性化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コンクリート剥
離等の腐食劣化箇所の分布）、または測定対象構造物１
２０の内部（表面下数１０ｃｍ程度の範囲、特に配筋が
埋設されている表面下数ｃｍ〜２０ｃｍの範囲）の経時
劣化（疲労劣化を含む）程度の履歴データを作業者の経
験に依存せずに客観的にかつ早い段階で数値化（物性デ
ータ化）および可視化（グラフィック化）すると同時
に、修理不良や作製不良を主因とする劣化の程度を作業
者の経験に依存せずに客観的にかつ早い段階で数値化
（物性データ化）および可視化（グラフィック化）でき
るようになり、事故要因の発見の早期化および補修の最
適化に繋がると考える。

【００６８】実施の形態に係る社会資本構造物（測定対
象構造物１２０）の非接触非侵襲的劣化／寿命予測シス
テム１００は上記の如く構成されているので、以下に掲
げる効果を奏する。まず第１の効果は、コンクリートや
ガラス、金属等を複合して構成されたビル等のコンクリ
ート複合建造物、ベイブリッジ等の渠梁構造物の金属壁
面、鉄道設備（線路のレール、鉄道車両の車輪や台車、
トンネルの鉄骨、高架の鉄骨）等の検査対象の社会資本
構造物（測定対象構造物１２０、大きさは一辺を数ｃｍ
〜数１００ｍ程度を想定）の表面を含む表層部分（表面
〜数ｍｍ程度の範囲）および内部（表面下数１０ｃｍ程
度の範囲、特に配筋が埋設されている表面下数ｃｍ〜２
０ｃｍの範囲）を、非接触非侵襲的（光音響的）に３次
元スキャニングして光音響弾性特性（グリーン関数ξ
｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝）のトランジェン
トデータζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝（換言
すれば、実測した物理データ）を同時にサンプリング
（最適サンプル時間τ_ｔｙｐ＝数１０μｓ、最適サンプ
リング周波数ｆ_ｔｙｐ＝数１０ｋＨｚ程度）し、同時に
リアルタイムで実測した表層部分および内部（表面下数
１０ｃｍ程度の範囲、特に配筋が埋設されている表面下
数ｃｍ〜２０ｃｍの範囲）の光音響弾性特性データ（吸
収光スペクトルの光励起スペクトル特性、音響インピー
ダンスＺ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起
スペクトル特性、音速ｖ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜
λ_３｝の光励起スペクトル特性等に対するグリーン関数
ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝のトランジェン
トデータζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝）を基
に、社会資本構造物（測定対象構造物１２０）の表面を
含む表層部分および内部（表面下数１０ｃｍ程度の範
囲、特に配筋が埋設されている表面下数ｃｍ〜２０ｃｍ
の範囲）の経時劣化箇所（例えば、亀裂が発生している
箇所）または腐食劣化箇所の分布（例えば、炭酸化や中
性化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コンクリート剥離等
の腐食劣化箇所の分布）およびその経時劣化程度または
腐食劣化程度（例えば、炭酸化や中性化、アルカリ骨材
化、ひび割れ、コンクリート剥離等の腐食劣化箇所の程
度）をＰＣ（パーソナルコンピュータ）上などで数値化
（物性データ化）および可視化（グラフィック化）でき
るようになり、その結果、事故要因の発見の早期化およ
び補修の最適化に繋がると考える。

【００６９】また第２の効果は、上記の効果を奏する結
果、上記光音響弾性特性データ（吸収光スペクトルの光
励起スペクトル特性、音響インピーダンスＺ｛ｘ，ｙ，
ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起スペクトル特性、音
速ｖ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起スペ
クトル特性等に対するグリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，
ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝のトランジェントデータζ｛ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝）を基に、ビル等のコン
クリート複合建造物、ベイブリッジ等の渠梁構造物の金
属壁面、鉄道設備（線路のレール、鉄道車両の車輪や台
車、トンネルの鉄骨、高架の鉄骨）等の検査対象の社会
資本構造物（測定対象構造物１２０）の構造寿命（物理
的に破壊が生じる限界時期）またはインフラ寿命（社会
資本として使用に耐えない品質や外観と判定される限界
時期、耐用年数）を予測するためのデータベースを構築
するためのパラメータを決定できることである。

【００７０】また第３の効果は、上記の効果を奏する結
果、上記光音響弾性特性データ（吸収光スペクトルの光
励起スペクトル特性、音響インピーダンスＺ｛ｘ，ｙ，
ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起スペクトル特性、音
速ｖ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起スペ
クトル特性等に対するグリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，
ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝のトランジェントデータζ｛ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝）を用いて作製したデー
タベースを基に、劣化箇所発見精度または腐食箇所発見
精度および劣化／寿命予測確度または腐食劣化／寿命予
測確度を従来の手法に比べて１０倍程度向上させるとと
もに、測定所要時間および測定費用を従来の手法に比べ
て１／１００程度以下に短縮できるようになることであ
る。

【００７１】また第４の効果は、上記の効果を奏する結
果、上記光音響弾性特性データ（吸収光スペクトルの光
励起スペクトル特性、音響インピーダンスＺ｛ｘ，ｙ，
ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起スペクトル特性、音
速ｖ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起スペ
クトル特性等に対するグリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，
ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝のトランジェントデータζ｛ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝）を基に、劣化箇所発見
精度または腐食箇所発見精度および劣化／寿命予測確度
または腐食劣化／寿命予測確度を従来の手法に比べて１
０倍程度向上させるとともに、測定所要時間および測定
費用を従来の手法に比べて１／１００程度以下に短縮で
きるようになることである。

【００７２】また第５の効果は、上記の効果を奏する結
果、上記光音響弾性特性データ（吸収光スペクトルの光
励起スペクトル特性、音響インピーダンスＺ｛ｘ，ｙ，
ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起スペクトル特性、音
速ｖ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起スペ
クトル特性等に対するグリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，
ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝のトランジェントデータζ｛ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝）を用いて作製したデー
タベースを基に、コンクリートやガラス、金属等を複合
して構成された複合建造物や渠梁構造物、鉄道設備等の
社会資本構造物（測定対象構造物１２０）の要所要所に
対して、構造物建設時の品質不良生コンの不正使用（不
法加水、フライアッシュの大量混入、海岸砂の不正使
用）に主因するコンクリート部分の炭酸化や中性化、ア
ルカリ骨材化、ひび割れ等のインフラ崩壊要因の進行状
況を定期／不定期に正確に定量化し、これを基に構造寿
命またはインフラ寿命を予測するとともに、構造寿命ま
たはインフラ寿命を迎えた危険性のある地点を、作業者
の経験に依存せずに客観的にかつ早い段階で地点を的確
に把握できるようになり、その結果、事故要因を早期に
発見して点検／保守／修復できるようになることであ
る。

【００７３】また第６の効果は、上記の効果を奏する結
果、上記光音響弾性特性データ（吸収光スペクトルの光
励起スペクトル特性、音響インピーダンスＺ｛ｘ，ｙ，
ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起スペクトル特性、音
速ｖ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起スペ
クトル特性等に対するグリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，
ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝のトランジェントデータζ｛ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝）を用いて作製したデー
タベースを基に、コンクリートやガラス、金属等を複合
して構成された複合建造物や渠梁構造物、鉄道設備等の
社会資本構造物（測定対象構造物１２０）の要所要所に
対して、コンクリート施工不良（廃材の投棄や鉄筋の接
合不良、手抜き配筋、コールドジョイント等）に主因す
るコンクリート部分のひび割れやコンクリート剥離、コ
ンクリート塊の落下等の経時劣化以外でのインフラ崩壊
要因の進行状況を定期／不定期に正確に定量化し、これ
を基に構造寿命またはインフラ寿命を予測するととも
に、構造寿命またはインフラ寿命を迎えた危険性のある
地点を、作業者の経験に依存せずに客観的にかつ早い段
階で地点を的確に把握できるようになり、その結果、事
故要因を早期に発見して点検／保守／修復できるように
なることである。

【００７４】また第７の効果は、上記の効果を奏する結
果、上記光音響弾性特性データ（吸収光スペクトルの光
励起スペクトル特性、音響インピーダンスＺ｛ｘ，ｙ，
ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起スペクトル特性、音
速ｖ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起スペ
クトル特性等に対するグリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，
ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝のトランジェントデータζ｛ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝）を用いて作製したデー
タベースを基に、トンネルや高速道路橋桁、渠梁、ガス
や電話用の共同溝、護岸設備、ダム、地下鉄等の公共大
型社会資本構造物（測定対象構造物１２０）だけではな
く、民間や公共団体のビルディング等の設備、文化財、
工場設備等の中／小規模社会資本構造物（測定対象構造
物１２０）に対しても適用できるローコストな劣化／寿
命予測手法を実現できるようになることである。

【００７５】そして第８の効果は、上記の効果を奏する
結果、上記光音響弾性特性データ（吸収光スペクトルの
光励起スペクトル特性、音響インピーダンスＺ｛ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起スペクトル特
性、音速ｖ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励
起スペクトル特性等に対するグリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，
ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝のトランジェントデータζ
｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝）を用いて作製し
たデータベースを基に、コンクリートやガラス、金属等
を複合して構成された複合建造物や渠梁構造物、鉄道設
備等の社会資本構造物（測定対象構造物１２０）の寿命
の最大化、点検／保守／修復負担の最適・最小化を図る
ことができるようになり、循環型社会の形成に向けて、
社会資本構造物（測定対象構造物１２０）を最大効率で
維持・修復するとともに、環境への負荷を緩和すること
で、ＩＴ産業（情報技術産業）等への資源の集中化を促
して富国化を支援できる基盤技術を実現できるようにな
ることである。

【００７６】次に社会資本構造物の非接触非侵襲的劣化
／寿命予測システム１００の動作（非接触非侵襲的劣化
／寿命予測方法）について説明する。

【００７７】本実施の形態の非接触非侵襲的劣化／寿命
予測システム１００では、まず、第１処理ステップを実
行し、可変長レーザ光源（３５０ｎｍ〜２μｍ程度）で
生成・出力する第１の波長λ_１の表層形状測定用レーザ
ビームψ｛λ_１｝と、ハイパワーレーザ光源で生成・出
力する第２の波長λ_２の励起用レーザビームψ｛λ_２｝
（第２の波長λ_２は、測定対象構造物１２０によって決
まる紫外波長〜可視波長〜赤外波長）と、コンクリート
やガラス、金属等を複合して構成された複合建造物や渠
梁構造物、鉄道設備（線路のレール、鉄道車両の車輪や
台車、トンネルの鉄骨、高架の鉄骨等）／車両等の測定
対象構造物１２０（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ
程度を想定）の表面を含む表層部分での光音響弾性波ω
_ｓを検知するための第３の波長λ_３の内部構造・物性測
定用レーザビームψ｛λ_３｝（第３の波長λ_３は可視波
長（３８０〜７８０ｎｍ））の３ビーム｛ψ｛λ_１｝，
ψ｛λ_２｝およびψ｛λ_３｝｝を所定多重規則ｆで波長
多重光４２に変調して測定対象構造物１２０（大きさは
一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想定）を走査すること
で測定対象構造物１２０（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１
００ｍ程度を想定）を非接触状態で非侵襲的に３次元ス
キャニングする。

【００７８】第１処理ステップの実行に同期して第２処
理ステップを実行し、測定対象構造物１２０（大きさは
一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想定）の表層部分（表
面〜数ｍｍ程度の範囲）に照射した後に反射された表層
形状測定用レーザビームψ｛λ_１｝をプローブ光Ψ
_ｐｒｂとして用い、プローブ光Ψ_ｐｒｂを検出側で集光
しレーザ光干渉系｛表層部探査光干渉系６０および内部
探査光干渉系８０｝に導くことで、測定対象構造物１２
０（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想定）の
表層部分の形状の凸凹に応じたデータをサンプリング
（最適サンプル時間τ _ｔｙｐ＝数１０μｓ、最適サンプ
リング周波数ｆ_ｔｙｐ＝数１０ｋＨｚ程度）し、リアル
タイムで実測した表層部分を基に、測定対象構造物１２
０（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想定）の
表面を含む表層部分の経時劣化箇所（例えば、亀裂が発
生している箇所）および腐食劣化箇所の分布（例えば、
炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コンクリ
ート剥離等の腐食劣化箇所の分布）、または測定対象構
造物１２０（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を
想定）の表面を含む表層部分の経時劣化程度（例えば、
亀裂の幅や長さの進行具合）、および腐食劣化程度（例
えば、炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コ
ンクリート剥離等の腐食劣化箇所の程度）を作業者の経
験に依存せずに客観的にかつ早い段階で数値化（物性デ
ータ化）および可視化（グラフィック化）する。

【００７９】第２処理ステップの実行に同期して第３処
理ステップを実行し、励起用レーザビームψ｛λ_２｝
（第２の波長λ_２は、測定対象構造物１２０によって決
まる紫外波長〜可視波長〜赤外波長）を測定対象構造物
１２０（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想
定）の表層部分（表面〜数ｍｍ程度の範囲）に照射して
照射部位Ｐ｛ｘ，ｙ，ｚ｝に局所的かつインパルス状の
熱弾性波１２２（あるいは、第２の波長λ_２に応じたイ
ンパルス状の光音響弾性波）を生成する。

【００８０】第３処理ステップの実行に同期して第４処
理ステップを実行し、局所的かつインパルス状の熱弾性
波１２２（あるいは、第２の波長λ_２に応じたインパル
ス状の光音響弾性波）を照射部位Ｐ｛ｘ，ｙ，ｚ｝近傍
から測定対象構造物１２０（大きさは一辺を数ｃｍ〜数
１００ｍ程度を想定）の内部に伝播させる。

【００８１】第４処理ステップの実行に同期して第５処
理ステップを実行し、測定対象構造物１２０（大きさは
一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想定）の内部を伝播し
て反射されて表面近傍に伝播されてきた局所的かつイン
パルス状の熱弾性波１２２（あるいは、第２の波長λ_２
に応じたインパルス状の光音響弾性波）が生起する照射
部位Ｐ｛ｘ，ｙ，ｚ｝近傍での表面弾性振動モードを、
内部構造・物性測定用レーザビームψ｛λ_３｝（第３の
波長λ_３は可視波長（３８０〜７８０ｎｍ））の反射光
をプローブ光Ψ_ｐｒｂとして用いて検出し、プローブ光
Ψ_ｐｒｂを検出側で集光しレーザ光干渉系｛表層部探査
光干渉系６０および内部探査光干渉系８０｝に導き内部
構造・物性測定用レーザビームψ｛λ_３｝（第３の波長
λ_３は可視波長（３８０〜７８０ｎｍ））の参照光Ψ
_ｒｅｆと光学干渉させることで、測定対象構造物１２０
（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想定）の内
部に対する光音響弾性特性（グリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，
ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝）のトランジェントデータζ
｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝をサンプリングす
る。

【００８２】また、第５処理ステップは、測定対象構造
物１２０（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想
定）の内部に対する光音響弾性特性としてグリーン関数
ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝のトランジェン
トデータζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝をサン
プリングする処理ステップを有する。

【００８３】第５処理ステップの実行に同期して第６処
理ステップを実行し、リアルタイムで実測した内部の光
音響弾性特性（グリーン関数ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，
λ_１〜λ_３｝）のトランジェントデータζ｛ｘ，ｙ，
ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝を基に、測定対象構造物１２
０（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想定）の
内部の経時劣化箇所（例えば、亀裂が発生している箇
所）および腐食劣化箇所の分布（例えば、炭酸化や中性
化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コンクリート剥離等の
腐食劣化箇所の分布）、または測定対象構造物１２０
（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想定）の内
部の経時劣化程度（例えば、亀裂の幅や長さの進行具
合）、および腐食劣化程度（例えば、炭酸化や中性化、
アルカリ骨材化、ひび割れ、コンクリート剥離等の腐食
劣化箇所の程度）を作業者の経験に依存せずに客観的に
かつ早い段階で数値化（物性データ化）および可視化
（グラフィック化）する。

【００８４】また、第６処理ステップは、測定対象構造
物１２０（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を想
定）の内部の光音響弾性特性（グリーン関数ξ｛ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝）のトランジェントデー
タζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ _１〜λ_３｝として少なく
とも吸収光スペクトルの光励起スペクトル特性、音響イ
ンピーダンスＺ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の
光励起スペクトル特性、または音速ｖ｛ｘ，ｙ，ｚ，
ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝の光励起スペクトル特性に対する
トランジェントデータζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜
λ_３｝を用い、光音響弾性特性（グリーン関数ξ｛ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝）のトランジェントデー
タζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝を基に、測定
対象構造物１２０（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ
程度を想定）の内部の経時劣化箇所（例えば、亀裂が発
生している箇所）および腐食劣化箇所の分布（例えば、
炭酸化や中性化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コンクリ
ート剥離等の腐食劣化箇所の分布）、または測定対象構
造物１２０（大きさは一辺を数ｃｍ〜数１００ｍ程度を
想定）の内部の経時劣化程度（例えば、亀裂の幅や長さ
の進行具合）、および腐食劣化程度（例えば、炭酸化や
中性化、アルカリ骨材化、ひび割れ、コンクリート剥離
等の腐食劣化箇所の程度）を作業者の経験に依存せずに
客観的にかつ早い段階で数値化（物性データ化）および
可視化（グラフィック化）する処理ステップを有する。

【００８５】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、前述のテストピース抜き取り手法（第１従来技術）
における、測定箇所（テストピース抜き取り箇所）が数
ｍ〜数１０ｍ間隔でありかつ検査員による技量差が激し
いために、劣化箇所発見確率が低く検出漏れが多発する
という問題点、およびテストピース抜き取り作業が人海
戦術のため測定に多大な時間を要し測定漏れが頻出して
いるという問題点を解決することができるようになる。

【００８６】同時に、前述の模擬実験手法（第２従来技
術）における、得られる結果があくまでもソフトウェア
的な予測に過ぎず実証が難しいという問題点、および前
述のテストピース抜き取り手法と同様に測定箇所（テス
トピース抜き取り箇所）が数ｍ〜数１０ｍ間隔でありか
つ検査員による技量差が激しいため、テストピース抜き
取り検査結果に品質差が大きく、その結果、劣化箇所予
測精度が低いという問題点、およびテストピース抜き取
り作業が人海戦術のため測定に多大な時間を要し測定漏
れが頻出しているという問題点を解決することができる
ようになる。

【００８７】同時に、前述の目視検査手法（第３従来技
術）における、測定可能範囲が構造物表面（数ｍｍ程
度）に限定されるという問題点、および測定に多大な時
間を要するという問題点を解決することができるように
なる。

【００８８】同時に、前述の打音検査手法（第４従来技
術）における、測定箇所（打音箇所）が数ｍ〜数１０ｍ
間隔であり劣化箇所発見確率が低く検出漏れが多発して
いるという問題点、および人海戦術のため測定に多大な
時間を要するという問題点を解決することができるよう
になる。

【００８９】同時に、前述の超音波検査手法（第５従来
技術）における、コンクリート表面に励振用の超音波振
動子および振動検知用の超音波振動子を貼着して測定を
行う手間が必要があるという問題点、測定箇所（換言す
れば、励振用の超音波振動子および振動検知用の超音波
振動子の貼着箇所）が数ｍ〜数１０ｍ間隔であり、劣化
箇所発見確率が低く検出漏れが多発しているという問題
点、および人海戦術のため測定に多大な時間を要すると
いう問題点を解決することができるようになる。

【００９０】同時に、前述のＸ線透過型検査手法（第６
従来技術）における、Ｘ線源と検出器とで測定対象構造
物を挟んで測定する必要があり、測定対象構造物が小形
なものに限られてしまい、コンクリートやガラス、金属
等を複合して構成された建造物や渠梁構造物に対しては
適用が難しいという問題点を解決することができるよう
になる。

【００９１】同時に、前述のＸ線反射型検査手法（第７
従来技術）における、測定可能範囲が構造物表皮（数μ
ｍ程度）に限定され、かつ、測定範囲も数１０×数１０
ｃｍに制限されるという問題点を解決することができる
ようになる。

【００９２】同時に、前述の電気的検査手法（第８従来
技術）における、コンクリート表面に測定用の電極を貼
着して測定を行う手間が必要があるという問題点や、測
定箇所（換言すれば、測定用の電極の貼着箇所）が数ｍ
〜数１０ｍ間隔であり、劣化箇所発見確率が低く検出漏
れが多発しているという問題点、および人海戦術のため
測定に多大な時間を要するという問題点を解決すること
ができるようになる。

【００９３】なお、本発明が上記実施の形態に限定され
ず、本発明の技術思想の範囲内において、実施の形態は
適宜変更され得ることは明らかである。また上記構成部
材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、
本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にするこ
とができる。また、各図において、同一構成要素には同
一符号を付している。

【００９４】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、以下に掲げる効果を奏する。まず第１の効果は、コ
ンクリートやガラス、金属等を複合して構成された複合
建造物や渠梁構造物、鉄道設備等の社会資本構造物の表
面を含む表層部分および内部を、非接触非侵襲的（光音
響的）に３次元スキャニングして光音響弾性特性のトラ
ンジェントデータ（実測した物理データ）を同時にサン
プリングし、同時にリアルタイムで実測した表層部分お
よび内部の光音響弾性特性データを基に、社会資本構造
物の表面を含む表層部分および内部の経時劣化箇所また
は腐食劣化箇所の分布およびその経時劣化程度または腐
食劣化程度を作業者の経験に依存せずに客観的に数値化
および可視化できることである。

【００９５】また第２の効果は、上記の効果を奏する結
果、上記トランジェント物理データを基に、検査対象の
社会資本構造物の構造寿命（物理的に破壊が生じる限界
時期）またはインフラ寿命（社会資本として使用に耐え
ない品質や外観と判定される限界時期、耐用年数）を予
測するためのデータベースを構築するためのパラメータ
を決定できることである。

【００９６】また第３の効果は、上記の効果を奏する結
果、劣化箇所発見精度または腐食箇所発見精度および劣
化／寿命予測確度または腐食劣化／寿命予測確度を従来
の手法に比べて１０倍程度向上させるとともに、測定所
要時間および測定費用を従来の手法に比べて１／１００
程度以下に短縮できるようになることである。

【００９７】また第４の効果は、上記の効果を奏する結
果、コンクリートやガラス、金属等を複合して構成され
た複合建造物や渠梁構造物、鉄道設備等の社会資本構造
物の要所要所に対して、構造物建設時の品質不良生コン
の不正使用（不法加水、フライアッシュの大量混入、海
岸砂の不正使用）に主因するコンクリート部分の炭酸化
や中性化、アルカリ骨材化、ひび割れ等のインフラ崩壊
要因の進行状況を定期／不定期に正確に定量化し、これ
を基に構造寿命（物理的に破壊が生じる限界時期）また
はインフラ寿命（社会資本として使用に耐えない品質や
外観と判定される限界時期、耐用年数）を予測するとと
もに、構造寿命またはインフラ寿命を迎えた危険性のあ
る地点を的確に把握して点検／保守／修復できるように
なることである。

【００９８】また第５の効果は、上記の効果を奏する結
果、コンクリートやガラス、金属等を複合して構成され
た複合建造物や渠梁構造物、鉄道設備等の社会資本構造
物の要所要所に対して、コンクリート施工不良（廃材の
投棄や鉄筋の接合不良、手抜き配筋、コールドジョイン
ト等）に主因するコンクリート部分のひび割れやコンク
リート剥離、コンクリート塊の落下等の経時劣化以外で
のインフラ崩壊要因の進行状況を定期／不定期に正確に
定量化し、これを基に構造寿命（物理的に破壊が生じる
限界時期）またはインフラ寿命（社会資本として使用に
耐えない品質や外観と判定される限界時期、耐用年数）
を予測するとともに、構造寿命またはインフラ寿命を迎
えた危険性のある地点を的確に把握して点検／保守／修
復できるようになることである。

【００９９】また第６の効果は、上記の効果を奏する結
果、トンネルや高速道路橋桁、渠梁、ガスや電話用の共
同溝、護岸設備、ダム、地下鉄等の公共大型社会資本構
造物だけではなく、民間や公共団体のビルディング等の
設備、文化財、工場設備等の中／小規模社会資本構造物
に対しても適用できるローコストな劣化／寿命予測手法
を実現できるようになることである。

【０１００】そして第７の効果は、上記の効果を奏する
結果、コンクリートやガラス、金属等を複合して構成さ
れた複合建造物や渠梁構造物、鉄道設備等の社会資本構
造物の寿命の最大化、点検／保守／修復負担の最適・最
小化を図ることができるようになり、循環型社会の形成
に向けて、社会資本構造物を最大効率で維持・修復する
とともに、環境への負荷を緩和することで、ＩＴ産業
（情報技術産業）等への資源の集中化を促して富国化を
支援できる基盤技術を実現できるようになることであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る社会資本構造物の
非接触非侵襲的劣化／寿命予測システムおよび非接触非
侵襲的劣化／寿命予測方法を説明するための機能ブロッ
ク図である。

【図２】図１の波長多重手段で実行される多重規則を説
明するための信号シーケンス図である。

【符号の説明】 １０…表層部探査レーザ光生成・出力手段 ２０…ハイパワーレーザ生成・出力手段 ３０…内部探査レーザ光生成・出力手段 ４０…波長多重手段 ４２…波長多重光 ４３Ａ…第１光変調器 ４３Ｂ…第２光変調器 ４３Ｃ…第３光変調器 ４４…光合波器 ５０…走査手段 ６０…表層部探査光干渉系 ７０…表層部解析手段 ８０…内部探査光干渉系 ９０…内部解析手段 １００…非接触非侵襲的劣化／寿命予測システム １２０…測定対象構造物 １２２…熱弾性波 ｖ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝…音速 Ｚ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝…音響インピー
ダンス ζ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝…トランジェン
トデータ λ_１…第１の波長 λ_２…第２の波長 λ_３…第３の波長 ξ｛ｘ，ｙ，ｚ，ｔ，ｆ，λ_１〜λ_３｝…グリーン関数 Ψ_ｐｒｂ…プローブ光 Ψ_ｒｅｆ…参照光 ψ｛λ_１｝…表層形状測定用レーザビーム ψ｛λ_２｝…励起用レーザビーム ψ｛λ_３｝…内部構造・物性測定用レーザビーム ω_ｉ，ω_ｓ…光音響弾性波

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA50 AA60 AA63 BB05 BB26 CC00 CC40 FF52 GG04 GG23 LL46 LL53 LL57 MM16 NN08 SS13 UU01 UU02 UU06 2F068 AA44 AA49 BB26 CC11 FF03 FF12 GG07 HH00 KK14 TT07 2G047 AA07 AA09 AA10 AC00 BC00 BC07 BC11 CA04 DB14 GD01 2G051 AA88 AA90 AB03 AB06 AB12 BA01 BA05 BA06 BA08 BA10 BC01 BC05 CB01 FA01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変長レーザ光源で生成・出力する第１
   の波長の表層形状測定用レーザビームを生成・出力する
   表層部探査レーザ光生成・出力手段と、 ハイパワーレーザ光源で生成・出力する第２の波長の励
   起用レーザビームを生成・出力するハイパワーレーザ生
   成・出力手段と、 コンクリートやガラス、金属等を複合して構成された複
   合建造物や渠梁構造物、鉄道設備等の測定対象構造物の
   表面を含む表層部分での光音響弾性波を検知するための
   第３の波長の内部構造・物性測定用レーザビームを生成
   ・出力する内部探査レーザ光生成・出力手段と、 前記表層形状測定用レーザビーム、前記励起用レーザビ
   ームおよび前記内部構造・物性測定用レーザビームの３
   ビームを所定多重規則で波長多重光に変調する波長多重
   手段と、 前記変調された波長多重光を用いて前記測定対象構造物
   を照射しながら所定ピッチで走査し、当該測定対象構造
   物の表層部分に前記表層形状測定用レーザビームをプロ
   ーブ光として所定ピッチで照射し、前記励起用レーザビ
   ームを当該測定対象構造物の表層部分に所定ピッチで照
   射して当該照射部位に局所的かつインパルス状の熱弾性
   波を生成し、当該励起用レーザビームが生成した局所的
   かつインパルス状の熱弾性波を照射部位近傍から当該測
   定対象構造物の内部に伝播させた後に当該測定対象構造
   物の内部を伝播して照射部位から反射されて表面近傍に
   伝播されてきた当該光音響弾性波が生起する照射部位近
   傍での表面弾性振動モードを検出するために当該内部構
   造・物性測定用レーザビームをプローブ光として所定ピ
   ッチで照射することで当該測定対象構造物を非接触非侵
   襲的に３次元スキャニングする走査手段と、 前記走査手段を用いて前記測定対象構造物の表層部分に
   プローブ光として照射した後に反射された前記表層形状
   測定用レーザビームの反射光を集光し、当該集光した表
   層形状測定用レーザビームの反射光を当該表層形状測定
   用レーザビームを参照光として干渉させることで当該測
   定対象構造物の表層部分の形状の凸凹に応じたデータを
   リアルタイムでサンプリングする表層部探査光干渉系
   と、 前記表層部探査光干渉系がリアルタイムで実測した表層
   部分に対するサンプリングデータを基に、当該測定対象
   構造物の表面を含む表層部分の経時劣化箇所および腐食
   劣化箇所の分布、または前記測定対象構造物の表面の形
   状を含む表層部分の経時劣化程度もしくは腐食劣化程度
   の少なくともいずれかを数値化および可視化する表層部
   解析手段と、 前記走査手段を用いて前記励起用レーザビームが生成し
   た前記局所的かつインパルス状の熱弾性波を照射部位近
   傍から前記測定対象構造物の内部に伝播させた後に、当
   該測定対象構造物の内部を伝播して照射部位から反射さ
   れて表面近傍に伝播されてきた当該光音響弾性波が生起
   する照射部位近傍での表面弾性振動モードを、前記内部
   構造・物性測定用レーザビームをプローブ光として所定
   ピッチで走査し、当該プローブ光の反射光を検出側で集
   光するとともに、当該集光した内部構造・物性測定用レ
   ーザビームの反射光を当該内部構造・物性測定用レーザ
   ビームを参照光として干渉させることで当該測定対象構
   造物の内部に対する光音響弾性特性のトランジェントデ
   ータをサンプリングする内部探査光干渉系と、 前記内部探査光干渉系がリアルタイムで実測した内部の
   光音響弾性特性データを基に、当該測定対象構造物の内
   部の経時劣化箇所および腐食劣化箇所の分布、または前
   記測定対象構造物の内部の経時劣化程度もしくは腐食劣
   化程度の少なくともいずれかを数値化および可視化する
   内部解析手段を有することを特徴とする社会資本構造物
   の非接触非侵襲的劣化／寿命予測システム。
2. 【請求項２】 可変長レーザ光源で生成・出力する第１
   の波長の表層形状測定用レーザビームを生成・出力する
   表層部探査レーザ光生成・出力手段と、 ハイパワーレーザ光源で生成・出力する第２の波長の励
   起用レーザビームを生成・出力するハイパワーレーザ生
   成・出力手段と、 コンクリートやガラス、金属等を複合して構成された複
   合建造物や渠梁構造物、鉄道設備等の測定対象構造物の
   表面を含む表層部分での光音響弾性波を検知するための
   第３の波長の内部構造・物性測定用レーザビームを生成
   ・出力する内部探査レーザ光生成・出力手段と、 前記表層形状測定用レーザビーム、前記励起用レーザビ
   ームおよび前記内部構造・物性測定用レーザビームの３
   ビームを所定多重規則で波長多重光に変調する波長多重
   手段と、 前記変調された波長多重光を用いて前記測定対象構造物
   を照射しながら所定ピッチで走査し、当該測定対象構造
   物の表層部分に前記表層形状測定用レーザビームをプロ
   ーブ光として所定ピッチで照射し、前記励起用レーザビ
   ームを当該測定対象構造物の表層部分に所定ピッチで照
   射して当該照射部位に局所的に前記第２の波長に応じた
   インパルス状の光音響弾性波を生成し、当該励起用レー
   ザビームが生成した局所的に第２の波長に応じたインパ
   ルス状の光音響弾性波を照射部位近傍から当該測定対象
   構造物の内部に伝播させた後に当該測定対象構造物の内
   部を伝播して照射部位から反射されて表面近傍に伝播さ
   れてきた当該光音響弾性波が生起する照射部位近傍での
   表面弾性振動モードを検出するために当該内部構造・物
   性測定用レーザビームをプローブ光として所定ピッチで
   照射することで当該測定対象構造物を非接触非侵襲的に
   ３次元スキャニングする走査手段と、 前記走査手段を用いて前記測定対象構造物の表層部分に
   プローブ光として照射した後に反射された前記表層形状
   測定用レーザビームの反射光を集光し、当該集光した表
   層形状測定用レーザビームの反射光を当該表層形状測定
   用レーザビームを参照光として干渉させることで当該測
   定対象構造物の表層部分の形状の凸凹に応じたデータを
   リアルタイムでサンプリングする表層部探査光干渉系
   と、 前記表層部探査光干渉系がリアルタイムで実測した表層
   部分に対するサンプリングデータを基に、当該測定対象
   構造物の表面を含む表層部分の経時劣化箇所および腐食
   劣化箇所の分布、または前記測定対象構造物の表面の形
   状を含む表層部分の経時劣化程度もしくは腐食劣化程度
   の少なくともいずれかを数値化および可視化する表層部
   解析手段と、 前記走査手段を用いて前記励起用レーザビームが生成し
   た前記局所的に第２の波長に応じたインパルス状の光音
   響弾性波を照射部位近傍から前記測定対象構造物の内部
   に伝播させた後に、当該測定対象構造物の内部を伝播し
   て照射部位から反射されて表面近傍に伝播されてきた当
   該光音響弾性波が生起する照射部位近傍での表面弾性振
   動モードを、前記内部構造・物性測定用レーザビームを
   プローブ光として所定ピッチで走査し、当該プローブ光
   の反射光を検出側で集光するとともに、当該集光した内
   部構造・物性測定用レーザビームの反射光を当該内部構
   造・物性測定用レーザビームを参照光として干渉させる
   ことで当該測定対象構造物の内部に対する光音響弾性特
   性のトランジェントデータをサンプリングする内部探査
   光干渉系と、 前記内部探査光干渉系がリアルタイムで実測した内部の
   光音響弾性特性データを基に、当該測定対象構造物の内
   部の経時劣化箇所および腐食劣化箇所の分布、または前
   記測定対象構造物の内部の経時劣化程度もしくは腐食劣
   化程度の少なくともいずれかを数値化および可視化する
   内部解析手段を有することを特徴とする社会資本構造物
   の非接触非侵襲的劣化／寿命予測システム。
3. 【請求項３】 前記内部探査光干渉系は、前記測定対象
   構造物の内部に対する光音響弾性特性として、グリーン
   関数のトランジェントデータをサンプリングすることを
   特徴とする請求項１または２に記載の社会資本構造物の
   非接触非侵襲的劣化／寿命予測システム。
4. 【請求項４】 前記内部解析手段は、前記内部探査光干
   渉系がリアルタイムで実測した内部の光音響弾性特性デ
   ータとして少なくとも吸収光スペクトルの光励起スペク
   トル特性、音響インピーダンスの光励起スペクトル特
   性、または音速の光励起スペクトル特性に対するトラン
   ジェントデータを用い、当該光音響弾性特性データを基
   に、当該測定対象構造物の内部の経時劣化箇所および腐
   食劣化箇所の分布、または前記測定対象構造物の内部の
   経時劣化程度もしくは腐食劣化程度の少なくともいずれ
   かを数値化および可視化することを特徴とする請求項１
   乃至３のいずれか一項に記載の社会資本構造物の非接触
   非侵襲的劣化／寿命予測システム。
5. 【請求項５】 可変長レーザ光源で生成・出力する第１
   の波長の表層形状測定用レーザビームと、ハイパワーレ
   ーザ光源で生成・出力する第２の波長の励起用レーザビ
   ームと、コンクリートやガラス、金属等を複合して構成
   された複合建造物や渠梁構造物、鉄道設備等の測定対象
   構造物の表面を含む表層部分での光音響弾性波を検知す
   るための第３の波長の内部構造・物性測定用レーザビー
   ムの３ビームを所定多重規則で波長多重光に変調して当
   該測定対象構造物を走査することで当該測定対象構造物
   を非接触非侵襲的に３次元スキャニングする第１処理ス
   テップと、 前記測定対象構造物の表層部分に照射した後に反射され
   た前記表層形状測定用レーザビームをプローブ光として
   用い、当該プローブ光を検出側で集光しレーザ光干渉系
   に導くことで、当該測定対象構造物の表層部分の形状の
   凸凹に応じたデータをサンプリングし、当該リアルタイ
   ムで実測した表層部分を基に、当該測定対象構造物の表
   面を含む表層部分の経時劣化箇所および腐食劣化箇所の
   分布、または前記測定対象構造物の表面を含む表層部分
   の経時劣化程度もしくは腐食劣化程度の少なくともいず
   れかを数値化および可視化する第２処理ステップと、 前記励起用レーザビームを前記測定対象構造物の表層部
   分に照射して当該照射部位に局所的かつインパルス状の
   熱弾性波を生成する第３処理ステップと、 前記局所的かつインパルス状の熱弾性波を照射部位近傍
   から前記測定対象構造物の内部に伝播させる第４処理ス
   テップと、 前記測定対象構造物の内部を伝播して反射されて表面近
   傍に伝播されてきた局所的かつインパルス状の前記熱弾
   性波が生起する照射部位近傍での表面弾性振動モード
   を、前記内部構造・物性測定用レーザビームの反射光を
   プローブ光として用いて検出し、当該プローブ光を検出
   側で集光しレーザ光干渉系に導き当該内部構造・物性測
   定用レーザビームの参照光と干渉させることで、当該測
   定対象構造物の内部に対する光音響弾性特性のトランジ
   ェントデータをサンプリングする第５処理ステップと、 前記リアルタイムで実測した内部の光音響弾性特性デー
   タを基に、前記測定対象構造物の内部の経時劣化箇所お
   よび腐食劣化箇所の分布、または前記測定対象構造物の
   内部の経時劣化程度もしくは腐食劣化程度の少なくとも
   いずれかを数値化および可視化する第６処理ステップを
   有することを特徴とする社会資本構造物の非接触非侵襲
   的劣化／寿命予測方法。
6. 【請求項６】 可変長レーザ光源で生成・出力する第１
   の波長の表層形状測定用レーザビームと、ハイパワーレ
   ーザ光源で生成・出力する第２の波長の励起用レーザビ
   ームと、コンクリートやガラス、金属等を複合して構成
   された複合建造物や渠梁構造物、鉄道設備等の測定対象
   構造物の表面を含む表層部分での光音響弾性波を検知す
   るための第３の波長の内部構造・物性測定用レーザビー
   ムの３ビームを所定多重規則で波長多重光に変調して当
   該測定対象構造物を走査することで当該測定対象構造物
   を非接触非侵襲的に３次元スキャニングする第１処理ス
   テップと、 前記測定対象構造物の表層部分に照射した後に反射され
   た前記表層形状測定用レーザビームをプローブ光として
   用い、当該プローブ光を検出側で集光しレーザ光干渉系
   に導くことで、当該測定対象構造物の表層部分の形状の
   凸凹に応じたデータをサンプリングし、当該リアルタイ
   ムで実測した表層部分を基に、当該測定対象構造物の表
   面を含む表層部分の経時劣化箇所および腐食劣化箇所の
   分布、または前記測定対象構造物の表面を含む表層部分
   の経時劣化程度もしくは腐食劣化程度の少なくともいず
   れかを数値化および可視化する第２処理ステップと、 前記励起用レーザビームを前記測定対象構造物の表層部
   分に照射して当該照射部位に所定光波長に応じた局所的
   かつインパルス状の光音響弾性波を生成する第３処理ス
   テップと、 前記局所的かつインパルス状の光音響弾性波を照射部位
   近傍から前記測定対象構造物の内部に伝播させる第４処
   理ステップと、 前記測定対象構造物の内部を伝播して反射されて表面近
   傍に伝播されてきた前記局所的かつインパルス状の光音
   響弾性波が生起する照射部位近傍での表面弾性振動モー
   ドを、前記内部構造・物性測定用レーザビームの反射光
   をプローブ光として用いて検出し、当該プローブ光を検
   出側で集光しレーザ光干渉系に導き当該内部構造・物性
   測定用レーザビームの参照光と干渉させることで、当該
   測定対象構造物の内部に対する光音響弾性特性のトラン
   ジェントデータをサンプリングする第５処理ステップ
   と、 前記リアルタイムで実測した内部の光音響弾性特性デー
   タを基に、前記測定対象構造物の内部の経時劣化箇所お
   よび腐食劣化箇所の分布、または前記測定対象構造物の
   内部の経時劣化程度もしくは腐食劣化程度の少なくとも
   いずれかを数値化および可視化する第６処理ステップを
   有することを特徴とする社会資本構造物の非接触非侵襲
   的劣化／寿命予測方法。
7. 【請求項７】 前記第５処理ステップは、前記測定対象
   構造物の内部に対する光音響弾性特性としてグリーン関
   数のトランジェントデータをサンプリングする処理ステ
   ップを有することを特徴とする請求項５または６に記載
   の社会資本構造物の非接触非侵襲的劣化／寿命予測方
   法。
8. 【請求項８】 前記第６処理ステップは、前記測定対象
   構造物の内部の光音響弾性特性データとして少なくとも
   吸収光スペクトルの光励起スペクトル特性、音響インピ
   ーダンスの光励起スペクトル特性、または音速の光励起
   スペクトル特性に対するトランジェントデータを用い、
   当該光音響弾性特性データを基に、当該測定対象構造物
   の内部の経時劣化箇所および腐食劣化箇所の分布、また
   は前記測定対象構造物の内部の経時劣化程度もしくは腐
   食劣化程度の少なくともいずれかを数値化および可視化
   する処理ステップを有することを特徴とする請求項５乃
   至７のいずれか一項に記載の社会資本構造物の非接触非
   侵襲的劣化／寿命予測方法。