JP6416032B2 - 診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、診断対象部の状態を診断するための診断装置に関するものである。

従来、例えば橋梁やトンネルの内壁などのコンクリート構造物にひび割れや空隙などの非健全部があるか否かを検査する方法として、構造物表面をハンマーなどで打撃して加振したときに発生する音を作業者が聞いて、非健全部があるか否かを判断していた。しかし、このような方法では、作業効率が低いだけでなく、作業者により判断が異なる場合があるといった問題点があった。
そこで、ハンマーとマイクロフォンとを一体に構成し、加振したときに発生する音をマイクロフォンで採取し、採取された音の周波数スペクトルと予め記憶しておいた健全部の周波数スペクトルである基準周波数スペクトルを比較することで、コンクリート構造物の剥離の有無を判定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、加振による検査を定期的に行うとともに、加振したときに発生する音をマイクロフォンで採取し、採取された音の周波数特性を比較することで、コンクリート構造物の非健全部分を検出する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、上記マイクロフォンとして、図１６に示すように、４個のマイクロフォンＭ１〜Ｍ４を、互いに直交する２直線上にそれぞれ所定の間隔で配置し、第５のマイクロフォンＭ５をマイクロフォンＭ１〜Ｍ４の作る正方形を底面とする四角錐の頂点の位置に配置して成る音採取手段１０Ｚにより、音源から伝播する音の音圧信号を検出し、対となる２つのマイクロフォン（Ｍ_i,Ｍ_j）間の位相差に相当する到達時間差Ｄ_ijから音源の方向である水平角θと仰角φとを推定する音源方向推定装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００１−２４９１１７号公報 特開２０１３−２５３９４７号公報 特開２０１１−２３８９８５号公報

しかしながら、従来の方法では、打撃点毎に健全部であるか否かを判定しているので、診断対象部の広範囲の状態を把握することが困難であった。
また、従来の音源方向推定装置では、音源方向と到来した音の大きさを周波数毎に計測できるので、音源の情報を確実に把握することができるが、室内などの狭い空間では壁などからの反射音の影響が大きいので、直接音と反射音とを区別するための演算処理が必要であった。
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、直接音と反射音とを区別するための演算処理を必要とせずに、狭い空間であっても音源の方向を簡単かつ精度よく推定できるとともに、診断対象部の広範囲の状態を把握することが可能な診断装置を提供することを目的とする。

本発明に係る診断装置は、診断対象部を打撃して加振する加振部材を備えた加振装置と、加振された音源から伝播される音の音圧信号及び音源の画像データに基づいて診断対象部を診断するための診断用画像を作成する診断用画像作成装置と、を備えた診断装置であって、前記診断用画像作成装置は、加振された音源から伝播される音の音圧信号を採取するための少なくとも３個のマイクロフォンと、音源の画像を撮像するための撮像手段と、当該各マイクロフォン及び撮像手段を所定の状態に設置するための設置手段と、を備えて構成された音・映像採取装置と、前記各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と前記マイクロフォンの位置座標と音速とから周波数毎に音源方向を推定する音源方向推定手段と、前記音源方向推定手段で推定された音源方向のデータと前記撮像された音源の画像データとに基づいて音源推定用画像を加振された音源毎に作成する音源推定用画像作成手段と、前記音源推定用画像作成手段により作成された複数の音源推定用画像を合成した画像である診断用画像を作成する診断用画像作成手段と、を備え、前記少なくとも３個のマイクロフォンは、一方側から音圧信号を入力して当該一方側以外からの音圧信号の入力を低減させる指向性を有するように、前記設置手段に設置され、前記加振装置及び前記音・映像採取装置がそれぞれ移動体を備えて移動可能に構成されたので、直接音と反射音とを区別するための演算処理を必要とせずに、狭い空間であっても音源の方向を簡単かつ精度よく推定できるとともに、診断対象部の広範囲の状態を把握することが可能となる。
また、前記設置手段が平面板を備え、前記少なくとも３個のマイクロフォンは、平面板の板面間を貫通するように形成されたマイクロフォン固定孔に固定されることによって平面板に設置されたので、平面板の一方の板面側から音圧信号を入力して当該一方の板面側以外からの音圧信号の入力を低減させる指向性効果が向上した音採取手段を構成することが可能となり、反射音の影響をより少なくできて、音源方向の推定精度を向上させることができる。
また、前記設置手段は雲台を介して向きを変更可能なよう前記移動手段に連結されているため、マイクロフォンの向きを調整することが可能となり、音源方向の推定精度をより向上させることができる。
また、前記少なくとも３個のマイクロフォンとして、互いに交わる２つの直線上にそれぞれ所定の間隔で配置された第１及び第２のマイクロフォン対を備え、前記音源方向推定手段は、前記第１のマイクロフォン対を構成する各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、前記第２のマイクロフォン対を構成する各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、前記マイクロフォンの位置座標と音速とから音源の方向を推定するので、音源の推定精度を更に向上させることができる。
また、前記少なくとも３個のマイクロフォンとして、各マイクロフォンの振動板の中心が四角形の各頂点に配置される第１〜第４のマイクロフォンと、前記第１〜第４のマイクロフォンの位置を頂点とする四角形の対角線の交点に配置される第５のマイクロフォンとを備え、前記音源方向推定手段は、前記５つのマイクロフォンから選択される、互いに一直線上にない、２つのマイクロフォン対のそれぞれについて、前記２つのマイクロフォン対のうちの一方のマイクロフォン対を構成する各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、他方のマイクロフォン対を構成する各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、前記マイクロフォンの位置座標と音速とから前記音源の方向を推定することを特徴とするので、低い周波数の音を発生する音源方向については、マイクロフォン間隔の長い（Ｌ＝Ｌ_L）２組のマイクロフォン対のデータを用いて推定し、高い周波数の音を発生する音源方向については、マイクロフォン間隔の短い（Ｌ＝Ｌ_S）２組のマイクロフォン対のデータを用いて推定すれば、測定できる周波数の上限を下げることなく、音源の方向を精度よく推定することができる。
また、前記少なくとも３個のマイクロフォンとして、各マイクロフォンの振動板の中心が四角形の各頂点に配置される第１〜第４のマイクロフォンを備え、前記音源方向推定手段は、前記４つのマイクロフォンから選択される、互いに一直線上にない、２つのマイクロフォン対のそれぞれについて、前記２つのマイクロフォン対の内の一方のマイクロフォン対を構成する各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、他方のマイクロフォン対を構成する各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、前記マイクロフォンの位置座標と音速とから前記音源の方向を推定することを特徴とするので、４個のマイクロフォンＭ１〜Ｍ４から、異なるマイクロフォン間隔Ｌ_a，Ｌ_b（Ｌ_b＝Ｌ_a/√２）を有する、互いに一直線上にない２つのマイクロフォン対を構成することができ、測定できる周波数の上限を下げることなく、音源の方向を精度よく推定することができる。

診断装置を示すブロック構成図。 （ａ）は音・映像採取装置を示す斜視図、（ｂ）は加振装置を示す斜視図。 マイクロフォン設置手段を示す断面図。 音・映像採取ユニットを支持する雲台を示す斜視図。 音源推定用画像の一例を示す図である。 ３個のマイクロフォンの配置例を示す図である。 音源推定用画像の具体例を示す図である。 音源推定用画像の具体例を示す図である。 音源推定用画像の具体例を示す図である。 音源推定用画像の具体例を示す図である。 音響座標系ＸＹＺと光学座標系ｘｙｚとの関係を示す図である。 ３個のマイクロフォンの配置例を示す図である。 ５個のマイクロフォンの配置例を示す図である。 ５個のマイクロフォンの配置例を示す図である。 ４個のマイクロフォンの配置例を示す図である。 従来の音採取手段を構成するマイクロフォンの配置例を示す図である。

実施形態１
図１に示すように、診断装置１は、診断用画像作成装置１Ａと、加振制御装置１Ｂと、を備えて構成される。

診断用画像作成装置１Ａは、音・映像採取装置２Ａと、音・映像採取装置２Ａを制御する制御手段３Ａと、情報処理手段４と、音源方向推定手段５と、音源推定用画像作成手段６と、診断用画像作成手段５６と、表示手段７と、を備えて構成される。
尚、音・映像採取装置２Ａと、音・映像採取装置２Ａを制御する制御手段３Ａと、情報処理手段４と、音源方向推定手段５とにより、音源方向推定装置が構成される。

図２に示すように、音・映像採取装置２Ａは、音・映像採取ユニット１０と、移動ユニット２０Ａと、音・映像採取ユニット１０を移動ユニット２０Ａに連結するとともに音・映像採取ユニット１０の向きを変更可能なように音・映像採取ユニット１０を支持する可動支持体としての雲台３０と、を備えて構成される。
即ち、移動ユニット２０Ａと制御手段３Ａとにより移動手段が構成され、音・映像採取装置２Ａは、移動ユニット２０Ａと移動ユニット２０Ａを制御する制御手段３Ａとによって、移動及び停止可能に構成されている。

音・映像採取ユニット１０は、音源から伝播される音の音圧信号を採取するための少なくとも３個のマイクロフォンＭ，…（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…Ｍｘ）と、音源を撮像する撮像手段としてのＣＣＤカメラ（以下、カメラという）１２と、当該少なくとも３個のマイクロフォンＭ，…及び当該カメラ１２を所定の状態に設置するための設置手段１３と、設置手段１３に設置されたマイクロフォンＭ，…の前端部の前方以外からの音を吸収してマイクロフォンＭ，…に採取されないようにするための側方吸音材１４と、を備えて構成される。
当該少なくとも３個のマイクロフォンＭ，…によって音源からの音圧信号が採取され、当該カメラ１２によって音源の映像信号が採取される。
尚、図２乃至図４では、設置手段１３に、マイクロフォンＭ，…として、５個のマイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５が設置された音・映像採取ユニット１０を例示している。

各マイクロフォンＭ，…は、同一形状、同じ大きさ、同じ性能のマイクロフォンが用いられる。
各マイクロフォンＭ，…は、無指向性のマイクロフォン、単一指向性のマイクロフォンのいずれでもよい。
また、マイクロフォンＭ，…は、一般に使用されている小型のマイクロフォンでもよいし、サーフェイスマイクロフォンのような薄型のマイクロフォンでもよい。

図２に示すように、設置手段１３は、マイクロフォン設置手段１３０と、カメラ設置手段１４０とを備える。
図３に示すように、マイクロフォン設置手段１３０は、収納体１３１と、マイクロフォン取付部材１３２と、防風スクリーン１３３と、収納体１３１の内側における後述するマイクロフォン取付部材１３２の周囲に充填された内部吸音材１３４とを備えて構成される。
そして、図２，図４に示すように、収納体１３１の円筒外周面を取り囲むように筒状に形成された側方吸音材１４が取付けられる。
内部吸音材１３４及び側方吸音材１４としては、例えば、グラスウールやウレタンスポンジなどの多孔質体を用いればよい。

図３に示すように、収納体１３１は、例えば、一端開口他端有底の円筒状箱体により形成される。尚、以下、収納体１３１の開口１３５側を前側、収納体１３１の底板１３６側を後側と定義して説明する。
マイクロフォン取付部材１３２は、例えば、収納体１３１の底板１３６から前側に立ち上がるように設けられた例えば断面十字形状の設置台１３７と、設置台１３７の前面１３７ｔに設置される設置板１３８とを備えて構成される。設置台１３７の前面１３７ｔは十字状の平面に形成される。設置板１３８は、例えば、前面１３８ｔ及び当該前面１３８ｔと平行な後面とが十字状の平面に形成された十字状平面板により形成される。
設置台１３７は、例えば、十字の中央部と十字の４つの端部とに前後に貫通するマイクロフォン位置決め孔１３７ｈを備え、また、中央部のマイクロフォン位置決め孔１３７ｈと端部のマイクロフォン位置決め孔１３７ｈとの間には、設置板取付支柱１４１を貫通させるための支柱通し孔１４１ｈを備える。
設置板１３８は、例えば、十字の中央部と十字の４つの端部とに前後に貫通してマイクロフォンを固定するためのマイクロフォン固定孔１３８ａを備え、また、中央部のマイクロフォン固定孔１３８ａと端部のマイクロフォン固定孔１３８ａとの間には、設置板取付支柱１４１の前端部を固定するための支柱固定孔１４１ａを備える。
尚、設置板１３８としては、剛性が高く、音を全反射する材料を用いることが好ましい。
また、上記では、断面十字形状の設置台１３７及び設置板１３８を例示したが、設置台１３７及び設置板１３８の形状は別段どのような形状であってもよい。

設置台１３７に形成された各孔の中心線と設置板１３８に形成された各孔の中心線とが一致するように設置板１３８が設置台１３７の前面１３７ｔに位置決めされた状態で、支柱通し孔１４１ｈに設置板取付支柱１４１を通し、当該設置板取付支柱１４１の前端部を支柱固定孔１４１ａに図外の取付ねじなどで固定するとともに、設置板取付支柱１４１の後端部に形成されたねじ部を収納体１３１の底板１３６よりも後方に突出させ、このねじ部にナット１３９を螺着して設置板取付支柱１４１の後端部を収納体１３１の底板１３６の後面１４２に締結することにより、設置板１３８が設置台１３７の前面１３７ｔに固定状態に設置される。
そして、マイクロフォンＭ，…がマイクロフォン固定孔１３８ａ及びマイクロフォン位置決め孔１３７ｈ内に挿入された状態で図外の取付ねじなどでマイクロフォン固定孔１３８ａに固定される。
さらに、収納体１３１の底板１３６の後面１４２には、雲台３０のアーム３６に連結される連結板１４３が取り付けられる。

尚、設置台１３７の前面１３７ｔに設置された設置板１３８の前面１３８ｔは、収納体１３１の開口１３５の前端面１３１ｔよりも若干後方、又は、前端面１３１ｔと同一平面上、又は、前端面１３１ｔよりも若干前方に位置される。
例えば、設置板１３８の前面１３８ｔは、マイクロフォン固定孔１３８ａに固定されたマイクロフォンＭの中心を通って前後に延長するマイクロフォンＭの中心線と直交する平面により形成され、各マイクロフォン固定孔１３８ａ，…に固定された各マイクロフォンＭ，…の前端は、例えば、設置板１３８の前面１３８ｔと同一平面上又は前面１３８ｔと平行な平面上に位置される。

即ち、各マイクロフォンＭ，…は、収納体１３１の前側の開口１３５を介して各マイクロフォンＭ，…に伝播される音を採取する。つまり、各マイクロフォンＭ，…は、収納体１３１の前方に位置する音源からの音を採取しやすく、収納体１３１の前方以外に位置する音源からの音は採取しにくいように、マイクロフォン設置手段１３０によって所定の状態に設置されている。
言い換えれば、少なくとも３個のマイクロフォンＭ，…は、各マイクロフォンＭ，…の音圧検出部としての振動板の中心が設置板１３８の前面１３８ｔと平行な一平面上に位置され、前記一平面の一方の面に面した一方側から音圧信号を入力して当該一方側以外からの音圧信号の入力を低減させる指向性を有するように、マイクロフォン設置手段１３０に設置されている。
具体的には、各マイクロフォンＭ，…の前端が平面板としての設置板１３８の例えば一方の板面である前面１３８ｔと平行な平面上に位置され、設置板１３８の前面１３８ｔ側である前方側から音圧信号を入力して当該前方側以外、即ち、設置板１３８の側方、及び、設置板１３８の後方からの音圧信号の入力を低減させる指向性を有するように、少なくとも３個のマイクロフォンＭ，…が設置板１３８に設置された構成の音・映像採取ユニット１０を備える。このような音・映像採取ユニット１０を備えたことにより、設置板１３８の前面１３８ｔ側である前方側から音圧信号を入力して当該前方側以外からの音圧信号の入力を低減させる指向性効果が向上するため、反射音の影響をより少なくできて、音源方向の推定精度を向上させることができる。
即ち、少なくとも３個のマイクロフォンＭ，…は、一方側から音圧信号を入力して当該一方側以外からの音圧信号の入力を低減させる指向性を有するように、マイクロフォン設置手段１３０に設置された構成であればよい。
好ましくは、少なくとも３個のマイクロフォンＭ，…が、平面板により形成された設置板１３８の板面間を貫通するように形成されたマイクロフォン固定孔１３８ａ，…に固定されることによって、少なくとも３個のマイクロフォンＭ，…の振動板の中心が設置板１３８の一方の板面である前面１３８ｔと平行な一平面上に位置され、さらに、これら少なくとも３個のマイクロフォンＭ，…の前部以外、即ち、マイクロフォンＭ，…の側部、及び、後部側が吸音材で覆われるように構成されたことで、少なくとも３個のマイクロフォンＭ，…が、一方（前方）側から音圧信号を入力して当該一方側以外からの音圧信号の入力を低減させる指向性を有するように構成されていればよい。

防風スクリーン１３３は、収納体１３１の前側の開口１３５を覆うように取付けられて、各マイクロフォンＭ，…に入射する風雑音を低減する。なお、防風スクリーン１３３とマイクロフォンＭ，…の前端との間には、若干の隙間があることが好ましいが、防風スクリーン１３３とマイクロフォンＭ，…の先端とが接触していても、特に、問題はない。
防風スクリーン１３３としては、例えば、ウレタンフォームなどの網体が挙げられる。
なお、防風スクリーン１３３は、防風スクリーン１３３の周縁部を収納体１３１の開口１３５側の外周面に接着するか、円環状のバンドなどで固定すればよい。

カメラ設置手段１４０は、収納体１３１の外周面より筒の径方向外側に延長するように設けられた取付部材により構成される。カメラ１２は、収納体１３１の前方となる音源を撮像できるように、カメラ設置手段１４０に固定状態に取付けられる。
従って、カメラ１２を有した音・映像採取ユニット１０を備えていることにより、音源の画像を採取でき、音源の確認が容易となる。
尚、側方吸音材１４は、収納体１３１の円筒外周側のカメラ設置手段１４０及びカメラ１２が位置される円筒の一部分が除去された断面Ｃ字形状に形成されたものを用いている。

また、図外の温度センサーが、例えば収納体１３１の外面や雲台３０に装着され、当該温度センサーにより、音・映像採取ユニット１０の周囲の温度が計測されて、この計測された温度データが音源方向推定手段５に送られる。

尚、マイクロフォンＭ，…の前端とカメラ１２の前端とを同一平面上に配置（マイクロフォンの音採取点とカメラの撮像点とを同一平面上に配置）することで、音響中心（音源方向を計算するときの原点）と映像中心とを容易に一致させることができる。

図２（ａ）に示すように、音・映像採取装置２Ａの移動ユニット２０Ａは、部材取付部２１Ａと、部材取付部２１Ａに取付けられた移動体２２Ａと、図外の移動体駆動手段と、を備える。つまり、音・映像採取装置２Ａが移動体２２Ａを備えて移動可能に構成されている。
部材取付部２１Ａは、例えば、板材により形成された台により構成される。
移動体２２Ａは、例えば、部材取付部２１Ａに連結された車輪支持脚２３Ａと、車輪支持脚２３Ａの先端側に設けられた車輪２４Ａとにより構成される。
移動体駆動手段は、駆動源と駆動力伝達機構とを備える。
例えば、駆動源としてのモータの回転力が駆動力伝達機構としての伝達歯車機構を介して車輪２４Ａに伝達されることで、車輪２４Ａが回転し、移動ユニット２０Ａが移動するように構成されている。
音・映像採取装置２Ａは、診断対象部上で図２（ａ）のＦ方向に移動させることが可能である。

雲台３０は、上述したようにマイクロフォンＭ，…及びカメラ１２が所定の状態に設置された設置手段１３（以下、単に「設置手段１３」という）を移動ユニット２０Ａの部材取付部２１Ａに連結するとともに、設置手段１３の向きを変更可能なように設置手段１３を支持することにより、音・映像採取ユニット１０の向きを変更可能とする装置である。

図４に示すように、雲台３０は、支柱３１と、図外の支柱駆動手段と、アーム回転駆動機構３２と、図外のアーム回転駆動手段と、を備える。
支柱３１の一端には取付部３３が設けられ、当該取付部３３が図外のねじ等の取付手段により移動ユニット２０Ａの部材取付部２１Ａに取付けられる（図２参照）。
アーム回転駆動機構３２は、支柱３１の他端と連結された支持台３４と、中心線３４Ｃが支柱３１の中心線３１Ｃと直交するように配置されて当該中心線３４Ｃを回転中心として回転可能なように支持台３４に支持されたアーム回転中心軸体３５と、一端部がアーム回転中心軸体３５の両端に連結された一対のアーム３６とを備えて構成され、一対のアーム３６の他端がマイクロフォン設置手段１３０の連結板１４３に連結された構成である。

支柱駆動手段は、支柱回転駆動手段と支柱伸縮駆動手段とを備える。支柱回転駆動手段及び支柱伸縮駆動手段は、共に、駆動源と駆動力伝達機構とを備える。
アーム回転駆動手段は、駆動源と駆動力伝達機構とを備える。

支柱回転駆動手段は、例えば、駆動源としてのモータの回転力が駆動力伝達機構としての伝達歯車機構を介して支柱３１に伝達されることで、支柱３１が支柱３１の中心線３１Ｃを回転中心として回転運動を行うように構成されている。これにより、設置手段１３が支柱３１の中心線３１Ｃを回転中心として回転運動し、マイクロフォンＭ，…及びカメラ１２が支柱３１の中心線３１Ｃを回転中心として回転する。

例えば、支柱３１は径の異なる大径支柱３１Ａと小径支柱３１Ｂとが同軸（中心線が一致する状態）に設けられた構成とされて、小径支柱３１Ｂが大径支柱３１Ａに対し大径支柱３１Ａの中心線３１Ｃに沿った方向Ｆに移動可能となるように構成されている。
支柱伸縮駆動手段は、例えば、駆動源としてのモータの回転力が駆動力伝達機構としてのピニオンラックを介して小径支柱３１Ｂに伝達されて、支柱３１が伸縮運動を行う構成とされている。これにより、設置手段１３が支柱３１の中心線に沿った方向に移動可能となり、マイクロフォンＭ，…及びカメラ１２が支柱３１の中心線３１Ｃに沿った方向Ｆに移動可能に構成される。

アーム回転駆動手段は、例えば、駆動源としてのモータの回転力が駆動力伝達機構としての伝達歯車機構を介してアーム回転中心軸体３５に伝達されることで、アーム回転中心軸体３５がアーム回転中心軸体３５の中心線を回転中心として回転運動を行うように構成されている。これにより、設置手段１３が支柱３１の中心線と直交するアーム回転中心軸体３５の中心線３４Ｃを回転中心として回転運動し、マイクロフォンＭ，…及びカメラ１２がアーム回転中心軸体３５の中心線３４Ｃを回転中心として回転する。

制御手段３Ａは、移動体２２Ａを制御する移動体制御手段と、雲台３０を制御する雲台制御手段とを備える。
即ち、移動体制御手段が移動体駆動手段を制御することによって、移動ユニット２０Ａの移動及び停止が制御され、かつ、雲台制御手段が支柱駆動手段及びアーム駆動手段を制御することによって、音・映像採取ユニット１０の向きを調整できるように構成されている。
以上のように、音・映像採取ユニット１０の向きを変更可能なように設置手段１３を支持して移動ユニット２０Ａの部材取付部２１Ａに連結される雲台３０を備えていることにより、音・映像採取ユニット１０の向きを調整することが可能となり、音源方向の推定精度をより向上させることができる。

図１に示すように、加振制御装置１Ｂは、加振装置２Ｂと、制御手段３Ｂとを備える。
図２（ｂ）に示すように、加振装置２Ｂは、移動ユニット２０Ｂと、加振部材１００とを備える。
即ち、移動ユニット２０Ｂと制御手段３Ｂとにより移動手段が構成され、加振装置２Ｂは、移動ユニット２０Ｂと移動ユニット２０Ｂを制御する制御手段３Ｂとによって、移動及び停止可能に構成されている。

加振装置２Ｂの移動ユニット２０Ｂは、部材取付部２１Ｂと、部材取付部２１Ｂに取付けられた移動体２２Ｂと、図外の移動体駆動手段と、を備える。つまり、加振装置２Ｂが移動体２２Ｂを備えて移動可能に構成されている。
部材取付部２１Ｂは、例えば、板材により形成された台により構成される。
移動体２２Ｂは、例えば、部材取付部２１Ｂに連結された車輪支持脚２３Ｂと、車輪支持脚２３Ｂの先端側に設けられた車輪２４Ｂとにより構成される。
移動体駆動手段は、駆動源と駆動力伝達機構とを備える。
例えば、駆動源としてのモータの回転力が駆動力伝達機構としての伝達歯車機構を介して車輪２４Ｂに伝達されることで、車輪２４Ｂが回転し、移動ユニット２０Ｂが移動するように構成されている。
加振装置２Ｂは、診断対象部上で図２（ｂ）のＦ方向に移動させることが可能である。

加振部材１００は、一端が取付部材１１０を介して部材取付部２１Ｂに連結された支持軸体１０１と、支持軸体１０１の他端部に支持軸体１０１の中心軸１０２を回転中心として矢印Ｒの如く回転可能なように設けられた回転打撃部材１０３とを備える。
回転打撃部材１０３の中心軸１０２周りの外周面は一定周期で凹凸が繰り返される凹部１０４及び凸部１０５に形成されている。従って、回転打撃部材１０３の凸部１０５が診断対象部に接触した状態で回転打撃部材１０３が中心軸１０２を回転中心として回転することによって、回転打撃部材１０３の中心軸１０２周りの各凸部１０５が周期的に診断対象部を打撃して診断対象部を加振する。診断対象部は、例えば、橋梁のコンクリート構造部やトンネルの内壁などのコンクリート構造物である。
即ち、回転打撃部材１０３の回転中心軸（中心軸１０２）と車輪２４Ｂの回転中心軸とが平行かつ同一方向に延長するように設けられており、車輪２４Ｂが診断対象部を走行することにより、回転打撃部材１０３の中心軸１０２周りの各凸部１０５が周期的に診断対象部を打撃して診断対象部を加振するように構成されている。

従って、加振装置２Ｂを診断対象部上で図２（ｂ）のＦ方向に移動させることで回転打撃部材１０３を診断対象部上で回転させて凸部１０５が周期的に診断対象部を打撃するように、制御手段３Ｂで移動ユニット２０Ｂの移動及び停止を制御するとともに、回転打撃部材１０３が診断対象部を打撃する毎に発生する音源としての加振点からの音圧波形データと加振点を含む診断対象部の画像データとが音・映像採取装置２Ａで採取されるように制御手段３Ａで音・映像採取装置２Ａの位置を制御する。

図１に示すように、情報処理手段４は、例えば、音・映像採取装置２Ａから入力した音圧信号から高周波ノイズ成分を除去するとともに、各音圧信号を増幅し、かつ、デジタル信号（音圧波形データ）に変換して音源方向推定手段５に出力する。
また、情報処理手段４は、例えば、音・映像採取装置２から入力した映像信号（画像データ）を音源推定用画像作成手段６に出力する（尚、音・映像採取ユニット１０から入力した映像信号がアナログ信号であればデジタル信号に変換して出力する）。
また、情報処理手段４は、例えば、音圧波形データ及び画像データを選択的に出力するマルチプレクサ（ＭＵＸ）を備えている。

音源方向推定手段５は、情報処理手段４からの音圧波形データを加振点（診断対象部上を回転移動する回転打撃部材１０３の凸部１０５が診断対象部を打撃した複数の打撃点（音源））Ｆｋ（ｋ＝１〜ｎ）毎に記憶し、当該音圧波形データを用いて、周波数毎の音源（加振点）方向のデータ（水平角θ_pと仰角φ_p）及び音圧レベルを求める。尚、音源方向推定手段５による音源（加振点）方向のデータ（水平角θ_pと仰角φ_p）の算出方法の詳細については後述する。

音源推定用画像作成手段６は、情報処理手段４からの診断対象部の画像データを記憶し、加振点毎に、音源方向推定手段５で算出された周波数毎の音源方向のデータ（水平角θと仰角φ）及び音圧レベルと診断対象部の画像データとを合成し、図５（ａ），（ｂ）に示すような、画像中に音源の方向を示す図形（ここでは、円とした。尚、円の径が音圧レベルを表し、円の模様もしくは色が音圧信号の周波数を表す。）が周波数毎に描画された音源推定用画像Ｇ_k（ｋ＝１〜ｎ）を作成する。なお、図５（ａ）は、ひび割れによる浮きが存在する箇所Ｐを含む音源推定用画像Ｇ₄で、図５（ｂ）は、内部に空隙が存在する箇所Ｑを含む音源推定用画像Ｇ₁₄である。
加振点Ｆ_k毎に作成された音源推定用画像Ｇ_kは、順次、診断用画像作成手段５６に送られる。

図１に示すように、診断用画像作成手段５６は、画像合成部５６Ａと、バンド別画像作成部５６Ｂとを備える。
画像合成部５６Ａは、ｎ個の音源推定用画像Ｇ_k（ｋ＝１〜ｎ）を合成した、診断用画像を作成する。
バンド別画像作成部５６Ｂは、合成画像である診断用画像から、オクターブバンド毎の診断用画像であるバンド画像、もしくは、隣接する２つ以上のバンド画像を重ね合わせた重合バンド画像を作成する。
具体的には、オクターブバンドとして、１/３オクターブバンドを用い、中心周波数ｆ_p（ｐ＝１〜１８）を、例えば、１６０Ｈｚ，２００Ｈｚ，２５０Ｈｚ，……，……，３１５０Ｈｚ，４０００Ｈｚ，５０００Ｈｚ，６３００Ｈｚ，８０００Ｈｚとすると、バンド画像はｐ＝１８枚となる。
また、重合バンド画像としては、例えば中心周波数が２００Ｈｚ〜２５００Ｈｚまでのバンド画像を重ね合わせて作成した重合バンド画像や、中心周波数が１２５０Ｈｚ〜６３００Ｈｚまでのバンド画像を重ね合わせて作成した重合バンド画像などを用いることができる。
また、オクターブバンドとして、１オクターブバンドを用いてもよい。さらに、オクターブバンドに限らず，任意の周波数範囲を設定してもよい。

図１に示すように、表示手段７は、液晶ディスプレイ等の表示画面７ａを備え、診断用画像作成手段５６で作成されたバンド画像もしくは重合バンド画像を表示画面７ａに表示する。

尚、音源方向推定手段５、音源推定用画像作成手段６、診断用画像作成手段５６の各手段は、例えば、パーソナルコンピュータのソフトウェアとメモリーとにより構成され、表示手段７は、例えば、液晶ディスプレイなどの表示装置により構成される。
また、マイクロフォンＭ，…、及び、カメラ１２と情報処理手段４との通信媒体は、有線又は無線のいずれでもよい。
さらに、情報処理手段４と音源方向推定手段５及び音源推定用画像作成手段６との通信媒体、音・映像採取装置２Ａと制御手段３Ａとの通信媒体、加振装置２Ｂと制御手段３Ｂとの通信媒体も、有線又は無線のいずれでもよい。
尚、情報処理手段４と音源方向推定手段５及び音源推定用画像作成手段６との通信媒体、音・映像採取装置２Ａと制御手段との通信媒体、加振装置２Ｂと制御手段３Ｂとの通信媒体を、無線で行う構成とすれば、人が出入りできないような場所においても音・映像採取装置２及び加振装置２Ｂを動作させることが可能となり、好ましい。

実施形態１によれば、診断対象部の診断用画像が表示手段７の表示画面７ａに表示されるので、診断者が当該診断対象部の劣化等を診断できるようになる。
例えば、診断対象部が壁であって、当該壁に「ひび割れによる浮き」がある場合には、３１５０Ｈｚ〜４０００Ｈｚ帯域の打撃音が発生し、当該壁に「空隙」がある部分では、４０００Ｈｚ〜５０００Ｈｚ帯域の打撃音が発生することが分かっている。
そこで、この場合、上述したような１８枚のバンド画像から、中心周波数が３１５０Ｈｚのバンド画像と４０００Ｈｚのバンド画像とを重ね合わせて作成した重合バンド画像である浮き診断用画像として表示手段７の表示画面７ａに表示したり、中心周波数が１０００Ｈｚ〜５０００Ｈｚまでのバンド画像を重ね合わせて作成した重合バンド画像である空隙診断用画像として表示手段７の表示画面７ａに表示するようにし、診断者が、これら浮き診断用画像や空隙診断用画像を見て、壁に「ひび割れによる浮き」がある場所、壁に「空隙」がある場所を診断できるようになる。

特に、実施形態１の音源方向推定装置は、少なくとも３個のマイクロフォンＭ，…が設置板１３８の前面１３８ｔ側である前方側から音圧信号を入力して当該前方側以外からの音圧信号の入力を低減させる指向性を持つように構成された音・映像採取ユニット１０を備えていることにより、特別な演算処理を行うことなく反射音の影響をより少なくできて、狭い空間であっても音源方向の推定精度が向上するようになった。
また、実施形態１の診断装置１は、音・映像採取装置２Ａ及び加振装置２Ｂが移動可能に構成されたことによって、複数の加振点（音源）を診断できるので、診断対象部の広範囲の状態を把握できるようになった。

以下、マイクロフォンが３本の場合、マイクロフォンが５本の場合、マイクロフォンが４本の場合について、それぞれ説明する。

実施形態２
まず、マイクロフォンが３本の場合について説明する。
マイクロフォンが３本の場合、各マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３の振動板の中心が設置板１３８の前面１３８ｔと平行な一平面上に位置され、設置板１３８の前方側から音圧信号を入力して当該前方側以外からの音圧信号、即ち、設置板１３８の側方、及び、後方からの音圧信号の入力を低減させる指向性を有するように構成されている。尚、ここでは、設置板１３８の前方から各マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３を見た場合に、各マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３の振動板の中心が、正三角形の各頂点に配置された構成を例にして説明する。
この場合、音源方向推定手段５は、音圧波形データを用いて、各マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３の前端から見た時の音源方向を推定する。すなわち、設置板１３８の前面１３８ｔを水平面と仮定した場合において、マイクロフォンＭ１とマイクロフォンＭ３との中点を音響中心Ｏとしたときの水平角θ_pと仰角φ_pとを周波数毎に算出するとともに、音源から伝播される音の音圧レベルを計測する。
なお、水平角θ_pと仰角φ_pの算出方法については後述する。

図６は、マイクロフォンＭ１とマイクロフォンＭ３との中点である音響中心Ｏを原点、マイクロフォンＭ３からマイクロフォンＭ１に向かう方向をＸ軸方向、原点からマイクロフォンＭ２に向かう方向をＹ軸方向、マイクロフォン設置手段１３０の前方（カメラ１２の撮像方向）をＺ軸とした座標系におけるマイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３の位置と、音の入射方向とを示す図で、マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３は、１辺がＬの正三角形の各頂点に配置される。このようなマイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３の作る平面をＸＹ平面とし、カメラ１２の撮像方向をＺ軸としたＸＹＺ座標系を、以下、音響座標系という。
音源方向の計算は、マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３には、ＸＹ平面の前方（＋Ｚ方向）から伝播される音の音圧信号のみが入力されるものとし、マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３の音圧波形データをＦＦＴにて周波数解析し、周波数毎にマイクロフォンＭ１〜Ｍ３間の位相差を求め、この求められた位相差と、図外の温度センサーにより計測された温度を用いて算出した音速ｃとから音源の方向を周波数毎に算出する。
水平角θ_p及び仰角φ_pは以下の式［数１］で表わせる。

ここで、到達時間差Ｄ_ijは、マイクロフォンＭ_iに到達する音圧信号とマイクロフォンＭ_jに到達する音圧信号との時間差で、対となる２つのマイクロフォンＭ_i及びマイクロフォンＭ_jに入力される信号のクロススペクトルＰ_ij（ｆ）を求め、更に、対象とする周波数ｆの位相角情報Ψ（rad）を用いて、以下の式［数２］により算出される。

音源方向と音圧レベルとは周波数毎に計測する。
なお、音圧信号の大きさとしては、マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３のうちのいずれかに入力される信号の大きさとしてもよいし、マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３に入力される信号の大きさの平均値を用いてもよい。

次に、音源方向のデータと音圧レベルと、カメラ１２で撮像して得られた画像データとを合成し、音源方向（θ_pk，φ_pk）と音圧信号の大きさａ_f（θ_pk，φ_pk）と周波数とを表示した円が表示された音源推定用画像Ｇ_k（ｋ＝１〜ｎ）を作成し、作成された音源推定用画像Ｇ_kを、表示手段７の表示画面７ａに表示する。
例えば、図５に示すように、円の位置が音源方向（θ_pk，φ_pk）を表し、円の径が音圧レベルａ_f（θ_pk，φ_pk）を表し、円の模様もしくは色が音圧信号の周波数を表すようにした。
図７（ａ），（ｂ）は、音源推定用画像の具体例を示す図で、四方が壁に囲まれた居室内に設置されたスピーカー８４を音源として用いた例である。図７（ａ）は、スピーカー８４から出力されるピンクノイズを、本発明による３個のマイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３を設置板１３８に設置した構成の音・映像採取ユニット１０を用いて作成した音源推定用画像Ｇ₀で、図７（ｂ）は従来のマイクロフォンを５個立体配置した構成の音・映像採取ユニット１０Ｚを用いた場合の音源推定用画像Ｇ_z0である。なお、ピンクノイズは、スピーカー８４の音響特性測定に使用される、パワーが周波数に反比例する雑音である。
各図において、楕円で囲った箇所が音源であるスピーカー８４の位置である。
図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較して分かるように、従来法による音源推定用画像Ｇ_z0に比較して、本発明による音源推定用画像Ｇ₀の方が、スピーカー８４の位置のバラつきが少ないことが分かる。

また、図８（ａ），（ｂ）は、スピーカー８４と音・映像採取ユニット１０，１０Ｚの側面に反射板８５を設置して計測したときの音源推定用画像Ｇ₁，Ｇ_z1を示す図で、図９（ａ），（ｂ）は、音・映像採取ユニット１０，１０Ｚの後方４５°の位置に反射板８５を設置して計測したときの音源推定用画像Ｇ₂，Ｇ_z2を示す図である。また、図１０（ａ），（ｂ）は、音・映像採取ユニット１０，１０Ｚの背面に反射板８５を設置して計測したときの音源推定用画像Ｇ₃，Ｇ_z3 を示す図である。
いずれの場合も、本発明による音源推定用画像Ｇ_kの方が、スピーカー８４の位置のバラつきが少ないことが分かる。
このように、マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３とカメラ１２とを設置板１３８に設置して、マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３に入力する音圧信号をカメラ１２の撮像方向である前方の１８０°のみに限定すれば、後方あるいは側方の壁などからの反射音の影響を大幅に低減できることが分かる。

ところで、音響座標系（ＸＹＺ座標系）は、従来の５本のマイクロフォンを四角錐状に配置したときの座標系とは異なるので、水平角θ_pと仰角φ_pとは、画像上、すなわち、カメラ１２が水平面上にあるとしたときの水平角θと仰角φとは異なる。具体的には、図１１（ａ）に示すように、水平角θ_pと仰角φ_pとを画像上に表示すると、水平角θ_pは同図の一点鎖線で示す円上にあり、仰角φ_pは前記円の半径に相当する。音源を推定するには、画像上に前記の音源方向と周波数と音の大きさを表示した円Ｃが表示されていればよいので、図１１（ｂ）に示すように、音源方向（θ_p，φ_p）をカメラ１２が水平面（ｘｙ平面）上にあるとしたときの座標系である光学座標系における音源方向（θ，φ）に座標変換する必要はない。
しかし、水平角θに対する音圧レベルの分布を調べるときなどは、音源方向（θ_p，φ_p）を音源方向（θ，φ）に座標変換した方が、視覚的に分かりやすい。そこで、本例では、前記の図７〜図１０に示した音源推定用画像Ｇ，Ｇ_zについても、横軸を水平角θ、縦軸を仰角φとした画像として表示した。

図１１（ｂ）に示すように、光学座標系を、カメラ１２がｘｙ平面上にあり、かつ、ｘ軸をカメラ１２の撮像方向（白い矢印）とすると、光学座標系のｘ軸は音響座標系のＺ軸、光学座標系のｙ軸は音響座標系の−Ｘ軸、光学座標系ｚ軸は音響座標系のＹ軸となる。
したがって、光学座標系における水平角θ及び仰角φは、音響座標系の水平角θ_p及び仰角φ_pを用いて、以下の式［数３］のように表せる。
したがって、音響座標系から光学座標系への座標変換を行うことにより、例えば、図７（ａ）の音源推定用画像Ｇ₀の下の段に示すように、水平角θを横軸に音圧レベルを縦軸にした音圧レベルの分布図を作成して表示することができる。
なお、音響座標系の音源方向（θ_p，φ_p）を光学座標系の音源方向（θ，φ）に座標変換した音源推定用画像Ｇを作成し、これを表示画面７ａに表示してもよい。

このように、マイクロフォンが３本の場合では、音源から伝播される音の音圧信号を採取するマイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３を設置板１３８に三角形状に設置して、設置板１３８の前方であるカメラ１２の撮像方向から伝播される音の音圧信号のみを採取するとともに、音源方向推定手段５にて、マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差とマイクロフォンの位置座標と音速とから音源の方向を推定し、音源推定用画像作成手段６にて、推定された音源の方向のデータとカメラ１２で撮像された音源の方向の映像信号である画像データとを合成して、推定された音源方向を示す図形が描画された画像である音源推定用画像Ｇを作成するようにしたので、反射音の影響を大幅に低減することができる。したがって、狭い空間であっても、音源の方向を精度よく推定することのできる音源推定用画像Ｇを作成することができる。

実施形態３
実施形態２では、マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３を、１辺の長さがＬの正三角形の各頂点に配置したが、本発明はこれに限るものではなく、互いに一直線上にない３点、すなわち、三角形の各頂点に配置してもよい。
図１２は、３個のマイクロフォンＭ０，Ｍ１，Ｍ２を二等辺三角形の各頂点に配置した例で、マイクロフォンＭ０の座標を（０，０，０）、マイクロフォンＭ１の座標を（Ｌ/２，０，０）、マイクロフォンＭ２の座標を（０，Ｌ/２，０）とし、音響中心をマイクロフォンＭ０の位置とし、映像中心を（Ｌ/３，Ｌ/３，０）とした。なお、Ｌは、音源と音・映像採取ユニット１０との距離に比べて十分小さいので、映像中心と音響中心とが一致しているとして音源推定用画像Ｇを作成しても問題はない。すなわち、映像中心は音響中心の近くに設定することが好ましく、例えば、（Ｌ/４，Ｌ/４，０）などのように、三角形の内部もしくは辺上にあれば更に好ましい。
マイクロフォンＭ０，Ｍ１，Ｍ２を、図１２のように配置したときの水平角θ_p及び仰角φ_pは以下の式［数４］で表わせる。

実施形態４
次に、マイクロフォンが５本の場合について説明する。
マイクロフォンを５本用いる場合、各マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５の振動板の中心が設置板１３８の前面１３８ｔと平行な一平面上に位置され、設置板１３８の前方側から音圧信号を入力して当該前方側以外からの音圧信号、即ち、設置板１３８の側方、及び、後方からの音圧信号の入力を低減させる指向性を有するように、各マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５が設置板１３８に設置される。この場合は、例えば、図１３に示すように、設置板１３８の前方から各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５を見た場合において、第１のマイクロフォンＭ１と第３のマイクロフォンＭ３とを縦方向に所定の間隔Ｌ_Lだけ離れた位置に配置し、第２のマイクロフォンＭ２と第４のマイクロフォンＭ４とを横方向に上記と同じ所定の間隔Ｌ_Lだけ離れた位置に配置するとともに、第５のマイクロフォンＭ５を、第１のマイクロフォンＭ１と第３のマイクロフォンＭ３とを結ぶ線分と、第２のマイクロフォンＭ２と第４のマイクロフォンＭ４とを結ぶ線分との交点（ここでは、第１のマイクロフォンＭ１と第３のマイクロフォンＭ３との間を１：３に内分する内分点）に配置する。

以下、第５のマイクロフォンＭ５の位置を原点（０，０，０）とし、設置板１３８の横方向をｘ軸方向、縦方向をｙ軸方向、設置板１３８の前面１３８ｔに垂直な方向をｚ軸方向とする。また、水平角θは、ｙ軸上をθ＝０としｙ軸から時計回りに計測し、仰角φはｘｙ平面上をφ＝０として計測する。
本例では、第１のマイクロフォンＭ１の位置の座標を（０，Ｌ_S，０）、マイクロフォンＭ２の位置の座標を（Ｌ_M，０，０）、マイクロフォンＭ３の位置の座標を（０，−Ｌ_M，０）、マイクロフォンＭ４の位置の座標を（−Ｌ_S，０，０）とした。
なお、Ｌ_S，Ｌ_M，Ｌ_Lの関係は、Ｌ_L＝Ｌ_S＋Ｌ_Mで、かつ、Ｌ_S＜Ｌ_M＜Ｌ_Lである。
ここで、マイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３）を第１のマイクロフォン対とし、マイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ４）を第２のマイクロフォン対とすると、本例のマイクロフォンＭ１〜Ｍ５の配置は、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４の作る四角形が、２つの対角線が直交している四角形であり、かつ、第２のマイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ４）は、第１のマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３）を、第５のマイクロフォンを中心にして、反時計回りに９０°回転させた位置に配置されていることになる。

このように、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５を、図１３に示すように配置することで、５つのマイクロフォンＭ１〜Ｍ５から、異なるマイクロフォン間隔Ｌ_S，Ｌ_M，Ｌ_L（Ｌ_S＜Ｌ_M＜Ｌ_L）を有する、互いに一直線上にない３つのマイクロフォン対を構成することができる。
すなわち、第１及び第２のマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３），（Ｍ２，Ｍ４）が、最も長いマイクロフォン間隔Ｌ_Lを有するマイクロフォン対で、マイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ５），（Ｍ５，Ｍ４）が、最も短いマイクロフォン間隔Ｌ_Sを有するマイクロフォン対（以下、第５及び第６のマイクロフォン対という）である。また、マイクロフォン対（Ｍ５，Ｍ３），（Ｍ２，Ｍ５）が、中間のマイクロフォン間隔Ｌ_Mを有するマイクロフォン対（以下、第３及び第４のマイクロフォン対という）である。

尚、マイクロフォンを５本備えた音源方向推定装置の場合、情報処理手段４が、図外の低域用抽出部と中域用抽出部と高域用抽出部とを備え、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５が採取した音圧信号から、各マイクロフォン対の音圧信号を抽出する。
すなわち、音源方向である水平角θと仰角φとは、周波数毎に算出されるので、算出する全ての周波数について、第１〜第５のマイクロフォン対の到達時間差を求める必要はない。
つまり、低域用抽出部は、最も長いマイクロフォン間隔Ｌ_Lを有するマイクロフォン対を構成するマイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４の音圧信号から音圧波形データを抽出して、音源方向推定手段５に送る。
また、中域用抽出部は、中間のマイクロフォン間隔Ｌ_Mを有するマイクロフォン対を構成するマイクロフォンＭ２，Ｍ３，Ｍ５の音圧信号から音圧波形データを抽出して、音源方向推定手段５に送る。
さらに、高域用抽出部は、最も短いマイクロフォン間隔Ｌ_Sを有するマイクロフォン対を構成するマイクロフォンＭ１，Ｍ４，Ｍ５の音圧信号から音圧波形データを抽出して、音源方向推定手段５に送る。

音源方向推定手段５では、低域用抽出部、中域用抽出部、高域用抽出部で抽出された音圧波形データをＦＦＴにて周波数解析し、対となる２つのマイクロフォン（Ｍｉ, Ｍｊ）間の位相差に相当する到達時間差Ｄ_ijを周波数毎に求め、求められた到達時間差Ｄ_ijと、図外の温度センサーにより計測された温度を用いて算出した音速ｃとから音源の方向を周波数毎に算出する。
具体的には、低周波領域（例えば、Ｌ_L＝１００ｍｍ、ｃ＝３４０ｍ／ｓとしたときには、周波数が１７００Ｈｚ以下の領域）の音の水平角θ及び仰角φは、低域用抽出部により抽出された第１のマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３）を構成するマイクロフォンＭ１，Ｍ３間の到達時間差Ｄ₁₃と、第２のマイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ４）を構成するマイクロフォンＭ２，Ｍ４間の到達時間差Ｄ₂₄と、音速ｃ、及び、マイクロフォン間隔Ｌ_Lとを用いて、以下の式［数５］により算出される。
ここで、到達時間差Ｄ_ijは、対となる２つのマイクロフォンＭｉ及びマイクロフォンＭｊに入力される信号のクロススペクトルＰ_ij（ｆ）を求め、更に、対象とする周波数ｆの位相角情報Ψ（rad）を用いて、上述した式［数２］により算出される。

また、中間周波領域（例えば、Ｌ_M＝７５ｍｍとしたときには、１７００Ｈｚ〜２２６６Ｈｚ）の音の水平角θ及び仰角φは、中域用抽出部により抽出された第３のマイクロフォン対（Ｍ５，Ｍ３）を構成するマイクロフォンＭ５，Ｍ３間の到達時間差Ｄ₅₃と、第４のマイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ５）を構成するマイクロフォンＭ２，Ｍ５間の到達時間差Ｄ₂₅と、音速ｃ、及び、マイクロフォン間隔Ｌ_Mとを用いて、以下の式［数６］により算出される。
同様に、高周波領域（例えば、Ｌ_S＝２５ｍｍとしたときには、２２６６Ｈｚ〜６８００Ｈｚ）の音の水平角θ及び仰角φは、高域用抽出部により抽出された第５のマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ５）を構成するマイクロフォンＭ１，Ｍ５間の到達時間差Ｄ₁₅と、第６のマイクロフォン対（Ｍ５，Ｍ４）を構成するマイクロフォンＭ５，Ｍ４間の到達時間差Ｄ₅₄と、音速ｃ、及び、マイクロフォン間隔Ｌ_Sとを用いて、以下の式［数７］により算出される。

このように、マイクロフォンを５本備えた音源方向推定装置では、設置板１３８に、互いに一直線上にない、第１〜第４のマイクロフォンＭ１〜Ｍ４を配置するとともに、第１〜第４のマイクロフォンＭ１〜Ｍ４の位置を頂点とする四角形の対角線の交点に第５のマイクロフォンＭ５を配置し、これら５つのマイクロフォンＭ１〜Ｍ５から選択される、異なるマイクロフォン間隔Ｌ_S，Ｌ_M，Ｌ_L（Ｌ_S＜Ｌ_M＜Ｌ_L）を有する、互いに一直線上にない、２つのマイクロフォン対のそれぞれについて、２つのマイクロフォン対のうちの一方のマイクロフォン対を構成する各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、他方のマイクロフォン対を構成する各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の位置座標と音速ｃとから前記音源の方向を推定するようにしたので、低い周波数の音を発生する音源方向については、マイクロフォン間隔の長い（Ｌ＝Ｌ_L）マイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３），（Ｍ２，Ｍ４）のデータを用いて推定し、高い周波数の音を発生する音源方向については、マイクロフォン間隔の短い（Ｌ＝Ｌ_S）マイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ５），（Ｍ５，Ｍ４）のデータを用いて推定し、中間の周波数の音を発生する音源方向については、中間のマイクロフォン間隔（Ｌ＝Ｌ_M）を有するマイクロフォン対（Ｍ５，Ｍ３），（Ｍ２，Ｍ５）のデータを用いて推定すれば、測定できる周波数の上限を下げることなく、音源の方向を精度よく推定することができる。

実施形態５
実施形態４では、第１のマイクロフォンＭ１と第３のマイクロフォンＭ３との間隔をＬ_L＝１００ｍｍとし、第５のマイクロフォンＭ５を、第１のマイクロフォンＭ１と第３のマイクロフォンＭ３との間を１：３に内分する内分点に配置したが、マイクロフォン間隔Ｌ_L及び第５のマイクロフォンＭ５の位置は、計測する周波数範囲により適宜決定すればよい。
図１４は、第５のマイクロフォンＭ５を、第１のマイクロフォンＭ１と第３のマイクロフォンＭ３との中点に配置した例を示す図で、この場合、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４の作る四角形は正方形となり、第５のマイクロフォンＭ５は正方形の中心に位置する。
この場合も、最も長いマイクロフォン間隔Ｌ_Lを有するマイクロフォン対は、前記実施の形態１と同じく、第１及び第２のマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３），（Ｍ２，Ｍ４）である。
一方、最も短いマイクロフォン間隔（Ｌ＝Ｌ_L／２）を有するマイクロフォン対は、マイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ５），（Ｍ５，Ｍ４）の他に、マイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ５），（Ｍ２，Ｍ５）と、マイクロフォン対（Ｍ５，Ｍ３），（Ｍ５，Ｍ４）と、マイクロフォン対（Ｍ５，Ｍ３），（Ｍ２，Ｍ５）とがある。
また、中間のマイクロフォン間隔（Ｌ＝Ｌ_L／√２）を有するマイクロフォン対は、マイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ４），（Ｍ２，Ｍ１）と、マイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ４），（Ｍ３，Ｍ４）と、マイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ３），（Ｍ２，Ｍ１）と、マイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ３），（Ｍ３，Ｍ４）とがある。

この場合も、音源方向推定手段５では、音圧信号抽出手段２３で抽出された音圧波形データをＦＦＴにて周波数解析し、対となる２つのマイクロフォン（Ｍｉ, Ｍｊ）間の位相差に相当する到達時間差Ｄ_ijを周波数毎に求め、求められた到達時間差Ｄ_ijと、温度センサー１５により計測された温度を用いて算出した音速ｃとから音源の方向を周波数毎に算出する。
低周波領域（例えば、Ｌ_L＝５０ｍｍ、ｃ＝３４０ｍ／ｓとしたときには、周波数が３４００Ｈｚ以下の領域）の音の水平角θ及び仰角φは、上述した式［数５］により算出する。

また、中間周波数領域（Ｌ_L＝５０ｍｍとしたときには、３４００Ｈｚ〜４８０８Ｈｚ）の音の水平角θ及び仰角φは、マイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ４），（Ｍ２，Ｍ１）、マイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ４），（Ｍ３，Ｍ４）と、マイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ３），（Ｍ２，Ｍ１）、マイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ３），（Ｍ３，Ｍ４）を、マイクロフォン対（Ｍａ，Ｍｂ），（Ｍｃ，Ｍｄ）としたとき、マイクロフォン対（Ｍａ，Ｍｂ）を構成するマイクロフォンＭａ，Ｍｂ間の到達時間差Ｄ_abと、マイクロフォン対（Ｍｃ，Ｍｄ）を構成するマイクロフォンＭｃ，Ｍｄ間の到達時間差Ｄ_cdと、音速ｃ、及び、マイクロフォン間隔Ｌ_Lとを用いて、以下の式［数８］により算出する。

同様に、高周波領域（例えば、Ｌ_L＝５０ｍｍとしたときには、４８０８Ｈｚ〜６８００Ｈｚ）の音の水平角θ及び仰角φは、マイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ５），（Ｍ５，Ｍ４）の他に、マイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ５），（Ｍ２，Ｍ５）と、マイクロフォン対（Ｍ５，Ｍ３），（Ｍ５，Ｍ４）と、マイクロフォン対（Ｍ５，Ｍ３），（Ｍ２，Ｍ５）とを、マイクロフォン対（Ｍｐ，Ｍｑ），（Ｍｒ，Ｍｓ）としたとき、マイクロフォン対（Ｍｐ，Ｍｑ）を構成するマイクロフォンＭｐ，Ｍｑ間の到達時間差Ｄ_pqと、マイクロフォン対（Ｍｒ，Ｍｓ）を構成するマイクロフォンＭｒ，Ｍｓ間の到達時間差Ｄ_rsと、音速ｃ、及び、マイクロフォン間隔Ｌ_Lとを用いて、以下の式［数９］により算出する。

上記のように、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４の作る四角形を正方形とし、第５のマイクロフォンＭ５を正方形の中心に位置させた構成とすれば、中間周波領域の音の水平角θ及び仰角φと、高周波領域の音の水平角θ及び仰角φとを、それぞれ、４つずつ求めることができる。したがって、水平角θ及び仰角φととを、平均化処理すれば、中間周波領域及び高周波領域の音の水平角θと仰角φとの推定精度を大幅に向上させることができる。
このように、正方形の頂点と中心とに、それぞれマイクロフォンＭ１〜Ｍ５を配置すれば、測定できる周波数の上限を下げることなく、音源の方向を一層精度よく推定することができる。

なお、実施形態４，５では、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４を、対角線が直交する四角形の頂点に配置したが、対角線が直交していない四角形であってもよい。但し、この場合には、水平角θ及び仰角φの計算が複雑になるので、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４を、対角線が直交する四角形の頂点に配置することが好ましい。

実施形態６
次に、マイクロフォンが４本の場合について説明する。
尚、マイクロフォンが４本の場合、各マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４の振動板の中心が設置板１３８の前面１３８ｔと平行な一平面上に位置されるとともに、各マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４の振動板の中心が一直線上に位置されないように配置され、かつ、設置板１３８の前方側から音圧信号を入力して当該前方側以外からの音圧信号、即ち、設置板１３８の側方、及び、後方からの音圧信号の入力を低減させる指向性を有するように、各マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４が設置板１３８に設置される。この場合は、設置板１３８の前方から各マイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４を見た場合に、例えば、図１５に示すように、一辺がＬ_mの正方形の頂点に配置された４つマイクロフォンＭ１〜Ｍ４を用いて、異なるマイクロフォン間隔（Ｌ₁＝√２Ｌ_m，Ｌ₂＝Ｌ_m）を有する、互いに一直線上にない２つのマイクロフォン対を構成することができる。
マイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３），（Ｍ２，Ｍ４）が、長い方のマイクロフォン間隔Ｌ₁を有するマイクロフォン対で、マイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ４），（Ｍ２，Ｍ１）とマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ４），（Ｍ３，Ｍ４）と、マイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ３），（Ｍ２，Ｍ１）、マイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ３），（Ｍ３，Ｍ４）とが、短い方のマイクロフォン間隔Ｌ₂を有するマイクロフォン対である。
マイクロフォンＭ１〜Ｍ４に入力される音の音圧信号から、水平角θ及び仰角φとを算出する方法は、上述した、正方形とその中心にマイクロフォンＭ１〜Ｍ５を配置した構成の場合と同じであるので、その説明を省略する。

尚、同様に、ｎ個（ｎは４以上の偶数）のマイクロフォンＭ１〜Ｍｎを、ｎ多角形の各頂点にそれぞれ配置すれば、互いに異なるマイクロフォン間隔を有する、互いに一直線上にない３つ以上のマイクロフォン対を構成することができる。

各実施形態の音源方向推定装置によれば、少なくとも３個のマイクロフォンＭ１，Ｍ２，Ｍ３…Ｍｘが所定の状態に設置されて構成された音・映像採取ユニット１０と、移動ユニット２０Ａと、雲台３０と、を有した音・映像採取装置２Ａを備えているので、移動ユニット２０Ａにより音・映像採取ユニット１０を移動させることができ、かつ、雲台３０により音・映像採取ユニット１０の向きを調整できるため、音源の方向を一層精度よく推定することが可能となる。

尚、移動体２２Ａ，２２Ｂの車輪２４Ａ，２４Ｂとして、磁石付きの車輪を用いれば、例えば、診断対象部としての鋼製の壁部や天井部に磁石付きの車輪を吸着させながら音・映像採取装置２Ａ及び加振装置２Ｂを移動させることができるようになる。
この場合、例えば、診断対象部としての鋼製橋梁の主桁上を加振装置２Ｂの車輪２４Ｂで吸着走行させながら、加振装置２Ｂの加振部材１００によって、鋼製橋梁の主桁や構成部材、コンクリート床版等を打撃して加振させるとともに、当該鋼製橋梁の主桁上を音・映像採取装置２Ａの車輪２４Ａで吸着走行させながら、この複数の加振点である音源方向の音圧データ及び画像データを音・映像採取装置２Ａで採取できるようになるので、鋼製橋梁の損傷個所特定検査を効率的かつ高精度に行えるようになる。

尚、本発明は、コンクリート構造物だけでなく、モルタルやタイルなどから成る構造物、金属、その他の診断対象部の診断にも適用できる。

１ 診断装置、１Ａ 診断用画像作成装置、
２Ａ 音・映像採取装置、２Ｂ 加振装置、
５ 音源方向推定手段、６ 音源推定用画像作成手段、１２ カメラ（撮像手段）、
１３ 設置手段、２０ 移動ユニット、２２Ａ；２２Ｂ 移動体、３０ 雲台、
５６ 診断用画像作成手段、１００ 加振部材、１３８ 設置板（平面板）、
１３８ａ マイクロフォン固定孔、Ｍ マイクロフォン。

Claims (6)

1. 診断対象部を打撃して加振する加振部材を備えた加振装置と、
   加振された音源から伝播される音の音圧信号及び音源の画像データに基づいて診断対象部を診断するための診断用画像を作成する診断用画像作成装置と、
   を備えた診断装置であって、
   前記診断用画像作成装置は、
   加振された音源から伝播される音の音圧信号を採取するための少なくとも３個のマイクロフォンと、音源の画像を撮像するための撮像手段と、当該各マイクロフォン及び撮像手段を所定の状態に設置するための設置手段と、を備えて構成された音・映像採取装置と、
   前記各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と前記マイクロフォンの位置座標と音速とから周波数毎に音源方向を推定する音源方向推定手段と、
   前記音源方向推定手段で推定された音源方向のデータと前記撮像された音源の画像データとに基づいて音源推定用画像を加振された音源毎に作成する音源推定用画像作成手段と、
   前記音源推定用画像作成手段により作成された複数の音源推定用画像を合成した画像である診断用画像を作成する診断用画像作成手段と、
   を備え、
   前記少なくとも３個のマイクロフォンは、一方側から音圧信号を入力して当該一方側以外からの音圧信号の入力を低減させる指向性を有するように、前記設置手段に設置され、
   前記加振装置及び前記音・映像採取装置がそれぞれ移動体を備えて移動可能に構成されたことを特徴とする診断装置。
2. 前記設置手段が平面板を備え、前記少なくとも３個のマイクロフォンは、平面板の板面間を貫通するように形成されたマイクロフォン固定孔に固定されることによって平面板に設置されたことを特徴とする請求項１に記載の診断装置。
3. 前記設置手段は雲台を介して向きを変更可能なよう前記移動手段に連結されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の診断装置。
4. 前記少なくとも３個のマイクロフォンとして、互いに交わる２つの直線上にそれぞれ所定の間隔で配置された第１及び第２のマイクロフォン対を備え、
   前記音源方向推定手段は、前記第１のマイクロフォン対を構成する各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、前記第２のマイクロフォン対を構成する各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、前記マイクロフォンの位置座標と音速とから音源の方向を推定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の診断装置。
5. 前記少なくとも３個のマイクロフォンとして、各マイクロフォンの振動板の中心が四角形の各頂点に配置される第１〜第４のマイクロフォンと、前記第１〜第４のマイクロフォンの位置を頂点とする四角形の対角線の交点に配置される第５のマイクロフォンとを備え、
   前記音源方向推定手段は、前記５つのマイクロフォンから選択される、互いに一直線上にない、２つのマイクロフォン対のそれぞれについて、前記２つのマイクロフォン対のうちの一方のマイクロフォン対を構成する各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、他方のマイクロフォン対を構成する各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、前記マイクロフォンの位置座標と音速とから前記音源の方向を推定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の診断装置。
6. 前記少なくとも３個のマイクロフォンとして、各マイクロフォンの振動板の中心が四角形の各頂点に配置される第１〜第４のマイクロフォンを備え、
   前記音源方向推定手段は、前記４つのマイクロフォンから選択される、互いに一直線上にない、２つのマイクロフォン対のそれぞれについて、前記２つのマイクロフォン対の内の一方のマイクロフォン対を構成する各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、他方のマイクロフォン対を構成する各マイクロフォンに入力する音圧信号の到達時間差と、前記マイクロフォンの位置座標と音速とから前記音源の方向を推定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の診断装置。