WO2007032136A1

WO2007032136A1 - 光学装置、および光学装置を用いて物体の寸法を測定する方法

Info

Publication number: WO2007032136A1
Application number: PCT/JP2006/312731
Authority: WO
Inventors: Kazuhide Nakaniwa
Original assignee: Kansai Kouji Sokuryou Co., Ltd.
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2007-03-22
Also published as: CN101263362B; US7667823B2; US20090135401A1; KR20080044873A; EP1939583A1; EP1939583B1; KR101029397B1; EP1939583A4; CN101263362A; JPWO2007032136A1; JP3996946B2

Abstract

高所作業車や梯子を用いることなく、遠くにある物体、例えばコンクリートのクラックの寸法を測定できる装置と方法を提供する。そのため、光学装置（例えば、測量装置１０）は、投影板（４６）を有する望遠鏡（１６）を備えている。投影板（４６）は、上記投影板（４６）に投影された物体（Ｃ）の像（Ｃ’）の大きさ（Ｗ）と対比するための参照スケール（５２）が複数設けてある。この参照スケール（５２）で計測される物体像の大きさと、光学装置の測距部（２０）で計測された距離（基準点Ｐ０から物体までの距離）を用いて、物体の大きさが測定できる。

Description

明細書

光学装置、および光学装置を用いて物体の寸法を測定する方法技術分野

[0001] 本発明は、光学装置、特に、物体 (例えばコンクリート構造物の表面に発生したクラック)の寸法測定に好適に利用できる光学装置に関する。本発明はまた、そのような光学装置を用いて、物体の寸法を測定する方法に関する。

背景技術

[0002] コンクリート構造物（例えば橋梁、トンネル、ビル)の劣化状態を診断する方法の一つとして、コンクリート表面に発生したクラックの幅 (クラックの伝播方向と直交する方向の大きさ）を測定することが行われている。ところが、クラックの幅を測定するために従来力採られている方法は、通常のスケールやクラック幅測定用のクラックスケールをコンクリート表面に当ててクラックの幅を目視によって測定するものであったことから、測定場所が測定者の手の届く範囲に限られていた。また、特許文献 1には、細長いロッドの先端にスケールやクラックスケールを取り付けたクラック測定装置が提案されているが、この装置で測定できる範囲もロッドの届く場所に限られており、例えば橋梁の桁やトンネルの天頂部に存在するクラックまで測定できるものではなかった。特許文献 1：特開平 8— 94752号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] このような事情から、例えばコンクリート構造物の高所部分に発生したクラックを測定するためには、高所作業車や梯子を使用せざるを得ず、そのために測定に多大な時間を要していた。当然、高所作業車や梯子を使用しても届力ない高所のクラックは

、測定できないという問題があった。

[0004] そこで、本発明は、物体、例えばコンクリート構造物のクラックのように、約 0. 1〜数ミリメートルの大きさを有する物体を、該物体から離れた場所 (例えば、数メートル〜数百メートル離れた場所)から測定するための光学装置、および該光学装置を用いて物体の寸法を測定する方法に関する。課題を解決するための手段

[0005] このような目的を達成するため、本発明に係る光学装置は、投影板 (46)を有する望遠鏡 (16)を備えた光学装置（10)であって、上記投影板 (46)に、上記投影板 (4 6)に投影された物体 (C)の像 (C' )の大きさ (W)と対比するための参照スケール（52 )が複数設けてある。

[0006] 本発明の他の形態の光学装置において、上記複数の参照スケール（52)は、上記望遠鏡（16)の光軸 (38)と直交する方向または上記光軸 (38)を中心とする円周方向の、ずれかの配列方向に間隔をあけて配列されて、る。

[0007] 本発明の他の形態の光学装置において、上記複数の参照スケール（52)のそれぞれは上記投影板 (46)上で二次元方向に広がりを有するマークである。

[0008] 本発明の他の形態の光学装置において、上記複数の参照スケール（52)のマークはそれぞれ、上記配列方向に関して、他の参照スケールのマークとは異なる大きさを有する。

[0009] 本発明の他の形態の光学装置において、上記マークが四角又は円の平面形状を有する。

[0010] 本発明の他の形態の光学装置は、上記複数の参照スケール (52)の近傍に、上記複数の参照スケール (52)の大きさに対応する指標（54)がそれぞれ設けてある。

[0011] 本発明の他の形態の光学装置において、上記光学装置（10)はまた、上記望遠鏡

(16)の基準点 (P )から上記望遠鏡（16)で視準された物体 (C)までの距離 (L )を

0 0 測定する測距手段 (20)を有する。

[0012] 本発明の他の形態の光学装置において、上記測距手段（20)はレーザ測距部又は超音波測距部を備えている。

[0013] 本発明の他の形態の光学装置は、上記複数の参照スケール (52)に関連する指標

(54)が入力される入力部（22)と、上記入力部（22)から入力された上記指標（54)と上記測距手段 (20)で測定された距離 (L )に基づ、て上記物体 (C)の寸法 (W)を

0

演算する演算手段 (32)を有する。

[0014] 本発明の他の形態の光学装置は、上記演算手段（32)で演算された上記物体 (C) の寸法 (W)を出力する出力部 (26)を有する。 [0015] 本発明の他の形態の光学装置において、上記物体 (C)の像 (C' )が、コンクリート構造物に発生したクラックである。

[0016] 本発明に係る、光学装置を用いて物体の寸法を測定する方法は、複数の参照スケール (52)が設けられている投影板 (46)を備えた望遠鏡（16)と、上記望遠鏡（16) で視準された物体 (C)から基準点 (P )までの距離 (L)を測定する測距部 (20)を備

0

えた光学装置（10)を用意する工程と、上記望遠鏡 (16)の投影板 (46)に投影された物体 (C)の像 (C' )と上記複数の参照スケール（52)のうちの一つ又は複数とを比ベて求められた値 (54)と上記測距部 (20)で測定された距離 (L)に基づヽて、上記物体 (C)の寸法 (W)を演算する工程を有する。

[0017] 本発明の他の形態の測定方法は、

上記物体 (C)がコンクリート構造物の表面 (Q)に発生したクラックであって、上記第 2の工程は、

上記距離 (L )をもとに上記投影板 (46)力らクラック (C)までの距離 (L)を求める副

0

工程と、

上記値 (W )、距離 (L)、角度（ Θ )を用いて上記クラック (C)の幅 (W)を求める副工程を備えている。

[0018] 本発明の他の形態の測定方法は、

0

工程と、

上記表面 (Q)上にあって上記クラックの幅寸法と直交する方向に伸びる延長線 (L )を仮想する副工程と、

上記延長線 (L )上の少なくとも 2点の座標 [P , P 〕と、上記表面上にある 1点

1 KD 1 (2)

の座標〔P 〕を求める副工程と、

1 (3)

上記延長線 (L )を定義する副工程と、

上記表面 (Q)を定義する副工程と、

上記基準点 (P )から上記表面 (Q)に下ろした垂線 (L )と上記表面 (Q)が交叉する第 1の交点座標 (P ' )を求める副工程と

0

上記基準点 (P )から上記延長線 (L )に下ろした垂線 (L )と上記延長線 (L )が交

0 1 2 1 わる第 2の交点座標 (P ")を求める副工程と、

0

上記基準点 (P )と第 2の交点座標 (P ")を結ぶ線 (L )と上記第 1の交点座標 (P '

0 0 2 0

)と第 2の交点座標 (P ")を結ぶ線 (L )とのなす角度（ Θ )を求める副工程と、

0 4

[0019] 本発明のクラックの幅を測定する方法は、

複数の参照スケール (52)が設けられている投影板 (46)を備えた望遠鏡（16)と、上記望遠鏡（16)で視準された平面 (Q)上のクラック部分 (C )から基準点 (P )まで

1 0 の距離 (L )を測定する測距部 (20)を備えた光学装置（10)を用意する第 1の工程と

0 上記望遠鏡 (16)の投影板 (46)に投影されたクラック像 (C ' )と上記複数の参照スケール（52)のうちの一つ又は複数とを比べて求められた値 (W， )と、上記測距部 (2 0)で測定された距離 (L )を利用して、上記クラック部分 (C )の幅寸法 (W)を演算す

0 1

る第 2の工程を備えている。

[0020] 本発明の他の形態のクラックの幅を測定する方法は、

上記第 2の工程が、

0

工程と、

[0021] 本発明の他の形態のクラックの幅を測定する方法は、

上記第 2の工程が、

上記クラック像 (C' )の延長線 (L )と上記基準点 (P )を含む平面 (Q )と上記平面 (

1 0 0

Q)との交角（ 0 )を求める副工程と、

上記距離 (L )をもとに、上記投影板 (46)と上記クラック部分 (C )との距離 (L)を求

0 1

める副工程と、上記値 (W )、交角（ θ )、距離 (L)を用いて上記幅寸法 (W)を求める副工程を備えている。

発明の効果

このような光学装置及び方法によれば、高所作業車や梯子を用いることなぐ遠くある物体、例えばコンクリートのクラックの寸法を測定できる。

図面の簡単な説明

図 1]本発明の光学装置の実施形態である測量装置の斜視図。

図 2]図 1に示す測量装置の構成と機能を示すブロック図。

図 3]図 1に示す測量装置の望遠鏡の概略構成を示す断面図。

図 4]図 3に示す焦点板に投影された物体 (クラック)と参照スケールを示す図。

図 5]図 2に示す測距部の構成と機能を示すブロック図。

図 6]図 1に示す入力部と表示部の詳細を示す図。

図 7]物体幅又はクラック幅を測定する原理を説明する図。

図 8]望遠鏡の焦点板に投影されたクラックを拡大した図。

図 9]クラック幅、クラック像幅、角度の関係を示す図。

圆 10]望遠鏡の焦点板に投影されたクラックと、延長線 (仮想線)、計測点を示す図。

[図 11]角度の計算方法を示す図。

[図 12]クラック幅を求めるプロセスを示すフローチャート。

圆 13]焦点板に形成された参照スケ -ル、寸法指標の他の例を示す図。

圆 14]焦点板に形成された参照スケ -ル、寸法指標の他の例を示す図。

圆 15]焦点板に形成された参照スケ -ル、寸法指標の他の例を示す図。

圆 16]焦点板に形成された参照スケ -ル、寸法指標の他の例を示す図。

圆 17]焦点板に形成された参照スケ -ル、寸法指標の他の例を示す図。

圆 18]焦点板に形成された参照スケ -ル、寸法指標の他の例を示す図。

圆 19]焦点板に形成された参照スケ -ル、寸法指標の他の例を示す図。

圆 20]焦点板に形成された参照スケ -ル、寸法指標の他の例を示す図。

圆 21]焦点板に形成された参照スケ -ル、寸法指標の他の例を示す図。

符号の説明 [0024] 10:レーザ測量装置（トータルステーション）、 12:基台、 14:本体、 16:望遠鏡、 18: 物体、 20:測距部、 22:入力部、 24:表示部、 26:出力部、 28:コンピュータ、 30:制御部、 32:クラック幅演算部、 34:座標演算部、 35:記憶部、 36:鏡筒、 38:光軸、 40 ：対物レンズ、 42：合焦レンズ、 44：正立プリズム、 46：焦点板 (投影板）、 48：接眼レンズ、 50:十字線、 52:参照スケール、 54:数値指標、 56:レーザ光、 58:発光部、 6 0:受光部、 62:演算部、 64:光学系、 66:プリズム、 68:ファンクションキー、 70:テンキー、 72:カーソル移動キー、 74:エンターキー、 76:液晶ディスプレイ、 C，：クラック像。

発明を実施するための最良の形態

[0025] 以下、添付図面を参照して本発明に係る光学装置及びそれを用いた物体の寸法を測定する方法について説明する。なお、本件特許出願において、「光学装置」は、望遠鏡、望遠鏡を含む視準装置、視準機能と測距機能を備えた測量装置を含む。また、「物体」は、有限寸法の独立した物である必要はなぐ物の一部又はそれに付随する有形物 (例えば、コンクリート構造物に発生したクラックの一部分)を含む。ただし、発明の理解を容易にするために、以下の説明では、本発明を測量装置に組み入れた態様、またその測量装置を用いてコンクリート構造物に形成されたクラックの大きさ（幅)を測定する方法について説明する。

[0026] 《1 1:測量装置》

図 1は、本発明に係る光学装置を具体ィ匕したレーザ測量装置（トータルステーション )10を示す。測量装置 10は、通常の測量装置と同様に、図示しない三脚に着脱自在に連結されて固定される基台 12と、垂直軸 (Z軸）を中心として回転可能に基台 12 に連結された本体 14と、水平軸 (X軸）を中心として回転可能に本体 14に連結された望遠鏡 16を備えている。測量装置 10は、 3つの軸垂直軸 (Z軸）、水平軸 (X軸）、および望遠鏡 16の光軸 38に一致する Y軸—が交叉する基準点 (基準座標又は機械座標) Pと、望遠鏡 16によって視準された物体 18との距離を測定する測距手段又は

0

測距部（図 2に符号 20で示されている。）を有する。実施の形態では、測量装置 10は、測量に必要なデータを入力するための入力部 22と、測量結果等を表示する表示部 24、入力部 22から入力されたデータや測量結果のデータを他の装置 (例えば、コンピュータ 28)に出力する出力部 26を有する。

[0027] 図 2は、測量装置 10の構成を機能の観点力も表したブロック図である。図示するように、測量装置 10は制御部 30を有する。制御部 30は、測距部 20、入力部 22、表示部 24、出力部 26と電気的に接続されており、後に詳細に説明するように、これら測距部 20、入力部 22、表示部 24、出力部 26を総合的に制御する。制御部 30は、物体の大きさ、例えば、コンクリート構造物に形成されたクラックの幅を演算するクラック幅演算部 32と、測量対象の空間座標、例えば、望遠鏡 16で視準された位置にあるクラック部分の三次元座標を演算する座標演算部 34、座標演算やクラック幅演算に必要なプログラムやデータを格納する記憶部 35を有する。その他、図示しないが、測量装置 10は、測量に必要な構成要素、例えば、整準器、測角部などを有する。

[0028] 《1 2 :望遠鏡》

図 3は、望遠鏡 16の概略構成を示す。図示するように、望遠鏡 16は、鏡筒（図 1に符号 36で示す。 )内に、物体側から測量オペレータ側（図の左側から右側）に向かつて、光軸 38に沿って順番に、対物レンズ 40、合焦レンズ 42、正立プリズム 44、焦点板 (投影板) 46、接眼レンズ 48を備えており、視準された物体像 (例えば、クラック像）が対物レンズ 40、合焦レンズ 42、正立プリズム 44を介して焦点板 46に結像され、それにより物体像が接眼レンズ 48を介してオペレータによって拡大観察されるようになつている。

[0029] 《1 3 :焦点板および参照スケール》

図 4は、焦点板 46に描かれている視準指標の十字線 50と複数のマーク又は参照スケール 52を、焦点板 46に結像されて接眼レンズ 48を介して観察された物体像又はクラック像 C'と共に示す。十字線 50の交点は、光軸 38に一致している。実施の形態では、複数 (例えば、 16個）の参照スケール 52が、焦点板 46の周辺領域に形成されている。複数の参照スケール 52は、それぞれが大きな横寸法と小さな縦寸法を有する四角形又はストリップ形状のマーク力なり、光軸と直交する上下方向に間隔をあけて一列に配列されている。図示するように、複数の帯状参照スケールの横方向の長さは同一である。一方、複数の帯状参照スケールの縦方向の寸法は異なり、最下段に配置された参照スケールの縦方向寸法が最も短ぐ最上段に配置された参照スケールの縦方向寸法が最も大きくなるように、より上段に位置する参照スケールの縦方向寸法がより大きくしてある。

[0030] 実施の形態では、 2段目力も最上段までの参照スケール 52の縦方向寸法が、最下段の参照スケール 52の縦方向寸法の整数倍としてある。また、各参照スケール 52の横に、その参照スケールに対応する寸法指標 54の数値が描かれており、最上段の参照スケール 52 (1)の横に寸法指標「1」、最下段の参照スケール 52 (16)の横に寸法指標「16」が描かれている。寸法指標 54は数値である必要はなぐ他の記号 (例えば、アルファベット)であってもよい。各寸法指標 54の数値は対応する参照スケール 5 2の実際の縦寸法に関連しており、寸法指標 54と実際の縦寸法の関係が、テーブル又は数式の形で記憶部 35に記憶されている。したがって、オペレータが焦点板に投影された物体像と参照スケールを対比し、物体像と同一の大きさを有する参照スケール又は物体像に最も近い大きさを有する参照スケールの寸法指標の数値を入力部 2 2を通じて測量装置 10に入力すると、測量装置 10は焦点板 46に投影された物体像の大きさを計算できる。

[0031] 《1 4 :測距部》

図 5を参照すると、測距部 20は、レーザ光を出力する、例えばレーザダイオードなどの発光部（レーザ装置） 58と、物体 (例えば、クラック)力のレーザ反射光を受光する受光部 60と、レーザ光が発射されて力受光されるまでの時間をもとに、物体から基準点 Pまでの距離を算出する演算部 62と、発光部 58から出射されたレーザ光

0

を望遠鏡 16の光軸 38に沿って物体に案内すると共に光軸 38に沿って物体力も帰つてくるレーザ光を受光部 60に案内する光学系 64を有する。図示するように、光学系 6 4の一部を構成するプリズム 66が望遠鏡 16の内部に配置されており、これによりレーザ光 56の進路が望遠鏡 16の光軸 38と一致させてある。なお、レーザ測距部 20における距離計算は、発光カも受光までの時間を利用する方法に限るものでなぐ例えば、両者の位相差力距離を求めることもできる。

[0032] 《1 5 :入力部》

図 6に示すように、入力部 22は、複数のキー、例えばファンクションキー 68、テンキ一 70、カーソル移動キー 72、エンターキー 74を有する。ここで、ファンクションキー 6 8は、後述するクラックの寸法測定における処理の実行を指示するために利用される。また、テンキー 70は、焦点板 46に描かれた寸法指標 54の数値を入力するために利用される。

[0033] 《1 6 :表示部》

図 6に示すように、表示部 24は液晶ディスプレイ 76を有する。液晶ディスプレイ 76 には、測距部 20で測定された数値 (例えば、距離、方位角）、テンキー 70を介して入力された寸法指標 54の数値、クラック幅演算部 32で演算されたクラック幅、座標演算部 34で演算された座標値、測定結果その他の操作上必要な情報が表示される。

[0034] 《1 7 :出力部》

図 1に示すように、出力部 26は、表示部 24に表示される種々の情報 (測定結果等）を、そこに接続されたコンピュータ 28に出力する。

[0035] 《2— 1 :計算方法の基本的考え》

以下、コンクリート構造物の表面に発生したクラックの幅を計算する方法の基本的な考えについて説明する。ただし、説明を容易にするために、まず、図 7に示すように、高所に設置された測量装置 10で、その下方にある水平面 (例えば、コンクリトート構造物の表面) Qに生じた一定幅 Wの直線クラック Cを観察する状況を考える。図面上、クラック Cは相当大きな幅を有するものとして描力されている力これは計算方法の理解を容易にするためである。ここで、クラック Cの長手方向に伸びる一方の縁線を L 、他方の縁線を Lとする。クラック Cの一方の縁線 Lと測量装置の基準点 Pを含む

L R L 0 斜めの平面（図上、点 P 、 P 、 P で形成される三角形を含む面。）を<3とする。また

0 し 0 し 2 0

、点 Pを通る矢印 D方向の垂直平面（図上、点 P 、 P '、 P で形成される三角形を

0 1 0 0 L0

含む面。）を<3

1とする。ここで、図示するように、点 P

0 'は点 P

0を通る垂線が平面 Q

0と交叉する点、点 P は斜め平面 Qと垂直平面 Qが交叉する縁線 L上の点である。ま

し 0 0 1 し

た、点 P は、点 P を通り、クラック Cを直角に横断する線が、他方の縁線 Lと交叉

RO LO R

する点である。

[0036] 図 8は、この状況で測量装置 10の望遠鏡 16の焦点板 46に投影される画像を示す。図上、符号 C'はクラック Cの投影像を示し、符号 W'は投影されたクラック像 C'の幅を示す。符号 P ' , P ' , P ' , P 'はそれぞれ図 7の点 P , P , P , P に対応

LO RO PI Ml L RO PI Ml する投影点を示す。線 L ' , L 'はそれぞれ図 7の縁線 L , Lに対応する投影線を示

L R L R

す。符号 Q '、 Q 'はそれぞれ図 7の平面 Q , Qを焦点板 46に投影した線である。

0 1 0 1

図示するように、焦点板 46上において、平面 Qの投影像 Q 'はクラック像 C'を斜めに横切る。また、クラック Cの実際の横幅 Wに対応した、点 P , P を結ぶ線の投影

LO RO

線は、投影点 P ' , P ，を通り、クラック像 W'を斜めに横切る線である。なお、図 8に

LO RO

表示された複数の線のうち、線 L ' , L '以外の線 (例えば、投影線 Q '、点 P 'と P

L R 1 LO R

'を結ぶ線、点 P 'と点 P 'を結ぶ線）は、実際には焦点板 46に表れな、線である

[0037] 焦点板 46上で、実際のクラック Cの横幅 Wに対応する線は、クラック像 C'を斜めに横断する線 (点 P 'と点 P 'を結ぶ線)であって、クラック像 C'を直角に横断する線（

LO RO

点 P ，と点 P ，を結ぶ線)ではな!/ヽ。このクラック像 C'を直角に横断する線は、図 7

LO R1

に示すように、他方の縁線 L上の任意の点（例えば、点 P )から、斜めの平面 Qに

R R1 0 垂線を下ろしたとき、この垂線が斜めの平面 Q P

0に交叉する点 P

Mlと点 R1とを結ぶ垂線を投影したものであり、焦点板 46に表れたクラック像の幅を用いて実際のクラックの幅を求める本発明では、観察者が焦点板 46から読み取るクラック像の幅 W'はこの垂線の長さである。

[0038] 図 7に示すように、点 P、 P 'を含み、クラック Cと直角に交叉する三角形の垂直平

0 0

面 Qを考える。図示するように、垂直平面 Qと縁線 L , Lが交叉する点がそれぞれ

2 2 L R

点 P , P である。また、縁線 Lと垂線 (点 P 、P を結ぶ線)を含む四角形の平面

L2 R2 R Rl Ml

Qを考える。図示するように、平面 Qと平面 Qの交叉する線が点 P と点 P を結ぶ

3 2 3 M2 R2 線 (垂線）として与えられる。ここで、点 P と点 P を結ぶ垂線は、点 P と点 P を結

M2 R2 Ml Rl ぶ垂線と平行で且つ同じ長さを有する。この関係を利用すると、縁線 L、 Lと平行な

L R

方向 D (図 7参照）から平面 Q , Qを見た図 9に示すように、クラック像 C'の幅 W'を

2 1 2

基に点 P と点 P を結ぶ垂線の長さ W"を求め、この長さ W"から実際のクラック Cの

M2 R2

幅 wを求めることができる。

[0039] 《2— 2：クラック幅 Wの計算》

垂線長 W"は、焦点板 46に結像されたクラック像 C'の幅 W'と、焦点板 46からクラック Cまでの距離 Lとの積に略比例し、以下の数式 1で与えられる。 [数 1]

W"= L W

式中、係数 αは、望遠鏡の光学系によって定まる定数で、例えば対物レンズの倍率などによって定まる値である。物体 (クラック)力も焦点板までの距離 Lは、測距部で得られる距離測量の結果をもとに得られる。具体的に説明すると、測量装置 10において、基準点 Ρ力も焦点板 46までの距離 A Lは既知である。また、基準点 Ρ力クラ

0 0 ックまでの距離 Lは測距部 20で求められる。これらの値をもとに、クラック幅演算部 3

0

2は、物体力も焦点板までの距離 L ( =L + A L)を計算する。

0

[0040] 焦点板 46に結像したクラック像 C'の幅 W'は、入力部 22を通じてオペレータが入力する寸法指標 (例えば、「1」〜「16」の値）に基づいて得られる。具体的に説明すると、上述のように、焦点板 46に描かれた寸法指標とその実際の縦方向寸法の関係が、テーブル又は数式の形で記憶部 35に記憶されている。したがって、オペレータが焦点板に投影されたクラック像 C'の幅 W'と参照スケールを対比し、幅 W'と同一の大きさ（縦寸法)を有する参照スケール又はクラック像に最も近、大きさ（縦寸法)を有する参照スケールの寸法指標を入力部 22から入力すると、クラック幅演算部 32は記憶部 35のテーブル又は関係式に基づ、て焦点板 46上のクラック像の幅 W，を計算する。例えば、オペレータが寸法指標「10」を入力部 22から入力すると、クラック幅演算部 32は実際のクラック像の幅を「5 μ mjと計算する。

[0041] 留意すべきことは、数式 1は理想的な式で、そこでは垂線長 W"はクラック像 C'の幅 Wと焦点板 46からクラックまでの距離 Lに比例するものとして表されている力現実の光学系は種々の収差を含むことから、実際の計算には数式 1を変形した下記の数式 2を用い、この数式 2に含まれる係数 α , a の値を実験的に求めることが好ましい

1 2

[数 2]

[0042] ここで、図 9に示すように、垂線長 W"と実際のクラック Cの幅 Wは以下の数式 3の関係を有する。

[数 3] 角度 Θは、例えば、図 7において、点 Ρと点 Ρ を結ぶ線と、点 Ρ 'と点 Ρ を結ぶ線

0 L2 0 L2 とが交叉する角度、また平面 Qと Qの交角である。角度 Θの求め方は後に説明する

0

[0043] 数式 2, 3から以下の数式 4が得られる。

画

w i^L + a₂ ) W

sin θ

[0044] 係数 a , α は、例えば、次の手順によって求めることができる。まず、壁面に異な

1 2

る大きさ（幅) W'の複数 (n個）のマーク（例えば、長方形のマーク）を描き、各マークの幅 W (W · ·，W )を測定する。次に、測量装置を設置し、測量装置 (基準点 P )か

1 n 0 ら各マークまでの距離 L (L · · -L )を測定する。また、焦点板に投影された各マークの大きさ（寸法指標) W' (W - - -W ' )を読み取る。さらに、各マークについて角度

Θを求める。続いて、これら 4つの値 (L、 W, W , 0 )を統計処理 (例えば、最小二乗法)して、係数 a , a を求める。または、係数 a , a は、壁面に所定の大きさ（幅） Wのマークを一つ描き、壁面力測量装置までの距離 L (L · · -L )を変更し、各距離について寸法指標 W' (W ' - - -W ' )を読み取り、それらの値 (L、W, W'， 0 )を統計処理して求めることもできる。さらに、壁面上の同一箇所に複数のマークを代わる代わる描き、つまり、距離 Lと角度 0を一定に保ち、幅 W, W'の関係から係数 a , a を求めることもできる。以上のようにして計算された係数 a , a

1 2は、記憶部 35

2 に記憶されている。

[0045] 数式 4に代えて、個々の光学装置に固有の機械誤差等を考慮した補正定数 a を

3 加えた以下の数式 5を用いることもできる。

[数 5]

„, ( ,L + a₂ ) W

W =― ― + «₃

sin Θ

[0046] 《2— 3 :角度 Θの計算》

図 1に示すように、コンクリート構造物の表面に発生するクラックの進行方向は不特定であり、曲がりくねった形をしている。したがって、実際のクラック幅の測定にあたつては、図 11に示すように、焦点板 46に投影されたクラックにおける、クラック幅を測定しょうとするクラック部分 Cの延長線 Lを仮定する。この延長線 Lは、測定対象のクラック部分 Cの幅方向と直交する方向に伸びる線である。具体的に、延長線 Lは、その延長線 L上に存在すると思われる構造物表面上の 2点を特定することにより計算できる。図上、特定された点を P , P で示す。後に説明するように、クラック部分

1(1) 1(2)

cが存在しているコンクリート表面の関数を定義する必要から、このときクラック部分 Cの近傍にある第 3の点 P を併せて特定する。図 10では、点 P , P , P の

1 1(3) 1(1) 1(2) 1(3) 投影点がそれぞれ P ', Ρ ', Ρ ，で示してある。

1(1) 1(2) 1(3)

[0047] 次に、測量装置を用いて、 3つの点 Ρ , Ρ , Ρ についてそれぞれの座標（X

1(1) 1(2) 1(3) 1

, y , z ), (x , y , z ), (x , y , ζ )を求める。このとき、測量装置は、その基準点 P

1 1 2 2 2 3 3 3 0 と、該基準点力各点までの斜距離及び方位角とを用いて、計算する。

[0048] 計算された 2点 P , P の座標 (x , y , z ) , (x , y , z )を用いて、クラック延長

1(1) 1(2) 1 1 1 2 2 2

線 Lの関数を求める。例えば、この延長線 Lは、以下の数式 6で定義される。

[数 6]

^-^i y-y^ z__Zl

ん-. , I-,

ん 1 "^"2_ 1

= 2 ~ 1

= ^Ζ2 - ^Zl

[0049] コンクリート表面の関数は、 3点 Ρ , Ρ , Ρ の座標（X , y , ζ ), (X , y , ζ )

1(1) 1(2) 1(3) 1 1 1 2 2 2

, (χ , y , ζ )を用いて、例えば数式 7で定義される。

3 3 3

[数 7] m₁(x-x₁) + m₂(y-^₁) + m₃(z-z₃) ^{= 0}

m_x = (y₂— ）(¾ -z₁)-(y₃ -y₁)(z₂ -ζ,)

m₂ = (z₂ - z₁ )(x₃ - ) - (z, - z₁ )(x₂ - j)

m₃ = (x₂ - ¾ )(y₃ - ^ ) - (x₃ - ¾ )(y₂ -y,)

[0050] 図 11に示す、基準点 P (x , y , z )から延長線 Lに下ろした垂線 Lの関数と、延

0 0 0 0 1 2

長線 Lと垂線 Lとの交点の座標 P "(X ", y ", z "；)を求める。座標 P "は、延長線 L

1 2 0 0 0 0 0 1 上にあって、基準点 Pとの距離が最小となる点であるから、基準点 Pとの距離が最小

0 0

となる延長線 L上の点 P "を計算し、この点 P "と基準点 Pを結ぶ直線として求めるこ

1 0 0 0

とができる。例えば、垂線しは、以下の数式 8で定義される。

2

[数 8] x " ^xo—ノーノ。 — Z₀

k₄ k₅ / ₆

ん 4 ― o 。

6 = ^Ζ0 "^Ζ0

[0051] 次に、基準点 Ρ (X , y , ζ )から平面 Q (または平面を含む仮想の平面）に下ろした

0 0 0 0

垂線しの関数と、平面 Qと垂線 Lとの交点 P，の座標 P，（X ，， y ，， z，）を求める。

3 3 0 0 0 0 0 座標 P 'は、平面 Q上にあって、基準点 Pとの距離が最小となる点であるから、基準

0 0

点 Pとの距離が最小となる平面上の点 P 'を計算し、この点 P，と基準点 Pを結ぶ直

0 0 0 0 線として求めることができる。例えば、垂線しは、以下の数式 9で定義される。

3

[数 9]

¾ y-y₀ ^z_ ^zo

k₀ =y₀'-y₀

9 ―

[0052] 点 P （x y z ')と点 P " (X " y ζ ")を結ぶ垂線 Lを求める。例えば、垂

0 0 0 0 0 0 0

線 Lは、以下の数式 10で定義される。

4

[数 10] —V y-y₀' ζ_ζ₀

'*10 た 11 12

ん 10 — ^Λ0 ~

^12 0 ~^Δ0

[0053] 垂線しとしの交角 Θを求める。なお、交角 Θは、 3点 Ρ、 Ρ "、 Ρ 'を結ぶ角度であ

2 4 0 0 0 るから、これら 3つの座標力計算することも可能である。 [0054] 《2— 2：クラック幅の測定》

コンクリート構造物の表面に発生したクラックの幅の測定について、図 12のフローチャートを参照して詳細に説明する。

[0055] ステップ S101：入力部 22のクラック幅測定モードキー（ファンクションキー）をオンする。これにより、制御部 30は、そのオン信号に基づいて、クラック幅測定モードを開始する。

[0056] ステップ S102 :測定対象のクラック部分 C (図 11参照）を望遠鏡 16で視準する。

[0057] ステップ S103 :焦点板 46上にクラック部分 Cの像が鮮明に結像されるように、合焦レンズ 42を調整する。

[0058] ステップ S104 :入力部 22の測距キー（ファンクションキー）をオンする。制御部 30は、そのオン信号に基づいて測距部 20を駆動し、基準点 P力クラック部分 Cの距離

0 1

Lを測定する。測定された距離 Lは記憶部 35に記憶される。このとき、距離 Lと共に

0 0 0 又は距離 Lに代えて、距離 Lと A Lを基に焦点板カゝらクラックまでの距離 Lを計算し

0 0

、この値 Lを記憶部 35に記憶することが好ま、。

[0059] ステップ S105 :クラック部分 Cのクラック延長線 Lを平面 (コンクリート表面) Q上に仮想し、この延長線 L上の 2点 P , P とクラック部分 Cの近傍にある平面上の別の

1 1 (1) 1 (2) 1

1点 P を視準してそれぞれの座標 (X , y , z ) , (x , y , z ) , (x , y , z )を求め

1 (3) 1 1 1 2 2 2 3 3 3 る。測定された座標は記憶部 35に記憶される。

[0060] ステップ S106 :望遠鏡 16を水平方向及び Z又は垂直方向に動かし、クラック像 C' の近傍に参照スケール 52を配置する、またはクラック像 C'に参照スケール 52を重ねる。

[0061] ステップ S107 :クラック像 C'の幅と同一又はそれに最も近い大きさの参照スケール 5

2の寸法指標を読み取る。

[0062] ステップ S 108 :読み取った寸法指標 54を入力部 22から入力する。

[0063] ステップ S109：制御部 30のクラック幅演算部 32は、入力された寸法指標と、記憶部

35のテーブル又は関係式をもとに、焦点板 46に投影されたクラック像 C'の幅寸法 W

'を計算する。計算された幅 W'は記憶部 35に記憶される。

[0064] ステップ S110 :クラック幅演算部 32はまた、基準点 P、測点 P , P , P の座

0 1 (1) 1 (2) 1 (3) 標を用いて、上述のようにして角度 Θを計算する。

[0065] ステップ S111 :クラック幅演算部 32は、距離 L、係数 α , a 、クラック像幅 W，を用

1 2

いて、クラック Cの幅 Wを計算する。

[0066] ステップ S112：計算されたクラック幅 Wを、表示部 24の液晶ディスプレイに表示する

。出力部 26にコンピュータ 28が接続されている場合、このコンピュータ 28にクラック幅 Wを送信する。

[0067] 《5 :変形例》

以上、本発明に係る寸法測定装置を説明したが、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々改変可能である。

[0068] 例えば、以上の説明では、測定クラックを有する壁面に対して測量装置 10の光軸 3

8が斜めに交差する場合についてそのクラックの幅を正確に計算する方法を説明した力壁面に対して光軸が直交しない場合であっても、簡易的に数式 11を用いてクラックの幅を計算してもよ!、。

[数 11]

W = {a_xL + ₂ ) W + «，

[0069] また、クラック幅演算部は、測量装置 10の出力部 26に接続された外部装置、例えばコンピュータ 28に設け、このコンピュータ 28に格納されているプログラムに基づき、上述した計算プロセスに基づいてコンピュータ 28がクラック幅を計算してもよい。この場合、測距部 20の測定結果 (基準点力も物体までの距離)は測量装置 10からコンビユータ 28に送信される。また、参照スケール 52の寸法指標 (数値）は、コンピュータ 2 8に直接入力してもよい。そして、コンピュータ 28は、上述した計算プロセスに基づいて、寸法指標と物体像寸法との関係を示すテーブル又は数式に基づいて、寸法指標から物体像の大きさを計算する。また、物体像の大きさと距離力物体の実寸法を計算する。

[0070] 参照スケールの形、配置 (場所、方向）は、上述した図 4の形態に限るものでな、。

例えば、図 13に示す実施形態では、複数の参照スケールが左右方向に配置されており、それらに参照スケールに付随する寸法指標の数値が参照スケールの上に配置されている。図 14に示す実施形態では、複数の参照スケールが、光軸を中心とする径方向に配置されている。図 15に示す実施形態では、各参照スケールは、光軸を中心とする周方向に伸びている。ここで、各参照スケールは、ほぼ円の形をしている力周方向に所定角度だけ伸びる、円弧状であってもよい。図 16に示す実施形態では、焦点板の上部領域に、横幅の小さな複数の参照スケールが配置され、焦点板の下部領域に、横幅がより大きな複数の参照スケールが、径方向に配置されている。図 1 7に示す実施形態では、複数の参照スケールは同一の横幅を有し、例えば光軸と直交する水平方向に目盛が設けてある。図 18、図 19に示す実施形態では、各参照スケールが、中実、中空の円で表されている。このように、参照スケールの形と配列方向は、焦点板に投影されている物体像の大きさの読み取りがより簡単にできるように、自由に変更することができる。また、複数の参照スケール配列を設けることにより、望遠鏡の移動を最小限に抑えることができる。図 20、図 21に示す実施形態では、中実円又は中空円の参照スケール力光軸を中心とする一つ又は複数の円周上に、好ましくは等間隔に配置されて、る。

[0071] 測距手段は、レーザを用いた測距部に限るものでなぐ例えば超音波を利用した超音波測距部であってもよい。

[0072] 上記実施形態では、参照スケールの寸法指標を入力部力も入力するものとしたが、寸法指標と物体像寸法との関係を示すテーブルを用意しておき、そのテーブルから得られた物体像寸法を入力部力も入力するようにすることもできる。

[0073] また、上記実施形態では、焦点板に参照スケールを設けたが、オペレータが接眼レンズを介して物体像と参照スケールを鮮明に見ることができれば、例えば、光軸方向に関して焦点板の前後で焦点深度の範囲内にガラスなどの透明板 (投影板)を配置し、この透明板に参照スケールを描いてもよい。

[0074] さらに、以上、本発明に係る光学装置を用いてクラックの大きさを測定する方法を説明したが、測定対象はクラックに限るものでなぐあらゆる物が測定対象となり得る。

Claims

請求の範囲

[1] 投影板 (46)を有する望遠鏡 (16)を備えた光学装置（10)であって、上記投影板 (4

6)に、上記投影板 (46)に投影された物体 (C)の像 (C ' )の大きさ (W )と対比するための参照スケール (52)が複数設けてあることを特徴とする光学装置。

[2] 上記複数の参照スケール (52)は、上記望遠鏡（16)の光軸（38)と直交する方向または上記光軸（38)を中心とする円周方向のいずれかの配列方向に間隔をあけて配列されていることを特徴とする請求項 1の光学装置。

[3] 上記複数の参照スケール（52)のそれぞれは上記投影板 (46)上で二次元方向に広力^を有するマークであることを特徴とする請求項 2の光学装置。

[4] 上記複数の参照スケール（52)のマークはそれぞれ、上記配列方向に関して、他の参照スケールのマークとは異なる大きさを有することを特徴とする請求項 2の光学装置。

[5] 上記マークが四角又は円の平面形状を有することを特徴とする請求項 3の光学装置

[6] 上記複数の参照スケール（52)の近傍に、上記複数の参照スケール（52)の大きさに対応する指標（54)がそれぞれ設けてあることを特徴とする請求項 4または 5の光学装置。

[7] 上記光学装置（10)はまた、上記望遠鏡（16)の基準点 (P )から上記望遠鏡（16)で

0

視準された物体 (C)までの距離 (L )を測定する測距手段 (20)を有することを特徴と

0

する請求項 1〜6のいずれかの光学装置。

[8] 上記測距手段 (20)がレーザ測距部又は超音波測距部を備えて、ることを特徴とする請求項 7の光学装置。

[9] 上記複数の参照スケール (52)に関連する指標（54)が入力される入力部（22)と、上記入力部（22)から入力された上記指標（54)と上記測距手段 (20)で測定された距離 (L)に基づ、て上記物体 (C)の寸法 (W)を演算する演算手段 (32)を備えたことを特徴とする請求項 7または 8の光学装置。

[10] 上記演算手段（32)で演算された上記物体 (C)の寸法 (W)を出力する出力部（26) を備えたことを特徴とする請求項 9の光学装置。

[11] 上記物体 (c)の像 (c')が、コンクリート構造物に発生したクラックであることを特徴とする請求項 1〜： LOのいずれかの光学装置。

[12] 複数の参照スケール (52)が設けられている投影板 (46)を備えた望遠鏡（16)と、上記望遠鏡（16)で視準された物体 (C)から基準点 (P )までの距離 (L )を測定する測

0 0

距部 (20)を備えた光学装置（10)を用意する第 1の工程と、

上記望遠鏡 (16)の投影板 (46)に投影された物体 (C)の像 (C ' )と上記複数の参照スケール（52)のうちの一つ又は複数とを比べて求められた値 (W )と上記測距部 (20)で測定された距離 (L )を利用して、上記物体 (C)の寸法 (W)を演算する第 2

0

の工程を備えたことを特徴とする、光学装置を用いて物体の寸法を測定する方法。

[13] 上記物体 (C)がコンクリート構造物の表面 (Q)に発生したクラックであって、

上記第 2の工程は、

0

工程と、

上記値 (W )、距離 (L)、角度（ Θ )を用いて上記クラック (C)の幅 (W)を求める副工程を備えていることを特徴とする請求項 12の方法。

[14] 上記物体 (C)がコンクリート構造物の表面 (Q)に発生したクラックであって、

上記第 2の工程は、

0

工程と、

上記表面 (Q)上にあって上記クラックの幅寸法と直交する方向に伸びる延長線 ( )を仮想する副工程と、

1 KD 1 (2)

の座標〔P 〕を求める副工程と、

1 (3)

上記座標座標〔Ρ , P 〕を用いて上記延長線 (L )を定義する副工程と、

1 (1) 1 (2) 1

上記座標〔Ρ , Ρ , Ρ 〕を用いて上記表面 (Q)を定義する副工程と、

1 (1) 1 (2) 1 (3)

上記基準点 (P )から上記表面 (Q)に下ろした垂線 (L )と上記表面 (Q)が交叉す

0 3

る第 1の交点座標 (P ' )

0 を求める副工程と

上記基準点 (P )から上記延長線 (L )に下ろした垂線 (L )と上記延長線 (L )が交わる第 2の交点座標 (P ")を求める副工程と、

0

0 0 2 0

0 4

[15] 複数の参照スケール (52)が設けられている投影板 (46)を備えた望遠鏡（16)と、上記望遠鏡（16)で視準された平面 (Q)上のクラック部分 (C )から基準点 (P )までの

1 0 距離 (L )を測定する測距部 (20)を備えた光学装置（10)を用意する第 1の工程と、

0

上記望遠鏡 (16)の投影板 (46)に投影されたクラック像 (C ' )と上記複数の参照スケール（52)のうちの一つ又は複数とを比べて求められた値 (W， )と、上記測距部 (2 0)で測定された距離 (L )を利用して、上記クラック部分 (C )の幅寸法 (W)を演算す

0 1

る第 2の工程を備えたことを特徴とする、光学装置を用いてクラックの幅を測定する方法。

[16] 上記第 2の工程は、

0

工程と、

上記値 (W )、距離 (L)、角度（ Θ )を用いて上記クラック (C)の幅 (W)を求める副工程を備えていることを特徴とする請求項 15の方法。

[17] 上記第 2の工程は、

1 0 0

Q)との交角（ 0 )を求める副工程と、

0 1

める副工程と、

上記値 (W )、交角（ Θ )、距離 (L)を用いて上記幅寸法 (W)を求める副工程を備えたことを特徴とする請求項 15の方法。