JPS6054647B2 - ボアホ−ルスキヤナ− - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ダムや地下空洞掘削の際に、建設地点の地質
調査に用いるポーリング孔壁観察装置に関する。

〔従来の技術〕

ダムやトンネルのような地下空洞を掘削するには建設地
点の地質を調査して工事に採用する施工法、工事の進め
方及び安全対策等に万全を期す必要がある。

地質調査では、一般に岩盤の割れ目の方向、傾斜及び性
状、さらには地層の方向及び傾斜を知ることが必要であ
る。

このため、ポーリングを行つた際にコアを採取していた
が、コアではその方向を確認することができなく、地質
の種類によつてはコアを全く採取できないケースもあり
、この場合には地質情報を全く無くしてしまう状態に落
ち入つていた。しかも、地質調査では部分的観測では意
味をなさず、常に孔壁を全面的に展関して見る必要があ
ることから、近年では直接孔壁を観測する方法が検討さ
れている。

このような方法としては、第１図に示すように、建設地
点をポーリングしてボアホールａを形Ｊ成し、この中に
孔壁観測装置所謂ボアホールテレビゾンデをを降ろして
、３６００方向の孔壁面を画像として写し出し、地盤の
情報、例えば岩石の種類、亀裂の有無およびその方向性
や開口状況などを調査する方法があり、第２図のように
ボアホールテレビゾンデｂの先端部に集光レンズｄを設
けた複数本の光ファイバーの始端Ｊｉｊが孔壁面ａに対
面し、かつ横方面の画角によつて定まる同一開角で放射
状となるように平面配置した観測用光ファイバー群を取
付けて孔壁の展開画像を得る（特開昭５７−７２１１７
号公報参照）などの方法である。

しかし、ここで使用されている第１図のボアホールテレ
ビカメラは、第１図に示すように孔壁ａに対して４５メ
の傾斜をもつ鏡面ｅと光源ｆを用いて、光源ｆによる照
射により鏡面ｅに写し出された孔壁像をレンズｄを介し
て撮像管ｃにより撮像し、その画像信号をケーブルｇで
地上に送り、地上に設けたテレビ受像機ｈに写し出して
孔壁面を観察する形式のものである。このためこの装置
では受像機ｈに写し出される画像は孔壁面の一部、即ち
鏡面ｅ（７）縦横の長さと鏡面ｅと孔壁面ａ間の距離お
よびレンズｄの画角によつて定まる鏡面指向方向の一部
の孔壁面しか映出されない。従つて、３６０部方向の孔
壁面を観察できるようにするためには、鏡面ｅと光源ｆ
とテレビカメラｃとを地上から操作されるモーター１に
より回転させて３６００の画像を得る必要があるし、仮
に回転させて３６００の画像が得られても全体的な判断
を行うためには、第３図のように一枚一枚の画像を写真
にとり上下左右に貼り合わせて３６０画の展開画像を得
るか、一画面一画面スケッチを行つて展開画像を得る必
要があり、いずれの場合も非常に面倒な手間を必要とす
る。加えて、地質調査は一般に数百ｍから千ｍ以上．の
深さにまで実施されるため、鋼桿のような剛体でテレビ
ゾンデを操作することは不可能であることから、テレビ
ゾンデｂはケーブルによつてボアホールａの中に吊り下
げられている。

従つて、３６００の展開画像が得られたとしても地上の
観測！点に対してどの方位の地層を各画像が示している
のか確認することができない。これは、ゾンデを吊り下
げているケーブルがねじれてしまい、ゾンデ内でテレビ
が回転している動きにねじれによる動きが加算されてし
まうことからケーブルの地上・での位置が固定されてい
てもカメラの向きが必ずしも一定の移動をしないからで
ある。このため、観測画像の中に北からの回転角を表示
するようにしているが、展開画像を作成するために各観
測画像を配置していく際に逐一回転角を確認した上でそ
の回転角を合致させて作業をしなければならず、前述の
ような非常に面倒な手間と長時間の作業を要している。
また、第２図のファイバーを使用する場合には、先端に
レンズを装着したファイバー始端Ｊｉ，をボアホールａ
に対面させ孔壁の一部を撮影した画像をレンズと対向す
るファイバー終端ｊにおくる。

ファイバー終端ｊでは、孔壁の展開画像が得ノられるよ
うに、ファイバー始端が展開されている順に配置してい
る。ここで各方向の画像が展開画像としてまとめられレ
ンズｄを介して撮像管ｃに像が結ばれ地上のテレビ受像
機で観測される。しかしながら、ゾンデｂの中心がボア
ホールａの中・心とずれた場合や、孔径に変化があつた
場合に各ファイバー間の画像のくい違いが生じ、展開画
像が非常に見にくくなる欠点がある。この場合には、磁
石の針の位置をファイバーで見るようにし、各画像と同
じ一つの信号として方位を表示しているので、上述の例
と同様に連続した展開画像を作成するためには、各画像
をの表示方位を逐一確認した上で方位を合致させて作業
しなければならず、非常に面倒な手間と長時間の作業を
要している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の状況に鑑み、本発明はボアホール孔壁の展開画像
を測定時点で、連続的な展開画像として直接得ることを
第１義の目的としており、さらに可視光線以外の波長の
光線を用いてボアホール内の追跡試験や温度分布の調査
も可能にすることをその目的にしている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によるボアホールスキャナーは、地上に設置され
る昇降装置、該昇降装置にケーブルで吊り下げられボア
ホール孔内を昇降するゾンデ、該ゾンデと連結しゾンデ
の吊り下げ位置を検出結する深度センサー、該ゾンデ内
に設ける光ビーム発生器、光ビームの方向に傾斜させて
設置するハーフミラー、該ハーフミラーを通過してくる
光ビームをゾンデ外に投光し孔壁からの反射光をハーフ
ミラーに向ける反射鏡、ハーフミラーからの反射光を受
けて電気的輝度信号に変える光電変換素子、上記反射鏡
と一体に設ける方位計、上記深度センサーの検出する昇
降速度に関連させて反射鏡と方位計を回転する駆動装置
及び上記深度センサーからの出力信号と上記方位計から
の出力信号とに同期させた光電変換素子からの輝度信号
を随時組み合せて記録する記録装置から構成されており
、方位計からの信号をベースにして特定の基準点を有す
る連続した孔壁面展開画像を画像編集や画像修正の手間
なく簡易な操作で自動的、かつ直接的に記録もしくは表
示するものである。

〔作用〕

ボアホールにゾンデを吊り降ろす昇降速度に関連して反
射鏡と一体に回転する方位計からはＮ極と光ビーム投射
方向との偏りが出力される。

従つて、ゾンデが自転してもＮ極との偏り値の増減とし
て随時信号として地上に出力される。そして、記録装置
において上記偏り値の出力信号を順次整列させ、深度セ
ンサー、方位計からの各出力信号に同期させた輝度信号
を連続的に組み合わせて記録し、必要に応じて随時出力
表示する。〔実施例〕 以下、図面に基いて本発明の実施例及びその作用を説明
する。

第４図は光学ヘッドの例、第５図は本発明の一実施例を
示す断面図、第６図は光ビームが走査する孔壁展開面の
軌跡、第７図は光ビームの走査軌跡の斜視図、第８図、
第９図は、マルチスペクトルスキャナーにした場合の光
学ヘッドである。

第５図に示すように、本発明によるボアホールスキャナ
ーは地上に設置され制御器ｒで操作される昇降装置ｑに
ケーブルでボアホールａの中に吊り下げられるゾンデｂ
１このゾンデｂから送られてくる方位信号及び輝度信号
を入力する記録装置ｓとフレームメモリーｔから成る画
像記録装置及び画像を表示するテレビ受像機ｈから構成
されている。第４図イに示す例ては、反射鏡と一体に回
転する方位計ｘがＮ極と光ビームの投射方向との偏りを
地上に出力するので、記録装置においての信号を順次整
列させ、深度センサー、方位計からの各出力信号に同期
させた輝度信号を連続的に組み合わせて出力表示する。

又、第４図口に示す例では、方位計の磁石が駆動装置１
の磁気的影響を受けて少しでも誤動作するのを防止する
対策のために方位計の機能を分割し、駆動装置１に近い
位置にはゾンデｂの基準点と光ビームの投射方向との偏
りを出力する位置センサーｎを設け、磁石を有しＮ極と
対応して出力する方位センサーｎ″を駆動装置１の磁気
的影響を受けないゾンデの先端に光ビーム発生器ｆと並
べて設けてある。

光ビーム発生器から発する光ビームの方向には傾斜させ
たハーフミラーｅを設置し、ハーフミラー１を透過する
光をレンズＤ２を介してゾンデ外の孔壁に投光し、その
反射光を受けてハーフミラーｅに反射する反射鏡ｅとこ
の反射鏡の方向を検知する位置センサーｎとを一体にし
て回転させる駆動装置１に結合している。ハーフミラー
１で反射された光はスリットＫ２を通つて光電変換素子
ｍに照射され、電気的輝度信号として地上の記録装置ｓ
に伝送する。

駆動装置１は別置のゾンデ深度センサーｐの昇降速度に
関連させて回転速度を制御されており、１回転した時に
１ステップ次の孔壁に光ビームが投光されるようにセッ
トされている。

ゾンデｂはケーブルで吊り下げられているために、その
方向は常に不定であるが、方位センサーｎ″からの方位
信号がＮ極からのゾンデの偏りを表示する。

又、孔壁に投光される光ビームの方向は駆動装置１によ
つて順次移動していくが、この移動はゾンデの基準位置
からの偏りとして位置センサーｎから位置信号として表
示される。従つて、方位センサーのＮ極からのゾンデの
偏りを示す方位信号と位置センサーのゾンデの基準位置
からの偏りを示す位置信号とを加算すると、投光されて
いる孔壁のＮ極からの正確な偏りを知ることがでｌきる
。次に、その動作について説明すると、光ビーム発生器
ｆから発せられた光は、レンズｄ１およびスリットｋ１
を通つて微細な光ビームとなつてハーフミラー１を通過
し鏡面ｅで反射されてレンズＤ２を７通つて孔壁ａに照
射される。

孔壁ａに照射された光ビームは一部は吸収され一部は反
射される。反射された光はレンズＤ２を通り鏡面ｅで反
射され、さらにハーフミラー１で反射された光がスリッ
トＫ２を通過し光電変換素子ｍで電気信号に変換されフ
る。レンズ↓と鏡面ｅからなる光学ヘッドをモーター１
で回転すれば、孔壁の１周の画像情報が電気信号として
得られる。第５図にように光学ヘッドｏを内蔵するゾン
デｂをポーリング孔ａの中へ挿入し、地士の昇降装置ｑ
を用い、深度センサーｒで検出した降下速度と、ゾンデ
ｂに内蔵される光学ヘッドｏの回転速度が関連するよう
にゾンデｂをポーリング孔ａ内を降下させると、第６図
および第７図のようにポーリング孔壁面ａを円管状にま
たはスパイラルに走査することになる。

このようにして孔壁面を密に走査し、孔壁の明度を電気
信号に変換してケーブルを通して地上に送る。送られて
きた輝度信号をアナログからデジタルに変換し、光ビー
ムの位置の信号（深度、向き）とともに記録装置Ｓで記
録する。深度は、第５図の深度センサーＰで知り、方向
は第４図の方向センサーｎ及び位置センサーｎ″から上
述のように得ることができる。

記録装置ｓへの輝度信号入力は、方向センサーｎの信号
をベースにして、ゾンデから投光される光ビームの向き
が例えばＮ極のような特定の位置にきた時から常に記録
をするようにしておき、各一周の展開画像が常にＮ極に
位置する孔壁の画像から展関するように基準点を明確に
して記録している。

このように記録されたデータをフレームメモリーｔなど
の画像記録装置に孔壁の展開画像が得られるようにデー
タの基準点を一致させてデータ配列を行い記録して、テ
レビ受像機ｈ上に連続展開画像として表示して観測を行
う。

また、第８図のように受光スリットＫ２の後にプリズム
を配置し入射光を分光して分光用スリットＫ３で各波長
領域を選択し光電変換器ｍ１〜亀を選択スリットＫ３の
後に配置して各波長領域の分光放．射強度を測定すれば
マルチスペクトルスキャナーとして利用することができ
る。

これは、例えば受光スリットＫ２を赤、青、緑の３色の
領域に配置しておけば、３色の分光放射強度をカラーモ
ニター画面上で組合せることによつてカラー画像が得ら
．れるばかりてなく、赤外領域の分光放射強度を測定す
ることによつて赤外領域の輝度画像を作ることができる
。この赤外領域の輝度画像は、ポーリング孔内の岩盤や
土の水分含有量の判定や温度測定などに利用でき極めて
有用である。このマルチスペクトルスキャナーは、第９
図のように受光スリットＫ２の後に光ファイバーの始端
Ｗ１を対向し、受光スリットＫ２を通過した孔壁反射光
が入射するような構造とし、光ファイバーの終端Ｗ２を
複数に分離して、それぞれの光ファイバー終端ｗにバン
ドパスフィルタやカットフィルターあどのフィルターｘ
を配置してフィルターｘを通過した孔壁反射光を光電変
換器で各波長領域の放射強度を測定しても第８図のプリ
ズムの場合と同様な効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によるボアホールスキャナーは、
１ポーリング孔の全周壁を一度に観測す”るための展開
画像を測定時点で簡単に得られるので、地質調査に最も
大切な地下の割れ目や地層の方向、傾斜を迅速に知るこ
とができる。

２方位計による特定の基準点をベースにして連続的に展
開画像を得ることができるので、地質の調査、分析を効
率良く実施することができる。

その速度は従来装置が１０〜１５７ＴＬ，／日であるの
に対して５０〜１００Ｔｎ，／日という飛躍的な数値に
なつている。３部品の数が少ないために１００℃以上の
高温下での観測ができる。

４方位計によつて展開画像の方向、位置が正しく把握で
きるので、ケーブルによつて非常に深いポーリング孔の
地質も確実に知ることができる。

５可視光線以外の波長の光線でも測定が可能なため螢光
薬品を利用した追跡試験や赤外光による温度分布の調査
などにも使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来使用されているボアホールテルビカメラシ
ステムの断面図、第２図はファパースコープとテレビカ
メラを用いた孔壁展開画像を得るための孔壁展開画像観
測装置のゾンデの斜視図、第３図は従来装置て得た部分
画像を組み合せて作成した展開画像、第４図は本発明の
実施例を示すゾンデ部分の断面図、第５図は本発明の装
置全体の一実施例のシステム図、第６図は光ビームが走
査する孔壁展開面の軌跡、第７図は光ビームの走査軌跡
の斜視図、第８図はプリズムを使用したマルチスペクト
ルスキャナーの一実施例、第９図は、光ファイバーを使
用した場合のマルチスペクトルスキャナーの一実施例で
ある。 ａ・・・・・・ポーリング孔壁（ボアホール）、ｂ・・
・・ゾンデ、ｃ・・・・・・テレビカメラ（撮像管）、
ｄ・・・レンズ、ｄ１・・・・・・光ビーム作成レンズ
、４・・・・・・受光レンズ、ｅ・・・・・・鏡面、ｆ
″・・・・・・光ビーム発生器、ｇ・・・・ケーブル、
ｈ・・・・・・テレビ受像機（モニター）、ｉ・・・・
・・駆動装置、ｊ・・・・・・光ファイバー終端、Ｊｌ
ｌ〜ｊぉ（Ｊｉｊ） ・・・・光ファイバー始端、ｋ１
・・・・・・光ビーム作成スリット、Ｋ２・・・・・・
受光用スリット、Ｋ３・・・・・・分光用スリット、ｌ
・・・・・・ハーフミラー、Ｍ，ｍｌ〜Ｍ３・・・・・
・光電変換器、ｎ・・・・・位置センサー、ｎ″・・・
・・方位センサー、ｏ・・・・・・光学ヘッド、ｐ・・
・・・・深度センサー、ｑ・・・・・・昇降機、ｒ・・
・ボアホールスキャナー制御器、ｓ・・・・・・記録装
置、ｔ・・・・・フレームメモリー、ｕ・・・・・・光
ビームの軌跡、ｖ・・・・・・プリズム、Ｗ１・・・・
・・光ファイバー始端、Ｗ２・・・・・・光ファイバー
終端、ｘ・・・・・・方位計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 地上に設置される昇降装置、該昇降装置にケーブル
   で吊り下げられボアホール孔内を昇降するゾンデ、該ゾ
   ンデと連結しゾンデの吊り下げ位置を検出する深度セン
   サー、該ゾンデ内に設ける光ビーム発生器、光ビームの
   方向に傾斜させて設置するハーフミラー、該ハーフミラ
   ーを通過してくる光ビームをゾンデ外に投光し孔壁から
   の反射光をハーフミラーに向ける反射鏡、ハーフミラー
   からの反射光を受けて電気的輝度信号に変える光電変換
   素子、上記反射鏡と一体に設け光ビームの当つている方
   位を検出する方位計、上記深度センサーの検出する昇降
   速度に関連させて反射鏡と方位計を回転する駆動装置及
   び上記深度センサーからの出力信号と上記方位計からの
   出力信号とに同期させた光電変換素子からの輝度信号を
   随時組み合わせて連続展開走査画像として記録する記録
   装置から成るボアホールキヤナー。