(57)【要約】【課題】撮像素子が放射線の影響を受けにくく、かつ小型の耐放射線カメラ、及びその耐放射線カメラを搭載したロボットを提供する。【解決手段】被写体を撮像する耐放射線カメラ４は、放射線を遮蔽する中実の遮蔽本体１１と、遮蔽本体１１の内部に設けられた内部空間ＩＳ内に配置され、被写体の像を結像する対物光学系と、像をリレーすると共に途中に光の進行方向を変える偏向部を備えるリレー光学系とを含む、撮像光学系と、内部空間ＩＳ内に配置され、リレー光学系でリレーされた像を撮像する撮像素子３１と、を有する。【選択図】図３
2019124747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮像する耐放射線カメラであって、
放射線を遮蔽する中実の遮蔽部材と、
前記遮蔽部材の内部に設けられた内部空間内に配置され、前記被写体の像を結像する対物光学系と、前記像をリレーすると共に途中に光の進行方向を変える偏向部を備えるリレー光学系とを含む、撮像光学系と、
前記内部空間内に配置され、前記リレー光学系でリレーされた前記像を撮像する撮像素子と、
を有する耐放射線カメラ。
【請求項２】
前記リレー光学系は、前記対物光学系からの前記光を前記偏向部へ向けて射出する第１のリレー光学系と、前記偏向部からの前記光を入射する第２のリレー光学系とを有し、
前記対物光学系及び前記第１のリレー光学系は、石英レンズを含む、請求項１に記載の耐放射線カメラ。
【請求項３】
前記第２のリレー光学系は、前記第１のリレー光学系において発生した色収差を補正する光学素材を含む、請求項２に記載の耐放射線カメラ。
【請求項４】
前記第２のリレー光学系及び前記撮像素子を取り囲む前記遮蔽部材の厚さは、３次元空間の全方向において所定値以上である、請求項２に記載の耐放射線カメラ。
【請求項５】
前記第１のリレー光学系の第１の光軸と前記第２のリレー光学系の第２の光軸が直交し、前記遮蔽部材が前記第２の光軸上に頂点を有する半球形状部を有し、かつ前記第１のリレー光学系が前記半球形状部内に配置された場合に、前記第１の光軸と前記第２の光軸との交点を第１の点とし、前記第２の光軸と前記第２のリレー光学系の先端部との交点を第２の点とし、前記第１の光軸と前記半球形状部の半球面との交点を第３の点としたとき、前記第２の光軸に対する、前記第２の点から前記第３の点を結ぶ線分のなす角度は、６０度から８５度の範囲内である、請求項２に記載の耐放射線カメラ。
【請求項６】
前記角度は、７０度から７５度の範囲内である、請求項５に記載の耐放射線カメラ。
【請求項７】
前記対物レンズの先端から前記第２のリレー光学系の後端までの光学系の太さは略一定に構成される、請求項２から６のいずれか１項に記載の耐放射線カメラ。
【請求項８】
前記撮像光学系の径は、前記撮像光学系の全長に対して１／４以下である、請求項７に記載の耐放射線カメラ。
【請求項９】
前記第２のリレー光学系は、前記第１のリレー光学系の光路と前記偏向部から離れた、前記撮像光学系の像側の位置に配置される、請求項２に記載の耐放射線カメラ。
【請求項１０】
前記遮蔽部材は、前記内部空間の部分に対する前記リレー光学系と前記撮像素子への遮蔽性能を補うよう前記遮蔽部材の外側に突出した補助遮蔽部を備えている、請求項１に記載の耐放射線カメラ。
【請求項１１】
前記補助遮蔽部は前記遮蔽部材に対して着脱可能に設けられ、前記対物光学系は前記補助遮蔽部に設けられている、請求項１０に記載の耐放射線カメラ。
【請求項１２】
前記撮像素子に繋がるコードは、前記遮蔽部材から前記第２のリレー光学系の光軸から離れた位置から出るよう配設される、請求項２から１１のいずれか１項に記載の耐放射線カメラ。
【請求項１３】
前記偏向部は、前記光の進行方向を２回以上変える、請求項１に記載の耐放射線カメラ。
【請求項１４】
前記偏向部は、対物光学系からの光の進行方向を前記光の進行方向を同一平面内で、２回以上変える、請求項１３に記載の耐放射線カメラ。
【請求項１５】
前記偏向部は、対物光学系からの光の進行方向を前記光の進行方向を３次元空間内で、２回以上変える、請求項１３に記載の耐放射線カメラ。
【請求項１６】
請求項１に記載の耐放射線カメラを搭載し、移動可能なロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐放射線カメラ及びロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、放射線環境下で使用される耐放射線カメラがある。耐放射線カメラは、放射線環境下で被写体を撮像する撮像素子への放射線を遮蔽する放射線遮蔽部材を有する。  
耐放射線カメラは、放射線の放射方向が定まっている場合は、入射方向からの放射線を遮蔽する放射線遮蔽部材だけを設ければよいが、放射線が全方向から照射する場合は、全方向からの放射線を遮蔽するための放射線遮蔽部材が必要となり、カメラの重量が重くなると共に、装置のサイズも大きくなるという問題がある。
【０００３】
そこで、特開２００９−２３６８０１号公報には、放射線が全方向から照射することを想定しつつ、撮像素子に対して放射線遮蔽を施して、カメラヘッド部の軽量化、小型化を可能とする耐放射線ヘッド分離型撮像装置が提案されている。
【０００４】
その提案に係る装置は、入光部からの入射光の光路を中央部方向に偏向するミラーなどの光学的手段をカメラヘッド部内に有し、偏向された入射光は、撮像素子により受光され、入光部以外の部分が放射線遮蔽部材の壁面で覆われた構成を有する。
【０００５】
上記提案に係る装置では、撮像素子の対物光学系は、２つのレンズにより構成される。入射光は、第１のレンズに入射し、ミラーにおいて反射されて第２のレンズを通って撮像素子へ到達する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２３６８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記提案に係る装置では、撮像素子の対物光学系が２つのレンズにより構成されているので、入光部の開口部の径が大きく光路の径も太い。そのため、入光部への放射線の入射方向によっては、撮像素子が多くの放射線を浴びてしまうという問題がある。
【０００８】
また、入光部の開口部の径が大きく、かつ光路の径も太くなるため、装置の小型化には限界がある。
【０００９】
そこで、本発明は、撮像素子が放射線の影響を受けにくく、かつ小型の耐放射線カメラ、及びその耐放射線カメラを搭載したロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様の耐放射線カメラは、被写体を撮像する耐放射線カメラであって、放射線を遮蔽する中実の遮蔽部材と、前記遮蔽部材の内部に設けられた内部空間内に配置され、前記被写体の像を結像する対物光学系と、前記像をリレーすると共に途中に光の進行方向を変える偏向部を備えるリレー光学系とを含む、撮像光学系と、前記内部空間内に配置され、前記リレー光学系でリレーされた前記像を撮像する撮像素子と、を有する。
【００１１】
本発明の一態様のロボットは、本発明の耐放射線カメラを搭載し、移動可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撮像素子が放射線の影響を受けにくく、かつ小型の耐放射線カメラ、及びその耐放射線カメラを搭載したロボットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に関わるロボットの構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に関わる耐放射線カメラの斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に関わる耐放射線カメラの内部構成を示す構成図である。
【図４】本発明の実施の形態に関わる撮像光学系を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に関わる、図４に示した対物光学系と異なる対物光学系を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の変形例１に関わる耐放射線カメラの内部構成を示す構成図である。
【図７】内部空間内における放射線の進行する方向と距離を説明するための図である。
【図８】内部空間内における放射線の進行する方向と距離を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態の変形例２に関わる、対物レンズユニットから出射した光の光路を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態の変形例２に関わる、各レンズユニットと各プリズムを第２のリレーレンズユニットの光軸方向から見た図を示す。
【図１１】本発明の実施の形態の変形例３に関わる、断面形状が略三角形である突出部を有する耐放射線カメラの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
（ロボットの構成）
図１は、本実施の形態に関わるロボットの構成図である。  
ロボット１は、本体部２と、本体部２に設けられた無限軌道３と、本体部２の上面に固定された耐放射線カメラ４とを有している。図１は、ロボット１の側面を示し、図１では、無限軌道３は、１つのみ示されているが、本体部２に２つ設けられ、ロボット１を走行可能としている。
【００１５】
本体部２は、無限軌道３の駆動機構、及びその駆動制御を行う制御装置を筐体内に内蔵しており、ロボット１は、自律制御により無限軌道３を駆動して、放射線環境下を移動可能な装軌車両である。
【００１６】
さらに、本体部２は、耐放射線カメラ４からの撮像信号を受信して画像を生成する画像生成回路などを有している。  
なお、ここでは、ロボット１は、無限軌道３により移動するタイプであるが、通常のタイヤ車輪により走行する装輪車両のタイプ、あるいは、複数の足の動きにより移動するタイプでもよい。
また、ロボット１は、遠隔操作により操縦できるものでもよく、耐放射線カメラ４からの映像信号を遠隔操作用のコントローラ等が映像信号を受信し、操縦者が耐放射線カメラ４からの画像を見ながら操縦できるものとしてもよい。
【００１７】
耐放射線カメラ４は、軸状の支持部材２ａにより、本体部２の上面から離れた位置に配置され固定されている。本体部２は、軸状の支持部材２ａを軸周りに回動させる回動機構（図示せず）を有している。
【００１８】
なお、本体部２は、支持部材２ａを軸方向に沿って移動させ、耐放射線カメラ４を上下に動かせる機構を有していてもよい。  
さらになお、耐放射線カメラ４は、本体部２の上面部、あるいはロボット１の進行方向の前面部に固定されてもよい。
【００１９】
以上のように、ロボット１は、耐放射線カメラ４を搭載し、移動可能である。ロボット１は、原子力発電プラント等の高放射線環境下で、耐放射線カメラ４により原子炉などを撮像して、設備などの点検、設備などの状態を確認するために用いられる。
【００２０】
（耐放射線カメラの構成）
図２は、耐放射線カメラ４の斜視図である。耐放射線カメラ４は、高い放射線環境下で、被写体を撮像することができる撮像装置である。そのため、耐放射線カメラ４は、放射線を遮蔽する鉛（Ｐｂ）を含む材質からなる遮蔽本体１１を有し、内部に撮像素子が配置されている。遮蔽本体１１は、放射線を遮蔽する中実の遮蔽部材である。
なお、鉛以外の放射線を遮蔽可能な材質でもよく、例えば、タングステン（Ｗ）をシート状にしたもので作成してもよい。
【００２１】
遮蔽本体１１は、円柱形状部と、その両端部に半球形状部とを有する、中実な略円柱体の形状である。遮蔽本体１１は、半球形状部１１ａと１１ｂの間に、円柱部１１ｃを有している。
【００２２】
より具体的には、半球形状部１１ａと１１ｂは、遮蔽本体１１の長手軸ＬＯにおいて互いに反対方向に突出するように形成されている。半球形状部１１ａ、１１ｂの半径ｒは、耐放射線カメラ４が使用される環境における放射線の強さに応じて、異なるが、例えば、５から１０センチメートルである。
【００２３】
さらに、図２において上側の一方の半球形状部１１ａには、半球形状部１１ａの表面に沿って曲がって形成された帯状の突出部１１ｄが形成されている。突出部１１ｄには、観察窓１２が設けられている。突出部１１ｄは、半球形状部１１ａの頂点Ｐ１付近から半球形状部１１ｂの頂点Ｐ２に向かって円柱部１１ｃの上部までの範囲に、遮蔽本体１１の外表面に沿って形成されている。
【００２４】
観察窓１２は、長手軸ＬＯに直交する方向の被写体が観察できるように、突出部１１ｄの円柱部１１ｃ側の端部近傍に設けられている。図２では、一点鎖線で示す範囲が、観察窓１２により撮像される。
【００２５】
遮蔽本体１１は、図２において点線で示すように、長手軸ＬＯに沿って、かつ突出部１１ｄの長手方向に沿って分割された２つの部分本体１１Ａ，１１Ｂからなる。部分本体１１Ａの平面部と部分本体１１Ｂの平面部とを密着させることによって、図２に示すような遮蔽本体１１が形成される。
【００２６】
さらに、部分本体１１Ａの平面部と部分本体１１Ｂの平面部には、それぞれ凹部が形成されている。部分本体１１Ａの平面部と部分本体１１Ｂの平面部とを密着させたときに２つの凹部により、内部空間ＩＳ（図３）が形成される。その内部空間ＩＳ内に、後述する撮像光学系と撮像素子が収容される。撮像素子は、ＣＭＯＳイメージセンサあるいはＣＣＤイメージセンサである。
【００２７】
すなわち、撮像光学系と撮像素子は、部分本体内に形成された内部空間内に配置され、部分本体１１Ａの平面部と部分本体１１Ｂの平面部とを密着させて、図示しない螺子などにより固定することにより、図２に示すような遮蔽本体１１が形成される。
【００２８】
図３は、耐放射線カメラ４の内部構成を示す構成図である。図３は、長手軸ＬＯに直交する方向から見た遮蔽本体１１を示す。  
対物レンズユニット２１と、第１のリレーレンズユニット２２と、第２のリレーレンズユニット２３と、プリズム２４が、撮像光学系を構成し、遮蔽本体１１内に内蔵されている。
【００２９】
対物レンズユニット２１は、複数のレンズからなる。被写体側の対物レンズユニット２１の先端部は、観察窓１２に配設され、被写体からの光は、対物レンズユニット２１の基端部から第１のリレーレンズユニット２２へ出射する。
【００３０】
第１のリレーレンズユニット２２は、対物レンズユニット２１の基端部に配設される。対物レンズユニット２１からの光は、第１のリレーレンズユニット２２の先端側から入射し、第１のリレーレンズユニット２２の基端側からプリズム２４へ出射する。
【００３１】
対物レンズユニット２１と第１のリレーレンズユニット２２の光軸Ｃ１は、遮蔽本体１１の長手軸ＬＯに直交する。第２のリレーレンズユニット２３の光軸Ｃ２は、遮蔽本体１１の長手軸ＬＯと一致する。
【００３２】
第１のリレーレンズユニット２２と第２のリレーレンズユニット２３は、リレー光学系を構成する。
【００３３】
リレー光学系が、対物レンズユニット２１から出射した光の像をリレーするため、リレー光学系の径は小さくても、リレー光学系の開口数は大きく、明るい像が撮像素子３１において得られる。  
第１のリレーレンズユニット２２の基端部の近傍には、光の進行方向を変える偏向部材としてのプリズム２４が配設されている。ここでは、プリズム２４は、光の進行方向を９０度変える。なお、偏向部材は、プリズム２４に代えてミラーでもよい。
【００３４】
第１のリレーレンズユニット２２から出射した光がプリズム２４の内部で全反射することにより偏向されて第２のリレーレンズユニット２３の先端側に入射するように、プリズム２４は、遮蔽本体１１内に配設される。プリズム２４は、リレー光学系の途中に配置された偏向部を構成する。
【００３５】
すなわち、第１のリレーレンズユニット２２と第２のリレーレンズユニット２３がリレー光学系を構成し、そのリレー光学系は、像をリレーすると共に、光の進行方向を変える偏向部を備える。
【００３６】
第１のリレーレンズユニット２２から出射した光は、プリズム２４により、遮蔽本体１１の長手軸ＬＯ方向に偏向される。偏向された光は、第２のリレーレンズユニット２３の先端部に入射する。  
第２のリレーレンズユニット２３は、プリズム２４との間の空間ＳＰだけ離れた位置に配設されている。言い換えれば、第２のリレー光学系は、第１のリレー光学系の光路とプリズム２４から離れた、撮像光学系の像側の位置に配置される。
【００３７】
第２のリレーレンズユニット２３から出射した光は、カバーガラス３２を介して撮像素子３１の撮像面上に結像する。
【００３８】
対物レンズユニット２１と第１のリレーレンズユニット２２は、金属製、例えばステンレス、の管状部材３３内に内蔵されている。第２のリレーレンズユニット２３と撮像素子３１も、金属製、例えばステンレス、の管状部材３４内に内蔵されている。
【００３９】
撮像素子３１からは、各種信号線を含むコード３５が延出している。  
管状部材３３は、観察窓１２から遮蔽本体１１の中心軸である長手軸ＬＯ方向に向かって、半球形状部１１ａ内に配設される。
【００４０】
管状部材３４の長手軸が遮蔽本体１１の長手軸ＬＯ、すなわち円柱部１１ｃの中心軸、と一致するように、管状部材３４は、遮蔽本体１１内に配置される。  
さらに、管状部材３４は、撮像素子３１が半球形状部１１ｂの外表面から略等しい距離の位置にするように遮蔽本体１１内に配設される。すなわち、撮像素子３１は、半球形状部１１ｂの円の略中心に位置する。
【００４１】
プリズム２４は、第１のリレーレンズユニット２２の光軸と、第２のリレーレンズユニット２３の光軸の交差する位置において、光を９０度だけ偏向するように配設される。
【００４２】
上述したように、部分本体１１Ａの平面部と部分本体１１Ｂの平面部とを密着させることによって、遮蔽本体１１内には、内部空間ＩＳが形成される。管状部材３３，３４及びプリズム２４は、その内部空間ＩＳ内に配設される。図３において、内部空間ＩＳは、二点鎖線で示すように、Ｌ字状に形成されており、内部空間ＩＳの形状は、管状部材３３，３４及びプリズム２４が、上述した所定の位置に配置され、固定されるように形成されている。
【００４３】
具体的には、内部空間ＩＳは、第１の空間部ＩＳａと、第２の空間部ＩＳｂと、空間部ＩＳｃとを有する。第１の空間部ＩＳａは、突出部１１ｄの観察窓１２からプリズム２４までの円柱状の部分である。第２の空間部ＩＳｂは、プリズム２４から撮像素子３１までの円柱状の部分である。空間部ＩＳｃは、空間部ＩＳａとＩＳｂの交わる位置にプリズム２４が配設可能な部分である。円柱状の空間部ＩＳｂの中心軸は、遮蔽本体１１の長手軸ＬＯと一致する。  
よって、対物レンズユニット２１と第１のリレーレンズユニット２２は、空間部ＩＳａ内に配設される。偏向部材であるプリズム２４は、空間部ＩＳｃ内に配置される。第２のリレーレンズユニット２３は、空間部ＩＳｂ内に配設される。
【００４４】
管状部材３３と３４は、同じ内径と外径を有する。すなわち、対物レンズユニット２１の先端から第２のリレーレンズユニット２３の後端までの光学系の太さは略一定に構成される。
【００４５】
撮像光学系の径は、撮像光学系の全長、すなわち対物レンズユニット２１の先端部から第２のリレーレンズユニット２３の基端部までの長さ、に対して、１／４以下である。
【００４６】
さらになお、撮像光学系の径は、撮像光学系の全長にして１／１０以下が好ましい。
【００４７】
以上のように、撮像光学系は、被写体の像を結像する対物光学系と、像をリレーすると共に途中に光の進行方向を変える偏向部を備えるリレー光学系とを含む。その撮像光学系は、遮蔽部材である遮蔽本体１１の内部に設けられた内部空間ＩＳ内に配置される。リレー光学系でリレーされた像を撮像する撮像素子３１も、内部空間ＩＳ内に配置されている。
【００４８】
また、撮像素子３１から延出した信号線のコード３５が通る経路となる空間部ＩＳｄも、部分本体１１Ａの平面部と部分本体１１Ｂの平面部とを密着させたときに形成される。すなわち、空間部ＩＳｄも、部分本体１１Ａの平面部と部分本体１１Ｂの平面部の両方あるいは一方に形成された凹部により形成される。空間部ＩＳｄは、直線状ではなく、曲がりくねって形成されている。
【００４９】
図３に示すように、撮像素子３１に繋がるコード３５は、第２のリレーレンズユニット２３の光軸Ｃ２から離れた遮蔽本体１１の外表面上の位置から出るように、配設される。
【００５０】
なお、対物レンズユニット２１、第１のリレーレンズユニット２２、第２のリレーレンズユニット２３及びプリズム２４を、Ｌ字型の１つの撮像ユニットとして組み立てておき、そのＬ字型の撮像ユニットを、部分本体１１Ａ及び１１Ｂの凹部内に固定するようにしてもよい。
【００５１】
（撮像光学系の構成）
次に、光学系について説明する。図４は、撮像光学系を示す図である。  
対物レンズユニット２１は、対物光学系を有し、平凹レンズ４１、平凸レンズ４２、凸レンズ４３、凸平レンズ４４、凹平レンズ４５及び平行平板４６を含む。平凹レンズ４１、平凸レンズ４２、凸レンズ４３、凸平レンズ４４、凹平レンズ４５及び平行平板４６の材質は、石英ガラスである。平凹レンズ４１、平凸レンズ４２、凸レンズ４３、凸平レンズ４４、凹平レンズ４５が、対物光学系を構成する。平凸レンズ４２の被写体側に、絞り４２ｘが設けられている。
【００５２】
被写体からの光は、観察窓１２を介して平凹レンズ４１に入射する。ここでは、凹平レンズ４５の内部に、中間像が形成され、光は、カバーガラス４６からリレーレンズユニット２２へ出射される。図４において、３つの点ＦＰが、中間像の３つの焦点位置を示している。
【００５３】
第１のリレーレンズユニット２２は、円柱状の棒部材４７、平凸レンズ４８及び凸平レンズ４９を含む。棒部材４７、平凸レンズ４８及び凸平レンズ４９は、石英ガラスである。棒部材４７は、平行平板である。第１のリレーレンズユニット２２は、前群のリレーレンズ光学系を構成する。第１のリレーレンズユニット２２は、対物光学系からの光を入射して、平行光をプリズム２４へ出射する。よって、対物レンズユニット２１の対物光学系と第１のリレーレンズユニット２２のリレーレンズ光学系により、無限遠光学系を構成する。
【００５４】
プリズム２４は、頂角が９０度の直角プリズムである。プリズム２４は、石英ガラスである。第１のリレーレンズユニット２２から出射した光は、プリズム２４の互いに直交する２つの平面のうちの一方の平面部２４ａに直交する方向から入射し、平面部２４ａに対して４５度傾いた平面部２４ｃの内面において全反射して、２つの平面のうちの他方の平面部２４ｂから第２のリレーレンズユニット２３へ出射する。
【００５５】
第２のリレーレンズユニット２３は、平凹レンズ５１、両凸レンズ５２、５３、及び凹平レンズ５４を含む第２のリレー光学系を構成する。平凹レンズ５１、両凸レンズ５２、５３、及び凹平レンズ５４は、球面収差及び色収差を補正する光学系である。第２のリレー光学系を構成する各レンズの材質は、多成分ガラスである。すなわち、第２のリレーレンズユニット２３は、第１のリレーレンズユニット２２において発生した色収差を補正する光学素材を含む。
【００５６】
なお、第２のリレーレンズユニット２３を構成する各レンズは、プラスチックレンズでもよい。  
第２のリレーレンズユニット２３は、後群のリレーレンズ光学系を構成する。第２のリレーレンズユニット２３は、プリズム２４からの光を入射して、光を撮像素子３１へ出射する。
【００５７】
以上のように、リレー光学系は、対物光学系を構成する対物レンズユニット２１からの光をプリズム２４へ向けて射出する第１のリレー光学系としての第１のリレーレンズユニット２２と、プリズム２４からの光を入射する第２のリレー光学系としての第２のリレーレンズユニット２３を有する。対物光学系及び第１のリレー光学系は、石英レンズを含む。
【００５８】
よって、対物光学系の上述した中間像は、２つのリレーレンズ光学系によりリレーされ、撮像素子３１の撮像面上に結像する。  
なお、撮像光学系には、接着剤により接着された接合レンズは用いられていない。
【００５９】
（放射線の遮蔽）
次に、上述した構成を有する耐放射線カメラ４における第２のリレーレンズユニット２３及び撮像素子３１に向かう放射線の遮蔽について説明する。
【００６０】
対物レンズユニット２１、第１のリレーレンズユニット２２及びプリズム２４には、石英ガラスが用いられている。そのため、対物レンズユニット２１、第１のリレーレンズユニット２２及びプリズム２４は、放射線が当たっても、変色し難い。
【００６１】
これに対して、第２のリレーレンズユニット２３及び撮像素子３１は、石英ガラスでないため、放射線の影響を受けやすい。そこで、強い放射線が第２のリレーレンズユニット２３と撮像素子３１に到達しないように、遮蔽本体１１は構成されている。
【００６２】
上述したように、第２のリレーレンズユニット２３の先端部は、プリズム２４から空間ＳＰだけ離れた位置に位置している。
【００６３】
図３に示すように、遮蔽本体１１は、半球形状部１１ａを有している。そして、第２のリレーレンズユニット２３の先端部２３ａから半球形状部１１ａの外表面までの距離は、半球形状部１１ａの円の半径ｒに略等しい。すなわち、遮蔽本体１１は、半球形状部１１ａのあらゆる方向から先端部２３ａに到達する放射線の量が等しくなるような形状を、有している。
【００６４】
同様に、遮蔽本体１１は、半球形状部１１ｂを有している。よって、撮像素子３１から半球形状部１１ｂの外表面までの距離は、半球形状部１１ｂの円の半径ｒに略等しい。すなわち、遮蔽本体１１は、半球形状部１１ｂのあらゆる方向から撮像素子３１に到達する放射線の量が等しくなるようなな形状を、有している。
【００６５】
さらに、第２のリレーレンズユニット２３は円柱部１１ｃの中心軸上に配置されている。よって、円柱部１１ｃの外部から第２のリレーレンズユニット２３に向かう放射線の量は、遮蔽本体１１の長手軸ＬＯに直交する内径方向のどの方向においても等しい。円柱部１１ｃの長手軸ＬＯ周りの厚さｄ１は、上記の半径ｒに略等しい。
【００６６】
ところが、空間部ＩＳａの部分には遮蔽部材がないため、空間部ＩＳａを通って第２のリレーレンズユニット２３及び撮像素子３１に到達する放射線の量が、他の方向からの放射線の量よりも多い。
そこで、ここでは、空間部ＩＳａを通って第２のリレーレンズユニット２３及び撮像素子３１に到達する放射線を遮蔽あるいは減衰するために、突出部１１ｄは、第２のリレーレンズユニット２３及び撮像素子３１から空間部ＩＳａに向かう方向に、半球形状部１１ａの外表面から突出している。
【００６７】
よって、空間部ＩＳａの方向から先端部２３ａに到達する放射線は、空間部ＩＳａでは遮蔽されないが、突出部１１ｄの厚さｄｄ分だけ、遮蔽部材を通るため減衰する。  
すなわち、空間部ＩＳａを通って第２のリレーレンズユニット２３と撮像素子３１に到達する放射線の量は、突出部１１ｄによって遮蔽あるいは減衰される。
【００６８】
言い換えれば、突出部１１ｄは、空間部ＩＳａを透過する放射線の量だけ減衰させる厚さｄｄを有する。その厚さｄｄは、空間部ＩＳａを通って第２のリレーレンズユニット２３と撮像素子３１に到達する放射線の量が、半球形状部１１ａの半径ｒの距離を透過して第２のリレーレンズユニット２３の先端部２３ａに到達する放射線の量と等しくなるような厚さである。  
【００６９】
また、図３に示すように、遮蔽本体１１の長手軸ＬＯ方向からの放射線が、プリズム２４と空間ＳＰに応じた量だけ減衰するように、突出部１１ｄは、長手軸ＬＯ方向にも突出した部分を有している。
なお、長手軸ＬＯ方向における円柱部１１ｃの長さをもっと長くすれば、第２のリレーレンズユニット２３の先端部２３ａに到達する放射線の量を減らすことができるが、円柱部１１ｃが長くなればなるほど、耐放射線カメラ４の重量は重くなってしまう。そこで、円柱部１１ｃの長さを可能な限り短くするための、撮像光学系の配置を計算により求めると、次のようになった。
図３において、第１のリレーレンズユニット２２の光軸Ｃ１と半球形状部１１ａの外表面との交点をＰ１１とし、第２のリレーレンズユニット２３の先端部２３ａと第２のリレーレンズユニット２３の光軸Ｃ２との交点をＰ１２とし、第１のリレーレンズユニット２２の光軸Ｃ１と第２のリレーレンズユニット２３の光軸Ｃ２との交点をＰ１３としたとき、点Ｐ１１と点Ｐ１２を結ぶ線分と、点Ｐ１２と点Ｐ１３を結ぶ線分との成す角度θは、６０度から８５度の範囲内にあるとき、放射線量の所望の遮蔽あるいは減衰の量を得ることが判明した。
なお、角度θは、より好ましくは、７０度から７５度の範囲内にあることが好ましい。  
角度θをこのような範囲内の値とすることで、円柱部１１ｃをなるべく長くしないで、所望の放射線量の遮蔽あるいは減衰をすることができる。
【００７０】
以上のように、遮蔽本体１１は、補助遮蔽部としての突出部１１ｄを備えている。内部空間ＩＳには、対物レンズユニット２１とリレー光学系が配置されている。補助遮蔽部としての突出部１１ｄは、その内部空間ＩＳの部分に対する第２のリレー光学系と撮像素子３１への遮蔽性能を補うよう遮蔽本体１１の外側に突出して設けられている。
従って、第２のリレー光学系及び撮像素子３１を取り囲む遮蔽部材の厚さは、３次元空間の全方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）において所定値以上、すなわち略半径ｒであるｄ１以上である。
【００７１】
そして、撮像光学系に第１及び第２のリレーレンズ光学系を用いているため、撮像光学系の外径を小さくできるので、装置全体を小型化することができると共に、第２のリレーレンズユニット２３及び撮像素子３１に到達する放射線は、減衰あるいは遮蔽される。  
すなわち、対物光学系からの光を小さい径のリレー光学系を用いているため、像の明るさを確保しつつ、撮像光学系の径を細くできる。さらに、リレー光学系の光路がプリズムなどの偏向部により折り曲げられ、その折り曲げられたところに撮像素子が設けられているため、撮像素子は、放射線の影響を受け難い。
【００７２】
結果として、耐放射線カメラが小型化されることによって、ロボット等に搭載しても、移動し易いロボットを実現できる。  
以上のように、上述した実施の形態によれば、撮像素子が放射線の影響を受けにくく、かつ小型の耐放射線カメラ及びその耐放射線カメラを搭載したロボットを実現することができる。
【００７３】
なお、上述した例では、突出部１１ｄは、遮蔽本体１１と一体であるが、突出部１１ｄは、遮蔽本体１１に対して着脱可能にしてもよい。その場合、対物レンズユニット２１は、突出部１１ｄ内に設けられ、突出部１１ｄは、光学アダプタとして、螺子などの固定手段により、遮蔽本体１１に対して固定される。
【００７４】
すなわち、突出部１１ｄは、遮蔽本体１１に対して着脱可能に設けられ、対物光学系を突出部１１ｄに設けるようにしてもよい。
【００７５】
対物光学系の光学特性、例えば焦点距離、の異なる複数の突出部１１ｄを用意しておけば、ユーザは、使用環境あるいは被写体に応じて所望の対物光学系の光学特性を有する突出部１１ｄを選択して使用することができる。
【００７６】
図５は、図４に示した対物光学系と異なる対物光学系を示す図である。図４の光学系は、広角な光学系であり、図５の光学系は、狭角な光学系である。  
対物レンズユニット２１は、光学アダプタとしての突出部１１ｄ内に配設される。対物レンズユニット２１の光学系は、平凸レンズ４１ａ、平凸レンズ４２ａ、両凸レンズ４３ａ、凸平レンズ４４ａ、カバーガラス４５ａ及び平凸レンズ４６ａを含む。平凸レンズ４１ａ、平凸レンズ４２ａ、両凸レンズ４３ａ、凸平レンズ４４ａ、カバーガラス４５ａ及び平凸レンズ４６ａも、石英ガラスである。
【００７７】
前群のリレーレンズ光学系としての第１のリレーレンズユニット２２、プリズム２４及び後群のリレーレンズ光学系としての第２のリレーレンズユニット２３は、図４の構成と同じである。
【００７８】
例えば、突出部１１ｄを光学アダプタとし、広角系用の光学アダプタと、狭角系用の光学アダプタを用意しておけば、ユーザは、使用目的に応じた光学アダプタを選択して遮蔽本体１１に取り付けて放射線環境下で被写体の検査を行うことができる。
【００７９】
次に、上述した実施の形態の変形例について説明する。
（変形例１）
上述した実施の形態の耐放射線カメラでは、第１と第２のリレーレンズユニット２２は、Ｌ字状に形成され、２つのリレーレンズ光学系の一方の光軸に沿った光の進行方向は、プリズム２４により１回変えられて第２のリレーレンズ光学系の入射光となるように、２つのリレーレンズユニットは配置されているが、本変形例では、２つのリレーレンズ光学系の一方の光軸に沿った光は、２つのプリズムにより２回偏向されて第２のリレーレンズ光学系の入射光となるように、２つのリレーレンズユニットは配置されている。
【００８０】
図６は、本変形例に関わる耐放射線カメラ４Ａの内部構成を示す構成図である。図６は、長手軸ＬＯに直交する方向から見た遮蔽本体１１を示す。本変形例１において、上述した実施の形態の耐放射線カメラ４と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明は省略する。
【００８１】
耐放射線カメラ４Ａの遮蔽本体１１も、上述した実施の形態の耐放射線カメラ４と同様に、２つに分割された部分本体１１Ａ，１１Ｂからなる。部分本体１１Ａの平面部と部分本体１１Ｂの平面部には、それぞれ凹部が形成されている。そして、部分本体１１Ａの平面部と部分本体１１Ｂの平面部とを密着させることによって、遮蔽本体１１内には、内部空間ＩＳ１が形成される。本変形例では、その内部空間ＩＳ１は、コの字状に形成されている。空間部ＩＳａとＩＳｂは、図６に示すように、平行に形成されている。
【００８２】
そのため、観察窓１２は、長手軸ＬＯ方向を撮像する位置に設けられる。よって、耐放射線カメラ４Ａは、観察窓１２がロボット１の進行方向を向くように、支持部材２ａに固定される。
【００８３】
また、突出部１１ｄは、半球形状部１１ａの頂点Ｐ１付近から半球形状部１１ｂの頂点Ｐ２付近までの範囲に、遮蔽本体１１の外表面に沿って形成されている。
【００８４】
そのため、偏向部は、２つのプリズム２４，２５を有する。プリズム２５は、頂角が９０度の直角プリズムであり、石英ガラスからなる。２つのプリズム２４，２５の間には、円柱状の空間部ＩＳｅが形成されている。また、プリズム２５が配置される場所には、空間部ＩＳｆが形成されている。
【００８５】
対物レンズユニット２１と第１のリレーレンズユニット２２は、空間部ＩＳａ内に配設される。偏向部材であるプリズム２４、２５は、それぞれ空間部ＩＳｃ、ＩＳｆ内に配置される。第２のリレーレンズユニット２３は、空間部ＩＳｂ内に配設される。２つのプリズム２４，２５の間の空間部ＩＳｅには、何も配設されていない。
【００８６】
図６に示すように、対物レンズユニット２１からの光は、第１のリレーレンズユニット２２に入射する。第１のリレーレンズユニット２２から出射した光は、プリズム２５において偏向されて、空間部ＩＳｅ内に向けて出射する。
【００８７】
上述した実施の形態では、第１のリレーレンズユニット２２の光軸と第２のリレーレンズユニット２３の光軸は、直交するが、本変形例における第１のリレーレンズユニット２２の光軸と第２のリレーレンズユニット２３の光軸は、平行である。
【００８８】
プリズム２５からの光は、プリズム２４の第１の平面部２４ａに直交する方向から入射し、その第１の平面部２４ａに対して４５度傾いた第２の平面部２４ｃの内面において全反射して、第３の平面部２４ｂから第２のリレーレンズユニット２３へ出射する。
【００８９】
対物レンズユニット２１から出射した光は、第１のリレーレンズユニット２２、２つのプリズム２４，２５及び第２のリレーレンズユニット２３を通るが、その光の進行方向は、同一平面内で変わりながら、撮像素子３１へ到達する。言い換えれば、対物レンズユニット２１から出射した光の進行方向は、二次元空間内ですなわち同一平面内で２回変えられる。
【００９０】
対物レンズユニット２１から出射した光の進行方向を２回変えているのは、鉛（Ｐｂ）などのない内部空間ＩＳ内を長い距離に亘って放射線が進行しないようにするためである。
【００９１】
図７は、内部空間ＩＳ内における放射線の進行する方向と距離を説明するための図である。図７は、第１のリレーレンズユニット２２の光軸Ｃ１と第２のリレーレンズユニット２３の光軸Ｃ２を含む平面に直交する方向から内部空間ＩＳを見た図である。
【００９２】
内部空間ＩＳは、対物レンズユニット２１と第１のリレーレンズユニット２２が配設される第１の空間部ＩＳａと、第２のリレーレンズユニット２３が配設される第２の空間部ＩＳｂを含む。
【００９３】
撮像素子３１の撮像面には、種々の方向から放射線が入ってくる。図７では、放射線ＲＬ１は、光軸Ｃ２に対して角度θ１で撮像素子３１に当たり、放射線ＲＬ２は、光軸Ｃ２に対して角度θ２で撮像素子３１に当たる。角度θ１は、角度θ２よりも大きい。
【００９４】
放射線ＲＬ１は、内部空間ＩＳ中において距離Ｌ１に亘って鉛（Ｐｂ）などの放射線遮蔽物質のない領域を通った後に、撮像素子３１に当たる。一方、放射線ＲＬ２は、内部空間ＩＳ中において距離Ｌ２に亘って鉛（Ｐｂ）などの放射線遮蔽物質のない領域を通った後に、撮像素子３１に当たる。
【００９５】
よって、図７から明らかなように、内部空間ＩＳ中においては、放射線ＲＬ１は、放射線ＲＬ２よりも長い距離に亘って遮蔽されない。  
放射線が通過する内部空間の距離Ｌ１，Ｌ２が長くなると、その距離に応じて、遮蔽部材の厚さを厚くしなければならず、装置全体のサイズが大きくなってしまう。図７では、放射線ＲＬ１の到来方向の遮蔽本体１１の厚さは、放射線ＲＬ２の到来方向の遮蔽本体１１の厚さよりも厚くしなければならない。
【００９６】
図８は、内部空間ＩＳ１内における放射線の進行する方向と距離を説明するための図である。  
図８の場合、放射線ＲＬ１は、内部空間ＩＳ１中において距離Ｌ３に亘って鉛（Ｐｂ）などの放射線遮蔽物質のない領域を通るが、図７のＬ字状の内部空間ＩＳ内の距離Ｌ１よりも、距離Ｌ３は短くなる。
【００９７】
これは、空間部ＩＳａが、空間部ＩＳｅから折り曲げられて延出している。そのため、撮像素子３１に入射する角度θ１が大きくても、放射線ＲＬ１の放射線遮蔽物質のない領域を通る距離Ｌ３は、距離Ｌ１よりも短くなる。
【００９８】
その結果、図７のようなＬ字状の内部空間ＩＳの場合よりも、２回曲がっているコの字状の内部空間ＩＳ１の場合、遮蔽本体１１の厚さは薄い。  
また、図６に示すように、リレー光学系がコの字状に折り曲げられるので、突出部１１ｄ１は厚さＬＬ２は、ＬＬ１よりも薄くでき、結果として、装置本体の重量も軽くすことができる。
【００９９】
本変形例１においても、対物光学系の光をリレー光学系により撮像素子までリレーし、かつリレー光学系は、その途中に、光路を偏向する反射面を２つ有している。  
よって、本変形例１によっても、装置のさらなる小型化と、撮像素子の放射線の影響の低減をすることができる耐放射線カメラ及びロボットを提供することができる。
【０１００】
なお、上述した例では、リレーレンズ光学系の途中に、２つのプリズムが設けられて、各プリズムでは光の進行方向が９０度変更されているが、光の進行方向を、９０度未満の角度あるいは９０度を超える角度変更するようにしてもよい。
【０１０１】
さらになお、上述した例では、リレーレンズ光学系の途中に、２つのプリズムが設けられているが、３つ以上のプリズムを設け、かつ各プリズムでは光の進行方向が９０度未満の角度で変更されるようにしてもよい。
【０１０２】
以上のように、本変形例１では、偏向部は、対物光学系からの光の進行方向を２回以上変えている。特に、ここでは、偏向部は、対物光学系からの光の進行方向を同一平面内で２回以上変えている。
（変形例２）
変形例１では、対物レンズユニット２１から出射した光の進行方向は、同一平面内で変えれながら、撮像素子へ到達するが、本変形例２では、対物レンズユニット２１から出射した光の進行方向は、三次元空間内で変更される。
【０１０３】
図９は、本変形例に関わる、対物レンズユニットから出射した光の光路を説明するための模式図である。図９は、各レンズユニットと各プリズムを斜め方向から見た図を示す。図１０は、各レンズユニットと各プリズムを第２のリレーレンズユニット２３の光軸方向から見た図を示す。本変形例２において、上述した実施の形態の耐放射線カメラ４と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明は省略する。
【０１０４】
対物レンズユニット２１に入射した光は第１のリレーレンズユニット２２に入射する。第１のリレーレンズユニット２２から出射した光は、プリズム２６に入射し、プリズム２６により第１のリレーレンズユニット２２の光軸Ｃ１に対して直角に偏向される。
【０１０５】
プリズム２６から出射した光は、第３のリレーレンズユニット２７に入射する。第３のリレーレンズユニット２７から出射した光は、プリズム２８に入射し、プリズム２８により第３のリレーレンズユニット２７の光軸Ｃ３に対して直角に偏向される。
【０１０６】
プリズム２８から出射する光の進行方向は、第１のリレーレンズユニット２２の光軸Ｃ１と第３のリレーレンズユニット２７の光軸Ｃ３に直交する方向である。
【０１０７】
プリズム２８から出射した光は、第２のリレーレンズユニット２３に入射する。第２のリレーレンズユニット２３から出射した光は、図示しない撮像素子３１に入射する。  
プリズム２８から出射する光の進行方向は、第２のリレーレンズユニット２３の光軸Ｃ２に平行であるが、第１のリレーレンズユニット２２の光軸Ｃ１と第３のリレーレンズユニット２２の光軸Ｃ３により形成される平面に対して直交する方向である。
【０１０８】
図１０に示すように、光の進行方向がプリズム２６により１回変更される場合、点線で示すように第３のリレーレンズユニット２２が長くなると、内部空間を通過する距離が伸びる。その場合、図９及び図１０において、放射線ＲＬ１２が通過する内部空間の距離ＬＬ１２は、放射線ＲＬ１１が通過する内部空間の距離ＬＬ１１よりも長くなる。
【０１０９】
しかし、光の進行方向がプリズム２８によりさらに変更されると、放射線ＲＬ１３が通過する内部空間の距離ＬＬ１３は、放射線ＲＬ１２が通過する内部空間の距離ＬＬ１２よりも短くなる。  
以上のように、本変形例２では、偏向部は、対物光学系からの光の進行方向を３次元空間内で２回以上変えている。
よって、本変形例２も、変形例１２と同様の効果を生じる。
（変形例３）
上述した実施の形態及び各変形例では、突出部１１ｄ、１１ｄ１の断面は、矩形であるが、他の形状でもよい。
図１１は、本変形例３に関わる、断面形状が略三角形である突出部を有する耐放射線カメラ４Ｂの斜視図である。
図１１は、図２に示す実施の形態の耐放射線カメラ４に対応する耐放射線カメラ４Ｂを示す。耐放射線カメラ４Ｂの突出部１１ｄ２の断面形状は、斜線で示すように略三角形である。
対物レンズユニット２１と第１のリレーレンズユニット２２が内蔵された管状部材３３の断面形状が円であるため、図１１の突出部１１ｄ２のように、断面が略三角形でも、放射線は、十分に遮蔽あるいは減衰する。さらに、耐放射線カメラ４Ｂの重量も軽くなる。
よって、突出部１１ｄ２の断面形状は、略三角形でもよい。
変形例１の耐放射線カメラ４Ａにおいても、突出部１１ｄ１の断面形状は、略三角形でもよい。
【０１１０】
以上のように、上述した実施の形態及び各変形例によれば、撮像素子が放射線の影響を受けにくく、かつ小型の耐放射線カメラ及びその耐放射線カメラを搭載したロボットを実現することができる。
【０１１１】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１  ロボット、２  本体部、２ａ  支持部材、３  無限軌道、４、４Ａ、４Ｂ  耐放射線カメラ、１１  遮蔽本体、１１Ａ，１１Ｂ         部分本体、１１Ｂ  部分本体、１１ａ、１１ｂ  半球形状部、１１ｃ  円柱部、１１ｄ、１１ｄ１、１１ｄ２  突出部、１２  観察窓、２１  対物レンズユニット、２２、２３  リレーレンズユニット、２４，２５  プリズム、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ         平面部、２５、２６  プリズム、２７  リレーレンズユニット、２８  プリズム、３１  撮像素子、３２  カバーガラス、３３，３４  管状部材、３５  コード、４１  平凹レンズ、４１ａ、４２、４２ａ  平凸レンズ、４３  凸レンズ、４３ａ  両凸レンズ、４４  凸平レンズ、４４ａ  凸平レンズ、４５  凹平レンズ、４５ａ  カバーガラス、４６  平行平板、４６ａ  平凸レンズ、４７  棒部材、４８  平凸レンズ、４９  凸平レンズ、５１  平凹レンズ、５２、５３  両凸レンズ、５４  凹平レンズ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2019124747.tif 000011
【図１０】
2019124747.tif 000012
【図１１】
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