燃料集合体の外観検査装置
【課題】電気的な画像反転装置を使用することなく正像を得ることができ、また被写体とカメラの距離を離すことなく燃料集合体および内挿物の両方にフォーカスすることができ、効率的に外観検査を行うことができる燃料集合体の外観検査装置を提供する。
【解決手段】被写体からの光線を反射鏡により反射させた後、カメラヘッドに入射させて前記被写体を撮像する燃料集合体の外観検査装置であって、反射鏡として第１反射鏡および第２反射鏡の２枚の反射鏡を有し、被写体からの光線を前記第１反射鏡により反射させ、その後第２反射鏡により反射させた後、カメラヘッドに入射させて被写体を撮像する燃料集合体の外観検査装置。
【解決手段】被写体からの光線を反射鏡により反射させた後、カメラヘッドに入射させて前記被写体を撮像する燃料集合体の外観検査装置であって、反射鏡として第１反射鏡および第２反射鏡の２枚の反射鏡を有し、被写体からの光線を前記第１反射鏡により反射させ、その後第２反射鏡により反射させた後、カメラヘッドに入射させて被写体を撮像する燃料集合体の外観検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所における燃料集合体の外観検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所では水中に収容された縦置きの燃料集合体（図６）の外観を、燃料集合体の外観検査装置を用いて水平方向から検査している。従来の燃料集合体の外観検査装置は被写体からの光線を１枚の反射鏡により反射させた後カメラヘッドに入射させて撮像している。この様子を図７に示す。図７に示すように、装置を設置するスペースの関係上、水中に設置され４５°に傾斜した反射鏡１を介して、同じく水中に縦置きされたカメラヘッド４にて、燃料集合体３を撮像している。カメラヘッド４にはＴＶカメラが搭載されており、ＴＶカメラの映像はカメラ制御器５を介して、ビデオモニタ６に表示される（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
上記のように被写体からの光線を１枚の反射鏡に反射させた後カメラヘッドに入射させる場合、カメラヘッドには上下が反転した画像が入力される。一方従来、燃料集合体の外観検査装置に用いられている撮像管を用いたＴＶカメラの場合、撮像面で電子ビームを走査させることにより、撮像面上に結像された被写体の像を電気信号として読み出している。そして、カメラ制御器５内で撮像面の走査信号を反転させることにより、ビデオモニタ６に正像を表示させている。
【０００４】
しかしながら昨今、手作業でしか製作することのできない撮像管の供給業者が減り、撮像管の入手が困難になって来ている。その一方で、撮像管に替わる撮像素子として、感度の高いＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：電荷転送素子）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補性金属酸化膜半導体）に代表される、固体（半導体）撮像素子を用いたＴＶカメラが普及している。このような固体撮像素子を燃料集合体の外観検査装置で使用する場合、耐放射線性の観点から遮蔽体を設けることが必要となるが、供給安定性の面からも、また感度の面からも固体撮像素子が今後有望になると考えられる。
【特許文献１】特開２００２−８１９１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＣＣＤカメラに代表される固体撮像素子カメラの映像読出し方法は撮像管と異なり、一般的には読出し方向を反転する機能を有していない。このため、外観検査装置に図８に示すように画像反転装置７を組み込み、被写体をカメラヘッド４に設けた固体撮像素子カメラで画像信号として読み出した後に前記画像反転装置７により電気的に画像を反転する方法がある。しかし、燃料集合体の外観検査装置で要求される解像度が約８００ＴＶ本（周波数帯域換算で約１０ＭＨｚ）であるのに対し、市販の画像反転装置が対応する解像度は約４００ＴＶ本（周波数帯域換算で約５ＭＨｚ）であり、現在市販されている画像反転装置を用いると著しく画質が劣化するという問題がある。
【０００６】
一方、燃料集合体の外観検査装置は、図９に示すように燃料集合体３以外に、内挿物８の外観検査にも用いられる。内挿物８は取扱工具の関係で、一般的に燃料集合体３の位置よりもカメラから離れた位置に置かれる。この場合、燃料集合体３の外観検査で必要な最短フォーカス位置と、内挿物８の検査で必要な最長フォーカス位置を両立させられないという問題がある。この問題を光学的に解決する方法としては、図１０に示すようにＴＶカメラを被写体から遠ざけて、被写体とＴＶカメラの距離を離せば良いが、燃料検査ピットのスペースの問題からこのような配置を取ることは困難である。
【０００７】
このため本発明は、水中に収容された燃料集合体の外観検査を行うための外観検査装置であって、固体撮像素子を用いた場合であっても画質を著しく劣化させることなく正像を得ることができ、またカメラヘッドから異なる距離に位置する被写体に対してもフォーカスを合わせることが可能で、限られたスペース内において効率的に外観検査を行うことができる燃料集合体の外観検査装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意研究の結果、被写体からの光線を、２枚の反射鏡を用いて２度反射させた後カメラヘッドに入射させることにより、上記課題を達成できることを見出し本発明に至った。
【０００９】
すなわち、請求項１の発明は、
被写体からの光線を反射鏡により反射させた後、カメラヘッドに入射させて前記被写体を撮像する燃料集合体の外観検査装置であって、
前記反射鏡として第１反射鏡および第２反射鏡の２枚の反射鏡を有し、被写体からの光線を前記第１反射鏡により反射させ、その後第２反射鏡により反射させた後、カメラヘッドに入射させて被写体を撮像すること特徴とする燃料集合体の外観検査装置である。
【００１０】
請求項１の発明においては、被写体からの光線を、第１反射鏡により反射させ、その後第２反射鏡により反射させることにより、被写体の像を２回反転させた後カメラヘッドに入射させるため、正象をカメラヘッドに入射させることができ、このため画像反転装置を用いる必要がなく、固体撮像素子を用いた場合であっても画質を著しく劣化させることなく正像をモニタに表示することができる。
【００１１】
さらに、第１反射鏡と第２反射鏡の２枚の反射鏡の位置を調整して、光路長を変更し、光学系を再構成することにより、被写体とカメラの距離を離すことなく、反射鏡からの距離が異なる位置に設置された燃料集合体および内挿物の両方に容易にフォーカスを合わせることができるため、限られたスペース内において効率的に外観検査を行うことができる燃料集合体の外観検査装置を提供することができる。
【００１２】
このような反射鏡を２枚用いて被写体からの光線を２回反射させて被写体を撮像することは例えば特開平９−５０５９号公報などにより既に行われているが、従来は前記公報に記載されているような、真直度や平面度を測定する等という他の目的のために行われており、本発明の如く画像を正像にするために用いられていることを記載した文献はない。
【００１３】
既に固体撮像素子が普及しているにも拘らず、長年燃料集合体の外観検査装置に用いられなかったのは、耐放射線撮像管が安定的に入手でき、１回反射にて生じた鏡像を電気的方法で容易に正像に戻すことができたためであると考えられる。
【００１４】
本発明は、このような燃料集合体の外観検査装置において画像を正像にすることに関して、反射鏡を１枚追加するという光学系の簡単な改良を行うだけで、問題を解決し、高度の電子技術を駆使した装置を用いることなく、低コストで容易に正像を得ることを可能とする画期的な技術である。
【００１５】
請求項２の本発明は、
前記被写体からの光線の光軸と前記第１反射鏡の面とが成す角度をα、前記第１反射鏡により反射させた光線の光軸と前記第２反射鏡の面とが成す角度をβとするとき、α＋β＝１３５°となるように前記第１反射鏡および第２反射鏡が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体の外観検査装置である。
【００１６】
請求項２の発明においては、上記角度α、βがα＋β＝１３５°となるように２枚の反射鏡を配置することにより、２枚の反射鏡の相対的な位置やカメラヘッドに対する個々の反射鏡の角度等に関係なく鉛直に置かれた燃料集合体の表面からの光線を、同じく鉛直方向に向けられたカメラヘッドに正しい角度で入射させることができる。
【００１７】
このため、燃料検査ピットのスペースの状況など、設置場所の状況に応じて自由度の高い光学系の設計が可能である。
【００１８】
請求項３の発明は、
前記被写体の撮像が、固体撮像素子を用いたＴＶカメラにより行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料集合体の外観検査装置である。
【００１９】
請求項３の発明は、本発明の効果を最も顕著に発揮させることができる発明である。即ち、前記の通り固体撮像素子は、一般的に読み出し方向を反転する機能を有していないため、別途画像を反転させるための画像反転装置を必要とするが、本発明によれば、画質が著しく劣化する画像反転装置を用いることなく、被写体からの光線をカメラヘッドに正像として入射させ、正像をモニタに表示させることができる。
【００２０】
また、反射鏡により光を反射させる場合、反射面における光量の損失が発生するため、１回の反射に比べて２回の反射における光量低下が大きくなるが、請求項３の発明においては、カメラヘッドとして、撮像管に比べて感度が高い固体撮像素子を用いたＴＶカメラを用いているため、反射により光量が低下しても良好な画像を得ることができる燃料集合体の外観検査装置を提供することができる。また、撮像管に比べてコスト面でも有利である。
【００２１】
使用する固体撮像素子としては、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＣＩＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ：電荷注入素子）などが好ましく適用できる。特にＣＩＤやＣＭＯＳを用いたＴＶカメラの中には耐放射線性を有するものも市販されており、これらを用いることにより放射線によるＴＶカメラの性能劣化を軽減させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、固体撮像素子を用いた場合であっても画質を著しく劣化させるということなく正像を得ることができ、またカメラヘッドから異なる距離に位置する被写体に対してもフォーカスを合わせることが可能で、限られたスペース内において効率的に外観検査を行うことができる燃料集合体の外観検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００２４】
（１）反射鏡の配置について
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料集合体の外観検査装置の反射鏡の配置および被写体からの光線のカメラヘッドに至るまでの経路を示す説明図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る燃料集合体の外観検査装置は、第１反射鏡１と第２反射鏡２の２枚の反射鏡を備え、被写体となる燃料集合体３や内挿物８からの光線を上記の反射鏡により２回反射させ、カメラヘッド４で撮像するものである。このような構成にすることにより、第１反射鏡１で鏡像（反転画像）となった被写体の像は、第２反射鏡２で再度反転し、最終的に正像としてカメラヘッド４に入射される。これにより、固体撮像素子を用いた場合でも解像度の低い市販の電気的な画像反転装置を使用する必要はなくなり、燃料集合体などの被写体の画質の著しい劣化の発生がない画像をモニタに表示することができる。
【００２５】
また、反射鏡を２枚使用して光路長を変更し、光学系を再構成することができるため、被写体とカメラの距離を離すことなく、第１反射鏡１から異なる距離に設置された燃料集合体３及び内挿物８両方の被写体に容易にフォーカスを合わせることができる。
【００２６】
図２は、反射鏡を２枚使用して光学系を再構成した外観検査装置の反射鏡の配置の一例および被写体からの光の光路を示す図である。図２において被写体からの光線の光軸と第１反射鏡の面とが成す角度をα、前記第１反射鏡により反射させた光線の光軸と第２反射鏡の面との成す角度をβとするとき、α＋β＝１３５°となるように前記第１反射鏡および第２反射鏡が配置されている。
【００２７】
このように、α＋β＝１３５°に設定されているため、∠ＢＡＣ＝９０°となり、第１反射鏡１に水平方向から入射する被写体からの光線の光軸と第２反射鏡２で反射された光線の光軸が直行する。即ち、２枚の反射鏡の距離、相互の位置関係、個々の反射鏡の角度等に関係なく、第２反射鏡２で反射された光線は上方に向かって鉛直に進むため、カメラヘッドに正確に入射させることができる。
【００２８】
なお、上記の第１反射鏡１及び第２反射鏡２としては、ノンブラウニングガラス基板にアルミニウムやクロム膜を蒸着した金属蒸着型裏面鏡、誘電体多層膜反射鏡、およびステンレスなどの金属表面を研磨した金属研磨型表面鏡等を用いることが好ましい。
【００２９】
（２）カメラヘッドの構成について
図３は本実施の形態に係る燃料集合体の外観検査装置のカメラヘッドの構成を概念的に示す図である。図３において、縦置きされたカメラヘッド４は水密ケース９、ＴＶカメラ１０及びレンズ１１から構成される。また、ＴＶカメラ１０は撮像管に比べて感度の高い固体撮像素子（図示せず）を具備している。
【００３０】
以下実施例に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。なお、理解し易くするため、便宜上初めに比較例を記載し、次いで実施例を記載する。
【００３１】
（比較例）
本比較例は、図７に示す１枚の反射鏡を有する従来の燃料集合体の外観検査装置を用いた場合の例であって、燃料集合体位置にはフォーカスが合わせられるが、内挿物位置にはフォーカスを合わすことができない例である。
表１に比較例の外観検査装置のズームレンズの仕様を示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
ズームレンズとクローズアップレンズを装着したときの、ズームレンズのパラメータは以下のように求められる。
イ．最至近フォーカス位置
最至近フォーカス位置ＬＭＩＮ（気中）は、下記の（１）式により求められる。
ＬＭＩＮ＝（ｆＣ×Ｓ）／（ｆＣ+Ｓ）・・・（１）
ここで、
ｆＣ：クローズアップレンズの焦点距離
Ｓ：レンズのフォーカス目盛位置（表１の最至近フォーカス距離がＳに相当する）
【００３４】
前記表１に記載したＦＣ、Ｓの値をそれぞれ上記（１）式に代入することにより、ＬＭＩＮ（気中）は以下に示す値となる。
ＬＭＩＮ（気中）＝７２０（ｍｍ）
さらに、水中における実距離は、ＬＭＩＮ（気中）を１．３３倍することにより以下の（２）に示す値となる。
ＬＭＩＮ（水中）=７２０（ｍｍ）×１．３３＝９５８（ｍｍ）・・・（２）
【００３５】
ロ．最至近フォーカス位置における視野範囲
最至近フォーカス位置における視野範囲Ｈは、下記の（３）式により求められる。
Ｈ＝［Ｈ’×｛ （Ｓ−ｆＦ）×ｆＣ｝ ］／｛ （Ｓ＋ｆＣ）×ｆ］・・・（３）
ここで、
Ｈ’：イメージサイズ
Ｓ：レンズのフォーカス目盛位置
ｆＦ：レンズのフォーカスレンズ部の焦点距離（約６０ｍｍ）
ｆＣ：クローズアップレンズの焦点距離
ｆ：レンズの焦点距離
【００３６】
本比較例においては、Ｈ’、ｆ（広角端）、ｆ（望遠端）は以下の通りである。
Ｈ’＝１４（ｍｍ）（１インチ１６：９型撮像素子を想定）
ｆ（広角端）＝３０×１．５（エクステンダの倍率）＝４５（ｍｍ）
ｆ（望遠端）＝１５０×１．５（エクステンダの倍率）＝２２５（ｍｍ）
上記Ｈ’、ｆ（広角端）、ｆ（望遠端）および表１に示したｆＣ、Ｓの値をそれぞれ（３）式に代入することにより
最至近フォーカス位置ＬＭＩＮ（水中）（９５８ｍｍ）における水平方向の視野範囲、Ｈ（広角端）、Ｈ（望遠端）は以下の（４）（４’）に示す値となる。
Ｈ（広角端）＝２１７（ｍｍ）・・・（４）
Ｈ（望遠端）＝ ４３（ｍｍ）・・・（４’）
【００３７】
ハ．燃料集合体位置および燃料集合体位置における視野範囲
本比較例においては燃料集合体位置ＬＦＵＥＬは９４０ｍｍである。燃料集合体位置ＬＦＵＥＬにおけるレンズフォーカス目盛位置Ｓ（気中）は、（１）式に表１に記載したｆＣ（１２００ｍｍ）を代入することにより、以下の（５）に示す値となり、レンズフォーカス目盛位置Ｓ（水中）はレンズフォーカス目盛位置Ｓ（気中）を１．３３倍することにより（５’）に示す値となる。
Ｓ（気中）＝４３３８（ｍｍ）・・・（５）
Ｓ（水中）＝５７７０（ｍｍ）・・・（５’）
また燃料集合体位置ＬＦＵＥＬ（水中の場合１２５０ｍｍ、気中の場合９４０ｍｍ）における視野範囲Ｈ（広角端）、Ｈ（望遠端）は（３）式に上記レンズフォーカス目盛位置Ｓおよび前記ｆ（広角端）、ｆ（望遠端）ｆＣを代入することにより以下の（６）（６’）に示す値となる。
Ｈ（広角端）＝２８８（ｍｍ）・・・（６）
Ｈ（望遠端）＝ ５８（ｍｍ）・・・（６’）
【００３８】
ニ．内挿物位置
本比較例における内挿物位置は、水中の場合１６５０（ｍｍ）、気中の場合１２４０（ｍｍ）である。
【００３９】
ホ．最遠フォーカス位置および最遠フォーカス位置における視野範囲
また、最遠フォーカス位置ＬＭＡＸ及びその位置における視野範囲Ｈは下記（７）式および（８）式により求められる。
ＬＭＡＸ＝ｆＣ・・・（７）
Ｈ＝（ｆＣ／ｆ）×Ｈ’・・・・・（８）
上記（７）式より、ＬＭＡＸ（気中）およびＬＭＡＸ（気中）を１．３３倍することにより求められるＬＭＡＸ（水中）は以下に示す値となる。
ＬＭＡＸ（気中）＝１２００（ｍｍ）
ＬＭＡＸ（水中）＝１５９６（ｍｍ）
また、上記（８）式より、Ｈ（広角端）、Ｈ（望遠端）は以下に示す値となる。
Ｈ（広角端）＝３７３（ｍｍ）
Ｈ（望遠端）＝ ７５（ｍｍ）
以上詳述した比較例における被写体距離と画角をまとめて表２に示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】
表２に示したように、比較例においては燃料集合体にフォーカスを合わせることはできるが、内挿物位置の１６５０ｍｍにはフォーカスを合わせられないことが分かる。
【００４２】
（実施例１）
実施例１は被写体からの光線を第１反射鏡、第２反射鏡の２枚の反射鏡を用いて反射させることによりカメラヘッドに正像を入射させ、前記第１反射鏡と第２反射鏡の２枚の反射鏡の位置を調整して、さらに光学系を再構成して光路長を変更することにより、反射鏡からの距離が異なる位置に設置された燃料集合体および内挿物の両方にフォーカスすることを可能とした燃料集合体の外観検査装置の例である。
【００４３】
図４は本発明の実施例１を説明するための図である。図４において、被写体からの入射光線の光軸と第１反射鏡１及び第２反射鏡２の面とが成す角（αおよびβ）の大きさはどちらも６７．５°（α＋β＝１３５°）であり、このとき水平方向の光軸をもって第１反射鏡１に入射した燃料集合体３からの光線は、第１反射鏡１により反射した後さらに第２反射鏡２により反射し、鉛直方向の光軸をもってカメラヘッド４に入射される。ここで、光軸が交差する点Ａから第１反射鏡１の反射面及び第２反射鏡２の反射面までの距離をＬ１およびＬ２を共に１００ｍｍ、Ｌ３を１４１ｍｍとしている。
表３に実施例１のズームレンズに関する仕様を示す。
【００４４】
【表３】
【００４５】
なお、実施例１においては２枚の反射鏡を組み合わせて使用することで光路長が長くなるため、表３に示すように（イ）倍率の高いエクステンダを使用するとともに、（ロ）焦点距離の長いクローズアップレンズを使用する。この場合、ズームレンズのパラメータは以下のようになる。
【００４６】
イ．最至近フォーカス位置
前記（１）式に表３に記載したｆＣ、Ｓを代入することにより、実施例１の最至近フォーカス位置ＬＭＩＮ（気中）は以下の（９）に示す値となり、水中における実距離はＬＭＩＮ（気中）×１．３３により求めることができ以下の（９’）に示す値となる。
ＬＭＩＮ（気中）＝９６９ｍｍ・・・（９）
ＬＭＩＮ（水中）＝９６９ｍｍ×１．３３＝１２８９ｍｍ・・・（９’）
【００４７】
ロ．最至近フォーカス位置における視野範囲
実施例１においては、Ｈ’、ｆ（広角端）、ｆ（望遠端）は以下の通りである。
Ｈ’＝１４［ｍｍ］（１インチ１６：９型撮像素子を想定）
ｆ（広角端）＝ ３０×２（エクステンダの倍率）＝ ６０（ｍｍ）
ｆ（望遠端）＝１５０×２（エクステンダの倍率）＝３００（ｍｍ）
【００４８】
そして、上記Ｈ’、ｆ（広角端）、ｆ（望遠端）および表3に記載したｆＣ、Ｓの値をそれぞれ（３）式に代入することにより実施例１の最至近フォーカス位置ＬＭＩＮ（水中）（１２８９ｍｍ）における水平方向の視野範囲Ｈは、以下の（１０）、（１０’）に示す値となる。
Ｈ（広角端）＝２１９（ｍｍ）・・・（１０）
Ｈ（望遠端）＝ ４４（ｍｍ）・・・（１０’）
【００４９】
ロ．燃料集合体位置
第１反射鏡１と第２反射鏡２を第４図に示す距離に置くと、カメラヘッド４から燃料集合体８までの光路長は、前記比較例に比べて図４中の直角二等辺三角形ＡＢＣの各辺の和の長さ（約３４１ｍｍ）だけ長くなり、燃料集合体位置ＬＦＵＥＬは以下に示す値となる。
ＬＦＵＥＬ（水中）＝１５９１（ｍｍ）
ＬＦＵＥＬ（気中）＝１１９７（ｍｍ）
【００５０】
ハ．燃料集合体位置における視野範囲
燃料集合体位置ＬＦＵＥＬにおけるレンズフォーカス目盛位置Ｓは、前記（１）式にＬＦＵＥＬ＝１１９７ｍｍ、ｆＣ＝２１００ｍｍを代入することにより、以下の（１１）、（１１’）に示す値となる。
Ｓ（気中）＝２７８４（ｍｍ）・・・（１１）
Ｓ（水中）＝３７０２（ｍｍ）・・・（１１’）
【００５１】
また、燃料集合体位置ＬＦＵＥＬ（水中の場合１５９１ｍｍ、気中の場合１１９７ｍｍ）における視野範囲Ｈは、（３）式に上記レンズフォーカス目盛位置Ｓおよび前記ｆ（広角端）、ｆ（望遠端）、ｆＣを代入することにより以下の（１２）、（１２’）に示す値となる。
Ｈ（広角端）＝２７３（ｍｍ）・・・（１２）
Ｈ（望遠端）＝ ５５（ｍｍ）・・・（１２’）
【００５２】
ニ．内挿物位置および内挿物位置における視野範囲
同様にして、内挿物位置（水中の場合１９９１ｍｍ、気中の場合１４９７ｍｍ）における視野範囲を求めると、以下に示す値となる。
Ｈ（広角端）＝３４５（ｍｍ）
Ｈ（望遠端）＝ ６９（ｍｍ）
【００５３】
ホ．最遠フォーカス位置および最遠フォーカス位置における視野範囲
また、最遠フォーカス位置ＬＭＡＸ及びその位置における視野範囲Ｈは、前記（７）式、（８）式から、それぞれ以下の（１３）、（１３’）と（１４）、（１４’）に示す値となる。
ＬＭＡＸ（気中）＝２１００（ｍｍ）・・・（１３）
ＬＭＡＸ（水中）＝２７９３（ｍｍ）・・・（１３’）
Ｈ（広角端）＝４９０（ｍｍ）・・・（１４）
Ｈ（望遠端）＝ ９８（ｍｍ）・・・（１４’）
実施例１における被写体距離と画角をまとめて表４に示す。
【００５４】
【表４】
【００５５】
表４に示した結果から、燃料集合体、内挿物の両方の位置がフォーカス範囲に含まれることが分かる。
【００５６】
以上詳述したように、実施例１の燃料集合体の外観検査においては、第１反射鏡および第２反射鏡の２枚の反射鏡を用いて被写体からの光線を２回反射させることよりカメラヘッドに正像を入射させることができ、画像反転装置を用いる場合と比較して、画質の劣化がない画像を得られることが確認できた。また同時に光路長をある程度の自由度を持って長くできることを利用し、ズームレンズ１１に装着して使用する市販のクローズアップレンズ及びエクステンダを含めた光学系の再構成を行ない、従来フォーカスが合わなかった内挿物の位置もフォーカス範囲に含められることが確認できた。
【００５７】
実施例１において、図４の直角二等辺三角形ＡＢＣの直角を挟む２の辺の長さを１００ｍｍ、斜辺の長さを１４１ｍｍとしたが、実際にはこの長さに限定されることはなく、使用するレンズの定数と要求されるフォーカス範囲や視野幅に応じて適宜決められる。
【００５８】
（実施例２）
実施例２は、実施例１と同じレンズを用いた燃料集合体の外観検査装置であって、実施例１と同じ長さの光路長を確保しつつ、反射鏡を挿入するための水平方向のスペースが小さい場合でも反射鏡を挿入することができるよう２枚の反射鏡を配置した例である。図５は本発明の第２の実施例を説明するための図である。実施例２においては被写体からの光線の光軸が構成した直角三角形ＡＢＣにおいてＡＢの長さを実施例１よりも短くした。一方、実施例１と同じ長さの光路長を確保するために、ＡＣの長さを実施例１よりも大きくした。
【００５９】
具体的には、図５において、光軸と第１反射鏡１の面とが成す角は６０°、光軸と第２反射鏡２の面とが成す角は７５°である。このとき光軸の交差する点Ａから第１反射鏡１の反射面Ｂまでの距離Ｌ１は７２ｍｍ、点Ａから第２反射鏡２の反射面Ｃまでの距離Ｌ２は１２５ｍｍ、二つの反射鏡間の距離Ｌ３は１４４ｍｍである。
【００６０】
そして、実施例２においても、従来フォーカスが合わなかった内挿物の位置もフォーカス範囲に含められることが確認できた。
【００６１】
このように、本発明によれば水平方向の設置スペースが小さい場合にも２枚の反射鏡を用いて必要な光路長を確保することができる。また、鉛直方向の設置スペースが小さい場合には、水平方向のＡＢ間の長さを長くすることにより、ＡＣ間の長さを小さくしても必要な長さの光路長を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の燃料集合体の外観検査装置の反射鏡の配置および被写体からの光線の光路を示す図である。
【図２】本発明の燃料集合体の外観検査装置においてα＋β＝１３５°とする理由を説明する図である。
【図３】本実施の一実施の形態に係る燃料集合体の外観検査装置のカメラヘッドの構成を概念的に示す図である。
【図４】実施例１における反射鏡の配置および被写体からの光線の光路を示す図である。
【図５】実施例２における反射鏡の配置および被写体からの光線の光路を示す図である。
【図６】加圧水型原子炉で使用される燃料集合体の一例を示す側面図である。
【図７】従来の外観検査装置の構成を説明する図である。
【図８】従来の外観検査装置を用いて画像反転を説明する図である。
【図９】従来の外観検査装置を用いて内挿物の検査を説明する図である。
【図１０】従来の外観検査装置を用いて内挿物をフォーカスする方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 第１反射鏡
２ 第２反射鏡
３、２０ 燃料集合体
４ カメラヘッド
５ カメラ制御器
６ ビデオモニタ
７ 画像反転装置
８ 内挿物
９ 水密ケース
１０ ＴＶカメラ
１１ レンズ
２１ 燃料棒
２２ シンブル管
２３ 支持格子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所における燃料集合体の外観検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所では水中に収容された縦置きの燃料集合体（図６）の外観を、燃料集合体の外観検査装置を用いて水平方向から検査している。従来の燃料集合体の外観検査装置は被写体からの光線を１枚の反射鏡により反射させた後カメラヘッドに入射させて撮像している。この様子を図７に示す。図７に示すように、装置を設置するスペースの関係上、水中に設置され４５°に傾斜した反射鏡１を介して、同じく水中に縦置きされたカメラヘッド４にて、燃料集合体３を撮像している。カメラヘッド４にはＴＶカメラが搭載されており、ＴＶカメラの映像はカメラ制御器５を介して、ビデオモニタ６に表示される（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
上記のように被写体からの光線を１枚の反射鏡に反射させた後カメラヘッドに入射させる場合、カメラヘッドには上下が反転した画像が入力される。一方従来、燃料集合体の外観検査装置に用いられている撮像管を用いたＴＶカメラの場合、撮像面で電子ビームを走査させることにより、撮像面上に結像された被写体の像を電気信号として読み出している。そして、カメラ制御器５内で撮像面の走査信号を反転させることにより、ビデオモニタ６に正像を表示させている。
【０００４】
しかしながら昨今、手作業でしか製作することのできない撮像管の供給業者が減り、撮像管の入手が困難になって来ている。その一方で、撮像管に替わる撮像素子として、感度の高いＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：電荷転送素子）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｉｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：相補性金属酸化膜半導体）に代表される、固体（半導体）撮像素子を用いたＴＶカメラが普及している。このような固体撮像素子を燃料集合体の外観検査装置で使用する場合、耐放射線性の観点から遮蔽体を設けることが必要となるが、供給安定性の面からも、また感度の面からも固体撮像素子が今後有望になると考えられる。
【特許文献１】特開２００２−８１９１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＣＣＤカメラに代表される固体撮像素子カメラの映像読出し方法は撮像管と異なり、一般的には読出し方向を反転する機能を有していない。このため、外観検査装置に図８に示すように画像反転装置７を組み込み、被写体をカメラヘッド４に設けた固体撮像素子カメラで画像信号として読み出した後に前記画像反転装置７により電気的に画像を反転する方法がある。しかし、燃料集合体の外観検査装置で要求される解像度が約８００ＴＶ本（周波数帯域換算で約１０ＭＨｚ）であるのに対し、市販の画像反転装置が対応する解像度は約４００ＴＶ本（周波数帯域換算で約５ＭＨｚ）であり、現在市販されている画像反転装置を用いると著しく画質が劣化するという問題がある。
【０００６】
一方、燃料集合体の外観検査装置は、図９に示すように燃料集合体３以外に、内挿物８の外観検査にも用いられる。内挿物８は取扱工具の関係で、一般的に燃料集合体３の位置よりもカメラから離れた位置に置かれる。この場合、燃料集合体３の外観検査で必要な最短フォーカス位置と、内挿物８の検査で必要な最長フォーカス位置を両立させられないという問題がある。この問題を光学的に解決する方法としては、図１０に示すようにＴＶカメラを被写体から遠ざけて、被写体とＴＶカメラの距離を離せば良いが、燃料検査ピットのスペースの問題からこのような配置を取ることは困難である。
【０００７】
このため本発明は、水中に収容された燃料集合体の外観検査を行うための外観検査装置であって、固体撮像素子を用いた場合であっても画質を著しく劣化させることなく正像を得ることができ、またカメラヘッドから異なる距離に位置する被写体に対してもフォーカスを合わせることが可能で、限られたスペース内において効率的に外観検査を行うことができる燃料集合体の外観検査装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意研究の結果、被写体からの光線を、２枚の反射鏡を用いて２度反射させた後カメラヘッドに入射させることにより、上記課題を達成できることを見出し本発明に至った。
【０００９】
すなわち、請求項１の発明は、
被写体からの光線を反射鏡により反射させた後、カメラヘッドに入射させて前記被写体を撮像する燃料集合体の外観検査装置であって、
前記反射鏡として第１反射鏡および第２反射鏡の２枚の反射鏡を有し、被写体からの光線を前記第１反射鏡により反射させ、その後第２反射鏡により反射させた後、カメラヘッドに入射させて被写体を撮像すること特徴とする燃料集合体の外観検査装置である。
【００１０】
請求項１の発明においては、被写体からの光線を、第１反射鏡により反射させ、その後第２反射鏡により反射させることにより、被写体の像を２回反転させた後カメラヘッドに入射させるため、正象をカメラヘッドに入射させることができ、このため画像反転装置を用いる必要がなく、固体撮像素子を用いた場合であっても画質を著しく劣化させることなく正像をモニタに表示することができる。
【００１１】
さらに、第１反射鏡と第２反射鏡の２枚の反射鏡の位置を調整して、光路長を変更し、光学系を再構成することにより、被写体とカメラの距離を離すことなく、反射鏡からの距離が異なる位置に設置された燃料集合体および内挿物の両方に容易にフォーカスを合わせることができるため、限られたスペース内において効率的に外観検査を行うことができる燃料集合体の外観検査装置を提供することができる。
【００１２】
このような反射鏡を２枚用いて被写体からの光線を２回反射させて被写体を撮像することは例えば特開平９−５０５９号公報などにより既に行われているが、従来は前記公報に記載されているような、真直度や平面度を測定する等という他の目的のために行われており、本発明の如く画像を正像にするために用いられていることを記載した文献はない。
【００１３】
既に固体撮像素子が普及しているにも拘らず、長年燃料集合体の外観検査装置に用いられなかったのは、耐放射線撮像管が安定的に入手でき、１回反射にて生じた鏡像を電気的方法で容易に正像に戻すことができたためであると考えられる。
【００１４】
本発明は、このような燃料集合体の外観検査装置において画像を正像にすることに関して、反射鏡を１枚追加するという光学系の簡単な改良を行うだけで、問題を解決し、高度の電子技術を駆使した装置を用いることなく、低コストで容易に正像を得ることを可能とする画期的な技術である。
【００１５】
請求項２の本発明は、
前記被写体からの光線の光軸と前記第１反射鏡の面とが成す角度をα、前記第１反射鏡により反射させた光線の光軸と前記第２反射鏡の面とが成す角度をβとするとき、α＋β＝１３５°となるように前記第１反射鏡および第２反射鏡が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体の外観検査装置である。
【００１６】
請求項２の発明においては、上記角度α、βがα＋β＝１３５°となるように２枚の反射鏡を配置することにより、２枚の反射鏡の相対的な位置やカメラヘッドに対する個々の反射鏡の角度等に関係なく鉛直に置かれた燃料集合体の表面からの光線を、同じく鉛直方向に向けられたカメラヘッドに正しい角度で入射させることができる。
【００１７】
このため、燃料検査ピットのスペースの状況など、設置場所の状況に応じて自由度の高い光学系の設計が可能である。
【００１８】
請求項３の発明は、
前記被写体の撮像が、固体撮像素子を用いたＴＶカメラにより行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料集合体の外観検査装置である。
【００１９】
請求項３の発明は、本発明の効果を最も顕著に発揮させることができる発明である。即ち、前記の通り固体撮像素子は、一般的に読み出し方向を反転する機能を有していないため、別途画像を反転させるための画像反転装置を必要とするが、本発明によれば、画質が著しく劣化する画像反転装置を用いることなく、被写体からの光線をカメラヘッドに正像として入射させ、正像をモニタに表示させることができる。
【００２０】
また、反射鏡により光を反射させる場合、反射面における光量の損失が発生するため、１回の反射に比べて２回の反射における光量低下が大きくなるが、請求項３の発明においては、カメラヘッドとして、撮像管に比べて感度が高い固体撮像素子を用いたＴＶカメラを用いているため、反射により光量が低下しても良好な画像を得ることができる燃料集合体の外観検査装置を提供することができる。また、撮像管に比べてコスト面でも有利である。
【００２１】
使用する固体撮像素子としては、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＣＩＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ：電荷注入素子）などが好ましく適用できる。特にＣＩＤやＣＭＯＳを用いたＴＶカメラの中には耐放射線性を有するものも市販されており、これらを用いることにより放射線によるＴＶカメラの性能劣化を軽減させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、固体撮像素子を用いた場合であっても画質を著しく劣化させるということなく正像を得ることができ、またカメラヘッドから異なる距離に位置する被写体に対してもフォーカスを合わせることが可能で、限られたスペース内において効率的に外観検査を行うことができる燃料集合体の外観検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００２４】
（１）反射鏡の配置について
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料集合体の外観検査装置の反射鏡の配置および被写体からの光線のカメラヘッドに至るまでの経路を示す説明図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る燃料集合体の外観検査装置は、第１反射鏡１と第２反射鏡２の２枚の反射鏡を備え、被写体となる燃料集合体３や内挿物８からの光線を上記の反射鏡により２回反射させ、カメラヘッド４で撮像するものである。このような構成にすることにより、第１反射鏡１で鏡像（反転画像）となった被写体の像は、第２反射鏡２で再度反転し、最終的に正像としてカメラヘッド４に入射される。これにより、固体撮像素子を用いた場合でも解像度の低い市販の電気的な画像反転装置を使用する必要はなくなり、燃料集合体などの被写体の画質の著しい劣化の発生がない画像をモニタに表示することができる。
【００２５】
また、反射鏡を２枚使用して光路長を変更し、光学系を再構成することができるため、被写体とカメラの距離を離すことなく、第１反射鏡１から異なる距離に設置された燃料集合体３及び内挿物８両方の被写体に容易にフォーカスを合わせることができる。
【００２６】
図２は、反射鏡を２枚使用して光学系を再構成した外観検査装置の反射鏡の配置の一例および被写体からの光の光路を示す図である。図２において被写体からの光線の光軸と第１反射鏡の面とが成す角度をα、前記第１反射鏡により反射させた光線の光軸と第２反射鏡の面との成す角度をβとするとき、α＋β＝１３５°となるように前記第１反射鏡および第２反射鏡が配置されている。
【００２７】
このように、α＋β＝１３５°に設定されているため、∠ＢＡＣ＝９０°となり、第１反射鏡１に水平方向から入射する被写体からの光線の光軸と第２反射鏡２で反射された光線の光軸が直行する。即ち、２枚の反射鏡の距離、相互の位置関係、個々の反射鏡の角度等に関係なく、第２反射鏡２で反射された光線は上方に向かって鉛直に進むため、カメラヘッドに正確に入射させることができる。
【００２８】
なお、上記の第１反射鏡１及び第２反射鏡２としては、ノンブラウニングガラス基板にアルミニウムやクロム膜を蒸着した金属蒸着型裏面鏡、誘電体多層膜反射鏡、およびステンレスなどの金属表面を研磨した金属研磨型表面鏡等を用いることが好ましい。
【００２９】
（２）カメラヘッドの構成について
図３は本実施の形態に係る燃料集合体の外観検査装置のカメラヘッドの構成を概念的に示す図である。図３において、縦置きされたカメラヘッド４は水密ケース９、ＴＶカメラ１０及びレンズ１１から構成される。また、ＴＶカメラ１０は撮像管に比べて感度の高い固体撮像素子（図示せず）を具備している。
【００３０】
以下実施例に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。なお、理解し易くするため、便宜上初めに比較例を記載し、次いで実施例を記載する。
【００３１】
（比較例）
本比較例は、図７に示す１枚の反射鏡を有する従来の燃料集合体の外観検査装置を用いた場合の例であって、燃料集合体位置にはフォーカスが合わせられるが、内挿物位置にはフォーカスを合わすことができない例である。
表１に比較例の外観検査装置のズームレンズの仕様を示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
ズームレンズとクローズアップレンズを装着したときの、ズームレンズのパラメータは以下のように求められる。
イ．最至近フォーカス位置
最至近フォーカス位置ＬＭＩＮ（気中）は、下記の（１）式により求められる。
ＬＭＩＮ＝（ｆＣ×Ｓ）／（ｆＣ+Ｓ）・・・（１）
ここで、
ｆＣ：クローズアップレンズの焦点距離
Ｓ：レンズのフォーカス目盛位置（表１の最至近フォーカス距離がＳに相当する）
【００３４】
前記表１に記載したＦＣ、Ｓの値をそれぞれ上記（１）式に代入することにより、ＬＭＩＮ（気中）は以下に示す値となる。
ＬＭＩＮ（気中）＝７２０（ｍｍ）
さらに、水中における実距離は、ＬＭＩＮ（気中）を１．３３倍することにより以下の（２）に示す値となる。
ＬＭＩＮ（水中）=７２０（ｍｍ）×１．３３＝９５８（ｍｍ）・・・（２）
【００３５】
ロ．最至近フォーカス位置における視野範囲
最至近フォーカス位置における視野範囲Ｈは、下記の（３）式により求められる。
Ｈ＝［Ｈ’×｛ （Ｓ−ｆＦ）×ｆＣ｝ ］／｛ （Ｓ＋ｆＣ）×ｆ］・・・（３）
ここで、
Ｈ’：イメージサイズ
Ｓ：レンズのフォーカス目盛位置
ｆＦ：レンズのフォーカスレンズ部の焦点距離（約６０ｍｍ）
ｆＣ：クローズアップレンズの焦点距離
ｆ：レンズの焦点距離
【００３６】
本比較例においては、Ｈ’、ｆ（広角端）、ｆ（望遠端）は以下の通りである。
Ｈ’＝１４（ｍｍ）（１インチ１６：９型撮像素子を想定）
ｆ（広角端）＝３０×１．５（エクステンダの倍率）＝４５（ｍｍ）
ｆ（望遠端）＝１５０×１．５（エクステンダの倍率）＝２２５（ｍｍ）
上記Ｈ’、ｆ（広角端）、ｆ（望遠端）および表１に示したｆＣ、Ｓの値をそれぞれ（３）式に代入することにより
最至近フォーカス位置ＬＭＩＮ（水中）（９５８ｍｍ）における水平方向の視野範囲、Ｈ（広角端）、Ｈ（望遠端）は以下の（４）（４’）に示す値となる。
Ｈ（広角端）＝２１７（ｍｍ）・・・（４）
Ｈ（望遠端）＝ ４３（ｍｍ）・・・（４’）
【００３７】
ハ．燃料集合体位置および燃料集合体位置における視野範囲
本比較例においては燃料集合体位置ＬＦＵＥＬは９４０ｍｍである。燃料集合体位置ＬＦＵＥＬにおけるレンズフォーカス目盛位置Ｓ（気中）は、（１）式に表１に記載したｆＣ（１２００ｍｍ）を代入することにより、以下の（５）に示す値となり、レンズフォーカス目盛位置Ｓ（水中）はレンズフォーカス目盛位置Ｓ（気中）を１．３３倍することにより（５’）に示す値となる。
Ｓ（気中）＝４３３８（ｍｍ）・・・（５）
Ｓ（水中）＝５７７０（ｍｍ）・・・（５’）
また燃料集合体位置ＬＦＵＥＬ（水中の場合１２５０ｍｍ、気中の場合９４０ｍｍ）における視野範囲Ｈ（広角端）、Ｈ（望遠端）は（３）式に上記レンズフォーカス目盛位置Ｓおよび前記ｆ（広角端）、ｆ（望遠端）ｆＣを代入することにより以下の（６）（６’）に示す値となる。
Ｈ（広角端）＝２８８（ｍｍ）・・・（６）
Ｈ（望遠端）＝ ５８（ｍｍ）・・・（６’）
【００３８】
ニ．内挿物位置
本比較例における内挿物位置は、水中の場合１６５０（ｍｍ）、気中の場合１２４０（ｍｍ）である。
【００３９】
ホ．最遠フォーカス位置および最遠フォーカス位置における視野範囲
また、最遠フォーカス位置ＬＭＡＸ及びその位置における視野範囲Ｈは下記（７）式および（８）式により求められる。
ＬＭＡＸ＝ｆＣ・・・（７）
Ｈ＝（ｆＣ／ｆ）×Ｈ’・・・・・（８）
上記（７）式より、ＬＭＡＸ（気中）およびＬＭＡＸ（気中）を１．３３倍することにより求められるＬＭＡＸ（水中）は以下に示す値となる。
ＬＭＡＸ（気中）＝１２００（ｍｍ）
ＬＭＡＸ（水中）＝１５９６（ｍｍ）
また、上記（８）式より、Ｈ（広角端）、Ｈ（望遠端）は以下に示す値となる。
Ｈ（広角端）＝３７３（ｍｍ）
Ｈ（望遠端）＝ ７５（ｍｍ）
以上詳述した比較例における被写体距離と画角をまとめて表２に示す。
【００４０】
【表２】
【００４１】
表２に示したように、比較例においては燃料集合体にフォーカスを合わせることはできるが、内挿物位置の１６５０ｍｍにはフォーカスを合わせられないことが分かる。
【００４２】
（実施例１）
実施例１は被写体からの光線を第１反射鏡、第２反射鏡の２枚の反射鏡を用いて反射させることによりカメラヘッドに正像を入射させ、前記第１反射鏡と第２反射鏡の２枚の反射鏡の位置を調整して、さらに光学系を再構成して光路長を変更することにより、反射鏡からの距離が異なる位置に設置された燃料集合体および内挿物の両方にフォーカスすることを可能とした燃料集合体の外観検査装置の例である。
【００４３】
図４は本発明の実施例１を説明するための図である。図４において、被写体からの入射光線の光軸と第１反射鏡１及び第２反射鏡２の面とが成す角（αおよびβ）の大きさはどちらも６７．５°（α＋β＝１３５°）であり、このとき水平方向の光軸をもって第１反射鏡１に入射した燃料集合体３からの光線は、第１反射鏡１により反射した後さらに第２反射鏡２により反射し、鉛直方向の光軸をもってカメラヘッド４に入射される。ここで、光軸が交差する点Ａから第１反射鏡１の反射面及び第２反射鏡２の反射面までの距離をＬ１およびＬ２を共に１００ｍｍ、Ｌ３を１４１ｍｍとしている。
表３に実施例１のズームレンズに関する仕様を示す。
【００４４】
【表３】
【００４５】
なお、実施例１においては２枚の反射鏡を組み合わせて使用することで光路長が長くなるため、表３に示すように（イ）倍率の高いエクステンダを使用するとともに、（ロ）焦点距離の長いクローズアップレンズを使用する。この場合、ズームレンズのパラメータは以下のようになる。
【００４６】
イ．最至近フォーカス位置
前記（１）式に表３に記載したｆＣ、Ｓを代入することにより、実施例１の最至近フォーカス位置ＬＭＩＮ（気中）は以下の（９）に示す値となり、水中における実距離はＬＭＩＮ（気中）×１．３３により求めることができ以下の（９’）に示す値となる。
ＬＭＩＮ（気中）＝９６９ｍｍ・・・（９）
ＬＭＩＮ（水中）＝９６９ｍｍ×１．３３＝１２８９ｍｍ・・・（９’）
【００４７】
ロ．最至近フォーカス位置における視野範囲
実施例１においては、Ｈ’、ｆ（広角端）、ｆ（望遠端）は以下の通りである。
Ｈ’＝１４［ｍｍ］（１インチ１６：９型撮像素子を想定）
ｆ（広角端）＝ ３０×２（エクステンダの倍率）＝ ６０（ｍｍ）
ｆ（望遠端）＝１５０×２（エクステンダの倍率）＝３００（ｍｍ）
【００４８】
そして、上記Ｈ’、ｆ（広角端）、ｆ（望遠端）および表3に記載したｆＣ、Ｓの値をそれぞれ（３）式に代入することにより実施例１の最至近フォーカス位置ＬＭＩＮ（水中）（１２８９ｍｍ）における水平方向の視野範囲Ｈは、以下の（１０）、（１０’）に示す値となる。
Ｈ（広角端）＝２１９（ｍｍ）・・・（１０）
Ｈ（望遠端）＝ ４４（ｍｍ）・・・（１０’）
【００４９】
ロ．燃料集合体位置
第１反射鏡１と第２反射鏡２を第４図に示す距離に置くと、カメラヘッド４から燃料集合体８までの光路長は、前記比較例に比べて図４中の直角二等辺三角形ＡＢＣの各辺の和の長さ（約３４１ｍｍ）だけ長くなり、燃料集合体位置ＬＦＵＥＬは以下に示す値となる。
ＬＦＵＥＬ（水中）＝１５９１（ｍｍ）
ＬＦＵＥＬ（気中）＝１１９７（ｍｍ）
【００５０】
ハ．燃料集合体位置における視野範囲
燃料集合体位置ＬＦＵＥＬにおけるレンズフォーカス目盛位置Ｓは、前記（１）式にＬＦＵＥＬ＝１１９７ｍｍ、ｆＣ＝２１００ｍｍを代入することにより、以下の（１１）、（１１’）に示す値となる。
Ｓ（気中）＝２７８４（ｍｍ）・・・（１１）
Ｓ（水中）＝３７０２（ｍｍ）・・・（１１’）
【００５１】
また、燃料集合体位置ＬＦＵＥＬ（水中の場合１５９１ｍｍ、気中の場合１１９７ｍｍ）における視野範囲Ｈは、（３）式に上記レンズフォーカス目盛位置Ｓおよび前記ｆ（広角端）、ｆ（望遠端）、ｆＣを代入することにより以下の（１２）、（１２’）に示す値となる。
Ｈ（広角端）＝２７３（ｍｍ）・・・（１２）
Ｈ（望遠端）＝ ５５（ｍｍ）・・・（１２’）
【００５２】
ニ．内挿物位置および内挿物位置における視野範囲
同様にして、内挿物位置（水中の場合１９９１ｍｍ、気中の場合１４９７ｍｍ）における視野範囲を求めると、以下に示す値となる。
Ｈ（広角端）＝３４５（ｍｍ）
Ｈ（望遠端）＝ ６９（ｍｍ）
【００５３】
ホ．最遠フォーカス位置および最遠フォーカス位置における視野範囲
また、最遠フォーカス位置ＬＭＡＸ及びその位置における視野範囲Ｈは、前記（７）式、（８）式から、それぞれ以下の（１３）、（１３’）と（１４）、（１４’）に示す値となる。
ＬＭＡＸ（気中）＝２１００（ｍｍ）・・・（１３）
ＬＭＡＸ（水中）＝２７９３（ｍｍ）・・・（１３’）
Ｈ（広角端）＝４９０（ｍｍ）・・・（１４）
Ｈ（望遠端）＝ ９８（ｍｍ）・・・（１４’）
実施例１における被写体距離と画角をまとめて表４に示す。
【００５４】
【表４】
【００５５】
表４に示した結果から、燃料集合体、内挿物の両方の位置がフォーカス範囲に含まれることが分かる。
【００５６】
以上詳述したように、実施例１の燃料集合体の外観検査においては、第１反射鏡および第２反射鏡の２枚の反射鏡を用いて被写体からの光線を２回反射させることよりカメラヘッドに正像を入射させることができ、画像反転装置を用いる場合と比較して、画質の劣化がない画像を得られることが確認できた。また同時に光路長をある程度の自由度を持って長くできることを利用し、ズームレンズ１１に装着して使用する市販のクローズアップレンズ及びエクステンダを含めた光学系の再構成を行ない、従来フォーカスが合わなかった内挿物の位置もフォーカス範囲に含められることが確認できた。
【００５７】
実施例１において、図４の直角二等辺三角形ＡＢＣの直角を挟む２の辺の長さを１００ｍｍ、斜辺の長さを１４１ｍｍとしたが、実際にはこの長さに限定されることはなく、使用するレンズの定数と要求されるフォーカス範囲や視野幅に応じて適宜決められる。
【００５８】
（実施例２）
実施例２は、実施例１と同じレンズを用いた燃料集合体の外観検査装置であって、実施例１と同じ長さの光路長を確保しつつ、反射鏡を挿入するための水平方向のスペースが小さい場合でも反射鏡を挿入することができるよう２枚の反射鏡を配置した例である。図５は本発明の第２の実施例を説明するための図である。実施例２においては被写体からの光線の光軸が構成した直角三角形ＡＢＣにおいてＡＢの長さを実施例１よりも短くした。一方、実施例１と同じ長さの光路長を確保するために、ＡＣの長さを実施例１よりも大きくした。
【００５９】
具体的には、図５において、光軸と第１反射鏡１の面とが成す角は６０°、光軸と第２反射鏡２の面とが成す角は７５°である。このとき光軸の交差する点Ａから第１反射鏡１の反射面Ｂまでの距離Ｌ１は７２ｍｍ、点Ａから第２反射鏡２の反射面Ｃまでの距離Ｌ２は１２５ｍｍ、二つの反射鏡間の距離Ｌ３は１４４ｍｍである。
【００６０】
そして、実施例２においても、従来フォーカスが合わなかった内挿物の位置もフォーカス範囲に含められることが確認できた。
【００６１】
このように、本発明によれば水平方向の設置スペースが小さい場合にも２枚の反射鏡を用いて必要な光路長を確保することができる。また、鉛直方向の設置スペースが小さい場合には、水平方向のＡＢ間の長さを長くすることにより、ＡＣ間の長さを小さくしても必要な長さの光路長を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の燃料集合体の外観検査装置の反射鏡の配置および被写体からの光線の光路を示す図である。
【図２】本発明の燃料集合体の外観検査装置においてα＋β＝１３５°とする理由を説明する図である。
【図３】本実施の一実施の形態に係る燃料集合体の外観検査装置のカメラヘッドの構成を概念的に示す図である。
【図４】実施例１における反射鏡の配置および被写体からの光線の光路を示す図である。
【図５】実施例２における反射鏡の配置および被写体からの光線の光路を示す図である。
【図６】加圧水型原子炉で使用される燃料集合体の一例を示す側面図である。
【図７】従来の外観検査装置の構成を説明する図である。
【図８】従来の外観検査装置を用いて画像反転を説明する図である。
【図９】従来の外観検査装置を用いて内挿物の検査を説明する図である。
【図１０】従来の外観検査装置を用いて内挿物をフォーカスする方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 第１反射鏡
２ 第２反射鏡
３、２０ 燃料集合体
４ カメラヘッド
５ カメラ制御器
６ ビデオモニタ
７ 画像反転装置
８ 内挿物
９ 水密ケース
１０ ＴＶカメラ
１１ レンズ
２１ 燃料棒
２２ シンブル管
２３ 支持格子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光線を反射鏡により反射させた後、カメラヘッドに入射させて前記被写体を撮像する燃料集合体の外観検査装置であって、
前記反射鏡として第１反射鏡および第２反射鏡の２枚の反射鏡を有し、被写体からの光線を前記第１反射鏡により反射させ、その後第２反射鏡により反射させた後、カメラヘッドに入射させて被写体を撮像すること特徴とする燃料集合体の外観検査装置。
【請求項２】
前記被写体からの光線の光軸と前記第１反射鏡の面とが成す角度をα、前記第１反射鏡により反射させた光線の光軸と前記第２反射鏡の面とが成す角度をβとするとき、α＋β＝１３５°となるように前記第１反射鏡および第２反射鏡が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体の外観検査装置。
【請求項３】
前記被写体の撮像が、固体撮像素子を用いたＴＶカメラにより行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料集合体の外観検査装置。
【請求項１】
被写体からの光線を反射鏡により反射させた後、カメラヘッドに入射させて前記被写体を撮像する燃料集合体の外観検査装置であって、
前記反射鏡として第１反射鏡および第２反射鏡の２枚の反射鏡を有し、被写体からの光線を前記第１反射鏡により反射させ、その後第２反射鏡により反射させた後、カメラヘッドに入射させて被写体を撮像すること特徴とする燃料集合体の外観検査装置。
【請求項２】
前記被写体からの光線の光軸と前記第１反射鏡の面とが成す角度をα、前記第１反射鏡により反射させた光線の光軸と前記第２反射鏡の面とが成す角度をβとするとき、α＋β＝１３５°となるように前記第１反射鏡および第２反射鏡が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料集合体の外観検査装置。
【請求項３】
前記被写体の撮像が、固体撮像素子を用いたＴＶカメラにより行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料集合体の外観検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−４３８９６（Ｐ２０１０−４３８９６Ａ）
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０６９４５（Ｐ２００８−２０６９４５）
【出願日】平成２０年８月１１日（２００８．８．１１）
【出願人】（０００１６５６９７）原子燃料工業株式会社 (278)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１１日（２００８．８．１１）
【出願人】（０００１６５６９７）原子燃料工業株式会社 (278)
【Ｆターム（参考）】
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