JP2008100898A - 耐放射線レンズと放射線遮蔽体、これらを用いたレンズモジュール及び高放射線環境用テレビカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】高屈折率を有しながらも、放射線によるブラウニングを生じ難い光学材料からなる耐放射線性レンズと放射線遮蔽体、これらを用いたレンズモジュール及び高放射線環境用テレビカメラの提供。
【解決手段】主成分が一般式でＢａ｛（Ｓｎ_ｕＺｒ_１−ｕ）_ｘＭｇ_ｙＴａ_ｚ）｝_ｖＯ_ｗ で表される組成の材料を焼結した透光性セラミックスからなり、ｗが電気的中性を保つための正の数であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０．１００≦ｘ≦０．７００，１．８０≦ｚ／ｙ≦２．２０、１．００≦ｖ≦１．０５、ｕ×ｘ≦０．０５を満たすもの、又はＹＡＧ結晶、又はタンタル酸リチウム結晶、のうちのいずれか一種からなる耐放射線レンズまたは放射線遮蔽体、これらを用いたレンズモジュール及び高放射線環境用テレビカメラ。
【選択図】 なし

Description

本発明は、例えば原子力発電所や加速器施設等の高放射線環境下において装置・設備の監視や点検を行うための工業用テレビカメラや監視窓に用いられる耐放射線レンズおよび放射線遮蔽体に関するものである。

現在、設備の監視や点検にはＣＣＤやＣＭＯＳといった撮像素子を使用した工業用ＴＶカメラ（ＩＴＶ）が広く使用されている。原子力発電所や加速器設備の高放射線環境での監視、点検においては、撮像素子の耐放射線性の観点から撮像管などに耐放射線撮像素子を用いた耐放射線ＩＴＶが使用されている。耐放射線ＩＴＶにおいては、撮像素子やその他電子回路の耐放射線化だけでなく、光学系も耐放射線化する必要があり、従来は鉛ガラスが使用されていたが、その環境有害性のために近年では製造メーカが殆どなくなり、入手が困難になってきている。

しかし、一般的なＩＴＶ用レンズは耐放射線性は考慮されていない。これらのレンズは石英ガラスからできているが、光学的な収差を補正するために、純粋な石英ガラス（SiO_２）にバリウム（Ba）、ランタン（La）、リン（Ｐ）などの添加物を加えて屈折率やアッベ数を様々な値に制御し、互いに屈折率の異なる材料からなる単レンズを、複数枚組み合わせることにより構成されている。

このような不純物を添加したガラスは、放射線によって著しく着色することが知られている。これは、放射線の照射による電離作用によってガラス中に正孔／電子対を生じ、その正孔または電子が不純物イオンに捕獲されて色中心を生じることに起因している。色中心において可視光のエネルギーが吸収されてトラップされた正孔や電子が遷移するが、通常、色中心のエネルギー準位は同じではないため様々な波長の光が吸収され、結果として褐色の着色（ブラウニング）が生じる。このような問題から、一般的なガラス材を放射線環境下で使用されるレンズに採用することはできない。

また、一部のプラスチックでは放射線による着色が起こりにくく、耐放射線レンズ材として使用できる。しかしながら、このような光学プラスチックの屈折率は１．４９〜１．５９、アッベ数は５８〜３１の間にあり、光学ガラスに比べて屈折率、アッベ数の範囲が狭い。

また、石英ガラスも耐放射線レンズ材として使用できるが、屈折率１．４５８、アッベ数６７．７であり、収差補正の点からも石英ガラスとプラスチックだけを使用して、実用上充分に軸上色収差が補正された耐放射線レンズモジュールを設計、製作することは極めて困難であり、高屈折率低分散の耐放射線レンズ材の使用が不可欠であった。

一方、セラミックス固有の耐熱性、高強度、耐食性、電磁気的特性等に直線透過率の高い透光性を組み合わせた透光性セラミックスの光学系への利用も増加している。なかには高い屈折率を持ち、複屈折の生じない光学特性に優れた透光性セラミックスレンズの開発もされている。例えば、複合ペロブスカイト構造を有する一般式Ｂａ{（Ｓｎ_ｕＺｒ_１−ｕ）_ｘＭｇ_ｙＴａ_ｚ}_ｖＯ_ｗ で表される透光性セラミックスにおいて、Ｂａ（Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ_３ 系材料のＭｇ，ＴａサイトをＳｎおよびＺｒで置換することによって、その屈折率や透過率を自在に変化させることのできるものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。）。

特開２００４−７５５１２号公報

しかしながら、上記のような高屈折率で直線透過性の高い透光性セラミックスにおいて、耐放射線性を有するものに関しては未だ得られていない。即ち、前記一般式で表される透光性セラミックスにおいて、例えばガンマ線を照射した後のものでは透過率の低下がみられ、従来のガラスレンズと同様にブラウニングが生じているものと思われる。さらに、上記透光性セラミックスに限らず、各種光学素材において実際に耐放射線レンズとして使用し得るものの検索は未だ充分に成されていないのが現状である。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、高屈折率を有しながらも、放射線によるブラウニングを生じ難い光学材料からなる耐放射線性レンズおよび放射線遮蔽体及びこれらを用いた高放射線環境用テレビカメラを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る耐放射線レンズは、主成分が一般式でＢａ｛（Ｓｎ_ｕＺｒ_１−ｕ）_ｘＭｇ_ｙＴａ_ｚ）｝_ｖＯ_ｗ で表される組成の材料を焼結した透光性セラミックスからなり、前記ｗが電気的中性を保つための正の数であり、前記ｘ、ｙ、ｚが、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０．１００≦ｘ≦０．７００，１．８０≦ｚ／ｙ≦２．２０を満たすと共に、前記ｖが１．００≦ｖ≦１．０５を満たし、前記ｕがｕ×ｘ≦０．０５を満たすもの、又はＹＡＧ結晶、又はタンタル酸リチウム結晶、のうちのいずれか一種からなるものである。

請求項２に記載の発明に係るレンズモジュールは、請求項１に記載の耐放射線レンズのうちの一種以上を含むことを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明に係るレンズモジュールは、請求項２に記載のレンズモジュールにおいて、前記耐放射線レンズが色消しレンズであることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明に係る高放射線環境用テレビカメラは、高放射線環境下での監視、点検を行うためのテレビカメラであって、請求項１に記載の耐放射線レンズあるいは請求項２または請求項３に記載のレンズモジュールを備えていることを特徴とする高放射線環境用テレビカメラ。

また、請求項５に記載の発明に係る放射線遮蔽体は、主成分が一般式でＢａ｛（Ｓｎ_ｕＺｒ_１−ｕ）_ｘＭｇ_ｙＴａ_ｚ）｝_ｖＯ_ｗ で表される組成の材料を焼結した透光性セラミックスからなり、前記ｗが電気的中性を保つための正の数であり、前記ｘ、ｙ、ｚが、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０．１００≦ｘ≦０．７００，１．８０≦ｚ／ｙ≦２．２０を満たすと共に、前記ｖが１．００≦ｖ≦１．０５を満たし、前記ｕがｕ×ｘ≦０．０５を満たすもの、又はＹＡＧ結晶、又はタンタル酸リチウム結晶、のうちのいずれか一種からなるものである。

請求項６に記載の発明に係る放射線遮蔽体は、請求項５に記載の放射線遮蔽体において、高放射線環境下での監視または点検を行うための施設または装置の窓を構成していることを特徴とするものである。

請求項７に記載の発明に係るレンズモジュールは、請求項５に記載の放射線遮蔽体のうちの一種以上を含むことを特徴とするものである。

請求項８に記載の発明に係る高放射線環境用テレビカメラは、高放射線環境下での監視または点検を行うためのテレビカメラであって、請求項５に記載の放射線遮蔽体または請求項７に記載のレンズモジュールを備えていることを特徴とするものである。

本発明においては、一般式Ｂａ｛（Ｓｎ_ｕＺｒ_１−ｕ）_ｘＭｇ_ｙＴａ_ｚ｝_ｖＯ_ｗ で表される組成からなる高屈折率で光学特性に優れた透光性セラミックスに基づいて、ガンマ線照射後の透過率の低下に寄与するＳｎを特定の含有割合以下にすることによって、ガンマ線を照射した後でも透過率の低下が非常に小さく抑えられた耐放射線レンズおよび放射線遮蔽体が得られるという効果がある。また、ＹＡＧ結晶およびタンタル酸リチウム結晶も耐放射線性能を有し、これらから耐放射線レンズおよび放射線遮蔽体が得られる。

また、これら耐放射線レンズや放射線遮蔽体を用いることによって、レンズモジュールや高放射線環境下用テレビカメラの長寿命化を図れるという効果がある。

本発明における耐放射線レンズは、本発明者等が高屈折率で光学特性に優れた透光性セラミックスに基づいて耐放射線性能に関し種々検討した結果、一般式Ｂａ｛（Ｓｎ_ｕＺｒ_１−ｕ）_ｘＭｇ_ｙＴａ_ｚ｝_ｖＯ_ｗ で表される透光性セラミックスでは、ガンマ線照射後の直線透過率の低下がＳｎに寄与し、このＳｎの含有割合が低いほど得られる透光性セラミックスのガンマ線照射後における直線透過率の低下が抑えられることを見出し、本発明に至ったものである。即ち前記一般式において実際にＳｎの含有率に関連するのは「ｕ×ｘ」で規定される値であり、本発明は、このｕ×ｘで規定される値の上限を特定することによって、Ｓｎの含有率を抑え、透光性セラミックスのガンマ線照射後のブラウニングによる直線透過率低下の低減を可能とするものである。

まず、前記一般式で表される透光性セラミックスについて、現時点で、屈折率２．０７前後の高い屈折率と直線透過率７５．８％という最も優れた光学特性を示すものの例として、例えば前記特許文献１に開示されているなかで最も高い直線透過率のものや後述の実施例で従来型として示した透光性セラミックスなど、ｘが約０．１６でｕが０．６７程度のものが挙げられる。しかしこのような光学特性に優れた透光性セラミックスは、ガンマ線照射後のブラウニングによる直線透過率低下は著しく、高放射線環境下での実用に適さない。

この従来型透光性セラミックスの組成を基準とした場合、前記「ｕ×ｘ」の値は０．１０８程度であり、この既定値が小さくなるようにＳｎの含有割合を低減していくのに伴って、ガンマ線照射後の直線透過率の低下が小さくなり、後述の実施例で示すように、０．１００≦ｘ≦０．７００でｕ×ｘ＝０．０５とした透光性セラミックスの場合に、従来型に比べてガンマ線照射後のブラウニングの低減が見られた。従って、本発明は、前記一般式においてｕ×ｘ≦０．０５とすることによって、ガンマ線照射後のＳｎに起因するブラウニングによる直線透過率低下を抑え、実用に適した耐放射線性能を備えた透光性セラミックスを実現するものである。

以上のように、本発明によれば、ガンマ線照射後の直線透過率低下が低減されるという耐放射線性能を備えた透光性セラミックスから、放射線が照射される環境条件下でも優れた光学特性を維持できる耐放射線レンズの提供を可能とする。このような耐放射線レンズを用いれば、その光学系やカメラ等の装置も、前記光学特性には優れているもののブラウニングによる直線透過率低下の著しい従来の透光性セラミックスからなるレンズを用いた場合より長寿命化を図ることができる。

なお、本発明における透光性セラミックスは、耐放射線性能を決定するＳｎの含有割合に主に関連する「ｕ×ｘ」の上限値を０．０５に特定することに加え、前記ｘ、ｙ、ｚが、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０．１００≦ｘ≦０．７００，１．８０≦ｚ／ｙ≦２．２０を満たすと共に、前記ｖが１．００≦ｖ≦１．０５を満たす特定の組成範囲とすることによって、優れた光学特性が得られるものである。即ち、これら各組成の特定範囲は、得られる透光性セラミックスがガンマ線未照射状態にてレンズおよび透光性の放射線遮蔽板として使用できる充分な透過率を有するための条件である。

なお、本発明の耐放射線レンズは、ブラウニングの発生を防止して直線透過率の低下を抑えるという点で、最も望ましいのは原材料中にＳｎを実質的に含有しないもの、即ち前記一般式におけるｕ＝０（ｕ×ｘ＝０）の場合である。この場合、製造工程において原材料中へのＳｎの不純物としての混入はできるだけ防ぐ。

また、本発明者等は、上記透光性セラミックスに限らず、種々の光学素材について耐放射線性能を有するものを検索し、その結果、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）多結晶にも、ガンマ線照射後の光の直線透過率低下が低減されるという耐放射線性能が備わっていることを見出した。ＹＡＧ結晶は屈折率等の光学特性は透光性セラミックスにやや劣るものの、カメラ等の光学系へも充分採用でき、放射線照射環境下で長期に亘り使用可能な耐放射線レンズの提供を可能とする。

さらに、本発明者等は、種々検討の結果、ＬＴ（タンタル酸リチウム）単結晶にもガンマ線照射後の光の直線透過率低下が低減されるという耐放射線性能が備わっていることを見出した。ＬＴ単結晶は、前記透光性セラミックスと同程度の屈折率を備えた光学適性に優れたものであり、放射線照射環境下で長期に亘り使用可能な優れた耐放射線レンズの提供を可能とする。

特に、ＬＴ単結晶は、そのＬｉ／Ｔａモル比を制御することにより、耐放射線性能を向上させることができ、望ましくは、Ｌｉ／Ｔａモル比を０．４９０／０．５１０〜０．４９８／０．５０２の範囲内に制御する。また、ＬＴ単結晶に対してＭｇＯをドープすることによってさらなる耐放射線性能能の向上を図ることができる。ＭｇＯのドープ量は、透過率を低減させてしまう異相が生成せず、単相を保てる量とし、ＬｉＴａＯ_５ １００モル部に対して７モル部以下、より好ましくは３モル部程度である。

なお、本発明による透光性セラミックスからなる耐放射線レンズは、従来の他の光学プラスチックに比べて高屈折率であり、レンズ設計が容易な単レンズからなる光学系を構成することもできるが、本発明の耐放射線レンズを利用できる各種光学系としては、単レンズ構成に限らず、複合レンズの一部や全部、また様々なレンズモジュールに用いることができる。

また、ＹＡＧ多結晶またはＬＴ単結晶からなる耐放射線レンズも、それぞれ単レンズとしてだけでなく、前記透光性セラミックスからなる耐放射線レンズも含めて互いに、あるいは他の光学部材と組合せられて複合レンズの一部や全部、あるはレンズモジュールを構成するこができる。

従って、これら耐放射線レンズの実際の装置への組込は、単レンズとしてだけでなく、複合レンズやレンズモジュール単位での組込等、様々な形態が考えられる。そのなかで、他の材質からなるレンズや光学部品との組合せも可能である。

例えば、本発明による耐放射線レンズを色消しレンズ、即ち軸上色収差補正用レンズとして用いれば、従来単独では低屈折率で軸上色収差の補正されたレンズモジュールの設計、製作が困難で実用できなかった他のプラスチックレンズを組合せてレンズモジュールを構成することが可能となる。

また、以上のような本発明による耐放射線レンズやこれを含むレンズモジュールの組込装置としては、例えば原子力発電所や加速器施設等の高放射線環境下で装置・設備の監視や点検用の各種装置の光学系に用いるのが有効であり、従来の耐放射線性能のないレンズを用いた場合に比べて、高放射線環境下でも長期に亘り良好な監視映像を得ることが可能となる。具体的には、高放射線環境下での監視や点検を行うための工業用テレビカメラが最も好適なものの一つである。

また、本発明者らは、上記一般式Ｂａ｛（Ｓｎ_ｕＺｒ_１−ｕ）_ｘＭｇ_ｙＴａ_ｚ）｝_ｖＯ_ｗ で表され、前記ｗが電気的中性を保つための正の数であり、前記ｘ、ｙ、ｚが、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０．１００≦ｘ≦０．７００，１．８０≦ｚ／ｙ≦２．２０を満たすと共に、前記ｖが１．００≦ｖ≦１．０５を満たし、前記ｕがｕ×ｘ≦０．０５を満たす組成の材料を焼結してなる透光性セラミックス、あるいはＹＡＧ結晶、あるいはタンタル酸リチウム結晶に、それぞれ優れた放射線遮蔽効果を有することを見出し、本発明に至ったものである。即ち本発明は、高放射線環境下での監視、点検用の装置や設備等の各種光学系への利用に好適な透明放射線遮蔽体の提供を実現したものである。

例えば、高放射線環境下で用いる工業用テレビカメラのレンズ群の前面に本発明の放射線遮蔽体を配置すれば、レンズ自体に耐放射線性能を備えたレンズが使用されていなくても、その光学系を構成する各レンズはもちろん、固体撮像素子やカメラヘッド内の電子回路等も放射線から遮蔽され、光学系部材からテレビカメラ自体の長寿命化を図ることができる。

このように、本発明の放射線遮蔽体は、単独でカメラ等の各種装置に装着して用いてもよいが、予め他のレンズや光学部材と組合せて最前位置に配置したレンズモジュールを構成する形態としてもよい。この場合、レンズモジュール単位でテレビカメラ等に交換可能に装着できる。

また、本発明の放射線遮蔽体は、ブラウニングの生じ難い透明放射線遮蔽体として、上記のような光学系への配置だけでなく、高放射線環境下での監視または点検を行うための施設または装置の窓を構成すれば、従来は困難であった高放射線環境下にある各種設備を窓を通して容易に監視、点検することが可能となる。

本発明の第１の実施例として、本発明の耐放射線レンズを構成する耐放射線性能を有する透光性セラミックス（耐放射線透光性セラミックス）に対するガンマ線照射による透過率変化比較試験を行った場合を以下に示す。

具体的には、一般式Ｂａ｛（Ｓｎ_ｕＺｒ_１−ｕ）_ｘＭｇ_ｙＴａ_ｚ｝_ｖＯ_ｗ で表される透光性セラミックスについて、従来のｘ＝０．１６２、ｕ＝０．６６７、ｕ×ｘ＝０．１０８とした組成、即ちＳｎを有意に含有する材料からなる透光性セラミックス（厚さ２ｍｍ）を対照として、以下の表１に示すように、Ｓｎの含有割合が低減されていくように「ｕ×ｘ」を０．０５０，０．０２５，０．０００とした透光性セラミックス（各厚さ２ｍｍ）No１〜４について、それぞれ異なる条件でガンマ線照射を行った後、４００ｎｍ〜９００ｎｍに亘り、各波長光における直線透過率を測定し、未照射のものと比較して透過率の変化を検討した。ガンマ線照射条件は、ガンマ線源をＣｏ６０とし、常温にてそれぞれ１００Ｇｙ／ｈｒで１時間、１０００Ｇｙ／ｈｒで１時間、１０００Ｇｙ／ｈｒで１０時間とし、図１に対照の場合、以下図２〜図５にNo１〜No４それぞれの場合の結果を線図に示した。

これら図１〜５に示した結果から明らかなように、従来の透光性セラミックス（図１）では、放射線による着色がみられ、特に短波長ほど著しく透過率が低下していたのに対して、「ｕ×ｘ」を０．０５０以下とした透光性セラミックスでは、短波長側も含めてほぼ全体的に透過率の低下が非常に小さく抑えられた。これは、一般式Ｂａ｛（Ｓｎ_ｕＺｒ_１−ｕ）_ｘＭｇ_ｙＴａ_ｚ）｝_ｖＯ_ｗ で表される材料からなる透光性セラミックスにおいてブラウニング発生に寄与するＳｎの含有割合を少なく抑えたことによるものである。以上のように本実施例においてｕ×ｘ≦０．０５０とした透光性セラミックスに耐放射線性能が確認された。即ち、ｕ×ｘ≦０．０５０を満たすものは耐放射線透光性セラミックスである。

次に、上記のうちのNo１の組成を有する耐放射線透光性セラミックスと対照とした従来型透光性セラミックスとについて、それぞれ１０００Ｇｙ／ｈｒ、１０時間で集積線量１００００Ｇｙとなるガンマ線照射の後の４００ｎｍ〜９００ｎｍに亘る波長光における比透過率を測定し、一般的なガラス材（オハラ社製Ｓ−ＢＳＬ７：ショット社Ｎ−ＢＫ７相当品）に同じ集積線量１００００Ｇｙとなるガンマ線照射を行った場合と比較し、その結果を図６に示す。

耐放射線透光性セラミックスの場合を図６（ａ）、従来型透光性セラミックスの場合を図６（ｂ）に示すが、それぞれ、セラミックスの厚さ５ｍｍに換算し、透過率を最大値で規格化したものである。

図６の結果から判るように、放射能による着色で、従来型透光性セラミックスは一般的ガラス材と同程度の透過率の低下がみられたが、耐放射線透光性セラミックスでは、透過率の低下が大幅に軽減されている。

また、上記対照とNo１〜No４の結果を、各波長（４００ｎｍ，５００ｎｍ，６００ｎｍ，７００ｎｍ，８００ｎｍ，９００ｎｍ）ごとに、「ｕ×ｘ」の変化に対する直線透過率を各ガンマ線照射後のものを未照射のもと比較して図７〜図１２の線図に表した。これらの図から、「ｕ×ｘ」で示すＳｕ含有割合が小さいほど、直線透過率の低下が抑えられていることが明らかである。

本発明の第２の実施例として、上記実施例１で示したNo１組成の耐放射線透光性セラミックスからなる単レンズを図１３に示す。この耐放射線レンズ１は、屈折率が２．０９５（ｎ_ｄ ）で、図１４に示すアクリル樹脂から成る単レンズ２と同じレンズ表面曲率３０ｍｍ、レンズ中央肉厚２ｍｍで設計したものである。同じレンズ表面曲率と同じレンズ中央肉厚であっても、アクリルレンズ２では、焦点距離Ｌ２が３０．８３ｍｍで開口数（ＮＡ）が０．１６２２であるのに対して、耐放射線レンズ１では、焦点距離Ｌ１が１３．９４ｍｍで開口数（ＮＡ）が０．３５８６となり、アクリルレンズ２と比較して約５倍（０．３５８６／０．１６２２）^２ ＝４．８９）も明るいレンズが得られる。

このような耐放射線レンズは、高放射線環境下にて、例えば原子炉設備、装置の監視、点検などに使われる工業用テレビカメラ用のレンズとして単レンズ構成でも用いることができ、この場合、前記アクリル樹脂製に比べて格段にレンズの明るさを向上できると共に、ブラウニングによる透過率低下も極めて小さいため、長期に亘って良好な映像を得ることができる。

本発明の第３の実施例として、実施例１で示したNo１組成の耐放射線透光性セラミックスを色消しレンズとして合成石英レンズと組み合わせた場合を以下に説明する。合成石英は、極めて良好な耐放射線性能を有し、耐放射線レンズ材として使用可能であるが、単レンズでは軸上色収差をなくすことができない。このような合成石英製のレンズを耐放射線レンズとして使用可能なアクリル樹脂と透光性セラミックスとでそれぞれ色消しする場合を比較した。

具体的には、貼合せレンズＡ：合成石英＋アクリル樹脂、貼合せレンズＢ：合成石英＋透光性セラミックス、とそれぞれ２枚の薄肉レンズを貼り合わせてアクロマートを構成し、Ｃ線とＦ線の色消しを行った場合についてそれぞれ計算した。

貼合せレンズＡ：
合成石英及びアクリル樹脂のアッベ数をそれぞれn_Ｓ、n_Ａとし、貼合せレンズの焦点距離をf'_１ とする。このときこの合成焦点距離f'_１ を満たすための合成石英レンズの焦点距離f'_Ｓ 及びアクリル樹脂レンズの焦点距離f'_Ａ は、f'_Ｓ＝f'_１（n_Ｓ−n_Ａ）／n_Ｓ ・・・式（１）、f'_Ａ ＝f'_１（n_Ａ−n_Ｓ）／n_Ａ ・・・式（２）と表される。

ここでn_Ｓ＝６７．７、n_Ａ＝５８．０をそれぞれ式（１）、（２）に代入すると、f'_Ｓ＝０．１４３f'_１ 、f'_Ａ ＝−０．１６７f'_１ となり、f'_１ ＝１５ｍｍとすると、f'_Ｓ ＝２．１ｍｍ、f'_Ａ ＝−２．５ｍｍとなるため、合成石英レンズおよびアクリル樹脂レンズはそれぞれ非常にパワーの大きな凸レンズと凹レンズにしなければならない。即ち、合成石英とアクリル樹脂の貼合せレンズでは、曲率半径が非常に小さく肉厚の厚いレンズが必要となり、製造上また球面収差補正上このようなレンズ構成は現実的ではない。

貼合せレンズＢ：
合成石英及び透光性セラミックスのアッベ数をそれぞれn_Ｓ、n_Ｔとし、貼合せレンズの焦点距離をf'_２ とする。このときこの合成焦点距離f'_２ を満たすための合成石英レンズの焦点距離f'_Ｓ 及びアクリル樹脂レンズの焦点距離f'_Ｔ は、f'_Ｓ＝f'_２（n_Ｓ−n_Ｔ）／n_Ｓ ・・・式（３）、f'_Ｔ ＝f'_１（n_Ｔ−n_Ｓ）／n_Ｔ ・・・式（４）と表される。

ここでn_Ｓ＝６７．７、n_Ｔ＝２９．７をそれぞれ式（３）、（４）に代入すると、f'_Ｓ＝０．５６１f'_２ 、f'_Ｔ ＝−１．２８f'_２ となり、f'_２ ＝１５ｍｍとすると、f'_Ｓ ＝８．４ｍｍ、f'_Ｔ ＝−１９．２ｍｍとなるため、合成石英レンズおよび透光性セラミックスレンズはそれぞれさほどパワーの大きくない凸レンズと凹レンズで良いことがわかる。即ち、合成石英と透光性セラミックスの貼合せレンズでは、比較的曲率半径が大きく肉厚が薄いレンズで構成できるため、製造が容易であると共に球面収差も小さい。

以上のように、耐放射線透光性セラミックスを色消しレンズとして用いることによって、従来は単レンズとして実用に適さなかった石英レンズを用いて収差が良好に補正されたレンズ設計が実現可能となる。

なお、以上の実施例においては、一般式Ｂａ｛（Ｓｎ_ｕＺｒ_１−ｕ）_ｘＭｇ_ｙＴａ_ｚ）｝_ｖＯ_ｗ で表される組成のうちの一種の組成割合からなる耐放射線透光性セラミックスについて説明したが、本発明においては、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０．１００≦ｘ≦０．７００，１．８０≦ｚ／ｙ≦２．２０，１．００≦ｖ≦１．０５、ｕ×ｘ≦０．０５を満たす組成の材料からなる透光性セラミックスであれば、前記実施例で用いたものに近いあるいは同等の耐放射線性能を発揮することができる。

以上の実施例で示した耐放射線透光性セラミックスの組成においては、優れた放射線遮蔽効果が発揮される。そこで、本発明の第４の実施例として、前記一般式においてｘ＝０．２５０、ｙ＝０．２５０、ｚ＝０．５００、ｕ＝０．０００、ｖ＝１．０２５となる組成材料を焼結してなる透光性セラミックスを放射線遮蔽体として、例えば原子炉設備、装置の監視、点検等、高放射線環境下で使われる工業用テレビカメラなどのレンズモジュールの前方に配置する場合を図１５に示す。

即ち、耐放射線性能を有さないレンズ部材からなるようなレンズモジュール１１であっても、その前方に、ブラウニングの発生が抑えられ、高い透過率が長期に亘って維持できる前記透光性セラミックスからなる放射線遮蔽体１０を配置することによって、レンズモジュール１１はもちろん、その後方の固体撮像素子やカメラヘッド内の電子回路を放射線から遮蔽し、レンズモジュール１１や他の光学部材を含め、テレビカメラ自体の長寿命化を図ることができる。なお、放射線遮蔽体１０は、単独で各種光学系に配置してもよいが、予め他のレンズ群等と組合せておいてレンズモジュールの一部を構成するものとしても良い。

この放射線遮蔽体１０を構成する前記透過性セラミックスの半価層は、１４．７ｍｍである。従って、^６０Ｃｏから放射される１．１７ＭｅＶと１．３３ＭｅＶのガンマ線に対し、厚さ１４．７ｍｍの該放射線遮蔽体１０によってガンマ線強度を１／２に、また厚さ４８．８ｍｍにすることによってガンマ線強度を１／１０にすることができ、レンズモジュール１１やテレビカメラの寿命をそれぞれ２倍、または１０倍に延ばすことができる。

またこのような放射線遮蔽体は、テレビカメラに用いる以外にも、例えば原子力発電所や加速器施設等で高放射線環境内を外部から監視する窓への使用にも有効であり、長期に亘って窓の交換を必要とせずに良好に用いることができる。

なお、本実施例においては、一般式Ｂａ｛（Ｓｎ_ｕＺｒ_１−ｕ）_ｘＭｇ_ｙＴａ_ｚ）｝_ｖＯ_ｗ で表される組成のうちの一種の組成割合からなる耐放射線透光性セラミックスについて説明したが、本発明においては、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０．１００≦ｘ≦０．７００，１．８０≦ｚ／ｙ≦２．２０，１．００≦ｖ≦１．０５、ｕ×ｘ≦０．０５を満たす組成の材料からなる透光性セラミックスであれば、本実施例で用いたものと近いあるいは同等の放射線遮蔽効果を発揮することができる。

本発明の第５の実施例として、本発明の耐放射線レンズを構成するＹＡＧ多結晶において耐放射線性能を確認した場合を以下に示す。

厚さ５ｍｍのＹＡＧ多結晶について、１０００Ｇｙ／ｈｒ、１０時間で集積線量１００００Ｇｙとなるガンマ線照射の後の４００ｎｍ〜９００ｎｍに亘る各波長光における比透過率を測定し、未照射のものと、また上記実施例１の図６に示した一般的な光学ガラス材Ｓ−ＢＳＬ７とも比較し、その結果を図１６に示す。その結果ＹＡＧ多結晶のガンマ線照射による比透過率の低下は、一般的なガラス材と比較して明らかに小さく、良好な耐放射線性能を有することが確認された。従って、ＹＡＧ多結晶からなるレンズを耐放射線レンズとして、またＹＡＧ多結晶からなる放射線遮蔽体として放射線照射環境下において広く利用できることが明らかとなった。

本発明の第６の実施例として、本発明の耐放射線レンズを構成するＬＴ単結晶において耐放射線性能を確認した場合を以下に示す。ＬＴ単結晶は、以下の３つの種類について評価した。即ち、Ｌｉ／Ｔａモル比を０．４８５／０．５１５とした第１ＬＴ単結晶，Ｌｉ／Ｔａモル比を０．４９５／０．５０５とした第２ＬＴ単結晶，Ｌｉ／Ｔａモル比を０．４９５／０．５０５としたＬＴ１００モル部に対してＭｇＯを３モル部ドープした第３ＬＴ単結晶の３種である。

上記第１〜第３の各ＬＴ単結晶について、１０００Ｇｙ／ｈｒ、１０時間で集積線量１００００Ｇｙとなるガンマ線照射の後の４００ｎｍ〜８００ｎｍに亘る各波長光における比透過率を測定し、未照射のものと、また上記実施例１の図６に示した一般的な光学ガラス材Ｓ−ＢＳＬ７とも比較し、その結果をそれぞれ図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。その結果、いずれのＬＴ単結晶においてもガンマ線照射による比透過率の低下は、一般的なガラス材と比較して明らかに小さく、良好な耐放射線性能を有することが確認された。

従って、ＬＴ単結晶からなるレンズを耐放射線レンズとして、またＬＴ単結晶からなる放射線遮蔽体として放射線照射環境下において広く利用できることが明らかとなった。さらに言えば、短波長側での比透過率の結果から第１ＬＴ単結晶より第２ＬＴ単結晶の方が耐放射線性能が優れていることから、Ｌｉ／Ｔａモル比を制御することによって耐放射線性能を向上させることができることが判った。このＬｉ／Ｔａモル比の制御は、０．４９０／０．５１０〜０．４９８／０．５０２の範囲内にすることによって、第２ＬＴ単結晶と同様の優れた体放射線性能が得られる。また第３ＬＴ単結晶の結果から、さらにＭｇＯをドープすることによって耐放射線性能を向上させることができることも判った。

本発明の第７の実施例として、以上の実施例で示すように、本発明でその耐放射線性能が見いだされた透光性セラミックスとＹＡＧ多結晶のそれぞれからなる耐放射線レンズ同士を組み合わせてレンズモジュールを構成した例を以下に示す。

まず、実施例１に示した耐放射線透光性セラミックスレンズとＹＡＧ多結晶レンズとからなるレンズモジュールを図１８に示す。図１８（ａ）の概略構成図に示すように、メニスカスレンズである第１，第３，第４レンズに耐放射線透光性セラミックスレンズを、両凹レンズである第２レンズにＹＡＧ多結晶レンズを配置することにより、焦点距離ｆ＝２０ｍｍ、ＦNo／２．０、のレンズモジュールが構成できた。

このレンズモジュールのＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を、５Ｌｐ（ラインペア）／ｍｍ、１０Ｌｐ／ｍｍ、２０Ｌｐ／ｍｍの各場合について図１８（ｂ）の線図に示す。いずれも良好であり、耐放射線透光性セラミックスレンズおよび耐放射線ＹＡＧ多結晶レンズを用いて、良好な基本光学性能を持ち、且つ放射線による着色が少ないレンズモジュールを構成することができた。

本発明の第８の実施例として、上記実施例５および実施例６にてそれぞれ耐放射線性能が確認されたとＹＡＧ多結晶およびＬＴ単結晶のそれぞれからなる耐放射線レンズ同士を組み合わせてレンズモジュールを構成した例を図１９に示す。図１９（ａ）の概略構成図に示すように、メニスカスレンズである第１，第３，第４レンズにＹＡＧ多結晶レンズを、両凹レンズである第２レンズにＬＴ単結晶レンズを配置することにより、焦点距離ｆ＝２０ｍｍ、ＦNo／２．０、のレンズモジュールが構成できた。

このレンズモジュールのＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を、５Ｌｐ（ラインペア）／ｍｍ、１０Ｌｐ／ｍｍ、２０Ｌｐ／ｍｍの各場合について図１９（ｂ）の線図に示す。いずれも良好であり、ＹＡＧ多結晶レンズおよびＬＴ単結晶レンズを用いて、良好な基本光学性能を持ち、且つ放射線による着色が少ないレンズモジュールを構成することができた。

本発明の第１実施例における耐放射線透光性セラミックスのガンマ線照射による透過率変化比較試験を行った際の従来型透光性セラミックス（対照）の場合の結果を示す線図（横軸：波長ｎｍ，縦軸：直線透過率％）である。 本発明の第１実施例における耐放射線透光性セラミックスのガンマ線照射による透過率変化比較試験を行った際のNo１組成の耐放射線透光性セラミックスの場合の結果を示す線図（横軸：波長ｎｍ，縦軸：直線透過率％）である。 本発明の第１実施例における耐放射線透光性セラミックスのガンマ線照射による透過率変化比較試験を行った際のNo２組成の耐放射線透光性セラミックスの場合の結果を示す線図（横軸：波長ｎｍ，縦軸：直線透過率％）である。 本発明の第１実施例における耐放射線透光性セラミックスのガンマ線照射による透過率変化比較試験を行った際のNo３組成の耐放射線透光性セラミックスの場合の結果を示す線図（横軸：波長ｎｍ，縦軸：直線透過率％）である。 本発明の第１実施例における耐放射線透光性セラミックスのガンマ線照射による透過率変化比較試験を行った際のNo４組成の耐放射線透光性セラミックスの場合の結果を示す線図（横軸：波長ｎｍ，縦軸：直線透過率％）である。 本発明の第１実施例におけるNo１組成の耐放射線透光性セラミックスと対照とした従来型透光性セラミックスのガンマ線照射による比透過率を光学ガラスと比較して示した線図（横軸：波長ｎｍ，縦軸：比透過率）であり、（ａ）は耐放射線透光性セラミックス、（ｂ）は従来型透光性セラミックスの場合をそれぞれ示したものである。 本発明の第１実施例における耐放射線透光性セラミックスのガンマ線照射による４００ｎｍでの透過率変化比較試験を行った結果を「ｕ×ｘ」の変化に対する直線透過率で示す線図（横軸：「ｕ×ｘ」値，縦軸直線透過率％）である。 本発明の第１実施例における耐放射線透光性セラミックスのガンマ線照射による５００ｎｍでの透過率変化比較試験を行った結果を「ｕ×ｘ」の変化に対する直線透過率で示す線図（横軸：「ｕ×ｘ」値，縦軸直線透過率％）である。 本発明の第１実施例における耐放射線透光性セラミックスのガンマ線照射による６００ｎｍでの透過率変化比較試験を行った結果を「ｕ×ｘ」の変化に対する直線透過率で示す線図（横軸：「ｕ×ｘ」値，縦軸直線透過率％）である。 本発明の第１実施例における耐放射線透光性セラミックスのガンマ線照射による７００ｎｍでの透過率変化比較試験を行った結果を「ｕ×ｘ」の変化に対する直線透過率で示す線図（横軸：「ｕ×ｘ」値，縦軸直線透過率％）である。 本発明の第１実施例における耐放射線透光性セラミックスのガンマ線照射による８００ｎｍでの透過率変化比較試験を行った結果を「ｕ×ｘ」の変化に対する直線透過率で示す線図（横軸：「ｕ×ｘ」値，縦軸直線透過率％）である。 本発明の第１実施例における耐放射線透光性セラミックスのガンマ線照射による９００ｎｍでの透過率変化比較試験を行った結果を「ｕ×ｘ」の変化に対する直線透過率で示す線図（横軸：「ｕ×ｘ」値，縦軸直線透過率％）である。 本発明の第２実施例による耐放射線レンズの概略構成図である。 アクリル樹脂製レンズの概略構成図である。 本発明の第４実施例による放射線遮蔽体のテレビカメラレンズモジュールとの組合せを示す概略構成図である。 本発明の第５実施例によるＹＡＧ多結晶のガンマ線照射による比透過率を光学ガラスと比較して示した線図（横軸：波長ｎｍ，縦軸：比透過率）である。 本発明の第６実施例による３種のＬＴ単結晶についてそれぞれ（ａ）〜（ｃ）にガンマ線照射による比透過率を光学ガラスと比較して示した線図（横軸：波長ｎｍ，縦軸：比透過率）である。 本発明の第７実施例による実施例１に示した耐放射線透光性セラミックスレンズとＹＡＧ多結晶レンズとからなるレンズモジュールについて、（ａ）はレンズモジュールの概略構成図、（ｂ）は該レンズモジュールのＭＴＦを示す線図（横軸：像高ｍｍ，縦軸：ＭＴＦ）である。 本発明の第８実施例によるＹＡＧ多結晶レンズとＬＴ単結晶レンズとからなるレンズモジュールについて、（ａ）はレンズモジュールの概略構成図、（ｂ）は該レンズモジュールのＭＴＦを示す線図（横軸：像高ｍｍ，縦軸：ＭＴＦ）である。

符号の説明

１：耐放射線レンズ
２：アクリル樹脂レンズ
１０：放射線遮蔽体
１１：レンズモジュール

Claims (8)

1. 主成分が一般式でＢａ｛（Ｓｎ_ｕＺｒ_１−ｕ）_ｘＭｇ_ｙＴａ_ｚ）｝_ｖＯ_ｗ で表される組成の材料を焼結した透光性セラミックスからなり、前記ｗが電気的中性を保つための正の数であり、前記ｘ、ｙ、ｚが、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０．１００≦ｘ≦０．７００，１．８０≦ｚ／ｙ≦２．２０を満たすと共に、前記ｖが１．００≦ｖ≦１．０５を満たし、前記ｕがｕ×ｘ≦０．０５を満たすもの、又はＹＡＧ結晶、又はタンタル酸リチウム結晶、のうちのいずれか一種からなることを特徴とする耐放射線レンズ。
2. 請求項１に記載の耐放射線レンズのうちの一種以上を含むことを特徴とするレンズモジュール。
3. 前記耐放射線レンズが色消しレンズであることを特徴とする請求項２に記載のレンズモジュール。
4. 高放射線環境下での監視、点検を行うためのテレビカメラであって、
   請求項１に記載の耐放射線レンズあるいは請求項２または請求項３に記載のレンズモジュールを備えていることを特徴とする高放射線環境用テレビカメラ。
5. 主成分が一般式でＢａ｛（Ｓｎ_ｕＺｒ_１−ｕ）_ｘＭｇ_ｙＴａ_ｚ）｝_ｖＯ_ｗ で表される組成の材料を焼結した透光性セラミックスからなり、前記ｗが電気的中性を保つための正の数であり、前記ｘ、ｙ、ｚが、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，０．１００≦ｘ≦０．７００，１．８０≦ｚ／ｙ≦２．２０を満たすと共に、前記ｖが１．００≦ｖ≦１．０５を満たし、前記ｕがｕ×ｘ≦０．０５を満たすもの、又はＹＡＧ結晶、又はタンタル酸リチウム結晶、のうちのいずれか一種からなることを特徴とする放射線遮蔽体。
6. 高放射線環境下での監視または点検を行うための施設または装置の窓を構成していることを特徴とする請求項５に記載の放射線遮蔽体。
7. 請求項５に記載の放射線遮蔽体のうちの一種以上を含むことを特徴とするレンズモジュール。
8. 高放射線環境下での監視または点検を行うためのテレビカメラであって、
   請求項５に記載の放射線遮蔽体または請求項７に記載のレンズモジュールを備えていることを特徴とする高放射線環境用テレビカメラ。

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