JP6592861B2 - 観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、観察装置に関するものである。

例えば、特許文献１に示すように、ＬＮＧ（Liquefied Natural Gas）タンクの内部を観察するために、カメラを搭載した観察装置が用いられている。この観察装置は、タンク内部の広い領域を観察可能とするために、ケーブルの下端に取り付けられた撮像ユニットのチルト角等を調整するための角度調整機構を備えている。

このような観察装置では、撮像ユニットがＬＮＧタンクの天井部に設けられたノズルを用いてＬＮＧタンクの内部に入れられる。ただし、ＬＮＧタンクに設けられたノズルは、ＬＮＧタンクへのガス供給等のために設けられており、孔径が観察装置の撮像ユニットに対して十分に大きくない。このため、撮像ユニットをＬＮＧタンクの内部に投入する場合には、撮像ユニットを平面視における投影面積が最も小さくなる姿勢とする必要がある。例えば、撮像ユニットが撮像方向に沿って長い形状である場合には、撮像ユニットは、撮像方向が真下を向く姿勢とされた状態でノズルを通過させられる。

特開平９−４３０３０号公報

ところで、ＬＮＧタンクのより安定的な運用のためには、何らかの理由により観察装置が故障した場合のことを想定し、このような場合であっても容易に撮像ユニットをＬＮＧタンクから取り出せる対策を施しておくことが望ましい。このため、従来の観察装置においては、角度調整機構における動力伝達機構として電磁クラッチを用い、無通電時には、自重により撮像ユニットが平面視における投影面積が最も小さくなる姿勢となるように設計していた。これにより、非常時であっても、撮像ユニットをノズルから抜き出すことが可能となる。しかしながら、電磁クラッチを用いると動力伝達系が複雑になり、角度調整機構が大型化してしまうという問題がある。

なお、撮像ユニット自体の角度調整を行わず、撮像ユニットの撮像方向を常に下方に向け、撮像ユニットの下側に配置した鏡を回動させることにより、広い領域を観察可能とした観察装置も用いられている。このような観察装置によれば、撮像ユニットの姿勢が変化しないことから、非常時であっても容易にノズルから撮像ユニットを抜き出すことができる。しかしながら、鏡による反射を利用する構造上、視野範囲が狭い等の問題生じる。

また、このような課題は、ＬＮＧタンクの内部を観察する観察装置に限られるものではなく、直径が小さな開口部に撮像ユニットを通して開口部の先の空間を観察する観察装置の全般に生じるものである。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、開口部に対して撮像ユニットを通過させ、開口部の先の空間を観察する観察装置において、電磁クラッチを用いることなく、万が一の故障時であっても容易に撮像ユニットを開口部から抜出可能とすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、観察装置であって、支持基体と、撮像装置が搭載された撮像ユニットと、傾動可能に上記支持基体に対して上記撮像ユニットを磁気結合する磁気カップリングと、上記撮像ユニットを傾動させる駆動部とを備えるという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記磁気カップリングが、環状に配列される複数の磁石を有すると共に上記支持基体に固定される第１マグネットプレートと、上記第１マグネットプレートと同一レイアウトで配列された極性の異なる複数の磁石を有すると共に上記撮像ユニットに固定される第２マグネットプレートとを備えるという構成を採用する。

第３の発明は、上記第２の発明において、周方向に隣り合う磁石の極性が異なるという構成を採用する。

第４の発明は、上記第２または第３の発明において、上記第１マグネットプレート及び上記第２マグネットプレートが、環状に一列に配列された上記磁石からなる磁石列を同心状に複数列有するという構成を採用する。

第５の発明は、上記第２〜第４いずれかの発明において、上記撮像ユニットが、上記撮像装置及び上記第２マグネットプレートを収容する断熱ケースを有するという構成を採用する。

第６の発明は、上記第５の発明において、上記断熱ケースが、真空領域を挟んで配置されるインナケース及びアウタケースとを有し、上記撮像ユニットが、上記真空領域に配置されるとガス吸着触媒をさらに有するという構成を採用する。

本発明によれば、撮像ユニットが支持基体に対して磁気カップリングにより磁気結合されている。このため、撮像ユニットと支持基体との結合強度は、機械的に撮像ユニットと支持基体とを結合した場合と比較して低い。したがって、仮に撮像ユニットが開口部に引っ掛る姿勢であったとしても、撮像ユニットが開口部の周囲と干渉して押されることにより、撮像ユニットが支持基体に対してスリップし、最終的に撮像ユニットの姿勢を開口部が通過できる姿勢とすることができる。よって、本発明によれば、開口部に対して撮像ユニットを通し、開口部の先の空間を観察する観察装置において、電磁クラッチを用いなくとも、万が一の故障時であっても容易に撮像ユニットを開口部から抜き出すことが可能となる。

本発明の一実施形態における観察装置の外観図であり、（ａ）が撮像ユニットを水平姿勢とした状態を示し、（ｂ）が撮像ユニットを鉛直姿勢とした状態を示している。 本発明の一実施形態における観察装置が備える支持フレーム及びフレキシブルプリント配線板を主として示す図であり、（ａ）が側面図であり、（ｂ）が（ａ）を矢印Ａ方向から見た正面図である。 本発明の一実施形態における観察装置が備える撮像ユニットを示す図であり、（ａ）が横断面図であり、（ｂ）が縦断面図である。 本発明の一実施形態における観察装置が備える磁気カップリングの模式図である。 （ａ）が本発明の一実施形態における観察装置が備えるフレーム側マグネットプレートの正面図であり、（ｂ）が本発明の一実施形態における観察装置が備える撮像ユニット側マグネットプレートの正面図である。 本発明の一実施形態における観察装置が備える撮像ユニットが最大迎角姿勢である状態を示す側面図である。 本発明の一実施形態における観察装置の変形例が備えるフレーム側マグネットプレートの正面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る観察装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態の観察装置１の外観図であり、（ａ）が撮像ユニットを水平姿勢とした状態を示し、（ｂ）が撮像ユニットを鉛直姿勢とした状態を示している。本実施形態の観察装置１は、ケーブルＫにより吊り下げ支持されており、このケーブルＫが巻取ドラムにより巻取あるいは送り出しされることにより昇降される。この図に示すように、本実施形態における観察装置１は、旋回ユニット２と、支持フレーム３（支持基体）と、撮像ユニット４と、磁気カップリング５（図４参照）と、フレキシブルプリント配線板６と、第１リード線７（図２参照）と、第２リード線８（図２参照）とを備えている。

旋回ユニット２は、本実施形態における観察装置１の上部の部分を構成しており、胴部２ａと、回転軸部２ｂと、不図示の駆動機構とを備えている。胴部２ａは、不図示の駆動機構等を収容する略円筒形状の部材である。この胴部２ａは、ケーブルＫが接続される接続部２ａ１を上端部に有している。回転軸部２ｂは、胴部２ａの下端部から下方に突出するように設けられており、胴部２ａに対して旋回可能に接続されている。この回転軸部２ｂは、胴部２ａの内部に収容された駆動機構と接続されており、駆動機構によって胴部２ａに対して鉛直軸を中心に回動可能とされている。このような回転軸部２ｂの下端部は、支持フレーム３に固定されている。

図２は、支持フレーム３及びフレキシブルプリント配線板６を主として示す図であり、（ａ）が側面図であり、（ｂ）が（ａ）を矢印Ａ方向から見た正面図である。なお、図２においては、仮想線にて鉛直姿勢とされた撮像ユニット４を合わせて図示している。支持フレーム３は、フランジ部３ａと、上端側フレーム３ｂと、配線板固定フレーム３ｃと、取付部３ｄと、連結フレーム３ｅと、下端側フレーム３ｆと、コネクタ３ｇとを有している。

フランジ部３ａは、旋回ユニット２の回転軸部２ｂの下端に対して固定される円板状の部位である。上端側フレーム３ｂは、フランジ部３ａと連結フレーム３ｅとを接続する板状の部位である。このような上端側フレーム３ｂは、図２（ｂ）に示すように、互いに対向して水平方向に離間するように２枚設けられている。配線板固定フレーム３ｃは、２枚の上端側フレーム３ｂ同士の間に配置された板状の部位であり、各々の上端側フレーム３ｂの表面に固定されている。この配線板固定フレーム３ｃは、図２（ａ）に示すように、上端側フレーム３ｂの水平方向における片側の縁部に対して固定されている。なお、これらの２枚の上端側フレーム３ｂと１枚の配線板固定フレーム３ｃとによって囲まれた空間がフレキシブルプリント配線板６の移動領域とされている。

取付部３ｄは、フレキシブルプリント配線板６の移動領域側を向く配線板固定フレーム３ｃの表面であって、連結フレーム３ｅ側の端部の近傍に設置されている。この取付部３ｄは、フレキシブルプリント配線板６の端部が物理的に固定される部位である。連結フレーム３ｅは、上端側フレーム３ｂと下端側フレーム３ｆとを連結するフレームであって、上端側フレーム３ｂと下端側フレーム３ｆとの間に設置されている。下端側フレーム３ｆは、上端部が連結フレーム３ｅに固定されると共に、下端部が磁気カップリング５のフレーム側マグネットプレート５ａと一体的に接続されたプレート状の部位である。このような下端側フレーム３ｆは、上端側フレーム３ｂと同様に、互いに対向して水平方向に離間するように２枚設けられている。また、これらの下端側フレーム３ｆは、図２（ａ）に示すように、撮像ユニット４の傾動領域を避ける略Ｌ型形状となるように切欠部３ｆ１を有している。

コネクタ３ｇは、フランジ部３ａの中央部に設けられている。このコネクタ３ｇは、第１リード線７によって、フレキシブルプリント配線板６の一端と電気的に接続されている。また、コネクタ３ｇは、旋回ユニット２の内部配線が接続され、当該内部配線を介してケーブルＫと電気的に接続されている。

図３は、撮像ユニット４を示す図であり、（ａ）が横断面図であり、（ｂ）が縦断面図である。これらの図に示すように、撮像ユニット４は、カメラユニット４ａと、モータユニット４ｂとを備えている。

カメラユニット４ａは、カメラ４ｃ（撮像装置）と、カメラブラケット４ｄと、カメラケース４ｅ（断熱ケース）と、ガス吸着体４ｆ（ガス吸着触媒）とを備えている。カメラ４ｃは、本実施形態の観察装置１の外部を撮像して撮像データを得ると共に取得した撮像データを出力する。カメラブラケット４ｄは、カメラケース４ｅに対して固定されると共にカメラ４ｃを支持している。このカメラブラケット４ｄは、カメラケース４ｅの内部におけるカメラ４ｃの位置決めを行う。

カメラケース４ｅは、ベース部４ｅ１と、アウタケース４ｅ２と、インナケース４ｅ３と、透光部４ｅ４とを備えている。ベース部４ｅ１は、アウタケース４ｅ２及びインナケース４ｅ３を支持する環状の部位であり、モータユニット４ｂとの取付部となっている。アウタケース４ｅ２とインナケース４ｅ３とは、ベース部４ｅ１の径方向に一定の隙間を空けて同軸配置されており、アウタケース４ｅ２が径方向外側に配置され、インナケース４ｅ３が径方向内側に配置されている。これらのアウタケース４ｅ２とインナケース４ｅ３との間の空間は、真空領域Ｒとされている。つまり、アウタケース４ｅ２とインナケース４ｅ３とは、真空領域Ｒを挟んで配置されている。このため、アウタケース４ｅ２とインナケース４ｅ３は、外部からの冷熱等の伝達を抑制する断熱ケースとして機能する。

また、アウタケース４ｅ２及びインナケース４ｅ３は、各々がカメラ４ｃの正面に対して開口部を有している。透光部４ｅ４は、これらの開口部の各々に嵌合されるように２つ設けられている。これらの透光部４ｅ４は、可視光に対して透明な部材により形成されており、カメラユニット４ａの内部への外部流体の侵入を防止しかつカメラ４ｃによる外部の撮像を可能としている。これらの透光部４ｅ４の間の空間も、真空領域Ｒの一部とされている。

ガス吸着体４ｆは、インナケース４ｅ３に支持されて、真空領域Ｒに臨むように配置されている。このガス吸着体４ｆは、シリカゲルやゼオライト等の多孔質体からなり、真空領域Ｒに侵入した水分等を吸着することにより、真空領域Ｒの真空度を維持する。

モータユニット４ｂは、駆動モータ４ｇ（駆動部）と、モータブラケット４ｈと、連結機構４ｉと、モータケース４ｊと、ガス吸着体４ｋと、脱落防止軸４ｍと、コネクタ４ｎとを備えている。駆動モータ４ｇは、撮像ユニット４のチルト角を変更するように撮像ユニット４の全体を傾動させる。この駆動モータ４ｇは、図３（ａ）に示すように、水平方向に突出する出力軸４ｇ１を有している。また、駆動モータ４ｇは、出力軸４ｇ１と反対側に突出する従動軸４ｇ２を備えている。この駆動モータ４ｇは、本発明の駆動部に相当し、本実施形態の観察装置１においては、撮像ユニット４の一部として組み込まれている。ただし、駆動モータ４ｇを撮像ユニット４の外部に設置することも可能である。

モータブラケット４ｈは、モータケース４ｊに対して固定されると共に駆動モータ４ｇを支持している。このモータブラケット４ｈは、モータケース４ｊの内部における駆動モータ４ｇの位置決めを行う。また、モータブラケット４ｈは、駆動モータ４ｇに加えて、連結機構４ｉを支持している。

連結機構４ｉは、駆動ギア４ｉ１と、第１ピニオン４ｉ２と、シャフト４ｉ３と、ケース４ｉ４と、軸受４ｉ５と、第２ピニオン４ｉ６と、従動ギア４ｉ７と、第１締結ボルト４ｉ８と、第２締結ボルト４ｉ９とを備えている。

駆動ギア４ｉ１は、駆動モータ４ｇの出力軸４ｇ１に第１締結ボルト４ｉ８により固定されたギアであり、出力軸４ｇ１の軸に沿った方向から見て出力軸４ｇ１と同心状に配置されている。第１ピニオン４ｉ２は、駆動ギア４ｉ１と噛合されたピニオンであり、シャフト４ｉ３の一端に固定されている。シャフト４ｉ３は、一端に第１ピニオン４ｉ２が固定されると共に、他端に第２ピニオン４ｉ６が固定されており、軸受４ｉ５により回転可能に支持されている。ケース４ｉ４は、シャフト４ｉ３を囲っており、モータブラケット４ｈに固定されている。軸受４ｉ５は、外輪がケース４ｉ４に固定され、内輪がシャフト４ｉ３に固定され、シャフト４ｉ３を回転可能に支持する。本実施形態においては、軸受４ｉ５は、シャフト４ｉ３の軸に沿って配列されるように２つ設けられている。

第２ピニオン４ｉ６は、従動ギア４ｉ７と噛合されたピニオンであり、シャフト４ｉ３の回転に伴って回転する。従動ギア４ｉ７は、駆動モータ４ｇの従動軸４ｇ２に第２締結ボルト４ｉ９により固定されたギアであり、従動軸４ｇ２の軸に沿った方向から見て従動軸４ｇ２と同心状に配置されている。第１締結ボルト４ｉ８は、駆動ギア４ｉ１と駆動モータ４ｇの出力軸４ｇ１とを締結すると共に、磁気カップリング５の後述する一方の撮像ユニット側マグネットプレート５ｂを駆動ギア４ｉ１に対して締結する。第２締結ボルト４ｉ９は、従動ギア４ｉ７と駆動モータ４ｇの従動軸４ｇ２とを締結すると共に磁気カップリング５の後述する他方の撮像ユニット側マグネットプレート５ｂを従動ギア４ｉ７に対して締結する。

このような連結機構４ｉは、駆動モータ４ｇによって生成された回転動力を、磁気カップリング５の撮像ユニット側マグネットプレート５ｂに対して伝達し、２つの撮像ユニット側マグネットプレート５ｂを同期して回転させる。具体的には、駆動モータ４ｇの出力軸４ｇ１が回転すると、第１締結ボルト４ｉ８により出力軸４ｇ１と締結された撮像ユニット側マグネットプレート５ｂが回転される。さらに、第１締結ボルト４ｉ８により出力軸４ｇ１と締結された駆動ギア４ｉ１も回転駆動される。このように、駆動ギア４ｉ１が回転駆動されることにより、第１ピニオン４ｉ２と、シャフト４ｉ３と、第２ピニオン４ｉ６とが回転駆動され、さらには従動ギア４ｉ７も回転駆動される。従動ギア４ｉ７が回転駆動されると、第２締結ボルト４ｉ９により従動ギア４ｉ７に締結された撮像ユニット側マグネットプレート５ｂが回転される。このため、２つの撮像ユニット側マグネットプレート５ｂが同期して回転される。

モータケース４ｊは、ベース部４ｊ１と、アウタケース４ｊ２と、インナケース４ｊ３とを備えている。ベース部４ｊ１は、アウタケース４ｊ２及びインナケース４ｊ３を支持する環状の部位であり、カメラユニット４ａとの取付部となっている。このモータケース４ｊのベース部４ｊ１とカメラケース４ｅのベース部４ｅ１とがボルトにより締結されることにより、カメラユニット４ａとモータユニット４ｂとが一体化されている。

アウタケース４ｊ２とインナケース４ｊ３とは、ベース部４ｊ１の径方向に一定の隙間を空けて同軸配置されており、アウタケース４ｊ２が径方向外側に配置され、インナケース４ｊ３が径方向内側に配置されている。これらのアウタケース４ｊ２とインナケース４ｊ３との間の空間は、真空領域Ｒとされている。つまり、アウタケース４ｊ２とインナケース４ｊ３とは、真空領域Ｒを挟んで配置されている。このため、アウタケース４ｊ２とインナケース４ｊ３は、外部からの冷熱等の伝達を抑制する断熱ケースとして機能する。

ガス吸着体４ｋは、インナケース４ｊ３に支持されて、真空領域Ｒに臨むように配置されている。このガス吸着体４ｋは、シリカゲルやゼオライト等の多孔質体からなり、真空領域Ｒに侵入した水分等を吸着することにより、真空領域Ｒの真空度を維持する。

脱落防止軸４ｍは、モータケース４ｊから側方に突出する軸部である。この脱落防止軸４ｍは、図３（ａ）に示すように、モータケース４ｊを挟むように２つ設置されている。一方の脱落防止軸４ｍは、２つの撮像ユニット側マグネットプレート５ｂのうち一方の撮像ユニット側マグネットプレート５ｂ側に配置されており、駆動モータ４ｇの出力軸４ｇ１の軸に沿った方向から見て、撮像ユニット側マグネットプレート５ｂの中心と重なるように配置されている。また、他方の脱落防止軸４ｍは、２つの撮像ユニット側マグネットプレート５ｂのうち他方の撮像ユニット側マグネットプレート５ｂ側に配置されており、駆動モータ４ｇの出力軸４ｇ１の軸に沿った方向から見て、撮像ユニット側マグネットプレート５ｂの中心と重なるように配置されている。

これらの脱落防止軸４ｍは、磁気カップリング５の後述するフレーム側マグネットプレート５ａの中央開口５ａ３に対して、フレーム側マグネットプレート５ａに非接触状態で挿入されている。このような脱落防止軸４ｍは、例えば撮像ユニット４に対して大きな外力が作用して、支持フレーム３と撮像ユニット４との磁気結合が維持できなくなった場合に、フレーム側マグネットプレート５ａを引っ掛けることにより、撮像ユニット４が支持フレーム３から脱落することを防止する。

コネクタ４ｎは、モータケース４ｊの背面側に対してモータケース４ｊを貫通して設けられている。このコネクタ４ｎは、カメラ４ｃ及び駆動モータ４ｇと不図示の配線により電気的に接続されている。このコネクタ４ｎには、フレキシブルプリント配線板６の一端に接続された第１リード線７が接続されている。

このような撮像ユニット４は、図１に示すように、互いに固定された旋回ユニット２及び支持フレーム３からなる構造体に対して、小型かつ軽量化されている。このため、駆動モータ４ｇを駆動した場合には、出力軸４ｇ１を回転させようとする力の反力によって、駆動モータ４ｇが搭載された撮像ユニット４自体が傾動することになる。

図４は、磁気カップリング５の模式図である。この図に示すように、本実施形態において、磁気カップリング５は、フレーム側マグネットプレート５ａ（第１マグネットプレート）と、撮像ユニット側マグネットプレート５ｂ（第２マグネットプレート）とを備えている。図５は、（ａ）がフレーム側マグネットプレート５ａの正面図であり、（ｂ）が撮像ユニット側マグネットプレート５ｂの正面図である。

図４に示すように、磁気カップリング５は、非接触にて対向配置されると共に磁気結合されたフレーム側マグネットプレート５ａと撮像ユニット側マグネットプレート５ｂとによって構成されている。

フレーム側マグネットプレート５ａは、図５（ａ）に示すように、円板状のプレート５ａ１と、複数の磁石５ａ２とを備えている。プレート５ａ１は、支持フレーム３の下端側フレーム３ｆ（図２（ａ）参照）の下端に一体的に接続されており、中心Ｏ１を含む中央領域に中央開口５ａ３を有している。

磁石５ａ２は、例えばネオジウム磁石からなり、中心Ｏ１を中心とする環状に等間隔で配列されている。これらの磁石５ａ２は、プレート５ａ１の撮像ユニット側マグネットプレート５ｂに向けられた面に露出するように、プレート５ａ１に固定されている。なお、磁石５ａ２は、表面がプレート５ａ１の表面と略面一となるようにプレート５ａ１に埋設状態で固定されている。また、本実施形態においては、中心Ｏ１を中心とする周方向において隣り合う磁石５ａ２の極性が反転されている。つまり、Ｎ極側を露出する磁石５ａ２の隣の磁石５ａ２は、Ｓ極側を露出するように配置されている。また、Ｓ極側を露出する磁石５ａ２の隣の磁石５ａ２は、Ｎ極側を露出するように配置されている。

撮像ユニット側マグネットプレート５ｂは、図５（ｂ）に示すように、円板状のプレート５ｂ１と、複数の磁石５ｂ２とを備えている。プレート５ｂ１は、撮像ユニット４のモータケース４ｊの内部に収容されている。また、プレート５ｂ１には、中心Ｏ２から偏心した位置に、第１締結ボルト４ｉ８あるいは第２締結ボルト４ｉ９が挿通されるボルト孔５ｂ３を有している。

磁石５ｂ２は、例えばネオジウム磁石からなり、中心Ｏ２を中心とする環状に等間隔で配列されている。これらの磁石５ｂ２は、プレート５ｂ１のフレーム側マグネットプレート５ａに向けられた面に露出するように、プレート５ｂ１に固定されている。なお、磁石５ｂ２は、表面がプレート５ｂ１の表面と略面一となるようにプレート５ｂ１に埋設状態で固定されている。また、本実施形態においては、中心Ｏ２を中心とする周方向において隣り合う磁石５ｂ２の極性が反転されている。つまり、Ｎ極側を露出する磁石５ｂ２の隣の磁石５ｂ２は、Ｓ極側を露出するように配置されている。また、Ｓ極側を露出する磁石５ｂ２の隣の磁石５ｂ２は、Ｎ極側を露出するように配置されている。

これらの磁石５ｂ２は、フレーム側マグネットプレート５ａの磁石５ａ２と同一レイアウトで配列されている。つまり、フレーム側マグネットプレート５ａの磁石５ａ２の中心Ｏ１からの距離と、撮像ユニット側マグネットプレート５ｂの磁石５ｂ２の中心Ｏ２からの距離とは同一とされている。また、磁石５ａ２の周方向における配列ピッチと、磁石５ｂ２の周方向における配列ピッチとは同一に設定されている。

このようなフレーム側マグネットプレート５ａと撮像ユニット側マグネットプレート５ｂとを、フレーム側マグネットプレート５ａと撮像ユニット側マグネットプレート５ｂとの配列方向から見て、中心Ｏ１と中心Ｏ２とが重なるように対向配置することにより、磁石５ａ２と磁石５ｂ２とが磁力により引き合い、フレーム側マグネットプレート５ａと撮像ユニット側マグネットプレート５ｂとが磁気結合される。

このように磁気結合された状態では、フレーム側マグネットプレート５ａのＮ極側が露出された磁石５ａ２と、撮像ユニット側マグネットプレート５ｂのＳ極側が露出された磁石５ｂ２とが対向する。つまり、フレーム側マグネットプレート５ａの磁石５ａ２と、撮像ユニット側マグネットプレート５ｂの磁石５ｂ２とは、同一レイアウトで配列されているが、露出される極性が異なっている。

本実施形態においては、このような磁気カップリング５が２つ設けられている。つまり、対を成すフレーム側マグネットプレート５ａと撮像ユニット側マグネットプレート５ｂとが２組設けられている。各々のフレーム側マグネットプレート５ａは、支持フレーム３の下端側フレーム３ｆの下端と一体化され、撮像ユニット４のモータユニット４ｂを挟み込むように配置されている。これらのフレーム側マグネットプレート５ａの中央開口５ａ３には、モータユニット４ｂの脱落防止軸４ｍ（図３（ａ）参照）が非接触にて挿入されている。なお、モータユニット４ｂと各々のフレーム側マグネットプレート５ａとの間には、僅かに隙間が形成されており、撮像ユニット４は、フレーム側マグネットプレート５ａに対して非接触状態で、磁力によって支持されている。

また、撮像ユニット側マグネットプレート５ｂは、図３（ａ）に示すように、モータケース４ｊの内部に収容されており、一方の撮像ユニット側マグネットプレート５ｂが第１締結ボルト４ｉ８によって駆動ギア４ｉ１に締結されており、他方の撮像ユニット側マグネットプレート５ｂが第２締結ボルト４ｉ９によって従動ギア４ｉ７に締結されている。

対となるフレーム側マグネットプレート５ａと撮像ユニット側マグネットプレート５ｂとは、駆動モータ４ｇの出力軸４ｇ１の軸に沿う方向から見て同心状に配置されており、モータケース４ｊを挟んで対向配置されている。ここで、フレーム側マグネットプレート５ａが支持フレーム３に固定され、撮像ユニット側マグネットプレート５ｂが撮像ユニット４に固定されている。このため、これらのフレーム側マグネットプレート５ａ及び撮像ユニット側マグネットプレート５ｂ（すなわち、磁気カップリング５）によって支持フレーム３と撮像ユニット４が磁気結合されている。

フレキシブルプリント配線板６は、撮像ユニット４と支持フレーム３とを接続する電気配線である。このフレキシブルプリント配線板６の一端は、配線板固定フレーム３ｃの下端部に設けられた取付部３ｄに固定されている。また、フレキシブルプリント配線板６の他端は、カメラユニット４ａのカメラケース４ｅの外壁面に設けられた取付部４ｐに固定されている。このフレキシブルプリント配線板６は、可撓性を有する配線板であり、撮像ユニット４の傾動に伴って変形する。

第１リード線７は、フレキシブルプリント配線板６の一端と支持フレーム３のコネクタ３ｇとを電気的に接続する配線である。第２リード線８は、フレキシブルプリント配線板６の他端と撮像ユニット４のコネクタ４ｎとを電気的に接続する配線である。

このような構成の本実施形態の観察装置１においては、ケーブルＫを通じて外部より入力される指示に基づいて、撮像ユニット４の角度調整が行われる。ここで、撮像ユニット４の撮像方向（すなわち光軸に沿う方向）に沿った水平方向を前後方向とし、この前後方向に直交する水平方向を左右方向とし、前後方向及び左右方向に直交する鉛直方向を上下方向とした場合に、撮像ユニット４は、上下方向に沿う軸周りの角度（ヨー角）と、左右方向に沿う軸周りの角度（ピッチ角）とを調整可能とされている。

例えば、撮像ユニット４のヨー角を調整する場合には、旋回ユニット２の回転軸部２ｂを胴部２ａに対して回動させる。これによって、回転軸部２ｂに対して支持フレーム３及び磁気カップリング５を介して接続された撮像ユニット４が、上下方向に沿う軸周りに回動される。

また、撮像ユニット４のピッチ角を調整する場合には、撮像ユニット４の内部に収容された駆動モータ４ｇの出力軸４ｇ１を回転させる。ここで、撮像ユニット４は、互いに固定された旋回ユニット２及び支持フレーム３を合わせた構造体と比較して、小型かつ軽量とされている。このため、駆動モータ４ｇの出力軸４ｇ１を回転させようとすると、旋回ユニット２及び支持フレーム３が回転せず、出力軸４ｇ１を回転させようとした際の反力により、撮像ユニット４が、左右方向に沿う軸周りに傾動される。

ここで、撮像ユニット４は、図２（ａ）に示す、光軸方向を真下に向けた姿勢（鉛直姿勢）から、図６で示す、光軸方向を斜め上方に向けた最大仰角姿勢までピッチ角を調整可能とされている。鉛直姿勢は、平面視において最も撮像ユニット４の投影面積が小さくなる姿勢である。撮像ユニット４は、このような鉛直姿勢から、平面視において最も投影面積が大きくなる姿勢である水平姿勢（光軸方向を水平とした姿勢）を介して、最大仰角姿勢まで傾動可能とされている。

例えば、このような観察装置１によって、ＬＮＧが貯蔵されたＬＮＧタンクの内部を観察する場合には、図１（ｂ）に示すように、撮像ユニット４を鉛直姿勢とした状態で、ＬＮＧタンクの天井部に設けられた開口部であるノズルＮを通過させる。そして、撮像ユニット４がノズルＮを通過した後に、撮像ユニット４の角度調整を行い、ＬＮＧタンク内部の所望の箇所を撮像する。

このとき、万が一の何らかの予期しない事情により、撮像ユニット４の角度調整機能が損なわれたとする。このような場合には、撮像ユニット４が鉛直姿勢以外の姿勢であることが考えられ、平面視による撮像ユニット４の投影形状が、ノズルＮを通過できない形状となる場合がある。

本実施形態の観察装置１は、このような場合であっても、観察装置１をノズルＮからＬＮＧタンクの外部に抜き出すことができる。例えば、撮像ユニット４が水平姿勢で角度調整機能を損なった場合に、そのままの状態でケーブルＫを巻き取ると、観察装置１は、撮像ユニット４が水平姿勢のまま上昇される。そして、撮像ユニット４は、ノズルＮの下端縁に干渉する。

さらにケーブルＫを巻き取ると、撮像ユニット４に対して上方に向かう力が作用し、相対的に撮像ユニット４が下方に向けて押し下げられる。このとき、本実施形態の観察装置１では、支持フレーム３と撮像ユニット４とが磁気カップリング５によって磁気結合されている。このため、撮像ユニット４が上方から強い力で押し下げられると、支持フレーム３に固定されたフレーム側マグネットプレート５ａに対して、撮像ユニット４に固定された撮像ユニット側マグネットプレート５ｂがスリップする。

つまり、平面視において磁気カップリング５から変位した位置に対して、水平姿勢の撮像ユニット４に上方から力が加わると、撮像ユニット４に対して駆動モータ４ｇの出力軸４ｇ１を中心とするモーメントが働く。このモーメントが磁気カップリング５の時期結合力を超えた場合、撮像ユニット側マグネットプレート５ｂが周方向に移動され、フレーム側マグネットプレート５ａに対してスリップする。

この結果、撮像ユニット４は、電気的に駆動等することなく、ケーブルＫが巻き取られるに従って水平姿勢から鉛直姿勢に姿勢が変更される。そして、最終的に撮像ユニット４が鉛直姿勢となることにより、観察装置１をノズルＮから引き抜くことができる。

以上のような本実施形態の観察装置１によれば、撮像ユニット４が支持フレーム３に対して磁気カップリング５により磁気結合されている。このため、撮像ユニット４と支持フレーム３との結合強度は、機械的に撮像ユニット４と支持フレーム３とを結合した場合と比較して低い。したがって、仮に撮像ユニット４がノズルＮに引っ掛る姿勢であったとしても、撮像ユニット４がノズルＮの縁部と干渉して押されることにより、撮像ユニット４が支持フレーム３に対してスリップし、最終的に撮像ユニット４の姿勢をノズルＮが通過できる鉛直姿勢とすることができる。よって、本実施形態の観察装置１によれば、電磁クラッチを用いなくとも、万が一の故障時であっても容易に撮像ユニット４をノズルＮから抜き出すことが可能となる。

また、本実施形態の観察装置１においては、磁気カップリング５が、環状に配列される複数の磁石５ａ２を有すると共に支持フレーム３に固定されるフレーム側マグネットプレート５ａと、このフレーム側マグネットプレート５ａと同一レイアウトで配列された磁極の異なる複数の磁石５ｂ２を有すると共に撮像ユニット４に固定される撮像ユニット側マグネットプレート５ｂとを備えている。このように、フレーム側マグネットプレート５ａの磁石５ａ２のレイアウトと、撮像ユニット側マグネットプレート５ｂの磁石５ｂ２のレイアウトとが同一であることによって、全ての磁石５ａ２と磁石５ｂ２とが互いに正対することになり、配列方向における結合力を均一にすることができる。このため、撮像ユニット４と支持フレーム３とを安定的に磁気結合することができる。また、全ての磁石５ａ２と磁石５ｂ２とが近接して互いに正対することになり、１つ１つの磁石５ａ２及び磁石５ｂ２による磁力を最大限に高めることができ、撮像ユニット４と支持フレーム３との結合強度を高めることができる。したがって、通常可動中に、撮像ユニット側マグネットプレート５ｂがフレーム側マグネットプレート５ａに対してスリップすることを防止することができる。

また、本実施形態の観察装置１では、フレーム側マグネットプレート５ａにおいて周方向に隣り合う磁石５ａ２の磁極が異なり、撮像ユニット側マグネットプレート５ｂにおいて周方向に隣り合う磁石５ｂ２の磁極が異なる。このため、フレーム側マグネットプレート５ａと、撮像ユニット側マグネットプレート５ｂとの両方側から互いを引き合うことになり、フレーム側マグネットプレート５ａと撮像ユニット側マグネットプレート５ｂとを安定的に磁気結合することができる。したがって、撮像ユニット４と支持フレーム３とを安定的に磁気結合することができる。

また、本実施形態の観察装置１においては、撮像ユニット４が、カメラ４ｃ、駆動モータ４ｇ及び撮像ユニット側マグネットプレート５ｂを収容する断熱ケースからなるカメラケース４ｅ及びモータケース４ｊが備えられている。本実施形態の観察装置１では、撮像ユニット側マグネットプレート５ｂをフレーム側マグネットプレート５ａに機械的に接続する必要がないことから、貫通部をカメラケース４ｅやモータケース４ｊに対して設ける必要がなくなる。したがって、貫通部を設ける場合と比較して、カメラケース４ｅ及びモータケース４ｊの断熱性能を向上させることができ、カメラ４ｃ及び駆動モータ４ｇへの冷熱の影響を低減することが可能となる。

また、本実施形態の観察装置１においては、カメラケース４ｅが真空領域Ｒを挟んで配置されるアウタケース４ｅ２とインナケース４ｅ３とを備え、この真空領域Ｒに配置されるガス吸着体４ｆが備えられている。また、本実施形態の観察装置１においては、モータケース４ｊが真空領域Ｒを挟んで配置されるアウタケース４ｊ２とインナケース４ｊ３とを備え、この真空領域Ｒに配置されるガス吸着体４ｋが備えられている。このため、真空領域Ｒにおける真空度を維持することができ、カメラケース４ｅとモータケース４ｊの断熱性能を高く維持することが可能となる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、本発明の支持基体が支持フレーム３である構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、支持基体の形状等は、任意に変更可能である。例えば、上記実施形態においては、旋回ユニット２と支持フレーム３とが別体である構成としたが、旋回ユニット２を本発明の支持基体として、撮像ユニット４を旋回ユニット２の一部に磁気カップリング５を用いて結合する構成を採用することも可能である。

また、上記実施形態においては、磁気カップリング５が、複数の磁石５ａ２を有するフレーム側マグネットプレート５ａと、複数の磁石５ｂ２を有する撮像ユニット側マグネットプレート５ｂとを備える構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、フレーム側マグネットプレート５ａと撮像ユニット側マグネットプレート５ｂが各々あるいはいずれかが単一の磁石を有する構成を採用することも可能である。

また、上記実施形態においては、磁石５ａ２及び磁石５ｂ２が環状に複数配列された構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、磁石５ａ２及び磁石５ｂ２が直線状に配列される構成を採用することも可能である。

また、上記実施形態においては、フレーム側マグネットプレート５ａと撮像ユニット側マグネットプレート５ｂが、複数の磁石が環状に一列に配列されてなる磁石列を１列のみ備える構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図７に示すように、フレーム側マグネットプレート５ａに磁石列１０を同心状に複数列有するように磁石５ａ２を配列するようにしても良い。この場合、撮像ユニット側マグネットプレート５ｂも同様に、磁石列が同心状に複数形成されるように磁石５ｂ２を配列する。

また、上記実施形態においては、撮像ユニット４が断熱ケースとして機能するカメラケース４ｅとモータケース４ｊとを備える構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の観察装置は、ＬＮＧタンクの内部観察のみに用いられるものではなく、狭い開口の先を観察する観察装置の全般として用いることができる。ここで、観察する環境が極低温環境や高温環境でない場合には、カメラケース４ｅとモータケース４ｊに断熱機能を持たせる必要はない。

また、上記実施形態においては、カメラケース４ｅが真空領域Ｒを挟んで配置されるアウタケース４ｅ２とインナケース４ｅ３とを備え、モータケース４ｊが真空領域Ｒを挟んで配置されるアウタケース４ｊ２とインナケース４ｊ３とを備える構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、真空領域Ｒに換えて断熱材を設置する構成を採用しても良い。

また、上記実施形態においては、撮像ユニット４の外側面とフレーム側マグネットプレート５ａの表面とには一定の隙間が保たれており、撮像ユニット４のピッチ角を変更する場合であっても撮像ユニット４がフレーム側マグネットプレート５ａの表面に対して摺動しないものとして説明した。しかしながら、外力や寸法誤差等によっては、撮像ユニット４がフレーム側マグネットプレート５ａの表面に対して摺動することも考えられる。このような場合の摺動摩擦を低減するために、撮像ユニット４とフレーム側マグネットプレート５ａとの間で転がる転動体を設置する構成を採用することも可能である。このような転動体は球体形状であってもコロ形状であっても良い。

１ 観察装置
２ 旋回ユニット
２ａ 胴部
２ａ１ 接続部
２ｂ 回転軸部
３ 支持フレーム（支持基体）
３ａ フランジ部
３ｂ 上端側フレーム
３ｃ 配線板固定フレーム
３ｄ 取付部
３ｅ 連結フレーム
３ｆ 下端側フレーム
３ｆ１ 切欠部
３ｇ コネクタ
４ 撮像ユニット
４ａ カメラユニット
４ｂ モータユニット
４ｃ カメラ
４ｄ カメラブラケット
４ｅ カメラケース（断熱ケース）
４ｅ１ ベース部
４ｅ２ アウタケース
４ｅ３ インナケース
４ｅ４ 透光部
４ｆ ガス吸着体（ガス吸着触媒）
４ｇ モータ（駆動部）
４ｇ１ 出力軸
４ｇ２ 従動軸
４ｈ モータブラケット
４ｉ 連結機構
４ｉ１ 駆動ギア
４ｉ２ 第１ピニオン
４ｉ３ シャフト
４ｉ４ ケース
４ｉ５ 軸受
４ｉ６ 第２ピニオン
４ｉ７ 従動ギア
４ｉ８ 第１締結ボルト
４ｉ９ 第２締結ボルト
４ｊ モータケース（断熱ケース）
４ｊ１ ベース部
４ｊ２ アウタケース
４ｊ３ インナケース
４ｋ ガス吸着体（ガス吸着触媒）
４ｍ 脱落防止軸
４ｎ コネクタ
４ｐ 取付部
５ 磁気カップリング
５ａ フレーム側マグネットプレート（第１マグネットプレート）
５ａ１ プレート
５ａ２ 磁石
５ａ３ 中央開口
５ｂ 撮像ユニット側マグネットプレート（第２マグネットプレート）
５ｂ１ プレート
５ｂ２ 磁石
５ｂ３ ボルト孔
６ フレキシブルプリント配線板
７ 第１リード線
８ 第２リード線
１０ 磁石列
Ｋ ケーブル
Ｎ ノズル（開口部）
Ｒ 真空領域

Claims (6)

1. 支持基体と、
   撮像装置が搭載された撮像ユニットと、
   傾動可能に前記支持基体に対して前記撮像ユニットを磁気結合する磁気カップリングと、
   前記撮像ユニットを傾動させる駆動部と
   を備え、
   前記撮像ユニットは、光軸方向を真下に向けると共に平面視において最も投影面積が小さくなる鉛直姿勢と、光軸方向を水平とすると共に平面視において最も投影面積が大きくなる水平姿勢との間で傾動可能とされている
   ことを特徴とする観察装置。
2. 前記磁気カップリングは、
   環状に配列される複数の磁石を有すると共に前記支持基体に固定される第１マグネットプレートと、
   前記第１マグネットプレートと同一レイアウトで配列された極性の異なる複数の磁石を有すると共に前記撮像ユニットに固定される第２マグネットプレートと
   を備えることを特徴とする請求項１記載の観察装置。
3. 周方向に隣り合う磁石の極性が異なることを特徴とする請求項２記載の観察装置。
4. 前記第１マグネットプレート及び前記第２マグネットプレートは、環状に一列に配列された前記磁石からなる磁石列を同心状に複数列有することを特徴とする請求項２または３記載の観察装置。
5. 前記撮像ユニットは、前記撮像装置及び前記第２マグネットプレートを収容する断熱ケースを有することを特徴とする請求項２〜４いずれか一項に記載の観察装置。
6. 前記断熱ケースは、真空領域を挟んで配置されるインナケース及びアウタケースとを有し、
   前記撮像ユニットは、前記真空領域に配置されるとガス吸着触媒をさらに有する
   ことを特徴とする請求項５記載の観察装置。

Images