特許 7155114 無人航空機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-07

(45)【発行日】2022-10-18

(54)【発明の名称】無人航空機

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/223 20060101AFI20221011BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20221011BHJP

   B64C 25/10 20060101ALI20221011BHJP

【ＦＩ】

G01N23/223

B64C39/02

B64C25/10

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019517580

(86)(22)【出願日】2018-05-01

(86)【国際出願番号】 JP2018017387

(87)【国際公開番号】W WO2018207678

(87)【国際公開日】2018-11-15

【審査請求日】2020-12-15

(31)【優先権主張番号】P 2017094933

(32)【優先日】2017-05-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000155023

【氏名又は名称】株式会社堀場製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100121441

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 竜平

(74)【代理人】

【識別番号】100154704

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 真大

(72)【発明者】

【氏名】青山 朋樹

(72)【発明者】

【氏名】中村 龍人

【審査官】越柴 洋哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０１９５８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１１８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０５１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５２２１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５１９５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１８６７７３７（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２３／００ － Ｇ０１Ｎ ２３／２２７６

Ｂ６４Ｃ １／００ － Ｂ６４Ｃ ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空中を移動して、所定の測定対象に対して蛍光Ｘ線分析を行うことができる無人航空機であって、
航空機本体と、
前記航空機本体に接続され、前記測定対象にＸ線を照射するＸ線照射手段と、前記Ｘ線の照射によって前記測定対象から発生する蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出手段とを有する蛍光Ｘ線分析装置と、
前記測定対象と前記蛍光Ｘ線検出手段との間の距離を測定する測距手段とを備え、
当該測定した距離に基づき、前記測定対象から発生した蛍光Ｘ線の強度が前記蛍光Ｘ線検出手段により検出されるまでの間に減衰する減衰量を算出し、
当該算出した減衰量を用いて、前記蛍光Ｘ線検出手段により検出された前記蛍光Ｘ線のスペクトルを補正することを特徴とする無人航空機。

【請求項2】

前記測距手段は、レーザー距離計又は超音波距離計である請求項１記載の無人航空機。

【請求項3】

前記測距手段は、前記測定対象に接触可能な接触部を具備するものであり、前記接触部を前記測定対象に接触させることで前記測定対象と前記蛍光Ｘ線検出手段との間の距離を測定するものである請求項１記載の無人航空機。

【請求項4】

前記蛍光Ｘ線分析装置が測定した蛍光Ｘ線のスペクトルを示す測定データと、前記測距手段が測定した距離を示す距離データとを対応付けて記憶する、請求項１記載の無人航空機。

【請求項5】

ＧＰＳ受信手段をさらに有し、前記測定データと前記距離データと前記ＧＰＳ受信手段によって取得された位置データとを対応付けて記憶する、請求項４記載の無人航空機。

【請求項6】

前記測距手段が測定した距離に基づいて、前記蛍光Ｘ線検出手段と前記測定対象との間の距離を所定の範囲内に調整する距離調整手段をさらに有する請求項１記載の無人航空機。

【請求項7】

前記距離調整手段は、前記航空機本体と前記蛍光Ｘ線分析装置とを距離可変に連結する連結部材を具備するものである請求項６記載の無人航空機。

【請求項8】

前記距離調整手段は、前記航空機本体に設けられ、かつ前記航空機本体と前記測定対象との間の距離を調節可能な着地用脚部を具備するものである、請求項６記載の無人航空機。

【請求項9】

前記距離調整手段は、前記蛍光Ｘ線検出手段と前記測定対象との間の距離を１ｃｍ以上１０ｃｍ以下に調整する請求項６記載の無人航空機。

【請求項10】

空中を移動して、所定の測定対象に対して蛍光Ｘ線分析を行うことができる無人航空機を用いた蛍光Ｘ線分析システムであって、
前記無人航空機が、
航空機本体と、
前記航空機本体に接続され、前記測定対象にＸ線を照射するＸ線照射手段と、前記Ｘ線の照射によって前記測定対象から発生する蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出手段とを有する蛍光Ｘ線分析装置と、
前記測定対象と前記蛍光Ｘ線検出手段との間の距離を測定する測距手段とを備えるものであり、
前記測距手段により測定された距離に基づき、前記測定対象から発生した蛍光Ｘ線の強度が前記蛍光Ｘ線検出手段により検出されるまでの間に減衰する減衰量を算出し、
当該算出した減衰量を用いて、前記蛍光Ｘ線検出手段により検出された前記蛍光Ｘ線のスペクトルを補正することを特徴とする蛍光Ｘ線分析システム。

【請求項11】

空中を移動して、所定の測定対象に対して蛍光Ｘ線分析を行うことができる無人航空機を用いた蛍光Ｘ線分析方法であって、
前記無人航空機が、
航空機本体と、
前記航空機本体に接続され、前記測定対象にＸ線を照射するＸ線照射手段と、前記Ｘ線の照射によって前記測定対象から発生する蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出手段とを有する蛍光Ｘ線分析装置と、
前記測定対象と前記蛍光Ｘ線検出手段との間の距離を測定する測距手段とを備えるものであり、
前記測距手段により測定された距離に基づき、前記測定対象から発生した蛍光Ｘ線の強度が前記蛍光Ｘ線検出手段により検出されるまでの間に減衰する減衰量を算出し、
当該算出した減衰量を用いて、前記蛍光Ｘ線検出手段により検出された前記蛍光Ｘ線のスペクトルを補正することを特徴とする蛍光Ｘ線分析方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空中を移動して、所定の測定対象に対して蛍光Ｘ線分析を行うことができる無人航空機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、試料の分析を行うための装置として、試料に一次Ｘ線を照射して組成を分析する蛍光Ｘ線分析装置が利用されている。蛍光Ｘ線分析装置は、一次Ｘ線を試料に照射した際に生じる蛍光Ｘ線（二次Ｘ線）を検出器にて検出し、検出した蛍光Ｘ線のスペクトル分布などから、試料に含まれる元素の特定及びこの元素の濃度の算出等を行うことができる。

【0003】

蛍光Ｘ線分析装置として、試料室に入れることができない大型の試料や、サンプリングを行うことができない試料を蛍光Ｘ線分析装置で分析したいというニーズ、さらには工業製品や考古学試料等の多くの試料に対して、製造現場や発掘現場等の現場にて手軽に蛍光Ｘ線分析を行いたいというニーズに応えるため、例えば特許文献１に開示されるような可搬型の蛍光Ｘ線分析装置が開発され普及している。

【0004】

しかしながら、このような可搬型の蛍光Ｘ線分析装置が開発され普及したとはいえ、例えば標高が高い山の地表面や、放射線量が高い地域においては、作業員が直接現場に出向いて蛍光Ｘ線分析を行うことは困難である。引用文献２には、気球や飛行機等の航空機に蛍光Ｘ線分析装置等の測定装置を搭載したものが開示されているが、これは空中に浮遊する粒子状物質を捕獲して元素分析をするものであり、地表面などの元素分析を精度よく行うことができない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１０－１９７２２９号公報

【文献】特開２００３－３１５２４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、人間が立ち入ることが困難な場所においても、精度よく蛍光Ｘ線分析を行うことが可能な無人航空機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】

【0007】

本発明に係る無人航空機は、空中を移動して、所定の測定対象に対して蛍光Ｘ線分析を行うことができるものであって、航空機本体と、前記航空機本体に接続され、前記測定対象にＸ線を照射するＸ線照射手段と、前記Ｘ線の照射によって前記測定対象から発生する蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出手段とを有する蛍光Ｘ線分析装置と、前記測定対象と前記蛍光Ｘ線検出手段との間の距離を測定する測距手段とを備えることを特徴とするものである。

【0008】

このような構成であれば、例えば標高が高い山の地表面であっても、当該無人航空機を接近させて、容易に蛍光Ｘ線分析を行うことができる。また、当該無人航空機の使用者自身が調査現場へ接近する必要がないので、放射線量が高い地域における調査であっても、被曝による健康被害の恐れがない無人航空機を接近させて、使用者が調査現場へ接近した場合に生じる時間制限がなく、より精度の高い蛍光Ｘ線分析を行うことができる。
また、蛍光Ｘ線分析では、蛍光Ｘ線を発生する測定対象と蛍光Ｘ線検出器との間の距離が変動することによって、検出される蛍光Ｘ線のスペクトルの強度が変動するが、本発明では、測距手段を用いて測定対象と蛍光Ｘ線検出手段との間の距離を取得するので、蛍光Ｘ線分析により得られた蛍光Ｘ線のスペクトルの強度の変動を、取得した距離情報に基づいて補正することができる。さらには、取得した距離情報に基づいて、蛍光Ｘ線検出手段と測定対象との間の距離を一定に保つことができる。これにより正確な定量分析を行うことが可能になる。

【0009】

なお、本明細書において、“測定対象と蛍光Ｘ線検出手段との間の距離”とは、測定対象から生じた蛍光Ｘ線が大気中を移動して蛍光Ｘ線検出手段に検出されるまでの間における、蛍光Ｘ線の強度の減衰量を計算により算出するために必要な距離を意味する。測定対象と蛍光Ｘ線検出手段との間の距離は、測距手段によって直接的に測定されるものでもよく、あるいは測定対象と蛍光Ｘ線検出手段との間の距離以外の距離を換算することによって間接的に測定されるものであってもよい。

【0010】

測距手段の態様としては、レーザー距離計又は超音波距離計等の非接触型のものであってよい。測距手段はまた接触型のものであってもよい。その場合は、測定対象に接触可能な接触部を具備し、当該接触部を測定対象に接触させることで測定対象と蛍光Ｘ線検出手段との間の距離を測定するものを挙げることができる。

【0011】

本発明に係る無人航空機は、蛍光Ｘ線分析装置が測定した蛍光Ｘ線のスペクトルを示す測定データと、測距手段が測定した距離を示す距離データとを対応付けて記憶するものであることが好ましい。

【0012】

このような構成であれば、複数の地点で蛍光Ｘ線分析を行って測定データを得た場合であっても、当該測定データの各々に対応する距離データを記憶しているので、後から当該距離データに基づいて対応する測定データを補正することができる。

【0013】

本発明に係る無人航空機は、測距手段が測定した距離データを用いて、当該距離データと対応付けて記憶している測定データを補正することが好ましい。

【0014】

このような構成であれば、取得した距離データを用いて、測定した蛍光Ｘ線のスペクトルの大気中での減衰量を考慮して補正することができるので、より精度の高い定量分析を行うことができる。

【0015】

本発明に係る無人航空機は、ＧＰＳ受信手段をさらに有し、蛍光Ｘ線分析装置が測定した測定データと測距手段が測定した距離を示す距離データとＧＰＳ受信手段によって取得された位置データとを対応付けて記憶するものであることが好ましい。

【0016】

このような構成であれば、蛍光Ｘ線分析により得られるスペクトルデータと、ＧＰＳ手段による測定位置との関係を記録したマッピングを作成することができる。

【0017】

本発明に係る無人航空機は、測距手段が測定した距離に基づいて、蛍光Ｘ線検出手段と測定対象との間の距離を所定の範囲内に調整する距離調整手段をさらに有するものであることが好ましい。具体的には、蛍光Ｘ線検出手段と測定対象との間の距離を１ｃｍ以上１０ｃｍ以下に調整するものであることが好ましい。

【0018】

このような構成であれば、蛍光Ｘ線検出手段と測定対象との間の距離を所定の範囲内に調整することで、エネルギーの小さい蛍光Ｘ線の検出漏れを低減することができ、より精度の高い定性分析を行うことが可能になる。

【0019】

距離調整手段の態様としては、航空機本体と蛍光Ｘ線分析装置とを距離可変に連結する連結部材を具備するものであってよい。

【0020】

このような構成であれば、応答性に優れた連結部材を有することにより、プロペラ等の飛翔手段によって航空機本体の高度を調整して蛍光Ｘ線検出手段と測定対象との間の距離を調整するよりも、迅速かつ正確に距離を調整することができる。そのため、無人航空機が飛行しながら蛍光Ｘ線分析を行っている間に、突風等の影響により無人航空機（航空機本体）の高度に微小な変動が生じたとしても、蛍光Ｘ線検出手段と測定対象との間の距離を略一定に保持することが可能になり、精度の高い定量分析を行うことが可能になる。

【0021】

距離調整手段の態様としてはまた、航空機本体に設けられ、かつ航空機本体と測定対象との間の距離を調節可能な着地用脚部を具備するものであってもよい。

【0022】

このような構成であれば、航空機本体が地面に着地した後、航空機本体と測定対象との距離を調整することで、蛍光Ｘ線検出手段と測定対象との間の距離を略一定にすることができるので、精度の高い定量分析を行うことが可能になる。

【発明の効果】

【0023】

このように構成した本発明によれば、人が立ち入ることが困難な地域において蛍光Ｘ線分析を行うことが可能な無人航空機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の一実施形態の無人航空機の全体構成を示す概略図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態の無人航空機の構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、本発明の一実施形態の蛍光Ｘ線分析装置の構成を示す概略図である。

【図4】図４は、本発明の他の実施形態の無人航空機の全体構成を示す概略図である。

【図5】図５は、本発明の他の実施形態の蛍光Ｘ線分析装置の構成を示す概略図である。

【図6】図６は、本発明の他の実施形態の蛍光Ｘ線分析装置の構成を示す概略図である。

【図7】図７は、本発明の他の実施形態の無人航空機の全体構成を示す概略図である。

【符号の説明】

【0025】

１００・・・・無人航空機
１０・・・・ドローン本体
１２・・・・プロペラ
１４・・・・制御装置
１４ａ・・・距離取得部
１４ｂ・・・距離制御部
１４ｃ・・・位置情報取得部
１４ｄ・・・記憶部
２０・・・・蛍光Ｘ線分析装置
２２・・・・筐体
２４・・・・Ｘ線管
２６・・・・Ｘ線検出器
２８・・・・分析部
３０・・・・レーザー距離計
４０・・・・連結部材
５０・・・・着地用脚部
Ｓ・・・・ＧＰＳ衛星

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下に、本発明に係る無人航空機の一実施形態について、図面を参照して説明する。

【0027】

＜無人航空機１００の構成＞
本実施形態に係る無人航空機１００は、例えば、遠隔操作又は自律飛行によって、空中を移動して地質調査を行う現場に向かい、調査対象（または測定対象）である地表面に接近して蛍光Ｘ線分析を行うためのものである。

【0028】

無人航空機１００は、図１に示すように、プロペラ１２等の飛翔手段や各種制御信号を送信する制御装置１４を有するドローン本体（航空機本体）１０と、地表面に含まれる元素の定性分析及び定量分析を行うための蛍光Ｘ線分析装置２０と、ドローン本体１０と蛍光Ｘ線分析装置２０とを距離可変に連結する連結部材４０と、蛍光Ｘ線分析装置２０と測定対象との間の距離を測定するレーザー距離（測距手段）３０とを具備している。
以下、各構成について説明する。

【0029】

ドローン本体１０は、空中を移動して調査対象に接近するためのものであり、プロペラ１２と制御装置１４とを備えている。
本実施形態のドローン本体１０は、操縦者が手元のコントローラを操作して、無線を介して制御信号をドローン本体１０に送信し、ドローン本体１０の動きを遠隔操作して測定を行う遠隔操作モードと、制御装置１４に予め組み込まれたプログラムに基づいて自律的に飛行して測定を行う自律飛行モードとを有しており、任意にモードを切り替えることが可能である。

【0030】

プロペラ１２は、無人航空機１００に推進力を与えるものである。本実施形態のドローン本体１０は、４つのプロペラ１２を有しており、制御装置１４から送信される制御信号に基づいて、図示しないモーターによって各々のプロペラ１２の回転数を調整することにより、無人航空機１００が空中において前後左右上下へ自由に移動することを可能にしている。

【0031】

制御装置１４は、ドローン本体１０内に設けられており、レーザー距離計３０から距離情報を取得して、プロペラ１２や蛍光Ｘ線分析装置２０や連結部材４０等に制御信号を送信するものである。物理的にはＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄコンバータ等を備えたコンピュータであり、前記メモリの所定領域に格納されたプログラムに従ってＣＰＵや周辺機器が協働することにより、図２に示すように、距離取得部１４ａ、距離制御部１４ｂ、位置情報取得部１４ｃ、記憶部１４ｄとしての機能を発揮するように構成されたものである。

【0032】

距離取得部１４ａは、有線又は無線を介してレーザー距離計３０から、蛍光Ｘ線分析装置２０と測定対象との間の距離に関する距離情報を取得するものである。

【0033】

距離制御部１４ｂは、距離取得部１４ａから距離情報を受け取るとともに、当該距離情報に基づいて、ドローン本体１０と蛍光Ｘ線分析装置２０との間の距離の目標値を決定し、当該目標値を含む制御信号を連結部材４０に送信するものである。

【0034】

より具体的には、距離制御部１４ｂは、距離取得部１４ａから取得した距離情報に基づいて、蛍光Ｘ線分析装置２０と地表面との間の距離を１ｃｍ以上１０ｃｍ以下にするために必要な、ドローン本体１０と蛍光Ｘ線分析装置２０との間の距離の目標値を決定する。そして、当該決定した目標値を含む制御信号を、距離制御手段たる連結部材４０に送信し、蛍光Ｘ線分析装置２０と地表面との間の距離を１ｃｍ以上１０ｃｍ以下に制御するように構成されている。

【0035】

距離制御部１４ｂは、制御信号を連結部材４０に送信するとともにプロペラ１２に制御信号を送信し、無人航空機１００の高度を一定に保持あるいは微調整することができる。これにより、プロペラ１２と連結部材４０とを協働させて、蛍光Ｘ線分析装置１０と地表面との間の距離を１ｃｍ以上１０ｃｍ以下に制御することができる。

【0036】

位置情報取得部１４ｃは、ＧＰＳ衛星Ｓから、無人航空機１００が飛行している位置を示す位置データを取得するものである。位置データは、経度データ、緯度データ及び標高データで構成される。無人航空機１００は、取得した位置データに基づいて、測定を行う場所まで自律飛行して向かうことが可能である。

【0037】

記憶部１４ｄは、メモリの所定の領域に形成されており、通信プログラム、自律的に飛行して測定を行う自律飛行プログラム、遠隔操作により飛行して測定するための遠隔操作プログラム等が格納されている。また、分析部２８が取得した蛍光Ｘ線のスペクトルを示す測定データと、レーザー距離計３０が測定した距離を示す距離データと、位置情報取得部１４ｃが取得した位置データとを受信して、これらを対応付けて記憶することができる。

【0038】

蛍光Ｘ線分析装置２０は、測定対象である地表面に一次Ｘ線を照射し、地表面に含まれる元素の定性分析及び定量分析を行うものである。図３に示すように、蛍光Ｘ線分析装置２０は、筐体２２の内側に、Ｘ線管（Ｘ線照射手段）２４と、Ｘ線検出器（蛍光Ｘ線検出手段）２６と、分析部２８とを具備しており、さらにレーザー距離計３０を具備している。

【0039】

Ｘ線管２４は、測定対象である地表面にＸ線を照射するものである。これにより、地表面から蛍光Ｘ線を発生させることができる。図３に示すように、Ｘ線管２４は、筐体２２の下面（開口を有する面）と測定対象たる地面とが略平行である場合に、Ｘ線管２４から放射状に照射されるＸ線（矢印で示す）の略中心軸が、地面の法線に対して所定の角度で傾くように配置されている。なお、Ｘ線管２４は、ドローン本体１０の制御装置１４から送信される制御信号を受け付けて、所定の間隔および時間で地表面にＸ線を照射することができる。しようとするＸ線源としては特に限定されず、反射型および透過型のＸ線源、もしくは放射線源を用いてもよい。なお、本実施形態のＸ線管２４から照射されるＸ線は、エネルギーが１０ｋｅＶ未満のものである。

【0040】

Ｘ線検出器２６は、地表面から発生する蛍光Ｘ線を検出するものである。これにより、Ｘ線管２４が地表面にＸ線を照射することにより発生したＸ線を検出することができる。具体的には、検出素子としてＳｉ素子等の半導体検出素子を用いた構成となっており、検出した蛍光Ｘ線のエネルギーに比例した電流を出力することができる。図３に示すように、Ｘ線検出器２６は、矢印で示される検出範囲の中心軸が、Ｘ線管２４から照射されるＸ線の中心軸に対して約９０°の角度を形成するように配置されている。

【0041】

分析部２８は、Ｘ線検出器２６が出力した電流を受け付け、各電流値の電流をカウントし、Ｘ線検出器２６が検出した蛍光Ｘ線のエネルギーとカウント数との関係、すなわち、蛍光Ｘ線のスペクトルを取得するものである。そして取得した蛍光Ｘ線のスペクトルに基づいて、蛍光Ｘ線を発生した元素の定性分析、定量分析を行うものである。

【0042】

レーザー距離計３０は、Ｘ線検出器２６と地面との間の距離を示す距離情報を取得するものである。レーザー距離計３０は、有線又は無線を介して、ドローン本体１０の制御装置１４に当該距離情報を送信できるように構成されている。
図３に示すように、本実施形態では、レーザー距離計３０は、蛍光Ｘ線分析装置２０の筐体２２の内部に設けられている。そして、筐体２２の下面と測定対象たる地面とが略平行である場合に、レーザー距離計３０から発射されるレーザーが地面の法線に対して略平行となり、かつＸ線管２４による地面にＸ線が照射される範囲内の所定位置における、Ｘ線検出器２６と地面との間の距離を測定できるように配置されている。

【0043】

本実施形態の無人航空機１００が有するレーザー距離計３０の数は１つでもよく、あるいは複数であってもよい。複数個のレーザー距離計３０が配置されている場合には、Ｘ線検出器２６と地面との間の距離をより正確に測定することができる。

【0044】

連結部材４０は、ドローン本体１０と蛍光Ｘ線分析装置２０とを距離可変に連結するものである。連結部材４０は、図示しないモーター等の駆動機構を有し、制御装置１４から送信される制御信号を受け付けて、当該モーター等を駆動することにより伸縮し、蛍光Ｘ線分析装置２０とドローン本体１０との間の距離を調整できるように構成されたテレスコピック構造のものである。

【0045】

＜本実施形態の効果＞
このように構成された本実施形態に係る無人航空機１００によれば、空中を自在に移動することが可能なドローンに蛍光Ｘ線分析装置を取り付けているので、例えば標高が高い山の地表面であっても、当該無人航空機を接近させて容易に蛍光Ｘ線分析を行うことができる。また、当該無人航空機の使用者自身が調査現場へ接近する必要がないので、放射線量が高い地域における調査であっても、被曝による健康被害の恐れがない無人航空機を接近させることで、使用者が調査現場へ接近した場合に生じる時間制限がなく、より精度の高い蛍光Ｘ線分析を行うことができる。
また、蛍光Ｘ線分析では、蛍光Ｘ線を発生する測定対象と蛍光Ｘ線検出手段との間の距離の変動に応じて、検出される蛍光Ｘ線のスペクトルの強度が変動するが、本発明では、測距手段を用いて測定対象と蛍光Ｘ線検出手段との間の距離を取得するので、蛍光Ｘ線分析により得られた蛍光Ｘ線のスペクトルの強度の変動を、取得した距離の情報に基づいて補正することができ、より正確な蛍光Ｘ線のスペクトルを得ることができる。さらには、取得した距離情報に基づいて、蛍光Ｘ線検出手段と測定対象との間の距離を一定に保つことができる。これにより正確な定量分析を行うことが可能になる。

【0046】

＜その他の実施形態＞
なお本発明は、上述した実施形態に限られるものではない。

【0047】

例えば前記実施形態では、連結部材４０を伸縮することにより、ドローン本体１０と蛍光Ｘ線分析装置２０との間の距離を調整して、それにより蛍光Ｘ線分析装置２０と地面との距離を調整するものであったが、これに限定されない。他の実施形態では、図４に示すようにドローン本体１０の底面には、関節を有する屈伸可能な着地用脚部５０が設けられており、距離制御部１４ｂからの制御信号を受けて、当該着地用脚部５０を曲げ伸ばしすることにより、ドローン本体１０と地面との距離を調整し、これにより連結部材４０を介してドローン本体１０に固定されている蛍光Ｘ線分析装置２０と地面との間の距離を調整するものであってもよい。

【0048】

このような実施形態であれば、無人航空機１００は、蛍光Ｘ線分析を行う際に、一度測定対象たる地面に着陸し、それから着地用脚部５０を曲げ伸ばしして、蛍光Ｘ線分析装置２０と地面との間の距離を所定の範囲内になるように調整する。そして測定中には、突風等の影響を受けることなく、蛍光Ｘ線分析装置２０と地面との間の距離を一定に保つことができるので、より精度の高い定性および定量分析を行うことができる。

【0049】

上述した実施形態では、レーザー距離計３０は蛍光Ｘ線分析装置２０の筐体２２の内側であって、Ｘ線管２４およびＸ線検出器２６に隣接するように設けられているが、この形態に限定されない。
例えば、レーザー距離計３０はドローン本体１０に取り付けられてもよく、レーザー距離計３０と地表面との間の距離を取得して換算することによって、蛍光Ｘ線分析装置２０と地表面との間の距離を間接的に測定するものであってもよい。そして間接的に測定した距離情報に基づいて、連結部材４０を伸縮して、蛍光Ｘ線分析装置２０と地表面との間の距離が所定の範囲内になるように調整するように構成されていてもよい。

【0050】

また上述した実施形態は、蛍光Ｘ線分析装置２０と測定対象との間の距離をレーザー距離計により測定するものであるが、他の実施形態では、超音波距離計により当該距離を測定してもよい。特に測定対象の表面の起伏が大きい場合には、超音波距離計を用いることが好ましい。

【0051】

上述した実施形態では、蛍光Ｘ線分析装置２０と地表面との間の距離を、レーザー距離計や超音波距離計等の非接触式センサーを用いていたが、これに限定されない。例えば、無人航空機１００は、ドローン本体１０の底面から下方向に延びる予め長さを調整した接触部を備えており、当該接触部を地表面に接触させることで、蛍光Ｘ線分析装置２０と測定対象との間の距離を間接的に測定するものであってもよい。このような形態の場合、接触部の先端に接触式のセンサーを設け、接触部が地表面に接触した際に当該センサーから無線又は有線により制御装置１４に信号を送信することにより、無人航空機１００が地表面に対して一定の高さで飛行するように、プロペラ等の飛翔手段が駆動するように構成されることが好ましい。無人航空機１００は、接触部の先端が地表面に接触している状態を維持しながら水平方向に移動することにより、地面に対して常に一定の高さを維持して飛行することができるので、蛍光Ｘ線分析装置２０と測定対象との間の距離を常に一定することができる。そのため、測定対象が広範囲に広がる地面であっても、精度の高い定量分析を簡易かつ迅速に行うことが可能となる。

【0052】

上述した実施形態では、連結部材４０は伸縮するものであったが、これに限定されない。図５に示すように、他の実施形態の連結部材４０は、複数の部材から構成され、多関節を有するものであってもよい。このような形態であれば、例えば、連結部材４０を水平方向に伸ばすことにより、切り立った崖の壁面に対しても容易に蛍光Ｘ線分析を行うことができる。さらには、壁の壁面と蛍光Ｘ線分析装置２０との間の距離一定に保持したまま、無人航空機１００が垂直方向に上昇又は下降することで、垂直方向における定性分析および定量分析を高い精度で容易かつ迅速に行うことができる。

【0053】

上述した実施形態では、蛍光Ｘ線分析装置２０の筐体２２の形状は略直方体状のものであったが、これに限定されない。図６に示すように、他の実施形態においては、筐体２２の形状は、先端が先細りするような形状であってもよい。筐体２２の形状がこのようなものであれば、測定対象の表面の起伏が大きい場合であっても、蛍光Ｘ線分析装置２０の先端を、地表面により近づけることが可能になり、エネルギーが小さい蛍光Ｘ線についても漏れなく検出することが可能となり、より高い精度で定性分析を行うことができる。

【0054】

上述した実施形態では、Ｘ線管２４は、放射するＸ線の中心軸が、測定対象の表面の法線に対して所定の角度で傾くように配置されるものであったが、この態様に限定されない。他の実施形態では、図７に示すように、Ｘ線管２４は、放射状に照射されるＸ線の中心軸が、測定対象の表面に対して垂直になるように配置されるものであってもよい。このような形態では、Ｘ線検出器２６の形状は、Ｘ線管２４から放射されるＸ線の中心軸を取り囲む環状形状であることが好ましい。Ｘ線管２４およびＸ線検出器２６がこのような形態であれば、検出立体角を大きくすることができ、Ｘ線の検出強度を向上することができ、より高精度な定量分析が可能になる。

【0055】

上述した実施形態では、分析部２８はＸ線検出器２６が出力した電流に基づいて、補正をすることなく蛍光Ｘ線のスペクトルを算出するものであったが、これに限定されない。他の実施形態では、レーザー距離計３０が取得した距離情報に基づいて、地面から生じた蛍光Ｘ線の強度がＸ線検出器２６によって検出されるまでに減衰する減衰量を計算し、当該減衰量を考慮して検出した蛍光Ｘ線のスペクトルを補正するように構成されていてもよい。このような補正を行うことにより、より高精度な定量分析が可能になる。なお、実際は検出器側とＸ線側の両方の光路で大気による吸収の影響を受けるが、以下は検出器側のみの光路の減衰の計算補正を示す。

【0056】

具体的には、Ｌａｍｂｅｒｔ－Ｂｅｅｒの法則から、以下の式（１）により減衰量を算出して補正を行ってもよい。
Ｉ＝Ｉ_０ｅｘｐ（－μ_{ａｉｒ，Ｅ}×ρ_ａｉｒ×ｘ）／ｅｘｐ（－μ_{ａｉｒ，Ｅ}×ρ_ａｉｒ×ｘ_０） （１）
（ここで、Ｉ_０：測定対象の表面でのスペクトル強度、Ｉ：観測したスペクトル強度、μ_{ａｉｒ，Ｅ}：エネルギーＥのＸ線に対する空気の質量吸収係数、ρ_ａｉｒ：空気の密度、ｘ：空気のパス長、ｘ_０：通常のパス長、である）
また、距離によって立体角が減少することを考慮する場合には、例えば、以下の式（２）を用いて減衰量を算出して補正を行ってもよい。
Ｉ＝Ｉ_０ｅｘｐ（－μ_{ａｉｒ，Ｅ}×ρ_ａｉｒ×ｘ）／ｅｘｐ（－μ_{ａｉｒ，Ｅ}×ρ_ａｉｒ×ｘ_０）×（ｘ_０ ^２／ｘ^２） （２）

【0057】

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明によれば、人間が立ち入ることが困難な場所においても、精度よく蛍光Ｘ線分析を行うことが可能な無人航空機を提供することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】