JP2009236801A - 耐放射線ヘッド分離型撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】十全な放射線遮蔽と利便性を両立した耐放射線ヘッド分離型撮像装置を提供する。
【解決手段】耐放斜線ヘッド分離型撮像装置であって、入光部から入射した光は、光学的光路変更手段で光路を変更し、着脱可能なカートリッジ式内子１０内にある撮像素子４の撮像面に入射する。撮像素子４は交換可能なカートリッジ式内子１０上に配置されているため、カートリッジ式内子のみを交換する。希少重金属を主成分とする放射線遮蔽部材を採用し、撮像素子撮像面及び背面が相対する壁面の肉厚が他の部分より厚い構造になっている。放射線遮蔽部材および精密な光学部品は外筐体を成し、繰り返して使用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線照射雰囲気で使用される耐放射線ヘッド分離型撮像装置の改良に関するものである。

従来放射線照射雰囲気で使用される耐放射線撮像装置としては、例えば特開平０７−２４８３９６が公知である。（特許文献１参照）

上記発明は、放射線遮蔽部材を備えた外側ケースと撮像素子を備えた着脱可能な内側ケースにより構成された筐体型カメラであり、入射光を光学的光路変更手段により導入している。放射線遮蔽部材は前方壁部を側方壁部よりも厚くしている。また光学的光路変更手段は角度調節可能である。この発明は放射線の放射方向が特定できる場合には、必要最低限の放射線遮蔽部材により撮像素子を保護するので、カメラの小型化、軽量化が可能となる。また光学的光路変更手段が調節可能なためカメラの向きを変えずに任意の被写体を撮像することが、場合により可能である。

また、放射線が全方向から照射することを想定した耐放射線撮像装置としては特開平０４−１８８０９８が公知である。（特許文献２参照）

上記発明はフラスコ型の遮蔽体を有し、内部空洞にＣＣＤカメラを配置し、全方向からの放射線照射に対しＣＣＤを遮蔽している。
特開平０７−２４８３９６公報 特開平０４−１８８０９８公報

しかし特許文献１の発明では、放射線の放射方向が特定できない場合には、耐放射線耐用性が弱い撮像素子を十分に遮蔽できない場合がある。また特許文献２の発明では全方向からの放射線照射に対応するために遮蔽体が全ての方向に肉厚になり、カメラが重量化、大型化してしまう。

本発明の目的は、放射線が全方向から照射することを想定しつつ、撮像素子に対する十全な放射線遮蔽を施し、カメラヘッド部の軽量化、小型化を可能とし、被検体自体の構造が複雑な場合や狭い空間での使用等の空間的制約が大きい場合等でもカメラの操作性を損なわず、コストの増加を抑制した耐放射線ヘッド分離型撮像装置を提供することにある。

そして本発明は上記目的を達成するために、放射線照射雰囲気で使用される、撮像素子からの映像信号を出力する機能を有するカメラヘッド部と該映像信号を処理する信号処理手段を有するカメラコントロールユニット部が分離した耐放射線ヘッド分離型撮像装置であって、該カメラヘッド部は、先端面に光学的部材よりなる入光部と、前記カメラヘッド部内部に形成された格納空間に、該入光部からの入射光を中央部方向に光路を変更する光学的手段と、該光学的手段により光路を変更された入射光を受光する撮像素子を備えており、前記カメラヘッド部は前期入光部以外の部分が放射線遮蔽部材の壁面で覆われていることを特徴とする耐放射線ヘッド分離型撮像装置に関するものである。

また、第２の課題解決手段は、上記入光部が上記カメラヘッド部の先端面の中央部に対し偏芯の位置に配置されたことを特徴とする耐放射線ヘッド分離型撮像装置に関するものである。

また、第３の課題解決手段は、放射線遮蔽部材は上記撮像素子の撮像面及び背面が相対する壁面が他の壁面より肉厚であることを特徴とする耐放射線ヘッド分離型撮像装置に関するものである。

また、第４の課題解決手段は、上記撮像素子がカートリッジ式内子形状を成し、上記カメラヘッド部内部に形成された格納空間に挿入及び着脱自在な入れ子構造であることを特徴とする耐放射線ヘッド分離型撮像装置に関するものである。

また、第５の課題解決手段は、上記放射線遮蔽部材が希少重金属を含有することを特徴とする耐放射線ヘッド分離型撮像装置に関するものである。

本発明によれば、放射線が全方向から照射することを想定しつつ、撮像素子に対する十全な放射線遮蔽を施し、かつカメラヘッド部の軽量化、小型化を可能とし、被検体自体の構造が複雑な場合や狭い空間での使用等の空間的制約が大きい場合等でもカメラの操作性を損なわず、コストの増加を抑制可能な耐放射線ヘッド分離型撮像装置を提供することが可能となる。

本発明の実施例を示す。

図１は本発明の実施例を示す概念図である。実施例は、カメラヘッド部１３と、カメラコントロールユニット部１６及びこれらを接続するカメラケーブル１１より構成される耐放射線ヘッド分離型撮像装置１９である。

本実施例の断面図を図２に示す。図２は図１のＸ−Ｘ断面図で、図１及び図２のＹは入射光の光路を示す。光学的部材であるカバーガラス１を通して入射した光は、レンズ２ａで屈折した後、光学的光路変更手段３で光路を略９０度変更し、再度レンズ２ｂで屈折した後、着脱可能なカートリッジ式内子１０内にある撮像素子４の撮像面１７に入射する。撮像素子４としては、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、その他入手可能な素子が適宜使用可能である。また光学的光路変更手段３としては、ミラー、プリズムなどが使用可能であり、レンズ２ａ及び２ｂは耐放射線ノンブラウニングレンズを使用することが可能である。

本実施例では、光学的部材であるカバーガラス１を通して入射した光は、レンズ２ａで屈折した後、光学的光路変更手段３で光路を略９０度変更されているが、カメラヘッド部の形状、大きさなどにより、適切な光路変更角度を取ることが出来る。

本実施例では、光路変更を1回行う構造となっているが、カメラヘッド部の形状、大きさ
などにより、複数回の光路変更を行うことが出来る。また光路変更を奇数回行った場合
は、使用上の便宜を考慮して、撮像素子１４からの映像を電気的に反転する手段をカメ
ラコントロールユニット部１６に備えることも出来る。

本実施例の特徴である、撮像素子からの映像信号を出力する機能を有するカメラヘッド部と該映像信号を処理する信号処理手段を有するカメラコントロールユニット部が分離したヘッド分離型について説明する。カメラヘッド部１３は撮像素子４および必要最小限の撮像素子周辺回路９のみで構成されており、その他の回路たとえば信号処理回路や撮像素子駆動回路などはカメラコントロール部１６に格納されているので、これらの回路部品が放射線に暴露されることはない。これによりカメラヘッド部１３の小型化、軽量化が可能になり、被検体自体の構造が複雑な場合や狭い空間での使用等の空間的制約が大きい場合等でもカメラの操作性を損なわず、かつカメラヘッド部１３の交換頻度も低減しコスト上昇も抑制できる。

本実施例では、光の入射する入光部１４がカメラヘッド中心１８に対して偏芯した位置に配置しており、かつ光学的光路変更手段３により入射光の光路を略９０度中心部方向に屈折しているので、撮像素子４の撮像面は入射光に対して直角の方向を向いている。本実施例では図３の入光部からの直射光の範囲Ｃに示すように、放射線が放射線遮蔽部材５を経ずに撮像素子４の撮像面１７及び背面に直接入射しない位置に撮像素子を配置としている。撮像素子等の撮像素子は撮像面の対放射線耐用性が著しく劣るので、放射線の撮像面への直接照射を避けることにより撮像素子の耐放射線耐用性が向上する。又撮像素子４の撮像面の背面の相対する壁面は全て放射線遮蔽部材５に覆われている。

本実施例の特徴である放射線遮蔽部材について説明する。例えば撮像素子の代表的なものとしてＣＣＤを例にとって説明すると、ＣＣＤではシリコン基板表面に入射した光を電荷に変換し（光電変換）、シリコン基板表面の電気的ポテンシャルの変化によりその電荷を転送する表面素子であるので、光電変換および電荷転送を行うシリコン基板表面の放射線暴露を極力小さくすることが肝要である。またＣＣＤ以外の撮像素子についても同様のことが言える。本実施例では、撮像素子４の撮像面１７および背面の放射線遮蔽部材５を他の部分より厚くし（図２．の厚みＡ）、その他の部分の放射線遮蔽部材５を厚くせずに（図２．の厚みＢ）、効率的に放射線を遮蔽する。

放射線の撮像素子に対する損傷度は、撮像素子の撮像面に垂直に照射される場合が最大で、撮像面の側面、すなわち水平に照射される場合が最小である。全方向からの放射線照射が均一であると想定されるので、撮像面に対し４５度で入射することが平均値として想定される。本実施例で、例えば図４に示すように撮像素子４の撮像面１７に対し４５度の角度で入射する放射線Ｚを想定すると、撮像面１７に達するまでに放射線Ｚが通過する放射線遮蔽部材５の放射線遮蔽の実効的な厚さはＢ×√２となる。図４に示した例は最も効果的に放射線を遮蔽している例であるが、例え一部でも直接照射する放射線を遮蔽することにより撮像素子の損傷度を低減可能である。

本実施例の特徴であるカートリッジ式内子１０について説明する。撮像素子４は交換可能なカートリッジ式内子１０上に配置されているため、放射線により撮像素子４の寿命がきたときは、カートリッジ式内子１０のみを交換する。放射線遮蔽部材５、および精密な光学部品、例えばカバーガラス１、レンズ２ａ及び２ｂ、光学的光路変更手段３等は外筐体１２を成し、繰り返して使用できる。

本実施例の特徴であるまた放射線遮蔽部材に希少重金属を含有していることについて説明する。従来放射線遮蔽部材５には鉛が汎用されていたが、環境影響を考慮し、放射線遮蔽部材５としては、タングステン、モリブデン、ビスマスなどの希少重金属を主成分として用いることも可能である。タングステン、モリブデン、ビスマスなどの希少重金属は一般に効果であるが、本発明によりコストの上昇が抑制可能である。

タングステン、モリブデン、ビスマスなどの希少重金属は脆性が比較的劣るので、本実施例では、カメラヘッド部１３の脆性を向上するために放射線遮蔽部材５の外側を脆性、加工性及び耐蝕性が比較的優れた金属製外殻２０で被覆している。金属製外殻２０にはステンレスなど脆性、加工性及び耐蝕性が比較的優れた材質の金属が使用可能である。

また本実施例ではカメラヘッド部１３が水中で使用できるように、光の入射するカバーガラス１と外筺体１２、及びカートリッジ式内子１０と外筺体１２の係合は、いずれもＯリング７などにより原子炉検査用水中カメラとして使用可能な密閉防水構造をとっている。本実施例は、ヘッド分離型を採用しているので、カメラヘッド部１３は撮像素子４および必要最小限の撮像素子周辺回路９から構成されており、発熱量の多い信号処理回路や撮像素子駆動回路などの回路はカメラコントロール部１６に配置されているので、カメラヘッド部１３を防水のために密閉防水構造にしてもカメラヘッド部１３の温度上昇はわずかであり、温度上昇によるカメラ動作の不具合は生じない。また脆性、加工性及び耐蝕性が優れた金属製外殻２０によりカメラヘッド部１３の脆性を向上させているので、密閉防水構造の耐久性が優れている。

また本実施例では、原子炉内構造物の遠隔目視検査で使用することも想定し、カメラヘッド部１３とカメラコントロールユニット部１６を接続するカメラケーブル１１の長さを３０ｍ以上が好ましい。ケーブル長については適宜採用できる。

また本実施例では、放射線遮蔽構造の効率化によりカメラヘッド部１３の小型化、軽量化されカメラヘッド部１３の潜在的利用可能な内部空間が増大するので、検査での操作性の向上のため、カメラヘッド部１３にリモートフォーカスレンズ用駆動手段９を配置している。

また本実施例では、放射線遮蔽構造の効率化によりカメラヘッド部１３の小型化、軽量化されカメラヘッド部１３の潜在的利用可能な内部空間が増大するので、カメラヘッド部１３に照明手段を配置することが可能である。照明手段としては対放射線耐用性が優れた発光ダイオードなどを使用することができる。また同様の理由により被写体への照準指示機能、例えばレーザーマーカーなどをカメラヘッド部１３に配置することが可能である。

カメラヘッド部１３の正面からの形状は、カメラヘッド部１３の内部構造に応じて放射線遮蔽構造の効率が最適化される形状、例えば楕円形、小判型、円形などを取ることができる。

本発明は、原子力発電所等における対放射線耐用性が優れた目視検査用撮像装置として利用可能である。

本発明実施例の外観図である。 本発明実施例のカメラヘッド部側面の断面図である。 本発明実施例の撮像素子と入光部の配置関係を示すカメラヘッド部側面の断面図である。 本発明実施例の撮像素子の撮像面に対し、４５度の角度で入射する放射線の光路を示す図である。

符号の説明

１、カバーガラス
２ａ、２ｂ レンズ
３、 光学的光路変更手段
４、撮像素子
５、１５ 放射線遮蔽部材
６、フランジ
７ａ、７ｂ Ｏリング
８、リモートフォーカスレンズ用駆動手段
９、撮像素子周辺回路
１０、カートリッジ式内子
１１、カメラケーブル
１２、外筐体
１３、カメラヘッド部
１４、入光部
１６、 カメラコントロールユニット部
１７、 撮像素子撮像面
１８、 カメラヘッド中心部
１９、 耐放射線ヘッド分離型撮像装置
２０、 金属製外殻
Ａ、 撮像素子撮像面及び背面が相対する放射線遮蔽部材の厚さ
Ｂ、 撮像素子撮像面及び背面が相対さない部分の放射線遮蔽部材の厚さ
Ｃ、 入光部からの直射光に曝される範囲
Ｘ−Ｘ、 断面図２の切断線
Ｙ、 入射光の光路
Ｚ、 ４５度で入射した放射線の光路

Claims (5)

1. 放射線照射雰囲気で使用される、撮像素子からの映像信号を出力する機能を有するカメラヘッド部と該映像信号を処理する信号処理手段を有するカメラコントロールユニット部が分離した耐放射線ヘッド分離型撮像装置であって、該カメラヘッド部は、先端面に光学的部材よりなる入光部と、前記カメラヘッド部内部に形成された格納空間に、該入光部からの入射光を中央部方向に光路を変更する光学的手段と、該光学的手段により光路を変更された入射光を受光する撮像素子を備えており、前記カメラヘッド部は前期入光部以外の部分が放射線遮蔽部材の壁面で覆われていることを特徴とする耐放射線ヘッド分離型撮像装置。
2. 上記入光部が上記カメラヘッド部の先端面の中央部に対し偏芯の位置に配置されたことを特徴とする請求項１記載の耐放射線ヘッド分離型撮像装置。
3. 上記放射線遮蔽部材は上記撮像素子の撮像面及び背面が相対する壁面が他の壁面より肉厚であることを特徴とする請求項１または２記載の耐放射線ヘッド分離型撮像装置。
4. 上記撮像素子がカートリッジ式内子形状を成し、上記カメラヘッド部内部に形成された格納空間に挿入及び着脱自在な入れ子構造であることを特徴とする請求項１〜３記載の耐放射線ヘッド分離型撮像装置。
5. 上記放射線遮蔽部材が希少重金属を含有することを特徴とする請求項１〜４記載の耐放射線ヘッド分離型撮像装置。