JP2010183535A - 耐放射線撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明が不足した環境で撮像した際に生じる映像の明るさの不足分を補うこと。
【解決手段】耐放射線撮像装置１は、耐放射線のＣＭＯＳイメージセンサー１３０と、前記ＣＭＯＳイメージセンサー１３０が単位時間内に撮像するフレーム数を規定フレーム数以下に調節して、１枚のフレームあたりの露光時間を規定時間以上に延長する制御装置１９０とを備える。これにより、耐放射線撮像装置１は、規定時間以上の露光時間を確保できる。よって、耐放射線撮像装置１は、照明が不足した環境で撮像しても、映像の明るさの不足分を補うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被写体を撮像する耐放射線撮像装置に関する。

従来、例えば原子力発電プラントで用いられるカメラのように、耐放射線性能が必要とされるカメラは、撮像管を含んで構成される。しかしながら、撮像管はＣＭＯＳイメージセンサーに比べて大型であり、また、在庫が減少して入手が困難になりつつある。そこで、撮像管に代えて、耐放射線のＣＭＯＳイメージセンサーを備えるカメラを開発する必要がある。

ＣＭＯＳイメージセンサーを用いる場合、カメラはＣＭＯＳ内光電素子に蓄えられている電荷を放電させることによって仮想的に露光時間を調節する機能、いわゆる電子シャッター機能によって、映像の明るさを調節できる。例えば、特許文献１には、電子シャッター速度の調節のみで、昼夜問わず常にピントがあった映像を撮像できる技術が開示されている。

特開２００７−６３９６号公報

しかしながら、例えば、原子力発電プラントでは、照明を当てることが困難な部分、例えば、配管の裏側や、配管の内部などを撮像する場合がある。さらに、原子力発電プラントでは、水中での撮像が多いため、仮に照明を当てても、映像の明るさが不足する場合がある。これにより、特許文献１に開示されている技術では、例えば、原子力発電プラントでは、撮像した映像の明るさが不足するおそれがある。

本発明は、照明が不足した環境で撮像した際に生じる映像の明るさの不足分を補うことを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る耐放射線撮像装置は、耐放射線のＣＭＯＳイメージセンサーと、前記ＣＭＯＳイメージセンサーが単位時間内に撮像するフレーム数を規定フレーム数以下に調節して、１枚のフレームあたりの露光時間を規定時間以上に延長する制御装置と、を備えることを特徴とする。

上記構成により、本発明の耐放射線撮像装置を、例えば、原子力発電プラントで用いることができる。また、上記構成により、本発明の耐放射線撮像装置は、規定時間以上の露光時間を確保できる。ここで、露光時間が増加すると、耐放射線撮像装置が撮像した映像の明るさが増加する。これにより、本発明の耐放射線撮像装置は、照明が不足した環境で撮像しても、映像の明るさの不足分を補うことができる。

本発明の好ましい態様としては、前記制御装置は、あらかじめ設定された露光時間である設定時間が、前記規定時間以下の場合は、ＣＭＯＳ内光電素子に蓄えられた電荷を放電させることで前記露光時間を前記設定時間に調節し、前記設定時間が前記規定時間よりも長い場合は、前記フレーム数を前記規定フレーム数よりも少なくして前記露光時間を前記規定時間以上に延長することが望ましい。

ここで、フレーム数を規定フレーム数よりも少なくすると、映像の明るさは増加するが、モニターに映し出される映像がコマ落ちする。しかしながら、上記構成により、本発明の耐放射線撮像装置は、設定時間が規定時間以下の場合には、フレーム数を規定フレーム数よりも少なくしない。よって、本発明の耐放射線撮像装置は、映像の明るさが十分に確保できる際は、フレーム数を規定フレーム数よりも減少させないため、映像のコマ落ちの発生を抑制できる。

本発明の好ましい態様としては、前記制御装置は、前記設定時間が前記規定時間よりも長い場合は、前記規定フレーム数を整数で除算した値に前記フレーム数を設定すると共に、前記ＣＭＯＳ内光電素子に蓄えられた電荷を放電させることで前記露光時間を前記設定時間に調節することが望ましい。

上記構成は、１枚のフレームあたりの露光時間を、設定時間に調節するための構成の一例である。上記構成により、ＣＭＯＳイメージセンサーからの電荷がＣＭＯＳ内光電素子に蓄電されはじめてから、制御装置が前記電荷を取得するまで時間が、規定時間の整数倍となる。耐放射線撮像装置は、この期間内に、ＣＭＯＳ内光電素子に蓄えられた電荷を放電させる時期を調節することで、映像の明るさを微調整できる。

本発明の好ましい態様としては、連続的に前記設定時間を変化させる操作部を備え、前記制御装置は、前記操作部が操作されることで設定された前記設定時間が前記規定時間以下の場合は、ＣＭＯＳ内光電素子に蓄えられた電荷を放電させることで前記露光時間を前記設定時間に調節し、前記操作部が操作されることで記設定時間が変化し、前記設定時間が前記規定時間よりも長くなると、前記単位時間内に撮像する前記フレーム数を前記規定フレーム数よりも少なく設定すると共に、前記ＣＭＯＳ内光電素子に蓄えられた電荷を放電させることで前記露光時間を前記設定時間に調節することが望ましい。

上記構成により、本発明の耐放射線撮像装置は、作業員が操作部を操作して徐々に設定時間を増大させていくと、設定時間が規定時間よりも長くなった瞬間に、単位時間内に撮像するフレーム数を規定フレーム数よりも少なく設定する。これにより、本発明の耐放射線撮像装置は、設定時間が規定時間よりも長くなる時期の前後で、連続的に露光時間を変化させることができる。

以上により、本発明の耐放射線撮像装置は、作業員が操作部を徐々に操作している際に、設定時間が規定時間よりも長くなる前後で、映像の明るさが急に変化するおそれを抑制できる。これにより、本発明の耐放射線撮像装置は、作業員が操作部を操作する際に感じる違和感を抑制できる。

本発明の好ましい態様としては、前記制御装置は、撮像したオリジナルフレームと同一の複製フレームを前記オリジナルフレームの後に挿入して、モニターに出力するフレーム数を前記規定フレーム数に調節することが望ましい。

上記構成により、本発明の耐放射線撮像装置を用いれば、耐放射線撮像装置から出力される映像を、規定フレーム数に対応したモニターに表示させることができる。

本発明の好ましい態様としては、前記ＣＭＯＳイメージセンサーが取り付けられて、レンズに近づく方向及び前記レンズから遠ざかる方向に前記ＣＭＯＳイメージセンサーを移動させるムービングコイルモーターを備えることが望ましい。以下、レンズに近づく方向及び前記レンズから遠ざかる方向を軸方向という。

ＣＭＯＳイメージセンサーは、撮像管よりも質量が小さく、大きさも小さい。よって、本発明の耐放射線撮像装置は、従来のカメラよりも軽量化されると共に、大きさが低減される。さらに、ＣＭＯＳイメージセンサーの質量が、撮像管の質量よりも小さいため、イメージセンサーを軸方向に移動させるための構成に、ムービングコイルモーターを用いることができる。

ムービングコイルモーターは、従来のカメラの構成である電動モーターと歯車との組み合わせよりも小型である。よって、本発明の耐放射線撮像装置は、従来のカメラよりもさらに軽量化される。

また、本発明の耐放射線撮像装置は、ムービングコイルモーターがＣＭＯＳイメージセンサーを移動させる速度が、電動モーターと歯車との組み合わせが撮像管を移動させる速度よりも速い。よって、本発明の耐放射線撮像装置は、従来よりもフォーカスの調節に要する時間が低減される。

なお、上記構成の耐放射線撮像装置の具体的な構成の一例は、ムービングコイルにＣＭＯＳイメージセンサーが取り付けられてムービングコイルが軸方向に移動し、ヨークがケーシングに固定される構成である。

本発明の好ましい態様としては、前記ムービングコイルモーターは、磁力を発生させると共にケーシングに固定されるヨークと、前記ＣＭＯＳイメージセンサーが取り付けられて、軸方向に移動できるように支持されるムービングコイルと、を含んで構成され、前記制御装置は、前記ムービングコイルに供給する電流の大きさを調節して前記ムービングコイルが発生する磁力を変化させることで、前記ムービングコイルと前記ヨークとの距離を変化させて、前記ＣＭＯＳイメージセンサーと前記レンズとの距離を変化させることが望ましい。

上記構成は、ムービングコイルモーターの具体的な構成の一例である。上記構成により、本発明の耐放射線撮像装置は、前記ムービングコイルモーターを用いてフォーカスを従来よりも迅速に調節できる。

本発明の好ましい態様としては、前記ムービングコイルは、可撓部材によって支持され、前記可撓部材は、一部分が前記ケーシングに連結され、前記一部分から離れた部分に前記ムービングコイルが取り付けられ、軸方向に撓むことで、前記ムービングコイルが取り付けられる部分が、軸方向に移動することが望ましい。

上記構成により、本発明の耐放射線撮像装置は、互いに摺動し合う摺動部分が形成されない。これにより、本発明の耐放射線撮像装置は、部品の摩耗が抑制される。よって、本発明の耐放射線撮像装置は、耐久性の低下が抑制される。

本発明は、照明が不足した環境で撮像した際に生じる映像の明るさの不足分を補うことができる。

図１は、実施形態１の耐放射線撮像装置を示す構成図である。 図２は、ムービングコイルモーターを示す斜視図である。 図３は、本体が撮像する映像の明るさが調節される様子を示す説明図である。 図４は、実施形態２の本体が撮像する映像の明るさが調節される様子を示す説明図である。 図５は、実施形態３の耐放射線撮像装置をケーシングの中心軸を含む平面で切って示す断面図である。

以下に、本発明にかかる耐放射線撮像装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施形態１）
図１は、実施形態１の耐放射線撮像装置を示す構成図である。図１では、本体１００をケーシング１１０の中心軸を含む平面で切って示す。図１に示す耐放射線撮像装置１は、本体１００と、本体１００を制御する制御装置１９０とを含んで構成される。本体１００は、耐放射線性能を有する耐放射線撮像装置であって、例えば、原子力発電プラントで用いられる。本体１００は、被写体を撮像して、本体１００と接続されるモニターや録画装置に動画映像を送る装置である。

本体１００は、ケーシング１１０と、レンズカバー１１１と、後蓋１１２とを含んで構成される。ケーシング１１０は、例えば、側部が円柱状の筒である。レンズカバー１１１は、透明な部材であって、例えば、石英ガラスである。レンズカバー１１１は、ケーシング１１０の一方の端部に取り付けられる。

後蓋１１２は、ケーシング１１０の他方の端部に取り付けられている。本体１００は、ケーシング１１０と、レンズカバー１１１と、後蓋１１２とに囲まれる空間に、以下に説明する主要部が収納される。

本体１００は、レンズカバー１１１から後蓋１１２に向かって順に、レンズ１２０と、ＣＭＯＳイメージセンサー１３０と、ムービングコイルモーター１４０とが配置される。レンズ１２０は、レンズカバー１１１を介して入力された光を屈折させて、前記光を収束させる。レンズ１２０は、例えば、ケーシング１１０の内周面に形成される係合部に嵌め込まれてケーシング１１０内に固定される。

ＣＭＯＳイメージセンサー１３０は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を含んで構成される固体撮像素子である。ＣＭＯＳイメージセンサー１３０には、レンズ１２０で収束された光が入力される。ＣＭＯＳイメージセンサー１３０は、一度に一画面全体のイメージを光電変換できる。ＣＭＯＳイメージセンサー１３０は、例えばボルトによって、台座部材１３１に着脱できるように取り付けられる。

ムービングコイルモーター１４０は、レンズ１２０に近づく方向及びレンズ１２０から遠ざかる方向にＣＭＯＳイメージセンサー１３０を移動させて、レンズ１２０とＣＭＯＳイメージセンサー１３０との距離を変化させる装置である。以下、レンズ１２０に近づく方向及びレンズ１２０から遠ざかる方向を軸方向という。つまり、ムービングコイルモーター１４０は、本体１００のフォーカスを調節する機能を実現する装置である。

図２は、ムービングコイルモーターを示す斜視図である。図１及び図２に示すように、ムービングコイルモーター１４０は、ヨーク１４１と、ムービングコイル１４２とを含んで構成される。ヨーク１４１は、磁力を常に発生させる。ヨーク１４１は、例えば、円柱状の永久磁石である。

ヨーク１４１は、図１に示すケーシング１１０の中心軸が交差する２つの面のうちの一方の面がＮ極であって、他方の面がＳ極となる。ヨーク１４１は、ケーシング１１０に嵌め込まれてケーシング１１０内に固定される。これにより、ヨーク１４１は、軸方向には動かない。

ムービングコイル１４２は、電流が供給されると磁力を発生させる。ここで、供給される電流が大きくなるほど、ムービングコイル１４２が発生させる磁力も大きくなる。また、ムービングコイル１４２は、供給される電流の向きが切り替えられると、磁力の向きも変化する。ムービングコイル１４２は、例えば、図２に示すように、筒部１４２ａと、端面１４２ｂとを含んで構成される。

ここで、図２では、説明のためにムービングコイル１４２の一部を欠いて示すが、この切り欠きは実際には形成されない。筒部１４２ａは、筒状部材の側周部にコイルが巻かれることによって構成される。端面１４２ｂは、筒部１４２ａの両端部のうち、片方の端部に形成される。

ヨーク１４１には、筒部１４２ａの形状に合わせた形状の溝１４１ａが形成される。溝１４１ａは、図１に示すように、ヨーク１４１の端面からムービングコイル１４２から離れる方向に凹んで形成される溝である。

ムービングコイル１４２の筒部１４２ａは、ヨーク１４１の溝１４１ａに収納されて配置される。但し、ムービングコイル１４２は、筒部１４２ａが溝１４１ａに接触しないように支持される。以下に、ムービングコイル１４２をヨーク１４１と非接触に支持するための構成を説明する。

本体１００は、図１に示すように、棒状部材１５０と、往復運動軸受１５１とを含んで構成される。棒状部材１５０には、第１オネジ部１５０ａと第２オネジ部１５０ｂとが形成される。第１オネジ部１５０ａは、棒状部材１５０の両端部のうちレンズ１２０側の端部側に形成される。第２オネジ部１５０ｂは、棒状部材１５０の両端部のうち後蓋１１２側の端部側に形成される。

第１オネジ部１５０ａ及び第２オネジ部１５０ｂ以外の棒状部材１５０の部分は、円柱状に形成される。また、棒状部材１５０は、工具装着部１５０ｃがレンズ１２０側の棒状部材１５０の端部に形成される。工具装着部１５０ｃは、例えば、六角形に形成されて、円柱部分よりも径方向に張り出して形成される。以上により、棒状部材１５０は、軸方向の一部分にオネジが形成されるボルトに形成される。

棒状部材１５０は、図１に示す台座側貫通孔１３１ｃと、図２に示すコイル側貫通孔１４２ｃと、ヨーク側貫通孔１４１ｃとを貫通して設けられる。台座側貫通孔１３１ｃは、台座部材１３１の例えば径方向中央に形成される孔であって、台座部材１３１を軸方向に貫通する孔である。台座側貫通孔１３１ｃの内周面には、第１オネジ部１５０ａと螺合するメネジが形成される。

コイル側貫通孔１４２ｃは、ムービングコイル１４２の端面１４２ｂの例えば径方向中央に形成される孔であって、端面１４２ｂを軸方向に貫通する孔である。コイル側貫通孔１４２ｃの内周面には、第１オネジ部１５０ａと螺合するメネジが形成される。

ヨーク側貫通孔１４１ｃは、ヨーク１４１の例えば径方向中央に形成される孔であって、ヨーク１４１を軸方向に貫通する孔である。ヨーク側貫通孔１４１ｃの内周面には、メネジは形成されない。また、ヨーク側貫通孔１４１ｃの径は、棒状部材１５０の径よりも大きい。

本体１００は、往復運動軸受１５１がヨーク１４１に固定される。往復運動軸受１５１は、棒状部材１５０を軸方向に移動できるように棒状部材１５０を支持する。ヨーク側貫通孔１４１ｃは、一部が径方向に膨らんで形成される。往復運動軸受１５１は、この径方向に膨らんだヨーク側貫通孔１４１ｃの一部に嵌め込まれて固定されている。

図１に示すように、棒状部材１５０は、台座側貫通孔１３１ｃ及びコイル側貫通孔１４２ｃに形成されるメネジに、第１オネジ部１５０ａがねじ込まれる。これにより、台座部材１３１及びムービングコイル１４２は、棒状部材１５０に固定される。ここで、台座部材１３１は、棒状部材１５０によってムービングコイル１４２に取り付けられることとなる。

また、棒状部材１５０は、ヨーク側貫通孔１４１ｃに挿入されて、往復運動軸受１５１によって支持される。これにより、ムービングコイル１４２は、筒部１４２ａが溝１４１ａと非接触の状態で支持される。このとき、ＣＭＯＳイメージセンサー１３０と台座部材１３１とムービングコイル１４２とは、一体に棒状部材１５０と往復運動軸受１５１とによって支持されており、軸方向に棒状部材１５０と共に移動する。

本体１００は、ムービングコイル１４２へ電流が供給されていない際に、ＣＭＯＳイメージセンサー１３０の軸方向の位置決めをするための構成として、図１に示すスプリング受部材１６０と、第１受部材１７１と、第２受部材１７２と、第１スプリング１６１と、第２スプリング１６２とを含んで構成される。スプリング受部材１６０は、軸方向にスプリング受部材１６０を貫通する孔の内周面にメネジが形成される。

スプリング受部材１６０は、第２オネジ部１５０ｂが前記メネジにねじ込まれて棒状部材１５０に固定される。なお、第２オネジ部１５０ｂの軸方向の長さは、スプリング受部材１６０の軸方向の長さよりも長く形成されると好ましい。これにより、スプリング受部材１６０を回転することによって、スプリング受部材１６０の軸方向の位置を調節できる。

第１受部材１７１及び第２受部材１７２は、ムービングコイルモーター１４０よりも後蓋１１２側に、例えばケーシング１１０に嵌め込まれてケーシング１１０に固定される。第１受部材１７１は、第２受部材１７２よりもムービングコイルモーター１４０側に配置される。

なお、第１受部材１７１及び第２受部材１７２は、例えば、ケーシング１１０の内周面に形成されるケーシング側段差部１１１ａに係合される。ケーシング側段差部１１１ａの内径は、第１受部材１７１及び第２受部材１７２の外径よりも小さく形成される。これにより、第１受部材１７１及び第２受部材１７２は、軸方向に移動しないように位置決めされる。

第１受部材１７１には、第１受部材側貫通孔１７１ｃが形成される。第１受部材側貫通孔１７１ｃは、第１受部材１７１を軸方向に貫通する孔である。第１受部材側貫通孔１７１ｃは、棒状部材１５０の径よりも大きく形成される。これにより、第１受部材側貫通孔１７１ｃは、棒状部材１５０の側周部とは接触しない。

第１スプリング１６１及び第２スプリング１６２は、棒状部材１５０の側周部に巻きつくように設けられる。第１スプリング１６１は、スプリング受部材１６０を境に、ムービングコイルモーター１４０側に配置される。また、第２スプリング１６２は、スプリング受部材１６０を境に、後蓋１１２側に配置される。

第１スプリング１６１は、スプリング受部材１６０と第１受部材１７１との間でバネ力を発生する。これにより、第１スプリング１６１は、スプリング受部材１６０を後蓋１１２側に押す。第２スプリング１６２は、スプリング受部材１６０と第２受部材１７２との間でバネ力を発生する。これにより、第２スプリング１６２は、スプリング受部材１６０をムービングコイルモーター１４０側に押す。

これにより、ムービングコイルモーター１４０の出力が０のとき、第１スプリング１６１がスプリング受部材１６０を後蓋１１２側に押す力と、第２スプリング１６２がスプリング受部材１６０をムービングコイルモーター１４０側に押す力とがつり合う位置で、ＣＭＯＳイメージセンサー１３０の軸方向の位置決めがされる。

ここで、スプリング受部材１６０と、第１受部材１７１と、第２受部材１７２とは、ＣＭＯＳイメージセンサー１３０の軸方向の移動を所定の範囲で規制する機能も実現する。以下にそのための構成を説明する。第１受部材１７１と第２受部材１７２との境界には、第１段差部１７１ａが形成される。また、第２受部材１７２には、スプリング受部材１６０と径方向で対向する面に第２段差部１７２ａが形成される。

第１段差部１７１ａ及び第２段差部１７２ａの内径は、スプリング受部材１６０の外径よりも小さく形成される。これにより、スプリング受部材１６０は、ムービングコイルモーター１４０側に移動すると第１段差部１７１ａに干渉する。また、スプリング受部材１６０は、後蓋１１２側に移動すると第２段差部１７２ａに干渉する。

以上により、第１受部材１７１及び第２受部材１７２は、スプリング受部材１６０の軸方向の移動を規制する。よって、第１受部材１７１及び第２受部材１７２は、スプリング受部材１６０と共に軸方向に移動する棒状部材１５０の軸方向の移動を規制できる。結果として、第１受部材１７１と第２受部材１７２とスプリング受部材１６０とは、棒状部材１５０と共に軸方向に移動するＣＭＯＳイメージセンサー１３０の軸方向の移動を規制できる。

以上が本体１００の構成である。なお、本体１００は、例えば、ヨーク１４１がムービングコイル１４２よりもレンズ１２０側に配置され、ヨーク１４１にＣＭＯＳイメージセンサー１３０が取り付けられてもよい。この場合、本体１００は、ムービングコイル１４２がケーシング１１０に固定されて、棒状部材１５０にヨーク１４１が取り付けられる。これにより、ＣＭＯＳイメージセンサー１３０は、ヨーク１４１と共に軸方向に移動する。

ここで、本体１００は、制御装置１９０によって露光時間とフォーカスとが調整される。制御装置１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１３０と電気的に接続される。制御装置１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１３０が出力した電荷を一時的に溜めるＣＭＯＳ内光電素子から前記電荷を取得する。

また、制御装置１９０は、ＣＭＯＳイメージセンサー１３０から入力された電荷であって、ＣＭＯＳ内光電素子に蓄えられている電荷を放電させる。これにより、制御装置１９０は、本体１００の露光時間を調節する。

また、制御装置１９０は、ムービングコイルモーター１４０と電気的に接続されて、ムービングコイルモーター１４０に供給する電流を調節する。これにより、制御装置１９０は、ムービングコイル１４２の軸方向の移動量を調節する。また、制御装置１９０は、ムービングコイルモーター１４０に供給する電流の向きを切り替える。これにより、制御装置１９０は、ムービングコイル１４２の移動方向を切り替える。

なお、耐放射線撮像装置１は、制御装置１９０がムービングコイルモーター１４０に電流を直接供給する構成であるが、例えば、ムービングコイルモーター１４０に電流を直接供給する電源装置を制御装置１９０が制御してもよい。この場合、制御装置１９０は、前記電源装置を制御することによって、ムービングコイルモーター１４０に供給する電流の大きさを調節すると共に、ムービングコイルモーター１４０に供給する電流の向きを切り替える。

このようにして、制御装置１９０は、ムービングコイル１４２と共に軸方向に移動するＣＭＯＳイメージセンサー１３０の軸方向の位置を変化させる。これにより、制御装置１９０は、本体１００のフォーカスを調節する。

ここで、本体１００は、耐放射線のＣＭＯＳイメージセンサー１３０と、ムービングコイルモーター１４０とを含んで構成される点に特徴がある。従来のカメラは、撮像管と、電動モーターとを含んで構成される。ここで、撮像管は、ＣＭＯＳイメージセンサー１３０よりも質量が大きく、ムービングコイルモーター１４０では、軸方向に移動させることができない。

よって、従来のカメラは、ムービングコイルモーター１４０よりも出力が大きい電動モーターの回転力を、歯車によって軸方向の力に変換して、この軸方向の力を撮像管に与えることにより撮像管を移動させている。

よって、従来のカメラは、電動モーターの回転力を軸方向の力に変換するための歯車が必要となり、装置の小型化が困難である。しかしながら、本体１００は、ムービングコイルモーター１４０を備えるため、回転力を軸方向の力に変換するための構成を必要としない。よって、本体１００は、従来のカメラよりもサイズが小さく形成される。

また、ＣＭＯＳイメージセンサー１３０の質量は、撮像管の質量よりも圧倒的に小さい。よって、本体１００は、従来のカメラよりも軽量化される。また、従来のカメラは、本体１００よりもフォーカスの調整に要する時間が長い。これは、撮像管の質量がＣＭＯＳイメージセンサー１３０の質量よりも大きいためである。

本体１００は、撮像管よりも質量が小さいＣＭＯＳイメージセンサー１３０を備える。よって、本体１００は、従来のカメラよりもフォーカスの調節に要する時間が圧倒的に短くなる。なお、従来のカメラがフォーカスの調節に要する時間は、およそ３０秒であるのに対し、本体１００のフォーカスの調節に要する時間は、およそ１秒程度である。

原子力発電プラントでは、フォーカスの調整に要する時間の低減は、重要な課題の一つである。フォーカスの調整に要する時間が低減されれば、被写体の撮像時間も短くなる。これにより、本体１００を用いれば、フォーカスを調整する間に放射線にさらされる時間を低減できる。

ここで、本実施形態の耐放射線撮像装置１は、本体１００が撮像する映像の明るさを調節するための構成にも特徴がある。以下に、本体１００が撮像する映像の明るさを調節するための構成を説明する。

図３は、本体が撮像する映像の明るさが調節される様子を示す説明図である。図３の縦軸は、前記ＣＭＯＳ内光電素子に蓄えられている電荷量を示し、横軸は時間の経過を示す。なお、前記電荷量が大きくなるほど、本体１００が撮像する映像の明るさが明るくなる。

ここで、映像信号には、ＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）とＰＡＬ（Ｐｈａｓｅ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｌｉｎｅ）という規格がある。映像を表示するモニターや、被写体を撮像する本体は、このＮＴＳＣやＰＡＬの規格に合わせて構成されている。ＮＴＳＣの場合、映像信号には、単位時間に３０枚のフレームが含まれる。また、ＰＡＬの場合、映像信号には、単位時間に２５枚のフレームが含まれる。

以下、上述の各規格によって定められる値であって、ＣＭＯＳが単位時間内に撮像するフレーム数を規定フレーム数という。また、本体１００が単位時間内に規定フレーム数のフレームを撮像するために、１枚のフレームにあてられる時間を規定時間という。なお、日本の場合、ＮＴＳＣの規格を採用している。よって、日本の場合、規定フレーム数は、３０枚であって、規定時間は、１／３０秒である。

ここで、本体１００は、電子シャッターによって、映像の明るさを調節する。電子シャッターとは、実際にシャッターを制御することによって露光時間を調節するのではなく、ＣＭＯＳ内光電素子に電荷を蓄える時間を調節することにより仮想的に露光時間を調節する技術をいう。

図３で、ＣＭＯＳ内光電素子に電荷が溜まり始めて、制御装置１９０がＣＭＯＳ内光電素子から電荷を取得し終えるまでの期間を期間Ａ〜期間Ｆとする。各期間は、ＣＭＯＳ内光電素子から放電させて破棄される電荷を溜められる時間と、その後に制御装置１９０がＣＭＯＳ内光電素子から取得する電荷が溜められる時間とが含まれる。以下、制御装置１９０がＣＭＯＳ内光電素子から取得する電荷が溜められる時間を露光時間という。

図３に示すように、制御装置１９０は、まず、ＣＭＯＳ内光電素子に蓄えられている電荷を一度放電させて破棄する。その後に、制御装置１９０は、ＣＭＯＳ内光電素子に溜められている電荷を取得する。このようにして、制御装置１９０は、前記電荷を放電させる時期を調節することによって、ＣＭＯＳ内光電素子から取得する電荷量を調節する。図３に白抜きで示す部分がＣＭＯＳ内光電素子から放電させて破棄する電荷であり、斜線で示す部分がＣＭＯＳ内光電素子から取得する電荷である。

なお、期間Ｄ及び期間Ｆでは、制御装置１９０は、ＣＭＯＳ内光電素子に溜められている電荷を放電しない。この場合、期間Ｄ及び期間Ｆは、ＣＭＯＳ内光電素子から放電させて破棄される電荷を溜められる時間が０となり、それ以外の時間が露光時間となる。

期間Ａ〜期間Ｆの各期間での露光時間を露光時間ａ〜露光時間ｆとする。露光時間ａ〜露光時間ｆの関係は、露光時間ａ＜露光時間ｂ＜露光時間ｃ＜露光時間ｄ＜露光時間ｅ＜露光時間ｆである。

期間Ａ〜期間Ｄの各期間での経過時間は、規定時間と等しい。期間Ａでは、期間の後半にＣＭＯＳ内光電素子から電荷を放電させているため、露光時間ａは、露光時間ａ〜露光時間ｆの中で最も短い。よって、期間Ａで制御装置１９０がＣＭＯＳ内光電素子から取得する電荷量は、期間Ａ〜期間Ｆの中では最も少ない。

期間Ｂ及び期間Ｃでは、制御装置１９０は、ＣＭＯＳ内光電素子に溜まっている電荷を放電させる時期を、次第に各期間の前半に移動させている。これにより、各期間での露光時間は次第に長くなる。ここで、期間Ｄでは、制御装置１９０は、ＣＭＯＳ内光電素子に溜まっている電荷を放電させずに、期間ＤでＣＭＯＳ内光電素子に溜まった電荷をすべて取得している。よって、期間Ｄで制御装置１９０が取得した電荷量は、規定時間内に取得できる電荷量の最大値となる。

つまり、本体１００が単位時間に規定フレーム数のフレームを撮像した場合、期間Ｄで撮像した映像が最も明るい映像となる。しかしながら、原子力発電プラントで耐放射線撮像装置を用いる場合、十分な照明が当てられない環境での撮像が多く、照明が不十分となることが多い。よって、場合によっては、期間Ｄの映像の明るさでも、明るさが不足することがある。

そこで、耐放射線撮像装置１は、期間Ｅ及び期間Ｆのように、ＣＭＯＳ内光電素子に電荷が溜まり始めてから、制御装置１９０がＣＭＯＳ内光電素子から電荷を取得するまでの時間を規定時間以上に延長する。これにより、露光時間ｅ及び露光時間ｆのように、耐放射線撮像装置１は、規定時間以上の露光時間を確保できる。

期間Ｅ及び期間Ｆの時間の長さは、例えば、規定時間の２倍である。これにより、本体１００が単位時間内に撮像するフレーム数は、規定フレーム数の１／２となる。期間Ｅでは、制御装置１９０は、ＣＭＯＳ内光電素子に溜まっている電荷を放電させることで、露光時間ｅを調節する。また、期間Ｆでは、制御装置１９０は、ＣＭＯＳ内光電素子に溜まっている電荷を放電させずに、期間ＦでＣＭＯＳ内光電素子に溜まった電荷をすべて取得している。よって、期間Ｆで制御装置１９０が取得した電荷量は、規定時間の２倍の時間内に取得できる電荷量の最大値となる。

この場合、制御装置１９０は、期間Ｅ及び期間Ｆで取得したオリジナルフレームと同じフレームである複製フレームを作成する。そして、制御装置１９０は、オリジナルフレームの直後に、複製フレームを挿入してモニターに映像信号を出力する。

これにより、モニターに表示される期間Ｅ及び期間Ｆの映像は、期間Ａ〜期間Ｄの映像に比べて、コマ落ちした映像となる。しかしながら、原子力発電プラントでの被写体は、静止している構造物がほとんどである。よって、期間Ｅ及び期間Ｆの映像でも、十分に実用に足る映像となる。

このように、耐放射線撮像装置１は、単位時間内に撮像するフレーム数を規定フレーム数以下にして、１枚のフレームあたりの露光時間を規定時間以上に延長する。これにより、耐放射線撮像装置１は、従来のカメラでは撮像できなかった暗所でも、被写体を撮像できる。

ここで、期間Ｆの映像でも明るさが不足する場合は、制御装置１９０は、単位時間内に撮像するフレーム数を規定フレーム数の１／３として、１枚のフレームあたりの露光時間を規定時間の３倍まで延長する。これにより、本体１００は、期間Ｆで撮像した映像よりもさらに明るい映像を撮像できる。

この場合、制御装置１９０は、この期間で取得したオリジナルフレームの複製フレームを２枚作成する。そして、制御装置１９０は、オリジナルフレームの直後に、２枚の複製フレームを挿入してモニターに映像信号を出力する。

このように、制御装置１９０は、規定フレーム数を整数Ｘで除算した値を単位時間内に撮像するフレーム数として、１枚のフレームあたりの露光時間を延長する。制御装置１９０は、この期間で取得したオリジナルフレームの複製フレームをＸ−１枚作成する。

そして、制御装置１９０は、オリジナルフレームの直後に、Ｘ−１枚の複製フレームを挿入してモニターに映像信号を出力する。これにより、耐放射線撮像装置１は、ＮＴＳＣやＰＡＬの規格に準じたモニターに、従来よりも明るい映像を表示できる。

ここで、制御装置１９０には、露光時間を調節するための操作部１９１が設けられる。操作部１９１は、露光時間を連続的に変化させるための設定装置である。なお、操作部１９１は、例えば、回転されることで露光時間を変化させる回転式のボリュームや、スライドされることで露光時間を変化させるスライド式のツマミである。作業員は、操作部１９１を操作することにより、露光時間を連続的に変化させて調節する。

このように、作業員は、操作部１９１を操作することにより、本体１００が撮像する映像の明るさを調節する。以下、操作部１９１を操作することによって作業員が設定した露光時間を設定時間という。つまり、操作部１９１は、設定時間を連続的に変化させるためのボリュームである。

制御装置１９０は、設定時間が規定時間以下であれば、単位時間内に撮像するフレーム数を規定フレーム数にして、ＣＭＯＳ内光電素子に溜まっている電荷を放電する時期を調節することで露光時間を調節する。

制御装置１９０は、設定時間が規定時間よりも長い場合は、単位時間内に撮像するフレーム数を規定フレーム数よりも少なくして、前記露光時間を前記規定時間以上に延長すると共に、ＣＭＯＳ内光電素子に溜まっている電荷を放電する時期を調節することで露光時間を調節する。

このように、構成されることにより、制御装置１９０は、作業員が制御装置１９０のボリュームを操作して徐々に設定時間を増大させていくと、設定時間が規定時間よりも長くなった瞬間に、単位時間内に撮像するフレーム数を規定フレーム数よりも少なく設定する。これにより、制御装置１９０は、設定時間が規定時間よりも長くなる時期の前後で、連続的に露光時間を変化させることができる。

以上により、制御装置１９０は、作業員がボリュームを徐々に操作している際に、設定時間が規定時間よりも長くなる前後で、映像の明るさが急に変化するおそれを抑制できる。これにより、制御装置１９０は、作業員が制御装置１９０のボリュームを操作する際に感じる違和感を抑制できる。

（実施形態２）
図４は、実施形態２の本体が撮像する映像の明るさが調節される様子を示す説明図である。ここで、数あるモニターの中には、入力される映像信号の単位時間に含まれるフレーム数の変化に追従して、単位時間に表示するフレーム数が変化するモニターがある。このようなモニターを用いる場合、耐放射線撮像装置１は、規定フレーム数を整数で除算した値を単位時間内に撮像するフレーム数とする構成に限定されない。

図４の期間Ｇ及び期間Ｈの長さは、規定時間の整数倍に限定されず、例えば、小数倍でもよい。ここで、期間Ｇの長さは、規定時間の小数ｘ倍である。また、期間Ｈの長さは、規定時間の小数ｙ倍である。図４に示す小数ｘ及び小数ｙは、１＜小数ｘ＜小数ｙを満たす。

ここで、期間Ｇ及び期間Ｈでは、制御装置１９０は、ＣＭＯＳ内光電素子に溜まった電荷を放電していない。制御装置１９０は、小数ｘ及び小数ｙの値を調節することにより、露光時間を調節するため、ＣＭＯＳ内光電素子に溜まった電荷を放電する必要がない。また、実施形態２の制御装置１９０は、モニターが映像信号に含まれるフレーム数に追従して、単位時間に表示するフレーム数が変化するため、オリジナルフレームの直後に複製フレームを挿入する必要もない。

以上により、実施形態２の耐放射線撮像装置は、放電されて破棄される電荷が溜められる時間が省かれる分、設定時間が規定時間よりも長い場合に１枚のフレームを撮像するために要する時間が実施形態１の耐放射線撮像装置よりも短くなる。

これにより、実施形態２の耐放射線撮像装置は、単位時間に撮像できるフレーム数が増える。よって、実施形態２の耐放射線撮像装置は、実施形態１の耐放射線撮像装置よりも、設定時間が規定時間よりも長い場合に生じるコマ落ちを抑制できる。

（実施形態３）
図５は、実施形態３の耐放射線撮像装置をケーシングの中心軸を含む平面で切って示す断面図である。図５に示す実施形態３の本体３００は、図１に示す実施形態１の本体１００とは異なる構成で、ムービングコイル１４２及びＣＭＯＳイメージセンサー１３０を支持する。以下に本体３００の構成を説明する。

本体３００は、可撓部材３４０と、ボルト３５０とを含んで構成される。可撓部材３４０は、例えば、金属の薄板の円盤部材である。可撓部材３４０は、可撓部材３４０の厚み方向が軸方向と一致するように、ケーシング１１０内に設けられる。

可撓部材３４０は、一部分がケーシング１１０に固定され、前記一部分から離れた部分にＣＭＯＳイメージセンサー１３０とムービングコイル３４２とが取り付けられる。具体的には、可撓部材３４０は、例えば、ケーシング１１０の内周面に形成される溝に径方向外側の端部がはめ込まれることによってケーシング１１０に固定される。可撓部材３４０は、軸方向に撓むことによって、可撓部材３４０の径方向中央部が軸方向に移動する。

可撓部材３４０は、台座部材３３１とムービングコイル３４２との間に配置される。本体３００は、台座部材３３１と可撓部材３４０との間、及び、可撓部材３４０とムービングコイル３４２との間に、隙間が形成される。前記隙間は、可撓部材３４０が撓んで可撓部材３４０の径方向中央部が軸方向に移動する際に必要な隙間である。

台座部材３３１と、可撓部材３４０と、ムービングコイル３４２とは、ボルト３５０によって互いに固定される。具体的には、本体３００は、台座部材３３１の径方向中央部に台座側貫通孔３３１ｃが形成される。また、本体３００は、可撓部材３４０の径方向中央部に可撓部材側貫通孔３４０ｃが形成される。また、本体３００は、ムービングコイル３４２の径方向中央部にコイル側貫通孔３４２ｃが形成される。

台座側貫通孔３３１ｃの内周面と、可撓部材側貫通孔３４０ｃの内周面と、コイル側貫通孔３４２ｃの内周面には、ボルト３５０のオネジが螺合するメネジが形成される。本体３００は、ボルト３５０が、レンズ１２０側から後蓋１１２側に向かって順に、台座側貫通孔３３１ｃと可撓部材側貫通孔３４０ｃとコイル側貫通孔３４２ｃとにねじ込まれることによって、台座部材３３１と可撓部材３４０とムービングコイル３４２とが互いに固定される。

ここで、可撓部材３４０は、上述のようにケーシング１１０に固定されている。よって、台座部材３３１及びＣＭＯＳイメージセンサー１３０と、ムービングコイル３４２とは、可撓部材３４０によって、ケーシング１１０内に支持される。

さらに、可撓部材３４０が軸方向に撓むことによって、可撓部材３４０の径方向中央部は軸方向に移動する。よって、可撓部材３４０の径方向中央部にボルト３５０によって固定される台座部材３３１及びムービングコイル３４２も、軸方向に移動できる。結果として、本体３００は、可撓部材３４０によって、ＣＭＯＳイメージセンサー１３０及びムービングコイル３４２を軸方向に移動できるように支持できる。

ここで、本体３００には、ＣＭＯＳイメージセンサー１３０及びムービングコイル３４２が軸方向に移動する際に摺動する摺動部分が形成されない。前記摺動部分とは、例えば、図１に示す棒状部材１５０と往復運動軸受１５１との摺動部分である。前記摺動部分では、部品の摩耗が生じる。しかしながら、本体３００は、前記摺動部分が形成されないため、摺動による部品の摩耗がない。このように、本体３００は、部品の耐久性の低下を抑制できる。

また、ムービングコイル３４２に電流が供給されていない際、可撓部材３４０は、軸方向に撓まない。よって、本体３００は、ムービングコイル３４２への電流の供給が遮断されると、ムービングコイル３４２及びＣＭＯＳイメージセンサー１３０が所定の位置に戻る。

これにより、本体３００は、図１に示す、第１スプリング１６１及び第２スプリング１６２や、第１受部材１７１及び第２受部材１７２が備えられなくても、ムービングコイル３４２及びＣＭＯＳイメージセンサー１３０の軸方向の位置決めができる。

よって、本体３００は、第１スプリング１６１及び第２スプリング１６２や、第１受部材１７１及び第２受部材１７２が省かれる分、ケーシング１１０の軸方向の長さが低減される。また、本体３００は、第１スプリング１６１及び第２スプリング１６２や、第１受部材１７１及び第２受部材１７２、スプリング受部材１６０が省かれる分、必要な部品点数が低減される。

ここで、可撓部材３４０の径方向の大きさが低減されると、可撓部材３４０の径方向中央部の移動量の確保が難しくなる。そこで、薄板の円盤部材では、可撓部材３４０の径方向中央部の移動量が不足するおそれがある場合、可撓部材３４０は、蛇腹を含んで形成されてもよい。

この場合、蛇腹の一方の端部がケーシング１１０に固定され、蛇腹の他方の端部にムービングコイル３４２及び台座部材３３１が固定される。これにより、本体３００は、蛇腹を含んで構成される可撓部材３４０によって、ＣＭＯＳイメージセンサー１３０及びムービングコイル３４２が、軸方向に移動できるようにケーシング１１０内に支持される。

以上のように、耐放射線撮像装置は、例えば、原子力発電プラントで用いられる耐放射線撮像装置に有用であり、照明が不足した環境で撮像した際に生じる映像の明るさの不足分を補うことに適している。

１ 耐放射線撮像装置
１００ 本体
１１０ ケーシング
１１１ レンズカバー
１１１ａ ケーシング側段差部
１１２ 後蓋
１２０ レンズ
１３０ ＣＭＯＳイメージセンサー
１３１ 台座部材
１３１ｃ 台座側貫通孔
１４０ ムービングコイルモーター
１４１ ヨーク
１４１ａ 溝
１４１ｃ ヨーク側貫通孔
１４２ ムービングコイル
１４２ａ 筒部
１４２ｂ 端面
１４２ｃ コイル側貫通孔
１５０ 棒状部材
１５０ａ 第１オネジ部
１５０ｂ 第２オネジ部
１５０ｃ 工具装着部
１５１ 往復運動軸受
１６０ スプリング受部材
１６１ 第１スプリング
１６２ 第２スプリング
１７１ 第１受部材
１７１ａ 第１段差部
１７１ｃ 第１受部材側貫通孔
１７２ 第２受部材
１７２ａ 第２段差部
１９０ 制御装置
３００ 本体
３３１ 台座部材
３３１ｃ 台座側貫通孔
３４０ 可撓部材
３４０ｃ 可撓部材側貫通孔
３４２ ムービングコイル
３４２ｃ コイル側貫通孔
３５０ ボルト

Claims (8)

1. 耐放射線のＣＭＯＳイメージセンサーと、
   前記ＣＭＯＳイメージセンサーが単位時間内に撮像するフレーム数を規定フレーム数以下に調節して、１枚のフレームあたりの露光時間を規定時間以上に延長する制御装置と、
   を備えることを特徴とする耐放射線撮像装置。
2. 前記制御装置は、
   あらかじめ設定された露光時間である設定時間が、前記規定時間以下の場合は、ＣＭＯＳ内光電素子に蓄えられた電荷を放電させることで前記露光時間を前記設定時間に調節し、
   前記設定時間が前記規定時間よりも長い場合は、前記フレーム数を前記規定フレーム数よりも少なくして前記露光時間を前記規定時間以上に延長することを特徴とする請求項１に記載の耐放射線撮像装置。
3. 前記制御装置は、
   前記設定時間が前記規定時間よりも長い場合は、
   前記規定フレーム数を整数で除算した値に前記フレーム数を設定すると共に、
   前記ＣＭＯＳ内光電素子に蓄えられた電荷を放電させることで前記露光時間を前記設定時間に調節することを特徴とする請求項２に記載の耐放射線撮像装置。
4. 連続的に前記設定時間を変化させる操作部を備え、
   前記制御装置は、
   前記操作部が操作されることで設定された前記設定時間が前記規定時間以下の場合は、ＣＭＯＳ内光電素子に蓄えられた電荷を放電させることで前記露光時間を前記設定時間に調節し、
   前記操作部が操作されることで記設定時間が変化し、前記設定時間が前記規定時間よりも長くなると、
   前記単位時間内に撮像する前記フレーム数を前記規定フレーム数よりも少なく設定すると共に、
   前記ＣＭＯＳ内光電素子に蓄えられた電荷を放電させることで前記露光時間を前記設定時間に調節することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の耐放射線撮像装置。
5. 前記制御装置は、
   撮像したオリジナルフレームと同一の複製フレームを前記オリジナルフレームの後に挿入して、モニターに出力するフレーム数を前記規定フレーム数に調節することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の耐放射線撮像装置。
6. 前記ＣＭＯＳイメージセンサーが取り付けられて、レンズに近づく方向及び前記レンズから遠ざかる方向に前記ＣＭＯＳイメージセンサーを移動させるムービングコイルモーターを備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の耐放射線撮像装置。
7. 前記ムービングコイルモーターは、
   磁力を発生させると共にケーシングに固定されるヨークと、
   前記ＣＭＯＳイメージセンサーが取り付けられて、前記レンズに近づく方向及び前記レンズから遠ざかる方向に移動できるように支持されるムービングコイルと、
   を含んで構成され、
   前記制御装置は、
   前記ムービングコイルに供給する電流の大きさを調節して前記ムービングコイルが発生する磁力を変化させることで、前記ムービングコイルと前記ヨークとの距離を変化させて、前記ＣＭＯＳイメージセンサーと前記レンズとの距離を変化させることを特徴とする請求項６に記載の耐放射線撮像装置。
8. 前記ムービングコイルは、可撓部材によって支持され、
   前記可撓部材は、
   一部分が前記ケーシングに連結され、
   前記一部分から離れた部分に前記ムービングコイルが取り付けられ、
   前記レンズに近づく方向及び前記レンズから遠ざかる方向に撓むことで、前記ムービングコイルが取り付けられる部分が、前記レンズに近づく方向及び前記レンズから遠ざかる方向に移動することを特徴とする請求項７に記載の耐放射線撮像装置。

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