JPH10503334A - 強度の核放射線に曝された危険領域に位置する場を可視化する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 強度の核放射線に曝された危険領域（Ｈ）内に位置した場（１）を放射線から保護されたアクセス可能領域（Ａ）から観察する装置である。本装置は、観察すべき場の複数の位置の一連の像を危険領域内で形成するよう像を捕捉する手段（５，９，１３）と、危険領域内に入力側（３ａ）とアクセス可能領域に出力側（３ｂ）を備え、場の各位置の像を危険領域からアクセス可能領域まで伝える少なくとも１本の光伝送ファイバ（３）と、アクセス可能領域に位置した、場の像を処理する手段（１５）とを含む。本発明の装置は危険環境内を観察するように設計されている。

Description

【発明の詳細な説明】 強度の核放射線に曝された危険領域に位置する場を可視化する装置 説明 技術分野 本発明は強力な核放射線に曝された領域に位置する情景を可視化する装置に関 する。それは危険な環境、特に核分野における可視化の分野で用いられる。それ はまた、アクセスできない、および（または）遠隔な領域における、特に、その ような領域にアクセスすることが保守の上で問題となるような場合の観察に用い ることができる。従来の技 術 核分野において、特に、核材料を再処理したり、分解する場合、強力な核放射 線ガスの中に介在している危険領域に直接人間が介入することは不可能である。 さらに、そのような領域の情景を可視化すなわちディスプレイするために、一般 に、電子カメラチューブ（例えばビディコンチューブ）を具備した装置を用いる ことが知られている。何故なら、強力な核放射線の下では、既存の電子可視化装 置は過度に妨害され使用可能な像を供給することができないためである。このよ うに、使用される装置が露出される放射線は約１０から１００kGyのエネルギ線 量にも達しうる。しかしながら、例えば一般的な大衆向けカメラのような電子装 置は約１００Gy以上に耐えることのできない電荷転送素子（ＣＣＤ）のシリコン に検出器を有している。 そのようなエネルギ線量に露出された場合の強力な放射線に耐えることができ るものの、ビディコンカメラは極めて頻繁に交換する必要がある。従って、でき るだけ使用時間を長くできるように極めて高品質のチューブを選択することが標 準的な方法であるが、これも数十時間を越えることはできない。しかもそのよう なビディコンチューブは高価であり、そのようなチューブを用いた装置は極めて 高価という欠点を有する。 別の方法は低品質のビディコンチューブを用いることからなり、従って低コス トであるがより頻繁に交換する。この方法も、保守費用が高いため高価につくと いう欠点を有する。現在ではシリコン上で検出器モザイクによって構成された電 荷結合素子の開発が著しく増え、カムコーダや既存の電子カメラに用いられてい る。さらに、電子カメラチューブは空間分解能や速度に関する性能が常に改良さ れているシリコン技術装置と激しい競争にさらされている。この強力な競争によ りある種の電子カメラチューブは消滅し、需要が減少した結果製作費用がさらに 高くなっている。それらの製作は中期的には完全に停止する可能性がある。発明の説明 本発明の目的はこれらの欠点を排除することである。この目的に対して、本発 明は危険領域に位置した場を可視化する装置を提供し、該装置は部分的に危険領 域に、部分的にアクセス可能な領域に位置しており、危険領域に位置する要素の 方は強力な核放射線に抵抗しうるように選定されている。これらの要素は基本的 に、アクセス可能領域から制御される光学要素と機械要素である。 詳しくは、本発明は高度の核放射線に露出された危険領域内に位置した場を、 前記放射線から保護されたアクセス可能領域から観察する可視化装置に関する。 この装置は、 −危険領域において、観察すべき場の複数の点の一連の像を形成することのでき る形像手段と、 −入力面を危険領域において、出力面をアクセス可能領域において有し、危険領 域からの各点の像をアクセス可能領域へ確実に伝送する少なくとも１本の光伝送 ファイバと、 −アクセス可能領域に位置し、場の像を処理する手段とを含むことを特徴とする 。 前記形像手段は、観察すべき場の各点を連続して偏向することのできる偏向手 段と、前記偏向手段によって偏向されたこれらの点の各々を光伝送ファイバの入 力面上に集束させることのできる集束手段とを有する。 本発明によれば、偏向手段は、それぞれＸ軸およびＹ軸に沿って各像を偏向す るための少なくとも１個の第１のミラーと、１個の第２のミラーとを組み込んで いる。これらのミラーは各々検流装置によって起動するよう運動可能である。 本発明の一実施例によれば、像形成手段は前記ミラーの位置と運動性とをチェ ックするために各ミラーに付属した少なくとも１個の位置検出器を組み入れてい る。 各ミラーに付属した位置検出器は少なくとも１本の光ファイバにより各々のミ ラーに接続でき、この場合、検出器はアクセス可能領域に位置する。 本発明によれば、集束手段はＸ軸偏向およびＹ軸偏向像を光伝送ファイバの入 力面に向かって導くことのできる少なくとも１個の収束レンズを有する。 本発明の一実施例によれば、光ファイバは１０⁶Gyを上廻る放射線量に耐えう るシリカ芯ファイバである。 本発明の一実施例によれば、本発明の装置は入力面が像の平面において相互に 隣接し、観察すべき場のカラー像の再構成を確実に行うために出力において波長 がろ波される複数の光ファイバを内蔵している。図面の簡単な説明 単一の図は、本発明による、強力な核放射線下での可視化装置の好適実施例を 概略図示する。実施例の詳細説明 図は高度の核放射線に露出された危険領域８に位置した場１を遠隔で可視化、 すなわちディスプレイする装置を示す。本発明によれば、観察すべき場１はアク セス可能領域Ａ、すなわち核放射線に露出されていない領域から可視化できる。 本装置は、場１の各点の像を光ファイバ３の入力面上で連続して形成するため に、観察すべき場１を走査あるいは掃引することの可能な像形成手段を有する。 この光ファイバ３は、像が形成された危険領域Ｈからの各像をアクセス領域Ａま で伝送し、そこで前記像が処理される。 このように、偏向手段は観察すべき場１の点を光ファイバ３の入力面上に連続 して投影することができる。一方が急速に走査し、他方がゆっくりと走査する２ 個のミラー９および５をＸ軸およびＹ軸において同期化することによりビデオタ イプの走査が得られる。アクセス可能領域においてファイバから出てくる光線の 変調が結果的にビデオ信号に直接置換でき、ビデオ信号は前記ミラーの振動周波 数と、前記ミラーの位置検出器１２，８によって供給された情報と同期化しうる 。 詳しくは、像形成手段は危険領域Ｈにおいて偏向ミラー５，９を含む。図に示 す実施例によれば、２個の偏向ミラー、すなわち、Ｙ軸に沿って場１の像を偏向 するミラー５と、Ｘ軸に沿った場１の像を偏向するミラー９とがある。 前記ミラー５および９は研磨した金属プレートあるいは反射性の金属メッキで 被覆したガラスプレートで構成される。このように、そのようなミラーは放射線 に対して何ら特定の感応性はなく、そのため危険領域Ｈにおいても危険なく使用 できる。これらのミラー５および９の各々は、それぞれ支持棒６，１０によって 検流器オシレータ７および１１を付属させている。 各検流器オシレータ７または１１は巻線と、永久磁石と、場の線を閉鎖する軟 鉄とを有するが、これらの要素は判りやすくするために図には示していない。そ れらは、ジェネラル・スキャニング社（General Scanning Inc.）による「ドラ イバを備えたＭ３シリーズの光学スキャナ」（“Ｍ３ Series Optical Scanner with Driver”）および「可動磁気光学検流器スキャナ、新時代」（“Moving Ma gnet Optical Galvanometer Scanners，A New Generation”）という名称の営業 情報にも記載されている。 このような、検流器オシレータ７および１１は、各々一端が前記検流器オシレ ータ７，１１に固定され、他端がミラー５および９に固定されている支持棒６お よび１０を回転させることができる。このように、前記ミラー５および９はそれ ぞれ検流器オシレータ７および１１によって作動する。 支持棒６の周りで示す矢印の方向にミラー５が運動可能なため前記ミラー５に よって検出された場１の像をＹ軸方向に偏向できるようにする。 同様に、支持棒１０の周りで示す矢印の方向にミラー９が運動可能なため、ミ ラー５によりＹ軸方向に偏向され、ミラー９によって検出された像をＸ軸方向に 偏向できるようにする。 矢印を付した点線は、場１の像を表わす光線信号の、ミラー５に向かって、次 にミラー９に向かって、最終的に光ファイバ３の入力面３ａに向かう軌跡を指示 するために示されている。 このように、検流器オシレータは何ら機械的部材あるいは導電性部材（すなわ ち巻線）を有していないので、核放射線に対して特に感応しない。しかしながら 、コイルが時間や放射線とは関係なくコイルの全ての特性を確実に保持するよう に させるには、コイルの絶縁コーティング、特に巻線のコアに対してシリカやアル ミナのような無機質材料を使用することが好ましい。しかしながら、有機質樹脂 でコーティングした巻線を選択することも可能である。この場合、コーティング 材の絶縁特性を劣化させる可能性を避けるために巻きが非隣接であるコイルが使 用される。 そのような検流器オシレータ７および１１を結果として危険領域Ｈにおいて安 全に位置させることができる。 像形成手段はまた、それぞれミラー５および９を付属した位置検出器８，１２ を有する。これらの位置検出器８および１２はミラー５および９の動き、詳しく は各振動の間の各ミラーの位置並びに前記ミラーの走査頻度を正確にチェックす ることができる。実際に、走査頻度は危険領域Ｈにおいて起りうる温度変動の関 数として変動しうるため走査頻度はチェックする必要がある。 特に、ミラーの同期化や、対象となる場の点の位置を正確に見つけるためには 、ミラー位置基準を有することが重要である。この目的に対して、光源からの光 線が検出器に向かって反射される当該ミラーの位置は唯一であるように構成され た光源と検出器とを使用している。受け取られた対応する信号はミラー位置に関 する時情報を提供する。例えば、もしミラーの振動周波数が温度と共に変動する 場合、２個の信号間の時間は変動する。その場合、周波数をその初期値に安定さ せ直すために電子的矯正を実行することができる。 図示していない本発明の実施例によれば、位置検出器８および１２は光学タイ プのものである。それらは各々、発光ダイオード、受信器（例えばＰＩＮダイオ ード）および制御装置とを内蔵している。このように、あるタイプの発光ダイオ ードや受信器並びにそれらの付属した電子制御手段は良好な耐放射線性を有して いる。このため、それらは約１０⁵Gyの放射線線量に耐えることができ、従って 危険領域Ｈに位置させることができる。 本発明の変形によれば、可視化装置はまた照射手段をアクセス可能領域に位置 させることができる。 この変形の第１の局面によれば、像転送のために用いられている光ファイバ３ の出力面に光線が導入され、該光ファイバは光線を危険領域Ｈ中へ送る。この方 法は魅力的であり、簡単な要領で機能するが、寄生光線に対しては著しい制限を もたらす。 この変形の第２の局面によれば、２個の同一の同期化された組立体が用いられ 、一方が観察すべき場の照射を確実にし、他方がこのように照射された場を観察 できるようにする。この後者の局面においては、補完型ミラーが危険領域Ｈに位 置され、照射装置により放射された光線ビームを観察すべき場を照射するように 導く。 本発明によれば、像形成手段はミラー９によって検出された（Ｘ軸偏向および Ｙ軸偏向像に対応する）光線信号を光ファイバ３の入力面３ａ上に集束すること のできる集束装置１３を含む。 図に示す実施例によれば、集束装置１３は、核光射線に対する抵抗性が比較的 良好なシリカ収束レンズにより構成される。 別の実施例によれば、集束装置１３は長手方向の色収差に関して矯正されたダ ブレットから構成されている。 レンズのガラスは厚さが極めて制限されうるため、レンズ１３を通る像に対す るガラスの黄変作用は限定された横方向の厚さに対応するのでレンズの挙動に対 する放射線の影響の可能性のみは無視しうる。 本発明の一実施例によれば、集束装置１３は、集束装置がある程度の運動性を 有し、その結果として集束装置の集束が可能となるようにする支持機構に設置す ることができる。支持機構の可動部分はモータによって制御され、該モータは前 記支持機構に固定しうるか、アクセス可能領域Ａに位置させ、放射線に対して抵 抗性のある可撓装置によって支持機構に接続しうる。 観察すべき場１の走査あるいは掃引がミラー５および９によってライン毎に実 行される結果、集束手段１３の出力側において、前記場１の像を表わす変調され た時信号が得られる。光ファイバ３によって、集束手段１３からアクセス可能領 域７まで転送されるのはこの変調された時信号である。 本発明の一実施例によれば、光ファイバ３と同じタイプであって、集束装置１ ３の想像面において光ファイバ３と関連した数本の光ファイバが使用され、場１ を三色で可視化できる。 本発明によれば、像処理手段１５が光ファイバ３の端部においてアクセス可能 領域Ａに位置されている。これらの像処理手段は光ファイバ３によって伝送され た変調された時信号を取得し、次に処理してそれらの信号を像に確実に変換する 。前記処理手段１５はアクセス可能領域Ａに位置されるので、それらは標準的な 抗核放射線性を備えた従来からの要素でよい。このように、前記要素は、既に市 販されているもののような電子あるいは光学、電子要素が有利である。 詳しくは、処理手段は、第１の高感度検出器１５ａを含む。この検出器はハマ マツ（HAMAMATSU）から市販されているＯＰＴＯ ８^(R)のようなフォトダイオー ドあるいは光電子増倍菅でよい。これらの処理手段１５はまた、検出器１５ａ上 のフォトンの分布を均一化しうるミキサを有する。 アクセス可能領域Ａにおいてはまた、危険領域Ｈに位置した可動要素の制御を 可能とする手段が設けられている。これらの制御手段は、光ファイバ８ａおよび １２ａによってミラー５および７に接続されている場合は前述の位置検出器８お よび１２からなる。それらはまた、集束装置１３が可動であるような実施例にお いては、該集束装置１３の集束を制御する装置からなる。 本発明による装置の適用例を以下説明する。この例においては、像情報を伝送 する光ファイバ３は芯径が５０μmの光ファイバである。集束装置１３は焦点距 離が５０ミリのレンズであって、１ミリから１メートルの解像度を場空間におい て得ることができる。ライン当り約７２０の点を得ることのできる走査はＣＣＤ カメラからの像のそれと比較して均等か、あるいはより優れた品質に相応する。 この走査は、５０ミリの焦点距離のレンズを用いたときの±２０度の画角と２４ ×３６ミリの写真のような大きなサイズ（写真術における標準サイズ）に相応す ることが指摘される。１メートルに対応する対象の場はラインに対応する寸法で は７２０ミリである。最も速く、従って（Ｄ−走査と比較して）実行が最も困難 なこのライン走査は、±３０度の偏向角に対して５kHzで作動する同期性の検流 器ミラー（図の９）によって行われる。観察すべき場における±２０度の前記ミ ラーの回転速度の正弦変動により像の中央と縁部との間で５０％の信号輝度の変 動をもたらす。この輝度の変動は電子手段により、特に検出器のバイアス電圧を 制御することにより補正することができる。 それぞれのミラー５および９によってＹ軸およびＸ軸偏向された場１の像に対 応する光線信号は結果的にレンズ１３により光ファイバ３の入力面３ａ上に集束 される。光ファイバの機能はこれらの光信号を危険領域Ｈからアクセス可能領域 Ａに位置した処理手段１５まで伝送することである。このように、危険領域Ｈに 位置したこれらの要素のみは、放射線に対する良好な抵抗性を有するように選択 する必要がある。特に、光ファイバ３，８ａおよび１２ａは少なくとも１０⁶Gy の放射線量に耐えうる種類の光ファイバから選択される。しかしながら、アクセ ス可能領域Ａに位置する全ての要素は従来からのものである。従って、そのよう な素子は、特に危険領域に位置した装置用のものは何ら顕著な保守を必要としな い。従って、この構成により保守費用を大いに低下させることができ、特に全体 の操業費用を有利にする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高度の核放射線に曝された危険領域（Ｈ）内に位置する場（１）を前記放 射線に対して保護されているアクセス可能領域（Ａ）から観察する可視化装置に おいて、 −観察すべき場の複数の点の一連の像を前記危険領域内で形成することのできる 像形成手段（５，９，１３）と、 −前記危険領域に入力面（３ａ）と、前記アクセス可能領域に出力面（３ｂ）と を有し、前記危険領域から前記アクセス可能領域まで前記場（１）の各点の像を 確実に転送する少なくとも１本の光伝送ファイバ（３）と、 −前記アクセス可能領域に位置され前記場の像を処理する手段（１５）とを含む ことを特徴とする可視化装置。 ２．前記像形成手段が前記危険領域において、観察すべき場の各点を連続的に 偏向させることのできる偏向手段（５，７，９，１１）と、前記偏向手段によっ て偏向された点の各々を光伝送ファイバの内面上に集束することのできる集束手 段（１３）とを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の可視化装置。 ３．前記偏向手段がそれぞれＸ軸およびＹ軸に沿って各像を偏向する少なくと も１個の第１のミラーと１個の第２のミラー（９，５）を有することを特徴とす る請求の範囲第２項に記載の可視化装置。 ４．前記ミラーが運動可能で、各々検流装置（１１，７）によって起動するこ とを特徴とする請求の範囲第３項に記載の可視化装置。 ５．前記像形成手段が前記ミラーの位置と移動性とをチェックするために各ミ ラーに付属した少なくとも１個の位置検出器（１２，８）を含むことを特徴とす る請求の範囲第３項または第４項に記載の可視化装置。 ６．各位置検出器が少なくとも１本の光ファイバ（１２ａ，８ａ）によってミ ラーに接続されており、前記検出器がアクセス可能領域に位置していることを特 徴とする請求の範囲第５項に記載の可視化装置。 ７．前記集束手段が、Ｘ軸およびＹ軸偏向された像を光伝送ファイバの内面に 向かって導くことのできる少なくとも１個の収束レンズを内蔵していることを特 徴とする請求の範囲第３項から第６項までのいずれか１項に記載の可視化装置。 ８．前記光ファイバが１０⁶Gyを上廻る放射線量に耐えうるシリカ芯ファイバ であることを特徴とする請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項に記載 の可視化装置。 ９．観察すべき場のカラー像を確実に再構成するために隣接する入力面と波長 をろ波された出力面とを有する複数の光ファイバを組み込んでいることを特徴と する請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項に記載の可視化装置。