(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子およびガンマ線が存在する環境において使用される電離放射線耐性カメラであって、
電子画像センサ（１１）およびレンズパッケージ（１３）を有するカメラモジュールであって、前記電子画像センサ（１１）および前記レンズパッケージが、互いに整列した状態で当該カメラモジュール内に固定配置される、カメラモジュールと、
前記カメラモジュールが内部に配置される電離放射線遮蔽筐体（１８）であって、当該電離放射線遮蔽筐体内の前記画像センサ（１１）に光を通すことを可能にする開口部（２６）を規定する電離放射線遮蔽筐体（１８）と、
放射線遮蔽材料により形成され、前記筐体（１８）の外側に配置される電離放射線遮蔽体（４４）と、
前記カメラモジュールに接続されて、前記カメラモジュールからの熱を散逸させるように機能する熱吸収冷却部（２０）と、
前記電離放射線遮蔽体に対して、前記電離放射線遮蔽筐体を、前記電子画像センサ（１１）および前記レンズパッケージを内部に収容した前記カメラモジュールと一体的に、前記電離放射線遮蔽筐体の開口部が被覆されていない作動位置と、前記電離放射線遮蔽筐体の開口部が前記電離放射線遮蔽体に向けられる遮蔽位置との間で、水平回動軸を中心に回動させる電動式の回動構造体と、
サポート構造体であって、当該サポート構造体上に、前記電離放射線遮蔽体が取り付けられるとともに、前記回動構造体が取り付けられて、前記電離放射線遮蔽体と、前記カメラモジュールを内部に有する前記電離放射線遮蔽筐体とを、当該放射線耐性カメラの設置面に対して回転可能に支持するサポート構造体と、
を備えることを特徴とする放射線耐性カメラ。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線耐性カメラにおいて、
前記熱吸収冷却部（２０）が、冷却装置（３６）に熱的に接続されていることを特徴とする放射線耐性カメラ。
【請求項３】
請求項２に記載の放射線耐性カメラにおいて、
前記冷却装置（３６）が、熱電冷却モジュール（３８）を備えることを特徴とする放射線耐性カメラ。
【請求項４】
請求項１に記載の放射線耐性カメラにおいて、
前記熱吸収冷却部（２０）から前記筐体（１８）の外部の位置に熱を散逸させるためにヒートパイプ（２２）が設けられていることを特徴とする放射線耐性カメラ。
【請求項５】
請求項４に記載の放射線耐性カメラにおいて、
前記ヒートパイプ（２２）が、実質的に水平に延びることを特徴とする放射線耐性カメラ。
【請求項６】
請求項４に記載の放射線耐性カメラにおいて、
前記ヒートパイプ（２２）が、前記筐体（１８）の外壁に取り付けられたヒートシンク（４０）に接続されていることを特徴とする放射線耐性カメラ。
【請求項７】
請求項１に記載の放射線耐性カメラにおいて、
前記筐体（１８）が、炭化水素プラスチックを含む材料から形成されていることを特徴とする放射線耐性カメラ。
【請求項８】
請求項７に記載の放射線耐性カメラにおいて、
前記筐体（１８）が、ホウ素を含む材料から形成されていることを特徴とする放射線耐性カメラ。
【請求項９】
請求項１に記載の放射線耐性カメラにおいて、
前記筐体（１８）が、３ｃｍから１０ｃｍまでの平均厚さを有することを特徴とする放射線耐性カメラ。
【請求項１０】
請求項９に記載の放射線耐性カメラにおいて、
前記筐体（１８）が、約５ｃｍの平均厚さを有することを特徴とする放射線耐性カメラ。
【請求項１１】
請求項１に記載の放射線耐性カメラにおいて、
前記開口部（２６）が、透明なフロントパネル（１６）により覆われていることを特徴とする放射線耐性カメラ。
【請求項１２】
請求項１に記載の放射線耐性カメラにおいて、
前記カメラモジュール（１０）が、絶縁防湿体（１２）内に配置されていることを特徴とする放射線耐性カメラ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の放射線耐性カメラにおいて、
前記カメラモジュール（１０）が、ガンマ線遮蔽層（１５）内に収容されていることを特徴とする放射線耐性カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子画像センサを有するカメラモジュールと、放射線遮蔽筐体とを備える放射線耐性カメラであって、当該筐体が、画像センサ内に光を通すことを可能にする開口部を有する放射線耐性カメラに関するものである。このカメラは、強い電離放射線、主に中性子およびガンマ線を有する環境においてモニタリング目的で主に使用されるように形成されている。核エネルギー産業においては、それを反応炉および封込め監視システム、燃料プール検査およびデコミッショニングのための検査“ミッション”において使用することができる。また、それは、例えば、放射線治療中に患者をモニタリングするために、放射線治療産業において使用することができる。本発明は、特に、中性子放射環境において操作されることに向けられている。
【背景技術】
【０００２】
今日、多くのアプリケーションでは、上述した環境において撮像管が使用されている。それは、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ画像センサが設けられたカメラと比較して、放射線耐性が高いからである。通常は、放射性環境から必要な電子制御ユニットを分離して、それにより放射線の深刻な影響を回避または制限することが可能である。しかしながら、その他の種類のカメラ、特に、デジタルカメラの使用条件は異なる。
【０００３】
電離放射線は、電子機器、特に、高空間分解能を有する低電圧でより小型の１または複数の回路に影響を与えて、それらを最終的に破壊する。電離放射線は主に、ソフトエラーまたはシングルイベント損傷と呼ばれる一時的な破損や、原子転位と呼ばれる永久的な損傷を引き起こす。
【０００４】
今日の市販されているデバイスは、これらの影響に悩まされており、画像品質が低下し続ける。カメラおよび関連する制御回路は、上述した苛酷な環境で短期間使用した後でさえも、破損また性能レベルの低下を生じることとなる。したがって、デジタル画像センサで達成することができるより良い画像品質に対する必要性や、そのような環境下でより長い期間耐えることができるカメラに対する必要性が依然として存在する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明によれば、電子画像センサを有するデジタルカメラモジュールが、放射線遮蔽筐体によって囲まれる。筐体の開口部は、画像センサ内に光を通すことを可能にする。筐体は、低質量の原子核を有する材料から形成される。そのような材料では、中性子が、衝突を通じて、その大量のエネルギーを軽原子核に移動させることができる。多くの実施形態においては、衝突によりもたらされる熱中性子を捕捉するために、ホウ素が筐体の材料に加えられる
【０００６】
筐体全体は、一実施形態では、開口部が覆われずに実際の被写体に向けられる様々な動作位置と、放射線遮蔽材料からなる遮蔽体に開口部が向けられる休止位置との間で、回転または傾斜させることができる。筐体の後側は、動作位置にある遮蔽体によって効果的に保護されることとなる。
【０００７】
筐体の開口部は、望ましくは、透明なフロントカバーにより覆われており、その結果、光の透過が可能であるとともに、画像センサにより画像を得ることが可能となっている。透明なフロントカバーのサイズは、所望の視角を提供するのに十分なものとされる。望ましくは、フロントカバーも、低質量の原子核を有する材料から形成される。
【０００８】
放射線の影響に対する遮蔽をさらに改善するために、カメラモジュールが、当該カメラモジュールからの熱の散逸を促進および改善する熱吸収冷却部に熱的に接続されている。冷却部は、ペルチェ効果を利用するモジュールのような熱電冷却モジュールを含むことができる。冷却モジュールの冷却能力は、冷却部から筐体の外部に延びる熱散逸手段によりさらに改善することができる。一実施形態では、熱散逸手段がヒートパイプを含む。カメラモジュールを、ゼロ度よりも数度高い温度、または約２℃から５℃までの温度のように、より低い温度に冷却することによって、カメラモジュールからの画質が大幅に改善されることとなる。
【０００９】
筐体は、約５センチメートルなど、数センチメートルの平均厚さを有することができる。そのような厚さにおいては、材料が十分な中性子線減衰を与えることとなる。
【００１０】
様々な実施形態では、カメラモジュールが、センサと、絶縁および密封ハウジング内に取り付けられる関連電子部品とを有する標準的なカメラを含む。様々な実施形態では、ハウジングは、ハウジング内の含水率が低レベルで維持されるように、防湿層を含む。カメラモジュールをガンマ線のようなその他の放射線から遮蔽するために、鉛、タングステンまたは同様の遮蔽特性および構造上特性を有する別の材料からなる更なる放射線遮蔽層を配置させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の上述した利点および目的、並びに、その他の利点および目的が得られる方法が容易に理解されるように、添付図面に示される具体的な実施形態を参照して、上で簡潔に述べた本発明のより詳細な説明を行うこととする。
【００１２】
それら図面が本発明の典型的な実施形態を示してるに過ぎず、よって本発明の範囲を限定するものとしてみなすべきではないという理解の下で、以下の添付図面の使用を通じて本発明をより具体的かつ詳細に記載および説明することとする。
【図１】図１は、カメラモジュールを含む本発明に係るカメラの一実施形態を示す一部断面の概略斜視図である。
【図２】図２は、本発明に係るカメラに含まれる筐体の一実施形態の概略斜視図である。
【図３】図３は、本発明に係るカメラに含まれる熱散逸手段を有するハウジングの一実施形態の概略斜視図である。
【図４】図４は、保護位置に回動された図２の筐体の概略斜視図である。
【図５】図５は、本発明に係る完全装備のカメラの一実施形態の概略斜視図である。
【図６】図６は、カメラモジュールに熱的に接続される熱吸収冷却部の一実施形態の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示す実施形態は、通常のデジタル画像センサ１１およびレンズパッケージ１３を含むカメラモジュール１０を含む。カメラモジュール１０は、低熱伝導率を有する材料で形成された絶縁体１２に埋め込まれている。絶縁体１２は、ハウジング１４によって囲まれている。好ましくは、カメラモジュールが絶縁体に、絶縁体がハウジング１４に、それぞれぴったりと合うように嵌合し、それにより、ハウジング内の空気量を減らすことができるとともに、任意の光学部品における結露を避けることができる。幾つかの実施形態では、残留空気が、ＣＯ２またはＮのような別の適当な気体に置換される。図１に示す実施形態では、カメラモジュール１０と絶縁体１２との間に更なる放射線遮蔽層１５が設けられている。
【００１４】
ハウジング１４は、プラスチックまたは同様の材料のような、気密および中性子線遮蔽材料から形成されて、完全に密封されている。放射線遮蔽層１５は、主にガンマ線またはＸ線の遮蔽手段として設けられている。ハウジング１４の前側は、放射線遮蔽層１５の前側と同様に、透明なフロントパネル１６によって閉じられる開口部を形成する。絶縁体１２には、透明なフロントパネル１６に面するオリフィス１７が設けられている。絶縁体１２のオリフィス１７には、レンズパッケージ１３の位置からフロントパネル１６に隣接するより広い空間まで、傾斜が付けられている。
【００１５】
ハウジング１４は、図２にも示すように、第１箱状部および第２後側部により形成される筐体１８によって囲まれている。ハウジング１４の外法寸法は、筐体１８との間の空間を最小化するために、筐体の内法寸法と非常に良く対応している。筐体は、有効な中性子線遮蔽体を提供する。
【００１６】
画像センサ１１およびカメラモジュール１０は、全体として、熱吸収冷却部２０に熱的に接続されている。図１に示す実施形態では、冷却部２０は、一端において、カメラモジュールの後側からレンズパッケージと反対方向に延びる。冷却部の他端は、電気絶縁ポッド（図示省略）を介して、画像センサまたはこれを支持する回路基板に係合している。熱吸収冷却部２０は、ハウジング１４の外部に部分的に延び、そこで冷却装置（図３を参照）および複数のヒートパイプ２２に熱的に接続されている。ヒートパイプは、図３に示すように、筐体の外部に延びて、熱を非常に効率的に、筐体の外部に取り付けられたヒートシンクに移動させる。冷却部２０は、カメラモジュールおよび関連する任意の電子部品の温度を、５℃未満の温度、好ましくは２℃と５℃との間の温度に維持するように設計されている。
【００１７】
図２に示すように、筐体１８は２つの別個の部分に分割される。第１箱状部２４は、基本的に、カメラモジュール１０を有するハウジング１４全体を収容する。エッジ面に切れ目を有する前部における開口部２６は、透明なフロントパネル１６を受け入れるように寸法設定されている。前部は、図４に示すように、遮蔽体の保護部内に回転されるように、アーチ状に形成されている。
【００１８】
筐体の第２部は、箱状部２４にきつく係合する後側部２８を形成する。箱状部２４と後側部２８との間の接続部をさらに密封するために、それら両部に、リブ３０と、それに対応する凹部（図示省略）とを形成することができる。後側部は、ヒートパイプを支持するように配置されたサポートブロック３２をさらに含む。箱状部２４の一側部には、ヒートパイプを受け入れる窪み３４が形成されている。
【００１９】
図３は、ハウジング１４の後側部と、冷却部２０に熱的に接続される冷却装置３６とを示している。冷却装置３６は、一実施形態において、熱電冷却モジュール（ＴＥＣ）３８を備える。所要の温度差を得ることが必要とされる場合には、相互に連結された複数の冷却モジュールを提供することも可能である。代替的な実施形態では、カメラモジュールが、従来型の空気および／または流体冷却システムにより冷却される。
【００２０】
冷却装置３６は、筐体を通って、筐体の外部に設けられたヒートシンク４０に延びるヒートパイプ２２をさらに支持する。ヒートシンク４０は、羽根が付けられた要素と、必要に応じて、ファンとを備えることができる。ヒートパイプ２２は、冷却装置３６にも熱的に接続されている。ヒートパイプ２２は、運転および休止状態中に、水平方向に延びる。ヒートパイプの水平な幾何学的配置により、運転中に、様々な傾斜位置で、一定の伝熱容量がもたらされる。
【００２１】
筐体１８は、水平方向に延びる軸４２の周りで回転させることができる。図４において、カメラは、筐体の前部のアーチ状部分が、筐体と同じ材料または同様の放射線遮蔽材料で形成された遮蔽体４４と係合する休止および遮蔽位置で、示されている。
【００２２】
図４に示すように、遮蔽体４４には、筐体１８のアーチ状の前部に対応する１つの凹面アーチ状側部が設けられている。これにより、カメラ全体は、調節可能な作動位置と、筐体１８の開口部が放射線に対して遮蔽体４４により非常に良く遮蔽される休止位置との間で回転させることができる。作動位置と休止位置との間の回転は、オペレータにより手動で制御することができ、あるいは、例えば、タイムスケジュールに基づいて、制御システムにより自動的に制御することができる。
【００２３】
完全装備のカメラは、図５に示されている。この実施形態では、カメラがランプ４５も含む。ランプは、好ましくは、カメラの傾斜動作を制限しないように、筐体１８のヒートパイプとヒートシンクと同じ側に取り付けられる。高温計（図示省略）は、筐体の側部に取り付けることができ、あるいは、好ましくは筐体の内部に取り付けることができる。高温計には、カメラのオペレータに測定の方向および領域を示すために、１または複数のレーザ表示器を設けることができる。
【００２４】
カメラ全体は、壁ブラケットまたは市販のパンおよび傾斜ユニットに、固定位置で取り付けることができる。図５に示す実施形態では、カメラが、独立した傾斜および流し撮り動作を可能にする電動サポート４６に取り付けられている。台座ユニット４７は、変圧器、所要の電子手段、およびカメラおよび電動サポートを遠隔配置された制御位置に接続する接続手段を備える。
【００２５】
カメラの制御および操縦に使用される感知電子デバイスは、遠隔位置に、または遮蔽体４４の外延部４９の内部に配置することができる。この実施形態では、放射線感知電子デバイスが、電源調整デバイスとともに、ヒートパイプおよび熱吸収手段により形成される冷却システムに熱的に接続されている。マイクロホン４８は、周囲に現れる音および雑音に関する情報を得るために設けられる。好ましくは、マイクロホンは、特別に設計および放射線強化されている。
【００２６】
図６に示す熱吸収冷却部２０の実施形態は、金属のように高伝熱性を有する材料から形成された本体２１を備える。本体２１は、矩形状の側端部および底面および上面を有する。矩形状の側端部は、カメラモジュール１０の寸法に対応する高さおよび幅を有している。ベースプレート２３は、本体２１の底面から延びて、カメラモジュール１０の底面の少なくとも要部と係合する。ベースプレートは、カメラモジュールからの熱伝達に寄与することとなる。
【００２７】
本体２１は、２つの対向する側部に突出部を有する。第１突出部２５は、カメラモジュール１０、より具体的には、デジタル画像センサ１１を支持する回路基板２７が位置するカメラモジュールの部分に隣接する。第２突出部２９は、ハウジング１４から外部への効率的な熱伝導を確保するために、ハウジング１４の開口部を介して突出するような寸法とされている。また、第２突出部２９は、ハウジング１４の外部であって筐体１８の内部にある冷却装置３６と係合することとなる。
【００２８】
放射線遮蔽筐体および遮蔽体に使用される材料は、炭化水素プラスチック（ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリスチレンなど）、天然および合成ゴム（シリコーンゴムなど）、および水素および炭素に加えて原子を含むその他のプラスチックまたは樹脂（アクリル樹脂、ポリエステル、ポリウレタンおよびビニル樹脂など）を含むか、それらをベースとするものとすることができる。これらの有機ポリマーは、それら材料中の高濃度の水素原子により、中性子に対して高い有効性を有する遮蔽を示す。炭化水素プラスチックを含む放射線遮蔽筐体と、カメラモジュールの効率的な冷却との組合せにより、長期的な観点においてと同様に、短期的な観点において、より高い画像品質をもたらすことができる。
【００２９】
軽原子核との衝突の繰り返しにより減速された高速中性子は、核反応により吸収できる熱中性子を形成する。ポリエチレンの全体の中性子遮蔽性能は、それに優れた熱中性子吸収材料を加えることにより、改善することができる。適当な中性子吸収材料は、ホウ素である。
【００３０】
透明なフロントパネル１６に使用される材料は、好ましくは、カメラモジュールの前の任意の被写体の真像を生成するために、完全に透明である。好ましい実施形態では、高水素含有量を有する材料、例えば、ＰＬＥＸＩＧＬＡＳとして知られているポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）が使用される。
【００３１】
本発明のある例示的な実施形態を具体的に述べてきたが、本発明の範囲および趣旨を逸脱しない範囲で、様々なその他の変更が当業者にとって容易に明らかになるであろうことを理解されたい。すなわち、添付の請求項の範囲は、本明細書の記載に限定されることを意図しているのではなく、むしろ本発明に関連する技術の当業者にとって明らかな本発明のすべての均等物を包含するものとして、請求項は解釈されるべきである。
【図１】
0005814223.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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