JP2012172976A - 放射線環境下監視用カメラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラの放射線劣化を抑えることが出来、これによりカメラとしてＣＣＤイメージセンサ やＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子を使用したものを利用することが出来、さらにレンズとして視野角の広いレンズを使用して広範囲なエリアの撮影を可能とする。
【解決手段】
【００１２】監視用カメラの光学部分は、レンズ１５と、このレンズ１５を通して画像を撮影するカメラ１７と、このカメラ１７、１８の撮像素子にレンズ１５を通して画像を結ぶようにレンズ１５とカメラ１７の撮像素子とを光学的に接続する長尺なリレーレンズ１６とを有する。これを放射線遮蔽壁３０を貫通するように設置した保護ケース１の中に収る。そして前記レンズ１５のみを保護ケース１の中の遮蔽体７、８の前方に配置し、前記カメラ１７は、保護ケース１の中の遮蔽体７、８の後方に配置し、前記リレーレンズ１６を保護ケース１の中の遮蔽体７、８を貫通するよう設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射性環境下の空間内の状況確認や警備の目的で画像撮影する監視カメラ装置に関し、特に放射線を遮断する壁に取り付けられて、その壁によって遮蔽された放射線環境下の室内を外部から監視するのに好適な放射線環境下監視用カメラ装置に関する。

原子力利用において、プルトニウムで燃料を作り、これを従来の熱中性子炉で燃料の一部として使ういわゆるプルサーマル化が進む状況において、使用済の高レベル放射性燃料集合体の安全の確認とその記録は各移送過程においても重要な課題である。現在、この確認記録システムは、ＩＡＥＡ（世界原子力機構）にて構築された光学監視システムにより遂行されている。専用の耐放射線カメラにより、その状態が刻時撮影され、映像信号に変換された後、監視記録装置に送り込まれ保管されている。

この目的に使用されている従来の放射線環境下監視用カメラ装置の一例を図５に示す。
高レベル放射性廃棄物等が貯蔵された倉庫等の放射性環境下にある空間は、放射線遮蔽壁３０で区画されている。この放射線遮蔽壁３０を貫通するよう同遮蔽壁３０に円筒形の保護ケース１が埋め込まれている。

この保護ケース１の先端面は、取付ボルト６により取り付けられた耐放射線ガラス５で覆われている。この耐放射線ガラス５は、放射線を遮断し、光を透過する透明ガラス板である。この耐放射線ガラス５で覆われた保護ケース１の先端部に２つのカメラ２、３がカメラ支持台４に固定して設けられており、これらカメラ２、３により、耐放射線ガラス５を通して放射線遮蔽壁３０に覆われたその内側空間に存在する撮影対象物が撮影される。

保護ケース１の中のカメラ２、３の後方には、幾重にも放射線を遮蔽するための遮蔽体７、８が設けられている。遮蔽体７、８は、遮蔽する放射線に対する特性に応じて材料が異なるものが幾重にも設けられており、保護ケース１の先端部から後端部にいくに従って放射線が次第に減衰する。保護ケース１の中にはγ線検出器９と中性子線検出器１０とが内蔵され、前記遮蔽体７、８で減衰される放射線の監視が行われる。

前記カメラ２、３に接続されたリード線は、保護ケース１の内側をスパイラル状に配線されることにより、放射線のストリーミング現象を回避しながら保護ケース１の後方端部に設けられたコネクタ１１に接続されている。さらにカメラ２、３は、コネクタ１１と接続したコネクタ１２を介してケーブル配線１４に接続され、このケーブル配線１４により、前記カメラ２、３で撮影された映像信号が図示してない監視記録装置に送信され、保管される。

このような従来の放射線環境下監視用カメラ装置では、前記カメラ２、３として、放射線に対して耐性の高いアナログ式撮像管を使用したものが使用され、それに応じて視野角の狭いレンズが取り付けられている。そして視野角の狭いレンズにより、より広範囲の撮影をする目的から、現状では２台或いはそれ以上のカメラ２、３を異な方向に向けて設置し、撮影をしている。

しかしながら、視野角の狭いレンズを使用した前記カメラ２、３を使用した前記従来のカメラ装置では、例えば図６に示すように、監視を必要とするエリアｓに対し、向きが異なる複数台のカメラ２、３で撮影したとしても、カバー出来る視界に限度がある。また、アナログ式の撮像管のため、撮影した画像の解像度が低く、しかもカラー撮影が出来ないため、細かい画像の判別が困難であった。撮影された映像信号は装置の遮蔽体を介し、出力ケーブルにより画像が送信されるが、放射線のストリーミング現象により配管等の近傍で放射線漏れの現象が発生する可能性を有している。

また、使用するカメラ２、３は、耐放射線を有した特殊な構造である為、高価なカメラを必要としている。にも拘わらず、カメラ２、３が常時高レベルの放射線環境下に常設されているため、放射性劣化が進み、カメラは年１回程の定期点検時に交換修理を実施する必要がある。しかし、カメラ２、３は保護ケース１内の遮蔽体７、８より先の部分に装着されているため、放射線の被曝無しに交換することが極めて困難である。

特開２００８−７６３７０号公報 特開２００３−１６３９４１号公報 特開２００３−１３１１３６号公報 特開平１１−１９１８５５号公報

本発明は、前記のような撮像管を使用したカメラを保護ケースの先端部に配置した従来の放射線環境下監視用カメラ装置における課題に鑑み、カメラの放射線劣化を抑えることが出来、これによりカメラとしてＣＣＤイメージセンサ（Charge Coupled Device Image Sensor） やＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）等の固体撮像素子を使用したものを利用することが出来、さらにレンズとして視野角の広いレンズを使用して広範囲なエリアの撮影を可能とするものである。

本発明では、前記の目的を達成するため、放射線遮蔽壁３０を貫通して埋め込まれた保護ケース１の中の遮蔽体７、８の前方にレンズ１５のみを配置し、カメラ１７は同保護ケース１の中の遮蔽体７、８より後方に配置した。そしてレンズ１５とカメラ１７とをリレーレンズ１６を介して光学的に接続した。これにより、カメラ１７の放射線劣化を抑え、カメラ１７の撮像素子としてＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子を使用することを可能とし、さらにレンズ１５として視野角の広いレンズの使用を可能とした。

すなわち、本発明による放射線環境下監視用カメラ装置は、レンズ１５と、このレンズ１５を通して画像を撮影するカメラ１７と、このカメラ１７、１８の撮像素子にレンズ１５を通して画像を結ぶようにレンズ１５とカメラ１７の撮像素子とを光学的に接続する長尺なリレーレンズ１６とを有する。

さらにこのような放射線環境下監視用カメラ装置を使用し、これを放射線遮蔽壁３０を貫通するように設置した保護ケース１の中に収め、そのレンズ１５のみを保護ケース１の中の遮蔽体７、８の前方に配置し、カメラ１７は、保護ケース１の中の遮蔽体７、８の後方に配置し、リレーレンズ１６を保護ケース１の中の遮蔽体７、８を貫通するよう設けた。

レンズ１５としては、焦点距離が短いため、撮影最短距離が短く、視野角が広く、被写界深度が深い広角レンズ、具体的には魚眼レンズ等の超広角レンズを使用する。これにより、広い範囲を撮影することが可能である。そしてこの広角レンズであるレンズ１５を通して入射した光は、リレーレンズ１６を通して後方に屈折、誘導し、レンズ１５の焦点距離より遙かに後方で焦点が結ぶように光学的に設計される。具体的には、カメラ１７に内蔵した撮像素子で焦点が合うように光学的に設計される。

レンズ１５のみを保護ケース１の中の遮蔽体７、８の前方に配置し、リレーレンズ１６を保護ケース１の中の遮蔽体７、８を貫通するよう設け、カメラ１７は、保護ケース１の中の遮蔽体７、８の後方に配置するので、遮蔽体７、８で放射線が十分減衰されたエリアにカメラ１７を配置することが出来る。それ故、カメラ１７としては、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子を使用したものを使用することが出来る。

カメラ１７は、リレーレンズ１６の後端側に直接光学的に接続するよう設けることが出来るが、望ましくはプリズムボックス１９を介してリレーレンズ１６の光軸からずれた位置に配置する。こうすることにより、カメラ１７を遮蔽体７、８で保護ケース１の先端側より遮蔽された位置に配置することが出来、カメラ１７に及び放射線の影響をより小さくすることが出来る。

プリズムボックス１９にカメラ１７を直接取り付けるだけでなく、撮影倍率を変えることが出来るズームアダプタ２０を介してカメラ１７を取り付けることが出来る。これにより、カメラ１７により倍率の異なる画像を撮影することが出来る。例えば広い範囲を全体的に、或いは狭い範囲を拡大して撮影出来る。

加えて、プリズムボックス１９にＸ−Ｙ方向（二次元方向）に移動可能なスライド機構２４を介してマウント２６を設け、カメラ１７の光軸がリレーレンズ１６又はプリズムボックス１９の光軸に対して移動出来るように設けることも出来る。これにより、狭い範囲を拡大して撮影する場合に、その撮影位置を変えることが出来る。

カメラ１７、１８は、プリズムボックス１９に１つだけ設けるだけでなく、プリズムボックス１９に分光プリズムを内蔵させ、分光した光が複数のカメラ１７、１８に入射するようプリズムボックス１９に複数取り付けることが出来る。これにより、例えばレンズ１５で撮影可能な全体の画像と、その一部の拡大した画像とをそれぞれ別のカメラ１７、１８で同時に観ることも出来る。

以上説明した通り、本発明による放射線環境下監視用カメラ装置では、レンズ１５は放射線環境下に置くが、遮蔽体７、８で放射線の影響が小さい環境下にカメラ１７を置けることにより、カメラ１７としてＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子を使用したものを利用することが出来、解像度に高いカラー映像が得られる。

カメラ１７側を放射線の影響の小さな環境下に置くことが出来るので、カメラ１７の交換、カメラ１７の数の追加、それに付随するズームアダプタ２０やＸ−Ｙ移動可能なマウント２６等のアタッチメントの利用が可能になるため、様々な目的の撮影に対応することも可能となる。特にレンズ１５として焦点距離が短いため、撮影最短距離が短く、視野角が広く、被写界深度が深い広角レンズを使用することにより、広い範囲を撮影することが可能である。しかも前述したアタッチメントの利用により、広い範囲の撮影エリアの中の一部の撮影部分の拡大やその撮影部分の移動等も任意に可能となる。

放射線環境下監視用カメラ装置の一実施例を示す縦断側面図である。 放射線環境下監視用カメラ装置の光学部分の一実施例をリレーレンズの一部を省略し、且つプリズムボックスの部分を一部断面して示した側面図である。 放射線環境下監視用カメラ装置の一実施例における撮影エリアを模式的に示す概略斜視図である。 放射線環境下監視用カメラ装置の光学部分の他の実施例をリレーレンズの一部省略して示した斜視図である。 放射線環境下監視用カメラ装置の従来例を示す縦断側面図である。 放射線環境下監視用カメラ装置の従来例における撮影エリアを模式的に示す概略斜視図である。

本発明では、前記の目的を達成するため、保護ケース１の中の遮蔽体７、８の前方にレンズ１５のみを配置し、カメラ１７は保護ケース１の中の遮蔽体７、８より後方に配置し、レンズ１５とカメラ１７とをリレーレンズ１６を介して光学的に接続した。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。

図１は、本発明の放射線環境下監視用カメラ装置の一実施例を示している。この放射線環境下監視用カメラ装置の光学部分は、図５により前述した従来の放射線環境下監視用カメラ装置と同様に、放射線環境下にある空間を仕切る放射線遮蔽壁３０を貫通して設けた円筒形の保護ケース１の中に組み込まれている。図５により前述した従来の放射線環境下監視用カメラ装置と共通する部分は同じ符合で示している。

図５により前述した従来の放射線環境下監視用カメラ装置と同様にして、高レベル放射性廃棄物等が貯蔵された倉庫等の放射性環境下にある空間は、放射線遮蔽壁３０で区画され、この放射線遮蔽壁３０を貫通するよう円筒形の保護ケース１が埋め込まれている。
この保護ケース１の先端面は、取付ボルト６により取り付けられた耐放射線ガラス５で覆われている。この耐放射線ガラス５は、放射線を遮断し、光を透過する透明ガラス板である。この耐放射線ガラス５で覆われた保護ケース１の先端部に広角レンズ、より具体的には超広角レンズである魚眼レンズとしてのレンズ１５が配置されている。

保護ケース１の中のレンズ１５の後方には、幾重にも放射線を遮蔽するための遮蔽体７、８が設けられており、保護ケース１の後方部に放射線が達しないように遮断されている。遮蔽体７、８は、遮蔽する放射線に対する特性に応じて材料が異なるものが幾重にも設けられており、保護ケース１の先端部から後端部にいくに従って放射線が次第に減衰する。保護ケース１の中にはγ線検出器９と中性子線検出器１０とが内蔵され、保護ケース１内の放射線の監視が行われる。このうち特に中性子線検出器１０は、レンズ１５が配置された放射線の影響の大きな環境下にある保護ケース１の遮蔽体７、８より先にあるエリアに配置され、レンズ１５と同じ環境で中性子線レベルを測定出来るようにしている。

前記レンズ１５は、長尺な筒体の中に複数枚、複数群のレンズを収納したリレーレンズ１６の先端に設けられている。この長尺なリレーレンズ１６は、前記遮蔽体７、８を貫通し、同リレーレンズ１６の後端が保護ケース１の後端側に配置されている。このリレーレンズ１６の後端が配置された保護ケース１の後端部は、前記遮蔽体７、８で保護ケース１の先端側の放射線が遮蔽され、放射線の影響が小さなエリアである。

この放射線の影響が小さなエリアに配置されたリレーレンズ１６の後端にカメラ１７が取り付けられる。広角レンズである前記レンズ１５を通して入射した光は、リレーレンズ１６を通して後方に屈折、誘導され、レンズ１５の焦点距離より遙かに後方で焦点が結ぶように光学的に設計される。具体的には、カメラ１７に内蔵した撮像素子で焦点が合うように光学的に設計される。

カメラ１７は、リレーレンズ１６の後端側に直接光学的に接続するよう設けることも出来るが、プリズムボックス１９等のアタッチメントを介してリレーレンズ１６の光軸からずれた位置に配置する。こうすることにより、カメラ１７を遮蔽体７、８で保護ケース１の先端側より遮蔽された位置に配置することが出来、カメラ１７に及び放射線の影響をより小さくすることが出来る。

カメラ１７に接続されたリード線は、保護ケース１の後方端部に設けられたコネクタ１１に接続されている。さらにカメラ１７は、コネクタ１１と接続したコネクタ１２を介してケーブル配線１４に接続され、このケーブル配線１４により、前記カメラ１７で撮影された映像信号が図示してない監視記録装置に送信され、保管される。

図２は、図１に示したレンズ１５からリレーレンズ１６を経てカメラ１７に至る光学系を示している。保護ケース１から取り出した状態の図である。この例では、リレーレンズ１６の後端側にアタッチメントとしてのプリズムボックス１９を介してカメラ１７を取り付けた状態を示している。さらにプリズムボックス１９とカメラ１７との間にやはりアタッチメントとして撮影倍率を変えることが出来るズームアダプタ２０も挿入している。これにより、カメラ１７により倍率の異なる画像を撮影することが出来る。例えば広い範囲を全体的に、或いは狭い範囲を拡大して撮影出来る。

図２に示したように、リレーレンズ１６の筒体は多重筒となっており、その一つがレンズ１５の固定リングに固定され、他の一つがレンズ１５の焦点距離調整用の可動リングに固定されている。この可動リングに固定された筒体は、前記プリズムボックス１９に内蔵した回転機構を介して同プリズムボックス１９の背面に設けた焦点調節ねじ２３に連結している。この焦点調整ねじ２３を回転することにより、レンズ１５の焦点距離調整用の可動リングが回転され、焦点合わせを行うことが出来る。

さらにプリズムボックス１９には、Ｘ−Ｙ方向（二次元方向）に移動可能なスライド機構２４を介してマウント２６を設け、このマウント２６にカメラ１７又はアタッチメントとしてのズームアダプタ２０が装着される。このスライド機構２４は、そのＸ方向調整ねじ２１を回転することにより、図２において紙面前後方向にマウント２６を移動させ、カメラ１７の光軸をリレーレンズ１６又はプリズムボックス１９の光軸に対してＸ方向、すなわち図２において紙面前後方向に移動出来る。また、スライド機構２４のＹ方向調整ねじ２２を回転することにより、図２において上下方向にマウント２６を移動させ、カメラ１７の光軸をリレーレンズ１６又はプリズムボックス１９の光軸に対してＹ方向、すなわち図２において上下方向に移動出来る。これにより、狭い範囲を拡大して撮影する場合に、その撮影位置を変えることが出来る。

図３は、この放射線環境下監視用カメラ装置の撮影エリアを模式的に示している。エリアＡはズームアダプタ２０の倍率を最小としたときの最大の撮影エリアである。レンズ１５として広角レンズ、特に超広角レンズである魚眼レンズを使用することにより、この撮影可能最大エリアＡは相当の範囲を確保することが出来る。またエリアＢはズームアダプタ２０の倍率を最大としたときの最小の撮影エリアである。このように、ズームアダプタ２０の倍率を大きくすることにより、撮影可能最大エリアＡの中の特定の部分を拡大して撮影することが出来る。そして前記のＸ方向調整ねじ２１とＹ方向調整ねじ２２を回転することによりマウント２６、すなわちそれに装着されたカメラ１７の光軸を移動することにより、エリアＢの位置をＸ−Ｙ方向に移動することが出来る。すなわち、エリアＡの中の特定の部分を拡大したエリアＢの位置を移動しながら撮影することが出来る。

カメラ１７は、プリズムボックス１９に１つだけ設けるだけでなく、図４に示すように、プリズムボックス１９に分光プリズムを内蔵させ、分光した光が複数のカメラ１７、１８に入射するようプリズムボックス１９に複数取り付けることが出来る。特に図４に示した実施例では、カメラ１７、１８はそれぞれ撮影倍率を変えることが出来る前述のズームアダプタ２０、２０を介してプリズムボックス１９のマウント２６（図２参照）に装着されている。さらにズームアダプタ２０、２０を搭載したマウント２６は、Ｘ方向調整ねじ２１とＹ方向調整ねじ２２を備える前述のＸ−Ｙ方向に移動可能なスライド機構２４（図２参照）に搭載されている。

これにより、例えば一方のカメラ１７でレンズ１５で撮影可能な広い範囲の画像を撮影し、他方のカメラ１８でその任意の一部の範囲の拡大した画像を撮影するといったことが出来る。もちろん、後者の拡大画像の撮影位置は、前記スライド機構２４によるカメラ１７、１８の光軸のＸ−Ｙ方向への移動により、任意に変えることが出来る。

本発明は、原子炉を設けた建屋内部や放射性廃棄物を貯えた倉庫内部等、防護服無しで人が立ち入ることが出来ない放射線環境下における運転状況の監視や貯蔵物の警備等の目的で監視するためのカメラ装置として利用することが出来る。

１ 保護ケース
７ 遮蔽体
８ 遮蔽体
１５ レンズ
１６ リレーレンズ
１７ カメラ
１８ カメラ
１９ プリズムボックス
２０ ズームアダプタ
２４ スライド機構
３０ 放射線遮蔽壁

Claims (7)

1. 放射線環境下にある空間をその外側から監視するのに使用するカメラ装置であって、監視物に対する対物レンズとなるレンズ１５と、このレンズ１５を通して監視物の画像を撮影するカメラ１７と、このカメラ１７の撮像素子にレンズ１５を通して画像を結ぶようにレンズ１５とカメラ１７の撮像素子とを光学的に接続する長尺なリレーレンズ１６とを有することを特徴とする放射線環境下監視用カメラ装置。
2. 放射線環境下にある空間をその外側から監視するのに使用するカメラ装置であって、監視物に対する対物レンズとなるレンズ１５と、このレンズ１５を通して画像を撮影するカメラ１７、１８と、このカメラ１７、１８の撮像素子にレンズ１５を通して画像を結ぶようにレンズ１５とカメラ１７の撮像素子とを光学的に接続する長尺なリレーレンズ１６とを、放射線環境下にある空間とその外側との間を遮蔽する放射線遮蔽壁３０を貫通するように設置した保護ケース１の中に収め、そのレンズ１５のみを保護ケース１の中の放射線に対する遮蔽体７、８の前方に配置し、カメラ１７は、保護ケース１の中の前記遮蔽体７、８の後方に配置し、リレーレンズ１６を保護ケース１の中の前記遮蔽体７、８を貫通するよう設けたことを特徴とする放射線環境下監視用カメラ装置。
3. レンズ１５が広角レンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線環境下監視用カメラ装置。
4. カメラ１７、１８が固体撮像素子を使用したもであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の放射線環境下監視用カメラ装置。
5. カメラ１７、１８がプリズムボックス１９を介してリレーレンズ１６に装着されることにより、同リレーレンズ１６の光軸からずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の放射線環境下監視用カメラ装置。
6. カメラ１７、１８が撮影倍率を変えることが出来るズームアダプタ２０を介してリレーレンズ１６又はプリズムボックス１９を介してリレーレンズ１６に装着されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の放射線環境下監視用カメラ装置。
7. プリズムボックス１９にＸ−Ｙ方向（二次元方向）に移動可能なスライド機構２４を介してマウント２６を設け、このマウントにカメラ１７、１８が搭載されることを特徴とする請求項５又は６に記載の放射線環境下監視用カメラ装置。

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