УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК G01T1/169 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству для определения местоположения источников излучения.

Оно особенно применимо к обнаружению источников излучения, которые могут содержаться в комнате, например, таких как элемент с высокой степенью активности или которые могут случайно присутствовать в комнате.

Описание предшествующего уровня техники

Устройство для определения местоположения источников излучения ранее было описано в следующем документе, который должен быть указан:

[1] патентная заявка Франции №8500088 от 4 января 1985 (см. также ЕР-А-0188973 и US-A-4797701).

Устройство, описанное в указанной выше патентной заявке, обнаруживает источники излучения, используя камеру с точечной диафрагмой, в которой пленку, чувствительную к радиоактивному излучению, и пленку, чувствительную к видимому свету, помещают в область, в которой, вероятно, могут быть расположены источники излучения, вместе с фотографическим затвором, который открывается, чтобы сделать фотоснимок в видимом свете, и который является прозрачным для излучения от источников.

Источники излучения могут быть обнаружены в окружающей их среде после того, как эти пленки проявят и совместят (но не в реальном времени).

Усовершенствование устройства, описанного в документе [1], известно из следующего документа, который должен быть указан:

[2] патентная заявка Франции №8913281 от 11 октября 1989 (см. также ЕР-А-0425333 и US-A-5204533).

Вариант осуществления устройства, описанного в этом документе [2], показан схематично на фиг.1.

Это устройство выполнено с целью определения месторасположения источников излучения 2 в реальном времени и, особенно, источников гамма-излучения (например, рентгеновского или бета-излучения).

Устройство содержит камеру с точечной диафрагмой 4, установленную в корпусе 6, защищающем камеру 4 от гамма-излучения.

Экранирующая оболочка, таким образом, поглощает излучение от источников 2 и паразитное излучение от других источников, которые могут быть вне поля.

Корпус 6 может быть изготовлен из соответствующего материала, такого как сплав на основе вольфрама, известного под именем "денал" (Denal).

Средство 8 является вращающейся опорой корпуса 6 и, следовательно, устройства.

Корпус 6 содержит коллиматор 10, обращенный к камере 4.

Стенка коллиматора 10 состоит из двух коаксиальных конусов с одинаковым углом при вершине, противоположных друг другу относительно их общей вершины, в которой выполнено отверстие для формирования точечной диафрагмы 12.

Этот коллиматор 10 может содержать часть 14, непрозрачную для видимого света, исходящему из области исследования, но проницаемую для гамма-излучения, вокруг точечной диафрагмы 12, в случае когда активность источников гамма-излучения, которые должны быть обнаружены (точечная диафрагма с двойной диафрагмой), является недостаточной.

Кроме того, коллиматор 10 может быть заменяемым так, чтобы мог быть выбран коллиматор с одинарной или двойной диафрагмой с углом при вершине, соответствующим предполагаемой активности источников 2 гамма-излучения, которые должны быть обнаружены.

Кроме того, заменяя коллиматор 10, можно увеличивать или уменьшать предметное поле, охватываемое устройством, в зависимости от сужения и фокусного расстояния, выбранных для этого коллиматора.

Устройство также содержит механический затвор 16, предназначенный для предотвращения проникновения видимого света из области, в которой расположены источники 2, в камеру 4, в то же время позволяя проходить гамма-излучению.

Этот затвор 16 является камерой с ирисовой диафрагмой или, например, отводимой металлической пластиной, перпендикулярной оси 18 камеры 4 (ось двух конусов, образующих оптическую ось устройства) и расположенной вблизи точечной диафрагмы 12 со стороны камеры 4.

Перемещениями пластины, образующей затвор 16, управляют посредством удаленного электромеханического средства 20, которое само является управляемым посредством блока дистанционного управления 22.

Этот блок дистанционного управления в случае необходимости может быть расположен на большом расстоянии от устройства.

Устройство также содержит люминесцентный экран 24 в камере 4, обращенный к точечной диафрагме 12, который находится в контакте с круговым выступом внутри корпуса 6 на том же уровне, что и нижняя часть конической поверхности коллиматора 10.

Позади экрана 24 размещена камера 26, подсоединенная к средству 28 сбора, обработки и отображения в реальном времени электрических сигналов, выдаваемых камерой, и запоминающее устройство 30.

Когда затвор 16 закрыт, изображение источников гамма-излучения получают по окончании определенного времени (несколько секунд, например, 10 с).

Это изображение сохраняют в первой области памяти средства 28.

Управляя апертурой затвора 16, изображение (в видимом свете) наблюдаемой области, содержащей источники 2, получают затем почти мгновенно.

Это второе изображение также сохраняют во второй области памяти в средстве 28, отличном от первой области памяти.

После обработки изображений и особенно окраски "пятен" вызванных активностью источников 2, для точного идентифицирования этих источников и отличая их "яркость" гамма-излучения от яркости (в видимом свете) объектов, находящихся в наблюдаемой области, но не испускающих никакого гамма-излучения, первые и вторые изображения отображают наложенными на экране средства 28 так, чтобы источники гамма-излучения могли быть идентифицированы.

Следует отметить также, что люминесцентный экран 24 является прозрачным в видимом диапазоне и осуществляет преобразование гамма-излучения от источников 2, попадающих на него через точечную диафрагму 12, в видимое излучение посредством камеры 26, которая формирует в виде электрических сигналов изображение вида, попадающего в поле зрения камеры через точечную диафрагму 12 (когда затвор 16 открыт).

Входное окно камеры 26 размещено в контакте с экраном 24, экран, таким образом, помещен между точечной диафрагмой 12 и камерой 26.

Выбор материала экрана зависит от активности источников, которые должны быть обнаружены.

Если активность очень низка, может использоваться экран на NaI; если она не слишком сильна, может использоваться экран на германате висмута (BGO), и если активность сильна, может использоваться сцинтиллирующий пластиковый экран, например, достаточный, для обнаружения рентгеновского или бета-излучения.

Одним из возможных примеров реализации, который никоим образом не является ограничивающим, может быть использование камеры 26, распространяемой компанией LHESA, камера имеет чувствительность 10^-7 люкс и содержит преобразователь данных изображения с оптическими волокнами 26а, у которого плоская "входная" поверхность находится в контакте с экраном 24, электронно-оптический преобразователь (ЭОП) изображения 26b размещен за преобразованием данных изображения, за которым размещена матрица передачи зарядов (ПЗС, CCD), на фиг. 1 обозначенная 26с.

ЭОП 26b соединен с матрицей 26с посредством оптоволоконного преобразователя 26d изображения.

Усовершенствование устройства, описанного в документе [2], также известно в следующем документе, который должен быть указан:

[3] патентная заявка Франции №9403279 от 21 марта 1994 (см. также ЕР-А-0674188 и US-A-5557107).

Это известное из документа [3] устройство содержит коллиматор, установленный перед камерой с точечной диафрагмой, содержащей два полу-коллиматора, свободно перемещающихся вокруг общей оси вращения.

Данный коллиматор выполняет следующие три функции: простая взаимозаменяемость коллиматора, возможность изменения от диапазона наблюдения в видимом свете к диапазону наблюдения гамма-излучения (затвор) и изменение фокусного расстояния коллиматора.

В устройстве, показанном на фиг.1, качество изображения в видимом свете зависит главным образом от размера диафрагмы, используемой для формирования этого изображения.

Этот размер также не должен быть слишком большим для предотвращения геометрического размывания, а также не должен быть слишком малым для предотвращения размывания из-за дифракции.

Как видно, сделана попытка оптимизировать качество изображения в видимом свете, используя точечную диафрагму, состоящую из двойной диафрагмы, а именно малой диафрагмы, адаптированной для формирования этого видимого изображения, и большей диафрагмы, адаптированной для формирования изображения источников излучения (например, гамма-излучения).

Однако, даже после оптимизации апертуры в диафрагме качество изображений в видимом свете, полученное с помощью устройства, представленного на фиг.1, не является удовлетворительным.

То же самое верно для устройства, описанного в документе [1].

Описание изобретения

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы преодолеть недостаток, указанный выше, предлагая устройство для определения местонахождения источников излучения, способное идентифицировать эти источники на изображении их среды в видимом свете с лучшим качеством, чем это возможно с помощью устройства, представленного на фиг.1, или такого, которое описано в документе [1].

Более точно, целью настоящего изобретения является устройство для определения местонахождения источников излучения, которые могут быть расположены в зоне, это устройство содержит камеру с точечной диафрагмой, стенка которого выполняет функцию экранирующей оболочки, поглощающей указанное излучение, и средство закрытия камеры с точечной диафрагмой, являющиеся прозрачным для источника излучения, причем это устройство также содержит средство формирования изображений в камере с точечной диафрагмой, обращенное к этой точечной диафрагме, для получения, во-первых, изображения источников вследствие их излучения и, во-вторых, изображение области вследствие видимого света от этой области, при открытом затворе, это устройство отличается тем, что некоторая часть экранирующей оболочки, в которой размещена точечная диафрагма, установлена с возможностью свободного перемещения и прикреплена к оптической системе, обеспечивающей резкие изображения в видимом свете на требуемую глубину резко изображаемого пространства, эта оптическая система может быть заменена на точечную диафрагму для создания изображения области, и наоборот, для формирования изображения источников.

Увеличение оптической системы должно быть точно таким же, как увеличение точечной диафрагмы, формирующей изображение источников.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления устройства согласно изобретению подвижная часть экранирующей оболочки и оптической системы могут свободно перемещаться при вращении относительно оси, параллельной центральной линии камеры.

Предпочтительно, форма перемещающейся части экранирующей оболочки соответствует для точного воспроизведения стенки камеры с точечной диафрагмой, когда эта точечная диафрагма находится в положении, в котором может быть сформировано изображение источников.

Устройство может также содержать механизм редуктора с двигателем, прикрепленный к стенке камеры и снаружи камеры, и предназначенный для вращения узла, образованного подвижной частью экранирующей оболочки и оптической системой вокруг оси, параллельной оси камеры.

Предпочтительно, оптическая система содержит:

две линзы, предназначенные для управления фокусировкой изображения на средстве формирования изображения,

диафрагму, размещенную между двумя линзами, апертура которой выбрана из условия получения требуемой глубины резко изображаемого пространства.

Диаметр этого отверстия или "зрачка", управляющий апертурой оптической системы, должен быть оптимизирован во-первых, чтобы максимизировать апертуру этой оптической системы, и, во-вторых, для получения точно фокусированного изображения в требуемом диапазоне глубин резко изображаемого пространства (например, 1-10 м).

Средство закрытия может содержать подвижный затвор, прозрачный для излучения от источников и размещенный между средством формирования изображения и перемещающейся частью экранирующей оболочки.

Однако, в одном предпочтительном примере осуществления, который прост в изготовлении, это средство закрытия содержит элемент, являющийся непрозрачным для видимого света и прозрачным для радиоактивного излучения от источников и постоянно закрывающим точечную диафрагму.

Средство закрытия камеры с точечной диафрагмой, являющеея прозрачным для радиоактивного излучения от источников, предпочтительно состоит из вещества, выбранного для минимизации ослабления источников.

Например, могут быть использованы тонкий алюминий и бериллий для гамма-излучения.

Согласно первому представленному варианту реализации устройства согласно изобретению средство формирования изображения содержит люминесцентный экран, прозрачный в видимом диапазоне и осуществляющий преобразование радиоактивного излучения от источников в излучение видимого света, затвор, защищающий экран от попадания на него видимого света из области, устройство также содержит камеру, которая оптически сопряжена с экраном и осуществляет передачу изображения источников в виде электрических сигналов посредством радиоактивного излучения света, принимающего от экрана, и изображения области посредством видимого света, принимающего из этой области через экран, при открытом затворе.

Согласно второму представленному варианту реализации средство формирования изображения содержит устройство с двумя пленками, одна из этих двух пленок является чувствительной к радиоактивному излучению от источников, а другая к видимому свету из области.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет лучше понято из описания нижеследующих примеров реализации устройства, представленных только для информации и никоим образом не являющихся ограничивающими, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 является схематичным представлением поперечного сечения известного устройства для определения местонахождения источников излучения, причем чертеж уже описан выше,

фиг.2 является схематичным и частичным представлением поперечного сечения представленного варианта осуществления устройства согласно изобретению, содержащего барабан, расположенный в положении, необходимом для получения изображения источников,

фиг.3 является схематичным представлением поперечного сечения оптической системы, образующей часть устройства, показанного на фиг.2,

фиг.4 является схематичным и частичным представлением поперечного сечения устройства, изображенного на фиг.2, причем барабан расположен в положении, обеспечивающем изображение (в видимом свете) области, в которой расположены источники.

Подробное описание частных примеров осуществления

Устройство, согласно изобретению изображенное на фиг.2, является идентичным устройству, изображенному на фиг.1, за исключением фронтальной части устройства, в котором точечная диафрагма расположена так, как представлено на фиг.1.

На фиг.2 представлена только соответствующая фронтальная часть устройства.

В случае, показанном на фиг.2, точечная диафрагма, обозначенная 32 в этом случае, зарезервирована для получения изображений радиоактивных источников излучения, которые должны быть обнаружены.

Предпочтительно, эта точечная диафрагма 32 закрыта всегда тонкой полоской 33 из легкого материала, непрозрачного для видимого света и прозрачного для гамма-излучения.

Точечная диафрагма 32 может также быть закрыта (от видимого света) посредством подвижного затвора подобно затвору 16, показанному на фиг.1.

Этот затвор затем размещают между люминесцентным экраном (не показан на фиг.2) и фронтальной частью устройства, которое изображено на фиг.2.

Кроме того, изображенное на фиг.2 устройство содержит оптическую систему 34, адаптированную для получения изображений области (в видимом свете), в которой обнаружены источники.

Точечная диафрагма 32 расположена в части 36 экранирующей оболочки, образующей стенку камеры с точечной диафрагмой 4, и эта часть 36 свободно перемещается так, что она при необходимости может быть заменена оптической системой 34, для получения изображения области в видимом свете.

Фиг.2 показывает, что механическая часть, состоящая из подвижной части 36, может создать идеальную точечную диафрагму для получения изображений в гамма-излучении.

Этот тип подвижной части должен быть механически обработан с максимально возможной точностью, возможной в результате достижений в управляемой компьютером механической обработке.

Факт использования подвижной части экранирующей оболочки, форма которой точно соответствует корпусу 6 устройства, означает, что экранирующая оболочка вокруг камеры может быть однородна, насколько возможно, чтобы фоновый шум, вызванный паразитным излучением, проходящим через экранирующую оболочку, являлся постоянным, насколько возможно.

Фиг.2 показывает, что узел, образованный этой подвижной частью 36 экранирующей оболочки и оптической системой 34, формирует разновидность барабана 38.

Этот барабан 38 может свободно вращаться вокруг оси 40, на каждой стороне которого расположены точечная диафрагма 32 и оптическая система 34, оптически сопряженная с оптической осью 18 камеры 4.

Оптическая система 34 установлена на опорной части 42, которая прикреплена к экранирующей части 36 посредством кронштейна 44.

В случае, показанном на фиг.2, барабан 38 размещен в позиции для возможного принятия изображения источников гамма-излучения, а точечная диафрагма 32 размещена на центральной линии 18 камеры 4.

Эта точечная диафрагма всегда блокирована полоской 33 или подвижным затвором, указанным выше, в закрытом положении (когда применяется этот тип затвора).

С другой стороны, в случае, показанном на фиг.4, барабан 38 размещен в положении для возможного приема изображения в области видимого света, а центральная лини 46 оптической системы совпадает с осью 18 камеры 4.

Подвижный затвор (в варианте, указанном выше) затем переводится в открытое положение (возможно только на время, выбранное пользователями).

Устройство, изображенное на фиг.2, оборудовано механизмом 48, содержащим двигатель 50 и редукторный механизм 52 и прикрепленным посредством поддерживающей пластины 54 к фронтальной поверхности корпуса 6 устройства.

Этот механизм редуктора с двигателем 48 осуществляет вращение барабана 38 посредством механического шпинделя 56, центрированным на (геометрической) центральной линии 40.

Предпочтительно, выполнение части механизма привода барабана 38, по возможности из легкого металла, например, такого как алюминий.

Один предпочтительный вариант осуществления оптической системы 34 схематично показан на фиг.3.

Оптическая система 34, изображенная на фиг.3, содержит две линзы 58 и 60, в которой общая оптическая ось образует ось 46 оптической системы 34.

Эти две линзы образуют двухлинзовый объектив и отделяются от зрачка 66 диафрагмой 62.

В показанном примере эти линзы являются плосковыпуклыми и их выпуклые поверхности обращены друг к другу.

Эти две линзы и связанная диафрагма установлены в оправке 64, которую размещают в опорной части 42, показанную на фиг.2.

Следует отметить, что оптическая система 34 установлена так, что фокус изображения расположен на "входной" поверхности камеры 26, эта "входная" поверхность является общей плоскостью для экрана 24 и механизма редуктора 26 а.

Вследствие такой конструкции увеличение является одинаковым для изображения в видимом свете и для изображения гамма-излучения, и два изображения могут быть наложены.

Две линзы осуществляют фокусировку на камеру 26, или, более точно, на "входную" поверхность (определенную выше) этой камеры, для получения резких изображений в видимом свете.

Кроме того, диаметр зрачка 66, включенного в диафрагму 62, оптимизирован в соответствии с компромиссом между большим значением диаметра для захвата максимального количества света и уменьшения влияния эффектов дифракции и малым диаметром, чтобы обеспечить большую глубину резко изображаемого пространства.

В показанном примере оптическая система или объектив оптимизированы для глубины резко изображаемого пространства, изменяющейся от 1 м до бесконечности.

Таким образом, улучшается качество изображений в видимом свете по сравнению с тем, которое может быть получено известным устройством, изображенным на фиг.1.

Повышение качества изображений в видимом свете может быть определено количественно посредством видеошаблонов.

Изобретение не ограничивается использованием оптической системы, показанной на фиг.1, содержащей экран 24 и камеру 26.

Например, в другом примере осуществления изобретения используются подвижная экранирующая часть и оптическая система в устройстве с двумя чувствительными пленками такими, которые описаны в документе [1].

В этом случае, как показано очень схематично на фиг.1, экран 24 и камера 26, и корпус 22 и устройства 28 и 30 удалены, а две пленки 70 и 72 заменяют экран 24 в соответствующей кассете 68.

Пленка 70 чувствительна только к видимому свету, а другая пленка 72 чувствительна только к гамма-излучению.

Изобретение относится к области радиационной техники. Устройство содержит камеру с точечной диафрагмой, стенки камеры служат экранирующей оболочкой, поглощающей излучение. Камера содержит средства формирования изображений источников вследствие радиоактивного излучения. Часть оболочки является свободно перемещающейся и прикреплена к оптической системе, обеспечивающей изображения в видимом свете на требуемую глубину пространства. Техническим результатом заявленного изобретения является улучшение качества изображения источников в видимом свете. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для определения местоположения источников излучения, которые могут быть размещены в области, содержит камеру с точечной диафрагмой, стенка которой функционирует как экранирующая оболочка, поглощающая указанное излучение, средство (33) закрытия камеры с точечной диафрагмой, являющееся прозрачным для радиоактивного излучения источников, устройство также содержит средства (70-72) формирования изображений в камере с точечной диафрагмой, обращенные к точечной диафрагме (32), для получения, во-первых, изображения источников вследствие их радиоактивного излучения и, во-вторых, изображение области, полученного посредством видимого света из этой области, когда средство закрытия является открытым, отличающееся тем, что к части (36) экранирующей оболочки, в которой расположена точечная диафрагма (32), прикреплена оптическая система (34), обеспечивающая изображение области при видимом свете на требуемую глубину изображаемого пространства, причем точечная диафрагма и оптическая система могут быть заменены друг на друга при перемещении части (36).2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перемещаемая часть (36) экранирующей оболочки и оптическая система (34) установлены с возможностью свободно вращаться относительно оси (40), параллельной оси (18) камеры.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что форма перемещаемой части (36) экранирующей оболочки выполнена с возможностью повторения точной формы стенки камеры с точечной диафрагмой, когда это отверстие находится в таком положении, что может быть сформировано изображение источников.4. Устройство по любому из пп.2 и 3, также содержащее механизм (48) редуктора с двигателем, прикрепленный к стенке камеры (4) и снаружи камеры и способный вращать механизм, состоящий из перемещаемой части (36) экранирующей оболочки и оптической системы (34), относительно центральной оси (40), параллельной центральной оси (18) камеры (4).5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что оптическая система (34) содержит две линзы (58, 60), выбранные для фокусировки изображения на средстве формирования изображений, и диафрагму (62), помещенную между двумя линзами (58, 60), апертура (66) которой определена так, чтобы получить требуемую глубину изображаемого пространства.6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что средство закрытия содержит подвижный затвор (16), прозрачный для радиоактивного излучения от источников и помещенный между средством формирования изображений и перемещаемой частью (36) экранирующей оболочки.7. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что средство закрытия содержит элемент, который является непрозрачным для видимого света и прозрачным для радиоактивного излучения от источников и который постоянно закрывает отверстие точечной диафрагмы (32).8. Устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что средство формирования изображений содержит люминесцентный экран (24), прозрачный в видимом диапазоне и способный преобразовать радиоактивное излучение от источников в излучение видимого света, средство закрытия для предотвращения попадания на экран видимого света из области, устройство также содержит камеру (26), оптически сопряженную с экраном и способную формировать изображение источников в виде электрических сигналов посредством излучения света, принимаемых камерой от экрана, и изображение области посредством видимого света, принимаемых из этой области посредством экрана при открытом средстве закрытия.9. Устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что средство формирования изображений содержит устройство с двумя пленками (70, 72), одна из этих двух пленок является чувствительной к радиоактивному излучению от источников, а другая - к видимому свету из области.