[논문]방사선 환경에 강인한 CMOS카메라에 관한 연구

백동현; 김배훈

doi:10.17661/jkiiect.2020.13.1.27

[국내논문] 방사선 환경에 강인한 CMOS카메라에 관한 연구
A Study on the CMOS Camera robust to radiation environments 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.13 no.1, 2020년, pp.27 - 34

백동현 (Department of Fire&Disaster Protection Engineering,Gachon University) , 김배훈 (Youngkook Electronics Co.,LTD)

초록
AI-Helper

방사선원을 이용하는 곳에는 사람의 접근이 제한되나 관측장비는 노출됨으로 방사선에 강하여야 한다. 이에따라 카메라차폐 구조설계에 필요한 물질로 비중과 용융점이 가장 높은 텅스텐과 가장 낮은 납을 선정하여 코발트 60 방사선 소스에 대한 선량을 1/8까지 감소시킬 경우 Tu는 체적 432.6cm3, 두께 2.4cm이었고, Pb는 체적 961cm3, 두께 3.6cm이었다. 이를 적용하여 CMOS Image센서를 적용한 카메라모듈 및 내방사선 차폐구조의 하우징과 방사선에 강한 CMOS카메라를 제작하였다. 최적화된 차폐두께의 선정을 위한 실험에서 생존한 헤드분리형2M AHD형 카메라(①번)를 적용한 결과 카메라 및 아답터등 연관설비에 대한 차폐가 이루어지면 1.88×106rad 이상의 선량에서도 잘 동작함을 확인하였다. 따라서 고방사선에 적용할 수 있는 카메라 기술력확보와 사업성을 기대할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Human access is restricted to environment where radiation sources are used, however observation equipment should be radiation-resistant as it is exposed. Therefore, if tungsten with the highest specific gravity and melting point and the lowest lead were selected to reduce the dose to the Cobalt 60 radiation source to 1/8, Tu had a volume of 432.6cm3, a thickness of 2.4cm, and Pb had a volume of 961cm3,, a thickness of 3.6cm. By applying this method, produced a radiation resistant CMOS camera with a camera module using a CMOS Image sensor and a radiation shielding structured housing. As a result of applying the head detachable 2M AHD camera (No. ①) that survived the experiment to select the optimal shielding thickness, when shielding the associated equipment such as cameras, adapters, etc. is achieved, it was confirmed that the design of the structure is appropriate by operating well at doses higher than 1.88×106rad. Therefore, it is expected to secure the camera technology and business feasibility that can be applied to high radiation environments.

주제어

표/그림 (14)

그림 그림 1. 화각 Fig. 1. Field of view
표 표 1. 재질별 비중과 용융점 Table 1. Material specific gravity and melting temperature
그림 그림 2. 텅스텐과 납 사용시 차폐 Fig. 2. Shielding when using tungsten and lead
그림 그림 3. 카메라 블록도와 카메라모듈 신호흐름도 Fig. 3. Camera Block Diagram and Module Signal Flow chart
그림 그림 4. CMOS Image Sensor 회로도와 신호처리 회로도 Fig. 4. CMOS Image Sensor circuit and Signal Processing circuit
표 표 2.는 카메라모듈 사양이다. Table 2. Camera module specification
그림 그림 5. 전원과 인터페이스 회로도 Figure 5. Power & Interface circuit
그림 그림 6. 비디오 신호출력 블럭도 Fig. 6. Video Signal output block
그림 그림 7. 이미지센서 신호처리부와 전원부 PCBs Fig. 7. Image senser, Signal processing and Power & Interface PCBs
그림 그림 8. 시제품과 실험모습 Fig. 8. Starting item & experimental appearance
그림 그림 9. 방사선 검사 시약 Fig. 9. Reagents for checking irradiation
표 표 3. 카메라 실험데이터 Table 3. Experiment Data by Camera
그림 그림 10. 방사선조사 전과 후의 카메라영상 Fig. 10. Screen before, after irradiation.
그림 그림 11. 실험 모습과 방사선 조사전과 후의 영상 Fig. 11. Experimental appearance and Screen before, after irradiation.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

rad 이상의 방사선이 누적 되어도 동작할 수 있는 내구성이 강한 부품들을 이용하여야 한다. 따라서 영상 습득부분인 카메라 본체의 영상센서에는 방사선에 가장 강한 CMOS 를 사용하고 여기에서 획득한 신호증폭을 위한 초단 증폭기 등에는 내구성에 강한 소량의 소자 들만으로 회로를 구성하여 수리 및 유지보수가 쉬운²⁾ 방사선환경에 강인한 CMOS카메라에 대하 여 논하고자 한다.
방사선 2차 실험은 1차 실험에서 생존한 1번 카메라(헤드분리형 2M AHD)에 대해 선량을 2배 증가시켜(1차 선량:1,552Gy) 카메라의 생존 여부를 확인하고, 카메라의 누적된 선량을 통해 카메라 차폐 두께를 계산하고자 한 것이다. 헤드분리형 2M AHD에 하우징을 장착한 카메라에 총 조사선량 2,900Gy를 2시간동안 조사하여 생존하였다.

제안 방법

3차 실험은 2차 실험을 통해서 얻은 결과로 구조물 차폐 두께를 계산하여 카메라 하우징을 제 작한 다음에 카메라를 장착한 후 연구 목표값인 1×106rad이상의 방사선을 조사하여 카메라의 생존여부를 확인하였다.
그림 8의 (a)는 CMOS카메라 시제품이며 (b)는 실험 모습이다. 방사선에 강인한 CMOS카메라의 화질을 평가하기 위해 카메라 형태, 화소수, 모듈 형태별 6개모델을 선정하여 각 센서의 종류 및 구성에 대한 방사선 조사실험을 실시한 후 조사량을 확인하고 카메라의 이상유무를 확인하였다.
전체 24시간 방사선 조사 중 52분동안 시험이 중단되었으나 시험 시작시간 26일 16시54분~종료시간 27일 17시46분으로 전체 시험시간 중 카 메라 신호가 종료된 시점의 시간을 신호종료시간 으로 하였다.
차폐 구조물은 재질에 따라 그 특성이 다르므로 최적의 재질을 선정하기 위하여 2회의 실험을 통해 얻은 값으로 방사선에 대한 차폐 두께를 계산 한 다음 카메라 하우징을 제작하였다.
그림 9는 조사선량을 확인하기 위해 시약을 부 착한 상자이다. 총 조사선량은 각 카메라에 선량 측정용 시약을 부착한 다음 방사선 조사후 전체 시간동안 시약에 누적된 선량이며 선량율은 방사선 조사선량을 시간당량으로 계산한 것이다.
방사선 2차 실험은 1차 실험에서 생존한 1번 카메라(헤드분리형 2M AHD)에 대해 선량을 2배 증가시켜(1차 선량:1,552Gy) 카메라의 생존 여부를 확인하고, 카메라의 누적된 선량을 통해 카메라 차폐 두께를 계산하고자 한 것이다. 헤드분리형 2M AHD에 하우징을 장착한 카메라에 총 조사선량 2,900Gy를 2시간동안 조사하여 생존하였다.

대상 데이터

본 연구는 센서헤드와 C.C.U분리의 장거리 전송 기술, 광학기술, 차폐기술, 전자기술등 하드웨어 기술력을 확보하였다. 그러므로 다양한 내방사선 카메라 제품 LINE-UP 증대, 낮은 선량(1 kGy=10⁵ rad)급 제품군과 특수목적 또는 사용 용도에 따라 높은 선량(10⁷~10⁸rad)인 제품군등 다양화를 추진한다면 사업성도 높게 될 것이며 카메라 유지관리 비용의 절감도 기대된다.

성능/효과

(1) 최고 1080P 60fps의 Full HD 지원으로 우수한 비디오 성능이 제공되도록 하며 저조도 성능이 우수하여야 한다.
1. 카메라 차폐구조설계에 필요한 재질은 비중과용융점이 가장 높은 텅스텐과 비중은 상위그룹이나 용융점이 낮은 납을 선정하였는바 코발트 60 방사선 소스에 대한 선량 1/8까지 감소시킬 경우 텅스텐은 체적 432.7cm3 , 두께 2.4cm이었고, 납은 체적 961cm³ , 두께는 3.6cm로 하면 되었다.
1번 카메라(헤드분리형 2M AHD)는 2시간 조사 후에도 생존하였으며 저준위실험에서 24시간 조사한 선량과 고준위 실험에서 1시간 조사한 선량이 동일하여, 1차 실험때와 다른 2배의 방사선을 조사한 효과가 나타났다.
2. 최적화된 차폐구조물 두께의 선정을 위해 방사선을 24시간 조사하였을 때 헤드분리형2M AHD 형식(①번)과 41만 화소 CVBS형식의(⑥번) 카메라가 생존하였다. 그러나 ①번 카메라는 방사선량을 ⑥번 카메라보다 2.
3. 헤드분리형인 ①번 카메라에 개발한 CMOS Image센서 및 이중반사형 구조인 방사선 차폐 구조의 하우징에 장착하여 실험한 결과 카메 라 및 아답터등 연관설비에 대한 차폐가 이루 어지면 1.88×106rad 이상의 선량에서도 카메라가 잘 동작함을 확인하였다.
4차 실험에 해당하는 것으로 3차 실험 시 고장의 원인이 된 1번 카메라 아답터를 차폐하여 고준위 실험실에서 1×106rad량 이상인 방사선을 조사한 후에도 카메라는 생존하였고 19시간 조사 후에도 정상동작함을 확인하였다.
이를 기반으로 카메라의 차폐와 헤드를 분리하여 적용시 1.88× 106rad의 방사선 조사량에도 카메라가 정상적으 로 동작하고 있음을 확인하였다.
1번 카메라는 10시간 방사선을 조사 후에 영상이 OFF되는 현상이 발생하였다. 확인한 결과 아답터에 대한 차폐를 하지 않아 발생한 것으로 아답터 교체 후 정상 작동됨을 확인하였다.

후속연구

U분리의 장거리 전송 기술, 광학기술, 차폐기술, 전자기술등 하드웨어 기술력을 확보하였다. 그러므로 다양한 내방사선 카메라 제품 LINE-UP 증대, 낮은 선량(1 kGy=10⁵ rad)급 제품군과 특수목적 또는 사용 용도에 따라 높은 선량(10⁷~10⁸rad)인 제품군등 다양화를 추진한다면 사업성도 높게 될 것이며 카메라 유지관리 비용의 절감도 기대된다.

참고문헌 (5)

D. H. Baek, The Study on the Radiation-Proof Video Camera system Remote Module of the Tube type, JKIIECT 18-12, Vol.11 No.6. pp. 93-99, 2018.
D. H. Baek, Ararm & Security, pp. 143-178, Dongil Ltd, Korea. 2017.
Richard Sharp, Radiation Effects on Electrical and Electronic Equipment, bnes, 1994.
T. Jyunichiro. Radioactivity & Radiation, Ohmsha, Ltd, Japanese. 2011.
S. K. Song, C. H. Han, O. D. Gwen, G. S. Lee, E. S. Kim, S. C. Bae, J. R. CH. Remote Module System Design for Performance Improvement of Radiation-Proof Video Camera, Kyungbook Univ. 1999.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증