JP2013045516A

JP2013045516A - 耐放射線素子及び耐放射線カメラ

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Publication number: JP2013045516A
Application number: JP2011180648A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nitto; 光一日塔; Toshie Aizawa; 利枝相澤; Yoshinori Sato; 美徳佐藤; Yasushi Fujishima; 寧藤島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2013-03-04

Abstract

【課題】原子力施設や宇宙空間など高い放射線環境下で使用が可能な高い耐放射線性能を有する耐放射線素子及び耐放射線カメラを提供する。
【解決手段】透光性の窓を有する真空容器と、真空容器内の透光性の窓の内側に配設された透明電極アノードと、透明電極アノードよりも内側に設けられ、透光性の窓を介して受光した光から正孔を発生させるｎ型半導体、ｉ型半導体、ｐ型半導体からなる光電変換膜と、真空容器内において、光電変換膜と間隔をおいて配設された電界放出型の冷陰極電子源と、を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力関連施設および宇宙空間などの放射線環境下で使用する場合に、高放射線に対して耐性を有する耐放射線素子及び耐放射線カメラに関する。

原子力発電所における原子炉の燃料や制御棒、高線量の照射材料に関する作業、廃棄物処理場における作業などの強放射線環境下の各種作業の遠隔監視用に、耐放射線カメラが用いられる。また、宇宙空間では、太陽風など強い放射線が照射される中で、宇宙船や宇宙衛星において記録観察用の耐放射線カメラが用いられる。ここで、放射線とはＸ線、α線、β線、γ線、中性子線、電子線あるいは重荷電粒子線等を含む広義の放射線を示す。

従来、γ線の多い場所では、耐放射線用として特殊用途向けに開発された特殊撮像管（ビジコン管）を用いた耐放射線カメラが用いられていた。しかしながら、従来のこの種の撮像管はサイズが大きく、更に特殊用途であるため非常に高価である。また、撮像された画像がモノクロ画像で出力されることから色彩判別等による詳密な監視が行えず監視性能面で課題もあった。

また、耐放射線カメラとして、ＣＣＤ (Charge Coupled Device Image Sensor)やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）と呼ばれる固体撮像素子を用いたものも使用されている。これら固体撮像素子が放射線でダメージを受けると、固体撮像素子自身が永久的に白くなってしまう白傷と呼ばれる欠陥が発生し、その画素の数が多くなると撮像結果を視認することができなくなる。また、白傷とならなくても、放射線による粒々の量子ノイズと呼ばれる砂嵐のような現象が画面に広がって視認し難くなる。このタイプの耐放射線カメラは、γ線の照射に弱く１００ｋＧｙ程度までの照射にしか耐えられない。

耐放射線カメラは、例えば、原子炉が運転停止状態の時のγ線を対象とした放射線作業場で使用されることがある。原子炉では、１０年程度運転すると原子炉容器などが放射化しその周囲の線量率は１０ｋＧｙ／ｈ程度の値になる。このため、原子炉容器周囲の保守作業や点検保守等のために放射線場で固体撮像素子を用いた耐放射線カメラを使用すると、１０時間で交換が必要となり、交換のための作業で保守作業を中断せざるを得ないという課題も生じている。このような現象をできるだけ少なくするためには、撮像素子に放射線を当てないように遮蔽することが必要である。

Ｘ線やγ線の場合には、遮蔽材の重さや比重が大きいほど遮蔽能力が高くなる。このため、タングステンなどの材料も用いられているが、安価で加工しやすいため、一般的には鉛が用いられている。すなわち、カメラの周りに鉛を厚く巻き、レンズの前には鉛ガラスを配置する。これにより、低いエネルギーのＸ線やγ線は遮蔽され、ノイズも大幅に低減できる。しかし、カメラが大幅に重く大きくなってしまう。

これまで使用されている鉛遮蔽されたＣＣＤ素子の耐放射線カメラには、累積線量で２００Ｍｒａｄｓ（２ＭＧｙ）まで使用できるものがある。しかし、当該ＣＣＤ素子は解像度が悪く視認しにくく、検査員の技術力で検査精度が左右される。また、ＣＣＤ素子以外の素子を用いたカメラとしては、累積線量３Ｍｒａｄｓ（３０ｋＧｙ）のＣＩＤ（Charge Injection Device）カメラが販売されている。

放射線照射によるＣＣＤ素子の損傷は、Ｘ線照射の場合では強力な電子が放出されて、ＣＣＤ内部の絶縁体（ＳｉＯ_２）にプラスに帯電したままの粒子が残るというメカニズムによって起きる。この絶縁体は、電極の真下のシリコン電極から分離するために薄膜として設置されており、この絶縁体ＳｉＯ_２薄膜の中で生成される電荷は、電場を直接変化させるので、シリコンの電荷特性を変えてしまう。このためＣＣＤは電荷移動が非効率になり、素子が動作を停止するといわれている。

一方、暗視カメラとしてＨＡＲＰ（High Advanced Rushing amorphous Photoconductor）光電変換膜とＨＥＥＤ（High-efficiency Electron Emission Device）と呼ばれる冷陰極電子源を組み合わせた小型で高感度なカメラがＨＡＲＰ撮像管に代わって開発されている（例えば、特許文献１参照。）。特にＨＥＥＤを用いた撮像素子は、従来の真空管やブラウン管と同じ構造で、真空読み出し用の電子ビームとして用いていた熱電子源（フィラメント）を、ＨＥＥＤ冷陰極電子源に変更したものである。このため、ＣＣＤ素子のような照射損傷が発生せず、カメラとして耐放射線性能が高いと考えられる。

また、このような電界放出型の冷陰極電子源を用いた耐放射線カメラが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、電界放出型の冷陰極電子源を用いた耐放射線カメラは、実際に製品として実現はされていない。

特開２０１０−１８６７５０号公報特開２０１０−２１２０８７号公報

上述したとおり、従来からより高い耐放射線性能を有する耐放射線素子及び耐放射線カメラの開発が望まれていた。

本発明は、上記従来の事情に鑑みなされたもので、その目的は、原子力施設や宇宙空間など高い放射線環境下で使用が可能な高い耐放射線性能を有する耐放射線素子及び耐放射線カメラを提供することにある。

本発明の耐放射線素子の一態様は、透光性の窓を有する真空容器と、前記真空容器内の前記透光性の窓の内側に配設された透明電極アノードと、前記透明電極アノードよりも内側に設けられ、前記透光性の窓を介して受光した光から正孔を発生させるｎ型半導体、ｉ型半導体、ｐ型半導体からなる光電変換膜と、前記真空容器内において、前記光電変換膜と間隔をおいて配設された電界放出型の冷陰極電子源と、を具備し、前記電界放出型の冷陰極電子源は、マトリクス状に配列され、前記正孔を読み取るための複数の電子放出素子と、前記電子放出素子の裏面側に形成され、走査回路からの走査パルスによって前記複数の電子放出素子を順次に駆動する複数の素子駆動回路を含む駆動層と、を有し、前記複数の電子放出素子のそれぞれは、前記複数の素子駆動回路のそれぞれに対して接続された裏面電極と、半導体からなり前記裏面電極の上に形成された電子供給層と、前記電子供給層の上に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に形成され且つ一定の電圧が印加される電極層と、を含むことを特徴とする。

本発明の耐放射線素子の他の態様は、透光性の窓を有する真空容器と、前記真空容器内の前記透光性の窓の内側に配設された透明電極アノードと、前記透明電極アノードよりも内側に設けられ、前記透光性の窓から発光した光を放出するための蛍光体膜と、前記真空容器内において、前記蛍光体膜と間隔をおいて配設された電界放出型の冷陰極電子源と、を具備し、前記電界放出型の冷陰極電子源は、マトリクス状に配列され、前記蛍光体を発光させるための複数の電子放出素子と、前記電子放出素子の裏面側に形成され、前記電子放出素子を駆動するための複数の素子駆動回路を含む駆動層と、前記複数の電子放出素子のそれぞれは、前記複数の素子駆動回路のそれぞれに対して接続された裏面電極と、半導体からなり前記裏面電極の上に形成された電子供給層と、前記電子供給層の上に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に形成され且つ一定の電圧が印加される電極層と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、原子力施設や宇宙空間など高い放射線環境下で使用が可能な高い耐放射線性能を有する耐放射線素子及び耐放射線カメラを提供することができる。

本発明の第１実施形態の構成を示す図。第１実施形態の要部構成を示す図。本発明の第２実施形態の要部構成を示す図。本発明の第３実施形態の構成を示す図。本発明の第４実施形態の構成を示す図。本発明の第５実施形態の構成を示す図。第５実施形態の要部構成を示す図。確認試験の結果を示す写真。確認試験の結果を示す写真。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

まず、実施形態の説明の前に、ＨＡＲＰ−ＨＥＥＤ撮像素子が耐放射線カメラになりうるかについて調査した確認試験について説明する。この確認試験では、Ｘ線の管電圧３００ｋＶ（実効エネルギーピーク約２３０ｋｅＶ）で管電流３ｍＡのＸ線源を用い、照射線量が約２０ｋｒａｄｓ／ｈの状況で照射を続けた。鉛で遮蔽したＣＣＤカメラでも画面上にＸ線による量子ノイズ信号が発生したが、ＨＡＲＰ−ＨＥＥＤ撮像素子のカメラでは画面が暗くなる現象が見られたが量子ノイズ信号は見られなかった。（図８の試験結果の写真参照。）

この試験結果から、ＨＡＲＰ−ＨＥＥＤ撮像素子を耐放射線カメラとして利用できる可能性のあることがわかった。しかし、この実験では、ＨＡＲＰ膜にかける電圧のゲインを上げていない状況であり、ゲインを上げていくとノイズ信号が鉛遮蔽したＣＣＤカメラ以上に多くなる結果が得られた。（図９の試験結果の写真参照。図中のpositionの数字はＨＡＲＰ感度ゲインを表し、数字の大きいほどゲインが高い。position2がゲイン１倍でposition10が200倍のゲインとなっている。）

ＨＡＲＰ光電変換膜は「電子のなだれ増倍現象」を利用する構成となっている。この膜に印加する電圧を増すことで電子倍増率（感度）を飛躍的に高めることができるが、暗電流や熱電子も同時に増加するため、画質劣化を引き起こす。この増幅現象は、放射線検出器と同じで原理であり、放射線が入ってエネルギーを失い電子になり、電気信号として取り出すのと同じである。すなわち、放射線がＨＡＲＰ膜内で電気信号となり、ノイズ信号となる。

従って、ＨＡＲＰ膜の印加電圧が低い状態ではノイズ信号を発生し難かったと考えられる。また、ＨＡＲＰ膜の主成分はアモルファスセレンであり、Ｘ線のフラットパネルに使用されている材料である。すなわち、アモルファスセレンは、Ｘ線やγ線にも感度があり、検出器として用いられているため、耐放射線カメラとして成立させるためにはＨＡＲＰ光電変換膜を用いることは適さないと考えられる。

上記の試験結果から、ＨＡＲＰ光電変換膜は耐放射線性が低いため、耐放射線の高い光電変換膜を検討する必要がある。また、ＨＡＲＰ光電変換膜を用いたＨＡＲＰ−ＨＥＥＤ撮像素子のカメラは、暗視カメラとして開発された経緯もあり、暗い場所でも撮像できるメリットがあるが、ＨＡＲＰ光電変換膜による光電増幅機能が使えなくなる場合には、撮像対象に照明を当てて明るくする必要がある。

次に、図１、図２を参照して本発明の耐放射線素子の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の耐放射線素子１の第１実施形態の全体概略構成を示すであり、図２は図１の耐放射線素子１の要部構成を拡大して模式的に示す図である。図１に示すように、第１実施形態に係る耐放射線素子（耐放射線撮像素子）１は、その全体が真空容器２中に収容されており、この真空容器２は、光透過性のガラス等から構成された窓３を具備している。

図２に示すように、この窓３の内側には、ＩＴＯ膜などからなる透明電極アノード４が形成されており、透明電極アノード４の内側には、アモルファスシリコン膜からなるｎ型半導体５ａ、ｉ型半導体５ｂ、ｐ型半導体５ｃがこの順で形成された構造を有する光電変換膜５が形成されている。光電変換膜５の内側には、電極７が形成され、これらの透明電極アノード４、光電変換膜５、電極７によって光電変換部８が構成されている。

図１中光電変換部８の下方には、間隔を設けて電界放出型の冷陰極電子源９が配設されており、光電変換部８と冷陰極電子源９との間には、メッシュ電極１０が配設されている。冷陰極電子源９は、周知のＨＥＥＤ（High-efficiency Electron Emission Device）から構成されており、図２中に示す電子放出素子９ａがマトリクス状に配列されて構成されている。

各電子放出素子９ａには、素子駆動回路９ｂが設けられており、この素子駆動回路９ｂは、各電子放出素子９ａに設けられた下部電極９ｃと電気的に接続されている。下部電極９ｃの上部には、アモルファスシリコン等の半導体からなる電子供給層９ｄと、二酸化シリコン等からなる絶縁膜９ｅがこの順で形成されており、絶縁膜９ｅの上には上部電極９ｆが形成されている。また、上部電極９ｆの上には、電極層としての機能と保護膜としての機能を併せ持つ炭素膜９ｇが形成されている。

上部電極９ｆには、電源１１が接続されており、この電源１１から上部電極９ｆに所定の電圧が印加されるようになっている。また、メッシュ電極１０には、電源１２が接続されており、この電源１２から所定の電圧が印加されるようになっている。各電子放出素子９ａは、走査回路（図示せず。）の走査信号に基づいて、素子駆動回路９ｂにより順次に駆動され、電子ビームを放出する。

光電変換部８の透明電極アノード４には、電源１３が接続されており、この電源１３から透明電極アノード４に所定の電圧が印加されるようになっている。また、透明電極アノード４は、コンデンサ１４に接続されており、このコンデンサ１４を介して信号電流が取り出される。すなわち、窓３を介して光電変換部８に光１５が入射すると、光電変換膜５内で正孔「＋」、電子「−」対が発生し、このうち、正孔「＋」の電荷が、メッシュ電極１０を介して冷陰極電子源９から供給される電子と結合すると、その際の中和電流が、コンデンサ１４を介して入射光像に応じた映像信号として読み取れる構造となっている。

従来のアモルファスセレンを主成分としたＨＡＲＰ膜の場合は、セレン（Ｓｅ：原子番号３４）膜内で電子なだれを起こして電子増幅する機構である。このため、放射線がセレン膜内でイオンペアを作ると、その電子が増幅されて放射線に高い感度を有してしまう。

これに対して、第１実施形態のように、光電変換膜５にアモルファスシリコンを使用した場合、シリコン（Ｓｉ：原子番号１４）はセレンに比べて原子番号が小さく、Ｘ線やγ線との反応の吸収係数も小さくなるため（Ｘ線やγ線の場合、物質との光電効果による反応は原子番号の５乗に比例する。）、ノイズの発生も少なくなり、耐放射線性能が高くなる。

また、物質との反応の係数はＸ線やγ線のエネルギーに依存し、エネルギーの低い方が物質中での吸収係数が大きくなる。例えば、シリコンの場合、密度ρ_Ｓｉは２．３３ｇ/ｃｍ^３で、エネルギー１０ｋｅＶの吸収係数はμ_Ｓｉ１０／ρ_Ｓｉ＝３３．８９ｃｍ^２／ｇで、１００ｋｅＶの吸収係数μ_{Ｓｉ１００}／ρ_Ｓｉ＝０．１８３５ｃｍ^２／ｇ、１ＭｅＶ（１０００ｋｅＶ）の吸収係数μ_{Ｓｉ１０００}／ρ_Ｓｉ＝０．０６３６１ｃｍ^２／ｇである。Ｘ線が物質中を通過する場合の線吸収係数μで考えるとそれぞれの吸収係数に密度ρを乗じれば求められる。

セレンの場合、密度ρ_Ｓｅは４．５ｇ／ｃｍ^３でエネルギー１０ｋｅＶの吸収係数はμ_Ｓｅ１０／ρ_Ｓｅ＝４４．１４ｃｍ^２／ｇで、１００ｋｅＶの吸収係数μ_{Ｓｅ１００}／ρ_Ｓｅ＝０．６２７８ｃｍ^２／ｇ、１ＭｅＶ（１０００ｋｅＶ）の吸収係数μ_{Ｓｅ１０００}／ρ_Ｓｅ＝０．０５６１９ｃｍ^２／ｇである。従って、１０ｋｅＶのμ_Ｓｉ１０が７８．９６ｃｍ^−１、μ_Ｓｅ１０が１９８．６３ｃｍ^−１、１００ｋｅＶのμ_{Ｓｉ１００}が０．４２８ｃｍ^−１、μ_{Ｓｅ１００}が２．８２５ｃｍ^−１となる。

ここで、窓３に低エネルギーで吸収係数の大きい、鉛ガラスを用いれば、アモルファスシリコン膜内での吸収係数の大きい低エネルギーのＸ線、γ線の反応割合を減らすことができる。また、中性子は、硼素が吸収するので、中性子が存在する環境で使用する場合には、窓３に、硼素が含まれる硼珪酸ガラスに鉛を含有するガラスを用いるか、硼珪酸ガラスと鉛ガラスを合わせたペアガラスを用いることが好ましい。

また、光電変換部８の厚さが厚いと、その分Ｘ線やγ線の吸収が大きくなりノイズ発生の割合が多くなる。アモルファスシリコン膜ではＸ線やγ線よりもエネルギーの低い光の信号を取り出せればよいので、透明電極アノード４から電極７までの厚さを２μｍ以下の厚さとすることが好ましい。

図２に示す耐放射線素子の構成では、光学系で集光された光１５が、Ｘ線、γ線に対して遮蔽能力のある鉛が含まれる窓３、または中性子に対して遮蔽能力がある硼素が含まれる窓３、透明電極アノード４を透過し、アモルファスシリコン膜からなり、ｎ型半導体５ａ、ｉ型半導体５ｂ、ｐ型半導体５ｃで構成される光電変換膜５で光電変換され、正孔と電子が発生する。そして、冷陰極電子源（ＨＥＥＤ）９からの電子が、メッシュ電極１０、電極７を介して光電変換膜５内の正孔と反応する際の中和電流を映像信号として読み取ることによって、２次元画像のイメージセンサーとして機能する。

この際に、光電変換膜５として、原子番号の小さいシリコンを用い、さらにこの光電変換膜５の膜厚を薄くすることによって、光学系とは関係なく入射する放射線に対してノイズの少ない耐放射線素子とすることができる。さらに、窓３に原子番号の大きい鉛を含むガラスを用い、さらに、中性子が含まれる放射線場で使用する場合は硼酸を含むガラスを用いること、及び、真空容器２の周りも鉛材等の遮蔽材で囲うことで更に放射線に対してノイズの少ない耐放射線素子とすることができる。

次に、第２実施形態に係る耐放射線素子について、図３を参照して説明する。この第２実施形態では、図２に示した耐放射線素子１のアモルファスシリコン膜からなるｎ型半導体５ａ、ｉ型半導体５ｂ、ｐ型半導体５ｃに換えて、蛍光体層２１を形成し、蛍光体層２１の内側（図３中蛍光体層２１の下側）に、アルミニウム（Ａｌ）膜２２を形成したものである。蛍光体層２１は、厚さを例えば０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度とすることが好ましい。

また、蛍光体層２１を構成する蛍光体としては、例えば、テルビウム（Ｔｂ）が賦活された酸硫化ガドリニウ無（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔb）又はユウロピウム（Ｅｕ）が賦活された酸硫化ユウロピウム（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ）、又はこれらが賦活された酸硫化イットリウムを用いることができる。これらの蛍光体は、例えば、粉末をバインダーで固めて製作する方法や粉末を圧力容器に入れて高温高圧のヒップ処理で透明度を上げて固体にする方法等によって製作することができる。

冷陰極電子源（ＨＥＥＤ）９は、放射線に対して影響を受け難く電子放出が可能である。これによって、図２に示した撮像用の耐放射線素子１と基本的な構造を同じにして、蛍光２３を発光させる照明用の耐放射線素子（照明用発光素子）２０を得ることができる。特に蛍光体として酸硫化ガドリニウムは、Ｘ線、γ線、中性子にも反応して発光するが、電子で発光させる場合と比べてその割合は少なく、放射線による発光が照明としての発光に大きな影響は与えない。なお、他の部分については、図１、図２に示した第１実施形態と同様に構成されているので、対応する部分には、同一の符号を付して、重複した説明は省略する。

次に、第３実施形態に係る耐放射線カメラ３０について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は耐放射線カメラ３０の正面図であり、図４（ｂ）は、耐放射線カメラ３０の側面図である。図４に示すように、耐放射線カメラ３０は、直径１８３ｍｍ長さ４５０ｍｍの容器３１内に、レンズ３２及びレンズ駆動機構（図示せず）を組み込むとともに、耐放射線撮像素子として、図１、図２に示した耐放射線素子１を、組み込み、さらに、図３に示した照明用の耐放射線素子２０を、レンズ３２の左右に２セット組み込んだ構成となっている。

この耐放射線カメラ３０では、撮像素子として耐放射線性能の高い耐放射線素子１を使用しているので、特に線量の高くない場所で使用する場合、従来使われていた重い鉛やタングステンの遮蔽を、薄くしたり無くしても、ノイズの少ない画像を得ることができる。このように耐放射線カメラ３０を軽量化することによって、アーム等の耐放射線カメラ３０を取付けるための取付機構３５の機械強度及び耐放射線カメラ３０を動かす場合の駆動系に対する負担を大幅に低減することができる。

また、耐放射線カメラ３０では、照明についても、照明用の耐放射線素子２０を用いているので、カメラシステム全体が、耐放射線性能の高いシステムとなっている。なお、耐放射線カメラ３０は、水中や溶液中、真空中で撮像できるカメラ構成となっており、さらに、耐放射線カメラ３０をアームや棒等の取付機構３５に取り付けて使用できる構成となっている。

次に、図５を参照して第４実施形態に係る耐放射線カメラ４０について説明する。なお、図５（ａ）は、耐放射線カメラ４０の全体構成を示し、図５（ｂ）は、要部構成を抜き出して示すものである。図５（ｂ）に示すように、耐放射線カメラ４０は、容器４１の中央部にレンズ４２及びレンズ駆動機構（図示せず。）を組み込むと共に、レンズ４２の光軸上に図１、図２に示した撮像用の耐放射線素子１を組み込み、さらに、レンズ４２の周囲に、図３に示した照明用の耐放射線素子２０を複数組み込んだ構成を有している。なお、図５（ｂ）において、４４は、耐放射線カメラ４０を遠隔操作及び画像信号を送信するための無線のアンテナを示している。

そして、図５（ａ）に示すように、この容器４１を駆動機構４３に固定した構成となっており、無線（または有線）によるリモートコントロールによって、レンズ４２の方向を、パン・チルトすることができるようになっている。また、耐放射線カメラ４０では、照明用の耐放射線素子２０に通電して発光させることによって、暗い場所においても監視することができる。この耐放射線カメラ４０は、監視場所に設置して、遠隔監視用として特に人が近づけない場所を長期間観察するのに向いている。また、遠隔監視用に限らず、ロボットの目としても利用することができる。

また、この耐放射線カメラ４０においても、撮像素子として耐放射線性の高い耐放射線素子１を使用しているので、特に線量の高くない場所で使用する場合、従来使われていた重い鉛やタングステンの遮蔽を、薄くしたり無くして軽量化した状態で使用しても、ノイズの少ない画像を得ることができる。

次に、図６、図７を参照して第５実施形態について説明する。この第５実施形態では、ロボット５０の頭部に、図１、図２に示した撮像用の耐放射線素子１と、図３に示した照明用の耐放射線素子２０を搭載している。このロボット５０は、高線量な放射線環境とされた場所等の危険な場所に、人間に代わって入り、その状態を確認することを目的としたものである。

また、ロボット５０は、パルスＸ線源５１とＸ線イメージインテンシファイア５２とを具備し、壁や扉の向こう側をＸ線で透視することができるようになっている。この場合、パルスＸ線源５１から放出されるパルスＸ線が対象物に当たり、戻ってきたＸ線をＸ線イメージインテンシファイア５２で輝度信号として受ける。また、このＸ線イメージインテンシファイア５２の２次元イメージセンサーとして、図１、図２に示した撮像用の耐放射線素子１を用いている。

図６に示すように、ロボット５０のパルスＸ線源５１からのＸ線ビームスキャニングでイメージ画像を得る場合には、Ｘ線イメージインテンシファイア５２で受けたＸ線の信号を光に変換し、更にその光を撮像用の耐放射線素子１で輝度信号に変換する。この場合、全ての画素の輝度信号を積算して、信号の感度を上げ、パルスＸ線源５１のスキャニング方向と合わせて透視イメージングを行うことが好ましい。

また、対象物内に何が入っているかわからないような物の内部を非破壊で検査する状況の場合には、胸の中にあるパルスＸ線源５１を取り出し、対象物を胸のＸ線イメージインテンシファイア５２の前において、撮像用の耐放射線素子１を２次元イメージングセンサーとして（画素を積算せずイメージとして）用い、対象物内部の非破壊検査を行うこともできる。

本来のロボットの目としての機能においても、このようなＸ線照射で散乱してくるＸ線で撮像用の素子がダメージを受けることを防ぐ必要があり、耐放射線性能が高い耐放射線素子１を用いることが重要である。

図７（ａ）、図７（ｂ）は、ロボット５０の手５３の中に、放射線源５４、蛍光体５５、ファイバーオプティクスプレート５６、図１に示した撮像用の耐放射線素子１等を埋め込んだ例を示している。図７（ａ）は、対向する２つの指５３ａ、５３ｂのうち、一方の指５３ａに放射線源５４を埋め込み、他方の指５３ｂの長手方向に沿って、複数の撮像用の耐放射線素子１とファイバーオプティクスプレート５６を埋め込み、これらのファイバーオプティクスプレート５６の上に位置するように蛍光体５５を配設した構成を示している。これによって、指５３ａの放射線源５４からの放射線で、指５３ａと指５３ｂとの間に把持した物体６０内を透視して物体６０の内部のイメージングを行うことができる。図７（ｂ）は、撮像用の耐放射線素子１が1つの場合を示している。

また、図７（ｃ）は、放射線源５４を移動させて離間させるとともに、撮像用の耐放射線素子１から蛍光体５５とファイバーオプティクス５６を外し、光学レンズ５７を付けてカメラとして使用する場合を示している。

上記構成のロボット５０において、その目となるイメージセンサーや暗闇を照らす照明は、高線量の放射線環境だけでなく、自ら具備する放射線源５４からの放射線による損傷を少なくする必要があり、撮像用の耐放射線素子１及び照明用の耐放射線素子２０は、重要な構成要素となる。

以上のように、どの方向から放射線が飛んでくるかわからない高線量な放射線環境下では、耐放射線素子そのものの耐放射線性能が高いものを使用することが必要であり、また、重い放射線遮蔽材料を削減して軽量化できることは、機動力と運動エネルギー量を少なくする上で重要である。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１……耐放射線素子、２……真空容器、３……窓、４……透明電極アノード、５……光電変換膜、５ａ……ｎ型半導体、５ｂ……ｉ型半導体、５ｃ……ｐ型半導体、７……電極、８……光電変換部、９……冷陰極電子源、９ａ……電子放出素子、９ｂ……素子駆動回路、９ｃ……下部電極、９ｄ……電子供給層、９ｅ……絶縁膜、９ｆ……上部電極、９ｇ……炭素膜、１０……メッシュ電極、１１，１２，１３……電源、１４……コンデンサ。

Claims

透光性の窓を有する真空容器と、
前記真空容器内の前記透光性の窓の内側に配設された透明電極アノードと、
前記透明電極アノードよりも内側に設けられ、前記透光性の窓を介して受光した光から正孔を発生させるｎ型半導体、ｉ型半導体、ｐ型半導体からなる光電変換膜と、
前記真空容器内において、前記光電変換膜と間隔をおいて配設された電界放出型の冷陰極電子源と、
を具備し、
前記電界放出型の冷陰極電子源は、
マトリクス状に配列され、前記正孔を読み取るための複数の電子放出素子と、
前記電子放出素子の裏面側に形成され、走査回路からの走査パルスによって前記複数の電子放出素子を順次に駆動する複数の素子駆動回路を含む駆動層と、
を有し、
前記複数の電子放出素子のそれぞれは、前記複数の素子駆動回路のそれぞれに対して接続された裏面電極と、半導体からなり前記裏面電極の上に形成された電子供給層と、前記電子供給層の上に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に形成され且つ一定の電圧が印加される電極層と、
を含む
ことを特徴とする耐放射線素子。
請求項１記載の耐放射線素子であって、
前記光電変換膜は、アモルファスシリコンからなることを特徴とする耐放射線素子。
請求項１又は２記載の耐放射線素子であって、
前記透光性の窓が、Ｘ線とγ線に遮蔽能力を持つ鉛が含有されたガラスを含むことを特徴とする耐放射線素子。
請求項１〜３いずれか記載の耐放射線素子であって、
前記透光性の窓が、中性子に対して遮蔽能力を持つ硼素を含有するガラスを含むことを特徴とする耐放射線素子。
透光性の窓を有する真空容器と、
前記真空容器内の前記透光性の窓の内側に配設された透明電極アノードと、
前記透明電極アノードよりも内側に設けられ、前記透光性の窓から発光した光を放出するための蛍光体膜と、
前記真空容器内において、前記蛍光体膜と間隔をおいて配設された電界放出型の冷陰極電子源と、
を具備し、
前記電界放出型の冷陰極電子源は、
マトリクス状に配列され、前記蛍光体を発光させるための複数の電子放出素子と、
前記電子放出素子の裏面側に形成され、前記電子放出素子を駆動するための複数の素子駆動回路を含む駆動層と、
前記複数の電子放出素子のそれぞれは、前記複数の素子駆動回路のそれぞれに対して接続された裏面電極と、半導体からなり前記裏面電極の上に形成された電子供給層と、前記電子供給層の上に形成された絶縁層と、前記絶縁層の上に形成され且つ一定の電圧が印加される電極層と、
を含む
ことを特徴とする耐放射線素子。
請求項５記載の耐放射線素子であって、
前記蛍光体膜が、テルビウム（Ｔｂ）又はユウロピウム（Ｅｕ）原子が賦活された、酸硫化ガドリニウム又は酸硫化イットリウムを含むことを特徴とする耐放射線素子。
遠隔で画像を取得する耐放射線カメラであって、
撮像用のレンズと、当該レンズを通った光を電気信号に変換する撮像素子と、撮像対象に光を当てる照明機構とを具備し、
前記撮像素子は、請求項１記載の耐放射線素子であり、前記照明機構は、請求項５記載の耐放射線素子を含むことを特徴とする耐放射線カメラ。
請求項７記載の耐放射線カメラであって、
前記レンズと前記照明機構を、上下左右に駆動してするパン、チルトさせる駆動機構を具備し、当該駆動機構は、無線又は有線にてリモートコントロール可能とされていることを特徴とする耐放射線カメラ。
出力蛍光画像を撮像する撮像カメラを具備し、放射線にてイメージングするイメージインテンシファイアの耐放射線カメラであって、
前記撮像カメラが、請求項１記載の耐放射線素子を具備したことを特徴とする耐放射線カメラ。