JP7360248B2 - Radiation resistant image sensor and radiation resistant imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、耐放射線イメージセンサおよび耐放射線撮像装置に関する。 The present invention relates to a radiation-resistant image sensor and a radiation-resistant imaging device.
原子力プラントや放射線利用施設においては、プラントおよび施設内を監視するために、イメージセンサを備えた撮像システムが複数設置されている。また、廃炉向けにも内部調査等でイメージセンサを備えた撮像システムが活用されている。これらの撮像システムが備えるイメージセンサには、半導体素子を含む回路が備わっている。 In nuclear power plants and radiation utilization facilities, a plurality of imaging systems equipped with image sensors are installed in order to monitor the inside of the plants and facilities. Imaging systems equipped with image sensors are also used for internal investigations and other purposes for decommissioning. Image sensors included in these imaging systems are equipped with circuits including semiconductor elements.
回路を構成する素子の中では、一般的に半導体素子が放射線に弱いとされており、半導体素子に放射線が照射されると、半導体素子の酸化膜中で電子とホールが生成される。
導電体と比較すると、酸化膜中では電子の移動度が小さいため、電子とホールが再結合せずに放射線の照射量に応じて増加していく。酸化膜中の電子は、ホールよりは移動度が大きいため、酸化膜中から抜け出すが、ホールは移動度が小さいため正の電荷として酸化膜中に蓄積する。
Among the elements constituting a circuit, semiconductor elements are generally considered to be sensitive to radiation, and when a semiconductor element is irradiated with radiation, electrons and holes are generated in the oxide film of the semiconductor element.
Compared to a conductor, the mobility of electrons in an oxide film is low, so electrons and holes do not recombine and increase in accordance with the amount of radiation irradiated. Electrons in the oxide film have higher mobility than holes, so they escape from the oxide film, but holes have lower mobility, so they accumulate in the oxide film as positive charges.
放射線の線量率が低ければその影響も小さいが、例えば原子力プラントの事故時のような過酷環境となると、放射線の線量率も高くなるため影響も大きくなる。すなわち、イメージセンサであれば、映像のちらつきが発生し、最終的には画像が出力不能となる。
そのため、放射線が照射される環境で使用されるイメージセンサには、鉛等での遮蔽や、線源から距離を設ける等の対策がなされている。
If the radiation dose rate is low, the effect will be small; however, in a harsh environment such as in the case of a nuclear plant accident, the radiation dose rate will also be high, and the effect will be significant. That is, in the case of an image sensor, the image flickers, and eventually the image cannot be output.
For this reason, image sensors used in environments where radiation is irradiated are subject to countermeasures such as shielding with lead or the like or providing a distance from the radiation source.
特許文献1には、半導体素子を、ケイ素(以下、「Si」と称する)よりも耐放射線性が優れた炭化ケイ素(以下、「SiC」と称する)で構成して、オペアンプとする技術についての記載がある。 Patent Document 1 describes a technology for making an operational amplifier by constructing a semiconductor element with silicon carbide (hereinafter referred to as "SiC"), which has better radiation resistance than silicon (hereinafter referred to as "Si"). There is a description.
特許文献1に記載されているように、半導体素子をSiCで構成することで、耐放射線性が向上する。
しかしながら、SiCで構成されたイメージセンサが備えるフォトダイオードは、紫外線の蓄積しかできないため、SiCで構成されたイメージセンサでは可視光を撮像することは不可能であった。
As described in Patent Document 1, radiation resistance is improved by configuring the semiconductor element with SiC.
However, since a photodiode included in an image sensor made of SiC can only accumulate ultraviolet light, it has been impossible to image visible light with an image sensor made of SiC.
本発明は、耐放射線性が優れたイメージセンサおよびそのイメージセンサを使った撮像装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an image sensor with excellent radiation resistance and an imaging device using the image sensor.
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、原子力プラント又は放射線利用施設に配置されて撮像を行う耐放射線イメージセンサであり、ケイ素基板に形成され、入射光を画素単位で信号に変換するフォトダイオードと、フォトダイオードで得られた画素単位の信号を増幅するバイポーラトランジスタと、フォトダイオードで増幅された画素単位の信号を蓄積するコンデンサとを有する光電変換部と、ケイ素よりも広いバンドギャップを持つ素材よりなる基板に形成され、コンデンサに蓄積した画素単位の信号をリセットパルスでリセットしながらセレクトパルスで選択して取り出すMOSFETと、MOSFETで取り出したそれぞれの画素の信号を増幅するオペアンプとを有する信号増幅部とを備える耐放射線イメージセンサとしたものである。
In order to solve the above problems, for example, the configurations described in the claims are adopted.
The present application includes multiple means for solving the above-mentioned problems, but one example is a radiation-resistant image sensor that is placed in a nuclear power plant or a radiation utilization facility to take images, and is formed on a silicon substrate and is A photoelectric conversion unit that includes a photodiode that converts light into a signal in each pixel, a bipolar transistor that amplifies the signal in each pixel obtained by the photodiode, and a capacitor that stores the signal in each pixel that has been amplified by the photodiode. A MOSFET is formed on a substrate made of a material with a wider bandgap than silicon, and the signals accumulated in the capacitor for each pixel are reset by a reset pulse and selectively taken out by a select pulse, and each pixel taken out by the MOSFET. The radiation-resistant image sensor is provided with a signal amplifying section having an operational amplifier that amplifies the signal.
本発明によれば、耐放射線性能に優れたイメージセンサを得ることができ、高放射線環境での撮像を適切に行うことができるようになる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, an image sensor with excellent radiation resistance can be obtained, and imaging can be appropriately performed in a high radiation environment.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be made clear by the following description of the embodiments.
以下、本発明の一実施の形態例(以下、「本例」と称する)について、添付図面を参照して詳細に説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, one embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "this example") will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[1.装置構成]
図1は、本例の耐放射線撮像装置の全体構成を示す。
本例の耐放射線撮像装置は、撮像対象1を、イメージセンサ部100で撮像する。イメージセンサ部100で撮像して得た信号は、制御装置200の信号処理部210に送られ、信号処理部210で所定のフォーマットの画像信号が生成される。制御装置200で生成された画像信号は、モニタ300に伝送される。モニタ300は、供給される画像信号による画像を表示する。
なお、制御装置200は、電源回路220を備え、イメージセンサ部100は、電源回路220から供給される直流電源で作動する。
[1. Device configuration]
FIG. 1 shows the overall configuration of the radiation-resistant imaging device of this example.
The radiation-resistant imaging device of this example images an imaging target 1 with an
Note that the
イメージセンサ部100は、レンズ101と、光電変換部110と、信号増幅部120とを備える。
レンズ101は、撮像対象1の像光を光電変換部110に導くものである。レンズ101は、通常の石英ガラスではなく、例えば鉛含有ガラスなどの耐放射線ガラスを使用するのが好ましい。
The
The
イメージセンサ部100の光電変換部110は、Si(ケイ素)の基板に形成した集積回路で構成される。光電変換部110は、レンズ101を介して得られた入射光を、光電変換して画素単位の信号を得る。光電変換部110で得られた画素単位の信号は、信号増幅部120に供給される。
The
イメージセンサ部100の信号増幅部120は、Siよりもバンドギャップが広い材質の基板に形成した集積回路で構成される。ここで、Siよりもバンドギャップが広い材質には、少なくともSiC(炭化ケイ素)と同程度のバンドギャップの材質か、それよりも広いバンドギャップの材質であることが好ましい。SiC以外で、SiCと同程度かそれ以上のバンドギャップを持つ材質としては、例えばGaN、ダイアモンドなどがある。SiCと同程度かそれ以上のバンドギャップを持つ材質で構成した回路は、Si基板で構成した回路よりも耐放射線性能に優れている。
信号増幅部120としてSiCを使用する場合、例えば4H-SiCと称されるSiCが適用可能である。ここで、「4H」は、結晶の多形の種類を示す。
The signal amplifying
When using SiC as the
信号増幅部120は、光電変換部110から得られる信号を増幅する。信号増幅部120で増幅された信号は、制御装置200の信号処理部210に伝送される。
信号処理部210では、信号増幅部120から伝送された信号を、所定のフォーマットの画像信号とする信号処理が行われる。信号増幅部120で得られた画像信号は、モニタ300に伝送される。
The
The
図2は、本例の耐放射線撮像装置の配置例を示す。
本例の耐放射線撮像装置は、イメージセンサ部100が高線量場10に配置され、高線量場10の撮像対象1を撮像する。
制御装置200は低線量場20に配置され、イメージセンサ部100と制御装置200とが、ケーブル91で接続されている。したがって、制御装置200に接続されたモニタ300(図1)では、高線量場10の撮像対象1を撮像した画像を表示させることができ、高線量場のイメージセンシングが可能となる。
FIG. 2 shows an example of the arrangement of the radiation-resistant imaging device of this example.
In the radiation-resistant imaging device of this example, an
The
[2.イメージセンサ部の構成]
図3は、イメージセンサ部100の回路構成を示す。
図3に示す回路は、イメージセンサ部100の1画素の構成を示す。
本例のイメージセンサ部100は、Si基板に形成した光電変換部110と、Siよりもバンドギャップが広い素材(例えばSiC)の基板に形成した信号増幅部120とを備える。
[2. Configuration of image sensor section]
FIG. 3 shows a circuit configuration of the
The circuit shown in FIG. 3 shows the configuration of one pixel of the
The
光電変換部110には、受光素子であるフォトダイオード111が配置され、フォトダイオード111が入射光(少なくとも可視光の帯域の光)を信号に変換する。
フォトダイオード111には、バイポーラトランジスタ112を介してコンデンサ114が接続され、フォトダイオード111の出力信号が、バイポーラトランジスタ112を介してコンデンサ114に供給される。
A
A
ここで、バイポーラトランジスタ112としては、PNP型のトランジスタが使用される。したがって、図3に示すように、エミッタがフォトダイオード111に接続され、ベースには端子113に得られる電源が供給され、コレクタがコンデンサ114に接続される。このように接続されることで、フォトダイオード111から供給される信号が、バイポーラトランジスタ112で増幅されて、コンデンサ114に供給される。
Here, as the
光電変換部110のコンデンサ114に蓄積した信号(電荷)は、信号増幅部120により読み出される。すなわち、リセット用のMOSFET(MOS型電界効果トランジスタ)121によりコンデンサ114に蓄積した信号がリセットされながら、コンデンサ114に蓄積した信号が、アンプ用のMOSFET122およびセレクト用のMOSFET123を介してオペアンプ125に読み出される。
The signal (charge) accumulated in the
各MOSFET121,122,123には、電源VDDが供給される。MOSFET121でのリセットは、端子127に供給されるリセットパルスに同期して行われ、MOSFET123での画素選択は、端子124に供給されるセレクトパルスに同期して行われる。
オペアンプ125では、供給される信号が増幅され、増幅された信号(画素信号)が出力端子126に得られる。そして、出力端子126に得られる画素信号が、制御装置200の信号処理部210(図1)に供給される。なお、オペアンプ125も、MOSFETで構成される。
光電変換部110の端子113に得られる電源や、MOSFET121,122,123に得られる電源VDDは、制御装置200の電源回路220(図1)から供給される。オペアンプ125を駆動するための電源も、電源回路220から供給される。
A power supply V DD is supplied to each
The
The power source obtained at the
端子124に供給されるセレクトパルスや端子127に供給されるリセットパルスについては、例えばイメージセンサ部100内の信号増幅部120内で生成される。あるいは、制御装置200内の信号処理部210で生成したセレクトパルスやリセットパルスを、イメージセンサ部100に供給するようにしてもよい。
The select pulse supplied to the terminal 124 and the reset pulse supplied to the terminal 127 are generated, for example, within the
なお、図3に示す回路構成は1画素の構成を示すものであり、実際にはイメージセンサ部100は、画素数に対応した数だけ、フォトダイオード111およびそのフォトダイオード111に接続された図3の回路を有する。但し、オペアンプ125などの一部の回路は、複数の画素で共用化してもよい。
Note that the circuit configuration shown in FIG. 3 shows the configuration of one pixel, and in reality, the
[3.イメージセンサの特性]
本例の光電変換部110は、増幅素子としてバイポーラトランジスタ112を備えるが、バイポーラトランジスタは、MOSFETに比べて放射線に強いという効果がある。
図4は、バイポーラトランジスタの放射線影響の例を示す特性図である。図4において、縦軸はバイポーラトランジスタの直流電流増幅率(hFE)、横軸は積算線量である。図4は、積算線量による直流電流増幅率(hFE)の変化特性αを示している。
[3. Characteristics of image sensor]
The
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an example of radiation effects on a bipolar transistor. In FIG. 4, the vertical axis represents the DC current amplification factor (h FE ) of the bipolar transistor, and the horizontal axis represents the integrated dose. FIG. 4 shows the change characteristic α of the direct current amplification factor (h FE ) depending on the integrated dose.
図4に示すように、バイポーラトランジスタの場合、積算線量が増えるに従って、ベース・エミッタ間電圧の変動により直流電流増幅率(hFE)が変動するが、その変動は、トランジスタとしての動作に影響がない許容値の範囲内である。具体的には、図4に示す積算線量の変化特性αは、10~30kGyの積算線量で変動が収束し、直流電流増幅率(hFE)は、初期値から120程度の値に収束する。この直流電流増幅率(hFE)が120程度の状態は、トランジスタとしての動作の許容範囲内の値であり、積算線量が少なくとも100kGy程度まではこの許容値の範囲内であり、光電変換部110から信号が出力されなくなるほどの変動は起こらない。したがって、バイポーラトランジスタ112を備えた光電変換部110は、耐放射線性能に優れている。
As shown in Figure 4, in the case of a bipolar transistor, as the integrated dose increases, the DC current amplification factor (h FE ) changes due to fluctuations in the base-emitter voltage, but this fluctuation does not affect the operation of the transistor. Not within acceptable values. Specifically, the variation characteristic α of the integrated dose shown in FIG. 4 converges at an integrated dose of 10 to 30 kGy, and the DC current amplification factor (h FE ) converges to a value of about 120 from the initial value. This state where the direct current amplification factor (h FE ) is about 120 is a value within the allowable range for operation as a transistor, and the integrated dose is within this allowable value up to at least about 100 kGy, and the
そして、光電変換部110からの信号を増幅する信号増幅部120を、SiCなどのバンドギャップが広い素材で構成することで、信号増幅部120についても耐放射線性能に優れたものとすることができる。オペアンプなどの回路をSiCなどのバンドギャップが広い素材で構成した場合に、耐放射線性能に優れる点は、[発明が解決しようとする課題]の欄で説明した特許文献1に記載されている通りである。
By configuring the
なお、従来のイメージセンサの場合には、増幅素子としてMOSFETを使用するが、Si基板に構成したMOSFETはバイポーラトランジスタよりも放射線に弱く、放射線照射によりリーク電流の増加やしきい値電圧のシフトが起こるという問題がある。一般的に、Si基板に構成したMOSFETの場合、10kGy程度で故障してしまう虞がある。 In the case of conventional image sensors, MOSFETs are used as amplification elements, but MOSFETs constructed on Si substrates are more sensitive to radiation than bipolar transistors, and radiation irradiation can cause an increase in leakage current and a shift in threshold voltage. There is a problem that happens. Generally, in the case of a MOSFET configured on a Si substrate, there is a risk of failure at about 10 kGy.
また、バイポーラトランジスタはMOSFETと比較してより大電流を扱えるため、信号の最大増幅率がMOSFETよりも大きくなる。
ここで、本例の耐放射線撮像装置は、オペアンプ125を、SiCなどのバンドギャップが広い素材よりなる基板上に構成して耐放射線性能を高める構成にした。しかし、SiCなどのバンドギャップが広い素材よりなる基板にオペアンプ125を構成すると、Si基板に構成したオペアンプに比べて、最大増幅率が1~2桁低下してしまうという問題も発生する。
Furthermore, since bipolar transistors can handle larger currents than MOSFETs, the maximum signal amplification factor is greater than that of MOSFETs.
Here, in the radiation-resistant imaging device of this example, the
しかしながら、本例の耐放射線撮像装置は、光電変換部110のバイポーラトランジスタ112が、高い増幅率で増幅を行うことが可能であるため、オペアンプ125の増幅率低下をバイポーラトランジスタ112で補うことができる。したがって、イメージセンサ部100が放射線に影響されない画素信号を出力できるようになる。
このため、本例の耐放射線撮像装置が備えるイメージセンサ部100は、耐放射線に優れると共に、高画質な画像信号の出力が可能になる。
なお、イメージセンサ部100は、レンズ101(図1)についても耐放射線ガラスを使用することで、より耐放射線性能を高めることができる。
However, in the radiation-resistant imaging device of this example, since the
Therefore, the
Note that the radiation resistance of the
[4.耐放射線撮像装置の適用例(例1:移動ロボットの例)]
図5は、本例の耐放射線撮像装置の適用例(例1)を示す。
この例では、イメージセンサを移動ロボットへ搭載した例を示す。
図5に示すシステムは、高線量場10に配置された、移動ロボット400を備える。移動ロボット400は、低線量場20に設置された制御装置200からの指令で、自律走行が可能である。移動ロボット400と制御装置200とは、ケーブル92で接続されている。
ここで、イメージセンサ部100を移動ロボット400に取り付け、イメージセンサ部100を制御装置200とケーブル91で接続する。
[4. Application example of radiation-resistant imaging device (Example 1: Mobile robot example)]
FIG. 5 shows an application example (Example 1) of the radiation-resistant imaging device of this example.
This example shows an example in which an image sensor is mounted on a mobile robot.
The system shown in FIG. 5 includes a
Here, the
この図5に示す構成とするで、移動ロボット400のイメージセンサ部100は、高線量場10の移動ロボット400の周囲を撮像することができ、制御装置200に接続されたモニタ300には、高線量場での作業を可視化して長時間表示することができる。したがって、例えば原子力発電所の廃炉作業の効率化とコスト低減が可能となる。
With the configuration shown in FIG. 5, the
[5.耐放射線撮像装置の適用例(例2:原子炉格納容器の例)]
図6は、本例の耐放射線撮像装置の適用例(例2)を示す。
この例では、イメージセンサ部100を原子力プラントの原子炉格納容器(PCV)の内部の監視用に設置した例を示す。
図6に示すシステムでは、高線量場である原子力プラントのPCV(原子炉格納容器)10a内に、イメージセンサ部100が配置されている。そして、原子炉格納容器外壁2には、ケーブル91を通過させるペネトレーション2aが配置され、PCV10aの外側の低線量場20に、制御装置200やモニタ300が配置される。
[5. Application example of radiation-resistant imaging device (Example 2: Reactor containment vessel example)]
FIG. 6 shows an application example (Example 2) of the radiation-resistant imaging device of this example.
In this example, an example is shown in which the
In the system shown in FIG. 6, an
この図6に示す構成とすることで、PCV内をイメージセンサ部100で常時撮像して常時監視することができ、原子力プラントの安全性向上や定期検査の効率化が可能となる。
With the configuration shown in FIG. 6, the inside of the PCV can be constantly imaged and monitored by the
[6.耐放射線撮像装置の適用例(例3:陽子線治療装置の例)]
図7は、本例の耐放射線撮像装置の適用例(例3)を示す。
この例では、イメージセンサ部100を陽子線治療装置に設置した例を示す。
図7に示すシステムでは、高線量場である治療室10bに、イメージセンサ部100が配置され、低線量場20には、制御装置200やモニタ300が配置されている。
そして、ケーブル91が治療室外壁3の外側の低線量場20に引き出され、イメージセンサ部100はこのケーブル91により、低線量場20の制御装置200と接続される。
治療室10bには、治療台5の上の患者6への陽子線の照射で治療を行う陽子線治療装置4が設置され、治療室10b内の陽子線治療装置4の近傍に、イメージセンサ部100が配置される。
[6. Application example of radiation-resistant imaging device (Example 3: Example of proton beam therapy device)]
FIG. 7 shows an application example (Example 3) of the radiation-resistant imaging device of this example.
This example shows an example in which the
In the system shown in FIG. 7, an
Then, the
The
この図7に示す構成とすることで、陽子線治療装置での治療時の様子を、モニタ300で高画質の画像で監視することができ、良好な治療を行うことができる。現状の陽子線治療装置を監視する撮像装置の場合、放射線の影響で画像にちらつきが発生して見にくい画像であるという問題があるが、本例のシステムによると、従来よりも高画質の画像でモニタできるようになる。したがって、高線量場で治療中の患者の様子を高画質で常時監視することができる。こうして、本例のシステムによれば、治療および患者の異常の有無を可視化できるため、より安全な治療が可能になる。
With the configuration shown in FIG. 7, the state of treatment with the proton beam therapy apparatus can be monitored using high-quality images on the
[7.変形例]
本発明は、上述した実施の形態例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、図3に示すイメージセンサ部100のトランジスタやMOSFETなどによる回路構成は一例を示すものであり、イメージセンサとしてのその他の回路構成を適用してもよい。
[7. Modified example]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications.
For example, the circuit configuration of the
また、上述した実施の形態例では、イメージセンサ部100の光電変換部110に配置したバイポーラトランジスタ112でフォトダイオード111から読み出した信号を増幅するようにした。これに対して、光電変換部110内では増幅せずにコンデンサ114に蓄積させ、後段の信号増幅部120でのみで増幅を行うようにしてもよい。
また、上述した実施の形態例では、入射光を画素単位で信号に変換する光電変換素子として、フォトダイオードを使用したが、その他の光電変換素子を使用してもよい。
さらに、図5~図7に示す適用例についても、好適な例を示すものであり、本発明は、その他の高線量場での様々な撮像用に適用が可能である。
Furthermore, in the embodiment described above, the signal read from the
Further, in the above-described embodiment, a photodiode is used as a photoelectric conversion element that converts incident light into a signal on a pixel-by-pixel basis, but other photoelectric conversion elements may be used.
Further, the application examples shown in FIGS. 5 to 7 are also preferred examples, and the present invention can be applied to various imaging applications in other high-dose fields.
1…撮像対象、2…原子炉格納容器外壁、2a…ペネトレーション、3…治療室外壁、4…陽子線治療装置、5…治療台、6…患者、10,10a,10b…高線量場、20…低線量場、91、92…ケーブル、100…イメージセンサ部、101…レンズ、110…光電変換部、111…フォトダイオード、112…バイポーラトランジスタ、113…端子、114…コンデンサ、120…信号増幅部、121…MOSFET(リセット用)、122…MOSFET(アンプ用)、121…MOSFET(セレクト用)、124…端子、125…オペアンプ、126…出力端子、200…制御装置、210…信号処理部、220…電源回路、300…モニタ、400…移動ロボット 1... Imaging target, 2... Reactor containment vessel outer wall, 2a... Penetration, 3... Treatment room outer wall, 4... Proton beam therapy device, 5... Treatment table, 6... Patient, 10, 10a, 10b... High dose field, 20 ...Low dose field, 91, 92... Cable, 100... Image sensor unit, 101... Lens, 110... Photoelectric conversion unit, 111... Photodiode, 112... Bipolar transistor, 113... Terminal, 114... Capacitor, 120... Signal amplification unit , 121... MOSFET (for reset), 122... MOSFET (for amplifier), 121... MOSFET (for selection), 124... terminal, 125... operational amplifier, 126... output terminal, 200... control device, 210... signal processing section, 220 ...power supply circuit, 300...monitor, 400...mobile robot
Claims (6)
ケイ素基板に形成され、入射光を画素単位で信号に変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードで得られた画素単位の信号を増幅するバイポーラトランジスタと、前記フォトダイオードで増幅された画素単位の信号を蓄積するコンデンサとを有する光電変換部と、
ケイ素よりも広いバンドギャップを持つ素材よりなる基板に形成され、前記コンデンサに蓄積した画素単位の信号をリセットパルスでリセットしながらセレクトパルスで選択して取り出すMOSFETと、前記MOSFETで取り出したそれぞれの画素の信号を増幅するオペアンプとを有する信号増幅部と、を備える
耐放射線イメージセンサ。 A radiation-resistant image sensor that is placed in a nuclear power plant or radiation utilization facility to take images,
A photodiode formed on a silicon substrate converts incident light into a signal for each pixel, a bipolar transistor that amplifies the signal for each pixel obtained by the photodiode, and a signal for each pixel amplified by the photodiode. a photoelectric conversion unit having a capacitor for accumulating;
A MOSFET is formed on a substrate made of a material with a wider band gap than silicon, and the signals accumulated in the capacitor for each pixel are reset by a reset pulse and selectively taken out by a select pulse, and each pixel taken out by the MOSFET. A radiation-resistant image sensor, comprising: a signal amplifying section having an operational amplifier that amplifies a signal of the radiation-resistant image sensor.
請求項1に記載の耐放射線イメージセンサ。 The radiation-resistant image sensor according to claim 1, wherein the material with a wide bandgap is a material with a bandgap as wide as or wider than silicon carbide.
前記イメージセンサは、
ケイ素基板に形成され、入射光を画素単位で信号に変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードで得られた画素単位の信号を増幅するバイポーラトランジスタと、前記フォトダイオードで増幅された画素単位の信号を蓄積するコンデンサとを有する光電変換部と、
ケイ素よりも広いバンドギャップを持つ素材よりなる基板に形成され、前記コンデンサに蓄積した画素単位の信号をリセットパルスでリセットしながらセレクトパルスで選択して取り出すMOSFETと、前記MOSFETで取り出したそれぞれの画素の信号を増幅するオペアンプとを有する信号増幅部と、を備え、
前記信号処理部は、前記信号増幅部で増幅された信号から、前記画像信号を得るようにした
耐放射線撮像装置。 In a radiation-resistant imaging device that has an image sensor and a signal processing unit that obtains an image signal in a predetermined format based on the signal obtained by the image sensor, and that is placed in a nuclear power plant or a radiation utilization facility and performs imaging. ,
The image sensor is
A photodiode formed on a silicon substrate converts incident light into a signal for each pixel, a bipolar transistor that amplifies the signal for each pixel obtained by the photodiode, and a signal for each pixel amplified by the photodiode. a photoelectric conversion unit having a capacitor for accumulating;
A MOSFET is formed on a substrate made of a material with a wider band gap than silicon, and the signals accumulated in the capacitor for each pixel are reset by a reset pulse and selectively taken out by a select pulse, and each pixel taken out by the MOSFET. a signal amplification section having an operational amplifier that amplifies the signal of the signal;
The signal processing section obtains the image signal from the signal amplified by the signal amplification section. The radiation-resistant imaging device.
請求項3に記載の耐放射線撮像装置。 The radiation-resistant imaging device according to claim 3, further comprising a lens made of radiation-resistant glass that guides incident light to the image sensor.
請求項3又は4に記載の耐放射線撮像装置。 The radiation-resistant imaging device according to claim 3 or 4, wherein the image sensor is placed on a mobile robot placed in the nuclear power plant .
請求項3又は4に記載の耐放射線撮像装置。 The radiation-resistant imaging device according to claim 3 or 4, wherein the image sensor is arranged at a location where a proton beam therapy device as the radiation utilization facility is installed.
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