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渡辺 恭志*; 武内 伴照; 小沢 治*; 駒野目 裕久*; 赤堀 知行*; 土谷 邦彦
Proceedings of 2017 International Image Sensor Workshop (IISW 2017) (Internet), p.206 - 209, 2017/05
東京電力福島第一原子力発電所事故の経験や教訓を踏まえ、プラント状態の情報把握能力の向上のため、耐放射線性カメラの開発に取り組んだ。放射線環境下におけるカメラ画像劣化の主因である撮像素子内の暗電流を抑制するため、撮像素子の耐放射線性向上に取り組んだ。まず、既存の撮像素子としてフォトダイオード(PD)型、埋め込みPD型及びフィールドプレート付PD(FP-PD)型に対して
線照射試験を行ったところ、照射後の暗電流はFP-PD型が最も小さく、耐放射線性に優れることが分かった。これに対し、さらなる耐放射線性の向上を目指し、暗電流源の一つである照射中における絶縁酸化膜中の正孔の発生を軽減し得ると考えられる埋め込みフォトゲート(PPG)型の撮像素子を開発した。照射前後の暗電流をFP-PD型と比較したところ、照射前及び照射後ともPPG型のほうが数分の一にまで暗電流を軽減されることが分かり、より耐放射線性の高い監視カメラ開発の可能性が示された
線照射効果武内 伴照; 大塚 紀彰; 上柳 智裕*; 渡辺 恭志*; 駒野目 裕久*; 上野 俊二*; 土谷 邦彦
no journal, ,
原子力発電所における監視システムの高度化の一環として、過酷事故が発生した際にも監視機能を失わない耐放射線性カメラの開発を行っている。既存カメラに対する線照射試験結果から、照射による画像劣化の主因は撮像素子内の暗電流増加であることが明らかとなった。本研究では、暗電流を抑制するため、撮像素子のトランジスタ及び光電変換部について、3トランジスタ型(3T型)でフィールドプレートを有する素子(3TPD)、同型でフォトゲートを有する素子(3TPG)及び4トランジスタ型(4T型)でフォトゲートを有する素子(4TPG)を試作し、線照射施設で70kGyまで照射して暗電流と光電変換感度を測定した。その結果、照射前はトランジスタ構造の多い4T型が有利であるものの、照射下では、トランジスタ構造の少ない3T型のほうが、照射による暗電流の発生個所が少ないことから有利であり、厚い酸化膜を持つフィールドプレート型よりも、酸化膜の薄いフォトゲート型のほうが、照射による界面準位増大を抑制でき、暗電流を軽減できることが分かった。以上から、最も耐放性の高い3TPGでは、70kGy照射後も十分な性能が維持されることを明らかにした。
武内 伴照; 田中 茂雄*; 渡辺 恭志*; 大塚 紀彰; 小沢 治*; 駒野目 裕久*; 上野 俊二*; 土谷 邦彦
no journal, ,
過酷事故時にも使用可能な耐放射線性カメラの開発の一環として、本研究では、撮像素子のフォトゲート駆動電圧が画質に与える影響を調べた。対象材は、3トランジスタ型で光電変換部にフォトゲート(PG)と呼ばれる電極を有する撮像素子を用いた。まず、照射前にPGの駆動電圧を0
-1.6Vの範囲で変化させ、コントラストが最も明瞭な最良の画質が得られる電圧を-1.6Vと決定した。次に、約1kGy/hの線照射環境下でテストチャートを撮影したところ、-1.6Vでは、11階調の白黒テストバーのうち、白側の4階調分はコントラストが失われた。このため、0-0.8Vの範囲でPG駆動電圧による画質を取得したところ、コントラストが復帰するとともに、-0.2Vで最良の画質が得られることが分かった。以上より、最良の画質が得られる撮像素子PG駆動電圧は、放射線環境下と未照射環境では異なることが分かった。したがって、一般的には固定であるPG電圧を調節可能なカメラとすれば、放射線環境下における画質劣化を軽減しうることが示唆された。