(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-17
(45)【発行日】2024-04-25
(54)【発明の名称】計測装置および応用装置
(51)【国際特許分類】
G21C 17/00 20060101AFI20240418BHJP
G21C 17/02 20060101ALI20240418BHJP
G21F 3/00 20060101ALI20240418BHJP
H01L 31/08 20060101ALI20240418BHJP
【ＦＩ】
G21C17/00 030
G21C17/02 600
G21F3/00 Z
H01L31/00 A
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2021017937
(22)【出願日】2021-02-08
(65)【公開番号】P2022120896
(43)【公開日】2022-08-19
【審査請求日】2023-08-03
(73)【特許権者】
【識別番号】507250427
【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】桑名 諒
(72)【発明者】
【氏名】増永 昌弘
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 睦三
(72)【発明者】
【氏名】野本 真司
(72)【発明者】
【氏名】鳥谷部 祐
【審査官】右▲高▼ 孝幸
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－１６７２７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２０１０９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１３４９０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－２１１０２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０３２０１８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ２１Ｃ １７／００
Ｇ２１Ｆ ３／００
Ｈ０１Ｌ ３１／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電子回路を備えて計測機能を有するフロントエンド部と、前記フロントエンド部の出力信号を増幅する第１アンプと、
入力した信号を所定の形態に処理するコントロール部と、
前記第１アンプの出力信号を前記コントロール部の入力に伝搬するケーブルと、
前記ケーブルと前記コントロール部の入力部との間に設けられる第２アンプと、
を備え、
前記フロントエンド部は放射線シールド機能を有し、
前記第１アンプはＳｉＣ素子を有して構成され、前記第１アンプの電圧増幅率は１未満であり、
前記第２アンプの電圧増幅率は１以上であり、
前記ケーブルは、ハイインピーダンスケーブルで構成される、
ことを特徴とする計測装置。
【請求項2】
請求項１において、前記フロントエンド部の放射線シールド機能は、次の《１》、《２》、《３》の対策のいずれか、もしくは対策の組合せで構成されることを特徴とする計測装置。
《１》鉛を含む遮蔽物を設ける。
《２》前記フロントエンド部の回路構成にＳｉＣ素子を備える。
《３》前記フロントエンド部の回路構成に冗長性を設ける。
【請求項3】
請求項１において、前記ハイインピーダンスケーブルの特性インピーダンスは、５０Ωよりも高い、
ことを特徴とする計測装置。
【請求項4】
請求項１に記載の計測装置の前記フロントエンド部がイメージセンサ部で構成される応用装置であって、前記イメージセンサ部は、センサ素子部と送受信部とを備え、
前記センサ素子部は、画素に対応する複数のセンサ素子と、１または複数の閾値判定回路とを備え、
前記センサ素子は、受光素子と充電トランジスタとを備え、
前記閾値判定回路は、前記受光素子と前記充電トランジスタとで構成する画素電圧回路の端子電圧が所定の閾値以上か否かを判定し、
前記センサ素子部は、前記閾値判定回路が判定する異なる輝度閾値に対応する複数のサブ画像を取得し、
前記送受信部は、前記複数のサブ画像を前記コントロール部に送信し、
前記コントロール部は、前記複数のサブ画像の信号を処理して、階調画像を生成する、
ことを特徴とする応用装置。
【請求項5】
請求項４において、前記イメージセンサ部は、センサ制御部を備え、
前記センサ制御部は、前記センサ素子部と前記送受信部とを制御して、前記センサ素子部の取得する前記複数のサブ画像を、前記送受信部を介して、前記コントロール部に送信する補助を行う、
ことを特徴とする応用装置。
【請求項6】
請求項５において、前記イメージセンサ部は、階調方式を工夫する次の《Ａ》、《Ｂ》、《Ｃ》の対策のいずれか、もしくは組合せて、耐放射線性を向上することを特徴とする応用装置。
《Ａ》イメージセンサ部におけるセンサ素子部のセンサ素子の露光時間を増やして、光信号量を増加して電気信号を大きくする。
《Ｂ》イメージセンサ部の設計段階、あるいは採用段階において、センサ素子部のセンサ素子の受光素子の面積を大きく設計、または大きいものを選択する。
《Ｃ》イメージセンサ部の受光素子と充電トランジスタの関係において、充電トランジスタの特性を変えることによって、受光素子の光の感度や、電気信号の大きさを変える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、計測装置およびその応用装置に関する。特に計測装置およびその応用装置の放射線耐性に優れた半導体回路および長距離信号伝送に関する。
【背景技術】
【0002】
原子力プラントなどの放射線にさらされる環境において、温度、水位、放射線など様々な計測が求められている。
放射線環境における計測部の電子回路の放射線劣化に対しては、Ｓｉ半導体に替えて、ＳｉＣ半導体のような高バンドギャップ半導体を用いる方法もある。
また、放射線環境において信号を長距離伝送する方法としては、例えば特許文献１に述べられているように、耐放射線性能に優れる光ファイバを用いる手法がある。
放射線環境における計測部の電子回路の放射線劣化に対しては、Ｓｉ半導体に替えて、ＳｉＣ半導体のような高バンドギャップ半導体を用いる方法もある。
また、放射線環境において信号を長距離伝送する方法としては、例えば特許文献１に述べられているように、耐放射線性能に優れる光ファイバを用いる手法がある。
【0003】
特許文献１の［要約］には、「［目的］放射線照射の環境下でも寿命の来ることがない改良された耐放射線型光ファイバ信号伝送路を提供すること、同信号伝送路を利用した光通信システム及び放射線計測システムを提供すること。［構成］光ブリーチ効果の発生に必要な高レベルの漂白光を光ファイバに入射するための手段を付加することによって耐放射線型光ファイバ信号伝送路を構成する。このように構成した信号伝送路を信号光伝搬媒体又は放射線検知センサとして利用することにより、必要な光通信システム又は放射線計測システムを構成することが出来る。漂白光は、信号光と同一波長の光のほか、信号光とは異なる波長の光を使用することも可能である。」と記載され、耐放射線型光ファイバ信号伝送路の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平６－３０３２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、前記した原子力プラントなどの放射線にさらされる環境での計測においては、電子回路が放射線の電離作用により劣化するため、特に高放射線環境において電子回路を含んだ計測器を用いることが難しいという課題（問題）がある。
さらに、計測器の計測部に電子回路を用いない場合においても、計測器の信号を増幅する増幅器（オペアンプ）は電子回路が用いられて、オペアンプも放射線劣化することから計測器の信号が微弱な場合は、長距離伝送が難しいという課題（問題）がある。
さらに、計測器の計測部に電子回路を用いない場合においても、計測器の信号を増幅する増幅器（オペアンプ）は電子回路が用いられて、オペアンプも放射線劣化することから計測器の信号が微弱な場合は、長距離伝送が難しいという課題（問題）がある。
【0006】
またＳｉＣ（炭化ケイ素）素子を用いる場合には、ＳｉＣ素子はＳｉ素子よりもチャネル移動度が低いため大きな電流を流せないという課題（問題）がある。すなわち、計測部にＳｉＣ素子を用いた場合、計測部の計測信号を長距離伝送する際に、信号が減衰する、あるいは周波数特性が劣化してしまうという課題（問題）がある。
例えばＭＨｚ帯からｋＨｚ帯以下にまで周波数特性が低下すると、放射線検出器や超音波出力、イメージセンサ出力などのＭＨｚオーダという高い周波数帯域の信号を扱う計測器の信号を、正しく伝送できなくなるという課題（問題）がある。
また、前記の特許文献１では、計測部(信号発生部や光源など)は、低放射線環境に設置されており、計測部の耐放射線性能が低いことから、放射線環境での計測には対応できないという課題（問題）がある。
例えばＭＨｚ帯からｋＨｚ帯以下にまで周波数特性が低下すると、放射線検出器や超音波出力、イメージセンサ出力などのＭＨｚオーダという高い周波数帯域の信号を扱う計測器の信号を、正しく伝送できなくなるという課題（問題）がある。
また、前記の特許文献１では、計測部(信号発生部や光源など)は、低放射線環境に設置されており、計測部の耐放射線性能が低いことから、放射線環境での計測には対応できないという課題（問題）がある。
【0007】
本発明は、前記した課題に鑑みて創案されたものであって、耐放射線性に優れ、かつ長距離信号伝送を可能とする計測装置およびその応用装置を提供することを課題（目的）とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記の課題を解決するために、本発明を以下のように構成した。
すなわち、本発明の計測装置は、電子回路を備えて計測機能を有するフロントエンド部と、前記フロントエンド部の出力信号を増幅する第１アンプと、入力した信号を所定の形態に処理するコントロール部と、前記第１アンプの出力信号を前記コントロール部の入力に伝搬するケーブルと、前記ケーブルと前記コントロール部の入力部との間に設けられる第２アンプと、を備え、前記フロントエンド部は放射線シールド機能を有し、前記第１アンプはＳｉＣ素子を有して構成され、前記第１アンプの電圧増幅率は１未満であり、前記第２アンプの電圧増幅率は１以上であり、前記ケーブルは、ハイインピーダンスケーブルで構成される、ことを特徴とする。
すなわち、本発明の計測装置は、電子回路を備えて計測機能を有するフロントエンド部と、前記フロントエンド部の出力信号を増幅する第１アンプと、入力した信号を所定の形態に処理するコントロール部と、前記第１アンプの出力信号を前記コントロール部の入力に伝搬するケーブルと、前記ケーブルと前記コントロール部の入力部との間に設けられる第２アンプと、を備え、前記フロントエンド部は放射線シールド機能を有し、前記第１アンプはＳｉＣ素子を有して構成され、前記第１アンプの電圧増幅率は１未満であり、前記第２アンプの電圧増幅率は１以上であり、前記ケーブルは、ハイインピーダンスケーブルで構成される、ことを特徴とする。
【0009】
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、耐放射線性に優れ、かつ長距離信号伝送を可能とする計測装置およびその応用装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の第１実施形態に係る計測装置の構成例を示す図である。
【図2】本発明の第２実施形態に係る計測装置の構成例を示す図である。
【図3】本発明の第３実施形態に係る計測装置の構成例を示す図である。
【図4】本発明の第４実施形態に係る応用装置の構成例を示す図である。
【図5A】本発明の第４実施形態に係る応用装置のイメージセンサ部の構成例を示す図である。
【図5B】本発明の第４実施形態に係る応用装置のイメージセンサ部におけるセンサ素子部の構成例を模式的に示す図である。
【図6】本発明の第５実施形態に係る応用装置の構成例を示す図である。
【図7】本発明の第６実施形態に係る応用装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明を実施するための形態（以下においては「実施形態」と表記する）を、適宜、図面を参照して説明する。
ただし、本発明は以下の実施形態・変形例に限らず、例えば複数の実施形態・変形例を組み合わせたり、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で任意に変形したりできる。
また、本明細書において、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。図示の内容は、図示の都合上、本発明の趣旨を損なわない範囲で実際の構成から変更することがある。
ただし、本発明は以下の実施形態・変形例に限らず、例えば複数の実施形態・変形例を組み合わせたり、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲で任意に変形したりできる。
また、本明細書において、同じ部材には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。図示の内容は、図示の都合上、本発明の趣旨を損なわない範囲で実際の構成から変更することがある。
【0013】
≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態に係る計測装置の構成について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る計測装置の構成例を示す図である。
図１において、計測装置１１は、高放射線領域１０００に、フロントエンド部１０１と第１アンプ１１１を備えている。
また、計測装置１１は、低放射線領域２０００に、コントロール部２０１と第２アンプ２１１と抵抗２３１を備えている。また、計測装置１１は、高放射線領域１０００と低放射線領域２０００に、ケーブル３０１を備えている。
本発明の第１実施形態に係る計測装置の構成について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る計測装置の構成例を示す図である。
図１において、計測装置１１は、高放射線領域１０００に、フロントエンド部１０１と第１アンプ１１１を備えている。
また、計測装置１１は、低放射線領域２０００に、コントロール部２０１と第２アンプ２１１と抵抗２３１を備えている。また、計測装置１１は、高放射線領域１０００と低放射線領域２０００に、ケーブル３０１を備えている。
【0014】
＜高放射線領域１０００＞
高放射線領域１０００におけるフロントエンド部１０１は、電子回路を有しており、この電子回路を用いて、何らかの信号を計測し、その計測信号を第１アンプ１１１に送っている。
第１アンプ１１１は、フロントエンド部１０１からの信号を増幅して、増幅した信号をケーブル３０１に信号を乗せている。
フロントエンド部１０１は、放射線シールド機能を有している。電子回路を有するフロントエンド部１０１の放射線シールド機能は、鉛などにより放射線を遮蔽する手法、または、放射線耐性に優れるＳｉＣ（silicon carbide：炭化ケイ素）で回路を構成する手法、または電子回路を冗長化する手法のいずれかを用いている。または、それらの手法の組み合わせでもよい。
高放射線領域１０００におけるフロントエンド部１０１は、電子回路を有しており、この電子回路を用いて、何らかの信号を計測し、その計測信号を第１アンプ１１１に送っている。
第１アンプ１１１は、フロントエンド部１０１からの信号を増幅して、増幅した信号をケーブル３０１に信号を乗せている。
フロントエンド部１０１は、放射線シールド機能を有している。電子回路を有するフロントエンド部１０１の放射線シールド機能は、鉛などにより放射線を遮蔽する手法、または、放射線耐性に優れるＳｉＣ（silicon carbide：炭化ケイ素）で回路を構成する手法、または電子回路を冗長化する手法のいずれかを用いている。または、それらの手法の組み合わせでもよい。
【0015】
第１アンプ１１１は、ＳｉＣ素子を用いて回路を構成されている。ＳｉＣは、半導体のバンドギャップがＳｉよりも高い。そのため、ＳｉＣ素子を用いた回路は、Ｓｉ素子で構成された回路よりも、放射線の影響を受け難く、放射線耐性に優れている。
【0016】
なお、第１アンプ１１１は、電圧増幅率が１未満と設定して用いる。その理由については、後記する。
【0017】
前記したように、第１アンプ１１１の出力信号は、ケーブル３０１を介して低放射線領域２０００の第２アンプ２１１に送られる。
ケーブル３０１を用いて、第１アンプ１１１（フロントエンド部１０１）と第２アンプ２１１（コントロール部２０１）との間の長距離信号伝送を行う。
なお、ケーブル３０１の分布定数線路としての特性インピーダンスは５０［Ω］（適宜、５０Ωとも表記する）である。
また、ケーブル３０１の長さは、第１アンプ１１１の出力信号の周波数から算出される波長の長さよりも大きい（長い）ものとする。
ケーブル３０１を用いて、第１アンプ１１１（フロントエンド部１０１）と第２アンプ２１１（コントロール部２０１）との間の長距離信号伝送を行う。
なお、ケーブル３０１の分布定数線路としての特性インピーダンスは５０［Ω］（適宜、５０Ωとも表記する）である。
また、ケーブル３０１の長さは、第１アンプ１１１の出力信号の周波数から算出される波長の長さよりも大きい（長い）ものとする。
【0018】
＜低放射線領域２０００＞
低放射線領域２０００において、ケーブル３０１で伝送された信号は、第２アンプ２１１に入力する。
第２アンプ２１１の入力端子には、抵抗（入力抵抗）２３１が接続されている。抵抗２３１は、第２アンプ２１１の入力インピーダンスを調整するとともに、入力信号の大きさを調整している。
また、第２アンプ２１１の電圧増幅率は、１以上に設定する。その理由は、前記したように第１アンプ１１１の電圧増幅率が１未満と設定されるため、第２アンプ２１１の電圧増幅率を１以上に設定して、信号の電圧を回復、適正化するためである。
低放射線領域２０００において、ケーブル３０１で伝送された信号は、第２アンプ２１１に入力する。
第２アンプ２１１の入力端子には、抵抗（入力抵抗）２３１が接続されている。抵抗２３１は、第２アンプ２１１の入力インピーダンスを調整するとともに、入力信号の大きさを調整している。
また、第２アンプ２１１の電圧増幅率は、１以上に設定する。その理由は、前記したように第１アンプ１１１の電圧増幅率が１未満と設定されるため、第２アンプ２１１の電圧増幅率を１以上に設定して、信号の電圧を回復、適正化するためである。
【0019】
第２アンプ２１１で増幅された出力信号は、コントロール部２０１に入力する。
コントロール部２０１において、入力した信号は、コントロール部２０１に設定された所定の形態に信号処理される。
なお、コントロール部２０１、第２アンプ２１１、抵抗２３１は、低放射線領域２０００の中に配置されているので、放射線の影響は受けない。
コントロール部２０１において、入力した信号は、コントロール部２０１に設定された所定の形態に信号処理される。
なお、コントロール部２０１、第２アンプ２１１、抵抗２３１は、低放射線領域２０００の中に配置されているので、放射線の影響は受けない。
【0020】
＜放射線環境下について＞
図１に示すように、フロントエンド部１０１は高放射線領域１０００に設置され、コントロール部２０１は低放射線領域２０００に設置されることを想定している。
ただし、フロントエンド部１０１は、低放射線領域２０００に設置しても問題はない。
また、コントロール部２０１は、ケーブル３０１の延長によって、低放射線領域２０００に設置することが望ましいが、何らかの理由で放射線環境下での設置が必要になった場合には、遮蔽による放射線シールド機能を設けることが望ましい。
図１に示すように、フロントエンド部１０１は高放射線領域１０００に設置され、コントロール部２０１は低放射線領域２０００に設置されることを想定している。
ただし、フロントエンド部１０１は、低放射線領域２０００に設置しても問題はない。
また、コントロール部２０１は、ケーブル３０１の延長によって、低放射線領域２０００に設置することが望ましいが、何らかの理由で放射線環境下での設置が必要になった場合には、遮蔽による放射線シールド機能を設けることが望ましい。
【0021】
図１に示した構成において、第１アンプ１１１は、放射線環境下（高放射線領域１０００）に設置されるため、放射線耐性に優れるＳｉＣで構成したオペアンプ（アンプ、増幅器）であることが望ましい。
ただし、第２アンプ２１１については、低放射線領域２０００に設置されるため、アンプを構成する半導体の材質は、ＳｉＣ素子以外の素子、例えばＳｉ素子を採用することが可能である。
ただし、第２アンプ２１１については、低放射線領域２０００に設置されるため、アンプを構成する半導体の材質は、ＳｉＣ素子以外の素子、例えばＳｉ素子を採用することが可能である。
【0022】
＜第１アンプ１１１の電圧増幅率について＞
前記したように、高放射線領域１０００で使用される第１アンプ１１１は、ＳｉＣ素子を用いて回路を構成されている。ＳｉＣ素子を用いる理由は、ＳｉＣ素子を用いた回路はＳｉ素子で構成された回路よりも、放射線耐性に優れているからである。
しかしながら、ＳｉＣ（素子）ではＳｉ（素子）よりも界面の移動度が１～２桁低い。そのため、同じチップサイズで比較すると、ＳｉＣ素子を用いて構成される回路は、Ｓｉ素子を用いて構成される回路よりも電流駆動能力が低い。
その電流駆動能力が低い分をＳｉＣ素子のＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）の電流駆動に関する部分の形状（サイズ）を大きくして、電流駆動能力を確保すると、ＭＯＳＦＥＴに付随する寄生静電容量が大きくなるため、周波数特性が劣化してしまう。
前記したように、高放射線領域１０００で使用される第１アンプ１１１は、ＳｉＣ素子を用いて回路を構成されている。ＳｉＣ素子を用いる理由は、ＳｉＣ素子を用いた回路はＳｉ素子で構成された回路よりも、放射線耐性に優れているからである。
しかしながら、ＳｉＣ（素子）ではＳｉ（素子）よりも界面の移動度が１～２桁低い。そのため、同じチップサイズで比較すると、ＳｉＣ素子を用いて構成される回路は、Ｓｉ素子を用いて構成される回路よりも電流駆動能力が低い。
その電流駆動能力が低い分をＳｉＣ素子のＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）の電流駆動に関する部分の形状（サイズ）を大きくして、電流駆動能力を確保すると、ＭＯＳＦＥＴに付随する寄生静電容量が大きくなるため、周波数特性が劣化してしまう。
【0023】
以上のＳｉＣ素子を用いた回路における周波数特性と電流駆動能力の関係について数値例で具体的に説明する。
簡単のため、フロントエンド部１０１の出力電圧を１［Ｖ］とする。第１アンプ（例えばオペアンプ）１１１の電圧増幅率を１とする。
すると、第１アンプ１１１の出力電圧は１［Ｖ］となる。
すると、ケーブル３０１の特性インピーダンスは、前記したように５０［Ω］であるため、第１アンプ（オペアンプ）１１１は、２０［ｍＡ］（＝１Ｖ/５０Ω）の電流を出力から流す必要がある。
なお、単位を示す［Ｖ］、［ｍＡ］、［Ω］の表記を、適宜、簡略化して、それぞれＶ、ｍＡ、Ωとも表記する。
簡単のため、フロントエンド部１０１の出力電圧を１［Ｖ］とする。第１アンプ（例えばオペアンプ）１１１の電圧増幅率を１とする。
すると、第１アンプ１１１の出力電圧は１［Ｖ］となる。
すると、ケーブル３０１の特性インピーダンスは、前記したように５０［Ω］であるため、第１アンプ（オペアンプ）１１１は、２０［ｍＡ］（＝１Ｖ/５０Ω）の電流を出力から流す必要がある。
なお、単位を示す［Ｖ］、［ｍＡ］、［Ω］の表記を、適宜、簡略化して、それぞれＶ、ｍＡ、Ωとも表記する。
【0024】
この場合、所定の設計サイズ（チップサイズ）のオペアンプ（アンプ）において、耐放射線性の低い従来のＳｉオペアンプであれば４０ｍＡ程度流せるので問題ないが、ＳｉＣではＳｉよりも界面の移動度が１～２桁低い。
そのため、ＳｉＣでは、同じ所定の設計サイズ（チップサイズ）のオペアンプ（アンプ）で比較すると電流が充分には流せない。
すなわち、前記の２０ｍＡの電流を、ＳｉＣオペアンプでは、同じ条件の基においては流せない。
また、前記したように、電流を流すためにＳｉＣのＭＯＳサイズ（または、チップサイズ）を大きくすると、周波数特性が劣化して、信号を正常に伝送できなくなる。
そのため、ＳｉＣでは、同じ所定の設計サイズ（チップサイズ）のオペアンプ（アンプ）で比較すると電流が充分には流せない。
すなわち、前記の２０ｍＡの電流を、ＳｉＣオペアンプでは、同じ条件の基においては流せない。
また、前記したように、電流を流すためにＳｉＣのＭＯＳサイズ（または、チップサイズ）を大きくすると、周波数特性が劣化して、信号を正常に伝送できなくなる。
【0025】
この対策として、第１アンプ（オペアンプ）１１１の電圧増幅率(Ａｖ)を下げる。例えば、電圧増幅率を０．１（Ａｖ＝０．１）とする。
この場合には、第１アンプ１１１の出力電流は、（１Ｖ×０．１）／５０Ω＝２ｍＡとなって、前記の電流値の２０ｍＡよりも充分に小さな電流値となり、ＳｉＣオペアンプが充分に流せる電流範囲となる。
この場合には、第１アンプ１１１の出力電流は、（１Ｖ×０．１）／５０Ω＝２ｍＡとなって、前記の電流値の２０ｍＡよりも充分に小さな電流値となり、ＳｉＣオペアンプが充分に流せる電流範囲となる。
【0026】
ただし、第１アンプ１１１の電圧増幅率(Ａｖ)が０．１の場合は、電圧増幅率(Ａｖ)が１の場合に比較して、コントロール部２０１側では、受け取る信号が１／１０になってしまう。そのため、コントロール側の入力端に新たにアンプ（第２アンプ２１１）を設け、信号を増幅（例：Ａｖ＝１０）することで、所望の信号が取得できる。
【0027】
以上のような事情により、第１アンプ（オペアンプ）１１１は、放射線耐性に優れたＳｉＣ素子で構成して、低い電圧増幅率に設定する。つまり、増幅器としてよりは、バッファ（バッファアンプ）として用いる。
また、第２アンプ２１１は、電圧増幅率の低い第１アンプ１１１の出力信号の電圧を回復するために、高い電圧増幅率に設定する。
また、第２アンプ２１１は、電圧増幅率の低い第１アンプ１１１の出力信号の電圧を回復するために、高い電圧増幅率に設定する。
【0028】
以上の数値計算例は、一例にすぎない。実際には、フロントエンド部１０１の出力電圧が３～４［Ｖ］程度の場合や、１［Ｖ］未満の場合もある。また、ケーブル３０１を伝送する信号の周波数も様々である。
ただし、第１アンプ１１１の電圧増幅率は低く設定し、第２アンプ２１１の電圧増幅率は高く設定することが重要である。
そのための目安として、また安全サイドとして、本発明の第１実施形態に係る計測装置１１における第１アンプ１１１の電圧増幅率(Ａｖ)は１未満とする。
また、第２アンプ２１１は、第１アンプ１１１の低い電圧増幅率を補う意味からも、少なくとも、第２アンプ２１１の電圧増幅率(Ａｖ)は１以上とする。
このように、それぞれ第１アンプ１１１と第２アンプ２１１の電圧増幅率を設定することが大きな特徴のひとつである。
ただし、第１アンプ１１１の電圧増幅率は低く設定し、第２アンプ２１１の電圧増幅率は高く設定することが重要である。
そのための目安として、また安全サイドとして、本発明の第１実施形態に係る計測装置１１における第１アンプ１１１の電圧増幅率(Ａｖ)は１未満とする。
また、第２アンプ２１１は、第１アンプ１１１の低い電圧増幅率を補う意味からも、少なくとも、第２アンプ２１１の電圧増幅率(Ａｖ)は１以上とする。
このように、それぞれ第１アンプ１１１と第２アンプ２１１の電圧増幅率を設定することが大きな特徴のひとつである。
【0029】
＜第１実施形態の効果＞
本発明の第１実施形態によれば、第１アンプの電圧増幅率は１未満とし、第２アンプの電圧増幅率は１以上とすることで、ＳｉＣを備えて構成された第１アンプの許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を提供する。
また、放射線環境においても、第１アンプの周波数特性を維持し、かつケーブルを用いた長距離信号伝送が可能となる。
すなわち、本発明の第１実施形態によれば、耐放射線性に優れ、かつ長距離信号伝送を可能とする計測装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態によれば、第１アンプの電圧増幅率は１未満とし、第２アンプの電圧増幅率は１以上とすることで、ＳｉＣを備えて構成された第１アンプの許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を提供する。
また、放射線環境においても、第１アンプの周波数特性を維持し、かつケーブルを用いた長距離信号伝送が可能となる。
すなわち、本発明の第１実施形態によれば、耐放射線性に優れ、かつ長距離信号伝送を可能とする計測装置を提供することができる。
【0030】
≪第２実施形態≫
本発明の第２実施形態に係る計測装置の構成について、図２を参照して説明する。
図２は、本発明の第２実施形態に係る計測装置の構成例を示す図である。
図２において、計測装置１２は、高放射線領域１０００に、フロントエンド部１０１とバッファアンプ（第１アンプ）１２１を備えている。
また、計測装置１２は、低放射線領域２０００に、コントロール部２０１と抵抗２３１を備えている。また、計測装置１２は、高放射線領域１０００と低放射線領域２０００に、ハイインピーダンスケーブル（ケーブル）４０１を備えている。
本発明の第２実施形態に係る計測装置の構成について、図２を参照して説明する。
図２は、本発明の第２実施形態に係る計測装置の構成例を示す図である。
図２において、計測装置１２は、高放射線領域１０００に、フロントエンド部１０１とバッファアンプ（第１アンプ）１２１を備えている。
また、計測装置１２は、低放射線領域２０００に、コントロール部２０１と抵抗２３１を備えている。また、計測装置１２は、高放射線領域１０００と低放射線領域２０００に、ハイインピーダンスケーブル（ケーブル）４０１を備えている。
【0031】
図２における計測装置１２において、図１における計測装置１１と異なるのは、バッファアンプ１２１とハイインピーダンスケーブル４０１である。また、図１における第２アンプ２１１が図２においては省かれている。
他の構成要素は、同じであるので重複する説明は、適宜、省略する。
他の構成要素は、同じであるので重複する説明は、適宜、省略する。
【0032】
図２において、ハイインピーダンスケーブル４０１は、分布定数線路としての特性インピーダンスは２００Ωである。
このように、特性インピーダンスが２００Ωの高いインピーダンスを有するハイインピーダンスケーブル４０１が用いられているため、バッファアンプ１２１は、少ない駆動電流で所定の電圧の出力信号を伝送することが可能となる。
このように、特性インピーダンスが２００Ωの高いインピーダンスを有するハイインピーダンスケーブル４０１が用いられているため、バッファアンプ１２１は、少ない駆動電流で所定の電圧の出力信号を伝送することが可能となる。
【0033】
＜数値例による説明＞
以上の図２の回路構成について、図１の回路構成と対応させながら数値例で説明する。また、ＳｉＣ素子を用いた回路における周波数特性と電流駆動能力の関係について数値例で具体的に次に説明する。
以上の図２の回路構成について、図１の回路構成と対応させながら数値例で説明する。また、ＳｉＣ素子を用いた回路における周波数特性と電流駆動能力の関係について数値例で具体的に次に説明する。
【0034】
比較の簡単化のため、図２おいて、図１と同様に、フロントエンド部１０１の出力電圧を１［Ｖ］とする。また、バッファアンプ１２１の電圧増幅率を１とする。
すると、バッファアンプ１２１の出力電圧は１［Ｖ］となる。
すると、ハイインピーダンスケーブル４０１の特性インピーダンスは、前記したように２００Ωであるため、バッファアンプ１２１の出力は、５ｍＡ（＝１Ｖ/２００Ω）の電流となる。この電流値５ｍＡは、ＳｉＣオペアンプであるバッファアンプ１２１が流せる電流範囲となる。
つまり、ＳｉＣで構成されたバッファアンプ１２１の電圧増幅率を無理に低下させなくとも、出力電流が許容範囲となる。
すると、バッファアンプ１２１の出力電圧は１［Ｖ］となる。
すると、ハイインピーダンスケーブル４０１の特性インピーダンスは、前記したように２００Ωであるため、バッファアンプ１２１の出力は、５ｍＡ（＝１Ｖ/２００Ω）の電流となる。この電流値５ｍＡは、ＳｉＣオペアンプであるバッファアンプ１２１が流せる電流範囲となる。
つまり、ＳｉＣで構成されたバッファアンプ１２１の電圧増幅率を無理に低下させなくとも、出力電流が許容範囲となる。
【0035】
また、図２においては、バッファアンプ１２１の電圧増幅率を無理に低下させていないので、図１における第２アンプ２１１を図２において省いても、充分な電圧の信号をコントロール部２０１に入力させることができる。
ただし、フロントエンド部１０１の出力電圧は、３～４Ｖ、あるいはそれ以上となることもあるので、バッファアンプ（第１アンプ）１２１の電圧増幅率は、低く設定することが重要である。
そのための目安として、また安全サイドとして、本発明の第２実施形態に係る計測装置１２におけるバッファアンプ（第１アンプ）１２１の電圧増幅率(Ａｖ)は１未満とする。
ただし、フロントエンド部１０１の出力電圧は、３～４Ｖ、あるいはそれ以上となることもあるので、バッファアンプ（第１アンプ）１２１の電圧増幅率は、低く設定することが重要である。
そのための目安として、また安全サイドとして、本発明の第２実施形態に係る計測装置１２におけるバッファアンプ（第１アンプ）１２１の電圧増幅率(Ａｖ)は１未満とする。
【0036】
なお、ケーブル３０１の特性インピーダンスは５０Ωの例をあげ、ハイインピーダンスケーブル４０１の特性インピーダンスは２００Ωの例を示した。この際に、ハイインピーダンスケーブルを特性インピーダンスの値によって定義する場合に、一般的に必ずしも明確ではない。
ただし、図２の構成においては、ハイインピーダンスケーブル４０１の特性インピーダンスは、ケーブル３０１の特性インピーダンスよりも高ければ、高低の差はあれ、バッファアンプ１２１の出力電流を低減する効果があると考えられる。
以降において、便宜的に特性インピーダンスが５０Ωを超えるものを「ハイインピーダンスケーブル」と呼称するものとする。
ただし、図２の構成においては、ハイインピーダンスケーブル４０１の特性インピーダンスは、ケーブル３０１の特性インピーダンスよりも高ければ、高低の差はあれ、バッファアンプ１２１の出力電流を低減する効果があると考えられる。
以降において、便宜的に特性インピーダンスが５０Ωを超えるものを「ハイインピーダンスケーブル」と呼称するものとする。
【0037】
＜第２実施形態の効果＞
本発明の第２実施形態によれば、ＳｉＣで構成されたバッファアンプとハイインピーダンスケーブルを用いることによって、ＳｉＣオペアンプの許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を提供することができる。
また、放射線環境においても、バッファアンプの周波数特性を維持しつつ、図１よりも簡易な構成で長距離信号伝送が可能となる。
すなわち、本発明の第２実施形態によれば、耐放射線性に優れ、かつ長距離信号伝送を可能とする計測装置を提供することができる。
本発明の第２実施形態によれば、ＳｉＣで構成されたバッファアンプとハイインピーダンスケーブルを用いることによって、ＳｉＣオペアンプの許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を提供することができる。
また、放射線環境においても、バッファアンプの周波数特性を維持しつつ、図１よりも簡易な構成で長距離信号伝送が可能となる。
すなわち、本発明の第２実施形態によれば、耐放射線性に優れ、かつ長距離信号伝送を可能とする計測装置を提供することができる。
【0038】
≪第３実施形態≫
本発明の第３実施形態に係る計測装置の構成について、図３を参照して説明する。
図３は、本発明の第３実施形態に係る計測装置の構成例を示す図である。
図３において、計測装置１３は、高放射線領域１０００に、フロントエンド部１０１と第１アンプ１１１を備えている。
また、計測装置１３は、低放射線領域２０００に、コントロール部２０１と第２アンプ２１１と抵抗２３１を備えている。また、計測装置１３は、高放射線領域１０００と低放射線領域２０００に、ハイインピーダンスケーブル４０１を備えている。
本発明の第３実施形態に係る計測装置の構成について、図３を参照して説明する。
図３は、本発明の第３実施形態に係る計測装置の構成例を示す図である。
図３において、計測装置１３は、高放射線領域１０００に、フロントエンド部１０１と第１アンプ１１１を備えている。
また、計測装置１３は、低放射線領域２０００に、コントロール部２０１と第２アンプ２１１と抵抗２３１を備えている。また、計測装置１３は、高放射線領域１０００と低放射線領域２０００に、ハイインピーダンスケーブル４０１を備えている。
【0039】
図３における計測装置１３において、図１における計測装置１１と異なるのは、ハイインピーダンスケーブル４０１である。
他の構成要素は、同じであるので重複する説明は、適宜、省略する。
図３において、図１のケーブル３０１（特性インピーダンス５０Ω）が、図３においては、ハイインピーダンスケーブル４０１（特性インピーダンス２００Ω）を用いているので、ハイインピーダンスケーブルの特性インピーダンスが高い分だけ、第１アンプ１１１の出力信号が小さくても伝送が可能となる。
他の構成要素は、同じであるので重複する説明は、適宜、省略する。
図３において、図１のケーブル３０１（特性インピーダンス５０Ω）が、図３においては、ハイインピーダンスケーブル４０１（特性インピーダンス２００Ω）を用いているので、ハイインピーダンスケーブルの特性インピーダンスが高い分だけ、第１アンプ１１１の出力信号が小さくても伝送が可能となる。
【0040】
また、第１アンプ１１１の電圧増幅率が、図１と図３で同じであるとすれば、図３におけるフロントエンド１０１の信号は、図１におけるフロントエンド１０１の信号よりも小さい電圧の信号を取り扱うことが可能となる。
図３の計測装置１３におけるこの効果は、特性インピーダンスの高いハイインピーダンスケーブル４０１を用いたことによる作用、効果である。
図３の計測装置１３におけるこの効果は、特性インピーダンスの高いハイインピーダンスケーブル４０１を用いたことによる作用、効果である。
【0041】
＜第３実施形態の効果＞
本発明の第３実施形態によれば、ＳｉＣで構成されたバッファアンプとハイインピーダンスケーブルと第２アンプを用いることによって、ＳｉＣオペアンプの許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を提供することができる。
また、放射線環境においても、第１アンプの周波数特性を維持しつつ、長距離信号伝送が可能となる。
また、フロントエンドの信号をより小さい電圧の信号を扱える効果がある。
本発明の第３実施形態によれば、ＳｉＣで構成されたバッファアンプとハイインピーダンスケーブルと第２アンプを用いることによって、ＳｉＣオペアンプの許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を提供することができる。
また、放射線環境においても、第１アンプの周波数特性を維持しつつ、長距離信号伝送が可能となる。
また、フロントエンドの信号をより小さい電圧の信号を扱える効果がある。
【0042】
≪第４実施形態≫
本発明の第４実施形態に係る計測装置の応用装置の構成について、図４、図５Ａ、図５Ｂを参照して説明する。なお、以下の説明は、応用装置と計測装置の説明を兼ねる。
図４は、本発明の第４実施形態に係る応用装置（計測装置）の構成例を示す図である。
図４において、応用装置（計測装置）１４は、高放射線領域１０００に、イメージセンサ部１０２と第１アンプ１１１を備えている。
また、応用装置（計測装置）１４は、低放射線領域２０００に、コントロール部２０１と第２アンプ２１１と抵抗２３１を備えている。
また、応用装置（計測装置）１４は、高放射線領域１０００と低放射線領域２０００に、ケーブル３０１を備えている。
本発明の第４実施形態に係る計測装置の応用装置の構成について、図４、図５Ａ、図５Ｂを参照して説明する。なお、以下の説明は、応用装置と計測装置の説明を兼ねる。
図４は、本発明の第４実施形態に係る応用装置（計測装置）の構成例を示す図である。
図４において、応用装置（計測装置）１４は、高放射線領域１０００に、イメージセンサ部１０２と第１アンプ１１１を備えている。
また、応用装置（計測装置）１４は、低放射線領域２０００に、コントロール部２０１と第２アンプ２１１と抵抗２３１を備えている。
また、応用装置（計測装置）１４は、高放射線領域１０００と低放射線領域２０００に、ケーブル３０１を備えている。
【0043】
以上のように、図４においては、応用装置（計測装置）１４としてのフロントエンド（フロントエンド部１０１：図１）として、イメージセンサ（イメージセンサ部１０２）を用いている。つまり、計測装置のフロントエンドとしてイメージセンサを適用した応用機器として構成している。
図４の応用装置（計測装置）１４が図１の計測装置１１と異なるのは、イメージセンサ（イメージセンサ部１０２）のみである。他の構成要素は、図１の計測装置１１と同じであるので、重複する説明は、適宜、省略する。
なお、図４における第１アンプ１１１の電圧増幅率は１未満であり、第２アンプ２１１の電圧増幅率は１以上であり、ケーブル３０１の特性インピーダンスは５０Ωであって、図１における対応する特性とそれぞれ同じである。
図４の応用装置（計測装置）１４が図１の計測装置１１と異なるのは、イメージセンサ（イメージセンサ部１０２）のみである。他の構成要素は、図１の計測装置１１と同じであるので、重複する説明は、適宜、省略する。
なお、図４における第１アンプ１１１の電圧増幅率は１未満であり、第２アンプ２１１の電圧増幅率は１以上であり、ケーブル３０１の特性インピーダンスは５０Ωであって、図１における対応する特性とそれぞれ同じである。
【0044】
＜イメージセンサ部＞
次に、図４で示したイメージセンサ部１０２の構成例を図５Ａ、図５Ｂを参照して説明する。
図５Ａは、本発明の第４実施形態に係る応用装置（計測装置）のイメージセンサ部１０２の構成例を示す図である。
図５Ａにおいて、イメージセンサ部１０２は、センサ素子部５０１、センサ制御部５０２、送受信部５０３を備えて構成される。
次に、図４で示したイメージセンサ部１０２の構成例を図５Ａ、図５Ｂを参照して説明する。
図５Ａは、本発明の第４実施形態に係る応用装置（計測装置）のイメージセンサ部１０２の構成例を示す図である。
図５Ａにおいて、イメージセンサ部１０２は、センサ素子部５０１、センサ制御部５０２、送受信部５０３を備えて構成される。
【0045】
センサ素子部５０１は、イメージセンサ部１０２の外部から入力する画像を検出する。そして検出した画像信号を送受信部５０３に送る。
センサ制御部５０２は、センサ素子部５０１の内部の回路による画像処理を制御する。また、センサ制御部５０２は、送受信部５０３にも制御信号を送る。
送受信部５０３は、センサ制御部５０２の制御信号を基に、センサ素子部５０１から画像信号を受信する。そして、イメージセンサ部１０２の出力信号として、第１アンプ１１１とケーブル３０１を介して、コントロール部２０１（図４）に画像信号を送信する。
センサ制御部５０２は、センサ素子部５０１の内部の回路による画像処理を制御する。また、センサ制御部５０２は、送受信部５０３にも制御信号を送る。
送受信部５０３は、センサ制御部５０２の制御信号を基に、センサ素子部５０１から画像信号を受信する。そして、イメージセンサ部１０２の出力信号として、第１アンプ１１１とケーブル３０１を介して、コントロール部２０１（図４）に画像信号を送信する。
【0046】
なお、図５Ａにおいて、センサ制御部５０２と送受信部５０３は、機能的に分けられたものであり、一つのＩＣチップにセンサ素子部５０１とセンサ制御部５０２と送受信部５０３を、別々に設けてもよいし、同一のＩＣチップにすべて設けてもよい。
【0047】
＜センサ素子部の構成＞
図５Ａにおけるセンサ素子部５０１の構成例を、図５Ｂを参照して説明する。
図５Ｂは、本発明の第４実施形態に係る応用装置（計測装置）のイメージセンサ部１０２におけるセンサ素子部５０１の構成例を模式的に示す図である。
図５Ｂにおいて、センサ素子部５０１は、複数のセンサ素子（６１１～６１４）と閾値判定回路６０３を備えて構成されている。
複数のセンサ素子（６１１～６１４）は、イメージセンサとしての画素を構成するように配置されている。なお、図５Ｂにおいては、表記の都合により、センサ素子（６１１～６１４）は４個しか記載されていないが、実際には、イメージセンサを構成する画素数に相当する個数が設けられている。
図５Ａにおけるセンサ素子部５０１の構成例を、図５Ｂを参照して説明する。
図５Ｂは、本発明の第４実施形態に係る応用装置（計測装置）のイメージセンサ部１０２におけるセンサ素子部５０１の構成例を模式的に示す図である。
図５Ｂにおいて、センサ素子部５０１は、複数のセンサ素子（６１１～６１４）と閾値判定回路６０３を備えて構成されている。
複数のセンサ素子（６１１～６１４）は、イメージセンサとしての画素を構成するように配置されている。なお、図５Ｂにおいては、表記の都合により、センサ素子（６１１～６１４）は４個しか記載されていないが、実際には、イメージセンサを構成する画素数に相当する個数が設けられている。
【0048】
センサ素子６１１は、受光素子６０１と充電トランジスタ６０２を備えている。また、複数のセンサ素子（６１１～６１４）は、画素毎に前記の受光素子（６０１）と充電トランジスタ（６０２）を備えている。
例えば、センサ素子６１１において、受光素子６０１は、光を検出して電荷（電気）に変換し、受光素子６０１に接続された充電トランジスタ６０２に電荷（電気）を所定の時間、蓄積する。
閾値判定回路６０３は、複数のセンサ素子（６１１～６１４）の受光素子６０１および充電トランジスタ６０２で構成される画素電圧回路（６０１，６０２）の端子電圧が所定の閾値以上かを判定する。
例えば、センサ素子６１１において、受光素子６０１は、光を検出して電荷（電気）に変換し、受光素子６０１に接続された充電トランジスタ６０２に電荷（電気）を所定の時間、蓄積する。
閾値判定回路６０３は、複数のセンサ素子（６１１～６１４）の受光素子６０１および充電トランジスタ６０２で構成される画素電圧回路（６０１，６０２）の端子電圧が所定の閾値以上かを判定する。
【0049】
なお、閾値判定回路６０３における閾値は、可変である。閾値（輝度閾値）を変えることによって、異なる光の強度を判定することができる。
また、閾値判定回路６０３は、所定の複数のセンサ素子で共用することが、ＩＣチップとしての集積度の観点から望ましい。
また、図５Ｂは、センサ素子部５０１の構成例を「模式的」に示す図であると記載したように、実際のセンサ素子部５０１の構成（構造）や、センサ素子６１１の構造は、単純な平面構造ではなく、立体的に配置される構造である。
また、センサ素子６１１における受光素子６０１、充電トランジスタ６０２と、閾値判定回路６０３をブロック図として表記しているが、実際には電気的な回路と配線を有している。
また、閾値判定回路６０３は、所定の複数のセンサ素子で共用することが、ＩＣチップとしての集積度の観点から望ましい。
また、図５Ｂは、センサ素子部５０１の構成例を「模式的」に示す図であると記載したように、実際のセンサ素子部５０１の構成（構造）や、センサ素子６１１の構造は、単純な平面構造ではなく、立体的に配置される構造である。
また、センサ素子６１１における受光素子６０１、充電トランジスタ６０２と、閾値判定回路６０３をブロック図として表記しているが、実際には電気的な回路と配線を有している。
【0050】
以上の構成によって、センサ素子部５０１の複数のセンサ素子（６１１～６１４）は、異なる輝度閾値に対応する複数のサブ画像を取得する。なお、前記したように、実際には複数のセンサ素子の個数は、イメージセンサを構成する画素数に相当する個数が設けられている。
また、図４におけるコントロール部２０１は、イメージセンサ部１０２（図４、図５Ａ）の出力した前記の複数のサブ画像の信号を処理して諧調画像を生成する。
また、図４におけるコントロール部２０１は、イメージセンサ部１０２（図４、図５Ａ）の出力した前記の複数のサブ画像の信号を処理して諧調画像を生成する。
【0051】
＜イメージセンサの耐放射線性向上＞
図４、図５Ａで示したイメージセンサ部１０２は、耐放射線性を向上させるために、次のような方策がある。
<１>イメージセンサ部１０２を鉛などで遮蔽する。
<２>受光素子（６０１：図５Ｂ）や充電トランジスタ（６０２：図５Ｂ）や閾値判定回路（６０３：図５Ｂ）をＳｉＣ（ＳｉＣ素子）で構成する。
<３>諧調画像の階調方式を工夫する。
また、以上の<１>、<２>、<３>の方策を組み合わせる方法もある。
図４、図５Ａで示したイメージセンサ部１０２は、耐放射線性を向上させるために、次のような方策がある。
<１>イメージセンサ部１０２を鉛などで遮蔽する。
<２>受光素子（６０１：図５Ｂ）や充電トランジスタ（６０２：図５Ｂ）や閾値判定回路（６０３：図５Ｂ）をＳｉＣ（ＳｉＣ素子）で構成する。
<３>諧調画像の階調方式を工夫する。
また、以上の<１>、<２>、<３>の方策を組み合わせる方法もある。
【0052】
＜イメージセンサの諧調画像の階調方式＞
前記の「<３>諧調画像の階調方式を工夫する」の方策を、さらに具体的に示せば、次のような方法がある。
（Ａ）露光時間を変える。
（Ｂ）受光素子の面積を変える。
（Ｃ）受光素子への充電電圧を変える。
次に、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の方法について順に、説明する。
前記の「<３>諧調画像の階調方式を工夫する」の方策を、さらに具体的に示せば、次のような方法がある。
（Ａ）露光時間を変える。
（Ｂ）受光素子の面積を変える。
（Ｃ）受光素子への充電電圧を変える。
次に、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の方法について順に、説明する。
【0053】
《（Ａ）露光時間を変える》
すなわち、イメージセンサ部１０２におけるセンサ素子部５０１のセンサ素子（６１１～６１４）の露光時間を増やして、光信号量を増加して電気信号（電荷量）を大きくする方法である。放射線の影響は、一般に時間的に散発的であるので、イメージセンサとしての露光時間が増加するにつれて、放射線の影響は、相対的に低減する。
すなわち、イメージセンサ部１０２におけるセンサ素子部５０１のセンサ素子（６１１～６１４）の露光時間を増やして、光信号量を増加して電気信号（電荷量）を大きくする方法である。放射線の影響は、一般に時間的に散発的であるので、イメージセンサとしての露光時間が増加するにつれて、放射線の影響は、相対的に低減する。
【0054】
《（Ｂ）受光素子の面積を変える》
イメージセンサ部１０２の設計段階、あるいは製品の採用段階において、センサ素子部５０１のセンサ素子（６１１～６１４）の受光素子の面積を大きく設計、または大きいものを選択する。このような選択をすれば、放射線の影響は、一般に時間的のみならず面積的にも散発的であるので、放射線の影響は、相対的に低減する。
また、センサ素子部５０１のセンサ素子（６１１～６１４）の受光素子の面積が定まっている場合においても、センサ素子（６１１～６１４）の一群を一つのセンサ素子として、センサ制御部５０２（図５Ａ）で制御することによって、等価的に受光素子の面積を変えることができる。画素としては、荒くなる場合もあるが、放射線の影響を相対的に低減することができる。
イメージセンサ部１０２の設計段階、あるいは製品の採用段階において、センサ素子部５０１のセンサ素子（６１１～６１４）の受光素子の面積を大きく設計、または大きいものを選択する。このような選択をすれば、放射線の影響は、一般に時間的のみならず面積的にも散発的であるので、放射線の影響は、相対的に低減する。
また、センサ素子部５０１のセンサ素子（６１１～６１４）の受光素子の面積が定まっている場合においても、センサ素子（６１１～６１４）の一群を一つのセンサ素子として、センサ制御部５０２（図５Ａ）で制御することによって、等価的に受光素子の面積を変えることができる。画素としては、荒くなる場合もあるが、放射線の影響を相対的に低減することができる。
【0055】
《（Ｃ）受光素子への充電電圧を変える》
図５Ｂにおける受光素子（６０１）と充電トランジスタ（６０２）の関係において、充電トランジスタの特性、例えば受光素子への充電電圧を変えることによって、受光素子の光の感度や、電気信号の大きさを変えることができる。
充電トランジスタの受光素子への充電電圧を最適化することによって、光に対する電気信号量が増加して、放射線の影響を相対的に低減することができる。
図５Ｂにおける受光素子（６０１）と充電トランジスタ（６０２）の関係において、充電トランジスタの特性、例えば受光素子への充電電圧を変えることによって、受光素子の光の感度や、電気信号の大きさを変えることができる。
充電トランジスタの受光素子への充電電圧を最適化することによって、光に対する電気信号量が増加して、放射線の影響を相対的に低減することができる。
【0056】
＜第４実施形態の総括＞
イメージセンサは、一般に高い周波数帯域を用いるため、放射線環境で長距離信号伝送が必要な場合、ＭＯＳサイズを大きくする対策は適していないので、本発明の第４実施形態で説明した技術が有効となる。
つまり前記の構成によれば、ＳｉＣオペアンプの許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を提供することができる。
また、放射線環境においても、第１アンプの周波数特性を維持しつつ、イメージセンサからの画像信号を長距離伝送可能となる。
また、イメージセンサとしての品質の高い諧調画像を伝送することが可能となる。
イメージセンサは、一般に高い周波数帯域を用いるため、放射線環境で長距離信号伝送が必要な場合、ＭＯＳサイズを大きくする対策は適していないので、本発明の第４実施形態で説明した技術が有効となる。
つまり前記の構成によれば、ＳｉＣオペアンプの許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を提供することができる。
また、放射線環境においても、第１アンプの周波数特性を維持しつつ、イメージセンサからの画像信号を長距離伝送可能となる。
また、イメージセンサとしての品質の高い諧調画像を伝送することが可能となる。
【0057】
＜第４実施形態の効果＞
本発明の第４実施形態の応用装置（計測装置）は、ＳｉＣオペアンプの許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を提供することができる。
また、放射線環境においても、第１アンプの周波数特性を維持しつつ、イメージセンサからの画像信号を長距離伝送可能となる。
すなわち、本発明の第４実施形態によれば、耐放射線性に優れ、かつ長距離信号伝送を可能とするイメージセンサを用いた応用装置（計測装置）を提供することができる。
本発明の第４実施形態の応用装置（計測装置）は、ＳｉＣオペアンプの許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を提供することができる。
また、放射線環境においても、第１アンプの周波数特性を維持しつつ、イメージセンサからの画像信号を長距離伝送可能となる。
すなわち、本発明の第４実施形態によれば、耐放射線性に優れ、かつ長距離信号伝送を可能とするイメージセンサを用いた応用装置（計測装置）を提供することができる。
【0058】
≪第５実施形態≫
本発明の第５実施形態に係る計測装置の応用装置の構成について、図６を参照して説明する。
図６は、本発明の第５実施形態に係る応用装置（計測装置）の構成例を示す図である。
図６において、応用装置（計測装置）１５は、高放射線領域１０００に、イメージセンサ部１０２とバッファアンプ１２１を備えている。
また、応用装置（計測装置）１５は、低放射線領域２０００に、コントロール部２０１と抵抗２３１を備えている。また、応用装置（計測装置）１５は、高放射線領域１０００と低放射線領域２０００に、ハイインピーダンスケーブル４０１を備えている。
本発明の第５実施形態に係る計測装置の応用装置の構成について、図６を参照して説明する。
図６は、本発明の第５実施形態に係る応用装置（計測装置）の構成例を示す図である。
図６において、応用装置（計測装置）１５は、高放射線領域１０００に、イメージセンサ部１０２とバッファアンプ１２１を備えている。
また、応用装置（計測装置）１５は、低放射線領域２０００に、コントロール部２０１と抵抗２３１を備えている。また、応用装置（計測装置）１５は、高放射線領域１０００と低放射線領域２０００に、ハイインピーダンスケーブル４０１を備えている。
【0059】
図６における応用装置（計測装置）１５において、図４における応用装置（計測装置）１４と異なるのは、バッファアンプ１２１とハイインピーダンスケーブル４０１である。また、図４における第２アンプ２１１が図６においては省かれている。
他の構成要素は、同じであるので重複する説明は省略する。
なお、バッファアンプ１２１とハイインピーダンスケーブル４０１に変わった影響と、第２アンプ２１１が削除されていることの影響は、図１に示した第１実施形態と図２に示した第２実施形態との差異と、事実上、同じであるので重複する説明は省略する。
他の構成要素は、同じであるので重複する説明は省略する。
なお、バッファアンプ１２１とハイインピーダンスケーブル４０１に変わった影響と、第２アンプ２１１が削除されていることの影響は、図１に示した第１実施形態と図２に示した第２実施形態との差異と、事実上、同じであるので重複する説明は省略する。
【0060】
前記の構成によれば、イメージセンサ（イメージセンサ部１０２）を用いた応用装置（計測装置）１５において、バッファアンプ（ＳｉＣオペアンプ）１２１の許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を有する。
また、放射線環境においても、バッファアンプ（ＳｉＣオペアンプ）１２１の周波数特性を維持しつつ、簡易な構成でイメージセンサからの画像信号を長距離伝送することが可能となる。
また、放射線環境においても、バッファアンプ（ＳｉＣオペアンプ）１２１の周波数特性を維持しつつ、簡易な構成でイメージセンサからの画像信号を長距離伝送することが可能となる。
【0061】
＜第５実施形態の効果＞
本発明の第５実施形態の応用装置（計測装置）は、ＳｉＣオペアンプの許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を提供することができる。
また、放射線環境においても、バッファアンプ（ＳｉＣオペアンプ）の周波数特性を維持しつつ、簡易な構成でイメージセンサからの画像信号を長距離伝送可能となる。
すなわち、本発明の第５実施形態によれば、耐放射線性に優れ、かつ長距離信号伝送を可能とするイメージセンサを用いた応用装置（計測装置）を提供することができる。
本発明の第５実施形態の応用装置（計測装置）は、ＳｉＣオペアンプの許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を提供することができる。
また、放射線環境においても、バッファアンプ（ＳｉＣオペアンプ）の周波数特性を維持しつつ、簡易な構成でイメージセンサからの画像信号を長距離伝送可能となる。
すなわち、本発明の第５実施形態によれば、耐放射線性に優れ、かつ長距離信号伝送を可能とするイメージセンサを用いた応用装置（計測装置）を提供することができる。
【0062】
≪第６実施形態≫
本発明の第６実施形態に係る計測装置の応用装置の構成について、図７を参照して説明する。
図７は、本発明の第６実施形態に係る応用装置（計測装置）の構成例を示す図である。
図７において、応用装置（計測装置）１６は、高放射線領域１０００に、イメージセンサ部１０２と第１アンプ１１１を備えている。
また、応用装置（計測装置）１６は、低放射線領域２０００に、コントロール部２０１と第２アンプ２１１と抵抗２３１を備えている。また、応用装置（計測装置）１６は、高放射線領域１０００と低放射線領域２０００に、ハイインピーダンスケーブル４０１を備えている。
本発明の第６実施形態に係る計測装置の応用装置の構成について、図７を参照して説明する。
図７は、本発明の第６実施形態に係る応用装置（計測装置）の構成例を示す図である。
図７において、応用装置（計測装置）１６は、高放射線領域１０００に、イメージセンサ部１０２と第１アンプ１１１を備えている。
また、応用装置（計測装置）１６は、低放射線領域２０００に、コントロール部２０１と第２アンプ２１１と抵抗２３１を備えている。また、応用装置（計測装置）１６は、高放射線領域１０００と低放射線領域２０００に、ハイインピーダンスケーブル４０１を備えている。
【0063】
図７における応用装置（計測装置）１６において、図４における応用装置（計測装置）１４と異なるのは、ハイインピーダンスケーブル４０１である。
他の構成要素は、同じであるので重複する説明は、適宜、省略する。
図７において、図４のケーブル３０１（特性インピーダンス５０Ω）が、図７においては、ハイインピーダンスケーブル４０１（特性インピーダンス２００Ω）を用いているので、ハイインピーダンスケーブルの特性インピーダンスが高い分だけ、第１アンプ１１１の出力信号が小さくても伝送が可能となる。
図７においてハイインピーダンスケーブル４０１を用いる効果は、第３実施形態での説明と重複するので、適宜、省略する。
他の構成要素は、同じであるので重複する説明は、適宜、省略する。
図７において、図４のケーブル３０１（特性インピーダンス５０Ω）が、図７においては、ハイインピーダンスケーブル４０１（特性インピーダンス２００Ω）を用いているので、ハイインピーダンスケーブルの特性インピーダンスが高い分だけ、第１アンプ１１１の出力信号が小さくても伝送が可能となる。
図７においてハイインピーダンスケーブル４０１を用いる効果は、第３実施形態での説明と重複するので、適宜、省略する。
【0064】
前記の構成によれば、第１アンプ１１１の許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を提供することができる。また、放射線環境においても第１アンプ１１１（ＳｉＣオペアンプ）の周波数特性を維持しつつ、イメージセンサ画像信号の長距離信号伝送が可能となる。
すなわち、本発明の第６実施形態によれば、耐放射線性に優れ、かつ長距離信号伝送を可能とするイメージセンサを用いた応用装置（計測装置）を提供することができる。
すなわち、本発明の第６実施形態によれば、耐放射線性に優れ、かつ長距離信号伝送を可能とするイメージセンサを用いた応用装置（計測装置）を提供することができる。
【0065】
＜第６実施形態の効果＞
本発明の第６実施形態の応用装置（計測装置）は、ＳｉＣオペアンプの許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を提供することができる。
また、放射線環境においても、第１アンプ（ＳｉＣオペアンプ）の周波数特性を維持しつつ、簡易な構成でイメージセンサからの画像信号を長距離伝送可能となる。
すなわち、本発明の第６実施形態によれば、耐放射線性に優れ、かつ長距離信号伝送を可能とするイメージセンサを用いた応用装置（計測装置）を提供することができる。
本発明の第６実施形態の応用装置（計測装置）は、ＳｉＣオペアンプの許容電流値以下で安定に回路を駆動させつつ、高い放射線耐性を提供することができる。
また、放射線環境においても、第１アンプ（ＳｉＣオペアンプ）の周波数特性を維持しつつ、簡易な構成でイメージセンサからの画像信号を長距離伝送可能となる。
すなわち、本発明の第６実施形態によれば、耐放射線性に優れ、かつ長距離信号伝送を可能とするイメージセンサを用いた応用装置（計測装置）を提供することができる。
【0066】
≪その他の実施形態≫
なお、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために、詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を追加・削除・置換をすることも可能である。
以下に、その他の実施形態や変形例について、さらに説明する。
なお、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために、詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を追加・削除・置換をすることも可能である。
以下に、その他の実施形態や変形例について、さらに説明する。
【0067】
《第１アンプ、第２アンプの電圧増幅率》
第１実施形態の説明において、第１アンプは、電圧増幅率が１未満、かつ第２アンプは電圧増幅率が１以上と説明した。しかし、前記の第１アンプおよび第２アンプの電圧増幅率は、絶対的なものではない。ひとつの目安である。
例えば、前記したように、計測装置や応用装置の出力信号電圧や、ケーブルの特性インピーダンスによって、第１アンプおよび第２アンプの電圧増幅率の範囲や最適値は様々である。
そのため、この具体的な数値については、計測部の出力信号に応じて変更することが望ましい。第１アンプの電圧増幅率は、ＳｉＣオペアンプ（第１アンプ）の許容電流値を超えない範囲で、適宜、変更できる。
第１実施形態の説明において、第１アンプは、電圧増幅率が１未満、かつ第２アンプは電圧増幅率が１以上と説明した。しかし、前記の第１アンプおよび第２アンプの電圧増幅率は、絶対的なものではない。ひとつの目安である。
例えば、前記したように、計測装置や応用装置の出力信号電圧や、ケーブルの特性インピーダンスによって、第１アンプおよび第２アンプの電圧増幅率の範囲や最適値は様々である。
そのため、この具体的な数値については、計測部の出力信号に応じて変更することが望ましい。第１アンプの電圧増幅率は、ＳｉＣオペアンプ（第１アンプ）の許容電流値を超えない範囲で、適宜、変更できる。
【0068】
《第１アンプの構成》
第１実施形態において、第１アンプとしてオペアンプを例として説明したが、オペアンプに限定されない。入力インピーダンスや出力インピーダンスが適当であれば、一般的な様々のアンプで構成してもよい。
また、図１において、第１アンプ１１１と表記し、図２において、バッファアンプ１２１と表記したが、第１アンプ１１１の入力インピーダンスも充分に高く、フロントエンド部１０１への影響を極力低減しているので、第１アンプ１１１はバッファアンプとしての機能を有している。
第１実施形態において、第１アンプとしてオペアンプを例として説明したが、オペアンプに限定されない。入力インピーダンスや出力インピーダンスが適当であれば、一般的な様々のアンプで構成してもよい。
また、図１において、第１アンプ１１１と表記し、図２において、バッファアンプ１２１と表記したが、第１アンプ１１１の入力インピーダンスも充分に高く、フロントエンド部１０１への影響を極力低減しているので、第１アンプ１１１はバッファアンプとしての機能を有している。
【0069】
《応用装置》
図４、図５Ａ、図５Ｂにおいては、計測装置の応用装置としてイメージセンサについて説明したが、計測装置の応用装置は、イメージセンサに限定されない。例えば、変位計測装置、異常検知計測装置、微小振動計測装置、画像計測装置など様々である。
図４、図５Ａ、図５Ｂにおいては、計測装置の応用装置としてイメージセンサについて説明したが、計測装置の応用装置は、イメージセンサに限定されない。例えば、変位計測装置、異常検知計測装置、微小振動計測装置、画像計測装置など様々である。
【0070】
《ケーブル、ハイインピーダンスケーブル》
ケーブル、ハイインピーダンスケーブルの分布定数線路としての特性インピーダンスをそれぞれ５０Ωと２００Ωについて例を挙げたが、これらの例に限定されない。例えば、７５Ωや６００Ωのケーブルも市販されている。また、ケーブルの形状、素材を変更すれば、様々な特性インピーダンスを設定することができる。
ケーブル、ハイインピーダンスケーブルの分布定数線路としての特性インピーダンスをそれぞれ５０Ωと２００Ωについて例を挙げたが、これらの例に限定されない。例えば、７５Ωや６００Ωのケーブルも市販されている。また、ケーブルの形状、素材を変更すれば、様々な特性インピーダンスを設定することができる。
【0071】
《耐放射線用の半導体素子》
Ｓｉ素子よりも放射線に強い半導体素子としてＳｉＣ素子で説明したが、ＳｉＣ素子に限定されない。放射線に強い高バンドギャップ半導体としては、ＳｉＣ（炭化ケイ素）以外に、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）などもある。
Ｓｉ素子よりも放射線に強い半導体素子としてＳｉＣ素子で説明したが、ＳｉＣ素子に限定されない。放射線に強い高バンドギャップ半導体としては、ＳｉＣ（炭化ケイ素）以外に、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）などもある。
【0072】
《耐放射線用の遮蔽物》
耐放射線用の遮蔽物として、鉛、あるいは鉛を含む遮蔽物として説明したが、必ずしも鉛に限定されない。
例えば、重量の問題や融点の問題、または環境の観点、あるいは他の理由によって、鉛を用いることが不適な場合には、他の金属や物質によって、耐放射線用の遮蔽物を構成してもよい。
耐放射線用の遮蔽物として、鉛、あるいは鉛を含む遮蔽物として説明したが、必ずしも鉛に限定されない。
例えば、重量の問題や融点の問題、または環境の観点、あるいは他の理由によって、鉛を用いることが不適な場合には、他の金属や物質によって、耐放射線用の遮蔽物を構成してもよい。
【符号の説明】
【0073】
１１，１２，１３ 計測装置
１４，１５，１６ 応用装置、計測装置
１０１ フロントエンド部
１０２ イメージセンサ部、フロントエンド部
１１１ 第１アンプ
１２１ バッファアンプ、第１アンプ
２０１ コントロール部
２１１ 第２アンプ
２３１ 抵抗、入力抵抗
３０１ ケーブル
４０１ ハイインピーダンスケーブル、ケーブル
５０１ センサ素子部
５０２ センサ制御部
５０３ 送受信部
６０１ 受光素子
６０２ 充電トランジスタ
６０３ 閾値判定回路
６１１，６１２，６１３，６１４ センサ素子
１０００ 高放射線領域
２０００ 低放射線領域
１４，１５，１６ 応用装置、計測装置
１０１ フロントエンド部
１０２ イメージセンサ部、フロントエンド部
１１１ 第１アンプ
１２１ バッファアンプ、第１アンプ
２０１ コントロール部
２１１ 第２アンプ
２３１ 抵抗、入力抵抗
３０１ ケーブル
４０１ ハイインピーダンスケーブル、ケーブル
５０１ センサ素子部
５０２ センサ制御部
５０３ 送受信部
６０１ 受光素子
６０２ 充電トランジスタ
６０３ 閾値判定回路
６１１，６１２，６１３，６１４ センサ素子
１０００ 高放射線領域
２０００ 低放射線領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】