(57)【要約】【課題】屋外でも火災や電気火花等を迅速に検知することができ、安くて、小型で、耐衝撃性の高い撮像装置を提供する。【解決手段】支持部材６上に回路部２が、回路部２上に固体撮像素子１が形成されている。また、固体撮像素子１の前面には、レンズ機構５が設けられている。固体撮像素子１、回路部２、レンズ機構５は枠体７の中に組み込まれている。一方、枠体７の外側に光電変換素子３が取り付けられている。光電変換素子３の構成は、３００ｎｍを超える光波長域では受光感度が略０であり、３００ｎｍ以下の光波長域で受光感度を有するように構成されている。これにより、紫外光の中でも特に火炎や電気火花等を感知することができる。【選択図】        図１
2011151269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された固体撮像素子と、
３００ｎｍを超える光波長域では受光感度が略０であり、３００ｎｍ以下の光波長域で受光感度を有する光電変換素子とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記固体撮像素子は前記光電変換素子の光電流を検出して撮像を開始し、撮像データは無線により外部に送信されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記固体撮像素子は、シリコンＣＭＯＳイメージセンサで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記固体撮像素子は、撮像信号を取り出す検出信号取出部と、光電変換部としてＣｕを含むカルコパイライト構造の化合物半導体とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光電変換素子を複数備えていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記光電変換素子は、波長３００ｎｍ以下の光を透過する光学フィルタを備えていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記光電変換素子は、光の波長λが、３００ｎｍ＜λ≦４００ｎｍの波長域の光を反射する光学フィルタを備えていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記光学フィルタは、誘電体膜を積層して構成されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記光学フィルタは、１μｍ以下の微小な穴がアレイ状に形成されたＡｌ膜で構成されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記光電変換素子の半導体光電変換層はＺｎＯ系半導体で構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記ＺｎＯ系半導体は、ＭｇＸＺｎＯ１−Ｘ（Ｘ≧０．０５）であることを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火炎や電気火花等を検出する機能を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像管や固体撮像素子等から構成される撮像装置は、撮影対象物から発した光をレンズなどの光学系によって撮像素子の受光平面に結像させ、その像の光による明暗を電荷の量に光電変換し、それを順次読み出して電気信号に変換するものである。
【０００３】
撮像装置としては、例えば、屋内又は屋外に設置される監視カメラがあり、その状況を動画記録するのが通常である。
【０００４】
従来、石油精製プラント等では、精製工程で分離排出される不要な可燃性ガスを煙突突端に設置したパイロットバーナで点火して燃焼させ戸外に放出している。この煙突突端炎であるパイロット炎が消失すると、可燃性ガスが燃焼されないまま戸外に撒き散らすことになり、大気汚染、環境汚染、或いは環境破壊といった問題を引き起こす要因となる。っこのため、パイロット炎が正常であるか否かを監視して可燃性ガスが戸外に排出されないようにしている。
【０００５】
煙突突端のパイロット炎の監視には、パイロットバーナに設置した温度センサでバーナ部の温度を計測して監視する方法がある。また、同時にパイロット炎を監視カメラで撮影して監視する方法がある。
【０００６】
一方、有線式スポット検知システム工場や発電所等のプラント設備または集積物等における異常監視方法としては、各種センサを有線伝送方式により接続し、データ処理後に警報発信するのが一般的である。
【０００７】
他方、自動的に火災を感知し警報を発する設備として自動火災報知設備がある。自動火災報知設備は、感知器が火災時の物理現象（熱、煙、炎）を感知した場合に、発信機から火災発生の信号を発し、これらの信号を受信機で受信し、火災発生場所の表示や音響装置を鳴動させて、建物管理者や建物内の人に火災の発生を知らせる。
【０００８】
ここで、自動火災報知設備では、感知器や発信機が設置されている警戒区域は、受信機が設置されている場所とは隔離している。そのため、警戒区域の状況を把握するには、感知器とは別に監視カメラシステムを設置するようにしている。
【０００９】
また、放火を検知する装置として、炎センサが動作した時に、監視カメラを駆動してその放火現場を撮像する装置があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１１５７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、火災の発生を検出するには、従来、煙センサや赤外線センサが使用されている。煙センサでは、基本的に光の散乱状態の変化を検出しているが、水蒸気によるもや等による誤動作を避けるために、ある程度の散乱状態が強い状態も許容しなければならない。その結果、本当に火災が起きた際、かなり煙が立ち込めてからしか動作せず、感知が遅く、警報が遅れてしまう可能性もある。
【００１２】
一方、赤外線センサでは、一般的な炎で発せられる数μｍ近傍の赤外線強度が高く、検出に向いているが、この波長領域では太陽光の赤外線が非常に強く、屋外では火炎の検知ができない。
【００１３】
他方、波長３００ｎｍ以下の紫外線領域の光は、オゾン層があるかぎり、太陽光スペクトルに含まれることがないが、火炎や電気火花は２３０ｎｍ〜２８０ｎｍ付近にピークを持つ紫外線を発生させることが知られている。これらの紫外線を測定すれば屋外でも火炎や電気火花を検知することができる。
【００１４】
紫外線を検出するための光学センサは、光が入射したときに発生するキャリアを外部に取り出す方式、すなわち光電流を検出する光電変換素子が用いられる。ところが、３００ｎｍ以下の紫外光にのみ反応する光電変換素子は提案されておらず、屋外でも火炎や電気火花を迅速に検知することができる固体素子タイプのセンサは得られていなかった。したがって、安くて、小型で、耐衝撃性の高く、火災や電気火花等を検知することができる撮像装置がなかった。
【００１５】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、屋外でも火災や電気火花等を迅速に検知することができ、安くて、小型で、耐衝撃性の高い撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、基板と、前記基板上に形成された固体撮像素子と、３００ｎｍを超える光波長域では受光感度が略０であり、３００ｎｍ以下の光波長域で受光感度を有する光電変換素子とを備えたことを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、撮像装置は、現場の状況を撮影するための固体撮像素子に加えて、３００ｎｍを超える光波長域では受光感度が略０であり、３００ｎｍ以下の光波長域で受光感度を有する光電変換素子が設けられている。この光電変換素子により、屋内はもちろん、屋外でも火炎や電気火花等を迅速に検出することができる。また、安くて、小型で、耐衝撃性の高い撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る撮像装置の断面構造を示す図である。
【図２】本発明に係る撮像装置の信号伝達ブロック図である。
【図３】撮像素子の平面パターン構成例を示す図である。
【図４】撮像素子の断面構造例を示す図である。
【図５】撮像素子の画素が２次元状に形成された状態の断面構造例を示す図である。
【図６】検出信号取出部の回路構成例を示す図である。
【図７】光電変換素子の基本的断面構造例を示す図である。
【図８】紫外光検出素子の断面構造例を示す図である。
【図９】紫外光検出素子の平面図である。
【図１０】紫外光検出素子の他の構成例を示す図である。
【図１１】電気火花のスペクトルと太陽光スペクトルとを示す図である。
【図１２】水素火炎のスペクトルと太陽光スペクトルとを示す図である。
【図１３】バンドギャップ相当波長とＭｇＺｎＯのＭｇ含有割合との関係を示す図である。
【図１４】ＺｎＯ系光電変換素子の複数の感度曲線と火炎スペクトルとを示す図である。
【図１５】短冊状電極の形態例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。構造に関する図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００２０】
図１は、本発明の撮像装置の基本的な構成を示す。支持部材６上に回路部２が、回路部２上に固体撮像素子１が形成されている。また、固体撮像素子１の前面には、レンズ機構５が設けられている。レンズ機構５は、固体撮像素子１に光を集めて焦点を結ばせる構成となっており、単一レンズ又は複数のレンズの組み合わせで構成される。
【００２１】
固体撮像素子１、回路部２、レンズ機構５は枠体７の中に組み込まれている。一方、枠体７の外側に光電変換素子３が取り付けられている。光電変換素子３の構成は、後述するが、３００ｎｍを超える光波長域では受光感度が略０であり、３００ｎｍ以下の光波長域で受光感度を有するように構成されている。これにより、紫外光を検出することができ、紫外光の中でも特に火炎や電気火花等を感知することができる。
【００２２】
光電変換素子３の受光面は、固体撮像素子１の受光面とほぼ同方向を向くように設置されている。ここで、光電変換素子３の受光面になるべく広範囲の角度からの光を入射させるために、光電変換素子３は枠体７の中に埋め込まずに、枠体７の壁面に形成されている。また、凸状のレンズ４により、さらに広範囲の角度からの光を入射可能としている。レンズ４は、３００ｎｍ以下の紫外光を減衰させずに、光電変換素子３に効率良く伝達できるように、紫外光の吸収の少ない石英、水晶等純度の高いＳｉＯ２やサファイア等の材料で構成される。
【００２３】
ところで、回路部２と固体撮像素子１及び光電変換素子３との関係を図２に示す。固体撮像素子１の中には光電変換部１１と検出信号取出部１２が備えられており、光電変換部１１で検出した撮像信号を検出信号取出部１２で外部に電気信号として取出すように構成されている。検出信号取出部１２で取出された撮像信号は、Ａ／Ｄ変換部２１でデジタル信号に変換され、撮像データ記憶部２２に記憶される。
【００２４】
光電変換素子３は、レンズ４を透過してきた３００ｎｍ以下の紫外光を受光したときに、光電変換作用により光電流が発生する。この光電流はバックグランドノイズとの区別をつけるために、光電流検出部２３において、一定の閾値電流以上となったときに、３００ｎｍ以下の紫外光を検出した信号が発生するように構成されている。
【００２５】
この光電流検出部２３の検出信号をトリガーにして、検出信号取出部１２を駆動し、撮像信号を取出す。撮像データ記憶部２２に保持されているデータは、無線送信部２４の送信タイミングにしたがって読み出され、光電流検出部２３の検出信号と加算されて、監視センター等に無線送信される。
【００２６】
固体撮像素子１の具体的構成例を図３に示す。固体撮像素子１の全体平面パターン構成は、図３に示すように、パッケージ基板４１と、パッケージ基板４１上の周辺部に配置された複数のボンディングパッド４２と、ボンディングパッド４２とボンディングパッド接続部４４によって接続され、かつ固体撮像装置の画素４５上に配置された透明電極層５６と固体撮像装置の周辺部において接続されるアルミニウム電極層４３とを備える。
【００２７】
すなわち、透明電極層５６の端部領域をアルミニウム電極層４３が被覆していて、かつアルミニウム電極層４３は、ボンディングパッド接続部４４によって１つのボンディングパッド４２に接続されている。また、画素４５は、図３の例ではマトリックス状に配置されている。また、図３の画素４５の各画素に対応して光電変換装置が形成されているので、光電変換装置も２次元に並べて構成されている。
【００２８】
光電変換装置の概略の断面構造は、図４に示すように、基板上に形成された検出信号取出部７０と、検出信号取出部７０上に配置された光電変換部５８を備える。ここで、光電変換部５８が、図２のブロック図における光電変換部１１に、検出信号取出部７０が図２の検出信号取出部１２に相当する。なお、図４においては、下部電極層５５およびバッファ層７６の図示を省略している。
【００２９】
図４に示す光電変換装置は、半導体基板６０上に形成された検出信号取出部７０と、検出信号取出部７０上に配置された下部電極層５５と、下部電極層５５上に配置されたカルコパイライト構造の化合物半導体薄膜５４と、化合物半導体薄膜５４上に配置されたバッファ層７６と、バッファ層７６上に配置された透明電極層５６とを備える。
【００３０】
また、下部電極層５５、化合物半導体薄膜５４、バッファ層７６および透明電極層５６は、検出信号取出部７０上に順次積層される。ここで、化合物半導体薄膜(ＣＩＧＳ)の上にバッファ層なしで電極層を設ける構成であってもよい。
【００３１】
第１の実施の形態に係る光電変換装置においては、透明電極層５６と下部電極層５５間に逆バイアス電圧を印加して、カルコパイライト構造の化合物半導体薄膜５４内で衝突電離により、光電変換により発生した電荷の増倍を起こさせている。
【００３２】
検出信号取出部７０は、下部電極層５５がゲートに接続されたトランジスタを備える。検出信号取出部７０と、検出信号取出部７０上に順次積層された下部電極層５５、化合物半導体薄膜５４、バッファ層７６および透明電極層５６は集積化されていても良い。
【００３３】
図４に示す光電変換装置おいて、カルコパイライト構造の化合物半導体薄膜５４は、Ｃｕ（ＩｎX,Ｇａ1-X）Ｓｅ2(０≦X≦１)で形成される。
【００３４】
下部電極層５５としては、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、およびタングステン（Ｗ）などを使用することができる。
【００３５】
バッファ層７６の形成材料としては、例えば、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＳｅ、Ｉｎ2Ｓ3などを使用することができる。
【００３６】
透明電極層５６は、化合物半導体薄膜５４上に設けられるノンドープのＺｎＯ膜（ｉ−ＺｎＯ）と、ノンドープのＺｎＯ膜（ｉ−ＺｎＯ）上に設けられるｎ型のＺｎＯ膜とで構成される。
【００３７】
図４に示す光電変換装置は、近赤外光領域にも感度を持つフォトセンサとして構成することもできる。
【００３８】
また、化合物半導体薄膜５４は、表面に高抵抗層（ｉ型ＣＩＧＳ層）を備えている。
【００３９】
検出信号取出部７０は、例えば、相補型絶縁ゲート電界効果トランジスタ（ＣＭＯＳＦＥＴ：Complementary Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を備えていても良い。
【００４０】
図４において、検出信号取出部７０には、ＣＭＯＳの一部を構成するｎチャネルＭＯＳトランジスタが示されており、半導体基板６０と、半導体基板６０内に形成されたソース・ドレイン領域６２と、ソース・ドレイン領域６２間の半導体基板６０上に配置されるゲート絶縁膜６４と、ゲート絶縁膜６４上に配置されるゲート電極６６と、ゲート電極６６上に配置されるＶＩＡ０電極６７と、ＶＩＡ０電極６７上に配置されるゲート用の配線層６８と、配線層６８上に配置されるＶＩＡ１電極５２とを備える。
【００４１】
ゲート電極６６、ＶＩＡ０電極６７、配線層６８、およびＶＩＡ１電極５２は、いずれも層間絶縁膜５０内に形成される。
【００４２】
ＶＩＡ０電極６７と、ＶＩＡ０電極６７上に配置される配線層６８と、配線層６８上に配置されるＶＩＡ１電極５２によって、ゲート電極６６上に配置されるＶＩＡ電極７２が形成される。
【００４３】
図４に示す光電変換装置においては、ゲート電極６６上に配置されるＶＩＡ電極７２によって、ＣＭＯＳの一部を構成するｎチャネルＭＯＳトランジスタのゲート電極６６と光電変換部５８とを電気的に接続している。
【００４４】
ｎチャネルＭＯＳトランジスタのゲート電極６６に光電変換部５８を構成するフォトダイオードのアノードが接続されることから、フォトダイオードにおいて検出された光情報は、当該ｎチャネルＭＯＳトランジスタによって増幅される。
【００４５】
なお、検出信号取出部７０は、例えば、ガラス基板上に形成された薄膜上に形成されたＣＭＯＳ構成の薄膜トランジスタによって形成することもできる。
【００４６】
図４の光電変換装置を２次元に並べて構成した固体撮像素子の隣接する画素を含めた詳細な断面構造を図５に示す。
【００４７】
図５から明らかなように、隣接する画素セル間で、下部電極層５５および下部電極層５５上に配置される化合物半導体薄膜５４が互いに層間絶縁膜によって形成される素子分離領域７４を介して分離されている。また、化合物半導体薄膜５４上に配置されるバッファ層７６は、半導体基板表面全面に一体的に形成されている。また、透明電極層５６は、半導体基板表面全面に一体的に形成され、かつ電気的に共通にされている。
【００４８】
なお、化合物半導体薄膜５４と下部電極層５５の幅は同等であってもよく、また、化合物半導体薄膜５４の幅が、下部電極層５５の幅よりも大きくなるように設定してもよい。
【００４９】
この構成によれば、透明電極層５６としてノンドープのＺｎＯ膜（ｉ−ＺｎＯ）を設けることにより、下地のＣＩＧＳ薄膜に生じるボイドやピンホールを半絶縁層で埋め込むと共に、リークを防ぐことができる。したがって、ノンドープのＺｎＯ膜（ｉ−ＺｎＯ）を厚膜化することによって、ｐｎ接合界面の暗電流を低減することができる。
【００５０】
以上のようなＣＩＧＳ型光電変換装置の作製は、我々が既に出願した文献（特開２００９−２５９８７２号公報）に詳しいので、それを参照して作製することができる。
【００５１】
なお、上記の実施例では、撮像素子１の光電変換装置を構成するのに、化合物半導体としてＣＩＧＳを用いたが、ＣＭＯＳ型の光電変換装置としても良い。ＣＭＯＳ型としては、例えば、単結晶シリコン層を用い、この単結晶シリコン層の一部をｎ型シリコン領域に形成し、該ｎ型シリコン領域を光電変換領域として光電変換装置を構成することができる。このＣＭＯＳ型光電変換装置の作製は、公知の良く知られた方法で行えば良い。
【００５２】
次に、撮像素子１における検出信号取出部１１の構成例を図６に示す。図６に示すように、行方向に配置された複数のワード線ＷＬi（ｉ＝１〜ｍ：ｍは整数）と、列方向に配置された複数のビット線ＢＬj（j＝１〜n：nは整数）と、ワード線ＷＬiとビット線ＢＬjの交差部に配置された画素Ｃijと、複数のワード線ＷＬiに接続された垂直走査回路１２０と、複数のビット線ＢＬjに接続された読み出し回路１６０と、読み出し回路１６０に接続された水平走査回路１４０とを備える。なお、図２４の構成例では３×３のマトリックスで示されているが、上記の通り、ｍ×ｎのマトリックスに拡張可能である。
【００５３】
選択ＭＯＳトランジスタＭSEL のゲートは、ワード線ＷＬに接続されている。フォトダイオードＰＤのカソードにはターゲット電圧Ｖt（Ｖ）が印加されている。キャパシタＣPDは、フォトダイオードＰＤの空乏層容量であり、電荷蓄積を行うためのキャパシタである。
【００５４】
図６の垂直走査回路１２０、水平走査回路１４０を駆動し、各画素に対応したキャパシタＣPDに蓄積されている電荷を読み出すことで、撮像信号が得られる。
【００５５】
次に、図７に、３００ｎｍを超える光波長域では受光感度が略０であり、３００ｎｍ以下の光波長域で受光感度を有するように構成されている光電変換素子の構成例を示す。
【００５６】
一つの例として、図７（ａ）に示すように、半導体光電変換層となる紫外光吸収層３４が基板３１上に形成されている。一方、基板３１の裏面にはフィルタ３５が形成されている。紫外光吸収層３４の中には電極３２と電極３３のキャリア検出部分が埋め込まれた状態で配置されている。電極３２と電極３３のキャリア検出部分は、基板３１に接して配置されている。
【００５７】
フィルタ３５は、矢印の方向から入射する光の波長成分のうち、３００ｎｍ以下の光を透過させるように構成されている。この構成例の一つとして、光の波長λが３００ｎｍを超え、４００ｎｍ以下の波長範囲（３００ｎｍ＜λ≦４００ｎｍ）の光を反射するようにフィルタ３５を構成しても良い。以下、図７（ｂ）〜図７（ｄ）のいずれの図においても、矢印は、光の入射方向を示す。
【００５８】
図７（ｂ）では、図７（ａ）と基板３１、紫外光吸収層３４、フィルタ３５の配置関係は変わらないが、電極３２と電極３３のキャリア検出部分が、基板３１に接しておらず、紫外光吸収層３４の中程に完全に埋め込まれている。
【００５９】
図７（ｃ）では、基板３１の裏面ではなく、紫外光吸収層３４上にフィルタ３５が形成されている。したがって、基板３１、紫外光吸収層３４、フィルタ３５の順に積層されている。紫外光吸収層３４の中には電極３２と電極３３のキャリア検出部分が埋め込まれ、電極３２と電極３３のキャリア検出部分は、基板３１に接して配置されている。
【００６０】
図７（ｄ）では、図７（ｃ）と基板３１、紫外光吸収層３４、フィルタ３５の配置関係は変わらないが、電極３２と電極３３のキャリア検出部分が、基板３１に接しておらず、紫外光吸収層３４の中程に完全に埋め込まれている。
【００６１】
図７の光電変換素子の構成からフィルタ３５を除いた構成が、紫外光検出素子の基本的構成となるが、この紫外光検出素子の基本的構成と作用について以下に説明する。紫外光検出素子は、基板と紫外光を吸収する紫外光吸収層と紫外光吸収層で発生した電流を測定する電極とを備えている。
【００６２】
まず、上記紫外光検出素子の一例として、図８〜図１０に示すような構成とすることができる。図８は、紫外光検出素子を上面から見た平面図であり、図８は図９のＡ−Ａ断面を示す。なお、図８は、わかりやすくするために、保護膜３７が取り除かれた状態で示されている。また、図８〜図１０において図７に示される光電変換素子と符号が同じものは、同じ構成を示す。例えば、基板３１、電極３２、電極３３、紫外光吸収層３４等である。
【００６３】
基板３１上に電極３２と電極３３が形成されている。電極３２が正電極の場合は、電極３３が負電極に相当し、電極３２が負電極の場合は、電極３３が正電極に相当する。電極３２及び電極３３は、図９に示されるように、櫛型形状に形成されている。櫛型形状の電極３２は、短冊状の検出電極部３２ａと共通部分となる取り出し電極部３２ｂとで構成されており、取り出し電極部３２ｂに複数の検出電極部３２ａが一体形成されている。また、櫛型形状の電極３３も、短冊状の検出電極部３３ａと共通部分となる取り出し電極部３３ｂとで構成されており、取り出し電極部３３ｂに複数の検出電極部３３ａが一体形成されている。図８〜図９の実施例では、検出電極部３２ａ、検出電極部３３ａともに、４つずつ形成されている。また、検出電極部２ａと検出電極部３ａとは、交互に重なり合わないように配置されている。
【００６４】
ここで、櫛型形状電極の短冊状部分に該当する検出電極部３２ａ、３３ａについては、交互に入れ子状態になっていれば良く、以下のように構成することもできる。例えば、図１５（ａ）に示すように、直方体型である必要がなく、波型形状に形成し、曲線部を持たせるようにしても良い。また、図１５（ｂ）に示すように、検出電極部３２ａ、３３ａの先端に丸みを形成するようにしても良い。次に、図１５（ｃ）に示すように、検出電極部３２ａ、３３ａについて、各電極幅が一定でなくても良く、また電極間の距離が一定でなくても良い。さらには、図１５（ｃ）に示すように、電極の長さが一定でなくても良い。以上のような形態をすべて含めて、本発明では、短冊状の検出電極部と呼んでいる。
【００６５】
電極３２及び電極３３の上には、紫外光吸収層３４が積層されている。紫外光吸収層３４は、紫外光を吸収して、電子と正孔を生成する物質で構成されており、光電効果を有する半導体層等で構成される。電極については紫外光吸収層の表面に配置するのではなく、紫外光吸収層３４に接してキャリアを直接検出する検出電極部３２ａ、３３ａ電極が、紫外光吸収層３４に埋められている。
【００６６】
図８〜図９からわかるように、電極３２、３３の領域のうち、紫外光吸収層３４と接している検出電極部３２ａと検出電極部３３ａの表面は、すべて紫外光吸収層３４で覆われて露出しないように形成されている。また、取り出し電極部３２ｂ、３３ｂの検出電極部３２ａ、３３ａに近い側の一部は、紫外光吸収層３４が積層されている。このように、紫外光吸収層３４の表面には電極が全く配置されないように構成されている。
【００６７】
取り出し電極部３２ｂ、３３ｂ上において、紫外光吸収層３４で覆われていない領域に、ワイヤー３６がボンディングされている。取り出し電極部３２ｂ、３３ｂは、紫外光が紫外光吸収層３４で吸収されて、生成された電子、正孔に基づく電流を外部に取り出すための電極部分であり、この電流をワイヤー３６で外部に取り出す。このため、電極３２と電極３３との間に、直流のバイアスを印加する必要があり、図９のように、直流電源が接続される。バイアス電圧は可変できるようになっている。なお、検出電流を外部に取り出すには、ワイヤー３６を用いずに、電極３２、３３を外部への接続電極等と、ハンダ剤でダイボンディングするようにしても良い。
【００６８】
紫外光吸収層３４は、高抵抗で、かつ紫外光のみを選択的に吸収する材料を使用することが望ましい。高抵抗が望ましいのは、紫外光により発生するキャリアと、素子に印加されるバイアスにより発生する電流との区別をつける必要があるためである。これらの要求を満たすものとして、酸化物系材料としてＺｎＯ、ＭｇＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＳｒＴｉＯ２、ＩｎＧａＮＺｎＯ等があげられる。また、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ等であっても良い。これらは、可視光領域の光を吸収しないバンドギャップを持つ材料であり、抵抗値が高い材料である。本実施例では、ＭｇＸＺｎ１−ＸＯ（０≦Ｘ）を用いた。
【００６９】
一方、基板３１は、紫外光に対しては吸収を起こさず透明で、余計な電流が発生しない高抵抗の材料が望ましく、例えばガラスを用いることができる。保護膜３７は、防水、防湿、防傷機能などを有するもので、ＳｉＮやＳｉＯ２等が用いられる。一般的に、ＳｉＮの方が防水性に優れているので、これを用いることが多いが、本実施例の紫外光検出素子では紫外光を吸収させて検出するため、色が付くＳｉＮは好ましくなく、ＳｉＯ２を用いるのが望ましい。なお、保護膜３７は、形成しなくても良い。図７は、保護膜を形成しない場合に相当する。
【００７０】
また、図８に示されるように、検出電極部３２ａ、３３ａの上に紫外光吸収層４を積層しているため、通常、紫外光吸収層３４の表面は検出電極部３２ａ、３３ａの凹凸に沿った形状となる。さらに、この凹凸が形成された紫外光吸収層３４上に保護膜３７を積層した場合は、通常、保護膜３７の表面も、検出電極部３２ａ、３３ａの凹凸に沿った凹凸が形成されることになる。これらの凹凸は、紫外光を紫外光吸収層３４内に導く際に有利に作用する。凹凸がついていない場合であると、空気層と紫外光吸収層３４又は保護膜３７との屈折率の違いにより、全反射が起こりやすくなるが、凹凸がついていることにより紫外光の入射角度が様々に変化し、全反射を減少させることができ、紫外光の検出効率が高まる。図７では、紫外光吸収層３４の表面が平らに描かれているが、上記のように凹凸がついた形状で用いても良い。
【００７１】
また、電極３２、３３の配置については、基板３１に接するように配置して、紫外光吸収層３４で検出電極部３２ａ、３３ａの部分等を埋めるようにしているが、図１０の構成のようにしても良い。検出電極部３２ａ、３３ａの周囲が紫外光吸収層３４で包み込まれた状態になるように構成される。この場合は、光の吸収がより大きい膜表面側に電極を配置できるため、光誘起電流を大きく取れる。また、異種界面（ガラス／ＺｎＯ）から遠いため変動要因が減少する。
【００７２】
次に、紫外光吸収層３４と電極３２、３３とはオーミック接触するように構成されている。本実施例では、検出電極部３２ａ、３３ａ、及び取り出し電極部３２ｂ、３３ｂのうち紫外光吸収層３４が接触している部分は、オーミック接触を形成している。
【００７３】
これは、紫外光吸収層３４と電極３２、３３がオーミック接触している場合には、紫外光量を増減させたときの検出電流と電圧との関係は、直線となって比例関係を有する。しかし、ショットキー接触の場合は、検出電流と電圧は比例関係を構成しないため、紫外光量に比例した検出電流を得ることができない。また、検出電流がほとんど変化しない領域で、紫外光のＯＮとＯＦＦの切り替わり点が有る場合には、ＯＮ−ＯＦＦの区別も判別しにくいことになる。したがって、特に検出電流量により紫外光量の違いを測定するためには、オーミック接触させることが重要である。
【００７４】
また、オーミック接触だけでなく、剥がれにくさ等の要因も考慮して次のように規定することができる。紫外光吸収層３４にＭｇＸＺｎ１−ＸＯ（０≦Ｘ）を用いた場合、電極３２、３３には、仕事関数が４．３ｅＶ以上、５．２ｅＶ以下の範囲となる電極材料を用いることが必要である。
【００７５】
ところで、火炎というのは非常に目に見えやすいように思えるが、例えば特開２００４−２９４４２３号公報に開示されているように、目に良く見えているのは燃えきれない炭素が加熱されて発している光である。炭素は燃えカス、いわゆる煤として発生するが、気体の炭化水素（メタン等）や揮発性の高い炭化水素、例えばアルコール類（アセトン、メタノール、エタノール等）や、水素が主体となるガス等で発生する火炎は、煤が発生しにくいので、肉眼ではほとんど見えない。特に、晴れた日の屋外などでは、明るい背景光があるので、肉眼で検知することが非常に困難である。また電気的な火花は、火炎のように赤外線を伴わず、熱さも伴わず、かつ火花は一瞬の光であるため肉眼では検知しにくい。このような場合に、上述した可視光に感度を有しない紫外検出装置が有効になる。
【００７６】
図１１は、電気火花スペクトルと太陽光スペクトルとの比較を示している。横軸は波長（ｎｍ）、左側縦軸は電気火花強度（任意単位）、右側縦軸は太陽光強度（任意単位）を示す。電気火花スペクトルのピークは、２００ｎｍ〜２５０ｎｍの間に存在することがわかる。一方、太陽光スペクトルの方は、３００ｎｍ以下の波長域では強度が０となっている。
【００７７】
図１２は、水素火炎のスペクトルと大気圏内の太陽光スペクトルとの比較を示している。点線の曲線が大気圏内の太陽光のスペクトルを、実線の曲線が水素火炎のスペクトルを示す。水素火炎のスペクトルには、波長２８０ｎｍ付近にＰ１、波長３１０ｎｍ付近にＰ２のピークが存在する。
【００７８】
図１２からわかるように、２８０ｎｍ付近のピーク光Ｐ１は、太陽光スペクトルには存在しないスペクトル成分であり、オゾンホールがなければ含まれない光である。このように、屋外で水素火炎を検出するためには、Ｐ２のピークを検出せずに、Ｐ１のピークを検出する必要がある。Ｐ２のピークを検出してしまうと、太陽光と区別できない。したがって、３００ｎｍ以下の波長領域でのみ受光感度を有するＺｎＯ系光電変換素子を作製すれば、太陽光によって誤動作することなく、火炎を検出することができる。また、図１１のスペクトル図からわかるように、３００ｎｍ以下の波長領域でのみ受光感度を有するＺｎＯ系光電変換素子を作製すれば火炎だけでなく電気火花も、太陽光によって誤動作することなく検出することができる。
【００７９】
一方、図１３は、ＭｇＸＺｎ１−ＸＯのＸの値とＭｇの含有率に対するバンドギャップ相当波長（ｎｍ）との関係を示す図である。バンドギャップ相当波長は、半導体の吸収波長点（ｎｍ）に関係するもので、Ｘの値が大きくなる程、ＭｇＸＺｎ１−ＸＯの吸収波長が短くなっている。この図からわかるように、ＭｇＸＺｎ１−ＸＯのＭｇの含有率Ｘを変化させることにより、紫外光検出素子の受光感度領域を変化させることができる。
【００８０】
図１４は、図１３の対応関係に基づき上記ＺｎＯ系光電変換素子のＭｇＹＺｎ１−ＹＯのＹの値を変えた場合の各感度曲線と、水素火炎のスペクトルを示す。横軸は波長（ｎｍ）、左側縦軸は受光感度（Ａ／Ｗ）、右側縦軸は火炎放射強度（任意単位）を示す。受光感度の波長幅は、Ｍｇ組成Ｙが０の場合が一番大きく、Ｍｇ組成Ｙが大きくなるにしたがって、狭くなっていくのがわかる。図１２で説明したように、水素火炎と太陽光とを区別するためには、ピークＰ２の近傍を検出せずに、ピークＰ１近傍を検出すれば良い。そのためには、閾値波長を３００ｎｍとし、感度曲線が波長３００ｎｍ以下でのみ受光感度を有し、波長３００ｎｍを越える範囲では受光感度がほぼ０となるようにすれば良い。
【００８１】
感度曲線が波長３００ｎｍ以下でのみ受光感度を有し、波長３００ｎｍを越える範囲では受光感度がほぼ０となるようにするには、図１４より、Ｍｇ組成のＹ＝０．５０が境界になっていることがわかる。したがって、ＭｇＹＺｎ１−ＹＯのＹは、０．５以上（Ｙ≧０．５）とすれば良い。しかし、Ｍｇ組成を５０％以上になるように、かつ品質の良いＭｇＹＺｎ１−ＹＯを作製することは、コストが高くつく。そこで、本実施例では、ＭｇＹＺｎ１−ＹＯ（０．０５≦Ｙ）と、Ｍｇ組成を５％以上と緩く構成しておき、通常良く用いられる特定の波長域をカットするフィルタ３５を設けている。フィルタ３５は、図１４のＲ１の領域、すなわち３００ｎｍ＜λ≦４００ｎｍ（λは光の波長）の波長域の光を透過させないように構成される。
【００８２】
カットフィルタは普通屈折率の違う膜を交互に積み重ねた干渉フィルタとなるのが一般的である。ここで、カットバンド幅は使用する膜の屈折率差で決まるため、広範囲の波長域の光をカットするためには、積層する膜の屈折率差を大きくしなければならないが、そのような異なる材料を選択することは困難である。したがって、光電変換素子がＳｉで構成されている場合であれば、Ｓｉ光電変換素子は可視光や赤外光に対する感度もあるため、光量を略０にカットできる波長域を４００−８００ｎｍ以上の広範囲に設定する必要があるが、そのようなカットフィルタを形成することは困難である。
【００８３】
しかしながら、本発明では、ＺｎＯ系光電変換素子を用いているために、図１４からもわかるように、可視光領域では、感度が０である。このため、感度曲線が波長３００ｎｍ以下でのみ受光感度を有するようにするには、フィルタ３５により３００ｎｍを超え、４００ｎｍ以下の波長域Ｒ１（３００ｎｍ＜λ≦４００ｎｍ）の光のみをカットするように構成すれば良い。Ｒ１程度の波長範囲であれば、比較的簡単にフィルタを構成することができる。例えば、フィルタ３５を屈折率の異なる無機物質を交互に複数周期積層した構造とすることができる。例えば、異なる屈折率を有する誘電体膜としてＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜を選択し、これらを交互に複数周期積層した構造とすることができる。この積層膜により、波長域Ｒ１の光が反射され、紫外光吸収層３４に届かない。
【００８４】
また、ＭｇＺｎＯのみで、感度曲線が波長３００ｎｍ以下でのみ受光感度を有するようにするには、図１３等からＭｇ組成をかなり高くしてバンドギャップを高くしなければならない。しかし、バンドギャップが相当大きくなると（例えばバンドギャップ４．５ｅＶ程度）、絶縁体に近くなり、光電流（検出電流）が取り出しにくくなる。しかし、上記のようなフィルタ３５を用いることで、紫外光吸収層３４の高抵抗化を防ぐことができるとともに、安価に構成することができる。以上のようにすれば、フィルタを備えたＺｎＯ系光電変換素子は屋外での電気火花及び火炎検出用のセンサーとして用いることができる。
【００８５】
一方、フィルタ３５は、誘電体膜の積層膜とするのではなく、１μｍ以下の微小な穴が多数アレイ状に形成されたＡｌ膜で構成しても良い。これは、主に、金属／空気界面、金属／誘電体界面で起きる表面プラズモンという現象がある。この表面プラズモン現象が、Ａｌ膜に形成された孔（穴）のエッジ部で発生する。この孔が周期的に存在するとバンドギャップが発生すると考えられる。そして、孔の並びの間隔等が変われば、周期が変わるので光の透過波長領域が変化するものである。このようにして、フィルタとして用いることができる。
【００８６】
次に、以上で説明した紫外光検出素子及び紫外光検出装置の製造方法を簡単に説明する。基板３１にはガラスを電極３２、３３にはチタンを、紫外光吸収層３４にはＭｇＸＺｎ１−ＸＯを用いた。
【００８７】
ガラス基板上に櫛型状にＴｉによる電極を５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度形成する。この工程は、リフトオフによる方法でもエッチングによる方法で良い。櫛型状電極の検出電極部部分の幅が、概ね５μｍ以下になってくると、エッチングによる方法の方が再現性を確保する点からは望ましい。
【００８８】
次に、スパッタリングにより、ＭｇＺｎＯ膜を形成する。膜厚は１００ｎｍ以上が望ましい。あまり、膜厚が薄いと、ＭｇＺｎＯ膜で紫外光を十分吸収することができない。ここで、図１０のように、櫛型電極の周りを紫外光吸収層で包み込むようにする場合には、まず、スパッタリングにより、ＭｇＺｎＯ膜を所定の厚さ形成する。その後、上記のように、櫛型状にＴｉによる電極を５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度形成する。次に、再び、スパッタリングにより、ＭｇＺｎＯ膜を形成する。
【００８９】
次に、櫛型状電極のワイヤーボンディング領域を確保するために、櫛型状電極の端部を覆っているＭｇＺｎＯ膜を希釈塩酸でエッチングして取り除く。ドライエッチングを用いても良いが、ＺｎＯ系材料は残渣が残り易いので、ウエットエッチングが簡単である。
【００９０】
次に、フィルタ３５を形成する。フィルタは、ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜を交互にスパッタ法などを用いて積層する。
【００９１】
ガラス基板を研削し、薄くする。薄くしなくても特に問題はないが、薄い形状の紫外光検出装置を作製したい場合には、素子を薄くしておくとパッケージを薄くすることができるので好ましい。
【００９２】
上記のように完成した紫外光検出素子を、例えば、図１に示すような枠体７にＡｇペーストやエポキシ樹脂等でダイボンディングしてパッケージ化する。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明の撮像装置の構成は、石油精製プラントの監視や、自動火災報知設備、放火検知システムなど、幅広く適用することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１    撮像素子
２    回路部
３    光電変換素子
４    レンズ
５    レンズ機構
６    支持部材
７    枠体
【図１】
2011151269.tif 000003
【図２】
2011151269.tif 000004
【図３】
2011151269.tif 000005
【図４】
2011151269.tif 000006
【図５】
2011151269.tif 000007
【図６】
2011151269.tif 000008
【図７】
2011151269.tif 000009
【図８】
2011151269.tif 000010
【図９】
2011151269.tif 000011
【図１０】
2011151269.tif 000012
【図１１】
2011151269.tif 000013
【図１２】
2011151269.tif 000014
【図１３】
2011151269.tif 000015
【図１４】
2011151269.tif 000016
【図１５】
2011151269.tif 000017