(57)【要約】【課題】  簡単な構造を有しながら、鮮明な画像を得ることができる撮像装置、視界支援装置、暗視装置、航海支援装置および監視装置を提供する。【解決手段】  物体で反射された近赤外域の光を受けてその物体を撮像するための撮像装置７０であって、受光層３のバンドギャップ波長が１．６５μｍ以上、３．０μｍ以下の半導体受光素子１０を備える。【選択図】        図１
2007201432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体で反射された近赤外域の光を受けてその物体を撮像するための撮像装置であって、
受光層のバンドギャップ波長が１．６５μｍ以上、３．０μｍ以下の半導体受光素子を備えたことを特徴とする、撮像装置。
【請求項２】
前記半導体受光素子は、ＩｎＰ基板と該ＩｎＰ基板上に形成された受光層とを有しており、前記受光層はＧａＩｎＮＡｓＰ層を有し、該ＧａＩｎＮＡｓＰ層におけるＰの濃度が０．０１ａｔ％〜１ａｔ％であ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】
前記半導体受光素子は、ＩｎＰ基板と該ＩｎＰ基板上に形成された受光層とを有しており、前記受光層はＧａＩｎＮＡｓＳｂ層を有し、該ＧａＩｎＮＡｓＳｂ層におけるＳｂの濃度が０．１ａｔ％〜１０ａｔ％であることを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記半導体受光素子は、ＩｎＰ基板と該ＩｎＰ基板上に形成された受光層とを有しており、前記受光層はＧａＩｎＮＡｓ層を有し、該ＧａＩｎＮＡｓ層におけるＮの濃度が０．０１ａｔ％〜１２ａｔ％であることを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記ＩｎＰ基板の格子定数をａとし、前記受光層を形成する結晶層の格子定数と前記ＩｎＰ基板の格子定数との差をΔａとして、前記受光層を形成する結晶層は、｜Δａ／ａ｜≦０．００２となるような格子定数を有することを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項６】
前記ＩｎＰ基板が、（１００）から［１１１］方向または［１１−１］方向に５度〜２０度傾斜したオフアングル基板であることを特徴とする、請求項２〜５のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項７】
前記受光層を覆うように位置するＩｎＰ窓層を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項８】
波長域１．０μｍ〜３．０μｍの光を受光することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の撮像装置を用いることを特徴とする、視界支援装置。
【請求項１０】
車両における視界支援のために用いられる装置であって、前記車両の前方を撮像する撮像手段と、その撮像手段により撮像された画像を表示する表示手段とを備え、前記撮像手段に前記請求項１〜８のいずれかに記載の撮像装置を用いたことを特徴とする、視界支援装置。
【請求項１１】
車両における視界支援のために用いられる装置であって、前記車両の後方を撮像する撮像手段と、その撮像手段により撮像された画像を表示する表示手段と、前記撮像手段および表示手段を駆動制御する制御手段とを備え、前記撮像手段に前記請求項１〜８のいずれかに記載の撮像装置を用いたことを特徴とする、視界支援装置。
【請求項１２】
夜間に物体を可視化する光学装置であって、請求項１〜８のいずれかに記載の撮像装置を用いたことを特徴とする、暗視装置。
【請求項１３】
船舶に搭載され、他船舶等の物標を認識するための光学装置を含む装置であって、前記光学装置に、請求項１〜８のいずれかに記載の撮像装置を用いたことを特徴とする、航海支援装置。
【請求項１４】
定点に設置され、監視対象物を監視する光学装置を含む装置であって、請求項１〜８のいずれかに記載の撮像装置を用いたことを特徴とする、監視装置。
【請求項１５】
赤外光、近赤外光および可視光の光照射手段を備えないことを特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載の視界支援装置、請求項１２に記載の暗視装置、請求項１３に記載の航海支援装置、または請求項１４に記載の監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、宇宙から地表に届く電磁波のうちの近赤外域の電磁波（ＳＷＩＲ：Short
Wavelength Infrared）すなわち宇宙光（night glow）の波長域を受光感度域に含む撮像装置、それを用いた視界支援装置、暗視装置、航海支援装置および監視装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
（Ｉ）宇宙光：地表には宇宙から各種の電磁波（光）が到達しており、たとえば宇宙からのＸ線を観測して宇宙の姿を研究する電波天文学等がよく知られている。宇宙から地表に届く電磁波のうち、ＳＷＩＲ帯は検出に大掛かりな装置を要しないため、近年、注目を集めており、多くの紹介がなされている。たとえば宇宙からのＳＷＩＲスペクトルの観測結果について説明し、そのスペクトルが１．４〜１．９μｍにピークを有することが紹介されている（非特許文献１）。またＩｎＰに格子整合するＩｎＧａＡｓ受光素子（Ｉｎ原子：Ｇａ原子＝０．５３：０．４７）を用いた暗視カメラの紹介（非特許文献２）などが、なされている。この場合、図２４に示すように、格子定数をＩｎＰ基板に合わせるためにＩｎ／Ｇａの原子数比を０．５３／０．４７にしており、そのため受光素子の長波長側限界（感度限界）は１．７μｍ程度となる。図２４に示す受光素子の構成については、実施例において詳しく説明する。以後の説明では、上記宇宙から地表に到達するＳＷＩＲ帯の光を、宇宙光もしくはＳＷＩＲ帯の宇宙光、または単にＳＷＩＲ帯光と呼ぶ。
【０００３】
（ＩＩ）化合物半導体受光素子：上記のＩｎＧａＡｓ受光素子（受光可能な長波長側限界がそれほど長くない）よりも長波長の光を検出するため、図２５に示すように、ＩｎＰ上に格子整合のための傾斜組成のグレーディッド層またはステップバッファ層を設け、格子整合を保ちながら徐々にＩｎ組成を高めた受光素子の紹介もある（特許文献１）。この場合、Ｉｎ／Ｇａの原子数比を上記値よりも高くすることにより、格子定数をＩｎＰ基板の格子定数よりも受光層へと徐々に大きくするので、受光層（Ｉｎ／Ｇａ＝０．８／０．２）の感度は、より長波長側へと拡大される。図２５に示す受光素子の構成についても実施例で詳しく説明する。
【０００４】
（ＩＩＩ）暗視装置：上記の技術の延長上に位置するものではないが、近年、長波長域の光を用いる暗視装置の紹介がなされている。たとえば赤外線を、人を含む対象物に照射し、その反射光を赤外線カメラで撮像することにより、自動車後方視界の支援をする装置（特許文献２）、同様な近赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）と撮像装置との組み合わせによる自動車用暗視装置（特許文献３）、赤外域と近赤外域との２つの波長域の組み合わせによる視覚装置（特許文献４）、１．５μｍ帯の光をＩｎＧａＡｓ受光素子で受光する車載用撮像装置（特許文献５）等が紹介されている。
【非特許文献１】Vatsia,Mirshri,L."Atmospheric Optical Environment", Researchand Development Technical Report ECOM-7023, September (1972)
【非特許文献２】Marshall J.Cohen, "Near-IR imaging cameras operate at roomtemperature", LASER FOCUS WORLD June 1993 p.109(Sensors Unlimited)
【特許文献１】特開２００２−３７３９９９号公報
【特許文献２】特開２００４−３５０２２８号公報
【特許文献３】特開２００２−２７４２５８号公報
【特許文献４】特開平９−３７１４７号公報
【特許文献５】特開平７−３０２９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したこれまでの技術における問題点は、次のように要約される。
（Ａ１）化合物半導体受光素子：ノイズや暗電流が大きく、また暗点が多く、鮮明な画像が得られない。温度上昇により、画像の鮮明度はとくに大きく劣化する。
（Ａ２）暗視装置：赤外線、近赤外線等の光源が必要である。また、装置が複雑であり、高コストとなる。画像鮮明度も不足する。
上記の（Ａ１）における問題は、より長波長域まで受光できる化合物半導体層を結晶性よく形成できないことに起因する。また（Ａ２）の問題は、社会的および経済的な影響が高く、解決に緊急性を要する。本発明は、まず上記（Ａ２）の問題を克服し、すなわち簡単な構造を有しながら、鮮明な画像を得ることができる撮像装置および視界支援装置を提供し、さらには加えて（Ａ１）の問題を解消した、すなわちノイズや暗電流を抑制して鮮明な画像を確実に得ることができる受光層を備えた撮像装置、それを用いた視界支援装置、暗視装置、航海支援装置および監視装置を提供することを目的とする。ここで、視界支援装置は、車両（自動車など）に搭載されて安全性向上のために運転者の視界を支援する装置を、暗視装置は人が携行可能な装置を、航海支援装置は、船舶に搭載されて何らかの形で物標の認識を支援する装置を、そして監視装置は、定点に設置されて監視対象物を監視する装置を、それぞれさすものと大まかに区分けされるが、この区分けは厳密なものではない。結局のところ、視界支援装置、暗視装置、航海支援装置および監視装置は、これら全体で、上記撮像装置が適用された光学機器を含む装置を指すものと考えることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の撮像装置は、物体で反射された近赤外域の光を受けてその物体を撮像するための撮像装置である。この撮像装置は、受光層のバンドギャップ波長が１．６５μｍ以上、３．０μｍ以下の半導体受光素子を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、波長１．４μｍ〜１．９μｍにピークを持つ宇宙光が物体で反射された光を受光して、物体を撮像するので、昼夜を問わず鮮明な画像を得ることができる。また、上記の１．６５μｍ以上、３．０μｍ以下に感度を有する半導体受光素子は、霧、煙または粉塵といった環境下でも、水の吸収スペクトルのうちＭＷＩＲ（中赤外：Medium
Wavelength InfraRed)領域の吸収ピーク（３．０μｍ超の波長域にブロードな吸収を有する）の影響を小さくできるので鮮明な画像を得ることができる。さらに、補助的な光照射を行うことなく撮像できるので、照射光が人体の眼に入射して損傷する可能性を完全に除くことができる。また、最大波長を３．０μｍとしたのは、３．０μｍを超える受光層を形成しようとしても、受光層のエピタキシャル膜の成長中に取り込めるＮ量には限界があり、無理に取り込もうとしても品質が劣化して、暗電流を低く抑えることができないという理由もある。
【０００８】
上記の受光素子は、波長域１．０μｍ〜２．０μｍの光を受光することができる。この構成によれば、波長１．４μｍ〜１．９μｍにピークを持つ宇宙光の反射光を、限定的に受光できるので、水の吸収スペクトル等による画像の乱れをさらに確実になくすことができる。すなわち、水の吸収スペクトルは、波長３．０μｍの短波長側でも長波長側（長波長側はとくにブロードな吸収）でも吸収を持つので、上記のように波長域１．０μｍ〜２．０μｍの光を受光することにより、水の吸収スペクトルの最大の３．０μｍ付近ピークの影響をなくし、水の吸収スペクトル起因の画像の乱れを抑えることができる。「波長域１．０μｍ〜２．０μｍの光を受光する」とは、波長域１．０μｍ〜２．０μｍ以外の波長域に感度を有しないことを意味する。これは、その受光層を形成する化合物半導体の特性の上から、波長域１．０μｍ〜２．０μｍの範囲内に感度が制約される場合であってもよい。この場合、長波長側の感度の限界が１．５μｍや、１．７５μｍであってもよい。また、とくに長波長側の限界２．０μｍの実現については、波長２．０μｍを超える光をカットするフィルタを備えていてもよい。
【０００９】
また、上記の受光素子には、ＩｎＰ基板と、そのＩｎＰ基板上に形成され、バンドギャップ波長が１．６５μｍ〜３．０μｍの範囲内にある受光層とを有するものを用いることができる。ここでバンドギャップ波長は、バンドギャップエネルギーを光の波長に換算したもので、バンドギャップ波長（μｍ）＝１．２３９８／バンドギャップエネルギー（ｅＶ）、の関係がある。
【００１０】
ＩｎＰ基板に格子整合するＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ受光層を用いた従来のＳＷＩＲ撮像装置では、長波長側の感度がせいぜい１．７μｍ程度であるのに対して、上記構成によれば、長波長側は波長１．９μｍまで確実に受光することができる。このためより鮮明な画像を得ることができる。とくに宇宙光は微弱であるため、従来の受光素子において受光できなかった非受光波長域１．７μｍ〜１．９μｍの影響は大きく、この非受光波長域があるために画像の鮮明度は低下していたが、上記構成により、これを克服することができる。
【００１１】
さらに、従来の装置では、使用環境上、装置の温度が上昇して受光素子における暗電流成分が増加した場合など、ダイナミックレンジ（Ｓ／Ｎ
比）が稼げず、ノイズが多くなり、使用不可能になる可能性があった。これを回避するために冷却装置を用いることもある。上記の構成によれば、十分広い帯域の光を受光できるため、上記温度上昇に付随する問題を回避することができる。
【００１２】
逆に温度が低い場合、半導体受光素子の感度は短波長側にシフトする。従来のＩｎＧａＡｓを受光層とした装置は、宇宙からのＳＷＩＲ光スペクトルの一部を利用しているため、低温環境では感度シフトにより十分な感度が得られず、像が不鮮明になることが多かった。上記の構成によれば、感度シフトしても十分にＳＷＩＲスペクトルを網羅するので、上記の問題は解消される。
【００１３】
また、上記構成では、受光層に４元系または５元系のＩｎＧａＡｓ系化合物を用いるので、受光可能な長波長側限界を決めるバンドギャップと、格子定数（ＩｎＰ基板の格子定数と同じにする）とを、ともに目標値にすることが可能である。このため、長波長側の限界を３μｍとした上で、結晶欠陥密度および歪を低くできるため、暗電流を小さくし、かつ画像抜け（暗点）を非常に少なくすることができる。すなわち、上記構成では、ステップバッファ層（グレーディッド層）を用いることなく（すなわちＩｎＰ基板の格子定数よりも大きな格子定数の受光層を作成することなく）、長波長側限界を拡大することができる。このため、ステップバッファ層を用いる場合に比べて、受光層における歪や欠陥を抑えることができるので、上述のように、欠陥起因の暗電流を小さくし、かつ暗点（画像抜け）を減少させることができる。
【００１４】
上記の半導体受光素子は、ＩｎＰ基板と該ＩｎＰ基板上に形成された受光層とを有しており、受光層はＧａＩｎＮＡｓＰ層を有し、該ＧａＩｎＮＡｓＰ層におけるＰの濃度を０．０１ａｔ％〜１ａｔ％とすることができる。この構成により、バンドギャップ波長（最長検出波長）が１．６５μｍ〜３．０μｍの範囲内の受光層を得ることができ、上述のいずれの撮像装置をも実現することができる。Ｐの含有量が１ａｔ％を超えると発光強度が弱くなるためＰの上限は１ａｔ％とする。またＰの含有量が０．０１ａｔ％未満ではＰの効果を得ることができず、格子定数をＩｎＰと同じに揃えながらバンドギャップエネルギーを小さくすることができない。
【００１５】
上記の半導体受光素子は、ＩｎＰ基板と該ＩｎＰ基板上に形成された受光層とを有しており、受光層はＧａＩｎＮＡｓＳｂ層を有し、該ＧａＩｎＮＡｓＳｂ層におけるＳｂの濃度を０．１ａｔ％〜１０ａｔ％とすることができる。この構成により、バンドギャップ波長（最長検出波長）が１．６５μｍ〜３．０μｍの範囲内の受光層を得ることができ、上述のいずれの撮像装置をも実現することができる。ＧａＩｎＮＡｓＳｂ層は、とくに結晶性に優れており、しかも比較的容易に安定して形成することができる。Ｓｂの含有量が２ａｔ％を超えると格子不整合が現れて欠陥密度が増加するためＳｂの上限は２ａｔ％とする。またＳｂの含有量が０．１ａｔ％未満ではＳｂの効果を得ることができず、格子定数をＩｎＰと同じに揃えながらバンドギャップエネルギーを小さくすることができない。
【００１６】
上記の半導体受光素子は、ＩｎＰ基板と該ＩｎＰ基板上に形成された受光層とを有しており、受光層はＧａＩｎＮＡｓ層を有し、該ＧａＩｎＮＡｓ層におけるＮの濃度を０．０１ａｔ％〜１２ａｔ％とすることができる。この構成により、バンドギャップ波長（最長検出波長）が１．６５μｍ〜３．０μｍの範囲内の受光層を得ることができ、上述のいずれの撮像装置をも実現することができる。Ｎはバンドギャップエネルギーに大きな影響を有し、０．０１ａｔ％以上で格子定数をＩｎＰと同じに揃えながらバンドギャップエネルギーを小さくする。しかし、１２ａｔ％を超えて含有させることは難しく、１２ａｔ％超で欠陥密度を大きく増加する。
【００１７】
上記のＩｎＰ基板の格子定数をａとし、受光層を形成する結晶層の格子定数とＩｎＰ基板の格子定数との差をΔａとして、受光層を形成する結晶層は、格子不整合度｜Δａ／ａ｜≦０．００２となるような格子定数を有するように構成するのがよい。この構成により、普通に入手ができるＩｎＰ基板を用いて、結晶性に優れた受光層を得ることができる。
【００１８】
上記のＩｎＰ基板を、（１００）から［１１１］方向または［１１−１］方向に５度〜２０度傾斜したオフアングル基板とすることができる。この構成により、欠陥密度が小さく結晶性に優れた、ＧａＩｎＡｓＳｂ層、ＧａＩｎＡｓＳｂ層、またはＧａＩｎＮＡｓ層を得ることができ、暗電流が抑制され、暗点が少ない受光層を得ることができる。このため、微弱なＳＷＩＲ帯の宇宙光を受光して撮像する装置の性能を向上させる受光層を得ることができる。すなわち上記オフアングル基板を用いて形成された受光素子の有する作用は、宇宙光を受光して撮像する撮像装置の品質をとくに向上させる。最も好ましいオフアングルの範囲は、（１００）から［１１１］方向または［１１−１］方向に１０度〜１５度の範囲であり、このオフアングルにおいて欠陥密度が非常に抑制された受光層を得ることができる。上記のような大きなオフ角は、ＩｎＰ基板について提唱されたことはなく、本発明者らによってはじめて確認されたものであり、ＩｎＰ基板上に良好な結晶性のエピタキシャル膜を成長させる場合の重要な要素である。
【００１９】
上記の受光層を覆うように位置するＩｎＰ窓層を備えることができる。この構成によれば、受光層の格子定数がＩｎＰ基板の格子定数と同じであるため、受光層の上に、暗電流を小さくすることで実績があるＩｎＰの窓層を形成することができる。この結果、暗電流を抑制し、素子信頼性を向上させることができる。すなわち、従来のステップバッファ層を設けることにより格子定数をＩｎＰ基板から受光層のＩｎＡｓＰへと大きくする構成の場合、その格子定数に合わせた組成のＩｎＡｓＰを窓層とする必要がある。このような大きな格子定数をもたらす組成のＩｎＡｓＰ層は、一般に、ＭＷＩＲ付近から短波長側にかけての吸収があるために受光感度が悪くなり、不鮮明な画像となってしまう。
【００２０】
また、上記の撮像装置は、波長域１．０μｍ〜３．０μｍの光を受光する構成としてもよい。これにより、１.０μｍ以上、３．０μｍ以下に感度を有する受光素子は、霧、煙または粉塵といった環境下でも、水の吸収スペクトルのうちＭＷＩＲ（中赤外：Medium
Wavelength InfraRed)領域の吸収ピーク（３．０μｍ超の波長域にブロードな吸収を有する）の影響を小さくできるので鮮明な画像を得ることができる。さらに、補助的な光照射を行うことなく撮像できるので、照射光が人体の眼に入射して損傷する可能性を完全に除くことができる。また、最大波長を３．０μｍとしたのは、理由は現在のところ不明であるが、３．０μｍを超えて受光しようとすると、受光層のエピタキシャル膜の品質が劣化して、暗電流を低く抑えることができないという理由もある。なお、「波長域１．０μｍ〜３．０μｍの光を受光する」とは、上述のように、波長域１．０μｍ〜３．０μｍ以外の波長域に感度を有しないことを意味する。これは、その受光層を形成する化合物半導体の特性の上から、波長域１．０μｍ〜３．０μｍの範囲内に感度が制約される場合であってもよい。この場合、長波長側の感度の限界が２．０μｍや、２．５μｍであってもよい。また、とくに長波長側の限界３．０μｍの実現については、波長３．０μｍを超える光をカットするフィルタを備えていてもよい。
【００２１】
本発明の視界支援装置は、上記のいずれかの撮像装置を用いることを特徴とする。この構成により、暗電流が抑制され、暗点の少ない画像を得ることができ、視界支援のレベルを向上させることができる。たとえば従来の車両における視界支援装置では、赤外光や近赤外光を物体に向かって照射して、その反射光を受光して物体を撮像するが、上記構成によれば、ＳＷＩＲ帯の宇宙光を利用するので、照射手段が不要であり、視界支援装置を簡単化して製造費用を低減することができる。これは車載スペースおよび費用の節約になり、これら装置の普及を促進させる上で、重要な要因となる。また、赤外光と近赤外光の検出を組み合わせる方式における車載スペースおよび製造コストの問題も避けることができる。
【００２２】
また、光を照射しないので、人の眼への照射による損傷を避けることができ、光を避けるための機構やシステムも不要である。本発明の視界支援装置におけるこのような特性は、対人事故を防止するために人を検知することが主目的である車両用の視界支援装置の場合、とくに大きな価値を有する。
【００２３】
また、（ｉ）赤外光を受光する場合の、霧など水分による吸収により画像が極端に不鮮明になる問題、また（ｉｉ）物体または生物の放射熱線を受光する場合の、生物以外の周囲温度との差が小さいものや防寒具を付けた人などが検出し難いという問題を、本発明のＳＷＩＲ宇宙光を受光する装置では、問題なく避けることができる。このような特性も、走行環境によらず車両の安全走行を確保することが重視される車両用の視界支援装置の場合、価値を有する。
【００２４】
また、別の本発明の視界支援装置は、車両における視界支援のために用いられる装置であり、車両の前方を撮像する撮像手段と、その撮像手段により撮像された画像を表示する表示手段とを備え、撮像手段に上述のいずれかの撮像装置を用いたことを特徴とする。この構成によれば、上記視界支援装置は車両に搭載され、夜間に運転者が前方の視界やさらには障害物を、より鮮明に認識しながら走行することができる。
【００２５】
また、さらに別の本発明の視界支援装置は、車両における視界支援のために用いられる装置であり、車両の後方を撮像する撮像手段と、その撮像手段により撮像された画像を表示する表示手段と、撮像手段および表示手段を駆動制御する制御手段とを備え、撮像手段に上述のいずれかの撮像装置を用いたことを特徴とする。この構成によれば、上記視界支援装置は車両に搭載され、夜間に運転者が後方の視界や障害物を、より鮮明に認識しながら走行することができる。
【００２６】
本発明の暗視装置は、夜間に物体を可視化する光学装置であって、上記のいずれかに記載の撮像装置を用いたことを特徴とする。これにより、照射装置を用いることなく、夜光などの物体から反射される近赤外〜赤外域の光を感度良く受光して、鮮明な暗視画像を、簡単な構成の装置により得ることができる。このため携行しやすく、また赤外光照射に起因するアイセーフ問題を避けることができる。
【００２７】
本発明の航海支援装置は、船舶に搭載され、他船舶等の物標を認識するための光学装置を含む装置であって、光学装置に、上記のいずれかに記載の撮像装置を用いたことを特徴とする。この構成により、どのような気象条件下でも、昼夜を問わず、周囲との温度差が小さくい場合に赤外カメラでは明瞭に撮像しにくい物標を、確実に認識することができる。
【００２８】
本発明の監視装置は、定点に設置され、監視対象物を監視する光学装置を含む装置であって、上記のいずれかに記載の撮像装置を用いたことを特徴とする。これにより、監視装置内に監視対象物に照射する光源を設けることなく、監視対象物を確実に捕捉することができる。ここで、監視装置には、列車事故を回避するためにプラットフォームとそこの列車軌道を監視する監視装置、ドアホン等に取り付けられて訪問者の画像を撮像する監視装置、侵入者か否かを判断するために監視する監視装置、介護等を目的に室内を監視して介護センタ等に映像を送るための室内用の監視装置、都市防止用に火災の発生やその位置を検知するための監視装置、ダム堰などの大型装置の異変を知らせる各部位の位置変化等を遠方から監視する遠隔用の監視装置等が該当する。
【００２９】
上記の視界支援装置、暗視装置、航海支援装置または監視装置では、赤外光、近赤外光および可視光の光照射手段を備えない構成をとることができる。これにより、車載スペース、装置内スペース、設置箇所スペース等を節約してコストを抑えることができる。
【００３０】
また、上記の視界支援装置、暗視装置、航海支援装置または監視装置では、波長１．４μｍ以下の光を発する光照射手段を備えない構成とすることができる。これにより、とくに人の眼に好ましくない影響を与える１．４μｍ以下の光照射がなくなり、これら光の人の眼への照射を防止するシステムが不要となる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明により、昼夜や天候の状態を問わず、鮮明な画像を得ることができる撮像装置、視界支援装置、暗視装置、航海支援装置または監視装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における撮像装置の概要を示す図である。レンズなどの光学部品は省略してある。図２は、上記の撮像装置の受光素子アレイを説明するための図である。図３は、図２の受光素子アレイ５０のうちの１つの受光素子を示す図である。図１において、この撮像装置７０は、共通のＩｎＰ基板５１の上に形成された受光素子１０がエピタキシャル層側を、実装基板の機能を有するマルチプレクサ７１に向けて、いわゆるエピダウン実装されている。各受光素子１０のエピタキシャル層のｐ型領域９と電気的に接続されるｐ部電極７と、共通のｎ型ＩｎＰ基板５１（１）に設けられるｎ部電極６とは、マルチプレクサ７１に接続され、電気信号をマルチプレクサに送り、マルチプレクサ７１では各受光素子における電気信号を受けて、対象物の全体像を形成する処理を行う。ｎ部電極６およびｐ部電極７は、それぞれはんだバンプ６ｂ，７ｂを介在させてマルチプレクサ７１と電気的に接続される。入射光は、ＩｎＰ基板５１の裏面に形成したＡＲ(Anti-Reflection)膜１３を通して導入され、ｐ型領域９と受光層３との界面であるｐｎ接合１５で受光される。ｐ型領域９は、保護膜を兼ねるＳｉＮのＺｎ拡散マスク５の開口部から導入される。Ｚｎ拡散マスクパターン５は、その上に形成された保護膜のポリイミド膜パターン２３とともにそのまま残される。受光素子アレイおよび各受光素子の構造については、図２および図３を用いて、次に詳しく説明する。
【００３３】
図２において、受光素子アレイ５０の受光素子１０は、共通のＩｎＰ基板５１（１）に設けられている。各受光素子でＳＷＩＲ帯の宇宙光を受光することにより生じた電流信号は、上述のように実装基板を兼ねたマルチプレクサ７１に送られ、画像形成の処理がなされる。各受光素子のサイズやピッチ、アレイの大きさを変えながら、画素数を変化させる。図２に示す受光素子アレイ５０は９万画素のものである。図３に示す受光素子１０は、ＩｎＰ基板１の上に形成された複数のエピタキシャル膜を有し、また、ｐ型領域９を形成する際に用いた、ｐ型不純物導入用の拡散マスク５を残している。ｐ型領域９にはｐ部電極７が接続され、はんだバンプなどによりマルチプレクサ７１など実装基板の配線などへと接続される。
【００３４】
図４は、図１に示したエピダウンの受光素子と異なり、エピアップ実装の受光素子を説明する断面図である。本発明においては、撮像装置内の受光素子はエピダウン実装でもエピアップ実装でも、どちらでもよい。この受光素子１０は、ｎ型ＩｎＰ基板１上に、下から順に、ｎ型ＩｎＰバッファ層２／受光層３／ＩｎＰ窓層４／拡散マスク５／反射防止膜（ＡＲ膜:Anti-Reflection）１３が位置している。ｐ型領域９は、ＩｎＰ窓層４から受光層３内のｐｎ接合１５まで形成されている。また、ｎ部電極６がｎ型ＩｎＰ基板の裏面に位置し、ｐ部電極７は、ｐ型領域９のＩｎＰ窓層４の表面に位置し、配線電極２７に電気的に接続されている。本実施の形態においては、受光層３は、波長１．０μｍ〜３．０μｍの範囲の光を受光する。具体的には、受光層３は、ＧａＩｎＮＡｓＰもしくはＧａＩｎＮＡｓＳｂまたはＧａＩｎＮＡｓにより形成される。
【００３５】
図４に示す受光素子は、上記したようにエピアップ実装され、エピタキシャル層すなわちＩｎＰ窓層４の側から光を入射される。本実施の形態における受光素子は、上述のように、エピアップ実装でもエピダウン実装でもよく、図５に示すように、エピダウン実装され、ＩｎＰ基板１の裏面側から光を入射されるタイプでもよい。図５のエピダウン実装の受光素子１０の場合、ＩｎＰ基板１の裏面にＡＲ膜１３が施される。ＩｎＰ窓層４、ｐ部電極７および保護膜を兼ねるＳｉＮの拡散マスク５は、エピアップ実装の場合と同様に設けられる。図５に示すエピダウン実装の場合、ＩｎＰ基板などＩｎＰはＳＷＩＲ帯光に透明なので、ＳＷＩＲ帯光は吸収されることなく、受光層３のｐｎ接合１５に到達する。図５の構造においても、受光層は、ＧａＩｎＮＡｓＰもしくはＧａＩｎＮＡｓＳｂまたはＧａＩｎＮＡｓにより形成される。以後の本発明例においても、とくに断らない限り、同様である。
【００３６】
ｐ部電極７と、ｎ部電極６とは、図４に示すようにＩｎＰ基板１を間に挟んで対向する位置に配置してもよいし、図５に示すようにＩｎＰ基板１の同じ側の位置に配置してもよい。図５に示す構造の場合、図２に示す受光素子アレイ５０の各受光素子１０と集積回路とはフリップチップ実装により電気的に接続される。図４および図５の構造の受光素子において、ｐｎ接合１５に到達した光は吸収され、電流信号を生じ、上述のように、集積回路を通して各々一画素の像に変換される。
【００３７】
ＩｎＰ基板１は、（１００）から［１１１］方向または［１１−１］方向に５度〜２０度傾斜したオフアングル基板とするのがよい。より望ましくは、（１００）から［１１１］方向または［１１−１］方向に１０度〜１５度傾斜させる。このような大きなオフ角基板を用いることにより、欠陥密度が小さく結晶性に優れたｎ型ＩｎＰバッファ層２、受光層３（ＧａＩｎＡｓＳｂ層、ＧａＩｎＡｓＳｂ層、またはＧａＩｎＮＡｓ層）、およびＩｎＰ窓層４を得ることができる。この結果、暗電流が抑制され、暗点が少ない受光層を得ることができる。このため、微弱なＳＷＩＲ帯の宇宙光を受光して撮像する装置の性能を大きく向上させる受光層を得ることができる。すなわち上記オフアングル基板を用いて形成された受光素子の有する作用は、宇宙光を受光して撮像する撮像装置の品質向上にとくに有用である。
【００３８】
上記のような大きなオフ角は、ＩｎＰ基板について提唱されたことはなく、本発明者らによってはじめて確認されたものであり、ＩｎＰ基板上に良好な結晶性のエピタキシャル膜を成長させる場合の重要な要素である。たとえば、非常に長波長域の発光及び受光が可能であるとする、Ｎを含む化合物半導体、たとえばＧａＩｎＮＡｓは、上記のような大きなオフ角のＩｎＰ基板を用いない限り、実際には、実用に耐える、良好なエピアキシャル層として形成されることは不可能である。すなわち、上記のような大きなオフ角のＩｎＰ基板を用いない限り、Ｎを含む化合物半導体、たとえばＧａＩｎＮＡｓは暗電流を抑制し、暗点を減らした受光層になることはない。この結果、微弱なＳＷＩＲ帯の宇宙光を用いて鮮明な画像を得ることができない。上記例としてあげたＧａＩｎＮＡｓだけでなく、ＧａＩｎＮＡｓＰおよびＧａＩｎＮＡｓＳｂにおいてもＩｎＰ基板のオフ角は、上記のような大きい角度範囲が、良好な結晶性を得るのに必要であるという点で同じである。
【００３９】
図４および図５に示す受光素子１０では、受光層３を覆うように位置するＩｎＰ窓層４を備える。受光層３の格子定数がＩｎＰ基板１の格子定数と同じであるため、受光層３の上に、暗電流を小さくすることで定評があるＩｎＰ窓層４を形成することができる。このため、暗電流を抑制し、素子信頼性を向上させることができる。すなわち、図２５に示すように、従来の受光素子１１０では、ステップバッファ層またはグレーディッド層１０２ａを設けることにより格子定数をＩｎＰ基板１０１から受光層のＩｎＧａＡｓ１０３ａへと大きくする。このような構造の場合、窓層は受光層１０３ａの格子定数に合わせた組成のＩｎＡｓＰ窓層１０４ａとする必要がある。このような大きな格子定数をもたらす組成のＩｎＡｓＰ窓層１０４ａは、一般に、ＭＷＩＲ付近から短波長側にかけての吸収があるために受光感度が悪くなり、とくに水分の多い環境では不鮮明な画像となってしまう（図２２参照）。図４および図５に示す受光素子１０では、受光層３はＩｎＰ基板１とほとんど同じ格子定数に揃っているので、窓層にＩｎＰ層を用いることができ、暗電流を低く抑えることができる。
【００４０】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における視界支援装置を示す図である。本視界支援装置は、自動車の夜間運転における運転者の前方の視界を支援するために、車両に搭載される。車両には、実施の形態１において説明した受光素子アレイと、図示しないレンズなど光学素子等とを含む撮像装置７０と、撮像された画像を表示する表示モニター６５と、これらを駆動制御する制御装置６０とが搭載される。また、図７は、自動車の夜間運転における運転者の後方の視界を支援するために、車両に搭載される。自動車の後部に後ろ向きに取り付けられた、実施の形態１の受光素子アレイ、レンズなど光学素子等を含む撮像装置７０で撮像した画像は、運転者の上部前方の表示装置６５に表示される。撮像装置７０および表示装置６５は、制御装置６０によって駆動制御される。
【００４１】
従来の車両用視界支援装置では、物体からの赤外域の反射光または放出光を受光して画像とするため、次のような問題があった。反射光を利用する場合、光源が必要であり、搭載スペースを要し、またコスト増となる。また、物体の放射熱を利用する場合、人以外の非発熱体や防寒具を着た歩行者等は認識が難しいため、赤外カメラ以外の認識手段と併用する必要がある。また、光源を使う場合、使用する波長域によっては人体への影響、すなわちアイセーフ対策を講じる必要がある。
【００４２】
本実施の形態における視界支援装置では、上記のような余分の光源やアイセーフ対策は不要である。また、撮像対象の発熱、非発熱を問わない。さらに霧中など水分を含む環境中でも、対象物の鮮明な画像を得ることができる。このため夜間における優れた車両用の視界支援装置を提供することができる。これは、物体からのＳＷＩＲ帯の宇宙光の反射光を利用して、かつ暗電流が十分少なく、優れたダイナミックレンジ（Ｓ／Ｎ）を持つ受光素子を用いているからである。
【００４３】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３における暗視装置の構成を示す図である。この暗視装置５１０は、被写体の結像部に、本発明の実施の形態１における撮像装置７０またはその受光素子の２次元配列面を曲面などに変形した撮像装置を用いる点に特徴がある。上記の撮像装置７０は、近赤外〜赤外域に高い受光感度を有し、かつ暗電流を抑制することができるので、赤外線発光装置などの光源を暗視装置に内蔵する必要がなく、このあと説明するように、従来の赤外線光源内蔵タイプの暗視装置に比べて、暗視装置の基本的性能に本質的な相違をもたらすことが可能となる。
【００４４】
被写体で反射された宇宙光などの近赤外〜赤外光は、対物レンズを通過した後、
光電面部７０において結像する。光電面部７０において光電変換で得られた電流は、現在用いられている任意の手段で増幅し、表示部において画像に変換して表示する。表示面は、増幅の機構に応じて、たとえば光電面で画素ごとに電流を取り出し増幅回路で増幅するタイプであれば液晶画面でもよいし、イメージインテンシファイアで増幅する場合は蛍光面に表示して接眼レンズを通して見てもよい。イメージインテンシファイアは、光電面部で変換された電子像を倍増するマイクロチャンネルプレートＭＣＰと、ＭＣＰの後方に配設され、電子像を光学像に再度変換する蛍光面と、蛍光面の後方に配設され光学像に変換された被写体像を画素に分割して伝送するファイバプレートとから構成される。
【００４５】
従来の暗視装置は、本体中に赤外発光ダイオードを配置して、その赤外発光ダイオードから発して被写体で反射された赤外光を受光して被写体の暗視像を得ていた。しかし、本実施の形態における暗視装置５１０では、実施の形態１で説明した受光素子１０の２次元アレイまたは撮像装置により光電面部７０を形成するので、近赤外域に高感度を有する受光層が用いられる。このため、赤外発光ダイオード等を本体に配置しなくても、被写体で反射された宇宙光(night
glow)などを受光して、実用上問題ないレベルの鮮明な暗視像を得ることができる。この結果、軽量化・小型化されて携行に便利になり、また赤外線照射に起因するアイセーフ問題を回避することができる。さらに、動物観察の場合、ある種の動物（たとえば蛇）は赤外照射に気づくため、本暗視装置は、とくに動物の夜間の動態観察等に、好適に用いることができる。
【００４６】
（実施の形態４）
図９は、本発明の実施の形態４における夜間航海支援装置５２０を説明するための斜視図である。図９を参照して、この夜間航海支援装置５２０は、レーダー空中線などから構成されるレーダ装置を備えている。レーダ空中線は、船舶上の見晴らしの良い位置に設置され、図示しない制御回路等によって水平面内で回転され、周囲に存する他船などの物標を捕捉する。また、船体内に位置するレーダ指示機は、レーダ空中線によって捕捉された物標を表示する指示機であり、自船に対する物標の相対位置を表す信号を出力する。
【００４７】
カメラ５２１は、図９に示すように、船舶上の所定位置（レーダ空中線から所定距離の位置）に設置される。このカメラ５２１には、実施の形態１で説明した受光層３を含む撮像装置７０が組み込まれている点に特徴を有する。カメラ５２１は、例えば、水平軸および垂直軸のモータを含むカメラマウント上に搭載されており、垂直軸周り、および水平軸周りにその向きを制御可能である。カメラ５２１は、レーダ指示機により物標が捕捉され、この物標が撮影の目標に選択された場合に起動される。また、カメラマウントに含まれる水平軸および垂直軸のモータは、この目標をカメラ５２１により捉え続ける表示器に表示し続けることができるように駆動される。このようなカメラ５２１による追尾撮影のために、物標追尾演算器を備えている。所定の物標が追尾目標に設定されると、物標追尾演算器はカメラ５２１を起動させるとともに、カメラマウントに含まれるモータの駆動制御を開始させ、カメラ５２１に物標の追尾撮影を開始させる。
【００４８】
従来用いられてきた赤外線カメラは、周囲と物標との温度差や物標から放出される赤外光を検知するため、周囲と温度差がない物標などは検出が困難であった。また、別に赤外線照射手段を設ける場合、広範囲にわたって必要な赤外光の光量を得ることは難しい。カメラ５２１は、上述のように実施の形態１における撮像装置７０を組み込まれているので、近赤外域の感度が優れ、温度差を利用する必要がなく、昼夜を問わず、海面温度に影響されない。また水蒸気による影響を受けにくい波長域に高い感度を有するので、雨・霧などの影響を受けにくく、夜間にも物標を鮮明に捕捉することができる。
【００４９】
（実施の形態５）
図１０は、本発明の実施の形態５における夜間航海支援装置の中核をなすレーザレーダの原理の説明図である。本実施の形態におけるレーザレーダは、実施の形態１に示した撮像装置７０を組み込んだカメラが配置されている点に特徴を有する。レーザレーダを旋回するための旋回用架台は、仰角の変更と旋回の機能を有し、制御回路によって制御される。
【００５０】
カメラが配置されたレーザレーダには、レーザヘッド、送光光学系、受光用のズームレンズ、カメラヘッドなどが配置される。レーザヘッドは、近赤外域の波長帯の不可視極短パルスレーザ光を発する半導体レーザなどで構成される。また、カメラヘッドは、反射してきた上記のパルスレーザ光を受光するためのカメラ５２１などで構成される。
【００５１】
図１０を用いて、本実施の形態における夜間航海支援装置のレーザレーダの原理について説明する。パルスレーザ光は、対象物に向けて出射されるが、その途中には、雨・霧等の浮遊粒子が存在する。まず、レーザ光がレーザから対象物に向けて送光されたとき、カメラ５２１のシャッターは閉じているので、対象物の前に存在する雨・霧等の浮遊粒子で反射された光はシャッターに遮られ、カメラ５２１には到達しない。そして、図１０に示すように、光が対象物に達して反射され、その反射光がカメラ５２１に達した瞬間だけシャッターを開くことにより、特定の距離にある対象物からの反射光のみを受光することができる。
【００５２】
上記のレーザレーダでは、対象物までの距離は、シャッターを開けるタイミングの調節で設定することができ、また高感度のカメラ５２１を使うことで、昼夜を問わず、また雨・霧といった悪天候や高波の時でも、これらの影響を大幅に削減して対象物のみを観測することが可能となる。また、非鉄製の対象物、例えば木造やプラスチック製の小型船舶などや海面浮遊物も形状まではっきりと視認することができる。さらに、上記のカメラ５２１には、実施の形態１で示した撮像装置７０が、イメージインテンシファイア機能部品と組み合わせて用いられているので、たとえばレーザレーダのレーザ光の波長域を雨・霧の影響を受けにくい近赤外域に設定することができ、より鮮明な画像を得ることができる。
【００５３】
（実施の形態６）
図１１は、本発明の実施の形態６における列車事故回避装置を示す図である。本実施の形態における特徴は、ＴＶカメラ５３１に実施の形態１に示した撮像装置７０を組み込んでいる点にある。図１１において、この列車事故回避装置は、予め定められた範囲を撮像し、監視するＴＶカメラ５３１と、異常判定部と、ＴＶカメラ５３１が列車軌道に浸入した障害物を発見し、事故が発生しないように高速で対処するために中央監視装置と、緊急事態発生を知らせる緊急情報出力部とを備える。
【００５４】
ＴＶカメラ５３１は、予め定められた範囲、例えばプラットフォームの敷地内に敷設された列車軌道を全長にわたって監視するように１台または複数台設けられる。１台設置の場合のＴＶカメラ５３１の撮像エリアは、列車の前方の列車軌道とプラットフォームである。
【００５５】
上記のＴＶカメラ５３１には、図１に示した撮像装置７０が組み込まれているので、鮮明な画像を得ることができ、また雨・霧などがあるときでも水分の影響を受けにくい波長域において高感度を有するため、天候に左右されず、確実な監視を行うことができる。また、赤外線等の照射をする必要がないので、多数の乗客に対してアイセーフの問題を回避することができる。
【００５６】
（実施の形態７）
図１２は、本発明の実施の形態７における訪問者監視装置を示す図である。この訪問者監視装置５４０は、カメラ付きドアホンの親器と子器とから構成される。子器はドアに設けられ、訪問者はドアチャイムのボタンを押し、フィルタを通して撮影される。親器は屋内に設けられ、子器のカメラで撮像された訪問者の像が親器の表示画面に表示される。
【００５７】
図１３は、子器に設けられたカメラ５４１を示す図である。カメラ５４１には、図１に示した撮像装置７０が組み込まれ、訪問者の撮像を行う。本実施の形態では、上記近赤外域〜赤外域に高感度を有する受光層を持つ撮像装置７０を用い、例えば宇宙光（night
glow)の反射で訪問者を識別できるので、従来のカメラ付きドアホンのように、子器内に赤外発光素子を取り付ける必要がない。このため、この赤外発光素子がフィルタで反射して来訪者の画像の周りに赤外発光素子の虚像を形成する、という問題などは生じないので、それを防止するためカメラの周囲に筒状の壁等を設ける必要がない。また、赤外線照射に起因するアイセーフ問題を回避することができ、さらに赤外発光ＬＥＤなどの光源の電源電力を省略することができる。このため、カメラ付きドアホンの子器における構造を簡単化でき、消費電力を節減し、アイセーフ問題を回避することができる。しかも、宇宙自然光は昼夜一定であるので、昼夜の差などに起因する違和感のない訪問者の明瞭な映像を得ることができる。
【００５８】
（実施の形態８）
図１４は、本発明の実施の形態８における侵入者検知装置５５０を示す図である。監視カメラ５５１は室内に取り付けられ透明窓面越しに外を監視できるように配置されている。監視カメラ５５１には、実施の形態１の図１に示した撮像装置７０が組み込まれており、近赤外〜赤外域に高い感度を有する。監視カメラ５５１に撮影され、その画像は処理装置に送られ、画像処理にて該当者を検知し、さらに窓面付近での停滞時間を計測し、規定時間たとえば侵入の可能性が大と判定される１分間以上の停滞時間の場合には、侵入予定者と判断する。
【００５９】
本実施の形態における監視カメラ５５１は、近赤外〜赤外域に高い感度を有する撮像装置７０が組み込まれているので、赤外線照射器を設ける必要がない点に特徴を有する。監視カメラ５５１は、人物の宇宙光（night
glow)の反射光を受光することによって高い識別力をもって侵入予定者を検知することができる。このため、この種の監視装置の構成を簡単化することができる。また、侵入者監視装置では、とくに撮影対象者に向けて赤外線照射を集中させるので、問題化しやすいアイセーフについてのトラブルを回避することができる。また、複数の侵入者等の場合に、赤外線照射した場合に侵入者について鮮明な像を得にくいが、赤外線照射しない場合には、鮮明な情報を得ることができる。
【００６０】
また、図示は省略するが、上記のタイプと別の従来の監視装置は、光源としての赤外線ＬＥＤの配置を必須としていた。たとえば監視カメラの両側（両翼）には、モータ駆動によって前方との対面角度を自在に変えられるように基板が配置されており、その基板上に複数の発光ＬＥＤが取り付けられていた。発光ＬＥＤからの赤外線により監視範囲を照射して、監視カメラはその反射光を受光して撮像する。監視カメラのレンズを、標準から広角、もしくは広角から標準のように交換した場合、または監視領域を変えた場合、監視カメラからの映像信号の輝度データを求め、輝度分布を求め、輝度分布を検出していた。輝度が不均一の場合、モータを駆動して基板の対面角度を変えて発光ＬＥＤの照射角度を変えて輝度分布が一様になるようにする。
【００６１】
これに対して、図１５に示す本実施の形態の変形例における監視カメラ５５１では、近赤外〜赤外域に高感度を有する撮像装置７０を用いるので、監視装置に用いられて暗所を監視する場合、発光ＬＥＤがなくても鮮明な撮像を行い、輝度分布を精度よく検出することができる。さらに、宇宙光（night
glow)の反射光を感度よく受光できるので、レンズを広角にして撮像範囲を広範囲にした場合やその逆の場合の如何によらず、上記の発光ＬＥＤ付きの基板、角度を変えるモータ、その制御装置などを省略でき、監視装置の構成を非常に簡単にすることができる。
【００６２】
（実施の形態９）
図１６は、本発明の実施の形態９における室内監視装置５６０を説明するための図である。図１６において、監視カメラ５６１には、図１に示す撮像装置７０が組み込まれ、ホームの室内を撮像するように配置されている。また、センサターミナルは、上記の監視カメラと一体に形成され、監視カメラによって撮像された画像を処理し、人存在確率等を算出することによって、人の在室を判定するように構成されている。このセンサターミナルの判定結果は、ＬＡＮを介して、ホームターミナルに通知され、ホームターミナルから電話回線を介してセンターのセンターターミナルへ通知がなされる。
【００６３】
上述の撮像装置７０を組み込んでさえいれば、上記の監視カメラ５６１に人工網膜カメラ等を用いてもよい。従来用いられてきた赤外線カメラでは、赤外ランプによって室内居住者（被介護人）の生活空間全域に、常時、照射する必要があり、赤外光照射の被介護者への影響が無視できなかった。また、定点監視において、照射の陰になる位置では被介護者の表情や動作が不鮮明となり、対応が遅れる場合があった。監視カメラ５６１は、撮像装置７０が近赤外〜赤外域に高い受光感度を有するため、赤外線照射をすることなく、暗闇下でもまた照明下でも、高感度の撮像ができ、上記の人存在確率を精度よく算出することができ、対応の遅れをなくすことができる。
【００６４】
（実施の形態１０）
図１７は、本発明の実施の形態１０における都市防災用監視装置を説明するための図である。この都市防災用監視装置５７０は、火災を自動的に検知可能とし、その発生場所の特定を容易にすることができる。その構成は、たとえば建屋の屋上にカメラ台を設け、その上部の旋回台に取り付けたカメラハウジング内に監視カメラ５７１を収納する。本実施の形態における監視カメラ５７１には、図１に示した撮像装置７０が組み込まれている点に特徴がある。このため、火災等から発せられる赤外光を感度よく検知することができる。
【００６５】
この監視装置では、監視カメラを搭載する旋回台を駆動することによって、監視カメラ５７１の撮像方向を変化させ、そのときの角度をモニタすることによって、都市内の予め定める領域についての赤外線画像を撮像することができる。画像信号を演算処理して、局部的な熱源を認識すれば、火災発生部位を検出することができる。そのときの監視カメラ５７１の撮像方向を、監視装置を用いて、俯瞰図に重ねた座標軸上にプロットすることにより、火災発生場所を正確に割り出すことができる。従来用いられてきた赤外線カメラでは、炎から放出される赤外光を赤外カメラで撮像すると、大きな火炎の箇所は極端に明るく、ハレーションを生じるため、他の箇所は不鮮明になる場合があり、火炎の認識と周辺状況とを、同時に行うことが困難であった。しかし本実施の形態における監視カメラ５７１には、撮像装置７０が組み込まれ、近赤外域の光を検知するため、火炎があってもハレーションを生じず、火災位置および周囲野状況を精度よく検知することができる。
【００６６】
また、図示は省略するが、別の従来の都市防災用監視装置では、火災の感知センサとして炎の放射赤外線を映像化する監視カメラを用い、監視カメラで撮像された近赤外線画像を画像処理する火災判定装置により、火災の発生早期に確実にそれを検知し、かつ火災発生場所の特定を行っていた。このような従来の都市防災用監視装置に対する本発明の実施の形態１０における都市防災用監視装置では、上記の炎の放射赤外線を映像化する監視カメラに、図１に示した撮像装置７０を組み込む。このため、本実施の形態１０の別の都市防災用監視装置における監視カメラで撮像された近赤外線画像を画像処理することにより、天候等に左右されずに、火災の早期に確実にそれを検知し、かつ火災発生場所の特定を行うことができる。さらに、火災判定装置の機能を追加することにより、近赤外線画像による火災状況の映像による確認や高精度の温度情報の取得を可能にする。
【００６７】
（実施の形態１１）
図１８は、本発明の実施の形態１１における遠隔監視装置５８０を説明するための図である。この遠隔監視システム５８０は、昼夜の監視をする際の電気配線の手間が不要である。また、夜間監視時に、夜間照明が不要である。本実施の形態において、監視カメラ５８１には図１に示す撮像装置７０が組み込まれている点に特徴がある。
【００６８】
この遠隔監視システムでは、監視カメラ５８１を用いて遠隔地から設備を監視するのに、監視対象箇所に蓄光材等を配置する必要がなく、監視対象となる設備は特に限定されず、何でもよい。たとえば砂防ダムの水抜き穴、ダムの水位レベルや土砂堆積レベル表示ライン、工場の設備機器、家屋、ビル建造物、管理区域の棚の南京錠、山中に設置した観測機器などである。
【００６９】
蓄光材等を用いない場合、蓄光材の材料費ならびにその初期配置および経年劣化に伴う更新の工数を省略することができる。また、蓄光材を広い範囲にわたって配置できない場合に生じる問題を解決することができる。すなわち、蓄光材を配置しない経路からの侵入者や、豪雨時の周辺状況は、局所的に蓄光材を配置しても把握できないが、撮像装置７０を備えた監視カメラ５８１を用いる場合、近赤外〜赤外域に高い受光感度を有するので、赤外発光装置を用いなくても、鮮明な画像を得ることができる。また、赤外線投光器（赤外発光装置）は、当然、不要である。この結果、装置の簡単化、小型化、コスト節減等を実現することができる。
【実施例１】
【００７０】
次に撮像装置の特性を示すために、本発明例Ｃ1〜Ｃ3および比較例Ａ，Ｂを作製して、特性（暗電流および感度スペクトル）を比較した。まず、各撮像装置の製作条件を説明する。
（本発明例Ｃ1）：図４に示すようなエピタキシャル層を入射側にした構造の受光素子１０を作製した。電極および各エピタキシャル層は、入射側表面からＩｎＰ基板に向かって、順に次の構成とした。ＳｉＯ２系ＡＲ(Anti-Reflection）膜１３／ｐ部電極７および拡散マスク５／ＩｎＰ窓層４（厚みｄ＝１．５μｍ）、Ｚｎ拡散領域（ｐ型領域）９およびｎ型ＧａＩｎＮＡｓＰ層３（Ｓｉドープ：濃度ｎ＝１×１０１６ｃｍ−３、ｄ＝１μｍ、Ｐ：ＧａＩｎＮＡｓに０．０１〜１ａｔ％の低目範囲でＰを添加）／ｎ型ＩｎＰバッファ層２（ｄ＝２μｍ）／ｎ型ＩｎＰ基板１（Ｓドープ）／ｎ部電極６
【００７１】
上記受光素子は次の作製方法によって作製する。２インチ角のＳドープｎ型ＩｎＰ基板１にｎ型ＩｎＰバッファ層２（ｄ＝２μｍ）、Ｓｉを微量ドープしたＧａＩｎＮＡｓＰ層３（キャリア濃度１×１０１６ｃｍ−３、ｄ＝１μｍ）、ノンドープＩｎＰ窓層４（ｄ＝１．５μｍ）をＯＭＶＰＥ(OrgannoMetal
Vapor Phase Epitaxy:有機金属気相成長）法により、順次、エピタキシャル成長した。エピタキシャル成長温度は５２０℃とした。原料には、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、ターシャリブチルアルシン（ＴＢＡｓ）、ターシャリブチルホスフィン（ＴＢＰ）、ジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）、テトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）を用いた。
【００７２】
ＩｎＰ基板１には、（１００）から（１１１）方向に１３度傾斜したオフアングル基板を用いた。ＧａＩｎＮＡｓＰ受光層（格子定数ａ１）と、ＩｎＰ基板（格子定数ａ）との格子不整合度｜（ａ１−ａ）／ａ｜は、０．１％（０．００１）であった。格子不整合度は常に０．２％以下を実現することができた。ＩｎＰ基板１の上にＩｎＰバッファ層２と、ＧａＩｎＮＡｓＰ層３とを成長させた段階で、成長を中断してフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルを調査した。
【００７３】
ＧａＩｎＮＡｓＰ層のＰＬスペクトルを図１９に示す。横軸は波長（μｍ）を、縦軸はフォトルミネッセンス強度（任意目盛）である。ＧａＩｎＮＡｓＰ層のフォトルミネッセンス強度は波長２．４μｍ以下では微弱であるが、２．４５μｍ程度で増えはじめ、波長２．６μｍでピークを示した。ＰＬスペクトルより、ＧａＩｎＮＡｓＰ受光層のバンドギャップが約０．４８ｅＶであることが分かる。
【００７４】
上記の結果に基づいて、以下の方法により、暗電流および感度（光量子効率）測定用の受光素子（図４のフォトダイオード）を作製した。（１００）から（１１１）方向に１３度傾斜したオフアングルＩｎＰ基板１上にエピタキシャル成長したウエハ、すなわちＩｎＰ基板１／ＩｎＰバッファ層２／ＧａＩｎＮＡｓＰ受光層３／ＩｎＰ窓層４から構成されるウエハを用いてＰＩＮ型フォトダイオードを作製した。このとき、ＳｉＮ膜５をマスクに用いてＺｎを選択拡散してＧａＩｎＮＡｓＰ層３内に届くようにｐ型領域９を形成して、ＧａＩｎＮＡｓＰ層３内にｐｎ接合１５を形成した。さらに、ｐ部電極７、ｎ部電極６、ＳｉＮ拡散マスク５、ＳｉＯ２系ＡＲ膜１３を、図４に示すように形成した。なお、受光層のｎ型不純物濃度は低いため、ｉ型（intrinsic:真性半導体）とみて、ＰＩＮ型フォトダイオードと呼ぶのが通例である。以下の本発明例Ｃ2、Ｃ3でも同様である。
【００７５】
（本発明例Ｃ2）：図４に示す構造の受光素子１０を作製した。本発明例Ｃ2では、上記の本発明例Ｃ1の受光層３のＧａＩｎＮＡｓＰを、ＧａＩｎＮＡｓＳｂへと変えた点で相違する。受光径は３０μｍとした。電極およびエピタキシャル層は、入射側表面からＩｎＰ基板に向かって順に、つぎの構成とした。ＳｉＯ２系ＡＲ(Anti-Reflection）膜１３／ｐ部電極７および拡散マスク５／ＩｎＰ窓層４（厚みｄ＝１．５μｍ）、Ｚｎ拡散領域（ｐ型領域）９およびｎ型ＧａＩｎＮＡｓＳｂ層３（Ｓｉドープ：濃度ｎ＝１×１０１６ｃｍ−３、ｄ＝１μｍ、Ｓｂ：ＧａＩｎＮＡｓに０.１〜１０ａｔ％の低目範囲でＳｂを添加）／ｎ型ＩｎＰバッファ層２（ｄ＝１μｍ）／ｎ型ＩｎＰ基板１（Ｓドープ）／ｎ部電極６
【００７６】
上記受光素子は次の作製方法によって作製する。２インチ角のＳドープｎ型ＩｎＰ基板１にｎ型ＩｎＰバッファ層２（ｄ＝１μｍ）、ノンドープのＧａＩｎＮＡｓＳｂ層（キャリア濃度１×１０１６ｃｍ−３、ｄ＝１μｍ）、ノンドープＩｎＰ窓層（ｄ＝１．５μｍ）をＭＢＥ(Molecular
Beam Epitaxy)法により、順次、エピタキシャル成長した。エピタキシャル成長温度は４９０℃とした。
【００７７】
ＩｎＰ基板には、（１００）から（１−１１）方向に１５度傾斜したオフアングルＩｎＰ基板１を用いた。このオフアングルＩｎＰ基板１上に上記のＧａＩｎＮＡｓＳｂ層３を含むエピタキシャル層を積層したあと、フォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルを測定した。その結果を図２０に示す。横軸は波長（μｍ）であり、縦軸はＰＬ強度（任意目盛）である。図２０によれば、波長２．８μｍ程度までは低いＰＬ強度であるが、２．８６μｍ近辺から急激に増大しはじめ、２．９５μｍでピークを持つ。このピーク値は、本実施の形態における受光層のＧａＩｎＮＡｓＳｂのバンドギャップ波長が２．９５μｍ、すなわち０．４２ｅＶであることを示している。
【００７８】
上記の実験をもとにして、以下の方法により、暗電流および感度（光量子効率）測定用の受光素子（図４のフォトダイオード）を作製した。（１００）から（１１１）方向に１３度傾斜したオフアングルＩｎＰ基板１上にエピタキシャル成長したウエハ、すなわち（オフアングルＩｎＰ基板１／ＩｎＰバッファ層２／ＧａＩｎＮＡｓＳｂ受光層３／ＩｎＰ窓層４）のウエハを用いて、ＰＩＮ型フォトダイオードを作製した。このとき、ＳｉＮ膜５をマスクにしてＺｎを選択拡散させて、ｐ型領域９をｎ型ＧａＩｎＮＡｓＳｂ層３内にまで形成してＧａＩｎＮＡｓＳｂ層３内にｐｎ接合１５を形成した。さらに、ｐ部電極７、ｎ部電極６、ＳｉＯ２系ＡＲ膜１３を、図４に示すように形成した。
【００７９】
（本発明例Ｃ3）：図４と同じ構造の受光素子を、受光層３をＧａＩｎＮＡｓ層として作製した。したがって、本発明例Ｃ1の受光層がＧａＩｎＮＡｓＰであり、本発明例Ｃ2の受光層がＧａＩｎＮＡｓＳｂであるのに比して、本発明例Ｃ3ではＧａＩｎＮＡｓである点で相違する。受光径は３０μｍとした。電極およびエピタキシャル層は、入射側表面からＩｎＰ基板に向かって、順につぎの構成とした。ＳｉＯ２系ＡＲ(Anti-Reflection）膜１３／ｐ部電極７および拡散マスク５／ＩｎＰ窓層４（厚みｄ＝１．５μｍ）、Ｚｎ拡散領域（ｐ型領域）９およびｎ型ＧａＩｎＮＡｓ層３（Ｓｉドープ：濃度ｎ＝１×１０１６ｃｍ−３、ｄ＝１μｍ、Ｎ濃度：ＧａＩｎＮＡｓ中５ａｔ％）／ｎ型ＩｎＰバッファ層２（ｄ＝１μｍ）／ｎ型ＩｎＰ基板１（Ｓドープ）／ｎ部電極６  
【００８０】
上記受光素子は次の作製方法によって作製する。２インチ角のＳドープｎ型ＩｎＰ基板にｎ型ＩｎＰバッファ層（ｄ＝１μｍ）、ノンドープのＧａＩｎＮＡｓ層（キャリア濃度１×１０１６ｃｍ−３、ｄ＝１μｍ）、ノンドープＩｎＰ窓層（ｄ＝１．５μｍ）をＭＢＥ法により、順次、エピタキシャル成長した。エピタキシャル成長温度は４９０℃とした。
【００８１】
ＩｎＰ基板には、（１００）から（１−１１）方向に１５度傾斜したオフアングルＩｎＰ基板を用いた。このオフアングルＩｎＰ基板上に上記のＧａＩｎＮＡｓ層を含むエピタキシャル層を積層したあと、フォトルミネッセンス(ＰＬ)スペクトルを測定した。その結果を図２１に示す。横軸は波長（μｍ）であり、縦軸はフォトルミネッセンス強度（任意目盛）である。図２１によれば、波長１．８μｍ程度までは低いＰＬ強度であるが、１．９μｍ近辺から急激に増大しはじめ、２．０μｍでピークを持つ。このピーク値は、本実施の形態における受光層のＧａＩｎＮＡｓのバンドギャップ波長が２．０μｍ、すなわち０．６２ｅＶであることを示している。
【００８２】
上記の実験をもとにして、以下の方法により、暗電流および感度（光量子効率）測定用の受光素子（図４のフォトダイオード）を作製した。（１００）から（１１１）方向に１３度傾斜したオフアングルＩｎＰ基板１上にエピタキシャル成長したウエハ、すなわち（オフアングルＩｎＰ基板１／ＩｎＰバッファ層２／ＧａＩｎＮＡｓ受光層３／ＩｎＰ窓層４）のウエハを用いて、ＰＩＮ型フォトダイオードを作製した。このとき、ＳｉＮ膜５をマスクにしてＺｎを選択拡散して、ｐ型領域９をｎ型ＧａＩｎＮＡｓ層３内にまで形成してＧａＩｎＮＡｓ層３内にｐｎ接合１５を形成した。さらに、ｐ部電極７、ｎ部電極６、ＳｉＯ２系ＡＲ膜１３を、図４に示すように形成した。
【００８３】
（比較例Ａ）：上記本発明例Ｃ1〜Ｃ3と同様の方法により、図２４に示す受光素子を作製した。図２４に示す受光素子１１０の構造は次のとおりである。ＳｉＯ２系ＡＲ(Anti-Reflection）膜１１３／ＳｉＮ膜１１２／ｐ部電極１０７および拡散マスク１０５／ＩｎＰ窓層１０４、Ｚｎ拡散領域（ｐ型領域）１０９およびｎ型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層１０３／ｎ型ＩｎＰバッファ層１０２／ｎ型ＩｎＰ基板１０１／ｎ部電極１０６
【００８４】
受光層の材料がｎ型Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ層１０３である点が、本発明例Ｃ1〜Ｃ3と相違するだけで、ＩｎＰ窓層１０４など他の部分は本発明例と同じである。受光径も３．０μｍと同じとした。図示はしないが、比較例Ａの受光層のＰＬスペクトルのピーク位置の波長は１．６μｍであり、０．７６ｅＶ程度のバンドギャップを有する。上記の結果をもとにして、本発明例Ｃ1〜Ｃ3と同様に、暗電流および感度（光量子効率）測定用のフォトダイオードを作製した。
【００８５】
（比較例Ｂ）：図２５に示す受光素子を作製して比較例Ｂとした。図２５の受光素子１１０の構造は次のとおりである。ＳｉＯ２系ＡＲ(Anti-Reflection）膜１１３／ＳｉＮ膜１１２／ｐ部電極１０７および拡散マスク１０５／ＩｎＡｓ０．６Ｐ０．３７窓層１０４ａ、Ｚｎ拡散領域（ｐ型領域）１０９およびｎ型Ｉｎ０．8Ｇａ０．2Ａｓ層１０３ａ／傾斜組成ＩｎＡｓＰバッファ層１０２ａ／ｎ型ＩｎＰ基板１０１／ｎ部電極１０６
【００８６】
ＩｎＰ基板１０１の上にステップバッファ層（グレーディッド層）１０２ａを重ねて徐々に格子定数を大きくしてゆき、バンドギャップを小さくしたＩｎ０．8Ｇａ０．2Ａｓ受光層１０３ａを用いている。ＩｎＰ基板１０１との間に、歪緩和のための組成傾斜ＩｎＡｓＰバッファ層１０２ａを介在させて、受光層の化学組成をＩｎ０．８Ｇａ０．２Ａｓ（格子定数はＩｎＰより大きく、バンドギャップはＩｎＰより小さい）とした。また、この受光層の上にＩｎ０．８Ｇａ０．２Ａｓと格子整合するＩｎＡｓ０．６３Ｐ０．３７の窓層をエピタキシャル成長した。組成傾斜ＩｎＡｓＰバッファ層１０２ａは、受光層直下ではＩｎ０．８Ｇａ０．２Ａｓの格子定数と同じにするため、ＩｎＡｓ０．６３Ｐ０．３７の組成とする。このため、Ｉｎ０．8Ｇａ０．2Ａｓ受光層１０３ａを、その上下でＩｎＡｓ０．６３Ｐ０．３７で挟むことになる。
【００８７】
組成傾斜ＩｎＡｓＰバッファ層１０２ａはＯＭＶＰＥ法によって形成し、暗電流を抑えるためにＩｎＰ基板１０１に近い初期の成膜期には格子定数変化を大きく、また受光層に近い終期では格子定数変化を小さくした。組成傾斜ＩｎＡｓＰバッファ層１０２ａのステップは１４とし、各ステップの厚さを０．１〜０．４μｍ程度とした。他の層や電極等の製造方法は、本発明例Ｃ1〜Ｃ3と同様である。このようにして製作した素子のＰＬスペクトルを測定したところ、Ｉｎ０．８Ｇａ０．２Ａｓ受光層１０３ａのＰＬスペクトルのピーク位置波長は２．６μｍ、すなわち０．４８ｅＶであった。
【００８８】
１.暗電流の測定結果
上記の各試験体につき、室温（３００Ｋ）で２Ｖの電圧印加時の暗電流および感度（光量子効率）を測定した。暗電流測定結果を表１に、上述の受光層のバンドギャップ波長とともに示す。
【００８９】
【表１】
2007201432.tif 000003
【００９０】
本発明例Ｃ1、Ｃ2およびＣ3、ならびに比較例Ａは、いずれも暗電流が数ｎＡ以下と良好な特性を示した。一方、比較例Ｂの暗電流は２０μＡ〜３０μＡであり、本発明例Ｃ1〜Ｃ3と比べて数千倍高い値となった。このような大きな暗電流の差はＩｎＰ基板上のエピタキシャル層の結晶欠陥密度の相違に起因する。本発明例Ｃ1のＧａＩｎＮＡｓＰ受光層、本発明例Ｃ2のＧａＩｎＮＡｓＳｂ受光層、本発明例Ｃ3のＧａＩｎＮＡｓ受光層、および比較例ＡのＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ受光層においては、ＩｎＰ基板との格子不整合度は、０．１５％（｜Δａ／ａ｜＝０．００１５）である。このため、グレーディッド層のような格子定数調整用の中間層は不要であり、また結晶欠陥密度の低いエピタキシャル層を形成することができる。
【００９１】
一方、比較例Ｂでは、バンドギャップを小さくするために、ＩｎＧａＡｓのＩｎ組成を上げて格子定数を大きくするので、歪を緩和するためのグレーディッドバッファ層の挿入のため、結晶欠陥密度が増大することは避けられず、上記のような大きな暗電流を生じる。また、上記の暗電流の測定は室温のみで行ったが、撮像装置の使用環境には、常温より相当高温の環境があり、この高温環境では、受光素子の並列抵抗は小さくなり、ノイズは大きくなり、上記暗電流の相違はさらに大きく出る。このような温度上昇に伴う、暗電流の相違の増大は、本発明者の実験によって確認されている。
【００９２】
２.感度（波長−光量子効率）の測定結果
次に、各受光素子の感度を評価した結果を図２２に示す。図２２には宇宙からのＳＷＩＲ帯光のスペクトル（任意目盛）を合わせて表示してある。図２２から明らかなように、比較例Ａはせいぜい波長１．７μｍ〜１．８μｍまでしか受光感度がなく、ＳＷＩＲ帯の宇宙光をすべて受光することができない。これは、上述のように、ＩｎＰ基板に格子整合するＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓを受光層とするためである。また、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓが長波長側にせいぜい波長１．７μｍ〜１．８μｍまでしか受光感度がないことはよく知られている。このため利用可能なＳＷＩＲ帯域の宇宙光をすべて受光できず、鮮明度に劣る画像になると考えられる。
【００９３】
また、比較例Ｂの場合、感度は長波長側に２．６μｍまであるが、２μｍより短い波長域に対しては感度が大きく低下している。これは窓層に、Ｉｎ０．８Ｇａ０．２Ｐ（ＩｎＰより大きい格子定数）に格子整合するＩｎＡｓ０．６３Ｐ０．３７を用いざるをえず、その窓層における吸収が、短波長側での感度の低下の原因である。ＩｎＡｓ０．６３Ｐ０．３７は、上と下とから受光層１０３ａを挟むように、ｐ部電極１０７側とｎ部電極１０５側とにあるため、エピアップ（図４参照）とエピダウン（図５参照）とを問わず、どちらも同様の感度低下が発生する。一方、本発明例Ｃ1、Ｃ2およびＣ3では、ＳＷＩＲ帯の宇宙光の全ての範囲で良好な受光感度を有する。
【００９４】
以上の結果より、暗電流が十分小さく、ＳＷＩＲ帯の宇宙光のスペクトルの全ての範囲に対して十分良好な感度があるのは、本発明例Ｃ1、Ｃ2およびＣ3のみであることが分かる。受光素子からの電気信号を画像化する場合、鮮明度を支配するダイナミックレンジ（Ｓ／Ｎ比）に対し、暗電流と受光量（受光感度）との比が非常に重要である。本発明例Ｃ1、Ｃ2およびＣ3における、暗電流と受光感度との比は非常に小さい。鮮明な画像を得ることができる撮像装置は、本発明例Ｃ1、Ｃ2およびＣ3の受光素子のアレイを備える撮像装置のみである。
【００９５】
上記の性能の相違は、本発明例Ｃ1、Ｃ2およびＣ3では、比較例の受光層と異なり、４元または５元の化合物半導体で受光層が構成されることに起因する。４元および５元系の化合物半導体では、各構成元素の組成を調整することにより、ＩｎＰに対して格子整合をとりながら、バンドギャップの狭幅化（すなわち吸収光の長波長化）を実現できる。またＩｎＰ基板上に、上記ＧａＩｎＮＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＧａＩｎＮＡｓを欠陥密度を低くして実用に耐える膜を形成できたのは、オフ角度を上述のように大きくとったことが大きく寄与している。上記オフアングルＩｎＰ基板なくして、実用に耐える結晶性を有するＮ含有ＩｎＧａＡｓ系半導体の成膜は、ＩｎＰ基板上に不可能である。
【００９６】
なお、本発明の撮像装置の受光素子の最大波長を３．０μｍとしたのは、上述の通り、理由は不明であるが、これ以上最大波長を長くしようとすると、受光層のエピタキシャル膜の品質が劣化して、表１に例示するような低い暗電流を得ることができないからである。また、図２３に示す水の吸収スペクトルから分かるように、目的とする受光波長（〜２．０μｍ）に対し、３．０μｍ前後に非常に大きな水の吸収スペクトルのピークがある。つまり、受光可能な波長を長くしても鮮明な画像に寄与しないばかりか、水に囲まれた物体、たとえば霧中の物体の場合、受光波長を長くすることにより、かえって鮮明度が悪くなる場合もある。上記水の吸収スペクトルが、本発明における受光素子の感度の最大波長を３．０μｍとしたもう一つの理由である。
【００９７】
本発明の宇宙光を受光して撮像する撮像装置は、最も広くは、１．０μｍ〜３．０μｍに感度を持ち、それより長波長側にも短波長側にも、感度を持たない受光素子であれば、材料はどのようなもので構成されていてもよい。上述したように、とくに３．０μｍより長波長側に感度を有しないことが重要である。また、本発明の視界支援装置は、自動車用の視界支援装置について説明したが、そのほか医療用、生体認識用など自動車以外の用途に用いてもよい。
【００９８】
上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明の撮像装置および視界支援装置は、ＳＷＩＲ帯の宇宙光を光源として、その宇宙光の全域を受光でき、かつ暗電流を増大させるほど不要に広い帯域の光を受光しないので、暗電流や暗点を抑制することができ、鮮明な撮像を行うことができ、搭載スペースや製造コスト節減に資することができる。また、オフ角度の大きなＩｎＰ基板を用いることにより、実用に耐えるＮ含有ＩｎＧａＡｓ系化合物半導体層を得ることができ、またＩｎＰ窓層を用いることができ、宇宙光全域に良好な感度を有し、暗電流をより低く抑制して鮮明な画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の実施の形態１における撮像装置の概要を示す図である。
【図２】図１の撮像装置の受光素子アレイを示す図である。
【図３】図２の受光素子アレイにおける一つの受光素子を示す図である。
【図４】エピアップ実装の受光素子の断面図である。
【図５】エピダウン（フリップチップ）実装の受光素子の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２における視界支援装置を示す図である。
【図７】図６の視界支援装置の変形例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３における暗視装置の構造の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態４における夜間航海支援装置の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態５における夜間航海支援装置のレーザレーダの説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態６における列車事故回避装置の説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態７における訪問者監視装置を示す図である。
【図１３】図１２のドアホン装置の子器に設けたカメラの説明図である。
【図１４】本発明の実施の形態８における侵入者監視装置の説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態８における侵入者監視装置の変形例の説明図である。
【図１６】本発明の実施の形態９における室内監視装置の説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態１０における都市防災用監視装置の説明図である。
【図１８】本発明の実施の形態１１における遠隔監視装置の説明図である。
【図１９】実施例の本発明例Ｃ1におけるＰＬスペクトルを示す図である。
【図２０】実施例の本発明例Ｃ2におけるＰＬスペクトルを示す図である。
【図２１】実施例の本発明例Ｃ3におけるＰＬスペクトルを示す図である。
【図２２】実施例の各試験体の感度測定結果を示す図である。
【図２３】水の吸収スペクトルを示す図である。
【図２４】従来の受光素子（実施例の比較例Ａ）を示す図である。
【図２５】従来の受光素子（実施例の比較例Ｂ）を示す図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  ＩｎＰ基板、２  ＩｎＰバッファ層、３  受光層、４  ＩｎＰ窓層、５  ＳｉＮ拡散マスク（保護膜兼用）、６  ｎ部電極、７  ｐ部電極、７ｂ  はんだバンプ、９  ｐ型領域、１０  受光素子、１３  ＡＲ膜、１５  ｐｎ接合、２３  ポリイミド保護膜、２７  配線電極、５０  受光素子アレイ、５１  ＩｎＰ基板、６０  制御装置、６５  表示装置、７０  撮像装置、７０Ｍ  光電面部、７１  マルチプレクサ（実装基板）、５１０  暗視装置、５２０  夜間航海支援装置、５２１  カメラ、５３０  列車事故回避装置、５３１  ＴＶカメラ、５４０  訪問者監視装置、５４１  カメラ、５５０  侵入者監視装置、５５１  監視カメラ、５６０  室内監視装置、５６１  監視カメラ、５７０  都市防災用監視装置、５７１  監視カメラ、５８０  遠隔監視装置、５８１  監視カメラ。
【図１】
2007201432.tif 000004
【図２】
2007201432.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007201432.tif 000008
【図６】
2007201432.tif 000009
【図７】
2007201432.tif 000010
【図８】
2007201432.tif 000011
【図９】
2007201432.tif 000012
【図１０】
2007201432.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2007201432.tif 000019
【図１７】
2007201432.tif 000020
【図１８】
2007201432.tif 000021
【図１９】
2007201432.tif 000022
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2007201432.tif 000025
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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