(57)【要約】  この受光素子は、基板と、基板に配置されＩｎＧａＡｓを含む光吸収層とを備える。ＩｎＧａＡｓにおけるＡｓの組成比が５０ａｔ％の場合、ＩｎＧａＡｓにおけるＩｎとＧａとの組成比（ａｔ％）は３０．８：１９．２である。
2019239962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に配置され、ＩｎＧａＡｓを含む光吸収層と
を備え、
前記ＩｎＧａＡｓにおけるＡｓの組成比が５０ａｔ％の場合、前記ＩｎＧａＡｓにおけるＩｎとＧａとの組成比（ａｔ％）は３０．８：１９．２である
受光素子。
【請求項２】
前記光吸収層は、１０００ｎｍ以上１８５０ｎｍ以下の波長帯域に感度を有する、請求項１に記載の受光素子。
【請求項３】
前記ＩｎＧａＡｓにおける組成の精度は、Ｉｎに関して約±１．５ａｔ％である、請求項１記載の受光素子。
【請求項４】
前記ＩｎＧａＡｓにおける組成の精度は、Ｇａに関して約±２．５ａｔ％である、請求項３に記載の受光素子。
【請求項５】
前記光吸収層の上面及び下面に配置され、前記光吸収層とともに量子井戸構造を構成する半導体層を備える、請求項１又は２に記載の受光素子。
【請求項６】
前記半導体層は、ＩｎＡｓＰを含む、請求項５に記載の受光素子。
【請求項７】
少なくとも前記ＩｎＧａＡｓの層と前記ＩｎＡｓＰの層とを含む層が繰り返し形成されている、請求項６に記載の受光素子。
【請求項８】
前記光吸収層の上面に配置される前記ＩｎＡｓＰにおけるＰとＡｓとの組成比（ａｔ％）は、前記ＩｎＡｓＰにおけるＩｎの組成比が５０ａｔ％の場合、４２：８である、請求項６又は７に記載の受光素子。
【請求項９】
前記光吸収層は、感度が最大となる波長との比較において８０％以上の感度が得られる波長帯域が１０４０ｎｍ以上１８１０ｎｍ以下である、請求項１から８のいずれか１項に記載の受光素子。
【請求項１０】
前記光吸収層は、１３００ｎｍ以上１７８０ｎｍ以下を含む波長帯域に感度を有する、請求項１から９のいずれか１項に記載の受光素子。
【請求項１１】
前記光吸収層は、１７００ｎｍ以上１７８０ｎｍ以下を含む波長帯域に感度を有する、請求項１から９のいずれか１項に記載の受光素子。
【請求項１２】
前記光吸収層と前記半導体層とがそれぞれ複数層に亘って繰り返し形成される、請求項５から８のいずれか１項に記載の受光素子。
【請求項１３】
基板と、
前記基板に配置され、ＩｎＧａＡｓを含む光吸収層と
を備え、
前記ＩｎＧａＡｓにおけるＡｓの組成比が５０ａｔ％の場合、前記ＩｎＧａＡｓにおけるＩｎの組成比は３０ａｔ％以上３１．５ａｔ％未満であり、
前記光吸収層は、１０００ｎｍ以上１８５０ｎｍ以下の波長帯域に感度を有する
受光素子。
【請求項１４】
前記光吸収層は、１３００ｎｍ以上１７８０ｎｍ以下を含む波長帯域に感度を有する、請求項１３に記載の受光素子。
【請求項１５】
ＩｎＡｓＰを含む半導体層を備える、請求項１３又は１４に記載の受光素子。
【請求項１６】
撮像素子と、
前記撮像素子により撮像される物体に照明光を照射する光源と
を備え、
前記撮像素子は、複数の受光素子を備え、
前記複数の受光素子は、
基板に配置され、ＩｎＧａＡｓを含む光吸収層と
を備え、
前記ＩｎＧａＡｓにおけるＡｓの組成比が５０ａｔ％の場合、前記ＩｎＧａＡｓにおけるＩｎとＧａとの組成比（ａｔ％）は３０．８：１９．２である
撮像装置。
【請求項１７】
前記光吸収層は、１０００ｎｍ以上１８５０ｎｍ以下の波長帯域に感度を有する、請求項１６に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記ＩｎＧａＡｓにおける組成の精度は、Ｉｎに関して約±１．５ａｔ％である、請求項１６記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記ＩｎＧａＡｓにおける組成の精度は、Ｇａに関して約±２．５ａｔ％である、請求項１８に記載の撮像装置。
【請求項２０】
前記光吸収層の上面及び下面に配置され、前記光吸収層とともに量子井戸構造を構成する半導体層を備える、請求項１６又は１７に記載の撮像装置。
【請求項２１】
前記半導体層は、ＩｎＡｓＰを含む、請求項２０に記載の撮像装置。
【請求項２２】
前記光吸収層の上面に配置される前記ＩｎＡｓＰにおけるＰとＡｓとの組成比（ａｔ％）は、前記ＩｎＡｓＰにおけるＩｎの組成比が５０ａｔ％の場合、４２：８である、請求項２１に記載の撮像装置。
【請求項２３】
前記光吸収層は、感度が最大となる波長との比較において８０％以上の感度が得られる波長領域が１０４０ｎｍ以上１８１０ｎｍ以下である、請求項１６から２２のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項２４】
前記光源の照射光量は、ＪＩＳ  Ｃ  ７５５０に定められる上限値未満である
請求項１６から２３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項２５】
請求項１から１５のいずれか１項に記載の受光素子を備え、
複数の前記受光素子が基板上に配置されている、撮像素子。
【請求項２６】
請求項２５に記載の撮像素子を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、受光素子、撮像素子及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外波長域の光を検出し画像として出力する複数の受光素子を備える撮像素子が開発されている（例えば特許文献１参照）。一般的に、赤外対応の撮像素子にはＳｉ結晶型とＩｎＧａＡｓ結晶型とがあり、ＩｎＧａＡｓ結晶を用いたものはＳｉ結晶型より長波長側に光の感度を有する。一例として、Ｓｉ結晶型は１０００ｎｍ程度が感度の上限であるのに対し、ＩｎＧａＡｓ結晶型は１７００ｎｍ程度まで感度を有している。そして、ＩｎＧａＡｓ結晶型の撮像素子において、赤外光領域の広い波長領域において十分な高感度を有する撮像素子が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３７３９９９号公報
【発明の概要】
【０００４】
本実施形態の第１の態様に係る受光素子は、基板と、前記基板に配置され、ＩｎＧａＡｓを含む光吸収層とを備える。ＩｎＧａＡｓにおけるＡｓの組成比が５０ａｔ％の場合、ＩｎＧａＡｓにおけるＩｎとＧａの組成比（ａｔ％）は３０．８：１９．２である。
【０００５】
本実施形態の第２の態様に係る撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子により撮像される物体に照明光を照射する光源とを備え、前記撮像素子は、複数の受光素子を備え、前記複数の受光素子は、基板に配置され、ＩｎＧａＡｓを含む光吸収層とを備え、前記ＩｎＧａＡｓにおけるＡｓの組成比が５０ａｔ％の場合、前記ＩｎＧａＡｓにおけるＩｎとＧａとの組成比（ａｔ％）は３０．８：１９．２である。
【０００６】
本実施形態の第３の態様に係る受光素子は、格子不整合型の受光素子であって、基板と、基板に配置され、ＩｎＧａＡｓを含む光吸収層とを備える。ＩｎＧａＡｓにおけるＡｓの組成比が５０ａｔ％の場合、ＩｎＧａＡｓにおけるＩｎの組成比は３０ａｔ％以上３１．５ａｔ％未満であり、光吸収層は、１０００ｎｍ以上１８５０ｎｍ以下の波長帯域に感度を有する。
【０００７】
本実施形態の第４の態様に係る撮像素子は、第１の態様又は第３の態様の受光素子を備え、複数の受光素子が基板上に配置されている。
【０００８】
本実施形態の第５の態様に係る撮像素子は、第４の態様の撮像素子を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の受光素子２０００の構成の概要を示す断面図である。
【図２】本実施形態における受光素子２０００において、第４層２０４のＩｎＧａＡｓのＩｎとＧａの組成比が異なる３種類の素子Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれについて感度（８０％以上の感度が得られる波長領域）を測定した結果を示す表である。
【図３Ａ】本実施形態に係る素子Ａ、Ｂ、Ｃにおける波長と相対感度の変化を示すグラフである。
【図３Ｂ】本実施形態に係る素子Ａ、Ｂ、Ｃの１５００ｎｍの波長における相対感度を示している。
【図３Ｃ】本実施の形態に係る素子Ａ、Ｂ、Ｃの各種特性を示す表である。
【図４】本実施形態に係る脂質における波長と吸光係数の関係を示すグラフである。
【図５】本実施形態における必要な画像コントラストを得るための照明光源の放射照度を、安全規格上の上限値とともに示すグラフである。
【図６】第１の実施形態に係る撮像システム１の構成例を説明するための図である。
【図７】本実施形態に係る撮像部３０において採用することができる光学系の概略図である。
【図８】第２の実施形態に係る内視鏡システムの構成例を説明する概略図である。
【図９】図８の内視鏡６００の拡大図である。
【図１０】第３の実施形態に係る撮像装置７００の外観図である。
【図１１】図１０の撮像装置７００の内部構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。
【００１１】
本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。
【００１２】
［第１の実施形態］
次に、第１の実施形態に係る受光素子、撮像素子及び撮像装置を、図面を参照して説明する。
【００１３】
まず、第１の実施形態に係る格子不整合型ＩｎＧａＡｓ結晶を用いた受光素子２０００（例：、赤外光（近赤外）対応の受光素子２０００）を、図１〜図５を参照して説明する。
【００１４】
図１は、第１の実施形態の受光素子２０００の構成の概要を示す断面図である。この受光素子２０００は、上層から、第１層２０１、第２層２０２、第３層２０３、第４層２０４、第５層２０５、及び第６層２０６（基板）から大略構成され得る。また、図１に示すように、受光素子２０００は、複数の層が積層方向（例、厚さ方向、単一方向）に積層された多層構造であり、上層から、第１層２０１、第２層２０２、第３層２０３、第４層２０４、第５層２０５、及び第６層２０６（基板）の順番によって多層構造が形成されている。なお、以下の説明では、各層の積層方向の面（積層方向に直交する面）のうち、基板側にある面を「下面」と称し、下面とは反対側の面の基板側から見て遠い面を「上面」と称する。
【００１５】
このような受光素子２０００が、例えば１つの基板上（又は複数の基板上）にマトリクス状又はアレイ状に複数個配列されることにより撮像素子（例、受光センサ）が形成され、そのような撮像素子がカメラに組み込まれることにより、撮像装置又は撮像システムが構成され得る。
【００１６】
第６層２０６は、例えばリン化インジウム（ＩｎＰ）を材料とする基板である。第５層２０５は、例えば主成分として砒化リン化インジウム（ＩｎＡｓＰ）を材料とするＩＩＩ−Ｖ族半導体層である。第５層２０５の厚さ（積層方向）は、例えば２０００ｎｍ程度に設定され得る。
【００１７】
第４層２０４は光吸収層であり、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）を材料とするＩＩＩ−Ｖ族半導体層である。例えば第６層２０６を重力方向の下側にして受光素子２０００を側面から見た場合、光吸収層である第４層２０４は、その下面ＬＳ４（例、第６層２０６側の面）に配置される第５層２０５、及びその上面ＵＳ４（例、第１層２０１側の面、第２層２０２側の面）に配置される第３層２０３とともに量子井戸構造を構成する。第４層２０４の厚さは、例えば１５００ｎｍ程度に設定され得る。第４層２０４は、後述するように、第５層２０５（及び／又は第３層２０３）とは異なりインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）を主成分とし、ＩｎＧａＡｓの組成における砒素（Ａｓ）の組成比が５０ａｔ％の場合、ＩｎＧａＡｓ中のインジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）の組成比（ａｔ％、平均）が、前者の方が後者よりも高くなるようにされ、例えばＩｎ：Ｇａ＝３０．８：１９．２に設定された格子不整合型のＩｎＧａＡｓ結晶層を含む。ここで、分析によるＩｎＧａＡｓの組成の精度は、Ｉｎに関して約±１．５ａｔ％、Ｇａに関して約±２．５ａｔ％である。
【００１８】
このように、インジウム（Ｉｎ）の量がガリウム（Ｇａ）に比べて非常に大きく、第４層２０４は格子不整合の結晶構造を有している。このような組成比を有することにより、本実施形態に係る受光素子２０００は、赤外光（近赤外光）の波長領域において１８００ｎｍを超える波長領域まで感度（受光感度）を有することができる。エピタキシャル成長において、積層される各層間の格子定数が一致していることを格子整合と言う。基板上に結晶層を成長させる場合、基板の格子定数と成長させる結晶の格子定数が一致していないと、積層された結晶層に歪みが生じる。本実施の形態では、意図的に格子定数が不一致となる層を設け、光吸収層としての第４層２０４に歪みを生じさせている。この歪みの発生により、赤外光領域の広い波長領域において十分な高感度を有する受光素子を得ることができる。
【００１９】
後で詳しく説明するように、本発明者らは、このＩｎとＧａとの組成比に関し、理論計算に基づいて、１８００ｎｍを超える波長領域まで感度が得られる数値を算出した。具体的には、理論計算の結果、１７５０ｎｍの光を持つエネルギーは０．７０９ｅＶであることが分かった。そして、光電変換によってＩｎＧａＡｓ素子の中で光が電子に変換されるためのＩｎの組成比は、ＩｎＧａＡｓ素子におけるＡｓの組成比が５０ａｔ％である場合、少なくとも３０ａｔ％以上であることが必要であることが判明した。このようなＩｎの組成比の場合、エネルギーギャップは０．７０９ｅＶより小さくなり（例、０．６６３３ｅＶ程度）、１７５０ｎｍの光により電気信号を得ることが可能になる。その一方で、Ｉｎの組成比を大きくしすぎることは、ＩｎＧａＡｓ素子の安定性の低下の原因となる。更に、素子に光が入射しなくても、格子振動などで自由電子が励起されるため、撮像素子としてはノイズが多くなり、撮像素子としては使用することが困難となる虞がある。
【００２０】
上記のような理論計算の結果に従い、本発明者らは、第４層２０４において様々なＩｎ：Ｇａ組成比を有する素子を実際に試作し、その特性を検証した。その結果、１８００ｎｍを超える波長域で高感度が得られ、且つ高い安定性が得られるＩｎとＧａとの組成比は、上述の通りＩｎの組成比が理論計算上は３０ａｔ％以上であり、この理論計算値に従った試作・検証の結果から、ＩｎとＧａとの組成比（ａｔ％）は３０．８：１９．２が好適であることが見出された。
【００２１】
なお、第４層２０４におけるＩｎとＧａとの組成比（ａｔ％）３０．８：１９．２は、第４層２０４の積層方向における平均値であってもよいが、積層方向で均一であることが望ましく、例えば、第３層２０３や第５層２０５との界面を除き、上記の組成の精度の範囲で積層方向において均一であることが好適である。
【００２２】
第３層２０３は、例えば、第５層２０５と同様に、第４層２０４とは異なり、主成分として砒化リン化インジウム（ＩｎＡｓＰ）を材料とするＩＩＩ−Ｖ族半導体層である。第３層２０３は、第４層２０４よりも小さい厚さ、例えば２００ｎｍ程度の厚さに設定することができる。なお、第４層２０４の主成分であるＩｎＧａＡｓのＩｎとＧａとの組成比を上記のように組成比（ａｔ％）３０．８：１９．２とする場合、光吸収層としての第４層２０４の上面に形成される第３層２０３のＩｎＡｓＰは、Ｉｎの組成比は５０ａｔ％であり、残りの５０ａｔ％におけるＰとＡｓとの組成比（平均ａｔ％）は、約４２：８とすることができる。このように、第４層２０４のＩｎＧａＡｓ層を、第３層２０３と第５層２０５のＩｎＡｓＰ層で挟むことにより、第４層２０４のＩｎＧａＡｓ層に歪みを生じさせ、且つ発生する電荷を閉じ込める構造を形成することができる。
【００２３】
第２層２０２は、例えば第４層２０４と同様に、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）を主成分として構成される。この第２層２０２の厚さは、例えば１００ｎｍ程度に設定され得る。第２層２０２が、第４層２０４と同様にＩｎＧａＡｓ層を主成分として構成させることにより、第４層２０４に生じる歪みの程度を調整することができ、受光素子の感度が向上する。
【００２４】
第１層２０１は、パシベーション膜であり、一例として窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を材料として構成され得る。第１層２０１の厚さは、例えば２００ｎｍ程度に設定することができる。第１層２０１は、その下層にある第２層２０２等を保護する役割を含む。
【００２５】
第２層２０２〜第５層２０５は、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）又は分子線エピキタシーにより堆積され得る。また、第２層２０２から第５層２０５における層構成はＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓＰの層（ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＡｓＰ層とのセット層（組合せ層、繰り返し層））が複数（この場合、２つ）である。受光素子２０００の層構成は、少なくとも２つのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓＰの層（例、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＡｓＰ層とが基板側からＩｎＡｓＰ層、ＩｎＧａＡｓ層の順で基板の表面側（片面側、一方の面側）に形成されたセット層）が断続的（不連続に）又は連続的に形成された繰り返し層を含む。例えば、受光素子２０００は、少なくともＩｎＧａＡｓの層（光吸収層）とＩｎＡｓＰの層（半導体層）とで構成される２層が繰り返し形成されている。また、受光素子２０００の層構成は、光吸収層と半導体層とがそれぞれ複数層に亘って繰り返し形成されてもよい。例えば、受光素子２０００は、主成分の異なる層（例、光吸収層、半導体層など）が第６層２０６（基板）（又は第２層２０２〜第５層２０５のいずれかの層など）の膜厚方向において交互に繰り返し重なっている構造である。なお、第３層２０３〜第５層２０５は、各１層に限らず、各々が複数層に亘って繰り返し堆積されることもできる。
【００２６】
次に、第４層２０４の組成および組成比について、図２〜図６を参照して説明する。
図２は、第４層２０４のＩｎとＧａとの組成比が異なる３種類の素子（その他の層の構成はほぼ同一である受光素子）Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれについて受光の感度（この場合、８０％以上の感度が得られる波長領域）を測定した結果を示す表である。図３Ａは、素子Ａ、Ｂ、Ｃにおける波長と相対感度の変化を示すグラフである。また、図３Ｂは、素子Ａ、Ｂ、Ｃの１５００ｎｍの波長における相対感度を示している。また、図３Ｃは、素子Ａ，Ｂ、Ｃの各種特性を示す表である。なお、ここでいう相対感度とは、素子Ａの感度の最大値を基準（１００％）とした相対感度を意味する。図４は、脂質における波長と吸光係数の関係を示すグラフである。また、図５は、必要な画像のコントラストを得るための照明光源の放射照度を、安全規格上の上限値とともに示すグラフである。
【００２７】
素子Ａ、Ｂ、Ｃは、いずれもＩｎＧａＡｓの組成での砒素（Ａｓ）の組成比は５０ａｔ％であり、残りの５０ａｔ％におけるＩｎとＧａの組成比（平均）が、図２に示す通り（２８．１：２１．９、３０．８：１９．２、３１．５：１８．５）とされたものである。素子Ａは、設計値が２６．５：２３．５（ａｔ％）であって、測定値が上記の理論計算の範囲（Ｉｎの組成比が３０ａｔ％以上）を満たさない素子であり、素子Ｂ、素子Ｃは、上記理論計算の範囲を満たすよう試作された素子である。Ｉｎについては±１．５ａｔ％程度、Ｇａについては±２．５ａｔ％程度の誤差があるものとする。なお、各素子Ａ、Ｂ、Ｃの組成比の測定（分析）は、ラザフォード後方散乱分光法（ＲＢＳ）を用いて行った。
【００２８】
素子Ａは、ＩｎＧａＡｓの組成での砒素（Ａｓ）の組成比が５０ａｔ％の場合、ＩｎとＧａとの組成比（平均）が、２８．１：２１．９であり、測定の結果、９６０ｎｍから１６４０ｎｍの波長領域において、ピークの感度との比較において８０％以上の感度が得られることが分かった（図２及び図３Ａ参照）。この場合、ピークの感度とは、素子Ａを第４層２０４に用いた受光素子において得られる最大の感度を意味する。
【００２９】
一方、素子Ｂは、ＩｎＧａＡｓの組成での砒素（Ａｓ）の組成比が５０ａｔ％の場合、ＩｎとＧａとの組成比（平均）が、３０．８：１９．２であり、測定の結果、１０４０ｎｍから１８１０ｎｍの波長領域において、ピークの感度（感度のピークとも言う）との比較において８０％以上の感度が得られることが分かった。この場合、ピークの感度とは、同一の受光素子において感度が最大となる波長における感度を意味しており、８０％の感度とは、その感度が最大となる波長における感度との比較において８０％という意味である。８０％の感度が得られれば、ピークの感度が得られる波長との比較において、十分に鮮明な画像が得られる。８０％未満の感度が得られることを条件とした場合には、１０００ｎｍから１８５０ｎｍの波長領域において感度が得られる。また、９０％の感度が得られることを条件とした場合には、１３００ｎｍから１７８０ｎｍの波長領域において感度が得られる。このように、図２において、素子Ｂは、ＩｎＧａＡｓにおけるＡｓの組成比が５０ａｔ％の場合、ＩｎＧａＡｓにおけるＩｎの組成比は３０．８ａｔ％（組成比の精度は約±１．５ａｔ％）であり、ＩｎＧａＡｓにおけるＧａの組成比は１９．２ａｔ％（組成比の精度は約±２．５ａｔ％）である。
【００３０】
また、後述するように、医療用の所定の用途において、病変部と正常部とを識別するため、油成分（脂質）を特定する場合には、素子Ｂは、１０００ｎｍから１７８０ｎｍにおいて感度を有するよう、受光素子の閾値を設定することも可能である。
【００３１】
また、素子Ｃは、ＩｎＧａＡｓの組成での砒素（Ａｓ）の組成比が５０ａｔ％の場合、ＩｎとＧａとの組成比（平均）が、３１．５：１８．５であり、上記の理論計算の範囲には含まれるものであるが、実際に素子を試作しての検証を行った結果、基準値との比較において８０％以上の感度が得られる波長領域は特定困難であることが分かった。その理由は明らかではないが、素子Ｃは、格子不整合の度合が大きくなり、受光素子としての機能が低下したことであろうと推測される。
【００３２】
図３Ａに示すように、素子Ａは、広い波長域において、ほぼ１００％の感度が得られるものの、ピークの感度の８０％以上の感度が得られる領域は、上限において１６４０ｎｍである。
【００３３】
一方、図３Ｂに示すように、素子Ｂは、第４層２０４におけるＩｎＧａＡｓ中のＩｎとＧａとの組成比が２８．１：２１．９の受光素子（この場合、素子Ａ）に比べると、波長が１５００ｎｍにおける相対感度は低下するが（１００％→約２２％）、後述するように、撮像には十分な感度を提供し得る。また、図３Ｃに示すように、素子Ｂは、飽和電子数、飽和信号電子数も素子Ａと同程度であり、その結果Ｓ／Ｎ比も素子Ａと大差ない数字が得られた。
【００３４】
これに対し、素子Ｃは、第４層２０４におけるＩｎＧａＡｓ中のＩｎとＧａとの組成比が２８．１：２１．９（この場合、素子Ａ）の受光素子に比べて、波長が１５００ｎｍにおける相対感度は著しく低下し（１００％→約０．００５％）、撮像素子としては使用困難であることが分かった。また、図３Ｃに示すように、素子Ｃは、飽和電子数、飽和信号電子数も素子Ｂに比べて低く、結果としてＳ／Ｎ比も、素子Ｂに比べて低くなった。
【００３５】
ここで、受光素子２０００を、医療の所定の用途（例、手術や診断など）の撮像に使用される場合、１７００ｎｍ以上の波長領域において感度を有することが求められる。例えば、人体の一部（例、組織、臓器）に病変部と正常部とが混在している状況で，可視光では区別が難しい病変部と正常部とを見分ける方法として、近赤外光を用いる方法がある。これは、例えば、被写体（生物の組織などのターゲット）に近赤外光を照射して、反射光を近赤外光に感度を有するイメージセンサ（受光センサ）で観察する方法である。病変部と正常部とでは水及び脂質の含有率が異なるため、それを指標として病変部と正常部とを見分けることができる。水の吸収係数のピークは１４５０ｎｍ付近にある一方、脂質の吸収係数のピークは、一般に１７０３ｎｍ、１７３０ｎｍ、及び１７６２ｎｍ付近を含む１７００ｎｍ以上１７８０ｎｍ以下の波長帯域にある（図４参照）。従って、例えば体内の水分と脂質とを画像的に識別して撮像を行いたい場合には、受光素子は１７００ｎｍ以上の波長領域において所定の感度を有することが求められる。
【００３６】
従って、上記のような医療の用途に使用する場合、第４層２０４のＩｎＧａＡｓのＩｎとＧａとの組成比（ａｔ％）が２８．１：２１．９の受光素子（この場合、素子Ａ）では、目的に沿った撮像は困難である。このため、この第１の実施形態では、素子Ｂを第４層２０４に採用する。
【００３７】
図５は、上述の第４層２０４のＩｎとＧａとの組成比が異なる素子Ａ、Ｂ、Ｃ（各波長における棒グラフの左から順に、素子Ａ、Ｂ、Ｃである）をそれぞれ用いた受光素子において、上記の医療の用途での撮像を行う場合に必要な照明光源の放射照度と、その照明光の波長との関係を示すグラフである。素子Ｃを含む受光素子２０００を医療用の用途に用いようとした場合、図５に示すように、素子Ｃの照明光源の放射照度は安全規格（ＪＩＳ  Ｃ  ７５５０）の上限値を超えてしまう。このため、素子Ｃを用いた受光素子は、所定の感度が得られる波長領域の如何に拘わらず、上記のような医療の用途には使用し得ない。
【００３８】
素子Ａを使用した受光素子は、上述のように、脂質の吸収係数のピークに高い感度を有しないため、上記の医療用用途には使用し得ない。
【００３９】
一方、素子Ｂを使用した受光素子は、脂質の吸収係数のピークにおいても、水の吸収係数のピークと同等の高い感度を有し、しかも、図５に示すように、撮影に必要とされる照明光の放射照度も、安全規格の上限値未満とすることができる。
【００４０】
なお、図示は省略しているが、Ａｓの組成比を５０ａｔ％、Ｉｎの組成比を、３１．５ａｔ％、又は３２ａｔ％などとした場合、格子不整合の状態が進行し、受光素子の光吸収層及び画素としての安定性が担保できず、受光素子として完成させることが難しかった。
【００４１】
一方、Ａｓの組成比を５０ａｔ％、Ｉｎの組成比を２５％台とした場合は、格子不整合の程度は低いが、素子Ａと同様に感度が得られる領域の上限値が１７００ｎｍ台に届かず、目的に沿った画像が得られにくくなるという問題がある。このように、本実施形態における素子Ｂ（Ｉｎ：Ｇａ＝３０．８：１９．２）を少なくとも第４層２０４に採用することによって、近赤外領域において、広い波長領域で十分な感度を有しつつ、より長波長側、例えば１７００ｎｍ超の波長領域において感度を有し、医療用の所定の用途に適した受光素子及び撮像装置を提供することができる。したがって、本実施形態における素子Ｂは、１７００ｎｍ以上の波長領域における光電変換の量子効率を向上させることができる。上述の通り、理論計算によるＩｎＧａＡｓ中のＩｎの組成比は、ＩｎＧａＡｓ素子におけるＡｓの組成比が５０ａｔ％である場合、少なくとも３０ａｔ％以上であり、且つ、分析によるＩｎＧａＡｓの組成の精度は、Ｉｎに関して約±１．５ａｔ％である。この点を踏まえると、ＩｎＧａＡｓにおけるＩｎの組成比は、３０ａｔ％以上３１．５ａｔ％未満に設定するのが好適であると判断される。上述の素子Ｂは、この範囲に含まれている。
【００４２】
＜撮像システム１、撮像装置３０００の構成＞
図６は、第１の実施形態に係る受光素子２０００を、撮像システム１に適用した構成例を説明するための図である。撮像システム１は、例えば、病理診断支援、臨床診断支援、観察支援、手術支援などの医療支援（例、開腹又は腹腔鏡手術システム、手術用ロボットなど）に利用される。図６に示すように、本実施形態では、撮像システム１の例として手術支援システム（手術用撮像システム）について説明する。
【００４３】
撮像システム１は、例えば、撮像システム１の全体を制御する制御装置（制御部）１０と、組織ＢＴに照射する光を発する光源部２０と、組織ＢＴからの発光あるいは放射光（例、反射光、透過光）を検出して撮像する撮像部（光検出部）３０と、ユーザ（オペレータ）が各種データや制御装置１０への指示コマンドなどを入力する際に用いる入力装置４０と、例えば後述のＧＵＩや撮像部３０によって撮像された画像などを表示する表示装置（表示部）５０と、制御装置１０と通信可能に接続された手術用無影灯６０と、を備えている。この場合、撮像装置３０００は、制御装置１０、光源部２０、及び撮像部３０により構成される。
【００４４】
組織ＢＴは、例えば、手術台に横たわる患者の、開腹され、露出された臓器などである。組織ＢＴは、被照射体、サンプルやターゲットと言うことも可能である。
【００４５】
制御装置１０は、例えば、コンピュータで構成され、プロセッサなどで構成される制御部１０１と、各種プログラムやパラメータなどを格納する記憶部１０２と、を備えている。制御部１０１は、記憶部１０２から各種プログラムやパラメータなどを読み込み、図示しない内部メモリに読み込んだ各種プログラムを展開し、入力装置４０から入力される指示や各種プログラムによって特定される情報処理シーケンスに従って各種プログラムの処理を実行する。制御部１０１は、例えば、光源部２０の光の照射を制御する光照射制御部１０１１と、撮像部３０が検出（撮像）した画像データを撮像部３０から取得するデータ取得部１０１２と、撮像部３０から取得した画像データから画像を生成する画像生成部１０１３と、画像生成部１０１３が生成した画像を補正する画像補正部１０１４と、を備える。記憶部１０２は、例えば、少なくとも、光照射制御部１０１１、データ取得部１０１２、画像生成部１０１３、及び画像補正部１０１４に対応するプログラムを格納する。
【００４６】
光源部２０は、例えば、波長が３８０ｎｍから７５０ｎｍ程度の可視光（例、５５０ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍなどの可視光）を射出（放射）する第１光源２１と、波長８００ｎｍから３０００ｎｍの赤外光（例、１０００ｎｍ、１３００ｎｍ、１６００ｎｍ、１７００ｎｍ、１７３０ｎｍなどの近赤外光）を射出（放射）する第２光源２２と、を含む。図６では、光源部２０が２つの光源を備える構成例が示されているが、光源部２０は例えば１つの光源から射出（放射）された広帯域の波長帯を有する光を光学系で分光し、分光した各光を光路に配置された光学フィルタでフィルタリングして所望の波長の光を生成するように構成しても良い。また、例えば、光源部２０は、組織ＢＴに照射する波長の光を射出（放射）する複数の光源を備え、各光源の光照射を時間的に切り替えて使用する構成にしても良い。第１光源２１が射出（放射）する光の波長及び第２光源２２が射出（放射）する光の波長は、後述するＧＵＩ（Graphical User Interface）を介してオペレータによって設定される。制御部１０１は、例えば、光照射制御部１０１１（プログラム）に基づいて、ＧＵＩで設定された各光源の波長の値を読み込み、光源部２０の駆動部（図示せず）に印加する電圧と各光源が射出（放射）する光の波長値とを該駆動部に伝達する。当該駆動部は、制御部１０１の制御の下、第１光源２１及び第２光源２２に電圧を印加し、光を射出（放射）させる。第１光源２１及び第２光源２２の照明光（例、可視光、赤外光）の放射照度は安全規格（ＪＩＳ  Ｃ  ７５５０）の上限値未満になるように、制御部１０１により制御される。また、制御部１０１は、例えば、第２光源２２が各波長の光を射出（放射）するタイミングと光の射出（放射）時間とを光源部２０の駆動部（図示せず）に送信し、第２光源２２から複数の波長の光が周期的に射出（放射）されるように光源部２０を制御する。
【００４７】
撮像部３０は、例えば、手術野に配置された組織ＢＴに可視光（例：３８０ｎｍから７５０ｎｍ程度）を照射することによって組織ＢＴの可視光画像を検出する第１撮像デバイス１０００と、手術野に配置された組織ＢＴに第２波長の光から第５波長の光（ここでは４種類の波長の光としているが２種類以上や５種類以上の波長の光であっても良い）を周期的に順次照射することにより組織ＢＴから放射される光を検出する第２撮像デバイス２００Ｓ（撮像素子）と、を含む。第２撮像デバイス２０００Ｓは、上述した複数の受光素子２０００を基板上にマトリクス状に配置してなる撮像デバイス（撮像素子）である。なお、第２撮像デバイス２０００Ｓは、第２波長から第５波長の何れかの光を照射して組織ＢＴから放射される光の輝度（輝度値）を検出することにより得られる画像（例、赤外画像）を検出するようにしても良い。第２波長から第５波長は、第１波長よりも長い波長であって、例えば、８００ｎｍから３０００ｎｍの波長から４種類の光（赤外光）が選択される。また、第１撮像デバイス１０００として、例えば、シリコン（Ｓｉ）カメラを用いることができる。第２撮像デバイス２０００Ｓには、図１〜図５で説明した、受光素子にＩｎＧａＡｓを用いたカメラを用いることができる。第１撮像デバイス１０００の光軸と第２撮像デバイス２０００Ｓの光軸とは、図６に示されるように、同じでなくても良いが、図７を用いて後述するように、双方の撮像デバイスの光軸を同軸にする光学系を撮像部３０に設けるようにしても良い。
【００４８】
入力装置４０は、例えば、キーボード、マウス、マイク、タッチパネルなどによって構成され、オペレータ（ユーザ）が制御装置１０に所定の処理を実行させる際に指示やパラメータなどを入力する際に使用するデバイスである。また、例えば、単にＵＳＢなどの半導体メモリを制御装置１０に設けられた入力ポート（図示せず）に挿入することにより、制御装置１０の制御部１０１が自動的に半導体メモリからデータや指示（予め決められたルールで記述された指示）を読み込み、各種プログラムを実行するようにしても良い。
【００４９】
表示装置５０は、制御部１０１が生成した生成画像（例えば、サンプルの撮像画像）や、制御部１０１が画像（例えば、サンプルの撮像画像）を補正して得られた補正画像（補正サンプル画像）を制御装置１０から受信し、生成画像（補正なし画像、サンプルの画像）や補正画像などの画像を表示画面に表示する。なお、表示装置５０は、例えば、生成画像（補正なし画像）と補正画像とを合成して組織ＢＴの画像（合成サンプル画像）として出力してもよい。また、表示装置５０は、このような生成画像（補正なし画像）、補正画像、あるいは合成サンプル画像を、例えば術中に表示画面に表示することができる。なお、合成サンプル画像の生成に関し、例えば、制御部１０１が、所定の位置合わせマーク等に基づいて、組織ＢＴの可視光画像と補正なし画像あるいは補正画像との座標の位置合わせしながら、可視光画像を補正なし画像あるいは補正画像に重畳して合成サンプル画像を生成する。
【００５０】
手術用無影灯６０は、例えば、複数のＬＥＤ光源やハロゲン光源によって構成される可視光源である。手術用無影灯６０は、例えば、最大１６００００ルクスと非常に明るい。例えば、手術用無影灯６０の点灯及び消灯は制御装置１０によって制御されるようにしても良い。
【００５１】
＜撮像デバイスの光軸を同一にする光学系＞
図７は、撮像システム１（又は撮像装置３０００）の撮像部３０において採用することができる光学系の概略構成を示す図である。この光学系は、第１撮像デバイス１０００の光軸と第２撮像デバイス２０００Ｓの光軸とを同一にする光学系である。
【００５２】
この光学系は、例えば、ダイクロイックミラー３３と、ミラー３４とを構成として含むことができる。ダイクロイックミラー３３は、特定の波長の光（例、赤外光）を反射し、その他の波長の光（例、可視光）を透過させる作用を有する光学素子（ミラー）である。例えば、ダイクロイックミラー３３として可視光を透過し近赤外光を反射させる特性のものを採用することにより、組織ＢＴから可視光はダイクロイックミラー３３を透過して第１撮像デバイス１０００に入射し、一方、第２波長から第５波長の４種類の波長の光（例えば、８００ｎｍから３０００ｎｍの光から選択された光）を組織ＢＴに照射して放射（反射を含む）した光はダイクロイックミラー３３及びミラー３４で反射し、第２撮像デバイス２０００Ｓに入射する。
【００５３】
以上のような光学系を採用すれば、第１撮像デバイス１０００の光軸と第２撮像デバイス２０００Ｓの光軸とを同一にすることができ、２つの撮像デバイスから得られる画像同士の位置合わせをする必要がなくなるという効果を奏することができる。
【００５４】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態を、図面を参照して説明する。
第２の実施形態は、第１の実施形態と同様の受光素子２０００を、内視鏡の撮像素子において用いたものである。受光素子２０００の構成は第１の実施形態と同一であるので、以下では重複する説明は省略する。
【００５５】
図８は内視鏡を備えた内視鏡システム（手術支援システム）１の全体構成図である。
図８に示すように、第２の実施形態の内視鏡システム１は、図示しない撮像手段（例、複数の受光素子２０００を含む撮像素子）を備えた内視鏡６００と、照明光を供給する光源装置３００と、内視鏡６００の撮像装置から伝送された電気信号により映像信号を生成するプロセッサ４００と、この映像信号を受けて内視鏡画像を表示する表示装置であるモニタ５００とから構成される。
【００５６】
この第２の実施形態の内視鏡６００は、被検査者の体内に挿入される可撓管６０１と、この可撓管６０１の基端側に位置する操作部６０２と、この操作部６０２の一側部から延びるコード６０３を含む。
【００５７】
操作部６０２は、可撓管６０１の湾曲度合を調整するための湾曲調整ノブ、撮像、送水、送気などを指示するための各種スイッチ等を含む。コード６０３は、光源装置３００で発生した照明光を導光するためのライトガイドと、プロセッサ４００からの電気信号を伝達するための電気ケーブル等を内部に含む。
【００５８】
可撓管６０１は、後述するように、その内部に、可撓管６０１の先端部の湾曲度合を調整するためのワイヤ、送水ノズル、ライトガイド、及び撮像装置などを含む。可撓管６０１の先端部の湾曲度合は、操作部６０２に設けられる湾曲調整ノブにより調整される。
【００５９】
図９は、可撓管６０１の内部構成を示す斜視図である。この可撓管６０１は、一例として、前述の撮像デバイス２０００Ｓ、照明レンズ６００１、対物レンズ６００２、結像レンズ６００３、ペルチェ素子６００５（冷却素子）、チャネル６００６、及びターゲットを処理（例、切除、掴むなど）する処置部６００７を含む。
【００６０】
照明レンズ６００１は、光源装置３００から、コード６０３、操作部６０２を介して、可撓管６０１内部に配置されたライトガイド（図示せず）により導光された照明光を外部に導くための光学系である。光源装置３００は、この第２の実施形態では、可視光の他、赤外領域、例えば１０００ｎｍから２０００ｎｍ又は８００ｎｍから３０００ｎｍの波長の照明光を発光可能に構成されている。なお、可視光の照明光を導くための照明光路と、赤外領域の照明光を導くための照明光路とを別々に設けることも可能である。
【００６１】
対物レンズ６００２は、被検査者の体内の組織からの光を可撓管６０１の内部に導くための光学系である。結像レンズ６００３は、対物レンズ６００２からの光を集光させて撮像デバイス２０００Ｓに導くための光学系である。ペルチェ素子６００５は、撮像デバイス２０００Ｓを冷却するための冷却素子である。また、チャネル６００６は、処置部６００７を前後方向に進退させるための空洞である。なお、本実施形態の受光素子を有する撮像デバイス２０００Ｓが使用される場合、熱ノイズは少なくＳ／Ｎ比が高いので、ペルチェ素子などの冷却素子は省略することもできる。
【００６２】
撮像デバイス２０００Ｓは、第１の実施形態の第２の撮像デバイス２０００Ｓと同一の構造を有する、一例として１０００ｎｍ以上１８５０ｎｍ以下の波長帯域に感度を有する撮像素子であってよい。内視鏡システム１（内視鏡６００）は、第４層２０４のＩｎＧａＡｓのＩｎとＧａとの組成比（ａｔ％）を例えば３０．８：１９．２とすることにより、病変部と正常部とを画像的に識別した画像を撮像することが可能になる。
【００６３】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態を、図１０及び図１１を参照して説明する。
第３の実施形態は、第１の実施形態の受光素子２０００と同様の受光素子を、病理用の撮像装置において用いたものである。第３の実施形態における後述の撮像部７２１の受光素子は第１の実施形態の受光素子２０００と同一であるので、以下では重複する説明は省略する。
【００６４】
図１０は実施形態に係る撮像装置７００の外観図であり、図１１は撮像装置７００の内部構成を示す図である。図中のＸＹＺ直交座標系において、Ｘ方向およびＹ方向は、例えば標本支持部７０２の支持平面と略一致した水平方向であり、Ｚ方向は例えばＸ方向及びＹ方向と直交する鉛直方向である。
【００６５】
撮像装置７００は、例えば、病理診断支援、臨床診断支援、又は観察支援などの医療支援に利用される。図１１に示すように、撮像装置７００は、標本支持部７０２と、照明ユニット（照明部）７０３と、検出ユニット（撮像ユニット）７０４と、校正基準部７０５と、制御部７０７と、収容部７０８とを備える。標本支持部７０２は生物の組織ＢＴを含む標本を支持するよう構成される。標本支持部７０２は、例えば、矩形板状の部材であり得る。標本支持部７０２は、例えばその上面（載置面）が水平方向とほぼ平行に配置され、この上面（載置面）に組織ＢＴを載置可能である。
【００６６】
組織ＢＴは、人間の組織であってもよいし、人間以外の生物（例、動物）の組織でもよい。組織ＢＴは、生物から切り取った状態の組織でもよいし、生物から切り取られずに付随した状態の組織でもよい。また、組織ＢＴは、生存している生物（生体）の組織（生体組織）でもよいし、死亡後の生物（死体）の組織かは不問である。組織ＢＴは、生物から摘出した物体であってもよい。
【００６７】
照明ユニット７０３は、例えば、標本支持部７０２の上方に配置され、赤外光（近赤外光）を組織ＢＴに照射する。照明ユニット７０３は、例えば撮像ユニット７０４に取り付けられる。図１１に示すように、照明ユニット７０３は、光源部７１１と、保持部材７１２と、可視光源部７１３と、光源移動部７１４とを備える。光源部７１１は赤外光を射出するよう構成される。保持部材７１２は、光源部７１１を保持するのに用いられる。保持部材７１２は、例えば板状の部材であり、その下面側（Ｚ方向の矢印と反対側）に光源部７１１を保持する。また、光源移動部７１４は、組織ＢＴに対する赤外光の照射角度を変化させる。本実施形態において、撮像装置７００は、拡散部材７１５を備える。拡散部材７１５は、光源部７１１から射出される赤外光を拡散する。光源部７１１から射出された赤外光は、拡散部材７１５により拡散された後、組織ＢＴに照射される。また、照明ユニット７０３は、無影灯のような無影照明が可能であっても良い。
【００６８】
本実施形態において、照明ユニット７０３は、可視光を組織ＢＴに照射することもできる。可視光源部７１３は、保持部材７１２に保持され、可視光を射出する。保持部材７１２は、例えば、その下面側に可視光源部７１３を保持する。光源移動部７１４は、組織ＢＴに対する可視光の照射角度（例、照射方向）を変化させることもできる。可視光源部７１３から射出された可視光は、拡散部材７１５により拡散された後、組織ＢＴに照射される。
【００６９】
拡散部材７１５は照明ユニット７０３の射出側を覆うように設けられる。拡散部材７１５は、図１０及び図１１で図示を省略する開口を有し、撮像ユニット７０４と標本支持部７０２との間の光路は、当該開口を通過する。したがって、標本支持部７０２又は組織ＢＴを介した光は、当該開口を通過して撮像部（例、第１撮像部７２１、第２撮像部７２２）に入射する。
【００７０】
照明ユニット７０３は、撮像部（検出部）の光軸（例、受光素子が受光する光の光軸）７２１ａの周囲に複数配置されている。各照明ユニット７０３において光源部７１１は、複数の光源を備える。例えば、複数の光源は、それぞれ、発光ダイオード（ＬＥＤ）であるが、レーザーダイオード（ＬＤ）などの固体光源を含んでもよいし、ハロゲンランプなどのランプ光源を含んでもよい。複数の光源は、互いに異なる波長帯の赤外光を発する。複数の光源のそれぞれが発する赤外光の波長帯は、例えば、約８００ｎｍ以上約３０００ｎｍ以下の波長帯域から選択される。複数の光源のそれぞれから発せられる赤外光の波長帯は、例えば、互いに重複しないように設定されるが、重複してもよく、２以上の光源が同じ波長帯の赤外光を発してもよい。各照明ユニット７０３において、光源部７１１が備える光源の数は、１つでもよいし、２つ以上の任意の数でもよい。各照明ユニット７０３において、複数の光源はいずれも保持部材７１２に保持されるが、複数の光源が複数の保持部材に分かれて保持されてもよい。また、例えば、複数の光源は、制御部７０７によって制御され、選択的または一括的に赤外光を射出する。
【００７１】
可視光源部７１３は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源を含む。この光源は、レーザーダイオード（ＬＤ）などの固体光源でもよいし、ハロゲンランプなどのランプ光源でもよい。可視光源部７１３は、例えば、約３８０ｎｍから約７５０ｎｍの波長帯域の少なくとも一部の波長帯の可視光を射出する。可視光源部７１３は、例えば、各照明ユニット７０３に設けられる。各照明ユニット７０３において、可視光源部７１３は、例えば、光源部７１１における複数の光源と同じ保持部材７１２に保持されるが、保持部材７１２と別の部材に保持されてもよい。各照明ユニット７０３に設けられる可視光源部７１３の光源の数は、１つでもよいし、２つ以上でもよい。可視光源部７１３が複数の光源を備える場合、複数の光源のそれぞれが射出する可視光の波長帯は、２つ以上の光源で互いに異なってもよいし、２つ以上の光源で同じでもよい。
【００７２】
光源移動部７１４は、組織ＢＴに対する赤外光の照射角度（例、光源部７１１の照射方向、射出方向）を変化させる。光源部７１１の照射方向は、例えば、光源部７１１から射出される赤外光の中心軸の方向である。光源移動部７１４は、例えば、保持部材７１２の姿勢を変化させることにより、組織ＢＴに対する赤外光の照射角度を変化させる。光源部７１１からの赤外光の照射角度は、例えば、光源部７１１と第１撮像部７２１との位置関係が組織ＢＴの表面に関する正反射の関係からずれるように設定される。光源部７１１からの赤外光の照射角度は、光源部７１１と第１撮像部７２１との位置関係が標本支持部７０２の上面に関する正反射の関係からずれるように設定されてもよい。
【００７３】
光源移動部７１４は、例えば、保持部材７１２と撮像ユニット７０４とを接続し、保持部材７１２を撮像ユニット７０４に対して移動（例えば回動）させる。これにより、保持部材７１２の姿勢が変化し、光源部７１１からの赤外光の照射角度が変化する。光源移動部７１４は、例えばギア、プーリ、ベルト等の駆動力伝達手段を含み、保持部材７１２を移動させる駆動力を伝達する。光源移動部７１４は、保持部材７１２を移動させる駆動力を供給する電動モータなどのアクチュエータを備えてもよいし、アクチュエータを備えなくてもよい。光源移動部７１４がアクチュエータを備える場合、このアクチュエータは制御部７０７に制御される。制御部７０７は、光源移動部７１４を制御することにより、赤外光の照射角度を制御してもよい。アクチュエータを備える代わりに、例えば、オペレータ（ユーザ）が手動により光源移動部７１４を駆動する構成としてもよい。また、保持部材７１２は、撮像ユニット７０４と別の物体に接続（例、支持）されてもよく、撮像ユニット７０４に接続（例、支持）されなくてもよい。光源移動部７１４は、照明ユニット７０３ごとに赤外光の照射角度を変化させてもよいし、例えばリンク機構などにより、赤外光の照射角度を２つ以上の照明ユニット７０３で一括して変化させてもよい。
【００７４】
なお、複数の照明ユニット７０３は、いずれも同様の構成であるが、その２つ以上が互いに異なる構成でもよい。例えば、１つの照明ユニット７０３は、保持部材７１２に対する複数の光源の位置関係、複数の光源の数、複数の光源から射出される赤外光の波長帯の少なくとも１つが、他の照明ユニット７０３と異なってもよい。また、撮像装置７００は、照明ユニット７０３の少なくとも一部を備えなくてもよい。例えば、照明ユニット７０３は、撮像装置７００に交換可能に取り付けられ、撮像装置７００により撮像を行う際に取り付けられてもよい。また、照明ユニット７０３の少なくとも一部は、撮像装置７００が使用される設備の一部（例、室内灯）などでもよい。
【００７５】
撮像ユニット７０４は、第１撮像部７２１および第２撮像部７２２を備える。第１撮像部７２１は、例えば赤外カメラであり、赤外光の受光により組織ＢＴを撮像する。第１撮像部７２１は、赤外光の照射により組織ＢＴから放射される光（例、反射光、散乱光、透過光、反射散乱光など）を検出する。第１撮像部７２１は、撮像光学系（検出光学系）７２３および撮像素子（受光素子）７２４を備える。撮像光学系７２３は、例えばＡＦ機構（オートフォーカス機構）を有し、組織ＢＴの像を形成する。第１撮像部７２１の光軸７２１ａは、撮像光学系７２３の光軸と同軸である。
【００７６】
複数の受光素子を含む撮像素子７２４は、撮像光学系７２３が形成した像を撮像する。撮像素子７２４は、例えばＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサなどの二次元イメージセンサを含む。撮像素子７２４は、例えば、二次元的に配列された複数の画素を有し、各画素にフォトダイオードなどの光検出器が配置された構造である。撮像素子７２４は、第１の実施形態の撮像デバイス２０００Ｓと同一の構造を有する、一例として１０００ｎｍ以上１８５０ｎｍ以下の波長帯域に感度を有する受光素子を配列した撮像素子であってよい。撮像装置７００（撮像素子７２４）は、受光素子における第４層２０４のＩｎＧａＡｓのＩｎとＧａとの組成比（ａｔ％）を例えば３０．８：１９．２とすることにより、病変部と正常部とを画像的に識別した画像を撮像することが可能になる。
【００７７】
第１撮像部７２１の検出範囲Ａ１（図１１参照）は、例えば、標本支持部７０２上で第１撮像部７２１が撮像可能な撮像領域、標本支持部７０２上の第１撮像部７２１の視野領域である。第１撮像部７２１の撮像領域は、例えば、撮像素子７２４の受光領域（光検出器の配置領域）と光学的に共役な領域である。第１撮像部７２１の視野領域は、例えば、撮像光学系７２３の視野絞りの内側と光学的に共役な領域である。第１撮像部７２１は、例えば、撮像結果（検出結果）として撮像画像のデータを生成する。第１撮像部７２１は、例えば、撮像画像のデータを制御部７０７に供給する。
【００７８】
第２撮像部７２２は、例えば可視カメラであり、可視光の受光により組織ＢＴを撮像する。第２撮像部７２２は、例えば、可視光源部７１３からの可視光のうち組織ＢＴの表面で反射散乱した光を検出する。第２撮像部７２２は、撮像光学系（図示せず）および撮像素子（図示せず）を備える。撮像光学系は、例えばＡＦ機構（オートフォーカス機構）を有し、組織ＢＴの像を形成する。撮像素子は、撮像光学系が形成した像を撮像する。撮像素子は、例えばＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサなどの二次元イメージセンサを含む。撮像素子７２４は、例えば、二次元的に配列された複数の画素を有し、各画素にフォトダイオードなどの光検出器が配置された構造である。撮像素子は、例えば光検出器にＳｉ（シリコン）を用いたものであり、可視光源部７１３から射出される可視光の波長帯に感度を有する。第２撮像部７２２は、撮像結果（検出結果）として撮像画像のデータを生成する。そして、第２撮像部７２２は、撮像画像のデータを制御部７０７に供給する。
【００７９】
ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できる。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスがここで記述した方法に従って使用可能である。ここで述べた方法のステップを実行するのに、専用の装置を構築するのが有益である場合もある。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００８０】
本技術分野の通常の知識を有する者には、本発明のその他の実装がここに開示された本発明の明細書及び実施形態の考察から明らかになる。記述された実施形態の多様な態様及び／又はコンポーネントは、単独又は如何なる組み合わせでも使用することが出来る。
【符号の説明】
【００８１】
１…撮像システム、１０…制御装置（制御部）、２０…光源部、２１…第１光源、２２…第２光源、３０…撮像部（光検出部）、３３…ダイクロイックミラー、３４…ミラー、４０…入力装置、５０…表示装置（表示部）、６０…手術用無影灯、７１…アライメント用マーク、１０１…制御部、１０２…記憶部、２０１…第１層、２０２…第２層、２０３…第３層、２０４…第４層、２０５…第５層、２０６…第６層、３００…光源装置、４００…プロセッサ、５００…モニタ、６００…内視鏡、６０１…可撓管、６０２…操作部、６０３…コード、１０００…第１撮像デバイス、１０１１…光照射制御部、１０１２…データ取得部、１０１３…画像生成部、１０１４…画像補正部、２０００…受光素子、２０００Ｓ…第２撮像デバイス、６００１…照明レンズ、６００２…対物レンズ、６００３…結像レンズ、６００５…ペルチェ素子、６００６…チャネル、６００７…処置部。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年10月9日(2020.10.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に配置され、ＩｎＧａＡｓを含む光吸収層と、
前記光吸収層の上面及び下面に配置され、前記光吸収層とともに量子井戸構造を構成する半導体層と、
を備え、
前記半導体層は、ＩｎＡｓＰを含む、受光素子。
【請求項２】
前記ＩｎＧａＡｓにおけるＡｓの組成比が５０ａｔ％の場合、前記ＩｎＧａＡｓにおけるＩｎとＧａとの組成比（ａｔ％）は３０．８：１９．２である、請求項１に記載の受光素子。
【請求項３】
前記光吸収層は、１０００ｎｍ以上１８５０ｎｍ以下の波長帯域に感度を有する、請求項１又は請求項２に記載の受光素子。
【請求項４】
前記ＩｎＧａＡｓにおける組成の精度は、Ｉｎに関して約±１．５ａｔ％である、請求項２又は請求項３記載の受光素子。
【請求項５】
前記ＩｎＧａＡｓにおける組成の精度は、Ｇａに関して約±２．５ａｔ％である、請求項２から４のいずれか１項に記載の受光素子。
【請求項６】
前記半導体層は、ＩｎＡｓＰの層を含み、
少なくとも前記ＩｎＧａＡｓの層と前記ＩｎＡｓＰの層とを含む層が繰り返し形成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の受光素子。
【請求項７】
前記光吸収層の上面に配置される前記ＩｎＡｓＰにおけるＰとＡｓとの組成比（ａｔ％）は、前記ＩｎＡｓＰにおけるＩｎの組成比が５０ａｔ％の場合、４２：８である、請求項６に記載の受光素子。
【請求項８】
前記光吸収層は、感度が最大となる波長との比較において８０％以上の感度が得られる波長帯域が１０４０ｎｍ以上１８１０ｎｍ以下である、請求項１から７のいずれか１項に記載の受光素子。
【請求項９】
前記光吸収層は、１３００ｎｍ以上１７８０ｎｍ以下を含む波長帯域に感度を有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の受光素子。
【請求項１０】
前記光吸収層は、１７００ｎｍ以上１７８０ｎｍ以下を含む波長帯域に感度を有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の受光素子。
【請求項１１】
前記光吸収層と前記半導体層とがそれぞれ複数層に亘って繰り返し形成される、請求項１から１０のいずれか１項に記載の受光素子。
【請求項１２】
基板と、
前記基板に配置され、ＩｎＧａＡｓを含む光吸収層と、
ＩｎＡｓＰを含む半導体層と、
を備え、
前記光吸収層は、１０００ｎｍ以上１８５０ｎｍ以下の波長帯域に感度を有する
受光素子。
【請求項１３】
前記ＩｎＧａＡｓにおけるＡｓの組成比が５０ａｔ％の場合、前記ＩｎＧａＡｓにおけるＩｎの組成比は３０ａｔ％以上３１．５ａｔ％未満である、請求項１２に記載の受光素子。
【請求項１４】
前記光吸収層は、１３００ｎｍ以上１７８０ｎｍ以下を含む波長帯域に感度を有する、請求項１２に記載の受光素子。
【請求項１５】
撮像素子と、
前記撮像素子により撮像される物体に照明光を照射する光源とを備え、
前記撮像素子は、複数の受光素子を備え、
前記複数の受光素子は、
基板に配置され、ＩｎＧａＡｓを含む光吸収層と、
前記光吸収層の上面及び下面に配置され、前記光吸収層とともに量子井戸構造を構成する半導体層とを備え、 
前記半導体層は、ＩｎＡｓＰを含む、撮像装置。
【請求項１６】
前記ＩｎＧａＡｓにおけるＡｓの組成比が５０ａｔ％の場合、前記ＩｎＧａＡｓにおけるＩｎとＧａとの組成比（ａｔ％）は３０．８：１９．２である、請求項１５に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記光吸収層は、１０００ｎｍ以上１８５０ｎｍ以下の波長帯域に感度を有する、請求項１５に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記ＩｎＧａＡｓにおける組成の精度は、Ｉｎに関して約±１．５ａｔ％である、請求項１５記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記ＩｎＧａＡｓにおける組成の精度は、Ｇａに関して約±２．５ａｔ％である、請求項１８に記載の撮像装置。
【請求項２０】
前記光吸収層の上面に配置される前記ＩｎＡｓＰにおけるＰとＡｓとの組成比（ａｔ％）は、前記ＩｎＡｓＰにおけるＩｎの組成比が５０ａｔ％の場合、４２：８である、請求項１９に記載の撮像装置。
【請求項２１】
前記光吸収層は、感度が最大となる波長との比較において８０％以上の感度が得られる波長領域が１０４０ｎｍ以上１８１０ｎｍ以下である、請求項１５から２０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項２２】
前記光源の照射光量は、ＪＩＳ  Ｃ  ７５５０に定められる上限値未満である
請求項１５から２１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項２３】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の受光素子を備え、
複数の前記受光素子が基板上に配置されている、撮像素子。
【請求項２４】
請求項２３に記載の撮像素子を備える撮像装置。
【国際調査報告】
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