JP2007201432A - Imaging apparatus, visibility aid device, night vision device, navigation aid device, and monitoring device - Google Patents

Imaging apparatus, visibility aid device, night vision device, navigation aid device, and monitoring device Download PDF

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JP2007201432A JP2006337668A JP2006337668A JP2007201432A JP 2007201432 A JP2007201432 A JP 2007201432A JP 2006337668 A JP2006337668 A JP 2006337668A JP 2006337668 A JP2006337668 A JP 2006337668A JP 2007201432 A JP2007201432 A JP 2007201432A
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Hiroshi Inada
Yasuhiro Inoguchi
Yoichi Nagai
陽一 永井
康博 猪口
博史 稲田
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Sumitomo Electric Ind Ltd
住友電気工業株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging apparatus, a visibility aid device, a night vision device, a navigation aid device, and a monitoring device which can offer clear and sharp images with simple structures. <P>SOLUTION: The imaging apparatus 70 images an object by receiving a near-infrared region light reflected by the object and includes a semiconductor light-receiving element 10 of which light-receiving layer 3 has a bandgap wavelength of 1.65 μm or more and 3.0 μm or less. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

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 The present invention, the electromagnetic waves in the near-infrared region of the electromagnetic waves coming from space to the earth's surface (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。 The Wavelength Infrared) i.e. imaging apparatus including a wavelength region in the light receiving sensitivity range of cosmic light (night glow), visual field support device using the same, those night vision device, relates to sailing support device and monitoring device.

(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。 (I) cosmic light: land surface has reached various electromagnetic waves (light) from the space, it is well known radio astronomy or the like to study the appearance of the universe for example by observing the X-rays from the universe. 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。 Among the electromagnetic waves coming from space to the surface of the earth, for SWIR band does not require a large-scale apparatus for the detection, in recent years, has attracted the attention, many of introduction have been made. 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)。 For example explains observations SWIR spectral from space, the spectrum has been introduced has a peak at 1.4~1.9Myuemu (Non-Patent Document 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。 The InGaAs light receiving element is lattice-matched to InP (an In atom: Ga atomic = 0.53: 0.47) Introduction of night vision camera using a (non-patent document 2), etc., it has been made. 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。 In this case, as shown in FIG. 24, in order to match the lattice constant with the InP substrate has an atomic ratio of In / Ga 0.53 / 0.47, the long wavelength side limit therefor light receiving element (sensitivity limit) It is about 1.7μm. 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。 The configuration of the light receiving element shown in FIG. 24 will be described in detail in the Examples. 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。 In the following description, the light of the SWIR band reaches the earth's surface from the universe, light Space light or SWIR band, or simply referred to as SWIR band light.

(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)。 (II) compound semiconductor light-receiving element: for the above InGaAs light receiving element (light receiving, long wavelength side limit so not long) for detecting light of a longer wavelength than, as shown in Figure 25, the lattice-matched on InP the graded layer or steps buffer layer of gradient composition provided for, there is also introduced the light receiving element with improved gradually in composition while maintaining the lattice matching (Patent Document 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。 In this case, by an atomic ratio of In / Ga is higher than the above value, since gradually increased to the light receiving layer than the lattice constant of the InP substrate lattice constant, the absorption layer (In / Ga = 0.8 sensitivity of /0.2) is extended to longer wavelengths. 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。 Also described in detail in Example configuration of the light receiving element shown in Figure 25.

(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。 (III) night vision: but are not located on the extension of the above techniques, in recent years, introduction of night vision apparatus using light in a long wavelength range have been made. 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。 For example an infrared, irradiating the object, including humans, by imaging the reflected light by the infrared camera device for the support of a motor vehicle rear view (Patent Document 2), a similar near-infrared LED (light emitting diode) and night vision apparatus for a vehicle according to the combination of an imaging apparatus (Patent Document 3), the visual device according to a combination of the two wavelength regions with the infrared region and near infrared region (Patent Document 4), InGaAs light-receiving element the light of 1.5μm band vehicle imaging apparatus for receiving (Patent Document 5) have been introduced in.
特開2002−373999号公報 JP 2002-373999 JP 特開2004−350228号公報 JP 2004-350228 JP 特開2002−274258号公報 JP 2002-274258 JP 特開平9−37147号公報 JP 9-37147 discloses 特開平7−302928号公報 JP-7-302928 discloses

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。 Problems in the previous techniques described above can be summarized as follows.
(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。 (A1) a compound semiconductor light-receiving elements: noise and dark current is large, also a dark spot number, no clear image can be obtained. 温度上昇により、画像の鮮明度はとくに大きく劣化する。 The temperature rises, the sharpness of the image is degraded particularly significantly.
(A2)暗視装置:赤外線、近赤外線等の光源が必要である。 (A2) night vision: infrared, it is necessary to light in the near infrared and the like. また、装置が複雑であり、高コストとなる。 The device is complicated and costly. 画像鮮明度も不足する。 Image sharpness is also insufficient.
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。 The above problems in (A1) is due to the inability with good crystallinity forming a compound semiconductor layer capable of receiving up to a longer wavelength region. 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。 Also of (A2) problem has a high social and economic impact, requiring the urgency to solve. 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。 The present invention is first overcome the above (A2) problems, i.e. while having a simple structure, and provide an imaging device and a visual field support device capable of obtaining a clear image, and further addition of (A1) and solve the problem, i.e., to suppress the noise and dark current image pickup apparatus having a light-receiving layer capable of obtaining a clear image to ensure the visibility assist device using the same, night vision device, cruise assist device and monitoring device an object of the present invention is to provide a. 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。 Here, visual field support device, a device for supporting the visibility of the driver for the vehicle improve safety mounted on (automobiles, etc.), night vision person capable portable device, the cruise assist system, the device for supporting the recognition of a target in some way is mounted on a ship, and the monitoring device, a device for monitoring the monitored object is placed in a fixed point, but are roughly divided shall refer respectively, this division not strict. 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。 After all, vision enhancement device, night vision, nautical support apparatus and monitoring apparatus can throughout these, considered to refer to a device that includes an optical device the imaging device is applied.

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。 Imaging apparatus of the present invention is an imaging apparatus for imaging the object by receiving light in the near infrared region reflected by the object. 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。 The imaging device, the band gap wavelength of the light-receiving layer is more than 1.65 .mu.m, characterized in that it comprises the following semiconductor light-receiving element 3.0 [mu] m.

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。 According to the above configuration, by receiving the light cosmic light is reflected by the object having a peak at a wavelength 1.4Myuemu~1.9Myuemu, since imaging an object, it is possible to obtain a clear image day and night . 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 Further, the above 1.65μm or more, the semiconductor light-receiving element having sensitivity to below 3.0 [mu] m, fog, even under environments such as smoke or dust of the absorption spectrum of water MWIR (mid-infrared: 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。 The Wavelength InfraRed) since the effect of the absorption peak area (having a broad absorption in the wavelength range of 3.0μm greater) can be reduced can be obtained a clear image. 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。 Furthermore, since it imaging without performing auxiliary light irradiation, it is possible to completely remove the possibility that the irradiation light is damaged enters the human eye. 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。 Further, the maximum wavelength is 3.0 [mu] m, even attempt to form a light-receiving layer of greater than 3.0 [mu] m, there is a limit to the amount of N capture during the growth of the epitaxial film of the light-receiving layer, even if forcibly Torikomo quality is deteriorated, there is also a reason that it is impossible to suppress the dark current low.

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。 The above light-receiving element can receive light in a wavelength range 1.0Myuemu~2.0Myuemu. 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。 According to this configuration, the reflected light of cosmic light having a peak in a wavelength 1.4Myuemu~1.9Myuemu, since it limited to receiving, can be eliminated more reliably image disturbance due to the absorption spectrum or the like of water. 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。 That is, the absorption spectrum of water, since having absorption even longer wavelength side (long wavelength side are particularly broad absorption) on the short wavelength side of the wavelength 3.0 [mu] m, the wavelength region 1.0μm~2.0μm as above by receiving light, eliminating the influence of the maximum 3.0μm near the peak of the absorption spectrum of water, it is possible to suppress the disturbance of the absorption spectrum caused by the image of the water. 「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。 By "to receive light in a wavelength range 1.0Myuemu~2.0Myuemu" it means to have no sensitivity in a wavelength range other than the wavelength region 1.0Myuemu~2.0Myuemu. 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。 This, from the top of the compound semiconductor characteristics that form the light receiving layer may be a case where the sensitivity is constrained within the wavelength range 1.0Myuemu~2.0Myuemu. 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。 In this case, the limit of the sensitivity on the long wavelength side and 1.5 [mu] m, may be 1.75 [mu] m. 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。 Moreover, especially for the realization of the limits 2.0 .mu.m on the long wavelength side may be provided with a filter for cutting light exceeding a wavelength 2.0 .mu.m.

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。 Further, in the above-mentioned light-receiving element, it can be used and the InP substrate, formed on the InP substrate, those having a light receiving layer bandgap wavelength is in the range of 1.65Myuemu~3.0Myuemu. 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。 Here bandgap wavelength is obtained by converting the band-gap energy of the wavelength of light, the band gap wavelength (μm) = 1.2398 / band gap energy (eV), a relationship of.

InP基板に格子整合するIn 0.53 Ga 0.47 As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。 In conventional SWIR imaging apparatus using the In 0.53 Ga 0.47 As absorption layer lattice-matched to InP substrates, while the sensitivity of long-wavelength side is at most about 1.7 [mu] m, according to the arrangement , long wavelength side can be reliably received up to a wavelength 1.9 .mu.m. このためより鮮明な画像を得ることができる。 The clear image than for can be obtained. 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。 Especially since cosmic light is weak, increase the influence of the non-light-receiving wavelength region 1.7μm~1.9μm that could not be received in a conventional light-receiving element, the sharpness of the image is reduced because there is the non-light receiving wavelength region which it was, but can the above configuration, to overcome this.

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 Furthermore, in the conventional apparatus, such as when the use environment, the dark current component in the light-receiving element temperature of the device rises and increased dynamic range (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。 Ratio) is not earned, noise is increased, there can become unusable. これを回避するために冷却装置を用いることもある。 There is also the use of the cooling device in order to avoid this. 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。 According to the above configuration, because it receives light sufficiently wide band, it is possible to avoid the problems associated with the temperature rise.

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。 Conversely if the temperature is low, the sensitivity of the semiconductor light receiving device is shifted to the short wavelength side. 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。 Apparatus and receiving layers of conventional InGaAs is because it uses the part of SWIR light spectrum from space, sufficient sensitivity can be obtained by the sensitivity shift by a low-temperature environment, have often image becomes unclear . 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。 According to the arrangement, since even if the sensitivity shifts to cover sufficiently SWIR spectrum above problem is solved.

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。 Further, in the above arrangement, since the use of the InGaAs-based compound of quaternary or quinary the light-receiving layer, a band gap which determines the receivable long wavelength side limit, (the same as the lattice constant of the InP substrate) lattice constant the door, it is possible both to the target value. 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。 Therefore, after a 3μm limit on the long wavelength side, it is possible to reduce the crystal defect density and distortion, the dark current is reduced, and image omission can be very low (the dark spot). 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。 That is, in the above-described configuration, (without creating a light receiving layer of the larger lattice constant than ie the lattice constant of the InP substrate) without using the step buffer layer (graded layer), it is possible to increase the long-wavelength side limit . 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。 Therefore, compared with the case of using the step buffer layer, it is possible to suppress distortion and defects in the light receiving layer, as described above, to reduce the dark current defects caused, and reduce the dark spots (image dropout) be able to.

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。 The semiconductor light-receiving element has a light receiving layer formed on the InP substrate and the InP substrate, the absorption layer has a GaInNAsP layer, 0.01at% ~1at the concentration of P in the GaInNAsP layer % can be that. 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。 This configuration allows the band gap wavelength (maximum detection wavelength) to obtain a light receiving layer in the range of 1.65Myuemu~3.0Myuemu, it is possible to realize any of the imaging apparatus described above. 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。 The content of P has an upper limit of P for light emission intensity weakens exceeds 1 at.% Is set to 1 at.%. 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。 The content of P is not able to obtain the effect of P is less than 0.01 at%, it is impossible to reduce the bandgap energy while aligning the lattice constant the same as InP.

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。 The semiconductor light-receiving element has a light receiving layer formed on the InP substrate and the InP substrate, the absorption layer has a GaInNAsSb layer, 0.1at% ~10at the concentration of Sb in the GaInNAsSb layer % can be that. 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。 This configuration allows the band gap wavelength (maximum detection wavelength) to obtain a light receiving layer in the range of 1.65Myuemu~3.0Myuemu, it is possible to realize any of the imaging apparatus described above. 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。 GaInNAsSb layer is particularly excellent in crystallinity, yet can be relatively easily and stably formed. 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。 The upper limit of Sb for the content of Sb defect density increases appear exceeds the lattice mismatch of 2at% is to 2at%. 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。 The content of Sb is not possible to obtain the effect of Sb is less than 0.1 at%, it is impossible to reduce the bandgap energy while aligning the lattice constant the same as InP.

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。 The semiconductor light-receiving element has a light receiving layer formed on the InP substrate and the InP substrate, the absorption layer has a GaInNAs layer, 0.01at% ~12at the concentration of N in the GaInNAs layer % can be that. 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。 This configuration allows the band gap wavelength (maximum detection wavelength) to obtain a light receiving layer in the range of 1.65Myuemu~3.0Myuemu, it is possible to realize any of the imaging apparatus described above. 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。 N has a large effect on the band gap energy, to reduce the bandgap energy while aligning the lattice constant the same as InP at 0.01 at% or more. 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。 However, be content exceeds 12at% is difficult to greatly increase the defect density in 12at% greater.

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。 The lattice constants of the above InP substrate is a, the difference in lattice constant and the InP substrate of a crystal layer forming the light receiving layer as .DELTA.a, crystalline layer forming the light receiving layer, lattice mismatch | .DELTA.a / it is preferable to configured with a lattice constant such that ≦ 0.002 | a. 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。 This configuration using the InP substrate that can commonly available, it is possible to obtain an excellent light-receiving layer crystallinity.

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。 The above InP substrate, it is possible to off-angle substrate which is tilted [111] direction or the [11-1] direction 5 ° to 20 ° from the (100). 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。 This configuration defect density and excellent small crystalline, GaInAsSb layer, can be obtained GaInAsSb layer, or GaInNAs layer is dark current suppression, it is possible to obtain a dark point less absorption layer. 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。 Therefore, it is possible to obtain a light-receiving layer to improve the performance of a device for imaging by receiving cosmic light of weak SWIR band. 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。 That action having the light receiving element formed by using the off-angle substrate is particularly improves the quality of the imaging device for imaging by receiving cosmic light. 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。 The most preferred of off-angle range, in the range of [111] direction or the [11-1] direction 10 degrees to 15 degrees from (100) to obtain a light receiving layer defect density is very suppressed in this off-angle be able to. 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。 Large off angle as described above, never been proposed for the InP substrate, which was first confirmed by the present inventors, significant in the case of growing a good crystallinity of the epitaxial film on an InP substrate it is an element.

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。 It can comprise InP window layer positioned to cover the light-receiving layer. 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。 According to this structure, since the lattice constant of the light receiving layer is the same as the lattice constant of the InP substrate can be formed on the light-receiving layer, a window layer of InP that is proven to reduce the dark current. 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。 Consequently, to suppress the dark current, thereby improving the device reliability. 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。 That is, if by providing a conventional step buffer layer lattice constant of InP substrate in which a larger to InAsP of the light receiving layer, it is necessary to set the InAsP composition tailored to the lattice constant as the window layer. 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。 Such InAsP layer composition resulting in a large lattice constant, generally, the light receiving sensitivity because of the absorption of toward the short wavelength side from the vicinity MWIR is deteriorated, resulting in an unclear image.

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。 Further, the imaging device may be configured to receive light in a wavelength range 1.0Myuemu~3.0Myuemu. 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 Thus, 1.0 .mu.m or more, the light-receiving element having sensitivity to below 3.0 [mu] m, fog, even under environments such as smoke or dust of the absorption spectrum of water MWIR (mid-infrared: 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。 The Wavelength InfraRed) since the effect of the absorption peak area (having a broad absorption in the wavelength range of 3.0μm greater) can be reduced can be obtained a clear image. 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。 Furthermore, since it imaging without performing auxiliary light irradiation, it is possible to completely remove the possibility that the irradiation light is damaged enters the human eye. 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。 Further, the maximum wavelength is 3.0 [mu] m, the reason is unknown at present, an attempt to receiving exceed 3.0 [mu] m, the quality of the epitaxial film of the light-receiving layer is deteriorated, the dark current low there is also a reason that can not be suppressed. 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。 Note that "to receive light in a wavelength range 1.0Myuemu~3.0Myuemu", as described above, it means to have no sensitivity in a wavelength range other than the wavelength region 1.0Myuemu~3.0Myuemu. 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。 This, from the top of the compound semiconductor characteristics that form the light receiving layer may be a case where the sensitivity is constrained within the wavelength range 1.0Myuemu~3.0Myuemu. 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。 In this case, the limit of the sensitivity on the long wavelength side and 2.0 .mu.m, may be 2.5 [mu] m. 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。 Moreover, especially for the realization of the limits 3.0 [mu] m on the long wavelength side may be provided with a filter for cutting light exceeding a wavelength 3.0 [mu] m.

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。 Vision enhancement device of the present invention is characterized by using any of the imaging apparatus described above. 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。 This configuration is the dark current is suppressed, it is possible to obtain images with less dark spots, it is possible to improve the level of visual field support. 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。 For example, in visual field support device in a conventional vehicle, the infrared light or near infrared light is irradiated toward the object, but imaging an object by receiving the reflected light, according to the above-described configuration, the universe of SWIR band since utilizing light, irradiating means is not required, it is possible to reduce manufacturing costs by simplifying the visual field support device. 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。 This will save the vehicle space and cost, in terms of promoting the spread of these devices is an important factor. 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。 Further, it is possible to avoid a problem of the in-vehicle space and manufacturing cost of the system combining detection of infrared light and near infrared light.

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。 In addition, because it does not irradiated with light, it is possible to avoid the damage caused by irradiation of the human eye, mechanism or system in order to avoid the light is not necessary. 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。 Such characteristics in the visual field support device of the present invention, when the vision enhancement device for a vehicle is mainly aims to detect a person in order to prevent bodily injury, particularly of great value.

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。 Further, (i) when receiving the infrared light, fog image becomes extremely blurry problem by absorption by water, etc., also in the case of receiving the radiation heat rays (ii) the object or organism, ambient temperature other than the organism the problem of such is difficult to detect human difference obtained with a small things or warmer with a device for receiving the SWIR cosmic light of the present invention can avoid without problems. 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。 Such characteristics, when the vision system for a vehicle it is important to ensure the safety running of the vehicle regardless of the running environment, have value.

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。 Also, the visual field support device of another aspect of the present invention, an apparatus used for vision enhancement in a vehicle, an imaging unit for imaging the front of the vehicle, and display means for displaying the image captured by the imaging means provided, characterized by using any of the imaging apparatus described above the imaging unit. 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。 According to this arrangement, the vision enhancement device is mounted on a vehicle, it is possible to nighttime driver forward vision and further obstacle to travel while recognizing more clearly.

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。 Further, yet another visual field support device of the present invention is an apparatus used for vision enhancement in a vehicle, an imaging unit for imaging the rear of the vehicle, and display means for displaying the image captured by the imaging means , and control means for driving and controlling the image pickup means and display means, characterized by using any of the imaging apparatus described above the imaging unit. 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。 According to this arrangement, the vision enhancement device is mounted on a vehicle, it is possible to nighttime driver rearward visibility and obstacles, travels while recognizing more clearly.

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。 Night vision of the present invention, the object at night an optical apparatus for visualizing, characterized by using the imaging device described above. 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。 Thus, without using the irradiation device, the light in the near infrared to infrared region reflected from the object, such as a luminous sensitivity by receiving, a clear night vision image can be obtained by the apparatus of simple structure . 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。 Therefore easily carried and can avoid the eye-safe problems caused by infrared light irradiation.

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。 Voyage support apparatus of the present invention is mounted on a ship, the apparatus having an optical device for recognizing a target object such as another ship, the optical device that, using the imaging device according to any one of the features. 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。 With this configuration, in all weather conditions, day and night, to clearly imaged difficult target object is an infrared camera when the temperature difference is had reduced with the surrounding, can be reliably recognized.

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。 Monitoring apparatus of the present invention is installed in a fixed point, the apparatus having an optical system for monitoring the monitored object, characterized by using the imaging device described above. 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。 Thus, without providing a light source for irradiating the object to be monitored in the monitoring device, the monitored object can be reliably caught. 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。 Here, the monitoring device, the monitoring device for monitoring the platform and there train track in order to avoid train accidents, monitoring device for capturing an image of the visitor is attached to the door phone and the like, determines whether the intruder monitoring apparatus for monitoring for, nursing care monitoring device for detecting a monitor, generation and its position of fire for urban prevention of indoor for sending video indoor monitoring to care center or the like for the purpose of a monitoring device such as for remote monitoring the position change or the like of each part informing the accident of a large apparatus such as dams weir from afar is applicable.

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。 Additional vision enhancement device, night vision, voyage support apparatus or monitoring apparatus, infrared light, it is possible to take a configuration without the light irradiation means of near-infrared light and visible light. 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。 This makes it possible to in-vehicle space, device space, to save installation location space, and reduces costs.

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。 The above-mentioned vision system for, night vision, voyage support apparatus or monitoring device can be configured without the light irradiation means for emitting light below wavelength 1.4 [mu] m. 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。 Thus, in particular there is no eye 1.4μm following light irradiation adversely affect human system that prevents irradiation of these light of the human eye is not required.

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。 The present invention, regardless of the state of the day and night and weather, the image pickup apparatus capable of obtaining a clear image, the visual field support device, it is possible to provide night vision device, the cruise assist system or monitoring device.

(実施の形態1) (Embodiment 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。 Figure 1 is a diagram showing an outline of an image pickup apparatus according to the first embodiment of the present invention. レンズなどの光学部品は省略してある。 Optical components such as lenses are omitted. 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。 Figure 2 is a diagram for explaining a light-receiving element array of the image pickup device. 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。 Figure 3 is a diagram illustrating one light-receiving elements of the light receiving element array 50 of FIG. 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。 In Figure 1, the image pickup device 70, light receiving element 10 formed on a common InP substrate 51 an epitaxial layer side, toward the multiplexer 71 with the mounting board functions are called epi-down mounted. 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。 A p-type region 9 and the p-electrode 7 is electrically connected to the epitaxial layer of the light receiving element 10, and the n-electrode 6 provided on the common n-type InP substrate 51 (1), is connected to the multiplexer 71 , sends electrical signals to the multiplexer receives the electrical signals in the light receiving elements in a multiplexer 71, and performs a process of forming a whole image of the object. 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。 n-electrode 6 and the p-electrode 7 are respectively solder bump 6b, 7b and is interposed are connected to the multiplexer 71 and electrically. 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。 The incident light is introduced through AR (Anti-Reflection) film 13 formed on the rear surface of the InP substrate 51, and is received by the pn junction 15 is the interface between the p-type region 9 and the light-receiving layer 3. 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。 p-type region 9 is introduced from the opening of the Zn diffusion mask 5 of SiN also serving as a protective film. 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。 Zn diffusion mask pattern 5, it is left with a polyimide film pattern 23 of the protective film formed thereon. 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。 The structure of the light-receiving element array and the light-receiving elements, with reference to FIGS. 2 and 3, will now be described in detail.

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。 2, the light receiving element 10 of the light receiving element array 50 is provided on a common InP substrate 51 (1). 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。 Current signal generated by receiving cosmic light of SWIR band in each light receiving element is fed to a multiplexer 71 which also serves as a mounting substrate as described above, the process of image formation is performed. 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。 Size and pitch of the light-receiving element, while changing the size of the array, varying the number of pixels. 図2に示す受光素子アレイ50は9万画素のものである。 Light-receiving element array 50 shown in FIG. 2 is of 90,000 pixels. 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。 Light-receiving element 10 shown in FIG. 3 includes a plurality of epitaxial films formed on the InP substrate 1, also used in forming the p-type region 9, a diffusion mask 5 for p-type impurity introduced They are leaving. 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。 The p-type region 9 is connected to p-electrode 7, are connected to etc. By the mounting substrate such as a multiplexer 71 wire solder bumps.

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。 Figure 4 is different from the light receiving element of the epi-down shown in FIG. 1 is a sectional view illustrating a light receiving element of the epi-up mounting. 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。 In the present invention, the light receiving element in the imaging device in epi-up mounting in epi-down mounting may be either. 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。 The light receiving element 10, on the n-type InP substrate 1, in order from the bottom, n-type InP buffer layer 2 / absorption layer 3 / InP window layer 4 / diffusion mask 5 / antireflection film (AR film: Anti-Reflection) 13 There has been located. 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。 p-type region 9 is formed of InP window layer 4 to the pn junction 15 in the light-receiving layer 3. 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。 Further, n-electrode 6 is positioned on the rear surface of the n-type InP substrate, p-electrode 7 is located on the surface of the InP window layer 4 of p-type region 9 is electrically connected to the wiring electrodes 27. 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。 In this embodiment, the light-receiving layer 3 receives light having a wavelength in the range of 1.0Myuemu~3.0Myuemu. 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。 Specifically, the light-receiving layer 3 is formed by GaInNAsP or GaInNAsSb or GaInNAs.

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。 Light-receiving element shown in FIG. 4 is epi-up mounting as described above, is incident light from the side of the epitaxial layer or the InP window layer 4. 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。 Photodiode in this embodiment, as described above, may be epi-down mounted in epi-up mounting, as shown in FIG. 5, the epi-down mounted, may be a type that the light incident from the back side of the InP substrate 1. 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。 For the light receiving element 10 of the epi-down mounting of FIG. 5, AR film 13 is applied to the rear surface of the InP substrate 1. 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。 Diffusion mask 5 of SiN serving as the InP window layer 4, p-electrode 7 and the protective film is provided as in the case of epi-up mounting. 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。 For epi-down mounting shown in FIG. 5, InP etc. InP substrate because transparent SWIR band light, without SWIR band light is absorbed, and reaches the pn junction 15 of the light-receiving layer 3. 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。 Also in the structure of FIG. 5, the light receiving layer is formed by GaInNAsP or GaInNAsSb or GaInNAs. 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。 Also in the subsequent example of the present invention, unless otherwise specified, it is the same.

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。 A p-electrode 7, and the n-electrode 6 may be arranged in positions facing each other between the InP substrate 1 as shown in FIG. 4, the same side of the InP substrate 1 as shown in FIG. 5 it may be arranged in positions. 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。 If the structure shown in FIG. 5, and the light receiving elements 10 of the light receiving element array 50 shown in FIG. 2 and the integrated circuit are electrically connected by flip chip mounting. 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。 In the light receiving element of the structure of FIGS. 4 and 5, the light reaching the pn junction 15 is absorbed, it generates a current signal, as described above, is converted to the image of each one pixel through the integrated circuit.

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。 InP substrate 1 is preferably set to off-angle substrate which is tilted [111] direction or the [11-1] direction 5 ° to 20 ° from the (100). 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。 More desirably, tilting [111] direction or the [11-1] direction 10 degrees to 15 degrees from the (100). 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。 By using such a large off-angle substrate, n-type InP buffer layer 2 defect density and excellent small crystalline, light-receiving layer 3 (GaInAsSb layer, GaInAsSb layer, or GaInNAs layer), and obtain the InP window layer 4 be able to. 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。 As a result, the dark current is suppressed, it is possible to obtain a dark point less absorption layer. 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。 Therefore, it is possible to obtain a cosmic light of weak SWIR band by receiving light-receiving layer to improve greatly the performance of a device for imaging. 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。 That action having the light receiving element formed by using the off-angle substrate is particularly useful for improving the quality of the imaging device for imaging by receiving cosmic light.

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。 Large off angle as described above, never been proposed for the InP substrate, which was first confirmed by the present inventors, significant in the case of growing a good crystallinity of the epitaxial film on an InP substrate it is an element. 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。 For example, very and is capable of emitting and receiving the long wavelength region, a compound semiconductor containing N, for example GaInNAs, unless an InP substrate of a large off-angle as described above, in fact, sufficient for practical use , it is impossible to be formed as an excellent epitaxial axial layers. 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。 That is, unless an InP substrate of a large off-angle as described above, a compound semiconductor containing N, for example, GaInNAs suppresses dark current does not become a light receiving layer with reduced dark spot. 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。 As a result, it is impossible to obtain a sharp image using the space light weak SWIR band. 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。 Not only GaInNAs was raised in the above example, the off-angle of the InP substrate also GaInNAsP and GaInNAsSb, large angular range as described above, the same in that they are required to obtain good crystallinity.

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。 The light receiving element 10 shown in FIGS. 4 and 5, it comprises an InP window layer 4 positioned so as to cover the light-receiving layer 3. 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。 Because the lattice constant of the light-receiving layer 3 is the same as the lattice constant of the InP substrate 1 can be formed on the light-receiving layer 3, the InP window layer 4 have a reputation by reducing the dark current. 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。 Therefore, to suppress the dark current, thereby improving the device reliability. 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。 That is, as shown in FIG. 25, in the conventional light receiving element 110, to increase the lattice constant of InP substrate 101 to InGaAs103a the light receiving layer by providing the steps buffer layer or graded layer 102a. 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。 In such an arrangement, the window layer is required to be InAsP window layer 104a having a composition tailored to the lattice constant of the light-receiving layer 103a. 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)。 InAsP window layer 104a of the composition resulting in such a large lattice constant, in general, become poor light sensitivity due to the absorption of toward the short wavelength side from the vicinity MWIR, becomes unclear image is particularly juicy Environment (see FIG. 22). 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。 The light receiving element 10 shown in FIGS. 4 and 5, since the light-receiving layer 3 are aligned in almost the same lattice constant as InP substrate 1, can be used InP layer to the window layer, it is possible to suppress the dark current low.

(実施の形態2) (Embodiment 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。 Figure 6 is a diagram illustrating a vision enhancement device according to a second embodiment of the present invention. 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。 The visual field support device, in order to support the front of the driver's view at night operation of the vehicle, is mounted on a vehicle. 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。 The vehicle, a light-receiving element array described in the first embodiment, the imaging apparatus 70 including a like optical element such as a lens (not shown), a display monitor 65 for displaying the captured image, the control apparatus for driving and controlling these 60 and is mounted. 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。 Further, FIG. 7, to support the rear of the driver's view at night operation of the vehicle, it is mounted on a vehicle. 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。 Attached to the rearward to the rear of the motor vehicle, an image captured by the imaging device 70 including the light-receiving element array, optical elements such as lenses or the like of the first embodiment, is displayed at the top front of the display device 65 of the driver. 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。 The imaging device 70 and the display device 65 is driven and controlled by a control device 60.

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。 In a conventional vision system for a vehicle, to an image by receiving the reflected light or emitted light in the infrared region from the object, it has the following problems. 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。 When using the reflected light, the light source is required, it requires mounting space and the cost increase. 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。 In the case of using the object of radiant heat, pedestrians wearing non heating element and the body warmer than humans for recognition is difficult, it is necessary in conjunction with recognition means other than infrared cameras. 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。 Also, when using a light source, depending on the wavelength region used influence on the human body, that is, the eye-safe necessary measures.

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。 In vision enhancement device of the present embodiment, an extra light source or eye-safe measures as described above is not required. また、撮像対象の発熱、非発熱を問わない。 Further, heat generation of the imaging object, regardless of the non-heating. 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。 Moreover even in an environment containing moisture such as fog, it is possible to obtain a clear image of the object. 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。 Therefore it is possible to provide a visibility assist device for a superior vehicle at night. 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。 It utilizes the reflected light of cosmic light of SWIR band from the object, and the dark current is sufficiently small, is because by using a light receiving element having an excellent dynamic range (S / N).

(実施の形態3) (Embodiment 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。 Figure 8 is a diagram showing a configuration of a night vision device in a third embodiment of the present invention. 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。 The night vision device 510, the imaging unit of the object, is characterized in that using the image pickup device obtained by modifying the two-dimensional array plane of the imaging device 70 or a light receiving element such as a curved surface in the first embodiment of the present invention. 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。 The above imaging apparatus 70, it is possible to suppress has a high light receiving sensitivity in the near infrared to infrared region, and dark current, it is not necessary to incorporate a light source such as an infrared light emitting device in the night vision device, the as later explained, in comparison with the conventional infrared light source built-in night vision device, it is possible to bring about essential difference in basic performance of the night vision device.

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、 Near infrared to infrared light, such as cosmic light reflected by the object passes through the objective lens,
光電面部70において結像する。 To form an image in the photoelectric surface 70. 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。 Current obtained by photoelectric conversion in the photoelectric surface 70 is amplified by any means currently used, is converted into an image display on the display unit. 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。 Display surface, in accordance with the mechanism of amplification, for example may be a liquid crystal display as long as the type of amplifying by an amplifier circuit taken out current for each pixel in the photoelectric surface, when amplified by the image intensifier is displayed on the phosphor screen it may be viewed through the eyepiece lens Te. 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。 Image intensifier, a microchannel plate MCP to double electron image is converted by the photoelectric surface, disposed behind the MCP, and a fluorescent surface which converts the electron image back to an optical image, distribution behind the fluorescent screen configured to set is subject image is converted to an optical image from a fiber plate for transmitting divided into pixels.

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。 Conventional night vision devices, by arranging the infrared light-emitting diode in the body, by receiving the infrared light reflected by the object was to obtain a night vision image of a subject originates from the infrared light emitting diode. 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。 However, the night vision device 510 of this embodiment, since to form the photoelectric surface 70 by a two-dimensional array or the imaging device of the light-receiving element 10 described in the first embodiment, the light-receiving layer having a high sensitivity in the near infrared region used. 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 Therefore, without arranging the infrared light emitting diode or the like in the body, cosmic light reflected by the object (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。 glow) etc. by receiving, it is possible to obtain a clear night vision image practically no problem level. 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。 This results in convenient carrying is lighter and smaller, also can avoid eye safety problems caused by infrared radiation. 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。 Furthermore, in the case of animals observed, for certain animals (e.g. snake) is aware of the infrared radiation, the night vision apparatus, in particular the dynamics observation or the like at night the animal, can be suitably used.

(実施の形態4) (Embodiment 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。 Figure 9 is a perspective view for explaining a night voyage support apparatus 520 according to the fourth embodiment of the present invention. 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。 Referring to FIG. 9, the night voyage support apparatus 520 includes a configured radar device and the like radar antenna. 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。 The radar antenna is installed in vantage position on the ship, it is rotated in a horizontal plane by a control circuit, not shown, to capture the target object, such as other ships existing in the surroundings. 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。 Further, radar indication device located within the hull is the instruction unit for displaying the target object captured by the radar antenna, and outputs a signal representing the relative position of the target with respect to the ship.

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。 The camera 521, as shown in FIG. 9, is disposed at a predetermined position on the ship (the position of a predetermined distance from the radar antenna). 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。 The camera 521 has a feature in that image pickup device 70 including the light-receiving layer 3 described in the first embodiment is incorporated. 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。 The camera 521 is, for example, is mounted on the camera mount including a motor for horizontal and vertical axes can be controlled about a vertical axis, and its orientation about a horizontal axis. 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。 Camera 521, a target is captured by the radar instruction unit, the target object is activated when it is selected to target shooting. 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。 Further, the motor of the horizontal and vertical axes included in the camera mount is driven to be able to continue to display this goal indicator continues captured by the camera 521. 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。 For tracking shot by such a camera 521, and a target tracking calculator. 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。 When a predetermined target object is set to the tracking target, the target tracking calculator along with activating the camera 521, the drive control of the motor included in the camera mount is started, to start tracking shooting target to the camera 521 .

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。 Infrared camera has been used conventionally, in order to detect the infrared light emitted from the temperature difference and the target with the surroundings and the target, it was difficult to detect such target object no ambient and temperature difference. 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。 Also, if separately provided infrared irradiation means, it is difficult to obtain the amount of required infrared light over a wide range. 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。 The camera 521, since the built imaging device 70 in the first embodiment as described above, excellent sensitivity in the near-infrared region, it is not necessary to use the temperature difference, day or night, not affected by sea surface temperature . 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。 Since having a high sensitivity to less susceptible wavelength range affected by water vapor, less affected by rain, fog, and a target even at night can clearly capture.

(実施の形態5) (Embodiment 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。 Figure 10 is an explanatory view of the principle of the laser radar at the core of the night voyage support apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. 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。 Laser radar of the present embodiment is characterized in that the camera incorporating the imaging device 70 shown in the first embodiment are arranged. 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。 Turning frame for pivoting the laser radar has a function of turning the change of elevation is controlled by a control circuit.

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。 The laser radar camera is positioned, a laser head, the light-sending optical system, a zoom lens for receiving light, such as a camera head is positioned. 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。 Laser head is constituted by a semiconductor laser that emits invisible ultrashort pulsed laser light having a wavelength band in the near-infrared region. 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。 The camera head is composed of a camera 521 for receiving the pulsed laser beam reflected.

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。 With reference to FIG. 10, a description will be given of the principle of the laser radar night voyage support apparatus of the present embodiment. 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。 Pulsed laser light is emitted toward the object, in its middle, there are suspended particles such as rain, fog. 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。 First, when the laser beam is sending toward the object from the laser, the shutter of the camera 521 are closed, the light reflected by the suspended particles, such as rain, fog present in front of the object on the shutter intercepted, the camera 521 does not reach. 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。 Then, as shown in FIG. 10, the light is reflected to reach the object by opening the shutter only at the moment the reflected light reaches the camera 521, receives only reflected light from the object in a specific distance can do.

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。 The laser radar of the above, the distance to the object can be set by adjusting the timing of opening the shutter, also by using the camera 521 of the high sensitivity, day and night, and adverse weather conditions and high wave like rain, fog when in even the, it is possible to observe only the object to reduce these effects greatly. 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。 Further, the object of the non-ferrous, e.g., and sea floating substances wooden and plastic small vessel can also be clearly visible to the shape. 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。 Furthermore, in the above camera 521, the image pickup apparatus 70 shown in the first embodiment, since used in combination with image intensifier functional components, for example the rain, fog wavelength range of the laser beam of the laser radar effect can be set in the near infrared region less susceptible to, it is possible to obtain a clearer image.

(実施の形態6) (Embodiment 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。 Figure 11 is a diagram showing a train accident avoidance device according to a sixth embodiment of the present invention. 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。 Features of this embodiment is that incorporating the imaging device 70 shown in the first embodiment to the TV camera 531. 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。 11, the train accident avoidance device images the predetermined range, the TV camera 531 to be monitored to discover the abnormality determining unit, an obstacle TV camera 531 is entering the train track, accident occurrence to cope with a high speed so as not to include a central monitoring device, and an emergency information output unit for notifying the emergency has occurred.

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。 TV camera 531, a predetermined range is provided one or a plurality to monitor the entire length of the laid down by the train track for example on the platform on site. 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。 Imaging area of ​​the TV camera 531 in the case of one installation is a train in front of a train track and the platform.

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。 The above TV camera 531, since the image pickup apparatus 70 shown in FIG. 1 is incorporated, it is possible to obtain a clear image, also in less susceptible wavelength range the influence of water even when there is rain, fog since having a high sensitivity, without being affected by the weather, it is possible to perform a reliable monitoring. 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。 Moreover, it is not necessary to the irradiation of infrared rays, it is possible to avoid eye safety problems for many passengers.

(実施の形態7) (Embodiment 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。 Figure 12 is a diagram showing a visitor monitoring device in the seventh embodiment of the present invention. 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。 The visitors monitoring device 540 is composed of a parent unit and a child unit of a camera-equipped intercom. 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。 Slave unit is provided on the door, visitors press the button on the door chime, it is taken through the filter. 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。 Master unit is provided indoors, the image of the visitor picked up by the slave unit of the camera is displayed on the display screen of the master unit.

図13は、子器に設けられたカメラ541を示す図である。 Figure 13 is a diagram illustrating a camera 541 provided on the slave unit. 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。 The camera 541, the imaging device 70 shown in FIG. 1 is incorporated, for imaging visitors. 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 In this embodiment, using an imaging device 70 having a light receiving layer having a high sensitivity to the near infrared region to infrared region, for example, cosmic light (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。 Since identify the visitor by the reflection of the glow), as in the conventional door intercom with camera, there is no need to mount an infrared light-emitting element in the slave unit. 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。 Therefore, since the infrared light emitting element forms a virtual image of the infrared light emitting elements around the image of the visitor is reflected by the filter, there is no such problem, cylindrical around the camera to prevent it there is no need to provide a wall or the like. 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。 Further, it is possible to avoid eye safety problems due to infrared radiation, it is possible to further omit the source power of the light source such as infrared emission LED. 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。 Therefore, the structure can be simplified in slave unit of a camera-equipped intercom, saving power consumption, it is possible to avoid eye safety problems. 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。 Moreover, cosmic natural light because it is day or night constant, it is possible to obtain a clear picture with no visitors discomfort caused like the difference between day and night.

(実施の形態8) (Embodiment 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。 Figure 14 is a diagram showing an intruder detection device 550 according to the eighth embodiment of the present invention. 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。 Monitoring camera 551 is arranged so as to be able to monitor the outside transparent window surface over mounted indoors. 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。 A surveillance camera 551, incorporates the image pickup apparatus 70 shown in FIG. 1 of the first embodiment, has a high sensitivity in the near infrared to infrared region. 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。 Photographed in the monitoring camera 551, the image is sent to the processor, detects the corresponding person in the image processing, further measures the dwell time in the vicinity of the window surface, the possibility of the prescribed time for example, penetration is determined to a large in the case of more than stagnation time of 1 minute that is, it is determined that the intrusion prospective.

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。 Monitoring camera 551 in the present embodiment, since the built-in image pickup device 70 having a high sensitivity in the near infrared to infrared region, characterized in that there is no need to provide an infrared illuminator. 監視カメラ551は、人物の宇宙光(night Surveillance camera 551, cosmic light of the person (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。 It is possible to detect intrusions prospective with high discrimination power by receiving the reflected light of the glow). 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。 Therefore, it is possible to simplify the construction of this type of monitoring device. 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。 Moreover, in the intruder monitoring apparatus, in particular since the focus infrared radiation toward the imaging subject, it is possible to avoid the trouble of the problem of easy eye-safe. 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。 In the case of such multiple intruders, but difficult to obtain a sharp image for intruders when infrared irradiation, if not infrared irradiation, it is possible to obtain a clear information.

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。 Although not shown, of the type described above and other conventional monitoring devices had an essential arrangement of the infrared LED as a light source. 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。 For example on either side of the surveillance camera (wings) is disposed a substrate to be changed freely facing angle between the front by a motor drive, a plurality of light-emitting LED was mounted on the substrate. 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。 By irradiating monitoring range by infrared ray from the light emitting LED, the monitoring camera captures by receiving the reflected light. 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。 The lens of the surveillance camera, if you replace wide standard or from the wide-angle, as the standard, or if the changed monitoring area, obtains the luminance data of the video signal from a surveillance camera, obtains the luminance distribution, detects a luminance distribution Was. 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。 If the brightness is not uniform, the brightness distribution by changing the irradiation angle of the light emitting LED by changing the facing angle of the substrate by driving the motor is made to be uniform.

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。 In contrast, in the monitoring camera 551 in the modification of the present embodiment shown in FIG. 15, since use of the imaging device 70 having a high sensitivity in the near infrared to infrared region, monitor the dark used to monitor If you, emitting LED performs a clear imaging even without, it is possible to accurately detect the luminance distribution. さらに、宇宙光(night In addition, the cosmic light (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。 Since the reflected light of the glow) sensitively can be received, regardless of whether in the case or if the reverse were extensively the imaging range by the lens to the wide angle, the substrate with the light emitting LED, a motor for changing the angle, the control etc. can be omitted apparatus, the configuration of the monitoring device can be very simple.

(実施の形態9) (Embodiment 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。 Figure 16 is a diagram for explaining the interior monitoring device 560 according to the ninth embodiment of the present invention. 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。 16, a surveillance camera 561 includes an imaging device 70 shown in FIG. 1 is incorporated, is disposed so as to image the interior of the home. 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。 The sensor terminal is formed integrally with the surveillance camera, and processes the image captured by a monitoring camera, by calculating the human presence probability or the like and is configured to determine the occupancy of a person . 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。 The determination result of the sensor terminal, via a LAN, is notified to the home terminal, notifies to the center of the center terminal from the home terminal via a telephone line is made.

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。 As long by incorporating an imaging device 70 described above, it may be used artificial retina camera or the like to the monitoring camera 561. 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。 In the infrared camera, which has been conventionally used, to the living space throughout the room resident by an infrared lamp (the caregiver), at all times, it is necessary to irradiation, could not ignore the impact on the care of infrared light irradiation It was. 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。 Further, in the fixed point monitoring, it becomes unclear expressions and operating the caregiver at a location to become the shadow of the irradiation, there is a case where the corresponding delays. 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。 Monitoring camera 561, since the image pickup apparatus 70 has a high light receiving sensitivity in the near infrared to infrared region, without infrared radiation, even under also illuminated under darkness can imaging sensitivity, the above human existence probability the can be calculated accurately, it is possible to eliminate the corresponding delays.

(実施の形態10) (Embodiment 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。 Figure 17 is a diagram for explaining the urban disaster-prevention monitoring system according to the tenth embodiment of the present invention. 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。 The city disaster-prevention monitoring system 570, fire automatically and can detect, can facilitate specific for the place of occurrence. 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。 Its configuration, for example, a camera stand provided on the roof of the building, housing the surveillance camera 571 in the camera housing mounted on the swivel base on its top. 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。 A surveillance camera 571 of this embodiment is characterized in that the imaging device 70 shown in FIG. 1 is incorporated. 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。 Therefore, it is possible to detect the infrared light emitted from the fire, good sensitivity.

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。 In this monitoring apparatus, by driving the swivel base for mounting a surveillance camera, changing the imaging direction of the monitoring camera 571, by monitoring the angle at that time, capturing an infrared image of the pre-defined area in the city can do. 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。 An image signal processing, if recognizing a localized heat source, it is possible to detect the fire site. 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。 The imaging direction of the monitoring camera 571 at that time, using a monitoring device, by plotting the coordinate axes superimposed on overhead view, you are possible to determine the fire place accurately. 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。 The infrared camera has been used conventionally, when imaging the infrared light emitted from the flame in the infrared camera, part of the large flame extremely bright, to produce halation, it may elsewhere is unclear, the recognition and the surrounding circumstances of the flame, it is difficult to perform at the same time. 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。 However, the monitoring camera 571 of this embodiment, the imaging device 70 is incorporated, to detect light in the near infrared region, without causing halation even when a flame is detected the fire position and ambient field conditions to accurately be able to.

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。 Although not shown, in another conventional urban disaster-prevention monitoring system, using a monitoring camera to image the infrared radiation of the flame as a detection sensor of a fire, the image processing near-infrared image captured by the monitoring camera the fire distinguishing device detects it reliably to generate early fire and had made certain fire place. 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。 In such a city disaster prevention supervisory device according to the tenth embodiment of the present invention over conventional urban disaster-prevention monitoring system, a monitoring camera to image the infrared radiation of the flame, incorporating the image pickup device 70 shown in FIG. 1 . 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。 Therefore, by image processing of the near infrared image captured by the monitoring camera in a different city disaster prevention supervisory device in the form 10 of the present embodiment, irrespective of the weather conditions, reliably detect it early fire and, and it is possible to perform a particular fire place. 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。 Further, by adding the function of the fire determination device, allowing the acquisition of temperature information of the check and high accuracy due to image a fire situation according to the near-infrared image.

(実施の形態11) (Embodiment 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。 Figure 18 is a diagram for explaining a remote monitoring device 580 according to an eleventh embodiment of the present invention. 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。 The remote monitoring system 580, time of the electric wiring at the time of monitoring of day and night is required. また、夜間監視時に、夜間照明が不要である。 In addition, at the time of nighttime surveillance, night lighting is not required. 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。 In this embodiment, the monitoring camera 581 is characterized in that the imaging device 70 is incorporated as shown in FIG.

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。 In the remote monitoring system, for monitoring the facility from a remote location using a monitoring camera 581, there is no need to place a light storing substance such as the monitored location, facilities to be monitored is not particularly limited, be anything. 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。 For example check dam weep holes, dam water level and sedimentation level display lines, plant equipment, house, building structures, controlled area of ​​the shelf padlock, and the like observation equipment installed in the mountains.

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。 Without the phosphorescent material and the like, it is possible to omit the material cost and man-hour of the update associated with the initial placement and aging of the phosphorescent material. 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。 Further, it is possible to solve a problem that occurs when it is not possible to place a phosphorescent material over a wide range. 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。 That, and intruders from the path that does not place a phosphorescent material, surrounding conditions during heavy rain, can not be grasped be arranged locally phosphorescent material, when using a surveillance camera 581 includes an imaging device 70, a near has a high light receiving sensitivity to the outer-infrared region, even without using an infrared light emitting device, it is possible to obtain a clear image. また、赤外線投光器(赤外発光装置)は、当然、不要である。 The infrared light projector (infrared emitting device) is, of course, is not necessary. 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。 As a result, it is possible to realize simplification of the apparatus, size reduction, cost savings and the like.

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。 Then in order to show the characteristic of the imaging device, the present invention examples C1~C3 and Comparative Example A, to prepare a B, comparison of characteristics (dark current and sensitivity spectrum). まず、各撮像装置の製作条件を説明する。 First, the fabrication conditions of the imaging devices.
(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。 (Embodiment C1): an epitaxial layer as shown in FIG. 4 to produce structural light receiving element 10 of which is on the incident side. 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。 Electrodes and each of the epitaxial layers, toward the incident surface to the InP substrate was sequentially the following configuration. SiO 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=1×10 16 cm −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 SiO 2 based AR (Anti-Reflection) film 13 / p-electrode 7 and a diffusion mask 5 / InP window layer 4 (thickness d = 1.5 [mu] m), Zn diffusion region (p-type region) 9 and n-type GaInNAsP layer 3 ( Si-doped: concentration n = 1 × 10 16 cm -3 , d = 1μm, P: adding P in the low eye range 0.01~1At% to GaInNAs) / n-type InP buffer layer 2 (d = 2μm) / n-type InP substrate 1 (S doped) / n-electrode 6

上記受光素子は次の作製方法によって作製する。 The light receiving element is prepared by the following manufacturing method. 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1×10 16 cm −3 、d=1μm)、ノンドープInP窓層4(d=1.5μm)をOMVPE(OrgannoMetal 2 inches square of S-doped n-type InP substrate 1 to the n-type InP buffer layer 2 (d = 2μm), GaInNAsP layer 3 of Si and lightly doped (carrier concentration 1 × 10 16 cm -3, d = 1μm), a non-doped InP window layer 4 (d = 1.5μm) 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。 Vapor Phase Epitaxy: by metal organic chemical vapor deposition) method, were sequentially epitaxially grown. エピタキシャル成長温度は520℃とした。 Epitaxial growth temperature was 520 ℃. 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。 The raw material, trimethylindium (TMIn), triethylgallium (TEGa), tertiary butyl arsine (TBAs), tertiary butyl phosphine (TBP), dimethyl hydrazine (DMHy), was used tetraethyl silane (TESi).

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。 The InP substrate 1, using an off-angle substrate that is inclined 13 degrees to the direction (111) from (100). GaInNAsP受光層(格子定数a )と、InP基板(格子定数a)との格子不整合度|(a −a)/a|は、0.1%(0.001)であった。 GaInNAsP receiving layer (lattice constant a 1), the lattice mismatch between the InP substrate (lattice constant a) | (a 1 -a) / a | was 0.1% (0.001). 格子不整合度は常に0.2%以下を実現することができた。 Lattice mismatch is always able to achieve a 0.2% or less. 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。 The InP buffer layer 2 on the InP substrate 1, at the stage where grown and GaInNAsP layer 3, was investigated photoluminescence (PL) spectra growth was suspended.

GaInNAsP層のPLスペクトルを図19に示す。 The PL spectrum of GaInNAsP layer shown in FIG. 19. 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。 The horizontal axis represents the wavelength ([mu] m), and the vertical axis is the photoluminescence intensity (arbitrary scale). 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。 Photoluminescence intensity of GaInNAsP layer is weak in the following wavelength 2.4μm but began growing at about 2.45Myuemu, it showed a peak at a wavelength of 2.6 [mu] m. 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。 From PL spectra, it can be seen the band gap of the GaInNAsP light receiving layer is about 0.48 eV.

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。 Based on the above results, in the following manner, to prepare a dark current and sensitivity (quantum efficiency) (photodiode of FIG. 4) the light-receiving element for measurement. (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。 (100) from (111) direction 13 degrees inclined off-angled InP substrate 1 epitaxially grown wafer on, i.e. a wafer composed of InP substrate 1 / InP buffer layer 2 / GaInNAsP absorption layer 3 / InP window layer 4 using to prepare a PIN photodiode Te. 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。 At this time, the SiN film 5 to form a p-type region 9 to reach the GaInNAsP layer 3 by selective diffusion of Zn using the mask to form a pn junction 15 in GaInNAsP layer 3. さらに、p部電極7、n部電極6、SiN拡散マスク5、SiO 系AR膜13を、図4に示すように形成した。 Further, the p-electrode 7, n-electrode 6, SiN diffusion mask 5, SiO 2 based AR film 13 was formed as shown in FIG. 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。 Since n-type impurity concentration of the light-receiving layer is low, i-type: sees (intrinsic intrinsic semiconductor), to call a PIN photodiode is customary. 以下の本発明例C2、C3でも同様である。 The same applies to the following inventive examples C2, C3.

(本発明例C2):図4に示す構造の受光素子10を作製した。 (Embodiment C2): to produce a light-receiving element 10 of the structure shown in FIG. 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。 In the present invention example C2, the GaInNAsP the absorption layer 3 of the invention sample C1, with the difference that turned into GaInNAsSb. 受光径は30μmとした。 The light-receiving diameter was 30μm. 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。 Electrode and the epitaxial layer, in order from the incident side surface to the InP substrate, and the following configuration. SiO 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=1×10 16 cm −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 SiO 2 based AR (Anti-Reflection) film 13 / p-electrode 7 and a diffusion mask 5 / InP window layer 4 (thickness d = 1.5 [mu] m), Zn diffusion region (p-type region) 9 and n-type GaInNAsSb layer 3 ( Si-doped: concentration n = 1 × 10 16 cm -3 , d = 1μm, Sb: adding Sb in the low eye range 0.1~10At% to GaInNAs) / n-type InP buffer layer 2 (d = 1μm) / n-type InP substrate 1 (S doped) / n-electrode 6

上記受光素子は次の作製方法によって作製する。 The light receiving element is prepared by the following manufacturing method. 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1×10 16 cm −3 、d=1μm)、ノンドープInP窓層(d=1.5μm)をMBE(Molecular The S-doped n-type InP substrate 1 of the two-inch square n-type InP buffer layer 2 (d = 1μm), GaInNAsSb layer of non-doped (carrier concentration 1 × 10 16 cm -3, d = 1μm), a non-doped InP window layer (d = 1.5μm) and MBE (Molecular
Beam Epitaxy)法により、順次、エピタキシャル成長した。 By Beam Epitaxy) method, sequentially, epitaxially grown. エピタキシャル成長温度は490℃とした。 Epitaxial growth temperature was 490 ℃.

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。 The InP substrate was used off-angle InP substrate 1 which is inclined 15 degrees from the (100) (1-11) in the direction. 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。 After the epitaxial layer is laminated on the off-angled InP substrate 1 including the GaInNAsSb layer 3 above were measured photoluminescence (PL) spectra. その結果を図20に示す。 The results are shown in Figure 20. 横軸は波長(μm)であり、縦軸はPL強度(任意目盛)である。 The horizontal axis is the wavelength ([mu] m), and the vertical axis indicates PL intensity (arbitrary scale). 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。 According to FIG. 20, but up to about the wavelength 2.8μm is lower PL intensity initially increases rapidly from around 2.86Myuemu, having a peak at 2.95μm. 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。 The peak value indicates that the band gap wavelength of the GaInNAsSb absorption layer in this embodiment is 2.95Myuemu, i.e., 0.42 eV.

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。 Based on the above experiments, the following method, to prepare a dark current and sensitivity (quantum efficiency) (photodiode of FIG. 4) the light-receiving element for measurement. (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。 From (100) (111) direction 13 degrees inclined off-angled InP substrate 1 epitaxially grown wafer on, i.e. a wafer of (off-angle InP substrate 1 / InP buffer layer 2 / GaInNAsSb absorption layer 3 / InP window layer 4) used to prepare a PIN photodiode. 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。 At this time, the SiN film 5 as a mask by selective diffusion of Zn, to form a pn junction 15 in GaInNAsSb layer 3 to form a p-type region 9 to the n-type GaInNAsSb layer 3. さらに、p部電極7、n部電極6、SiO 系AR膜13を、図4に示すように形成した。 Further, the p-electrode 7, n-electrode 6, SiO 2 based AR film 13 was formed as shown in FIG.

(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。 (Embodiment C3): a light receiving element having the same structure as FIG. 4, to prepare a light-receiving layer 3 as a GaInNAs layer. 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。 Therefore, the light receiving layer of the present invention Example C1 is GaInNAsP, light-receiving layer of the present invention Example C2 is compared to a GaInNAsSb, with the difference that a GaInNAs invention sample C3. 受光径は30μmとした。 The light-receiving diameter was 30μm. 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。 Electrode and the epitaxial layer, from the incident surface to the InP substrate was sequentially the following configuration. SiO 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=1×10 16 cm −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 SiO 2 based AR (Anti-Reflection) film 13 / p-electrode 7 and a diffusion mask 5 / InP window layer 4 (thickness d = 1.5 [mu] m), Zn diffusion region (p-type region) 9 and n-type GaInNAs layer 3 ( Si-doped: concentration n = 1 × 10 16 cm -3 , d = 1μm, n concentration: GaInNAs in 5at%) / n-type InP buffer layer 2 (d = 1 [mu] m) / n-type InP substrate 1 (S doped) / n part electrodes 6

上記受光素子は次の作製方法によって作製する。 The light receiving element is prepared by the following manufacturing method. 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1×10 16 cm −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。 N-type InP buffer layer S-doped n-type InP substrate 2 inch square (d = 1μm), GaInNAs layer of non-doped (carrier concentration 1 × 10 16 cm -3, d = 1μm), a non-doped InP window layer (d = 1 the .5μm) by MBE, sequentially, epitaxially grown. エピタキシャル成長温度は490℃とした。 Epitaxial growth temperature was 490 ℃.

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。 The InP substrate was used off-angle InP substrate that is inclined 15 degrees from the (100) (1-11) in the direction. 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。 After stacking the epitaxial layer including a GaInNAs layer above the off-angle InP substrate was measured photoluminescence (PL) spectra. その結果を図21に示す。 The results are shown in Figure 21. 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。 The horizontal axis is the wavelength ([mu] m), and the vertical axis is the photoluminescence intensity (arbitrary scale). 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。 According to FIG. 21, but up to about the wavelength 1.8μm is lower PL intensity initially increases rapidly from around 1.9 .mu.m, with a peak at 2.0 .mu.m. 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。 The peak value indicates that the band gap wavelength of the GaInNAs absorption layer in this embodiment is 2.0 .mu.m, i.e., 0.62 eV.

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。 Based on the above experiments, the following method, to prepare a dark current and sensitivity (quantum efficiency) (photodiode of FIG. 4) the light-receiving element for measurement. (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。 From (100) (111) direction 13 degrees inclined off-angled InP substrate 1 epitaxially grown wafer on, i.e. a wafer of (off-angle InP substrate 1 / InP buffer layer 2 / GaInNAs absorption layer 3 / InP window layer 4) used to prepare a PIN photodiode. 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。 At this time, the selective diffusion of Zn and the SiN film 5 as a mask, to form a pn junction 15 in GaInNAs layer 3 to form a p-type region 9 to the n-type GaInNAs layer 3. さらに、p部電極7、n部電極6、SiO 系AR膜13を、図4に示すように形成した。 Further, the p-electrode 7, n-electrode 6, SiO 2 based AR film 13 was formed as shown in FIG.

(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。 (Comparative Example A): in the same manner as in Inventive Example C1 to C3, to produce a light-receiving element shown in Figure 24. 図24に示す受光素子110の構造は次のとおりである。 Structure of the light-receiving element 110 shown in FIG. 24 is as follows. SiO 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In 0.53 Ga 0.47 As層103/n型InPバッファ層102/n型InP基板101/n部電極106 SiO 2 based AR (Anti-Reflection) film 113 / SiN film 112 / p-electrode 107 and the diffusion mask 105 / InP window layer 104, Zn diffusion region (p-type region) 109 and n-type an In 0.53 Ga 0.47 As layer 103 / n-type InP buffer layer 102 / n-type InP substrate 101 / n-electrode 106

受光層の材料がn型In 0.53 Ga 0.47 As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。 Point material of the absorption layer is n-type In 0.53 Ga 0.47 As layer 103, only differs from the present invention Example C1 to C3, the other parts such as InP window layer 104 is the same as Working Example is there. 受光径も3.0μmと同じとした。 The light-receiving diameter was also the same as 3.0μm. 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。 Although not shown, the wavelength at the peak of the PL spectrum of a light-receiving layer of the Comparative Example A is 1.6 [mu] m, has a band gap of about 0.76 eV. 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。 Based on the above results, in the same manner as Working Example C1 to C3, to produce a dark current and sensitivity photodiode for (photon efficiency) measurement.

(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。 (Comparative Example B): it was to prepare a light-receiving element shown in Figure 25 as Comparative Example B. 図25の受光素子110の構造は次のとおりである。 Structure of the light-receiving element 110 of Figure 25 is as follows. SiO 系AR(Anti-Reflection)膜113/SiN膜112/p部電極107および拡散マスク105/InAs 0.60.37窓層104a、Zn拡散領域(p型領域)109およびn型In 0.8 Ga 0.2 As層103a/傾斜組成InAsPバッファ層102a/n型InP基板101/n部電極106 SiO 2 based AR (Anti-Reflection) film 113 / SiN film 112 / p-electrode 107 and the diffusion mask 105 / InAs 0.6 P 0.37 window layer 104a, Zn diffusion region (p-type region) 109 and n-type In 0.8 Ga 0.2 As layer 103a / graded composition InAsP buffer layer 102a / n-type InP substrate 101 / n-electrode 106

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In 0.8 Ga 0.2 As受光層103aを用いている。 Step buffer layer on an InP substrate 101 so on are increased gradually lattice constant overlapping (graded layer) 102a, are used In 0.8 Ga 0.2 As light receiving layer 103a with a reduced band gap. 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In 0.8 Ga 0.2 As(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。 Between the InP substrate 101, by interposing a composition gradient InAsP buffer layer 102a for strain relaxation, In 0.8 Ga 0.2 As (lattice constant chemical composition of the light-receiving layer is greater than InP, the band gap was InP less than). また、この受光層の上にIn 0.8 Ga 0.2 Asと格子整合するInAs 0.630.37の窓層をエピタキシャル成長した。 Moreover, the window layer of InAs 0.63 P 0.37 lattice matched and In 0.8 Ga 0.2 As on the light-receiving layer was epitaxially grown. 組成傾斜InAsPバッファ層102aは、受光層直下ではIn 0.8 Ga 0.2 Asの格子定数と同じにするため、InAs 0.630.37の組成とする。 Graded composition InAsP buffer layer 102a, in immediately below the light-receiving layer to the same as the lattice constant of the In 0.8 Ga 0.2 As, the composition of InAs 0.63 P 0.37. このため、In 0.8 Ga 0.2 As受光層103aを、その上下でInAs 0.630.37で挟むことになる。 Therefore, the In 0.8 Ga 0.2 As light receiving layer 103a, so that the sandwiched by InAs 0.63 P 0.37 at its top and bottom.

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。 Graded composition InAsP buffer layer 102a is formed by OMVPE method, large lattice constant change in the initial film forming stage close to the InP substrate 101 to suppress the dark current, also has a small lattice constant variation at the end close to the light-receiving layer . 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。 Step composition gradient InAsP buffer layer 102a was set to 14, the thickness of each step was approximately 0.1 to 0.4 [mu] m. 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。 Method of manufacturing such other layers and electrodes are the same as Working Example C1 to C3. 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、In 0.8 Ga 0.2 As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。 Thus was measured PL spectra of the fabricated element, PL peak positions wavelength of the spectrum of In 0.8 Ga 0.2 As light receiving layer 103a is 2.6 [mu] m, i.e. was 0.48 eV.

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。 1. For each specimen measurement results of the dark current was measured at room temperature the dark current and sensitivity during 2V voltage is applied at (300K) (quantum efficiency). 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。 The dark current measurement results are shown in Table 1, together with a band gap wavelength of the above light receiving layer.

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。 Inventive Example C1, C2 and C3, and Comparative Example A are both dark current showed good characteristics and the number nA less. 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。 On the other hand, the dark current of Comparative Example B is 20Myuei~30myuei, it was several thousand times higher values ​​as compared with the present invention Example C1 to C3. 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。 Such a difference in large dark currents due to the difference in crystal defect density of the epitaxial layer on an InP substrate. 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In 0.53 Ga 0.47 As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。 GaInNAsP receiving layer of the present invention Example C1, GaInNAsSb absorption layer of the present invention example C2, GaInNAs absorption layer of the present invention example C3, and in the In 0.53 Ga 0.47 As absorption layer of Comparative Example A, the InP substrate lattice mismatch is 0.15% is a (| = 0.0015 | Δa / a). 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。 Therefore, an intermediate layer for lattice constant adjustment as the graded layer is unnecessary, it is possible to form the lower epitaxial layer having crystal defect density.

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。 On the other hand, in Comparative Example B, and to reduce the band gap, so to increase the lattice constant by increasing the In composition of InGaAs, for insertion of graded buffer layer for relaxing the strain, crystal defect density is increased it is inevitable, resulting in a large dark current as described above. 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。 The measurement of the dark current has been carried out only at room temperature, the use environment of the image pickup device, there are considerable high temperature environment than room, in this high temperature environment, the parallel resistance of the light receiving element is reduced, noise is large becomes, the difference in dark current comes larger. 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。 With such temperature increase, increase in the difference in dark current, it has been confirmed by the experiments conducted by the present inventors.

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。 2. Sensitivity (wavelength - quantum efficiency) of the measurement results will now show the results of evaluation of the sensitivity of the light receiving elements in FIG. 22. 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。 The Figure 22 are displayed together the spectrum of SWIR band light from space (arbitrary scale). 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。 As apparent from FIG. 22, Comparative Example A only without receiving sensitivity to most wavelengths 1.7Myuemu~1.8Myuemu, can not be received any cosmic light of SWIR band. これは、上述のように、InP基板に格子整合するIn 0.53 Ga 0.47 Asを受光層とするためである。 This is because, as described above, the In 0.53 Ga 0.47 As lattice-matched to the InP substrate is for a light-receiving layer. また、In 0.53 Ga 0.47 As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。 Further, only up to at most wavelengths 1.7μm~1.8μm the In 0.53 Ga 0.47 As long wavelength side is well known that there is no light receiving sensitivity. 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。 Not be received all the cosmic light of this for available SWIR band, believed to be the image inferior in sharpness.

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。 Further, in Comparative Example B, the sensitivity is located to 2.6μm in the long wavelength side, the sensitivity is significantly reduced with respect to shorter wavelengths than 2 [mu] m. これは窓層に、In 0.8 Ga 0.2 P(InPより大きい格子定数)に格子整合するInAs 0.630.37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。 This is the window layer, pictorial forced using InAs 0.63 P 0.37 lattice-matched to In 0.8 Ga 0.2 P (InP larger than the lattice constant), the absorption in the window layer, the short wavelength responsible for reduced sensitivity in the side. InAs 0.630.37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。 Because InAs 0.63 P 0.37 is that so as to sandwich the light-receiving layer 103a from above and below, in the p-electrode 107 side and the n-electrode 105 side, epi-up (see FIG. 4) and epi-down (see Fig. 5) regardless of bets, both similar sensitivity drop occurs. 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。 On the other hand, in the present invention example C1, C2 and C3, has good receiving sensitivity in all range of cosmic light of SWIR band.

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。 From the above results, the dark current is sufficiently small, there is good enough sensitivity to the entire range of the spectrum of cosmic light of SWIR band, it can be seen only Inventive Example C1, C2 and C3. 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。 When imaging an electrical signal from the light receiving element, to a dynamic range that governs the sharpness (S / N ratio), the ratio between the dark current and the received light amount (light receiving sensitivity) is very important. 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。 In the present invention examples C1, C2 and C3, the ratio of the dark current receiving sensitivity is very small. 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。 Imaging device capable of obtaining a sharp image is only an imaging device comprising an array of light receiving elements of the invention sample C1, C2 and C3.

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。 Differences of the above performance, invention sample C1, C2 and C3, unlike the light-receiving layer of the comparative example, due to the light absorbing layer is composed of a 4-way or 5-way compound semiconductor. 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。 The compound semiconductor quaternary and quinary, by adjusting the composition of the respective elements, while maintaining lattice matching with respect to InP, narrowing of the band gap (i.e. longer wavelength of the absorption light) can be realized . 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。 Also on an InP substrate, the GaInNAsP, GaInNAsSb, was possible to form a film for practical use by reducing the defect density of GaInNAs may be taken large off-angle as described above greatly contributes. 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。 Without the off-angle InP substrate, deposition of the N-containing InGaAs-based semiconductor having crystallinity for practical use is not possible on an InP substrate.

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。 Incidentally, the maximum wavelength of the light-receiving element of the image pickup apparatus of the present invention was 3.0μm, as described above, although the reason is unknown, an attempt to lengthen the more the maximum wavelength, the quality of the epitaxial film of the light-receiving layer There deteriorated, it is not possible to obtain a low dark current, as illustrated in Table 1. 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。 As it can be seen from the absorption spectra of water shown in FIG. 23, with respect to the photosensitive wavelength of interest (~2.0μm), a peak of the absorption spectrum of the very large water around 3.0 [mu] m. 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。 That is, not only do not contribute to a clear image even longer capable of receiving light wavelengths, object surrounded by water, for example, in the case of an object in fog, by increasing the photosensitive wavelength, sometimes rather sharpness is poor is there. 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。 Absorption spectrum of the water, is another reason for the 3.0μm maximum wavelength of sensitivity of the light receiving element of the present invention.

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。 Imaging device for imaging by receiving cosmic light of the present invention, most broadly, has a sensitivity to 1.0Myuemu~3.0Myuemu, it than to be short wavelength side to the long wavelength side, no sensitive light reception element if the material may be configured in any one. 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。 As described above, it is important that especially has no sensitivity to the long wavelength side of 3.0 [mu] m. 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。 Further, vision enhancement device of the present invention has been described vision system for the automotive, other medical, may be used in applications other than automobiles, such as biometric recognition.

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。 In the above, the have been described embodiments and examples of the present invention, embodiments and examples of the present invention disclosed above are only illustrative, embodiments of the scope of the present invention these invention but it is not limited to the form. 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。 The scope of the present invention is shown by the claims, is intended further to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the description of the appended claims.

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。 Imaging device and vision enhancement device of the present invention, as the light source space light SWIR band, because the can receiving the entire universe light, and does not receive the light as unnecessarily broad band increases the dark current, Ya dark current it is possible to suppress the dark point, can make sharp imaging, can contribute to mounting space and manufacturing cost savings. 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。 Further, by using a large InP substrate off-angle, practically N can be obtained containing InGaAs-based compound semiconductor layer to withstand, also can be used InP window layer has a good sensitivity to cosmic light region, it is possible to obtain a clear image by suppressing a lower dark current.

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。 Is a diagram showing an outline of an image pickup apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図1の撮像装置の受光素子アレイを示す図である。 It is a diagram showing a light-receiving element array of the image pickup apparatus of FIG. 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。 It is a diagram showing one photodiode in the photodiode array of FIG. エピアップ実装の受光素子の断面図である。 It is a cross-sectional view of the light-receiving element of the epi-up mounting. 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。 Epi-down is a cross-sectional view of the light receiving elements (flip chip) mounting. 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。 It is a diagram illustrating a vision enhancement device according to a second embodiment of the present invention. 図6の視界支援装置の変形例を示す図である。 It is a diagram showing a modified example of the visual field support device of Figure 6. 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。 It is an explanatory view of the structure of a night vision device in a third embodiment of the present invention. 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。 Is an illustration of a night cruise assist device in the fourth embodiment of the present invention. 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。 It is an explanatory view of a laser radar night voyage support apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. 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。 It is an illustration of a train accident avoidance device according to a sixth embodiment of the present invention. 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。 It is a diagram showing a visitor monitoring device in the seventh embodiment of the present invention. 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。 It is an illustration of a camera provided in the slave unit of the intercom device of FIG. 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。 It is an illustration of an intruder monitoring apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. 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。 It is an explanatory view of a modification of the intruder monitoring apparatus according to an eighth embodiment of the present invention. 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。 It is an explanatory view of the indoor monitoring apparatus according to a ninth embodiment of the present invention. 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。 According to a tenth embodiment of the present invention is an illustration of urban disaster-prevention monitoring system. 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。 It is an illustration of a remote monitoring device according to an eleventh embodiment of the present invention. 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。 It is a diagram showing a PL spectrum in the present invention Example C1 Example. 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。 It is a diagram showing a PL spectrum in the present invention Example C2 Example. 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。 It is a diagram showing a PL spectrum in the present invention Example C3 Examples. 実施例の各試験体の感度測定結果を示す図である。 It shows the sensitivity measurement results of each test of Example. 水の吸収スペクトルを示す図である。 It shows the absorption spectrum of water. 従来の受光素子(実施例の比較例A)を示す図である。 Is a diagram illustrating a conventional light receiving element (Comparative Example A Example). 従来の受光素子(実施例の比較例B)を示す図である。 Conventional light-receiving element is a diagram showing a (Comparative Example B Example).

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

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。 1 InP substrate, 2 InP buffer layer, third light receiving layer, 4 InP window layer, 5 SiN diffusion mask (protective film combined), 6 n-electrode, 7 p-electrode, 7b solder bumps, 9 p-type region, 10 light-receiving elements , 13 AR film, 15 pn junction, 23 polyimide protective film, 27 wiring electrodes, 50 light-receiving element array, 51 InP substrate, 60 control device, 65 display device, 70 an imaging apparatus, 70M photoelectric surface, 71 a multiplexer (mounting board), 510 night vision, 520 night voyage supporting device, 521 camera, 530 train accident avoidance device, 531 TV camera, 540 visitors monitoring device, 541 camera, 550 intruder monitoring apparatus, 551 surveillance cameras, 560-room monitoring device 561 monitors camera, 570 urban disaster prevention for the monitoring device, 571 surveillance cameras, 580 remote monitoring device, 581 surveillance cameras.

Claims (15)

  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、 An imaging apparatus for imaging the object by receiving light in the near infrared region is reflected by the object,
    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。 Bandgap wavelength of the light-receiving layer is more than 1.65 .mu.m, and comprising the following semiconductor light-receiving element 3.0 [mu] m, the image pickup apparatus.
  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。 The semiconductor photodetector has a light receiving layer formed on the InP substrate and the InP substrate, the light receiving layer has a GaInNAsP layer, the concentration of P in the GaInNAsP layer 0.01at% ~1at % characterized in that it is a imaging apparatus according to claim 1.
  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。 The semiconductor photodetector has a light receiving layer formed on the InP substrate and the InP substrate, the light receiving layer has a GaInNAsSb layer, the concentration of Sb in the GaInNAsSb layer is 0.1at% ~10at % characterized in that it is a imaging apparatus according to claim 1.
  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。 The semiconductor photodetector has a light receiving layer formed on the InP substrate and the InP substrate, the light receiving layer has a GaInNAs layer, the concentration of N in the GaInNAs layer is 0.01at% ~12at % characterized in that it is a imaging apparatus according to claim 1.
  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。 The lattice constant of the InP substrate is a, as .DELTA.a the difference between the lattice constant of the crystal layer and the lattice constant of the InP substrate forming the light receiving layer, the crystal layer forming the light receiving layer, | Δa / a | ≦ 0.002 and having a lattice constant such that, the imaging device according to any one of claims 2-4.
  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。 The InP substrate, characterized in that the (100) [111] is a direction or [11-1] off-angled substrate inclined 5 degrees to 20 degrees in the direction, according to any one of claims 2-5 imaging device.
  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。 Characterized in that it comprises an InP window layer positioned to cover the light receiving layer, the image pickup apparatus according to claim 1.
  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。 Characterized by receiving light in a wavelength range 1.0Myuemu~3.0Myuemu, imaging device according to any one of claims 1 to 7.
  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。 Characterized by using the imaging device according to any one of claims 1 to 8, the visual field support device.
  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。 An apparatus used for vision enhancement in a vehicle, an imaging unit for imaging the front of the vehicle, and display means for displaying the image captured by the imaging means, the claim 1 to said image pickup means characterized by using the imaging device according to any one of 8, the visual field support device.
  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。 An apparatus used for vision enhancement in a vehicle, an imaging unit for imaging the rear of the vehicle, and a display means for displaying the image captured by the imaging means, for driving and controlling the image pickup means and display means and control means, characterized by using the imaging device according to any one of the claims 1 to 8 to the imaging means, the visual field support device.
  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。 An object at night an optical apparatus for visualizing, characterized by using the imaging device according to claim 1, night vision.
  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。 Mounted on a ship, the apparatus having an optical device for recognizing a target object, such as another ship, and characterized in that said optical device, using the image pickup apparatus according to claim 1 to, voyage support device.
  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。 Is installed in a fixed point, the apparatus having an optical system for monitoring the monitored object, characterized by using the imaging device according to claim 1, the monitoring device.
  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。 Infrared light, is characterized by not comprising a light irradiation means of the near-infrared light and visible light, visibility support apparatus according to any one of claims 9 to 11, according to claim 12 night vision, wherein monitoring device according to voyage support apparatus or claim 14, according to claim 13.
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