JP6984168B2 - 撮像装置および内視鏡 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置および内視鏡に関する。
レーザー光を病変部に照射することにより、臓器等の切開や止血などの治療が可能な内
視鏡が知られている。
例えば、特許文献１には、レーザー光照射による治療を行うための半導体レーザー素子
と、生体内を観察するためのＣＣＤからなる固体撮像素子と、を含む内視鏡が記載されて
いる。
特開昭６１−１１０３６号公報
しかしながら、上記のような半導体レーザー素子（発光素子）では、発熱量が多く、大
きな冷却機構が必要となる場合があり、小型化を図ることができない場合があった。また
、発光素子の発熱が撮像素子に影響を与えることがあるため、発光素子と撮像素子とを近
づけて配置できずに、小型化を図ることができない場合があった。
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、発光素子および撮像素子を含み、小型化
を図ることができる撮像装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係
る目的の１つは、上記撮像装置を含む内視鏡を提供することにある。
本発明に係る撮像装置は、
基板と、
前記基板に設けられた撮像素子と、
前記基板に設けられ、複数のナノ構造体を有する発光素子と、
を含む。
このような撮像装置では、複数のナノ構造体を有する発光素子は、発熱量が少なく、大
きな冷却機構が必要とならない。さらに、このような撮像装置では、発光素子と撮像素子
とを近づけて配置することができる。さらに、このような撮像装置では、撮像素子および
発光素子は、同一の基板上に設けられている。そのため、このような撮像装置では、小型
化を図ることができる。
本発明に係る撮像装置において、
前記基板は、前記ナノ構造体が設けられているナノ構造体形成領域を有し、
前記ナノ構造体形成領域は、平面視において、前記撮像素子を囲んで設けられていても
よい。
このような撮像装置では、発光素子から出射された光であって、撮像対象において反射
された光を、より確実に受光することができる。
本発明に係る撮像装置において、
前記基板は、前記ナノ構造体が設けられている第１ナノ構造体形成領域および第２ナノ
構造体形成領域を有し、
前記第１ナノ構造体形成領域に設けられた前記ナノ構造体から出射される光の波長と、
前記第２ナノ構造体形成領域に設けられた前記ナノ構造体から出射される光の波長とは、
異なる波長であってもよい。
このような撮像装置では、例えば、撮像装置を内視鏡として用いた場合に、病変部の種
類や用途によって、撮像装置から出射される光の波長を選択する（切り替える）ことがで
きる。
本発明に係る撮像装置において、
前記基板は、前記ナノ構造体が設けられている第３ナノ構造体形成領域を有し、
前記第１ナノ構造体形成領域に設けられた前記ナノ構造体から出射される光は、赤色光
であり、
前記第２ナノ構造体形成領域に設けられた前記ナノ構造体から出射される光は、緑色光
であり、
前記第３ナノ構造体形成領域に設けられた前記ナノ構造体から出射される光は、青色光
であってもよい。
このような撮像装置では、より多くの波長の光を出射することができ、例えば白色光を
出射することができる。
本発明に係る撮像装置において、
集光レンズと、拡散レンズと、を含み、
前記基板は、前記ナノ構造体が設けられているレーザー光出射領域およびＬＥＤ光出射
領域と、を有し、
前記レーザー光出射領域に設けられた前記ナノ構造体から出射される光は、レーザー光
であって、前記集光レンズに入射し、
前記ＬＥＤ光出射領域に設けられた前記ナノ構造体から出射される光は、ＬＥＤ光であ
って、前記拡散レンズに入射してもよい。
このような撮像装置では、集光レンズに入射したレーザー光の放射角をより狭くするこ
とができ、撮像装置を内視鏡として用いた場合に、容易に病変部を切開や切除することが
できる。さらに、このような撮像装置では、拡散レンズに入射したＬＥＤ光の放射角を広
くすることができ、撮像装置を内視鏡として用いた場合に、病変部を広範囲で観察するこ
とができる。
本発明に係る撮像装置において、
前記撮像素子および前記発光素子は、前記基板の第１面側に設けられていてもよい。
このような撮像装置では、撮像素子に対する発光素子の位置合わせを、容易に行うこと
ができる。
本発明に係る撮像装置において、
前記発光素子は、前記基板の第１面側に設けられ、
前記撮像素子は、前記基板の前記第１面とは反対側の第２面に設けられていてもよい。
このような撮像装置では、例えば、容易に発光素子を形成することができる。
本発明に係る内視鏡は、
本発明に係る撮像装置を含む。
このような内視鏡は、本発明に係る撮像装置を含むため、体内に挿入される部分の小型
化を図ることができる。
第１実施形態に係る撮像装置を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係る撮像装置を模式的に示す平面図。 第１実施形態に係る撮像装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係る撮像装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係る撮像装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係る撮像装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１実施形態に係る撮像装置の製造工程を模式的に示す断面図。 第１実施形態の第１変形例に係る撮像装置を模式的に示す断面図。 第１実施形態の第２変形例に係る撮像装置を模式的に示す断面図。 第１実施形態の第２変形例に係る撮像装置を模式的に示す平面図。 第１実施形態の第２変形例に係る撮像装置を模式的に示す断面図。 第２実施形態に係る撮像装置を模式的に示す断面図。 第２実施形態に係る撮像装置を模式的に示す平面図。 第２実施形態の変形例に係る撮像装置を模式的に示す断面図。 第２実施形態の変形例に係る撮像装置を模式的に示す平面図。 第３実施形態に係る内視鏡を模式的に示す図。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に
説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するもので
はない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない
。
１． 第１実施形態
１．１． 撮像装置
まず、第１実施形態に係る撮像装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、
本実施形態に係る撮像装置１００を模式的に示す断面図である。図２は、第１実施形態に
係る撮像装置１００を模式的に示す平面図である。なお、図１は、図２のＩ−Ｉ線断面図
である。
撮像装置１００は、図１および図２に示すように、基板１０と、撮像素子２０と、発光
素子３０と、を含む。
基板１０は、板状の形状を有している。基板１０は、第１面１２と、第１面１２とは反
対側の第２面１４と、を有している。基板１０は、例えば、Ｓｉ基板やＧａＮ基板などの
半導体基板である。なお、基板１０は、サファイア基板などの絶縁性基板と、該絶縁性基
板上に設けられた半導体基板と、を有していてもよい。
撮像素子２０は、基板１０上に設けられている。撮像素子２０は、基板１０の第１面１
２に設けられている。撮像素子２０は、撮像対象からの光を受光して電荷を発生し、該電
荷を外部に転送することができる。撮像素子２０は、例えば、入力された光の強さに応じ
で電荷を発生する複数のフォトダイオードと、該フォトダイオードにおいて発生した電荷
を外部に転送するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）と、を有して
いるＣＣＤイメージセンサーである。撮像素子２０は、例えば、発光素子３０から出射さ
れた光が撮像対象において反射し、該反射した光を受光することができる。撮像素子２０
の平面形状は、特に限定されないが、図示の例では、円形である。
なお、撮像素子２０は、フォトダイオード１つに対して増幅器（アンプ）１つが対をな
して構成されたＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅ
ｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサーであってもよい。
発光素子３０は、基板１０上に設けられている。発光素子３０は、基板１０の第１面１
２に設けられている。撮像素子２０および発光素子３０は、同一の基板１０に設けられて
いる。発光素子３０は、撮像素子２０が撮像する領域を照射することができる。
発光素子３０は、例えば、第１コンタクト層３２と、ナノ構造体３４と、光伝搬部材３
６と、第２コンタクト層３８と、第１電極４０と、第２電極４２と、を有している。
第１コンタクト層３２は、基板１０上に設けられている。第１コンタクト層３２は、第
１電極４０とオーミックコンタクトしている層である。第１コンタクト層３２は、例えば
、第１導電型（例えばｎ型）のＧａＮ層である。
ナノ構造体３４は、第１コンタクト層３２上に設けられている。基板１０は、第１コン
タクト層３２を介して、ナノ構造体３４が設けられているナノ構造体形成領域１６を有し
ている。ナノ構造体形成領域１６は、基板１０の第１面１２によって構成されている。ナ
ノ構造体形成領域１６は、平面視において、撮像素子２０を囲んで設けられている。ナノ
構造体形成領域１６は、平面視において、第１コンタクト層３２および第２コンタクト層
３８と重なっている領域である。図示の例では、ナノ構造体形成領域１６の平面形状は、
第２コンタクト層４２と同じであり、円環状である。
ナノ構造体３４は、複数設けられている。ナノ構造体３４は、例えば、第１コンタクト
層３２の上面から、上方に延出したナノスケールの柱状構造体である。このようなナノス
ケールの柱状構造体は、例えば、ナノワイヤー、ナノロッドとも呼ばれる。
ナノ構造体３４は、例えば、円柱状の形状を有している。ナノ構造体３４の径（直径）
は、ｎｍオーダーであり、例えば、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。ナノ構造体３４
の高さは、例えば、０．１μｍ以上５μｍ以下である。複数のナノ構造体３４は、互いに
離間している。隣り合うナノ構造体３４の間隔は、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下で
ある。
複数のナノ構造体３４は、例えば、平面視において、マトリックス状に設けられている
。例えば、ナノ構造体３４において生じる光の波長をλとし、ナノ構造体３４の発光層１
３５を含む平均屈折率（発光層１３５の厚さ方向（上下方向）と直交する方向における平
均屈折率）をｎとすると、ナノ構造体３４のピッチをλ／（２ｎ）とすることで、発光素
子３０は、偏光を出射することができる。
ナノ構造体３４は、第１半導体層１３４と、発光層１３５と、第２半導体層１３６と、
を有している。
第１半導体層１３４は、第１コンタクト層３２上に設けられている。第１半導体層１３
４は、例えば、第１導電型（例えばｎ型）のＧａＮ層である。
発光層１３５は、第１半導体層１３４上に設けられている。発光層１３５は、電流が注
入されることで光を発することが可能な層である。発光層１３５は、例えば、ＧａＮ層と
ＩｎＧａＮ層とから構成された量子井戸構造を有している。
第２半導体層１３６は、発光層１３５上に設けられている。第２半導体層１３６は、例
えば、第２導電型（例えばｐ型）のＧａＮ層である。半導体層１３４，１３６は、活性層
３４に光を閉じ込める（活性層３４から光が漏れることを抑制する）機能を有するクラッ
ド層である。
光伝搬部材３６は、隣り合うナノ構造体３４の間に設けられている。光伝搬部材３６は
、例えば、ＧａＮ層（例えばＳｉがドープされたＧａＮ層）である。光伝搬部材３６は、
発光層層１３５で発生した光を伝搬することができる。なお、図示の例では、光伝搬部材
３６と第１コンタクト層３２との間には、ナノ構造体３４を形成する際にマスクとなるマ
スク層５２が設けられている。
発光素子３０では、ｐ型の第２半導体層１３６、不純物がドーピングされていない発光
層１３５、およびｎ型の第１半導体層１３４により、ｐｉｎダイオードが構成される。第
１半導体層１３４および第２半導体層１３６の各々は、発光層１３５よりもバンドギャッ
プが大きい層である。発光素子３０では、第１電極４０と第２電極４２との間に、ｐｉｎ
ダイオードの順バイアス電圧を印加すると（電流を注入すると）、発光層１３５において
電子と正孔との再結合が起こる。この再結合により発光が生じる。そして、発光素子３０
は、光を上方（第２電極４２側）および下方（基板１０側）から出射することができる。
なお、図示はしないが、基板１０と第１コンタクト層３２との間に反射層が設けられて
いてもよい。該反射層は、例えば、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅ
ｆｌｅｃｔｏｒ）層である。該反射層によって、発光層１３５において発生した光を反射
させることができ、発光素子３０は、第２電極４２側からのみ光を出射することができる
。
発光素子３０は、発光層１３５に注入される電流量によって、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅ
ｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）素子としてＬＥＤ光を出射することもできるし、レーザー
素子としてレーザー光を出射することもできる。具体的には、発光層１３５に注入される
電流が閾値電流（レーザー発振可能な最小電流）未満の場合、発光素子３０は、ＬＥＤ光
を出射し、発光層１３５に注入される電流が閾値電流以上の場合、発光素子３０は、レー
ザー光を出射する。
複数のナノ構造体３４は、発光層１３５に閾値電流未満の電流が注入された場合に、発
光層１３５において自然放出発光した光を横方向（発光層１３５の厚さ方向（上下方向）
と直交する方向）に伝搬させ、伝搬した光が共振するように配列されており、発光層１３
５に閾値電流以上の電流が注入された場合に、発光素子３０は、誘導放出発光状態に至り
、＋１次回折光および−１次回折光をレーザー光として、上下方向に出射することができ
る。
第２コンタクト層３８は、ナノ構造体３４上に設けられている。具体的は、第２コンタ
クト層３８は、第２半導体層１３６および光伝搬部材３６上に設けられている。図示の例
では、第２コンタクト層３８の平面形状は、円環状である。第２コンタクト層３８は、第
２電極４２とオーミックコンタクトしている層である。第２コンタクト層３８は、例えば
、第２導電型（例えばｐ型）のＧａＮ層である。
第１電極４０は、第１コンタクト層３２上に設けられている。図示の例では、第１電極
４０の平面形状は、四角形である。第１電極４０は、第１コンタクト層３２を介して、第
１半導体層１３４と電気的に接続されている。第１電極４０は、発光層１３５に電流を注
入するための一方の電極である。第１電極４０としては、例えば、第１コンタクト層３２
側から、Ｔｉ層、Ａｌ層、Ａｕ層の順序で積層したものなどを用いる。
第２電極４２は、第２コンタクト層３８上に設けられている。図示の例では、第２電極
４２の平面形状は、円環状である。第２電極４２は、第２コンタクト層３８を介して、第
２半導体層１３６と電気的に接続されている。第２電極４２は、発光層１３５に電流を注
入するための他方の電極である。第２電極４２としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ
Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明電極を用いる。これにより、発光層１３５において発
光した光は、第２電極４２を透過して出射されることができる。
発光素子３０の電極４０，４２は、それぞれ、配線６０，６２に接続されている。配線
６０，６２は、図示せぬ駆動回路に接続されている。発光素子３０の出力は、例えば、数
Ｗである。
撮像装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
撮像装置１００では、複数のナノ構造体３４を有する発光素子３０を含む。複数のナノ
構造体３４を有する発光素子３０は、例えば、発光層１３５の厚さ方向と直交する方向に
光を出射する端面発光型の半導体レーザーや、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）
に比べて、量子効率が高いゆえ発熱量が少なく、大きな冷却機構が必要とならない。した
がって、撮像装置１００では、発光素子３０の小型化を図ることができる。さらに、撮像
装置１００では、発光素子３０の発熱量が少ないため、発光素子３０において熱が発生し
たとしても、該熱が撮像素子２０に与える影響は小さい。そのため、撮像装置１００では
、発光素子３０と撮像素子２０を近づけて配置することができ、小型化を図ることができ
る。
さらに、撮像装置１００では、撮像素子２０および発光素子３０は、同一の基板１０上
に設けられている。そのため、撮像装置１００では、撮像素子２０および発光素子３０が
別々の基板に設けられている場合に比べて、例えば部品数を減らすことができ、小型化を
図ることができる。
以上により、撮像装置１００では、小型化を図ることができる。
撮像装置１００では、ナノ構造体形成領域１６は、平面視において、撮像素子２０を囲
んで設けられている。そのため、撮像装置１００では、発光素子３０から出射された光で
あって、撮像対象において反射された光を、より確実に受光することができる。例えば、
ＶＣＳＥＬの場合は、共振器を形成するために２枚のミラー層を発光層を挟んで上下方向
に配置する必要があり、撮像素子２０を囲むようにＶＣＳＥＬを配置することは、困難な
場合がある。
撮像装置１００では、撮像素子２０および発光素子３０は、基板１０の第１面１２面側
に設けられている。そのため、撮像装置１００では、撮像素子２０と発光素子３０とが別
々の面に設けられている場合に比べて、撮像素子２０に対する発光素子３０の位置合わせ
を、容易に行うことができる。
１．２． 撮像装置の製造方法
次に、第１実施形態に係る撮像装置１００の製造方法について、図面を参照しながら説
明する。図３〜図７は、第１実施形態に係る撮像装置１００の製造工程を模式的に示す断
面図である。
図３に示すように、基板１０上に撮像素子２０を形成する。具体的には、基板１０上に
半導体層（図示せぬ）等を形成し、該半導体層を半導体製造プロセスによって加工して、
基板１０上に撮像素子２０を形成する。なお、撮像素子２０を準備し、接合部材を介して
基板１０上に撮像素子２０を接合させてもよい。次に、撮像素子２０を保護層５０で覆う
。保護層５０は、例えば、レジスト層である。
図４に示すように、基板１０上に第１コンタクト層３２をエピタキシャル成長させる。
エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎ
ｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃ
ｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などが挙げられる。
次に、第１コンタクト層３２上にマスク層５２を形成する。マスク層５２は、例えば、
Ｔｉなどのメタル層、酸化シリコン層などの絶縁層、これらの積層膜などである。マスク
層５２は、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法などによる成膜、ならびにフォトリソグラフィー技術
およびエッチング技術によるパターニングによって形成される。
図５に示すように、マスク層５２をマスクとして、第１コンタクト層３２上に、第１半
導体層１３４、発光層１３５、および第２半導体層１３６をこの順で形成する。本工程に
より、複数のナノ構造体３４を形成することができる。
図６に示すように、隣り合うナノ構造体３４の間に、光伝搬部材３６を形成する。光伝
搬部材３６は、例えば、ＭＯＣＶＤ法による横方向成長（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅ
ｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）によって形成される。なお、光伝搬部材３６を形成した
後に、ナノ構造体３４の上面と光伝搬部材３６の上面とが連続するように、例えば、ＣＭ
Ｐ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって、ナノ構
造体３４の一部と光伝搬部材３６の一部を除去してもよい。
次に、ナノ構造体３４上および光伝搬部材３６上に、第２コンタクト層３８をエピタキ
シャル成長させる。エピタキシャル成長させる方法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ法、Ｍ
ＢＥ法などが挙げられる。
図７に示すように、所定形状のマスク層（図示せず）をマスクとして、第２コンタクト
層３８およびナノ構造体３４を所定の形状にエッチングする。
図１に示すように、第１コンタクト層３２上に第１電極４０を形成し、第２コンタクト
層３８上に第２電極４２を形成する。第１電極４０および第２電極４２は、例えば、真空
蒸着法により形成される。以上の工程により、発光素子３０を形成することができる。次
に、保護層５０を除去する。
以上の工程により、撮像装置１００を製造することができる。
なお、上記の例では、撮像素子２０を形成した後に、発光素子３０を形成したが、発光
素子３０を形成した後に、撮像素子２０を形成してもよい。
１．３． 撮像装置の変形例
１．３．１． 第１変形例
次に、第１実施形態の第１変形例に係る撮像装置について、図面を参照しながら説明す
る。図８は、第１実施形態の第１変形例に係る撮像装置１１０を模式的に示す断面図であ
る。
以下、第１実施形態の第１変形例に係る撮像装置１１０において、上述した第１実施形
態に係る撮像装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付
し、その詳細な説明を省略する。このことは、以下に示す第１実施形態の第２変形例に係
る撮像装置についても同様である。
上述した撮像装置１００では、図１に示すように、撮像素子２０および発光素子３０は
、基板１０の第１面１２側に設けられていた。これに対し、撮像装置１１０では、図８に
示すように、発光素子３０は、基板１０の第１面１２側に設けられ、撮像素子２０は、基
板１０の第２面１４側に設けられている。
撮像装置１１０では、基板１０は、例えば、第１基板１０ａと、第１基板１０ａ上に設
けられた第２基板１０ｂと、を有している。第１基板１０ａの下面は、第２面１４である
。第１基板１０ａは、例えば、撮像素子２０を形成しやすいＳｉ基板である。撮像素子２
０は、基板１０を透過した光を受光することができる。第２基板１０ｂの上面は、第１面
１２である。第２基板１０ｂは、例えば、発光素子３０を形成しやすいＧａＮ基板である
。
撮像装置１１０では、発光素子３０は、基板１０の第１面１２側に設けられ、撮像素子
２０は、基板１０の第２面１４側に設けられている。そのため、撮像装置１１０では、同
じ面に撮像素子２０および発光素子３０が設けられていないため、例えば図３に示すよう
に撮像素子２０を覆う保護層５０を形成する必要がなく、容易に発光素子３０形成するこ
とができる。
１．３．２． 第２変形例
次に、第１実施形態の第２変形例に係る撮像装置について、図面を参照しながら説明す
る。図９は、第１実施形態の第２変形例に係る撮像装置１２０を模式的に示す断面図であ
る。図１０は、第１実施形態の第２変形例に係る撮像装置１２０を模式的に示す平面図で
ある。なお、図９は、図１０に示すＩＸ−ＩＸ線断面図である。
撮像装置１２０は、図９および図１０に示すように、基板１０が、第１基板１０ａと、
第２基板１０ｂと、第３基板１０ｃと、を有している点において、上述した撮像装置１０
０と異なる。
第３基板１０ｃは、例えば、プリント基板である。第１基板１０ａは、第３基板１０ｃ
上に設けられている。図示の例では、第１基板１０ａは、４つ設けられているが、その数
は特に限定されない。第１基板１０ａは、例えば、ＧａＮ基板である。第１基板１０ａ上
には、発光素子３０が設けられている。第１基板１０ａおよび発光素子３０は、発光素子
チップ３１を構成している。発光素子チップ３１は、４つ設けられている。なお、便宜上
、図１０では、発光素子チップ３１を簡略化して図示している。
第２基板１０ｂは、第３基板１０ｃ上に設けられている。第２基板１０ｂは、例えば、
Ｓｉ基板である。第２基板１０ｂ上には、撮像素子２０が設けられている。第２基板１０
ｂおよび撮像素子２０は、撮像素子チップ２１を構成している。４つの発光素子チップ３
１は、平面視において、撮像素子チップ２１の周囲に設けられている。
なお、図１１に示すように、第３基板１０ｃは、薄肉部１１ａと、薄肉部１１ａと連続
し薄肉部１１ａから離れるにつれて徐々に厚くなる厚肉部１１ｂと、を有していてもよい
。撮像素子チップ２１は、薄肉部１１ａに設けられている。複数の発光素子チップ３１は
、厚肉部１１ｂに設けられている。複数の発光素子チップ３１は、複数の発光素子チップ
３１から出射される光が互いに交差するように配置されている。第２基板１０ｂは、例え
ば、第２基板１０ｂの垂線Ｐが複数の発光素子チップ３１から出射される光が互いに交差
する部分を通るように、設けられている。
このような撮像装置１２０では、複数の撮像素子チップ２１から出射される光が互いに
交差する位置を、撮像対象の位置に合わせることにより、撮像対象をより明るく照明する
ことができる。さらに、このような撮像装置１２０では、撮像素子チップ２１に対して、
発光素子チップ３１を、より撮像対象側に配置することができるので、発光素子チップ３
１から出射された光に直接撮像素子チップが照射されて撮像対象に影ができることを、よ
り確実に抑制することができる。
２． 第２実施形態
２．１． 撮像装置
次に、第２実施形態に係る撮像装置について、図面を参照しながら説明する。図１２は
、本実施形態に係る撮像装置２００を模式的に示す断面図である。図１３は、第２実施形
態に係る撮像装置２００を模式的に示す平面図である。なお、図１２は、図１３のＸＩＩ
−ＸＩＩ線断面図である。
以下、第２実施形態に係る撮像装置２００において、上述した第１実施形態に係る撮像
装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細
な説明を省略する。
撮像装置２００では、図１２および図１３に示すように、複数の発光素子３０を有し、
複数の発光素子３０から出射される光の波長は、互いに異なる点において、上述した撮像
装置１００と異なる。
撮像装置２００では、発光素子３０の数は特に限定されないが、図示の例では、３つの
発光素子３０（発光素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）を有している。
基板１０は、ナノ構造体３４が設けられている、第１ナノ構造体形成領域１６ａ、第２
ナノ構造体形成領域１６ｂ、および第３ナノ構造体形成領域１６ｃを有している。具体的
には、ナノ構造体３４は、第１コンタクト層３２を介して、ナノ構造体形成領域１６ａ，
１６ｂ，１６ｃに設けられている。図示の例では、第１ナノ構造体形成領域１６ａは、平
面視において、発光素子３０ａのコンタクト層３２，３８と重なっている領域である。第
２ナノ構造体形成領域１６ｂは、平面視において、発光素子３０ｂのコンタクト層３２，
３８と重なっている領域である。第３ナノ構造体形成領域１６ｃは、平面視において、発
光素子３０ｃのコンタクト層３２，３８と重なっている領域である。ナノ構造体形成領域
１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、例えば、平面視において、撮像素子２０の周囲に設けられて
いる。
第１ナノ構造体形成領域１６ａに設けられたナノ構造体３４の径と、第２ナノ構造体形
成領域１６ｂに設けられたナノ構造体３４の径と、第３ナノ構造体形成領域１６ｃに設け
られたナノ構造体３４の径とは、互いに異なる。そのため、第１ナノ構造体形成領域１６
ａに設けられた発光層１３５のＩｎの組成比と、第２ナノ構造体形成領域１６ｂに設けら
れた発光層１３５のＩｎの組成比と、第３ナノ構造体形成領域１６ｃに設けられた発光層
１３５のＩｎの組成比とは、互いに異なる。これにより、第１ナノ構造体形成領域１６ａ
に設けられたナノ構造体３４から出射される光の波長と、第２ナノ構造体形成領域１６ｂ
に設けられたナノ構造体３４から出射される光の波長と、第３ナノ構造体形成領域１６ｃ
に設けられたナノ構造体３４から出射される光の波長とは、互い異なる波長となる。
例えば、第１ナノ構造体形成領域１６ａに設けられたナノ構造体３４から出射される光
は、赤色光であり、第２ナノ構造体形成領域１６ｂに設けられたナノ構造体３４から出射
される光は、緑色光であり、第３ナノ構造体形成領域１６ｃに設けられたナノ構造体３４
から出射される光は、青色光である。
図示の例では、発光素子３０ａの第１コンタクト層３２と、発光素子３０ｂの第１コン
タクト層３２と、発光素子３０ｃの第１コンタクト層３２とは、互い分離している。なお
、図示はしないが、発光素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃの第１コンタクト層３２は、互い連
続する１つの層であってもよい。
発光素子３０ａの電極４０，４２は、それぞれ、配線６０ａ，６２ａに接続されている
。発光素子３０ｂの電極４０，４２は、それぞれ、配線６０ｂ，６２ｂに接続されている
。発光素子３０ｃの電極４０，４２は、それぞれ、配線６０ｃ，６２ｃに接続されている
。配線６０ａ，６２ａ，６０ｂ，６２ｂ，６０ｃ，６２ｃは、図示せぬ駆動回路に接続さ
れている。
撮像装置２００は、例えば、以下の特徴を有する。
撮像装置２００では、第１ナノ構造体形成領域１６ａに設けられたナノ構造体３４から
出射される光の波長と、第２ナノ構造体形成領域１６ｂに設けられたナノ構造体３４から
出射される光の波長とは、異なる。そのため、例えば、撮像装置２００を内視鏡として用
いた場合に、病変部の種類や用途によって、撮像装置２００から出射される光の波長を選
択する（切り替える）ことができる。病変部は、その種類によって観察しやすい波長があ
るので、撮像装置２００を用いることにより、容易に病変部を観察することができる。こ
の場合、ナノ構造体３４の発光層１３５には、閾値電流未満の電流が注入され、ナノ構造
体３４は、ＬＥＤ光を出射する。
撮像装置２００では、例えば、第１ナノ構造体形成領域１６ａに設けられたナノ構造体
３４から出射される光は、赤色光であり、第２ナノ構造体形成領域１６ｂに設けられたナ
ノ構造体３４から出射される光は、緑色光であり、第３ナノ構造体形成領域１６ｃに設け
られたナノ構造体３４から出射される光は、青色光である。そのため、撮像装置２００で
は、より多くの波長の光を出射することができ、例えば白色光を出射することができる。
したがって、撮像装置２００を内視鏡として用いた場合に、より多くの種類の病変部を容
易に観察することができる。
なお、ナノ構造体３４の発光層１３５には、閾値電流以上の電流が注入され、ナノ構造
体３４は、レーザー光を出射してもよい。この場合、撮像装置２００を含む内視鏡の用途
によって、ナノ構造体３４から出射される波長を設定してもよい。例えば、第１ナノ構造
体形成領域１６ａに設けられたナノ構造体３４から出射される光の波長を、病変部の切開
や切除に適した波長（例えば、４０５μｍ、１０．６μｍ）とし、第２ナノ構造体形成領
域１６ｂに設けられたナノ構造体３４から出射される光の波長を、血液凝固や組織凝固に
適した波長（例えば、４８８ｎｍ、５１５ｎｍ、１μｍ）とし、第３ナノ構造体形成領域
１６ｃに設けられたナノ構造体３４から出射される光の波長を、殺菌に適した波長（例え
ば、３５０ｎｍ以上１μｍ以下）としてもよい。そして、ユーザーは、用途によって、撮
像装置２００から出射される光の波長を選択してもよい。ナノ構造体３４を有する発光素
子３０から出射されるレーザー光は、放射角が狭いため、特に、病変部の切開や切除に適
している。
２．２． 撮像装置の製造方法
次に、第２実施形態に係る撮像装置２００の製造方法について、説明する。第２実施形
態に係る撮像装置２００の製造方法は、上述した第１実施形態に係る撮像装置１００の製
造方法と基本的に同じである。したがって、その詳細な説明を省略する。
２．３． 撮像装置の変形例
次に、第２実施形態の変形例に係る撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
図１４は、第２実施形態の変形例に係る撮像装置２１０を模式的に示す断面図である。図
１５は、第２実施形態の変形例に係る撮像装置２１０を模式的に示す平面図である。なお
、図１４は、図１５のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。
以下、第２実施形態の変形例に係る撮像装置２１０において、上述した第１実施形態に
係る撮像装置１００、第２実施形態に係る撮像装置２００の構成部材と同様の機能を有す
る部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
撮像装置２１０は、図１４および図１５に示すように、集光レンズ７０および拡散レン
ズ７２を含む点において、上述した撮像装置２００と異なる。
撮像装置２１０は、例えば、４つの発光素子３０（発光素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，
３０ｄ）を有している。基板１０は、ナノ構造体３４が設けられている、第１ナノ構造体
形成領域１６ａ、第２ナノ構造体形成領域１６ｂ、第３ナノ構造体形成領域１６ｃ、およ
び第４ナノ構造体形成領域１６ｄを有している。具体的には、ナノ構造体３４は、第１コ
ンタクト層３２を介して、ナノ構造体形成領域１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに設けら
れている。
発光素子３０ａから出射される光は、例えば、赤色である。発光素子３０ａのナノ構造
体３４は、第１ナノ構造体形成領域１６ａに設けられている。発光素子３０ｂから出射さ
れる光は、例えば、緑色である。発光素子３０ｂのナノ構造体３４は、第２ナノ構造体形
成領域１６ｂに設けられている。発光素子３０ｃから出射される光、および発光素子３０
ｄから出射される光は、例えば、青色である。発光素子３０ｃのナノ構造体３４は、第３
ナノ構造体形成領域１６ｃに設けられている。発光素子３０ｄのナノ構造体３４は、第４
ナノ構造体形成領域１６ｄに設けられている。発光素子３０ｄの電極４０，４２は、それ
ぞれ、配線６０ｄ，６２ｄに接続されている。配線６０ｄ，６２ｄは、図示せぬ駆動回路
に接続されている。
基板１０は、第１コンタクト層３２を介して、ナノ構造体３４が設けられているレーザ
ー光出射領域１７ａおよびＬＥＤ光出射領域１７ｂを有している。図示の例では、第３ナ
ノ構造体形成領域１６ｃは、レーザー光出射領域１７ａであり、第４ナノ構造体形成領域
１６ｄは、ＬＥＤ光出射領域１７ｂである。レーザー光出射領域１７ａに設けられたナノ
構造体３４の発光層１３５には、図示せぬ駆動回路から閾値電流以上の電流が注入される
。そのため、レーザー光出射領域１７ａに設けられたナノ構造体３４から出射される光は
、レーザー光である。図示の例では、発光素子３０ｃは、レーザー光出射領域１７ａに設
けられたナノ構造体３４を有している。
ＬＥＤ光出射領域１７ｂに設けられたナノ構造体３４の発光層１３５には、図示せぬ駆
動回路から閾値電流未満の電流が注入される。そのため、ＬＥＤ光出射領域１７ｂに設け
られたナノ構造体３４から出射される光は、ＬＥＤ光である。図示の例では、発光素子３
０ｄは、ＬＥＤ光出射領域１７ｂに設けられたナノ構造体３４を有している。
図示の例では、第１ナノ構造体形成領域１６ａおよび第２ナノ構造体形成領域１６ｂは
、ＬＥＤ光出射領域１７ｂである。そのため、発光素子３０ａ，３０ｂは、ＬＥＤを出射
する。なお、ナノ構造体形成領域１６ａ，１６ｂは、レーザー光出射領域１７ａであって
もよく、この場合、発光素子３０ａ，３０ｂは、レーザー光を出射する。
撮像装置２１０は、例えば、筐体８０を含む。筐体８０は、撮像素子２０および発光素
子３０を収容している。筐体８０は、発光素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄから出射
される光を透過可能な材料から構成されている。なお、便宜上、図１５では、筐体８０の
図示を省略している。
集光レンズ７０は、筐体８０の外側において、筐体８０に支持されている。集光レンズ
７０は、平面視において、発光素子３０ｃのナノ構造体３４と重なって設けられている。
集光レンズ７０には、発光素子３０ｃから出射された光（レーザー光出射領域１７ａに設
けられたナノ構造体３４から出射された光）が入射する。集光レンズ７０は、入射した光
を集光させる。
拡散レンズ７２は、筐体８０の外側において、筐体８０に支持されている。拡散レンズ
７２は、平面視において、発光素子３０ｄのナノ構造体３４と重なって設けられている。
拡散レンズ７２には、発光素子３０ｄから出射された光（ＬＥＤ光出射領域１７ｂに設け
られたナノ構造体３４から出射された光）が入射する。拡散レンズ７２は、入射した光を
拡散させる。集光レンズ７０および拡散レンズ７２の材質は、例えば、ガラスである。
なお、図示はしないが、平面視において、発光素子３０ａ，３０ｂと重なる位置に、拡
散レンズ７２が設けられていてもよい。また、第１ナノ構造体形成領域１６ａおよび第２
ナノ構造体形成領域１６ｂがレーザー光出射領域１７ａである場合には、平面視において
、発光素子３０ａ，３０ｂと重なる位置に、集光レンズ７０が設けられていてもよい。
撮像装置２１０は、例えば、以下の特徴を有する。
撮像装置２１０では、レーザー光出射領域１７ａに設けられたナノ構造体３４から出射
される光は、レーザー光であって、集光レンズ７０に入射し、ＬＥＤ光出射領域１７ｂに
設けられたナノ構造体３４から出射される光は、ＬＥＤ光であって、拡散レンズ７２に入
射する。そのため、撮像装置２１０では、集光レンズ７０に入射したレーザー光の放射角
をより狭くすることができ、撮像装置２１０を内視鏡として用いた場合に、容易に病変部
を切開や切除することができる。さらに、撮像装置２１０では、拡散レンズ７２に入射し
たＬＥＤ光の放射角を広くすることができ、撮像装置２１０を内視鏡として用いた場合に
、病変部を広範囲で観察することができる。例えば撮像装置２１０では、発光素子３０ｃ
から出射されるレーザー光と、発光素子３０ｄから出射されるＬＥＤ光と、によって、病
変部の切開や切除と照射とを同時に行うことができる。
なお、例えば、レーザー光で血液凝固を行う場合は、本発明に係る撮像装置は、拡散レ
ンズ７２にレーザー光が入射するように、構成されていてもよい。これにより、血液凝固
を、広範囲で行うことができる。
３． 第３実施形態
次に、第３実施形態に係る内視鏡について、図面を参照しながら説明する。図１６は、
本実施形態に係る内視鏡３００を模式的に示す図である。内視鏡３００は、本発明に係る
撮像装置を含む。以下では、本発明に係る撮像装置として撮像装置２１０を含む内視鏡３
００について説明する。
内視鏡３００は、図１６に示すように、撮像装置２１０と、電送チューブ３１０と、制
御装置３２０と、を含む。なお、便宜上、図１６では、撮像装置２１０を簡略化して図示
している。
電送チューブ３１０は、撮像装置２１０と制御装置３２０とを接続している。具体的に
は、電送チューブ３１０内には、配線６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６２ａ，６２ｂ
，６２ｃ，６２ｄが互いに電気的に分離した状態で設けられており、これらの配線は、制
御装置３２０に内蔵された駆動回路３３０に電気的に接続されている。さらに、電送チュ
ーブ３１０内には、撮像素子２０と電気的に接続された配線（図示せず）が設けられてい
る。撮像装置２１０および電送チューブ３１０は、体内に導入される部分である。
制御装置３２０は、処理部３４０、操作部３４２、および表示部３４４を含んで構成さ
れている。
操作部３４２は、処理部３４０が行う処理に必要な情報を入力するためのものである。
操作部３４２は、例えば、ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ等の各種
スイッチ、タッチパネル、キーボード、マウス等であってもよい。
操作部３４２は、発光素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄのうち光を出射させる発光
素子を選択するためのスイッチを含んで構成されている。これにより、ユーザーは、撮像
装置２１０から出射される光の波長（光の色）を選択することができる。
さらに、操作部３４２は、発光素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの各々の発光層１
３５への電流量を調整するためのスイッチを含んで構成されている。これにより、ユーザ
ーは、撮像装置２１０から出射される光を、レーザー光とするか、ＬＥＤ光とするか、選
択することができる。ユーザーは、例えば、レーザー光を選択した場合、内視鏡３００に
よって病変部の治療を行うことができ、ＬＥＤ光を選択した場合、内視鏡３００によって
病変部の観察を行うことができる。さらに、ユーザーは、撮像装置２１０から出射される
光の強度を調整することができる。
表示部３４４は、撮像装置２１０において撮像された画像を表示する。具体的には、表
示部３４４は、撮像装置２１０において撮像された病変部の画像を表示することができる
。表示部３４４は、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）
やＥＬディスプレイ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｄｉｓｐｌａｙ）など
である。なお、１つのタッチパネル型ディスプレイで操作部３４２と表示部３４４の機能
を実現するようにしてもよい。
処理部３４０は、駆動回路３３０を制御する。処理部３４０は、専用回路によって実現
して後述される処理を行うように構成されていてもよい。また、処理部３４０は、例えば
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）がＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎ
ｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶
装置に記憶された制御プログラムを実行することによってコンピューターとして機能し、
後述される処理を行うように構成されていてもよい。この場合、記憶装置は、処理に伴う
中間データや制御結果などを一時的に記憶するワークエリアを有していてもよい。
処理部３４０は、操作部３４２からの入力信号に基づいて、制御信号を生成し、該制御
信号を駆動回路３３０に送る処理を行う。駆動回路３３０は、該制御信号に基づいて、発
光素子３０の発光層１３５に電流を注入する。
例えば、ユーザーが操作部３４２に、発光素子３０ｃを発光させるための情報、かつ発
光素子３０ｃからレーザー光を出射させるための情報を入力すると、発光素子３０ｃは、
レーザー光を出射し、レーザー光による治療を行うことができる。例えば、ユーザーが操
作部３４２に、発光素子３０ｄを発光させるための情報、かつ発光素子３０ｄからＬＥＤ
光を出射させるための情報を入力すると、発光素子３０ｄは、ＬＥＤ光を出射し、ＬＥＤ
光による治療を行うことができる。なお、発光素子３０ｃ，３０ｄから同時に光を出射さ
せて、レーザー光による治療と、ＬＥＤ光による観察と、を同時に行ってもよい。
内視鏡３００は、小型化を図ることができる撮像装置２１０を含む。したがって、内視
鏡３００は、体内に挿入される部分の小型化を図ることができる。
なお、図示はしないが、本発明に係る内視鏡は、カプセル型の内視鏡であってもよい。
この場合、本発明に係る内視鏡は、無線によって外部から操作可能であるように構成され
ていてもよい。また、この場合、本発明に係る内視鏡は、該内視鏡を体内に固定できるよ
うに構成されていてもよい。本発明に係る撮像装置は、小型で、かつ閾値電流の値が低く
低消費電力なので、カプセル型の内視鏡に好適にも用いることができる。
本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形
態や変形例を組み合わせたりしてもよい。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び
結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施
の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実
施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することが
できる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構
成を含む。
１０…基板、１０ａ…第１基板、１０ｂ…第２基板、１０ｃ…第３基板、１１ａ…薄肉部
、１１ｂ…厚肉部、１２…第１面、１４…第２面、１６…ナノ構造体形成領域、１６ａ…
第１ナノ構造体形成領域、１６ｂ…第２ナノ構造体形成領域、１６ｃ…第３ナノ構造体形
成領域、１６ｄ…第４ナノ構造体形成領域、１７ａ…レーザー光出射領域、１７ｂ…ＬＥ
Ｄ光出射領域、２０…撮像素子、２１…撮像素子チップ、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ
，３０ｄ…発光素子、３１…発光素子チップ、３２…第１コンタクト層、３４…ナノ構造
体、３６…光伝搬部材、３８…第２コンタクト層、４０…第１電極、４２…第２電極、５
０…保護層、５２…マスク層、６０，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ，６２，６２ａ，
６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ…配線、７０…集光レンズ、７２…拡散レンズ、８０…筐体、１
００…撮像装置、１１０，１２０…撮像装置、１３４…第１半導体層、１３５…発光層、
１３６…第２半導体層、２００，２１０…撮像装置、３００…内視鏡、３１０…電送チュ
ーブ、３２０…制御装置、３３０…駆動回路、３４０…処理部、３４２…操作部、３４４
…表示部

Claims (8)

  1. 基板と、
    前記基板に設けられた撮像素子と、
    前記基板に設けられ、複数のナノ構造体を有する発光素子と、
    集光レンズと、拡散レンズと、を含み、
    前記基板は、前記ナノ構造体が設けられているレーザー光出射領域およびＬＥＤ光出射領域と、を有し、
    前記レーザー光出射領域に設けられた前記ナノ構造体から出射される光は、レーザー光であって、前記集光レンズに入射し、
    前記ＬＥＤ光出射領域に設けられた前記ナノ構造体から出射される光は、ＬＥＤ光であって、前記拡散レンズに入射する、撮像装置。
  2. 請求項１において、
    前記基板は、前記ナノ構造体が設けられているナノ構造体形成領域を有し、
    前記ナノ構造体形成領域は、平面視において、前記撮像素子を囲んで設けられている、撮像装置。
  3. 請求項１において、
    前記基板は、前記ナノ構造体が設けられている第１ナノ構造体形成領域および第２ナノ
    構造体形成領域を有し、
    前記第１ナノ構造体形成領域に設けられた前記ナノ構造体から出射される光の波長と、記第２ナノ構造体形成領域に設けられた前記ナノ構造体から出射される光の波長とは、異なる波長である、撮像装置。
  4. 請求項３において、
    前記基板は、前記ナノ構造体が設けられている第３ナノ構造体形成領域を有し、
    前記第１ナノ構造体形成領域に設けられた前記ナノ構造体から出射される光は、赤色光であり、
    前記第２ナノ構造体形成領域に設けられた前記ナノ構造体から出射される光は、緑色光であり、
    前記第３ナノ構造体形成領域に設けられた前記ナノ構造体から出射される光は、青色光である、撮像装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
    前記複数のナノ構造体は、各々が発光層を有し、
    前記発光層が発した光は、前記レーザー光出射領域に設けられた前記ナノ構造体により共振する、撮像装置。
  6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
    前記撮像素子および前記発光素子は、前記基板の第１面側に設けられている、撮像装置。
  7. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
    前記発光素子は、前記基板の第１面側に設けられ、
    前記撮像素子は、前記基板の前記第１面とは反対側の第２面に設けられている、撮像装置。
  8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の撮像装置を含む、内視鏡。
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