JPH05347399A - 赤外線検出装置 - Google Patents
赤外線検出装置Info
- Publication number
- JPH05347399A JPH05347399A JP4153406A JP15340692A JPH05347399A JP H05347399 A JPH05347399 A JP H05347399A JP 4153406 A JP4153406 A JP 4153406A JP 15340692 A JP15340692 A JP 15340692A JP H05347399 A JPH05347399 A JP H05347399A
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- silicon semiconductor
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、シリコン半導体を用いた赤外線検出
素子を用いて十分精度のよい温度分布画像を得ることが
できる赤外線検出装置を提供することを目的とする。 【構成】シリコン半導体を用いた赤外線検出素子の光入
射面に、シリコン半導体よりもバンドギャップの広い化
合物半導体からなるフィルタを設ける。可視光領域から
近赤外領域にわたる感度を有するシリコン半導体を用い
て赤外線検出素子に、近赤外領域の波長で非常にシャー
プな遮断特性を有する化合物半導体のフィルタを組み合
わせることにより、近赤外領域のみの光を受光する赤外
線検出装置を実現する。
素子を用いて十分精度のよい温度分布画像を得ることが
できる赤外線検出装置を提供することを目的とする。 【構成】シリコン半導体を用いた赤外線検出素子の光入
射面に、シリコン半導体よりもバンドギャップの広い化
合物半導体からなるフィルタを設ける。可視光領域から
近赤外領域にわたる感度を有するシリコン半導体を用い
て赤外線検出素子に、近赤外領域の波長で非常にシャー
プな遮断特性を有する化合物半導体のフィルタを組み合
わせることにより、近赤外領域のみの光を受光する赤外
線検出装置を実現する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は赤外線検出装置、特に非
接触で温度を測定して二次元画像を得るための赤外線検
出装置に関する。
接触で温度を測定して二次元画像を得るための赤外線検
出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から二次元画像を得るための撮像装
置としてＣＣＤ装置が広く用いられている。シリコン半
導体を用いたＣＣＤ装置の場合、シリコン半導体は可視
光領域だけでなく近赤外領域にも十分な感度を有するた
め、二次元の温度分布画像を得ることができるものとし
て期待されている。
置としてＣＣＤ装置が広く用いられている。シリコン半
導体を用いたＣＣＤ装置の場合、シリコン半導体は可視
光領域だけでなく近赤外領域にも十分な感度を有するた
め、二次元の温度分布画像を得ることができるものとし
て期待されている。
【０００３】しかしながら、シリコン半導体は可視光領
域から近赤外領域にわたって感度を有するが、近赤外領
域における量子効率が非常に低いという特性がある。図
１にシリコン半導体を用いたＣＣＤカメラの分光特性の
一例を示す。この分光特性から明らかなように、可視光
領域（波長＝０．３８〜０．７８μｍ）から赤外光領域
（波長＝０．７８μｍ〜）にわたり波長が１．１μｍ程
度まで感度を有するが、波長が長くなると量子効率が低
くなる。特に、温度分布画像を得るために必要な近赤外
領域（波長＝０．９〜１．１μｍ）では可視光領域に比
べて量子効率が極端に低くなってしまう。
域から近赤外領域にわたって感度を有するが、近赤外領
域における量子効率が非常に低いという特性がある。図
１にシリコン半導体を用いたＣＣＤカメラの分光特性の
一例を示す。この分光特性から明らかなように、可視光
領域（波長＝０．３８〜０．７８μｍ）から赤外光領域
（波長＝０．７８μｍ〜）にわたり波長が１．１μｍ程
度まで感度を有するが、波長が長くなると量子効率が低
くなる。特に、温度分布画像を得るために必要な近赤外
領域（波長＝０．９〜１．１μｍ）では可視光領域に比
べて量子効率が極端に低くなってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このため、シリコン半
導体を用いたＣＣＤ装置により正確な温度分布画像を得
るためには、近赤外領域のみを透過する非常に鋭いカッ
トオフ特性のフィルターが必要となる。従来は、石英ガ
ラス上にシリコン酸化膜をＣＶＤ法等により推積して製
造した干渉フィルタや色ガラスフィルタ等を用いていた
が、カットオフ特性が十分ではないために、可視光領域
の光を完全に遮断することができず、精度のよい温度分
布画像を得ることが困難であった。
導体を用いたＣＣＤ装置により正確な温度分布画像を得
るためには、近赤外領域のみを透過する非常に鋭いカッ
トオフ特性のフィルターが必要となる。従来は、石英ガ
ラス上にシリコン酸化膜をＣＶＤ法等により推積して製
造した干渉フィルタや色ガラスフィルタ等を用いていた
が、カットオフ特性が十分ではないために、可視光領域
の光を完全に遮断することができず、精度のよい温度分
布画像を得ることが困難であった。
【０００５】本発明の目的は、シリコン半導体を用いた
赤外線検出素子を用いて十分精度のよい温度分布画像を
得ることができる赤外線検出装置を提供することにあ
る。
赤外線検出素子を用いて十分精度のよい温度分布画像を
得ることができる赤外線検出装置を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の原理を図２及び
図３を用いて説明する。本発明による赤外線検出装置
は、図２に示すように、シリコン半導体を用いた赤外線
検出素子の光入射面側に、シリコン半導体よりもバンド
ギャップの広い化合物半導体からなるフィルタを設けた
ことを特徴としている。
図３を用いて説明する。本発明による赤外線検出装置
は、図２に示すように、シリコン半導体を用いた赤外線
検出素子の光入射面側に、シリコン半導体よりもバンド
ギャップの広い化合物半導体からなるフィルタを設けた
ことを特徴としている。
【０００７】各種半導体の光吸収係数の波長依存性を図
３に示す。半導体におけるバンドギャップＥｇと遮断波
長λcoとの関係は次式 λco＝ｈｃ／Ｅｇ＝１．２４／Ｅｇ［μｍ］ により表すことができる。赤外線検出素子に用いられて
いるシリコンは、バンドギャップＥｇ＝１．１２［ｅ
Ｖ］（温度＝３００Ｋ）であるので遮断波長λco＝１．
１１（μｍ）となり、可視光領域から近赤外領域にわた
る感度を有している。図３に示すように、遮断波長にお
いて緩やかな遮断特性を示している。
３に示す。半導体におけるバンドギャップＥｇと遮断波
長λcoとの関係は次式 λco＝ｈｃ／Ｅｇ＝１．２４／Ｅｇ［μｍ］ により表すことができる。赤外線検出素子に用いられて
いるシリコンは、バンドギャップＥｇ＝１．１２［ｅ
Ｖ］（温度＝３００Ｋ）であるので遮断波長λco＝１．
１１（μｍ）となり、可視光領域から近赤外領域にわた
る感度を有している。図３に示すように、遮断波長にお
いて緩やかな遮断特性を示している。
【０００８】一方、フィルタに用いられている化合物半
導体の一例であるＩｎＰはバンドギャップＥｇ＝１．３
５［ｅＶ］（温度＝３００Ｋ）であるので遮断波長λco
＝０．９２［μｍ］となる。また、他の化合物半導体で
あるＧａＡｓはバンドギャップＥｇ＝１．４２［ｅＶ］
（温度＝３００Ｋ）であるので遮断波長λco＝０．８７
［μｍ］となる。これら化合物半導体のＩｎＰ及びＧａ
Ａｓは直接遷移型半導体であるので局在する不純物や欠
陥準位に束縛された電子による吸収がなく、図３に示す
ように、非常にシャープな遮断特性を示している。
導体の一例であるＩｎＰはバンドギャップＥｇ＝１．３
５［ｅＶ］（温度＝３００Ｋ）であるので遮断波長λco
＝０．９２［μｍ］となる。また、他の化合物半導体で
あるＧａＡｓはバンドギャップＥｇ＝１．４２［ｅＶ］
（温度＝３００Ｋ）であるので遮断波長λco＝０．８７
［μｍ］となる。これら化合物半導体のＩｎＰ及びＧａ
Ａｓは直接遷移型半導体であるので局在する不純物や欠
陥準位に束縛された電子による吸収がなく、図３に示す
ように、非常にシャープな遮断特性を示している。
【０００９】したがって、シリコン半導体を用いた赤外
線検出素子の光入射面側に、シリコン半導体よりもバン
ドギャップの広い化合物半導体からなるフィルタを設け
ると、その遮断特性により可視光領域の光を非常なシャ
ープな遮断特性により遮断する。したがって、本発明に
よれば、化合物半導体がＩｎＰの場合には０．９２〜
１．１１［μｍ］の範囲の近赤外領域のみの光を受光
し、化合物半導体がＧａＡｓの場合には０．８７〜１．
１１［μｍ］の範囲の近赤外領域のみの光を受光する赤
外線検出装置を実現することができる。
線検出素子の光入射面側に、シリコン半導体よりもバン
ドギャップの広い化合物半導体からなるフィルタを設け
ると、その遮断特性により可視光領域の光を非常なシャ
ープな遮断特性により遮断する。したがって、本発明に
よれば、化合物半導体がＩｎＰの場合には０．９２〜
１．１１［μｍ］の範囲の近赤外領域のみの光を受光
し、化合物半導体がＧａＡｓの場合には０．８７〜１．
１１［μｍ］の範囲の近赤外領域のみの光を受光する赤
外線検出装置を実現することができる。
【００１０】
【作用】本発明によれば、シリコン半導体を用いた赤外
線検出素子の光入射面側に、シリコン半導体よりもバン
ドギャップが広い化合物半導体からなるフィルタを設け
たので、近赤外領域の光のみを検出することができ、十
分精度のよい温度分布画像を得ることができる。
線検出素子の光入射面側に、シリコン半導体よりもバン
ドギャップが広い化合物半導体からなるフィルタを設け
たので、近赤外領域の光のみを検出することができ、十
分精度のよい温度分布画像を得ることができる。
【００１１】
【実施例】本発明の一実施例による赤外線検出装置を図
４乃至図６を用いて説明する。図４（ａ）は赤外線検出
装置の断面図、図４（ｂ）は赤外線検出装置のＣＣＤ撮
像装置の平面図である。本実施例の赤外線検出装置は、
図４（ａ）に示すように、近赤外線の像を撮像するＣＣ
Ｄ撮像装置２０の光入射面側に、ＩｎＰ、ＧａＡｓ等の
化合物半導体からなる厚さ０．４５ｍｍのフィルタ１０
を設けている。
４乃至図６を用いて説明する。図４（ａ）は赤外線検出
装置の断面図、図４（ｂ）は赤外線検出装置のＣＣＤ撮
像装置の平面図である。本実施例の赤外線検出装置は、
図４（ａ）に示すように、近赤外線の像を撮像するＣＣ
Ｄ撮像装置２０の光入射面側に、ＩｎＰ、ＧａＡｓ等の
化合物半導体からなる厚さ０．４５ｍｍのフィルタ１０
を設けている。
【００１２】ＣＣＤ撮像装置２０は、図４に示すよう
に、近赤外線の像を撮像するのに好適な構造の仮想位相
ＣＣＤ構造を採用している（参照文献：ＩＥＥＥ ＥＤ
Ｖｏｌ ＥＤ−３３ Ｎｏ．６ ｐｐ８５０−８６２
Ｊｕｎ １９８６；ＩＥＥＥＥＤ Ｖｏｌ ＥＤ−３
６ Ｎｏ．１１ ｐｐ２４６６−２４７４ Ｎｏｖ，１
９８９）。図４（上記参照文献ＩＥＥＥ ＥＤ Ｖｏｌ
ＥＤ−３３ Ｎｏ．６の８５５頁のＦｉｇ．６を参
照）において、上部は光受光部であり、下部は光メモリ
部である。
に、近赤外線の像を撮像するのに好適な構造の仮想位相
ＣＣＤ構造を採用している（参照文献：ＩＥＥＥ ＥＤ
Ｖｏｌ ＥＤ−３３ Ｎｏ．６ ｐｐ８５０−８６２
Ｊｕｎ １９８６；ＩＥＥＥＥＤ Ｖｏｌ ＥＤ−３
６ Ｎｏ．１１ ｐｐ２４６６−２４７４ Ｎｏｖ，１
９８９）。図４（上記参照文献ＩＥＥＥ ＥＤ Ｖｏｌ
ＥＤ−３３ Ｎｏ．６の８５５頁のＦｉｇ．６を参
照）において、上部は光受光部であり、下部は光メモリ
部である。
【００１３】仮想位相ＣＣＤ構造では電荷転送部と光電
変換部が共用できる構造になっており、通常のＣＣＤ構
造のように縦型オーバーフロードレイン構造を用いてい
ないため、シリコン基板深部へ入射された長波長の光も
光電変換することができるという特徴を有している。し
たがって、本実施例におけるＣＣＤ撮像装置２０では、
波長が０．８μｍ以上の長波長の光でも効率よく受光す
ることができる。そのため、このＣＣＤ撮像装置２０の
光入射面側にＩｎＰ、ＧａＡｓ等の化合物半導体からな
るフィルタ１０を設けることにより、可視光領域の光の
影響をほとんど受けることなく、近赤外線領域のみを受
光し検出する赤外線検出装置が実現できる。
変換部が共用できる構造になっており、通常のＣＣＤ構
造のように縦型オーバーフロードレイン構造を用いてい
ないため、シリコン基板深部へ入射された長波長の光も
光電変換することができるという特徴を有している。し
たがって、本実施例におけるＣＣＤ撮像装置２０では、
波長が０．８μｍ以上の長波長の光でも効率よく受光す
ることができる。そのため、このＣＣＤ撮像装置２０の
光入射面側にＩｎＰ、ＧａＡｓ等の化合物半導体からな
るフィルタ１０を設けることにより、可視光領域の光の
影響をほとんど受けることなく、近赤外線領域のみを受
光し検出する赤外線検出装置が実現できる。
【００１４】また、本実施例の赤外線検出装置は、近赤
外線領域の感度が高いので、高温の物体の熱画像を得る
ことが可能である。図５に放射エネルギーの波長依存性
を示す。シリコン半導体を用いたＣＣＤ撮像装置２０に
おいて、十分な信号を得ることができると考えられる入
射エネルギーは１０-5Ｗａｔｔ／ｃｍ2 ・μｍ以上であ
ること、本実施例の赤外線検出装置の感度領域は約０．
８〜１．１μｍの波長であることを考慮すると、図５か
ら、約４００℃以上の温度の物体であれば熱画像を得る
ことができることがわかる。
外線領域の感度が高いので、高温の物体の熱画像を得る
ことが可能である。図５に放射エネルギーの波長依存性
を示す。シリコン半導体を用いたＣＣＤ撮像装置２０に
おいて、十分な信号を得ることができると考えられる入
射エネルギーは１０-5Ｗａｔｔ／ｃｍ2 ・μｍ以上であ
ること、本実施例の赤外線検出装置の感度領域は約０．
８〜１．１μｍの波長であることを考慮すると、図５か
ら、約４００℃以上の温度の物体であれば熱画像を得る
ことができることがわかる。
【００１５】化合物半導体からなるフィルタを用いて熱
画像を検出することの有効性を確認するため、黒体炉を
高温に設定し、ＩｎＰからなるフィルタを使用して温度
を測定した。測定結果を図６に示す。図６から明らかな
ように、８５０℃から１１５０℃までの温度範囲におい
て、ＩｎＰからなるフィルタを使用した場合でも±５℃
以内の誤差で黒体炉の温度を正確に測定することができ
た。したがって、ＩｎＰからなるフィルタを使用しても
熱画像の温度を正確に得ることができることがわかっ
た。
画像を検出することの有効性を確認するため、黒体炉を
高温に設定し、ＩｎＰからなるフィルタを使用して温度
を測定した。測定結果を図６に示す。図６から明らかな
ように、８５０℃から１１５０℃までの温度範囲におい
て、ＩｎＰからなるフィルタを使用した場合でも±５℃
以内の誤差で黒体炉の温度を正確に測定することができ
た。したがって、ＩｎＰからなるフィルタを使用しても
熱画像の温度を正確に得ることができることがわかっ
た。
【００１６】なお、他の温度範囲の熱画像を撮像する場
合には濃度フィルタ（Neutral Density Filter）を設け
ればよい。本発明は上記実施例に限らず種々の変形が可
能である。例えば、上記実施例では、赤外線撮像装置と
して仮想位相ＣＣＤ構造を用いたが、他のＣＣＤ構造で
もよい。また、近赤外線領域に良好な感度をもっている
撮像素子であれば、例えば、横型オーバーフロードレイ
ンを用いているＣＣＤ撮像装置、ＳＩＴ（静電誘導トラ
ンジスタ）イメージ・センサ等の他の撮像装置を用いて
もよい。
合には濃度フィルタ（Neutral Density Filter）を設け
ればよい。本発明は上記実施例に限らず種々の変形が可
能である。例えば、上記実施例では、赤外線撮像装置と
して仮想位相ＣＣＤ構造を用いたが、他のＣＣＤ構造で
もよい。また、近赤外線領域に良好な感度をもっている
撮像素子であれば、例えば、横型オーバーフロードレイ
ンを用いているＣＣＤ撮像装置、ＳＩＴ（静電誘導トラ
ンジスタ）イメージ・センサ等の他の撮像装置を用いて
もよい。
【００１７】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、シリコン
半導体を用いた赤外線検出素子の光入射面側に、シリコ
ン半導体よりもバンドギャップが広い化合物半導体から
なるフィルタを設けたので、近赤外領域の光のみを検出
することができ、十分精度のよい温度分布画像を得るこ
とができる。したがって、物体の近赤外線領域のみを撮
像し、高温物体の熱画像を簡単に得ることができる。特
に、原子炉やプラントの反応管、航空機のエンジン等に
設ければ、これらを常時監視し、異常事態での温度の検
出、場所の特定を容易に行うことができる。
半導体を用いた赤外線検出素子の光入射面側に、シリコ
ン半導体よりもバンドギャップが広い化合物半導体から
なるフィルタを設けたので、近赤外領域の光のみを検出
することができ、十分精度のよい温度分布画像を得るこ
とができる。したがって、物体の近赤外線領域のみを撮
像し、高温物体の熱画像を簡単に得ることができる。特
に、原子炉やプラントの反応管、航空機のエンジン等に
設ければ、これらを常時監視し、異常事態での温度の検
出、場所の特定を容易に行うことができる。
【図１】シリコン半導体を用いたＣＣＤカメラの分光特
性の一例を示すグラフである。
性の一例を示すグラフである。
【図２】本発明の赤外線検出装置を示す図である。
【図３】種々の半導体の光吸収係数の波長依存性を示す
グラフである。
グラフである。
【図４】本発明の一実施例による赤外線検出装置を示す
図である。
図である。
【図５】放射エネルギーの波長依存性を示すグラフであ
る。
る。
【図６】ＩｎＰフィルタを用いて黒体炉の温度を測定し
た測定結果を示すグラフである。
た測定結果を示すグラフである。
１０…フィルタ ２０…ＣＣＤ撮像装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 5/33 Ｚ
Claims (1)
- 【請求項１】 シリコン半導体を用いた赤外線検出素子
と、 前記赤外線検出素子の光入射面側に設けられ、前記シリ
コン半導体よりもバンドギャップの広い化合物半導体か
らなるフィルタとを有することを特徴とする赤外線検出
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4153406A JPH05347399A (ja) | 1992-06-12 | 1992-06-12 | 赤外線検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4153406A JPH05347399A (ja) | 1992-06-12 | 1992-06-12 | 赤外線検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05347399A true JPH05347399A (ja) | 1993-12-27 |
Family
ID=15561797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4153406A Pending JPH05347399A (ja) | 1992-06-12 | 1992-06-12 | 赤外線検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05347399A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009223896A (ja) * | 2008-03-13 | 2009-10-01 | Samsung Electronics Co Ltd | 表示装置 |
| CN107004683A (zh) * | 2014-12-04 | 2017-08-01 | Jsr株式会社 | 固体摄像装置 |
| JP2018179932A (ja) * | 2017-04-21 | 2018-11-15 | 日本アビオニクス株式会社 | 赤外線撮影装置、赤外線撮影システム及び赤外線撮影方法 |
| WO2019146299A1 (ja) * | 2018-01-23 | 2019-08-01 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置 |
| WO2024224980A1 (ja) * | 2023-04-28 | 2024-10-31 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像装置及び電子機器 |
| WO2026004350A1 (ja) * | 2024-06-24 | 2026-01-02 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | テラヘルツ波検出装置及び電子機器 |
-
1992
- 1992-06-12 JP JP4153406A patent/JPH05347399A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009223896A (ja) * | 2008-03-13 | 2009-10-01 | Samsung Electronics Co Ltd | 表示装置 |
| CN107004683A (zh) * | 2014-12-04 | 2017-08-01 | Jsr株式会社 | 固体摄像装置 |
| CN107004683B (zh) * | 2014-12-04 | 2020-10-16 | Jsr株式会社 | 固体摄像装置 |
| JP2018179932A (ja) * | 2017-04-21 | 2018-11-15 | 日本アビオニクス株式会社 | 赤外線撮影装置、赤外線撮影システム及び赤外線撮影方法 |
| WO2019146299A1 (ja) * | 2018-01-23 | 2019-08-01 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置 |
| JPWO2019146299A1 (ja) * | 2018-01-23 | 2021-02-04 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置 |
| US11329084B2 (en) | 2018-01-23 | 2022-05-10 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Imaging unit |
| WO2024224980A1 (ja) * | 2023-04-28 | 2024-10-31 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像装置及び電子機器 |
| WO2026004350A1 (ja) * | 2024-06-24 | 2026-01-02 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | テラヘルツ波検出装置及び電子機器 |
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