撮像素子
【課題】空間解像度を維持しつつ、バンド数の増大と小型化を実現した撮像素子を提供することを課題とする。
【解決手段】撮像素子は、一対の第１透明電極と、前記一対の第１透明電極の間にマトリクス状に配列され、有機膜で構成される複数の第１光電変換部とを有し、前記第１光電変換部に結像する画像を読み出す第１撮像部と、一対の第２透明電極と、前記一対の第２透明電極の間にマトリクス状に配列され、有機膜で構成される複数の第２光電変換部とを有し、前記第２光電変換部に結像する画像を読み出す第２撮像部とを含み、前記第１撮像部と前記第２撮像部は積層されており、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部には、光感度が異なる４種類以上の光電変換膜が含まれる。
【解決手段】撮像素子は、一対の第１透明電極と、前記一対の第１透明電極の間にマトリクス状に配列され、有機膜で構成される複数の第１光電変換部とを有し、前記第１光電変換部に結像する画像を読み出す第１撮像部と、一対の第２透明電極と、前記一対の第２透明電極の間にマトリクス状に配列され、有機膜で構成される複数の第２光電変換部とを有し、前記第２光電変換部に結像する画像を読み出す第２撮像部とを含み、前記第１撮像部と前記第２撮像部は積層されており、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部には、光感度が異なる４種類以上の光電変換膜が含まれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体の色情報を複数のバンドに分光して取得する撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、薄型テレビ等の色表示能力が向上し、従来のＲＧＢ色空間の限界を超えて色再現性を高める動きが進んでいる。そのひとつとして、「色空間を理解する（４）」（山口雅浩：日経エレクトロニクス２００７年６月４日号１５０ページ）にスペクトルに基づく色再現の手法が紹介されている。このようなスペクトルに基づく色再現のシステムでは、被写体のスペクトルを推定するためにマルチバンドカメラが用いられる。
【０００３】
現在主流のＣＣＤ（Charge Coupled Device）あるいはＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor）等のシリコンを用いたセンサを含む撮像素子は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光全域にわたる広い光感度を有するため、マルチバンドカメラに適用するためには撮像素子に到達する前に入射光を複数のバンドに分光する必要がある。
【０００４】
このように複数のバンドに分光する撮像素子として、複数のカラーフィルタを撮像素子の前で機械的に切り替えて、１つの撮像素子で時分割に被写体のスペクトルを取得する撮像素子が提案されている。しかしながら、カラーフィルタの切替速度に限界があるため、移動する被写体の撮像には不向きである。
【０００５】
そこで、移動する被写体の撮像を実現するために、複数のカラーフィルタをマトリクス状に撮像素子上に配列し、複数のサブピクセルで一画素を形成する方法、あるいは、入射光をスプリッタで複数に分割し、分割された光の各々をマトリクス状に配列されたカラーフィルタと撮像素子で受光する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−３２９３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、複数のカラーフィルタをマトリクス状に撮像素子上に配列する手法では、バンドの数が増大するほど空間解像度が低下するという課題がある。
【０００７】
また、入射光をスプリッタによって複数に分割する手法では、バンド数と同数の撮像素子が必要であり、バンド数が増大するほどカメラシステムが巨大化するという課題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、空間解像度を維持しつつ、バンド数の増大と小型化を実現した撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一局面の撮像素子は、一対の第１透明電極と、前記一対の第１透明電極の間にマトリクス状に配列され、有機膜で構成される複数の第１光電変換部とを有し、前記第１光電変換部に結像する画像を読み出す第１撮像部と、一対の第２透明電極と、前記一対の第２透明電極の間にマトリクス状に配列され、有機膜で構成される複数の第２光電変換部とを有し、前記第２光電変換部に結像する画像を読み出す第２撮像部とを含み、前記第１撮像部と前記第２撮像部は積層されており、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部には、光感度が異なる４種類以上の光電変換膜が含まれる。
【００１０】
また、前記第１光電変換部は、光感度の異なる２種類以上の光電変換膜を含み、前記第２光電変換部は、前記第１光電変換部に含まれる光電変換膜の光感度とは異なる光感度を有する２種類以上の光電変換膜を含んでもよい。
【００１１】
また、前記第１光電変換部に含まれる光電変換膜は、長波長側Ｒ成分、長波長側Ｇ成分、及び長波長側Ｂ成分に対応した光感度を有し、前記第２光電変換部に含まれる光電変換膜は、短波長側Ｒ成分、短波長側Ｇ成分、及び短波長側Ｂ成分に対応した光感度を有してもよい。
【００１２】
また、前記第１光電変換部に含まれる複数の光電変換膜、及び、前記第２光電変換部に含まれる複数の光電変換膜は、それぞれ、ベイヤー配列されてもよい。
【００１３】
また、前記一対の第１透明電極及び前記一対の第２透明電極は、それぞれ、複数のストライプ状の列選択電極と、前記列選択電極に平面視直交する複数のストライプ状の行選択電極とで構成されてもよい。
【００１４】
また、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部を一対ずつ含む画素毎に配設され、当該画素を選択するために駆動される複数の画素選択素子をさらに備え、前記一対の第１透明電極及び前記一対の第２透明電極は、それぞれ、前記画素選択素子の各々に接続され、画素毎に配置される透明電極と、当該透明電極に対向配置される対向電極とで構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、空間解像度を維持しつつ、バンド数の増大と小型化を実現した撮像素子を提供できるという特有の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の撮像素子を適用した実施の形態について説明する。
【００１７】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の撮像素子の構成を模式的に示す図である。実施の形態１の撮像素子は、６バンドのマルチバンドカメラに用いるための撮像素子であり、撮像部１０及び２０を含む。なお、図１には、説明の便宜上、撮像部１０と２０に含まれる各要素（１１〜１４と２１〜２４）が分けられた状態を示すが、これらは、実際には積層される。
【００１８】
撮像部１０は、透明基板１１の上に、列選択電極１２、光電変換膜１３、行選択電極１４を積層した構造を有する。
【００１９】
透明基板１１は、石英、ＢＫ７、無アルカリガラス、ソーダガラス等のガラス材料のほか、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリサルフォン、又はポリエーテルサルフォン等の透明プラスチック材料で構成される。この透明基板１１の厚さは、例えば、１．５ｍｍに設定される。
【００２０】
列選択電極１２は、互いに平行に配列される複数のストライプ状電極を含んでおり、列選択を行うとともに、行選択電極１４と協働して撮像信号を読み出すための電極である。この列選択電極１２は、例えば、インジウム酸化物（ＩＯ）、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の金属酸化物、あるいは白金、金、銀、アルミニウム等の金属材料を５ｎｍ〜３０ｎｍと薄く堆積させた半透明金属薄膜で構成される。
【００２１】
光電変換膜１３は、特定の色の光のみを吸収して光電変換を行う光電変換膜であり、急峻な光感度（分光感度）を有する有機材料によって構成される。この光電変換膜１３を構成する有機材料としては、例えば、スチルベン誘導体、ベンゾキサゾール誘導体、縮合芳香族炭素環（ペリレン誘導体、アントラセン誘導体、テトラセン誘導体等）、メロシアニン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ジアミン誘導体、チオフェン誘導体、ＰｔやＥｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｒ、Ｚｎ等の金属錯体、ＤＣＭ誘導体、アゾ系有機顔料、又は多環式系有機顔料（フタロシアニン類、キナクリドン類、ポルフィリン類等）等を用いることができる。
【００２２】
この光電変換膜１３は、長波長Ｒ成分（ｌ−Ｒ）、長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）、及び長波長Ｂ成分（ｌ−Ｂ）を主に吸収する３種類の光感度を有する光電変換部がベイヤー配列された構造を有する。これらの光感度については後述する。
【００２３】
行選択電極１４は、互いに平行に配列される複数のストライプ状電極を含んでおり、平面視において列選択電極１２と直交するように配列される。この行選択電極１４は、行選択を行うとともに、列選択電極１２と協働して撮像信号を読み出すための電極である。
【００２４】
この行選択電極１４は、例えば、インジウム酸化物（ＩＯ）、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の金属酸化物や、あるいは白金、金、銀、アルミニウム等の金属材料を５ｎｍ〜３０ｎｍと薄く堆積した半透明金属薄膜で構成される。
【００２５】
列選択電極１２と行選択電極１４には、任意の列選択電極１２と行選択電極１４を選択するための画素選択回路と、選択された画素の光電変換部から読み出される撮像信号を増幅するための信号増幅回路が接続される。
【００２６】
画素選択回路としては、例えば、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、アモルファスインジウム・ガリウム・酸化亜鉛や酸化亜鉛等を能動素子として用いた薄膜トランジスタ回路（ＴＦＴ）を用いることができる。
【００２７】
また、信号増幅回路は、低Ｓ／Ｎ比で撮像信号としての電流を増幅できる回路を用いることができる。
【００２８】
このため、列選択電極１２と行選択電極１４に挟まれた領域が一つの画素となる。光電変換膜１３に含まれるベイヤー配列された光電変換部の各々は、画素領域毎に配設される。
【００２９】
列選択電極１２と行選択電極１４の電位を画素選択回路で制御し、選択された光電変換部に印加される電圧によって電子正孔対を取り出すことにより、撮像信号を読み出すことができる。
【００３０】
なお、選択されていない画素の列選択電極１２と行選択電極１４の間はオープン（外部回路に接続されていない状態）にされるため、電子正孔対が取り出されるのは画素選択回路によって選択された画素のみである。
【００３１】
また、撮像部２０は、透明基板２１の上に、列選択電極２２、光電変換膜２３、行選択電極２４を積層した構造を有し、この積層構造は撮像部１０と同一である。透明基板２１の上に、列選択電極２２、及び行選択電極２４の構造は、撮像部１０の透明基板１１、列選択電極１２、及び行選択電極１４と同一であるが、光電変換膜２３の構造が撮像部１０とは異なる。
【００３２】
撮像部２０に含まれる光電変換膜２３は、短波長Ｒ成分（ｓ−Ｒ）、短波長Ｇ成分（ｓ−Ｇ）、及び短波長Ｂ成分（ｓ−Ｂ）を主に吸収する３種類の光感度を有する光電変換部がベイヤー配列された構造を有する点が撮像部１０に含まれる光電変換膜１３と異なる。その他の構造は、光電変換膜１３と同一である。
【００３３】
これらの光感度は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各成分ともに、光電変換膜１３に含まれる光電変換部の光感度（ｌ−Ｒ）、（ｌ−Ｇ）、及び（ｌ−Ｂ）よりも短波長側である。その詳細については、図２を用いて後述する。
【００３４】
図２は、実施の形態１の撮像素子における６バンドの光感度（分光感度）を示す特性図である。６バンドの光感度は、上述した長波長Ｒ成分（ｌ−Ｒ）、短波長Ｒ成分（ｓ−Ｒ）、長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）、短波長Ｇ成分（ｓ−Ｇ）、長波長Ｂ成分（ｌ−Ｂ）、及び短波長Ｂ成分（ｓ−Ｂ）を主な吸収帯域として有する光電変換部によって実現される。
【００３５】
このような光電変換部は、シリコンのように広範な光感度を有するシリコン系の光電変換材料ではなく、図２に示すように特定の色の光のみを主に吸収して光電変換を行う有機材料によって構成される。
【００３６】
このような有機材料としては、上述のスチルベン誘導体等を用いることができ、特定の色の光のみを主に吸収する光電変換部については、特開２００３−１５８２５４号公報、及び特開２００３−２３４４６０号公報に記載されている。
【００３７】
長波長Ｒ成分（ｌ−Ｒ）は、約６５０ｎｍから約７００ｎｍが主な吸収帯域である。短波長Ｒ成分（ｓ−Ｒ）は、約６００ｎｍから約６５０ｎｍが主な吸収帯域である。長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）は、約５５０ｎｍから約６００ｎｍが主な吸収帯域である。短波長Ｇ成分（ｓ−Ｇ）は、約５００ｎｍから約５５０ｎｍが主な吸収帯域である。長波長Ｂ成分（ｌ−Ｂ）は、約４５０ｎｍから約５００ｎｍが主な吸収帯域である。短波長Ｂ成分（ｓ−Ｂ）は、約４００ｎｍから約４５０ｎｍが主な吸収帯域である。
【００３８】
図３は、実施の形態１の撮像素子の光電変換膜１３及び２３に含まれる光電変換部の配列パターンを光感度で示す概念図である。
【００３９】
図３に示すように、光電変換膜１３及び２３に含まれる各々の光電変換部は、ベイヤー配列される。光入射側にある光電変換膜１３の光電変換部（ｌ−Ｒ）、（ｌ−Ｇ）、及び（ｌ−Ｂ）で長波長側のＲＧＢ信号を取得し、光電変換膜２３の光電変換部（ｓ−Ｒ）、（ｓ−Ｇ）、及び（ｓ−Ｂ）で短波長側のＲＧＢ信号を取得することができる。
【００４０】
これにより、図２に示すように、ＲＧＢ成分をそれぞれ長波長側と短波長側の２種類に分けて検出することができるため、長波長Ｒ成分（ｌ−Ｒ）、短波長Ｒ成分（ｓ−Ｒ）、長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）、短波長Ｇ成分（ｓ−Ｇ）、長波長Ｂ成分（ｌ−Ｂ）、及び短波長Ｂ成分（ｓ−Ｂ）の６つの分光領域について入射光の強度を同時に測定することができる。
【００４１】
図４は、実施の形態１の撮像部１０の光電変換膜１３に含まれる光電変換部の構造を拡大して示す断面図である。
【００４２】
光電変換膜１３は、長波長Ｒ成分（ｌ−Ｒ）、長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）、又は長波長Ｂ成分（ｌ−Ｂ）の光を主に吸収する有機材料で形成される薄膜状の複数の光電変換部を含む。図４には、一画素分の光電変換部だけを（光電変換膜１３として）示すが、この光電変換部は、透明電極である列選択電極１２及び行選択電極１４によって挟まれている。
【００４３】
列選択電極１２と行選択電極１４の間には、画素選択回路Ａと信号増幅回路Ｂが接続されている。画素選択回路Ａは、例えば、選択した列選択電極１２に０（Ｖ）の電圧を印加するとともに、選択した行選択電極１４に５（Ｖ）の電圧を印加する。
【００４４】
光電変換部は、光が入射されることによって光電変換を行い、光の吸収によって生じる電子正孔対は、列選択電極１２と行選択電極１４の間で光電変換部に印加される電界によって列選択電極１２と行選択電極１４に導かれ、撮像信号として読み出される。
【００４５】
なお、画素選択を行う場合には、選択された列選択電極１２に０（Ｖ）の電圧を印加するとともに、選択された行選択電極１４に５（Ｖ）の電圧を印加する。このような撮像信号の読み出しの原理は、撮像部２０の光電変換膜２３に含まれる光電変換部についても同様である。
【００４６】
ここで、図３に戻って光電変換膜１３及び２３の全体で動作を説明する。図中※印で示す長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）の光電変換部と、図中※印で示す短波長Ｒ成分（ｓ−Ｒ）の光電変換部とは同一の画素内にある光電変換部である。
【００４７】
光は、図中の上方向から光電変換膜１３に入射する。例えば、図中※印で示す長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）の光電変換部に入射した光は、（ｌ−Ｇ）の成分が光電変換部に吸収されて光電変換が行われることにより、電子正孔対が発生する。発生した電子正孔対は、列選択電極１２と行選択電極１４の間に印加される電界によって列選択電極１２と行選択電極１４を通じて撮像信号として外部に読み出される。
【００４８】
図中※印で示す長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）の光電変換部で吸収されずに透過した光は、図中※印で示す撮像部２０の光電変換膜２３の短波長Ｒ成分（ｓ−Ｒ）の光電変換部に入射する。この光電変換部において入射光のうちの（ｓ−Ｒ）の成分が吸収され、光電変換が行われることにより電子正孔対が発生する。発生した電子正孔対は、列選択電極２２と行選択電極２４の間に印加される電界によって列選択電極２２と行選択電極２４を通じて撮像信号として外部に読み出される。
【００４９】
なお、このような撮像信号の読み出しの原理は、その他の画素についても同様である。
【００５０】
図５は、実施の形態１の撮像素子の光電変換膜１３及び２３を６バンドに分けて模式的に示す図である。この図では、説明の便宜上、光電変換膜１３を長波長Ｒ成分（ｌ−Ｒ）、長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）、及び長波長Ｂ成分（ｌ−Ｂ）の３つの分光領域に分割するとともに、光電変換膜２３を短波長Ｒ成分（ｓ−Ｒ）、短波長Ｇ成分（ｓ−Ｇ）、及び短波長Ｂ成分（ｓ−Ｂ）の３つの分光領域に分割して示す。
【００５１】
実施の形態１の撮像素子によれば、図５に示すように、入射光に対して（ｌ−Ｒ）、（ｌ−Ｇ）、（ｌ−Ｂ）、（ｓ−Ｒ）、（ｓ−Ｇ）、及び（ｓ−Ｂ）の６バンドの色情報と画素の位置を表す位置情報とを得ることができる。
【００５２】
そのため、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳセンサ上にカラーフィルタを配列した従来の単板式ＲＧＢ３バンドカメラに比べて、空間解像度を維持しつつ、かつ、カメラサイズを維持しつつ、バンド数が倍の６バンドのカメラを実現することができる。
【００５３】
図６は、実施の形態１の撮像素子の光感度（分光感度）を示す特性図である。
【００５４】
この特性は、透明基板１１及び２１としてポリカーボネート基板を用い、列選択電極１２及び２２と行選択電極１４及び２４を構成する透明電極としてＩＴＯを用い、光電変換膜１３及び２３を構成する有機材料としてチタニルフタロシアニン（ｌ−Ｒ）、亜鉛フタロシアニン（ｓ−Ｒ）、キナクリドン誘導体（ｌ−Ｇ）、ペリレン誘導体（ｓ−Ｇ）、アルミニウムキノリン（ｌ−Ｂ）、及びナフタレン誘導体（ｓ−Ｂ）を用いて作製した図１に示す構造の撮像素子によって得られる特性である。
【００５５】
撮像部１０の作製法は次の通りである。
【００５６】
まず、ポリカーボネート製の透明基板１１上にメタルマスクを介してスパッタ法によりＩＴＯ電極を１００ｎｍ堆積させて列選択電極１２を形成する。その際、メタルマスクを用いてパターニングを行う。
【００５７】
次に、チタニルフタロシアニンを蒸着法により８０ｎｍメタルマスクを介して蒸着し、さらに、キナクリドン誘導体８０ｎｍ及びアルミニウムキノリン８０ｎｍをメタルマスクを介してそれぞれ蒸着し、ベイヤー配列された有機薄膜層を形成する。この有機薄膜層が光電変換膜１３となる。
【００５８】
さらに、スパッタ法によりメタルマスクを介してＩＴＯ電極を３０ｎｍ堆積させ、行選択電極１４を形成する。以上の工程により、撮像部１０が完成する。
【００５９】
また、撮像部２０を作製手順もこれと同様である。光電変換膜２３としては、亜鉛フタロシアニン８０ｎｍ、ペリレン誘導体８０ｎｍ、及びナフタレン誘導体８０ｎｍがベイヤー配列された有機薄膜層を作製した。
【００６０】
このようにして得る撮像素子において、列選択電極１２及び行選択電極１４の交差する画素の数を２５６個に設定し（これは列選択電極１２及び行選択電極１４についても同様）、列選択電極１２及び行選択電極１４の間と、列選択電極２２及び行選択電極２４の間には画素選択回路と信号増幅回路を接続した。
【００６１】
このような撮像素子により図６のような分光感度を得た。撮像部１０と及び２０を重ねた状態で光を入射させ、それぞれの画素の分光感度を測定したところ、撮像部１０では入射光の（ｌ−Ｒ）成分、（ｌ−Ｇ）成分、及び（ｌ−Ｂ）成分の３バンドの情報を取得できた。また、撮像部２０では入射光の（ｓ−Ｒ）成分、（ｓ−Ｇ）成分、及び（ｓ−Ｂ）成分の３バンドの情報を取得できた。なお、図６ではバンド間の比較のために、感度を規格化して示してある。
【００６２】
以上のように、実施の形態１の撮像素子によれば、空間解像度を維持しつつ、かつ、サイズを増大することなく、バンド数が従来の倍の６バンドの撮像素子を実現することができる。このような撮像素子は、マルチバンドカメラへの利用に好適である。
【００６３】
なお、以上では、６バンドの光感度を有する撮像素子について説明したが、光電変換膜１３が（ｌ−Ｒ）成分、（ｌ−Ｇ）成分、又は（ｌ−Ｂ）成分のうちのいずれか２つを含むとともに、光電変換膜２３が（ｓ−Ｒ）成分、（ｓ−Ｇ）成分、又は（ｓ−Ｂ）成分のうちのいずれか２つを含み、４バンドの光感度を有するように構成してもよい。
【００６４】
［実施の形態２］
図７は、実施の形態２の撮像素子の構成を模式的に示す図である。実施の形態２の撮像素子は、画素選択を行うために、実施の形態１における列選択電極１２及び２２と行選択電極１４及び２４の代わりに、画素選択回路１０１、画素透明電極１０２、及び対向透明電極１０３を用いた。このように画素選択を行うための構造が異なるが、６バンドを実現するための原理は同一である。このため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６５】
図７に示すように、撮像素子は、撮像部１００及び２００の積層体を含む。
【００６６】
撮像部１００は、透明電極１１の上に、画素選択回路１０１、画素透明電極１０２、光電変換膜１３、及び対向透明電極１０３を積層した構造を有する。
【００６７】
画素選択回路１０１は、アモルファスシリコン製のＴＦＴ回路を含む。ＴＦＴ回路は、光電変換膜１３に含まれる光電変換部と、光電変換膜２３に含まれる光電変換部とを一対ずつ含む画素毎に配設されており、任意の画素を選択できるように構成されている。
【００６８】
画素透明電極１０２は、画素領域毎に配設されるＩＴＯ製の透明電極の集合である。各画素透明電極１０２は、同じ画素領域内にある画素選択回路１０１のＴＦＴ回路に接続されている。
【００６９】
対向透明電極１０３は、光電変換膜１３を挟んで画素透明電極１０２と対向するように配設されるＩＴＯ製の透明電極である。画素透明電極１０２が画素毎に独立して配設されるのに対して、対向透明電極１０３は、すべての画素に対して一体的に形成されている。
【００７０】
なお、画素透明電極１０２と対向透明電極１０３との間には、撮像信号を増幅するための信号増幅回路が接続されている。
【００７１】
このような撮像部１００において、画素選択回路１０１で任意の画素領域内のＴＦＴを駆動させると、その画素領域内の画素透明電極１０２と対向透明電極１０３との間に電位差が生じ、光電変換部に生じた電子正孔対を撮像信号として読み出すことができる。
【００７２】
また、撮像部２００は、透明電極２１の上に、画素選択回路２０１、画素透明電極２０２、光電変換膜２３、及び対向透明電極２０３を積層した構造を有する。光電変換部２３の構成が異なること以外は、撮像部１００と同一の構成を有する。
【００７３】
このため、撮像部２００において、画素選択回路２０１で任意の画素領域内のＴＦＴを駆動させると、その画素領域内の画素透明電極２０２と対向透明電極２０３との間に電位差が生じ、光電変換部に生じた電子正孔対を撮像信号として読み出すことができる。
【００７４】
図８は、実施の形態２の撮像部１００の作製手順を示す図である。ここでは、透明基板１１として無アルカリガラス基板、画素透明電極１０２及び対向透明電極１０３としてＩＴＯ、光電変換膜１３の有機材料としてチタニルフタロシアニン（ｌ−Ｒ）、キナクリドン誘導体（ｌ−Ｇ）、及びアルミニウムキノリン（ｌ−Ｂ）、画素選択回路１０１としてアモルファスシリコンＴＦＴ回路を用いる場合の作製手順について説明する。
【００７５】
なお、画素選択回路１０１は、ゲート電極１０１Ａ、ゲート絶縁層１０１Ｂ、アクティブ層１０１Ｃ、ドレイン電極１０１Ｄ、及びブラックレジスト１０１Ｅを含む。画素選択回路１０１のソース電極としては、画素透明電極１０２が用いられる。
【００７６】
洗浄した透明基板１１上にゲート電極１０１ＡとしてＩＴＯをスパッタ法により１００ｎｍ蒸着したのち、ウェットエッチングによりパターニングした（図８（ａ））。
【００７７】
次にプラズマＣＶＤ法を用いてゲート絶縁層１０１Ｂ（窒化珪素）１５０ｎｍとアクティブ層１０１Ｃ（アモルファスシリコン）を１００ｎｍ成膜した後に、アクティブ層１０１Ｃをドライエッチングによりパターニングした（図８（ｂ））。
【００７８】
さらに、ＩＴＯをスパッタ法により１００ｎｍ成膜してドライエッチングによりドレイン電極１０１Ｄおよびソース電極１０２を形成した後に（図８（ｃ））、アクティブ層１０１Ｃをブラックレジスト１０１Ｅで遮光した（図８（ｄ））。このソース電極１０２は、画素透明電極１０２となる。
【００７９】
次に、チタニルフタロシアニン（ｌ−Ｒ）を蒸着法により８０ｎｍメタルマスクを介して蒸着した。その後、キナクリドン誘導体（ｌ−Ｇ）８０ｎｍおよびアルミニウムキノリン（ｌ−Ｂ）８０ｎｍそれぞれメタルマスクを介して蒸着し、ベイヤー配列された有機薄膜層で構成される光電変換膜１３を形成した。
【００８０】
さらに、ＩＴＯをスパッタ法により３０ｎｍ堆積させて対向透明電極１０３を形成し、第１の層を作製した。
【００８１】
同様の手順で、亜鉛フタロシアニン（ｓ−Ｒ）８０ｎｍ、ペリレン誘導体（ｓ−Ｇ）８０ｎｍ、ナフタレン誘導体（ｓ−Ｂ）８０ｎｍからなる有機薄膜層で構成される光電変換膜２３を含む撮像部２００を作製した。
【００８２】
このように画素選択電極１０１及び２０１が撮像部１００及び２００に内蔵された実施の形態２の撮像素子においても、実施の形態１の撮像素子と同様に、図６に示す６バンドの分光特性が実現される。
【００８３】
以上のように、実施の形態１の撮像素子によれば、空間解像度を維持しつつ、かつ、サイズを増大することなく、バンド数が従来の倍の６バンドの撮像素子を実現することができる。
【００８４】
以上、本発明の例示的な実施の形態の撮像素子について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】実施の形態１の撮像素子の構成を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態１の撮像素子における６バンドの光感度（分光感度）を示す特性図である。
【図３】実施の形態１の撮像素子の光電変換膜１３及び２３に含まれる光電変換部の配列パターンを光感度で示す概念図である。
【図４】実施の形態１の撮像部１０の光電変換膜１３に含まれる光電変換部の構造を拡大して示す断面図である。
【図５】実施の形態１の撮像素子の光電変換膜１３及び２３を６バンドに分けて模式的に示す図である。
【図６】実施の形態１の撮像素子の分光感度を示す特性図である。
【図７】実施の形態２の撮像素子の構成を模式的に示す図である。
【図８】実施の形態２の撮像部１００の作製手順を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０、２０ 撮像部
１１、２１ 透明基板
１２、２２ 列選択電極
１３、２３ 光電変換膜
１４、２４ 行選択電極
１００、２００ 撮像部
１０１、２０１ 画素選択回路
１０１Ａ、２０１Ａ ゲート電極
１０１Ｂ、２０１Ｂ ゲート絶縁層
１０１Ｃ、２０１Ｃ アクティブ層
１０１Ｄ、２０１Ｄ ドレイン電極
１０１Ｅ ブラックレジスト
１０２、２０２ 画素透明電極
１０３、２０３ 対向透明電極
Ａ 画素選択回路
Ｂ 信号増幅回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体の色情報を複数のバンドに分光して取得する撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、薄型テレビ等の色表示能力が向上し、従来のＲＧＢ色空間の限界を超えて色再現性を高める動きが進んでいる。そのひとつとして、「色空間を理解する（４）」（山口雅浩：日経エレクトロニクス２００７年６月４日号１５０ページ）にスペクトルに基づく色再現の手法が紹介されている。このようなスペクトルに基づく色再現のシステムでは、被写体のスペクトルを推定するためにマルチバンドカメラが用いられる。
【０００３】
現在主流のＣＣＤ（Charge Coupled Device）あるいはＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor）等のシリコンを用いたセンサを含む撮像素子は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光全域にわたる広い光感度を有するため、マルチバンドカメラに適用するためには撮像素子に到達する前に入射光を複数のバンドに分光する必要がある。
【０００４】
このように複数のバンドに分光する撮像素子として、複数のカラーフィルタを撮像素子の前で機械的に切り替えて、１つの撮像素子で時分割に被写体のスペクトルを取得する撮像素子が提案されている。しかしながら、カラーフィルタの切替速度に限界があるため、移動する被写体の撮像には不向きである。
【０００５】
そこで、移動する被写体の撮像を実現するために、複数のカラーフィルタをマトリクス状に撮像素子上に配列し、複数のサブピクセルで一画素を形成する方法、あるいは、入射光をスプリッタで複数に分割し、分割された光の各々をマトリクス状に配列されたカラーフィルタと撮像素子で受光する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−３２９３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、複数のカラーフィルタをマトリクス状に撮像素子上に配列する手法では、バンドの数が増大するほど空間解像度が低下するという課題がある。
【０００７】
また、入射光をスプリッタによって複数に分割する手法では、バンド数と同数の撮像素子が必要であり、バンド数が増大するほどカメラシステムが巨大化するという課題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、空間解像度を維持しつつ、バンド数の増大と小型化を実現した撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一局面の撮像素子は、一対の第１透明電極と、前記一対の第１透明電極の間にマトリクス状に配列され、有機膜で構成される複数の第１光電変換部とを有し、前記第１光電変換部に結像する画像を読み出す第１撮像部と、一対の第２透明電極と、前記一対の第２透明電極の間にマトリクス状に配列され、有機膜で構成される複数の第２光電変換部とを有し、前記第２光電変換部に結像する画像を読み出す第２撮像部とを含み、前記第１撮像部と前記第２撮像部は積層されており、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部には、光感度が異なる４種類以上の光電変換膜が含まれる。
【００１０】
また、前記第１光電変換部は、光感度の異なる２種類以上の光電変換膜を含み、前記第２光電変換部は、前記第１光電変換部に含まれる光電変換膜の光感度とは異なる光感度を有する２種類以上の光電変換膜を含んでもよい。
【００１１】
また、前記第１光電変換部に含まれる光電変換膜は、長波長側Ｒ成分、長波長側Ｇ成分、及び長波長側Ｂ成分に対応した光感度を有し、前記第２光電変換部に含まれる光電変換膜は、短波長側Ｒ成分、短波長側Ｇ成分、及び短波長側Ｂ成分に対応した光感度を有してもよい。
【００１２】
また、前記第１光電変換部に含まれる複数の光電変換膜、及び、前記第２光電変換部に含まれる複数の光電変換膜は、それぞれ、ベイヤー配列されてもよい。
【００１３】
また、前記一対の第１透明電極及び前記一対の第２透明電極は、それぞれ、複数のストライプ状の列選択電極と、前記列選択電極に平面視直交する複数のストライプ状の行選択電極とで構成されてもよい。
【００１４】
また、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部を一対ずつ含む画素毎に配設され、当該画素を選択するために駆動される複数の画素選択素子をさらに備え、前記一対の第１透明電極及び前記一対の第２透明電極は、それぞれ、前記画素選択素子の各々に接続され、画素毎に配置される透明電極と、当該透明電極に対向配置される対向電極とで構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、空間解像度を維持しつつ、バンド数の増大と小型化を実現した撮像素子を提供できるという特有の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の撮像素子を適用した実施の形態について説明する。
【００１７】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の撮像素子の構成を模式的に示す図である。実施の形態１の撮像素子は、６バンドのマルチバンドカメラに用いるための撮像素子であり、撮像部１０及び２０を含む。なお、図１には、説明の便宜上、撮像部１０と２０に含まれる各要素（１１〜１４と２１〜２４）が分けられた状態を示すが、これらは、実際には積層される。
【００１８】
撮像部１０は、透明基板１１の上に、列選択電極１２、光電変換膜１３、行選択電極１４を積層した構造を有する。
【００１９】
透明基板１１は、石英、ＢＫ７、無アルカリガラス、ソーダガラス等のガラス材料のほか、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリサルフォン、又はポリエーテルサルフォン等の透明プラスチック材料で構成される。この透明基板１１の厚さは、例えば、１．５ｍｍに設定される。
【００２０】
列選択電極１２は、互いに平行に配列される複数のストライプ状電極を含んでおり、列選択を行うとともに、行選択電極１４と協働して撮像信号を読み出すための電極である。この列選択電極１２は、例えば、インジウム酸化物（ＩＯ）、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の金属酸化物、あるいは白金、金、銀、アルミニウム等の金属材料を５ｎｍ〜３０ｎｍと薄く堆積させた半透明金属薄膜で構成される。
【００２１】
光電変換膜１３は、特定の色の光のみを吸収して光電変換を行う光電変換膜であり、急峻な光感度（分光感度）を有する有機材料によって構成される。この光電変換膜１３を構成する有機材料としては、例えば、スチルベン誘導体、ベンゾキサゾール誘導体、縮合芳香族炭素環（ペリレン誘導体、アントラセン誘導体、テトラセン誘導体等）、メロシアニン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ジアミン誘導体、チオフェン誘導体、ＰｔやＥｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｉｒ、Ｚｎ等の金属錯体、ＤＣＭ誘導体、アゾ系有機顔料、又は多環式系有機顔料（フタロシアニン類、キナクリドン類、ポルフィリン類等）等を用いることができる。
【００２２】
この光電変換膜１３は、長波長Ｒ成分（ｌ−Ｒ）、長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）、及び長波長Ｂ成分（ｌ−Ｂ）を主に吸収する３種類の光感度を有する光電変換部がベイヤー配列された構造を有する。これらの光感度については後述する。
【００２３】
行選択電極１４は、互いに平行に配列される複数のストライプ状電極を含んでおり、平面視において列選択電極１２と直交するように配列される。この行選択電極１４は、行選択を行うとともに、列選択電極１２と協働して撮像信号を読み出すための電極である。
【００２４】
この行選択電極１４は、例えば、インジウム酸化物（ＩＯ）、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の金属酸化物や、あるいは白金、金、銀、アルミニウム等の金属材料を５ｎｍ〜３０ｎｍと薄く堆積した半透明金属薄膜で構成される。
【００２５】
列選択電極１２と行選択電極１４には、任意の列選択電極１２と行選択電極１４を選択するための画素選択回路と、選択された画素の光電変換部から読み出される撮像信号を増幅するための信号増幅回路が接続される。
【００２６】
画素選択回路としては、例えば、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、アモルファスインジウム・ガリウム・酸化亜鉛や酸化亜鉛等を能動素子として用いた薄膜トランジスタ回路（ＴＦＴ）を用いることができる。
【００２７】
また、信号増幅回路は、低Ｓ／Ｎ比で撮像信号としての電流を増幅できる回路を用いることができる。
【００２８】
このため、列選択電極１２と行選択電極１４に挟まれた領域が一つの画素となる。光電変換膜１３に含まれるベイヤー配列された光電変換部の各々は、画素領域毎に配設される。
【００２９】
列選択電極１２と行選択電極１４の電位を画素選択回路で制御し、選択された光電変換部に印加される電圧によって電子正孔対を取り出すことにより、撮像信号を読み出すことができる。
【００３０】
なお、選択されていない画素の列選択電極１２と行選択電極１４の間はオープン（外部回路に接続されていない状態）にされるため、電子正孔対が取り出されるのは画素選択回路によって選択された画素のみである。
【００３１】
また、撮像部２０は、透明基板２１の上に、列選択電極２２、光電変換膜２３、行選択電極２４を積層した構造を有し、この積層構造は撮像部１０と同一である。透明基板２１の上に、列選択電極２２、及び行選択電極２４の構造は、撮像部１０の透明基板１１、列選択電極１２、及び行選択電極１４と同一であるが、光電変換膜２３の構造が撮像部１０とは異なる。
【００３２】
撮像部２０に含まれる光電変換膜２３は、短波長Ｒ成分（ｓ−Ｒ）、短波長Ｇ成分（ｓ−Ｇ）、及び短波長Ｂ成分（ｓ−Ｂ）を主に吸収する３種類の光感度を有する光電変換部がベイヤー配列された構造を有する点が撮像部１０に含まれる光電変換膜１３と異なる。その他の構造は、光電変換膜１３と同一である。
【００３３】
これらの光感度は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各成分ともに、光電変換膜１３に含まれる光電変換部の光感度（ｌ−Ｒ）、（ｌ−Ｇ）、及び（ｌ−Ｂ）よりも短波長側である。その詳細については、図２を用いて後述する。
【００３４】
図２は、実施の形態１の撮像素子における６バンドの光感度（分光感度）を示す特性図である。６バンドの光感度は、上述した長波長Ｒ成分（ｌ−Ｒ）、短波長Ｒ成分（ｓ−Ｒ）、長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）、短波長Ｇ成分（ｓ−Ｇ）、長波長Ｂ成分（ｌ−Ｂ）、及び短波長Ｂ成分（ｓ−Ｂ）を主な吸収帯域として有する光電変換部によって実現される。
【００３５】
このような光電変換部は、シリコンのように広範な光感度を有するシリコン系の光電変換材料ではなく、図２に示すように特定の色の光のみを主に吸収して光電変換を行う有機材料によって構成される。
【００３６】
このような有機材料としては、上述のスチルベン誘導体等を用いることができ、特定の色の光のみを主に吸収する光電変換部については、特開２００３−１５８２５４号公報、及び特開２００３−２３４４６０号公報に記載されている。
【００３７】
長波長Ｒ成分（ｌ−Ｒ）は、約６５０ｎｍから約７００ｎｍが主な吸収帯域である。短波長Ｒ成分（ｓ−Ｒ）は、約６００ｎｍから約６５０ｎｍが主な吸収帯域である。長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）は、約５５０ｎｍから約６００ｎｍが主な吸収帯域である。短波長Ｇ成分（ｓ−Ｇ）は、約５００ｎｍから約５５０ｎｍが主な吸収帯域である。長波長Ｂ成分（ｌ−Ｂ）は、約４５０ｎｍから約５００ｎｍが主な吸収帯域である。短波長Ｂ成分（ｓ−Ｂ）は、約４００ｎｍから約４５０ｎｍが主な吸収帯域である。
【００３８】
図３は、実施の形態１の撮像素子の光電変換膜１３及び２３に含まれる光電変換部の配列パターンを光感度で示す概念図である。
【００３９】
図３に示すように、光電変換膜１３及び２３に含まれる各々の光電変換部は、ベイヤー配列される。光入射側にある光電変換膜１３の光電変換部（ｌ−Ｒ）、（ｌ−Ｇ）、及び（ｌ−Ｂ）で長波長側のＲＧＢ信号を取得し、光電変換膜２３の光電変換部（ｓ−Ｒ）、（ｓ−Ｇ）、及び（ｓ−Ｂ）で短波長側のＲＧＢ信号を取得することができる。
【００４０】
これにより、図２に示すように、ＲＧＢ成分をそれぞれ長波長側と短波長側の２種類に分けて検出することができるため、長波長Ｒ成分（ｌ−Ｒ）、短波長Ｒ成分（ｓ−Ｒ）、長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）、短波長Ｇ成分（ｓ−Ｇ）、長波長Ｂ成分（ｌ−Ｂ）、及び短波長Ｂ成分（ｓ−Ｂ）の６つの分光領域について入射光の強度を同時に測定することができる。
【００４１】
図４は、実施の形態１の撮像部１０の光電変換膜１３に含まれる光電変換部の構造を拡大して示す断面図である。
【００４２】
光電変換膜１３は、長波長Ｒ成分（ｌ−Ｒ）、長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）、又は長波長Ｂ成分（ｌ−Ｂ）の光を主に吸収する有機材料で形成される薄膜状の複数の光電変換部を含む。図４には、一画素分の光電変換部だけを（光電変換膜１３として）示すが、この光電変換部は、透明電極である列選択電極１２及び行選択電極１４によって挟まれている。
【００４３】
列選択電極１２と行選択電極１４の間には、画素選択回路Ａと信号増幅回路Ｂが接続されている。画素選択回路Ａは、例えば、選択した列選択電極１２に０（Ｖ）の電圧を印加するとともに、選択した行選択電極１４に５（Ｖ）の電圧を印加する。
【００４４】
光電変換部は、光が入射されることによって光電変換を行い、光の吸収によって生じる電子正孔対は、列選択電極１２と行選択電極１４の間で光電変換部に印加される電界によって列選択電極１２と行選択電極１４に導かれ、撮像信号として読み出される。
【００４５】
なお、画素選択を行う場合には、選択された列選択電極１２に０（Ｖ）の電圧を印加するとともに、選択された行選択電極１４に５（Ｖ）の電圧を印加する。このような撮像信号の読み出しの原理は、撮像部２０の光電変換膜２３に含まれる光電変換部についても同様である。
【００４６】
ここで、図３に戻って光電変換膜１３及び２３の全体で動作を説明する。図中※印で示す長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）の光電変換部と、図中※印で示す短波長Ｒ成分（ｓ−Ｒ）の光電変換部とは同一の画素内にある光電変換部である。
【００４７】
光は、図中の上方向から光電変換膜１３に入射する。例えば、図中※印で示す長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）の光電変換部に入射した光は、（ｌ−Ｇ）の成分が光電変換部に吸収されて光電変換が行われることにより、電子正孔対が発生する。発生した電子正孔対は、列選択電極１２と行選択電極１４の間に印加される電界によって列選択電極１２と行選択電極１４を通じて撮像信号として外部に読み出される。
【００４８】
図中※印で示す長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）の光電変換部で吸収されずに透過した光は、図中※印で示す撮像部２０の光電変換膜２３の短波長Ｒ成分（ｓ−Ｒ）の光電変換部に入射する。この光電変換部において入射光のうちの（ｓ−Ｒ）の成分が吸収され、光電変換が行われることにより電子正孔対が発生する。発生した電子正孔対は、列選択電極２２と行選択電極２４の間に印加される電界によって列選択電極２２と行選択電極２４を通じて撮像信号として外部に読み出される。
【００４９】
なお、このような撮像信号の読み出しの原理は、その他の画素についても同様である。
【００５０】
図５は、実施の形態１の撮像素子の光電変換膜１３及び２３を６バンドに分けて模式的に示す図である。この図では、説明の便宜上、光電変換膜１３を長波長Ｒ成分（ｌ−Ｒ）、長波長Ｇ成分（ｌ−Ｇ）、及び長波長Ｂ成分（ｌ−Ｂ）の３つの分光領域に分割するとともに、光電変換膜２３を短波長Ｒ成分（ｓ−Ｒ）、短波長Ｇ成分（ｓ−Ｇ）、及び短波長Ｂ成分（ｓ−Ｂ）の３つの分光領域に分割して示す。
【００５１】
実施の形態１の撮像素子によれば、図５に示すように、入射光に対して（ｌ−Ｒ）、（ｌ−Ｇ）、（ｌ−Ｂ）、（ｓ−Ｒ）、（ｓ−Ｇ）、及び（ｓ−Ｂ）の６バンドの色情報と画素の位置を表す位置情報とを得ることができる。
【００５２】
そのため、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳセンサ上にカラーフィルタを配列した従来の単板式ＲＧＢ３バンドカメラに比べて、空間解像度を維持しつつ、かつ、カメラサイズを維持しつつ、バンド数が倍の６バンドのカメラを実現することができる。
【００５３】
図６は、実施の形態１の撮像素子の光感度（分光感度）を示す特性図である。
【００５４】
この特性は、透明基板１１及び２１としてポリカーボネート基板を用い、列選択電極１２及び２２と行選択電極１４及び２４を構成する透明電極としてＩＴＯを用い、光電変換膜１３及び２３を構成する有機材料としてチタニルフタロシアニン（ｌ−Ｒ）、亜鉛フタロシアニン（ｓ−Ｒ）、キナクリドン誘導体（ｌ−Ｇ）、ペリレン誘導体（ｓ−Ｇ）、アルミニウムキノリン（ｌ−Ｂ）、及びナフタレン誘導体（ｓ−Ｂ）を用いて作製した図１に示す構造の撮像素子によって得られる特性である。
【００５５】
撮像部１０の作製法は次の通りである。
【００５６】
まず、ポリカーボネート製の透明基板１１上にメタルマスクを介してスパッタ法によりＩＴＯ電極を１００ｎｍ堆積させて列選択電極１２を形成する。その際、メタルマスクを用いてパターニングを行う。
【００５７】
次に、チタニルフタロシアニンを蒸着法により８０ｎｍメタルマスクを介して蒸着し、さらに、キナクリドン誘導体８０ｎｍ及びアルミニウムキノリン８０ｎｍをメタルマスクを介してそれぞれ蒸着し、ベイヤー配列された有機薄膜層を形成する。この有機薄膜層が光電変換膜１３となる。
【００５８】
さらに、スパッタ法によりメタルマスクを介してＩＴＯ電極を３０ｎｍ堆積させ、行選択電極１４を形成する。以上の工程により、撮像部１０が完成する。
【００５９】
また、撮像部２０を作製手順もこれと同様である。光電変換膜２３としては、亜鉛フタロシアニン８０ｎｍ、ペリレン誘導体８０ｎｍ、及びナフタレン誘導体８０ｎｍがベイヤー配列された有機薄膜層を作製した。
【００６０】
このようにして得る撮像素子において、列選択電極１２及び行選択電極１４の交差する画素の数を２５６個に設定し（これは列選択電極１２及び行選択電極１４についても同様）、列選択電極１２及び行選択電極１４の間と、列選択電極２２及び行選択電極２４の間には画素選択回路と信号増幅回路を接続した。
【００６１】
このような撮像素子により図６のような分光感度を得た。撮像部１０と及び２０を重ねた状態で光を入射させ、それぞれの画素の分光感度を測定したところ、撮像部１０では入射光の（ｌ−Ｒ）成分、（ｌ−Ｇ）成分、及び（ｌ−Ｂ）成分の３バンドの情報を取得できた。また、撮像部２０では入射光の（ｓ−Ｒ）成分、（ｓ−Ｇ）成分、及び（ｓ−Ｂ）成分の３バンドの情報を取得できた。なお、図６ではバンド間の比較のために、感度を規格化して示してある。
【００６２】
以上のように、実施の形態１の撮像素子によれば、空間解像度を維持しつつ、かつ、サイズを増大することなく、バンド数が従来の倍の６バンドの撮像素子を実現することができる。このような撮像素子は、マルチバンドカメラへの利用に好適である。
【００６３】
なお、以上では、６バンドの光感度を有する撮像素子について説明したが、光電変換膜１３が（ｌ−Ｒ）成分、（ｌ−Ｇ）成分、又は（ｌ−Ｂ）成分のうちのいずれか２つを含むとともに、光電変換膜２３が（ｓ−Ｒ）成分、（ｓ−Ｇ）成分、又は（ｓ−Ｂ）成分のうちのいずれか２つを含み、４バンドの光感度を有するように構成してもよい。
【００６４】
［実施の形態２］
図７は、実施の形態２の撮像素子の構成を模式的に示す図である。実施の形態２の撮像素子は、画素選択を行うために、実施の形態１における列選択電極１２及び２２と行選択電極１４及び２４の代わりに、画素選択回路１０１、画素透明電極１０２、及び対向透明電極１０３を用いた。このように画素選択を行うための構造が異なるが、６バンドを実現するための原理は同一である。このため、同一の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６５】
図７に示すように、撮像素子は、撮像部１００及び２００の積層体を含む。
【００６６】
撮像部１００は、透明電極１１の上に、画素選択回路１０１、画素透明電極１０２、光電変換膜１３、及び対向透明電極１０３を積層した構造を有する。
【００６７】
画素選択回路１０１は、アモルファスシリコン製のＴＦＴ回路を含む。ＴＦＴ回路は、光電変換膜１３に含まれる光電変換部と、光電変換膜２３に含まれる光電変換部とを一対ずつ含む画素毎に配設されており、任意の画素を選択できるように構成されている。
【００６８】
画素透明電極１０２は、画素領域毎に配設されるＩＴＯ製の透明電極の集合である。各画素透明電極１０２は、同じ画素領域内にある画素選択回路１０１のＴＦＴ回路に接続されている。
【００６９】
対向透明電極１０３は、光電変換膜１３を挟んで画素透明電極１０２と対向するように配設されるＩＴＯ製の透明電極である。画素透明電極１０２が画素毎に独立して配設されるのに対して、対向透明電極１０３は、すべての画素に対して一体的に形成されている。
【００７０】
なお、画素透明電極１０２と対向透明電極１０３との間には、撮像信号を増幅するための信号増幅回路が接続されている。
【００７１】
このような撮像部１００において、画素選択回路１０１で任意の画素領域内のＴＦＴを駆動させると、その画素領域内の画素透明電極１０２と対向透明電極１０３との間に電位差が生じ、光電変換部に生じた電子正孔対を撮像信号として読み出すことができる。
【００７２】
また、撮像部２００は、透明電極２１の上に、画素選択回路２０１、画素透明電極２０２、光電変換膜２３、及び対向透明電極２０３を積層した構造を有する。光電変換部２３の構成が異なること以外は、撮像部１００と同一の構成を有する。
【００７３】
このため、撮像部２００において、画素選択回路２０１で任意の画素領域内のＴＦＴを駆動させると、その画素領域内の画素透明電極２０２と対向透明電極２０３との間に電位差が生じ、光電変換部に生じた電子正孔対を撮像信号として読み出すことができる。
【００７４】
図８は、実施の形態２の撮像部１００の作製手順を示す図である。ここでは、透明基板１１として無アルカリガラス基板、画素透明電極１０２及び対向透明電極１０３としてＩＴＯ、光電変換膜１３の有機材料としてチタニルフタロシアニン（ｌ−Ｒ）、キナクリドン誘導体（ｌ−Ｇ）、及びアルミニウムキノリン（ｌ−Ｂ）、画素選択回路１０１としてアモルファスシリコンＴＦＴ回路を用いる場合の作製手順について説明する。
【００７５】
なお、画素選択回路１０１は、ゲート電極１０１Ａ、ゲート絶縁層１０１Ｂ、アクティブ層１０１Ｃ、ドレイン電極１０１Ｄ、及びブラックレジスト１０１Ｅを含む。画素選択回路１０１のソース電極としては、画素透明電極１０２が用いられる。
【００７６】
洗浄した透明基板１１上にゲート電極１０１ＡとしてＩＴＯをスパッタ法により１００ｎｍ蒸着したのち、ウェットエッチングによりパターニングした（図８（ａ））。
【００７７】
次にプラズマＣＶＤ法を用いてゲート絶縁層１０１Ｂ（窒化珪素）１５０ｎｍとアクティブ層１０１Ｃ（アモルファスシリコン）を１００ｎｍ成膜した後に、アクティブ層１０１Ｃをドライエッチングによりパターニングした（図８（ｂ））。
【００７８】
さらに、ＩＴＯをスパッタ法により１００ｎｍ成膜してドライエッチングによりドレイン電極１０１Ｄおよびソース電極１０２を形成した後に（図８（ｃ））、アクティブ層１０１Ｃをブラックレジスト１０１Ｅで遮光した（図８（ｄ））。このソース電極１０２は、画素透明電極１０２となる。
【００７９】
次に、チタニルフタロシアニン（ｌ−Ｒ）を蒸着法により８０ｎｍメタルマスクを介して蒸着した。その後、キナクリドン誘導体（ｌ−Ｇ）８０ｎｍおよびアルミニウムキノリン（ｌ−Ｂ）８０ｎｍそれぞれメタルマスクを介して蒸着し、ベイヤー配列された有機薄膜層で構成される光電変換膜１３を形成した。
【００８０】
さらに、ＩＴＯをスパッタ法により３０ｎｍ堆積させて対向透明電極１０３を形成し、第１の層を作製した。
【００８１】
同様の手順で、亜鉛フタロシアニン（ｓ−Ｒ）８０ｎｍ、ペリレン誘導体（ｓ−Ｇ）８０ｎｍ、ナフタレン誘導体（ｓ−Ｂ）８０ｎｍからなる有機薄膜層で構成される光電変換膜２３を含む撮像部２００を作製した。
【００８２】
このように画素選択電極１０１及び２０１が撮像部１００及び２００に内蔵された実施の形態２の撮像素子においても、実施の形態１の撮像素子と同様に、図６に示す６バンドの分光特性が実現される。
【００８３】
以上のように、実施の形態１の撮像素子によれば、空間解像度を維持しつつ、かつ、サイズを増大することなく、バンド数が従来の倍の６バンドの撮像素子を実現することができる。
【００８４】
以上、本発明の例示的な実施の形態の撮像素子について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】実施の形態１の撮像素子の構成を模式的に示す図である。
【図２】実施の形態１の撮像素子における６バンドの光感度（分光感度）を示す特性図である。
【図３】実施の形態１の撮像素子の光電変換膜１３及び２３に含まれる光電変換部の配列パターンを光感度で示す概念図である。
【図４】実施の形態１の撮像部１０の光電変換膜１３に含まれる光電変換部の構造を拡大して示す断面図である。
【図５】実施の形態１の撮像素子の光電変換膜１３及び２３を６バンドに分けて模式的に示す図である。
【図６】実施の形態１の撮像素子の分光感度を示す特性図である。
【図７】実施の形態２の撮像素子の構成を模式的に示す図である。
【図８】実施の形態２の撮像部１００の作製手順を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０、２０ 撮像部
１１、２１ 透明基板
１２、２２ 列選択電極
１３、２３ 光電変換膜
１４、２４ 行選択電極
１００、２００ 撮像部
１０１、２０１ 画素選択回路
１０１Ａ、２０１Ａ ゲート電極
１０１Ｂ、２０１Ｂ ゲート絶縁層
１０１Ｃ、２０１Ｃ アクティブ層
１０１Ｄ、２０１Ｄ ドレイン電極
１０１Ｅ ブラックレジスト
１０２、２０２ 画素透明電極
１０３、２０３ 対向透明電極
Ａ 画素選択回路
Ｂ 信号増幅回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の第１透明電極と、前記一対の第１透明電極の間にマトリクス状に配列され、有機膜で構成される複数の第１光電変換部とを有し、前記第１光電変換部に結像する画像を読み出す第１撮像部と、
一対の第２透明電極と、前記一対の第２透明電極の間にマトリクス状に配列され、有機膜で構成される複数の第２光電変換部とを有し、前記第２光電変換部に結像する画像を読み出す第２撮像部と
を含み、前記第１撮像部と前記第２撮像部は積層されており、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部には、光感度が異なる４種類以上の光電変換膜が含まれる、撮像素子。
【請求項２】
前記第１光電変換部は、光感度の異なる２種類以上の光電変換膜を含み、前記第２光電変換部は、前記第１光電変換部に含まれる光電変換膜の光感度とは異なる光感度を有する２種類以上の光電変換膜を含む、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記第１光電変換部に含まれる光電変換膜は、長波長側Ｒ成分、長波長側Ｇ成分、及び長波長側Ｂ成分に対応した光感度を有し、前記第２光電変換部に含まれる光電変換膜は、短波長側Ｒ成分、短波長側Ｇ成分、及び短波長側Ｂ成分に対応した光感度を有する、請求項１又は２に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記第１光電変換部に含まれる複数の光電変換膜、及び、前記第２光電変換部に含まれる複数の光電変換膜は、それぞれ、ベイヤー配列される、請求項３に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記一対の第１透明電極及び前記一対の第２透明電極は、それぞれ、複数のストライプ状の列選択電極と、前記列選択電極に平面視直交する複数のストライプ状の行選択電極とで構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部を一対ずつ含む画素毎に配設され、当該画素を選択するために駆動される複数の画素選択素子をさらに備え、
前記一対の第１透明電極及び前記一対の第２透明電極は、それぞれ、前記画素選択素子の各々に接続され、画素毎に配置される透明電極と、当該透明電極に対向配置される対向電極とで構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像素子。
【請求項１】
一対の第１透明電極と、前記一対の第１透明電極の間にマトリクス状に配列され、有機膜で構成される複数の第１光電変換部とを有し、前記第１光電変換部に結像する画像を読み出す第１撮像部と、
一対の第２透明電極と、前記一対の第２透明電極の間にマトリクス状に配列され、有機膜で構成される複数の第２光電変換部とを有し、前記第２光電変換部に結像する画像を読み出す第２撮像部と
を含み、前記第１撮像部と前記第２撮像部は積層されており、前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部には、光感度が異なる４種類以上の光電変換膜が含まれる、撮像素子。
【請求項２】
前記第１光電変換部は、光感度の異なる２種類以上の光電変換膜を含み、前記第２光電変換部は、前記第１光電変換部に含まれる光電変換膜の光感度とは異なる光感度を有する２種類以上の光電変換膜を含む、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記第１光電変換部に含まれる光電変換膜は、長波長側Ｒ成分、長波長側Ｇ成分、及び長波長側Ｂ成分に対応した光感度を有し、前記第２光電変換部に含まれる光電変換膜は、短波長側Ｒ成分、短波長側Ｇ成分、及び短波長側Ｂ成分に対応した光感度を有する、請求項１又は２に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記第１光電変換部に含まれる複数の光電変換膜、及び、前記第２光電変換部に含まれる複数の光電変換膜は、それぞれ、ベイヤー配列される、請求項３に記載の撮像素子。
【請求項５】
前記一対の第１透明電極及び前記一対の第２透明電極は、それぞれ、複数のストライプ状の列選択電極と、前記列選択電極に平面視直交する複数のストライプ状の行選択電極とで構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像素子。
【請求項６】
前記第１光電変換部及び前記第２光電変換部を一対ずつ含む画素毎に配設され、当該画素を選択するために駆動される複数の画素選択素子をさらに備え、
前記一対の第１透明電極及び前記一対の第２透明電極は、それぞれ、前記画素選択素子の各々に接続され、画素毎に配置される透明電極と、当該透明電極に対向配置される対向電極とで構成される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２７２３９５（Ｐ２００９−２７２３９５Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２０２７５（Ｐ２００８−１２０２７５）
【出願日】平成２０年５月２日（２００８．５．２）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２日（２００８．５．２）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
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