深さ方向で光を3原色に分離する有機撮像デバイスを開発

技研では、小型で高精細なカラーカメラの実現を目指して、有機光電変換膜*1(有機膜)を用いた単板カラー撮像デバイスの研究を進めています。有機膜は、炭素を基本骨格とした有機材料を薄い膜にしたもので、特定の色の光だけを吸収して電気信号に変換し、その他の色の光は透過する特長があります。今回、CMOS*2イメージセンサー(CIS)上に、2種類の有機膜を積層した3層構造の有機撮像デバイスを開発し、カラー映像の取得に成功しました。

従来の単板カラー撮像デバイスは、光の3原色である青・緑・赤のカラーフィルターを1画素に1色ずつモザイク状に配置し、それぞれの画素で取得した信号を補間処理することでカラー映像を取得しています。このように撮像デバイスの表面にタイルを敷き詰めるようにカラーフィルターを並べて色を分離する方式では、解像度が低下するほか、光の利用効率も低いことが課題になっていました。

今回開発した有機撮像デバイスは、光の入射側から順に、青色光のみを吸収する青色用有機膜、緑色光のみを吸収する緑色用有機膜、赤色光を電気信号に変換するCISを重ね合わせ、デバイスの深さ方向で青・緑・赤の順に色を分離します。青色用と緑色用の有機膜で変換された電気信号の読み出しには、透明な薄膜トランジスターアレーを適用しました。2種類の有機膜が色信号の取得と色の透過フィルターを兼ねていることから、1画素の領域で光の3原色すべての情報が得られ、原理的に従来の方式よりも高精細化・高効率化が可能になります。

開発した有機撮像デバイスの画素数は、横320×縦240画素、画素ピッチは20μm、フレーム周波数は60Hzです。今後は、さらなる画素微細化や多画素化、ノイズの低減などに取り組み、小型で高精細な単板カラーカメラの早期実現に向けて研究開発を進めていきます。

●青色用有機膜は、日本化薬(株)と共同で開発しました。

取得画像
開発したデバイスの分光感度

*1 有機光電変換膜:有機材料からなる光電変換膜。膜が吸収した光の量を電気信号に変換する。
*2 CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor):相補型金属酸化膜半導体

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報道資料2020年6月26日