開発した3層カラー撮像素子と動作原理

NHKは、青色のみ、緑色のみの光を検出する有機膜を、赤色の光を検出するCMOSイメージセンサーの上に垂直方向に重ねて配置した、3層構造のカラー撮像素子を開発した。3層カラー撮像素子の仕様は以下の通り。

（以下、プレスリリースより引用）

  • 素子構造：青色用有機膜（ガラス基板上に積層）＋緑色用有機膜（赤色用CMOSイメージセンサー上に積層）
  • 画素数：横320×縦240
  • 画素ピッチ：20μm
  • フレームレート：60フレーム/秒

同社は高精細な小型単板カラーカメラの実現を目指し、光を電気信号に変換する有機膜を用いた撮像素子の研究開発を進めている。⼀般的な小型単板カラーカメラ用の撮像素子は、青・緑・赤のフィルターを取り付けた画素をモザイク状に並べて配置しているが、複数の画素からの色情報を集めてカラー映像を生成するため、素子が本来持つ解像度や光の利用効率が低くなることが課題だった。

開発した3層カラー撮像素子の出力画像（左）と分光特性（右）

入射した光は、最初に青色の成分のみが1層目の有機膜で検出され、緑色と赤色の成分が透過する。次に緑色の成分のみが2層目の有機膜で、最後に赤色の成分がCMOSイメージセンサーで検出される。有機膜には透明な薄膜トランジスターを組み合わせてあり、各層から出力された信号を足し合わせると、カラー映像が出力できる。1つの画素で青・緑・赤すべての色情報が得られる構造により、光をより効率的に利用しながら、高精細な撮像素子が実現できるとしている。