JP2014127443A - Photoelectric conversion element, image pick-up element and image pick-up device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換を行う光電変換素子、該光電変換素子を備えた撮像素子、および該撮像素子を備えた撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a photoelectric conversion element that performs photoelectric conversion, an imaging element that includes the photoelectric conversion element, and an imaging apparatus that includes the imaging element.
従来、面板、ターゲット電極、および光導電膜が設けられたターゲット部と、ターゲット部に電子ビームを照射する走査電子ビーム発生部とを備えた撮像装置が知られている。この撮像装置では、ターゲット部に光が入射すると、ターゲット電極近傍の光導電膜内に入射光の光強度に応じた電荷(電子・正孔対)が生成する。このうち正孔は、アバランシェ増倍により増幅され、ターゲット部の電子ビーム照射側に蓄積する。そして、ターゲット部に蓄積した正孔と電子ビームの電子とが結合し、結合時に外部回路に流れる電流を出力として取り出すことで、入射光像に対応した映像信号が得られる(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an imaging apparatus including a target unit provided with a face plate, a target electrode, and a photoconductive film, and a scanning electron beam generating unit that irradiates the target unit with an electron beam. In this imaging device, when light is incident on the target portion, charges (electron / hole pairs) corresponding to the light intensity of the incident light are generated in the photoconductive film near the target electrode. Of these, the holes are amplified by avalanche multiplication and accumulated on the electron beam irradiation side of the target portion. Then, the holes accumulated in the target unit and the electrons of the electron beam are combined, and a current flowing in the external circuit at the time of combination is taken out as an output, thereby obtaining a video signal corresponding to the incident light image (see Patent Document 1). .
従来の撮像装置におけるターゲット部(光電変換素子)では、非晶質光導電膜(電荷発生層)を構成するアモルファスSe(セレン)の特性(バンドギャップが約2.0eV)上、波長400nm前後に光電変換効率(感度)のピークがあり、620nmより長波長の650nm付近では、ほとんど光電変換が行われない。このため、650nm付近の波長成分の光強度を求めることができず、特に撮像装置のカラー化にあたって問題となる。この問題に対し、アップコンバージョンの波長変換膜を用い、650nm付近の波長成分を400nm付近の波長に変換することで、650nm付近の波長成分に対しても光電変換効率が十分に行われるようにすることが考えられる。しかしながら、この場合、ターゲット部から出力される映像信号は、元々400nm付近の波長成分と、650nm付近から400nm付近に波長変換された波長成分との双方を反映したものとなってしまう。このため、得られた映像信号からは、400nm付近の波長成分と、650nm付近の波長成分とを区別することができず、結局、650nm付近の波長成分の光強度を求めることができなかった。
また、非晶質光導電膜が、広範囲の波長領域に亘って適度な光電変換効率を有している場合でも、波長成分ごとに映像信号が得られない場合には、各波長成分の光強度を求めることができなかった。
In the target portion (photoelectric conversion element) in the conventional imaging device, the wavelength is around 400 nm due to the characteristics (band gap is about 2.0 eV) of amorphous Se (selenium) constituting the amorphous photoconductive film (charge generation layer). There is a peak of photoelectric conversion efficiency (sensitivity), and almost no photoelectric conversion is performed in the vicinity of 650 nm, which is longer than 620 nm. For this reason, the light intensity of the wavelength component near 650 nm cannot be obtained, which becomes a problem particularly in colorization of the imaging apparatus. To solve this problem, a wavelength conversion film for up-conversion is used, and a wavelength component near 650 nm is converted to a wavelength near 400 nm, so that photoelectric conversion efficiency is sufficiently performed even for a wavelength component near 650 nm. It is possible. However, in this case, the video signal output from the target unit originally reflects both the wavelength component around 400 nm and the wavelength component wavelength-converted from around 650 nm to around 400 nm. For this reason, from the obtained video signal, the wavelength component near 400 nm and the wavelength component near 650 nm cannot be distinguished, and the light intensity of the wavelength component near 650 nm cannot be obtained after all.
In addition, even when the amorphous photoconductive film has an appropriate photoelectric conversion efficiency over a wide wavelength range, if an image signal cannot be obtained for each wavelength component, the light intensity of each wavelength component Could not be requested.
本発明は、入射した光のうちのある波長成分の光強度を適切に求めることを可能とする光電変換素子、該光電変換素子を備えた撮像素子、および該撮像素子を備えた撮像装置を提供することを課題としている。 The present invention provides a photoelectric conversion element capable of appropriately determining the light intensity of a certain wavelength component of incident light, an image pickup element including the photoelectric conversion element, and an image pickup apparatus including the image pickup element. The challenge is to do.
本発明の光電変換素子は、入射した光により電荷が発生する電荷発生層と、光のうち少なくとも一部の波長成分を波長変換する波長変換層と、を備え、波長変換層は、光の入射側から見て、光のうち少なくとも一部の波長成分を波長変換して、電荷発生層に入射させる波長変換領域と、光を、波長変換せずに、電荷発生層に入射させる非波長変換領域と、に区分されていることを特徴とする。 The photoelectric conversion element of the present invention includes a charge generation layer in which charge is generated by incident light, and a wavelength conversion layer that converts the wavelength component of at least a part of the light, and the wavelength conversion layer is configured to receive light. When viewed from the side, a wavelength conversion region for converting at least a portion of the wavelength component of light to be incident on the charge generation layer, and a non-wavelength conversion region for allowing light to enter the charge generation layer without wavelength conversion It is characterized by the following.
以下、添付の図面を参照して、本発明の第1実施形態に係る光電変換素子およびこれを備えた撮像素子について説明する。第1実施形態は、例えばカラー撮像用カメラ等の撮像装置に組み込まれる単一の撮像素子であって、撮像対象物のカラーイメージデータを構成するものである。 Hereinafter, a photoelectric conversion element according to a first embodiment of the present invention and an image pickup element including the same will be described with reference to the accompanying drawings. The first embodiment is a single image sensor incorporated in an imaging device such as a color imaging camera, and constitutes color image data of an imaging object.
図1に示すように、第1実施形態の撮像素子1は、撮像対象となる物体からの光が入射する光電変換素子10と、光電変換素子10に近接して対向配置された電子放出部20と、光電変換素子10と電子放出部20との間に離間配置され、放出された電子の軌道を制御するメッシュ電極30と、光電変換素子10から出力された映像信号が入力する信号入力部40とを備えている。
As shown in FIG. 1, the imaging device 1 according to the first embodiment includes a
詳細は後述するが、光電変換素子10では、入射した光により正孔が発生し、入射光像に対応した正孔パターンが光電変換素子10の電子放出部20側に蓄積する。一方、電子放出部20は、光電変換素子10に対し、メッシュ電極30を介して電子を放出する。光電変換素子10に蓄積した正孔と、電子放出部20から放出された電子とが結合すると、外部回路に電流が流れ、これを出力として取り出すことで、入射光像に応じた映像信号が得られる。信号入力部40は、光電変換素子10から入力した映像信号に基づいて、入射した光の光強度を算出する。そこで、まず、電子放出部20について説明する。
Although details will be described later, in the
電子放出部20は、熱電子源などを用いてもよいが、図2に示すように、冷陰極アレイ型のものを好適に用いることができる。電子放出部20は、シリコン基板等で構成された電子放出基板21と、電子放出基板21上に作り込まれた駆動回路層(図示省略)と、駆動回路層上にマトリクス状に配置された複数(例えば640×480個)の電子源22と、電子放出基板21の周囲に形成された水平走査回路23および垂直走査回路24とを備えている。
The
各電子源22は、図示省略したが、MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)型の冷陰極電子源で構成されており、下部電極や上部電極等を備え、上部電極に下部電極より高い電圧が印加されると、表面に複数(例えば3×3個)設けられたエミッションサイト26(凹部)から電子が放出される。なお、下部電極は、電子源22ごとに形成され、上部電極は全電子源22共通である。
Although not shown, each
駆動回路層は、MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタで構成されており、そのドレイン電極は、下部電極に、ゲート電極およびソース電極は、水平走査回路23および垂直走査回路24にそれぞれ接続されている。上部電極に正電圧を印加すると共に、外部からのクロック信号や同期信号等に基づいて水平走査回路23および垂直走査回路24により各電子源22のドレイン電位を制御することで、各電子源22から順次、電子を放出させることができる。放出された電子は、メッシュ電極30を介して光電変換素子10側に引き出され、光電変換素子10の電荷発生層13(後述する)に到達する。
The drive circuit layer is formed of a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) transistor, the drain electrode is connected to the lower electrode, and the gate electrode and the source electrode are connected to the
次に、図1ないし図3を参照して、光電変換素子10および光電変換素子10から出力される映像信号について説明する。光電変換素子10は、透光性基板11と、透光性電極膜12と、電荷発生層13とが、光入射側からこの順で設けられている。さらに、光電変換素子10は、透光性電極膜12と電荷発生層13との間に、波長変換層14を備えている。なお、図2では、光電変換素子10のうち透光性基板11および透光性電極膜12を省略して示している。
Next, with reference to FIG. 1 thru | or FIG. 3, the video signal output from the
透光性基板11は、入射した光が透過する材料で構成されていればよく、撮像用途(光の波長)に応じて、ガラスや石英ガラスなどを適宜選択可能である。
The
透光性電極膜12は、図示省略した接続端子を介して所定の正電圧が印加され、電荷発生層13に高電界(例えば108V/m以上)を生じさせる。透光性電極膜12は、入射した光が透過し且つ電気抵抗の低い材料で構成されていればよく、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、AZO(Aluminium doped Zinc Oxide)などを用いることができる。
A predetermined positive voltage is applied to the
電荷発生層13では、入射光により電荷(電子・正孔対)が発生するものであれば特に限定されないが、感度を向上すべく、発生した正孔を増幅させる作用を有するものが好ましく、例えば、アバランシェ増倍が生じるアモルファスSeを好適に用いることができる。
The
電荷発生層13に光が入射すると、透光性電極膜12近傍の電荷発生層13内に入射光の光強度(光量)に応じた電子・正孔対が発生する。このうち正孔は、透光性電極膜12を介して印加された高電界により加速され、Se原子との衝突イオン化を繰り返すことで増幅する(アバランシェ増倍)。これにより、電荷発生層13の電子放出部20側には、増幅した正孔が蓄積し、入射光像を反映した正孔パターンが形成される。そして、上記した各電子源22から順次放出された電子と、各電子源22に対応した領域に蓄積された正孔とが順次結合する。この結合時に外部回路に流れる電流を出力として取り出すことで、入射光像に対応した映像信号が得られ、信号入力部40に出力される。つまり、入射光像に対応した映像信号が、電子源22単位で出力される。
When light enters the
さらに、正孔と電子が結合する場所は、入射光の波長によって、電荷発生層13の厚さ方向で相違しており(図3参照)、結合時に流れる電流は、入射光の波長別に時間差で外部に取り出される。このため、映像信号についても、波長別(色別)に得ることが可能である。すなわち、青色光Bの波長成分に対応した映像信号と、緑色光Gの波長成分に対応した映像信号と、赤色光Rの波長成分に対応した映像信号とを、別々に得ることができる(ただし、後述するように、電荷発生層13がアモルファスSeで構成されている場合には、赤色光Rに対する感度が低くなっている)。
Furthermore, the place where holes and electrons are combined differs depending on the wavelength of the incident light in the thickness direction of the charge generation layer 13 (see FIG. 3), and the current flowing at the time of coupling varies depending on the wavelength of the incident light. Take out to the outside. For this reason, it is possible to obtain video signals by wavelength (by color). That is, a video signal corresponding to the wavelength component of blue light B, a video signal corresponding to the wavelength component of green light G, and a video signal corresponding to the wavelength component of red light R can be obtained separately (however, As will be described later, when the
なお、電荷発生層13に各種特性を付与するために、アモルファスSeに各種添加物を添加してもよく、例えば、アモルファスSeの熱的安定性を向上させるために、As(ヒ素)などを添加してもよく、電荷発生層13内の電界を制御するために、フッ化物などを添加してもよい。各種添加物については、電荷発生層13内で均一に含有されている必要はなく、膜厚方向に対して組成の分布が発生していてもよい。
Note that various additives may be added to the amorphous Se in order to impart various characteristics to the
さらに、電荷発生層13は、アモルファスSeを主体とした層のほかに、各種機能を有する、他の材料で構成された層を有していてもよい。例えば、暗電流(ノイズ)の原因となる、外部から電荷発生層13への正孔や電子の注入を阻止すべく、電荷発生層13の透光性電極膜12側に、CeO2(酸化セリウム)などで構成された正孔注入阻止層を設けてもよく、電荷発生層13の電子放出部20側に、Sb2S3(硫化アンチモン)などで構成された電子注入阻止層を設けてもよい。
Furthermore, the
ここで、アモルファスSeは、上述したように高電界下でアバランシェ増倍を引き起こすが、他方、バンドギャップが約2.0eVであるため、400nm付近に光電変換効率のピークがあり、波長620nm以上の光に対してはほとんど光電変換が行われない。このため、電荷発生層13に緑色光Gや青色光Bが入射すると、正孔が蓄積するが、電荷発生層13に赤色光Rが入射しても、正孔がほとんど蓄積しない。そこで、光電変換素子10は、入射した光のうち、650nm付近(赤色光R)の波長成分を400nm付近(青色光B)の波長に波長変換(アップコンバージョン)する波長変換層14を備えている。
Here, amorphous Se causes avalanche multiplication under a high electric field as described above. On the other hand, since the band gap is about 2.0 eV, there is a peak of photoelectric conversion efficiency in the vicinity of 400 nm, and a wavelength of 620 nm or more. Almost no photoelectric conversion is performed on the light. For this reason, when green light G or blue light B is incident on the
波長変換層14は、光の入射側から見て、入射した光を波長変換して電荷発生層13に入射させる波長変換領域14aと、入射した光を波長変換せずに電荷発生層13に入射させる非波長変換領域14bとが、X方向に交互に並んだストライプ状に区分されている(図2および図3では、波長変換領域14aを塗り潰しアリ、非波長変換領域14bを塗り潰しナシで示している)。波長変換領域14aに入射した光の各波長成分「赤色光R、緑色光G、青色光B」は、「青色光B、緑色光G、青色光B」として電荷発生層13に入射する。一方、非波長変換領域14bに入射した光の各波長成分「赤色光R、緑色光G、青色光B」は、波長変換されずに「赤色光R、緑色光G、青色光B」のまま電荷発生層13に入射する(図3参照)。
When viewed from the light incident side, the
波長変換領域14aは、赤色光Rの波長成分を青色光Bの波長に波長変換するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、ナノスケールの凹凸を有する材料(色素分子の微結晶群等)に励起光を照射することで生じるフォノン援用過程を利用した波長変換素子、量子ドットから構成される波長変換素子、蛍光体等の波長変換材料を含む波長変換素子、およびカラーフィルターなどを利用可能である。一方、非波長変換領域14bは、入射光を波長変換することなく電荷発生層13に入射させる透光性の材料で構成してもよく、空間により構成してもよい。
The
さらに、電子放出部20においてマトリクス状に配置された複数の電子源22は、波長変換領域14aに対応した電子源22(波長変換対応電子源22a)と、非波長変換領域14bに対応した電子源22(非波長変換対応電子源22b)とに、ストライプ状に区分される(図2および図3では、波長変換対応電子源22aを塗り潰しアリ、非波長変換対応電子源22bを塗り潰しナシで示している)。すなわち、波長変換領域14aに入射した光によって蓄積した正孔と、波長変換対応電子源22aから放出された電子とが結合し、非波長変換領域14bに入射した光によって蓄積した正孔と、非波長変換対応電子源22bから放出された電子とが結合する。このように、波長変換領域14aと非波長変換領域14bとが、異なる電子源22に対応している。そして、上述したように、映像信号が電子源22単位で出力されることから、波長変換領域14aに光が入射して得られる映像信号(波長変換領域14aの映像信号)と、非波長変換領域14bに光が入射して得られる映像信号(非波長変換領域14bの映像信号)とが、別々に出力されることになる。
Further, the plurality of
なお、本実施形態では、波長変換対応電子源22aと波長変換対応電子源22aとが、X方向に1列ずつ交互に並ぶように、波長変換層14(波長変換領域14aおよび非波長変換領域14b)が構成されているが、波長変換対応電子源22aと波長変換対応電子源22aとが、複数列ごとに交互に並ぶように波長変換層14を構成してもよく、Y方向に交互に並ぶように波長変換層14を構成してもよい。
In the present embodiment, the wavelength conversion layer 14 (the
ここで、図3に示すように、波長変換領域14aに入射した光の波長成分「赤色光R、緑色光G、青色光B」は、赤色光Rが波長変換され、「青色光B、緑色光G、青色光B」となって電荷発生層13に入射する。このため、電荷発生層13では、波長変換されて光電変換効率の高い青色光Bの波長となった赤色光Rの波長成分の光強度と、緑色光Gの波長成分の光強度と、青色光Bの波長成分の光強度とに応じた量の正孔が蓄積する。この正孔と電子とが結合することで、青色光Bの波長成分の光強度および青色光Bに波長変換された赤色光Rの波長成分の光強度を反映した映像信号(青色映像信号)と、緑色光Gの波長成分の光強度を反映した映像信号(緑色映像信号)とが、上述したように別々に出力される。したがって、波長変換領域14aに光が入射すると、青色光Bの波長成分の光強度および青色光Bに波長変換された赤色光Rの波長成分の光強度を反映した青色映像信号と、緑色光Gの波長成分の光強度を反映した緑色映像信号とが得られる。
Here, as shown in FIG. 3, the wavelength components “red light R, green light G, and blue light B” of the light incident on the
一方、非波長変換領域14bに入射した光の波長成分「赤色光R、緑色光G、青色光B」は、赤色光Rが波長変換されることなく、「赤色光R、緑色光G、青色光B」のまま電荷発生層13に入射する。このため、電荷発生層13では、緑色光Gの波長成分の光強度と、青色光Bの波長成分の光強度とに応じた量の正孔が蓄積する。この正孔と電子とが結合することで、青色光Bの波長成分の光強度を反映した映像信号(青色映像信号)と、緑色光Gの波長成分の光強度を反映した映像信号(緑色映像信号)とが、上述したように別々に出力される。したがって、波長変換領域14aに光が入射すると、青色光Bの波長成分の光強度を反映した青色映像信号と、緑色光Gの波長成分の光強度を反映した緑色映像信号とが得られる。
On the other hand, the wavelength components “red light R, green light G, and blue light B” of the light incident on the
信号入力部40は、波長変換領域14aの青色映像信号と、非波長変換領域14bの青色映像信号との差分により、赤色光Rの波長成分の光強度を算出する。すなわち、上述したように、前者の波長変換領域14aの青色映像信号には、青色光Bの波長成分の光強度および赤色光Rの波長成分の光強度が反映されている。これに対し、後者の非波長変換領域14bの青色映像信号には、青色光Bの波長成分の光強度が反映されている。したがって、この両青色映像信号の差分により、赤色光Rの波長成分の光強度を算出することができる。
The
さらに、非波長変換領域14bの青色映像信号に基づいて、青色光Bの波長成分の光強度を得ることができ、非波長変換領域14b(或いは波長変換領域14a)の緑色映像信号に基づいて、緑色光Gの波長成分の光強度を得ることができる。
Further, based on the blue video signal in the
したがって、一定領域ごとに、例えば、波長変換対応電子源22aとこれに隣接する非波長変換対応電子源22bとを1つの画素Pとし、1画素Pごとに、波長変換領域14aの映像信号と、非波長変換領域14bの映像信号との差分を算出することで、青色光Bの波長成分の光強度および緑色光Gの波長成分の光強度に加え、赤色光Rの波長成分の光強度を得ることができる。そして、これらに基づいて、撮像対象物のカラーイメージデータを構成することができる。
Therefore, for each fixed region, for example, the wavelength conversion-
なお、本実施形態では、波長変換層14として、赤色光Rの波長成分を青色光Bに波長変換するものを用いたが、これに限定されるものではない。例えば、近赤外光の波長成分の光強度を反映した映像信号を得たい場合であって、電荷発生層13を構成する材料が、青色光Bから赤色光Rまでは光電変換効率が高いものの、近赤外光では光電変換効率が低い場合には、波長変換層14として、近赤外光の波長成分を赤色光Rに波長変換するものを用いればよい。その他、X線、紫外線等、各種の波長領域に適用可能である。この場合、上記のフォノン援用過程を利用した波長変換素子については、ナノスケールの凹凸の大きさ(近接場光が最も多く発生する波長)を最適化することで、どの波長域を波長変換するかを制御することができる。また、ナノスケールの凹凸を持つ材料(吸収端波長)を選択することで、どの波長域に波長変換するかを制御することができる。
In the present embodiment, the
続いて、撮像素子1の他の実施形態について説明する。他の実施形態では、上記した第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。同様の構成部分については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。 Next, another embodiment of the image sensor 1 will be described. In other embodiments, a description will be given centering on differences from the first embodiment. Similar components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
第2ないし第4実施形態の撮像素子1は、光電変換素子10における波長変換層14の位置が、第1実施形態と異なっている。
図4に示すように、第2実施形態に係る光電変換素子10は、光入射側から、波長変換層14、透光性基板11、透光性電極膜12および電荷発生層13が、この順に設けられている。すなわち、波長変換層14を、透光性基板11の光入射側に設けたものである。
In the imaging device 1 of the second to fourth embodiments, the position of the
As shown in FIG. 4, the
図5に示すように、第3実施形態に係る光電変換素子10は、光入射側から、透光性基板11、波長変換層14、透光性電極膜12および電荷発生層13が、この順に設けられている。すなわち、波長変換層14を、透光性基板11と透光性電極膜12との間に設けたものである。
As shown in FIG. 5, the
図6に示すように、第4実施形態に係る光電変換素子10は、光入射側から、透光性基板11、透光性電極膜12および電荷発生層13が、この順に設けられると共に、波長変換層14を、電荷発生層13の中に設けたものである。この第4実施形態の光電変換素子10においても、電荷発生層13のうち、波長変換層14よりも電子放出部20側の領域には、波長変換層14で波長変換された光が入射するため、第1実施形態の光電変換素子10と同等の効果を得ることができる。
As shown in FIG. 6, the
次に、第5実施形態の撮像素子1は、波長変換層14における波長変換領域14aと非波長変換領域14bとの区分の仕方が、第1実施形態と異なっている。
図7に示すように、第5実施形態に係る光電変換素子10は、波長変換層14が、光の入射側から見て、波長変換領域14aと、非波長変換領域14bとに、ドット状に区分されている点で、両領域がストライプ状に区分された第1実施形態と異なっている(図7では、波長変換領域14aを塗り潰しアリ、非波長変換領域14bを塗り潰しナシで示している)。この場合、電子放出部20においてマトリクス状に配置された複数の電子源22は、波長変換対応電子源22aと、波長変換対応電子源22aとに、ドット状に区分される(図7では、波長変換対応電子源22aを塗り潰しアリ、非波長変換対応電子源22bを塗り潰しナシで示している)。すなわち、波長変換領域14aと非波長変換領域14bとが、異なる電子源22に対応している。このため、第1実施形態の光電変換素子10と同様に、波長変換領域14aの映像信号と、非波長変換領域14bの映像信号とが別々に出力される。
Next, the imaging device 1 of the fifth embodiment is different from the first embodiment in the way of dividing the
As illustrated in FIG. 7, in the
なお、図7に示したように、「ドット状」とは、波長変換領域14aおよび非波長変換領域14bがチェック柄状(市松模様状)となっている場合を含む概念である。もちろん、波長変換領域14aおよび非波長変換領域14bの一方が「地」で他方が「ドット(円形)」となっている場合であってもよい。また、図7では、波長変換層14における1つのドット(波長変換領域14a或いは非波長変換領域14b)が、電子放出部20における1つの電子源22と対応しているが、波長変換層14における1つのドットが、複数の電子源22と対応するように、波長変換層14を構成してもよい。
As shown in FIG. 7, the “dot shape” is a concept including a case where the
続いて、図8を参照して、第6実施形態に係る撮像素子1を備えた撮像装置の一実施形態について説明する。本実施形態に係る撮像装置100は、撮像素子1と、撮像素子1とは異なる構成の非波長変換撮像素子101と、撮像対象となる物体からの光を、2つの分岐光に分光して撮像素子1と非波長変換撮像素子101とに入射させる分光素子102(例えばビームスプリッター)とを備えている。
Next, with reference to FIG. 8, an embodiment of an imaging device including the imaging device 1 according to the sixth embodiment will be described. The
第6実施形態の撮像素子1は、第1実施形態では、映像信号を波長別に得るようにしていたのに対し、かかる構成を備えていないものである。すなわち、第6実施形態では、波長変換領域14aに光が入射すると、青色光Bの波長成分の光強度、青色光Bに波長変換された赤色光Rの波長成分の光強度、および緑色光Gの波長成分の光強度を反映した映像信号が得られる。
In the first embodiment, the image pickup device 1 according to the sixth embodiment does not have such a configuration, whereas the image signal is obtained for each wavelength in the first embodiment. That is, in the sixth embodiment, when light enters the
非波長変換撮像素子101は、撮像素子1と略同様に構成されているが、波長変換層14に代えて、青色光Bのみを透過する波長選択素子104(例えばダイクロイックフィルター)を備えたものである。つまり、非波長変換撮像素子101の電荷発生層13には、分岐光のうち青色光Bのみが入射する。
The non-wavelength conversion
第6実施形態の撮像素子1においては、上述したように、波長変換領域14aに分岐光が入射すると、青色光Bの波長成分の光強度、赤色光Rの波長成分の光強度、および緑色光Gの波長成分の光強度を反映した映像信号が得られる。一方、非波長変換領域14bに分岐光が入射すると、青色光Bの波長成分の光強度、および緑色光Gの波長成分の光強度を反映した映像信号が得られる。さらに、非波長変換撮像素子101に分岐光が入射すると、青色光Bの波長成分の光強度を反映した映像信号が得られる。
In the imaging device 1 of the sixth embodiment, as described above, when the branched light enters the
そのため、波長変換領域14aの映像信号と、非波長変換領域14bの映像信号との差分により、赤色光Rの波長成分の光強度を算出することができる。これに加え、非波長変換領域14bの映像信号と、非波長変換撮像素子101の映像信号との差分により、緑色光Gの波長成分の光強度を算出することができる。
Therefore, the light intensity of the wavelength component of the red light R can be calculated from the difference between the video signal in the
したがって、一定領域ごとに、例えば、撮像素子1の波長変換対応電子源22aおよびこれに隣接する非波長変換対応電子源22bと、非波長変換撮像素子101においてこれらに対応する位置に配置された電子源22とを1つの画素Pとし、1画素Pごとに、波長変換領域14aの映像信号と非波長変換領域14bの映像信号との差分を算出すると共に、非波長変換領域14bの映像信号と非波長変換撮像素子101の映像信号との差分を算出することで、青色光Bの波長成分の光強度、緑色光Gの波長成分の光強度および赤色光Rの波長成分の光強度を得ることができる。そして、これらに基づいて、撮像対象物のカラーイメージデータを構成することができる。
Therefore, for each fixed region, for example, the wavelength conversion-
なお、本実施形態では、波長選択素子104を、非波長変換撮像素子101に設けたが、これを撮像素子1に設けるようにしてもよい。すなわち、撮像素子1において、波長変換領域14aと、非波長変換領域14bと、波長選択素子104とが、異なる電子源22に対応するように、これらを例えばストライプ状やドット状に配置してもよい。これにより、単一の撮像素子1でカラーイメージデータを構成することができる。
In the present embodiment, the wavelength selection element 104 is provided in the non-wavelength
以上のように、第1実施形態ないし第6実施形態の光電変換素子10およびこれを備えた撮像素子1によれば、波長変換層14を、波長変換領域14aと非波長変換領域14bとに区分したことで、電荷発生層13における光電変換効率の低い波長成分(赤色光R)についても、その光強度を求めることができる。すなわち、波長変換領域14aに入射した光に基づいて得られる映像信号(光電変換効率の低い波長成分の光強度を反映)と、非波長変換領域14bに入射した光に基づいて得られる映像信号(光電変換効率の低い波長成分の光強度を反映していない)との差分により、光電変換効率の低い波長成分(赤色光R)の光強度を算出することができる。
As described above, according to the
なお、以上の第1実施形態ないし第6実施形態では、電荷発生層13における光電変換効率の低い波長成分の光強度を得るべく、波長変換層14として、光電変換効率の低い波長成分を光電変換効率の高い波長に波長変換して電荷発生層13に入射させる波長変換領域14aを有するものを用いたが、これに限定されるものではない。例えば、電荷発生層13が、広範囲の波長領域(例えば赤色〜青色)に亘って適度な光電変換効率を有している場合でも、波長成分ごとに映像信号が得られないために、各波長成分(各色)の光強度を求めることができない場合には、波長変換層14として、ある波長成分(例えば青色光B)を光電変換効率の低い他の波長(例えば紫外線)に波長変換して電荷発生層13に入射させる波長変換領域14aを有するものを用いればよい。この場合も、波長変換領域14aに入射した光に基づいて得られる映像信号(青色光Bの波長成分の光強度を反映していない)と、非波長変換領域14bに入射した光に基づいて得られる映像信号(青色光Bの波長成分の光強度を反映)との差分により、青色光Bの光強度を算出することができる。
In the first to sixth embodiments described above, in order to obtain the light intensity of the wavelength component having low photoelectric conversion efficiency in the
1:撮像素子、10:光電変換素子、13:電荷発生層、14:波長変換層、14a:波長変換領域、14b:非波長変換領域、20:電子放出部、100:撮像装置 1: imaging device, 10: photoelectric conversion device, 13: charge generation layer, 14: wavelength conversion layer, 14a: wavelength conversion region, 14b: non-wavelength conversion region, 20: electron emission unit, 100: imaging device
Claims (10)
前記光のうち少なくとも一部の波長成分を波長変換する波長変換層と、を備え、
前記波長変換層は、前記光の入射側から見て、
前記光のうち少なくとも一部の波長成分を波長変換して、前記電荷発生層に入射させる波長変換領域と、
前記光を、波長変換せずに、前記電荷発生層に入射させる非波長変換領域と、
に区分されていることを特徴とする光電変換素子。 A charge generation layer in which charges are generated by incident light;
A wavelength conversion layer for wavelength-converting at least a part of the wavelength components of the light, and
The wavelength conversion layer is viewed from the light incident side,
A wavelength conversion region for wavelength-converting at least a part of the wavelength component of the light and entering the charge generation layer;
A non-wavelength conversion region in which the light is incident on the charge generation layer without wavelength conversion;
A photoelectric conversion element characterized by being classified into:
前記光の入射側から、前記波長変換層、前記基板、前記電極および前記電荷発生層が、この順に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換素子。 A substrate, and an electrode for applying an electric field to the charge generation layer,
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the wavelength conversion layer, the substrate, the electrode, and the charge generation layer are provided in this order from the light incident side.
前記光の入射側から、前記基板、前記波長変換層、前記電極および前記電荷発生層が、この順に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換素子。 A substrate, and an electrode for applying an electric field to the charge generation layer,
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the substrate, the wavelength conversion layer, the electrode, and the charge generation layer are provided in this order from the light incident side.
前記光の入射側から、前記基板、前記電極、前記波長変換層および前記電荷発生層が、この順に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換素子。 A substrate, and an electrode for applying an electric field to the charge generation layer,
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the substrate, the electrode, the wavelength conversion layer, and the charge generation layer are provided in this order from the light incident side.
前記光の入射側から、前記基板、前記電極および前記電荷発生層が、この順に設けられると共に、前記波長変換層が、前記電荷発生層の中に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換素子。 A substrate, and an electrode for applying an electric field to the charge generation layer,
2. The substrate, the electrode, and the charge generation layer are provided in this order from the light incident side, and the wavelength conversion layer is provided in the charge generation layer. Or the photoelectric conversion element of 2.
前記光電変換素子に電子を放出する電子放出部と、
を備えたことを特徴とする撮像素子。 The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 6,
An electron emission portion for emitting electrons to the photoelectric conversion element;
An image pickup device comprising:
前記信号入力部は、前記電荷発生層のうち、前記波長変換層の前記波長変換領域に前記光が入射して得られる前記映像信号と、前記波長変換層の前記非波長変換領域に前記光が入射して得られる前記映像信号と、の差分により、前記光電変換効率の低い波長成分の光強度を算出することを特徴とする請求項7に記載の撮像素子。 A signal input unit for inputting a video signal obtained by combining holes generated in the charge generation layer by incidence of the light and electrons emitted from the electron emission unit;
The signal input unit includes: the video signal obtained when the light is incident on the wavelength conversion region of the wavelength conversion layer in the charge generation layer; and the light in the non-wavelength conversion region of the wavelength conversion layer. The image sensor according to claim 7, wherein the light intensity of the wavelength component having a low photoelectric conversion efficiency is calculated based on a difference from the video signal obtained by incidence.
入射した前記光を、複数の分岐光に分光して前記複数の撮像素子に入射させる分光素子と、を備え、
前記複数の撮像素子のうち、少なくとも1つが、請求項7または8に記載の撮像素子で構成されていることを特徴とする撮像装置。
A plurality of image sensors;
A spectroscopic element that splits the incident light into a plurality of branched lights and enters the plurality of imaging elements, and
An image pickup apparatus, wherein at least one of the plurality of image pickup elements includes the image pickup element according to claim 7 or 8.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019535119A (en) * | 2017-08-14 | 2019-12-05 | インダストリー−ユニバーシティーコオペレーション ファウンデーション ハンヤン ユニバーシティー | Image sensor including quantum dot layer |
KR20200011043A (en) * | 2020-01-20 | 2020-01-31 | 한양대학교 산학협력단 | Image sensor including quantum dot layer |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6220380A (en) * | 1985-07-19 | 1987-01-28 | Shizuoka Univ | Photoelectric conversion device using amorphous silicon |
JPS63174246A (en) * | 1987-01-14 | 1988-07-18 | Hitachi Ltd | Image pickup device |
JPH065223A (en) * | 1992-06-19 | 1994-01-14 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Image pick-up device and its manufacture |
JP2006245535A (en) * | 2005-02-04 | 2006-09-14 | Sony Corp | Solid-state imaging sensor, method of manufacturing the same, and imaging apparatus |
JP2007281820A (en) * | 2006-04-05 | 2007-10-25 | Canon Inc | Solid-state imaging element and imaging method |
JP2010003416A (en) * | 2008-06-18 | 2010-01-07 | Japan Science & Technology Agency | Imaging tube |
-
2012
- 2012-12-27 JP JP2012285767A patent/JP2014127443A/en not_active Ceased
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6220380A (en) * | 1985-07-19 | 1987-01-28 | Shizuoka Univ | Photoelectric conversion device using amorphous silicon |
JPS63174246A (en) * | 1987-01-14 | 1988-07-18 | Hitachi Ltd | Image pickup device |
JPH065223A (en) * | 1992-06-19 | 1994-01-14 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Image pick-up device and its manufacture |
JP2006245535A (en) * | 2005-02-04 | 2006-09-14 | Sony Corp | Solid-state imaging sensor, method of manufacturing the same, and imaging apparatus |
JP2007281820A (en) * | 2006-04-05 | 2007-10-25 | Canon Inc | Solid-state imaging element and imaging method |
JP2010003416A (en) * | 2008-06-18 | 2010-01-07 | Japan Science & Technology Agency | Imaging tube |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019535119A (en) * | 2017-08-14 | 2019-12-05 | インダストリー−ユニバーシティーコオペレーション ファウンデーション ハンヤン ユニバーシティー | Image sensor including quantum dot layer |
US11404458B2 (en) | 2017-08-14 | 2022-08-02 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University | Image sensor including quantum dot layer |
KR20200011043A (en) * | 2020-01-20 | 2020-01-31 | 한양대학교 산학협력단 | Image sensor including quantum dot layer |
KR102126695B1 (en) | 2020-01-20 | 2020-06-25 | 한양대학교 산학협력단 | Image sensor including quantum dot layer |
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