パナ,可視光CMOSセンサーに赤外線域を積層

パナソニックは,イメージセンサーの同一画素内で,近赤外線域の感度を電気的に変えることが可能な電子制御技術を開発した(ニュースリリース)。

同社の有機CMOSイメージセンサーは,光を電気信号に変換する機能を有機薄膜で,信号電荷の蓄積と読み出しを行なう機能を下層の回路部で,それぞれ完全独立に行なう構成となっている。こうした独自構造により,高感度,ワイドダイナミックレンジ,グローバルシャッター機能といった特長を有している。

今回,このような有機CMOSイメージセンサーの特長を維持したまま,撮像波長を可視光域から近赤外線域まで拡げるとともに,近赤外線域の感度を電気的に制御する機能を新たに付加する技術を開発した。

可視光域と近赤外線域に感度を有する有機薄膜を積層させることで,可視光域から近赤外線域まで感度を有するイメージセンサーを実現できるが,各々の有機薄膜へ電圧を加える電極と信号を読み出す回路がそれぞれ一組ずつ必要となるため,素子構造が複雑になり,画素サイズを小さくすることが難しかった。

これに対し同社は,可視光域と近赤外線域に感度を有するそれぞれの有機薄膜に抵抗比を設けて直接積層した。そして,この積層型有機薄膜に電圧を加えることで,波長感度の異なる各々の有機薄膜に加わる電圧を,抵抗比に応じて変化させる構造とした。

この構造により積層型有機薄膜に加えた電圧は,積層した各々の有機薄膜に,抵抗比に応じて分配されることになる。特定の閾値以上の電圧を加えないと感度が発現しないという有機薄膜の特性に着目して,各々の有機薄膜に加えられる電圧が抵抗比に応じて所望の値になるように有機薄膜を設計した。

この構造により,可視光域のみに感度を有する状態と,可視光域から近赤外線域に感度を有する状態とを一組の電極で電気的に切り替えることができるようになる。同一画素内でセンサーの近赤外線域感度を制御できるため,赤外線カットフィルターを用いることなく撮像波長域を切り替えることができる。

赤外カットフィルターを用いない可視光/近赤外線域撮像が可能なイメージセンサーには,一般に用いられるベイヤー配列のカラーフィルターの一画素を近赤外線域用の画素として割り当てる特殊なカラーフィルター配列を用いた方式がある。

これに対し,この技術は近赤外線域の感度を全画素で同時に制御することで,近赤外線域の撮像時には4倍の画素数を実現できるため,画素欠落のない近赤外線域の撮像が可能になる。

これにより,可視光域撮像による目で見たままの画像と,近赤外線域撮像による画像情報とを,1フレームの差で交互に取得することが可能になる。ひとつのイメージセンサーで高速に動く被写体の色情報と近赤外線を用いた不可視情報を取得できることから,産業・監視用途のカメラへの応用が期待されるとしてる。

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