(57)【要約】【課題】従来のものよりも開口率を高めて感度を向上させることができ、しかも小型軽量化及び構造の簡易化を図ることができる撮像装置を提供すること。【解決手段】撮像装置３０は、被写体光を受光する受光部１０と、受光部１０に交流電圧を印加する交流電圧印加回路３１と、受光部１０の電流値を測定する電流値測定回路３２と、電流値測定回路３２が測定した電流値に基づいて信号電流を演算する信号電流演算回路３３と、光の３原色の色画像信号を生成するプロセスアンプ３４とを備え、受光部１０は、光の３原色光をそれぞれ吸収する複数の材料を含む感光膜を備え、複数の材料は、所定周波数において互いに異なるインピーダンス値をそれぞれ有し、複数の材料のインピーダンス周波数特性を利用して、光の３原色光の信号を受光部１０から取り出す構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が透光性を有する一対の電極と、前記一対の電極に挟持され、互いに異なる複数の波長域の光をそれぞれ吸収する複数の材料を含む感光膜とを備え、
前記複数の材料は、所定周波数において互いに異なるインピーダンス値をそれぞれ有することを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記複数の材料は、前記一対の電極間において入射光の進行方向に順次積層されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記複数の材料は、前記一対の電極間において略均一に分布されて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記複数の材料は、赤色領域の光にのみ反応してインピーダンス値が変化する赤色光感光材料と、緑色領域の光にのみ反応してインピーダンス値が変化する緑色光感光材料と、青色領域の光にのみ反応してインピーダンス値が変化する青色光感光材料とを含むことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の撮像素子。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の撮像素子と、前記一対の電極に所定周波数の交流電圧を印加する交流電圧印加手段と、前記複数の材料における各電流値を測定する電流値測定手段と、前記各電流値に基づいて色画像信号を生成する色画像信号生成手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子及びそれを備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
テレビカメラ等の撮像装置に利用される光電変換膜の材料として、シリコンや非晶質セレン等がよく知られている。これらの材料を光電変換膜として用いた撮像装置としては、入射光を赤・緑・青の３原色光等に分解する色分解プリズムと、このプリズムの後段に配置され、各色光を受光する３枚の光電変換膜（撮像素子）とを備えた３板式のものが一般的である。
【０００３】
ところで、このような３板式の撮像装置は、一般に、上述したような色分解プリズムや３枚の撮像素子が搭載されているためサイズが大型化し、重量も大きなものとなってしまうという問題がある。したがって、撮像装置の小型軽量化を実現するためには、色分解プリズムを省略すること及び撮像素子を１枚とした単板式のものとすることが望まれる。このような要望に応じた撮像装置として、光電変換膜平面内の各画素上に赤・緑・青の色フィルタをベイヤー配列で配設することにより色画素を形成したものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術においては、赤・緑・青のいずれか１色を１画素に割り当てて色画素を形成しているために解像度が低下してしまい、さらに、色画素において、入射光のうち、その色フィルタの色成分以外の色成分は、その色フィルタを通過する際に吸収されてしまうため、光の利用効率も低下してしまう。
【０００５】
上述した、ベイヤー配列を用いた従来技術で問題となる解像度や光の利用効率の低下は、不純物濃度が制御された３層のフォトダイオードを光の入射方向に積層してなる光電変換部を設けること（例えば、特許文献１参照）、又は波長選択機能を有する光電変換膜を光の入射方向に積層すること（例えば、特許文献２参照）により改善できることが知られている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示されたものは、不可避的に信号読み出し部が受光面と同一平面上に形成されるため、入射光に対する開口率を１００％とすることに本質的な困難性があり、受光率をより高くすることが困難であるという課題があった。
【０００７】
一方、特許文献２に示されたものは、光の３原色である赤・緑・青のみにそれぞれ光感度を有する光電変換膜を積層作製することで、光の利用効率及び解像度に優れた単板式の撮像装置を構築するものである。ここで、上記光電変換膜としては、例えば、有機系材料が用いられる。有機系材料は特定の波長域のみに吸収帯を有するものが多く、赤・緑・青の３原色のそれぞれに応じた吸収領域を有するような組成となるように分子設計を行うことで、上記各色光に光感度を有する光電変換膜が形成される。
【０００８】
しかしながら、このような光電変換膜を積層する構成では、各層（膜）間に電気信号読み出し用の透明電極を配設する必要があるため構造が煩雑になることに加えて、開口率を低下させることなく各層から信号を読み出すことが困難であるという課題があった。
【０００９】
そこで、このような課題を解決するため、膜の電気容量の周波数特性が材料によって異なることを利用して各層からの信号を分離して読み出す手法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１０】
特許文献３に示されたものは、受光部を形成する感光膜が、赤色領域の光にのみ反応して電気容量が変化する赤色光感光材料と、緑色領域の光にのみ反応して電気容量が変化する緑色光感光材料と、青色領域の光にのみ反応して電気容量が変化する青色光感光材料とを含むよう構成され、各材料に交流電圧を印加したとき、膜中の電子が電界の変化に追従できなくなり、電気容量が減少し始める周波数が互いに異なるよう各材料が選定されている。このとき、感光膜全体の電気容量の交流電圧に対する周波数特性は次のようになる。
【００１１】
まず、低周波領域においては、上記すべての材料（３種類の材料）の電気容量が周波数に追従できるため、測定される電気容量値はすべての材料の電気容量の和となる。次に、印加電圧の周波数を高くして中周波数領域に設定すると、３種類の材料のうち１種類の材料の電気容量が印加電庄周波数に追従できなくなり、膜全体の電気容量は低下し始め、ついには２種類の材料の電気容量の和に相当する電気容量値が測定されることになる。さらに周波数を高くして高周波数領域に設定すると、残りの２種類の材料のうち１種類の材料の電気容量に相当する電気容量値が測定されることになる。光が照射されていない場合（光未照射時）における膜の電気容量値Ｃｄは、既知の所定の値とすることができるので、低、中、高の各周波数領域について、光照射時における膜の電気容量値Ｃｐと、光未照射時における膜の電気容量値Ｃｄとの差であるΔＣを測定することにより、光の３原色それぞれについての受光量を求めることができることになる。
【非特許文献１】木内雄二著、「イメージセンサの基礎と応用」、ｐ．１４５
【特許文献１】米国特許５，９６５，８７５号公報
【特許文献２】特開２００２−２１７４７４号公報
【特許文献３】特開２００４−１３４５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献３に示された従来の撮像装置では、３種類の材料の電気容量が加算できるということが前提になっており、これは、３種類の材料の電気容量が並列に接続されていることを意味する。このようなモデルが仮定できる受光部の膜構造は、図９に示すようなものである。すなわち、図９に示した受光部１は、表面電極２と背面電極６との間に、赤色領域の光にのみ反応して電気容量が変化する赤色光感光材料３と、緑色領域の光にのみ反応して電気容量が変化する緑色光感光材料４と、青色領域の光にのみ反応して電気容量が変化する青色光感光材料５とを、入射光の進行方向と垂直な方向に順次配列した構成となっている。このような構成とすることは、製法上非常に難しく、また、各色において開口率１００％を得ることは原理的に不可能である。
【００１３】
本発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、従来のものよりも開口率を高めて感度を向上させることができ、しかも小型軽量化及び構造の簡易化を図ることができる撮像素子及び撮像装置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】
【００１４】
本発明の撮像素子は、少なくとも一方が透光性を有する一対の電極と、前記一対の電極に挟持され、互いに異なる複数の波長域の光をそれぞれ吸収する複数の材料を含む感光膜とを備え、前記複数の材料は、所定周波数において互いに異なるインピーダンス値をそれぞれ有する構成を有している。
【００１５】
この構成により、本発明の撮像素子は、各色光をそれぞれ吸収する複数の材料のインピーダンス周波数特性を利用して、感光膜から各色光の信号を取り出すので、従来のものよりも開口率を高めて感度を向上させることができ、しかも小型軽量化及び構造の簡易化を図ることができる。
【００１６】
また、本発明の撮像素子は、前記複数の材料が、前記一対の電極間において入射光の進行方向に順次積層されている構成を有している。
【００１７】
この構成により、本発明の撮像素子は、従来のものとは異なり、複数の材料が入射光の進行方向に順次積層された積層構造を有し、この積層構造の感光膜から各色光の信号を取り出すことができる。
【００１８】
さらに、本発明の撮像素子は、前記複数の材料が、前記一対の電極間において略均一に分布されて形成されている構成を有している。
【００１９】
この構成により、本発明の撮像素子は、従来のものとは異なり、複数の材料が略均一に分布されて形成された単層構造を有し、この単層構造の感光膜から各色光の信号を取り出すことができる。
【００２０】
さらに、本発明の撮像素子は、前記複数の材料は、赤色領域の光にのみ反応してインピーダンス値が変化する赤色光感光材料と、緑色領域の光にのみ反応してインピーダンス値が変化する緑色光感光材料と、青色領域の光にのみ反応してインピーダンス値が変化する青色光感光材料とを含む構成を有している。
【００２１】
この構成により、本発明の撮像素子は、光の３原色光をそれぞれ吸収する複数の材料のインピーダンス周波数特性を利用して、感光膜から光の３原色光の信号を取り出すことができる。
【００２２】
本発明の撮像装置は、撮像素子と、前記一対の電極に所定周波数の交流電圧を印加する交流電圧印加手段と、前記複数の材料における各電流値を測定する電流値測定手段と、前記各電流値に基づいて色画像信号を生成する色画像信号生成手段とを備えた構成を有している。
【００２３】
この構成により、本発明の撮像装置は、周波数を走査して交流電圧を撮像素子の感光膜に印加することにより、各色光をそれぞれ吸収する複数の材料のインピーダンス周波数特性を利用して、感光膜から各色光の信号を取り出すので、従来のものよりも開口率を高めて感度を向上させることができ、しかも小型軽量化及び構造の簡易化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、従来のものよりも開口率を高めて感度を向上させることができ、しかも小型軽量化及び構造の簡易化を図ることができるという効果を有する撮像装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る撮像装置の一実施の形態について説明する。最初に、本実施の形態における撮像装置が備えた撮像素子の受光部の構成及び撮像装置の信号読み出しアルゴリズムについて説明する。
【００２６】
まず、撮像素子の受光部が、１層の材料層からなる感光膜を有する場合について説明する。この場合の受光部は、構成分子の分極に起因した電気容量Ｃ及び抵抗Ｒをもつので、これらが並列接続された等価回路でモデル化できる。ここで、Ｃ及びＲが一定値をとるような周波数範囲で考えると、そのインピーダンス（絶対値）は式（１）で表され、周波数特性は、図１の概念図に示すように、インピーダンスが一定の平坦部と、傾き−６ｄＢ／オクターブの直線部とで表される。なお、ｆ０は遮断周波数を表す。また、平坦部のインピーダンスは、抵抗値Ｒで近似できる。
【数１】
2008283119.tif 000003
【００２７】
この材料層に光を照射すると、電気容量は増加し、抵抗は減少するが、ここで抵抗の減少分が電気容量の増加分よりも大きいと仮定すると、遮断周波数は光未照射時より大きくなるので、インピーダンスの周波数特性は、図２の概念図に示すように、Ｘ（光未照射時）からＹ（光照射時）に変化する。
【００２８】
次に、撮像素子の受光部が、複数色に感度を有するものであって、積層構造の感光膜を有する場合と、単層構造の感光膜を有する場合とについて例を挙げて説明する。
【００２９】
まず、感光膜が積層構造の受光部は図３に示すように構成される。図３に示した受光部１０は、表面電極１１と、背面電極１５とを備え、表面電極１１と背面電極１５との間に、赤色光のみに感度を有する感光材料からなる材料層１２と、緑色光のみに感度を有する感光材料からなる材料層１３と、青色光のみに感度を有する感光材料からなる材料層１４とが感光膜として、入射光の進行方向に積層形成された構成を有している。ここで、材料層１２〜１４は、所定周波数において互いに異なるインピーダンス値をそれぞれ有するものである。なお、各材料層の積層順序は任意であり、図に示した例に限らない。
【００３０】
表面電極１１は、光入射側にあるので透光性を高めたものが好ましく、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム酸化物、酸化スズ等により形成される。
【００３１】
背面電極１５は、表面電極１１と同じ材料の他、例えば、アルミニウム、バナジウム、金、銀、白金、鉄、コバルト、炭素、ニッケル、タングステン、パラジウム、マグネシウム、カルシウム、スズ、鉛、チタン、イットリウム、リチウム、ルテニウム、マンガン等の金属又はこれらの合金により形成される。
【００３２】
なお、表面電極１１の膜厚としては、例えば１００〜２００ｎｍ程度が好ましく、透光性をさらに高めたい場合には、例えば５０〜１００ｎｍとするのが好ましい。
【００３３】
感光膜として積層形成される材料層１２、１３及び１４は、例えば有機材料で構成され、光の３原色のうち、一つの色光（その色光に略対応する波長帯域）のみに感度を有するものであればいずれも使用できる。例えば、アクリジン系色素、クマリン系色素、シアニン系色素、スクエアリリウム、オキサジン系色素、キサンテン系色素、アゾ系色素、フタロシアニン類、ペリレン誘導体、アルミニウムキノリン類等が用いられる。
【００３４】
また、材料層１２、１３及び１４の形成材料として、フォトリフラクティブ材料を用いると、光照射により材料の屈折率が変化することから誘電率も大きく変化するのでより好ましい。
【００３５】
無機系のフォトリフラクティブ材料としては、例えば、ＬｉＮｂＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＢＧＯ、ＢＳＯ（Ｂｉ１２ＳｉＯ２０）、ＫＴＮ（Ｋ（ＴａＮｂ）Ｏ３）、ＫＮＳＢＮ（カリウム・ナトリウム・ストロンチウム・バリウム・ニオベート）、ＳＢＮ（（ＳｒＢａ）Ｎｂ２Ｏ６）、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ等が用いられる。
【００３６】
また、フォトリフラクティブ材料は、光導電性と電気光学効果の共存する材料とする必要があり、有機系のフォトリフラクティブ材料の場合には、通常は個々の特性を有する材料（光導電性材料及び電気光学効果を有する材料）を混合して用いる。なお、光導電性材料としては、例えばポリパラフェニレンビニレン類、ポリフルオレン類、ポリビニルカルバゾール類、ポリチオール類、ポリチオフェン類、ポリシラン類、ポリゲルマン類やフラーレン等の増感剤を付加した液晶系高分子一般材料等が用いられ、電気光学効果を有する材料としては、例えばアゾベンゼン系色素等が用いられる。
【００３７】
次に、感光膜が単層構造の受光部は図４に示すように構成される。図４に示した受光部２０は、表面電極２１と、背面電極２３とを備え、表面電極２１と背面電極２３との間に材料層２２を備えている。ここで、材料層２２は、赤色光のみに感度を有する材料部位２２ａと、緑色光のみに感度を有する材料部位２２ｂと、青色光のみに感度を有する材料部位２２ｃとが、例えば分子レベルで略均一に分布されることにより単層形成された構成となっている。ここで、材料部位２２ａ〜２２ｃは、所定周波数において互いに異なるインピーダンス値をそれぞれ有するものである。
【００３８】
材料層２２の形成材料としては、上述した積層構造の感光膜の場合と同様であり、各材料部位２２ａ、２２ｂ、２２ｃの大きさは、例えば数ｎｍ（１分子の大きさに相当する）程度で形成される。
【００３９】
なお、材料層１２〜１４（図３参照）及び２２（図４参照）の成膜は、真空蒸着法（共蒸着法）、スパッタ法、イオンプレーティング法等に代表される乾式法、又はスピンコート法、バーコート法、キャスト法、ディップ法等に代表される湿式法を用いることができる。
【００４０】
さらに、上記感光材料からなる材料層１２〜１４及び２２の膜厚は、電圧が過大とならない程度であって、電極間の短絡を起こさず、膜強度を確保できる程度に設定されるべきであり、例えば５０ｎｍ〜５μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍとする。
【００４１】
次に、各材料層のインピーダンスの周波数応答の違いを利用して各色光の受光量に対応する電流値を得る演算方法について説明する。
【００４２】
表面電極１１と背面電極１５との間（又は表面電極２１と背面電極２３との間）に、交流電圧Ｖ＝Ｖ０ｅｊ２πｆｔを印加したときに流れる電流値をｉとすると、受光部１０（又は受光部２０）の等価回路は図５に示すように表される。図５において、ＣＢ、ＣＧ、ＣＲは、それぞれ、青色領域の光のみに感度を有する材料層、緑色領域の光のみに感度を有する材料層、赤色領域のみに感度を有する材料層の電気容量を表す。また、ＲＢ、ＲＧ、ＲＲは、それぞれ、青色領域の光のみに感度を有する材料層、緑色領域の光のみに感度を有する材料層、赤色領域のみに感度を有する材料層の抵抗を表す。
【００４３】
各材料層の電気容量ＣＢ、ＣＧ、ＣＲ、抵抗ＲＢ、ＲＧ、ＲＲは、それぞれ異なる値をとるよう構成されている。また、各材料層のインピーダンスは、光未照射時と光照射時とで変化するため（図２参照）、青色領域の光のみに感度を有する第１の材料層のインピーダンス（絶対値）をＺＢ、緑色領域の光のみに感度を有する第２の材料層のインピーダンス（絶対値）をＺＧ、赤色領域のみに感度を有する第３の材料層のインピーダンス（絶対値）をＺＲとすると、各材料層のインピーダンスの周波数特性は、光未照射時の場合を実線、光照射時の場合を破線でそれぞれ表すと図６に示すようになる。
【００４４】
ここで、下記条件式（２）を満足する周波数ｆ１、ｆ２、ｆ'２、ｆ３、ｆ'３を選択し、それぞれの周波数における各材料層の光未照射時、光照射時のインピーダンスを下記条件式（３）〜（１２）のようにおく。
【数２】
2008283119.tif 000004
【００４５】
［光未照射時］
【数３】
2008283119.tif 000005
【数４】
2008283119.tif 000006
【数５】
2008283119.tif 000007
【数６】
2008283119.tif 000008
【数７】
2008283119.tif 000009
【００４６】
［光照射時］
【数８】
2008283119.tif 000010
【数９】
2008283119.tif 000011
【数１０】
2008283119.tif 000012
【数１１】
2008283119.tif 000013
【数１２】
2008283119.tif 000014
【００４７】
以上の条件下で、図５に示した回路にキルヒホッフの法則を適用すると、下式（１３）〜（２２）が得られる。なお、光未照射時の周波数ｆ１における電流ｉをｉ１Ｄ、周波数ｆ２における電流ｉをｉ２Ｄ、周波数ｆ'２における電流ｉをｉ'２Ｄ、周波数ｆ３における電流ｉをｉ３Ｄ、周波数ｆ'３における電流ｉをｉ'３Ｄで表している。また、光照射時の周波数ｆ１における電流ｉをｉ１Ｌ、周波数ｆ２におけるｉをｉ２Ｌ、周波数ｆ'２における電流ｉをｉ'２Ｌ、周波数ｆ３における電流ｉをｉ３Ｌ、周波数ｆ'３における電流ｉをｉ'３Ｌで表している。
【数１３】
2008283119.tif 000015
【数１４】
2008283119.tif 000016
【数１５】
2008283119.tif 000017
【数１６】
2008283119.tif 000018
【数１７】
2008283119.tif 000019
【数１８】
2008283119.tif 000020
【数１９】
2008283119.tif 000021
【数２０】
2008283119.tif 000022
【数２１】
2008283119.tif 000023
【数２２】
2008283119.tif 000024
【００４８】
ここで、式（１４）〜（１７）及び（１９）〜（２２）に含まれるＺに関する項は複素数である。光未照射時における緑、青に感度を有する材料層の電気容量を、光未照射時ではそれぞれＣＧＤ、ＣＢＤとし、光照射時ではそれぞれＣＧＬ、ＣＢＬとすると、Ｚに関する項は以下のように表される。
【数２３】
2008283119.tif 000025
【数２４】
2008283119.tif 000026
【数２５】
2008283119.tif 000027
【数２６】
2008283119.tif 000028
【数２７】
2008283119.tif 000029
【数２８】
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【数２９】
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【数３０】
2008283119.tif 000032
【００４９】
ただし、
【数３１】
2008283119.tif 000033
【００５０】
これらの式から、ある１つの材料層のみに周波数０の交流電圧Ｖ、すなわち直流電圧Ｖ０を印加したときの光未照射時及び光照射時の電流値をそれぞれ算出できれば、両者の差がそれぞれの材料層における信号電流値に対応することになる。すなわち、青色領域の光にのみ感度を有する第１の材料層、緑色領域の光にのみ感度を有する第２の材料層、赤色領域のみに感度を有する第３の材料層のそれぞれにおける信号電流値を、ｉＢ＿ｓｉｇ、ｉＧ＿ｓｉｇ、ｉＲ＿ｓｉｇとすると、下式が得られる。
【数３２】
2008283119.tif 000034
【数３３】
2008283119.tif 000035
【数３４】
2008283119.tif 000036
【００５１】
ここで、周波数ｆ'２、ｆ２、ｆ'３、ｆ３が、それぞれｆ'２＞＞ｆ０＿ＢＤ、ｆ'２＞＞ｆ０＿ＢＬ、ｆ２＞＞ｆ０＿ＢＤ、ｆ２＞＞ｆ０＿ＢＬ、ｆ'３＞＞ｆ０＿ＧＤ、ｆ'３＞＞ｆ０＿ＧＬ、ｆ３＞＞ｆ０＿ＧＤ、ｆ３＞＞ｆ０＿ＧＬとなるように選ぶと、各材料層における信号電流値は次のように求まる。
【数３５】
2008283119.tif 000037
【数３６】
2008283119.tif 000038
【数３７】
2008283119.tif 000039
【００５２】
ただし、
【数３８】
2008283119.tif 000040
【００５３】
以上説明した信号読み出しアルゴリズムを実現する撮像装置を図７に示す。図７に示した撮像装置３０は、被写体光を受光する受光部１０（図３参照）と、受光部１０に交流電圧を印加する交流電圧印加回路３１と、受光部１０の電流値を測定する電流値測定回路３２と、電流値測定回路３２が測定した電流値に基づいて信号電流を演算する信号電流演算回路３３と、青、緑、赤の色画像信号を生成するプロセスアンプ３４とを備えている。
【００５４】
なお、交流電圧印加回路３１は、受光部１０に印加する交流電圧の周波数を走査することができるものであり、本発明の交流電圧印加手段に対応する。ここで「周波数を走査する」とは、周波数を連続的に変化させる場合のみならず、複数の周波数を切り換えて変化させる場合も含む。また、電流値測定回路３２は、本発明の電流値測定手段に対応する。また、信号電流演算回路３３及びプロセスアンプ３４は、本発明の色画像信号生成手段に対応する。また、受光部１０に替えて、図４に示す受光部２０を用いてもよい。
【００５５】
以上の構成により、撮像装置３０は被写体像を次のように再生することができる。まず、受光部１０に対して印加する交流電圧の周波数を、交流電圧印加回路３１においてｆ１、ｆ'２、ｆ２、ｆ'３、ｆ３、と変化させたときの、光未照射時の電流値ｉ１Ｄ、ｉ'２Ｄ、ｉ２Ｄ、ｉ'３Ｄ、ｉ３Ｄと、光照射時の電流値ｉ１Ｌ、ｉ'２Ｌ、ｉ２Ｌ、ｉ'３Ｌ、ｉ３Ｌとを電流値測定回路３２で測定し、青色領域の光のみに感度を有する第１の材料層、緑色領域の光のみに感度を有する第２の材料層、赤色領域のみに感度を有する第３の材料層のそれぞれにおける信号電流値を、上式（３５）〜（３７）に基づいて信号電流演算回路３３で演算する。その後、信号電流演算回路３３の出力信号からプロセスアンプ３４において青、緑、赤の色画像信号を生成して出力することにより、フルカラー画像を再生することが可能となる。
【００５６】
なお、信号電流値の演算方法としては、例えば、電流値測定回路３２が測定した電流値を電圧値に変換した後、Ａ／Ｄ変換を施してデジタルデータとしてから、デジタル信号処理により演算することが考えられる。したがって、上記の信号電流演算回路３３としては、Ｉ＿Ｖ変換回路、Ａ／Ｄ変換回路、デジタル信号処理回路による構成が考えられる。
【００５７】
ここで、上記の手法が成り立つ理想的なケースとして、各材料層の遮断周波数が十分離れており、周波数ｆ'２、ｆ２における光未照時、光照射時の青色領域の光のみに感度を有する材料層のインピーダンスＺ'ＢＤ２、Ｚ'ＢＬ２、ＺＢＤ２、ＺＢＬ２と、周波数ｆ'３、ｆ３における光未照射時、光照射時の緑色領域の光のみに感度を有する材料層のインピーダンスＺ'ＧＤ３、Ｚ'ＧＬ３、ＺＧＤ３、ＺＧＬ３とが非常に小さく、すべて０とおける場合を考えてみる。この場合、交流電圧印加回路３１において変化させる周波数は、図８に示すように、ｆ１、ｆ２、ｆ３の３点でよい。したがって、各材料層における信号電流値ｉＢ＿ｓｉｇ、ｉＧ＿ｓｉｇ、ｉＲ＿ｓｉｇは、上記の式（３５）〜（３７）においてｆ'２＝０、ｆ'３＝０とおけばよく、式（３９）〜（４１）に示すように簡略化される。
【数３９】
2008283119.tif 000041
【数４０】
2008283119.tif 000042
【数４１】
2008283119.tif 000043
【００５８】
したがって、３点の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３における光未照射時、光照射時それぞれの電流測定値のみから、各材料層における信号電流値を分離して検出することが可能となる。
【００５９】
なお、本実施の形態における撮像装置は、前述の構成のものに限られるわけではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。例えば、本実施の形態においては、受光した像情報を青、緑、赤の３原色画像情報に分解する態様について説明しているが、その他の複数の色画像情報に分解する構成とすることも可能である。
【００６０】
また、本実施の形態においては、遮断周波数の大きさを、（第１の材料）＜（第２の材料）＜（第３の材料）とし、また、抵抗成分の大きさを、（第１の材料）＞（第２の材料）＞（第３の材料）としているが、これらの大小関係は上記の関係に限られるものではない。
【００６１】
また、第１の材料は青色光感光材料、第２の材料は緑色光感光材料、第３の材料は赤色光感光材料としているが、これらの対応関係もこれに限られるものではない。
【００６２】
以上のように、本実施の形態における撮像素子の受光部１０又は２０によれば、赤色領域の光にのみ感度を有する赤色光感光材料と、緑色領域の光にのみ感度を有する緑色光感光材料と、青色領域の光にのみ感度を有する青色光感光材料とを含む感光膜を備え、赤色光感光材料、緑色光感光材料及び青色光感光材料は、交流電圧を印加したときのインピーダンスの周波数応答特性が互いに異なるよう構成し、受光部１０又は２０から比較的容易に、青、緑、赤の各色強度に対応した画像電気信号を算出し、所望のカラー画像信号を得ることができるので、入射光に対する開口率を略１００％とすることができ、しかも小型軽量化及び構造の簡易化を図ることができる。
【００６３】
また、本実施の形態における撮像装置３０によれば、交流電圧印加回路３１は、周波数を走査して交流電圧を撮像素子の受光部１０に印加し、電流値測定回路３２は、受光部１０の電流値を測定し、信号電流演算回路３３は、電流値測定回路３２が測定した電流値に基づいて信号電流を演算し、プロセスアンプ３４は、光の３原色の色画像信号を生成する構成としたので、青、緑、赤の各色光をそれぞれ吸収する複数の材料のインピーダンス周波数特性を利用して、受光部１０から光の３原色光の信号を取り出すことができる。したがって、本実施の形態における撮像装置３０は、従来のものよりも開口率を高めて感度を向上させることができ、しかも小型軽量化及び構造の簡易化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、本発明に係る撮像素子及び撮像装置は、従来のものよりも開口率を高めて感度を向上させることができ、しかも小型軽量化及び構造の簡易化を図ることができるという効果を有し、テレビカメラやビデオカメラ等の撮像素子及びそれを備えた撮像装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係る撮像装置の一実施の形態において、受光部が１層の材料層からなる感光膜を有する場合のインピーダンスの周波数特性を示す概念図
【図２】本発明に係る撮像装置の一実施の形態において、Ｘ（光未照射時）からＹ（光照射時）に変化したときのインピーダンスの周波数特性を示す概念図
【図３】本発明に係る撮像装置の一実施の形態における受光部の第１の構成例を示す模式図
【図４】本発明に係る撮像装置の一実施の形態における受光部の第２の構成例を示す模式図
【図５】本発明に係る撮像装置の一実施の形態における受光部の等価回路を示す図
【図６】本発明に係る撮像装置の一実施の形態において、受光部が複数層の材料層からなる感光膜を有する場合のインピーダンスの周波数特性を示す概念図
【図７】本発明に係る撮像装置の一実施の形態における構成を示すブロック図
【図８】本発明に係る撮像装置の一実施の形態において、各材料層の遮断周波数が十分離れている場合のインピーダンスの周波数特性を示す概念図
【図９】従来の撮像装置における信号読み出しアルゴリズムが適用可能な受光部の模式図
【符号の説明】
【００６６】
１０  受光部
１１  表面電極
１２  赤色光のみに感度を有する感光材料からなる材料層
１３  緑色光のみに感度を有する感光材料からなる材料層
１４  青色光のみに感度を有する感光材料からなる材料層
１５  背面電極
２０  受光部
２１  表面電極
２２  材料層
２２ａ  赤色光のみに感度を有する材料部位
２２ｂ  緑色光のみに感度を有する材料部位
２２ｃ  青色光のみに感度を有する材料部位
２３  背面電極
３０  撮像装置
３１  交流電圧印加回路（交流電圧印加手段）
３２  電流値測定回路（電流値測定手段）
３３  信号電流演算回路（色画像信号生成手段）
３４  プロセスアンプ（色画像信号生成手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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