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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024101938
(43)【公開日】2024-07-30
(54)【発明の名称】撮像装置および撮像システム
(51)【国際特許分類】
H04N 25/70 20230101AFI20240723BHJP
H01L 27/146 20060101ALI20240723BHJP
H01L 27/144 20060101ALI20240723BHJP
【ＦＩ】
H04N25/70
H01L27/146 A
H01L27/146 D
H01L27/144 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023006180
(22)【出願日】2023-01-18
(71)【出願人】
【識別番号】504176911
【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】有川 安信
(72)【発明者】
【氏名】中嶋 誠
(72)【発明者】
【氏名】渡部 平司
(72)【発明者】
【氏名】志村 考功
(72)【発明者】
【氏名】江藤 剛治
(72)【発明者】
【氏名】廣▲瀬▼ 裕
【テーマコード（参考）】
4M118
5C024
【Ｆターム（参考）】
4M118AA10
4M118AB01
4M118BA14
4M118BA19
4M118CA02
4M118CA14
4M118CA22
4M118CA40
4M118CB20
4M118DD04
4M118FA06
4M118FA33
4M118GA01
4M118GA05
4M118GA09
4M118GB03
4M118GB11
4M118GC20
4M118HA26
5C024EX22
5C024GX02
5C024GX07
5C024GY31
(57)【要約】
【課題】時間分解能を向上できる撮像装置を提供する。
【解決手段】複数の要素素子（１１２）における第１層（１６４）に到達するまでにセンサ光（１４５）が通る経路は、複数の要素素子における第２層（１６３）に到達するまでにセンサ光が通る経路より長く、センサ光とシャッター光（１４６）との両方が要素素子を通過するときに生成される第３生成電荷量は、センサ光が単独で要素素子を通過するときに生成される第１生成電荷量と、シャッター光が単独で要素素子を通過するときに生成される第２生成電荷量との和とは異なる。
【選択図】図１１
【解決手段】複数の要素素子（１１２）における第１層（１６４）に到達するまでにセンサ光（１４５）が通る経路は、複数の要素素子における第２層（１６３）に到達するまでにセンサ光が通る経路より長く、センサ光とシャッター光（１４６）との両方が要素素子を通過するときに生成される第３生成電荷量は、センサ光が単独で要素素子を通過するときに生成される第１生成電荷量と、シャッター光が単独で要素素子を通過するときに生成される第２生成電荷量との和とは異なる。
【選択図】図１１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の受光部を備える撮像装置であって、
前記複数の受光部のそれぞれは、電磁波を受光して電荷を生成する光電変換部を有する複数の画素を備え、
前記複数の受光部のそれぞれには、被写体の情報を有する第１電磁波が一方向から照射され、第２電磁波が他方向から照射され、
前記複数の受光部のうちの第１受光部に到達するまでに前記第１電磁波が通る経路は、前記複数の受光部のうちの第２受光部に到達するまでに前記第１電磁波が通る経路より長く、
前記第１電磁波と前記第２電磁波との両方が前記受光部を通過するときに前記光電変換部において単位時間かつ単位面積当たりに生成される第３生成電荷量は、前記第１電磁波が単独で前記受光部を通過するときに前記光電変換部において単位時間かつ単位面積当たりに生成される第１生成電荷量と、前記第２電磁波が単独で前記受光部を通過するときに前記光電変換部において単位時間かつ単位面積当たりに生成される第２生成電荷量との和とは異なる、撮像装置。
前記複数の受光部のそれぞれは、電磁波を受光して電荷を生成する光電変換部を有する複数の画素を備え、
前記複数の受光部のそれぞれには、被写体の情報を有する第１電磁波が一方向から照射され、第２電磁波が他方向から照射され、
前記複数の受光部のうちの第１受光部に到達するまでに前記第１電磁波が通る経路は、前記複数の受光部のうちの第２受光部に到達するまでに前記第１電磁波が通る経路より長く、
前記第１電磁波と前記第２電磁波との両方が前記受光部を通過するときに前記光電変換部において単位時間かつ単位面積当たりに生成される第３生成電荷量は、前記第１電磁波が単独で前記受光部を通過するときに前記光電変換部において単位時間かつ単位面積当たりに生成される第１生成電荷量と、前記第２電磁波が単独で前記受光部を通過するときに前記光電変換部において単位時間かつ単位面積当たりに生成される第２生成電荷量との和とは異なる、撮像装置。
【請求項2】
前記複数の受光部は互いに積層されている、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項3】
前記複数の受光部のそれぞれは、前記光電変換部が生成した電荷を外部に転送する転送部をさらに備え、
前記転送部は、前記第１電磁波および前記第２電磁波の両方が前記受光部を通過した後に、前記光電変換部が生成した電荷を外部に転送する、請求項１に記載の撮像装置。
前記転送部は、前記第１電磁波および前記第２電磁波の両方が前記受光部を通過した後に、前記光電変換部が生成した電荷を外部に転送する、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項4】
前記第１電磁波および前記第２電磁波の両方が前記受光部を通過するときの前記光電変換部の吸収係数は、前記第１電磁波が単独で前記受光部を通過するときの前記光電変換部の吸収係数より大きい、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項5】
前記光電変換部は超格子を含む、請求項４に記載の撮像装置。
【請求項6】
前記第１電磁波および前記第２電磁波の両方が前記受光部を通過するときの前記光電変換部の吸収係数は、前記第１電磁波が単独で前記受光部を通過するときの前記光電変換部の吸収係数より小さい、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項7】
前記光電変換部は電界感受性有機光電変換材料を含む、請求項６に記載の撮像装置。
【請求項8】
前記第１電磁波および前記第２電磁波は、２光子吸収によって生じる電荷を検出可能な強度の電磁波の組である、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項9】
前記第１電磁波および前記第２電磁波は、互いに干渉可能な電磁波の組である、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項10】
前記光電変換部の前記第１電磁波の入射側の前面には、隣接する複数の画素からなる画素群毎に、第１偏光方向の光を通す偏光子、および第１偏光方向と異なる第２偏光方向の光を通す偏光子が少なくとも設けられる、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項11】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記第１電磁波をパルス波に整形する第１整形部と、
前記第２電磁波をパルス波に整形する第２整形部と、
前記第１電磁波と前記第２電磁波とが同時に前記撮像装置に到達するように前記第１電磁波および前記第２電磁波の照射タイミングを制御するタイミング制御部と、を備える撮像システム。
前記第１電磁波をパルス波に整形する第１整形部と、
前記第２電磁波をパルス波に整形する第２整形部と、
前記第１電磁波と前記第２電磁波とが同時に前記撮像装置に到達するように前記第１電磁波および前記第２電磁波の照射タイミングを制御するタイミング制御部と、を備える撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、撮像装置および撮像システムに関する。
【背景技術】
【0002】
（超高速イメージセンサ）
１００枚以上の画像を連続的に撮影できるカメラをビデオカメラと呼ぶ。１０枚程度の画像を連続撮影できるカメラをマルチフレーミングカメラと呼ぶ。これらのカメラの中核となる技術はイメージセンサに係る技術である。
１００枚以上の画像を連続的に撮影できるカメラをビデオカメラと呼ぶ。１０枚程度の画像を連続撮影できるカメラをマルチフレーミングカメラと呼ぶ。これらのカメラの中核となる技術はイメージセンサに係る技術である。
【0003】
連続撮影ができる世界最高速のイメージセンサの時間分解能は約１０ｎｓである（特許文献１、非特許文献１）。撮影速度に換算すると１億枚／秒である。
【0004】
理化学研究所のＸ線自由電子レーザＳＡＣＬＡの時間分解能は約１０ｆｓ（フェムト秒）である。１０ｎｓから１０ｆｓまでの６桁の速度領域（時間分解能領域）では連続撮影ができるイメージセンサはない。
【0005】
ほとんどのイメージセンサはシリコン半導体からなる。シリコンイメージセンサの理論的な限界時間分解能は１１．１ｐｓである（非特許文献２、非特許文献３）。
【0006】
フォトダイオードをシリコンからゲルマニウムに変えると、原理的には１ｐｓ以下の時間分解能を達成できる（非特許文献３）。撮影速度では１Ｔｆｐｓ（Ｔｅｒａ ｆｒａｍｅｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ、１兆枚／秒）以上に相当する。
【0007】
一方、現在最高速のトランジスタの駆動周波数は１００ＧＨｚ程度であり、時間分解能に換算すると１０ｐｓである。
【0008】
従って、駆動回路の性能から見て１０ｎｓから１０ｐｓの間の３桁の時間分解能領域に対しては、近い将来、連続撮影ができるイメージセンサが開発される（非特許文献３）。
【0009】
一方、時間分解能１０ｐｓ程度から１０ｆｓ程度の３桁の時間分解能領域に対しては、既存の技術の延長上の技術で連続撮影可能なイメージセンサを開発することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特許第６１８８６７９号公報
【非特許文献】
【0011】
【非特許文献1】“Light-In-Flight Imaging by a Silicon Image Sensor: Toward the Theoretical Highest Frame Rate”, Sensors, 19(10), May 2019. DOI: 10.3390/s19102247
【非特許文献2】“The Theoretical Highest Frame Rate of Silicon Image Sensors”, Sensors, 17(3), Feb. 2017. DOI: 10.3390/s17030483
【非特許文献3】江藤剛治著、「超高速カメラ開発の歴史と展望」、応用物理、2021年 90巻 6号、332-338頁
【非特許文献4】"Quantum-confined Stark effect"、［online］、［令和４年９月３０日検索］、インターネット＜https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum-confined_Stark_effect＞
【非特許文献5】"Warwick Centre for Ultrafast Spectroscopy: Facilities: TPTP"、［online］、［令和４年９月３０日検索］、インターネット＜https://warwick.ac.uk/fac/sci/wcus/facilities/tptp/＞
【非特許文献6】"２光子吸収過程"、［online］、［令和４年９月３０日検索］、インターネット＜https://ja.wikipedia.org/wiki/2%E5%85%89%E5%AD%90%E5%90%B8%E5%8F%8E%E9%81%8E%E7%A8%8B＞
【非特許文献7】Takao Kuroda, Essential Principles of Image Sensors, CRC Press.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
特許文献１、非特許文献１－３に開示される技術では、時間分解能１０ｐｓ以下で連続画像ができる撮像装置を実現することができない。
【0013】
本発明の一態様は、時間分解能を向上できる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】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る撮像装置は、複数の受光部を備える撮像装置であって、前記複数の受光部のそれぞれは、電磁波を受光して電荷を生成する光電変換部を有する複数の画素を備え、前記複数の受光部のそれぞれには、被写体の情報を有する第１電磁波が一方向から照射され、第２電磁波が他方向から照射され、前記複数の受光部のうちの第１受光部に到達するまでに前記第１電磁波が通る経路は、前記複数の受光部のうちの第２受光部に到達するまでに前記第１電磁波が通る経路より長く、前記第１電磁波と前記第２電磁波との両方が前記受光部を通過するときに前記光電変換部において単位時間かつ単位面積当たりに生成される第３生成電荷量は、前記第１電磁波が単独で前記受光部を通過するときに前記光電変換部において単位時間かつ単位面積当たりに生成される第１生成電荷量と、前記第２電磁波が単独で前記受光部を通過するときに前記光電変換部において単位時間かつ単位面積当たりに生成される第２生成電荷量との和とは異なる。
【0015】
また、前記複数の受光部は互いに積層されていてもよい。
【0016】
また、複数の受光部のそれぞれは、前記光電変換部が生成した電荷を外部に転送する転送部をさらに備え、前記転送部は、前記第１電磁波および前記第２電磁波の両方が前記受光部を通過した後に、前記光電変換部が生成した電荷を外部に転送してもよい。
【0017】
また、前記第１電磁波および前記第２電磁波の両方が前記受光部を通過するときの前記光電変換部の吸収係数は、前記第１電磁波が単独で前記受光部を通過するときの前記光電変換部の吸収係数より大きくてもよい。前記光電変換部は超格子を含んでもよい。
【0018】
また、前記第１電磁波および前記第２電磁波の両方が前記受光部を通過するときの前記光電変換部の吸収係数は、前記第１電磁波が単独で前記受光部を通過するときの前記光電変換部の吸収係数より小さくてもよい。前記光電変換部は電界感受性有機光電変換材料を含んでもよい。
【0019】
また、前記第１電磁波および前記第２電磁波は、２光子吸収によって生じる電荷を検出可能な強度の電磁波の組であってもよい。
【0020】
また、前記第１電磁波および前記第２電磁波は、互いに干渉可能な電磁波の組であってもよい。
【0021】
また、前記光電変換部の前記第１電磁波の入射側の前面には、隣接する複数の画素からなる画素群毎に、第１偏光方向の光を通す偏光子、および第１偏光方向と異なる第２偏光方向の光を通す偏光子が少なくとも設けられてもよい。
【0022】
また、撮像システムは、前記撮像装置と、前記第１電磁波をパルス波に整形する第１整形部と、前記第２電磁波をパルス波に整形する第２整形部と、前記第１電磁波と前記第２電磁波とが同時に前記撮像装置に到達するように前記第１電磁波および前記第２電磁波の照射タイミングを制御するタイミング制御部と、を備えてもよい。
【発明の効果】
【0023】
本発明の一態様によれば、撮像装置における時間分解能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】入射光の波長に対する真性シリコンの吸収係数を示すグラフである。
【図2】外部からかける電界が０ｋＶ／ｃｍおよび電界９３ｋＶ／ｃｍの場合における、入射光の波長に対する超格子の吸収係数を示すグラフである。
【図3】非特許文献５に開示される方法により生成可能な、テラヘルツパルス波の電界の時間波形を示す。
【図4】上記テラヘルツパルス波の電界の空間パターンを示す。
【図5】実施形態１に係る要素素子の平面図である。
【図6】上記要素素子が積層された積層素子を示す図である。
【図7】上記積層素子と当該積層素子を収めるパッケージとを備える撮像装置を示す側面図である。
【図8】上記要素素子の各画素の平面図および断面図である。
【図9】上記画素の回路領域の回路構成を示す図である。
【図10】上記撮像装置を備える撮像システムの概略構成図である。
【図11】上記撮像装置による高速シャッターの方法を説明する説明図である。
【図12】上記撮像装置により撮像された画像の一例を示す。
【図13】上記撮像装置により撮像された画像の他の例を示す。
【図14】変形例に係る要素素子の平面図である。
【図15】上記要素素子が３枚積層された積層素子を示す図である。
【図16】上記要素素子が５枚積層された積層素子と当該積層素子を収めるパッケージとを備える撮像装置を示す側面図である。
【図17】上記要素素子が３枚積層された積層素子による高速シャッターの方法を説明する説明図である。
【図18】実施形態２に係る撮像装置による高速シャッターの方法を示す図である。
【図19】実施形態３に係る撮像装置による高速シャッターの方法を示す図である。
【図20】実施形態４に係る撮像装置による高速シャッターの方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
［従来技術との比較］
（光の速度と通過時間）
光は真空中を１ｐｓで３００μｍ進む。フェムト秒オーダーで時間差を制御するのは容易ではない。一方、光が真空中をフェムト秒オーダーの時間をかけて進む距離であるマイクロメータ程度の機械加工精度は比較的容易に達成できる。例えは１ｐｓの１／１００の１０ｆｓの時間差を検出することは容易ではない。一方、３００μｍの１／１００の３μｍの精度で機械加工することは比較的容易である。従って、非常に短い時間差を距離差に置き換えることができれば高精度で時間差を検出できる。
（光の速度と通過時間）
光は真空中を１ｐｓで３００μｍ進む。フェムト秒オーダーで時間差を制御するのは容易ではない。一方、光が真空中をフェムト秒オーダーの時間をかけて進む距離であるマイクロメータ程度の機械加工精度は比較的容易に達成できる。例えは１ｐｓの１／１００の１０ｆｓの時間差を検出することは容易ではない。一方、３００μｍの１／１００の３μｍの精度で機械加工することは比較的容易である。従って、非常に短い時間差を距離差に置き換えることができれば高精度で時間差を検出できる。
【0026】
（超高速イメージセンサの開発の方向性）
イメージセンサの高速化の歴史は、信号電荷の生成位置と保存位置との間の信号電子の移動時間の短縮の歴史であった。
イメージセンサの高速化の歴史は、信号電荷の生成位置と保存位置との間の信号電子の移動時間の短縮の歴史であった。
【0027】
高速イメージセンサで最も一般的なものは並列読み出し型である。画像信号は撮像素子の外部に用意した大容量のメモリに転送されて保存される。撮影枚数は大きくできるが、信号の転送に多大な時間を要する。そのため、並列の多数の信号読出し線を備えるイメージセンサを用いている。
【0028】
超高速撮影に使われるバーストイメージセンサには２種類のセンサがある。一つは各画素中ではなく、受光面の周辺に画像信号メモリを備えるものである。この技術で１００ｎｓの時間分解能が達成された。
【0029】
現在世界最速のイメージセンサは各画素内に多数の画像信号メモリを持つバーストイメージセンサである。これにより約１０ｎｓの時間分解能が達成された。この場合、イメージセンサの時間分解能は、フォトダイオードから画素内メモリの１個に信号電子を転送するに要する時間である。これにより既存のシリコン技術で１００ｐｓ程度の時間分解能を達成できる（非特許文献３）。
【0030】
ただし、各画素内に作り込めるメモリ要素の数は小さいので連続撮影枚数は限られる。
【0031】
さらに、信号電子が生成したその場で保存できれば画素内転送時間も０になる。
【0032】
（本発明の一態様に係る特徴点）
非常に短い時間差を距離差に置き換える機能を備えるイメージセンサを開発する。とくに、通常のイメージセンサ技術では達成することが困難な時間分解能１０ｐｓ以下で連続画像を得るための技術を開発する。
非常に短い時間差を距離差に置き換える機能を備えるイメージセンサを開発する。とくに、通常のイメージセンサ技術では達成することが困難な時間分解能１０ｐｓ以下で連続画像を得るための技術を開発する。
【0033】
また信号電子を生成したその場で残すための技術を開発する。
【0034】
これらの技術を実現するために被写体の時間的変化を伴う情報を有する光（以後「センサ光」と呼ぶ）に加えて、これを短い時間で区切るためのシャッターとして使う光（以後「シャッター光」と呼ぶ）の２本の光を組み合わせて用いる。
【0035】
それぞれの光はＸ線やテラヘルツ波を含む広義の光、すなわち電磁波である。
【0036】
このとき第１の課題は、生成した信号電子の転送距離を０にするイメージセンサの構造の発案である。
【0037】
第２の課題は、連続撮影という目的を最も効率的に達成するための二つの光の組み合わせの選択である。
【0038】
第３の課題は、センサ光とシャッター光をイメージセンサに入射させるときのタイミング制御である。
【0039】
第４の課題は、これらの光によるイメージセンサの誤動作を回避することである。
【0040】
例えば、光電効果とトランジスタ等を組み合わせてシャッター機能を有する電子回路を作る場合、フォトダイオードおよびトランジスタのサイズを代表する距離を電子が移動する時間のオーダーより短い時間で機能するイメージセンサを作ることは原理的に不可能である。この課題を超えることが第１の課題である。
【0041】
例えば、センサ光およびシャッター光が到着したときに、光電変換特性がシフトして電子の生成率が変化し、生成した電子を信号電子としてその場に残すことができれば、信号電子の輸送距離に依存することなく、瞬間的にシャッター効果を機能させることができる。このような電子の生成率の変化を引き起こすセンサ光およびシャッター光の組み合わせを見出すことが第２の課題である。信号電子の読出しは後でゆっくり行えばよい。これは第１の課題の解決手段の候補にもなる。
【0042】
またイメージセンサを構成する要素について、タイミング制御を容易にする位置および長さの関係を明確にするのが第３の課題である。
【0043】
このような光電変換特性をシフトさせる最も単純な方法は強い電界を電子シャッターとする方法である。一方、強い電界は電子回路に誤動作を起こす確率が高い。この抑制が第４の課題である。
【0044】
［種々の原理について］
本発明の様々な実施形態に係る撮像装置は、一方向（以下、上方とする）から入射するセンサ光（第１電磁波）と他方向（以下、下方とする）から入射するシャッター光（第２電磁波）との両方が到達したときの電磁波を検出可能とするイメージセンサである。すなわち、本発明の様々な実施形態に係る撮像装置は、上述の第１の課題および第２の課題を解決し得るイメージセンサである。まず、撮像装置の構成の説明に先立ち、このようなイメージセンサを実現するためのいくつかの方法について以下に説明する。
本発明の様々な実施形態に係る撮像装置は、一方向（以下、上方とする）から入射するセンサ光（第１電磁波）と他方向（以下、下方とする）から入射するシャッター光（第２電磁波）との両方が到達したときの電磁波を検出可能とするイメージセンサである。すなわち、本発明の様々な実施形態に係る撮像装置は、上述の第１の課題および第２の課題を解決し得るイメージセンサである。まず、撮像装置の構成の説明に先立ち、このようなイメージセンサを実現するためのいくつかの方法について以下に説明する。
【0045】
（量子閉じ込めシュタルク効果）
多くの光電変換物質では入射光の波長（入射波長）が長くなると吸収係数が急激に小さくなる。吸収係数を実際的にゼロとみなせる入射光の波長を吸収端と呼ぶ。
多くの光電変換物質では入射光の波長（入射波長）が長くなると吸収係数が急激に小さくなる。吸収係数を実際的にゼロとみなせる入射光の波長を吸収端と呼ぶ。
【0046】
【0047】
結晶格子定数がわずかに異なる２種の薄層（原子層厚の数倍程度の厚さを有する層）を交互に数１０層から１０００層積層した光電変換層を超格子と呼ぶ。
【0048】
超格子に強い電界をかけると入射波長に対する吸収係数が長波長側にシフトする。この現象を量子閉じ込めシュタルク効果と呼ぶ（非特許文献４）。
【0049】
非特許文献４中に開示されている光電変換層による量子閉じ込めシュタルク効果の例を図２に示す。この光電変換層は、Ｇｅ結晶を第１の薄層とし、Ｓｉが１８％でＧｅが８２％の層を第２の薄層とする超格子である。
【0050】
図２は、外部からかける電界が０ｋＶ／ｃｍの場合の超格子の吸収係数１０３と、外部からかける電界が９３ｋＶ／ｃｍの場合の超格子の吸収係数１０４とを示している。図２において、横軸は入射光の波長、縦軸は、上述の超格子の吸収係数である。
【0051】
この系では吸収端が急激にゼロになるのではなく、長波長側に長く裾１０５を引いている。
【0052】
例えば波長１３７０ｎｍの波長に対する吸収係数は、電界が０ｋＶ／ｃｍのときは２５０（１／ｃｍ）、電界が９３ｋＶ／ｃｍのときは７５０（１／ｃｍ）である。その比は約３である。
【0053】
従って１３７０ｎｍの光をこの超格子に透過させ、０ｋＶ／ｃｍと９３ｋＶ／ｃｍとの電界を交互にかければ透過光の明暗比が約３対１になる。
【0054】
以下、このような超格子に瞬間的に（例えば、１ピコ秒以下の間）電界をかけることが可能な電磁波であるテラヘルツパルス波について説明する。
【0055】
現在の実用技術で１００ｋＶ／ｃｍ程度の電界で１ピコ秒以下の時間分解能を有する電磁波を生成することができる。
【0056】
【0057】
図３よりテラヘルツ波のピーク電界１０８は約２８０ｋＶ／ｃｍである。テラヘルツ波における、９３ｋＶ／ｃｍ程度以上の時間ビーム幅１０９は約０．３５ｐｓである。
【0058】
また図４より、テラヘルツ波における空間ビーム幅１１０は１ｍｍである。
【0059】
例えば画素サイズ５μｍのイメージセンサにこのテラヘルツ波を入射すると、２００画素×２００画素（＝１ｍｍ×１ｍｍ）の領域に対して約０．３５ｐｓ間、９３ｋＶ／ｃｍ以上の電界をかけることができる。
【0060】
超高速駆動では正確な矩形パルスを作ることは難しい。比較的長いパルスの前後に緩やかな立ち上がりと立ち下り部分がある。超高速駆動では、テラヘルツ波は、ガウス波形または１周期のコサイン波形に近い波形になる。また、超高速駆動では、テラヘルツ波は、前後で負の値を含む振動部分を備えることが多い。
【0061】
代表的なパルス幅として、ピーク強度の１／２の強度のときの時間幅（等価パルス幅）または、立ち上がり部と立ち下り部とのパルス幅（基底長）などが用いられることが多い。
【0062】
図３ではピーク強度の１／２の強度（電界１４０ｋＶ／ｃｍ）のときのパルス幅（半値全幅）は約０．３ｐｓである（図では示していない）。
【0063】
９３ｋＶ／ｃｍの電界に対応するパルス幅０．３５ｐｓは半値全幅０．３ｐｓより少し長いが、後述の実施形態１では図２に示す電界９３ｋＶ／ｃｍによる吸収係数のシフトを利用するため、以後は、便宜上、０．３５ｐｓを上述の超格子にかけるテラヘルツ波の等価パルス幅とする。
【0064】
（２光子吸収過程）
２光子吸収過程は、微細な空間に同じ波長の２個の光子が同時に存在すると１／２波長、すなわち２倍のエネルギーを有する光が生成する過程である（非特許文献６）。例えば１３００ｎｍの時空間的パルス入射光に対して６５０ｎｍの光子を生成する。
２光子吸収過程は、微細な空間に同じ波長の２個の光子が同時に存在すると１／２波長、すなわち２倍のエネルギーを有する光が生成する過程である（非特許文献６）。例えば１３００ｎｍの時空間的パルス入射光に対して６５０ｎｍの光子を生成する。
【0065】
微細な空間に同じ波長の２個の光子が同時に存在する確率は非常に小さい。従って２光子吸収過程による発光（以下「２光子発光」と呼ぶ）は微弱である。
【0066】
検出できる程度の２光子発光を起こすには、超短パルスレーザの時間パルス幅をできるだけ小さくして総エネルギーに対してピーク強度をできるだけ大きくすればよい。また、検出できる程度の２光子発光を起こすには、入射光を回折限界に近い面積に集光すればよい。
【0067】
入射光のパルス幅が短いときは、局所的な温度上昇は入射光の総エネルギーに比例する。一方、２光子発光は入射光強度の２乗に比例する。
【0068】
短パルス光の照射によって試料が受けるダメージには大別して熱的ダメージと化学的ダメージがある。
【0069】
５５０ｎｍ程度の緑色可視光から赤外線に至る波長範囲では熱的ダメージが支配的である。
【0070】
生物試料では５０℃程度で弱いダメージを受ける。照射パルス幅が短い場合はダメージを受ける限界温度はそれより高い。被写体の耐性にも依存するが、１００℃に近い温度まで耐性のある生物試料もある。
【0071】
従って温度上昇を５０℃以下に保ち、入射光の時間的空間的パルス幅をできるだけ小さくするとき、単位面積及び単位時間当たりの入射光強度は（パルス面積×時間幅）に逆比例して大きくできる。
【0072】
２光子発光は入射光強度の２乗に比例して強くなるので、パルス面積・時間幅が小さいほど２光子発光が相対的に大きくなる。
【0073】
２光子発光を利用した顕微鏡は、生体などに対して可視光が届かない深さでの現象の近赤外光によるイメージングで使われている。また近赤外光の回折限界より狭い分解能の観察に使われる。
【0074】
近赤外光の吸収係数は可視光のそれに比べて一桁程度低く、はるかに深くまで到達する。
【0075】
分解能が高くなるのは以下の２つの理由による。
【0076】
２光子発光は入射光エネルギーの２乗に比例して生じる。従って、２光子発光はピーク近傍の狭い領域で強化される。
【0077】
また、発生した２光子発光は顕微鏡に入射する前に生体を通る間に拡散する。ある程度広がっても画像処理で重心位置を求めることで回折限界以下の時間分解能で中心位置の座標を求めることができる。
【0078】
面、もしくは深さを含む３次元観察では入射近赤外パルス光の集光位置を２または３次元的に走査する。
【0079】
（電界感受性有機色素）
強い電界をかけると吸収端が短波長側に延びる有機色素がある。これらは電界感受性有機色素と呼ばれる。
強い電界をかけると吸収端が短波長側に延びる有機色素がある。これらは電界感受性有機色素と呼ばれる。
【0080】
（偏光と電界）
左右上下に隣接する４個の画素を１個のマクロピクセルとし、これらの画素にフィルターとして入射波長程度の幅の４種のスリットを載せる。
４種のスリットの方向は縦、横、右下に向かう４５°、左下に向かう４５°である。これらの４個の画素への入射光の強度比からマクロピクセルへの入射光の偏光特性を算出できる。
左右上下に隣接する４個の画素を１個のマクロピクセルとし、これらの画素にフィルターとして入射波長程度の幅の４種のスリットを載せる。
４種のスリットの方向は縦、横、右下に向かう４５°、左下に向かう４５°である。これらの４個の画素への入射光の強度比からマクロピクセルへの入射光の偏光特性を算出できる。
【0081】
直線偏光は強い電界をかけると方向が回転することは良く知られている。
【0082】
〔実施形態１〕
（撮像装置の概略構成）
本実施形態に係る撮像装置１２１の概略構成について、以下に説明する。撮像装置１２１は、複数の要素素子１１２（受光部）と、複数の要素素子１１２を収容するパッケージ１１９とを備える（図７参照）。複数の要素素子１１２のそれぞれには、上方から（被写体の情報を有する）センサ光が照射され、下方から（当該センサ光を所定の時間に区切って検出するための）シャッター光が照射される。
（撮像装置の概略構成）
本実施形態に係る撮像装置１２１の概略構成について、以下に説明する。撮像装置１２１は、複数の要素素子１１２（受光部）と、複数の要素素子１１２を収容するパッケージ１１９とを備える（図７参照）。複数の要素素子１１２のそれぞれには、上方から（被写体の情報を有する）センサ光が照射され、下方から（当該センサ光を所定の時間に区切って検出するための）シャッター光が照射される。
【0083】
複数の要素素子１１２のそれぞれは、複数の画素１１３を備える（図５参照）。複数の画素１１３のそれぞれは、電磁波を受光して電荷を生成する光電変換領域１２７（光電変換部）と光電変換領域１２７が生成した電荷を外部に転送する回路領域１２８（転送部）とを備える（図８参照）。
【0084】
ここで、センサ光が単独で、シャッター光が単独で、およびセンサ光とシャッター光との両方が、受光部（要素素子１１２）を通過するときに光電変換領域１２７において単位時間かつ単位面積当たりに生成される電荷量を、それぞれ第１生成電荷量、第２生成電荷量、および第３生成電荷量とする。このとき、第３生成電荷量は、第１生成電荷量と第２生成電荷量との和とは異なる。
【0085】
上記の構成によれば、撮像装置１２１は、センサ光がシャッター光とともに要素素子１１２を通過したことによる電荷の生成量の変化に基づき、センサ光がシャッター光とともに要素素子１１２を通過したときのセンサ光が有する被写体の情報を取得することができる。
【0086】
本実施形態では、センサ光とシャッター光との両方が要素素子１１２を通過するときの光電変換領域１２７の吸収係数は、センサ光が単独で要素素子１１２を通過するときの光電変換領域１２７の吸収係数より大きい。これにより、第３生成電荷量は第１生成電荷量より多くなる。つまり、通常のカメラのシャッターが開くことによりイメージセンサの各画素での生成電荷量が増える現象と同様に、シャッター光を要素素子１１２に通過させることにより要素素子１１２の各画素での生成電荷量を増加させることができる。すなわち、シャッター光は、通常のカメラのシャッターのように機能する（シャッター効果を起こすことができる）。
【0087】
【0088】
また、複数の要素素子１１２のうちの第１要素素子１１２ａ（第１受光部）に到達するまでにセンサ光が通る経路は、複数の要素素子１１２のうちの第２要素素子１１２ｂ（第２受光部）に到達するまでにセンサ光が通る経路より長い。
【0089】
上記の構成によれば、第１要素素子１１２ａと第２要素素子１１２ｂとで、センサ光とシャッター光との両方が通過するタイミングをずらすことができる。これにより、第１期間１６５の被写体の情報を有するセンサ光は、シャッター光とともに第１要素素子１１２ａ（第１層１６４）を通過し、第１要素素子１１２ａにて当該情報が取得される。そして、第１期間１６５より以前の第２期間１６６の被写体の情報を有するセンサ光は、シャッター光とともに第２要素素子１１２ｂ（第２層１６３）を通過し、第２要素素子１１２ｂにて当該情報が取得される。（図１１参照）。したがって、センサ光が有する被写体の情報の非常に短い時間差を、センサ光の経路長の差に置き換えることができる。言い換えると、撮像装置１２１の時間分解能を、電磁波の経路長の差により生み出すことができる。
【0090】
上述したように、例えは１ｐｓの１／１００の１０ｆｓの時間差を検出することは容易ではない。一方、（電磁波が１ｐｓで進む）３００μｍの１／１００の３μｍの精度で機械加工することは比較的容易である。したがって、撮像装置１２１の時間分解能を電磁波の経路長の差により生み出す上記構成によれば、従来のイメージセンサでは達成できなかった１０ｐｓ程度から１０ｆｓ程度の時間分解能を有するイメージセンサを比較的容易に実現できる。
【0091】
本実施形態では、複数の要素素子１１２は（上下方向に沿って）互いに積層されており、積層素子１１８を形成している（図６参照）。複数の要素素子１１２を互いに積層させるといった簡易的な構成により、上方からセンサ光が照射されることで、複数の要素素子１１２ごとに電磁波が到達するまでの経路長を異ならせることができる。
【0092】
また、回路領域１２８は、センサ光およびシャッター光の両方が要素素子１１２を通過した後に、光電変換領域１２７が生成した電荷を外部に転送してもよい。これにより、非線形光電変換特性を生じさせるような強い電界を有するシャッター光を用いる場合でも、要素素子１１２内の電気回路の撮影中における誤動作を最小限に抑制することができる。
【0093】
（撮像装置の詳細な構成）
次に、実施形態１に係る撮像装置１２１の詳細な構成について、以下に説明する。なお、以下では一例として１３７０ｎｍの波長を有するセンサ光（すなわち、近赤外線）を検出するための撮像装置１２１の構成を説明するが、検出対象であるセンサ光の波長に応じて撮像装置１２１の構成は適宜変更されてもよい。
次に、実施形態１に係る撮像装置１２１の詳細な構成について、以下に説明する。なお、以下では一例として１３７０ｎｍの波長を有するセンサ光（すなわち、近赤外線）を検出するための撮像装置１２１の構成を説明するが、検出対象であるセンサ光の波長に応じて撮像装置１２１の構成は適宜変更されてもよい。
【0094】
図５は実施形態１に係る１枚の要素素子１１２の平面図を示す。要素素子１１２は、画素１１３、要素素子の制御電圧を入力するための入力回路領域１１４、要素素子の各画素で生成した画像信号を外部へ読み出すための出力回路領域１１５を備える。また要素素子１１２は、画像信号読出しコンタクト１１６が配備されている読出しコンタクト領域、および制御電圧コンタクト１１７が配備されている入力コンタクト領域を備える。
【0095】
入力回路領域１１４と出力回路領域１１５の表面はアルミニウム層（記載されていない）で覆われており、該アルミニウム層は接地されており（記載されていない）、外部から与えられる電界の影響を最小限に抑制している。
【0096】
図５では、簡単のため画素数を２０列×２９行で示しているが、実際の画素数は２００列×２９０行である。１個の画素のサイズは５μｍである。従って受光面サイズは１０００μｍ×１４５０μｍ（＝１ｍｍ×１．４５ｍｍ）である。
【0097】
コンタクトの個数は２０×２９個でピッチは５０μｍである。図５では、簡単のため２画素行および２画素列ごとに１個のコンタクトが配備されているように示しているが、実際は１０画素行および１０画素列ごとに１個のコンタクトが配備されている。
【0098】
図６は要素素子１１２を５枚積層した積層素子１１８を示している。図７はパッケージ１１９に収められ、コンタクトからの配線１２０によりパッケージ１１９に電気的に接続した積層素子１１８を備える撮像装置１２１の側面図を示す。
【0099】
図６，図７に示す様に要素素子１１２を１枚重ねるごとに１コンタクト列ずつずらしている。従って４枚分のずれは４×５０＝２００μｍである。図５、図７に示す様に５枚の要素素子の全てで画像を撮影できるのはこのずらし領域１２２を除く重なり部分１２３である。ずらし領域１２２は反対側のサイドにもあるので、縦横方向、および左右方向でそれぞれ４００μｍを除く領域における有効受光面１２４で５枚分の撮影ができる。
【0100】
従って有効受光面１２４は（１０００－４００）×（１４５０－４００）＝６００μｍ×１０５０μｍ＝０．６ｍｍ×１．０５ｍｍである。有効画素数は（６００／５）×（１０５０／５）＝１２０×２１０＝２５，２００画素である。
【0101】
通常のＴＶ画面の縦横比は１６／９＝１．７８である。本実施形態では、有効受光面１２４の縦横比は、１０５０／６００＝１．７５である。すなわち、有効受光面１２４の縦横比は、ＴＶ画面の縦横比とほぼ同じである。
【0102】
【0103】
図８の符号８ａは各要素素子の各画素１１３の平面図を示す。画素１１３は、光電変換領域１２７と回路領域１２８とからなる。光電変換領域１２７は６μｍ×４．５μｍである。回路領域１２８は６μｍ×１．５μｍである。
【0104】
図９は回路領域１２８の回路構成１２９を示す。回路構成１２９は、基本的な読出し回路である。光電変換領域（フォトダイオード）１８８で信号電荷が生成する。第１垂直転送線１８９の末端にある水平選択スイッチ（通常はトランジスタ）１９０をオンにし、第１行第１列の画素１９１内の垂直選択スイッチ１９２をオンにすると、第１行第１列の画素１９１で生成した信号電荷は水平転送線１９３に転送される。そして、当該信号電荷は、読出しアンプ１９４から素子外に読みだされる。
【0105】
水平選択スイッチ１９０のオン電圧は水平シフトレジスタ１９５で順次生成される。１個の水平選択スイッチ１９０がオンになった状態で垂直シフトレジスタレジスタ１９６が順次オン電圧を生成し、垂直選択スイッチ１９２が順次オン状態になる。
【0106】
現在のイメージセンサでは画素内にノイズ低減と信号増幅のための増幅回路２０８が挿入されている。増幅回路２０８の詳細については、成書（例えば非特許文献７）に詳しく紹介されているので、ここでは説明を割愛する。
【0107】
図８の符号８ｂは各要素素子の各画素１１３の断面図を示す。光電変換領域１２７は３層から成る。中央の第２層はシリコンとゲルマニウムの混相結晶材料の薄層を積層した超格子層１９９（光電変換層１９９とも称する）で、厚さ２μｍである。第１層および第３層は石英ガラスからなる絶縁層１９８，２００（それぞれ第１絶縁層１９８、第２絶縁層２００と称する）で、厚さは０．０２μｍである。従って要素素子の厚さは２．０４μｍである。
【0108】
各要素素子の下面には、隣接する要素素子との間の距離を一定に保つために厚さ６６．５μｍの石英ガラス板２０１を接着している。石英ガラス板２０１の厚さと要素素子の厚さとにより要素素子間を飛翔する光の飛翔時間が決まる。
【0109】
回路領域１２８はＳｉからなる。絶縁層である第１絶縁層１９８の回路領域１２８における上部はタングステンからなる遮光層２０２で覆われている。
【0110】
図８に示す様に、光電変換層の１端は高濃度ｐ型領域２０３であり、コンタクトポイント２０４が設けられている。
【0111】
光電変換領域１２７と回路領域１２８との境界線の中央に接してトランスファゲート２０５が設けられている。トランスファゲート２０５は縦型である。すなわちゲート電極は２枚１対からなり、超格子層１９９の上端から下端にわたって縦に貫通している。
【0112】
トランスファゲート２０５に隣接して読出し回路２０６とリセット回路２０７とが設けられている。読出し回路２０６は増幅回路２０８と垂直選択スイッチ１９２とから成る。増幅回路２０８はフローティングディフュージョン２０９とソースフォロワーアンプ２１０とからなる。リセット回路２０７はリセットゲート２１１とリセットドレーン２１２とからなる。これらの読出し回路２０６とリセット回路２０７との組はほとんどのイメージセンサに搭載されている一般的な回路である。従ってその詳細な説明はほとんど全てのイメージセンサ関係の成書（例えば非特許文献７）に書かれているので、ここでの説明は割愛する。
【0113】
要素素子の光電変換領域１２７は図２に示すＧｅと、Ｓｉが１８％でＧｅが８２％の層の互層からなる超格子層１９９を含む。
【0114】
この超格子層１９９の厚さは２μｍ、要素素子間の石英ガラス板２０１の厚さは６６．５μｍで、その合計は６８．５μｍである。２層の石英ガラスからなる絶縁層１９８，２００の厚さは合計０．０４μｍであるが６８．５μｍに比べて十分薄いので、光の通過時間を評価する場合は絶縁層１９８，２００の厚さは０として計算する。
【0115】
図２より１３７０ｎｍの光に対して、外部電界が０ｋＶ／ｃｍのときと９３ｋＶ／ｃｍのときの吸収係数はそれぞれ、２５０（１／ｃｍ）および７５０（１／ｃｍ）である。すなわち外部電界が０ｋＶ／ｃｍのとき、および９３ｋＶ／ｃｍのときの平均侵入深さはそれぞれ、１／２５０（ｃｍ）＝４０μｍおよび１／７５０（ｃｍ）＝１３．３μｍである。
【0116】
すなわち厚さ２μｍの平均侵入深さに対する相対侵入深さは電界が０のとき２／４０＝０．０５であり、９３ｋＶ／ｃｍのとき２／１３．３＝０．１５である。
【0117】
相対侵入深さが０．０５のとき、量子効率、すなわち光電変換される光子の割合は（１－ｅｘｐ（－０．０５））＝４．９％である。９３ｋＶ／ｃｍの電界がかかったとき、量子効率は（１－ｅｘｐ（－０．１５））＝１３．９％である。
【0118】
すなわち９３ｋＶ／ｃｍの電界がかかることにより生成する電子数は０ｋＶ／ｃｍのときに生成する電子数の２．８４倍（＝１３．９／４．９）、すなわち約３倍である。
【0119】
超格子層１９９の厚さは２μｍである。１３７０ｎｍの光に対する超格子の屈折率は約４．３である。従って超格子中を光が進む速度は３０００００ｋｍ／ｓ／４．３＝（３００μｍ／ｓ）／４．３＝７０μｍ／ｐｓであり、超格子層１９９の透過に要する時間ＴＰは２／７０＝０．０２９ｐｓである。
【0120】
支持基盤の石英ガラス（石英ガラス板２０１）の厚さは６６．５μｍである。１３７０ｎｍの光に対する石英ガラスの屈折率は約１．４５である。従って石英ガラス中を光が進む速度は２０７μｍ／ｐｓであり、石英ガラス板２０１の透過に要する時間は６６．５／２０７＝０．３２１ｐｓである。
【0121】
従って１枚の要素素子１１２の厚さは２＋６６．５＝６８．５μｍである。１枚の要素素子１１２の間を１３７０ｎｍの光が通過するに要する時間ＴＥ＝０．０２９＋０．３２１＝０．３５ｐｓである。
【0122】
（撮像システムの概略構成）
図１０は積層素子１１８を収めたパッケージ１１９を備える撮像システム１３２の構成図を示す。
図１０は積層素子１１８を収めたパッケージ１１９を備える撮像システム１３２の構成図を示す。
【0123】
前記の撮像システム１３２は、シャッター光となる超短パルスレーザを発生させるテラヘルツ波発生用超短パルスレーザ発振器１３３と、センサ光となる近赤外線レーザを発生させる近赤外線レーザ発振器１３４との２つのレーザ発生装置を備える。両レーザの照射タイミングはタイミングコントローラ１３５（タイミング制御部）で調整される。具体的には、タイミングコントローラ１３５は、センサ光とシャッター光とが同時に撮像装置１２１に到達するようにセンサ光およびシャッター光の照射タイミングを制御する。
【0124】
テラヘルツ波発生用超短パルスレーザ発振器１３３で発生した超短パルスレーザを入力として、テラヘルツ波整形装置１３６（第２整形部）により所望の電界強度と時間波形を持ったテラヘルツ波が生成される。すなわち、テラヘルツ波整形装置１３６は、シャッター光をパルス波に整形する。波形が整形されたテラヘルツ波はシャッター光導波光学系１３７により導かれて、シャッター光集光光学系１３８によって積層素子１１８の受光面に下方から入射する。
【0125】
近赤外線レーザ発振器１３４で発光したレーザ光は、近赤外レーザパルス整形装置１３９（第１整形部）で所望の時間波形、すなわちできるだけパルス波形に近い形状で所望のパルス幅の光に調整される。すなわち、近赤外レーザパルス整形装置１３９は、センサ光をパルス波に整形する。波形が整形された近赤外線パルス光は、照明光導波光学系１４０で被写体照明光学系１４１に導かれた後、試料ステージ上の試料１４２に照射される。
【0126】
試料を透過した近赤外線パルス光はセンサ光集光光学系１４３によって積層素子１１８の受光面に上方から照射される。
【0127】
（撮像装置の機能と操作）
図８の１画素の各要素に加える電圧を説明する。電圧は配線を通じて送付されるが、簡単のため、配線についての具体的な説明は割愛する。
図８の１画素の各要素に加える電圧を説明する。電圧は配線を通じて送付されるが、簡単のため、配線についての具体的な説明は割愛する。
【0128】
リセットドレーン２１２の電圧は０Ｖで一定である。リセットゲート２１１の電圧は高い電圧（ＶＨ）と低い電圧（ＶＬ）の２値を取る。リセットゲート２１１ではＶＨ＝１Ｖ、ＶＬ＝－１Ｖである。リセットゲート２１１の電圧は、通常はＶＬに保たれており、フローティングディフュージョン２０９に蓄積された電子をリセットドレーン２１２を通じて要素素子外に排出するときのみ瞬間的にＶＨにする。このときフローティングディフュージョン２０９の電位は１Ｖではなくドレーン電位と同じ０Ｖとなる。
【0129】
トランスファゲート２０５は－２Ｖに保たれている。コンタクトポイント２０４を通じて光電変換層１９９の左端の高濃度ｐ型領域２０３には一定電圧－３Ｖが加えられている。これにより光電変換層１９９は部分的に空乏化している。
【0130】
撮影開始直前にリセットゲート２１１の電圧をＶＨとし、フローティングディフュージョン２０９の電位を０Ｖにする。短時間で関係要素が熱平衡状態になる。直後にリセットゲート２１１の電圧をＶＬにし光を光電変換層に入射する。生成する電子はトランスファゲート２０５を通してフローティングディフュージョン２０９に流入し蓄えられる。これによりフローティングディフュージョン２０９で生じる負電位Ｖ２をソースフォロワーアンプ２１０で電流増幅し、垂直選択スイッチ１９２をオンにして読み出す。
【0131】
【0132】
図１１では、簡単のため、同一の要素素子が３枚積層している場合について説明している。積層素子１１８の機能および操作方法は５枚でも３枚でも基本的に同じである。
【0133】
センサ光およびシャッター光の強度は時間的に変化する。図１１ではセンサ光およびシャッター光を代表的な期間で区切って、各期間におけるセンサ光およびシャッター光の強度を一定の代表値としている。この代表値は基本的には各期間におけるセンサ光およびシャッター光の強度の平均値である。
【0134】
ただし立上がり部および立下り部の代表値は０としている。実際には立上がり部および立下り部の平均値は他の部分に比べて小さい正または負の値である。これらを０とする近似に起因する生成電荷量の誤差は小さい。
【0135】
図１１の縦軸は要素素子１１２および積層素子１１８の厚さを、その厚さを電磁波が透過するに要する時間に換算したものと、センサ光およびシャッター光のパルス長と、時間経過に対するそれぞれのパルスの位置関係と、を示している。
【0136】
積層素子１１８のある画素の上から下に向かって強度Ｘのセンサ光１４５が、下から上に向かって強度Ｙのシャッター光１４６が入射する。
【0137】
横軸は時間の経過を時間ステップ１４７～１５７で示している。
【0138】
１枚の光電変換層を電磁波が通過するに要する時間はＴＰ１５８である。隣接する２枚の要素素子の光電変換層の表面と表面の間の距離を通過するに要する時間はＴＥ１５９である。積層素子、即ち３枚の要素素子を通過するに要する時間はＴＳである。
【0139】
シャッター光のパルス幅は２ＴＥ１６０である。
【0140】
以下、２ＴＥを単位としてセンサ光とシャッター光を区切る。
【0141】
センサ光の全パルス幅は２ＴＳ＝３×２ＴＥ＝６ＴＥ１６１である。
【0142】
センサ光として用いる電磁波だけが光電変換層を通過するときに生じる、ある量の１画素および単位時間当たりの生成量をＦ（Ｘ）とする。シャッター光として用いる電磁波だけが光電変換層を通過するときに生じる、ある量の１画素および単位時間当たりの生成量をＧ（Ｙ）とする。
【0143】
本実施形態では前記のある量は電子である。一般的にはこの量は電子に限らないが、説明を簡略化するために以下では電子を例にする。
【0144】
センサ光とシャッター光の両方が同時に光電変換層を占めたときに１画素および単位時間当たりに生じる電子数をＨ（Ｘ，Ｙ）とする。
【0145】
センサ光とシャッター光の組み合わせはＨ（Ｘ，Ｙ）≠Ｆ（Ｘ）＋Ｇ（Ｙ）となる電磁波の組である。
【0146】
この強度差をＤ（Ｘ，Ｙ）とする。すなわちＤ（Ｘ，Ｙ）＝Ｈ（Ｘ，Ｙ）－（Ｆ（Ｘ）＋Ｇ（Ｙ））。
【0147】
本実施形態ではシャッター光は図３に示すテラヘルツ波である。すなわち、シャッター光は、９３ｋＶ／ｃｍ以上の電界が０．３５ｐｓ続くテラヘルツ波である。
【0148】
また光電変換層は図２の特性を備える超格子で、厚さは２μｍである。支持層は石英ガラスで厚さは６６．５μｍである。すなわち要素素子の厚さは６８．５μｍで、この間を電磁波が通過する時間ＴＥは０．３５ｐｓである。
【0149】
また、１３７０ｎｍのセンサ光が単独で光電変換層を通過する場合の生成電子数Ｆ（Ｘ）に対して、センサ光とシャッター光とが同時に通過する場合の生成電子数Ｈ（Ｘ，Ｙ）は２．８４倍になる。
【0150】
図１１でわかるように、本実施形態ではシャッター光が単独で３枚のいずれかの光電変換層を通過する場合はない。従ってＧ（Ｘ，Ｙ）＝０。
【0151】
従ってＨ（Ｘ，Ｙ）＝Ｕ×Ｆ（Ｘ）。ここにＵ＝２．８４（図２と共に上述される超格子層１９９のシュタルク効果に起因）。
【0152】
以下、時間経過とともに生起する電子数の変化を説明する。
【0153】
シャッター光１４６の強度Ｙについてはパルス幅６ＴＥの間は一定値Ｙである。
【0154】
センサ光１４５の強度Ｘについては試料を透過した後、試料内で超短時間で起こる変化に対応して変化する。
【0155】
光電変換層を上から順に第３層１６２、第２層１６３、第１層１６４と呼ぶことにする。
【0156】
センサ光１４５を区分する期間のうち最初の２ＴＥの期間（第１期間１６５）におけるＸの平均値をＸ１とする。また、センサ光１４５を区分する期間のうち引き続く２番目および３番目の２ＴＥの各期間（第２期間１６６および第３期間１６７）におけるＸの平均値をそれぞれＸ２（１６６）およびＸ３（１６７）とする。
【0157】
時間ステップ１４７では、第１層１６４では、センサ光１４５もシャッター光１４６も到達していないので電子は生じない。第２層１６３および第３層１６２では、第１期間１６５におけるセンサ光１４５が到達しているので単位時間当たりＦ（Ｘ１）の電子が生成する。
【0158】
時間ステップ１４８の中間時点から、時間ステップ１５２の中間時点の間、第１層１６４では第１期間１６５におけるセンサ光１４５と、シャッター光１４６とが遭遇する。従って第１層１６４における電子の生成強度はＨ（Ｘ１，Ｙ）＝Ｕ×Ｆ（Ｘ１）である。
【0159】
この状態は、２ＴＥだけ継続する。従ってこの間に第１層１６４において生成する電子数は２ＴＥ×Ｕ×Ｆ（Ｘ１）である。
【0160】
その後、第２期間１６６および第３期間１６７におけるセンサ光１４５により、第１層１６４には２ＴＥ×Ｆ（Ｘ２）＋２ＴＥ×Ｆ（Ｘ３）の電子が生成する。
【0161】
従って、第１層１６４で生成する電子数の総和Ｅ（１）は
Ｅ（１）＝２ＴＥ×（Ｕ×Ｆ（Ｘ１）＋Ｆ（Ｘ２）＋Ｆ（Ｘ３））
である。
Ｅ（１）＝２ＴＥ×（Ｕ×Ｆ（Ｘ１）＋Ｆ（Ｘ２）＋Ｆ（Ｘ３））
である。
【0162】
同様に第２層１６３と第３層１６２で生じる総電子数Ｅ（２）とＥ（３）はそれぞれ、
Ｅ（２）＝２ＴＥ×（Ｆ（Ｘ１）＋Ｕ×Ｆ（Ｘ２）＋Ｆ（Ｘ３））、
Ｅ（３）＝２ＴＥ×（Ｆ（Ｘ１）＋Ｆ（Ｘ２）＋Ｕ×Ｆ（Ｘ３））
である。
Ｅ（２）＝２ＴＥ×（Ｆ（Ｘ１）＋Ｕ×Ｆ（Ｘ２）＋Ｆ（Ｘ３））、
Ｅ（３）＝２ＴＥ×（Ｆ（Ｘ１）＋Ｆ（Ｘ２）＋Ｕ×Ｆ（Ｘ３））
である。
【0163】
これらの式の和をＥＴとすると、
ＥＴ＝Ｅ（１）＋Ｅ（２）＋Ｅ（３）＝２ＴＥ×（Ｕ＋２）×（Ｆ（Ｘ１）＋Ｆ（Ｘ２）＋Ｆ（Ｘ３））
ＥＴ／（Ｕ＋２）＝２ＴＥ×（Ｆ（Ｘ１）＋Ｆ（Ｘ２）＋Ｆ（Ｘ３））
これをＥ（１）から差し引くと、
Ｅ（１）－ＥＴ／（Ｕ＋２）＝２ＴＥ×（Ｕ－１）×Ｆ（Ｘ１）
従って、
Ｆ（Ｘ１）＝（Ｅ（１）－ＥＴ／（Ｕ＋２））／（２ＴＥ×（Ｕ－１））
同様にＦ（Ｘ２）、Ｆ（Ｘ３）が求まり、これからＸ１、Ｘ２、Ｘ３が求まる。
ＥＴ＝Ｅ（１）＋Ｅ（２）＋Ｅ（３）＝２ＴＥ×（Ｕ＋２）×（Ｆ（Ｘ１）＋Ｆ（Ｘ２）＋Ｆ（Ｘ３））
ＥＴ／（Ｕ＋２）＝２ＴＥ×（Ｆ（Ｘ１）＋Ｆ（Ｘ２）＋Ｆ（Ｘ３））
これをＥ（１）から差し引くと、
Ｅ（１）－ＥＴ／（Ｕ＋２）＝２ＴＥ×（Ｕ－１）×Ｆ（Ｘ１）
従って、
Ｆ（Ｘ１）＝（Ｅ（１）－ＥＴ／（Ｕ＋２））／（２ＴＥ×（Ｕ－１））
同様にＦ（Ｘ２）、Ｆ（Ｘ３）が求まり、これからＸ１、Ｘ２、Ｘ３が求まる。
【0164】
すなわち、図１１からは３枚の画像の間に重複（時間的クロストーク）が生じているように見える。例えば時間ステップ１５０と１５２の中間点のＴＥ時間の間、第１層１６４と第２層１６３の両方で露光が生じている。
【0165】
しかし実際には上記の式からわかるように、図１１の時間的関係を満たすとき、画像情報を無駄なく使って最も高精度にＦ（Ｘ１）、Ｆ（Ｘ２）、Ｆ（Ｘ３）の値を求めることができる。
【0166】
また、Ｗｂ＝２ＴＥ×（Ｆ（Ｘ１）＋Ｆ（Ｘ２）＋Ｆ（Ｘ３））、ＷＩ＝（Ｕ－１）×Ｆ（ＸＩ）＝１．８４×Ｆ（ＸＩ）（Ｉ＝１，２，または３）とする。このとき、第Ｉ要素素子（第Ｉ層）の各画素には、Ｗｂという同一の背景光に相当する電子数に、ＷＩというセンサ光１４５とシャッター光１４６との両方が到達することに由来する電子数を加えた電子数が生じることがわかる。
【0167】
なお、実際には２ＴＥの間でもＸの値は変化し、Ｙもガウス波形等になるので、時間に関する積分形式で定式化する必要がある。しかしながら、上記の定式化で数学的な扱いの本質的な部分は保持されており、この近似による誤差は大きくない。
【0168】
このとき、第１電磁波（センサ光１４５）の継続時間は２ＴＳ＝６ＴＥで第２電磁波（シャッター光１４６）の継続時間は２ＴＥである。２ＴＳより長いパルス幅のセンサ光は背景信号を大きくする。２ＴＥより長いシャッター光は不要にブレ（上記近似による誤差）を大きくする。
【0169】
したがって、近赤外レーザパルス整形装置１３９（第１整形部）は、センサ光１４５（第１電磁波）の継続時間を実質的に２ＴＳとすればよい。また、テラヘルツ波整形装置１３６（第２整形部）は、シャッター光１４６（第２電磁波）の継続時間を実質的に２ＴＥ以下とすればよい。
【0170】
【0171】
例えば、センサ光１４５の第２期間１６６において（すなわち時間ステップ１５０の中間時点と時間ステップ１５４の中間時点との間の２ＴＥの間で）、画面の中央の円形部分が明るくなる、すなわち透過率が上がる現象が生起した場合、図１２の画像１６８が得られる。ただしこの場合、明るくなる部分１６９の位置の変化はなく、時間的変化のみが生じている。
【0172】
図１３は一定強度の円形の明るい領域が速度Ｖで左から右に移動した場合の３枚の画像１７０を示す。
【0173】
この場合、時間ステップ１５０の中間時点と時間ステップと時間ステップ１５２の中間点との間のＴＥの間は、第１の要素素子と第２の要素素子の両方で同時に画像信号が発生する。従って、ＴＥ×Ｖに相当する距離分だけ重複領域１７１を持った、いわゆるブレた画像１７２になる。
【0174】
移動体を撮影する場合にはブレは必ず起こる。ブレを小さくするためにはシャッター光１４６のパルス幅を２ＴＥより小さくする必要がある。
【0175】
ただし電磁波が光電変換層を通過するに要する時間分のブレは必ず起こる。従ってシャッター光１４６のパルス幅を２ＴＰ以下にしても無意味である。
【0176】
【0177】
図１４では上下端のコンタクト部１７６、左右端のコンタクト部１７７が要素素子１７４の枚数に対応して各３列になっている。
【0178】
また要素素子１７４は、制御信号入力回路部１７８と画像信号読出し回路部１７９とを備えている。受光面は１８０である。
【0179】
図１６は要素素子１７４を５枚積層した積層素子１８１がパッケージに収められている状態を示している。受光面は１８０である。
【0180】
図１７は変形例に係るセンサ光１８２とシャッター光１８３との時間関係１８４を示す。
【0181】
変形例では、シャッター光のパルス幅は、２ＴＰ１８５である。ここにＴＰ１８６は電磁波が１枚の光電変換層を通過するに要する時間である。
【0182】
センサ光は、パルス幅２ＴＰで時間間隔２ＴＥ１８７の３個のパルスからなるパルス列である。
【0183】
パルス光の総エネルギーが一定であればパルス幅が小さいだけ強度を大きくできる。
【0184】
変形例ではシャッター効果によりブレのない画像が得られる。
【0185】
センサ光とシャッター光の組み合わせはＨ（Ｘ，Ｙ）≠Ｆ（Ｘ）＋Ｇ（Ｙ）となる電磁波の組であれば何でも良い。
【0186】
また、光電変換領域１２７のセンサ光の入射側の前面には、隣接する複数の画素１１３からなる画素群毎に、第１偏光方向の光を通す偏光子、および第１偏光方向と異なる第２偏光方向の光を通す偏光子が少なくとも設けられてもよい。例えば、当該画素群毎に、画素列に沿った画素列方向、画素列方向に直交する方向、画素列方向と４５°をなす方向、および画素列方向と１３５°をなす方向にそれぞれ伸びるスリット列が設けられてもよい。
【0187】
上記の構成によれば、各マクロピクセルに入射する光の偏光特性を検出することができ、偏光を利用した連続撮影が可能となる。
【0188】
〔実施形態２〕
センサ光とシャッター光との組み合わせは、実施形態１のような近赤外光とテラヘルツ光との組み合わせに限らない。また光電変換層は超格子に限らない。
センサ光とシャッター光との組み合わせは、実施形態１のような近赤外光とテラヘルツ光との組み合わせに限らない。また光電変換層は超格子に限らない。
【0189】
波長が同じで偏光特性の異なる２つの光でも良い。もしくは直線偏光光とテラヘルツ波との組みでも良い。
【0190】
（光干渉を用いた高速シャッター）
図１８は、実施形態２に係る撮像装置３２１による高速シャッターの方法を示す図である。撮像装置３２１は、互いに積層された複数の要素素子３１２を備える。複数の要素素子３１２は、シリコンを含む光電変換層を備えるシリコンイメージセンサである。要素素子３１２の詳細な構成は、光電変換層が超格子層でなくてもよい点を除き、実施形態１に係る要素素子１１２と同様であってもよい。
図１８は、実施形態２に係る撮像装置３２１による高速シャッターの方法を示す図である。撮像装置３２１は、互いに積層された複数の要素素子３１２を備える。複数の要素素子３１２は、シリコンを含む光電変換層を備えるシリコンイメージセンサである。要素素子３１２の詳細な構成は、光電変換層が超格子層でなくてもよい点を除き、実施形態１に係る要素素子１１２と同様であってもよい。
【0191】
複数の要素素子３１２のそれぞれには、上方からセンサ光３４５（第１電磁波）が照射され、下方からシャッター光３４６（第２電磁波）が照射される。シャッター光３４６およびセンサ光３４５は、互いに干渉可能な電磁波の組である。
【0192】
上記センサ光３４５と上記シャッター光３４６とが重なった場所に干渉縞が現れる。そのため、１つの要素素子３１２で得られた信号から干渉縞を有する信号のみを抽出的に計測し、さらに縞模様を取り除く画像処理を行うことで、センサ光とシャッター光との両方が到達したときのセンサ光が有する被写体の情報を取得できる。これを互いに積層された複数の要素素子３１２において実行することで、超高速画像計測が可能である。
【0193】
なお、図１８では、３層構造を有する要素素子３１２により３枚の連続撮影ができる構造を示しているが、要素素子３１２の層の数はこれに限定されない。
【0194】
〔実施形態３〕
（２光子吸収過程を用いた高速シャッター）
図１９は、実施形態３に係る撮像装置４２１による高速シャッターの方法を示す図である。撮像装置４２１は、互いに積層された複数の要素素子４１２と、複数の要素素子４１２の（センサ光４４５の入射側の）前面にそれぞれ配置された波長変換層４９９と、を備える。複数の要素素子４１２は、シリコンを含む光電変換層を備えるシリコンイメージセンサである。要素素子４１２の詳細な構成は、光電変換層が超格子層でなくてもよい点を除き、実施形態１に係る要素素子１１２と同様であってもよい。波長変換層４９９は、２光子吸収・発光を生じさせやすい材料を含む。波長変換層４９９は、例えば、レーザの波長変換結晶であるＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）結晶等である。
（２光子吸収過程を用いた高速シャッター）
図１９は、実施形態３に係る撮像装置４２１による高速シャッターの方法を示す図である。撮像装置４２１は、互いに積層された複数の要素素子４１２と、複数の要素素子４１２の（センサ光４４５の入射側の）前面にそれぞれ配置された波長変換層４９９と、を備える。複数の要素素子４１２は、シリコンを含む光電変換層を備えるシリコンイメージセンサである。要素素子４１２の詳細な構成は、光電変換層が超格子層でなくてもよい点を除き、実施形態１に係る要素素子１１２と同様であってもよい。波長変換層４９９は、２光子吸収・発光を生じさせやすい材料を含む。波長変換層４９９は、例えば、レーザの波長変換結晶であるＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）結晶等である。
【0195】
複数の要素素子４１２のそれぞれには、上方からセンサ光４４５（第１電磁波）が照射され、下方からシャッター光４４６（第２電磁波）が照射される。センサ光４４５およびシャッター光４４６は、２光子吸収によって生じる電荷を要素素子４１２が検出可能な強度の電磁波の組である。
【0196】
複数の要素素子４１２のうちの第１要素素子４１２ａの前面に配置された第１波長変換層４９９ａは、第１要素素子４１２ａに隣接しており、その他の要素素子からは（石英ガラス板等を介して）離れている。これにより、第１波長変換層４９９ａから生じた２光子発光は主に第１要素素子４１２ａに吸収され、その他の要素素子に吸収されない。
【0197】
例えば、センサ光４４５およびシャッター光４４６は、共に波長が１３００ｎｍの近赤外光でも良い。この場合、波長変換層４９９によってセンサ光４４５およびシャッター光４４６が２光子吸収され、波長変換層４９９から波長が６５０ｎｍの可視光が生じる。波長が６５０ｎｍの可視光は、要素素子４１２によって、光電変換される。
【0198】
複数の要素素子４１２は例えば、厚さ１μｍのシリコン層を想定する。１３００ｎｍの光はシリコンを完全に透過する。６５０ｎｍの光の平均侵入深さは５μｍ程度である。光電変換層厚が１μｍであれば１枚当たり２０％程度の６５０ｎｍの光が光電変換されて信号電子になる。このように６５０ｎｍの光に対する要素素子４１２の感度を高めることができる。
【0199】
これにより、センサ光およびシャッター光がそれぞれ単独で要素素子４１２を通過するときの生成電荷量と比較し、センサ光とシャッター光との両方が要素素子４１２を通過するときの生成電荷量を増加させることができる。例えば、センサ光およびシャッター光がそれぞれ単独で要素素子４１２を通過する時の生成電荷量を１とするとき、センサ光およびシャッター光が同時に要素素子４１２を通過する時の生成電荷量はそれらの和の２乗である４倍とすることができる。すなわち、シャッター光は、通常のカメラのシャッターのように機能する（シャッター効果を起こすことができる）。
【0200】
なお、図１８では、３層構造を有する要素素子４１２により３枚の連続撮影ができる構造を示しているが、要素素子４１２の層の数はこれに限定されない。
【0201】
〔実施形態４〕
（電界感受性有機色素を含む光電変換層による高速シャッター）
図２０は、実施形態４に係る撮像装置５２１による高速シャッターの方法を示す図である。撮像装置５２１は、１枚の光電変換素子５１２と、ビームスプリッタアレイ５０１とを備える。複数の要素素子５１２は、シリコンを含む光電変換層を備えるシリコンイメージセンサである。要素素子５１２の詳細な構成は、光電変換層が超格子層でなくてもよい点を除き、実施形態１に係る要素素子１１２と同様であってもよい。
（電界感受性有機色素を含む光電変換層による高速シャッター）
図２０は、実施形態４に係る撮像装置５２１による高速シャッターの方法を示す図である。撮像装置５２１は、１枚の光電変換素子５１２と、ビームスプリッタアレイ５０１とを備える。複数の要素素子５１２は、シリコンを含む光電変換層を備えるシリコンイメージセンサである。要素素子５１２の詳細な構成は、光電変換層が超格子層でなくてもよい点を除き、実施形態１に係る要素素子１１２と同様であってもよい。
【0202】
ビームスプリッタアレイ５０１は、上方から入射するセンサ光５４５を、光電変換素子５１２における複数の受光領域５１２ａ～５１２ｃ（受光部）に導く。例えば、ビームスプリッタアレイ５０１は、第１ビームスプリッタ５０１ａ～第３ビームスプリッタ５０１ｃを備える。第１ビームスプリッタ５０１ａは、上方から入射するセンサ光５４５を、第１受光領域５１２ａおよび第２ビームスプリッタ５０１ｂに導く。第２ビームスプリッタ５０１ｂは、第１ビームスプリッタ５０１ａから入射するセンサ光５４５を、第２受光領域５１２ｂおよび第３ビームスプリッタ５０１ｃに導く。第３ビームスプリッタ５０１ｃは、第２ビームスプリッタ５０１ｂから入射するセンサ光５４５を、第３受光領域５１２ｃに導く。
【0203】
このような構成により、複数の受光領域のそれぞれには、上方からセンサ光５４５が照射され、（実施形態１～３のような積層型と同様に）複数の受光領域ごとに電磁波が到達するまでの経路長を異ならせることができる。また、光電変換素子５１２の背面全体にわたって下方からシャッター光５４６が照射されることにより、複数の受光領域のそれぞれには、下方からシャッター光５４６が照射される。なお、シャッター光５４６は、上方から複数の受光領域に照射されてもよい。
【0204】
また、複数の受光領域のそれぞれは、複数の画素を備える。複数の画素のそれぞれは、電磁波を受光して電荷を生成する光電変換領域（光電変換部）を備える。ここで、センサ光とシャッター光との両方が受光領域を通過するときの光電変換領域の吸収係数は、センサ光が単独で受光領域を通過するときの光電変換領域の吸収係数より小さい。これにより、上記第３生成電荷量は上記第１生成電荷量より少なくなる。つまり、通常のカメラのシャッターが開くことによりイメージセンサの各画素での生成電荷量が増える現象とは逆に、シャッター光を受光領域に通過させることにより受光領域の各画素での生成電荷量を減少させることができる。結果として、撮像装置は、センサ光がシャッター光とともに受光領域を通過したときのセンサ光が有する被写体の情報を取得することができる。
【0205】
具体的には、光電変換領域は、電界感受性有機光電変換材料５９９を含む。これにより、上述の構成が達成される。
【0206】
電界感受性有機色素を光電変換層とする場合は、センサ光は可視光、シャッター光はテラヘルツパルス波となる。この場合、電解感受性有機色素はセンサ光に対して吸収率が高いものを選択し、テラヘルツ波が透過している時間だけ吸収スペクトルがシフトすることで吸収率がさがる。そのためセンサ光がシリコンセンサに到達し計測される。
【0207】
必要に応じて、テラヘルツ波に対する屈折率が高い材料を含み、厚さを遅延時間に合わせて制御したエタロン板５０２を用いて、複数の受光領域ごとのシャッター光の到達時刻に時間差をつけてもよい。
【0208】
（補足事項）
テラヘルツ波を用いる場合、図３に示す様に、ピーク電界の後に大きな逆方向の電界を生じることが多い。これはパルス状の電位の立ち上がり部と立ち下がり部では電界の正負が逆になることで生じる。図３の場合にピーク後の電界の絶対値がピーク後のそれに対して小さいのは、電位波形の立ち上がり部が急峻であり、立下り部が相対的に緩やかであることによる。
テラヘルツ波を用いる場合、図３に示す様に、ピーク電界の後に大きな逆方向の電界を生じることが多い。これはパルス状の電位の立ち上がり部と立ち下がり部では電界の正負が逆になることで生じる。図３の場合にピーク後の電界の絶対値がピーク後のそれに対して小さいのは、電位波形の立ち上がり部が急峻であり、立下り部が相対的に緩やかであることによる。
【0209】
逆方向電位で電子は逆方向に運動する。この対策として、一旦生起した電子の逆方向の運動を抑制する手段、もしくは生成した位置の近傍に留める手段が必要である。
【0210】
また超格子の場合は、生成した電子の読み出し方向を、強電界と逆方向、すなわち層と並行方向にしても良い。
【0211】
信号電荷はホールでも良い。
【0212】
現在、ポンプ・プローブ法でしか観察できない超高速現象を、本実施形態に係る撮像装置によれば、ワンショットの撮影で観察できるようになり、新規の材料開発、製薬開発等の基礎研究を進展させる。
【0213】
実用的な観点からは要素素子を積層させる枚数の最大値は１０程度である。要素素子を１枚増やすごとに背景光強度が相対的に大きくなるからである。
【0214】
それでも十分科学技術上の意義がある。例えば要素素子の枚数が２枚であっても、本実施形態に係る撮像装置によれば、減衰係数や時系列画像相関等を計算することができる。
【0215】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0216】
１１２、１７４、３１２、４１２ 複数の要素素子（複数の受光部）
５１２ａ～５１２ｃ 複数の受光領域（複数の受光部）
１１３ 複数の画素
１１８、１７５、１８１ 積層素子
１２１、３２１、４２１、５２１ 撮像装置
１２７ 光電変換領域（光電変換部）
１２８ 回路領域（転送部）
１３２ 撮像システム
１３５ タイミングコントローラ（タイミング制御部）
１３６ テラヘルツ波整形装置（第２整形部）
１３９ 近赤外レーザパルス整形装置（第１整形部）
１４５、１８２、３４５、４４５、５４５ センサ光（第１電磁波）
１４６、１８３、３４６、４４６、５４６ シャッター光（第２電磁波）
５１２ａ～５１２ｃ 複数の受光領域（複数の受光部）
１１３ 複数の画素
１１８、１７５、１８１ 積層素子
１２１、３２１、４２１、５２１ 撮像装置
１２７ 光電変換領域（光電変換部）
１２８ 回路領域（転送部）
１３２ 撮像システム
１３５ タイミングコントローラ（タイミング制御部）
１３６ テラヘルツ波整形装置（第２整形部）
１３９ 近赤外レーザパルス整形装置（第１整形部）
１４５、１８２、３４５、４４５、５４５ センサ光（第１電磁波）
１４６、１８３、３４６、４４６、５４６ シャッター光（第２電磁波）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】