(57)【要約】  本発明の一形態に係る撮像装置（１０１）は、積層型固体撮像装置（１０２）を備え、複数の画素（１５１）の各々は、光を信号電荷に光電変換する光電変換膜（４５）と、光電変換膜（４５）の半導体基板（３１）側の面に形成された画素電極（４６）と、光電変換膜（４５）の半導体基板（３１）側の面とは反対側の面に形成された透明電極（４７）と、光電変換膜（４５）で光電変換された信号電荷を、画素電極（４６）を介して読み出すとともに、読み出した信号電荷を蓄積する画素回路部（４１６）とを備え、撮像装置（１０１）は、光電変換膜（４５）で光電変換された信号電荷が画素回路部（４１６）へ移動する第１電圧値と、当該信号電荷が画素回路部（４１６）へ移動しない第２電圧値とを選択的に透明電極（４７）へ印加することにより、露光時間を制御する制御部（１０３）を備える。
2012164829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に行列状に配置された複数の画素を備える積層型固体撮像装置を備える撮像装置であって、
前記複数の画素の各々は、
前記半導体基板の上方に形成され、光を信号電荷に光電変換する光電変換膜と、
前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、
前記光電変換膜の前記半導体基板側の面とは反対側の面に形成された透明電極と、
前記光電変換膜で光電変換された前記信号電荷を、前記画素電極を介して読み出すとともに、読み出した信号電荷を蓄積する画素回路部とを備え、
前記撮像装置は、
前記光電変換膜で光電変換された前記信号電荷が前記画素回路部へ移動する第１電圧値と、当該信号電荷が前記画素回路部へ移動しない第２電圧値とを選択的に前記透明電極へ印加することにより、露光時間を制御する制御部を備える
撮像装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記透明電極に印加する電圧を前記第２電圧値から前記第１電圧値に切り替えることで露光を開始する露光開始制御と、
前記露光開始制御の後、前記透明電極に印加する電圧を前記第１電圧値から前記第２電圧値に切り替えることで露光を終了する露光終了制御とを行い、
前記画素回路部は、前記露光開始制御が行われた時刻から、前記露光終了制御が行われた時刻までの間に前記光電変換膜で光電変換された信号電荷を読み出すとともに、読み出した信号電荷を蓄積する
請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御部は、さらに、
前記露光終了制御が行われた後、前記複数の画素に含まれる複数の前記画素回路部に蓄積されている信号電荷を順次読み出す読み出し制御を行う
請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記画素回路部は、
前記画素電極に接続されており、前記信号電荷を蓄積する第１電荷蓄積部と、
第２電荷蓄積部と、
前記第１電荷蓄積部と前記第２電荷蓄積部との間に設けられた転送トランジスタとを含み、
前記制御部は、前記読み出し制御において、前記透明電極に前記第２電圧値を印加するとともに、前記転送トランジスタをオンすることにより、前記第１電荷蓄積部に蓄積されている信号電荷を前記第２電荷蓄積部に転送し、その後、前記複数の画素から順次、前記第２電荷蓄積部に蓄積されている信号電荷に応じた信号を読み出す
請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記制御部は、さらに、
前記露光開始制御の前に、前記透明電極に前記第２電圧値を印加するとともに、前記画素回路部に蓄積されている信号電荷をリセットするリセット制御を行う
請求項２記載の撮像装置。
【請求項６】
前記制御部は、さらに、
前記読み出し制御の後に、前記リセット制御を行う
請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】
前記画素回路部は、当該画素回路部に蓄積している信号電荷をリセットするためのリセットトランジスタを含み、
前記制御部は、前記リセット制御において、テーパード信号を用いて前記リセットトランジスタをオンすることで、前記画素回路部に蓄積されている信号電荷をリセットする
請求項５又は６記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型固体撮像装置を備える撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどの固体撮像装置を用いたＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｔｉｌｌ  Ｃａｍｅｒａ）で静止画を撮影する場合は、露光量を調整するためにメカシャッタが必要となる。【０００３】
しかし、メカシャッタを用いた場合、ＤＳＣのコストが高くなる。さらに、絞りを制御して露光量を調整するメカ的な駆動が必要のため、稼動部の故障が発生する可能性も高い。さらに、メカ部があるのでレンズ部の低背化も難しいという課題がある。【０００４】
また、近年のコンパクトＤＳＣ、及び携帯電話用のカメラには、安価で、かつ、デザイン的にレンズ部が薄くできるカメラシステムが要望されている。【０００５】
一方で、積層型固体撮像装置が開発されている。積層型固体撮像装置は、画素回路が形成された半導体基板の上に絶縁膜を介して、光電変換膜が形成された構成を有している。このため、光電変換膜にアモルファスシリコン等の光吸収係数が大きい材料を用いることが可能となるので、固体撮像装置の開口率アップと低背化とを同時に実現することができる。このような理由から、積層型固体撮像装置は盛んに開発されている。例えば、積層型固体撮像装置の光電変換膜に印加する電圧を制御することで、ダイナミックレンジを制御する技術などがある（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−４９５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように積層型固体撮像装置に対する期待は高まっているが、積層型固体撮像装置を用いて、露光制御用のメカシャッタを使用せずにカメラなどの撮像装置を実現する技術は、未だ実現されていない。【０００８】
そこで、本発明は、露光制御用のメカシャッタ無しで静止画の撮影が可能な、積層型固体撮像装置を用いた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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る撮像装置は、半導体基板に行列状に配置された複数の画素を備える積層型固体撮像装置を備える撮像装置であって、前記複数の画素の各々は、前記半導体基板の上方に形成され、光を信号電荷に光電変換する光電変換膜と、前記光電変換膜の前記半導体基板側の面に形成された画素電極と、前記光電変換膜の前記半導体基板側の面とは反対側の面に形成された透明電極と、前記光電変換膜で光電変換された前記信号電荷を、前記画素電極を介して読み出すとともに、読み出した信号電荷を蓄積する画素回路部とを備え、前記撮像装置は、前記光電変換膜で光電変換された前記信号電荷が前記画素回路部へ移動する第１電圧値と、当該信号電荷が前記画素回路部へ移動しない第２電圧値とを選択的に前記透明電極へ印加することにより、露光時間を制御する制御部を備える。【００１０】
この構成によれば、本発明の一形態に係る撮像装置は、露光制御用のメカシャッタ無しで露光時間を制御できる。よって、当該撮像装置は、メカシャッタ無しで静止画撮影が可能となる。【００１１】
また、前記制御部は、前記透明電極に印加する電圧を前記第２電圧値から前記第１電圧値に切り替えることで露光を開始する露光開始制御と、前記露光開始制御の後、前記透明電極に印加する電圧を前記第１電圧値から前記第２電圧値に切り替えることで露光を終了する露光終了制御とを行い、前記画素回路部は、前記露光開始制御が行われた時刻から、前記露光終了制御が行われた時刻までの間に前記光電変換膜で光電変換された信号電荷を読み出すとともに、読み出した信号電荷を蓄積してもよい。【００１２】
また、前記制御部は、さらに、前記露光終了制御が行われた後、前記複数の画素に含まれる複数の前記画素回路部に蓄積されている信号電荷を順次読み出す読み出し制御を行ってもよい。【００１３】
また、前記画素回路部は、前記画素電極に接続されており、前記信号電荷を蓄積する第１電荷蓄積部と、第２電荷蓄積部と、前記第１電荷蓄積部と前記第２電荷蓄積部との間に設けられた転送トランジスタとを含み、前記制御部は、前記読み出し制御において、前記透明電極に前記第２電圧値を印加するとともに、前記転送トランジスタをオンすることにより、前記第１電荷蓄積部に蓄積されている信号電荷を前記第２電荷蓄積部に転送し、その後、前記複数の画素から順次、前記第２電荷蓄積部に蓄積されている信号電荷に応じた信号を読み出してもよい。【００１４】
この構成によれば、本発明の一形態に係る撮像装置は、複数の画素の第１電荷蓄積部から同時に一旦、第２電荷蓄積部に信号電荷を移動させてから、画素ごとに、第２電荷蓄積部の信号電荷を順次読み出すことができる。これにより、画素間で読み出しの時間差が低減されるので、画像の歪みが低減される。【００１５】
また、前記制御部は、さらに、前記露光開始制御の前に、前記透明電極に前記第２電圧値を印加するとともに、前記画素回路部に蓄積されている信号電荷をリセットするリセット制御を行ってもよい。【００１６】
また、前記制御部は、さらに、前記読み出し制御の後に、前記リセット制御を行ってもよい。【００１７】
また、前記画素回路部は、当該画素回路部に蓄積している信号電荷をリセットするためのリセットトランジスタを含み、前記制御部は、前記リセット制御において、テーパード信号を用いて前記リセットトランジスタをオンすることで、前記画素回路部に蓄積されている信号電荷をリセットしてもよい。【００１８】
この構成によれば、本発明の一形態に係る撮像装置は、リセット時に発生するランダムノイズを低減できる。【００１９】
なお、本発明は、このような撮像装置として実現できるだけでなく、撮像装置に含まれる特徴的な手段をステップとする撮像装置の制御方法として実現できる。【００２０】
さらに、本発明は、このような撮像装置の機能の一部又は全てを実現する半導体集積回路（ＬＳＩ）として実現できる。
【発明の効果】
【００２１】
以上より、本発明は、露光制御用のメカシャッタ無しで静止画の撮影が可能な、積層型固体撮像装置を用いた撮像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置のブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
【図３】図３は、本発明の比較例に係る撮像装置のブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る撮像装置のブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る撮像装置による静止画を撮影する場合のフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る撮像装置による静止画を撮影する場合のタイムチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置のモニタモード時の動作を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置のリセット時の動作を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の露光開始時の動作を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の露光終了時の動作を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の読み出し時の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る撮像装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
【００２４】
本発明の実施形態に係る撮像装置は、光電変換膜で光電変換された信号電荷が画素回路部へ移動する第１電圧値と、当該信号電荷が画素回路部へ移動しない第２電圧値とを選択的に光電変換部へ印加することにより、露光時間を制御する。
【００２５】
これにより、当該撮像装置は、露光制御用のメカシャッタ無しで静止画の撮影を実現できる。
【００２６】
まず、図１及び図２を用いて、本実施形態に係る撮像装置に用いられる固体撮像装置の構成を説明する。
【００２７】
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置１０２の回路構成を示す図である。図１に示す固体撮像装置１０２は、積層型固体撮像装置である。この固体撮像装置１０２は、行列状に配置された複数の画素（単位セル）１５１と、画素１５１に種々のタイミング信号を供給する垂直走査部１５３と、画素１５１の信号を順次水平出力端子１４２へ読み出す水平信号読み出し部１５５とを備えている。図１において、画素１５１は「２行２列」分だけを記載しているが、行数及び列数は任意に設定してよい。
【００２８】
画素１５１は、光電変換部１１１と、ゲートが光電変換部１１１と接続された増幅トランジスタ１１３と、ドレインが光電変換部１１１と接続されたリセットトランジスタ１１７と、増幅トランジスタ１１３と直列に接続された選択トランジスタ１１５とを有している。
【００２９】
光電変換部１１１は、増幅トランジスタ１１３のゲート及びリセットトランジスタ１１７のドレインと、光電変換部制御線１３１との間に接続されている。選択トランジスタ１１５のゲートは、アドレス制御線１２２を介して垂直走査部１５３と接続されている。リセットトランジスタ１１７のゲートは、リセット制御線１２３を介して垂直走査部１５３と接続されている。
【００３０】
アドレス制御線１２２、及びリセット制御線１２３は行ごとに設けられている。光電変換部制御線１３１は、全画素に共通となっている。垂直信号線１４１は、列ごとに設けられ、カラム信号処理部１２１を介して水平信号読み出し部１５５と接続されている。カラム信号処理部１２１は、相関二重サンプリングに代表される雑音抑圧信号処理及び、アナログ／デジタル変換処理等を行う。
【００３１】
また、上記に示した、本実施形態の固体撮像素装置における、図１の画素１５１の断面構成を図２に示す。
【００３２】
図２に示すように、シリコンで構成される半導体基板３１に、増幅トランジスタ１１３、選択トランジスタ１１５及びリセットトランジスタ１１７が形成されている。増幅トランジスタ１１３は、ゲート電極４１と、ドレインである拡散層５１及びソースである拡散層５２とを有している。選択トランジスタ１１５はゲート電極４２と、ドレインである拡散層５２及びソースである拡散層５３とを有している。増幅トランジスタ１１３のソースと選択トランジスタ１１５のドレインとは、共通の拡散層５２で形成されている。リセットトランジスタ１１７は、ゲート電極４３と、ドレインである拡散層５４及びソースである拡散層５５とを有している。拡散層５１と拡散層５４とは素子分離領域３３により分離されている。
【００３３】
半導体基板３１の上には、各トランジスタを覆うように絶縁膜３５が形成されている。絶縁膜３５の上には光電変換部１１１が形成されている。
【００３４】
光電変換部１１１は、アモルファスシリコン等で構成される光電変換膜４５と、光電変換膜４５の下面（半導体基板３１側の面）に形成された画素電極４６と、光電変換膜４５の上面（半導体基板３１側の面とは反対側の面）に形成された透明電極４７とを有している。光電変換膜４５は、光を信号電荷に光電変換する。画素電極４６は、コンタクト３６を介して増幅トランジスタ１１３のゲート電極４１及びリセットトランジスタ１１７のソースである拡散層５４と接続されている。画素電極４６と接続された拡散層５４は蓄積ダイオードとして機能する。
【００３５】
以上の構成により、本発明の実施形態に係る固体撮像装置１０２に被写体からの光が入射すると、光が光電変換膜４５に吸収され、吸収された光量に応じた正孔電子対が発生する。透明電極４７に正電圧を印加した場合は、変換された電子正孔対のうちの電子は透明電極４７側に移送され、透明電極４７と接続された電源（図示せず）に流れる。正孔は拡散層５４側に移送され、当該拡散層５４に蓄積される。
【００３６】
以下、上述した固体撮像装置１０２を備える、本発明の実施形態に係る撮像装置について説明する。
【００３７】
まず、比較例として、図３にメカシャッタを用いた撮像装置の構成を示す。図３に示す撮像装置２０１は、固体撮像装置２０２と、制御部２０３と、メカシャッタ２１１とを備える。制御部２０３は、映像信号処理を行う信号処理部２０４と、メカシャッタ２１１を駆動するメカシャッタドライバ２０５とを備える。
【００３８】
なお、固体撮像装置２０２は、例えばＣＣＤイメージセンサ又はＣＭＯＳイメージセンサなどである。
【００３９】
次に、撮像装置２０１による撮影の動作を説明する。信号処理部２０４は、露光量を予め計算又は設定し、メカシャッタドライバ２０５に対し、メカシャッタ２１１を制御するための制御信号２０６を出力する。また、信号処理部２０４は、固体撮像装置２０２に対し、当該固体撮像装置２０２の駆動及び電子シャッタによる露光量を制御するための制御信号２０７を出力する。
【００４０】
メカシャッタドライバ２０５は、信号処理部２０４からの制御信号２０６に応じて、メカシャッタ２１１に対し、露光量を調整するための制御信号２０９を出力する。メカシャッタ２１１は、制御信号２０９に従い、絞りを調整すると共に、静止画撮影の際は、適切な露光量に合わせて、メカシャッタを閉じて、開く動作を行う。
【００４１】
ここで、メカシャッタ２１１を用いる場合、コストが高くなる上、絞りを調整する機械的な駆動が必要なため、故障が発生する可能性も高くなる。また、レンズ部の低背化も難しいという課題がある。
【００４２】
メカシャッタ２１１で露光量が調整された光は、固体撮像装置２０２で電気信号（出力信号２０８）に光電変換される。そして、信号処理部２０４は、固体撮像装置２０２から出力された出力信号２０８を信号処理し、信号処理後の映像信号２１０を出力する。
【００４３】
次に、本発明の実施形態に係る撮像装置について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る撮像装置１０１の構成を示す図である。
【００４４】
図４に示す本実施形態に係る撮像装置１０１は、積層型の固体撮像装置１０２と、制御部１０３とを備える。制御部１０３は、信号処理部１０４と、積層型の固体撮像装置１０２に含まれる光電積層膜に印加する電圧を制御する印加電圧制御部１０５とを備える。
【００４５】
次に、本実施形態に係る撮像装置１０１による撮影の動作を説明する。信号処理部１０４は、適切な露光量を予め計算又は設定し、印加電圧制御部１０５に対し、露光量を制御するための制御信号１０６を出力する。また、信号処理部１０４は、積層型の固体撮像装置１０２に対し、当該固体撮像装置１０２の駆動及び電子シャッタによる露光量を制御するための制御信号１０７を出力する。
【００４６】
印加電圧制御部１０５は、信号処理部１０４からの制御信号１０６に応じて、積層型の固体撮像装置１０２に対し、光電積層膜に印加する電圧１０９を出力する。これにより、印加電圧制御部１０５は、積層型の固体撮像装置１０２の光電積層膜で、光電変換によって発生するキャリアの移動の可否を制御する。
【００４７】
具体的には、印加電圧制御部１０５は、電圧１０９として、光電変換によって発生するキャリアが移動可能な第１電圧値Ｖ１と、光電変換によって発生するキャリアが移動不可能な第２電圧値Ｖ２とを生成する。そして、この電圧１０９は、光電変換部制御線１３１を介して、光電変換部１１１の透明電極４７に印加される。これにより、印加電圧制御部１０５は、光電変換によって発生するキャリアの移動の可否を制御する。
【００４８】
言い換えると、印加電圧制御部１０５は、第１電圧値Ｖ１と第２電圧値Ｖ２とを選択的に透明電極４７へ印加することにより、露光時間を制御する。具体的には、光電変換によって発生するキャリアが移動可能な状態と、光電変換によって発生するキャリアが移動不可能な状態との時間差が露光時間となる。つまり、撮像装置１０１は、メカシャッタ無しでも露光量を調整できるので、メカシャッタ無しで静止画を撮影できる。
【００４９】
図５は、撮像装置１０１による静止画撮影の際のフローチャートである。図６は、撮像装置１０１による静止画撮影の際のタイムチャートである。図７〜図１１は、固体撮像装置１０２の電位及び動作を示す図である。なお、説明の便宜上、図７〜図１１では画素１５１を１個のみ記載しているが、積層型の固体撮像装置１０２は、行列状に配置された複数の画素１５１を備える。
【００５０】
図５及び図６に示すように、撮像装置１０１は、通常、動画状態（モニタモード）（Ｓ３０１）で動作している。また、信号処理部２０４で予め適切な露光量が算出されているか、ユーザーが露光量をマニュアルで設定している。ユーザーは、静止画を撮影したい場合、スチルスイッチ（シャッタ）を押す（Ｓ３０２でＹｅｓ）。
【００５１】
＜モニタモード（動画）＞
図７は、図５に示すモニタモード（Ｓ３０１）における電位を示す図である。
【００５２】
ここで、画素１５１の構成を説明する。
【００５３】
図７に示すように、画素１５１は、光電変換部１１１と、半導体基板３１に形成されている画素回路部４１６とを含む。
【００５４】
画素回路部４１６は、光電変換膜４５で光電変換された信号電荷を、画素電極４６を介して読み出すとともに、読み出した信号電荷を蓄積する。また、画素回路部４１６は蓄積している信号電荷に応じた信号を、垂直信号線１４１へ出力する。
【００５５】
この画素回路部４１６は、増幅トランジスタ４１２と、リセットトランジスタ４１１と、第１電荷蓄積部４０４と、第２電荷蓄積部４０６と、ライン選択トランジスタ４０９と、カラム選択トランジスタ４１４と、転送トランジスタ４１８とを備える。
【００５６】
第１電荷蓄積部４０４は、画素電極４６に接続されており、光電変換膜４５で生成された信号電荷（キャリア４０３）を蓄積する。この第１電荷蓄積部４０４は、転送トランジスタ４１８のソース及びドレインの一方を兼ねている。
【００５７】
転送トランジスタ４１８は、第１電荷蓄積部４０４と第２電荷蓄積部４０６との間の導通と非導通とを切り替える。この転送トランジスタ４１８のゲートには読み出し信号ＴＲが印加されている。
【００５８】
第２電荷蓄積部４０６は、転送トランジスタ４１８のソース及びドレインの他方を兼ねており、第１電荷蓄積部４０４から、転送トランジスタ４１８を介して転送されたキャリア４０３を電荷４０７として蓄積する。
【００５９】
ライン選択トランジスタ４０９は、第２電荷蓄積部４０６と、増幅トランジスタ４１２のゲートとの間に接続されている。このライン選択トランジスタ４０９のゲートにはライン選択信号ＬＳが印加されている。
【００６０】
増幅トランジスタ４１２は、第２電荷蓄積部４０６に蓄積されている電荷４０７を増幅し、増幅した信号を、カラム選択トランジスタ４１４を介して、垂直信号線１４１へ出力する。
【００６１】
リセットトランジスタ４１１は、画素回路部４１６に蓄積されている電荷４０７をリセットする。このリセットトランジスタのゲートにはリセット信号ＲＥが印加されている。
【００６２】
カラム選択トランジスタ４１４は、増幅トランジスタ４１２と直列に接続に接続されている。このカラム選択トランジスタ４１４のゲートにはカラム選択信号ＣＳが印加されている。
【００６３】
また、図７〜図１１は、グローバルシャッタ動作が可能な画素構成を表しており、画素１５１が５つのトランジスタで構成された例を示しているが、本発明はこの回路構成に限定されない。例えば、図１に示すように、画素１５１は３つのトランジスタで構成されてもよい。具体的には、画素１５１は、転送トランジスタ４１８及びライン選択トランジスタ４０９の一方、又は両方を備えなくてもよい。
【００６４】
以下、モニタモード（Ｓ３０１）時の動作を説明する。
【００６５】
図７に示すように、モニタモード（Ｓ３０１）時には、透明電極４７には、電圧１０９として、光電変換によって発生するキャリア４０３が移動可能な第１電圧値Ｖ１が印加電圧制御部１０５から印加されている。言い換えると第１電圧値Ｖ１は、光電変換膜４５で光電変換された信号電荷（キャリア４０３）が画素電極４６を介して、画素回路部４１６へ移動する電圧値である。また、第２電圧値Ｖ２は、光電変換膜４５で光電変換された信号電荷（キャリア４０３）が画素回路部４１６へ移動しない電圧値である。言い換えると、第２電圧値Ｖ２は、光電変換膜４５で光電変換された信号電荷（キャリア４０３）が透明電極４７を介して排出される電圧値である。
【００６６】
よって、光電変換で発生したキャリア４０３は、画素回路部４１６の第１電荷蓄積部４０４に電荷４０７として蓄積される。また、読み出し信号ＴＲが有効になることにより転送トランジスタ４１８がオンする。これにより、第１電荷蓄積部４０４から第２電荷蓄積部４０６に電荷４０７が移動する。
【００６７】
また、行単位で読み出し走査をするため、行単位で時間差が発生すると画像に歪みが発生する。一方で、本実施形態では、第１電荷蓄積部４０４から同時に一旦、第２電荷蓄積部４０６に電荷４０７を移動させてから、第２電荷蓄積部４０６の電荷４０７を順次読み出す。これにより、画素間で読み出しの時間差が発生せず、画像に歪みが生じない。
【００６８】
次に、ライン選択信号ＬＳが有効になるとともに、カラム選択信号ＣＳも有効になると、増幅トランジスタ４１２は電荷４０７を増幅する。増幅された信号は、垂直信号線１４１を経由して、積層型の固体撮像装置１０２の出力信号１０８として出力される。この出力信号１０８は、信号処理部２０４で信号処理されて、信号処理後の信号が映像信号１１０として撮像装置１０１から出力される。
【００６９】
＜オールリセット＞
スチルスイッチが押されると（Ｓ３０２でＹｅｓ）、信号処理部１０４は、透明電極４７に第２電圧値Ｖ２を印加するとともに、画素回路部４１６に蓄積されている信号電荷をリセットするリセット制御を行う。
【００７０】
具体的には、信号処理部１０４は、透明電極４７に印加する電圧１０９が、光電変換で発生したキャリアが移動不可能な第２電圧値Ｖ２になるように、印加電圧制御部１０５に制御信号１０６を出力する。それに応じて、印加電圧制御部１０５は、図８に示すように、透明電極４７に印加する電圧１０９を光電変換で発生したキャリアが移動不可能な第２電圧値Ｖ２に切り替える（Ｓ３０３）。
【００７１】
これにより、光電変換膜４５では光電変換で発生したキャリアが移動不可能になる。この状態で、信号処理部１０４は、全画素１５１に対するリセット信号ＲＥ及びライン選択信号ＬＳを有効にする。よって、リセットトランジスタ４１１及びライン選択トランジスタ４０９がＯＮする。これにより、全画素１５１の第２電荷蓄積部４０６に蓄積している電荷がリセットされる。具体的には、第２電荷蓄積部４０６の電圧が、リセットレベル（ＶＤＤ）にリセットされる（Ｓ３０４）。
【００７２】
ここで、回路内のＰＮ接合部に光が入射すると、光電変換によってキャリアが発生し、第２電荷蓄積部４０６に不要な電荷が蓄積される。これがノイズ発生につながる。一方で、積層型の固体撮像装置１０２では、構成上、ＰＮ接合部は、画素電極４６によって遮光されている。さらに、本実施形態の制御では、透明電極４７に、光電変換で発生したキャリアが移動不可能な第２電圧値Ｖ２を印加する。これにより、光電変換膜４５では光電変換で発生したキャリアが移動不可能にすることにより遮光状態をより強固な状態にできる。このように、本実施形態では、全画素の第２電荷蓄積部４０６に光入射による不要キャリアが発生しない状態で、全画素の第２電荷蓄積部４０６をリセットレベルにリセットできる。よって、リセットが不十分なことによる残像の発生、及び不要なノイズが発生を低減できる。
【００７３】
＜露光開始＞
次に、制御部１０３は、透明電極４７に印加する電圧を第２電圧値Ｖ２から第１電圧値Ｖ１に切り替えることで露光を開始する露光開始制御を行う。
【００７４】
具体的には、上記のオールリセットと同時に、信号処理部１０４は、光電変換膜４５に印加する電圧１０９が、光電変換で発生したキャリアが移動可能な第１電圧値Ｖ１になるように、印加電圧制御部１０５に制御信号１０６を出力する。それに応じて、印加電圧制御部１０５は、図９に示すように、透明電極４７に印加する電圧１０９を、光電変換で発生したキャリアが移動可能な第１電圧値Ｖ１に切り替える。これにより、露光が開始される（Ｓ３０５）。また、この状態において光電変換によって発生したキャリア４０３は、電荷４１７として、第１電荷蓄積部４０４に蓄積される。
【００７５】
＜露光終了＞
露光開始制御（Ｓ３０５）から所定の時間後、制御部１０３は、透明電極４７に印加する電圧を第１電圧値Ｖ１から第２電圧値Ｖ２に切り替えることで露光を終了する露光終了制御を行う。
【００７６】
具体的には、信号処理部１０４は、透明電極４７に印加される電圧１０９が、光電変換で発生したキャリアが移動不可能な第２電圧値Ｖ２になるように、印加電圧制御部１０５に制御信号１０６を出力する。それに応じて、印加電圧制御部１０５は、図１０に示すように、透明電極４７に印加する電圧１０９を、光電変換で発生したキャリアが移動不可能な第２電圧値Ｖ２に切り替える。これにより、露光が終了する（Ｓ３０６）。
【００７７】
ここで、電圧１０９が、光電変換で発生したキャリアが移動可能な第１電圧値Ｖ１に切り替えられてから（Ｓ３０５）、光電変換で発生したキャリアが移動不可能な第２電圧値Ｖ２に切り替えられるまで（Ｓ３０６）までの時間が、露光時間となる。そして、画素回路部４１６は、この露光時間の間に光電変換膜４５で光電変換された信号電荷を読み出すとともに、読み出した信号電荷を蓄積する。
【００７８】
また、信号処理部１０４は、予め設定している露光時間になるように、印加電圧制御部１０５に対して制御信号１０６を出力する。印加電圧制御部１０５はそれを受けて、固体撮像装置１０２の透明電極４７に印加する電圧１０９を制御する。
【００７９】
＜読み出し＞
制御部１０３は、露光終了制御（Ｓ３０６）が行われた後、複数の画素１５１に含まれる複数の画素回路部４１６に蓄積されている信号電荷を順次読み出す読み出し制御を行う。
【００８０】
具体的には、図１０に示すように、制御部１０３は、透明電極４７に第２電圧値Ｖ２を印加するとともに、全画素同時に転送トランジスタ４１８をオンすることにより、第１電荷蓄積部４０４に蓄積されている信号電荷を第２電荷蓄積部４０６に転送する。そして、信号処理部１０４は、図１１に示すように、ライン選択トランジスタ４０９及びカラム選択トランジスタ４１４をオンすることにより、第２電荷蓄積部４０６に蓄積されている電荷４０７に応じた信号を、複数の画素１５１から順次読み出す（Ｓ３０７）。これにより、読み出し誤差による画像歪みが発生しない。つまり、蓄積電荷の全画素同時性が保たれる。
【００８１】
読み出し制御（Ｓ３０７）の後、制御部１０３は、再度、リセット制御を行う。
【００８２】
具体的には、信号処理部１０４は、光電変換膜４５に印加する電圧１０９が、光電変換で発生したキャリアが移動可能な第１電圧値Ｖ１になるように、印加電圧制御部１０５に制御信号１０６を出力する。次に、信号処理部１０４は、図８に示すように、全画素１５１に対するリセット信号ＲＥ及びライン選択信号ＬＳを有効にする。よって、リセットトランジスタ４１１及びライン選択トランジスタ４０９がＯＮする。これにより、全画素１５１の第２電荷蓄積部４０６に蓄積している電荷がリセットされる（Ｓ３０８）。
【００８３】
次に、印加電圧制御部１０５は、図７に示すように、透明電極４７に印加する電圧１０９を光電変換で発生したキャリアが移動可能な第１電圧値Ｖ１に切り替える（Ｓ３０９）。そして、撮像装置１０１は、再度、モニタモード（Ｓ３０１）に移行する。
【００８４】
なお、連続スチル（静止画）撮影をする場合は、Ｓ３０９の後、Ｓ３０３へモード移行する。
【００８５】
以上より、本発明の実施形態に係る撮像装置１０１は、固体撮像装置の光電変換膜に印加する電圧を制御することにより、露光制御用のメカシャッタ無しで、静止画の撮影が可能となる。
【００８６】
なお、上述したリセット信号ＲＥとして、テーパード信号を用いるのが望ましい。つまり、制御部１０３は、リセット制御において、テーパード信号を用いてリセットトランジスタ４１１をオンすることで、画素回路部４１６に蓄積されている信号電荷をリセットしてもよい。ここでテーパード信号とは、急峻に電圧レベルが変化するのではなく、リセットトランジスタ４１１がオフする電圧レベルからオンする電圧レベルへ徐々に電圧値が変化する信号である。
【００８７】
これにより、制御部１０３は、透明電極４７に印加する電圧１０９を、光電変換で発生したキャリアが移動不可能な第２電圧値Ｖ２にすることで遮光状態を強固な状態にした上で、信号処理部１０４からテーパードリセット信号ＲＥの時定数を制御することによって、リセットトランジスタ４１１で発生するランダムノイズを軽減できる。
【００８８】
以上、本発明の実施形態に係る撮像装置について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
【００８９】
また、上記実施形態に係る撮像装置に含まれる各処理部は典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。
【００９０】
また、集積回路化はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又はＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
【００９１】
また、本発明の実施形態に係る、撮像装置の機能の一部を、ＣＰＵ等のプロセッサがプログラムを実行することにより実現してもよい。
【００９２】
また、上記断面図等において、各構成要素の角部及び辺を直線的に記載しているが、製造上の理由により、角部及び辺が丸みをおびたものも本発明に含まれる。
【００９３】
また、上記実施形態に係る、撮像装置及びその変形例の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。
【００９４】
また、上記で用いた数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。さらに、ハイ／ローにより表される論理レベル又はオン／オフにより表されるスイッチング状態は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、例示された論理レベル又はスイッチング状態の異なる組み合わせにより、同等な結果を得ることも可能である。また、トランジスタ等のｎ型及びｐ型等は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、これらを反転させることで、同等の結果を得ることも可能である。また、構成要素間の接続関係は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。
【００９５】
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。
【００９６】
また、上記説明では、ＭＯＳトランジスタを用いた例を示したが、他のトランジスタを用いてもよい。
【００９７】
更に、本発明の主旨を逸脱しない限り、本実施形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、デジタルスチルカメラ等の撮像装置に適用できる。
【符号の説明】
【００９９】
３１  半導体基板
３３  素子分離領域
３５  絶縁膜
３６  コンタクト
４１、４２、４３  ゲート電極
４５  光電変換膜
４６  画素電極
４７  透明電極
５１、５２、５３、５４、５５  拡散層
１０１  撮像装置
１０２  固体撮像装置
１０３  制御部
１０４  信号処理部
１０５  印加電圧制御部
１０６  制御信号
１０７  制御信号
１０８  出力信号
１０９  電圧
１１０  映像信号
１１１  光電変換部
１１３  増幅トランジスタ
１１５  選択トランジスタ
１１７  リセットトランジスタ
１２１  カラム信号処理部
１２２  アドレス制御線
１２３  リセット制御線
１３１  光電変換部制御線
１４１  垂直信号線
１４２  水平出力端子
１５１  画素
１５３  垂直走査部
１５５  水平信号読み出し部
２０１  撮像装置
２０２  固体撮像装置
２０３  制御部
２０４  信号処理部
２０５  メカシャッタドライバ
２０６  制御信号
２０７  制御信号
２０８  出力信号
２０９  制御信号
２１０  映像信号
２１１  メカシャッタ
４０３  キャリア
４０４  第１電荷蓄積部
４０６  第２電荷蓄積部
４０７、４１７  電荷
４０９  ライン選択トランジスタ
４１１  リセットトランジスタ
４１２  増幅トランジスタ
４１４  カラム選択トランジスタ
４１６  画素回路部
４１８  転送トランジスタ
ＣＳ  カラム選択信号
ＬＳ  ライン選択信号
ＲＥ  リセット信号
ＴＲ  読み出し信号
Ｖ１  第１電圧値
Ｖ２  第２電圧値
【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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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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