(57)【要約】【課題】迷光に起因するノイズ成分を適切に除去できるように、該ノイズ成分を正確に抽出する。【解決手段】本開示の一側面である固体撮像素子は、入射光に応じて電荷を発生する光電変換部と、前記光電変換部によって発生された前記信号電荷を蓄積して電気信号に変換する蓄積部と、前記光電変換部と前記蓄積部の間に直列に配置され、前記光電変換部によって発生された前記信号電荷を一時的に保持した後に前記蓄積部まで転送する第１および第２の保持部とを備え、前記第１および第２の保持部の一方は、前記光電変換部により発生された前記信号電荷を保持している状態で、入力されるノイズ電荷も保持する用途に使用され、前記第１および第２の保持部の他方は、前記光電変換部により発生された前記信号電荷を保持していない状態で、入力されるノイズ電荷を保持する用途に使用される。本開示は、例えば、裏面照射型CMOSイメージセンサに適用できる。【選択図】図１
2017076899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全画素の露光期間が統一されるグローバルシャッタ方式の固体撮像素子において、
画素毎に、
入射光に応じて電荷を発生する光電変換部と、
前記光電変換部によって発生された前記信号電荷を蓄積して電気信号に変換する蓄積部と、
前記光電変換部と前記蓄積部の間に直列に配置され、前記光電変換部によって発生された前記信号電荷を一時的に保持した後に前記蓄積部まで転送する第１および第２の保持部とを備え、
前記第１および第２の保持部の一方は、前記光電変換部により発生された前記信号電荷を保持している状態で、入力されるノイズ電荷も保持する用途に使用され、
前記第１および第２の保持部の他方は、前記光電変換部により発生された前記信号電荷を保持していない状態で、入力されるノイズ電荷を保持する用途に使用される
固体撮像素子。
【請求項２】
前記光電変換部に残った電荷を排出することにより前記光電変換部をリセットするOFGを
さらに備える請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第１および第２の保持部は、CCDから構成される
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記第１および第２の保持部には、迷光に起因して前記光電変換部にて生じた等価の前記ノイズ電荷が入力される
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記第１および第２の保持部は、前記光電変換部の集光中心に対して対称な位置に配置されている
請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記第１および第２の保持部の一方に保持されている、前記ノイズ電荷が重畳された状態の前記信号電荷に基づく電気信号レベルを、前記第１および第２の保持部の他方に保持されている前記ノイズ電荷に基づく電気信号レベルよりも後に取得する第１の画素駆動処理と、
前記第１および第２の保持部の一方に保持されている、前記ノイズ電荷が重畳された状態の前記信号電荷に基づく電気信号レベルを、前記第１および第２の保持部の他方に保持されている前記ノイズ電荷に基づく電気信号レベルよりも先に取得する第２の画素駆動処理とを実行する
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記第１の画素駆動処理と前記第２の画素駆動処理とをフレーム毎に交互に実行する
請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記第１の画素駆動処理と前記第２の画素駆動処理とを所定の時間毎に交互に実行する
請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
同じ行または同じ列の同色の画素は、前記光電変換部の集光中心に対して対称な位置に配置されている前記第１および第２の保持部の位置関係が入れ替わっている
請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記第１および第２の保持部の一方に保持されている、前記ノイズ電荷が重畳された状態の前記信号電荷に基づく電気信号レベルを、前記第１および第２の保持部の他方に保持されている前記ノイズ電荷に基づく電気信号レベルよりも後に取得する第１の画素駆動処理、
または、前記第１および第２の保持部の一方に保持されている、前記ノイズ電荷が重畳された状態の前記信号電荷に基づく電気信号レベルを、前記第１および第２の保持部の他方に保持されている前記ノイズ電荷に基づく電気信号レベルよりも先に取得する第２の画素駆動処理を実行する
請求項９に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
裏面照射型である
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
表面照射型である
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記蓄積部は、複数の画素によって共有されている
請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
全画素の露光期間が統一されるグローバルシャッタ方式の固体撮像素子を搭載した電子装置において、
前記固体撮像素子は、画素毎に、
入射光に応じて電荷を発生する光電変換部と、
前記光電変換部によって発生された前記信号電荷を蓄積して電気信号に変換する蓄積部と、
前記光電変換部と前記蓄積部の間に直列に配置され、前記光電変換部によって発生された前記信号電荷を一時的に保持した後に前記蓄積部まで転送する第１および第２の保持部とを備え、
前記第１および第２の保持部の一方は、前記光電変換部により発生された前記信号電荷を保持している状態で、入力されるノイズ電荷も保持する用途に使用され、
前記第１および第２の保持部の他方は、前記光電変換部により発生された前記信号電荷を保持していない状態で、入力されるノイズ電荷を保持する用途に使用される
電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像素子、および電子装置に関し、特に、迷光に起因してノイズ成分を除去できるようにした固体撮像素子、および電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、CMOSイメージセンサ（以下、CISと略称する）は各画素の露光タイミングが行毎にずれてしまうローリングシャッタ方式であった。ローリングシャッタ方式の場合、高速に移動する被写体を撮像するとフォーカルプレーン歪が生じてしまうので、全画素の露光タイミングを統一することができるグローバルシャッタ方式が開発されている。
【０００３】
グローバルシャッタ方式を採用したCISは、入射光に応じて光電変換を行うＰＤ（フォトダイオード）からの信号電荷を電荷保持部としてのＦＤ（フローティングデュフージョン）に転送し、ＦＤが次の読み出し期間まで転送された信号電荷を保持する構造を有する。
【０００４】
ただし、ＦＤが信号電荷を保持している期間にＰＤに対して強い光が入射すると、入射光量に応じた迷光(PLS)によって発生した電荷（以下、ノイズ電荷とも称する）がＦＤに混入してしまい、保持されている信号電荷にノイズ成分として重畳されてしまう。これにより、画素信号にはノイズが含まれていることになるので、得られる画像は画質が著しく劣化したものとなる。
【０００５】
そこで、従来、ＦＤから読み出される電荷（信号電荷＋ノイズ電荷）からノイズ電荷を減算するための仕組みとして、各画素回路にノイズ電荷用の容量を設けた発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１７５２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の発明の場合、ＦＤには、ＰＤで入射光から変換された信号電荷が転送トランジスタおよび第１のスイッチを介して転送、保持されるようにされており、同様に、ノイズ電荷用の容量には、ＰＤで迷光により生じたノイズ電荷が転送トランジスタおよび第２のスイッチを介して転送、保持されるようにされている。
【０００８】
このように、ＦＤとノイズ電荷用の容量にはそれぞれスイッチが必要となるで、画素回路の素子面積がそれらの分だけ増大してしまうことになる。またスイッチを設けたことにより、それらをオン、オフする際に生じるKTCノイズが電荷に重畳されてしまうことになる。
【０００９】
さらに、ＰＤの配置に対するＦＤとノイズ電荷用の容量の配置については言及されていないので、ＦＤとノイズ電荷用の容量に同量のノイズ電荷が保持されるとは限らず、迷光に起因するノイズ成分を適切に除去できないことも起こり得る。
【００１０】
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、グローバルシャッタ方式の固体撮像素子において生じ得る迷光に起因するノイズ成分を適切に除去できるように該ノイズ成分を正確に抽出するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の一側面である固体撮像素子は、全画素の露光期間が統一されるグローバルシャッタ方式の固体撮像素子において、画素毎に、入射光に応じて電荷を発生する光電変換部と、前記光電変換部によって発生された前記信号電荷を蓄積して電気信号に変換する蓄積部と、前記光電変換部と前記蓄積部の間に直列に配置され、前記光電変換部によって発生された前記信号電荷を一時的に保持した後に前記蓄積部まで転送する第１および第２の保持部とを備え、前記第１および第２の保持部の一方は、前記光電変換部により発生された前記信号電荷を保持している状態で、入力されるノイズ電荷も保持する用途に使用され、前記第１および第２の保持部の他方は、前記光電変換部により発生された前記信号電荷を保持していない状態で、入力されるノイズ電荷を保持する用途に使用される。
【００１２】
本開示の一側面である固体撮像素子は、前記光電変換部に残った電荷を排出することにより前記光電変換部をリセットするOFGをさらに備えることができる。
【００１３】
前記第１および第２の保持部は、CCDから構成することができる。
【００１４】
前記第１および第２の保持部には、迷光に起因して前記光電変換部にて生じた等価の前記ノイズ電荷が入力されるようにすることができる。
【００１５】
前記第１および第２の保持部は、前記光電変換部の集光中心に対して対称な位置に配置することができる。
【００１６】
本開示の一側面である固体撮像素子は、前記第１および第２の保持部の一方に保持されている、前記ノイズ電荷が重畳された状態の前記信号電荷に基づく電気信号レベルを、前記第１および第２の保持部の他方に保持されている前記ノイズ電荷に基づく電気信号レベルよりも後に取得する第１の画素駆動処理と、前記第１および第２の保持部の一方に保持されている、前記ノイズ電荷が重畳された状態の前記信号電荷に基づく電気信号レベルを、前記第１および第２の保持部の他方に保持されている前記ノイズ電荷に基づく電気信号レベルよりも先に取得する第２の画素駆動処理とを実行することができる。
【００１７】
前記第１の画素駆動処理と前記第２の画素駆動処理とは、フレーム毎に交互に実行することができる。
【００１８】
前記第１の画素駆動処理と前記第２の画素駆動処理とは、所定の時間毎に交互に実行することができる。
【００１９】
同じ行または同じ列の同色の画素は、前記光電変換部の集光中心に対して対称な位置に配置されている前記第１および第２の保持部の位置関係が入れ替わっているようにすることができる。
【００２０】
本開示の一側面である固体撮像素子は、前記第１および第２の保持部の一方に保持されている、前記ノイズ電荷が重畳された状態の前記信号電荷に基づく電気信号レベルを、前記第１および第２の保持部の他方に保持されている前記ノイズ電荷に基づく電気信号レベルよりも後に取得する第１の画素駆動処理、または、前記第１および第２の保持部の一方に保持されている、前記ノイズ電荷が重畳された状態の前記信号電荷に基づく電気信号レベルを、前記第１および第２の保持部の他方に保持されている前記ノイズ電荷に基づく電気信号レベルよりも先に取得する第２の画素駆動処理を実行することができる。
【００２１】
本開示の一側面である固体撮像素子は、裏面照射型とすることができる。
【００２２】
本開示の一側面である固体撮像素子は、表面照射型とすることができる。
【００２３】
前記蓄積部は、複数の画素によって共有することができる。
【００２４】
本開示の一側面である電子装置は、全画素の露光期間が統一されるグローバルシャッタ方式の固体撮像素子を搭載した電子装置において、前記固体撮像素子は、画素毎に、入射光に応じて電荷を発生する光電変換部と、前記光電変換部によって発生された前記信号電荷を蓄積して電気信号に変換する蓄積部と、前記光電変換部と前記蓄積部の間に直列に配置され、前記光電変換部によって発生された前記信号電荷を一時的に保持した後に前記蓄積部まで転送する第１および第２の保持部とを備え、前記第１および第２の保持部の一方は、前記光電変換部により発生された前記信号電荷を保持している状態で、入力されるノイズ電荷も保持する用途に使用され、前記第１および第２の保持部の他方は、前記光電変換部により発生された前記信号電荷を保持していない状態で、入力されるノイズ電荷を保持する用途に使用される。
【００２５】
本開示の一側面においては、光電変換部と蓄積部の間に直列に配置され、光電変換部によって発生された信号電荷を一時的に保持した後に前記蓄積部まで転送する第１および第２の保持部の一方により、前記光電変換部により発生された前記信号電荷を保持している状態で、入力されるノイズ電荷も保持され、前記第１および第２の保持部の他方は、前記光電変換部により発生された前記信号電荷が保持される。
【発明の効果】
【００２６】
本開示の一側面によれば、迷光に起因するノイズ成分を適切に除去できるように、該ノイズ成分を正確に抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本開示を適用した固体撮像素子の構成例を示す等価回路図である。
【図２】図１に示された固体撮像素子の各構成要素のレイアウト例を示す上面図である。
【図３】固体撮像素子の断面とそれに対応するポテンシャルを示す図である。
【図４】第１の画素駆動処理に対応するタイミングチャートである。
【図５】ポテンシャルダイアグラムの推移を示す図である。
【図６】ポテンシャルダイアグラムの推移を示す図である。
【図７】ポテンシャルダイアグラムの推移を示す図である。
【図８】ポテンシャルダイアグラムの推移を示す図である。
【図９】ポテンシャルダイアグラムの推移を示す図である。
【図１０】第１の画素駆動処理を説明するフローチャートである。
【図１１】第２の画素駆動処理に対応するタイミングチャートである。
【図１２】ポテンシャルダイアグラムの推移を示す図である。
【図１３】ポテンシャルダイアグラムの推移を示す図である。
【図１４】ポテンシャルダイアグラムの推移を示す図である。
【図１５】ポテンシャルダイアグラムの推移を示す図である。
【図１６】ポテンシャルダイアグラムの推移を示す図である。
【図１７】固体撮像素子における画素の第１の配置例を示す図である。
【図１８】固体撮像素子における画素の第２の配置例を示す図である。
【図１９】固体撮像素子における画素の第３の配置例を示す図である。
【図２０】固体撮像素子の第１の変形例を示す図である。
【図２１】固体撮像素子における画素の第４の配置例を示す図である。
【図２２】固体撮像素子に第２の変形例を示す図である。
【図２３】固体撮像素子の使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本開示を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
＜本実施の形態である固体撮像素子の構成例＞
図１は、本実施の形態である固体撮像素子の１画素分の構成例を示す等価回路図である。なお、本実施の形態である固体撮像素子は、裏面照射型または表面照射型のどちらにも適用できる。
【００３０】
この固体撮像素子は、ＰＤ（フォトダイオード）１１、OFG（オーバフローゲート）１２、第１メモリ（MEM1）１３、第２メモリ（MEM2）１４、転送ゲート（ＴＧ）１５、ＦＤ（フローティングデュフージョン）１６、RSTトランジスタ１７、AMPトランジスタ１８、およびSELトランジスタ１９を有する。
【００３１】
ＰＤ１１は、光電変換素子であり、入射光を受光して、その入射光に対応する電荷を蓄積することによって光電変換を行う。ＰＤ１１は、そのアノードがGNDに接続され（接地され）、そのカソードが、第１メモリ１３および第２メモリ１４を介して転送ゲート１５に接続されている。OFG１２は、初期状態のＰＤ１１に残っている電荷をオーバフロードレインに排出させる際に駆動される。
【００３２】
第１メモリ１３および第２メモリ１４の一方は、ＰＤ１１にて変換された信号電荷を保持している状態で、迷光に起因するノイズ電荷も保持する用途に使用される。また、第１メモリ１３および第２メモリ１４の他方は、ＰＤ１１にて変換された信号電荷を保持していない状態で、迷光に起因するノイズ電荷を保持する用途に使用される。
【００３３】
第１メモリ１３および第２メモリ１４には、例えば埋め込みチャネルのCCD(Charge Coupled Device)を用いることができる。第１メモリ１３および第２メモリ１４にCCDを用いることにより、第１メモリ１３と第２メモリ１４それぞれに蓄積される電荷を後段に完全転送することができる。
【００３４】
転送ゲート１５は、ＰＤ１１にて変換された信号電荷をＦＤ１６に転送する際に駆動される。ＦＤ１６は、転送ゲート１５とRSTトランジスタ１７との接続点に形成される領域であり、ＦＤ１６において、そこに供給された電荷が電圧に変換される。
【００３５】
RSTトランジスタ１７は、ＦＤ１６に蓄積された電荷（電圧（電位））をリセットする際に駆動される。
【００３６】
AMPトランジスタ１８は、ＦＤ１６の電圧をバッファリングするために設けられる。SELトランジスタ１９は、AMPトランジスタ１８にてバッファリングされた電位を垂直信号線２０に出力させる画素を選択するために駆動される。
【００３７】
なお、OFG１２、転送ゲート１５、RSTトランジスタ１７、AMPトランジスタ１８、およびSELトランジスタ１９には、例えばMOSトランジスタを用いることができる。
【００３８】
図２は、図１に示された固体撮像素子の各構成要素のレイアウト例を示す上面図である。
【００３９】
固体撮像素子の構成要素のうち、特に、第１メモリ１３と第２メモリ１４については、ＰＤ１１の集光中心に対して対称に配置される。これにより、迷光に起因してＰＤ１１が生じさせるノイズ電荷を第１メモリ１３と第２メモリ１４に均等に蓄積させることができ、後段においてノイズ電荷が重畳されている信号電荷から正確にノイズ電荷を除去することができる。
【００４０】
図３は、図１に示された固体撮像素子の断面とそれに対応するポテンシャルを示している。同図Ａが断面図であり、図３Ｂは固体撮像素子が完全にリセットされて、回路内のどこにも電荷が残っていない状態のポテンシャルダイアグラムを示している。
【００４１】
＜本開示の実施の形態である固体撮像素子の画素駆動処理＞
次に、図１に示された固体撮像素子の第１の画素駆動処理について、図４乃至図１０を参照して説明する。第１の画素駆動処理では、第１メモリ１３をＰＤ１１にて変換される信号電荷（迷光に起因するノイズ電荷を含む）を蓄積する用途に使用し、第２メモリ１４を迷光に起因するノイズ電荷を蓄積する用途に使用する。
【００４２】
図４は、第１の画素駆動処理における各構成要素の駆動を示すタイミングチャートを示している。
【００４３】
図５乃至図９は、第１の画素駆動処理におけるポテンシャルダイアグラムの推移を示している。図１０は、第１の画素駆動処理を説明するフローチャートである。
【００４４】
ただし前提として、迷光に起因してＰＤ１１が生じさせるノイズ電荷Ｎ１が第１メモリ１３と第２メモリ１４に均等に蓄積される期間は、露光期間終了後のタイミングｔ６から転送ゲート１５が３回目に開かれるタイミングｔ１２までと仮定する。
【００４５】
始めに、タイミングｔ０にて、OFG１２が開けられて全画素のＰＤ１１に蓄積されている初期状態の不要な電荷成分Ｎ０がVddに排出され、タイミングｔ１にて、OFG１２が閉じられて全画素におけるＰＤ１１の露光が同時に開始される（図１０のステップＳ１に相当）。
【００４６】
V_BLK期間には、タイミングｔ２にて、第２メモリ１４がオン、オフされて一時的に高ポテンシャルの状態とされ、第１メモリ１３に蓄積されている初期状態の不要な電荷成分Ｎ０が第２メモリ１４に移動されて第１メモリ１３がリセットされる。次に、タイミングｔ３にて、転送ゲート１５が開かれるとともにRSTトランジスタ１７がオンとされ、タイミングｔ４にて、転送ゲート１５が閉じられ、タイミングｔ５にて、RSTトランジスタ１７がオフとされることにより、第２メモリ１４の不要な電荷成分Ｎ０がリセットされる（図１０のステップＳ２に相当）。
【００４７】
次に、露光期間の終わりとなるタイミングｔ６にて、第１メモリ１３がオン、オフされて一時的に高ポテンシャルの状態とされ、露光期間にＰＤ１１に蓄積された信号電荷Ｓ０が第１メモリ１３に完全転送される（図１０のステップＳ３に相当）。この後、第１メモリ１３と第２メモリ１４には、迷光に起因してＰＤ１１が生じさせるノイズ電荷Ｎ１が均等に蓄積されることになる（図１０のステップＳ４に相当）。
【００４８】
タイミングｔ７にて、RSTトランジスタ１７がオンとされてＦＤ１６がリセットされ、このときのＦＤ１６のレベル（リセットレベル）が第１の値として取得される（図１０のステップＳ５に相当）。
【００４９】
続いてタイミングｔ８にて、転送ゲート１５が開かれて、第２メモリ１４に蓄積されたノイズ電荷Ｎ１がＦＤ１６に転送され、タイミングｔ９にて、転送ゲート１５が閉じられて、このときのＦＤ１６のレベル（PLSレベル）が第２の値として取得される（図１０のステップＳ６に相当）。
【００５０】
次に、タイミングｔ１０にて、第２メモリ１４がオン、オフされて一時的に高ポテンシャルの状態とされ、第１メモリ１３に蓄積されている信号電荷Ｓ０＋ノイズ電荷Ｎ１が第２メモリ１４に移動されて第１メモリ１３がリセットされる（図１０のステップＳ７に相当）。
【００５１】
タイミングｔ１１にて、RSTトランジスタ１７がオンとされてＦＤ１６がリセットされ、このときのＦＤ１６のレベル（リセットレベル）が第３の値として取得される（図１０のステップＳ８に相当）。
【００５２】
続いてタイミングｔ１２にて、転送ゲート１５が開かれて、第２メモリ１４に転送された信号電荷Ｓ０＋ノイズ電荷Ｎ１がＦＤ１６に転送され、タイミングｔ１３にて、転送ゲート１５が閉じられて、このときのＦＤ１６のレベル（信号＋PLSレベル）が第４の値として取得される（図１０のステップＳ９に相当）。
【００５３】
この後、タイミングｔ１４にて、後段において次式（１）に従い、ノイズ電荷Ｎ１を除去した信号電荷Ｓ０に対応する画素信号値が算出される（図１０のステップＳ１０に相当）。
画素信号値＝（第４の値−第３の値）−（第２の値−第１の値）      ・・・（１）
【００５４】
なお、上記した演算を実行するためには１Ｈ分のメモリを確保する必要がある。
【００５５】
次に、図１に示された固体撮像素子の第２の画素駆動処理について、図１１乃至図１６を参照して説明する。第２の画素駆動処理では、第１メモリ１３を迷光に起因するノイズ電荷を蓄積する用途に使用し、第２メモリ１４をＰＤ１１にて変換される信号電荷（迷光に起因するノイズ電荷を含む）を蓄積する用途に使用する。
【００５６】
図１１は、第２の画素駆動処理における各構成要素の駆動を示すタイミングチャートを示している。
【００５７】
図１２乃至図１６は、図４の各タイミングｔ０乃至ｔ１４におけるポテンシャルダイアグラムの推移を示している。図１０は、図４のタイミングチャートに対応するフローチャートである。
【００５８】
ただし、前提として、迷光に起因してＰＤ１１が生じさせるノイズ電荷Ｎ１が第１メモリ１３と第２メモリ１４に均等に蓄積される期間は、露光期間終了後のタイミングｔ５から転送ゲート１５が３回目に開かれるタイミングｔ１１までと仮定する。
【００５９】
始めに、タイミングｔ０にて、OFG１２が開けられて全画素のＰＤ１１に蓄積されている初期状態の不要な電荷成分Ｎ０がVddに排出され、タイミングｔ１にて、OFG１２が閉じられて全画素におけるＰＤ１１の露光が同時に開始される。
【００６０】
V_BLK期間には、タイミングｔ２にて、第２メモリ１４がオン、オフされて一時的に高ポテンシャルの状態とされ、第１メモリ１３に蓄積されている初期状態の不要な電荷成分Ｎ０が第２メモリ１４に移動されて第１メモリ１３がリセットされる。次に、タイミングｔ３にて、第１メモリ１３がオン、オフされて一時的に高ポテンシャルの状態とされて、露光期間にＰＤ１１に蓄積された信号電荷Ｓ０が第１メモリ１３に完全転送されるとともに、転送ゲート１５が開かれ、RSTトランジスタ１７がオンとされて第２メモリ１４の不要な電荷成分Ｎ０がＦＤ１６に転送されてVddに排出される。
【００６１】
次に、タイミングｔ４にて、第２メモリ１４がオン、オフされて一時的に高ポテンシャルの状態とされ、第１メモリ１３に蓄積されている信号電荷Ｓ０が第２メモリ１４に移動されるとともに、転送ゲート１５が閉じられる。続いて、露光期間の終わりとなるタイミングｔ５にて、RSTトランジスタ１７がオフとされる。この後、第１メモリ１３と第２メモリ１４には、迷光に起因してＰＤ１１が生じさせるノイズ電荷Ｎ１が均等に蓄積されることになる。
【００６２】
タイミングｔ６にて、RSTトランジスタ１７がオンとされてＦＤ１６がリセットされ、このときのＦＤ１６のレベル（リセットレベル）が第１の値として取得される。
【００６３】
続いてタイミングｔ７にて、転送ゲート１５が開かれて、第２メモリ１４に蓄積された信号電荷Ｓ０＋ノイズ電荷Ｎ１がＦＤ１６に転送され、タイミングｔ８にて、転送ゲート１５が閉じられて、このときのＦＤ１６のレベル（信号＋PLSレベル）が第２の値として取得される。
【００６４】
次に、タイミングｔ９にて、第２メモリ１４がオン、オフされて一時的に高ポテンシャルの状態とされ、第１メモリ１３に蓄積されたノイズ電荷Ｎ１が第２メモリ１４に移動されて第１メモリ１３がリセットされる。
【００６５】
タイミングｔ１０にて、RSTトランジスタ１７がオンとされてＦＤ１６がリセットされ、このときのＦＤ１６のレベル（リセットレベル）が第３の値として取得される。
【００６６】
続いてタイミングｔ１１にて、転送ゲート１５が開かれて、第２メモリ１４に転送されたノイズ電荷Ｎ１がＦＤ１６に転送され、タイミングｔ１２にて、転送ゲート１５が閉じられて、このときのＦＤ１６のレベル（PLSレベル）が第４の値として取得される。
【００６７】
この後、タイミングｔ１３にて、後段において次式（２）に従い、ノイズ電荷Ｎ１を除去した信号電荷Ｓ０に対応する画素信号値が算出される。
画素信号値＝（第２の値−第１の値）−（第４の値−第３の値）      ・・・（２）
【００６８】
なお、上記した演算を実行するためには１Ｈ分のメモリを確保する必要がある。
【００６９】
上述した第１の画素駆動処理と第２の画素駆動処理は、どちらか一方を採用して実行すればよいし、所定の周期(例えば、フレーム毎または所定の時間毎）で交互に実行するようにしてもよい。
【００７０】
第１の画素駆動処理と第２の画素駆動処理を交互に実行した場合、例えば、光学的な入射角の影響で、第１メモリ１３と第２メモリ１４に蓄積されるノイズ電荷Ｎ０が一致していなくても、演算処理等により、画角エリア毎にノイズ電荷が第１メモリ１３と第２メモリ１４に蓄積される比率を求める事が可能になるので、どちらか一方を採用して実行する場合に比較して、より精度が高いノイズ成分除去が可能になる。
【００７１】
＜固体撮像素子における画素の配置例＞
次に、本開示の実施の形態である固体撮像素子における画素の配置例について説明する。
【００７２】
図１７は、固体撮像素子における画素の第１の配置例を示す上面図である。なお、中におけるＧｒ，Ｒ，Ｂ，Ｇｂは、それぞれの画素が感度を有する色（波長）を示している。
【００７３】
第１の配置例は、画素の色に着目した場合、ベイヤ配列を成しており、全ての画素の構成要素のレイアウトは共通とされ、各画素の向きも統一されたものである。
【００７４】
図１８は、固体撮像素子における画素の第２の配置例を示す上面図である。第２の配置例は、ベイヤ配列をなす横方向に隣接する２×２画素の向きが列毎に上下反転されたものである。
【００７５】
第２の配置例によれば、横方向の同色隣接画素で、ＰＤ１１と第１メモリ１３および第２メモリ１４との相対位置関係が上下逆になる。したがって、第２の配置例では、上述した第１の画素駆動処理または第２の画素駆動処理のどちらか一方を採用して実行するだけで、第１の画素駆動処理と第２の画素駆動処理を所定の周期で交互に実行する場合と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
図１９は、固体撮像素子における画素の第３の配置例を示す上面図である。第３の配置例は、ベイヤ配列を成す縦方向に隣接する２×２画素の向きが行毎に左右反転されたものである。
【００７７】
第３の配置例によれば、縦方向の同色隣接画素で、ＰＤ１１と第１メモリ１３および第２メモリ１４との相対位置関係が左右逆になる。したがって、第３の配置例では、上述した第１の画素駆動処理または第２の画素駆動処理のどちらか一方を採用して実行するだけで、第１の画素駆動処理と第２の画素駆動処理を所定の周期で交互に実行する場合と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
＜固体撮像素子の変形例＞
図２０は、図１および図２に示された固体撮像素子の第１の変形例を示す上面図である。第１の変形例は、縦方向に隣接する２画素によりＦＤ１６、RSTトランジスタ１７、AMPトランジスタ１８．およびSELトランジスタ１９を共有する構成を有する。
【００７９】
第１の変形例によれば、固体撮像素子の画素数を変えることなく素子面積を縮小することができる。
【００８０】
図２１は、図２０に示された第１の変形例を固体撮像素子上に配置する場合の配置例（第４の配置例）を示す上面図である。第４の配置例は、横方向に隣接する２×２画素単位が列方向に１画素分ずつずらして配置されたものである。
【００８１】
第４の配置例によれば、上述した第１の画素駆動処理または第２の画素駆動処理のどちらか一方を採用して実行するだけで、第１の画素駆動処理と第２の画素駆動処理を所定の周期で交互に実行する場合と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
図２２は、図１および図２に示された固体撮像素子の第２の変形例を示す上面図である。第２の変形例は、２×２画素によりＦＤ１６、RSTトランジスタ１７、AMPトランジスタ１８．およびSELトランジスタ１９を共有する構成を有する。
【００８３】
第２の変形例によれば、固体撮像素子の画素数を変えることなく、素子面積を第１の変形例よりもさらに縮小することができる。
【００８４】
＜固体撮像素子の使用例＞
図２３は、本実施の形態である固体撮像素子の使用例を示している。
【００８５】
上述した固体撮像素子は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
【００８６】
・デジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
【００８７】
なお、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【００８８】
本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
全画素の露光期間が統一されるグローバルシャッタ方式の固体撮像素子において、
画素毎に、
入射光に応じて電荷を発生する光電変換部と、
前記光電変換部によって発生された前記信号電荷を蓄積して電気信号に変換する蓄積部と、
前記光電変換部と前記蓄積部の間に直列に配置され、前記光電変換部によって発生された前記信号電荷を一時的に保持した後に前記蓄積部まで転送する第１および第２の保持部とを備え、
前記第１および第２の保持部の一方は、前記光電変換部により発生された前記信号電荷を保持している状態で、入力されるノイズ電荷も保持する用途に使用され、
前記第１および第２の保持部の他方は、前記光電変換部により発生された前記信号電荷を保持していない状態で、入力されるノイズ電荷を保持する用途に使用される
固体撮像素子。
（２）
前記光電変換部に残った電荷を排出することにより前記光電変換部をリセットするOFGを
さらに備える前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記第１および第２の保持部は、CCDから構成される
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記第１および第２の保持部には、迷光に起因して前記光電変換部にて生じた等価の前記ノイズ電荷が入力される
前記（１）から（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
前記第１および第２の保持部は、前記光電変換部の集光中心に対して対称な位置に配置されている
前記（１）から（４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）
前記第１および第２の保持部の一方に保持されている、前記ノイズ電荷が重畳された状態の前記信号電荷に基づく電気信号レベルを、前記第１および第２の保持部の他方に保持されている前記ノイズ電荷に基づく電気信号レベルよりも後に取得する第１の画素駆動処理と、
前記第１および第２の保持部の一方に保持されている、前記ノイズ電荷が重畳された状態の前記信号電荷に基づく電気信号レベルを、前記第１および第２の保持部の他方に保持されている前記ノイズ電荷に基づく電気信号レベルよりも先に取得する第２の画素駆動処理とを実行する
前記（１）から（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）
前記第１の画素駆動処理と前記第２の画素駆動処理とをフレーム毎に交互に実行する
前記（６）に記載の固体撮像素子。
（８）
前記第１の画素駆動処理と前記第２の画素駆動処理とを所定の時間毎に交互に実行する
前記（６）に記載の固体撮像素子。
（９）
同じ行または同じ列の同色の画素は、前記光電変換部の集光中心に対して対称な位置に配置されている前記第１および第２の保持部の位置関係が入れ替わっている
前記（１）から（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１０）
前記第１および第２の保持部の一方に保持されている、前記ノイズ電荷が重畳された状態の前記信号電荷に基づく電気信号レベルを、前記第１および第２の保持部の他方に保持されている前記ノイズ電荷に基づく電気信号レベルよりも後に取得する第１の画素駆動処理、
または、前記第１および第２の保持部の一方に保持されている、前記ノイズ電荷が重畳された状態の前記信号電荷に基づく電気信号レベルを、前記第１および第２の保持部の他方に保持されている前記ノイズ電荷に基づく電気信号レベルよりも先に取得する第２の画素駆動処理を実行する
前記（９）に記載の固体撮像素子。
（１１）
裏面照射型である
前記（１）から（１０）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１２）
表面照射型である
前記（１）から（１０）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１３）
前記蓄積部は、複数の画素によって共有されている
前記（１）から（１２）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１４）
全画素の露光期間が統一されるグローバルシャッタ方式の固体撮像素子を搭載した電子装置において、
前記固体撮像素子は、画素毎に、
入射光に応じて電荷を発生する光電変換部と、
前記光電変換部によって発生された前記信号電荷を蓄積して電気信号に変換する蓄積部と、
前記光電変換部と前記蓄積部の間に直列に配置され、前記光電変換部によって発生された前記信号電荷を一時的に保持した後に前記蓄積部まで転送する第１および第２の保持部とを備え、
前記第１および第２の保持部の一方は、前記光電変換部により発生された前記信号電荷を保持している状態で、入力されるノイズ電荷も保持する用途に使用され、
前記第１および第２の保持部の他方は、前記光電変換部により発生された前記信号電荷を保持していない状態で、入力されるノイズ電荷を保持する用途に使用される
電子装置。
【符号の説明】
【００８９】
１１  ＰＤ，  １２  OFG，  １３  第１メモリ，１４  第２メモリ，１５  転送ゲート，  １６  ＦＤ，  １７  RSTトランジスタ，  １８  AMPトランジスタ，  １９  SELトランジスタ，  ２０VSL
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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