CN104038708A - 信号处理单元、固态摄像单元、电子装置、信号处理方法和记录媒介 - Google Patents

Abstract

本发明公开了信号处理单元、固态摄像单元、电子装置、信号处理方法和记录媒介。所述信号处理单元包括：提取部，其被构造用来提取多个采样值之间的变化量，所述多个采样值是通过对在第一状态和第二状态的一者或两者中的信号电平的多个采样操作而获得的，所述第一状态是浮动扩散部被复位的状态，所述浮动扩散部临时累积从进行光电转换的光电二极管传输来的电荷，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；和比较部，其被构造用来将所述提取部提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，并且被构造用来根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。根据本发明，能够获取更加适于降噪处理的信号。

Description

信号处理单元、固态摄像单元、电子装置、信号处理方法和记录媒介

技术领域

本发明涉及信号处理单元、固态摄像单元、电子装置、信号处理方法和记录媒介，特别是涉及能够获取适于降噪处理的信号的信号处理单元、固态摄像单元、电子装置、信号处理方法和记录媒介。

背景技术

在现有的具有摄像功能的诸如数码相机和视频摄像机等电子装置中，例如已经使用了诸如电子耦合器件（CCD）图像传感器或互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器等固态摄像器件。所述固态摄像器件具有含有进行光电转换的光电二极管与多个晶体管的组合的像素。在模拟电路或存储器LSI（大规模集成电路）中对从像素输出的信号进行信号处理。

例如，可以对从像素输出的信号进行相关双采样（CDS）处理作为用于获取低噪声信号的信号处理。在CDS方法中，对数据输入之前（没有信号）的状态（P相）下的信号电平和数据输入之后的状态（D相）下的信号电平进行采样，并且通过差分放大器或AD转换后的数字计算来获得这样的信号电平采样值之间的差值以去除噪声。这样的CDS处理广泛地用于实现高灵敏度传感器。

例如，日本待审查专利申请特开平H10-191169（JP-A-H10-191169）号公报公开了通过在P相和D相中分别进行两次采样将噪声降至原来的的方法。

发明内容

在上述JP-A-H10-191169的方法中，利用P相中的采样值的平均值与D相中的采样值的平均值之间的差值来进行CDS处理。然而，据估计，当信号周期相对长的时候，通过简单地利用平均值可能无法最佳地减小噪声。具体地，在这样的进行多个采样操作的方法中，由于增长的采样期间，可能获取不适于CDS处理的信号。这导致了由CDS处理获得的像素值不利地偏离了真实值。

因而，期望获取更加适于进行降噪处理的信号。

本发明的实施例提供了一种信号处理单元，所述信号处理单元包括：提取部，所述提取部被构造用来提取多个采样值之间的变化量，所述多个采样值是通过对在第一状态和第二状态的一者或两者中的信号电平的多个采样操作而获得的，所述第一状态是浮动扩散部被复位的状态，所述浮动扩散部临时累积从进行光电转换的光电二极管传输来的电荷，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；和比较部，所述比较部被构造用来将所述提取部提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，并且被构造用来根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。

本发明的实施例提供了一种固态摄像单元，其包括：像素阵列，所述像素阵列包含以阵列形式排列的像素，每个所述像素具有进行光电转换的光电二极管和临时累积从所述光电二极管传输来的电荷的浮动扩散部；采样部，所述采样部被构造用来对第一状态中的信号电平和第二状态中的信号电平进行采样，所述第一状态是所述浮动扩散部被复位的状态，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；提取部，所述提取部被构造用来提取多个采样值之间的变化量，所述多个采样值是通过所述第一状态和所述第二状态的一者或两者中的所述信号电平的多个采样操作而获得的；和比较部，所述比较部被构造用来将所述提取部提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，并且被构造用来根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。

本发明的实施例提供了一种含有固态摄像单元的电子装置，所述固态摄像单元包括：像素阵列，所述像素阵列包含以阵列形式排列的像素，每个所述像素具有进行光电转换的光电二极管和临时累积从所述光电二极管传输来的电荷的浮动扩散部；采样部，所述采样部被构造用来对第一状态中的信号电平和第二状态中的信号电平进行采样，所述第一状态是所述浮动扩散部被复位的状态，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；提取部，所述提取部被构造用来提取多个采样值之间的变化量，所述多个采样值是通过所述第一状态和所述第二状态的一者或两者中的所述信号电平的多个采样操作而获得的；和比较部，所述比较部被构造用来将所述提取部提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，并且被构造用来根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。

本发明的实施例提供了一种信号处理方法，其包括步骤：提取通过在第一状态和第二状态的一者或两者中的信号电平的多个采样操作而获得的多个采样值之间的变化量，所述第一状态是浮动扩散部被复位的状态，所述浮动扩散部临时累积从进行光电转换的光电二极管传输来的电荷，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；并且将提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，且根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。

本发明的实施例提供了一种具有嵌入式程序的永久性有形记录媒介，当计算机执行计算机可读的所述程序时，所述程序使得所述计算机能够执行信号处理，所述信号处理包括：提取通过在第一状态和第二状态的一者或两者中的信号电平的多个采样操作而获得的多个采样值之间的变化量，所述第一状态是浮动扩散部被复位的状态，所述浮动扩散部临时累积从进行光电转换的光电二极管传输来的电荷，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；并且将提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，且根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。

在本发明的上述各实施例中的任意实施例中，提取通过在第一状态和第二状态的一者或两者中的信号电平的多个采样操作而获得的多个采样值之间的变化量，所述第一状态是浮动扩散部被复位的状态，所述浮动扩散部临时累积从进行光电转换的光电二极管传输来的电荷，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态，并且将提取的变化量与预定的基准值进行比较，且根据比较的结果切换将被输出至后续阶段的处理部的信号。

根据本发明的上述各自实施例的任意一个实施例，能够获取更加适于进行降噪处理的信号。

应理解，前面的一般性说明和下面的详细说明均是示例性的，且旨在对如权利要求书所述的技术提供进一步的说明。

附图说明

这里所包括的附图提供了对本发明的进一步理解，这些附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例，并且与本说明书一起用来解释本发明的原理。

图1A和图1B说明了现有的CDS处理。

图2是图示了应用了本发明的固态摄像单元的实施例的构造示例的框图。

图3图示了采样周期与噪声周期之间的关系。

图4是图示了数据处理部的第一构造示例的框图。

图5是说明数据处理的流程图。

图6是说明数据处理的流程图。

图7说明了噪声的分布或周期根据噪声类型而变化。

图8图示了采样周期与噪声周期之间的关系。

图9是图示了数据处理部的第二构造示例的框图。

图10是说明数据处理的流程图。

图11是图示了摄像器件的第二构造示例的框图。

图12是图示了摄像器件的第三构造示例的框图。

图13是图示了安装于电子装置中的摄像单元的构造示例的框图。

具体实施方式

首先，参照图1A和图1B对现有的CDS处理进行说明。

图1A图示了具有四个晶体管的像素的构造示例。图1B图示了由像素接收到的信号和从像素输出的数据。

如图1A所示，像素11由光电二极管12、传输晶体管13、放大晶体管14、选择晶体管15和复位晶体管16的组合构成。在像素11中，临时累积光电二极管12中生成的电荷的浮动扩散（FD）部17设置在传输晶体管13与放大晶体管14的栅极电极的连接处。

在CDS处理中，首先，以脉冲的方式导通用来驱动复位晶体管16的复位信号，从而使累积在FD部17中的电荷经由复位晶体管16被排出，以此对P相中的信号电平进行采样。随后，以脉冲的方式导通用来驱动传输晶体管13的传输信号，从而使光电二极管12中生成的电荷经由传输晶体管13传输至FD部17，以此对D相中的信号电平进行采样。

在这个方法中，通过缩短与P相中的信号电平的采样时机和D相中的信号电平的采样时机之间的间隔相对应的采样周期Ts，能够消除与时间高度相关的噪声。然而，如果随机生成的随机噪声的周期Tn长于采样周期Ts，那么噪声相关性降低，且因此降噪效果减小。

因此，已经提出了如下技术：在P相和D相中分别对信号电平采样两次或两次以上，以使噪声平均化，从而使得采样值能够接近于真实值。多次采样的噪声叠加由平方和表示。因此，当进行两次采样且如果第一次采样中的噪声由V1表示、第二次采样中的噪声由V2表示时，叠加噪声Vn（总噪声）由下面的公式（1）表示。

[数值表达式1]

在这样的情况下，当输出电平由x表示时，多次采样的输出由下面的公式（2）表示。

[数值表达式2]

$\frac{\sqrt{(x^2+x^2)}}{2}=\frac{x\sqrt{2}}{2}\·\·\·\left(2\right)$

以这样的方式，对每个分量采样两次并使每个分量彼此相加，因此尽管噪声分量的标准差增大倍，但是噪声分量的振幅增大两倍。因此，信号噪声（SN）比增大了倍。此外，即使SN比下降至原来的大约通过在后续阶段中进行减法也能够最终保持初始SN比。

如上所述，据估计，当信号周期相对长时，即使进行这样的多次采样，通过如上所述简单地利用平均值仍有可能无法最佳地减小噪声。因此，有必要获取更加适于进行降噪处理的信号。

在下文中，参照附图对应用了本发明的一些具体的实施例进行详细说明。

图2是图示了应用了本发明的固态摄像单元的实施例的构造示例的框图。

在图2中，固态摄像单元21包括摄像器件22、数据处理部23和CDS处理部24。例如，数据处理部23和CDS处理部24可以分别由数字信号处理器（DSP）构成。在固态摄像单元21中，在数据处理部23中对从摄像器件22输出的采样值进行数据处理，且在CDS处理部24中对其进行CDS处理。

摄像器件22包括像素阵列31、斜坡波生成电路32、采样和保持电路33、比较器34、计数器35和输出电路36。

像素阵列31由以阵列形式排列的多个像素（例如，图1A中的像素11）构成，每个像素输出与该像素接收到的光相对应的像素信号。

斜坡波生成电路32生成具有斜坡波的波形的信号，例如，具有以恒定坡度下降的电压的波形的信号，该信号将被用于在比较器34中的比较。

采样和保持电路33保持从像素阵列31的每个像素输出的像素信号的信号电平。例如，在FD部17被复位的状态（P相）下的像素信号和在光电二极管12生成的电荷累积在FD部17中的状态（D相）下的像素信号分别从图1的像素11中输出两次或两次以上，且采样和保持电路33在与每个信号电平相对应的时刻保持P相中的信号电平和D相中的信号电平。

比较器34将由采样和保持电路33保持的像素信号的信号电平与从斜坡波生成电路32输出的斜坡波的电平进行比较。此外，当比较的结果发生变化时，比较器34在上述变化发生的时刻（例如，在斜坡波的电平变得等于或低于像素信号的信号电平的时刻）将表明这样的变化的信号输出至计数器35。

计数器35对从斜坡波生成电路32输出的斜坡波的电压开始下降的时刻到比较器34的比较结果变化的时刻的电压值进行计数，并输出计数值作为像素信号的信号电平。

输出电路36以预定的放大系数对从计数器35输出的信号电平进行放大，并输出放大的信号电平。例如，当采样和保持电路33如上所述地对P相中的像素信号和D相中的像素信号均保持两次或两次以上时，输出电路36将P相中的信号电平和D相中的信号电平都输出两次或两次以上。

数据处理部23分别根据从输出电路36输出的P相中的信号电平和D相中的信号电平进行数据处理，以获取用于由CDS处理部24进行的CDS处理的信号。后面将参照图4对数据处理部23的构造进行说明。

CDS处理部24利用数据处理部23获取的信号进行CDS处理，且因此在适当地减小像素信号中包含的噪声的同时输出像素信号。

以这样的方式，在固态摄像单元21中，对P相中的信号电平和D相中的信号电平均采样两次或两次以上。现在对根据通过在P相和D相中均进行两次信号电平的采样而获得的采样值进行的处理进行说明。

例如，如图3所示，固态摄像单元21可以进行具有采样周期Ts的间隔的采样。因此，从摄像器件22将P相中的第一采样值P1、P相中的第二采样值P2、D相中的第一采样值D1和D相中的第二采样值D2输出至数据处理部23。将采样周期Ts与平均噪声周期Tn的比率定义为周期比ε（=Ts/Tn）。

图4是图示了数据处理部23的第一构造示例的框图。

如图4所示，数据处理部23包括保持部41、判定部42、提取部43、比较部44和计算部45。

保持部41顺序地接收从摄像器件22输出的采样值，即，采样值P1、采样值P2、采样值D1和采样值D2，并保持这样的采样值。

判定部42判断采样值P1是否等于采样值P2。此外，判定部42判断采样值D1是否等于采样值D2。

当判定部42判定采样值P1不等于采样值P2时，提取部43提取采样值P1与采样值P2之间的变化量ΔP。当判定部42判定采样值D1不等于采样值D2时，提取部43提取采样值D1与采样值D2之间的变化量ΔD。

比较部44将提取部43提取的变化量ΔP与预定的基准值进行比较。当这样的比较的结果是变化量ΔP大于基准值时，比较部44将采样值P2输出至CDS处理部24。此外，比较部44将提取部43提取的变化量ΔD与预定的基准值进行比较。当这样的比较的结果是变化量ΔD大于基准值时，比较部44将采样值D1输出至CDS处理部24。应注意，后面将参照图7对用于比较部44进行的比较的预定的基准值进行说明。

根据判定部42的判定结果和比较部44的比较结果，计算部45计算采样值P1与采样值P2的平均值，并将该平均值输出至CDS处理部24。具体地，当采样值P1被判定为等于采样值P2或者变化量ΔP小于基准值时，计算部45计算采样值P1与采样值P2的平均值，并将该平均值输出至CDS处理部24。

同样，根据判定部42的判定结果和比较部44的比较结果，计算部45计算采样值D1与采样值D2的平均值，并将该平均值输出至CDS处理部24。具体地，当采样值D1被判定为等于采样值D2或变化量ΔD小于参考值时，计算部45计算采样值D1与采样值D2的平均值，并将该平均值输出至CDS处理部24。

图5和图6分别是说明数据处理部23进行的数据处理的流程图。

例如，当保持部41保持有采样值P1和采样值P2时，开始图5的流程图的处理。

在步骤S11中，判定部42读取由保持部41保持的采样值P1和采样值P2，并且判断采样值P1是否等于采样值P2。

如果在步骤S11中判定部42判定采样值P1不等于采样值P2（P1≠P2），那么处理前进到步骤S12。

在步骤S12中，判定部42通知提取部43：采样值P1不等于采样值P2。响应于此，提取部43读取由保持部41保持的采样值P1和采样值P2，且提取采样值P1与采样值P2之间的变化量ΔP，并将变化量ΔP供给至比较部44。

在步骤S13中，比较部44把从提取部43供给到的变化量ΔP与预定的基准值进行比较，并且判断变化量ΔP是否大于基准值。

如果在步骤S13中比较部44判定变化量ΔP大于基准值，那么处理前进至步骤S14，且比较部44从保持部41中读取采样值P2，并将采样值P2输出至CDS处理部24。

另一方面，如果在步骤S11中判定部42判定采样值P1等于采样值P2（P1=P2），或者如果在步骤S13中比较部44判定变化量ΔP不大于（等于或小于）基准值，那么处理前进至步骤S15。

在步骤S15中，计算部45计算采样值P1与采样值P2的平均值（（P1+P2）/2），并将该平均值输出至CDS处理部24。

在步骤S14或S15的处理之后，处理结束。

随后，例如，当采样值D1和采样值D2被保持部41保持时，开始图6的流程图的处理。

在步骤S21中，判定部42读取由保持部41保持的采样值D1和采样值D2，并且判断采样值D1是否等于采样值D2。

如果在步骤S21中判定部42判定采样值D1不等于采样值D2（D1≠D2），那么处理前进至步骤S22。

在步骤S22中，判定部42通知提取部43：采样值D1不等于采样值D2。响应于此，提取部43读取由保持部41保持的采样值D1和采样值D2，且提取采样值D1与采样值D2间的变化量ΔD，并将该变化量ΔD供给至比较部44。

在步骤S23中，比较部44把从提取部43供给来的变化量ΔD与预定的基准值进行比较，并且判断变化量ΔD是否大于该基准值。

如果在步骤S23中比较部44判定变化量ΔD大于基准值，那么处理前进至步骤S24，且比较部44从保持部41中读取采样值D1，并将采样值D1输出至CDS处理部24。

另一方面，如果在步骤S21中判定部42判定采样值D1等于采样值D2（D1=D2），或者如果在步骤S23中比较部44判定变化量ΔD不大于（等于或小于）基准值，那么处理前进至步骤S25。

在步骤S25中，计算部45计算采样值D1与采样值D2的平均值（（D1+D2）/2），并将该平均值输出到CDS处理部24。

在步骤S24或S25的处理之后，处理结束。

如上所述，基于采样值P1、采样值P2、采样值D1和采样值D2，数据处理部23切换将要从数据处理部23输出的信号以使得输出适于CDS处理的信号。因此，使CDS处理部24能够获得具有接近于真实值的值的像素信号。

这是因为使采样值的变化超出一定的水平的随机噪声通常是由界面缺陷等造成的，且因此，噪声的时间常数分布在一定的区域上。

现在将参照图7对噪声的分布或周期根据噪声类型而变化这一事实进行说明。

图7图示了噪声累积频率相对于噪声振幅的分布。例如，纵轴可以表示在像素阵列31的像素数是一百万像素的情况下噪声发生的对数形式的累积频率，横轴可以表示噪声振幅（mV）的均方根（rms）。

如图7所示，当噪声振幅等于或小于一定电平（由图7中虚线所表示的电平）时，生成具有小振幅和短周期的热噪声或1/f噪声。另一方面，当噪声振幅等于或大于一定电平时，生成具有大振幅和长周期的随机电报信号（RTS）噪声。

图7表明：当把CDS处理的采样间隔设定为充分小于噪声时间常数时，在从P相中的第一次采样到D相中的最后一次采样的期间内发生变化的概率较低。因此，如果变化发生在P相或D相中，用于CDS处理的信号从平均值变为P相或D相中的采样值，从而，与使用平均值的情况相比，使得在CDS处理中能够获得具有接近于真实值的值的像素信号。

因此，在固态摄像单元21中，将这样的电平设定为用于比较部44进行的比较的基准值：在该电平（由图7中虚线所示的电平）处，噪声振幅根据噪声类型而变化。例如，可以将1.0mV或0.3mV设定为基准值。

当变化量ΔP等于或小于基准值时，数据处理部23输出采样值P1与采样值P2的平均值作为CDS处理部24使用的信号。当变化量ΔP大于基准值时，数据处理部23输出采样值P2作为信号。同样，当变化量ΔD等于或小于参考值时，数据处理部23输出采样值D1与采样值D2的平均值作为CDS处理部24使用的信号。当变化量ΔD大于参考值时，数据处理部23输出采样值D1作为信号。

因此，CDS处理部24能够使用更加适于进行CDS处理的信号进行CDS处理，且因此使得CDS处理部24能够获取接近于真实值的低噪声像素值。

例如，在现有的CDS处理中，当周期比ε（是采样周期Ts与平均噪声周期Tn的比率）充分小于1时，噪声σ²满足σ²=ε，且当周期比ε充分大于1时，噪声σ²满足σ²=1/2。具体地，在多重CDS中，在周期比ε充分小于1的长周期噪声的情况下，噪声σ²变为现有的CDS处理中的噪声的3/2，即，噪声不利地增大了。在多重CDS中，在周期比ε充分大于1的短周期噪声的情况下，噪声σ²变为1/4，即，噪声σ²降至现有的CDS处理中的1/2。

因此，数据处理部23进行的数据处理使得克服多重CDS的难点成为可能，即，能够避免对具有充分小于1的周期比ε的长周期噪声的噪声抑制效果的下降。具体地，固态摄像单元21在将对于短周期噪声的降噪效果保持在等于现有的CDS处理中的水平的同时，能够实现对长周期噪声的噪声抑制效果。

在固态摄像单元21中，虽然如上所述地已经在P相和D相中分别进行了两次信号电平的采样，但是可以在P相和D相中分别进行两次或两次以上的信号电平的采样。

例如，图8图示了以采样周期Ts为间隔在P相和D相中分别进行四次采样的示例性情况。

因此，P相中的第一采样值P1、P相中的第二采样值P2、P相中的第三采样值P3、P相中的第四采样值P4、D相中的第一采样值D1、D相中的第二采样值D2、D相中的第三采样值D3和D相中的第四采样值D4从摄像器件22输出至数据处理部23。

在以这样方式进行两次或两次以上采样的情况下，因为采样期间被延长，所以随机噪声可能影响采样。在图8的示例性情况下，随机噪声在采样值P1与采样值P2之间反转，并且在采样值D2与采样值D3之间反转。

因此，数据处理部23能够进行这样的数据处理：能够根据各个相中的采样值之间发生的状态变化的频率来切换用于CDS处理的信号。

图9是图示了数据处理部23的第二构造示例的框图。

如图9所示，数据处理部23A包括保持部51、状态变化判定部52、变化频率比较部53和计算部54。

保持部51对从摄像器件22输出的采样值进行保持。具体地，保持部51从摄像器件22顺序地接收采样值P1、采样值P2、采样值P3、采样值P4、采样值D1、采样值D2、采样值D3和采样值D4，并保持这样的采样值。

状态变化判定部52根据相同相中的连续采样值判断在各相中的采样值之间是否发生状态变化。具体地，状态变化判定部52判断在采样值P1与采样值P2之间是否发生状态变化，在采样值P2与采样值P3之间是否发生状态变化以及在采样值P3与采样值P4之间是否发生状态变化。同样地，状态变化判定部52判断在采样值D1与采样值D2之间是否发生状态变化、在采样值D2与采样值D3之间是否发生状态变化以及在采样值D3与采样值D4之间是否发生状态变化。

此外，状态变化判定部52将变化频率作为状态变化被确定发生的频率通知变化频率比较部53。

变化频率比较部53把从状态变化判定部52通知的变化频率与预定的规定频率进行比较。当这样的比较的结果是变化频率低于规定频率时，变化频率比较部53将采样值P4和采样值D1输出至CDS处理部24。应注意，根据摄像器件22的噪声特性（例如，平均噪声周期Tn），预先选择最优值作为用于变化频率比较部53进行的比较的预定的规定频率。

当变化频率比较部53进行的比较的结果是变化频率等于或高于上述规定频率时，计算部54计算采样值P1至P4的平均值以及采样值D1至D4的平均值，并将平均值输出至CDS处理部24。

具体地，当同一相中的连续采样值之间的状态变化的频率不是等于或高于规定频率时，数据处理部23A估计噪声周期大，并输出采样值P4和采样值D1作为用于CDS处理的信号。另一方面，当同一位中的连续采样值之间的状态变化的频率等于或高于规定频率时，数据处理部23A估计噪声周期小，并输出各相位中的采样值的平均值作为用于CDS处理的信号。

图10是说明数据处理部23A进行的数据处理的流程图。

例如，当至少采样值P1和采样值P2被保持部41保持时，开始图10的流程图的处理。应注意，可以在采样值P1至P4和采样值D1至D4都被保持部41保持的时刻开始该处理。

在步骤S31中，状态变化判定部52根据同一相中的连续采样值判断各相中的采样值之间是否发生了状态变化，并且对变化频率进行计数以作为状态变化被确定发生的频率。状态变化判定部52将通过对从采样值P1到采样值D4的所有采样值的判断而获得的最终变化频率通知变化频率比较部53。

在步骤S32中，变化频率比较部53判断在步骤S31中从状态变化判定部52通知的变化频率是否等于或高于规定频率。

当在步骤S32中变化频率比较部53判定变化频率等于或高于规定频率时，处理前进至步骤S33。在步骤S33中，计算部54计算采样值P1至P4的平均值（（P1+P2+P3+P4）/4）和采样值D1至D4的平均值（（D1+D2+D3+D4）/4），并将平均值输出至CDS处理部24。

另一方面，当在步骤S32中变化频率比较部53判定变化频率不是等于或高于（而是低于）规定频率时，处理前进至步骤S34。在步骤S34中，变化频率比较部53从保持部51读取采样值P4和采样值D1，并将这样的采样值输出至CDS处理部24。

在步骤S33或S34的处理之后，处理结束。

如上所述，采样值之间状态变化的高频（等于或高于规定频率的频率）对应于短周期噪声，且在这样的情况下，与现有的多重CDS一样，数据处理部23A输出各相中的采样值的平均值，且因此能够优先考虑通过使噪声平均化而获得的改善效果。此外，采样值之间状态变化的低频（低于规定频率的频率）对应于长周期噪声，且在这样的情况下，与现有的CDS一样，数据处理部23A能够优先考虑通过使用P相中的一个采样值和D相中的一个采样值使采样间隔最小化而获得的改善效果。换言之，数据处理部23A进行的数据处理能够有效地减少短周期噪声和长周期噪声，且因此能够提高特性。

在固态摄像单元21中，摄像器件22可以被构造为使得在摄像器件22中进行上文中在数据处理部23中进行的数据处理，并将采样值从摄像器件22输出至CDS处理部24。

具体地，图11是图示了摄像器件22的第二构造示例的框图。在图11中，用相同的数字表示与图2的摄像器件22中的模块相同的模块，且省略对它们的详细说明。

如图11所示，摄像器件22A包括像素阵列31、斜坡波生成电路32、采样和保持电路33、比较器34、计数器35、输出电路36、比较电路61和计算电路62-1、62-2。

比较电路61从计数器35中接收采样值P1和采样值P2，且进行与图5的流程图一样的判定处理和比较处理。具体地，当采样值P1等于采样值P2时，比较电路61将采样值P1和采样值P2供给到计算电路62-1。当采样值P1不等于采样值P2时，比较电路61提取变化量ΔP，且当变化量ΔP小于基准值时，比较电路61将采样值P1和采样值P2供给至计算电路62-1。另一方面，当变化量ΔP大于基准值时，比较电路61将采样值P1和采样值P2供给至计算电路62-2。

这样，在摄像器件22A中，比较电路61根据各个值的大小将从计数器35供给来的采样值P1和采样值P2以分支的形式供给到计算电路62-1和计算电路62-2中的一者。

同样地，比较电路61从计数器35中接收采样值D1和采样值D2，且进行与图6的流程图一样的判定处理和比较处理。具体地，当采样值D1等于采样值D2时，比较电路61将采样值D1和采样值D2供给至计算电路62-1。当采样值D1不等于采样值D2时，比较电路61提取变化量ΔD，且当变化量ΔD小于基准值时，比较电路61将采样值D1和采样值D2供给至计算电路62-1。另一方面，当变化量ΔD大于基准值时，比较电路61将采样值D1和采样值D2供给至计算电路62-2。

这样，在摄像器件22A中，比较电路61根据各个值的大小将从计数器35供给来的采样值D1和采样值D2以分支的方式供给至计算电路62-1和计算电路62-2中的一者。

计算电路62-1计算从比较电路61供给来的采样值P1与采样值P2的平均值，并将该平均值输出至输出电路36。同样地，计算电路62-1计算从比较电路61供给来的采样值D1与采样值D2的平均值，并将该平均值输出至输出电路36。

计算电路62-2将从比较电路61供给来的采样值P1与采样值P2之中的采样值P2输出至输出电路36。同样地，计算电路62-2将从比较电路61供给来的采样值D1与采样值D2之中的采样值D1输出至输出电路36。

如上所述地构造摄像器件22A，摄像器件22A也能够与摄像器件22一样地降低噪声。

图12是图示了摄像器件22的第三构造示例的框图。在图12中，用相同的数字表示与图2的摄像器件22的模块相同的模块，且省略对它们的详细说明。

如图12所示，摄像器件22B包括像素阵列31、斜坡波生成电路32、采样和保持电路33、比较器34、计数器35、输出电路36-1至36-N和数据处理电路71。

数据处理电路71具有用于对像素阵列31的每条像素线进行数据处理的电路（例如，图11中的比较电路61和计算电路62-1、62-2）。具体地，数据处理电路71能够对像素阵列31的每条像素线并行地进行数据处理，并将像素线的信号分别输出至输出电路36-1至36-N。此外，例如，设置有数据处理电路71和输出电路36-1至36-N的基板层叠在设置有像素阵列31的基板上，因此层叠结构可以用于摄像器件22B。

数据处理电路71从计数器35中接收采样值P1和采样值P2，且进行与图5的流程图一样的判定处理、比较处理和计算处理。此外，数据处理电路71从计数器35中接收采样值D1和采样值D2，且进行与图6的流程图一样的判定处理、比较处理和计算处理。

如上所述地构造摄像器件22B，摄像器件22B也能够与摄像器件22一样地减小噪声。

应注意，尽管在上述实施例中的P相和D相中分别进行多个采样操作，但是可以在P相和D相中的一者或两者中进行多个采样操作。在此情况下，也能够通过对经受多个采样操作的相中的信号电平进行上述数据处理来获得降噪效果。

例如，可以将采样周期Ts（在采样周期Ts中，摄像器件22进行信号电平的采样）设定为充分小于由构成像素11的晶体管生成的RTS噪声的时间常数。因此，即使增大采样频率，也能够避免采样周期的延长，且因此能够抑制RTS噪声的影响。

上述固态摄像单元21可以用于任何类型的电子装置，例如，诸如数码相机和数字视频摄像机等相机系统、具有摄像功能的移动手机和具有摄像功能的其它装置。

图13是图示了要安装在电子装置中的摄像单元的构造示例的框图。

如图13所示，摄像单元101包括光学系统102、摄像器件103、信号处理电路104、监视器105和存储器106，且能够拍摄静态图像和动态图像。

光学系统102包括一个或多个透镜，且将来自物体的图像光（入射光）引导至摄像器件103并在摄像器件103的光接收表面（传感器部）上形成光学图像。

具有上述构造的摄像器件22可以用作摄像器件103。在与经由光学系统102形成在光接收表面上的图像相对应的一定期间内，在摄像器件103中累积电子。与累积在摄像器件103中的电子相对应的信号被供给至信号处理电路104。

信号处理电路104包括分别具有上述构造的数据处理部23和CDS处理部24，并对从摄像器件103输出的像素信号进行各种类型的信号处理。通过信号处理电路104进行的信号处理而产生的图像（图像数据）被供给至监视器105并显示在监视器105上，或者被供给至存储器106并存储（记录）在存储器106中。

固态摄像单元21的上述构造应用于以上述方式构造的摄像单元101，从而使得摄像单元101能够使用适于CDS处理的信号进行CDS处理，且因此使得摄像单元101能够获得接近于真实值的低噪声像素值。因此，摄像单元101能够获取具有更加优良的图像质量的图像。

应注意，必要时，能够根据例如摄像器件103的特性通过网络或记录介质将由信号处理电路104执行的处理（程序）安装在信号处理电路104中。

此外，参照上述流程图说明的各处理可以不按照沿着流程图中所示的顺序的时间序列进行，且可以包括并行进行或单独进行的处理（例如，并行处理或对象处理）。此外，程序可以由一个CPU处理或可以经过多个CPU的分布式处理。

从本发明的上述示例实施例中可以实现至少下面的构造。

（1）一种信号处理单元，其包括：

提取部，所述提取部被构造用来提取多个采样值之间的变化量，所述多个采样值是通过对在第一状态和第二状态的一者或两者中的信号电平的多个采样操作而获得的，所述第一状态是浮动扩散部被复位的状态，所述浮动扩散部临时累积从进行光电转换的光电二极管传输来的电荷，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；和

比较部，所述比较部被构造用来将所述提取部提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，并且被构造用来根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。

（2）根据（1）所述的信号处理单元，还包括：

计算部，所述计算部被构造用来计算所述多个采样值的平均值，

其中，当所述变化量小于所述预定的基准值时，所述比较部输出所述计算部获得的所述平均值作为将被输出至后级的所述处理部的所述信号。

（3）根据（1）或（2）所述的信号处理单元，其中，当对所述第一状态中的信号电平进行多个采样操作且当所述第一状态中的所述信号电平的多个采样值之间的变化量大于所述预定的基准值时，所述比较部输出所述第一状态中的最后采样的信号电平的采样值作为将被输出至后级的所述处理部的所述信号。

（4）根据（1）至（3）中任一项所述的信号处理单元，其中，当对所述第二状态中的信号电平进行多个采样操作且当所述第二状态中的所述信号电平的多个采样值之间的变化量大于所述预定的基准值时，所述比较部输出所述第二状态中的最初采样的信号电平的采样值作为将被输出至后级的所述处理部的所述信号。

（5）根据（1）至（4）中任一项所述的信号处理单元，其中，所述提取部求得连续采样值之间的状态变化的发生的频率作为所述多个采样值之间的所述变化量，并且，

所述比较部将所述提取部求得的所述状态变化的频率与预定的规定频率进行比较，并且根据比较的结果切换将被输出至后级的所述处理部的所述信号。

（6）根据（1）至（5）中任一项所述的信号处理单元，还包括：

计算部，所述计算部被构造用来计算所述多个采样值的平均值，

其中，当所述状态变化的频率等于或高于所述预定的规定频率时，所述比较部输出所述计算部求得的所述平均值作为将被输出至后级的所述处理部的所述信号。

（7）根据（1）至（6）中任一项所述的信号处理单元，其中，当所述状态变化的频率低于所述预定的规定频率时，所述比较部输出所述第一状态中的最后采样的信号电平的采样值或所述第二状态中的最初采样的信号电平的采样值作为将被输出至后级的所述处理部的所述信号。

（8）根据权利要求1所述的信号处理单元，其中，所述信号电平的多个采样操作的采样周期被设定为充分小于由构成具有所述光电二极管的像素的晶体管生成的随机电报信号（RTS）噪声的时间常数。

（9）一种固态摄像单元，其包括：

像素阵列，所述像素阵列包含以阵列形式排列的像素，每个所述像素具有进行光电转换的光电二极管和临时累积从所述光电二极管传输来的电荷的浮动扩散部；

采样部，所述采样部被构造用来对第一状态中的信号电平和第二状态中的信号电平进行采样，所述第一状态是所述浮动扩散部被复位的状态，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；

提取部，所述提取部被构造用来提取多个采样值之间的变化量，所述多个采样值是通过所述第一状态和所述第二状态的一者或两者中的所述信号电平的多个采样操作而获得的；和

比较部，所述比较部被构造用来将所述提取部提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，并且被构造用来根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。

（10）一种含有固态摄像单元的电子装置，所述固态摄像单元包括：

像素阵列，所述像素阵列包含以阵列形式排列的像素，每个所述像素具有进行光电转换的光电二极管和临时累积从所述光电二极管传输来的电荷的浮动扩散部；

采样部，所述采样部被构造用来对第一状态中的信号电平和第二状态中的信号电平进行采样，所述第一状态是所述浮动扩散部被复位的状态，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；

提取部，所述提取部被构造用来提取多个采样值之间的变化量，所述多个采样值是通过所述第一状态和所述第二状态的一者或两者中的所述信号电平的多个采样操作而获得的；和

比较部，所述比较部被构造用来将所述提取部提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，并且被构造用来根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。

（11）一种信号处理方法，其包括如下步骤：

提取通过在第一状态和第二状态的一者或两者中的信号电平的多个采样操作而获得的多个采样值之间的变化量，所述第一状态是浮动扩散部被复位的状态，所述浮动扩散部临时累积从进行光电转换的光电二极管传输来的电荷，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；并且

将提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，且根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。

（12）一种具有嵌入式程序的永久性有形记录媒介，当计算机执行计算机可读的所述程序时，所述程序使得所述计算机能够执行信号处理，所述信号处理包括：

提取通过在第一状态和第二状态的一者或两者中的信号电平的多个采样操作而获得的多个采样值之间的变化量，所述第一状态是浮动扩散部被复位的状态，所述浮动扩散部临时累积从进行光电转换的光电二极管传输来的电荷，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；并且

将提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，且根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。

本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明随附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。

相关申请的交叉参考

本申请主张享有于2013年3月6日提交的日本优先权专利申请JP2013-043886的优先权，并且将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。

Claims (12)

1.一种信号处理单元，其包括：

提取部，所述提取部被构造用来提取多个采样值之间的变化量，所述多个采样值是通过对在第一状态和第二状态的一者或两者中的信号电平的多个采样操作而获得的，所述第一状态是浮动扩散部被复位的状态，所述浮动扩散部临时累积从进行光电转换的光电二极管传输来的电荷，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；和

比较部，所述比较部被构造用来将所述提取部提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，并且被构造用来根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。

2.根据权利要求1所述的信号处理单元，还包括：

计算部，所述计算部被构造用来计算所述多个采样值的平均值，

其中，当所述变化量小于所述预定的基准值时，所述比较部输出所述计算部获得的所述平均值作为将被输出至后级的所述处理部的所述信号。

3.根据权利要求1或2所述的信号处理单元，其中，当对所述第一状态中的信号电平进行多个采样操作且当所述第一状态中的所述信号电平的多个采样值之间的变化量大于所述预定的基准值时，所述比较部输出所述第一状态中的最后采样的信号电平的采样值作为将被输出至后级的所述处理部的所述信号。

4.根据权利要求1或2所述的信号处理单元，其中，当对所述第二状态中的信号电平进行多个采样操作且当所述第二状态中的所述信号电平的多个采样值之间的变化量大于所述预定的基准值时，所述比较部输出所述第二状态中的最初采样的信号电平的采样值作为将被输出至后级的所述处理部的所述信号。

5.根据权利要求1所述的信号处理单元，其中，所述提取部求得连续采样值之间的状态变化的发生的频率作为所述多个采样值之间的所述变化量，并且，

所述比较部将所述提取部求得的所述状态变化的频率与预定的规定频率进行比较，并且根据比较的结果切换将被输出至后级的所述处理部的所述信号。

6.根据权利要求5所述的信号处理单元，还包括：

计算部，所述计算部被构造用来计算所述多个采样值的平均值，

其中，当所述状态变化的频率等于或高于所述预定的规定频率时，所述比较部输出所述计算部求得的所述平均值作为将被输出至后级的所述处理部的所述信号。

7.根据权利要求5或6所述的信号处理单元，其中，当所述状态变化的频率低于所述预定的规定频率时，所述比较部输出所述第一状态中的最后采样的信号电平的采样值或所述第二状态中的最初采样的信号电平的采样值作为将被输出至后级的所述处理部的所述信号。

8.根据权利要求1所述的信号处理单元，其中，所述信号电平的多个采样操作的采样周期被设定为充分小于由构成具有所述光电二极管的像素的晶体管生成的随机电报信号噪声的时间常数。

9.一种固态摄像单元，其包括：

像素阵列，所述像素阵列包含以阵列形式排列的像素，每个所述像素具有进行光电转换的光电二极管和临时累积从所述光电二极管传输来的电荷的浮动扩散部；

采样部，所述采样部被构造用来对第一状态中的信号电平和第二状态中的信号电平进行采样，所述第一状态是所述浮动扩散部被复位的状态，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；

提取部，所述提取部被构造用来提取多个采样值之间的变化量，所述多个采样值是通过所述第一状态和所述第二状态的一者或两者中的所述信号电平的多个采样操作而获得的；和

比较部，所述比较部被构造用来将所述提取部提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，并且被构造用来根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。

10.一种含有固态摄像单元的电子装置，所述固态摄像单元包括：

像素阵列，所述像素阵列包含以阵列形式排列的像素，每个所述像素具有进行光电转换的光电二极管和临时累积从所述光电二极管传输来的电荷的浮动扩散部；

采样部，所述采样部被构造用来对第一状态中的信号电平和第二状态中的信号电平进行采样，所述第一状态是所述浮动扩散部被复位的状态，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；

提取部，所述提取部被构造用来提取多个采样值之间的变化量，所述多个采样值是通过所述第一状态和所述第二状态的一者或两者中的所述信号电平的多个采样操作而获得的；和

比较部，所述比较部被构造用来将所述提取部提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，并且被构造用来根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。

11.一种信号处理方法，其包括如下步骤：

提取通过在第一状态和第二状态的一者或两者中的信号电平的多个采样操作而获得的多个采样值之间的变化量，所述第一状态是浮动扩散部被复位的状态，所述浮动扩散部临时累积从进行光电转换的光电二极管传输来的电荷，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；并且

将提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，且根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。

12.一种具有嵌入式程序的永久性有形记录媒介，当计算机执行计算机可读的所述程序时，所述程序使得所述计算机能够执行信号处理，所述信号处理包括：

提取通过在第一状态和第二状态的一者或两者中的信号电平的多个采样操作而获得的多个采样值之间的变化量，所述第一状态是浮动扩散部被复位的状态，所述浮动扩散部临时累积从进行光电转换的光电二极管传输来的电荷，且所述第二状态是所述光电二极管中生成的电荷累积在所述浮动扩散部中的状态；并且

将提取的所述变化量与预定的基准值进行比较，且根据比较的结果切换将被输出至后级的处理部的信号。