CN104471860B - 信号处理装置和方法、成像元件以及成像设备 - Google Patents

Abstract

这里描述了信号处理装置和信号处理方法。通过示例方式，信号处理方法包括选择单元，构成为基于模拟信号与确定电压的第一比较，选择要与模拟信号比较的所选基准电压，该所选基准电压是从多个基准电压中选出的。所述多个基准电压至少包括第一基准电压和第二基准电压。

Description

信号处理装置和方法、成像元件以及成像设备

技术领域

本技术涉及信号处理装置和方法、成像元件以及成像设备。更具体地说，本技术涉及可以抑制或至少降低在模数(A/D)转换中发生误差的信号处理装置和方法、成像元件以及成像设备。

背景技术

在现有技术的普通图像传感器中，光接收部分(或光电二极管)中累积的电荷被读作信号电压，并经历A/D转换(例如参见日本未审查专利公开No.2011-41091，以下为“PTL1”)。

在PTL1中公开的A/D转换方法中，为了提高分级精度并减少转换时间，将两个A/D转换电路连接到同一像素输出信号，并将具有不同斜度(slope)的两个基准电压Vref1和Vref2从基准电压生成单元分别输入到A/D转换电路，以两个不同级别(level)的分级精度执行A/D转换。然而，在这种方法中，电路面积和功耗可能增加一倍。因此，在PTL1中公开的另一种方法中，使用一个A/D转换电路并且还配备了确定单元。确定单元确定像素输出信号的幅度，并根据确定的像素输出信号的幅度选择具有不同斜度的两个基准电压(即基准电压Vref1和Vref2)中的一个，以根据像素输出信号的幅度应用不同级别的转换精度。

发明内容

发明要解决的问题

然而，在现有技术的A/D转换方法(诸如PTL 1中公开的方法中)难以足够地抑制在A/D转换中发生误差。例如，可能难以提高分级精度并减少转换时间或抑制图像质量上的劣化。

因此，期望抑制或至少降低在A/D转换中发生误差。

解决问题的方案

本文中说明了信号处理装置和信号处理方法。通过示例方式，信号处理装置包括：选择单元，构成为基于模拟信号与确定电压的第一比较，选择要与模拟信号比较的所选基准电压，所选基准电压是从多个基准电压中选出的。多个基准电压至少包括第一基准电压和第二基准电压。

此外，通过示例方式，信号处理方法包括步骤：基于模拟信号与确定电压的第一比较，选择要与模拟信号比较的所选基准电压，所选基准电压是从多个基准电压中选出的。多个基准电压至少包括第一基准电压和第二基准电压。

附图说明

图1是图示列A/D转换单元的主要结构的示例的示图。

图2是图示A/D转换的示例的时序图。

图3是图示A/D转换中分级精度的示例的示图。

图4是图示A/D转换的另一个示例的时序图。

图5是图示CMOS图像传感器的主要结构的示例的示图。

图6A是图示选择单元的主要结构的示例的示图。

图6B是选择单元中使用的表。

图7是图示单位像素的主要结构的示例的示图。

图8是图示比较单元的主要结构的示例的示图。

图9是图示A/D转换的示例的时序图。

图10是图示A/D转换的示例的时序图。

图11是图示A/D转换的示例的时序图。

图12是图示A/D转换的示例的时序图。

图13是图示A/D转换的示例的时序图。

图14是图示A/D转换的示例的时序图。

图15A是图示选择单元的主要结构的示例的示图。

图15B是图示选择单元的时序图。

图16是图示A/D转换的示例的时序图。

图17是图示A/D转换的示例的时序图。

图18是图示CMOS图像传感器的一部分主要结构的示例的示图。

图19是图示A/D转换的示例的时序图。

图20是图示CMOS图像传感器的一部分主要结构的示例的示图。

图21是图示分布常数电路的示例的示图。

图22是图示分布常数电路的示例的示图。

图23是图示A/D转换的示例的时序图。

图24是图示分布常数电路的示例的示图。

图25是图示A/D转换的示例的时序图。

图26是图示切换单元的主要结构的示例的示图。

图27是图示分布常数电路的示例的示图。

图28是图示A/D转换的示例的时序图。

图29是图示电容器的主要结构的示例的示图。

图30是图示电容器的主要结构的另一个示例的示图。

图31是图示电容器的主要结构的再一个示例的示图。

图32是图示CMOS图像传感器的主要结构的示例图。

图33A是说明耦合和串扰(crosstalk)的示例的示图。

图33B是说明在入射光强度较低时串扰的示例的示图。

图33C是说明在入射光强度较高时串扰的示例的示图。

图34A是说明基准电压中不足斜度会聚的示例的示图。

图34B是说明基准电压中不足斜度会聚的示例的示图。

图35是图示A/D转换的示例的时序图。

图36是图示A/D转换的示例的时序图。

图37是图示A/D转换的示例的时序图。

图38是图示A/D转换的示例的时序图。

图39是图示A/D转换的示例的时序图。

图40是图示A/D转换的示例的时序图。

图41是图示成像设备的主要结构的示例图。

图42是图示计算机的主要结构的示例的框图。

具体实施方式

本技术的实施例提供信号处理装置，包括：比较单元，构成为将来自单位像素的模拟信号输出与某一电压进行比较；选择单元，构成为根据比较单元在模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个；切换单元，构成为根据选择单元获得的选择结果，切换要提供给比较单元的基准电压；以及测量单元，构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号和提供给比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

可以从构成为在多个基准电压之中提供具有高级别的分级精度的基准电压的基准电压生成单元提供预定确定值。

选择单元在确定为模拟信号小于预定确定值作为由比较单元进行的比较结果时，可以在多个基准电压之中选择具有高级别的分级精度的基准电压，而在确定为模拟信号大于预定确定值时，在多个基准电压之中选择具有低级别的分级精度的基准电压。切换单元可以促使将选择单元所选基准电压提供给比较单元。

比较单元可以将每一个第一模拟信号和第二模拟信号与提供给比较单元的基准电压比较，第一模拟信号是单位像素的噪声信号，第二模拟信号是包括单位像素的数据的信号。测量单元可以确定由比较单元在第一模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与由比较单元在第二模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

选择单元可以依次选择用于第一模拟信号的基准电压，切换单元可以促使将选择单元所选基准电压提供给比较单元，并且比较单元可以根据切换单元的控制，将第一模拟信号与每一个基准电压依次比较。选择单元可以根据比较单元在第二模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择用于第二模拟信号的多个基准电压中的一个，切换单元可以促使将选择单元所选基准电压提供给比较单元，并且比较单元可以根据切换单元的控制，将第二模拟信号与选择单元所选基准电压比较。测量单元可以确定在第二模拟信号和由选择单元所选基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与在第一模拟信号和由选择单元所选基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

信号处理装置还包括构成为提供多个基准电压的基准电压提供单元。

基准电压提供单元可以提供多个基准电压，以使预定范围中的电压与第一模拟信号和第二模拟信号在第一比较方向或第二比较方向上比较，第一比较方向是电压从低到高增加的方向，第二比较方向是电压从高到低下降的方向。

基准电压提供单元可以提供多个基准电压，以多个基准电压中的每一个在与前一基准电压的比较方向相反的比较方向上与第一模拟信号比较的方式，按分级精度的顺序将多个基准电压与第一模拟信号比较。

基准电压提供单元可以提供由选择单元所选基准电压，以使基准电压在作为基准电压与第一模拟信号比较的比较方向的相同比较方向上，与第二模拟信号比较。

基准电压提供单元可以在多个基准电压之中提供具有最高级别的分级精度的基准电压，以使范围内的电压在第二比较方向上与第一模拟信号和第二模拟信号比较，并且在多个基准电压之中提供具有最低级别的分级精度的基准电压，以使范围内的电压在第一比较方向上与第一模拟信号和第二模拟信号比较。

信号处理装置还可以包括多个套件，每一个套件包括比较单元、选择单元、切换单元以及测量单元。在多个套件的每一个套件中，选择单元包括第一保存单元和第二保存单元，第一保存单元和第二保存单元构成为保存比较结果。在多个套件的每一个套件中，第一保存单元可以保存比较结果，直至由比较单元对所有套件获得的比较结果被保存在第一保存单元中。在多个套件的每一个套件中，第二保存单元可以在第一保存单元保存对所有套件的比较结果后保存比较结果，并根据保存的比较结果选择多个基准电压中的一个。

本技术的实施例还提供用于信号处理装置的信号处理方法。信号处理方法由信号处理装置进行，包括：将来自单位像素的模拟信号输出与某一电压比较；根据在模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个；根据选择结果，切换要与模拟信号比较的基准电压；以及测量在模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

本技术的实施例还提供成像元件，包括：具有排列在其上的单位像素的像素阵列，每一个单位像素包括构成为对入射光进行光电转换的光电转换元件；比较单元，构成为将来自像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较；选择单元，构成为根据比较单元在模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个；切换单元，构成为根据由选择单元获得的选择结果切换要提供给比较单元的基准电压；以及测量单元，构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号和提供给比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

本技术的实施例还提供成像设备，包括：成像单元，构成为捕获被摄体的图像；以及图像处理单元，构成为对使用成像单元捕获图像获得的图像数据进行图像处理。成像单元包括：具有排列在其上的单位像素的像素阵列，每一个单位像素包括构成为对入射光进行光电转换的光电转换元件，比较单元，构成为将来自像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较；选择单元，构成为根据比较单元在模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个，切换单元，构成为根据由选择单元获得的选择结果，切换要提供给比较单元的基准电压，和测量单元，构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号和提供给比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

本技术的另一个实施例提供信号处理装置，包括：比较单元，构成为将来自单位像素的模拟信号输出和某一电压比较；切换单元，构成为如果需要就切换要提供给比较单元的基准电压，而且构成为将具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个连接到比较单元，而将其他基准电压连接到某个负载电容器；以及测量单元，构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号和提供给比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

本技术的另一个实施例还提供成像元件，包括：具有排列在其上的单位像素的像素阵列，每一个单位像素包括构成为对入射光进行光电转换光电转换元件；比较单元，构成为将来自像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较；切换单元，构成为切换要提供给比较单元的基准电压，并且构成为将具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个连接到比较单元，而将其他基准电压连接到某个负载电容器；以及测量单元，构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号和提供给比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

本技术的另一个实施例还提供成像设备，包括：成像单元，构成为捕获被摄体的图像；以及图像处理单元，构成为对使用成像单元捕获图像获得的图像数据进行图像处理。成像单元包括：具有排列在其上的单位像素的像素阵列，每一个单位像素包括构成为对入射光进行光电转换光电转换元件；比较单元，构成为将来自像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较；切换单元，构成为切换要提供给比较单元的基准电压，并且构成为将具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个连接到比较单元，而将其他基准电压连接到某个负载电容器；以及测量单元，构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号和提供给比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

本技术的再一实施例提供信号处理装置，包括：比较单元，构成为将来自单位像素的模拟信号输出和某一电压比较；基准电压提供单元，构成为提供具有不同级别的分级精度的多个基准电压；切换单元，构成为如果需要就切换要提供给比较单元的基准电压，并且构成为将从基准电压提供单元提供的多个基准电压中的一个连接到比较单元；以及测量单元，构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号和提供给比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。基准电压提供单元将用于第一模拟信号的所有多个基准电压反复提供等于基准电压数目的次数，第一模拟信号是单位像素的噪声信号。切换单元逐一地将从基准电压提供单元提供的基准电压依次提供给比较单元。比较单元根据切换单元的控制，将第一模拟信号和每一个基准电压依次比较。基准电压提供单元提供用于第二模拟信号的所有多个基准电压，第二模拟信号是包含单位像素的数据的信号。切换单元将从基准电压提供单元提供的多个基准电压中的一个基准单元提供给比较单元。比较单元将根据切换单元的控制提供的基准电压与第二模拟信号比较。测量单元确定由比较单元在第二模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与由比较单元在第一模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

本技术的再一实施例还提供成像元件，包括：具有排列在其上的单位像素的像素阵列，每一个单位像素构成为包括对入射光进行光电转换的光电转换元件；比较单元，构成为将来自像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较；基准电压提供单元，构成为提供具有不同级别的分级精度的多个基准电压；切换单元，构成为如果需要就切换要提供给比较单元的基准电压，并且构成为将从基准电压提供单元提供的多个基准电压中的一个连接到比较单元；以及测量单元，构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号提供给比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。基准电压提供单元将用于第一模拟信号的所有多个基准电压反复提供等于基准电压数目的次数，第一模拟信号是单位像素的噪声信号。切换单元逐一地将从基准电压提供单元提供的基准电压依次提供给比较单元。比较单元根据切换单元的控制，将第一模拟信号和每一个基准电压依次比较。基准电压提供单元提供用于第二模拟信号的所有多个基准电压，第二模拟信号是包含单位像素的数据的信号。切换单元将从基准电压提供单元提供的多个基准电压中的一个基准单元提供给比较单元。比较单元将根据切换单元的控制提供的基准电压和第二模拟信号比较。测量单元确定由比较单元在第二模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与由比较单元在第一模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

本技术的再一实施例还提供成像设备，包括：成像单元，构成为捕获被摄体的图像；以及图像处理单元，构成为对使用成像单元捕获图像获得的图像数据进行图像处理。成像单元包括：具有排列在其上的单位像素的像素阵列，每一个单位像素构成为包括对入射光进行光电转换的光电转换元件；比较单元，构成为将来自像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较；基准电压提供单元，构成为提供具有不同级别的分级精度的多个基准电压；切换单元，构成为如果需要就切换要提供给比较单元的基准电压，并且构成为将从基准电压提供单元提供的多个基准电压中的一个连接到比较单元；以及测量单元，构成为在切换单元的切换控制下，测量比较单元在模拟信号和提供给比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。基准电压提供单元将用于第一模拟信号的所有多个基准电压反复提供等于基准电压数目的次数，第一模拟信号是单位像素的噪声信号。切换单元逐一地将从基准电压提供单元提供的基准电压依次提供给比较单元。比较单元根据切换单元的控制，将第一模拟信号和每一个基准电压依次比较。基准电压提供单元提供用于第二模拟信号的所有多个基准电压，第二模拟信号是包含单位像素的数据的信号。切换单元将从基准电压提供单元提供的多个基准电压中的一个提供给比较单元。比较单元将根据切换单元的控制提供的基准电压和第二模拟信号比较。测量单元确定由比较单元在第二模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与由比较单元在第一模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

在本技术的实施例中，来自单位像素的模拟信号输出与某一电压比较，根据模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个，根据选择结果切换要与模拟信号比较的基准电压，并且测量在模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

在本技术的另一个实施例中，来自单位像素的模拟信号输出与某一电压比较，切换提供的基准电压，将具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个与模拟信号比较，将其他基准电压连接到某个负载电容器，并且测量在模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

在本技术的再一实施例中，将用于作为像素的噪声信号的第一模拟信号的所有多个基准电压反复提供等于基准电压数目的次数，逐一地依次提供基准电压，将第一模拟信号和每一个基准电压依次比较，提供用于作为包含单位像素的数据的信号的第二模拟信号的所有多个基准电压，要提供的多个基准电压中的一个将要被比较，将提供的基准电压与第二模拟信号比较，并且确定在第二模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与在第一模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

根据本技术的实施例，可以实施信息处理。特别地，可以抑制或至少降低在模数(A/D)转换中出现误差。

以下说明本技术(以后称为实施例)的示例性的实施例。说明按照以下顺序进行：

1.第一实施例(CMOS图像传感器)

2.第二实施例(CMOS图像传感器)

3.第三实施例(CMOS图像传感器)

4.第四实施例(成像设备)

5.第五实施例(计算机)

<第一实施例>

<A/D转换>

在一般图像传感器中，单位像素的光接收部分(例如，光电二极管)中累积的电荷被读为信号电压(或像素信号)，并被经历模数(A/D)转换。

用于A/D转换的方法的示例包括在改变基准电压和获得将基准电压和信号电压匹配以进行数字转换的定时的同时将基准电压与信号电压比较的方法(例如，参见日本未审查专利公开No.2005-278135号)。

参照图1，列A/D转换单元10是基于上述方法进行A/D转换的处理单元，并且对从单位像素读出的像素信号进行A/D转换。图1所示的列A/D转换单元10包括基准电压生成单元11、比较单元12以及定时测量单元13。基准电压生成单元11生成其值在预定电压范围变化内的基准电压Vref，并将基准电压Vref提供给比较单元12。比较单元12将作为从像素读出的模拟像素信号的输入信号Vx的电压与基准电压生成单元11生成的基准电压Vref比较，并将比较结果Vco提供给定时测量单元13。定时测量单元13测量(或计数)从比较开始时至比较结果Vco的值改变时的时段，将该时段的长度(计数值)转换为输入信号Vx的数字值(A/D转换后的值)，并输出该数字值作为数字输出Do。

图2是图示由列A/D转换单元10进行的A/D转换的示例的时序图。

如图2所示，以斜坡振幅扫描基准电压Vref。输入该输入信号Vx，其包括像素输出的变化分量(噪声分量)ΔV作为第一模拟信号和通过对变化分量ΔV添加信号分量Vsig获得的分量(即Vsig+ΔV)作为第二模拟信号。

定时测量单元13通过使用例如可向上和向下计数的计数器测量比较结果Vco随计数器的时钟改变的时间段。定时测量单元13向下计数第一模拟信号并向上计数第二模拟信号，以从第一模拟信号中减去第二模拟信号。因此，可以获得已经仅仅进行了信号分量Vsig数字化的输出Do。

然而，在该方法中，转换时间可以与分级精度成比例增加。在A/D转换中，一般地，随着转换精度(每分级的电压)增加，可以转换的输入电压范围(动态范围)下降。作为替代，对于同一输入电压范围(动态范围)，分级数目增加，这种增加可能造成转换时间增加(或转换速度减小)或功耗增加。

例如，如果用相同级别的精度来检测时钟频率限定的基准电压和信号电压匹配时的定时，则可以通过减小基准电压的斜度而提高转换精度。由于必要的时钟的数目对于相同数目的分级不改变，所以在电功率或速度上不出现改变。然而，基准电压的振幅下降，因此用于A/D转换的输入电压范围变窄。这种情况下，为了增加分级的数目，就要使用更多的时钟，导致速度减小和电功率增加，同时也增加基准电压的振幅并减小用于A/D转换的输入电压范围。

通过增加时钟频率，可提高转换精度，而不减小基准电压的斜度，同时保存A/D转换速度不变。然而，预计功耗将增加。

即，随着转换精度增加，输入电压范围变窄，或速度或电功率可能下降。对于同一输入电压范围，可以用四倍时钟数来实现四倍转换精度。

此外，通过在信号电压中包含的噪声的级别或在图像的展开时段进行的放大的程度(增益)来确定用于A/D转换的转换精度(每分级的电压)。例如，如图3中所示，在图像传感器中，除了通过读取信号而生成的噪声Ndark以外，还相对于与入射光的强度成比例地产生的信号电荷N产生由N的平方根给出的光子散粒噪声，并且噪声量根据入射光的强度而增加。入射光强度越低，具有越小噪声绝对值的信号的幅度越小，而入射光强度越高，具有越大噪声绝对值的信号的幅度越大。由于这个原因，在光学散粒噪声对于更亮的区域更占优势的情况下，由A/D转换精度限定的量化噪声的影响依赖于信号的幅度(或亮度)而不同，并且所要求的AD转换精度可能很低。

一般来说，优选用于A/D转换的转换精度被设定得低于作为通过读取而生成的噪声与光子散粒噪声之和的总噪声级别，以防止在A/D转换中的量化噪声发展。然而，可以为了高转换精度而牺牲转换速度或功耗。

因此，例如，已经设想出如图3中图示的方法(例如，参见日本未审查专利公开No.2011-211535号)。在这种方法中，较高级别的转换精度(更小的每分级电压)D1被用于具有较低噪声级别的低入射光强度的区域，而较低级别的转换精度D2被用于具有光子散粒噪声比量化噪声更占优势的高入射光强度的区域，以改善A/D转换速度和功耗，而实质上在图像质量上不因量化噪声产生劣化。

在图示的方法中，以时分方式用具有不同斜度的基准电压对同一信号电压进行两次或多次A/D转换，以获得具有不同级别的转换精度的数字值，并且获得的数字值依赖于信号电压范围被转变(switch over)。因此，分级精度的级别可以通过在相同计数器时钟频率下变化基准电压Vref的斜度而改变。也可以改变计数器时钟频率而不变化基准电压Vref的斜度。尽管如此，频率上的减小可以导致A/D转换速度上的减小。因此，优选改变基准电压Vref的斜度。

在上述方法中，如图4中以时序图所图示，对第一模拟信号和第二模拟信号进行具有基准电压Vref的小斜度或高级别的分级精度的A/D转换。然后，对第二模拟信号和第三模拟信号进行具有基准电压Vref的较大斜度或较低级别的分级精度D2的A/D转换。用于第三模拟信号的A/D转换是用于对变化分量进行减法的处理。即，第一模拟信号和第三模拟信号两者都是变化分量(噪声分量)。

增加一倍分级精度相当于斜度减半，并且可能花两倍转换时间对同一输入信号范围进行A/D转换。在图4中图示的示例中，通过减小用于分级精度D1的输入信号范围，将较高级别的分级精度D1仅应用到具有小信号分量Vsig的范围，而将相对较低的低级别分级精度D2应用到具有大信号分量Vsig的范围。因此，进行两次AD转换可能花大约两倍转换时间来进行仅具有分级精度D2的AD转换，但如果转换精度D1被设定为转换精度D2的四倍那么大，则可能花进行仅具有分级精度D1的AD转换的转换时间的大约一半。

然而，在该方法中，作为信号分量的第二模拟信号总共被转换两次。变化分量(即，第一模拟信号和第三模拟信号)也总共被转换两次。由于变化分量的振幅一般小于信号分量的振幅，所以基准电压的振幅也小，而且对变化分量花的转换时段短于对信号分量花的转换时段。因此，特别地，对信号分量(即，第二模拟信号)总共进行了两次的转换可能有助于A/D转换速度的减小。

为了解决这个问题，在一种方法中，确定信号电压的幅度，用根据确定出的幅度选出的不同放大因子放大信号电压，以对于用于信号分量的单个A/D转换的时段，通过该信号电压范围切换用于A/D转换的转换精度的级别(例如，参见日本未审查专利公开No.2004-15701号)。

在该方法中，确定关于预定电压的像素输出的幅度，并且模拟信号根据确定结果被放大。由于模拟信号在A/D转换之前被放大，所以尽管不改变用于A/D转换的分级精度，但可以就关于信号分量的输入电压减小每最低有效位(LSB)的电压。换句话说，具有高分级精度的A/D转换能够应用于具有小信号振幅的低入射光强度的范围。

然而，在上述方法中，由于像素输出在模拟域中被放大，所以放大电路的放大因子的变化可以被添加作为固定模式噪声。另外，模拟放大可以导致以下风险：如果在去除变化分量ΔV后获得的信号分量Vsig未被放大，则变化分量ΔV可能被放大并且动态范围可能变窄(输出可能饱和)。因此，减法处理在模拟域中进行，这可能因对模拟计算精度的限制而造成诸如电路面积增加、功耗增加以及噪声增加的困难。

为了解决这些困难，在该方法中，通过切换基准电压的斜度获得用于A/D转换的不同级别的转换精度(例如，参见PTL 1)。在这种方法中，两个A/D转换电路连接到同一像素输出信号，并且具有不同斜度的基准电压Vref1和Vref2从两个基准电压生成单元分别输入到AD转换电路，以两个不同级别的分级精度执行AD转换。

然而，在该方法中，电路面积和功耗可能加倍。因此，使用一个AD转换电路，并使用确定单元以确定像素输出信号的幅度并根据像素输出信号的确定幅度选择具有不同斜度的两个基准电压Vref1和Vref2中的一个。变化分量ΔV经历比较单元在模拟域中的减法，并且对不同信号(Vsig)进行一次A/D转换。

然而，在该方法中，用于变化分量的减法也使用比较电路在模拟域中进行。因此，优选增加比较电路的电容Cin，以足够实现低噪声级别，与在数字域中进行减法时相比，这可能造成电路面积或功耗更大。

此外，另外配备确定像素输出信号的幅度的确定单元。由于确定单元的比较精度(偏移误差)和用于A/D转换的比较单元的比较精度(偏移误差)因误差而不同，所以在较宽的电压范围内提供基准电压。这是因为尽管确定单元因偏移误差而确定具有较低的入射光强度的区域(具有小输出振幅的范围)，但比较单元用于A/D转换的基准电压可以在基准电压Vref1的电压范围之外，从而产生输出图像被扰乱的风险。

<A/D转换上的改进>

因此，信号处理装置包括下列元件。比较单元构成为将来自单位像素的模拟信号输出与某一电压比较。选择单元构成为根据比较单元在模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个。切换单元构成为根据由选择单元获得的选择结果，切换要提供给比较单元的基准电压。测量单元构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号和提供给比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

在这种方式中，A/D转换中用于与基准电压比较的比较单元也用于与预定确定值比较，并且分级精度的级别使用比较结果来选择。因此，信号处理装置能够减小基准电压的电压范围余量，这会影响到确定的比较精度(偏移误差)，并能够获得高速度或低功耗的优点。换句话说，能够抑制或至少降低在A/D转换中的误差发生。

可以从构成为在多个基准电压之中提供具有高级别的分级精度的基准电压的基准电压生成单元提供预定确定值。

在这种方式中，通过使用提供具有高级别的分级精度的基准电压的基准电压生成单元设定预定确定值，信号处理装置能够进一步减小基准电压的电压范围余量，这会影响到比较精度(偏移误差)。

例如，如果基准电压Vref1比基准电压Vref2具有较高级别的转换精度(即，具有较低斜度的斜度电压)，则优选将预定确定值设定在能够对基准电压Vref1进行A/D转换的电压范围内。因此，如果由不同于对应于基准电压Vref1的电压生成单元设定预定确定值，则需要将基准电压Vref1的电压范围增加对应于电压设定误差(偏移)的量。通过与对应于具有高级别的转换精度的基准电压Vref1的电压生成单元相同的电压生成单元设定预定确定值，因而容许提供预定确定值而不增加电路的数目。另外，还能够消除电压设定误差。

选择单元在确定为模拟信号小于预定确定值作为由比较单元进行的比较结果时，可以在多个基准电压之中选择具有高级别的分级精度的基准电压，在确定为模拟信号大于预定确定值时，在多个基准电压之中选择具有低级别的分级精度的基准电压。切换单元可以促使将选择单元所选基准电压提供给比较单元。

即，高级别的分级精度被应用到量化噪声可能是主要噪声的区域，低级别的分级精度被应用到光子散粒噪声等占主导的区域。因此，信号处理装置能够实现提供等同于通过高分级A/D转换获得的图像质量的A/D转换，同时减小转换速度和功耗(或具有高速度和低功耗)。

比较单元可以将作为单位像素的噪声信号的第一模拟信号和作为包括单位像素的数据的信号的第二模拟信号中的每一个与提供给比较单元的基准电压比较，并且测量单元可以确定由比较单元在第一模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与由比较单元在第二模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

因此，信号处理装置能够在数字域进行用于去除变化分量的减法处理，并能够防止电路规模的增加或减法处理造成的功耗。

选择单元可以依次选择用于第一模拟信号的基准电压，切换单元可以促使将选择单元所选基准电压提供给比较单元，并且比较单元可以根据切换单元的控制，将第一模拟信号与每一个基准电压依次比较。此外，选择单元可以根据比较单元在第二模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择用于第二模拟信号的多个基准电压中的一个，切换单元可以促使将选择单元所选基准电压提供给比较单元，并且比较单元可以根据切换单元的控制，将第二模拟信号与选择单元所选基准电压比较。此外，测量单元可以确定在第二模拟信号和选择单元所选基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与在第一模拟信号和选择单元所选基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

在这种方式中，第一模拟信号(变化分量)与具有各个级别分级精度的基准电压比较。因此，信号处理装置能够以任何级别的分级精度对第二模拟信号(信号分量+变化分量)进行A/D转换。

信号处理装置还包括构成为提供多个基准电压的基准电压提供单元。

通过提供基准电压，信号处理装置能够容易地进行基准电压的扫描控制。

基准电压提供单元可以提供多个基准电压，以使预定范围中的电压与第一模拟信号和第二模拟信号在第一比较方向或第二比较方向上比较，第一比较方向是电压从低到高增加的方向，而第二比较方向是电压从高到低下降的方向。

因此，比较单元能够将第一模拟信号和第二模拟信号与预定范围内电压的基准电压比较。

基准电压提供单元可以提供多个基准电压，以使多个基准电压中的每一个在与前一基准电压的比较方向相反的比较方向上与第一模拟信号比较的方式，按分级精度的顺序将多个基准电压与第一模拟信号比较。

要依次应用到第一模拟信号的具有不同级别的分级精度的基准电压的比较方向依次交替，因而使得能够在开始用下一分级精度比较前消除比较结果Vco的转换。因此，信号处理装置能够减小A/D转换操作之间的稳定时间段，实现速度上的进一步提高。

基准电压提供单元可以提供由选择单元所选的基准电压，以使基准电压在作为基准电压与第一模拟信号比较的比较方向的相同比较方向上，与第二模拟信号比较。

因此，信号处理装置能够获得低噪声A/D转换而不因取决于基准电压的扫描方向的非线性(或迟滞)的不同而损害变化分量(即，第一模拟信号)的去除精度。

基准电压提供单元可以提供在多个基准电压之中具有最高级别的分级精度的基准电压，以使范围内的电压在第二比较方向上与第一模拟信号和第二模拟信号比较，并提供在多个基准电压之中具有最低级别的分级精度的基准电压，以使范围的电压在第一比较方向上与第一模拟信号和第二模拟信号比较。

因此，信号处理装置能够从比较单元在预定电压的确定结果中转换的逻辑值起，对第二模拟信号用分级精度的相应的级别进行A/D转换。因此，信号处理装置不再等待比较单元在A/D转换前转换以使逻辑稳定的时段，因而能够实现速度上进一步提高。

信号处理装置还可以包括多个套件，每一个套件包括比较单元、选择单元、切换单元以及测量单元。在多个套件的每一个套件中，选择单元可以包括第一保存单元和第二保存单元，第一保存单元和第二保存单元构成为保存比较结果。在多个套件的每一个套件中，第一保存单元可以保存比较结果直至对所有套件由比较单元获得的比较结果被保存在第一保存单元中。在多个套件的每一个套件中，第二保存单元可以在第一保存单元保存对所有套件的比较结果之后保存比较结果，根据保存的比较结果而选择多个基准电压中的一个。

在根据关于预定确定值的比较结果切换基准电压时，可能在基准电压中产生噪声。另外，噪声可能因对各个AD转换单元提供的时钟信号的延迟的不同而在其他比较结果中造成误差。如上所述，保存比较结果直至在第一保存单元中保存由比较单元对所有套件获得的比较结果。因此，能够降低这类噪声的任何影响。

本技术的实施例也可以实现为用于信号处理装置的信号处理方法。

实施例可以提供成像元件，包括：具有排列在其上的单位像素的像素阵列，每一个单位像素包括构成为对入射光进行光电转换的光电转换元件；比较单元构成为将在像素阵列中来自单位像素的模拟信号输出与某一电压比较；选择单元构成为根据由比较单元在模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个；切换单元构成为根据由选择单元获得的选择结果，切换要提供给比较单元的基准电压；以及测量单元，构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号和对比较单元提供的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

实施例还可以提供成像设备，包括：成像单元，构成为捕获被摄体的图像；以及图像处理单元，构成为对使用成像单元捕获的图像获得的图像数据进行图像处理，成像单元包括：具有排列在其上的单位像素的像素阵列，每一个单位像素包括构成为对入射光进行光电转换的光电转换元件，比较单元构成为将从像素阵列中单位像素输出的模拟信号与某一电压比较；选择单元构成为根据由比较单元在模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个，以及测量单元，构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号和对比较单元提供的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

因此，本技术的实施例可以作为信号处理装置或构成为进行与上述说明类似的信号处理的任何装置来实现。可通过软件实现部分或全部控制处理。

以下给出更具体的说明。

<CMOS图像传感器>

图5是图示互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器100的主要结构的示例的示图。图5中图示的CMOS图像传感器100是基于CMOS的成像元件或构成为处理从像素区域获得的图像信号的信号处理装置的示例。如图5中所示，CMOS图像传感器100包括：像素阵列111，以及A/D转换单元112，即，信号处理装置的示例。CMOS图像传感器100对入射到像素阵列111上的光进行光电转换以产生模拟信号；并且使用A/D转换单元112对模拟信号进行A/D转换以输出对应于基于入射光的图像的数字数据。

像素阵列111具有在图5中以方块指示的每一个包括光电转换元件的单位像素141的阵列(或矩阵)。在图5中，图示了单位像素141中的一些。像素阵列111中的像素数目是任意的。行数和列数也是任意的。

A/D转换单元112包括：每一个是对像素阵列111中的每一列配备的列A/D转换单元151，并且每一个列A/D转换单元151构成为对从相应列中的单位像素读出的模拟像素信号Vx进行A/D转换。每一个列A/D转换单元151是信号处理装置的一个示例。

在图5中，分别图示位于从像素阵列111中最左侧起的第一列的列A/D转换单元151-1、第二列的列A/D转换单元151-2以及第三列的列A/D转换单元151-3。实际上，A/D转换单元112包括与像素阵列111中的单位像素141的所有列的每一列相关联的列A/D转换单元151。除非另有专门地指定，将单独列A/D转换单元简称为列A/D转换单元151。

列A/D转换单元151的数目可以不与像素阵列111中的列数完全相同。例如，一个列A/D转换单元151可以对像素阵列111中的多个列的像素信号Vx进行A/D转换。例如，列A/D转换单元151可以按时分方式对相应列的像素信号Vx进行A/D转换处理。

CMOS图像传感器100还包括A/D转换控制单元110、控制定时生成单元121、像素扫描单元122、水平扫描单元123、基准电压生成单元131以及基准电压生成单元132。

例如，控制定时生成单元121将时钟信号提供给A/D转换控制单元110、A/D转换单元112、像素扫描单元122、水平扫描单元123、基准电压生成单元131以及基准电压生成单元132，以控制各个处理单元的操作的定时。

像素扫描单元122向像素阵列111中每一个单位像素141提供控制信号以控制其操作。水平扫描单元123以单位像素的行为单位依次输出从列A/D转换单元151提供的数字数据。

A/D转换控制单元110控制每一个列A/D转换单元151的操作。基准电压生成单元131将基准电压Vref1提供给列A/D转换单元151。基准电压生成单元132将与基准电压Vref1不同的基准电压Vref2提供给列A/D转换单元151。

A/D转换单元112的每一个列A/D转换单元151在由控制定时生成单元121控制的定时下操作。

每一个列A/D转换单元151包括切换单元161、比较单元162、选择单元163以及定时测量单元164。虽然在图5中图示了列A/D转换单元151-3的结构，但包括列A/D转换单元151-1和列A/D转换单元151-2的所有列A/D转换单元151具有与列A/D转换单元151-3的结构类似的结构。

切换单元161具有在基准电压生成单元131和比较单元162之间配备的开关，以使基准电压生成单元131和比较单元162之间的连接和不连接(接通和关断)，由选择单元163提供的控制信号SWR1控制。切换单元161还具有在基准电压生成单元132和比较单元162之间配备的开关，以使基准电压生成单元132和比较单元162之间的连接和不连接(接通和关断)，由选择单元163提供的控制信号SWR2控制。即，切换单元161将从基准电压生成单元131提供的基准电压Vref1和从基准电压生成单元132提供的基准电压Vref2中由选择单元163选择出的一个基准电压提供给比较单元162。

比较单元162将从每一个单位像素141读取的模拟像素信号Vx的电压与从切换单元161提供的基准电压(Vref1或Vref2)比较。比较单元162将比较结果Vco(指示哪个更大)提供给选择单元163和定时测量单元164。

比较单元162将像素信号Vx的电压与扫描某一电压宽度的基准电压比较，以便对像素信号Vx进行A/D转换。此外，比较单元162将像素信号Vx(第二模拟信号)与具有预定幅度的基准电压(预定确定值)比较，以便确定像素信号Vx(第二模拟信号)在其下经历A/D转换的分级精度。

在这种方式中，用于对像素信号Vx进行A/D转换的比较操作和用于确定分级精度的比较操作由公共比较单元(即比较单元162)进行。因此，列A/D转换单元151减小基准电压的电压范围所需的余量，因而实现高A/D转换速度或低功耗。

选择单元163根据A/D转换控制单元110的控制，选择要提供给比较单元162的基准电压。控制信号ADP和控制信号SWSQ被从A/D转换控制单元110提供给选择单元163。选择单元163根据从比较单元162提供的比较结果Vco，在基于控制信号ADP和控制信号SWSQ的定时处，选择基准电压Vref1和基准电压Vref2中的一个。选择单元163确定控制信号SWR1和控制信号SWR2的值，以使切换单元161能够将所选基准电压提供给比较单元162，并且将控制信号SWR1和控制信号SWR2提供给切换单元161。

定时测量单元164具有计数器，并且通过计数器来计数从比较单元162开始比较时至比较结果Vco的值改变时的时间段。定时测量单元164将计数值(即，从比较单元162开始比较时至比较结果Vco的值改变时的时间段长度)提供给水平扫描单元123作为像素信号Vx的数字数据。

定时测量单元164具有可进行向上和向下计数的计数器。因此，定时测量单元164能够通过进行计数操作，从作为第二模拟信号(信号电平+变化分量)和基准电压之间的比较结果而获得的计数值中，减去作为第一模拟信号(变化分量)和基准电压之间的比较结果而获得的计数值。即，定时测量单元164能够容易地进行上述减法。此外，由于定时测量单元164能够在数字域进行上述减法，所以能够减小电路规模或功耗。

现在说明图5中图示的选择单元163。图6A是图示选择单元163的主要结构的示例的示图。如图6A中所示，选择单元163包括锁存器171、“与”门172、“与”门173、“或”门174、“与”门175，“与”门176、“或”门177以及“非”门178-1至178-5。

选择单元163接受控制信号ADP、SWSQ以及PHI fb和比较结果Vco，并且输出控制信号SWR1和SWR2。控制信号PHI fb控制比较结果Vco的“非”(SWFB)被锁存时的定时。控制信号ADP和WSQ以及控制信号SWR1和SWR2的真值表如图6B中所示。

例如，在控制信号ADP处于低电平时，如果控制信号SWSQ处于低电平，则输出低电平控制信号SWR1并输出高电平控制信号SWR2。即，选择基准电压Vref2并提供给比较单元162。如果控制信号SWSQ处于高电平，则输出高电平控制信号SWR1并输出低电平控制信号SWR2。即，选择基准电压Vref1并提供给比较单元162。

此外，例如，在响应控制信号PHI fb的脉冲，将比较结果Vco的“非”保存在锁存器171中后，如果控制信号ADP处于高电平，则无论控制信号SWSQ的值如何，都输出信号SWFB(比较结果Vco的“非”)作为控制信号SWR1，并输出信号SWFB的“非”(比较结果Vco)作为控制信号SWR2。即，如果比较结果Vco处于低电平，则选择基准电压Vref1并提供给比较单元162。如果比较结果Vco处于高电平，则选择基准电压Vref2并提供给比较单元162。

现在说明图5中图示的单位像素141。图7是图示每一个单位像素141的主要结构的示例的示图。如图7中所示，单位像素141包括光电二极管181、转移晶体管182、复位晶体管183、放大晶体管184以及选择晶体管185。此外，单位像素141连接到垂直信号线186。除了单位像素141，表示负载的低电流源187也连接到垂直信号线186。

在作为光电转换元件的示例的光电二极管181中产生的光电荷，根据转移晶体管182的栅极上的控制信号TRG，被转移到节点FD处的寄生电容器，并经历电荷/电压转换。产生的电压连接到放大晶体管184的栅极，并在通过选择晶体管185的栅极上的控制信号SEL选择像素时输出到垂直信号线186作为像素信号Vx。此外，节点FD通过复位晶体管183的栅极上的控制信号RST被设定到预定电压Vrst，并能够作为表示放大晶体管184的变化分量等的像素信号Vx输出。

在以下的说明中，将通过控制信号RST设定为预定电压Vrst的像素信号Vx称为第一模拟信号，而将光电荷转换到和信号电平添加到的像素信号Vx称为第二模拟信号。

现在说明比较单元162。图8是图示比较单元162的主要结构的示例的示图。

如果像素信号Vx和基准电压Vref之间的幅度关系反转，则比较结果Vco从一种状态转换到另一种状态。通过控制信号PAZ存储差分放大电路的偏移误差，比较单元162能够更准确地将像素信号Vx与基准电压Vref比较。

<第一实施例的时序图>

接着，说明CMOS图像传感器100的操作和控制流程。图9是图示入射光强度低时(即第二模拟信号的振幅小时)A/D转换的示例的时序图。这里，说明在要对从某个单位像素141读取的像素信号Vx进行A/D转换的处理中的操作的定时。

在时刻T0，开始从单位像素141读取像素信号Vx，然后，在时刻T1，开始第一模拟信号(变化分量ΔV)的读取。

在时刻T2，基准电压生成单元131开始基准电压Vref1的电压扫描。基准电压生成单元131在从高到低的方向上(或比较方向)(即，从暗侧到亮侧扫描电压)以分级精度D1的级阶(例如，60uV/LSB)扫描基准电压Vref1。该扫描连续进行直至时刻T4。

在从时刻T0至时刻T4的时段期间，控制信号SWSQ设定处于高电平，控制信号ADP设定处于低电平，并且控制信号PHI fb设定处于低电平。即，选择单元163选择基准电压Vref1，并且切换单元161使基准电压生成单元131生成的基准电压Vref1被提供给比较单元162。

在从时刻T2至时刻T4的时段期间，在扫描基准电压Vref1时段，比较单元162将像素信号Vx(第一模拟信号)与基准电压Vref1比较。定时测量单元164在时刻T2开始对计数器的时钟计数。该计数连续进行直至像素信号Vx(第一模拟信号)和基准电压Vref1之间的比较结果Vco改变或直至已达到时刻T4。

假设比较结果Vco在先于时刻T4的时刻T3处改变。这种情况下，定时测量单元164在时刻T3结束计数。定时测量单元164输出当前计数值作为数字输出Do1。即，数字输出Do1是变化分量ΔV的数字值。

在完成了基准电压Vref1和第一模拟信号之间的比较时，然后将第一模拟信号与基准电压Vref2比较。在时刻T4，控制信号SWSQ被切换到低电平，并且切换单元161使基准电压生成单元132生成的基准电压Vref2被提供到比较单元162。

在等待比较结果Vco的值转换后，在时刻T5，基准电压生成单元132开始基准电压Vref2的电压扫描。基准电压生成单元132在从高到低的方向上(或比较方向)(即，从暗侧到亮侧扫描电压)以与分级精度D1不同的分级精度D2的级阶(例如，240uV/LSB)扫描基准电压Vref2。该扫描连续进行直至时刻T7。

在该时段期间，比较单元162将像素信号Vx(第一模拟信号)与基准电压Vref2比较。定时测量单元164在时刻T5开始对计数器的时钟计数。该计数连续进行直至像素信号Vx(第一模拟信号)和基准电压Vref1之间的比较结果Vco改变或直至已达到时刻T7。

假设比较结果Vco在先于时刻T7的时刻T6改变。这种情况下，定时测量单元164在时刻T6结束计数。定时测量单元164输出当前计数值作为数字输出Do2。即，数字输出Do2是变化分量ΔV的数字值。

在基准电压Vref1和Vref2以及第一模拟信号之间的比较完成时，然后将第二模拟信号与基准电压Vref1和Vref2比较。在时刻T4，控制信号SWSQ被切换到低电平，并且切换单元161使基准电压生成单元132生成的基准电压Vref2被提供给比较单元162。

因此，列A/D转换单元151使用基准电压Vref1和基准电压Vref2对第一模拟信号依次进行A/D转换。通过基准电压的电压扫描，比较结果Vco在像素信号Vx和基准电压Vrefx匹配的定时改变，并且定时被测量以使得能够获得作为数字值的电压值。该定时例如可以使用计数器电路来测量。计数器的时钟数目被计数，并且计数在比较结果Vco改变的定时处停止。因此，时间段、或在其上扫描基准电压直至比较结果Vco改变的电压宽度被记录为数字值。

关于基准电压Vref1的转换结果和关于基准电压Vref2的转换结果分别保存在数字输出Do1和Do2中。这里获得的数字值基于第一模拟信号，因而是通过像素复位获得的值、或变化分量ΔV的值。由于数字输出Do1和Do2以不同级别的分级精度通过同一第一模拟信号的A/D转换而获得，所以数字值的幅度不同。

然后，在从时刻T7至时刻T8的时段期间，列A/D转换单元151将基准电压Vref1设定为小于或等于基准电压Vref1相对于第二模拟信号的最大振幅的预定确定值，并将第二模拟信号与设定的基准电压Vref1比较。

使用在A/D转换中使用的比较单元162进行这种比较。在时刻T8，获得的比较结果Vco根据控制信号PHI fb的脉冲而锁存在选择单元163的锁存器171中，并且被捕获为信号SWFB。

基于这种比较结果，选择要与第二模拟信号比较的基准电压。在图9中图示的示例中，第二模拟信号的振幅小。因此，第二模拟信号与基准电压Vref1比较。在图9中图示的示例中，处于低电平的信号SWFB响应时刻T8的捕获而转换到高电平。

在捕获比较结果Vco后，控制信号ADP转换到高电平，并且基于信号SWFB选择要提供给比较单元162的基准电压。在图9中图示的示例中，由于信号SWFB变成高电平，所以控制信号SWR1变成高电平，而控制信号SWR2变成低电平。如上所述，选择基准电压Vref1。

在等待至比较结果Vco的值转换后，在时刻T9，基准电压生成单元131开始基准电压Vref1的电压扫描。基准电压生成单元131在从高到低的方向上(或比较方向)(即，从暗侧到亮侧扫描电压)以分级精度D1的级阶(step)扫描基准电压Vref1。该扫描连续进行直至时刻T11为止。

在该时段期间，比较单元162将像素信号Vx(第二模拟信号)与基准电压Vref1比较。定时测量单元164在时刻T9开始对计数器的时钟进行计数。该计数连续进行直至在像素信号Vx(第二模拟信号)和基准电压Vref1之间的比较的比较结果Vco改变为止或直至已达到时刻T11为止。

假设比较结果Vco在先于时刻T11的时刻T10改变。这种情况下，定时测量单元164在时刻T10结束计数。定时测量单元164输出当前计数值作为数字输出Do1。

由于第二模拟信号包含变化分量ΔV和信号分量Vsig，所以列A/D转换单元151对第二模拟信号进行A/D转换以产生数字值，并且从产生的数字值中减去第一模拟信号的事先确定出的数字值，以获得对应于信号分量Vsig的数字值。

在本时段(从时刻T9至时刻T11)期间，基准电压生成单元132还在从高到低的方向上(或比较方向)(即，从暗侧到亮侧扫描电压)以分级精度D2的级阶扫描基准电压Vref2。然而，在图9中，第二模拟信号的振幅小。因此，在切换单元161的控制下，不将基准电压Vref2提供给比较单元162(或不与第二模拟信号比较)。

接着，参照图10中图示的时序图来说明在入射光强度较高时(即在第二模拟信号的振幅较大时)的A/D转换的示例。

另外，在图10中，以类似于参照图9的上述方式进行第一模拟信号和基准电压之间的比较。即，将基准电压(Vref1和Vref2)与第一模拟信号依次比较。

还以类似于图9中图示的方式进行第二模拟信号和设定为小于或等于相对于第二模拟信号的最大振幅的预定确定值的基准电压Vref1之间的比较。即，以类似于图9中图示的方式进行从时刻T0至时刻T8的时段期间的处理。

然而，在图10中图示的示例中，由于第二模拟信号的振幅大，所以第二模拟信号与基准电压Vref2比较。在图10中图示的示例中，信号SWFB在时刻T8之后仍处于低电平。

在捕获比较结果Vco时，控制信号ADP转换到高电平。基于信号SWFB，控制信号SWR1变成低电平，而控制信号SWR2变成高电平。即，如上所述，选择基准电压Vref2。

在时刻T9，基准电压生成单元132开始基准电压Vref2的电压扫描。基准电压生成单元132在从高到低的方向上(或比较方向)(即，从暗侧到亮侧扫描电压)以分级精度D2的级阶扫描基准电压Vref2。该扫描连续进行直至时刻T11为止。

在该时段期间，比较单元162比较像素信号Vx(第二模拟信号)与基准电压Vref2。定时测量单元164在时刻T9开始对计数器的时钟计数。该计数连续进行直至像素信号Vx(第二模拟信号)和基准电压Vref2之间比较的比较结果Vco改变或直至已经到达时刻T11为止。

假设比较结果Vco在先于时刻T11的时刻T12改变。这种情况下，定时测量单元164在时刻T12结束计数。定时测量单元164输出当前计数值作为数字输出Do2。

通过上述处理，列A/D转换单元151从第二模拟信号的数字值中减去第一模拟信号的事先确定出的数字值，以获得对应于信号分量Vsig的数字值。

在本时段(从时刻T9至时刻T11)期间，基准电压生成单元131还在从高到低的方向上(或比较方向)(即，从暗侧到亮侧扫描电压)以分级精度D1的级阶扫描基准电压Vref1。然而，在图10中，第二模拟信号的振幅大。因此，在切换单元161的控制下，不将基准电压Vref1提供给比较单元162(或不与第二模拟信号比较)。

此外，定时测量单元164可以具有能够以可切换方式向上和向下计数的计数器，并且可以构成为在不同的计数方向上对第一模拟信号和第二模拟信号进行A/D转换。这可以容许与A/D转换同时地进行变化分量ΔV的减法。此外，关于第一模拟信号通过多个级别的分级精度获得的A/D转换结果可以保存在分离的定时测量单元中。这种情况下，通过使用指示确定结果的信号SWFB的值，能够容易地确定要使用哪个定时测量单元减去第二模拟信号。

因此，列A/D转换单元151可以抑制或至少降低在A/D转换中发生误差。另外，包括列A/D转换单元151的A/D转换单元112和CMOS图像传感器100还可以抑制或至少降低在A/D转换中发生误差。基准电压Vref1和基准电压Vref2的扫描方向(比较方向)是任意的。然而，优选在将第一模拟信号经历A/D转换时和在将第二模拟信号经历A/D转换时每一个基准电压的扫描方向(比较方向)相同，以便于信号分量Vsig的计算。

<时序图的另一示例>

在上述图9和图10中图示的示例中，第一模拟信号以不同级别的分级精度经历多次A/D转换。这种情况下，在每次A/D转换操作中转换的比较结果Vco造成在下一个A/D转换开始之前再次转换。由于这个原因，在多个A/D转换操作之间发生稳定时间段。换句话说，发生不必要的等待时段，用于A/D转换的处理时间可能变得不期望的长(可能减小A/D转换速度)。

因此，如在图11和图12中所示，具有不同级别的分级精度的基准电压的电压扫描方向Vref1和Vref2可以依次交替。这能够防止在从基准电压Vref1和第一模拟信号之间的比较完成时间至基准电压Vref2和第一模拟信号之间的比较开始时间的时段期间，比较结果Vco的转换。因此，列A/D转换单元151能够抑制发生稳定时间段，因而实现高速A/D转换处理。

图11是入射光强度较低时(即第二模拟信号的振幅较小时)的时序图。图12是入射光强度较高时(即，第二模拟信号的振幅较大时)的时序图。

由于不需要比较结果Vco的值转换，所以如在图11和图12中所示，能够在时刻T4开始基准电压Vref2和第一模拟信号之间的比较。即，比较图9和图10，至少能够省略从时刻T4至时刻T5的稳定时间段。

这种情况下，如图11和图12中所示，基准电压生成单元132在从低到高的方向上(或与对于基准电压Vref1的比较方向相反的比较方向)(即，从亮侧到暗侧扫描电压)扫描基准电压Vref2。该扫描连续进行直至时刻T26为止。

此外，假设比较结果Vco在先于时刻T26的时刻T25改变。这种情况下，定时测量单元164在时刻T25结束计数。定时测量单元164输出当前计数值作为数字输出Do2。

另外，在图11和图12中，以与图9和图10中类似的方式，进行具有高级别的分级精度的基准电压Vref1的预定确定值和第二模拟信号之间的比较(从时刻T26至时刻T27)。

还以与图9和图10中类似的方式，进行第二模拟信号和要扫描的基准电压之间的比较(从时刻T28至时刻T30)。注意，基准电压Vref1和基准电压Vref2在与第一模拟信号比较时的比较方向与在与第二模拟信号比较时的比较方向相同。例如，在图11中图示的示例中，在与第二模拟信号比较时，在从高到低的方向上(即，从暗侧到亮侧扫描)扫描基准电压Vref1，在从低到高的方向上(即，从亮侧到暗侧扫描)扫描基准电压Vref2。

在图11中图示的示例中，假设比较结果Vco在先于时刻T30的时刻T29改变。这种情况下，定时测量单元164在时刻T29结束计数。定时测量单元164输出当前计数值作为数字输出Do1。如图9，列A/D转换单元151能够容易地获得信号分量Vsig的数字值。

在图12中图示的示例中，假设比较结果Vco在先于时刻T30的时刻T39改变。这种情况下，定时测量单元164在时刻T39结束计数，并且输出当前计数值作为数字输出Do2。

如图12中所示，在基准电压的扫描方向相反时，测量从基准电压的扫描开始时至比较结果Vco改变时的定时，以关于第一模拟信号获得由Vfs1-ΔV给出的数字值。关于第二模拟信号获得由Vfs2-(Vsig+ΔV)给出的数字值。在使用向上/向下计数器进行减法时，由(Vfs2-Vfs1)-Vsig给出最终输出，其中Vfs1表示相对第一模拟信号扫描的基准电压的电压振幅，Vfs2表示相对第二模拟信号扫描的基准电压的电压振幅，两个振幅均已经获得。因此，列A/D转换单元151能够从上述数字值容易地计算信号分量Vsig。

<时序图的再一示例>

在图11和图12中图示的示例中，在第二模拟信号经历A/D转换之前，在确定时段之后比较结果Vco转换一次。这是因为，由于从暗侧起扫描用于具有比预定确定值更小的振幅(即，较暗)的第二模拟信号的基准电压Vref1，所以基准电压在从预定确定值改变到扫描开始值时超过像素信号Vx。

类似地，对于具有比预定确定值更大的振幅(即，较亮)的第二模拟信号，从亮侧扫描基准电压Vref2。由于基准电压Vref2在从预定确定值改变到扫描开始值时超过像素信号Vx，所以发生比较结果Vco的转换。

因此，列A/D转换单元151直至比较结果Vco的转换达到稳定才容许开始A/D转换。

因此，使每一个基准电压的比较方向(扫描方向)与图11和图12中图示的方向相反。即，基准电压生成单元131构成为在从低到高的方向(即，从亮侧到暗侧)上扫描具有高级别的分级精度的基准电压Vref1。此外，基准电压生成单元132构成为在从低到高的方向(即，从暗侧到亮侧)上扫描具有低级别的分级精度的基准电压Vref2。这能够防止在确定时段后直至下一个A/D转换操作为止的时段期间比较结果Vco的转换。因此，列A/D转换单元151能够实现更高的A/D转换速度。

图13和图14图示上述情况下的时序图的示例。图13图示入射光强度低时(即第二模拟信号的振幅小时)的时序图。图14图示入射光强度高时(即第二模拟信号的振幅大时)的时序图。

如图13和图14中所示，基准电压Vref1和基准电压Vref2的扫描方向(比较方向)与图11和图12中图示的示例中的扫描方向相反。因此，在第二模拟信号经历A/D转换时，在确定时段(时刻T27)后产生控制信号PHI fb的脉冲，并且基准电压Vref1和基准电压Vref2能够在控制信号ADP转换到高电平时的时刻被扫描。即，能够从该时间点起进行第二模拟信号和基准电压Vref1或基准电压Vref2之间的比较。因此，列A/D转换单元151能够省略从图11和图12中图示的时刻T27到时刻T28的稳定时间段，并且能够实现较高的A/D转换速度。

在图11和图12中图示的示例中，在将基准电压Vref2与第一模拟信号或第二模拟信号比较时，像基准电压Vref1那样，尽管在与基准电压Vref1的扫描方向相反的方向上扫描基准电压Vref2，定时测量单元164仍然测量从扫描开始时至比较结果Vco改变时的时段的长度。这使得难以直接获得对应于信号分量Vsig的数字值。

然而，如图13和图14中图示的示例，通过测量从比较结果Vco改变的定时至完成基准电压的扫描的定时的时段，定时测量单元164能够直接获得对应于信号分量Vsig的数字值。

例如，在图13中图示的示例中，在比较基准电压Vref1与第一模拟信号时，定时测量单元164测量从比较结果Vco改变的时刻T43至完成基准电压的扫描的时刻T4的时段。此外，在比较基准电压Vref1与第二模拟信号时，定时测量单元164测量从比较结果Vco改变的时刻T48至完成基准电压的扫描的时刻T49的时段(period)。上述这种测量容许定时测量单元164直接获得对应于信号分量Vsig的数字值。因此，定时测量单元164在使用向上/向下计数器进行减法时能够获得作为数字输出的信号分量Vsig。在图11和图12中图示的示例中，定时测量单元164可以按与上述说明类似的方式进行基准电压Vref2的计数。

<选择单元的其他示例>

同时，通过与预定确定值比较获得的比较结果Vco，由图6中图示的选择单元163作为SWFB来保存，并用于控制切换单元161在基准电压之间切换。从基准电压生成单元131提供预定确定值。因此，在通过在SWFB中反映比较结果来切换基准电压时，在基准电压中可能产生噪声。如图5中图示的CMOS图像传感器100中，在多个列A/D转换单元151使用公共基准电压的情况下，将控制信号PHI fb提供给列A/D转换单元151的定时可以相对彼此移位。这种情况下，已经反映了比较结果的一个列A/D转换单元151可能向基准电压添加噪声，并且误差可能被添加到其他的列A/D转换单元151的比较结果中，导致基准电压选择得不正确。

因此，如图15A中所示，选择单元163可以构成为使用控制信号PHI fb1和PHI fb2以两阶段操作来保存比较结果Vco。响应于控制信号PHI fb1限定对所有列A/D转换单元151要反映在SWFB中的比较结果，然后可以响应于控制信号PHI fb2来切换基准电压。

图15A是图示选择单元163的主要结构的示例图。在图15A中，选择单元163包括锁存器171-1和锁存器171-2，替代具有图6中图示的结构的锁存器171。锁存器171-1和锁存器171-2是与图6中图示的锁存器171类似的处理单元。除非另有特别指定，将锁存器171-1和锁存器171-2简称为锁存器171。锁存器171-1在由控制信号PHI fb1控制的定时处保存比较结果Vco的“非”，并输出其内保存的值作为信号SWFB0。锁存器171-2在由控制信号PHI fb2控制的定时处保存从锁存器171-1输出的信号SWFB0，并输出其内保存的值作为信号SWFB。

即，如图15B中的时序图中所示，锁存器171-1保存比较结果Vco的“非”，所有列A/D转换单元151保存比较结果Vco的“非”，然后锁存器171-2保存该保存比较结果Vco的“非”。即，信号SWFB的值被限定。因此，CMOS图像传感器100能够减小由一个列A/D转换单元151所选基准电压对由另一个列A/D转换单元151的基准电压的选择的影响。

图16和图17是图示在CMOS图像传感器100包括上述选择单元163、图7中图示的单位像素141以及图8中图示的比较单元162时，由图5中图示的CMOS图像传感器100进行的A/D转换的示例的时序图。图16是入射光强度低时(即第二模拟信号的振幅小时)的时序图。图17是入射光强度高时(即第二模拟信号的振幅较大时)的时序图。

基准电压Vref1和基准电压Vref2的比较方向(扫描方向)类似于图11和图12中的比较方向。然而，在图17中图示的示例中，如在前的“时序图的再一示例”节所述，定时测量单元164测量从比较结果Vco改变的定时至对基准电压Vref2的基准电压的扫描的完成的定时的时段。因此，定时测量单元164能够直接获得对应于信号分量Vsig的数字值。

<第一实施例的CMOS图像传感器的其他示例>

要应用的分级精度的级别数目可以是三个或更多。图18是图示使用三个级别的分级精度的CMOS图像传感器100的一部分的主要结构的示例的示图。

如图18中所示，除了基准电压生成单元131和基准电压生成单元132之外，CMOS图像传感器100还包括基准电压生成单元233。基准电压生成单元233是与基准电压生成单元131和基准电压生成单元132类似的处理单元，其生成以具有与基准电压Vref1和基准电压Vref2的级别不同的级别的分级精度D3扫描的基准电压Vref3。

CMOS图像传感器100包括替代列A/D转换单元151的列A/D转换单元251。列A/D转换单元251具有与列A/D转换单元151基本类似的结构，除了列A/D转换单元251使用三个基准电压(基准电压Vref1、基准电压Vref2以及基准电压Vref3)对像素信号Vx进行A/D转换之外，进行与列A/D转换单元151类似的处理。具体地，列A/D转换单元251包括替代切换单元161的切换单元261，以及替代选择单元163的选择单元263。

如图18中所示，切换单元261具有在选择单元263的控制下，将基准电压生成单元131、132以及233中的一个连接到比较单元162以及将剩余的基准电压生成单元与比较单元162断开的开关。具体地，切换单元261根据从选择单元263提供的控制信号SWR1至SWR3，将基准电压Vref1至Vref3中的一个提供给比较单元162。

选择单元263根据A/D转换控制单元110的控制来选择要提供给比较单元162的基准电压。将控制信号ADP和控制信号SWSQ从A/D转换控制单元110提供给选择单元263。选择单元263根据从比较单元162提供的比较结果Vco，在基于控制信号ADP和控制信号SWSQ的值的定时，选择基准电压Vref1至Vref3中的一个。选择单元263确定控制信号SWR1至SWR3的值，以使切换单元261能够将所选基准电压提供给比较单元162，并且将控制信号SWR1至SWR3提供给切换单元261。

图19是图示这种情况下A/D转换的示例的时序图。

在图19中，为了便于图示，基准电压Vref1至Vref3被集中图示为一个。具有最高级别的分级精度的基准电压Vref1被从亮侧到暗侧扫描，而具有最低级别的分级精度的基准电压Vref3被从暗侧到亮侧扫描。中间基准电压(即基准电压Vref2)的扫描设定为从亮侧到暗侧，以使在第一模拟信号的A/D转换期间扫描方向依次交替。

由于具有较高级别的分级精度的基准电压在确定时段期间用作预定确定值，所以基准电压Vref1和基准电压Vref2之间的边界使用基准电压Vref1来确定，而基准电压Vref2和基准电压Vref3之间的边界使用基准电压Vref2来确定。如果通过进行了两次的确定获得的比较结果Vco为“0，0”，则第二模拟信号处于信号范围A内，因而使用基准电压Vref1。如果比较结果Vco是“1，0”，则第二模拟信号处于信号范围B内，因而使用基准电压Vref2。如果比较结果Vco是“1，1”，则第二模拟信号处于信号范围C内，因而使用基准电压Vref3。这里，在每一个基准电压中，与应用于第一模拟信号的扫描方向相同的扫描方向也应用于第二模拟信号。根据确定出的信号范围将基准电压Vref1至Vref3中的一个应用于第二模拟信号。如图19中所示，在确定时段后和A/D转换前的时段内不需要比较结果Vco转换，并且能够实现高速操作。

在高速度操作中，中间基准电压(即基准电压Vref2)的扫描方向是任意的。例如，如果需要在与图19中图示的方向(从暗侧到亮侧)相反的方向上扫描基准电压Vref2，则在第一模拟信号的A/D转换期间以Vref2、Vref1、和Vref3的顺序应用基准电压，从而容许基准电压依次交替。另外，在确定时段期间将预定确定值以Vref2和Vref1的顺序应用于基准电压，因此即使基准电压Vref2的扫描方向是相反的(相对图19中图示的方向)，也防止比较结果Vco转换的次数增加。

因此，根据像素输出级别，以分级精度的级别应用A/D转换，因此实现高速度和低功耗AD转换操作，同时将高级别的分级精度应用于具有低噪声级别的低输出区域。特别地，能够防止用于确定输出级别的附加电路的面积增加，并且能够防止由基准电压的电压范围因确定误差的增加而造成的AD转换时段的增加。另外，可以减小在应用具有不同级别的分级精度的多个基准电压时AD转换操作之间的稳定时段，导致高AD转换速度。

<第二实施例>

<分布常数电路>

如以上第一实施例所述，在CMOS图像传感器100中，基准电压Vref1和基准电压Vref2连接到多个列A/D转换单元151。例如，如图20中所示，四个列A/D转换单元151(列A/D转换单元151-1、151-2、151-3以及151-4)平行地排列。

在图示的排列中，寄生电阻器Rref添加到从基准电压生成单元131或基准电压生成单元132连接至各个列A/D转换单元151的线。此外，在列A/D转换单元151中，作为分布常数电路而添加诸如比较单元162-1至162-4中的输入电容器Ci之类的寄生电容器。

为了比较第一模拟信号与基准电压Vref1，可以使用图21中图示的分布常数电路。为了比较第一模拟信号与基准电压Vref2，可以使用图22中图示的分布常数电路。在图示的情况下，所有列A/D转换单元151连接到基准电压Vref1和基准电压Vref2中的一个。

同时，例如，在所有第二模拟信号处于使用基准电压Vref1进行A/D转换的输出范围内时，获得图21中图示的连接状态，并且获得与使用基准电压Vref1将第一模拟信号经历A/D转换时的分布常数电路相同的分布常数电路。

因此，如图23中所示，即使因寄生电阻器和寄生电容器而对第一列到第四列的基准电压Vref1(例如Vref1_1、Vref1_2、Vref1_3以及Vref1_4)发生延迟变化，在第一模拟信号的A/D转换中和在第二模拟信号的A/D转换中各个节点的延迟(对于相应列，由双侧箭头301指示的时段中的延迟和由双侧箭头302指示的时段中的延迟)相同。因此，对应于信号分量Vsig的数字值作为A/D转换的结果而正确地输出。在图23中，为了便于图示，省略了关于基准电压Vref2的第一模拟信号的A/D转换时段和亮度确定时段的图示。

这同样应用于所有第二模拟信号处于使用基准电压Vref2进行A/D转换的输出范围的情况。由于图22中图示的分布常数电路用于第二模拟信号的A/D转换时段，所以在每一个节点Vref2_x上的延迟在第一模拟信号的AD转换时段中匹配相应节点上的延迟，并且信号分量Vsig被正确地转换为数字信号。

然而，对于第二模拟信号，在某些情况下，对于各个列，第二模拟信号V1至V4的电压范围包括用于基准电压Vref1的A/D转换范围和用于基准电压Vref2的A/D转换范围，即，对于预定确定值，可以包含大电压和小电压。在这样的情况下，根据每一个列的列A/D转换单元151的确定结果来选择基准电压Vref1或基准电压Vref2。

例如，假设第一列的第二模拟信号V1和第四列的第二模拟信号V4有小于预定确定值的信号振幅，并且第二列的第二模拟信号V2和第三列的第二模拟信号V3有大于预定确定值的信号振幅。这种情况下，对于第一列和第四列采用基准电压Vref1，而对于第二列和第三列采用基准电压Vref2。

这种情况下，使用图24中图示的分布常数电路。图示的分布常数电路不同于图21中图示的示例中的分布常数电路或图22中图示的示例中的分布常数电路。

在图24中图示的示例中，着眼于基准电压Vref1，如图25中所示，各个列的基准电压Vref1_x的延迟在由两侧箭头301指示的时段和由两侧箭头302指示的时段之间不同。特别地，位于远离基准电压生成单元131和基准电压生成单元132的位置的第四列的基准电压Vref1_4，由于减小的负载而有小延迟。因此，第四列的基准电压Vref1_4的输出值有对于用第一列的基准电压Vref1_1获得的信号分量Vsig而相当于延迟减小的量的误差ΔVd。

实际上，用于第一列的基准电压Vref1_1也有小于图23中的延迟的延迟，并有对于信号分量Vsig的误差。用于第一列的基准电压Vref1_1的误差小于用于第四列的基准电压Vref1_4的误差。因此，在图25中，为了便于图示，省略用于第一列的基准电压Vref1_1的误差的图示。此外，尽管在图25中没有图示在由两侧箭头302指示的时段中用于第二列的基准电压Vref1_2的波形和用于第三列的基准电压Vref1_3的波形，但用于第二列的基准电压Vref1_2和用于第三列的基准电压Vref1_3也有小于如用于第四列的基准电压Vref1_4的延迟，导致定时被移位。这同样应用于基准电压Vref2。

误差可以根据速率和以多个第二模拟信号包括在分配了不同级别的分级精度的电压范围内的位置分布而变化。因此，不容易用随后的图像处理来校正这样的误差，并且该误差可能造成劣化图像质量的噪声。

<分布常数电路的改进>

因此，信号处理装置包括下列元件。比较单元构成为将来自单位像素的模拟信号输出与某一电压比较。切换单元构成为如果需要就切换要提供给比较单元的基准电压，并构成为将具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个连接到比较单元和将其他基准电压连接到某个负载电容器。测量单元构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号和提供给比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

因此，对于第一模拟信号的A/D转换和第二模拟信号的A/D转换，信号处理装置能够对每一个列使用类似的分布常数电路。即，对每一个列，能够对于第一模拟信号的A/D转换和对于第二模拟信号的A/D转换，抑制或至少最小化延迟的移位，并且能够更准确地取得信号分量Vsig作为数字值。换句话说，能够抑制或至少降低在A/D转换中的误差发生。

负载电容器可以有等于或接近比较单元的电容的电容。

通过使负载电容器尽可能接近比较单元的等效电容，信号处理装置能够更精确地使延迟对各个列对齐，并且能够更准确地作为数字值取得信号分量Vsig。

信号处理装置还包括多个套件，每一个套件包括比较单元、切换单元以及测量单元。在多个套件的每一个套件中，多个基准电压中的每一个可以经由构成为放大信号电平的放大单元提供给切换单元，并且放大单元的输出可以关于跨越每一个级别的分级精度的套件彼此连接。

信号处理装置包括缓冲器，并且经由该缓冲器将基准电压提供给比较单元，从而防止在比较单元中产生的噪声的传播。信号处理装置还包括公共列线，从而平滑跨列的偏移变化。另外，在这种情况下，切换单元包括负载电容器。因此，信号处理装置能够更准确地作为数字值取得信号分量Vsig。

信号处理装置还包括：选择单元，构成为根据由比较单元在模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个；以及切换单元，根据由选择单元获得的选择结果，可以控制比较单元或负载电容器对多个基准电压中的每一个的连接。

因此，如以上第一实施例中所述，信号处理装置能够减小对确定的比较精度(偏移误差)有影响的基准电压的电压范围余量，并且能够获得高速度或低功耗的优点。

可以从基准电压生成单元提供预定确定值，该基准电压生成单元构成为提供多个基准电压之中具有高级别的分级精度的基准电压。

因此，如以上第一实施例中所述，信号处理装置能够进一步减小影响比较精度(偏移误差)的基准电压的电压范围余量。

此外，选择单元在确定模拟信号小于预定确定值作为由比较单元进行的比较的结果时，可以在多个基准电压之中选择具有高级别的分级精度的基准电压，并且在确定为模拟信号大于预定确定值时，在多个基准电压之中选择具有低级别的分级精度的基准电压。切换单元可以将选择单元所选基准电压连接到比较单元，并且将其他基准电压连接到负载电容器。

因此，如以上第一实施例中所述，信号处理装置能够提供预定确定值而不增加电路数目。另外，还能够消除电压设定误差。

此外，比较单元可以将作为单位像素的噪声信号的每一个第一模拟信号和作为包括单位像素的数据的信号的第二模拟信号与基准电压比较。测量单元可以确定由比较单元在第一模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与由比较单元在第二模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

因此，如以上第一实施例中所述，信号处理装置能够进行用于在数字域中去除变化分量的减法处理，并且能够防止因减法处理造成的电路规模或功耗的增加。

此外，选择单元可以依次选择对于第一模拟信号的基准电压，切换单元可以将选择单元所选基准电压连接到比较单元并将其他基准电压连接到负载电容器，并且比较单元可以根据切换单元的控制将第一模拟信号与每一个基准电压依次比较。此外，选择单元可以根据比较单元在第二模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择对于第二模拟信号的多个基准电压中的一个，切换单元可以将选择单元所选基准电压连接到比较单元并将其他基准电压连接到负载电容器，比较单元可以根据切换单元的控制，将第二模拟信号与选择单元所选基准电压比较。测量单元可以确定在第二模拟信号和由选择单元所选基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与在第一模拟信号和由选择单元所选基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

因此，如以上第一实施例中所述，信号处理装置能够以分级精度的任意电平对第二模拟信号(信号分量+变化分量)进行A/D转换。

信号处理装置还包括构成为将多个基准电压提供给切换单元的基准电压提供单元。

因此，如以上第一实施例中所述，信号处理装置能够容易地进行基准电压的扫描控制。

此外，基准电压提供单元可以将多个基准电压提供给切换单元，以使预定范围的电压在从低到高电压增加的第一比较方向上或在从高到低电压下降的第二比较方向上，与第一模拟信号和第二模拟信号比较。切换单元可以在从基准电压提供单元提供的多个基准电压之中将选择单元所选基准电压连接到比较单元，将其他基准电压连接到负载电容器。

因此，如以上第一实施例中所述，比较单元能够将第一模拟信号和第二模拟信号与预定范围的电压的基准电压比较。

此外，基准电压提供单元可以将多个基准电压提供给切换单元，以多个基准电压中的每一个在与前一基准电压的比较方向相反的比较方向上与第一模拟信号比较的方式，按分级精度的顺序将多个基准电压与第一模拟信号比较。

因此，如以上第一实施例中所述，信号处理装置能够减小A/D转换操作之间的稳定时间段，可以实现速度上进一步提高。

此外，基准电压提供单元可以将选择单元所选基准电压提供给切换单元，以在相同的比较方向作为比较基准电压与第一模拟信号的比较方向上，将基准电压与第二模拟信号比较。

因此，如以上第一实施例中所述，信号处理装置能够实现低噪声A/D转换而不因取决于基准电压的扫描方向的非线性(或迟滞)的不同而损害变化分量(即，第一模拟信号)的去除精度。

此外，基准电压提供单元可以提供在多个基准电压之中具有最高级别的分级精度的基准电压，以使该范围中的电压在第二比较方向上与第一模拟信号和第二模拟信号比较，并且提供在多个基准电压之中具有最低级别的分级精度的基准电压，以使该范围中的电压在第一比较方向上与第一模拟信号和第二模拟信号比较。

因此，如以上第一实施例中所述，信号处理装置能够从比较单元在预定电压的确定结果中转换到的逻辑值起，对第二模拟信号用各个级别的分级精度进行A/D转换。因此，信号处理装置不再等待比较单元在A/D转换前转换以使逻辑稳定的时段，因而能够实现速度上进一步提高。

本技术的实施例也可以作为用于信号处理装置的信号处理方法来实现。

实施例可以配备包括下列元件的成像元件。像素阵列具有排列在其上的单位像素，每一个单位像素包括构成为对入射光进行光电转换的光电转换元件。比较单元构成为将来自像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较。切换单元构成为切换要提供给比较单元的基准电压，并构成为将具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个连接到比较单元并将其他基准电压连接到某个负载电容器。测量单元构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号和提供给比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

实施例可以还配备包括下列元件的成像设备。成像单元构成为捕获被摄体的图像。图像处理单元构成为对使用成像单元捕获图像获得的图像数据进行图像处理。成像单元包括以下元件。像素阵列具有排列在其上的单位像素，每一个单位像素包括构成为对入射光进行光电转换的光电转换元件。比较单元构成为将来自像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较。切换单元构成为切换要提供给比较单元的基准电压，并构成为将具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个连接到比较单元并将其他基准电压连接到某个负载电容器。测量单元构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号和提供给比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

因此，本技术的实施例可以作为信号处理装置或构成为进行与上述说明类似的信号处理的任何装置来实现。可通过软件实现部分或全部控制处理。

以下进行更具体的说明。

<切换单元的另一示例>

为了对于每一列，对第一模拟信号的A/D转换和第二模拟信号的A/D转换使用类似的分布常数电路，例如，图5中图示的CMOS图像传感器100包括图26中图示的切换单元361，替代切换单元161。

如图26中所示，切换单元361包括开关371、开关372以及负载电容器373。

开关371根据控制信号SWR1和控制信号SWR2的值，将提供基准电压Vref1_x的基准电压生成单元131连接到比较单元162或负载电容器373。例如，开关371根据控制信号SWR1和控制信号SWR2的值，将基准电压生成单元131连接到比较单元162，并且将基准电压生成单元131与负载电容器373断开。此外，例如，开关371根据控制信号SWR1和控制信号SWR2的值，将基准电压生成单元131与比较单元162断开，并且将基准电压生成单元131连接到负载电容器373。

开关372根据控制信号SWR1和控制信号SWR2的值，将提供基准电压Vref2_x的基准电压生成单元132连接到比较单元162或负载电容器373。例如，开关372根据控制信号SWR1和控制信号SWR2的值，将基准电压生成单元132连接到比较单元162，并且将基准电压生成单元132与负载电容器373断开。此外，例如，开关372根据控制信号SWR1和控制信号SWR2的值，将基准电压生成单元132与比较单元162断开，并且将基准电压生成单元132连接到负载电容器373。

换句话说，开关371和开关372选择要连接到比较单元162和负载电容器373的基准电压生成单元。即，开关371和开关372根据控制信号SWR1和控制信号SWR2的值，将基准电压生成单元131和基准电压生成单元132中的一个连接到比较单元162，并且将另一个连接到负载电容器373。

负载电容器373被设计为具有与比较单元162的输入电容Ci相等或接近的电容Cj。负载电容器373例如由电容器等形成。

切换单元361用于每一个列A/D转换单元151。因此，如图24所示，即使选择了具有不同级别的分级精度的基准电压，也获得图27中图示的分布常数电路。即，如在图21和图22所图示的示例中的分布常数电路中那样，对所有列，能够抑制或至少最小化在第一模拟信号的A/D转换和第二模拟信号的A/D转换之间的基准电压Vref的延迟的移位。

因此，如图28中所示，在由两侧箭头301指示的时段中对各个列基准电压Vref1_x的延迟与在由两侧箭头302指示的时段中那些延迟是类似的，并且能够在两个时段中正确地作为数字值获得信号分量Vsig。另外，对于基准电压Vref2_x，能够抑制或至少最小化该延迟的移位。换句话说，能够抑制或至少降低在A/D转换中的误差发生。

切换单元361中的负载电容器373的电容Cj被设计为等于或接近比较单元162的输入电容Ci。比较单元162以例如图8中图示的方式构成。这种情况下，比较单元162的输入电容由电容器Caz、晶体管M1以及晶体管M2的电容组成。

因此，如图29中所示，可以使用例如包括电容器Caz、晶体管M1以及晶体管M2的等效电路构成负载电容器373。

负载电容器373也可以例如使用如图30中图示的、在其内由具有接近晶体管M1的电容的电容器Cm1替代晶体管M1和由具有接近晶体管M2的电容的电容器Cm2替代晶体管M2的电路构成。注意，仅仅晶体管M1和晶体管M2中的一个可以被电容器替代。

负载电容器373也可以例如由图31中图示的、具有等于或接近电容器Caz、晶体管M1以及晶体管M2的组合电容的电容的一个电容器形成。

<第二实施例的CMOS图像传感器的另一示例>

图32是图示CMOS图像传感器400的主要结构的示例的示图。图32中图示的CMOS图像传感器400是基本上类似于CMOS图像传感器100的图像传感器，并且构成为具有与CMOS图像传感器100的结构类似的结构，并且进行类似于CMOS图像传感器100的处理的处理。CMOS图像传感器400被构成为每一个列A/D转换单元151包括缓冲器411，而且列A/D转换单元151通过公共列线412彼此连接。此外，CMOS图像传感器400包括切换单元361，替代切换单元161。

缓冲器411是位于基准电压生成单元131和基准电压生成单元132的各自信号输出线与切换单元361的输入之间的放大单元。基准电压Vref经由缓冲器411提供给切换单元361。这种配置能够防止在一个列A/D转换单元151的比较单元162中产生的噪声经由基准电压影响其他列A/D转换单元151。

每一个公共列线412连接对应于相同基准电压的缓冲器411的输出。因此，能够平滑缓冲器411在各个列A/D转换单元151上的偏移变化。

然而，由于列A/D转换单元151经由公共列线412彼此连接，因此如在上述CMOS图像传感器100中那样，因分布常数电路中的改变，基准电压的延迟的变化也可能出现在CMOS图像传感器400中。

为了解决这样的问题，每一个列A/D转换单元151包括切换单元361，并且能够抑制或至少最小化基准电压的延迟的移位。换句话说，能够抑制或至少降低在A/D转换中的误差发生。

另外，例如，可以由先于比较单元162的输入的模拟运算电路进行第一模拟信号和第二模拟信号之间的减法，并且可以使用预定确定值来比较该操作的结果(即在已经除去变化分量之后获得的信号分量)。然后，可以选择分级精度(基准电压)，并且可以通过单个A/D转换操作获得数字值。另外，在这种情况下，即使对于相同的信号电压，仍有以下问题：基准电压的延迟根据由其他的像素信号选出的分级精度而变化，并在数字值中造成误差。使用切换单元361能够抑制或至少最小化基准电压的延迟的移位。换句话说，能够抑制或至少降低在A/D转换中的误差发生。

此外，定时测量单元164可以使用任何测量方法。例如，定时测量单元164可以包括计数器，并且可以构成为通过根据从比较单元162输出的比较结果Vco停止计数器来进行测量。作为替代，定时测量单元164可以包括向上/向下计数器，并且可以构成为计算在A/D转换期间第一模拟信号和第二模拟信号之间的差或在比较结果Vco的定时处在锁存器电路中保存计数值。也可以使用任何其他方法，或可以将多个方法组合使用。例如，要处理的目标可以使用期望的方法分成诸如高位和低位之类的部分，并且可以对这些部分应用不同方法。

因此，切换单元中配备的负载电容器能够消除或减小因并发使用具有不同级别的分级精度的A/D转换操作而在基准信号的延迟时间上的改变而造成的A/D转换误差。因此，能够防止或至少降低图像质量上的劣化。

<第三实施例>

<串扰和不足斜度>

图33A至图33C是说明耦合和串扰的示例的示图。如图33A中所示，如果存在诸如基准电压Vref1和基准电压Vref2之类的多个基准电压，则难以实际地彻底消除在线之间或通过其他信号线(诸如GND)进行耦合的寄生电容。因此，在基准信号之间能够产生信号串扰。

例如，如图33B中所示，在入射光强度低时，图像输出在第一次使用基准电压Vref1获得复位电平的结果和使用在入射光强度确定后所选基准电压Vref1获得的信号电平的结果之间是不同的。

在要获得复位电平时，所有列A/D转换单元151使用基准电压Vref1操作。另一方面，在要获得信号电平时，也可以根据入射光强度采用基准电压Vref2，因而所有基准电压Vref操作。

因此，例如，参照图33B，因基准电压Vref2而在基准电压Vref1中产生串扰，并且在获得复位电平时和在获得信号电平时，可能在基准电压Vref1的斜度之间发生误差。另外，在图33C中图示的示例中，在获得复位电平时和在获得信号电平时，可能在基准电压Vref2的斜度之间发生误差。

此外，在基准电压的斜度的开头，可以采用某个稳定时间段直至斜度从信号线的时间常数变得稳定。如果斜度不足够稳定，则可能在获得信号电平和复位电平之间的差时发生误差。

然而，在光接收元件或读取电路的非线性被积累的亮区域中，上述问题大体上忽略不计。即，在具有小信号振幅的区域(或具有低入射光强度的区域)中，问题不明显。因此，如图34A中所示，在暗区域至亮区域扫描基准电压时，如果信号振幅小，则获得复位电平时和获得信号电平时的斜度大体上匹配，并且即使斜度不足以为常数，也不产生问题。

相反，如图34B中所示，在从亮区域到暗区域扫描基准电压时，如果信号振幅小，则在获得复位电平时斜度不足以为常数，而在获得信号电平时斜度是稳定的。因此，可能产生误差。

<串扰和不足斜度的改进>

因此，信号处理装置包括下列元件。比较单元构成为将来自单位像素的模拟信号输出与某一电压比较。基准电压提供单元构成为提供具有不同级别的分级精度的多个基准电压。切换单元构成为如果需要就切换要提供给比较单元的基准电压，并构成为将从基准电压提供单元提供的多个基准电压连接到比较单元。测量单元构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号和提供给比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。基准电压提供单元将用于第一模拟信号的所有多个基准电压反复提供等于基准电压数目的次数，第一模拟信号是单位像素的噪声信号。切换单元逐一地将从基准电压提供单元提供的基准电压依次提供给比较单元。比较单元根据切换单元的控制，将第一模拟信号和每一个基准电压依次比较。基准电压提供单元提供用于第二模拟信号的所有多个基准电压，第二模拟信号是包含单位像素的数据的信号。切换单元将从基准电压提供单元提供的多个基准电压中的一个基准单元提供给比较单元。比较单元将根据切换单元的控制提供的基准电压和第二模拟信号比较。测量单元确定由比较单元在第二模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与由比较单元在第一模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

因此，信号处理装置能够对复位电平的取得和信号电平的取得产生相同的串扰。因此，信号处理装置能够克服在复位电平的取得和信号电平的取得中的斜度误差，并且能够抑制图像质量上的劣化。换句话说，能够抑制或至少降低在A/D转换中的误差发生。

基准电压提供单元可以将多个基准电压中的每一个提供给切换单元，以使在用于多次将基准电压提供给第一模拟信号和用于每次将多个基准电压提供给第二模拟信号的共同比较方向上，比较预定范围中的电压。

因此，信号处理装置能够容易地产生用于复位电平的取得时和信号电平的取得时的相同的串扰。

基准电压提供单元可以设定每一个基准电压的偏移，以使在多次将基准电压提供用于第一模拟信号中，将当前操作中的基准电压的终值设定为下一个操作中的初始值。

如果基准电压的长度足够地增加，则用于取得复位电平的基准电压可能会聚到某个斜度。然而，A/D转换时间可能增加，并且帧速率可能下降。为了解决这样的不便，通过扫描基准电压，以使获得复位电平时的斜度波形扩展，信号处理装置能够容许在获得复位电平时斜度足够地会聚而不减小帧速率，并能够消除或最小化在获得复位电平时和获得信号电平时之间的误差。

此外，基准电压提供单元可以将多个基准电压提供给切换单元，以使以多个基准电压中的每一个在与前一基准电压的比较方向相反的比较方向上与第一模拟信号比较的方式，按分级精度的顺序将多个基准电压与第一模拟信号比较。

对第一模拟信号依次交替要依次应用的具有不同级别的分级精度的基准电压的比较方向，因而使得能够在开始用下一个分级精度比较前消除比较结果Vco的转换。因此，信号处理装置能够减小A/D转换操作之间的稳定时间段，实现速度上的进一步提高。

本技术的实施例也可以作为用于信号处理装置的信号处理方法来实现。

实施例可以提供包括下列元件的成像元件。像素阵列具有其上排列的单位像素，每一个单位像素构成为包括对入射光进行光电转换的光电转换元件。比较单元构成为将来自像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较。基准电压提供单元构成为提供具有不同级别的分级精度的多个基准电压。切换单元构成为如果需要就切换要提供给比较单元的基准电压，并且构成为将从基准电压提供单元提供的多个基准电压中的一个连接到比较单元。测量单元构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号提供给比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。基准电压提供单元将用于第一模拟信号的所有多个基准电压反复提供等于基准电压数目的次数，第一模拟信号是单位像素的噪声信号。切换单元逐一地将从基准电压提供单元提供的基准电压依次提供给比较单元。比较单元根据切换单元的控制，将第一模拟信号和每一个基准电压依次比较。基准电压提供单元提供用于第二模拟信号的所有多个基准电压，第二模拟信号是包含单位像素的数据的信号。切换单元将从基准电压提供单元提供的多个基准电压中的一个基准单元提供给比较单元。比较单元将根据切换单元的控制提供的基准电压和第二模拟信号比较。测量单元确定由比较单元在第二模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与由比较单元在第一模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

本技术的另一实施例可以配备包括下列元件的成像设备。成像单元构成为捕获被摄体的图像。图像处理单元构成为对使用成像单元捕获图像获得的图像数据进行图像处理。成像单元包括下列元件。像素阵列具有排列在其上的单位像素，每一个单位像素包括构成为对入射光进行光电转换的光电转换元件。比较单元构成为将来自像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较。基准电压提供单元构成为提供具有不同级别的分级精度的多个基准电压。切换单元构成为如果需要就切换要提供给比较单元的基准电压，并构成为将从基准电压提供单元提供的多个基准电压中的一个连接到比较单元。测量单元构成为在切换单元的切换控制下，测量由比较单元在模拟信号和提供给比较单元的基准电压之间的比较的比较结果的改变的定时。基准电压提供单元将用于第一模拟信号的所有多个基准电压反复提供等于基准电压数目的次数，第一模拟信号是单位像素的噪声信号。切换单元逐一地将从基准电压提供单元提供的基准电压依次提供给比较单元。比较单元根据切换单元的控制，将第一模拟信号和每一个基准电压依次比较。基准电压提供单元提供用于第二模拟信号的所有多个基准电压，第二模拟信号是包含单位像素的数据的信号。切换单元将从基准电压提供单元提供的多个基准电压中的一个基准单元提供给比较单元。比较单元将根据切换单元的控制提供的基准电压与第二模拟信号比较。测量单元确定由比较单元在第二模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与由比较单元在第一模拟信号和基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

因此，本技术的实施例可以作为信号处理装置或构成为进行与上述说明类似的信号处理的任何装置来实现。可通过软件实现部分或全部控制处理。

以下给出更具体的说明。

<第三实施例的时序图>

例如，在图9和图10中，如图35和图36中的圆圈指示的那样，还扫描在第一模拟信号的A/D转换中未被选择的基准电压。

具体地，在从时刻T2至时刻T4的时段期间还扫描基准电压Vref2，并且在从时刻T5至时刻T7的时段期间还扫描基准电压Vref1。因此，可能以与第二模拟信号的A/D转换期间类似的方式在第一模拟信号的A/D转换期间产生串扰。因此，列A/D转换单元151能够除去或减小在获得复位电平时和在获得信号电平时的斜度误差，并且能够防止或至少最小化图像质量上的劣化。换句话说，能够抑制或至少降低在A/D转换中的误差发生。

在以图11和图12中图示的时序图扫描基准电压时，如图37和图38中图示的时序图中那样，如图37和图38中圆圈指示的那样，可以扫描不在第一模拟信号的A/D转换期间所选的基准电压。

在以图16和图17中图示的时序图扫描基准电压时，如图39和图40中图示的时序图中那样，可以扫描不在第一模拟信号的A/D转换期间所选的基准电压。

如图39和图40中所示，在第一模拟信号的A/D转换期间扫描基准电压Vref，以将在获得复位电平时的斜度波形扩展。因此，信号处理装置容许斜度在获得复位电平时足够地会聚而不减小帧速率，并且能够消除或至最小化获得复位电平时和获得信号电平时之间的误差。

<第四实施例>

<成像设备>

图41是图示包括上述信号处理装置的成像设备800的示例结构的框图。图41中图示的成像设备800是构成为捕获被摄体的图像并将被摄体的图像转换成电信号来输出电信号的设备。

如图41中所示，成像设备800包括光学单元811、CMOS传感器812、A/D转换器813、操作单元814、控制单元815、图像处理单元816、显示单元817、编解码处理单元818以及记录单元819。

光学单元811包括：镜头，调整与被摄体的焦距并收集来自被摄体处于焦点的位置的光；光圈，调整曝光；快门，控制捕获图像的定时；等等。光学单元811容许来自被摄体的光(入射光)从中穿过，并将光提供给CMOS传感器812。

CMOS传感器812对入射光进行光电转换以产生电信号，并在逐个像素的基础上，将信号(像素信号)提供给A/D转换器813。

A/D转换器813将从CMOS传感器812提供的像素信号以预先确定的定时转换成数字数据(图像数据)，并依次将数字数据以预先确定的定时提供给图像处理单元816。

操作单元814例如包括jog dial(注册商标)、键盘、按钮、触摸板等。操作单元814接受由用户给出的操作，并将对应于操作输入的信号提供给控制单元815。

控制单元815根据对应于由用户给出的、从操作单元814输入的操作输入的信号，控制光学单元811、CMOS传感器812、A/D转换器813、图像处理单元816、显示单元817、编解码处理单元818以及记录单元819的驱动，以使各个单元进行有关图像捕获的处理。

图像处理单元816对从A/D转换器813提供的图像数据进行各种类型的图像处理，例如混色校正、黑电平校正、白平衡调整、去马赛克处理、矩阵变换处理、伽玛校正以及YC转换。图像处理单元816将进行了图像处理的图像数据提供给显示单元817和编解码处理单元818。

显示单元817例如构成为液晶显示器，并且基于从图像处理单元816提供的图像数据显示被摄体的图像。

编解码处理单元818使用预定方法将从图像处理单元816提供的图像数据编码，并将编码后的数据提供给记录单元819。

记录单元819记录从编解码处理单元818提供的编码后的数据。如果需要，由图像处理单元816读取并解码在记录单元819上记录的编码后的数据。将由解码处理获得的图像数据提供给显示单元817，并显示相应的图像。

本技术的上述实施例的任意一个实施例可以用作包括成像设备800的CMOS传感器812和A/D转换器813的处理单元。在第一实施例至第三实施例中所述的CMOS图像传感器(例如，CMOS图像传感器100或CMOS图像传感器400)可以用作包括CMOS传感器812和A/D转换器813的处理单元。因此，包括CMOS传感器812和A/D转换器813的处理单元能够抑制或至少降低在A/D转换中的误差发生。因此，成像设备800能够通过捕获被摄体的图像而获得更高质量的图像。

根据本技术的实施例的成像设备不限于上述结构，也可以使用任何其他结构。例如，可以使用根据本技术的实施例的电荷耦合器件(CCD)图像传感器替代CMOS传感器812。根据本技术的实施例的成像设备可以是例如具有图像捕获功能的信息处理设备，例如移动电话、智能手机、平板装置、或个人计算机，以及数码相机或摄像机。根据本技术的实施例的成像设备还可以是附连到另一个信息处理设备(或一体化为内置装置)以便使用的相机模块。

<第五实施例>

<计算机>

上述一系列处理(例如，上述实施例中说明的用于控制A/D转换的处理(例如，用于提供各种控制信号处理等等))可以通过硬件或软件来执行。

例如，在图5中图示的CMOS图像传感器100中，A/D转换控制单元110可以通过软件执行用于提供各种控制信号的处理。在不限于图5中图示的示例中进行的处理(例如图32中图示的示例中的处理)可以通过软件实现。由除了A/D转换控制单元110之外的装置进行的处理(例如通过使用基准电压生成单元131、基准电压生成单元132等用于提供基准电压的处理)也可以由软件实现。

在通过软件执行一系列处理时，构成软件的程序被安装在计算机中。计算机的示例包括专用硬件中混合的计算机以及通过在其内安装各种程序而可执行各种功能的通用个人计算机。

图42是图示通过使用程序执行上述一系列处理的计算机900的硬件结构示例的框图。

在图42中图示的计算机900中，中央处理单元(CPU)901、只读存储器(ROM)902以及随机存取存储器(RAM)903通过总线904彼此连接。

输入/输出接口910也可连接到总线904。输入单元911、输出单元912、存储单元913、通信单元914以及驱动器915连接到输入/输出接口910。

输入单元911例如包括键盘、鼠标、话筒、触摸板、输入终端等。输出单元912例如包括显示器、扬声器、输出终端等。存储单元913例如包括硬盘、RAM盘、非易失性存储器等。通信单元914例如包括网络接口等。驱动器915驱动诸如磁盘、光盘、磁光盘或半导体存储器之类的可移动介质921。

在具有上述结构的计算机900中，CPU 901通过输入/输出接口910和总线904将例如存储单元913中存储的程序装载到RAM 903中，并执行程序以进行上述一系列处理。如果需要，RAM 903也存储用于CPU 901执行各种处理所需的数据等。

要由计算机900(即，CPU 901)执行的程序可以记录在可移动介质921(作为例如包介质等使用)上。程序也可以通过有线或无线传输介质(诸如局域网、因特网、或数字卫星广播)来提供。

在计算机900中，程序可以通过在驱动器915中插入可移动介质921经由输入/输出接口910被安装到存储单元913中。程序也可以通过通信单元914经由有线或无线传输介质来接收，并可以被安装到存储单元913中。程序也可以预先安装在ROM 902或存储单元913中。

计算机可执行程序可以是以其被叙述的顺序按照时序方式进行处理的程序，或可以是并行进行或在诸如调用时的必要定时进行的处理的程序。

在本说明书中，说明记录介质中存储的程序的步骤包括要以被叙述的顺序按时序方式进行的处理，但并不是必须的，并且包括并行或独立地执行的处理。

在本说明书中，术语“系统”是指一组构成元件(设备、模块(组件)等等)，无论所有构成元件是否容纳在同一壳体内。因此，分离的壳体中容纳并经由网络连接的多个设备以及包括单个壳体中容纳的多个模块的单个设备可以被定义为系统。

作为单个设备(或处理单元)的上述结构可以分为多个设备(或处理单元)。相反地，作为多个设备(或处理单元)的上述结构可以合并为单个设备(或处理单元)。另外，除上述说明之外的结构可以添加到各设备(或各个处理部分)的结构中。此外，如果某些设备(或处理单元)作为整体系统大致具有相同的结构和/或操作，则所述设备(或处理单元)的一部分结构可以包括在另一个设备(或另一个处理单元)中。

虽然已经参照附图详细地说明了本技术的优选或示范性实施例，但本技术的技术范围不限于这里公开的示例。本领域技术人员应该明白，在不脱离以所附的权利要求限定的技术概念的范围内，能够容易地实现各种变更或改进，而且这种变更或改进也全部属于本技术的技术范围之内。

例如，本技术的实施例可以采用云计算的结构，该结构中多个设备经由网络以共享方式协同处理单个功能。

此外，上述时序图中说明的操作可以由单个设备执行或由多个设备以共享方式执行。

此外，如果一个步骤包括多个处理，则在该一个步骤中包括的多个处理可以由单个设备执行或由多个设备以共享方式执行。

本技术的实施例还可以提供以下结构。

(1)一种信号处理装置，包括：

选择单元，构成为基于模拟信号与确定电压的第一比较，选择要与所述模拟信号比较的所选基准电压，所述所选基准电压是从多个基准电压中选出的，其中

所述多个基准电压至少包括第一基准电压和第二基准电压。

(2)根据(1)的信号处理装置，其中

由第一基准电压生成单元生成所述第一基准电压，和

由第二基准电压生成单元生成所述第二基准电压。

(3)根据(1)的信号处理装置，其中

以第一分级精度的级阶扫描所述第一基准电压，

以第二分级精度的级阶扫描所述第二基准电压，和

所述第一分级精度高于所述第二分级精度。

(4)根据(1)的信号处理装置，还包括：

比较单元，构成为进行所述模拟信号与所述确定电压的所述第一比较和输出基于所述第一比较的第一比较输出。

(5)根据(4)的信号处理装置，其中

所述比较单元还进行第二比较，在所述第二比较中所述比较单元比较所述模拟信号与所述所选基准电压。

(6)根据(5)的信号处理装置，其中

所述比较单元还进行第三比较，在所述第三比较中所述比较单元比较另一个模拟信号与所述第一基准电压和所述第二基准电压。

(7)根据(4)的信号处理装置，还包括：

切换单元，构成为基于所述选择单元的第一选择结果输出，从要提供给所述比较单元的所述多个基准电压中切换所述所选基准电压，所述第一选择结果输出基于所述模拟信号与所述确定电压的所述第一比较。

(8)根据(5)的信号处理装置，还包括：

时间测量单元，构成为测量所述第二比较的时间段，所述时间测量单元包括计数器，所述计数器构成为在所述比较单元开始所述第二比较至第二比较结果改变时开始计数，所述第二比较结果由所述比较单元输出。

(9)根据(6)的信号处理装置，还包括：

时间测量单元，构成为测量所述第三比较的时间段，所述时间测量单元包括计数器，所述计数器构成为在所述比较单元开始所述第三比较至所述比较单元完成所述第三比较时开始计数。

(10)根据(1)的信号处理装置，其中

由确定电压生成单元生成所述确定电压。

(11)根据(1)的信号处理装置，其中

在第一扫描方向上扫描所述第一基准电压，

在第二扫描方向上扫描所述第二基准电压，和

所述第一扫描方向与所述第二扫描方向相反。

(12)根据(11)的信号处理装置，其中

所述第一扫描方向是电压从低到高增加的方向，和

所述第二扫描方向是电压从高到低下降的方向。

(13)根据(11)的信号处理装置，其中

所述第一扫描方向是电压从高到低增加的方向，和

所述第二扫描方向是电压从低到高下降的方向。

(14)根据(6)的信号处理装置，其中

从图像传感器的光接收部分中累积的电荷中接收所述模拟信号和所述另一个模拟信号。

(15)根据(14)的信号处理装置，其中

所述模拟信号是由所述图像传感器检测到的图像数据信号，和

所述另一个模拟信号是所述图像传感器的噪声信号。

(16)根据(3)的信号处理装置，其中

在所述模拟信号被确定为小于所述确定电压的所述情况下，从所述多个基准电压中选择所述第一基准电压作为所述所选基准电压。

(17)根据(3)的信号处理装置，其中

在所述模拟信号被确定为大于所述确定电压的所述情况下，从所述多个基准电压中选择所述第二基准电压作为所述所选基准电压。

(18)根据(1)的信号处理装置，其中

所述第一基准电压扫描第一基准电压范围，

所述第二基准电压扫描第二基准电压范围，和

所述第一基准电压范围不同于所述第二基准电压范围。

(19)根据(7)的信号处理装置，其中

所述切换单元构成为将从所述多个基准电压中未选择的基准电压连接到第一负载电容器，所述未选择的基准电压为所述多个基准电压中不是所述所选基准电压的那一个。

(20)根据(19)的信号处理装置，其中

所述负载电容器包括第一电容器、第二电容器和第三电容器，所述切换单元构成为将所述未选择的基准电压连接到所述第一电容器的第一电极，

所述第一电容器的第二电极连接到所述第二电容器的第一电极，所述第二电容器的第二电极连接到地，和

所述第三电容器的第一电极连接到所述第一电容器的所述第二电极，所述第三电容器的第二电极连接到所述地。

(21)根据(6)的信号处理装置，其中

在所述第三比较时段，扫描所述第一基准电压，同时扫描所述第二基准电压。

(22)根据21的信号处理装置，其中

在第一扫描方向上扫描所述第一基准电压，

在第二扫描方向上扫描所述第二基准电压，和

所述第一扫描方向和所述第二扫描方向会聚。

(23)根据(22)的信号处理装置，其中

所述第一基准电压和所述第二基准电压足够地会聚，以至于获得复位电平而不减小帧速率。

(24)一种信号处理方法，包括以下步骤：

基于模拟信号与确定电压的第一比较，选择要与所述模拟信号比较的所选基准电压，所述所选基准电压是从多个基准电压中选出的，其中

所述多个基准电压至少包括第一基准电压和第二基准电压。

(25)根据(24)的信号处理方法，还包括以下步骤：

生成所述第一基准电压；以及

生成所述第二基准电压。

(26)根据(24)的信号处理方法，还包括以下步骤：

以第一分级精度的级阶扫描所述第一基准电压；以及

以第二分级精度的级阶扫描所述第二基准电压，

其中所述第一分级精度高于所述第二分级精度。

(27)根据(24)的信号处理方法，还包括以下步骤：

进行所述模拟信号与所述确定电压的所述第一比较；以及

基于所述第一比较，输出第一比较输出。

(28)根据(27)的信号处理方法，还包括以下步骤：

进行第二比较，所述第二比较包括比较所述模拟信号与所述所选基准电压。

(29)根据(28)的信号处理方法，还包括以下步骤：

进行第三比较，所述第三比较包括比较另一个模拟信号与所述第一基准电压和所述第二基准电压。

(30)根据(24)的信号处理方法，还包括以下步骤：

基于所述选择单元的第一选择结果输出，从提供给比较单元的所述多个基准电压中切换所述所选基准电压，所述第一选择结果输出基于所述模拟信号与所述确定电压的所述第一比较，

其中所述比较单元构成为进行所述第一比较。

(31)根据(28)的信号处理方法，还包括以下步骤：

测量所述第二比较的时间段，在所述第二比较开始时至第二比较结果改变时开始所述第二比较的所述时间段，所述第二比较结果由所述比较单元输出。

(32)根据(24)的信号处理方法，还包括以下步骤：

测量所述第一比较的时间段，在所述第一比较开始时至所述第一比较完成时开始所述第一比较的所述时间段。

(33)根据(24)的信号处理方法，还包括以下步骤：

生成所述确定电压。

(34)根据(24)的信号处理方法，其中

在第一扫描方向上扫描所述第一基准电压，

在第二扫描方向上扫描所述第二基准电压，和

所述第一扫描方向与所述第二扫描方向相反。

(35)根据(34)的信号处理方法，其中

所述第一扫描方向是电压从低到高增加的方向，和

所述第二扫描方向是电压从高到低下降的方向。

(36)根据(34)的信号处理方法，其中

所述第一扫描方向是电压从高到低增加的方向，和

所述第二扫描方向是电压从低到高下降的方向。

(37)根据(29)的信号处理方法，其中

从图像传感器的光接收部分累积的电荷中接收所述模拟信号和所述另一个模拟信号。

(38)根据(37)的信号处理方法，其中

所述模拟信号是由所述图像传感器检测到的图像数据信号，和

所述另一个模拟信号是所述图像传感器的噪声信号。

(39)根据(26)的信号处理方法，其中

在所述模拟信号被确定为小于所述确定电压的所述情况下，从所述多个基准电压中选择所述第一基准电压作为所述所选基准电压。

(40)根据(26)的信号处理方法，其中

在所述模拟信号被确定为大于所述确定电压的所述情况下，从所述多个基准电压中选择所述第二基准电压作为所述所选基准电压。

(41)根据(24)的信号处理方法，其中

所述第一基准电压扫描第一基准电压范围，

所述第二基准电压扫描第二基准电压范围，和

所述第一基准电压范围与所述第二基准电压范围不同。

(42)根据(30)的信号处理方法，其中

在切换所述所选基准电压的所述步骤中，将来自所述多个基准电压中的未选择的基准电压连接到第一负载电容器，所述未选择的基准电压为所述多个基准电压中不是所述所选基准电压的那一个。

(43)根据(42)的信号处理方法，其中

所述负载电容器包括第一电容器、第二电容器和第三电容器，所述切换单元构成为将所述未选择的基准电压连接到所述第一电容器的第一电极，

所述第一电容器的第二电极连接到所述第二电容器的第一电极，所述第二电容器的第二电极连接到地，和

所述第三电容器的第一电极连接到所述第一电容器的所述第二电极，所述第三电容器的第二电极连接到所述地。

(44)一种信号处理装置，包括：

用于基于模拟信号与确定电压的第一比较，选择要与所述模拟信号比较的所选基准电压的装置，所述所选基准电压是从多个基准电压中选出的，其中

所述多个基准电压至少包括第一基准电压和第二基准电压。

(45)一种信号处理装置，包括：

比较单元，构成为将来自单位像素的模拟信号输出与某一电压比较；

选择单元，构成为根据所述比较单元在所述模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个；

切换单元，构成为根据由所述选择单元获得的选择结果，切换要提供给所述比较单元的基准电压；以及

测量单元，构成为在所述切换单元的切换控制下，测量由所述比较单元在所述模拟信号和提供给所述比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

(46)根据(45)的信号处理装置，其中

所述预定确定值由构成为在所述多个基准电压之中提供具有高级别的分级精度的基准电压的基准电压生成单元提供。

(47)根据(45)或(46)的信号处理装置，其中

所述选择单元在所述模拟信号被确定为小于所述预定确定值作为由所述比较单元进行的比较结果时，在所述多个基准电压之中选择具有高级别的分级精度的基准电压，在确定为所述模拟信号大于所述预定确定值时，在所述多个基准电压之中选择具有低级别的分级精度的基准电压，

所述切换单元使所述选择单元选出的所述基准电压提供给所述比较单元。

(48)根据(45)至(47)中任意一项的信号处理装置，其中

所述比较单元将第一模拟信号和第二模拟信号的每一个模拟信号与提供给所述比较单元的所述基准电压比较，所述第一模拟信号是所述单位像素的噪声信号，所述第二模拟信号是包含所述单位像素的数据的信号，和

所述测量单元确定由所述比较单元在所述第一模拟信号和所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与由所述比较单元在所述第二模拟信号和所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

(49)根据(48)的信号处理装置，其中

所述选择单元依次选择用于所述第一模拟信号的基准电压，

所述切换单元使所述选择单元选出的所述基准电压提供给所述比较单元，

所述比较单元根据所述切换单元的控制，将所述第一模拟信号和每一个所述基准电压依次比较，

所述选择单元根据所述比较单元在所述第二模拟信号和所述至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择用于所述第二模拟信号的所述多个基准电压中的一个，

所述切换单元使所述选择单元选出的所述基准电压提供给所述比较单元，

所述比较单元根据所述切换单元的控制，比较所述第二模拟信号和由所述选择单元选出的所述基准电压，和

所述测量单元确定在所述第二模拟信号和由所述选择单元选出的所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与在所述第一模拟信号和由所述选择单元选出的所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

(50)根据(49)的信号处理装置，还包括

基准电压提供单元，构成为提供所述多个基准电压。

(51)根据(50)的信号处理装置，其中

所述基准电压提供单元提供所述多个基准电压，以使预定范围内的电压在第一比较方向或第二比较方向上与所述第一模拟信号和所述第二模拟信号比较，所述第一比较方向是所述电压从低到高增加的方向，所述第二比较方向是所述电压从高到低下降的方向。

(52)根据(51)的信号处理装置，其中

所述基准电压提供单元提供所述多个基准电压，以使所述多个基准电压以每一个所述多个基准电压在与前一基准电压的所述比较方向相反的比较方向上与所述第一模拟信号比较的方式，按分级精度的顺序与所述第一模拟信号比较。

(53)根据(51)或(52)的信号处理装置，其中

所述基准电压提供单元提供由所述选择单元选出的所述基准电压，以使所述基准电压在所述同一比较方向与所述基准电压与所述第一模拟信号比较的比较方向相同的比较方向上，与所述第二模拟信号比较。

(54)根据(51)至(53)中任意一项的信号处理装置，其中

所述基准电压提供单元在所述多个基准电压之中提供具有最高级别的分级精度的所述基准电压，以使所述范围内的电压在所述第二比较方向上与所述第一模拟信号和所述第二模拟信号比较，而且在所述多个基准电压之中提供具有最低级别的分级精度的所述基准电压，以使所述范围内的电压在所述第一比较方向上与所述第一模拟信号和所述第二模拟信号比较。

(55)根据(45)至(54)中任意一项的信号处理装置，还包括

多个套件，每一个套件包括所述比较单元、所述选择单元、所述切换单元以及所述测量单元，其中

在所述多个套件的每一个套件中，所述选择单元包括第一保存单元和第二保存单元，所述第一保存单元和所述第二保存单元构成为保存所述比较结果，

在所述多个套件的每一个套件中，所述第一保存单元保存所述比较结果直至由所述比较单元对所有所述套件获得的比较结果被保存在所述第一保存单元中，和

在所述多个套件的每一个套件中，所述第二保存单元在所述第一保存单元保存对所有套件的所述比较结果后保存所述比较结果，并根据所述保存的比较结果选择多个基准电压中的一个。

(56)一种用于信号处理装置的信号处理方法，由所述信号处理装置进行信号处理方法，该信号处理方法包括：

比较来自单位像素的模拟信号输出和某一电压；

根据在所述模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个；

根据选择结果，切换要与所述模拟信号比较的基准电压；以及

测量在所述模拟信号和所述基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

(57)一种成像元件，包括：

具有排列在其上的单位像素的像素阵列，每一个单位像素包括构成为对入射光进行光电转换的光电转换元件；

比较单元，构成为将来自像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较；

选择单元，构成为根据所述比较单元在模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个；

切换单元，构成为根据由所述选择单元获得的选择结果切换要提供给比较单元的基准电压；以及

测量单元，构成为在所述切换单元的切换控制下，测量由所述比较单元在所述模拟信号和提供给所述比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

(58)一种成像设备，包括：

成像单元，构成为捕获被摄体的图像；以及

图像处理单元，构成为对使用所述成像单元捕获所述图像获得的图像数据进行图像处理，

所述成像单元包括：

具有排列在其上的单位像素的像素阵列，每一个单位像素包括构成为对入射光进行光电转换的光电转换元件，

比较单元，构成为将来自所述像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较；

选择单元，构成为根据所述比较单元在所述模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个，

切换单元，构成为根据由所述选择单元获得的选择结果，切换要提供给所述比较单元的基准电压，和

测量单元，构成为在所述切换单元的切换控制下，测量由所述比较单元在所述模拟信号和提供给所述比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

(59)一种信号处理装置，包括：

比较单元，构成为将来自单位像素的模拟信号输出和某一电压比较；

切换单元，构成为如果需要就切换要提供给所述比较单元的基准电压，而且构成为将具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个连接到所述比较单元，并且将所述其他基准电压连接到某个负载电容器；以及

测量单元，构成为在所述切换单元的切换控制下，测量由所述比较单元在所述模拟信号和提供给所述比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

(60)根据(59)的信号处理装置，其中

所述负载电容器有等于或近似于所述比较单元的电容的电容。

(61)根据(59)或(60)的信号处理装置，还包括：

多个套件，每一个套件包括所述比较单元、所述切换单元以及所述测量单元，其中

在所述多个套件的每一个套件中，每一个所述多个基准电压通过构成为放大信号电平的放大单元提供给所述切换单元，和

所述放大单元的输出跨越用于每一个级别的分级精度的所述套件彼此连接。

(62)根据(59)至(61)中任意一项的信号处理装置，还包括

选择单元，构成为根据比较单元在所述模拟信号和至少一个或多个预定确定值之间比较的比较结果，选择具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个，其中

所述切换单元根据由所述选择单元获得的选择结果，控制连接到用于每一个所述多个基准电压的所述比较单元或所述负载电容器。

(63)根据(62)的信号处理装置，其中

所述预定确定值由构成为在所述多个基准电压之中提供具有高级别的分级精度的基准电压的基准电压生成单元提供。

(64)根据(62)或(63)的信号处理装置，其中

所述选择单元在所述模拟信号被确定为小于所述预定确定值作为由所述比较单元进行的比较结果时，在所述多个基准电压之中选择具有高级别的分级精度的基准电压，在确定为所述模拟信号大于所述预定确定值时，在所述多个基准电压之中选择具有低级别的分级精度的基准电压，

所述切换单元将所述选择单元选出的所述基准电压连接到所述比较单元，并将其他所述基准电压连接到所述负载电容器。

(65)根据(62)至(64)中任意一项的信号处理装置，其中

所述比较单元将第一模拟信号和第二模拟信号的每一个模拟信号与所述基准电压比较，所述第一模拟信号是所述单位像素的噪声信号，所述第二模拟信号是包含所述单位像素的数据的信号，和

所述测量单元确定由所述比较单元在所述第一模拟信号和所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与由所述比较单元在所述第二模拟信号和所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

(66)根据(65)的信号处理装置，其中

所述选择单元依次选择用于所述第一模拟信号的基准电压，

所述切换单元将所述选择单元选出的所述基准电压连接到所述比较单元，并将其他所述基准电压连接到所述负载电容器，

所述比较单元根据所述切换单元的控制，将所述第一模拟信号和每一个所述基准电压依次比较，

所述选择单元根据所述比较单元在所述第二模拟信号和至少一个或多个所述预定确定值之间比较的比较结果，选择用于所述第二模拟信号的所述多个基准电压中的一个，

所述切换单元将所述选择单元选出的所述基准电压连接到所述比较单元，并将其他所述基准电压连接到所述负载电容器，

所述比较单元根据所述切换单元的控制，比较所述第二模拟信号和由所述选择单元选出的所述基准电压，和

所述测量单元确定在所述第二模拟信号和由所述选择单元选出的所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与在所述第一模拟信号和由所述选择单元选出的所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

(67)根据(66)的信号处理装置，还包括

基准电压提供单元，构成为将所述多个基准电压提供给所述切换单元。

(68)根据(67)的信号处理装置，其中

所述基准电压提供单元将所述多个基准电压提供给所述切换单元，以使预定范围内的电压在第一比较方向或第二比较方向上与所述第一模拟信号和所述第二模拟信号比较，所述第一比较方向是所述电压从低到高增加的方向，所述第二比较方向是所述电压从高到低下降的方向，和

所述切换单元在从所述基准电压提供单元提供的所述多个基准电压之中，将所述选择单元选出的所述基准电压连接到所述比较单元，将其他所述基准电压连接到所述负载电容器。

(69)根据(68)的信号处理装置，其中

所述基准电压提供单元将所述多个基准电压提供给所述切换单元，以使所述多个基准电压以每一个所述多个基准电压在与前一基准电压的所述比较方向相反的比较方向上与所述第一模拟信号比较的方式，按分级精度的顺序与所述第一模拟信号比较。

(70)根据(68)或(69)的信号处理装置，其中

所述基准电压提供单元将所述选择单元选出的所述基准电压提供给所述切换单元，以使在与所述基准电压与所述第一模拟信号比较的所述比较方向相同的比较方向上，所述基准电压与所述第二模拟信号比较。

(71)根据(68)至(70)中任意一项的信号处理装置，其中

所述基准电压提供单元在所述多个基准电压之中提供具有最高级别的分级精度的所述基准电压，以使所述范围内的电压在所述第二比较方向上与所述第一模拟信号和所述第二模拟信号比较，并且在所述多个基准电压之中提供具有最低级别的分级精度的所述基准电压，以使所述范围内的电压在所述第一比较方向上与所述第一模拟信号和所述第二模拟信号比较。

(72)一种用于信号处理装置的信号处理方法，由所述信号处理装置进行信号处理方法，该信号处理方法包括：

比较来自单位像素的模拟信号输出和某一电压；

切换要提供的基准电压，以使具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个与所述模拟信号比较，并且将其他所述基准电压连接到某个负载电容器；以及

测量在所述模拟信号和所述基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

(73)一种成像元件，包括：

具有排列在其上的单位像素的像素阵列，每一个单位像素包括构成为对入射光进行光电转换光电转换元件；

比较单元，构成为将来自像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较；

切换单元，构成为切换要提供给所述比较单元的基准电压，并且构成为将具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个连接到所述比较单元，并且将其他所述基准电压连接到某个负载电容器；以及

测量单元，构成为在所述切换单元的切换控制下，测量由所述比较单元在所述模拟信号和提供给所述比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

(74)一种成像设备，包括：

成像单元，构成为捕获被摄体的图像；以及

图像处理单元，构成为对使用所述成像单元捕获所述图像获得的图像数据进行图像处理，

所述成像单元包括

具有排列在其上的单位像素的像素阵列，每一个单位像素包括构成为对入射光进行光电转换光电转换元件；

比较单元，构成为将来自像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较；

切换单元，构成为切换要提供给所述比较单元的基准电压，并且构成为将具有不同级别的分级精度的多个基准电压中的一个连接到所述比较单元，并且将其他所述基准电压连接到某个负载电容器；以及

测量单元，构成为在所述切换单元的切换控制下，测量由所述比较单元在所述模拟信号和提供给所述比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时。

(75)一种信号处理装置，包括：

比较单元，构成为将来自单位像素的模拟信号输出和某一电压比较；

基准电压提供单元，构成为提供具有不同级别的分级精度的多个基准电压；

切换单元，构成为如果需要就切换要提供给所述比较单元的基准电压，并且构成为将从所述基准电压提供单元提供的所述多个基准电压中的一个连接到所述比较单元；以及

测量单元，构成为在所述切换单元的切换控制下，测量由所述比较单元在所述模拟信号和提供给所述比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时，其中

所述基准电压提供单元将用于第一模拟信号的所有所述多个基准电压反复提供等于所述基准电压数目的次数，所述第一模拟信号是所述单位像素的噪声信号，

所述切换单元逐一地将从所述基准电压提供单元提供的所述基准电压依次提供给所述比较单元，

所述比较单元根据所述切换单元的控制，将所述第一模拟信号和每一个所述基准电压依次比较，

所述基准电压提供单元提供用于第二模拟信号的所有所述多个基准电压，所述第二模拟信号是包含所述单位像素的数据的信号，

所述切换单元将从所述基准电压提供单元提供的所述多个基准电压中的一个基准单元提供给所述比较单元，

所述比较单元将根据所述切换单元的控制提供的所述基准电压与所述第二模拟信号比较，和

所述测量单元确定由所述比较单元在所述第二模拟信号和所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与由所述比较单元在所述第一模拟信号和所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

(76)根据(75)的信号处理装置，其中

所述基准电压提供单元将每一个所述基准电压提供给所述切换单元，以使在用于多次将基准电压提供用于所述第一模拟信号和用于每次将所述多个基准电压提供用于所述第二模拟信号的共同比较方向上，比较预定范围中的电压。

(77)根据(76)的信号处理装置，其中

所述基准电压提供单元设定每一个基准电压的偏移，以使在多次将所述基准电压提供用于所述第一模拟信号中，将当前操作中的所述基准电压的终值设置为下一个操作中的初始值。

(78)根据(75)至(77)的信号处理装置，其中

所述基准电压提供单元将所述多个基准电压提供给所述切换单元，以使所述多个基准电压以每一个所述多个基准电压在与前一基准电压的所述比较方向相反的比较方向上与所述第一模拟信号比较的方式，按分级精度的顺序与所述第一模拟信号比较。

(79)一种用于信号处理装置的信号处理方法，由所述信号处理装置进行信号处理方法，该信号处理方法包括：

将用于第一模拟信号的所有所述多个基准电压反复提供等于所述基准电压数目的次数，所述第一模拟信号是像素的噪声信号；

逐一地依次比较所述提供的基准电压；

将所述第一模拟信号和每一个所述基准电压依次比较；

提供用于第二模拟信号的所有多个基准电压，所述第二模拟信号是包含所述单位像素的数据的信号；

比较提供的所述多个基准电压中的一个和所述第二模拟信号；

比较提供的所述基准电压和所述第二模拟信号；以及

确定在所述第二模拟信号和所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与在所述第一模拟信号和所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

(80)一种成像元件，包括：

具有排列在其上的单位像素的像素阵列，每一个单位像素构成为包括对入射光进行光电转换的光电转换元件；

比较单元，构成为将来自像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较；

基准电压提供单元，构成为提供具有不同级别的分级精度的多个基准电压；

切换单元，构成为如果需要就切换要提供给所述比较单元的基准电压，并且构成为将从所述基准电压提供单元提供的所述多个基准电压中的一个连接到所述比较单元；以及

测量单元，构成为在所述切换单元的切换控制下，测量由所述比较单元在所述模拟信号提供给所述比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时，其中

所述基准电压提供单元将用于第一模拟信号的所有所述多个基准电压反复提供等于所述基准电压数目的次数，所述第一模拟信号是所述单位像素的噪声信号，

所述切换单元逐一地将从所述基准电压提供单元提供的所述基准电压依次提供给所述比较单元，

所述比较单元根据所述切换单元的控制，将所述第一模拟信号和每一个所述基准电压依次比较，

所述基准电压提供单元提供用于第二模拟信号的所有所述多个基准电压，所述第二模拟信号是包含所述单位像素的数据的信号，

所述切换单元将从所述基准电压提供单元提供的所述多个基准电压中的一个基准单元提供给所述比较单元，

所述比较单元将根据所述切换单元的控制提供的所述基准电压和所述第二模拟信号比较，和

所述测量单元确定由所述比较单元在所述第二模拟信号和所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与由所述比较单元在所述第一模拟信号和所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

(81)一种成像设备，包括：

成像单元，构成为捕获被摄体的图像；以及

图像处理单元，构成为对使用所述成像单元捕获所述图像获得的图像数据进行图像处理，

所述成像单元包括

具有排列在其上的单位像素的像素阵列，每一个单位像素构成为包括对入射光进行光电转换的光电转换元件，

比较单元，构成为将来自所述像素阵列中的单位像素的模拟信号输出和某一电压比较，

基准电压提供单元，构成为提供具有不同级别的分级精度的多个基准电压，

切换单元，构成为如果需要就切换要提供给所述比较单元的基准电压，并且构成为将从所述基准电压提供单元提供的所述多个基准电压中的一个连接到所述比较单元，和

测量单元，构成为在所述切换单元的切换控制下，测量所述比较单元在所述模拟信号和提供给所述比较单元的基准电压之间比较的比较结果的改变的定时，其中

所述基准电压提供单元将用于第一模拟信号的所有所述多个基准电压反复提供等于所述基准电压数目的次数，所述第一模拟信号是所述单位像素的噪声信号，

所述切换单元逐一地将从所述基准电压提供单元提供的所述基准电压依次提供给所述比较单元，

所述比较单元根据所述切换单元的控制，将所述第一模拟信号和每一个所述基准电压依次比较，

所述基准电压提供单元提供用于第二模拟信号的所有所述多个基准电压，所述第二模拟信号是包含所述单位像素的数据的信号，

所述切换单元将从所述基准电压提供单元提供的所述多个基准电压中的一个提供给所述比较单元，

所述比较单元将根据所述切换单元的控制提供的所述基准电压和所述第二模拟信号比较，和

所述测量单元确定由所述比较单元在所述第二模拟信号和所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时，与由所述比较单元在所述第一模拟信号和所述基准电压之间比较的比较结果的改变的所测定时之间的差。

本申请要求2012年5月31申请的日本专利申请JP 2012-124213的优先权，其全部内容通过参考而引用于此。

应该指出的是，本领域技术人员应该理解，在权利要求或其等价物的范围内，可以根据设计需要和其他因素进行各种改进、组合、部分组合和变更。

标号说明

100 CMOS图像传感器

111 像素阵列

112 A/D转换单元

110 A/D转换控制单元

121 控制定时生成单元

122 像素扫描单元

123 水平扫描单元

131 和132基准电压生成单元

141 单位像素

151 列A/D转换单元

161 切换单元

162 比较单元

163 选择单元

164 定时测量单元

171 锁存器

181 光电二极管

233 基准电压生成单元

251 列A/D转换单元

261 切换单元

263 选择单元

361 切换单元

373 负载电容器

400 CMOS图像传感器

411 缓冲器

412 公共列线

800 成像设备

812 CMOS传感器

Claims (34)

1.一种信号处理装置，包括：

比较电路，构成为进行噪声信号与多个基准电压的第一比较、图像数据信号与确定电压的第二比较以及所述图像数据信号与所选基准电压的第三比较；以及

选择电路，构成为基于所述第二比较，从多个基准电压中选择所述所选基准电压，其中

由图像传感器检测所述噪声信号和所述图像数据信号，并且

所述多个基准电压至少包括第一基准电压和第二基准电压，

其中，以使多个基准电压中的每一个在与前一基准电压的比较方向相反的比较方向上与噪声信号比较的方式，按分级精度的顺序将多个基准电压与噪声信号比较。

2.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中

由第一基准电压生成电路生成所述第一基准电压，和

由第二基准电压生成电路生成所述第二基准电压。

3.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中

以第一分级精度的级阶扫描所述第一基准电压，

以第二分级精度的级阶扫描所述第二基准电压，和

所述第一分级精度高于所述第二分级精度。

4.根据权利要求1所述的信号处理装置，还包括：

切换电路，构成为基于所述选择电路的第一选择结果输出，从要提供给所述比较电路的多个基准电压中切换所述所选基准电压，所述第一选择结果输出基于所述图像数据信号与所述确定电压的所述第二比较。

5.根据权利要求1所述的信号处理装置，还包括：

时间测量电路，构成为测量所述第三比较的时间段，所述时间测量电路包括计数器，所述计数器构成为在所述比较电路开始所述第三比较至第三比较结果改变时开始计数，由所述比较电路输出所述第三比较结果。

6.根据权利要求1所述的信号处理装置，还包括：

时间测量电路，构成为测量所述第一比较的时间段，所述时间测量电路包括计数器，所述计数器构成为在所述比较电路开始所述第一比较至所述比较电路完成所述第一比较时开始计数。

7.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中

由确定电压生成电路生成所述确定电压。

8.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中

在第一扫描方向上扫描所述第一基准电压，

在第二扫描方向上扫描所述第二基准电压，和

所述第一扫描方向与所述第二扫描方向相反。

9.根据权利要求8所述的信号处理装置，其中

所述第一扫描方向是电压从低到高增加的方向，和

所述第二扫描方向是电压从高到低下降的方向。

10.根据权利要求8所述的信号处理装置，其中

所述第一扫描方向是电压从高到低下降的方向，和

所述第二扫描方向是电压从低到高增加的方向。

11.根据权利要求3所述的信号处理装置，其中

在确定为所述图像数据信号小于所述确定电压的情况下，从多个基准电压中选择所述第一基准电压作为所述所选基准电压。

12.根据权利要求3所述的信号处理装置，其中

在确定为所述图像数据信号大于所述确定电压的情况下，从多个基准电压中选择所述第二基准电压作为所述所选基准电压。

13.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中

所述第一基准电压扫描第一基准电压范围，

所述第二基准电压扫描第二基准电压范围，并且

所述第一基准电压范围不同于所述第二基准电压范围。

14.根据权利要求4所述的信号处理装置，其中

所述切换电路构成为将从多个基准电压中未选择的基准电压连接到第一负载电容器，所述未选择的基准电压为多个基准电压中不是所述所选基准电压的那一个。

15.根据权利要求14所述的信号处理装置，其中

所述负载电容器包括第一电容器、第二电容器和第三电容器，所述切换电路构成为将所述未选择的基准电压连接到所述第一电容器的第一电极，

所述第一电容器的第二电极连接到所述第二电容器的第一电极，所述第二电容器的第二电极连接到地，并且

所述第三电容器的第一电极连接到所述第一电容器的所述第二电极，所述第三电极的第二电极连接到所述地。

16.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中

在所述第一比较时段，扫描所述第一基准电压，同时扫描所述第二基准电压。

17.根据权利要求16所述的信号处理装置，其中

在第一扫描方向上扫描所述第一基准电压，

在第二扫描方向上扫描所述第二基准电压，和

所述第一扫描方向和所述第二扫描方向会聚。

18.根据权利要求17所述的信号处理装置，其中

所述第一基准电压和所述第二基准电压足够地会聚，以至于获得复位电平而不减小帧速率。

19.一种信号处理方法，包括以下步骤：

进行噪声信号与多个基准电压的第一比较；

进行图像数据信号与确定电压的第二比较；

基于所述第二比较，从多个基准电压中选择所选基准电压；以及

进行所述图像数据信号与所述所选基准电压的第三比较，

其中，由图像传感器检测所述噪声信号和所述图像数据信号，而且

所述多个基准电压至少包括第一基准电压和第二基准电压，

其中，以使多个基准电压中的每一个在与前一基准电压的比较方向相反的比较方向上与噪声信号比较的方式，按分级精度的顺序将多个基准电压与噪声信号比较。

20.根据权利要求19所述的信号处理方法，还包括以下步骤：

生成所述第一基准电压；以及

生成所述第二基准电压。

21.根据权利要求19所述的信号处理方法，还包括以下步骤：

以第一分级精度的级阶扫描所述第一基准电压；以及

以第二分级精度的级阶扫描所述第二基准电压，

其中，所述第一分级精度高于所述第二分级精度。

22.根据权利要求19所述的信号处理方法，还包括以下步骤：

基于选择电路的第一选择结果输出，从提供给比较电路的多个基准电压中切换所述所选基准电压，所述第一选择结果输出基于所述图像数据信号与所述确定电压的所述第二比较，

其中，所述比较电路构成为进行所述第二比较。

23.根据权利要求19所述的信号处理方法，还包括以下步骤：

测量所述第三比较的时间段，在所述第三比较开始时至第三比较结果改变时开始所述第三比较的时间段，由所述比较电路输出所述第三比较结果。

24.根据权利要求19所述的信号处理方法，还包括以下步骤：

测量所述第一比较的时间段，在所述第一比较开始时至所述第一比较完成时开始所述第一比较的所述时间段。

25.根据权利要求19所述的信号处理方法，还包括以下步骤：

生成所述确定电压。

26.根据权利要求19所述的信号处理方法，其中

在第一扫描方向上扫描所述第一基准电压，

在第二扫描方向上扫描所述第二基准电压，和

所述第一扫描方向与所述第二扫描方向相反。

27.根据权利要求26所述的信号处理方法，其中

所述第一扫描方向是电压从低到高增加的方向，和

所述第二扫描方向是电压从高到低下降的方向。

28.根据权利要求26所述的信号处理方法，其中

所述第一扫描方向是电压从高到低下降的方向，和

所述第二扫描方向是电压从低到高增加的方向。

29.根据权利要求21所述的信号处理方法，其中

在确定为所述图像数据信号小于所述确定电压的情况下，从多个基准电压中选择所述第一基准电压作为所述所选基准电压。

30.根据权利要求21所述的信号处理方法，其中

在确定为所述图像数据信号大于所述确定电压的情况下，从多个基准电压中选择所述第二基准电压作为所述所选基准电压。

31.根据权利要求19所述的信号处理方法，其中

所述第一基准电压扫描第一基准电压范围，

所述第二基准电压扫描第二基准电压范围，和

所述第一基准电压范围与所述第二基准电压范围不同。

32.根据权利要求22所述的信号处理方法，其中

在切换所述所选基准电压的所述步骤中，将来自所述多个基准电压中的未选择的基准电压连接到第一负载电容器，所述未选择的基准电压为所述多个基准电压中不是所述所选基准电压的那一个。

33.根据权利要求32所述的信号处理方法，其中

所述负载电容器包括第一电容器、第二电容器和第三电容器，所述切换电路构成为将所述未选择的基准电压连接到所述第一电容器的第一电极，

所述第一电容器的第二电极连接到所述第二电容器的第一电极，所述第二电容器的第二电极连接到地，和

所述第三电容器的第一电极连接到所述第一电容器的所述第二电极，所述第三电容器的第二电极连接到所述地。

34.一种信号处理装置，包括：

用于进行噪声信号与多个基准电压的第一比较的装置；

用于进行图像数据信号与确定电压的第二比较的装置；

用于基于所述第二比较，从多个基准电压中选择所选基准电压的装置；以及

用于进行所述图像数据信号与所述所选基准电压的第三比较的装置，其中

由图像传感器检测所述噪声信号和所述图像数据信号，和

所述多个基准电压至少包括第一基准电压和第二基准电压，

其中，以使多个基准电压中的每一个在与前一基准电压的比较方向相反的比较方向上与噪声信号比较的方式，按分级精度的顺序将多个基准电压与噪声信号比较。