(57)【要約】  【課題】  外部に高価なフレームメモリーを設けることなく雑音抑制を行うことができるノイズ低減回路を提供する。  【解決手段】  ノイズ低減回路は、複数の電荷蓄積手段２ａ〜２ｎと複数のスイッチ手段１ａ〜１ｎとを備えている。ノイズ成分を含む信号に応じた電荷量を複数の電荷蓄積手段２ａ〜２ｎに蓄積した後に、複数のスイッチ手段１ａ〜１ｎを導通させることによって複数の電荷蓄積手段２ａ〜２ｎを互いに並列に接続し、それによって、複数の電荷蓄積手段２ａ〜２ｎに蓄積されている電荷量を平均した電荷量と対応する信号を出力する。【選択図】      図１
2006332858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電荷蓄積手段と複数のスイッチ手段とを備えたノイズ低減回路であって、
ノイズ成分を含む信号に応じた電荷量を前記複数の電荷蓄積手段のそれぞれに蓄積した後に、前記複数のスイッチ手段を導通させることによって前記複数の電荷蓄積手段を互いに並列に接続し、それによって、前記複数の電荷蓄積手段のそれぞれに蓄積されている電荷量を平均した電荷量と対応する信号を出力することを特徴とするノイズ低減回路。
【請求項２】
請求項１に記載のノイズ低減回路において、
前記複数の電荷蓄積手段は少なくとも第１手段群及び第２手段群を構成し、
前記第１手段群によって、前記平均した電荷量と対応する信号を出力し、当該出力された信号に応じた電荷量を、前記第２手段群のうちの一の電荷蓄積手段に蓄積することを特徴とするノイズ低減回路。
【請求項３】
複数の電荷蓄積手段と複数のスイッチ手段とを備えたノイズ低減回路であって、
ノイズ成分を含む信号に応じた電荷量を前記複数の電荷蓄積手段のそれぞれに蓄積した後、前記複数のスイッチ手段を導通させることによって前記複数の電荷蓄積手段を互いに直列に接続し、それによって、前記複数の電荷蓄積手段のそれぞれに蓄積されている電荷量を加算した電荷量と対応する信号を出力することを特徴とするノイズ低減回路。
【請求項４】
請求項３に記載のノイズ低減回路において、
前記複数の電荷蓄積手段は少なくとも第１手段群及び第２手段群を構成し、
前記第１手段群によって、前記加算した電荷量と対応する信号を出力し、当該出力された信号に応じた電荷量を、前記第２手段群のうちの一の電荷蓄積手段に蓄積することを特徴とするノイズ低減回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のノイズ低減回路において、
前記複数の電荷蓄積手段の前段に、前記ノイズ成分を含む信号を増幅する増幅回路が配置されていることを特徴とするノイズ低減回路。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のノイズ低減回路において、
前記複数の電荷蓄積手段の前段に、２つの信号の差分によってノイズ除去を行うノイズキャンセル回路が配置されていることを特徴とするノイズ低減回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号に含まれるノイズを低減するノイズ低減回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のノイズ低減回路としては、以下のような構成のものが知られている（非特許文献１参照）。
【０００３】
図１８（ａ）〜（ｃ）は、従来の雑音抑圧の基本原理を説明するための図である。図１８（ａ）に示す複数の画像データ（例えばＴＶ信号）を、図１８（ｂ）に示すフレームメモリーに記憶してｎ枚のフレームについて平均を求めると、信号成分についてはフレーム間でその変化がなければそのままの値が平均値として出力される。それに対して、雑音成分については各フレーム間に互いに相関がないと考えられるから、図１８（ｃ）に示すように、雑音の平均振幅は１／ｎ0.5 に減衰する。
【非特許文献１】吹抜敬彦、「画像のディジタル信号処理」、日刊工業新聞社、p.115 （7.3.3 画像の雑音抑圧）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の雑音抑圧においてはノイズ低減回路の外部に高価なフレームメモリーを複数設ける必要がある。
【０００５】
前記に鑑み、本発明は、外部に高価なフレームメモリーを設けることなく雑音抑制を行うことができるノイズ低減回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために、本発明に係る第１のノイズ低減回路は、複数の電荷蓄積手段と複数のスイッチ手段とを備えたノイズ低減回路であって、ノイズ成分を含む信号に応じた電荷量を前記複数の電荷蓄積手段のそれぞれに蓄積した後に、前記複数のスイッチ手段を導通させることによって前記複数の電荷蓄積手段を互いに並列に接続し、それによって、前記複数の電荷蓄積手段のそれぞれに蓄積されている電荷量を平均した電荷量と対応する信号を出力する。
【０００７】
第１のノイズ低減回路によると、信号成分についてはそのままの値が平均値として出力される一方、ノイズ成分については、各電荷蓄積手段間に互いに相関がないと考えられるから、電荷蓄積手段の数がｎの場合、平均振幅が１／ｎ0.5 に減衰する。すなわち、外部メモリーを設けることなく、ノイズ成分を低減することができる。
【０００８】
第１のノイズ低減回路において、前記複数の電荷蓄積手段は少なくとも第１手段群及び第２手段群を構成し、前記第１手段群によって、前記平均した電荷量と対応する信号を出力し、当該出力された信号に応じた電荷量を、前記第２手段群のうちの一の電荷蓄積手段に蓄積することが好ましい。このようにすると、同じノイズ低減効果を得るために必要な電荷蓄積手段の数を大幅に削減できる。
【０００９】
本発明に係る第２のノイズ低減回路は、複数の電荷蓄積手段と複数のスイッチ手段とを備えたノイズ低減回路であって、ノイズ成分を含む信号に応じた電荷量を前記複数の電荷蓄積手段のそれぞれに蓄積した後、前記複数のスイッチ手段を導通させることによって前記複数の電荷蓄積手段を互いに直列に接続し、それによって、前記複数の電荷蓄積手段のそれぞれに蓄積されている電荷量を加算した電荷量と対応する信号を出力する。
【００１０】
第２のノイズ低減回路によると、電荷蓄積手段の数がｎの場合、信号成分は加算されてｎ倍になるのに対して、ノイズ成分については、各電荷蓄積手段間に互いに相関がないと考えられるから、加算されてもｎ0.5 倍にしかならない。すなわち、外部メモリーを設けることなく、ノイズ成分を実質的に低減することができる。
【００１１】
第２のノイズ低減回路において、前記複数の電荷蓄積手段は少なくとも第１手段群及び第２手段群を構成し、前記第１手段群によって、前記加算した電荷量と対応する信号を出力し、当該出力された信号に応じた電荷量を、前記第２手段群のうちの一の電荷蓄積手段に蓄積することが好ましい。このようにすると、同じノイズ低減効果を得るために必要な電荷蓄積手段の数を大幅に削減できる。
【００１２】
第１又は第２のノイズ低減回路において、前記複数の電荷蓄積手段の前段に、前記ノイズ成分を含む信号を増幅する増幅回路が配置されていることが好ましい。このようにすると、入力側で熱雑音の影響を低減することによって、入力換算のノイズ成分を大幅に低減できる。
【００１３】
第１又は第２のノイズ低減回路において、前記複数の電荷蓄積手段の前段に、２つの信号の差分によってノイズ除去を行うノイズキャンセル回路が配置されていることが好ましい。このようにすると、固定パターンノイズ（回路ばらつきに起因する固定的なノイズ）を含むノイズ成分を大幅に低減できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のノイズ低減回路によると、外部メモリーを設けることなく、また、内部に設けられる電荷蓄積手段の数を大幅に削減しながら、信号に含まれるノイズ成分を大きく低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るノイズ低減回路について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態のノイズ低減回路の回路構成を示している。図１において、１はスイッチ手段、２は電荷蓄積手段、３はスイッチ手段、４はスイッチ手段１のゲート端子、５は信号線、６はスイッチ手段３のゲート端子である。図１に示すように、本実施形態のノイズ低減回路は、スイッチ手段１及び３並びに電荷蓄積手段２を１単位として、当該単位構成をｎ個（前記各手段の添え字：ａ、ｂ、ｃ、・・・、ｎ）有している。具体的には、スイッチ手段１ａ〜１ｎのドレインは信号線５に接続されていると共に、スイッチ手段１ａ〜１ｎのソースは、対応する電荷蓄積手段２ａ〜２ｎの一方の端子に接続されている。電荷蓄積手段２ａ〜２ｎの他方の端子はＧＮＤに接続されている。スイッチ手段１ａ〜１ｎのゲートは、対応するゲート端子４ａ〜４ｎに接続されている。スイッチ手段３ａ〜３ｎのドレインは、対応するスイッチ手段１ａ〜１ｎと電荷蓄積手段２ａ〜２ｎとの接続点に接続されていると共に、スイッチ手段３ａ〜３ｎのソースはＧＮＤに接続されている。スイッチ手段３ａ〜３ｎのゲートは、共通のゲート端子６に接続されている。
【００１６】
以下、本実施形態のノイズ低減回路の動作について説明する。図２は、本実施形態のノイズ低減回路を動作させるタイミングを示している。図２において、１０は信号線５の信号、１１はスイッチ手段３ａ〜３ｎのゲート端子６に印加する信号、１２はスイッチ手段１ａのゲート端子４ａに印加する信号、１３はスイッチ手段１ｂのゲート端子４ｂに印加する信号、１４はスイッチ手段１ｃのゲート端子４ｃに印加する信号、１５はスイッチ手段１ｎのゲート端子４ｎに印加する信号である。
【００１７】
図２に示すように、期間ｔ０においてスイッチ手段３ａ〜３ｎのゲート端子６の信号１１をＨＩＧＨにしてスイッチ手段３ａ〜３ｎを導通させることによって、電荷蓄積手段２ａ〜２ｎの電荷を放電して空の状態（電荷蓄積手段２ａ〜２ｎの蓄積電荷量を０）にする。次に、期間ｔ１においてノイズを含む信号１０が信号線５に出力されている期間ｔ内に、スイッチ手段１ａのゲート端子４ａに印加する信号１２をＨＩＧＨにする。これによって、スイッチ手段１ａが導通し、信号線５に出力されている信号１０に応じた電荷量が電荷蓄積手段２ａに蓄積される。同様に期間ｔ２、ｔ３、・・・ｔｎのそれぞれにおいてノイズを含む信号１０が信号線５に出力されている期間ｔ内に、スイッチ手段１ｂ、１ｃ、・・・１ｎのゲート端子４ｂ、４ｃ、・・・４ｎにそれぞれ印加する信号１３、１４及び１５をＨＩＧＨにする。これによって、期間ｔ２、ｔ３、・・・ｔｎのそれぞれの期間ｔにおいてスイッチ手段１ｂ、１ｃ、・・・１ｎが導通し、信号線５に出力されている信号１０に応じた電荷量が電荷蓄積手段２ｂ、２ｃ、・・・２ｎに蓄積される。この時、電荷蓄積手段２ａ、２ｂ、２ｃ、・・・２ｎに蓄積された電荷量の値に変化はなく、また、ノイズについては各電荷蓄積手段２間に互いに相関はない。
【００１８】
次に、期間ｔｎ＋１においてゲート端子４ａ、４ｂ、４ｃ、・・・４ｎに印加する信号１２、１３、１４及び１５をＨＩＧＨにすると、スイッチ手段１ａ、１ｂ、１ｃ・・・１ｎが導通して電荷蓄積手段２ａ、２ｂ、２ｃ・・・２ｎが互いに並列接続され、それによって電荷蓄積手段２ａ、２ｂ、２ｃ・・・２ｎのそれぞれに蓄積されている電荷量が平均化されると共に当該平均化された電荷量と対応する信号が信号線５に出力される。この時、信号線５に出力される信号の信号成分は、電荷蓄積手段２ａ、２ｂ、２ｃ・・・２ｎについて平均化された値であって、元の信号１０の信号成分から変化していない。それに対して、信号線５に出力される信号のノイズ成分については、電荷蓄積手段２ａ、２ｂ、２ｃ・・・２ｎについて二乗平均される（例えば電荷蓄積手段２ａ、２ｂ、２ｃ・・・２ｎのそれぞれのノイズ成分をＮａ、Ｎｂ、Ｎｃ・・・Ｎｎとすると、信号線５に出力される信号のノイズ成分は（１／ｎ×（（Ｎａ）2 ＋（Ｎｂ）2 ＋・・・＋（Ｎｎ）2 ））0.5 となる）ために元の信号１０のノイズ成分の１／ｎ0.5 倍（ｎ：電荷蓄積手段２の数）に減衰する。すなわち、Ｓ／Ｎ比は実質的にｎ0.5 倍向上する。例えばｎ＝１００であればＳ／Ｎ比は１０倍向上する。
【００１９】
以上のように、第１の実施形態によると、外部メモリーを設けることなく、ノイズ成分を低減することができる。
【００２０】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係るノイズ低減回路について図面を参照しながら説明する。図３は、本実施形態のノイズ低減回路の回路構成を示している。尚、本実施形態において、図３に示す点線部２０は図１に示す第１の実施形態と同様の構成を有するため、説明を省略する。また、点線部２５も点線部２０と同様の構成を有している。具体的には、図３において、２１はスイッチ手段、２２は電荷蓄積手段、２３はスイッチ手段、２４はスイッチ手段２１のゲート端子、２６はスイッチ手段２３のゲート端子である。図３に示すように、点線部２５は、スイッチ手段２１及び２３並びに電荷蓄積手段２２を１単位として、当該単位構成をｍ個（前記各手段の添え字：ａ、ｂ、ｃ、・・・、ｍ）有している。スイッチ手段２１ａ〜２１ｍのドレインはスイッチ手段１ａ〜１ｎのドレインと同様に信号線５に共通接続されていると共に、スイッチ手段２１ａ〜２１ｍのソースは、対応する電荷蓄積手段２２ａ〜２２ｍの一方の端子に接続されている。電荷蓄積手段２２ａ〜２２ｍの他方の端子はＧＮＤに接続されている。スイッチ手段２１ａ〜２１ｍのゲートは、対応するゲート端子２４ａ〜２４ｍに接続されている。スイッチ手段２３ａ〜２３ｍのドレインは、対応するスイッチ手段２１ａ〜２１ｍと電荷蓄積手段２２ａ〜２２ｍとの接続点に接続されていると共に、スイッチ手段２３ａ〜２３ｍのソースはＧＮＤに接続されている。スイッチ手段２３ａ〜２３ｍのゲートは、共通のゲート端子２６に接続されている。
【００２１】
以下、本実施形態のノイズ低減回路の動作について説明する。図４は、本実施形態のノイズ低減回路を動作させるタイミングを示している。図４において、信号１０〜１５は第１の実施形態の図２と同様であり、３０はスイッチ手段２３ａ〜２３ｍのゲート端子２６に印加する信号、３１はスイッチ手段２１ａのゲート端子２４ａに印加する信号、３２はスイッチ手段２１ｂのゲート端子２４ｂに印加する信号、３３はスイッチ手段２１ｍのゲート端子２４ｍに印加する信号である。また、図４において、期間Ｔ１〜Ｔｍはそれぞれ図２のｔ０からｔｎ＋１までの期間と対応しており、期間Ｔ１から期間Ｔｍまでの間に、図２におけるｔ０からｔｎ＋１までの期間の動作をｍ回繰り返すものとする。
【００２２】
図４に示すように、本実施形態においては、まず、期間Ｔ１内の期間ｔ０においてスイッチ手段２３ａ〜２３ｍのゲート端子２６の信号３０をＨＩＧＨにしてスイッチ手段２３ａ〜２３ｍを導通させることによって、電荷蓄積手段２２ａ〜２２ｍの電荷を放電して初期化する（電荷蓄積手段２２ａ〜２２ｍの蓄積電荷量を０にする）。次に、期間Ｔ１内の期間ｔ１から期間ｔｎまでは第１の実施形態と同様の動作を行う。次に、期間Ｔ１内の期間ｔｎ＋１においてスイッチ手段２１ａのゲート端子２４ａに印加する信号３１をＨＩＧＨにしてスイッチ手段２１ａを導通させる。このタイミングにおいては、スイッチ手段１ａ、・・・１ｎも導通しているため、電荷蓄積手段２ａ、・・・２ｎと電荷蓄積手段２２ａとは互いに並列接続されている。ここで、各電荷蓄積手段２及び２２の容量値が同じ値Ｃであり、各電荷蓄積手段２に蓄積されている電荷量がＱであるとすると、電荷蓄積手段２２ａに蓄積される電荷量はＱ×（ｎ／（ｎ＋１））となり、ノイズ成分は元の信号１０のノイズ成分と比べて１／（ｎ＋１）0.5 倍（ｎ＋１：電荷蓄積手段２及び２２ａの合計数）に減衰する。
【００２３】
続いて、期間Ｔ２から期間Ｔｍまで、期間Ｔ１と同様の動作を繰り返し行う。これによって、電荷蓄積手段２２ｂ、・・・２２ｍにそれぞれ電荷量Ｑ×（ｎ／（ｎ＋１））が蓄積されると共に、ノイズ成分については前述のように１／（ｎ＋１）0.5 倍に減衰する。
【００２４】
その後、期間Ｔｍ＋１においてゲート端子２４ａ、・・・２４ｍに印加する信号３１、３２及び３３をＨＩＧＨにすると、スイッチ手段２１ａ、・・・２１ｍが導通して電荷蓄積手段２２ａ、・・・２２ｍが互いに並列接続される。このタイミングで、電荷蓄積手段２２ａ、・・・２２ｍのそれぞれに蓄積されている電荷量が平均化されると共に当該平均化された電荷量と対応する信号が信号線５に出力される。この時、信号線５に出力される信号の値はＱ／Ｃ×（ｎ／（ｎ＋１））であり、そのノイズ成分は１／（（ｎ＋１）×ｍ）0.5 倍に減衰する。例えばｎ＝１０、ｍ＝１０とすると、ノイズは１／（１１０）0.5 （＝約１／１０．５）に減少する。
【００２５】
以上のように、ノイズを１／１０に減少させるためには、第１の実施形態では電荷蓄積手段が１００個必要であるのに対し、第２の実施形態では電荷蓄積手段が２０個（ｎ＝１０、ｍ＝１０）あればよい。すなわち、第２の実施形態によると、同じノイズ低減効果を得るために必要な電荷蓄積手段の数を大幅に削減できる。
【００２６】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係るノイズ低減回路について図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態のノイズ低減回路の回路構成を示している。図５において、１〜６は第１の実施形態の図１と同様であり（第１の実施形態と同様の回路構成については説明を省略する）、３５及び３６はスイッチ手段であり、３７はスイッチ手段３６のゲート端子であり、３８はスイッチ手段３５のゲート端子である。図５に示すように、スイッチ手段３５ｂ、・・・３５ｎは電荷蓄積手段２ｂ、・・・２ｎとＧＮＤ間に接続されており、スイッチ手段３５ｂ、・・・３５ｎの各ゲートはゲート端子３８に共通に接続されている。但し、電荷蓄積手段２ａにおけるスイッチ手段１ａの反対側の端子は常にＧＮＤに接続されている。また、スイッチ手段３６ａ、３６ｂ、・・・３６ｎ−１は電荷蓄積手段２ａと２ｂとの間、２ｂと２ｃとの間、・・・２ｎ−１と２ｎとの間にそれぞれ接続されている。スイッチ手段３６ａ、３６ｂ、・・・３６ｎ−１の各ゲートはゲート端子３７に共通に接続されている。具体的には、スイッチ手段３６ａのドレインは電荷蓄積手段２ａとスイッチ手段１ａとの接続点に接続され、スイッチ手段３６ａのソースは電荷蓄積手段２ｂとスイッチ手段３５ｂとの接続点に接続されている。同様に、スイッチ手段３６ｂ、・・・３６ｎ−１のドレインは電荷蓄積手段２ｂ、・・・２ｎ−１とスイッチ手段１ｂ、・・・１ｎ−１との接続点に接続され、スイッチ手段３６ｂ、・・・３６ｎ−１のソースは電荷蓄積手段２ｃ、・・・２ｎとスイッチ手段３５ｃ、・・・３５ｎとの接続点に接続されている。
【００２７】
以下、本実施形態のノイズ低減回路の動作について説明する。図６は、本実施形態のノイズ低減回路を動作させるタイミングを示している。図６において、信号１０〜１５、期間ｔ０〜ｔｎ＋１は第１の実施形態の図２と同様であり、３９はスイッチ手段３５ｂ、・・・３５ｎのゲート端子３８に印加する信号、４０はスイッチ手段３６ａ、・・・３６ｎ−１のゲート端子３７に印加する信号である。
【００２８】
図６に示すように、本実施形態においては、期間ｔ０から期間ｔｎまでの間に、第１の実施形態と同じく、信号線５に出力されている信号１０に応じた電荷量が電荷蓄積手段２ａ、２ｂ、・・・２ｎに蓄積される。この時、電荷蓄積手段２ａ、２ｂ、２ｃ、・・・２ｎに蓄積された電荷量（Ｑ）の値に変化はなく、また、ノイズについては各電荷蓄積手段２間に互いに相関はない。
【００２９】
次に、期間ｔｎ＋１において、スイッチ手段３ａ〜３ｎのゲート端子６に印加する信号１１、ゲート端子４ａ〜４ｎに印加する信号１２〜１５、並びにスイッチ手段３５ｂ〜３５ｎのゲート端子３８に印加する信号３９をＬＯＷにすると共に、スイッチ手段３６ａ〜３６ｎ−１のゲート端子３７に印加する信号４０をＨＩＧＨにすると、スイッチ手段３６ａ〜３６ｎ−１が導通して電荷蓄積手段２ａ〜２ｎが直列に接続される。すなわち、図５内に太破線で示したようにＧＮＤからＡ点までの間に電荷蓄積手段２がｎ個直列に接続される。このとき、各電荷蓄積手段２の容量値が同じ値Ｃであり、各電荷蓄積手段２に蓄積されている電荷量がＱであるとすると、Ａ点での出力は（Ｑ／Ｃ×ｎ）と元の信号１０のｎ倍となる一方、ノイズ成分については元の信号１０のノイズ成分のｎ0.5 倍になる。従って、Ｓ／Ｎ比はｎ／ｎ0.5 ＝ｎ0.5 倍向上する。
【００３０】
以上のように、第３の実施形態によると、外部メモリーを設けることなく、ノイズ成分を実質的に低減することができる。
【００３１】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係るノイズ低減回路について図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態のノイズ低減回路の回路構成を示している。尚、本実施形態において、図７に示す点線部５０は図５に示す第３の実施形態と同様の構成を有するため、説明を省略する。また、点線部５１も点線部５０と同様の構成を有している。具体的には、図７において、４１、４３、４５及び４６はスイッチ手段であり、４２は電荷蓄積手段であり、４４はスイッチ手段４１のゲート端子であり、４７はスイッチ手段４６のゲート端子であり、４８はスイッチ手段４５のゲート端子であり、４９はインピーダンス変換部であり、５２は信号線であり、５３はスイッチ手段４３のゲート端子である。図７に示すように、点線部５１は、スイッチ手段４１及び４３並びに電荷蓄積手段４２を１単位として、当該単位構成をｍ個（前記各手段の添え字：ａ、ｂ、ｃ、・・・、ｍ）有している。スイッチ手段４１ａ〜４１ｍのドレインは信号線５２に共通接続されていると共に、スイッチ手段４１ａ〜４１ｍのソースは、対応する電荷蓄積手段４２ａ〜４２ｍの一方の端子に接続されている。スイッチ手段４１ａ〜４１ｍのゲートは、対応するゲート端子４４ａ〜４４ｍに接続されている。スイッチ手段４３ａ〜４３ｍのドレインは、対応するスイッチ手段４１ａ〜４１ｍと電荷蓄積手段４２ａ〜４２ｍとの接続点に接続されていると共に、スイッチ手段４３ａ〜４３ｍのソースはＧＮＤに接続されている。スイッチ手段４３ａ〜４３ｍのゲートは、共通のゲート端子５３に接続されている。スイッチ手段４５ｂ〜４５ｍは、対応する電荷蓄積手段４２ｂ〜４２ｍの他方の端子とＧＮＤ間に接続されており、スイッチ手段４５ｂ〜４５ｍの各ゲートはゲート端子４８に共通に接続されている。但し、電荷蓄積手段４２ａの他方の端子（スイッチ手段４１ａの反対側の端子）は常にＧＮＤに接続されている。また、スイッチ手段４６ａ、４６ｂ、・・・４６ｍ−１は電荷蓄積手段４２ａと４２ｂとの間、４２ｂと４２ｃとの間、・・・４２ｍ−１と４２ｍとの間にそれぞれ接続されている。スイッチ手段４６ａ、４６ｂ、・・・４６ｍ−１の各ゲートはゲート端子４７に共通に接続されている。具体的には、スイッチ手段４６ａのドレインは電荷蓄積手段４２ａとスイッチ手段４１ａとの接続点に接続され、スイッチ手段４６ａのソースは電荷蓄積手段４２ｂとスイッチ手段４５ｂとの接続点に接続されている。同様に、スイッチ手段４６ｂ、・・・４６ｍ−１のドレインは電荷蓄積手段４２ｂ、・・・４２ｍ−１とスイッチ手段４１ｂ、・・・４１ｍ−１との接続点に接続され、スイッチ手段４６ｂ、・・・４６ｍ−１のソースは電荷蓄積手段４２ｃ、・・・４２ｎとスイッチ手段４５ｃ、・・・４５ｍとの接続点に接続されている。尚、信号線５と信号線５２とはインピーダンス変換部４９を介して接続されている。具体的には、インピーダンス変換部４９の入力部は信号線５に接続されていると共に、インピーダンス変換部４９の出力部は信号線５２に接続されている。
【００３２】
以下、本実施形態のノイズ低減回路の動作について説明する。図８は、本実施形態のノイズ低減回路を動作させるタイミングを示している。図８において、信号１０〜１５、３９、４０は第３の実施形態の図６と同様であり、６０はスイッチ手段４３ａ〜４３ｍのゲート端子５３に印加する信号であり、６１はスイッチ手段４５ａ〜４５ｍのゲート端子４８に印加する信号であり、６２はスイッチ手段４１ａのゲート端子４４ａに印加する信号であり、６３はスイッチ手段４１ｂのゲート端子４４ｂに印加する信号であり、６４はスイッチ手段４１ｍのゲート端子４４ｍに印加する信号であり、６５はスイッチ手段４６ａ、・・・４６ｍ−１のゲート端子４７に印加する信号である。また、図８において、期間Ｔ１〜Ｔｍはそれぞれ図６のｔ０からｔｎ＋１までの期間と対応しており、期間Ｔ１から期間Ｔｍまでの間に、図６におけるｔ０からｔｎ＋１までの期間の動作をｍ回繰り返すものとする。
【００３３】
図８に示すように、本実施形態においては、まず、期間Ｔ１内の期間ｔ０においてスイッチ手段４３ａ〜４３ｍのゲート端子５３の信号６０をＨＩＧＨにしてスイッチ手段４３ａ〜４３ｍを導通させることによって、電荷蓄積手段４２ａ〜４２ｍの電荷を放電して初期化する（電荷蓄積手段４２ａ〜４２ｍの蓄積電荷量を０にする）。次に、期間Ｔ１内の期間ｔ１から期間ｔｎまでは第３の実施形態と同様の動作を行う。次に、期間Ｔ１内の期間ｔｎ＋１のタイミングにおいて、スイッチ手段３ａ〜３ｎのゲート端子６に印加する信号１１、ゲート端子４ｎを除くゲート端子４ｎに印加する信号（１２〜１４）、並びにスイッチ手段３５ｂ〜３５ｎのゲート端子３８に印加する信号３９をＬＯＷにすると共に、スイッチ手段３６ａ〜３６ｎ−１のゲート端子３７の信号４０をＨＩＧＨにすると、スイッチ手段３６ａ〜３６ｎ−１が導通して電荷蓄積手段２ａ〜２ｎが直列に接続される。このとき、ゲート端子４ｎに印加する信号１５をＨＩＧＨにすると、スイッチ手段１ｎが導通してＡ点の出力（第３の実施形態参照）が信号線５を通じてインピーダンス変換部４９に入力され、さらに、当該出力が信号線５２に伝わる。また、このとき、スイッチ手段４１ａのゲート端子４４ａに印加する信号６２をＨＩＧＨにすると、スイッチ手段４１ａが導通してインピーダンス変換部４９からの出力が信号線５２を経て電荷蓄積手段４２ａに伝わる。すなわち、Ａ点での出力（Ｑ／Ｃ×ｎ）と対応する電荷量が電荷蓄積手段４２ａに蓄積される。尚、当該電荷量におけるノイズ成分は、元の信号１０のノイズ成分のｎ0.5 倍である。
【００３４】
続いて、期間Ｔ２から期間Ｔｍまで、期間Ｔ１と同様の動作を繰り返し行う。これにより、電荷蓄積手段４２ｂ、・・・４２ｍにそれぞれ電荷量（Ｑ／Ｃ×ｎ）が蓄積される。尚、当該各電荷量におけるノイズ成分は、元の信号１０のノイズ成分のｎ0.5 倍である。
【００３５】
その後、期間Ｔｍ＋１において、スイッチ手段４５ａ〜４５ｍのゲート端子４８の信号６１をＬＯＷにすると共に、スイッチ手段４６ａ〜４６ｍ−１のゲート端子４７の信号６５をＨＩＧＨにすると、スイッチ手段４６ａ〜４６ｍ−１が導通して電荷蓄積手段４２ａ〜４２ｍは直列に接続される。すなわち、図７内に太破線で示したようにＧＮＤからＢ点までの間に電荷蓄積手段４２がｍ個直列に接続される。このとき、Ｂ点での出力は（Ｑ／Ｃ×ｎ×ｍ）と元の信号１０のｎ×ｍ倍となる一方、ノイズ成分については元の信号１０のノイズ成分の（ｎ×ｍ）0.5 倍になる。従って、Ｓ／Ｎ比は（ｎ×ｍ）／（ｎ×ｍ）0.5 ＝（ｎ×ｍ）0.5 倍向上する。
【００３６】
以上のように、Ｓ／Ｎ比を１０倍向上させるためには、第３の実施形態では電荷蓄積手段が１００個必要であるのに対し、第４の実施形態では電荷蓄積手段が２０個（ｎ＝１０、ｍ＝１０）あればよい。すなわち、第４の実施形態によると、同じノイズ低減効果を得るために必要な電荷蓄積手段の数を大幅に削減できる。
【００３７】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係るノイズ低減回路について図面を参照しながら説明する。図９は、本実施形態のノイズ低減回路の回路構成を示している。尚、図９において、図１に示す第１の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより説明を省略する。図９に示すように、本実施形態が、図１に示す第１の実施形態と異なっている点は、信号線５が増幅回路７０の入力部に接続されていると共に増幅回路７０の出力部がノイズ低減回路の入力線７１に接続されていることである。言い換えると、本実施形態の特徴は、電荷蓄積手段２ａ〜２ｎの前段に、ノイズ成分を含む信号を増幅する増幅回路７０が配置されていることである。
【００３８】
第１の実施形態の場合、スイッチ手段１又は３を動作させると熱雑音が発生し、当該熱雑音と対応する電荷量が電荷蓄積手段２に加算されてしまう。例えば電荷蓄積手段２の容量値を１ｐＦとすると、熱雑音の値は約６５μＶになる。従って、第１の実施形態の場合、スイッチ手段３を動作させる初期化時、並びにスイッチ手段１を動作させる電荷蓄積時及び電荷平均化時の３回のスイッチ動作によって合計１１２μＶ（≒（６５×６５＋６５×６５＋６５×６５）0.5 ）の熱雑音と対応する電荷量が電荷蓄積手段２に加算される。また、１００個の電荷蓄積手段２を用いたノイズ低減回路では、低減化された熱雑音値として約１１．２μＶのノイズが新たに加わることになる。
【００３９】
以下、具体的な計算例について説明する。例えば信号線５の信号１０における信号成分及びノイズ成分をそれぞれ１００μＶ及び１０μＶとし、増幅回路７０のゲインを１００とすると、信号線５でのＳ／Ｎ比は１０となる。第１の実施形態のように増幅回路７０が設けられていない場合、電荷平均化後のＳ（信号成分：以下同じ）は不変で１００μＶであり、Ｎ（ノイズ成分：以下同じ）は（１０μＶ＋熱雑音１１２μＶ）の１／１００0.5 で１２．２μＶとなり、Ｓ／Ｎ比は１００／１２．２＝８．２となる。
【００４０】
これに対して、本実施形態のように増幅回路７０が設けられている場合、増幅回路７０から入力線７１に、Ｓ＝１００００μＶ、Ｎ＝１０００μＶの信号が印加される。このとき、電荷平均化後のＳは不変で１００００μＶであり、Ｎは（１０００μＶ＋熱雑音１１２μＶ）の１／１００0.5 で１１１．２μＶとなり、Ｓ／Ｎ比は１００００／１１１．２＝８９．９となる。
【００４１】
すなわち、本実施形態によると、第１の実施形態と同様の効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、ノイズ低減回路に入力される信号値が熱雑音値に近い微小信号である場合にも、ノイズ低減回路の前段で信号値を増幅することによって熱雑音を入力側で等価的に低減することができる。従って、入力換算のノイズ成分（つまり信号線５でのノイズ成分）を大幅に低減することができる。具体的には、増幅回路７０のゲインをＡとし、電荷蓄積手段２でのノイズ成分を６５μＶとすると、入力換算のノイズ成分は（６５μＶ／Ａ）となる。
【００４２】
尚、本実施形態においては、図１に示す第１の実施形態のノイズ低減回路の前段に増幅回路を設けたが、同様に、図３に示す第２の実施形態のノイズ低減回路の前段に増幅回路を設けてもよいし（図１０参照）、図５に示す第３の実施形態のノイズ低減回路の前段に増幅回路を設けてもよいし（図１１参照）、又は図７に示す第４の実施形態のノイズ低減回路の前段に増幅回路を設けてもよいし（図１２参照）。これらの場合にも、本実施形態と同様の効果が得られる。尚、図１０〜１２において、図３、図５又は図７に示す第２〜第４の実施形態及び図９に示す本実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、それらの動作等についての説明を省略する。
【００４３】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態に係るノイズ低減回路について図面を参照しながら説明する。図１３は、本実施形態のノイズ低減回路の回路構成を示している。尚、図１３において、図１に示す第１の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより説明を省略する。図１３に示すように、本実施形態が、図１に示す第１の実施形態と異なっている点は、信号線５の後段に電荷蓄積手段８０が接続されており、当該電荷蓄積手段８０を介してノイズ低減回路の入力線８１に信号が印加されることである。尚、入力線８１における電荷蓄積手段８０と電荷蓄積手段２ａ〜２ｎとの間に接続されている端子８２は、基準電圧を印加する端子である。言い換えると、本実施形態の特徴は、電荷蓄積手段２ａ〜２ｎの前段に、２つの信号の差分によってノイズ除去を行うノイズキャンセル回路が配置されていることである。
【００４４】
以下、本実施形態のノイズ低減回路の動作について説明する。図１４は、本実施形態のノイズ低減回路を動作させるタイミングを示している。図１４において、信号１１〜１５、期間ｔ０〜ｔｎ＋１は第１の実施形態の図２と同様であり、８５は信号線５の信号（但しタイミングの異なる２信号（ｔａ、ｔｂ）の差分（ΔＶ）が信号成分である）、８６は基準電圧を端子８２に印加する信号である。
【００４５】
図１４に示すように、期間ｔ０においてスイッチ手段３ａ〜３ｎのゲート端子６の信号１１をＨＩＧＨにしてスイッチ手段３ａ〜３ｎを導通させることによって、電荷蓄積手段２ａ〜２ｎの電荷を放電して空の状態（電荷蓄積手段２ａ〜２ｎの蓄積電荷量を０）にする。次に、期間ｔ１中の期間ｔａにおいて、スイッチ手段１ａのゲート端子４ａに印加する信号１２をＨＩＧＨにすると共に信号線５に信号８５を印加する。これにより、スイッチ手段１ａが導通し、電荷蓄積手段８０と電荷蓄積手段２ａとが直列接続される。これと同時に、信号８６をＨＩＧＨにして基準電圧を端子８２に印加する。これにより、電荷蓄積手段８０と電荷蓄積手段２ａとの接続点には基準電圧が印加されることになる。
【００４６】
次に、期間ｔ１中の期間ｔｂにおいて、スイッチ手段１ａのゲート端子４ａに印加する信号１２を再びＨＩＧＨにすると共に信号線５に信号８５を印加する。これにより、スイッチ手段１ａが導通し、電荷蓄積手段８０と電荷蓄積手段２ａとが直列接続される。ここで、図１４に示すように、期間ｔｂでの信号８５の値は期間ｔａでの信号８５の値よりもΔＶ低い。従って、電荷蓄積手段８０及び電荷蓄積手段２ａの容量値をそれぞれＣ１及びＣ２とすると、期間ｔｂにおける電荷蓄積手段８０と電荷蓄積手段２ａとの接続点の電圧は、
基準電圧（端子８２から印加される基準電圧）−ΔＶ×Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）
となり、この値に応じた電荷量が電荷蓄積手段２ａに蓄積される。尚、上式の「基準電圧」は「端子８２から印加される基準電圧」であり、「ΔＶ×Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）」は「信号線５に印加されるΔＶの容量分圧（Ｃ１：電荷蓄積手段８０の容量値、Ｃ２：電荷蓄積手段２ａの容量値）」である。
【００４７】
続いて、上記と同様の動作を期間ｔ１から期間ｔｎまでの間、電荷蓄積手段２ｂ〜２ｎに対して行った後、期間ｔｎ＋１において第１の実施形態の期間ｔｎ＋１と同様の動作を行う。
【００４８】
すなわち、本実施形態によると、第１の実施形態と同様の効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、電荷蓄積手段８０及び電荷蓄積手段２から構成されるノイズキャンセル回路を用いることにより、イメージセンサー等において一般的に行われているように２つの信号の差分によってノイズ除去を行なう。言い換えると、電荷蓄積手段８０と電荷蓄積手段２とによって、固定パターンノイズ除去回路と熱雑音低減回路とを合わせて構成している。このため、当該ノイズ除去された信号における熱雑音も大幅に削減することができる。従って、固定パターンノイズを含むノイズ成分を大幅に低減することができる。
【００４９】
尚、本実施形態においては、図１に示す第１の実施形態のノイズ低減回路の前段にノイズキャンセル回路を設けたが、同様に、図３に示す第２の実施形態のノイズ低減回路の前段にノイズキャンセル回路を設けてもよいし（図１５参照）、図５に示す第３の実施形態のノイズ低減回路の前段にノイズキャンセル回路を設けてもよいし（図１６参照）、又は図７に示す第４の実施形態のノイズ低減回路の前段にノイズキャンセル回路を設けてもよい（図１７参照）。これらの場合にも、本実施形態と同様の効果が得られる。尚、図１５〜１７において、図３、図５又は図７に示す第２〜第４の実施形態及び図１３に示す本実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、それらの動作等についての説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、信号に含まれるノイズを低減するノイズ低減回路に関し、本発明を画像処理等に適用した場合には、外部メモリーを設けることなく且つ内部電荷蓄積手段の数を大幅に削減しつつノイズ成分を大幅に低減できるという効果が得られ、非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るノイズ低減回路の回路構成図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係るノイズ低減回路の動作を示すタイミング図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係るノイズ低減回路の回路構成図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係るノイズ低減回路の動作を示すタイミング図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態に係るノイズ低減回路の回路構成図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係るノイズ低減回路の動作を示すタイミング図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施形態に係るノイズ低減回路の回路構成図である。
【図８】図８は、本発明の第４の実施形態に係るノイズ低減回路の動作を示すタイミング図である。
【図９】図９は、本発明の第５の実施形態に係るノイズ低減回路（第１の実施形態に係るノイズ低減回路の前段に増幅回路を設けたもの）の回路構成図である。
【図１０】図１０は、本発明の第５の実施形態に係るノイズ低減回路（第２の実施形態に係るノイズ低減回路の前段に増幅回路を設けたもの）の回路構成図である。
【図１１】図１１は、本発明の第５の実施形態に係るノイズ低減回路（第３の実施形態に係るノイズ低減回路の前段に増幅回路を設けたもの）の回路構成図である。
【図１２】図１２は、本発明の第５の実施形態に係るノイズ低減回路（第４の実施形態に係るノイズ低減回路の前段に増幅回路を設けたもの）の回路構成図である。
【図１３】図１３は、本発明の第６の実施形態に係るノイズ低減回路（第１の実施形態に係るノイズ低減回路の前段にノイズキャンセル回路を設けたもの）の回路構成図である。
【図１４】図１４は、本発明の第６の実施形態に係るノイズ低減回路の動作を示すタイミング図である。
【図１５】図１５は、本発明の第６の実施形態に係るノイズ低減回路（第２の実施形態に係るノイズ低減回路の前段にノイズキャンセル回路を設けたもの）の回路構成図である。
【図１６】図１６は、本発明の第６の実施形態に係るノイズ低減回路（第３の実施形態に係るノイズ低減回路の前段にノイズキャンセル回路を設けたもの）の回路構成図である。
【図１７】図１７は、本発明の第６の実施形態に係るノイズ低減回路（第４の実施形態に係るノイズ低減回路の前段にノイズキャンセル回路を設けたもの）の回路構成図である。
【図１８】図１８（ａ）〜（ｃ）は、従来の雑音抑圧の基本原理を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    スイッチ手段
２    電荷蓄積手段
３    スイッチ手段
４    スイッチ手段１のゲート端子
５    信号線
６    スイッチ手段３のゲート端子
１０    信号線５の信号
１１    スイッチ手段３のゲート端子６に印加する信号
１２    スイッチ手段１ａのゲート端子４ａに印加する信号
１３    スイッチ手段１ｂのゲート端子４ｂに印加する信号
１４    スイッチ手段１ｃのゲート端子４ｃに印加する信号
１５    スイッチ手段１ｎのゲート端子４ｎに印加する信号
２１    スイッチ手段
２２    電荷蓄積手段
２３    スイッチ手段
２４    スイッチ手段２１のゲート端子
２６    スイッチ手段２３のゲート端子
３０    スイッチ手段２３のゲート端子２６に印加する信号
３１    スイッチ手段２１ａのゲート端子２４ａに印加する信号
３２    スイッチ手段２１ｂのゲート端子２４ｂに印加する信号
３３    スイッチ手段２１ｍのゲート端子２４ｍに印加する信号
３５    スイッチ手段
３６    スイッチ手段
３７    スイッチ手段３６のゲート端子
３８    スイッチ手段３５のゲート端子
３９    スイッチ手段３５のゲート端子３８に印加する信号
４０    スイッチ手段３６のゲート端子３７に印加する信号
４１    スイッチ手段
４２    電荷蓄積手段
４３    スイッチ手段
４４    スイッチ手段４１のゲート端子
４５    スイッチ手段
４６    スイッチ手段
４７    スイッチ手段４６のゲート端子
４８    スイッチ手段４５のゲート端子
４９    インピーダンス変換部
５２    信号線
５３    スイッチ手段４３のゲート端子
６０    スイッチ手段４３のゲート端子５３に印加する信号
６１    スイッチ手段４５のゲート端子４８に印加する信号
６２    スイッチ手段４１ａのゲート端子４４ａに印加する信号
６３    スイッチ手段４１ｂのゲート端子４４ｂに印加する信号
６４    スイッチ手段４１ｍのゲート端子４４ｍに印加する信号
６５    スイッチ手段４６のゲート端子４７に印加する信号
７０    増幅回路
７１    ノイズ低減回路の入力線
８０    電荷蓄積手段
８１    入力線
８２    基準電圧を印加する端子
８５    信号
８６    基準電圧を端子８２に印加する信号
【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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