交叉申请的相关引用
本申请基于并且要求于2016年9月1日提交的日本专利申请no.2006-170500的优先权的权益，其公开内容通过引用全文并入在本文中。
本公开涉及一种图像拾取设备，并且例如涉及一种通过使用反相放大器放大通过垂直信号线读取的信号电平并且执行用于放大的信号电平模数转换处理的图像拾取设备。
背景技术：
日本未审查的专利申请公开no.2005-217771公开了图像拾取设备的电路配置的示例。在日本未审查的专利申请公开no.2005-217771中公开的电路配置包括用于拍摄对象的图像的多个像素、用于从多个像素读取信号的多个垂直输出线、以及用于放大读入到多个垂直输出线的信号的放大电路。
技术实现要素：
在日本未审查的专利申请公开no.2005-217771中所公开的图像拾取设备中，通过使用反相放大器放大从像素读取的信号。此外，在日本未审查的专利申请公开no.2005-217771中所公开的图像拾取设备中，在放大从像素读取的信号电平之前，执行其中放大像素的暗电平的暗电平读出处理。因此，在图像拾取设备中，对每个像素重复执行暗电平读出处理和像素信号放大处理。也就是说，在图像拾取设备中，对每个像素重复反相放大器的充电和放电。应当注意的是，近年来图像拾取设备中的像素数目和其帧速率显着增加。因此，在图像拾取设备中，正增加对上述反相放大器的反馈电容的充电和放电的频率(即，执行充电和放电的频率)。其结果是，存在随着图像拾取设备的性能提高而耗电量增加这样的问题。
将会从以下说明书和附图中的描述对其它目的和新颖特征更加显而易见。
根据一个实施例，半导体设备包括：多个像素电路，该多个像素电路与一个垂直信号线连接；以及反相放大电路，该反相放大电路被配置为利用根据输入电容ci与反馈电容cf之间的电容比确定的放大因子，放大通过垂直信号线sl获得的信号电平，其中，在第一时刻与第二时刻之间的时段中设置的电荷恢复时段中，反馈电容与反相放大电路的输出断开并且与垂直信号线连接，第一时刻是当已经完成通过反相放大电路放大从第一像素电路读取的图像拾取信号时的时刻，第二时刻是当开始通过反相放大电路放大从第二像素电路读取的暗电平信号时的时刻。
根据上述实施例，半导体设备能够降低读取像素信号所消耗的电功率。
附图说明
将会结合附图从确定实施例的以下描述对以上和其它方面、优点、和特征更显而易见，在附图中：
图1是包括根据第一实施例的图像拾取设备的相机系统的框图；
图2是根据第一实施例的图像拾取设备的平面布局的示意图；
图3是根据第一实施例的图像拾取设备的像素电路、像素电流源、和放大电路的电路图；
图4是用于说明根据第一实施例的图像拾取设备的操作的时序图表；
图5是用于说明图4中示出的时序图表中的时段t1中的开关状态的放大电路的电路图；
图6是用于说明图4中示出的时序图表中的时段t2中的开关状态的放大电路的电路图；
图7是用于说明图4中示出的时序图表中的时段t3中的开关状态的放大电路的电路图；
图8是用于说明图4中示出的时序图表中的时段t5中的第一状态变化之后的开关状态的放大电路的电路图；
图9是用于说明图4中示出的时序图表中的时段t5中的第二状态变化之后的开关状态的放大电路的电路图；
图10是用于说明图4中示出的时序图表中的时段t5中的第三状态变化之后的开关状态的放大电路的电路图；
图11是用于说明图4中示出的时序图表中的时段t5中的第四状态变化之后的开关状态的放大电路的电路图；
图12是用于说明根据第一实施例的图像拾取设备的像素电路的第一修改示例的电路图；
图13是用于说明根据第一实施例的图像拾取设备的像素电路的第二修改示例的电路图；
图14是根据第二实施例的用于图像拾取设备的像素电路、像素电流源、和放大电路的电路图；
图15是用于说明根据第二实施例的图像拾取设备的像素电流源的另一种形式的电路图；
图16是根据第三实施例的用于图像拾取设备的像素电路、像素电流源、和放大电路的电路图；以及
图17是用于说明根据第三实施例的图像拾取设备的操作的时序图表。
具体实施方式
第一实施例
为了使说明清楚起见，可以适当部分地省略并简化以下说明和附图。此外，贯穿整个附图相同符号被分配到相同组件并且根据需要省略重复的说明。
图1示出根据第一实施例的相机系统1的框图。如图1所示，相机系统1包括变焦透镜11、光阑机构(或小孔(aperture)机构)12、固定透镜13、焦距透镜14、图像拾取设备15、变焦透镜致动器16、焦距透镜致动器17、信号处理电路18、系统控制mcu19、监视器、和存储设备。应该注意的是，监视器和存储设备被用于检查并且存储由相机系统1拍摄的图像，并且它们可以被设置在与相机系统1分开提供的另一个系统中。
变焦透镜11、光阑机构12、固定透镜13、和焦距透镜14形成了相机系统1的一组透镜(以下称为“透镜组”)。通过变焦透镜致动器16变化变焦透镜11的位置。通过焦距透镜致动器17变化焦距透镜14的位置。此外，在相机系统1中，通过使用各种致动器移动透镜来变化变焦放大率和焦点并且通过操作光阑机构12变化入射光的量。
变焦透镜致动器16基于通过系统控制mcu19输出的变焦控制信号szc移动变焦透镜11。焦距透镜致动器17基于通过系统控制mcu19输出的焦距控制信号sfc移动焦距透镜14。光阑机构12根据通过系统控制mcu19输出的光阑控制信号sdc调节光阑等级。
包括例如诸如光电二极管这样的光接收元件的图像拾取设备15将从这些光接收元件获得的光接收像素信息转换成数字值并且将它们作为图像信息do输出。此外，图像拾取设备15分析如上所述的图像拾取设备15输出的图像信息do，并且输出表示图像信息do的特征的图像特征信息dci。该图像特征信息dci包括通过自动聚焦处理(稍后进行描述)获取的两个图像。此外，图像拾取设备15基于由系统控制mcu19供应的传感器控制信号ssc对图像信息do的每个像素执行增益控制、对图像信息do执行曝光控制、以及对图像信息do执行hdr(高动态范围)控制。随后描述图像拾取设备15的细节。
信号处理电路18对从图像拾取设备15接收的图像信息do执行诸如图像校正处理这样的图像处理，并且将所得数据作为图像数据dimg输出。信号处理电路18分析接收的图像信息do并且输出色彩空间信息dcd。色彩空间信息dcd包括例如图像信息do的亮度信息和色彩信息。
系统控制mcu19基于从图像拾取设备15输出的图像特征信息dci来控制透镜组的焦点。更具体地说，系统控制mcu19通过向焦距透镜致动器17输出焦距控制信号sfc来控制透镜组的焦点。系统控制mcu19通过向光阑机构12输出光阑控制信号ssc来调节光阑机构12的小孔等级。此外，系统控制mcu19根据外部供应的变焦指令生成变焦控制信号szc并且通过将向变焦透镜致动器16输出变焦控制信号szc来控制透镜组的变焦放大率。
更具体地说，通过使用变焦透镜致动器16移动变焦透镜11来偏移焦点。因此，系统控制mcu19基于在从图像拾取设备15获得的图像特征信息dci中包括的两个图像计算对象的两个图像之间的位置相位差，并且基于该位置相位差计算透镜组的散焦的量(在下文中被称为“散焦量”)。计算系统控制mcu19根据该散焦量自动地获得正确的焦点。上述处理是自动聚焦处理。
此外，系统控制mcu19基于在从信号处理电路18输出的色彩空间信息dcd中包括的亮度信息计算指示图像拾取设备15的曝光设置的曝光控制值，并且控制图像拾取设备15的曝光设置和增益设置，使得在从信号处理电路18输出的色彩空间信息dcd中包括的亮度信息更接近曝光控制值。注意的是，当光阑机构12变化曝光时，系统控制mcu19还可以计算用于光阑机构12的控制值。
此外，系统控制mcu19基于由用户提供的指令输出用于调节图像数据dimg的亮度或色彩的色彩空间控制信号sic。注意的是，系统控制mcu19基于从信号处理电路18获取的色彩空间信息dcd和由用户提供的信息之间的差异来生成色彩空间控制信号sic。
根据第一实施例的相机系统1的特征中的一个在于：在从传感器15中(即，图像拾取设备15中)的光电二极管读取像素信息时执行的控制方法。因此，在下文中，以更详细的方式说明图像拾取设备15。
图2示出了根据第一实施例的图像拾取设备的平面布局的部分的示意图。具体地，图2示出了图像拾取设备15的平面布局的部分，该图像拾取设备15包括图像垂直控制单元20、像素阵列21、像素电流源22、放大电路23、ad(模拟到数字)转换电路24、cds(相关双重采样)电路25、水平传送电路26、定时发生器27、输出控制单元28、和输出接口29。
图像垂直控制单元20在逐行基础上控制像素阵列21中的格状图案中布置的像素电路的操作。像素电流源22包括为像素阵列21中布置的像素电路的每列提供的电流源。放大电路23调节用于从像素电路读取的像素信息的增益。ad转换电路24将已经通过放大电路23调节增益的像素信息转换成数字值。cds电路25通过从像素信息的信号电平中减去复位电平(在下文中被称为“暗电平”)将噪声从像素信息中去除。水平传送电路26从更靠近输出控制单元28的像素信息开始连续地顺序地将已经通过cds电路25去除噪声的像素信息传送到输出控制单元28。定时发生器27控制图像垂直控制单元20、像素电流源22、放大电路23、ad转换电路24、和cds电路25操作的时刻。输出控制单元28将通过水平传送电路26传送的像素信息输出到输出接口29。输出接口29是图像拾取设备15的输出接口电路。
根据第一实施例的图像拾取设备的特征中的一个在于放大电路23。因此，下面将详细说明放大电路23。图3示出了根据第一实施例的光阑机构12、像素电流源22、和放大电路23的电路图。注意的是，图3示出了图像垂直控制单元20和图像水平控制单元(例如定时发生器27)，使得说明向像素电路的每个元件供应的控制信号并且向像素电流源22和放大电路23供应的控制信号。此外，图3仅示出了与一个像素列相关的电路的部分。在图3中，加括号的符号表示在以下说明中所使用的电压。
如图3所示，根据第一实施例的像素阵列21包括为一个垂直信号线sl提供的n个像素电路(图3中的像素电路31至3n)。因为像素电路31至3n彼此相同，因此在图3中仅详细示出了像素电路31。像素电路31包括光/电转换元件(例如，光电二极管41)、传送晶体管42、复位转换43，放大晶体管44、和选择晶体管45。
光电二极管41根据入射在图像拾取设备15上的光量生成电荷。传送晶体管42是nmos晶体管并且从光电二极管41读取电荷。传送晶体管42的源极与光电二极管41连接，并且传送晶体管42的漏极与浮动扩散fd连接。此外，将读取控制信号tx1供应到传送晶体管42的栅极。浮动扩散fd积聚通过传送晶体管42读取的电荷。复位转换43是nmos晶体管，并且将其连接在浮动扩散fd与电源线pwr之间。将复位控制信号rst1供应到复位转换43的栅极。复位转换43是nmos晶体管。复位转换43的栅极与浮动扩散fd连接，并且复位转换43的漏极与电源线pwr连接。此外，复位转换43的源极与输出线连接。此外，放大晶体管44输出具有根据浮动扩散fd中积聚的电荷量确定的电压的像素信息vopx。选择晶体管45是nmos晶体管并且将其设置在放大晶体管44的源极与垂直信号线sl之间。此外，将选择信号sel1供应到选择晶体管45的栅极。
此外，在垂直信号线sl中形成寄生电容cvsl。该寄生电容cvsl是垂直信号线sl的布线电容。像素电流源22设置在垂直信号线sl的端部。像素电流源22包括第四开关(例如，开关swipx)和恒定电流源46。将开关swipx设置在恒定电流源46与垂直信号线sl之间。恒定电流源46从垂直信号线sl汲取恒定电流。
放大电路23包括放大器47、第一电容(例如，输入电容ci)、第二电容(例如，反馈电容cf)、第一开关(例如，开关swamp)、第二开关(例如，开关swrcy)、第三开关(例如，开关swrs)、和基准电压源。
输入电容ci的一端与垂直信号线sl连接。放大器47的反相输入端子与输入电容ci的另一端连接，并且将第一基准电压(例如，基准电压vref)供应到放大器47的非反相输入端子。基准电压源生成基准电压vref。反馈电容cf的一端与放大器47的反相输入端子连接。开关swamp使反馈电容cf的另一端与放大器47的输出端子连接。将开关swrcy连接在反馈电容cf的另一端与垂直信号线sl之间。将开关swrs设置在放大器47的反相输入端子与放大器47的输出端子之间。
定时发生器27控制开关swamp、swrcy、和swrc的开/关状态并且控制像素电流源22的操作状态(例如，开关swipx的开/关状态)。具体地说，在已完成通过放大器47放大从第一像素电路(例如，像素电路31)读取的图像拾取信号处的第一时刻与开始通过放大器47放大从第二像素电路(例如，像素电路32)读取的暗电平信号处的第二时刻之间的时段中设置的电荷恢复时段中，定时发生器27停止通过像素电流源22执行的恒定电流的汲取、断开开关swamp、以及接通开关swrcy。此外，在第一时刻之前的时段中以及在第二时刻及之后处的时段中，定时发生器27使像素电流源22汲取恒定电流、接通开关swamp、以及断开开关swrcy。定时发生器27在电荷恢复时段中将开关swrs控制成导通状态。定时发生器27在电荷恢复时段中断开开关swipx，并且在除了电荷恢复时段之外的时段中接通开关swipx。
根据第一实施例的图像拾取设备15的特征中的一个在于：当读取像素信息时，用于通过定时发生器27执行放大电路23的图像拾取设备15的控制方法。因此，在下文中，说明根据第一实施例的图像拾取设备15的操作，其中特别强调用于放大电路23的控制方法。因此，图4示出了用于说明根据第一实施例的图像拾取设备15的操作的时序图表。在图4中示出的示例中，示出了从像素电路(即像素电路31和32)读取像素信息的情况。然而，当从n个像素电路读取像素信息时执行基本相同的操作。
首先，说明当从像素电路31，32读取像素信息时执行的像素电路31，32的操作。如图4所示，在根据第一实施例的图像拾取设备15中，对每个像素电路执行包括复位(或初始化)光电二极管41、复位浮动扩散fd、输出暗电平、以及输出像素信息的各种处理。
在光电二极管41的复位处理中，接通传送晶体管42和复位转移43使得浮动扩散fd和光电二极管41的充电电平达到复位电平。然后，通过使传送晶体管42和复位晶体管43的状态从导通状态变化到断路状态开始曝光处理。然后在该曝光处理的时段期间(即，在图中的曝光处理期间)，通过将复位转换43切换到导通状态来执行用于浮动扩散fd的复位处理。此外，在曝光时段期间，在用于完成浮动扩散fd的复位处理之后，图像拾取设备15通过将复位转换43从导通状态切换到断路状态并且将选择晶体管45从断路状态切换到导通状态来输出暗电平。此后，图像拾取设备15通过将传送晶体管42从断路状态切换到导通状态将光电二极管41的电荷传送到浮动扩散fd并且将像素信息vopx输出到垂直信号线sl。
注意的是，在根据第一实施例的图像拾取设备15中暗电平是电源电压电平。此外，在根据第一实施例的图像拾取设备15中，当从光电二极管41读取像素信息时，浮动扩散fd和垂直信号线sl具有低于电源电压电平的模拟电压。注意的是，与像素信息相对应的模拟电压可以根据像素信息的大小具有各种电压值。因此，在图4中，由双线指示其中信号具有模拟电压的部分。
接下来，说明当读取像素信息时执行的像素电流源22和放大电路23的操作。如图4所示，在执行用于读取像素信息的处理之前，控制开关使得像素电流源22被控制为其中其从垂直信号线sl汲取电流并且放大电路23用作反相放大电路的状态。通过使用时段t1中的开关状态作为示例来说明在用于读取像素信息的处理之前的该时段中的开关的状态(以下称为“开关状态”)。因此，图5示出了用于对图4中示出的时序图表中的时段t1中的开关状态进行说明的放大电路的电路图。
如图5所示，在时段t1中，控制开关使得：开关swipx处于导通状态；开关swrs处于断路状态；开关swamp处于导通状态；开关swrcy处于断路状态。
接下来，说明当读取暗电平时执行的像素电流源22和放大电路23的操作。如图4所示，当读取暗电平时，开关状态从其中反馈电容cf被复位的时段t2中的状态变化为其中执行用于读取暗电平的操作的时段t3中的状态。在时段t2中，控制开关状态使得放大电路23用作缓冲器。通过这样做，反馈电容cf的电荷被复位。在时段t3中，使放大电路23用作反相放大器，使得输出将要转换的、与通过垂直信号线sl传送的暗电平相对应的像素信息vout(以下称为“转换目标像素信息vout”)。因此，图6示出了用于说明图4中示出的时序图表中的时段t2中的开关状态的放大电路的电路图。此外，图7示出了用于说明图4中示出的时序图表中的时段t3中的开关状态的放大电路的电路图。
如图6所示，在时段t2中，控制开关使得：开关swipx处于导通状态(即，维持在导通状态)；将开关swrs从断路状态切换到导通状态；开关swamp处于导通状态；以及开关swrcy处于断路状态。
如图7所示，在时段t3中，控制开关使得：开关swipx处于导通状态；开关swrs从导通状态切换到断路状态；开关swamp处于导通状态；以及开关swrcy处于断路状态。
接下来，说明当读取像素信息vopx时执行的像素电流源22和放大电路23的操作。如图4所示，当读取像素信息vopx时，维持时段t3中的开关状态，使得通过被配置(即，使用作)为反相放大器的放大电路23，将输出到垂直信号线sl的像素信息vopx转换成转换目标像素信息vout。因为上述处理中的开关状态与时段t3相同，因此省略其的说明。
接下来，说明电荷恢复时段中的像素电流源22和放大电路23的操作，其中通过将电荷传送到垂直信号线sl的寄生电容cvsl和输入电容ci来恢复(即，收集)反馈电容cf的电荷。如图4所示，在成为电荷恢复时段的时段t4中，最终控制开关使得：开关swipx处于断路状态；开关swrs处于导通状态；开关swamp处于断路状态；以及开关swrcy处于导通状态。在根据第一实施例的图形拾取设备15中，开关中的每个通过四个阶段被控制并且达到时段t4中的最终开关状态。因此，说明时段t4中的开关的控制的同时，示出了在四个阶段中的每个处的开关状态。
图8示出了用于对图4中示出的时序图表的时段t5中的第一状态变化之后的开关状态进行说明的放大电路的电路图。在该第一状态变化中，开关被控制为：开关swipx处于导通状态；开关swrs处于断路状态；开关swamp从导通状态切换到断路状态；并且开关swrcy处于断路状态。
图9示出了用于说明第二状态在图4中示出的时序图表的时段t5中变化之后的开关状态的放大电路的电路图。在该第二状态变化中，控制开关使得：开关swipx处于导通状态；开关swrs从断路状态切换到导通状态；开关swamp处于断路状态；并且开关swrcy处于断路状态。
图10示出了用于说明第三状态在图4中示出的时序图表的时段t5中变化之后的开关状态的放大电路的电路图。在该第三状态变化中，控制开关使得：开关swipx从导通状态切换到断路状态；开关swrs处于导通状态；开关swamp处于断路状态；并且开关swrcy处于断路状态。
图11示出了用于说明第四状态在图4中示出的时序图表的时段t5中变化之后的开关状态的放大电路的电路图。在该第四状态变化中，控制开关使得：开关swipx处于断路状态；开关swrs处于导通状态；开关swamp处于断路状态；并且开关swrcy从断路状态切换到导通状态。
在图像拾取设备15中，因为通过被配置为反相放大器的放大电路23读取像素信息vopx，所以垂直信号线sl的电压由于读取像素信息vopx而从暗电平下降，并且是放大电路23的输出的转换目标像素信息的电压vout上升。因为此，在其中在时段t5中已经完成第四状态变化的状态下，执行从反馈电容cf到寄生电容cvsl和输入电容ci的充电。
按照这种方式，通过第一状态到第四状态变化使开关状态达到到最终开关状态中，图像拾取设备15防止放大电路23变成不稳定状态并且防止积聚在反馈电容中的电荷cf流出，因而提高了电荷恢复效率。具体地，在放大电路23中，当电荷恢复时，通过使用开关swrs将放大器47配置成缓冲电路来提高放大器47的反相输入端子的稳定性。其结果是，提高了从反馈电容cf到寄生电容cvsl和输入电容ci的电荷传送的效率。
此外，在根据第一实施例的图像拾取设备15中，对每个像素电路重复时段t2至t5中的操作。
如上所述，在已经完成通过放大器47放大从第一像素电路(例如，像素电路31)读取的图像拾取信号处的第一时刻与开始通过放大器47放大从第二像素电路(例如，像素电路32)读取的暗电平信号处的第二时刻之间的时段中设置的电荷恢复时段中，根据第一实施例的图像拾取设备15将积聚在反馈电容cf中的电荷传送到垂直信号线sl的寄生电容cvsl和输入电容ci。其结果是，由于读取像素信息vopx已经从暗电平下降的垂直信号线sl的电位上升。此外，在根据第一实施例的图像拾取设备15中，当垂直信号线sl和输入电容ci达到在读取第一像素电路之后读取的第二像素电路的暗电平时，减少了利用对垂直信号线sl的寄生电容cvsl充电的电荷量。也就是说，在根据第一实施例的图像拾取设备15中，通过传送当将像素信息vopx读取到寄生电容cvsl和输入电容ci时、在反馈电容cf中积聚的电荷，降低当读取暗电平时、用于对垂直信号线sl和输入电容ci充电的电流。其结果是，能够降低功耗。
近年来，图像拾取设备中的像素数目及其帧速率正显著增加。其结果是，图像拾取设备的功耗正在增大。例如，假设其中具有120fps的帧速率的运动图像是通过装备有以下所述格状图案中布置的像素的图像拾取设备15进行拍摄的情况，所述格状图案包括水平方向上为7,680列以及垂直方向上为4,320行。在这种情况下，假设用于像素的垂直信号线的寄生电容cvsl和与垂直信号线sl连接的反相放大器的输入电容ci均为5pf并且像素的输出振幅为1v，则具有对用于像素的垂直信号线的寄生电容cvsl和反相放大器的输入电容ci放电/充电的电流变成40ma(即(5pf+5pf)×1v×7,680×4,320×120＝40ma)。
这里，假设：反相放大器的反馈电容cf为5pf；反相放大器的非反相输入端子的基准电压vref为1v；像素输出的垂直信号线sl的暗电平为2v；图像拾取信号的信号电平为1v；并且输出大小为1v。在这种情况下，还以1v的电荷对反馈电容cf充电。当在该状态下执行上述充电恢复时，积聚在反馈电容cf中的电荷的三分之二(即，2/3)移动到垂直信号线sl的电容cvsl和反相放大器的输入电容ci，并且因此垂直信号线sl的电压变化为1.33v。因此，利用通过40ma的充电电流对反相放大器的反馈电容cf充电，能够从反相放大器的反馈电容cf再循环上述电荷的三分之一(即，1/3)。此外，当用于像素电路的电源电压为3v时，功耗能够降低了40mw(3v×40ma×1/3＝40mw)。该功耗降低效果与像素数目和帧速率成比例地增加。例如，当像素以包括水平方向上为15,360列并且垂直方向上为8,640行的格状图案布置并且帧速率为120fps时，功耗降低了160mw。此外，当像素以包括水平方向上为15,360列并且垂直方向上为8,640行的格状图案布置并且帧速率为240fps时，功耗降低了320mw。如上所述，通过在根据第一实施例的图像拾取设备15中的电荷恢复实现的功耗降低效果对于像素数目的增加以及帧速率的上升是非常高的(即非常有效的)。
注意的是，根据第一实施例的图像拾取设备15的像素电路不局限于图3所示的电路。也就是说，还能够采用其它形式的电路。例如，能够使用其中对一个放大晶体管44提供多个光电二极管41的配置。此外，可以省略选择晶体管45或者可以变化其的位置。因此，图12示出了通过从像素电路31去除选择晶体管45得到的像素电路31a的电路图。
如图12所示，通过从像素电路31去除选择晶体管45获得了像素电路31a，其中复位电源线vrst1与复位转换43的源极连接。在与图像垂直控制单元20进行比较中，图像垂直控制单元20a具有通过复位电源线vrst1至vrstn输出复位电压的附加功能。图像垂直控制单元20a通过使用与选择信号sel相同的逻辑来变化复位电压。该复位电压优选地高于电源电压vdd。
此外，图13示出了通过变化像素电路31中的选择晶体管45的位置获得的像素电路31b的电路图。如图13所示，在像素电路31b中，将选择晶体管45b设置在放大晶体管44与电源线pwr之间。通过使用选择信号sel来控制该选择晶体管45b。
第二实施例
在第二实施例中，说明开关swamp、开关swrs、开关swrcy、和开关swipx的具体示例。注意的是，在第二实施例的说明中，将与第一实施例的符号相同的符号分配到与第一实施例的组件相同的组件并且省略其的说明。
图14示出了根据第二实施例的图像拾取设备15的像素电路31至3n、像素电流源22、和放大电路23的电路图。如图14所示，在根据第二实施例的图像拾取设备15中，nmos晶体管51被用作为开关swipx。该nmos晶体管51的源极与恒定电流源46连接，并且nmos晶体管51的漏极与垂直信号线sl连接。此外，将用于开关swipx的控制信号供应到nmos晶体管51的栅极。
在根据第二实施例的图像拾取设备15中，nmos晶体管52被用作为开关swrs。该nmos晶体管52的源极与放大器47的反相输入端子连接，并且nmos晶体管52的漏极与放大器47的输出端子连接。此外，将用于开关swrs的控制信号供应到nmos晶体管52的栅极。
在根据第二实施例的图像拾取设备15中，pmos晶体管53被用作为开关swamp。该pmos晶体管53的源极与放大器47的输出端子连接，并且pmos晶体管53的漏极与反馈电容cf的另一端连接。此外，将开关swamp的控制信号供应到pmos晶体管53的栅极。
在根据第二实施例的图像拾取设备15中，pmos晶体管54被用作为开关swrcy。该pmos晶体管54的源极与垂直信号线sl的输出端连接并且其漏极与反馈电容cf的另一端连接。此外，将用于开关swrcy的控制信号供应到pmos晶体管54的栅极。
如图14所示，在根据第二实施例的图像拾取设备15中，nmos晶体管和pmos晶体管被用作为开关。注意的是，具有与图4中示出的时序图表中的逻辑电平相同逻辑电平的信号可以被用作为用于nmos晶体管的控制信号。与此相反，具有与图4中示出的时序图表的逻辑电平相反的逻辑电平的信号可以被用作为pmos晶体管的控制信号。
在根据第二实施例的图像拾取设备15中，除了用晶体管替代开关之外，基于通过开关连接的端子或布线线的电位关系确定被用作为开关的晶体管的导电类型。按照这种方式，在根据第二实施例的图像拾取设备15中，能够不需要使用包括两个晶体管的转换开关并且从而减小了电路尺寸，而通过使用一个晶体管来形成每个开关。
此外，其它形式的开关能够被用作为开关swipx。因此，图15示出了用于说明根据第二实施例的图像拾取设备的像素电流源的另一形式的电路图。如图15所示，在其它形式中，像素电流源包括由nmos晶体管560至562(图中所示的部分)，恒定电流源55、和nmos晶体管57形成的电流镜像电路。电流镜像电路输出从恒定电流源55供应到相对应的垂直信号线sl的恒定电流。此外，电流镜像电路包括将形成电流镜像电路的晶体管的栅极彼此连接的栅极线。nmos晶体管57是用作第四开关(例如，开关swipx)的晶体管。在图15中示出的示例中，根据开关swipx的操作，通过使nmos晶体管57在导电状态和截止状态之间切换、以选择性地方式执行或停止从垂直信号线sl汲取恒定电流。
在图15中示出的示例中，为多个垂直信号线sl提供一个开关swipx。按照这种方式，在图15中示出的示例中，减少了用作开关swipx的晶体管的数量。其结果是，能够减小电路尺寸。
第三实施例
在第三实施例中，说明是放大电路23的另一形式的放大电路63。注意的是，在对第三实施例的说明中，将与第一实施例的符号相同的符号分配到与第一实施例的组件相同的组件，并且省略其的说明。
图16示出了根据第三实施例的图像拾取设备15的像素电路、像素电流源、和放大电路的电路图。如图16所示，在放大电路23进行比较中，放大电路63额外包括第五开关(例如，开关swshdi)、第六开关(例如，开关swshsi)、第七开关(例如，开关swshdo)、第八开关(例如，开关swshso)、第九开关(例如，开关swrcysh)、第十开关(例如，开关swipg)、第三电容器(例如，电容器cshd)、和第四电容器(例如，电容器cshs)。此外，除了其的转换处理时刻之外，ad转换电路64与ad转换电路24基本相同。根据第三实施例的图像拾取设备15对与暗电平相对应的转换目标像素信息vout采样(或捕获)以作为转换目标像素信息voshd，并且然后并行地执行转换目标像素信息voshd的转换处理，以及执行用于对与像素信息vopx相对应的转换目标像素信息vout采样(或捕获)采样处理，作为转换目标像素信息voshs(即，同时执行这些处理)。
开关swshdi的一端与放大器47的输出端子连接。开关swshsi的一端与放大器47的输出端子连接。电容器cshd的一端与开关swshdi的另一端连接，并且将第二基准电压(例如，基准电压vrefsh)供应到电容器cshd的另一端。电容器cshs的一端与开关swshsi的另一端连接，并且将第二基准电压(例如，基准电压vrefsh)供应到电容器cshs的另一端。开关swshdo的一端与开关swshdi的另一端连接，并且开关swshdo的另一端与后续级中的电路(即，与放大电路63的输出侧连接的电路)(例如ad转换电路64)连接。开关swshso的一端与开关swshsi的另一端连接，并且开关swshso的另一端与后续级中的电路(例如，ad转换电路64)连接。将开关swrcysh连接在开关swshsi的另一端与垂直信号线sl的另一端之间。将开关swipg连接在放大器47的反相输入端子与非反相输入端子之间。
在与定时发生器27进行比较中，定时发生器67具有输出用于控制开关swshdi、开关swshsi、开关swshdo、开关swshso、开关swrcysh、和开关swipg的控制信号的附加功能。此外，定时发生器67在电荷恢复时段中接通开关swrcysh和开关swipg，并且断开开关swshdi、开关swshsi、开关swshdo、和开关swshso。
接下来，说明根据第三实施例的图像拾取设备15的操作。因此，图17示出了用于说明根据第三实施例的图像拾取设备15的操作的时序图表。如图17所示，在根据第三实施例的图像拾取设备中，像素电路31和32的操作与图4中示出的第一实施例中的操作相同。
此外，当根据第三实施例的图像拾取设备15对暗电平执行放大处理时，图像拾取设备15接通开关swshdi和swshdo，并且从而将与暗电平相对应的转换目标像素信息vout采样到电容器cshd中，作为转换目标像素信息voshd。此外，当根据第三实施例的图像拾取设备15对像素信息vopx执行放大处理时，图像拾取设备15接通开关swshsi和swshso，并且从而将与像素信息vopx相对应的转换目标像素信息vout采样到电容器cshs之中，作为转换目标像素信息voshs。
此外，根据第三实施例的图像拾取设备15在电荷恢复时段中断开开关swshdi、开关swshdo、开关swshsi、和开关swshso，并且接通开关swrcysh和开关swipg。通过这样做，根据第三实施例的图像拾取设备15将积聚在反馈电容cf和电容器cshs中的电荷传送到寄生电容cvsl和输入电容ci。
如上所述，根据第三实施例的图像拾取设备15对暗电平电压和像素信息vopx单独采样，并且并行地执行转换处理和采样处理(即，同时执行这些处理)，从而能够提高操作速度。此外，根据第三实施例的图像拾取设备15将像素信息vopx采样到其中的电容器cshs中积聚的电荷恢复到寄生电容cvsl和输入电容ci中。按照这种方式，与根据第一实施例的图像拾取设备15相比，根据第三实施例的图像拾取设备15能够恢复更大量的电荷。
虽然已经按照若干实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到本发明可以在所附权利要求的精神和范围内以各种修改来实施并且本发明不局限于上述示例。
此外，权利要求书的范围不受上述实施例的限制。
此外，注意的是，即使在申请进展程序中被修改，本申请的发明人旨在涵盖所有权利要求要素的等同物。
本领域普通技术人员可根据需要对第一实施例至第三实施例进行组合。
此外，例如，根据上述实施例的半导体设备可以具有其中半导体衬底、半导体层、扩散层(扩散区域)等的导电类型(p型或n型)、可以反向的配置。因此，当将n型和p型中的一个被限定为第一导电类型并且将另一个限定为第二导电类型时，第一和第二导电类型可以是分别为p型和n型。替选地，第一和第二导电类型可分别为n型和p型。