DE19737330A1

DE19737330A1 - Abbildungssystem

Info

Publication number: DE19737330A1
Application number: DE19737330A
Authority: DE
Inventors: Merrill Richard Billings
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: Foveon Inc
Priority date: 1996-09-10
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2017-08-28
Also published as: DE19737330C2; US5892541A; KR19980024164A; US6018365A

Description

Die Erfindung betrifft ein Abbildungssystem nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1.

Ladungsgekoppelte Schaltungen (CCDs) waren die Hauptstütze herkömmlicher Abbildungsschaltungen zum Umwandeln eines Pixels Licht energie in ein elektrisches Signal, welches die Intensität der Licht energie wiedergibt. Im allgemeinen verwenden CCDs ein Photogate zur Umwandlung der Lichtenergie in eine elektrische Ladung und eine Reihe von Elektroden zur Übertragung der am Photogate gesammelten Ladung an einen Ausgangsleseknoten.

Obwohl CCDs viele Stärken haben, z. B. eine hohe Empfindlich keit und einen hohen Füllfaktor, haben sie auch eine Reihe von Schwä chen. Am bemerkenswertesten unter diesen Schwächen, welche begrenzte Leseraten und Beschränkungen des Dynamikbereichs beinhalten, ist die Schwierigkeit, CCDs mit auf CMOS beruhenden Mikroprozessoren zu inte grieren.

Um die Nachteile von auf CCD beruhenden Abbildungsschaltungen zu überwinden, verwenden neuere Abbildungsschaltungen aktive Pixelsen sorzellen zur Umwandlung eines Pixels Lichtenergie in ein elektrisches Signal. Bei aktiven Pixelsensorzellen ist eine herkömmliche Photodiode typischerweise mit einer Reihe aktiver Transistoren kombiniert, welche zusätzlich zur Bildung eines elektrischen Signals Verstärkung, Lesekon trolle und Rücksetzkontrolle liefern.

Gemäß Fig. 10 enthält ein Beispiel einer bekannten CMOS-akti ven Pixelsensorzelle 10 eine Photodiode 12, einen Rücksetztransistor 14, dessen Source mit der Photodiode 12 verbunden ist, einen Puffertran sistor 16, dessen Gate mit der Photodiode 12 verbunden ist, und einen Wähltransistor 18, dessen Drain in Serie mit der Source des Puffertran sistors 16 verbunden ist.

Der Betrieb der Pixelsensorzelle 10 verläuft in drei Schrit ten: einem Rücksetzschritt, bei dem die Pixelsensorzelle 10 vom vorhe rigen Integrationszyklus zurückgesetzt wird; einem Bildintegrations schritt, bei dem Lichtenergie gesammelt und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird; und einem Signalleseschritt, bei dem das Signal gele sen wird.

Während des Rücksetzschrittes wird das Gate des Rücksetz transistors 14 kurz mit einer Rücksetzspannung (5 Volt) beaufschlagt, welche die Photodiode 12 auf eine Anfangsintegrationsspannung zurück setzt, die ungefähr gleich der Spannung an der Drain des Rücksetztran sistors 14 abzüglich der Schwellenspannung des Rücksetztransistors 14 ist.

Während der Integration trifft Lichtenergie in Form von Photo nen unter Bildung einer Anzahl von Elektron-Loch-Paaren die Photodiode 12. Die Photodiode 12 ist so ausgelegt, daß sie eine Rekombination zwi schen den neugebildeten Elektron-Loch-Paaren begrenzt. Im Ergebnis wer den photoerzeugte Löcher zum Erdungsanschluß der Photodiode 12 gezogen, während photoerzeugte Elektronen zum positiven Anschluß der Photodiode 12 gezogen werden, wobei jedes zusätzliche Elektron die Spannung an der Photodiode 12 vermindert.

Folglich kann am Ende der Integrationsperiode die Anzahl der während der Bildintegrationsperiode durch die Photodiode 12 absorbierten Photonen durch Subtraktion der Spannung am Ende der Integrationsperiode von der Spannung am Anfang der Integrationsperiode bestimmt werden.

Nach der Bildintegrationsperiode wird die Pixelsensorzelle 10 durch Anschalten des Wähltransistors 18 gelesen. Zu diesem Zeitpunkt liegt die reduzierte Spannung an der Photodiode 12 abzüglich der Schwel lenspannung des Puffertransistors 16 an der Source des Puffertransistors 16 an. Wenn der Wähltransistor 18 angeschaltet wird, wird die Spannung an der Source des Puffertransistors 16 an die Source des Wähltransistors 18 übertragen. Die verminderte Spannung an der Source des Wähltransis tors 18 wird mit herkömmlichen Nachweisschaltungen bestimmt.

Ein Problem bei der Pixelsensorzelle 10 besteht jedoch darin, daß Abbildungssysteme, welche eine Matrix von Pixelsensorzellen 10 ver wenden, einen beschränkten Dynamikbereich aufweisen. Üblicherweise wird der Dynamikbereich durch die maximale Anzahl von Photonen, die eine Pi xelsensorzelle 10 während einer Integrationsperiode ohne Sättigung (Überschreitung der Kapazität) der Pixelsensorzelle 10 sammeln kann, und durch die minimale, oberhalb des Rauschpegels nachweisbare Anzahl von Photonen, die eine Pixelsensorzelle 10 während der Integrationsperiode sammeln kann, begrenzt.

Der Effekt eines beschränkten Dynamikbereichs ist am ausge prägtesten bei Bildern, die sowohl lichtintensive als auch lichtschwache Strahlungsquellen enthalten. In diesen Situationen wird, wenn die Inte grationsperiode der Matrix auf den Punkt begrenzt wird, bei dem keine lichtintensive Information verlorengeht, d. h. bei dem die Anzahl der ge sammelten Photonen die Kapazität der Pixelsensorzelle während der Inte grationsperiode nicht überschreitet, die überwiegenden, wenn nicht die gesamte lichtschwache Information verloren (was zu einem schwarzen Bild führt), da die gesammelten Photonen nicht vom Rauschpegel unterscheidbar sind.

Andererseits wird, wenn die Integrationsperiode der Matrix bis zur Aufnahme der lichtschwachen Information erhöht wird, d. h. wenn die Anzahl der gesammelten Photonen über dem Rauschpegel nachweisbar ist, ein wesentlicher Teil der lichtintensiven Information verloren (was zu einem weißen Bild führt), da die Anzahl der Photonen die Kapazität der Pixelsensorzelle 10 weit überschreitet.

Eine Methode zur Lösung des Problems des Dynamikbereichs be steht darin, eine nichtintegrierende aktive Pixelsensorzelle zu verwen den, die ein nichtlineares Lastelement, wie eine MOSFET-Diode in schwa cher Inversion, enthält, um eine logarithmische Antwort zu erhalten. Diese Methode hat jedoch einige Nachteile.

Erstens ist das Rauschen in einer nichtintegrierenden Pixel sensorzelle viel höher als das Rauschen in einer herkömmlich integrie renden Pixelsensorzelle (wie der Pixelsensorzelle 10 aus Fig. 10). In einer herkömmlichen integrierenden Pixelsensorzelle wird der Effekt zu fälliger Rauschereignisse über die Integrationsperiode gemittelt, wäh rend der Effekt zufälliger Rauschereignisse in einer nichtintegrierenden Pixelsensorzelle wesentliche Verzerrungen erzeugen kann. Zweitens muß die genaue nichtlineare Übertragungsfunktion dieser Art von Bauelementen sorgfältig kalibriert werden, um Variationen von Pixelsensorzelle zu Pixelsensorzelle und aufgrund von Temperaturänderungen zu vermeiden.

Eine andere bei CCD-Systemen verwendete Methode zur Lösung des Problems des Dynamikbereichs besteht darin, zweifach zu integrieren: einmal mit einer kurzen Belichtung und einmal mit einer langen Belich tung. Bei der kurzen Belichtung wird die lichtintensive Information gespeichert, während die lichtschwache Information verworfen wird. In ähnlicher Weise wird für die lange Belichtung die lichtschwache Infor mation gespeichert, während die lichtintensive Information verworfen wird.

Anschließend wird die Information der beiden Belichtungen kom biniert, um ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen. Der Nachteil dieser Methode besteht jedoch darin, daß das resultierende Bild aus einer Kom bination der Bilddaten aus zwei unterschiedlichen Zeitperioden erzeugt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Abbildungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welches einen wesentlich erhöh ten Dynamikbereich aufweist.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schemazeichnung mit einem Abbildungssystem 100.

Fig. 2 zeigt eine Schemazeichnung mit einer aktiven Pixelsen sorzelle 110.

Fig. 3A bis 3E zeigen Zeitdiagramme mit dem Betrieb des Abbil dungssystems 100 bezüglich der Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile der Matrix.

Fig. 4 zeigt eine bildhafte Darstellung mit dem Betrieb des Abbildungssystems 100 in einer Videoumgebung bezüglich der Pixelsensor zelle C1 aus Fig. 1, die intensivem Licht ausgesetzt wird, Pixelsensor zelle C2 aus Fig. 1, die Licht mittlerer Intensität ausgesetzt wird, und Pixelsensorzelle C3 aus Fig. 1, die schwachem Licht ausgesetzt wird.

Fig. 5A bis 5E zeigen Zeitdiagramme mit einem alternativen Be trieb des Abbildungssystems 100 bezüglich der Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile der Matrix.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht mit einer ersten Ebene eines Lay outs einer aktiven Pixelsensorzelle 200, welche die schematische Dar stellung der Pixelsensorzelle 110 aus Fig. 2 verwirklicht.

Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7A-7A aus Fig. 6.

Fig. 8 zeigt eine Draufsicht mit einer zweiten Ebene eines Layouts der Pixelsensorzelle 200.

Fig. 9 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie 9A-9A aus Fig. 8.

Fig. 10 zeigt ein Schemadiagramm einer bekannten aktiven Pixelsensorzelle 10.

Gemäß Fig. 1 enthält ein Abbildungssystem 100 eine Matrix von Pixelsensorzellen 110 in Zeilen und Spalten, eine Reihe von Nachweis schaltkreisen DC1-DCm entsprechend der Anzahl von Spalten, und eine Steuerungs- und Speichereinheit 112 der Matrix.

Ferner enthält das Abbildungssystem 100 eine Reihe von Zeilen wählleitungen RS1-RSn, eine Reihe von Zellenausgangsleitungen CO1-COm und eine Reihe von Nachweisausgangsleitungen DO1-DOm. Die Zeilenwähllei tungen RS1-RSn, die der Anzahl von Zeilen der Pixelsensorzelle entspre chen, sind Ausgang von der Steuerungs- und Speichereinheit 112 an die Pixelsensorzellen 110, so daß jede Zeilenwählleitung RS1-RSn mit jeder der Pixelsensorzellen 110 in einer Zeile Pixelsensorzellen 110 verbunden ist.

Die Reihe von Zellenausgangsleitungen CO1-COm, welche der Anzahl von Spalten der Pixelsensorzelle entspricht, ist Ausgang von der Pixelsensorzelle 110 an die Nachweisschaltkreise DC1-DCm, so daß jede Zellenausgangsleitung CO mit jeder der Pixelsensorzellen 110 in einer Spalte von Pixelsensorzellen 110 verbunden ist, und mit einem Nachweis schaltkreis DC1-DCm verbunden ist, der der Spalte von Pixelsensorzellen 110 entspricht. Die Reihe von Nachweisausgangsleitungen DO1-D0m wiederum ist Ausgang der Nachweisschaltkreise DC1-DCm an die Steuerungs- und Speichereinheit 112.

Das Abbildungssystem 100 enthält ferner eine Reihe von Zeilen rücksetzleitungen RR1-RRn, die Ausgang der Steuerungs- und Speicherein heit 112 an die Pixelsensorzellen 110 ist, so daß jede Zeilenrücksetz leitung RR1-RRn mit jeder der Pixelsensorzellen 110 in einer Zeile von Pixelsensorzellen 110 verbunden ist, und eine Reihe von Spaltenrücksetz leitungen CR1-CRm, die Ausgang der Steuerungs- und Speichereinheit 112 an die Pixelsensorzellen 110 ist, so daß jede Spaltenrücksetzleitung CR mit jeder der Pixelsensorzellen 110 in einer Spalte von Pixelsensorzel len 110 verbunden ist.

Die Reihen von Zeilen- und Spaltenrücksetzleitungen RR1-RRn und CR1-CRm ermöglichen es, daß jede Pixelsensorzelle 110 in der Matrix individuell zurückgesetzt werden kann, so daß Pixelsensorzellen 110, die Strahlungsquellen ausgesetzt werden, welche normalerweise zur Sättigung einer Pixelsensorzelle 110 führen, mehrmals während jeder Integrations periode gelesen und zurückgesetzt werden können.

Gemäß Fig. 2 enthält die Pixelsensorzelle 110 eine mit einem ersten Zwischenknoten N_IM1 verbundene Photodiode 122 und einen Split gate-Rücksetztransistor 124, dessen Drain mit einem Stromversorgungs knoten N_PS dessen Source mit dem ersten Zwischenknoten N_IM1, dessen erstes Gate SW1 mit einer Spaltenrücksetzleitung CR und dessen zweites Gate SW2 mit einer Zeilenrücksetzleitung RR verbunden sind. Der Vorteil der Verwendung eines Splitgate-Rücksetztransistors besteht darin, daß jede Pixelsensorzelle 110 in der Matrix individuell zurückgesetzt werden kann, ohne daß andere Pixelsensorzellen 110 in derselben Zeile oder Spalte zurückgesetzt werden. Die Pixelsensorzelle 110 enthält ferner einen Puffertransistor 126 und einen Zeilenwähltransistor 128. Die Drain des Puffertransistors 116 ist mit dem Stromversorgungsknoten N_PS seine Source mit einem zweiten Zwischenknoten N_IM2 und sein Gate mit dem ersten Zwischenknoten N_IM1 verbunden, während die Drain des Zeilenwähl transistors 128 mit dem zweiten Zwischenknoten N_IM2 seine Source mit einer Spaltenausgangsleitung CO und sein Gate mit einer Zeilenwähllei tung RS verbunden sind.

Gemäß Fig. 1, 2 und 3A bis 3E beginnt der Betrieb Integra tionszyklus damit, daß die Steuerungs- und Speichereinheit 112 zunächst die Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile der Matrix durch Anlegen einer Zeilenrücksetzspannung V_RR1 an die Zeilenrücksetzleitung RR1 zur Zeit t₁ zurücksetzt, gefolgt von dem im wesentlichen gleichzeitigen An legen einer Reihe von Spaltenrücksetzspannungen V_CR1-V_CRm an die Spal tenrücksetzleitungen CR1-CRm zur Zeit t₂. (Zur Vermeidung von Ladungs verlusten wird vorzugsweise die Zeilenrücksetzspannung V_RR1 am Gate SW2 aufrechterhalten, bis die Spaltenrücksetzspannung V_CR1 am Gate SW1 zu rückgenommen wurde).

Die an die Zeilenrücksetzleitung RR1, welche mit jedem der zweiten Gates SW2 der Splitgate-Rücksetztransistoren 124 in der ersten Zeile verbunden ist, angelegte Zeilenrücksetzspannung V_RR1 bewirkt, daß erste Teile der Kanäle jedes der Splitgate-Rücksetztransistoren 124 in vertieren.

In ähnlicher Weise bewirkt die Reihe von Spaltenrücksetzspan nungen V_CR1-V_CRm, die an die Spaltenrücksetzleitungen CR1-CRm angelegt sind, welche mit jedem der ersten Gates SW1 der Splitgate-Rücksetztran sistoren 124 in der ersten Zeile verbunden sind, daß der Rest der Kanäle jedes der Splitgate-Rücksetztransistoren 124 invertiert, und macht so jeden der Splitgate-Rücksetztransistoren 124 leitfähig. Sobald sie leit fähig sind, ziehen die Splitgate-Rücksetztransistoren 124 die Spannungen an den Photodioden 122 auf eine Anfangsintegrationsspannung und beenden so den Rücksetzschritt.

Nachdem die Spannungen an den Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile zurückgesetzt worden sind, wiederholt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die oben beschriebenen Schritte für jede der Zeilen in der Matrix, bis alle Pixelsensorzellen 110 in der Matrix zurückge setzt worden sind. Folglich beginnt das Abbildungssystems 100 einen Bildsammlungszyklus durch das Zurücksetzen jeder der Pixelsensorzellen 110 in der Matrix auf eine Anfangsintegrationsspannung.

Sobald jede der Pixelsensorzellen 110 in der Matrix auf eine Anfangsintegrationsspannung zurückgesetzt worden ist, bestimmt das Abbildungssystem 100 als nächstes den Wert der Anfangsintegrationsspan nung jeder der Pixelsensorzellen 110 (aufgrund der Variationen in den Schwellenspannungen der Puffertransistoren 126).

Gemäß Fig. 1, 2 und 3A bis 3E bestimmt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die Anfangsintegrationsspannung an jeder der Pixel sensorzellen 110 in der ersten Zeile durch Anlegen einer Zeilenwählspan nung V_RS1 an die Zeilenwählleitung RS1 zu einem Zeitpunkt t₃, der unmit telbar nach der abfallenden Flanke der Spaltenrücksetzspannungen V_CR1- V_CRm eintritt.

Die Zeilenwählspannung V_RS1, die an die Zeilenwählleitung RS1 angelegt ist, welche mit jedem der Gates der Zeilenwähltransistoren 128 in der ersten Zeile verbunden ist, bewirkt, daß die Spannungen an dem zweiten Zwischenknoten N_IM2 der Pixelsensorzellen 110, die die Anfangs integrationsspannungen des Zyklus darstellen, an den Zellenausgangslei tungen CO1-COm auftreten.

Die Nachweisschaltkreise DC1-DCm verstärken und digitalisieren daraufhin die Anfangsintegrationsspannungen an den Zellenausgangsleitun gen CO1-COm. Die digitalisierten Anfangsintegrationsspannungen sind dann Ausgang an den Nachweisausgangsleitungen DO1-DOm zur Steuerungs- und Speichereinheit 112, welche die digitalisierte Anfangsintegrationsspan nung jeder Pixelsensorzelle 110 in der ersten Zeile speichert.

Sobald die Anfangsintegrationsspannung an jeder der Pixelsen sorzellen 110 in der ersten Zeile bestimmt und gespeichert worden ist, wiederholt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die oben beschrie benen Schritte für jede der Zeilen in der Matrix, bis die Anfangsinte grationsspannungen von allen Pixelsensorzellen 110 in der Matrix be stimmt und gespeichert worden sind.

Nachdem die Anfangsintegrationsspannungen aller Pixelsensor zellen 110 in der Matrix bestimmt und gespeichert worden sind, beginnt das Abbildungssystem 100 damit, Photonen in jeder der Pixelsensorzellen 110 in der Matrix zu sammeln.

Gemäß Fig. 1, 2 und 3A bis 3E trifft von der Zeit t₃, dem ef fektiven Beginn des Integrationszyklus, bis zur Zeit t₄, dem effektiven Ende des Integrationszyklus, Lichtenergie in Form von Photonen unter Bildung einer Anzahl von Elektron-Loch-Paaren die Photodioden 120 in den Pixelsensorzellen 110. Die Photodioden 122 sind so ausgelegt, daß sie eine Rekombination zwischen den neugebildeten Elektron-Loch-Paaren be schränken.

Im Ergebnis werden die photoerzeugten Löcher in jeder Pixel sensorzelle 110 an den Erdungsanschluß der Photodiode 122 gezogen, wäh rend die photoerzeugten Elektronen an den-positiven Anschluß der Photo diode 122 gezogen werden, wo jedes zusätzliche Elektron die Spannung an der Photodiode 122 und dem zweiten Zwischenknoten N_IM2 von jeder Pixel sensorzelle 110 vermindert.

Statt, wie im herkömmlichen Fall, die Spannungen an den Photo dioden 122 der Pixelsensorzellen 110 (über die zweiten Zwischenknoten N_IM2) am Ende des Integrationszyklus zu bestimmen, werden die Spannungen an jeder Photodiode 122 mehrmals während jedes Integrationszyklus be stimmt.

Folglich wird jede Pixelsensorzelle 110 n-mal während jedes Integrationszyklus gelesen, um zu bestimmen, wieviele Photonen in der Pixelsensorzelle seit dem letzten Zurücksetzen gesammelt worden sind. Im Ergebnis werden n-Photonenwerte für jede Pixelsensorzelle 110 in der Ma trix berechnet, wobei jeder Photonenwert wiedergibt, wieviele Photonen in einer Pixelsensorzelle 110 seit dem letzten Zurücksetzen gesammelt worden sind.

Für digitale Standkameras ist die maximale Integrationsperiode (Bildsammlungsperiode) durch den f-Stop der Kamera gegeben. Beispiels weise bedeutet eine Blendengeschwindigkeit von 1/50 pro Sekunde, daß die maximale Integrationsperiode zu etwa 20 ms gegeben ist. Andererseits ist die maximale Integrationsperiode für Videokameras durch die Scan-Raten der Kamera zu etwa 30 ms gegeben. Die maximale Integrationsperiode be grenzt wiederum den schwächsten Lichtpegel, der durch die Kamera aufge nommen werden kann.

Die Zahl der Sammlungsperioden kann beliebig gewählt werden, wird jedoch vorzugsweise auf die minimale Anzahl von Perioden gesetzt, die verwendet werden kann, um zu verhindern, daß eine dem hellsten Licht ausgesetzte Pixelsensorzelle gesättigt wird. Das Verhindern der Sätti gung einer Pixelsensorzelle 110 hat den Vorteil, daß keine Bildinforma tion verlorengeht. Die Verwendung der minimalen Zahl von Integrationspe rioden hat den Vorteil, daß weniger Rauschen angesammelt wird.

Gemäß Fig. 3A bis 3E und Fig. 4 wird jeder Integrationszyklus, der üblicherweise 30 ms lang ist, in drei Sammlungsperioden von 10 ms unterteilt. Folglich legt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 am En de der ersten Sammlungsperiode zu einem Zeitpunkt t₅, der ungefähr 10 ms nach dem Zurücksetzen der Pixelsensorzellen 110 liegt, erneut die Zei lenwählspannung V_RS1 an die Zeilenwählleitung RS1, was wiederum bewirkt, daß die Spannungen an jedem der zweiten Zwischenknoten N_IM2 in der ersten Zeile, welche die ersten Integrationsspannungen des Zyklus dar stellen, an den Zellenausgangsleitungen CO1-COm auftreten.

Die Nachweisschaltkreise DC1-DCm verstärken und digitalisieren daraufhin die ersten Integrationsspannungen an den Zellenausgangsleitun gen CO1-COm. Die digitalisierten ersten Integrationsspannungen für jede der Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile sind dann Ausgang an die Nachweisausgangsleitungen DO1-DOm zur Steuerungs- und Speichereinheit 112.

Als nächstes subtrahiert die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die digitalisierte erste Integrationsspannung jeder Pixelsensorzelle 110 in der ersten Zeile von ihrer digitalisierten Anfangsintegrations spannung, um einen ersten gesammelten Photonenwert für jede Pixelsensor zelle 110 in der ersten Zeile zu erhalten. Der erste gesammelte Photo nenwert stellt wiederum die Anzahl von Photonen dar, die durch eine Pi xelsensorzelle 110 während der ersten Sammlungsperiode gesammelt wurde.

Anschließend vergleicht die Steuerungs- und Speichereinheit 112 jeden ersten gesammelten Photonenwert mit einem vorbestimmten Wert. Obwohl jeder Wert als vorbestimmter Wert verwendet werden kann, beträgt der Wert vorzugsweise etwa die Hälfte der maximalen Anzahl von Photonen (der Pixelfüllungsgrenze), die durch eine Pixelsensorzelle 110 gesammelt werden kann.

Wenn der erste gesammelte Photonenwert einer Pixelsensorzelle 110 gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, wird er in der Steuerungs- und Speichereinheit 112 gespeichert. Wenn andererseits der erste gesammelte Photonenwert einer Pixelsensorzelle 110 kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird er von der Steuerungs- und Speichereinheit 112 ignoriert.

Wenn folglich gemäß Fig. 4 die Pixelsensorzelle C1 hellem Licht ausgesetzt wird, überschreitet der erste gesammelte Photonenwert der Pixelsensorzelle C1 den vorbestimmten Wert und wird daher in der Steuerungs- und Speichereinheit 112 gespeichert. Wenn andererseits die Pixelsensorzellen C2 und C3 mittlerem bzw. schwachem Licht ausgesetzt werden, liegen die ersten gesammelten Photonenwerte dieser Pixelsensor zellen 112 unter dem vorbestimmten Wert und werden deshalb ignoriert.

Sobald die Pixelsensorzellen 110 erste gesammelte Photonenwer te haben, die gleich oder größer als der vorbestimmte Wert sind, setzt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 diese Pixelsensorzellen 110 zu rück. Da die Pixelsensorzelle C1 die einzige Pixelsensorzelle 110 in der ersten Zeile ist, welche einen ersten gesammelten Photonenwert hat, der gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, setzt folglich die Steuerungs- und Speichereinheit 112 nur die Pixelsensorzelle C1 durch Anlegen der Zeilenrücksetzspannung V_RR1 an die Zeilenrücksetzleitung RR1 zum Zeitpunkt t₆ und anschließendes Anlegen der Spaltenrücksetzspannung V_CR1 an die Spaltenrücksetzleitung CR1 zum Zeitpunkt t₇ zurück.

Keine der übrigen Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile wird zu dieser Zeit zurückgesetzt, da sowohl die Zeilenrücksetzspannung V_RR als auch die Spaltenrücksetzspannung V_CR zum Zurücksetzen einer Pi xelsensorzelle 110 anliegen müssen. Da als einzige Spaltenspannung die Spaltenrücksetzspannung V_CR1 angelegt wird, wird folglich nur die Pixel sensorzelle 110 in der ersten Zeile und der ersten Spalte zurückgesetzt.

Sobald die ersten gesammelten Photonenwerte für alle Pixelsen sorzellen 110 in der ersten Zeile bestimmt und die entsprechenden Pixel sensorzellen 110 zurückgesetzt worden sind, wiederholt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die oben beschriebenen Schritte für jede der Zeilen in der Matrix, bis für alle Pixelsensorzellen 110 in der Matrix die ersten gesammelten Photonenwerte bestimmt und die entsprechenden Pi xelsensorzellen 110 zurückgesetzt worden sind.

Anschließend geht die Photonenintegration bis zum Ende der zweiten Sammlungsperiode zum Zeitpunkt t₈ weiter. Zu diesem Zeitpunkt hat die Pixelsensorzelle C1 für etwa 10 ms Photonen gesammelt (seit sie zuletzt zurückgesetzt worden ist), während die Pixelsensorzellen C2 und C3 für etwa 20 ms Photonen gesammelt haben.

Folglich legt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 zum Zeitpunkt t₈ erneut die Zeilenwählspannung V_RS1 an die Zeilenwählleitung RS1, was wiederum bewirkt, daß die Spannungen an den zweiten Zwischen knoten N_IM2, welche die zweiten Integrationsspannungen des Zyklus dar stellen, an den Zellenausgangsleitungen CO1-COm auftreten.

Die Nachweisschaltkreise DC1-DCm verstärken und digitalisieren dann die zweiten Integrationsspannungen an den Zellenausgangsleitungen CO1-COm. Die digitalisierten zweiten Integrationsspannungen für jede der Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile sind dann Ausgang an die Nach weisausgangsleitungen DO1-DOm zur Steuerungs- und Speichereinheit 112.

Als nächstes subtrahiert die Steuerungs- und Speichereinheit 112 erneut die digitalisierte zweite Integrationsspannung jeder Pixel sensorzelle 110 in der ersten Zeile von ihrer digitalisierten Anfangsin tegrationsspannung, um einen zweiten gesammelten Photonenwert für jede der Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile zu erhalten. Anschließend vergleicht die Steuerungs- und Speichereinheit 112 jeden zweiten gesam melten Photonenwert mit dem vorbestimmten Wert.

Wenn der zweite gesammelte Photonenwert einer Pixelsensorzelle 110 gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, wird er in der Steuerungs- und Speichereinheit 112 gespeichert. Wenn andererseits der zweite gesammelte Photonenwert einer Pixelsensorzelle 110 kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird er von der Steuerungs- und Speicherein heit 112 ignoriert.

Da die Pixelsensorzelle C1 hellem Licht ausgesetzt wird, über schreitet folglich gemäß Fig. 4 der zweite gesammelte Photonenwert der Pixelsensorzelle C1 erneut den vorbestimmten Wert und wird daher in der Steuerungs- und Speichereinheit 112 gespeichert. Außerdem überschreitet der zweite gesammelte Photonenwert der Pixelsensorzelle C2, die mittle rem Licht ausgesetzt wird, nun auch den vorbestimmten Wert, obwohl der erste gesammelte Photonenwert der Pixelsensorzelle C2 kleiner als der vorbestimmte Wert war, und wird deshalb in der Steuerungs- und Speicher einheit 112 gespeichert. Andererseits liegt weiterhin der zweite gesam melte Photonenwert der Pixelsensorzelle C3, die schwachem Licht ausge setzt wird, unterhalb des vorbestimmten Wertes und wird daher ignoriert.

Die Steuerungs- und Speichereinheit 112 speichert bevorzugter weise den ersten und zweiten gesammelten Photonenwert der Pixelsensor zelle C1 als einen Gesamtwert, obwohl diese beiden Werte an verschiede nen Stellen gespeichert werden können.

Sobald die Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile zweite gesammelte Photonenwerte haben, die gleich oder größer als der vorbe stimmte Wert sind, setzt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 diese Pixelsensorzellen 110 zurück. Folglich setzt die Steuerungs- und Spei chereinheit 112, da die Pixelsensorzellen C1 und C2 die einzigen Pixel sensorzellen in der ersten Zeile mit einem zweiten gesammelten Photonen wert sind, der gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, die Pi xelsensorzellen C1 und C2 zurück, indem sie zunächst die Zeilenrücksetz spannung V_RR1 an die Zeilenrücksetzleitungen RR1 zum Zeitpunkt t₉ anlegt und anschließend die Spaltenrücksetzspannungen V_CR1 und V_CR2 an die Spaltenrücksetzleitungen CR1 bzw. CR2 zum Zeitpunkt t₁₀ anlegt. Keine der übrigen Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile wird zu diesem Zeitpunkt zurückgesetzt, da zum Rücksetzen einer Pixelsensorzelle 110 sowohl die Zeilenrücksetzspannung V_RR als auch die Spaltenrücksetzspan nung V_CR zur selben Zeit anliegen müssen.

Sobald die zweiten gesammelten Photonenwerte der Pixelsensor zellen 110 der ersten Zeile bestimmt worden sind und die entsprechenden Pixelsensorzellen 110 zurückgesetzt wurden, wiederholt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die oben beschriebenen Wert für jede der Zeilen in der Matrix, bis die zweiten gesammelten Photonenwerte für alle Pixel sensorzellen 110 in der Matrix bestimmt und die entsprechenden Pixel sensorzellen 110 zurückgesetzt worden sind.

Anschließend geht die Photonenintegration bis zum Ende der dritten Integrationsperiode zur Zeit t₄ weiter, die dem Ende des Inte grationszyklus entspricht. Zu diesem Zeitpunkt haben die Pixelsensor zellen C1 und C2 für etwa 10 ms Photonen gesammelt, während die Pixel sensorzelle C3 für etwa 30 ms Photonen gesammelt hat.

Am Ende der dritten Sammlungsperiode (Zeitpunkt t₄) legt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 erneut die Zeilenwählspannung V_RS1 an die Zeilenwählleitung RS1 an, was wiederum bewirkt, daß die Spannun gen an den zweiten Zwischenknoten N_IM2 welche die dritten Integrations spannungen des Zyklus darstellen, an den Zellenausgangsleitungen CO1-COm auftreten.

Die Nachweisschaltkreise DC1-DCm verstärken und digitalisieren dann die dritten Integrationsspannungen an den jeweiligen Zellenaus gangsleitungen CO1-COm. Die digitalisierten dritten Integrationsspan nungen für jede der Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile sind dann Ausgang an den Nachweisausgangsleitungen DO1-DOm zur Steuerungs- und Speichereinheit 112.

Als nächstes subtrahiert die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die digitalisierte dritte Integrationsspannung jeder Pixelsensorzel le 110 in der ersten Zeile von ihrer digitalisierten Anfangsintegra tionsspannung, um einen dritten gesammelten Photonenwert für jede Pixel sensorzelle 110 in der ersten Zeile zu erhalten.

Anschließend kombiniert die Steuerungs- und Speichereinheit 112 den dritten gesammelten Photonenwert mit den entsprechenden ersten und zweiten gespeicherten gesammelten Photonenwerten, wo vorhanden, von jeder der Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile, um einen gesamten gesammelten Photonenwert für jede der Pixelsensorzellen 110 in der er sten Zeile zu erhalten. Danach gibt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 den gesamten gesammelten Photonenwert für jede der Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile aus.

Folglich wird gemäß Fig. 4, da die Pixelsensorzelle C1 während jeder der drei Sammlungsperioden hellem Licht ausgesetzt war, der dritte gesammelte Photonenwert mit den gespeicherten ersten und zweiten ge sammelten Photonenwert der Pixelsensorzelle C1 kombiniert, um den ge samten gesammelten Photonenwert der Pixelsensorzelle C1 zu erhalten. Da die Pixelsensorzelle C2 mittlerem Licht ausgesetzt wurde, wird der dritte gesammelte Photonenwert mit dem gespeicherten zweiten gesammelten Photonenwert der Pixelsensorzelle C2 kombiniert, um den totalen gesam melten Photonenwert der Pixelsensorzelle C2 zu erhalten.

Andererseits wurden, da die Pixelsensorzelle C3 schwachem Licht ausgesetzt wurde, keine ersten und zweiten gesammelten Photonen werte für die Pixelsensorzelle C3 gespeichert. Im Ergebnis wird der dritte gesammelte Photonenwert der Pixelsensorzelle C3 der gesamte ge sammelte Photonenwert der Pixelsensorzelle C3.

Sobald die dritten gesammelten Photonenwerte für die Pixel sensorzellen 110 in der ersten Zeile bestimmt worden sind, wiederholt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die oben beschriebenen Schritte für jede der Zeilen in der Matrix, bis die dritten gesammelten Photo nenwerte für alle Pixelsensorzellen 110 in der Matrix bestimmt worden sind.

Nachdem die dritten gesammelten Photonenwerte für die Pixel sensorzellen 110 in der Matrix bestimmt worden sind, beginnt die Steue rungs- und Speichereinheit 112 den nächsten Bildsammlungszyklus, indem sie jede der Pixelsensorzellen 110 in der Matrix wie oben beschrieben zurücksetzt.

Folglich beginnt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 er neut durch Anlegen der Zeilenrücksetzspannung V_RRI an die Zeilenrück setzleitung RR1 zum Zeitpunkt t₁₁, gefolgt vom Anlegen der Reihen von Spaltenrücksetzspannungen V_CR1-V_CRm an die Spaltenrücksetzleitungen CR1-CRm zum Zeitpunkt t₁₂. Sobald die Pixelsensorzellen 110 in der er sten Zeile zurückgesetzt wurden, wiederholt die Steuerungs- und Spei chereinheit 112 diese Schritte für jede Zeile in der Matrix.

Anschließend bestimmt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 erneut die Anfangsintegrationsspannung an jeder der Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile durch Anlegen der Zeilenwählspannung V_RS1 an die Zeilenwählleitung RS1 zu einem Zeitpunkt t₁₃, der unmittelbar nach der abfallenden Flanke der Spaltenrücksetzspannungen V_CR1-V_CRm liegt. Sobald die Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile gemessen worden sind, wie derholt die Steuerungs-und Speichereinheit 112 diese Schritte für jede Zeile in der Matrix.

Folglich tastet das Abbildungssystem die Pixelsensorzellen 110 der Matrix mehrmals während jedes Integrationszyklus ab. Dies hat den Vorteil, daß der Dynamikbereich wesentlich erhöht werden kann.

Gemäß Fig. 4 überschreitet der gesamte gesammelte Photonenwert der Pixelsensorzelle C1 bei weitem den Pixelfüllungsgrenzwert (die maxi male Kapazität) der Pixelsensorzelle. Wenn diese Photoneninformation, wie dies bisher der Fall ist, nicht im Speicher aufaddiert würde, würde die gesamte Photoneninformation oberhalb des Pixelfüllungsgrenzwertes verlorengehen.

Sobald die digitalisierten dritten Integrationsspannungen für jede der Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile ausgegeben worden sind, subtrahiert die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die digitali sierten dritten Integrationsspannungen jeder Pixelsensorzelle 110 in der ersten Zeile von ihrer digitalisierten Anfangsintegrationsspannung, um einen dritten gesammelten Photonenwert für jede Pixelsensorzelle 110 in der ersten Zeile zu erhalten.

Die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die digitalisierte dritte Integrationsspannung jeder Pixelsensorzelle 110 in der ersten Zeile von ihrer digitalisierten Anfangsintegrationsspannung, genommen am Beginn des zweiten Bildsammlungszyklus, subtrahieren.

Folglich subtrahiert gemäß Fig. 5A bis 5E die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die digitalisierten Werte der Pixelsensorzellen C1 bis C3, die zum Zeitpunkt t₄ erhalten wurden, von den Werten, die zum Zeitpunkt t₁₃ erhalten wurden, statt die digitalisierten Werte der Pi xelsensorzellen C1 bis C3 zur Zeit t₄ von den zur Zeit t₃ erhaltenen Werten zu subtrahieren.

Das Lesen einer Pixelsensorzelle 110, wie der Pixelsensorzelle C3, unmittelbar vor und nach dem Zurücksetzen hat den Vorteil, daß die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Leseschritten von etwa 30 ms (vom Beginn bis zum Ende des Integrationszyklus) auf etwa 10 µs (vom Ende eines Integrationszyklus bis zum Beginn des nächsten Integrationszyklus) reduziert werden kann. Auch für die Pixelsensorzellen C1 bis C2 können durch Reduzierung der Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Leseschritten von etwa 10 ms auf etwa 10 µs wesentliche Fortschritte erzielt werden. Im Ergebnis können auch Variationen in der Spannung am zweiten Zwischen knoten N_IM2 aufgrund von Schwellenspannungsvariationen des Puffertran sistors 16, die von 1/f-Rauschen herrühren, wesentlich vermindert wer den.

Außerdem können gemäß Fig. 5A bis 5E weitere Verminderungen in den Schwellenspannungsvariationen aufgrund von 1/f-Rauschen durch Lesen der Spannung an der Pixelsensorzelle zu Zeitpunkten t₁₄ und t₁₅ erreicht werden. Folglich können die gesamten Photonen an der Pixelsensorzelle C1 durch Subtraktion des zur Zeit t₅ digitalisierten Wertes vom zur Zeit t₁₄ digitalisierten Wert bestimmt werden. In ähnlicher Weise kann die Zahl gesammelter Photonen an den Pixelsensorzellen C1 und C2 durch Sub traktion des zur Zeit t₈ erhaltenen digitalisierten Wertes von dem zur Zeit t₁₅ erhaltenen Wert bestimmt werden.

Bei dem in Fig. 5A bis 5E gezeigten Verfahren muß noch eine Anfangsmessung mit dem zur Zeit t₃ erhaltenen digitalisierten Wert durchgeführt werden, um zunächst zu bestimmen, ob die Pixelsensorzelle überhaupt zurückgesetzt wird. Folglich werden die gesammelten Photonen an der Pixelsensorzelle C1 nur durch Subtraktion des zur Zeit t₅ erhal tenen digitalisierten Wertes vom zur Zeit t₁₄ erhaltenen Wert bestimmt, nachdem durch Subtraktion des zur Zeit t₅ erhaltenen digitalisierten Wertes vom zur Zeit t3 erhaltenen Wert bestimmt worden ist, daß die Pixelsensorzelle C1 zurückgesetzt wird.

Ferner werden die Zeilen- und Spaltenrücksetzspannungen V_RR und V_CR vorzugsweise wesentlich größer als die Spannung am Stromversor gungsknoten N_PS der Pixelsensorzellen 110 gewählt, so daß die Spannungen an den ersten Zwischenknoten N_IM1 der Pixelsensorzellen 110 auf die Spannung am Stromversorgungsknoten N_PS gezogen werden.

Beispielsweise wird durch Anlegen von 3,3 Volt an den Strom versorgungsknoten N_PS der Pixelsensorzelle 110 und durch Verwendung von 5-Volt-Zeilen- und -Spaltenrücksetzspannungen V_RR und V_CR der Splitgate- Rücksetztransistor 124 einer Pixelsensorzelle 110 im linearen Bereich betrieben, was wiederum die Spannung am ersten Zwischenknoten N_IM1 der Pixelsensorzelle 110 auf 3,3 Volt zieht.

Die Tatsache, daß der Splitgate-Rücksetztransistor 124 in den linearen Betriebsbereich während des Rücksetzschrittes gezwungen wird, besteht darin, daß die Spannung am ersten Zwischenknoten N_IM1 nicht länger einer Variation aufgrund von Änderungen in der Schwellenspannung des Rücksetztransistors 124, die von 1/f-Rauschen herrühren, ausgesetzt ist. Alternativ können die Zeilen- und Spaltenrücksetzspannungen V_RR und V_CR gleich der Spannung am Stromversorgungsknoten N_PS, d. h. +5 Volt, ge wählt werden.

Die Zeilenwählspannungen V_RS1-V_RSn können auch wesentlich größer als die maximale Spannungen an den zweiten Zwischenknoten N_IM2 der Pixelsensorzellen 110 gewählt werden, wie z. B. 5 Volt, so daß die Spannungen an den Zellenausgangsleitungen CO die Spannungen an den zweiten Zwischenknoten N_IM2 folgen.

Im Ergebnis tragen die Zeilenwähltransistoren 128 der Pixel sensorzellen 110 kein wesentliches Rauschen bei, da die Transistoren 128 ebenfalls im linearen Bereich betrieben werden, welcher keiner V_T-Varia tion ausgesetzt ist. Außerdem fließt kein Strom (außer einem kurzzeiti gen) durch die Transistoren 126 und 128, wenn die Zeilenwählspannungen V_RS angelegt werden, da diese Lasten in den Nachweisschaltkreisen DC1-DCm kapazitiv sind.

Gemäß Fig. 6 und Fig. 7 wird eine aktive Pixelsensorzelle 200 auf einem Substrat 210 gebildet, welches eine Grabenisolationsregion 212 enthält, die durch ein äußeres Wandstück 220, welches eine Vielzahl ak tiver Regionen innerhalb des Substrats 210 umschließt, und einem heraus ragenden Wandstück 222, welches sich vom äußeren Wandstück 220 nach innen erstreckt, begrenzt wird. Alternativ kann die Grabenisolations region 212 als Feldoxidregionen durch lokale Oxidation von Silicium (LOCOS) oder andere bekannte Verfahren gebildet werden.

Ferner unterteilt das herausragende Wandstück 222 die Vielzahl aktiver Regionen in eine L-förmige erste aktive Region 230 und recht eckige zweite, dritte und vierte aktive Regionen 232, 234 und 236. Die Region 230 des Substrats 210 wird mit einem n-leitenden Material zur Bildung einer n⁺-Photodiode 240 dotiert, während die zweite, dritte und vierte Region 232, 234 und 236 mit einem n-leitenden Material zur Bil dung von n⁺-Source- und -Drainregionen für die Transistoren der Pixel sensorzelle 200 dotiert werden.

Bezüglich Fig. 2 und Fig. 6 dient die Region 232 als Source des Zeilenwähltransistors 128, die Region 234 als Source des Puffertran sistors 126 und Drain des Wähltransistors 128 und die Region 236 als Drain für den Rücksetztransistor 124 und den Puffertransistor 126.

Außerdem sind die zweite und dritte Region 232 und 234 durch eine Wählkanalregion 242, die dritte und vierte Region 234 und 236 durch eine Pufferkanalregion 244 und die erste und vierte Region 230 und 236 durch eine Splitgate-Rücksetzkanalregion 246 getrennt.

Die Pixelsensorzelle 200 enthält ferner eine erste Polysili cium (Poly-1)-Schicht 216 und eine darunterliegende Oxidschicht 214, die über einem ersten Teil der Splitgate-Rücksetzkanalregion 246 und einem Teil der äußeren und herausragenden Wandstücke 220 und 222 der Isola tionsregion 212 gebildet sind.

Gemäß Fig. 8 und Fig. 9 enthält die Pixelsensorzelle 200 fer ner eine zweite Polysilicium (Poly-2)-Schicht 218 und eine darunterlie gende Oxidschicht 217, die über einem zweiten Teil der Splitgate-Rück setzkanalregion 246 und einem Teil der Wandstücke 220 und 222 der Isola tionsregion 212 gebildet sind. Außerdem sind die Poly-2-Schicht 218 und die darunterliegende Oxidschicht 217 auch über der Pufferkanalregion 244 und einem Teil der Wandstücke 220 und 222 der Isolationsregion 212, der Wählkanalregion 242 und einem Teil der Wandstücke 220 und 222 der Isola tionsregion 212 gebildet.

Claims

1. Abbildungssystem mit einer aus n Zeilen und m Spalten be stehenden Matrix aktiver Pixelsensorzellen (110), die jeweils über Zei lenwählleitungen (RS1 bis RSn) und Zeilenrücksetzleitungen (RR1 bis RRn) mit einer Steuerungs- und Speichereinheit (112) verbunden und ansteuer bar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Pixelsensorzel le (110) einer Spalte über eine Spaltenrücksetzleitung (CR1 bis CRm) mit der Steuerungs- und Speichereinheit (112) verbunden und eine Vielzahl von Nachweisschaltkreisen (DC1 bis DCm), die jeweils über eine Nachweis ausgangsleitung (DO1 bis DOm) verbunden sind, entsprechend der Zahl der Spalten vorgesehen ist, wobei eine Zellenausgangsleitung (CO1 bis COm) mit jeder Pixelsensorzelle (110) einer Spalte und dem der Spalte zuge ordneten Nachweisschaltkreis (DC1 bis DCm) verbunden ist.

2. Abbildungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Pixelsensorzelle (110) einen Rücksetztransistor (14), der mit einem Stromversorgungsknoten (N_PS), einem ersten Zwischenknoten (N_IM1), einer Zeilenrücksetzleitung (RR1-RRn) und einer Spaltenrücksetzleitung (CR1-CRm) verbunden ist, einen Photonenkollektor (12), der mit dem er sten Zwischenknoten (N_IM1) verbunden ist, einem Puffertransistor (16), der mit dem Stromversorgungsknoten (N_PS), einem zweiten Zwischenknoten (N_IM2) und dem ersten Zwischenknoten (N_IM1) verbunden ist, und einen Zeilenwähltransistor (18), der mit dem zweiten Zwischenknoten (N_IM2), einer Zeilenwählleitung (RS1-RSn) und einer Zeilenausgangsleitung (CO1-COm) verbunden ist, umfaßt.

3. Abbildungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücksetztransistor (14) einen Splitgate-Transistor enthält.

4. Abbildungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Photonenkollektor (12) eine Photodiode enthält.

5. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Nachweisschaltkreis (DC1-DCm) eine Pixelsen sorzellenausgangsspannung von einer Pixelsensorzellenausgangsleitung (CO1-COm) empfängt, diese verstärkt und digitalisiert und sie an eine Nachweisausgangsleitung (DO1-DOm) ausgibt.

6. Verfahren zum Betreiben eines Abbildungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Pixelsensor zellen (110) zurückgesetzt wird, in jeder der Pixelsensorzellen (110) während einer Integrationsperiode, die nach dem Zurücksetzen der Pixel sensorzellen (110) beginnt, Photonen gesammelt werden, für jede der Pi xelsensorzellen (110) n gesammelte Photonenwerte für die während der In tegrationsperiode gesammelten Photonen berechnet werden, wobei n eine ganze Zahl ist, und jeder Photonenwert anzeigt, wieviele Photonen nach dem Zurücksetzen gesammelt wurden, die ersten n-1 gesammelten Photonen werte von jeder Pixelsensorzelle (110) mit einem vorbestimmten Wert ver glichen werden, jeder der ersten n-1 gesammelten Photonenwerte gespei chert wird, der gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, jede Pixelsensorzelle (110) zurückgesetzt wird, bei der einer der ersten n-1 gesammelten Photonenwerte gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, der gespeicherte Wert und der n-te gesammelte Photonenwert für jede Pixelsensorzelle (110), die einen gespeicherten Wert hat, zum Erhalten eines Gesamtwertes für jede Pixelsensorzelle (110) kombiniert wird, und der Gesamtwert jeder Pixelsensorzelle (110), die einen Gesamtwert hat, und der n-te gesammelte Photonenwert jeder übrigen Pixelsensorzelle (110) ausgegeben werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rücksetzwert von jeder Pixelsensorzelle (110) nach dem Zurücksetzen ge messen, n Integrationswerte von jeder Pixelsensorzelle (110) während der Integrationsperiode gemessen werden, und für jede Pixelsensorzelle (110) n Integrationswerte vom jeweiligen Rücksetzwert zur Erzeugung von n ge sammelten Photonenwerten für jede Pixelsensorzelle (110) subtrahiert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Messen des Rücksetzwertes eine Rücksetzspannung gelesen und digitali siert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Messen der n Integrationswerte n Integrationsspannungen gelesen und digitalisiert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Berechnen ein erster Rücksetzwert von jeder Pixelsensorzelle (110) am Beginn einer ersten Integrationsperiode gemessen wird, ein zweiter Rücksetzwert von jeder Pixelsensorzelle (110) am Beginn einer zweiten Integrationsperiode gemessen wird, n Integrationswerte jeder Pixelsen sorzelle (110) während der ersten Integrationsperiode gemessen werden, für jede Pixelsensorzelle (110) jeder der ersten n-1 Integrationswerte vom entsprechenden ersten Rücksetzwert zur Erzeugung von n-1 gesammelten Photonenwerte für jede Pixelsensorzelle (110) subtrahiert wird, und für jede Pixelsensorzelle (110) der n-te Integrationswert vom entsprechenden zweiten Rücksetzwert zur Erzeugung eines n-ten gesammelten Photonenwer tes subtrahiert wird.

11. Verfahren zum Betreiben eines Abbildungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Pixelsensor zellen (110) zurückgesetzt wird, in jeder der Pixelsensorzellen (110) während einer Integrationsperiode, die nach dem Zurücksetzen der Pixel sensorzelle (110) beginnt, Photonen gesammelt werden, für jede Pixelsen sorzelle (110) n-1 gesammelte Photonenwerte für die während der Integra tionsperiode gesammelten Photonen berechnet werden, wobei n eine ganze Zahl ist und jeder Photonenwert anzeigt, wieviele Photonen nach dem letzten Zurücksetzen gesammelt worden sind, die ersten n-1 gesammelten Photonenwerte jeder Pixelsensorzelle (110) mit einem vorbestimmten Wert verglichen werden, jede Pixelsensorzelle (110), bei der einer der ersten n-1 gesammelten Photonenwerte gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, zurückgesetzt wird, die gesammelten Photonenwerte für jede Pi xelsensorzelle (110), bei der ein gesammelter Photonenwert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, neu berechnet werden, jeder neu berechnete gesammelte Photonenwert gespeichert wird, für jede Pixelsen sorzellen (110) ein n-ter gesammelter Photonenwert für die während der Integrationsperiode gesammelten Photonen berechnet wird, der gespeicher te Wert und der n-te gesammelte Photonenwert für jede Pixelsensorzelle (110), die einen gespeicherten Wert hat, zum Erhalten eines Gesamtwertes für jede Pixelsensorzelle (110) kombiniert wird, und der Gesamtwert für jede Pixelsensorzelle (110), die einen Gesamtwert hat, und der n-te ge sammelte Photonenwert von jeder übrigen Pixelsensorzelle (110) ausgege ben werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß beim Berechnen der n-1 Photonenwerte ein erster Rücksetzwert für jede der Pixelsensorzellen (110) am Beginn einer ersten Integrationsperiode gemessen wird, n-1 Integrationswerte für jede der Pixelsensorzellen (110) während der ersten Integrationsperiode gemessen werden, und für jede der Pixelsensorzellen (110) jeder der ersten n-1 Integrationswerte von dem entsprechenden ersten Rücksetzwert zur Erzeugung von n-1 gesam melten Photonenwerten für jede Pixelsensorzelle (110) subtrahiert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich net, daß für jede Pixelsensorzelle (110) mit einem gesammelten Photonen wert, der gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, nach dem Zu rücksetzen der Pixelsensorzelle (110) ein zweiter Rücksetzwert gemessen wird und der Integrationswert von dem entsprechenden zweiten Rücksetz wert subtrahiert wird.

14. Verfahren zum Betreiben eines Abbildungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Pixelsensor zellen (110) zurückgesetzt wird, in jeder der Pixelsensorzellen (110) während einer Integrationsperiode, die nach dem Zurücksetzen beginnt, Photonen gesammelt werden, für jede der Pixelsensorzellen (110) während der Integrationsperiode n-mal ein gesammelter Photonenwert gelesen wird, der anzeigt, wieviele Photonen in einer Pixelsensorzelle (110) nach dem letzten Zurücksetzen gesammelt worden sind, der von jeder Pixelsensor zelle (110) während jedes der ersten n-1 Male, bei denen die Pixelsen sorzelle (110) gelesen wird, gelesene gesammelte Photonenwert mit einem vorbestimmten Wert verglichen wird, der gesammelte Photonenwert jeder Pixelsensorzelle (110), die einen gesammelten Photonenwert hat, der gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, gespeichert wird, jede Pixelsensorzelle (110) mit einem gesammelten Photonenwert, der gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, zurückgesetzt wird, die ge speicherte Information und der gesammelte Photonenwert jeder zum n-ten Mal gelesenen Pixelsensorzelle (110) zum Erhalten eines Gesamtwertes für jede Pixelsensorzelle (110) kombiniert werden, und der Gesamtwert für jede Pixelsensorzelle (110) ausgegeben wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß von jeder der Pixelsensorzellen (110) nach dem Zurücksetzen ein Rück setzwert gemessen wird, für jede der ersten n-1 Mal, daß eine Pixelsen sorzelle (110) gelesen wird, ein Integrationswert für jede der Pixelsen sorzellen (110) gemessen wird, und für jede der Pixelsensorzellen (110) jeder der n Integrationswerte vom entsprechenden Rücksetzwert zur Erzeu gung von n gesammelten Photonenwerten für jede Pixelsensorzelle (110) subtrahiert wird.

16. Verfahren zum Betreiben eines Abbildungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Pi xelsensorzellen (110) zurückgesetzt wird, daß in jeder der Pixelsensor zellen (110) eine Anzahl von Photonen nach dem Zurücksetzen gesammelt wird, von jeder der Pixelsensorzellen (110), nachdem die Pixelsensorzel len (110) für eine erste Zeitperiode Photonen gesammelt haben, ein er ster Wert gelesen wird, welcher anzeigt, wieviele Photonen während der ersten Zeitperiode gesammelt worden sind, der erste von jeder Pixelsen sorzelle (110) gelesene Wert mit einem vorbestimmten Wert verglichen wird, der erste Wert jeder Pixelsensorzelle (110), die einen ersten Wert hat, der gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, gespeichert wird, jede Pixelsensorzelle (110) mit einem ersten Wert, der gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, zurückgesetzt wird, und ein zwei ter Wert von jeder der Pixelsensorzellen (110) gelesen wird, nachdem die Pixelsensorzellen (110) für eine zweite Zeitperiode Photonen gesammelt haben, wobei der zweite Wert anzeigt, wieviele Photonen während der er sten und zweiten Zeitperiode für die Pixelsensorzellen (110) mit einem ersten Wert kleiner als dem vorbestimmten Wert gesammelt wurden, und wieviele Photonen während der zweiten Zeitperiode für die Pixelsensor zellen (110) mit einem ersten Wert gleich oder größer als dem vorbe stimmten Wert gesammelt wurden, wobei jede Pixelsensorzelle (110) mit einem ersten Wert, der gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, einen ersten Wert und einen entsprechenden zweiten Wert hat.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite von jeder Pixelsensorzelle (110) gelesene Wert mit dem vorbe stimmten Wert verglichen wird, daß der zweite Wert von jeder Pixelsen sorzelle (110), die einen zweiten Wert hat, der gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, gespeichert wird, jede Pixelsensorzelle (110) mit einem zweiten Wert, der gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, zurückgesetzt wird, ein dritter Wert für jede der Pixelsensorzellen (110) gelesen wird, nachdem die Pixelsensorzellen (110) für eine dritte Zeitperiode Photonen gesammelt haben, wobei der dritte Wert anzeigt, wieviele Photonen während der ersten, zweiten und dritten Periode für die Pixelsensorzellen (110) gesammelt wurden, die einen ersten Wert kleiner als der vorbestimmte Wert und einen zweiten Wert kleiner als der vorbestimmte Wert haben, und anzeigt, wieviele Photonen während der er sten und zweiten Zeitperiode für die Pixelsensorzellen (110) gesammelt wurden, die einen ersten Wert kleiner als der vorbestimmte Wert und ei nen zweiten Wert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert haben, und anzeigt, wieviele Photonen während der dritten Zeitperiode für die Pi xelsensorzellen (110) gesammelt wurden, die einen ersten und zweiten Wert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert haben, wobei jede Pi xelsensorzelle (110), die einen ersten und zweiten Wert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert hat, einen ersten Wert, einen entspre chenden zweiten Wert und einen entsprechenden dritten Wert hat, und wo bei jede Pixelsensorzelle (110) mit einem ersten Wert kleiner als der vorbestimmte Wert und einem zweiten Wert gleich oder größer als der vor bestimmte Wert einen zweiten Wert und einen entsprechenden dritten Wert hat.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeich net, daß der gespeicherte erste Wert jeder Pixelsensorzelle (110) mit dem entsprechenden zweiten und dritten Wert zum Erreichen eines hellen Wertes kombiniert wird, daß der zweite Wert jeder Pixelsensorzelle (110) mit einem ersten Wert kleiner als der vorbestimmte und einem zweiten Wert größer als der vorbestimmte Wert mit dem entsprechenden dritten Wert zum Erreichen eines mittleren Wertes kombiniert wird, und der zwei te Wert jeder Pixelsensorzelle (110) mit einem ersten Wert kleiner als der vorbestimmte Wert und der dritte Wert jeder Pixelsensorzelle (110) mit einem ersten Wert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert aus gegeben werden.

19. Verfahren zum Betreiben eines Abbildungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Pi xelsensorzellen (110) auf einen ersten Rücksetzschritt zurückgesetzt wird, daß in jeder der Pixelsensorzellen (110) nach dem Zurücksetzen ei ne Anzahl von Photonen gesammelt wird, daß von jeder der Pixelsensorzel len (110), nachdem die Pixelsensorzellen (110) für eine erste Zeitperi ode Photonen gesammelt haben, ein erster Wert bestimmt wird, welcher an zeigt, wieviele Photonen während der ersten Zeitperiode gesammelt worden sind, daß der von jeder Pixelsensorzelle (110) gelesene Wert mit einem vorbestimmten Wert verglichen wird, jede Pixelsensorzelle (110) mit ei nem ersten Wert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert auf einen zweiten Rücksetzwert zurückgesetzt wird, der erste Wert jeder der Pixel sensorzellen (110) mit einem ersten Wert gleich oder größer als der vor bestimmte Wert neu bestimmt wird, der neu bestimmte erste Wert jeder Pi xelsensorzelle (110) gespeichert wird, und ein zweiter Wert von jeder der Pixelsensorzellen (110) gelesen wird, nachdem die Pixelsensorzellen (110) für eine zweite Zeitperiode Photonen gesammelt haben, wobei der zweite Wert anzeigt, wieviele Photonen während der ersten und zweiten Zeitperiode für die Pixelsensorzellen (110) gesammelt wurden, die einen ersten Wert kleiner als der vorbestimmte Wert haben, und anzeigt, wie viele Photonen während der zweiten Zeitperiode für die Pixelsensorzellen (110) gesammelt wurden, die einen ersten Wert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert haben, wobei jede Pixelsensorzelle (110) mit einem er sten Wert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert einen ersten Wert und einen entsprechenden zweiten Wert haben.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß beim Bestimmen der erste Rücksetzwert von jeder der Pixelsensorzellen (110) gemessen wird, ein Integrationswert von jeder der Pixelsensorzel len (110) gemessen wird, nachdem die Pixelsensorzellen (110) für eine erste Zeitperiode Photonen gesammelt haben, und für jede der Pixelsen sorzellen (110) der Integrationswert von dem entsprechenden ersten Rück setzwert subtrahiert wird.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeich net, daß bei der Neubestimmung der zweite Rücksetzwert von jeder der Pi xelsensorzellen (110) mit einem ersten Wert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert gemessen wird, und der Integrationswert von dem ent sprechenden zweiten Rücksetzwert subtrahiert wird.

22. Aktive Pixelsensorzelle (200), die auf einem Siliciumsub strat (210) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine isolierende Region (212) des Substrats (210) mit einem äußeren Wandstück (220), wel ches eine Vielzahl aktiver Regionen (230, 232, 234, 236) innerhalb des Substrats (210) umschließt, und ein herausragendes Wandstück (222), das sich vom äußeren Wandstück (220) nach innen erstreckt, um erste (230), zweite (232), dritte (234) und vierte (236) aktive Regionen abzugrenzen, wobei die zweite (232) und dritte (234) Region durch eine Wählkanalre gion (242), die dritte (234) und vierte (236) Region durch eine Puffer kanalregion (244) und die erste (230) und vierte (236) Region durch ei ne Rücksetzkanalregion (246) getrennt sind, eine über einem ersten Teil der Rücksetzkanalregion (246) gebildete erste dielektrische Schicht (214), eine über der ersten dielektrischen Schicht (214) gebildete erste leitende Schicht (216), eine über einem Teil der ersten leitenden Schicht (216), einem Teil der Rücksetzkanalregion (246), der Wählkanal region (242) und der Pufferkanalregion (244) gebildete zweite dielektri sche Schicht (217) und eine über dem Teil der ersten leitfähigen Schicht (216), einem Teil der Rücksetzkanalregion (246), der Wählkanalregion (242) und der Pufferkanalregion (244) gebildete zweite leitende Schicht (218) vorgesehen sind.

23. Pixelsensorzelle nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (216) und zweite (218) leitende Schicht dotiertes Polysi licium enthalten.

24. Pixelsensorzelle nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste (214) und zweite (217) dielektrische Schicht ein Oxid enthalten.

25. Pixelsensorzelle nach einem der Ansprüche 22 bis 24, da durch gekennzeichnet, daß die erste (230), zweite (232), dritte (234) und vierte (236) Region stark dotiert sind.