DE19737330C2 - Abbildungssystem und Verfahren zum Betreiben desselben - Google Patents

Abbildungssystem und Verfahren zum Betreiben desselben

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Description

Die Erfindung betrifft ein Abbildungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ladungsgekoppelte Schaltungen (CCDs) waren die Hauptstütze herkömm­ licher Abbildungsschaltungen zum Umwandeln eines Lichtsignals in ein elektrisches Signal, welches die Intensität des Lichtsignals wiedergibt. Im allgemeinen verwenden CCDs eine Photodiode zur Umwandlung von Licht in eine elektrische Ladung und eine Reihe von Elektroden zur Übertragung der gesammelten Ladung an einen Ausgangsleseknoten.
Obwohl CCDs viele Stärken haben, z. B. eine hohe Empfindlichkeit und einen hohen Füllfaktor, haben sie auch eine Reihe von Schwächen. Am bemerkenswertesten unter diesen Schwächen, welche begrenzte Leseraten und Beschränkungen des Dynamikbereichs beinhalten, ist die Schwierigkeit, CCDs mit auf CMOS beruhenden Mikroprozessoren zu integrieren.
Um die Nachteile von auf CCD beruhenden Abbildungsschaltungen zu überwinden, verwenden neuere Abbildungsschaltungen aktive Pixelsensorzellen zur Umwandlung von Licht in ein elektrisches Signal. Bei aktiven Pixelsensorzellen ist eine herkömmliche Photodiode typischerweise mit einer Reihe von Transistoren kombiniert, welche zusätzlich zur Bildung eines elektrischen Signals Verstärkung, Lesekontrolle und Rücksetzkontrolle liefern.
Gemäß Fig. 10 enthält ein Beispiel einer bekannten CMOS-aktiven Pixelsensorzelle 10 eine Photodiode 12, einen Rücksetztransistor 14, dessen Source mit der Photodiode 12 verbunden ist, einen Puffertransistor 16, dessen Gate mit der Photodiode 12 verbunden ist, und einen Wähltransistor 18, dessen Drain in Serie mit der Source des Puffertransistors 16 verbunden ist, vgl. "IEEE Transactions on Electron Devices", Band 40, Nr. 2, S. 334-341, 1993.
Der Betrieb der Pixelsensorzelle 10 verläuft in drei Schritten: einem Rücksetzschritt, bei dem die Pixelsensorzelle 10 vom vorherigen Integrationszyklus zurückgesetzt wird; einem Bildintegrationsschritt, bei dem Licht gesammelt und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird; und einem Signalleseschritt, bei dem das Signal gelesen wird.
Während des Rücksetzschrittes wird das Gate des Rücksetztransistors 14 kurz mit einer Rücksetzspannung (5 Volt) beaufschlagt, welche die Photodiode 12 auf eine Anfangsintegrationsspannung zurücksetzt, die ungefähr gleich der Spannung an der Drain des Rücksetztransistors 14 abzüglich der Schwellenspannung des Rücksetztransistors 14 ist.
Während der Integration trifft Licht in Form von Photonen unter Bildung einer Anzahl von Elektron-Loch-Paaren die Photodiode 12. Die Photodiode 12 ist so ausgelegt, daß sie eine Rekombination zwischen den neugebildeten Elektron- Loch-Paaren begrenzt. Im Ergebnis werden 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 Schwellenspannung 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 Wähltransistors 18 wird mit herkömmlichen Nachweisschaltungen bestimmt.
Ein Problem bei der Pixelsensorzelle 10 besteht jedoch darin, daß Abbildungssysteme, welche eine Matrix von Pixelsensorzellen 10 verwenden, 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 ausgeprägtesten bei Bildern, die sowohl lichtintensive als auch lichtschwache Strahlungsquellen enthalten. In diesen Situationen wird, wenn die Integrationsperiode der Matrix auf den Punkt begrenzt wird, bei dem keine lichtintensive Information verlorengeht, d. h. bei dem die Anzahl der gesammelten Photonen die Kapazität der Pixelsensorzelle während der Integrationsperiode 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 besteht darin, eine nichtintegrierende aktive Pixelsensorzelle zu verwenden, die ein nichtlineares Lastelement, wie eine MOSFET-Diode in schwacher Inversion, enthält, um eine logarithmische Antwort zu erhalten. Diese Methode hat jedoch einige Nachteile.
Erstens ist das Rauschen in einer nichtintegrierenden Pixelsensorzelle viel höher als das Rauschen in einer herkömmlich integrierenden Pixelsensorzelle (wie der Pixelsensorzelle 10 aus Fig. 10). In einer herkömmlichen integrierenden Pixel­ sensorzelle wird der Effekt zufälliger Rauschereignisse über die Integrationsperiode gemittelt, während 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 Belichtung. 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 Information gespeichert, während die lichtintensive Information verworfen wird.
Anschließend wird die Information der beiden Belichtungen kombiniert, um ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen. Der Nachteil dieser Methode besteht jedoch darin, daß das resultierende Bild aus einer Kombination der Bilddaten aus zwei unterschiedlichen Zeitperioden erzeugt wird.
Aus "IEEE Transactions on Nuclear Science", Band 40, Nr. 4, 1993, S. 323- 327, ist ein Abbildungssystem mit einer aus Zeilen und Spalten bestehenden Matrix von Pixelsensorzellen bekannt, wobei jede Pixelsensorzellenspalte mit einem eigenen Nachweisschaltkreis verbunden ist, der die zeilenweise ausgewählte Pixelsensorzellen-Ausgangsspannung verstärkt. Die Nachweisschalt­ kreise einer Spalte stehen jeweils über eine gemeinsame Nachweisausgangs­ leitung mit einer Steuer- und Speichereinheit in Verbindung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Abbildungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welches einen wesentlich erhöhten 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.
Fig. 2 zeigt eine Schemazeichnung mit einer aktiven Pixelsensorzelle.
Fig. 3A bis 3E zeigen Zeitdiagramme mit dem Betrieb des Abbildungssystems bezüglich der Pixelsensorzellen in der ersten Zeile der Matrix.
Fig. 4 zeigt eine bildhafte Darstellung mit dem Betrieb des Abbildungssystems in einer Videoumgebung bezüglich der Pixelsensorzelle C1 aus Fig. 1, die intensivem Licht ausgesetzt wird, Pixelsensorzelle 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 Betrieb des Abbildungssystems bezüglich der Pixelsensorzellen in der ersten Zeile der Matrix.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht mit einer ersten Ebene eines Layouts einer aktiven Pixelsensorzelle 200, welche die schematische Darstellung der Pixelsensorzelle 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 eine Matrix von Pixelsensorzellen 110 in Zeilen und Spalten, eine Reihe von Nachweisschaltkreisen DC1-DCm entsprechend der Anzahl von Spalten, und eine Steuerungs- und Speichereinheit 112 der Matrix.
Ferner enthält das Abbildungssystem eine Reihe von Zeilenwählleitungen RS1-RSn, eine Reihe von Zellenausgangsleitungen C01-C0m und eine Reihe von Nachweisausgangsleitungen D01-D0m. Die Zeilenwählleitungen RS1-RSn, die der Anzahl von Zeilen des Abbildungssystems entsprechen, 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 verbunden ist.
Die Reihe von Zellenausgangsleitungen C01-C0m, welche der Anzahl von Spalten des Abbildungssystems entspricht, ist Ausgang von der Pixelsensorzelle 110 an die Nachweisschaltkreise DC1-DCm, so daß jede Zellenausgangsleitung C01-C0m mit jeder der Pixelsensorzellen 110 in einer Spalte von Pixelsensorzellen 110 verbunden ist, und mit einem Nachweisschaltkreis DC1-DCm verbunden ist, der der Spalte von Pixelsensorzellen 110 entspricht. Die Reihe von Nachweisausgangsleitungen D01-D0m wiederum ist Ausgang der Nachweisschaltkreise DC1-DCm an die Steuerungs- und Speichereinheit 112.
Das Abbildungssystem enthält ferner eine Reihe von Zeilenrücksetzleitungen RR1-RRn, die Ausgang der Steuerungs- und Speicherein­ heit 112 an die Pixelsensorzellen 110 ist, so daß jede Zeilenrücksetzleitung RR1- RRn mit jeder der Pixelsensorzellen 110 in einer Zeile von Pixelsensorzellen 110 verbunden ist, und eine Reihe von Spaltenrücksetzleitungen CR1-CRm, die Ausgang der Steuerungs- und Speichereinheit 112 an die Pixelsensorzellen 110 ist, so daß jede Spaltenrücksetzleitung CR1-CRm mit jeder der Pixelsensorzellen 110 in einer Spalte von Pixelsensorzellen 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 Integrationsperiode gelesen und zurückgesetzt werden können.
Gemäß Fig. 2 enthält die Pixelsensorzelle 110 eins mit einem erster Zwischenknoten NIM1 verbundene Photodiode 122 und einen Splitgate- Rücksetztransistor 124, dessen Drain mit einem Stromversorgungsknoten NPS, dessen Source mit dem ersten Zwischenknoten NIM1, 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 126 ist mit dem Stromversorgungsknoten NPS, seine Source mit einem zweiten Zwischenknoten NIM2 und sein Gate mit dem ersten Zwischenknoten NIM1 verbunden, während die Drain des Zeilenwähltransistors 128 mit dem zweiten Zwischenknoten NIM2, seine Source mit einer Spaltenausgangsleitung C0 und sein Gate mit einer Zeilenwählleitung RS verbunden sind.
Gemäß Fig. 1, 2 und 3A bis 3E beginnt der Betrieb eines Integrationszyklus damit, daß die Steuerungs- und Speichereinheit 112 zunächst die Pixelsensorzellen 110 in der ernten Zeile der Matrix durch Anlegen einer Zeilenrücksetzspannung VRR1 an die Zeilenrücksetzleitung RR1 zur Zeit t1 zurücksetzt, gefolgt von dem im wesentlichen gleichzeitigen Anlegen einer Reihe von Spaltenrücksetzspannungen VCR1-VCRm an die Spaltenrücksetzleitungen CR1- CRm zur Zeit t2. (Zur Vermeidung von Ladungsverlusten wird vorzugsweise die Zeilenrücksetzspannung VRR1 am Gate SW2 aufrechterhalten, bis die Spaltenrücksetzspannung VCR1 am Gate SW1 zurückgenommen 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 VRR1 bewirkt, daß erste Teile der Kanäle jedes der Splitgate-Rücksetztransistoren 124 invertieren.
In ähnlicher Weise bewirkt die Reihe von Spaltenrücksetzspannungen VCR1- VCRm, die an die Spaltenrücksetzleitungen CR1-CRm angelegt sind, welche mit jedem der ersten Gates SW1 der Splitgate-Rücksetztransistoren 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 leitfähig 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 Pixel­ sensorzellen 110 in der Matrix zurückgesetzt worden sind. Folglich beginnt das Abbildungssystem 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 Anfangs­ integrationsspannung zurückgesetzt worden ist, bestimmt das Abbildungssystem als nächstes den Wert der Anfangsintegrationsspannung 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 Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile durch Anlegen einer Zeilenwählspannung VRS1 an die Zeilenwählleitung RS1 zu einem Zeitpunkt t3, der unmittelbar nach der abfallenden Flanke der Spaltenrücksetzspannungen VCR1- VCRm eintritt.
Die Zeilenwählspannung VRS1, 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 NIM2 der Pixelsensorzellen 110, die die Anfangsintegrationsspannungen des Zyklus darstellen, an den Zellenausgangsleitungen C01-C0m auftreten.
Die Nachweisschaltkreise DC1-DCm verstärken und digitalisieren daraufhin die Anfangsintegrationsspannungen an den Zellenausgangsleitungen C01-C0m. Die digitalisierten Anfangsintegrationsspannungen sind dann Ausgang an den Nachweisausgangsleitungen D01-D0m zur Steuerungs- und Speichereinheit 112, welche die digitalisierte Anfangsintegrationsspannung jeder Pixelsensorzelle 110 in der ersten Zeile speichert.
Sobald die Anfangsintegrationsspannung an jeder der Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile bestimmt und gespeichert worden ist, wiederholt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die oben beschriebenen Schritte für jede der Zeilen in der Matrix, bis die Anfangsintegrationsspannungen von allen Pixelsensorzellen 110 in der Matrix bestimmt und gespeichert worden sind.
Nachdem die Anfangsintegrationsspannungen aller Pixelsensorzellen 110 in der Matrix bestimmt und gespeichert worden sind, beginnt das Abbildungssystem damit, Ladungen in jeder der Pixelsensorzellen 110 in der Matrix zu sammeln.
Gemäß Fig. 1, 2 und 3A bis 3E trifft von der Zeit t3, dem effektiven Beginn des Integrationszyklus, bis zur Zeit t4, dem effektiven Ende des Integrationszyklus, Licht in Form von Photonen unter Bildung einer Anzahl von Elektron-Loch-Paaren die Photodioden 122 in den Pixelsensorzellen 110. Die Photodioden 122 sind so ausgelegt, daß sie eine Rekombination zwischen den neugebildeten Elektron- Loch-Paaren beschränken.
Im Ergebnis werden die photoerzeugten Löcher in jeder Pixelsensorzelle 110 an den Erdungsanschluß der Photodiode 122 gezogen, während die photoerzeugten Elektronen an den positiven Anschluß der Photodiode 122 gezogen werden, wo jedes zusätzliche Elektron die Spannung an der Photodiode 122 und dem zweiten Zwischenknoten NIM2 von jeder Pixelsensorzelle 110 vermindert.
Statt, wie im herkömmlichen Fall, die Spannungen an den Photodioden 122 der Pixelsensorzellen 110 (über die zweiten Zwischenknoten NIM2) am Ende des Integrationszyklus zu bestimmen, werden die Spannungen an jeder Photodiode 122 mehrmals während jedes Integrationszyklus bestimmt.
Folglich wird jede Pixelsensorzelle 110 i-mal während jedes Integrationszyklus gelesen, um zu bestimmen, wieviele Ladungen in der Pixelsensorzelle sek dem letzten Zurücksetzen gesammelt worden sind. Im Ergebnis werden i-Ladungswerte - im folgenden auch als Photonenwerte bezeichnet - für jede Pixelsensorzelle 110 in der Matrix berechnet, wobei jeder Ladungswert wiedergibt, wieviele Ladungen in einer Pixelsensorzelle 110 seit dem letzten Zurücksetzen gesammelt worden sind.
Für digitale Standkameras ist die maximale Integrationsperiode (Bild­ sammlungsperiode) durch den f-Stop der Kamera vorgegeben. Beispielsweise bedeutet eine Blendengeschwindigkeit von 1/50 Sekunde, daß die maximale Integrationsperiode zu etwa 20 ms geben ist. Andererseits ist die die maximale Integrationsperiode für Videokameras durch die Scan-Raten der Kamera zu etwa 30 ms gegeben. Die maximale Integrationsperiode begrenzt wiederum den schwächsten Lichtpegel, der durch die Kamera aufgenommen 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 Sättigung einer Pixelsensorzelle 110 hat den Vorteil, daß keine Bildinformation verlorengeht. Die Verwendung der minimalen Zahl von Integrationsperioden hat den Vorteil, daß weniger Rauschen angesammelt wird.
Gemäß Fig. 3A bis 3E und Fig. 4 wird jeder Integrationszyklus, der üblicher­ weise 30 ms lang ist, in drei Sammlungsperioden von 10 ms unterteilt. Folglich legt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 am Ende der ersten Sammlungsperiode zu einem Zeitpunkt t5, der ungefähr 10 ms nach dem Zurücksetzen der Pixelsensorzellen 110 liegt, erneut die Zeilenwählspannung VRS1 an die Zeilenwählleitung RS1, was wiederum bewirkt, daß die Spannungen an jedem der zweiten Zwischenknoten NIM2 in der ersten Zeile, welche die ersten Integrationsspannungen des Zyklus darstellen, an den Zellenausgangsleitungen C01-C0m auftreten.
Die Nachweisschaltkreise DC1-DCm verstärken und digitalisieren daraufhin die ersten Integrationsspannungen an den Zellenausgangsleitungen C01-C0m. Die digitalisierten ersten Integrationsspannungen für jede der Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile sind dann Ausgang an die Nachweisausgangsleitungen D01-D0m 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 Anfangsintegrationsspannung, um einen ersten gesammelten Photonenwert für jede Pixelsensorzelle 110 in der ersten Zeile zu erhalten. Der erste gesammelte Photonenwert stellt die Anzahl von Photonen dar, die durch eine Pixelsensorzelle 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 Pixelsensorzellen 112 unter dem vorbestimmten Wert und werden deshalb ignoriert.
Sobald die Pixelsensorzellen 110 erste gesammelte Photonenwerte haben, die gleich oder größer als der vorbestimmte Wert sind, setzt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 diese Pixelsensorzellen 110 zurück. 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 VRR1 an die Zeilenrücksetzleitung RR1 zum Zeitpunkt t6 und anschließendes Anlegen der Spaltenrücksetzspannung VCR1 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 VRR als auch die Spaltenrücksetzspannung VCR zum Zurücksetzen einer Pixelsensorzelle 110 anliegen müssen. Da als einzige Spaltenspannung die Spaltenrücksetzspannung VCR1 angelegt wird, wird folglich nur die Pixelsensorzelle 110 in der ersten Zeile und der ersten Spalte zurückgesetzt.
Sobald die ersten gesammelten Photonenwerte für alle Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile bestimmt und die entsprechenden Pixelsensorzellen 110 zurückgesetzt worden sind, wiederholt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die oben beschriebenen Schritte für jede der Zeilen in der Matrix, bis für alle Pixel­ sensorzellen 110 in der Matrix die ersten gesammelten Photonenwerte bestimmt und die entsprechenden Pixelsensorzellen 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 VRS1 an die Zeilenwählleitung RS1, was wiederum bewirkt, daß die Spannungen an den zweiten Zwischenknoten NIM2, welche die zweiten Integrationsspannungen des Zyklus darstellen, an den Zellenausgangsleitungen C01-C0m auftreten.
Die Nachweisschaltkreise DC1-DCm verstärken und digitalisieren dann die zweiten Integrationsspannungen an den Zellenausgangsleitungen C01-C0m. Die digitalisierten zweiten Integrationsspannungen für jede der Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile sind dann Ausgang an die Nachweisausgangsleitungen D01- D0m zur Steuerungs- und Speichereinheit 112.
Als nächstes subtrahiert die Steuerungs- und Speichereinheit 112 erneut die digitalisierte zweite Integrationsspannung jeder Pixelsensorzelle 110 in der ersten Zeile von ihrer digitalisierten Anfangsintegrationsspannung, 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 gesammelten 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 Speichereinheit 112 ignoriert.
Da die Pixelsensorzelle C1 hellem Licht ausgesetzt wird, überschreitet 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 mittlerem 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 Speichereinheit 112 gespeichert. Andererseits liegt weiterhin der zweite gesammelte Photonenwert der Pixelsensorzelle C3, die schwachem Licht ausgesetzt wird, unterhalb des vorbestimmten Wertes und wird daher ignoriert.
Die Steuerungs- und Speichereinheit 112 speichert bevorzugterweise den ersten und zweiten gesammelten Photonenwert der Pixelsensorzelle C1 als einen Gesamtwert, obwohl diese beiden Werte auch an verschiedenen Stellen gespeichert werden können.
Sobald die Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile zweite gesammelte Photonenwerte haben, die gleich oder größer als der vorbestimmte Wert sind, setzt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 diese Pixelsensorzellen 110 zurück. Folglich setzt die Steuerungs- und Speichereinheit 112, da die Pixelsensorzellen C1 und C2 die einzigen Pixelsensorzellen in der ersten Zeile mit einem zweiten gesammelten Photonenwert sind, der gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, die Pixelsensorzellen C1 und C2 zurück, indem sie zunächst die Zeilenrücksetzspannung VRR1 an die Zeilenrücksetzleitungen RR1 zum Zeitpunkt t9 anlegt und anschließend die Spaltenrücksetzspannungen VCR1 und VCR2 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 VRR als auch die Spaltenrücksetzspannung VCR zur selben Zeit anliegen müssen.
Sobald die zweiten gesammelten Photonenwerte der Pixelsensorzellen 110 der ersten Zeile bestimmt worden sind und die entsprechenden Pixelsensorzellen 110 zurückgesetzt wurden, wiederholt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die oben beschriebenen Werte für jede der Zeilen in der Matrix, bis die zweiten gesammelten Photonenwerte für alle Pixelsensorzellen 110 in der Matrix bestimmt und die entsprechenden Pixelsensorzellen 110 zurückgesetzt worden sind.
Anschließend geht die Photonenintegration bis zum Ende der dritten Integrationsperiode zur Zeit t4 weiter, die dem Ende des Integrationszyklus entspricht. Zu diesem Zeitpunkt haben die Pixelsensorzellen C1 und C2 für etwa 10 ms Photonen gesammelt, während die Pixelsensorzelle C3 für etwa 30 ms Photonen gesammelt hat.
Am Ende der dritten Sammlungsperiode (Zeitpunkt t4) legt die Steuerungs- und Speichereinheit 112 erneut die Zeilenwählspannung VRS1 an die Zeilenwähl­ leitung RS1 an, was wiederum bewirkt, daß die Spannungen an den zweiten Zwischenknoten NIM2, welche die dritten Integrationsspannungen des Zyklus darstellen, an den Zellenausgangsleitungen C01-C0m auftreten.
Die Nachweisschaltkreise DC1-DCm verstärken und digitalisieren dann die dritten Integrationsspannungen an den jeweiligen Zellenausgangsleitungen C01- C0m. Die digitalisierten dritten Integrationsspannungen für jede der Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile sind dann Ausgang an den Nachweisausgangsleitungen D01-D0m zur Steuerungs- und Speichereinheit 112.
Als nächstes subtrahiert die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die digitalisierte dritte Integrationsspannung 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.
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 ersten 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 dem gespeicherten ersten und zweiten gesammelten Photonenwert der Pixelsensorzelle C1 kombiniert, um den gesamten 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 gesammelten Photonenwert der Pixelsensorzelle C2 zu erhalten.
Andererseits wurden, da die Pixelsensorzelle C3 schwachem Licht ausgesetzt wurde, keine ersten und zweiten gesammelten Photonenwerte für die Pixelsensorzelle C3 gespeichert. Im Ergebnis wird der dritte gesammelte Photonenwert der Pixelsensorzelle C3 der gesamte gesammelte Photonenwert der Pixelsensorzelle C3.
Sobald die dritten gesammelten Photonenwerte für die Pixelsensorzellen 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 Photonenwerte für alle Pixelsensorzellen 110 in der Matrix bestimmt worden sind.
Nachdem die dritten gesammelten Photonenwerte für die Pixelsensorzellen 110 in der Matrix bestimmt worden sind, beginnt die Steuerungs- 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 erneut durch Anlegen der Zeilenrücksetzspannung VRR1 an die Zeilenrücksetzleitung RR1 zum Zeitpunkt t11, gefolgt vom Anlegen der Reihen von Spaltenrücksetzspannungen VCR1-VCRm an die Spaltenrücksetzleitungen CR1-CRm zum Zeitpunkt t12. Sobald die Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile zurückgesetzt wurden, wiederholt die Steuerungs- und Speichereinheit 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 VRS1 an die Zeilenwählleitung RS1 zu einem Zeitpunkt t13, der unmittelbar nach der abfallenden Flanke der Spaltenrücksetzspannungen VCR1-VCRm liegt. Sobald die Pixelsensorzellen 110 in der ersten Zeile gemessen worden sind, wiederholt 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 maximale 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 Pixel­ sensorzellen 110 in der ersten Zeile ausgegeben worden sind, subtrahiert die Steuerungs- und Speichereinheit 112 die digitalisierten dritten Integrations­ spannungen 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.
Alternativ ist es möglich, daß 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, subtrahiert.
Dazu 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 Pixelsensorzellen 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 Zwischenknoten NIM2 aufgrund von Schwellenspannungsvariationen des Puffertransistors 16, die von 1/f-Rauschen herrühren, wesentlich vermindert werden.
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 Subtraktion 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 zurück­ gesetzt wird. Folglich werden die gesammelten Photonen an der Pixelsensorzelle C1 nur durch Subtraktion des zur Zeit t5 erhaltenen 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 VRR und VCR vorzugsweise wesentlich größer als die Spannung am Stromversorgungsknoten NPS der Pixelsensorzellen 110 gewählt, so daß die Spannungen an den ersten Zwischenknoten NIM1 der Pixelsensorzellen 110 auf die Spannung am Stromversorgungsknoten NPS gezogen werden.
Beispielsweise wird durch Anlegen von 3,3 Volt an den Strom­ versorgungsknoten NPS der Pixelsensorzelle 110 und durch Verwendung von 5- Volt-Zeilen- und -Spaltenrücksetzspannungen VRR und VCR der Splitgate- Rücksetztransistor 124 einer Pixelsensorzelle 110 im linearen Bereich betrieben, was wiederum die Spannung am ersten Zwischenknoten NIM1 der Pixelsensorzelle 110 auf 3,3 Volt zieht.
Die Tatsache, daß der Splitgate-Rücksetztransistor 124 in den linearen Betriebsbereich während des Rücksetzschrittes gezwungen wird, bewirkt, daß die Spannung am ersten Zwischenknoten NIM1 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 VRR und VCR gleich der Spannung am Stromversorgungsknoten NPS, d. h. +5 Volt, gewählt werden.
Die Zeilenwählspannungen VRS1-VRSn können auch wesentlich größer als die maximalen Spannungen an den zweiten Zwischenknoten NIM2 der Pixelsensorzellen 110 gewählt werden, wie z. B. 5 Volt, so daß die Spannungen an den Zellenausgangsleitungen C0 den Spannungen an den zweiten Zwischenknoten NIM2 folgen.
Im Ergebnis tragen die Zeilenwähltransistoren 128 der Pixelsensorzellen 110 kein wesentliches Rauschen bei, da die Transistoren 128 ebenfalls im linearen Bereich betrieben werden. Außerdem fließt kein Strom (außer einem kurzzeitigen) durch die Transistoren 126 und 128, wenn die Zeilenwählspannungen VRS 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 aktiver Regionen innerhalb des Substrats 210 umschließt, und einem herausragenden Wandstück 222, welches sich vom äußeren Wandstück 220 nach innen erstreckt, begrenzt wird. Alternativ kann die Grabenisolationsregion 212 als Feldoxidregion 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 rechteckige zweite, dritte und vierte aktive Regionen 232, 234 und 236. Die Region 230 des Substrats 210 wird mit einem Material zur Bildung einer n+-Photodiode 240 dotiert, während die zweite, dritte und vierte Region 232, 234 und 236 mit einem Material zur Bildung von n+-Source- und -Drainregionen für die Transistoren der Pixelsensorzelle 200 dotiert werden.
Bezüglich Fig. 2 und Fig. 6 dient die Region 232 als Source des Zeilenwähltransistors 128, die Region 234 als Source des Puffertransistors 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 Polysilicium (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 Isolationsregion 212 gebildet sind.
Gemäß Fig. 8 und Fig. 9 enthält die Pixelsensorzelle 200 ferner eine zweite Polysilicium (Poly-2)-Schicht 218 und eine darunterliegende Oxidschicht 217, die über einem zweiten Teil der Splitgate-Rücksetzkanalregion 246 und einem Teil der Wandstücke 220 und 222 der Isolationsregion 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 Isolationsregion 212 gebildet.

Claims (11)

1. Abbildungssystem mit einer aus Zeilen und Spalten bestehenden Matrix aktiver Pixelsensorzellen (110), wobei die Pixelsensorzellen (110) jeder Zeile jeweils über eine Zeilenwählleitung (RS1 bis RSn) und eine Zeilenrücksetzleitung (RR1 bis RRn) mit einer Steuer- und Speichereinheit (112) und die Pixelsensorzellen (110) jeder Spalte jeweils mit einer Zellenausgangsleitung (C01 bis C0m) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zellenausgangsleitung (C01 bis C0m) mit einem eigenen Nachweisschaltkreis (DC1 bis DCm) in Verbindung steht, der über eine Nachweisausgangsleitung (D01 bis D0m) mit der Steuer- und Speichereinheit (112) verbunden ist, und daß die Pixelsensorzellen (110) jeder Spalte so mit einer Spaltenrücksetzleitung (CR1 bis CRm) verbunden sind, daß eine Rücksetzung einer bestimmten Pixelsensorzelle (110) nur bei gleichzeitigem Anliegen eines Rücksetzsignals an der zugehörigen Zeile und Spalte erfolgt.
2. Abbildungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Pixelsensorzelle (110) einen Splitgate-Rücksetztransistor (124), der mit einem Stromversorgungs-Schaltungspunkt (NPS), einem ersten Schaltungspunkt (NIM1), einer Zeilenrücksetzleitung (RR1-RRn) und einer Spaltenrücksetzleitung (CR1- CRm) verbunden ist, einen Photodetektor (122), der mit dem ersten Schaltungspunkt (NIM1) verbunden ist, einem Puffertransistor (126), der mit dem Stromversorgungs-Schaltungspunkt (NPS), einem zweiten Schaltungspunkt (NIM2) und dem ersten Schaltungspunkt (NIM1) verbunden ist, und einen Zeilenwähltransistor (128), der mit dem zweiten Schaltungspunkt (NIM2), einer Zeilenwählleitung (RS1-RSn) und einer Zellenausgangsleitung (C01-C0m) verbunden ist, umfaßt.
3. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachweisschaltkreis (DC1-DCm) eine Verstärkungs- und Digitalisierungseinrichtung zum Verstärken und Digitalisieren der an der Zellenausgangsleitung (C01 bis C0m) anliegenden Pixelsensorzellenausgangs­ spannung umfaßt.
4. Verfahren zum Betreiben eines Abbildungssystems mit einer Vielzahl aktiver, einzeln rücksetzbarer Pixelsensorzellen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
alle Pixelsensorzellen zurückgesetzt werden,
in jeder der Pixelsensorzellen während einer Integrationsperiode, die nach dem Zurücksetzen der Pixelsensorzellen beginnt, photogenerierte Ladungen gesammelt werden,
zu mindestens einem Zeitpunkt vor Ablauf der Integrationsperiode zu jeder Pixelsensorzelle ein die darin seit dem letzten Zurücksetzen gesammelten Ladungen anzeigender Zwischenwert ermittelt wird,
der Zwischenwert mit einem vorbestimmten Maximalwert verglichen und, wenn der Zwischenwert gleich oder größer als der Maximalwert ist, die Pixelsensorzelle zurückgesetzt und der Zwischenwert gespeichert wird, und daß
am Ende der Integrationsperiode zu jeder Pixelsensorzelle ein die darin seit dem letzten Zurücksetzen photogenerierten Ladungen anzeigender Endwert ermittelt wird,
wobei die Endwerte und die Zwischenwerte zum Berechnen eines Gesamtwertes für jede Pixelsensorzelle, welcher die in der Pixelsensorzelle während der Integrationsperiode detektierten Photonen anzeigt, addiert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenwert einer Pixelsensorzelle ein zu dem Zeitpunkt gemessener Integrationswert der Pixelsensorzelle verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwert einer Pixelsensorzelle durch Subtraktion eines nach dem ersten Zurücksetzen aller Pixelsensorzellen gemessenen Rücksetzwerts der Pixelsensorzelle von einem zu dem Zeitpunkt gemessenen Integrationswert der Pixelsensorzelle ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwerte für jeden Zeitpunkt einzeln gespeichert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenwerte zu einem der Pixelsensorzelle entsprechenden Zwischenwert-Speicherplatz addiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Endwert der am Ende der Integrationsperiode gemessene Integrationswert der Pixelsensorzelle verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß vom Endwert ein nach dem ersten Zurücksetzen aller Pixelsensorzellen gemessener Rücksetzwert der entsprechenden Pixelsensorzelle subtrahiert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren nach Ablauf der ersten Integrationsperiode während einer zweiten Integrationsperiode erneut durchlaufen wird, wobei vom Endwert für die erste Integrationsperiode ein nach dem Zurücksetzen aller Pixelsensorzellen zu Beginn der zweiten Integrationsperiode gemessener Rücksetzwert der entsprechenden Pixelsensorzelle subtrahiert wird.
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