一種圖像傳感器特性參數(shù)測量分析系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種圖像傳感器特性參數(shù)測量分析系統(tǒng)，其集成了可配置光源、探測器室、控制終端。其中可配置光源包括光源控制器、激光光斑光源、脈沖激光光源、數(shù)字白光光源，構(gòu)成本測量分析系統(tǒng)的信號光源。探測器室包括核心控制板、光路模塊、定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)和整體暗箱，用于樣品定位、光路聚焦及任務(wù)設(shè)備控制。控制終端包括高可靠嵌入式多核處理器、高速數(shù)據(jù)采集與存儲模塊、物理參數(shù)測試分析模塊、ADC陣列測試模塊、精密程控電源，為本系統(tǒng)提供電源，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、參數(shù)計(jì)算和人機(jī)交互。本發(fā)明可一體化實(shí)現(xiàn)針對圖像傳感器的：器件物理參數(shù)測量、電路特性參數(shù)測量、圖像數(shù)據(jù)高速捕捉和回放。
【專利說明】一種圖像傳感器特性參數(shù)測量分析系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圖像傳感器特性測量分析系統(tǒng)，尤其涉及一種面向圖像傳感器、集成了器件物理參數(shù)測量、電路特性測量、高速圖像數(shù)據(jù)采集與存儲的一體化測試分析系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器的性能測量與分析包括多種參數(shù)，如像素器件方面有靈敏度、電荷殘留數(shù)、像素間串?dāng)_等參數(shù)；電路特性方面有增益線性度、ADC性能等參數(shù)；為了分析圖像質(zhì)量還需進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集和存儲。目前已有的圖像傳感器測試系統(tǒng)存在以下不足:
[0003]像素性能測試設(shè)備、電路性能測試設(shè)備、圖像數(shù)據(jù)采集設(shè)備各自獨(dú)立、系統(tǒng)龐大、操作復(fù)雜、使用不便；
[0004]部分關(guān)鍵參數(shù)性能無法測量，如像素內(nèi)電荷殘留數(shù)和電子傳輸速率。
[0005]因此希望有一種圖像傳感器特性測量分析系統(tǒng)來克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷中的一個(gè)或多個(gè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種圖像傳感器特性測量分析系統(tǒng)來克服或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷中的一個(gè)或多個(gè)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種圖像傳感器特性參數(shù)測量分析系統(tǒng)，其包括:
[0008]可配置光源，用于產(chǎn)生測試所需信號光波；
[0009]探測器室，至少包括I個(gè)待測圖像傳感器，用于接收可配置光源發(fā)出的信號光波，從而輸出相應(yīng)的光電感應(yīng)信號及相關(guān)數(shù)據(jù)；
[0010]控制終端，用于為所述可配置光源，探測器室提供電源；接收探測器室輸出的光電感應(yīng)信號及相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述光電感應(yīng)信號及相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算和顯示所測的參數(shù)；所述控制終端還用于人機(jī)交互，將用戶的設(shè)置數(shù)據(jù)傳送至探測器室內(nèi)以控制待測圖像傳感器的工作。
[0011]本發(fā)明的圖像傳感器特性測量分析系統(tǒng)，一體化集成了圖像傳感器器件物理參數(shù)測量、電路特性測量、高速圖像數(shù)據(jù)采集與存儲功能，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)方案中，各項(xiàng)測試設(shè)備相互獨(dú)立，操作復(fù)雜，使用不便的問題；并提供了一種針對像素內(nèi)電荷殘留數(shù)，電子轉(zhuǎn)移速率等參數(shù)的測量手段。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)說明:
[0013]圖1為本發(fā)明中“圖像傳感器特性測量分析系統(tǒng)”的整體構(gòu)成框圖；
[0014]圖2為本發(fā)明中高速數(shù)據(jù)采集與存儲原理圖；
[0015]圖3為本發(fā)明中ADC陣列特性測試原理圖；
[0016]圖4為本發(fā)明中電荷殘留測試原理圖；
[0017]圖5為本發(fā)明中像素陣列固定模式噪聲測試原理圖；
[0018]圖6為本發(fā)明中像素間串?dāng)_測試原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020]圖1示出了本發(fā)明提出的圖像傳感器特性測量分析系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述測量分析系統(tǒng)包括:可配置光源1、探測器室2、控制終端3。
[0021]可配置光源包括如圖1所示的:光源控制器11、激光光斑光源12、脈沖激光光源13、數(shù)字白光光源14。所述光源控制器11用于光源切換選擇和光源控制。其電源來自控制終端中精密程控電源的輸出，并通過數(shù)據(jù)線纜與探測器室內(nèi)的核心控制板進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。根據(jù)核心控制板下發(fā)的設(shè)定數(shù)據(jù)，選擇當(dāng)前測試所用光源種類，如激光光斑光源、脈沖激光光源和數(shù)字白光光源中的一個(gè)，并設(shè)定所選擇光源的工作頻率；或調(diào)整所選擇光源的光強(qiáng)(激光光斑光源/脈沖激光光源通過控制光源電流進(jìn)行調(diào)整；數(shù)字白光光源通過數(shù)字接口直接設(shè)定)；或光波頻率(激光光斑光源內(nèi)部主要由激光器、濾光輪片、單色儀組成，通過數(shù)字接口設(shè)定其輸出單色光波的中心波長)。
[0022]當(dāng)進(jìn)行圖像傳感器不同參數(shù)測量時(shí)，可選用不同的光源作為信號源。可選地，進(jìn)行電荷殘留參數(shù)測量時(shí)，選用脈沖激光光源，用于產(chǎn)生脈沖式激光；進(jìn)行像素陣列FPN噪聲測量時(shí)，選用數(shù)字白光光源，用于發(fā)出平行均勻白光；進(jìn)行像素間Cross Talk性能測量時(shí)，選用激光光斑光源，用于發(fā)出單色激光光斑。
[0023]探測器室如圖1所示，包括光路模塊21、定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)22、核心控制板23、整體暗箱24。
[0024]其中光路模塊21用于監(jiān)控、調(diào)整可配置光源I所發(fā)出光束的光強(qiáng)、會(huì)聚光束并最終投射到圖像傳感器像素陣列上。光路模塊21由準(zhǔn)直光路211，光強(qiáng)監(jiān)控/調(diào)整單元212，會(huì)聚光路213組成。準(zhǔn)直光路211接收可配置光源發(fā)射出的光束，對該光束進(jìn)行準(zhǔn)直，控制入射光束的發(fā)散角，形成均勻平行光，以利于后續(xù)傳輸。光強(qiáng)監(jiān)控和調(diào)整單元212位于準(zhǔn)直光路和會(huì)聚光路之間，主要由光闌、光學(xué)衰減器、光強(qiáng)檢測器組成，其通過數(shù)據(jù)線纜與核心控制板23相連，將實(shí)時(shí)光強(qiáng)數(shù)據(jù)報(bào)送至核心控制板23，同時(shí)又受其控制，動(dòng)態(tài)調(diào)整光路中的光強(qiáng)。
[0025]光強(qiáng)控制主要通過光闌和光學(xué)衰減器實(shí)現(xiàn)。光闌是帶有光孔的光學(xué)元件。一般成圓形薄片狀，其中央有通光孔徑，且孔徑大小通過旋鈕可調(diào)。通過縮放通光孔徑實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)的調(diào)節(jié)。如通光孔徑大則通過的光強(qiáng)強(qiáng)，反之則弱。光學(xué)衰減器是一種具有固定衰減倍率的光學(xué)元件。通過上述兩個(gè)部件，主要是根據(jù)需要，對入射光光強(qiáng)進(jìn)行衰減，以防止光強(qiáng)過強(qiáng)，使光電探測器的光生電子一直處于飽和狀態(tài)。
[0026]光強(qiáng)檢測主要通光強(qiáng)檢測器實(shí)現(xiàn)，其主要包括光強(qiáng)探測器及信號采集電路，其中，光強(qiáng)探測器通過光電效應(yīng)產(chǎn)生微弱的電信號，并經(jīng)過信號放大、采集電路處理后，將采集數(shù)據(jù)傳遞給核心控制板，并最終經(jīng)核心控制板報(bào)送至控制終端。
[0027]定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)22主要精密水平導(dǎo)軌222、三維電控樣品臺223。主要用于被測圖像傳感器的對焦和照射位置的調(diào)整。三維電控樣品臺安裝于精密水平導(dǎo)軌222上，后者被用做水平基準(zhǔn)。由X/Y/Z三軸步進(jìn)電機(jī)控制，可在X/Y/Z三軸進(jìn)行電控精確位置移動(dòng)。由于被測圖像傳感器安裝于核心控制板上，而核心控制板又被夾持于三維電控樣品臺223上，所以三維電控樣品臺223在三軸方向的移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)被測圖像傳感器的位置移動(dòng)。三維電控樣品臺223電源來自控制終端中精密程控電源的輸出，其三軸電機(jī)的移動(dòng)方向和步進(jìn)長度則通過數(shù)據(jù)線纜連接至核心控制板，從而受其控制。
[0028]核心控制板23用于保證被測圖像傳感器在測試時(shí)保持正常工作。圖像傳感器被安裝于核心控制板上，由核心控制板提供電源、時(shí)鐘、偏置等圖像傳感器工作所必須的驅(qū)動(dòng)信號，同時(shí)還需按照圖像傳感器的數(shù)據(jù)時(shí)序和數(shù)據(jù)格式，獲取輸出數(shù)據(jù)。此外，其也是各任務(wù)模塊的調(diào)度中心，其通過數(shù)據(jù)線纜與控制終端相連，接收其下發(fā)的用戶數(shù)據(jù)和信號，繼而輸出控制數(shù)據(jù)，調(diào)整可配置光源1、光路模塊21、三維電控樣品臺222 ;并將圖像傳感器輸出信號和所采集圖像數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線纜輸出至控制終端。
[0029]整體暗室24內(nèi)部涂覆烏光漆，主要用于吸收雜散光，提供成像暗室。此外整體暗室上設(shè)置有與外部的控制終端通訊的線路布置通道和電源接口。整體暗室設(shè)置有照明燈和操作門，用于待測圖像傳感器的裝卸和設(shè)備調(diào)試、部件維修、更換等，測試時(shí)需關(guān)閉照明燈和操作門。
[0030]所述測量分析系統(tǒng)還包括阻尼隔振平臺221，其作為水平基準(zhǔn)平臺，用于承載所述可配置光源I和探測器室2并隔離震動(dòng)。
[0031]控制終端包括如圖1所示的:高可靠嵌入式多核處理器31、高速數(shù)據(jù)采集與存儲模塊32、物理參數(shù)測試模塊33、ADC陣列測試模塊34、精密程控電源35。
[0032]其中高可靠嵌入式多核處理器31，主要用于數(shù)據(jù)處理、參數(shù)計(jì)算、圖表繪制以及人機(jī)交互。
[0033]高速數(shù)據(jù)采集與存儲模塊32，主要由讀寫控制器321和存儲器陣列322組成，用于高速圖像數(shù)據(jù)采集與并行大容量圖像數(shù)據(jù)存儲。讀寫控制器主要實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集、指令解析和讀寫操作控制等功能；存儲器陣列是圖像數(shù)據(jù)的實(shí)際物理存儲介質(zhì)。
[0034]物理參數(shù)測試模塊33，主要由鎖相放大器331、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器332、數(shù)據(jù)處理單元333組成。主要用于對被測圖像傳感器輸出的微小信號進(jìn)行鎖相、放大(提高微小信號的可檢測性和檢測精度)；高精度模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換(實(shí)現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化)以及數(shù)據(jù)預(yù)處理。
[0035]ADC陣列測試模塊34主要由標(biāo)準(zhǔn)信號源341和信號源控制器342組成。用于產(chǎn)生低諧波標(biāo)準(zhǔn)ADC測試信號，其經(jīng)過屏蔽模擬信號線纜、核心控制板最終加載到被測圖像傳感器上。
[0036]圖像傳感器簡化來說，主要包括像素陣列和ADC轉(zhuǎn)換陣列。可以理解為像素接收光照而感光產(chǎn)生模擬信號，送交ADC陣列進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后輸出，并由外部的數(shù)據(jù)采集裝置獲取和顯示數(shù)字圖像。而單獨(dú)測試ADC陣列自身的性能時(shí)，通過設(shè)置(圖像傳感器芯片內(nèi)部開關(guān)切換)，已經(jīng)將像素的模擬信號輸出端與ADC的輸入端斷開，切換為從外界直接加載測試用低諧波標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(常采用正弦波，測試方法和過程公知)。后續(xù)的轉(zhuǎn)換和數(shù)字輸出與之前一致。只是轉(zhuǎn)換完成的數(shù)字信號，不是感光的圖像，而是輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號。
[0037]上述高速數(shù)據(jù)采集與存儲模塊32、物理參數(shù)測試模塊33、ADC陣列測試模塊34通過高速背板數(shù)據(jù)總線與高可靠嵌入式多核處理器31進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，供其調(diào)用數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和參數(shù)計(jì)算。
[0038]精密程控電源主要用于為可配置光源、探測器室及控制終端提供電源。
[0039]測試方法:
[0040]本發(fā)明一體化集成了高速數(shù)據(jù)采集與存儲、電路特性測試、器件物理參數(shù)測試功能。如下分別介紹各功能的實(shí)現(xiàn)。
[0041]高速數(shù)據(jù)采集與存儲:
[0042]本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)1Gbps量級高速圖像數(shù)據(jù)采集與存儲，如圖2所示。待測圖像傳感器安裝于核心控制板23上，工作時(shí)其輸出的高速數(shù)據(jù)經(jīng)核心控制板23、高速數(shù)據(jù)總線后，接入高速數(shù)據(jù)采集與存儲模塊32。其具體執(zhí)行過程如下:
[0043]當(dāng)用戶執(zhí)行‘?dāng)?shù)據(jù)采集和存儲’操作時(shí):由嵌入式多核控制器31發(fā)送“采集存儲啟動(dòng)”指令，由背板總線讀寫控制單元偵測并獲取，提交指令解析單元。指令解析單元啟動(dòng)可重構(gòu)數(shù)字端口單元、同步控制單元、存儲陣列讀寫控制單元開始工作。可重構(gòu)數(shù)字端口單元的輸入端與高速數(shù)據(jù)總線相連接(可根據(jù)需要配置為數(shù)字并行接口、LVDS接口、Camera-Link接口)，以從所述待測圖像傳感器獲得高速數(shù)據(jù)；其輸出端分為:并行數(shù)字端口和同步信號端口，分別接入數(shù)據(jù)寫入緩存單元和同步控制單元輸入端。
[0044]可重構(gòu)數(shù)字端口單元，其用于將接收到的數(shù)據(jù)根據(jù)輸出接口的不同而轉(zhuǎn)換成相應(yīng)格式后輸出。因?yàn)楦鱾€(gè)圖像芯片設(shè)計(jì)廠家不一樣，其芯片輸出數(shù)據(jù)的接口定義不同，數(shù)字并行接口，LVDS接口，Camera-1ink接口為最常用的接口形式。為了最大程度上兼容多種圖像傳感器，本發(fā)明中通過可重構(gòu)數(shù)字端口單元配置接口形式，同時(shí)兼容上述幾種數(shù)據(jù)接口。
[0045]同步控制單元，主要用于數(shù)據(jù)同步。因?yàn)閳D像數(shù)據(jù)一般并行多路輸出，高達(dá)幾十?上百路。要保持上述數(shù)據(jù)輸出同步，否則抓取圖像數(shù)據(jù)并顯示的時(shí)候，因?yàn)閿?shù)據(jù)不同步，會(huì)導(dǎo)致圖像缺失、錯(cuò)位等現(xiàn)象。
[0046]數(shù)據(jù)寫入緩存單元，主要用于匹配工作速率。因?yàn)閳D像數(shù)據(jù)輸出速度較高，而圖像寫入速度較慢，為了讓二者速度匹配，形成配合。先把接收到的圖像數(shù)據(jù)緩存起來，等待還未完成的上一次圖像數(shù)據(jù)寫入操作結(jié)束，再把緩存的數(shù)據(jù)繼續(xù)寫入。
[0047]同步信號包括:數(shù)據(jù)同步時(shí)鐘、幀同步信號、行同步信號，作為輸入信號連接至同步控制單元。同步控制單元輸出相應(yīng)控制信號至數(shù)據(jù)寫入緩存單元、存儲陣列讀寫控制單元，以匹配數(shù)據(jù)緩存和同步并行寫入的操作。存儲陣列讀寫控制單元從數(shù)據(jù)寫入緩存單元讀取數(shù)據(jù)，分塊寫入大容量并行存儲器陣列。寫滿后存儲陣列讀寫控制單元反饋‘寫滿’信號至指令解析單元并自動(dòng)掛起不再寫入新數(shù)據(jù)。
[0048]當(dāng)執(zhí)行‘?dāng)?shù)據(jù)上報(bào)’操作時(shí):嵌入式多核處理器31發(fā)送‘?dāng)?shù)據(jù)上報(bào)’指令，由背板總線讀寫控制單元偵測并獲取，提交指令解析單元。指令解析單元啟動(dòng)存儲陣列讀寫控制單元，分塊提取存儲器中的數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)讀出緩存單元。指令解析單元檢測數(shù)據(jù)讀出緩存單元并抓取數(shù)據(jù)，封裝為數(shù)據(jù)包后，通過背板總線讀寫控制單元、高速背板總線、上報(bào)至嵌入式多核處理器進(jìn)行處理，顯示等。
[0049]電路特性測量:
[0050]如圖3所示，本發(fā)明支持對待測圖像傳感器中并行多通道ADC電路特性進(jìn)行測量(被測試通道數(shù)量取決于圖像芯片內(nèi)部ADC通道數(shù)目)，其實(shí)現(xiàn)過程如下。測試時(shí)，任務(wù)設(shè)備選擇ADC陣列測試模塊34和高速數(shù)據(jù)采集與存儲模塊32。待測芯片圖像傳感器安裝于核心控制板23上，由核心控制板23輸出圖像傳感器控制信號，使待測圖像傳感器的芯片ADC陣列輸入端切換至外部信號輸入模式(如圖3所示信號選擇開關(guān)k切換至外部信號輸入)。
[0051]由控制裝置中信號發(fā)生器發(fā)出的低諧波標(biāo)準(zhǔn)模擬信號，(常為正弦信號，正弦信號的頻率、幅度、相位可根據(jù)需要設(shè)置:通過發(fā)送設(shè)置參數(shù)到“信號源控制器”，信號源控制器會(huì)控制“標(biāo)準(zhǔn)信號源”輸出用戶所設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)模擬信號波形)。該信號作為外部信號加載到圖像傳感器內(nèi)ADC陣列的輸入端，用于測試ADC陣列性能參數(shù)。
[0052]由嵌入式多核處理器31根據(jù)用戶設(shè)置，經(jīng)高速背板數(shù)據(jù)總線，向ADC陣列測試模塊34中的信號源控制器342發(fā)出設(shè)定參數(shù)以及“輸出標(biāo)準(zhǔn)信號”指令。信號源控制器342收到指令后則調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)信號源，輸出幅度、頻率固定，高信噪比(SNR)，低諧波失真(THD)正弦信號，經(jīng)屏蔽信號線加載到待測圖像傳感器的ADC陣列輸入端。ADC陣列采集所述低諧波失真(THD)正弦信號并經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)化后輸出數(shù)據(jù)經(jīng)高速數(shù)據(jù)總線，被高速數(shù)據(jù)采集與存儲模塊32采集和存儲。最終由高可靠嵌入式多核處理器31讀取各通道數(shù)據(jù)，依次計(jì)算各ADC通道電路特性參數(shù)。
[0053]器件物理參數(shù)測量:
[0054]重點(diǎn)解決電荷殘留參數(shù)測量、固定模式噪聲性能、像素間串?dāng)_性能參數(shù)測量。
[0055]如圖4所示為電荷殘留參數(shù)測試原理圖。測試時(shí)，光源選用脈沖激光光源，任務(wù)設(shè)備選擇物理參數(shù)測試模塊33，調(diào)整好光路模塊21使激光光源垂直投射到被測圖像傳感器像素陣列上。由核心控制板輸出脈沖光源控制時(shí)鐘(如圖4所示Opt_Clk，輸出至光源控制器)和被測圖像傳感器工作時(shí)鐘(如圖4所示Sens_Clk，輸出至被測圖像傳感器)，二者保持精密同步。在圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)內(nèi)部，根據(jù)Sens_Clk會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生傳輸管控制時(shí)鐘(如圖4所示TX_Clk)，用于控制像素感光信號。Opt_Clk與TX_Clk相比較，Opt_Clk只輸出TX_Clk的奇數(shù)次脈沖，也即實(shí)現(xiàn)在第一幀積分時(shí)間內(nèi)，開啟激光脈沖光源和信號傳輸管；在接下來的第二幀積分時(shí)間內(nèi)，激光脈沖光源關(guān)閉，但信號傳輸管開啟。被測圖像傳感器的像素在上述兩次積分時(shí)間內(nèi)，先后輸出感光電流。上述信號經(jīng)過屏蔽信號線送至物理參數(shù)測試模塊33，先后經(jīng)鎖相放大、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換、和數(shù)據(jù)預(yù)處理后獲得數(shù)字化值，得到第一次讀出信號。然后根據(jù)第二次讀出的信號，即可計(jì)算出第一次光積分時(shí)間內(nèi)，殘留在像素中的電荷數(shù)目，以其所占比例。
[0056]第一次讀出，是像素受到光波照射后，感生出電荷后進(jìn)行輸出，被ADC采集、數(shù)字化后輸出。可根據(jù)上述數(shù)值計(jì)算出像素感光獲得的電荷數(shù)值。
[0057]由于像素中勢皇、勢阱的作用，上述第一次讀出中的電荷，不會(huì)被完全轉(zhuǎn)移出來。會(huì)有少量電荷殘留在像素內(nèi)。因此需要進(jìn)行第二次采集，此時(shí)像素近似于在暗場環(huán)境下，無光照，也即無新增的感生電荷。此時(shí)采集和讀出的是原來殘留在像素中的上一幀的電荷。由此可以獲得殘留的電荷數(shù)目，以及其占的比例。
[0058]如圖5所示為像素陣列固定模式噪聲測試原理圖。測試時(shí)，光源選用數(shù)字白光光源14，任務(wù)設(shè)備選擇高速數(shù)據(jù)采集與存儲模塊32，所述光路模塊使所述數(shù)字白光光源14發(fā)出的均勻平行白光垂直投射到被測圖像傳感器像素陣列上，所述待測圖像傳感器陣列在所述平行白光的照射下輸出光電感應(yīng)信號。利用高速數(shù)據(jù)采集和存儲模塊32根據(jù)所述光電感應(yīng)信號快速捕獲圖像幀，利用高可靠嵌入式多核處理器31計(jì)算N幀的平均值作為各像素單元信號輸出。求各像素單元暗電流信號輸出的標(biāo)準(zhǔn)差，再除以整個(gè)陣列像素單元輸出信號輸出平均值即為所測光照下的固定模式噪聲。
[0059]如圖6所示為像素間串?dāng)_性能測試原理圖。測試時(shí)，光源選用12激光光斑光源，聚焦光路部分選擇倍率更高的顯微物鏡。任務(wù)設(shè)備選擇高速數(shù)據(jù)采集與存儲模塊32，調(diào)整好光路模塊21使所述激光光斑光源12發(fā)出的激光光斑垂直投射到被測圖像傳感器像素陣列上。所選激光光斑光源12經(jīng)聚焦后其輸出的光斑直徑與單個(gè)像素同等尺度量級(常用圖像傳感器像素大小約為2?1um)，調(diào)節(jié)樣品臺Z軸實(shí)現(xiàn)對焦，然后調(diào)節(jié)X/Y軸使光斑盡量僅覆蓋單一像素，如圖6中像素5。利用高速數(shù)據(jù)采集和存儲模塊采集像素陣列輸出數(shù)據(jù)，特別是光斑覆蓋像素及其臨近像素的輸出數(shù)據(jù)。由高可靠嵌入式多核處理器31計(jì)算其臨近像素輸出與中央像素輸出的比值，即可獲得像素間串?dāng)_參數(shù)。
[0060]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種圖像傳感器特性參數(shù)測量分析系統(tǒng)，其特征在于，包括: 可配置光源，用于產(chǎn)生測試所需信號光波； 探測器室，至少包括I個(gè)待測圖像傳感器，用于接收可配置光源發(fā)出的信號光波，從而輸出相應(yīng)的光電感應(yīng)信號及相關(guān)數(shù)據(jù)； 控制終端，用于為所述可配置光源，探測器室提供電源；接收探測器室輸出的光電感應(yīng)信號及相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述光電感應(yīng)信號及相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算和顯示所測的參數(shù)；所述控制終端還用于人機(jī)交互，將用戶的設(shè)置數(shù)據(jù)傳送至探測器室內(nèi)以控制待測圖像傳感器的工作。
2.如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其中，所述可配置光源包括至少一個(gè)光源和光源控制器，所述光源控制器用于根據(jù)需要選擇所述至少一個(gè)光源產(chǎn)生測試所需信號光波。
3.如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其中，所述探測器室還包括: 光路模塊，用于檢測和調(diào)整所述可配置光源產(chǎn)生的信號光波光強(qiáng)，并將所述信號光波投射至待測圖像傳感器像素陣列上； 定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于調(diào)整待測圖像傳感器的位置； 核心控制板，所述待測圖像傳感器安裝在所述核心控制板上，所述核心控制板用于控制所述待測圖像傳感器的工作，并與所述控制終端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸； 整體暗箱，其用于吸收探測器室內(nèi)的雜散光，并提供與外部交互的接口。
4.如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其中，所述控制終端包括: 處理器，用于控制數(shù)據(jù)采集與存儲模塊、物理參數(shù)測試模塊以及ADC陣列測試模塊工作，并對上述模塊輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示； 數(shù)據(jù)采集與存儲模塊，用于采集被測圖像傳感器輸出的光電感應(yīng)信號及相關(guān)數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行存儲； 物理參數(shù)測試模塊，用于對待測圖像傳感器輸出的光電感應(yīng)信號及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖相、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)預(yù)處理； ADC陣列測試模塊，用于產(chǎn)生低諧波ADC測試信號，并加載到待測圖像傳感器的ADC陣列上。
5.如權(quán)利要求4所述的測量系統(tǒng)，其中，所述測量系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)采集與存儲，且所述數(shù)據(jù)采集與存儲模塊包括: 背板總線讀寫控制單元，用于偵測并獲取所述處理器的根據(jù)用戶指示下發(fā)的指令，并提交指令解析單元； 指令解析單元，用于解析所述指令，并將所述指令解析為數(shù)據(jù)采集或數(shù)據(jù)上報(bào)指令；當(dāng)為數(shù)據(jù)采集指令時(shí)，啟動(dòng)所述可重構(gòu)數(shù)字端口單元；當(dāng)數(shù)據(jù)采集指令為數(shù)據(jù)上報(bào)指令時(shí)，啟動(dòng)存儲陣列讀寫控制單元，并從數(shù)據(jù)讀出緩存單元讀取數(shù)據(jù)并上報(bào)至處理器； 可重構(gòu)數(shù)字端口單元，接收待圖像傳感器輸出的光電感應(yīng)信號及相關(guān)數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)格式數(shù)據(jù)后輸出至數(shù)據(jù)寫入緩存單元和同步控制單元； 同步控制單元，其用于輸出同步控制信號，以同步數(shù)據(jù)寫入緩存單元、數(shù)據(jù)讀出緩存單元和存儲陣列讀寫控制單元的操作； 數(shù)據(jù)寫入緩存單元，用于緩存可重構(gòu)數(shù)字端口單元輸出的數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)讀出緩存單元，用于緩存所述存儲陣列讀寫控制單元輸出的數(shù)據(jù)； 存儲陣列讀寫控制單元，用于從數(shù)據(jù)寫入緩存單元讀取數(shù)據(jù)，并分塊寫入大容量并行存儲器陣列中；還用于從并行陣列存儲器中提取出數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)讀出緩存單元； 并行陣列存儲器，用于存儲數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求4所述的測量系統(tǒng)，其中，所述ADC陣列測試模塊包括:標(biāo)準(zhǔn)信號源和信號源控制器；其中，在電路特性測量時(shí)， 所述處理器根據(jù)用戶指示向所述信號源控制器輸出設(shè)定參數(shù)以及輸出標(biāo)準(zhǔn)信號指令； 信號源控制器根據(jù)所述指令調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)信號源，向待測圖像傳感器加載低諧波ADC測試信號; 所述待測圖像傳感器中的ADC陣列采集所述低諧波ADC測試信號并經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)化后輸出ADC測試數(shù)據(jù)； 所述ADC測試數(shù)據(jù)被所述數(shù)據(jù)采集與存儲模塊采集并存儲； 所述處理器讀取所述ADC測試數(shù)據(jù)，并計(jì)算得到所述待測圖像傳感器中ADC陣列各通道的電路特性參數(shù)。
7.如權(quán)利要求4所述的測量系統(tǒng)，其中，所述物理參數(shù)測試模塊可用于測量所述待測圖像傳感器的電荷殘留參數(shù)、固定模式噪聲性能和像素間串?dāng)_性能參數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的測量系統(tǒng)，其中，所述可配置光源包括脈沖激光光源；其中，測量所述待測圖像傳感器的電荷殘留參數(shù)時(shí)， 所述光路模塊將所述脈沖激光光源輸出的激光脈沖垂直投射到待測圖像傳感器像素陣列上； 所述待測圖像傳感器陣列在所述激光脈沖的照射下輸出光電感應(yīng)信號； 所述物理參數(shù)測試模塊獲得所述光電感應(yīng)信號并將其進(jìn)行鎖相放大、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)預(yù)處理后獲得第一次數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)； 所述物理參數(shù)測試模塊再次獲得所述光電感應(yīng)信號并將其進(jìn)行鎖相放大、高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)預(yù)處理后獲得第二次數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)； 所述物理參數(shù)測試模塊根據(jù)所述第一次數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和第二次數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算殘留在待測圖像傳感器陣列像素陣列中的電荷數(shù)目及其比例。
9.如權(quán)利要求7所述的測量系統(tǒng)，其中，所述可配置光源包括數(shù)字白光光源；其中，測量所述待測圖像傳感器的固定模式噪聲性能時(shí)， 所述光路模塊將所述數(shù)字白光光源發(fā)出的均勻平行白光垂直照射到待測圖像傳感器像素陣列上； 所述待測圖像傳感器陣列在所述平行白光的照射下輸出光電感應(yīng)信號； 所述數(shù)據(jù)采集與存儲模塊根據(jù)所述光電感應(yīng)信號捕獲圖像幀； 所述處理器計(jì)算所述數(shù)據(jù)采集與存儲模塊捕獲的多個(gè)圖像幀的平均值作為所述待測圖像傳感器像素陣列中各像素單元的信號數(shù)據(jù)，并所述各像素單元的信號數(shù)據(jù)計(jì)算得到固定模式噪聲性能數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求7所述的測量系統(tǒng)，其中，所述可配置光源包括激光光斑光源；其中，測量所述待測圖像傳感器像素陣列的像素間串?dāng)_性能時(shí)， 所述光路模塊將所述激光光斑光源發(fā)出的激光光斑垂直投射到待測圖像傳感器像素陣列上，且使得所述激光光斑照射在所述像素陣列單個(gè)像素上，激光光斑的直徑與所述像素陣列單個(gè)像素同等尺度量級； 所述待測圖像傳感器像素陣列在所述激光光斑的照射下輸出光電感應(yīng)信號； 所述數(shù)據(jù)采集與存儲模塊采集所述光電感應(yīng)信號并分別獲取被照射像素單元及其相鄰像素單元輸出的電流數(shù)據(jù)； 所述處理器根據(jù)所述被照射像素單元及其相鄰像素單元輸出的電流數(shù)據(jù)計(jì)算得到像素間串?dāng)_性能數(shù)據(jù)。
【文檔編號】H04N17/00GK104469356SQ201410838194
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】秦琦, 吳南健, 馮鵬, 劉力源 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所