CN104483105A - 一种像素间串扰检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种像素问串扰检测系统与方法。所述像素问串扰检测系统包括：整体暗室(1)；样品台，其设置在所述整体暗室(1)内，用于放置待测图像传感器样品；光源模块(2)，其设置在所述整体暗室内，用于产生激光光束；聚焦装置(5)，其设置在所述整体暗室内，用于将激光束会聚后投射至待测图像传感器，使得照射在待测图像传感器上的光斑大小可达2～10um(常见图像传感器像素尺寸2～10um)。本发明的像素问串扰检测设备与方法通过光学调整方法来使得激光束照射在待测感光阵列上光斑尺寸与单个像素尺寸同等规格，从而不需要制造带有微小尺度孔槽的物理遮光板，降低了制造成本，提高了检测精度。

Description

一种像素间串扰检测系统及方法

技术领域

本发明涉及光电图像传感器技术领域，特别是涉及一种像素间串扰检测系统及方法。

背景技术

光电图像传感器的像素间串扰(Cross Talk)是光电图像传感器的一项重要技术参数指标，对成像性能有显著影响。

理论上，若入射光斑足够小时，仅投射并覆盖光电图像传感器感光阵列的单个像素(如图1中的中间像素)，该中间像素受光后，产生电信号。该中间像素周边的像素(如图1中的周边像素)因未受光波照射，理论上应无信号输出。但实际上，由于载流子扩散效应等诸多因素作用，未受光波照射的临近中间像素的其他周边像素同样会产生微小信号输出。通过检测中心像素和周边像素输出信号的幅度，来进行像素间串扰参数的定量评价。

在现有技术中，通常用下述方式来进行像素间串扰检测。以物理遮光板覆盖待测光电图像传感器上的感光阵列，并事先在遮光板上加工微小光学孔/槽，形成带有微小光孔的整体暗室。采用平行光源进行照射，使微小光孔中进入的光只投射到待测的某些像素(中间像素)。然后采集该像素及其周边所有像素的输出，进而分析、计算得出像素间串扰参数数值。

采用上述方法，具有下述缺点。随着技术发展，图像传感器像素尺寸快速减小，常见图像传感器像素尺寸2～10um。从而难以实现单个像素尺度量级的孔、槽的加工。现有加工精度往往使光斑覆盖较多像素，所测得参数存在叠加效应。从而像素间串扰参数测量精度低，测量成本高。

因此，希望有一种微小光斑光学系统来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种像素间串扰检测设备及方法来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

为实现上述目的，本发明提供了一种像素间串扰检测系统，其特征在于，包括：

整体暗室(1)；

样品台，其设置在所述整体暗室(1)内，用于放置待测图像传感器；

微小光斑光学系统，其包括：

光源模块(2)，其设置在所述整体暗室内，用于产生不同波长的激光束；

聚焦装置(5)，其设置在所述整体暗室内，用于将所述激光束会聚后投射至待测图像传感器，使得照射在待测图像传感器上的光斑尺寸与待测图像传感器的至少一个像素尺寸具有同等规格。

本发明还提供了一种像素间串扰检测方法，其特征在于，所述方法在整体暗室内进行，且包括：

光源模块(2)用于产生激光束；以及

聚焦装置(5)将所述激光束会聚后投射至置于样品台的待测图像传感器，使得照射在待测图像传感器上的光斑尺寸与待测图像传感器的至少一个像素尺寸具有同等规格。从而不需要制造带有微小尺度孔槽的物理遮光板，降低了制造成本，提高了检测精度。

本发明的优点在于设计了一种光源波长可选，光强可调且可实时监控，光斑直径(2～10um)达到像素尺寸量级的微小光斑产生方法及装置。本发明的方案使得：1、测试结果更接近Cross Talk定义，测试结果更为准确；2、测试更加便利：因光波长可选，光强可调，光斑大小可控，可为不同测试条件下(如：同一种像素，不同入射光波波长；同一种像素，不同入射光光强；多种像素，变换光斑直径等)的测试提供便利。

附图说明

图1是现有技术中像素干扰原理的示意图。

图2是根据本发明一实施例的微小光斑光学系统的示意图。

图3是图1所示的微小光斑光学系统中的光源模块的示意图。

图4是图1所示的微小光斑光学系统中的光斑监测模块的示意图。

图5是图1所示的微小光斑光学系统的光路简略示意图。

图6是根据本发明一实施例的感光阵列像素串扰检测系统的结构框架示意图。

图7是本发明一实施例中样品台的电控调整步骤示意图。

附图标记：

1	整体暗室	23	473nm激光器
				2	光源模块	24	激光反射镜组
3	调整模块	31	光阑及激光谱线滤波片
				4	电控平台	32	激光扩束器
5	聚焦装置	33	激光全反镜组
				6	控制终端	41	载物台
7	光斑监测模块	42	电机机构
				8	光强检测模块	71	半透半反镜
21	671nm激光器	72	CCD及镜头组件
				22	532nm激光器

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

根据本发明的微小光斑光学系统设置在整体暗室内，整体暗室上设置有线路布置通道。微小光斑光学系统包括：光源模块、调整模块以及聚焦装置。其中，光源模块、调整模块以及待测感光阵列上的通讯线路通过线路布置通道与整体暗室之外的控制终端连接并相互通讯，并受控制终端控制；光源模块用于为微小光斑光学系统提供激光束源；调整模块用于调整激光光束，使激光光束适于微小光斑光学系统要求，并将经过调整的激光光束射入聚焦装置，聚焦装置将激光光束聚焦后投射至待测图像传感器像素阵列上，控制终端用于显示受到激光光束照射后的被测像素阵列信号输出数值并计算串扰参数值。

图2是根据本发明一实施例的微小光斑光学系统的结构示意图。图3是图1所示的微小光斑光学系统中的光源模块的结构示意图。图4是图1所示的微小光斑光学系统中的光斑监测模块的结构示意图。图5是根据本发明一实施例的微小光斑光学系统总体结构的示意图。

参见图2-5，本发明提出的微小光斑光学系统设置在整体暗室1内，整体暗室1上设置有线路布置通道，微小光斑光学系统包括光源模块2、调整模块3、聚焦装置5、电控平台4、光强检测模块8、以及光斑监测模块7。其中，电控平台4上设置有待测感光阵列。所述光源模块2、调整模块3以及待测感光阵列上的通讯线路通过线路布置通道与整体暗室1之外的控制终端6连接并相互通讯，并受控制终端6控制；光源模块2用于为微小光斑光学系统提供激光光束；调整模块3用于加工激光光束，使激光光束适于微小光斑光学系统要求，并将调整后的激光光束射入聚焦装置5，聚焦装置5将激光束源聚焦至待测图像传感器像素阵列上，使得照射在待测图像传感器上的光斑尺寸与待测图像传感器像素阵列的至少一个像素尺寸具有同等规格。控制终端6用于显示受到激光光束照射后的被测像素阵列信号输出数值并计算串扰参数值。

可选地，所述照射在待测图像传感器上的光斑尺寸与待测图像传感器像素阵列的至少一个像素尺寸具有同等规格是指所述光斑尺寸小于或等于所述待测图像传感器像素阵列的N个像素尺寸，N为1至10之间的整数。最理想的情况下，所述N为1，但是限于实际的硬件条件，所述N可能会大于1，但是也能控制在10个像素尺寸以内。而现有技术中，通常光斑大小只能控制在几十个像素大小以内。

目前常见图像传感器的像素尺寸大小在2～10um，设计实现的光斑直径覆盖上述范围2～10um(通过选用不同倍率的显微物镜进行光束聚焦实现)。如：测试10um尺寸规格的像素则选择相应显微物镜倍率使聚焦光斑≤10um。

但是：1、当测试某些高分辨率或专用图像传感器，若像素尺寸＜2um，则只能选择同一尺度量级的最小光斑直径，此时光斑直径会覆盖超过1个像素；2、受实际机械精度限制，严格对准难以实现，聚焦光斑覆盖像素数目也会超过1个像素。以上技术最差情况一般控制在10个像素以内；而现有技术，一般最佳情况只能控制在几十个像素大小左右。参见图3，光源模块2上的通讯线路通过线路布置通道与整体暗室1之外的控制终端6连接并相互通讯。光源模块2用于为微小光斑光学系统提供激光束源。具体地，光源模块2包括：由多个发射不同波长的激光器构成的固体激光器组以及激光反射镜组24，在本实施例中，该固体激光器组包括671nm激光器21、473nm激光器22以及532nm激光器23，其中，671nm激光器21发射波长为671nm的激光、473nm激光器22发射波长为473nm的激光，532nm激光器23发射波长为532nm的激光。可以理解的是，该固体激光器组的各个激光器还可以根据需要而选用其他波长的激光器。例如，可以选用波长为460nm、473nm、650nm或者能够发出红外光波长的激光器。所述控制终端6用于控制选择使用光源模块2中的其中一个固体激光器发射激光。

参见图2，调整模块3上的通讯线路通过线路布置通道与整体暗室1之外的控制终端6连接并相互通讯。调整模块3用于调整自光源模块2处发射的激光束源，使激光束源适于微小光斑光学系统要求，并将调整后的激光束源射入聚焦装置5，并通过聚焦装置5聚焦后射入电控平台4上的待测感光阵列，在光路上，所述调整模块3位于所述光源模块2与聚焦装置5之间。具体地，调整模块3包括光阑及激光谱线滤波片31、激光扩束器32以及激光全反镜组33，其中，光阑与激光谱线滤波片31用于对激光束源的光强进行控制并滤除杂散光波；激光扩束器32用于将经过光阑与激光谱线滤波片31后的激光束源进行扩束，使其降低激光束源的发散角，为后续的聚焦装置5对激光束源的聚焦起辅助作用。激光全反镜组33用于改变经过激光扩束器32后的激光束源的方向，使激光束源向聚焦装置5方向射去。

光阑是带有光孔的光学元件。一般成圆形薄片状，其中央有通光孔径，且孔径大小可调。通过缩放通光孔径实现光强的调节。如通光孔径大则通过的光强强，反之则弱。本实施例中，所述光阑的孔径大小可由控制终端6自动控制调整。

激光谱线滤波片，一般理解为一个带通光学滤波器。在该滤波器中心波长及其附近一定带宽内，入射光波近似无衰减通过；而在上述中心波长及覆盖的带宽范围之外，入射光波被迅速衰减，从而形成一种对光波长的选择性效果。对入射光波进行一种筛选，使指定波长的有用光波顺利通过，无用的杂散光波被衰减。本实施例中，根据所述光源模块2中选择的激光源在不同的激光谱线滤波片之间进行切换，具体可通过控制终端6进行自动切换。

激光光束一般束宽较小，且有一定的发散角，光斑内光强一般为高斯分布而非均匀分布。激光扩束器是一种专用光学部件，可实现对激光光束束宽的扩展，并控制发散角，输出平行光束，光斑光强分布更加均匀。

激光全反射镜不改变光束物理性质，仅进行全反射，从而改变光束传播方向，以便于进入后续光路。

总之，激光光源发出的激光光束，通过光阑调节控制其光强大小；而后经过激光谱线滤波器，滤除无用的杂散光，再经过激光扩束器，将激光光束的束宽扩大，变为均匀光强的平行光束。经全反镜反射后，改变传播方向，投射到后续会聚光路。会聚光路包括聚焦装置5，所述聚焦装置5可由高倍率的显微物镜组成，其主要作用是将平行光束会聚为微小光斑。根据像素尺寸大小不同，选择倍率不同的显微物镜。

参见图4，光斑检测模块7上的通讯线路通过线路布置通道与整体暗室1之外的控制终端6相互通讯。光斑监测模块7用于获取光斑图像信息。具体地，光斑监测模块7包括半透半反镜71以及CCD及镜头组件72，半透半反镜71在光路上设置在激光全反镜33与聚焦装置5之间，用于将经过激光全反镜组33反射后的激光光束进行分流改向，使经过半透半反镜71后的激光光束投射至待测图像传感器，而到达图像传感器界面上的激光光束则经过待测样品反射后经过反射回所述半透半反镜71，之后由所述半透半反镜反射进入CCD及镜头组件72。CCD及镜头组件72通过通讯将检测到的该路激光束源的光斑实时图像信息传递给控制终端6，使操作者能够实时检测自激光全反镜组33后的激光束源的光斑信息。具体参见图6所示的微小光斑光学系统的简略光路图。所述光斑监测模块8由半透半反镜71和CCD和镜头组件72组成，位于激光全反镜33和光强检测模块8之间。用于实时获取光斑图像信息，经数据线缆连接至控制终端，供用户观看实时光斑图像。

参见图2，光强检测模块8上的通讯线路通过线路布置通道与整体暗室1之外的控制终端6相互通讯。光强检测模块8在光路上位于所述半透半反镜和聚焦装置5之间，用于检测经过光斑监测模块7接收后，向聚焦装置5射入的激光束源的光强的强弱。具体地，光强检测模块8包括光强探测器及信号采集电路，其中，光强探测器通过光电效应产生微弱的电信号，并经过信号采集电路处理后，将采集的信号传递给控制终端6，使得操作者能够实时检测光强的强弱。

参见图2，聚焦装置5由显微物镜组成。使经过光强检测模块8上的激光束源聚焦后射入电控平台4上的待测感光阵列上的某个像素上，并通过控制终端6显示受到激光束源后的待测感光阵列内的该像素以及其周边像素的干扰情况。可以理解的是，根据光斑的要求和激光光斑的大小的不同，能够选用不同规格的显微物镜。例如，选用20X或50X的物镜。

可以理解的是，聚焦装置5中配备有C-Mount接口。根据需要，也可以配备其他形式的接口。

参见图2，电控平台4用于在三维方向上调整射入待测感光阵列中的激光束源射入所述待测感光阵列中的具体位置。具体地，电控平台4包括载物台41以及控制载物台41在三维方向上运动的电机机构42组成，载物台41上放置有待测图像传感器感光阵列。电机机构42包括能够使载物台在三维方向上(即上下方向、左右方向、前后方向)运动的电机，以调整载物台上放置的待测感光阵列与聚焦装置5的相对位置关系，使得聚焦装置5能够按照操作者意愿而将激光束源射入操作者所需要射入的待测感光阵列。

本发明还提供了一种感光阵列像素间串扰检测系统，感光阵列像素间串扰检测系统包括整体暗室，设置在整体暗室内的样品台、微小光斑光学系统以及阻尼隔振光学平台。其中，微小光斑光学系统为如上所述的微小光斑光学系统。

样品台，为电控三维样品台4，设置在所述整体暗室1内，用于放置待测图像传感器样品；

整体暗室上设置有与外部的控制终端通讯的线路布置通道，使微小光斑光学系统中的各模块与外部的控制终端通讯，整体暗室设置有操作门，用于待测感光阵列的装卸和设备调试或者微小光斑光学系统的调试或者维修、更换等。

整体暗室设置在阻尼隔振光学平台上，阻尼隔振光学平台用于为整体暗室以及整体暗室内的微小光斑光学系统减震以及提供基准平面。

本发明还提高了一种像素间串扰检测方法，所述方法在整体暗室内进行，且包括：

以光源模块2用于产生激光束；以及

以聚焦装置5对所述激光束进行会聚后将之投射至待测图像传感器，使得照射在待测图像传感器上的光斑尺寸与待测图像传感器感光阵列的单个像素尺寸具有相同规格。

所述方法进一步还包括样品台调整步骤：电控调整样品台的位置，使得被照射的单个像素的输出处于最大值。

像素受到光照射后，吸收光能量，像素内会激发出电子，即电信号。经后续信号放大和模数转换，最终变换为二进制数值由控制终端获取。

经过上述光路后形成的微小光斑，会投射到像素阵列上。理论上当光斑大小与像素尺寸完全一致，完全覆盖单个像素时，该像素获得全部入射光能量，激发出最多电子数目，达到最大值。

所述样品台调整步骤包括：电控调整样品台的x坐标位置，使得被照射的单个像素的输出处于最大值；然后，电控调整样品台的y坐标位置，使得被照射的单个像素的输出处于最大值。如图7所示：若光斑初始位置为位置1，经过XY两轴调整达到位置3。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种像素间串扰检测系统，其特征在于，包括：

整体暗室(1)；

样品台，其设置在所述整体暗室(1)内，用于放置待测图像传感器；

微小光斑光学系统，其包括：

光源模块(2)，其设置在所述整体暗室内，用于产生不同波长的激光束；

聚焦装置(5)，其设置在所述整体暗室内，用于将所述激光束会聚后投射至待测图像传感器，使得照射在待测图像传感器上的光斑尺寸与待测图像传感器中的至少一个像素尺寸具有同等规格。

2.如权利要求1所述的像素间串扰检测系统，其特征在于，所述微小光斑光学系统进一步包括调整模块(3)，所述调整模块(3)设置在所述整体暗室内，且在光路上位于所述光源模块(2)与聚焦装置(5)之间，用于对光源模块(2)产生的激光束进行调整。

3.如权利要求2所述的像素间串扰检测系统，其特征在于，所述调整模块(3)包括：

光阑，用于调整激光束的光强；

激光谱线滤波片，用于滤除杂散光波；以及

激光扩束器(32)，用于将经过所述光阑与激光谱线滤波片后的激光束源进行扩束。

4.如权利要求3所述的像素间串扰检测系统，其特征在于，所述微小光斑光学系统进一步包括：半透半反镜和CCD图像传感器及镜头组件；所述半透半反镜在光路上设置在激光扩束器(32)与聚焦装置(5)之间，使得来自激光扩束器(32)的激光束透过后经所述聚焦装置(5)投射至待测图像传感器，而到达图像传感器界面上的激光光束则经过待测图像传感器反射后，再经所述半透半反镜反射，并进入CCD图像传感器及镜头组件组成的监控单元。

5.如权利要求1所述的像素间串扰检测系统，其特征在于，所述微小光斑光学系统进一步包括光强检测模块(8)，所述光强检测模块(8)检测进入所述聚焦装置(5)的激光光束的光强。

6.如权利要求1所述的像素间串扰检测系统，其特征在于，所述聚焦装置(5)包括显微物镜，其倍率根据所需光斑大小来选择。

7.如权利要求1所述的像素间串扰检测系统，其特征在于，进一步包括阻尼隔振光学平台，所述整体暗室置于所述阻尼隔振光学平台上。

8.一种像素间串扰检测方法，其特征在于，所述方法在整体暗室内进行，且包括：

光源模块(2)用于产生激光束；以及

聚焦装置(5)将所述激光束会聚后投射至置于样品台的待测图像传感器，使得照射在待测图像传感器上的光斑尺寸与待测图像传感器至少一个像素尺寸具有同等规格。

9.如权利要求8所述的像素间串扰检测方法，其特征在于，进一步包括样品台调整步骤：电控调整样品台的位置，使得被照射的单个像素的电信号输出处于最大值。

10.如权利要求9所述的像素间串扰检测方法，其特征在于，所述样品台调整步骤包括：电控调整样品台的x坐标位置，使得被照射的单个像素的电信号输出处于最大值；然后，电控调整样品台的y坐标位置，使得被照射的单个像素的电信号输出处于最大值，所述样品台为电控三维样品台。