CN115701134A - 图像感测装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及图像感测装置及其操作方法。一种图像感测装置可以包括多个测试像素块和信号处理单元。测试像素块可以被同时加热到不同温度。信号处理单元可以根据测试像素块的温度读出暗电流，以按颜色提取像素信号。

Description

图像感测装置及其操作方法

技术领域

所公开的技术的各种实施方式总体涉及检测光以生成图像数据的图像感测装置和操作该图像感测装置的方法。

背景技术

图像感测装置可以使用与光反应的光敏半导体材料的性质来捕捉光学图像。由于诸如汽车、医疗、计算机、通信等行业已经得到发展，因此具有高性能的图像感测装置可以广泛地用于诸如物联网(IOT)、机器人、安全相机、医疗相机等的各种领域。

图像感测装置可以分为电荷耦合器件(CCD)型和互补金属氧化物半导体(CMOS)型。与CMOS型图像感测装置相比，CCD型图像感测装置可以具有相对高的图像质量。然而，CCD型图像感测装置可以具有相对大的尺寸和相对高的功耗。相反，与CCD型图像感测装置相比，CMOS图像感测装置可以具有相对小的尺寸和相对低的功耗。此外，因为CMOS型图像感测装置可以使用CMOS制造技术来制造，所以光学传感器和信号处理电路可以集成在单个芯片中，这允许图像感测装置具有更小的尺寸并且导致生产成本的降低。CMOS型图像感测装置已被开发用于包括移动装置的许多应用。

发明内容

根据所公开技术的示例实施方式，可以提供一种图像感测装置。所述图像感测装置可以包括第一有源测试块、第二有源测试块、第一光学黑测试块、第二光学黑测试块和信号处理单元。第一有源测试块可以包括多个第一有源像素和第一加热元件。第一有源像素可以产生对应于入射光的第一像素信号。第一加热元件可以为第一有源像素提供第一温度。第二有源测试块可以包括多个第二有源像素和第二加热元件。第二有源像素可以产生对应于入射光的第二像素信号。第二加热元件可以为第二有源像素提供高于所述第一温度的第二温度。第一光学黑测试块可以包括多个第一光学黑像素和第三加热元件。第一光学黑像素可以产生与入射光无关的第三像素信号。第三加热元件可以为第一光学黑像素提供第一温度。第二光学黑测试块可以包括多个第二光学黑像素和第四加热元件。第二光学黑像素可以产生与入射光无关的第四像素信号。第四加热元件可以为第二光学黑像素提供第二温度。信号处理单元可以处理第一像素信号至第四像素信号。

根据示例实施方式，可以提供一种图像感测装置。该图像感测装置可以包括多个测试像素块和信号处理单元。测试像素块可以被同时加热到不同温度。信号处理单元可以根据测试像素块的温度读出暗电流，以按颜色提取像素信号。

根据示例实施方式，可以提供一种操作图像感测装置的方法。在操作所述图像感测装置的方法中，可以将可包括有源像素和光学黑像素在内的像素阵列的温度增加到设定温度。可以一次加热多个测试像素块以向测试像素块提供高于设定温度的温度。可以从像素阵列和测试像素块提取按照温度的像素信号。可以使用像素信号来获得像素阵列的基底信息(pedestal information)。

附图说明

通过结合附图的以下详细描述，将更清楚地理解本公开的主题的上述和其它方面、特征和优点。

图1是示出根据所公开技术的示例实施方式的拍摄装置的框图。

图2是示出有源像素和光学黑像素的暗电流的曲线图。

图3是示出根据所公开技术的示例实施方式的像素阵列的框图。

图4A和图4B是示出图3中的有源测试块的视图。

图5A和图5B是示出图3中的光学测试块的视图。

图6是示出根据所公开技术的示例实施方式的操作图像感测装置的方法的流程图。

具体实施方式

将参考附图更详细地描述所公开技术的各种实施方式。附图是各种实施方式(和中间结构)的示意图。这样，预期由于例如制造技术和/或公差等原因而导致图示的配置和形状会发生变化。因此，所描述的实施方式不应被解释为限于本文所示的特定配置和形状，而是可以包括不脱离所公开技术的精神和范围的配置和形状的偏差。

所公开的技术的实施方式不应被解释为限制本发明的概念。虽然将示出和描述所公开技术的一些实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，所公开技术的一些实施方式可以进行各种改变。

图1是示出根据示例实施方式的拍摄装置的框图，并且图2是示出有源像素和光学黑像素的暗电流的曲线图。

参照图1，拍摄装置1000可以包括被配置为拍摄静态图像的数码相机、被配置为拍摄视频的数码摄像机等。例如，拍摄装置1000可以包括数码单反相机(DSLR)、无镜相机、智能电话等，但不限于此。拍摄装置1000可以包括被配置为拍摄对象并生成图像的镜头和拍摄元件。

拍摄装置1000可以包括图像感测装置100和图像信号处理单元200。

图像感测装置100可以包括被配置为将光信号转换为电信号的互补金属氧化物半导体图像传感器(CIS)。图像感测装置100可以向图像信号处理单元200提供通过将光信号转换成电信号而形成的图像数据。图像感测装置100的开/关、操作模式、灵敏度等可由来自图像信号处理单元200的传感器控制信号控制。

图像感测装置100可以包括像素阵列110、行驱动器120、相关双采样器(CDS)130、模数转换器(ADC)140、输出缓冲器150、列驱动器160、定时控制器170、温度传感器180、基底信息存储器190。图像感测装置100可以包括附加组件，而不限于如图1所示的那些组件。

像素阵列110可以包括具有多个行和多个列的多个单位像素。在示例实施方式中，单位像素可以以包括行和列的二维像素阵列布置。可选地，单位像素可以以三维像素阵列布置。

单位像素可以以单位像素为单位或以像素组为单位产生电信号。像素组中的单位像素可以共同共享至少特定的内部电路。

单位像素可以包括至少一个有源像素和至少一个光学黑像素。有源像素可以检测入射光以产生与入射光的强度对应的像素信号。光学黑像素可以具有与有源像素的结构基本相同的结构。光学黑像素可以包括用于阻挡入射光以产生与入射光无关的像素信号的结构。

像素阵列110可以从行驱动器120接收包括行选择信号、像素复位信号、传输信号等的驱动信号。像素阵列110的对应单位像素可被激活以执行与行选择信号、像素复位信号和传输信号对应的操作。

行驱动器120可以基于定时控制器170的命令和控制信号来激活像素阵列110以执行对应行中的单位像素的特定操作。在示例实施方式中，行驱动器120可以选择布置在像素阵列110的至少一行中的至少一个单位像素。行驱动器120可以生成用于在多个行中选择至少一行的行选择信号。行驱动器120可以针对与被选行对应的像素依次启用像素复位信号和传输信号。因此，从被选行的每个像素生成的模拟参考信号和图像信号可以被依次发送到CDS 130。参考信号可以是当单位像素的感测节点(例如，浮置扩散节点)可以被重置时提供给CDS 130的电信号。图像信号可以是当单位像素产生的光电荷可以累积在感测节点中时提供给CDS 130的电信号。可以表示像素的固有复位噪声的参考信号和可以表示入射光的强度的图像信号可以被称为像素信号。

CIS可以使用相关双采样以通过对像素信号进行两次采样以去除两个样本之间的差异，来去除不期望的像素偏移值，诸如固定模式噪声。例如，相关双采样可以将在由入射光产生的光电荷可累积在感测节点中之前和之后可获得的像素输出电压彼此进行比较，以去除不期望的偏移值，从而测量仅基于入射光的像素输出电压。在示例实施方式中，CDS130可以依次采样和保持从像素阵列110提供给列线的参考信号和图像信号。因此，CDS 130可以采样并保持与像素阵列110的每一列相对应的参考信号和图像信号。

CDS 130可以基于定时控制器170的控制信号，将每一列的参考信号和图像信号作为相关双采样信号发送到ADC 140。

ADC 140可以将可从CDS 130输出的关于每一列的CDS信号转换为数字信号。ADC140然后可以输出数字信号。在示例实施方式中，ADC 140可以包括斜坡比较型ADC。斜坡比较型ADC可以包括比较电路和计数器。比较电路可以将可根据时间增加或减少的斜坡信号与模拟像素信号进行比较。计数器可以执行计数操作，直到斜坡信号可以与模拟像素信号匹配为止。ADC 140可以将CDS 130针对每一列生成的CDS信号转换为数字信号。

ADC 140可以包括与像素阵列110的列对应的多个列计数器。像素阵列110的每一列可以连接到列计数器。可以通过使用列计数器将可对应于列的CDS信号转换为数字信号来生成图像数据和噪声数据。另选地，ADC 140可以包括一个全局计数器。ADC 140可以使用从全局计数器提供的全局码将可对应于列的CDS信号转换为数字信号。图像数据可以包括通过转换从至少一个图像像素输出的像素信号而生成的数字信号。噪声数据可以包括通过转换从至少一个光学黑像素输出的像素信号而生成的数字信号。

输出缓冲器150可以临时保持并输出从ADC 140提供的按照列的图像数据和噪声数据。输出缓冲器150可以基于定时控制器170的控制信号临时存储从ADC 140输出的图像数据和噪声数据。输出缓冲器150可充当接口，该接口被配置为补偿图像感测装置100与连接到图像感测装置100的其它装置的传输速度或处理速度之间的差异。

列驱动器160可以基于定时控制器170的控制信号选择输出缓冲器150的列。列驱动器160可以控制输出缓冲器150依次输出临时存储在输出缓冲器150的被选列中的图像数据和噪声数据。在示例实施例中，列驱动器160可以从定时控制器170接收地址信号。列驱动器160可以基于地址信号生成列选择信号以选择输出缓冲器150的列，从而将来自输出缓冲器150的被选列的图像数据和噪声数据输出到图像信号处理单元200。

定时控制器170可以向行驱动器120、CDS 130、ADC 140、输出缓冲器150、列驱动器160、温度传感器180和基底信息存储器190中的至少一个提供用于操作图像感测装置100的时钟信号、用于定时控制的控制信号、以及用于选择行或列的地址信号。在示例实施方式中，定时控制器170可以包括逻辑控制电路、锁相环(PLL)电路、定时控制电路、通信接口电路等。

定时控制器170可以根据图像信号处理单元200的传感器控制信号从温度传感器180接收温度信息。定时控制器170可以从基底信息存储器190读取与温度信息相对应的基底信息。定时控制器170可以响应于传感器控制信号而将读取的基底信息发送到图像信号处理单元200。图像信号处理单元200可以基于基底信息执行基底校正。

图像数据可以包括表示暗电流的暗噪声分量，暗电流可由入射光之外的其它因素产生。其它因素可以包括诸如温度、由像素结构引起的固有噪声等。暗电流可以由在基板表面上产生的悬空键产生。与入射光无关的暗电流的电荷可以被引入到像素中的例如浮置扩散区域的感测区域，使得图像数据可以包括与入射光无关的暗噪声分量。因为暗噪声分量可以使图像质量劣化，所以可能需要使用从包括被配置为阻挡入射光的结构的光学黑像素生成的噪声数据来去除暗电流分量。

为了完全去除图像数据中的暗噪声分量，噪声数据可以与图像数据的暗噪声分量基本相同。

图2是示出有源像素和光学黑像素的暗电流(e-/s；每秒的电子电荷)的图。

有源像素的暗电流可以被称为图像数据的暗噪声分量。光学黑像素的暗电流可以参考噪声数据。如图2所示，有源像素的暗电流可以与光学黑像素的暗电流不同。有源像素和光学黑像素的暗电流之间的差可以与具有像素的基板的结温度的增加成比例地增加。参照图2，当结温度约为90℃时有源像素和光学黑像素的暗电流之差大于当结温度约为60℃时的暗电流之差。

如果使用噪声数据去除图像数据中的暗噪声分量而不考虑有源像素和光学黑像素的暗电流之间的差异，则不能完全去除图像数据的暗噪声分量。在这种情况下，需要噪声数据的校正，即，将噪声数据校正为与图像数据的暗噪声分量的水平基本相同的水平，或者校正噪声数据以表示图像数据的暗噪声分量。这种校正可以称为基底校正。

再次参照图1，可以使用用于校正噪声数据的基底信息来执行基底校正，使得噪声数据在相应温度下处于与图像数据的暗噪声分量的水平基本相同的水平。因此，基底信息可以根据温度而改变。基底信息可以包括用于校正噪声数据的基底校正值。定时控制器170可以从基底信息存储器190读取与温度信息相对应的基底信息。然后，定时控制器170可以将读取的基底信息发送到图像信号处理单元200。

在示例实施方式中，基底信息可以包括基于有源像素的颜色确定的基底校正值。例如，红色、绿色和蓝色的基底校正值可以彼此不同。对于不同颜色，在相同温度下的有源像素和光学黑像素的暗电流之间的差异可以由于颜色引起的像素结构之间的差异(例如，基板上的滤光器之间的差异)而彼此不同。可以使用基于颜色独立确定的基底校正值来执行基底校正，以精确地去除图像数据的暗噪声分量。示例性实施方式的温度可以是具有像素阵列110的基板的温度。

温度传感器180可以根据定时控制器170的控制来测量图像感测装置100的内部温度。温度传感器180可以将温度信息发送到定时控制器170。在示例实施方式中，温度传感器180可以测量具有像素阵列110的基板的温度。当具有像素阵列110的基板的测量温度为约60℃时，测试区域中的基板的温度可以按照测试块增加，这将在稍后说明。

基底信息存储器190可以存储与预定温度对应的基底信息。预定温度可以在测试期间实验性地确定为需要基底校正的温度。对应于温度的基底信息可以包括用于颜色的基底校正值。基底信息存储器190可以使用基底信息存储器190中的一次性可编程(OTP)存储器来存储基底信息。

在图1中，温度传感器180和基底信息存储器190可以布置在图像感测装置100中。另选地，温度传感器180和基底信息存储器190中的至少一个可以布置在图像感测装置100的外部。例如，温度传感器180和基底信息存储器190中的至少一个可以布置在图像信号处理单元200中。

图像信号处理单元200可以处理从图像感测装置100输入的图像数据。图像信号处理单元200可以根据处理结果或外部输入信号来控制图像感测装置100。图像信号处理单元200可以减少来自图像数据的噪声。图像信号处理单元200可以执行用于改善图像质量的图像信号处理，诸如伽马校正、滤色器阵列插值、颜色矩阵、颜色校正、颜色增强等。此外，图像信号处理单元200可以执行用于改善图像质量的图像信号处理以压缩图像数据，从而生成图像文件或从来自图像文件的图像恢复图像数据。图像数据的压缩可以是可逆类型或不可逆类型。当图像可以是静态图像时，图像数据的压缩可以包括联合拍摄专家组(JPEG)或JPEG 2000。相反，当图像可以是视频时，可以根据运动图像专家组(MPEG)标准压缩多个帧以生成视频文件。例如，可以根据可交换图像文件格式(EXIF)生成视频文件。

从图像信号处理单元200输出的图像数据可以根据用户的请求或者自动地存储在拍摄装置1000的内部存储器或外部存储器中。图像数据可以显示在显示器上。

图像信号处理单元200可以执行非锐度处理、模糊处理、边缘强调处理、图像解读处理、图像识别处理、图像效果处理等。

图像信号处理单元200可以执行针对显示器的显示图像信号处理。例如，图像信号处理单元200可以执行亮度级别控制、颜色校正、对比度控制、轮廓强调控制、图片分割处理、字符图像生成、图像合成处理等。

图像信号处理单元200可以包括基底校正器210。

基底校正器210可以使用传感器控制信号向图像感测装置100请求基底信息。基底校正器210可以从图像感测装置100接收与当前温度相对应的基底信息。

基底信息可以包括基底校正值，该基底校正值用于将噪声数据校正为与图像数据的暗噪声分量的水平基本相同的水平或者表示图像数据的暗噪声分量。基底校正值可以是在特定温度(例如，约60℃、约70℃、约80℃或约90℃)下对应于特定颜色(例如，红色、绿色或蓝色)的有源像素的暗电流与对应光学黑像素的暗电流之间的比率。基底校正器210可以针对与特定颜色(例如，红色)相对应的噪声数据计算基底校正值(例如，1.8)以校正噪声数据，从而使得噪声数据处于与图像数据的暗噪声分量的水平基本相同的水平。可以针对每种颜色独立地执行基底校正。

基底校正器210可以通过执行基底校正来提供针对每种颜色的校正噪声数据。通过计算与特定颜色(例如，红色)相对应的图像数据和与图像数据的相同颜色(例如，红色)相对应的校正噪声数据，可以从图像数据中去除暗噪声分量。

图3是示出根据示例实施方式的像素阵列的框图。

参照图3，像素阵列110的所示示例可以包括分离的区域，诸如有源像素阵列310、光学黑像素阵列320、有源测试块330和光学黑测试块340。

有源测试块330可以布置在有源像素阵列310的一侧。光学黑测试块340可以布置在光学黑像素阵列320的另一侧。在如图3所示的示例中，有源测试块330和光学黑测试块340可以布置在有源像素阵列310和光学黑像素阵列320之间。

根据示例实施方式，有源像素阵列310、光学黑像素阵列320、有源测试块330和光学黑测试块340的相对位置和大小可以改变。

有源像素阵列310可以包括检测入射光以生成像素信号的有源像素。在图3中，有源像素阵列310的一个块可由“A”指示。

光学黑像素阵列320可以包括光学黑像素，光学黑像素被配置为在不暴露于入射光的情况下产生像素信号并且因此像素信号与入射光无关。在图3中，光学黑像素阵列320的一个块可由“B”指示。

有源测试块330可以包括被配置为控制有源像素阵列310的有源像素和有源像素的温度的元件。有源测试块330可以用于在测试期间在特定设定温度下按颜色获得有源像素的暗电流。

在示例实施方式中，有源测试块330可以包括第一有源测试块330A、第二有源测试块330B和第三有源测试块330C。第一有源测试块330A、第二有源测试块330B和第三有源测试块330C可以具有不同的温度。例如，当有源像素阵列310的块A的温度可具有约60℃的温度时，第一有源测试块330A可具有第一温度(例如，约70℃)，第二有源测试块330B可具有第二温度(例如，约80℃)并且第三有源测试块330C可具有第三温度(例如，约90℃)。有源测试块330的实现可以相对于有源测试块的数量而变化，而不限于如图3所示的示例。具体地，有源测试块330可以包括相对于图3中的特定示例的更多或更少的有源测试块。

光学黑测试块340可以包括被配置为控制光学黑像素阵列320的光学黑像素和光学黑像素的温度的元件。光学黑测试块340可以用于在测试期间在设定温度下按颜色获得光学黑像素的暗电流。

在示例实施方式中，光学黑测试块340可以包括第一光学黑测试块340A、第二光学黑测试块340B和第三光学黑测试块340C，但不限于此。第一光学黑测试块340A、第二光学黑测试块340B和第三光学黑测试块340C可以具有不同的温度。例如，当光学黑像素阵列320的块B的温度可具有约60℃的温度时，第一光学黑测试块340A可具有第一温度(例如，约70℃)，第二光学黑测试块340B可具有第二温度(例如，约80℃)并且第三光学黑测试块340C可具有第三温度(例如，约90℃)。

图4A和图4B是示出图3中的有源测试块的视图。图4B是沿图4A中的线A-A’截取的横截面图。

图4A和图4B可以示例性地示出第一有源测试块330A。参照图4A和图4B，第一有源测试块330A可以包括多个第一有源像素AP和第一加热元件337。第二有源测试块330B和第三有源测试块330C可以具有与第一有源测试块330A的配置基本相同的配置。然而，可以将不同的温度施加到第一有源测试块330A、第二有源测试块330B和第三有源测试块330C。因此，第二有源测试块330B可以包括多个第二有源像素和第二加热元件。第三有源测试块330C可以包括多个第三有源像素和第三加热元件。有源像素阵列310的块A可以仅包括多个有源像素而不包括加热元件。

参照图4A和图4B，第一有源测试块330A可以包括第一有源像素AP和第一加热元件337。

第一有源像素AP可以以矩阵形状布置在平面上。在图4A中，有源像素AP可以布置为包括六行和六列的(6x6)矩阵形状，但不限于此。每个第一有源像素AP可以具有与图3中的有源像素阵列310中的有源像素的结构基本相同的结构。

第一有源像素AP可以布置在具有掺杂区域332的基板331上。每个第一有源像素AP可以包括光学网格结构334、滤光器335和微透镜336。

基板331可以具有上表面和与上表面相对的下表面。基板331可以包括P型或N型体基板、具有P型或N型外延层的P型体基板、具有P型或N型外延层的N型体基板等。基板331可以包括P导电类型或N导电类型掺杂区域332。

掺杂区域332可以包括对应于每个第一有源像素AP布置的光电转换区域。光电转换区域可以是通过向基板331中注入N型离子而形成的N型掺杂区域。在示例实施方式中，光电转换区域可以包括多个层叠掺杂区域。可以通过注入N+型离子来形成下掺杂区域。可以通过注入N-型离子来形成上掺杂区域。为了增加用于表示光接收效率的填充因子，可以大面积地形成光电转换区域。可具有垂直沟槽形状的隔离层可以形成在第一有源像素AP的光电转换区域之间，以将光电转换区域彼此电隔离和光学隔离。

光电转换区域可以产生并累积对应于入射光强度的光电荷。可以通过附加像素信号电路将累积在光电转换区域中的光电荷转换成作为电信号的像素信号。例如，像素信号电路可以包括4晶体管的传输晶体管、浮置扩散区域、复位晶体管、源极跟随器晶体管和选择晶体管等，不限于此。像素信号电路可以被包括在掺杂区域332下方的布线元件333中。

光学网格结构334可以防止相邻的第一有源像素AP之间的光学串扰。即，光学网格结构334可以阻挡可入射到第一有源像素的滤光器335的入射光透射到另一第一有源像素的滤光器335。光学网格结构334可以沿着相邻的第一有源像素AP之间的边界布置。光学网格结构334可以包括用于阻挡光的材料。例如，光学网格结构334可以包括具有高的光吸收的钨(W)。

滤光器335可以形成在基板331上，以选择性地使具有特定波长带的光(例如，红色、绿色、蓝色、品红色、黄色、青色等)透射通过滤光器335。可以对应于第一有源像素中的滤光器335的种类来命名每个第一有源像素。例如，包括红光可以穿过的滤光器335的第一有源像素AP可以由红色有源像素限定。包括绿光可以穿过的滤光器335的第一有源像素AP可以由绿色有源像素限定。包括蓝光可以穿过的滤光器335的第一有源像素AP可以由蓝色有源像素限定。

微透镜336可以形成在滤光器335上。微透镜336可以增加入射光的光聚集能力，以提高第一有源像素中的光电转换区域的光接收效率。在图4B中，一个第一有源像素可以对应于一个微透镜336。另选地，多个第一有源像素可以对应于一个微透镜336。

第一加热元件337可以布置在第一有源像素AP下方。第一加热元件337可以布置在布线元件333和掺杂区域332之间。第一加热元件337可以产生与第一有源测试块330A对应的热。第一加热元件337可以将热传递到第一有源像素AP。例如，第一加热元件337可以将第一有源测试块330A加热到第一温度(例如，约70℃)。第二加热元件可以将第二有源测试块330B加热到第二温度(例如，约80℃)。第三加热元件可以将第三有源测试块330C加热到第三温度(例如，约90℃)。

第一加热元件337可以布置在第一有源像素AP下方以将热传递到第一有源像素AP。第一加热元件337的位置可以变化。例如，第一加热元件337可以位于热可以被有效地传递到第一有源像素AP的位置处。

图5A和图5B是示出图3中的光学测试块的视图。图5B是沿图5A中的线B-B’截取的横截面图。

图5A和图5B可以示例性地示出第一光学黑测试块340A。参照图5A，第一光学黑测试块340A可以包括多个第一光学黑像素OBP和第一加热元件347。第二光学黑测试块340B和第三光学黑测试块340C可以具有与第一光学黑测试块340A的配置基本相同的配置。然而，可以将不同的温度施加到第一光学黑测试块340A、第二光学黑测试块340B和第三光学黑测试块340C。即，第二光学黑测试块340B可以包括多个第二光学黑像素和第二加热元件。第三光学黑测试块340C可以包括多个第三光学黑像素和第三加热元件。光学黑像素阵列320的块B可以仅包括多个光学黑像素而不包括加热元件。

参照图5A和图5B，第一光学黑测试块340A可以包括第一光学黑像素OBP和第一加热元件347。

第一光学黑像素OBP可以以矩阵形状布置在平面上。在图5A中，光学黑像素OBP可以布置为包括六行和六列的(6x6)矩阵形状，但不限于此。每个第一光学黑像素OBP可以具有与图3中的光学黑像素阵列320中的光学黑像素的结构基本相同的结构。

每个第一光学黑像素OBP可以包括基板341、遮光结构344、滤光器345、微透镜346和第一加热元件347。第一光学黑像素OBP可以具有与第二光学黑像素和第三光学黑像素的配置基本相同的配置。因此，可以仅详细示出第一光学黑像素OBP，并且为了简洁起见，这里可以省略关于第二光学黑像素和第三光学黑像素的任何进一步说明。

基板341和微透镜346可以与图4B中的基板331和微透镜336基本相同。因此，为了简洁起见，这里可省略关于基板341和微透镜346的任何进一步说明。基板341可以包括掺杂区域342和包括像素信号电路的布线元件343。

与图4B中的光学网格结构334不同，遮光结构344可以布置在所有的第一光学黑像素OBP上。因此，遮光结构344可以阻挡入射到遮光结构344的上部区域的光，使得光可以不透射到基板341。

遮光结构344可以包括用于阻挡光的材料。例如，遮光结构344可以包括具有高的光吸收的钨(W)。遮光结构344可以通过用于形成光学网格结构334的工艺形成。

滤光器345可以布置在遮光结构344上方，这与图4B中的布置在相邻光学网格结构334之间的滤光器335不同。可以基于对应的第一光学黑像素中的滤光器345的类型来命名第一光学黑像素OBP。例如，包括红光可以穿过的滤光器345的第一光学黑像素OBP可以被称为红色光学黑像素。包括绿光可以穿过的滤光器345的第一光学黑像素OBP可以被称为绿色光学黑像素。包括蓝光可以穿过的滤光器345的第一光学黑像素OBP可以被称为蓝色光学黑像素。

除了上述区别之外，滤光器345可以与滤光器335基本相同。因此，为了简洁起见，本文可以省略关于滤光器345的任何进一步说明。

第一加热元件347可以布置在第一光学黑像素OBP下方。第一加热元件347可以布置在布线元件343和掺杂区域342之间。第一加热元件347可以产生与第一光学黑测试块340A对应的热。第一加热元件347可以将热传递到第一光学黑像素OBP。例如，第一加热元件347可以将第一光学黑测试块340A加热到大约70℃的温度。第二加热元件可以将第二光学黑测试块340B加热至约80℃的温度。第三加热元件可以将第三光学黑测试块340C加热至约90℃的温度。

第一加热元件347可以布置在第一光学黑像素OBP下方以将热传递到第一光学黑像素OBP，但不限于此。即，第一加热元件347可以位于热可以被有效地传递到第一光学黑像素OBP的位置处。

图6是示出根据示例实施方式的操作图像感测装置的方法的流程图。

图6可以示出用于测试包括图像感测装置的芯片的操作。此外，可以在可几乎完全或完全阻挡光的条件下执行操作。可以执行操作以获得基底信息，所述基底信息可以表示与光无关地产生的有源像素的暗电流与光学黑像素的暗电流之间的比率。

在步骤S110中，当可以从像素阵列检测到设定温度(例如约60℃)时，在步骤S120中，可以将有源测试块的第一加热元件至第三加热元件以及光学黑测试块的第一加热元件至第三加热元件加热至与加热控制信号对应的设定温度。被加热的第一加热元件至第三加热元件可以达到高于设定温度的不同温度。第一加热元件、第二加热元件和第三加热元件可以同时分别达到约70℃、约80℃和约90℃。

可以从有源像素和光学黑像素提取与温度对应的像素信号。在示例实施方式中，可以从温度约为60℃的“A”块中的有源像素中提取第一像素信号。可以从温度约为60℃的“B”块中的光学黑像素中提取第二像素信号。

可以从温度约为70℃的第一有源测试块330A中的第一有源像素中提取第三像素信号。可以从温度约为70℃的第一光学黑测试块中的第一光学黑像素中提取第四像素信号。

可以从温度约为80℃的第二有源测试块中的第二有源像素中提取第五像素信号。可以从温度约为80℃的第二光学黑测试块中的第二光学黑像素中提取第六像素信号。

可以从温度约为90℃的第三有源测试块中的第三有源像素中提取第七像素信号。可以从温度约为90℃的第三光学黑测试块中的第三光学黑像素中提取第八像素信号。

具有设定温度(例如，约70℃)的第一有源测试块的每个第一有源像素可以产生第三像素信号。每个第一有源像素的第三像素信号可以由CDS、ADC和输出缓冲器转换成数字值。然后可以输出该数字值。在示例实施方式中，第一有源像素可以包括红色有源像素、绿色有源像素和蓝色有源像素。在这种情况下，测试装置可以计算对应于红色有源像素的数字值，例如，平均值计算以获得红色有源测试数据。测试装置可以计算对应于绿色有源像素的数字值，例如，平均值计算以获得绿色有源测试数据。测试装置可以计算对应于蓝色有源像素的数字值，例如，平均值计算以获得蓝色有源测试数据。红色有源测试数据可以表示在设定温度下由红色有源像素中产生的暗电流引起的暗噪声分量。绿色有源测试数据可以表示在设定温度下由绿色有源像素中产生的暗电流引起的暗噪声分量。蓝色有源测试数据可以表示在设定温度下由蓝色有源像素中产生的暗电流引起的暗噪声分量。红色有源测试数据、绿色有源测试数据和蓝色有源测试数据可以被称为第一测试数据。

虽然上面已经描述了第一测试数据包括来自第一有源测试块的有源测试数据，但是在步骤S130中获得的第一测试数据还可以包括来自第二有源测试块和第三有源测试块的有源测试数据。可以类似于用于获得与第一有源测试块330A的颜色对应的有源测试数据的过程来获得与第二有源测试块和第三有源测试块的颜色相对应的有源测试数据。因此，为了简洁起见，这里可以省略关于用于获得与第二有源测试块和第三有源测试块的颜色对应的有源测试数据的过程的任何进一步说明。

具有设定温度(例如，约70℃)的第一光学黑测试块340A的每个第一光学黑像素可以产生第四像素信号。每个第一光学黑像素的第四像素信号可以由CDS、ADC和输出缓冲器转换成数字值。然后可以输出该数字值。在示例实施方式中，第一光学黑像素可以包括红色光学黑像素、绿色光学黑像素和蓝色光学黑像素。在这种情况下，测试装置可以计算对应于红色光学黑像素的数字值，例如，平均值计算以获得红色光学黑测试数据。测试装置可以计算对应于绿色光学黑像素的数字值，例如，平均值计算以获得绿色光学黑测试数据。测试装置可以计算对应于蓝色光学黑像素的数字值，例如，平均值计算以获得蓝色光学黑测试数据。红色光学黑测试数据可以表示在设定温度下由红色光学黑像素中产生的暗电流引起的暗噪声分量。绿色光学黑测试数据可以表示在设定温度下由绿色光学黑像素中产生的暗电流引起的暗噪声分量。蓝色光学黑测试数据可以表示在设定温度下由蓝色光学黑像素中产生的暗电流引起的暗噪声分量。红色光学黑测试数据、绿色光学黑测试数据和蓝色光学黑测试数据可以被称为第二测试数据。

虽然上面已经描述了第二测试数据包括来自第一光学黑测试块的光学黑测试数据，但是在步骤S140中获得的第二测试数据还可以包括来自第二光学黑测试块和第三光学黑测试块的光学黑测试数据。可以类似于用于获得与第一光学黑测试块的颜色相对应的光学黑测试数据的过程来获得与第二光学黑测试块和第三光学黑测试块的颜色相对应的光学黑测试数据。因此，为了简洁起见，本文可以省略关于用于按照第二光学黑测试块和第三光学黑测试块的颜色获得光学黑测试数据的过程的任何进一步说明。

在步骤S150中，可以基于第一测试数据和第二测试数据生成关于每个设定温度的基底信息。因此，基底信息可以与有源像素AP的像素信号和光学黑像素OBP的像素信号相关联。

在示例实施方式中，通过将第一测试数据的红色有源测试数据除以第二测试数据的红色光学黑测试数据而获得的值可以被确定为相对于设定温度的红色基底校正值。因此，相对于设定温度的红色基底校正值可以是红色有源像素的暗电流的暗噪声分量和红色光学黑像素的暗电流的暗噪声分量之间的比率。

通过将第一测试数据的绿色有源测试数据除以第二测试数据的绿色光学黑测试数据而获得的值可以被确定为相对于设定温度的绿色基底校正值。因此，相对于设定温度的绿色基底校正值可以是绿色有源像素的暗电流的暗噪声分量和绿色光学黑像素的暗电流的暗噪声分量之间的比率。

通过将第一测试数据的蓝色有源测试数据除以第二测试数据的蓝色光学黑测试数据而获得的值可以被确定为相对于设定温度的蓝色基底校正值。因此，相对于设定温度的蓝色基底校正值可以是蓝色有源像素的暗电流的暗噪声分量和蓝色光学黑像素的暗电流的暗噪声分量之间的比率。

在步骤S160中，包括红色基底校正值、绿色基底校正值和蓝色基底校正值的基底信息可以对应于设定温度。然后可以将基底信息存储在基底信息存储器中。

图像信号处理单元的基底校正器可以针对与特定颜色对应的噪声数据计算可对应于相同颜色的基底校正值(例如，红色基底校正值)以执行基底校正，从而提供与图像数据的暗噪声分量的水平基本相同的水平的噪声数据。

根据所公开的技术的一些实现方式，通过将用于生成基底信息的测试块包括到包括图像感测装置的芯片并且使用独立地存储在芯片中的基底信息来执行基底校正，可以从图像数据精确地去除暗噪声分量。

此外，测试块可以被同时加热至不同温度，并且可以获得对应于不同温度的基底信息。因此，可以使用对应于不同温度的基底信息来执行基底校正，这使得从图像数据更精确地去除暗噪声分量。

虽然该专利文献在所公开的示例中包含许多细节，但这些不应被解释为对任何发明的范围或所要求保护的范围的限制，而是作为对特定发明的特定实施方式可能特有的特征的描述。该专利文献中在单独实施方式的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合地实现。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施方式中实现。此外，尽管特征可以被描述为在某些组合中起作用，并且甚至最初是这样要求保护的，但是在某些情况下，来自要求保护的组合的一个或更多个特征可以从组合中删除，并且要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变型。

类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘操作，但这不应被理解为要求以所示的特定顺序或以顺序次序执行这样的操作，或者执行所有示出的操作以实现期望的结果。此外，该专利文献中描述的实施方式中的各种系统组件的分离不应理解为在所有实施方式中都需要这种分离。

仅描述了几个实施方式和示例。可以基于该专利文献中描述和说明的内容来进行其它实施方式、增强和变化。

相关申请的交叉引用

本专利文件要求于2021年7月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0100811的优先权和权益，该韩国专利申请通过引用整体并入本文中。

Claims (20)

1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：

第一有源测试块，其包括多个第一有源像素和第一加热元件，所述多个第一有源像素中的每一个产生与入射光对应的第一像素信号，并且所述第一加热元件在第一温度下向所述第一有源像素提供热；

第二有源测试块，其包括多个第二有源像素和第二加热元件，所述多个第二有源像素中的每一个产生与所述入射光对应的第二像素信号，并且所述第二加热元件在高于所述第一温度的第二温度下向所述第二有源像素提供热；

第一光学黑测试块，其包括多个第一光学黑像素和第三加热元件，所述多个第一光学黑像素中的每一个生成与所述入射光无关的第三像素信号，并且所述第三加热元件在所述第一温度下向所述第一光学黑像素提供热；

第二光学黑测试块，其包括多个第二光学黑像素和第四加热元件，所述多个第二光学黑像素中的每一个生成与所述入射光无关的第四像素信号，并且所述第四加热元件在所述第二温度下向所述第二光学黑像素提供热；以及

信号处理单元，其处理所述第一像素信号至所述第四像素信号。

2.根据权利要求1所述的图像感测装置，所述图像感测装置还包括：

有源像素阵列，其包括多个有源像素，所述多个有源像素在低于所述第一温度的第三温度下生成与所述入射光对应的第五像素信号；以及

光学黑像素阵列，其包括多个光学黑像素，所述多个光学黑像素在所述第三温度下生成与所述入射光无关的第六像素信号。

3.根据权利要求2所述的图像感测装置，所述图像感测装置还包括噪声信息存储器，该噪声信息存储器存储与所述第一像素信号至所述第六像素信号的噪声相关并且基于所述第一像素信号至所述第六像素信号生成的信息。

4.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述噪声信息存储器分别存储关于与所述第一温度至所述第三温度相关联的颜色的噪声信息。

5.根据权利要求4所述的图像感测装置，其中，所述颜色包括红色、绿色、蓝色、品红色、青色或黄色中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的图像感测装置，所述图像感测装置还包括：

第三有源测试块，其包括多个第三有源像素和第五加热元件，所述多个第三有源像素中的每一个产生与所述入射光对应的第七像素信号，并且所述第五加热元件在高于所述第二温度的第四温度下向所述第三有源像素提供热；以及

第三光学黑测试块，其包括多个第三光学黑像素和第六加热元件，所述多个第三光学黑像素中的每一个生成与所述入射光无关的第八像素信号，并且所述第六加热元件在所述第四温度下向所述第三光学黑像素提供热。

7.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第一有源测试块包括基板，所述基板包括掺杂区域和布置在所述掺杂区域下方的布线元件，所述第一有源像素布置在所述基板上，并且所述第一加热元件布置在所述掺杂区域和所述布线元件之间。

8.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第二有源测试块包括基板，所述基板包括掺杂区域和布置在所述掺杂区域下方的布线元件，所述第二有源像素布置在所述基板上，并且所述第二加热元件布置在所述掺杂区域和所述布线元件之间。

9.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第一光学黑测试块包括基板，所述基板包括掺杂区域和布置在所述掺杂区域下方的布线元件，所述第一光学黑像素布置在所述基板上，并且所述第三加热元件布置在所述掺杂区域和所述布线元件之间。

10.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第二光学黑测试块包括基板，所述基板包括掺杂区域和布置在所述掺杂区域下方的布线元件，所述第二光学黑像素布置在所述基板上，并且所述第四加热元件布置在所述掺杂区域和所述布线元件之间。

11.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：

同时加热到不同温度的多个测试像素块；以及

信号处理单元，其与所述多个测试像素块通信并且基于与所述测试像素块的温度相关联的暗电流信息分别获得不同颜色的像素信号。

12.根据权利要求11所述的图像感测装置，其中，所述多个测试像素块中的每一个包括：

第一块，其包括被加热到第一温度的第一光学黑像素和第一有源像素；以及

第二块，其包括被加热到高于所述第一温度的第二温度的第二光学黑像素和第二有源像素。

13.根据权利要求12所述的图像感测装置，其中，所述信号处理单元根据温度基于用于不同颜色的像素信号来计算基底信息。

14.根据权利要求11所述的图像感测装置，所述图像感测装置还包括：

有源像素阵列，其包括响应于入射光的有源像素块；以及

光学像素阵列，其包括光学像素块，所述光学像素块包括遮光结构，所述遮光结构阻挡所述入射光进入所述光学像素阵列。

15.根据权利要求14所述的图像感测装置，其中，所述信号处理单元计算校正值，每个校正值允许使对应光学像素块的暗电流处于与对应有源像素的暗噪声分量的水平相同的水平。

16.根据权利要求15所述的图像感测装置，其中，所述信号处理单元计算每种颜色的校正值，使得不同颜色的校正值彼此不同。

17.根据权利要求15所述的图像感测装置，其中，每个校正值被计算为表示相应有源像素的暗电流与相应光学像素块的暗电流之间的比率。

18.一种操作图像感测装置的方法，该方法包括以下步骤：

将包括有源像素和光学黑像素的像素阵列加热到设定温度；

将多个测试像素块加热到高于所述设定温度的温度；

根据温度从所述像素阵列和所述测试像素块提取像素信号；以及

使用所述像素信号获得所述像素阵列的基底信息。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，获得所述基底信息的步骤包括：根据温度获得所述测试像素块的不同颜色的基底信息。

20.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

存储所述基底信息；以及

使用所述基底信息来校正包括所述像素阵列的芯片的基底。

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