FR3066344A1 - METHOD FOR CORRECTING NON-UNIFORMITIES IN IMAGE SENSORS - Google Patents

METHOD FOR CORRECTING NON-UNIFORMITIES IN IMAGE SENSORS Download PDF

Info

Publication number
FR3066344A1
FR3066344A1 FR1754103A FR1754103A FR3066344A1 FR 3066344 A1 FR3066344 A1 FR 3066344A1 FR 1754103 A FR1754103 A FR 1754103A FR 1754103 A FR1754103 A FR 1754103A FR 3066344 A1 FR3066344 A1 FR 3066344A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
sensor
pixel
injection
pixels
charges
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR1754103A
Other languages
French (fr)
Other versions
FR3066344B1 (en
Inventor
Yang Ni
Vincent Noguier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
New Imaging Technologies SAS
Original Assignee
New Imaging Technologies SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by New Imaging Technologies SAS filed Critical New Imaging Technologies SAS
Priority to FR1754103A priority Critical patent/FR3066344B1/en
Publication of FR3066344A1 publication Critical patent/FR3066344A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FR3066344B1 publication Critical patent/FR3066344B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/67Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response
    • H04N25/671Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response for non-uniformity detection or correction
    • H04N25/673Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response for non-uniformity detection or correction by using reference sources
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/67Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response
    • H04N25/671Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response for non-uniformity detection or correction
    • H04N25/677Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise applied to fixed-pattern noise, e.g. non-uniformity of response for non-uniformity detection or correction for reducing the column or line fixed pattern noise

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

Procédé de calibration des pixels (41) d'un capteur (40) à au moins deux pixels, notamment un capteur matriciel, comportant les étapes consistant à : - Placer le capteur dans l'obscurité, - injecter des charges de façon contrôlée dans au moins un pixel pour simuler un éclairement, - mesurer la réponse du ou des pixels à cette injection de charges, - calculer une correction de non uniformité à apporter au capteur en fonction de la réponse mesurée.A method of calibrating the pixels (41) of a sensor (40) with at least two pixels, in particular a matrix sensor, comprising the steps of: - placing the sensor in the dark, - injecting charges in a controlled manner into the minus one pixel to simulate an illumination, - measure the response of the pixel (s) to this injection of charges, - calculate a nonuniformity correction to be made to the sensor as a function of the measured response.

Description

PROCEDE DE CORRECTION DES NON-UNIFORMITES DANS LES CAPTEURS D’IMAGESMETHOD FOR CORRECTING NON-UNIFORMITES IN IMAGE SENSORS

La présente invention concerne la correction des non-uniformités dans les capteurs d’image contenant au moins deux pixels.The present invention relates to the correction of non-uniformities in image sensors containing at least two pixels.

Arrière-planBackground

Malgré les progrès effectués dans la fabrication des capteurs d’image, des non-uniformités de fabrication persistent en raison de non-uniformités présentes tant dans les matériaux semi-conducteurs que dans les composants actifs impliqués dans le circuit de lecture. Ce problème de non-uniformité est particulièrement prononcé dans un capteur infrarouge dont les matériaux semi-conducteurs, souvent composites, sont difficiles à produire avec une grande uniformité.Despite advances in the manufacturing of image sensors, manufacturing non-uniformities persist due to non-uniformities present in both the semiconductor materials and the active components involved in the reading circuit. This problem of non-uniformity is particularly pronounced in an infrared sensor whose semiconductor materials, often composite, are difficult to produce with great uniformity.

Ces non-uniformités de fabrication se manifestent par des différences de réponse photoélectrique entre les différents pixels qui composent le capteur, comme illustré de façon schématique à la figure IA pour trois pixels. Elles doivent être corrigées afin d’obtenir une image de qualité. Cette opération de correction, dite NUC pour Non Uniformity Correction en anglais, peut être réalisée par des circuits numériques intégrés dans le capteur ou dans le dispositif qui l’inclut, par exemple une caméra. Elle peut être réalisée aussi par un ordinateur via un logiciel de traitement d’image.These manufacturing non-uniformities are manifested by differences in photoelectric response between the different pixels that make up the sensor, as shown schematically in FIG. IA for three pixels. They must be corrected in order to obtain a quality image. This correction operation, known as NUC for Non Uniformity Correction in English, can be carried out by digital circuits integrated in the sensor or in the device which includes it, for example a camera. It can also be performed by a computer via image processing software.

Le traitement NUC applique une correction à la courbe de réponse photoélectrique des pixels afin que cette courbe de réponse devienne celle de référence après la correction. Cela nécessite une phase de prises d’images avec différents niveaux d’illumination uniforme sur la matrice de pixels du capteur. Ces images sont comparées à des images de référence de réponse uniforme, et la différence entre les images réelles et les images de référence permet de déterminer les facteurs de correction à appliquer.NUC processing applies a correction to the photoelectric response curve of the pixels so that this response curve becomes the reference curve after the correction. This requires a phase of taking images with different levels of uniform illumination on the pixel matrix of the sensor. These images are compared to reference images of uniform response, and the difference between the real images and the reference images makes it possible to determine the correction factors to be applied.

En fonction de la nature des non-uniformités, une, deux, voire plus d’images sont nécessaires pour déterminer précisément les facteurs de correction à appliquer. Pour un capteur à réponse photoélectrique linéaire, tel qu’illustré à la figure IA, les non-uniformités peuvent être représentées en offset et en gain. Pour corriger l’offset et le gain, deux images sont nécessaires, dont une image D prise sans illumination optique et l’autre B avec une illumination uniforme sur la matrice. L’image D permet d’obtenir l’offset OS de chaque pixel et la différence entre les images B et D permet d’obtenir le gain G de chaque pixel. Le circuit de correction ou le logiciel de correction applique sur chaque pixel I la transformation : (I-OS)/G. La figure IB illustre une opération NUC à deux points.Depending on the nature of the non-uniformities, one, two, or even more images are required to precisely determine the correction factors to apply. For a linear photoelectric response sensor, as illustrated in Figure IA, the non-uniformities can be represented in offset and gain. To correct the offset and gain, two images are required, including a D image taken without optical illumination and the other B with uniform illumination on the matrix. Image D provides the OS offset for each pixel, and the difference between images B and D provides the gain G for each pixel. The correction circuit or the correction software applies the transformation: (I-OS) / G to each pixel I. Figure IB illustrates a two-point NUC operation.

Si la réponse des pixels n’est pas tout à fait linéaire, plusieurs images avec différents niveaux d’illumination sont nécessaires pour apporter une correction efficace. L’article NUC Algorithm for Correcting Gain and Offset Non-uniformities Parul Goyal IJCSET/March 2011/Vol 1, Issue 2,70-76 donne un exemple de correction complexe.If the pixel response is not entirely linear, multiple images with different levels of illumination are required to provide effective correction. An example of a complex correction is the article NUC Algorithm for Correcting Gain and Offset Non-uniformities Parul Goyal IJCSET / March 2011 / Vol 1, Issue 2,70-76.

Aujourd’hui avec les progrès réalisés en micro-électronique, l’opération NUC ne représente plus de difficulté calculatoire. Les difficultés majeures se trouvent dans la modélisation des non-uniformités et dans les prises d’images (dites prises d’images NUC) avec différents niveaux d’illumination.Today with the progress made in microelectronics, the NUC operation no longer represents any computing difficulty. The main difficulties are found in the modeling of non-uniformities and in the taking of images (called NUC images) with different levels of illumination.

La difficulté dans les prises d’images NUC est l’uniformité de l’illumination. Il est difficile en pratique de créer une illumination avec une grande uniformité, surtout quand cette prise d’image NUC ne peut être réalisée dans un laboratoire d’optoélectronique. Cette prise d’image NUC peut notamment être entachée par la présence de poussières sur la surface de capteur ou sur la fenêtre optique du capteur. La présence d’une poussière occulte l’illumination localement et crée par conséquence un sur-gain de correction pour les pixels situés dessous. Quand cette poussière est partie, ce sur-gain de correction crée un pixel sur-brillant.The difficulty in taking NUC images is the uniformity of illumination. It is difficult in practice to create illumination with high uniformity, especially when this NUC image capture cannot be performed in an optoelectronics laboratory. This NUC image capture can in particular be tainted by the presence of dust on the sensor surface or on the optical window of the sensor. The presence of a dust obscures the illumination locally and consequently creates an over-gain of correction for the pixels located below. When this dust is gone, this correction over-gain creates an over-bright pixel.

De plus, ce besoin d’une illumination uniforme rend la prise d’image NUC quasi impossible une fois le capteur déployé. Or les propriétés photoélectriques d’un capteur peuvent changer dans son environnement de fonctionnement. Par exemple, la variation en température ou le vieillissement peuvent altérer la réponse des pixels, nécessitant une nouvelle calibration NUC. Une re-calibration des coefficients NUC in situ serait un vrai plus pour une correction NUC de bonne qualité et durable. RésuméIn addition, this need for uniform illumination makes NUC imaging almost impossible once the sensor is deployed. The photoelectric properties of a sensor can change in its operating environment. For example, temperature variation or aging can alter the response of the pixels, requiring a new NUC calibration. A recalibration of the NUC coefficients in situ would be a real plus for a good quality and lasting NUC correction. summary

La présente invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient grâce à un procédé de calibration des pixels d’un capteur à au moins deux pixels, notamment un capteur matriciel, comportant les étapes consistant à : - Placer le capteur dans l’obscurité, injecter des charges de façon contrôlée dans au moins un pixel pour simuler un éclairement, mesurer la réponse du ou des pixels à cette injection de charges, calculer une correction de non uniformité à apporter au capteur en fonction de la réponse mesurée.The present invention aims to meet this need and it achieves this by means of a method for calibrating the pixels of a sensor with at least two pixels, in particular a matrix sensor, comprising the steps consisting in: - Placing the sensor in the dark , inject charges in a controlled manner into at least one pixel to simulate an illumination, measure the response of the pixel (s) to this charge injection, calculate a non-uniformity correction to be made to the sensor as a function of the measured response.

Par placer le capteur dans l’obscurité, il faut comprendre empêcher la lumière d’atteindre la surface active de celui-ci.By placing the sensor in the dark, we must understand to prevent light from reaching its active surface.

La présente invention permet de remplacer l’illumination uniforme pendant la prise d’images NUC par une injection de charges dans les pixels. Les charges peuvent être injectées dans tous les pixels avec une même intensité pour simuler un niveau d’éclairement uniforme donné. Cette injection de charges peut être contrôlée par un signal électrique programmable, pour simuler les différents niveaux d’illumination requis au calcul des coefficients NUC.The present invention makes it possible to replace the uniform illumination during the taking of NUC images by an injection of charges into the pixels. Charges can be injected into all pixels with the same intensity to simulate a given uniform level of illumination. This charge injection can be controlled by a programmable electrical signal, to simulate the different levels of illumination required to calculate the NUC coefficients.

On peut ainsi injecter successivement les charges avec des intensités différentes dans chaque pixel, pour simuler des niveaux d’éclairement respectifs différents, en effectuant une mesure de la réponse du pixel après chaque injection. L’injection de charges électriques permet de réaliser la prise d’images NUC in situ. L’injection des charges peut se faire avec une ou plusieurs diodes d’injection distinctes des photodiodes. On peut réaliser cette injection avec une diode d’injection par photodiode ou en variante avec une diode d’injection pour plusieurs photodiodes. On peut avoir une photodiode par pixel ou plus.It is thus possible to successively inject the charges with different intensities in each pixel, to simulate different respective levels of illumination, by measuring the response of the pixel after each injection. The injection of electrical charges makes it possible to take NUC images in situ. The charge injection can be done with one or more injection diodes separate from the photodiodes. This injection can be carried out with an injection diode by photodiode or alternatively with an injection diode for several photodiodes. We can have one photodiode per pixel or more.

Un obturateur peut être déclenché pour placer le capteur dans l’obscurité avant d’effectuer la calibration.A shutter can be released to place the sensor in the dark before performing the calibration.

Le procédé de calibration peut être mis en œuvre à chaque fois que l’environnement du capteur change ; par exemple, la température de l’environnement du capteur est mesurée, et une nouvelle calibration est effectuée automatiquement lorsque la température mesurée diffère d’un écart prédéfini de la température à laquelle la calibration précédente a été effectuée.The calibration process can be implemented whenever the environment of the sensor changes; for example, the environment temperature of the sensor is measured, and a new calibration is performed automatically when the measured temperature differs from a predefined deviation from the temperature at which the previous calibration was performed.

Le capteur peut être un capteur infrarouge et comporter un substrat InGaAs. L’injection des charges dans le substrat d’un pixel peut être réalisée à l’aide d’une jonction de diode polarisée en direct pendant cette injection, la diode d’injection étant utilisée ensuite avec une polarisation inverse lorsque le capteur est utilisé normalement.The sensor can be an infrared sensor and include an InGaAs substrate. The injection of the charges into the substrate of a pixel can be carried out using a diode junction polarized in direct during this injection, the injection diode being then used with a reverse polarization when the sensor is used normally .

La diode d’injection peut être utilisée pour diminuer l’éblouissement du pixel. L’invention a encore pour objet un dispositif comportant un capteur à au moins deux pixels, notamment un capteur matriciel, comportant : pour au moins un pixel, un substrat et une jonction de diode permettant d’injecter lorsque polarisée en direct des charges dans le substrat, - un circuit de contrôle de la calibration du capteur, pour commander l’injection de charges dans le ou les pixels via la ou lesdites jonctions, les pixels étant lors de cette injection placés dans une condition d’obscurité, mesurer la réponse du ou des pixels, calculer à partir de la ou des réponses mesurées une correction de non uniformité à apporter au capteur.The injection diode can be used to reduce the glare of the pixel. The subject of the invention is also a device comprising a sensor with at least two pixels, in particular a matrix sensor, comprising: for at least one pixel, a substrate and a diode junction making it possible to inject charges when directly polarized in the substrate, - a sensor calibration control circuit, for controlling the injection of charges into the pixel (s) via said junction (s), the pixels being at the time of this injection placed in a dark condition, measuring the response of the or pixels, calculating from the measured response (s) a correction for non-uniformity to be made to the sensor.

Le circuit de contrôle peut faire varier le courant d’injection des charges de façon à ce qu’il prenne successivement plusieurs valeurs, pour simuler plusieurs niveaux d’éclairement uniformes.The control circuit can vary the charge injection current so that it takes successively several values, to simulate several uniform levels of illumination.

Les caractéristiques mentionnées ci-dessus en liaison avec le procédé valent pour le dispositif également. Le substrat peut ainsi être en InGaAs.The characteristics mentioned above in connection with the method apply to the device also. The substrate can thus be made of InGaAs.

La jonction de la diode d’injection peut être celle d’une diode d’anti-éblouissement, polarisée en inverse lors du fonctionnement normal du capteur.The junction of the injection diode can be that of an anti-glare diode, reverse biased during normal operation of the sensor.

Le capteur peut comporter autant de diodes d’injection que de photodiodes. En variante, le capteur comporte plusieurs photodiodes par diode d’injection.The sensor can include as many injection diodes as there are photodiodes. As a variant, the sensor comprises several photodiodes per injection diode.

Chaque pixel peut comporter une seule photodiode.Each pixel can have a single photodiode.

Le dispositif peut comporter un obturateur pour placer les pixels dans l’obscurité. Cet obturateur peut être commandé par le circuit de contrôle.The device may include a shutter to place the pixels in the dark. This shutter can be controlled by the control circuit.

Description des figures L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel : - La figure IA, précédemment décrite, donne un exemple de non-uniformité de réponse de pixels, la figure IB, précédemment décrite également, illustre un exemple de correction NUC dans l’exemple de la figure 1, la figure 2A illustre la génération de charges photoélectriques lors de l’éclairement d’un capteur, la figure 2B illustre la simulation de la génération de charges photoélectriques par injection dans le substrat d’un courant par une diode polarisée en direct, la figure 3 représente de façon schématique en vue de dessus un exemple de capteur matriciel selon l’invention, la figure 4 représente un exemple de structure de pixel selon l’invention, avec le circuit de lecture associé, la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 d’une variante de pixel, la figure 6 représente de façon schématique un dispositif selon l’invention, et la figure 7 est une vue analogue à la figure 3 d’une variante de capteur selon l’invention. L’invention est applicable à tout type de capteur basé sur l’utilisation de photodiodes à jonction PN ou de capacitances MOS (CCD).Description of the Figures The invention will be better understood on reading the description which follows, of non-limiting examples of implementation thereof, and on examining the appended drawing, in which: - Figure IA , previously described, gives an example of non-uniformity of pixel response, FIG. 1B, also previously described, illustrates an example of NUC correction in the example of FIG. 1, FIG. 2A illustrates the generation of photoelectric charges during the illumination of a sensor, FIG. 2B illustrates the simulation of the generation of photoelectric charges by injection into the substrate of a current by a direct polarized diode, FIG. 3 schematically represents a top view of an example of matrix sensor according to the invention, FIG. 4 represents an example of pixel structure according to the invention, with the associated reading circuit, FIG. 5 is a view similar to FIG. 4 of a variant of a pixel, FIG. 6 schematically represents a device according to the invention, and FIG. 7 is a view similar to FIG. 3 of a variant of sensor according to the invention. The invention is applicable to any type of sensor based on the use of PN junction photodiodes or MOS capacitances (CCD).

La figure 2A illustre une photodiode 10 réalisée par dopage en 11 d’un substrat semi-conducteur 30. La zone dopée 11 de la photodiode 10 collecte des charges mobiles dans son voisinage et génère ainsi un signal électrique. Ce dernier peut être sous forme de charges (capteur CCD) ou sous forme de tension (capteur APS). Quand ces charges mobiles sont créées par l’incidence des photons, le signal de sortie de la photodiode renseigne sur l’énergie ou la puissance de la lumière.FIG. 2A illustrates a photodiode 10 produced by doping at 11 of a semiconductor substrate 30. The doped area 11 of the photodiode 10 collects mobile charges in its vicinity and thus generates an electrical signal. The latter can be in the form of charges (CCD sensor) or in the form of voltage (APS sensor). When these moving charges are created by the incidence of photons, the photodiode output signal gives information on the energy or the power of light.

La figure 2B représente la structure de la figure 2A dans laquelle on a ajouté conformément à l’invention une diode PN référencée 20. Quand on fait circuler un courant dans le sens positif de la polarisation, une certaine quantité de charges mobiles est injectée dans le substrat 30. Si cette injection de charges mobiles se fait dans le voisinage de la photodiode 10, les charges seront collectées sans distinction par cette dernière de leur origine. Dans ce cas, on peut simuler l’effet de photons incidents par cette injection de charges. La quantité de charges mobiles collectée par la photodiode 10 est directement liée à la quantité de charges électriques injectées, donc au courant électrique d’injection.FIG. 2B represents the structure of FIG. 2A in which a PN diode referenced 20 has been added in accordance with the invention. When a current is circulated in the positive direction of polarization, a certain amount of mobile charges is injected into the substrate 30. If this injection of mobile charges takes place in the vicinity of photodiode 10, the charges will be collected without distinction by the latter of their origin. In this case, we can simulate the effect of incident photons by this charge injection. The amount of mobile charges collected by the photodiode 10 is directly linked to the amount of electrical charges injected, therefore to the electric injection current.

Autrement dit, si l’on place une diode PN dite diode d’injection à proximité d’une photodiode d’un pixel actif et que l’on injecte un courant électrique contrôlé, la photodiode collecte ces charges mobiles injectées comme si un spot de lumière était présent à proximité, même quand le pixel est placé dans une obscurité totale. Lorsque cet arrangement est fait dans une matrice de pixels dont le pas est inférieur à la longueur de diffusion des charges mobiles dans le substrat, on peut créer une densité de charges mobiles très uniforme dans la matrice de pixels grâce à la diffusion des charges mobiles.In other words, if a PN diode called the injection diode is placed near a photodiode of an active pixel and a controlled electric current is injected, the photodiode collects these injected mobile charges as if a spot of light was present nearby, even when the pixel was placed in total darkness. When this arrangement is made in a matrix of pixels whose pitch is less than the length of diffusion of the mobile charges in the substrate, one can create a density of mobile charges very uniform in the matrix of pixels thanks to the diffusion of the mobile charges.

Cet arrangement répond ainsi parfaitement au besoin de la prise d’image NUC. Avec l’injection de charges au sein des pixels réalisée conformément à l’invention, il n’y a plus besoin de faire appel à des sources de lumières programmables et uniformes. Il suffit de placer le capteur dans l’obscurité et de faire une prise d’image NUC avec différents niveaux d’injection de courant dans le substrat. A chaque niveau d’injection, on prend une image et l’on peut prendre autant d’images que nécessaire pour la construction des coefficients de la correction NUC.This arrangement thus perfectly meets the need for NUC imaging. With the injection of charges into the pixels carried out in accordance with the invention, there is no longer any need to use programmable and uniform light sources. Just place the sensor in the dark and take an NUC image with different levels of current injection into the substrate. At each injection level, we take an image and we can take as many images as necessary for the construction of the coefficients of the NUC correction.

Un capteur avec de tels pixels, associé à un obturateur commandé électriquement, permet de mettre à jour les coefficients NUC dans toute condition de fonctionnement et d’installation.A sensor with such pixels, associated with an electrically controlled shutter, makes it possible to update the NUC coefficients in any operating and installation condition.

La diode à jonction PN ne peut injecter qu’un seul type de charges dans le substrat. Par exemple, une diffusion N dans un substrat du type P ne permet que d’injecter des électrons dans le substrat quand une tension négative est appliquée sur la diffusion N. Quand une tension positive est appliquée sur la diffusion N, elle va absorber des électrons au lieu d’y en injecter. On applique donc une tension négative sur la diffusion N de la diode d’injection afin d’injecter des électrons pour simuler une illumination pendant la prise d’image NUC pour la construction des coefficients NUC. Par contre, une tension positive y sera appliquée afin d’arrêter cette injection lors de l’utilisation normale du capteur pour prendre des images. L’absorption des électrons libres dans le substrat par la diode d’injection fait concurrence à la photodiode pendant la prise de vue. Cet inconvénient peut être minimisé par l’utilisation d’une diode d’injection de plus petite taille que celle de la photodiode.The PN junction diode can only inject one type of charge into the substrate. For example, an N scattering in a P-type substrate only allows electrons to be injected into the substrate when a negative voltage is applied to the N scattering. When a positive voltage is applied to the N scattering, it will absorb electrons instead of injecting it. A negative voltage is therefore applied to the N scattering of the injection diode in order to inject electrons to simulate an illumination during the NUC imaging for the construction of the NUC coefficients. On the other hand, a positive voltage will be applied to it in order to stop this injection during normal use of the sensor to take images. The absorption of free electrons in the substrate by the injection diode competes with the photodiode during shooting. This drawback can be minimized by using an injection diode smaller than that of the photodiode.

La figure 3 représente schématiquement un capteur matriciel 40 comportant une pluralité de pixels actifs 41 comportant chacun une photodiode 10 réalisée sur un substrat semi-conducteur 30 et une diode 20 d’injection de charges, de plus petites dimensions que la photodiode.FIG. 3 schematically represents a matrix sensor 40 comprising a plurality of active pixels 41 each comprising a photodiode 10 produced on a semiconductor substrate 30 and a charge injection diode 20, of smaller dimensions than the photodiode.

Le rapport r entre la surface Sp de la photodiode 10 et celle Sd de la diode 20 est par exemple supérieur à 1.The ratio r between the surface Sp of the photodiode 10 and that Sd of the diode 20 is for example greater than 1.

La distance d entre la photodiode 10 et la diode 20 est par exemple telle que d<lo, où Id désigne la longueur de diffusion des charges dans le substrat 30.The distance d between the photodiode 10 and the diode 20 is for example such that d <lo, where Id denotes the length of diffusion of the charges in the substrate 30.

Sur la figure 3 on a représenté l’alimentation des diodes d’injection 20. Celles-ci sont par exemple, comme illustré, toutes alimentées en parallèle par la même ligne 42 sous la même tension d’injection.In Figure 3 there is shown the supply of the injection diodes 20. These are for example, as illustrated, all supplied in parallel by the same line 42 under the same injection voltage.

La figure 4 est un exemple de réalisation d’un pixel actif 41 à base d’une photodiode 10 en mode tension, c'est-à-dire que la tension sur la photodiode 10 est lue par un amplificateur 43 comme signal de sortie du pixel. Dans ce cas, la photodiode 10 et la diode d’injection 20 peuvent se trouver dans le même substrat 30 que l’amplificateur 43. Elles peuvent aussi dans une variante être réalisées dans un autre substrat que celui de l’amplificateur 43. Le premier cas concerne les capteurs d’image monolithiques. Le second concerne les capteurs hybrides tels que les capteurs infrarouges où la photodiode 10 et la diode d’injection 20 se trouvent dans un substrat constitué d’un matériau semi-conducteur apte à convertir les photons infrarouges en électrons ou trous libres, et sont connectées à un circuit CMOS de lecture.FIG. 4 is an exemplary embodiment of an active pixel 41 based on a photodiode 10 in voltage mode, that is to say that the voltage on the photodiode 10 is read by an amplifier 43 as an output signal from the pixel. In this case, the photodiode 10 and the injection diode 20 can be in the same substrate 30 as the amplifier 43. They can also, in a variant, be produced in another substrate than that of the amplifier 43. The first case concerns monolithic image sensors. The second relates to hybrid sensors such as infrared sensors where the photodiode 10 and the injection diode 20 are located in a substrate made of a semiconductor material capable of converting infrared photons into electrons or free holes, and are connected to a CMOS read circuit.

La figure 5 représente une variante de réalisation avec un pixel 41 dit à transfert de charge.FIG. 5 represents an alternative embodiment with a pixel 41 known as charge transfer.

La photodiode 10 est alors réalisée par une diffusion enterrée, reliée à un nœud de lecture 44 par une grille 45. Un signal de commande TX de la grille 45 permet de transférer la charge accumulée dans la photodiode enterrée 10 vers le nœud de lecture 44. La diode d’injection 20 est placée à proximité de la photodiode 10 afin d’injecter des charges quand elle est polarisée en direct par la tension Vinjection.The photodiode 10 is then produced by a buried diffusion, connected to a reading node 44 by a grid 45. A control signal TX from the grid 45 makes it possible to transfer the charge accumulated in the buried photodiode 10 to the reading node 44. The injection diode 20 is placed near the photodiode 10 in order to inject charges when it is directly biased by the injection voltage.

Le nœud de lecture 44 est relié à un amplificateur 43 qui peut être réalisé dans le même substrat ou non que la photodiode.The read node 44 is connected to an amplifier 43 which can be produced in the same substrate or not as the photodiode.

Les deux exemples des figures 4 et 5 utilisent des diffusions N dans un substrat P pour la photodiode et la diode d’injection. Une structure symétrique inverse, à diffusion P dans un substrat N, est bien entendu possible sans sortir du cadre de la présente invention.The two examples in FIGS. 4 and 5 use N diffusions in a substrate P for the photodiode and the injection diode. A reverse symmetrical structure, with diffusion P in a substrate N, is of course possible without departing from the scope of the present invention.

On a représenté schématiquement à la figure 6 un dispositif 100 comportant un capteur 40 selon l’invention, associé à une optique 101.FIG. 6 schematically shows a device 100 comprising a sensor 40 according to the invention, associated with an optic 101.

Un circuit de contrôle 102 permet de commander un obturateur 103 de façon à intercepter ou non la lumière incidente et placer le capteur 40 dans l’obscurité pour la prise d’images NUC.A control circuit 102 makes it possible to control a shutter 103 so as to intercept or not the incident light and place the sensor 40 in the dark for taking NUC images.

Durant cette prise d’images, une tension Vinjection est appliquée aux diodes d’injection 20 de façon à simuler un éclairement uniforme. L’application de la tension Vinjection s’effectue selon un programme de façon à récolter toutes les valeurs nécessaires au calcul des coefficients de la correction NUC.During this image capture, a Vinjection voltage is applied to the injection diodes 20 so as to simulate uniform illumination. The application of the Vinjection voltage is carried out according to a program so as to collect all the values necessary for calculating the coefficients of the NUC correction.

Le circuit de contrôle 102 peut être reliée à un capteur de la température 105 qui permet de détecter un changement d’environnement du capteur 40 et ainsi effectuer de façon automatique une nouvelle calibration lorsque cela est souhaitable, en cas de trop forte variation de température, par exemple.The control circuit 102 can be connected to a temperature sensor 105 which makes it possible to detect a change in the environment of the sensor 40 and thus automatically carry out a new calibration when this is desirable, in the event of too large a temperature variation, for example.

Sur la figure 6, l’obturateur 103 est représenté dans sa position escamotée, où il ne bloque pas le flux lumineux incident sur le capteur 40.In FIG. 6, the shutter 103 is shown in its retracted position, where it does not block the light flux incident on the sensor 40.

Dans cette configuration de fonctionnement normal, le circuit de contrôle 102 maintient une polarisation inverse sur les diodes 20, afin de bloquer l’injection des charges vers les photodiodes 10.In this configuration of normal operation, the control circuit 102 maintains reverse polarization on the diodes 20, in order to block the injection of the charges towards the photodiodes 10.

Le circuit de contrôle 102 peut être réalisé sous la forme d’un composant distinct du capteur 40. Toutefois, le circuit de contrôle peut être intégré dans un même composant que le capteur, ce composant comportant alors par exemple au moins une connexion vers une interface de commande de l’obturateur 103. L’obturateur 103 peut être intégré à l’optique 101 ou au capteur 40, le cas échéant.The control circuit 102 can be made in the form of a component separate from the sensor 40. However, the control circuit can be integrated into the same component as the sensor, this component then comprising for example at least one connection to an interface shutter control 103. The shutter 103 can be integrated with the optics 101 or the sensor 40, if necessary.

On peut disposer de nombreuses autres manières les diodes d’injection.There are many other ways to have the injection diodes.

On a par exemple, comme illustré à la figure 7, une diode d’injection 20 pour plusieurs photodiodes 10, comme illustré à la figure 7. Sur cette dernière, on voit qu’une diode d’injection 20 est associée à quatre photodiodes environnantes disposées comme les sommets d’un carré, la diode d’injection étant au centre. Les charges injectées par cette diode lors de la phase de calibration diffusent vers les photodiodes, comme illustré.For example, as shown in FIG. 7, an injection diode 20 for several photodiodes 10, as shown in FIG. 7. On the latter, we see that an injection diode 20 is associated with four surrounding photodiodes arranged like the vertices of a square, the injection diode being in the center. The charges injected by this diode during the calibration phase diffuse towards the photodiodes, as illustrated.

Claims (15)

REVENDICATIONS 1. Procédé de calibration des pixels (41) d’un capteur (40) à au moins deux pixels, notamment un capteur matriciel, comportant les étapes consistant à : - Placer le capteur dans l’obscurité, injecter des charges de façon contrôlée dans au moins un pixel pour simuler un éclairement, mesurer la réponse du ou des pixels à cette injection de charges, calculer une correction de non uniformité à apporter au capteur en fonction de la réponse mesurée.1. Method for calibrating the pixels (41) of a sensor (40) with at least two pixels, in particular a matrix sensor, comprising the steps consisting in: - placing the sensor in the dark, injecting charges in a controlled manner at least one pixel to simulate an illumination, measure the response of the pixel (s) to this charge injection, calculate a non-uniformity correction to be made to the sensor as a function of the measured response. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les charges sont injectées avec une même intensité dans tous les pixels pour simuler un niveau d’éclairement uniforme donné.2. Method according to claim 1, in which the charges are injected with the same intensity in all the pixels to simulate a given uniform level of illumination. 3. Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel on injecte successivement les charges avec des intensités différentes dans chaque pixel, pour simuler des niveaux d’éclairement respectifs, en effectuant une mesure de la réponse du pixel après chaque injection.3. Method according to one of claims 1 and 2, wherein the charges are successively injected with different intensities in each pixel, to simulate respective levels of illumination, by performing a measurement of the pixel response after each injection. 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un obturateur (103) est déclenché pour placer le capteur (40) dans l’obscurité avant d’effectuer la calibration.4. Method according to any one of the preceding claims, in which a shutter (103) is triggered to place the sensor (40) in the dark before performing the calibration. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la température de l’environnement du capteur (40) est mesurée, et une nouvelle calibration est effectuée lorsque la température mesurée diffère d’un écart prédéfini de la température à laquelle la calibration précédente a été effectuée.5. Method according to any one of the preceding claims, in which the temperature of the environment of the sensor (40) is measured, and a new calibration is carried out when the measured temperature differs from a predefined deviation from the temperature at which the previous calibration has been performed. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le capteur (40) comportant un substrat (30) InGaAs.6. Method according to any one of the preceding claims, the sensor (40) comprising a substrate (30) InGaAs. 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’injection des charges dans le substrat (30) d’un pixel étant réalisée à l’aide d’une jonction de diode (20) polarisée en direct pendant cette injection, la diode étant utilisée ensuite avec une polarisation inverse lorsque le capteur est utilisé normalement.7. Method according to any one of the preceding claims, the injection of charges into the substrate (30) of a pixel being carried out using a diode junction (20) polarized directly during this injection, the diode then being used with reverse bias when the sensor is used normally. 8. Procédé selon la revendication 7, les pixels comportant chacun une photodiode, le capteur comportant autant de diodes d’injection que de photodiodes.8. The method of claim 7, the pixels each comprising a photodiode, the sensor comprising as many injection diodes as photodiodes. 9. Procédé selon la revendication 7, les pixels comportant chacun une photodiode, le capteur comportant plus de photodiodes que de diodes d’injection.9. The method of claim 7, the pixels each comprising a photodiode, the sensor comprising more photodiodes than injection diodes. 10. Dispositif (100) comportant un capteur (40) à au moins deux pixels (41), notamment capteur matriciel, comportant : pour au moins un pixel (41), un substrat (30) et une jonction de diode (20) permettant d’injecter lorsque polarisée en direct des charges dans le substrat (30), - un circuit de contrôle de la calibration du capteur (40), pour o commander l’injection de charges dans le ou les pixels via lesdites jonctions, le ou les pixels (41) étant lors de cette injection placés dans une condition d’obscurité, o mesurer la réponse du ou des pixels, o calculer à partir des réponses mesurées la correction de non uniformité (NUC) à apporter au capteur.10. Device (100) comprising a sensor (40) with at least two pixels (41), in particular a matrix sensor, comprising: for at least one pixel (41), a substrate (30) and a diode junction (20) allowing to inject, when polarized live, charges into the substrate (30), - a sensor calibration control circuit (40), in order to o inject charges into the pixel or pixels via said junctions, the or pixels (41) being during this injection placed in a dark condition, o measure the response of the pixel (s), o calculate from the measured responses the correction of non-uniformity (NUC) to be made to the sensor. 11. Dispositif selon la revendication 10, le substrat étant en InGaAs.11. Device according to claim 10, the substrate being in InGaAs. 12. Dispositif selon l’une des revendications 10 et 11, la jonction de diode étant celle d’une diode d’anti-éblouissement, polarisée en inverse lors du fonctionnement normal du capteur.12. Device according to one of claims 10 and 11, the diode junction being that of an anti-glare diode, reverse biased during normal operation of the sensor. 13. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, comportant un obturateur (103) pour placer les pixels dans l’obscurité.13. Device according to any one of claims 10 to 12, comprising a shutter (103) for placing the pixels in the dark. 14. Dispositif selon la revendication 13, l’obturateur (103) étant commandé par le circuit de contrôle (102).14. Device according to claim 13, the shutter (103) being controlled by the control circuit (102). 15. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 10 à 14, chaque pixel comportant une photodiode et le capteur comportant autant de diodes d’injection que de photodiodes.15. Device according to any one of claims 10 to 14, each pixel comprising a photodiode and the sensor comprising as many injection diodes as there are photodiodes.
FR1754103A 2017-05-10 2017-05-10 METHOD FOR CORRECTING NON-UNIFORMITES IN IMAGE SENSORS Active FR3066344B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1754103A FR3066344B1 (en) 2017-05-10 2017-05-10 METHOD FOR CORRECTING NON-UNIFORMITES IN IMAGE SENSORS

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1754103A FR3066344B1 (en) 2017-05-10 2017-05-10 METHOD FOR CORRECTING NON-UNIFORMITES IN IMAGE SENSORS
FR1754103 2017-05-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3066344A1 true FR3066344A1 (en) 2018-11-16
FR3066344B1 FR3066344B1 (en) 2020-07-03

Family

ID=60080873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1754103A Active FR3066344B1 (en) 2017-05-10 2017-05-10 METHOD FOR CORRECTING NON-UNIFORMITES IN IMAGE SENSORS

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR3066344B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050184218A1 (en) * 2004-02-23 2005-08-25 Schauerte Frank J. Self testing CMOS imager chip
WO2008146236A1 (en) * 2007-05-25 2008-12-04 Uti Limited Partnership Circuit providing low-noise readout
WO2015189359A1 (en) * 2014-06-12 2015-12-17 New Imaging Technologies Structure of a readout circuit with charge injection

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050184218A1 (en) * 2004-02-23 2005-08-25 Schauerte Frank J. Self testing CMOS imager chip
WO2008146236A1 (en) * 2007-05-25 2008-12-04 Uti Limited Partnership Circuit providing low-noise readout
WO2015189359A1 (en) * 2014-06-12 2015-12-17 New Imaging Technologies Structure of a readout circuit with charge injection

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PRIGOZHIN G ET AL: "CCD Charge Injection Structure at Very Small Signal Levels", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, IEEE SERVICE CENTER, PISACATAWAY, NJ, US, vol. 55, no. 8, 31 August 2008 (2008-08-31), pages 2111 - 2120, XP011231873, ISSN: 0018-9383, DOI: 10.1109/TED.2008.926732 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR3066344B1 (en) 2020-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2647365C (en) Electromagnetic detection device including a resistive imaging bolometer, system including a matrix of such bolometers, and process for reading an imaging bolometer in such a system
CA2633407C (en) Electromagnetic radiation detection device, in particular infrared
EP2012100B1 (en) Device for detecting infrared radiation using bolometric detectors
CA2647370A1 (en) Infrared radiation detection device including a resistive imaging bolometer, system including a matrix of such bolometers, and process for reading an imaging bolometer in such a system
Lesser Charge coupled device (CCD) image sensors
FR3027731A1 (en) IMAGE SENSOR FRONT PANEL WITH REDUCED DARK CURRENT ON SOI SUBSTRATE
JP7486080B2 (en) Imaging device
FR2928034A1 (en) Matrix sensor for intensified camera in monitoring application, has screen defining windows formed above detection elements to allow incident electrons to bombard elements, and conductive layer providing electrical potential to form lenses
EP2981811B1 (en) Method and system for controlling the quality of a photovoltaic device
FR2956549A1 (en) IMAGE CONVERTER
FR3066344A1 (en) METHOD FOR CORRECTING NON-UNIFORMITIES IN IMAGE SENSORS
FR2945667A1 (en) INTEGRATED IMAGE SENSOR WITH VERY HIGH SENSITIVITY.
WO2014118308A1 (en) Photodiode array having a charge-absorbing doped region
EP2846357A1 (en) Photodetector device with semiconductor regions divided by a potential barrier
EP1876647A2 (en) Back-illuminated image sensor
EP2037241A1 (en) Device for detecting electromagnetic radiation with current limit
WO2017001512A1 (en) Method for controlling the quality of a photovoltaic device, and associated inspection device
WO2016110466A1 (en) Matrix sensor with logarithmic response and extended temperature operating range
Ni et al. Toward a single-chip TECless/NUCless InGaAs SWIR camera with 120-dB intrinsic operation dynamic range
FR3037205A1 (en) OPTICAL SENSOR
FR3071103B1 (en) PHOTOSENSITIVE PIXEL AND IMAGE SENSOR
WO2003050874A2 (en) Method for controlling blooming of a photodiode and corresponding integrated circuit
EP2430660A1 (en) Image sensor for imaging at a very low level of light
Bokalič et al. Spatially Resolved Characterisation Techniques
FR3036850A1 (en) &#34;REAR-SIDE&#34; TYPE IMAGE SENSOR WITH LOW REFLECTIVITY

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20181116

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 8