一种图像传感器件低频传递函数测试装置及其测试方法与流程

本发明属于光电测试技术领域，涉及一种图像传感器件低频传递函数测试装置，尤其是一种适用于评估小尺寸像素单元、超高分辨率的图像传感器件成像质量的低频调制传递函数的测试装置；本发明还涉及上述图像传感器件低频传递函数的测试方法。

背景技术：

调制传递函数表征成的像与原物之比，其值越高代表传感器件或相机系统的综合成像素质越好，当今光电技术领域采用调制传递函数来评价光学系统或传感器件的成像质量。传统的测试方法是利用与传感器件像素单元尺寸空间频率相匹配的极限频率靶标进行检测，通过靶标成像后条纹对比传递函数加系数修正来得到调制传递函数。但随着工艺制程的进步，人们对相机系统的分辨率要求更高，使得相机中图像传感器件的像元尺寸也越来越小，以满足单位面积内更高的像素密度集成，这就导致采用传统的极限频率法测量时需要加长检测使用的平行光管的焦距或制作出与图像传感器件像素单元尺寸空间频率相匹配的频率靶标，因平行光管制作复杂，且体积庞大，不能根据需要来做改变，所以只能通过制作更高频率的靶标来满足测试要求。虽然高频靶标可以制作出来，但其本身的调制度受光学系统的影响极大，因此无法得到正确的结果，所以传统的检测方法已经受到了限制，而且通过系数修正进行近似计算也为结果引入了误差。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种图像传感器件低频传递函数测试装置，通过低频靶标与其他光学器件的设计，将靶标在光学组件中的调制度降至最低，从而完成了适配高分辨率、超小像素类型的图像传感器件的测试。

本发明的目的还在于提供上述图像传感器件低频传递函数的测试方法，通过低频法换算出适配光学组件的低频靶标，从而通过运算转换得到图像传感器件或相机系统在极限频率条件下的调制传递函数值。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种图像传感器件低频传递函数测试装置，包括顺序设置的积分球、光学靶标、平行光管和光学透射镜头，光学透射镜头处设置有控制驱动板，控制驱动板与图像采集处理模块连接；其中光学靶标上设置有若干互相平行的靶标条纹，靶标条纹的宽度为其中f₀为低频靶标的频率。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中积分球与低频靶标之间设置有滤光片。

本发明的另一技术方案是，图像传感器件低频传递函数的测试方法，包括以下步骤：

步骤1，将低频靶标的像透射待测传感器件上，其中低频靶标上的像为若干互相平行的靶标条纹，靶标条纹的宽度为其中f₀为低频靶标的频率；

步骤2，通过图像采集模块和常规极限频率传递函数测试方法计算出第一调制传递函数值MTF_SEN；

步骤3，通过转换算法得到第二调制传递函数值MTF_{SEN_L}，其中P_max为低频靶标接近奈奎斯特空间频率的最高奇次谐波数；MTF_ilens为待测传感器在该特定奇次谐波上的调制传递函数值。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中步骤1中低频靶标的频率其中p为像元尺寸；P_max为接近奈奎斯特空间频率的最高奇次谐波数；F2为光学透射镜头的焦距；F1为平行光管焦距。

其中步骤1中低频靶标光栅对焦成像在待测传感器件的光敏面上。

其中步骤1中待测传感器件成像的明条纹的输出为待测传感器件最大相应输出值的50％。

其中步骤1待测传感器件成像的暗条纹的输出为待测传感器件最大相应输出值的15％。

本发明的有益效果是：在采用原有极限频率法测试装置的基础上，通过配置光强条件合理的积分球光源，将低频靶标上的条纹影像通过平行光管整流、光学透射镜头的对焦，然后通过控制驱动板将低频靶标的像透射在曝光时间合理的待测传感器件上，待测传感器件设置在控制驱动板上，使用该装置能够最大程度与通用标准化极限频率法相匹配，保证了现有昂贵的光学组件资源的充分利用，实现了对高分辨率、超小像素类型的图像传感器件的测试，并且减少了测试人员操作培训的时间，提高了测试升级效率。

本发明的有益效果还在于：在通用标准化的极限频率测试法中增加了对低频靶标的改进设定，并且在使用常规极限频率传递函数测试法测算之后，在使用本发明改进的转换算法，得到最终的调制传递函数值；将光学系统对物、像调制度的影响降至最低，又能准确评估主流及超高分辨率的图像传感器件的成像质量，该方法最大程度与通用标准极限频率法相匹配，减少测设成本，提高测试效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中低频靶标的结构示意图。

其中：1为积分球；2为滤光片；3为低频靶标；4为平行光管；5为光学透射镜头；6为待测传感器件；7为控制驱动板；8为图像采集处理模块；9为第一支架；10为第二支架；11为第三支架；12为靶标条纹。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提供了一种图像传感器件低频传递函数测试装置，包括顺序设置的积分球1、滤光片2、低频靶标3、平行光管4和光学透射镜头5；其中低频靶标2上设置有若干互相平行的靶标条纹12，且靶标条纹12间隔设置，形成明条纹和暗条纹间隔的形状；其中积分球1提供合适的光强条件，并且通过滤光片2过滤出特定频谱的光源条件，然后将低频靶标3上的影像通过平行光管的整流4、光学透射镜头5的对焦，以及控制驱动板7将低频靶标的像透射在待测传感器件6上；并且将该待测传感器件6上的影像发送给图像采集处理模块8。

本发明中积分球1下设置有第一支架9，平行光管4下设置有第二支架10，光学透射镜头5下设置有第三支架11；其中第一支架9、第二支架10和第三之间11将积分球1、平行光管4和光学透射镜头5支撑在同一水平面的同一条直线上。

本发明还提供了一种图像传感器件低频传递函数的测试方法，包括以下步骤：

步骤1，将低频靶标光栅对焦成像在待测传感器件的光敏面上，待测传感器件成像的明条纹的输出为待测传感器件最大相应输出值的50％，并且待测传感器件成像的暗条纹的输出为待测传感器件最大相应输出值的15％；其中低频靶标上的像为若干互相平行的靶标条纹，靶标条纹的宽度为其中f₀为低频靶标的频率；其中其中p为像元尺寸；P_max为接近奈奎斯特空间频率的最高奇次谐波数(采用7次谐波时，P_max＝15)；F2为光学透射镜头的焦距；F1为平行光管焦距。

步骤2，通过图像采集模块和常规极限频率传递函数测试方法计算出第一调制传递函数值MTF_SEN。

步骤3，通过转换算法得到第二调制传递函数值MTF_{SEN_L}，其中P_max为低频靶标接近奈奎斯特空间频率的最高奇次谐波数；MTF_ilens为待测传感器在该特定奇次谐波上的调制传递函数值。

本发明的具体实施例是

使用本发明的图像传感器件低频传递函数测试装置及其测试方法对像素单元尺寸为5.6μm的CMOS图像传感器传递函数指标测试。

首先结合光学组件的参数，按照公式计算低频靶标尺寸，其中光学组件的F2＝180mm、F1＝1300mm、p＝5.6um(像元尺寸)、Pmax＝15(在奈奎施特空间范围内包含大于7个的奇次谐波)，得到f₀＝89.29；带入公式计算得到靶标的尺寸(条纹宽度)为606.8um。其制作出的靶标图形如图2所示，即靶标条纹12的宽度为606.8μm。

根据测试要求，选定特定频谱的光学滤光片2插入图1所示位置，按以下条件设定：将制作好的低频靶标3对焦成像在待测传感器件6光敏面位置进行对焦，并通过图像采集处理模块8和控制驱动板7使待测传感器件6正常工作，并确保待测传感器件6曝光时间设置为成像明条纹处的输出为该器件最大响应输出值50％；而待测传感器件6的曝光时间按以下条件设定：控制驱动板7保证待测传感器件6设定的曝光时间足够短，已确保暗电流输出信号在总光电信号中占据比例足够小，界定条件为：当在该曝光条件，传感器件暗场输出值为该器件最大响应输出值的不超过15％。结合上述两条设置要求，完成传感器件电学参数的配置，并保证显示在计算机中的影像对焦成像清晰。

按照通用的极限频率传递函数测试法获得此时的MTF_SEN值0.98，采用公式：其中：P_max＝15；MTFi_lens＝0.22；完成最终的测算转换，获得传感器件的传递函数值MTF_{SEN_L}＝0.30。

本测试方法与通用极限频率法进行了实际测试对比验证，测试结果表明，基于此发明方案设计的测试系统，其测试结果仅有0.01的误差，完全可以代替通用极限频率测试法开展高分辨率、超小像素类型的主流图像传感器或相机系统的测试工作。