一种图像传感器的检测和标定装置及方法
【专利摘要】本发明公开一种图像传感器的检测和标定装置，包括：一光源，用于提供一光束；该光束经过第一光栅、一透镜和第二光栅后发生干涉；该干涉图像经该图像传感器采集，根据该干涉图像检测并标定该图像传感器，其特征在于，该第一光栅的周期等于该第二光栅的周期乘以该透镜的3倍率。本发明同时公开一种图像传感器的检测和标定方法。
【专利说明】一种图像传感器的检测和标定装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及集成电路装备制造领域，尤其涉及一种图像传感器的检测和标定装置 及方法。
【背景技术】
[0002] 图像传感器能够实现光信号到电信号的转换，从而广泛应用于航空航天和图像传 感领域。图像传感器一般可分为CMOS和CCD两种，这两种图像传感器都有光电响应特性， 即输入光强信号和输出电信号之间存在一定的关系。理想情况下，输入光强与输出电信号 之间为线性关系，实际输入和输出之间并不是一个理想的线性关系，而是存在非线性误差， 非线性误差可以认为是期望输出和实际输出的偏差。同时各个像素光电响应特性线性系数 (灵敏度）也不同。通过对灵敏度和非线性进行检测和标定，可以提高图像传感器测量的精 度。
[0003] 目前对传感器光电特性进行标定存在多种方法，如专利CN200910024039. 6《一种 CCD探测器标定方法和装置》中所描述的标定系统由激光器、衰减器、积分球、图像传感器组 成，通过探测不同照明光强下图像传感器的输出，来对光电响应特性进行标定。该方案中需 要通过积分球来达到均匀照明的效果，开销较大，而且照明均匀程度直接影响测量精度。与 此不同，通过小孔夫琅和费衍射法标定光电响应特性的方法，无需均匀照明，而是通过实际 衍射图像和期望衍射图像之间的差异，来标定图像传感器的光电响应特性。这种方法和其 他衍射标定方法类似，都需要引入像元对准过程，对准的误差会影响测量精度，而且此类 衍射法标定的整个传感器的光点响应特性，无法对各个像素的光电响应特性进行标定。
[0004] 实际上，在使用图像传感器时，更关心的是各个像素的灵敏度和非线性，尤其对于 干涉测量，像素的灵敏度差异带来的误差很小，像素非线性带来的误差较大。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种图像传感器的检测和标定装置 及方法，用于解决图像传感器的光电响应特性的检测问题。通过检测灵敏度和非线性可以 标定出部分与传感器平均灵敏度差别较大的像素。在使用图像传感器时，可以通过直接剔 出或者插值的方法对这些坏像素进行处理，从而减小其对测量结果的影响。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明公开一种图像传感器的检测和标定装置，包括：一 光源，用于提供一光束；所述光束经过第一光栅并发生衍射，经一透镜汇聚到第二光栅后发 生衍射，衍射光发生干涉，所述第一光栅与所述第二光栅相互匹配，所述第一光栅可以移动 以进行移相调制；所述干涉图像经所述图像传感器采集，根据所述干涉图像检测并标定所 述图像传感器。
[0007] 更进一步地，所述光源与所述第一光栅之间包括一衰减片，用以调节照明光强。
[0008] 更进一步地，所述第二光栅与所述图像传感器之间的距离可变，用以调整测量光 斑大小。
[0009] 本发明同时公开一种图像传感器的检测和标定方法，包括：光源发出一光束依次 经过第一光栅并发生衍射，经一透镜汇聚到第二光栅后发生衍射，衍射光发生干涉，其中所 述第一光栅与所述第二光栅相互匹配，所述第一光栅可以移动以进行移相调制，所述图像 传感器采集所述干涉图像，根据所述干涉图像检测并标定所述图像传感器。
[0010] 更进一步地，所述光源与所述第一光栅之间还设置一衰减片，用以调节照明光强。
[0011] 更进一步地，所述第二光栅与所述图像传感器之间的距离可变，用以调整测量光 斑大小。
[0012] 更进一步地，该根据该干涉图像检测并标定该图像传感器具体包括： (a) 、调整测量光斑达到期望大小并调整所述光束的照明光强； (b) 、关闭所述光源，测量暗电流Idark ; (c) 、打开所述光源，对所述第二光栅移相后发生干涉，且所述图像传感器采集所述干 涉图像； (d) 、根据所述干涉图像补偿暗电流，计算所述图像传感器的校正输出I和理想输入 Iideal ： I = Idetect_Idark，Idetect为探测到的传感器输出数字信号； Iideal = Ac〇s(0) + B，A为所述图像传感器测量到的振幅，Θ为移相相位，B为常数 项； (e) 、对所述校正输出I进行余弦拟合： I = A' cos( Θ '）+ B'，A'为拟合得到的振幅，Θ '为拟合得到的移相相位，B'为拟合 得到的常数项； (f) 计算各像素相对灵敏度sensitivity、平均灵敏度sens_mean和非线性 nonlinearity: sensitivity = A/A,； sens_mean = mean(sensitivity)；
【权利要求】
1. 一种图像传感器的检测和标定装置，其特征在于，包括：一光源，用于提供一光束； 所述光束经过第一光栅并发生衍射，经一透镜汇聚到第二光栅后发生衍射，衍射光发生干 涉，所述第一光栅与所述第二光栅相互匹配，所述第一光栅可以移动以进行移相调制；所述 干涉图像经所述图像传感器采集，根据所述干涉图像检测并标定所述图像传感器。
2. 如权利要求1所述的图像传感器的检测和标定装置，其特征在于，所述光源与所述 第一光栅之间包括一衰减片，用以调节照明光强。
3. 如权利要求1所述的图像传感器的检测和标定装置，其特征在于，所述第二光栅与 所述图像传感器之间的距离可变，用以调整测量光斑大小。
4. 一种图像传感器的检测和标定方法，其特征在于，包括：光源发出一光束依次经过 第一光栅并发生衍射，经一透镜汇聚到第二光栅后发生衍射，衍射光发生干涉，其中所述第 一光栅与所述第二光栅相互匹配，所述第一光栅可以移动以进行移相调制，所述图像传感 器采集所述干涉图像，根据所述干涉图像检测并标定所述图像传感器。
5. 如权利要求4所述的图像传感器的检测和标定方法，其特征在于，所述光源与所述 第一光栅之间还设置一衰减片，用以调节照明光强。
6. 如权利要求4所述的图像传感器的检测和标定方法，其特征在于，所述第二光栅与 所述图像传感器之间的距离可变，用以调整测量光斑大小。
7. 如权利要求4所述的图像传感器的检测和标定方法，其特征在于，所述根据所述干 涉图像检测并标定所述图像传感器具体包括： (a) 、调整测量光斑达到期望大小并调整所述光束的照明光强； (b) 、关闭所述光源，测量暗电流Idark ; (c) 、打开所述光源，对所述第二光栅移相后发生干涉，且所述图像传感器采集所述干 涉图像； (d) 、根据所述干涉图像补偿暗电流，计算所述图像传感器的校正输出I和理想输入 Iideal ： I = Idetect-Idark，Idetect为探测到的传感器输出数字信号； Iideal = Ac〇s(0) + B，A为所述图像传感器测量到的振幅，Θ为移相相位，B为常数 项； (e) 、对所述校正输出I进行余弦拟合： I = A' cos( Θ '）+ B'，A'为拟合得到的振幅，Θ '为拟合得到的移相相位，B'为拟合 得到的常数项； (f) 计算各像素相对灵敏度sensitivity、平均灵敏度sens_mean和非线性 nonlinearity: sensitivity = A/A,; sens_mean = mean(sensitivity)； ^ , Rmax为理想输入Iicleal与校正输出I的最大偏差，Imax为校正 输出I的最大值； (g) 、将灵敏度与平均灵敏度相差较大的像素点、非线性较大的像素点、暗电流较大的 像素点标定为坏像素点。
8.如权利要求7所述的图像传感器的检测和标定方法，其特征在于，所述步骤d还包 括：在计算理想输入之前，先标定所述图像传感器与所述光束光轴之间的位置关系。
【文档编号】H04N17/00GK104065956SQ201310092369
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月21日 优先权日:2013年3月21日
【发明者】葛亮, 马明英 申请人:上海微电子装备有限公司