大尺寸图像传感器及其图像校正方法

摘要

本发明提供一种图像传感器及其图像校正方法，将图像传感器芯片的整个像素阵列划分成若干子阵列，在所述图像传感器芯片封装完成出厂前测试得到各个子阵列在不同光强下的拟合值，以写入所述图像传感器芯片的内部存储单元中，在图像传感器芯片在出厂后用于输出图像时，能够自动从所述内部存储单元中调取相应的拟合值对各个子阵列的输出进行校正，以输出校正后的图像，从而改善了所述图像传感器的图像均匀性。

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种大尺寸图像传感器及其图像校正方法。

背景技术

图像传感器或称感光元件，是一种将光学图像转换成电子信号的设备，它被广泛地应用在数码相机和其他电子光学设备中。随着现代工业的发展以及人类需求的增加，图像传感器的像素日益增大，而当像素达到千万甚至几千万量级以后，整个图像传感器就达到了厘米甚至分米级别的巨大尺寸，即大尺寸图像传感器，大尺寸图像传感器和正常尺寸图像传感器的像素在晶圆上的比例差距非常大，如图1所示，图1中示出了5千万像素的大尺寸图像传感器(50Mega sensor)和5百万像素的正常尺寸图像传感器(5Mega sensor)的像素在晶圆上的比例差距情况。

目前的大尺寸图像传感器普遍存在图像均匀性差的问题，主要是由于：

1、大尺寸图像传感器的像素和物理尺寸，相比正常尺寸的图像传感器大大增加，从而导致其图像的均匀性变差；

2、从半导体制造工艺角度而言，由于半导体制程能力的限制，因此在一片晶圆来内部像素存在着片内从中心到边缘的差异，而且在不同片晶圆的片间也会存在不同程度的像素差异。对于正常百万级像素的图像传感器芯片来说，因为芯片尺寸较小，单颗芯片内部的这些像素差异对图像均匀性影响并不是很大，但对于大尺寸图像传感器，其尺寸提高到千万量级像素时，芯片内部像素的差异将大到不能被忽略的程度，进而使得图像均匀性变差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大尺寸图像传感器及其图像校正方法，能够改善大尺寸图像传感器芯片内部的图像均匀性。

为解决上述问题，本发明提出一种图像传感器的图像校正方法，包括以下步骤：

将每颗图像传感器芯片的整个像素阵列划分成若干子阵列；

使用不同光强的均匀光照射所述图像传感器芯片，记录每个光强下各个子阵列的输出强度；

计算每个光强下各个子阵列的输出强度的偏差值，以获得各个子阵列在每个光强下的拟合值；

最后，在所述图像传感器芯片封装完成出厂前，将所述拟合值写入所述图像传感器芯片的内部存储单元中，并设置所述图像传感器芯片在出厂后用于输出图像时，自动从所述内部存储单元中调取相应的拟合值对各个子阵列的输出进行校正，以输出校正后的图像。

进一步的，将每颗图像传感器芯片的整个像素阵列进行(n+1)×(m+1)等分，以划分成若干相同大小的子阵列，其中，n≥1，m≥1。

进一步的，所述图像传感器芯片的光学尺寸为1/2英寸以上。

进一步的，所述均匀光的波长为400nm～1000nm。

进一步的，在计算出每个光强下各个子阵列的输出强度的偏差值后，以所述整个像素阵列的中心为基准，将各个子阵列在每个光强下的偏差值作拟合曲线，并记录各个子阵列在所述拟合曲线中对应点的值，从而获得各个子阵列在每个光强下的拟合值。

进一步的，所述内部存储单元为一次可编程存储器OTP或者快闪存储器flash。

本发明还提供一种大尺寸图像传感器，具有像素阵列和内部存储单元，其中，整个所述像素阵列被设置为由若干子阵列组成，所述内部存储单元中存储有在所述图像传感器芯片封装完成出厂前测得的各个所述子阵列在不同光强下的拟合值；所述图像传感器在输出图像时能自动从所述内部存储单元中调取相应的拟合值来对各个子阵列的输出进行校正，以输出校正后的图像。

进一步的，所述像素阵列被设置为由(n+1)×(m+1)个相同大小的子阵列组成，其中，n≥1，m≥1。

进一步的，所述图像传感器芯片的光学尺寸为1/2英寸以上。

进一步的，所述内部存储单元为一次可编程存储器OTP或者快闪存储器flash。

与现有技术相比，本发明的图像传感器及其图像校正方法，将图像传感器芯片的整个像素阵列划分成若干子阵列，在所述图像传感器芯片封装完成出厂前测试得到各个子阵列在不同光强下的拟合值，以写入所述图像传感器芯片的内部存储单元中，在图像传感器芯片在出厂后用于输出图像时，能够自动从所述内部存储单元中调取相应的拟合值对各个子阵列的输出进行校正，以输出校正后的图像，从而改善了所述图像传感器的图像均匀性。本发明的技术方案尤其适用于1/2英寸的大尺寸图像传感器。

附图说明

图1是现有的50Mega大尺寸图像传感器和5Mega正常尺寸图像传感器的像素在晶圆上的比例差距情况示意图；

图2是本发明具体实施例的图像传感器的图像校正方法的流程图；

图3是本发明具体实施例的像素阵列的划分示意图；

图4是本发明具体实施例的不同光强下各个子阵列的输出强度图；

图5是本发明具体实施例的图像传感器校正前后的不同光强下像素阵列的输出强度曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。

请参考图2，本发明提供一种图像传感器的图像校正方法，包括以下步骤：

S1，将每颗图像传感器芯片的整个像素阵列划分成若干子阵列；

S2，使用不同光强的均匀光照射所述图像传感器芯片，记录每个光强下各个子阵列的输出强度；

S3，计算每个光强下各个子阵列的输出强度的偏差值，以获得各个子阵列在每个光强下的拟合值；

S4，在所述图像传感器芯片封装完成出厂前，将所述拟合值写入所述图像传感器芯片的内部存储单元中，并设置所述图像传感器芯片在出厂后用于输出图像时，自动从所述内部存储单元中调取相应的拟合值对各个子阵列的输出进行校正，以输出校正后的图像。

在步骤S1中，每颗图像传感器芯片的光学尺寸可以为1/2英寸以上。对同一批次的图像传感器芯片可以按照相同的划分方式来实现像素阵列的划分，每颗图像传感器芯片的像素阵列可以划分出相同大小的若干子阵列，也可以按照一定的尺寸梯度来划分出尺寸成梯度排列的若干子阵列。本实施例中，对于每颗图像传感器芯片，按照(n+1)×(m+1)格子划分整个像素阵列，由此形成(n+1)×(m+1)矩阵排列的子阵列，如图3所示。其中，n和m均为大等于1的整数，即n≥1，m≥1，n、m最小可以取1，还可以取其他整数，例如n、m可以分别是2的不同倍数。

在步骤S2中，选取的均匀光的波长范围可以为400nm～1000nm，即可见光或红外光。用来测试的不同光强的均匀光可以覆盖波长范围400nm～1000nm所有光强值，即光强值连续变化；但为了节约测试时间和成本，用来测试的不同光强的均匀光可以从波长范围400nm～1000nm光中某几段波长或者某些波长来进行测试，某几段波长例如400nm～435nm、435nm～455nm、460nm～490nm、492nm～560nm、577nm～610nm、622nm～650nm、700nm～760nm、770nm～850nm、900nm～1000nm，某些波长例如是400nm、435nm、460nm、520nm、555nm、560nm、610nm、650nm、750nm 760nm、780nm、900nm、1000nm等。记录每个光强下各个子阵列的输出强度La00～Lanm,……Lx00～Lxnm如图4所示。

在步骤S3中，在得到所有不同光强照射下的各个子阵列的输出强度以后，计算出每个光强下各个子阵列的输出强度的偏差值，并以整个像素阵列中心为基准，将各个子阵列对应不同光强的偏差值作拟合曲线，并记录各个子阵列在所述拟合曲线中对应点的值，从而获得各个子阵列在每个光强下的拟合值。

预先在所述图像传感器芯片中引入片内OTP(one time program，一次可编程存储器)或flash(快闪存储器)存储技术，步骤S1至S3均在图像传感器芯片封装完成出厂前完成，由此在步骤S4中，将步骤S3得到的各个子阵列的拟合值写入内部存储单元(OTP/flash)中，并设置所述图像传感器芯片在出厂后当用于输出图像时能够自动从所述内部存储单元中调取相应的拟合值，将各个子阵列的拟合值代入到各个子阵列的当前输出中，以对各个子阵列的输出进行校正，由此图像传感器在出厂后能输出校正后的图像。

如图5所示，校正前曲线为波浪线曲线，说明一未经本发明的技术方案改良的图像传感器的各个子阵列的输出强度参差不齐，均匀性较差，即校正前图像传感器的图像均匀性较差，而校正后曲线为一直线，即按照本发明的技术方案改良的图像传感器的各个子阵列的输出强度完全相同，均匀性一致。由此说明本发明的图像传感器的校正方法，能够大大改善图像传感器的图像均匀性，适用于1/2英寸以上的大尺寸图像传感器及其制造和图像校正。

可见，本发明的图像传感器的图像校正方法，通过将图像传感器芯片的整个像素阵列划分成若干子阵列，并在所述图像传感器芯片封装完成出厂前测试得到各个子阵列在不同光强下的拟合值，以写入所述图像传感器芯片的内部存储单元中，使得图像传感器芯片在出厂后用于输出图像时，能够自动从所述内部存储单元中调取相应的拟合值对各个子阵列的输出进行校正，并最终输出校正后的图像，从而改善了所述图像传感器的图像均匀性。

本发明还提供一种图像传感器，具有像素阵列和内部存储单元，其中，整个所述像素阵列被设置为由若干子阵列组成，所述内部存储单元中存储有在所述图像传感器芯片封装完成出厂前测得的各个所述子阵列在不同光强下的拟合值；所述图像传感器在输出图像时能自动从所述内部存储单元中调取相应的拟合值来对各个子阵列的输出进行校正，以输出校正后的图像。

其中，所述图像传感器芯片的光学尺寸可以为1/2英寸以上，所述像素阵列可以被设置为由(n+1)×(m+1)个相同大小的子阵列组成，其中，n≥1，m≥1，所述内部存储单元可以为一次可编程存储器OTP或者快闪存储器flash。

可见，本发明的图像传感器，由于其内部存储单元中已预先存储好各个子阵列在不同光强下的拟合值，这些拟合值是在芯片封装完成出厂前测试得到并写入的，因此，在图像传感器使用过程中，能自动从所述内部存储单元中调取相应的拟合值对各个子阵列的输出进行校正，输出的图像均匀性较高。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。