[发明专利]对图像传感器进行时钟控制的方法

说明书

本发明描述了对图像传感器进行时钟控制的方法。具体描述了测量和校准CCD成像系统的增益的方法。电荷注入器可存在于图像传感器阵列的任一侧上，用于向相应的校准VCCD提供测试电荷。可在四输出读出期间将测试电荷转移到上部和下部HCCD，或在双输出或单输出读出期间将测试电荷仅转移到所述下部HCCD。在所述成像系统的每个象限中，可基于测试电荷的量值经由电荷开关将所述测试电荷转移到EMCCD输出端或非EMCCD输出端。所述成像系统中所有EMCCD输出端和非EMCCD输出端的所述增益可在任两个输出端之间检测到差异时通过调整每个输出端处的所述增益来彼此校准。

相关申请的交叉引用

本申请要求由Christopher Parks发明的、提交于2016年1月14日的名称为“Methods for Clocking an Image Sensor”(对图像传感器进行时钟控制的方法)的美国临时申请No.62/278563的优先权，该申请以引用方式并入本文，并且据此要求该申请的共同主题的优先权。

技术领域

本申请整体涉及成像系统，更具体地讲，涉及用于具有多个输出端的电荷耦合器件(CCD)成像系统的输出增益测量和校准方法。

背景技术

电子设备(诸如移动电话、相机、计算机)通常包括成像系统，该成像系统进一步包括用于捕捉图像的数字图像传感器。可将图像传感器制作成具有二维图像像素阵列，这些图像像素包含把入射光子(入射光)转换为电信号的光电二极管。电子设备通常包括显示器，用于显示捕捉的图像数据。

常规行间CCD成像器设置有形成于钉扎层下方的多个光电二极管。在常规成像器中，光电二极管通常为半导体衬底中的n型掺杂区。形成于光电二极管上方的钉扎层通常为p型掺杂层。形成于光电二极管上方的钉扎层通常耦接到地并且充当光电二极管的接地。光电二极管的电势保持恒定，只要在钉扎层上所提供的电压恒定，并且在整个设备上无全局净电流。

入射在成像器上的光导致光生电子聚积在n型光电二极管区域中。通过向形成于竖直CCD(VCCD)上方的转移栅极和光电二极管与VCCD之间的区域施加读出电压(有时称为“第三级电压”)，将这些光生电子中的一些读出到VCCD中。

常规用于将光生电荷从光电二极管读出到VCCD的“第三级电压”通常为大于7V的大电压。

随后将光生电子从每个VCCD读出到水平CCD(HCCD)，再从该HCCD处将这些光生电子转移到相关输出端。在一些常规CCD图像传感器中，将电子倍增器CCD(EMCCD)整合到HCCD路径中，以增大输出端处的信号电平的量值，使得它们处于可读范围内。为了测量由EMCCD提供的增益，常规图像传感器使用受控光源，所述受控光源导致在图像传感器的每个光电二极管处生成已知量的电荷。随后通过EMCCD输出端和非EMCCD输出端二者读出该已知量的电荷，从而可获得EMCCD增益测量值。该方法中所使用的受控光源通常被构建到容纳成像器的系统中。然而，该方法对于视频捕捉操作来说是不可取的，因为该方法要求中断视频流，以便可闪烁光以测量增益。

一些常规CCD成像器使用捕捉的图像中的内容来测量EMCCD增益，但如果捕捉的图像在CCD成像器中仅生成小信号(例如，在弱光条件下)，那么该方法就无法依赖。

一些常规CCD成像器依赖于具有高电平暗电流的缺陷像素来测量EMCCD增益，但该方法需要像素缺陷才可操作，不适用于极少或没有缺陷像素的CCD成像器。

一些常规CCD成像器依赖于EMCCD电压或温度的变化来计算EMCCD增益，但该方法是不可取的，因为改变EMCCD电压或温度会改变捕捉的图像的外观。

一些常规CCD成像器依赖于将电荷直接注入EMCCD的入口中，以便注入已知信号量进行增益校准。然而，使用这种方法获得具有增益的信号与不具有增益的信号的比需要改变EMCCD电压，这是不可取的，因为这会改变捕捉的图像的外观。该方法不可取的另一个原因是，它不提供用于匹配一个以上的EMCCD的输出的手段。