專利名稱：檢測(cè)紅外輻射的器件和系統(tǒng)、讀取成像測(cè)輻射熱計(jì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外線成像和使用測(cè)輻射熱計(jì)的測(cè)高溫學(xué)領(lǐng)域。
更具體地，本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)紅外輻射的、包括電阻成像測(cè) 輻射熱計(jì)的器件。本發(fā)明還涉及一種包括此類器件的陣列的系統(tǒng)以及 用于讀取集成到此類系統(tǒng)中的成像測(cè)輻射熱計(jì)的方法。
背景技術(shù)：
在紅外檢測(cè)器領(lǐng)域，已知使用以陣列形式配置并且能夠在環(huán)境溫度工 作(即不需要冷卻至極低溫度)的器件，這種器件與稱作"量子檢測(cè)器，， 的檢測(cè)器件形成對(duì)比，所述檢測(cè)器件只能工作在極低溫度， 一般在液氮的 溫度。
這些未冷卻的檢測(cè)器傳統(tǒng)上利用合適材料的物理單位才艮據(jù)300 K附 近溫度的變化。在測(cè)輻射熱檢測(cè)器的情況下，所述物理單位是電阻率。
此類未冷卻的檢測(cè)器通常包括
一吸收紅外輻射并將其轉(zhuǎn)化成熱量的裝置；
一使所述檢測(cè)器熱絕緣的裝置，使得檢測(cè)器的溫度可由于紅外輻射效 應(yīng)而升高；
-測(cè)溫裝置，在測(cè)輻射熱檢測(cè)器的情況下，^"吏用電阻元件；以及 -讀取由測(cè)溫裝置提供的電信號(hào)的裝置。
被設(shè)計(jì)用于紅外成像的檢測(cè)器常規(guī)地制造成基本檢測(cè)器或測(cè)輻射熱 計(jì)的一維或二維陣列，所述測(cè)輻射熱計(jì)通過(guò)支撐臂懸于一般由硅構(gòu)成 的襯底之上。
襯底通常集成有對(duì)所^J4M^r測(cè)器進(jìn)行順序?qū)ぶ返难b置、電激勵(lì)基本 檢測(cè)器的裝置以及預(yù)處理由這些基本險(xiǎn)測(cè)器生成的電信號(hào)的裝置。該襯底 和所集成的裝置常被稱作"讀出電路"。
為了用所述檢測(cè)器獲取景物，通過(guò)合適的光學(xué)器件使景物投射到基本檢測(cè)器陣列上，通過(guò)讀出電路向每個(gè)基本險(xiǎn)測(cè)器或每行此類檢測(cè)器施加時(shí)
鐘控制的電激勵(lì)，以便獲得構(gòu)成每個(gè)所述基4M^測(cè)器達(dá)到的溫度的圖像的 電信號(hào)。然后，所述信號(hào)由讀出電路、適當(dāng)時(shí)然后由封裝之外的電子器件 或多或少地進(jìn)行處理，以便生成所觀察景物的熱圖像。
然而，顯然的是，與基本測(cè)輻射熱計(jì)的熱容^,相關(guān)聯(lián)的支撐臂的熱 阻&限定基本測(cè)輻射熱計(jì)的熱時(shí)間常數(shù)^ ，所述熱時(shí)間常數(shù)^,等于 A^乘積并通常是約10 ms量級(jí)。
所述熱時(shí)間常數(shù)是每個(gè)測(cè)輻射熱計(jì)中固有的，并具有有害效應(yīng)， 即限制未冷卻測(cè)輻射熱檢測(cè)器對(duì)于例如涉及機(jī)載視覺(jué)系統(tǒng)或跟蹤移 動(dòng)目標(biāo)的應(yīng)用的市場(chǎng)推廣。
測(cè)輻射熱計(jì)的時(shí)間常數(shù)^較高，這限制了其響應(yīng)時(shí)間。因此如果景 物易于發(fā)生迅速的對(duì)比度變化，例如具有比景物背景溫度更高(或更低) 溫度的對(duì)象(稱作"熱"或"冷"對(duì)象)的侵入，測(cè)輻射熱計(jì)m^跟上 此類變化。結(jié)果，測(cè)輻射熱計(jì)呈現(xiàn)從一個(gè)讀取幀到下一個(gè)讀取幀的熱 記憶效應(yīng)。因此，景物中的熱(或)冷對(duì)象的移動(dòng)導(dǎo)致所形成圖^^中 的模糊或拖尾。
當(dāng)處理局部存在快速溫度波動(dòng)的固定景物時(shí)，此效應(yīng)同樣也是有 害的。測(cè)輻射熱計(jì)很難響應(yīng)比其時(shí)間常數(shù)更快的變化，因此很難如實(shí) 地再現(xiàn)景物。
此外，各個(gè)基本導(dǎo)體的分歉電阻值導(dǎo)致在讀出期間流經(jīng)它們的電 流*。這導(dǎo)致對(duì)于均勻景物的信號(hào)分敉(此*稱作"偏移")以 及對(duì)溫度變化的靈敏度(或增益)分歉。
電阻分散主要是由于各種制造工藝中固有的變化與襯底溫度和 輻射環(huán)境的空間分布。
通常，在試驗(yàn)性地獲得偏移和增益^*#*之后，在聚焦平面外 通過(guò)稱作"兩點(diǎn)，，校正的圖像校正計(jì)算功能來(lái)補(bǔ)償此分散。
可以嘗試減小測(cè)輻射熱計(jì)的時(shí)間常數(shù)^來(lái)克服這些缺陷。
然而，在測(cè)輻射熱計(jì)的熱容c^依賴于為了制造測(cè)輻射熱計(jì)所用的 材料量的情況下，m難減小測(cè)輻射熱計(jì)的熱容Q。減小測(cè)輻射熱計(jì)的 質(zhì)量的直接結(jié)果是增加測(cè)輻射熱計(jì)的電噪聲，因?yàn)橹辽僭谑褂镁哂胁?可忽略的低頻噪聲水平的測(cè)溫材料時(shí)，電噪聲功率與測(cè)輻射熱計(jì)的體 積相關(guān)。此外，如果結(jié)構(gòu)材料的量不足夠，則不再能夠確保敏感結(jié)構(gòu)的幾何穩(wěn)定性，并且材料量不能簡(jiǎn)單地隨意減少。
更甚者，減小熱阻^也不是令人滿意的解決方案。事實(shí)上，這樣做 會(huì)降低測(cè)輻射熱計(jì)對(duì)于襯底的熱絕緣，即靈敏度，因?yàn)闊嶙鑎與測(cè)輻 射熱計(jì)的熱檢測(cè)靈敏度直接相關(guān)，并且它是限定測(cè)輻射熱檢測(cè)器的熱 分辨率的關(guān)鍵因素。
顯然的是，鑒于現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，不可能獲得不受模糊現(xiàn)象影響并且 在熱分辨率方面提供高性能(即高信噪比)的測(cè)輻射熱檢測(cè)器。
一般而言，現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)輻射熱檢測(cè)器被設(shè)計(jì)用于特定應(yīng)用。通
常，通過(guò)由結(jié)構(gòu)裝置(constructional means)增加i^直至達(dá)到在所考慮 的應(yīng)用的環(huán)境中被認(rèn)為是可接受的模糊水平，使此類測(cè)輻射熱計(jì)的時(shí) 間常數(shù)^最大化。
本發(fā)明的目的是消除測(cè)輻射熱計(jì)的時(shí)間常數(shù)和其熱分辨率之間的 不利折衷。
因此，本發(fā)明的目的是借助于簡(jiǎn)單、魯棒的裝置來(lái)提供基本不受模糊 現(xiàn)象影響同時(shí)在熱分辨率方面提供高性能的測(cè)輻射熱檢測(cè)器。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的目的是一種用于檢測(cè)紅外輻射的器件，其包括電阻成 像測(cè)輻射熱計(jì)，所述電阻成像測(cè)輻射熱計(jì)旨在電連接到用于測(cè)量測(cè)輻射熱 計(jì)的電阻的電路。
根據(jù)本發(fā)明，該器件包括通過(guò)將電流注入測(cè)輻射熱計(jì)來(lái)控制成像測(cè)輻 射熱計(jì)的電阻的裝置。
因此，借助于這種控制裝置，可將測(cè)輻射熱計(jì)的電阻在測(cè)輻射熱計(jì)的 每個(gè)讀取周期中至少 一次被設(shè)定到預(yù)定參考值。這樣做的效果是每次讀取 測(cè)輻射熱計(jì)之前消除其熱記憶效應(yīng)，從而消除背景噪聲和任何模糊現(xiàn)象， 以及與景物無(wú)關(guān)地消除雜散電阻變化效應(yīng)。
事實(shí)上，通過(guò)以這種方式將測(cè)輻射熱計(jì)的電阻調(diào)整到參考電阻，所讀 出的測(cè)輻射熱計(jì)電阻在當(dāng)前讀取周期期間不依賴于前一周期結(jié)束之前發(fā)
生的事件，尤其是不依賴于景物和先前襯底的熱變化的ic^。
該電阻也基本與線性或陣列構(gòu)造中的測(cè)輻射熱計(jì)的空間位置無(wú)關(guān)。本發(fā)明還在檢測(cè)器的偏移和增益*方面很大程度地改進(jìn)了檢測(cè)器， 由此允許簡(jiǎn)化其實(shí)施。
在下文中，如下測(cè)輻射熱計(jì)稱為"成像測(cè)輻射熱計(jì)"對(duì)來(lái)自景物的 入射通量敏感并且被設(shè)計(jì)成生長(zhǎng)所觀察景物的熱畫面元素的測(cè)輻射熱計(jì)。
在本發(fā)明的具體實(shí)施例中，用于控制成〗象測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置包括 將預(yù)定參考電流(Iref)注入測(cè)輻射熱計(jì)的裝置。
所述控制裝置有利地包括當(dāng)成像測(cè)輻射熱計(jì)的端子上的電壓基本等 于預(yù)定參考電壓時(shí)將電流注入裝置斷開(kāi)的裝置。在激活電流注入裝置期間
并且當(dāng)所述電流基本上等于所述參考電流Iref時(shí)，所述參考電壓本身有利 地被調(diào)整到小于成像測(cè)輻射熱計(jì)兩端的電壓的值。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述控制裝置能夠?qū)⑺龀上駵y(cè)輻射 熱計(jì)的電阻固定到依賴于襯底溫度的參考電阻，其中所述成像測(cè)輻射熱計(jì) 形成于所述襯底上。
更具體地，所述控制裝置包括具有從被熱化的測(cè)輻射熱計(jì)到襯底的反
饋的放大器；所a大器的輸出形成對(duì)于預(yù)定初始溫度確定的初始參考電
阻修正。
可替選地，所述控制裝置包括傳感器和信息處理單元(28)，所述傳 感器檢測(cè)襯底的溫度，所述信息處理單元(28)能夠根據(jù)溫度測(cè)量來(lái)對(duì)于預(yù) 定初始溫度確定初始參考電阻修正。
這樣，通過(guò)根據(jù)聚焦平面的溫度來(lái)控制熱化，不管聚焦平面的溫度， 所有成像測(cè)輻射熱計(jì)保持的參考電阻的當(dāng)前值保持所需的恒定值，即優(yōu)選 地在成像測(cè)輻射熱計(jì)的電阻自然分布的最小值附近。
還應(yīng)當(dāng)注意，用來(lái)溫度控制參考電阻的電路形式(不管它們是模擬的 或數(shù)字的)不僅允許在工作溫度變化時(shí)保持足夠的熱化定位，還允許在測(cè) 輻射熱計(jì)的實(shí)際電阻在恒定溫度上隨時(shí)間變化時(shí)確保足夠的熱化定位。事 實(shí)上，在檢測(cè)器的使用壽命中，結(jié)合到測(cè)輻射熱膜中的敏感材料具有很慢 但是基本上均勻偏離的傾向。隨時(shí)間過(guò)去，所述偏離限制了初始激勵(lì)i殳置 的相關(guān)性，即使檢測(cè)器工作在穩(wěn)定的恒定溫度上。
本發(fā)明的目的還是一種用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，其包括至少一行器 件的陣列，每個(gè)器件包括
-電阻成像測(cè)輻射熱計(jì)；以及-測(cè)量電路，所述測(cè)量電路能夠電連接到成像測(cè)輻射熱計(jì)，以便讀 取測(cè)輻射熱計(jì)的電阻，
根據(jù)本發(fā)明，這些器件是上述類型中的每個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明，控制成像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置能夠?qū)⑺鲭娮枵{(diào)整到 對(duì)于所述陣列中的所有成^(象測(cè)輻射熱計(jì)共同的預(yù)定電阻值。
有利地，控制成像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置在每次測(cè)輻射熱計(jì)所述讀取 之后被激活。
此夕卜，所述系統(tǒng)還包括用于根據(jù)讀出電路的預(yù)定電動(dòng)態(tài)響應(yīng)來(lái)控制由 該陣列檢測(cè)的景物的熱動(dòng)態(tài)范圍的裝置。所述用于控制所檢測(cè)的景物的動(dòng) 態(tài)范圍的裝置包括能夠一旦在停用用于控制成像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置 之后過(guò)去預(yù)定的曝光時(shí)間就激活讀出電路的裝置。
在這種情況下，曝光時(shí)間被選擇使得關(guān)于所檢測(cè)的景物產(chǎn)生的信號(hào)的 動(dòng)態(tài)范圍等于或小于相應(yīng)的讀出電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例
-所述讀出電路能夠一次一行地讀取所述陣列；
—所述用于控制成像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置能夠一次一行地控制所 述陣列；
-所述系統(tǒng)還包括用于對(duì)測(cè)輻射熱計(jì)讀取和電阻控制進(jìn)行時(shí)鐘控制 的裝置，使得在陣列中讀取一行與在陣列中控制一行的電阻偏離預(yù)定數(shù)量 的行。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)有利方面，所述檢測(cè)系統(tǒng)包括用于控制與測(cè)輻射 熱陣列中的每個(gè)成像測(cè)輻射熱計(jì)相關(guān)聯(lián)的電阻的電路，所述電路能夠控制 所述測(cè)輻射熱計(jì)的電阻。
可替選地，所述系統(tǒng)包括用于控制與所述陣列中的每列相關(guān)聯(lián)的電 路，所述電路能夠控制所述列中每個(gè)測(cè)輻射熱計(jì)的電阻。
本發(fā)明的目的還是一種讀取測(cè)輻射熱計(jì)陣列中的電阻成像測(cè)輻射熱 計(jì)的方法，所述測(cè)輻射熱計(jì)陣列構(gòu)成用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，其中在所 述系統(tǒng)的每個(gè)讀取周期中至少 一次地將所述系統(tǒng)的電阻調(diào)整到對(duì)于陣列 中的所有測(cè)輻射熱計(jì)共同的預(yù)定電阻值。


通過(guò)下面描述，本發(fā)明將會(huì)變得更容易理解，其中該描述僅以示例方 式給出，并與附圖相關(guān)。在附圖中，相同的標(biāo)號(hào)涉及相同或相似的部件，
其中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的測(cè)輻射熱檢測(cè)器的示意圖2是全都是圖1所示的檢測(cè)器的一部分的成像測(cè)輻射熱計(jì)、補(bǔ)償 電路、測(cè)量電路以及熱化電路的布局的示意圖3是示出圖1中的檢測(cè)器的^Mt的流程圖4是示出圖1所示的檢測(cè)器中一行的輸出電平的動(dòng)態(tài)熱范圍隨時(shí)間 變化的圖，其中該檢測(cè)器位于具有高溫度動(dòng)態(tài)特性的景物前面；以及
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的測(cè)輻射熱檢測(cè)器的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖l示意性示出一種測(cè)輻射熱檢測(cè)器，其包括
-包括iL行和2L列的電阻成像測(cè)輻射熱計(jì)102的二維成像陣列12， 其中JL和2Li大于或等于1的整數(shù)。成像陣列12設(shè)置在對(duì)紅外輻射透明 的光學(xué)器件(未示出)的聚焦平面中；
—實(shí)施在成像陣列12表面之下的讀出電路16。讀出電路包括逐行尋 址電路18，并且對(duì)于成像陣列12的每列，包括測(cè)量電路22,其能夠通過(guò) 電裝置連接到該列中的每個(gè)成像測(cè)輻射熱計(jì)；
-補(bǔ)償測(cè)輻射熱計(jì)陣列24,其包括一個(gè)或更多個(gè)位于成#>陣列 12的每列對(duì)面但是離開(kāi)所述成像陣列的補(bǔ)償電路26。對(duì)于成像陣列 12的每列，陣列24例如包括能夠連接到該列中的每個(gè)成像測(cè)輻射熱 計(jì)的補(bǔ)償電路26;以及
-連接到讀出電路16的信息處理單元28;信息處理單元28利用 算法來(lái)處理由讀出電,出的信號(hào)，以便確定投射到陣列12上的景 物的紅外圖像。
此類測(cè)輻射熱檢測(cè)器結(jié)構(gòu)是標(biāo)準(zhǔn)的，因此下面不作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō) 明。對(duì)于其它信息，建議讀者參閱例如下面文獻(xiàn)"Uncooled amorphous silicon enhancement for 25阿pixel pitch achievement" (E. Mottin等人,Infrared Technology and Application XXVIII, SPIE, vol. 4820)。
根據(jù)本發(fā)明，此檢測(cè)器結(jié)構(gòu)由成像測(cè)輻射熱計(jì)陣列12的熱快門電 路30補(bǔ)充，其中熱快門電路30由尋址機(jī)構(gòu)18控制，并且逐行地由陣列 12的熱化電路32 (即控制測(cè)輻射熱計(jì)電阻的電路32)形成，下面將對(duì) 此加以詳細(xì)說(shuō)明。對(duì)于成像陣列12的每列，快門電路30包括能夠連接到 該列中每個(gè)成像測(cè)輻射熱計(jì)的熱化電路32。
圖2示出以下各項(xiàng)的優(yōu)選基本布局
—畫面元件14，包括陣列12的成像測(cè)輻射熱計(jì)102和為了實(shí)現(xiàn)其 而所需的部件46和48;
-讀出電路16的測(cè)量電路22，用來(lái)測(cè)量成像測(cè)輻射熱計(jì)102;
-陣列24的##電路26，用來(lái)補(bǔ)償在讀取成像測(cè)輻射熱計(jì)102時(shí) 流入成像測(cè)輻射熱計(jì)102的共模電流；以及
-熱快門電路30的熱化電路32，用來(lái)熱調(diào)節(jié)成像測(cè)輻射熱計(jì)102。
測(cè)輻射熱計(jì)102經(jīng)受從景物獲得的紅外輻射IR并通過(guò)第一端A 接地。
測(cè)量電路22包括
-運(yùn)算放大器40，其同相端(+ )保持在預(yù)定的恒定電壓Vbus;
-電容器42,其具有預(yù)定電容Q并且連接在放大器40的反相端(- ) 和放大器的輸出之間；
-復(fù)位開(kāi)關(guān)44，其與電容器42并聯(lián)連接并且可通過(guò)由尋址電路18 控制的"復(fù)位"信號(hào)來(lái)控制；
-讀出開(kāi)關(guān)46，其可通過(guò)由尋址電路18控制的"選擇"信號(hào)來(lái)控制 并且連接到讀出列101,所述讀出列101本身連接到運(yùn)算放大器的反相端 (-);以及
-位于畫面部件14中的第一MOS注入晶體管48;該晶體管的柵極 保持在預(yù)定的恒定電壓Vfid;其源極連接到測(cè)輻射熱計(jì)102的第二端B 以及其漏極連接到讀出開(kāi)關(guān)46的另一端。
用來(lái)補(bǔ)償流經(jīng)成像測(cè)輻射熱計(jì)102的共模電流的補(bǔ)償電路26包括電 阻補(bǔ)償測(cè)輻射熱計(jì)50，該電阻補(bǔ)償測(cè)輻射熱計(jì)50與成^象測(cè)輻射熱計(jì)102 采用同種材料構(gòu)成，相對(duì)于襯底具有低的熱阻，以及可選地配備了屏蔽物52來(lái)保護(hù)它免受源于景物的輻射。
補(bǔ)償測(cè)輻射熱計(jì)50的一端連接到預(yù)定電壓VSK,而其另一端連接到 電路26的第二 MOS注入晶體管54的源極。晶體管54的漏極連接到運(yùn) 算放大器40的反相輸入端(-)，而其柵極連接到預(yù)定電壓GSK。
上述部件的布局和工作是常規(guī)的，因此為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)而不作更具體的 說(shuō)明。對(duì)于其它細(xì)節(jié)，建i義讀者參閱例以下文獻(xiàn)"Uncooled amorphous silicon enhancement for 25pm pixel pitch achievement" (E. Mottin等人, Infrared Technology and Application XXVIII, SPIE, vol. 4820)。
根據(jù)本發(fā)明，存在能夠控制成像測(cè)輻射熱計(jì)102的電阻的熱化電路32。
更具體地，熱化電路32包括電流源56，所述電流源56經(jīng)由第一和 第二可控?zé)峄_(kāi)關(guān)58、 60連接到成像測(cè)輻射熱計(jì)102的B端-成像測(cè)輻 射熱計(jì)102的B端遙遠(yuǎn)地位于畫面部件14中。當(dāng)熱化開(kāi)關(guān)58、 60處于 閉合狀態(tài)時(shí)，電流源56將預(yù)定強(qiáng)度的電流Iref注入成像測(cè)輻射熱計(jì)102。
熱化電路32還包括比較器62，其第一端通過(guò)例如熱化開(kāi)關(guān)58、 60 連接到成像測(cè)輻射熱計(jì)102的B端，而其第二端連接到預(yù)定參考電壓Vref。
比較器62還連接到第一熱化開(kāi)關(guān)58，其中比較器62根據(jù)成像測(cè)輻
射熱計(jì)102的B端上的電壓VB與參考電壓Vref的比較結(jié)果來(lái)控制第一熱
化開(kāi)關(guān)58的狀態(tài)。
最后，第二熱化開(kāi)關(guān)60的狀態(tài)通過(guò)尋址電路18的"擦除"信號(hào)來(lái)控制。
現(xiàn)在結(jié)合圖3描述用于熱化和讀取成像陣列12的方法。 在例如在測(cè)輻射熱計(jì)檢測(cè)器10上電之后觸發(fā)的第一步驟70中 -將尋址電路18的讀取指針NM初始化為1;
-以后面將會(huì)更詳細(xì)說(shuō)明的方式來(lái)選擇Vref的一個(gè)值和Iref的一個(gè)值；
-通過(guò)尋址電路18來(lái)使與陣列12中的每個(gè)成像測(cè)輻射熱計(jì)102相關(guān) 的"復(fù)位"、"選擇"以及"擦除"信號(hào)調(diào)整到零，零值對(duì)應(yīng)于開(kāi)關(guān)44、 46、 60的斷開(kāi)狀態(tài)。
然后，步驟70繼續(xù)ii^宏步驟72來(lái)讀取陣列12的行Nlect。
讀取步驟72包括步驟76，步驟76涉及通過(guò)尋址電路18將測(cè)量電路22的"復(fù)位，，信號(hào)調(diào)整到正值，以便閉合復(fù)位開(kāi)關(guān)44。因此，行Nkct中 的電容器42幾乎立即放電。
步驟76繼續(xù)進(jìn)入步驟80,其中通過(guò)尋址電路18使"復(fù)位"信號(hào)切 換到零以便斷開(kāi)復(fù)位開(kāi)關(guān)44。同時(shí)地并且還是在步驟80中，通過(guò)尋址電 路18使"選擇"信號(hào)切換到正值以便閉合行Nleet中的讀取開(kāi)關(guān)46。
因此，對(duì)于圖2中所述的行NM的每個(gè)布置，流經(jīng)成像測(cè)輻射熱計(jì) 102的電流和流經(jīng)補(bǔ)償測(cè)輻射熱計(jì)50的電流之差被電容器42積分。
因?yàn)榱鹘?jīng)補(bǔ)償測(cè)輻射熱計(jì)50的電流基本上等于流經(jīng)成像測(cè)輻射熱計(jì) 102的共模電流，所以測(cè)量電路22的輸入端的電流差基本等于成像測(cè)輻 射熱計(jì)102的電阻Rb。i。的變化AR^。，所述變化AR,由來(lái)自景物的、 入射到成像測(cè)輻射熱計(jì)上的輻射產(chǎn)生。
在下一步驟82期間，電路22的輸入端的電流差在電容器42中在時(shí) 間Tint內(nèi)積分。
一旦積分時(shí)間結(jié)束，則在步驟84中，尋址電路18將行Nlect的"選擇" 信號(hào)的值切換到零，以便斷開(kāi)相應(yīng)的讀取開(kāi)關(guān)46。在步驟84結(jié)束時(shí)，所 有"選擇"和"復(fù)位"信號(hào)為零。因此，各個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。
于是，積分器42的輸出端的電壓V。ut是相關(guān)成像測(cè)輻射熱計(jì)102的 電阻變化ARb。,。的圖像。
跟在步驟84之后、用于使行N^t熱化的宏步驟74包括步驟86，其 中通過(guò)尋址電路18將該行的"擦除"信號(hào)切換到正值，以便閉合該行的 熱化開(kāi)關(guān)60。
應(yīng)當(dāng)注意，在這個(gè)時(shí)刻，行NM的讀取開(kāi)關(guān)46處于斷開(kāi)狀態(tài)。
在如圖2所示的行Nther的每個(gè)布置中，由此通過(guò)向成像測(cè)輻射熱計(jì) 102注入電流Iref來(lái)使其偏置，因此其溫度由于焦耳效應(yīng)而升高。
在傳統(tǒng)上用來(lái)生產(chǎn)成像測(cè)輻射熱計(jì)的半導(dǎo)體材料(如非晶硅或氧化 釩)的情況下，該材料的熱系數(shù)為負(fù)并且成像測(cè)輻射熱計(jì)102的電阻Rb()1。 根據(jù)下面所示的阿列紐斯(Arrhenius)方程變化
其中:
13—Ea是用于測(cè)輻射熱計(jì)中的材料傳導(dǎo)性的熱氣變能量；
-K是玻爾茲曼(Boltzmann)常數(shù)；
-T是測(cè)輻射熱計(jì)的絕對(duì)溫度；以及
-L是當(dāng)測(cè)輻射熱計(jì)的溫度很高時(shí)它的漸近電阻值。
這樣，從關(guān)系式(1)推導(dǎo)出的電阻&,。對(duì)于溫度的相對(duì)變化因子通 過(guò)下述關(guān)系式表示
TCR = 1/R (dR/dT)=畫Ea/(K T2)
因此，因子TCR為負(fù)，并且電阻^。,。隨著溫度升高而減小。
在下一步驟88期間，進(jìn)行測(cè)試以便確定成像測(cè)輻射熱計(jì)102的電阻 /^。是否基本等于預(yù)定電阻&,。如果該測(cè)試的結(jié)果為負(fù)，則成像測(cè)輻射熱 計(jì)102的熱化繼續(xù)。否則，測(cè)試步驟88通過(guò)以下IMt而終止，即通it^ 步驟卯中使成像測(cè)輻射熱計(jì)102與相應(yīng)的電流源56斷開(kāi)來(lái)停止成像測(cè)輻 射熱計(jì)102的熱化。
更具體地，通過(guò)比較器62來(lái)執(zhí)行步驟88和卯。
根據(jù)歐姆定律，成像測(cè)輻射熱計(jì)102兩端的電壓^。,?？梢杂孟率龇匠?式表示
然后，當(dāng)電壓；基本等于^時(shí)，即當(dāng)iu滿足下述條件時(shí)，比較器 62將第二熱化開(kāi)關(guān)58切換到斷開(kāi)狀態(tài)，由此將電流源56與成〗象測(cè)輻射 熱計(jì)102斷開(kāi)。
(3)
這終止了成像測(cè)輻射熱計(jì)102的熱化。
應(yīng)當(dāng)注意，成l象測(cè)輻射熱計(jì)102在熱化結(jié)束時(shí)所呈現(xiàn)的電阻i^不依 賴于測(cè)輻射熱計(jì)所接收的紅外輻射的量。
事實(shí)上，利用關(guān)系式(l)可以證明，在比較器62將成像測(cè)輻射熱計(jì) 102與電流源56斷開(kāi)的時(shí)刻，成# 測(cè)輻射熱計(jì)102經(jīng)歷的溫度升高^(guò)由下 述方程式近似表示
6> = ^~xln TO
(4)顯然的是，該溫度升高不依賴于所接收的紅外輻射，它只依賴于成像
測(cè)輻射熱計(jì)102的內(nèi)部^以及熱化電路32的M (即電流4,和電壓
4,)。
用于使行N^熱化的步驟最后在步驟92中終止，在步驟92期間，尋 址電路18將該行的"擦除"信號(hào)切換到零，以便斷開(kāi)相應(yīng)的熱化開(kāi)關(guān)60。
然后，讀取和熱化步驟74繼續(xù)至步驟94， 一旦步驟74結(jié)束，步驟 94就被觸發(fā)，其中將讀取指針N,eet的值調(diào)整為Nlect + 1 (mod n )，這里
m0d是^^運(yùn)算符。實(shí)際上， 一旦N,ect-H，則下一步驟將是N,e,l。
然后，步驟94循環(huán)回到步驟72的輸入，以便讀取下一行。
以下述方式在步驟70期間選擇電流4,的值和電壓rre/的值
-使得為了讓成像測(cè)輻射熱計(jì)的電阻L。達(dá)到值&,所需的溫度升高 期間盡可能小。這樣，可保持符合當(dāng)前技術(shù)的"復(fù)位"和"選擇"信號(hào)的 時(shí)鐘控制。
—當(dāng)成像測(cè)輻射熱計(jì)的熱化被觸發(fā)時(shí)，^,的值小于該成像測(cè)輻射熱 計(jì)的B端上的電壓^ 。這樣，相關(guān)的比較器62的切換條件不會(huì)立即滿足。 否則，參考測(cè)輻射熱計(jì)26的熱化將被禁止。
電流/w和電壓PV的值在初期確定，例如，在工廠、在該檢測(cè)器^X 使用之前傳統(tǒng)地進(jìn)行的檢測(cè)器校準(zhǔn)期間。此類初期尤其包括以下步驟
a) 檢測(cè)器被接通并經(jīng)受預(yù)定的參考熱環(huán)境條件(即檢測(cè)器聚焦平面 的已知的穩(wěn)定溫度)和源于景物的均勻的輻射條件，所述輻射M—般通 過(guò)暴露給保持于所預(yù)期的檢測(cè)器在使用時(shí)所檢測(cè)的最大溫度的黑體來(lái)獲 得。
b) 成像測(cè)輻射熱計(jì)102經(jīng)受具有如下值的電流/^和高的比較電壓 C，其中電流々的值接近于在測(cè)輻射熱計(jì)讀取期間用來(lái)偏置成像測(cè)輻射 熱計(jì)的電流，比較電壓^,例如U本等于電壓VDDA的電壓。在此階段， 成像測(cè)輻射熱計(jì)102的電阻不被熱化電路32修改，因此測(cè)量電路22的輸 出端的相應(yīng)電壓r。w對(duì)應(yīng)于成像測(cè)輻射熱計(jì)102在被均勻景物照明時(shí)的典 型的連續(xù)輸出電平分布，即所謂"偏移"分歉。
c) 然后，電壓C逐漸降低。于是，當(dāng)由于電壓^,的逐漸降低而大多 數(shù)電阻成像測(cè)輻射熱計(jì)的電阻被熱化電路32熱修改時(shí)，由于電壓r。^的 低分布值而發(fā)生限幅(cli卯ing)。當(dāng)基本上所有電壓r贈(zèng)已被向上修改并接近于在電壓^,降低之前觀察到的最高電壓Kw時(shí)，電壓~的降低停止。
d)然后，這樣獲得的電流4,和電壓^,被用來(lái)在檢測(cè)器被使用時(shí)熱化 成^^測(cè)輻射熱計(jì)102。
上述調(diào)整電流/,^和電壓的過(guò)程可手動(dòng)或自動(dòng)執(zhí)行。在自動(dòng)執(zhí)行的 情況下，該過(guò)程由信息處理單元28執(zhí)行，其中信息處理單元28輸出數(shù)字 控制電平4,和,然后傳統(tǒng)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換裝置將其轉(zhuǎn)換成模擬電流和電 壓。然后，信息處理單元28例如用軟件執(zhí)行對(duì)應(yīng)于電壓r。^的連續(xù)電平 表的處理，其中電壓r。w是在電壓fV遞減時(shí)的每個(gè)階段形成的。
應(yīng)當(dāng)注意，可使用有限數(shù)量的可能對(duì)(4,， ^,)來(lái)獲得期望電阻&,。 然而，由于在讀取期間相關(guān)的晶體管48的偏置效應(yīng)，優(yōu)選接近于流經(jīng)成 像測(cè)輻射熱計(jì)102的偏置電流的電流々，只要這些晶體管的所得熱化時(shí) 間相容于檢測(cè)器上施加的時(shí)間約束(尤其是積分時(shí)間)。然而，可優(yōu)選更 大電流/,<以便減少導(dǎo)致電阻的熱化時(shí)間。電流優(yōu)選是恒定的并通過(guò) 傳統(tǒng)的模擬電路部件直接施加，因?yàn)檫@簡(jiǎn)化了熱化電路的設(shè)計(jì)。
在上述實(shí)施例中，讀取和熱化宏步驟(分別是72和74)順序地M 一起。因此，陣列被一次一行地尋址、讀取然后熱化。
在另一實(shí)施例中，引入對(duì)相應(yīng)行進(jìn)行尋址的第二指針iv^，以便熱化 與被^讀取的行不同的4亍。
將讀取與熱化隔離的行數(shù)《p被有利地選擇，以便如圖4所示，控制 由成像陣列12檢測(cè)到的景物的動(dòng)態(tài)范圍。
圖4示出陣列12的行N的成像測(cè)輻射熱計(jì)102的總體(population) (或在M行的分布已被累積之后的整個(gè)陣列12)的輸出電平分布的時(shí)間 序列圖。每個(gè)分布對(duì)應(yīng)于熱化和讀出之間不同的等待時(shí)間。圖4示出這樣 一種情況，其中所觀察景物的熱動(dòng)態(tài)特性稍mit^沒(méi)有根據(jù)本發(fā)明的熱 化器件的情況下檢測(cè)器的景物動(dòng)態(tài)范圍，該檢測(cè)器景物動(dòng)態(tài)范圍將被稱作 "參考景物的動(dòng)態(tài)范圍"。
在t-T0時(shí)，行N經(jīng)歷上述熱化。因而，測(cè)輻射熱計(jì)總體的溫度分
a#^、。由于制遽/>差和成<象測(cè)輻射熱計(jì)以;^檢測(cè)器的各個(gè)元件之間的連
接不是嚴(yán)格一致的事實(shí)，該M主要是檢測(cè)器的自然變化性中固有的。
應(yīng)當(dāng)注意，測(cè)輻射熱計(jì)的熱化時(shí)間大大小于其爆光時(shí)間，即在其被熱 化的時(shí)間和其被讀取的時(shí)間之間的期間。作為數(shù)值示例，曝光時(shí)間是若干 毫秒量級(jí)而熱化時(shí)間是若干微秒量級(jí)。一旦熱化完成，行N的成像測(cè)輻射熱計(jì)冷卻下來(lái)。每個(gè)測(cè)輻射熱計(jì)
率?？捎^察到由行N形成的分布信號(hào)在曝光時(shí)間結(jié)束被讀取時(shí)，隨著 時(shí)間逐漸擴(kuò)散，這是由于該行中的測(cè)輻射熱計(jì)的各自溫度分布引起的。因 此，如圖4所示，行N中最冷的測(cè)輻射熱計(jì)和最熱的測(cè)輻射熱計(jì)的溫度 差隨時(shí)間增加，相應(yīng)的極端輸出電平的差值也是隨時(shí)間增加。
在超過(guò)量級(jí)為測(cè)輻射熱計(jì)的熱時(shí)間常數(shù)幾倍的啄光時(shí)間時(shí)，此分布逐 漸穩(wěn)定在熱平衡狀態(tài)，并且不再擴(kuò)散。
測(cè)量電路22自身也具有固定的動(dòng)態(tài)讀取響應(yīng)，其被定義為運(yùn)算放大 器40的輸出可提供的最大和最小電壓之間的差值。此類動(dòng)態(tài)響應(yīng)示出在 兩個(gè)虛線之間。
顯然的是，假定景物具有超過(guò)參考動(dòng)態(tài)范圍的動(dòng)態(tài)范圍，如果在行N 的熱化時(shí)間和行N被讀取的時(shí)間之間存在過(guò)長(zhǎng)的曝光時(shí)間，例如16ms， 則輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍被動(dòng)態(tài)讀取響應(yīng)限幅。成像測(cè)輻射熱計(jì)的對(duì)應(yīng)于冷 卻溫度的相當(dāng)大部分不能由檢測(cè)器的讀出電路以典型方式讀取。
根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)器允許通過(guò)調(diào)整曝光時(shí)間來(lái)容納由檢測(cè)器檢測(cè)的 景物的動(dòng)態(tài)范圍。
有利地，在通iti^擇適當(dāng)?shù)男袛?shù)A^來(lái)使景物產(chǎn)生的電動(dòng)態(tài)輸出范圍 超過(guò)讀出電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)之前，觸發(fā)行N的讀出，這里，A^是使熱化指 針^與讀^L指針iN^隔離的行數(shù)。
事實(shí)上，曝光時(shí)間；=^過(guò)去，這里4是尋址電路18在讀取和熱
尸
row
化行N之間的預(yù)定尋址頻率。因此，該時(shí)間可通過(guò)選擇乂,p來(lái)控制。
優(yōu)選地，將曝光時(shí)間J^選擇成使得景物產(chǎn)生的輸出圖像動(dòng)態(tài)范圍等 于或小于動(dòng)態(tài)讀取響應(yīng)。
如果聚焦平面的溫度相當(dāng)大地偏離確定電流和電壓^,并由此確定電 阻^/的溫度，則對(duì)于在初始定義的動(dòng)態(tài)范圍容限處的景物溫度，存在以 下危險(xiǎn)電阻~在熱平衡狀態(tài)下顯著小于成像測(cè)輻射熱計(jì)102的最小電 阻，或者甚至在熱化階段結(jié)束時(shí)難以在幾個(gè)測(cè)輻射熱計(jì)或甚至所有測(cè)輻射 熱計(jì)上施加電阻&,。
在第一型式中，檢測(cè)器配備有用于調(diào)節(jié)珀耳帖(Peltier)型聚焦平面溫度的元件，和/或加熱聚焦平面以〗更在用來(lái)執(zhí)行電流；和電壓^調(diào)整的 溫度周圍調(diào)節(jié)聚焦平面的溫度的元件。
在第二型式中，檢測(cè)器配^"有測(cè)量聚焦平面溫度的傳感器和在所選恒 定電流^或電流/電壓對(duì)(/re/， 的情況下電壓^,的預(yù)校準(zhǔn)，并且根
據(jù)溫度測(cè)量來(lái)詢問(wèn)檢測(cè)器，以〗更確定所用的電^/電壓對(duì)。
因此，這些型式采用溫度調(diào)節(jié)檢測(cè)器，因此需要昂貴、龐大且非標(biāo)準(zhǔn) 的器件或者費(fèi)時(shí)且昂貴的工廠校準(zhǔn)設(shè)置確定。
圖5示出本發(fā)明的實(shí)施例，其可以1吏得景物的動(dòng)態(tài)范圍對(duì)聚焦平面的 溫度變化不敏感，同時(shí)避免使用熱調(diào)節(jié)部件或執(zhí)行溫度校準(zhǔn)。
在此實(shí)施例中，根據(jù)村底所在的聚焦平面的溫度來(lái)選擇恒定電流4, 并控制電壓^,。
在此實(shí)施例中，熱化模塊32復(fù)制關(guān)于圖2描述的電路，但是它還包 括電路100來(lái)控制比較器62的反相端(-)上的電壓^。對(duì)于測(cè)輻射熱 陣列，如圖5所示，只設(shè)置一個(gè)電路IOO，例如在熱化電路線路的端部， 并且電路100的輸出限定了將電壓f^分配到各列的總線的電位。
控制電路120包括與補(bǔ)償測(cè)輻射熱計(jì)50相同或相似的測(cè)輻射熱計(jì) 104和固定電阻108，其中測(cè)輻射熱計(jì)104具有電阻&^，并在運(yùn)算放大 器106的反相端(—)和輸出端之間及Jt連接到運(yùn)算放大器106，固定電 阻108連接在放大器106的反相端(-)和初始參考電壓、f之間。
測(cè)輻射熱計(jì)104變得對(duì)來(lái)自景物的輻射不敏感，使得其電祖值基本上 依賴于襯底的溫度。
電流；和電壓^,i針對(duì)聚焦平面的溫度和電阻108的值~^,,被確 定，其中聚焦平面的溫度在如上所述的調(diào)整步驟期間被確定，電阻108 的值及—^基本等于在測(cè)輻射熱計(jì)104經(jīng)受在此調(diào)整步驟期間使用的熱條 件時(shí)測(cè)輻射熱計(jì)104的電阻值。(i 戸Ji —)的比值定義了施加到初始
電壓^,_,.。,7上的#"正增益。
控制電路120還包M算放大器110以便反轉(zhuǎn)放大器106的輸出極 性，運(yùn)算放大器110通過(guò)固定電阻112在哀j目端(-)和輸出端之間反饋 連接；并且控制電路包括固定電阻114，其具有與電阻112相同的值并且 連接在放大器106的輸出端和放大器110的反相端(—)之間。放大器 110的輸出端連接到比較器62的同相端(+ )，由此定義了用于熱化成像 測(cè)輻射熱計(jì)102的電壓^_。這樣，比較器62連續(xù)地根據(jù)下面方程式來(lái)引用電壓r,
J/ = X"咖^
凡
因?yàn)闇y(cè)輻射熱計(jì)104的電阻值i 一基本上取決于襯底的溫度，所以供給比較器62的電壓^,的相對(duì)修正等于由襯底溫度變化引起的凡6/對(duì)于電阻i w,的相對(duì)變化，是為了確定初始溫度的電壓而假定的。因此，施加熱化過(guò)程將更新的電阻值iV。。，(適合于聚焦平面的當(dāng)前溫度)施加給所有成^^測(cè)輻射熱計(jì)。
換句話說(shuō)，控制電路100的輸出端上的電壓表現(xiàn)得如同"溫度跟隨器"一樣，其成比例地并自然地再現(xiàn)響應(yīng)襯底溫度變化的測(cè)輻射熱檢測(cè)器104的電阻變化而不必知道所述溫度，并且連續(xù)地將自身保持接近于理想的工作點(diǎn)，該工作點(diǎn)在預(yù)先的調(diào)節(jié)期間被初始選擇。
可替選地，利用按照相同的原理對(duì)電流/^的控制，而不是根據(jù)溫度
來(lái)控制電壓p;",。
在另一實(shí)施例中，在電流4,實(shí)際上保持恒定的情況下，根據(jù)溫度傳感器進(jìn)行的襯底溫度測(cè)量，通過(guò)信息處理單元28來(lái)以數(shù)字方式確定施加到熱化電路的比較器62的電壓設(shè)定點(diǎn)。
這樣，信息處理單元28根據(jù)下述方程式提供更新的參考電壓設(shè)定點(diǎn)
^ e/-ac, = Ke/擅.邵("http://71 - 〃7^ ( 6 )
其中 摘如上所述是初始定義的電壓，r是在所考慮時(shí)刻由傳感器測(cè)得的溫度，以及7v是在對(duì)應(yīng)于電壓rw的初始調(diào)整時(shí)刻由傳感器測(cè)得的溫度。
這樣，成像測(cè)輻射熱計(jì)102以電阻1_=^被熱化并因此根據(jù)襯

底當(dāng)前溫度被熱化。
阿列紐斯(Arrhenius)方程是作為示例給出的。 一般而言，本發(fā)明旨在計(jì)算最適于根據(jù)襯底溫度來(lái)保持最優(yōu)工作條件的電壓^,_ 。例如，可利用其它關(guān)系，其例如通過(guò)下述方式來(lái)定義對(duì)于與初始i殳定對(duì)應(yīng)的景物條件，根據(jù)基于襯底溫度對(duì)成像測(cè)輻射熱計(jì)的經(jīng)驗(yàn)性校準(zhǔn)來(lái)調(diào)整fV。c ?？商孢x地，在電壓C保持恒定的情況下，按照與方程式(6)相同類型的估計(jì)，根據(jù)襯底溫度來(lái)控制電流。
通過(guò)根據(jù)聚焦平面的溫度來(lái)控制熱化，不管聚焦平面的溫度，所有成像測(cè)輻射熱計(jì)保持的參考電阻的當(dāng)前值保持所需的恒定值，即在當(dāng)檢測(cè)器在景物動(dòng)態(tài)范圍的最大溫度上觀察均勻的景物時(shí)成像測(cè)輻射熱計(jì)的電阻自然分布的最小值附近。
換句話說(shuō),按照這些型式的檢測(cè)器具有基本獨(dú)立于成像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的自然^的景物動(dòng)態(tài)特性，而不管聚焦平面的溫度。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的景物動(dòng)態(tài)特性主要在高聚焦平面溫度方面被電阻自然^t所限制。使用根據(jù)本發(fā)明這些型式的檢測(cè)器除了已經(jīng)說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)之外還會(huì)產(chǎn)生顯著的動(dòng)態(tài)響應(yīng)增益。
應(yīng)當(dāng)注意，用來(lái)溫度控制參考電阻的電路形式(不管它們是模擬的還是數(shù)字的)不僅允許在工作溫度變化時(shí)保持足夠的熱化定位，它們還允許在測(cè)輻射熱計(jì)的實(shí)際電阻在恒定溫度上隨時(shí)間變化時(shí)確保足夠的熱化定位。事實(shí)上，在檢測(cè)器的使用壽命期間，結(jié)合到測(cè)輻射熱膜中的敏感材料具有很慢但是基本上均勻偏離的傾向。隨著時(shí)間過(guò)去，該偏離限制了初始激勵(lì)設(shè)置的相關(guān)性，即使檢測(cè)器工作在穩(wěn)定的恒定溫度上。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
-基本上消除了成像陣列12的熱記憶效應(yīng)并因此消除了模糊效應(yīng)。事實(shí)上，在任何讀取操作之前，成像測(cè)輻射熱計(jì)的電阻&,。被調(diào)整到不依賴于景物的參考值&,。這樣，只有在測(cè)輻射熱計(jì)在熱化和讀取之間的曝光期間的電阻變化被檢測(cè)到。
-通過(guò)在時(shí)鐘邏輯電路中使用熱化指針，簡(jiǎn)單且有效地控制可由成像陣列12訪問(wèn)的景物的動(dòng)態(tài)范圍；通過(guò)在信號(hào)被積分之前形成在所有成像測(cè)輻射熱計(jì)上基;M目同的電阻，基本上消除了偏移和增益空間M效應(yīng)；可能去除傳統(tǒng)的M光學(xué)快門-這顯著提高了經(jīng)濟(jì)吸引力、在觀察期間檢測(cè)器的使用連續(xù)性以及系統(tǒng)的使用壽命。
—顯著提高景物動(dòng)態(tài)特性，而不管聚焦平面的溫度(如果能夠變化)。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例。
在可替選實(shí)施例中，電流源56是可控制的。例如，可事先確定在熱化期間可變的電流輪廓，以便進(jìn)一步優(yōu)化該期間。類似地，描述了成像陣列12的逐行熱化?？商孢x地，可對(duì)成像陣列12中的每個(gè)成像測(cè)輻射熱計(jì)提供熱化電路32。如果也對(duì)每個(gè)成像測(cè)輻射熱計(jì)提供測(cè)量電路22，這尤其有利。這實(shí)現(xiàn)了所有成像測(cè)輻射熱計(jì)的同步熱化并且顯著減少了由成〗象陣列的逐行熱化所產(chǎn)生的贗^^。
類似地，描述了與補(bǔ)償結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的成像陣列的熱化。顯然地，本發(fā)明也適用于與所謂的"參考"結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的成〗象陣列，其中"參考"結(jié)構(gòu)如下面文獻(xiàn)中所述"Performance of 320x240 Uncooled Bolometer-typeInfrared Focal Plane Arrays" ( Yutaka Tanake等人,Proc. SPIE， vol5074)。
而且，本發(fā)明可應(yīng)用于使用其它共模電流注入技術(shù)的讀W^式，例如通過(guò)偏置惠斯通電橋型測(cè)輻射熱橋。
本發(fā)明用于利用測(cè)輻射熱檢測(cè)的圖像傳感器領(lǐng)域，而不管檢測(cè)頻帶和用來(lái)制造成像測(cè)輻射熱計(jì)和參考測(cè)輻射熱計(jì)的測(cè)輻射熱材料的類型，如非晶硅(a-Si )、氧化釩(Vox)(—種金屬)。
由于能夠適應(yīng)于利用測(cè)輻射熱檢測(cè)的圖像傳感器的各種工作溫度，本發(fā)明既適用于熱調(diào)節(jié)傳感器，又適于在可變聚焦平面溫度的情況下工作的傳感器(通常稱作"TEC-less")，而不管是否設(shè)置與光學(xué)器件相關(guān)聯(lián)的快門。
權(quán)利要求
1. 一種用于檢測(cè)紅外輻射的器件，包括電阻成像測(cè)輻射熱計(jì)，所述電阻成像測(cè)輻射熱計(jì)能夠電連接到用于測(cè)量測(cè)輻射熱計(jì)電阻的電路，其中所述器件包括通過(guò)將電流注入成像測(cè)輻射熱計(jì)來(lái)控制成像測(cè)輻射熱計(jì)的電阻的裝置。
2. 如權(quán)利要求l所述的用于檢測(cè)紅外輻射的器件，其中用于控制成 像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置包括用于將預(yù)定參考電流(Iref)注入測(cè)輻射熱 計(jì)的裝置。
3. 如權(quán)利要求2所述的用于檢測(cè)紅外輻射的器件，其中用于控制成 像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置包括用于當(dāng)成像測(cè)輻射熱計(jì)的端子上的電壓基 本等于預(yù)定參考電壓時(shí)將電流注入裝置斷開(kāi)的裝置。
4. 如權(quán)利要求3所述的用于檢測(cè)紅外輻射的器件，其中在激活電流 注入裝置期間并且當(dāng)所述電流基本上等于所述參考電流(Iref)時(shí)，所述 參考電壓被調(diào)整到小于成像測(cè)輻射熱計(jì)兩端的電壓的值。
5. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中用于控制成像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的 裝置能夠?qū)⑺龀上駵y(cè)輻射熱計(jì)電阻固定到依賴于襯底溫度的參考電阻， 所述成〗象測(cè)輻射熱計(jì)形成于所述襯底上。
6. 如權(quán)利要求5所述的器件，其中用于控制成像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的 裝置包括具有從被熱化的測(cè)輻射熱計(jì)到所述襯底的反饋的放大器，所i^ 大器的輸出形成對(duì)于預(yù)定初始溫度確定的初始參考電阻修正。
7. 如權(quán)利要求5所述的器件，其中用于控制成像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的 裝置包括傳感器和信息處理單元，所述傳感器檢測(cè)襯底的溫度，所述信息 處理單元能夠根據(jù)溫度測(cè)量來(lái)對(duì)于預(yù)定初始溫度確定初始參考電阻修正。
8. —種用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，包括至少一行器件的陣列，每個(gè) 器件包括-電阻成像測(cè)輻射熱計(jì)；以及-測(cè)量電路，所述測(cè)量電路能夠電連接到所述成像測(cè)輻射熱計(jì)，以便 讀取所述測(cè)輻射熱計(jì)的電阻，其中每個(gè)器件包括用于通過(guò)將電流注入成像測(cè)輻射熱計(jì)來(lái)控制成像 測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置。
9. 如權(quán)利要求8所述的用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，其中用于控制成像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置包括用于將預(yù)定參考電流(Iref)注入測(cè)輻射熱 計(jì)的裝置。
10. 如權(quán)利要求9所述的用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，其中用于控制成 像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置包括用于當(dāng)成像測(cè)輻射熱計(jì)的端子上的電壓基 本等于預(yù)定參考電壓時(shí)將電流注入裝置斷開(kāi)的裝置。
11. 如權(quán)利要求10所述的用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，其中在激活電 流注入裝置期間并且當(dāng)所述電流基本上等于所述參考電流(Iref)時(shí)，所 述參考電壓被調(diào)整到小于成像測(cè)輻射熱計(jì)兩端的電壓的值。
12. 如權(quán)利要求8所述的用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，其中用于控制成像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置能夠?qū)⑺龀上駵y(cè)輻射熱計(jì)的電阻固定到依賴 于襯底溫度的參考電阻，所述成像測(cè)輻射熱計(jì)形成于所述村底上。
13. 如權(quán)利要求12所述的用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，其中用于控制 成像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置包括具有從被熱化的測(cè)輻射熱計(jì)到所述襯底 的反饋的放大器，所l改大器的輸出形成對(duì)于預(yù)定初始溫度確定的初始參 考電阻修正。
14. 如權(quán)利要求12所述的用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，其中用于控制 成像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置包括傳感器和信息處理單元，所述傳感器檢測(cè) 襯底的溫度，所述信息處理單元能夠根據(jù)溫度測(cè)量來(lái)對(duì)于預(yù)定初始溫度確 定初始參考電阻修正。
15. 如權(quán)利要求8所述的用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，其中用于控制成 像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置能夠?qū)⑺鲭娮枵{(diào)整到對(duì)于陣列中的所有成像 測(cè)輻射熱計(jì)共同的預(yù)定電阻值。
16. 如權(quán)利要求8所述的用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，其中用于控制成 像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置在每次所述測(cè)輻射熱計(jì)被讀取之后被激活。
17. 如權(quán)利要求8所述的用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，包括在所述成像 陣列的表面之下的襯底中實(shí)施的讀出電路，其中所述系統(tǒng)還包括用于根據(jù) 讀出電路的預(yù)定動(dòng)態(tài)響應(yīng)來(lái)控制可被所述系統(tǒng)訪問(wèn)的景物的熱動(dòng)態(tài)范圍 的裝置。
18. 如權(quán)利要求17所述的用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，其中用于控制 景物動(dòng)態(tài)范圍的裝置包括能夠一旦在停用用于控制成像測(cè)輻射熱計(jì)電阻 的裝置之后過(guò)去預(yù)定的曝光時(shí)間就激活成像測(cè)輻射熱計(jì)的讀取的裝置。
19. 如權(quán)利要求18所述的用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，其中所述曝光 時(shí)間被選擇使得關(guān)于所檢測(cè)的景物產(chǎn)生的信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍等于或小于相 應(yīng)的讀出電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
20. 如權(quán)利要求17所述的用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng) 一其中所述讀出電路能夠一次一行地讀取所述陣列；-其中所述用于控制成像測(cè)輻射熱計(jì)電阻的裝置能夠一次一行地控 制所述陣列；以及-其中所述系統(tǒng)還包括用于對(duì)所述測(cè)輻射熱計(jì)的讀取和電阻控制進(jìn) 行時(shí)鐘控制的裝置，使得在陣列中讀取一行與在陣列中控制一行的 電阻偏離預(yù)定數(shù)量的行。
21. 如權(quán)利要求8所述的用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包 括用于控制與所述測(cè)輻射熱陣列中的每個(gè)成像測(cè)輻射熱計(jì)相關(guān)聯(lián)的電阻 的電路，所述電路能夠控制所述測(cè)輻射熱計(jì)的電阻。
22. 如權(quán)利要求8所述的用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包 括用于控制與所述陣列中的每列相關(guān)聯(lián)的電阻的電路，所述電路能夠控制 所述列中每個(gè)測(cè)輻射熱計(jì)的電阻。
23. —種用于讀取測(cè)輻射熱計(jì)陣列中的電阻成^^測(cè)輻射熱計(jì)的方法， 所述測(cè)輻射熱計(jì)陣列構(gòu)成用于檢測(cè)紅外輻射的系統(tǒng)，其中通過(guò)將電流注入 測(cè)輻射熱計(jì)中，在測(cè)輻射熱計(jì)的每個(gè)讀取周期中至少一次地將測(cè)輻射熱計(jì) 的電阻調(diào)整到對(duì)于陣列中的所有測(cè)輻射熱計(jì)共同的預(yù)定電P且值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于檢測(cè)紅外輻射的器件和系統(tǒng)、以及讀取成像測(cè)輻射熱計(jì)的方法，其中該用于檢測(cè)紅外輻射的器件包括電阻成像測(cè)輻射熱計(jì)(102)，其旨在電連接到用于測(cè)量測(cè)輻射熱計(jì)的電阻的電路(22)。所述器件包括通過(guò)將電流注入測(cè)輻射熱計(jì)來(lái)控制成像測(cè)輻射熱計(jì)(14)的電阻的裝置(32)。
文檔編號(hào)G01J5/20GK101458124SQ20081018016
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
發(fā)明者伯努瓦·杜邦, 米歇爾·維蘭 申請(qǐng)人:Ulis股份公司