專利名稱：檢測(cè)電磁輻射、尤其是紅外輻射的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)電磁輻射、尤其是紅外輻射的設(shè)備，該檢測(cè)
設(shè)^^吏用輻射熱檢測(cè)器(bolometric detectors )。本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域尤其 涉及紅外成《象。
背景技術(shù)：
在紅外檢測(cè)器領(lǐng)域中，已知可以使用設(shè)計(jì)成陣列形式、能夠在環(huán)境溫 度下工作(即，不需要冷卻到非常低的溫度)的設(shè)備，這些設(shè)備與被稱作 "量子檢測(cè)器"的檢測(cè)設(shè)備形成對(duì)比，后者只能在非常低的溫度下(通常 是在液氮溫度下)工作。
這些非冷卻檢測(cè)器傳統(tǒng)上利用合適材料的、作為在大約300K的溫度 的函數(shù)的物理量的變化。在輻射熱檢測(cè)器的情形下，該物理量為電阻率。
這種非冷卻檢測(cè)器一般涉及
-吸收紅外輻射并將其轉(zhuǎn)化為熱的裝置；
—使檢測(cè)器熱絕緣從而使其溫度由于要檢測(cè)的紅外輻射的影響而升高的 裝置；
-在輻射熱檢測(cè)器的情形中，使用電阻元件的測(cè)溫裝置；
—以及讀取所述測(cè)溫裝置提供的電信號(hào)的裝置。
打算用于紅外成像的檢測(cè)器傳統(tǒng)上被制成單元檢測(cè)器的一維或二維 陣列，所述陣列被"單片"形成或安裝在通常由硅構(gòu)成的基底上，而該基 底合并了順序?qū)ぶ穯卧獧z測(cè)器的裝置以及對(duì)由這些單元檢測(cè)器產(chǎn)生的電 信號(hào)進(jìn)行電激發(fā)(激勵(lì))的裝置和進(jìn)行預(yù)處理的裝置。這些順序?qū)ぶ费b置、 電激發(fā)裝置和預(yù)處理裝置形成在基底上，并構(gòu)成讀取電路。術(shù)語(yǔ)"讀取" 表示基于感測(cè)元件的狀態(tài)形成電信號(hào)。
為了使用該檢測(cè)器來(lái)獲得景象，通過(guò)合適的光學(xué)系統(tǒng)將景象投影到單 元檢測(cè)器陣列上，其中每個(gè)單元檢測(cè)器構(gòu)成圖像點(diǎn)或像素，時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的電
激勵(lì)通過(guò)讀取電路被施加到每個(gè)單元檢測(cè)器或者施加到這種檢測(cè)器的每 一行，以便獲得電信號(hào)，該電信號(hào)是由每個(gè)所述單元檢測(cè)器所達(dá)到的溫度 的圖像。然后，該信號(hào)由讀取電路或多或少地進(jìn)行處理，然后，如果可用， 則由封裝之外的電子設(shè)備進(jìn)行處理，以便產(chǎn)生所觀察景象的熱圖像。
當(dāng)使用輻射熱檢測(cè)器時(shí)所遇到的最主要的困難是，相對(duì)于這些檢測(cè)器 的電阻的平均值而言，表示所觀察景象的局部溫度變化的這些電阻的相對(duì) 變化是非常小的。
測(cè)輻射熱儀和基底之間由構(gòu)造所決定的有限熱阻的存在意味著基底 溫度對(duì)測(cè)輻射熱儀溫度的影響比入射通量所導(dǎo)致的溫度變化^t感得多， 而從要檢測(cè)信號(hào)的角度看，入射通量所導(dǎo)致的溫度變化是唯一要考慮的變 化。因此，在正常的熱穩(wěn)定條件下基底溫度的殘^^伏會(huì)在從測(cè)輻射熱儀 所獲得的信號(hào)中產(chǎn)生不想要的成分，該成分會(huì)對(duì)信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生不利影響， 如果檢測(cè)器沒有這種熱穩(wěn)定系統(tǒng)的話就M如此，而使用沒有這種熱穩(wěn)定 系統(tǒng)的檢測(cè)器以降低成本的情形越來(lái)越多。傳統(tǒng)地，對(duì)基底進(jìn)行熱控制以 便防止或者至少是限制這種效應(yīng)。
另外，使用"補(bǔ)償"結(jié)構(gòu)，以便使焦平面溫度對(duì)檢測(cè)器響應(yīng)的影響最 小。使用這些結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生所謂的補(bǔ)償電流，這些結(jié)構(gòu)通常是稱作"盲測(cè)輻 射熱儀"的測(cè)輻射熱儀，即，對(duì)入射的光通量不敏感而對(duì)基底溫度敏感的 測(cè)輻射熱儀，其中，根據(jù)電路的配置方式，從成像測(cè)輻射熱儀(即，檢測(cè) 測(cè)輻射熱儀)所獲得的電流中減去所述補(bǔ)償電流。
通常，建立這些補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，使得它們相對(duì)于基底具有非常低的熱阻， 具體說(shuō)是可以忽略的熱阻，不像成像測(cè)輻射熱儀一樣。
這樣，消除了大部分所謂的"共模電流"，即不代表源于要檢測(cè)的景 象的信息的電流。
另夕卜，有利的是，由于所述補(bǔ)償結(jié)構(gòu)基本上與讀取電路從而與焦平面 具有同樣的溫度，所以，這實(shí)際上允許顯著地抑制焦平面溫度的任何波動(dòng)。 將這些補(bǔ)償結(jié)構(gòu)"同一地"、重復(fù)地安排在陣列的每個(gè)列中以減小電路的 復(fù)雜性和總尺寸是一種已知的手段。
當(dāng)每次一行i^t圖^it行電子掃描時(shí)，用同一補(bǔ)償結(jié)構(gòu)對(duì)每個(gè)測(cè)輻射 熱儀列順序進(jìn)行補(bǔ)償。然而，補(bǔ)償結(jié)構(gòu)固有地呈現(xiàn)出電阻的空間變化性， 這是由于在其制造過(guò)程中所使用的技術(shù)處理(這些技術(shù)處理通常源自半導(dǎo) 體工業(yè))所造成的。
另夕卜，盲測(cè)輻射熱儀(像成像測(cè)輻射熱儀)以及讀取電路的某些功能 通常受噪聲現(xiàn)象(具體說(shuō)是所謂的"l/f"噪聲)的影響。1/f噪聲通常使 傳感器輸出水平產(chǎn)生低頻漂移(特別是極低頻漂移)，這對(duì)圖像質(zhì)量有不 利的影響。補(bǔ)償信號(hào)的低頻變化從一個(gè)列到下一個(gè)列是不同步的，該低頻 變化使得補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的列排列對(duì)圖像的質(zhì)量有負(fù)面影響。除了采取某些特殊 設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)措施以減小這種變化性之外， 一般地，必須開發(fā)補(bǔ)償算法并將
^:用到成像器的輸出上以便提高圖像質(zhì)量。
因此，為了形成圖傳游本(幀)，對(duì)第一行中的全部測(cè)輻射熱儀同時(shí) 進(jìn)行尋址(施加偏壓)并通過(guò)使用位于列尾的盲補(bǔ)償結(jié)構(gòu)對(duì)其電流進(jìn)行補(bǔ) 償。對(duì)所獲得的"行"信號(hào)進(jìn)行處理并將其傳送到輸出，同時(shí)對(duì)第二行進(jìn) 行尋址，重復(fù)進(jìn)行該過(guò)程直到最后一行以完成該幀，然后對(duì)下一幀重新開 始同樣的處理(參見圖2)。很明顯，補(bǔ)償電流的低頻變化最初對(duì)每個(gè)列 中的全部元件有同樣的影響而對(duì)不同的列有不同的影響，該低頻變化會(huì)產(chǎn) 生輕微的緩慢變化的列差異，這會(huì)對(duì)圖像質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。除了進(jìn)^i更 計(jì)和技術(shù)改進(jìn)以便減小固定的變化性以及低頻噪聲之外，還應(yīng)該開發(fā)和使 用4M嘗算法以便將這些影響減小到最低水平。
近來(lái)，成像部件使用算法處理ilb艮正與焦平面的溫度波動(dòng)相關(guān)的輸出 信號(hào)的殘余漂移。這種方法的目標(biāo)是擺脫熱控制設(shè)備(基于珀?duì)柼?yīng) (Peltier-effect)的"熱電"模塊)，這種設(shè)備相對(duì)于實(shí)際部件自身及其相 關(guān)的使用而言很貴。這些簡(jiǎn)化了的部件通常被稱作"無(wú)TEC (不含熱電 冷卻器)"(TEC代表熱電冷卻器，ThermoElectric Cooler )。這些處理的 功效顯著地依賴于在打算使用的焦平面的溫度變化范圍內(nèi)對(duì)這些補(bǔ)償結(jié) 構(gòu)的變化性做出正確而精確的估計(jì)。
在例如下列應(yīng)用中說(shuō)明了使用盲測(cè)輻射熱儀的電阻型輻射熱檢測(cè)器 的讀取電路
攀 "Uncooled amorphous silicon technology enhancement for 25 fim pixel pitch achievement" , E. MOTTIN et al; Infrared Technology and Applications XXVIII， SPIE Vol. 4820;
* "320 x 240 uncooled microbolometer 2D array for radiometric and process control applications", B. FIEQUE et al, Optical Systems Design Conference, SPIE 5251, S印t 29;
* "Low cost amorphous silicon based 160 x 120 uncooled microbolometer
2D array for high volume applications", C. TROUILLEAU et al， Optical Systems Design Conference SPIE 5251-16。
結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)說(shuō)明的電子結(jié)構(gòu)主要被設(shè)計(jì)為對(duì)活動(dòng)(active)陣列中的 測(cè)輻射熱儀進(jìn)行讀取，但如果調(diào)整了讀取時(shí)序圖的話，也可以用來(lái)對(duì)盲測(cè) 輻射熱儀進(jìn)行讀取。這些情況在圖2中示意地予以說(shuō)明。
下面參考圖l說(shuō)明讀取測(cè)輻射熱儀的活動(dòng)陣列的原理。
像素l (在這里，術(shù)語(yǔ)"像素"的解釋延伸為是指在一個(gè)單元檢測(cè)點(diǎn) 的影響下的全部結(jié)構(gòu))包括活動(dòng)測(cè)輻射熱儀2、 NMOS電荷注入晶體管3 以及將像素1連接到讀取列5的開關(guān)4，像素1在這里用虛線表示。補(bǔ)償 結(jié)構(gòu)6在所討論的技術(shù)領(lǐng)域中使用的術(shù)語(yǔ)中也被稱作基準(zhǔn)限幅器(base clipper )，它包括與電源VSK和PMOS電荷注入晶體管8相連的盲測(cè)輻 射熱儀7。在正常的操作期間，PMOS晶體管處于飽和模式。其電流Ic。呻 由下面的表達(dá)式來(lái)定義
<formula>formula see original document page 8</formula>其中
Ve。叫表示橫跨補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀7終端的電壓；
Rc。叫表示所述補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀的電阻。
作為活動(dòng)臂，流經(jīng)NMOS電荷注入晶體管3的電流由下述關(guān)系表示
其中
Iac表示活動(dòng)臂的電流；
Vae表示橫跨活動(dòng)測(cè)輻射熱儀2終端的電壓；
Rae表示所述活動(dòng)測(cè)輻射熱儀的電阻。
選取MOS電荷注入晶體管的偏壓，使得在沒有任何入射的景象光通
量時(shí)(即，例如，當(dāng)系統(tǒng)光關(guān)閉時(shí))，活動(dòng)臂和盲臂(blind arm)之間的
電流差dhlcomp-Iac基本上為零。
讀取活動(dòng)臂是兩步操作。第一步包括閉合"復(fù)位"開關(guān)9，使運(yùn)算放
大器ll的積分電容10短路。于是有
Vout=VBUS
因此，由虛線5所示的讀取列5的電勢(shì)為VBUS。然后，斷開"復(fù)位" 開關(guān)9并閉合"選擇"開關(guān)4從而將像素1連接到讀取列5上。在有限的 積分時(shí)間Tint內(nèi)由電容Cint10對(duì)電流差dl進(jìn)行積分。在參考情形中，即 在觀察溫度均勻的景象的情形中，積分產(chǎn)生了被稱作"連續(xù)電平"或NC 的輸出電壓電平，這通常顯示了成像陣列的變化性。這是用來(lái)表征讀取活 動(dòng)測(cè)輻射熱儀的標(biāo)準(zhǔn)方法。
<formula>formula see original document page 9</formula>
對(duì)測(cè)輻射熱儀施加偏壓以確保動(dòng)態(tài)輸出信號(hào)響應(yīng)和活動(dòng)補(bǔ)償。 通it)it最后一項(xiàng)考慮函數(shù)dl(t)在Tint上的積分可以獲得更嚴(yán)格的表
達(dá)式，這是因?yàn)殡娏鱅ac和Ie。mp不是常數(shù)。然而，為了清M見，上述表達(dá)式足以說(shuō)明要考慮的參數(shù)了 。
該讀取系統(tǒng)有某些局限，這些局限與在讀取電路上復(fù)制列補(bǔ)償模式
(columnar compensation pattern)的方式相關(guān)。事實(shí)上，每個(gè)列都有補(bǔ) 償測(cè)輻射熱儀和PMOS電荷注入晶體管。這些不同元件從一列到下一列 的不完美復(fù)制會(huì)導(dǎo)致不均勻的補(bǔ)償效率，而這種不完美的復(fù)制是所采用的 制it技術(shù)的 ￡的空間變化性所固有的。該統(tǒng)計(jì)上的變化性4吏得補(bǔ)償電流 從一列到下一列是不均勻的，并引起出現(xiàn)可看到的列差異，而這個(gè)列差異 會(huì)影響有用信號(hào)。
可以使用活動(dòng)測(cè)輻射熱儀的傳統(tǒng)讀取電路，以便讀取盲補(bǔ)償測(cè)輻射熱 儀。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，在幀的末尾(即，在讀取最后一行之后)，進(jìn)行所 述第一個(gè)電容復(fù)位步驟。再一次有
Vout=Vbus
然后將"復(fù)位，，開關(guān)9斷開，但仍然使"選擇"開關(guān)4保持?jǐn)嚅_，以 便其自身測(cè)量盲測(cè)輻射熱儀7的電阻值。因此，流過(guò)補(bǔ)償臂的所有電流由
電容CintlO在時(shí)間Tw上進(jìn)行積分。在這種情形中，系統(tǒng)的輸出電壓Vout
可以表示為
<formula>formula see original document page 9</formula>
因此，傳統(tǒng)的讀取電路可以通過(guò)系統(tǒng)的輸出電壓來(lái)得到盲測(cè)輻射熱儀 的電阻值。
與該具體實(shí)現(xiàn)相關(guān)的這種類型的電路的優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)每個(gè)幀可以直接獲 得盲補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀的電阻值，原則上提供校正算法(消除列圖像干擾) 所需要的數(shù)據(jù)。然而，它的確有某些局限。
首先，系統(tǒng)對(duì)測(cè)輻射熱儀的所有偏置電流進(jìn)行積分。該電流一般比在 標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償模式中讀取活動(dòng)測(cè)輻射熱儀時(shí)通常進(jìn)行積分的電流大20到50 倍。因此，與讀取一行活動(dòng)測(cè)輻射熱似目比，應(yīng)該縮短積分時(shí)間以防止積
分電容Cint在積分時(shí)間遠(yuǎn)沒有結(jié)束前就變飽和了 。從管理激勵(lì)時(shí)序的角度
看，這就使讀取的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜化了。
另外，該周期會(huì)對(duì)補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀(該測(cè)輻射熱儀的熱阻通常很小， 但不是零)產(chǎn)生熱擾動(dòng)，從而對(duì)其電阻產(chǎn)生熱擾動(dòng)。當(dāng)對(duì)活動(dòng)行進(jìn)行讀取 時(shí)，在一段恒定的時(shí)間內(nèi)周期性地(依賴于行頻率)對(duì)補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀施
加偏壓。與補(bǔ)償電流通過(guò)這些測(cè)輻射熱儀流it^目關(guān)的焦耳效應(yīng)^^吏這些測(cè) 輻射熱儀在每個(gè)積分周期(對(duì)于每行)開始時(shí)達(dá)到相同的溫度，或者更準(zhǔn) 確地說(shuō)，使這些測(cè)輻射熱儀在每個(gè)積分周期期間具有精確重復(fù)的熱分布， 直到讀完最后一行。當(dāng)隨后對(duì)盲補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀的行進(jìn)行讀取時(shí)，該周期 受到擾動(dòng)，這是因?yàn)閼?yīng)該應(yīng)用短得多的積分時(shí)間Tint (短20到50倍，如 上所述)。這導(dǎo)致短暫的熱擾動(dòng)，該熱擾動(dòng)引起連續(xù)電平的漂移，因此， 對(duì)于任何景象，都會(huì)在下一幀開始時(shí)引起圖像的擾動(dòng)。
如果在比圖像刷新時(shí)間短的時(shí)間內(nèi)對(duì)幀進(jìn)行掃描，則也會(huì)產(chǎn)生具有同 樣起源的干擾。在相繼的幀讀取之間，即在一幀讀取的末尾和下一幀讀取 的開始之間有一個(gè)等待時(shí)間，這個(gè)時(shí)間可能是相當(dāng)大的。
通過(guò)例如將讀取電路做得更復(fù)雜以便保持補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀的溫度基 本上恒定或者至少在幀的全部行上保持溫度時(shí)序分布的周期性，可以解決 這個(gè)問題。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可以通過(guò)使用專用設(shè)備注入與積分時(shí)間內(nèi)流 過(guò)盲測(cè)輻射熱儀的平均電流類似的"預(yù)熱"或"替代"電流，以便在沒有 積分時(shí)段的間隔內(nèi)保持盲測(cè)輻射熱儀的溫度。該設(shè)備通常包括附加的恒定 電流源，這個(gè)恒定電流由重復(fù)切換系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)充，同時(shí)對(duì)活動(dòng)臂進(jìn)行驅(qū)動(dòng)， 以便消除周期之間的中斷。在兩fr^取之間以及在讀取最后一行(在此情
形中為盲測(cè)輻射熱儀行)和重新開始下一幀的第 一行之間的時(shí)間間隔中啟 動(dòng)該替代電流的切換。因此，補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀的溫度、因而還有電阻基本
上隨時(shí)間是恒定的不再有任何瞬時(shí)熱擾動(dòng)。
如果部件的溫度發(fā)生變化并且沒有溫度穩(wěn)定設(shè)備(通常是這種情況)， 那么就會(huì)產(chǎn)生問題。通常，檢測(cè)器名義上的工作溫度范圍為-40lC到+120
"c。于是調(diào)整預(yù)熱電流源的大小以給出中值工作點(diǎn)，例如30t:。在該溫
度下，調(diào)節(jié)替代電流，使得其代表活動(dòng)臂的平均電流。如果焦平面的溫度 與該工作點(diǎn)有很大的不同，則這個(gè)調(diào)節(jié)就變得不夠了，且再次面臨至少一 些熱變化缺陷，該缺陷會(huì)在一幀與下一幀之間的讀取時(shí)間間隔內(nèi)影響盲測(cè) 輻射熱儀。該問題也通過(guò)下述的發(fā)明解決了。
與該電路/實(shí)現(xiàn)組合相關(guān)的另一個(gè)更有問題的局限涉及圖像列問題
(image columning)的軟件(算法)校正。事實(shí)上，算法校正的相關(guān)點(diǎn) 不是盲測(cè)輻射熱儀的電阻的絕對(duì)值，而是其變化性，即其在一列到另一列 上的分布。如果所述變化嚴(yán)格等于零，則沒有圖像的列問題(columning)， 不管補(bǔ)償電阻的普通值為多少。從這點(diǎn)來(lái)看，根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的用于讀 盲測(cè)輻射熱儀的系統(tǒng)不適合精確地估計(jì)電阻之間的差異。令人感興趣的是 輸出電壓隨盲測(cè)輻射熱儀的電阻變化的靈敏度，該靈敏度由下述關(guān)系給 出
術(shù)wfTint 1Kco邵
漲co附p Cint 及cowy 對(duì)于盲測(cè)輻射熱儀的電阻值和上述積分時(shí)間所受到的限制，這樣定義
的靈敏度的值相對(duì)小?？紤]一個(gè)數(shù)字表示的例子<formula>formula see original document page 11</formula>輸出電壓擺幅-3V
結(jié)構(gòu)的增益(該術(shù)語(yǔ)等同于"靈敏度")相對(duì)小，想要的信號(hào)更加難
以分析(不夠準(zhǔn)確)。3M2的電阻變化實(shí)際上表示2mV的想務(wù)ft號(hào)。對(duì) 本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，假設(shè)采用12位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，該模 擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器覆蓋檢測(cè)器的整個(gè)動(dòng)態(tài)響應(yīng)(通常為3V)，則想要的信號(hào)表 示2.7個(gè)最低有效位(Least Significant Bit, LSB )，即，小于實(shí)際上可用 的兩個(gè)位，這通常完全不夠?qū)τ行惴ㄐＵM(jìn)行供給。
本發(fā)明提出一種方法，用來(lái)準(zhǔn)確地估計(jì)這些補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀的電阻變 化(分布)及其隨時(shí)間的任何漂移。主要吸引人的地方是，為算法開發(fā)器 提供數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)比現(xiàn)有技術(shù)所能提供的數(shù)據(jù)要更加準(zhǔn)確，因此，提供 改進(jìn)的校正圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
用于檢測(cè)電磁輻射、尤其是檢測(cè)紅外輻射的設(shè)備包括對(duì)入射輻射敏感 并被稱作"活動(dòng)"測(cè)輻射熱儀的單元測(cè)輻射熱儀陣列，以M本上對(duì)所述 輻射不敏感并被稱作"盲"測(cè)輻射熱儀的附加行的測(cè)輻射熱儀，所述活動(dòng) 和盲的測(cè)輻射熱儀被形成在基底上，在1^底上形成有讀取電路，用來(lái)順序 地對(duì)所述陣列的每個(gè)行和對(duì)所述盲測(cè)輻射熱儀行進(jìn)行尋址，處于同一個(gè)行 中的每個(gè)測(cè)輻射熱儀被同時(shí)施加偏壓。
根據(jù)本發(fā)明
—讀取電路也包括用于基于也形成在基底上的附加盲測(cè)輻射熱儀來(lái)產(chǎn)生 參考電流(Iref)的源，以及由電流鏡構(gòu)成的將參考電流(Iref)復(fù)制到陣 列的每一列的裝置；
—陣列的每一列包括用來(lái)分流大部分本底電流或者共模電流的4M嘗結(jié)構(gòu)， 補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括附加行的盲測(cè)輻射熱儀，并與電流積分器相關(guān)聯(lián)，電流積分 器用來(lái)對(duì)流過(guò)當(dāng)前正被讀取的行中的活動(dòng)測(cè)輻射熱儀的電流和盲測(cè)輻射 熱儀所輸出的補(bǔ)償電流之間的電流差進(jìn)行積分；
-在形成信號(hào)或者在讀取附加行期間，參考電流(Iref)的副本源于由盲 測(cè)輻射熱儀通過(guò)開關(guān)輸出的電流。
換句話說(shuō)，本發(fā)明涉及到，當(dāng)上述開關(guān)閉合時(shí)，即在讀取所述補(bǔ)償測(cè) 輻射熱儀期間，使用補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來(lái)提供補(bǔ)償，以便可以準(zhǔn)確地確定構(gòu)成所述 補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的盲測(cè)輻射熱儀的電阻的變化以及會(huì)隨時(shí)間影響它們的任何漂 移，從而可以建立合適的補(bǔ)償處理算法。
根據(jù)本發(fā)明，補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括
-具有電阻Re。mp的所謂補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀；
-與所述電阻Rc。呻的端子之一相連的電源線(VSK);
-電荷注入晶體管，電荷注入晶體管首先與電阻的另一端子相連，以便通 過(guò)其柵極上的電壓(GSK)施加補(bǔ)償電流(Ie。mp)流過(guò)電阻Rc。mp，其次 與積分器的負(fù)端子相連。
根據(jù)本發(fā)明，所述用來(lái)產(chǎn)生參考電流(Iref)的源包括
-具有電阻Re。mp_ref的附加盲測(cè)輻射熱儀；
-電荷注入晶體管，該晶體管與所述電阻Re。，-ref的端子之一相連，并保
證所述電阻的偏置；
-與所述電阻Rc。mp-ref的另 一端子相連的電源線；
-與所述晶體管的另一端子相連的電流鏡。
根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)盲測(cè)輻射熱儀由一個(gè)或更多個(gè)單元盲測(cè)輻射熱儀構(gòu) 成，單元盲測(cè)輻射熱儀彼此連接，且相對(duì)于基底總體上具有可忽略不計(jì)的 熱阻。
所用的電流鏡包括
-第一參考晶體管，第一參考晶體管位于接近參考電流的源，其源極與系 統(tǒng)的地相連，其漏極和柵極與參考電流源的電荷注入晶體管的源^U目連；
-列復(fù)制晶體管，其柵極與第一參考晶體管的柵極共同(等電勢(shì))，其源 極接地，其漏極與開關(guān)相連，開關(guān)將用于讀取盲測(cè)輻射熱儀的系統(tǒng)連接到 積分器的輸入端。
構(gòu)成所述電流鏡的晶體管可以是NMOS型晶體管也可以是PMOS型 晶體管。
眾所周知，使用這種電流鏡會(huì)產(chǎn)生寄生噪聲，這是希望盡可能減小的。 為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，本發(fā)明的一個(gè)有利的版a出，將適合于產(chǎn)生歐姆電壓 降的部件，特別是長(zhǎng)電阻器或晶體管，與構(gòu)成所述電流鏡的兩個(gè)晶體管相 關(guān)聯(lián)。
術(shù)語(yǔ)"長(zhǎng)晶體管"對(duì)于那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是眾所周知的，它 是指這樣一種晶體管，其長(zhǎng)度，即其漏極和源極之間的距離，比其寬度大 得多。
另外，電流鏡的復(fù)制準(zhǔn)確度會(huì)因電流鏡中的晶體管所固有的變化效應(yīng)
而打折。為了減小這種效應(yīng)，本發(fā)明的另一個(gè)有利的版4^:出，使用級(jí)聯(lián) 電流鏡，該電流鏡將同類型的兩個(gè)晶體管串^來(lái)，末端晶體管的源極接 地。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)活動(dòng)像素的全部選擇開關(guān)斷開時(shí)，將參考電流Iref連 接到積分器的輸入端的開關(guān)保持閉合。換句話說(shuō)，所述設(shè)備包括邏輯電路， 該電路能夠在沒有選擇任何行進(jìn)行讀取的時(shí)候，即在全部行尋址開關(guān)斷開 時(shí)，使所述開關(guān)一直保持閉合。
本發(fā)明也涉及到 一種使用上述紅外檢測(cè)設(shè)備的成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括 一種算法功能，該算法功能根據(jù)在讀取盲測(cè)輻射熱儀的行時(shí)通過(guò)閉合將參 考電流W連接到積分器的輸入端的開關(guān)而獲得的具體的"行"信號(hào)** 正每個(gè)幀的每行的輸出信號(hào)。


通過(guò)下面參考附圖并且僅由示例方式所給出的說(shuō)明，更容易理解本發(fā) 明的實(shí)現(xiàn)方式及其優(yōu)點(diǎn)。
圖l是用來(lái)讀取活動(dòng)測(cè)輻射熱儀陣列的原理的示意圖，如上所述；
圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的配備有盲測(cè)輻射熱儀的行的測(cè)輻射熱儀陣 列的讀取J搏環(huán)；
圖3a示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于讀取測(cè)輻射熱儀陣列的活動(dòng)行的時(shí)序
圖3b是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于讀取盲測(cè)輻射熱儀行的時(shí)序圖4是類似于圖1的、但示出在電流鏡中使用NMOS型晶體管的本 發(fā)明的一般原理的示意圖5是類似于圖4的示意圖，其中，用PMOS型晶體管替換了電流 鏡的NMOS型晶體管；
圖6是用于所謂的"低噪聲"應(yīng)用中的本發(fā)明的更高級(jí)版本的示意圖， 該版本能夠減小電流鏡所產(chǎn)生的噪聲；
圖7是用于所謂的"低偏移"應(yīng)用中的本發(fā)明的更高級(jí)版本的示意圖， 該版本能夠減小電流鏡所固有的變化。
1具體實(shí)施例方式
在其余說(shuō)明中，在可應(yīng)用時(shí)，使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)識(shí)別相同的或者 具有同樣功能類型的元件。
一般來(lái)說(shuō)，如已經(jīng)說(shuō)明的，在生成了讀取電路的g底上形成輻射熱 檢測(cè)器的陣列。該基底在其活動(dòng)結(jié)構(gòu)的區(qū)域，即在輻射熱檢測(cè)材料所構(gòu)成
的那些區(qū)域的正下方，傳統(tǒng)AkA蓋了金屬反射層。該>11射層采用已知方式 來(lái)設(shè)計(jì)，用來(lái)反射任何沒有被吸收的輻射。
利用"鋪砌的，，懸浮膜來(lái)形成光敏活動(dòng)區(qū)(optically active area )，該 懸浮膜位于讀取電^Ml上，包括輻射熱檢測(cè)材料。這些膜由基本垂直而導(dǎo) 電的結(jié)構(gòu)來(lái)支撐。這些結(jié)構(gòu)由金屬材料制成，也用來(lái)通過(guò)導(dǎo)電但不導(dǎo)熱的 伸長(zhǎng)結(jié)構(gòu)將讀取電路所產(chǎn)生的激發(fā)電勢(shì)導(dǎo)向每個(gè)單元輻射熱檢測(cè)器的膜 的導(dǎo)電部分(也稱作"電極")。
該熱阻也被稱作"熱隔離"，用來(lái)允許測(cè)輻射熱儀的溫度由于要檢測(cè) 的紅外輻射效應(yīng)的緣故而升高。
讀取電路順序應(yīng)用流過(guò)懸浮結(jié)構(gòu)的電流。該電流流過(guò)一種材料，該材 料的電阻率隨著溫度而變化，并被稱為"輻射熱檢測(cè)材料"。在這種應(yīng)用 中最廣泛使用的材料是氧化釩(一般分子式為VOx)和非晶硅(a-Si)。
為該陣列提供補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，該補(bǔ)償結(jié)構(gòu)用來(lái)分流流過(guò)構(gòu)成陣列的每個(gè)輻 射熱檢測(cè)器的大部分共模電流，其原理根據(jù)圖4進(jìn)行說(shuō)明。事實(shí)上，所述 陣列的每列都包括這種補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，因此，該補(bǔ)償結(jié)構(gòu)構(gòu)成了所謂的"盲" 行，這是因?yàn)樵撔惺怯擅y(cè)輻射熱儀構(gòu)成的，所述行由讀取電路進(jìn)行讀取， 方式與讀取活動(dòng)行相同。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，與每列相關(guān)的該補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括由連在一起的一 個(gè)或幾個(gè)單元測(cè)輻射熱儀所形成的電阻為Re。mp的盲補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀12。 所述電阻Rc。呻的一端接地。所述電阻的另一端與電荷注入晶體管14的漏 ^f目連，以便由施加在所述晶體管的柵極上的柵極電壓(GSK)來(lái)為補(bǔ)償 測(cè)輻射熱儀12的電阻Re。，兩端施加電壓Ve。mp,從而確保該電阻的偏置 電壓。電荷注入晶體管14的源極與一個(gè)積分結(jié)構(gòu)相連，該積分結(jié)構(gòu)包括
—作為積分器的運(yùn)算放大器11;
-積分電容IO Cint，該電^L連接在放大器的輸出端和放大器的負(fù)輸入端 之間，在該電容上，對(duì)所逸故大器負(fù)輸入端的輸入有用電流進(jìn)行積分；
-復(fù)位開關(guān)9,該開關(guān)被連接在放大器的輸出端與放大器的負(fù)輸入端之 間，其確保積分電容10所存儲(chǔ)的電荷復(fù)位；
-參考電壓Vbus，與放大器11的正輸入端相連，以設(shè)定結(jié)構(gòu)的工作點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，所述補(bǔ)償結(jié)構(gòu)與位于所述陣列之夕卜的整個(gè)陣列的單個(gè)參 考電5iM目關(guān)聯(lián)。在圖4到圖7中，這個(gè)參考電流13用虛線表示。
它包括盲測(cè)輻射熱儀Rc。mp.ref 16，該盲測(cè)輻射熱儀由電荷注入晶體管 15恒定地拖加偏壓，而電荷注入晶體管15由柵極電壓GSK來(lái)控制。該 柵極電壓等于每個(gè)列的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)中的電荷注入晶體管14的柵極電壓。然
后，通過(guò)使用電流鏡17將參考電流Iref復(fù)制給全部列，其中電流鏡17通
過(guò)開關(guān)18來(lái)切換。
本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)電流鏡是很熟悉的，所以這里不需要詳細(xì)對(duì)其進(jìn)行 說(shuō)明。只是筒單地提醒讀者，這種電流4^1一種特殊的電路，它包括兩個(gè)
晶體管19、 20，這兩個(gè)晶體管可以將參考電流Iref反映為輸出電流，該輸
出電流理想情況下等于參考電流，但實(shí)際上總是與參考電流成比例，不管 與輸出電;w目連的負(fù)載(在本情形中為上述積分器)為多少。
在上述例子中，電流鏡17通過(guò)4吏用兩個(gè)NMOS晶體管19、 20來(lái)產(chǎn) 生。很明顯，要小心地調(diào)整所述晶體管的大小，以便使這些晶體管的閾值 電壓的變化最小，而閾值電壓的變化會(huì)通過(guò)引入復(fù)制誤差來(lái)干擾對(duì)盲電阻 12的變化的測(cè)量。
這里，第一參考晶體管19的源極與系統(tǒng)的接iM目連。其漏極和柵極 與參考電流源的電荷注入晶體管15的源^W目連。
因此，電流鏡包括列復(fù)制晶體管(column-copying transistor) 20。 該晶體管與所述第一參考晶體管19共柵極，并且它的源極也接地。它的 漏極與開關(guān)Lec 20相連，該開關(guān)將盲測(cè)輻射熱儀12的讀取系統(tǒng)連接到上 逸故大器11的負(fù)輸入端。
在圖4的例子中，電流鏡中的晶體管19、 20為NMOS型晶體管。圖 5示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中電流鏡4吏用PMOS晶體管構(gòu)成。
當(dāng)需要讀取補(bǔ)償結(jié)構(gòu)中的盲測(cè)輻射熱儀Rc。，12時(shí)，開始先將復(fù)位開 關(guān)9關(guān)閉(如同在讀取每個(gè)活動(dòng)行時(shí)那樣)，以便使積分電容QwlO中所 存儲(chǔ)的電荷復(fù)位。此后，打開復(fù)位開關(guān)9，并且關(guān)閉開關(guān)18，開關(guān)18將 電流鏡17同時(shí)連接到全部列的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)上。
如果補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀12的電阻沒有變化，則流過(guò)每個(gè)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的電
流是相同的。因此，參考電流Iref等于流過(guò)每列的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的電流。則電 容10中的積分電流為零，對(duì)于每列，有下面的關(guān)系
Vout=Vbus
另一方面，如果盲測(cè)輻射熱儀12的電阻從一列到另一列變化(從技 術(shù)上來(lái)說(shuō)通常是這種情況)，則補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的電流Ie。mp將與電流鏡l7的電 流有輕微的不同。因此，對(duì)于每一列，差分電流被積分
dIcomp=Icomp-Iref
應(yīng)該理解，電流ic。mp從一列到另 一列是有輕微不同的。
因此，在讀取活動(dòng)測(cè)輻射熱儀時(shí)，與盲補(bǔ)償測(cè)輻射熱似目對(duì)應(yīng)的"信
號(hào)"線的連續(xù)輸出電平NC (下文中用NCcomp來(lái)表示)滿足上面談及現(xiàn)有 技術(shù)時(shí)所描述的關(guān)系，即
<formula>formula see original document page 17</formula>
因此，輸出電平NCc,p的分布直接表示了補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀12的電阻 的分布(圍繞靜態(tài)工作點(diǎn)Vbus)，而不是測(cè)輻射熱儀的絕對(duì)電阻，這是因 為共模成分已經(jīng)完全被減去了 。
于是可以使用這一系列很準(zhǔn)確的信號(hào)NCcomp,以便對(duì)所獲得的每個(gè) 幀進(jìn)行算法校正。
根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以更準(zhǔn)確地讀取盲^M嘗測(cè)輻射熱儀的變化性。下 面的公示仍然適用
<formula>formula see original document page 17</formula>
M本發(fā)明的情形中，沒有必要減少積分時(shí)間，這是因?yàn)橐e分的電 流與讀取活動(dòng)測(cè)輻射熱儀時(shí)的電流有相同的量級(jí)。取下面的數(shù)字表示的應(yīng)
用作為例子 參Cint = 6pF * Tint = 60 us Vbolo = 3V
* Rbolo = 1.6 Mil
*輸出電壓擺幅-3V
術(shù)"(=11.718e-6K/Q
在這種情形下，與現(xiàn)有技^M目比，有20倍的準(zhǔn)確度增益(所用積分 時(shí)間之比)。該提高了的準(zhǔn)確度代表了 4.3個(gè)附加的校正位，總共就等價(jià) 于7個(gè)校正位，這個(gè)水平完全滿足可能的算法質(zhì)量校正。
這種算法校正通常包括下面的處理過(guò)程(假設(shè)成像膜有N列和M
行)
-獲取幀的M個(gè)激活的行的N個(gè)電平V。ut[l-N(即，獲取原始圖像)；
-根據(jù)上述方法獲取N個(gè)電平NCc。mp[l - N，等價(jià)于讀取補(bǔ)償行；
-校正每行的N個(gè)輸出電平，通過(guò)下面類型的計(jì)算相繼將所述校正運(yùn)用 到M個(gè)行
Vcorr [1 - N] = Vout [1 - N] - NCcomp [1 -N〗+ WC， 其中^:表示N個(gè)值NCc。mp[l - N]的平均值。
很明顯， 一旦對(duì)V訓(xùn)t和NCe,數(shù)據(jù)流進(jìn)行了模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換，就可以
數(shù)字化應(yīng)用該計(jì)算。
因此，所述結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化輻射熱傳感器的控制電路。事實(shí)上，就用戶 而言，盲行和活動(dòng)行之間沒有區(qū)別。不再有任何需要特別為讀取盲測(cè)輻射 熱儀的行來(lái)修正積分時(shí)間?？刂菩盘?hào)是相同的。
另外，對(duì)盲測(cè)輻射熱儀行的尋址不再干擾熱循環(huán)(thermal cycle), 這是因?yàn)樵撔械臏y(cè)輻射熱，散同樣量的由焦耳效應(yīng)所產(chǎn)生的能量，不管 它們是處于"補(bǔ)償"模式還是處于"讀取"模式。在讀取盲測(cè)輻射熱儀之 后讀取行時(shí)，不再有任何擾動(dòng)。
最后，本發(fā)明可以以徹底而漂亮的方式克服盲測(cè)輻射熱儀的"熱管理" 問題。事實(shí)上，當(dāng)不使用盲測(cè)輻射熱儀12時(shí)，即，當(dāng)它們沒與積分器相 連時(shí)，連接讀取電流鏡17以替代現(xiàn)有技術(shù)電路中所使用的恒定電流源就 足夠了 。根據(jù)本發(fā)明，使用盲參考測(cè)輻射熱儀16 Rc。mp.ref來(lái)產(chǎn)生參考電流 源。因此，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，參考電流自動(dòng)跟蹤讀取電路的溫度，使得它成 為理想的"替代"電流，用來(lái)使補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀的溫度一行接著一行保持
恒定，不管幀和基底的溫度時(shí)序圖(temperature timing diagram)如何。 在電路方面，除了在任何一行選擇開關(guān)4被閉合時(shí)，開關(guān)18閉合，
并且一直保持閉合。這樣，復(fù)制電流Iref就恒定地流過(guò)每個(gè)補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀。
在讀取盲測(cè)輻射熱儀時(shí)，電流鏡以已知的方式引入附加的噪聲。事實(shí)上，因?yàn)殡娏麋R^^吏用多MOS結(jié)構(gòu)，所以，由于所用多MOS結(jié)構(gòu)的幾何 上的變化性和工藝上的變化性，祁*據(jù)圖4產(chǎn)生的電路會(huì)有局限。
為了減小電流鏡的內(nèi)在時(shí)域噪聲(temporal noise)，可以〗吏用比圖4 所示的本發(fā)明的實(shí)施例更高級(jí)的構(gòu)造，如圖6所示。在這種情形下，所提 出的構(gòu)造的目標(biāo)是，通過(guò)使用連接到晶體管19和20中每一個(gè)的各自的漏 極的兩個(gè)電阻R1和R2 (在圖6中用21和22表示)，使電流鏡"簡(jiǎn)并 (degenerate)"(專用術(shù)語(yǔ))。使用電阻21、 22使電流鏡17簡(jiǎn)并，其方 式為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉。電阻21、 22兩端的歐姆電壓降使電流復(fù) 制準(zhǔn)確座一提高。
因此，由NMOS晶體管19、 20形成的電流鏡所引入的噪聲被減小，復(fù)制精度更好。
電阻21、 22可以由長(zhǎng)NMOS晶體管來(lái)替換，以便獲得同樣的目的。
根據(jù)圖7所示的本發(fā)明的另 一個(gè)有利的實(shí)施例，進(jìn)行了努力來(lái)減小所 用晶體管的變化性的影響，該變化性有可能影響電流鏡的空間復(fù)制準(zhǔn)確 度。
為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，使用"級(jí)聯(lián)"電流鏡，其中，圖4所示的基本配置 中的兩個(gè)NMOS晶體管19、 20的漏極分別與兩個(gè)NMOS晶體管23、 24 的源^bt目連，且晶體管23、 24的漏極接地。
很明顯，構(gòu)成電流鏡的晶體管的特性的選擇JH吏電路對(duì)幾何上的變化 不敏感。
所述級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)可以限制閾值電壓Vt的變化對(duì)復(fù)制準(zhǔn)確度的影響。本 實(shí)施例特別有利，因?yàn)樗部梢酝ㄟ^(guò)讀取盲測(cè)輻射熱儀的結(jié)果(NCc。mp 值)來(lái)估計(jì)盲測(cè)輻射熱儀12的PMOS電荷注入晶體管14的變化性，從 而(通過(guò)使用合適的算法)對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化校正。事實(shí)上，使用圖7所示 的系統(tǒng)，電流鏡17中的NMOS晶體管20的閾值電壓Vt的變化與PMOS 電荷注入晶體管14的Vt的變化是同一個(gè)量級(jí),但其對(duì)電流Ic。叫變化的影 響要比PMOS晶體管14的Vt的變化的影響要小得多。
最后，出于相同的理由，該電路可以測(cè)量與1/f噪聲相關(guān)的測(cè)輻射熱
儀和PMOS電荷注入晶體管12的電阻的低頻漂移。因此，就有可能用軟 件不僅來(lái)補(bǔ)償殘余偏移(固定的列效應(yīng))，而且可以補(bǔ)償極低頻噪聲，其 中，極低頻噪聲源于所觀察信號(hào)中的可變殘余列效應(yīng)的發(fā)生，在沒有M 快門的應(yīng)用的情形下，這是有問題的。
本發(fā)明在使用輻射熱進(jìn)行檢測(cè)的圖像傳感器領(lǐng)域中有特殊的應(yīng)用，而 不管光學(xué)檢測(cè)帶和所用的輻射熱傳感器的類型(特別是基于非晶硅 (a-Si)、氧化釩(VOx)和金屬(Ti)，但不限于此)。
除此以外，由于本發(fā)明能夠適應(yīng)各種工作溫度，所以本發(fā)明也可用于 熱控傳感器以及用于焦平面溫度可變的通常被稱作"無(wú)TEC"的傳感器。
此外，由于有高準(zhǔn)確度的校正算法，所以本發(fā)明在各列上具有固有的 好的低頻噪聲性能，這就可以將本發(fā)明所述的檢測(cè)器集成在沒有快門的照 相機(jī)中。
很顯然，本發(fā)明也完全兼容具有這種快門的傳統(tǒng)相機(jī)。這就使這種相 機(jī)的制造和集成成本有實(shí)質(zhì)性的減少，并且也簡(jiǎn)化了用戶的使用。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)電磁輻射、尤其是檢測(cè)紅外輻射的設(shè)備，包括對(duì)入射輻射敏感并被稱作“活動(dòng)”測(cè)輻射熱儀的單元測(cè)輻射熱儀陣列，和基本上對(duì)所述輻射不敏感并被稱作“盲”測(cè)輻射熱儀的附加行的測(cè)輻射熱儀(12)，所述活動(dòng)和盲的測(cè)輻射熱儀被形成在基底上，在基底上形成有讀取電路，用來(lái)順序地對(duì)所述陣列的每個(gè)行和對(duì)所述盲測(cè)輻射熱儀行進(jìn)行尋址，處于同一個(gè)行中的每個(gè)測(cè)輻射熱儀被同時(shí)施加偏壓，其特征在于所述讀取電路也包括用于基于也形成在所述基底上的附加盲測(cè)輻射熱儀(16)來(lái)產(chǎn)生參考電流(Iref)的源，以及由電流鏡(17)構(gòu)成的將所述參考電流(Iref)復(fù)制到所述陣列的每一列的裝置；所述陣列的每一列包括用來(lái)分流大部分本底電流或者共模電流的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，所述補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括所述附加行的盲測(cè)輻射熱儀(12)，并與電流積分器(9、10、11)相關(guān)聯(lián)，所述電流積分器用來(lái)對(duì)流過(guò)當(dāng)前正被讀取的行中的活動(dòng)測(cè)輻射熱儀的電流和盲測(cè)輻射熱儀(12)所輸出的補(bǔ)償電流之間的電流差進(jìn)行積分；在形成信號(hào)或者在讀取所述附加行期間，參考電流(Iref)的副本源于由盲測(cè)輻射熱儀(12)通過(guò)開關(guān)(18)輸出的電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的檢測(cè)電磁輻射、尤其是紅外輻射的設(shè)備， 其特征在于，所述補(bǔ)償結(jié)構(gòu)包括具有電阻Re。mp的補(bǔ)償測(cè)輻射熱儀(l2);與所述電阻Re。mp的端子之一相連的電源線(VSK);電荷注入晶體管(14),所述電荷注入晶體管首先與所述電阻的另一 端子相連，以l更通過(guò)其柵極上的電壓(GSK)施加補(bǔ)償電流(Ie。mp)流過(guò) 所述電阻Re。叫，其次與所述積分器(9、 10、 11)的負(fù)端子相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一個(gè)所述的檢測(cè)電磁輻射、尤其是紅外 輻射的設(shè)備，其特征在于，所述用于產(chǎn)生參考電流(Iref)的源由以下構(gòu) 成:具有電阻Re。mp_ref的附加盲測(cè)輻射熱儀(l6);電荷注入晶體管(15 )，所述電荷注入晶體管與所述電阻Rc。mp-ref的端 子之一相連，并保證所述電阻的偏置；與所述電阻Rc。mp_ref的另 一端子相連的電源線(VSK); 與所述晶體管的另一端子相連的電流鏡(17)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2和3中任一個(gè)所述的檢測(cè)電磁輻射、尤其是紅外 輻射的設(shè)備，其特征在于，每個(gè)盲測(cè)輻射熱儀(12)由一個(gè)或更多個(gè)單元 盲測(cè)輻射熱儀構(gòu)成，所述單元盲測(cè)輻射熱儀彼此連接，^M目對(duì)于基底總體 上具有可忽略不計(jì)的熱阻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一個(gè)所述的檢測(cè)電磁輻射、尤其是紅外 輻射的設(shè)備，其特征在于，所述電流鏡(17)包括第一參考晶體管(19)，所述第一參考晶體管位置接近參考電流的源， 其源極與系統(tǒng)的J4^目連，其漏極和柵極與所述參考電流源的電荷注入晶體 管(15)的源;W目連；列復(fù)制晶體管(20)，其柵極與所述第一參考晶體管(19)的柵極共 同(等電勢(shì))，其源極接地，其漏極與開關(guān)(18)相連，開關(guān)(18)將用 于讀取所述盲測(cè)輻射熱儀的系統(tǒng)連接到所述積分器的輸入。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測(cè)電磁輻射、尤其是紅外輻射的設(shè)備， 其特征在于，構(gòu)成所述電流鏡(17)的晶體管是NMOS型的或PMOS型 的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5和6中任一個(gè)所述的檢測(cè)電磁輻射、尤其是紅外 輻射的設(shè)備，其特征在于，將適合于產(chǎn)生歐姆電壓降的部件與構(gòu)成所述電 流鏡(17)的兩個(gè)晶體管(19、 20)中的每一個(gè)晶體管相關(guān)聯(lián)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測(cè)電磁輻射、尤其是紅外輻射的設(shè)備， 其特征在于，所述保證歐姆電壓降的部件由電阻(21、 22)或長(zhǎng)晶體管構(gòu) 成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5和6中任一個(gè)所述的檢測(cè)電磁輻射、尤其是紅外 輻射的設(shè)備，其特征在于，所用的電流鏡為M型電流鏡，其中電流鏡(17) 的每個(gè)臂(19、 20)包括附加晶體管(23、 24)，附加晶體管(23、 24) 的漏極分別與柵極和晶體管(19、 20)的源^t目連，和與電路的地相連的 源極。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4和5中任一個(gè)所述的檢測(cè)電磁輻射、尤其是紅外 輻射的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)4^P選擇開關(guān)(4)斷開時(shí)，將參考電流Iref 連接到所述積分器的輸入的開關(guān)(18)保持閉合。
11. 一種成像系統(tǒng)，其使用權(quán)利要求5到9中任一個(gè)所述的用于檢測(cè) 紅外輻射的設(shè)備，并包括一種算法功能，所述算法功能根據(jù)在讀取所述盲測(cè)輻射熱儀的行時(shí)通過(guò)閉合將所述參考電流連接到所述積分器的輸入的開關(guān)(18)而獲得的具體"行"信號(hào)來(lái)校正每個(gè)幀的每行的輸出信號(hào)。
全文摘要
檢測(cè)電磁輻射、尤其是紅外輻射的設(shè)備包括入射輻射敏感(活動(dòng))的單元測(cè)輻射熱儀的陣列和基本上輻射不敏感(盲)的附加行的測(cè)輻射熱儀，活動(dòng)和盲測(cè)輻射熱儀形成于基底，基底形成有順序?qū)ぶ逢嚵忻總€(gè)行和盲測(cè)輻射熱儀的行的讀取電路，同時(shí)偏壓同一行測(cè)輻射熱儀。電路包括基于附加盲測(cè)輻射熱儀產(chǎn)生參考電流的源，及電流鏡構(gòu)成的復(fù)制參考電流到陣列每列的裝置。陣列每列包括分流大部分本底電流或共模電流的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，包括附加行的盲測(cè)輻射熱儀，并與電流積分器相關(guān)聯(lián)，積分器對(duì)流過(guò)當(dāng)前正讀取的行的活動(dòng)測(cè)輻射熱儀的電流和盲測(cè)輻射熱儀輸出的補(bǔ)償電流間的電流差積分。形成信號(hào)或讀取附加行期間，參考電流的副本源于盲測(cè)輻射熱儀經(jīng)開關(guān)輸出的電流。
文檔編號(hào)G01J5/24GK101339073SQ20081011105
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2008年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月2日
發(fā)明者伯努瓦·杜邦, 米歇爾·維蘭 申請(qǐng)人:Ulis股份公司