本申請(qǐng)依據(jù)35U.S.C.§119請(qǐng)求2015年9月24日遞交的申請(qǐng)?zhí)枮?0-2015-0135675的韓國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)以及由此產(chǎn)生的所有權(quán)益，該申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用全部并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及使用微測(cè)輻射熱計(jì)陣列的檢測(cè)電路中的多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測(cè)方法以及使用該方法的微測(cè)輻射熱計(jì)，并且尤其涉及一種多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測(cè)方法以及使用該方法的微測(cè)輻射熱計(jì)，其能夠降低各種固定模式噪聲且容易去除熱電冷卻器和快門。

背景技術(shù)：

紅外線檢測(cè)器被分類為基于光的檢測(cè)器和基于熱的檢測(cè)器?；跓岬臋z測(cè)器通過使用熱傳感器陣列產(chǎn)生目標(biāo)物體的溫度圖像。以這種方式，用于通過收集從對(duì)象輻射的塊體輻射能量來獲得溫度圖像的裝置被稱為遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)。

基于熱的檢測(cè)器包括輻射熱測(cè)量計(jì)、微測(cè)輻射熱計(jì)、熱電和熱電堆。當(dāng)從物體黑體輻射的規(guī)定頻帶中的遠(yuǎn)紅外線被透鏡收集在微測(cè)輻射熱計(jì)上時(shí)，微測(cè)輻射熱計(jì)的溫度上升或下降以改變微測(cè)輻射熱計(jì)的電阻。通過利用這一點(diǎn)，能夠通過測(cè)量多個(gè)微測(cè)輻射熱計(jì)(也就是微測(cè)輻射熱計(jì)陣列)中設(shè)置的激活單元的電阻值將對(duì)象的溫度分布遠(yuǎn)程成像。

由于由數(shù)千乃至幾十萬的真空封裝像素陣列制造而成，使用微測(cè)輻射熱計(jì)的熱圖像傳感器具有非常高的固定模式噪聲(FPN)以及低的制造產(chǎn)量的限制。

微測(cè)輻射熱計(jì)的最小信號(hào)電平用噪聲等效溫差(NETD)表示，并且由于這比FPN小很多(大約為1/10,000的幅度)，因此很難同時(shí)滿足高反應(yīng)性和寬的動(dòng)態(tài)范圍。為了解決這些限制，因?yàn)榉浅?fù)雜的測(cè)試和校正處理是必要的，并且諸如硬件/軟件元件、熱電冷卻器和快門的附加的設(shè)施也是必要的，因此在成本以及尺寸和功耗方面產(chǎn)生負(fù)擔(dān)。

主要的FPN的來源大致為以下幾點(diǎn)。

-根據(jù)激活單元和撇取單元中熱敏電阻器電阻、熱容量、熱電阻或紅外線吸收率的工藝變化，各個(gè)激活單元之間、各個(gè)撇取單元之間以及激活單元與撇取單元之間的非均勻性或非相干性；

-由于運(yùn)算放大器的電源和偏置、晶體管的閾值電壓、或輸入偏移電壓和電流、電流信號(hào)積分時(shí)間或開關(guān)噪聲等引起的電壓/電流變化噪聲；

-根據(jù)由于襯底、透鏡、外殼或檢測(cè)電路等產(chǎn)生的熱量等引起的溫度變化的熱敏電阻器電阻變化；

-檢測(cè)電路的自加熱(這是用根據(jù)溫度變化測(cè)量電阻值的變化的原理工作的所有熱敏電阻溫度計(jì)共有的限制)

-1/f噪聲(具有FPN和隨機(jī)噪聲的兩種特性)

當(dāng)發(fā)生這種FPN時(shí)，紅外信號(hào)被埋沒在噪聲中，并且用于去除此噪聲的精細(xì)的模擬校正或數(shù)字校正等是不可避免的。

使用具有恒溫作為基準(zhǔn)信號(hào)源的基準(zhǔn)塊體執(zhí)行用于去除FPN的校正。用于由每個(gè)激活單元檢測(cè)的遠(yuǎn)程輻射溫度的校正代表性地通過測(cè)量?jī)蓚€(gè)基準(zhǔn)黑體的溫度、將所測(cè)量的溫度近似為具有兩個(gè)常數(shù)的一階函數(shù)并且將測(cè)量值插值或外推到實(shí)際的溫度來執(zhí)行。這種校正被稱為雙點(diǎn)校正，并且在此點(diǎn)獲得的兩個(gè)常數(shù)分別稱為增益和偏移。

然而，因?yàn)橛捎谝r底溫度變化或外殼溫度變化，實(shí)際使用中的環(huán)境與提取校正常數(shù)時(shí)的非常不同，所以難以在現(xiàn)場(chǎng)使用中執(zhí)行準(zhǔn)確的校正。為了解決該限制，使用熱電冷卻器和快門。

然而，因?yàn)槭褂脽犭娎鋮s器和快門成為紅外攝像機(jī)的重量、尺寸、功耗以及價(jià)格等增加的主要原因，有必要為大量分布的紅外攝像機(jī)，特別是大量分布的民用需求的紅外攝像機(jī)去除熱電冷卻器和快門。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測(cè)方法和使用該方法的微測(cè)輻射熱計(jì)，其能夠在單個(gè)行程中去除激活單元與撇取單元之間以及各個(gè)撇取單元之間的非均勻性或非相干性的所有固定模式噪聲、由于電源和偏置、晶體管的閾值電壓或輸入偏移電壓和電流、電流信號(hào)積分時(shí)間引起的電壓/電流變化噪聲、或運(yùn)算放大器的切換噪聲以及激活單元與撇取單元之間的自加熱差異，在來自固定模式噪聲源當(dāng)中，這些噪聲是由于使用激活單元與撇取單元之間的不同信號(hào)的信號(hào)檢測(cè)產(chǎn)生的，在信號(hào)檢測(cè)中僅使用典型的激活單元。

本發(fā)明還提供了一種能夠容易地去除快門和熱電冷卻器的多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測(cè)方法和使用該方法的微測(cè)輻射熱計(jì)。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，一種多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測(cè)方法包括：由多個(gè)單位基準(zhǔn)單元產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)；由已吸收紅外信號(hào)的多個(gè)單位激活單元接收感測(cè)信號(hào)；以及在使用所述基準(zhǔn)信號(hào)處理的所述感測(cè)信號(hào)和激活單元值的基礎(chǔ)上檢測(cè)純紅外信號(hào)，其中所述單位基準(zhǔn)單元對(duì)紅外信號(hào)不反應(yīng)并且配置成具有與所述單位激活單元相同的電特性和熱特性的盲單元。

所述多個(gè)單位基準(zhǔn)單元可以配置成n×m陣列，其中n和m是自然數(shù)。

所述激活單元值可以是通過計(jì)算從每列中存在的n個(gè)單位基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)輸出信號(hào)的平均值并且從單位激活單元分別地輸出的感測(cè)信號(hào)中減去所述平均值獲得的值。

檢測(cè)純紅外信號(hào)可以是通過使用帶有紅外信號(hào)的單位激活單元與無紅外信號(hào)的平均基準(zhǔn)單元值之間的差產(chǎn)生的激活單元值來無快門地檢測(cè)紅外信號(hào)。

所述多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測(cè)方法還可以包括：使用從每列中存在的n個(gè)單位基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)信號(hào)的平均值作為用于產(chǎn)生激活單元和撇取單元的偏置控制信號(hào)的基準(zhǔn)信號(hào)，用于去除熱電冷卻器。

所述多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測(cè)方法還可以包括：調(diào)節(jié)所述激活單元和撇取單元的所述偏置控制信號(hào)，使得從每列中存在的n個(gè)單位基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)信號(hào)的平均值具有電源電壓的中間值。

根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，一種微測(cè)輻射熱計(jì)檢測(cè)遠(yuǎn)程紅外信號(hào)，其包括：多個(gè)單位激活單元，配置為吸收紅外信號(hào)以輸出基準(zhǔn)信號(hào)；多個(gè)單位基準(zhǔn)單元，配置為對(duì)紅外信號(hào)不反應(yīng)，并且具有與所述激活單元相同的電特性和熱特性并且輸出基準(zhǔn)信號(hào)；以及撇取單元，配置為共同地去除所述感測(cè)信號(hào)和所述基準(zhǔn)信號(hào)的直流分量；其中在所述感測(cè)信號(hào)和所述基準(zhǔn)信號(hào)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生用于感測(cè)遠(yuǎn)程紅外信號(hào)的激活單元值。

所述多個(gè)單位基準(zhǔn)單元可以配置成n×m陣列，其中n和m是自然數(shù)。

所述激活單元值可以是通過計(jì)算從每列中存在的n個(gè)單位基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)信號(hào)的平均值并且從單位激活單元分別地輸出的感測(cè)信號(hào)中減去所述平均值獲得的值。

冷單元或溫單元可以用作所述撇取單元。

所述單位基準(zhǔn)單元可以是具有與所述單位激活單元相同的熱特性和電特性的盲單元。

通過使用帶有紅外信號(hào)的從所述單位激活單元輸出的基準(zhǔn)輸出信號(hào)的平均值與無紅外信號(hào)的從每列中存在的n個(gè)基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)輸出信號(hào)的平均值之間的差所檢測(cè)的激活單元值可以無快門地檢測(cè)紅外信號(hào)。

從每列中存在的n個(gè)基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)信號(hào)的平均值可以用作用于產(chǎn)生激活單元和撇取單元的偏置控制信號(hào)的基準(zhǔn)信號(hào)，用于去除熱電冷卻器。

可以調(diào)節(jié)所述激活單元和撇取單元的所述偏置控制信號(hào)，使得從每列中存在的n個(gè)單位基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)信號(hào)的平均值具有電源電壓的中間值。

附圖說明

通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的描述可以更詳細(xì)地理解示例性實(shí)施例，附圖中：

圖1示出典型的微測(cè)輻射熱計(jì)中使用的感測(cè)電路和撇取電路；

圖2是示出感測(cè)時(shí)間過程中電荷轉(zhuǎn)移阻抗放大器(CTIA)的輸出電壓信號(hào)的變化的曲線圖；

圖3(a)至圖3(d)是用于說明模擬校正和數(shù)字校正以去除固定模式噪聲的視圖；

圖4(a)至圖4(d)示出在具體襯底溫度Tsub＝Tsub2處，當(dāng)Vo,ref是多個(gè)單位基準(zhǔn)單元檢測(cè)值的平均值時(shí)，相對(duì)于圖3(a)至圖3(d)所示曲線圖的各種激活單元和基準(zhǔn)單元檢測(cè)值的頻率分布和校正方法；以及

圖5是根據(jù)本發(fā)明的微測(cè)輻射熱計(jì)的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖描述本發(fā)明的詳細(xì)描述，附圖示出了本發(fā)明的具體實(shí)施例。參考附圖中所示的具體實(shí)施例，將給出詳細(xì)描述使得本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地實(shí)施本發(fā)明。除了具體實(shí)施例以外的其它實(shí)施例彼此不同，但不一定是相互排斥的。此外，應(yīng)該理解的是，下面的詳細(xì)描述在適當(dāng)解釋的情況下并非是試圖具有限制意義的描述。

附圖中示出的關(guān)于具體實(shí)施例的詳細(xì)描述應(yīng)被解讀為與附圖相關(guān)聯(lián)，附圖被認(rèn)為是整個(gè)說明書的一部分。參考方向或指向性僅是為了描述方便的目的，并非意在限制本發(fā)明的范圍。

具體而言，方向性術(shù)語，諸如“頂部、底部、水平、垂直、上部、下部、向上或向下”，或它們的派生詞(例如，“水平地、向下地、向上地等)應(yīng)參照所有附圖和相關(guān)的描述理解。特別是，這種相對(duì)術(shù)語僅僅是為描述方便的目的，并且因此，本發(fā)明的裝置不要求在特定方向上配置或進(jìn)行操作。

此外，除非另有說明，表示相互聯(lián)接關(guān)系的術(shù)語，諸如“安裝、附接、連接或相互連接”，可以指單個(gè)配置直接或間接地附接、連接或固定的狀態(tài)。因此，術(shù)語應(yīng)當(dāng)被理解為包括不可移動(dòng)的狀態(tài)以及可移動(dòng)地附接、連接或固定的狀態(tài)。

圖1示出在典型的微測(cè)輻射熱計(jì)中使用的撇取電路。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的微測(cè)輻射熱計(jì)使用撇取電路用于去除不必要的DC信號(hào)，以便滿足高靈敏度和寬動(dòng)態(tài)范圍。如圖1所示，撇取電路通過使用電荷轉(zhuǎn)移阻抗放大器(CTIA)30對(duì)流經(jīng)激活單元100所配置的感測(cè)電路10的電流與流經(jīng)撇取單元21所配置的撇取電路20的電流之間的差進(jìn)行積分，然后獲得輸出電壓信號(hào)V_out。

在圖1中，根據(jù)遠(yuǎn)程紅外信號(hào)變化的感測(cè)電路10的電流I_a與流經(jīng)撇取電路20的撇取電流I_r之間的差I(lǐng)_r-I_a被傳送到CTIA 30。在這一點(diǎn)上，流經(jīng)撇取電路20的撇取電流I_r與遠(yuǎn)程紅外信號(hào)不相關(guān)并且由連接到相同列的所有激活單元100共享。

當(dāng)執(zhí)行紅外線檢測(cè)時(shí)，在感測(cè)時(shí)間T_sense過程中，從圖1中的CTIA 30輸出的輸出電壓信號(hào)V_out逐漸從初始電壓上升，在積分完成時(shí)成為最大值，然后被釋放到初始電壓。這里，輸出電壓信號(hào)V_out可以用下面的等式(1)進(jìn)行計(jì)算。

其中，V_BUS表示輸入到CTIA 30中設(shè)置的運(yùn)算放大器的正端的電壓值，C_INT表示設(shè)置于CTIA 30的電容器的電容，T_sense表示感測(cè)時(shí)間，I_a表示與紅外信號(hào)反應(yīng)的流經(jīng)感測(cè)電路10的電流，并且I_r表示不與紅外信號(hào)反應(yīng)并具有用于調(diào)節(jié)V_out的DC分量(即偏移)的功能的撇取電路20的電流。因此，感測(cè)電路10的增益被調(diào)節(jié)到VFID并且V_out的DC分量(即偏移)被調(diào)節(jié)到GSK-VSKIM。不具有自加熱效應(yīng)的冷單元或能夠消除自身發(fā)熱的熱單元作為撇取單元21可被代表性地使用。

冷單元是幾乎沒有自加熱并且與激活單元具有熱非相干性的基準(zhǔn)單元。當(dāng)使用溫單元時(shí)，可以解決這樣的限制。溫單元通過與激活單元相同的工藝制造并具有與激活單元相同的本體部分和相同的電流動(dòng)和熱流動(dòng)。溫單元是一種撇取單元，其制作為使得通過設(shè)置至腿部的額外的傳熱路徑可任意調(diào)節(jié)熱導(dǎo)率。當(dāng)使用溫單元時(shí)，自加熱激活單元在感測(cè)時(shí)間過程中的平均溫度上升可以被正常狀態(tài)下的溫單元的溫度上升抵消?？上陨戆l(fā)熱的這樣的溫單元具有以下特點(diǎn)。

(1)在電阻值和電流動(dòng)方面與激活單元100的電一致性良好。

(2)在本體部分內(nèi)側(cè)的熱流動(dòng)方面與激活單元100的熱一致性良好。

(3)1/f噪聲小，并且對(duì)于紅外光反應(yīng)性低。

(4)可通過在預(yù)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)導(dǎo)熱系數(shù)以任意地調(diào)節(jié)自發(fā)熱量而消除激活單元100的自加熱效應(yīng)。

圖3(a)示出圖1中所示的感測(cè)電路10的輸出特性，并且圖3(b)示出用于通過調(diào)節(jié)VFID以減少增益來防止模擬飽和的方法。

此外，圖3(c)和圖3(d)是用于說明在襯底溫度高于Tsub1時(shí)，通過改變GSK偏置電壓拉低輸出DC，以便解決圖3(b)中發(fā)生的反應(yīng)性降低的情況的視圖。下面將詳細(xì)描述每個(gè)曲線圖。

首先，圖3(a)示出圖1中所示的感測(cè)電路10的典型的輸出特性。BB^H和BB^L分別表示用于提取校正參數(shù)的兩個(gè)黑體基準(zhǔn)溫度，并且S表示的點(diǎn)代表具體的激活單元的輸出值，其是在圖像檢測(cè)中獲得的。這里，通過內(nèi)插或外推BB^H和BB^L曲線每個(gè)激活單元的偏移和增益值對(duì)襯底溫度的因變性可以是近似的。

在獲得溫度信號(hào)時(shí)的校正過程如下所示。在圖3(a)中，當(dāng)在Tsub2的具體襯底溫度下測(cè)量到以S點(diǎn)表示的檢測(cè)值時(shí)，可以通過從檢測(cè)值中減去對(duì)應(yīng)于BB^L的偏移值，并且將減后的值線性插值在BB^L和BB^H之間來反向計(jì)算溫度。這在圖3(a)至圖3(c)和圖4(a)至圖4(c)中用箭頭表示。

如圖3(a)的輸出特性所示，當(dāng)沒有紅外信號(hào)并且I_r＝I_a時(shí)，可以在V_out＝V_BUS＝VSKIM/2處實(shí)現(xiàn)最大的動(dòng)態(tài)范圍。然而，在現(xiàn)實(shí)中，由于上述工藝變化等造成的各種FPN，每個(gè)激活單元的V_out值具有廣泛分散性，并且因此，很難同時(shí)獲得寬的動(dòng)態(tài)范圍和高的反應(yīng)性。

在這一點(diǎn)上，雖然在感測(cè)時(shí)間T_sense過程中激活單元100由于所謂的自加熱發(fā)生溫度上升，其中溫度通過焦耳加熱上升，所述焦耳加熱是由于將用以讀取熱敏電阻器電阻值所施加的電壓與此點(diǎn)處通過的電流相乘所給出的功率而導(dǎo)致的，用作撇取單元的冷單元不具有自加熱，從而引起兩個(gè)單元之間的熱非相干性并且隨后引起電非相干性。換句話說，在感測(cè)時(shí)間過程中，由于兩個(gè)單元之間的自加熱的差別以及由此引起的FPN，激活單元100的平均溫度變得不同于用作撇取單元21的冷單元的平均溫度，引起非相干性。

這樣的FPN導(dǎo)致以下限制。

1.如圖3(a)所示，當(dāng)FPN過大時(shí)，由于感測(cè)10的輸出V_out飽和至最大或最小輸出電平，所以通過撇取電路不能充分去除DC分量并且不能獲得有意義的信號(hào)。這稱為模擬飽和現(xiàn)象，并且對(duì)應(yīng)于圖3(a)中圓圈(虛線)表示的Z區(qū)域。這是FPN的最嚴(yán)重的芯片級(jí)限制，并且為了解決此限制，有必要調(diào)節(jié)共同施加到整個(gè)像素的模擬偏置(圖1的VFID和/或GSK)或借助于熱電冷卻器等保持恒定的襯底溫度，這被稱為模擬校正并且其目的是控制動(dòng)態(tài)范圍和反應(yīng)性，同時(shí)不允許檢測(cè)電路10飽和。圖3(b)示出用于通過使用VFID降低增益以允許感測(cè)電路10不飽和的方法。然而，該方法具有在低襯底溫度區(qū)域中對(duì)紅外信號(hào)的反應(yīng)變低的限制，低襯底溫度區(qū)域?qū)?yīng)于Y部分的圓圈(虛線)表示的區(qū)域。

2.圖3(c)示出一種用于通過撇取來僅降低輸出電壓的DC分量的方法，以使得輸出分布在CTIA的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，同時(shí)反應(yīng)性如圖3(a)所示。通過用GSK電壓調(diào)節(jié)撇取量來執(zhí)行該方法。在這一點(diǎn)上，VFID不改變，使得反應(yīng)性沒有變化，并且通過GSK僅調(diào)節(jié)偏移是可獨(dú)立調(diào)節(jié)的。然而，這種方法具有以下限制。首先，當(dāng)在圖3(c)中的Tsub1(用A線表示)的基礎(chǔ)上用于偏移的內(nèi)插值或外推值在下側(cè)和上側(cè)不同時(shí)，可能會(huì)發(fā)生紅外信號(hào)和溫度信號(hào)的非常大的不連續(xù)性。其次，雖然溫度補(bǔ)償是對(duì)襯底溫度非常敏感的函數(shù)，但是溫度感測(cè)傳感器的準(zhǔn)確性非常低，使得其難以在其上應(yīng)用精確的控制算法。

3.雖然不飽和，但是在任意的列或行上產(chǎn)生一定灰度級(jí)的直條紋。這是特定行或列的共同的FPN，并且主要用數(shù)字校正來解決。此外，每個(gè)激活單元的FPN也用數(shù)字校正來校正。這稱為非均勻性校正(NUC)并且用于去除各種類型的FPN和恢復(fù)準(zhǔn)確的像素信號(hào)。代表性地，使用基準(zhǔn)熱圖像來執(zhí)行這樣的校正，基準(zhǔn)熱圖像是通過在幾個(gè)基準(zhǔn)襯底溫度下使用幾個(gè)黑體獲得的，但由于感測(cè)電路輸出V_out變成目標(biāo)紅外信號(hào)圖像、襯底溫度、與從透鏡外殼輻射出的紅外信號(hào)無關(guān)的熱、以及非均勻性和每個(gè)像素的自加熱等的非常復(fù)雜的函數(shù)而使得校正并不容易。這種每個(gè)激活單元的多維和數(shù)字NUC需要很長(zhǎng)時(shí)間來提取參數(shù)，并且需要大量的圖像校正存儲(chǔ)和工作硬件/軟件，這會(huì)導(dǎo)致成本增加。

為了解決這樣的限制，通常使用熱電冷卻器和快門。熱電冷卻器具有以下優(yōu)勢(shì)：通過保持襯底溫度恒定以去除偏移和增益對(duì)襯底溫度的因變性，從而大大降低校正復(fù)雜性。然而，由于使用熱電冷卻器是尺寸、重量、功耗和生產(chǎn)成本增加的主要原因，最好還是去除熱電冷卻器。

另外，當(dāng)使用快門時(shí)，可以通過從快門打開狀態(tài)中獲得的激活單元的檢測(cè)值中減去快門關(guān)閉狀態(tài)中的無紅外信號(hào)的激活單元的檢測(cè)值來僅檢測(cè)純的紅外信號(hào)。因此，在這種情況下，由于僅需要增益校正而不需要偏移校正，所以可大大降低校正的復(fù)雜性。然而，與熱電冷卻器類似，使用快門增加了攝像機(jī)的重量、體積、功耗和生產(chǎn)成本，并會(huì)導(dǎo)致在快門操作的時(shí)間上視頻凍結(jié)的嚴(yán)重限制。

本發(fā)明提供了結(jié)構(gòu)與通常不同的微測(cè)輻射熱計(jì)陣列以及一種多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測(cè)方法。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的微測(cè)輻射熱計(jì)的配置。基本配置與圖1相同，但在布置多個(gè)單位激活單元100-1、100-2、…、和100-N的每列設(shè)置多個(gè)基準(zhǔn)單元200-1、200-2、...、和200-n。

激活單元100-1、100-2、…、和100-N是紅外線感測(cè)裝置并且具有非常大的熱阻值以便吸收大量紅外光并增加靈敏度，由此產(chǎn)生許多自加熱。相反，由于用作撇取單元300的冷單元反射紅外線并具有非常低的熱阻值，它幾乎沒有自加熱效應(yīng)。因此，在其間出現(xiàn)電非相干性，并且在V_out中顯著地引起與紅外信號(hào)不相關(guān)的DC偏移。

多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測(cè)方法和使用該方法的微測(cè)輻射熱計(jì)使用作為單位基準(zhǔn)單元200-1、200-2、...、和200-n的盲單元，這些盲單元除了反射紅外光以外具有與單位激活單元相同的特性和/或結(jié)構(gòu)。盲單元除了反射紅外光以外具有與激活單元100-1、100-2、…、和100-N相同的熱特性和電特性。換句話說，流經(jīng)相應(yīng)的單元的電和熱的流動(dòng)和幅值可以相同。

存在惠斯通橋結(jié)構(gòu)的微測(cè)輻射熱計(jì)，其中施加到一個(gè)基準(zhǔn)單元的基準(zhǔn)電壓信號(hào)由使用所述唯一一個(gè)基準(zhǔn)單元的各種激活單元共享，但是這種微測(cè)輻射熱計(jì)具有根據(jù)各類電阻器和各個(gè)電壓放大器之間的非相干性而增加FPN和隨機(jī)噪聲的限制。

存在另一種微測(cè)輻射熱計(jì)，其中使用一個(gè)盲單元作為基準(zhǔn)單元產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)并且在電路形式中復(fù)制基準(zhǔn)信號(hào)以被連接到相同列的激活單元共享，這是不實(shí)際的，因?yàn)闀?huì)在電流復(fù)制過程中產(chǎn)生額外的噪聲和非相干性。

如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的微測(cè)輻射熱計(jì)，每列設(shè)置有多個(gè)單位基準(zhǔn)單元200-1、200-2、...、和200-n。這里，作為共同連接到激活單元或基準(zhǔn)單元并且調(diào)節(jié)輸出DC電平的虛設(shè)單元的撇取單元300，由連接到相同列的所有的基準(zhǔn)單元和激活單元100-1、100-2、…、和100-N共享。

首先，第一列中設(shè)置的激活單元100和基準(zhǔn)單元200的讀取輸出信號(hào)的順序如下。

首先，讀取第一行中的單位基準(zhǔn)單元200-1的輸出信號(hào)，然后讀取第二行中的單位基準(zhǔn)單元200-2的輸出信號(hào)。以這種方式，對(duì)第n行中的單位基準(zhǔn)單元200-n的輸出信號(hào)執(zhí)行順序讀取。

然后，讀取第一行中的激活單元100-1的感測(cè)電流信號(hào)，然后讀取第二行中的激活單元100-2的感測(cè)電流信號(hào)。以這種方式，對(duì)第N行中的單位基準(zhǔn)單元100-N的感測(cè)電流信號(hào)執(zhí)行順序讀取。

在這一點(diǎn)上，計(jì)算從n個(gè)單位基準(zhǔn)單元200-1、200-2、...、和200-n讀取的輸出信號(hào)的平均值作為基準(zhǔn)單元值，從N個(gè)激活單元100-1、100-2、…、和100-N讀取的信號(hào)中減去基準(zhǔn)單元值，然后將減后的值作為用于檢測(cè)遠(yuǎn)程紅外光的相應(yīng)的激活單元值。這里，n和N是1或大于1的自然數(shù)。

激活單元100-1、100-2、…、和100-N的上述輸出值確定過程也同樣應(yīng)用于第二列至第M列，其中M是1或大于1的自然數(shù)。

以這種方式，通過激活單元與各種基準(zhǔn)單元之間的平均檢測(cè)值差來檢測(cè)紅外信號(hào)被稱為多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測(cè)方法，并提供各種優(yōu)勢(shì)。

首先，可以去除各種類型的FPN。換句話說，具有能夠去除在用于每列的各個(gè)撇取單元之間發(fā)生的非相干性或諸如CTIA的各個(gè)感測(cè)電路之間的非相干性的效果。此外，可以去除在基準(zhǔn)單元與激活單元的檢測(cè)之間沒有大的變化的非常緩慢變化的功率噪聲，并且，特別地，由于用作單位基準(zhǔn)單元200-1、200-2、...、和200-n的盲單元和激活單元經(jīng)歷相同的加熱和冷卻過程，所有可以消除熱加熱效應(yīng)。

接著，可以去除快門。如上所述，在如圖3(c)所示的通常的無快門方法中，在提取校正參數(shù)時(shí)，需要用非常精細(xì)的襯底溫度Tsub的函數(shù)來測(cè)量表示為BB^L的偏移電壓值，并且為此目的，校正時(shí)的溫度Tsub也需要非常精確的測(cè)量。然而，在現(xiàn)實(shí)中，很難精確地測(cè)量Tsub的溫度，并且當(dāng)VSK的值在具體溫度下變化時(shí)，為了調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)范圍，由于偏移值的不連續(xù)性而使得精細(xì)的校正變得非常困難。與此相反，如圖3(d)和圖4(d)所示，根據(jù)本發(fā)明，由于帶有紅外信號(hào)的激活單元的輸出值(表示為S的點(diǎn))與無紅外信號(hào)的基準(zhǔn)單元的輸出值(用Vo,ref表示)之間的差用作檢測(cè)值，所以無需測(cè)量、存儲(chǔ)和內(nèi)插在提取校正參數(shù)時(shí)獲得的表示為BB^L的偏移曲線。在這個(gè)方面，本發(fā)明具有與使用快門幾乎相同的效果。

這里，多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣技術(shù)不使用一個(gè)基準(zhǔn)單元值，而是使用各種相同單位基準(zhǔn)單元200-1、200-2、...、和200-n的平均測(cè)量值作為一個(gè)基準(zhǔn)單元值，可以將隨機(jī)噪聲(諸如熱噪聲和1/f噪聲)的幅度以及FPN的幅度降低到1/sqrt(n)。例如，當(dāng)使用16個(gè)基準(zhǔn)單元時(shí)，F(xiàn)PN和隨機(jī)噪聲分別被減少到1/4并且NETD得到同樣程度的提高。當(dāng)使用通常的快門檢測(cè)紅外光時(shí)，為每個(gè)激活單元打開快門，檢測(cè)紅外光，然后從紅外光的檢測(cè)信號(hào)中減去在關(guān)閉快門的狀態(tài)中檢測(cè)的相同激活單元的檢測(cè)信號(hào)，在此過程中，F(xiàn)PN被消除，但沒有去除諸如熱噪聲的隨機(jī)噪聲。根據(jù)本發(fā)明，可以獲得最大大于快門情況的sqrt(2)＝1.4倍的NETD改善效果。

換句話說，從每個(gè)芯片中存在的n×m個(gè)單位基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)信號(hào)的整個(gè)芯片平均值可以用作一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)，用于產(chǎn)生激活單元和撇取單元的偏置控制信號(hào)，用于去除熱電冷卻器。。圖4(a)示出幾個(gè)激活單元輸出模擬飽和的狀態(tài)。圖4(c)示出適當(dāng)調(diào)節(jié)GSK使得平均輸出值被定位在VSKIM的中間值以具有最大動(dòng)態(tài)范圍的情況。

代表性地，獲得輸出信號(hào)的平均值并且將平均值用作用于調(diào)節(jié)GSK控制信號(hào)。然而，由于輸出紅外熱圖像信號(hào)根據(jù)時(shí)間非常動(dòng)態(tài)地變化，所以使用輸出紅外熱圖像信號(hào)作為基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生最佳的GSK控制信號(hào)并不適合。然而，由于在本發(fā)明中獲得的整個(gè)芯片的平均基準(zhǔn)單元檢測(cè)值只取決于襯底溫度并且與紅外線圖像信號(hào)不相關(guān)，所以非常適合使用平均基準(zhǔn)單元檢測(cè)值作為GSK控制的穩(wěn)定的基準(zhǔn)信號(hào)。

此外，可以進(jìn)一步包括用于調(diào)節(jié)撇取單元的偏置控制信號(hào)的過程，使得從n×m個(gè)單位基準(zhǔn)單元200-1、200-2、...、和200-n輸出的基準(zhǔn)信號(hào)的整個(gè)平均芯片值具有電源電壓的中間值。圖4(d)示出用于調(diào)節(jié)GSK使得平均基準(zhǔn)單元輸出值變?yōu)閂o,ref以便允許輸出檢測(cè)信號(hào)的平均值被定位在VSKIM的中心的方法。

根據(jù)多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測(cè)方法和根據(jù)的上述配置的使用該方法的微測(cè)輻射熱計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)以下各項(xiàng)。

1.由于僅檢測(cè)通過透鏡輸入的紅外光的激活單元輸出信號(hào)與沒有紅外信號(hào)的基準(zhǔn)單元輸出信號(hào)之間的差，可以抵消由各種類型的非相干性產(chǎn)生的FPN，其在信號(hào)獲取電路中產(chǎn)生并且包括由撇取單元在每列中產(chǎn)生的非相干性。

2.由于盲單元用作單位基準(zhǔn)單元，所以單位激活單元與單位基準(zhǔn)單元之間的自加熱和冷卻過程可以相同，兩個(gè)單元之間的自加熱效應(yīng)可以準(zhǔn)確地抵消。

3.由于激活單元與基準(zhǔn)單元之間的信號(hào)差，其對(duì)于諸如電源噪聲的常見噪聲是具有魯棒性的。

4.通過從帶有紅外信號(hào)的激活單元的輸出信號(hào)中減去無紅外信號(hào)的基準(zhǔn)單元的輸出信號(hào)，去除了為包括撇取單元的每列在檢測(cè)電路中共同產(chǎn)生的FPN，并且可以有效率地僅檢測(cè)紅外信號(hào)。在這一點(diǎn)上，可能通過單位基準(zhǔn)單元的工藝變化產(chǎn)生新的FPN和由于熱和1/f噪聲產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲，但是可以通過將多個(gè)基準(zhǔn)單元的輸出信號(hào)值平均化來大大減少新的FPN和隨機(jī)噪聲。

5.可以使用基準(zhǔn)單元輸出信號(hào)的平均值作為用于VFID、GSK和圖1的Vref的偏置控制的穩(wěn)定的基準(zhǔn)信號(hào)。因此，可以獨(dú)立執(zhí)行使用VFID的增益控制或使用GSK或Vref的DC偏移控制。這可能會(huì)顯著降低模擬校正和數(shù)字校正的復(fù)雜性，以有效地提高校正效率，并有助于去除熱電冷卻器。

6.通過去除與帶有紅外信號(hào)的激活單元與無紅外信號(hào)的基準(zhǔn)單元之間的差的信號(hào)無關(guān)的DC偏移信號(hào)，以及通過使用能夠容易地找到純紅外信號(hào)的雙相關(guān)的采樣檢測(cè)方法，可以容易地去除快門。特別是，可以通過各種單位基準(zhǔn)單元的值平均化大大降低基準(zhǔn)單元本身的隨機(jī)噪聲以及FPN。其結(jié)果是，可以獲得小于快門使用中的噪聲等效溫度差(NETD)。

雖然已參照若干其說明性實(shí)施例描述了實(shí)施例，但是應(yīng)該理解的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以作出許多將落入本發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)的其它的修改和實(shí)施例。更具體而言，在本說明書、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，對(duì)主題組合布置的組成部件和/或布置的各種變化和修改是可能的。除了組成部件和/或布置的變化和修改以外，選擇性應(yīng)用對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員也是顯而易見的。