CN101676697B - 检测红外辐射的器件、系统及读取电阻测辐射热计的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目标是一种检测红外辐射的器件、系统及读取电阻测辐射热计的方法，该器件包括电阻成像测辐射热计(140)。根据本发明，该器件包括：测量测辐射热计的对应于照射、环境温度和读取的电信号的给定参考条件的电阻的值相对于测辐射热计的电阻的初始参考值的漂移的测量装置，该初始参考值对应于该给定参考条件，其中，漂移为在该给定参考条件下，测辐射热计的电阻随时间与其初始值的偏离；以及校正漂移效应的校正装置，或者校正电阻的漂移的校正装置。

Description

检测红外辐射的器件、系统及读取电阻测辐射热计的方法

技术领域

本发明涉及红外线成像和使用测辐射热计的高温测量领域。

更具体地，本发明涉及一种用于检测红外辐射的、包括电阻成像测辐射热计的器件。本发明还涉及一种包括此类器件的阵列的系统以及用于读取集成到此类系统中的成像测辐射热计的方法。

背景技术

在红外检测器领域，已知使用以阵列形式配置并且能够在环境温度工作(即不需要冷却至极低温度)的器件，这种器件与只能在极低温度(一般在液氮的温度)工作的、称为“量子检测器”的检测器件形成对比。

这些未冷却的检测器传统上利用合适材料的物理单位随在300K附近的温度的变化。在测辐射热检测器的情况下，该物理单位是电阻率。

此类未冷却的检测器通常包括：

-吸收红外辐射并将其转化成热量的装置；

-使检测器热绝缘的装置，使得检测器的温度能够由于红外辐射效应而升高；

-测温装置，其在测辐射热检测器的情况下，使用电阻元件；以及

-读取由测温装置提供的电信号的装置。

被设计用于红外成像的检测器常规地制造成基本检测器或测辐射热计的一维或二维阵列，所述阵列的每个基本检测器由通过支撑臂悬于一般由硅制成的衬底之上的膜形成。

衬底通常集成有对基本检测器顺序寻址的装置、电激励基本检测器的装置以及预处理由这些基本检测器生成的电信号的装置。因此这些顺序寻址、电激励和预处理的装置形成于衬底上并且构成读取电路。

为了使用这种检测器得到场景，通过合适的光学器件将场景的图像投射到基本检测器阵列上，并通过读出电路向每个基本检测器或每行此类检测器施加时钟控制的电激励，以获得构成每个所述基本检测器达到的温度的图像的电信号。该电信号直接连接到每个基本检测器的电阻。该信号随后由读出电路、适当时由封装之外的电子器件或多或少地进行处理，以生成所观察场景的热图像。

但是，一般而言，发现通常用于制造成像测辐射热计的测辐射热材料(例如非晶硅(a-Si)或氧化钒(Vox))的电阻随时间或多或少地漂移。

在本发明的情况下，术语“漂移”指以下事实：在给定的环境和工作条件(以下称作“参考条件”，例如，测辐射热计上的入射辐射、测辐射热计的环境温度和读取的电信号)下，成像测辐射热计的电阻随着时间渐渐偏离其初始值(称为在这样的条件下的观测参考值)。在检测器交付使用时、交付使用之前或在称作校准的特殊操作期间，该参考值可以在参考条件下测量。

这样的漂移的一个原因是传统上使用的测温材料的固有的相对不稳定性；该不稳定性可以导致与计划产生或达到的图像或热测量的精确度相比不可忽略的电阻率变化。这种类型的漂移通常全面地产生于检测器的所有像素，并导致总的校准漂移。

也应该提到，通过高光通量对检测器过量照射(例如，当极长时间观测强辐射源(太阳、聚光灯等)时)而导致的电阻的漂移。这些漂移源对由检测器产生的热图像的质量是有害的。这种类型的漂移通常局部地产生于检测器的敏感表面的有限部分，并导致空间分散的检测器校准错误。

发明内容

因此本发明的目的是制造保持精确(即正确校准)的检测器，更具体地为以下检测器：在检测器随后在其整个寿命周期内经受所谓的参考条件时，甚至在其敏感元件受空间和／或时间的漂移影响时，检测器的输出信号保持不变。

为此，本发明的目的是一种用于检测红外辐射的、包括电阻测辐射热计的器件。

根据本发明，该器件包括：

-测量所述测辐射热计的电阻相对于所述测辐射热计的电阻的参考值的漂移的测量装置，所述参考值对应于所述测辐射热计的预定工作条件；以及

-校正所述漂移效应的校正装置，或者校正电阻的所述漂移的校正装置。

根据本发明的一个实施例，该测量装置包括：

-受所述漂移影响的参考电阻测辐射热计；

-测量所述参考测辐射热计的电阻的装置；以及

-根据测得的电阻来确定所述漂移的装置。

更具体地，所述参考测辐射热计是与成像测辐射热计相关联的补偿测辐射热计。

或者，所述参考测辐射热计是成像测辐射热计。

根据本发明的一个实施例，测量参考测辐射热计的电阻的装置包括：

-对流经参考测辐射热计的电流进行积分的积分装置；以及

-根据由积分装置积分的电流来确定参考测辐射热计的电阻的装置。

根据本发明的一个实施例，测量参考测辐射热计的电阻的测量装置包括：

-具有预定电阻的电阻器，所述电阻器能够连接到参考测辐射热计；

-对流经参考测辐射热计和电阻器的电流之差进行积分的积分装置；以及

-根据由积分装置积分的电流之差来确定参考测辐射热计的电阻的装置。

更具体地，一种用于通过对流经成像测辐射热计的电流进行积分来测量成像测辐射热计的电阻的电路，所述电路被设计为测量红外辐射温度，积分装置属于所述测量电路。

根据本发明的一个实施例，校正装置包括控制成像测辐射热计的温度以补偿所述漂移的装置。

根据本发明的一个实施例，该器件还包括测量成像测辐射热计的电阻的装置，以及根据测得的电阻和取决于成像测辐射热计的电阻的至少一个参数来确定测辐射热计上的入射辐射的温度的装置，并且校正装置能够根据测得的漂移来校正所述至少一个参数以校正所述漂移对温度确定的影响。

根据本发明的一个实施例，所述至少一个参数是对用于测量成像测辐射热计的电阻的电路的温度的电灵敏度。

本发明的目的还是一种包括用于检测所述辐射的至少一行器件的系统。

根据本发明，这些器件中每个都是上述类型。

本发明的目的还是一种用于读取测辐射热计阵列中的电阻测辐射热计的方法，所述测辐射热计阵列构成用于检测红外辐射的系统，所述方法涉及：

-测量所述测辐射热计的电阻相对于所述测辐射热计的电阻的参考值的漂移的步骤，所述参考值对应于所述测辐射热计的预定工作条件；以及

-用于校正所述漂移效应的步骤，或者用于校正电阻的所述漂移的步骤。

根据本发明的一个方面，提供了一种包括电阻成像测辐射热计的用于检测红外辐射的器件，包括：

-测量所述测辐射热计的对应于照射、环境温度和读取的电信号的给定参考条件的电阻的值相对于所述测辐射热计的电阻的初始参考值的漂移的测量装置，所述初始参考值对应于所述给定参考条件，其中，所述漂移为在所述给定参考条件下，所述测辐射热计的电阻随时间与其初始值的偏离；以及

-校正所述漂移效应的校正装置，或者校正电阻的所述漂移的校正装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于读取测辐射热计阵列中的电阻测辐射热计的方法，所述测辐射热计阵列构成用于检测红外辐射的系统，所述方法涉及：

-测量所述测辐射热计的对应于照射、环境温度和读取的电信号的给定参考条件的电阻的值相对于所述测辐射热计的电阻的初始参考值的漂移的步骤，所述初始参考值对应于所述给定参考条件，其中，所述漂移为在所述给定参考条件下，所述测辐射热计的电阻随时间与其初始值的偏离；以及

-校正所述漂移效应的步骤，或者校正电阻的所述漂移的步骤。

附图说明

通过下面的描述，本发明将会变得更容易理解，该描述仅以示例方式给出，并与附图相关。在附图中，相同的标号涉及相同或相似的部件，其中：

图1是根据本发明的第一实施例和第二实施例的测辐射热检测器的示意图；

图2是构建图1中的检测器时所涉及的基础电路布局的示意图；

图3是根据第一实施例的用于测量和补偿漂移的方法的流程图；

图4是根据本发明第二实施例的用于测量和补偿漂移的方法的流程图；

图5是本发明的第三实施例和第四实施例的基础电路布局的示意图；以及

图6是示出根据本发明第五实施例的对漂移进行测量和补偿的流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出了测辐射热检测器10。这样的检测器10包括：

-包括n行和m列成像像素14的二维阵列12，每个成像像素14包括电阻测辐射热计140，其中n和m是大于或等于1的整数。成像阵列12布置在对红外辐射透明的光学器件(未示出)的焦平面中；

-补偿电路24的行，每个补偿电路24都与阵列12的列相关联，并且包括补偿测辐射热计50；

-积分器16的行，每个积分器16都与阵列12的列相关联；

-阵列12的逐行寻址电路18；

就其本身而言，众所周知，电阻测辐射热计140和补偿测辐射热计50通常由通过支撑臂悬于衬底之上的膜组成，在衬底中形成了读取操作所需要的各种电子部件。这些电子部件通常用术语“读取电路”指代。

这样的测辐射热检测器结构是标准的，下面不再详细说明。对于其他信息，建议读者参阅例如以下题目的文献：“Uncooled amorphous siliconenhancement for 25μm pixel pitch achievement”(E.Mottin等人，InfraredTechnology and Application XXVIII，SPIE，vol.4820)。

根据本发明，该结构由以下部分加以补充：

-连接到积分器16的信息处理单元28，信息处理单元28包括使用算法来处理积分器输出的信号的单元30，以便确定投射到阵列12上的红外图像。为此，单元28使用包括积分器16对场景温度的一个或更多个电灵敏度值的计算参数，这些值存储在单元的存储体32中。单元28还包括补偿测得的成像测辐射热计14的漂移的校正单元34，如后面更详细说明的那样；以及

-漂移电路38的行，每个漂移电路38与阵列12的列相关联；

漂移电路38与积分器16相关联，共同形成用于测量阵列12中的测辐射热计的漂移的模块，如后面更详细说明的那样。

第一实施例

图2示出了根据第一实施例的检测器10的基础布局，包括：

-阵列12的成像像素14；

-用于成像像素14的测辐射热计140的测量的积分器16；

-用于补偿在读取成像测辐射热计140时流经成像测辐射热计140的共模电流的补偿电路24；以及

-用于对在测辐射热计140的电阻中的漂移进行测量的漂移电路38。

积分器16包括：

-运算放大器40，其同相输入端(+)保持在预定恒定电压Vbus；

-电容器42，其具有预定电容C_int，并且连接在放大器40的反相输入端(-)和输出端之间；

-复位开关44，与电容器42并联，并且可以通过由寻址电路18所控制的“复位”信号控制。

电路或“像素”14包括经受来自场景的红外辐射IR并通过第一端子A连接到恒定电势(类似于图中的接地)的测辐射热计140。像素还包括：

-读出开关46，其可以通过由寻址电路18控制的“选择”信号控制，并且其一端连接到运算放大器的反相输入端(-)；以及

-第一MOS注入晶体管48，其栅极保持在预定的恒定电压Vfid，其源极连接到测辐射热计140的第二端子B，并且其漏极连接到读出开关46的另一端。

用于补偿流经成像测辐射热计140的共模电流的补偿电路24包括电阻补偿测辐射热计50，电阻补偿测辐射热计50与成像测辐射热计140由相同材料制成，相对于衬底具有可忽略的热阻，并且可选地配备了屏蔽物52以保护其免受来自场景的辐射的影响。

补偿测辐射热计50的端子之一连接到预定电压VSK，而其另一端连接到电路24的第二MOS注入晶体管54的源极。晶体管54的漏极连接到运算放大器40的反相输入端，而其栅极连接到预定电压GSK。

漂移电路38包括与补偿测辐射热计50和第二注入晶体管54类似布置的电阻器56和第三MOS注入晶体管58。

漂移电路38还包括位于第三MOS晶体管58和运算放大器40的反相端子(-)之间的第一漂移测量开关60，所述开关可以由寻址电路18通过“Der1”信号控制。

最后，补偿电路还与位于补偿电路支路24中的第二漂移测量开关62相关联，第二漂移测量开关62可以由定时器电路18通过“Der2”信号控制，并且位于第二晶体管54和运算放大器40的反相端子(-)之间。

电阻器56被选择为在成像测辐射热计140所经受的温度范围上呈现预定恒定电阻值R_ref。更具体地，电阻器56呈现的电阻值基本等于成像测辐射热计140在初始参考条件下的电阻值。电阻值R_ref存储在信息处理单元28的存储体32中。

在用于读取成像阵列12的行以确定由阵列检测到的场景温度的读取循环期间，第一漂移测量开关60断开，第二漂移测量开关62闭合。定时器电路18使在电容器42的初始零复位循环期间闭合的复位开关44翻转到其断开状态。定时器电路随后闭合读取选择开关46。电容器42对流经成像测辐射热计140的电流和流经补偿测辐射热计50的电流之间的差进行积分。在读取开关46闭合后过了预定的积分周期T_int时，定时器电路18随后断开读取开关。则积分器16的输出端上的电压V_out由以下方程给出：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{bus}}+\frac{1}{C_{\mathrm{int}}}\underset{0}{\overset{\mathrm{\Δ}{T}_{\mathrm{int}}}{\∫}}(i_{\mathrm{imag}}\left(t\right)-i_{\mathrm{comp}}\left(t\right))\mathrm{dt}---\left(1\right)$

其中t是时间，i_imag是流经成像测辐射热计140的电流，而i_comp是流经补偿测辐射热计50的电流。

因为流经补偿测辐射热计50的电流i_comp基本等于流经成像测辐射热计140的共模电流，所以，成像测辐射热计140的电阻和补偿测辐射热计50的电阻之间的差(导致积分器16的输入端上的电流差)基本上代表由来自场景并入射到成像测辐射热计上的辐射所导致的、成像测辐射热计140的电阻R_imag的变化ΔR_imag。

电压V_out随后被施加到信息处理单元28的算术和逻辑单元30，例如在取样-分组序列(sampling-blocking sequence)之后多路传输给一个或更多串行的输出放大器，如那些本领域技术人员已知的那样。

随后ALU(算术逻辑单元)30根据电压V_out和校准参数来确定入射到成像测辐射热计140上的红外辐射(IR)的温度θ_scene，所述校准参数包括在存储体32中存储的、电压V_out相对于检测器10的场景的温度的灵敏度S。

在称作校准的初始阶段，通常通过使检测器10暴露于被设定为空间上均匀的已知温度的两个黑体来获得校准参数，以提供二维的所谓增益／偏置表的条目，这为本领域技术人员所熟悉。这些表中的每个元素对应于成像降列的基本检测器。这里使用的术语“增益”、“敏感度”和“电响应”是指通常用毫伏每绝对温度(degree Kelvin)表示的量S＝ΔV_out／Δθ_scene。

已经表明了检测器10灵敏度S一般而言表示为一阶近似，并且对于电阻的微小变化，由以下方程表示：

$S=\frac{1}{R_{\mathrm{imag}}\×C_{\mathrm{int}}}\×V_{\mathrm{imag}}\×T_{\mathrm{int}}\×\mathrm{TCR}\×R_{\mathrm{th}}\×\mathrm{\Φ}\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{scene}}\right)---\left(2\right)$

其中：

-R_imag是在预定参考条件下测辐射热计140的参考电阻；

-V_imag是在读取测辐射热计140时测辐射热计140的端子间的偏置电压；

-TCR是随测辐射热计140的温度而变化的测辐射热计140的电阻变化系数；

-R_th是在测辐射热计140和测辐射热计140悬于上面的衬底之间的热阻；以及

-Φ(θ_scene)是测辐射热计140吸收的能量流，该能量流是场景温度θ_scene的函数。

显然，作为一阶近似，灵敏度S与值R_imag成反比。因此显然，如果量R_imag漂移，会歪曲温度θ_scene的测量结果。

与读取成像测辐射热计140相关的上述部件的布局和操作是常规的，为了简洁起见这里不作更具体的说明。对于其它细节，建议读者参阅例如以下题目的文献：“Uncooled amorphous silicon enhancement for25μmpixel pitch achievement”(E.Mottin等人，Infrared Technology andApplication XXVIII，SPIE，vol.4820)。

下面参照图3中的流程图，描述用于测量和补偿由具有图2所示布局的检测器10所使用的成像阵列12的成像测辐射热计140的电阻的漂移的方法。

在检测器10第一次使用之前(通常在工厂中)进行第一初始化步骤70，第一初始化步骤70涉及确定阵列12中的成像测辐射热计140的电阻在预定参考条件下的初始值。

为此，在72中，检测器10在整个电阻测量期间经受参考条件。步骤72尤其涉及在检测器10上施加已知的均匀温度θ_ref并使检测器10经受已知的均匀热照射Φ_ref。为此，例如，检测器10配备有用于控制其焦平面的温度的系统以及快门，这本身是已知的。在步骤72期间，温度控制系统将成像阵列12的温度提高到θ_ref并关闭快门使得阵列暴露于参考照射Φ_ref。

然后，在74中，将定时器电路18的行计数器N_line和计量计数器N_measure的值初始化为“1”。

在76中，定时器电路18断开阵列12的行N_line的读取开关46。定时器电路18还断开第一漂移测量开关60和第二漂移测量开关62并闭合积分电路16的行的复位开关44。然后积分器16的电容器42几乎瞬间放电。

在78中，定时器电路18然后闭合阵列12的行N_line的读取开关46。此外，定时器电路18闭合第一漂移测量开关60并断开积分器16的所述行的复位开关44。对于行N_line的在图2中示出的每个布局，电容器42就开始对流经成像测辐射热计140的电流i_imag和流经参考电阻R_ref56的电流i_ref之间的差进行积分。

过了周期T_int之后，在80中，定时器电路18断开行N_line的读取开关46以及漂移电路38的行的第一漂移测量开关60。则图2所示的布局中的积分电路16的输出端上的电压V_out由以下方程给出：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{bus}}+\frac{1}{C_{\mathrm{int}}}\underset{0}{\overset{T_{\mathrm{int}}}{\∫}}(i_{\mathrm{imag}}\left(t\right)-i_{\mathrm{ref}}\left(t\right))\mathrm{dt}---\left(3\right)$

在82中，然后该电压V_out在经常规装置传递之后由信息处理单元28的校正单元34保存。还是在82中，单元34根据电压V_out确定在成像测辐射热计140的电阻R_imag和参考电阻器56的电阻R_ref之间的差。

然后，由于知道在单元28的存储体32中存储的值R_ref，单元34确定成像测辐射热计140的电阻R_imag。然后在84中，计算出的值R_imag存储在存储体32中。

在随后的、可选的步骤86中，进行测试以确定计量计数器N_measure的值是否等于预定值如果不等于，则定时器电路在88中将计数器N_measure增加“1”，然后步骤88返回步骤76进行读取行N_line的新读取周期。

如果在86中进行的测试结果是肯定的，则在90中针对行N_line中的每个成像测辐射热计140，校正单元34形成计算出的最后个电阻值R_imag的时间平均值平均值随后存储在存储体32中。

然后在92中进行测试以确定行计数器N_line的值是否等于阵列12中的行数n。如果不等于，则在94中定时器电路将该计数器的值增加“1”，并且步骤94返回步骤76以读取下一行。

如果等于，则读取了所有成像测辐射热计140的电阻，并且方法继续进行步骤98，在步骤98中每个成像测辐射热计140的值以成像测辐射热计140在经受参考条件时的电阻的参考表形式存储在存储体32中。

对测得的电阻值进行时间平均的优点是，可以从平均值中滤除测量干扰。平均值使得可以获得更精确的测量电阻值。

这完成了初始化步骤70。因此在这阶段，存储体32包含阵列12的测辐射热计140的电阻参考值的矩阵。

此外，按照类似于定时器电路18的方式的读取循环，使用利用具有两个不同温度的辐射源(均匀黑体)的标准现有技术的方法来测量n乘m个成像测辐射热计140的灵敏度S_init，并且将灵敏度存储在存储体32中。在存储体32中灵敏度表S_init被复制到表S，并被用作用于配置检测器的工作灵敏度表。

检测器10交付使用后，该方法继续进行步骤100以测量阵列12中每个成像测辐射热计140的电阻漂移，在步骤100之后继续进行步骤102以便校正这些漂移。

例如，偏移测量步骤100和偏移校正步骤102定期地和／或周期性地触发，或者当检测器10的用户怀疑检测器10受到漂移的不利影响时由用户的请求触发。

更具体地，漂移测量步骤100包括上述步骤72至步骤94。因此完成步骤100时，每个成像测辐射热计140的电阻的新平均测量值被存储在信息处理单元28的存储体32中。

在校正步骤102中，单元28的校正单元34随后通过用相应的比率乘以表S_init中的元素的每一个来修改存储体32中的电灵敏度表S，并且在单元32中存储所得到的成为新工作表的表S。

步骤102随后以预定的时间间隔返回步骤100，以便测量和校正阵列12的成像测辐射热计140的新漂移。所述时间间隔通常可以是大约一个月或一年。

显然，本发明的第一实施例具有不需要“主动”校正成像测辐射热计的漂移的优点。

第一实施例可应用于微型测辐射热计阵列以便例如调整或消除与从一个到另一个微型测辐射热计的电阻的差异化漂移(诸如通常由局部发光产生)相关联的空间灵敏度变化现象。在这种情况下，最好(但不必须)通过所建议的实施方式对各灵敏度的整个表(本领域技术人员称之为增益表)重新校正。本领域技术人员应当理解，这样涉及“算法”处理来稳定增益表，而不是复杂得多的重新校准操作。通过这种方式，在非常长的时间期间保持了每个成像像素的灵敏度的精确性，而无需重新校准。

应该注意到，在第一实施例中，对成像测辐射热计140的电阻的漂移进行校正要求在每次漂移测量期间精确地重构在进行电阻的第一次“参考”测量时生效的参考条件。通过提供快门和检测器中的温度控制器(这些是本领域中的惯用方式)来直接获得这些条件。然而，在某些情况下，可以证明这对于用户是不便的。

第二实施例

发明人注意到，在大多数情况中，补偿测辐射热计50的漂移随时间的变化与成像测辐射热计140经历的变化基本相同。这可以通过如下事实来解释：针对两种类型的结构有意并有利地使用相同的敏感材料层制造，随后经历了基本相同的受热历程。

但是，补偿测辐射热计50被设计为对来自场景的辐射相对而言不敏感、理想情况下完全不敏感。第二实施例通过以下方式有利地利用了该特征：测量补偿测辐射热计的漂移并根据在补偿测辐射热计50上测得的漂移来校正成像测辐射热计140的漂移。因此这避免了在测量漂移时必须规定特殊的照射(红外通量)条件，这是因为补偿测辐射热计50对其不敏感。因此这意味着对于用户而言更加易于使用和／或即使提供规定照射的装置(诸如快门)是有利的，也无需提供这样的装置。

根据该第二实施例，检测器10的包括成像测辐射热计140、积分器16、补偿电路24以及漂移电路38的基础布局与图2中的布局相同。

因此该第二实施例在使用的方法方面不同于第一实施例。该方法图解为图4中的流程图。

该方法始于阶段112以测量电路24的行中的补偿测辐射热计50的电阻。

该阶段112包括步骤114，在步骤114中检测器10在整个电阻测量期间经受预定的条件。对于该实施例，这些条件涉及在检测器10上施加已知的均匀温度θ_ref。

然后，在116中，定时器电路18的计量计数器N_measure被初始化为“1”并且阵列12的所有读取开关46被定时器电路18断开。

然后，在118中，定时器电路18断开第一漂移测量开关60和第二漂移测量开关62，并闭合积分电路16的行的复位开关44。积分器16的电容器42基本上瞬时放电。

然后，在120中，定时器电路18闭合第一漂移测量开关60和第二漂移测量开关62，并断开积分电路16的行的复位开关44。因此对于图2所示的补偿电路24、漂移电路38以及积分器16的每个布局，电容器42开始对流经补偿测辐射热计50的电流i_comp和流经参考电阻器56的电流i_ref之间的差进行积分。

过了周期T_int之后，在122中，定时器电路18断开漂移电路38的行的第一漂移测量开关60和第二漂移测量开关62。则图2所示的布局中的测量电路22的输出端上的电压V_out由以下方程给出：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{bus}}+\frac{1}{C_{\mathrm{int}}}\underset{0}{\overset{T_{\mathrm{int}}}{\∫}}(i_{\mathrm{comp}}\left(t\right)-i_{\mathrm{ref}}\left(t\right))\mathrm{dt}---\left(4\right)$

然后在124中，该电压V_out在通过常规装置传递之后，由信息处理单元28的校正单元34保存。还是在124中，单元34随后根据电压V_out来确定补偿测辐射热计50的电阻R_comp和电阻器56的电阻R_ref之间的差。然后，由于知道在单元28的存储体32中存储的值R_ref，单元34确定补偿测辐射热计50的电阻R_comp。然后在126中，将计算出的值R_comp存储在存储体32中。

在随后的、可选的步骤128中，进行测试以确定计量计数器N_measure的值是否等于值如果不等于，则在130中定时器电路18将计数器N_measure增加“1”，然后步骤130返回步骤118进行读取补偿测辐射热计50的行的新读取循环。

如果在128中进行的测试结果是肯定的，则在132中针对补偿电路24的行中的每个补偿测辐射热计50，补偿单元34形成计算出的最后个电阻值R_comp的平均值

然后在134中，将平均值存储在专用于存储体32的空间中，作为补偿测辐射热计50的参考电阻值

此外，按照与定时器电路18的方式类似的读取循环，使用利用具有不同温度的均匀辐射源的标准现有技术的方法来测量n乘m个成像测辐射热计140的响应S_init，并且将该响应存储在存储体32中。然后表S_init被复制到工作表S。

检测器交付使用后，该方法继续进行步骤136以测量成像阵列12中每行的电阻漂移，在步骤136之后继续进行步骤138以便校正该漂移。例如，偏移测量步骤136和偏移校正步骤138定期地和／或周期性地触发，或者当检测器10的用户怀疑检测器10受到漂移的不利影响时由用户的请求触发。

更具体地，漂移测量步骤136包括上述步骤114至步骤132。因此完成步骤132时，每个补偿测辐射热计50的电阻的新平均测量值被存储在信息处理单元28的存储体32中。

在校正步骤138中，单元28的校正单元34随后通过用相应的比率乘以表S_init中元素的每一个来重新计算存储体32中的工作电灵敏度表S。

在第一和第二实施例中，通常出现在检测器10中以读取成像阵列12的积分器16被用于测量阵列的漂移。

常规地选择电容器42的电容值C_int以便对流经成像测辐射热计140的电流和流经补偿测辐射热计50的电流之间的差进行积分。

因此，必须使用漂移电路38，每个漂移电路38都包括接近电阻140或50的电阻56，使得电容器42在测量成像测辐射热计140的漂移时不饱和。

但是，例如，由于与影响电阻器的电阻值R_ref的工艺离散(technologicaldispersion)相关联的不准确性，所以使用这样的电阻器56使该测量精确度较低。

根据下面描述的第三和第四实施例，通过测量成像测辐射热计140的绝对电阻来实现成像测辐射热计140的漂移的测量。

第三实施例

如图示第三实施例的图5所示，第三实施例的部件与结合图1和图2所描述的两个实施例的区别在于省略了漂移电路38。因此检测器10的基础布局包括像素14、积分器16以及补偿电路24。

第三实施例使用的方法与上面结合图3所描述的第一实施例的方法类似。

主要区别是以下事实：在测量测辐射热计140的漂移时，被电容器42积分的电流不再是流经成像测辐射热计140和参考电阻56的电流之间的差；实际上是流经成像测辐射热计140的电流。

第二个区别是以下事实：缩短积分周期以防止电容器42饱和。因此，在积分循环结束时，积分器16的输出端上的电压V_out由以下方程给出：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{bus}}+\frac{1}{C_{\mathrm{int}}}\underset{0}{\overset{T_{\mathrm{int}}^{\′}}{\∫}}{i}_{\mathrm{imag}}\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(5\right)$

其中T′_int是缩短的积分周期，其被选择为在测量成像测辐射热计140的漂移时不使电容器42饱和。然后算术和逻辑单元34根据电压V_out来确定成像测辐射热计140的电阻R_imag。

或者，不缩短积分周期，而是增大电容器42的电容值C_int使得在积分周期T_int期间电容器42不饱和。

例如，积分器16包括两个电容器，在读取成像阵列12时定时器电路18选择第一电容器，而在测量成像测辐射热计140的漂移时选择第二电容器。

第四实施例

在第四实施例中，基于测量补偿测辐射热计50的漂移来对成像测辐射热计140的漂移执行测量和校正，以便利用与针对第二实施例提到的优点相同的优点。

为此，在第四实施例中，检测器10的基础布局和图5中的布局相同。

用于测量和补偿漂移的方法类似于结合图4描述的第二实施例的方法。

主要区别是以下事实：在测量测辐射热计140的漂移时，被电容器42积分的电流不再是流经补偿测辐射热计50和参考电阻56的电流之间的差；实际上是流经补偿测辐射热计50的电流。

第二个区别是以下事实：缩短积分周期以防止电容器42饱和。因此，在积分循环结束时，积分器16的输出端上的电压V_out由以下方程给出：

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{bus}}+\frac{1}{C_{\mathrm{int}}}\underset{0}{\overset{T_{\mathrm{int}}^{\′}}{\∫}}{i}_{\mathrm{comp}}\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(6\right)$

然后校正单元34根据电压V_out来确定补偿测辐射热计140的电阻R_comp。

或者，不缩短积分周期，而是增大电容器42的电容值C_int使得在积分周期T_int期间电容器42不饱和。

例如，积分器16包括两个电容器，在读取成像阵列12时定时器电路18选择第一电容器，而在测量补偿测辐射热计50的漂移时选择第二电容器。

显然，根据本发明的第四实施例允许对成像阵列12的漂移进行空间校正。事实上，对于所述阵列中的每个测辐射热计，一次对一个测辐射热计补偿成像测辐射热计的漂移(在第一和第三实施例的情况下)，或者对于成像阵列12中的每列，一次对一列补偿成像测辐射热计的漂移(在第二和第四实施例的情况下)。

第五实施例

根据本发明的第五实施例，检测器配备有用于控制其焦平面的温度的系统。例如，检测器配备有本身已知的珀耳帖效应模块或焦耳效应加热器。

在该实施例中，对成像测辐射热计的漂移的测量与上面结合图1至图5所述的任一实施例中的测量相同。

与之相对，通过控制焦平面的温度以校正测辐射热计的电阻的漂移，来“主动”校正测辐射热计的漂移，如图6中的流程图所示。

图6中，用于测量和校正成像测辐射热计140的漂移的方法涉及，例如，包括第一实施例的步骤72至步骤94的第一初始步骤160，以及随后的与第一实施例中的测量步骤100相同的漂移测量步骤162，上面结合图3描述了步骤72-94和步骤100。

然后该方法继续进行阶段164以校正测得的漂移；这根据与上面描述的标准相同的标准来触发。

校正阶段164包括第一步骤166，其中信息处理单元28的校正单元34计算成像阵列12中的n乘m个测辐射热计140的平均漂移或者补偿测辐射热计50的平均漂移更具体地，单元34确定与阵列12中的成像测辐射热计140相关联的差的平均值或者与补偿测辐射热计50相关联的差的平均值。

在随后的步骤166中，校正单元34根据平均漂移(或)来计算控制焦平面的温度的系统的温度设定T_C。计算该设定点T_C，使得将其施加到焦平面时导致成像测辐射热计140的电阻减小(分别地，)。已知，在检测器10的工作范围上，在成像测辐射热计140的温度和成像测辐射热计140的电阻值之间实际上存在连续递减的关系。因此，控制成像测辐射热计140的温度等同于控制成像测辐射热计140的电阻。

因此补偿步骤164继续进行步骤170以将焦平面的温度控制到温度设定T_C。

最后，步骤170返回步骤162以便测量新的平均漂移和对该新漂移进行补偿的新温度设定T_C。

显然，在检测器10工作以形成场景的热图像期间，在通过改变焦平面温度的该校正过程之后，成像测辐射热计14的电阻值减小了因此，主动补偿了其电阻的漂移。

还应该注意到，第五实施例中的漂移补偿涉及补偿成像阵列12中的成像测辐射热计的平均漂移。

本发明应用于使用测辐射热检测的图像传感器领域，而不论检测频带或用于制造成像测辐射热计和参考测辐射热计的测辐射热材料的类型，例如，非晶硅(a-Si)、氧化钒(Vox)或金属氧化物(Ti)。

因此，本发明具有以下应用：

-红外微型测辐射热计高温测量；

-红外微型测辐射热计成像；

-通过红外微型测辐射热计成像来辅助驾驶交通工具和检测行人；

-通过红外微型测辐射热计成像的气体测量；或

-更一般地，使用微型测辐射热计的物理测量。

Claims (13)

1.一种用于检测红外辐射的包括电阻成像测辐射热计的器件，包括：

-测量所述电阻成像测辐射热计的对应于照射、环境温度和读取的电信号的给定参考条件的电阻的值相对于所述电阻成像测辐射热计的电阻的初始参考值的漂移的测量装置，所述初始参考值对应于所述给定参考条件，其中，所述漂移为在所述给定参考条件下，所述电阻成像测辐射热计的电阻随时间与其初始值的偏离；以及

-校正所述漂移的效应的校正装置，或者校正电阻的所述漂移的校正装置。

2.根据权利要求1所述的用于检测红外辐射的器件，其中所述测量装置包括：

-受所述漂移影响的参考电阻测辐射热计；

-测量所述参考电阻测辐射热计的电阻的装置；以及

-根据测得的电阻来确定所述漂移的装置。

3.根据权利要求2所述的用于检测红外辐射的器件，其中，所述参考电阻测辐射热计是与所述电阻成像测辐射热计相关联的补偿测辐射热计。

4.根据权利要求2所述的用于检测红外辐射的器件，其中，所述参考电阻测辐射热计是电阻成像测辐射热计。

5.根据权利要求2所述的用于检测红外辐射的器件，其中，测量所述参考电阻测辐射热计的电阻的所述测量装置包括：

-对流经所述参考电阻测辐射热计的电流进行积分的第一积分装置；以及

-根据由所述第一积分装置积分的电流来确定所述参考电阻测辐射热计的电阻的装置。

6.根据权利要求2所述的用于检测红外辐射的器件，其中，测量所述参考电阻测辐射热计的电阻的所述测量装置包括：

-具有预定电阻的电阻器，所述电阻器能够连接到所述参考电阻测辐射热计；

-对流经所述参考电阻测辐射热计和所述电阻器的电流之差进行积分的第二积分装置；以及

-根据由所述第二积分装置积分的电流之差来确定所述参考电阻测辐射热计的电阻的装置。

7.根据权利要求5所述的用于检测红外辐射的器件，其中，所述器件包括用于通过对流经所述电阻成像测辐射热计的电流进行积分来测量所述电阻成像测辐射热计的电阻的电路，所述电路被设计为测量红外辐射温度，以及所述第一积分装置属于所述测量所述电阻成像测辐射热计的电阻的电路。

8.根据权利要求6所述的用于检测红外辐射的器件，其中，所述器件包括用于通过对流经所述电阻成像测辐射热计的电流进行积分来测量所述电阻成像测辐射热计的电阻的电路，所述电路被设计为测量红外辐射温度，以及所述第二积分装置属于所述测量所述电阻成像测辐射热计的电阻的电路。

9.根据权利要求1所述的用于检测红外辐射的器件，其中，校正装置包括控制所述电阻成像测辐射热计的温度以补偿所述漂移的装置。

10.根据权利要求1所述的用于检测红外辐射的器件，

-其中，所述器件还包括测量所述电阻成像测辐射热计的电阻的装置，以及根据测得的电阻和取决于所述电阻成像测辐射热计的所述电阻的至少一个参数来确定所述电阻成像测辐射热计上的入射辐射的温度的装置，以及

-其中，所述校正装置能够根据测得的漂移来校正所述至少一个参数，以在确定所述电阻成像测辐射热计上的入射辐射的温度时校正所述漂移的效应。

11.根据权利要求10所述的用于检测红外辐射的器件，其中，所述至少一个参数是对用于测量所述电阻成像测辐射热计的电阻的装置的温度的电灵敏度。

12.一种用于检测红外辐射的系统，所述系统包括用于检测所述辐射的至少一行器件，所述器件中每一个都符合权利要求1至11中的任一项。

13.一种用于读取电阻成像测辐射热计阵列中的电阻成像测辐射热计的方法，所述电阻成像测辐射热计阵列构成用于检测红外辐射的系统，所述方法包括：

-测量所述电阻成像测辐射热计的对应于照射、环境温度和读取的电信号的给定参考条件的电阻的值相对于所述电阻成像测辐射热计的电阻的初始参考值的漂移的步骤，所述初始参考值对应于所述给定参考条件，其中，所述漂移为在所述给定参考条件下，所述电阻成像测辐射热计的电阻随时间与其初始值的偏离；以及

-校正所述漂移的效应的步骤，或者校正电阻的所述漂移的步骤。