CN102460096A - 用于检测红外辐射的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测红外辐射的装置，其包括：测辐射热计(12)的阵列(42)，用于检测所述辐射；以及包括电路(14)、电路(20)和电路(18)的信号整形电路(14、46)，用于读取每个测辐射热计(12)，其中电路(14)能够以预定电压对该测辐射热计加偏压从而使电流流过所述测辐射热计，电路(20)能够产生共模电流，电路(18)能够对流过测辐射热计的电流与共模电流之间的差进行积分。根据本发明，该装置包括电路(52)，电路(52)能够将电流注入每个测辐射热计，以使其电阻变化取决于其偏移的预定量，在读出该测辐射热计的偏压之前先执行该电流注入，并根据测辐射热计的电阻随温度变化的方向来执行该变化。此外，校正电路(52)能够使测辐射热计(12)的电阻向公共值变化。

Description

用于检测红外辐射的系统和方法

技术领域

本发明涉及利用测辐射热计的红外成像和高温测定技术领域。更具体地说，本发明涉及用于辐射热检测的图像传感器技术领域，而无关频带检测和所使用的辐射热材料的类型。

背景技术

用于红外成像的检测器传统上被制造为基元检测器或者测辐射热计的一维或者二维阵列，所述测辐射热计取借助具有高热阻的支承臂悬在通常由硅制成的衬底之上的膜的形式。

衬底通常结合用于对基元检测器进行顺序寻址的装置以及用于电激励和预处理这些测辐射热计产生的电信号的装置。该衬底和集成的装置通常被称为“读出电路”。

为了利用该检测器获得场景红外图像，该场景被通过适当光学元件投影到测辐射热计阵列上，并且通过读出电路对每个测辐射热计或者对每行这种测辐射热计施加时钟电激励，以获得构成每个所述基元检测器所达到的温度的图像的电信号。然后，该读出电路以更大或者更小的范围处理该信号，然后，必要时，利用该封装之外的电子器件处理该信号，以产生所观察场景的热图像。

这种类型的检测器在其制造成本和实现方面具有许多优点，但是也具有限制采用这种检测器的系统的性能的缺点。特别地，所获得的图像的均一性存在问题。实际上，当暴露于统一的场景时，不是所有的测辐射热计都完全以相同的方式响应，并且这体现为由此获得的图像中的固定空间噪声。

这种变化性有几个源泉。特别地，测辐射热计的电阻的技术变化性还导致图像中发生偏移变化和增益变化(缺陷不限于此)，即，对于偏移，暴露于均匀图像的测辐射热计的输出电平上的空间变化，以及对于增益，暴露于均匀场景温度变化的测辐射热计的输出电平上的绝对变化的变化性。

偏移校正的方法有许多。校正偏移变化的第一方法包括使用在工厂校准操作之后制作的偏移校正表。然而，这些校正的稳定性取决于焦平面的温度稳定性，因此，在非温度受控应用(通常称为“TEC-less”)中，需要诉诸于获取并存储多个所谓校准的温度的增益和偏移表，然后，当使用检测器时通过例如插值来运用所述表，以确保在检测器的焦平面温度方面在整个工作动态范围上的数字校正的连续性。利用工厂校准测试台获得的这些表导致制造商的成本相当大，尤其是在安装在校准测试台上的设备和获取所有增益和偏移表花费的时间方面。

例如在文献US 2002/0022938中公开的另一方法包括通过关闭机械快门来获取均匀参考场景的图像。获取了该图像之后，就打开快门并存储该参考图像，然后，利用数字方法或者模拟方法从该当前图像中减去该参考图像。该方法常被称为“快门校正”或者“一点校正”。其优点在于，在被用于获取参考图像的检测器室温附近实现高效校正，并且几乎不需要存储器和计算资源。

另一方面，该方法包括采用机械快门——成本不能忽略的机械装置因为含有运动部分而比较易损并且消耗能量。另外，如果工作条件发生变化，更尤其是检测器的热环境发生变化，则从该场景获取的图像因为重新出现偏移变化而恶化，因此，需要通过关闭机械快门来重新获取参考图像。实际上，至少在获取该参考图像的时间内，检测器是无法使用的。

例如在文献WO 98/47102中公开的另一偏移校正方法涉及对在包括足够帧的滚动时间窗内含有的一系列连续图像执行数字处理，从而能够从该时间窗内提取连续分量。然后，从当前获取的图像中数字性地减去与该偏移分布类似的该连续分量的空间分布。

然而，这不仅抑制了实际偏移变化本身，而且它还抑制了来自该场景的所有静态信息。当然不需要使用机械快门，但是类似这样的偏移校正只在该场景基本上永久可变或者运动的情况下才真正可接受。实际上，等于或者大于滚动窗的时长的时长内的所有细节和固定局部对比度被作为非均匀性来处理，并且借此以与固定空间噪声相同的方式校正它们。

一般而言，仅当图像被获取时，才应用根据现有技术的偏移校正方法，从而校正图像中的偏移变化的效果。然而，尽管偏移变化等因于与场景无关的噪声的存在而影响图像质量，其仍然对这些类型的技术未校正的可观察场景的动态范围有影响。

为了校正该现象，图1示出传统上用于测辐射热计阵列检测器的这种基本的检测和读出布置。

该基本布置包括：

·图元或者像素10，尤其包括成像测辐射热计12和实现它所需的部件14和16。

·积分电路18，用于读取成像测辐射热计12；以及

·补偿电路20，用于在读取成像测辐射热计12时补偿流过成像测辐射热计12的共模电流。

测辐射热计12受到源自场景的红外辐射IR的辐射，并通过第一端子A接地。

积分电路18包括：

-运算放大器22，其非反相输入端(+)被保持在预定恒定电压VBUS；

-电容器24，其具有预定电容C_int，并连接在放大器22的反相输入端(-)与放大器22的输出端之间；以及

-重置开关26，其与电容器24并联，并且可以由“重置”信号控制。

图元10还包括：读开关16，其可以由“选择”信号控制，并连接到运算放大器的反相输入端(-)和第一MOS注入式晶体管14，该第一MOS注入式晶体管14的栅极由电压VFID控制，以在测辐射热计12的端子之间施加电压Vac，其源极连接到测辐射热计12的第二端子B，而其漏极连接到读开关16的另一端子。

补偿电路20用于补偿流过成像测辐射热计12的共模电流，其包括由与成像测辐射热计12相同的材料制成的电阻式补偿测辐射热计28。补偿测辐射热计28对源自场景的辐射基本上不敏感，这例如归因于其相对于衬底的热阻低并且其任意地或者可选地设置有阻光屏蔽30。

补偿测辐射热计28的端子之一连接到预定电压VSK，而其另一端子连接到电路20的第二MOS注入式晶体管32的源极。注入式晶体管32的漏极连接到运算放大器22的反相输入端(-)，而其栅极连接到预定电压GSK。

为了读取测辐射热计12，使电容器24因为零重置开关26闭合而放电，成像测辐射热计12和补偿测辐射热计28被偏压晶体管14、32的控制电压加偏压，并且流过成像测辐射热计12的电流Iac与流过补偿测辐射热计28的电流Iav之差被积分电路18对预定积分时长Tint积分。如本身为人所知的一样，代表场景温度的有用电流仅占流过成像测辐射热计12的总电流的很小部分(通常约为1％)，这证明需要使用补偿电路20在积分之前消除共模电流。

积分器18的输出端上的电压Vout于是由下列等式给出：

$\mathrm{Vout}=\mathrm{VBUS}+\frac{1}{C_{\mathrm{int}}}\underset{0}{\overset{\mathrm{Tint}}{\∫}}(\mathrm{Iac}\left(t\right)-\mathrm{Iav}\left(t\right))\mathrm{dt}---\left(1\right)$

因此，通过电路18的积分使得可以通过电容C_int的值来施加增益给有用信号的读出，同时确保将有用电流转换为更方便操纵的电压。这样，以同一方式，特别是通过施加相同的偏压电平，来读取该阵列检测器的所有成像测辐射热计。

上面描述的部件的布置和操作是常规的，并且为了简短起见并未做更详细的解释。更多细节建议读者参考例如E.Mottin等人发表于InfraredTechnology and Application XXVIII，SPIE，vol.4820的题为“Uncooledamorphous silicon enhancement for 25μm pixel pitch achievement”的文献。

例如，假定检测器的成像测辐射热计的电阻上的相对空间变化等于1％，从而对于低偏压电平将导致电流Iac有1％的变化，并且假定补偿测辐射热计的偏压被选择为使得电流Iav约等于电流Iac的90％，那么在已读完所有测辐射热计之后电压Vout上的空间变化约为10％。在传统的检测器中，这种变化代表其动态输出响应约为300mV。如果将成像测辐射热计的偏压也升高例如50％，以提高输出电平的值从而提高检测器的灵敏度的话，则输出电压Vout上的变化也升高50％，从而达到450mV。考虑到可用的总动态响应通常被限制在2或3V，因此，单单是测辐射热计的自然变化性就已经用尽该动态响应的很大一部分。

因此，仅仅是已有的偏移变化就已经用尽检测器的动态输出响应。通常利用术语“剩余动态响应”或者“动态场景响应”表示当积分电路不饱和时电压Vout的最大幅值与当暴露于均匀场景时输出电压Vout的最大幅值之差，即，对有用信号的剩余动态响应。

除了剩余动态响应仅因为存在偏移变化而小于积分电路的电动态响应以外，该剩余动态响应还随着用户所要求的灵敏度增大而降低。

此外，当成像测辐射热计被加偏压时，它们的温度因为焦耳效应而升高，导致流过它们的电流(从而输出电压)上的变化的放大率增大，因此，导致剩余动态响应减小。当测辐射热计阵列所在的焦平面的温度升高时，也发生类似的现象。因为通常的测辐射热计材料热阻系数为负，所以这导致测辐射热计的输出电平的变化性迅速升高，从而使剩余动态响应显著减小。

应当注意，根据现有技术的偏移变化校正并未以任何方式解决剩余动态响应减小的问题，并且将它们自身限制在追溯性地校正所述变化性对已经形成的图像的影响。

发明内容

本发明的目的在于建议一种方法和一种测辐射热计检测装置，用于校正偏移变化性对所形成的图像和对剩余动态响应的影响。

本发明的目的在于一种用于检测红外辐射的装置，包括：

·用于检测所述辐射的测辐射热计阵列；以及

·用于读取每个测辐射热计的信号整形电路，其包括：

○读出偏压电路，其能够将所述测辐射热计以预定电压加偏压，从而使电流流过所述测辐射热计；

○共模注入电路，其能够产生共模电流；以及

○积分电路，其能够对流过所述测辐射热计的电流与所述共模电流之间的差进行积分。

根据本发明，该系统包括用于校正所述测辐射热计的电阻的校正电路，所述校正电路能够将电流注入每个测辐射热计，以使其电阻变化取决于其偏移的预定量，在读出所述该测辐射热计的偏压前先执行该电流注入，并且根据所述测辐射热计的电阻随温度变化的方向来执行该变化。

换句话说，用于控制根据本发明的测辐射热计的电阻的电路单独改变该测辐射热计的电阻值，以便在测辐射热计的电阻随温度降低的情况下减小该电阻，或者在相反的情况下增大该电阻。优选地，测辐射热计的电阻被改变得使它们基本相同。在读取的上游(即在将测辐射热计加偏压和对电流进行积分之前)执行该校正。在积分阶段之前的阶段，采用电工具、通过焦耳效应来改变该电阻，而不改变从所观测的场景获得的热信息。

根据本发明的具体实施例，所述装置包括以下一个或者多个方面。

所述校正电路能够使所述测辐射热计的电阻向公共值变化。

所述校正电路包括定时工具，所述定时工具能够在根据该偏移相关量确定的时长之后，停止电流注入。

所述测辐射热计包括：悬在衬底上的半导体类型的测辐射热计膜；以及定时工具(142)，其能够在根据下列等式的一段时间后停止电流注入：

$t(i,j)=\frac{k.{\mathrm{TPF}}^2.C_{\mathrm{th}}}{E_A.V_{\mathrm{ac}}^2}.\mathrm{\Δ}{R}_0(i,j)$

其中，t(i，j)是预定时长，ΔR₀(i，j)是取决于该偏移的量，k是波尔兹曼(Boltzmann)常数，TPF是衬底的温度，C_th是测辐射热计的热容，E_A是制成测辐射热计的测辐射热计材料的热传导活化能，V_ac是测辐射热计两端的电压。

所述校正电路包括用于将电流注入测辐射热计的如下单元：

·恒定电流源；

·第一可控开关，其能够将该恒定电流源与该测辐射热计连接或者断开连接；以及

·比较电路，用于将测辐射热计两端的电压与取决于偏移的第一预定电压进行比较。

所述比较电路包括：

·运算放大器，作为电压跟随器安装，其非反相输入端连接到所述测辐射热计；

·电容器，通过其第一端连接到所述运算放大器的输出端；

·比较器，通过其非反相输入端连接到所述电容器的第二端，通过所述比较器的输出来控制所述第一可控开关的断开和闭合，并且所述比较器的反相输入端接收所述第一预定电压；以及

·第二可控开关，连接在所述电容器的第二端与第二预定电压之间。

所述第一预定电压和所述第二预定电压满足以下等式：

V_ref(i，j)＝V_clamp-Iref.ΔR₀(i，j)

其中，V_ref(i，j)是所述第一电压，V_clamp是所述第二电压，Iref是所述恒定电流源输出的恒定电流，而ΔR₀(i，j)是取决于所述测辐射热计的偏移的预定量。

所述校正电路能够将其值取决于预定量的电流注入测辐射热计，所述预定量取决于该测辐射热计的偏移。

该电流的值满足下列等式：

$\mathrm{Iref}(i,j)=\sqrt{\frac{{k.\mathrm{TPF}}^2}{E_A.R_{\mathrm{ac}}(i,j).\mathrm{\Δt}}.C_{\mathrm{th}}.\mathrm{\Δ}{R}_0(i,j)}$

其中，Iref(I，j)是该电流的值，ΔR₀(i，j)是取决于该偏移的值，k是波尔兹曼常数，TPF是衬底的温度，C_th是测辐射热计的热容，E_A是制成测辐射热计的测辐射热计材料的热传导活化能，R_ac(i，j)是测辐射热计的电阻，Δt是施加该电流的时间。

用于控制测辐射热计的电阻的电路能够临时推迟将电流注入预定的一组测辐射热计中的测辐射热计，以基本同时终止所述电流注入。

对测辐射热计阵列逐行地进行读取，并且电阻控制电路位于测辐射热计阵列的每列的端部，并能够连接到该列的每个测辐射热计，以控制每个测辐射热计的电阻。

因此，本发明使得可以通过提高检测器的剩余动态响应从而减小所形成的图像中的偏移的变化性的范围来提高检测器的灵敏度，并且/或者可以在高温下使用该装置。更一般而言，使灵敏度与剩余动态响应的乘积显著增大。

本发明的目的还在于一种用于通过使用测辐射热计阵列来检测红外辐射的方法，该方法包括以下步骤以读取测辐射热计：

·以预定电压将该测辐射热计加偏压，从而使电流流过所述测辐射热计；

·从流过测辐射热计的电流中减去共模电流；以及

·对流过测辐射热计的电流与共模电流之间的差进行积分。

根据本发明，该方法包括：在读取测辐射热计之前先将电流注入测辐射热计，以根据测辐射热计的电阻随温度变化的方向使测辐射热计的电阻变化取决于测辐射热计的偏移的预定量。

在本发明的一个特定实施例中，取决于与测辐射热计有关的偏移的预定值如下来确定：

·使阵列暴露于均匀场景中；

·确定测辐射热计的相应电阻；以及

·从所述电阻中减去：

○基本上等于所确定的电阻中的最小电阻的量(在具有负电阻系数的测辐射热计的情况下)；或者

○在具有负电阻系数的测辐射热计的情况下，从所述电阻中减去基本上等于所确定的电阻中的最大电阻的量。

附图说明

通过下面仅作为示例并且参照附图给出的描述，将更容易理解本发明；在附图中，相同的附图标记表示相同或者类似的部分，附图中：

图1是传统上用于测辐射热计阵列检测器的这种基本的检测和读出布置的示意性视图。该布置已在上文描述；

图2是根据本发明的测辐射热计阵列检测装置的第一实施例的示意性视图；

图3是示出根据本发明的用于校正测辐射热计的偏移变化性的方法的流程图；

图4是解释应用了本发明之后电阻随时间的变化的图；

图5A和图5B是当采用根据本发明的方法时产生的用来控制开关的各种信号的时序图；

图6是构成根据本发明的测辐射热计检测装置的一部分的个体参考电压Vref源的第一实施例的示意性视图；

图7是根据本发明的个体参考电压Vref源的第二实施例的示意性视图；

图8是采用个体参考电流Iref源的根据本发明的测辐射热计阵列检测装置的第二实施例的示意性视图；

图9A和图9B是作为根据本发明的测辐射热计检测装置的第三实施例的一部分的时基控制装置的示意性视图。

具体实施方式

图2中示意性示出根据本发明的测辐射热计检测器。该检测器包括具有N行和M列的多个单元检测元42(或者“像素”)的阵列40，其中每个像素均包括成像测辐射热计12、MOS晶体管14和读开关16。

阵列40的每列均通过列读取总线44与读出电路46相连，该读出电路46包括积分器18和补偿电路20，该积分器18由运算放大器22、电容器24和零重置开关26构成，该补偿电路20由电阻式补偿测辐射热计28和MOS注入式晶体管32构成，该电阻式补偿测辐射热计28例如通过从衬底吸热和/或借助阻光屏蔽30而对辐射基本不敏感。

阵列40的每个像素42与其相连的读出电路46一起形成与结合图1描述的类似的基本布置。所有测辐射热计元12、28都形成在衬底10的表面上，在该衬底10中形成所有电子元件。光学活动区域40位于适当光学元件(未示出)的焦点。

如本身公知的一样，对测辐射热计12的阵列40逐行地进行读取，其中通过闭合读开关16来将当前正在读取的像素行连接到读出电路46。通常，在该处理中，在一行读取结束时，在积分器18的输出端建立了电压Vout后，抽样信号Vout，并且在寻址到下一行之前保持该信号Vout，随后将该信号Vout复用到输出放大器49；读出通常由设置在衬底10上的定时电路48来定时，并且定时电路48的任务是断开或者闭合读开关16和零重置开关26。关于读出如何操作的更多详情，请读者参考例如上面提到的文章。

根据本发明，阵列40的每列也通过列连接总线50与电路52相连，电路52用于控制所述列中的测辐射热计的电阻。电路52的功能是校正测辐射热计12的偏移变化性对所形成的图像的影响以及该变化性对检测器的剩余动态响应的影响。列上的像素42与其控制电路52的连接或者断开连接由位于校正总线50与测辐射热计12之间的像素42上的校正开关53来确保，该校正开关53由定时电路48以下面详细描述的方式驱动。

控制电路52包括：

·电流源54，其输出预定恒定电流Iref，并且一端连接到恒压源VDDA；

·第一可控开关56，其连接在电流源54的另一端与列校正总线50之间；

·运算放大器58，其非反相输入端(+)连接到列校正总线50。放大器58的反相输入端(-)连接到后者的输出端，因此放大器58作为电压跟随器工作；

·电容器60，其一端连接到放大器58的输出端；

·比较器62，其正输入端(+)连接到电容器60的另一端，而其输出通过OR(或)逻辑门63控制开关56的断开和闭合；

·第二开关64，其可以由定时电路48借助“开始”信号来控制；

以及

·电压源66，其连接到比较器62的负输入端(-)，并且在比较器62上产生参考电压Vref，参考电压Vref的值取决于控制电路52所连接到的像素42的成像测辐射热计12。

如下面所详细解释的，电压源66产生的电压是可编程的，以允许将该电压调节得适合于控制电路52所连接到的像素。该电压源包括例如数模转换器，向该数模转换器馈送存储在检测器内的数字值表。

最后，根据本发明的检测器包括通常(但并不一定)不位于衬底10上的校正管理单元69。管理单元69尤其存储用于成像测辐射热计12的电阻的校正参数，并且对所述参数进行校准，如下文更详细描述。

单元69例如是如根据现有技术的检测器中传统上设置的数字处理单元。实际上，首先为检测器提供在衬底10中在放大器49之后形成的(或者是在外部电子部件中遥控的)信号Vout的数字输出(模数转换(ADC))，其次，将该检测器与数字处理单元相连，该数字处理单元包括存储器和检测器的常规用途所需的校正算法，该校正算法例如是用于传统的“2点校正”的偏移和增益算法。下文中，所述数字处理单元被视作如本领域内已知的一样包括所述存储装置和用于处理上述数字数据以实现本发明的装置。

下面结合图3中示出的流程图来描述上述检测器所采用的用于校正偏移作用的方法。该方法基于当电流流过测辐射热计时测辐射热计的电阻所呈现的迅速变化(由焦耳效应导致的自热现象)。因此，电流被注入成像测辐射热计12，以在积分阶段之前并且尽可能接近该积分阶段地分别校正它们的电阻。

更特别地(但这不意味着本发明的任何限制性特征)，下文的方法将应用于温控测辐射热计检测器，该温控测辐射热计检测器例如是：由珀尔帖(Peltier)效应模块(或者热电冷却器(TEC))冷却的测辐射热计；成像测辐射热计12中具有负电阻系数(即其电阻随其温度的升高而降低)的测辐射热计。例如取悬在衬底上的膜的形式的测辐射热计12属于半导体类型，其对温度变化敏感的材料是非晶硅(a-Si)或者通常被表示为“VOx”的氧化钒。

根据本发明的方法开始于校准阶段70，该校准阶段70例如在工厂执行和/或考虑到检测器随时间的偏离而定期地执行。

该校准阶段70包括使检测器暴露于给定的恒定焦平面温度TPF的均匀场景的第一步骤72。为此，检测器被布置在例如参考黑色物体前面，或者在必要时将检测器的机械快门关闭。温度TPF是检测器在使用时要调节到的温度。还应当注意，由于其中形成了读出电路46和控制电路52并且其上形成了测辐射热计膜的衬底被布置在光学元件的焦平面上，所以该温度或被称为“焦平面”温度，或被称为“衬底”温度。

然后，在步骤74，对测辐射热计12的阵列40逐行进行读取，其中通过闭合读开关16来将每行相继地连接到位于列端部的读出电路46，从而将成像测辐射热计12加偏压。通过闭合零重置开关26使电容器24放电，实现了将行连接到电路46，这之后再断开零重置开关26。在该步骤74，迫使补偿电路20的晶体管32处于截止状态，以消除共模电流，并且成像测辐射热计12被以低压加偏压，以不使积分器18的电容器24饱和。

然后，管理单元69对通过对流过成像测辐射热计12的电流进行积分而得到的积分器18的输出端上的电压Vout进行分析，以便以本身从现有技术已知的方式来确定阵列40的测辐射热计12的对应电阻。

完成读出步骤74后，于是对于焦平面温度TPF获得了根据下列表格表示法的与检测器的阵列40的测辐射热计12对应的电阻R_ac(i，j)的值的表R_ac：

然后，将该表存储在管理单元69内。

然后，继续执行校准阶段70：在步骤76，通过管理单元69确定用于每个成像测辐射热计12的电阻校正量。

更特别地，确定表R_ac中测量到的电阻中的最小电阻

并确定等于或者优选地稍微小于电阻的参考电阻R_min。电阻R_min是根据本发明的校正目标电阻，在检测器被再次放置在与校准阶段70中相同的均匀热照射条件下的特殊情况下，在读出偏压之前，将成像测辐射热计12的电阻调节到该电阻R_min。在观测任意场景的一般情况下，利用相同的方法应用相同的电阻个体校正。这实现了消除无关于场景的电阻，下文还将详细地描述。

因此，在步骤76，获得了根据下列表格表示法的用于测辐射热计12的电阻的各校正量ΔR₀(i，j)的表ΔR₀：

然后，管理单元69存储阵列ΔR₀，从而完成校准阶段70。

当用户使用该检测器时，执行该方法的下列阶段。应当结合图4、图5A和图5B来阅读下文的解释。

图4示出在实施本发明时单行的电阻随时间的变化。为了清楚起见，这些变化对应于使检测器暴露于均匀场景中并且假定电阻的分布仅包括技术属性和衬底热分布的作用，即与校准阶段70中的条件等效的作用。当然，针对作为本发明的着眼点的暴露于任意场景时的常规用途，将说明所有电阻发生了什么。图5A示出各种开关的控制信号，这些控制信号是在图2所示系统采用根据本发明的方法的第一实施例时产生的。

当使用检测器时，在阵列40的一行的读出阶段82之前并且在时间上尽可能接近该读出阶段82地对该行中的测辐射热计12的电阻执行校准阶段80。

更特别地，阵列50的行的校准阶段80开始于步骤84，在步骤84中调节控制电路52的每个电压Vref。这样，将电路52的电压Vref调节到与和电路52相连的列中的像素12有关的个体值，如下文将更详细所述。

在电压Vref被调节到个体值之后，校准阶段80继续进行至步骤86，在步骤86中使该像素行的校正开关53闭合，同时使该像素行的选择开关16保持断开。

然后，在下一步骤88，随后由短“开始”脉冲(该脉冲由序列发生器48根据“检查”命令而提供)通过OR门(下文将进一步阐述该OR门的作用)闭合连接到电流源54的开关56，因此使得其值为Iref的电流流过测辐射热计12。在下文中，开关56的闭合标志着时间线的原点“0”。

考虑到这种放大器的一定特性，可知电路52的运算放大器58因此具有阻抗非常高的非反相输入端(+)，所以电流源54产生的所有电流Iref都流过连接到该输入端的测辐射热计12。于是该非反相输入端(+)的电压Vin在“0”时刻取下列值：

Vin(0)＝Iref.R_bolo(0)     (4)

其中，R_bolo是测辐射热计12的电阻。在该阶段不使用符号R_ac，以将校准期间的电阻值(R_ac)与使用时的电阻值(R_bolo)区别开，它们通常因为它们取决于每个灵敏像素所观测到的场景的元素而不同。然而，为了清楚起见，在图4中采用符号R_bolo，以符合检测器被使用时的情况，但是有意地将电阻分布选择得与校准情况产生的电阻分布相同，在这种特定情况下，可判定R_bolo＝R_ac。

在闭合开关56将电流源54连接到测辐射热计12的同时，连接到电容器60的开关64也被“开始”脉冲闭合，并且其作用是几乎立即使比较器62的(+)输入端和与其连接的电容器60的电容器板片达到电势Vclamp。

因为电路52的放大器58被作为电压跟随器安装，所以后者的输出电压等于其非反相输入端(+)上的电压Vin。因此，在“0”时刻，迫使电容器60两端的电压Vcap为根据下列等式的值Vcap：

Vcap＝Vclamp-Vin(0)+V_off＝Vclamp-Iref.R_bolo(0)+V_off     (5)

其中，V_off是放大器58的两个输入端之间的所谓偏移电压。

相对于校正阶段80的总时长，步骤88的时长足够短，由此可以认为，在步骤88期间，不管由对当前正在校正的该行的测辐射热计12加偏压而引起的焦耳效应怎样，该测辐射热计12的电阻R_bolo都几乎不变化。步骤88的时长基本上取决于电容器60的电容值和电流Iref的值，例如约为500纳秒。

在下一步骤90开始时，当“开始”脉冲回到其低电平时，连接到电容器60的开关64的状态变为断开状态。请注意，在该时期，电容器60不放电，并在其两端之间保持电压差Vcap恒定，这些电压差将一直保留到后来由于连接到电路52的比较器62的正输入端(+)的支路的阻抗非常高而导致“开始”信号被激活时为止。

因此，该支路浮置，并且其电压V₊呈现根据下列等式的值：

V₊(t)＝Vcap+Vin(t)+V_off＝Vcap+Iref.R_bolo(t)+V_off       (6)

其中，t是从“0”时刻起倒计时的时间。

请注意，测辐射热计12(具有负电阻系数)因为焦耳效应的自热导致其电阻R_bolo降低。实际上，如本身公知的一样，已证实这种测辐射热计的电阻R_bolo根据下列等式随温度而变化：

$R_{\mathrm{bolo}}=R_{\mathrm{abs}}.\exp \left(\frac{E_A}{k.T}\right)---\left(7\right)$

其中：

·R_abs是测辐射热计的绝对电阻，其值取决于技术参数；

·E_A是测辐射热计材料的热传导活化能；

·k是波尔兹曼常数；以及

·T是以开尔文度数表示的测辐射热计的绝对温度。

因此，在测辐射热计的温度T因为焦耳效应而升高的情况下，其电阻R_bolo减小。图4示意性示出这种减小的线性的一阶近似。此外，可注意到，如果注入电流Iref与积分期间使用的偏压电流可比，那么在校正阶段和积分阶段期间，这两段的斜率dR/dt可比，如图4中所示。

因此，电压V₊根据下列等式随时间变化：

V₊(t)＝Vcap+Iref.R_bolo(t)+V_off＝Vclamp-Iref.(R_bolo(0)-R_bolo(t))＝Vclamp-Iref.ΔR_bolo(t)

(8)

因此，电压V₊由于其自热效应而跟随测辐射热计12的电阻的变化ΔR_bolo(t)，所以其随时间而减小。

在步骤92实现：只要比较器62的正输入端(+)上的电压V₊超过其负输入端(-)上的电压Vref，则用于控制连接到电源54的开关56的“检查”信号被通过OR门63保持在高状态。因此，开关56保持闭合，从而电流Iref继续流过对应测辐射热计12，而电压V₊继续减小。

在步骤94，当电压V₊达到对比较器62的负输入端施加的电压Vref时，比较器62的输出变更为0，并且其效果是断开开关56(OR门63确认低状态，因为“开始”信号也处于低状态)，从而停止注入电流到测辐射热计12。当前正在被校正的行中的像素42的开关53随后通过在步骤96发生的“校正”命令的状态变化而断开。

根据本发明，校正电路52的电压Vref被调节到根据下列等式的值：

Vref＝Vclamp-Iref.ΔR₀(i，j)(9)

ΔR₀(i，j)对应于相对于电路52所连接的像素42的测辐射热计12的阵列ΔR₀的个体值。

因此，当开关56变更到其断开状态，并且在该时刻满足条件V₊＝Vref时，测辐射热计的电阻经历过的变化ΔR等于ΔR₀(i，j)。

特别地，图4示出正处于校正处理的单个行i的最高电阻(R_boloMAX)、最低电阻(R_boloMIN)以及任意中间电阻(R_bolo(i，j)随时间的变化。根据所陈述的原理，在各值ΔR₀(i，j)限定的时刻、在每个电阻停止电流注入(电阻不再减小)。优选地，把由序列发生器48以可调节方式控制的“校正”信号保持在高状态足够长时间，以便最高电阻(等于在0时刻的R_boloMAX)有时间变化表ΔR₀(i，j)中的最大量ΔR₀。在为了清楚解释图4起见而选择的产生校准阶段的热条件的特定情况下，在步骤94，所有电阻均完成其变化而处于值R_min。

然后，该方法继续进行读出阶段82，在读出阶段82期间，读出电路46的零重置开关24闭合，然后在步骤98(图5A中未示出，因为该操作与步骤80并行运行)再断开，以使积分器18的电容器24放电，然后，在步骤100，通过激活“选择”命令，使当前正在读取的行的像素12的读开关16闭合，以将该行的像素12连接到电路46一段时间，该时间定义如上所述的预定积分时间Tint。

在根据相关测辐射热计而可变的、步骤94与步骤100之间的时间段内，该相关测辐射热计的温度趋向于以由测辐射热计的热时间常数限制的速率返回其平衡值；这导致电阻的自然变化出现轻微的恢复，通常伴随着分布顺序的颠倒，如图4所示，如果相关时间段非常短(几微秒)，则这不存在难以克服的负面作用。

然后，该方法的步骤82以环路来到步骤84，以校正电阻并且对阵列40的下一行i+1的测辐射热计进行读取。与此同时，在对行i+1开始步骤88与开始步骤100之间，对行i的电压V_out执行抽样和保持操作(图5A中未示出)。如本身为人所公知的，必要时，到输出放大器49的信号流复用可以扩展到行i+1的积分阶段。

图4示出将值R_min设为低于该组值R_ac(i，j)的好处。为了适应该过程，在通过注入电流Iref开始积分步骤之前改变所有电阻的值。如果值R_min被设置得太高，则有些测辐射热计实际上不受电阻调节的影响，并且这样会因为局部校正缺陷而产生图像失真。另一方面，如果该值被设置得显著低于最小分布值，则这需要无意义的长时长以获得对所有电阻的标准化，因此这只会带来缺点。行业内的惯例是基于额定信号设置标准来定义图4中未规定的时间段，而没有任何其他特殊约束。

因此，在读取测辐射热计之前，以预定量来校正它们的电阻。作为数值示例，电阻校正通常取4至8微秒，以由于焦耳效应而施加2％的电阻偏移。更一般而言，施加电流Iref的时间是几微秒，与持续几十微秒的通常积分时间Tint或者通常等于16ms的读帧时长相比，该施加电流Iref的时间很短。还可注意到，通过施加较高的电流Iref，可以缩短校正时长，而不必修改上面描述的电路或者操作。

如上所述，图4示出在热条件代表校准阶段的情况下，在校正之前(直方图“A”)和校正之后(直方图“B”)的阵列40的成像测辐射热计12的全部电阻。可注意到，通过根据本发明的校正，在被读取之前，测辐射热计12的电阻的变化性被显著减小。因此，偏移变化性对所形成的图像的影响也被显著减小，而剩余动态响应被显著增强。

在一般使用情况下，当暴露于任意场景中时，电阻的分布由每个测辐射热计12吸收的辐射通量来限定。结果，校正步骤80之前的直方图“A”通常具有不同的形状，且尤其会较宽。然而，应用如上所述的校正步骤80得到为将电阻的所谓自然变化的发生频率纳入考虑而校正的直方图“B”，因为在步骤94，这些电阻R_bolo(i，j)中的每个的值均已减小表示其在参考条件下的个体偏移的量ΔR₀(I，j)。最终值不再统一是R_min，而是理想地仅表示场景的值。

另外，在大多数情况下，积分步骤100之前的直方图“B”的宽度小于未校正的直方图“A”的宽度(要小校正幅度的宽度)，从而这使得检测器的动态场景响应上获得相当大的增益。

换句话说，应当注意，测辐射热计12的电阻向较低电阻的变化以任何方式都不会消灭，从场景获得的热信息包含在测辐射热计12的电阻值中。实际上，校正测辐射热计12的电阻包括：在应用校正的时刻，仅使电阻基于不取决于电阻值的量变化。因此，与场景的热分布相关的电阻的分布仍存在于校准阶段之后的电阻中。

因此，该校正与上面描述的“1点”式偏移校正类似，即，与紧接其后在积分器18的输出电压Vout的连续电平上进行相关校正的关闭机械快门类似。然而，与利用不位于读出电路中的电子元件和/或者算法执行的这种校正相反，根据本发明的校正不在动态响应方面对检测器的输出端的信号施加任何限制。相反，根据用户的选择，通过减小电阻的变化性，从而减小测辐射热计12被读取时流过它们的偏压电流Iac的变化性，可以改善剩余动态响应并且/或者提高测辐射热计12的偏压电压。

还请注意，作为根据本发明的校正的直接结果，大部分灵敏度变化被消除，而不需要应用附加计算或者处理。实际上，灵敏度与每个电阻的值成反比。

图6和7示出可编程电压源66的实施例。

图6所示的第一个例子基于模拟复用。电压源66包括：电容器110，连接在控制电路52的比较器62的负极端与地之间；以及可控开关112，连接在所述负极输入端与模拟复用总线114之间。该总线114本身连接到数模转换器116，数模转换器116在其输入端接收需要由电压源66产生的电压Vref的例如n位的数字值。相关管理单元69将该数字电压值提供给检测器，并且在步骤84期间以串行方式通过总线114传送，如下详细所述。

为了产生特定模拟电压Vref，首先，利用转换器116，将对应于该电压的数字值转换为总线114上的模拟电压Vref。然后，闭合开关112，并且电容器110充电至电压Vref。一旦充电完成，开关112就断开，保留总线114和转换器116自由使用，以调节另一控制电路52的电压Vref。在该行电路52的所有电压Vref已被充电之后，根据本发明，所述电流准备好被使用，并且通过对关于下一行的电压Vref进行充电，该处理重新开始。

尽管由于轻微泄漏电流而导致预充电的电压Vref的暂时变化，但是模拟复用仍然可以用于实现本发明，因为这些电压被保持的有用时间大致相当于1行时间，即几十微秒。

图7中示出的电压源66的第二实施例基于数字复用。电压源66包括数模转换器122，其输出端连接到控制电路52的比较器62的负输入端；n位数字寄存器，其输出端连接到转换器122的输入端；以及可控开关126，连接在寄存器124的输入端与n位数字复用总线128之间。

为了使电源66产生特定模拟电压Vref，首先在总线128上由管理单元69产生该电压的数字值，该管理单元69与检测器相连，然后闭合开关126。然后，总线128上的数字值被存储在寄存器124内，并且被转换器122转换为电压Vref。在完成在寄存器124内的存储之后，就断开开关126，保留总线128自由使用，以调节另一控制电路52的电压Vref。根据本发明，在该行电路52的所有寄存器124均被编程之后，所述电路就准备好被使用，并且通过加载与产生电压Vref有关的并且读取下一行所需的数字数据，该处理重新开始。

还请注意，如图4所示，校正阵列42中的一行的所有测辐射热计12的电阻所需的时间取决于校正量ΔR₀(i，j)。由于值ΔR₀(i，j)各不相等，所以校正时间随测辐射热计不同而不同。此外，需要同步读取一行上的测辐射热计。因此，必须选择校准阶段80的时长，以使得对一行上的测辐射热计的电阻的所有校正都有效，并且在校准阶段80结束后，不需要过度等待就可以开始该行的读取阶段82。实际上，有利的是尽可能地接近对电阻的校正来执行读取阶段82，更具体地说，执行读取阶段82的积分阶段，以避免测辐射热计的电阻的变化性的任何恢复(这种恢复是检测器的热平衡的特色)。实际上，这种恢复是由与测辐射热计的热时间常数有关的自然松弛效应产生的，如已经陈述的和图4所示出的那样。

因此，一般而言，在测辐射热计12的特定校正(其时长比校正阶段82的时长短)结束与对该测辐射热计执行的积分阶段100开始之间，存在稍许时滞。然而，只要该时滞保持在少于读帧时间(通常为16ms)和测辐射热计的热时间常数(通常为5ms至15ms)，该时间延迟就不重要。

此外，可以根据第二实施例修改上面描述的系统，第二实施例与上面结合图2描述的实施例的不同之处在于控制电路52的输出电流Iref的电流源，该电流Iref取决于为了对所有测辐射热计获得相等的校正时长ΔT而要进行的校正。

在这种情况下，例如根据下面建议的等式，基于校正表ΔR₀(i，j)来计算电流表Iref(i，j)，并且模块52被减小为电流发生器54，该电流发生器54与程序控制电流Iref的装置相连并且例如具有图8所示的布置。图5A中所示的功能时序图简化示出在时长ΔT上变更为高状态的“校正”信号。该实施例不需要开关56，因为施加电流Iref的时间ΔT可以由被序列发生器48控制的开关53的状态直接限定。

在这种情况下，通过分别数字程序要由控制电路52的每个发生器54产生的电流，在84开始阵列50的行i的校准阶段80。校准阶段80在86继续进行，86对应于闭合该行像素的开关53，而该行像素的选择开关16保持断开。在预定时长ΔT之后，通过断开开关53(“校正”命令返回低状态)，该阶段在96结束。该处理的其余部分与上文描述的相同。

通常，采用数字方法，通过利用与结合图7描述的并在图8中示意性示出的复用类似的复用，实现加载电流值。在这种情况下，DAC控制每列上的一个电流发生器，其中逐行地更新每列的发生器54输出的电流值。

下面描述第三实施例。该实施例与图2所示实施例的不同之处在于测辐射热计12的电阻的控制电路52，如图9A中所示。

在该实施例中，与第一实施例中的控制电路52相同，控制电路52包括电流源54，该电流源54能够输出具有恒定值Iref的电流，并且经由被OR逻辑门控制的开关56连接到列总线50，其一个输入端被“开始”命令控制。另一输入端跟随间隔定时器142的输出。根据控制电路52所连接到的像素12，在定时器142内，时长t(i，j)的值被预编程为n位。当“开始”脉冲变回低状态时，在通过OR门确认“检查”信号的高状态的定时器142上，利用“开始”命令触发定时器倒计时。在每个点应用图5A中的数字信号的时序图。

更具体地说，已证实可以根据下列等式对当恒压Vac下的电流流过测辐射热计12时测辐射热计12的温度进行建模：

$C_{\mathrm{th}}.\frac{\∂\mathrm{\θ}\left(t\right)}{\∂t}=-\frac{\mathrm{\θ}\left(t\right)}{R_{\mathrm{th}}}+\mathrm{Pir}+\frac{V_{\mathrm{ac}}^2}{R_{\mathrm{abs}}.\exp \left(\frac{E_A}{k(\mathrm{TPF}+\mathrm{\θ}\left(t\right))}\right)}---\left(10\right)$

其中：

·C_th是测辐射热计的热容；

·R_th是测辐射热计相对于衬底的热阻；

·Pir是测辐射热计吸收的红外辐射的功率；

·TPF是焦平面的绝对温度；以及

·θ是流过测辐射热计的电流导致的测辐射热计的温度升高。

此外，基于对测辐射热计的电阻与其温度之间的关系进行建模的等式(7)，根据下列等式对测辐射热计的电阻随其升温的变化进行建模：

$\mathrm{\ΔR}=R_{\mathrm{abs}}\·\exp \left(\frac{E_A}{k}\right)\exp \left(\frac{\mathrm{TPF}+\mathrm{\θ}}{\mathrm{\θ}}\right)---\left(11\right)$

等式(10)和(11)的系统因此允许在以恒定电压将测辐射热计加偏压时对测辐射热计的电阻随时间的变化进行建模。如果该等式系统是非线性的从而不接受解析方案，然而很方便借助现有技术的计算机解算器来计算加偏压时长t(i，j)从而计算升温时长，以允许获得成像测辐射热计12的电阻的校正ΔR₀(i，j)。

此外，不必借助非线性微分方程解算器，显然，本发明被设计为对表R_ac的极值之间的非常小的相对偏差(通常约为2％)进行补偿，而测辐射热计材料的电阻随温度的相对变化系数TCR＝-E_A/(k.TRF²)或者“电阻系数”也处于同一量级，即-2％/K。

因此，大多数电阻式测辐射热计要达到的对应于ΔR₀(i，j)的温度差θ(i，j)非常小，并且在1度的量级。如果测辐射热计被施加与读取测辐射热计通常使用的电流基本上处于同一量级的电流，则可以在几微秒内实现温度升高。与通常是5ms至15ms的测辐射热计的热时间常数相比，该时长可以忽略不计。因此可以忽略表示丧失热平衡的等式(10)中的项

此外，因为本发明的目的是施加超过当暴露于入射红外辐射时达到平衡温度的参考点的电阻变化，因此，项Pir不包括在测辐射热计温度升高的时长内。

最后，由于与绝对温度TPF相比，等式(10)中的项θ可以忽略不计，所以温度升高θ可被根据时间t按照下列等式建模：

$\mathrm{\θ}=t.\frac{V_{\mathrm{ac}}^2}{R_{\mathrm{ac}}.C_{\mathrm{th}}}---\left(12\right)$

因此，借助等式(12)，可以确定要应用于测辐射热计12的温度升高时长t(i，j)，以获得根据下列等式的电阻校正ΔR₀(i，j)：

$t(i,j)=\frac{k.{\mathrm{TPF}}^2.C_{\mathrm{th}}}{E_A.V_{\mathrm{ac}}^2}.\mathrm{\Δ}{R}_0(i,j)---\left(13\right)$

因此，根据本发明的第三实施例，各电阻校正量的表ΔR₀被包含要应用的温度升高时长t(i，j)的表ΔT₀代替，以产生所述量。因此，像素12的阵列40的一行的校准阶段包括将相应时长值加载到间隔定时器142、闭合开关56(开关16保持断开而闭合开关53)，然后，在将时长t(i，j)个体化之后，分别断开这些开关。因此，一行的测辐射热计12中的每个的电阻均被以它们的相应量ΔR₀(i，j)加以校正。

然而，对于时刻t(i，j)，结合图2描述的第一实施例目前仍是优选，而不考虑它们是由解算器计算的还是根据等式(13)取决于值C_th。对所有测辐射热计12采用的单一值C_th是一种近似，这可能导致测量不准确，因为测辐射热计的该参数呈现自然技术上的变化性。另外，对焦平面的温度采用单一值TPF等效于假定衬底具有空间上均匀的温度；但这并非始终成立，因此也是不准确的来源，除非当校正单元借助与衬底接触或者嵌在衬底10当中的多个传感器计算焦平面的空间温度分布的时间t(i，j)时将其纳入考虑。

有利地，该第三实施例与类似步骤94的操作相关，对所有电路52同时执行对应于电流注入结束的步骤94。在与相对于时间t(i，j)MAX的附加时间t(t，j)对应的等待时间(时间t(i，j)MAX对应于表ΔT₀中初始时电阻最大的测辐射热计)之后，通过使每个电路52的开关56闭合，实现该操作。

图9B示出相对于图中5B示出的时序图的产生上述结果的控制电路52的变型。在图5B中，仅示出了“检查(R_boloMIN)”、“检查(R_boloMAX)”和“检查(R_bolo(i，j))”信号，“开始”、“校正”和“选择”信号与图5A所示的相同。

在图9B中，图9A中采用的OR门被NOR(或非)门代替，并且定时器142的输出极性被反转。此外，用于预加载定时器142的表ΔT₀被其中每个元素等于[t(i，j)MAX-t(i，j)]的附加表CΔT0代替。如上所述，“开始”信号使每个定时器142对各个时间开始倒计时，当历时附加时间Ct(i，j)时，闭合相关开关56。闭合开关53(“校正”信号处于低状态)标志着在同一时刻对单个行i上的所有测辐射热计的电流注入和校正步骤80的结束。

因此，在开始阶段100之前，所有测辐射热计以相同的时间返回热平衡，并且有利地该时间可以被调节到非常小的值。通常约为10MHz的时钟频率允许约50至100ns的单位时间增量，这很容易就精确得足以有效地实现根据该第三实施例的本发明。

因此，该实施例通常仅是优选的，如果可以认为参数Cth的技术变化性产生的输出信号Vout的变化性相对于与无关于场景的其他变化是可以忽略不计的，则与根据第一实施例实现的作为例子给出的图2所示电路相比，该电路更简单。

如上所述，根据前面描述的第二实施例，利用以统一时长ΔT施加的电流Iref，可以强加积分之前的电阻变化。容易证明，在这种情况下，鉴于引出等式12的相同考虑，温度升高θ的第一阶表达式是：

$\mathrm{\θ}=\mathrm{\Δt}.\frac{R_{\mathrm{ac}}.I_{\mathrm{ref}}^2}{C_{\mathrm{th}}}---\left(14\right)$

由于有ΔR＝TCR.θ，，所以电阻的绝对(依据表格关系式(3))变化θ被被示为：

$\mathrm{\Δ}{R}_0(i,j)=\frac{E_A}{k.{\mathrm{TPF}}^2}\mathrm{\Δt}.\frac{R_{\mathrm{ac}}(i,j).{\mathrm{Iref}}^2(i,j)}{C_{\mathrm{th}}}---\left(15\right)$

因此，电流Iref(i，j)可以被表示为等式：

$\mathrm{Iref}(i,j)=\sqrt{\frac{{k.\mathrm{TPF}}^2}{E_A.R_{\mathrm{ac}}(i,j).\mathrm{\Δt}}.C_{\mathrm{th}}.\mathrm{\Δ}{R}_0(i,j)}---\left(16\right)$

该表达式允许从数值上估计要施加给所选时长Δt的每个电流Iref(i，j)。这样实现本发明的优点是：在优选地非常接近积分阶段的开始的时刻，将当前被处理的行上的测辐射热计12的所有电阻同时设置为在积分之前没有无关于场景的变化的值。因此，趋向平衡的与热松弛相关的变化基本上没有时间表现出来。

在该实施例的情况下，诸如图4所示图中的曲线R_bolo(t)示出一系列具有不同斜率的段，在时长Δt结束时，它们会聚在值为R_min的一点。由于电流Iref(i，j)被关联地设置为如下值，因此时长Δt是可调节的：首先适合所需的校正精度；其次不延长行时间，例如短于抽样和位于每行的积分阶段之前和之后的保持阶段所需的时间。

上面描述的实施例应用于由其电阻随其温度升高而减小的测辐射热计材料(即具有负电阻系数的测辐射热计材料，例如，由非晶硅(a-Si)或者氧化钒(VOx)组成的半导体材料)制成的测辐射热计。

但是本发明还应用于具有正电阻系数的测辐射热计材料，即，其电阻随其温度的升高而升高的材料，比如金属、特别是钛。

在本申请中，如上所述，根据本发明的校正包括增大每个测辐射热计的电阻，而非减小它，以获得基本上以在校准阶段获得的电阻的表R_ac的电阻R_max附近为中心的分布。

上面还描述了应用于温控测辐射热计检测器的本发明的实施例。

但是本发明还可应用于不是温控并且通常更多地被称为“TEC-less”的检测器。

在该申请的第一种变型中，在开始校准阶段，根据位于衬底上的传感器(例如直接形成在读出电路上的半导体传感器)测量的焦平面的温度来调节校正量ΔR₀(i，j)。例如，在检测器校准阶段，根据多个焦平面温度TPF，获取具有相应时长ΔT₀的多个校正表ΔR₀，并且将它们存储在检测器内。当使用该检测器时，根据焦平面的测量温度TPF_mes，选择这些存储表中的一个特定表或者对这些存储表中的一个特定表执行插值。然而，这种设计需要获取多个参考表，并且时间花费可能很长，从而是昂贵的处理。

在一种优选方式中，在检测器的校准阶段，获取单个参考表Rac。因为存在测辐射热计的电阻随温度的变化的已知模型，例如等式(7)，所以当使用随焦平面的测量温度TPF_mes和参考表R_ac变化的检测器时，定期地和/或者周期性地计算电阻表Rac_TPFmes。然后，利用等式(7)，根据下列等式，计算各值Rac_TPFmes(i，j)。

${\mathrm{Rac}}_{{\mathrm{TPF}}_{\mathrm{mes}}}(i,j)=R_{\mathrm{ac}}(i,j).\exp (\frac{E_A}{k.\mathrm{TPF}}-\frac{E_A}{k.{\mathrm{TPF}}_{\mathrm{mes}}})---\left(14\right)$

计算完表Rac_TPFmes之后，就确定了校正表ΔR₀，然后，如上所述地确定相应参考电压Vref或者电流Iref(i，j)。

使用根据温度变化的模拟测辐射热计的电阻的模型使得可以避免必须获取多个电阻表。

此外，为了通过降低校正过的电阻的变化性进一步改善根据本发明的校正的精确度，通过利用位于焦平面上的多个温度传感器也可以将焦平面温度的空间变化纳入考虑。然后，根据温度测量，使用对焦平面温度的空间建模，以确定处于每个成像测辐射热计处的衬底的温度。然后，根据相应的衬底温度，计算校正测辐射热计的电阻所需的量。

Claims (12)

1.一种用于检测红外辐射的装置，包括：

用于检测所述辐射的测辐射热计(12)的阵列(42)；以及

用于对每个测辐射热计(12)进行读取的信号整形电路(14、46)，所述信号整形电路(14、46)包括：

读出偏压电路(14)，能够以预定电压将所述测辐射热计加偏压，从而使电流流过所述测辐射热计；

共模注入电路(20)，能够产生共模电流；以及

积分电路(18)，能够对流过所述测辐射热计的电流与所述共模电流之间的差进行积分，

其特征在于：其包括用于校正所述测辐射热计的电阻的校正电路(52)，所述校正电路(52)能够将电流注入每个测辐射热计，以使所述测辐射热计的电阻变化预定量，所述预定量取决于所述测辐射热计的偏移，在读出所述测辐射热计的偏压之前先执行所述电流注入，并根据所述测辐射热计的电阻随温度变化的方向执行所述变化；以及，所述校正电路(52)能够使所述测辐射热计(12)的电阻向公共值变化。

2.根据权利要求1所述的用于检测红外辐射的装置，其特征在于，所述校正电路(52)包括定时工具(142)，所述定时工具(142)能够在根据所述偏移相关量确定的时长之后停止电流注入。

3.根据权利要求2所述的用于检测红外辐射的装置，其特征在于：每个测辐射热计(12)均包括悬于衬底之上的半导体类型的测辐射热计膜；以及，所述定时工具(142)能够在根据下列等式的时间段后停止电流注入：

$t(i,j)=\frac{k.{\mathrm{TPF}}^2.C_{\mathrm{th}}}{E_A.V_{\mathrm{ac}}^2}.\mathrm{\Δ}{R}_0(i,j)$

其中，t(i，j)是预定时长，ΔR₀(i，j)是取决于所述偏移的量，k是波尔兹曼常数，TRF是所述衬底的温度，C_th是所述测辐射热计的热容，E_A是制成所述测辐射热计的测辐射热计材料的热传导活化能，V_ac是所述测辐射热计两端的电压。

4.根据权利要求1所述的用于检测红外辐射的装置，其特征在于，所述校正电路(52)包括用于将电流注入所述测辐射热计(12)的以下单元：

恒定电流源(54)；

第一可控开关(56)，能够将所述电流源与所述测辐射热计(12)连接或者断开连接；以及

比较电路(58、60、62、64、66)，用于将所述测辐射热计(12)两端的电压与取决于所述偏移的第一预定电压进行比较。

5.根据权利要求4所述的用于检测红外辐射的装置，其特征在于，所述比较电路(58、60、62、64、66)包括：

运算放大器(58)，被作为电压跟随器安装，且其非反相输入端连接到所述测辐射热计(12)；

电容器(60)，通过其第一端连接到所述运算放大器(58)的输出端；

比较器(62)，通过其非反相输入端连接到所述电容器(60)的第二端，所述比较器(62)的输出控制所述第一可控开关(56)的断开和闭合，并且所述比较器(62)的反相输入端接收所述第一预定电压；以及

第二可控开关(64)，连接在所述电容器(62)的第二端与第二预定电压之间。

6.根据权利要求5所述的用于检测红外辐射的装置，其特征在于，所述第一预定电压和所述第二预定电压满足下列等式：

V_ref(i，j)＝V_clamp一Iref.ΔR₀(i，j)

其中，V_ref(i，j)是所述第一电压，V_clamp是所述第二电压，Iref是所述恒定电流源输出的恒定电流，以及ΔR₀(i，j)是取决于所述测辐射热计的偏移的所述预定量。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述校正电路能够将其值取决于所述预定量的电流注入所述测辐射热计，所述预定量取决于所述测辐射热计的偏移。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电流的值满足下列等式：

$\mathrm{Iref}(i,j)=\sqrt{\frac{{k.\mathrm{TPF}}^2}{E_A.R_{\mathrm{ac}}(i,j).\mathrm{\Δt}}.C_{\mathrm{th}}.\mathrm{\Δ}{R}_0(i,j)}$

其中，Iref(i，j)是所述电流的值，ΔR₀(i，j)是取决于所述偏移的值，k是波尔兹曼常数，TPF是所述衬底的温度，C_th是所述测辐射热计的热容，E_A是制成所述测辐射热计的测辐射热计材料的热传导活化能，R_ac(i，j)是所述测辐射热计的电阻，以及Δt是施加所述电流的时间。

9.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，控制所述测辐射热计的电阻的所述电路(52)能够临时推迟将电流注入预定的一组测辐射热计中的测辐射热计，以便基本上同时终止所述电流注入。

10.根据上述权利要求之一所述的用于检测红外辐射的装置，其特征在于：对所述测辐射热计的阵列(42)逐行地进行读取；以及，包括电阻控制电路的所述校正电路(52)位于所述测辐射热计(12)的阵列(42)中的每列的端部，并且能够连接到该列的每个测辐射热计(12)，以便控制每个测辐射热计的电阻。

11.一种方法，用于通过使用测辐射热计的阵列来检测红外辐射，所述方法包括下列步骤以对测辐射热计进行读取：

以预定电压将所述测辐射热计加偏压，从而使电流流过该测辐射热计；

从流过所述测辐射热计的电流中减去共模电流；以及

对流过所述测辐射热计的电流与所述共模电流之间的差进行积分，

其特征在于，所述方法包括：在对所述测辐射热计进行读取之前先将电流注入所述测辐射热计，以便根据所述测辐射热计的电阻随温度变化的方向使所述测辐射热计的电阻变化取决于所述测辐射热计的偏移的预定量，从而将所述测辐射热计的电阻调节到公共值。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过下列步骤来确定取决于与所述测辐射热计有关的偏移的所述预定值：

使所述阵列暴露于均匀场景中；

确定所述测辐射热计的对应电阻；以及

从所述电阻中减去：

在具有负电阻系数的测辐射热计的情况下，基本上等于所确定的电阻中的最小电阻的量；或者

在具有负电阻系数的测辐射热计的情况下，从所述电阻中减去基本上等于所确定的电阻中的最大电阻的量。

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