CN1491349A - 具有暂态抑制的微辐射计阵列 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测红外辐射的微辐射计(280)，它具有基板(202)和相对于基板(202)固定的传感元件阵列(220)。在一个实施例中，至少部分传感元件(322)比其它传感元件(320)更少与基板热隔离。当预计暂态存在于传感器阵列(220)中时，选择较少热隔离的传感元件(322)。在另一个实施例中，当预计有暂态时取消选择所有传感元件(220)。

Description

具有暂态抑制的微辐射计阵列
发明领域
一般来说，本发明涉及红外辐射显示系统，更具体地说，涉及用于检测红外辐射的微辐射计及其操作系统。
发明背景
包含微辐射计的红外辐射显示系统得到广泛的应用。应用实例包括机械设备的预防性维护、电力传输设备的预测性维护、防火、消防、能源节约、执法、导航、安全以及军事应用。
典型的微辐射计阵列包括排列成行和列的多个热隔离的传感元件或像素。传感元件通常是具有较高温度系数的薄膜电阻。当红外辐射到达传感元件时，薄膜电阻的温度上升，电阻改变。通过测量电阻变化，可确定入射红外辐射的量度。
传感元件通常采用传统的半导体处理技术在基板上形成。各传感元件通常设置在与基板热隔离的桥等之上。如果没有与基板的有效热隔离，则基板的热质量会阻止输入的红外辐射对传感元件的薄膜电阻有效地加热，从而会显著地降低传感元件的灵敏度。
对于一些微辐射计阵列，各薄膜电阻的一个端子连接到电源电压、如VDD。各薄膜电阻的另一端子通过列选择开关连接到相应的行读出线。各行读出线经相应的行选择开关连接到读出线。读出线可通过互阻抗放大器耦合到第二电源、如地或虚地。互阻抗放大器通常提供与检测到的输入红外辐射量有关的输出信号。
工作中，在读取下一行中的传感元件之前，从第一传感元件到最后一个传感元件依次读取所选行中的那些传感元件。要完成这个操作，通常激活第一行选择开关，将第一行读出线连接到读出线。然后再激活列选择开关，依次将所选行中的各传感元件连接到所选行读出线并由此连接到读出线。一旦已读取所选行中的所有传感元件，则激活下一个行选择开关，将下一行读出线连接到读出线。然后再依次激活列选择开关，依次将下一行中的各传感元件连接到所选行读出线以及连接到读出线。对微辐射计阵列中的各行继续这种操作。
正在读取第一行传感元件时，从读出线断开未选取行的行读出线。另外，还顺序激活将未选取行读出线通过未选取传感元件连接到VDD的列选择开关，它可有选择地将未选取行读出线连接到VDD。因此，未选取行读出线在未被选取时往往在VDD附近。当未选取行读出线通过相应的行选择开关成为被选者时，行读出线立即通过互阻抗放大器连接到地或虚地。因为可由互阻抗放大器提供的有限电流，并且因为行读出线的电容和电阻，从一个行读出线到另一个的转变会引起新选取的行读出线上的暂态。这种暂态使得难以获得各行中前几个传感元件的准确电阻读数。因此，对于部分先有技术的微辐射计阵列，前几列的传感元件的读数可能是不准确的。
另外，新选取的行读出线上的暂态电流会引起各行中前几个传感元件的显著加热。由于传感元件通常与基板热隔离，这种加热会对传感元件的薄膜电阻造成损害。
因此，需要一种微辐射计阵列和/或操作系统，它降低读取热隔离传感元件时在行读出线上出现暂态的可能性。
发明概述
本发明提供一种微辐射计阵列和操作系统，它降低读取热隔离传感元件时在行读出线上出现暂态的可能性。在一个说明性实施例中，一列或多列“哑”传感元件放置在微辐射计阵列中。“哑”传感元件最好是但不一定热连接到基板，使其更易于处理新选取的行读出线遇到的暂态电流尖峰信号。一列或多列“哑”传感元件最好是经过配置，使其在最初选择行读出线时被选取。因此，正是“哑”传感元件而不是用于成像的热隔离传感元件遇到新选取的行读出线上的暂态。
考虑可提供足够数量的“哑”传感元件列，使得暂态在读取实际的热隔离传感元件之前有充分的时间稳定下来。或者，可提供单列哑传感元件，微辐射计阵列的控制可经过配置，使得哑传感元件保持被选中，直到新选取的行读出线上的暂态稳定下来。
在另一个说明性实施例中，不需要哑传感器。而是将微辐射计阵列的控制配置成取消选择阵列中所有传感元件，直到新选取的行读出线上的暂态稳定下来。这可以通过在选择新的行读出线之后的一段时间取消选择所有列选择开关来实现。这可有助于防止对热隔离传感元件的损害。
附图概述
图1是根据本发明的一个说明性实施例的红外成像系统的框图；
图2是根据本发明的一个说明性实施例的微辐射计阵列的示意图；
图3是根据本发明的另一个说明性实施例的微辐射计阵列的示意图；以及
图4是根据本发明的又一个说明性实施例的微辐射计阵列的示意图。
本发明的详细说明
应参照附图来阅读以下详细说明，其中不同附图中的类似元件以类似方式编号。不一定按比例的附图说明所选实施例，并不意味着限制本发明的范围。在某些情况下，附图可能是高度概略性的。对各种元件提供结构、材料、尺寸以及制造工艺的实例。本领域的技术人员知道，所提供的许多实例都具有可应用的适当备选方案。
图1是根据本发明的一个说明性实施例的红外成像系统280的框图。红外成像系统280包括微辐射计阵列200和透镜系统282，透镜系统经过配置，使对象285发出的红外辐射照射微辐射计阵列200。在图1的实施例中，斩波器284放置在透镜系统282和微辐射计阵列200之间。斩波器284可以是转盘，具有周期性地阻挡透镜系统282收集的红外辐射和让其通过的开口。例如，斩波器可用来周期性地再校准微辐射计阵列，如本领域所知的一样。
微辐射计阵列200最好是安置在其中一侧形成红外透射窗口的真空室中。该窗口最好是经过定位，使透镜系统282收集的红外辐射通过窗口到达微辐射计阵列200。
微辐射计阵列200包括基板202、与基板202热隔离的传感元件阵列220以及在一个实施例中与基板较少热隔离的多个传感元件222。为了说明，图1中用阴影线指明较少热隔离的传感元件222。
微辐射计阵列200经选择和读出块209耦合到控制器208。选择和读出块209最好是适合提供传感元件选择信号，以便一个接一个地选择所选传感元件或像素。在一个实施例中，选择和读出块209在接连读取下一行中的传感元件之前，接连读取第一行中的各传感元件。
图1中，各行中的第一选定传感元件是传感元件222，它比该行中其余传感元件更少与基板热隔离。如上所述，对于某些微辐射计阵列，从一个行读出线到另一个的转变可能引起新选取的行读出线上的暂态。这个暂态会使得难以获得第一传感元件的准确电阻读数。暂态还会引起对所选传感元件的显著加热。但是，由于图1所示各行中的第一选定传感元件较少与基板热隔离，因此最初选择行读出线时可能出现的暂态电流尖峰信号能够更易于处理。
虽然图1中只给出单列较少热隔离的传感元件222，但考虑可提供任何数量的这种列。可提供足够数量的“哑”传感元件列，使暂态在读取热隔离传感元件220之前有充分的时间稳定下来。或者，可提供单列哑传感元件，选择和读出块209可使较少热隔离的传感元件一直被选定，直到新选取的行读出线上的暂态充分稳定下来。或者，一列或多列哑传感元件可以是热隔离传感元件，哑传感元件的输出仅被丢弃，而不用于形成图像。
控制器208接收微辐射计阵列200的传感元件的相继读数，并将图像信号223提供给红外成像系统280的显示器225。在一个实施例中，来自哑传感元件222的信息不包含在图像信号223中。控制器208还可将数据信号227提供给红外成像系统280的存储器229。存储器229可包括例如固态存储器芯片(如DRAM)、硬盘驱动器、软盘驱动器和磁盘、存储卡等。
图2是根据本发明的一个说明性实施例的说明性微辐射计阵列300的示意图。微辐射计阵列300包括基板302和多个像素304。各像素304包括传感元件和列选择开关306。
在图2所示的实施例中，各传感元件的电阻由薄膜电阻提供。应当理解，各传感元件可包括各种薄膜，只要不背离本发明的精神和范围。适合一些应用的薄膜实例包括金属薄膜和半导体薄膜。
在一个说明性实施例中，微辐射计阵列300的至少一个传感元件比另一个传感元件更少与基板302热隔离。图2中，微辐射计阵列300包括多个热隔离的传感元件320和多个较少热隔离的传感元件322。较少热隔离的传感元件322或哑传感元件可以是特意通过热耦合器324与基板302热耦合的。
图2中，各行中的第一个传感元件通过热耦合器324热耦合到基板302。热耦合器324的各种实施例都是可行的，只要不背离本发明的精神和范围。热耦合器的实例可包括例如较少热隔离的传感元件322和基板302之间的熔化结、设置在较少热隔离的传感元件322和基板302之间的金属膜和/或设置在较少热隔离的传感元件322和基板302之间的玻璃膜。比提供单独的热导体324更为可取的是，考虑可将较少热隔离的传感元件322直接设置在基板302上，或者在需要时甚至嵌入基板302。
各个列选择开关、如列选择开关306可包括场效应晶体管(FET)。但是，考虑各列选择开关306可包括任何适当的切换装置，例如二极管、晶体管、三端双向可控硅开关元件、可控硅整流器等。
在说明性实施例中，像素304排列成多行和多列。微辐射计阵列300包括第一列342、第二列344、第三列346以及第N列348。微辐射计阵列300还包括第一行332、第二行334、第三行336以及第M行338。N和M可以是大于零的任何整数。
所示的第一列342中的各像素304的列选择开关306连接到第一列地址线352。微辐射计阵列300还包括与第二列344相关的第二列地址线354、与第三列346相关的第三列地址线356以及与第N列348相关的第N列地址线358。第一列地址线352、第二列地址线354、第三列地址线356以及第N列地址线358均连接列选择控制电路350。列选择控制电路350最好是依次激活各列中的列选择开关306。在一个实施例中，列选择电路350包括移位寄存器，它依次选择各列以读取所选行中的各传感元件。
图2中，第一行332中的第一像素的传感元件经列选择开关306耦合到相应的第一行读出线362。同样，第一行332中其余的各传感元件经相应的列选择开关耦合到第一行读出线362，如图所示。另外，第二行334中的各传感元件经相应的列选择开关耦合到第二行读出线364。其余行336和338中的传感元件以类似方式连接到相应的行读出线。
第一行读出线362、第二行读出线364、第三行读出线366以及笫M行读出线368连接到相应的行读出开关、如行读出开关360。各行读出开关有选择地将相应的行读出线连接到微辐射计阵列300的读输出线372。在最佳实施例中，各行读出开关是选通门，但也可使用其它适当的切换机制。各行读出开关360由行读出控制电路370来控制。行读出控制电路370最好是适合于有选择地激活与所需传感元件行相关的行读出开关360。象列选择电路350一样，行读出电路370最好是包括移位寄存器。
工作中，在读取下一个所选行中的传感元件之前，从第一传感元件到最后一个传感元件依次读取第一所选行中的传感元件。在最佳方法中，各行中所选的第一传感元件322是较少热隔离的传感元件之一(例如哑传感元件)。在选择新的行之后选择哑传感元件有利地使新选取的行读出线上的暂态可以更易于被较少热隔离的传感元件所吸收。
哑传感元件最好是经过配置，使其在最初选择行读出线时被选取。因此，正是“哑”传感元件而不是用于成像的热隔离传感元件受到新选取的行读出线上的暂态影响。在一个实施例中，提供足够数量的“哑”传感元件列，使新选取的行读出线上的暂态在读取热隔离传感元件之前有充分的时间稳定下来。或者，可提供单列哑传感元件，如图2所示，列选择控制电路350可经过配置，使得哑传感元件在较长时间保持被选中，例如直到新选取的行读出线上的暂态稳定下来为止。最后，如上所述，一列或多列哑传感元件可以是热隔离传感元件，哑传感元件的输出仅被丢弃，而不用于形成图像。
在另一个说明性实施例中，如图3所示，不需要哑传感器。图3说明与基板热隔离的传感元件阵列400。象图2所示实施例一样，列选择电路402可包括具有多个级404a-404d的移位寄存器，当具有“1”值的控制位通过级404a-404d进行移位时，依次选取列选择线406a-406d。选择最后的列选择线406d之后，向行读出电路410提供时钟脉冲，它使具有“1”值的控制位选择行选择线412a-412d的下一个。
为了防止在选取新行读出线之后立即选择任一个传感元件400，列选择电路402的移位寄存器可包括一个或多个附加级414a-414b，它们不控制相应的控制选择线。这样，当控制位最初移位到列选择电路402的移位寄存器中时，取消选择所有列，直到控制位移位到级404a中。可提供足够数量的附加位414a-414b，使得在新选取的行读出线上的预期暂态期间不选取任何传感元件400。这可有助于防止对热隔离传感元件400的损害，并且更易于读取前几列传感元件400。
图4是根据本发明的另一说明性实施例的微辐射计阵列500的示意图。微辐射计阵列500包括基板502和多个像素504。各像素504包括传感元件506和像素选择开关508。在图4的实施例中，各像素选择开关508包括二极管。
各传感元件具有与相应行读出线512a-512d连接的第一端子。各传感元件的第二端子通过相应的像素选择开关508连接到相应的列选择线514a-514d。
为了选择特定的传感元件、如传感元件506，由行选择控制块518选取行读出线、如行选择线512a。象图2中一样，行选择控制块518可将所选行选择线512a连接到互阻抗放大器520的输入。互阻抗放大器520将所选行选择线512a连接到虚地。在被选取之前，行读出线可能处于大约低于电源电压一个二极管压降。然后再声明列选择线、如列选择线514b。这使电流通过像素选择开关508和所选传感元件506，最后到达互阻抗放大器520的输入。互阻抗放大器提供与流过所选传感元件506的电流有关的输出信号522。
工作中，在读取下一个所选行中的传感元件之前，最好是从第一传感元件到最后一个传感元件依次读取第一所选行中的传感元件。在一个方法中，各行中所选的第一传感元件是较少热隔离的传感元件(例如哑传感元件)，例如530所示。在选择新的行之后选择哑传感元件有利地使新选取的行读出线上的暂态可以更易于被较少热隔离的传感元件所吸收。
哑传感元件最好是经过配置，使其在最初选择行读出线时被选取。因此，正是“哑”传感元件而不是用于成像的热隔离传感元件受到新选取的行读出线上的暂态。在一个实施例中，提供足够数量的“哑”传感元件列，使得新选取的行读出线上的暂态在选择和读取热隔离传感元件之前有充分的时间稳定下来。或者，可提供单列哑传感元件，如图4所示，列选择控制电路540可使哑传感元件在较长时间保持被选中，例如直到新选取的行读出线上的暂态稳定下来为止。最后，如以上结合图3所述，尤其是当列选择控制电路540配置成在新选取的行读出线上的暂态稳定下来之前不选取任何传感元件的情况下，可以不需要任何哑传感器。
由此说明了本发明的最佳实施例，本领域的技术人员会理解，可在所附权利要求的范围内实现和使用其它实施例。以上说明中阐述了本文包含的本发明的大量优点。但是，应当理解，本公开在许多方面只是说明性的。在细节上、尤其是在部件的形状、大小以及布置方面可进行变更，而没有超出本发明的范围。本发明的范围当然是由表达所附权利要求的语言来定义。

Claims (10)

1.一种红外辐射传感器，其特征在于：
基板(202)；
相对于所述基板(202)固定的多个传感元件(220)；以及
所述传感元件中至少一个(222)比所述传感元件中另一个(220)更少与所述基板(202)热隔离。
2.如权利要求1所述的红外传感器，其特征在于：所述多个传感元件排列成多个行(332)和列(342)，各行(332)具有行读出线(368)，其中一行中的各传感元件(320，322)通过列选择开关(306)连接在电源(376)和相应的行读出线(368)之间，所述列选择开关(306)由相应的列选择信号来控制，行读出线(368)通过多个行选择开关(360)有选择地连接到所述读输出线(372)，各行选择开关(360)由相应的行选择信号来控制，所述读输出线经互阻抗放大器(374)耦合到第二电源。
3.如权利要求2所述的红外传感器，其特征在于：读取下一个所选行(338)中的所述传感元件之前，从第一传感元件(322)到最后一个传感元件依次读取所选行(338)中的所述传感元件，以及至少一个所述第一传感元件(322)比同一行中的另一个传感元件更少与所述基板(302)热隔离。
4.如权利要求3所述的红外传感器，其特征在于：各行中的所述第一传感元件(322)由所述列选择信号来选择，其被选中的时间多于所述同一行中的另一个传感元件。
5.如权利要求1所述的红外传感器，其特征在于：所述多个传感元件排列成多个行和列，各行具有行读出线(512)，各列具有列选择线，其中一行中的各传感元件通过特有的列选择开关(508)连接在特有的列选择线(514)和公共行读出线(512)之间，读出线(522)通过多个行选择开关(518)有选择地连接到所述行读出线(512)，各行选择开关由相应的行选择信号来控制，所述读出线经互阻抗放大器(522)耦合到第二电源。
6.一种红外传感器阵列，其特征在于：
基板(302)；
多个传感元件(220)，相对于所述基板(302)固定，并且排列成多个行(338)和列(342)；
各行(338)具有相应的行读出线(368)；
各传感元件(322)通过列选择开关(306)连接在电源(376)和相应的行读出线(368)之间，所述列选择开关(306)由相应的列选择信号来控制；
读输出线(372)；
所述行读出线(368)中每一个通过相应的行选择开关(360)选择性地连接到所述读输出线(372)，各行选择开关(360)由相应的行选择信号来控制；
所述读输出线(372)耦合到放大器(374)；以及
控制器，用于控制所述行选择信号和所述列选择信号，使得在选择和读取下一行(336)中的所述传感元件之前，从第一传感元件(322)到最后一个传感元件依次选择和读取所选行(338)中的所述传感元件，所述控制器选择各行中的第一传感元件(322)的时间多于所述同一行中的另一个传感元件。
7.如权利要求6所述的红外传感器阵列，其特征在于：各行中所选的所述第一传感元件(322)比所述同一行中的另一个传感元件更少与所述基板(302)热隔离。
8.一种用于读取红外传感器阵列(220)的方法，所述阵列具有排列成多个行(338)和列(342)的多个红外传感元件(322)，所述方法的特征在于：
从第一传感元件(322)到最后一个传感元件依次读取所述红外传感器阵列(220)的第一所选行(338)的所述传感元件(322)，读取所述第一传感元件(322)的时间比后续的传感元件长；以及
从第一传感元件(322)到最后一个传感元件依次读取所述红外传感器阵列(220)的第二所选行(336)的所述传感元件(322)，读取所述第一传感元件(322)的时间比后续的传感元件长。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：各行(338)的所述第一传感元件(322)具有高于同一行(338)中后续传感元件的热质量。
10.一种用于读取一种红外传感器阵列(220)的方法，所述阵列具有排列成多个行(338)和列(342)的多个红外传感元件，所述方法的特征在于：
选择传感元件的第一行(332)；
通过依次选取所述红外传感器阵列的各列(342)，依次读取所述第一行(332)的各传感元件；
选择传感元件的第二行(334)；
在一段时间内取消选择所述红外传感器阵列(220)的所有列；以及
通过依次选取所述红外传感器阵列的各列(342)，依次读取所述第二行(334)的各传感元件。
CNB018227724A 2000-12-26 2001-12-20 具有暂态抑制的微辐射计阵列 Expired - Lifetime CN100392368C (zh)

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