JP2012525573A - 赤外放射を検出するためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
・特に撮像ボロメーター12、そしてそれを実装するために必要とされるコンポーネント14及び16を有する画素またはピクセル10と、
・撮像ボロメーター12を読み取るために使用される積分回路18と、
・撮像ボロメーター12が読み取られるときに撮像ボロメーター12を流れる共通モード電流を補償するための補償回路20と、
を含む。
−その非反転入力(+)があらかじめ設定された定電圧VBUSに保持される演算増幅器22と、
−あらかじめ設定された電気容量Cintを有すると共に、増幅器22の反転入力(−)と増幅器22の出力との間に接続されたコンデンサ24と、
−コンデンサ24と並列に接続されると共に、“リセット”信号を用いて制御可能なリセットスイッチ26と、
を備える。
・前記放射を検出するためのボロメーターのアレイと、
・各ボロメーターを読み取るために、
○前記ボロメーターを通して電流を流すためにあらかじめ設定された電圧で前記ボロメーターにバイアスを印加することができる読み取りバイアス印加回路構成、
○共通モード電流を生成することができる共通モード除去回路構成、及び、
○前記ボロメーターを流れる前記電流と前記共通モード電流との間の差を積分することができる積分回路構成、
を有する信号成形回路構成と
を備えることを特徴とする。
・定電流源と、
・前記定電流源を前記ボロメーターに接続し、そして前記定電流源を前記ボロメーターから切断することができる第1の制御可能なスイッチと、
・前記ボロメーターの前記端子を横断する前記電圧を、前記オフセットによって決まる第1のあらかじめ設定された電圧と比較する回路と、
を備える。
・前記ボロメーターと接続された非反転入力を有する電圧フォロアとして実装された演算増幅器と、
・前記演算増幅器の出力に第1の端子によって接続されたコンデンサと、
・前記第1の制御可能なスイッチの開閉を制御する出力、及び前記第1のあらかじめ設定された電圧を受け取る反転入力を有すると共に、前記コンデンサの前記第2の端子に非反転入力によって接続された比較器と、
・前記コンデンサの前記第2の端子と第2のあらかじめ設定された電圧との間に接続された第2の制御可能なスイッチと、
を備える。
・前記ボロメーターを通して電流を流すために、あらかじめ設定された電圧で前記ボロメーターにバイアスを印加するステップと、
・前記ボロメーターを流れる前記電流から共通モード電流を減算するステップと、
・前記ボロメーターを流れる前記電流と前記共通モード電流との間の差を積分するステップと、
で構成されることを特徴とする。
・前記アレイを一定の場面にさらすこと、
・前記ボロメーターの対応する抵抗値を判定すること、そして、
・負の抵抗係数を有するボロメーターの場合は、前記抵抗値から、前記判定された抵抗値の最も小さいものに実質的に等しい量を減算すること、または、負の抵抗係数を有するボロメーターの場合は、前記抵抗値から、前記判定された抵抗値の最も大きいものに実質的に等しい量を減算すること、
によって決定される。
・一定のあらかじめ設定された電流Irefを出力すると共に、その端子の内の1つが定電圧源VDDAに接続された電流源54と、
・電流源54のもう一方の端子と列補正バス50との間に接続された第1の制御可能なスイッチ56と、
・非反転入力(+)が列補正バス50に関連付けられた演算増幅器58と(増幅器58の反転入力(−)は、増幅器58が従って電圧フォロアとして動作するように、増幅器58の出力と接続されている。)、
・増幅器58に接続された一方の端子を有するコンデンサ60と、
・その正の入力(+)がコンデンサ60の他方の端子に接続されると共に、その出力がORロジックゲート63を通してスイッチ56の開閉を制御する比較器62と、
・タイマ回路構成48による“開始”信号を用いて制御され得る第2のスイッチ64と、
・比較器62の負の入力(−)に接続されると共に、制御回路構成52が接続されたピクセル42の撮像ボロメーター12によってその値が決まる、負の入力(−)における基準電圧Vrefを生成する電圧源66と、
を備える。
・Rabsはその値が技術上のパラメータによって変わる、ボロメーターの絶対的な抵抗値であり、
・EAはボロメトリック材料の熱伝導活性化エネルギー(thermal conduction activation energy)であり、
・kはボルツマン定数であり、
・Tはケルビン温度(degrees Kelvin)において表されたボロメーターの絶対温度である。
・Cthはボロメーターの熱容量であり、
・Rthは基板に対するボロメーターの熱抵抗値であり、
・Pirは、ボロメーターによって吸収された赤外放射のパワーであり、
・TPFは、焦点面の絶対温度であり、そして、
・θはボロメーターを流れる電流によって引き起こされたボロメーターの温度上昇である。
12 撮像ボロメーター
14 第1のMOS注入トランジスタ
16 読み取りスイッチ
18 積分回路
20 補償回路
22 演算増幅器
24 コンデンサ
26 ゼロリセットスイッチ
28 補償ボロメーター
30 不透明なシールド
32 第2のMOS注入トランジスタ
40 アレイ
42 ピクセル
44 列読み取りバス
46 読み取り回路構成
48 タイマ回路構成
49 出力増幅器
50 列補正バス
52 制御回路構成
53 補正スイッチ
54 電流源
56 第1の制御可能なスイッチ
58 演算増幅器
60 コンデンサ
62 比較器
63 ORロジックゲート
64 第2のスイッチ
66 電圧源
69 補正管理ユニット
Claims (12)
- 赤外放射を検出するための装置であって、
・前記放射を検出するためのボロメーター(12)のアレイ(42)と、
・各ボロメーター(12)を読み取るために、
○前記ボロメーターを通して電流を流すためにあらかじめ設定された電圧で前記ボロメーターにバイアスを印加することができる読み取りバイアス印加回路構成(14)、
○共通モード電流を生成することができる共通モード除去回路構成(20)、及び、
○前記ボロメーターを流れる前記電流と前記共通モード電流との間の差を積分することができる積分回路構成(18)、
を有する信号成形回路構成(14、46)とを備え、
前記装置が、
前記ボロメーターの抵抗値を前記ボロメーターのオフセットによって決まるあらかじめ設定された量だけ変更するために各ボロメーターに電流を注入することができる、前記ボロメーターの前記抵抗値を補正するための回路構成(52)を備え、
前記電流の注入が、前記ボロメーターの読み取りバイアス印加の前に実行され、
前記変更が、前記ボロメーターの前記抵抗値が温度の関数として変化する方向に従って実行され、
前記補正回路構成(52)が、前記ボロメーターの前記抵抗値を共通の値に向けて変更することができる
ことを特徴とする赤外放射を検出するための装置。 - 前記補正回路構成(52)が、前記オフセットによって決まる量の関数として判定される持続時間の後で電流の注入を止めることができるタイミング手段(142)を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の赤外放射を検出するための装置。 - 各ボロメーター(12)が、基板の上に取り付けられた半導体タイプのボロメトリック膜を備えると共に、
前記タイミング手段(142)が次式に従う期間の後で電流の注入を止めることができ、
ことを特徴とする請求項2に記載の赤外放射を検出するための装置。 - 前記補正回路構成(52)が、前記ボロメーター(12)に電流を注入するために、
・定電流源(54)と、
・前記電流源を前記ボロメーター(12)に接続し、そして前記電流源を前記ボロメーター(12)から切断することができる第1の制御可能なスイッチ(56)と、
・前記ボロメーター(12)の前記端子を横断する前記電圧を、前記オフセットによって決まる第1のあらかじめ設定された電圧と比較する回路(58,60,62,64,66)と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の赤外放射を検出するための装置。 - 前記比較回路(58,60,62,64,66)が、
・前記ボロメーター(12)と接続された非反転入力を有する電圧フォロアとして実装された演算増幅器(58)と、
・前記演算増幅器(58)の出力に第1の端子によって接続されたコンデンサ(60)と、
・前記第1の制御可能なスイッチ(56)の開閉を制御する出力、及び前記第1のあらかじめ設定された電圧を受け取る反転入力を有すると共に、前記コンデンサ(60)の前記第2の端子に非反転入力によって接続された比較器(62)と、
・前記コンデンサ(60)の前記第2の端子と第2のあらかじめ設定された電圧との間に接続された第2の制御可能なスイッチ(64)と、
を備えることを特徴とする請求項4に記載の赤外放射を検出するための装置。 - 前記補正回路構成が、前記ボロメーターに、前記ボロメーターの前記オフセットによって決まるあらかじめ設定された量によって決まる値を有する電流を注入することができる
ことを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 前記ボロメーターの前記抵抗値を制御する前記回路構成(52)が、実質的に同時に前記電流の注入を終了させるために、ボロメーターのあらかじめ設定されたセットの前記ボロメーターに対する電流の注入を一時的に延期することができる
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の装置。 - ボロメーターの前記アレイ(42)が、一度に1行を読まれ、抵抗値制御回路構成を含む前記補正回路構成(52)が、ボロメーターの前記アレイ(42)の各列の終りに配置されると共に、各ボロメーターの抵抗値を制御するために、前記列において各ボロメーター(12)に接続されることができる
ことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の赤外放射を検出するための装置。 - ボロメーターのアレイを使用することによって赤外放射を検出する方法であって、この方法は、前記ボロメーターを読み取るために、
・前記ボロメーターを通して電流を流すために、あらかじめ設定された電圧で前記ボロメーターにバイアスを印加するステップと、
・前記ボロメーターを流れる前記電流から共通モード電流を減算するステップと、
・前記ボロメーターを流れる前記電流と前記共通モード電流との間の差を積分するステップと、で構成され、
前記方法は、前記ボロメーターの前記抵抗値が温度の関数として変化する方向に従って、前記ボロメーターの前記抵抗値を前記ボロメーターのオフセットによって決まるあらかじめ設定された量だけ変更するために、そして、前記ボロメーターの前記抵抗値を共通の値に調整するために、前記ボロメーターを読み取る前に電流を前記ボロメーターに注入することを必要とする
ことを特徴とする方法。 - 前記ボロメーターと関連付けられた前記オフセットによって決まる前記あらかじめ設定された値が、
・前記アレイを一定の場面にさらすこと、
・前記ボロメーターの対応する前記抵抗値を判定すること、そして、
・負の抵抗係数を有するボロメーターの場合は、前記抵抗値から、前記判定された抵抗値の最も小さいものに実質的に等しい量を減算すること、または、負の抵抗係数を有するボロメーターの場合は、前記抵抗値から、前記判定された抵抗値の最も大きいものに実質的に等しい量を減算すること、
によって決定されることを特徴とする請求項11に記載の方法。
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