JP5548360B2 - 抵抗型イメージングボロメータを含む電磁放射を検出するための装置、そのような装置の行列を含むシステム、及びそのようなシステムのイメージングボロメータを読み出すための方法 - Google Patents
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Description
−赤外放射を吸収してそれを熱に変換するための手段
−検出器を熱的に隔離して赤外放射下で加熱できるようにする手段
−ボロメータ検出器に関連して抵抗要素を使用する検温手段、及び
−検温手段によって提供された電気信号を読み出すための手段
を関連付ける。
−非反転入力(+)が所定の定電圧Vbusである演算増幅器14
−増幅器14の反転入力(−)とその出力との間に接続され、所定の静電容量Cintを有するキャパシタ16
−キャパシタ16から並列で接続され、リセット信号を用いて制御可能なゼロリセットスイッチ18
−“選択”信号を用いて制御可能であり、演算増幅器の反転入力(−)に接続される第1の読み出しスイッチ20
−グリッドが所定の定電圧GFIDに設定され、ソースがボロメータ12のもう一方の端子に接続され、ドレインが第1の選択スイッチ20の他の端子に接続される、MOS注入トランジスタ22
−演算増幅器14の出力で接続され、その出力における電圧Voutに従い、前記ボロメータが受けた赤外放射によって引起されるボロメータ12の抵抗変化を赤外放射であると判断するデータ処理ユニット22
・同相除去ボロメータで行列の同相電流を循環する段階と、
・イメージングボロメータを流れる電流と同相除去ボロメータを流れる電流との間の電流差を生成する段階と、
・電流差に従ってイメージングボロメータに関連して信号を形成する段階と、からなる。
・赤外線に対して光学的に透過な焦点面に配置されるイメージングボロメータの1次元又は2次元イメージング行列と
・行列の表面下の基板に形成され、ライン毎にアドレス指定し、列毎に行列を統合するための手段を含む読み出し回路と
・イメージング行列のライン毎に、又は代わりに列毎に配置されるが、イメージング用途の画像を形成する敏感ゾーンから離れて配置される、1つ以上の同相補償ボロメータとを具備する。
・Eaは、ボロメータ材料の導電率の活性化エネルギー。
・RABSは、参照ボロメータの温度が無限大に向かう時、参照ボロメータの抵抗値。
・Kは、ボルツマン定数。
・Tは、ボロメータの膜が上昇する絶対温度。
・Vrefの値は、参照ボロメータの予熱の開始の間、端子Cの電圧VCより小さい。故に、比較器45の切換え状態は、始めに満たされない。逆の場合、参照ボロメータ26の予熱は、抑制され、故に、参照ボロメータは、放射に対して敏感になる。
・ステップ54が終わる時、参照ボロメータ26の抵抗は、補償列38の参照ボロメータ26の最小抵抗を所定のシーンダイナミックの上限に近い温度を有するシーン要素と見なす時、補償列38の参照ボロメータ26の最小抵抗を下回る。代わりに、及び有利に、参照ボロメータ26が通常イメージングボロメータ12に等しいので、この値は、先行フレーム、又はより広く言えば、先のフレームの所定数を読み出すことから推定できる。実際、ステップ54の前、参照ボロメータ26は、シーンに対して敏感である。結果的に、Iref及びVrefが下手に選択される場合、比較器45は、参照ボロメータ26の加熱を即座に切換え及び直ちに停止することができる。即ち、シーンが生じうる最大温度より高い、式(4)による温度θを選択すること、言い換えれば、シーンの最も熱い点においてシーンが生じうる抵抗より低い抵抗を与えるのが望ましい。この状態が無い場合、放射ストリームを鈍感にすることは、画像のうち最も熱いゾーンが参照画素の(複数の)列を偶然スキャンする場合、1つ以上のラインに対して非効果的になり易い。
・値Rrefに到達するために参照ボロメータの抵抗に必要な加熱時間は、フレーム周波数を考慮して許容できる推定固定時間より短い。実際、キャパシタ16の放電は、参照ボロメータの加熱時間と比べて実質的に速い。故に、リセット及び選択信号のタイミングを保つことができる。
・Vref−compの値は、補償ボロメータの予熱の開始の間、端子Dの電圧VDより低い。故に、比較器45の切換え状態は、初めに満たされない。逆の場合、補償ボロメータ50の予熱は、抑制され、補償ボロメータは、放射に対して鈍感にされない。
・ステップ54の終わりに、補償ボロメータ50の抵抗Rcomp−refは、補償ボロメータの最小抵抗を所定のシーンダイナミックの上限に近い温度を表示するシーン要素と見なす時、補償ボロメータの最小抵抗より低い。
・代わりに、値Vref−comp及びIref−compは、補償ボロメータ50の抵抗Rcomp−refが先行フレーム後の補償ボロメータの最小抵抗より低くなるよう選択される。有利に、この値は、先行フレームの読み出しから抽出され、先行フレームの終わりでは、補償ラインの抵抗の読み出しが既に実行される。より大まかに言うと、補償ラインの読み出しの結果は、先のフレームの所定数に関して使用できる。
・値Rcomp−refに到達するために補償ボロメータの抵抗に必要な加熱時間は、ライン読み出しの周波数を考慮して許容できる推定固定時間より短い。実際、キャパシタ16の放電は、補償ボロメータの加熱時間と比べて実質的に早い。故に、リセット及び選択信号のタイミングを保つことができる。
・シーンから発する赤外放射に関する同相除去ボロメータの鈍感化。実際、読み出し時間は、約50から100マイクロ秒である一方、活性化又は参照ボロメータの熱時定数は、約数マイクロ秒である。従って、最悪の場合、読み出しサイクルの間にシーンから発する放射に起因した参照ボロメータの温度変化は、積分器の入力における電流の通常1%に満たない変化をもたらす。部分的に熱運動化された補償ボロメータを用いる場合、熱時定数は、統合時間と略同じな場合があり、鈍感化は、統合された入力の電流変化が無視できるよう本発明の結果が満足されるために、熱流束に対するこれらボロメータの感度が構成によって既に低いが、相対時間において相応してあまり効果的ではない。
・同相除去ボロメータの抵抗を制御するための回路が読み出し回路から直接成ることによる比較的低い製造コスト、放射に対して鈍感にするためのシールド生成を経済化、従来技術の同相除去ボロメータに対する必要性又は少なくとも役立つこと。
・これら要素の抵抗が参照ボロメータの全列について、または補償ボロメータの全ラインについて同じ値で与えられる事実による、同相除去ボロメータの抵抗の自然分散(natural dispersion)の効果の実質的希釈化。
12 イメージングボロメータ
26 同相除去ボロメータ
Claims (10)
- 抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)を介して流れる電流が抵抗型イメージングボロメータ(12)を介して流れる電流から引かれるために、信号形成回路(10)に電気的に接続されるよう意図され、検出すべき電磁放射に敏感な抵抗型イメージングボロメータ(12)と、第1及び第2の端子を含み、前記第1の端子が定電圧源に接続され、前記第2の端子(C;D)が抵抗型イメージングボロメータ(12)に電気的に関連付けられる抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)と、を具備し、
抵抗型同相除去ボロメータに所定の参照電流(I ref ;I ref_comp )を流すことによって抵抗型同相除去ボロメータの抵抗を制御するための手段(40)を具備し、抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)の抵抗を制御するための手段(40)は、
・抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)で所定の参照電流(I ref ;I ref_comp )を生成するのに適した電流源(42)と、
・所定の参照電流(Iref;Iref_comp)が抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)に流れることで抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)の第2の端子(C;D)の電圧の変化を意味するように、抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)に電流源(42)を接続するための手段(48)と、
・抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)から電流源を接続解除するための手段(45、48)と、を具備し、前記手段(45、48)は、
−抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)の第2の端子(C;D)に接続される第1の端子と、所定の参照電圧(V ref ;V ref_comp )に接続される第2の端子とを有する比較器(45)と、
−抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)の第2の端子(C;D)の電圧が所定の参照電圧(Vref;Vref_comp)に実質的に等しくなる時、抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)から電流源(42)を接続解除し、それにより所定の参照電流の値に対する電流源(42)の接続解除の時の抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)にわたる電圧の値の比率に、抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)の抵抗を設定するために、比較器(45)の出力における信号によって制御可能なスイッチ(48)と
を具備することを特徴とする電磁放射を検出するための装置。 - 参照電圧(Vref;Vref_comp)は、接続手段(48)によって抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)に電流源(42)を接続する時の抵抗型同相除去ボロメータの第2の端子(C;D)における電圧をとる値よりも高い値に設定され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。
- 抵抗型同相除去ボロメータは、参照ボロメータであり、前記装置は、制御可能なスイッチ(30)を介して抵抗型イメージングボロメータの端子(C)へ第1のブランチ上で、及び制御可能なスイッチ(20)を介して参照ボロメータ(26)の端子へ第2のブランチ上で電気的に接続される電流ミラー(34)を具備することを特徴とする請求項1または2に記載の赤外放射を検出するための装置。
- 抵抗型同相除去ボロメータは、補償ボロメータ(50)であることを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
- 抵抗型同相除去ボロメータの抵抗を制御するための手段(40)は、所定の参照抵抗に同相除去ボロメータ(26;50)の抵抗を固定するために、抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)が形成される基板の温度に応じて参照電圧(V ref ;V ref_comp )を制御するための電子回路を具備することを特徴とする請求項1〜4のうち何れか1項に記載の装置。
- 抵抗型イメージングボロメータ及び抵抗型同相除去ボロメータは、ホイートストンブリッジで配置されることを特徴とする請求項1から5のうち何れか1項に記載の装置。
- 装置の少なくとも1つのラインからなる行列を具備する電磁放射を検出するためのシステムであって、各々は、
・抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)を介して流れる電流が抵抗型イメージングボロメータ(12)を介して流れる電流から引かれるように、放射に敏感な抵抗型イメージングボロメータ(12)と、抵抗型イメージングボロメータ(12)に電気的に関連付けられる抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)と、
・抵抗型イメージングボロメータ(12)に電気的に接続されるのに適した信号形成回路(10)と、を具備し、
装置は、請求項1〜6のうち何れか1項に各々適合することを特徴とするシステム。 - 抵抗型同相除去ボロメータの抵抗を制御するための手段(40)は、シーンから独立した値に同相除去ボロメータの抵抗を調整することを特徴とする請求項7に記載のシステム。
- 信号形成回路(10)は、抵抗型イメージングボロメータ(12)の読み出し前に初期化されるのに適し、抵抗型同相除去ボロメータの抵抗を制御するための手段(40)は、信号形成回路の初期化の間に前記抵抗を調整することを特徴とする請求項7及び8のうち何れか1項に記載のシステム。
- 電磁放射を検出するためのシステムを構成する抵抗型イメージングボロメータの行列からなる抵抗型イメージングボロメータ(12)の抵抗における変化を読み出すための方法であって、前記システムは、ボロメータの行列の行または列ごとに抵抗型同相除去ボロメータを含み、前記方法は、
・抵抗型同相除去ボロメータで行列の同相電流を流す段階と、
・抵抗型イメージングボロメータを流れる電流と抵抗型同相除去ボロメータを流れる電流との間の電流差を生成する段階と、
・電流差に従って抵抗型イメージングボロメータに関連して信号を形成する段階と、からなり、前記方法はまた、
抵抗型同相除去ボロメータで同相電流を流す段階の前に、抵抗型同相除去ボロメータが所定のシーンダイナミックの上限に等しい温度を有するシーンに曝露される時、全ての抵抗型同相除去ボロメータの抵抗より低い値に抵抗型同相除去ボロメータの抵抗を設定する段階からなり、抵抗型同相除去ボロメータの抵抗を前記設定する段階は、
・所定の参照電流(Iref;Iref_comp)が抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)に流れるように抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)に電流源(42)を接続する段階と、
・抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)の第2の端子(C;D)の電圧が所定の参照電圧(Vref;Vref_comp)に実質的に等しくなる時、抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)から電流源(42)を接続解除し、それにより電流源(42)の接続解除の時に所定の参照電流の値に対する抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)にわたる電圧の値の比率に、抵抗型同相除去ボロメータ(26;50)の抵抗を設定する段階と
からなることを特徴とする方法。
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