KR100271083B1 - 열전 온도 안정화를 갖는 적외선 카메라(Infrared Camera with Thermoelectric Temperature Stabilization) - Google Patents

열전 온도 안정화를 갖는 적외선 카메라(Infrared Camera with Thermoelectric Temperature Stabilization) Download PDF

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Abstract

적외선 방사선용 카메라 시스템은 값싼 열전 온도 안정장치를 갖는 진공패키지내에 마이크로보로메타 소자의 초점면 어레이를 갖는다. 안정화 온도는 넓은 온도범위에 걸쳐 설계자 또는 사용자에 의해 선택될 수 있지만, 주로 실온에서 사용된다. 마이크로보로메타는 수동소자이고, 정복판독 구조는 짧은 구간 펄스의 고레벨 바이어스 전류로 어레이의 스위프를 포함한다.

Description

[발명의 명칭]
열전 온도 안정화를 갖는 적외선 카메라(Infrared Camera with Thermoelectric Temperature Stabilization)
[발명의 분야]
본 발명은 비디오 영상 분야에 관한 것으로, 특히 적외선 방사선으로부터 시각영상을 발생시키며, 보다 구체적으로는 비교적 낮은 비용으로 상기 시각영상을 제공하는 비디오 카메라에 관한 것이다.
[발명의 배경]
본 발명은 실온부근에서 동작하는 새로운 형태의 방사선 감응 초점면, 즉 초소형 보로메타(마이크로보로메타)의 2차원 어레이에 응용된다. 본 발명은 1) 초퍼를 사용할 필요가 없이 IR 영상카메라에 상기 초점면을 사용하는 장치 및 방법과, 2) 초점면에 내재된 정보를 효율적으로 검색하는 장치 및 방법 및, 3) 상기 초점면이 비디오 출력신호를 발생시키기 위해 동작할 수 있는 카메라 시스템을 개시하고 있다.
[발명의 개요]
본 발명에 개시된 카메라 시스템은 진공실내에 내재된 초점면 어레이상에 장면을 접속시키기 위해 아이리스(iris)를 갖는 반사 또는 다른 광학 시스템 어셈블리와, 렌즈를 바람직하게 포함하는 방사선 수신시스템을 구비한다. 광수용면 또는 진공실의 "윈도우"는 초점면 어레이에 의해 기록되거나 또는 수신될 방사선의 파장에 보이지 않는다.
진공 패키지는 열전 온도 안정장치의 한면에 부가되는 초점면 어레이를 포함한다. 열전 온도 안정장치 또는 초점면 어레이의 기판은 온도 감지 장치이다. 전체 어셈블리는 진공실의 베이스와 지지구조체내에 고정된다. 전기접속은 진공실의 벽을 통해 그 내부에 몇개의 구성요소로 구성되고, 특정 순간의 시간내에 특정 초점면 어레이 소자에 펄스가 발생될 바이어스 전류를 허가함으로써 그 내부에 수신되는 방사선과 관련된 출력을 발생시키게 될 것이다. 열전 온도 안정장치에 의해 유도되는 제어는 진공실을 통과하고, 온도센서에 의해 감지되는 온도에 따라 온도가 안정화되는 것이 가능하게 된다. 고안정 바이어스 소스는 디코더를 통하여 스위프내에서 감지될 특정 초점면 어레이 소자로 전송되는 일정레벨에서 전압을 제공한다. 각 소자의 출력은 전치증폭기에 의해 수신되어, 디지탈신호로 중계되고, 비디오출력을 생성하는 영상처리기로 전송된다.
바람직한 실시예에서, 방사선이 통과하는 진공실의 윈도우는 적외선에서만 투명하고, 마이크로보로메타 소자로 구성된 초점면 어레이는 미합중국 특허출원 제 06/511,369호, 제 06/511,370호, 제 07/035,118호, 제 07/172,110호 및 제 06/887,495호에 개시된 마이크로보로메타 초점면 어레이와 유사하게 열을 소산시키기 위해 상기 어레이와 적당히 이격되어 있다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 양호한 실시예에 따른 카메라의 주요구성부에 대한 3차원 블록도이다.
제2도는 진공패키지의 분해도이다.
제3도는 진공패키지의 측면도이다.
제4도는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형의 초점면 어레이의 전기블록도이다.
제5도는 양호한 실시예의 초점면 어레이와 결합되는 구동회로부의 전기배선도이다.
제6도는 초점면 어레이의 수동소자에 시간에 걸친 펄스바이어스 전압의 인가에 따른 효과를 예시하는 시간대 온도 및 전압의 그래프이다.
[바람직한 실시예의 상세한 설명]
[카메라]
제1도를 참조하면, 카메라(100)의 레이아웃이 도시되어 있다. 렌즈 또는 반사 광학 시스템(71)에 의해 수신되는 광 또는 방사선은 아이리스(72)를 통하여 초점면 어레이(도시생략)가 내재된 패키지 또는 진공실(10)상의 윈도우의 표면으로 입사된다. 작은 점선 C는 카메라의 나머지 부분을 패키지(10)와 전기적으로 접속시키는 많은 핀들을 나타낸다.
초점면 어레이의 온도는 패키지(10)내측의 온도 센서의 출력에 따라 온도를 설정하는 열전 제어기(73)에 의해 일정하게 유지된다. 어레이가 유지되는 온도는 안정화 온도라고도 칭한다. 마이크로보로메타를 사용하는 경우, 이 안정화 온도의 범위는 보다 높거나 또는 보다 낮은 안정화 온도가 사용될 수 없는 이유는 아니더라도 제로 내지 30℃에서 시험된다.
라인 t는 온도 정보가 열전제어기에 의해 수신되는 것을 나타낸다. 수신된 상기 온도 정보가 원하는 정보이면, 다른 라인 ta및 tb를 통해서는 어떠한 신호도 전송되지 않는다. 그러나, 양호한 실시예에 있어서, 열전제어기는 원하는 온도 변화의 방향(온열기 또는 냉각기)에 따라 라인 ta또는 tb중 어느 하나의 라인을 통해 전력을 전송함으로써 제어될 수 있다.
패키지(10)내의 초점면 어레이의 수동소자는 전압 또는 전류를 제공함으로써 폴링되거나 혹은 응답지령 신호를 보낼 필요가 있다. 따라서, 어레이 바이어스는 어레이 바이어스 블록(76)에 의해 제공되고, 이 전기 유닛은 양호한 실시예에서 고안정(낮은 잡음, 낮은 드리프트)전압 공급이 이루어진다. 본 발명자들은 당업자에게는 공지된 다른 소오스가 사용될지라도 간단한 배터리를 사용하여 몇몇 성공을 갖게 되었다. 양호한 실시예에서 몇몇 시퀀스의 어레이의 수동소자에는 전압이 인가된다. 따라서, 일련의 디코더(75)는 논리제어기(77)에 의해 제어된다. 논리제어기(77)는 제 2 스위프내에서 다시 폴링되기 이전에 열어드레스에 의한 각각의 행이 스위프를 한번에 폴링되도록 스위핑시퀀스의 디코더(큰 멀티플렉서로서 동작하는)를 제어함으로써 전류를 조정한다. 이어서 디코더는 패키지(10)에 부착된 핀(C)로 어레이 바이어스(76)에 의해 제공되는 바이어스 전류를 조종한다.
여기서 블록(74)으로 나타낸 일련의 전치증폭기에는 출력 핀(C)들이 접속된다. 이들 전치증폭기의 출력은 전치증폭기에 입력되는 아날로그 신호레벨 값의 디지탈 표시 값을 각각의 전치증폭기로부터의 각각의 출력에 제공되는 아날로그 디지탈 변환 모듈(78)에 의해 연속적으로 또는 버퍼링된 형태로 출력될 수 있다. 전치증폭기의 전기특성은 시간 및 온도에 따라 안정되게 설계되고, 상기 변화에 대한 보정은 영상처리기로 인가된다. 본 발명자들은 전치증폭기로 주입되는 교정 신호를 사용하는 후자의 기술에 따라 몇몇 성공을 갖게 되었다. 또한 이것은 당업자에게는 공지된 온도 및 시간 독립 회로 설계에 의해 달성될 수 있다.
카메라에는 또한 조작자의 콘솔(79)이 전기 제어 접촉상태인 영상처리기(80)가 제공되어 있다. 즉, 영상처리기(80)내에 이미 존재하는 디지탈 값의 수신 방법을 제어함으로써, 조작자는 감도를 변화시킬 수 있고, 정지화면정보를 수신하며, 영상처리기(80)에 의해 출력될 비디오신호를 다양하게 보정 또는 변환시킨다. 영상처리기는 비디오 카메라 분야에서 명확히 공지되어 있고, 통상적으로 디지탈 신호 처리회로를 사용하며, 라인(82)으로 예시된 출력 비디오신호를 제공하도록 도입되는 입력신호에 대해 다양한 조정을 갖는다.
소프트웨어 제어는 통상적으로 사용되는 알고리즘이 배선에 의한 논리이기보다 소프트웨어에 의해 가장 편리하게 실행되기 때문에 바람직한 실시예이다. 이러한 소프트웨어 제어에 의하여 상이한 알고리즘이 상이한 순간의 시간내에 필요하고, 상이한 범위의 어레이로부터의 신호가 상이한 처리 알고리즘으로 처리할 수 있기 때문에 하드웨어 내에서 실행이 어려운 사항들도 실행이 가능하게 된다.
이러한 카메라 설계에는 드러나지 않은 몇몇 장점들을 내포하고 있다.
아이리스는 몇개의 영상 프레임을 평균하고 영상처리 시스템내에 있을 수 있는 긴 수명의 디지탈메모리에 디지탈데이타를 기록할 수 있도록 순간적으로 폐쇄될 수 있다.(즉, 카메라 제조 후에, 다시말해서 카메라 조작시에)원할 경우에는 렌즈 캡 또는 셔터의 단순한 수단으로 대체하여 사용될 수 있다. 정상적으로 카메라 동작시 상기 아이리스(72)는 영구적으로 개방상태를 유지하거나 또는 초점면 상의 방사선 세기의 하강을 감소시키는 것이 요구되면 부분적으로 폐쇄된다. 영상처리기는 픽셀 대 픽셀 기준에 따라 긴 수명의 메모리의 디지탈데이타로부터 유입되는 신호를 감산한다. 이것은 관측자에게 보여지는 영상의 각 픽셀에 대해 오프셋 보정을 제공하고, 이러한 조건 및 처리는 당업자에게는 알려져 있다. 초점면은 TE 안정장치에 의해 안정된 온도로 유지되고, 전치증폭기의 전기 특성은 불변이고, 어떠한 변화도 어레이의 전기적 폴링을 구성할 수 없으며, 어떠한 초퍼도 장면으로부터 방사선을 방해하는 것이 요구되지는 않는다. 초퍼를 갖지않으므로서 다수의 양호한 장점들, 즉 보다 값싸고 신뢰할 수 있는 카메라, 보다 낮은 전자속도 조건 및 초퍼의 주기적인 방사선 장애로부터 생성되는 낮은 감도의 제거를 갖게된다.
[어레이용 패키지]
제2도를 참조하면, 진공실(10)은 분해도로 나타내었다. 패키지는 카메라에 접속을 위해 개구(12, 13, 14, 15)를 포함하는 베이스 플레이트(11)와, 패드(18)가 위치설정된 내부스텝(17)을 갖는 주위벽 구조체(16)로 구성된다. 단지 몇개만 도시한 와이어(19)들은 이들 패드에 접속되어 있다. 기본적으로 이 분해도 및 그 제한된 소자들은 제한된 목적으로 구성한 것은 아니고 단지 예시의 목적으로 도시하였다.
벽(16)은 베이스 플레이트(11)의 상부면에 개구(53)를 가지며, 벽의 내부에 경계영역(54)을 둘러싸고 있다. 개구(53)는 내부공간이 점선으로 나타내고 최종적으로 양호한 실시예의 제품이 51에서 압착된 상태의 튜브(50)내로 연장된다. 또한 게터(55)가 사용될 수 있다. 열전 온도 안정장치(20)는 최종 완성된 패키지의 경계영역(54)의 공간내에 조립된다. 열전 온도 안정장치는 비스무트 및/또는 안티몬 또는 공지된 기타의 적합한 물질등의 다른 물질의 층을 삽입한 통상 베릴륨 산화물의 상부판(20a)과 하부판(20b)으로 구성된다. 전력선 "-" 및 "+"는 상기 상부판과 하부판중 하나의 판에 전력을 인가하여, 장치를 냉각 또는 가열시키게 된다. 상부면(26)과 같은 표면은 그 상부면(26)에 대해 초점면 어레이의 한측면 또는 하부면상의 기판(11)의 상부면에 땜납으로 바람직하게 결합하여 금속화된다. 서미스터의 간소화를 위해 바람직한 실시예의 온도 감지 장치(27)는 열전 온도 안정장치(20)의 상부면에 부착된다. 다수의 온도센서는 현재 발전상태에 있거나 또는 널리 이용가능하고, 또한 경제적인 측면에 좌우되어 사용될 수 있다. 만일 온도센서가 충분히 작은 경우 온도센서는 자체 초점면 어레이 칩 상에 위치될 수도 있다. 이렇게 되면 설계자의 요구에 부응하게 되는 것이다. 따라서 필요한 모든것은 초점면 어레이의 온도에 대해 매우 정확한 판독이 온도 감지장치에 의해 제공될 수 있게 된다.
또한 발명자들은 초점면 어레이 칩상에서 제조되는 온도센서를 사용하여 몇몇 성공을 갖게 되었다. 이들 센서는 마이크로보로메타와 동일한 방식의 초점면 정보판독 전자장치에 의해 주기적으로 폴링되고, 그 온도 데이타는 마이크로보로메타 신호와 동일한 방식의 영상처리기로 전송된다. 본 발명자들은 카메라내의 작은 온도 변화에 대해 보정함으로써 영상화질을 개량하도록 이들 온도 신호를 이용하기 위해 영상처리기를 사용하여 몇몇 성공을 갖게 되었다. 이들은 적외선 방사선에 민감하지 않게 구성되는 마이크로보로메타가 될 수 있다.
초점면 어레이칩(30)은 그 연부 둘레에 바람직하게 결합해드, 즉 리이드(31)를 갖는다. 방사선에 민감한 초점면 어레이 소자는 바람직한 실시예의 칩의 영역(33)내에 배치된다. 온도 센서가 초점면 어레이상에 사용되면, 그 온도 센서는 영역(33)내에 포함되는 것이 가장 바람직스럽게 된다.
패키지에서 떨어진 상부는 초점면 어레이(33)에 의해 수신되는 것이 예상되는 방사선 형태의 투명한 윈도우(40)이다. 이 윈도우의 하부 주변에지는 납땜에 의해 바람직한 실시예내에 금속화 된다. 현재 가장 바람직한 실시예의 초점면 어레이 소자는 미합중국 특허출원 제 07/035,118호에 개시된 것과 관련된 방식의 각 소자에 의해 수신되는 적외선 방사선의 양에 기초하여 저항율의 변화를 제공하는 바나듐 산화물로 코팅된 수동 마이크로보로메타 소자이다. 이러한 적외선 감지의 바람직한 실시예에 있어서 반사 방지되는 게르마늄 윈도우는 윈도우(40)용으로 사용된다. 현재의 바람직한 실시예의 패키지에 있어서, 베이스(11)와 그 주위벽(16)은 구리합금의 베이스 플레이트와 벽에 대해 알루미늄 산화물(Al2O3)로 이루어진 일본의 Kyocera사에 의해 제조된 주문형 IC 패키지이다. 바람직한 실시예의 튜브는 구리이고, 게터는 튜브가 밀봉된 패키지(10)내에 공기를 펌핑하기 위해 사용된 이후에 장치로부터 이격되어 동작되는 당업자들에게는 공지된 금속합금이다. 게터는 튜브(50)의 패키지 쪽으로 밀폐되도록 밀어올려지고, 패키지는 51에서 튜브를 압착함으로써 밀봉된다. 바람직한 실시예에서 모든 부분은 땜납이 사용되지만, 전기 접속부는 결합된다. 그러나, 전기도선 및 구성요소를 함께 부착시키는 기술 및 실행의 개량은 본 발명의 범위내에서 상이한 방식으로 실행될 수 있다. 또한 유사하게 상술한 것에 대해 명확히 대체될 수 있는 물질들은 본 발명의 범위를 초과함이 없이 대체될 수 있다.
제3도를 참조하면, 내부에 게터(55)를 가지며 베이스 플레이트(11)에 결합된 구리관(50)을 가진 패키지(10)의 측면도가 도시된다. 전선(W, Wt, Wtb, Wta)은 진공 공간(53)내의 3개의 장치로 전력 및 판독정보를 제공한다. 이들 전선으로부터 스텝(17)의 리이드 또는 패드는 벽(16)을 통해 와이어(19)에 결합되는데, 상기 와이어는 제1도의 블럭(74)의 전치증폭기와, 제1도의 블럭(73)의 열전 제어기 및, 제 1도의 블럭(75)을 통해 바이어스 전압을 공급하는 디코더와 같은 외부 소자에 대해 접속기로 결합될 수 있다. 직각 파장(R1)으로 윈도우(40)에 도달하는 방사선은 윈도우를 통해 진행한다. 직각 파장(R2)이 아닌 방사선은 윈도우(40)에서 반사되거나 혹은 윈도우로 흡수된다. 상술한 바와 같이 몇개의 표면은 땜납접속되는 연결부(61, 62, 63, 64)를 납땜함으로써 바람직한 실시예에서 함께 유지된다. 또한 상술한 바와 같이 이들 접속은 다른 수단으로도 가능하지만, 현재로는 납땜이 바람직스럽다.
열전 온도 안정장치(20)를 참조하여 이들 장치들은 몇몇 제조업자로부터 현재 사용화되어 있고, 바람직한 소오스는 텍사스의 달라스에 소재하는 Marlow Industries이다. 적외선 감지 초점면 어레이는 80,000 소자를 가지며, 바람직한 열전 냉각장치는 Marlow Industries 모델번호 SP5030-03-BC이다.
[수동소자로부터 정보판독]
제4도를 참조하면, 다수의 입력(여기서는 4개지만 m개로 나타낼 수 있다)과 다수의 출력(여기서는 3개지만 n개로 나타낼 수 있다)을 갖는 초점면 어레이(33A)의 개략도를 도시하고 있다. 입력라인을 통해 출력라인(1, n)상에 그 상태를 나타내는 출력을 제공하기 위해 어드레스(2, 3) 또는 (2, n)에 있는 픽셀(P)과 같은 전체 픽셀의 행이 구동될 바이어스 전류가 각각의 입력 라인에 동시에 공급된다. 이 도면에서, 소자, 유닛, 마이크로보로메타 또는 보로메타 불리우는 각각의 픽셀들은 도면상에서 d(m, 1)으로 나타낸 다이오드(d)를 통해 입력라인(1, m)으로부터 펄스전류를 수신한다.
바람직한 실행은 행으로 도시한 보다 작은 전류를 요구하기 때문에 제 4도의 바이폴라 트랜지스터이다. 회로 동작은 다이오드와 트랜지스터에 대해 동일하다. 그 밖에 매우적은 변화를 갖는 전계효과 트랜지스터를 사용할 수 있다. 개념상으로 다이오드는 임의의 종류의 스위치가 고려될 수 있다.
동작원리는 제6도를 참조하여 설명한다. 수동 픽셀의 경우에 전기 특성은 방사선의 수신 또는 상기 방사선의 수신으로 인하여 온도를 변화시킴으로 해서 변경되고, 온도 및 전압 대 시간의 그래프는 예시의 목적으로 도시하였다. 물론 가장 바람직한 실시예에 있어서, 픽셀 또는 마이크로보로메타와 윈도우는 적외선 방사선에 투명하다. 마이크로보로메타는 윈도우를 통하여 방사선의 수신과 마이크로보로메타 표면 구조물을 통하는 저향양으로 인하여 온도가 변화하고, 저항은 마이크로보로메타 어셈블리의 열이 증가하므로서 감소된다. 바나듐 산화물 물질은 온도상승으로 인하여 저항이 감소하게 된다. 저항이 상반되도록 변화하는 다른물질(즉, 금속)이 존재한다.
제6도에서 라인 5로 나타낸 전압레벨은 초점면 어레이의 단일 마이크로보로메타에 펄스 바이어스 전류를 시간에 걸쳐 공급하는 것이다. 80,000 픽셀 어레이에서 펄스폭은 한번에 바람직한 어드레싱 구조의 어드레싱 14 픽셀에 기초하여 대략 5∼6㎲이다. 온도 곡선 6은 단일 마이크로보로메타 메타 온도가 대략 200∼300 마이크로앰프의 전류 펄스의 각 시간에 대해 약 2℃ 상승될 수 있음을 나타낸다. 섭씨 22°라인은 초점면 어레이에 대한 바람직한 온도를 나타낸다. 개개의 픽셀의 온도는 전류로 펄스되지 않을 때 모든 시간에서 섭씨 22°표시 이상으로 유동되는 것에 주목한다. 초과되는 온도 변화는 제6도에 예시된 바이어스 전류 펄스에 의해 야기되고, 장면으로부터 유도되는 방사선을 추가의 온도변화를 가져옴을 인식할 수 있다.
섭씨 22°는 바람직한 실시예의 초점면 어레이에 대해 안정화 온도로 예상된다. 이 온도에서, 마이크로보로메타 내에서 10 정도의 온도 변화는 저항의 인지가능한 변화, 즉 약 0.2%를 제공할 수 있다.
인간에 의해 실시간 영상으로 인식할 수 있는 이동하는 비디오 영상을 제공하기 위해 어레이내의 신호를 판독하는 시간의 짧은 구간으로 인하여 고대역 폭 증폭기는 제1도의 전치증폭기(74)에 사용된다. 대전류는 이들 고 대역 폭 증폭기의 고유노이즈를 보상하게 된다. 펄스 바이어스로 안전하게 사용될 수 있는 큰 바이어스 전류는 고 대역 폭 증폭기의 고유노이즈를 보상하기 쉬운 마이크로보로메타의 감도를 비례적으로 개선하고, 보로메타 어레이를 갖는 IR 영상이 가능하다.
펄스 바이어스 전류 구조는 메모리 칩에 대한 미합중국 특허 제 3,900,716호와 같은 전술한 수동장치의 정보를 판독하기 위해 사용된다. 그럼에도 불구하고 이러한 통상의 구조는 초점면 어레이 기술에 인가되지는 않는다. 초기 단계에서도 여기서 실행하는 방식으로 인가되지는 않는다.
본 발명에 있어서 바이어스 전류가 단펄스에 인가되기 때문에 펄스가 연속적으로 인가되면 픽셀에 손상을 주게되는 고 바이어스 전류가 사용될 수 있음에 주목한다. 마이크로보로메타의 감도는 그 감도가 바이어스 전류 레벨에 비례하여 대략 개선되기 때문에 펄스 바이어스 전류보다 더 높다.
제5도에는 수동 픽셀의 초점면 어레이부의 상세한 전기 배선도를 도시하고 있다. 여기서 예시된 수동 픽셀은 트랜지스터 QP 에 의해 열(91)과 행(95) 사이에 접속된 하나의 레벨 RP 이다.
보로메타 RP 와 픽셀 트랜지스터 QP 는 각각의 행과 열의 교차점에 위치되어 있다(보로메타와 픽셀 트랜지스터의 각각은 행/열 교차점에 위치하지만 여기서는 단지 그들 구성중 하나만 도시하였다). 각 행은 트랜지스터QR(1-4) 및 저항 RR(1-4)에 의해 제어된다. 각 열은 트랜지스터 QC1(1-4) 및 트랜지스터 QC2(1-4)에 의해 제어된다. 행들은 각각의 행 그룹의 여러 행들로 이루어진 행 그룹으로 무리지어 있다(여기서는 2개만 도시함). 열들은 각각의 열 그룹의 여러 열들로 이루어진 열 그룹으로 무리지어 있다(여기서는 2개만 도시함). 이러한 무리를 이룬 구성는 몇개의 제어라인(행 그룹 선택, 행 선택, 열 그룹 선택)에 의해 제어될 큰 어레이를 허용한다. 몇개의 전치증폭기 트랜지스터 및 저항(여기서는 QAMP1, AQMP2, RC1, RC2만 도시)로 신호를 실어나르는 몇개의 신호라인(S1, S2만 도시함)은 증폭된 출력 신호(0UT1, OUT2)를 제공한다.
동작에 있어서, 하나의 행은 행 선택 및 행 그룹 선택 제어라인으로 제어 신호의 인가에 의한 "ON"전위로 바이어스되고, 다른 모든 행들은 RR저항에 의해 "OFF"전위로 바이어스된다. 동시에 제어신호는 행 선택과 동시에 몇개의 (2개만 도시) 마이크로보로메타 RP로부터 신호를 판독하기 위해 열 그룹 선택 라인에 인가된다. 정보판독 신호는 선택된 열 그룹의 열 내부로 흐르는 전류로 구성된다. 정보판독 신호 전류는 전치증폭기 트랜지스터(2개만 도시)에 의해 증폭된 전압 신호로 변환된다. 선택된 행의 모든 마이크로보로메타가 판독될 때까지 제어신호는 열 그룹 선택 라인에 인가된다. 이어서 "ON" 전위로 바이어스될 또 다른 행이 선택되고, 상기 공정이 반복된다. 이러한 동작은 원하는 행과 열의 모든 마이크로보로메타가 판독될 때까지 계속된다.
이와 같은 동작모드에 있어서, 보로메타를 통해 흐르는 바이어스 전류는 단 펄스의 형태이고, 또 보로메타의 온도는 펄스 방식으로 변화한다. 이러한 펄스 바이어스 동작은 연속 바이어스 전류로 허용되는 것 보다 더 높은 바이어스 전류가 인가되는 것을 허용하고(연속 바이어스 전류는 과열에 의해 픽셀 또는 보로메타의 파괴를 예방하기 위해 더욱 작게 유지된다), 적외선 방사선에 대응하게 보다 높은 감도를 제공한다.
개별 픽셀의 동시 정보판독은 최적의 어레이 동작을 위한 허용값에 놓이도록 전류 펄스 구간이 선택되는 것이 가능하다.
행 그룹과 열 그룹내로 행과 열의 그룹핑은 비교적 소수의 제어라인으로 큰 어레이가 제어되도록 하는 것이 가능하다.
VSUB는 제5도의 회로에 인가되는 바이어스 전위이다. 그 목적은 고유동작을 위해 바이어스되는 트랜지스터를 유지하고, 펄스 바이어스 전류용 "싱크"를 제공하기 위한 것이다. 그 이름은 이 접속이 실리콘칩의 기판에 생기는 사실로부터 일어난다. VROW는 사용하지 않는 행 "OFF"를 바이어스하기 위해 이들 저항을 인에이블하도록 저항 RR에 인가된다.

Claims (23)

  1. 열전 온도 안정장치(20)에 의해 넓은 영역에 걸쳐 선택가능한 온도로 일정하게 유지되는 반도체 기판(30)상의 적외선 감지 마이크로보로메타의 초점면 어레이(33)에 광/적외선 방사선을 제공하는 광학 어셈블리(71)를 구비하고, 상기 열전 온도 안정장치는 상기 어레이와 인접한 열결합의 온도센서(27)로부터 수신되는 신호에 따라 온도를 유지시키는 제어기(73)에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초점면 어레이는 바이어스 전류 소스(76)로부터 짧은 구간 펄스로 바이어스 전류를 어레이에 제공함으로써 상기 어레이의 특정열 및 행어드레스를 선택하는 디코더(75)에 의해 출력 신호를 제공하도록 스위프되고, 상기 열 및 행 어드레스의 선택은 적당한 비율로 전체어레이를 스위프하도록 설계된 패턴의 상기 디코더의 스위치를 설정하는 신호를 발생시키는 논리제어기(77)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라.
  3. 제2항에 있어서, 각각의 픽셀에 펄스가 발생되는 바이어스 전류의 레벨은 상기 펄스가 긴 지속기간동안 존재하면 각각의 픽셀에 대한 안전한 레벨이 되는 것보다 더 큰것을 특징으로 하는 적외선 카메라.
  4. 제2항에 있어서, 상기 초점면 어레이의 상기 스위프로부터 복귀되는 아날로그 신호값의 직렬 출력을 갖는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라.
  5. 제2항에 있어서, 상기 직렬 출력은 각각의 픽셀 어드레스에 대한 개별 전치증폭기에 의한 상기 행 및 열 직렬 스위프로부터 개별 아날로그 출력의 수신 이후에 제공되고, 상기 전치증폭기(74)의 출력은 각각의 아날로그값을 상기 아날로그 값의 디지탈 표시로 변호나시키고 그 변환된 값을 영상 처리부로 전송시켜 그 수신된 값을 표준 비디오 출력 신호로 변환시키는 아날로그/디지탈 모듈(78)에 의해 수신되는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라.
  6. 제1항에 있어서, 안정화 온도는 실온에 근접한 것을 특징으로 하는 적외선 카메라.
  7. 제1항에 있어서, 상기카메라는 초퍼를 갖지 않는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라.
  8. 제1항에 있어서, 상기 열전 온도 안정장치는 초퍼가 요구되지 않는 초점면 어레이 온도를 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 적외선 카메라.
  9. 비교적 일정한 온도의 진공상태에서 반도체 장치를 유지하는 장치에 있어서, 제 1 및 제 2 표면을 가지며 상기 제 1 표면의 일부영역을 따라 연속적인 벽구조체에 의해 둘러싸인 개구가 형성된 기판과, 상기 개구를 통하여 유체가 통과할 수 있도록 상기 벽구체에 의해 내측으로 경계지어진 표면영역에 단단히 장착되고 그 반대측 표면에 상기 반도체 장치가 장착되는 열전 온도 안정장치와, 상기 센서 어레이에 열적으로 근접하여 상기 반도체 장치에 장착 되는 온도센서와, 상기 제 1 표면과, 몇몇 방사선을 수용하는 윈도우 및 상기 벽구조체에 의해 형성되는 내부 공간에 상기 열전 온도 안정장치와, 온도 센서 및 반도체장치로 밀봉 장착된 상기 반도체 장치로 몇몇 방사선을 수용하는 윈도우를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치를 유지하는 장치.
  10. 비교적 일정한 온도의 진공상태에서 센서 어레이를 유지하는 장치에 있어서, 제 1 및 제 2 표면을 가지며 상기 제 1 표면의 일부영역을 따라 연속적인 벽구조체에 의해 둘러싸인 개구가 형성된 기판과, 상기 개구를 통하여 유체가 통과할 수 있도록 상기 벽구조체에 의해 내측으로 경계지어진 표면 영역에 단단히 장착되고 그 반대측 표면에 상기 센서 어레이가 장착되는 열전 온도 안정장치와, 상기 센서 어레이에 열적으로 근접하여 상기 센서 어레이에 장착되는 온도 센서와, 상기 제 1 표면과, 몇몇 방사선을 수용하는 윈도우 및 상기 벽구조체에 의해 형성되는 내부공간에 상기 열전 온도 안정장치와, 온도 센서 및 센서 어레이로 밀봉 장착된 상기 센서 어레이로 몇몇 방사선을 수용하는 윈도우를 구비하는 것을 특징으로 하는 센서 어레이를 유지하는 장치.
  11. 비교적 일정한 온도의 진공상태에서 적외선 감응 반도체 장치를 유지하는 장치에 있어서, 제 1 및 제 2 표면을 가지며 상기 제 1 표면의 일부 영역을 따라 연속적인 벽구조체에 의해 둘러싸인 개구가 형성된 기판과, 상기 개구를 통하여 유체가 통과할 수 있도록 상기 벽구조체에 의해 둘러싸인 개구가 형성된 기판과, 상기 개구를 통하여 유체가 통과할 수 있도록 상기 벽구조체에 의해 내측으로 경계지어진 표면 영역에 단단히 장착되고 그 반대측 표면에 상기 적외선 감응 반도체 장치가 장착되는 열전 온도 안정장치와, 상기 센서 어레이에 열적으로 근접하여 상기 적외선 감응 반도체장치에 장착되는 온도 센서와, 상기 제 1 표면과, 몇몇 방사선을 수용하는 윈도우 및 상기 벽구조체에 의해 형성된 내부공간에 상기 열전 온도 안정장치와, 온도 센서 및 적외선 감응 반도체장치로 밀봉 장착된 상기 적외선 감응 반도체장치로 몇몇 방사선을 수용하는 윈도우를 구비하는 것을 특징으로 하는 적외선 감응 반도체 장치를 유지하는 장치.
  12. 제9항에 있어서, 밀봉가능한 튜브부재는 상기 개구 주위의 상기 제 2 표면에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 게터는 밀봉전에 상기 튜브내에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제10항에 있어서, 밀봉가능한 튜브부재는 상기 개구 주위의 상기 제 2 표면에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제14항에 있어서, 게터는 밀봉전에 상기 튜브내에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제11항에 있어서, 밀봉가능한 튜브부재는 상기 개구 주위의 상기 제 2 표면에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 게터는 밀봉전에 상기 튜브내에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제12항에 있어서, 밀봉가능한 튜브부재는 상기 개구 주위의 상기 제 2 표면에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 게터는 밀봉전에 상기 튜브내에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. n 대 m의 수동 방사선 수용 유닛의 저항률의 변화를 판독하는 방법에 있어서, 관측될 소정의 조사면에 방사선 수용면을 노출시키고, 상기 조사면으로부터 수신되는 방사선량과 관련된 상기 수용 유닛의 저항률의 변화를 발생시키는 단계와, 센서를 가열시키고, 펄스가 긴구간이면 상기 유닛이 안정을 유지하도록 매우 큰 바이어스 전류의 짧은 기간의 펄스로 상기 수용유닛을 스위핑하는 단계를 포함하는데, 상기 스위프는, 스위프가 각각의 상기 유닛에 짧은 기간의 제 2 바이어스 펄스를 발생시키기 이전에 각각의 상기 유닛이 안정화 온도로 복귀하는 시간을 갖는 비율인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 적외선 방사선으로만 유도되는 온도변화에 감응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제20항에 있어서, 적외선 방사선으로만 유도되는 온도변화에 감응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제20항에 있어서, 상기 온도 변화는 상기 방사선 수용면의 저항률의 변화에 영향을 주는 것을 특징으로 하는 방법.
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