KR101201663B1 - 볼로미터 타입 시스템에서의 불균일도를 결정하는 방법 및시스템 - Google Patents

볼로미터 타입 시스템에서의 불균일도를 결정하는 방법 및시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (a) 배경 방사를 감지하기 위한 볼로미터 타입의 i x j 픽셀 감지기 어레이; (b) 모든 i x j 픽셀 감지기의 감지 소자를 배경 방사에 노출시키는 전면부의 창을 갖고, 상기 감지기 어레이를 수용하는 케이스; (c) 균질한 기준면(reference surface)에 의해 배경으로부터 차단되고 적어도 j +1 열의 일부에 형성되는 블라인드 감지기(blind detectors); (d) 어레이 내의 각각의 i x j 감지기에 의해 감지된 배경 방사와 상기 j +1 열의 일부에 형성되는 블라인드 감지기에 의해 감지된 케이스 방사의 출력 신호(indication)를 판독하는 판독 회로(reading circuitry); (e) j +1 열의 모든 감지기로부터 판독된 대로의 방사값(radiation value)을 기록하는 레지스터(register); (f) 상기 레지스터에 기록된 모든 방사값의 표준편차(standard deviation) σ를 구하고, 이를 미리 정한 임계값(threshold) Q와 비교하고, 임계값 Q 이상의 표준 편차 σ를 허용 수준을 넘는 불균일성의 신호(indication for non-uniformity)로 처리하는 처리부(processing unit)를 포함하는 불균일도를 결정하는 수단을 갖는 볼로미터 타입의 초점면 어레이 시스템에 관한 것이다.
블로미터, 블라인드감지기, 초점면 어레이

Description

볼로미터 타입 시스템에서의 불균일도를 결정하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING THE RATE OF NON UNIFORMITY OF BOLOMETER BASED SYSTEMS}
본 발명은 적외선 방사(radiation)를 감지하기 위한 볼로미터(bolometer) 타입의 비냉각형 초점면 어레이(focal plan array)에 관한 것으로서, 상세하게는 초점면 어레이 내의 각종 감지기(detector)에 의한 광 감지(light sensing)의 균일성 저하를 측정하고 불균일성 교정을 위한 특별한 조치를 취해야 할 시점에 관한 신호(indication)를 제공하는 방법 및 시스템 발명에 관한 것이다.
볼로미터는 일반적으로 적외선 대역에서의 약한 광 방사(light radiation)를 감지하기 위해 널리 사용되고 있다. 종래의 경우에 있어서, 볼로미터는 다수의 개별 감지 소자(이하 픽셀, 픽셀 감지기(pixel detector)로도 명명함)로 구성되는 초점면 어레이(focal plan array)의 형태로 공급된다. 볼로미터 타입 센서의 가장 큰 장점은, 특히 극저온으로 냉각을 요구하지 않으므로, 경량이고 소비전력이 작다는 점이다. 게다가 냉각형에 비해 훨씬 저렴하다. 그러나 볼로미터 타입 센서는 냉각형에 비해 감도(sensitivity)가 현저히 낮은 편이다. 나아가 온도 변화에 매우 민 감하므로 어레이 기판의 온도를 안정화시켜 주고, 상기 언급한 온도 변화에 대하여 각각의 볼로미터에 대한 온도 보상을 해 줄 별개의 수단을 필요로 한다. 초점면 어레이를 수용하고 있는 케이스(case)가 적외선 열속의 약 80%를 담당한다. 따라서 케이스의 온도(또는 방사)를 측정하는 것이 매우 중요하다.
전형적인 볼로미터에는 바나듐산화물(Vanadium Oxide) 저항체가 광범위하게 사용되는데, 이는 바나듐산화물이 상대적으로 큰 저항온도계수(TCR:Temperature coefficient of resistance) 및 저주파 노이즈 기여도(1/f noise contribution) 특성을 갖기 때문이다.
전형적인 볼로미터 초점면 어레이는 방사를 감지하여 약 50°mK 정도의 분해능(resolution)으로 배경 온도(scenery temperature)를 측정할 정도의 성능이 요구된다. 배경 내에서의 열 변화에 기인한 볼로미터에서의 온도 변화는 약 0.01~0.1°mK 정도이다. 볼로미터 감지기를 작동시키기 위해서는 볼로미터의 액티브 저항(active resistor;배경에 노출된 저항을 말함)를 4°로 가열할 필요가 있음을 주목해야 한다. 볼로미터의 액티브 저항을 가열하는 것보다 적어도 40승(order) 적은 범위에서의 감도(sensitivity)와 분해능(resolution)을 확보하기 위해서는 일반적으로 차동 측정(differential measurement)이 요구된다. 차동 측정을 수행하기 위한 가장 흔하고 간단한 회로 구성은 휫스톤 브리지(Wheatstone bridge)인데, 실제로 볼로미터 타입 초점면 어레이에 광범위하게 사용되고 있다.
차동 측정을 수행하는 휫스톤 브리지를 사용하더라도, 종래 기술에 의한 비냉각형 초점면 어레이는 주위 온도(ambient temperature)의 변화에 여전히 매우 민감하므로 초점면 어레이 픽셀 수준에서의 보상을 위해 특별한 보상 회로(compensation circuitry)를 필요로 한다. 보다 구체적으로 말하자면, 감지기의 불균일성(non-uniformity)(즉, 감지기들의 다른 오프셋, 게인)과, 나아가 케이스 온도 변화가 각 감지기에 미치는 불균일한 영향에 대한 특별한 보상 회로를 필요로 한다. 후자의 불균일성은 각 감지기가 케이스 벽으로부터 상대적으로 다른 위치에 있다는 사실로부터 발생한다.
초점면 어레이 픽셀 감지기의 불균일성을 해결하기 위해, 제조사나 사용자들 자신이 각 픽셀 감지기의 오프셋, 게인에 대한 선측정(pre-measurement)을 수행하는 것이 일반적이다. 선측정은 주위(케이스)와 기판의 온도를 미리 정한 온도 하에 일정하게 유지한 채로 수행된다. 그 측정값은 두 개의 매트릭스(참조 테이블) 즉, 게인 불균일성 매트릭스(gain non-uniformity matrix)와 오프셋 불균일성 매트릭스(offset non-uniformity matrix)로 작성된다. 보다 구체적으로는, 각 픽셀 감지기의 오프셋과 게인은 초점면 어레이를 실제 사용하는 중에 이러한 두 매트릭스를 이용하여 보정된다. 또한 오프셋 매트릭스는 균질한 상이 초점면 어레이에 도입될 때 마다 정기적으로(예를 들자면 매 2, 3분 마다) 재작성됨을 주목해야 한다. 균질한 상이 도입되는 전형적인 예로서 셔터가 닫히고 초점면 어레이가 배경 방사로부 터 차단되는 때를 들 수 있다. 이와 달리, 종래 기술상 일부 경우에 있어서는 초점면 어레이 전면에서 광학적으로 초점을 완전히 흩뜨리는 본질적인 방법으로 균질한 상을 도입하기도 한다. 셔터가 닫힌 동안에는(또는 초점이 흩뜨려진 동안에는) 초점면 어레이를 사용할 수 없다. 이 동안에 오프셋 매트릭스가 재작성된다. 이러한 교정(calibration) 과정을 일반적으로 불균일성 보정(NUC;Non-Uniformity Correction)이라고 부른다. 예를 들자면, 매 2, 3분 마다 일어나는 이러한 교정 과정에 수 초의 시간이 소요된다는 점을 주목해야 한다.
본 명세서에서의 “셔터의 닫힘”이 언급될 때마다, 이는 셔터의 닫힘, 초점 흩뜨림 등에 의해 초점면 어레이에 균질한 상을 형성하는 모든 행위를 의미함을 주목해야 한다.
상기 언급한 대로, 셔터가 닫힌 동안에 초점면 어레이 감지기 각각의 오프셋을 재교정(recalibration)할 필요가 있기 때문에 이러한 재교정 과정 동안에는 초점면 어레이의 어떠한 적극적 사용도 가능하지 않다. 재교정을 위해 할애되는 이러한 불용시간(lost time)이 심각한 문제가 될 수도 있다. 그러나, 종래 기술상으로는 불균일도(rate of non-uniformity)의 심화(degradation)를 결정할 수단이 고안되어 있지 않는 바, 불균일화가 심각한 상태에서의 작동을 예방하기 위해 사용자에게 상대적으로 자주 그리고 정기적으로(언급한 바와 같이 예를 들자면 매 2, 3분 마다) 교정을 하도록 요구하고 있다. 대부분의 경우에 있어서, 이러한 빈번한 교정 은 예방적인 경고의 목적으로만 제안될 수준이다.
본 발명의 목적은 교정 빈도(calibration rate)(셔터가 닫힐 때 마다 일어남)를 획기적으로 감소시킬 수 있는 수단을 제공하여 초점면 어레이의 실질적인 작동 시간을 획기적으로 증가시키기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은 실질적으로 필요한 때만 불균일성의 교정을 수행할 수 있도록 하는 수단을 제공하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은 어레이의 실제 작동 중에 그리고 실시간으로 불균일도에 대한 신호(indication)를 제공하기 위함이다.
본 발명의 다른 목적은 제작이 쉬운 방법으로 상기의 수단을 제공하기 위함이다.
본 발명의 여타 목적과 이점도 상세 설명을 통해 명확해 질 것이다.
본 발명은 (a) 배경 방사를 감지하기 위한 볼로미터 타입의 i x j 픽셀 감지기 어레이; (b) 모든 i x j 픽셀 감지기의 감지 소자를 배경 방사에 노출시키는 전면부의 창을 갖고, 상기 감지기 어레이를 수용하는 케이스; (c) 균질한 기준면(reference surface)에 의해 배경으로부터 차단되고 적어도 j +1 열의 일부에 형성되는 블라인드 감지기(blind detectors); (d) 어레이 내의 각각의 i x j 감지기에 의해 감지된 배경 방사와 상기 j +1 열의 일부에 형성되는 블라인드 감지기에 의해 감지된 케이스 방사의 출력 신호(indication)를 판독하는 판독 회로(reading circuitry); (e) j +1 열의 모든 감지기로부터 판독된 대로의 방사값(radiation value)을 기록하는 레지스터(register); (f) 상기 레지스터에 기록된 모든 방사값의 표준편차(standard deviation) σ를 구하고, 이를 미리 정한 임계값(threshold) Q와 비교하고, 임계값 Q 이상의 표준 편차 σ를 허용 수준을 넘는 불균일성의 신호(indication for non-uniformity)로 처리하는 처리부(processing unit)를 포함하는 불균일도를 결정할 수단을 갖는 볼로미터 타입의 초점면 어레이 시스템에 관한 것이다.
바람직하게는, 불균일도 결정 수단을 갖춘 볼로미터 타입 초점면 어레이 시스템가 미리 정한 임계값 Q 이상인 불균일성의 신호가 입력된 경우에만 작동하는 모든 초점면 어레이 감지기에 균질한 상을 도입하기 위한 메커니즘(mechanism)과 모든 초점면 어레이 감지기에 대해 오프셋을 교정하기 위한 교정 회로(calibrating circuitry)를 부가적으로 포함한다.
바람직하게는, 균질한 기준면이 케이스로부터 확장된 차단판(baffle)이다.
바람직하게는, 모든 초점면 어레이 감지기와 j +1 열에 형성되는 블라인드 감지기가 방사에 대한 차동 측정을 수행한다.
바람직하게는, 각각의 감지기가 휫스톤 브리지(Wheatstone bridge) 구조를 포함한다.
바람직하게는, 각각의 휫스톤 브리지 구조의 i x j 감지기와 j +1 열에 형성되는 감지기가 (a) 어레이를 지지하고 있는 기판에 열을 누출하고(thermally shorted) 어레이 내의 모든 디코더(decoder)에 공통되는 첫 번째 저항 Rm과, 적어도 하나의 균질한 기준면에 의해 차폐되고 i 행 내의 모든 디코더에 공통되는 두 번째 저항 Rr을 포함하는 첫 번째 분기선(branch); (b) 상기 지지하고 있는 기판에 열을 누출하고 j 열 내의 모든 디코더에 공통되는 세 번째 저항 Rc와, 배경에 노출되어 있고 디코더마다 개별적인 네 번째 저항 Rp를 포함하는 두 번째 분기선을 포함한다.
바람직하게는, 판독 회로가 한번에 어레이 내의 한 행씩을 선택하기 위한 행 선택기(row selector)와 선택된 행 내의 각 디코더별로 감지된 방사를 수신하여 증폭하기 위한 j +1 개의 열 증폭기를 포함한다.
또한, 본 발명은 (a) 볼로미터 타입 i x j 감지기의 초점면 어레이를 배경에 노출시키는 단계; (b) 적어도 추가적인 j +1 열의 일부에 형성되는 볼로미터 타입 감지기를 균질한 면에 의해 배경으로부터 차폐시키는 단계; (c) 디코더 들의 불균일성에 관한 임계값 Q를 미리 정하는 단계; (d) 초점면 어레이 내의 i x j 개의 감지기와 j +1 열의 감지기에 의해 감지된 값을 각 행 별로 순차적으로 판독하는 단계; (e)j +1 열의 감지기에 의해 감지된 판독값을 레지스터에 기록하는 단계; (f)상기 레지스터에 기록된 모든 판독값의 표준 편차를 산출하고 임계값 Q와 비교하는 단계; (g)표준 편차가 임계값 Q 미만이면 초점면 어레이의 정상적인 작동을 계속하는 단계; (h)표준 편차가 임계값 Q 이상이면 초점면 어레이의 작동을 중단하고 초점면 어레이 내 디코더 들의 불균일성을 교정하는 단계를 포함하는 볼로미터 타입의 초점면 어레이에서의 불균일도를 결정하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 전형적인 종래 기술에 의한 볼로미터 타입 초점면 어레이의 일반적인 구조를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 초점면 어레이 내의 i x j 픽셀 감지기 중 하나의 일반적인 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 볼로미터 타입 초점면 어레이와 그 케이스의 일반적인 시스템 구조를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초점면 어레이의 일반적인 구조를 도시한 도면이다.
전형적인 볼로미터 타입의 초점면 어레이 (1)의 일반적인 구조가 도 1에 도시되어 있다. 초점면 어레이 (1)는 i행 과 j열의 배열 구조를 가지고 있고 이에 따라 볼로미터 타입 i x j 픽셀 감지기로 구성된다. 행 선택기 (2)에 의해 하나의 행 전체에 속하는 모든 픽셀 감지기들이 선택됨으로써 초점면 어레이로부터 판독이 수행된다. 하나의 행이 선택되면 해당 행의 모든 감지기들에 의해 동시 감지가 이뤄지고 선택된 행의 각 픽셀 감지기로부터의 판독값이 각 열의 증폭기 A1 - Aj의 입력값으로 부여된다. 이후에 자세히 설명되겠지만, 어느 행이 선택될 때, 모든 열의 증폭기에 대해 기준 신호(reference signal)는 공통이다.
도 2는 종래 기술의 실시예에 따르는 도 1의 초점면 어레이의 상기 i x j 픽셀 감지기 중 하나의 일반적인 구조를 도시하고 있다. 보이는 바와 같이, 감지기의 모든 저항은 차동 측정을 위한 휫스톤 브리지의 형태로 배열되어 있다. Rp 저항은 각 픽셀 감지기마다 개별적인 “액티브” 저항이다. 모든 Rp 저항은 단열되어 있고 배경에 노출된다. Rr 저항은 각 행의 픽셀 감지기 모두에 공통된 저항으로서, 배경에 노출되지 않도록 차폐되어(masked) 있는 바 이하 “블라인드” 저항으로 명명된다. Rm 저항은 초점면 어레이내 픽셀 감지기 모두에 공통인 하나의 저항으로서 초점면 어레이의 기판에 대해 열을 누출하는 상태에 있다. 저항기 Rc는 각 열 당 하나씩인 즉, 각 열의 픽셀 감지기 모두에 공통된 저항이고 역시 기판에 대해 열을 누출 하는 상태에 있다. 따라서 도 1의 예시적인 초점면 어레이내에는 i x j 개의 Rp 저항기, j 개의 Rc 저항기, i 개의 Rr 저항기, 1 개의 Rm 저항기가 존재한다. 모든 저항기는 바나듐 산화물 타입(Vox)이 바람직하고, 바람직하게는 가능한 한 동일한 물성을 가져야 한다. 보다 자세하게는 가능한 한 동일한 저항(resistance), 저항온도계수(TCR), 열용량(thermal capacitance), 열저항(thermal resistance)을 말한다. Rp, Rc, Rr, Rm 저항들 중 하나 이상이 병렬 연결된 수개의 저항기로 구성될 수도 있음을 주목해야 한다. 픽셀이 선택 될 때마다, 차동 판독값(differential readout)이 해당 열의 증폭기 A1 - Aj로 인가된다.
모든 액티브 저항 Rp가 계속 조사되는 동안에 한 번에 한 행에 걸쳐 각 열의 증폭기를 통해 판독값이 분류되어 출력된다. 블라인드 저항 Rr은 액티브 저항 Rp의 다양한 변화에 대한 보상을 위해 사용된다. 따라서 배경 방사로부터 차폐되고 단열된 위치에 자리 잡는다. 상기 Rr 저항은 특정 열의 판독이 수행되는 동안에만 전기적으로 연결된다. 반면에 다른 저항인 Rc와 Rm은 매 행의 판독이 수행되는 동안에 연결이 지속된다. 이들 저항은 과열에 의한 파손을 방지하기 위하여 기판에 열을 누출한다. 이리하여, 특정한 브리지가 활성이 될 때 두 분기선에는 필수적으로 거의 동일한 전류가 흐르게 되고 이러한 전류 I1과 I2로 인해 저항기 Rp에 조사된 배 경 방사의 함수로 표현되는 차동 전압(differential voltage) V0이 발생한다.
도 3은 전형적인 초점면 어레이 (1)의 구조를 모사하고 있다. 간명한 설명을 위해, 초점면 어레이를 2 x 2 사이즈의 픽셀 감지기로 축소하였다. 행 선택기 (2)(도 1)의 행 선택 신호에 의해 순차적으로 행이 선택된다. 하나의 행이 선택되면 모든 초점면 어레이 내 픽셀 감지기에 공통되는 저항인 Rm에 걸린 전압이 기준 신호로서 각 열의 증폭기의 양 입력 단자 중 첫 번째 입력 단자에 인가된다. 선택된 행 내의 각 저항기 Rp에 걸린 전압이 각 열의 증폭기의 두 번째 입력 단자에 인가된다. 이러한 구조는 휫스톤 브리지에 해당하므로 각 감지기에서의 방사에 대한 측정은 차동 측정이다. 여타의 저항 Rc, Rr 들이 회로 구성에 포함된다.
상술한 바와 같이, 여러 종류의 초점면 어레이 픽셀 감지기들의 불균일성을 해결하기 위해 종래 볼로미터 타입 초점면 어레이 제조자나 사용자 자신은 각 픽셀 감지기의 오프셋과 게인 커브(gain curve)를 결정하기 위한 선측정을 수행한다. 이러한 선측정은 주위(케이스) 온도와 기판 온도를 미리 정한 일정 온도로 유지한 채 수행된다. 측정값은 게인 불균일성 매트릭스와 오프셋 불균일성 매트릭스라는 두개의 매트릭스[즉 참조 테이블]로 작성된다. 보다 구체적으로는 초점면 어레이의 실제 사용시 초점면 어레이의 각 픽셀 감지기는 상기의 두 매트릭스를 이용하여 보정된다. 오프셋 매트릭스는 셔터가 닫혀 초점면 어레이가 배경 방사로부터 차폐될 때 마다 정기적으로(예를 들면 매 2~3분) 재작성(update)됨을 주목해야 한다. 물론, 셔터가 닫히고 재작성 작업이 수행되는 동안에는 초점면 어레이를 사용할 수 없다. 상술한 보정의 과정을 일반적으로 불균일성 보정이라고 부른다.
상술한 바와 같이, 종래 기술에서는 셔터를 닫거나 초점면 어레이에 균질한 상을 도입하여 오프셋 매트릭스를 재작성한다. 이러한 매트리스 재작성 작업은 초점면 어레이의 실질적인 작동을 방해하게 되는데, 이는 초점면 어레이의 실질적인 사용 중에는 상기 오프셋 매트릭스의 재작성이 수행될 수 없기 때문이다. 이후 설명되는 바와 같이, 본 발명은 오프셋 매트릭스의 재작성이 실제 요구되는 시점의 결정을 가능케 하여 실제로 필요한 때에만 셔터가 닫히도록 만든다. 보다 구체적으로는, 이후 설명되는 바와 같이, 본 발명은 초점면 어레이를 실제로 사용하고 있는 동안에 어레이 감지기들의 불균일도를 결정하고, 불균일도가 미리 정한 임계값 이상인 경우만 셔터를 닫고 교정 과정이 수행된다.
도 4는 본 발명에 따른 초점면 어레이의 일반적 구조를 모사하고 있다. 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 초점면 어레이는 j +1 로 표시된 열에 센서들이 추가되어 있다. 상기 추가된 열의 픽셀 감지기 각각은 초점면 어레이 내의 다른 감지기와 본질적으로 동일한 구조를 갖는다. 다만, j +1 열의 감지기 모두에 존재하는 Rp (j+1)은 균질한 기준면에 의해 배경으로부터 차단된다. 여기에서 “균질한”은 기준 면이 동일한 온도와 방사율((emmissivity) 즉, 동일한 방사))을 갖는 상태에 있음을 의미한다. 따라서, j +1 열의 감지기 모두는 항상 균질한 면만을 “본다”. 그리고 배경으로부터는 차폐된다. 달리 말하면, 이러한 j +1 열의 “블라인드” 감지기 모두는, 종래 기술상으로 셔터가 닫힌 동안에 감지기가 보게 되는 균질한 상과 본질적으로 동일한, 균질한 상을 보는 것이다. 선택된 행 내의 1 부터 j 열의 감지기와 함께 j +1 열 내의 감지기에서의 판독이 동시에 수행된다. j +1 열 전체에 걸쳐 감지기 각각에 의한 판독값이 최대 i 개의 셀(cell)을 갖는 레지스터 (16)에 축적된다. 레지스터의 셀이 모두 채워지면, 등록된 모든 값의 표준편차 σ가 계산되고 미리 정한 편차의 임계값 Q와 비교된다. 임계값 이상의 표준편차는 오프셋 교정이 필요한 정도로 불균일하다는 것을 의미하는 신호가 된다.
어레이 내의 i x j 배경 감지기에 대해 수행되는 교정과 동일한 방법으로 j +1 열 내의 블라인드 감지기에 대해서도 게인(gain)과 오프셋(offset)이 교정되는 점을 주목해야 한다. 보다 구체적으로는, 셔터가 닫힌 동안에 교정이 수행된다. j +1 열 내의 모든 감지기로부터 판독이 수행되기 위해서 한 프레임 주기(frame period)가 소요된다. 상기 언급한 대로, 각 프레임 판독이 끝날 때 마다 j +1 열 내의 감지기 판독값 모두에 대한 평균값 m이 계산된다. 나아가, 감지기 판독값 모두에 대한 표준편차도 계산된다. 이 표준편차가 미리 정한 임계값을 상회하면, 불균일성에 대한 교정 과정이 수행될 필요가 있다는 것으로 귀결된다. 따라서 본 발명에 따르면 j +1 열으로부터 판독값의 표준편차가 상기 미리 정한 임계값 Q 이상 인 경우에만 셔터가 닫히고(또는 균질한 면이 도입되고) 교정이 수행된다.
보다 구체적으로는, 각 프레임마다 다음의 논리식이 검토된다.
(α)
Figure 112012026468047-pct00007

여기서의
삭제
Figure 112007075451429-pct00002
는 j +1 열 내에 있는 특정한 감지기 i의 판독값의 j +1 열 내에 있는 모든 감지기의 판독값 평균 m과의 차이(편차)를 의미한다.
Q 는 미리 정한 임계값을 의미한다.
논리식 (α)의 조건이 만족되는 경우에 교정 과정이 수행된다.
본 발명에 따르는 경우, 바람직하게는, 기준면이 케이스로부터 확장되어 Rp (j +1) 저항을 차폐하게 됨을 주목해야 한다. 또한 상기 면의 온도와 방사율이 균질하기만 하다면, 한 개 이상의 기준면이 사용될 수도 있음을 주목해야 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 볼로미터 타입 초점면 어레이와 그 케이스의 시스템 구조를 모사하고 있다. 도시된 기준면은 케이스로부터 확장된 차단판 (14)이다. 케이스 외벽 (12)에는 열전도성 소재가 사용되어 기판 (13)과 Rm, Rc 저항(도면에는 도시가 안 됨)에 대한 방열판(heat sink)의 기능을 수행한다. 초점면 어레이 기판(13)은 적어도 복수(i x j) 개의 액티브 픽셀 저항 Rp과 복수 개의 "블라인드" 저항 Rr으로 구성되어 있다. 투명한 창 (15)이 초점면 어레이의 상부에 형성되어 배경 방사가 액티브 저항 Rp에 조사될 수 있게 된다. 액티브 저항에 인접하여 형성되는 i 개의 블라인드 저항 Rr은 케이스 벽 (12)에 열적으로 연결된(thermally connected) 차단판 (14)에 의해 배경 방사로부터 차단된다. 도시된 바와 같이, 또한 저항 Rp (j+1)도 동일한 차단판 (14)에 의해 차단된다.
도시된 바와 같이, 본 발명은 오프셋 교정(셔터의 닫힘을 수반함)이 필요한 시점에 대한 신호를 제공한다. 종래 기술상으로는 이러한 교정이 임의로 미리 정한 기간이 경과할 때마다 수행되는 반면에, 불일균성에 대한 신호가 개발된 본 발명에 따르면 이러한 교정은 실질적으로 필요한 때만 수행되게 된다. 따라서, 본 발명은 불필요한 교정의 수행 과정을 없앨 수 있으므로, 교정 빈도를 확실히 줄일 수 있다.
본 발명은 실시예에 의해 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통 상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위내에서의 여러가지 수정, 변형, 개작은 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위를 넘지 않는 범위내에서 본 발명에 속한다.
본 발명은 초점면 어레이 내의 각종 감지기(detector)에 의한 광 감지(light sensing)의 균일성 저하를 측정하고 불균일성 교정을 위한 특별한 조치를 취해야 할 시점에 관한 신호(indication)를 제공하는 방법 및 시스템 발명을 제공한다.

Claims (8)

  1. a. 배경 방사를 감지하기 위한 볼로미터 타입의 i x j 픽셀 감지기 어레이;
    b. 모든 i x j 픽셀 감지기의 감지 소자를 배경 방사에 노출시키는 전면부의 창을 갖고, 상기 감지기 어레이를 수용하는 케이스;
    c. 균질한 기준면에 의해 배경으로부터 차단되고 j +1 열의 전체 또는 일부에 형성되는 블라인드 감지기;
    d. 어레이 내의 각각의 i x j 감지기에 의해 감지된 배경 방사와 상기 j +1 열의 일부에 형성되는 블라인드 감지기에 의해 감지된 케이스 방사의 출력 신호를 판독하는 판독 회로;
    e. 상기 j +1 번째 열의 모든 감지기로부터 판독된 대로의 방사값을 기록하는 레지스터;
    f. 상기 레지스터에 기록된 모든 방사값의 표준편차 σ를 구하고, 이를 미리 정한 임계값 Q와 비교하여, 표준 편차 σ가 임계값 Q 이상이면 허용 수준을 넘는 불균일성의 신호로 처리하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 불균일도를 결정하는 수단을 갖는 볼로미터 타입의 초점면 어레이 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초점면 어레이 시스템은 모든 초점면 어레이 감지기에 균질한 상을 도입하기 위한 메커니즘과 모든 초점면 어레이 감지기에 대해 오프셋을 교정하기 위한 교정 회로를 추가로 포함하고 있으며, 상기 메커니즘과 교정회로는 상기 불균일성의 신호가 상기 미리 정한 임계값 Q 이상인 경우에만 작동하는 것을 특징으로 하는 불균일도를 결정하는 수단을 갖는 볼로미터 타입의 초점면 어레이 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 균질한 기준면이 케이스로부터 확장된 차단판인 것을 특징으로 하는 불균일도를 결정하는 수단을 갖는 볼로미터 타입의 초점면 어레이 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 모든 초점면 어레이 감지기와 j +1 열에 형성되는 블라인드 감지기가 방사에 대한 차동 측정을 수행하는 것을 특징으로 하는 불균일도를 결정하는 수단을 갖는 볼로미터 타입의 초점면 어레이 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 각각의 감지기가 휫스톤 브리지 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 불균일도를 결정하는 수단을 갖는 볼로미터 타입의 초점면 어레이 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 각각의 휫스톤 브리지 구조의 i x j 감지기와 j +1 열에 형성되는 감지기가
    a. 어레이를 지지하고 있는 기판에 열을 누출하고 어레이 내의 모든 감지기에 공통되는 첫 번째 저항 Rm과, 적어도 하나의 균질한 기준면에 의해 차폐되고 i 행 내의 모든 감지기에 공통되는 두 번째 저항 Rr을 포함하는 첫 번째 분기선;
    b. 상기 지지하고 있는 기판에 열을 누출하고 j 열 내의 모든 감지기에 공통되는 세 번째 저항 Rc와, 배경에 노출되어 있고 감지기마다 개별적인 네 번째 저항 Rp를 포함하는 두 번째 분기선을 포함하는 것을 특징으로 하는 불균일도를 결정하는 수단을 갖는 볼로미터 타입의 초점면 어레이 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 판독 회로가 한번에 어레이 내의 한 행씩을 선택하기 위한 행 선택기와 선택된 행 내의 각 감지기별로 감지된 방사를 수신하여 증폭하기 위한 j +1 개의 열 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 불균일도를 결정하는 수단을 갖는 볼로미터 타입의 초점면 어레이 시스템.
  8. a. 볼로미터 타입 i x j 감지기의 초점면 어레이를 배경에 노출시키는 단계;
    b. 추가적인 j +1 열의 전체 또는 일부에 형성되는 볼로미터 타입 감지기를 균질한 면에 의해 배경으로부터 차폐시키는 단계;
    c. 감지기들의 불균일성에 관한 임계값 Q를 선택된 수준의 표준 편차에 따라서 미리 정하는 단계;
    d. 초점면 어레이 내의 i x j 개의 감지기와 j +1 열의 감지기에 의해 감지된 값을 각 행 별로 순차적으로 판독하는 단계;
    e. j +1 열의 감지기에 의해 감지된 판독값을 레지스터에 기록하는 단계; f. 상기 레지스터에 기록된 모든 판독값의 표준 편차를 산출하고 임계값 Q와 비교하는 단계;
    g. 표준 편차가 임계값 Q 미만이면 초점면 어레이의 정상적인 작동을 계속하는 단계;
    h. 표준 편차가 임계값 Q 이상이면 초점면 어레이의 작동을 중단하고 초점면 어레이 내 감지기들의 불균일성을 교정하는 단계를 포함하는 볼로미터 타입의 초점면 어레이에서의 불균일도를 결정하는 방법.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2915572B1 (fr) 2007-04-26 2009-07-17 Sagem Defense Securite Procede de maintenance d'une matrice de detecteurs du type bolometre pour la detection et la mesure de l'energie rayonnante.
FR2951895B1 (fr) 2009-10-22 2012-07-13 Ulis Procede de correction des images delivrees par un detecteur non regule en temperature, et detecteur mettant en oeuvre un tel procede
MD340Z (ro) * 2010-04-23 2011-09-30 Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Bolometru
US10079982B2 (en) * 2011-06-10 2018-09-18 Flir Systems, Inc. Determination of an absolute radiometric value using blocked infrared sensors
EP2764685A1 (en) * 2011-10-07 2014-08-13 Flir Systems, Inc. Determination of an absolute radiometric value using blocked infrared sensors
US20150226613A1 (en) * 2014-02-07 2015-08-13 Raytheon Company Imaging device with shutterless non-uniformity correction
WO2016185698A1 (ja) * 2015-05-21 2016-11-24 富士フイルム株式会社 赤外線撮像装置
CN108519161B (zh) * 2018-04-10 2019-11-26 中国科学院上海技术物理研究所 一种红外焦平面非均匀性校正方法
FR3082346B1 (fr) * 2018-06-08 2020-10-23 Ulis Dispositif et procede de compensation de chaleur parasite dans une camera infrarouge
FR3088512B1 (fr) * 2018-11-09 2020-10-30 Schneider Electric Ind Sas Procede de traitement d'une image
ES2773726B2 (es) * 2019-01-14 2021-05-18 Univ Santiago Compostela Sensor bolométrico resistivo

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5600143A (en) 1994-12-02 1997-02-04 Litton Systems, Inc. Sensor including an array of sensor elements and circuitry for individually adapting the sensor elements
US6410916B1 (en) 1999-08-23 2002-06-25 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration, Inc. Room temperature IR camera
US6515285B1 (en) 1995-10-24 2003-02-04 Lockheed-Martin Ir Imaging Systems, Inc. Method and apparatus for compensating a radiation sensor for ambient temperature variations
US20070215805A1 (en) 2006-03-17 2007-09-20 Boie Robert A Imaging sensor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6141048A (en) * 1996-08-19 2000-10-31 Eastman Kodak Company Compact image capture device
US6583416B1 (en) * 1999-11-15 2003-06-24 Sarnoff Corporation Uncooled IR detector array having improved temperature stability and reduced fixed pattern noise
JP2001245215A (ja) * 2000-01-11 2001-09-07 Agilent Technol Inc 改善された基準信号を有するアクティブピクセルセンサ
FR2918449B1 (fr) * 2007-07-02 2010-05-21 Ulis Dispositif de detection de rayonnement infrarouge a detecteurs bolometriques

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5600143A (en) 1994-12-02 1997-02-04 Litton Systems, Inc. Sensor including an array of sensor elements and circuitry for individually adapting the sensor elements
US6515285B1 (en) 1995-10-24 2003-02-04 Lockheed-Martin Ir Imaging Systems, Inc. Method and apparatus for compensating a radiation sensor for ambient temperature variations
US6410916B1 (en) 1999-08-23 2002-06-25 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration, Inc. Room temperature IR camera
US20070215805A1 (en) 2006-03-17 2007-09-20 Boie Robert A Imaging sensor

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