KR20150014861A - 볼로메트릭 검출 어레이의 결함 상태의 진단 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 기판 위에 서스펜드된 검출 볼로미터(bolometer)(16)의 어레이(12)를 포함하는 볼로메트릭 검출기(10)의 신호-형성 체인들 - 각 체인은 볼로미터(16), 상기 체인의 전기 자극(stimulation) 회로(18), 및 적용된 상기 자극에 따라 신호를 형성하는 회로(22 및 28)를 포함함 - 의 결함 상태를 진단하는 방법으로서,
a. 실질적으로 균일한 장면의 이미지를 어레이(12) 상에 형성하는 단계;
b. 적어도 상이한 제1 자극과 제2 자극을 상기 체인들에 적용하는 단계;
c. 형성된 신호를 판독하는 단계; 및
d. 진단될 미리 결정된 세트의 체인의 각 체인에 대해:
o 상기 체인의 검출 볼로미터의 이웃인 검출 볼로미터를 갖는 체인들로 형성된 이웃을 한정하는 단계;
o 상기 체인에 의해 형성된 신호의 값을 보간하는 다항식의 계수를 계산하는 단계;
o 상기 체인의 이웃의 각 체인에 대해, 상기 이웃 체인에 의해 형성된 신호의 값을 보간하는 다항식의 계수를 계산하는 단계;
o 이웃 체인들의 또는 이웃 체인들 및 상기 체인으로 형성된 세트의 상기 계산된 계수의 평균 및 표준 편차를 계산하는 단계; 및
o 상기 체인의 상기 계수의 값이 계산된 평균 및 표준 편차에 따라 한정한 마진 밖에 있다면 상기 체인이 결함이 있는 것으로 진단하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.

Description

볼로메트릭 검출 어레이의 결함 상태의 진단{DIAGNOSIS OF THE DEFECTIVE STATE OF A BOLOMETRIC DETECTION ARRAY}

본 개시는 적외선 볼로메트릭 이미징 및 고온 측정법(pyrometry)에 관한 것이다. 더 상세하게, 본 발명은, 기판 위에 서스펜드된(suspended) 멤브레인으로 형성된 볼로미터 어레이를 포함하는 볼로메트릭 적외선 검출기에 관한 것이다.

소위 "열" 적외선 검출기 분야에서, 적외선 방사에 민감하여 주위 온도에서 동작할 수 있는 1-차원 또는 2-차원 요소 어레이를 사용하는 것이 알려져 있다.

열 적외선 검출기는 종래에 소위 "서모메트릭(thermometric)" 또는 "볼로메트릭" 소재의 그 온도에 따른 물리량의 변경을 사용한다. 가장 최근에는, 이러한 물리량은, 매우 온도-의존적인 그러한 소재의 전기 저항이다. 검출기의 단위 민감 요소, 즉 "볼로미터"는 보통, 각각 서모메트릭 소재 층을 포함하며, 큰 열저항을 갖는 지지 아암(support arm)을 통해 일반적으로 실리콘으로 이루어진 기판 위에 서스펜드된 멤브레인 형태로 되어 있으며, 서스펜드된 멤브레인의 어레이는 보통 "레티나(retina)"라고 부른다.

그러한 멤브레인은 특히 입사 방사선 흡수 기능, 흡수된 방사선 파워의 열 파워로의 변환 기능, 및 생성된 열 파워의 서모메트릭 소재의 저항 변경으로의 변환의 서모메트릭 기능을 실행하며, 그러한 기능은 하나 또는 복수의 개별 요소에 의해 실행할 수 있다.

또한, 멤브레인의 지지 아암은 또한 도전성이며, 그 서모메트릭 층에 연결되고, 멤브레인의 서모메트릭 요소를 순차적으로 어드레싱 및 바이어싱하기 위한 수단과 비디오 포맷으로 이용 가능한 전기 신호를 형성하기 위한 수단이 보통 멤브레인을 그 위에 서스펜드되게 한 기판에 형성된다. 기판 및 집적 수단을 흔히 "판독 회로"라고 부른다.

검출기의 판독 회로와 민감 레티나는 보통, 보통 8 내지 14마이크로미터 범위의 파장을 갖는 해당 방사선을 투과하는 윈도우가 구비되며 초저압 하에서 시일링된 패키지에 집적된다. 이러한 범위는 대기의 투과 윈도우와 300K 인근의 장면으로부터 유래한 대부분의 방사선에 대응한다.

그러한 검출기를 통해 열 또는 고온 측정 이미지를 얻기 위해, 장면은 적절한 광학 시스템을 통해 그 표면에 레티나가 배치된 초점면 상으로 집속되며, 클로킹된 전기 자극이 판독 회로를 통해 볼로미터 각각에, 또는 그러한 볼로미터의 각 행에 적용되어, 그러한 기본 검출기 각각에 의해 도달한 온도의 측정 또는 이미지를 형성하는 "비디오" 전기 신호를 얻는다. 이 신호는 직접 판독 회로에 의해 어느 정도 정교하게 성형될 수 있으며, 그 후 아날로그 또는 디지털 형태로 패키지 외부의 전자 시스템에 송신된다. 이 전자 시스템은 통상 검출기에 의해 전달된 각 비디오 프레임에 여러 정정, 상세하게는 공간 오프셋 및 이득 분산의 정정(NUC(Non Uniformity Corrections: 비균일 정정)라고 불림)을 적용하여, 디스플레이될 수 있거나 더 일반적으로는 관찰된 장면으로부터 그에 따라 형성된 신호를 사용하기 위한 열 또는 고온 측정 이미지를 생성한다.

민감한 멤브레인의 평균 온도는 본래, 안정화의 부재 속에서, 상세하게는 주변 조건의 변화로 인해 변하는 기판 온도에 의해 부과되며, 이러한 주변 조건 변화는 본래 집적된 시스템 요소를 통한 열 전도에 의해 반영된다. 그러한 온도 변경은 볼로미터의 출력에서 평균 신호의 드리프트를 초래한다. 볼로메트릭 검출기는 기판 온도를 안정화하기 위한 모듈, 보통 펠티에-효과(Peltier-effect) 모듈(TEC(Thermo Electric Cooler): 열 전자 냉각기)이 장착될 수 있어서, 그러한 신호 드리프트를 회피할 수 있다. 그러나 그러한 안정화 수단은 구성요소를 더욱 복잡하고 비싸게 하며, 주위 온도가 선택된 안정화 온도로부터 멀어짐에 따라 더욱 높아지는 전력 소모를 암시한다.

변형으로서, 검출기는 온도 안정화 모듈을 포함하지 않으며, 초점면 온도(TPF)를 보상하기 위한 요소가 볼로미터의 온도에 관하여 전자 신호 형성 회로에 구비되며, 그러한 보상 요소 자체가 볼로메트릭하다, 즉 기판 온도를 따르는 그 전기 거동을 갖지만, 방사선에 본래 둔감한 상태를 유지한다. 이러한 결과는 예컨대 제조에 의해 기판을 향해 더 낮은 열 저항이 제공된 볼로메트릭 구조에 의해 및/또는 이들 구조를 검출될 열 방사선에 불투과성인 스크린 뒤에 가림으로써 얻는다. 그러한 보상 요소의 사용은 이미징 또는 "능동" 볼로미터로부터 유래한 소위 공통-모드 전류 대부분을 제거하는 장점을 또한 갖는다.

도 1은 온도 조정이 없는 볼로메트릭 검출기(10), 즉 종래 기술의 "TECless" 검출기의 전기 도면이고, 이 검출기(10)는 공통-모드 보상 구조를 포함하며, 도 2는 보상된 공통-모드 검출기의 볼로미터의 판독 신호를 형성하는데 사용되는 회로의 전기 도면이다. 그러한 검출기는 예컨대 문헌: "Uncooled amorphous silicon technology enhancement for 25㎛ pixel pitch achievement"; E, Mottion et al, Infrared Technology and Application XXVIII, SPIE, vol. 4820E에 기재되어 있다.

검출기(10)는 단위 볼로메트릭 검출 요소(14), 즉 "픽셀"의 2-차원 어레이(12)를 포함하며, 각 요소(14)는 앞서 기재한 바와 같이 기판 위에 서스펜드된 멤브레인의 형태이며 전기 저항(R_ac)을 갖는 민감한 저항 볼로미터(16)를 포함한다. "능동" 또는 "검출" 볼로미터로도 불리는 각 볼로미터(16)는 그 단자 중 하나에서 일정 전압(VDET), 특히 검출기(10)의 접지에 연결되며, 그 다른 단자에서 예컨대 NMOS 트랜지스터와 같이 포화 상태에서 동작하며 게이트 제어 전압(GAC)에 의해 볼로미터(16) 양단에 전압(V_ac)을 설정하는 MOSFET 바이어싱 트랜지스터(18)에 연결된다. 픽셀(14)은 또한, MOS 트랜지스터(18)와 어레이(12)의 각 열에 대해 구비되는 노드(A) 사이에 연결되고 제어 신호(SELECT)에 의해 구동되어 볼로미터(16)를 선택하여 이를 판독할 수 있게 하는 선택 스위치(20)를 포함한다. 트랜지스터(18)와 스위치(20)는 보통 볼로미터(16)의 멤브레인의 영향 하에서 기판에 형성된다. 요소(16 및 18)는 소위 "검출" 브랜치를 형성한다.

검출기(10)는 또한 어레이(12)의 각 열의 풋(foot)에서 보통은 "스키밍(skimming)" 구조로도 불리는 보상 구조(22)를 포함한다. 구조(22)는, 관찰할 장면으로부터 유래한 입사 방사선에 둔감하게 되어 있고 전기 저항(R_cm)인 보상 볼로미터(24)를 포함한다.

볼로미터(24)는 볼로미터(16)와 동일한 서모메트릭 소재에 의해 그러나 기판을 향해 매우 낮은 열 저항이 구비된 구조적 구성에 따라 제조된다. 그 결과는 예컨대 기판과 접촉하는 볼로미터의 저항 요소의 직접 구성에 의해서 또는 서스펜드된 저항성 볼로메트릭 구조의 아암의 단순한 부재(simple absence)에 의해 또는 기판과 큰 보상 볼로미터 사이에 열-전도 소재를 보호함으로써 쉽게 달성할 수 있다. 볼로미터(24)의 전기 저항은 따라서 본래 기판 온도에 의해 좌우되며, 볼로미터(24)는 이때 기판에 "서멀라이즈된다(thermalized)"고 한다.

볼로미터(24)는 그 단자 중 하나에서 일정 전압(VSK)에 연결되며, 보상 구조(22)는, 포화 상태에서 동작하고 예컨대 PMOS 트랜지스터와 같은 검출 픽셀(14)의 트랜지스터(18)의 바이어싱과 반대되는 바이어싱을 가지고 게이트 제어 전압(GCM)에 의해 볼로미터(24) 양단에 전압(V_cm)을 설정하며 볼로미터(24)의 다른 단자와 노드(A) 사이에 연결된 MOSFET 바이어스 트랜지스터(26)를 더 포함한다. 요소(24 및 26)는 각 열에 공통되는 소위 보상 단자를 형성한다. 볼로미터(24)의 저항(R_cm)을 설계 상 볼로미터(16)의 값에 가까운 값으로 조정할 필요는 없지만, 그것을 통해 흐르는 전류를 판독 동안 검출 브랜치를 통해 흐르는 값에 가까운 값으로 조정할 필요는 있다. 이 결과는 예컨대 그리고 통상 볼로미터(16)의 저항보다 낮은 저항과 대략 동일한 비율만큼 더 작은 바이어스 전압(V_cm)에 의해 얻는다.

검출기(10)는 또한, 어레이(12)의 각 열의 풋에서, CTIA(Capacitive TransImpedance Amplifier) 타입의 적분기(28)를 포함하며, 적분기(28)는 예컨대 연산 증폭기(30)와, 연산 증폭기(30)의 반전 입력과 출력 사이에 연결된 커패시터(32)를 포함한다. 그 반전 단자와 그 비-반전 단자는 또한 각각 노드(A)와 일정 전압(VBUS)에 연결된다. 전압(VBUS)은 따라서 출력 신호를 위한 참조를 형성하며, VDET와 VSK 사이에 있다. 신호(Reset)에 의해 구동된 스위치(34)는 또한 커패시터(32)와 병렬로 이것의 방전을 위해 구비된다. CTIA(28)의 출력은 예컨대 각각의 샘플 및 홀드 회로(36)에 궁극적으로 연결되어 CTIA의 전압(Vout)을 다중화기(38)에 의한 다중화된 모드로 하나 또는 복수의 직렬 출력 증폭기(들)(40)에 전달한다. 이러한 전달은 또한 디지털화 수단(아날로그-디지털 변환: ADC)의 출력에서 적분될 수 있다. 마지막으로, 검출기(10)는, 상세하게는 앞서 기재한 상이한 스위치를 제어하는 동기화 및 비디오 처리 유닛(42)을 포함한다. 동작 시, 어레이(12)는 행 단위로 판독되며, 판독된 행 전체는 따라서 이미지 프레임, 즉 "프레임"을 형성한다. 어레이(12)의 행으로부터 판독하기 위해, 픽셀(14)의 라인의 스위치(20)는 턴 온되며, 다른 라인의 스위치(20)는 턴 오프된다.

스위치(34)의 턴-온과 그에 뒤이은 턴-오프에 의해 달성되는, 열의 풋에서의 CTIA 커패시터의 방전 단계 이후, 도 2에 도시한 바와 같은 회로가 또한 판독되는 행의 각 픽셀에 대해 얻어진다. 전류(I_ac)가 MOSFET 트랜지스터(18)에 의한 그 전압 바이어싱의 영향 하에서 픽셀의 검출 볼로미터(16)를 통해 흐르며, 전류(I_cm)가 MOSFET 트랜지스터(26)에 의한 그 전압 바이어싱의 영향 하에서 보상 구조의 보상 볼로미터(24)를 통해 흐른다. 이들 전류는 노드(A)에서 서로로부터 감산되며, 결과적인 전류차가 미리 결정된 적분 기간(T_int) 동안 CTIA(28)에 의해 적분된다. CTIA(28)의 출력 전압(Vout)은 따라서 검출될 입사 방사선에 의해 초래된 검출 볼로미터(16)의 저항의 변경의 측정이며, 이는 전류(I_ac)의 비-유용 부분이 특히 이 비-유용 부분을 재생하기 위해 생성된 전류(I_cm)에 의해 적어도 부분적으로 보상된다.

또한, 앞서 기재한 바와 같이, 검출 볼로미터(16)는 엄밀하게는 동일하지 않으므로, 전압(Vout)은 균일한 장면 앞에서 그 값의 분산, 즉 "오프셋 분산"을 보인다. 유사하게, 검출기 응답성(responsiveness)의 분산, 또는 "이득 분산", 즉 균일한 장면의 균일한 변경 앞에서 전압(Vout)의 변경의 분산을 관찰할 수 있다. 그러한 분산이 검출기에 의해 생성된 이미지의 품질에 악영향을 미치므로, 전압(Vout)은 적어도 오프셋 분산에 의해 유닛(42)에 의해 보통 정정된다. 오프셋 분산의 정정은 단지 보통 "1-포인트" 정정으로서 표시되는 반면, 오프셋 분산과 이득 분산 모두를 결합하는 정정은 현재 "2-포인트" 정정이라고 부른다.

다음에서, 표현, "미처리(raw) 신호"는 비-정정된 신호를 표시하며, 특히 유닛(42)의 상류의 신호를 표시한다. 상세하게, 이 표현은 차별 없이, 예컨대 CTIA의 출력에서의 전압(Vout)과 같은 아날로그 신호를 표시하거나, "1-포인트" 또는 "2-포인트" 정정이 디지털 방식으로 실행된다면 예컨대 전압(Vout)의 디지털 값과 같은 디지털 신호를 표시하며, 미처리 신호의 아날로그 또는 디지털 형태는 이 표현이 사용되는 환경으로부터 쉽게 이해된다. 표현, "미처리 이미지" 또는 "미처리 프레임"은 그에 따라 어레이(12)로부터의 판독으로부터 유래한 모든 미처리 신호를 표시한다.

유사하게, 표현, "정정된 신호"는, 예컨대 "1-포인트" 또는 "2-포인트" 정정과 같은 신호 분산을 제거하거나 보상하는 것을 목적으로 하는 정정을 겪은 신호를 표시하며, 표현, "정정된 이미지" 또는 "정정된 프레임"은 따라서 "1-포인트" 또는 "2-포인트" 정정에 의해 미처리 값으로부터 정정된 이미지 또는 프레임을 표시한다.

결함 픽셀은, 관찰된 장면을 나타내는 이미지 요소를 형성하는데 유용하지 않은 것으로 고려되는, 예컨대 상술한 검출기 예에서의 전압(Vout)과 같은 그 대응하는 신호를 갖는 단위 검출 요소이다. 예컨대, 결함 픽셀은, 신호-형성 체인의 출력 다이내믹 범위와 이러한 어떤 것이든 관찰된 장면 중 한 측이나 다른 측 상에서 포화되는 신호를 생성한다.

더 일반적으로, 결함 픽셀은, "1-포인트" 또는 "2-포인트" 정정을 적용한 이후, 관찰된 장면에 입력될 수 없으며 주어진 환경 조건에서 이미지 상에서나 비디오 시퀀스 상에서 볼 수 있는, 그 이웃에 대한 비정상 편차를 갖는 신호를 생성할 수 있는 픽셀이다. 이러한 편차는, 결함 픽셀의 "정상"으로서 고려되는 그 이웃하는 픽셀에 대한 고유한 전기 및/또는 광학 거동의 뚜렷한 편차를 초래하는 여러 가지 물리적 원인으로부터 유래할 수 있다. 픽셀의 "정상" 거동은 레티나의 픽셀 세트나 신호-형성 체인의 세트의 거동에 가까운 픽셀 거동을 의미하여, "1-포인트" 또는 "2-포인트" 정정은 표준 동작 조건에서 픽셀로부터 유래한 정정된 신호의 편차를 보이지 않는다.

다음의 표는 볼로메트릭 레티나와 관련된 알려진 반복되는 결함뿐만 아니라 그 물리적인 원인을 나열한다. 기호(CL: Continuous Level)는 여기서, 레티나가 실질적으로 온도-균일 장면에 노출될 때 픽셀로부터 유래한 미처리 신호의 값을 지칭한다.

결함의 물리적인 원인	CL 픽셀 상에서 관찰된 효과/결함
단락된 픽셀	다이내믹 범위 한계에서의 CL
개방-회로 픽셀	다이내믹 범위 한계에서의 CL
픽셀 신호-형성 체인의 응답성의 비정상 편차	강한 입사 흐름에 대한 비정상 CL 편차
볼로미터 저항의 비정상 편차	입사 흐름이 어떤 것이든 간에 비정상 CL 편차
비정상 잡음 편차	일정 흐름에 대해 요동하는 CL
단락되거나 개방 회로에 있는 픽셀의 (판독 모드에서) 이후에 오는 픽셀. 이 픽셀은 몇 가지 인덱스(i, j) 내에 동일한 행이나 동일한 열 상에 위치하며, 이전 신호의 비정상 상태에 의해 시간적으로 영향을 받는 신호 처리 체인을 갖는다.	입사 흐름이 어떤 것이든 간에 요동하는 CL 및 입사 흐름이 어떤 것이든 간에 비정상 CL 편차
픽셀 신호-형성 체인 상의 전자 결함(예컨대, CTIA나 바이어스 트랜지스터의 결함)	입사 흐름이 어떤 것이든 간에 CL 흐름 및 흐름으로부터나 볼로미터로부터 독립적인 CL 편차

가능한 결함 픽셀의 존재를 알기 위해, 동작성 테스트가 보통 공장에서, 즉 검출기가 서비스되기 전에, 미리 결정된 기능 부합성 윈도우에 대한 픽셀 각각의 측정의 부합성을 구축하는 것을 목적으로 하는 여러 측정 및 분석을 실행함으로써, 보통 수행된다. 해당 측정은 일반적으로 픽셀 각각의 레벨에서 특히 다음의 기능 파라미터를 추출하는 단계를 포함한다:

o 연속 레벨(CL);

o 응답성(Resp), 즉 레티나가 노출되는 균일한 장면의 균일한 변경에 대한 픽셀로부터 유래한 신호 변경; 및

o 픽셀로부터 유래한 신호의 시간 잡음.

동작성 테스트는 따라서 결함 픽셀 목록 또는 "동작성 표", 즉 픽셀 어레이에서 그러한 픽셀의 위치를 한정하는 일련의 행 및 열 좌표를 구축할 수 있게 한다. 동작성 표는 그 후 유닛(42)에 저장되며, 검출기의 사용에 관해 그러한 유닛에 의해 활용되어, 예컨대 이들 픽셀의 신호를 인접한 픽셀에 의해 제공된 신호의 평균으로 교체하는 것과 같이 결함 픽셀에 대응하는 이미지의 포인트를 정정한다.

그러나 동작성 표는 특정한 시간에서만의 검출기 결함의 이미지이며, 특정한 환경 조건의 경우 상세하게는 온도와 조명의 이미지, 그리고 특정한 동작 조건의 경우 상세하게는 바이어싱 조건의 이미지이다. 먼저, 픽셀은 동작성 테스트에 실행된 특정한 환경 및 동작 조건에 대해 결함이 있을 수 있으며, 그러나 다른 환경 및 동작 조건에 대해 결함이 없는 것으로 고려될 수 있다. 따라서, 환경 및 동작 조건의 수정은 초기에 부합하는 것으로 고려되는 특정한 픽셀에 대해 새로운 환경 및 동작 조건에서 비-부합하는 것으로서 고려되는 그 출력 신호의 수정을 유도할 수 있어서, 동작성 표를 이들 픽셀에 관련되지 않게 한다. 그러한 문제를 극복하기 위해, 동작성 표는 복수의 환경과 동작 조건에 대해 결정되어야 한다. 복수의 표를 얻는데 필요한 비용과 지속기간 외에, 검출기가 그 사용 동안 겪을 수 있는 모든 조건을 초기 공장 동작성 테스트 동안 재현할 수 없어서, 검출기가 겪게 되는 조건에 관한 임바크된(embarked) 표의 타당성의 문제가 또한 발생할 것이다.

또한, 특정 환경 및 동작 조건에 대해, 특정 픽셀의 거동은 예기치 않게 상당히 드리프트할 수 있으며, 특정 픽셀은 심지어 완전히 그 기능을 상실할 수 도 있다. 동작성 표는 따라서 검출기가 서비스 중이면 관련 없는 것으로 입증될 수 있다. 동작성 표는 따라서 정기적으로 업데이트되어서 이러한 현상을 고려해야 한다. 이제, 상술한 측정은 보통 복잡하고 비싼 광학 장치를 사용하는 것, 특히 상이한 온도마다 참조 "흑체(black body)"를 사용하는 것을 필요로 한다. 유사하게, 볼로미터 저항은 신호-형성 체인의 출력 신호로부터 직접 측정할 수 없으며, 이는 보상이 일반적으로 제공되어 이들 신호의 형성에서의 공통 모드를 거부하고 관찰한 장면의 사고 흐름에 의해 유래된 저항 변경으로 인해 작은 신호 변경만을 측정하기 때문이다.

볼로미터 저항의 결정은 따라서 특정한 절차와 장비를 필요로 한다. 제작자만이 이러한 타입의 장비를 가지므로, 동작성 표의 업데이트는 그에 따라 검출기를 공장으로 복귀시켜 새로운 동작성 테스트를 실행하는 것을 필요로 한다.

본 발명은, 검출기 판독 회로의 하류의 신호만을 기초로 하여, 그에 따라 특정한 장비를 사용할 필요가 없어서 검출기가 동작 중일 때에도 진단을 실행할 수 있는, 볼로메트릭 레티나를 포함하는 검출기의 결함 상태를 진단하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 위해, 본 발명의 목적은, 기판 위에 서스펜드된 검출 볼로미터 어레이를 포함하며, 이후 "체인"이라고 불리는 볼로메트릭 검출기의 신호-형성 체인 - 각 체인은 그러한 어레이의 볼로미터, 그러한 체인의 전기 자극 회로, 및 자극 회로에 의해 그러한 체인에 적용된 자극에 따라 신호를 형성하는 회로를 포함함 - 의 결함 상태를 진단하는 방법이며, 이 방법은

a) 실질적으로 균일한 장면의 이미지를 볼로미터의 어레이 상에 형성하는 단계;

b) 적어도 상이한 제1 자극과 제2 자극을 그러한 체인에 적용하는 단계;

c) 적용된 자극에 각각 대응하는 체인에 의해 형성된 신호를 판독하는 단계; 및

d) 진단될 미리 결정된 세트의 체인의 각 체인에 대해:

o 그러한 체인의 검출 볼로미터 어레이에서 인접한 검출 볼로미터를 갖는 체인으로 형성된 이웃을 한정하는 단계;

o 그러한 적어도 제1 및 제2 적용된 자극에 따라 그러한 체인에 의해 형성된 신호의 값을 보간하는 다항식의 계수를 계산하는 단계;

o 그러한 체인의 이웃의 각 체인에 대해, 그러한 적어도 제1 및 제2 적용된 자극에 따라 이웃 체인에 의해 형성된 신호의 값을 보간하는 다항식의 계수를 계산하는 단계;

o 이웃 체인의 또는 이웃 체인 및 그러한 체인으로 형성된 세트의 그러한 계산된 계수의 평균 및 표준 편차를 계산하는 단계; 및

o 그러한 체인의 계수의 값이 계산된 평균 및 표준 편차에 따라 한정한 마진 밖에 있다면 그러한 체인이 결함이 있는 것으로 진단하는 단계를 포함한다.

진단은 따라서, 어레이의 볼로미터로부터 유래한 임의의 신호의 부합성 또는 비-부합성을 이웃 볼로미터로부터 유래한 신호로부터 구축한 간격에 이 임의의 신호가 속하는지에 관련하여 결정함으로써 실행한다. "신호-형성 체인" 또는 "체인"은 검출 볼로미터로부터 유래한 신호를 형성하는데 기여하는 회로 및 구성요소를 의미한다.

상세하게, 신호-형성 체인은 미처리 신호를 형성하는데 기여하는 회로 및 구성요소를 나타낸다. 도 1 및 도 2와 관련하여 앞서 기재한 검출기 예에서, 볼로미터(16)와 관련된 신호-형성 체인은 따라서 도 2의 회로를 포함하지만, 미처리 신호 정정 회로는 포함하지 않는다.

변형으로서, 신호-형성 체인은, 정정된 신호의 부합성이 알려지는 것이 바람직하다면, 이 신호를 형성하는데 기여한 회로 및 구성요소를 나타낸다. 도 1 및 도 2와 관련하여 앞서 기재한 검출기의 예에서, 볼로미터(16)와 관련된 신호-형성 체인은 이때 도 2의 회로를 포함하며, 따라서 상세하게는 볼로미터(16)로부터 유래한 미처리 신호(Vout)를 정정하는 회로뿐만 아니라 볼로미터(16)를 포함하는 픽셀(14)을 포함한다.

본 발명에 따른 부합성 진단의 환경에서, 용어 "자극"은 광범위한 의미로 이해되어야 하며, 각 볼로미터로부터 유래한 신호의 형성을 제어하는 모든 파라미터를 나타낸다. 상세하게, 이 용어는, 예컨대 바이어스 전압이나 전류와 같이 볼로미터 어레이로부터의 판독 시에 적용되는 종래의 전기 바이어싱을 나타내지만, 또한 예컨대 적분 지속기간 및 프레임 주파수와 같이 신호를 형성하는데 기여하는 다른 파라미터를 나타낸다. 또한, 이것은 검출 볼로미터와 보상 볼로미터 모두의 바이어싱의 경우 "체인 자극"이라고 할 것이며, 체인 "자극"에 대응하는 테스트에 제공된 신호의 형성의 경우 "볼로미터 어레이로부터의 판독"이라 할 것이다.

따라서, 체인에 의해 전달된 신호의 형성 조건을 변경함으로써 그리고 다항식 보간에 의해 신호의 유도된 변경을 분석함으로써, 체인의 결함 상태는 낮은 에러율로 진단할 수 있다. 상세하게, 본 발명에 따른 방법은 검출 볼로미터 저항이나 검출 볼로미터와 관련된 응답성의 비-부합적 편차에 의해 유도된 결함을 진단할 수 있다. 또한, 이 방법은 검출기에 보통 임바킹된 내부 프로그램 가능한 요소를 사용하여, 종래기술의 검출기에 보통 제공되는 회로 및 처리 유닛의 하드웨어를 반드시 수정할 필요가 없다. 상세하게, 그러한 회로 및 유닛의 하드웨어 수정을 단지 고려할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라, 체인 자극은 프레임 주파수에 따라 볼로미터 어레이의 행 단위로 실행되며, 적어도 제1 및 제2 자극은 적용된 프레임 주파수만큼만 상이하다.

프레임 주파수는 초 당 검출기 출력에 전달된 이미지 개수에 대응한다. 다시 말해, 프레임 주파수는 볼로미터 내로의 전류 유입의 반복 율을 설정하며, 따라서 볼로미터 바이어스 전압이나 전류나 이 전압 또는 이 전류의 적용 지속기간의 특징을 수정할 필요 없이 줄 효과에 의한 자체 가열에 의해 그 전기 저항을 변경할 수 있다. 예컨대 가변 전압이나 전류 소스를 제공함으로써 또는 적분기 용량의 크기를 조정하여 바이어스 전압이나 전류나 적분 지속기간의 가변성을 고려함으로써 신호-형성 체인을 수정할 필요는 없다.

본 발명의 실시예에 따라, 체인 자극은 바이어스 전압을 볼로미터에 적용하는 것을 포함하며, 적어도 하나의 제1 및 제2 자극은 볼로미터에 적용된 바이어스 전압만큼만 상이하다.

본 발명의 실시예에 따라, 체인 자극은 바이어스 전류를 볼로미터에 적용하는 것을 포함하며, 적어도 하나의 제1 및 제2 자극은 적용된 바이어스 전류만큼만 상이하다.

본 발명의 실시예에 따라, 체인 자극은 바이어스 전압 및/또는 전류를 볼로미터에 바이어싱 지속기간 동안 적용하는 것을 포함하며, 적어도 하나의 제1 및 제2 자극은 적용된 바이어싱 전류만큼만 상이하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 단계 a), b), c) 및 d)가 복수 회 수행되며, 결함이 있는 것으로 진단된 각 체인은 결함 체인 세트에 기록되며, 진단될 체인의 이웃은 신호-형성 체인을 포함하며, 이 체인은:

o 진단될 체인의 볼로미터의 중심에 있는 볼로미터 윈도우에 속한 볼로미터를 가지며;

o 결함이 있는 체인의 세트에 속하지 않는다.

이로 인해, 상이한 파라미터의 계산에서 그 신호의 비-부합성으로 인해 분석을 왜곡할 수 있는 결함이 있는 픽셀을 포함하지 않을 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라, 체인의 부합성을 평가하는데 사용된 평균 및 표준 편차는 진단될 체인으로부터 추출한 다항식 계수와 그 이웃의 체인으로부터 추출한 다항식 계수로부터 계산된다. 체인이 결함이 있는 것으로 진단된다면, 진단은 다음에 의해 유효화 또는 무효화된다:

o 그러한 체인만의 이웃의 체인의 보간 다항식 계수의 평균 및 표준 편차를 계산함; 및

o 그러한 체인의 보간 다항식의 계수의 값이 이웃만에 따라 계산된 평균 및 표준 편차에 따라 한정된 마진 밖에 있다면 진단을 확인하며, 그렇지 않은 경우 진단을 무효화함.

다시 말해, 진단은, 초기에 결함이 있는 것으로 간주된 볼로미터의 파라미터를 평균 계산으로부터 제거함으로써 유효화 또는 무효화되며, 이로 인해 진단의 로버스트니스를 개선할 수 있다.

본 발명은, 단지 수반하는 도면에 관한 예로서 제공되는 다음의 설명을 읽으면 더 잘 이해될 것이며, 동일한 참조번호는 동일한 또는 유사한 요소를 나타낸다.

도 1은, 앞서 이미 기재한 종래기술의 적외선 볼로메트릭 검출기의 전기 도면이다.
도 2는, 보상 구조에 의한 도 1의 검출기의 검출 볼로미터로부터의 판독을 예시한 전기 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 적외선 볼로메트릭 검출기의 전기 도면이다.
도 4는, 도 3의 검출기에 의해 실행된 본 발명에 따른 방법의 타이밍 도이다.
도 5는 도 3의 방법에 의해 실행된 결함 검출 알고리즘을 상세하게 나타낸 타이밍 도이다.

미처리 신호-형성 체인의 진단을 실행하는 본 발명에 따른 검출기(50)는 이제 도 3과 관련하여 기재할 것이다. 검출기(50)는, 도 1 및 도 2와 관련하여 앞서 기재한 바와 같이 픽셀 어레이(10), 보상 구조(22), 적분기(28), 샘플 및 홀드 장치(36), 멀티플렉서(38) 및 증폭기(40)를 포함한다.

다음에서, 신호, 신호-형성 체인 및 동작성 표는 볼로미터 어레이(12)에서 검출 볼로미터(16)의 위치와 관련하여 참조한다. 상세하게, 본 발명에 따른 동작성 표에 사용한 미처리 이미지는 볼로미터 어레이(12)의 치수와 같은 치수를 갖는 "CL" 어레이이며, 이미지의 좌표(i, j)의 성분(CL(i, j))은 볼로미터 어레이(12)에서의 좌표(i, j)의 검출 볼로미터와 관련된 신호이다. 유사하게, 동작성 표(Top)는 어레이(12)의 치수와 같은 치수를 갖는 어레이의 형태를 보이며, 표(Top)의 좌표(i, j)의 성분(Top(i, j))은 볼로미터 어레이(12)에서의 좌표(i, j)의 검출 볼로미터와 관련된 형성 체인의 부합성 또는 결함 상태를 기재한다. 유사하게, 신호-형성 체인을 C(i, j)로 지칭한다. 이것은 그 각각의 검출 볼로미터가 어레이(12)에서 이웃일 때 "이웃" 체인이라고 할 것이다.

검출기(50)는 또한, 예컨대 그 자체로 알려진 바와 같이 RAM, ROM 및 대용량 메모리와 관련된 하나 또는 복수의 마이크로프로세서와 같은 데이터 제어 및 처리 유닛(52)을 포함한다. 유닛(52)은 상세하게 비디오 프로세서(54), 제어 프로세서(56), RAM(58) 및 ROM 및/또는 대용량 메모리(60)를 포함한다.

비디오 프로세서(54)는, 앞서 기재한 바와 같이 볼로미터 어레이(12)의 예컨대 행 단위의 판독을 위해 검출기의 상이한 스위치 및 바이어스 회로를 제어하는 동기화 블록(62)을 사용한다. 비디오 프로세서(54)는 또한, 예컨대 출력 증폭기(40)에 연결된 아날로그-디지털 변환기(66)에 의해 생성된 신호와 같이 어레이(12)의 판독에 의해 생성된 신호를 수신하는 정정 블록(64)을 사용한다. 블록(64)은, 검출기의 전원 공급 시 그리고 그 자체로서 알려진 바와 같이 정기적으로 업데이트되는 메모리(60)로부터 RAM(58)의 영역(65)에 로딩되는 오프셋 및 이득 표에 따라 수신된 신호에 "1-포인트"- 또는 "2-포인트"- 타입 정정을 적용한다. 그에 따라 얻은 정정된 이미지는 이후 기재된 바와 같이 특정 체인의 결함 상태를 고려하여 추가 정정되며, 그 후 비디오 출력(68) 상에 전달된다.

제어 프로세서(56)는 검출기(50)의 결함이 있는 신호-형성 체인의 검출, 즉 "동작성 테스트"를 실행하는 블록(70)뿐만 아니라 블록(70)에 의해 결함이 있는 것으로 검출된 체인으로부터 유래한 신호를 교체하기 위한 신호를 계산하는 블록(72)을 포함한다.

검출 블록(70)은 검출 및 보상 볼로미터(16 및 24)에 적용된 전기 신호의 형성에 관계되어 복수의 미리 결정된 자극에 따라 출력 전압(Vout)을 생성하도록 하나 또는 복수의 요소 및 회로에 연결되며, 각각의 자극은, 검출기에 전원이 공급될 때 메모리(60)로부터 RAM의 영역(74)에 로딩된 파라미터 세트에 의해 한정된다. 상세하게, 검출 블록(70)은 동기화 블록(62)에 연결되어 검출기(10)의 바이어스 회로와 스위치를 제어하기 위해 신호를 그 블록(62)에 전달하여, 어레이(12)로부터의 판독 시의 프레임 주파수(ftrame) 및/또는 CTIA(28)에 의한 적분 시간(Tint)을 제어한다.

변형으로서, 또는 추가로, 블록(70)은 회로(76)에 연결되어 검출 및 보상 볼로미터(16 및 24)의 바이어스 전압을 제어하여, 회로(76)에 바이어스 전압 설정 포인트, 상세하게 바이어스 트랜지스터(18 및 26)의 전압 설정 포인트(GAC 및 GCM)를 전달한다. 제어 가능한 전압 소스가 또한 검출기에 제공될 수 있어서 제어 가능한 전압(VDET 및 VSK)을 생성할 수 있으며, 이 전압 소스는 블록(70)에 의해 구동되어 검출 및 보상 볼로미터(16 및 24) 양단의 바이어스 전압을 변경한다.

블록(70)은 또한 아날로그-디지털 변환기(66)의 출력에 연결되어 미처리 디지털 신호를 수신하여 이들을 RAM(58)의 버퍼 영역(78)에 저장한다.

마지막으로, 블록(70)은, 이후 더 상세하게 기재될 바와 같이, 동작성 테스트에 적용된 상이한 시뮬레이션에 따라 결함이 있는 신호-형성 체인의 검출 알고리즘을 실행한다. 상세하게, 블록(70)은 결함이 있는 체인을 식별하여, 이들을 RAM의 영역(80)과 메모리(60)에 저장된 동작성 표(Top)에 나열한다.

교체 신호 계산 블록(72)이 RAM(58)에 연결되어 동작성 표(Top)(80) 및 블록(64)에 액세스하여 이로부터 정정된 이미지를 수신한다. 블록(64)에 의해 전달된 각각의 계산되어 정정된 이미지에 대해, 블록(72)은 표(Top)에서 결함이 있는 것으로 기록된 체인(C(i, j))으로부터 유래한 관련 정정된 이미지의 성분(i, j)을 예컨대 이웃 체인으로부터 유래한 이미지의 정정된 성분의 평균과 같은 다른 값으로 교체한다.

방금 기재한 검출기에 의해 실행되는 결함이 있는 신호 형성 체인 검출 방법을 도 4 및 도 5의 흐름도와 관련하여 이제 기재할 것이다.

도 4를 참조하면, 방법은, 100에서, 예컨대 종래 기술에서 수행된 바와 같은 동작성 테스트와 같은 제1 동작성 테스트를 공장에서 수행하여 결함이 있는 신호 형성 체인을 나열하는 초기 동작성 표(T_op)를 결정하는 것으로 시작한다. 초기 동작성 표(T_op)는 그 후 검출기의 메모리(60)에 저장되며, 거기에 결함이 있는 것으로 나열된 것으로 고려된 체인으로부터 유래한 신호를 정정하는데 사용된다. 단계(100)는 그러나 부가적이며, 이는 동작성 표가, 검출기가 동작 중일 때 처음으로 이후 기재될 단계에 의해 구축될 수 있기 때문이다.

단계(102)에서, 복수의 자극이 검출기의 메모리(60)에 저장된다. 상세하게, 한정된 최소치의 단일 파라미터만큼 서로로부터 변하는 적어도 두 개의 자극의 세트가 적어도 예컨대 메모리(60)에 저장되며, 이 자극은 바이어스 전압, 적분 지속시간, 또는 어레이(12)로부터의 판독의 프레임 주파수를 참조할 수 있다. 복수의 자극 세트는, 각각 단일 자극 파라미터의 변경을 특징으로 하여 저장될 수 있으며, 각 세트는 이후 더 상세하게 설명할 바와 같이 적어도 두 개의 자극을 포함하며, 유리하게는 세 개의 자극을 포함한다.

바람직하게, 이후 더 상세하게 설명될 바와 같이, 동일한 자극 세트의 가변 파라미터는 자극 사이에서 충분히 상이하도록 선택되어 충분히 상이한 신호의 제조를 암시하여 그 변경의 강력한 분석을 얻는다. 바람직하게, 자극 세트 당 적어도 두 개의 파라미터 값이 신호의 실질적으로 정상적인 분포를 얻기 위해 선택되며, 이때 최대 익스커젼(excursion)이 전기 출력 다이내믹 범위 내에서 새겨진다. 예컨대, 특정 세트의 자극의 개수가 2와 같을 때, 이 세트의 특징이 되는 파라미터의 2개의 값이 결과적인 신호 사이의 최대 거리를 얻도록 선택되는 반면, 신호가 판독 다이내믹 범위 내에 있음을 보장한다. 자극 세트의 자극의 개수, 그에 따라 이 세트의 특징이 되는 파라미터의 상이한 값의 개수가 3과 같을 때, 이들 3개의 값은 결과적인 신호 사이의 동일한 또는 대략 동일한 간격과, 최소 신호와 최대 신호 사이의 최대 간격을 얻도록 선택되는 반면, 신호가 판독 다이내믹 범위 내에 있음을 보장한다.

자극 파라미터는 상세하게, 도 1 및 도 2의 검출기에 대해,

o 검출 및 보상 볼로미터(16 및 24)의 단자 중 하나에서 전압을 설정하는 바이어스 트랜지스터(18 및 26)의 제어 전압(GAC 및 GCM)의 값; 및/또는

o 검출 및 보상 볼로미터(16 및 24)의 다른 단자에서 전압을 설정하는 전압(VDET 및 VSK)의 값;

o 검출 볼로미터(16)에서 흐르는 전류와 보상 볼로미터(24)에서 흐르는 전류 사이의 차이의 적분기(28)에 의한 적분의 시간(Tint); 및/또는

o 어레이(12)의 행의 판독 주파수, 즉 프레임 주파수를 포함한다.

병렬로, 본 발명에 따른 동작도 테스트의 실행에 유용한 상이한 동작 파라미터, 상세하게는 동작성 표의 업데이트를 트리거링하기 위한 테스트에 사용된 파라미터, 검출 알고리즘에 사용된 파라미터 등이 또한 메모리(60)에 저장된다.

검출기가 동작하게 되면, 104에서, 동작성 표(Top)의 업데이트의 공정이 이후 트리거링된다. 더욱 상세하게, 이 공정은, 그러한 표를 업데이트하기 위한 조건이 검출 블록(70)을 실행하기 전에 충족되는지를 결정하기 위한 테스트(106)를 포함한다. 예컨대, 업데이트는, 상세하게는 검출기에 전원이 공급될 때마다, 주기적으로, 또는 사용자의 요청 시에 정기적으로 실행된다. 또한, 그 자체로 알려진 바와 같이, "1-포인트" 또는 "2-포인트" 정정은 보통 또한 하나 또는 복수의 오프셋 표의 업데이트를 필요로 하며, 그러한 업데이트는 균일한 장면을 획득하는 것을 포함한다. 또한 그러한 획득을 사용하여 동작성 표(Top)를 업데이트하는 방법, 이후 기재될 바와 같이, 동작성 표(Top)의 업데이트는 유리하게는 검출기에 의해 실행된 "1-포인트" 또는 "2-포인트" 정정의 표의 업데이트와 함께 유리하게 실행되어, 획득한 균일한 장면은 2개의 업데이트 공정에 의해 공유될 수 있다.

업데이트 조건이 충족되면, 이 방법은 그 후 108에서 수행되며, 검출 볼로미터(16)의 어레이(12)에 대해 실질적으로 균일한 장면이 형성된다. 예컨대, 검출기(10)가, 광학 시스템과 어레이(12)가 배치된 그 초점면 사이에 배치된 기계식 셔터가 장착될 때, 이 셔터는 그 폐쇄를 제어하는 검출 블록(70)에 의해 구동된다. 균일한 장면은 그에 따라 어레이(12)를 향하는 셔터 표면으로 형성된다. 변형으로서, 상세하게 검출기가 셔터를 포함하지 않을 때, 검출기의 광학 시스템은 디포커싱될 수 있고 및/또는 사용자는 예컨대 열적으로 균일한 그레이 백그라운드와 같은 균일한 장면 또는 예컨대 청명한 하늘 또는 정반대로 구름이 많이 낀 하늘과 같이 매우 낮은 콘트래스트를 갖는 자연적인 장면 앞에 검출기를 놓는다.

볼로미터(16)의 어레이(12)가 실질적으로 균일한 장면에 공급되면, 이 방법이 수행되며, 이때 자극 세트(들)가 영역(74)에 저장된 자극 파라미터에 따라 어레이(12)에 적용되며, 적어도 균일한 장면의 미처리 이미지를 각 적용된 자극에 대해 획득한다. 상세하게, 110에서, 자극 세트가 선택되어, 파라미터의 저장된 세트에 의해 한정된 이러한 세트에서의 자극을 메모리(74)로부터 선택한다. 또한 110에서, 파라미터의 선택된 세트가 이후에 기재된 바와 같이 수정될 수 있으며, 아마도 수정되는 파라미터 세트에 대응하는 자극이 적용된다. 112에서, 어레이(12)가, 적용된 자극에 대해 적어도 하나의 미처리 이미지를 획득하기 위해 판독된다. 테스트가 120에서 이때 실행되어 모든 어셈블리에 대한 파라미터의 세트 모두가 적용되었는지를 인식한다. 적용되지 않았다면, 이 방법은 그 후 단계(108)로 복귀하여 새로운 파라미터 세트를 선택하고, 새로운 자극을 어레이(12)에 대응하여 적용한다.

어레이(12)에 적용된 상이한 자극의 개수는 결과적인 신호에 실행된 분석의 타입에 의존한다. 유리하게, 각 자극 세트에 대해, 하나의 동일한 파라미터의 변경을 수반하는 3개의 상이한 자극이 어레이(12)에 적용되어, 이후 더 상세하게 기재될 바와 같이, 2차 다항식 보간을 순차적으로 실행한다.

상세하게, 단계(110)에서, 검출 블록(70)은 114에서 선택된 파라미터의 세트를 적용함으로써 어레이(12)의 자극을 제어하며, 균일한 장면의 적어도 하나의 대응하는 미처리 이미지가 획득되어 메모리(58)의 영역(78)에 저장된다.

검출 블록(70)은 그 후 116에서 이들 이미지를 형성하는 미처리 신호의 통계적 포화 상태를 인식하기 위해 획득된 미처리 이미지(들)의 분석을 실행한다. 어레이(12)의 불충분한 자극은 사실, 이 자극이 포화가 신호-형성 체인에서 결함에 귀속되지 않고 균일한 장면의 앞에서 현재의 환경 조건에 맞춰지지 않는다면, 무시할 수 없는 개수의 신호의 포화를 초래할 수 있다. 예컨대, 적용된 바이어스 전압은, 균일한 장면이 볼로미터 온도에 대해 너무 높은 온도를 갖는다면, 신호를 포화시킬 수 있다. 상세하게, 검출 블록(70)은, 116에서, 방금 획득한 미처리 이미지에서의 포화된 신호가 결함이 있는 체인보다 어레이의 자연적 통계에서 그 위치에 귀속될 수 있는지를 테스트한다. 유리하게, 미처리 값의 히스토그램의 분석이 획득한 이미지가 부족하게 노출되거나 과도하게 노출되는지를 인식하며, 적절하게, 다수의 포화된 미처리 값이 결함이 있는 체인보다는 결과적인 이미지의 적절한 노출을 허용하지 않는 적용된 자극에 주로 귀속되는지를 인식하기 위해 실행된다.

116에서 테스트 결과가 부정적이라면, 이것이 의미하는 점은, 획득한 미처리 이미지가 적용된 세트의 파라미터로 인해 만족스럽지 않다는 것을 의미하며, 블록(70)은 그 후, 118에서 포화된 신호의 개수를 감소시키기 위해 선택된 세트의 파라미터의 수정을 실행하며, 방법은 테스트 단계(114)로 복귀하여 수정된 세트의 파라미터를 적용하며, 이 수정된 세트가 효과적으로 이러한 목적을 달성하는지를 인식한다.

유리하게, 블록(70)은 초기 자극, 즉 테스트 중인 선택된 세트의 특징이 되는 파라미터의 초기 값을 수정하여, 출력 전기 다이내믹 범위에서 출력 신호의 평균의 중심을 얻는다. 예컨대, 블록(70)은 그러한 파라미터를 조정하여, 간격[M-s.SD, M+s.SD] 내에 포함된 출력 신호(CL(i, j)) 각각은 포화 상한 및 하한(CLmax 및 CLmin)로부터 예컨대 0.2V와 같은 미리 결정된 마진만큼 떨어져 있다. 이러한 관계에서, M 및 SD는 각각 출력 신호의 평균 및 표준 편차이며, s는 예컨대 3과 같은 양의 실수이다. 예컨대, 바이어스 전압 및/또는 적분 시간은 다이내믹 범위의 상한 및 하한으로부터 신호를 분리하도록 조정될 수 있다.

상세하게, 각 자극 파라미터(P)의 경우, 이 파라미터에 따른 출력 신호의 머나터니(monotony)가 알려져 있다. 따라서, 간격[M-s.SD, M+s.SD]에 속하는지에 관한 테스트에 따라 주어진 파라미터 값에 대한 포화 검출로 인해, 이 마지막 값을 수정할 수 있어서, 원하는 센스에서 레스트 포인트 기능을 찾을 수 있다. 그러한 수정은 알려진 방법에 의해 실행될 수 있다. 예컨대, 테스트에 사용된 파라미터(P)는 값(P+/-p)으로 교체할 수 있으며, 여기서 부호는 파라미터 및 관찰된 포화 타입(하이 또는 로우)에 따른 신호의 머나터니에 의존하며, p는 미리 결정된 아날로그 증분, 즉 "피치"이다. 새로운 파라미터가 그 후 적용되며, 결과적인 신호가 분석된다. 결과적인 모집단(CL(i, j))이 여전히 허용 가능하지 않다면, 허용 가능한 동작 포인트를 찾기까지 증분은 재개된다. 로그 증분 또는 감분 공정이 또한 적용될 수 있어서 수렴 시간을 제한할 수 있다.

테스트(116)의 결과가 긍정적이라면, 즉, 적용된, 아마도 수정된 파라미터의 값이 신호의 통계적 포화 면에서 만족스럽다고 고려된다면, 이 방법은 수행되어, 112에서 대응하는 미처리 이미지가 저장된다.

120에서, 진단을 실행하는데 필요한 자극 모두가 적용되었다고 고려되고, 대응하는 미처리 이미지가 저장된다면, 이 방법은 122에서 수행되어, 검출이 정상적으로 재시작하고, 셔터는, 존재한다면, 개방되며, 테스트 단계(106)로 복귀하여, 동작성 표(Top)(80)를 업데이트하기 위한 조건이 다시 충족되는지를 결정한다.

병렬로, 또는 연속하여, 이 방법은 124에서 수행되어, 동작성 테스트에 적용된 자극과 대응하는 저장된 이미지에 따라 결함이 있는 신호-형성 체인의 검출 알고리즘이 블록(78)에 의해 실행되며, 126에서 동작성 표(Top)(80)가 업데이트된다.

도 5의 흐름도를 참조하면, 단계(124)는, 각 적용된 자극에 대해, 자극에 대응하는 저장된 이미지의 평균을 형성하는 제1 단계(128)를 포함한다. 단계(128)는 부가적이며, 복수의 이미지가 각 자극에 대해 획득된다면 실행된다. 복수의 이미지를 획득하여, 그 평균을 형성하는 것으로 인해, 상이한 체인에 고유한 잡음으로 인한 신호 요동을 없앨 수 있으며, 그에 따라 각 체인에서 이로부터 추출한 다항식의 계수 값을 개선할 수 있다.

단계(130)에서, 다항식 보간은 이때 각 자극 세트와 각 체인(C(i, j))에 대해, 유리하게는 동작성 표(Top)에서 결함이 있는 것으로 기록되지 않은 각 체인에 대해서만 실행된다. 더 상세하게, 자극 세트 및 체인(C(i, j))에 대해서, 블록(70)은 버퍼 영역(58)에 N-1 이하이며 바람직하게는 N 이하인 차수의 다항식의 계수를 계산하여 저장하며, 여기서 N은 동작성 테스트에 대해 적용된 세트에서의 자극의 개수이며, 체인(C(i, j))과 관련되며 대응하는 획득된 이미지에 저장된 신호(CL(i, j))의 값을 이 세트의 가변 파라미터의 값, 즉 다음의 관계를 충족하는 다항식에 따라 보간한다:

이 수학식에서,

o CL(i, j)(k), k∈[1, N]는 k번째 적용된 자극과 관련되며 대응하는 미처리 이미지(CL(k))에 저장된 미처리 신호(CL(i, j))이다;

o p(k), k∈[1, N]는 k번째 적용된 자극의 가변 파라미터의 값이다;

o α_m(i, j), m∈[1, N-1]은 신호-형성 체인(C(i, j))에 대하여 계산한 보간 다항식의 차수(m)의 계수이다.

유리하게도, 다항식 차수는 N-1=2 이하이며, 발명자들은 사실 이러한 낮은 차수의 다항식으로도 통상 0.5% 미만인 에러로 결함이 있는 신호-형성 체인을 식별하는 매우 신뢰할 만한 동작성 테스트를 얻기에 충분하다는 점을 관찰하였다.

이 유리한 변형에 따르면, 세 개의 자극이 예컨대 각 세트에 적용되어, 차수 2의 보간을 얻어, 수학식 1은 다음의 수학식 2가 된다:

차수 1의 보간인 경우에, 두 개의 자극이 적용되어, 수학식 2는 오직 계수(α₀(i, j) 및 α₁(i, j))를 수반하는 두 개의 방정식이 된다.

다항식의 계수는 그 자체로 알려져 있는 방식으로 계산한다.

다음 단계(132)에서, 블록(70)은 각 체인(C(i, j))에 대해 그리고 각 자극 세트에 대해 계산한 계수의 공간 분석을 실행하여, 이웃 체인에 의해 생성된 신호로부터 신호 편차를 생성하는 신호-형성 체인을 강조한다. 더 상세하게, 체인(C(i, j))의 각 검출 볼로미터(i, j)에 대해, 블록(70)은 먼저, 볼로미터(i, j)와, 동작성 표(Top)에서 결함이 있는 것으로 나열된 체인에 속하지 않은 이웃 검출 볼로미터를 포함하는 어레이(12)의 영역(V(i, j)), 예컨대 좌표((u, v)∈[i-u₁, i+u₂]×[j-v₁, j+v₂])의 비-결함 체인의 볼로미터를 포함하는 직사각형 윈도우를 한정하며, 여기서 u₁, u₂, v₁, v₂는 예컨대 u₁=u₂=4 및 v₁=v₂=3과 같이 양의 정수이다.

블록(70)은 따라서 수학식 3 및 4에 따라 이웃(V(i, j))에서 체인(C(i, j))의 계수(α_m(i, j))의 평균 편차(Moy(i, j))와 표준 편차(Sig(i, j))를 계산한다:

여기서, Card(V(i, j))는 영역(V(i, j))에서 볼로미터의 개수이다. 예컨대 윈도우([i-u₁, i+u₂]×[j-v₁, j+v₂])의 검출 볼로미터가 동작성 표(Top)에서 결함이 있는 것으로 나열된 신호-형성 체인에 속하지 않을 때 Card(V(i, j))=(u₁+u₂)×(v₁+v₂)이다.

다음 단계(134)에서, 블록(70)은 동작성 표(Top)에서 결함이 있는 것으로 나열되지 않은 각 체인(C(i, j))에 대해 그리고 각 자극 세트에 대해 수학식 5 및 6에 따라 상한 및 하한 부합성 마진(MC_sup(i, j) 및 MC_inf(i, j))을 계산한다:

여기서 S는 미리 결정된 양수이다.

블록(70)은 이때 136에서 동작성 표(Top)에서 결함이 있는 것으로서 나열되지 않은 각 체인(C(i, j))에 대해 및 바이어싱 파리미터 세트의 각 어셈블리에 대해, 체인(C(i, j))의 보간된 다항식의 계수가 부합성 마진(MC_sup(i, j) 및 MC_inf(i, j)) 내에 있는지, 즉 다음의 관계가 검증되는지를 테스트한다:

적어도 하나의 자극 세트에 대해 이러한 관계가 적용되지 않는다면, 체인(C(i, j))은 동작성 표(Top)에서 결함이 있는 것으로서 참조되며, 이 표는 단계(126)에서 적절히 업데이트된다.

동작성 테스트 동안 관찰한 장면이 균일하기 때문에, 차수(α₀(i, j))의 계수가 체인(C(i, j))에 의해 생성된 신호(CL(i, j))의 오프셋에 대응한다는 점과, 차수(mα_m(i, j))의 계수가 각각 오프셋의 차수(m)의 신호(CL(i, j))의 자극 파라미터에 대한 부분 및 국부 도함수에 대응함을 관찰할 수 있다. 이들 계수는 그에 따라 체인의 그 이웃에 대한 편차를 측정하는 상이한 민감도 레벨을 나타낸다. 본 발명자는 상세하게는 검출기의 동작 조건이 변할 때 정정된 이미지 상에 보이는 콘트래스트가 이들 계수의 공간 변경에 의존함을 관찰하였다. 공간 변경은 따라서 신호-형성 체인의 컨포멀(conformal) 또는 결함이 있는 상태를 관련하여 알려준다.

유리하게도, 단계(136)는, 부합성 마진 계산의 공간 분석과 그러한 마진에 대한 체인의 부합성 분석의 새로운 실행을 위해 단계(132)로 복귀한다. 결함이 있는 것으로 고려되는 체인은 사실, 상세하게는 이 값의 계산에서 결함이 있는 체인을 고려함으로써 표준 편차(Sig(i, j))의 값을 과대 평가함으로써 검출 알고리즘을 무효화할 수 있다. 검출 알고리즘은, 예컨대 단계(132 내지 136)의 두 개의 연속 실행 이후나 추가 체인이 결함이 있는 것으로서 검출되지 않을 때 정지한다.

변형으로서, 평균 편차(Moy(i, j) 및 표준 편차(Sig(i, j))의 계산은 체인(C(i, j))의 다항식 계수를 고려하지 않고 영역(V(i, j))에서 실행한다.

자극이 포화 신호의 개수 및/또는 신호 모집단의 분산을 최소화하도록 조정되는 실시예를 기재하였다. 변형으로서, 자극은 조정되기보다는 수정 없이 직접 적용된다.

실시예는 여러 자극 세트가 적용되는 경우를 기재하였으며, 이로 인해 결함이 있는 체인의 검출, 또는 진단의 로버스트니스를 증가시킬 수 있다. 변형으로서, 단일 자극 세트가 사용된다. 동작성 테스트를 위해 이미지 획득을 가속화하고 그에 따라 검출기 비활성화 시간을 최소화하면서, 검출을 강력하게 유지함을 관찰할 수 있다.

복수의 이미지가 각 적용된 자극에 획득되고 본질적으로 무잡음 이미지를 제공하는 실시예를 기술하였다. 변형으로서, 시간 잡음 예측을 이미지의 각 신호(CL(i, j))의 그 평균에 대한 표준 편차를 계산함으로써 실행되며, 이로 인해, 신호(CL(i, j))가 표준 편차에 따라 결정된 마진보다 더 많이 그 평균으로부터 편차가 있을 때 잡음 측면에서 결함이 있는 거동을 결정할 수 있다.

변형으로서, 또는 추가로, 단일 이미지를 각 자극에 대해 획득하여, 동작성 테스트가 복수 회 실행되어, 보간 다항식(들)의 계수에 대한 복수의 값을 결정한다. 여러 회 동안 이들 계수의 상이한 값을 갖기 때문에, 그 값이 잡음으로 오염되어 있는지를 결정할 수 있으며, 신호-형성 체인이 잡음 측면에서 결함이 있는지를 결정할 수 있다.

미처리 신호-형성 체인을 진단하는 실시예를 기재하였다. 변형으로서, 정정된 신호-형성 체인을 테스트하는 것이 바람직하다면, 블록(70)은 신호의 정정 블록(64)에 연결되어 정정된 신호를 수신하여 이들 신호를 영역(78)에 저장하며, 이 방법 단계는 또한 앞서 기재한 단계들과 동일하다.

Claims (7)

1. 기판 위에 서스펜드된(suspended) 검출 볼로미터(bolometer)(16)의 어레이(12)를 포함하는 볼로메트릭 검출기(10)의 신호-형성 체인들 - 각 체인은 상기 어레이(12)의 볼로미터(16), 상기 체인의 전기 자극(stimulation) 회로(18), 및 상기 자극 회로(18)에 의해 상기 체인에 적용된 자극에 따라 신호를 형성하는 회로(22 및 28)를 포함함 - 의 결함 상태를 진단하는 방법으로서, 상기 방법은:
   a) 실질적으로 균일한 장면의 이미지를 상기 볼로미터(16)의 어레이(12) 상에 형성하는 단계(108);
   b) 적어도 상이한 제1 자극과 제2 자극을 상기 체인들에 적용하는 단계(110);
   c) 적용된 상기 자극에 대응하는 상기 체인들에 의해 형성된 신호를 판독하는 단계(112); 및
   d) 진단될 미리 결정된 세트의 체인들의 각 체인에 대해:
   o 상기 체인의 검출 볼로미터의 이웃인 검출 볼로미터(16)를 갖는 체인들로 형성된 이웃을 한정하는 단계(132);
   o 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 적용된 자극에 따라 상기 체인에 의해 형성된 신호의 값을 보간하는 다항식의 계수를 계산하는 단계(130);
   o 상기 체인의 이웃의 각 체인에 대해, 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 적용된 자극에 따라 상기 이웃 체인에 의해 형성된 신호의 값을 보간하는 다항식의 계수를 계산하는 단계(130);
   o 상기 이웃 체인들의 또는 상기 이웃 체인들 및 상기 체인으로 형성된 세트의 계산된 상기 계수의 평균 및 표준 편차를 계산하는 단계(132); 및
   o 상기 체인의 상기 계수의 값이 계산된 평균 및 표준 편차에 따라 한정한 마진 밖에 있다면 상기 체인이 결함이 있는 것으로 진단하는 단계(136)를 포함하는 진단 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 체인의 자극은 프레임 주파수에 따라 상기 볼로미터의 어레이의 행 단위로 실행되며, 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 자극은 적용된 상기 프레임 주파수만큼만 상이한, 진단 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 체인의 자극은 바이어스 전압을 상기 볼로미터에 적용하는 것을 포함하며, 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 자극은 적용된 상기 바이어스 전압만큼만 상이한, 진단 방법.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 체인의 자극은 바이어스 전류를 상기 볼로미터에 적용하는 것을 포함하며, 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 자극은 적용된 상기 바이어스 전류만큼만 상이한, 진단 방법.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 체인의 자극은 바이어스 전압 및/또는 전류를 바이어싱 지속기간 동안 상기 볼로미터에 적용하는 것을 포함하며, 상기 적어도 하나의 제1 및 제2 자극은 적용된 상기 바이어싱 지속기간만큼만 상이한, 진단 방법.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서, 단계 a), b), c) 및 d)는 복수 회 수행되며, 결함이 있는 것으로 진단된 각 신호-형성 체인은 결함이 있는 체인들의 세트에 나열되고, 진단될 체인의 이웃은:
   o 진단될 상기 체인의 볼로미터의 중심에 있는 볼로미터 윈도우에 속한 볼로미터를 가지며;
   o 결함이 있는 체인들의 세트에 속하지 않는 체인들을 포함하는, 진단 방법.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 평균 및 표준 편차는 진단될 상기 체인으로부터 추출한 다항식 계수와 그 이웃의 체인들로부터 추출한 다항식 계수로부터 계산되고, 상기 체인이 결함이 있는 것으로 진단된다면, 진단은:
   o 상기 체인의 이웃의 체인들만의 보간 다항식 계수의 평균 및 표준 편차를 계산함으로써; 및
   o 상기 체인의 보간 다항식의 계수의 값이 이웃에 따라서만 계산된 평균 및 표준 편차에 따라 한정된 마진 밖에 있다면 상기 진단을 확인함으로써 그리고 그렇지 않은 경우 상기 진단을 무효화함으로써, 유효화되거나 무효화되는, 진단 방법.

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