TWI676010B

TWI676010B - 微阻器讀出電路與校正方法

Info

Publication number: TWI676010B
Application number: TW107137852A
Authority: TW
Inventors: 翁炳國; Ping Kuo Weng; 巫穎毅; Yin Yi Wu; 湯相峰; Shiang Feng Tang; 林文仁; Wen Jen Lin
Original assignee: 國家中山科學研究院; National Chung-Shan Institute Of Science And Technology
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2019-11-01
Also published as: TW202016517A

Abstract

一種微阻器讀出電路，其中包括：一萃取電路，係用來偵測一溫度變化之電壓訊號；一類比數位轉換器，連接於該萃取電路，並將該溫度變化之電壓訊號進行數位化；一影像處理電路，該類比數位轉換器連接於該影像處理電路；以及該影像處理電路再分別於一增益數位類比轉換器與一抵消數位類比轉換器連接。

Description

微阻器讀出電路與校正方法

本發明係關於一種讀出電路，特別是關於一種微阻器讀出電路與校正方法。

微阻器(Microbolometer)是一種用來測量紅外線輻射或其他輻射能量的元件，早期由美國American Physicist Samuel Pierpont Langley開始發展，傳統的微阻器通常需要冷卻裝置，因此造價高且體積又大又笨重，從90年代開始，陣列型紅外線微阻器的研究大幅度增加，因為現代化的光刻與微機電MEMS的出現，讓室溫高性能微阻器快速發展同時也讓含有讀出電路的焦平面陣列(Focal Plane Array)快速量產；因為MENS製程可相容於傳統矽半導體製程，使的非冷卻型微阻器可跟CMOS元件直接整合，以及MENS製程也允許微阻器製造的尺寸及維度與CCD或CMOS相同；傳統的非冷卻型微阻器主要應用在軍用夜視，隨著微阻器效能提升及成本下降，近幾年來微阻器已開始應用至醫學熱影像、環境污染監測、氣候變遷、節能減炭、夜視、火災與救難、長期農業作物預測及化學特性處理監測。

微阻器主要的操作原理是電阻的變化，當微阻器材料吸收紅外線輻射時，材料的溫度會上升，溫度的變化使的材料電阻值產生變化，如果溫度上升材料電阻下降，稱為負溫度係數微阻器；反之如果溫度上升材料電阻上升，稱為正溫度係數微阻器。藉由量測微阻器的電阻變化可以測得物體輻射出的紅外線強度，因為材料吸收紅外線輻射產生的溫度變化非常微小，因此微阻器需要熱絕緣，避免材料因輻射產生的些微溫度變化被周圍元件或基板所影響而無法被偵測出來。

陣列型微阻器可以用來感測一個焦平面的紅外線輻射，並且產生一個二維紅外線影像，陣列中的每一個微阻器稱為一個像素，每一像素的電阻變化反應出接收到的輻射強度，測量像素電阻變化的電路稱為讀出電路ROIC；讀出電路ROIC利用時間多工的方式將陣列中的每一個像素電阻值逐一讀出傳到影像處理電路(DSP)並加以成像，其中讀出電路一般使用CMOS矽基材製造，陣列型微阻器以CMOS讀出電路為基材在其上方以MENS技術製造浮板，並在浮板上濺鍍微阻器材料如氧化釩VOx，配合真空封裝使的陣列型微阻器與外部環境達到熱絕緣，讀出電路整合陣列型微阻器稱為焦平面紅外線微阻器；然而製程的關係，每一個陣列型微阻器的電性與溫度特性都不會相同，當一均勻的紅外線輻射到陣列型微阻器時，每一個微阻器的反應也都會不一樣，這種空間不均勻性會大過微阻器所吸收的紅外線輻射強度，需要透過影像處理來校正，以產生一均勻的紅外線影像。

請參閱第一圖所示，為傳統兩點校正之示意圖，讀出電路ROIC可簡化為電壓源或電流源，一般是外加均勻電壓或電流到陣列中每一個微阻器上，接著偵測微阻器上電流或電壓變化，然後轉成電壓訊號輸出到影像擷取系統，影像擷取系統會對讀出電路的輸出執行微阻器空間不均勻性校正，一般是對陣列中每一個微阻器的ROIC輸出值給定一獨一的增益(gain)與偏移(offset)；增益(gain)校正是將讀出電路的輸出電壓乘上一個特定增益係數，偏移(offset)校正是將讀出電路的輸出電壓加上一個特定偏移係數，兩點校正可在影像擷取系統上用數位影像處理達成，也可用類比技巧在讀出電路上完成。

請參閱第二圖所示，為校正前的紅外線影像之示意圖，當一均勻溫度的黑體輻射紅外線到陣列型微阻器時，每一個微阻器的反應都不一樣，如圖(二)左所示，因此產生空間不均勻性，其紅外線影像的直方圖如圖(二)右所示，這是因為製造過程中陣列型微阻器每一像素的電性與溫度特性不一樣使的輸出響應也不盡相同；請參閱第三圖所示，為校正後的紅外線影像之示意圖，當兩點校正是一個消除紅外線影像空間不均勻性的有效方法，兩點校正需要兩個參考值來校正陣列型微阻器的每一個畫素，其中一個參考值是將一均勻溫度T1的場景輻射至微阻器，另一個參考值是用另一均勻溫度 T2的場景輻射至微阻器，這兩個場景溫度稱為校正點，可以不須知道兩個場景的真實溫度，但是兩個場景的溫度需要非常均勻，兩點校正不僅消除陣列型微阻器響應的空間不均勻性，同時也能消除shield effect(cosine-to-the-fourth)，校正後陣列型微阻器每一像素的輸出響應趨於一致。

請參閱第四圖所示，為場景溫度與PCNU的關係之示意圖，然而即使陣列型微阻器經過兩點校正，有些像素還是無法與其他像素校正的一樣好，校正後的影像仍有非均勻性，稱為PCNU(post-correction non-uniformity)或residual non-uniformity；PCNU定義為影像經過兩點校正後，在一特定均勻場景溫度下影像σ與mean的比值，其公式為：

如果忽略時間與場景溫度的漂移，陣列型微阻器在兩個校正點溫度場景下的紅外線影像均勻性理論上非常完美，也就是PCNU為零，但實際上，如果計算不同場景溫度下的PCNU並繪製出場景溫度與PCNU的關係，可以發現場景溫度範圍以外的PCNU非常大，通常最大可允許的PCNU在兩個校正溫度點的中間。

請參閱第五圖所示，為均勻場景溫度下影像直方圖分布之示意圖，兩點校正提供有效的空間不均勻性校正並產生一個適合人眼觀看的均勻影像，但因為室溫型微阻器陣列對基材(substrate)溫度非常敏感，兩點校正只對一固定的基材溫度有效，當陣列型微阻器基材溫度改變超過0.01Kelvin，可以發現其PCNU又開始快速增加，在一均勻場景溫度下，影像直方圖分布也開始分散；因此，傳統室溫型陣列型微阻器需要一個Thermal-Electric Cooler來穩定基材溫度，其溫度穩定偏移量以不超過0.01 Kelvin為原則。

請參閱第六圖所示，為Indigo讀出電路架構之示意圖，有鑑於室溫型微阻器陣列受基材溫度偏移造成的影像不均勻，Indigo Systems Corporation提出了可以消除基材溫度影響的微阻器讀出電路架構與其校正方法，Indigo透過讀出電路在每一個微阻器上施加不同的校正偏壓來解決此問題，每一個校正偏壓的大小是透過測量微阻器在不同基材溫度與不同紅外線輻射強度下經過計算而決定的；Indigo讀出電路架構圖具有每一個thermally isolation Bolometer接到一p-channel MOS(MP)，MP為一個common gate放大器，DAC1(數位類比轉換器)可透過外部設定，將大小不同的的偏壓加在MP的gate，MP的汲極電流接著被轉阻放大器的積分器積分，產生輸出電壓Vout。

另一個可透過DAC2調整負載電流大小的n-channel電晶體MN其源極端串接一個thermally short Bolometer，因為thermally short Bolometer無浮板結構緊貼於讀出電路(基材)，所以thermally short Bolometer不會受紅外線輻射影響，緊隨基材溫度改變，故MN的汲極電流可用來調整thermally isolation Bolometer的電流，使的只有因紅外線輻射產生的電流變化被轉阻放大器積分。以Indigo 160x128大小的bolometer FPA為例，其讀出電路共需要18個DACs與9個轉阻放大器。

至於每一陣列型微阻器基材溫度校正係數(即DAC的設定值)的選擇方法，Indigo採用線性遞增方法，Indigo在每一個DAC數值設定下，分別取4張不同的紅外線影像，其中2張是在基材溫度為Tmin時，在兩個不同場景溫度Qmin與Qmax所記錄的紅外影像；另外2張是在基材溫度為Tmax時，在兩個不同場景溫度Qmin與Qmax所記錄的紅外影像，假設DAC為14位元，則共需儲存2¹⁴x4張影像。所有的影像被儲存在記憶體內，接著DSP影像處理單元從這些影像資料中計算每一微阻器在不同DAC設定值與不同基材溫度下的optical gain：G的公式為：

其中VQmax與VQmin分別是Qmax與Qmin輻射場景溫度下的FPA的輸出值。如果個別微阻器DAC的數值滿足下列公式：

則該DAC數值選為所需之設定值；其中，G1(Tmax)…Gn(Tmax)與G1(Tmin)…Gn(Tmin)是每一個微阻器在兩個基材溫度Tmax與Tmin下的optical gain，Gm(Tmax)與Gm(Tmin)是在兩個基材溫度Tmax與Tmin下的平均optical gain。

請參閱第七圖，為校正前其FPA的輸出值、基材溫度與輻射場景溫度之關係示意圖，每一微阻器用不同DAC系數(偏壓)校正基材溫度後，再將影像施以傳統兩點校正方法，可以發現因基材溫度改變引起的像素不均勻性已被消除；請參閱第八圖，為PCNU在基材溫度與場景溫度校正之示意圖，其PCNU在基材溫度與場景溫度校正範圍內大幅降低，在基材溫度改變10 Kelvin範圍內可有效的補償微阻器的非均勻性。

綜上所述，傳統Indigo在每一像素加不同偏壓的方法可以有效校正微阻器因基材溫度改變引起的不均勻性，但其方法仍可以發現幾個缺點；第一個缺點是讀出電路所需之電路數量較多，例如前述160x128大小的bolometer讀出電路共需要18個DACs與9個轉阻放大器，讀出電路電晶體數量越多，電路操作時所消耗之電功率也較大，這會使的基材溫度的變化範圍加大，可能會影響校正的效果；第二個缺點是DSP影像處理單元所需處理的資料量太過龐大，以DAC為14位元，DSP影像處理單元共需儲存2¹⁴x4張影像來選取微阻器所需之DAC數值，且影像資料蒐集過程相當耗時，此外校正程序也太過複雜；第三個缺點是為了獲得校正所需之不同基材溫度，讀出電路需有加熱器(heater)與溫度控制電路，增加FPA使用之複雜度。

鑒於上述習知技術之缺點，本發明提出使用微阻器讀出電路，可透過外部控制電路校正基板溫度變化所引起的非均勻性。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之一種微阻器讀出電路，其中包括：一萃取電路，係用來偵測一溫度變化之電壓訊號；一類比數位轉換器，連接於該萃取電路，並將該溫度變化之電壓訊號進行數位化；一影像處理電路，該類比數位轉換器連接於該影像處理電路；以及該影像處理電路再分別於一增益數位類比轉換器與一抵消數位類比轉換器連接。

本發明的該微阻器讀出電路，其中該萃取電路包括：一有效像素電路，係用來偵測一紅外線輻射；一參考像素電路，係用來補償一基板溫度；一差分放大器，該有效像素電路與該參考像素電路連接於該差分放大器；以及一放大器，該差分放大器連接於該放大器。

本發明的該微阻器讀出電路，其中該有效像素電路包括：複數有效像素，其中每一個該有校像素包含一有效電流源、一熱隔離微組器、一有效及閘、第一有效電流源開關以及第二有效訊號輸出開關。

本發明的該微阻器讀出電路，其中該參考像素電路包括：複數參考像素，其中每一個該參考像素包含一參考電流源、一熱短路微組器、一參考及閘、第一參考開關以及第二參考開關。

本發明的該微阻器讀出電路，其中該有效像素是透過一浮板架高進而達到熱絕緣。

本發明的該微阻器讀出電路，其中該有效像素還包括一電阻以及一第三開關，該電阻一端連接於該熱隔離微組器一端，另一端連接於該第三開關的一端，而該第三開關的另一端連接於該熱隔離微組器另一端。

本發明的該微阻器讀出電路，其中該影像處理電路包括：增益計算單元、補償計算單元以及影像輸出單元。

一種微阻器校正方法，係為一種偵測該微阻器溫度，對該微阻器誤差進行校正之方法，該方法係利用如請求項1所述之微阻器讀出電路，其步驟包括：(A)對該微阻器讀出電路之一基板進行加熱，俾使該基板達到一第一基板溫度，並將該微阻器讀出電路之一場景溫度設定為第一場景溫度；(B)對該微阻器讀出電路進行影像偵測，以獲得該微阻器讀出電路之第一影像資料；(C)對該微阻器讀出電路之基板進行一降溫，以獲得該一第二基板溫度及第二場景溫度；(D)對該微阻器讀出電路進行影像偵測，以獲得該微阻器讀出電路之第二影像資料；(E)透過比對該第一影像資料及第二影像資料，以得到一溫度補償值；(F)對該微阻器讀出電路進行步驟(C)至步驟(E)，以得到各個該降溫相對應之該溫度補償值，並將該溫度補償值傳送至該數位類比轉換器，透過該數位類比轉換器產生一電壓訊號，藉由該電壓訊號達到調整基板溫度補償控制之目的。

本發明的該微阻器校正方法，其中該步驟(E)更包含：是透過該影像處理電路比對該第一影像資料及第二影像資料。

本發明的該微阻器校正方法，其中該基板進行加熱是利用一電阻以及該微阻器本身消耗的功率。

因此本發明可透過外部控制電路校正基板溫度變化所引起的非均勻性，因電路架構簡單，操作所需之電功率較低，可進而降低電路動態操作時引起的基板溫度變化；另外，並配合讀出電路之架構，提出一種微阻器校正方法，僅需少量的記憶體便可計算基板溫度非均勻性校正偏壓數值。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本創作達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本創作的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。

1‧‧‧萃取電路

2‧‧‧類比數位轉換器

3‧‧‧影像處理電路

4‧‧‧增益數位類比轉換器

5‧‧‧抵消數位類比轉換器

6‧‧‧增益計算單元

7‧‧‧補償計算單元

8‧‧‧影像輸出單元

9‧‧‧有效像素電路

10‧‧‧參考像素電路

16‧‧‧差分放大器

17‧‧‧放大器

11‧‧‧有效電流源

12‧‧‧熱隔離微組器

13‧‧‧有效及閘

14‧‧‧第一有效電流源開關

15‧‧‧第二有效訊號輸出開關

111‧‧‧第一有效端

112‧‧‧第二有效端

113‧‧‧第三有效端

131‧‧‧第一有效及閘端

132‧‧‧第二有效及閘端

133‧‧‧第三有效及閘端

21‧‧‧參考電流源

22‧‧‧熱短路微組器

23‧‧‧參考及閘

24‧‧‧第一參考電流源開關

25‧‧‧第二參考訊號輸出開關

211‧‧‧第一參考端

212‧‧‧第二參考端

213‧‧‧第三參考端

231‧‧‧第一參考及閘端

232‧‧‧第二參考及閘端

233‧‧‧第三參考及閘端

s01~s10‧‧‧微阻器校正的方法

第一圖係為為傳統兩點校正之示意圖；第二圖係為校正前的紅外線影像之示意圖；第三圖係為校正後的紅外線影像之示意圖；第四圖係為場景溫度與PCNU的關係之示意圖；第五圖係為均勻場景溫度下影像直方圖分布之示意圖；第六圖係為Indigo讀出電路架構之示意圖；第七圖係為校正前其FPA的輸出值、基材溫度與輻射場景溫度之關係示意圖；第八圖係為PCNU在基材溫度與場景溫度校正之示意圖；第九圖係為本發明有效像素之示意圖；第十圖係為本發明參考像素之示意圖；第十一圖係為本發明微阻器讀出電路之示意圖；第十二圖係為本發明微阻器校正方法流程之示意圖；第十三圖係為本發明場景溫度和基本溫度變化之示意圖；第十四圖係為未效正前之所有像素的光學增益對基板溫度變化之斜率示意圖；第十五圖係為本發明效正後之所有像素的光學增益對基板溫度變化之斜率示意圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之優點及功效。

請參閱第九圖所示，為本發明有效像素之示意圖，其中有效像素包含有效電流源11、熱隔離微組器12、有效及閘13、第一有效電流源開關14以及第二有效訊號輸出開關15組成；其中有效電流源11的第一有效端111連接於熱隔離微組器12一端與第二有效訊號輸出開關15一端，該第一有效電流源開關14連接於有效電流源11的第二有效端112，而該有效電流源11的第三有效端113連接電源，另外，該有效及閘13的第一有效及閘端131與第二有效及閘端132分別連接於水平多工器與垂直多工器，該有效及閘13的第三有效及閘端133連接於第一有效電流源開關14與第二有效訊號輸出開關15，而該熱隔離微組器12的另一端接地；該熱隔離型微阻器12用來偵測紅外線輻射，而該有效及閘13是用來控制第一有效電流源開關14與第二有效訊號輸出開關15，當有效及閘13輸出為High則第一有效電流源開關14與第二有效訊號輸出開關15同時SHORT，則啟動有效電流源11並輸出訊號電壓。

接著，請參閱第十圖所示，為本發明參考像素之示意圖，其中參考像素包含參考電流源21、熱短路微組器22、參考及閘23、第一參考電流源開關24以及第二參考訊號輸出開關25組成；其中參考電流源21的第一參考端211連接於熱短路微組器22一端與第二參考訊號輸出開關25一端，該第一參考電流源開關24連接於參考電流源21的第二參考端212，而該參考電流源21的第三參考端213連接電源，另外，該參考及閘23的第一參考及閘端231與第二參考及閘端232分別連接於水平多工器與垂直多工器，該參考及閘23的第三參考及閘端233連接於第一參考電流源開關24與第二參考訊號輸出開關25，而該熱隔離微組器22的另一端接地。

再接著，請參閱第十一圖所示，而第十一圖是根據第九圖與第十圖的有效像素之示意圖與參考像素之示意圖再進一步說明微阻器讀出電路之示意圖。微阻器讀出電路是由萃取電路1、類比數位轉換器2、影像處理電路3、增益數位類比轉換器4與抵消數位類比轉換器5所組成，其中萃取電路1，係用來偵測溫度變化之電壓訊號，而類比數位轉換器 2一端與連接於該萃取電路1，並將該溫度變化之電壓訊號進行數位化，而該類比數位轉換器2的另一端連接於該影像處理電路3，以及該影像處理電路3再分別於增益數位類比轉換器4與抵消數位類比轉換器5的一端連接；其中該影像處理電路3由增益計算單元6、補償計算單元7以及影像輸出單元8組成。

其中該萃取電路1又包括有效像素電路9、參考像素電路10、差分放大器16以及放大器17所組成，該有效像素電路9，係用來偵測紅外線輻射，而參考像素電路10，係用來補償基板溫度，以及該有效像素電路9與該參考像素電路10連接於該差分放大器16，該差分放大器16連接於放大器17；其中有效像素電路9與參考像素電路10則分別具有複數個有效像素與複數個參考像素，其中每一個有效像素與參考像素的有效電流源11的第三有效端113與參考電流源21的第三參考端213連接電源，而第二有效訊號輸出開關15與第二參考訊號輸出開關25則分別連接於差分放大器16，以及第一有效電流源開關14與第一參考電流源開關24則分別連接於增益數位類比轉換器4與抵消數位類比轉換器5電路的另一端，該有效及閘13的第一有效及閘端131與第二有效及閘端132和參考及閘23的第一參考及閘端231與第二參考及閘端232則分別連接於水平多工器與垂直多工器。

在一較佳實施例中，當微阻器讀出電路中某一像素須被讀出時，微阻器讀出電路周邊的水平多工器與垂直多工器會將欲讀出的有效像素與參考像素的有效及閘13與參考及閘23致能，接著差分放大器16將兩者輸出的電壓訊號相減，然而參考像素的熱短路型微阻器22，其阻值不會因吸收場景溫度而改變，而有效像素的熱隔離型微阻12器會隨場景溫度改變，故差分放大器16輸出為場景溫度變化之電壓訊號，此電壓訊號接著經過放大器17放大並調整偏移量送入類比數位轉換器2，經過數位化的影像資料接著送至影像處理單元8，而影像處理單元8可計算傳統兩點校正每一像素所需之增益數值與補償數值，並將增益數值與補償數值分別送至增益數位類比轉換器4與抵消數位類比轉換器5，增益數位類比轉換器4與抵消數位類比轉換器5輸出之類比電壓分別用來調整有效像素與參考像素的有效電流源11與參考電流源21的大小達到傳統兩點校正之效果，其中每一個有效像素有具有其獨立的增益數位類比數值與補償數位類比數值；在另一較佳實施例中，當微阻器讀出電路是用來做基板溫度補償時，影像處理單元3需計算每一像素所需之增益數值，並將增益數值送至增益數位類比轉換器4，該增益數位類比轉換器4輸出之類比電壓可調整有效像素的有效電流源11大小達到基板溫度補償之效果，其中每一有效像素具有其獨立增益數位類比數值。

在一較佳實施例中，有效像素中的熱隔離微組器 12可利用浮板將其架高，並配合真空封裝與外部環境來達到熱絕緣，而參考像素中的熱短路微組器22無需浮板緊貼於微阻器讀出電路，其中因熱短路微阻器22不受外部紅外線輻射影響，參考像素的熱短路微阻器22的電阻值僅隨基板溫度改變，熱短路微阻器22可以用來補償基板溫度的改變，但只對0.1 Kelvin基板溫度變化有用；另外，該有效像素還包括電阻以及第三開關，該電阻一端連接於該熱隔離微組器12的一端，另一端連接於該第三開關的一端，而該第三開關的另一端連接於該熱隔離微組器12另一端，可用來模擬熱隔離微組器12來測試篩檢出功能正常的微阻器讀出電路，而第三開關是用來切換有效電流源11其負載為電阻元件或微阻器。

再接著，請參閱第十二圖與第十三圖所示，而第十二圖與第十三圖是根據第十一圖的微阻器讀出電路示意圖再進一步說明微阻器校正的方法流程之示意圖與場景溫度和基本溫度變化之示意圖。首先，假設微阻器讀出電路的輸出訊號強度為f(x,y)，其中x為場景溫度Tscens，y為基板溫度Tsub，則光學增益(Optical Gain)的計算公式為：

而光學增益對基板溫度的變化率△G _Tsub，而△G _Tsub的計算公式為：

因此只要針對每一像素找到一組數位類比(DAC)數值，使得該像素之△G(n)Tsub滿足其計算公式為：

則所有像素其光學增益對基板溫度變化之變化量全部相同，即可達成基板溫度非均勻性校正，其中N為微阻器陣列的像素，△Gmean為是讀出電路在兩個基板溫度Tsub1與Tsub2下所有像素的平均光學增益的Gm(Tsub1)與Gm(Tsub2)對基板溫度之變化量(斜率)。

如圖十二與圖十三所示，微阻器校正的方法流程，首先步驟s01，當獲得△Gmean之後；接著步驟s02，將所有像素n個數位類比(DAC)數值的k設定為0；接著步驟s03，對該微阻器讀出電路之基板進行加熱，俾使該基板達到一第一基板溫度(Tsub2)；再接著步驟s04，將該微阻器讀出電路之場景溫度設定為第一場景溫度(Tscene2)；再接著步驟s05~步驟s07，此時微阻器讀出電路進行影像偵測，以獲得該微阻器讀出電路之第一影像資料，接著對該微阻器讀出電路之基板進行一降溫，以獲得該一第二基板溫度(△Tsub)及第二場景溫度(Tscene2-△Tscene)，該微阻器讀出電路再次進行影像偵測，以獲得該微阻器讀出電路之第二影像資料，透過比對該第一影像資料及第二影像資料，以得到溫度補償值(r_n(k))。

再接著步驟s08~步驟s10，對該微阻器讀出電路進行步驟s05至步驟s07，以得到各個該降溫相對應之該溫度補償值，並將該溫度補償值傳送至該數位類比轉換器，透過該數位類比轉換器產生一電壓訊號，藉由該電壓訊號達到調整基板溫度補償控制之目的。

請參閱第十四圖所示，第十四圖為未效正前之所有像素的光學增益對基板溫度變化之斜率示意圖，如第十四圖之左圖所示，在未經過基材溫度校正前，每一個像素在不同的基材溫度下其光學增益(Optical Gain)都不相同，此外當基材溫度(Tsubstrate)改變時，每一像素之光學增益隨基材溫度變化的斜率也不一樣；如第十四圖之右圖所示，以像素(pixel1)為例，同一像素其偏壓電流源在不同數位類比(DAC)數值下，其光學增益與基材溫度之變化率也不相同。

請參閱第十五圖所示，第十五圖為本發明效正後之所有像素的光學增益對基板溫度變化之斜率示意圖，本發明微阻器的基板溫度校正方法主要是施加不同大小電流於不同微阻器，來校正因基板溫度引起的非均勻性，其校正方法主要是對不同的像素施加不同電流，使得所有像素之光學增益(Optical Gain)在基板溫度(Tsubstrate)改變時，其變化率都一樣趨近於平均增益(Gmean)對基板溫度之變化率，因基板溫度改變時，所有像素對基板溫度改變的變化率都一樣，因此可以有效的降低因基板溫度改變引起的非均勻性，免除傳統微阻器讀出電路所需致冷器；因此當所有像素之數位類比(DAC)數值全部找到時，如圖十五所示，所有像素的光學增益對基板溫度變化之斜率全都趨近於平均增益，因此可以消除基板溫度改變引起的非均勻性，在基板溫度落於T1與T2範圍內，其非均勻性可以有效的降低；此偏壓下，影像處理單元再施以傳統兩點校正方法，可以發現所有像素光學增益對基板溫度變化之斜率全部相同，因基板溫度改變引起的像素不均勻性已被消除。

再另一較佳實施例中，執行基板溫度校正時須先將微阻器讀出電路的基板進行加熱，在不同溫度下測量其光學增益，本發明利用微阻器讀出電路每一像素之電阻元件及讀出電路本身消耗功率為加熱方式，其中電阻元件消耗功率為P _Rtest=I ²×Rtest，若是以本發明的160*120微阻器讀出電路為例，假設微阻器讀出電路的電流為200uA，電阻串聯熱隔離微組器，而該熱隔離微組器的電阻設定為50K，單一電阻消耗功率為2mW，一般而言其消耗功率其計算公式為：

其中f為操作頻率，C為微阻器讀出電路的等效電容，VDD是微阻器讀出電路的操作電壓，假設以本發明160*120微阻器讀出電路為例，在VDD=5V而主頻是4MHz時其消耗功率約0.4W，根據其消耗功率的計算可得其等效電容約4nF。

微阻器讀出電路與電阻元件消耗的功率會導致晶片溫度上升，其晶片上升的溫度其計算公式為：

其中，PROIC為微阻器讀出電路的消耗功率，PRtest為電組元件消耗功率，T是微阻器讀出電路，ThermalMass為矽晶片的熱值量，假設ThermalMass為0.712*103J/Kg℃，微阻器讀出電路的質量為10g，在加熱模式下，加熱時間為100Sec，微阻器讀出電路的操作頻率為32MHz，則微阻器讀出電路上升之溫度為45℃；因此本發明配合基板非均勻性溫度校正所需之基板溫度，可以先讓微阻器讀出電路在加熱模式下，利用提高操作頻率及加大電阻元件消耗功率方式在一時間內加熱至所需溫度Tsub2，再將微阻器讀出電路切回正常工作模式，隨著基板自然降溫配合Tscene逐漸調降找出基板溫度非均勻性校正所需之DAC數值。

需陳明者，以上所述僅為本案之較佳實施例，並非用以限制本創作，若依本創作之構想所作之改變，在不脫離本創作精神範圍內，例如：對於構形或佈置型態加以變換，對於各種變化，修飾與應用，所產生等效作用，均應包含於本案之權利範圍內，合予陳明。

Claims

一種微阻器讀出電路，其中包括：一萃取電路，係用來偵測一溫度變化之電壓訊號，其中該萃取電路又包括：一有效像素電路，係用來偵測一紅外線輻射；一參考像素電路，係用來補償一基板溫度；一差分放大器，該有效像素電路與該參考像素電路連接於該差分放大器；一放大器，該差分放大器連接於該放大器；一類比數位轉換器，連接於該萃取電路，並將該溫度變化之電壓訊號進行數位化；一影像處理電路，該類比數位轉換器連接於該影像處理電路；以及該影像處理電路再分別於一增益數位類比轉換器與一抵消數位類比轉換器連接。
如申請專利範圍第1項該微阻器讀出電路，其中該有效像素電路包括：複數有效像素，其中每一個該有校像素包含一有效電流源，該有效電流源的一第一有效端連接於一熱隔離微組器與一第二有效訊號輸出開關一端，該有效電流源的一第二有效端連接於一第一有效電流源開關，以及一有效及閘的一第一有效及閘端與一第二有效及閘端分別連接於一水平多工器與一垂直多工器，該有效及閘的一第三有效及閘端連接於該第一有效電流源開關與該第二有效訊號輸出開關。
如申請專利範圍第1項該微阻器讀出電路，其中該參考像素電路包括：複數參考像素，其中每一個該參考像素包含一參考電流源，該參考電流源的一第一參考端連接於一熱短路微組器一端與一第二參考訊號輸出開關一端，該參考電流源的一第二參考連接於該第一參考電流源開關，以及一該參考及閘的一第一參考及閘端與一第二參考及閘端分別連接於一水平多工器與一垂直多工器，該參考及閘的一第三參考及閘端連接於第一參考電流源開關與第二參考訊號輸出開關。
如申請專利範圍第2項該微阻器讀出電路，其中該有效像素是透過一浮板架高進而達到熱絕緣。
如申請專利範圍第2項該微阻器讀出電路，其中該有效像素還包括一電阻以及一第三開關，該電阻一端連接於該熱隔離微組器一端，另一端連接於該第三開關的一端，而該第三開關的另一端連接於該熱隔離微組器另一端。
如申請專利範圍第1項該微阻器讀出電路，其中該影像處理電路包括：增益計算單元、補償計算單元以及影像輸出單元。
一種微阻器校正方法，係為一種偵測該微阻器溫度，對該微阻器誤差進行校正之方法，該方法係利用如請求項1所述之微阻器讀出電路，其步驟包括：(A)對該微阻器讀出電路之一基板進行加熱，俾使該基板達到一第一基板溫度，並將該微阻器讀出電路之一場景溫度設定為一第一場景溫度；(B)對該微阻器讀出電路進行影像偵測，以獲得該微阻器讀出電路之一第一影像資料；(C)對該微阻器讀出電路之基板進行一降溫，以獲得一第二基板溫度及一第二場景溫度；(D)對該微阻器讀出電路進行影像偵測，以獲得該微阻器讀出電路之一第二影像資料；(E)透過比對該第一影像資料及該第二影像資料，以得到一溫度補償值；(F)對該微阻器讀出電路進行步驟(C)至步驟(E)，以得到各個該降溫相對應之該溫度補償值，並將該溫度補償值傳送至該數位類比轉換器，透過該數位類比轉換器產生一電壓訊號，藉由該電壓訊號達到調整基板溫度補償控制之目的。
如申請專利範圍第7項該微阻器校正方法，其中該步驟(E)更包含：是透過該影像處理電路比對該第一影像資料及第二影像資料。
如申請專利範圍第7項該微阻器校正方法，其中該基板進行加熱是利用一電阻以及該微阻器本身消耗的功率。