WO2019194452A1 - Microbolometer-based infrared detector - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a microbolometer-based infrared detector, and more particularly to a microbolometer-based infrared detector that can reduce the effect of the current component generated by the self heating (self heating).
- Infrared detectors are generally divided into light-based detectors and hot plate detectors that respond to far-infrared radiation.
- the hot plate detector generates a temperature image of the target object using the heat sensor array.
- a device that collects black body radiation emitted from a subject and acquires a temperature image is called a far-infrared thermal imaging system.
- Hot plate detectors are known to include bolometers, microbolometers, pyroelectrics and thermocouples. By focusing the far infrared rays of the 8-14 ⁇ m band that blackbody radiates on all objects on the microbolometer with a lens, the temperature of the microbolometer rises and falls, and thus the electrical resistance of the microbolometer changes. Thus, by using an array of microbolometer cells, ie a microbolometer array, it is possible to remotely image the temperature distribution of the subject scene.
- the temperature change characteristic of the electrical resistor it is necessary to measure the current flowing through the electrical resistor after applying the bias voltage, or measure the voltage across the resistor after applying the current bias. At this time, the temperature of the electrical resistor is increased by joule-heating. This phenomenon is called self-heating, which must be corrected as a value independent of the far-infrared radiation to be detected.
- Patent Document 1 Korean Registered Patent Publication 10-1274026 (Notification date June 12, 2013)
- Patent Document 2 Korean Registered Patent Publication 10-1804860 (Notification Date December 6, 2017)
- the problem to be solved by the embodiment of the present invention is to solve the problem of waste of analog dynamic range caused by self-heating.
- Another object of the present invention is to provide a micro-bolometer-based infrared detector that can minimize the direct current component and the magnetic heating component input to the integrator.
- the active cell having a micro-bolobiter for outputting a detection signal in response to the infrared;
- a skimming cell generating a skimming signal that removes a background component of the sense signal;
- a detection circuit for detecting a difference between the detection signal and the skimming signal;
- a bias voltage generator for modulating the bias voltage of the skimming signal.
- the skimming cell may comprise a reference microbolometer and a source follower for controlling the current flowing in the reference microbolometer.
- the bias voltage output from the bias voltage generator may be input to the gate of the source follower.
- the bias voltage includes a DC component and a modulation component.
- the skimming cell comprises a first source follower and a second source follower for controlling current flowing through the first reference microbolometer and the second reference microbolometer and the first reference microbolometer and the second reference microbolometer, respectively. It may include.
- a voltage for allowing a DC component current to flow is input to the gate of the first source follower, and a bias voltage output from the bias voltage generator is input to the gate of the second source follower.
- the bias voltage may include a DC component and a modulation component or may include only a modulation component.
- the bias voltage output from the bias voltage generator has a waveform in which the voltage decreases during the detection time.
- the waveform may be a linear decrease in voltage.
- the bias voltage generator may output a bias voltage to allow a current flowing in the skimming cell to cancel a current increase due to a decrease in resistance due to self heating of the microbolometer of the active cell during a detection time.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a signal detection circuit configuration of a microbolometer-based infrared detector according to an exemplary embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a graph illustrating changes in current and voltage in the signal detection circuit according to the embodiment of FIG. 1.
- FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a signal detection circuit configuration of a microbolometer based infrared detector according to another embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a graph illustrating changes in current and voltage in the signal detection circuit according to the embodiment of FIG. 3.
- FIG. 5 is an example of a bias voltage generator for removing a component due to self heating.
- FIG. 6 is another example of a bias voltage generator for removing components due to self heating.
- FIG. 7 is another example of a bias voltage generator for removing components due to self heating.
- FIG. 8 is a diagram illustrating a signal detection circuit configuration of a conventional microbolometer-based infrared detector.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a circuit arrangement of a general microbolometer based infrared detector.
- FIG. 10 is a graph showing changes in current and voltage in a signal detection circuit of a conventional microbolometer based infrared detector.
- first, second, etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, the first component mentioned below may be a second component within the technical spirit of the present invention.
- FIG. 8 is a block diagram of a signal detection circuit of a conventional microbolometer-based infrared detector
- FIG. 9 is a diagram illustrating a circuit arrangement of the microbolometer-based infrared detector.
- the microbolometer-based infrared detector may include an active cell array 92, a skimming cell 91, a detection circuit 93, and a reference voltage generator 94.
- the active cell array 92 includes a plurality of active cells. Each active cell may include a first source follower 84, a microbolometer 86, and a first switch 85. The active cell outputs a sensing signal in response to infrared rays.
- the skimming cell 91 includes a plurality of unit skimming cells and is a cell that does not respond to infrared rays. Each unit skimming cell generates a skimming signal that removes the background component of the sense signal.
- One unit skimming cell may be shared by cells located in the same row or column of the active cell array.
- the unit skimming cell may include a second source follower 83 and a reference microbolometer 82. The second microbolometer 82 does not respond to the remote temperature signal and the current Is flowing through the reference microbolometer 82 may have a fixed value independent of the remote temperature signal.
- the detection circuit 93 is a circuit for detecting a change in resistance of the active cells, and active cells located in the same column share a channel detection circuit.
- the infrared energy emitted from the subject is absorbed into the active-cell array through the lens, and the infrared thermal image may be obtained by detecting the current flowing through each of the active cells.
- the integrator may be composed of an OP amplifier 11 and a capacitor (C int ), and is amplified and converted to a voltage according to a detection time to generate an output voltage Vo as shown in Equation (1).
- the integrator may include a capacitive trans-impedance amplifier (CTIA).
- the power dissipated in the resistor during the detection time is converted into heat to raise the temperature of the active cell. Since the bolometer has a negative temperature coefficient, the resistance value Ra of the bolometer is gradually lowered during the detection time as shown in FIG. Accordingly, as shown in FIG. 10D, the active current Ia also gradually increases during the detection time, and even though unnecessary DC components are removed using the skimming current, the self heating components remain.
- a high temperature eg, 60 degrees Celsius or more
- the resistance value of the bolometer decreases exponentially, and the problem caused by self heating may become more serious.
- the present invention modulates the bias voltage of the skimming current during the detection time T read .
- the bias voltage may be a linear decrease in voltage during the detection time.
- the bias voltage may allow a current flowing in the skimming cell to offset the increase in current caused by the decrease in the resistance value due to the self heating of the microbolometer of the active cell during the detection time.
- FIGS. 1 and 2 are circuit diagram showing a configuration of a signal detection circuit according to an embodiment of the present invention
- Figure 2 is a graph showing the current and voltage changes in the signal detection circuit according to the embodiment of FIG.
- the bias voltage of the skimming current is modulated during the detection time T read in order to cancel the self-heating component of the active current. That is, the bias voltage generator 18 generates a bias voltage Vrt for removing the component due to self heating, and the generated bias voltage Vr (t) is input to the gate of the second source follower 13.
- the bias voltage Vr (t) may be a linear decrease in voltage during the detection time as shown in FIG. 1. Then, the voltage across the second source follower 13 changes, so that the voltage Vs across the reference microbolometer 12 also changes as shown in FIG. 2 (c), whereby the reference microbolometer 12 The current Is flowing in also changes as shown in FIG.
- Equation 2 shows the current input to the integrator when the current by the infrared signal is set to zero.
- V s0 is the voltage across the reference microbolometer 12 at the start time of detection time
- b represents the slope of Vs ((c) of FIG. 2) during the detection time
- R a0 at the start time of detection time.
- c represents the slope of Ra (Fig. 2 (b)) during the detection time.
- Equation 2 1 / (R ao (1-ct)) is approximately (1 + ct) / R ao when ct ⁇ 1, so an approximation equation can be obtained as in Equation 2.
- V s0 (1 + bt) / Rs ⁇ Va (1 + ct) / R a0 it can be seen that Is-Ia ⁇ 0.
- An example of the output waveform at this time is shown in FIG.
- the bias voltage generator 18 applies an appropriate bias voltage Vr (t) such that Vs0 (1 + bt) / Rs ⁇ Va (1 + ct) / R a0 during the detection time, so that at the input of the integrator, By minimizing all the unnecessary components (DC component and self heating component) except for the desired signal, that is, the current caused by the infrared signal, the analog dynamic range can be prevented from being wasted.
- FIGS. 3 and 4 are circuit diagram showing the configuration of a signal detection circuit according to another embodiment of the present invention
- Figure 4 is a graph showing the current and voltage changes in the signal detection circuit according to the embodiment of FIG.
- the first skimming current I s1 flowing into the first reference microbolometer 12a by dividing the unit skimming cell into two is a DC component current, and the second skimming flowing through the second reference microbolometer 12b ⁇ .
- Vgsk is applied to the gate of the source follower 13a connected to the first reference microbolometer 12a as in the prior art, and the bias voltage generator ( 18 '), the bias voltage Vr (t) is applied.
- This configuration makes the design of the bias voltage generator 18 'for generating the skimming-current modulation components more precise and flexible.
- Equation 3 also shows the current input to the integrator when the current by the infrared signal is set to zero.
- V s2 , 0 is the voltage across the second reference microbolometer 12b at the start time of the detection time, and b represents the slope of V s2 during the detection time.
- V s2 , 0 / R s2 may be 0, in which case I s2 has only a modulation component.
- An example of this is shown in FIG. 4C.
- the first skimming current I s1 flowing in the first reference microbolometer 12a by dividing the unit skimming cell into two is equal to the DC component current and the second reference microbolometer 12b.
- the second skimming-current I s2 flowing in) only differs in that it generates only a DC component + a modulation component or a modulation component, and the rest of the operating principle is the same, and the output waveform is also shown as shown in (d) of FIG. 4. do.
- bias voltage generators 18 or 18 'that can be used in the present invention are described.
- 5 to 7 are some examples of bias voltage generators for removing components due to self heating.
- the bias voltage generator 18 of FIG. 5 includes a ramp voltage generator 18a and a reference voltage generator 18b.
- the reference voltage generator 18b applies the negative feedback of the amplifier 53 to the same structure as the skimming circuit, so that the voltage Vg across the reference resistor Rg 51 can be precisely controlled by the lamp output voltage Vx.
- the gate voltage Vr (t) of the P-channel MOSFET 52 required at this time can be obtained from the output of the amplifier 53.
- the bias voltage generator 18 of FIG. 6 includes a ramp voltage generator 18a 'and a reference voltage generator 18b.
- the configuration of the lamp voltage generator 18a ' is different from that of Fig. 5, but the operation principle is substantially the same.
- the ramp clock ⁇ x drops from the high level to the low level during the detection time T read
- the reference voltage generator 18b is the same as the embodiment of FIG. 5, detailed description thereof will be omitted.
- the bias voltage generator 18 of FIG. 7 includes a ramp voltage generator 18a '' and a reference voltage generator 18b.
- the ramp voltage generators of FIGS. 5 and 6 integrate a current source continuously into a capacitor.
- FIG. 7 has a difference in that the step waveform Vx 'is first made discrete and then the ramp waveform Vx is formed using the low pass filter LPF.
- N is the number of times ⁇ p has transitioned from the high level to the low level.
- ⁇ pb is the opposite phase of ⁇ p and is formed by a non-overlapped clock. That is, after ⁇ x drops to a low level, as the ⁇ p clock is applied at high speed, charge stored in the sampling capacitor 77 accumulates in the integrating capacitor 75 to generate a stepped waveform Vx '.
- the staircase waveform changes to the ramp waveform (Vx) as it passes through the LPF with the large time constant.
- the method as shown in FIG. 7 has an advantage of easily generating sophisticated lamp output by using the ratio of the capacitor and the clock frequency.
- bias voltage generators of FIGS. 5-7 are exemplary, and the present invention is not limited to a specific bias voltage generator. Those skilled in the art will understand that various types of bias voltage generators are configurable.
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Abstract
Provided is a microbolometer-based infrared detector capable of reducing effects caused by a current component generated according to self heating. An infrared detector, according to one aspect of the present invention, comprises: an active cell having a microbolometer for outputting a detection signal in response to infrared rays; a skimming cell for generating a skimming signal canceling a background component of the detection signal; a detection circuit for detecting the difference between the detection signal and the skimming signal; and a bias voltage generator for modulating the bias voltage of the skimming signal. The bias voltage generator outputs a bias voltage such that a current, which offsets a current increase portion according to a decrease in resistance value due to self heating of the microbolometer in the active cell, flows through the skimming cell for the amount of detection time.
Description
본 발명은 마이크로 볼로미터 기반 적외선 검출기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기 가열(self heating)에 따라 발생되는 전류 성분에 의한 영향을 감소시킬 수 있는 마이크로 볼로미터 기반 적외선 검출기에 관한 것이다.The present invention relates to a microbolometer-based infrared detector, and more particularly to a microbolometer-based infrared detector that can reduce the effect of the current component generated by the self heating (self heating).
적외선 검출기는 일반적으로 원적외선 복사에 응답하는 광기반 검출기와 열기반 검출기로 나뉜다. 열기반 검출기는 열감지 센서 어레이를 이용하여 대상 물체의 온도 이미지를 생성한다. 이와 같이 피사체에서 방출되는 흑체 복사 에너지를 모아 온도 이미지를 획득하는 장치를 원적외선 열영상 시스템(Far-Infrared Thermal Imaging System)이라 한다.Infrared detectors are generally divided into light-based detectors and hot plate detectors that respond to far-infrared radiation. The hot plate detector generates a temperature image of the target object using the heat sensor array. As such, a device that collects black body radiation emitted from a subject and acquires a temperature image is called a far-infrared thermal imaging system.
열기반 검출기는 볼로미터(bolometer), 마이크로 볼로미터(microbolometer), 초전기 및 열전대열을 포함하는 것으로 알려져 있다. 모든 물체에서 흑체 복사하는 8~14μm 대역의 원적외선을 렌즈로 마이크로 볼로미터 상에 집속하면, 마이크로 볼로미터의 온도가 상승/하강하게 되고, 이에 따라 마이크로 볼로미터의 전기적 저항이 변화하게 된다. 따라서, 마이크로 볼로미터 셀의 어레이, 즉, 마이크로 볼로미터 어레이(microbolometer array)를 이용함으로써 대상 장면의 온도 분포를 원격으로 이미징할 수 있게 된다.Hot plate detectors are known to include bolometers, microbolometers, pyroelectrics and thermocouples. By focusing the far infrared rays of the 8-14 μm band that blackbody radiates on all objects on the microbolometer with a lens, the temperature of the microbolometer rises and falls, and thus the electrical resistance of the microbolometer changes. Thus, by using an array of microbolometer cells, ie a microbolometer array, it is possible to remotely image the temperature distribution of the subject scene.
전기적 저항체의 온도 변화 특성을 위해서는 바이어스 전압을 인가한 후 전기적 저항체에 흐르는 전류를 측정하거나, 전류 바이어스를 인가한 후 저항체 양단에 걸리는 전압을 측정해야 한다. 이때, 줄열(joule-heating)에 의하여 전기적 저항체의 온도가 상승하게 된다. 이러한 현상을 자기 가열(self-heating)이라 지칭하며, 이는 검출하고자 하는 원적외선 복사와는 무관한 값으로서 반드시 보정되어야 한다. For the temperature change characteristic of the electrical resistor, it is necessary to measure the current flowing through the electrical resistor after applying the bias voltage, or measure the voltage across the resistor after applying the current bias. At this time, the temperature of the electrical resistor is increased by joule-heating. This phenomenon is called self-heating, which must be corrected as a value independent of the far-infrared radiation to be detected.
[선행기술문헌][Preceding technical literature]
[특허문헌][Patent Documents]
(특허문헌 1) 한국 등록특허공보 10-1274026 (공고일자 2013년 06월 12일)(Patent Document 1) Korean Registered Patent Publication 10-1274026 (Notification date June 12, 2013)
(특허문헌 2) 한국 등록특허공보 10-1804860 (공고일자 2017년 12월 6일)(Patent Document 2) Korean Registered Patent Publication 10-1804860 (Notification Date December 6, 2017)
본 발명의 실시예를 통해 해결하고자 하는 과제는, 셀프 히팅에 의해 발생하는 아날로그 동적 범위의 낭비 문제를 해소하기 위한 것이다. The problem to be solved by the embodiment of the present invention is to solve the problem of waste of analog dynamic range caused by self-heating.
본 발명의 실시예를 통해 해결하고자 하는 다른 과제는 적분기에 입력되는 직류 성분과 자기 가열 성분을 최소화할 수 있는 마이크로 볼로미터 기반 적외선 검출기를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a micro-bolometer-based infrared detector that can minimize the direct current component and the magnetic heating component input to the integrator.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 상기 과제들로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above problems, and may be variously expanded within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention.
본 발명의 일 실시형태에 따른 적외선 검출기는, 적외선에 반응하여 감지 신호를 출력하는 마이크로 볼로비터를 구비하는 액티브 셀; 상기 감지 신호의 백그라운드 성분을 제거하는 스키밍 신호를 발생시키는 스키밍 셀; 상기 감지 신호와 상기 스키밍 신호의 차이를 검출하는 검출회로; 및 상기 스키밍 신호의 바이어스 전압을 변조하는 바이어스 전압발생기를 포함한다. Infrared detector according to an embodiment of the present invention, the active cell having a micro-bolobiter for outputting a detection signal in response to the infrared; A skimming cell generating a skimming signal that removes a background component of the sense signal; A detection circuit for detecting a difference between the detection signal and the skimming signal; And a bias voltage generator for modulating the bias voltage of the skimming signal.
일 실시예에서, 스키밍 셀은 기준 마이크로 볼로미터와, 상기 기준 마이크로 볼로미터에 흐르는 전류를 제어하기 위한 소스팔로워를 포함할 수 있다. 바이어스 전압발생기에서 출력되는 바이어스 전압은 상기 소스팔로워의 게이트에 입력되는 것일 수 있다. 바이어스 전압은 DC 성분과 변조성분을 포함한다.In one embodiment, the skimming cell may comprise a reference microbolometer and a source follower for controlling the current flowing in the reference microbolometer. The bias voltage output from the bias voltage generator may be input to the gate of the source follower. The bias voltage includes a DC component and a modulation component.
다른 실시예에서, 스키밍 셀은 제1 기준 마이크로 볼로미터와 제2 기준 마이크로 볼로미터 및 상기 제1 기준 마이크로 볼로미터와 제2 기준 마이크로 볼로미터에 흐르는 전류를 각각 제어하기 위한 제1 소스팔로워와 제2 소스팔로워를 포함할 수 있다. 제1 기준 마이크로 볼로미터에는 DC 성분 전류가 흐르도록 하는 전압이 상기 제1 소스팔로워의 게이트에 입력되며, 바이어스 전압발생기에서 출력되는 바이어스 전압은 상기 제2 소스팔로워의 게이트에 입력된다. 바이어스 전압은 DC 성분과 변조성분을 포함하거나 변조성분만을 포함할 수 있다. In another embodiment, the skimming cell comprises a first source follower and a second source follower for controlling current flowing through the first reference microbolometer and the second reference microbolometer and the first reference microbolometer and the second reference microbolometer, respectively. It may include. In the first reference microbolometer, a voltage for allowing a DC component current to flow is input to the gate of the first source follower, and a bias voltage output from the bias voltage generator is input to the gate of the second source follower. The bias voltage may include a DC component and a modulation component or may include only a modulation component.
일 실시예에서, 바이어스 전압발생기에서 출력되는 바이어스 전압은 검출시간 동안 전압이 감소하는 파형을 갖는다. 상기 파형은 전압이 선형적으로 감소하는 것일 수 있다.In one embodiment, the bias voltage output from the bias voltage generator has a waveform in which the voltage decreases during the detection time. The waveform may be a linear decrease in voltage.
일 실시예에서, 바이어스 전압발생기는, 검출시간 동안 상기 액티브 셀의 마이크로 볼로미터의 자기 가열에 의한 저항값 감소에 따른 전류 증가분을 상쇄하는 전류가 상기 스키밍 셀에 흐르도록 하는 바이어스 전압을 출력할 수 있다.In an exemplary embodiment, the bias voltage generator may output a bias voltage to allow a current flowing in the skimming cell to cancel a current increase due to a decrease in resistance due to self heating of the microbolometer of the active cell during a detection time. .
본 발명의 실시형태에 따르면 액티브-전류의 자기 가열 성분 및 DC 성분을 모두 상쇄시킬 수 있으므로, 보다 정확한 적외선 감지가 가능하다. According to the embodiment of the present invention, since both the self-heating component and the DC component of the active-current can be canceled, more accurate infrared sensing is possible.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 확장될 수 있다. However, the effects of the present invention are not limited to the above effects, and may be variously expanded within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 한가지 실시예에 따른 마이크로 볼로미터 기반 적외선 검출기의 신호 검출 회로 구성을 보여주는 도면이다.1 is a diagram illustrating a signal detection circuit configuration of a microbolometer-based infrared detector according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 신호 검출 회로에서의 전류 및 전압 변화를 보여주는 그래프이다.FIG. 2 is a graph illustrating changes in current and voltage in the signal detection circuit according to the embodiment of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 볼로미터 기반 적외선 검출기의 신호 검출 회로 구성을 보여주는 회로도이다.3 is a circuit diagram illustrating a signal detection circuit configuration of a microbolometer based infrared detector according to another embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 실시예에 따른 신호 검출 회로에서의 전류 및 전압 변화를 보여주는 그래프이다.4 is a graph illustrating changes in current and voltage in the signal detection circuit according to the embodiment of FIG. 3.
도 5는 자기 가열에 따른 성분을 제거하기 위한 바이어스 전압 발생기의 일 예이다.5 is an example of a bias voltage generator for removing a component due to self heating.
도 6는 자기 가열에 따른 성분을 제거하기 위한 바이어스 전압 발생기의 다른 예이다.6 is another example of a bias voltage generator for removing components due to self heating.
도 7은 자기 가열에 따른 성분을 제거하기 위한 바이어스 전압 발생기의 또다른 예이다.7 is another example of a bias voltage generator for removing components due to self heating.
도 8은 종래의 마이크로 볼로미터 기반 적외선 검출기의 신호 검출 회로 구성을 보여주는 도면이다. 8 is a diagram illustrating a signal detection circuit configuration of a conventional microbolometer-based infrared detector.
도 9는 일반적인 마이크로 볼로미터 기반 적외선 검출기의 회로 배치를 보여주는 도면이다.9 is a diagram illustrating a circuit arrangement of a general microbolometer based infrared detector.
도 10은 종래의 마이크로 볼로미터 기반 적외선 검출기의 신호 검출 회로에서의 전류 및 전압 변화를 보여주는 그래프이다.10 is a graph showing changes in current and voltage in a signal detection circuit of a conventional microbolometer based infrared detector.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, only the present embodiments to make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이러한 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다. Although the first, second, etc. are used to describe various components, these components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, the first component mentioned below may be a second component within the technical spirit of the present invention.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, “comprises” and / or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, operations and / or elements. Or does not exclude additions.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art. In addition, terms that are defined in a commonly used dictionary are not ideally or excessively interpreted unless they are specifically defined clearly.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions of the same components are omitted.
도 8은 종래의 마이크로 볼로미터 기반 적외선 검출기의 신호 검출 회로의 구성도이고 도 9는 마이크로 볼로미터 기반 적외선 검출기의 회로 배치를 보여주는 도면이다. 마이크로 볼로미터 기반 적외선 검출기는 액티브 셀 어레이(92), 스키밍 셀(91), 검출회로(93) 및 기준전압생성기(94)를 포함하여 구성될 수 있다. 8 is a block diagram of a signal detection circuit of a conventional microbolometer-based infrared detector, and FIG. 9 is a diagram illustrating a circuit arrangement of the microbolometer-based infrared detector. The microbolometer-based infrared detector may include an active cell array 92, a skimming cell 91, a detection circuit 93, and a reference voltage generator 94.
액티브 셀 어레이(92)는 복수의 액티브 셀을 구비한다. 각 액티브 셀은 제1소스팔로워(84), 마이크로 볼로미터(86) 및 제1스위치(85)를 포함하여 구성될 수 있다. 액티브 셀은 적외선에 반응하여 감지 신호를 출력한다.The active cell array 92 includes a plurality of active cells. Each active cell may include a first source follower 84, a microbolometer 86, and a first switch 85. The active cell outputs a sensing signal in response to infrared rays.
스키밍 셀(91)은 복수의 단위 스키밍 셀을 구비하며, 적외선에 반응하지 않는 셀이다. 각 단위 스키밍 셀은 감지 신호의 백그라운드 성분을 제거하는 스키밍 신호를 발생시킨다. 하나의 단위 스키밍 셀은 액티브 셀 어레이의 동일한 행 또는 열에 위치하는 셀들이 서로 공유할 수 있다. 단위 스키밍 셀은 제2소스팔로워(83)와 기준 마이크로 볼로미터(82)를 포함하여 구성될 수 있다. 제2 마이크로 볼로미터(82)는 원격의 온도 신호에 반응하지 않으며 기준 마이크로 볼로미터(82)에 흐르는 전류(Is)는 원격 온도 신호와 무관한 고정된 값을 가질 수 있다. The skimming cell 91 includes a plurality of unit skimming cells and is a cell that does not respond to infrared rays. Each unit skimming cell generates a skimming signal that removes the background component of the sense signal. One unit skimming cell may be shared by cells located in the same row or column of the active cell array. The unit skimming cell may include a second source follower 83 and a reference microbolometer 82. The second microbolometer 82 does not respond to the remote temperature signal and the current Is flowing through the reference microbolometer 82 may have a fixed value independent of the remote temperature signal.
검출회로(93)는 액티브 셀의 저항변화를 검출해내기 위한 회로로서, 동일한 행(column) 에 위치한 액티브 셀들은 채널 검출회로를 공유한다. 피사체로부터 방사된 적외선 에너지는 렌즈를 통해 액티브 셀 어레이(active-cell array)에 흡수되고, 각각의 액티브 셀들에 흐르는 전류을 검출함으로써 적외선 열 영상을 얻을 수 있다.The detection circuit 93 is a circuit for detecting a change in resistance of the active cells, and active cells located in the same column share a channel detection circuit. The infrared energy emitted from the subject is absorbed into the active-cell array through the lens, and the infrared thermal image may be obtained by detecting the current flowing through each of the active cells.
도 8의 종래의 마이크로 볼로미터 기반 적외선 검출기의 신호 검출 회로 구성에서 클럭 Φa가 스위치(85)를 닫으면 액티브 셀(86)의 양단에 Va 전압이 걸리며 액티브 전류(Ia)가 흐르게 된다. 액티브 전류에는 적외선 신호와는 무관한 큰 DC 성분 전류가 포함되어 있으며, 이를 제거하기 위하여 적외선에 반응하지 않는 스키밍 셀(82)의 양단에 Vs 전압을 가함으로써 스키밍-전류(Is)를 생성해 낸다. 스위치(85)가 닫혀있는 시간, 즉 검출시간(Tread) 동안 두 전류의 차이(Is-Ia)가 적분기로 입력된다. 적분기는 OP앰프(11)와 커패시터(Cint)로 구성될 수 있으며, 검출시간에 따라 증폭 및 전압으로 변환되어 수학식 1과 같은 출력전압(Vo)을 발생시킨다. 적분기는 용량성 트랜스-임피던스 증폭기(CTIA: capacitive trans-impedance amplifier)를 포함할 수 있다.In the signal detection circuit configuration of the conventional microbolometer-based infrared detector of FIG. 8, when the clock Φa closes the switch 85, a Va voltage is applied to both ends of the active cell 86 and an active current Ia flows. The active current contains a large DC component current that is independent of the infrared signal, and in order to remove it, a skimming current (Is) is generated by applying a Vs voltage across the skimming cell 82 which does not respond to infrared rays. . The difference Is-Ia between the two currents is input to the integrator during the time when the switch 85 is closed, that is, the detection time T read . The integrator may be composed of an OP amplifier 11 and a capacitor (C int ), and is amplified and converted to a voltage according to a detection time to generate an output voltage Vo as shown in Equation (1). The integrator may include a capacitive trans-impedance amplifier (CTIA).
검출시간 동안 저항체에서 소모된 전력은 열로 변환되어 액티브 셀의 온도를 상승시킨다. 볼로미터는 음의 온도계수를 가지므로 볼로미터의 저항 값 Ra는 도 10의 (b)에 도시한 것처럼 검출시간 동안 점점 낮아지게 된다. 따라서, 도 10의 (d)에 도시한 것처럼 액티브 전류 Ia도 검출시간 동안 점차적으로 증가하게 되고, 스키밍 전류를 이용하여 불필요한 DC 성분이 제거될 지라도 셀프 히팅 성분은 그대로 남게 된다.The power dissipated in the resistor during the detection time is converted into heat to raise the temperature of the active cell. Since the bolometer has a negative temperature coefficient, the resistance value Ra of the bolometer is gradually lowered during the detection time as shown in FIG. Accordingly, as shown in FIG. 10D, the active current Ia also gradually increases during the detection time, and even though unnecessary DC components are removed using the skimming current, the self heating components remain.
결과적으로, 적분기의 입력전류는 시간에 대한 1차식(Is - Ia = a1
t + a0) 으로, 출력전압은 2차식(Vo = Vref - (1/Cint)(a1
t
2 + a0
t))으로 각각 표현될 수 있으며, 이로 인해 도 10의 (e)에 도시한 것처럼 적분시간 동안 아날로그 동적 범위(ΔV)를 낭비하게 된다. 특히, 주변온도가 고온(예를 들면 섭씨 60도 이상)으로 갈수록 볼로미터의 저항 값은 지수함수적으로 감소하며 자기 가열에 의한 문제가 더욱 심각해 질 수 있다.As a result, the input current of the integrator is linear over time (Is-Ia = a 1 t + a 0 ) and the output voltage is quadratic (Vo = Vref-(1 / Cint) (a 1 t 2 + a 0). t )), which wastes the analog dynamic range ΔV during the integration time, as shown in FIG. In particular, as the ambient temperature increases to a high temperature (eg, 60 degrees Celsius or more), the resistance value of the bolometer decreases exponentially, and the problem caused by self heating may become more serious.
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 스키밍 전류의 바이어스 전압을 검출시간(Tread) 동안 변조한다. 바이어스 전압은 검출시간 동안 전압이 선형적으로 감소하는 것일 수 있다. 바이어스 전압은, 검출시간 동안 액티브 셀의 마이크로 볼로미터의 자기 가열에 의한 저항값 감소에 따른 전류 증가분을 상쇄하는 전류가 스키밍 셀에 흐르도록 하는 것일 수 있다.In order to solve this problem, the present invention modulates the bias voltage of the skimming current during the detection time T read . The bias voltage may be a linear decrease in voltage during the detection time. The bias voltage may allow a current flowing in the skimming cell to offset the increase in current caused by the decrease in the resistance value due to the self heating of the microbolometer of the active cell during the detection time.
먼저, 도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 첫번째 실시예를 설명한다. 도 1은 본 발명의 한가지 실시예에 따른 신호 검출 회로의 구성을 보여주는 회로도이고, 도 2는 도 1의 실시예에 따른 신호 검출 회로에서의 전류 및 전압 변화를 보여주는 그래프이다. First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a signal detection circuit according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a graph showing the current and voltage changes in the signal detection circuit according to the embodiment of FIG.
도 1의 실시예에서는 액티브 전류의 자기 가열(self-heating) 성분을 상쇄시키기 위하여, 스키밍 전류의 바이어스 전압을 검출시간(Tread) 동안 변조한다. 즉, 바이어스 전압발생기(18)가 자기 가열에 따른 성분을 제거하기 위한 바이어스 전압(Vrt)를 발생시키고, 발생된 바이어스 전압 Vr(t)는 제2소스팔로워(13)의 게이트에 입력된다. 바이어스 전압 Vr(t)는 도 1에 도시된 것처럼 검출시간 동안 전압이 선형적으로 감소하는 것일 수 있다. 그러면, 제2소스팔로워(13)의 양단에 걸리는 전압이 변화하여 기준 마이크로 볼로미터(12) 양단의 전압 Vs도 도 2의 (c)에 도시한 것과 같이 변하게 되며, 이에 따라 기준 마이크로 볼로미터(12)에 흐르는 전류 Is도 도 2의 (d)에 도시된 것처럼 변하게 된다.In the embodiment of FIG. 1, the bias voltage of the skimming current is modulated during the detection time T read in order to cancel the self-heating component of the active current. That is, the bias voltage generator 18 generates a bias voltage Vrt for removing the component due to self heating, and the generated bias voltage Vr (t) is input to the gate of the second source follower 13. The bias voltage Vr (t) may be a linear decrease in voltage during the detection time as shown in FIG. 1. Then, the voltage across the second source follower 13 changes, so that the voltage Vs across the reference microbolometer 12 also changes as shown in FIG. 2 (c), whereby the reference microbolometer 12 The current Is flowing in also changes as shown in FIG.
이를 수식으로 표현하면 수학식 2와 같다. 수학식 2는 적외선 신호에 의한 전류를 0으로 놓았을 때에 적분기에 입력되는 전류를 나타낸다. 수학식 2에서 Vs0는 검출시간 시작점에서의 기준 마이크로 볼로미터(12) 양단의 전압이고, b는 검출시간 동안의 Vs의 기울기(도 2의 (c))를 나타내며, Ra0는 검출시간 시작점에서의 마이크로 볼로미터(16)의 저항값이고, c는 검출시간 동안의 Ra의 기울기(도 2의 (b))를 나타낸다.If this is expressed as an equation, it is equal to Equation 2. Equation 2 shows the current input to the integrator when the current by the infrared signal is set to zero. In Equation 2, V s0 is the voltage across the reference microbolometer 12 at the start time of detection time, b represents the slope of Vs ((c) of FIG. 2) during the detection time, and R a0 at the start time of detection time. Is the resistance value of the microbolometer 16, and c represents the slope of Ra (Fig. 2 (b)) during the detection time.
수학식 2에서 1/(Rao(1-ct))는 ct<<1 이라면 근사적으로 (1+ct)/Rao라고 볼 수 있으므로 수학식 2와 같이 근사식을 구할 수 있다. 수학식 2의 마지막 식에서 Vs0(1+bt)/Rs ≒ Va(1+ct)/Ra0라면 Is-Ia≒0이 됨을 알 수 있다. 이때의 출력파형의 예가 도 2의 (d)에 도시되어 있다. 이와 같이, 바이어스 전압발생기(18)에서 검출시간 동안 Vs0(1+bt)/Rs ≒ Va(1+ct)/Ra0가 되도록 하는 적절한 바이어스 전압 Vr(t)를 인가함으로써, 적분기의 입력에서 적외선 신호에 의한 전류, 즉 원하는 신호를 제외한 나머지 불필요한 성분들(DC 성분 및 자기 가열 성분)을 모두 최소화 함으로써, 아날로그 동적 범위가 낭비되는 것을 방지할 수 있다.In Equation 2, 1 / (R ao (1-ct)) is approximately (1 + ct) / R ao when ct << 1, so an approximation equation can be obtained as in Equation 2. In the last equation (2), if V s0 (1 + bt) / Rs ≒ Va (1 + ct) / R a0, it can be seen that Is-Ia ≒ 0. An example of the output waveform at this time is shown in FIG. In this way, the bias voltage generator 18 applies an appropriate bias voltage Vr (t) such that Vs0 (1 + bt) / Rs ≒ Va (1 + ct) / R a0 during the detection time, so that at the input of the integrator, By minimizing all the unnecessary components (DC component and self heating component) except for the desired signal, that is, the current caused by the infrared signal, the analog dynamic range can be prevented from being wasted.
다음으로, 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 신호 검출 회로의 구성을 보여주는 회로도이고, 도 4는 도 3의 실시예에 따른 신호 검출 회로에서의 전류 및 전압 변화를 보여주는 그래프이다. Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. 3 is a circuit diagram showing the configuration of a signal detection circuit according to another embodiment of the present invention, Figure 4 is a graph showing the current and voltage changes in the signal detection circuit according to the embodiment of FIG.
도 3의 실시예에서는 단위 스키밍 셀을 두 개로 분리하여 제1 기준 마이크로 볼로미터(12a)에 흐르는 제1 스키밍 전류 Is1은 DC 성분 전류를, 제2 기준 마이크로 볼로미터(12b)에 흐르는 제2 스키밍-전류 Is2는 DC성분 + 변조성분 또는 변조성분만을 발생시킴으로써 두 전류의 합 Is = Is1 + Is2을 최종 스키밍 전류로 사용한다. 이를 위하여 제1 기준 마이크로 볼로미터(12a)에 연결된 소스팔로워(13a)의 게이트에는 종래와 같이 Vgsk를 인가하고, 제2 기준 마이크로 볼로미터(12b)에 연결된 소스팔로워(13b)의 게이트에는 바이어스 전압발생기(18')로부터 바이어스 전압 Vr(t)를 인가한다. 이와 같이 구성하면 스키밍-전류의 변조성분을 생성하기 위한 바이어스 전압 발생기(18')의 설계를 보다 정교하고 유연하게 만들 수 있다.In the embodiment of FIG. 3, the first skimming current I s1 flowing into the first reference microbolometer 12a by dividing the unit skimming cell into two is a DC component current, and the second skimming flowing through the second reference microbolometer 12b −. The current I s2 generates only the DC component + modulation component or modulation component, so that the sum of the two currents I s = I s 1 + I s 2 is used as the final skimming current. To this end, Vgsk is applied to the gate of the source follower 13a connected to the first reference microbolometer 12a as in the prior art, and the bias voltage generator ( 18 '), the bias voltage Vr (t) is applied. This configuration makes the design of the bias voltage generator 18 'for generating the skimming-current modulation components more precise and flexible.
두 전류의 합 Is = Is1 + Is2는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. 수학식 3도 적외선 신호에 의한 전류를 0으로 놓았을 때에 적분기에 입력되는 전류를 나타낸다. 수학식 3에서 Vs2
,
0는 검출시간 시작점에서의 제2 기준 마이크로 볼로미터(12b) 양단의 전압이고, b는 검출시간 동안의 Vs2의 기울기를 나타낸다.The sum of two currents I s = I s 1 + I s 2 can be expressed as in Equation 3. Equation 3 also shows the current input to the integrator when the current by the infrared signal is set to zero. In Equation 3, V s2 , 0 is the voltage across the second reference microbolometer 12b at the start time of the detection time, and b represents the slope of V s2 during the detection time.
수학식 3의 마지막 식에서 괄호안은 DC 성분을 나타내고 나머지 부분은 변조성분을 나타낸다. Vs2
,0/Rs2 는 0이 될 수도 있으며, 이 경우 Is2 는 오로지 변조성분만을 갖는다. 이때의 예가 도 4의 (c)에 도시되어 있다.In the last equation of Equation 3, the parenthesis indicates a DC component and the rest indicates a modulation component. V s2 , 0 / R s2 may be 0, in which case I s2 has only a modulation component. An example of this is shown in FIG. 4C.
도 3의 실시예는 도 1의 실시예와는 단위 스키밍 셀을 두 개로 분리하여 제1 기준 마이크로 볼로미터(12a)에 흐르는 제1 스키밍 전류 Is1은 DC 성분 전류를, 제2 기준 마이크로 볼로미터(12b)에 흐르는 제2 스키밍-전류 Is2는 DC성분 + 변조성분 또는 변조성분만을 발생시킨다는 점에서만 차이가 있을 뿐이며, 나머지 동작 원리는 동일하며, 출력 파형도 도 4의 (d)에 도시한 것처럼 나타나게 된다. 3, the first skimming current I s1 flowing in the first reference microbolometer 12a by dividing the unit skimming cell into two is equal to the DC component current and the second reference microbolometer 12b. The second skimming-current I s2 flowing in) only differs in that it generates only a DC component + a modulation component or a modulation component, and the rest of the operating principle is the same, and the output waveform is also shown as shown in (d) of FIG. 4. do.
다음으로, 본 발명에 사용할 수 있는 바이어스 전압발생기(18 또는 18')의 몇가지 예를 설명한다. 도 5 내지 도 7은 자기 가열에 따른 성분을 제거하기 위한 바이어스 전압 발생기의 몇가지 예이다.Next, some examples of bias voltage generators 18 or 18 'that can be used in the present invention are described. 5 to 7 are some examples of bias voltage generators for removing components due to self heating.
도 5의 바이어스 전압 발생기(18)는 램프전압발생부(18a)와 기준전압발생부(18b)를 구비한다. 램프 전압 발생부(18a)는 검출시간(Tread) 동안 램프 클럭 (Φx)이 하이 레벨에서 로 레벨로 떨어지면, 커패시터(55)가 방전하면서 출력전압(Vx)은 초기 전압(Vi)으로부터 기준 전류와 검출시간의 곱 (Iref x t) 만큼 감소하게 된다. 즉, Vx(t) = Vi - Iref
t 와 같이 나타낼 수 있다. 기준 전압 발생부(18b)는 스키밍 회로와 동일한 구조에 증폭기(53)의 부궤환을 적용하여, 기준 저항기 Rg(51)의 양단에 걸리는 전압 Vg를 램프 출력전압 Vx로 정교하게 제어 가능하다. 또한, 이 때 필요한 P-채널 모스펫(52)의 게이트 전압 Vr(t)는 증폭기(53)의 출력으로부터 얻을 수 있다.The bias voltage generator 18 of FIG. 5 includes a ramp voltage generator 18a and a reference voltage generator 18b. When the lamp clock Φx drops from the high level to the low level during the detection time T read , the lamp voltage generator 18a discharges the capacitor 55 while the output voltage Vx is changed from the initial voltage Vi to the reference current. It is reduced by the product of and the detection time (I ref x t ). That is, it can be expressed as Vx ( t ) = Vi-I ref t . The reference voltage generator 18b applies the negative feedback of the amplifier 53 to the same structure as the skimming circuit, so that the voltage Vg across the reference resistor Rg 51 can be precisely controlled by the lamp output voltage Vx. In addition, the gate voltage Vr (t) of the P-channel MOSFET 52 required at this time can be obtained from the output of the amplifier 53.
도 6의 바이어스 전압 발생기(18)는 램프전압발생부(18a')와 기준전압발생부(18b)를 구비한다. 도 6의 실시예는 램프 전압 발생부(18a')의 구성이 도 5와 상이하지만 동작원리는 대동소이하다. 검출시간(Tread) 동안 램프 클럭 (Φx)이 하이 레벨에서 로 레벨로 떨어지면, 커패시터(65)가 방전하면서 출력전압(Vx)은 초기 전압(Vi)으로부터 기준 전류와 검출시간의 곱 (Iref x t) 만큼 감소하게 된다. 즉, Vx(t) = Vi - Iref
t 와 같이 나타낼 수 있다. 기준 전압 발생부(18b)는 도 5의 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. The bias voltage generator 18 of FIG. 6 includes a ramp voltage generator 18a 'and a reference voltage generator 18b. In the embodiment of Fig. 6, the configuration of the lamp voltage generator 18a 'is different from that of Fig. 5, but the operation principle is substantially the same. When the ramp clock Φx drops from the high level to the low level during the detection time T read , the capacitor 65 discharges and the output voltage Vx is the product of the reference current and the detection time (I ref ) from the initial voltage Vi. x t ). That is, it can be expressed as Vx ( t ) = Vi-I ref t . Since the reference voltage generator 18b is the same as the embodiment of FIG. 5, detailed description thereof will be omitted.
도 7의 바이어스 전압 발생기(18)는 램프전압발생부(18a'')와 기준전압발생부(18b)를 구비한다. 도 5 및 도 6의 램프전압 발생기들은 전류원을 캐패시터에 연속적(continuous)으로 적분하는 방식이다. 그러나, 도 7은 먼저 이산적(discrete)으로 계단파형(Vx’)을 만든 다음 저역통과필터(LPF)를 이용하여 램프파형(Vx)으로 만든다는 점에서 차이가 있다.The bias voltage generator 18 of FIG. 7 includes a ramp voltage generator 18a '' and a reference voltage generator 18b. The ramp voltage generators of FIGS. 5 and 6 integrate a current source continuously into a capacitor. However, FIG. 7 has a difference in that the step waveform Vx 'is first made discrete and then the ramp waveform Vx is formed using the low pass filter LPF.
Φx=(High): Vx'(t) = Vi ... 리셋 상태Φx = (High): Vx '(t) = Vi ... reset status
Φx=(Low): Vx'(t) = Vi + N*ΔV ... 적분 상태Φx = (Low): Vx '(t) = Vi + N * ΔV ... integral state
위 식에서 N은 Φp 가 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이한 횟수이다. Φpb 는 Φp의 반대 위상이며, non-overlapped clock 으로 형성된다. 즉, Φx가 로우 레벨로 떨어진 후에, Φp 클락이 고속으로 인가되면서 샘플링 캐패시터(77) 에 저장되는 전하(charge)가 적분 캐패시터(75)에 쌓여나가서 계단 파형(Vx')이 발생하게 된다. 계단 파형은 큰 시상수를 갖는 LPF를 지나면서 램프파형(Vx)으로 변하게 된다. 도 7과 같은 방식은 캐패시터의 비율과 클락 주파수를 이용하여 정교한 램프 출력을 손쉽게 만드는 장점이 있다.In the above equation, N is the number of times Φp has transitioned from the high level to the low level. Φpb is the opposite phase of Φp and is formed by a non-overlapped clock. That is, after Φx drops to a low level, as the Φp clock is applied at high speed, charge stored in the sampling capacitor 77 accumulates in the integrating capacitor 75 to generate a stepped waveform Vx '. The staircase waveform changes to the ramp waveform (Vx) as it passes through the LPF with the large time constant. The method as shown in FIG. 7 has an advantage of easily generating sophisticated lamp output by using the ratio of the capacitor and the clock frequency.
도 5 내지 도 7의 바이어스 전압발생기는 예시적인 것으로서, 본 발명은 특정 바이어스 전압발생기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술분야의 당업자라면 다양한 형태의 바이어스 전압발생기가 구성 가능함을 이해할 것이다. The bias voltage generators of FIGS. 5-7 are exemplary, and the present invention is not limited to a specific bias voltage generator. Those skilled in the art will understand that various types of bias voltage generators are configurable.
이상, 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 볼로미터 기반 적외선 검출기의 신호 검출 회로에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 상기 설명은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 적절하게 수정 및 변형되어 사용될 수 있음은 자명하다. Although the signal detection circuit of the microbolometer-based infrared detector according to the embodiments of the present invention has been described with reference to the drawings, the above description is exemplary and generally within the scope of the present invention without departing from the technical spirit of the present invention. Obviously, modifications and variations may be appropriately used by those skilled in the art.
Claims (8)
- 적외선에 반응하여 감지 신호를 출력하는 마이크로 볼로비터를 구비하는 액티브 셀;An active cell having a microbolobiter for outputting a detection signal in response to infrared rays;상기 감지 신호의 백그라운드 성분을 제거하는 스키밍 신호를 발생시키는 스키밍 셀;A skimming cell generating a skimming signal that removes a background component of the sense signal;상기 감지 신호와 상기 스키밍 신호의 차이를 검출하는 검출회로; 및A detection circuit for detecting a difference between the detection signal and the skimming signal; And상기 스키밍 신호의 바이어스 전압을 변조하는 바이어스 전압발생기A bias voltage generator for modulating the bias voltage of the skimming signal를 포함하는 적외선 검출기.Infrared detector comprising a.
- 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,상기 스키밍 셀은 기준 마이크로 볼로미터와, 상기 기준 마이크로 볼로미터에 흐르는 전류를 제어하기 위한 소스팔로워를 포함하며,The skimming cell includes a reference microbolometer and a source follower for controlling a current flowing in the reference microbolometer,상기 바이어스 전압발생기에서 출력되는 바이어스 전압은 상기 소스팔로워의 게이트에 입력되는 것인, 적외선 검출기.And a bias voltage output from the bias voltage generator is input to a gate of the source follower.
- 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,상기 스키밍 셀은 제1 기준 마이크로 볼로미터와 제2 기준 마이크로 볼로미터 및 상기 제1 기준 마이크로 볼로미터와 제2 기준 마이크로 볼로미터에 흐르는 전류를 각각 제어하기 위한 제1 소스팔로워와 제2 소스팔로워를 포함하며,The skimming cell includes a first source follower and a second source follower for controlling current flowing through the first reference microbolometer and the second reference microbolometer, and the first reference microbolometer and the second reference microbolometer, respectively.제1 기준 마이크로 볼로미터에는 DC 성분 전류가 흐르도록 하는 전압이 상기 제1 소스팔로워의 게이트에 입력되며,In the first reference microbolometer, a voltage through which a DC component current flows is input to the gate of the first source follower,상기 바이어스 전압발생기에서 출력되는 바이어스 전압은 상기 제2 소스팔로워의 게이트에 입력되는 것인, 적외선 검출기.And a bias voltage output from the bias voltage generator is input to a gate of the second source follower.적외선 검출기.Infrared detector.
- 제 2 항에 있어서,The method of claim 2,상기 바이어스 전압은 DC 성분과 변조성분을 포함하는, 적외선 검출기.The bias voltage comprises a DC component and a modulation component.
- 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein상기 바이어스 전압은 DC 성분과 변조성분을 포함하거나 변조성분만을 포함하는, 적외선 검출기.Wherein said bias voltage comprises a DC component and a modulation component or comprises only a modulation component.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 5,상기 바이어스 전압발생기에서 출력되는 바이어스 전압은 검출시간 동안 전압이 감소하는 것인, 적외선 검출기.The bias voltage output from the bias voltage generator is that the voltage during the detection time, the infrared detector.
- 제 6 항에 있어서,The method of claim 6,상기 바이어스 전압발생기에서 출력되는 바이어스 전압은 검출시간 동안 전압이 선형적으로 감소하는 것인, 적외선 검출기.The bias voltage output from the bias voltage generator is an infrared detector, the voltage decreases linearly during the detection time.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 5,상기 바이어스 전압발생기는, 검출시간 동안 상기 액티브 셀의 마이크로 볼로미터의 자기 가열에 의한 저항값 감소에 따른 전류 증가분을 상쇄하는 전류가 상기 스키밍 셀에 흐르도록 하는 바이어스 전압을 출력하는 것인, 적외선 검출기.And the bias voltage generator outputs a bias voltage for causing a current flowing in the skimming cell to cancel a current increase due to a decrease in resistance caused by self heating of the microbolometer of the active cell during a detection time.
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