專利名稱：具有測(cè)輻射熱像素的矩陣熱圖像傳感器和降低空間噪聲的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)輻射熱類(lèi)型的矩陣熱圖像傳感器，其中每一個(gè)像素包括 其值根據(jù)所述像素接收的熱流變化的測(cè)輻射熱電阻器。
背景技術(shù)：
按行和列的形式組織像素并且可以逐行地尋址該矩陣。信號(hào)讀取電路 與像素的每一列相關(guān)聯(lián)并且讀取電路與列的數(shù)目一樣多。在尋址行期間在
每一列上讀取的信號(hào)對(duì)應(yīng)于該行的像素的讀取；在開(kāi)始讀取后續(xù)行的同時(shí)， 存儲(chǔ)所述信號(hào)并且隨后通過(guò)多路復(fù)用器從矩陣中提取所述信號(hào)。
在尋址行期間，對(duì)測(cè)輻射熱電阻器施加偏置電壓，但測(cè)輻射熱電阻器 的值根據(jù)其溫度變化；溫度一方面取決于偏置電壓，另一方面取決于像素 接收的熱流；其結(jié)果是，經(jīng)過(guò)電阻器的電流具有共模分量和取決于像素接 收的熱流的分量。
通常，為了從電流中減少或消除共模分量，從經(jīng)過(guò)測(cè)輻射熱電阻器的 電流中減去補(bǔ)償電流。例如，補(bǔ)償電流等于當(dāng)測(cè)輻射熱電阻器接收平均熱 流時(shí)經(jīng)過(guò)其的電流；按照這種方式，根據(jù)熱流變化為高于平均熱流或低于 平均熱流，由所述減法產(chǎn)生的差動(dòng)電流做正變化或負(fù)變化。例如，平均熱 流可以是在環(huán)境溫度下黑體像素接收的流。
將源于所述減法的剩余電流傳輸?shù)脚c像素所在的列相關(guān)聯(lián)的讀取電 路，并且將該電流積分到形成讀取電路一部分的積分電容器中；該積分產(chǎn) 生代表在積分期間由像素接收的熱流的電壓。積分周期略小于尋址所討論 的行的周期。特別地，如果尋址周期持續(xù)64微秒，則積分周期可以為50 微秒。
在對(duì)于被尋址的行的所有像素共用的積分周期結(jié)束時(shí)，存儲(chǔ)讀取電路 的輸出信號(hào)值，例如，通過(guò)使積分電容器的電荷或一小部分電荷流入與所 討論的列的讀取電路相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)電容器中。在尋址后續(xù)行的過(guò)程發(fā)生時(shí)，例如在模擬多路復(fù)用器的幫助下，從存 儲(chǔ)電容器中提取全部存儲(chǔ)的信號(hào)，其中所述模擬多路復(fù)用器在矩陣的輸出 總線上連續(xù)地提供存儲(chǔ)在存儲(chǔ)電容器上并且對(duì)應(yīng)于剛剛被讀取的行的像素 的所有信號(hào)。還可以設(shè)想該讀取電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以將讀取的電壓轉(zhuǎn) 換為數(shù)字形式。在這種情況下，多路復(fù)用器自然為數(shù)字形式。
測(cè)輻射熱像素矩陣面臨的關(guān)鍵問(wèn)題是電阻器值的巨大技術(shù)差量，其引 起對(duì)統(tǒng)一熱照明的響應(yīng)的巨大差量。例如，在將會(huì)面臨的同一個(gè)矩陣上，
在300K的溫度下，對(duì)于在該溫度下為500千歐姆的理論標(biāo)稱值的電阻器， 具有從450千歐姆到550千歐姆的值，g卩，差量約為10%。
由于在熱照明的有效范圍內(nèi)電阻器的變化只是幾千歐姆，可以設(shè)想， 在開(kāi)始時(shí)幾十千歐姆的差量會(huì)很不方便；特別地，隨后從矩陣提取的信號(hào) 將相比于希望檢測(cè)的熱圖像而代表更多的制造測(cè)輻射熱電阻器的技術(shù)差 量。因此，圖像被淹沒(méi)在非常巨大的固定空間噪聲中，使其成為不可讀。
為此，在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出-在校準(zhǔn)階段期間，數(shù)字化地確定固定空間噪聲，
-然后，在校準(zhǔn)階段之外，從有效載荷信號(hào)中減去該噪聲。
信號(hào)的處理是數(shù)字形式的。在校準(zhǔn)階段期間，在統(tǒng)一熱照明時(shí)將每個(gè) 像素的響應(yīng)確定為數(shù)字值。隨后，從像素的響應(yīng)中系統(tǒng)地減去像素的響應(yīng) 與希望的理論響應(yīng)(可以是所有像素的響應(yīng)平均值)之間的差值。這是源 于每一個(gè)像素的數(shù)字化信號(hào)的單獨(dú)加法校正。
如果希望加強(qiáng)空間噪聲的抑制，還可以進(jìn)行乘法校正；通過(guò)不同于第 一統(tǒng)一熱照明的第二統(tǒng)一熱照明對(duì)所有像素進(jìn)行照明。對(duì)于每一個(gè)像素， 根據(jù)所述熱流推斷響應(yīng)變化的一般斜率(已經(jīng)通過(guò)加法校正將其校正為水 平)。并且隨后對(duì)源于每一個(gè)像素的信號(hào)進(jìn)行校正以使得經(jīng)過(guò)雙重校正(加 法校正和乘法校正)的信號(hào)的變化斜率對(duì)于所有像素都相同。
然而，實(shí)際上，該雙重校正在應(yīng)用上很麻煩，并且在公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù) 實(shí)踐中，通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)應(yīng)用，其中所述計(jì)算機(jī)接收來(lái)自傳感器的圖像并且 為了消除其中的空間噪聲而對(duì)其進(jìn)行完全再處理；計(jì)算能力的成本很可觀
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的建議是以一種方式修改矩陣傳感器，使得可以在從矩陣 提取信號(hào)之前減小甚至消除空間噪聲，從而不必對(duì)源于熱成像儀的信號(hào)進(jìn) 行數(shù)字化再處理。
為此，本發(fā)明提出一種矩陣熱圖像傳感器，其包括可以被逐行尋址的 像素的行和列的矩陣以及一行信號(hào)讀取電路，所述信號(hào)讀取電路的每一個(gè) 與像素的列相關(guān)聯(lián)以在尋址所述行的同時(shí)連續(xù)地接收源于所述列的像素的
電流，所述矩陣的每一個(gè)像素包括其值Rb取決于所述像素接收的熱流的測(cè) 輻射熱電阻器，所述電阻器通過(guò)具有值Vpol的偏置電壓被偏置，所述讀取 電路包括積分電路以將經(jīng)過(guò)所述測(cè)輻射熱電阻器的電流Vpol/Rb與補(bǔ)償電 流之間的差值積分到積分電容器，所述傳感器的特征在于，對(duì)于所述矩陣 的每一列，所述傳感器包括反饋回路和模擬靈敏度調(diào)整電路，所述反饋回 路起始于所述列的所述像素共用的所述讀取電路的所述積分電容器并且終 止于專用于每一個(gè)像素且位于所述像素中的調(diào)整電容器，以在所述調(diào)整電 容器中存儲(chǔ)專用于所述像素的調(diào)整電壓，所述模擬靈敏度調(diào)整電路位于所 述像素中并且響應(yīng)于所述調(diào)整電壓進(jìn)行操作以在讀取所述像素所屬的所述 行時(shí)修改所述測(cè)輻射熱電阻器的所述偏置電壓，所述反饋回路包括用于存 儲(chǔ)由所述讀取電路提供的模擬電壓VS的存儲(chǔ)電容器、所討論的所述列的所 述像素共用的基準(zhǔn)電容器、用于將所述基準(zhǔn)電容器預(yù)充電為確定的電壓值 的裝置、用于將代表所述確定的電壓與由所述讀取電路提供的所述模擬電 壓之間差值的電荷加到所述基準(zhǔn)電容器的裝置、以及用于將相應(yīng)的電荷加 到所述調(diào)整電容器以根據(jù)位于所述基準(zhǔn)電容器端子處的所述模擬電壓而增 加或降低位于所述調(diào)整電容器端子處的電壓的裝置。
因此，所述調(diào)整電容器將接收專用于每一個(gè)像素的調(diào)整電壓，并且將 在所述傳感器的使用期間保持該電壓，直到有新的值施加到其上。
本發(fā)明還涉及用于降低矩陣熱圖像傳感器中的固定空間噪聲的方法， 其中所述傳感器包括可以被逐行尋址的像素的行和列的矩陣以及一行信號(hào) 讀取電路，所述信號(hào)讀取電路的每一個(gè)與像素的列相關(guān)聯(lián)以在尋址所述行 的同時(shí)連續(xù)地接收源于所述列的像素的電流，所述矩陣的每一個(gè)像素包括 其值Rb取決于所述像素接收的所述熱流的測(cè)輻射熱電阻器，所述電阻器通 過(guò)具有值Vpol的偏置電壓被偏置，所述讀取電路包括積分器以將經(jīng)過(guò)所述測(cè)輻射熱電阻器的所述電流Vpol/Rb與補(bǔ)償電流之間的差值積分到具有值 Cint的積分電容器，所述方法的特征在于， -測(cè)量源于像素的模擬電壓VS,
-將取決于所述測(cè)量的電壓的電平的帶符號(hào)的電荷量加到專用于所述 像素且位于所述像素中的調(diào)整電容器，
-基于存儲(chǔ)在所述調(diào)整電容器上的所述電壓，向位于所述像素中并且在 讀取所述像素所屬的所述行時(shí)作用于所述偏置電壓Vpol的調(diào)整電路發(fā)出指 令。
可以在校準(zhǔn)階段期間產(chǎn)生所述調(diào)整電壓，在所述校準(zhǔn)階段期間，所述 矩陣接收統(tǒng)一熱照明，并且在所述校準(zhǔn)階段期間，在所述調(diào)整電容器上建 立電壓以使得所有像素對(duì)于該統(tǒng)一照明值提供同一個(gè)輸出信號(hào)。因此，所 述調(diào)整電容器對(duì)于每一個(gè)像素保持適合于該像素的靈敏度校正電平。可以 一次性地執(zhí)行或周期性地執(zhí)行該校準(zhǔn)階段。在統(tǒng)一溫度處使用固定圖像的 校準(zhǔn)階段之后，可以固定對(duì)于每一個(gè)像素確定的所述調(diào)整值，但如將看到 的，也可以允許取決于正常使用中接收的圖像的變化。在第一種情況下， 提供用于在校準(zhǔn)階段期間允許所述反饋回路的操作(即，對(duì)所述調(diào)整電容 器的所述電荷的操作)并且在校準(zhǔn)階段之后的使用階段期間阻止所述操作 的裝置。在第二種情況下，所述反饋回路始終操作。
如果與為所有像素提供統(tǒng)一照明的熱源一起使用校準(zhǔn)階段，則優(yōu)選地 可以通過(guò)時(shí)間常數(shù)為幾秒鐘(幾十個(gè)圖像)的累進(jìn)方法進(jìn)行處理。在這種 情況下，在校準(zhǔn)階段期間循環(huán)地測(cè)量模擬電壓VS并且加到所述調(diào)整電容器 的所述電荷量為很小的電荷量，以使得所述調(diào)整電路以很小的百分比，優(yōu) 選地小于10%，修改對(duì)于給定照明由所述像素提供的電壓差值VS-Vgris， 所述Vgris為對(duì)應(yīng)于由像素提供的所述模擬電壓的基準(zhǔn)電壓值，所述像素具 有對(duì)于用于所述校準(zhǔn)的所述熱源的平均照明的所有像素的希望靈敏度。
還可以不使用校準(zhǔn)階段并且僅使用具有較長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)的所述調(diào)整電壓 的從屬作用，以使得所述調(diào)整電壓逐漸地匹配于像素靈敏度的平均值，出 于統(tǒng)計(jì)學(xué)原因，對(duì)于大量圖像之后的所有像素，該像素靈敏度的平均值都 相同。
"較長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)"意味著至少一百個(gè)連續(xù)圖像的讀取周期，優(yōu)選地為幾百個(gè)連續(xù)圖像。
在這種情況下，在傳感器的正常使用期間測(cè)量模擬電壓vs并且加到所
述調(diào)整電容器的電荷量為很小的電荷量，以使得所述調(diào)整電路以更小的百 分比，優(yōu)選地小于1%，修改對(duì)于給定照明由所述像素提供的電壓差值
VS-Vgris，其中該Vgris為對(duì)應(yīng)于由像素提供的所述模擬電壓的基準(zhǔn)電壓值， 所述像素具有對(duì)于平均照明的所有像素的希望靈敏度。
最后，可以使用具有短時(shí)間常數(shù)和統(tǒng)一屏幕的校準(zhǔn)階段，以快速地接 近其中所有像素都具有相同靈敏度的狀態(tài)，然后使用具有長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)的從 屬作用，其使用由正常使用的傳感器接收的連續(xù)圖像以繼續(xù)沿朝向匹配于 所有像素共用的像素靈敏度的平均值來(lái)調(diào)節(jié)每一個(gè)像素的所述調(diào)整電壓。
優(yōu)選地，由所述靈敏度調(diào)整電路調(diào)節(jié)的值為值Vpol，即在所述行的尋
址期間施加到所述測(cè)輻射熱電阻器的所述模擬偏置電壓；然后，所述靈敏 度調(diào)整電路專用于所述像素，并且與所述靈敏度調(diào)整電路類(lèi)似，所述調(diào)整 電容器在地理位置上位于所述像素本身中。
所述靈敏度調(diào)整電路優(yōu)選地包括作為電壓跟隨器安裝的晶體管，其源 極連接到所述測(cè)輻射熱電阻器并且其柵極連接到所述調(diào)整電容器。
所述測(cè)輻射熱電阻器優(yōu)選地連接在所述晶體管的源極與所述矩陣的所 有像素共用的固定電勢(shì)之間。所述晶體管的漏極經(jīng)由行尋址開(kāi)關(guān)連接到其 上施加有所述補(bǔ)償電流(Icomp)的列導(dǎo)線。
實(shí)際上，可以提供下列設(shè)置將由所述讀取電路提供的模擬電壓VS存 儲(chǔ)在存儲(chǔ)電容器中并且所述反饋回路包括所討論的所述列的所述像素共用 的基準(zhǔn)電容器、用于將該電容器預(yù)充電為確定的電壓值的裝置、用于將代 表所述確定的電壓和由所述讀取電路提供的模擬電壓VS之間差值的電荷 加到所述基準(zhǔn)電容器的裝置、以及用于將相應(yīng)的電荷加到所述調(diào)整電容器 以根據(jù)所述讀取電路的所述模擬電壓而增加或降低所述調(diào)整電容器的端子 處的電壓的裝置。
用在所述反饋回路中的所述存儲(chǔ)電容器可以與位于所述電流積分電路 的輸出處并且在所述讀取行之后且尋址后續(xù)行期間用于保持信號(hào)信息VS 的項(xiàng)的電容器相同。但是所述存儲(chǔ)電容器也可以是具有較小值的輔助電容 器，其從所述積分電路接收輸出信息VS的相同項(xiàng)。優(yōu)選地，將所述靈敏度調(diào)整電容器和相應(yīng)的調(diào)整電路置于所述像素本 身中，但是也可以設(shè)想將所述調(diào)整電容器置于所述像素矩陣之外并且其本 身以矩陣形式組織(對(duì)應(yīng)于所述像素矩陣的各自像素的電容器矩陣的調(diào)整 電容器)的實(shí)施例。然后，提供尋址裝置以在傳感器的使用期間對(duì)應(yīng)于像 素行的尋址而尋址所述調(diào)整電容器的行。
優(yōu)選地，所述反饋電路包括用于在使用階段以所述讀取電路的所述模
擬輸出電壓vs與用于定義對(duì)于平均照明的所述像素的希望靈敏度的基準(zhǔn) 電壓(Vgris)之間差值的一小部分(一般小于1%)增加所述調(diào)整電容器的 所述電壓的裝置，以使得所述調(diào)整電容器的所述電壓緩慢地穩(wěn)定于平均值 附近；所述平均值使得所述像素對(duì)于作為在使用期間接收的照明平均值的 照明提供所述基準(zhǔn)電壓。從統(tǒng)計(jì)學(xué)上來(lái)說(shuō)，該平均值對(duì)于所有像素都相同。


通過(guò)閱讀下列結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得 明顯，其中
圖l代表測(cè)輻射熱矩陣紅外傳感器的一般框圖2代表傳感器的像素以及位于列底部的信號(hào)讀取電路的細(xì)節(jié)；
圖3代表具有反饋回路的列的結(jié)構(gòu)，其可以調(diào)節(jié)像素的靈敏度；
圖4代表圖3的可變實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了被設(shè)計(jì)以產(chǎn)生代表熱圖像的信號(hào)的矩陣傳感器的示意圖， 該熱圖像通過(guò)其傳感器為靈敏元件的紅外照相機(jī)獲取。
傳感器包括對(duì)紅外線靈敏的像素的行和列的矩陣。將位于第i行與第j
列交叉點(diǎn)處的像素Pi，j連接到用于連接該行所有像素的至少一條行導(dǎo)線Li 并且可以將該像素Pi，j連接到用于連接該列所有像素的列導(dǎo)線Cj。
行導(dǎo)線Li用于尋址像素的行；行尋址電路ADL連續(xù)地尋址矩陣的不 同行并且第i行的尋址產(chǎn)生該行的每一個(gè)像素到對(duì)應(yīng)于該像素的列導(dǎo)線的 有效連接。在每一列的底部設(shè)置有讀取電路，對(duì)于第j列的讀取電路由CLj 表示，其能夠讀取通過(guò)被尋址的行像素施加到相應(yīng)的列導(dǎo)線Cj的信號(hào)。多路復(fù)用器MUX接收所有讀取電路CLj的輸出并且使得可能快速地提 供給源于每一個(gè)讀取電路的輸出SV信號(hào)。例如，多路復(fù)用器MUX向輸出 SV傳輸按照列的順序的一連串信號(hào)，每一個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)于各自的列；高速傳 輸該一連串信號(hào)以使得在尋址該矩陣行結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的所有信號(hào)在尋址矩陣 的后續(xù)行期間被傳輸?shù)捷敵鯯V。
圖2代表單個(gè)像素Pij的基本示意圖，其靈敏元件為測(cè)輻射熱元件。
由電阻器Rb表示測(cè)輻射熱元件，該電阻器Rb的值根據(jù)其溫度變化并 且其溫度根據(jù)接收的紅外輻射流的積分顯著變化。
在后面的所有描述中，使用相同的名稱(例如，Rb)表示電阻性(或 電容性)硬件對(duì)象或該對(duì)象的數(shù)字值(電阻或電容)。
測(cè)輻射熱電阻器Rb具有連接到基準(zhǔn)電勢(shì)VR (對(duì)于矩陣的所有像素共 用)的第一端和連接到晶體管T1的源極的第二端，該晶體管T1的柵極接 收電勢(shì)VG。晶體管T1的漏極通過(guò)開(kāi)關(guān)K1連接到列導(dǎo)線Cj。通過(guò)行導(dǎo)線 Li控制開(kāi)關(guān)Kl;該幵關(guān)在像素Pij與列導(dǎo)線Cj之間建立或斷開(kāi)連接；通 過(guò)在尋址行Li時(shí)關(guān)斷開(kāi)關(guān)Kl而建立連接；通過(guò)在未尋址行時(shí)打開(kāi)開(kāi)關(guān)Kl 而斷開(kāi)連接。
由于列導(dǎo)線Cj的電勢(shì)隨后大于基準(zhǔn)電勢(shì)VR并且由于選擇電勢(shì)VG以 比電勢(shì)VR大至少一個(gè)值VT,所以晶體管T1在尋址該行期間導(dǎo)通；VT為 晶體管Tl的閾值電壓并且通常為0.6伏特。
在尋址行Li期間，電阻器Rb將在其端子之間接收偏置電壓Vpol= (VG-VT-VR)并且因此將有測(cè)量電流Im流過(guò)所述電阻器，Im=(Vpol/Rb)。
該電流引自電阻器通過(guò)晶體管Tl和開(kāi)關(guān)Kl連接到其上的列導(dǎo)線Cj。
此外，從位于列頂部的電源將補(bǔ)償電流Icomp在列的頂部處施加到列 導(dǎo)線Cj。如即將看到的，列的底部保持為基準(zhǔn)電勢(shì)Vref。如果通過(guò)定值電 阻器Rcomp將預(yù)定電壓Vcomp施加到列導(dǎo)線，則列頂部的補(bǔ)償電流為 Icomp= (Vcomp-Vref) /Rcomp?？梢酝ㄟ^(guò)不同于對(duì)定值電阻器施加定值電 壓的方式來(lái)產(chǎn)生電流Icomp:特別地，可以通過(guò)具有已知值Icomp的電流源 對(duì)其進(jìn)行固定。
在列的底部處，將列導(dǎo)線Cj連接到與第j列相關(guān)聯(lián)的測(cè)量電路CLj。 該電路將測(cè)量經(jīng)過(guò)該列導(dǎo)線到列底部的剩余電流Id。該剩余電流Id為電流Icomp與測(cè)量電流Im之間的差值，所述測(cè)量電流Im在將像素連接到列導(dǎo) 線時(shí)由該像素引起。
因此，測(cè)量的剩余電流為Id-Icomp-Im，否則
Id=Icomp-Vpol/Rb
讀取電路CLj包括電流積分電路，其在為該像素行的測(cè)量保留的周期 TV期間對(duì)該剩余電流進(jìn)行積分。實(shí)際上，在尋址后續(xù)行之前，在略長(zhǎng)于周 期TY的周期期間對(duì)行Li進(jìn)行尋址，但是僅在周期TY期間進(jìn)行積分；例如， 對(duì)于64微秒的行尋址周期，周期TY為50微秒。在下文中，如果是感興趣 的行，則認(rèn)為熱流的積分在時(shí)刻0開(kāi)始并且在時(shí)刻TY結(jié)束。
電流積分電路包括具有值Cint的電流積分電容器并且該電流積分電路 向該電容器的端子提供與剩余電流Id的積分成比例的電壓Vci: PW = 1 / C int f [印o/ / i 6 - /cowp]力。
作為示例，積分電路包括運(yùn)算放大器AOP，所述運(yùn)算放大器AOP的同 相輸入端接收基準(zhǔn)電勢(shì)Vref并且其反相輸入端連接到列Cj以從其接收剩余 電流Id。電容器Cint連接在運(yùn)算放大器AOP的反相輸入端和輸出端之間。 連接在電容器的端子之間的開(kāi)關(guān)K2使得能夠短路積分電容器Cint，并且因 此能夠在定義周期為T(mén),的新積分開(kāi)始的零基準(zhǔn)時(shí)刻使該電容器端子處的電 壓為零。因此，在用于尋址先前行的周期結(jié)束時(shí)(或者在用于尋址行Li的 周期開(kāi)始時(shí))，短暫地(例如，持續(xù)4微秒)關(guān)斷開(kāi)關(guān)K2，并且在對(duì)于每 一行定義信號(hào)測(cè)量周期開(kāi)始的時(shí)刻0打開(kāi)開(kāi)關(guān)K2。通過(guò)打開(kāi)開(kāi)關(guān)K2，允 許開(kāi)始到電容器的積分。
按照傳統(tǒng)方式，由于具有大增益和大輸入阻抗并且經(jīng)由反饋電容器形 成回路的運(yùn)算放大器AOP的存在，可以認(rèn)為，連接到運(yùn)算放大器反相輸入 端的列導(dǎo)線Cj的電勢(shì)保持等于施加到同相輸入端的電勢(shì)Vref。這就是前面 提到的列導(dǎo)線Cj的電勢(shì)等于基準(zhǔn)電勢(shì)Vref的原因。
因此，在積分周期結(jié)束時(shí)，存在于運(yùn)算放大器的輸出S處的電勢(shì)VS 為電勢(shì)Vref與電勢(shì)Vci之和
VS = Vref+Vci，否貝廿 KS = Fre/ +1 / C int f [&o/ /朋—/co附p]必放大器的輸出S經(jīng)由開(kāi)關(guān)K3連接到存儲(chǔ)電容器Cst，該存儲(chǔ)電容器Cst 的功能是在積分周期結(jié)束之后并且在讀取后續(xù)行期間存儲(chǔ)電壓VS的值。積 分周期即將結(jié)束時(shí)短暫地(例如，持續(xù)l微秒)關(guān)斷開(kāi)關(guān)K3，并且隨后在 時(shí)刻TY重新打開(kāi)開(kāi)關(guān)K3，其中所述時(shí)刻T,標(biāo)志著一行積分周期的結(jié)束。 存儲(chǔ)電容器Cst端子處的電壓等于在時(shí)刻TY處通過(guò)電壓VS達(dá)到的值。
通過(guò)高阻抗輸入緩沖放大器將存儲(chǔ)電容器Cst端子處的電壓施加到多 路復(fù)用器MUX的第j級(jí)的各自輸入端(以防止電容器的電荷損失)。多路 復(fù)用器可以在為讀取源于行Li的像素保留的時(shí)隙期間，即在尋址第i+l級(jí) 的后續(xù)行的時(shí)隙期間，的任意時(shí)刻傳輸對(duì)應(yīng)于該電壓的信號(hào)。
因此，在該測(cè)輻射熱矩陣傳感器結(jié)構(gòu)中，將通過(guò)多路復(fù)用器傳輸?shù)臏y(cè) 量信號(hào)與下述量VS成比例-
<formula>formula see original document page 13</formula>
或者
<formula>formula see original document page 13</formula>
優(yōu)選地，通過(guò)操作Vcomp和Rcomp來(lái)選擇補(bǔ)償電流Icomp，以使得在 基準(zhǔn)溫度下的剩余電流Id為O。例如，該基準(zhǔn)溫度為300K的環(huán)境溫度。因 此，在環(huán)境溫度下，并且對(duì)于在300K下具有希望的標(biāo)稱電阻RbO的理想像 素而言，選擇參數(shù)VG、 VR和Icomp以使得(VG-VT-VR)/RbO = Icomp。通 過(guò)技術(shù)固定VT。可以自由選擇VG、 VR和Icomp。因此，該理想像素將提 供具有以Vref為中心的電壓VS的信號(hào)當(dāng)該像素暴露于高于300K的溫度 時(shí)電壓VS高于Vref，并且當(dāng)該像素暴露于低于300K的溫度時(shí)電壓VS低 于Vref 。
但是，正如先前所述的，Rb為高的技術(shù)差量，并且在基準(zhǔn)溫度下，對(duì) 于矩陣的不同像素可能具有與標(biāo)稱值RbO相差很多的值。
這里討論的傳感器結(jié)構(gòu)是具有逐行尋址的結(jié)構(gòu)只有在尋址該行時(shí)(一 般小于64微秒)才通過(guò)偏置電流驅(qū)動(dòng)像素。這就是在那時(shí)在電阻器Rb中 提供相對(duì)較強(qiáng)的偏置電流的原因。然后，相對(duì)于通過(guò)將像素暴露于紅外輻 射中產(chǎn)生的電流變化，該電流的影響相當(dāng)大。例如，由于技術(shù)差量，電阻 器的標(biāo)稱值變化15%，而根據(jù)接收的最小照明和最大照明之間的照明，電 阻器僅改變1%。因此，該差量極大地破壞了在傳感器上獲得相對(duì)于接收的照明具有實(shí)際意義的圖像。
本發(fā)明提出在專用于該像素的模擬靈敏度調(diào)整電路的幫助下單個(gè)校正 每一個(gè)像素，該調(diào)整電路反應(yīng)于存儲(chǔ)在調(diào)整電容器中的調(diào)整電壓值。通過(guò) 反饋電路提供該電壓值，其中所述反饋電路接收來(lái)自列位于列底部的測(cè)量
電路的信息項(xiàng)并且向?qū)Ｓ糜谠撓袼氐恼{(diào)整電容器提供電荷；可以在存在于 傳感器矩陣的統(tǒng)一照明(優(yōu)選地為在例如300K的基準(zhǔn)溫度下的照明)中的 校準(zhǔn)階段期間顯著地(并非強(qiáng)制地)提供調(diào)節(jié)值。
因此，在基準(zhǔn)溫度下具有電阻器Rbij0的像素Pi，j將使得可以經(jīng)由反饋 回路在專用于該像素(但不必在地理位置上位于該像素本身內(nèi))的調(diào)整電 容器上建立電壓。對(duì)于基準(zhǔn)熱流(或溫度)的照明，存儲(chǔ)在該電容器上的 電壓值使得位于列底部的測(cè)量電路的輸出具有預(yù)定值，這對(duì)于所有像素相 同。反饋電路能夠自校正并且調(diào)整電容器上的電壓被逐漸建立，以使得所 有像素在一定時(shí)間結(jié)束時(shí)對(duì)于基準(zhǔn)熱流提供相同的測(cè)量信號(hào)，即使其阻值 Rbij0在由該流產(chǎn)生的溫度下彼此不同。
本發(fā)明提出專用于該像素的調(diào)整電路作用于下列參數(shù)之一 VG、 Vref、 Tl、 Icomp，優(yōu)選地為在尋址行期間定義測(cè)輻射熱電阻器的 偏置電壓的VG。
具有控制其的調(diào)整電容器的調(diào)整電路不必位于像素本身內(nèi)，但相對(duì)于 那些具有位于像素外的調(diào)整電容器的實(shí)施例，調(diào)整電容器位于像素內(nèi)的實(shí) 施例是有利的。
關(guān)于這個(gè)主題，對(duì)每個(gè)像素中的電壓VG釆取行動(dòng)的實(shí)施例是尤其有 利的。并且現(xiàn)在將參照?qǐng)D3描述該實(shí)施例。矩陣網(wǎng)絡(luò)的整體構(gòu)成與圖1和 圖2中的相同，并且下面將說(shuō)明由本發(fā)明加入的特定特征。與圖2中標(biāo)號(hào) 相同的元件與圖2的元件相同。
由Ca表示專用于該像素并且位于該像素中的調(diào)整電容器。調(diào)整電路簡(jiǎn) 單地由已經(jīng)在圖2中出現(xiàn)的晶體管Tl組成；由于將晶體管安裝為跟隨器并 且在一個(gè)閾值電壓降VT之內(nèi)，其源極電壓直接跟隨其柵極電壓，因此晶體 管起到調(diào)整電路的作用。該柵極電壓現(xiàn)在是調(diào)整電容器Ca上的調(diào)整電壓， 其中所述調(diào)整電容器Ca安裝在晶體管Tl的柵極和接地零電勢(shì)之間?？赡?將晶體管Tl的柵極-基底電容器認(rèn)為是調(diào)整電容器Ca的一部分。如先前解釋的，調(diào)整電壓或跟隨器晶體管的柵極電壓VG直接確定測(cè) 輻射熱電阻器的偏置電壓-
Vpol = VG-VT-VR， VG現(xiàn)在為能夠?qū)τ诿恳粋€(gè)像素單獨(dú)變化的電壓。
圖3代表兩個(gè)相鄰的像素Pi，j和Pi-l，j，每一個(gè)像素包括通過(guò)跟隨器晶 體管偏置的測(cè)輻射熱電阻器；測(cè)輻射熱電阻器Rb連接在跟隨器晶體管的源 極和所有像素共用的基準(zhǔn)電勢(shì)VR端之間?？梢哉J(rèn)為晶體管的閾值電壓VT 對(duì)于所有像素都相同。
用于在電容器Ca上建立適當(dāng)?shù)恼{(diào)整電壓的反饋電路包括電荷增長(zhǎng)電路 CQ,其功能是讀取行之后，將帶符號(hào)的電荷量加到調(diào)整電容器，當(dāng)像素的 靈敏度不同于所有像素希望的標(biāo)稱靈敏度時(shí)，所述帶符號(hào)的電荷量較大。 所述電荷量為正或者為負(fù)，并且將其加到先前存儲(chǔ)在調(diào)整電容器上的電荷 量。這樣加得的電荷量的符號(hào)使得像素的靈敏度更接近于希望的標(biāo)稱靈敏 度。
為了確定要增加或減少的電荷量，增長(zhǎng)電路CQ用于控制由讀取電路 CLj在讀取所述行結(jié)束時(shí)并且因此在定義讀取結(jié)束的時(shí)刻H之后收集的電 壓VS的電平。對(duì)于給定照明，該電平就是代表像素靈敏度的電平。
然而，為了在電容器Ca上逐漸地而不是瞬間地建立調(diào)整電壓的電平， 該方法優(yōu)選地按照下列方式以很小的增量進(jìn)行將在讀取所述行結(jié)束時(shí)存 儲(chǔ)在存儲(chǔ)電容器Cst中的電壓電平VS施加到被預(yù)充電為平均電壓電平的較 大尺寸的電容器Cdiv，下面將解釋所述平均電壓并且在本示例中將其稱為 Vgirs。 Vgris優(yōu)選地等于Vref。優(yōu)選地在用于電流積分的周期Tl結(jié)束時(shí)的 短暫時(shí)隙期間執(zhí)行預(yù)充電。在該時(shí)隙期間，開(kāi)關(guān)K5將電容器Cdiv連接到 電壓基準(zhǔn)Vgris。開(kāi)關(guān)K5的控制實(shí)際上與開(kāi)關(guān)K3的控制同時(shí)。
在電容器Cdiv的預(yù)充電之后，將存在于存儲(chǔ)電容器Cst端子處的電壓 施加到該電容器，該電壓表示在讀取像素結(jié)束時(shí)的輸出電壓VS。開(kāi)關(guān)K4 用于將電容器Cst連接到電容器Cdiv。短暫地關(guān)斷開(kāi)關(guān)K4并且該關(guān)斷可以 僅在重新打開(kāi)開(kāi)關(guān)K5之后執(zhí)行。
電容器Cdiv的作用是構(gòu)成一種電容性分配器以使得由于預(yù)充電而初始 處于Vgris的電容器Cdiv端子處的電壓增長(zhǎng)為VS與Vgris差值的一小部分。 更精確地，電壓從Vgris變化為Vgris + (VS - Vgris) Cst/(Cst+Cdiv)
因此，如果電壓VS等于Vgris，則預(yù)充電的電容器Cdiv上的電壓就沒(méi) 有增加或降低。但是，如果電壓VS高于或低于Vgris，則電容器Cdiv端子 處的電壓略微地改變VS與Vgris之間差值的一小部分。
然后，為了與差值(VS-Vgris) 'Cst/(Cst+Cdiv)成比例地修改調(diào)整電容器 Ca的電荷，即與剛剛對(duì)電容器Cdiv進(jìn)行的電壓的小的增加或降低成比例， 將電容器Cdiv端子處的電壓作為控制電壓施加到電荷增長(zhǎng)電路CQ。在圖3 中，將電荷增長(zhǎng)電路表示為在地理位置上位于每一個(gè)像素中。也可以設(shè)想 所有像素共用的增長(zhǎng)電路。
自然地，沿著將像素的靈敏度帶到希望標(biāo)稱值的方向進(jìn)行電容器Ca的 電荷變化。
因此，優(yōu)選地通過(guò)永久地測(cè)量模擬電壓VS并且通過(guò)將少量電荷加到調(diào) 整電容器來(lái)執(zhí)行像素靈敏度的校準(zhǔn)以使得所述調(diào)整電路以很小的百分比修 改對(duì)于給定照明由所述像素提供的電壓差值VS-Vgris,該Vgris為對(duì)應(yīng)于由 對(duì)于平均照明具有希望靈敏度的像素提供的模擬電壓的基準(zhǔn)電壓值。如果 在基于統(tǒng)一照明源的特定校準(zhǔn)階段執(zhí)行該校準(zhǔn)，則"較小百分比" 一定意 味著低于10%，并且如果在使用其自身而沒(méi)有統(tǒng)一照明源期間執(zhí)行該校準(zhǔn)， 則"較小百分比" 一定意味著低于1%或更低。
電容器Cdiv —定要連接到像素的電荷增長(zhǎng)電路，該像素的電壓VS剛 剛被測(cè)量。為此，可以通過(guò)返回導(dǎo)線Cr將電容器Cdiv連接到像素，其中 所述返回導(dǎo)線Cr對(duì)于像素的整個(gè)列(第j列)共用。
只有當(dāng)導(dǎo)線Cr傳送相對(duì)于該像素的電壓信息項(xiàng)時(shí)，而不是在導(dǎo)線Cr 傳送相對(duì)于另外像素上的測(cè)量的信息項(xiàng)時(shí)，像素Pij的增長(zhǎng)電路CQ —定將 電荷傳輸?shù)诫娙萜鰿a。這就是開(kāi)關(guān)K6將電路CQ的輸入連接到導(dǎo)線Cr的 原因，并且只有在尋址行期間才關(guān)斷該開(kāi)關(guān)，而在這之后將其打開(kāi)。
自然地，如果像素PiJ引起導(dǎo)線Cr上的電壓(VS-Vgris) Cst/(Cst+Cdiv)， 則一定要注意是像素Pi，j在尋址第i行結(jié)束時(shí)接收該電壓，而不是先前的像 素或后續(xù)的像素。
根據(jù)信號(hào)的順序，有兩種可能的假設(shè)
-在第一種假設(shè)中，行Li的尋址在定義電容器Cint中電流的積分結(jié)束的時(shí)間Tt處結(jié)束；新的第i+l行的尋址在該時(shí)刻處開(kāi)始；電壓 (VS-Vgris)" Cst/(Cst+Cdiv)只有在周期TL之后在返回導(dǎo)線Cr上可用；在 該假設(shè)中，如圖3中所示，通過(guò)用于尋址第i+l行的控制，而不是通過(guò)用于 尋址第i行的控制，關(guān)斷相應(yīng)的開(kāi)關(guān)K6;因此，即使后續(xù)行的尋址已經(jīng)開(kāi) 始，確實(shí)是像素Pi，j接收由該相同像素的讀取建立的信息項(xiàng)；
-在第二種假設(shè)中，在開(kāi)始尋址后續(xù)行之前，先花時(shí)間將電壓施加到返 回導(dǎo)線Cr，使得能夠隨后通過(guò)對(duì)應(yīng)于像素Pi，j的行導(dǎo)線Li而不是通過(guò)第i+l 級(jí)的導(dǎo)線來(lái)控制開(kāi)關(guān)K6 ;在該第二種假設(shè)中，優(yōu)選地提供輔助存儲(chǔ)電容 器C，st以用于在返回導(dǎo)線Cr上建立電壓，電容器C'st與電容器Cst接收相 同的電壓VS。
第一種假設(shè)用于圖3的框圖中，而第二種假設(shè)用于圖4的框圖中。在 圖4中，通過(guò)相同的標(biāo)號(hào)表示與圖3中共有的元件。
因此，在圖3中，反饋回路在電流積分電路和調(diào)整電容器之間包括 -存儲(chǔ)電容器Cst和開(kāi)關(guān)K3， 二者同時(shí)形成讀取電路CLj的一部分； -電容器Cdiv、復(fù)位電壓Vgris的開(kāi)關(guān)K5、使得在初始化之后可能修 改其電壓的開(kāi)關(guān)K4、將信息項(xiàng)傳輸?shù)较嚓P(guān)像素的返回導(dǎo)線Cr (每列一條)， -在地理位置上位于像素中的開(kāi)關(guān)K6和電荷增長(zhǎng)電路CQ。 在圖4中，通過(guò)開(kāi)關(guān)K6實(shí)現(xiàn)返回導(dǎo)線Cr和像素Pi，j之間的連接，其 中所述開(kāi)關(guān)K6在尋址對(duì)應(yīng)于像素Pi,j的行Li期間關(guān)斷而不是在尋址對(duì)應(yīng) 于像素Pi+l，j的行Li+1期間關(guān)斷。此外，盡管電容器Cst在圖3中起到存 儲(chǔ)要發(fā)送到多路復(fù)用器的電壓VS和控制電容器Cdiv的電壓電平的雙重作 用，但是這兩個(gè)作用現(xiàn)在分離，其第二個(gè)作用被分配給輔助電容器C'st。
由于連接在放大器AOP輸出和電容器C'st之間的開(kāi)關(guān)K7，可以在周 期TL結(jié)束吋的短暫時(shí)刻期間將電容器C'st充電為電壓VS。開(kāi)關(guān)K7與開(kāi)關(guān) K3和開(kāi)關(guān)K5同時(shí)致動(dòng)。開(kāi)關(guān)K4不再連接在電容器Cst和電容器Cdiv之 間，而是連接在電容器C'st和電容器Cdiv之間。電容器Cst隨后可以具有 高于電容器C'st的值。作為示例，在圖4的框圖中，Cst具有l(wèi)皮法的值并 且C'st具有O.l皮法的值，然而為了既能實(shí)現(xiàn)正常使用中存儲(chǔ)像素電平的主 要功能又能實(shí)現(xiàn)在返回導(dǎo)線Cr上產(chǎn)生調(diào)整電壓的輔助功能，在圖3框圖中 的Cst具有0.1皮法的值。在圖4的框圖中，用于在電容器Ca上產(chǎn)生調(diào)整電壓VG的反饋電路主 要包括
-附加電容器C'st和開(kāi)關(guān)K7，這使得可能向其施加源于所述像素的輸 出電壓VS;
-電容器Cdiv、將其重置為電壓Vgirs的開(kāi)關(guān)K5、可以在初始化之后 修改其電壓的開(kāi)關(guān)K4、將信息項(xiàng)傳輸?shù)较嚓P(guān)像素的返回導(dǎo)線Cr (每列一 條)，
-位于像素中的開(kāi)關(guān)K6和電荷增長(zhǎng)電路CQ。
無(wú)論通過(guò)圖3的框圖還是圖4的框圖，應(yīng)該理解，在持續(xù)具有統(tǒng)一照 明的幾十個(gè)圖像的校準(zhǔn)階段期間，所有像素將隨著其調(diào)整電容器Ca逐漸地 充電或放電以補(bǔ)償VS與Vgris之間出現(xiàn)的差值而逐漸地提供等于Vgris的 相同電壓電平VS。 Cst/(Cst+Cdiv)或C'st/(C'st+Cdiv)的電容比值越小，用于 建立調(diào)整電壓的時(shí)間常數(shù)就越長(zhǎng)。
根據(jù)電荷增長(zhǎng)電路CQ的構(gòu)成來(lái)選擇電壓Vgris。特別地，電荷增長(zhǎng)電 路CQ的功能是將電壓(VS-Vgris) Cst/(Cst+Cdiv)轉(zhuǎn)換為與(VS-Vgris)成比 例的電荷量dQ。例如，通過(guò)承認(rèn)以對(duì)稱的方式構(gòu)建該進(jìn)行電壓/電荷轉(zhuǎn)換的 電荷增長(zhǎng)轉(zhuǎn)換電路并且在0伏特的低電源電壓和Vdd的高電源電壓之間提 供該電荷增長(zhǎng)轉(zhuǎn)換電路，可以理解，如果將Vgris選擇為等于Vdd/2，則能 夠簡(jiǎn)單地執(zhí)行與VS-Vgris成比例的電荷量的產(chǎn)生。如果是這種情況(并非 是必須的)，將選擇Vgfis=Vdd/2并且將開(kāi)關(guān)K5連接到例如通過(guò)位于電勢(shì)0 和Vdd之間的電阻性分頻橋而獲得的電壓Vdd/2。
在圖3和圖4的描述中，可以看出，通過(guò)用于控制測(cè)輻射熱電阻器的 晶體管電壓VG的單獨(dú)調(diào)整來(lái)執(zhí)行像素的靈敏度調(diào)整，并且由于在這些實(shí) 施例中Vpol=VG-VT-VR且VT和VR為固定量，該調(diào)整相當(dāng)于調(diào)節(jié)在行的 讀取期間施加到該像素的偏置Vpol。
作為變型，也可以提供調(diào)整電壓以用于控制在尋址對(duì)應(yīng)于相關(guān)像素的 第i級(jí)的行期間施加到列導(dǎo)線的補(bǔ)償電流Icomp。例如，可以在像素中提供 通過(guò)由反饋電路獲得的調(diào)整電壓控制的電流到地的分流。
同樣地，可以為要修改的基準(zhǔn)電壓Vref提供反饋電路，并且可以為每 個(gè)像素提供。但是應(yīng)該理解，在這種情況下，由于電壓Vref不在地理位置上位于像素中，該反饋電路不能返回到像素。這意味著，需要在傳感器矩
陣的本身之外需要提供能夠以與圖3和圖4中的調(diào)整電容器Ca作用于電壓 Vpol相同的方式作用于基準(zhǔn)電壓Vref的調(diào)整電容器網(wǎng)絡(luò)。如果兩個(gè)操作不 同，則既在校準(zhǔn)期間又在正常使用期間，該調(diào)整電容器網(wǎng)絡(luò)與像素的行被 同時(shí)尋址以能夠使特定的調(diào)整電容器對(duì)應(yīng)于給定像素。
另一種可能性存在于對(duì)積分周期丁L進(jìn)行操作，以使得每一個(gè)像素具有 調(diào)節(jié)的積分周期，從而對(duì)于基準(zhǔn)照明，像素的明顯靈敏度對(duì)于所有像素都 相同。特別地，如所見(jiàn)到的，信號(hào)電平VS直接取決于積分周期TL。這里 再次強(qiáng)調(diào)，需要在像素之外提供能夠與測(cè)輻射熱矩陣的行同時(shí)尋址的調(diào)整 電容器的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于每一個(gè)尋址的行(當(dāng)然也對(duì)于在尋址該行期間考慮的 每一列)，每個(gè)電容器都可以作用于讀取電路CLj以調(diào)節(jié)特定的積分時(shí)間。
最后，應(yīng)該記得，具有基準(zhǔn)熱照明屏幕的校準(zhǔn)階段不是必須的，并且 該校準(zhǔn)可以簡(jiǎn)單地存在于使調(diào)整電壓逐漸地具有對(duì)應(yīng)于對(duì)于所有像素的同 一平均靈敏度值的穩(wěn)定值。當(dāng)認(rèn)為在大量圖像上所有像素都一定遵循熱照 明的相同統(tǒng)計(jì)學(xué)分布時(shí)，前述的在像素提供不同于平均基準(zhǔn)Vgris的信號(hào)時(shí) 將小的帶符號(hào)的電荷增量加到調(diào)整電容器的遞歸方法特別地導(dǎo)致所有像素 逐漸地穩(wěn)定于平均靈敏度附近。如果使用這種自動(dòng)校準(zhǔn)方法，則時(shí)間常數(shù) 一定非常大(幾百個(gè)圖像，即至少幾秒鐘)并且結(jié)果電容比值Cst/(Cst+Cdiv) 或C'st/(C'st+Cdiv)—定非常小(優(yōu)選地小于或等于0.01)。對(duì)于像素的每個(gè) 新照明，僅略微地修改存儲(chǔ)在電容器Ca上的調(diào)整電壓VG的情形是有效的。 如果采取混合的方法，即由將整個(gè)矩陣暴露于統(tǒng)一熱流的初始校準(zhǔn)階 段到使用永久自動(dòng)校正的階段，則優(yōu)選地需要提供用于修改兩個(gè)階段之間 的時(shí)間常數(shù)的裝置(校準(zhǔn)越短，例如10個(gè)圖像到50個(gè)圖像的周期，則使 用越長(zhǎng)，例如100個(gè)圖像到500個(gè)圖像)；可以通過(guò)使用具有不同值的另一 電容器替換電容器C'st來(lái)進(jìn)行該修改。
如果暴露于統(tǒng)一基準(zhǔn)熱流的校準(zhǔn)方法為唯一使用的方法(優(yōu)選地，時(shí) 間常數(shù)非常短(小于1秒鐘或幾十個(gè)圖像))，則需要提供在校準(zhǔn)階段允許 反饋回路的操作并且隨后在使用階段阻止該反饋回路的操作的裝置(在圖3 和圖4中未示出)。在校準(zhǔn)階段期間產(chǎn)生的調(diào)整電壓在使用階段期間保持在 電容器Ca上，直到新的校準(zhǔn)階段。
權(quán)利要求
1、一種矩陣熱圖像傳感器，包括具有多行和多列像素的矩陣以及一行信號(hào)讀取電路(CLj)，所述具有多行和多列像素的矩陣可以被逐行尋址并且所述一行信號(hào)讀取電路的每一個(gè)與像素的列相關(guān)聯(lián)以在尋址所述行時(shí)連續(xù)地接收源于所述列的像素(Pi，j)的電流，所述矩陣的每一個(gè)像素包括其值Rb取決于由所述像素接收的所述熱流的測(cè)輻射熱電阻器，所述電阻器利用具有值Vpol的偏置電壓來(lái)進(jìn)行偏置，所述讀取電路包括積分電路以將經(jīng)過(guò)所述測(cè)輻射熱電阻器的電流Vpol/Rb與補(bǔ)償電流之間的差值積分到積分電容器中，所述傳感器的特征在于，對(duì)于所述矩陣的每一列，所述傳感器包括反饋回路(K4、Cdiv、Cr、K6、CQ)和模擬靈敏度調(diào)整電路(T1)，所述反饋回路起始于所述列的所述像素共用的所述讀取電路的所述積分電容器并且終止于專用于每一個(gè)像素且位于所述像素中的調(diào)整電容器(Ca)，以在所述調(diào)整電容器中存儲(chǔ)專用于所述像素的調(diào)整電壓(VG)，所述模擬靈敏度調(diào)整電路位于所述像素中，響應(yīng)于所述調(diào)整電壓進(jìn)行操作以在讀取所述像素所屬的所述行時(shí)修改所述測(cè)輻射熱電阻器的所述偏置電壓，所述反饋回路包括用于存儲(chǔ)由所述讀取電路(CLj)提供的模擬電壓VS的存儲(chǔ)電容器(Cs、C’st)、所討論的所述列的所述像素所共用的基準(zhǔn)電容器(Cdiv)、用于將所述基準(zhǔn)電容器預(yù)充電到確定的電壓值(Vgris)的裝置、用于將代表所述確定的電壓與由所述讀取電路提供的所述模擬電壓(VS)之間差值的電荷加到所述基準(zhǔn)電容器的裝置、以及用于將相應(yīng)的電荷加到所述調(diào)整電容器以根據(jù)位于所述基準(zhǔn)電容器的端子處的模擬電壓而增加或降低位于所述調(diào)整電容器端子處的電壓的裝置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的矩陣熱圖像傳感器，其特征在于，所述靈敏 度調(diào)整電路包括作為電壓跟隨器安裝的晶體管(Tl)，所述晶體管的源極連 接到所述測(cè)輻射熱電阻器并且所述晶體管的柵極連接到所述調(diào)整電容器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的矩陣熱圖像傳感器，其特征在于，所述測(cè)輻 射熱電阻器連接在所述晶體管的所述源極與所述矩陣的所有像素所共用的 固定電勢(shì)(VR)之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的矩陣熱圖像傳感器，其特征在于，所述 晶體管的漏極經(jīng)由行地址開(kāi)關(guān)連接到施加有所述補(bǔ)償電流(Icomp)的列導(dǎo) 線(Cr)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任意一項(xiàng)所述的矩陣熱圖像傳感器，其特 征在于，所述基準(zhǔn)電容器(Cdiv)位于所述列的底部并且經(jīng)由返回導(dǎo)線(Cr) 連接到所述列的所述像素。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1到6中的任意一項(xiàng)所述的矩陣熱圖像傳感器，其特 征在于，所述存儲(chǔ)電容器為在讀取一行之后并且在尋址后續(xù)行之前用于維 持信號(hào)信息VS的項(xiàng)的主存儲(chǔ)電容器(Cst)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1到6中的任意一項(xiàng)所述的矩陣熱圖像傳感器，其特 征在于，所述存儲(chǔ)電容器為用于接收與施加到主存儲(chǔ)電容器上的電壓相同 的電壓的輔助電容器(C'st)，其中所述主存儲(chǔ)電容器在所述讀取一行之后 并且在所述尋址后續(xù)行期間用于維持信號(hào)信息VS的項(xiàng)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任意一項(xiàng)所述的熱圖像傳感器，其特征在 于，所述熱圖像傳感器包括用于在校準(zhǔn)階段期間允許所述反饋回路的操作 并且在所述校準(zhǔn)階段之后的使用階段期間阻止所述反饋回路的操作的裝 置。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1到8中的任意一項(xiàng)所述的熱圖像傳感器，其特征在 于，提供用于在所述使用階段中以所述讀取電路的所述輸出電壓VS與定義 對(duì)于平均照明的所述像素的希望靈敏度的基準(zhǔn)電壓(Vgris)之間差值的一 小部分增加所述調(diào)整電容器的所述電壓的裝置，使得所述調(diào)整電容器的所 述電壓緩慢地穩(wěn)定于一個(gè)值，以使得所述像素提供對(duì)于作為在使用期間接 收的所述照明的平均的照明的所述基準(zhǔn)電壓。
10、 一種用于降低矩陣熱圖像傳感器中的固定空間噪聲的方法，其中所述傳感器包括可以被逐行尋址的具有多行和多列的像素的矩陣以及一行信號(hào)讀取電路(CLj)，所述一行信號(hào)讀取電路的每一個(gè)與像素的列相關(guān)聯(lián) 以在尋址所述行時(shí)連續(xù)地接收源于所述列的像素的電流，所述矩陣的每一 個(gè)像素包括其值Rb取決于由所述像素接收的所述熱流的測(cè)輻射熱電阻器， 所述電阻器利用具有值Vpol的偏置電壓來(lái)進(jìn)行偏置，所述讀取電路包括積 分器以將經(jīng)過(guò)所述測(cè)輻射熱電阻器的電流Vpol/Rb與補(bǔ)償電流之間的差值 積分到具有值Cint的積分電容器中，該方法的特征在于， -測(cè)量源于像素的模擬電壓VS，-將取決于所述測(cè)量的電壓的電平的帶符號(hào)的電荷量加到專用于所述像 素并且位于所述像素中的調(diào)整電容器(Ca)，-基于存儲(chǔ)在所述調(diào)整電容器上的所述電壓，向位于所述像素中并且在 讀取所述像素所屬的所述行時(shí)基于所述偏置電壓Vpol作用的調(diào)整電路發(fā)送 命令。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在校準(zhǔn)階段期間測(cè)量 所述模擬電壓VS，在所述校準(zhǔn)階段期間，通過(guò)統(tǒng)一基準(zhǔn)照明對(duì)所述矩陣進(jìn) 行照明。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，在所述校準(zhǔn)階段期間 循環(huán)地測(cè)量所述模擬電壓VS并且加到所述調(diào)整電容器的所述電荷量為很 小的電荷量，以使得所述調(diào)整電路器以小于10%的百分比修改對(duì)于給定照 明由所述像素提供的電壓差值VS-Vgris，所述Vgris為與由對(duì)于所述基準(zhǔn)照 明具有希望靈敏度的像素提供的所述模擬電壓對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓值。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10到12中的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 在所述傳感器的所述正常使用期間循環(huán)地測(cè)量所述模擬電壓VS并且加到 所述調(diào)整電容器的所述電荷量為很小的電荷量，以使得所述調(diào)整電路器以 小于1%的百分比修改對(duì)于給定照明由所述像素提供的所述電壓差值 VS-Vgris，所述Vgris為與由對(duì)于平均照明具有希望靈敏度的像素提供的所 述模擬電壓對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓值。
全文摘要
本發(fā)明涉及測(cè)輻射熱類(lèi)型的矩陣圖像傳感器，其中每一個(gè)像素包括其值根據(jù)由所述像素接收的熱流變化的測(cè)輻射熱電阻器(Rb)。所述電阻器(Rb)通過(guò)具有值Vpol的偏置電壓進(jìn)行偏置。通過(guò)補(bǔ)償電流Icomp對(duì)經(jīng)過(guò)其的電流進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)這些電流之間的差值進(jìn)行積分以產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)。例如在校準(zhǔn)階段期間，逐像素地調(diào)節(jié)所述偏置電壓(或所述補(bǔ)償電流)，以使得盡管測(cè)輻射熱電阻器的標(biāo)稱值具有差量，所有像素仍然具有明顯相同的靈敏度。通過(guò)將專用于每一個(gè)像素的單個(gè)電壓(VG)存儲(chǔ)到專用于該像素的靈敏度調(diào)整電容器(Ca)而以模擬方式執(zhí)行該調(diào)節(jié)。所述電容器直接作用于所述偏置電壓的調(diào)節(jié)或在所述像素的靈敏度中起作用的其它參數(shù)(例如積分時(shí)間)。從而，明顯地降低了空間噪聲。
文檔編號(hào)H04N5/3745GK101419094SQ200810170878
公開(kāi)日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月23日
發(fā)明者G·沙明斯 申請(qǐng)人:原子能委員會(huì)