專利名稱：傳感器設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于傳感來自場景的射線的傳感器設(shè)備。本發(fā)明還涉及一種傳感這種射線的方法。
用于傳感來自場景的射線的傳感器設(shè)備在先有技術(shù)中是周知的。這些設(shè)備例如在便攜式攝像機和數(shù)字相機以及在緊急無線電通訊業(yè)務(wù)所使用的熱成像器中有廣泛的應(yīng)用。
典型的設(shè)備采用一傳感器，該傳感器包括兩維陣列的元件，每一維都帶有相關(guān)的信號處理電路。來自場景的射線投射到所述陣列上，其中，每個元件都按等式[1]所給出的那樣通過具有輸出Sk的相關(guān)處理電路來進行響應(yīng)，這里，下標(biāo)k用于唯一地標(biāo)識元件，即Sk是來自第k個元件電路的輸出。輸出Sk包括不希望有的贗象，這些贗象源于場景本身或者是在相關(guān)元件或處理電路中產(chǎn)生的Sk=Ak(Rfk,Rpedk)+Bk+Nk]]>等式1其中Sk=通過相關(guān)處理電路產(chǎn)生自第k個元件的輸出；Ak=第k個元件的靈敏度函數(shù)；Rfk=在第k個元件處接收到的來自場景的特征信息或場景對比射線；Rpedk=在第k個元件處接收到的來自場景的背景射線；Bk=在第k個元件及其相關(guān)處理電路內(nèi)生成的偏移信號；Nk=在第k個元件及其相關(guān)處理電路內(nèi)生成的噪音信號。
來自各元件的輸出Sk組合起來提供傳感器信號。
前述傳感器中生成的贗象例如源于處理電路中產(chǎn)生的偏移電位；這些偏移源于電路裝置的半導(dǎo)體帶隙或者源于對電路中的信號進行處理時的瞬時電荷注射效應(yīng)。
上述包括相關(guān)電路的傳感器可以是以電荷耦合器件(CCD)或金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器件為基礎(chǔ)的。具體地說，在使用MOS器件時，可以發(fā)現(xiàn)，元件的靈敏度函數(shù)Ak存在有不希望出現(xiàn)的變化，也就是說，元件具有不同的靈敏度，因此會根據(jù)所接收到的同樣的射線強度而給出不同的輸出Sk。這種變化通常要大于采用電荷耦合器件(CCD)的傳感器中的變化。這就妨礙了比采用CCD的傳感器更好的采用MOS的傳感器在消費者攝像機中的廣泛應(yīng)用，盡管有使用包括MOS的傳感器的長期需要，以便從MOS檢測和處理電路的兼容性中獲益；提供用于使MOS器件運轉(zhuǎn)的電源和控制信號與提供用于使相應(yīng)CCD運轉(zhuǎn)的電源和控制信號相比有較小的復(fù)雜性并且是廉價的。所說的變化會導(dǎo)致輸出Sk中的固定格式噪聲(FPN)，從而會導(dǎo)致代表有斑點的場景的相應(yīng)傳感器信號。而且，所述元件中還存在有偏移信號Bk的變化，并且，靈敏度函數(shù)Ak和偏移量Bk通常取決于傳感器的溫度。就用于響應(yīng)低強度射線的傳感器而言，傳感器的元件及相應(yīng)處理電路中產(chǎn)生的噪音Nk通常會成為問題，特別是導(dǎo)致Nk的原因之一的閃爍噪音會成為問題，這種噪音具有與頻率相反增加的噪聲譜密度。
在傳感器接收到來自場景的紅外射線時，輸出Sk就會包含有不希望有的與來自場景的普通背景溫度相對應(yīng)的消隱脈沖電平分量及與場景中溫度變化相對應(yīng)的預(yù)定特征分量。這具體在下列情況下是肯定的(ⅰ)所述場景處于約300K的環(huán)境溫度下；以及(ⅱ)給定的升至特征分量的場景溫度變化小于1K。
消隱脈沖電平分量可以比特征分量大一千倍或者更大。這就導(dǎo)致較差的信號反差，這種反差會使得在輸出Sk中難以識別出溫度的變化，除非是對輸出Sk作進一步的信號處理。
消隱脈沖電平分量的存在會限制用于對來自場景的射線特別是紅外線進行傳感的傳感器設(shè)備的結(jié)構(gòu)和效率。所述設(shè)備例如需要包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，以提供與12位或更多位數(shù)相對應(yīng)的大的動態(tài)范圍，因此，消隱脈沖電平分量和特征分量可均包括在前述電路中所提供的數(shù)據(jù)內(nèi)。而且，不希望有的消隱脈沖電平分量會導(dǎo)致傳感器設(shè)備中的飽和度問題，所述傳感器設(shè)備模擬整個的光檢測器信號，以提供有所改進的信號一噪音效率。
US專利第5155348號中提出了一種解決上述消隱脈沖電平分量問題的方案，該專利說明了一種讀取電路，它用于包括可對紅外線進行響應(yīng)的由128×128光檢測器元件構(gòu)成的兩維陣列的傳感器，其中，各個元件均與相應(yīng)的讀取電路相連。在US5155348號中，將所述電路說明為在校準(zhǔn)和測定步驟中進行操作。
在所述校準(zhǔn)步驟中，將校準(zhǔn)圖像投射到所述元件上。該圖像對應(yīng)于溫度與要觀看的場景或該場景的完全模糊的無特征均勻圖像相類似的無特征校準(zhǔn)對象。每個元件都響應(yīng)校準(zhǔn)圖像而產(chǎn)生一信號，并且，各元件的相應(yīng)電路均設(shè)置成能將與各相應(yīng)元件響應(yīng)校準(zhǔn)圖像而產(chǎn)生的信號相對應(yīng)的校準(zhǔn)信號存儲在包括在其中的存儲電容器Cc內(nèi)。這就能在前述陣列上校正消隱脈沖電平分量。
在所述測定步驟中，將場景的聚焦圖像投射到前述陣列上。從響應(yīng)所述圖像而在各個元件處生成的測定信號中減去用于該元件校準(zhǔn)信號，以提供一差值信號。在所述電路中將該差值信號加到包括在其中的積分電容Cc上，以提供一輸出信號。所述電路會產(chǎn)生一被多路調(diào)制的相應(yīng)輸出，以給出一復(fù)合的傳感器信號。
上述方案提供了這樣的優(yōu)點即通過在各個元件處除去消隱脈沖電平分量而減小了復(fù)合傳感器信號的動態(tài)范圍。該方案可降低從多路調(diào)制器中接收傳感器信號的遠程電路的動態(tài)范圍效率的要求，從而例如可以使用有8位分辨率而不是12位分辨率的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
當(dāng)可相對背景射線Rpedk極大地減少場景的對比射線Rfk時，美國專利5155348號所述的傳感器就會存在問題，例如，在該專利中，用傳感器來觀察包括遠距離模糊物體的基本上是均勻的場景。從測定信號中減去校準(zhǔn)信號的不精確性會導(dǎo)致對比射線Rfk被減法的不精確性所掩蓋。不精確性的一個來源是元件電路中在該電路從校準(zhǔn)步驟轉(zhuǎn)換到測定步驟時出現(xiàn)的瞬時電荷噴射。通常在美國專利5155348號所述的電路中可通過減少包括在其中的MOS器件的結(jié)電容量并提高包括在其中的存儲電容器的電容量以提供一種改進的電路從而能減少瞬時電荷噴射。這就會導(dǎo)致這樣的問題即改進的電路在以單決集成電路的形式制成時會占據(jù)較多的空間，并且，其操作速度會下降。電路操作速度的下降會導(dǎo)致穩(wěn)定偏移，這種偏移是在電路中的電位逐漸穩(wěn)定之前于元件電路在校準(zhǔn)與測定步驟之間轉(zhuǎn)換時出現(xiàn)的。而且，還限制了從傳感器中輸出可移動圖像信息的迅速性。
依照本發(fā)明，通過將一輔助裝置包括進各個元件電路，可以減少上述問題。所述裝置設(shè)置成能將補償電荷噴進所述電路，以至少部分地補償電路從校正步驟轉(zhuǎn)換成測定步驟時出現(xiàn)的償瞬時電荷噴射。這就能消除上述改進型電路的操作速度降低和尺寸增加的問題。
依照本發(fā)明，提供了一種傳感器設(shè)備，它用于生成與過濾后的場景圖像相對應(yīng)的傳感器信號，所述設(shè)備包括(ⅰ)檢測裝置，它包括多個檢測器元件并設(shè)置成用于在第一和第二檢測步驟中分別獲得第一個和第二元件信號；以及(ⅱ)處理裝置，它與各元件相聯(lián)并用于從上述元件信號中獲得差值信號，以供生成傳感器信號。
所述設(shè)備的特征在于，上述處理裝置包括補償裝置，它用于抵消根據(jù)傳感器設(shè)備在檢測步驟之間轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的不精確性。
本發(fā)明具有這樣的優(yōu)點即它能降低傳感器設(shè)備在第一與第二步驟之間轉(zhuǎn)換時所產(chǎn)生的不精確性，從而能提高該設(shè)備在生成傳感器信號時的精確性。
所述傳感器設(shè)備能提供傳感器信號，其中，與先有技術(shù)的設(shè)備相比，能更容易地辨別出模糊的遠距離物體。當(dāng)例如在海上環(huán)境中用所述傳感器設(shè)備檢測遠距離危險物體時，這一點特別重要，在所說的海上環(huán)境中，對有碰撞危險做遠距離船只的早期傳感是很重要的。
所述處理裝置可包括(ⅰ)存儲裝置，它包括一存儲電容器，該電容器用于將在上述第一步驟中來自第一元件信號的校準(zhǔn)信號記錄于其中；(ⅱ)電流噴射裝置，它用于在上述第一步驟中將電流噴射到電容器上并用于在上述第二步驟中根據(jù)在上述第一步驟中記錄下來的校準(zhǔn)信號而提供一電流，以供生成差值信號，所述噴射裝置包括一可編程的電流源，該電流源包括自柵-陰MOS場效應(yīng)管。
這就能提供這樣的優(yōu)點即可將上述存儲裝置集成到集成電路上。而且，所述自柵-陰MOS場效應(yīng)管能提供具有提高操作速度與精確性的優(yōu)點。
所述處理裝置可包括存儲裝置，該存儲裝置包括一存儲電容器，它用于將在上述第一步驟中來自第一元件信號的校準(zhǔn)信號記錄下來；并且，所述補償裝置可包括一補償電容器，它包括第一和第二電極，第一電極與所述存儲電容器相連，以便將補償電荷噴射到該電容器上，第二電極設(shè)置成受補償信號的驅(qū)動，以便抵消傳感器設(shè)備在檢測步驟之間轉(zhuǎn)換時存儲裝置內(nèi)的不精確性。這就能將補償裝置集成到一集成電路內(nèi)。
所述補償信號可與提供給處理裝置的用于選擇相位的信號相逆相。這就提供了這樣的優(yōu)點即逆相信號是較易于生成的，并且，在可能出現(xiàn)電荷噴射的不精確性時，能精確地進行補償。
所述補償電容器可包括一補償MOS場效應(yīng)管，其溝道電極都是縮短的，以提供該電容器的電極之一，并且，其柵極設(shè)置成能提供該電容器的另一個電極。這就提供了這樣的優(yōu)點即是集成電路中的補償電容器的實用的實現(xiàn)形式，所述集成電路則包括用于進行信號處理的MOS器件。
所述存儲裝置包括一啟動MOS場效應(yīng)管，它用于使該裝置從前述第一步驟轉(zhuǎn)換至前述第二步驟，在所述第一步驟中，存儲裝置將相應(yīng)的校準(zhǔn)信號存入存儲電容器，在所述第二步驟中，存儲裝置提供上述校準(zhǔn)信號，并且，所述補償MOS場效應(yīng)管包括一短溝道，因此，柵一溝道電容量基本上是上述啟動MOS場效應(yīng)管的電容量的一半。將基本上為一半限定為在25％至75％范圍內(nèi)。這就提供了這樣的優(yōu)點即補償MOS FET提供了有適當(dāng)值的補償電容量，以便有效地補償因電荷噴射到存儲裝置上而產(chǎn)生的不精確性。
所述元件和處理裝置可一起被集成在襯層上。這就提供了用于傳感器設(shè)備的小型實用結(jié)構(gòu)這樣的優(yōu)點。
所述處理裝置可包括接口裝置，它用于提供從處理裝置到相應(yīng)元件的接口并用于使元件的輸入阻抗小于元件的內(nèi)部等價阻抗，所述接口裝置包括MOS場效應(yīng)管，它配置成通常的柵結(jié)構(gòu)。這就能提供這樣的優(yōu)點即是一種用于與元件相連的并與先有技術(shù)相比能提供減小了的噪音的實用電路結(jié)構(gòu)。
所述傳感器設(shè)備可包括投影裝置，它用于在上述第一和第一步驟中分別將第一和第二圖像投射到檢測裝置上，其中(ⅰ)所述圖像中的至少一個是來自場景的射線的投影；以及(ⅱ)所述圖像有彼此不同程度的模糊，但不是完全散焦的，并且，每個圖像都保持了可辨別的空間特征；從而，能使得上述傳感器設(shè)備提供與在空間上過濾過的場景圖像相對應(yīng)的傳感器信號。
模糊程度是這樣的即來自場景元件的可聚焦在單個元件上的射線可按檢測裝置的一個元件至25％元件的范圍散布在多個元件上。這就提供了這樣的優(yōu)點即能對傳感器信號進行有效的空間過濾。
所述圖像模糊到了可手動或自動地加以選擇的程度。這就提供了這樣的優(yōu)點即可對傳感器設(shè)備提供的空間過濾度進行選擇，以適應(yīng)該傳感器設(shè)備的其它用法。
所述第二圖像可比第一圖像有更大的模糊度。這就提供了這樣的優(yōu)點即圖像色調(diào)會在傳感器信號中反轉(zhuǎn)。
所述第一和第二圖像中的至少一個是漫射圖像。用漫射圖像可提供這樣的優(yōu)點即可用比生成散焦圖像所需的更小型的光學(xué)組件來生成漫射圖像。
所述投影裝置可包括一液晶空間光調(diào)制器，它配置成在第一狀態(tài)與。第二狀態(tài)之間是受控的，在所述第一狀態(tài)下，該調(diào)制器可基本上使射線無散射地透過，而在所述第二狀態(tài)下，該調(diào)制器則會使來自場景的射線透射并散射至檢測裝置，以便產(chǎn)生用于上述第一和第二圖像的不同的模糊度。這就提供了這樣的優(yōu)點即有用于實現(xiàn)漫射圖像的小型實用結(jié)構(gòu)。
所述液晶空間光調(diào)制器可以是含有聚合物的液晶裝置(PDLC)，它配置成能在一種狀態(tài)下使從中透過的射線發(fā)生散射而在另一種狀態(tài)下基本上無散射地透射光線，可根據(jù)提供給上述液晶裝置的控制電位來選擇上述狀態(tài)。這就提供了這樣的優(yōu)點即一種不需要機械的活動部件并受電子控制的用于生成漫射圖像的小型和廉價的裝置。
每個元件均包括鎘-汞-碲化物光電二極管、帶MOS讀出器的光電二極管、帶MOS讀出器的光電晶體管、帶MOS讀出器的光電門電路以及帶CCD讀出器的光電二極管中的至少一個。這就提供了這樣的優(yōu)點它們是敏感的光檢測器，能以總體的方式在較廣的射線波長光譜例如10μm至0．2μm波長的光譜上進行響應(yīng)。
為了能更完全地理解本發(fā)明，以下參照附圖以舉例的形式說明本發(fā)明的實施例，在附圖中

圖1是先有技術(shù)的傳感器設(shè)備的概略圖；圖2是由圖1中的設(shè)備構(gòu)成的先有技術(shù)聚焦平面陣列的概略圖；圖3是沿圖2中陣列的軸的傳感器信號的曲線圖；圖4是用全局消隱脈沖電平校正和局部消隱脈沖電平校正所校正的圖3中的信號的曲線圖；圖5是包括聚焦平面陣列和透鏡組件的先有技術(shù)的傳感器設(shè)備的概略圖；圖6是包括在圖5的陣列中的先有技術(shù)的信號處理電路的圖；圖7是本發(fā)明包括可旋轉(zhuǎn)透鏡組件的傳感器設(shè)備的概略圖；以及圖8是包括在圖7的設(shè)備中的信號處理電路的圖。
以下參照圖1來說明減小FPN。在圖1中，示出了通常用標(biāo)號1來表示的先有技術(shù)的傳感器設(shè)備的概略圖。圖1包括一物體2、一成像透鏡4和一聚焦平面陣列6。陣列6包括一基層8，由諸如元件10之類的均勻分布的檢測器元件構(gòu)成的陣列粘合在基層8的前部元件表面12上。表面12是一矩形區(qū)域，它具有如圖所示的長度為h的較長側(cè)邊。每個元件與其最近的相鄰元件之間的中心距均為元件間距離ρ，如圖所示。物體2、透鏡4和陣列6均順序地位于與表面12垂直相交的光軸z-z′上。在三個不同位置上即位置Q1、Q2、Q3示出了陣列6，在所說的位置上，透鏡4將分別是物體2的聚焦、部分模糊和完全模糊的均勻圖像投射到陣列6上。在位置Q1、Q2、Q3處，陣列6沿光軸z-z′分別位于0、w1、w2的距離處。所說的元件可對發(fā)射自物體2的相應(yīng)部分的光子進行響應(yīng)以提供檢測器信號。
穿過透鏡4的來自物體2的發(fā)射和反射射線在位置Q1處入射到陣列6上時處于0至αmax弧度的范圍內(nèi)。在位置Q1處入射到陣列6的一個元件10上的射線相對位置Q2、Q3上的元件10按高達Fmax的距離會散布在表面12上，所述Fmax是分別由等式[2]、[3]提供的Fmax=αmaxw1等式2Fmax=αmaxw2等式3就本說明書而言，聚焦圖像是基本上清晰的圖像，也就是說，其中的Fmax小于距離ρ。部分模糊的圖像是其中空間特征是可辨別的但精細的空間特征是模糊不清的圖像，即Fmax是在距離P到包括表面12上相鄰元件25％的區(qū)域的范圍內(nèi)。而散焦圖像則是均勻模糊的圖像，因此，基本上都無法辨別空間特征，即Fmax大于這樣的距離，該距離限定了包括表面12上25％相鄰元件的區(qū)域。
在圖2中，示出了沿方向z-z′來看的圖1中陣列6的表面12的正視圖20。為了清楚起見，圖2中示出了這樣的陣列，它包括由5×5個元件構(gòu)成的兩維區(qū)域，以表示包括由128×128個元件構(gòu)成的區(qū)域的陣列6，也就是說，該陣列有128列元件和128行元件。所說的行和列是相互垂直的。示出了軸x-x′，它平行于表面12并與一行元件即包括位于陣列6的一邊附近的元件E1和位于陣列6的另一邊附近的元件E128的那行元件相交，如圖所示。元件E2至E127沿軸x-x′按相鄰的順序位于元件E1與元件E128之間，例如，元件E2位于元件E1與元件E3之間，元件E127位于元件E126與元件E128之間，等等。
在圖3中，示出了來自各個元件E1至E30即來自從元件E1至元件E30的一行元件的檢測器信號的曲線圖，所述元件E1至元件E30沿軸x-x′位于從元件E1至元件E128的距離的約四分之一處。所述曲線圖具有橫坐標(biāo)軸30，它表示沿軸x-x′的元件位置距離。所述曲線圖還具有縱坐標(biāo)軸31，它對應(yīng)于來自前述元件的檢測器信號。軸31包括斷點32，因此，參照縱坐標(biāo)軸31放大了該曲線圖中的對比信息。曲線33a(實線)、33b(虛線)、33c(點劃線)分別對應(yīng)于用于位置Q1處的聚焦圖像的檢測器信號、用于位置Q2處的部分模糊的圖像以及用于位置Q3處的散焦圖像。曲線33a包括元件E3、E4、E11、E12、E13、E14、E19、E20元件處的特征信息，該特征信息對應(yīng)用物體2的源于溫度變化的射線變化。元件E3、E4處的變化小于元件E11、E12、E13、E14、E19、E20處的變化。曲線33c被示出是具有不規(guī)則性的直線，所述不規(guī)則性源于元件靈敏度的變化。曲線33c對應(yīng)于來自物體2的平均射線并且用作校正信號，該信號如在先有技術(shù)中那樣用于消除消隱脈沖電平分量。曲線33b對應(yīng)于來自物體2的在陣列6上有局部變化的局部平均射線。
在圖4中，示出了來自各個元件E1至E30的檢測器信號的曲線圖，其中，已從曲線33a中減去了曲線33b、33c，以便分別提供曲線35b、35a。曲線35a、35b分別被顯示為實線和虛線。橫坐標(biāo)軸30對應(yīng)于圖2中沿軸x-x′的距離。線36對應(yīng)于零值?？v坐標(biāo)軸38對應(yīng)于校正了的元件信號，其中，已減去了用于各元件的消隱脈沖電平分量。曲線35a對應(yīng)于來自物體2的相對空間射線即輻射計輸出。曲線35a中沒有圖3中曲線33a的不規(guī)則性，因為已減去了曲線33a中的不規(guī)則性。曲線35b對應(yīng)于曲線35a的過濾形式，其中，加重了來自物體2的射線的局部變化。
曲線35a包含在為Aa至Ab的第一動態(tài)范圍內(nèi)。元件E3、E4的局部變化包含在為Da至Db的第二動態(tài)范圍內(nèi)。消除局部消隱脈沖電平分量會形成包含在為Ba至Bb的第三動態(tài)范圍內(nèi)的曲線35b。Ca至Cb的第四動態(tài)范圍包含了曲線35b中的在元件E3、E4處的局部變化。
與和第一動態(tài)范圍成比例的第二動態(tài)范圍相比，第四動態(tài)范圍是第一動態(tài)范圍的更大比例，即Ca-CbBa-Bb>Da-DbAa-Ab]]>公式4結(jié)果，曲線35b不對應(yīng)于先有技術(shù)中相對的輻射計輸出但包含有來自物體2的射線的小的局部變化，相對來自物體其它區(qū)域的較大變化加重了這種小的局部變化。從而在曲線35b中加重了特征邊緣，這就會如按物體2所確定的那樣增強了物體2的在視覺上的可理解性。
可選擇位置Q2處所提供的局部模糊的程度，以便在曲線35b中提供最佳的過濾度。如果聚集圖像在位置Q1處的點模糊成該圖像在位置Q2處的100％，則曲線35a、35b會變得相同，在這種情況下，不進行過濾。如果模糊的程度減少成接近完全聚焦，即位置(Q1、Q2是重合的，則曲線35b對所有的元件來說都是零值。在實踐中，可例如選擇模糊的程度，因此，圖像中在位置Q1處的點會在這樣的范圍內(nèi)模糊即該范圍按陣列6中的元件的25％來遍及最近的周圍相鄰的元件(p)?？赏ㄟ^手工或自動控制來調(diào)節(jié)模糊度，以提供預(yù)定的過濾度。
進一步說明系統(tǒng)1的操作，可用下式[5]來說明通過透鏡4投射到元件E上的物體2的圖像，元件E設(shè)置在一包括表面12的笛卡爾x-y平面內(nèi)L(x,y,z)=∫∫K(x-x0,y-y0,z)L(x0,y0,0)dxdy]]>公式5其中x0，y0=x軸、y軸在這樣的平面內(nèi)的笛卡爾坐標(biāo)，在所說的平面內(nèi)z=0且包括有清晰的圖像即在位置Q1處的圖像；z=沿軸z-z′的例如在位置Q2處的z軸笛卡爾坐標(biāo)；x，y=x軸、y軸在這樣的平面內(nèi)的笛卡爾坐標(biāo)，所述平面包含有在z不等于0時模糊的圖像例如包含處在位置Q2處的圖像；K=透鏡4提供的模糊函數(shù)；以及L=描述圖像的函數(shù)。
曲線35b對應(yīng)于差值信號D(x0，y0)，它是第一與第二圖像之差，所述第一圖像具有在位置Q1處的z坐標(biāo)z1=0，所述第二圖像具有在位置Q2處的z坐標(biāo)z2=w1，如公式[6]所述D(x，y)=L(x，y，z1)-L(x，y，z2)公式6
在w1=0的情況下，函數(shù)L(x，y，z1)和L(x，y，z2)相等并且兩者都包含特征信息，但會使D(x，y)等于0。如果在位置Q1、Q2上將同樣模糊的圖像投射至陣列6上從而導(dǎo)致曲線35b缺乏任何特征信息，上述情況就會出現(xiàn)；如果位置Q1和Q2是相同的，上述情況就會出現(xiàn)。
通過對函數(shù)K進行約束的幾何光學(xué)約束條件，可利用公式[7]來說明從透鏡4獲得的模糊度的上限FmaxFmax=ztanαmax公式7其中αmaX=相對構(gòu)成陣列6上圖像的射線的軸z-z′的最大射線半角。
因此，如果在公式[7]中z=0的位置Q1處有聚焦圖像出現(xiàn)在陣列6上，則僅會在D(x，y)所表示的曲線35b的最終過濾輸出中出現(xiàn)小于z2tanαmax的圖像特征。這些圖像特征對應(yīng)于圖像中受模糊影響的非均勻空間分量。這些空間分量大致對應(yīng)于對解釋圖像來說是重要的特征信息。
在圖5中，示出了用標(biāo)號50表示的先有技術(shù)傳感器設(shè)備的概略圖。設(shè)備50包括一聚焦平面陣列52以及一透鏡組件54，該透鏡組件設(shè)置成將用標(biāo)號‘S’表示的遠程場景的圖像投射到陣列52上。
陣列52包括一基層56，它包括由諸如元件58a之類的128×128個鎘-汞-碲化物(CMT)光電二極管元件58構(gòu)成的兩維陣列，該陣列微觀裝配在該基層的一個表面上。將遠程場景的圖像投射到這個表面上。元件58設(shè)置成能對紅外線進行響應(yīng)，即對波長在1μm至15μm范圍內(nèi)的射線進行響應(yīng)。陣列52還包括硅集成電路60，它與襯層56相連，以便對各元件58產(chǎn)生的信號進行處理。集成電路60包括一組信號處理電路62即一個用于襯層56上的各光電二極管元件58的處理電路、一邏輯控制電路64以及一多路調(diào)制器66。襯層56和集成電路60粘合在一起，以提供一混合的組件。
透鏡組件54包括一鍺透鏡68，它安裝在一可移動的框架70內(nèi)，所述框架被限制在導(dǎo)向件72內(nèi)，從而能沿箭頭74所示方向線性地滑離和滑向陣列52。透鏡68設(shè)置可透過紅外射線。導(dǎo)向件72包括一部件76，陣列52安裝在該部件上。部件76包括液氮和帕爾帖冷卻裝置(未示出)，以便在設(shè)備50操作時對陣列52進行冷卻?？蚣?0以機械的方式與雙向電磁啟動螺線管78相連，所述螺線管設(shè)置成能使框架70在兩個位置即第一位置與第二位置之間相對陣列52移動，在所述第一位置處，將部分模糊的場景圖像投射到元件58上，在所述第二位置處，將聚焦的場景圖像投射到元件58上。在傳感器信號輸出K1處提供來自陣列52的復(fù)合輸出信號。提供來自遠程裝置(未示出)的控制輸入K2，以便對螺線管78和陣列52進行控制。
參照圖6，它示出了總地以標(biāo)號100來表示的先有技術(shù)的信號處理電路。如圖所示，電路組件連在一起。美國專利5155348說明了該電路?？蔀橐r層56上的各個元件58復(fù)制電路100。
電路100包括一預(yù)放大器104，它與相應(yīng)的光電二極管元件58b相連；一可編程電流源106，該電流源被顯示為包含在點劃線107內(nèi)；一積分電容器Cs；一輸出緩存器108，它被顯示為包含在點劃線109內(nèi)而其余電路在點劃線111內(nèi)。示出了電路100與信號接地點Vss及電源VRS、Vdd相連?？刂凭€Ga與放大器104相連，以便使其輸出有效或無效，所述輸出則與總地用標(biāo)號112表示的電節(jié)點相連。
重置電路110包括一n溝道的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOS FET)T1。晶體管T1包括一柵電極，它與控制線G1相連；以及，兩個溝道電極，它們分別與節(jié)點112及電源VRS相連。VRS相對接地點Vss標(biāo)稱為4伏。
輸出緩存器108包括一n溝道MOS場效應(yīng)晶體管T2，它配置成電流源輸出器，該電流源輸出器包括一柵電極，它與節(jié)點112相連；以及，兩個溝道電極，它們分別與電源Vdd及輸出P相連。輸出P與多路調(diào)制器66相連，多路調(diào)制器66則包括在集成電路60內(nèi)，以便將各電路100的輸出組合起來，從而提供輸出K1。晶體管T2設(shè)置成能緩存來自多路調(diào)制器66的出現(xiàn)在電容器Cs兩端的電壓。
電流源106包括一存儲電容器Cc、P溝道MOS場效應(yīng)晶體管T3、T4、T7以及n溝道MOS場效應(yīng)晶體管T5、T6。晶體管T4、T6、T7包括柵電極，它們分別與控制線G4、G6、G7相連。在將控制線G7置成使晶體管T7在其溝道電極之間導(dǎo)電時，晶體管T7設(shè)置成能使電容器Cc放電。在將線G6置成使晶體管T6在其溝道電極之間導(dǎo)電時，晶體管T6設(shè)置能成將電流噴射進節(jié)點112，數(shù)量取決于電容器Cc兩端的電壓。在將線G4置成使晶體管T4在其溝道電極之間導(dǎo)電時，晶體管T4設(shè)置成使電容器Cc充電。在將晶體管T7設(shè)置成不導(dǎo)電而晶體管T4、T6都導(dǎo)電時，電流源106就處于編程模式，在該模式中，電容器Cc兩端的電壓調(diào)節(jié)成能保持在節(jié)點112處從電流源106中獲得的電流。
控制線Ga、G1、G4、G6、G7與包含在集成電路60內(nèi)的邏輯控制電路64相連。具有通常結(jié)構(gòu)的控制電路64設(shè)置成對這樣的信號進行響應(yīng)，該信號通過如下所述那樣順序地設(shè)置線Ga、G1、G4、G6、G7而被加載于控制輸入K2。
以下參照圖5和6說明先有技術(shù)的傳感器設(shè)備50的操作。陣列52中的元件58及其相應(yīng)的電路100設(shè)置成能在校準(zhǔn)模式中然后在測定模式中同時操作。
控制輸入K2在開始時置成校準(zhǔn)狀態(tài)，這就會按下述方式將所有的電路100配置成校準(zhǔn)模式。在各電路100中，這種模式會在開始設(shè)置線G1、G4、G6、G7，因此，晶體管T1、T4、T6、T7的溝道電極之間分別是不導(dǎo)電的，并且，線Ga置成使來自預(yù)放大器104的輸出無效。螺線管78通過將透鏡68移至前述第一位置而對K2進行響應(yīng)，在所述第一位置處，透鏡將在圖5中標(biāo)號‘S’表示的遠程場景的部分模糊的圖像投射到光電二極管元件58上。然后，線G1和G7設(shè)置1μ秒的時間以便分別將電容器Cs充電至其電極兩端有標(biāo)稱電壓VRS的電壓差并使電容器Cc放電。
在校準(zhǔn)模式中，按下述方式將各元件58例如元件58b響應(yīng)部分模糊的圖像所產(chǎn)生的電流記錄成相應(yīng)電容器Cc兩端的電壓。在各個電路中，將線Ga置成使來自預(yù)放大器104的輸出有效，并將線G4、G6置成分別轉(zhuǎn)換晶體管T4、T6，因此，這些晶體管的溝道電極之間會導(dǎo)電若干毫秒。在這段時間中，電流Ip根據(jù)入射到元件58b上的光子而在電容器Cs與預(yù)放大器104之間流動。電流Ip對應(yīng)于局部消隱脈沖電平分量和泄漏電流。在這段時間內(nèi)，電容器Cc兩端的電壓Vcc增加，然后變得穩(wěn)定，因此，流過晶體管T3、T6的電流會等于電流Ip。在這段時間結(jié)束時，線G6、G4置成分別使晶體管T6、T4發(fā)生轉(zhuǎn)換，因此，它們變得不導(dǎo)電。這段時間結(jié)束時的電壓Vcc記錄了電流Ip。當(dāng)晶體管T4發(fā)生轉(zhuǎn)換從而不精確地記錄了電流Ip，電容器Cc上就會有寄生電荷噴射，以下將詳細地說明這種不精確性。
然后，將控制輸入K2置成測定狀態(tài)，這就會將各個電路100配置成測定模式。螺線管78通過使透鏡68移至上述第二位置而對這種狀態(tài)K2進行響應(yīng)，在所說的第二位置中，透鏡會將遠程場景的基本上聚焦的圖像投射到光電二極管元件58上。
然后，在各電路100中執(zhí)行這樣的過程，在該過程中，在節(jié)點112處從電流源106所噴射的電流Ip中減去響應(yīng)聚焦圖像而在相應(yīng)元件58中產(chǎn)生的電流，以提供一差值電流，該電流在積分過程中包含在電容器Cs內(nèi)。在這一過程中，將線Ga置成使來自預(yù)處理器104的輸出無效，并且，將線G1置成使晶體管T1產(chǎn)生轉(zhuǎn)換，以導(dǎo)電1μ秒，從而將電容器Cs充電至電極兩端有電位差VRS。然后，將線Ga置成使來自預(yù)放大器104的輸出在積分時間內(nèi)有效。在這段時間內(nèi)，還同時將線G6置成使晶體管T6發(fā)生轉(zhuǎn)換，以使其將電流Ip噴射到電容器Cs上。根據(jù)聚焦圖像同時噴射電流Ip并消除經(jīng)由預(yù)放大器104的電流可提供被包括進電容Cs內(nèi)的差值電流，從而能將電極上的電勢從VRS按成比例的量改變成該差值電流。在這段時間結(jié)束時，將線G6置成使晶體管T6產(chǎn)生轉(zhuǎn)換，因此，該晶體管會變得不導(dǎo)電，并且，同時將線Ga置成使來自預(yù)放大器104的輸出無效。然后，在輸出P處可獲得電容器Cs兩端的電勢，以供多路調(diào)制器66訪問。多路調(diào)制器66訪問各電路100，以便在傳感器信號輸出K1處提供來自陣列52的復(fù)合輸出信號，該信號對應(yīng)于場景的在空間上經(jīng)過過濾的圖像。
如前所述那樣即對各個元件通過從與場景的聚焦圖像相對應(yīng)的電流中減去與場景的部分模糊的圖像相對應(yīng)的電流而生成場景的在空間上經(jīng)過過濾的圖像，能夠產(chǎn)生這樣的差值電流，該電流一般具有比以前的電流小約五十倍的動態(tài)范圍。這種減小了的動態(tài)范圍能使積分時間增加，在該積分時間內(nèi)，可將所述差值電流包含進各電路100的電容器Cs內(nèi)，從而將設(shè)備50的信號-噪音效率提高七倍。這種改進是動態(tài)范圍之比的平方根并且能在保持對解釋場景來說是重要的特征信息的同時這種改進。
在設(shè)備50中，在校準(zhǔn)模式之后，可重復(fù)地將控制K2的輸入置成測定模式，因此，可在校準(zhǔn)模式結(jié)束之后，在設(shè)備50內(nèi)過濾多個隨后聚焦的圖像。
先有技術(shù)的設(shè)備50具有這樣的問題即在晶體管T4進行轉(zhuǎn)換從而不精確地記錄電流Ip時，電容器Cc上就會出現(xiàn)寄生電荷噴射。
在電路100中，控制線G4的快速轉(zhuǎn)換會使得電荷存儲在晶體管T4的溝道內(nèi)，并且，會導(dǎo)致在柵與第一溝道電極之間通過電極間電容量耦合的電荷噴射到電容器Cc，從而會導(dǎo)致偏移誤差?？赏ㄟ^不太快地轉(zhuǎn)換線G4來減少這種誤差，因此，會給存儲在所述溝道中的電荷足夠的時間去消散，但是，這是不希望有的，因為，會降低設(shè)備的操作速度。即使在不太快地轉(zhuǎn)換控制線G4以使存儲在T4的溝道內(nèi)電荷消散時，仍然會有殘留誤差，這種誤差源于經(jīng)由晶體管T4的電極間電容量的電荷噴射。
參照圖7，它示出了總地用標(biāo)號200表示的本發(fā)明傳感器設(shè)備，它利用以下參照圖8所說明的新穎的信號處理電路解決了上述殘留誤差。設(shè)備200包括透鏡組件204從及如前所述的聚焦平面陣列52。在圖7中，將組件204設(shè)置成用標(biāo)號‘S’表示的遠程場景圖像順序地投射到陣列52上。所述圖像有彼此相對的不同的模糊度。除用兩個有不同焦距的鍺透鏡212、213來代替透鏡68和螺線管78以外。設(shè)備200與設(shè)備50相似地以光學(xué)的方式進行操作，所述鍺透鏡以可旋轉(zhuǎn)的方式安裝在步進電機218的軸216上，以便將遠程場景的部分模糊的和聚集的圖像投射到陣列52上。
透鏡組件204包括兩個鍺透鏡212、213，它們安裝在形成在不透明盤214內(nèi)開孔中。盤214以可旋轉(zhuǎn)的方式安裝在電機218的軸216上，電機218固定在不透明框架220內(nèi)。框架220包括一部件222，陣列52安裝在該部件上。部件222包括液氮和帕爾帖冷卻裝置(未示出)以便對陣列52進行冷卻。透鏡212、213設(shè)置成有不同的焦距長度，因此，在盤214因電機218而繞軸w旋轉(zhuǎn)至第一角位置時，遠程場景的聚焦圖像能被透鏡212投射到陣列52上，而在盤214繞軸w旋轉(zhuǎn)至第二角位置時，部分模糊的圖像會被透鏡213投射到陣列52上?？赏ㄟ^將適當(dāng)?shù)目刂菩盘柼峁┙o電機218來選擇盤214的角位置。在傳感器信號輸出K1處提供來自陣列52的復(fù)合輸出信號。提供來自遠程裝置(未示出)的控制輸入K2，以便對電機218和陣列52進行控制。
與設(shè)備50相比，設(shè)備200提供了這樣的優(yōu)點即盤214可快速旋轉(zhuǎn)例如以每秒二十轉(zhuǎn)以上的速度旋轉(zhuǎn)，從而提供更快的再校準(zhǔn)并且更新輸出K1處的在空間上經(jīng)過過濾的圖像輸出。
參照圖8，它示出了總地用標(biāo)號300表示的信號處理電路的圖。每個電路300均與圖7中相應(yīng)的光電二極管元件58相連。電路300的元件如圖所示那樣連在一起。電路300包含在集成電路60內(nèi)并用標(biāo)號262來表示。
電路300包括可轉(zhuǎn)換的阻抗緩存器，它用標(biāo)號302來表示；一可編程的電流源，它用標(biāo)號304來表示；一重置電路，它用標(biāo)號306來表示；一輸出電路，它用標(biāo)號308來表示；以及，一積分電路，它用標(biāo)號310來表示。電路300設(shè)置成與信號接地點Vss和電源Vdd相連。重置電路306設(shè)置成與位于接地點Vss與電源Vdd之間的有中間電壓的電源Vint相連。
緩存器302包括一n溝道的MOS場效應(yīng)管T10，它設(shè)置成能因與其柵電極相連的控制線G10而有效和無效。該MOS場效應(yīng)管的第二溝道電極與用標(biāo)號312表示的節(jié)點相連。晶體管T10設(shè)置成能起一有共柵結(jié)構(gòu)的阻抗轉(zhuǎn)換器的作用于并為元件58b提供一輸入阻抗，該阻抗小于元件58b表現(xiàn)為Norton電流源時的等價分流電阻。晶體管T10在其第一溝道電極處提供1／gm的輸入阻抗，其中，gm是晶體管T10的跨導(dǎo)。
電流源304設(shè)置成根據(jù)存儲電容器Cc的電壓將來自電源Vdd的電流噴射到節(jié)點312上。電流源304包括n溝道的MOS場效應(yīng)管T17、T18，它們分別具有與控制線G17、G18相連的柵電極；p溝道的MOS場效應(yīng)管T15、T16、T19以及一存儲電容器Cc。晶體管T19包括一柵電極，它與控制線G19相連。
線G17在邏輯上是線G18的相反形式。晶體管T17包括一短的溝道，因此，其柵-溝通的電容量約為晶體管T18電容量的一半即在晶體管T18電容量的25％至75％的范圍內(nèi)，并且，其溝道電極同樣是縮短的，因此，它不會阻止電流經(jīng)由晶體管T18流至電容器Cc。晶體管T15、T16設(shè)置成能構(gòu)成自柵-陰電流源。這種結(jié)構(gòu)在晶體管T16的與節(jié)點312相連的第一溝道電極處提供一輸出阻抗，它用于約100nA的低電源電流，該阻抗比在如在先有技術(shù)的電路100中那樣配置成電流源的單個MOS場效應(yīng)管的溝道電極處提供的阻抗大100倍。與圖6中的電流100相比，這就能顯著地提高電流300的精確性。而且，這種自柵-陰電流源通常能比配置成電流源的單個MOS場效應(yīng)管提供更快的動態(tài)響應(yīng)，從而使電路300與電路100相比有更迅速的穩(wěn)定性。電容器Cc設(shè)置成在其電極之間有500fF的電容量，這是在下列因素之間的折衷方案(ⅰ)提供足夠大的電容量以存儲用于減法的信號；(ⅱ)減少源于電荷的誤差，所述電荷來自晶體管T18的電極間的電容量；(ⅲ)為電路300提供足夠小的電容量，以便在校準(zhǔn)模式中于幾毫秒內(nèi)變得穩(wěn)定。
重置電路306包括一n溝道的MOS場效應(yīng)管T11，它帶有與控制線G11相連的柵電極。晶體管T11設(shè)置成將包括在積分電路310內(nèi)的積分電容Cs充電至其端子上有基本上為Vint的電位。
輸出電路308包括一p溝道的MOS場效應(yīng)管T13，它配置成與n溝道的MOS場效應(yīng)管T14相連的電流源輸出器，所述n溝道的MOS場效應(yīng)管T14的柵電極與控制線G14相連。電路308設(shè)置成能為多路調(diào)制器66提供緩存的輸出P，它對應(yīng)于在用標(biāo)號314所表示的節(jié)點處出現(xiàn)在電容Cs上的電壓Vcs。
積分電路310包括電容Cs以及一n溝道的MOS場效應(yīng)管T12，其柵電極與控制線G12相連。晶體管T12包括連在節(jié)點312、314之間的溝道電極。電容器Cs的電極之間能提供1pF的電容量，這是下列因素之間的折衷方案(ⅰ)將電路300所占據(jù)的的集成電路表面限制在集成電路60上；(ⅱ)提供足夠大的電容量以便在可用的積分時間內(nèi)對約為400PA的差值電流進行積分。
以下參照圖7和8說明電路300的操作。
控制輸入K2在開始時置成校準(zhǔn)狀態(tài)，這就會將集成電路60中的所有電路300配置成校準(zhǔn)模式。在各電路300中，這種模式會在開始由控制電路64來設(shè)置控制線G10、G11、G12、G14、G18、G19，因此，晶體管T10、T11、T12、T14、T18、T19的溝道電極之間分別是不導(dǎo)電的。電機218根據(jù)K2的這種狀態(tài)將透鏡213移至這樣的位置，在該位置處透鏡將遠程場景的部分模糊的圖像投射到光電二極管元件58上。
然后，將各電路300中的電流源304和積分電路310內(nèi)的電容器Cc、Cs充電至它們電極之間分別有標(biāo)稱是Vdd、Vint的電壓差。作到一點的方法是，控制電路64通過線G11、G19將晶體管T11、T19轉(zhuǎn)換成在1μ秒的時間內(nèi)其溝道電極之間是導(dǎo)電的。
此后，在各電路300中，將與響應(yīng)入射到相應(yīng)元件上的光子而在相應(yīng)元件上生成的電流相對應(yīng)校正信號存儲到電流源304中的電容器Cc上。作到一點的方法是，控制電路64對線G10、G18進行設(shè)置，從而使晶體管T10、T18的溝道電極之間在幾毫秒的時間內(nèi)是導(dǎo)電的。在這段時間內(nèi)，電流會流過各電路300中晶體管T10、T15、T16的溝道電極并根據(jù)入射到相應(yīng)元件上的光子而流過相應(yīng)的元件58。電流在各電路300中穩(wěn)定至值Ip，它對應(yīng)于圖像中的局部消隱脈沖電平分量和泄漏電流。通過晶體管T18形成反饋循環(huán)，因此，電容器Cc的電極上會出現(xiàn)電壓Vcc，它適于電流源304，以傳送電流Ip。當(dāng)達到流自晶體管T16的溝道電極的電流等于電流Ip這樣的條件時，電壓Vcc會變得穩(wěn)定。在這種狀態(tài)下，設(shè)置G18，從而使得晶體管T18在其溝道電極之間導(dǎo)電。這段時間結(jié)束時各電路300中的電壓Vcc是來自相應(yīng)元件58的電流Ip的記錄。
然后，將控制輸入K2置成測定狀態(tài)，這就會將各個電路300配置成測定模式。然后是這樣的過程，在該過程中，電機218根據(jù)K2的這種邏輯狀態(tài)將透鏡212移至這樣的位置，在該位置處透鏡將遠程場景的聚焦圖像投射到光電二極管元件58上。一旦這一過程結(jié)束，就設(shè)置控制線G12，從而使得各電路300中的晶體管T12的溝道電極之間在一段積分時間內(nèi)是導(dǎo)電的。在這段時間內(nèi)，電流Ip會流自各電路300中的晶體管T16的第一溝道電極，而電流Id則響應(yīng)入射到相應(yīng)元件58上的光子流過相應(yīng)的元件58。與Ip-Id相對應(yīng)的差值電流在晶體管T12的溝道電極之間流過并被包含進電容器Cs且能在積分過程中改變電極兩端的電壓Vcs差。在這段時間結(jié)束時，設(shè)置控制線G12以使晶體管T12轉(zhuǎn)換，因此，該晶體管的溝道電極之間是不導(dǎo)電的。此后，多路調(diào)制器66通過控制線G14來查詢各電路300，因此，晶體管T14的溝道電極之間是導(dǎo)電的，從而能在輸出P處提供緩存的信號。多路調(diào)制器66查詢集成電路60內(nèi)的各個電路300，以便在輸出K1處提供來自陣列52的復(fù)合輸出信號，該信號對應(yīng)于場景的在空間上經(jīng)過過濾的圖像。
與電路100相比，電路300提供了這樣的優(yōu)點它可在校準(zhǔn)與測定模式中更精確地減去根據(jù)將圖像投射到陣列52上而生成的信號。在電路100中，控制線G4的快速轉(zhuǎn)換會使得電荷存儲在晶體管T4的溝道內(nèi)，并且，會導(dǎo)致在柵與第一溝道電極之間通過電極間電容量耦合的電荷噴射到電容器Cc，從而會導(dǎo)致偏移誤差?？赏ㄟ^不太快地轉(zhuǎn)換線G4來減少這種誤差，因此，會給存儲在所述溝道中的電荷足夠的時間去消散，但是，仍然會有導(dǎo)致經(jīng)由電極間電容量的電荷噴射的殘留誤差。電路300能至少部分地消除殘留誤差?？刂凭€G17和G18設(shè)置成能彼相對轉(zhuǎn)換成反相的，因此，可以借助在轉(zhuǎn)換線G17時形成在晶體管T17的溝道電極與柵電極之間的電極間電容量而從電容器Cc中抽出補償電荷。補償電荷可根據(jù)在轉(zhuǎn)換控制線G18時形成在晶體管T18的溝道電極與柵電極之間的電極間電容量而借助晶體管T18抵消噴射到電容器Cc上的電荷。
本發(fā)明的實例可包括下述不同的元件(ⅰ)可用石英玻璃透鏡來代替紅外射線可透過的鍺透鏡212、213，可見光線即波長在0．3μm至1μm范圍內(nèi)的射線可透過所說的石英玻璃。
(ⅱ)光電二極管元件58可相應(yīng)地設(shè)置成能響應(yīng)可見光線。
這就能使設(shè)備200用于提供發(fā)射可見光線的場景的在空間上經(jīng)過濾的輸出?？捎肕OS或CCD來代替光電二極管58，以使得設(shè)備200對可見光線敏感。
透鏡212、213可用有形的鏡子組件來代替，所述鏡子組件設(shè)置成能將遠程場景的圖像投射到陣列52上。鏡子可在比用鍺或石英玻璃透鏡射線發(fā)射頻率范圍廣的范圍內(nèi)投射遠程場景的圖像。
透鏡212、213可用一個或多個菲涅耳波帶板來代替，該板設(shè)置成能提供聚焦的特征，從而能將圖像投射到陣列52上。這就能提供這樣的優(yōu)點即將所述波帶板制作成比透鏡212、213相比一般有幾克的較低質(zhì)量，從而能使盤214更快地旋轉(zhuǎn)，因此能在來自陣列52的輸出K1處更快地更新在空間上過濾過的圖像輸出。
可在校準(zhǔn)模式中按可由操作員或自動地根據(jù)與設(shè)備200相連的遠程裝置來加以選擇的模糊度將部分模糊的圖像投射到陣列52上，以便在輸出K1中獲得預(yù)定程度的過濾。而且，透鏡213可將均勻模糊的場景圖像投射到陣列52上，以使設(shè)備200能用于提供相對的輻射計輸出以及一種能進行更精確圖像過濾的設(shè)備。
可分別在校正模式和測定模式中將基本上聚焦的圖像和部分模糊的圖像投射到陣列52上，因此，可將與基本上聚焦圖像相對應(yīng)的信號記錄在各電路300中的電容器Cc上。這就提供了這樣的優(yōu)點即可在輸出K1處的傳感器信號中實現(xiàn)圖像色調(diào)反轉(zhuǎn)。
此外(ⅰ)可用透鏡組件204內(nèi)的固定透鏡即以不能旋轉(zhuǎn)方式安裝在盤214上但安裝在相對框架220有恒定距離的透鏡將聚焦圖像投射到元件52；以及(ⅱ)盤214上以可旋轉(zhuǎn)方式安裝的漫射快門根據(jù)對上述形式的設(shè)備200的控制輸入K2在第一與第二位置之間移動。
所述快門可位于前述第一位置處，因此，它不會遮擋穿過透鏡組件204到達陣列52的射線，所述快門可位于前述第二位置處，因此，它會散射以透鏡組件204穿過該快門到達陣列52的射線。所述快門可包括一毛面玻璃板，它可透射和散射可見射線，同時能加重入射到其上的基本上僅為5％的射線。所述毛面玻璃板能提供散射特征，其中，當(dāng)快門處于前述第一位置處時，位于陣列52中心區(qū)的元件58即參照元件所接收的射線會散射，因此，該射線的90％會照射到位于第二位置處陣列52上從距參照元件最近的元件到與參照元件相鄰的64％元件的范圍內(nèi)，這里64％的元件對應(yīng)于圖1中Gmax=0．4h。
當(dāng)輸出K1對應(yīng)于以場景的非漫射圖像的響應(yīng)曲線中減去陣列52中各元件58對場景的漫射圖像的響應(yīng)曲線，與在測定模式中直接來自陣列52的輸出相比，在輸出K1處提供的數(shù)據(jù)中可降低因閃爍噪音和元件偏移及靈敏度的變化所導(dǎo)致的缺陷即FPN。在輸出K1中還可以減少因元件偏移和靈敏度對溫度的依賴性所導(dǎo)致的缺陷。
可將輸出K1顯示在屏幕上、存儲在儲器內(nèi)以供將來顯示或作其它處理，或者印制到設(shè)備200構(gòu)成了電子攝像機設(shè)備一部分的地方。所述存儲器可以是可重寫B(tài)EPROM，該存儲器可在撤去了提供給它的電源時保持?jǐn)?shù)據(jù)。
可用CCD陣列來代替陣列52。在使用了CCD陣列時，設(shè)備200會提供與包括MOS光檢測器的陣列52相類似的優(yōu)點即可降低閃爍噪音、FPN和偏移。
所述快門可不包括毛面玻璃板而是包括半透明塑料板、描圖紙板、微棱鏡板、一個或多個菲涅耳板中的至少一個或者一個或多個相位板，以便使來自場景的射線漫射。如在標(biāo)準(zhǔn)的(SLR)的反射式相機中那樣以能作樞軸運動的方式來安裝快門。另外，所述快門也可以安裝在一可旋轉(zhuǎn)的承載體上，以便在陣列52與透鏡組件204之間快速地插進和抽出。另外，快門及其啟動裝置可用液晶空間光解調(diào)器來代替，液晶空間光解調(diào)器配置成能在透明與部分不透明狀態(tài)之間操作。液晶空間光解調(diào)器可以是含有聚合物的液晶裝置(PDLC)，該液晶裝置配置成能根據(jù)提供給它的偏壓電勢在一種狀態(tài)下散射從中透過的可見射線而在另一種狀態(tài)下則使射線基本上無散射地從中透過。所述PDLC包括有包含在連續(xù)的均質(zhì)聚合物基質(zhì)中的向列液晶涓滴。而且，設(shè)備200可按下述方式操作即該設(shè)備可交替地執(zhí)行其校準(zhǔn)模式和測定模式，或者，所述設(shè)備配置成能在返回至校準(zhǔn)模式之前執(zhí)行測定模式多次。再有，所述設(shè)備還可在看到場景時配置成能先執(zhí)行測定模式，然后執(zhí)行相關(guān)的校準(zhǔn)模式；這就會在靜物攝像機中使用所述設(shè)備時提供這樣的優(yōu)點即允許操作者在不必先執(zhí)行校準(zhǔn)模式的情況下立即獲得場景的視圖。
但是，在將設(shè)備200包括進視頻攝像機內(nèi)時，對每個測定模式都執(zhí)行校準(zhǔn)模式并不總是可行的，因為，攝像機使用了約50幀／秒的較高幀更新率。最好在包括設(shè)備200的視頻攝像機內(nèi)僅在照度或溫度變化時執(zhí)行校準(zhǔn)模式，因為，元件的靈敏度受這些環(huán)境因素的影響。通過操作者按下設(shè)備200中所包括的開關(guān)以指令該設(shè)備去執(zhí)行校準(zhǔn)模式，從而能手動地執(zhí)行校準(zhǔn)模式。另外，可將設(shè)備200配置成能自動地執(zhí)行校準(zhǔn)模式。
本發(fā)明可同多元件的陣列52一道使用，所述陣列的每個元件均包括鎘-汞-碲化物光電二極管、帶MOS讀出器的光電二極管、帶MOS讀出器的光電晶體管、帶MOS讀數(shù)器的光電門電路以及帶CCD讀數(shù)器的光電二極管中的一個或多個。
盡管本發(fā)明的上述實施例設(shè)置能對紅外和可見射線進行響應(yīng)，但是，在另一個實施例中，通過使用對超聲波、X射線或微波射線進行響應(yīng)的多元件陣列并使用諸如反射器或波帶板之類的一個或多個聚焦裝置而將本發(fā)明設(shè)置成能對超聲波、X射線或微波射線進行響應(yīng)，所述聚焦裝置可用于超聲波、X射線或微波射線以便將彼此有不同模糊程序的圖像投射到前述陣列上。就X射線而言，所述陣列可包括多個閃爍器，它們可通過發(fā)射出隨后被多通道圖像放大器放大的可見光而對所接收到的X射線進行響應(yīng)。
在傳感器設(shè)備200中，作為將場景‘S’的散焦或漫射圖像投射到陣列52上以生成用于各元件58的校準(zhǔn)信號的另一種方法，可在校準(zhǔn)模式中將校準(zhǔn)對象的模糊圖像投射到陣列52上。
權(quán)利要求
1.一種傳感器設(shè)備，它用于生成與過濾后的場景圖像相對應(yīng)的傳感器信號，所述設(shè)備包括(ⅰ)檢測裝置(52)，包括多個檢測器元件(58)并設(shè)置成用于在第一和第二檢測步驟中分別獲得第一個和第二元件信號；以及(ⅱ)處理裝置(300)，與各元件(58)相聯(lián)并用于從上述元件信號中獲得差值信號，以供生成傳感器信號，其特征在于，上述處理裝置(300)包括補償裝置，用于抵消根據(jù)傳感器設(shè)備在檢測步驟之間轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的不精確性。
2.如權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述處理器裝置(300)包括(ⅰ)存儲裝置(304)，包括一存儲電容器，該電容器用于將在上述第一步驟中來自第一元件信號的校準(zhǔn)信號記錄于其中；(ⅱ)電流噴射裝置，用于在上述第一步驟中將電流噴射到電容器上并用于在上述第二步驟中根據(jù)在上述第一步驟中記錄下來的校準(zhǔn)信號而提供一電流，以供生成差值信號，所述噴射裝置包括一可編程的電流源，該電流源包括自柵-陰MOS場效應(yīng)晶體管。
3.如權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備，其特征在于(ⅰ)所述處理裝置(300)包括存儲裝置(304)，該存儲裝置包括一存儲電容器，用于將在上述第一步驟中來自第一元件信號的校準(zhǔn)信號記錄下來；以及(ⅱ)所述補償裝置包括一補償電容器，包括第一和第二電極，第一電極與所述存儲電容器相連，以便將補償電荷噴射到該電容器上，第二電極設(shè)置成受補償信號的驅(qū)動，以便抵消傳感器設(shè)備在檢測步驟之間轉(zhuǎn)換時存儲裝置(304)內(nèi)的不精確性。
4.如權(quán)利要求3的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述補償信號對與提供給處理裝置的用于選擇相位的信號相逆相。
5.如權(quán)利要求3或4的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述補償電容器包括一補償MOS場效應(yīng)晶體管，其溝道電極都是縮短的，以提供該電容器的電極之一，并且，其柵電極設(shè)置成能提供該電容器的另一個電極。
6.如權(quán)利要求5的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述存儲裝置(304)包括一啟動MOS場效應(yīng)晶體管，用于使該裝置從前述第一步驟轉(zhuǎn)換至前述第二步驟，在所述第一步驟中，存儲裝置將相應(yīng)的校準(zhǔn)信號存入存儲電容器，在所述第二步驟中，存儲裝置提供上述校準(zhǔn)信號，并且，所述補償MOS場效應(yīng)晶體管包括一短溝道，因此，柵-溝道電容量基本上是上述啟動MOS場效應(yīng)晶體管電容量的一半。
7.如權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述元件(58)和處理裝置(300)一道被集成在襯層上。
8.如權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述處理裝置(300)包括接口裝置(302)，用于提供從處理裝置(300)到相應(yīng)元件(58)的接口并用于使元件(58)的輸入阻抗小于元件(58)的內(nèi)部等價阻抗，所述接口裝置(302)包括MOS場效應(yīng)晶體管，配置成共柵結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備，其特征在于，該傳感器設(shè)備包括投影裝置(204)，用于在上述第一和第二步驟中分別將第一和第二圖像投射到檢測裝置(52)上，其中(ⅰ)所述圖像中的至少一個是來自場景的射線的投影；以及(ⅱ)所述圖像有彼此不同程度的模糊，但不是完全散焦的，并且，每個圖像都保持了可辨別的空間特征；從而，能使得上述傳感器設(shè)備提供與在空間上過濾過的場景圖像相對應(yīng)的傳感器信號。
10.如權(quán)利要求9的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述模糊程度是這樣的即來自可根據(jù)單個元件(58)聚焦的場景元件在檢測裝置(52)的一個元件至25％元件的范圍內(nèi)散布在多個元件上(58)。
11.如權(quán)利要求9的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述圖像模糊到了可手動或自動地加以選擇的程度。
12.如權(quán)利要求9的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述第二圖像可比第一圖像有更大的模糊度。
13.如權(quán)利要求9的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二圖像中的至少一個是漫射圖像。
14.如權(quán)利要求13的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述投影裝置設(shè)置成能在圖像是漫射的時由兩個元件之間和64％的元件來接收與可在一個元件上接收的來自聚焦信號的射線相對應(yīng)的射線。
15.如權(quán)利要求13的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述投影裝置包括一液晶空間光調(diào)制器，它在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間是受控的，在所述第一狀態(tài)下，該調(diào)制器可基本上使射線無散射地透過，而在所述第二狀態(tài)下，該調(diào)制器則會使來自場景的射線透射并散射至檢測裝置(526)，以便產(chǎn)生用于上述第一和第二圖像的不同的模糊度。
16.如權(quán)利要求15的傳感器設(shè)備，其特征在于，所述液晶空間光調(diào)制器可以是含有聚合物的液晶裝置(PDLC)，它能在一種狀態(tài)下使從中透過的射線發(fā)生散射而在另一種狀態(tài)下基本上無散射地透射光線，可根據(jù)提供給上述液晶裝置的控制電位來選擇上述狀態(tài)。
17.如權(quán)利要求1的傳感器設(shè)備，其特征在于，每個元件(58)均包括鎘-汞-碲化物光電二極管、帶MOS讀出器的光電二極管、帶MOS讀出器的光電晶體管、帶MOS讀出器的光電門電路以及帶CCD讀出器的光電二極管中的至少一個。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種傳感器設(shè)備(200),它能進行補償信號處理,以便生成傳感器信號,該信號對應(yīng)于過濾后的場景圖像。設(shè)備(200)包括:一多元件陣列(52),它用于響應(yīng)投射到其上的第一和第二場景而在各元件(58)處提供第一和第二信號;以及,透鏡組件(204),它用于將圖像投射到陣列(52)上。各元件(58)與相關(guān)的電路(300)相連。每個電路(300)均執(zhí)行從彼此中減去相關(guān)元件的第一和第二信號,以提供差值信號并使這一信號供生成傳感器信號。各電路(300)包括一晶體管(T17),它用于噴射電荷以至少部分地補償減法精度下降的寄生電荷噴射,這種噴射是在設(shè)備(200)在將第一圖像與第二圖像投射到陣列(52)之間時出現(xiàn)在電路(300)內(nèi)的。
文檔編號H04N5/365GK1280738SQ9881159
公開日2001年1月17日 申請日期1998年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月26日
發(fā)明者R·A·巴林加爾, S·科林斯, D·J·李斯, G·F·馬沙爾 申請人:英國國防部