[发明专利]通过电阻式辐射热测量计阵列检测红外辐射的器件和方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外线成像和测辐射热的高温测量领域。

更具体地，本发明涉及对来自电阻式辐射热测量计检测阵列的响应中的空间不均匀性进行校正的领域。

背景技术

在红外检测器领域，存在一种使用如下器件的已知技术：该器件被布置成阵列形式，能够在环境温度下工作(换句话说不需要被冷却至极低温度)，这与需要在极低温度(通常在液氮的温度)下工作的被称作“量子检测器”的检测器件不同。

这些未冷却的检测器传统上利用适当材料的物理变量随300K附近温度的变化。在测辐射热检测器的情况下，该物理变量是所述材料的电阻率。

这种类型的未冷却的检测器通常包括：

-吸收红外辐射并将其转化成热的装置；

-使所述检测器热绝缘的装置，使得允许检测器在红外辐射的作用下变热；

-测温装置，其在测辐射热检测器的情况下使用电阻式部件；

-以及读取由测温装置提供的电变量的装置。

旨在用于红外成像的检测器被常规地制造成测辐射热单元检测器或辐射热测量计的一维或二维阵列的形式，所述阵列通过每个单元检测器处的支撑臂悬于一般由硅制成的衬底之上。

在衬底中通常提供有对单元检测器进行顺序寻址的装置、对由这些单元检测器生成的电信号进行电激励和预处理的装置。因此这些顺序寻址装置、电激励和预处理装置在衬底中形成并构成“读取电路”。

为了通过这种检测器获取场景的图像，通过合适的光学装置将场景投射到单元检测器阵列上，通过读取电路向每个单元检测器或向每行所述检测器施加时钟控制的电激励，以便获得构成每个所述单元检测器达到的温度的图像的电信号。该信号由读取电路、然后可能由封装外部的电子器件以或多或少复杂的方式进行处理，以便生成所观察场景的热图像。

这样的检测器具有在制造成本和使用方面的许多优势，但也具有限制其性能的缺点。

具体而言，存在由辐射热测量计阵列形成的信号的均匀性问题。事实上，由于辐射热测量计的性能离散，在使辐射热测量计处于同一工作温度时这些辐射热测量计产生不完全一样的输出电平，且在面对来自场景的同一红外辐射时响应得不完全一致，所以由检测器形成的均匀场景的图像具有固定的图案噪声。

这样的离散可能具有诸多原因。可列举主要原因是辐射热测量计的表现为电阻离散的工艺离散，导致即使在由均匀场景供给阵列的情况下检测器的输出电平也变化。信号离散的另一原因是衬底及其空间温度分布的热偏移，而辐射热测量计跟随支撑辐射热测量计的衬底的温度。

一般而言，用术语“偏差”表示在由均匀场景对阵列提供馈送的情况下，某一特定辐射热测量计的输出电平相对于阵列中的辐射热测量计的平均输出电平的偏移。在下文中，用术语“连续电平”(Niveau Continu)或简写词NC来表示在这些特定均匀馈送状态中的所有输出电平。

为了补偿辐射热测量计的偏差离散(这是由检测器提供的信号在质量方面的局限性的主要原因)，开发出许多校正技术。

第一类型的偏差校正，例如文献US 2002/022938中所述，包括获取基准图像，即均匀场景的基准图像。该基准图像随后被存储在系统(此处这个词是指实施检测器或传感器的所有电子机械和软件功能)中，并随后被从由该系统获得的每个图像中数字地或模拟地减去。基准图像通常借助于本质上等温的快门来形成，关闭该快门以获得均匀场景。

该第一技术的缺点是在整个基准图像获取时间内始终使检测器不工作。另外，安装快门涉及到不可忽略的额外成本并增加系统中机械故障的来源及系统的能耗。

第二类型的偏差离散校正基于电阻式辐射热测量计的偏差取决于其温度这个事实。在该第二类型的辐射热测量计校正中，例如文献US5811808中所述，在系统中长期地存储针对各种预定的传感器温度的偏差表。所述系统具有测温传感器、数据处理单元，所述测温传感器测量衬底的温度，所述数据处理单元随后根据测量到的温度来选择所存储的偏差表之一、或者根据测量到的温度通过对所存储的表进行插值来创建新的偏差表。所选择或创建的偏差表随后被从当前检测到的图像中减去。

该类型的校正就不需要快门，但是却表现得不如第一校正类型有效。另外，参考点的数量和插值多项式的次数越高，通过插值进行的校正的精确度就越高。然而，高质量的插值需要大量计算资源和存储足够数量的表。另外，偏差表获取时间很长。最后，最重要的是，由于其原理，插值只在参考点附近才在精确度上有效。因此，只要需要对检测器的工作温度范围精确采样，实施第二技术的检测器的制造成本就会变得非常昂贵。