[发明专利]红外焦平面阵列像元逐点偏压校正数据的读取电路和方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外焦平面读出电路技术领域，具体涉及一种红外焦平面阵列像素单元进行逐点偏压控制的校正信号的读取电路和方法。

背景技术

任何温度高于绝对零度的物体，其内部都会发生分子热运动，从而产生波长不等的红外辐射。红外辐射具有强度和波长直接与物体表面温度有关的重要特征，提供了客观世界的丰富信息，但它是一种不可见的电磁波，如何将这种红外辐射转换为可测量的信号来探测客观世界成为人类不断奋斗的目标。红外焦平面阵列探测器就是人们在不断探索中的一个产物。红外焦平面阵列探测器通过光电转换、电信号处理等手段将目标物体的温度分布转换成视频图像，是一种集光、机、电等尖端技术于一体的高科技产品。其具有抗干扰能力强、隐蔽性能好、跟踪和制导精度高等优点，在军事和民用领域获得了广泛的应用。

传统的焦平面阵列拥有极高的灵敏度，几乎已经接近了背景限，但这种光电子探测器在工作温度较高时，本身固有的热激发过程快速增加，使得暗电流和噪声迅速上升，极大地降低了焦平面探测阵列的性能，所以需要制冷设备使其工作在低温环境下。但是由于制冷设备的存在，使得探测系统在体积、重量、功耗和成本方面都大量增加，从而增加了它应用的困难性。随着技术的不断发展，人们提出了非制冷红外焦平面阵列的概念。非制冷红外焦平面阵列探测器可在常温下工作，无需制冷设备，不仅减小了器件的体积、重量与功耗，也使得器件的可靠性得到了提高，而且其制造工艺与成熟的硅大规模集成电路工艺相兼容，极大地降低了器件的制造成本。由于上述诸多的优点，使这项技术得到了快速的发展和广泛的应用。

微测辐射热计探测器具有较高的灵敏度，是应用最广泛的一种非制冷红外焦平面阵列探测器。其工作原理是热敏材料把入射的红外辐射产生的温度变化转变成电阻变化，通过测量电阻变化探测红外辐射信号的大小。微测辐射热计焦平面阵列是利用微机械加工技术在硅读出电路上制作绝热结构，并在其上面形成作为探测器单元的微测辐射热计。

经过多年的发展和技术的进步，非制冷红外焦平面阵列探测器已在噪声上满足使用需要，然而人们在非制冷红外探测器性能、图像质量、稳定性、功耗、体积和成本上都有了更高的要求。其实非制冷红外焦平面阵列探测器并非真的完全不需要制冷，而是使用热电制冷器（Thermo-Electric Cooler, TEC）来稳定其工作温度，而TEC本身具有一定的体积和功耗，从而使非制冷红外焦平面阵列探测器的应用受到一定程度的影响，所以人们尝试去除TEC。然而去除TEC后，由于像元接受红外辐射后温度会升高，衬底温度的变化会导致焦平面阵列极大的非均匀性，影响读出结果。通过不断研究得出，解决无TEC的非制冷红外焦平面阵列探测器的非均匀性的关键技术，一方面在于工艺上的改进，另一方面在于具有非均匀性校正功能的读出电路的设计，从电路上对非均匀性进行补偿，使得非制冷红外焦平面阵列探测器在没有TEC作为温度稳定装置的情况下，也能正常工作，输出具有良好质量的图像。

针对无TEC非制冷红外焦平面阵列探测器非均匀性，目前应用最多的是脉冲偏压校正技术，为各个像元施加不同的脉冲偏置（偏置补偿法）。偏置补偿法是基于在探测器的输出信号中引入额外的校正信号，或对各个探测元施加相应校正后的偏压，这些校正信号或偏压，是微测辐射热计当前温度的函数。不同的脉冲偏置，引起探测元相应的温升，从而改变各个探测元上与温度有关的响应率和输出电压。由于工作温度在随环境变化，这种校正需要实时进行，各个探测元的校正数据由它的输出信号与温度的相关性决定，并在标定后存储，使用时从存储器中读取。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种红外焦平面阵列像素单元进行逐点偏压控制的校正信号的读取电路和方法，通过一系列的控制信号时序准确无误的读取和保存外界输入的校正数据，有效提高对像元逐点偏压控制的精确度，提高了输出图像的质量。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种红外焦平面阵列像元逐点偏压校正数据的读取电路，包括串并转换电路、移位寄存器组和控制移位寄存器组的时序控制电路、每列通道中集成的一个由N个数据寄存器构成的N位数据寄存器组，其中N为输入校正数据的位数；

其中，串并转换电路将输入的串行校正数据转换为并行输出，输出端分别接到集成在每列通道中的N位数据寄存器组中，时序控制电路将时钟信号转换为2N个主时钟周期的时钟信号，控制移位寄存器组产生列选信号使通道中的寄存器读取并保存串并转换电路的输出信号。