[发明专利]传感器设备

说明书

本发明涉及用于传感来自场景的射线的传感器设备。本发明还涉及一种传感这种射线的方法。

用于传感来自场景的射线的传感器设备在先有技术中是周知的。这些设备例如在便携式摄像机和数字相机以及在紧急无线电通讯业务所使用的热成像器中有广泛的应用。

典型的设备采用一传感器，该传感器包括两维阵列的元件，每一维都带有相关的信号处理电路。来自场景的射线投射到所述阵列上，其中，每个元件都按等式[1]所给出的

那样通过具有输出S_k的相关处理电路来进行响应，这里，下标k用于唯一地标识元件，即S_k是来自第k个元件电路的输出。输出S_k包括不希望有的赝象，这些赝象源于场景本身或者是在相关元件或处理电路中产生的： S k = A k ( Rf k , Rped k ) + B k + N k ]]>等式1

其中

S_k=通过相关处理电路产生自第k个元件的输出；

A_k=第k个元件的灵敏度函数；

Rf_k=在第k个元件处接收到的来自场景的特征信息或场景对比射线；

Rped_k=在第k个元件处接收到的来自场景的背景射线；

B_k=在第k个元件及其相关处理电路内生成的偏移信号；

N_k=在第k个元件及其相关处理电路内生成的噪音信号。

来自各元件的输出S_k组合起来提供传感器信号。

前述传感器中生成的赝象例如源于处理电路中产生的偏移电位；这些偏移源于电路装置的半导体带隙或者源于对电路中的信号进行处理时的瞬时电荷注射效应。

上述包括相关电路的传感器可以是以电荷耦合器件(CCD)或金属氧化物半导体(MOS)器件为基础的。具体地说，在使用MOS器件时，可以发现，元件的灵敏度函数A_k存在有不希望出现的变化，也就是说，元件具有不同的灵敏度，因此会根据所接收到的同样的射线强度而给出不同的输出S_k。这种变化通常要大于采用电荷耦合器件(CCD)的传感器中的变化。这就妨碍了比采用CCD的传感器更好的采用MOS的传感器在消费者摄像机中的广泛应用，尽管有使用包括MOS的传感器的长期需要，以便从MOS检测和处理电路的兼容性中获益；提供用于使MOS器件运转的电源和控制信号与提供用于使相应CCD运转的电源和控制信号相比有较小的复杂性并且是廉价的。所说的变化会导致输出S_k中的固定格式噪声(FPN)，从而会导致代表有斑点的场景的相应传感器信号。而且，所述元件中还存在有偏移信号B_k的变化，并且，灵敏度函数A_k和偏移量B_k通常取决于传感器的温度。就用于响应低强度射线的传感器而言，传感器的元件及相应处理电路中产生的噪音N_k通常会成为问题，特别是导致N_k的原因之一的闪烁噪音会成为问题，这种噪音具有与频率相反增加的噪声谱密度。

在传感器接收到来自场景的红外射线时，输出S_k就会包含有不希望有的与来自场景的普通背景温度相对应的消隐脉冲电平分量及与场景中温度变化相对应的预定特征分量。这具体在下列情况下是肯定的：

(ⅰ)所述场景处于约300K的环境温度下；以及

(ⅱ)给定的升至特征分量的场景温度变化小于1K。

消隐脉冲电平分量可以比特征分量大一千倍或者更大。这就导致较差的信号反差，这种反差会使得在输出S_k中难以识别出温度的变化，除非是对输出S_k作进一步的信号处理。