本申請依據(jù)35U.S.C.§119請求2015年9月24日遞交的申請?zhí)枮?0-2015-0135675的韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)以及由此產(chǎn)生的所有權(quán)益，該申請的內(nèi)容通過引用全部并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及使用微測輻射熱計陣列的檢測電路中的多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測方法以及使用該方法的微測輻射熱計，并且尤其涉及一種多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測方法以及使用該方法的微測輻射熱計，其能夠降低各種固定模式噪聲且容易去除熱電冷卻器和快門。

背景技術(shù)：

紅外線檢測器被分類為基于光的檢測器和基于熱的檢測器。基于熱的檢測器通過使用熱傳感器陣列產(chǎn)生目標(biāo)物體的溫度圖像。以這種方式，用于通過收集從對象輻射的塊體輻射能量來獲得溫度圖像的裝置被稱為遠紅外熱成像系統(tǒng)。

基于熱的檢測器包括輻射熱測量計、微測輻射熱計、熱電和熱電堆。當(dāng)從物體黑體輻射的規(guī)定頻帶中的遠紅外線被透鏡收集在微測輻射熱計上時，微測輻射熱計的溫度上升或下降以改變微測輻射熱計的電阻。通過利用這一點，能夠通過測量多個微測輻射熱計(也就是微測輻射熱計陣列)中設(shè)置的激活單元的電阻值將對象的溫度分布遠程成像。

由于由數(shù)千乃至幾十萬的真空封裝像素陣列制造而成，使用微測輻射熱計的熱圖像傳感器具有非常高的固定模式噪聲(FPN)以及低的制造產(chǎn)量的限制。

微測輻射熱計的最小信號電平用噪聲等效溫差(NETD)表示，并且由于這比FPN小很多(大約為1/10,000的幅度)，因此很難同時滿足高反應(yīng)性和寬的動態(tài)范圍。為了解決這些限制，因為非常復(fù)雜的測試和校正處理是必要的，并且諸如硬件/軟件元件、熱電冷卻器和快門的附加的設(shè)施也是必要的，因此在成本以及尺寸和功耗方面產(chǎn)生負擔(dān)。

主要的FPN的來源大致為以下幾點。

-根據(jù)激活單元和撇取單元中熱敏電阻器電阻、熱容量、熱電阻或紅外線吸收率的工藝變化，各個激活單元之間、各個撇取單元之間以及激活單元與撇取單元之間的非均勻性或非相干性；

-由于運算放大器的電源和偏置、晶體管的閾值電壓、或輸入偏移電壓和電流、電流信號積分時間或開關(guān)噪聲等引起的電壓/電流變化噪聲；

-根據(jù)由于襯底、透鏡、外殼或檢測電路等產(chǎn)生的熱量等引起的溫度變化的熱敏電阻器電阻變化；

-檢測電路的自加熱(這是用根據(jù)溫度變化測量電阻值的變化的原理工作的所有熱敏電阻溫度計共有的限制)

-1/f噪聲(具有FPN和隨機噪聲的兩種特性)

當(dāng)發(fā)生這種FPN時，紅外信號被埋沒在噪聲中，并且用于去除此噪聲的精細的模擬校正或數(shù)字校正等是不可避免的。

使用具有恒溫作為基準(zhǔn)信號源的基準(zhǔn)塊體執(zhí)行用于去除FPN的校正。用于由每個激活單元檢測的遠程輻射溫度的校正代表性地通過測量兩個基準(zhǔn)黑體的溫度、將所測量的溫度近似為具有兩個常數(shù)的一階函數(shù)并且將測量值插值或外推到實際的溫度來執(zhí)行。這種校正被稱為雙點校正，并且在此點獲得的兩個常數(shù)分別稱為增益和偏移。

然而，因為由于襯底溫度變化或外殼溫度變化，實際使用中的環(huán)境與提取校正常數(shù)時的非常不同，所以難以在現(xiàn)場使用中執(zhí)行準(zhǔn)確的校正。為了解決該限制，使用熱電冷卻器和快門。

然而，因為使用熱電冷卻器和快門成為紅外攝像機的重量、尺寸、功耗以及價格等增加的主要原因，有必要為大量分布的紅外攝像機，特別是大量分布的民用需求的紅外攝像機去除熱電冷卻器和快門。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測方法和使用該方法的微測輻射熱計，其能夠在單個行程中去除激活單元與撇取單元之間以及各個撇取單元之間的非均勻性或非相干性的所有固定模式噪聲、由于電源和偏置、晶體管的閾值電壓或輸入偏移電壓和電流、電流信號積分時間引起的電壓/電流變化噪聲、或運算放大器的切換噪聲以及激活單元與撇取單元之間的自加熱差異，在來自固定模式噪聲源當(dāng)中，這些噪聲是由于使用激活單元與撇取單元之間的不同信號的信號檢測產(chǎn)生的，在信號檢測中僅使用典型的激活單元。

本發(fā)明還提供了一種能夠容易地去除快門和熱電冷卻器的多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測方法和使用該方法的微測輻射熱計。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，一種多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測方法包括：由多個單位基準(zhǔn)單元產(chǎn)生基準(zhǔn)信號；由已吸收紅外信號的多個單位激活單元接收感測信號；以及在使用所述基準(zhǔn)信號處理的所述感測信號和激活單元值的基礎(chǔ)上檢測純紅外信號，其中所述單位基準(zhǔn)單元對紅外信號不反應(yīng)并且配置成具有與所述單位激活單元相同的電特性和熱特性的盲單元。

所述多個單位基準(zhǔn)單元可以配置成n×m陣列，其中n和m是自然數(shù)。

所述激活單元值可以是通過計算從每列中存在的n個單位基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)輸出信號的平均值并且從單位激活單元分別地輸出的感測信號中減去所述平均值獲得的值。

檢測純紅外信號可以是通過使用帶有紅外信號的單位激活單元與無紅外信號的平均基準(zhǔn)單元值之間的差產(chǎn)生的激活單元值來無快門地檢測紅外信號。

所述多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測方法還可以包括：使用從每列中存在的n個單位基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)信號的平均值作為用于產(chǎn)生激活單元和撇取單元的偏置控制信號的基準(zhǔn)信號，用于去除熱電冷卻器。

所述多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測方法還可以包括：調(diào)節(jié)所述激活單元和撇取單元的所述偏置控制信號，使得從每列中存在的n個單位基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)信號的平均值具有電源電壓的中間值。

根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施例，一種微測輻射熱計檢測遠程紅外信號，其包括：多個單位激活單元，配置為吸收紅外信號以輸出基準(zhǔn)信號；多個單位基準(zhǔn)單元，配置為對紅外信號不反應(yīng)，并且具有與所述激活單元相同的電特性和熱特性并且輸出基準(zhǔn)信號；以及撇取單元，配置為共同地去除所述感測信號和所述基準(zhǔn)信號的直流分量；其中在所述感測信號和所述基準(zhǔn)信號的基礎(chǔ)上產(chǎn)生用于感測遠程紅外信號的激活單元值。

所述多個單位基準(zhǔn)單元可以配置成n×m陣列，其中n和m是自然數(shù)。

所述激活單元值可以是通過計算從每列中存在的n個單位基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)信號的平均值并且從單位激活單元分別地輸出的感測信號中減去所述平均值獲得的值。

冷單元或溫單元可以用作所述撇取單元。

所述單位基準(zhǔn)單元可以是具有與所述單位激活單元相同的熱特性和電特性的盲單元。

通過使用帶有紅外信號的從所述單位激活單元輸出的基準(zhǔn)輸出信號的平均值與無紅外信號的從每列中存在的n個基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)輸出信號的平均值之間的差所檢測的激活單元值可以無快門地檢測紅外信號。

從每列中存在的n個基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)信號的平均值可以用作用于產(chǎn)生激活單元和撇取單元的偏置控制信號的基準(zhǔn)信號，用于去除熱電冷卻器。

可以調(diào)節(jié)所述激活單元和撇取單元的所述偏置控制信號，使得從每列中存在的n個單位基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)信號的平均值具有電源電壓的中間值。

附圖說明

通過下面結(jié)合附圖進行的描述可以更詳細地理解示例性實施例，附圖中：

圖1示出典型的微測輻射熱計中使用的感測電路和撇取電路；

圖2是示出感測時間過程中電荷轉(zhuǎn)移阻抗放大器(CTIA)的輸出電壓信號的變化的曲線圖；

圖3(a)至圖3(d)是用于說明模擬校正和數(shù)字校正以去除固定模式噪聲的視圖；

圖4(a)至圖4(d)示出在具體襯底溫度Tsub＝Tsub2處，當(dāng)Vo,ref是多個單位基準(zhǔn)單元檢測值的平均值時，相對于圖3(a)至圖3(d)所示曲線圖的各種激活單元和基準(zhǔn)單元檢測值的頻率分布和校正方法；以及

圖5是根據(jù)本發(fā)明的微測輻射熱計的電路圖。

具體實施方式

下面將參照附圖描述本發(fā)明的詳細描述，附圖示出了本發(fā)明的具體實施例。參考附圖中所示的具體實施例，將給出詳細描述使得本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地實施本發(fā)明。除了具體實施例以外的其它實施例彼此不同，但不一定是相互排斥的。此外，應(yīng)該理解的是，下面的詳細描述在適當(dāng)解釋的情況下并非是試圖具有限制意義的描述。

附圖中示出的關(guān)于具體實施例的詳細描述應(yīng)被解讀為與附圖相關(guān)聯(lián)，附圖被認為是整個說明書的一部分。參考方向或指向性僅是為了描述方便的目的，并非意在限制本發(fā)明的范圍。

具體而言，方向性術(shù)語，諸如“頂部、底部、水平、垂直、上部、下部、向上或向下”，或它們的派生詞(例如，“水平地、向下地、向上地等)應(yīng)參照所有附圖和相關(guān)的描述理解。特別是，這種相對術(shù)語僅僅是為描述方便的目的，并且因此，本發(fā)明的裝置不要求在特定方向上配置或進行操作。

此外，除非另有說明，表示相互聯(lián)接關(guān)系的術(shù)語，諸如“安裝、附接、連接或相互連接”，可以指單個配置直接或間接地附接、連接或固定的狀態(tài)。因此，術(shù)語應(yīng)當(dāng)被理解為包括不可移動的狀態(tài)以及可移動地附接、連接或固定的狀態(tài)。

圖1示出在典型的微測輻射熱計中使用的撇取電路。根據(jù)本發(fā)明的實施例的微測輻射熱計使用撇取電路用于去除不必要的DC信號，以便滿足高靈敏度和寬動態(tài)范圍。如圖1所示，撇取電路通過使用電荷轉(zhuǎn)移阻抗放大器(CTIA)30對流經(jīng)激活單元100所配置的感測電路10的電流與流經(jīng)撇取單元21所配置的撇取電路20的電流之間的差進行積分，然后獲得輸出電壓信號V_out。

在圖1中，根據(jù)遠程紅外信號變化的感測電路10的電流I_a與流經(jīng)撇取電路20的撇取電流I_r之間的差I(lǐng)_r-I_a被傳送到CTIA 30。在這一點上，流經(jīng)撇取電路20的撇取電流I_r與遠程紅外信號不相關(guān)并且由連接到相同列的所有激活單元100共享。

當(dāng)執(zhí)行紅外線檢測時，在感測時間T_sense過程中，從圖1中的CTIA 30輸出的輸出電壓信號V_out逐漸從初始電壓上升，在積分完成時成為最大值，然后被釋放到初始電壓。這里，輸出電壓信號V_out可以用下面的等式(1)進行計算。

其中，V_BUS表示輸入到CTIA 30中設(shè)置的運算放大器的正端的電壓值，C_INT表示設(shè)置于CTIA 30的電容器的電容，T_sense表示感測時間，I_a表示與紅外信號反應(yīng)的流經(jīng)感測電路10的電流，并且I_r表示不與紅外信號反應(yīng)并具有用于調(diào)節(jié)V_out的DC分量(即偏移)的功能的撇取電路20的電流。因此，感測電路10的增益被調(diào)節(jié)到VFID并且V_out的DC分量(即偏移)被調(diào)節(jié)到GSK-VSKIM。不具有自加熱效應(yīng)的冷單元或能夠消除自身發(fā)熱的熱單元作為撇取單元21可被代表性地使用。

冷單元是幾乎沒有自加熱并且與激活單元具有熱非相干性的基準(zhǔn)單元。當(dāng)使用溫單元時，可以解決這樣的限制。溫單元通過與激活單元相同的工藝制造并具有與激活單元相同的本體部分和相同的電流動和熱流動。溫單元是一種撇取單元，其制作為使得通過設(shè)置至腿部的額外的傳熱路徑可任意調(diào)節(jié)熱導(dǎo)率。當(dāng)使用溫單元時，自加熱激活單元在感測時間過程中的平均溫度上升可以被正常狀態(tài)下的溫單元的溫度上升抵消。可消除自身發(fā)熱的這樣的溫單元具有以下特點。

(1)在電阻值和電流動方面與激活單元100的電一致性良好。

(2)在本體部分內(nèi)側(cè)的熱流動方面與激活單元100的熱一致性良好。

(3)1/f噪聲小，并且對于紅外光反應(yīng)性低。

(4)可通過在預(yù)定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)導(dǎo)熱系數(shù)以任意地調(diào)節(jié)自發(fā)熱量而消除激活單元100的自加熱效應(yīng)。

圖3(a)示出圖1中所示的感測電路10的輸出特性，并且圖3(b)示出用于通過調(diào)節(jié)VFID以減少增益來防止模擬飽和的方法。

此外，圖3(c)和圖3(d)是用于說明在襯底溫度高于Tsub1時，通過改變GSK偏置電壓拉低輸出DC，以便解決圖3(b)中發(fā)生的反應(yīng)性降低的情況的視圖。下面將詳細描述每個曲線圖。

首先，圖3(a)示出圖1中所示的感測電路10的典型的輸出特性。BB^H和BB^L分別表示用于提取校正參數(shù)的兩個黑體基準(zhǔn)溫度，并且S表示的點代表具體的激活單元的輸出值，其是在圖像檢測中獲得的。這里，通過內(nèi)插或外推BB^H和BB^L曲線每個激活單元的偏移和增益值對襯底溫度的因變性可以是近似的。

在獲得溫度信號時的校正過程如下所示。在圖3(a)中，當(dāng)在Tsub2的具體襯底溫度下測量到以S點表示的檢測值時，可以通過從檢測值中減去對應(yīng)于BB^L的偏移值，并且將減后的值線性插值在BB^L和BB^H之間來反向計算溫度。這在圖3(a)至圖3(c)和圖4(a)至圖4(c)中用箭頭表示。

如圖3(a)的輸出特性所示，當(dāng)沒有紅外信號并且I_r＝I_a時，可以在V_out＝V_BUS＝VSKIM/2處實現(xiàn)最大的動態(tài)范圍。然而，在現(xiàn)實中，由于上述工藝變化等造成的各種FPN，每個激活單元的V_out值具有廣泛分散性，并且因此，很難同時獲得寬的動態(tài)范圍和高的反應(yīng)性。

在這一點上，雖然在感測時間T_sense過程中激活單元100由于所謂的自加熱發(fā)生溫度上升，其中溫度通過焦耳加熱上升，所述焦耳加熱是由于將用以讀取熱敏電阻器電阻值所施加的電壓與此點處通過的電流相乘所給出的功率而導(dǎo)致的，用作撇取單元的冷單元不具有自加熱，從而引起兩個單元之間的熱非相干性并且隨后引起電非相干性。換句話說，在感測時間過程中，由于兩個單元之間的自加熱的差別以及由此引起的FPN，激活單元100的平均溫度變得不同于用作撇取單元21的冷單元的平均溫度，引起非相干性。

這樣的FPN導(dǎo)致以下限制。

1.如圖3(a)所示，當(dāng)FPN過大時，由于感測10的輸出V_out飽和至最大或最小輸出電平，所以通過撇取電路不能充分去除DC分量并且不能獲得有意義的信號。這稱為模擬飽和現(xiàn)象，并且對應(yīng)于圖3(a)中圓圈(虛線)表示的Z區(qū)域。這是FPN的最嚴重的芯片級限制，并且為了解決此限制，有必要調(diào)節(jié)共同施加到整個像素的模擬偏置(圖1的VFID和/或GSK)或借助于熱電冷卻器等保持恒定的襯底溫度，這被稱為模擬校正并且其目的是控制動態(tài)范圍和反應(yīng)性，同時不允許檢測電路10飽和。圖3(b)示出用于通過使用VFID降低增益以允許感測電路10不飽和的方法。然而，該方法具有在低襯底溫度區(qū)域中對紅外信號的反應(yīng)變低的限制，低襯底溫度區(qū)域?qū)?yīng)于Y部分的圓圈(虛線)表示的區(qū)域。

2.圖3(c)示出一種用于通過撇取來僅降低輸出電壓的DC分量的方法，以使得輸出分布在CTIA的動態(tài)范圍內(nèi)，同時反應(yīng)性如圖3(a)所示。通過用GSK電壓調(diào)節(jié)撇取量來執(zhí)行該方法。在這一點上，VFID不改變，使得反應(yīng)性沒有變化，并且通過GSK僅調(diào)節(jié)偏移是可獨立調(diào)節(jié)的。然而，這種方法具有以下限制。首先，當(dāng)在圖3(c)中的Tsub1(用A線表示)的基礎(chǔ)上用于偏移的內(nèi)插值或外推值在下側(cè)和上側(cè)不同時，可能會發(fā)生紅外信號和溫度信號的非常大的不連續(xù)性。其次，雖然溫度補償是對襯底溫度非常敏感的函數(shù)，但是溫度感測傳感器的準(zhǔn)確性非常低，使得其難以在其上應(yīng)用精確的控制算法。

3.雖然不飽和，但是在任意的列或行上產(chǎn)生一定灰度級的直條紋。這是特定行或列的共同的FPN，并且主要用數(shù)字校正來解決。此外，每個激活單元的FPN也用數(shù)字校正來校正。這稱為非均勻性校正(NUC)并且用于去除各種類型的FPN和恢復(fù)準(zhǔn)確的像素信號。代表性地，使用基準(zhǔn)熱圖像來執(zhí)行這樣的校正，基準(zhǔn)熱圖像是通過在幾個基準(zhǔn)襯底溫度下使用幾個黑體獲得的，但由于感測電路輸出V_out變成目標(biāo)紅外信號圖像、襯底溫度、與從透鏡外殼輻射出的紅外信號無關(guān)的熱、以及非均勻性和每個像素的自加熱等的非常復(fù)雜的函數(shù)而使得校正并不容易。這種每個激活單元的多維和數(shù)字NUC需要很長時間來提取參數(shù)，并且需要大量的圖像校正存儲和工作硬件/軟件，這會導(dǎo)致成本增加。

為了解決這樣的限制，通常使用熱電冷卻器和快門。熱電冷卻器具有以下優(yōu)勢：通過保持襯底溫度恒定以去除偏移和增益對襯底溫度的因變性，從而大大降低校正復(fù)雜性。然而，由于使用熱電冷卻器是尺寸、重量、功耗和生產(chǎn)成本增加的主要原因，最好還是去除熱電冷卻器。

另外，當(dāng)使用快門時，可以通過從快門打開狀態(tài)中獲得的激活單元的檢測值中減去快門關(guān)閉狀態(tài)中的無紅外信號的激活單元的檢測值來僅檢測純的紅外信號。因此，在這種情況下，由于僅需要增益校正而不需要偏移校正，所以可大大降低校正的復(fù)雜性。然而，與熱電冷卻器類似，使用快門增加了攝像機的重量、體積、功耗和生產(chǎn)成本，并會導(dǎo)致在快門操作的時間上視頻凍結(jié)的嚴重限制。

本發(fā)明提供了結(jié)構(gòu)與通常不同的微測輻射熱計陣列以及一種多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測方法。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的微測輻射熱計的配置?；九渲门c圖1相同，但在布置多個單位激活單元100-1、100-2、…、和100-N的每列設(shè)置多個基準(zhǔn)單元200-1、200-2、...、和200-n。

激活單元100-1、100-2、…、和100-N是紅外線感測裝置并且具有非常大的熱阻值以便吸收大量紅外光并增加靈敏度，由此產(chǎn)生許多自加熱。相反，由于用作撇取單元300的冷單元反射紅外線并具有非常低的熱阻值，它幾乎沒有自加熱效應(yīng)。因此，在其間出現(xiàn)電非相干性，并且在V_out中顯著地引起與紅外信號不相關(guān)的DC偏移。

多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測方法和使用該方法的微測輻射熱計使用作為單位基準(zhǔn)單元200-1、200-2、...、和200-n的盲單元，這些盲單元除了反射紅外光以外具有與單位激活單元相同的特性和/或結(jié)構(gòu)。盲單元除了反射紅外光以外具有與激活單元100-1、100-2、…、和100-N相同的熱特性和電特性。換句話說，流經(jīng)相應(yīng)的單元的電和熱的流動和幅值可以相同。

存在惠斯通橋結(jié)構(gòu)的微測輻射熱計，其中施加到一個基準(zhǔn)單元的基準(zhǔn)電壓信號由使用所述唯一一個基準(zhǔn)單元的各種激活單元共享，但是這種微測輻射熱計具有根據(jù)各類電阻器和各個電壓放大器之間的非相干性而增加FPN和隨機噪聲的限制。

存在另一種微測輻射熱計，其中使用一個盲單元作為基準(zhǔn)單元產(chǎn)生基準(zhǔn)信號并且在電路形式中復(fù)制基準(zhǔn)信號以被連接到相同列的激活單元共享，這是不實際的，因為會在電流復(fù)制過程中產(chǎn)生額外的噪聲和非相干性。

如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的微測輻射熱計，每列設(shè)置有多個單位基準(zhǔn)單元200-1、200-2、...、和200-n。這里，作為共同連接到激活單元或基準(zhǔn)單元并且調(diào)節(jié)輸出DC電平的虛設(shè)單元的撇取單元300，由連接到相同列的所有的基準(zhǔn)單元和激活單元100-1、100-2、…、和100-N共享。

首先，第一列中設(shè)置的激活單元100和基準(zhǔn)單元200的讀取輸出信號的順序如下。

首先，讀取第一行中的單位基準(zhǔn)單元200-1的輸出信號，然后讀取第二行中的單位基準(zhǔn)單元200-2的輸出信號。以這種方式，對第n行中的單位基準(zhǔn)單元200-n的輸出信號執(zhí)行順序讀取。

然后，讀取第一行中的激活單元100-1的感測電流信號，然后讀取第二行中的激活單元100-2的感測電流信號。以這種方式，對第N行中的單位基準(zhǔn)單元100-N的感測電流信號執(zhí)行順序讀取。

在這一點上，計算從n個單位基準(zhǔn)單元200-1、200-2、...、和200-n讀取的輸出信號的平均值作為基準(zhǔn)單元值，從N個激活單元100-1、100-2、…、和100-N讀取的信號中減去基準(zhǔn)單元值，然后將減后的值作為用于檢測遠程紅外光的相應(yīng)的激活單元值。這里，n和N是1或大于1的自然數(shù)。

激活單元100-1、100-2、…、和100-N的上述輸出值確定過程也同樣應(yīng)用于第二列至第M列，其中M是1或大于1的自然數(shù)。

以這種方式，通過激活單元與各種基準(zhǔn)單元之間的平均檢測值差來檢測紅外信號被稱為多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測方法，并提供各種優(yōu)勢。

首先，可以去除各種類型的FPN。換句話說，具有能夠去除在用于每列的各個撇取單元之間發(fā)生的非相干性或諸如CTIA的各個感測電路之間的非相干性的效果。此外，可以去除在基準(zhǔn)單元與激活單元的檢測之間沒有大的變化的非常緩慢變化的功率噪聲，并且，特別地，由于用作單位基準(zhǔn)單元200-1、200-2、...、和200-n的盲單元和激活單元經(jīng)歷相同的加熱和冷卻過程，所有可以消除熱加熱效應(yīng)。

接著，可以去除快門。如上所述，在如圖3(c)所示的通常的無快門方法中，在提取校正參數(shù)時，需要用非常精細的襯底溫度Tsub的函數(shù)來測量表示為BB^L的偏移電壓值，并且為此目的，校正時的溫度Tsub也需要非常精確的測量。然而，在現(xiàn)實中，很難精確地測量Tsub的溫度，并且當(dāng)VSK的值在具體溫度下變化時，為了調(diào)節(jié)動態(tài)范圍，由于偏移值的不連續(xù)性而使得精細的校正變得非常困難。與此相反，如圖3(d)和圖4(d)所示，根據(jù)本發(fā)明，由于帶有紅外信號的激活單元的輸出值(表示為S的點)與無紅外信號的基準(zhǔn)單元的輸出值(用Vo,ref表示)之間的差用作檢測值，所以無需測量、存儲和內(nèi)插在提取校正參數(shù)時獲得的表示為BB^L的偏移曲線。在這個方面，本發(fā)明具有與使用快門幾乎相同的效果。

這里，多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣技術(shù)不使用一個基準(zhǔn)單元值，而是使用各種相同單位基準(zhǔn)單元200-1、200-2、...、和200-n的平均測量值作為一個基準(zhǔn)單元值，可以將隨機噪聲(諸如熱噪聲和1/f噪聲)的幅度以及FPN的幅度降低到1/sqrt(n)。例如，當(dāng)使用16個基準(zhǔn)單元時，F(xiàn)PN和隨機噪聲分別被減少到1/4并且NETD得到同樣程度的提高。當(dāng)使用通常的快門檢測紅外光時，為每個激活單元打開快門，檢測紅外光，然后從紅外光的檢測信號中減去在關(guān)閉快門的狀態(tài)中檢測的相同激活單元的檢測信號，在此過程中，F(xiàn)PN被消除，但沒有去除諸如熱噪聲的隨機噪聲。根據(jù)本發(fā)明，可以獲得最大大于快門情況的sqrt(2)＝1.4倍的NETD改善效果。

換句話說，從每個芯片中存在的n×m個單位基準(zhǔn)單元輸出的基準(zhǔn)信號的整個芯片平均值可以用作一個基準(zhǔn)信號，用于產(chǎn)生激活單元和撇取單元的偏置控制信號，用于去除熱電冷卻器。。圖4(a)示出幾個激活單元輸出模擬飽和的狀態(tài)。圖4(c)示出適當(dāng)調(diào)節(jié)GSK使得平均輸出值被定位在VSKIM的中間值以具有最大動態(tài)范圍的情況。

代表性地，獲得輸出信號的平均值并且將平均值用作用于調(diào)節(jié)GSK控制信號。然而，由于輸出紅外熱圖像信號根據(jù)時間非常動態(tài)地變化，所以使用輸出紅外熱圖像信號作為基準(zhǔn)信號產(chǎn)生最佳的GSK控制信號并不適合。然而，由于在本發(fā)明中獲得的整個芯片的平均基準(zhǔn)單元檢測值只取決于襯底溫度并且與紅外線圖像信號不相關(guān)，所以非常適合使用平均基準(zhǔn)單元檢測值作為GSK控制的穩(wěn)定的基準(zhǔn)信號。

此外，可以進一步包括用于調(diào)節(jié)撇取單元的偏置控制信號的過程，使得從n×m個單位基準(zhǔn)單元200-1、200-2、...、和200-n輸出的基準(zhǔn)信號的整個平均芯片值具有電源電壓的中間值。圖4(d)示出用于調(diào)節(jié)GSK使得平均基準(zhǔn)單元輸出值變?yōu)閂o,ref以便允許輸出檢測信號的平均值被定位在VSKIM的中心的方法。

根據(jù)多基準(zhǔn)相關(guān)的雙采樣檢測方法和根據(jù)的上述配置的使用該方法的微測輻射熱計，可以實現(xiàn)以下各項。

1.由于僅檢測通過透鏡輸入的紅外光的激活單元輸出信號與沒有紅外信號的基準(zhǔn)單元輸出信號之間的差，可以抵消由各種類型的非相干性產(chǎn)生的FPN，其在信號獲取電路中產(chǎn)生并且包括由撇取單元在每列中產(chǎn)生的非相干性。

2.由于盲單元用作單位基準(zhǔn)單元，所以單位激活單元與單位基準(zhǔn)單元之間的自加熱和冷卻過程可以相同，兩個單元之間的自加熱效應(yīng)可以準(zhǔn)確地抵消。

3.由于激活單元與基準(zhǔn)單元之間的信號差，其對于諸如電源噪聲的常見噪聲是具有魯棒性的。

4.通過從帶有紅外信號的激活單元的輸出信號中減去無紅外信號的基準(zhǔn)單元的輸出信號，去除了為包括撇取單元的每列在檢測電路中共同產(chǎn)生的FPN，并且可以有效率地僅檢測紅外信號。在這一點上，可能通過單位基準(zhǔn)單元的工藝變化產(chǎn)生新的FPN和由于熱和1/f噪聲產(chǎn)生的隨機噪聲，但是可以通過將多個基準(zhǔn)單元的輸出信號值平均化來大大減少新的FPN和隨機噪聲。

5.可以使用基準(zhǔn)單元輸出信號的平均值作為用于VFID、GSK和圖1的Vref的偏置控制的穩(wěn)定的基準(zhǔn)信號。因此，可以獨立執(zhí)行使用VFID的增益控制或使用GSK或Vref的DC偏移控制。這可能會顯著降低模擬校正和數(shù)字校正的復(fù)雜性，以有效地提高校正效率，并有助于去除熱電冷卻器。

6.通過去除與帶有紅外信號的激活單元與無紅外信號的基準(zhǔn)單元之間的差的信號無關(guān)的DC偏移信號，以及通過使用能夠容易地找到純紅外信號的雙相關(guān)的采樣檢測方法，可以容易地去除快門。特別是，可以通過各種單位基準(zhǔn)單元的值平均化大大降低基準(zhǔn)單元本身的隨機噪聲以及FPN。其結(jié)果是，可以獲得小于快門使用中的噪聲等效溫度差(NETD)。

雖然已參照若干其說明性實施例描述了實施例，但是應(yīng)該理解的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以作出許多將落入本發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)的其它的修改和實施例。更具體而言，在本說明書、附圖和所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，對主題組合布置的組成部件和/或布置的各種變化和修改是可能的。除了組成部件和/或布置的變化和修改以外，選擇性應(yīng)用對本領(lǐng)域技術(shù)人員也是顯而易見的。