[发明专利]检测器像素信号读出电路及其成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及检测器像素信号读出和处理的领域。

引用

如下参考被认为涉及相关于用于理解本发明背景：

1：I.O.Nesher和P.Klipstein，“High performance IR detectors at SCD present and future”，SPIE年报，5957卷，红外光电子学，2005年8月， 0S1-OS12页

背景技术

光检测器设备通过创建电效应而对接收光子响应，所述电效应可被量化并因此提供关于所接收光子的通量的信息。检测器的焦平面阵列(FPA) 用于获得物体的图像，因此每个检测器提供图像阵列中的像素。在该图像中，提供的每个像素具有唯一地址和数值，其可进一步用于处理图像以便从图像中提取信息。

成像参数之间的协调是经常置于获取所需图像参数的折衷处理。因此，以图像分辨率或图像大小为代价提高图像帧率是本领域中公知的。

多模式传感器已经成为各种应用的重要组成部分，诸如监视系统和搜索跟踪系统等。为了确保准确性和合适的目标获取，尽可能多地获得关于成像区域的信息已变得更加有用，诸如例如检测及追踪可能的目标。

多模式成像设备的一个常见示例是导弹导引头，该导弹导引头结合中波红外成能力和半主动激光检测和跟踪。红外线使得基于目标的散热或期望热签名进行跟踪，而半主动激光(SAL)检测器允许检测目标被涂上了激光点。具有所有的这些优势，多模式检测装置具有许多不利因素。一般地说，这种设备需要两个或多个不同的传感系统，其输出被组合并分析以得出正确的多模式检测能力。这导致这类系统一般更昂贵和复杂，限制了它们在该领域的应用。

发明内容

本领域需要一种用于成像像素阵列的新颖的像素读出电路。和如下相关。

和常规系统相比，现代光电系统经设计地成为更紧凑、低功耗、低成本系统。将多个组件或功能(诸如热成像、激光指示器、激光测距仪(LRF)) 整合成多功能检测器可以有助于该趋势。LRF对于用于成像系统用户的高精度目标结合成为日益重要的部分。精密、准确的目标距离(range-to-target) 信息是在当今的精密武器的第一控制方案中是重要变量。手持式军事测距仪一般在2km并直到5km的范围内操作，并具有±10m范围的准确性。测距仪的更强大模型计量距离达到25km并通常安装在三脚架上或直接在汽车或者枪支平台上。在后一种情况下，测距仪(range-finder)模块与热夜视及白天观测系统集成。激光也广泛用作光检测和测距(LIDAR)用于三维物体识别。使用LIDAR技术的新进展，LIDAR的准确性水平得到了显著的提高。传统的LIDAR系统可以提供高达100赫兹的脉冲重复频率，以及几厘米的距离测量精度。

现代光电系统包含若干部件，诸如热成像、激光指示器、激光测距仪器等。对于具有低功耗和低成本的紧密系统的需求可以通过将某些常规系统能力合并到IR检测器而解决。

本发明提供了一种像素读出集成电路(ROIC)和任何类型的有源矩阵光检测器(光电二极管)集成，创建具有片上处理的改进多功能红外检测器。本发明还提供了一种新型的检测器，包括读取集成电路(ROIC)和改进的片上信号处理。例如，合并高水平的信号处理的ROIC可被倒装焊接 (flip chip-bonded)为15μm间距的640×512InSb检测器阵列。

因此，提供了一种像素读出集成电路集成任何类型的有源矩阵光检测器(光电二极管)。例如，有源矩阵检测器可是由对IR成像灵敏材料(例如，InSb、InAsSb、InGaAs、CMT等)制成的焦平面阵列检测器(像素矩阵)、中波IR成像或短波IR成像或长波IR成像。在单片集成电路上执行像素读出。读出电路经配置并可操作以接收整个像素矩阵检测数据并处理所述检测数据用于在识别为存在输入脉冲信号的焦平面上提供事件的单像素检测。更确切地说，读出电路能够同时或几乎同时实现两种不同的模式，成像模式和每个像素的事件检测模式，通过处理相同帧的数据而实现。在单像素事件检测模式中，读出电路识别特定事件为感光电流中的正变化，其可以是存在激光脉冲或武器射击脉冲的指示，这些脉冲可以是由探测元件转换为电流的任何电磁辐射脉冲。由于如下事实：该快速事件事件和获取相同帧的图像并发执行，快速事件不仅被检测，并且从感兴趣区域成像的帧中的位置也可以被确定，而且在像素尺寸分辨率上亦可确定。