[发明专利]非制冷红外焦平面阵列读出电路

说明书

技术领域

本发明涉及红外焦平面阵列技术领域，尤其是涉及一种非制冷红外焦平面阵列的读出电路。

 

背景技术

根据普朗克辐射定理，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。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。

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，并具有质量轻、体积小、寿命长、成本低、功耗小、启动快及稳定性好等优点。

微测辐射热计焦平面阵列(FPA)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吸收入射的红外辐射后温度改变，从而引起自身电阻值的变化，通过测量其电阻值的变化探测红外辐射信号的大小。微测辐射热计普遍采用微机械加工技术制作的悬臂梁微桥结构，桥面沉积有一层具有高电阻温度系数(TCR)的热敏材料，桥面由两条具有良好力学性能并镀有导电材料的桥腿支撑，桥腿与衬底的接触点为桥墩，桥墩电学上连接到微测辐射热计FPA下的硅读出电路(ROIC)上。通过桥腿和桥墩，热敏材料连接到读出电路的电学通道中，形成一个对温度敏感并连接到读出电路上的像素单元。

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。

 

发明内容

本发明的目的之一是提供一种恒流偏置的非制冷红外焦平面阵列的读出电路，其能够消除衬底温度的影响以降低读出电路噪声，从而提高输出图像的均匀性。

本发明公开的技术方案包括：

提供了一种非制冷红外焦平面阵列读出电路，其特征在于，包括：探测电路10，所述探测电路10探测参考微测辐射热计单元R_b1上产生的信号，获得参比信号，并且探测微测辐射热计单元R_s上产生的信号，获得探测信号；减法电路20，所述减法电路20连接到所述探测电路10上，从所述探测电路10接收所述参比信号和所述探测信号，并将所述参比信号和所述探测信号作差，获得差信号；积分电路30，所述积分电路30连接到所述减法电路20上，从所述减法电路20接收所述差信号，并对所述差信号积分，获得输出信号。

本发明的一个实施例中，所述探测电路10包括：参比支路，所述参比支路连接到所述参考微测辐射热计单元R_b1上，用于探测所述参考微测辐射热计单元R_b1上产生的信号以获得所述参比信号；探测支路，所述探测支路连接到所述微测辐射热计单元R_s上，用于探测所述微测辐射热计单元R_s上产生的信号以获得所述探测信号；恒流偏置支路，所述恒流偏置支路连接到所述参比支路和所述探测支路上，用于为所述参比支路提供第一偏置电流和为所述探测支路提供第二偏置电流。