[发明专利]一种红外焦平面阵列探测器的读出电路

说明书

技术领域

本发明涉及红外焦平面阵列探测器技术领域，尤其是涉及一种红外焦平面阵列探测器的读出电路。

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。

传统的红外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，极大地降低了红外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。

针对无TEC非制冷红外焦平面阵列探测器非均匀性，目前校正技术的研究是采用电桥结构积分放大电路。每一列的微测辐射热计电桥结构对应一个三个结构相同的参比电阻。以640×512阵列为例，虽然电桥结构达到了一定的温度补偿作用，但是输出积分电压仍然会受到衬底温度的影响。

在非制冷红外焦平面读出电路中，红外辐射信号是逐行读出的，每行的信号被同时存储在抽样保持电容电路上，再经过ADC的转换，最后被转移到串行的输出端输出。采用传统电桥结构积分放大电路起到了一定的衬底温度补偿的作用，使衬底温度的改变不会破化电桥平衡。但由于参考电阻仍然受衬底温度影响，积分输出电压也会受到衬底温度影响，最终降低了读出电路的均匀性，影响了成像效果。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种能够对衬底温度的影响进行补偿、从而提高输出图像的均匀性的红外焦平面阵列探测器的读出电路。

本发明公开的技术方案包括：

提供了一种红外焦平面阵列探测器的读出电路，其特征在于，包括：探测电桥电路，所述探测电桥电路连接到微测辐射热计单元并探测所述微测辐射热计单元响应于入射的红外辐射产生的信号，从而输出探测信号，所述探测电桥电路中包括参比电阻；衬底温度补偿电路，所述衬底温度补偿电路连接到所述探测电桥电路，并对所述探测电桥电路输出的所述探测信号进行温度补偿。

本发明一个实施例中，所述衬底温度补偿电路包括：第一运算放大器，所述第一运算放大器的同相输入端连接到参考电压，所述第一运算放大器的反相输入端连接到所述探测电桥电路的输出端；第一电阻，所述第一电阻的一端连接到所述第一运算放大器的所述反相输入端，另一端连接到所述第一运算放大器的输出端。

本发明一个实施例中，还包括积分电路，所述积分电路连接到所述第一运算放大器的输出端，用于对所述第一运算放大器的输出端输出的信号进行积分。

本发明一个实施例中，还包括采样保持电路，所述采样保持电路连接到所述积分电路的输出端。