[发明专利]具有温度自适应偏置的辐射热检测器

说明书

本发明涉及具有温度自适应偏置的辐射热检测器。一种红外检测器，包括检测辐射热测量计的阵列（12），每个检测辐射热测量计包括悬置在基底上方的测辐射热膜，以及与辐射热测量计中的每一个相关联的：检测支路，包括辐射热测量计和根据电压设定点来执行偏置的电路；补偿支路，包括热化至基底的补偿辐射热测量计和根据电压设定点来执行偏置的电路；以及积分器，用于通过对流经支路的电流之差进行积分来生成电压。装置包括用于控制电压设定点的电路（50），其具有用于生成取决于基底温度的量的电路（44、46）以及用于根据量来生成电压设定点的电路（48）。

技术领域

本公开内容涉及辐射热红外成像和高温测量的领域。更具体地，本发明涉及一种辐射热检测器，其包括由悬置在基底上方的膜形成的辐射热测量计的阵列。

背景技术

在所谓的“热”红外检测器的领域，已知的是使用能够在环境温度下进行操作的、对红外辐射敏感的一维或二维元件阵列。

热红外检测器一般根据其温度使用所谓的“测温”或“测辐射热”的材料的物理量的变化。最近，该物理量是所述材料的电阻率，其强烈依赖于温度。检测器的单位敏感元件或“辐射热测量计”通常为膜的形式，每个膜包括一层测温材料，并且经由具有高热电阻的支承臂而悬置在通常由硅制成的基底上方，悬置膜的阵列通常被称为“视网膜”。

特别地，这种膜实现入射辐射吸收功能、将所吸收的辐射的功率转化为热功率的功能、以及将所生成的热功率转换为测温材料的电阻率的变化的测温功能，这样的功能由一个或更多个不同的元件实现。

此外，膜的支承臂也是传导性的并且连接至所述膜的测温层，通常在上方悬置有膜的基底中形成有：用于依次对膜的测温元件进行寻址和加偏压的装置以及用于以视频格式形成有用电信号的装置。基底和所集成的装置通常被统称为“读取电路”。

通常在非常低的压力下将检测器的读取电路和敏感视网膜集成在密封封装中，该密封封装设置有对感兴趣的辐射（其通常具有在8微米至14微米范围内的波长）透明的窗。此范围对应于大气的透明窗并且与源于300K附近的场景的大部分辐射相对应。为了通过这样的检测器获得热或高温测量图像，通过自适应光学系统将场景聚焦到其上布置有视网膜的焦平面，并且经由读取电路向辐射热测量计中的每个辐射热测量计或这样的辐射热测量计的每行施加定时电刺激，以获得形成由所述基本检测器中的每个检测器达到的温度的图像或测量值的Video（视频）电信号。该信号可以直接由读取电路以或多或少复杂的方式进行成形，然后以模拟或数字的形式被传输到在封装外部的电子系统。该电子系统通常对由检测器传递的每个视频帧施加各种校正，特别是校正空间偏移和增益色散（称为“NUC”（非均匀校正）），以生成能够被显示的热图像或高温测量图像，或者更通常地供从所观察场景形成的信号的使用。

这样的检测器在制造成本和使用方面具有许多优点，但也具有在缺少具体预防措施时可能限制其性能的缺点。

更具体地，当基底温度变化之后、特别是外部条件变化时，产生在辐射热测量计的输出端处的平均信号漂移的问题，这基本上反映为通过集成系统元件热传导直到基底层级，其限定了敏感膜的平均温度。现在，公知的是，辐射热测量计对例如基底温度的1℃变化的灵敏度通常是对所观察场景的1℃温度变化的灵敏度的五十至一百倍。因此，在没有具体预防措施的情况下，关于场景的有用信号被淹没在不感兴趣的此背景成分中。

为了避免此缺陷，在环境温度下操作的辐射热检测器自其产业化发展起就已经被装配有基底温度稳定模块，通常为帕尔贴（Peltier）模块（TEC，“热电冷却器”）。通过焦耳效应调节成与基底保持热连续的电阻元件也提供了满意的温度稳定性，即使不具有主动冷却能力也如此。然而，这样的装置使部件更复杂且更昂贵，并且暗示在环境温度远离所选择稳定温度时始终较高的电功率消耗。然而，这样的辐射热检测器的制造成本和实现辐射热检测器的系统的电功率消耗正是这样的检测器的主要问题。