[发明专利]一种非制冷红外焦平面探测器的读出电路及提高良率的方法

说明书

本发明公开了一种非制冷红外焦平面探测器的读出电路及提高良率的方法。通过控制模块对有效元电路阵列进行行选通、列积分，并根据有效元电路的故障信号获得替补信号，把相邻行的有效元电阻与故障有效元电阻并联，从而使故障有效元电路正常工作，实现对红外图像的像元的实时修复，进一步，根据盲元或参考元电路的故障信号获得替补信号，将相邻的盲元或参考元电阻与故障的盲元或参考元电阻并联，从而修复盲元电路或参考元电路，解决红外焦平面的列坏线或行坏线的问题。

技术领域

本发明属于非制冷红外焦平面探测器领域，更具体地，涉及一种非制冷红外焦平面探测器的读出电路及提高良率的方法。

背景技术

红外焦平面探测器是热成像系统的核心部件，微测辐射热计的工作原理是：来自目标的热辐射通过红外光学系统聚焦到探测器焦平面阵列上，各个微桥的红外吸收层吸收红外能量后温度发生变化，不同微桥接收到不同能量的热辐射，其自身的温度变化就不同，从而引起各微桥的热敏层电阻值发生相应的改变，这种变化经由探测器内部的读出电路。读出电路将阻值变化以电流变化的形式得到，再由积分器转换成电压信号，经A/D转换器转换成数字信号输出；最终，经过探测器外部的信号采集和数据处理电路最终得到反映目标温度分布情况的可视化电子图像。

但由于探测器周围环境同样具有红外辐射，同时焦平面自身也具有一定的工作温度，这部分热量就成为了系统的背景噪声。在无红外辐射的情况下产生的电流，称之为暗场电流，这就需要设计能够根据环境温度变化而变化的盲元电路，通过引入与有效元相同的热敏材料制成的盲元，使得盲元电路为读出电路的输出提供补偿电流，消除暗场电流，即消除环境背景噪声对探测效果的影响。

目前国内外的红外焦平面阵列器件一般都采用行选通、列积分的方式设计读出电路，即逐行选通像元阵列，在选通的同时通过列积分上传数据。其中每一列有效元电阻具有单独的盲元电路提供补偿电流，一旦某个盲元故障则会影响整列有效元的校准信号，导致红外成像出现列条纹非均匀性；所述有效元电阻的电流来源于两端所加的偏置电压，每行有效元电阻两端的偏置电压一致，每个所述偏置电压由一个参考元电路调试获得，所以一旦某个参考元电阻故障，会导致红外成像出现行条纹非均匀性。

图1为红外焦平面阵列的读出电路结构图，其中区域2为单个有效元电路，R_sensor为有效元电阻，区域1为提供补偿电流的盲元电路，其中R_blind为盲元电阻，与R_sensor为相同的热敏电阻材料，R_sensor对入射的红外辐射响应，R_blind对入射的红外辐射无响应，其中，有效元的选通由开关Select控制；区域3为输出信号积分运算放大电路，V_o为红外图像信息输出端。V_sk、V_fid、G_sk为外加可调偏置电压，V_ref为不随温度和生产工艺而变化的恒定偏置电压。所述盲元电路在选通控制信号G_sk的控制下，接入电路，产生补偿电流I₁，与有效元电阻产生的暗场电流I₂相互抵消，从而消除系统背景噪声的影响。根据图1，可以得到：

I₁＝(V_sk-V_ref)/R_blind，

I_INT＝I₁-I₂可得：

I_INT＝I₁-I₂＝(G_sk-V_ref)/R_blind-V_fid/R_senor，