CN112240804A - 感测装置 - Google Patents

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Abstract

一种感测装置，其包括配置成阵列的多个热敏电阻器以及多个电阻‑电容(RC)振荡器。每一热敏电阻器具有随热敏电阻器的温度而改变的电阻值，且产生对应该电阻值的感测电压。上述RC振荡器分别耦接上述热敏电阻器以接收对应的感测电压。每一RC振荡器根据对应的感测电压产生数字感测信号以表示对应的热敏电阻器的温度。每一RC振荡器设置在对应的热敏电阻器的下方。

Description

感测装置
技术领域
本发明关于一种检测装置，且特别是关于一种具有红外热敏电阻器的温度检测装置。
背景技术
红外热成像已广泛地应用于热成像仪、个人热成像装置、夜视与安全监控装置、以及智能手机等应用领域。用于检测红外热成像的感测装置一般具有红外热敏元件，例如红外热敏电阻器，其电阻值随着温度而改变。在目前具有红外热敏电阻器的感测装置中，用来感测热敏电阻器的电阻值变化的检测电路一般输出模拟形式的电压/电流信号，因此需要使用一个模拟数字转换器，将电压/电流信号转换为数字形式的信号以供后端的处理器进行处理。此外，为了避免检测电路之后的放大器发生饱和，则需要多个数字模拟转换器来校正红外热敏电阻器。上述问题增加了感测装置的电路制作成本，提高了校正复杂度等等。再者，高分辨率以及感测高速目标物的能力也是红外热成像感测装置的重要效能指针。
发明内容
因此，本发明提供一种具有热敏电阻器的感测装置，其通过电阻-电容(RC)振荡器直接产生数字形式的信号来表示温度，且具有较佳的感测分辨率以及感测高速目标物的能力。
本发明的实施例提供一种感测装置，其包括配置成阵列的多个热敏电阻器以及多个电阻-电容(RC)振荡器。每一热敏电阻器具有随热敏电阻器的温度而改变的电阻值，且产生对应该电阻值的感测电压。上述RC振荡器分别耦接上述热敏电阻器以接收对应的感测电压。每一RC振荡器根据对应的感测电压产生数字感测信号以表示对应的热敏电阻器的温度。每一RC振荡器设置在对应的热敏电阻器的下方。
在一实施例中，感测装置还包括多个数字输出电路以及数字控制电路。上述数字输出电路分别耦接上述数字控制电路以接收对应的数字感测信号。每一数字输出电路以除频参数来对接收的数字感测信号进行除频操作以产生除频信号，且对除频信号的半周期进行计数以产生半周期计数值。数字控制电路耦接上述数字输出电路以接收上述半周期计数值，且根据上述半周期计数值产生多个温度值。
在一实施例中，数字控制电路通过热敏电阻器的热时间常数曲线的逼近手段，对于每一热敏电阻器而言，可在五个热时间常数的期间内估计热稳态温度值。
附图说明
图1表示根据本发明一实施例的感测装置。
图2表示根据本发明的另一实施例的感测装置。
图3A表示根据本发明一实施例，感测装置的感测阵列在基板上的配置示意图。
图3B表示根据本发明一实施例，每一像素的热敏电阻器的半导体层与基板之间的配置关系。
图4表示根据本发明的另一实施例的感测装置。
图5表示根据本发明的实施例的感测装置的主要信号时序图。
图6表示根据本发明的实施例的数字控制电路。
图7表示根据本发明的实施例，用于热敏电阻器的校正曲线与实际温度-时间曲线。
具体实施方式
为使本发明的所述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1表示根据本发明实施例的感测装置。参阅图1，感测装置1可置于空间中且包括多个感测电路10、多个数字输出电路11、数字控制电路12、以及检测电路13。多个感测电路10用来感测多个热敏电阻的温度，且分别直接输出数字形式的多个数字感测信号。多个数字输出电路11分别接收数字感测信号，且根据接收到的数字感测信号来产生多个半周期计数值。数字控制电路12则接收半周期计数值，且根据接收到的半周期计数值来产生多个温度值。检测电路13从数字控制电路12接收温度值，且根据温度值来生成上述空间中至少一待测物的热成像。此外，通过感测装置1在多个讯框期间的操作，检测电路13可根据多个讯框期间的温度值来判断所述待测物像的热动态特征，例如待测物的移动方向。以下将通过图2至图7来进一步说明本发明实施例的感测装置1的架构与操作。如图2所示，为了方便说明，图2仅显示一组对应的感测电路10以及数字输出电路11，其他的感测电路10以及数字输出电路11也具备与图2所示的相同的架构。感测电路10包括一热敏元件以及一电阻-电容(RC)振荡器100。在此实施例中，热敏元件以热敏电阻器R(例如，红外线热敏电阻器)来实施，其中，当热敏电阻器R的热敏材料吸收热辐射时，热敏电阻器R的温度升高，且其电阻值随温度而改变，以正温度系数为例，热敏电阻器R的电阻值随温度升高而增加。RC振荡器100包括电容器101、开关102与103、比较器与锁存电路104、以及时钟控制电路105。数字输出电路11包括除频电路110、半周期产生器111、计数器112、以及开关113。参阅图3A，感测装置1的基板3上设置有感测阵列30。感测阵列30划分为多个数字像素300，分别配置在多个行(例如垂直方向)C30_1～C30_m与多个列(例如水平方向)R30_1～R30_m。在此实施例中，每一数字像素300对应感测电路10。详细来说，对于每一感测电路10，其所有元件设置在对应的数字像素300的区域。图3B表示在数字像素300的区域中的元件配置。参阅图3B，半导体层31用来形成热敏电阻器R。通过金属连接柱34与基板3的金属垫33的接合，将半导体层31架高于基板3的上方。如图3B所示，反射层32形成于半导体层31与基板3之间。对应的RC振荡电路100位于反射层32与基板3之间。通过图3B可知，RC振荡器100设置在热敏电阻器R的下方。此外，数字输出电路11以及数字控制电路12均设置在基板3上。图3A仅显示数字输出电路11以及数字控制电路12设置在基板3上的示意图。在一实施例中，数字输出电路11集中设置，且设置在感测阵列30的一侧。在另一实施例中，数字输出电路11分散设置，且设置在感测阵列30的四周。在其他实施例中，数字输出电路11在基板3上的设置位置可依据电路设计来决定，不以上述为限。
再次参阅图2，热敏电阻器R耦接于节点N10与N11之间，且电容器101耦接于节点N11与接地端GND之间。因此可知，热敏电阻器R与电容器101形成RC振荡电路。开关102的一端耦接电压源VDD，且其另一端耦接节点N10。开关103的一端耦接节点N10，且其另一端耦接接地端GND。开关102与103的导通/关闭状态分别由控制信号S105A与S105B所控制。在此实施例中，控制信号S105A与S105B由时钟控制电路105所产生。参阅图4，开关102与103可以晶体管来实现，详细来说，开关102以P型晶体管402来实现，而开关103以N型晶体管403来实现。P型晶体管402的栅极接收控制信号S105A，其源极耦接电压源VDD，且其漏极耦接节点N10。N型晶体管403的栅极接收控制信号S105B，其漏极耦接节点N10，且其源极耦接接地端GND。P型晶体管402与N型晶体管403分别由控制信号S105A与S105B所控制而于不同的时间导通。也就是说，P型晶体管402的导通持续期间与N型晶体管403的导通持续期间不重叠。如此一来，藉由电压源VDD通过导通的P型晶体管402对电容器101的充电以及藉由电容器101通过导通的N型晶体管403对接地端GND放电，使得产生于节点N11的感测电压V11随着电容器101的充放电而变化(感测电压V11的变化如图5所示，详细变化将于后文说明)。由于电容器101的充放电时间受到热敏电阻器R的电阻值所影响，因此，由电容器101的充放电时间所衍生出的信号或参数与热敏电阻器R的温度相关联。
再次参阅图2，比较器与锁存电路104耦接节点N11接收感测电压V11，且以上限临界电压VRH与下限临界电压VRL来对感测电压V11进行比较，且根据比较结果来产生致能信号S104。参阅图4，在一实施例中，比较器与锁存电路104包括比较器404A与404B、反相器404C、以及SR正反器404D。比较器404A的正输入端(+)接收上限临界电压VRH，其负输入端(-)接收感测电压V11。反相器404C耦接比较器404A的输出端。比较器404A根据比较结果在其输出端产生对应的输出信号，且此输出信号经反相器404C反相后作为比较信号S404A。比较器404B的正输入端(+)接收下限临界电压VRL，其负输入端(-)接收感测电压V11。比较器404B根据比较结果于其输出端产生比较信号S404B。SR正反器404D的设定端(S)接收比较信号S404A，其重置端(R)接收比较信号S404B，且其输出端(Q)产生致能信号S104。根据SR正反器404D的操作，每当设定端(S)或重置端(R)的信号由低电压电平转换为高电压电平时(即比较信号S404A或S404B发生上升缘时)，输出端Q上的致能信号S104则转态至另一电压电平(即致能信号S104发生上升缘或下降缘)，例如，由低电压电平转换至高电压电平(上升缘)，或由高电压电平转换至低电压电平(下降缘)。
如图2所示，时钟控制电路105接收致能信号S104，且根据致能信号S104产生用来控制信号S105A与S105B。如上所述，为了使感测电压V11随着电容器101的充放电而变化，以进一步获得与热敏电阻器R的温度相关联的信号或参数，P型晶体管402与N型晶体管403不能同时导通。因此，控制信号S105A处于低电压电平以导通P型晶体管的持续期间与控制信号S150B处于高电压电平以导通N型晶体管的持续期间不重叠，如图5所示。参阅图4，时钟控制电路105由非重叠时钟产生器405构成。非重叠时钟产生器405接收致能信号S104，且根据致能信号S104来产生控制信号S105A与S105B。根据所述，比较器与锁存电路104通过以上限临界电压VRH与下限临界电压VRL来对感测电压V11进行比较来产生比较信号S404A与S404B，因此，比较信号S404A的上升缘与比较信号S404B的上升缘之间的期间可表示感测电压V11的充放电时间。如此一来，致能信号S104的周期可表示感测电压V11的充放电时间，也就是说，致能信号S104的周期与热敏电阻器R的温度相关联。
在此实施例中，非重叠时钟产生器205以致能信号S104的脉冲(例如，处于高电压电平的部分)作为控制信号S105A与S105B的脉冲出现的依据。参阅图5，当致能信号S104于时间点t1由低电压电平转换为高电压电平(上升缘)后，控制信号S150A于时间点t2由低电压电平转换为高电压电平，接着，控制信号S150B于时间点t3由低电压电平转换为高电压电平；当致能信号S104于时间点t5由高电压电平转换为低电压电平(下降缘)后，控制信号S150B于时间点t6由高电压电平转换为低电压电平，接着，控制信号S150A于时间点t7由高电压电平转换为低电压电平。换句话说，在致能信号S104出现上升缘之后，控制信号S105A与S105B的上升缘依序发生；在致能信号S104出现下降缘之后，控制信号S105B与S105A的下降缘依序发生。如此一来，控制信号S105A处于低电压电平的持续期间(例如由时间点t7～t10的期间)与控制信号S150B处于高电压电平的持续期间(例如由时间点t3～t6的期间)不重叠。如上所述，由于非重叠时钟产生器405是根据致能信号S104来产生控制信号S105A与S105B，因此，控制信号S105A与S105B的周期可表示感测电压V11的充放电时间，也就是说，控制信号S105A与S105B的周期都与热敏电阻器R的温度相关联。根据图5，控制信号S105A与S105B皆在高电压电平与低电压电平之间切换，因此控制信号S105A与S105B为具有数字形式的信号(数字信号)。
参阅图4，在此实施例中，由于控制信号S105A的周期与热敏电阻器R的温度相关联，因此，控制信号S105A作为表示热敏电阻器R的温度的数字感测信号。数字输出电路11中的除频电路110接收控制信号S105A(也就是数字感测信号)，且以除频参数来对控制信号S105A进行除频操作以产生除频信号S110。此除频参数是由数字控制电路12所产生的除频控制信号S121所决定或控制。参阅图4，除频电路110包括多个依序串接的除频器420以及多工器(MUX)421。在此实施例中，以16个除2的除频器420_1～420_16为例来说明。除频器420_1～420_16中的每一者以数值2(称为除频子参数)对其接收的输入信号进行除频以产生各自的输出信号S420_1～S420_16。在这些除频器420_1～420_16中的第一个除频器420_1接收控制信号S105A作为其输入信号，而其他除频器420_2～420_16的每一者则是接收前一除频器的输出信号作为其输入信号。输出信号S420_1～S420_16传送至多工器421的输入端。多工器421受到由数字控制电路12所产生的除频控制信号S121的控制，选择输出信号S420_1～S420_16中一者作为除频信号S110。根据所述可得知，通过除频控制信号S121对多工器421的控制，可实现数字控制电路12对除频参数的调整。举例来说，当多工器根据除频控制信号S121来选择输出信号S420_1作为除频信号S110时，除频参数则为2，即对控制信号S105A除以2；当多工器根据除频控制信号S121来选择输出信号S420_3作为除频信号S110时，除频参数则为8(23)，即对控制信号S105A除以8。根据所述，控制信号S105A的周期与热敏电阻器R的温度相关联，因此，即使由控制信号S105A经除频后获得的除频信号S110的周期变大，除频信号S110的周期仍与热敏电阻器R的温度相关联。
在获得除频信号S110后，半周期产生器111则根据除频信号S110来产生半周期信号S111。此半周期信号S111的脉冲持续时间等于除频信号S110的半周期，且与热敏电阻器R的温度相关联。接着，计数器112接收半周期信号S111。计数器112根据时钟信号CLK来计数半周期信号S111的脉冲持续时间，以产生半周期计数值D112。在此实施例中，半周期计数值D112为16位的数值，且目标精度为13位。开关113由来自数字控制电路12的开关控制信号S120所控制。当开关113根据开关控制信号S120而导通时，半周期计数值D112传送至数字控制电路12。由于半周期信号S111的脉冲持续时间与热敏电阻器R的温度相关联。因此，计数此脉冲持续时间所获得的半周期计数值D112也与热敏电阻器R的温度相关联，使得数字控制电路12能根据半周期计数值D112来判断热敏电阻器R的温度。
在下文中，将通过图4、5来详细说明感测电路10与数字输出电路11的操作。
参阅图5，于时间点t0，P型晶体管402根据低电压电平的控制信号S105A而导通且N型晶体管403根据低电压电平的控制信号S105B而关闭，使得感测电压V11随着供应电压VDD对电容器101的充电而逐渐地上升。在本发明实施例中，由于热敏电阻器R与电容器101形成RC振荡电路，因此，电容器101的充放电时间受到热敏电阻器R的电阻值所影响，也就是，感测电压V11逐渐上升的斜率与热敏电阻器R的电阻值相关联。一旦感测电压V11超过上限临界电压VRH(例如于时间点t1)，通过比较器404A与反相器404C的操作，比较信号S404A切换为高电压电平。此时，SR正反器404D所产生的致能信号S104响应于比较信号S404A的上升缘而将切换为高电压电平。非重叠时钟产生器405响应于致能信号S104上升缘而在延迟于时间点t1的时间点t2将控制信号S105A由低电压电平切换为高电压电平，且接着在延迟于时间点t2的时间点t3将控制信号S105B由低电压电平切换为高电压电平。如此一来，P型晶体管402于时间点t2根据高电压电平的控制信号S150A而关闭，使得感测电压V11于时间点t2停止上升，且维持在一电平直到时间点t3。于时间点t3，N型晶体管403根据高电压电平的控制信号S150B而导通，使得电容器101开始放电且感测电压V11开始下降。
于时间点t4，感测电压V11低于上限临界电压VRH，通过比较器404A与反相器404C的操作，比较信号S404A切换为低电压电平。感测电压V11逐渐地下降，且逐渐下降的斜率与热敏电阻器R的电阻值相关联。一旦感测电压V11低于下限临界电压VRL(例如于时间点t5)，通过比较器404B的操作，比较信号S404B切换为高电压电平。此时，SR正反器404D所产生的致能信号S104响应于比较信号S404B的上升缘而将切换为低电压电平。非重叠时钟产生器405响应于致能信号S104下降缘而在延迟于时间点t5的时间点t6将控制信号S105B由高电压电平切换为低电压电平，且接着在延迟于时间点t6的时间点t7将控制信号S105A由高电压电平切换为低电压电平。如此一来，N型晶体管403于时间点t6根据低电压电平的控制信号S150B而关闭，使得感测电压V11于时间点t6停止下降，且维持在一电平直到时间点t7。于时间点t7，P型晶体管402根据低电压电平的控制信号S150A而导通，使得电容器101开始充电且感测电压V11开始逐渐地上升。于时间点t8，感测电压V11超过下限临界电压VRL，通过比较器404B的操作，比较信号S404B切换为低电压电平。于时间点t8之后，感测电路10执行前述相同的操作，在此省略说明。
除频电路110对控制信号S105A(数字感测信号)进行除频。举例来说，参阅图4、5，除频器420_1以数值2对控制信号S105A进行除频以获得输出信号S420_1，如此一来，输出信号S420_1的周期为控制信号S105A的周期的两倍。在图4的实施例中，假设多工器421根据除频控制信号S121而选择输出信号S420_1作为除频信号S110，半周期产生器111所产生的半周期信号S111的脉冲持续时间等于输出信号S420_1的半周期，且与热敏电阻器R的温度相关联。计数器112则根据时钟信号CLK来计数半周期信号S111的脉冲持续时间来产生半周期计数值D112。数字控制电路12则根据半周期计数值D112来判断热敏电阻器R的温度数字。
如上所述，根据来自数字控制电路12的除频控制信号S121，除频参数可能维持不变或被调整(增加或减少)。在一实施例中，数字控制电路12可根据来自一装置(例如所述检测电路13或感测装置1的外部装置)且关于分辨率调整的参数或指令来产生除频控制信号S121，以指示是否调整除频参数和/或决定频参数的调整程度(以下称为增益)。在本发明实施例中，数字控制电路12产生除频控制信号S121至所有数字输出电路11，换句话说，所有数字输出电路11的多工器421接收相同的除频控制信号。因此，所有除频电路110的除频参数同时以相同的程度进行调整。在另一实施例中，数字控制电路12针对每一数字输出电路11产生各自的除频控制信号S121，如此一来，各除频电路110可以不相同的程度进行调整，或者不调整。以下将通过示例来说明对除频电路110的除频参数的调整。
当数字控制电路12产生除频控制信号S121以指示不调整除频参数时，数字控制电路12根据此时接收到的半周期计数值D112来判断对应的热敏电阻器R的温度。举例来说，假设16位的半周期计数值D112为6280(“0001 1000 1000 1000”)。在一实施例中，数字控制电路12比较半周期计数值D112与一设定值(例如为6200)。当数字控制电路12判断计数值D112大于设定值(6200)时，送出除频控制信号S121以指示不调整除频参数时，数字控制电路12决定增益为20(＝1)(即除频参数的调整程度为1倍)，且根据此增益来产生除频控制信号S121以控制多工器421不改变所选择的输出信号，因此，半周期计数值D112则维持6280(增益为20(＝1))，且以6280作为检测计数值，也就是多工器421维持选择目前的输出信号作为除频信号S110。此时，数字控制电路12则根据检测计数值(＝6280)来判断此时对应的热敏电阻器R的电阻值，且根据判断出的电阻值来判断其温度。
当数字控制电路12产生除频控制信号S121以指示调整(增加或减少)除频电路110的除频参数时，数字控制电路12根据调整后的半周期计数值D112来进一步判断对应的热敏电阻器R的温度。举例来说，假设16位的半周期计数值D112为196(“0000 0000 11000100”)。当数字控制电路12判断计数值D112小于设定值(6200)，送出除频控制信号S121以指示调整除频参数且决定增益为25(＝32)(即除频参数的调整程度为32倍)时，其根据此增益来产生除频控制信号S121以控制多工器421改变选择另一输出信号(例如由选择输出信号S220_1变为选择输出信号S220_16)，藉此增加除频参数。此时，半周期计数值D112则变为6272(“0001 1000 000 0000”)，且半周期计数值D112的分辨率增加32倍。当数字控制电路12接收到增加的半周期计数值D112后，将半周期计数值D112(即6272)除以32(对应于除频参数的调整程度)，且此除法结果作为检测计数值，以判断此时对应的热敏电阻器R的电阻值，且根据判断出的电阻值来进一步判断其温度。在此实施例中，数字控制电路12可将半周期计数值D112(“0001 1000 000 0000”)储存在内置的缓存器内，其中，半周期计数值D112的整数位(即“0001 1000 000 0000”中的前11个位)储存在缓存器的整数部分，而半周期计数值D112的小数位(即“001 1000 000 0000”中的后5个位)储存在缓存器的小数部分。
由上述实施例可知，数字控制电路12根据计数值D112，动态送出除频控制信号S121调整除频电路110及其除频参数，藉由调整增益来获得预设计数值，以确保感测电阻与感测温度分辨率符合规格。
在本发明实施例中，数字像素300可分为多个主动像素以及多个参考像素。在一实施例中，参考像素位于感测阵列30中至少一行上，例如，第一行C30_1和/或最后一行C30_m，或者位于感测阵列30中至少一列上，例如，第一列R30_1和/或最后一列R30_n。在其他实施例中，参考像素位于感测阵列30的最***，例如，由第一行C30_1、最后一行C30_m、第一列R30_1、以及最后一列R30_n所形成的***。
在本发明实施例中，每一参考像素被遮蔽，其热敏电阻器仅吸收来自热敏电阻器于基板3上所在基板区域的热辐射，使得热敏电阻器的温度随该基板区域的温度而改变，且热敏电阻器的电阻值随其温度而改变。因此可知，每一参考像素的对应半周期计数值与对应的基板区域的温度相关联。本发明实施例中的每一主动像素未被遮蔽，其热敏电阻器的温度随着其所吸收到的热辐射而改变，且热敏电阻器的电阻值随其温度而改变。详细来说，对于每一主动像素而言，其热敏电阻器所吸收到的热辐射包括来自热敏电阻器于基板3上所在的基板区域的热辐射以及来自所述空间中待测物的待测区域的热辐射，使得其热敏电阻器的温度是随对应的基板区域的温度与待测区域的温度而改变。因此可知，每一主动像素的对应半周期计数值不仅与对应的基板区域的温度相关联，也与对应的待测区域的温度相关联。参阅图6，对应主动像素的热敏电阻器R作为主动热敏电阻器，以符号RDet来表示，而对应参考像素的热敏电阻器R作为参考热敏电阻器，以符号RRef来表示。为了于后文中能清楚描述数字控制电路12的操作，图6中仅显示一主动像素与一参考像素，其中，主动像素的主动热敏电阻器以符号RDet且对应的半周期计数值以D112Det来表示，参考像素的参考热敏电阻器以符号RRef，且对应的半周期计数值以D112Ref来表示。
图6也表示根据本发明的数字控制电路12。参阅图6，数字控制电路12包括缓存器120、储存电路121、温度计算电路122、判断电路123、以及输出控制电路124。缓存器120储存来自所有数字输出电路11的半周器计数值D112。温度计算电路122包括缓存器1220，其储存查询表，其中，此查询包括不同的电阻值以及对应的温度值。为了能清楚描述数字控制电路12的操作，图6中以D112Det与D112Ref来分别表示对应主动像素与参考像素的半周期计数值。储存电路121储存对应热敏电阻器的多个校正曲线，每一校正曲线系以温度-时间关系来呈现。对于每一热敏电阻器而言，其对应的多个校正曲线分别对应基板3的不同温度。温度计算电路122耦接缓存器120以及该储存电路121。温度计算电路122从缓存器120读取半周期计数值D112(包括D112Det与D112Ref)，且根据半周期计数值D112获得对应热敏电阻器R(包括RDet与RRef)的温度值D120。在一实施例中，温度计算电路122从缓存器120读取对应参考热敏电阻器RRef的半周期计数值D112Ref，根据半周期计数值D112Ref来判断对应的电阻值，且根据判断出的电阻值对查询表进行查表以获得对应的温度值D120以表示对应的基板区域的温度。在另一实施例中，温度计算电路122从缓存器120读取对应参考热敏电阻器RRef的半周期计数值D112Ref以及对应主动热敏电阻器RDet的半周期计数值D112Det，其中，所述参考热敏电阻器RRef在基板3的位置接近于所述参考热敏电阻器RRef，换句话说，所述参考热敏电阻器RRef接近于参考热敏电阻器RRef对应的基板区域。温度计算电路122对读取的半周期计数值D112Det与D112Ref进行减法操作以获得对应的计数差值，根据获得的计数差值来判断对应的电阻值，且根据判断出的电阻值对查询表进行查表以获得对应的温度值D120以表示对应的待测区域的温度。
根据本发明一实施例，感测阵列30中同一行或同一列的主动像素共同对应一参考像素。在此示例，当温度计算电路122欲计算对应同一行或同列主动像素的温度值时，利用共同对应的参考像素的半周期计数值来进行所述减法操作。根据本发明的另一实施例，感测阵列30划分多个区域，且一区域具有一参考像素。在此示例，当温度计算电路122欲计算对应同一区域中主动像素的温度值时，利用对应同区域中的参考像素的半周期计数值来进行所述减法操作。
当温度计算电路122计算出对应热敏电阻器R(包括RDet与RRef)的温度值D120时，可选择性地仅输出对应主动热敏电阻器RDet的温度值D120至检测电路13，或者可输出对应主动热敏电阻器RDet与RRef的温度值D120检测电路13。检测电路13根据对应主动热敏电阻器RDet的温度值D120来判断在所述空间中至少一待测物的热成像。通过感测装置1在多个讯框期间的操作，检测电路13可根据多个讯框期间的温度值来判断所述待测物像的热动态特征，例如待测物的移动。检测电路13也可根据待测物的热成像来判断感测温度的分辨率。
根据上述，除频参数的调整根据除频控制信号S121来决定。在一实施例中，参阅图6，检测电路13可根据感测温度的分辨率来产生信号D13(例如为一参数或指令)，且将信号D13传送至判断电路123。判断电路123则根据信号D13所指示的参数或指令来产生除频控制信号S121，且将除频控制信号S121提供至所有数字输出电路11的多工器421。举例来说，若检测电路13判断出感测温度的分辨率高，则通过信号D13以指示降低分辨率，判断电路123则产生除频控制信号S121以控制除频电路110减小除频参数，即控制多工器421改为选择经过较少除频器而产生的输出信号作为除频信号S110，同时能在较短时间内判断温度值；若检测电路13判断出待测物的感测温度分辨率不足，则通过信号D13以指示提高分辨率，判断电路123则产生除频控制信号S121以控制除频电路110增加除频参数，即控制多工器421改为选择经过较多除频器而产生的输出信号作为除频信号S110。在另一实施例中，检测电路13按应用场合或根据待测物的热动态特征产生信号D13去调整感测温度分辨率及感测速度。举例来说，应用场合为行车热成像检测或检测快速移动的待测物，必须提高感测速度，此时检测电路13发送信号D13给判断电路123，判断电路123产生除频控制信号S121去调整除频电路110的除频参数，在检测电路13本身具有高指令周期与高数据传输率的情况下，藉由实时且大量搜集像素的感测数据，计算实时的像素温度变化，判断出待测物的热动态特征。在另一个示例中，应用场合为人体温度分布检测或待测物几乎为静态的情况下，可降低感测速度来获得高感测温度分辨率，判断电路123产生除频控制信号S121去调升除频电路110的除频参数，来提高感测温度的分辨率。
根据本发明一实施例，输出控制电路124产生开关控制信号S120至数字输出电路11，以控制所有的开关113，即控制数字输出电路11输出半周期计数值D112的时序，例如，半周期计数值D112以并行或串行的方式输出至数字输出电路11。
一般而言，由于热敏电阻器吸收到热辐射后并非立刻上升到稳态温度，而是逐渐地上升，尤其是在经过热敏电阻器至少五个热时间常数后才上到达稳态温度。此时的温度最接近热辐射来源的温度。在所述实施例中，为了能获得最准确的目标区域的温度，于每一讯框期间，温度计算电路122可从缓存器120读取在经过对应的主动热敏电阻器RDet至少五个热时间常数之后获得的半周期计数值D112Det，藉以获得对应的温度值。由于参考热敏电阻器RRef接近基板3且感测装置1操作时基板3的温度变化小，因此温度计算电路122可从缓存器120读取在此讯框期间中任何时间点获得对应的半周期计数值D112Ref，以进行上述减法操作。
在本发明另一实施例，为了能快速地产生响应目标物温度的温度值D120，本发明提出了热时间常数曲线的逼近技术，其能使温度计数电路122能在热敏电阻器在五个热时间常数的期间内估算该热敏电阻器的稳态温度。以下将以一主动热敏电阻器为例来说明热时间常数曲线的逼近技术以及温度计算电路122的对应操作。参阅图6，在一讯框期间中，温度计算电路122从缓存器120读取对应在五个热时间常数的时间点(5τ)之前的多个取样时间点所获得的半周期计数值D112Det，例如在时间点0τ、0.2τ、0.4τ，藉以获得对应的三个温度值，作为取样实际温度值，参阅图7，其中时间点0τ对应的温度值为一初始实际温度值，时间点0.2τ对应的温度值为ΔTdet_real(0.2τ)，时间点0.4τ对应的温度值为ΔTdet_real(0.4τ)。温度计算电路122又从缓存器120读取在此讯框期间中任何时间点获得对应的半周期计数值D112Ref以获得温度参考值，根据此温度参考值从储存电路121读取对应的校正曲线ΔTdet_cal，且通过此校正曲线获得分别对应时间点0τ、0.2τ、0.4τ的温度值，其中对应时间点0τ的温度值为初始校正温度值，对应时间点0.2τ的温度值为ΔTdet_cal(0.2τ)，对应时间点0.4τ的温度值为ΔTdet_cal(0.4τ)，对应时间点5τ的温度值为ΔTdet_cal(5τ)且等于A1。温度计算电路122根据校正曲线ΔTdet_cal、初始校正温度值、温度值Tdet_cal(0.2τ)、温度值ΔTdet_cal(0.4)、初始实际温度值、温度值ΔTdet_real(0.2τ)、以及温度值ΔTdet_real(0.4τ)以逼近的方式来获得实际温度-时间曲线ΔTdet_real。在获得实际温度-时间曲线ΔTdet_real后，温度计算电路122则可在五个时间常数的时间点(5τ)之前根据实际温度-时间曲线ΔTdet_real来估计对应所述主动热敏电阻器的稳态温度值ΔTdet_real(5τ)(等于A2)。此稳态温度值则作为温度值D120输出至检测电路13。
在另一实施例中，若数字控制电路12具有较佳的计算能力，数字控制电路12可利用预设深度学习模型来获得每一主动热敏电阻器的实际温度-时间曲线。在此实施例中，判断电路123还耦接温度计算电路122。以下将以一主动热敏电阻器为例来说明如何利用预设深度学习模型来获得对应的实际温度-时间曲线。在一讯框期间中，对于主动热敏电阻器，温度计算电路122从缓存器120读取对应在五个时间常数的时间点(5τ)之前的多个取样时间点所获得的半周期计数值D112Det，藉以获得对应的多个温度值作为取样实际温度值。此时，判断电路123从温度计算电路122接收取样实际温度值，且以取样实际温度值来执行已预先储存的预设深度学习模型来逼近此主动热敏电阻器的实际温度-时间曲线，并将其提供至温度计算电路122。温度计算电路122则根据实际温度-时间曲线来估计所述主动热敏电阻器的稳态温度值。如此一来，在每一讯框期间中，可在较短的时间内(五个时间常数的期间内)估计出对应所述主动热敏电阻器的稳态温度值。此稳态温度值则作为温度值D120输出至检测电路13。
根据所述各个实施例，本发明的每一像素感测通过RC振荡器直接产生对应的数字信号。此外，感测装置1可依据待测物的特性或其信号处理能力来调整感测分辨率，藉此提高感测速度和/或感测准确度。再者，本发明利用每一热敏感测电阻器的时间常数曲线的逼近，可在较短的时间内(五个时间常数的期间内)估计出所述主动热敏电阻器的稳态温度值，藉此提高了感测速度。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求保护范围所界定者为准。
【符号说明】
1
Figure BDA0002182163410000141
感测装置； 3
Figure BDA0002182163410000142
基板；
10
Figure BDA0002182163410000143
感测电路； 11
Figure BDA0002182163410000144
数字输出电路；
12
Figure BDA0002182163410000145
数字控制电路； 13
Figure BDA0002182163410000146
检测电路；
30
Figure BDA0002182163410000147
感测阵列； 31
Figure BDA0002182163410000148
半导体层；
32
Figure BDA0002182163410000149
反射层； 33
Figure BDA00021821634100001410
金属垫；
34
Figure BDA00021821634100001411
金属连接柱； 101
Figure BDA00021821634100001412
电容器；
102、103
Figure BDA00021821634100001413
开关； 104
Figure BDA00021821634100001414
比较器与锁存电路；
105
Figure BDA00021821634100001415
时钟控制电路； 110
Figure BDA00021821634100001416
除频电路；
111
Figure BDA00021821634100001417
半周期产生器； 112
Figure BDA00021821634100001418
计数器；
113
Figure BDA00021821634100001419
开关； 120
Figure BDA00021821634100001420
缓存器；
121
Figure BDA00021821634100001421
储存电路； 122
Figure BDA00021821634100001422
温度计算电路；
123
Figure BDA00021821634100001423
判断电路； 124
Figure BDA00021821634100001424
输出控制电路；
300
Figure BDA00021821634100001425
数位像素； 402
Figure BDA00021821634100001426
P型晶体管；
403
Figure BDA00021821634100001427
N型晶体管； 404A、204B
Figure BDA00021821634100001428
比较器；
404C
Figure BDA0002182163410000151
反相器； 404D
Figure BDA0002182163410000152
SR正反器；
405
Figure BDA00021821634100001513
非重叠时钟产生器； 420_1…420_16
Figure BDA0002182163410000153
除频器；
421
Figure BDA00021821634100001512
多工器(MUX)； 1220
Figure BDA0002182163410000154
缓存器；
C30_1…C30_m
Figure BDA00021821634100001511
列； CLK
Figure BDA0002182163410000155
时钟信号；
D13
Figure BDA00021821634100001510
信号； D112
Figure BDA0002182163410000156
半周期计数值；
D120
Figure BDA0002182163410000159
温度值； GND
Figure BDA0002182163410000157
接地端；
N10、N11
Figure BDA0002182163410000158
节点； R、RDet、RRef
Figure BDA00021821634100001528
热敏电阻器；
R30_1…R30_n
Figure BDA00021821634100001514
行； S104
Figure BDA00021821634100001527
致能信号；
S105A、S105B
Figure BDA00021821634100001515
控制信号； S110
Figure BDA00021821634100001516
除频信号；
S111
Figure BDA00021821634100001526
半周期信号； S120
Figure BDA00021821634100001517
开关控制信号；
S121
Figure BDA00021821634100001525
除频控制信号； S404A、S404B
Figure BDA00021821634100001518
比较信号；
S420_1…S420_16
Figure BDA00021821634100001522
输出信号； t0…t12
Figure BDA00021821634100001519
时间点；
V11
Figure BDA00021821634100001523
感测电压； VDD
Figure BDA00021821634100001520
供应电压；
VRH
Figure BDA00021821634100001524
上限临界电压； VRL
Figure BDA00021821634100001521
下限临界电压。

Claims (13)

1.一种感测装置，包括：
多个热敏电阻器，配置成阵列，其中，每一热敏电阻器具有随该热敏电阻器的温度而改变的电阻值，且产生对应该电阻值的感测电压；以及
多个电阻-电容振荡器，分别耦接所述热敏电阻器以接收对应的所述感测电压；
其中，每一电阻-电容振荡器根据对应的该感测电压产生数字感测信号以表示对应的该热敏电阻器的温度，且每一电阻-电容振荡器设置在对应的该热敏电阻器的下方。
2.如权利要求1所述的感测装置，其中，每一热敏电阻器为红外线热敏电阻器。
3.如权利要求1所述的感测装置，还包括：
多个数字输出电路，分别耦接所述电阻-电容振荡器以接收对应的所述数字感测信号，其中，每一数字输出电路以除频参数对接收的该数字感测信号进行除频操作以产生除频信号，且对该除频信号的半周期进行计数以产生半周期计数值；以及
数字控制电路，耦接所述数字输出电路以接收所述半周期计数值，且根据所述半周期计数值产生多个温度值。
4.如权利要求3所述的感测装置，其中，所述数字输出电路的每一者包括：
除频电路，接收对应的该数字感测信号，且以该除频参数来对对应的该数字感测信号进行该除频操作以产生对应的该除频信号；
半周期产生器，根据对应的该除频信号来产生半周期信号，其中，该半周期信号的脉冲持续时间等于对应的该除频信号的该半周期；以及
计数器，接收该半周期信号，且根据时钟信号来计数该半周期信号的脉冲持续时间以产生对应的该半周期计数值。
5.如权利要求3所述的感测装置，其中，该数字控制电路包括：
输出控制电路，耦接所述数字输出电路，以控制所述数字输出电路输出对应的所述半周期计数值的时序。
6.如权利要求3所述的感测装置，其中，该除频参数为可变的，且由该数字控制电路来决定。
7.如权利要求3所述的感测装置，
其中，所述热敏电阻器包括多个主动热敏电阻器以及多个参考热敏电阻器；
其中，对于每一主动热敏电阻器，该数字控制电路对对应的该半周期计数值与所述参考热敏电阻器中的对应参考热敏电阻器的该半周期计数值进行减法操作以获得计数差值，且根据该计数差值来获得对应的该温度值。
8.如权利要求7所述的感测装置，其中，该阵列配置在基板上，所述参考热敏电阻器感测该基板的温度，以及该数字控制电路在多个讯框期间操作并且包括：
储存电路，储存每一主动热敏电阻器的温度-时间关系的多个校正曲线，其中，每一主动热敏电阻器的所述校正曲线分别对应该基板的不同温度；以及
温度计算电路，接收所述半周期计数值，且通过该减法操作来获得对应每一主动热敏电阻器的该温度值；
其中，对于每一参考热敏电阻器，该温度计算电路根据对应的该半周期计数值来获得对应的该温度值，以指示该基板的基板区域的温度；
其中，在每一讯框期间，对于每一主动热敏电阻器，该温度计算电路根据对应的该参考热敏电阻器的该温度值，从该储存电路读取对应的该校正曲线；
其中，在每一讯框期间，对于每一主动热敏电阻器，该温度计算电路获得对应多个取样时间点的每一者的该温度值以作为取样实际温度值，根据获得的所述取样实际温度值以及对应的该校正曲线来获得该主动热敏电阻器的实际温度-时间曲线，且根据获得的该实际温度-时间曲线来估计该主动热敏电阻器的稳态温度值。
9.如权利要求8所述的感测装置，其中，在每一讯框期间，对于每一主动热敏电阻器，所述时间点是发生在该主动热敏电阻器的五个热时间常数之前。
10.如权利要求7所述的感测装置，其中，该数字控制电路在多个讯框期间操作并且包括：
温度计算电路，耦接所述数字输出电路，接收所述半周期计数值，且通过该减法操作来获得所述温度值，其中，在每一讯框期间，对于每一主动热敏电阻器，该温度计算电路获得对应多个取样时间点的每一者的该温度值以作为获得多个取样实际温度值；
判断电路，耦接该温度计算电路，接收获得的所述取样实际温度值，其中，在每一讯框期间，对于每一主动热敏电阻器，该判断电路以对应的所述取样实际温度值来执行预设深度学习模型来获得该主动热敏电阻器的实际温度-时间曲线，且根据获得的该实际温度-时间曲线来估计该主动热敏电阻器的稳态温度值。
11.如权利要求7所述的感测装置，
其中，该数字控制电路根据信号来决定表示该除频参数的调整程度的增益，且根据决定的该增益来产生除频控制信号决定该除频参数；以及
其中，对于每一主动热敏电阻器，该数字控制电路以该增益来对对应的该计数差值进行除法运算以获得检测计数值，且根据该检测计数值来判断对应的该温度值。
12.如权利要求1所述的感测装置，其中，每一电阻-电容振荡器包括：
第一开关，耦接于电压源与第一节点之间，且受控于第一控制信号；
第二开关，耦接于该第一节点与接地端之间，且受控于第二控制信号，其中，对应的该热敏电阻器耦接于该第一节点与第二节点之间；
电容器，耦接于该第二节点与该接地端之间，其中，感测电压产生于该第二节点；
比较器与锁存电路，接收该感测电压，且以上限临界电压与下限临界电压来对该感测电压进行比较，以产生第一比较信号与第二比较信号，其中，该第一比较信号表示该上限临界电压与该感测电压的比较结果，且该第二比较信号表示该下限临界电压与该感测电压的比较结果，该比较器与锁存电路包括：
SR正反器，具有接收该第一比较信号的输出端的设定端、接收该第二比较信号的重置端、以及产生致能信号的输出端；以及
时钟控制电路，接收该致能信号，且根据该致能信号来产生该第一控制信号以及该第二控制信号；
其中，该第一控制信号导通该第一开关的第一持续期间与该第二控制信号导通该第二开关导通的第二持续期间不重叠；以及
其中，该第一控制信号作为对应的该数字感测信号。
13.如权利要求12所述的感测装置，其中，每一电阻-电容振荡器的该时钟控制电路包括：
非重叠时钟产生器，接收该致能信号，且根据该致能信号的多个脉冲来产生该第一控制信号以及该第二控制信号；
其中，该第一控制信号于该第一持续期间处于低电平以导通该第一开关，且该第二控制信号于该第二持续期间处于高电平以导通该第二开关。
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