SE503643C2 - Sensoranordning innefattande en matris av detektorer, där varje detektor utgörs av en strålningskänslig komponent - Google Patents
Sensoranordning innefattande en matris av detektorer, där varje detektor utgörs av en strålningskänslig komponentInfo
- Publication number
- SE503643C2 SE503643C2 SE9400239A SE9400239A SE503643C2 SE 503643 C2 SE503643 C2 SE 503643C2 SE 9400239 A SE9400239 A SE 9400239A SE 9400239 A SE9400239 A SE 9400239A SE 503643 C2 SE503643 C2 SE 503643C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- oscillator
- detector
- sensor device
- detectors
- radiation sensitive
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/44—Electric circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/20—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming only infrared radiation into image signals
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
vfii. sos 643 2 - I det följande beskrivs uppfinningen för enkelhets skull under hänvis- ning till en matris med detektorer i rader och kolumner. Uppfinningen är dock inte begränsad till en detektormatris av sådan utformning. Vad som nedan sägs om rader och kolumner kan utan problem av fackmannen utbytas mot andra grupper av detektorer som i dessa sammanhang fram- står som självklara för fackmannen.
Den grundläggande tanken vid uppfinningen är att utnyttja en oscilla- tor för integrering och utläsning av detektorsignalen. Detektorsigna- len omvandlas till frekvens, vilken sedan normalt avläses parallellt en rad eller kolumn i taget. Uppfinningen reducerar bruset på pixel- nivå genom integrationen under tiden mellan utläsningarna. Ett lämp- ligt sätt att realisera uppfinningen är att som oscillator använda en RC-oscillator, där antingen en resistor, R, eller en kondensator, C, utgör själva detektorn. Det är emellertid möjligt att i stället använ- da andra typer av oscillatorer. En typ av oscillator, som kan användas vid uppfinningen i stället för en RC-oscillator, är en ringoscillator.
I fig 5 visas, ett exempel med en sådan, uppbyggd av tre inverterare och en kondensator som den strâlningskänsliga komponenten.
I en första utföringsform av uppfinningen är varje detektor permanent kopplad till en oscillator, dvs. det finns en oscillator per pixel.
Varje detektor är således permanent tillordnad en eller flera icke- strâlningskänsliga kompletterande komponenter, vilka tillsammans med detektorn är anordnade att bilda oscillatorn.
I figur 1 visas ett exempel med en array av 100x100 detektorer. För att förklara funktionen ges nedan ett numeriskt exempel för denna array med linjereset var 20:e ms. Eftersom den kapacitiva, C, eller resistiva, R, detektorn ingår i en RC-oscillator kommer dess frekvens att bero av den detekterade storheten. Oscillatorfrekvensen antas nominellt vara l0kHz, dvs periodtiden är 0.1 ms.
I intervallet 19.8-20.0 ms från reset av linjen öppnas ett observa- tionsfönster där tiden för de ca 200 perioderna av oscillatorsignalen sedan reset observeras (häri ligger integrationen), se figur 2. Tiden från fönstrets början fram till den första positiva flanken avläses.
Dessutom avläses periodtiden genom att mäta tiden mellan två- -_ P 3 3 - sos 643 konsekutiva positiva flanker. Avsikten med den senare avläsningen är att avgöra antalet pulser sedan reset.
Avläsningen sker i detta exempel med en frekvens av l0MHz. En extern räknare startas vid observationsfönstrets början. Vid varje avläsning av fönstret vidtas ingen åtgärd om oscillatorsignalen är låg. Första gången signalen är hög sätts en minnescell som tillhör den aktuella pixeln lika med räknarens värde.
Genom att avläsningen sker med l0MHz i ett fönster efter nästan 20 ms blir den relativa upplösningen ca 1:200 000. Dynamiken inom ett fönster blir l:l000 (antalet avläsningar på periodtiden 0.1ms). Genom att avläsa periodtiden kan antalet pulser sedan reset bestämmas och därigenom kan man erhålla en dynamik som är en multipel av 1000. Om man exempelvis har en variation med +/-4 pulser sedan reset innebär det en dynamik på 1:16 000 motsvarande 14 bitar.
Genom att utnyttja resterande 99 st 0.2 ms intervall kan vi läsa ut resten av kolumnerna eller raderna i en l00x100 bild med samma hårdvara.
Avläsningsfrekvens respektive avläsningsfönster kan väljas beroende på oscillatorfrekvens och krav pâ upplösning och dynamik. Vid större arrayer kan man välja att läsa ut flera linjer åt gången.
I det givna exemplet med resistansbolometer lägger man en kondensator vid varje pixel som en del av matrisen. Kapacitansen och därmed yt- âtgången kan hållas låg om detektorresistansen är hög eller om man kan använda en hög oscillatorfrekvens. Utöver den brusreducering som sker genom integrationen på pixelnivâ erhålls en brusfri utläsning från sensormatrisen eftersom utläsningen sker digitalt.
Denna utföringsform av uppfinningen ger ett system som medför 1) AD-omvandling på pixelnivå, vilket ger digital, dvs brusfri, utläsning från pixeln, 2) brusreduktion genom integration på pixelnivå och sos 643 4 - 3) att kondensatorns kapacitans och därmed ytåtgång på chipet kan hållas nere genom att vi utnyttjar upprepad upp- resp urladd- ning i oscillatorn.
I en andra utföringsform av uppfinningen är varje grupp av detektorer tillordnad en eller flera icke-strålningskänsliga kompletterande komponenter. Ett ledningsnät med omkopplare är anordnat att succesivt koppla samman olika detektorer i gruppen med den eller de kompletter- ande komponenterna och därvid bilda oscillatorn. En sådan grupp kan lämpligen utgöras av en kolumn i matrisen.
Att endast använda en oscillator per kolumn istället för en oscillator per pixel medför såväl fördelar som nackdelar.
*I det följande antar vi att vi använder en detektormatris med NxN resistiva eller kapacitiva detektorer. Den elektriska integrationen sker då endast under en Nzte del av bildperioden. Brusundertryckningen av oscillator och detektor sjunker därför med en faktor VÛT jämfört med integration under hela bildperioden. Mot detta skall ställas de fördelar som erhålls.
Med endast en oscillator per kolumn istället för en i varje pixel så kan varje oscillator tillåtas att dels uppta en väsentligt större chiparea och dels förbruka N gånger högre effekt. Detta kan utnyttjas till att utforma oscillatorer med lägre fasbrus, eftersom större ytor och bias-strömmar för kritiska transistorer kan användas samt ett större kapacitansvärde i RC-produkten. Man kan dessutom erhålla ett lägre fasbrus genom att i konstruktionen bygga in en lägre känslighet mot brus på matningsspänningen genererat av bland annat andra oscilla- torer men också genom att bygga in en effektivare kompensering av oscillatorns 1/f-brus.
Effekterna av oscillatorns 1/f-brus som ligger lägre än bildfrekvensen kan emellertid också kompenseras tillsammans med den termiska kompen- seringen av kiselbrickan. Detta sker om en rad av separata strålnings- skyddade resistanser vid sensormatrisens övre och undre kant används som referenser vid varje bild. Den kolumnvis uppkomna frekvensändring- - A 5 - ses 643 en på grund av 1/f-bruset hos respektive oscillator kan då inte sär- skiljas från temperaturvariationer och kommer därför att kompenseras på samma sätt.
En bättre seperation mellan oscillatorerna är också möjlig eftersom matnings- och biasledningar kan vara väl tilltagna. Det blir dessutom N gånger färre oscillatorer inkopplade samtidigt, varför ömsesidig påverkan bör minska kraftigt. En fördel vid frekvens till digital- omvandlingen uppnås genom att oscillatorn hela tiden är kopplad till den efterföljande logiken. Omvandlingen blir då säkrare, eftersom risken att räkna fel på antalet cykler bortfaller.
Ett exempel på en IR-sensor med NxN resistiva detektorer visas i figur 3. Varje pixel innehåller ett resistivt detektorelement, R, och två switchar för att kontaktera detektorresistansen till oscillatorn. I varje pixel finns också två vertikala bussledningar och en horisontal adressledning som via switcharna kopplar detektorresistansen till oscillatorn. Den inkopplade detektorresistansen ingår tillsammans med en kapacitans, C, som frekvensbestämmade komponent i RC-oscillatorn. I detta exempel ingår också referensdetektorer i sensormatrisens över- och underkant. Dessa är skärmade från IR-strålning och reagerar enbart på kislets egen temperatur, så att dess ändring kan kompenseras bort från signalerna från de övriga elementen. Placeringen i över- och underkant möjliggör även kompensering av en linjär temperaturgradient över detektormatrisen.
RC-oscillatorerna kopplas upp för en detektorrad i taget. Låt 1/Tb vara bildfrekvensen. Avläsningstiden T] för varje detektorrad blir då lb/N om de tvâ referensdetektorerna försummas. Med en oscillatorfrek- vens, fo så kommer cirka 2fOT] halvcykler att registreras per avläs- ning. Det kommer normalt endast att röra sig om i storleksordningen 100-1000 cykler och ger i sig själv en för låg upplösning. Med en väldefinierad startpunkt genom nollställning av oscillatorn vid avläs- ningsperiodens början, ger en avläsning av oscillatorns slutvärde ytterligare upplösning. Figur 4 illustruerar förfarandet. En dynamik runt 15 bitar bör vara möjlig. ses sas ï 6 - För att kunna utnyttja he1a ïinjetiden ti11 avïäsning av detektorn, måste pipeïining utnyttjas vid A/D omvand1ingen av osciïïatorns sïut- värde. Detta kan utföras så att osciïïatorns sïutvärde sampïas och hâ11s varvid A/D omvandïingen kan ske para11e11t med avïäsningen av nästa rad. Observera att upp? och ur1addningsför1oppet är oïinjärt, varför man måste korrigera för detta.
Claims (4)
1. Sensoranordning innefattande en matris av detektorer, där varje detektor utgörs av en strâiningskänsiig komponent viiken tiiisammans med en eiier fiera permanent tiiiordnade icke-strâiningskänsiiga kompietterande komponenter biidar en osciiiator, exempeivis en stråiningskänsiig resistor eiier kondensator ingående i en RC- osciiiator, där osciiiatorns frekvens används som ett mått på den detekterade storheten, k ä n n e t e c k n a d a v a t t den innefattar en styr- och beräkningsanordning som successivt beräknar och iäser ut osciiiatorsignaier gruppvis paraiieiit genom att, under ett observationsfönster som sträcker sig tiii tiden för nästa grupps utiäsning, med hög uppiösning mäta tiden tiii osciiiatorsignaiens första positiva fiank och tiden meiian tvâ konsekutiva fianker och från det senare beräkna antaiet puiser sedan det föregående observa- tionsfönstret för den aktueiia gruppen och sammantaget få ett integrerat mått från det föregående observationsfönstret.
2. Sensoranordning eniigt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v a t t grupperna utgöres av en eiier fiera rader detektorer.
3. Sensoranordning eniigt patentkravet 1 eiier 2, k ä n n e - t e c k n a d a v a t t det finns en eiier fiera stråiningsskyddade osciiiatorer anordnade att ge en referenssignai som används för att kompensera för temperaturdrift.
4. Sensoranordning eniigt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d a v a t t det finns en eiier fiera strâiningsskyddade osciiiatorer anordnade på vardera ömse sidan av detektormatrisen, sett i en rikt- ning, viika är anordnade att ge en referenssignai som används för att kompensera för en iinjär temperaturgradient över detektorn.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9400239A SE503643C2 (sv) | 1994-01-26 | 1994-01-26 | Sensoranordning innefattande en matris av detektorer, där varje detektor utgörs av en strålningskänslig komponent |
PCT/SE1995/000077 WO1995020750A1 (en) | 1994-01-26 | 1995-01-26 | Sensor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE9400239A SE503643C2 (sv) | 1994-01-26 | 1994-01-26 | Sensoranordning innefattande en matris av detektorer, där varje detektor utgörs av en strålningskänslig komponent |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE9400239D0 SE9400239D0 (sv) | 1994-01-26 |
SE9400239L SE9400239L (sv) | 1995-07-27 |
SE503643C2 true SE503643C2 (sv) | 1996-07-22 |
Family
ID=20392695
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE9400239A SE503643C2 (sv) | 1994-01-26 | 1994-01-26 | Sensoranordning innefattande en matris av detektorer, där varje detektor utgörs av en strålningskänslig komponent |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
SE (1) | SE503643C2 (sv) |
WO (1) | WO1995020750A1 (sv) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI705235B (zh) * | 2019-07-19 | 2020-09-21 | 財團法人工業技術研究院 | 感測裝置 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3879992A (en) * | 1970-05-12 | 1975-04-29 | California Inst Of Techn | Multiple crystal oscillator measuring apparatus |
CH636959A5 (de) * | 1979-05-08 | 1983-06-30 | Haenni & Cie Ag | Solarimeter. |
DE3111417A1 (de) * | 1981-03-24 | 1982-10-07 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Bestrahlungsmesser |
DE3404151A1 (de) * | 1984-02-07 | 1985-08-08 | Richard Hirschmann Radiotechnisches Werk, 7300 Esslingen | Meldeeinrichtung |
GB2186146B (en) * | 1984-04-16 | 1988-06-22 | Secr Defence | Thermal detector |
US4617593A (en) * | 1984-08-07 | 1986-10-14 | Texas Instruments Incorporated | Visible and near infrared imaging system |
GB2219655B (en) * | 1988-06-07 | 1992-09-09 | Philips Electronic Associated | Thermal radiation detection apparatus |
US5268576A (en) * | 1991-04-04 | 1993-12-07 | Texas Instruments Incorporated | Infrared focal plane array processor with integration and low pass filter per pixel |
US5465080A (en) * | 1992-03-09 | 1995-11-07 | The Commonwealth Of Australia | Infrared intrusion sensor |
-
1994
- 1994-01-26 SE SE9400239A patent/SE503643C2/sv not_active IP Right Cessation
-
1995
- 1995-01-26 WO PCT/SE1995/000077 patent/WO1995020750A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1995020750A1 (en) | 1995-08-03 |
SE9400239D0 (sv) | 1994-01-26 |
SE9400239L (sv) | 1995-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6583416B1 (en) | Uncooled IR detector array having improved temperature stability and reduced fixed pattern noise | |
US4145748A (en) | Self-optimizing touch pad sensor circuit | |
US7724000B2 (en) | Method of automatically testing an electronic circuit with a capacitive sensor and electronic circuit for the implementation of the same | |
EP2690416A1 (en) | Infrared image sensor and signal read method | |
US5747805A (en) | Fully integrating resistive array electronic multiplexor | |
US5078220A (en) | Multiple sensor capacitive measurement system | |
US6762398B1 (en) | Imaging device with fixed-pattern-noise correction regulated constant-current source | |
US11867563B2 (en) | High dynamic device for integrating an electric current | |
US20050121617A1 (en) | Radiation detector, as well as a method for synchronized radiation detection | |
US20140091220A1 (en) | Microbolometer architecture | |
US4682236A (en) | Read and clear readout circuit and method of operation of an IR sensing charge injection device | |
SE503643C2 (sv) | Sensoranordning innefattande en matris av detektorer, där varje detektor utgörs av en strålningskänslig komponent | |
JP6295328B2 (ja) | 高レートでの関心領域処理及びイベント駆動型フォレンジック・ルックバック機能を備える電気光学(eo)/赤外線(ir)凝視型焦点面 | |
JPS6344176A (ja) | 多重変換器からディジタル出力を得るシステム及び方法 | |
JP3516956B2 (ja) | 温度補正型積分アナログ−ディジタル変換器 | |
SE460997B (sv) | Straalningsdosimeter | |
JP3292182B2 (ja) | 低周波ノイズ除去方法及びcmosセンサ回路 | |
EP2873968B1 (en) | Capacitive sensing system and method | |
JP3011212B1 (ja) | 赤外線撮像装置 | |
US5969336A (en) | Radiation sensor arrangement for detecting the frequency of radiation impinging thereon | |
Ringh et al. | CMOS RC-oscillator technique for digital read out from an IR bolometer array | |
JP3518181B2 (ja) | 熱型赤外線イメージセンサ | |
SU468102A1 (ru) | Цифровой измерительный прибор тензометрических весов | |
JPH0325274Y2 (sv) | ||
JPH07128362A (ja) | 容量式センサ及び車両用エアバッグシステム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |