具有可区域化测辐射热计的成像装置的制造方法_5

文档序号:10301434阅读:来源:国知局
应的部件相同或者相似的方式来实现这些部件。图12还示出了偏压校正电路1212,其可用于对提供给红外传感器132的一个或者多个偏压电压进行调整(例如,以补偿温度改变、自热和/或其他因素)。
[0160]在一些实施方式中,可将LDO 1220设置为红外传感器组件128的一部分(例如,位于相同的芯片上和/或晶片级封装为R0IC)。例如,可将LDO 1220设置为具有红外传感器组件128的FPA的一部分。如所讨论的,这种实现可减少引入到红外传感器组件128中的电源噪声,从而提供改进的PSRR。另外,通过利用ROIC来实现LD0,可消耗较少的模片面积,并且需要较少的分离模片(或者芯片)。
[0161]LDO 1220通过馈电线1232接收电源1230提供的输入电压。LDO 1220通过馈电线1222向红外传感器组件128的各种部件提供输出电压。就这方面而言,根据例如2013年12月9日提交的美国专利申请N0.14/101,245 (其通过援引整体并入本文)中描述的各种技术,LDO 1220可响应于从电源1230接收到的单输入电压,向红外传感器组件128的各个部件提供基本上相同的调节输出电压。
[0162]例如,在一些实施方式中,电源1230可提供从大约2.8v到大约Ilv范围的输入电压(例如,在一个实施方式中为大约2.8v),并且LDO 1220可提供从大约1.5v到大约2.8v范围的输出电压(例如,在各个实施方式中大约为2.8、2.5、2.4v和/或更低的电压)。就这方面而言,无论电源1230是提供大约9v到大约Ilv的传统电压范围,还是提供低电压(例如,大约2.8v),LDO 1220都可用于提供恒定的调节输出电压。因此,尽管为输入和输出电压提供了多种电压范围,但是可以预期的是,不管输入电压如何变化,LDO 1220的输出电压将会保持不变。
[0163]与用于FPA的传统电源相比,将LDO 1220实现为红外传感器组件128的一部分具有很多优点。例如,传统的FPA通常依赖于多个电源,所述多个电源中的每一个可分开的向FPA供电,并且分开的分布于FPA的各个部件。通过由LDO 1220对单电源1230进行调节,合适的电压可分别的提供给(例如,以减少可能的噪声)低复杂性的红外传感器组件128的所有部件。即使来自电源1230的输入电压发生改变(例如,如果由于电池或者用于电源1230的其他类型的装置的充电或者放电而使输入电压增加或者降低),LD0 1220的使用还使得红外传感器组件128仍能以恒定的方式工作。
[0164]图12中示出的红外传感器组件128的各种部件也可实现为在比传统装置使用的电压更低的电压下工作。例如,如所讨论的,LDO 1220可实现为提供低电压(例如,大约
2.5v)。这与通常用于为传统的FPA供电的多个较高电压形成了鲜明的对比,所述多个较高电压例如为:用于为数字电路供电的大约3.3v到大约5v的电压;用于为模拟电路供电的大约3.3v的电压;以及用于为负载供电的大约9v到大约Ilv的电压。同样的,在一些实施方式中,LDO 1220的使用可减少或者消除对提供给红外传感器组件128的单独负参考电压的需要。
[0165]参考图13,可进一步地理解红外传感器组件128的低电压操作的其他方面。图13示出了根据本公开实施方式的、图12的红外传感器组件128的一部分的电路图。特别的,图13示出了连接到LDO 1220和红外传感器132的偏压校正电路1212的其他部件(例如,部件1326、1330、1332、1334、1336、1338和1341)。例如,根据本公开的实施方式,偏压校正电路1212可用于补偿偏置电压中依赖于温度的变化。通过参考公开号为7,679,048、公开日为2010年3月16的美国专利中标示的相似的部件,可进一步地理解这些其他附件的操作,通过引用的方式将其作为整体合并于此。还可根据公开号为6,812,465、公开日为2004年11月2日的美国专利中标示的各种部件来实现红外传感器组件128,通过引用的方式将其作为整体合并于此。
[0166]在各种实施方式中,全部或者部分偏压校正电路1212可实现在如图13所示的整体阵列基础上(例如,用于集中在阵列中的所有红外传感器132)。在其他实施方式中,可在单个传感器基础上实现全部或者部分偏压校正电路1212(例如,对每个传感器132都全部或者部分地复制)。在一些实施方式中,图13的偏压校正电路1212和其他部件可实现为ROIC 1202 的一部分。
[0167]如图13所示,LDO 1220向沿着馈电线1222中的一个的偏压校正电路1212提供负载电压Vload。如所讨论的,在一些实施方式中,Vload可以大约为2.5v,与此形成对比的是,可用作传统红外成像装置中的负载电压的大小大约为9v到大约Ilv的较高的电压。
[0168]基于Vload,偏压校正电路1212在节点1360提供传感器偏置电压Vbolo。Vbolo可通过适合的开关电路1370(例如,由图13中的虚线表示的)分发至一个或者多个红外传感器132。在一些例子中,可根据本文之前引用的公开号为6,812,465和7,679,048的专利中标示出的合适的部件来实现开关电路1370。
[0169]每个红外传感器132均包括通过开关电路1370接收Vbolo的节点1350以及可接地的另一个节点1352、基底和/或负参考电压。在一些实施方式中,节点1360处的电压与节点1350处的Vbolo基本相同。在其他实施方式中,可调整在节点1360处的电压,以补偿与开关电路1370和/或其他因素有关的可能的压降。
[0170]可利用通常比传统红外传感器偏压所使用的电压较低的电压来实现Vbolo。在一个实施方式中,Vbolo可以在从大约0.2v到大约0.7v的范围。在另一个实施方式中,Vbolo可以在大约0.4v到大约0.6v的范围。在另一个实施方式中,Vbolo大约为0.5v。相比之下,传统红外传感器通常使用的偏置电压大约为lv。
[0171]与传统的红外成像装置相比,根据本公开的红外传感器132的较低偏置电压的使用使得红外传感器组件128能够具有显著降低的功耗。特别的,每个红外传感器132的功耗以偏置电压的平方减少。因此,电压的降低(例如,从1.0v降到0.5v)提供了显著的功耗的降低,特别是当所述电压的降低应用到红外传感器阵列中的多个红外传感器132时。这种功率的降低还可导致红外传感器阵列128的自热的减少。
[0172]根据本公开的其他实施方式,提供了用于降低由工作在低电压的红外成像装置提供的图像帧中的噪声效应的各种技术。就这方面而言,当红外传感器组件128以所描述的低电压工作时,如果不对噪声、自热和/或其他现象进行校正,所述噪声、自热和/或其他现象会在红外传感器组件128所提供的图像帧中变得更加明显。
[0173]例如,参考图13,当LDO 1220以本文所述的方式保持在低电压Vload时,Vbolo也将保持在它的相应的低电压,并且可降低它的输出信号的相对尺寸。因此,噪声、自热和/或其他现象可对从红外传感器132读出的较小的输出信号产生较大的影响,从而导致输出信号的变化(例如,错误)。如果不进行校正,这些变化可能表现为图像帧中的噪声。此外,尽管低电压工作可以降低某些现象(例如,自热)的总体数量,但是较小的输出信号可使得残留的误差源(例如,残留的自热)在低电压工作期间对输出信号产生不成比例的影响。
[0174]为了补偿这种现象,可利用各种阵列尺寸、帧速率和/或帧平均技术来实现红外传感器组件128、红外成像模块100和/或主机装置102。例如,如所讨论的,各种不同的阵列尺寸可考虑用于红外传感器132。在一些实施方式中,可利用范围从32X32到160X120的阵列尺寸的红外传感器132来实现红外传感器132。其他例子的阵列尺寸包括80X64、80X60,64X64以及64X32。可使用任何期望的尺寸。
[0175]有利的是,当利用这种相对小的阵列尺寸实现红外传感器组件128时,所述红外传感器组件128可以在无需对ROIC及相关电路进行较大变动的情况下,以相对高的帧速率来提供图像帧。例如,在一些实施方式中,帧速率的范围可以从大约120Hz到大约480Hz。
[0176]在一些实施方式中,阵列尺寸和帧速率可以相对于彼此之间增减(例如,以成反比例的方式或者其他方式),以使得较大的阵列实现为具有较低的帧速率,而较小的阵列实现为具有较高的帧速率。例如,在一个例子中,160X 120的阵列可提供大约为120Hz的帧速率。在另一个实施方式中,80X60的阵列可提供相应的大约为240Hz的较高的帧速率。其他帧速率也是可以考虑的。
[0177]通过阵列尺寸和帧速率相对于彼此之间的增减,无论实际的FPA尺寸或者帧速率为多少,FPA的行和/或列的特定读出定时都可以保持不变。在一个实施方式中,读出定时可以为大约每行或列63微秒。
[0178]如之前关于图8的讨论,红外传感器132捕获的图像帧可提供给帧平均器804,所述帧平均器804求多个图像帧的积分以提供具有低帧速率(例如,大约30Hz、大约60Hz或者其他帧速率)和改进的信噪比的图像帧802(例如,处理后的图像帧)。特别地,通过对由相对小的FPA提供的高帧速率图像帧进行平均,可将图像帧802中由于低电压工作而产生的图像噪声有效的平均掉和/或显著的减少。因此,红外传感器组件128可以工作在由如所讨论的LDO 1220提供的相对低的电压,并且在帧平均器804对产生的图像帧802进行处理之后,红外传感器组件128不会受到所述产生的图像帧802中的额外的噪声及相关的副作用的影响。
[0179]其他实施方式也是可以考虑的。例如,尽管示出了红外传感器132的单个阵列,但是可以预期的是,可一起使用多个这样的阵列以提供较高分辨率的图像帧(例如,一个场景可以在多个这样的阵列上成像)。这种阵列可设置在多个红外传感器组件128和/或设置在同样的红外传感器组件128中。如所描述的,每个这样的阵列均可工作在低电压,并且也可为每个这样的阵列配置相关的ROIC电路,以使得每个阵列仍然可以相对高的帧速率工作。共享或者专用帧平均器804可对由这种阵列提供的高帧速率图像帧进行平均,以减少和/或消除与低电压工作相关的噪声。因此,当工作在低电压时仍然可获得高分辨率红外图像。
[0180]在各种实施方式中,可将红外传感器组件128实现为合适的尺寸,以使得红外成像模块100能够与小形状因子的插座104(例如,用于移动装置的插座)一起使用。例如,在一些实施方式中,可将红外传感器组件128实现为范围为大约4.0mmX大约4.0mm到大约5.5mmX大约5.5mm(例如,在一个实施方式中,大约4.0mmX大约5.5mm)的芯片尺寸。可将红外传感器组件128实现为这种尺寸或者其他合适的尺寸,以使得能够与实现为各种尺寸的插座104 —起使用,所述插座104的尺寸例如为:8.5mmX8.5mm、8.5mmX5.9mm、
6.0mmX 6.0mm、5.5mmX 5.5mm、4.5mmX 4.5mm和/或其他插座尺寸,例如,如通过援引整体并入本文的2011年6月10日提交的申请号为61/495,873的美国临时专利申请表I所示的那些尺寸。
[0181]如所讨论,在各个实施方式中,红外成像模块100可以配置成以低电压电平操作和/或各种类型的配置(例如,硬件和/或软件配置)操作。如本文中根据一个或多个实施方式所讨论,新颖的切换技术可以实施在红外传感器阵列中,以使得该阵列被配置成给定应用所期望的各种规格和/或像素尺寸。
[0182]例如,图14示出了根据本公开实施方式的、包括红外传感器阵列1406的红外传感器组件1400的另一实现方式的框图。如所示,红外传感器组件1400可以参照图4和12的红外传感器组件128描述的相似的方式实施,但是还包括本文进一步所述的新颖的切换技术。
[0183]红外传感器组件1400可以包括行访问电路1402,其适于使能行线1410的合适的一个行线以读取与连接至使能线的红外传感器1408有关的输出。在各个实施方式中,如本领域技术人员所理解的,行访问电路1402可以适于响应于来自定时控制电路1401的信号,可选择地使能行线1410中的一个行线。在一个或多个实施方式中,行访问电路1402可以与图4和12的行多路复用器408/1208相似的方式实施,但是可以进一步适于根据本文进一步描述的检测器-区域化技术可选择地使能行线1410。相似地,在一个或多个实施方式中,定时控制电路1401可以与偏压产生和定时控制电路404/1204的定时控制部分相似方式实施以控制行访问电路1402和列电路1404的定时,但是可以进一步适于改变这种定时以提供如本文进一步描述的检测器-区域化。
[0184]红外传感器组件1400还可以包括列电路1404,其可以表示列放大器405/1205、偏压校正电路412/1212、偏差校正电路和/或列模拟-数字(A/D)转换器。因此,例如,列电路1404可以适于提供偏置电压(例如,以上针对图13描述的Vbolo)、校正偏压、校正偏差、放大输出、将输出转换成数字信号,和/或对选择的行线1410执行用于列线1410的每个红外传感器1408的其他操作。也就是说,在通常的一个图像帧的读取循环期间(例如,本文进一步描述的未区域化模式下的红外传感器组件1400),连续的行线1410由行访问电路1402根据定时信号一次一行地使能,而列电路1410在行线1410被使能期间(例如,也称为“行访问时间”)对被使能的行线1410中的所有红外传感器1408并行地执行操作。
[0185]红外传感器1408可以与图3和4的红外传感器132相似的方式实施。因此,举例来说,红外传感器1408可以使用微测辐射热计实施,该微测辐射热计每个都适于在检测其输出时,连接到一个列线1412和一个行线1412。然而,如本文进一步所描述,这种红外传感器1408的阵列1406可以包括新颖的切换电路,其可以适于将红外传感器1408与列线1412和/或行线1410可选择地连接或断开,以允许检测器-区域化。
[0186]图15示出了根据本公开实施方式的、使用检测器-区域化技术配置的红外传感器组件1400的框图。如简要描述,根据本文公开的一个或多个实施方式,阵列1406中的红外传感器1408可以与列线1412和行线1410可选择地连接和/或断开。此外,根据本文公开的一个或多个实施方式,阵列1406中的两个或更多个红外传感器1408可以可选择地连接至彼此。因此,在一个或多个实施方式中,阵列1406中的相邻的红外传感器1408的集群可以分组(或“区域化”)在一起,以形成区域化的探测器1508。在图示的实施方式和其他实施方式中,2*2布置中的四个相邻的红外传感器1408(1)、1408 (2)、1408 (3)和1408(4)的集群可以分组在一起,以形成区域化的探测器1508。因此,根据这种实施方式,区域化的探测器1508的产生的区域化模式阵列1506可以利用一半数目的列线1510和一半数目的行线1512作为物理阵列1406。可以意识到,行线1510和列线1512被示为行线1410和列线1412的数目的一半,以便于表示可以对于如本文进一步描述的区域化模式阵列1506不使用、禁用、或组合一些行线1410和列线1412。
[0187]根据各种实施方式,产生的区域化模式阵列1506可以提供较高的帧速率、增加的检测器敏感度和/或降低的功率消耗。在以上实例中,因为在区域化模式阵列1506中,使用的列线1510的数目被减半(例如,相对于行线1410的数目),所以行访问时间可以加倍。如上所述,行访问时间可以是每个有效的行线1510被使能用于列电路1404的并行操作的持续时间。作为具体实例,用于未区域化的正常阵列1406的60Hz的帧速率可以产生65微秒的行访问时间,而对于区域化模式阵列1506,行访问时间可以是140微秒。因为在选择的行线1510中的每个列线1512的区域化的探测器1508可以被偏压、偏差校正、采样、放大、A/D转换,或者要不然具有在行访问时间期间检测到的输出,所以行访问时间的加倍允许用于采样区域化的探测器1508的输出的积分时间加倍。积分时间的加倍又可以允许探测器敏感度增加。在ROIC的具体实现方式中,例如,积分时间的加倍可以导致敏感度增加40 %。
[0188]同时,根据各个实施方式,行访问时间的加倍可以减少功率消耗。例如,因为A/D转换器和/或其他读出电路可以半速运行,并且由于行
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