(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱画像センサ（１００）であって、
−各ピクセルが少なくとも１つのボロメータ（１１２）と前記ボロメータ（１１２）の端子に電圧を印加する手段とを有する１つのピクセルマトリクス（１０２）と、
−前記ピクセルマトリクス（１０２）の出力（１０４）を各ピクセルの前記ボロメータ（１１２）の端子に電圧を印加する手段の入力（１０８）に接続し、閉調整ループを形成すると共に、前記ピクセルマトリクス（１０２）の出力信号と基準値との間の比較を実行することができる比較手段（１０６）とを備え、
前記ピクセルマトリクス（１０２）の前記出力信号が前記基準値に対応するように、各ピクセルの前記ボロメータ（１１２）の端子の電圧の値が、前記比較の結果に少なくとも部分的に応じて、決定される
ことを特徴とするセンサ（１００）。
【請求項２】
前記基準値が、２つの限界値の間の所定値、または２つの限界値の間の値の所定範囲である
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ（１００）。
【請求項３】
前記各ピクセルの前記ボロメータ（１１２）の端子に電圧を印加する手段が、ＭＯＳトランジスタ（１１４）を備えると共に、
これらの手段の入力（１０８）が、前記ＭＯＳトランジスタ（１１４）のゲートに接続されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載のセンサ（１００）。
【請求項４】
前記ピクセルマトリクス（１０２）が、各ピクセルの前記ボロメータ（１１２）によって供給された電流の一部分を補償することができる手段を少なくとも備える
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のセンサ（１００）。
【請求項５】
前記各ピクセルの前記ボロメータ（１１２）によって供給された電流の一部分を補償することができる手段が、少なくとも１つの補償ボロメータ（１２６）を備える
ことを特徴とする請求項４に記載のセンサ（１００）。
【請求項６】
前記ピクセルマトリクス（１０２）が、
各ピクセルの前記ボロメータ（１１２）の測定値を一連のパルスを含む信号に変換する手段（１１６）と、
前記パルスを計数する手段（１１８）と、
前記パルスの計数結果を記憶する手段（１２０）とを少なくとも備える
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のセンサ（１００）。
【請求項７】
前記変換する手段（１１６）が、前記変換する手段（１１６）の入力と比較器（１３２）の第１の入力に接続された少なくとも１つの積分コンデンサ（１３０）を備え、
前記比較器（１３２）の第２の入力が、電圧源（１３４）に接続されている
ことを特徴とする請求項６に記載のセンサ（１００）。
【請求項８】
前記ピクセルマトリクス（１０２）が、前記ピクセルの内の１つのボロメータ（１１２）の少なくとも１つの測定値の入力を受け取るように設計されている少なくとも１つの電流−電圧増幅器（１１３）を備え、
前記電流−電圧増幅器の出力が、ブロッキングサンプラ（１２１）の少なくとも１つの入力に接続されている
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のセンサ（１００）。
【請求項９】
前記比較手段（１０６）が、少なくとも、
−前記ピクセルマトリクス（１０２）から出力信号を受け取ることができる第１の入力（１４０）と、
−前記基準値を受け取ることができる第２の入力（１４８）と、
−前記比較手段（１０６）の出力に出力電流“ｉ”を供給することができる手段とを備え、
前記出力電流“ｉ”の絶対値｜ｉ｜が、前記比較手段（１０６）に印加されるように設計されている分極電圧によって決まると共に、
前記出力電流“ｉ”の極性が、前記ピクセルマトリクス（１０２）の出力信号と前記基準値との間の比較の結果によって決定され、
前記ボロメータ（１１２）の端子の電圧値が、前記比較手段（１０６）により供給される前記出力電流“ｉ”によって決まる
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のセンサ（１００）。
【請求項１０】
前記比較手段（１０６）が、少なくとも、
−前記ピクセルマトリクス（１０２）から出力信号を受け取ることができる第１の入力（１４０、１８８、１９０、１９２、１９４）と、
−前記比較手段（１０６）の出力に出力電流“ｉ”を供給することができる手段とを備え、
前記出力電流“ｉ”の絶対値｜ｉ｜が、前記比較手段（１０６）から獲得された分極電圧によって決まると共に、
前記出力電流“ｉ”の極性が、前記ピクセルマトリクス（１０２）の出力信号と前記基準値との間の比較の結果によって決定され、
前記ボロメータ（１１２）の端子の電圧値が、前記比較手段（１０６）により供給される前記出力電流“ｉ”によって決まる
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のセンサ（１００）。
【請求項１１】
前記ピクセルマトリクス（１０２）の出力信号がデジタル値であるとき、前記出力信号の１つまたはいくつかの上位ビットが、前記比較手段（１０６）の第１の入力の１つまたはいくつかの端子（１４０、１８８、１９０、１９２、１９４）に印加されるように設計されている
ことを特徴とする請求項１０に記載のセンサ（１００）。
【請求項１２】
前記比較手段（１０６）が、複数のＭＯＳトランジスタ（１４２〜１４６、１５０、１５２、１５６〜１６６、１７０〜１８６）を備え、
前記分極電圧の値が、前記ＭＯＳトランジスタのチャネルの幅と長さに少なくとも部分的に依存する
ことを特徴とする請求項１０または請求項１１のいずれか一項に記載のセンサ（１００）。
【請求項１３】
前記比較手段（１０６）が、少なくとも１つの抵抗器を更に備え、
前記分極電圧の値が、前記抵抗器の値に少なくとも部分的に依存する
ことを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載のセンサ（１００）。
【請求項１４】
前記センサ（１００）のリターンループ時定数が、前記センサ（１００）のフレーム時間より大きい
ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のセンサ（１００）。
【請求項１５】
熱画像センサ（１００）のピクセルマトリクス（１０２）の出力値を調整する方法であって、
各ピクセルが、少なくとも１つのボロメータ（１１２）と前記ボロメータ（１１２）の端子に電圧を印加する手段とを有し、
前記方法が、閉調整ループにおいて実施される少なくとも以下の、
−前記ピクセルマトリクス（１０２）の前記出力値に対応する信号を生成する段階と、
−前記信号の値を基準値と比較する段階と、
−前記信号が前記基準値に対応するように、前記比較の結果に少なくとも部分的に従って、各ピクセルの前記ボロメータ（１１２）の端子の電圧の値を修正する段階と
を有することを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記基準値が、２つの限界値の間の所定値、または２つの限界値の間の値の所定範囲である
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記信号が、デジタル信号であり、
前記方法が、リターンループ時定数“τ＝ｎ×Ｔｆｒａｍｅ”の間用いられると共に、
ここで、“ｎ”は、前記信号の量子化レベルの数であり、“Ｔｆｒａｍｅ”は、センサ（１００）によって画像を獲得するための時間である
ことを特徴とする請求項１５または請求項１６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子センサの分野に関係すると共に、更に特に、例えば赤外線の画像処理の分野で使用される、ボロメータセンサのような熱画像センサの分野に関係する。
【背景技術】
【０００２】
ボロメータは、測定された温度に従って変化する抵抗を備えている。従って、ボロメータの端子に固定電圧を印加することによって、ボロメータで測定された温度の変化は、その抵抗の値、ひいてはそれを通過する電流の値に影響を与える。
【０００３】
この温度は、本質的に周囲温度によってもたらされる。測定されるべきである入射赤外線のフローからのエネルギー寄与は、温度上昇を生むが、しかし、それは周囲温度より割合が低く、ボロメータの抵抗値は、（測定されるべきである入射赤外線のフローが提供する）熱力学的温度５０度の背景温度上昇において約１．６［％］低下する一方、この抵抗の値は、周囲温度が例えば熱力学的温度３００度から３２５度に変わるとき半分に減らされる。
【０００４】
今まで、この問題を克服するために、センサは、一定の周囲温度を維持するために、例えばペルチェ（Peltier）モジュールタイプの熱調整システムを含むケースに入れて、ひもで縛られた。しかしながら、そのような熱調整システムは、サイズ及びコストに関して有意の問題を作り出す。
【非特許文献１】“F.Simoens”等、“New IRCMOS architecture applied to uncooled microbolometers developed at LETI” PROC. OF SPIE, vol. 6542, 2007年05月14日, 65421T-1〜65421T-6頁
【非特許文献２】“M.Tchagaspanian”等、“Design of ADC in 25 m pixels pitch dedicated for IRFPA image processing at LETI” PROC. OF SPIE, vol. 6542, 2007年05月14日, 65421W-1〜65421W-12頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の１つの目的は、周囲温度の変化からセンサを解放するためのペルチェモジュールのような追加の熱調整システムの使用を必要としない熱画像センサを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的のために、本発明は、少なくとも、−各ピクセルが少なくとも１つのボロメータと前記ボロメータの端子に電圧を印加する手段とを有する１つのピクセルマトリクスと、−前記ピクセルマトリクスの出力を各ピクセルの前記ボロメータの端子に電圧を印加する手段の入力に接続すると共に、前記ピクセルマトリクスの出力信号と基準値との間の比較を実行することができる比較手段とを備え、各ピクセルの前記ボロメータの端子の電圧の値が、前記比較の結果によって、少なくとも部分的に決定されることを特徴とする熱画像センサを提案する。
【０００７】
従って、周囲温度がセンサに及ぼす影響は、電子的に調整されると共に、電子的な調整は、例えばピクセルマトリクスにおけるボロメータに接続されたＭＯＳ注入トランジスタゲートの容量を使用し得る。
【０００８】
ボロメータの端子に印加されると共に、センサのボロメータの全てに共通である電圧を制御することによって、例えばＭＯＳ注入トランジスタのゲートに印加される電圧を用いて、これらのボロメータを循環する分極電流の値が与えられる。その結果として、ボロメータを通過する平均電流は、所望の基準値に対応する。従って、その後に変換される大きさ（分極電流）に直接影響を与えると共に、ピクセルマトリクスの出力信号を提供する入力信号（ゲート電圧）を修正することによって、ピクセルマトリクスの出力信号を、アナログまたはデジタルのいずれにせよ、動的に所望の出力信号の中心に調整することができる。
【０００９】
この閉ループは、適当な比較器を使用することによって、アナログもしくはデジタル出力信号を提供するセンサによって使用され得る。
【００１０】
この場合において、そして文書の残りでは、基準値によって、２つの限界値の間の所定値または所定範囲を意味する。
【００１１】
ピクセルマトリクスは、信号をピクセルマトリクスの出力に供給することができる手段を備え得る。これらの手段によって供給された信号は、各ピクセルのボロメータによる測定値から獲得され得る。
【００１２】
ピクセルマトリクスは、ピクセルのボロメータによる測定値から獲得された信号を多重化する手段を備え得ると共に、多重化された信号は、その場合にピクセルマトリクスの出力に供給され得る。
【００１３】
各ピクセルのボロメータの端子に電圧を印加する手段は、これらの手段の入力がＭＯＳトランジスタのゲートに接続されているＭＯＳトランジスタを備え得る。
【００１４】
ピクセルマトリクスは、周囲温度によって変化する電流をボロメータに供給することができる手段を少なくとも備え得ると共に、これらの手段は、少なくとも１つの補償ボロメータを備え得る。
【００１５】
ピクセルマトリクスは、各ピクセルのボロメータによって供給された電流の一部分を補償することができる手段を少なくとも備え得ると共に、これらの手段は、少なくとも１つの補償ボロメータを備え得る。
【００１６】
ピクセルマトリクスは、少なくとも、各ピクセルのボロメータの測定値を一連のパルスを含む信号に変換する手段と、パルスを計数するための手段と、パルスの計数結果を記憶する手段とを備え得る。
【００１７】
この場合、変換する手段は、変換する手段の入力と比較器の第１の入力に接続された少な少なくとも１つの積分コンデンサを備えると共に、比較器の第２の入力は、電圧源に接続され得る。
【００１８】
この場合、ピクセルマトリクスは、デジタル信号を供給し得る。
【００１９】
ピクセルマトリクスは、ピクセルの内の１つのボロメータの少なくとも１つの測定値の入力を受け取るように設計されている少なくとも１つの電流−電圧増幅器を備えると共に、前記電流−電圧増幅器の出力は、ブロッキングサンプラ（blocking sampler）の少なくとも１つの入力に接続され得る。
【００２０】
この場合、ピクセルマトリクスは、アナログ信号を供給し得る。
【００２１】
比較手段は、少なくとも、−前記ピクセルマトリクスから出力信号を受け取ることができる第１の入力と、−前記基準値を受け取ることができる第２の入力と、−前記比較手段の出力に出力電流“ｉ”を供給することができる手段とを備え、前記出力電流“ｉ”の絶対値｜ｉ｜が、前記比較手段に印加される分極電圧によって決まると共に、前記出力電流“ｉ”の極性が、前記ピクセルマトリクスの出力信号と前記基準値との間の比較の結果によって決定され、前記ボロメータの端子の電圧値が、前記比較手段により供給される前記出力電流“ｉ”によって変化することを特徴とする。
【００２２】
この場合、比較手段の出力に出力電流“ｉ”を供給することができる手段は、少なくとも、−２つのＰＭＯＳトランジスタによって形成された電流ミラーと、−ゲートが第２の入力に接続され得る第１のＮＭＯＳトランジスタと、−ゲートが第１の入力に接続され得る第２のＮＭＯＳトランジスタと、−第１及び第２のＮＭＯＳトランジスタに接続された第３のＮＭＯＳトランジスタとを備え、前記分極電圧が、第３のＮＭＯＳのゲートに印加され得ることを特徴とする。
【００２３】
前記比較手段は、少なくとも、−前記ピクセルマトリクスから出力信号を受け取ることができる第１の入力と、−前記比較手段の出力に出力電流“ｉ”を供給することができる手段とを備え、前記出力電流“ｉ”の絶対値｜ｉ｜が、前記比較手段から獲得された分極電圧によって決まると共に、前記出力電流“ｉ”の極性が、前記ピクセルマトリクスの出力信号と前記基準値との間の比較の結果によって決定され、前記ボロメータの端子の電圧値が、前記比較手段により供給される前記出力電流“ｉ”によって変化することを特徴とする。
【００２４】
この場合、比較手段の出力に出力電流“ｉ”を供給することができる手段は、少なくとも、−２つのＰＭＯＳトランジスタによって形成された第１の電流ミラーと、−２つのＮＭＯＳトランジスタによって形成された第２の電流ミラーと、−ゲートが第１の入力に接続され得ると共に、ソースとドレインが、それぞれ、第２の電流ミラーの２つのＮＭＯＳトランジスタの内の１つのソースとドレインに接続され得る第３のＮＭＯＳトランジスタと、−ゲートが第１の入力に接続され得ると共に、ソースとドレインが、それぞれ、第１の電流ミラーの２つのＰＭＯＳトランジスタの内の１つのソースとドレインに接続され得る第３のＰＭＯＳトランジスタと、−第３のＮＭＯＳトランジスタと第３のＰＭＯＳトランジスタとの間に接続された抵抗器とを備え、前記分極電圧がこの抵抗器の端子で獲得された電圧であり得ることを特徴とする。
【００２５】
ピクセルマトリクスの出力信号がデジタル値であるとき、出力信号の１つまたはいくつかの上位ビットは、比較手段の第１の入力の１つまたはいくつかの端子に印加されることを意図され得る。
【００２６】
前記比較手段は、複数のＭＯＳトランジスタを備え、前記分極電圧の値は、前記ＭＯＳトランジスタのチャネルの幅と長さに少なくとも部分的に依存し得る。
【００２７】
前記比較手段は、少なくとも１つの抵抗器を更に備え、前記分極電圧の値は、前記抵抗器の値に少なくとも部分的に依存し得る。
【００２８】
更に、本発明は、熱画像センサによって温度を測定する方法に関係し、少なくとも以下の、−測定された温度を代表する信号を生成する段階と、−前記信号の値を基準値と比較する段階と、−前記比較の結果に従って、前記信号の値を修正する段階とを有することを特徴とする。
【００２９】
前記測定された温度を代表する信号を生成する段階は、以下の、−前記測定された温度の値によって振幅値が変わる第１の信号を生成する段階と、−前記第１の信号を、前記第１の信号の振幅値によってパルスの数が変わる第２のパルス信号に変換する段階と、−前記第２のパルス信号のパルス数を計数する段階とを適用することによって獲得され、前記測定された温度を代表する信号が、計数されたパルス数を含み得ることを特徴とする。
【００３０】
前記信号の値は、前記第１の信号の振幅値を修正することにより、前記比較の結果に従って訂正され得る。
【００３１】
前記測定された温度を代表する信号は、デジタル信号であり、前記測定する方法が、時間“τ＝ｎ×Ｔｆｒａｍｅ”の間用いられ得ると共に、ここで、“ｎ”は、前記測定された温度を代表する信号の量子化レベルの数であり、“Ｔｆｒａｍｅ”は、センサによって画像を獲得するための時間であることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
この発明は、純粋に一例として、そして決して制限的でなく提供された実施例の説明を、添付された図面を参照して読むことによって、更に明らかに理解されることになる。
【００３３】
１つの図面から別の図面までの経過を容易にするために、以下で説明される様々な図面の同一、同様、または同等の部分は、同じ参照符号を有する。
【００３４】
図面を更に読み易くするために、図面において示された様々な部分は、等分目盛に必ずしも示されるとは限らない。
【００３５】
様々な可能性（変形及び実施例）が、相互に排他的ではないと共に、相互に結合され得ると理解されるべきである。
【００３６】
最初に、特定の一実施例によるセンサ１００を示す図１が参照される。
【００３７】
センサ１００は、例えば２４０個の行と３２０個の列に分散された７６８００ピクセルを有するピクセルマトリクス１０２を備える。ピクセルマトリクス１０２の出力１０４は、センサ１００の出力を形成する。マトリクス１０２の出力１０４は、比較手段１０６、または比較器１０６の入力に接続されている。最終的に、比較器１０６の出力が、ピクセルマトリクス１０２の入力１０８に接続される。
【００３８】
図１に関連して説明された特定の実施例において、この記述において以下で説明されることになるように、サーボループ時定数またはリターンループ時定数の値を増大させるために、比較器１０６の出力と入力１０８との間の接続に並列に、コンデンサ１１０が、ピクセルマトリクス１０２の入力１０８に更に接続され得る。
【００３９】
ピクセルマトリクス１０２によって獲得された画像は、出力１０４にデジタルまたはアナログ信号の形式で供給される。比較器１０６は、ピクセルマトリクス１０２によって供給された、獲得された画像を表す出力信号の値と、例えばピクセルマトリクス１０２の出力が目指すように設計されている平均値に対応する基準値の値との間の比較を実行する。１つの変形において、この基準値は、ピクセルマトリクスの出力に供給された信号の平均値が含まれることを意図している、２つの限界値の間の値の範囲であり得る。
【００４０】
この比較の結果は、その場合に、ピクセルマトリクス１０２の入力１０８に送信される。閉ループが、その場合に、比較器１０６を介して、ピクセルマトリクス１０２の出力１０４と入力１０８との間に生成され、従って、ピクセルマトリクス１０２の出力信号の平均値が、目標値または目標値の範囲に向かう傾向となることを可能にする。
【００４１】
デジタル画像の獲得の場合に、ピクセルマトリクス１０２の一部分は、図２Ａにおいて図示される。この図２Ａにおいて、マトリクス１０２のピクセルの獲得部分を形成する単一のボロメータ１１２が示される。このピクセルマトリクス１０２は、ピクセルと同数のボロメータを備える。ボロメータ１１２は、ＮＭＯＳ注入トランジスタ１１４のソースに接続されている。マトリクス１０２の入力１０８は、ＮＭＯＳトランジスタ１１４のゲートに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ１１４のドレインは、入力に印加される電圧の値を一連のパルスを含む信号に変換する、変換手段（変換する手段）またはコンバータ１１６に接続されている。コンバータ１１６の出力は、それ自体は記憶する手段１２０に接続されている、計数する手段またはカウンタ１１８に接続されている。コンバータ１１６、カウンタ１１８、及び記憶する手段１２０は、ボロメータ１１２を読み取るための回路を形成する。
【００４２】
記憶する手段１２０の出力は、マトリクス１０２のピクセルの同じ列またはピクセルの同じ行の全ての記憶する手段に共通のバス１２２に接続されている。バス１２２は、ピクセルの他の列または行のマトリクス１０２の他のバスの全てと同様に、マトリクス１０２の全てのバスの信号を多重化すると共に、その出力がピクセルマトリクス１０２の出力を形成するマルチプレクサ１２４に接続されている。マルチプレクサ１２４の出力に供給された信号がアナログ信号であるとき、マルチプレクサ１２４の出力を、図示されないアナログ−デジタル変換器に接続することができる。同様に、マルチプレクサ１２４の出力に供給されたシグナルがデジタル信号であるとき、マルチプレクサ１２４の出力を、同様に図示されないデジタル−アナログ変換器に接続することができる。このコンバータは、ピクセルマトリクス１０２の一部分であり得るか、もしくはこのマトリクスの外側に配置され得る。
【００４３】
ボロメータ１１２の読み取り回路は、ボロメータ１１２を循環する電流を、パルスの周波数がボロメータ１１２を循環する電流の値によって変わる一連のパルスを含む信号に変換する。パルスは、その場合に、ボロメータ１１２による獲得または測定時間に対応する計数時間の間に計数される。計数されたパルスの数は、その場合に、読み取り回路の出力に供給されると共に、ここでこのパルスの数は、ボロメータ１１２を通過する電流、つまりボロメータ１１２によって生成される測定値を代表する。
【００４４】
コンバータ１１６の実施例の１つの例は、図２Ｂにおいて示される。コンバータ１１６は、コンバータ１１６の入力と比較器１３２の反転入力に接続されている積分コンデンサ１３０を備える。比較器１３２の非反転入力は、電圧源１３４に接続されている。“再充電（recharge）”ＰＭＯＳトランジスタ１３６は、比較器１３２の非反転入力と電源電圧“ＶＤＤ”との間に配置される。ＰＭＯＳトランジスタ１３６とコンデンサ１３０は、従って、接地と電源電圧“ＶＤＤ”との間に直列に配置される。インバータ１３８は、比較器１３２の出力とコンバータ１１６の出力との間に接続されている。
【００４５】
ピクセルマトリクス１０２の動作が、ここで詳細に説明されることになる。比較器１０６の出力において獲得された信号に対応する分極電圧“Ｖｇ”は、マトリクス１０２の入力１０８、つまりＮＭＯＳ注入トランジスタ１１４のゲートに印加される。電圧“Ｖｇ”がボロメータ１１２の測定時間の間一定であるので、ボロメータ１１２の端子の電圧は、同様に一定である。
【００４６】
従って、温度が変化するとき、ボロメータ１１２の抵抗が変化すると共に、ボロメータ１１２の端子に一定電圧が与えられた場合に、それは、ボロメータ１１２を通過する電流における変化を意味する。例えば、熱力学的温度５０度の背景温度の変化において、ボロメータ１１２を循環する電流は、約２［ｎＡ］変化する。この電流は、積分コンデンサ１３０から取得され、従って、このコンデンサ１３０の端子において電圧低下を引き起こす。電圧源１３４は、比較器１３２の非反転入力に対して、例えば２［Ｖ］に等しい基準電圧“Ｖｒｅｆ”を印加する。
【００４７】
ボロメータ１１２の獲得の前か、または測定の前に、コンデンサ１３０は、電源電圧“ＶＤＤ”に接続されたＰＭＯＳプリチャージトランジスタ（図示せず）を用いて、電源電圧“ＶＤＤ”に“プリチャージ（事前充電）”される。獲得が開始されるとき、コンデンサ１３０の端子の電圧は、電源電圧“ＶＤＤ”に実質的に等しく、それは獲得の間に次第に低下する。比較器１３２の反転入力に印加された電位、つまりコンデンサ１３０の端子の電圧が、“Ｖｒｅｆ”に達するとき、比較器１３２は、切り替わると共に、ＰＭＯＳトランジスタ１３６は、電流がコンデンサ１３０を通過することを可能にすると共に、コンデンサ１３０の再充電を可能にする。特定の長さの時間の後に比較器１３２が反対方向に切り替わる前に、コンデンサ１３０が、完全に、すなわち実質的に“ＶＤＤ”に再充電され得るように、比較器１３２は、例えばヒステリシス比較器である。この第１のサイクルの間のコンデンサ１３０の放電及び充電のおかげで、比較器１３２の出力においてパルスが生成される。
【００４８】
カウンタ１１８は、各パルスの受信によって増加する。従って、コンバータ１１６の出力において生成された、所定の獲得期間または計数期間の間にカウンタ１１８により計数されたパルスの数は、ボロメータ１１２の抵抗の変化、従ってボロメータ１１２によって測定される輻射によって引き起こされた温度変化を代表する。記憶する手段１２０は、カウンタ１１８によって計数されたパルスの数が、獲得期間の終りにおいて記憶されることを可能にする。
【００４９】
カウンタ１１８は、例えばトグルＤを用いて作られ得る非同期論理カウンタであり、従ってデジタル信号を提供するか、または信号のパルスの総数がカウントされることをその容量が可能にすると共に、各パルスがコンデンサにおける一定の電荷の保存を必要とする、コンデンサを含むアナログカウンタであり得る。マトリクス１０２の出力１０４に供給された信号は、次に、比較器１０６の入力に送信される。
【００５０】
図３Ａは、ピクセルマトリクス１０２の一部分の実施例のアナログの改良型を図示する。この図３Ａにおいて、マトリクス１０２のピクセルのセンサ部分を形成する単一のボロメータ１１２の他に、このボロメータ１１２の読み取り回路が示される。
【００５１】
図２Ａにおいて示されたデジタルの実施例の例と同様に、ボロメータ１１２は、ＮＭＯＳトランジスタ１１４によって電圧制御される。実施例のこの例において、マトリクス１０２は、列の先頭に、つまりピクセルの同じ列におけるボロメータの全てに共通に、補償ボロメータ１２６を備える。この補償ボロメータ１２６は、例えば３．３［Ｖ］に等しい電源電圧“ＶＤＤ”とＮＭＯＳトランジスタ１１４のドレインとの間に配置される。補償ボロメータ１２６は、ボロメータ１１２を通過する電流を補償する、つまりボロメータ１１２を通過する電流と逆にされる電流を提供するように調整された外部の電位にそのゲートが接続されたＰＭＯＳトランジスタ１２８に接続されており、従って、ボロメータ１１２を循環する電流と補償ボロメータ１２６を循環する電流との間の差の電流であると共に、ひいては測定された背景温度に対応する電流を、ＮＭＯＳトランジスタ１１４のドレインで獲得する。
【００５２】
補償ボロメータ１２６は、熱中性子化されることができ、つまりそれは、基板の温度変動の少なくとも部分的な補償を可能にするために、その上に補償ボロメータ１２６が形成される基板の温度だけにおいて、背景温度に鈍感であるか、または、切り取られることができ、つまりそれは、背景温度でそれを変化に鈍感な状態にする熱スクリーンを含む。
【００５３】
回路（特にボロメータ１１２の抵抗、ＮＭＯＳ注入トランジスタ１１４のスレショルド電圧、そして積分コンデンサ１１５）のばらつきのために、ボロメータ１１２を循環する電流は、例えば１４０［ｎＡ］と１６０［ｎＡ］との間で変化する。一方、熱力学的温度５０度の背景温度における変化に対応する電流の変化は、２［ｎＡ］である。補償ボロメータ１２６は、従って補償されるべきコモンモードの大部分が、例えば１４０［ｎＡ］に等しくなること、従って背景温度に対応する電流、及び技術上のばらつきに関連する電流を獲得することを可能にする。
【００５４】
実施例の１つの変形において、補償ボロメータ１２６は、例えばクロップト（cropped）ボロメータ１１２と類似した単純なボロメータと交換され得る。背景温度による変化は別として、ボロメータ１１２及び補償ボロメータ１２６は、従って、両方とも、温度における変化による同じドリフトの影響を受けやすい。
【００５５】
ボロメータ１１２を循環する電流と補償ボロメータ１２６を循環する電流との間の差に対応する補償された電流は、電流−電圧増幅器１１３の入力に送信されると共に、非反転入力に電圧源１１９が接続されている演算増幅器１１７の反転入力を該演算増幅器１１７の出力に接続する積分コンデンサ１１５によって積分される。
【００５６】
電流−電圧増幅器１１３の出力で獲得された電圧は、この電圧の値が保存されることを可能にするコンデンサ１２３を備えるブロッキングサンプラ１２１の入力に送信される。ブロッキングサンプラ１２１の出力は、図２Ａのデジタルの実施例の例と同様に、バス１２２及びマルチプレクサ１２４に接続され、従ってマトリクス１０２の全てのバスの信号を多重化すると共に、マルチプレクサ１２４の出力はピクセルマトリクス１０２の出力１０４を形成する。
【００５７】
ピクセルマトリクス１０２のこの部分のアナログの実施例の別の変形が、図３Ｂにおいて図示される。図３Ａに対して、ＰＭＯＳトランジスタ１２８は、ゲートがＮＭＯＳ注入トランジスタ１１４のゲートに接続されているＮＭＯＳトランジスタ１２５と交換される。ＮＭＯＳトランジスタ１１４及び１２５のドレインは、電流ミラーを形成する２つのＰＭＯＳトランジスタ１２７及び１２９に接続されている。従って、ＮＭＯＳトランジスタ１２５及び補償ボロメータ１２６によって形成されたアームを循環する電流は、ボロメータ１１２及びＮＭＯＳトランジスタ１１４によって形成されたアームにおいて再現される。
【００５８】
図４は、ピクセルマトリクス１０２の出力に供給された信号がアナログもしくはデジタル形式であるときに使用され得る比較器１０６の実施例の第１の例を示す。この比較器１０６は、ピクセルマトリクス１０２の出力信号が印加される第１の入力１４０を備える。電流ミラーは、２つのＰＭＯＳトランジスタ１４２及び１４４によって形成される。更に、比較器１０６は、そのゲートが所望の基準値が印加される第２の入力１４８に接続されている第１のＮＭＯＳトランジスタ１４６を備える。比較器１０６は、そのゲートが第１の入力１４０に接続されている第２のＮＭＯＳトランジスタ１５０を備える。最終的に、第３のＮＭＯＳトランジスタ１５２が、第１のＮＭＯＳトランジスタ１４６及び第２のＮＭＯＳトランジスタ１５０に接続される。
【００５９】
分極電圧“Ｖｂｉａｓ”は、この第３のＮＭＯＳトランジスタ１５２のゲートに印加される。この分極電圧“Ｖｂｉａｓ”の値は、比較器１０６を通過するように設計されている所望の分極電流“Ｉｂｉａｓ”に適合するように選択される。この分極電流“Ｉｂｉａｓ”は、一定であると共に、トランジスタ１４２及び１４６によって形成された第１のアームを通過する電流と、トランジスタ１４４及び１５０によって形成された第２のアームを通過する電流との和に等しい。最終的に、比較器１０６の出力１５４が、電流“ｉ”を供給する、ピクセルマトリクス１０２の入力１０８、つまりＮＭＯＳ注入トランジスタ１１４のゲート（そして、更に一般的に、マトリクス１０２の全てのＮＭＯＳ注入トランジスタのゲート）に接続される。
【００６０】
従って、比較器１０６の第２の入力１４８に印加された基準値が、比較器１０６の第１の入力１４０に印加された入力信号と比較されるとき、もし入力信号が（例えば“ＶＤＤ／２”に等しい）基準値より高いならば、そこには、ＮＭＯＳ注入トランジスタ１１４のゲートによって形成された容量から取得されて、ＮＭＯＳトランジスタ１５０及び１５２を通過する値“ｉ＝−Ｉｂｉａｓ”の電流が存在する。センサ１００が図１において示されるコンデンサ１１０を備えるとき、電流“Ｉｂｉａｓ”は、同様にこのコンデンサ１１０から取得される。トランジスタ１４２、１４４、及び１４６には電流が流れない。逆に、もし基準値が入力信号の値を超えているならば、その場合に、値“Ｉｂｉａｓ”の電流は、ＰＭＯＳトランジスタ１４２及び１４４、そしてＮＭＯＳトランジスタ１４６及び１５２を通過する。一方、ＮＭＯＳトランジスタ１５０は電流を通過させないと仮定すると、その場合に、値“ｉ＝Ｉｂｉａｓ”の電流が、ＭＯＳ注入トランジスタのゲート及び場合によりコンデンサ１１０によって形成された容量を充電する。
【００６１】
従って、比較器１０６の出力１５４では、その電流は、基準値とピクセルマトリクス１０２によって供給された信号との間で実行された比較の結果によって決まる“＋Ｉｂｉａｓ”または“−Ｉｂｉａｓ”に等しい。
【００６２】
基準電圧または基準値“Ｖｂｉａｓ”とのピクセルの各々の出力のこの比較は、コードが生成されることを可能にする。このコードは、処理されたピクセルが、所望の基準値より大きいか、または小さい出力値を有しているということを示す。それ故に、この比較は、注入トランジスタのゲートから電流が注入されるか、または回収されることを可能にし、従って、この電流が通過するＭＯＳ注入トランジスタ１１４のゲートによって形成される容量の端子、及び場合によりコンデンサ１１０の端子における電位を変更する。これらの容量の端子で獲得された電位は、ＭＯＳ注入トランジスタ１１４のゲートに印加される電位“Ｖｇ”に対応する。
【００６３】
図５は、センサ１００のアナログ出力信号の平均値を示す。この図において、ピクセルの全てによって獲得の最初に測定された値は、基準値を超えている。更に多くの画像をセンサが測定するほど、出力で獲得された平均値が基準値に更に近づくということが観察され得る。赤外線において、画像の上側（空）と下側（地球）は、同じ温度を有しておらず、それは異なるデジタルコードにより特徴付けられる。従って、測定値を訂正するための閉ループに測定値を戻すことによって、リターンループ時定数“τ”、つまりその間にセンサが測定を実行することになる時間を獲得することが可能であり、それはフレーム時間“Ｔｆｒａｍｅ”、つまり画像の獲得時間より重要である。図５において、時定数“τ”は、“ｙ＝基準値”の直線と、出力カーブの起点に対する接線とが交差する時間に対応するということが観察され得る。例えば、リターンループ時定数は、“τ＝２０［ｓ］”に等しくなり得ると共に、その間に、１０００個の画像がセンサ１００によって獲得され得る。この時定数“τ”の上限値は、その中にセンサ１００が配置されるケースまたはカメラの熱時定数によって供給され得る。
【００６４】
コンデンサ１１０の追加は、広範囲の適応を可能にすると共に、単にＭＯＳ注入トランジスタ１１４のゲートの容量がピクセルマトリクス１０２と比較器１０６との間の容量を形成する場合よりも大きい時定数“τ”を提供する。
【００６５】
図６は、ピクセルマトリクス１０２の出力で供給された信号がデジタル形式であるときに使用され得る比較器１０６の実施例の第２の例を示す。この比較器１０６は、２つのＰＭＯＳトランジスタ１５６及び１５８によって形成された電流ミラーを備える。更に、比較器１０６は、ＰＭＯＳトランジスタ１５６に並列に接続されると共に、そのゲートが比較器１０６の入力１４０に接続された第３のＰＭＯＳトランジスタ１６０を備える。更に、比較器１０６は、同様に電流ミラーを構成するように取り付けられた２つのＮＭＯＳトランジスタ１６２及び１６４、そしてＮＭＯＳトランジスタ１６２に並列に接続されると共に、そのゲートが入力１４０に接続された第３のＮＭＯＳトランジスタ１６６を備える。
【００６６】
実施例のこの第２の例において、ピクセルマトリクス１０２の出力１０４に供給されたデジタル信号の最上位ビットだけが、比較器１０６によって考慮される。抵抗器１６８は、ＰＭＯＳトランジスタ１５６のドレインとＮＭＯＳトランジスタ１６２のドレインとの間に接続されている。比較器１０６のこの変形において、基準値は、比較器１０６の入力に印加されないが、しかし抵抗器１６８の選択された値から部分的に発生する。抵抗器１６８の端子の電圧値が一定値であると仮定すると、抵抗器１６８の値は、この抵抗器１６８を通過する分極電流“Ｉｂｉａｓ”の所望の値に適合するように選択される。２個のトランジスタ１５６及び１６２は、同様に、それらのチャネルの長さ“Ｌ”に対する幅“Ｗ”の比率が、トランジスタ１５８及び１６４のＷ／Ｌ比率のＮ倍に等しくなるように、特定の寸法に合わせられる。従って、これは、“Ｉｂｉａｓ＝Ｎ×ｉ”を提供すると共に、ここで“ｉ”は、出力１５４及び場合によりコンデンサ１１０に接続されたＭＯＳ注入トランジスタ１１４のゲートによって形成された容量に充電されるか、または容量から取得される電流である。この図６において示される比較器１０６は、デジタル−アナログ変換器を形成するということが観察され得る。
【００６７】
入力１４０に供給された信号の最上位ビットの値に応じて、ＰＭＯＳトランジスタ１６０またはＮＭＯＳトランジスタ１６６は、電流が通過することを可能にし、一方の場合において、抵抗器１４６を通過する値“ｉ”の電流によって、ＭＯＳ注入トランジスタ１１４のゲートの容量を充電すると共に、他方の場合において、ＭＯＳ注入トランジスタ１１４のゲートの容量から値“ｉ”の電流を取得する。
【００６８】
図７は、センサ１００がデジタル信号を供給するときに出力で獲得された信号の平均値を示す。この図において、ピクセルの全てによって獲得の最初に測定された値は、基準値を超えている。信号の値が基準値の周辺で振動しているということが、いくらかの測定の後で観察され得る。前と同じように、それらの測定は、例えば２０［ｓ］に等しい時定数“τ”に対応する時間の間に実行され得る。同様に、そのような出力信号は、２進比較器のようなアナログ−デジタル変換器へ送信されるアナログ信号を出力に供給するピクセルマトリクスを使用することによって獲得され得る。
【００６９】
所望の解像度及び背景偏位（scene excursion）に応じて、有益な情報は、ｎ個（ｎ＝出力信号のビット数）のレベルで量子化される。時定数の効果が量子化レベルを越えないように、時定数は、“τ＝ｎ×Ｔｆｒａｍｅ”に選択されると共に、ここで“Ｔｆｒａｍｅ”は、画像の獲得時間である。
【００７０】
基準値に到達するときに、第１の次数のループを閉じることは、ＭＯＳ注入トランジスタのゲート電圧に影響を与えることを停止し、これ以降、アナログ出力信号の場合の生成されるコード、またはデジタル信号の場合の直接的な出力フローの上位ビットは、等確率（equi-probable）になる（デジタル信号に関しては同数の“１”及び“０”を有することになる）。
【００７１】
いくらかの上位ビット（最上位ビット、及び１つまたはいくらかの次の上位ビット）は、更に、センサの出力信号の平均値を調整するために、それを超えてシステムが介在する上限値及び下限値を与えるために使用され得る。図８は、そのような場合のセンサ１００の出力信号の平均値を示す。この図において、信号がこれらの２つの限界値の間にあると共に、信号がこれらの２つの限界値の内のいずれか１つに到達するとき、信号は、これらの２つの限界値の内のもう一方の限界値の方へ送り返されるということが観察され得る。
【００７２】
この比較器に入るデジタル信号の最上位２ビットを考慮することによって比較を実行する比較器１０６の一例は、図９に示される。
【００７３】
この比較器１０６は、２つの比較ステージを備えている。第１のステージは、電流ミラーを構成するように取り付けられる第１のＰＭＯＳトランジスタ１７０及び第２のＰＭＯＳトランジスタ１７２を備える。第１のＮＭＯＳトランジスタ１７４及び第２のＮＭＯＳトランジスタ１７６は、同様に、電流ミラーを構成するように取り付けられる。これらの４個のトランジスタによって形成された構造は、図６において示される比較器１０６の４個のトランジスタ１５６、１５８、１６２、及び１６４によって形成された構造と類似しており、この場合に、ここでは、この比較器の抵抗器１６８が、抵抗器１６８と同じ役割を果たす第３のＰＭＯＳトランジスタ１７８と置き換えられている。この第３ＰＭＯＳトランジスタ１７８に関しては、チャネルの長さ“Ｌ”に対する幅“Ｗ”の比率が、このトランジスタ１７８を通過する分極電流“Ｉｂｉａｓ”の所望の値、つまり電流の所望の注入または電荷の回収に従って選択される。図６の比較器１０６と同様に、２個のトランジスタ１７０及び１７４は、それらのチャネルの長さ“Ｌ”に対する幅“Ｗ”の比率が、トランジスタ１７２及び１７６のＷ／Ｌ比率のＮ倍に等しくなるように、特定の寸法に合わせられる。
【００７４】
第２のステージは、電流ミラーを構成するように取り付けられる第４のＰＭＯＳトランジスタ１８０及び第５のＰＭＯＳトランジスタ１８２によって形成される。第３のＮＭＯＳトランジスタ１８４及び第４のＮＭＯＳトランジスタ１８６は、同様に、電流ミラーを構成するように取り付けられる。これらの４個のトランジスタによって形成された構造は、４個のトランジスタ１７０〜１７６によって形成された構造と類似している。２個のトランジスタ１８０及び１８４は、それらのチャネルの長さ“Ｌ”に対する幅“Ｗ”の比率が、トランジスタ１８２及び１８６のＷ／Ｌ比率のＮ倍に等しくなるように、特定の寸法に合わせられる。比較器１０６は、比較の結果を出力１５４に供給する。従って、これは、“Ｉｂｉａｓ＝Ｎ２×ｉ”を提供すると共に、ここで“ｉ”は、出力１５４及び場合によりコンデンサ１１０に接続されたＭＯＳ注入トランジスタ１１４のゲートによって形成された容量に充電されるか、または容量から取得される電流である。
【００７５】
例えば、比較されるべき信号の１番目の最上位ビットは、２つの入力端子１８８及び１９０に印加される。２番目の上位ビットは、例えば２つの他の入力端子１９２及び１９４に印加される。４つのＭＯＳトランジスタ１９５〜１９８は、２つの入力１８８及び１９２の間、つまり２つの上位ビット（上位２ビット）の間にノアロジックゲートを形成する。４つの他のＭＯＳトランジスタ２００〜２０３は、２つの入力１９０及び１９４の間、つまり２つの上位ビットの間にナンドロジックゲートを形成する。従って、２つの上位ビットが“０”であるとき、出力１５４及び場合によりコンデンサ１１０に接続されたＭＯＳ注入トランジスタ１１４のゲートによって形成された容量に電荷が加えられると共に、２つの上位ビットが“１”であるとき、電荷は回収され、それは、出力信号を所定の上限値と下限値との間に維持することを可能にする。
【００７６】
図６において示された比較器と比較すると、この比較器１０６の２つのステージ構造は、訂正されるべき比較器に使用されるＮＭＯＳトランジスタとＰＭＯＳトランジスタとの間の電流ミラーのエラーの等化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】特定の実施例による、本発明の主題である熱画像センサを示す図である。
【図２Ａ】実施例の第１の変形による、本発明の主題であるセンサに使用されるピクセルマトリクスの一部分を示す図である。
【図２Ｂ】電圧−パルス信号コンバータの一例を示す図である。
【図３Ａ】実施例の第２の変形による、本発明の主題であるセンサに使用されるピクセルマトリクスの一部分を示す図である。
【図３Ｂ】実施例の第３の変形による、本発明の主題であるセンサに使用されるピクセルマトリクスの一部分を示す図である。
【図４】本発明の主題であるセンサに使用される比較器の一例を示す図である。
【図５】図４において示された比較器を備える本発明の主題であるセンサの出力で獲得されたアナログ信号の平均値を示す図である。
【図６】本発明の主題であるセンサに使用される比較器の第２の例を示す図である。
【図７】図５において示された比較器を備える本発明の主題であるセンサの出力で獲得されたデジタル信号の平均値を示す図である。
【図８】デジタル信号の２つの上位ビット（上位２ビット）の比較を実行する比較器を備える本発明の主題であるセンサの出力で獲得されたデジタル信号の平均値を示す図である。
【図９】本発明の主題であるセンサの出力のデジタル信号の２つの上位ビットの比較を実行する比較器の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１００    センサ
１０２    ピクセルマトリクス
１０４    ピクセルマトリクス１０２の出力
１０６    比較手段（比較器）
１０８    ピクセルマトリクス１０２の入力
１１０    コンデンサ
１１２    ボロメータ
１１３    電流−電圧増幅器
１１４    ＮＭＯＳ注入トランジスタ
１１５    積分コンデンサ
１１６    コンバータ
１１７    演算増幅器
１１８    カウンタ
１１９    電圧源
１２０    記憶する手段
１２１    ブロッキングサンプラ
１２２    共通のバス
１２３    コンデンサ
１２４    マルチプレクサ
１２５    ＮＭＯＳトランジスタ
１２６    補償ボロメータ
１２７、１２９    ＰＭＯＳトランジスタ
１２８    ＰＭＯＳトランジスタ
１３０    積分コンデンサ
１３２    比較器
１３４    電圧源
１３６    “再充電（recharge）”ＰＭＯＳトランジスタ
１３８    インバータ
１４０    第１の入力
１４２、１４４    ＰＭＯＳトランジスタ
１４６    第１のＮＭＯＳトランジスタ
１４８    第２の入力
１５０    第２のＮＭＯＳトランジスタ
１５２    第３のＮＭＯＳトランジスタ
１５４    比較器１０６の出力
１５６、１５８    ＰＭＯＳトランジスタ
１６０    第３のＰＭＯＳトランジスタ
１６２、１６４    ＮＭＯＳトランジスタ
１６６    第３のＮＭＯＳトランジスタ
１６８    抵抗器
１７０    第１のＰＭＯＳトランジスタ
１７２    第２のＰＭＯＳトランジスタ
１７４    第１のＮＭＯＳトランジスタ
１７６    第２のＮＭＯＳトランジスタ
１７８    第３のＰＭＯＳトランジスタ
１８０    第４のＰＭＯＳトランジスタ
１８２    第５のＰＭＯＳトランジスタ
１８４    第３のＮＭＯＳトランジスタ
１８６    第４のＮＭＯＳトランジスタ
１８８、１９０    入力端子
１９２、１９４    他の入力端子
１９５〜１９８    ＭＯＳトランジスタ
２００〜２０３    他のＭＯＳトランジスタ
【図１】
0005519129.tif 000002
【図２Ａ】
0005519129.tif 000003
【図２Ｂ】
0005519129.tif 000004
【図３Ａ】
0005519129.tif 000005
【図３Ｂ】
0005519129.tif 000006
【図４】
0005519129.tif 000007
【図５】
0005519129.tif 000008
【図６】
0005519129.tif 000009
【図７】
0005519129.tif 000010
【図８】
0005519129.tif 000011
【図９】
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