具有分段式焦平面阵列的系统的利记博彩app
【专利说明】具有分段式焦平面阵列的系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年12月14日提交的、名称为“SEGMENTED FOCAL PLANE ARRAYARCHITECTURE”的美国临时专利申请N0.61/737，660的优先权，通过引用的方式将其整体合并于此。
[0003]本申请还要求2012年12月31日提交的、名称为“COMPACT MULT1-SPECTRUMIMAGING WITH FUS1N”的美国临时专利申请N0.61/748，018的权益，通过引用的方式将其整体合并于此。
技术领域
[0004]本实用新型的一个或者多个实施例总体上涉及热成像装置，更具体地，例如，涉及这种装置的焦平面阵列结构。
【背景技术】
[0005]现有的红外成像装置，(例如，红外照相机)，通常使用制造在单片硅衬底基板上的的焦平面阵列(FPA)来实现。典型的FPA包括耦合到读出集成电路(ROIC)的辐射热计探测器的阵列，所述ROIC将辐射热计探测器中的阻抗变化转换为表示捕获的红外图像的多路复用电信号。
[0006]例如，由于为了补偿辐射热计探测器输出的不均匀和/或依赖于温度的变化，在ROIC中包括各种电路和部件，而使得现代的FPA正变得越来越复杂。在ROIC中包括各种支持电路和部件，举例来说，例如，模拟-数字转换器(ADC)，也是一种现代趋势，这进一步增加了现代FPA的复杂性。
[0007]这种增加的复杂性已经导致了很多麻烦。例如，因为单片FPA变得更加复杂，制造该FPA的产量可能会减少，并且设计该FPA的成本可能会增加。另外，包括附加电路可以导致裸片尺寸的增加，这与期望在小型装置的应用中减少FPA的尺寸相冲突。当在单片FPA中制造辐射热计探测器和ROIC组件时，半导体制造工艺的局限性会使得该问题变得严重。
【实用新型内容】
[0008]提供了用于实现红外传感器的分段式焦平面阵列(FPA)的各种技术。在一个实例中，一种系统包括分段式FPA。所述分段式FPA包括:具有红外传感器阵列(例如，辐射热计探测器)的顶部裸片。所述顶部裸片还可以包括部分读出集成电路(ROIC)。所述分段式FPA还可以包括:具有至少部分ROIC的底部裸片。所述顶部裸片和底部裸片通过裸片间连接部件电耦合。有利的是，与传统的FPA结构相比，可以以更高的产量和更少的占用面积来制造分段式FPA。另外，可以对于每个裸片使用不同的半导体工艺而制造所述分段式FPA。
[0009]在一个实施例中，一种系统包括FPA，所述FPA包括:第一裸片，其包括适于从场景接收红外(IR)辐射的有源辐射热计探测器的阵列；第二裸片，其相对于所述第一裸片堆叠并且至少包括读出集成电路(ROIC)的一部分；多个裸片间连接部件，其适于在所述第一裸片和所述第二裸片之间传递信号，其中，传递的信号用于产生对应于在所述有源辐射热计探测器接收的所述IR辐射的输出值。
[0010]在另一个实施例中，一种方法包括:制造第一裸片，所述第一裸片包括适于从场景接收红外(IR)辐射的有源辐射热计探测器的阵列；制造第二裸片，所述第二裸片包括至少部分读出集成电路(ROic);形成多个裸片间连接部件，其适于在所述第一裸片和所述第二裸片之间传递信号，其中，传递的信号用于产生对应于在所述有源辐射热计探测器接收的所述IR辐射的输出值；将所述第一裸片和所述第二裸片相对于彼此堆叠；以及其中，所述第一裸片、所述第二裸片和所述裸片间连接部件是分段式焦平面阵列(FPA)的一部分。
[0011]在另一个实施例中，一种方法包括:在分段式焦平面阵列(FPA)从场景接收红外(IR)辐射，所述分段式FPA包括:第一裸片，其包括有源辐射热计探测器的阵列；第二裸片，其相对于所述第一裸片堆叠并且包括至少部分读出集成电路(ROIC);以及所述第一裸片和所述第一裸片之间的多个裸片间连接部件；通过所述裸片间连接部件在所述第一裸片和所述第二裸片之间传递信号；以及产生对应于在所述有源辐射热计探测器接收的所述红外辐射的输出值，其中，所述传递的信号用于执行所述产生步骤。
[0012]在另一个实施例中，提供了一种具有分段式焦平面阵列的系统，该分段式焦平面阵列包括:第一裸片，其包括适于从场景接收红外辐射的有源辐射热计探测器的阵列；第二裸片，其相对于所述第一裸片堆叠并且至少包括读出集成电路的一部分；以及多个裸片间连接部件，其适于在第一裸片和第二裸片之间传递信号，其中，传递的信号用于产生对应于在有源辐射热计探测器接收的红外辐射的输出值。
[0013]在另一个实施例中，分段式焦平面阵列包括帽，帽适于密封第一裸片的至少一部分；以及第一裸片和帽形成真空封装组件。
[0014]在另一个实施例中，第一裸片包括一个或多个热短路的辐射热计探测器和适于调整与有源辐射热计探测器相关的偏压信号以补偿第一裸片的温度变化的伴随电路。
[0015]在另一个实施例中，传递的信号包括检测信号，检测信号由至少一个有源辐射热计探测器响应于辐射而提供并且通过至少一个裸片间连接部件从第一裸片传递到第二裸片；以及第二裸片的读出集成电路的一部分包括:积分器，其适于响应于检测信号而提供模拟信号，以及模数转换器，其适于响应于模拟信号而提供至少一个输出值。
[0016]在另一个实施例中，第一裸片至少包括读出集成电路的另一部分。
[0017]在另一个实施例中，读出集成电路的第一裸片部分包括适于响应于检测信号而提供模拟信号的积分器，检测信号由至少一个有源辐射热计探测器响应于辐射而提供；传递的信号包括通过至少一个裸片间连接部件从第一裸片传递到第二裸片的模拟信号；以及读出集成电路的第二裸片部分包括适于响应于模拟信号而提供至少一个输出值的模数转换器。
[0018]在另一个实施例中，读出集成电路的第一裸片部分包括:积分器，其适于响应于检测信号而提供模拟信号，检测信号由至少一个有源辐射热计探测器响应于辐射而提供；采样和保持电路，其适于响应于模拟信号而捕获电压，以及比较器；读出集成电路的第二裸片部分包括斜坡发生器；传递的信号包括斜坡信号，斜坡信号由斜坡发生器提供并且通过至少一个裸片间连接部件从第二裸片传递到第一裸片；以及比较器适于从采样和保持电路接收捕获的电压并基于捕获的电压和斜坡信号选择至少一个输出值。
[0019]在另一个实施例中，传递的信号包括稳定电压；并且第二裸片进一步包括低压差稳压器，其适于通过至少一个裸片间连接部件向第一裸片提供稳定电压。
[0020]在另一个实施例中，裸片间连接部件包括硅通孔。
[0021]在另一个实施例中，裸片间连接部件包括微型凸块。
[0022]在另一个实施例中，使用不同的半导体制造工艺制造第一裸片和第二裸片。
[0023]本实用新型的范围由权利要求书限定，通过引用的方式将这部分合并于此。通过考虑下面对一个或者多个实施例的详细描述，将会向本领域技术人员提供对本实用新型实施例的更加完整的理解以及其中附加的优点的实现。下面将参考首先会简要描述的附图。
【附图说明】
[0024]图1示出了根据本公开实施例的、被配置为在主机装置中实现的红外成像模块。
[0025]图2示出了根据本公开实施例的、装配后的红外成像模块。
[0026]图3示出了根据本公开的实施例的、并列的置于插座之上的红外成像模块的分解图。
[0027]图4示出了根据本公开的实施例的、包括红外传感器阵列的红外传感器组件的框图。
[0028]图5示出了根据本公开实施例的、确定非均匀性校正(NUC)项的各种操作的流程图。
[0029]图6示出了根据本公开实施例的、相邻像素之间的差值。
[0030]图7示出了根据本公开实施例的平场校正技术。
[0031]图8示出了根据本公开实施例的、应用在图像处理流水线中的图5的各种图像处理技术和其他操作。
[0032]图9示出了根据本公开实施例的时域噪声削减步骤。
[0033]图10示出了根据本公开实施例的、图8的图像处理流水线的几个步骤的具体的实施细节。
[0034]图11示出了根据本公开实施例的、附近像素中的空间相关的固定图形噪声(FPN) ο
[0035]图12示出了根据本公开实施例的、包括红外传感器阵列和低压差稳压器的红外传感器组件的另一个实现方式的框图。
[0036]图13示出了根据本公开实施例的、图12的红外传感器组件的一部分的电路图。
[0037]图14示出了根据本公开实施例的、实现红外传感器组件的分段式焦平面阵列(FPA)的透视图。
[0038]图15示出了根据本公开实施例的、沿着图14的分段式FPA的线15_15的剖视图。
[0039]图16示出了根据本公开实施例的、红外传感器组件的电路的示意图。
[0040]图17示出了根据本公开实施例的、制造分段式FPA的过程的流程图。
[0041 ] 图18示出了根据本公开实施例的、使用分段式FPA捕获红外图像数据的过程的流程图。
[0042]通过参考下面的详细说明，将会更好的理解本实用新型的实施例及其优点。应当理解的是，相同的参考数字用于表示在一副或者多幅附图中示出的相同元件。
【具体实施方式】
[0043]图1示出了根据本公开实施例的、被配置为在主机装置102中实现的红外成像模块100(例如，红外照相机或者红外成像装置)。在一个或者多个实施例中，可根据晶圆级封装技术或者其他封装技术，实现小形状因子的红外成像模块100。
[0044]在一个实施例中，红外成像模块100可被配置为在小型的便携式主机装置102中实现，例如，移动电话、平板电脑装置、膝上型电脑装置、个人数字助理、可见光照相机、音乐播放器或者任何其他合适的移动装置。就这方面而言，红外成像模块100可用于向主机装置102提供红外成像功能。例如，红外成像模块100可被配置为捕获、处理、和/或管理红外图像，并将该红外图像提供给主机装置102，主机装置102能够以任何期望的方式来使用该红外图像(例如，对该红外图像进行进一步的处理、存储到存储器中、显示、由运行在主机装置102中的各种应用程序使用、输出到其他装置、或者其他应用)。
[0045]在各种实施例中，红外成像模块100可被配置为在低电压电平和宽温度范围内工作。例如，在一个实施例中，红外成像模块100可使用约2.4伏、2.5伏、2.8伏或更低的电压的电源工作，并且可在约_20°C到约+60°C的温度范围中工作(例如，在约80°C的环境温度范围中提供合适的动态范围和性能)。在一个实施例中，通过使红外成像模块100在低电压电平下工作，与其他类型的红外成像装置相比，红外成像模块100自身所产生的热量较少。因此，红外成像模块100在工作时，可利用简化的措施来补偿这种自身产生的热量。
[0046]如图1所示，主机装置102可包括插座104、快门105、运动传感器194、处理器195、存储器196、显示器197和/或其他部件198。插座104可被配置为如箭头101所示的接收红外成像模块100。就这方面而言，图2示出了根据本公开实施例的、装配在插座104中的红外成像模块100。
[0047]可由一个或者多个加速度计、陀螺仪或者可用于检测主机装置102的运动的其他合适的装置来实现运动传感器194。处理模块160或者处理器195可对运动传感器194进行监控并且运动传感器194向处理模块160或者处理器195提供信息，以检测运动。在各种实施例中，运动传感器194可实现为主机装置102的一部分(如图1所示)，也可实现为红外成像模块100、或者连接到主机装置102或与主机装置102接触的其他装置的一部分。
[0048]处理器195可实现为任何合适的处理装置(例如，逻辑装置、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)或者其他装置)，主机装置102可使用上述处理装置来执行适当的指令，例如，存储在存储器196中的软件指令。显示器197可用于显示捕获的和/或处理后的红外图像和/或其他图像、数据和信息。其他部件198可用于实现主机装置102的任何功能，如可能期望的各种应用(例如，时钟、温度传感器、可见光照相机或者其他部件)。另外，机器可读介质193可用于存储非临时性指令，可将该非临时性指令加载到存储器196中并由处理器195执行。
[0049]在各种实施例中，可大量生产红外成像模块100和插座104，以推动它们的广泛应用，例如，其可应用在移动电话或者其他装置(例如，需要小形状因子的装置)中。在一个实施例中，当红外成像模块100安装到插座104中时，红外成像模块100和插座104的组合所显示出的整体尺寸大约为8.5mm X 8.5mm X 5.9mm。
[0050]图3示出了根据本公开的实施例的、并列的置于插座104之上的红外成像模块100的分解图。红外成像模块100可包括透镜镜筒110、外壳120、红外传感器组件128、电路板170、基座150和处理模块160。
[0051]透镜镜筒110可至少部分的装入光学元件180 (例如，透镜)，通过透镜镜筒110中的孔112，所述光学元件180在图3中部分的可见。透镜镜筒110可包括大致呈圆柱形的延长部分114，其可用于使透镜镜筒110与外壳120中的孔122接触。
[0052]例如，可由安装在基板140上的帽130 (例如，盖子)来实现红外传感器组件128。红外传感器组件128可包括按列或者其他方式设置在基板140上并由帽130覆盖的多个红外传感器132(例如，红外探测器)。例如，在一个实施例中，红外传感器组件128可实现为焦平面阵列(FPA)。这种焦平面阵列可实现为例如真空封装的组件(例如，由帽130和基板140密封)。在一个实施例中，红外传感器组件128可实现为晶片级封装(例如，红外传感器组件128可以是与设置在晶片上一组真空包装组件相分离的单片)。在一个实施例中，红外传感器组件128可实现为使用约2.4伏、2.5伏、2.8伏或者类似的电压的电源来工作。
[0053]红外传感器132可被配置为检测目标场景的红外辐射(例如，红外能量)，所述目标场景包括:例如中波红外波段(MffIR)、长波红外波段(LWIR)、和/或如在特定应用中所期望的其他热成像波段。在一个实施例中，可根据晶片级封装技术来提供红外传感器组件128。
[0054]红外传感器132可实现为例如微辐射热计探测器，或者以任意期望的阵列方向图案配置以提供多个像素的其他类型的热成像红外传感器。在一个实施例中，红外传感器132可实现为具有17微米像素间距的氧化钒(VOx)探测器。在各种实施例中，可使用约32X32阵列的红外传感器132、约64X64阵列的红外传感器132、约80X64阵列的红外传感器132或者其他大小的阵列。
[0055]基板140可包括各种电路，其中包括例如读出集成电路(ROIC)，在一个实施例中，该读出集成电路(ROIC)的尺寸比约5.5mmX 5.5mm小。基板140还可包括接合焊盘142，其可用于当如图3所示的那样装配好红外成像模块100时，与放置在外壳120的内表面上的相辅相成的连接点相接触。在一个实施例中，可利用执行电压调节的低压差稳压器(LDO)来实现R0IC，以降低引入到红外传感器组件128中的噪声，从而提供改进的电源抑制比(PSRR)。另外，通过实现具有ROIC的LDO(例如，在晶圆级封装内)，可消耗更少的裸片面积并且需要的离散裸片(或者芯片)较少。
[0056]图4示出了根据本公开的实施例的、包括红外传感器132阵列的红外传感器组件128的框图。在示出的实施例中，红外传感器132作为ROIC 402的单元晶格阵列的一部分。ROIC 402包括偏压产生和定时控制电路404、列放大器405、列多路复用器406、行多路复用器408和输出放大器410。可通过输出放大器410将红外传感器132捕获的图像帧(即，热图像)提供给处理模块160、处理器195和/或任何其他合适的部件，以执行本文所描述的各种处理技术。尽管图4示出的是8X8的阵列，但是任何期望的阵列配置均可用于其他实施例中。ROIC和红外传感器的进一步描述可在2000年2月22日公开的美国专利N0.6，028, 309中找到，通过引用的方式将其作为整体合并于此。
[0057]红外传感器阵列128可捕获图像(例如，图像帧)，并以各种速率从它的ROIC提供这种图像。处理模块160可用于对捕获的红外图像执行适当的处理，并且可以根据任何适当的结构来实现该处理模块160。在一个实施例中，处理模块160可实现为ASIC。就这方面而言，这种ASIC可被配置为高性能的和/或高效率的执行图像处理。在另一个实施例中，可利用通用中央处理单元(CPU)来实现处理模块160，所述CPU可被配置为执行适当的软件指令，以进行图像处理、调整以及通过各种图像处理块进行图像处理、处理模块160和主机装置102之间的互相配合的交互和/或其他操作。在另一个实施例中，可利用现场可编程门阵列(FPGA)来实现处理模块160。在其他实施例中，如本领域技术人员所理解的，可利用其他类型的处理和/或逻辑电路来实现处理模块160。
[0058]在这些和其他实施例中，处理模块160还可与其他合适的部件来实现，例如，易失性存储器、非易失性存储器和/或一个或者多个接口(例如，红外检测器接口、内部集成电路(