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TWI843302B - 微熱輻射計及其熱感測方法 - Google Patents

微熱輻射計及其熱感測方法 Download PDF

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TWI843302B
TWI843302B TW111145479A TW111145479A TWI843302B TW I843302 B TWI843302 B TW I843302B TW 111145479 A TW111145479 A TW 111145479A TW 111145479 A TW111145479 A TW 111145479A TW I843302 B TWI843302 B TW I843302B
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Abstract

一種微熱輻射計及其熱感測方法。各切換電路將對應的熱感測像素的第一連接點或第二連接點切換連接至不同的信號傳輸線或共用連接線，來調整多個熱感測像素的連接方式，而改變多個熱感測像素提供的感測信號。

Description

微熱輻射計及其熱感測方法
本發明是有關於一種感測裝置，且特別是有關於一種微熱輻射計及其熱感測方法。
微熱輻射計(Micro-Bolometer)是由多個微熱輻射計像素構成(Micro-Bolometer pixel)的陣列，可用於測量的輻射能，並轉換為電信號輸出的溫度感測器。一般來說，微熱輻射計陣列在完成封裝後，微熱輻射計像素間的連接方式便已固定而無法改變，亦即微熱輻射計陣列的特性已固定，而無法配合後級電路的特性進行調整，例如配合後級電路的動態範圍調整微熱輻射計陣列提供的感測信號，而使得微熱輻射計在使用上較無彈性。
本發明提供一種微熱輻射計及其熱感測方法，可大幅提高微熱輻射計的使用彈性。
本發明的微熱輻射計包括多個熱感測像素以及多個切換 電路。各熱感測像素具有第一連接點以及第二連接點。上述多個切換電路分別耦接第一信號傳輸線、一第二信號傳輸線、至少一共用連接線以及對應的熱感測像素的第一連接點或第二連接點，將對應的熱感測像素的第一連接點或第二連接點切換連接至第一信號傳輸線、第二信號傳輸線或共用連接線，以調整上述多個熱感測像素的連接方式，而改變上述多個熱感測像素提供的感測信號，其中熱感測像素以及切換電路為以半導體製程共同形成於一個矽基板上。
在本發明的一實施例中，上述的微熱輻射計還包括感測電路以及信號處理電路。感測電路耦接第一信號傳輸線以及第二信號傳輸線，對感測信號進行信號放大處理。信號處理電路耦接感測電路，對感測電路提供的感測信號進行類比數位轉換處理。
在本發明的一實施例中，上述的微熱輻射計還包括控制電路，其耦接上述多個切換電路，依據信號處理電路的動態範圍控制上述多個切換電路調整上述多個熱感測像素的連接方式。
在本發明的一實施例中，上述多個熱感測像素的連接方式包括串聯連接、並聯連接或斷開連接至少其中之一。
在本發明的一實施例中，上述熱感測像素更包括參考像素。
本發明還提供一種微熱輻射計的熱感測方法，微熱輻射計包括多個熱感測像素以及多個切換電路，各熱感測像素具有第一連接點以及第二連接點，微熱輻射計的熱感測方法包括下列步 驟。提供多個切換電路，此些切換電路連接一第一信號傳輸線、一第二信號傳輸線、至少一共用連接線以及對應的熱感測像素的第一連接點或第二連接點。控制切換電路將對應的熱感測像素的第一連接點或第二連接點切換連接至第一信號傳輸線、第二信號傳輸線或共用連接線，以調整上述多個熱感測像素的連接方式，而改變上述多個熱感測像素提供的感測信號，其中熱感測像素以及切換電路為以半導體製程共同形成於一個矽基板上。
在本發明的一實施例中，上述多個熱感測像素產生的感測信號被傳送至信號處理電路進行類比數位轉換處理。
在本發明的一實施例中，上述的微熱輻射計的熱感測方法包括，依據信號處理電路的動態範圍控制上述多個切換電路調整上述多個熱感測像素的連接方式。
在本發明的一實施例中，上述多個熱感測像素的連接方式包括串聯連接、並聯連接或斷開連接至少其中之一。
在本發明的一實施例中，上述的熱感測像素包括微輻射熱計像素。
在本發明的一實施例中，上述熱感測像素更包括參考像素。
基于上述，本發明實施例的微熱輻射計可藉由將對應各切換電路的熱感測像素的第一連接點或第二連接點切換連接至不同的信號傳輸線或共用連接線，來調整多個熱感測像素的連接方式，而改變多個熱感測像素提供的感測信號，避免微熱輻射計在 完成封裝後便無法調整熱感測像素間的連接方式的情形，而可大幅提高微熱輻射計的使用彈性。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
102:信號處理電路
104:控制電路
106:感測電路
115:矽基板
120、130:微熱輻射計像素
140:遮罩
190:訊號線設置區
195:輸入/輸出接墊
RP:參考像素
P1~P4:熱感測像素
SW1~SW8:切換電路
S1:感測信號
L1、L2:信號傳輸線
N1、N2:連接點
LC1~LC4:共用連接線
S702~S704:微熱輻射計的熱感測方法步驟
圖1是依照本發明實施例的微熱輻射計的俯視示意圖。
圖2是依照本發明實施例的一種微熱輻射計的示意圖。
圖3是依照本發明另一實施例的微熱輻射計的示意圖。
圖4是依照本發明另一實施例的微熱輻射計的示意圖。
圖5是依照本發明另一實施例的微熱輻射計的示意圖。
圖6是依照本發明另一實施例的微熱輻射計的示意圖。
圖7是依照本發明實施例的一種微熱輻射計的熱感測方法的流程圖。
圖1是依照本發明實施例的微熱輻射計的俯視示意圖。微熱輻射計可包括多個熱感測像素(包括微熱輻射計像素120、參考像素RP)、多個訊號線設置區190以及多個輸入/輸出接墊195。微熱輻射計像素120與參考像素RP呈陣列排列於矽基板115上，此外多個訊號線設置區190與多個輸入/輸出接墊195也設置於矽 基板115上。其中微熱輻射計像素120位於參考像素RP之間微熱輻射計像素120以及參考像素RP皆可做為熱感測像素。訊號線設置區190內可依據需求而設置一條或多條走線(例如信號傳輸線與共用連接線，然不以此為限)，其中訊號線設置區190配置於微熱輻射計像素120及參考像素RP所形成的陣列的相對兩側，且位於輸入/輸出接墊195與微熱輻射計像素120及參考像素RP所形成的陣列之間。參考像素RP具有與微熱輻射計像素120相似的結構，參考像素RP所提供的感測信號僅反應電路基本特性，例如電路基板的材料特性與電信號特性等，參考像素RP所提供的感測信號可用以提供給後端的信號處理電路進行去除電路基本特性的信號處理，以獲得更準確的感測結果。
圖2是依照本發明的實施例的一種微熱輻射計的示意圖。進一步來說，微熱輻射計包括熱感測像素P1、切換電路SW1、SW2、信號處理電路102、控制電路104以及感測電路106，信號處理電路102耦接控制電路104，感測電路106耦接信號處理電路102並通過信號傳輸線L1、L2以及切換電路SW1、SW2耦接至熱感測像素P1，熱感測像素P1以及切換電路SW1、SW2為以半導體製程共同形成於一個矽基板上。進一步來說，矽基板、信號處理電路102、控制電路104以及感測電路106為搭載於印刷電路板上並進行封裝，在部分實施例中信號處理電路102、控制電路104以及感測電路106也可為獨立元件而不與矽基板一同封裝。
進一步來說，如圖2所示，像素P1具有連接點N1以及 連接點N2，切換電路SW1耦接連接點N1、信號傳輸線L1、信號傳輸線L2以及共用連接線LC2，切換電路SW2耦接連接點N2、信號傳輸線L1、信號傳輸線L2以及共用連接線LC1，共用連接線LC1、LC2可做為不同熱感測像素間進行連接時的橋接線。切換電路SW1以及SW2可受控於控制電路104改變連接狀態，而選擇將連接點N1、N2連接至信號傳輸線L1、信號傳輸線L2、共用連接線LC1或共用連接線LC2，進而改變熱感測像素P1的連接狀態。在本實施例中，切換電路SW1以及SW2分別以三個開關來實施，通過控制三個開關的導通狀態，可使連接點N1、N2連接至信號傳輸線L1、信號傳輸線L2、共用連接線LC1或共用連接線LC2。
值得注意的是，為便於說明，圖2僅繪示一個熱感測像素P1，然實際應用上微熱輻射計將包括多個熱感測像素。在微熱輻射計包括多個熱感測像素的情形下，改變熱感測像素間的耦接關係可對應地改變輸出至感測電路106的感測信號的特性。例如通過使多個熱感測像素成為串聯連接或並聯連接，可改變多個熱感測像素提供給感測電路106的感測信號的信號特性(例如電壓大小)。其中感測電路106可對感測信號進行信號放大處理，而信號處理電路102可例如對感測電路106提供的感測信號進行類比數位轉換處理，然不以此為限。
舉例來說，在圖3與圖4實施例中，微熱輻射計包括兩個熱感測像素P1與P2。如圖3與圖4所示，圖3與圖4的左側 為熱感測像素P1與P2的連接方式示意圖，右側為熱感測像素P1、P2、切換電路SW1~SW4、信號傳輸線L1、L2以及共用連接線LC1、LC2的電路架構示意圖。
在圖3實施例中，控制電路104控制切換電路SW1將熱感測像素P1的連接點N1連接至信號傳輸線L2，控制切換電路SW2將熱感測像素P1的連接點N2連接至信號傳輸線L1，控制切換電路SW3將熱感測像素P2的連接點N1連接至信號傳輸線L2，並控制切換電路SW4將熱感測像素P2的連接點N2連接至信號傳輸線L1，而使得熱感測像素P1與P2並聯連接。
在圖4實施例中，控制電路104控制切換電路SW1將熱感測像素P1的連接點N1連接至共用連接線LC2，控制切換電路SW2將熱感測像素P1的連接點N2連接至信號傳輸線L1，控制切換電路SW3將熱感測像素P2的連接點N1連接至共用連接線LC2，並控制切換電路SW4將熱感測像素P2的連接點N2連接至信號傳輸線L2，而使得熱感測像素P1與P2串聯連接。
在部分實施例中，控制電路104也可控制切換電路使部分的熱感測像素不參與提供感測信號給感測電路106，例如在圖3實施例中，可使切換電路SW1與SW2中的開關皆處於斷開狀態，如此將僅有熱感測像素P2提供感測信號給感測電路106。
如此通過使熱感測像素P1與P2成為串聯連接、並聯連接或與使部分的熱感測像素與感測電路106斷開連接，可改變熱感測像素P1與P2提供給感測電路106的感測信號的信號特性， 進而使得熱感測像素P1與P2提供的感測信號S1更適於信號處理電路102進行信號處理，例如可使熱感測像素P1與P2提供的感測信號S1落於信號處理電路102的動態範圍內，然不以此為限。此外，在其它實施例中，當出現故障或損壞的熱感測像素時，控制電路104可通過控制與故障或損壞的熱感測像素對應的切換電路，將故障或損壞的熱感測像素與感測電路106的連接斷開，使可正常工作的熱感測像素相互連接並繞開故障或損壞的熱感測像素，如此可避免故障或損壞的熱感測像素影響微熱輻射計的感測品質。
此外，微熱輻射計所包括的熱感測像素數量不以上述實施例為限，在其它實施例中，微熱輻射計可包括更多的熱感測像素。例如圖5與圖6實施例所示，微熱輻射計可包括熱感測像素P1~P4，類似地，熱感測像素P1~P4與對應的切換電路SW1~SW8連接，由於熱感測像素P1~P4與切換電路SW1~SW8與上述實施例相似，因此在此不再贅述其耦接關係。切換電路SW1~SW8可受控於控制電路104而將熱感測像素P1~P4的連接點N1、N2切換連接至信號傳輸線L1、信號傳輸線L2、共用連接線LC1、LC2或LC3。例如在圖5實施例中，可使並聯連接的熱感測像素P1與P2和並聯連接的熱感測像素P3與P4串聯連接，在圖6實施例中，可使串聯連接的熱感測像素P1與P2和串聯連接的熱感測像素P3與P4並聯連接。
圖7是依照本發明實施例的一種微熱輻射計的熱感測方 法的流程圖，微熱輻射計包括多個熱感測像素以及多個切換電路，各熱感測像素具有第一連接點以及第二連接點，其中熱感測像素以及切換電路為以半導體製程共同形成於一個矽基板上。由上述實施例可知，微熱輻射計的熱感測方法可至少包括下列步驟。首先，提供多個切換電路，多個切換電路連接第一信號傳輸線、第二信號傳輸線、至少一共用連接線以及對應的熱感測像素的第一連接點或第二連接點(步驟S702)，熱感測像素產生的感測信號通過第一信號傳輸線傳送至信號處理電路，熱感測像素可例如為微熱輻射計像素，然不以此為限。接著，控制上述多個切換電路將對應的熱感測像素的第一連接點或第二連接點切換連接至第一信號傳輸線、第二信號傳輸線或共用連接線，以調整上述多個熱感測像素的連接方式，而改變上述多個熱感測像素提供的感測信號(步驟S704)，例如依據信號處理電路的動態範圍控制多個切換電路調整多個熱感測像素的連接方式，其中多個熱感測像素的連接方式可包括串聯連接、並聯連接或斷開連接至少其中之一。
綜上所述，本發明實施例的微熱輻射計可藉由將對應各切換電路的熱感測像素的第一連接點或第二連接點切換連接至不同的信號傳輸線或共用連接線，來調整多個熱感測像素的連接方式，而改變多個熱感測像素提供的感測信號，避免微熱輻射計在完成封裝後便無法調整熱感測像素間的連接方式的情形，而可大幅提高微熱輻射計的使用彈性。
102:信號處理電路
104:控制電路
106:感測電路
P1:熱感測像素
SW1、SW2:切換電路
L1、L2:信號傳輸線
LC1、LC2:共用連接線
N1、N2:連接點

Claims (11)

  1. 一種微熱輻射計，包括：多個熱感測像素，各熱感測像素具有一第一連接點以及一第二連接點；以及多個切換電路，分別耦接一第一信號傳輸線、一第二信號傳輸線、至少一共用連接線以及對應的熱感測像素的第一連接點或第二連接點，切換對應的熱感測像素的第一連接點或第二連接點與該第一信號傳輸線、該第二信號傳輸線以及該共用連接線的連接關係，以調整該些熱感測像素與該第一信號傳輸線、該第二信號傳輸線以及該共用連接線的連接方式，而改變該些熱感測像素提供的一感測信號，其中該些熱感測像素以及該些切換電路為以半導體製程共同形成於一個矽基板上。
  2. 如請求項1所述的微熱輻射計，還包括：一感測電路，耦接該第一信號傳輸線以及該第二信號傳輸線，對該感測信號進行信號放大處理；以及一信號處理電路，耦接該感測電路，對該感測電路提供的該感測信號進行類比數位轉換處理。
  3. 如請求項2所述的微熱輻射計，還包括：一控制電路，耦接該些切換電路，依據該信號處理電路的動態範圍控制該些切換電路調整該些熱感測像素的連接方式。
  4. 如請求項1所述的微熱輻射計，其中該些熱感測像素的連接方式包括串聯連接、並聯連接或斷開連接至少其中之一。
  5. 如請求項1所述的微熱輻射計，其中該些熱感測像素更包括參考像素。
  6. 一種微熱輻射計的熱感測方法，該微熱輻射計包括多個熱感測像素以及多個切換電路，各熱感測像素具有一第一連接點以及一第二連接點，該微熱輻射計的熱感測方法包括：提供多個切換電路，該些切換電路連接一第一信號傳輸線、一第二信號傳輸線、至少一共用連接線以及對應的熱感測像素的第一連接點或第二連接點；以及控制該些切換電路切換對應的熱感測像素的第一連接點或第二連接點與該第一信號傳輸線、該第二信號傳輸線以及該共用連接線的連接關係，以調整該些熱感測像素與該第一信號傳輸線、該第二信號傳輸線以及該共用連接線的連接方式，而改變該些熱感測像素提供的一感測信號，其中該些熱感測像素以及該些切換電路為以半導體製程共同形成於一個矽基板上。
  7. 如請求項6所述的微熱輻射計的熱感測方法，其中該些熱感測像素產生的該感測信號被傳送至一信號處理電路進行類比數位轉換處理。
  8. 如請求項7所述的微熱輻射計的熱感測方法，包括：依據該信號處理電路的動態範圍控制該些切換電路調整該些熱感測像素的連接方式。
  9. 如請求項6所述的微熱輻射計的熱感測方法，其中該些熱感測像素的連接方式包括串聯連接、並聯連接或斷開連接至少其中之一。
  10. 如請求項8所述的微熱輻射計的熱感測方法，其中該些熱感測像素包括微輻射熱計像素。
  11. 如請求項6所述的微熱輻射計的熱感測方法，其中該些熱感測像素更包括參考像素。
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