Procedimiento de mantenimiento de una matriz de detectores del tipo bolómetros.

Procedimiento de mantenimiento de una matriz de detectores (1) de tipo bolómetros,

adaptados para medirradiaciones electromagnéticas procedentes de una escena radiativa, estando adaptado dicho procedimiento paradetener una remanencia de una sobreexposición radiativa experimentada por uno al menos de los detectores de lamatriz y comprendiendo este las siguientes etapas ejecutadas fuera de un ciclo de medida de radiaciones:/1/ medida de una temperatura y/o de una resistencia eléctrica de un elemento resistivo de al menos undetector identificado de la matriz;

/2/ para dicho detector identificado, fijación de una temperatura umbral y/o de una resistencia umbral,respectivamente superior a la temperatura medida y/o inferior a la resistencia medida en la etapa /1/;/3/ alimentación de un elemento resistivo de al menos un detector de la matriz, con una corriente eléctricaadaptada para calentar dicho detector identificado al menos hasta dicha temperatura umbral y/o la resistenciaumbral; y

/4/ enfriamiento de dicho detector identificado, reduciendo progresivamente la corriente eléctrica alimentadaen el elemento resistivo del detector utilizado en la etapa /3/ para calentar dicho detector identificado,según el cual la etapa /3/ se ejecuta de manera que se modifica el estado físico-químico de un material del detectoridentificado, siendo dicho material modificado sensible a las radiaciones electromagnéticas en un ciclo de medida deradiaciones.

Procedimiento de mantenimiento de una matriz de detectores del tipo bolómetros La presente invención concierne a un procedimiento de mantenimiento de una matriz de detectores de tipo bolómetros. También concierne a un conjunto de medición de radiaciones electromagnéticas que comprende una matriz de detectores del tipo bolómetros y que está adaptado para llevar a la práctica tal procedimiento de mantenimiento.

Se utilizan detectores del tipo bolómetros para medir una energía radiante infrarroja, visible o ultravioleta, la cual es producida por una escena radiativa. Estos pueden ir dispuestos según una matriz, tal como una matriz de plano focal comúnmente referida como «FPA», por «Focal Plan Array». Tales matrices FPA de detectores del tipo bolómetros están descritas en los documentos WO 2006/100662 y WO 2006/100663, por ejemplo.

En las matrices de detectores del tipo bolómetros también se utiliza corrientemente una estructura de puente de Wheatstone o una estructura diferencial. En la figura 1 del documento FR 2846666, en particular, está representada tal estructura. Esta permite reducir la sensibilidad de los resultados de las medidas que proporcionan los detectores, respecto a variaciones de una temperatura ambiente interna al conjunto de medición que comprende la matriz.

Por otro lado, el elemento de cada detector del tipo bolómetro que es sensible a las radiaciones electromagnéticas es un elemento eléctricamente resistivo, cuya resistencia eléctrica varía cuando el detector recibe una radiación. Esta variación produce la medida de la radiación. Por lo común, el elemento resistivo sensible a las radiaciones es de óxido de vanadio (VOx) o de silicio amorfo.

No obstante, las matrices de detectores del tipo bolómetros no dejan de ser muy sensibles a las variaciones de temperatura ambiente.

Por otro lado, debido a que cada detector tiene una ubicación que es diferente en el seno de la matriz, distintos detectores reciben diferentes radiaciones. Estas son susceptibles de modificar las características de cada detector, así como sus parámetros de utilización en medición, de una manera variable entre distintos detectores. Además, entre los detectores se dan disparidades iniciales ya desde la fabricación de la matriz, en lo referente a propiedades individuales de los detectores tales como sus resistencias eléctricas y sus sensibilidades de respuesta. Estas disparidades iniciales también contribuyen a las variaciones que existen entre las respectivas respuestas de los detectores de una misma matriz cuando esta recibe una energía radiativa uniforme.

En otras palabras, cabe el riesgo de que una misma radiación sea medida con un valor diferente en función de la ubicación, dentro de la matriz, del detector que es utilizado para su medida.

A causa de ello, se conoce corregir las diferencias entre los detectores del tipo bolómetros de una misma matriz compensando, para cada detector, unas variaciones de desfase inicial («offset» en inglés) y de ganancia.

Para tal fin, se determinan unas características de cada detector del tipo bolómetro, tales como su desfase inicial y su ganancia, mediante previas medidas que son realizadas a temperaturas predefinidas y constantes. De ello se infieren dos tablas («look up tables» en inglés) , respectivamente para las ganancias y los desfases iniciales de los detectores de la matriz. Estas permiten compensar el desfase inicial y la ganancia de cada detector. Se trata de correcciones que se aplican en los resultados de detección producidos por los detectores después de haber sido detectadas las radiaciones.

Sin embargo, para que sean precisas y coherentes las medidas que se obtienen con todos los detectores de una misma matriz, es preciso actualizar regularmente, en general cada dos a tres minutos, al menos la tabla de corrección de los desfases iniciales. Esto se puede realizar exponiendo el conjunto de los detectores de la matriz a una imagen uniforme. Tal operación se realiza usualmente con el concurso de un obturador que enmascara uniformemente una escena radiativa externa respecto al conjunto de medición.

No obstante, el presente solicitante ha comprobado que, aun si se actualizan con frecuencia o regularmente la tabla de corrección de los desfases iniciales y/o la de las ganancias de los detectores de la matriz, esto no permite suprimir remanencias que resultan de sobreexposiciones que han experimentado algunos detectores del tipo bolómetro. Tal sobreexposición puede ser el resultado de una exposición de algunos al menos de los detectores de la matriz a un flujo radiativo intenso y/o de larga duración. Este flujo ha provocado una alteración duradera de las características de los detectores que lo han recibido. Tal sobreexposición se puede equiparar a un deslumbramiento cuyo efecto perdura. Por ejemplo, la exposición al sol durante unos segundos de un detector del tipo bolómetro que está destinado a realizar medidas nocturnas produce una remanencia de sobreexposición. Esta remanencia puede durar varios días, e incluso varias semanas, y puede explicarse por una alteración del material del elemento resistivo del bolómetro que es sensible a las radiaciones. Tal alteración es tanto más probable cuanto que ese material sensible se halla en general en un estado de equilibrio inestable, en lo que respecta a su estado físico-químico real. La alteración del material sensible de algunos de los detectores de la matriz produce entonces desfases en los resultados de las ulteriores medidas. Estos desfases se revelan como una imagen «fantasma» de la

sobreexposición, que se superpone a las imágenes que resultan de ulteriores exposiciones.

Por lo tanto, resulta de especial interés proponer un procedimiento que permita reajustar el estado de detectores del tipo bolómetros que han experimentado una sobreexposición radiativa, con el fin de recobrar una uniformidad de respuesta de todos los detectores de una matriz.

Para ello, se ha propuesto reinicializar los detectores de una matriz de microbolómetros caldeándolos por medio de un elemento Peltier que se halla situado bajo la matriz. Se calientan así todos los detectores de la matriz hasta una misma temperatura y juntos pueden ser enfriados de una misma manera. Así, se pueden suprimir remanencias de sobreexposición presentes en algunos de los detectores de la matriz. Tal calentamiento constituye un procedimiento de mantenimiento, el cual se pone en práctica fuera de los períodos de utilización de la matriz de detectores para efectuar medidas de radiaciones.

La figura 4 representa un conjunto de medición de radiaciones electromagnéticas, en el cual se puede aplicar tal procedimiento de mantenimiento. El conjunto comprende una caja 3 que se halla cerrada herméticamente y cuyo interior se mantiene a vacío. Sobre un sustrato 4 en el interior de la caja 3 va dispuesto un circuito impreso 5. El circuito 5 incluye unas resistencias eléctricas que constituyen los detectores del tipo bolómetros. Estas resistencias son sensibles a las radiaciones electromagnéticas F y quedan expuestas a través de una ventana transparente 6 que cierra la caja 3. Bajo el sustrato 4 se ubica adicionalmente un elemento Peltier 7, para permitir calentar las resistencias sensibles a las radiaciones.

Pero este método presenta varios inconvenientes. Por una parte, requiere prever un elemento Peltier bajo la matriz de los detectores, lo cual incrementa el precio y la ocupación de espacio del conjunto de medición. Por otra parte, el elemento Peltier hace más complejos los intercambios térmicos que tienen lugar en el seno del conjunto de medición mientras se detecta una radiación. Finalmente, el elemento Peltier origina un considerable consumo de energía eléctrica durante el calentamiento de la matriz, así como durante su enfriamiento a velocidad controlada.

Resulta por tanto de especial interés disponer de un método para la obtención de uniformidad en las respuestas de los detectores de una matriz de tipo FPA, que no requiere un considerable consumo de energía eléctrica, ni la aportación de componentes complementarios tales como un elemento Peltier.

Con este objetivo, el documento US 5.756.999 propone un ciclo de medida que comprende, con anterioridad a cada exposición de una matriz de detectores del tipo bolómetros para efectuar una medida radiativa, un calentamiento de los detectores utilizando los elementos resistivos de los mismos que son sensibles a la radiación. No se necesita así ningún elemento Peltier. Pero se trata de un calentamiento de ajuste del punto de funcionamiento de cada detector, que se efectúa inmediatamente antes de cada exposición de medida radiativa. Tal calentamiento modifica reversiblemente el punto de funcionamiento... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de mantenimiento de una matriz de detectores (1) de tipo bolómetros, adaptados para medir radiaciones electromagnéticas procedentes de una escena radiativa, estando adaptado dicho procedimiento para detener una remanencia de una sobreexposición radiativa experimentada por uno al menos de los detectores de la matriz y comprendiendo este las siguientes etapas ejecutadas fuera de un ciclo de medida de radiaciones:

/1/ medida de una temperatura y/o de una resistencia eléctrica de un elemento resistivo de al menos un detector identificado de la matriz;

/2/ para dicho detector identificado, fijación de una temperatura umbral y/o de una resistencia umbral, respectivamente superior a la temperatura medida y/o inferior a la resistencia medida en la etapa /1/;

/3/ alimentación de un elemento resistivo de al menos un detector de la matriz, con una corriente eléctrica adaptada para calentar dicho detector identificado al menos hasta dicha temperatura umbral y/o la resistencia umbral; y

/4/ enfriamiento de dicho detector identificado, reduciendo progresivamente la corriente eléctrica alimentada en el elemento resistivo del detector utilizado en la etapa /3/ para calentar dicho detector identificado,

según el cual la etapa /3/ se ejecuta de manera que se modifica el estado físico-químico de un material del detector identificado, siendo dicho material modificado sensible a las radiaciones electromagnéticas en un ciclo de medida de radiaciones.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, según el cual la temperatura umbral y/o la resistencia umbral es fijada en la etapa /2/ en función de una diferencia entre la temperatura y/o la resistencia medida en la etapa /1/ para dicho detector identificado y un valor de referencia de temperatura y/o de resistencia, respectivamente.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, que comprende una etapa suplementaria de selección del detector identificado, ejecutada entre las etapas /1/ y /2/, tras la cual las etapas /2/ a /4/ tan sólo se ejecutan para dicho detector identificado si la temperatura y/o la resistencia medida en la etapa /1/ para dicho detector identificado cumplen una condición fijada de selección.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, según el cual la condición de selección se fija de modo que el detector identificado es seleccionado para las etapas /2/ a /4/ si dicho detector identificado presenta una remanencia de una sobreexposición radiativa o de una degradación experimentada anteriormente en su funcionamiento.

5. Procedimiento según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, según el cual la alimentación con corriente eléctrica de la etapa /3/, al igual que la eventual etapa suplementaria de selección del detector identificado, se efectúa por medio de un direccionamiento del tipo CMOS.

6. Procedimiento según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, según el cual el elemento resistivo de detector utilizado en la etapa /3/ para calentar el detector identificado pertenece a dicho detector identificado.

7. Procedimiento según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, según el cual el detector identificado es calentado en la etapa /3/ hasta una temperatura superior a 60 °C, preferentemente superior a 100 °C.

8. Procedimiento según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, según el cual la etapa /3/ se ejecuta de manera que se mantiene dicho detector identificado, durante un tiempo de al menos un minuto, a una temperatura mayor o igual que la temperatura umbral y/o a una resistencia menor o igual que la resistencia umbral.

9. Procedimiento según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, según el cual el enfriamiento de la etapa /4/ tiene una duración superior a dos minutos, e incluso superior a diez minutos.

10. Procedimiento según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, que comprende además una etapa de medida de temperaturas y/o de resistencias respectivas de los detectores de una parte al menos de la matriz,

y según el cual la temperatura umbral y/o la resistencia umbral es fijada en la etapa /2/ para el detector identificado en función de las temperaturas y/o de las resistencias medidas para los detectores de dicha parte de la matriz, además de la temperatura y/o de la resistencia medida para dicho detector identificado.

11. Procedimiento según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, según el cual la etapa /1/ se realiza para varios detectores identificados,

y según el cual se alimentan, en la etapa /3/, unas corrientes eléctricas simultáneamente a respectivos elementos resistivos de varios detectores de la matriz, siendo determinadas dichas corrientes eléctricas utilizando un algoritmo de tratamiento de las temperaturas y/o de las resistencias medidas respectivamente para dichos detectores identificados, para así calentar simultáneamente dichos detectores identificados.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, según el cual dichos detectores identificados son calentados simultáneamente hasta una temperatura máxima común.

13. Procedimiento según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, ejecutado automáticamente.

14. Conjunto de medición de radiaciones electromagnéticas procedentes de una escena radiativa, que 5 comprende:

-una matriz de detectores (1) de tipo bolómetros;

-un sistema de direccionamiento (40) adaptado para identificar cualquier detector de la matriz; y

-unos medios de mantenimiento (100) de dicha matriz, adaptados para llevar a la práctica un procedimiento de mantenimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 13,

comprendiendo dichos medios de mantenimiento (100) propiamente dichos:

-unos medios de medida (50) de temperaturas y/o de resistencias de elementos resistivos respectivos de detectores de la matriz, estando adaptados dichos medios de medida para proporcionar señales de medida para detectores identificados de la matriz;

-una unidad de tratamiento (10) de las temperaturas y/o de las resistencias medidas por los medios de

medida para dichos detectores identificados, estando adaptada dicha unidad de tratamiento para determinar una temperatura umbral y/o una resistencia umbral para cada uno de dichos detectores identificados, para la cual resulta modificado el estado físico-químico de un material sensible a las radiaciones electromagnéticas del detector;

-una unidad de alimentación de corriente eléctrica (30) , relacionada con los detectores de la matriz mediante el sistema de direccionamiento (40) ; y

-una unidad de cálculo (20) de al menos una corriente eléctrica que ha de proporcionar la unidad de alimentación a al menos un detector de la matriz, para que cada detector identificado alcance una temperatura mayor o igual que la temperatura umbral y/o una resistencia menor o igual que la resistencia umbral, determinada para dicho detector identificado, estando además dicha unidad de cálculo adaptada para controlar una reducción progresiva de dicha corriente eléctrica.

15. Conjunto según la reivindicación 14, en el que los medios de mantenimiento (100) están adaptados para controlar una ejecución automática del procedimiento de mantenimiento.