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CN104040725B

Passive detectors for imaging systems

Abstract

Provides a passive detector structure for imaging systems, and realizes an unpowered passive front-end detector structure with direct digital measurement data output, which is used to detect various parts of the electromagnetic spectrum (for example, heat (IR), near IR, UV and visible light) incident photon radiation.

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13 claims: 2 independent, 11 dependent

  1. 1
    1· 一种成像设备,包括: 基底; 热红外检测器,形成在所述基底上,其中所述热红外检测器包括: 压电谐振器构件,由被配置为响应于驱动电压而谐振并且产生具有振荡频率或振荡周 期的输出信号的压电材料形成; 电无动力检测器构件,其中所述电无动力检测器构件被配置为暴露于入射热红外辐 射,其中所述电无动力检测器构件包括具有热膨胀系数的材料,使得所述电无动力检测器 构件由于吸收所述入射热红外辐射而变形,其中所述电无动力检测器构件还被配置为由于 所述电无动力检测器构件的变形将机械力施加到所述压电谐振器构件,并且使得由于被施 加到所述压电谐振器构件的所述机械力而引起由所述压电谐振器构件产生的所述输出信 号的所述振荡频率或振荡周期改变;以及 热绝缘构件,被配置为将所述压电谐振器构件与所述电无动力检测器构件热绝缘;以 及 数字电路,被配置为(i)作为由所述电无动力检测器构件施加到所述压电谐振器构件 的所述机械力的结果,确定由所述压电谐振器构件产生的所述输出信号的所述振荡频率或 振荡周期,并且(ii)基于由所述压电谐振器构件产生的所述输出信号的所确定的振荡频率 或振荡周期,确定入射热红外辐射曝射的数量。
  2. 2
    根据权利要求1所述的成像设备,其中所述成像设备被配置为探测具有1微米至30微 米范围波长的热红外能量。
  3. 3
    根据权利要求1所述的成像设备,其中所述热绝缘构件包括布置在所述压电谐振器 构件与所述电无动力检测器构件之间的热绝缘材料层。
  4. 4
    根据权利要求1所述的成像设备,还包括第一支撑构件,其中所述电无动力检测器构 件包括板构件,并且其中所述板构件配置在所述第一支撑构件与所述压电谐振器构件之 间,其中所述板构件包括具有热膨胀系数的材料,使得所述板构件由于吸收所述入射热红 外辐射而变形并且将所述机械力施加到所述压电谐振器构件。
  5. 5
    根据权利要求4所述的成像设备,其中所述第一支撑构件包括第一凹槽,并且其中所 述压电谐振器构件包括第二凹槽,其中所述板构件的端部被配置在所述第一凹槽和第二凹 槽内。
  6. 6
    根据权利要求4所述的成像设备,还包括邻近所述压电谐振器构件配置的第二支撑 构件,其中所述第一支撑构件具有第一凹槽,并且其中所述第二支撑构件具有第二凹槽,其 中所述板构件的端部被配置在所述第一凹槽和第二凹槽内,其中在所述板构件由于吸收所 述入射热红外辐射而变形时,所述第二凹槽允许所述板构件将所述机械力施加到所述压电 谐振器构件。
  7. 7
    根据权利要求4所述的成像设备,其中在预应力状态下,所述板构件配置在所述第一 支撑构件和所述压电谐振器构件之间。
  8. 8
    根据权利要求1所述的成像设备,其中所述压电谐振器构件包括形成在所述压电谐 振器构件的表面中的凹入的空腔区域,其中所述电无动力检测器构件包括配置在所述压电 谐振器构件的所述凹入的空腔区域内的板构件,其中所述电无动力检测器构件还包括第一 支撑构件,所述第一支撑构件配置在所述压电谐振器构件的所述表面上并且重叠所述凹入 的空腔区域的至少一部分以将所述板构件锁固在所述空腔区域内,并且其中所述板构件包 括具有热膨胀系数的材料,使得所述板构件由于吸收所述入射热红外辐射而变形并且将所 述机械力施加到所述压电谐振器构件。 9 ·根据权利要求8所述的成像设备,其中所述第一支撑构件是连续的框架结构,牢固地 锁固到所述压电谐振器构件的表面上,其中所述第一支撑构件的一部分重叠所述空腔区域 的内部侧壁,以提供覆盖所述板构件的外周上表面边缘的唇部,同时为所述板构件留下开 口的表面积以吸收所述入射热红外辐射。 10.根据权利要求8所述的成像设备,其中所述板构件的变形使得在三个维度中将所述 机械力施加到所述压电谐振器构件上。 11 ·根据权利要求8所述的成像设备,其中在预应力状态下,所述板构件配置在所述压 电谐振器构件的所述凹入的空腔内。
  9. 9
    12. 根据权利要求1所述的成像设备,其中所述热红外检测器还包括第一电极和第二电 极,其中所述压电谐振器构件被连接至所述第一电极和第二电极并且在所述第一电极与所 述第二电极之间并且悬挂在所述基底的表面上方,并且其中所述第一电极和第二电极将所 述驱动电压施加至所述压电谐振器构件。
  10. 10
    13. 根据权利要求12所述的成像设备,其中所述热红外检测器还包括被连接至所述基 底的固定支撑构件,其中所述电无动力检测器构件的第一端被机械耦接至所述固定支撑构 件,并且其中所述电无动力检测器构件的第二端被机械耦接至所述压电谐振器构件。
  11. 11
    14. 一种成像方法,包括: 将热红外检测器暴露于入射热红外辐射,所述热红外检测器包括电无动力检测器构 件、压电谐振器构件以及被配置为将所述压电谐振器构件与所述电无动力检测器构件热绝 缘的热绝缘构件,其中所述压电谐振器构件由响应于驱动电压而谐振并且产生具有振荡频 率或振荡周期的输出信号的压电材料形成; 由于入射热红外辐射曝射而使所述电无动力检测器构件变形,其中所述电无动力检测 器构件包括具有热膨胀系数的材料,使得所述电无动力检测器构件由于吸收所述入射热红 外辐射而变形; 由于所述电无动力检测器构件的变形将机械力施加到所述压电谐振器构件; 作为由所述电无动力检测器构件施加到所述压电谐振器构件的所述机械力的结果,确 定由所述压电谐振器构件产生的所述输出信号的振荡频率或振荡周期;以及 基于由所述压电谐振器构件产生的所述输出信号的所确定的振荡频率或振荡周期,确 定所述热红外检测器的所述入射热红外辐射曝射的数量。
  12. 12
    15. 根据权利要求14所述的方法,还包括使用所确定的频率来生成图像数据。
  13. 13
    16. 根据权利要求14所述的方法,其中确定所述热红外检测器的所述入射热红外辐射 曝射的数量包括: 通过在给定计数时间段对所述压电谐振器构件产生的所述输出信号中的数字脉冲的 数目计数来生成计数数据;以及 基于所述计数数据确定入射热红外辐射曝射的水平。 CN 104040725 Β
Independent claims13