像元结构和成像组件

技术领域

本申请属于成像器件领域，具体涉及一种像元结构和成像组件。

背景技术

红外光的波段范围为0.78μm-1000μm，不同波段的红外光的用途不同，如短波段的红外光可应用于夜视、侦察监视、遥感等，中波段的红外光线可用于光电吊舱、舰载热像仪、红外瞄具等，长波段可用于远距离目标探测。

传统的像元结构只能透过特定波长范围的光线，进而导致采用传统像元结构制作的器件功能受限。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种像元结构和成像组件，能够解决传统的像元结构无法感应不同波段的光线的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

一种实施例公开的像元结构包括法珀腔第一极板、法珀腔第二极板、支撑座、支撑架和驱动组件，其中，支撑架和支撑座相对设置，法珀腔第一极板设置于支撑座，法珀腔第二极板设置于支撑架，法珀腔第一极板和法珀腔第二极板相对设置；

驱动组件设置于支撑架和支撑座之间，驱动组件驱动支撑座和支撑架相对移动并带动法珀腔第一极板和法珀腔第二极板相向或相背移动。

一种实施例公开的成像组件包括上文所述的像元结构。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

本发明实施例公开的像元结构中，法珀腔第一极板和法珀腔第二极板相对设置形成法珀腔结构。驱动组件可以驱动支撑座和支撑架相向或相背移动，并通过支撑座和支撑架带动法珀腔第一极板和法珀腔第二极板相向或相背移动，进而实现法珀腔第一极板和法珀腔第二极板之间的间距的大小可调节。即可以通过调节法珀腔第一极板和法珀腔第二极板之间的间距使法珀腔结构可被不同波长范围的光线透过，以实现像元结构可感应不同波段的光线。

附图说明

图1是本发明第一种实施例公开的像元结构的示意图；

图2是本发明第二种实施例公开的像元结构的示意图；

图3是本发明一种实施例公开的驱动组件的截面示意图；

图4是本发明一种实施例公开的成像组件的爆炸图；

图5是本发明一种实施例公开的成像组件实现不同波段感应示意图。

图中：

100-法珀腔第一极板；

200-法珀腔第二极板；

300-支撑座；

400-支撑架；

500-驱动组件；

510-第一电极板；520-第二电极板；530-驱动电路；

600-弹性支撑件；

610-第一支撑段；620-第二支撑段；

700-基底；

101-镜头；102-镜头支架；103-电路板；104-像元结构。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合图1至图4，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的像元结构104和成像组件进行详细地说明。

参照图1和图2，本发明一种实施公开的像元结构104包括法珀腔第一极板100、法珀腔第二极板200、支撑座300、支撑架400和驱动组件500。支撑座300和支撑架400为结构件，为法珀腔第一极板100、法珀腔第二极板200和/或驱动组件500提供安装基础。

一种实施例中，支撑架400和支撑座300可以相对设置。法珀腔第一极板100可以设置于支撑座300，法珀腔第二极板200可以设置于支撑架400。法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200相对设置，以使法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200形成法珀腔结构。可选的，法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200可以在支撑座300和支撑架400的支撑相互平行。

驱动组件500可以设置于支撑架400和支撑座300之间，驱动组件500驱动支撑座300和支撑架400相对移动并带动法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200相向或相背移动，以实现法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200之间间距大小的调节。具体的，在法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200相向移动的情况下，法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200之间间距逐渐减小；在法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200相背移动的情况下，法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200之间间距逐渐增大。

上述实施例中，支撑座300和支撑架400为法珀腔第一极板100、法珀腔第二极板200提供安装基础。并且，支撑座300和支撑架400可以支撑法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200相对设置，并形成法珀腔结构。法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200之间可以设置间隙。具体的，法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200可以通过支撑座300和支撑架400相互支撑形成间隙，还可以通过驱动组件500驱动支撑座300和/或支撑架400带动法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200相背移动形成间隙。驱动组件500可以与支撑座300和/或支撑架400相连，以通过驱动支撑座300和/或支撑架400带动法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200相向或相背移动。

需要说明的是，在法珀腔结构中，可透过法珀腔结构的光线的波长范围与法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200之间的间距大小相关，进而可以通过调节法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200之间的间距的大小调节透过珀腔结构的光线的波长范围。上述实施例中所述的像元结构104通过调节法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200之间的间距的大小对不同波段的光线进行感应，进而扩大像元结构104的使用范围。具体的，法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200之间的间距越大，透过法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200的光线的中心波长越长。即法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200之间的间距越大，像元结构104可以用于感应的光线的波长越大。

一种实施例中，像元结构104可以用于红外波段的感应，进而可以通过调节法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200之间的间距的大小实现对大气中短波段、中波段和长波段的红外线光束的感应。具体的，在像元结构104处于可感应短波段红外线光束的情况下，可以通过驱动组件500驱动法珀腔第二极板200向远离法珀腔第一极板100的方向移动，使能透过法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200的光线的中心波长位于中波段红外线光束的波长范围内，进而实现对中波段红外线光束的感应。即包含上述像元结构104的设备不仅可以用于夜视、侦察监视、遥感、红外成像制导等领域，还可以用作光电吊舱、舰载热像仪、红外瞄具等领域进而可以拓宽设备的适用范围，实现一物多用。同理，还可以通过驱动组件500驱动法珀腔第二极板200向远离法珀腔第一极板100的方向移动，使能透过法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200的光线的中心波长位于长波段的红外线光束的波长范围内，以实现对大气中长波段的红外线光束的感应。

当然，上述像元结构104还可以用于其他波段的感应，例如可见光波段或紫外线光波段的感应。因此，本申请不限定像元结构104适用波段的具体范围。

参照图1至图2，驱动组件500包括第一电极板510、第二电极板520和驱动电路530，第一电极板510和第二电极板520至少部分相对设置，第一电极板510设置于支撑座300，第二电极板520设置于支撑架400，驱动电路530用于控制第一电极板510和第二电极板520之间的电压的大小。第一电极板510可以固定设置于支撑座300上，以使第一电极板510和第二电极板520可以更好地与支撑座300和支撑架400进行传动。

驱动电路530可以与第一电极板510和第二电极板520相连，以通过驱动电路530使第一电极板510和第二电极板520之间形成电压。并且，驱动电路530还可以用于控制第一电极板510和第二电极板520之间电压的大小。

参照图3，第一电极板510和第二电极板520通电的情况下，第一电极板510和第二电极板520之间会产生静电驱动力，进而使得支撑座300和支撑架400在第一电极板510和第二电极板520的作用下相对移动。第一电极板510和第二电极板520可以平行设置，以便于控制第一电极板510和第二电极板520之间静电力的大小。

上述计算式中，F

上述计算式中，介电常数ε

进一步的，第一电极板510和第二电极板520相对的部分的区域可以为矩形，以简化第一电极板510和第二电极板520之间电压大小与第一电极板510和第二电极板520相互作用的静电力大小的对应关系，以便通过控制第一电极板510和第二电极板520之间电压大小控制第一电极板510和第二电极板520相互作用的静电力的大小。具体的，第一电极板510和第二电极板520之间产生的静电力大小为：

上述计算式中，一种实施例中，第一电极板510和第二电极板520之间的间距大小可以不变，即y

由以上计算式可知，静电力F

可以控制第一电极板510和第二电极板520之间的电压的大小的电路有很多，例如可以将第一电极板510和第二电极板520与可变电阻并联于驱动电路530中，通过控制可变电阻的阻值实现第一电极板510和第二电极板520之间电压的调节，还可以通过芯片调节第一电极板510和第二电极板520之间的电压的大小。因此，本实施例不限定驱动电路530的具体结构。

参照图1至图3，第一电极板510可以垂直于法珀腔第一极板100，第二电极板520可以垂直于法珀腔第二极板200。在第一电极板510垂直于法珀腔第一极板100，第二电极板520垂直于法珀腔第二极板200的情况下，第一电极板510与第二电极板520之间产生的静电力的方向与法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200相向或相背移动的方向相同，进而可以提高第一电极板510和第二电极板520产生静电力驱动法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200移动的有效功率。当然，第一电极板510与法珀腔第一极板100的夹角也可以为锐角，只需多个驱动组件500作用在支撑座300和支撑架400上的作用力的合力与支撑座300和支撑架400相对移动方向相同即可。因此，本申请不具体限定第一电极板510与法珀腔第一极板100、第二电极板520与法珀腔第二极板200的夹角大小。

参照图3，第一电极板510的数量可以为至少为两个，第一电极板510间隔且相互平行设置，第二电极板520位于两个相邻的第一电极板510之间。第二电极板520距离与之相邻的两个第一电极板510之间的间距可以相等，即第二电极板520两侧的第一电极板510对称分布，进而使得第二电极板520两侧的第一电极板510作用在第二电极板520上的作用力在Y轴方向上的分力相互平衡，进而保证第二电极板520的稳定性。当然，可以根据需要增加第一电极板510和第二电极板520的数量，以使驱动组件500可产生足够驱动力驱动支撑座300和支撑架400。

驱动组件500的数量可以为至少两个。具体的，驱动组件500沿法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200的周向均匀分布，以使法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200受力平衡，进而避免法珀腔第一极板100和/或法珀腔第二极板200在移动的过程中出现倾斜。参照图1和图2，在驱动组件500的数量为两个的情况下，两个驱动组件500可以对称分布于法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200的两侧。具体的，可以根据驱动支撑座300和支撑架400缩小驱动力的大小设置不同数量驱动组件500。为此，本申请不限定驱动组件500的具体数量。

参照图1和图2，一种实施例中，像元结构104还可以包括弹性支撑件600，弹性支撑件600的第一端与支撑座300相连，弹性支撑件600的第二端与支撑架400相连，支撑座300和/或支撑架400可带动弹性支撑件600形变。弹性支撑件600的其中一个目的为支撑支撑座300和支撑架400，以使支撑座300和支撑架400可以支撑法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200形成法珀腔机构。另外弹性支撑件600的另一个目的是实现支撑座300和支撑架400可相对移动。具体的，支撑座300和/或支撑架400在驱动组件500的作用下，可以拉动或压缩弹性支撑件600。弹性支撑件600在支撑座300和/或支撑架400的作用下可以发生形变，进而实现支撑座300和支撑架400相对移动。

上述实施例中，驱动电路530可以通过改变第一电极板510和第二电极板520之间的电压，调节第一电极板510和第二电极板520之间的静电力。具体的，在第一电极板510和第二电极板520之间的电压增加的情况下，第一电极板510和第二电极板520之间的静电作用力增加，进而带动支撑座300和支撑架400相对移动，并作用弹性支撑件600发生形变。随着支撑座300和支撑架400之间相对移动的位移增加，弹性支撑件600作用在支撑座300和支撑架400上的弹力逐渐增加。在弹性支撑件600作用在支撑座300和支撑架400上的弹力与驱动组件500作用在支撑座300和支撑架400上的作用力相等的情况下，支撑座300和支撑架400受力平衡，进而支撑座300和支撑架400相对静止。因此，可以通过驱动电路530控制第一电极板510和第二电极板520之间的电压大小来调节法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200之间的间距的大小，以实现感应不同波段的光线。

参照图5，像元结构104用于红外波段的感应的实施例中，可以将像元结构104中法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200之间的初始间距设置为可感应长波段红外光束。

在需要切换为感应短波段或中波段红外光束的情况下，可以通过增加第一电极板510和第二电极板520之间的电压，使得第一电极板510和第二电极板520之间产生的静电力增加，进而带动弹性支撑件600形变，并带动法珀腔第二极板200向靠近法珀腔第一极板100的方向移动，使得像元结构104可以用于感应的光线的波长减小。在像元结构104可以用于感应的光线的波长减小至短波段或中波段红外光束的波长范围内的情况下，可以通过保持第一电极板510和第二电极板520之间的电压维持法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200之间的间距，进而使像元结构104切换为感应短波段或中波段的红外光束。

在需要将可感应波段由短波段或中波段切换为感应长波段红外光束的情况下，可以通过减小第一电极板510和第二电极板520之间的电压，使得第一电极板510和第二电极板520之间产生的静电力减小，进而弹性支撑件600恢复形变，并带动法珀腔第二极板200向远离法珀腔第一极板100的方向移动，使得像元结构104可以用于感应的光线的波长增加。在像元结构104可以用于感应的光线的波长增加至长波段红外光束的波长范围的情况下，可以通过保持第一电极板510和第二电极板520之间的电压维持法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200之间的间距，进而使像元结构104切换为感应长波段的红外光束。

需要说明的是，上述实施例通过设置弹性支撑件600连接支撑座300和支撑架400，利用弹性支撑件600的形变实现支撑座300和支撑架400相对移动，可以简化像元结构104的结构，并可以通过MEMS(Micro Electro Mechanical System)工艺将像元结构104制作为更小。

参照图1和图2，弹性支撑件600可以包括第一支撑段610和第二支撑段620。第一支撑段610与第二支撑段620相连，且第一支撑段610相对第二支撑段620弯曲。具体的，在驱动组件500驱动支撑座300和/或支撑架400带动法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200相背移动的过程中，第一支撑段610和第二支撑段620之间的夹角逐渐增加。在驱动组件500驱动支撑座300和/或支撑架400带动法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200相向移动的过程中，第一支撑段610和第二支撑段620之间的夹角逐渐减小。第一支撑段610和第二支撑段620的连接处可以为弧形弯曲，还可以为钝角弯折。本申请不限定第一支撑段610和第二支撑段620连接处的具体形状。

上述实施例中，在弹性支撑件600的两端受到压力或拉力的情下，第一支撑段610相对第二支撑段620弯曲可以减小弹性支撑件600阻碍支撑座300和支撑架400相对移动的作用力，进而在支撑座300和支撑架400相对位移不变的情况下，可以减小驱动组件500驱动支撑座300和支撑架400的驱动力，即可以通过更少数量的第一电极板510和第二电极板520实现第一支撑段610和第二支撑段620相对移动，达到简化像元结构104的结构，降低像元结构104的制作难度，使像元结构104中的驱动组件500、支撑座300和/或支撑架400可以被制作为更小。并且，第一支撑段610和第二支撑段620相对弯折，可以利用第一支撑段610和第二支撑段620连接处弯折方向引导弹性支撑件600的两端受力后形变方向，以便控制支撑座300和/或支撑架400受到阻力的方向，进而便于准确控制支撑座300和/或支撑架400的相对移动的轨迹，以保证法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200可以相向或相背移动。

第一支撑段610可以相对第二支撑段620垂直。进一步的，第一支撑段610可以垂直于法珀腔第一极板100。本实施例中，在支撑架400作用在第二支撑段620上的作用力相同的情况下，第一支撑段610与第二支撑段620垂直，第一支撑段610垂直于法珀腔第一极板100，可以使第二支撑段620相对第一支撑段610和第二支撑段620连接处的力矩达到最大，进而可以进一步减小弹性支撑件600阻碍支撑座300和支撑架400相对移动的作用力。

弹性支撑件600的数量可以为多个，弹性支撑件600沿法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200的周向均匀分布，以防止支撑座300和支撑架400不同位置受力不均，避免法珀腔第一极板100和/或法珀腔第二极板200倾斜。

参照图2，像元结构104还可以包括读出电路，读出电路设置于基底700，且读出电路与法珀腔第一极板100相对设置，以通过读出电路感应从法珀腔第一极板100输出的光线。或者，读出电路紧贴于法珀腔第一极板100背离法珀腔第二极板200的一侧，以使读出电路可以感应从法珀腔第一极板100输出的光线。读出电路可以为CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor互补金属氧化物半导体)读出电路。

基于上述实施例所述的像元结构104，本发明还提出一种成像组件。该成像组件包括上文所述的像元结构104，以通过调节像元结构104可感应光线的波长范围使成像组件可以适用于不同波段范围的光线感应，进而达到扩大成像组件适用范围的目的。

成像组件还可以包括镜头101、镜头支架102和电路板103，像元结构104设置于电路板103，镜头101和电路板103设置于镜头支架102，且像元结构104与所述镜头101相对。镜头支架102为基础结构件，为镜头101、电路板103和/或像元结构104提供安装基础。

上述实施例中，成像组件通过镜头101取景，即外部光线从镜头101进入。镜头101与像元结构104相对设置，以保证从镜头101进入的光线可以照射于像元结构104上，进而可以通过调节像元结构104中法珀腔第一极板100和法珀腔第二极板200之间的间距以感应从镜头101进入光线中的不同波段范围内的光线。具体的，可以根据具体需要调节像元结构104实现对不同波段的光线的感应，进而可以适用于多种波段光线感应成像，扩大成像组件的使用范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。