[实用新型]高频成像器和成像电路

说明书

技术领域

本公开涉及由像素矩阵形成的高频成像器，例如，太赫兹成像器。

背景技术

太赫兹成像器是适配于基于太赫兹波(即，具有例如在0.3到3THz之间的频率的波)来捕获场景的图像的设备。诸如在申请人的美国专利申请公开第2014/070103号中所公开的常规成像器包括用于照射待成像场景的太赫兹波发射器和从该场景接收太赫兹波的由像素矩阵构成的传感器。太赫兹成像器被用于大量应用中，其中希望看穿场景的一些材料。实际上，太赫兹波穿透大量介电材料和非极性液体、被水吸收、并且几乎完全被金属反射。太赫兹成像器尤其被用于机场中的安全扫描仪，用于看穿人的衣物或行李，从而例如检测金属物体。

图1是美国专利申请公开第2014/070103号的图1的复制件。传感器1包括适配于捕获太赫兹波的像素5的矩阵3。行解码器7接收行选择信号9，该行选择信号指示要读取哪一行并向矩阵3的行提供对应的控制信号11。像素矩阵3为矩阵的每列提供输出信号13。输出信号13被耦合到选择并控制每列的输出块15。列的读取由被耦合到输出块15的列解码器17控制，并且在该示例中，列被一个接一个地读取。输出块15提供表示所选的行和列的像素5的值的输出信号19。输出信号19被放大并耦合到模拟到数字转换器21。

为了分析接收到的信号，该信号与由振荡器23提供的参考太赫兹信号组合。振荡器23被布置在矩阵3的外部并向传感器1的大量像素或全部像素提供相同的太赫兹信号。该振荡器23优选地与太赫兹发射器(未示出)耦合以照射要被分析的场景。

图2是美国专利申请公开第2014/070103号的图3的复制件，并且图示了传感器1的一个像素5的示例。在该示例中，像素5包括由两个N-MOS晶体管29形成的检测天线25和检测电路27，晶体管的栅极被偏置处于电势V_gate。天线被耦合到图1所示的振荡器23和检测电路27。检测电路27的输出被耦合到行和列选择电路31。选择电路31通过由传感器1的行解码器7提供的信号R_SEL并且通过由传感器1的列解码器17提供的信号C_SEL控制。表示像素5的值的模拟输出信号19能够在耦合到传感器1的转换器21(图1)的节点COL_OUT处获得。

图3是美国专利申请公开第2014/070103号的图5的复制件，表示了太赫兹成像器的频率振荡电路33的示例。电路33包括由奇数N个反相器构成的环形振荡器，N在该示例中为三个。每个反相器包括NMOS晶体管35，NMOS晶体管35的漏极被耦合到节点37，并且NMOS晶体管35的源极被耦合到接地。每个节点37穿过电感器39被耦合到下一晶体管35的栅极，电感器39具有相同的电感值。每个节点37经过电感器43而被进一步耦合到相加节点41，全部电感器43具有相同的电感值。相加节点41经由电感器47被耦合到DC电压源45，并且经由电感器51被耦合到发射器33的输出节点49。如图所示，输出节点49例如可以通过电阻器53而被接地。

在操作中，由环形振荡器生成的信号具有频率F的基波正弦分量和其中之一具有频率N*F的谐波正弦分量。每个电感器43的值被选择以实现中心频率为N*F的带通滤波器，并且具有等于N*F的频率f_L0的输出信号能够在被耦合到太赫兹发射天线的发射器33的输出节点49处获得。

图4是美国专利申请公开第2014/070103号的第八张附图的部分复制件，其示意性地图示了如结合图3所公开的频率振荡电路33的示例实施方式，但是具有5个反相器而不是3个反相器。在该示例中，每个电感器39、43、51被实施为传输线。

结合图1至图4公开的太赫兹成像器是被提供用于看穿大宗物体的一些材料的远场成像器，在距物体的远距离处观察，物体具有大于10cm的尺寸，优选大于1米。利用远场成像器得到的图像的分辨率最佳为大约成像器的操作波长，即，在300GHz频率下为1mm并且在3THz频率下为0.1nm。为了提高远场成像器的空间分辨率，可以增加成像器的操作频率。然而，这引起了各种问题。因此，远场太赫兹成像器并不适配于获得具有十分之几微米数量级分辨率的图像。