一種高分辨率太赫茲波掃描成像裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高分辨率太赫茲波掃描成像裝置，包括太赫茲波收發(fā)機(jī)、第一拋物面反射鏡、平面反射鏡、第二拋物面反射鏡、第一電控位移導(dǎo)軌、第二電控位移導(dǎo)軌、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)；所述太赫茲波收發(fā)機(jī)用于發(fā)射太赫茲波并將接收到的太赫茲波轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；第一拋物面反射鏡用于準(zhǔn)直太赫茲波；平面反射鏡用于折轉(zhuǎn)太赫茲波光路至第二拋物面反射鏡；第二拋物面反射鏡用于將太赫茲波反射、聚焦至目標(biāo)表面，并將目標(biāo)反射的太赫茲波原路返回；數(shù)據(jù)采集卡用于將太赫茲收發(fā)機(jī)輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)用于輸出目標(biāo)的二維太赫茲波圖像。本發(fā)明裝置能同時(shí)兼顧成像分辨率和成像速度。
【專利說明】一種高分辨率太赫茲波掃描成像裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太赫茲波應(yīng)用領(lǐng)域，特別是涉及一種太赫茲波掃描成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲(THz)波通常指頻率在0.1?10 THz (波長(zhǎng)在3 mm?30 μ m)之間的電磁波，在電磁波譜中位于微波和紅外輻射之間。THz波能穿透很多介電材料和非極性材料，如衣料、塑料和紙張等，可以對(duì)可見光不透明的物體進(jìn)行透視成像。另外，與毫米波成像技術(shù)相比，太赫茲波波長(zhǎng)更短，因此能夠提供更高的空間分辨率。基于以上特點(diǎn)，太赫茲波成像技術(shù)在安全檢測(cè)、無(wú)損探傷、質(zhì)量控制等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0003]目前，太赫茲面陣探測(cè)器制作困難而且價(jià)格昂貴，因此大多數(shù)的太赫茲成像系統(tǒng)仍然采用點(diǎn)探測(cè)器和掃描成像方式。已報(bào)道的掃描成像方式主要有機(jī)械式掃描和光學(xué)式掃描兩種。機(jī)械式掃描的實(shí)現(xiàn)方式為:太赫茲成像單元整體在電控位移導(dǎo)軌控制下做光柵式二維掃描運(yùn)動(dòng)(例如:李海濤，王新柯，牧凱軍，張艷東等.《紅外與激光》.2007，37(9)，876-878)。這種掃描方式可以實(shí)現(xiàn)較高的成像分辨率，但是，由于太赫茲成像單元整體較重，為了保證掃描運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，掃描速度通常很慢。光學(xué)式掃描的實(shí)現(xiàn)方式為:太赫茲成像單元整體靜止不動(dòng)，太赫茲成像單元內(nèi)部采用擺鏡、多面體鏡鼓、楔形轉(zhuǎn)鏡、等光機(jī)掃描部件使太赫茲聚焦光斑在待測(cè)物體表面形成掃描運(yùn)動(dòng)。已報(bào)道的光學(xué)式掃描方法包括:擺鏡掃描式(專利號(hào):US 2008/0251720 AUCN 101832912 B,CN 101846752 A)、多面體鏡鼓掃描式(專利號(hào):CN 102004087 A、CN 102023144 BXN 102681022 A、CN 102681023 A)和楔形轉(zhuǎn)鏡掃描式(專利號(hào):CN 102012562 B, CN 102004311 B)。相對(duì)于機(jī)械式掃描，光學(xué)式掃描可以大幅度提高掃描速度，但是，由于掃描過程中太赫茲匯聚光束的數(shù)值孔徑通常很小，因此導(dǎo)致成像空間分辨率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種高分辨率太赫茲波掃描成像裝置，能同時(shí)兼顧成像分辨率和成像速度。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種高分辨率太赫茲波掃描成像裝置，包括太赫茲波收發(fā)機(jī)、第一拋物面反射鏡、平面反射鏡、第二拋物面反射鏡、第一電控位移導(dǎo)軌、第二電控位移導(dǎo)軌、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)；所述太赫茲波收發(fā)機(jī)用于發(fā)射太赫茲波并將接收到的太赫茲波轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；第一拋物面反射鏡用于準(zhǔn)直太赫茲波收發(fā)機(jī)發(fā)射的太赫茲波；平面反射鏡用于折轉(zhuǎn)準(zhǔn)直后的太赫茲波光路至第二拋物面反射鏡；第二拋物面反射鏡用于將太赫茲波反射、聚焦至目標(biāo)表面，并將目標(biāo)反射的太赫茲波原路返回；第一電控位移導(dǎo)軌用于驅(qū)動(dòng)第二拋物面反射鏡做水平運(yùn)動(dòng)，使太赫茲光斑在目標(biāo)表面形成行掃描；第二電控位移導(dǎo)軌用于驅(qū)動(dòng)拋物面反射鏡和平面反射鏡整體做垂直運(yùn)動(dòng)，使太赫茲光斑在目標(biāo)表面形成列掃描；數(shù)據(jù)采集卡用于將太赫茲收發(fā)機(jī)輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)用于控制第一電控位移導(dǎo)軌和第二電控位移導(dǎo)軌做二維光柵式掃描運(yùn)動(dòng)，并通過數(shù)據(jù)采集卡采集從目標(biāo)表面每一點(diǎn)反射的太赫茲電壓信號(hào)強(qiáng)度，進(jìn)行圖像處理，輸出目標(biāo)的二維太赫茲波圖像。
[0006]本發(fā)明還提供一種高分辨率太赫茲波掃描成像裝置，包括太赫茲波發(fā)射機(jī)、第一拋物面反射鏡、第一平面反射鏡、第一電控位移導(dǎo)軌、第二拋物面反射鏡、第三拋物面反射鏡、第二平面反射鏡、第二電控位移導(dǎo)軌、第四拋物面反射鏡、太赫茲波接收機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)；所述太赫茲波發(fā)射機(jī)用于發(fā)射太赫茲波，為系統(tǒng)提供成像載波；第一拋物面反射鏡用于對(duì)太赫茲波發(fā)射機(jī)發(fā)射的太赫茲波束進(jìn)行準(zhǔn)直；第一平面反射鏡用于折轉(zhuǎn)第一拋物面反射鏡準(zhǔn)直后的太赫茲波光路至第二拋物面反射鏡；第二拋物面反射鏡用于將太赫茲波反射、聚焦至待測(cè)物體表面；第三拋物面反射鏡用于反射和準(zhǔn)直被待測(cè)物體反射的太赫茲波；第二平面反射鏡用于折轉(zhuǎn)第三拋物面反射鏡反射和準(zhǔn)直的太赫茲波光路至第四拋物面反射鏡；第四拋物面反射鏡用于將平行太赫茲波光束匯聚至太赫茲接收機(jī)；太赫茲接收機(jī)用于將接收到的太赫茲波轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡用于對(duì)該電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后發(fā)送給計(jì)算機(jī)；所述第二拋物面反射鏡和第三拋物面反射鏡安裝在第一電控位移導(dǎo)軌的滑塊上；第一電控位移導(dǎo)軌用于驅(qū)動(dòng)第二拋物面反射鏡和第三拋物面反射鏡做水平運(yùn)動(dòng)，使太赫茲聚焦光斑在待測(cè)物體表面形成行掃描；所述第一電控位移導(dǎo)軌、第一平面反射鏡和第二平面反射鏡安裝在第二電控位移導(dǎo)軌的滑塊上；電控位移導(dǎo)軌用于驅(qū)動(dòng)第一平面反射鏡、第二拋物面反射鏡、第三拋物面反射鏡和第二平面反射鏡整體做垂直運(yùn)動(dòng)，使太赫茲聚焦光斑在待測(cè)物體表面形成列掃描；計(jì)算機(jī)用于控制第一電控位移導(dǎo)軌和第二電控位移導(dǎo)軌做二維光柵式掃描運(yùn)動(dòng)，并通過數(shù)據(jù)采集卡采集每個(gè)掃描位置反射回來(lái)的太赫茲信號(hào)強(qiáng)度，然后進(jìn)行數(shù)字圖像處理，輸出待測(cè)物體的二維太赫茲波掃描圖像。
[0007]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:
I)采用拋物面反射鏡作為太赫茲波準(zhǔn)直和聚焦元件，由于拋物面反射鏡工作頻段寬，不存光譜偏差和球面偏差，能夠?qū)⑻掌澆ㄊ瞻l(fā)機(jī)發(fā)出的太赫茲波束高度準(zhǔn)直，并將平行太赫茲波光束以較大的孔徑角高度匯聚至目標(biāo)表面，因此掃描成像空間分辨率高。
[0008]2)掃描成像過程中，太赫茲收發(fā)機(jī)和拋物面反射鏡均靜止不動(dòng)，只有平面反射鏡和另一拋物面反射鏡參與掃描運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的重量大大減輕，因此能夠?qū)崿F(xiàn)較快的掃描成像速度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
圖1為本發(fā)明裝置第一實(shí)施例的俯視圖；
圖2為本發(fā)明裝置第一實(shí)施例中拋物面反射鏡的反射后的光束傳播方向圖；
圖3為本發(fā)明裝置第二實(shí)施例的俯視圖；
圖4為本發(fā)明裝置第二實(shí)施例中拋物面反射鏡的反射后的光束傳播方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。[0011]如圖1所示，圖1是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。本實(shí)施例裝置包括太赫茲波收發(fā)機(jī)1、拋物面反射鏡2、平面反射鏡3、拋物面反射鏡4、電控位移導(dǎo)軌5、電控位移導(dǎo)軌6和待測(cè)物體7，以及數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)。其中，太赫茲波收發(fā)機(jī)I向外發(fā)射太赫茲波，為系統(tǒng)提成成像載波；拋物面反射鏡2用于對(duì)太赫茲波收發(fā)機(jī)I向外發(fā)射的太赫茲波束進(jìn)行準(zhǔn)直；平面反射鏡3用于折轉(zhuǎn)準(zhǔn)直后的太赫茲波光路至拋物面反射鏡4 ;拋物面反射鏡4用于將太赫茲波反射、聚焦至待測(cè)物體7表面，太赫茲波光束被拋物面反射鏡4反射后的傳播方向如圖2所示，待測(cè)物體7平行于紙面放置；被待測(cè)物體反射的太赫茲波原路返回至太赫茲波收發(fā)機(jī)I ;太赫茲收發(fā)機(jī)I將接收到的太赫茲波轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡對(duì)該電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后發(fā)送給計(jì)算機(jī)；拋物面反射鏡4安裝在電控位移導(dǎo)軌一 5的滑塊上，電控位移導(dǎo)軌5用于驅(qū)動(dòng)拋物面反射鏡4做水平運(yùn)動(dòng)，從而使太赫茲聚焦光斑在待測(cè)物體7表面形成行掃描；電控位移導(dǎo)軌5和平面反射鏡3安裝在電控位移導(dǎo)軌6的滑塊上，電控位移導(dǎo)軌6用于驅(qū)動(dòng)拋物面反射鏡4和平面反射鏡3整體做垂直運(yùn)動(dòng)，從而使太赫茲聚焦光斑在待測(cè)物體7表面形成列掃描；計(jì)算機(jī)用于控制電控位移導(dǎo)軌5和電控位移導(dǎo)軌6做二維光柵式掃描運(yùn)動(dòng)，并通過數(shù)據(jù)采集卡采集每個(gè)掃描位置反射回來(lái)的太赫茲信號(hào)強(qiáng)度，然后進(jìn)行數(shù)字圖像處理，在顯示器中輸出待測(cè)物體7的二維太赫茲波掃描圖像。
[0012]上述拋物面反射鏡均可替換為其它可實(shí)現(xiàn)類似功能的光學(xué)元件或組合。例如:將拋物面反射鏡替換為平面反射鏡和準(zhǔn)直透鏡，其中:平面反射鏡可采用金屬鋁制作，準(zhǔn)直透鏡可采用高密度聚乙烯、聚四氟乙烯、聚4-甲基戊烯-1 (TXP)等材料制作。太赫茲波收發(fā)機(jī)1、太赫茲波發(fā)射機(jī)8的工作頻率也可以為其它所有頻段,例如:微波、暈米波、紅外、可見光等頻段。
[0013]實(shí)施例中，太赫茲波收發(fā)機(jī)I采用德國(guó)Synview公司生產(chǎn)的型號(hào)為SynViewHead300的全電子學(xué)太赫茲波收發(fā)模塊，發(fā)射的太赫茲波頻率范圍為0.23 THz?
0.32 THz，功率為60 uW，束腰半徑為3 mm ;采用諧波混頻方式探測(cè)接收到的太赫茲信號(hào)，有效測(cè)量時(shí)間為100 us。所有的拋物面反射鏡(2、4、9、12、13、16)和平面反射鏡(3、10、14)均可采用金屬鋁制作，也可采用輕質(zhì)材料(如塑料)表面鍍鋁或金等制作。太赫茲波發(fā)射機(jī)8采用德國(guó)Radiometer Physics公司生產(chǎn)的由耿氏振蕩器和倍頻器級(jí)聯(lián)組成、輸出頻率為
0.2 THz、功率為12 mff的太赫茲波源。
[0014]圖3是本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例組成框圖。本實(shí)施例包括由太赫茲波發(fā)射機(jī)8、拋物面反射鏡9、平面反射鏡IO、第三電控位移導(dǎo)軌11、拋物面反射鏡12、拋物面反射鏡13、平面反射鏡14、第四電控位移導(dǎo)軌15、拋物面反射鏡16、太赫茲波接收機(jī)17和待測(cè)物體7。其中，太赫茲波發(fā)射機(jī)8向外發(fā)射太赫茲波,為系統(tǒng)提供成像載波；拋物面反射鏡9用于太赫茲波發(fā)射機(jī)8向外發(fā)射的對(duì)太赫茲波束進(jìn)行準(zhǔn)直；平面反射鏡10用于折轉(zhuǎn)太赫茲波光路至拋物面反射鏡12 ;拋物面反射鏡12用于將太赫茲波反射、聚焦至待測(cè)物體7表面，太赫茲波光束被拋物面反射鏡12反射后的傳播方向如圖4所示，待測(cè)物體7平行于紙面放置；被待測(cè)物體7反射的太赫茲波被拋物面反射鏡13所反射和準(zhǔn)直；平面反射鏡14用于折轉(zhuǎn)太赫茲波光路至拋物面反射鏡16 ;拋物面反射鏡16用于將平行太赫茲波光束匯聚至太赫茲接收機(jī)17 ;太赫茲接收機(jī)17將接收到的太赫茲波轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡對(duì)該電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后發(fā)送給計(jì)算機(jī)；拋物面反射鏡12和拋物面反射鏡13安裝在電控位移導(dǎo)軌11的滑塊上；電控位移導(dǎo)軌11用于驅(qū)動(dòng)拋物面反射鏡12和拋物面反射鏡13做水平運(yùn)動(dòng)，從而使太赫茲聚焦光斑在待測(cè)物體7表面形成行掃描；電控位移導(dǎo)軌三11、平面反射鏡10和平面反射鏡14安裝在電控位移導(dǎo)軌四15的滑塊上；電控位移導(dǎo)軌四15用于驅(qū)動(dòng)平面反射鏡10、拋物面反射鏡12、拋物面反射鏡13和平面反射鏡14整體做垂直運(yùn)動(dòng)，從而使太赫茲聚焦光斑在待測(cè)物體7表面形成列掃描；計(jì)算機(jī)用于控制電控位移導(dǎo)軌三11和電控位移導(dǎo)軌四15做二維光柵式掃描運(yùn)動(dòng)，并通過數(shù)據(jù)采集卡采集每個(gè)掃描位置反射回來(lái)的太赫茲電壓信號(hào)強(qiáng)度，然后進(jìn)行數(shù)字圖像處理，在顯示器中輸出待測(cè)物體7的二維太赫茲波掃描圖像。
[0015]上述太赫茲波接收機(jī)17的工作頻率也可以替換為其它所有頻段,例如:微波、暈米波、紅外、可見光等頻段。
[0016]實(shí)施例中，太赫茲波接收機(jī)17采用由美國(guó)Pacific Millimeter公司生產(chǎn)的型號(hào)為⑶的肖特基二極管。數(shù)據(jù)采集卡可采用美國(guó)NI公司生產(chǎn)的型號(hào)為PC1-6115的12位、最高采集速率為10 MHz的模擬信號(hào)采集卡。
[0017]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高分辨率太赫茲波掃描成像裝置，包括太赫茲波收發(fā)機(jī)、第一拋物面反射鏡、平面反射鏡、第二拋物面反射鏡、第一電控位移導(dǎo)軌、第二電控位移導(dǎo)軌、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)； 所述太赫茲波收發(fā)機(jī)用于發(fā)射太赫茲波并將接收到的太赫茲波轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；第一拋物面反射鏡用于準(zhǔn)直太赫茲波收發(fā)機(jī)發(fā)射的太赫茲波；平面反射鏡用于折轉(zhuǎn)準(zhǔn)直后的太赫茲波光路至第二拋物面反射鏡；第二拋物面反射鏡用于將太赫茲波反射、聚焦至目標(biāo)表面，并將目標(biāo)反射的太赫茲波原路返回；第一電控位移導(dǎo)軌用于驅(qū)動(dòng)第二拋物面反射鏡做水平運(yùn)動(dòng)，使太赫茲光斑在目標(biāo)表面形成行掃描；第二電控位移導(dǎo)軌用于驅(qū)動(dòng)拋物面反射鏡和平面反射鏡整體做垂直運(yùn)動(dòng)，使太赫茲光斑在目標(biāo)表面形成列掃描；數(shù)據(jù)采集卡用于將太赫茲收發(fā)機(jī)輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)用于控制第一電控位移導(dǎo)軌和第二電控位移導(dǎo)軌做二維光柵式掃描運(yùn)動(dòng)，并采集從目標(biāo)表面每一點(diǎn)反射的太赫茲電壓信號(hào)強(qiáng)度，進(jìn)行圖像處理，輸出目標(biāo)的二維太赫茲波圖像。
2.一種高分辨率太赫茲波掃描成像裝置，其特征在于，包括太赫茲波發(fā)射機(jī)、第一拋物面反射鏡、第一平面反射鏡、第一電控位移導(dǎo)軌、第二拋物面反射鏡、第三拋物面反射鏡、第二平面反射鏡、第二電控位移導(dǎo)軌、第四拋物面反射鏡、太赫茲波接收機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)；所述太赫茲波發(fā)射機(jī)用于發(fā)射太赫茲波，為系統(tǒng)提供成像載波；第一拋物面反射鏡用于對(duì)太赫茲波發(fā)射機(jī)發(fā)射的太赫茲波束進(jìn)行準(zhǔn)直；第一平面反射鏡用于折轉(zhuǎn)第一拋物面反射鏡準(zhǔn)直后的太赫茲波光路至第二拋物面反射鏡；第二拋物面反射鏡用于將太赫茲波反射、聚焦至待測(cè)物體表面；第三拋物面反射鏡用于反射和準(zhǔn)直被待測(cè)物體反射的太赫茲波；第二平面反射鏡用于折轉(zhuǎn)第三拋物面反射鏡反射和準(zhǔn)直的太赫茲波光路至第四拋物面反射鏡；第四拋物面反射鏡用于將平行太赫茲波光束匯聚至太赫茲接收機(jī)；太赫茲接收機(jī)用于將接收到的太赫茲波轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡用于對(duì)該電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后發(fā)送給計(jì)算機(jī)；所述第二拋物面反射鏡和第三拋物面反射鏡安裝在第一電控位移導(dǎo)軌的滑塊上；第一電控位移導(dǎo)軌用于驅(qū)動(dòng)第二拋物面反射鏡和第三拋物面反射鏡做水平運(yùn)動(dòng)，使太赫茲聚焦光斑在待測(cè)物體表面形成行掃描；所述第一電控位移導(dǎo)軌、第一平面反射鏡和第二平面反射鏡安裝在第二電控位移導(dǎo)軌的滑塊上；電控位移導(dǎo)軌用于驅(qū)動(dòng)第一平面反射鏡、第二拋物面反射鏡、第三拋物面反射鏡和第二平面反射鏡整體做垂直運(yùn)動(dòng)，使太赫茲聚焦光斑在待測(cè)物體表面形成列掃描；計(jì)算機(jī)用于控制第一電控位移導(dǎo)軌和第二電控位移導(dǎo)軌做二維光柵式掃描運(yùn)動(dòng)，并通過數(shù)據(jù)采集卡采集每個(gè)掃描位置反射回來(lái)的太赫茲電壓信號(hào)強(qiáng)度，然后進(jìn)行數(shù)字圖像處理，輸出待測(cè)物體的二維太赫茲波掃描圖像。
【文檔編號(hào)】G02B26/10GK103575704SQ201310539643
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】袁英豪, 郭良賢, 孫峰, 鄧代竹, 李淵, 梁娟, 張青, 張保 申請(qǐng)人:湖北久之洋紅外系統(tǒng)股份有限公司