專利名稱：一種太赫茲波成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太赫茲波掃描成像技術(shù)，具體地說本發(fā)明涉及一種利用波掃描和線陣探測(cè)器相結(jié)合的高幀頻、大視場(chǎng)的人體太赫茲波掃描成像裝置。
背景技術(shù)：
太赫茲波介于微波和紅外之間，對(duì)塑料、紙片、紡織品以及皮革等材料具有很好的穿透性，比微波波長(zhǎng)更短，所成圖像具有更高的空間分辨率；比X射線能量低多個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)生物組織不會(huì)造成電離損傷，因此，太赫茲成像裝置在人體安檢中具有實(shí)用性，可與傳統(tǒng)安檢設(shè)備形成有效互補(bǔ)。目前，受材料和加工工藝的限制，太赫茲波段的探測(cè)器件造價(jià)昂貴，在太赫茲成像中還無法采用焦平面成像，大多采用掃描成像。在掃描成像中，逐點(diǎn)機(jī)械掃描時(shí)間過長(zhǎng)，無法應(yīng)用于實(shí)際安檢場(chǎng)所。在采用光機(jī)掃描成像系統(tǒng)中，由于受探測(cè)器的限制，采用單個(gè)探測(cè)器的光機(jī)掃描成像為了保證探測(cè)器靈敏度，成像時(shí)間無法達(dá)到視頻幀頻。因此采用線陣探測(cè)器和光機(jī)掃描相結(jié)合的太赫茲波掃描成像方法可以滿足人體安檢所需的高幀頻、大視場(chǎng)的需求?，F(xiàn)有的采用線陣探測(cè)器的太赫茲波掃描成像裝置中，為了增加與線陣探測(cè)器排列方向上的像素?cái)?shù)，需要采用幀掃平面鏡沿著線陣探測(cè)單元的排列方向進(jìn)行大幅度來回?cái)[動(dòng)掃描，幀掃平面鏡的引入降低了掃描速度和成像質(zhì)量，也增加了成像裝置的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種太赫茲波成像裝置，能夠?qū)Ρ粶y(cè)目標(biāo)在太赫茲波段進(jìn)行掃描成像，提高掃描速度，降低成像裝置復(fù)雜性同時(shí)增強(qiáng)成像質(zhì)量。本發(fā)明的一種太赫茲波成像裝置，包括多面體轉(zhuǎn)鏡、太赫茲透鏡和太赫茲線陣探測(cè)器；被測(cè)目標(biāo)所輻射或反射的太赫茲波被所述多面體轉(zhuǎn)鏡反射到所述太赫茲透鏡上，經(jīng)過太赫茲透鏡的匯聚后由太赫茲線陣探測(cè)器接收；所述多面體轉(zhuǎn)鏡由多個(gè)平面鏡圍繞而成，多面體轉(zhuǎn)鏡可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所有平面鏡與轉(zhuǎn)軸之間的角度大小呈線性關(guān)系變化，通過每個(gè)平面鏡輪流作為被測(cè)目標(biāo)的反射面，使得被測(cè)目標(biāo)在太赫茲透鏡的像平面上所成的像在水平方向上移動(dòng)。所述多面體轉(zhuǎn)鏡包括正N面體支架和N個(gè)平面鏡；在正N面體支架的每個(gè)側(cè)面上均設(shè)置一個(gè)平面鏡，使所有平面鏡與正N面體支架的轉(zhuǎn)軸之間的角度等間隔依次增加，且以0度為中心正負(fù)對(duì)稱分布；正N面體支架的中心軸作為多面體轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)軸，多面體轉(zhuǎn)鏡放置在被測(cè)目標(biāo)的前方，使多面體轉(zhuǎn)鏡的中心軸在水平面內(nèi)且與被測(cè)目標(biāo)所在的物平面平行；多面體轉(zhuǎn)鏡上與所在側(cè)面成0°角的平面鏡記為平面鏡A ;所述N取3或5;所述太赫茲透鏡置于多面體轉(zhuǎn)鏡的反射光路中，當(dāng)平面鏡A與被測(cè)目標(biāo)成45°角時(shí)，被測(cè)目標(biāo)的幾何中心點(diǎn)經(jīng)過平面鏡A的反射后投影到太赫茲透鏡的幾何中心上；所述太赫茲線陣探測(cè)器至少包括2個(gè)探測(cè)單元，太赫茲線陣探測(cè)器中的所有探測(cè)單元在被測(cè)目標(biāo)的像平面的水平中心線上均勻分布。所述多面體轉(zhuǎn)鏡中與所在側(cè)面所成角度負(fù)向最大的一個(gè)平面鏡記為平面鏡B，多面體轉(zhuǎn)鏡中與所在側(cè)面所成角度正向最大的一個(gè)平面鏡記為平面鏡C，當(dāng)多面體轉(zhuǎn)鏡從平面B轉(zhuǎn)到平面鏡C時(shí)，被測(cè)目標(biāo)在太赫茲透鏡的像平面上所成的像移動(dòng)太赫茲線陣探測(cè)器中兩個(gè)相鄰探測(cè)單元的的間距。該裝置還包括用于將太赫茲透鏡透射的太赫茲波方向改變90°的反射鏡。所述太赫茲透鏡要保證成像視場(chǎng)覆蓋被測(cè)目標(biāo)的水平橫向范圍，且選用允許頻率范圍為0. ITHz-IOTHz的太赫茲波通過的材料加工而成。反射鏡、多面體轉(zhuǎn)鏡、太赫茲透鏡和太赫茲線陣探測(cè)器均封裝在盒體內(nèi)，在被測(cè)目標(biāo)與多面體轉(zhuǎn)鏡之間的盒體上安裝有可允許太赫茲波透過的成像窗口。該裝置還包括頻率范圍為0. ITHz-IOTHz太赫茲輻射源，用于對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行照明。本發(fā)明的一種太赫茲波成像裝置具有如下有益效果通過將多面體轉(zhuǎn)鏡的側(cè)面上設(shè)置角度不同的平面鏡，增加對(duì)被測(cè)目標(biāo)的掃描成像的列數(shù)，提高了成像質(zhì)量和成像速度，同時(shí)增加該系統(tǒng)在人體安檢中對(duì)人體進(jìn)行掃描成像的實(shí)時(shí)性、實(shí)用性；
只通過驅(qū)動(dòng)多面體轉(zhuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)就實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)目標(biāo)的大范圍的二維多列掃描，從而精簡(jiǎn)了掃描成像裝置的結(jié)構(gòu)，降低成本。


圖I.本發(fā)明的一種太赫茲波成像裝置的側(cè)視示意圖；圖2.本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的三面體掃描鏡等軸側(cè)視圖；圖3.本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的三面體轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖；圖4.本發(fā)明中的一個(gè)實(shí)施例的成像裝置的原理示意圖。其中，I-被測(cè)目標(biāo)、2_成像窗口、3_多面體轉(zhuǎn)鏡、3-1-平面鏡、3_2_正N面體支架、4-太赫茲透鏡、5-反射鏡、6-探測(cè)單元。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明提供了一種太赫茲波成像裝置，用于人體的太赫茲成像安檢，如圖I所示，該裝置包括多面體轉(zhuǎn)鏡3、太赫茲透鏡4和太赫茲線陣探測(cè)器；被測(cè)目標(biāo)I所輻射或反射的太赫茲波被多面體轉(zhuǎn)鏡3反射到太赫茲透鏡4上，經(jīng)過太赫茲透鏡4的匯聚后再由太赫茲線陣探測(cè)器接收；為了降低掃描成像裝置的重心，提高裝置穩(wěn)定性，本發(fā)明采用一個(gè)與被測(cè)目標(biāo)I成45°角的反射鏡5，用于將太赫茲透鏡4透射的太赫茲波方向改變90° ,使太赫茲線陣探測(cè)器由原來的豎直方向變?yōu)樗椒较騺斫邮仗掌澆?。多面體轉(zhuǎn)鏡3在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過每個(gè)側(cè)面輪流作為被測(cè)目標(biāo)I的反射面，使得被測(cè)目標(biāo)I在太赫茲透鏡4的像平面上所成的像在水平方向上移動(dòng)。根據(jù)上述裝置的結(jié)構(gòu)原理，當(dāng)多面體轉(zhuǎn)鏡4轉(zhuǎn)動(dòng)，被測(cè)目標(biāo)I在像平面所成的像在水平面上移動(dòng)時(shí)，探測(cè)單元6就可以接收到不同于以前的被測(cè)目標(biāo)I在水平方向上的像素?cái)?shù)據(jù)，由此，在不移動(dòng)探測(cè)單元6和增加其它器件的情況下，就可以接收到更多的被測(cè)目標(biāo)I上的圖像信息；相比于現(xiàn)有技術(shù)，只要求具有多個(gè)反射面的多面體轉(zhuǎn)鏡3轉(zhuǎn)動(dòng)就能探測(cè)到更多像素?cái)?shù)據(jù)，因此本發(fā)明采用的裝置更加簡(jiǎn)單緊湊，具有更高的實(shí)用價(jià)值。需要說明的是，太赫茲線陣探測(cè)器可對(duì)被測(cè)目標(biāo)I的一列像素點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)，當(dāng)多面體轉(zhuǎn)鏡3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，即可把多列像素點(diǎn)送入到太赫茲線陣探測(cè)器中，即實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。因此，增加太赫茲線陣探測(cè)器中的探測(cè)單元6，就會(huì)使太赫茲線陣探測(cè)器可以一次性探測(cè)較多的像素點(diǎn)，當(dāng)多面體轉(zhuǎn)鏡3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，探測(cè)到的像素點(diǎn)就會(huì)大大增加，因此太赫茲線陣探測(cè)器中最少有一個(gè)探測(cè)單元6即可，也可實(shí)際需要來選擇數(shù)量。為了實(shí)現(xiàn)方便，多面體轉(zhuǎn)鏡3包括正N面體支架3-1和N個(gè)平面鏡3_2 ;在正N面 體支架3-1的每個(gè)側(cè)面上均設(shè)置一個(gè)平面鏡3-2，N取3、5、6或更多#面體支架3_1的中心軸作為多面體轉(zhuǎn)鏡3的轉(zhuǎn)動(dòng)軸；使所有平面鏡3-2與正N面體支架3-1的中心軸之間的角度等間隔依次增加，且以0度為中心正負(fù)對(duì)稱分布；多面體轉(zhuǎn)鏡3放置在被測(cè)目標(biāo)I的前方，使多面體轉(zhuǎn)鏡3的中心軸在水平面內(nèi)且與被測(cè)目標(biāo)I的物平面平行；多面體轉(zhuǎn)鏡3上與所在側(cè)面成0°角的平面鏡3-2記為平面鏡A。需要說明的是，多面體轉(zhuǎn)鏡3與被測(cè)目標(biāo)I的位置關(guān)系并不限于上述所描述的位置關(guān)系，上述描述的位置只是一個(gè)比較容易實(shí)現(xiàn)的方式而已，多面體轉(zhuǎn)鏡3的轉(zhuǎn)動(dòng)軸可以不與被測(cè)目標(biāo)I平行，轉(zhuǎn)動(dòng)軸的方向與多面體轉(zhuǎn)鏡3上布置的平面鏡3-2的角度有關(guān)系，但只要兩者遵循如下原則在多面體轉(zhuǎn)鏡3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)保證使被測(cè)目標(biāo)I在像平面上所成的像在水平方向上移動(dòng)，使太赫茲線陣探測(cè)器探測(cè)到更多的像素?cái)?shù)據(jù)，就可以完成本發(fā)明的目的。為了實(shí)現(xiàn)太赫茲透鏡4的最好效果，根據(jù)常規(guī)的技術(shù)手段，將太赫茲透鏡4置于多面體轉(zhuǎn)鏡3的反射光路中，當(dāng)平面鏡A與被測(cè)目標(biāo)I成45°角時(shí)，被測(cè)目標(biāo)I的幾何中心點(diǎn)經(jīng)過平面鏡A的反射后投影到太赫茲透鏡4的幾何中心上；同時(shí)且要保證太赫茲透鏡4的成像視場(chǎng)能夠覆蓋被測(cè)目標(biāo)的水平橫向范圍，選用允許頻率范圍為0. ITHz-IOTHz的太赫茲波通過的材料加工而成。太赫茲線陣探測(cè)器至少包括2個(gè)探測(cè)單元6，所有太赫茲陣列探測(cè)器在被測(cè)目標(biāo)I的像平面的水平中心線上均勻分布。為了說明方便，多面體轉(zhuǎn)鏡3中與所在側(cè)面所成角度負(fù)向最大的一個(gè)平面鏡3-2記為平面鏡B，多面體轉(zhuǎn)鏡3中與所在側(cè)面所成角度正向最大的一個(gè)平面鏡3-2記即為平面鏡C，當(dāng)多面體轉(zhuǎn)鏡3從平面B轉(zhuǎn)到平面鏡C時(shí)，被測(cè)目標(biāo)I在太赫茲透鏡4的像平面上所成的像移動(dòng)太赫茲線陣探測(cè)器中兩個(gè)相鄰探測(cè)單元6的間距。為了防止灰塵和雜散光等進(jìn)入到掃描系統(tǒng)內(nèi)部，反射鏡5、多面體轉(zhuǎn)鏡3、太赫茲透鏡4和太赫茲線陣探測(cè)器均封裝在盒體內(nèi)，在被測(cè)目標(biāo)I與多面體轉(zhuǎn)鏡3之間的盒體上安裝有可允許太赫茲波透過的成像窗口 2。本發(fā)明的系統(tǒng)還可用主動(dòng)太赫茲波掃描成像，在主動(dòng)太赫茲波掃描成像中，選用頻率范圍為0. ITHz-IOTHz的太赫茲輻射源對(duì)被測(cè)目標(biāo)進(jìn)行照明。本發(fā)明的太赫茲波成像裝置的工作原理為掃描成像時(shí)，多面體轉(zhuǎn)鏡3繞其轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行高速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，多面體轉(zhuǎn)鏡3的每個(gè)平面鏡3-2轉(zhuǎn)到被測(cè)目標(biāo)I后方的光路上時(shí)，都會(huì)對(duì)被測(cè)目標(biāo)I的豎直方向完成多列快速掃描，掃描的列數(shù)與太赫茲線陣探測(cè)器中探測(cè)單元6的數(shù)量一致，如圖4所示，本實(shí)例中，假設(shè)被測(cè)目標(biāo)I上水平方向有48列像素點(diǎn)，探測(cè)單元6的數(shù)量為16，因此多面體轉(zhuǎn)鏡3中的每個(gè)平面鏡3-2轉(zhuǎn)過后，都會(huì)對(duì)被測(cè)目標(biāo)I完成在豎直方向16列掃描。為了增加對(duì)被測(cè)目標(biāo)I的掃描列數(shù)，即增加被測(cè)目標(biāo)I的水平行上的像素?cái)?shù)，并且充分利用多面體轉(zhuǎn)鏡3的每個(gè)平面鏡3-2進(jìn)行不同列的掃描，多面體轉(zhuǎn)鏡3中每個(gè)平面鏡3-2與正N面體支架的中心軸之間具有一個(gè)微小的傾斜角度，如圖3所示，以本實(shí)施例中的三面體轉(zhuǎn)鏡為例，第二平面鏡與正三面體支架的中心軸平行，第一平面鏡與正三面體支架的中心軸成-a角，第三平面鏡與正三面體支架的中心軸成a角，則三個(gè)平面鏡3-2與正三面體支架的中心軸所成角度的間隔為a角。當(dāng)從第一平面鏡開始轉(zhuǎn)動(dòng)，該平面鏡完成對(duì)被測(cè)目標(biāo)I的豎直方向上的16列像素點(diǎn)的掃描，即太赫茲陣列探測(cè)器探測(cè)到圖中圓圈代表的像素點(diǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)到第二平面鏡時(shí)，由于第二平面鏡與多面體支架的轉(zhuǎn)動(dòng)中心線成0度角，因此被測(cè)目標(biāo)I在太赫茲透鏡4的像平面上所成的像移動(dòng)一個(gè)微小的距離，則太赫茲陣列探測(cè)器中的每個(gè)探測(cè)單元6都探測(cè)到一列新的像素點(diǎn)，即圖中五角星代表的像素點(diǎn)；當(dāng)?shù)谌?面進(jìn)行掃描時(shí)，探測(cè)單元6又探測(cè)到三角形代表像素點(diǎn)，由此，當(dāng)三面體轉(zhuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)一周后會(huì)完成對(duì)被測(cè)目標(biāo)I的48列掃描，從而形成被測(cè)目標(biāo)I的二維太赫茲圖像。當(dāng)增加多面體轉(zhuǎn)鏡3的側(cè)面的數(shù)量，則會(huì)相應(yīng)地增加被測(cè)目標(biāo)I的掃描列數(shù)，為保證每個(gè)平面鏡3-2的口徑大小能探測(cè)到整個(gè)被測(cè)目標(biāo)1，增加多面體轉(zhuǎn)鏡3的側(cè)面數(shù)量，就會(huì)相應(yīng)地增大多面體轉(zhuǎn)鏡3的體積，這就會(huì)給驅(qū)動(dòng)多面體轉(zhuǎn)鏡3帶來很大的困難，因此選用三面體轉(zhuǎn)鏡和五面體轉(zhuǎn)鏡較為合適。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種太赫茲波成像裝置，其特征在于，包括多面體轉(zhuǎn)鏡(3)、太赫茲透鏡(4)和太赫茲線陣探測(cè)器； 被測(cè)目標(biāo)(I)所輻射或反射的太赫茲波被所述多面體轉(zhuǎn)鏡(3)反射到所述太赫茲透鏡(4)上，經(jīng)過太赫茲透鏡(4)的匯聚后由太赫茲線陣探測(cè)器接收； 所述多面體轉(zhuǎn)鏡(3)由多個(gè)平面鏡圍繞而成，多面體轉(zhuǎn)鏡(3)可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所有平面鏡與轉(zhuǎn)軸之間的角度大小呈線性關(guān)系變化，通過每個(gè)平面鏡輪流作為被測(cè)目標(biāo)(I)的反射面，使得被測(cè)目標(biāo)(I)在太赫茲透鏡(4)的像平面上所成的像在水平方向上移動(dòng)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種太赫茲波成像裝置，其特征在于，所述多面體轉(zhuǎn)鏡(3)包括正N面體支架(3-1)和N個(gè)平面鏡(3-2);在正N面體支架(3-1)的每個(gè)側(cè)面上均設(shè)置一個(gè)平面鏡(3-2)，使所有平面鏡(3-2)與正N面體支架(3-1)的轉(zhuǎn)軸之間的角度等間隔依次增加，且以O(shè)度為中心正負(fù)對(duì)稱分布；EN面體支架(3-1)的中心軸作為多面體轉(zhuǎn)鏡(3)的轉(zhuǎn)軸，多面體轉(zhuǎn)鏡(3)放置在被測(cè)目標(biāo)(I)的前方，使多面體轉(zhuǎn)鏡(3)的中心軸在水平面內(nèi)且與被測(cè)目標(biāo)(I)所在的物平面平行；多面體轉(zhuǎn)鏡(3)上與所在側(cè)面成0°角的平面鏡(3-2)記為平面鏡A ； 所述N取3或5 ; 所述太赫茲透鏡(4)置于多面體轉(zhuǎn)鏡(3)的反射光路中，當(dāng)平面鏡A與被測(cè)目標(biāo)(I)成45°角時(shí)，被測(cè)目標(biāo)(I)的幾何中心點(diǎn)經(jīng)過平面鏡A的反射后投影到太赫茲透鏡(4)的幾何中心上； 所述太赫茲線陣探測(cè)器至少包括2個(gè)探測(cè)單元￠)，所有探測(cè)單元(6)在被測(cè)目標(biāo)(I)的像平面的水平中心線上均勻分布。
3.如權(quán)利要求2所述的一種太赫茲波成像裝置，其特征在于，多面體轉(zhuǎn)鏡(3)中與所在側(cè)面所成角度負(fù)向最大的一個(gè)平面鏡(3-2)記為平面鏡B，多面體轉(zhuǎn)鏡(3)中與所在側(cè)面所成角度正向最大的一個(gè)平面鏡(3-2)記為平面鏡C，當(dāng)多面體轉(zhuǎn)鏡(3)從平面B轉(zhuǎn)到平面鏡C時(shí)，被測(cè)目標(biāo)(I)在太赫茲透鏡(4)的像平面上所成的像移動(dòng)太赫茲線陣探測(cè)器中兩個(gè)相鄰探測(cè)單元之間出)的間距。
4.如權(quán)利要求I或2所述的一種太赫茲波成像裝置，其特征在于，還包括用于將太赫茲透鏡(4)透射的太赫茲波方向改變90°的反射鏡(5)。
5.如權(quán)利要求I或2所述的一種太赫茲波成像裝置，其特征在于，所述太赫茲透鏡(4)要保證成像視場(chǎng)覆蓋被測(cè)目標(biāo)(I)的水平橫向范圍，且選用允許頻率范圍為0. ITHz-IOTHz的太赫茲波通過的材料加工而成。
6.如權(quán)利要求I或2所述的一種太赫茲波成像裝置，其特征在于，反射鏡(5)、多面體轉(zhuǎn)鏡(3)、太赫茲透鏡(4)和太赫茲線陣探測(cè)器均封裝在盒體內(nèi)，在被測(cè)目標(biāo)(I)與多面體轉(zhuǎn)鏡(3)之間的盒體上安裝有可允許太赫茲波透過的成像窗口(2)。
7.如權(quán)利要求I或2所述的一種太赫茲波成像裝置，其特征在于，還包括頻率范圍為·0.ITHz-IOTHz太赫茲輻射源，用于對(duì)被測(cè)目標(biāo)(I)進(jìn)行照明。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太赫茲波成像裝置，該裝置包括多面體轉(zhuǎn)鏡、太赫茲透鏡和探測(cè)單元，通過將多面體轉(zhuǎn)鏡的側(cè)面上設(shè)置角度不同的平面鏡，增加對(duì)被測(cè)目標(biāo)的掃描成像的列數(shù)，提高了成像質(zhì)量和成像速度，同時(shí)增加該系統(tǒng)在人體安檢中對(duì)人體進(jìn)行掃描成像的實(shí)時(shí)性、實(shí)用性；只通過驅(qū)動(dòng)多面體轉(zhuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)就實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)目標(biāo)的大范圍的二維多列掃描，從而精簡(jiǎn)了掃描成像裝置的結(jié)構(gòu)，降低成本。
文檔編號(hào)G01N21/17GK102681022SQ20121011730
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者張亮亮, 張存林, 梁來順, 鄧朝 申請(qǐng)人:首都師范大學(xué)