专利名称：二维摆镜扫描的太赫兹被动式成像系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及太赫兹成像领域，具体涉及一种二维摆镜扫描的太赫兹被动式成像系统。
背景技术：
太赫兹波段是介于微波毫米波与红外线之间的电磁波段，其频率范围和波长范围分别为O. lTHz-10THz,3mm-30 μ m。此前，人们对太赫兹波段的研究很少，该波段也一直被称为THz Gap，近年来，由于不断发现太赫兹波在材料，通信，生物化学，安全检测，空间遥感等领域上的巨大应用潜力，使得国内外的研究者对其研究热度大大提高。在太赫兹技术上,太赫兹成像技术是太赫兹科学与技术中最具应用前景的发展方向之一。由于太赫兹波的光子能量很小，大气对太赫兹波段的强烈吸收以及受到太赫兹成像探测器发展的限制，使得目前太赫兹成像技术特别是无需太赫兹本地振荡源的被动式太赫兹成像技术的发展受到制约。近年来，基于不同原理，使用不同太赫兹探测器的太赫兹成像技术使得这一领域有了较大的发展。目前，太赫兹成像技术主要是主动式的透射和反射成像，利用波形确知的太赫兹电磁波作为成像射线，透过或者从成像样品反射的太赫兹电磁波的强度和相位包含了样品复介电常数的分布，记录下反射或透射过来的太赫兹电磁波的强度和相位信息，经过适当的数据处理得到样品的图像。这种主动式的成像方式由于需要太赫兹电磁波的本地振荡源使得其成本较高，并且成像系统较为复杂，同时，成像探测器要求较高，一般需要有焦平面阵探测器，使得对读出电路的要求也必将提高，系统将更加复杂。基于二维摆镜扫描的太赫兹被动式成像系统由于采用被动式成像，不需要成像系统提供太赫兹电磁波本地振荡光源，且采用较为简单的二维摆镜扫描，系统包含有可移动平面反射镜，使得系统成像最佳物距可调，因此系统非常简单，避免了主动式成像系统的复杂，并且操作方便。本发明充分考虑到了实际太赫兹成像系统对于响应时间，成像时间，空间分辨率， 信噪比的要求，设计了一种基于以平面反射镜和二维扫描摆镜为扫描系统的太赫兹波被动式成像系统，具有响应时间短，成像时间短，空间分辨率高，结构紧凑简单的优点，可对成像样品进行实时的太赫兹波段成像。由于该系统扫描速度和成像时间可调，可对不同成像样品对空间分辨率的要求而设置不同的扫描速度和成像时间，并且由于该系统具有可调节成像最佳物距，使得系统的成像效果将更好。
发明内容
针对目前太赫兹主动式成像系统需要本地太赫兹振荡光源，结构复杂，成本较高等缺点，本发明提出被动式的二维摆镜扫描太赫兹成像系统，利用较简单的扫描成像系统， 同时利用简单的三维平移台实现系统成像最佳物距可调、成像时间可调和探测器位置可调，实现了样品的被动式太赫兹成像。
本发明采用的技术方案为一种二维摆镜扫描太赫兹被动式成像系统，其探测器响应峰值在O. I THz附近，响应时间约为30ms，成像时间约为150秒-300秒。该系统通过使用特定的扫描系统，使得成像样品辐射的太赫兹电磁波入射到探测器之中，经过前置放大器放大信号，再由成像控制单元进行数据处理和伪彩色成像，得到成像样品的太赫兹二维图像。该太赫兹成像系统的结构原理图如附图I所示，由聚光透镜I、离轴抛物面反射镜2、二维扫描摆镜3、通光小孔 3-1、平面反射镜4、太赫兹成像探测器5、前置信号放大器6、成像控制单元7组成。二维扫描摆镜3可以附图I中X轴和z轴(垂直于图中平面反射镜方向为y轴，X轴为光轴与y轴平面内垂直于y轴方向，z轴垂直于xy轴平面)为中心轴转动，从而实现逐点扫描成像样品。图中平面反射镜4与二维扫描摆镜3在y方向的距离可调，从而可改变成像系统的最佳成像物距。通过成像控制单元7对二维扫描摆镜3加以控制。系统工作时，由成像样品出射的太赫兹光波经过聚光透镜2汇聚，然后通过二维扫描摆镜3进行来回摆动逐行扫描将太赫兹光波反射至平面反射镜4，经过平面反射镜的反射使太赫兹光波通过通光小孔3-1进入到太赫兹成像探测器，经前置信号放大器6放大信号，再由成像控制单元7进行数据处理并利用成像软件来进行伪彩色成像。以下是该成像系统各部分组成的具体说明I.聚光透镜2为聚乙烯焦距为20cm镜片，它的作用将入射的太赫兹电磁波汇聚， 从而提高了太赫兹电磁波的强度，使得成像的效果将更好。2. 二维扫描摆镜3和平面反射镜4的作用是构成太赫兹成像的扫描系统，是整个系统的核心部分，二维扫描摆镜可以附图I中X轴和z轴为中心轴线转动进行二维逐点扫描样品，平面反射镜与二维扫描摆镜之间y轴方向的距离可调，从而可改变成像系统的最佳成像物距。同时，二维扫描摆镜受到控制台计算机9的控制而能改变扫描的速度，结合以上两点，可以根据对成像空间分辨率以及其他指标的不同要求，而选择合适的成像物距和扫描速度。3.太赫兹成像探测器5，前置信号放大器6的作用是探测太赫兹信号，并进行信号前置放大。4.成像控制单元7的作用是进行数据处理并利用成像软件进行伪彩色成像。本专利与常见的主动式太赫兹透射式和反射式成像系统以及太赫兹时域成像系统相比，具有以下优点(I)与主动式成像相比，无需太赫兹电磁波本地振荡源，使得系统成本较低，结构简单，使用方便；(2)扫描系统仅由二维扫描摆镜和平面反射镜组成，结构简单紧凑；(3)该系统扫描速度可调，可方便的改变系统成像时间；(4)该系统成像最佳物距可调，可根据对成像要求的不同，设置不同的系统成像物距；(5)该系统成像探测器无需面阵探测器，只需单元探测器即可，且单元探测器固定在三维平移台上，易于调节探测器位置；(6)该系统与太赫兹时域成像系统相比，系统结构要简单很多，数据处理部分也较简单，成像软件也简易方便。
附图I为二维摆镜扫描太赫兹被动式成像系统结构示意图。附图2为前置信号放大器的电路结构示意图。附图3为利用该成像系统实现的对人体所成的像。附图中标号为I为聚光透镜、2为离轴抛物面反射镜、3为二维扫描摆镜、3-1为通光小孔、4为平面反射镜、5为太赫兹成像探测器、6为前置信号放大器、7为成像控制单元。
具体实施例方式以下结合附图对本发明进行进一步详述附图I为本专利系统结构示意图，系统构成如下聚光透镜I、离轴抛物面反射镜 2、二维扫描摆镜3、通光小孔3-1、平面反射镜4、太赫兹成像探测器5、前置信号放大器6、 控制系统7。具体实施过程如下由成像样品I辐射出的太赫兹电磁波经过聚光透镜I和离轴抛物面反射镜2汇集，通过由二维扫描摆镜3和平面反射镜4组成的成像扫描系统对成像样品进行二维逐行来回扫描，而后太赫兹电磁波透过通光小孔3-1被太赫兹探测探测到，再经过前置信号放大器6将放大的信号输入至控制系统7进行数据处理并利用成像软件进行伪彩色成像。附图2为本专利系统所使用的前置信号放大器示意图，该放大器电压范围为-2. 5V-2. 5V。附图3为本发明系统对人体所成像图。本专利涉及元件进一步描述如下主要器件I为聚乙烯材料的焦距为20cm的太赫兹聚光透镜。2为therlabs公司的直径为2英寸，焦距为3英寸的90度离轴抛物面反射镜。4为铝制厚度约为2cm的平面反射镜。5为爱尔兰FARRAN公司的响应峰值在O. ITHz的GaAs肖特基二极管太赫兹成像探测器。
权利要求
1.一种二维摆镜扫描的太赫兹被动式成像系统，它包括聚光透镜(I)、离轴抛物面反射镜(2)、中心有通光小孔的二维扫描摆镜(3)、平面反射镜(4)、太赫兹成像探测器(5)、前置信号放大器(6)和成像控制单元(7)，其特征在于系统在工作时，由成像样品出射的太赫兹光经过聚光透镜(I)入射到离轴抛物面反射镜(2)汇集，经二维扫描摆镜(3)和平面反射镜(4)两次反射后通过通光小孔(3-1)被太赫兹成像探测器(5)接收，经过前置信号放大器(6)放大信号，由控制系统进行数据处理并进行伪彩色成像；在系统工作过程中，成像控制单元(7)控制扫描电机驱动而实现对二维扫描摆镜(3)进行扫描模式控制，二维扫描摆镜(3)进行来回摆动逐行逐点对成像样品扫描。
2.根据权利要求I所述的一种二维摆镜扫描的太赫兹被动式成像系统，其特征在于 所述的聚光透镜(I)为聚乙烯焦距为20cm镜片。
3.根据权利要求I所述的一种二维摆镜扫描的太赫兹被动式成像系统，其特征在于 所述的太赫兹成像探测器(5)为响应峰值在O. ITHz的GaAs肖特基二极管太赫兹成像探测器。
全文摘要
本发明公开一种二维摆镜扫描的太赫兹被动式成像系统，该系统具体利用二维摆镜逐行逐点扫描实现对成像样品的太赫兹波段成像，其扫描速度、成像时间、系统成像最佳物距可调。该成像系统不仅具有成像空间分辨率高，信噪比大，温度分辨率高等特点，同时与基于主动方式的透射和反射太赫兹成像系统相比较，还具有结构简单紧凑，无需自带本地太赫兹振荡源，无需面阵探测器而只需单元探测器等优点。
文档编号G02B26/10GK102590095SQ20121001904
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者侯云, 周炜, 张雷博, 沈学民, 童劲超, 褚君浩, 郁启华, 陆金星, 黄志明, 黄敬国 申请人:中国科学院上海技术物理研究所