专利名称：一种太赫兹波成像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及太赫兹波扫描成像技术，具体地说本发明涉及一种利用波扫描和线阵探测器相结合的高帧频、大视场的人体太赫兹波扫描成像装置。
背景技术：
太赫兹波介于微波和红外之间，对塑料、纸片、纺织品以及皮革等材料具有很好的穿透性，比微波波长更短，所成图像具有更高的空间分辨率；比X射线能量低多个数量级，对生物组织不会造成电离损伤，因此，太赫兹成像装置在人体安检中具有实用性，可与传统安检设备形成有效互补。目前，受材料和加工工艺的限制，太赫兹波段的探测器件造价昂贵，在太赫兹成像中还无法采用焦平面成像，大多采用扫描成像。在扫描成像中，逐点机械扫描时间过长，无法应用于实际安检场所。在采用光机扫描成像系统中，由于受探测器的限制，采用单个探测器的光机扫描成像为了保证探测器灵敏度，成像时间无法达到视频帧频。因此采用线阵探测器和光机扫描相结合的太赫兹波扫描成像方法可以满足人体安检所需的高帧频、大视场的需求。现有的采用线阵探测器的太赫兹波扫描成像装置中，为了增加与线阵探测器排列方向上的像素数，需要采用帧扫平面镜沿着线阵探测单元的排列方向进行大幅度来回摆动扫描，帧扫平面镜的引入降低了扫描速度和成像质量，也增加了成像装置的复杂性。

发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种太赫兹波成像装置，能够对被测目标在太赫兹波段进行扫描成像，提高扫描速度，降低成像装置复杂性同时增强成像质量。本发明的一种太赫兹波成像装置，包括多面体转镜、太赫兹透镜和太赫兹线阵探测器；被测目标所辐射或反射的太赫兹波被所述多面体转镜反射到所述太赫兹透镜上，经过太赫兹透镜的汇聚后由太赫兹线阵探测器接收；所述多面体转镜由多个平面镜围绕而成，多面体转镜可绕转轴转动，所有平面镜与转轴之间的角度大小呈线性关系变化，通过每个平面镜轮流作为被测目标的反射面，使得被测目标在太赫兹透镜的像平面上所成的像在水平方向上移动。所述多面体转镜包括正N面体支架和N个平面镜；在正N面体支架的每个侧面上均设置一个平面镜，使所有平面镜与正N面体支架的转轴之间的角度等间隔依次增加，且以0度为中心正负对称分布；正N面体支架的中心轴作为多面体转镜的转轴，多面体转镜放置在被测目标的前方，使多面体转镜的中心轴在水平面内且与被测目标所在的物平面平行；多面体转镜上与所在侧面成0°角的平面镜记为平面镜A ;所述N取3或5;所述太赫兹透镜置于多面体转镜的反射光路中，当平面镜A与被测目标成45°角时，被测目标的几何中心点经过平面镜A的反射后投影到太赫兹透镜的几何中心上；所述太赫兹线阵探测器至少包括2个探测单元，太赫兹线阵探测器中的所有探测单元在被测目标的像平面的水平中心线上均匀分布。所述多面体转镜中与所在侧面所成角度负向最大的一个平面镜记为平面镜B，多面体转镜中与所在侧面所成角度正向最大的一个平面镜记为平面镜C，当多面体转镜从平面B转到平面镜C时，被测目标在太赫兹透镜的像平面上所成的像移动太赫兹线阵探测器中两个相邻探测单元的的间距。该装置还包括用于将太赫兹透镜透射的太赫兹波方向改变90°的反射镜。所述太赫兹透镜要保证成像视场覆盖被测目标的水平横向范围，且选用允许频率范围为0. ITHz-IOTHz的太赫兹波通过的材料加工而成。反射镜、多面体转镜、太赫兹透镜和太赫兹线阵探测器均封装在盒体内，在被测目标与多面体转镜之间的盒体上安装有可允许太赫兹波透过的成像窗口。该装置还包括频率范围为0. ITHz-IOTHz太赫兹辐射源，用于对被测目标进行照明。本发明的一种太赫兹波成像装置具有如下有益效果通过将多面体转镜的侧面上设置角度不同的平面镜，增加对被测目标的扫描成像的列数，提高了成像质量和成像速度，同时增加该系统在人体安检中对人体进行扫描成像的实时性、实用性；
只通过驱动多面体转镜旋转就实现了对被测目标的大范围的二维多列扫描，从而精简了扫描成像装置的结构，降低成本。


图I.本发明的一种太赫兹波成像装置的侧视示意图；图2.本发明的一个实施例中的三面体扫描镜等轴侧视图；图3.本发明的一个实施例中的三面体转镜的转动示意图；图4.本发明中的一个实施例的成像装置的原理示意图。其中，I-被测目标、2_成像窗口、3_多面体转镜、3-1-平面镜、3_2_正N面体支架、4-太赫兹透镜、5-反射镜、6-探测单元。
具体实施例方式下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。本发明提供了一种太赫兹波成像装置，用于人体的太赫兹成像安检，如图I所示，该装置包括多面体转镜3、太赫兹透镜4和太赫兹线阵探测器；被测目标I所辐射或反射的太赫兹波被多面体转镜3反射到太赫兹透镜4上，经过太赫兹透镜4的汇聚后再由太赫兹线阵探测器接收；为了降低扫描成像装置的重心，提高装置稳定性，本发明采用一个与被测目标I成45°角的反射镜5，用于将太赫兹透镜4透射的太赫兹波方向改变90° ,使太赫兹线阵探测器由原来的竖直方向变为水平方向来接收太赫兹波。多面体转镜3在转动时，通过每个侧面轮流作为被测目标I的反射面，使得被测目标I在太赫兹透镜4的像平面上所成的像在水平方向上移动。根据上述装置的结构原理，当多面体转镜4转动，被测目标I在像平面所成的像在水平面上移动时，探测单元6就可以接收到不同于以前的被测目标I在水平方向上的像素数据，由此，在不移动探测单元6和增加其它器件的情况下，就可以接收到更多的被测目标I上的图像信息；相比于现有技术，只要求具有多个反射面的多面体转镜3转动就能探测到更多像素数据，因此本发明采用的装置更加简单紧凑，具有更高的实用价值。需要说明的是，太赫兹线阵探测器可对被测目标I的一列像素点进行探测，当多面体转镜3转动时，即可把多列像素点送入到太赫兹线阵探测器中，即实现了本发明的目的。因此，增加太赫兹线阵探测器中的探测单元6，就会使太赫兹线阵探测器可以一次性探测较多的像素点，当多面体转镜3转动时，探测到的像素点就会大大增加，因此太赫兹线阵探测器中最少有一个探测单元6即可，也可实际需要来选择数量。为了实现方便，多面体转镜3包括正N面体支架3-1和N个平面镜3_2 ;在正N面 体支架3-1的每个侧面上均设置一个平面镜3-2，N取3、5、6或更多#面体支架3_1的中心轴作为多面体转镜3的转动轴；使所有平面镜3-2与正N面体支架3-1的中心轴之间的角度等间隔依次增加，且以0度为中心正负对称分布；多面体转镜3放置在被测目标I的前方，使多面体转镜3的中心轴在水平面内且与被测目标I的物平面平行；多面体转镜3上与所在侧面成0°角的平面镜3-2记为平面镜A。需要说明的是，多面体转镜3与被测目标I的位置关系并不限于上述所描述的位置关系，上述描述的位置只是一个比较容易实现的方式而已，多面体转镜3的转动轴可以不与被测目标I平行，转动轴的方向与多面体转镜3上布置的平面镜3-2的角度有关系，但只要两者遵循如下原则在多面体转镜3转动时保证使被测目标I在像平面上所成的像在水平方向上移动，使太赫兹线阵探测器探测到更多的像素数据，就可以完成本发明的目的。为了实现太赫兹透镜4的最好效果，根据常规的技术手段，将太赫兹透镜4置于多面体转镜3的反射光路中，当平面镜A与被测目标I成45°角时，被测目标I的几何中心点经过平面镜A的反射后投影到太赫兹透镜4的几何中心上；同时且要保证太赫兹透镜4的成像视场能够覆盖被测目标的水平横向范围，选用允许频率范围为0. ITHz-IOTHz的太赫兹波通过的材料加工而成。太赫兹线阵探测器至少包括2个探测单元6，所有太赫兹阵列探测器在被测目标I的像平面的水平中心线上均匀分布。为了说明方便，多面体转镜3中与所在侧面所成角度负向最大的一个平面镜3-2记为平面镜B，多面体转镜3中与所在侧面所成角度正向最大的一个平面镜3-2记即为平面镜C，当多面体转镜3从平面B转到平面镜C时，被测目标I在太赫兹透镜4的像平面上所成的像移动太赫兹线阵探测器中两个相邻探测单元6的间距。为了防止灰尘和杂散光等进入到扫描系统内部，反射镜5、多面体转镜3、太赫兹透镜4和太赫兹线阵探测器均封装在盒体内，在被测目标I与多面体转镜3之间的盒体上安装有可允许太赫兹波透过的成像窗口 2。本发明的系统还可用主动太赫兹波扫描成像，在主动太赫兹波扫描成像中，选用频率范围为0. ITHz-IOTHz的太赫兹辐射源对被测目标进行照明。本发明的太赫兹波成像装置的工作原理为扫描成像时，多面体转镜3绕其转动轴进行高速稳定旋转，多面体转镜3的每个平面镜3-2转到被测目标I后方的光路上时，都会对被测目标I的竖直方向完成多列快速扫描，扫描的列数与太赫兹线阵探测器中探测单元6的数量一致，如图4所示，本实例中，假设被测目标I上水平方向有48列像素点，探测单元6的数量为16，因此多面体转镜3中的每个平面镜3-2转过后，都会对被测目标I完成在竖直方向16列扫描。为了增加对被测目标I的扫描列数，即增加被测目标I的水平行上的像素数，并且充分利用多面体转镜3的每个平面镜3-2进行不同列的扫描，多面体转镜3中每个平面镜3-2与正N面体支架的中心轴之间具有一个微小的倾斜角度，如图3所示，以本实施例中的三面体转镜为例，第二平面镜与正三面体支架的中心轴平行，第一平面镜与正三面体支架的中心轴成-a角，第三平面镜与正三面体支架的中心轴成a角，则三个平面镜3-2与正三面体支架的中心轴所成角度的间隔为a角。当从第一平面镜开始转动，该平面镜完成对被测目标I的竖直方向上的16列像素点的扫描，即太赫兹阵列探测器探测到图中圆圈代表的像素点；当转到第二平面镜时，由于第二平面镜与多面体支架的转动中心线成0度角，因此被测目标I在太赫兹透镜4的像平面上所成的像移动一个微小的距离，则太赫兹阵列探测器中的每个探测单元6都探测到一列新的像素点，即图中五角星代表的像素点；当第三 面进行扫描时，探测单元6又探测到三角形代表像素点，由此，当三面体转镜转动一周后会完成对被测目标I的48列扫描，从而形成被测目标I的二维太赫兹图像。当增加多面体转镜3的侧面的数量，则会相应地增加被测目标I的扫描列数，为保证每个平面镜3-2的口径大小能探测到整个被测目标1，增加多面体转镜3的侧面数量，就会相应地增大多面体转镜3的体积，这就会给驱动多面体转镜3带来很大的困难，因此选用三面体转镜和五面体转镜较为合适。综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种太赫兹波成像装置，其特征在于，包括多面体转镜(3)、太赫兹透镜(4)和太赫兹线阵探测器； 被测目标(I)所辐射或反射的太赫兹波被所述多面体转镜(3)反射到所述太赫兹透镜(4)上，经过太赫兹透镜(4)的汇聚后由太赫兹线阵探测器接收； 所述多面体转镜(3)由多个平面镜围绕而成，多面体转镜(3)可绕转轴转动，所有平面镜与转轴之间的角度大小呈线性关系变化，通过每个平面镜轮流作为被测目标(I)的反射面，使得被测目标(I)在太赫兹透镜(4)的像平面上所成的像在水平方向上移动。
2.如权利要求I所述的一种太赫兹波成像装置，其特征在于，所述多面体转镜(3)包括正N面体支架(3-1)和N个平面镜(3-2);在正N面体支架(3-1)的每个侧面上均设置一个平面镜(3-2)，使所有平面镜(3-2)与正N面体支架(3-1)的转轴之间的角度等间隔依次增加，且以O度为中心正负对称分布；EN面体支架(3-1)的中心轴作为多面体转镜(3)的转轴，多面体转镜(3)放置在被测目标(I)的前方，使多面体转镜(3)的中心轴在水平面内且与被测目标(I)所在的物平面平行；多面体转镜(3)上与所在侧面成0°角的平面镜(3-2)记为平面镜A ； 所述N取3或5 ; 所述太赫兹透镜(4)置于多面体转镜(3)的反射光路中，当平面镜A与被测目标(I)成45°角时，被测目标(I)的几何中心点经过平面镜A的反射后投影到太赫兹透镜(4)的几何中心上； 所述太赫兹线阵探测器至少包括2个探测单元￠)，所有探测单元(6)在被测目标(I)的像平面的水平中心线上均匀分布。
3.如权利要求2所述的一种太赫兹波成像装置，其特征在于，多面体转镜(3)中与所在侧面所成角度负向最大的一个平面镜(3-2)记为平面镜B，多面体转镜(3)中与所在侧面所成角度正向最大的一个平面镜(3-2)记为平面镜C，当多面体转镜(3)从平面B转到平面镜C时，被测目标(I)在太赫兹透镜(4)的像平面上所成的像移动太赫兹线阵探测器中两个相邻探测单元之间出)的间距。
4.如权利要求I或2所述的一种太赫兹波成像装置，其特征在于，还包括用于将太赫兹透镜(4)透射的太赫兹波方向改变90°的反射镜(5)。
5.如权利要求I或2所述的一种太赫兹波成像装置，其特征在于，所述太赫兹透镜(4)要保证成像视场覆盖被测目标(I)的水平横向范围，且选用允许频率范围为0. ITHz-IOTHz的太赫兹波通过的材料加工而成。
6.如权利要求I或2所述的一种太赫兹波成像装置，其特征在于，反射镜(5)、多面体转镜(3)、太赫兹透镜(4)和太赫兹线阵探测器均封装在盒体内，在被测目标(I)与多面体转镜(3)之间的盒体上安装有可允许太赫兹波透过的成像窗口(2)。
7.如权利要求I或2所述的一种太赫兹波成像装置，其特征在于，还包括频率范围为·0.ITHz-IOTHz太赫兹辐射源，用于对被测目标(I)进行照明。
全文摘要
本发明公开了一种太赫兹波成像装置，该装置包括多面体转镜、太赫兹透镜和探测单元，通过将多面体转镜的侧面上设置角度不同的平面镜，增加对被测目标的扫描成像的列数，提高了成像质量和成像速度，同时增加该系统在人体安检中对人体进行扫描成像的实时性、实用性；只通过驱动多面体转镜旋转就实现了对被测目标的大范围的二维多列扫描，从而精简了扫描成像装置的结构，降低成本。
文档编号G01N21/17GK102681022SQ20121011730
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者张亮亮, 张存林, 梁来顺, 邓朝 申请人:首都师范大学