CN105074430A - 成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够在高相干电磁波的波束被放大到规定的照射区域并且用于通过在比照射区域更窄的运动范围内移动规定的照射区域来照明的状态中减少对干涉图案的生成的成像系统。

Description

成像系统

技术领域

本发明涉及一种使用高相干电磁波的成像系统和成像方法。

背景技术

在100GHz到10THz的频带(从3mm到30μm的波长频带范围)中的所谓的特赫兹(terahertz)波被称为高相干电磁波。特赫兹波是位于在红外线光与无线电波之间的频带中的电磁波，并且具有穿透纸、塑料、织物、烟、水、半导体等的属性，而且具有物质特有的吸收谱。此外，特赫兹波比X射线更安全，并且因此有望应用于非破坏检查等。

已经提出了各种技术以使用特赫兹波。例如，专利文献1(PTL1)公开了一种包括用于特赫兹波的电磁波部件的特赫兹波生成单元、特赫兹波检测单元、特赫兹时域光谱设备等。在PTL1中公开的特赫兹波生成单元包括一种波导，该波导包括传播光的电光(electro-optic)晶体、用于将特赫兹波从经过波导传播的光取回到空间中的光耦合构件以及两个电极。更具体地，引用的文献1指示通过经由电极向波导施加电场，向经过电光晶体传播的光的传播状态给予改变，其中这产生在经过波导传播的光与由二阶非线性处理生成的特赫兹波之间的相位匹配。

专利文献2(PTL2)公开了一种成像设备，该成像设备从两个方向向电光晶体辐射电磁波、将在电光晶体中相互作用的电磁波分离成两个不同极化分量并且基于分离的不同极化分量捕获图像。PTL2具有用于基于不同极化分量对图像的信号执行差分处理的信号处理单元。根据PTL2的成像设备可以获得具有高S/N比率的图像。

另外，专利文献3(PTL3)包括一种电磁波成像设备，该电磁波成像设备包括用于向待测量的物体辐射脉冲式检测电磁波并且从物体向电光晶体辐射检测电磁波的第一光学系统以及用于向电光晶体辐射具有相对于检测电磁波的脉冲表面倾斜的脉冲表面的探测波的第二光学系统，其中已经穿过了电光晶体的探测波由相机检测。

如以上描述的那样，特赫兹波是在红外线光与无线电波之间的频率频带中的电磁波，并且具有作为光的属性，并且因此在以下说明中，与光有关的术语用于说明。

引用列表

专利文献

PTL1：日本专利公开号2011-203718

PTL2：日本专利公开号2012-108117

PTL3：日本专利公开号2012-122981

发明内容

技术问题

PTL1至3中的任何PTL指示向电光晶体辐射两个电磁波，并且捕获来自电光晶体的电磁波。然而，PTL中的任何PTL均未公开与通过捕获特赫兹波而获得的图像关联的问题。

根据本发明的发明人的研究等，发现了在其中通过使用恰如特赫兹波的高相干光源来捕获待测量的物体或者对象的情况下，难以从捕获的图像识别待测量的物体或者对象。更具体地，在其中使用高相干光源的情况下，以与原本打算捕获的物体或者对象的形状和暗度重叠的方式用照射光捕获干涉图案，并且作为结果这使得难以识别原本打算捕获的物体或者对象的形状和暗度。例如，发现了在物体或者对象中混合的微小量的灰尘、头发等将由使用特赫兹波的成像技术标识，由于干涉图案的效果而难以从图像标识微小量的灰尘、头发等。

根据本发明的一个示例性实施例的目的是提供一种可以减轻对干涉图案的生成的容易并且高度有效的成像系统。

此外，本发明将提供一种可以减轻对干涉图案的生成的干涉图案减轻方法。

对问题的解决方案

根据本发明的一个方面，可以获得一种成像系统，该成像系统包括将高相干电磁波的射线束放大到预定照射区域以照射预定照射区域的光学系统以及用于在小于照射区域的移动范围内移动预定照射区域的移动装置。在这一情况下，预定照射区域是与高相干电磁波的射线束垂直的平坦表面区域。

根据本发明的另一方面，可以获得一种干涉图案减轻方法，该方法包括用高相干电磁波照射预定照射区域、在小于预定照射区域的范围内移动照射光，即，使照射光进行摇动移动或者旋转移动，从而因此减轻通过照射该照射区域而生成的干涉图案。

本发明的有利效果

在本发明中，对由照射光生成的干涉图案的生成被减轻，并且原先打算捕获的待测量的物体或者对象的形状等可以被清楚地标识。

附图说明

图1是用于说明根据本发明的第一示例性实施例的成像系统的示意配置图。

图2是用于说明根据本发明的第二示例性实施例的成像系统的示意配置图。

图3是用于说明捕获的图像的图，其中(A)是在其中未应用本发明的情况下的图，而(B)是在其中应用了本发明的情况下的图。

图4是用于说明根据本发明的第三示例性实施例的成像系统的示意配置图。

图5是图示了被用作图4中的照射光的极化，即，电场的振动方向的图。

图6是用于说明根据本发明的第四示例性实施例的成像系统的示意配置图。

图7是图示了被用作图6中的照射光的极化，即，电场的振动方向的图。

具体实施方式

参照图1，示出了根据本发明的一个示例性实施例的一种成像系统。图1中所示的成像系统被视为用来标识对象12，例如，在二维平坦表面10上放置的面粉中混合的异物(例如，织物、金属件、头发)。在这一示例中，对象被视为放置于二维平坦表面10上的预先确定的预定检查区域内。在附图中所示的示例中，提供了生成特赫兹波作为高相干电磁波的光源14和放大来自光源14的特赫兹波的透镜系统16，并且透镜系统16从光源14发射特赫兹波作为被放大到二维式区域的射线束。

被放大到二维式区域的来自透镜系统16的特赫兹波的射线束由反射镜18反射，并且随后照射对象12被放置于其上的二维平坦表面10的检查区域。在这一情况下，二维平坦表面10被布置为与由反射镜18反射的特赫兹波的射线束垂直，并且由透镜系统12和反射镜18构成的光学系统被调整，从而使得特赫兹波的照射区域20照射二维平坦表面10的整个对象区域。在这一情况下，光学系统被调整使得照射区域20的直径变成D。

图1中所示的成像系统包括摇动反射镜18的摇动移动机构22和用于捕获照射区域20中的图像的图像捕获设备24。图像捕获设备24可以例如是红外线光相机或者可以是CCD相机等。

用于摇动反射镜18的摇动移动机构22摇动反射镜18，从而使得直径D的照射区域20未超出照射区域20的直径D。摇动移动机构22可以是用于在微观范围中机械地旋转反射镜18的机构或者可以是用于根据电信号振动反射镜18的机构。

更具体地，摇动移动机构22可以在基于反射镜18的摇动移动的、照射区域D的摇动移动范围d未超过照射区域20的直径D这样的程度上摇动反射镜18。更具体地，摇动移动范围d是小于照射区域20的直径D的范围，并且关系d<D或者d<<D被满足。

在这一情况下，在基于普通扫描的成像中，点状照射区域扫描大于照射区域的范围。然而，如以上描述的那样，在基于普通扫描的成像中，需要长时间来执行图像捕获，并且基于普通扫描的成像不适合用于在短时间中发现非常小的异物。与普通扫描对照，本发明通过在整个照射区域20被照射之时在小于照射区域20的范围中摇动照射区域20来执行成像。在摇动移动期间，对象被布置在照射区域中，并且图像在对象未脱离照射区域之时由图像捕获设备24捕获。

如以上描述的那样，利用在小于照射区域20的直径D的范围d中的摇动移动，由成像引起的干涉图案在摇动移动范围中被平均。作为结果，干涉图案在由图像捕获设备24捕获的图像中被减轻，并且干涉图案更不可能在视觉方面被看见。

在这一情况下，在照射区域20的直径D和摇动移动范围d分别是10mm和0.35mm时，可以在视觉方面消除在图像中出现的干涉图案。这意味着在摇动移动范围d被设置成照射区域20的直径的约3至5％时，干涉图案在视觉方面未显式地出现。

如图1中所示的成像系统使用图像捕获设备24以从被布置在照射区域20中的对象捕获反射图像。然而，本发明不限于此。穿过照射区域20的图像可以被观测。

参照图2，根据本发明的第二示例性实施例的成像系统被示出。如图2中所示的成像系统与图1不同在于取代如图1中所示的反射镜18，提供了让来自光源14和透镜系统16的特赫兹波的射线束通过的平行平板26。作为平行平板，例如，对于特赫兹波具有透明性的玻璃板可以被用作平行平板26。在这一情况下，在玻璃板26上入射的特赫兹波的射线束中，由于摇动移动而在玻璃板26上入射的特赫兹波的射线束的角度改变，所以存在从玻璃板26发射出的射线束的反射率改变。作为结果，直径D的照射区域20沿着摇动移动范围d往复地移动。

图像捕获设备24从摇动照射区域20捕获反射光的图像。照射区域20由于照射区域20的摇动移动而被平均，并且因此干涉图案不能在视觉方面在由图像捕获设备24捕获的图像中被观测，并且图像可以被获得以使得可以清楚地标识对象中的异物。

图1和图2中所示的摇动移动机构22被附着到反射镜18或者玻璃板26。更具体地，摇动移动机构22可以具有在反射镜18的中心轴的两端提供的用于例如响应于电信号而以检流计镜形式在微观范围内旋转和移动反射镜18或者玻璃板26的机构。

在另一方面，如图2中所示的摇动移动机构22可以是在照射光路中提供的用于绕着与光轴垂直的轴振动用作平行平板26的玻璃板的机构。备选地，平行平板26可以相对于照射光的光轴而被倾斜地设置，并且可以通过使用超声波马达或者普通马达绕着照射光路的光轴旋转平行平板26。如以上描述的那样，通过旋转平行平板，也可以在小于照射区域20的范围d中移动照射区域20。在这一情况下，范围d可以相对于照射区域而被称为移动范围。如图2中所示的系统在水平状态中移动平行平板26，并且因此可以简化用于平行平板26的驱动机构或者摇动移动机构22。

图像捕获设备24也可以例如由测辐射热仪型红外线光图像捕获设备构成，在该测辐射热仪型红外线光图像捕获设备中以二维矩阵方式布置热电转换元件。

参照图3(A)和图3(B)，在图3(A)中示出了未应用本发明而被捕获的图像的示例。在这一情况下，图3(A)示出了其中向面粉中混合头发30作为异物的情况。在未如图3(A)中所示应用本发明的情况下，干涉图案32在背景中出现。在干涉图案32在其中出现的这样的状态中，作为异物的头发30由条形干涉图案32覆盖，这使得在许多情况下难以标识头发30。

在另一方面，图3(B)示出了在其中根据本发明摇动照射区域的情况下的图像。如可以从图3(B)清楚地理解的那样，从作为异物的头发30的背景消除了条形干涉图案，而仅强调作为异物的头发30。

因此，易于从图3(B)中所示的图像清楚地标识异物。

参照图4，示出了根据本发明的第三示例性实施例的成像系统。虽然如图4中所示的成像系统具有恰如图1中所示的成像系统的镜，但是如图4中所示的成像系统与图1不同在于如图4中所示的成像系统包括两个镜18A、18B而不是单个镜。通过使用两个镜，镜之一(即，镜18)A在X方向上绕着Z轴摇动，并且另一个镜(即，镜18B)在Y方向上绕着X轴摇动，从而照射区域20在二维平坦表面10中以二维方式摇动。即使利用这样的布置，干涉图案也被照射区域20的摇动移动所平均，并且因此不能在视觉方面从由图像捕获设备捕获的图像观测干涉图案，并且可以获得图像以使得可以清楚地标识对象中的异物。

附带提一点，在其中极化光(即，以规律方式在特定方向上振动的电场)被用作如图4中所示的布置中的照射光的情况下，极化方向可以在与既定的方向不同的方向上改变。这例如在其中两个镜的入射平面(与反射平面垂直并且包括入射光束和反射光束的表面)相互垂直的情况下出现。这将参照图5而被说明，应理解，电场的振动方向在相对于行进方向的竖直方向上振动，但是在穿过两个镜之后，电场的振动方向在相对于行进方向的水平方向上振动。在图6中示出了根据本发明的第四示例性实施例的成像系统。如图6中所示的成像系统包括其入射平面相互垂直的两对镜对18和18’。在它们之中，镜对18(18A和18B)包括摇动移动装置22A、22B，并且另一个镜对(即，镜对18’)不包括摇动移动装置。

图7图示了图6中的电场的振动方向。首先，在相对于行进方向的竖直方向上振动的光在光穿过镜对18之后在相对于行进方向的水平方向上振动，并且在光穿过另一镜对18’之后，光再次在相对于行进方向的竖直方向上振动。如以上描述的那样，为了通过照射区域20的摇动移动来平均干涉图案，明显的是摇动镜对中的至少一个镜对就足够了。

根据以上说明的本发明的成像系统，可以用比衍射限制大数个数量级的照射光的射线束照射对象而未应用用于防止反射的复杂措施以及用于防止向照射光学系统和对象的衍射的措施。因此，利用本发明，优点在于可以一次捕获在宽视野内的范围，并且可以大量地提高图像捕获质量，而且可以高速执行图像捕获处理。

工业实用性

在以上示例性实施例中，仅已经说明了其中使用特赫兹波的情况，但是本发明也可以应用于一种使用高相干可见光激光等的成像系统。在这一情况下，图像捕获设备无需使用红外线光图像捕获设备，并且图像捕获设备可以是CCD相机。

下文将在补充备注中描述本发明的特征。

[补充备注1]

一种成像系统，包括：光学系统，该光学系统将高相干电磁波的射线束放大到预定照射区域以照射预定照射区域；以及移动装置，该移动装置用于在小于照射区域的移动范围内移动预定照射区域。

[补充备注2]

一种成像系统，其中照射区域是与在照射区域上入射的照射光的射线束垂直的平坦表面。

[补充备注3]

一种成像系统，包括：图像捕获装置，该图像捕获装置用于捕获在照射区域中布置的对象的图像。

[补充备注4]

一种成像系统，其中高相干电磁波是特赫兹频带的电磁波。

[补充备注5]

一种成像系统，其中移动装置是用于在能够减轻由照射生成的干涉图案的移动范围内摇动照射区域的摇动移动装置。

[补充备注6]

一种成像系统，其中光学系统包括发射高相干电磁波的光源、用于将高相干电磁波放大到预定照射区域的透镜系统和用于从透镜系统向照射区域引导射线束的光系统。

[补充备注7]

一种成像系统，其中用于向照射区域引导的光系统包括用于从透镜系统向照射区域反射射线束的镜。

[补充备注8]

一种成像系统，其中摇动移动装置是按照检流计镜形式的、用于在小于照射区域的移动范围内摇动镜的机构。

[补充备注9]

一种成像系统，其中用于向照射区域引导的光系统包括被插入在从透镜系统延伸的照射光路中的平行平板。

[补充备注10]

一种成像系统，其中移动装置是用于在移动范围内绕着与光轴垂直的轴摇动平行平板的摇动移动装置。

[补充备注11

一种成像系统，其中摇动移动装置是用于绕着与光轴垂直的轴旋转平行平板的旋转装置。

[补充备注12]

一种干涉图案减轻方法，包括：用高相干电磁波照射预定照射区域，在小于预定照射区域的范围内移动照射光，并且因此减轻通过照射该照射区域而生成的干涉图案。

[补充备注13]

一种成像系统，包括：光学系统，该光学系统用于在二维平坦表面上形成高相干电磁波的射线束的照射区域，以及移动装置，该移动装置用于在小于照射区域的移动范围内相对地移动二维平坦表面和光学系统中的至少一个。

标号列表

10二维平坦表面10

12对象

14光源

16透镜系统

18反射镜

18A镜

18B镜

20照射区域

22摇动移动机构

22A摇动移动机构

22B摇动移动机构

24图像捕获设备

26平行平板

本申请基于通过引用而将其公开内容完全结合于此、提交于2013年3月29日提交的第2013-072864号日本专利申请和提交于2014年2月4日的第2014-019269号日本专利申请，并且要求这两份日本专利申请的优先权。

Claims (16)

1.一种成像系统，包括：光学系统，所述光学系统将高相干电磁波的射线束放大到预定照射区域以照射所述预定照射区域；以及移动装置，所述移动装置用于在小于所述照射区域的移动范围内移动所述预定照射区域。

2.一种成像系统，其中所述照射区域是与在所述照射区域上入射的照射光的所述射线束垂直的平坦表面。

3.根据权利要求1或者2所述的成像系统，包括：图像捕获装置，所述图像捕获装置用于捕获在所述照射区域中布置的对象的图像。

4.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的成像系统，其中所述高相干电磁波是特赫兹频带的电磁波。

5.根据权利要求1至4中的任一权利要求所述的成像系统，其中所述移动装置是用于在能够减轻由所述照射生成的干涉图案的所述移动范围内摇动所述照射区域的摇动移动装置。

6.根据权利要求1至5中的任一权利要求所述的成像系统，其中所述光学系统包括发射所述高相干电磁波的光源、用于将所述高相干电磁波放大到所述预定照射区域的透镜系统和用于从所述透镜系统向所述照射区域引导所述射线束的光系统。

7.根据权利要求5所述的成像系统，其中用于向所述照射区域引导的所述光系统包括用于从所述透镜系统向所述照射区域反射所述射线束的镜。

8.根据权利要求7所述的成像系统，其中所述镜包括镜对，所述镜对的入射平面相互垂直。

9.根据权利要求8所述的成像系统，其中所述镜中的每个镜包括所述摇动移动装置。

10.根据权利要求7所述的成像系统，包括：多个镜对，所述镜对的入射平面相互垂直，并且其中：

至少一个镜对包括所述摇动移动装置，并且其它镜对不包括所述摇动移动装置。

11.根据权利要求5至7中的任一权利要求所述的成像系统，其中所述摇动移动装置是按照检流计镜形式的、用于在小于所述照射区域的所述移动范围内摇动所述镜的机构。

12.根据权利要求6所述的成像系统，其中用于向所述照射区域引导的所述光系统包括被插入在从所述透镜系统延伸的照射光路中的平行平板。

13.根据权利要求12所述的成像系统，其中所述移动装置是用于在所述移动范围内绕着与光轴垂直的轴摇动所述平行平板的摇动移动装置。

14.根据权利要求12所述的成像系统，其中所述摇动移动装置是用于绕着与光轴垂直的轴旋转所述平行平板的旋转装置。

15.一种干涉图案减轻方法，包括：用高相干电磁波照射预定照射区域，在小于所述预定照射区域的范围内移动所述照射光，并且因此减轻通过照射所述照射区域而生成的干涉图案。

16.一种成像方法，包括：用高相干电磁波照射预定照射区域，在小于所述预定照射区域的范围内移动所述照射光，以及通过照射所述照射光来检测位于所述照射区域中的对象中的异物。