CN108562948A - 一种基于被动式的太赫兹扫描成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学成像技术领域，具体涉及一种基于被动式的太赫兹扫描成像系统，包括自上而下依次设置的扫描装置、太赫兹波汇聚装置及太赫兹探测装置；太赫兹波汇聚装置用于汇聚扫描装置反射的太赫兹波，并将其传送至太赫兹探测装置中，所述扫描装置能绕水平方向或/和竖直方向转动。本发明一种基于被动式的太赫兹扫描成像系统通过使用平面反射镜绕面内的水平轴线和竖直轴线的复合旋转运动完成对被测物的逐点扫描，在扫描过程中，实现了水平方向360°扫描，扫描范围大，成像视野大，由于是绕中心轴线旋转，转速快，也无偏心运动和偏心震动；平面反射镜外设置有透波外壳，能极大的降低扫描时造成的风阻，扫描更加流畅。
Description
技术领域
本发明涉及光学成像技术领域，具体涉及一种基于被动式的太赫兹扫描成像系统。
背景技术
太赫兹（THz）指的是频率在0.1THz~10THz之间的电磁波，太赫兹波介于微波和红外波之间，具有对塑料、纸片、纺织品及皮革等材料穿透性好，成像的分辨率高等特点，近年来各国在太赫兹通信、太赫兹雷达、太赫兹成像等发面已经取得了很大进展，特别是太赫兹安检已得到初步的应用。
目前，由于材料与工艺的限制，太赫兹探测器十分昂贵，想要实现像CCD那样二维面阵列成像成本很高，所以只能用于实验室之中，现有的太赫兹安检大多使用一个或多个太赫兹探测器，借助机械扫描成像。
现有技术中，一类是在太赫兹扫描成像时采用机械扫描件往复运动来成像，但是，这类扫描方式在实际使用过程中有振动大、噪声大、速度慢等缺点，并不利于太赫兹成像；另一类是采用旋转楔形镜，通过楔形镜转轴与反射镜面镜面法线成一定角度，达到扫描的目的，这类扫描方式的缺点在于，各转镜高速旋转且角度需要精确配合，布置十分复杂,成本高，实现方式过于复杂，转镜转轴和镜面法线之间成一定角度，有偏心震动，旋转时随着转速增加，转镜震动增加，使得扫描速度不能提高；最后一类是采用多面滚筒进行纵向扫描，该类扫描方式扫描速度快，有利于太赫兹成像，但是缺点在于多面滚筒在高速旋转时，风阻会随着转速成指数曲线上升，会对扫描速度造成影响，而且噪声很大。
发明内容
针对现有技术中提到的问题，本发明提出一种，不需要往复运动，旋转时无偏心震动，结构简单，不需要严格运动配合，转动风阻风噪极小，且在无往复运动情况下仅需要单探头即可成像的扫描系统。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
包括自上而下依次设置的扫描装置、太赫兹波汇聚装置及太赫兹探测装置；太赫兹波汇聚装置用于汇聚扫描装置反射的太赫兹波，并将其传送至太赫兹探测装置中，所述扫描装置能绕水平方向或/和竖直方向转动。
优选地，所述扫描装置包括平面反射镜和透波外壳，所述平面镜设置在透波外壳内，且紧固相连。
优选地，所述透波外壳设置为球形。
优选地，所述的平面反射镜为双面镜设置的平面反射镜。
优选地，还包括第一电机和第一编码器，所述扫描装置中点的两端分别设置有支耳，其中一个支耳与第一电机相连，另一个支耳与第一编码器相连，所述透波外壳所在球体的球心设置在支耳的轴线上，所述扫描装置通过第一电机和第一编码器绕水平方向调节。
优选地，还包括机架、第二编码器及第二电机，所述机架为倒U型机架，包括弧形部和平行对称的竖直部，所述竖直部上分别设置有通孔，所述通孔与扫描装置的支耳固定相连，所述弧形部远离竖直部的一端设置有连接杆，所述第二编码器通过第二电机与连接杆相连，所述扫描装置通过第二电机和第二编码器绕竖直方向调节。
优选地，所述太赫兹波汇聚装置中至少包含一个凸透镜。
优选地，所述太赫兹波汇聚装置包括两个凸透镜，分别为上凸透镜和下凸透镜。
优选地，所述平面反射镜、上凸透镜及下凸透镜的圆心均位于同一竖直轴线内。
优选地，所述上凸透镜的曲率半径优选为1500mm，下凸透镜的曲率半径优选为750mm。
本发明相对于现有技术，取得了以下的技术效果：
本发明通过使用平面反射镜绕面内的水平轴线和竖直轴线的复合旋转运动完成对被测物的逐点扫描，在扫描过程中，实现了水平方向360°扫描，扫描范围大，成像视野大，由于是绕中心轴线旋转，转速快，也无偏心运动和偏心震动；平面反射镜外设置有透波外壳，能极大的降低扫描时造成的风阻，能加快扫描速度，透波外壳设置为球形可更好的旋转，扫描更加流畅；平面反射镜采用双面设置，扫描时较同体积多面滚筒式扫描太赫兹波进光量更大，成像质量更好；利用双凸透镜不同焦距，使得光路在布置过程中更加灵活，给设计、装配、调试带了便利，且更利于机器小型化。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明扫描光路示意图。
图3为本发明扫描轨迹示意图。
附图标记：1-太赫兹探测装置；2-下凸透镜；3-上凸透镜；4-平面反射镜；5-第一编码器；6-机架；7-第二电机；8-第二编码器；9-透波外壳；10-第一电机。
具体实施方式
实施例1。
本发明提供一种基于被动式的太赫兹扫描成像系统，包括自上而下依次设置的扫描装置、太赫兹波汇聚装置及太赫兹探测装置1；太赫兹波汇聚装置用于汇聚扫描装置反射的太赫兹波，并将其传送至太赫兹探测装置1中，所述扫描装置能绕水平方向或/和竖直方向转动。
所述扫描装置包括平面反射镜4和透波外壳9，所述平面镜4设置在透波外壳9内，且紧固相连。
所述透波外壳9设置为球形。
所述的平面反射镜4为双面镜设置的平面反射镜。
还包括第一电机10和第一编码器5，所述扫描装置中点的两端分别设置有支耳，其中一个支耳与第一电机10相连，另一个支耳与第一编码器5相连，所述透波外壳9所在球体的球心设置在支耳的轴线上，所述扫描装置通过第一电机10和第一编码器5绕水平方向调节。
还包括机架6、第二编码器8及第二电机7，所述机架6为倒U型机架，包括弧形部和平行对称的竖直部，所述竖直部上分别设置有通孔，所述通孔与扫描装置的支耳固定相连，所述弧形部远离竖直部的一端设置有连接杆，所述第二编码器8通过第二电机7与连接杆相连，所述扫描装置通过第二电机7和第二编码器8绕竖直方向调节。
被测物体发出的太赫兹电波经过扫描装置扫描，在扫描过程中，第一电机10驱动平面反射镜4绕水平方向做旋转运动，且第一编码器5记录其水平方向的旋转角度，第二电机7驱动机架6绕竖直方向做旋转运动，从而带动平面反射镜4一起运动，同时第二编码器8记录其竖直方向的旋转角度，这样能实现上下的完整扫描以及水平方向的360°全方位扫描，同时平面反射镜4由于采用双面设置，转动一圈可以扫描两次，这样扫描的太赫兹波进光量更大，成像的质量更好，扫描完成后的太赫兹波反射到凸透镜中进行汇聚，汇聚完成后由凸透镜焦点所对应的下方布置太赫兹探测器1完成信号接收。
实施例2。
本实施例是在实施例1的基础上做的改进，本实施例所述太赫兹波汇聚装置中至少包含一个凸透镜。所述太赫兹波汇聚装置包括两个凸透镜，分别为上凸透镜3和下凸透镜2。所述平面反射镜4、上凸透镜3及下凸透镜2的圆心均位于同一竖直轴线内。
通过使用双凸透镜的布置，其中设计上凸透镜3的曲率时仅需要考虑与被测物距离（即物距），而太赫兹探测器1的位置布置主要由下凸透镜2的曲率决定，这样使下凸透镜2到太赫兹探测器1的距离可以更加灵活，通过双凸透镜不同的焦距，使得光路布置更加灵活，而且在设计、装配、调试显得更加便利。
实施例3。
本实例是在实施例2的基础上做的改进，本实例所述上凸透镜3的曲率半径优选为1500mm，下凸透镜2的曲率半径优选为750mm。
本发明中上凸透镜3的优选曲率半径为1500mm，则焦距为1434mm（通过仿真得出），所以扫描检测时被测物到上凸透镜3之间的要求距离约为1434mm，有利于控制被测物到机器的距离，不至于被测物距离机器过近。被测点发出的太赫兹波经过上凸透镜3后，形成平行或者类平行光线，经过下凸透镜2的折射，汇聚于太赫兹探测器1。下凸透镜2选用曲率半径较小的透镜，其焦距更小，有利于机器缩小尺寸，本发明中优选用750mm曲率半径的透镜，其焦距678mm（仿真得出）。由于两透镜之间为平行光，改变两个透镜各自曲率半径对对方没有影响，所以布置更加灵活。
实施例4
本实施例是在实施例1或2或3基础上做的改进，太赫兹探测装置1可以设置为若干个，能提高成像效果。
Claims (10)
1.一种基于被动式的太赫兹扫描成像系统，其特征在于，包括自上而下依次设置的扫描装置、太赫兹波汇聚装置及太赫兹探测装置（1）；太赫兹波汇聚装置用于汇聚扫描装置反射的太赫兹波，并将其传送至太赫兹探测装置（1）中，所述扫描装置能绕水平方向或/和竖直方向转动。
2.根据权利要求1所述一种基于被动式的太赫兹扫描成像系统，其特征在于，所述扫描装置包括平面反射镜（4）和透波外壳（9），所述平面镜（4）设置在透波外壳（9）内，且紧固相连。
3.根据权利要求2所述一种基于被动式的太赫兹扫描成像系统，其特征在于，所述透波外壳（9）设置为球形。
4.根据权利要求3所述一种基于被动式的太赫兹扫描成像系统，其特征在于，所述的平面反射镜（4）为双面镜设置的平面反射镜。
5.根据权利要求4所述一种基于被动式的太赫兹扫描成像系统，其特征在于，还包括第一电机（5）和第一编码器（10），所述扫描装置中点的两端分别设置有支耳，其中一个支耳与第一电机（5）相连，另一个支耳与第一编码器（10）相连，所述透波外壳（9）所在球体的球心设置在支耳的轴线上，所述扫描装置通过第一电机（5）和第一编码器（10）绕水平方向调节。
6.根据权利要求5所述一种基于被动式的太赫兹扫描成像系统，其特征在于，还包括机架（6）、第二编码器（8）及第二电机（7），所述机架（6）为倒U型机架，包括弧形部和平行对称的竖直部，所述竖直部上分别设置有通孔，所述通孔与扫描装置的支耳固定相连，所述弧形部远离竖直部的一端设置有连接杆，所述第二编码器（8）通过第二电机（7）与连接杆相连，所述扫描装置通过第二电机（7）和第二编码器（8）绕竖直方向调节。
7.根据权利要求1所述一种基于被动式的太赫兹扫描成像系统，其特征在于，所述太赫兹波汇聚装置中至少包含一个凸透镜。
8.根据权利要求7所述一种基于被动式的太赫兹扫描成像系统，其特征在于，所述太赫兹波汇聚装置包括两个凸透镜，分别为上凸透镜（3）和下凸透镜（2）。
9.根据权利要求8所述一种基于被动式的太赫兹扫描成像系统，其特征在于，所述平面反射镜（4）、上凸透镜（3）及下凸透镜（2）的圆心均位于同一竖直轴线内。
10.根据权利要求9所述一种基于被动式的太赫兹扫描成像系统，其特征在于，述上凸透镜（3）的曲率半径优选为1500mm，下凸透镜（2）的曲率半径优选为750mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |