CN111373241B

CN111373241B - 利用太赫兹辐射捕获用于构成图像的点值的系统

Info

Publication number: CN111373241B
Application number: CN201880062090.3A
Authority: CN
Inventors: C·阿奇耶; B·穆林
Original assignee: Tracalis
Current assignee: Tracalis
Priority date: 2017-07-24
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2024-03-26
Anticipated expiration: 2038-07-24
Also published as: FR3069372B1; WO2019020928A1; FR3069372A1; FR3069333A1; FR3069333B1; WO2019042943A1; CN111373241A; US11243163B2; JP7385565B2; US20200271576A1; JP2020531860A; EP4094069A1; JP2020529617A; JP7453909B2

Abstract

一种用于捕获构成图像的点值的设备(40)包括：‑非相干光源(100)，其频率在0.075THz至10THz之间，用于照射物体，来自物体的辐射的传感器(415、470)，传感器包括对来自源的辐射敏感的区域，且传感器发出代表来自源并到达传感器的敏感区域的光线强度的电信号；以及至少一个光圈数(焦比)小于1的光学聚焦系统(400、410、420、430、440、450)，光学聚焦系统位于光线的光路上，光线由非相干光源发出并且从非相干光源经过物体传播到光线的传感器。优选地，源(100)以足够宽的发射光谱照射物体，以在比传感器的采集时间短的时间段内扫描驻波。优选地，不相干源具有几个吉赫兹的带宽，优选地，在‑100dB时至少等于12GHz。

Description

利用太赫兹辐射捕获用于构成图像的点值的系统

技术领域

本发明涉及一种利用太赫兹(THz)辐射捕获用于构成图像的点值的系统。它特别涉及成像领域，例如用于制造零件的质量控制

背景技术

太赫兹(THz)区域是指这样的电磁波：频率在0.075THz和10THz之间，或者就波长而言，从4mm到30μm。简称为毫米波，它们位于远红外(FIR)和雷达波(微波)之间。更具体地，本发明涉及范围为75-700GHz。在此频率范围内，大部分非导电复合材料和塑料材料对辐射是透明的。就辐射源的价格与可用光功率的比率而言，辐射源是相对可承受的。

设计可见光或红外系统时使用的所有光学原理均适用于具有与波长有关的现象比例相同的太赫兹辐射。例如，衍射极限由艾里函数(Airy function)Rdiff＝1.22λF/#给出，其中λ是波长，而F/#是光圈数(也称为焦比)。因此，对于2的焦比F/#和1mm的波长，存在2.44mm的衍射极限。该毫米级衍射极限对应于THz成像系统的平均空间分辨率。

但是，已知的系统没有达到该允许实现最佳性能水平的分辨率。

现有的THz系统使用离轴抛物面镜作为传播光谱的手段。这是因为在许多应用中，源的功率水平非常低，以至于每个透镜引入的损耗都是不可接受的(吸收损耗，尤其是界面处反射造成的损耗)。

但是，这些反射镜的使用会带来很多问题：

-角度多，难以对准；

-透镜单元的价格很高；

-焦距长度范围受限制，尤其是在高光圈下；以及

-在平坦的波前和光轴上工作的责任。

此外，与近红外不同，THz光束对肉眼是不可见的，没有光敏卡片可以将辐射转换为肉眼可见的波长。这方面对系统的设置和对准有影响。

以下是THz区域中可用源的类型的描述。例如，有几种产生连续THz辐射的方法可以用在作为本发明主题的设备中，例如：

-结合超过0.2THz(例如2THz)倍频器的耿氏(Guns)二极管；

-结合超过0.2THz倍频器的IMPATT二极管；

-结合倍频器的介于0和0.02THz之间的固定或可变振荡器；

-通过两个近红外激光器的拍频进行频率转换；

-高压(HV)管，称为BWO(反向波振荡器的缩写)；

-远红外激光激发气腔；或

-量子级联激光器(QCL)。

Nikita Chernomyrdin等人的文件是已知的：《用于高分辨率太赫兹成像的宽光圈非球面透镜》(Wide-aperture aspherical lens for high-resolution terahertzimaging)(《科学仪器评论》Review of Scientific Instruments，AIP，纽约梅尔维尔，美国，第88卷，第1期，2017年1月12日，XP012215296，ISSN：0034-6748，DOI：10.1063/1.4973764)。

在该文件中，通常在THz区域中使用的源所产生的信号具有非常纯的相干性，并且发射线宽度非常小。这种相干辐射不利于图像形成，因为在允许的每个系统上都会以非常大的振幅生成干涉条纹。通常，这些源的精度为0.001Hz，在-118dBc/Hz时的带宽为1kHz。

当要观察的场景在场中的每个点都不垂直时，在成像系统中使用相干源会产生与模λ/4高度变化成比例的振幅调制。这对所形成的图像的质量是不利的。

发明内容

本发明旨在纠正所有或部分这些缺点。

为此，根据第一方面，本发明设想一种捕获用于构成图像的点值的设备，该设备包括：

-非相干光源，其频率在0.075THz至10THz之间，用于照射物体；

-来自物体的辐射的传感器，传感器包括对来自源的辐射敏感的区域，并且传感器发出代表来自源并到达传感器的敏感区域的光线强度的电信号；以及

-至少一个光圈数(焦比)小于1的光学聚焦系统，光学聚焦系统位于由源发出的光线的光路上且光线穿过物体从源传播到光线的传感器。

由于这些设置，由于源的非相干性，成像设备不会受到驻波存在的影响。发明人已经确定，光学和电子装置的这种结合使得能够进行精确的点测量，这些装置和物体的相对运动使得能够产生线性或光栅图像。

使用的源具有几吉赫兹(GHz)的带宽，优选地：

-在100至200GHz之间，在-100dB时带宽为12GHz；

-在220至320GHz之间，在-100dB时带宽为15GHz；

-在560至640GHz之间，在-100dB时带宽为15GHz。

在一些实施例中，源用足够宽的发射光谱照射物体，以在比传感器的采集时间短的时间段内扫描驻波。

在一些实施例中，至少一个光学系统包括非球面光学透镜。

在一些实施例中，在源的频率范围内所使用的材料的指数的散射(作为百分比)小于1％。

例如，HDPE(高密度聚乙烯)中的散射在整个频率范围内约为0.5％，更具体地：

-从100至300GHz为0.2％；以及

-从100至700GHz为0.5％。

与抛物面镜的使用相比，非球面透镜简化了光学设计。

在一些实施例中，光学系统的至少一个光学元件具有抗反射处理，该抗反射处理包括呈锥体或凹坑形式的微结构。

该方法的优点在于，可以实现对非常大的带宽抗反射处理和对表面取向的低敏感性。

在一些实施例中，至少一个光学系统包括光学透镜和非相干光源，非相干光源被配置为照射最靠近所述源的整个光学透镜。

在一些实施例中，非相干光源的发射频率是调制的。

在一些实施例中，非相干光源包括电阻器或IMPATT二极管中的热型噪声源。

在一些实施例中，该设备包括接近电子器件，以通过接近摆动电压的栅极电压使包括光敏区域的纳米晶体管偏振，其中晶体管的标准操作是最非线性的。

在一些实施例中，通过在漏极和源极之间向纳米晶体管沟道注入电流，迫使纳米晶体管沟道中的负载不对称和/或使用金属化图案作为天线，从而放大来自纳米晶体管的整流信号。

在一些实施例中，整流信号是以共模或差模测量的纳米晶体管的漏极与源极之间的连续电位差。

在一些实施例中，接近电子器件包括补偿电路，以调节通过在漏极和源极之间注入电流而产生的偏移，例如通过使用减法器组件。

在一些实施例中，光敏区域是纳米晶体管，并且由THz辐射产生的信号是在共模或差模下测得的纳米晶体管的漏极与源极之间的连续电位差。

在一些实施例中，该设备包括接近电子器件，以通过接近摆动电压的栅极电压使纳米晶体管偏振，其中，晶体管的标准操作是最非线性的。

在一些实施例中，通过在漏极和源极之间向晶体管沟道注入电流，迫使纳米晶体管沟道中的负载不对称和/或使用金属化的序列作为天线，从而放大来自纳米晶体管的整流信号。

以这种方式，增加了设备的灵敏度。

在一些实施例中，该设备包括至少一个低漂移低噪声放大器，该低漂移低噪声放大器通过模数转换器的动态来放大信号。

在一些实施例中，该设备包括用于使信号的解调与源的振幅调制信号同步的装置。

通过消除除源的调制频率以外的频率的所有附加噪声，可以确保最大的信噪比。

在一些实施例中，该设备包括用于使设备的数字输出与THz源同步的装置。

通过数字时钟信号传感器和源是同步的。通过该时钟信号对源进行振幅调制，从而可以在不存在THz的情况下测量和补偿传感器终端上的残留信号(偏移)。补偿可以是通过对具有THz和不具有THz的情况下测得的信号进行高频减法来来进行数字补偿，也可以是通过调节要从传感器信号中减去的电压来进行模拟补偿，以将整体电平保持在特定电压范围内。

这种架构可确保更高的灵敏度和更高的信噪比。

在一些实施例中，该设备包括要成像的物体绝对位置的编码器，这些测得的位置数据与来自传感器的数据同步，该数据用于物体运动的整个过程(包括加速区域)，并用于通过设置奇数和偶数线来避免剪切现象，使物体向外和向后运动。

对在绝对位置而不是时间上建立的数据进行平均可以适应运动的所有速度。

在一些实施例中，作为本发明主题的设备包括分束器，在该分束器上的入射偏振是TM模式(横模的缩写)偏振，其中场平行于入射平面。

分束器例如是由HRFZ-Si制成的叶片，其厚度经计算确保最佳分离。由于这些设置，可以进行反射测量。当分束器的厚度因其制造公差而变化时，TM模式偏振可确保分离效率更好的稳定性。

在一些实施例中，该设备包括用于测量来自物体的辐射的强度和/或来自物体的光线的偏振和/或来自物体的光线的路径差异的装置。

因此，作为本发明主题的设备能够进行多种类型的测量。

附图说明

本发明的其他优点、目的和特征将从以下作为示例性而非限制性的描述中变得显而易见，参考附录中包括的附图，其中：

-图1示意性地以横截面示出了非相干太赫兹源的实现的第一示例；

-图2示意性地以横截面示出了非相干太赫兹源的实现的第二示例；

-图3示意性地以横截面示出了在作为本发明主题的设备中使用的成像透镜单元的第一实施例；

-图4示意性地以横截面示出了在作为本发明主题的设备中使用的成像透镜单元的第二实施例；

-图5示意性地以横截面示出了在作为本发明主题的设备中使用的成像透镜单元的第三实施例；

-图6示意性地以横截面示出了在作为本发明主题的设备中使用的成像透镜单元的第四实施例；

-图7示意性地以横截面示出了在作为本发明主题的设备中使用的第一线性照明装置；

-图8示出了不均匀的照明曲线；

-图9示出了用于补偿图8所示的不均匀照明的光源的发射曲线；

-图10示出了基本上提供图9所示的发射曲线的光学系统；

-图11示出了由图10所示的、具有图7所示的线性照明装置的光学系统提供的基本上均匀的照明曲线；

-图12示意性地以透视图示出了具有没有旋转对称性的表面的第二线性照明装置；

-图13示意性地以横截面示出了作为本发明主题的设备的第一特定实施例；

-图14示意性地以横截面示出了作为本发明主题的设备的第二特定实施例；

-图15示意性地以横截面示出了作为本发明主题的设备的第三特定实施例；

-图16示意性地示出了点传感器；

-图17示意性地示出了多像素传感器；以及

-图18示出了THz显微镜的电子图。

具体实施方式

注意，这些附图不是按比例绘制的。

在作为本发明主题的图像捕获系统中，利用了折射光学器件(透镜)，该折射光学器件比反射镜具有更大的模块化，并且允许使用功能强大的计算机辅助光学设计工具。

在100-700GHz频率范围内(本发明的使用的优选范围)，材料的折射率(高密度聚乙烯(HDPE)、聚甲基戊烯(PMP)、聚碳酸酯(PC)、HRFZ硅(Si))恒定在几个百分点甚至更小(如上所述，对HDPE)的范围内。因此，作为本发明主题的系统不存在色度问题，即，当波长改变时，屈光镜的光学特性没有改变。

优选地，作为本发明主题的图像设备利用非相干太赫兹(THz)源100。

根据第一示例，如图1所示，非相干THz源100包括：

-宽频带太赫兹发射器105(f<200GHz)(0.1GHz<Δf<40GHz)；

-用于限制发射频带的滤波器110；

-放大器或衰减器115；

-倍频器120；以及

-发射天线125。

根据第二示例，如图2所示，非相干THz源100包括：

-低频带发射器130，即在0.1GHz至40GHz的频率范围内，以窄频带(f<1GHz)发射；

-0.1GHz<Δf<40GHz频带上的调制器135；

-放大器或衰减器140；

-倍频器145；以及

-发射天线150。

发射器110或130产生非相干信号，以便在比传感器的采集时间短的时间段内，发射器发射足够宽的发射光谱以扫描驻波。

使用的源具有几个吉赫兹(GHz)的带宽，优选地：

-在100至200GHz之间，在-100dB时带宽为12GHz；

-在220至320GHz之间，在-100dB时带宽为15GHz；

-在560至640GHz之间，在-100dB时带宽为15GHz。

在一些实施例中，发射器110或130是电阻器或IMPATT二极管中的热型噪声源。

在一些实施例中，发射器110或130是如可变频率振荡器或JIG之类的可调谐的源。

对调制器135进行调谐，使得一旦与每个倍频器145相乘，所产生的信号的发射带宽优选地在0.1GHz<Δf<10GHz的范围内。要注意的是，调制器135在非常窄的频带(例如200MHz)上是可调制的。

放大器115、140或衰减器用于在每个倍频器120或145之前调节信号的输入功率。倍频器、放大器和衰减器可以使用PCB(印刷电路板的缩写)上的结构或适当引导的结构(在所考虑的频率下，这些限制在金属波导中的电磁波可以被操作)。

天线125或150的选择可使从最后的倍频器120或145发出的波束的光学特性参数化：偏振、TEM模式(横向电磁模式)、散度和发射点的尺寸。

图1和2所示的源使用提供至少等于λ/4的扫描的发射光谱，这意味着可以降低在图像中对驻波的灵敏度，同时可以选择工作频率和偏振。

关于成像光学器件，空间分辨率与可以通过系统聚焦的最小斑点的尺寸有关。斑点的半径由艾里(Airl)函数Rdiff＝1.22λF/#给出，其中λ是波长，F/#是焦比。

因此，空间分辨率与波长λ和聚焦系统中使用的焦比F/#成正比。使用聚焦光学器件的直径D和所述光学器件的焦距f来计算焦比F/#：F/#＝f/D。

因此，对于固定的波长λ，可以通过选择光学器件的较大直径D或光学器件的较短焦距f来优化系统的分辨率。

焦比F/#在物理上被限制为0.5的值，但是在实际的光学折射率(例如值为1.5)的实践中，很难获得低于0.7的焦比。

为了使光束的直径D最大化，需考虑源的散度，以便选择第一透镜的焦距f，使得光束完全充满该第一透镜。结果是，光束的直径D等于第一透镜的直径，并且因此优化了焦比参数F/#。

优选地，作为本发明主题的成像设备使用非球面透镜(图3至图6和图13至图15)。

这里注意的是，球面透镜是其中每个表面的形状遵循球面形状的透镜。当使用大直径的球面透镜时，会出现与透镜曲率相关的像差，即“球面像差”。边缘光线(通过透镜的边缘附近)未与近轴光线(通过透镜的中心)在同一位置聚焦。由于具有球面像差的聚焦光束不再遵循上述的艾里函数，因此这种效果会通过增加光束的直径抵消分辨率的提高。此外，这种球面像差的引入会破坏THz光束的整体传播，产生光环而不是一个圆形焦点(斑点)：既有能量损耗，也有信息丢失。

有几种解决该现象的方案，最简单的方法是使用所谓的非球面透镜。在非球面透镜中，曲率的形状在中心跟随球体的形状，但是在中心之外曲率被调节以消除球面像差。在可见光和红外光学器件中，由于这些透镜的复杂的形状，其制造起来非常昂贵。

在THz中，给定使用的生产方法，制造球面透镜与非球面透镜一样容易。

使用3D打印和/或微加工，残留粗糙度(residual roughness)在0.02到0.1毫米之间。测量源的传播参数使得可定义系统的输入照明：散度、能量分布。

在一些实施例中，在源的频率范围内，用于透镜的材料的指数的散射(作为百分比)小于1％。

例如，HDPE中的散射在整个频率范围内约为0.5％，更具体地：

-从100至300GHz为0.2％；以及

-从100至700GHz为0.5％。

通过改变光学器件之间的距离、表面曲率半径和锥度系数(因此称为非球面性)来优化系统。

可以设置系统优化的标准，例如，以最小化场中几个点处斑点的尺寸，或最小化场中几个点处的波前差。

由于光束的波长是毫米的，因此1/100的粗糙度(roughness)足以确保良好的透射效率。这种粗糙度与现代车床和铣床以及通过线沉积进行的3D打印中使用的微刀兼容。

因此，在成像设备的设计中，所有透镜都被设计为非球面，以便在球面像差方面获得最大的光学性能并限制所使用得透镜的数量。

在用于点成像的设备的情况下，聚焦透镜被设计为在平面波前模式下工作，即，入射光束必须是准直的(平行光线)，并且其直径必须与透镜的有效直径相同。从聚焦透镜退出时，在光束最小的地方定义焦点，然后光束再次发散，且然后被另一个透镜捕获。

由于使用了具有高焦比的聚焦透镜，因此可以产生具有物理定律所允许的最高空间分辨率的图像，并且其细节视图具有小于所使用的波长的尺寸。

关于透镜以及分束器(如果适用)的抗反射处理，其结构由折射光学器件上的表面结构组成，该表面结构具有通过透镜表面的光学折射率减少每个屈光镜的反射的作用。

第一种方法包括沉积一层或多层介电材料，该介电材料层具有低于经处理的透镜的光学折射率的光学折射率，例如，处理材料的光学折射率接近透镜的光学折射率的平方根。要沉积的层的厚度约为所使用的平均波长的四分之一。与红外线相比，该处理材料的厚度在THz中相对较大，这给沉积技术带来了问题。

在作为本发明主题的成像设备中使用的第二种方法优选地包括使用微加工的方法形成圆锥形或凹坑形的微结构，例如使用飞秒激光的激光钻孔。这些尺寸小于波长的微结构在屈光镜的表面上产生明显的折射梯度，从而消除了表面上的反射，因为不再存在引起反射的折射不连续性。该方法的优点在于，与层沉积方法不同，它可以实现具有非常大的带宽和对表面取向的较低敏感性的抗反射处理。

通过增加每个光学屈光镜的透射，使用这种类型的处理可以提高具有数个透镜的光学系统的能量输出。由于采用了抗反射处理，投射到传感器上的能量增加了百分之几十。抗反射处理还可以消除鬼影和驻波。

如图16所示，在本发明的成像设备中使用点传感器600的情况下，其结构包括：

-THz检测器605。THz检测器是采用小于0.25μm的技术的INP RF纳米晶体管或GAAS、GAN，通过其沟道中的等离子体效应，可将0.1THz到2.5THz频带内的THz波整流；

-用于使检测器偏振的接近电子器件610。为了成为有效的整流器，纳米晶体管必须通过接近其摆动电压的栅极电压偏振，在此晶体管的标准操作是最非线性的。通过在漏极和源极之间将电流注入晶体管沟道中，迫使沟道中的负载不对称，从而放大整流信号，这具有提高晶体管灵敏度的作用；

-用于使THz信号成形的接近电子器件615。整流信号是在共模或差分模式下测得的纳米晶体管的漏极与源极之间的连续电位差。接近电子器件615具有高阻抗，以便不衰减信号的振幅，并迫使偏振电流注入到晶体管而不是放大电路中。减法器组件补偿通过在漏极和源极之间注入电流而产生的偏移。一个或多个低漂移低噪声放大器在模数转换器(ADC)620的动态下放大信号。

-用于使信号数字化的电子器件620。模数转换器在振幅(>12位)上具有显着的动态特性，且速度很快(>10万个样本/秒)。

-利用信号解调算法的中央处理单元625。为了限制LF和HF噪声(“偏移”)，可通过调制THz源将可用信号置于100Hz以上的频率。从传感器发出的可用信号来自电子器件接收到的信号的解调。

点传感器600及其接近电子器件的功能是整流THz波并提供用于随后的电子级的阻抗匹配信号。在电子器件615中，减法器后接放大器或差分放大器，以使得可以放大通过将电流注入晶体管而产生的可用信号。

以尽可能接近模拟输出的高速(采集频率>1kHz)将信号数字化。信号与源的调制信号同步解调，通过消除除源调制频率以外的频率的所有附加噪声，确保最大的信噪比。传感器的数字输出与要成像的物体的绝对位置同步。

对于单像素或多像素传感器的电子器件，对于模拟电路，将电流注入到晶体管的沟道中。

为了提高基于HEMT的THz传感器的灵敏度，将约几十微安的电流注入晶体管的沟道。这导致在存在THz辐射的情况下的电响应增加了几个数量级。注入是通过电流产生元件进行的，该电流产生元件通过其漏极直接连接到晶体管；例如，该元件可以是与电阻器组合的LM334，通过选择电阻值可以对注入的电流量进行参数化。

由于存在THz辐射的情况下晶体管终端处的可用信号是其漏极与源极之间的电压，因此必须通过具有很高阻抗的跟随器组件使注入电流的部件以及晶体管与放大链的其余部分绝缘。结果是，注入的电流只能在晶体管中传播，而不能在放大链中传播。

电流产生的偏移的模拟校正

由于晶体管沟道的电阻约为k欧姆，因此将电流注入沟道会在其终端处产生连续的偏移。无论是否存在THz，都存在该偏移。该偏移可以约为数百mV，这对放大沟道造成了问题。放大器同时放大由THz产生的可用信号和连续偏移：超过一定程度后，偏移会导致各个放大器的输入饱和。因此，有必要从晶体管产生的信号中减去与偏移电压相同数量级的连续电压，以使放大链在输入时保持在其工作范围内。

放大

选择放大以使其产生低噪声，并具有尽可能低的漂移和用于工作频率的足够带宽。例如，德州仪器(TI)的OPA735放大器具有所需的性能水平。传统上，选择两个放大步骤：第一个放大器是靠近敏感表面的10或100的固定增益，这可以确保信号的传输比电路感应的噪声强度高几个数量级。接下来是第二个放大器，其是增益可变(例如，介于1和10之间)的并靠近模数转换器(ADC)。这总体上有可能实现最大放大倍数1000，同时能够调节放大倍数以填满ADC的转换范围。

图18示出了晶体管815，晶体管815在其漏极上接收电流注入点810和栅极电压805，漏极上的电压提供给跟随器820。从跟随器820退出时，减法器830减去电压825，然后两个放大器835和840放大信号。

信号的调制/解调

当注入电流时，晶体管产生的噪声会大大增加。由于噪声水平太高(尤其是与偏移电压相关的低频噪声)，不再需要以连续模式(DC)进行操作。但是，通过将可用信号置于kHzs数量级的频率，可获得高于60dB的信噪比，相比之下，无电流注入的连续模式下的信噪比约为45dB。注入电流的意义在于信噪比，对于工作频率在100Hz至100kHz之间的电流，信噪比更好。

存在几种用于调制和解调信号的方法，特别是在THz系统中广泛使用的同步检测。此方法有一个缺点：需要较长的集成时间，这会大大降低采集速度。

在这种情况下，过程如下：源由控制射频振幅调制器的可编程电子元件(例如FPGA)在外部进行调制。可编程元件控制调制的高低状态：对于一种状态，THz由源发出；对于另一种状态，没有信号发出。可替代地，由传感器接收的信号或者是与THz辐射的存在相关的可用信号，或者是THz辐射不存在时的背景噪声。可编程元件在高状态和低状态期间对来自传感器的信号进行采样，并产生两个平均值：一个用于高状态下的平均信号电平，另一个用于低状态下的平均信号电平。通过将这两个平均值相减，可以获得一个信号，其是与其低分量频率的THz单独滤波(由于其高-低差值)和其低分量频率的THz滤波(由于其每个高低状态的均值)对应的信号。从传感器出口产生的就是该平均差分信号。

这种方法的优点在于，只要有快速的ADC(例如每秒200,000个样本)和合适的放大带宽，就可以保持较高的采集速度。该方法的计算成本也不是很高，这意味着它可以针对整个检测器矩阵实施，因为计算是在每个传感器上独立进行的。

这种架构可确保提高的灵敏度、减少的信号噪声以及信号与物体的最佳位置的同步。

如图17所示，在使用具有一或多行光点(或像素)的线性传感器时，此多像素传感器700包括：

-一排或多排705THz检测器710。每个THz检测器是采用小于0.25μm的技术的INPRF纳米晶体管或GAAS，其通过其沟道中的等离子体效应，可以将在0.1THz至2.5THz的频带中的THz波整流。每个纳米晶体管都包装在表面积小于0.5平方毫米的微包装中；

-用于偏振每个检测器的接近电子器件715。为了成为高效的整流器，纳米晶体管通过接近其摆动电压的栅极电压偏振，其中晶体管的标准操作是最非线性的。通过在漏极和源极之间的电流的注入，迫使沟道中的负载不对称，从而放大整流信号；

-用于使THz信号成形的接近电子器件720。整流信号是在共模或差分模式下测得的纳米晶体管的漏极与源极之间的连续电位差。接近电子器件720具有高阻抗，以便衰减信号的振幅，并迫使偏振电流注入到晶体管中而不是放大电路中。减法器组件补偿通过在漏极和源极之间注入电流而产生的偏移。一个或多个低漂移低噪声放大器在模数转换器(ADC)725的动态下放大信号。

-用于使信号并行数字化的电子器件725。模数转换器725在振幅(>12位)上具有显着的动态特性，且速度很快(>10万个样本/秒，即每秒10万个样本)；

-用于降低噪声的信号采集和处理系统730。与点传感器一样，THz源也是振幅调制的，从而可以产生平均差分测量；

-经由以太网、USB或相机链接(cameralink)(注册商标)通信协议的高速通信系统735。

传感器和源通过数字时钟信号同步。通过该时钟信号对源进行振幅调制，从而可以在不存在THz的情况下测量和补偿存在于传感器终端的残留信号(偏移)。补偿既可以是通过对具有THz和不具有THz的情况下测得的信号进行高频减法来进行数字补偿，也可以是通过调节要从传感器信号中减去的电压来进行模拟补偿，以将整体电平保持在特定电压范围内。

在单像素传感器的情况下，要成像的物体的绝对位置由编码器测量。然后将这些位置数据与来自THz传感器的数据同步，以便在包括在加速区域中的整个运动过程中使用，并通过设置奇数行和偶数行来利用向外和向后运动，从而避免了剪切现象。最后，对在绝对位置而不是时间上建立的数据求平均值可以适应运动的所有速度。

这种架构可确保最大的灵敏度、减少的信号噪声以及信号与物体的最佳位置的同步。

多像素传感器700使得可以在空间上扩大视野并且因此产生具有高刷新率(线频率>1kHz)的高分辨率图像。每个包括其接近电子器件的传感器700，负责整流其在本地接收的THz波，并为随后的电子级提供阻抗匹配的信号。在电子器件720中，每个减法器电路后接放大器或差分放大器，使得可以放大可用信号。

信号以尽可能接近模拟输出的高速(采集频率>1kHz)被数字化。

在来自每个像素的信号上，信号与源的调制信号同步地解调，从而通过消除除了源的调制频率以外的频率的所有附加噪声，确保最大的信噪比。

多像素传感器700位于成像光学系统的焦平面中。每个点传感器负责整流THz波，并放大可用信号。信号以尽可能接近模拟输出的高速(采集频率>1kHz)被数字化。

传感器的小的表面积使得结构紧凑，因此具有很高的空间分辨率。感光部件以例如300μm的两个部件与800μm的像素之间的间隔排列成一行，每个部件的尺寸为500μm×1mm。每个传感器的单独偏振可确保传感器之间灵敏度的均匀性，同时保持高灵敏度。所有信号的并行管理可确保非常高的采集速度。嵌入式信号的处理使能够实时滤波以获得最优的信噪比。通过以太网、USB或相机链接通信协议进行的通信，可以通过包装管理发送用于链接多个多像素传感器的高速线路，而不会丢失数据。

线性传感器成像系统设计的出发点是传感器施加的空间分辨率。在其多像素的实施例中，作为本发明主题的成像设备具有800μm的像素间，且根据型号，具有64、128或192个像素的线。

例如，在物侧的视野为30mm的情况下，有必要根据香农标准(Shannon criteria)(用于最大分辨率处的一对线的4个像素)确保场景的正确采样。因此，相机(传感器和透镜单元)的最佳空间分辨率在频率上为0.53pl/mm(线对/每毫米)的频率。相机可能无法正确采样系统的较高的光学分辨率，而较低的光学分辨率可能导致像素/每毫米过量，因此无法从所有可用资源中受益。该方法还直接指示用于光学系统的必要放大倍率，在这种情况下为1.71x。

在此初步准备之后，可以为光学系统指定性能目标。已知工作频率(例如255GHz)，在使用艾里函数的情况下，可以计算出要设计的透镜单元物侧的焦比必须为1.31，像侧的焦比必须为2.23。也可以计算出达到该焦比所需的透镜单元直径的尺寸：在这种情况下为75mm。

给定以上确定的光学参数，可以看出要设计的用于解决该问题的透镜单元是显微镜类型的透镜单元。实际上，与摄影透镜或望远透镜不同，显微镜透镜具有以下总体特征：要成像的场景小于传感器的尺寸，传感器的像素与场景的平均细节的数量级相同。再现比率远高于1(在10mm x 10mm的传感器上再现100μmx100μm的场景：即100倍放大倍率)。透镜单元与物体的距离很近，其物镜光圈可以达到0.7。

关于显微镜透镜单元的使用，要注意的是，显微镜光学系统使得既可以放大要观察的物体又可以分离该物体的细节从而可以观察到它。放大倍率和分辨率的组合是这种光学系统的特征。

在具有用于THz成像的显微镜透镜单元的成像系统的情况下，首先，由于场景通常小于检测器矩阵的尺寸，且检测器大约是场景细节的数量级，因此，有必要放大场景及其细节以对其成像。其次，必须形成场景图像，以确保物体具有足够的分辨率，以便可以观察其细节，这通常需要使用大光圈，因此要靠近物体和与场景相比具有较大直径的光学器件。

显微镜透镜单元最有资格处理THz场成像问题：

-与要形成的图像的细节相比，传感器的像素大；

-传感器很大：>150毫米(192个像素)；以及

-要实现的分辨率需要非常高的焦比。

该选择的结果是透镜单元很大，其尺寸与要成像的物体相似或大于要成像的物体。

关于光学器件的透镜数量，其形状和尺寸的结果非常取决于所设想的放大倍率、预期的分辨率和透镜单元的设置(物体与第一个透镜之间的距离)。

透镜单元具有至少有两个透镜组：

-第一组：靠近物体，使来自物体的光能够被目标光圈收集；以及

-第二组：靠近图像，使目标图像光圈能够形成物体图。

对于具有低约束条件(例如，放大2倍和短波长)的镜头单元，可以根据此原理设计每组具有一个透镜的透镜单元，因此总共只有两个透镜。这特别要归功于制造非球面透镜的能力。

对于具有更高约束条件(例如，放大1倍和长波长)的镜头单元，每组需要使用一个以上的透镜：

-第一组中的场补偿器以限制场曲率；

-第二组中的两个或三个透镜以限制厚度和像差。

在某些实施例中，透镜单元实际上具有三个透镜组，第二组大的空气间隔隔开分成两个子组，特别是当透镜单元具有像侧远心度时。

实现的示例

示例1，图3：物场40mm，放大倍率1.3x，235GHz

透镜单元200具有两组205和210，每组具有一个透镜，它在像侧不是远心的。该透镜单元200被设计成具有50mm以上的物体采样率的约束条件。MTF(“调制传递函数”的缩写)显示0.4pl/mm的分辨率，即应用于物体的分辨率为1.92mm。斑点简图显示该系统受到整个场衍射的限制：图像不会被像差所干扰。

示例2，图4：物场30mm，放大倍率1.7x，235GHz

透镜单元215具有三个透镜220、225和230，第二组被分为一个透镜的两个子组。像侧与透镜单元是远心的。像侧MTF显示0.45pl/mm的分辨率，即应用于物体的分辨率为1.3mm。斑点简图显示该系统受到整个场衍射的限制：图像不会被像差所干扰。

示例3，图5：物场52mm，放大倍率1x，140GHz

透镜单元235具有分为两个子组的第二组。为了获得1倍的放大倍率和像侧远心度，需要四个透镜240、245、250和255。像侧MTF显示0.40pl/mm的分辨率，即应用于物体的分辨率为2.5mm。斑点简图显示该系统受衍射限制，除了在场的边缘(轻微缺陷)。

示例4，图6：物场50mm，放大倍率3.1x，235GHz

为了高的放大倍率，透镜单元260具有两组，第一组中具有场补偿器。具有三个透镜265、270和275的该透镜单元使得能够实现小于波长的分辨率。像侧MTF显示0.41pl/mm的分辨率，即应用于物体的分辨率为780μm。斑点简图显示该系统受衍射限制，除了在场的边缘(轻微缺陷)。

THz成像透镜单元用于将位于视野中的物体的图像投影到与透镜单元相对的像平面。在规格范围内操作的条件是在像平面内具有足够强的用于检测灵敏度的输入THz信号。在常规实现中，该透镜单元被集成在包括源、用于投射源的照明的系统、透镜单元本身、多像素传感器和计算机分析系统(未示出)的链中。

因此，透镜单元是上述链中的关键元件，因为它为要成像的物体提供光学空间分辨率。透镜单元的尺寸与其性能密切相关：所需的分辨率越高，则所需透镜越大，透镜单元越长。

使用像素线作为传感器在场景线上需要使用照明，以将源的能量集中在线性传感器所观察到的物体的一部分上。源在由其号角确定的发射锥上发射辐射。发射锥中的能量分布是非线性的圆形能量分布，因为它通常具有高斯(Gaussian)分布和旋转对称性。使源线性化的系统有两个目标：

-使源的照明线性化；以及

-使源的照明在整个场景上均匀。

在一些实施例中，场景的照明被设计为在一个方向上平行，并且在垂直方向上聚焦。使用柱面透镜290是用于实现该目标的一种方案。如图7所示，来自源的光束285扩展到与要成像的场景相同的直径，然后使用具有非球面曲率且具有柱面几何形状(而非旋转几何形状)的透镜，将辐射聚焦在空间的单个方向上。

由于源的照明的分布不均匀，通过先前方法的线性化280显示出不均匀的照明。将源的能量分布集中在空间的单个方向上，可以保持沿照明线传递的相同的不均匀分布。

图8示出了在源100的出口处的能量分布300。

借助光学设计软件，可以计算出最佳的旋转几何形状，以确保柱面透镜转换后的均匀照明。如已知的该分布，软件将其用作优化透镜以将从源100射出的光束的目标成形。例如，如图9所示，具有分布305的照明，在柱面透镜之后形成均匀分布。

为了实现线性图像传感器所观察到的线上的照明均匀，在两个设计步骤中形成了具有三个透镜315、320、325的系统310：

-在第一步骤中，计算输入到柱面透镜325所需的分布305；

-在第二步骤中，优化具有两个非球面透镜315、320的系统以形成该分布305。

图11示出了由于光学系统310的使用而产生的分布330。

在另一种线性化方法中，用于使光束成形的两个透镜315和320由单个透镜代替，该单个透镜具有至少一个不是旋转对称的(球面、非球面)、但代表样条线或多项式的表面。在这种情况下，两个透镜335和340的组件可以使照明线性且均匀，如图12所示：

-透镜335用于使光束成形以准备能量分布(例如，具有多项式表面XY的透镜)；

-非球面柱面透镜340在单个方向上进行光束的聚焦。

这种方法的优点是它更易于与计算软件一起使用：在优化程度上直接实现了从高斯圆形照明到均匀线性照明过渡的宏，而无需通过计算输入到柱面透镜340上所需的照明度的中间步骤。对于具有旋转对称性的系统来说很复杂，宏的计算可以从第一个透镜中消除这种对称性。这具有减少所需透镜的数量的优点。

照明的设计考虑了所使用的源(波长、散度)。该照明系统使足够的THz能量被投射到用于收集透镜单元和传感器的空间平面上，然后用于形成放置在该空间平面中的物体的图像。

线性化系统可以选择如何分配来自源的能量，从而最有效地照射场景。受益于这种照明类型的系统具有最高的能源效率，这使得可以使用灵敏度较低的传感器，或生成非常不透明或反射性很差的物体的图像。

在另一个实施例中，照明可以是高度和宽度可由设计者选择的矩形。在这种情况下，将照明准直在要研究的物体上，首先，这使得可能具有更大的深度，在其中照明是最优的，其次，可能具有在无穷远处的照明的出口光圈，避免将源图像的一部分叠加到物体的图像上。

为了产生矩形照明，可根据上述第二种方法进行：光度计算可以确定用于从高斯旋转对称照明到均匀矩形照明过渡的宏(或具有特定强度轮廓的矩形。另外，光线在物体上的零入射角被施加以使照明准直)。该宏在设计软件中实现，以优化设计人员在物体层面指定的、具有不旋转对称表面的、产生矩形照明的两个透镜。

在使用点传感器(单个照相点或像素)的情况下，点成像设备的原理基于两个透镜组：

-第一组对光束进行成形以获得所需的分辨率；以及

-第二组执行对通过要成像的物体传输的流量的收集。

在这种成像模式下，空间分辨率仅链接到位于物体前面的第一光学组。流量收集部分对形成的图像的空间分辨率没有影响。第二组的优化基于能量流收集原理：目标是将能量尽可能地集中在传感器上，以便获得最高的信噪比。

根据要成像的物体类型，使用两种成像模式。

-通过物体的透射模式：每个样品的路径差和/或偏振和/或强度的透射式测量值。

-在物体上的反射模式：在表面或深度上每个样品的路径差和/或偏振和/

或强度的反射式测量。

提出的点成像设备使得能够在反射和透射中同时产生物体的图像。为此，它使用位于物体上游和下游的两个流量收集组。它还可以控制校准源的振幅，以产生绝对测量值。

除了其光学元件外，点成像系统还可包含以下元件：

-连续波(CW)或调制THz源；

-一个或多个点或多像素传感器(线性)；

-用于在快速移动轴上运动具有至少一个编码器的样品的笛卡尔表；

-计算机系统，其通过使与源的调制同步的信号与笛卡尔表的绝对位置同步来创建图像。

对于非常短的聚焦透镜，可获得约为10或20mm的最大分辨率。结果是，对于大尺寸样本而言，可用于插入样本的空间可能非常有限。所提出的成像设备由于模块化系统而提出了针对该问题的方案，该模块化系统使得分辨率能够根据要成像的物体的尺寸而改变。

来自源的光束首先被第一透镜准直。准直光束在该透镜之后与平行光线一起传播，这使得可以将聚焦辐射的透镜放置在距准直透镜任何距离的位置。

选择用于聚焦在物体上的平面，以便通过具有短焦距能实现高分辨率(从而将其放置在靠近物体的位置)的光学系统或通过具有长焦距能实现较低的分辨率但可以测量更大物体的透镜(透镜放置在靠近源的位置)将光束聚焦在光轴上的同一位置。

由于该系统，因此可以通过更换聚焦透镜轻松地修改系统的分辨率，同时保持源和物体之间的距离不变，从而简化了机械集成并改善了系统的人类工程学。

在透射模式下，流量收集是通过放置在物体后面的两个透镜组进行的。为了确保最大效率，所使用的收集器的焦比至少等于第一组的焦比。

第一透镜可以与聚焦透镜相同。它收集来自物体的流量，并使光束具有平行光线(准直)。由于该系统，可以通过将第二个透镜放置在距第一个透镜任何距离的位置来保持上述分辨率的模块化。

位于检测器前面的第二个透镜可以通过集中能量使THz光束聚焦在光敏表面上，以最大化信噪比。用于该透镜的光圈为例如1.25。可以选择此值作为能量集中度(较低的光圈值)和聚焦稳定性之间的折衷值：较高的光圈可以使对传感器的聚焦更少地依赖于与机械扩张相关联的光束可能发生的畸变或物体对光束的简单破坏。

在反射模式下，通过添加分束器和透镜来进行流量收集。该组件被放置在透镜前，以在样品上聚焦。分束器可以使入射的THz光束在源和物体之间通过。THz信号一旦反射到物体上，就会由聚焦透镜收集，然后反射到分束器上，以90°的角度发送到位于传感器前面的透镜上。传感器前面的透镜与透射模式下使用的透镜相同。

通过来自源的一部分能量在向外路径上的反射和通过从物体反射的能量的一部分在返回路径上的透射，分束器在每个通道处引入信号损耗。

关于偏振模式，THz波是可以被特定偏振以检查来自材料的特定响应的电磁波，例如双折射。

为此，入射波必须是圆偏振的。延迟器元件可用于将线性偏振转换为圆偏振，例如：

-四分之一波叶片；

-号角器件(horn)；或

-120°棱镜组件。

分析仪分析椭圆率、椭圆的相移和椭圆的旋转方向。使用的技术是：

-偏振器+半波延迟器的旋转，以及至少180°的能量采集，以重新构建椭圆的参数；以及

-在至少三个装有偏振器的传感器上透射的波的分解，该传感器分析至少三个优选的偏振方向。

分析在单个传感器上进行，该传感器包含：

-通过两个配有其天线的等离子体纳米晶体管，在两个垂直偏振方向上进行振幅测量；

-通过配备有交叉天线的纳米晶体管，椭圆的相移及其旋转方向的测量。

模块化提供了一个非常灵活的平台，通过管理采样率测量样品(要成像的物体)厚度，用于合适的空间分辨率的需求，对于完全透明的材料，在透射模式下成像，对于其中一种材料可能不透明的物体，在反射模式下成像，对于具有优选传播轴的材料，在偏振模式下成像(使用“双折射”一词)。

THz源(调制和宽频带)、传感器(非常灵敏、快速)，笛卡尔表的编码器(绝对位置)和采集系统(同步、滤波)的组合使用，可以形成灵敏度非常高的图像，且没有运动伪影，没有驻波，且LF和HF噪声非常低。

关于光束分离器，例如图14和15中所示的叶片435和455，在THz区域中非常普遍地使用高电阻率硅来制造光学窗、分束器或半球形收集透镜。优选地，作为本发明主题的图像捕获系统使用这种用于其半反射叶片的材料。3.41的非常高的折射率使得可以在材料的单个表面上将光束分成反射和透射的两个分量，分别为45％和55％。

叶片必须经过精心设计，以执行分束器功能(理想情况下为50％的透射率和50％的反射率)，因为穿过叶片的两个表面会导致光束与其自身发生干涉，从而使元件的性能水平差异很大。

优选地，分束器在其材料的单个表面上进行抗反射处理。结果是，在该表面上没有反射出现，并且不产生干涉。优选地，选择折射率接近1.8的材料进行处理，并且其厚度与波长的因数匹配。

在一些实施例中，通过选择叶片的厚度获得50％的分离效率：可以通过计算入射波的分量来确定产生50％的效率水平的厚度。

关于分束器上的入射偏振，优选地使用TM模式(横模的缩写)偏振，其中场平行于入射平面。实际上，发明人已经确定，当分束器的厚度在其制造公差内变化时，TM模式偏振确保分离效率的更好的稳定性。

为了尽可能高效，分束器用于弱发散光束。优选地，将其插入准直光束中。光束两次通过分束器：一次是从源发出的，第二次是从物体返回到检测器的。

分束器用于设计反射模式光学系统，在该系统中，在物体的同一侧执行对物体的照明和对来自物体的流量的取回。

作为本发明主题的多像素成像设备包含以下元件：

-THz源；

-由透镜组成的光学系统，用于进行线性照明；

-由透镜组成的光学系统，用于在透过物体或从物体反射后收集照明；

-在反射情况下的分束器；

-多像素传感器；以及

-用于处理从传感器发出的信号的单元。

通常，由于物体的尺寸或由于工业环境的限制，透射模式的使用很复杂。因此，通常使用反射模式。有几种方式来布置照明和透镜单元以实现该模式。

在透射模式下，完整的光学系统具有两个独立的部分400和410，一个用于线性照明，另一个用于成像镜头单元。例如，在图13所示的设备40的光学系统中，左边的三个透镜，部分400，用于照明，右边的两个透镜，部分410，用于透镜单元。在两者之间，自由空间允许物体405插入，物体405的图像必须由传感器415捕获。

照明的光圈与透镜单元的光圈匹配，因此能量不会在透镜单元外部损耗。

在图14中所示的设备42的实施例中，通过整个透镜单元的反射，在右侧420上的三个透镜形成照明，其被投射在透镜单元430的像平面的水平处。然后，照明经过透镜单元430投射到物体425上。最后，透镜单元430形成物体425的图像，该图像通过半反射片435以90°投射到传感器415上。

因此，照明被设计为通过透镜单元430均匀地照明物体425。

在图15所示的设备44的实施例中，在透镜单元内部进行反射的情况下，照明440在柱面透镜465之后考虑了另外的透镜460：透镜单元450的最后一个透镜。以这种方式，照明直接插入到透镜单元450的出口处。透镜单元450借助于半反射片455进行操作，该半反射片455其将以90°反射的光发送到另外两个透镜和线性传感器470。

这种设计的优点在于，它更紧凑并且损耗更少，THz光束通过源和传感器之间的更少的透镜。

照明系统可以实现场景的均匀照明，而采集系统则可以通过多像素传感器的极高像素紧凑性来充分利用非常高分辨率。

Claims

1.一种捕获用于构成图像的点值的设备（40、42、44），其特征在于，所述设备包括：

- 非相干光源（100），其频率在0.075 THz至10 THz之间，用于照射物体；

- 来自所述物体的辐射的传感器（415、470），所述传感器包括对来自所述非相干光源的辐射敏感的区域，并且所述传感器发出代表来自所述非相干光源并到达所述传感器的敏感区域的光线的强度的电信号；以及

- 光圈数小于1的至少一个光学聚焦系统（400、410、420、430、440、450），所述光学聚焦系统位于光线的光路上，所述光线由所述非相干光源发出并且从所述非相干光源经过所述物体传播到光线的传感器；以及

- 接近电子器件，以经由接近所述纳米晶体管的摆动电压的栅极电压使包括光敏区域的纳米晶体管偏振，其中所述晶体管的标准操作是最非线性的；

其中，通过在漏极和源极之间向所述纳米晶体管沟道注入电流，迫使所述纳米晶体管沟道中的负载不对称，来放大来自所述纳米晶体管的整流信号，所述整流信号是以共模或差模测量的所述纳米晶体管的漏极与源极之间的连续电位差；其中，所述接近电子器件包括补偿电路以调节通过在所述纳米晶体管的漏极和源极之间注入电流而产生的偏移，所述补偿电路包括减法器组件。

2.根据权利要求1所述的设备（40、42、44），其中，所述非相干光源（100）以足够宽的发射光谱照射所述物体，以在比所述传感器的采集时间短的时间段内扫描驻波。

3. 根据权利要求1或2所述的设备（40、42、44），其中，所述非相干光源在-100dB的带宽等于12 GHz。

4.根据权利要求1或2所述的设备（40、42、44），其中，至少一个光学聚焦系统包括非球面光学透镜。

5.根据权利要求4所述的设备（40、42、44），其中，在所述非相干光源的频率范围，用于所述光学透镜的材料的指数的散射以百分比计小于1％。

6. 根据权利要求4所述的设备（40、42、44），其中，在所述非相干光源的频率范围，从100到300 GHz，用于所述光学透镜的材料的指数的散射以百分比计为0.2％。

7. 根据权利要求4所述的设备（40、42、44），其中，在所述非相干光源的频率范围，从100到700 GHz，用于所述光学透镜的材料的指数的散射以百分比计为0.5％。

8.根据权利要求1或2所述的设备（40、42、44），其中，光学聚焦系统的至少一个光学元件具有抗反射处理，所述抗反射处理包括呈锥体或凹坑形式的微结构。

9.根据权利要求1或2所述的设备（40、42、44），其中，至少一个光学聚焦系统包括光学透镜，所述非相干光源（100）被配置为照射最靠近所述非相干光源的光学透镜的全部。

10.根据权利要求1或2所述的设备（40、42、44），其中，所述非相干光源（100）的发射频率是被调制的。

11.根据权利要求1或2所述的设备（40、42、44），其中，所述非相干光源（100）包括电阻器或IMPATT二极管中的热型噪声源。

12.根据权利要求1或2所述的设备（40、42、44），其中，所述设备包括至少一个放大器，所述放大器通过模数转换器的动态来放大所述信号。

13.根据权利要求1或2所述的设备（40、42、44），其中，所述设备包括用于使所述信号的解调与所述非相干光源（100）的振幅调制信号同步的装置。

14.根据权利要求1或2所述的设备（40、42、44），其中，所述设备包括用于使所述设备的数字输出与所述非相干光源（100）同步的装置。

15.根据权利要求1或2所述的设备（40、42、44），其中，所述设备包括分束器，所述分束器上的入射偏振是TM模式偏振，其中，场平行于入射平面。

16.根据权利要求1或2所述的设备（40、42、44），其中，所述设备包括用于测量来自所述物体的辐射的强度和/或来自所述物体的光线的偏振和/或来自所述物体的光线的路径差异的装置。