TW201835497A - 太赫茲-吉赫茲照明器 - Google Patents
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Abstract
可以被應用在或整合至許多太赫茲-吉赫茲應用及/或系統(像是影像、安全或通訊)的太赫茲-吉赫茲照明器。一或多個太赫茲-吉赫茲發射器被結合成一陣列，其中每個太赫茲-吉赫茲發射器都包含一太赫茲-吉赫茲光源與一太赫茲-吉赫茲透鏡。此外，在每一個太赫茲-吉赫茲發射器，太赫茲-吉赫茲光源與太赫茲-吉赫茲透鏡間的幾何關係係可以動態地調整藉以動態地調整所發射太赫茲-吉赫茲波的發射角度與指向角度。附帶地，任一個太赫茲-吉赫茲發射器都可以轉動及/或移動藉以改變所發射太赫茲-吉赫茲波的傳播方向。藉此，太赫茲-吉赫茲照明器可以均勻地照射位於任何距離的有興趣物件，而且不需要修改太赫茲-吉赫茲光源的其他方面便可以有效地應用各個可以均勻地照射位於任何距離的有興趣物件的發射器的有限的光源功率。
Description
本發明有關於太赫茲-吉赫茲照明器(terahertz-gigahertz illuminator，THz illuminator)，特別是可以有效率地使用太赫茲-吉赫茲波以及改善照射在物件上太赫茲-吉赫茲波的均勻度的太赫茲-吉赫茲照明器。
對於太赫茲-吉赫茲技術的興趣在過去幾十年中顯著地增加，而且使用到太赫茲-吉赫茲系統的商業化應用也相對應地穩定增加。舉例來說，太赫茲-吉赫茲波的獨特傳輸性質使得太赫茲-吉赫茲影像系統與太赫茲-吉赫茲安全系統具有顯著的商業價值。一個經典例子是隱藏物件的鑑別，像是被纖維衣物所覆蓋的金屬武器。更多地，由於太赫茲-吉赫茲波的波長，太赫茲-吉赫茲波的高帶寬數據(bandwidth data)可能被應用在未來世代的通訊系統。
太赫茲-吉赫茲技術的發展必須要克服一些困難的挑戰。一個如此的挑戰是目前可用的商業化太赫茲-吉赫茲光源不只功率相對地低而且價格昂貴。舉例來說，典型的商業化太赫茲-吉赫茲光源的輸出功率在幾十毫瓦(milli-watt)的範圍，這是明 顯地小於一般性能的發光二極體(light-emitting-diodes，LED)或甚至家用燈泡(household light bulbs)。因此，太赫茲-吉赫茲系統的設計與應用明顯地受限於太赫茲-吉赫茲光源的能力。除此之外，因為太赫茲-吉赫茲波是不可視的，如何有效率地與均勻地將太赫茲-吉赫茲波只照射在距離不限的一或多個物件而不會照射到其他空間是一個困難的問題，特別如果這些物件的數目、這些太赫茲-吉赫茲光源的數目及/或這些物件與這些太赫茲-吉赫茲光源間的幾何關係是持續地改變時。
綜上所述，有需要發展可以有效率地與均勻地照射物件而且不會浪費太赫茲-吉赫茲光源輸出功率的太赫茲吉赫茲照明器。
本發明所提出的太赫茲吉赫茲照明器使用排列成陣列的一或多個本發明所提出的太赫茲-吉赫茲發射器。特別是，這些太赫茲-吉赫茲發射器的分布以及每一個太赫茲-吉赫茲發射器的配置都是可以動態地調整的。
基本上，提出的太赫茲-吉赫茲發射器是由太赫茲-吉赫茲光源與太赫茲-吉赫茲透鏡所組成。附帶地，透鏡夾具(lens fixture)被配置來固持太赫茲-吉赫茲光源與太赫茲-吉赫茲透鏡二者。太赫茲-吉赫茲光源可以是任何已知的、發展中的或是將來出現的太赫茲-吉赫茲光源。太赫茲-吉赫茲透鏡是可以處理太赫茲-吉赫茲波並會聚其功率的單一個鏡片元件或是多數個鏡片元件的組合。在某些例子，太赫茲-吉赫茲光源被放置在太赫 茲-吉赫茲透鏡的焦點(focal point)或其附近藉以使得太赫茲-吉赫茲光源所產生的太赫茲-吉赫茲波可以被發射到相對的一側。太赫茲-吉赫茲透鏡的焦距長度(focal length)應該盡可能地小藉以盡可能地收集太赫茲-吉赫茲波。在某些例子，太赫茲-吉赫茲光源與太赫茲-吉赫茲透鏡中的至少一者可以被沿著幾何軸線被移動，藉以改變太赫茲-吉赫茲波經過太赫茲-吉赫茲透鏡後的發射角度。在此，幾何軸線定義為連接太赫茲-吉赫茲透鏡中心與太赫茲-吉赫茲光源中心二者的直線。在某些例子，太赫茲-吉赫茲光源及/或太赫茲-吉赫茲透鏡可以被沿著與幾何軸線相互垂直及/或相互交錯的方向被移動，藉以改變太赫茲-吉赫茲波經過太赫茲-吉赫茲透鏡後的指向角度。在某些例子，太赫茲-吉赫茲光源及/或太赫茲-吉赫茲透鏡可以被轉動，像是繞著與幾何軸線相互交錯的方向被轉動，藉以改變被發射太赫茲-吉赫茲波的傳播方向。在此，發射角度定義為太赫茲-吉赫茲發射器所發射太赫茲-吉赫茲波的角度範圍，而指向角度定義為介於所發射太赫茲-吉赫茲波的中間與幾何軸線之間的角度。
基本上，這些太赫茲-吉赫茲發射器的分布方式可以是單一一點(亦即零維陣列)、或是二維陣列、或是三維陣列或是其他的。舉例來說，這些發射器可以沿著直線(straight line)、曲線(curve)或蜿蜒線段(zigzag)來列。舉例來說，這些發射器可以分布在正方形(square)、圓形(circular)、多邊形(polygon)、平面狀表面(planar surface)、曲面狀表面(curved surface)或是起伏的表面(undulant surface)。舉 例來說，這些發射器可以在X-Y平面上被分布成二維陣列但是至少二個發射器在Z軸的位置並不相同。舉例來說，這些發射器可以被規則地分布或是等距離地分布藉以達到比較好的照射均勻度。
100、300、400、500‧‧‧太赫茲-吉赫茲照明器
110、210、310、410、510‧‧‧太赫茲-吉赫茲發射器
112、212、312、512‧‧‧太赫茲-吉赫茲光源
114、214、314、514‧‧‧太赫茲-吉赫茲透鏡
116‧‧‧內部驅動器
118‧‧‧外部驅動器
251、253、35、451、452、453‧‧‧物件
299、399、499‧‧‧太赫茲-吉赫茲波
第一A圖摘要地描繪具有一些相等的太赫茲-吉赫茲發射器的太赫茲-吉赫茲照明器，第一B圖摘要地描繪太赫茲-吉赫茲發射器的配置，第一C圖到第一D圖定義了太赫茲-吉赫茲發射器所發射太赫茲-吉赫茲波的發射角度與指向角度，而第一E圖與第一F圖摘要地描繪一些太赫茲-吉赫茲發射器。
第二A圖與第二B圖摘要地描繪一太赫茲-吉赫茲照明器其中一些相同的太赫茲-吉赫茲發射器排列成一維陣列並且所發射太赫茲-吉赫茲波的發射角度是可以隨著不同物件距離而動態地調整，而第二C圖與第二D圖摘要地描繪太赫茲-吉赫茲光源與太赫茲-吉赫茲透鏡間距離如何被位於太赫茲-吉赫茲發射器內部的內部驅動器所改變而藉以動態地改變發射角度。
第三A圖與第三B圖摘要地描繪一太赫茲-吉赫茲照明器其中一些相同的太赫茲-吉赫茲發射器排列成二維陣列並且可以隨著不同物件的不同距離而有不同的太赫茲-吉赫茲波的發射角度，而第三C圖與第三D圖摘要地呈現具有四個發射器的一樣例的太赫茲-吉赫茲照明器的照射圖案以及發射角度與物件距離的關係其中每一個照明器具有一瓦的功率並且這些照明器排列成具 有40公分週期的一維陣列。
第四A圖與第四B圖摘要地描繪一太赫茲-吉赫茲照明器其中一些相同的太赫茲-吉赫茲發射器排列成一維陣列並且任一個太赫茲-吉赫茲發射器可以分別地動態調整其指向角度，第四C圖摘要地呈現具有五個發射器的一樣例的太赫茲-吉赫茲照明器在照射距離五公尺外物件時的照射圖案以及發射角度與物件距離的關係其中每一個照明器具有一瓦的功率並且這些照明器排列成具有40公分週期的一維陣列。
第五A圖摘要地描繪具有排列成一維陣列的三個發射器的一太赫茲-吉赫茲照明器，而第五B圖到第五F圖摘要地顯示這個太赫茲-吉赫茲照明器如何被根據所提及步驟而動態地被調整。
第六圖摘要地描繪具有排列成四乘四陣列的十六個太赫茲-吉赫茲照明器的太赫茲-吉赫茲照明器的正視圖與側視圖，其中這些太赫茲-吉赫茲照明器被嵌入在共通面板。
本發明的詳細描繪將藉由以下的實施例討論，這些實施例並非用於限制本發明的範圍，而且可適用於其他應用中。圖示揭露了一些細節，必須理解的是揭露的細節可不同於已透露者，除非是明確限制特徵的情形。
提出的太赫茲-吉赫茲照明器具有一或多個太赫茲-吉赫茲發射器並且集體地使用從這些太赫茲-吉赫茲發射器所發射的所有太赫茲-吉赫茲波，在此這些發射器可以根據要被照射的一或 多個物件的位置而被個別地動態調整。其中，第一A圖摘要地描繪太赫茲-吉赫茲照明器100具有一些相等的太赫茲-吉赫茲照明器110的狀況。如同在第一B圖所摘要地描繪，每一個太赫茲-吉赫茲照明器110有一個太赫茲-吉赫茲光源112與一個太赫茲-吉赫茲透鏡114，其中太赫茲-吉赫茲光源112被放在位於太赫茲-吉赫茲透鏡114後方的焦點或其附近。所發射太赫茲-吉赫茲波的發射角度與指向角度被定義在第一C圖與第一D圖。在第一C圖所顯示的狀況，發射的太赫茲-吉赫茲波199沿著定義為連接太赫茲-吉赫茲透鏡中心與太赫茲-吉赫茲光源中心二者的直線的幾何軸線被傳播，亦即指向角度亦為零度。在第一D圖所顯示的狀況，在此，發射的太赫茲-吉赫茲波199沿著與幾何軸線交錯的方向被傳播，亦即指向角度亦大於零度(不為零的指向角度)。如第一E圖所示，對於每一個太赫茲-吉赫茲發射器110，內部驅動器116可以被用來移動及/或轉動太赫茲-吉赫茲透鏡114與太赫茲-吉赫茲光源112中的至少一者。在另一個例子，如第一F圖所示，對於每一個太赫茲-吉赫茲發射器110，外部驅動器118可以被用來移動及/或轉動太赫茲-吉赫茲透鏡114與太赫茲-吉赫茲光源112中的至少一者。特別是，為了轉動太赫茲-吉赫茲透鏡114，轉軸通常是垂直於太赫茲-吉赫茲透鏡114的幾何中軸。顯而易見地，藉由使用內部驅動器116及/或外部驅動器114，對於每一個太赫茲-吉赫茲照明器110，所發射太赫茲-吉赫茲波119的發射角度與指向角度都是可以動態地調整的。
一般來說，太赫茲-吉赫茲透鏡114可以是單一個鏡片元件也是可以由多數個鏡片元件所組成，而且太赫茲-吉赫茲光源112位於太赫茲-吉赫茲透鏡114的焦點或其附近藉以使得太赫茲-吉赫茲光源112所發射的太赫茲-吉赫茲波可以被發射到相對的另一側。因此，太赫茲-吉赫茲光源112所產生的太赫茲-吉赫茲波可以被傳輸經過太赫茲-吉赫茲透鏡114且照明具有有限尺寸位於有限距離的物件。此外，為了避免繞射以及確保小的發射角度可以達成，太赫茲-吉赫茲透鏡114的直徑通常是太赫茲-吉赫茲光源112所產生太赫茲-吉赫茲波的波長的五到十倍。舉例來說，如果太赫茲-吉赫茲照明器100是針對頻率100吉赫茲(GHz)的太赫茲-吉赫茲波所設計，太赫茲-吉赫茲透鏡114的直徑至少須為三十公厘。舉例來說，受限於繞射，若二者的比例為十倍則最小的發射角度約為五度。無論如何，較大直徑的太赫茲-吉赫茲透鏡114也會因為材料成本、尺寸與重量而有一些缺點。此外，太赫茲-吉赫茲透鏡114的厚度並不需要限制，雖然具有較低材料成本、較少太赫茲-吉赫茲波吸收與容易製作等優點的較薄的太赫茲-吉赫茲透鏡114是較佳的。
除此之外，太赫茲-吉赫茲透鏡114的性能，甚至太赫茲-吉赫茲透鏡114中任何一個鏡片元件的性能，可以是相似於至少下列之一的性能：平凸透鏡(plano-convex lens)、平凹透鏡(plano-concave lens)、凹凸透鏡(concave-convex lens)與凸凹透鏡(convex-concave lens)。在者，對於每一個鏡片 元件，非平面的表面可以是球面的也可以是非球面的，雖然非球面的表面可能因為其可以減少鏡片元件厚度而較有實用性。
本發明的某些實施例摘要地描繪在第二A圖到第二D圖，在此這些實施例關於具有一且唯一個(或視為具有零維陣列)且具有固定指向角度的太赫茲-吉赫茲照明器210的太赫茲-吉赫茲照明器200。在這些實施例，如果太赫茲-吉赫茲光源212和太赫茲-吉赫茲透鏡214間的距離是固定的，所發射的太赫茲-吉赫茲波的照射角度也將相對應地固定。因此，如果物件251與物件253的尺寸並不相等於在太赫茲-吉赫茲波299抵達物件251與物件253時的波束寬度(beam width)，所發射的太赫茲-吉赫茲波299將不能適當地照射物件251與物件253。無論如何，藉由使用內部驅動器216來改變太赫茲-吉赫茲透鏡214與太赫茲-吉赫茲光源212間的幾何關係，這些實施例可以動態地調整所發射太赫茲-吉赫茲波299的發射角度(或視為改變所發散太赫茲-吉赫茲波299在抵達物件251與物件253時的波束寬度)藉以恰好覆蓋整個物件251與整個物件253。因此，至少部分的物件251並未被太赫茲-吉赫茲波299所覆蓋的缺點可以被極小化。綜上所述，這些實施例可以藉由適當地照射物件251與物件253來有效率地使用太赫茲-吉赫茲光源212所產生的太赫茲-吉赫茲波299。
本發明的某些實施例摘要地描繪在第三A圖到第三B圖，在此這些實施例係有關於具有排列成等間距(equally-spaced)一維陣列的一些相同的且具有固定指向角度的太赫茲-吉赫茲發 射器310的太赫茲-吉赫茲照明器300。在這些實施例，為了有效率地使用各個太赫茲-吉赫茲發射器310以及均勻地照明與太赫茲-吉赫茲照明器300相距任何距離的物件35，這些太赫茲-吉赫茲發射器310所發射的太赫茲-吉赫茲波的發射角度應該通同，藉以使得這些太赫茲-吉赫茲發射器310所共同對應到的照明區域在任何物件距離時都能維持在與此陣列尺寸相當的大小。舉例來說，若每個太赫茲-吉赫茲發射器310所照射出來的太赫茲-吉赫茲波399的分布都可推定為高斯輪廓(Gaussian profile)，每一個太赫茲-吉赫茲發射器310都可以具有相等的且定義為2*tan-1(0.5*陣列週期/(物件距離))的發射角度，在此陣列週期為太赫茲-吉赫茲發射器陣列的週期性間距。換句話說，每當物件距離已被決定，所有的太赫茲-吉赫茲發射器310都可以被調整到具有需要的太赫茲-吉赫茲波399的發射角度藉以均勻地照明物件。為了提供一個特定的樣例，如第三C圖所示，這個照明圖案對應到四個各自具有一瓦功率且以間距四十公分排列成一直線的太赫茲-吉赫茲發射器310。如果所有太赫茲-吉赫茲發射器310的照射角度都是可以正確地且動態地調整，在沿著照明平面的軸線上可以得到均勻的照明輪廓。更多地，如第三D圖所示，取決於物件距離，每一個太赫茲-吉赫茲發射器的發射角度可以相對應地變化。綜上所述，內部驅動器可以被應用來根據要被照明物件的物件距離而動態地調整太赫茲-吉赫茲光源312與太赫茲-吉赫茲透鏡314間的距離。
本發明的某些實施例摘要地描繪在第四A圖與第四B圖，在此這些實施例有關於具有排列成一維陣列的一些相似的太赫茲-吉赫茲發射器410的太赫茲-吉赫茲照明器400。在這些實施例，每一個太赫茲-吉赫茲照明器410都可以動態地調整其指向角度與發射角度，使得這些太赫茲-吉赫茲發射器400可以有效率地與集體地照明位於任何物件距離且具有任何尺寸的物件451/452/453。每一個太赫茲-吉赫茲發射器400的指向角度與發射角度都可以被動態地調整到一個特別的組合，藉以使得從這些動態調整的太赫茲-吉赫茲發射器410所發射的太赫茲-吉赫茲波可以覆蓋住並且也只有覆蓋住這些物件451/452/453。舉例來說，若這些太赫茲-吉赫茲發射器410都可以被推定為相等間距的並且所發射的太赫茲-吉赫茲波499具有高斯輪廓，每一個太赫茲-吉赫茲發射器410可以具有相同的且被定義為2*tan-1(0.5*FWHM/(物件距離))的發射角度，在此FWHM為在物件上照明的半峰全高(full width half maximum)。為了使用所有的太赫茲-吉赫茲發射器410來均勻地照明物件，半峰全高等於需要的照明面積除以這些太赫茲-吉赫茲發射器410的軸向數目(axial number)。對於每一個太赫茲-吉赫茲照明器410，為了調整指向角度，內部驅動器可以被用來改變太赫茲-吉赫茲光源與太赫茲-吉赫茲透鏡的相對位置。內部驅動器也可以被用來轉動太赫茲-吉赫茲透鏡及/或太赫茲-吉赫茲光源，甚至外部驅動器可以被用來移動及/或轉動太赫茲-吉赫茲發射器410，藉以動態地調整指向角度。在整 個太赫茲-吉赫茲照明器400的第X行(或是第X列)的太赫茲-吉赫茲照明器410的指向角度被定義為tan-1(((陣列週期)*(0.5*(軸向數目)-1)-X)/((半峰全高*(0.5*(軸向數目)-1)-X))，其中軸向數目(axial number/ANOS)為太赫茲-吉赫茲照明器410的軸向數目。舉例來說，如第四C圖所示，樣例的照明圖案對應到分別具有一瓦功率並在照明平面上被排列成具有四十公分週期的五個太赫茲-吉赫茲發射器410被應用來照明距離五公尺外的物件45的狀況。明顯地，在沿著這五個太赫茲-吉赫茲發射器410的陣列軸線上，照明輪廓為均勻的。
顯然地，如上述這些實施例所提到的，本發明有二個關鍵特徵。第一，對於每一個太赫茲-吉赫茲發射器，太赫茲-吉赫茲光源與太赫茲-吉赫茲透鏡間的幾何關係為可以動態調整的，進而使得其所發射的太赫茲-吉赫茲波的發射角度及/或指向角度也可以被動態調整。第二，對於排列成陣列的一些太赫茲-吉赫茲發射器，不同的太赫茲-吉赫茲發射器可以被獨立地與動態地調整，藉以使得所有太赫茲-吉赫茲發射器所發射的太赫茲-吉赫茲波可以有效地與均勻地照明位於不同物件位置的不同物件。因此，只要這二個關鍵特徵可以實現，其他細節並不需要限制。
舉例來說，對於每一個太赫茲-吉赫茲發射器，太赫茲-吉赫茲光源與太赫茲-吉赫茲透鏡間的幾何關係可以透過下列步驟的至少某一者來調整：沿著幾何軸線移動太赫茲-吉赫茲光源、沿著幾何軸線移動太赫茲-吉赫茲透鏡、沿著與幾何軸線相互垂 直會相互交叉的一線段(直線線段、曲線線段、蜿蜒線段或其他)移動太赫茲-吉赫茲光源、沿著與幾何軸線相互垂直或相互交叉的一線段(直線線段、曲線線段、蜿蜒線段或其他)移動太赫茲-吉赫茲透鏡、繞著與幾何軸線相互垂直或相互交叉的一方向轉動太赫茲-吉赫茲光源、以及繞著與幾何軸線相互垂直或相互交叉的一方向轉動太赫茲-吉赫茲透鏡。舉例來說，對於排列成陣列的數個太赫茲-吉赫茲發射器，從這些太赫茲-吉赫茲發射器所發射的太赫茲-吉赫茲波的指向角度與發射角度可以透過下列步驟的至少某一者來調整：自由地轉動至少一太赫茲-吉赫茲發射器而不改變被轉動太赫茲-吉赫茲發射器內部中太赫茲-吉赫茲光源與太赫茲-吉赫茲透鏡的幾何關係、自由地移動至少一太赫茲-吉赫茲發射器而不改變被移動太赫茲-吉赫茲發射器內部中太赫茲-吉赫茲光源與太赫茲-吉赫茲透鏡的幾何關係、以及改變至少一太赫茲-吉赫茲發射器內部中太赫茲-吉赫茲光源與太赫茲-吉赫茲透鏡的幾何關係。僅僅作為樣例，第五A圖摘要地描繪具有排列成一維陣列的三個太赫茲-吉赫茲發射器的太赫茲-吉赫茲照明器，而第五B圖到第五F圖摘要地描繪這三個太赫茲-吉赫茲發射器是怎樣的根據上述這些步驟來分別地動態地調整。在此，太赫茲-吉赫茲照明器被標示為500，太赫茲-吉赫茲發射器被標示為510，而太赫茲-吉赫茲光源與太赫茲-吉赫茲透鏡分別被標示為512與514。
總結來說，對於每一個太赫茲-吉赫茲發射器510，所發射太赫茲-吉赫茲波的發射角度可以藉由至少下列之一來調整： 沿著幾何軸線移動太赫茲-吉赫茲透鏡514以及沿著幾何軸線移動太赫茲-吉赫茲光源512。此外，所發射太赫茲-吉赫茲波的指向角度可以藉由至少下列之一來調整：繞著垂直於或交叉於幾何軸線的方向轉動太赫茲-吉赫茲透鏡514、繞著垂直於或交叉於幾何軸線的方向轉動太赫茲-吉赫茲光源512、沿著垂直於或交叉於幾何軸線的方向移動太赫茲-吉赫茲透鏡514、沿著垂直於或交叉於幾何軸線的方向移動太赫茲-吉赫茲光源512、以及繞著垂直於或交叉於幾何軸線的方向轉動太赫茲-吉赫茲發射器510。
更多的，一般來說，為了確保大多數的太赫茲-吉赫茲波可以被太赫茲-吉赫茲透鏡514所動態地調整，轉動角度往往是等於或小於四十五度。此外，一般來說，太赫茲-吉赫茲光源512和太赫茲-吉赫茲透鏡514間的距離是相等於或是小於太赫茲-吉赫茲透鏡514的焦距長度(或說是等效焦距長度)，藉以確保大多數的由太赫茲-吉赫茲光源512所發射的太赫茲-吉赫茲波可以被動態地調整並被傳輸通過太赫茲-吉赫茲透鏡514。藉此，在一些樣例中，內部驅動器可以被設計來沿著幾何軸線或是與幾何軸線交叉的方向移動太赫茲-吉赫茲透鏡，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源在沿著幾何軸線的距離被維持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑。在一些樣例中，內部驅動器可以被設計來沿著幾何軸線或是與幾何軸線交叉的方向移動太赫茲-吉赫茲光源，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源在沿著幾何軸線的距離被維持在等於或小於太赫 茲-吉赫茲透鏡的半徑。在一些樣例中，內部驅動器可以被配置來繞著與幾何軸線交叉的方向將太赫茲-吉赫茲透鏡轉動一個等於或小於四十五度的轉動角度，或可以被配置來繞著與幾何軸線垂直的方向將太赫茲-吉赫茲透鏡轉動一個等於或小於四十五度的轉動角度。同樣地，在一些樣例中，內部驅動器可以被配置來繞著與幾何軸線交叉的方向將太赫茲-吉赫茲光源轉動一個等於或小於四十五度的轉動角度，或可以被配置來繞著與幾何軸線垂直的方向將太赫茲-吉赫茲光源轉動一個等於或小於四十五度的轉動角度。同樣地，在一些樣例中，外部驅動器可以被配置來繞著與幾何軸線交叉的方向將太赫茲-吉赫茲發射器轉動一個等於或小於四十五度的轉動角度，或可以被配置來繞著與幾何軸線垂直的方向將太赫茲-吉赫茲發射器轉動一個等於或小於四十五度的轉動角度。
進一步地，雖然在上述實施例中只有描繪零維陣列與一維陣列，本發明也可以將多數個太赫茲-吉赫茲發射器排列成二維陣列或三維陣列。在此，陣列的種種細節並不受限制。舉例來說，零維陣列可以是單一點，代表只有一個太赫茲-吉赫茲發射器被使用。舉例來說，如果二個或更多個太赫茲-吉赫茲發射器被使用，一維陣列可以是直線、曲線或蜿蜒線段，而二維陣列可以是正方形、圓形、多邊形、平面狀表面、曲面狀表面、平坦的表面或是起伏的表面。舉例來說，對於三維陣列，二個或更多個太赫茲-吉赫茲發射器可以在X-Y平面上被分布為如上述的二維陣列但是在Z方向上至少二個太赫茲-吉赫茲發射器沿 著Z軸具有不同的位置。特別是，為了有效地與均勻地照明這些物件，將這些太赫茲-吉赫茲發射器等間距地排列是有利的但不是強制性的。在此，第六圖摘要地描繪具有排列成四乘四陣列的十六個太赫茲-吉赫茲照明器的太赫茲-吉赫茲照明器的正視圖與側視圖，其中這些太赫茲-吉赫茲照明器被嵌入在共通面板。
本發明所提出的太赫茲-吉赫茲照明器的一個優點是需要的太赫茲-吉赫茲透鏡的尺寸可以有理由地縮小，這是因為每一個太赫茲-吉赫茲光源皆與一個太赫茲-吉赫茲透鏡搭配成對，而且不同的太赫茲-吉赫茲光源與不同的太赫茲-吉赫茲透鏡搭配。由於太赫茲-吉赫茲波較長的波長以及太赫茲-吉赫茲光源較低的功率性能，使用多數個太赫茲-吉赫茲光源是普遍的但是這些太赫茲-吉赫茲光源的組合的尺寸將隨之變大。因此，使用多數個小型太赫茲-吉赫茲透鏡可以較使用少數幾個大型太赫茲-吉赫茲透鏡較為便宜與較為輕穎。
附帶地，為了極小化尺寸以提供緊湊的與可以手提的太赫茲-吉赫茲照明器，每一個太赫茲-吉赫茲發射器都可以緊緊相鄰於鄰近的其他太赫茲-吉赫茲發射器。另外，為了與預訂的照明器運作環境相匹配或是與這些物件的位置與尺寸的可能分布範圍相互匹配，每個太赫茲-吉赫茲發射器皆與其他的太赫茲-吉赫茲發射器相互分離是較為有利的。
除此之外，太赫茲-吉赫茲透鏡的材料(或說是每一個鏡片元件的材料)可以是玻璃、石英或是任何其他可以讓太赫茲-吉 赫茲波穿透的材料。此外，內部驅動器與外部驅動器的細節也是不受限制的。舉例來說，馬達與機械結構的組合被可以用來移動太赫茲-吉赫茲光源及/或太赫茲-吉赫茲透鏡藉以動態地調整這二者間距離，而線性制動器可以被用來移動太赫茲-吉赫茲發射器，以及轉動制動器可以被用來轉動太赫茲-吉赫茲發射器。附帶地，為了進一步改善太赫茲-吉赫茲發射器所發射太赫茲-吉赫茲波的品質，或可以將太赫茲-吉赫茲透鏡的至少一部分用反反射層(anti-reflection layer)來塗蓋也或可以將一或多個鏡片元件的至少一部份用反反射層來塗蓋，當然也或可以將用以固持太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源的透鏡夾具的至少一部份表面用反反射層來塗蓋(或說覆蓋)。在此，反反射層可以是由任何可以吸收太赫茲-吉赫茲波與極小化自太赫茲-吉赫茲光源而來的太赫茲-吉赫茲波的反射的材料。僅僅作為樣例，反反射層的材料可以是可膨脹聚丙烯(Expandable Polypropylene,EPP)，甚至可以是混雜有碳顆粒、銀顆粒或其他導電性顆粒的可膨脹聚丙烯。
雖然上述實施例中都是使用相同的太赫茲-吉赫茲發射器來建構太赫茲-吉赫茲照明器，本發明可以使用不同的太赫茲-吉赫茲發射器來建構太赫茲-吉赫茲照明器。換句話說，本發明可以使用具有不同太赫茲-吉赫茲透鏡及/或不同太赫茲-吉赫茲光源的不同太赫茲-吉赫茲發射器，雖然動態地調整由不同的太赫茲-吉赫茲發射器所形成的太赫茲-吉赫茲照明器會比動態地調整由相同的太赫茲-吉赫茲發射器所形成的太赫茲-吉赫茲照 明器來的複雜。舉例來說，具有不同的太赫茲-吉赫茲透鏡的不同的太赫茲-吉赫茲發射器可能需要太赫茲-吉赫茲光源與太赫茲-吉赫茲透鏡間的不同幾何關係來使得自每個太赫茲-吉赫茲發射器所發射的太赫茲-吉赫茲波具有相似的(甚至相等的)指向角度或發射角度。
所提出的太赫茲-吉赫茲照明器的種種應用可以摘要地描述如下。在太赫茲-吉赫茲照明器被嵌入在太赫茲-吉赫茲影像系統的狀況，一個裝置被用來偵測物件距離(像是深度影像器或是雷達系統)然後一個太赫茲-吉赫茲照明器被搭配使用，深度影像器或是雷達系統的角色是發現有興趣物件的位置，然後太赫茲-吉赫茲照明器相對應地運作來使得太赫茲-吉赫茲波聚焦在有興趣的物件，像是均勻地且有效率地僅僅照射在有興趣的物件。如此的方式可以改善太赫茲-吉赫茲影像系統的信躁比(signal-to-noise-ratio)。
顯然地，依照上面實施例中的描繪，本發明可能有許多的修正與差異。因此需在其附加的權利請求項的範圍內加以理解，除上述詳細描繪外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例中施行。上述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本發明的申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述申請專利範圍內。
Claims (20)
- 一種太赫茲-吉赫茲照明器，包含：一太赫茲-吉赫茲發射器，其具有一太赫茲-吉赫茲光源與一太赫茲-吉赫茲透鏡；在此，太赫茲-吉赫茲發射器的發射角度與指向角度二者中的至少一者可以動態地調整；在此，發射角度定義為太赫茲-吉赫茲發射器所發射太赫茲-吉赫茲波的角度範圍；在此，指向角度定義為介於所發射太赫茲-吉赫茲波的中間與幾何軸線之間的角度，其中幾何軸線定義為連接太赫茲-吉赫茲透鏡中心與太赫茲-吉赫茲光源中心二者的直線。
- 如申請專利範圍第1項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，在此太赫茲-吉赫茲透鏡的直徑為太赫茲-吉赫茲光源所產生太赫茲-吉赫茲波的波長的至少五到十倍。
- 如申請專利範圍第1項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，在此太赫茲-吉赫茲透鏡可以為單一個鏡片元件或是多數個鏡片元件的組合。
- 如申請專利範圍第3項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，在此至少一個鏡片元件的至少一個表面為球面的或非球面的。
- 如申請專利範圍第3項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，在此至少一鏡片元件的性能相等於至少下列某者的性能：一平凹透鏡、一平凸透鏡、一凹凸透鏡與一凸凹透鏡。
- 如申請專利範圍第1項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，在此太赫茲-吉赫茲光源位於太赫茲-吉赫茲透鏡的焦點上或其附近藉以使得太赫茲-吉赫茲光源所產生的太赫茲-吉赫茲波可以被發射到相對的一側。
- 如申請專利範圍第1項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，更包含至少下列之一：一內部驅動器，被配置來沿著幾何軸線移動太赫茲-吉赫茲光源；以及一內部驅動器，被配置來沿著幾何軸線移動太赫茲-吉赫茲透鏡。
- 如申請專利範圍第1項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，更包含至少下列之一：一內部驅動器，被配置來轉動太赫茲-吉赫茲透鏡；以及一內部驅動器，被配置來轉動太赫茲-吉赫茲光源。
- 如申請專利範圍第1項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，更包含一外部驅動器，其被配置來轉動及/或移動整個太赫茲-吉赫茲發射器而且不會改變太赫茲-吉赫茲光源與太赫茲-吉赫茲透 鏡間的幾何關係。
- 如申請專利範圍第7項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，更包含至少下列之一：內部驅動器被配置來沿著幾何軸線移動太赫茲-吉赫茲透鏡，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑；內部驅動器被配置來沿著與幾何軸線交叉的方向移動太赫茲-吉赫茲透鏡，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑；內部驅動器被配置來沿著幾何軸線移動太赫茲-吉赫茲光源，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離被保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑；內部驅動器被配置來沿著與幾何軸線交叉的方向移動太赫茲-吉赫茲光源，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲透鏡幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲透鏡，其中轉動角度等於或小於45度；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲光源幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲透鏡，其中轉動角度等於或小於45度；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲透鏡幾何中軸 交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲光源，其中轉動角度等於或小於45度；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲光源幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲光源，其中轉動角度等於或小於45度；外部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲透鏡幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲發射器，其中轉動角度等於或小於45度；以及外部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲光源幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲發射器，其中轉動角度等於或小於45度。10.如申請專利範圍第7項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，更包含至少下列之一：內部驅動器被配置來沿著幾何軸線移動太赫茲-吉赫茲透鏡，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑；內部驅動器被配置來沿著與幾何軸線交叉的方向移動太赫茲-吉赫茲透鏡，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑；內部驅動器被配置來沿著幾何軸線移動太赫茲-吉赫茲光源，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離被保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑； 內部驅動器被配置來沿著與幾何軸線交叉的方向移動太赫茲-吉赫茲光源，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲透鏡幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲透鏡，其中轉動角度等於或小於45度；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲光源幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲透鏡，其中轉動角度等於或小於45度；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲透鏡幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲光源，其中轉動角度等於或小於45度；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲光源幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲光源，其中轉動角度等於或小於45度；外部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲透鏡幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲發射器，其中轉動角度等於或小於45度；以及外部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲光源幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲發射器，其中轉動角度等於或小於45度。
- 如申請專利範圍第8項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，更包含至少下列之一： 內部驅動器被配置來沿著幾何軸線移動太赫茲-吉赫茲透鏡，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑；內部驅動器被配置來沿著與幾何軸線交叉的方向移動太赫茲-吉赫茲透鏡，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑；內部驅動器被配置來沿著幾何軸線移動太赫茲-吉赫茲光源，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離被保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑；內部驅動器被配置來沿著與幾何軸線交叉的方向移動太赫茲-吉赫茲光源，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲透鏡幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲透鏡，其中轉動角度等於或小於45度；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲光源幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲透鏡，其中轉動角度等於或小於45度；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲透鏡幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲光源，其中轉動角度等於或小於45度；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲光源幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲光源，其中轉動角度等於或小於 45度；外部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲透鏡幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲發射器，其中轉動角度等於或小於45度；以及外部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲光源幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲發射器，其中轉動角度等於或小於45度。
- 如申請專利範圍第9項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，更包含至少下列之一：內部驅動器被配置來沿著幾何軸線移動太赫茲-吉赫茲透鏡，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑；內部驅動器被配置來沿著與幾何軸線交叉的方向移動太赫茲-吉赫茲透鏡，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑；內部驅動器被配置來沿著幾何軸線移動太赫茲-吉赫茲光源，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離被保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑；內部驅動器被配置來沿著與幾何軸線交叉的方向移動太赫茲-吉赫茲光源，在此太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源間的距離保持在等於或小於太赫茲-吉赫茲透鏡的半徑；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲透鏡幾何中軸 交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲透鏡，其中轉動角度等於或小於45度；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲光源幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲透鏡，其中轉動角度等於或小於45度；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲透鏡幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲光源，其中轉動角度等於或小於45度；內部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲光源幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲光源，其中轉動角度等於或小於45度；外部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲透鏡幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲發射器，其中轉動角度等於或小於45度；以及外部驅動器被配置來沿著與太赫茲-吉赫茲光源幾何中軸交叉的方向轉動太赫茲-吉赫茲發射器，其中轉動角度等於或小於45度。
- 如申請專利範圍第1項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，更包含至少下列之一：太赫茲-吉赫茲透鏡的一或多個鏡片元件塗覆一反反射層：以及用以固持太赫茲-吉赫茲透鏡與太赫茲-吉赫茲光源的太赫 茲-吉赫茲透鏡夾具的內表面的至少一部分塗覆一反反射層。
- 如申請專利範圍第1項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，更包含二或多個太赫茲-吉赫茲發射器被放置在一一維陣列、一二維陣列或一三維陣列。
- 如申請專利範圍第14項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，購包含至少下列之一：一維陣列選自下列之一：直線、曲線或蜿蜒線段；以及二維陣列選自下列之一：圓形、多邊形、平面形表面、曲面形表面與起伏的表面。
- 如申請專利範圍第14項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，在此各個太赫茲-吉赫茲發射器被調整到所發射的太赫茲-吉赫茲波具有相同的發射角度與相同的指向角度。
- 如申請專利範圍第14項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，更包含至少下列之一：至少二個太赫茲-吉赫茲發射器被動態地調整到所發射的太赫茲-吉赫茲波具有不同的發射角度：以及至少二個太赫茲-吉赫茲發射器被動態地調整到所發射的太赫茲-吉赫茲波具有不同的指向角度。
- 如申請專利範圍第14項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，至少一個太赫茲-吉赫茲發射器中太赫茲-吉赫茲光源與太赫茲-吉 赫茲透鏡間的幾何關係可以調整的。
- 如申請專利範圍第14項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，更包含少下列之一：至少一太赫茲-吉赫茲發射器可以自由地被轉動；至少一太赫茲-吉赫茲發射器可以自由地被移動；以及至少二個太赫茲-吉赫茲發射器可以動態地調整所發射太赫茲-吉赫茲波的發射角度與指向角度中的任一個。
- 如申請專利範圍第14項所述的太赫茲-吉赫茲照明器，更包含至少下列之一：這些太赫茲-吉赫茲發射器規則地分布在整個陣列；以及這些太赫茲-吉赫茲發射器等距離地分布在整個陣列。
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