[發明專利]50～100 μm波段折射式雙分離THz照相鏡頭

有效

• 申請號: 201310450984.9
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103499873A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 王文生;劉瑩瑩;苗華;陳宇
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G02B13/00
• 分類號: G02B13/00;G02B13/18
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明涉及一種50～100μm波段折射式雙分離THz照相鏡頭，屬于THz（Terahertz，太赫茲）成像技術領域。?

背景技術

THz指頻率為0.1～10THz、波長為3～0.03mm的波段，位于該波段的電磁波也就是THz波介于紅外光與毫米波之間。THz波具有以下特性，這使得THz技術具有許多獨特用途：?

1、THz波對很多介電材料和非極性液體有很好的穿透性，這使得THz波能夠用來對已經包裝的物品進行質量檢測或者進行安全檢查；?

2、THz波比X射線能量低多個數量級，不會對生物組織造成電離損失，這使其在生物醫學檢查方面具有安全性；?

3、THz波的頻率很高且脈沖很短，其時間分辨率很高，這使得其在射電天文學領域具有極重要的作用，如THz波可以結合衛星通過太空成像實現太空探測；?

4、THz波具有很強的地面輻射穿透能力，這使得其能夠用于探測地下雷場分布，或者探測遠程炸彈。?

可見，THz波的應用遍及質檢、安檢、生物醫學、天文及軍事等領域。?

THz成像技術是THz技術的重要組成部分。而THz照相鏡頭又是THz成像技術中的關鍵技術，其特性參數必須與THz光源、CCD探測器相匹配，其像質必須滿足要求，這樣才能夠識別探測目標。有關THz照相鏡頭的現有技術有以下兩種：?

1、由刊載于《光學精密工程》（Vol.16,No.11)的一篇題為“諧衍射/折射THz多波段成像系統設計”的文獻所公開的方案。該方案中的光學系統由諧衍射元件及非球面元件共計三片透鏡分離構成。雖然該光學系統結構得到簡化，如減少了透鏡片數，但是，諧衍射元件的加工、檢測均具有難度。另外，該成像系統工作波段由五個不連續的窄波帶組成：15.8～16.2μm、18.5～20.0μm、23.0～25.0μm、30.5～33.5μm、46.0～50.0μm，因此，在15.8～50.0μm這樣一個范圍內存在信息丟失。?

2、由長春理工大學碩士學位論文“15～38μmTHz波成像光學系統設計研究”公開的一項?方案。該方案所記載的THz光學系統由三片透鏡組成，其中包括衍射元件，然而，這種非折射透鏡的加工十分困難。透鏡材料為溴化鉈一碘化鉈(KRS-5)晶體，導致透鏡價格昂貴，不利于普及應用。?

所述現有技術在成像光學系統的設計上沒有考慮CCD探測器晶體保護片即平行平板的像差，而位于THz照相鏡頭會聚光路中的平行平板會使像質變差。?

與15～38μm波段相比較，50～100μm波段的THz波具有更高的能量效率和時域頻譜信噪比，非常適用于成像；50～100μm波段的THz波還能夠探測更遠的信息，具有更強的穿透沙塵、煙霧的能力，正是這些特點使得50～100μm波段的THz波更適用于天文、軍事等領域，如在天文領域對天基目標的探測和識別。因此，相比之下所述現有技術具有這方面的不足。?

高阻硅是一種在THz波段最透明的絕緣材料，折射率為4.16，易于加工，機械強度高，具有高質量絕緣表面。并且，相比于溴化鉈一碘化鉈(KRS-5)晶體，價格較低。?

發明內容

為了簡化THz照相鏡頭的結構，降低造價，拓寬工作波段，同時保證像質，我們發明了一種50～100μm波段折射式雙分離THz照相鏡頭。?

本發明之50～100μm波段折射式雙分離THz照相鏡頭其特征在于，如圖1所示，會聚凸凹正透鏡1、補償凸凹正透鏡2、平行平板3依次光學同軸，材料均為高阻硅；會聚凸凹正透鏡1的凸面為高次橢球面，且與光闌重合，會聚凸凹正透鏡1的凹面是標準球面；補償凸凹正透鏡2的凸面及凹面均為標準球面，補償凸凹正透鏡2的凸面與會聚凸凹正透鏡1的凹面相對且相離；補償凸凹正透鏡2的凹面與平行平板3相對且相離。?

本發明之50～100μm波段折射式雙分離THz照相鏡頭的目標探測過程如下，在THz光源照射下，來自被探測物體的散射THz波入射到本發明之THz照相鏡頭，先后經過會聚凸凹正透鏡1、補償凸凹正透鏡2、平行平板3，被CCD探測器4接收，獲得電子圖像信號，如圖1所示，該電子圖像信號被輸入到計算機5上，由計算機5進行數據處理，并在其顯示器上實時顯示出被探測物體的THz圖像。?