[發明專利]大光圈太赫茲-吉赫茲鏡片系統

在審

• 申請號: 201680001868.0
• 申請日: 2016-07-29
• 公開（公告）號: CN109891216A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 勞倫斯·大慶·莊;吳彥儒
• 申請（專利權）人: 鏡元科技股份有限公司;勞倫斯·大慶·莊;吳彥儒
• 主分類號: G01N21/3563
• 分類號: G01N21/3563;G01N21/3581;G02B1/04;G02B13/14
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司 11019
• 代理人: 壽寧;張華輝

用于太赫茲?吉赫茲影像系統的鏡片系統。每一個提出的鏡片系統都包含或是球面狀或是非球面狀或是平面狀的兩個薄鏡片元件，在此這些鏡片元件可以組合起來提供具有小光圈值的太赫茲?吉赫茲折光能力。鏡片系統可以將太赫茲?吉赫茲波轉向進而在平面狀太赫茲?吉赫茲影像感測器形成物件的影像(像是人體大小物件)。為了達到夠好的聚焦品質，鏡片元件的曲率半徑、輪廓、距離與非球面系數都是可以調整選擇的。鏡片元件相互距離以及鏡片元件與影像感測器距離都是可以調整的，藉以改變焦距長度與聚焦距離來達到最佳化的視野角與影像解析度。這些鏡片的大小尺寸可以隨著物件的大小尺寸或是孔徑欄的大小尺寸而相對應改變。

技術領域

本發明是關于可以用來聚焦自物件反射過來或是傳輸通過的太赫茲-吉赫茲(Terahertz-Gigahertz)波以形成影像的太赫茲-吉赫茲鏡片系統，特別是描述同時具有大光圈(小光圈值)與高解析能力(僅受限于繞射)但又能保持整體尺寸大小與重量在可以接受范圍內的太赫茲-吉赫茲鏡片系統。

背景技術

太赫茲-吉赫茲影像形成與信號偵測是與能否有效率地在空間中控制與轉移太赫茲-吉赫茲波有關。由于太赫茲-吉赫茲波的特殊性質可以用來識別像是隱藏在纖維衣物下的金屬武器等的隱藏物件，太赫茲-吉赫茲波已經被應用在安全檢查工具。但是可以減輕繞射極限(diffraction limitation)的影響又可以減少像差(aberration)以達到高影像解析度并可以提供涵蓋整個人體大小物件(大小約200厘米)的視野角(field of view)的單一大光圈鏡片系統仍然是需要發展的。

在發展工作原理類似于攝影者普遍使用的光學照相機的太赫茲-吉赫茲照相機時，太赫茲-吉赫茲照相機所使用的太赫茲-吉赫茲鏡片是一個很基本的原件，甚至比照像機機身/殼體還來的重要。太赫茲-吉赫茲鏡片的一大問題是在于材料，目前太赫茲-吉赫茲鏡片的主流材料是聚合物(polymer)或電介質(dielectrics)，前者像是黃玉(Topas)、交聯聚苯乙烯微波塑料(Rexolite)、聚甲基戊烯(polymethylpentene/TPX)、聚乙烯(Polyethylene/PE)或是鐵氟龍(Teflon)，后者像是硅(silicon)，但這些主流材料都不是在標準大尺寸光學系統中普遍被使用的光學材料。因此，在制造大尺寸的太赫茲-吉赫茲鏡片(特別是可以減少體積的非球面狀太赫茲-吉赫茲鏡片)時往往會面臨材料成本昂貴、沒有實際可用材料或是沒有現成可用材料的問題。附帶的，盡管聚合物材料已經普遍被應用來制作太赫茲-吉赫茲鏡片，在較為嚴苛的環境中這些聚合物材料往往有不穩定的問題。除此之外，聚合物材料的折射系數通常都不大，進而引發偏低的折光能力(refractivepower)以及設計上受限制(design limitations)。

鏡片設計是太赫茲-吉赫茲系統中關鍵的一環，這是因為光學照相機中已知的許多重要特征在太赫茲-吉赫茲系統仍是不明確的，這些重要特征包括了通過鏡片設計來達到高解析度以及具有可調整焦距(focal length)的能力。對于前者，太赫茲-吉赫茲系統的解析度本質上是受限于這些鏡片的繞射極限。因此，有必要一方面加大太赫茲-吉赫茲系統所使用鏡片的直徑而另一方面又盡可能地讓這些鏡片又薄又輕。對于后者，一個光學系統需要至少二個鏡片元件才能調整焦距長度，如此雖然會增加設計復雜度特別是所使用材料對光的吸收是一個必須考量的因素，但同時也可以進一步地改善影像品質。使用鏡片系統的另一個好處是可以又保持大光圈而又可以減少像差，進而有利于實現兼具高解析度與可調整視野角的種種影像應用。無論如何，使用鏡片系統也會有一些缺點，像是重量增加、成本增加、吸收增多、殼體設計的需要以及較復雜的鏡片系統設計。因此，限制使用鏡片數目以及使用較薄較輕的鏡片是鏡片設計的關鍵。

綜上所述，有需要提供具有至少大光圈、高解析度與可調整焦距長度的太赫茲-吉赫茲鏡片系統。

發明內容

本發明提出具有大光圈的太赫茲-吉赫茲鏡片系統。本發明借由使用一些特殊的鏡片配置(lenses configurations)搭配一些特殊的鏡片材料(lenses materials)來實現如此的太赫茲-吉赫茲鏡片系統。