CN102004311A - 一种太赫兹波扫描方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太赫兹波扫描方法和系统。该系统包括扫描反射装置、一、二号折射装置、静反射装置、探测装置，这些装置的反射面或折射面与公共平面垂直；扫描反射装置绕反射面内垂直于公共平面的摆动轴摆动，将太赫兹波反射到一号折射装置的折射面；一、二号折射装置以相同的起始位置、以二者重合的中线为旋转轴、以大小相同方向相反的角速度旋转，其楔角θ₁和θ₂、折射率n₁和n₂以及太赫兹波从物点到达一、二号折射装置折射面的光路长度L₁和L₂满足如下关系：

，一、二号折射装置将太赫兹波折射到静反射装置的反射面上；静反射装置将太赫兹波汇聚到位于静反射装置像点处的探测装置。利用本发明的技术方案，能快速对待检测目标进行扫描。

Description

一种太赫兹波扫描方法和系统

技术领域

本发明涉及太赫兹波应用领域，特别是涉及一种太赫兹波扫描方法和系统。

背景技术

太赫兹波又称为T射线，是一种特殊的电磁波，它的频率范围在0.1-10THz之间，波长在30-3000微米范围内。太赫兹波的频率很高，因而具有很高的空间分辨率，可以用于对待检测目标进行成像。而且太赫兹波的光子能量很低，仅为X射线光子能量的百万分之一，因而太赫兹波对生物体的辐射损害很小，这是利用太赫兹波进行成像的显著优点。

现有的利用太赫兹波进行扫描成像的技术，是利用太赫兹波探测装置探测待检测目标上的物点自身辐射的太赫兹波，或者探测待检测目标上的物点所反射的太赫兹波，从而得到相应物点所辐射或反射的太赫兹波强度数据，这样，现有技术为了获得待检测目标上所有物点辐射或反射的太赫兹波强度数据，需要利用电机带动太赫兹波探测装置逐行或逐列运动。

由此可见，现有的利用太赫兹波进行扫描成像的技术，由于需要利用电机带动太赫兹波探测装置逐行或逐列运动才能实现对待检测目标上所有物点的扫描，而电机的移动速度比较慢，因而完成扫描需要耗费很长的时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种太赫兹波扫描方法和系统，能快速对待检测目标进行扫描。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种太赫兹波扫描系统，该系统包括扫描反射装置、一号折射装置、二号折射装置、静反射装置和探测装置，其中，所述扫描反射装置和静反射装置的反射面、以及所述一号折射装置和二号折射装置的折射面，均与公共平面垂直；

所述扫描反射装置，围绕自身的摆动轴摆动，用于将入射到自身反射面的太赫兹波反射到所述一号折射装置的折射面上；其中，所述摆动轴位于所述扫描反射装置的反射面内，且垂直于所述公共平面；

所述一号折射装置和二号折射装置均围绕自身的旋转轴、以大小相同方向相反的角速度旋转，且二者旋转的起始位置相同；其中，所述一号折射装置和二号折射装置的旋转轴重合，且分别为一号折射装置和二号折射装置的中线；所述一号折射装置和二号折射装置的楔角、折射率以及太赫兹波从物点到达所述一号折射装置和二号折射装置的折射面的光路长度满足如下关系：

$L_1\·\tan (\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1)=L_2\·\tan (n_2\sin \left(\arcsin (\frac{\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1}{n_2}+{\mathrm{\θ}}_2)\right)-{\mathrm{\θ}}_2)$

其中，θ₁和θ₂分别为所述一号折射装置和二号折射装置的楔角，n₁和n₂分别为所述一号折射装置和二号折射装置的折射率，L₁和L₂分别为太赫兹波从物点到达所述一号折射装置和二号折射装置的折射面的光路长度；

所述一号折射装置用于，将经过所述扫描反射装置反射的太赫兹波折射到所述二号折射装置的折射面上；

所述二号折射装置用于，将经过所述一号折射装置折射的太赫兹波折射到所述静反射装置的反射面上；

所述静反射装置用于，将经过所述二号折射装置折射的太赫兹波汇聚到所述探测装置处；

所述探测装置位于所述静反射装置的像点位置，用于接收所述静反射装置汇聚的太赫兹波。

另外，本发明还提供了一种太赫兹波扫描方法，该方法包括：

扫描反射装置和静反射装置的反射面、以及一号折射装置和二号折射装置的折射面，均保持与公共平面垂直；

所述扫描反射装置围绕自身的摆动轴摆动的同时，将入射到自身反射面的太赫兹波反射到所述一号折射装置的折射面上；其中，所述扫描反射装置的摆动轴位于所述扫描反射装置的反射面内，且垂直于所述公共平面；

所述一号折射装置将经过所述扫描反射装置反射的太赫兹波折射到所述二号折射装置的折射面上；所述二号折射装置将经过所述一号折射装置折射的太赫兹波折射到所述静反射装置的反射面上；同时，所述一号折射装置和二号折射装置均围绕自身的旋转轴、以大小相同方向相反的角速度旋转，且二者旋转的起始位置相同；所述一号折射装置和二号折射装置的旋转轴重合，且分别为所述一号折射装置和二号折射装置的中线；另外，所述一号折射装置和二号折射装置的楔角以及太赫兹波从物点到达所述一号折射装置和二号折射装置的折射面的光路长度满足如下关系：

$L_1\·\tan (\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1)=L_2\·\tan (n_2\sin \left(\arcsin (\frac{\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1}{n_2}+{\mathrm{\θ}}_2)\right)-{\mathrm{\θ}}_2)$

其中，θ₁和θ₂分别为所述一号折射装置和二号折射装置的楔角，n₁和n₂分别为所述一号折射装置和二号折射装置的折射率，L₁和L₂分别为太赫兹波从物点到达所述一号折射装置和二号折射装置的折射面的光路长度；

所述静反射装置将经过二号折射装置折射的太赫兹波汇聚到探测装置；探测装置接收静反射装置汇聚的太赫兹波。

本发明的有益效果是：本发明中，由于将入射太赫兹波反射到一号折射装置的折射面上的扫描反射装置围绕自身的摆动轴摆动，而摆动轴位于扫描反射装置的反射面内，且垂直于公共平面，同时，将经过扫描反射装置反射的太赫兹波折射到二号折射装置的折射面上的一号折射装置，以及将经过一号折射装置折射的太赫兹波折射到静反射装置的反射面上的二号折射装置均围绕重合的旋转轴、以大小相同方向相反的角速度旋转，且二者旋转的起始位置相同，另外，一号折射装置和二号折射装置的楔角、折射率以及太赫兹波从物点到达一号折射装置和二号折射装置的折射面的光路长度满足如下关系：

$L_1\·\tan (\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1)=L_2\·\tan (n_2\sin \left(\arcsin (\frac{\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1}{n_2}+{\mathrm{\θ}}_2)\right)-{\mathrm{\θ}}_2)$

这样，扫描反射装置和一号折射装置、二号折射装置所组成的折射装置对就实现了对待检测目标上两个正交方向的同时扫描，因此，相对于现有技术，本发明能快速对待检测目标进行扫描。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，该系统包括成像装置，所述成像装置与所述探测装置相连，用于对所述探测装置接收的太赫兹波进行处理，形成与所述物点对应的图像点，并显示所述图像点。

进一步，该系统包括太赫兹发射装置，所述太赫兹发射装置用于，向待检测目标发射所述太赫兹波；

所述待检测目标将所述太赫兹发射装置发射的太赫兹波反射到所述扫描反射装置的反射面上。

进一步，所述扫描反射装置为平面镜。

进一步，所述扫描反射装置为内部空心的扫描反射装置，其反射面为铝制的反射面；或，所述扫描反射装置为铝蜂窝铝蒙皮的复合材料制成，其反射面为铝制的反射面。

进一步，所述一号折射装置为单楔角楔形太赫兹棱镜；和/或，所述二号折射装置为单楔角楔形太赫兹棱镜；

和/或，

所述一号折射装置为周期型楔形太赫兹棱镜；和/或，所述二号折射装置为周期型楔形太赫兹棱镜。

进一步，所述一号折射装置为聚四氟乙烯材料制成的一号折射装置；和/或，所述二号折射装置为聚四氟乙烯材料制成的二号折射装置；

和/或，

所述一号折射装置为4-甲基戊烯的聚合物TPX材料制成的一号折射装置；和/或，所述二号折射装置为TPX材料制成的二号折射装置。

进一步，所述静反射装置为凹面反射镜，其反射面为球面；

所述探测装置位于所述静反射装置的反射面的像平面上；

或，

所述静反射装置为凹面反射镜，其反射面为椭球面；

所述物点位于所述静反射装置的反射面的一个焦点处，所述探测装置位于所述静反射装置的反射面的另一个焦点处；

或，

所述静反射装置为凹面反射镜，其反射面为自由曲面；

所述探测装置位于所述静反射装置的反射面的像点处。

进一步，所述公共平面为水平面，或为竖直面。

附图说明

图1为本发明提供的太赫兹波扫描系统的结构图；

图2为本发明中作为折射装置对的单楔角楔形太赫兹棱镜的俯视面和侧视面图；

图3为本发明中作为折射装置对的周期型楔形太赫兹棱镜的俯视面和侧视面图；

图4为本发明提供的太赫兹波扫描系统一个实施例的结构图；

图5为本发明提供的太赫兹波扫描系统另一个实施例的结构图；

图6为本发明提供的太赫兹波扫描方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1为本发明提供的太赫兹波扫描系统的结构图。如图1所示，该系统包括扫描反射装置3、一号折射装置4、二号折射装置5、静反射装置6和探测装置7，其中，扫描反射装置3和静反射装置6的反射面、以及一号折射装置4和二号折射装置5的折射面，均与公共平面垂直；这里，公共平面为图中所示的纸面。

扫描反射装置3，可围绕自身的摆动轴101摆动，用于将入射到自身反射面的太赫兹波反射到一号折射装置4的折射面上；其中，摆动轴101位于扫描反射装置3的反射面内，且垂直于公共平面；

一号折射装置4和二号折射装置5均围绕自身的旋转轴、以大小相同方向相反的角速度旋转，且二者旋转的起始位置相同；其中，一号折射装置4和二号折射装置5的旋转轴重合，且分别为一号折射装置4和二号折射装置5的中线，其共同标号为102；一号折射装置4和二号折射装置5的楔角、折射率以及太赫兹波从物点到达一号折射装置4和二号折射装置5的折射面的光路长度满足如下关系：

$L_1\·\tan (\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1)=L_2\·\tan (n_2\sin \left(\arcsin (\frac{\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1}{n_2}+{\mathrm{\θ}}_2)\right)-{\mathrm{\θ}}_2)$

其中，θ₁和θ₂分别为一号折射装置4和二号折射装置5的楔角，n₁和n₂分别为一号折射装置4和二号折射装置5的折射率，L₁和L₂分别为太赫兹波从物点到达一号折射装置4和二号折射装置5的折射面的光路长度；

一号折射装置4用于，将经过扫描反射装置3反射的太赫兹波折射到二号折射装置5的折射面上；

二号折射装置5用于，将经过一号折射装置4折射的太赫兹波折射到静反射装置6的反射面上；

静反射装置6用于，将经过二号折射装置5折射的太赫兹波汇聚到探测装置7处；

探测装置7位于静反射装置6的像点位置，用于接收静反射装置6汇聚的太赫兹波。

这里，如图1所示，扫描反射装置3的摆动轴101可以为扫描反射装置3的中线，当然，也可以为扫描反射装置3的反射面内垂直于公共平面的其它直线，无论摆动轴101的位置在何处，只要扫描反射装置3围绕其进行摆动可以将待检测目标1在公共平面与待检测目标1交线方向上的全部物点都扫描到，就在本发明的保护范围之内。

扫描反射装置3反射的太赫兹波经过一号折射装置4的折射，所出射的一号出射波的方向相对于入射波发生了偏移，当一号折射装置4围绕自身的旋转轴以一定角速度旋转时，一号出射波的轨迹为一个圆形；一号出射波经过旋转角速度大小与一号折射装置4相等、旋转方向相反、且旋转初始位置相同的二号折射装置5的折射，同时，由于一号折射装置4和二号折射装置5的楔角、折射率以及太赫兹波从物点到达一号折射装置4和二号折射装置5的折射面的光路长度满足如下关系：

$L_1\·\tan (\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1)=L_2\·\tan (n_2\sin \left(\arcsin (\frac{\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1}{n_2}+{\mathrm{\θ}}_2)\right)-{\mathrm{\θ}}_2)$

因此，二号折射装置5所出射的二号出射波的轨迹变为了一条直线，这是因为二号折射装置5对一号出射波在与二号出射波的轨迹直线相垂直方向上的轨迹分量进行了补偿，而在一号出射波在与二号出射波的轨迹直线相同方向上的轨迹分量未进行补偿。

一号折射装置4和二号折射装置5的旋转轴重合，可以保证一号折射装置4和二号折射装置5在完全互补的情况下对各自所折射的太赫兹波进行折射。

一号折射装置4和二号折射装置5的旋转轴分别为一号折射装置4和二号折射装置5的中线，这保证了一号折射装置4和二号折射装置5均在垂直于公共平面的平面内做相反方向的旋转，因而一号折射装置4和二号折射装置5对太赫兹波的折射作用，与扫描反射装置3对于太赫兹波的反射作用，是对待检测目标1的两个相互正交的方向的同时扫描，因而扫描速度很快。

如果扫描反射装置3处于静止状态，且公共平面为竖直平面，则扫描反射装置3反射的太赫兹波均来自于待检测目标1上位于同一水平面上的物点，同样，如果公共平面为水平平面，则扫描反射装置3反射的太赫兹波均来自于待检测目标1上位于同一竖直面上的物点。当然，公共平面也可以为其他方位的平面。

本发明中所述的物点，指的是待检测目标上的物点，本发明中的像点，指的是待检测目标上的物点所辐射或反射的太赫兹波经过本发明提供的扫描系统处理后，在探测装置7上所形成的像点。待检测目标的物点和像点之间是一一对应的。

在实际应用中，可以将扫描反射装置3、一号折射装置4、二号折射装置5、静反射装置6和探测装置7都放置于一密封空间内，仅留一太赫兹波可自由穿过的窗口2，从而防止空气中的灰尘进入该密闭空间，设置太赫兹波可自由穿过的窗口2，用于使物点处发射出的太赫兹波、或物点所反射的太赫兹波穿过该窗口2，到达扫描反射装置3的反射面，同时，可以设置该密封空间对于太赫兹波不透明，即太赫兹波不能穿过该密封空间除去窗口2之外的部分，这样就可以滤除阳光、灯光等杂散光，保证本扫描系统探测结果的准确性。

实际应用中，待检测目标1可以为人，也可以为其他可以用太赫兹波扫描的物体。

本发明所提供的系统中，进一步包括成像装置，成像装置与探测装置7相连，用于对探测装置7接收的太赫兹波进行处理，形成与物点对应的图像点，并显示图像点。

本发明中，利用成像装置对探测装置7所接收的太赫兹波进行处理，可以得到与物点对应的图像点，经过显示，可以直观地看到该图像点。由于本系统可以扫描到待检测目标1在两个相互正交方向上的很多物点，因此，成像装置就可以得到与这些物点相对应的多个图像点，将这些图像点按照其对应的物点在待检测目标1上的位置进行图像重构，就可以得到待检测目标1的图像。

每一个图像点可以采用明影的方式进行显示，即对于发射或者反射的太赫兹波强度比较大的物点，采用亮度值比较高的图像点显示，对于发射或者反射的太赫兹波强度比较小的物点，采用亮度值比较低的图像点显示；该图像点也可以采用暗影的方式进行显示，即对于发射或者反射的太赫兹波强度比较大的物点，采用亮度值比较低的图像点显示，对于发射或者反射的太赫兹波强度比较小的物点，采用亮度值比较高的图像点显示，当然，还可以采用明影和暗影两种方式同时显示，这时，会在成像装置上显示两个待检测目标1的图像。另外，为了进一步对待检测目标1与其图像进行比对，本系统中还可以包括照相机，例如采用CCD照相机，在对待检测目标1进行扫描的同时，用照相机对该待检测目标进行拍照，在成像装置上可以显示该照相机所拍到的照片以及扫描所得到的图像。

该系统进一步包括太赫兹发射装置，太赫兹发射装置用于，向待检测目标1发射太赫兹波；

待检测目标1将太赫兹发射装置发射的太赫兹波反射到扫描反射装置3的反射面上。

本发明中，太赫兹波的来源可以为待检测目标1自身辐射的太赫兹波，也可以为太赫兹反射装置发射到待检测目标1上，由待检测目标1所反射出来的太赫兹波。

本发明中，扫描反射装置3可以为平面镜，当然，也可以为其他能够反射太赫兹波的装置。

扫描反射装置3可以为内部空心的扫描反射装置3，其反射面为金属反射面，例如，为铝制的反射面。由于扫描反射装置3采用内部空心结构，只在反射面处采用金属材料，因而可以使该装置的质量很小，从而减小其摆动的惯性，提高扫描速度。

扫描反射装置3还可以采用铝蜂窝铝蒙皮的复合材料制成，其反射面为铝制的反射面。这里，铝蜂窝铝蒙皮的复合材料为一种航天航空用复合材料，其突出的优点为轻便牢固，因而可以进一步地降低该装置的质量，从而减小其摆动的惯性，提高扫描速度。

本发明中，一号折射装置4和二号折射装置5组成了折射装置对。该折射装置对可以采用单楔角楔形太赫兹棱镜。图2为本发明中作为折射装置对的单楔角楔形太赫兹棱镜的俯视面和侧视面图。如图2所示，单楔角楔形太赫兹棱镜的俯视面201可以为圆形，相对于其他形状，圆形俯视面的单楔角楔形太赫兹棱镜在旋转时，其转动惯量较小。单楔角楔形太赫兹棱镜的侧视面202为三角形。

另外，折射装置对还可以采用周期型楔形太赫兹棱镜。图3为本发明中作为折射装置对的周期型楔形太赫兹棱镜的俯视面和侧视面图。如图3所示，周期型楔形太赫兹棱镜的俯视面301可以为圆形，相对于其他形状，圆形俯视面的周期型楔形太赫兹棱镜在旋转时，其转动惯量较小。同时，俯视面301上的虚线代表周期型楔形太赫兹棱镜上的若干个楔面的边缘，这些楔面用于对太赫兹波进行折射。单楔角楔形太赫兹棱镜的侧视面302的一条边为直线，一条边为锯齿形，每一个锯齿代表一个楔面，如侧视面302所示，周期型楔形太赫兹棱镜的两底面接近平行，并且相对于单楔角楔形太赫兹棱镜进一步减小了厚度，因而转动惯量更小，且转动更均衡。

当然，本发明中，一号折射装置4和二号折射装置5还可以采用不同的折射装置，例如，一号折射装置4采用单楔角楔形太赫兹棱镜，而二号折射装置5则采用周期型楔形太赫兹棱镜，或者，一号折射装置4则采用周期型楔形太赫兹棱镜，而二号折射装置5采用单楔角楔形太赫兹棱镜，当然，二者的楔角、折射率以及太赫兹波从物点到达一号折射装置4和二号折射装置5的折射面的光路长度仍要满足满足如下关系：

$L_1\·\tan (\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1)=L_2\·\tan (n_2\sin \left(\arcsin (\frac{\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1}{n_2}+{\mathrm{\θ}}_2)\right)-{\mathrm{\θ}}_2)$

在使用的材料方面，折射装置对可以采用聚四氟乙烯材料制成，也可以采用4-甲基戊烯的聚合物(TPX)材料制成，当然，一号折射装置4和二号折射装置5所使用的材料也可以不同，例如，一号折射装置4采用聚四氟乙烯材料制成，而二号折射装置5采用TPX材料制成，或者反过来，一号折射装置4采用TPX材料制成，而二号折射装置5采用聚四氟乙烯材料制成。

这里，TPX的密度比聚四氟乙烯小很多，因而用TPX制成的一号折射装置4和二号折射装置5，其转动惯量要比聚四氟乙烯制成的一号折射装置4和二号折射装置5的转动惯量要小得多，同时也减小了该系统的总重量。

本发明中，静反射装置6可以采用凹面反射镜，其反射面的形状有多种，例如，可以为球面，也可以为椭球面，还可以为自由曲面。

如果静反射装置6的反射面为球面，则探测装置7位于静反射装置6的反射面的像平面上时，会探测到物点所产生的像点。当入射到该反射面的太赫兹波与该球面反射面反射出去的太赫兹波位于反射面中心线的两侧，即该静反射装置6工作于离轴状态时，由于工作于离轴状态的球面反射面的聚焦能力比较差，因而反射后得到的像平面会出现像散现象，也降低了本系统的图像分辨率。

如果静反射装置6的反射面为椭球面，物点位于静反射装置6的反射面的一个焦点处，探测装置7位于静反射装置6的反射面的另一个焦点处，比如，物点位于静反射装置6的椭球反射面两个焦点中距离反射面较远的焦点处，而探测装置7位于距离反射面较近的焦点处，则探测装置7对太赫兹波的探测效果达到最佳，并且这也可以防止反射面为球面时可能产生的像散现象，相对于球面反射面，椭球面反射面的静反射装置6的图像分辨率更高。

如果静反射装置6的反射面为自由曲面，则该反射面具有这样的特性：太赫兹波从任何方向入射到自由曲面反射面时，反射太赫兹波都汇聚到同一个像点位置，此时，如果探测装置7位于该自由曲面反射面的像点位置，探测装置7的图像分辨率最高。

如图1所示，静反射装置6的反射面为球面。图4为本发明提供的太赫兹波扫描系统一个实施例的结构图。如图4所示，扫描反射装置3为内部空心的扫描反射装置3，其反射面为铝制的反射面。静反射装置6为凹面反射镜，其反射面为椭球面，待检测目标1位于该椭球反射面距离反射面较远的焦点处，而探测装置7则位于距离反射面较近的焦点处，图4中的一号折射装置4和二号折射装置5均采用单楔角楔形太赫兹棱镜，均由TPX材料制成。

图5为本发明提供的太赫兹波扫描系统另一个实施例的结构图。如图5所示，扫描反射装置3为铝蜂窝铝蒙皮的复合材料制成的扫描反射装置，其反射面为铝制的反射面。静反射装置6为凹面反射镜，其反射面为自由曲面，探测装置7位于该自由曲面反射面的像点处。一号折射装置4和二号折射装置5均采用周期型楔形太赫兹棱镜，均由聚四氟乙烯材料制成。

本发明中，公共平面可以为水平面，也可以为竖直面，还可以为其他方位的平面。公共平面是本系统的基准平面，用来决定系统中所有装置的放置位置及运动方向，只有公共平面确定了，反射面垂直于公共平面的扫描反射装置3和静反射装置6、折射面垂直于公共平面的一号折射装置4和二号折射装置5的放置位置及运动方向才能确定，进而接收静反射装置6所反射出的太赫兹波的探测装置7的位置才能确定。

如果公共平面为水平面，则扫描反射装置3的摆动能够扫描待检测目标1在水平方向的物点，而一号折射装置4和二号折射装置5的旋转则能扫描待检测目标1在竖直方向的物点。如果公共平面为竖直面，则扫描反射装置3的摆动能够扫描待检测目标1在竖直方向的物点，而一号折射装置4和二号折射装置5的旋转则能扫描待检测目标1在水平方向的物点。

本发明还提出了一种太赫兹波扫描方法，图6为本发明提供的太赫兹波扫描方法的流程图。如图6所示，该方法包括：

步骤601：扫描反射装置和静反射装置的反射面、以及一号折射装置和二号折射装置的折射面，均保持与公共平面垂直.

这里，公共平面为本方法中的一个基准平面，公共平面确定了，反射面垂直于公共平面的扫描反射装置和静反射装置、折射面垂直于公共平面的一号折射装置和二号折射装置的放置位置及运动方向才能确定，进而接收静反射装置所反射出的太赫兹波的探测装置的位置才能确定。

公共平面可以为水平面，也可以为竖直面，当然，还可以为其他方位的平面。

步骤602：扫描反射装置围绕自身的摆动轴摆动的同时，将入射到自身反射面的太赫兹波反射到一号折射装置的折射面上；其中，扫描反射装置的摆动轴位于扫描反射装置的反射面内，且垂直于公共平面。

这里，扫描反射装置围绕自身的摆动轴摆动，可以扫描待检测目标一个方向上的各物点。例如，当公共平面为水平面时，扫描反射装置可以扫描待检测目标在水平方向上的各物点，当公共平面为竖直面时，扫描反射装置可以扫描待检测目标在竖直方向上的各物点。

步骤603：一号折射装置将经过扫描反射装置反射的太赫兹波折射到二号折射装置的折射面上；二号折射装置将经过一号折射装置折射的太赫兹波折射到静反射装置的反射面上；同时，一号折射装置和二号折射装置均围绕自身的旋转轴、以大小相同方向相反的角速度旋转，且二者旋转的起始位置相同；一号折射装置和二号折射装置的旋转轴重合，且分别为一号折射装置和二号折射装置的中线；另外，一号折射装置和二号折射装置的楔角以及太赫兹波从物点到达一号折射装置和二号折射装置的折射面的光路长度满足一定数量关系。

这里，所述数量关系为：

$L_1\·\tan (\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1)=L_2\·\tan (n_2\sin \left(\arcsin (\frac{\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1}{n_2}+{\mathrm{\θ}}_2)\right)-{\mathrm{\θ}}_2)$

其中，θ₁和θ₂分别为一号折射装置和二号折射装置的楔角，n₁和n₂分别为一号折射装置和二号折射装置的折射率，L₁和L₂分别为太赫兹波从物点到达一号折射装置和二号折射装置的折射面的光路长度。

当一号折射装置和二号折射装置的楔角以及太赫兹波从物点到达一号折射装置和二号折射装置的折射面的光路长度满足了上述公式所示的关系时，从扫描反射装置反射来的太赫兹波经过一号折射装置和二号折射装置的折射后，出射波的轨迹为一条直线。

一号折射装置和二号折射装置围绕着各自的旋转轴逆向同速旋转，可以在与扫描反射装置的扫描方向相正交的另一个方向上对待检测目标进行扫描，例如，当扫描反射装置扫描的是待检测目标在水平方向上的各物点时，一号折射装置和二号折射装置扫描的是待检测目标在竖直方向上的各物点；同样，当扫描反射装置扫描的是待检测目标在竖直方向上的各物点时，一号折射装置和二号折射装置扫描的是待检测目标在水平方向上的各物点。

步骤604：静反射装置将经过二号折射装置折射的太赫兹波汇聚到探测装置；探测装置接收静反射装置汇聚的太赫兹波。

探测装置接收到的太赫兹波可以经过与其连接的成像装置的处理，形成与待检测目标上的物点对应的图像点，并显示该图像点。由于扫描反射装置以及一号折射装置和二号折射装置在两个相互正交的方向上对待检测目标上的物点进行扫描，因而所扫描的物点的轨迹为W形，成像装置对这些物点所对应的太赫兹波进行处理后，可以将形成的图像点与物点一一对应，如果将这些图像点的位置也与相应物点的位置一一对应，就可以得到该待检测目标的图像。该图像有多种用途，例如，可以用于机场、码头、地铁等处的安检，或者医院的诊疗等。

由此可见，本发明具有以下优点：

(1)本发明中，由于将入射太赫兹波反射到一号折射装置的折射面上的扫描反射装置围绕自身的摆动轴摆动，而摆动轴位于扫描反射装置的反射面内，且垂直于公共平面，同时，将经过扫描反射装置反射的太赫兹波折射到二号折射装置的折射面上的一号折射装置，以及将经过一号折射装置折射的太赫兹波折射到静反射装置的反射面上的二号折射装置均围绕重合的旋转轴、以大小相同方向相反的角速度旋转，且二者旋转的起始位置相同，另外，一号折射装置和二号折射装置的楔角、折射率以及太赫兹波从物点到达一号折射装置和二号折射装置的折射面的光路长度满足如下关系：

$L_1\·\tan (\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1)=L_2\·\tan (n_2\sin \left(\arcsin (\frac{\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1}{n_2}+{\mathrm{\θ}}_2)\right)-{\mathrm{\θ}}_2)$

这样，扫描反射装置和一号折射装置、二号折射装置所组成的折射装置对就实现了对待检测目标上两个正交方向的同时扫描，因此，相对于现有技术，本发明能快速对待检测目标进行扫描。

(2)本发明中，由于只需要利用扫描反射装置以及两个折射装置即可实现对待检测目标两个相互正交方向上的物点的扫描，扫描速度也很快，而这些装置的成本都很低，因此，利用本发明所提供的技术方案的成本很低。

(3)本发明中，由于扫描反射装置可以作为内部空心的形式，仅在反射面配置金属制或采用铝蜂窝铝蒙皮的复合材料制作扫描反射装置，因而扫描反射装置的质量比较小，摆动时的惯性也较弱，从而减小了本发明提供的系统的总重量，也降低了系统的耗电量，提高了器件的使用寿命。

(4)本发明中，由于一号折射装置和二号折射装置均可以采用周期型楔形太赫兹棱镜，其制作材料也可以用密度很小的TPX材料，因此，本发明中，一号折射装置和二号折射装置的质量也很小，并且质量分布也很均衡，这降低了系统的总重量，也减小了一号折射装置和二号折射装置的转动惯量，从而降低了系统的耗电量，提高了器件的使用寿命。

(5)本发明中，由于静反射装置的反射面可以为椭球面，这样待检测目标和探测装置可以分别位于该反射面的两个焦点上，另外，静反射装置的反射面还可以为自由曲面，这样探测装置可以位于该反射面的像点上，这都使探测装置能够准确地探测到与物点对应的像点，防止出现像散现象，也提高了探测装置的图像分辨率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太赫兹波扫描系统，其特征在于，该系统包括扫描反射装置、一号折射装置、二号折射装置、静反射装置和探测装置，其中，所述扫描反射装置和静反射装置的反射面、以及所述一号折射装置和二号折射装置的折射面，均与公共平面垂直；

所述扫描反射装置，围绕自身的摆动轴摆动，用于将入射到自身反射面的太赫兹波反射到所述一号折射装置的折射面上；其中，所述摆动轴位于所述扫描反射装置的反射面内，且垂直于所述公共平面；

所述一号折射装置和二号折射装置均围绕自身的旋转轴、以大小相同方向相反的角速度旋转，且二者旋转的起始位置相同；其中，所述一号折射装置和二号折射装置的旋转轴重合，且分别为一号折射装置和二号折射装置的中线；所述一号折射装置和二号折射装置的楔角、折射率以及太赫兹波从物点到达所述一号折射装置和二号折射装置的折射面的光路长度满足如下关系：

$L_1\·\tan (\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1)=L_2\·\tan (n_2\sin \left(\arcsin (\frac{\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1}{n_2}+{\mathrm{\θ}}_2)\right)-{\mathrm{\θ}}_2)$

其中，θ₁和θ₂分别为所述一号折射装置和二号折射装置的楔角，n₁和n₂分别为所述一号折射装置和二号折射装置的折射率，L₁和L₂分别为太赫兹波从物点到达所述一号折射装置和二号折射装置的折射面的光路长度；

所述一号折射装置用于，将经过所述扫描反射装置反射的太赫兹波折射到所述二号折射装置的折射面上；

所述二号折射装置用于，将经过所述一号折射装置折射的太赫兹波折射到所述静反射装置的反射面上；

所述静反射装置用于，将经过所述二号折射装置折射的太赫兹波汇聚到所述探测装置处；

所述探测装置位于所述静反射装置的像点位置，用于接收所述静反射装置汇聚的太赫兹波。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括成像装置，所述成像装置与所述探测装置相连，用于对所述探测装置接收的太赫兹波进行处理，形成与所述物点对应的图像点，并显示所述图像点。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括太赫兹发射装置，所述太赫兹发射装置用于，向待检测目标发射所述太赫兹波；

所述待检测目标将所述太赫兹发射装置发射的太赫兹波反射到所述扫描反射装置的反射面上。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述扫描反射装置为平面镜。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，

所述扫描反射装置为内部空心的扫描反射装置，其反射面为铝制的反射面；

或，

所述扫描反射装置为铝蜂窝铝蒙皮的复合材料制成，其反射面为铝制的反射面。

6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，

所述一号折射装置为单楔角楔形太赫兹棱镜；和/或，所述二号折射装置为单楔角楔形太赫兹棱镜；

和/或，

所述一号折射装置为周期型楔形太赫兹棱镜；和/或，所述二号折射装置为周期型楔形太赫兹棱镜。

7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，

所述一号折射装置为聚四氟乙烯材料制成的一号折射装置；和/或，所述二号折射装置为聚四氟乙烯材料制成的二号折射装置；

和/或，

所述一号折射装置为4-甲基戊烯的聚合物TPX材料制成的一号折射装置；和/或，所述二号折射装置为TPX材料制成的二号折射装置。

8.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，

所述静反射装置为凹面反射镜，其反射面为球面；

所述探测装置位于所述静反射装置的反射面的像平面上；

或，

所述静反射装置为凹面反射镜，其反射面为椭球面；

所述物点位于所述静反射装置的反射面的一个焦点处，所述探测装置位于所述静反射装置的反射面的另一个焦点处；

或，

所述静反射装置为凹面反射镜，其反射面为自由曲面；

所述探测装置位于所述静反射装置的反射面的像点处。

9.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述公共平面为水平面，或为竖直面。

10.一种太赫兹波扫描方法，其特征在于，该方法包括：

扫描反射装置和静反射装置的反射面、以及一号折射装置和二号折射装置的折射面，均保持与公共平面垂直；

所述扫描反射装置围绕自身的摆动轴摆动的同时，将入射到自身反射面的太赫兹波反射到所述一号折射装置的折射面上；其中，所述扫描反射装置的摆动轴位于所述扫描反射装置的反射面内，且垂直于所述公共平面；

所述一号折射装置将经过所述扫描反射装置反射的太赫兹波折射到所述二号折射装置的折射面上；所述二号折射装置将经过所述一号折射装置折射的太赫兹波折射到所述静反射装置的反射面上；同时，所述一号折射装置和二号折射装置均围绕自身的旋转轴、以大小相同方向相反的角速度旋转，且二者旋转的起始位置相同；所述一号折射装置和二号折射装置的旋转轴重合，且分别为所述一号折射装置和二号折射装置的中线；另外，所述一号折射装置和二号折射装置的楔角以及太赫兹波从物点到达所述一号折射装置和二号折射装置的折射面的光路长度满足如下关系：

$L_1\·\tan (\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1)=L_2\·\tan (n_2\sin \left(\arcsin (\frac{\arcsin \left(n_1\sin {\mathrm{\θ}}_1\right)-{\mathrm{\θ}}_1}{n_2}+{\mathrm{\θ}}_2)\right)-{\mathrm{\θ}}_2)$

其中，θ₁和θ₂分别为所述一号折射装置和二号折射装置的楔角，n₁和n₂分别为所述一号折射装置和二号折射装置的折射率，L₁和L₂分别为太赫兹波从物点到达所述一号折射装置和二号折射装置的折射面的光路长度；

所述静反射装置将经过二号折射装置折射的太赫兹波汇聚到探测装置；探测装置接收静反射装置汇聚的太赫兹波。

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