[发明专利]使用电磁高频辐射对物体成像的方法和设备

说明书

发明涉及借助电磁高频辐射对物体成像的设备，该设备包括用于电磁高频辐射的至少一个检测器和用于产生焦点的至少一个成像设备。

本发明还涉及借助电磁高频辐射对物体成像的方法，该方法包括步骤：通过成像设备将物体成像在至少一个检测器上，所述成像设备产生一焦点，并通过检测器检测该成像。

太赫频段(THz)是电磁谱中最后的“昏暗”频段之一，也就是说，迄今为止对于该频段获得辐射源和接收器非常困难。因此，该频段内的电磁辐射的应用之前限于接近科研的领域，例如无线电天文学或材料科学。在那方面，TZ频段提供优于电磁谱中其它频段的可观优势：

—许多不透光材料在THz频段下是透明的；

—THz辐射是非电离的并因此在生物医学领域被认为是安全的；

—给定旋转、平移或电子振动的分子激发在THz频段内具有谐振频率；

—THz辐射给予有关电荷载体动力学的信息的基本项目，由其是在纳米结构中，这在未来的光子和电子器件中扮演关键的角色；

—THz辐射相比于光频率表现出低的散射程度，并因此尤为适用于其中涉及例如灰尘形成增多的工业环境，以及

—如果考虑通信系统，则较高频率允许较大的传输带宽。

已作出尝试在某些时候使THz频段用于成像应用，由其在检查和检验人的安保技术中。

US No 5 859 609披露一种借助THz辐射对隐藏物品的全息近实时成像的设备。将垂直的直线式天线配置在圆形路径上移动以获得例如穿衣服人员之类的被遮盖对象的360°的圆柱扫描。数据以无焦点毫米波照射的形式出现，这种照射能到达例如穿衣服人员的遮盖物并能穿透例如衣服的遮盖物。毫米波照射必须被聚焦或数学重构，也就是说通过计算转化为可辨图像。

这种设备承受的不利因素在于，为了沿二维方向借助合成孔径产生三维物体的成像，一方面需要在第一方向具有大量源和检测器，且另外源和检测器的配置必须完全绕物体移动以使其也能沿垂直于成排的源和检测器的第二方向通过合成孔径形成图像。这一方面牵涉到由于需要大量源和检测器引起的高成本，而另一方面还牵涉到由于整个配置必须沿一个圆一次转过360°(例如用来记录一个完整的人)的相对长的测量时间。

相比现有技术，本发明的目的尤其提供一种借助电磁高频辐射对物体成像的设备和方法，它避免了至少一个前述缺陷。

根据本发明，该目的是通过借助电磁高频辐射对物体成像的设备达成的，该设备包括用于电磁高频辐射的至少一个检测器以及用于产生焦点的至少一个成像设备，该设备具有用于改变光束方向的至少一个可控元件，所述可控元件如此适配以使成像设备的焦点可移动。

在这方面，根据本申请的成像设备在一个实施例中可以是具有完全合成孔径的成像系统，该完全合成孔径不通过光学聚焦元件进行管理而是仅以数学方式也就是通过计算产生焦点。

在一优选实施例中，成像设备是成像光学系统，也就是说沿至少一个方向产生光学成像的折射或反射元件。沿至少一个方向通过光学系统使用电磁辐射的聚焦意味着所使用的检测器数目相比完全合成系统可至少沿一个方向大量减少，因为物体的逐块检测是通过在物体上移动成像光学系统的焦点来实现的。

根据本发明，在800MHz-10THz频段内——也就是在扩展的THz频段内——的电磁辐射被称为高频或THz辐射。优选地，用于成像的频率处于30GHz-1THz范围内并尤其优选地为大约100GHz。在这些频率下，各种材料的反射和透射特征产生很大的差异，这对例如监测人员起到一部分作用。例如火器或尖锐武器的表面的金属在该频段具有高反射程度，同时生物材质——例如佩带武器的人的皮肤表面——在该频段下具有突出的吸光窗。

在这个方面，改变光束方向的可控元件可作为整体既是移动检测器的机械配置又是成像设备，以使成像设备的焦点改变取向。

然而，优选实施例是其中改变光束方向的可控元件是光学元件的那些实施例，尤其是反射镜或透镜。在这个方面，在本发明的一个实施例中，用于改变光束方向的可控光学元件可以是成像光学系统的组成部分。

尽管根据本发明的设备可以无源系统形式出现，也就是说没有电磁辐射源，然而在一个实施例中，它具有用于电磁辐射的至少一个源，其中该源优选为在800MHz-10THz频段内的电磁高频辐射的源并尤其优选地在30GHz-1THz的频段内。