[发明专利]大光圈太赫兹-吉赫兹镜片系统

说明书

用于太赫兹‑吉赫兹影像系统的镜片系统。每一个提出的镜片系统都包含或是球面状或是非球面状或是平面状的两个薄镜片元件，在此这些镜片元件可以组合起来提供具有小光圈值的太赫兹‑吉赫兹折光能力。镜片系统可以将太赫兹‑吉赫兹波转向进而在平面状太赫兹‑吉赫兹影像感测器形成物件的影像(像是人体大小物件)。为了达到够好的聚焦品质，镜片元件的曲率半径、轮廓、距离与非球面系数都是可以调整选择的。镜片元件相互距离以及镜片元件与影像感测器距离都是可以调整的，藉以改变焦距长度与聚焦距离来达到最佳化的视野角与影像解析度。这些镜片的大小尺寸可以随着物件的大小尺寸或是孔径栏的大小尺寸而相对应改变。

技术领域

本发明是关于可以用来聚焦自物件反射过来或是传输通过的太赫兹-吉赫兹(Terahertz-Gigahertz)波以形成影像的太赫兹-吉赫兹镜片系统，特别是描述同时具有大光圈(小光圈值)与高解析能力(仅受限于绕射)但又能保持整体尺寸大小与重量在可以接受范围内的太赫兹-吉赫兹镜片系统。

背景技术

太赫兹-吉赫兹影像形成与信号侦测是与能否有效率地在空间中控制与转移太赫兹-吉赫兹波有关。由于太赫兹-吉赫兹波的特殊性质可以用来识别像是隐藏在纤维衣物下的金属武器等的隐藏物件，太赫兹-吉赫兹波已经被应用在安全检查工具。但是可以减轻绕射极限(diffraction limitation)的影响又可以减少像差(aberration)以达到高影像解析度并可以提供涵盖整个人体大小物件(大小约200厘米)的视野角(field of view)的单一大光圈镜片系统仍然是需要发展的。

在发展工作原理类似于摄影者普遍使用的光学照相机的太赫兹-吉赫兹照相机时，太赫兹-吉赫兹照相机所使用的太赫兹-吉赫兹镜片是一个很基本的原件，甚至比照像机机身/壳体还来的重要。太赫兹-吉赫兹镜片的一大问题是在于材料，目前太赫兹-吉赫兹镜片的主流材料是聚合物(polymer)或电介质(dielectrics)，前者像是黄玉(Topas)、交联聚苯乙烯微波塑料(Rexolite)、聚甲基戊烯(polymethylpentene/TPX)、聚乙烯(Polyethylene/PE)或是铁氟龙(Teflon)，后者像是硅(silicon)，但这些主流材料都不是在标准大尺寸光学系统中普遍被使用的光学材料。因此，在制造大尺寸的太赫兹-吉赫兹镜片(特别是可以减少体积的非球面状太赫兹-吉赫兹镜片)时往往会面临材料成本昂贵、没有实际可用材料或是没有现成可用材料的问题。附带的，尽管聚合物材料已经普遍被应用来制作太赫兹-吉赫兹镜片，在较为严苛的环境中这些聚合物材料往往有不稳定的问题。除此之外，聚合物材料的折射系数通常都不大，进而引发偏低的折光能力(refractivepower)以及设计上受限制(design limitations)。

镜片设计是太赫兹-吉赫兹系统中关键的一环，这是因为光学照相机中已知的许多重要特征在太赫兹-吉赫兹系统仍是不明确的，这些重要特征包括了通过镜片设计来达到高解析度以及具有可调整焦距(focal length)的能力。对于前者，太赫兹-吉赫兹系统的解析度本质上是受限于这些镜片的绕射极限。因此，有必要一方面加大太赫兹-吉赫兹系统所使用镜片的直径而另一方面又尽可能地让这些镜片又薄又轻。对于后者，一个光学系统需要至少二个镜片元件才能调整焦距长度，如此虽然会增加设计复杂度特别是所使用材料对光的吸收是一个必须考量的因素，但同时也可以进一步地改善影像品质。使用镜片系统的另一个好处是可以又保持大光圈而又可以减少像差，进而有利于实现兼具高解析度与可调整视野角的种种影像应用。无论如何，使用镜片系统也会有一些缺点，像是重量增加、成本增加、吸收增多、壳体设计的需要以及较复杂的镜片系统设计。因此，限制使用镜片数目以及使用较薄较轻的镜片是镜片设计的关键。

综上所述，有需要提供具有至少大光圈、高解析度与可调整焦距长度的太赫兹-吉赫兹镜片系统。

发明内容

本发明提出具有大光圈的太赫兹-吉赫兹镜片系统。本发明借由使用一些特殊的镜片配置(lenses configurations)搭配一些特殊的镜片材料(lenses materials)来实现如此的太赫兹-吉赫兹镜片系统。