專利名稱：太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)及其獲得三維圖像的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里的本發(fā)明構(gòu)思涉及用于三維非破壞性分子(molecular)圖像的太赫茲(terahertz)連續(xù)波系統(tǒng)及其獲得三維圖像的方法。
背景技術(shù)：
太赫茲波段(lOOGHz-lOTHz )存在于光波和電波之間的邊界處，并且是在技術(shù)級(jí)別延誤開(kāi)發(fā)的頻帶。為了展開(kāi)太赫茲波段，已使用最新激光技術(shù)和最新半導(dǎo)體技術(shù)將太赫茲波段開(kāi)發(fā)為新電磁波技術(shù)。太赫茲電磁波通過(guò)毫微微秒光脈沖使用超高速光電導(dǎo)天線(開(kāi)關(guān))按照脈沖波類型振蕩，并且基于光學(xué)混頻器使用光學(xué)外差(heterodyne)方法按照連續(xù)波類型振蕩。太赫茲波段連續(xù)波系統(tǒng)作為太赫茲光譜學(xué)(spectroscopy)或圖像測(cè)量系統(tǒng)已正被引起關(guān)注，因?yàn)榕c脈沖波太赫茲系統(tǒng)相比，其具有諸如頻率選擇性、成本、尺寸和測(cè)量時(shí)間的長(zhǎng)處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例提供了一種太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)。該太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)可包括太赫茲波發(fā)生器，用于生成太赫茲連續(xù)波；非破壞性檢測(cè)器，用于通過(guò)將生成的太赫茲連續(xù)波發(fā)射到樣本、并在按照預(yù)定間隔沿著二維移動(dòng)該樣本的同時(shí)控制所發(fā)射的太赫茲連續(xù)波的焦點(diǎn)，來(lái)測(cè)量太赫茲連續(xù)波的改變；和三維圖像處理器，用于使用與所測(cè)量的太赫茲連續(xù)波對(duì)應(yīng)的二維圖像來(lái)獲得三維圖像。本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例還提供了一種太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的獲得三維圖像的方法。該方法可包括:生成太赫茲連續(xù)波；向樣本發(fā)射所生成的太赫茲連續(xù)波；在按照預(yù)定間隔移動(dòng)該樣本的同時(shí)改變?cè)撎掌澾B續(xù)波的焦點(diǎn)；測(cè)量該太赫茲連續(xù)波的改變；獲得與所測(cè)量的該太赫茲連續(xù)波的改變對(duì)應(yīng)的二維圖像；使用該二維圖像來(lái)獲得二維深度圖像；和使用該二維深度圖像來(lái)獲得三維圖像。


下面將參考附圖來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明構(gòu)思的優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明構(gòu)思的這些實(shí)施例可按照不同形式實(shí)施，并且不應(yīng)被解釋為限于這里闡明的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例，使得該公開(kāi)將是徹底和完整的，并將向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_(dá)本發(fā)明構(gòu)思的范圍。相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元件。圖1是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第一實(shí)施例的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的圖。
圖2是圖示了從圖1中圖示的數(shù)據(jù)處理單元獲得三維圖像的處理的流程圖。圖3是用于解釋圖1中圖示的使用孔徑(aperture)或共焦針眼(pinhole)控制焦距的原理的圖。圖4是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第二實(shí)施例的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的圖。圖5是用于解釋圖4中圖示的鏡頭盒構(gòu)成和控制焦距的原理的圖。圖6是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第三實(shí)施例的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的圖。圖7是用于解釋圖6中圖示的金屬材料鏡頭盒構(gòu)成和控制金屬材料鏡頭盒的焦距的原理的圖。圖8是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第四實(shí)施例的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的圖。圖9是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第五實(shí)施例的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的圖。圖10是圖示了圖8或9中圖示的太赫茲布置檢測(cè)器的圖。圖11是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的輸出電路的框圖。圖12是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的對(duì)數(shù)周期天線的圖。圖13A和13B是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的當(dāng)使用金屬材料鏡頭和光學(xué)鏡頭時(shí)的解析度的圖。圖14是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的特氟綸基板上的金屬墊圈的樣本和塑料墊圈的樣本的圖。圖15是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的由穿過(guò)特氟綸基板的太赫茲波所測(cè)量的金屬墊圈和塑料墊圈的二維深度圖像的圖。圖16是圖示了圖15中圖示的金屬墊圈和塑料墊圈的三維笛卡爾積分(integration)圖像的圖。圖17是圖示了對(duì)于圖15中圖示的金屬墊圈和塑料墊圈的三維可視圖像執(zhí)行圖像處理的圖像的圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考其中示出了本發(fā)明的實(shí)施例的附圖，來(lái)更全面地描述本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例。然而，該發(fā)明構(gòu)思可按照許多不同形式實(shí)施，并不應(yīng)被解釋為限于這里闡明的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例，使得該公開(kāi)將是透徹和完整的，并且該公開(kāi)將向本領(lǐng)域技術(shù)人員全面?zhèn)鬟_(dá)本發(fā)明構(gòu)思的范圍。在圖中，為了清楚可夸大層和區(qū)域的尺寸和相對(duì)尺寸。相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元件。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)可通過(guò)使用光學(xué)外差系統(tǒng)的太赫茲連續(xù)波來(lái)獲得非破壞性三維圖像。在光學(xué)外差系統(tǒng)的太赫茲連續(xù)波中，如果具有相同強(qiáng)度和稍微不同頻率的兩個(gè)連續(xù)波激光束構(gòu)成它們的波前的陣列、以進(jìn)入在具有微微秒或更少的短壽命的諸如低溫成長(zhǎng)GaAs (LTG-GaAs)的光電導(dǎo)薄膜上形成的光學(xué)混頻器，則通過(guò)天線來(lái)發(fā)射與差頻和生成的電流對(duì)應(yīng)的太赫茲波段的電流調(diào)制作為太赫茲波段電磁波。如果通過(guò)孔徑控制三維圖像的焦距，則可獲得根據(jù)穿透的太赫茲連續(xù)波的焦點(diǎn)而形成的許多二維X線斷層照相術(shù)(tomography)圖像作為一個(gè)三維圖像。取代孔徑，共焦針眼和金屬材料鏡頭的組合以及光學(xué)鏡頭的組合是可能的。圖1是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第一實(shí)施例的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的圖。參考圖1，太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)10包括太赫茲發(fā)生器100、非破壞性檢測(cè)器200和三維圖像處理器600。太赫茲發(fā)生器100在光學(xué)外差系統(tǒng)中生成太赫茲連續(xù)波。太赫茲發(fā)生器100包括第一和第二色散反饋(DFB)激光器101和102、反饋控制系統(tǒng)103、2X4組合器和分離器104、半導(dǎo)體放大器105、激光器狀態(tài)檢查光學(xué)器件106、1X2組合器和分離器107以及電源111。為了使得該系統(tǒng)的靈活性和安全性最大化，使用光纖來(lái)構(gòu)成所有光學(xué)線路。分別按照853nm和855nm操作的兩個(gè)色散反饋(DFB)激光器101和102在按照單一模式操作的同時(shí)進(jìn)入由偏壓維持光纖構(gòu)成的2 X 4組合器和分離器104。使用2 X 4組合器和分離器104的兩個(gè)輸出端口，以通過(guò)反饋兩個(gè)853nm、855nm激光器輸出的1%來(lái)對(duì)激光器進(jìn)行控制和穩(wěn)定化。反饋控制系統(tǒng)103可去除由于激光器的熱或電磁波噪聲引起的頻率改變，并由此它可將激光器的操作頻率控制為MHz級(jí)別。反饋控制系統(tǒng)103可通過(guò)控制激光器的電流值來(lái)使得激光器的輸出保持一樣。2X4組合器和分離器104的一個(gè)輸出端口連接到按照850nm波段操作的半導(dǎo)體放大器105的輸入，用于放大這兩個(gè)(DFB)激光器101和102的輸出。2X4組合器和分離器104的另一個(gè)輸出端口連接到激光器狀態(tài)檢查光學(xué)器件106的輸入，用于檢查和測(cè)量這兩個(gè)(DFB)激光器101和102的狀態(tài)。850nm波段半導(dǎo)體放大器的輸出進(jìn)入I X 2組合器和分離器107，并且該輸出被劃分為50:50，以用于操作太赫茲連續(xù)波傳送和接收裝置201和213。非破壞性檢測(cè)器200包括用于傳送的光電導(dǎo)天線201、娃和金屬材料鏡頭202和212、拋物柱面(parabolic)鏡203,204,210和211、聚乙烯鏡頭205和208、樣本206、二維傳送臺(tái)207、孔徑或共焦針眼209和檢測(cè)器陣列(其也被稱為用于接收的光電導(dǎo)天線)213。非破壞性檢測(cè)器200向樣本206發(fā)射所生成的太赫茲連續(xù)波，并接收所發(fā)射的太赫茲連續(xù)波。當(dāng)這兩個(gè)色散反饋(DFB)激光器101和102所生成的光載流子通過(guò)施加的電壓111加速時(shí)，在用于傳送的光電導(dǎo)太赫茲光學(xué)混頻裝置201的光學(xué)混頻器中生成太赫茲波段的光學(xué)電流。光學(xué)混頻器中生成的光學(xué)電流通過(guò)與光電導(dǎo)基板的背面附接的硅鏡頭202被發(fā)射到空閑空間。從發(fā)射機(jī)發(fā)射的太赫茲連續(xù)波按照平面波的形式通過(guò)拋物柱面鏡203和204行進(jìn)，并通過(guò)拋物柱面鏡210和211在接收機(jī)213上聚焦。接收機(jī)按照和發(fā)射機(jī)相同的原理操作，但是在接收機(jī)上聚焦的太赫茲波起到發(fā)射機(jī)的施加電壓的作用。由于在接收機(jī)中、光載流子與所接收的太赫茲波的輸出成比例地加速，所以接收機(jī)中正測(cè)量的光學(xué)電流與所接收的太赫茲波的輸出成比例。驅(qū)動(dòng)太赫茲光學(xué)混頻裝置210和213的兩個(gè)色散反饋(DFB)激光器101和102裝配有60dB光學(xué)隔離器，并由此它們對(duì)于各種光學(xué)裝置所引起的反射光是安全的。執(zhí)行使用模式鎖定放大器620的相敏(phase-sensitive)檢測(cè)來(lái)測(cè)量正生成的細(xì)小(fine)電流。在非破壞性檢測(cè)器200中，激光束進(jìn)入光電導(dǎo)天線(或光學(xué)混頻裝置)201和213，以通過(guò)由照片激勵(lì)引起的載流子生成發(fā)射微微秒或更少的電磁波，并且使用相同結(jié)構(gòu)的光電導(dǎo)天線裝置來(lái)測(cè)量太赫茲連續(xù)波。非破壞性檢測(cè)器200在通過(guò)二維傳送臺(tái)207按照規(guī)則間隔移動(dòng)樣本206的位置的同時(shí)，測(cè)量每一位置處的太赫茲脈沖。三維圖像處理器600包括低噪聲放大器610、模式鎖定放大器620、輸出電路630、顯示接口電路640和數(shù)據(jù)處理單元650。三維圖像處理器600將樣本206定位在太赫茲連續(xù)波的行進(jìn)路線上，并通過(guò)太赫茲連續(xù)波和樣本206之間的交互、使用與太赫茲連續(xù)波的改變對(duì)應(yīng)的二維圖像來(lái)獲得三維圖像。太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)10將孔徑209定位在太赫茲連續(xù)波的行進(jìn)路線上，以測(cè)量三維非破壞性分子圖像，并獲得在樣本206和太赫茲連續(xù)波之間具有不同焦點(diǎn)位置的二維圖像、以及使用不同圖像深度的三維圖像。圖2是圖示了從圖1中圖示的數(shù)據(jù)處理單元獲得三維圖像的處理的流程圖。參考圖2，獲得三維圖像的處理如下。輸入在每一位置處獲得的二維原始圖像數(shù)據(jù)(S110)。根據(jù)輸入的二維原始圖像數(shù)據(jù)計(jì)算二維深度圖像(S120)。使用所計(jì)算的二維深度圖像來(lái)執(zhí)行三維笛卡爾積分(S130)。從積分的圖像三維可視化三維圖像(S140)。此后，處理三維圖像(S150)。修剪所處理的三維圖像(S160)或?qū)λ幚淼娜S圖像執(zhí)行去卷積(S170)。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的數(shù)字信號(hào)處理操作依次執(zhí)行三維笛卡爾積分(S130)、三維圖像可視化(S140)和三維圖像處理(S150)，以獲得高解析度三維圖像。三維笛卡爾積分(S130)可使用體 積像素方法，該方法很好地表現(xiàn)具有特定體積的規(guī)則六面體像素。根據(jù)正顯示的圖像的深度信息，本發(fā)明構(gòu)思的數(shù)字信號(hào)處理操作可執(zhí)行三維修剪(S160)或可執(zhí)行三維去卷積，以獲得更清楚的圖像。可執(zhí)行三維去卷積，以補(bǔ)償檢測(cè)器200的定時(shí)響應(yīng)、噪聲和范圍尾巴(range tail)。圖3是用于解釋圖1中圖示的使用孔徑或共焦針眼控制焦距的原理的圖。參考圖3，為了獲得二維深度圖像，通過(guò)聚乙烯鏡頭205獲得對(duì)焦平面221，并且為了獲得不同二維深度圖像，使用孔徑或共焦針眼208而將孔徑進(jìn)行4/4打開(kāi)(225)、3/4打開(kāi)(224)、2/4打開(kāi)(223)和 1/4 打開(kāi)(222)。圖4是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第二實(shí)施例的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的圖。參考圖4，太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)20與圖1的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)10相比進(jìn)一步包括鏡頭盒231。其余構(gòu)成元件與圖1的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)10的構(gòu)成元件類似，并由此將省略這些其余構(gòu)成元件的描述。圖5是用于解釋圖4中圖示的鏡頭盒構(gòu)成和控制焦距的原理的圖。參考圖5，為了獲得二維深度圖像，通過(guò)聚乙烯鏡頭205來(lái)獲得對(duì)焦平面221，并且為了獲得不同二維深度圖像，可使用鏡頭盒231通過(guò)鏡頭232、233和234的組合，來(lái)獲得不同焦點(diǎn)226、227和228。可通過(guò)鏡頭232、233和234的厚度以及鏡頭232、233和234之間的距離，來(lái)控制鏡頭232、233和234的焦點(diǎn)。圖6是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第三實(shí)施例的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的圖。參考圖6，太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)30與圖1的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)10相比進(jìn)一步包括金屬材料鏡頭盒231。其余構(gòu)成元件與圖1的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)10的構(gòu)成元件類似，并由此將省略這些其余構(gòu)成元件的描述。圖7是用于解釋圖6中圖示的金屬材料鏡頭盒構(gòu)成和控制金屬材料鏡頭盒的焦距的原理的圖。一般來(lái)說(shuō)，克服光電導(dǎo)薄膜圖案和光學(xué)鏡頭所具有的解析度的限制的聚焦金屬材料鏡頭242和243的優(yōu)點(diǎn)在于，維持高穿透比和高折射率?？稍诠怆妼?dǎo)薄膜圖案和聚焦金屬材料鏡頭中采用具有高穿透比和高折射率的區(qū)域的材料(ε>0，μ>0, n = +4m^ε是介電常數(shù)，而μ是穿透比。η是折射率。參考圖7，為了獲得二維深度圖像，通過(guò)聚乙烯鏡頭208來(lái)獲得對(duì)焦平面221，并且為了獲得不同二維深度圖像，可使用金屬材料鏡頭盒241通過(guò)鏡頭242和243的組合，來(lái)獲得不同焦點(diǎn)245和248?？赏ㄟ^(guò)鏡頭242和243的厚度以及鏡頭242和243之間的距離，來(lái)控制鏡頭242和243的焦點(diǎn)。圖8是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第四實(shí)施例的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的圖。參考圖8，太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)40包括反射類型非破壞性檢測(cè)器400，代替圖1的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)10的透射類型非破壞性檢測(cè)器200。在樣本的前面形成圖案、并且在樣本的背面形成金屬的情況下，由于太赫茲波不能穿過(guò)樣本，所以采用反射類型非破壞性檢測(cè)器。當(dāng)在封裝狀態(tài)下、檢查是否形成連接(bonding)或者檢查半導(dǎo)體圖案時(shí)，使用反射類型非破壞性檢測(cè)器400非常便捷。與透射類型非破壞性檢測(cè)器不同的是，在反射類型非破壞性檢測(cè)器中使用鏡子405 和 408。圖9是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的第五實(shí)施例的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的圖。參考圖9，太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)50包括太赫茲波顯微鏡300，代替圖1的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)10的透射類型非破壞性檢測(cè)器200。當(dāng)兩個(gè)色散反饋(DFB)激光器101和102所生成的光載流子由施加的電壓111加速時(shí)，從太赫茲光學(xué)混頻裝置301的光學(xué)混頻器生成太赫茲波段的光學(xué)電流。從光學(xué)混頻器生成的光學(xué)電流通過(guò)附接在光電導(dǎo)基板背面的硅鏡頭或金屬材料鏡頭被發(fā)射到空閑空間。從發(fā)射機(jī)發(fā)射的太赫茲連續(xù)波通過(guò)孔徑或共焦針眼302、分色(dichroic)鏡303和凸透鏡304，在對(duì)焦平面306上對(duì)焦樣本305。如圖5和7中圖示的，可通過(guò)鏡頭的組合來(lái)控制對(duì)焦平面307。通過(guò)凸透鏡304、分色鏡303和共焦針眼308從太赫茲?rùn)z測(cè)器309檢測(cè)對(duì)焦平面的圖像。圖10是圖示了圖8或9中圖示的太赫茲布置檢測(cè)器的圖。參考圖10，在太赫茲布置檢測(cè)器60中，電磁波束61穿過(guò)太赫茲波鏡頭62和天線陣列63，并然后由檢測(cè)器陣列64感測(cè)。太赫茲布置檢測(cè)器60可甚至檢測(cè)不能透射光的對(duì)象的圖像。圖10中圖示的太赫茲布置檢測(cè)器60中使用的天線陣列63可由太赫茲區(qū)域的天線213a、213b、213c和213d以及用于檢測(cè)太赫茲波的肖特基二極管214構(gòu)成。圖11是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的輸出電路630的框圖。參考圖11，與所檢測(cè)的二維圖像對(duì)應(yīng)的像素陣列633的輸出信號(hào)通過(guò)水平解碼器631、垂直解碼器632、略讀像素634、電容跨阻抗放大器(capacitive transimpedance amplifier) 635、米樣和保持塊636、多路復(fù)用塊637和圖像放大器638而輸出。輸出電路630向順序行供應(yīng)電源并檢測(cè)通過(guò)電阻器的電流。通過(guò)向每一行的像素供應(yīng)電源而流經(jīng)電阻器的電流由在每一列存在的電容跨阻抗放大器635變換為電壓。第N行像素被積分，并且第N-1行的電壓被輸入到采樣和保持塊636。多路復(fù)用塊637的多路復(fù)用信號(hào)在圖像放大器638中放大并然后輸出。作為輸出信號(hào)的電模擬信號(hào)被變換為數(shù)字信號(hào)。所變換的數(shù)字信號(hào)被數(shù)字處理。數(shù)字信號(hào)處理獲得二維深度圖像，以從二維圖像原始數(shù)據(jù)獲得檢測(cè)器陣列213的每一像素的距離信息(S110)。通過(guò)執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理，如圖2中描述的，可使用二維深度圖像獲得三維圖像。圖12是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的對(duì)數(shù)周期天線的圖。參考圖12，太赫茲連續(xù)波裝置使用具有大的暗電阻、相對(duì)好的載流子遷移率和非常短的載流子壽命的低溫成長(zhǎng)的GaAs基板。作為通過(guò)光學(xué)混頻生成太赫茲波段的電流的光學(xué)混頻器，使用叉指(interdigitated)電容器(IDC)類型光學(xué)混頻器以增加光電效率?？梢园凑諏拵Р僮鞯膶?duì)數(shù)周期天線被設(shè)計(jì)為向空閑空間發(fā)射所生成的太赫茲頻帶的電流。IDC光學(xué)混頻器具有兩個(gè)手指的結(jié)構(gòu)，手指重疊長(zhǎng)度為4.6m,手指寬度為0.3m,而手指縫隙為1.7m。已使用電子束平版印刷(lithography)處理以制造精細(xì)圖案IDC光學(xué)混頻器。圖13A和13B是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的當(dāng)使用金屬材料鏡頭和光學(xué)鏡頭時(shí)的解析度的圖。參考圖13A和13B，金屬材料鏡頭具有90nm的解析度而傳統(tǒng)光學(xué)鏡頭具有360nm的解析度。與傳統(tǒng)光學(xué)鏡頭相比，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的金屬材料鏡頭可以獲得高解析度。圖14是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的特氟綸基板上的金屬墊圈的樣本和塑料墊圈的樣本的圖。參考圖14，當(dāng)金屬墊圈和塑料墊圈位于特氟綸的前側(cè)和特氟綸的背側(cè)時(shí)，在前側(cè)感測(cè)不到對(duì)象，并且對(duì)象似乎被隱藏。使用的特氟綸的厚度可以是lnm、2nm、3nm或更多。圖14中使用的金屬墊圈是具有Inm厚度、4nm內(nèi)徑和IOnm外徑的環(huán)形墊圈。圖10中使用的塑料墊圈是具有1.5nm厚度、3nm內(nèi)徑和8nm外徑的環(huán)形墊圈。圖15是圖示了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的由穿過(guò)特氟綸基板的太赫茲波所測(cè)量的金屬墊圈和塑料墊圈的二維深度圖像的圖。參考圖15，Y軸上的坐標(biāo)40線處的金屬墊圈是深色可見(jiàn)的。這是因?yàn)樘掌澆ㄔ诮饘偕媳煌耆瓷?。Y軸上的坐標(biāo)16線處的塑料墊圈看上去與特氟綸基板類似。這是因?yàn)樘掌澆ù┩杆芰蠅|圈。圖16是圖示了圖15中圖示的金屬墊圈和塑料墊圈的三維笛卡爾積分圖像的圖。圖17是圖示了對(duì)于圖15中圖示的金屬墊圈和塑料墊圈的三維可視圖像執(zhí)行圖像處理的圖像的圖。通過(guò)在硅基板上放置(cbpositing)光電導(dǎo)薄膜并在硅基板上配備金屬材料鏡頭，本發(fā)明構(gòu)思可簡(jiǎn)化所有制造處理，并去除誤差發(fā)生的原因，由此降低時(shí)間和成本。本發(fā)明構(gòu)思簡(jiǎn)化系統(tǒng)構(gòu)成，并且太赫茲波具有電波的穿透性和光波的線性，并由此可獲得使用焦距的三維可視化圖像。本發(fā)明構(gòu)思可通過(guò)使用金屬材料鏡頭取代傳統(tǒng)光學(xué)鏡頭，來(lái)克服傳統(tǒng)光學(xué)鏡頭的解析度的限制。當(dāng)對(duì)太赫茲系統(tǒng)進(jìn)行商業(yè)化時(shí)，這可成為大規(guī)模生產(chǎn)的基礎(chǔ)。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的非破壞性測(cè)試可通過(guò)在使得諸如X射線、伽馬射線等的放射線不穿透測(cè)試樣品的情況下控制孔徑或共焦針眼，來(lái)獲得故障部分的空間信息。非破壞性測(cè)試可容易地估計(jì)瑕疵的深度，并可容易地檢測(cè)具有壞方向性的二維瑕疵。由于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)不發(fā)射對(duì)人體有害的放射線，所以其容易在本領(lǐng)域中使用，并具有快勘探速度和低勘探成本。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)具有高便攜性和高靈敏度，并可獲得裂縫(crack)的位置信息或瑕疵的空間信息。太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的非破壞性測(cè)試方法是安全和經(jīng)濟(jì)的。太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的非破壞性測(cè)試方法可增加工作效率并可有效發(fā)現(xiàn)表面瑕疵。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)可調(diào)查具有比較復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)，并可甚至檢測(cè)細(xì)小瑕疵。太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)通過(guò)金屬材料鏡頭和鏡頭的組合以及金屬材料鏡頭的組合增加空間解析度。太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)不需要高壓電流來(lái)形成如同非破壞性磁性粒子(MT)的磁場(chǎng),并可容易地檢測(cè)對(duì)象表面下的細(xì)小瑕疵。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)可進(jìn)一步包括聚焦布置金屬材料鏡頭，以通過(guò)控制聚焦金屬材料鏡頭的焦點(diǎn)遠(yuǎn)離聚焦金屬材料鏡頭隔開(kāi)，來(lái)獲得對(duì)象的三維圖像。盡管已示出和描述了本總發(fā)明構(gòu)思的幾個(gè)實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，可在這些實(shí)施例中進(jìn)行改變，而不脫離在所附權(quán)利要求及其等效中限定其范圍的本總發(fā)明構(gòu)思的原理和精神。所以，上面描述的主題應(yīng)被看作說(shuō)明性而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)，包括: 太赫茲波發(fā)生器，用于生成太赫茲連續(xù)波； 非破壞性檢測(cè)器，用于通過(guò)向樣本發(fā)射所生成的太赫茲連續(xù)波、并在按照預(yù)定間隔二維移動(dòng)該樣本的同時(shí)控制所發(fā)射的太赫茲連續(xù)波的焦點(diǎn)，來(lái)測(cè)量太赫茲連續(xù)波的改變；和 三維圖像處理器，用于通過(guò)使用與所測(cè)量的太赫茲連續(xù)波對(duì)應(yīng)的二維圖像來(lái)獲得三維圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)，其中該非破壞性檢測(cè)器傳送所發(fā)射的太赫茲連續(xù)波。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)，其中該非破壞性檢測(cè)器使用孔徑來(lái)控制所發(fā)射的太赫茲連續(xù)波的焦點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)，其中該非破壞性檢測(cè)器使用共焦針眼來(lái)控制所發(fā)射的太赫茲連續(xù)波的焦點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)，其中該非破壞性檢測(cè)器進(jìn)一步包括鏡頭盒，該鏡頭盒包括多個(gè)鏡頭，用于控制所發(fā)射的太赫茲連續(xù)波的焦點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)，其中該非破壞性檢測(cè)器進(jìn)一步包括聚乙烯鏡頭以獲得對(duì)焦平面。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)，其中該非破壞性檢測(cè)器進(jìn)一步包括金屬材料鏡頭盒，該金屬材料鏡頭盒包括用于獲得對(duì)焦平面的聚乙烯鏡頭、和用于控制所發(fā)射的太赫茲連續(xù)波的焦點(diǎn)的多個(gè)金屬材料鏡頭。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)，其中該非破壞性檢測(cè)器是太赫茲波顯微鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)，其中該非破壞性檢測(cè)器反射所發(fā)射的太赫茲連續(xù)波。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)，其中該非破壞性檢測(cè)器包括太赫茲波布置檢測(cè)器，并且 其中在該太赫茲波布置檢測(cè)器中，電子束穿過(guò)太赫茲鏡頭和天線陣列，并然后由檢測(cè)器陣列感測(cè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)，其中該天線陣列包括太赫茲波區(qū)域的至少一個(gè)天線和用于檢測(cè)太赫茲波的肖特基二極管。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)，其中該太赫茲波發(fā)生器色散反饋激光器生成具有不同頻率的光學(xué)信號(hào)，以生成光學(xué)外差方法的太赫茲連續(xù)波。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)，其中該太赫茲波發(fā)生器進(jìn)一步包括反饋控制系統(tǒng)，用于使得該色散反饋激光器穩(wěn)定化。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)，其中該三維圖像處理器進(jìn)一步包括模式鎖定放大器，用于測(cè)量與從該非破壞性檢測(cè)器接收的太赫茲連續(xù)波對(duì)應(yīng)的細(xì)小電流。
15.一種太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的獲得三維圖像的方法，包括: 生成太赫茲連續(xù)波； 向樣本發(fā)射所生成的太赫茲連續(xù)波； 在按照預(yù)定間隔移動(dòng)該樣本的同時(shí)改變?cè)撎掌澾B續(xù)波的焦點(diǎn)； 測(cè)量該太赫茲連續(xù)波的改變；獲得與所測(cè)量的該太赫茲連續(xù)波的改變對(duì)應(yīng)的二維圖像； 使用該二維圖像來(lái)獲得二維深度圖像；和 使用該二維深度圖像來(lái)獲得三維圖像。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的獲得三維圖像的方法，其中進(jìn)一步包括根據(jù)所獲得的三維圖像的深度修剪該三維圖像。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的獲得三維圖像的方法，進(jìn)一步包括對(duì)于所獲得的三維圖像執(zhí)行去卷積。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)的獲得三維圖像的方法，其中所述獲得三維圖像的步驟包括: 對(duì)于該二維深度圖像執(zhí)行三維笛卡爾積分； 對(duì)于該笛卡爾積分后的圖像執(zhí)行三維可視化；和 處理所述三維可視化后的 圖像。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一種太赫茲連續(xù)波系統(tǒng)可包括太赫茲波發(fā)生器，用于生成太赫茲連續(xù)波；非破壞性檢測(cè)器，用于通過(guò)向樣本發(fā)射所生成的太赫茲連續(xù)波、并在按照預(yù)定間隔二維移動(dòng)該樣本的同時(shí)控制所發(fā)射的太赫茲連續(xù)波的焦點(diǎn)，來(lái)測(cè)量太赫茲連續(xù)波的改變；和三維圖像處理器，用于通過(guò)使用與所測(cè)量的太赫茲連續(xù)波對(duì)應(yīng)的二維圖像來(lái)獲得三維圖像。
文檔編號(hào)G01N21/88GK103163145SQ20121052589
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者田東錫, 姜光鏞, 柳漢哲, 金濟(jì)河 申請(qǐng)人:韓國(guó)電子通信研究院