KR20050024303A

KR20050024303A - 테라헤르츠 이미징 시스템 및 방법

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Publication number: KR20050024303A
Application number: KR10-2004-7019522A
Authority: KR
Inventors: 페더리씨존; 바렛로버트; 개리데일이.
Original assignee: 뉴저지 인스티튜트 오브 테크놀로지
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2005-03-10

Abstract

명시된 구성물의 유무를 판정하기 위해 관심 지역을 신속하고 효과적으로 검사하기 위한 THz 이미징 장치 및 방법들이 제공된다. 장치는 검사에 적합한 원하는 테라헤르츠 주파수의 전자기 방사를 생성하고 관심 지역에 입사하는 방사를 렌더링하는 수단을 포함한다. 검출기 수단은 관심 지역에서 떨어져 있는 검출기 평면 내 복수의 지점들에서, 상기 지역으로부터 반사되거나 이를 투과한 상기 테라헤르츠 방사를 동시에 검출하는 검출기 수단이 제공된다. 상기 검출된 테라헤르츠 방사를 상기 명시된 구성물의 유무를 판정할 수 있는 상기 관심 지역의 이미지로 변환하는 수단이 제공된다.

Description

테라헤르츠 이미징 시스템 및 방법{Terahertz imaging system and method}

이 발명은 일반적으로 이미징 장치 및 방법들에 관한 것으로, 특히 검사할 물체들에 입사 에너지로서 테라헤르츠(THz) 범위의 전자기 방사를 이용하는 이미징 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.

본 발명은 사람이나, 혹은 여행가방, 서류가방, 밀봉된 패키지, 혹은 판지상자와 같은 용기들에 감추어진 무기류의 검출에 관한 것이다. 이러한 무기류는 권총들과 같은 금속 장치들을 포함할 수 있으나, 본 발명은 특히 감추어진 폭발물 및 생물학 무기들을 감시, 검출 및 특징화하는 문제를 처리한다.

플라스틱 폭발물, 비료 폭탄들 및 생물학 작용제들이 점점 더 전쟁 및 테러의 무기들이 되고 있어, 이들 작용제들을 감추어둔 은닉처의 신속한 검출 및 확인을 위한 효과적인 수단이 점점 더 긴요해지고 있다. 한 제안된 해결책은 THz 범위(0.1-1OTHz)에서의 특징적 투과 혹은 반사 스펙트럼들을 통해 이들을 분광학적으로 은닉된 폭발물 및 생물학 무기들을 검출 및 확인하기 위해 테라헤르츠(THz) 전자기파들을 사용하는 것이다. 폭발물(예를 들면, C-4, HMX, RDX, TNT, 나프탈린 및 질산암모늄)은 모두가, 사람의 피부와 같은 타 물질들과는 쉽게 구별될 수 있는 0.1-2.0THz(100-2000GHz, 3-0.15mm) 범위에서 특징적 반사 및 흡수 스펙트럼들을 갖는다. 근본적으로, 폭발물은 위험하지 않은 아이템들에 비해 THz 검출기에 상이한 "색상들"로 나타난다. 생물학 무기들의 검출을 위한 THz의 사용은 큰 가망성을 보였다. 따라서, THz 분광기를 사용할 경우, 폭발물 및 생물학 무기들이 의류, 밀봉된 패키지들, 여행가방 등에 감추어져 있어도, THz 방사가 플라스틱, 의류, 수화물, 종이 제품들, 벽, 및 그 외 비전도성 (비금속) 물질을 통해 쉽게 투과되기 때문에, 원칙적으로 이들 폭발물 및 생물학 무기를 검출하는 것이 가능하다. 측정된 반사율(혹은 투과) THz 스펙트럼들을 기지의 캘리브레이션 스펙트럼들과 비교함으로써, 이들 작용제들의 존재를 확인하고 이들을 키들, 동전들, 사람의 피부, 및 의류와 같은 물체들로부터 구별할 수 있다. 금속들은 비교적 THz 파장들의 트랜스미션은 통과하지 않고 대략 일정한 반사 스펙트럼들을 갖고 있기 때문에, 권총들 및 칼들 등의 금속 무기들이 THz 검사에 의해 유사하게 확인이 가능하다.

종래에 제안된 대부분의 THz 이미징 시스템들은 이미지를 얻을 물체 공간을 스캔하는 단일의 THz 소스와 검출기 쌍에 기초하고 있었다. 결국, 이들 시스템들은 단일의 작은 물체(예를 들면 대략 몇 제곱 센티미터의)조차도 이의 THz 이미지를 생성하기 위한 데이터를 획득하기 위해 상당한 시간(통상 수 분)이 걸리며, THz 이미지들의 실시간 획득엔 적합하지 않다. 부가적으로, 현 최첨단의 THz 이미징은 단(shot) 펄스 레이저 혹은 연속파 차(difference) 주파수 THz 발생 및 검출에 기초한다. 이들 기술들 어느 하나를 코히런트 혹은 인코히런트 THz 방사의 연속파 THz 이미징에 확장하는데 있어 어려움은 코히런트 연속파 혹은 단 펄스 레이저 소스들이 필요하다는 것이다. 또한, THz 방사를 발생하고 검출하는 레이저 소스들은 서로간에 코히런트 위상 관계를 유지하고 있어야 한다. 이들 방법들을 사용할 경우, 인코히런트 THz 소스의 이미징은 가능하지 않다. 본 발명의 설계 및 기술은 THz의 특정의 코히런트 혹은 인코히런트 소스를 요하지 않는다. 전자 THz 소스, 레이저 기반의 THz 조사(illuminating) 소스, 혹은 예를 들면 태양으로부터 있을 수도 있을 인코히런트 주위 THz 방사를 이용하는 융통성을 가능케 한다.

도 1b 및 도1b는 본 발명의 두 개의 가능한 시스템 구현들을 간이화한 개략도이다.

도 2는 한 쌍의 서로 떨어져 있는 검출기들에서 측정된 입력 THz 파면의 위상을 도시한 개략도이다.

도 3(a)는 고정된 간격의 단일 검출기 쌍에 의해 발생되는 실제 공간 이미지의 사진이다.

도 3(b)는 검출기 쌍의 간격(기선)의 함수로서 검출기 쌍에 의해 측정된 상관된 THz 전계들의 예상 의존도를 나타낸 그래프이며, α=10°, k=16.5 cm^-1(0.5THz), A=1이다.

도 4는 일렬 구성의 5개의 검출기 안테나의 개략도이다.

도 5는 헤테로다인 포토믹싱에 의해 간섭계 검출을 할 수 있게 본 발명에서 사용되는 요소들을 도시한 개략도이다.

도 6은 회전 모드에서 사용하기 위한 검출기 안테나들의 구성을 도시한 개략도이다.

도 7은 본 발명에서 검출기 출력들을 처리하는데 이용되는 중간 주파수 전자장치의 구성을 도시한 개략도이다.

본 발명의 목적은 넓은 FOV(field-of-view) 내에서 동시에 복수의 THz 소스들을 검출할 수 있는 공간 THz 이미징 기술을 제공하는 것이다. 단일 시선(line of sight) 측정으로 동일 기능성을 달성하기 위해서, 측정할 FOV에 걸쳐 시선을 스캐닝해야 하나, 전술한 난제를 초래한다. 본 발명에 의해 공간 분해능(spatial resolution)은, 예를 들면, 폭발물 혹은 생물학적 작용제가 있음을 판정할 뿐만 아니라 물체의 물리적 크기 및 위치를 결정하기에 충분하다. 이 정보는 시선 기술로 판정하기가 어렵다. 본 발명의 THz 이미징 접근은 사람 혹은 패키지들, 콘테이너들 혹은 차량들에 은닉된 폭발물 혹은 생물학적 작용제를 떨어진 거리에서 검출하기 위기에 충분한 공간 분해능을 갖는다. 본 발명의 잇점은 단일 시선 시스템에 의해 유도되는 것보다 많은 정보를 제공한다는 것이다. 시간에 걸쳐 복수의 이미지들을 얻음으로써 완전한 시스템에서 잡음을 없애고 오 알람들을 줄일 수 있는 이미징 처리 기술들을 복수의 이미지들과 복수의 THz 소스들에 적용할 수 있다.

<발명의 요약>

본 발명에 따라서, THz 이미징 장치 및 방법들은 명시된 구성물의 유무를 판정하기 위해 관심 지역을 신속하고 효과적으로 검사하기 위한 테라헤르츠 이미징 장치 및 방법들이 제공된다. 장치는 검사에 적합한 원하는 테라헤르츠 주파수의 전자기 방사를 생성하고 관심 지역에 입사하는 테라헤르츠 방사를 렌더링하는 수단을 포함한다. 관심 지역의 평면 내 복수의 지점들에서, 그 지역으로부터 반사되거나 이를 투과한 테라헤르츠 방사를 동시에 검출하기 위한 검출기 수단이 제공된다. 검출된 테라헤르츠 방사를 명시된 구성물의 유무를 판정할 수 있는 관심 지역의 이미지로 변환하는 수단이 제공된다.

의례적으로, 떨어져서 감시하기 위해서 넓은 지역은 밝은 THz 소스로 조사된다. 소스는 광대역 및 인코히런트(이를테면 태양으로부터의 방사)하거나, 협대역 및 튜닝 가능할 수 있다. 이때, 투과 혹은 반사된 THz 방사는 THz 이미징 어레이로 검출된다. 이러한 접근에의 결정적인 기술적 한계는 종래에는 이미징 THz 검출기 어레이(공간 분해능 또는 튜닝 가능성에 관계없이)가 없었다. 사실상, 이에 상당하는 디지털 카메라는 THz 체제에선 존재하지 않았다. THz 체제에서의 한계는 "카메라" 렌즈가 아니라 그보다는 이미지를 디지털화하는 검출기 어레이였다.

본 발명의 THz 이미징 어레이는 전파천문학에서의 이전 작업에 관한 것이다. 라디오 소스들(별들)의 위치들 및 스펙트럼 내용을 미리 알 수 없는 전파천문학과는 달리, THz 기초한 떨어져서 폭발물/생물학적 작용제들의 검출에 있어서는 소스들의 스펙트럼 내용 및 위치는 이미 알고 있지만, 개재된 물체들의 THz 투과 특성들은 결정될 필요가 있다.

본 발명에서, 검출기 수단은 검출기들이 이격되어 있는 튜닝 가능의 간섭계(interferometer) 어레이를 포함할 수 있다. 여러 쌍의 검출기들로부터의 신호출력들은 검출기들의 쌍들로부터의 신호 출력들이, 적합한 지연 및 동상 및 직교상 상관과 결합되어 검출기 평면에 대응하는 푸리에 변환 평면에 대한 성분들을 생성한다. 검출기 어레이는 복수의 반도체 포토믹서들을 포함할 수 있다. 주파수 안정화된 튜닝 가능의 광학 헤테로다인 소스를 포함하는 포토믹서 구동 수단은 공통의 광섬유 광학 접속기에 의해 포토믹서들에 결합된다. 어레이는 검출기들의 일련 구성, 및 고정된 축에 관해 어레이를 회전시키는 수단을 포함할 수 있다. 관심 지역에서의 원래의 밝기 분포는 푸리에 성분들의 푸리에 역변환에 의해 복구된다.

포토믹서들은 광도전성 디바이스들일 수 있고, 여기서, 각 쌍의 이러한 디바이스들용의 구동수단은 포토믹서들을 게이트하는 차 주파수를 갖는 한 쌍의 레이저들이고, 포토믹서들의 쌍들의 각각의 멤버들에 입력 테라헤르츠 방사는 차 주파수와 믹싱되어 신호 처리가 용이하도록 중간 주파수들에 수정된 신호 출력들을 제공한다.

사용되는 넓은 FOV THz 이미징 간섭계 어레이는 0.2-10 THz 범위에서 높은 공간 분해능 및 스펙트럼 분해능을 가질 수 있다. 이 어레이는 고가의 단(short) 펄스 레이저 시스템들을 필요로 함이 없이 동시에 코히런트 혹은 인코히런트 THz 광의 복수의 소스들을 이미징할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 C4 및 RDX와 같은 은닉된 폭발물을 원격으로 검출, 감시 및 확인하기 위해서 0.2로부터 3 THz까지로 튜닝 가능한 연속파 테라헤르츠 이미징 분광기(spectrometer)를 포함할 수도 있다. 시스템은 관심 지역을 조사하고 튜닝 가능의 THz 간섭계 이미징 어레이에 의해 검출되는 높은 밝기의 THz 소스를 이용한다. THz 이미징 어레이는 넓은 FOV 및 높은 공간 분해능을 갖는다. 본 시스템은 헤테로다인 포토믹싱 검출 기술을 바람직하게 사용하나, 호모다인 포토믹싱 검출 또한 사용할 수도 있다. 헤테로다인 검출을 위한 고속 포토믹싱 디바이스들은 바람직하게는 최적의 중간 주파수들에서 동작하도록 설계된다. 포토믹싱 디바이스들은 소스 및 검출기들로서 사용할 수 있다. 타겟 폭발물에 대해 요구되는 THz-주파수 스펙트럼 시그내쳐들의 데이터베이스가, 시스템에 사용하기 위해 제공되며, 신경망 알고리즘은 THz 이미지들로부터 선택된 폭발물들을 확인하기 위해 결합하여 사용될 수도 있다.

본 발명을 예로서, 여기 첨부한 도면에 도식적으로 도시하였다.

관례에 의해, 공항 터미널, 기지, 배, 혹은 우체국에 들어가는 사람들이나, 패키지들, 혹은 팔레트를 원격(non-intrusive) 스크리닝할 때, 사람(혹은 패키지들(8))은 도 1(a)에 도시한 바와 같이 THz 소스 혹은 소스들(10)과 THz 이미징 어레이(12) 사이에 위치하거나 이 사이를 이동할 수 있다. 도 1(a)의 개략도는 투과 모드에 기초한다. 도 1(b)에서, THz 소스(14)는 서로 거리를 두고 있는 사람들과 물체들(13)에 입사되게 하고, 이미징 어레이(12)에서의 검출은 반사에 의한다. 이들 두 경우 (a) 및 (b)에서, THz 소스들은 사람, 팔레트, 차량 혹은 이외 연구 대상에 조사한다.

이에 상응하는 디지털 카메라를 사용한 이미징에 비해 간섭계 이미징의 잇점은 간섭계 이미징이 몇 개의 개개의 검출기 요소들만으로 행해질 수 있다는 것이다. 소비자 디지털 카메라들은 통상적으로 1024 x 768 화소들의 이미징 어레이들 혹은 어레이에 780,000개의 개별 검출기 요소들을 구비한다. THz 범위에서 이러한 고밀도의 검출기들은 현재는 기술적으로 가능하지 않다. 한 이유는 0.1-10THz 주파수 범위의 종래의 검출기들은 일반적으로 액상 헬륨 냉각을 요하여 조밀 어레이 구조들로 쉽게 일체화되지 않기 때문이다. 그러므로, THz 범위에서 이미지를 얻기 위해서는 몇 개(1-10)의 검출기 요소들만을 사용하여 이미지들을 생성해야 한다. 간섭계 이미징은 소수의 검출기 요소들만을 사용하여 이미징하는 능력과, 동시에 많은 THz 방사 소스들을 이미징하고, 인코히런트 및 코히런트 소스들을 이미징하고 스펙트럼 정보와 공간 이미징 정보를 제공하는 능력에 의해 큰 잇점을 제공한다.

본 발명에서 사용되는 THz 이미징 어레이(12)는 전파천문학에서 사용하기 위해 알려진 기술에 관계된다. 라디오 소스들(별들)의 위치들 및 스펙트럼 내용을 미리 알지 못하는 전파천문학과는 달리, THz 기반의 폭발물 감시시스템에 있어서는 소스들의 스펙트럼 내용과 위치가 알고 있지만, 사이에 개재된 물체들의 THz 투과(혹은 반사) 특성들이 결정될 필요가 있다.

실시간으로 THz의 이미징을 수행하기 위해서, 라디오 간섭계의 기술이 이용되며, 이 기술에서는 공간 내 둘 이상의 지점들에서의(애퍼처 평면) 신호들이 적합한 지연을 가지고 이들을 동상(in phase) 및 직교상(in quadrature)으로 상관시켜 밝기 분포의 코사인 및 사인 성분들을 생성한다. 이 기술은 입력되는 신호의 진폭 및 위상을 모두 측정하며, 애퍼처 평면(aperture plane) 내 충분한 수의 지점들로부터 측정된다면, 원 밝기 분포를 표준 푸리에 역변환을 통해 합성될 수 있다(이미지를 얻을 수 있다). 간섭계 어레이들을 사용하여 이미지들을 구성하는 것은 라디오 및 X선 파장 범위들 모두에서 천문학상의 이미징에 사용하기 위해 개발되었던 기술이다. 메트릭 파장에서부터 서브-mm 파장까지의 라디오 범위는 푸리에 이미지 재구성 기술 개발에 있어 통상적인 체제었으며, 간섭계 어레이들의 특성을 모델링하고 시뮬레이트하기 위한 많은 툴들이 존재한다. 3-10 요소들을 구비한 희박 어레이들은 재구성된 이미지들에 모호성(사이드-로브들이라 함)을 줄이기 위해 특별한 처리를 요한다. 전파천문학에서는 데이터가 서로 상이한 THz 주파수들에서 얻어질 경우 THz 이미징 문제에 적용될 수 있는 주파수-합성의 변형기술(복수의 주파수들에서의 데이터를 결합하여 각 주파수에서의 상이한 공간 정보를 활용하는 것)을 채용하는, 희박 어레이로 이미징하는 몇 가지 기술들이 알려져 있다.

본 발명의 THz 시스템은 (a) THz 간섭계 이미징 어레이, (b) (바람직하게) THz 신호들의 헤테로다인 믹싱 및 100MHz의 중간 주파수들의 신호 처리 및 (c) 높은 밝기의 THz 소스인 3가지 주요 성분들을 포함한다.

도 2에서, 이미징 간섭계는 두 지점의 검출기들에 파면(wavefront)의 도달 시간들에 차이가 두 검출기들에 관하여 파면(20)의 각도 α에 따른다는 점에서 위상 어레이 검출기와 유사하다. 주어진 파장 λ에 있어서 각도 분해능은 두 개의 검출기들간 간격 d에 의해 결정된다: θ= λ/d (radians). 간섭계의 FOV는 개개의 검출기들의 빔 패턴(방향성)과 검출기들의 대역폭 중 작은 것에 의해 결정된다. 가우시안 대역폭의 경우, 간섭계의 각도 감도 또한 가우시안처럼 감소한다. FOV의 1/e 폭은 W_1/e ≒c/πdσ(radians)로 주어지고, σ는 안테나의 1/e 대역폭이다. FOV는 각도 분해능보다 대략 v/πσ팩터 더 크다. 예로서, 1/e 대역폭이 0.01THz이고 중심 검출 주파수가 1THz인 THz 안테나가 10cm로 떨어져 있다면, 간섭계는 10'의 분해능을 가지고 5°의 FOV를 이미징할 수 있다. 1cm 간격일 때, FOV는 51°이고 분해능은 대략 1.7°이다.

가능한 공간 분해능의 예로서, 만약 THx 이미징 어레이(중심 주파수는 대략 1THz이고 검출기 기선(baseline) 거리는 1cm이며 표 1을 참조)가 사람에게 감추어진 폭발물로부터 대략 15m(50ft) 거리의 지프에 설치되어 있다면, 15m 떨어져 있는 이 타겟의 폭발물에 대한 대응하는 공간 분해능은 1THz에서 대략 45cm가 될 것이고 10THz에선 대략 4.5cm가 될 것이다. 보다 미세한 분해능(10의 팩터)은 10cm 기선 어레이에 의해 달성될 수도 있을 것이다. 이것은 지갑 크기의 폭발물을 확인하기엔 충분한 분해능이다. 폭발물의 두께는 몇 mm일 것이다. 넓은 영역에서 멀리서 보기 위한 50m의 거리에서, 1cm 기선 어레이는 1.5m의 공간 분해능을 가지며 10cm 기선 어레이는 약 15cm의 공간 분해능을 갖는다.

표 1: 주파수 v와 거리 d의 함수로서 간섭계 어레이의 추정 각도 분해능

본 발명에서 THz 이미징 어레이는 다른 적합한 검출기들 중에서도, Ann Arbor, MI의 Picometrix에서 제작한 THz 검출기들을 채용한다. Picometrix THz 검출기들은 광도전성 디바이스들로서 동작한다. 이들 검출기들에 있어서는 고속 광도전성 물질인 저온 성장된 GaAs 상부에 금 미소제작된 안테나가 제작된다. 이들은 광섬유로 광학적으로 결합되는 실온 검출기들이다. 전형적인 Picometrix 검출기 설계 파라미터들에 대해서, THz 이미징 어레이의 FOV는 검출기의 방향성에 의해 결정된다. 검출기의 FOV는 검출기에 THz 방사를 집중시키는 THz 렌즈의 설계를 약간 변경함으로써 조정될 수 있다(몇 도에서 대략 50도까지).

이미징 간섭계는 개별 검출기들의 어레이로 구성된다. 한 쌍의 이러한 검출기들(16, 18)이 도 2의 개략도로 도시되었다. 각각의 검출기는 입력되는 THz 방사의 진폭과 위상을 측정한다. THz 방사의 파면이 어레이에 이를 때, 어레이 내 각각의 검출기 쌍(이를테면 16, 18)은 입력 THz 방사의 한 공간 푸리에 성분을 검출기 쌍의 간격에 의해 결정하여 측정한다. 각각의 공간 푸리에 성분은 푸리에 변환 평면(u-v 평면) 내 일 점으로 나타난다. 공간 푸리에 성분 및 따라서 입력 THz 파면(20)의 방향을 결정하기 위해서, 파면의 도달 시간에서 한 쌍의 안테나들간에 위상 지연을 측정해야 한다. 소스에의 방향과 기선(두 안테나들을 연결하며 효과적으로 검출기들을 포함하는 가상의 선)간 상대적 각도는 두 안테나들간 파면의 도달에 있어서의 기하학적 지연 τ_g을 정의한다. 기준을 중심으로 원뿔을 형성하는 모든 방향들은 동일한 위상 지연 τ_g = (b sin α)/c을 가지며, b는 기선의 길이이고, c는 광속이고, A는 상대 각도이다. 정확한 소스 방향을 판정하기 위해서 기선의 다른 방위들에 의한 추가 측정들이 수행되어야 한다.

검출기 쌍간에 고정된 간격에서, 한 공간 푸리에 성분이 측정된다. 실-공간에서, 이 단일의 푸리에 성분은 도 3(a)에 도시한 바와 같은 세기 프린지들에 대응한다. 검출기 쌍 사이의 간격을 변경함으로써(그러나 소스까지의 거리는 일정하게 유지하고), 공간 푸리에 성분이 달라져 도 3(a)에서 교번하는 명 프린지와 암 프린지간에 간격이 달라지게 된다. 상이한 검출기 쌍 간격들에 의해 생성된 이미지들을 함께 더함으로써, 혼성 실-공간 이미지가 형성된다. 간섭계 검출에 대해 간단한 실험 검증을, 검출기 쌍 사이의 간격(도 2에서 거리 b)을 가변시킴으로써 행할 수 있다. 이러한 기하학에 기초하여, 두 검출기들에서 검출된 점 소스로부터의 THz 신호간 예상 상관 C은 다음 식으로 될 것이다.

A는 입사 THz 평면파의 진폭이고, k는 입력 전자기 파의 파수이며, B는 검출기 쌍 사이의 간격이고, A는 도 2에 정의된 바와 같이 검출기들에 관하여 입력 파면들 만드는 각도이다. 예상 실험 데이터의 플롯을 0.5THz의 주파수에 대해 도 3(b)에 도시하였다. 서로 다른 검출기 쌍들의 푸리에 성분들이 포함될 때, 결과적인 이미지는 점 THz 소스의 점 확산 함수에 이르게 된다. 점 확산 함수는, 예를 들면, THz 간섭계 이미지들을 소거하고 간섭계 이미지 내 사이드 로브 아티팩트들을 제거하기 위해 사용될 수 있다.

검출기들의 수가 N이라 할 때, N(N-1)2의 가능한 쌍 조합들이 있다. 푸리에 평면이 가능한 완전하게 샘플링되도록 안테나들 사이의 간격이 불균일하게 되도록 이들을 배치하는 것이 바람직하다. 5개의 안테나들의 전형적인 일렬 배열을 그 결과에 따른 기선과 함께 도 4에 도시하였다. 간격은 로그-주기적인 것이 통상적이다. 검출기 쌍들의 여러 가지 조합들에서의 전계에서 상관을 기록함으로써, THz 소스로부터의 방출 공간 분포에 관한 정보가 생성될 수 있다. 이미지는 모든 상이한 쌍 조합들의 공간 푸리에 성분들로부터 생성된다. 이미지의 질은 u-v 평면의 포괄범위(coverage)에 달려있고 따라서 간섭계의 검출 요소들의 배열에 좌우된다. 안테나들의 구성을 설계함에 있어 중요한 것은 요구되는 각도 분해능에 의해 결정된 범위에 걸쳐 균일하고 효율적으로 u-v 평면의 포괄범위를 얻는 것이다. 적은 수의 검출기들에 의한 효율적인 u-v 평면 포괄범위는 일렬 배열의 검출기들을 고정 축에 관한 어레이의 회전과 조합하여 사용함으로써 달성될 수도 있다. N 요소 어레이의 회전 중에 20회 측정이 행해진다면, 이에 상당하는 검출기들 개수는 20N이다. 이에 따라 이미지 질이 향상되거나 어레이내 필요한 안테나들 수가 감소될 수 있다.

도 5에서, THz의 간섭계 검출은 22, 24의 쌍으로 도시한 광섬유-광학 결합의 광전도성 안테나 검출기들에 의해 행해진다. 이들 검출기들에서, 입력 THz 방사는 광전도성 검출기들을 "게이트" 혹은 "턴 온" 시키는 레이저들(26, 28)로부터의 두 개의 적외(~780nm) 레이저 빔들에 입력 THz 방사를 믹싱함으로써 검출된다. 광섬유 광학 케이블들(29) 및 스플리터(30)를 사용하여 검출기 구조들에 적외 레이저 광을 결합함에 있어 명료한 잇점들이 있다. 예를 들면, 레이저 광을 조합한 후 이를 많은 수의 검출기들에 분배하는 것은 광섬유 커플러들 및 스타(star)-스플리터들을 사용하면 간단하다. 그러므로, N-요소 간섭계 어레이 내 모든 안테나에 파워 공급에 단지 두 개의 적외 레이저 소스들만을 사용할 수도 있을 것이다. 또한, 광섬유 결합으로 어레이 전체가 보다 확실하고 신뢰성 있게 된다. 광섬유들을 검출기들에 부착함으로써, 이들은 광 전달 시스템이 광섬유 광학성이므로, 서로에 대해 쉽게 옮겨될 수 있다(즉, 조정가능한 기선 혹은 검출기 간격) 이러한 설계에 따라, 어레이가 낮은 공간 분해능을 갖고 넓은 지역을 폭발물 물증에 대해 매우 신속하게 사정할(survey) 수 있는 가능성을 가능케 한다. 특정 지역이 작용제의 분광기 시그내처를 나타낸다면, 보다 큰 공간 분해능을 갖고 의심 지역을 검사하기 위해 어레이의 기선을 조정할 수 있다.

레이저들(26, 28)은 차 주파수 광학 헤테로다인 포토믹싱을 통해 THz 방사를 검출하기 위해 검출기들과 함께 사용되는 두 개의 협대역 적외 레이저들이다. 두 개의 외부 공동 다이오드 레이저들(ECDL)을 사용해서 780nm에 가까운 적외 방사의 두 상이한 색상들(파장들)을 생성한다. THz 주파수는 두 개의 적외 색상들의 상이한 주파수를 조정함으로써 튜닝될 수 있다. 광전도성 안테나에서 레이저 믹싱의 호모다인 검출이 다른 것들에 의해 실시된 바 있으나, 헤테로다인 검출은 확실하게 실시되어 있지 않다. 헤테로다인 검출 기술은 호모다인(DC) 검출에 비해 THz 어레이의 감도를 향상시킨다. 헤테로다인 검출은 Thz 소스를 THz 국부 발진기(LO)와 분리하는데, 이는 THz 소스 및 LO가 코히런트할 필요가 없고 혹은 동일 소스로부터 나올 필요가 없음을 의미한다. 포토-믹싱 검출 기술에서, THz 국부 발진기는 두 개의 적외 레이저 파장들의 믹싱에 의해 제공된다. 또한, 헤테로다인 검출 기술은 국부 발진기 주파수를 스캐닝함으로써 어레이로부터 공간 이미지들 및 스펙트럼들을 얻는데 알맞다.

포토-믹싱 기하학에서, 광전도성 안테나 검출기 요소 내에서 국부 발진기(LO) 신호를 생성하는 것으로서 두 개의 적외 레이저 소스들을 믹싱하는 것에 관해 생각해 볼 수 있다. 이러한 기하학에서, 국부 발진기와 테라헤르츠 신호의 믹싱에 의해 생성되는 중간 주파수는 100-3000 MHz 범위(ECDL 소스의 선폭은 대략 5MHz)일 수도 있을 것이다. 100MHz의 중간 주파수에서 전자부품들의 사용이 용이하기 때문에, 이 주파수가 처리된다. 한 쌍의 검출기들에 대한 THz 전계의 상대 위상 및 진폭(즉, u-v 평면에 있어서의 푸리에 성분)은 측정된 중간 주파수(IF) 신호 주파수들을 두 개의 검출기들에서 상관시킴으로써 결정된다. 일단 THz 신호들이 100MHz의 IF 대역으로 하향변환되면, 신호는 전파천문학에서 사용되는 것과 정확히 동일한 잘 개발된 상관기 기술로 처리될 수 있다.

사용되는 헤테로다인 믹싱 기술에서 개개의 검출기에 의해 수신되는 입력 THz 신호(ω_signal~ 1THz)는 신호 주파수와는 소량 다른 국부 발진기 신호(ω_LO)와 결합된다. 이미징 어레이의 본 실시예에서, 국부 발진기 신호 [ ω_LO~(1+δ) THz]는 CW IR 레이저 빔들의 차 주파수 믹싱에 의해 생성된다. 검출기의 출력은 차 주파수 ω_IF= ω_LO- ω_signal로의 두 THz 신호들의 믹싱이다. 차 주파수는 중간 주파수 범위(kHz-GHz) 내에 있고 THz 신호의 원 위상 진폭을 얻기 위해 전자공학적으로 처리될 수 있다. 한 쌍의 검출기들에 대한 THz 전계의 상대 위상 및 진폭(즉, u-v 평면에 있어서의 푸리에 성분)은 측정된 IF 신호 주파수들을 두 검출기들에서 상관시킴으로써 결정된다. 고정된 IF 주파수의 국부 발진기 주파수를 스위프함으로써(즉, 두 개의 IR 레이저들간의 파장 차이를 가변시킴으로써), 간섭계는 여러 주파수들에서 THz 소스들을 이미징할 수 있다. LO 주파수를 스위핑하는 잇점은 연구 대상에 특정의 화학성분을 모니터할 수 있게 하며 이에 의해 THz 범위에서 이들의 스펙트럼 특성들에 의해 폭발물을 확인할 수 있게 하는 것이다.

간섭계 THz 어레이의 이미징을 예시하기 위해서 5개의 개개의 안테나들을 결합하고 회전을 이용하는, 간섭계용의 안테나들의 전형적 배열을 도 6에 개략적으로 도시하였다. 12개의 검출기들의 비-용장 배열 은 어레이(30)의 매 회전 방위마다 66개의 푸리에 성분들을 제공한다. 선택된 어레이 설계는 도면에 도시된 바와 같이 기하학적 나선의 두 수직 축을 따라 총 12개의 검출기들을 배치한다. 삼각형 각각은 검출기를 나타내는 것이며 각 검출기는 반시계 방향으로 1부터 12까지 번호가 매겨진다.

푸리에 변환 u-v 평면의 효율적 포괄범위를 위해서는 각각의 검출기 쌍이 고유 공간 푸리에 성분 이외의 어떤 다른 성분의 고조파가 아닌 고유 공간 푸리에 성분을 생성하게 각 검출기 쌍 사이의 간격을 가변시키는 것이 중요하다. 검출기 간격이 동일한 경우가 복수로 발생해도 어떤 추가적인 이미징 정보를 제공하지는 않을 것이다. 도 5의 간격은

d = ar₀b^(n-1) (1)에 의해 모델화된다. 여기서 d는 원점부터의 거리이고, a는 간격 상수이고, r₀는 제1 검출기의 거리이고, n은 검출기의 수이다. 값 b는 연속한 검출기들이 원점부터 나선형으로 나가는 레이트를 기술하는 상수이다. b가 선택되었으면, 간격 상수 a는 서로 다른 애플리케이션들을 위한 검출기 어레이의 전체 크기를 정규화하기 위한 배율로서 사용될 수 있다. 어레이의 전체 크기는 검출기(12)부터 원점까지의 거리의 대략 2배로서 추정될 수 있다(d₁₂= ar₀b¹¹).

이미징 어레이가 스피닝 플랫폼에 기초하였다면, THz 소스에 대한 어레이의 회전은 이미지 질을 향상시키는데 이용될 수 있다. N 요소 어레이에 관한 회전 동안 예로서 측정들이 20회 행해진다면, 이에 상당하는 검출기 수는 20N이다. 이것은 향상된 이미지 질 혹은 어레이 내 필요 안테나 수의 감소로 이어질 수 있다. 어레이 플랫폼의 회전을 사용할 때, THz 소스는 어레이에 단지 3개의 안테나들만으로 찾아질 수 있다. 사실, 공간 상의 THz 소스의 위치를 3각측량하기 위해서는 삼각 패턴으로 놓인 3개의 안테나가 사용될 수 있다. 비교적 협대역 검출기들을 여러 THz 파장들에 동조시킴으로써(CW 적외 레이저 여기를 사용하여 가능하다) 더욱 개선될 수 있다. THz 소스에 관한 스펙트럼 정보를 제공하는 것 외에도, 공간 분해능을 향상시키거나 필요 안테나 수를 감소시키기 위해서 여러 THz 주파수들에서의 인터페로그램들(interferograms)이 사용될 수 있다.

어레이(30)로부터 이미지들을 생성할 때, uv 평면 내 보다 많은 공간 푸리에 성분들을 채워 전체적인 분해능을 증가시키기 위해 어레이를 원점에 관하여 회전시킨다. 총 90°의 회전의 매 1°마다 어레이로부터 데이터가 획득된다. 이러한 데이터를 처리함에 있어서는 THz 방사의 소스는 먼 필드에 있는 것으로 가정할 수 있다. 즉, 이미징 어레이부터 소스까지의 거리는 어레이 내 검출기들 사이의 통상적 간격보다 훨씬 크다. 이러한 제한에서, 입력 THz 방사의 파면들은 평면이다.

사람 혹은 패키지들 내 은닉된 C4 혹은 RDX 폭발물의 검출은 THz 방사를 반사 혹은 투과하는 많은 다른 물질들이 있기 때문에 쉽지 않다. 금속, 예로서 동전 및 벨트 버클 등은 대략 일정한 반사 스펙트럼을 갖는다. 본 시스템은 센티미터 크기의 C4 혹은 RDX 폭발물을 일반적으로 물품과 구별할 수 있다. RDX는 의류, 피부, 금속과 같은 다른 물품들로부터 구별될 수 있는 어떤 THz 주파수들에서 큰 피크들을 포함하는 반사 스펙트럼을 갖는다.

THz 이미징 어레이의 능력을 보이기 위해서, RDX의 이미징을 시뮬레이트하였으며, 이의 분광 시그내쳐에 근거하여 금속 물품과는 구별될 수 있음을 알았다. 시뮬레이션에 있어서는 RDX를 THz 이미징 어레이로부터 30m 떨어져 있는 것으로 하였다. 어레이의 크기는 5m였다. 서로 간에 옆에 놓인 두 개의 1.4cm 제곱의 샘플들의 이미지가 얻어졌다. 하나는 RDX이고 다른 하나는 금속이다. RDX의 0.08, 0.175 및 0.4THz 특성 주파수들에서 큰 반사를 가졌던 임의의 위치들을 적색으로 채색함으로써 틀린 색상 이미지가 생성되었다. 그렇지 않은 경우엔, 각각의 개개의 주파수에, 이의 THz 주파수에 비례하는 색상을 할당하였다. 결국, 금속(모든 THz 주파수들을 반사함)은 흰색으로 채색되었다. RDX는 금속 및 배경과 쉽게 구별되었다. 주파수의 함수로서 THz 이미지들을 분석하여 RDX의 스펙트럼 특성을 나타내는 공간 위치들을 확인하기 위해서 신경망 알고리즘을 사용할 수 있다.

천문학 응용에 사용되는 어레이와 은닉된 무기들의 검출을 위한 본원에서 사용되는 것들에 사용되는 어레이간에는 몇가지 중요한 차이점들이 있다. 천문학상의 라디오 간섭계 이미징에 있어서는, 입력 라디오 파들이 평면 파면들을 갖는 것으로 가정한다. 여러 검출기 요소들간에 적합한 지연들을 가지고, 임의의 한 쌍의 요소들은 동일 파면으로부터의 전계를 샘플링할 수 있다. 동일 파면이 샘플링될 때는 정의에 의해 동일 파면 상의 모든 지점들이 동일 위상(공간적으로 코히런시)을 갖기 때문에 방사의 인코히런트 소스도 간섭계로 검출될 수 있다. 폭발물 검출에의 응용에 있어서는, 기선(어레이 요소들 사이의 간격)을 ~10cm인 것으로 추정한다. THz 소스와 검출 어레이간 거리는 광역 검출을 위한 약 50미터까지의 포탈형 검출에 대해 단지 수 미터 정도가 될 것이다. 2-50미터의 거리가 어레이 요소들 간 간격보다 수 자리수 큰 크기인 반면, THz 간섭계 어레이는 평탄하지 않은, 부분적으로 만곡된 파면들을 처리해야 할 것이다. 또한, 파면들은 만곡되어 있기 때문에, THz 방사의 인코히런트 소스를 이미징하는 것은 검출기 요소들간 적절한 지연들이 파면의 곡률에 좌우되므로 훨씬 더 문제가 된다.

이러한 잠재적 문제는 충분히 긴 코히런스 길이를 갖는 THz 소스 방사를 사용함으로써 극복된다. 광학 헤테로다인 차 주파수 믹싱에 의해 생성되는 THz 방사는 THz를 생성하는 ECDL 레이저들이 매우 긴 코히런스 길이들을 갖기 때문에 매우 긴 코히런스 길이를 갖는다. 긴 코히런스 길이의 THz 소스를 사용한다는 것은 많은 순차적 파면들이 코히런트하고 간섭계 신호를 쉽게 생성할 것임을 의미한다. 이러한 설계 제약은 이미징될 수도 있었을 THz 소스들의 유형에 코히런스 길이 제한을 둔다.

천문학상의 응용에서, THz 소스의 위치, 물리적 크기, 및 주파수 내용(예를 들면, 별(star))은 알 수 없다. 라디오 간섭계 어레이 및 데이터 처리는 라디오 소스들의 위치 및 스펙트럼 내용을 알기 위해서 설계된다. 본 발명에 있어서, THz 소스들의 위치, 물리적 크기 및 스펙트럼들은 이들이 이미징 시스템의 일부이므로 이미 알고 있다. 대신, 관심은 개재된 물질의 THz 투과 혹은 반사 스펙트럼에 있다. 즉, 폭발물 혹은 생물학적 작용제들이 있는가하는 것이다. 폭발물 혹은 생물학적 작용제들의 유무에 대해 THz 이미지들을 처리하기 위해서, THz 국부 발진기의 주파수를 변경함으로써 특성 THz 주파수들에서의 이미지들이 획득된다. 아티피셜 신경망(ANN) 알고리즘들을 사용하여 THz 이미지들로부터 폭발물 및 생물학적 작용제의 존재를 판정할 수 있다. ANN은 입력들의 출력들에의 매핑을 구성하는 일 군의 수학적 함수들이다. 본 발명에서, 입력들은 THz 간섭계 이미징 시스템으로부터 나온 스펙트럼 이미지 어레이들이다. 출력들은 타겟 작용제의 검출 영역 내 위치뿐만 아니라 명확한 확인이다. 특정의 THz 주파수들에서 검출된 파워에 대한 값들을 입력들로부터 사용함으로써, 신경망은 특정의 폭발물 혹은 생물학적 작용제에 대응하는 THz 색상들(예를 들면, 주파수들)의 서로 상이한 조합들의 존재를 인식하도록 "훈련"될 수 있다. ANN에 대한 이러한 유형의 사용은 공지된 것이다. 예를 들면 ANN들은 푸리에 변환-적외(FTIR) 흡스 스펙트럼들에 기초하여 거의 150가지의 미생물 계통을 분류하는 체계를 수립하는데 사용되었다(T. Udelhoven, et al., "Development of a hierarchical classification system with artificial Neural Networks and FT-IR Spectra for the Identification of Bacteria,"Applied Spectroscopy, 54, NO. 10, P. 1471 (2000) ). 유사하게, 염소화 탄화수소의 다종 혼합물 내에 개개의 유기 성분들을, ANN들을 사용하여 저 신호 대 잡음 비 라만 스펙트럼들로부터 고정확도로 식별하였다. (T. Lu and J. Lerner, "Spectroscopy and Hybrid Neural Network analysis," Proc. IEEE, 84, no. 6, p.895 (1996)). 유사하게, 서로 상이한 세트들의 DNA를 구별하기 위한 분석 도구로서 THz 스펙트럼들에 신경망 원리들이 사용되었다.(T. Globus, et.al "Application of Neural Network Analysis to Submillimeter-wave vibrational spectroscopy of DNA macromoledules", in the Proceedings to the 2001 ISSSR, June 12-15, Quebec City, Canada (2001)). 상이한 시간들에서 취해진 혹은 오 알람율을 감소시키기 위해 서로 다른 공간 분해능들로 취해진 조합된 이미지들을 분석하기 위해서 아티피셜 신경망들을 본 발명에서 사용할 수 있다.

도 5의 개략도로 도시된 본 발명에서, THz 방사를 검출( 및 생성)하는 방법은 광전도성 안테나 구조들에 의한 두 개의 CW 적외 레이저 빔들의 광학적 믹싱이다. 두 외부 공동 다이오드 레이저들(ECDL)의 주파수 차는 33cm^-1에 대응하는 대략 1THz(원적외 지역)에 튜닝된다. ECDL은 780nm의 중심 파장과 ±4.2THz에 대응하는 ±9nm의 튜닝 범위를 갖는다. ECDL 레이저들은 0.1 내지 2THz까지 이들의 차 주파수를 스캐닝할 수 있게는 우수한 안정성(대략 5MHz의 선폭)을 갖는다. ECDL의 융통상과 튜닝의 용이함에 기인해서 덜 비싼 DFB 및 다이오드 레이저들보단 ECDL 레이저들이 선택된다. 레이저들의 출력은 광섬유 결합기(29) 내에서 결합된다. 결합된 레이저 빔들의 파워는 광섬유-광학 스플리터(30)를 사용하여 분할되고, 여러 쌍의 서로 이격된 검출기들 중 하나를 포함하는 두 개의 검출 안테나(22, 24)에, 광섬유 광학 케이블들을 사용하여 보내진다. 입력 THz 및 적외 레이저들의 광학적 믹싱으로 중간 주파수 ω_IF의 전기신호가 발생된다. 안테나 쌍의 공간 푸리에 성분은 필터들(32, 34)에서 IF 주파수들의 대역을 필터링하고, 상관회로(36)를 사용함으로써 측정된다. THz 검출기들로서는, 전술한 바와 같이 Picometrix에서 제작한 것들과 같은 광전도성 검출기들이 사용될 수 있다.

이에 따라 두 개의 레이저 소스들은 THz 범위의 차 주파수(AM)에 튜닝된다. 결합된 레이저 빔들은 광섬유 스플리터를 사용하여 분할되고 광학 믹싱에 의해 입력 THz 방사의 검출을 위한 광전도성 안테나에 보내진다.

헤테로다인 검출을 사용함으로써, 믹싱된 THz 주파수들의 중간 주파수는 전형적인 DC 혹은 KHz 범위의 호모다인 검출과는 달리 MHz 범위에 있다. [단(short)-펄스 레이저 소스들을 사용한 표준 THz 분광기 셋업에 있어서는, 레이저 빔 혹은 THz 방사기에 인가된 전압은 록-인(lock-in) 증폭기를 사용한 위상-민감성 검출이 용이하게 되도록 KHz 반복 레이트로 변조된다. THz 검출기 전자장치들은 이들의 안테나 검출기 패키지들이 100MHz 범위내 중간 주파수들을 전송할 수 있게 설계된다.

도 7에 도시된 바와 같이, THz 신호를 중간 주파수(IF)로 하향 믹싱한 후에, 0.01 내지 수 GH 범위가 무선 통신(기저대로서) 및 광통신(측대역으로서)에서 매우 중요하므로, 이 범위에서 극히 우수한 필터들(32, 34) 및 저잡음 증폭기들(31, 33)이 사용된다. 중간 주파수는 100MHz 주파수에서 전자부품들을 쉽게 입수될 수 있으므로 이 주파수에서 처리된다. 제1 단계는 입력 IF 대역을, 나이키스트 주파수(100MHz 대역폭에 대해 1 Gsample/s)로 샘플링하여 디지털화하는 것이다. 이어서, 디지털 신호는 시간-디멀티플렉서(시프트 레지스터)를 거쳐, 시프트 레지스터의 각 비트는 제2 THz 검출기로부터 대응하는 비트와 상관된다(곱하여진다). 1GHz로 샘플링된 신호는 8비트 시간-디멀티플렉서를 사용함으로써 125MHz로 낮추고 이어서 상관을 위해 125 MHz 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA)에 보내질 수 있다. 이 구성은 Δf = 2B/N의 B=100MHz 대역폭에 대해서 15.6MHz의 주파수 분해능을 제공하는, N=64 래그(lag)(8 x 8)를 제공한다. 보다 많은 수의 form들은 상관기 칩들을 연이어 연결함으로써 달성될 수 있고, 보다 높은 주파수 분해능이 얻어진다. 이를 하나의 상관기 유닛으로 간주하면, 각 상관기 유닛은 한 쌍의 검출기들로부터의 신호들을 처리한다. 예를 들면, n(N-1) 12 상관기 유닛들이 필요하다.

THz 소스들/검출기들/성분들은 매우 활발한 연구의 장이기 때문에, 여기서 논의된 성분들보다 우수한 THz 성분들이 개발될 수 있을 있다는 것이 가능하다. 그러나, THz 이미징 어레이의 전체 설계는, (a) 새로운 검출 요소들이 파워가 아닌 THz 전계를 검출하는 한(어떤 새로운 THz 믹서 및 THz 국부 발진기가 이에 해당할 것임), 이 새로운 믹서 기술은 THz 이미징 어레이 성능을 향상시키는데 사용될 수 있을 것이며, (b) 이미징될 THz 소스들은 인코히런트 혹은 코히런트일 수 있어, 매우 확실하다. 이것은 실제로 THz 간섭계 어레이 방식에 대한 시스템 엔니지어링 잇점이다. 간섭계 어레이 설계는 THz 기술에 진보된 바를 구비한 THz 어레이를 완전히 다시 발명할 필요없이 THz 국부 발진기 소스들 및 믹서들의 진보된 것을 쉽게 포함시킬 수 있다.

본 발명이 이의 특정의 실시예들에 의해 개시되었으나, 개시된 바에 비추어 발명에 많은 변형예들이 당업자들에게 가능하고, 변형예들은 본 교시된 바 내에 있음을 알 것이다. 따라서, 본 발명은 넓게 해석되고 여기 첨부된 청구항들의 범위 및 정신에 의해서만 한정된다.

Claims

명시된 구성물(specified composition)의 유무를 판정하기 위해 관심 지역을 검사하기 위한 테라헤르츠 이미징 장치에 있어서,

(a) 상기 검사에 적합한 원하는 테라헤르츠 주파수의 전자기 방사를 생성하는 수단;

(b) 상기 관심 지역에 상기 테라헤르츠 방사를 입사시키는 수단;

(c) 상기 관심 지역에서 이격된 검출기 평면 내 복수의 지점들에서, 상기 지역으로부터 반사되거나 상기 지역을 투과한 상기 테라헤르츠 방사를 동시에 검출하는 검출기 수단; 및

(d) 상기 검출된 테라헤르츠 방사를 상기 명시된 구성물의 유무를 판정할 수 있는 상기 관심 지역의 이미지로 변환하는 수단을 포함하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
제1항에 있어서, (c)에서 상기 검출기 수단은 이격된 검출기들의 이격된 간섭계 어레이를 포함하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
제2항에 있어서, 상기 검출기들의 쌍들로부터의 신호 출력들을 적합한 지연 및 동상 및 직교상 상관과 결합하여 상기 검출기 평면에 대응하는 푸리에 변환 평면에 대한 성분들을 생성하는 수단을 포함하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
제3항에 있어서, 상기 검출기 어레이는 복수의 반도체 포토믹서들(photomixer)을 포함하고, 포토믹서 구동수단을 더 포함하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
제4항에 있어서, 상기 포토믹서 구동수단은 공통의 광섬유 광학 접속기에 의해 상기 포토믹서들에 결합된 주파수 안정화된 튜닝 가능 광학 헤테로다인 소스를 포함하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
제3항에 있어서, 상기 검출기 어레이는 검출기들의 일렬 배열을 포함하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
제6항에 있어서, 고정된 축을 중심으로 상기 어레이를 회전시키는 수단을 더 포함하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
제3항에 있어서, 상기 푸리에 성분들의 푸리에 역변환에 의해 상기 관심 지역의 원래의 밝기 분포를 합성하는 수단을 더 포함하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
제4항에 있어서, 상기 푸리에 성분들의 푸리에 역변환에 의해 상기 관심 지역의 원래의 밝기 분포를 합성하는 수단을 더 포함하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
제4항에 있어서, 상기 포토믹서들은 광전도성 디바이스들이며, 각 쌍의 포토믹서들용의 상기 구동수단은 상기 포토믹서들을 게이트(gate)하는 차 주파수를 갖는 한 쌍의 레이저들을 포함하고, 상기 한 쌍의 포토믹서들의 각각의 멤버에서의 입력 테라헤르츠 방사는 상기 차 주파수와 믹싱되어 신호 처리가 용이하게 되게 중간 주파수들을 갖는 수정된 신호 출력들을 제공하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
제8항에 있어서, 상기 명시된 구성물들의 유무를 판정하기 위해 상기 이미징되는 관심 지역의 부분들을 테스트 표준들과 비교하는 이미지 분석 수단을 더 포함하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
제9항에 있어서, 상기 명시된 구성물들의 유무를 판정하기 위해 상기 이미징되는 관심 지역의 부분들을 테스트 표준들과 비교하는 이미지 분석 수단을 더 포함하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
제8항에 있어서, 상기 분석 수단은 상기 부분들을 폭발물 구성물에 대응하는 테스트 표준과 비교하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
제9항에 있어서, 상기 분석 수단은 상기 부분들을 폭발물 구성물에 대응하는 테스트 표준과 비교하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
제8항에 있어서, 상기 분석 수단은 상기 부분들을 생물학적 작용제(biological agent)에 대응하는 테스트 표준과 비교하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
제9항에 있어서, 상기 분석 수단은 상기 부분들을 생물학적 작용제에 대응하는 테스트 표준과 비교하는, 테라헤르츠 이미징 장치.
명시된 구성물의 유무를 판정하기 위해 관심 지역을 검사하기 위한 테라헤르츠 이미징하는 방법에 있어서,

(a) 상기 검사에 적합한 원하는 테라헤르츠 주파수의 전자기 방사를 생성하는 단계;

(b) 상기 관심 지역에 상기 테라헤르츠 방사를 입사시키는 단계;

(c) 상기 관심 지역에서 이격된 검출기 평면 내 복수의 지점들에서, 상기 지역으로부터 반사되거나 상기 지역을 투과한 상기 테라헤르츠 방사를 동시에 검출하는 단계; 및

(d) 상기 검출된 테라헤르츠 방사를 상기 명시된 구성물의 유무를 판정할 수 있는 상기 관심 지역의 이미지로 변환하는 단계를 포함하는, 테라헤르츠 이미징 방법.
제17항에 있어서, 단계(c)는 이격된 검출기들의 간섭계 어레이에 의해 검출되는, 테라헤르츠 이미징 방법.
제18항에 있어서, 상기 검출기 쌍들로부터의 신호 출력들은 적합한 지연 및 동상 및 직교상 상관과 결합되어 상기 검출기 평면에 대응하는 푸리에 변환 평면에 대한 성분들을 생성하는, 테라헤르츠 이미징 방법.
제19항에 있어서, 상기 관심 지역의 원래의 밝기 분포는 상기 푸리에 성분들의 푸리에 역변환에 의해 합성되는, 테라헤르츠 이미징 방법.
제20항에 있어서, 상기 관심 지역은 폭발물 구성물을 포함하는, 테라헤르츠 이미징 방법.
제20항에 있어서, 상기 관심 지역은 생물학적 작용제를 포함하는, 테라헤르츠 이미징 방법.