[发明专利]使用混合阵列的合成孔径成像系统和方法

说明书

一种声光成像的方法可包括从传感器阵列的第一子孔径接收第一信号。第一子孔径可包括一个或多个第一类型的阵列元件。该方法还可包括从传感器阵列的第二子孔径接收第二信号。第二子孔径可包括一个或多个不同于第一类型的第二类型的阵列元件。在一些变体中，第一类型的阵列元件可以是声学换能器(例如，压电换能器)和/或第二类型的阵列元件可以是光学传感器(例如，光学谐振器，比如耳语回廊模式(WGM)谐振器)。该方法还可包括组合第一信号和第二信号以形成传感器阵列的合成孔径。

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年9月8日递交的美国专利申请第63/075,727号的优先权，在此通过引用将该美国专利申请全部并入。

技术领域

本公开概括而言涉及超声成像的领域，具体而言涉及使得能够通过组合来自包括光学谐振器和其他传感器的阵列的混合阵列的信号来形成合成孔径的方法和设备。本文公开的方法和设备包括具有高灵敏度和高操作带宽的光学谐振器，以提高成像性能。

背景技术

超声波传感由于有若干优点而被用于各种行业中，包括医学成像和医学诊断。例如，超声传感利用了具有显著的穿透深度的超声信号。此外，已知超声成像是一种有利的非侵入性成像形式，因为它是基于非电离辐射的。

超声成像中使用的各种已知的超声换能器具有许多缺点。例如，一些超声换能器是由压电材料制成的，例如锆钛酸铅(lead zirconate titanate，PZT)。然而，PZT材料的6dB带宽一般只限于大约70％。某些复合PZT材料的带宽略有增大，但仍只能实现最多约80％的带宽。作为另一个示例，为了改善超声探头的性能，单晶材料越来越多地被使用，但其居里温度较低，并且易变。另一种类型的换能器材料是硅，它可以被加工来构建具有更高带宽的电容式微机械超声换能器(Capacitive Micromachined Ultrasound Transducer，CMUT)探头。然而，CMUT探头不是非常灵敏或可靠。此外，CMUT探头具有几个操作限制。例如，CMUT探头是非线性传感器，因此一般不适合于谐波成像。此外，CMUT探头要求额外的偏置电压才能正确操作。从而，需要有包括具有更高带宽和灵敏度的传感器的超声探头。

发明内容

概括而言，在一些变体中，一种用于对目标成像的装置，可包括一个或多个第一类型的阵列元件，它们形成第一子孔径，以及一个或多个不同于第一类型的第二类型的阵列元件，它们形成第二子孔径，其中第一子孔径接收具有第一相位的第一信号，并且第二子孔径接收具有第二相位的第二信号。该装置还可包括前端，该前端被配置为至少部分地通过组合第一信号和第二信号来生成合成孔径。在一些变体中，前端可被配置为使用如本文所述的方法的一个或多个方面生成合成孔径。

概括而言，在一些变体中，一种用于对目标成像的方法可包括从传感器阵列的第一子孔径接收第一信号，其中第一子孔径包括一个或多个第一类型的阵列元件。该方法还可包括从传感器阵列的第二子孔径接收第二信号，其中第二子孔径包括一个或多个不同于第一类型的第二类型的阵列元件。该方法还可包括组合第一信号和第二信号以形成传感器阵列的合成孔径。

在该装置和方法的一些变体中，第一类型的阵列元件可以是被配置为发送声波的非光学传感器，例如声学换能器(例如，压电换能器或电容式微机械超声换能器(CMUT)传感器)，并且第二类型的阵列元件可以是光学传感器，例如耳语回廊模式(whisperinggallery mode，WGM)传感器。光学传感器可以是/包括微球体谐振器、微型环芯谐振器、微环谐振器(例如，具有圆形截面形状或非圆形截面形状，例如赛道或椭圆)、微气泡谐振器、光子集成电路(photonic integrated circuit，PIC)谐振器、和/或微盘谐振器。在一些情况下，第一类型和第二类型的阵列元件可被配置为检测与发送的声波相对应的声学回声。