[发明专利]一种共振全息传感的声学三维成像方法及图像传感器

权利要求书

1.一种共振全息传感的声学三维成像方法，其特征在于，包括：

通过激励超声声源发射超声波照射目标物体，并用声学透镜聚焦接收所述目标物体反射的超声回波，形成含有强度分布和相位分布的成像声场，且成像于声学图像传感器表面；所述声学图像传感器放置于所述声学透镜的像方焦平面上，用于接收所述成像声场的强度和相位的空间分布信息；所述声学图像传感器为表面设置有亥姆霍兹型微腔超表面的声电转换像素单元阵列；所述亥姆霍兹型微腔超表面的每个结构单元与一个所述声电转换像素单元对应，或与多个并联排布的所述声电转换像素单元对应；

所述成像声场通过所述声学图像传感器中所述亥姆霍兹型微腔超表面的各个结构单元的表面通孔进入对应的内部微腔；所述内部微腔的底部由所述声电转换像素单元的叠层振膜构成；所述叠层振膜设置有参考振膜和传感振膜；所述参考振膜和所述传感振膜依次上下叠层连接；

通过在所述参考振膜的激励电极上施加与所述超声回波同频率的参考信号，促使所述参考振膜内部的参考压电层发生谐振形变，继而驱动参考振膜和传感振膜一起同频振动，并同时向所在的内部微腔辐射出与所述超声回波频率一致的参考声场；

所述参考声场与从各个所述表面通孔进入的所述成像声场在对应的所述内部微腔中进行局域共振和叠加合成，并通过干涉作用将所述成像声场的强度信息和相位信息转换成共振放大的干涉声场；各个所述内部微腔中的干涉声场一起组成所述目标物体反射的所述超声回波的全息声场；

所述全息声场在各个所述内部微腔中反作用于各个声电转换像素单元的叠层振膜，并与所述参考信号激励的同频振动叠加，形成全息共振，驱使所述参考振膜和所述传感振膜一起振动，以使所述传感振膜中的传感压电层在传感电极层上感应出对应的共振全息信号。

2.根据权利要求1所述的用于声学三维成像的共振全息传感方法，其特征在于，包括：

对传递至信号处理单元的所述共振全息信号进行峰值检波与去噪处理，得到预处理共振全息信号；

对所述预处理共振全息信号进行像素阵列寻址读出和相位重建成像，形成所述目标物体超声回波波前分布的三维图像。

3.一种共振全息传感的声学图像传感器，应用于权利要求1所述的共振全息传感的声学三维成像方法，其特征在于，包括：

所述声学图像传感器由上至下依次设置有亥姆霍兹型微腔超表面、RS型叠层MUT单元阵列和专用集成电路；所述RS型叠层MUT单元的振膜为具有双压电层的RS型叠层振膜，或为电容式MUT振膜上复合单压电层的RS型叠层振膜中的一种；

所述亥姆霍兹型微腔超表面包括阵列排布的表面通孔，以及与之一一对应连通的内部微腔；每个所述内部微腔的腔底由一个所述RS型叠层MUT单元的RS型叠层振膜构成，或由多个并联的所述RS型叠层MUT单元的RS型叠层振膜排布构成；

所述RS型叠层MUT单元阵列为多个呈像素化阵列排布的RS型叠层MUT单元；每个所述RS型叠层MUT单元均包括悬置的RS型叠层振膜和周边的支撑基底；其中所述RS型叠层振膜为多层结构，由上至下依次设置有硅层、二氧化硅层、参考电极层、参考压电层、公共电极层、传感压电层和传感电极层；

各个所述RS型叠层MUT单元的参考电极层相互连接合为单一电极；各个所述RS型叠层MUT单元中的所述参考压电层的极化方向相同，所述传感压电层的极化方向相同，所述传感压电层的极化方向与所述参考压电层的极化方向相反；各个所述RS型叠层MUT单元的公共电极层为一个共用的完整无缝金属薄层且接地连接，用于屏蔽每个所述RS型叠层MUT单元的所述参考压电层与所述传感压电层之间的电荷串扰；

所述专用集成电路为多个信号处理单元电路通过阵列排布组成的集成电路，每个所述信号处理单元电路对应处理一个RS型叠层MUT单元输出的所述共振全息信号，或多个并联的RS型叠层MUT单元输出的所述共振全息信号。

4.根据权利要求3所述的共振全息传感的声学图像传感器，其特征在于，所述RS型MUT单元的RS型叠层振膜中的所述硅层在阵列组成中相互蚀刻分离，呈像素化阵列排布。

5.根据权利要求3所述的共振全息传感的声学图像传感器，其特征在于，所述RS型MUT单元的RS型叠层振膜为设置有多个压电层的叠层振膜。