一种用于超声成像的辐射全息传感方法及器件与流程

1.本发明属于声学传感技术领域，更进一步属于声学传感成像器件领域，尤其涉及一种用于超声成像的辐射全息传感方法及器件。


背景技术：

2.为了能够实现直观可视的声学成像，国内外学者在上世纪70年代便借鉴光学全息的成像原理，对声学全息成像技术展开了广泛研究。其中，如何传感目标声场的波前信息是该技术的关键所在。人们先后提出了多种量化声场波前的传感方法，成果较为突出的有液面全息和扫描全息。前者利用液面作为记录介质，通过目标声源与参考声源的干涉声场辐射力引起的液面形变来表征目标声场的波前信息；后者则利用电子检波虚拟干涉方式，通过单个声学换能器的扫描拼接来构建波前信息的空间分布。
3.由于需要依靠重力、液面张力来平衡声辐射力，液面全息虽然能够实时地通过液面形变来干涉记录目标声场的波前信息，但却只能对目标声场垂直传感，且声场强度要求高，作用距离短，视场区域极为有限，因而在声学成像中未见实际应用。扫描全息则由于需要扫描重建待测区域的波前信息，传感采样实时性较差，且分辨率受限于扫描间距，目前仅用于近场噪声源的识别定位，无法用于声学环境的高分辨实时成像。
4.为了能够高分辨地实时采样声场信息，人们通常采用拼接方式组合多个常规换能器形成传感阵列，亦或借助mems工艺直接设计微机械超声换能器(micromachined ultrasonic transducer，mut)阵列。然而，由于声学信号的时域振动特性，这些传感阵列不得不使用大量通道并行采样各个阵元的声压信号。虽然可以与专用集成电路(asic)前端集成，减轻采样通道的并行难度，然而大规模阵列始终不可避免地存在大量引线扇出和信号处理的问题。采用行列交叉寻址和阵列离散稀疏等方法简化，也只是阵列规模与采样分辨率和传感实时性之间的折中考虑。
5.综上所述，这些方法及器件并不具备高分辨的声场波前实时传感功能，因而应用它们的成像方法也不能实现目标物体直观可视的实时高分辨声学成像。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提出了一种用于超声成像的辐射全息传感方法及器件，该器件利用复式微腔阵列、双压电层微机械超声换能器(dp-mut)阵列、专用集成电路及其它集成部件实现超声成像的辐射全息传感；该方法通过复式微腔表面振膜振膜接收入射声场，并同频激励dp-mut的参考压电层辐射出参考声场，二者在像素化的亥姆霍兹型微腔腔体内部谐振放大和共振干涉，形成放大增强的干涉声场；由于声学非线性效应，该干涉声场产生辐射压力并作用于腔底振膜，继而引起振膜内部的传感压电层产生近似稳定的位移形变，并在对应传感电极上感生出稳定的全息信号；通过行列寻址采样读出各个像素单元的全息信号，完成对入射声场波前分布的大规模阵列传感，可实现目标物体大视场、高分辨的实时超声三维成像以及二维强度成像。
7.为达此目的，本发明第一方面提出一种用于超声成像的辐射全息传感方法，所述方法包括：
8.110：将入射声场pi作用在辐射全息传感器件复式微腔的表面振膜上，表面振膜在声压激励下振动，向位于表面振膜下的内部空腔辐射声场；
9.120：辐射声场通过辐射全息传感器件的亥姆霍兹型微腔颈部通孔进入亥姆霍兹型微腔腔体中，并在亥姆霍兹型微腔腔体内谐振放大，形成放大增强的入射声场p
ia
；同时，通过位于复式微腔下方的dp-mut的参考电极层加载与入射声场pi的声波频率相同的参考激励电压，在参考激励电压作用下，位于参考电极层下层的参考压电层产生径向伸缩形变，带动dp-mut的多层振膜发生弯曲振动，向上方亥姆霍兹型微腔腔体中辐射出参考声场pr；
10.130：放大增强的入射声场p
ia
和参考声场pr在亥姆霍兹型微腔腔体中共振干涉，形成含有入射声场pi振幅信息和相位信息的干涉声场p；
11.140：干涉声场p对位于底部的dp-mut的多层振膜产生辐射压力，辐射压力作用于dp-mut的多层振膜，使dp-mut的多层振膜发生位移形变；
12.150：dp-mut的传感压电层在dp-mut的传感电极层上感生出相应的传感电荷，传感电荷经后续采样读出和相位恢复，可获取入射声场pi的振幅信息和相位信息，完成对入射声场pi波前信息的量化传感。
13.本发明第二方面提出一种用于超声成像的辐射全息传感器件，所述器件应用于上述的用于超声成像的辐射全息传感方法，所述器件包括：复式微腔阵列、dp-mut阵列、封装载板、专用集成电路、密封层和声阻尼材料；
14.所述复式微腔阵列由像素化且阵列排布的多个复式微腔组成，每个复式微腔底部设置复式微腔压强均衡孔，且复式微腔阵列中多个复式微腔的复式微腔压强均衡孔连接互通；
15.所述dp-mut阵列由大量像素化阵列排布的dp-mut组成，每个dp-mut的振动空腔上设置dp-mut压强均衡孔，且dp-mut阵列中所有dp-mut的dp-mut压强均衡孔之间连接互通；
16.所述复式微腔和dp-mut通过金属键合层一对一连接或者一对多连接，且复式微腔位于dp-mut上方；
17.所述封装载板内部和表面均设置有桥接导线，dp-mut阵列和专用集成电路分别安装在封装载板的上下表面，并通过桥接导线实现电极的对应连接；
18.所述密封层安装在复式微腔阵列和封装载板连接的边缘处，密封层外部涂覆声阻尼材料；
19.所述密封层采用弹性模量＜6mpa的有机硅；
20.所述密封层、复式微腔阵列、dp-mut阵列和封装载板围合形成静态压强平衡腔，复式微腔压强均衡孔和dp-mut压强均衡孔均与静态压强平衡腔连通。
21.优选的，所述复式微腔包括从上到下依次设置的表面振膜、表面振膜腔体、亥姆霍兹型微腔颈部通孔和亥姆霍兹型微腔腔体；
22.所述表面振膜腔体由表面振膜和腔壁围合而成；
23.所述亥姆霍兹型微腔颈部通孔开设在表面振膜腔体和亥姆霍兹型微腔腔体之间的腔壁上；
24.所述亥姆霍兹型微腔腔体由复式微腔腔壁与单个dp-mut的振膜层围合而成或由
复式微腔腔壁与多个dp-mut的振膜层围合而成；
25.所述复式微腔压强均衡孔设置在亥姆霍兹型微腔腔体四周腔壁上。
26.优选的，所述亥姆霍兹型微腔颈部通孔为单一的中心通孔或者为分布于复式微腔腔壁边缘且呈中心对称的多个通孔。
27.优选的，所述表面振膜上设置质量块。
28.优选的，所述质量块为一块或者为中心对称的多个质量块或质量块组。
29.优选的，所述dp-mut由多层振膜和振动空腔组成；
30.所述多层振膜包括：从上至下依次设置的振膜支撑层、绝缘层、参考电极层、参考压电层、公共电极层、传感压电层及传感电极层；
31.所述振动空腔由多层振膜、支撑基底以及封装载板围合而成，且振动空腔四周设置多个中心对称的dp-mut压强均衡孔。
32.优选的，所述传感电极层通过传感电极引脚键合连接在封装载板上对应的像素信号电极上；
33.所述公共电极层通过公共电极引脚键合连接在封装载板上对应的接地电极上；所述公共电极引脚环布于dp-mut阵列的周边，所述接地电极环布于像素信号电极的周边；
34.所述参考电极层通过设置于dp-mut阵列外围拐角处的4个参考电极引脚键合连接在封装载板上对应的参考电极上。
35.优选的，所述dp-mut压强均衡孔由金属键合层的间隙构成。
36.优选的，所述振膜支撑层像素化蚀刻分离。
37.本发明的有益效果是：本发明提出的用于超声成像的辐射全息传感方法及器件，采用复式微腔阵列构成的声学超表面结构接收入射声场，采用位于dp-mut多层振膜上下的复式微腔压强均衡孔和dp-mut压强均衡孔以及器件四周设置的静态压强平衡腔，实现dp-mut多层振膜上下的静态压强相等，避免复式微腔阵列的表面振膜由于内外压差而产生附加形变，影响其振动特性；本发明采用封装载板解决了dp-mut阵列和专用集成电路之间的键合互连问题，节省专用集成电路的尺寸大小和制备成本。
38.本发明提出的器件能够对任意目标的声场波前进行实时地高分辨传感和全息成像；该方法是能够传感声场辐射压力引起的稳态形变的方法，只需行列扫描寻址采样读出即可实现声压分布的大规模阵列传感，可用于目标物体大视场、高分辨的实时声学三维成像和二维强度成像。
附图说明
39.图1为本发明实施例中用于超声成像的辐射全息传感方法的原理示意图；
40.图2为本发明实施例中用于超声成像的辐射全息传感器件的外形结构示意图；
41.图3为本发明实施例中用于超声成像的辐射全息传感器件的三维结构局部剖视图；
42.图4为本发明实施例中用于超声成像的辐射全息传感器件的三维结构局部爆炸示意图；
43.图5为本发明另一实施例中用于超声成像的辐射全息传感器件的三维结构局部示意图；
44.图6为本发明另一实施例中用于超声成像的辐射全息传感器件的复式微腔结构剖视图；
45.图7为本发明实施例中双压电层微机械超声换能器阵列的俯视图；
46.图8为本发明实施例中双压电层微机械超声换能器阵列的仰视图；
47.图9为本发明实施例中封装载板的结构示意图；
48.图中：1.入射声场2.复式微腔3.dp-mut 4.参考激励电压；
49.q01.复式微腔阵列q02.dp-mut阵列q03.封装载板q04.专用集成电路q05.密封层q06.声阻尼材料q07.静态压强平衡腔q08.金属键合层ⅰq09.金属键合层ⅱ；
50.q01.0.质量块q01.1.表面振膜q01.2.表面振膜腔体q01.3.亥姆霍兹型微腔颈部通孔q01.4.亥姆霍兹型微腔腔体q01.5.复式微腔压强均衡孔q01.6.复式微腔腔壁；
51.q02.1.振膜支撑层q02.2.绝缘层q02.3.参考电极层q02.4.参考压电层q02.5.公共电极层q02.6.传感压电层q02.7.支撑基底q02.8.传感电极层q02.9.振动空腔q02.10.dp-mut压强均衡孔；
52.q02.3.1.参考电极引脚q02.5.1.公共电极引脚q02.8.1.传感电极引脚q02.8.2.传感绝缘空隙；
53.q03.1.像素信号电极q03.2.接地电极q03.3.参考电极q03.4.微电极q03.1.1.像素信号绝缘空隙。
具体实施方式
54.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
55.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
56.本发明首先提出一种用于超声成像的辐射全息传感方法，作为实施例，其原理示意图如图1所示，该辐射全息传感方法包括：
57.110：将入射声场1pi作用在辐射全息传感器件的复式微腔2的表面振膜q01.1上，表面振膜q01.1在声压激励下振动，向复式微腔2的内部空腔中辐射声场；
58.120：辐射声场通过辐射全息传感器件的亥姆霍兹型微腔颈部通孔q01.3进入亥姆霍兹型微腔腔体q01.4中，复式微腔的结构特征在于它的谐振频率与入射声场1的声波频率f0一致，因此进入亥姆霍兹型微腔腔体q01.4的辐射声场在其内得到谐振放大，形成放大增强的入射声场p
ia
；同时，通过在dp-mut(双压电层微机械超声换能器)3的参考电极层q02.3加载与入射声场1pi的声波频率f0相同的参考激励电压4，在参考激励电压4的作用下，dp-mut3的参考压电层q02.4在负压电效应的作用下产生径向伸缩形变，带动dp-mut3的多层振膜发生弯曲振动，向亥姆霍兹型微腔腔体q01.4中辐射出参考声场pr；
59.130：放大增强的入射声场p
ia
和参考声场pr在亥姆霍兹型微腔腔体q01.4中共振干涉，形成含有入射声场pi振幅信息和相位信息的干涉声场p；
60.140：由于亥姆霍兹型微腔腔体q01.4的谐振放大作用，其腔体中放大增强的干涉声场p具有较强的非线性效应，干涉声场p对位于底部的dp-mut3的多层除了产生随时间变
化的时域压力facos(2πf0t)外，还产生一个大小稳定的辐射压力fr，二者共同作用于dp-mut3的多层振膜，使dp-mut3的多层振膜发生相应的位移形变zacos(2πf0t)和zr，辐射压力fr是指向微腔腔体外部且方向恒定的净力，对dp-mut多层振膜产生的位移形变zr远大于时域压力facos(2πf0t)引起的位移形变振幅za，公式facos(2πf0t)中fa表示时域压力facos(2πf0t)的振幅，t表示时间。
61.150：dp-mut的传感压电层q02.6随多层振膜一起发生位移形变，该位移形变近似等于zr。同时由于压电效应，dp-mut的传感压电层q02.6在dp-mut的传感电极层q02.8上感生出相应的传感电荷；该传感电荷经后续采样读出和相位恢复，可获取入射声场pi的振幅信息和相位信息，完成对入射声场pi波前信息的量化传感。
62.本发明还提出一种用于超声成像的辐射全息传感器件，可利用该器件实现上述用于超声成像的辐射全息传感方法。
63.作为实施例，参阅图2～图4，该器件包括：复式微腔阵列q01、dp-mut阵列q02(双压电层微机械超声换能器阵列)、封装载板q03、专用集成电路q04、密封层q05和声阻尼材料q06。
64.复式微腔阵列q01由像素化且阵列排布的多个复式微腔2组成，且外围四周留有边框。作为实施例，如图2～图4，每个复式微腔2包括：从上到下依次设置的表面振膜q01.1、表面振膜腔体q01.2、亥姆霍兹型微腔颈部通孔q01.3和亥姆霍兹型微腔腔体q01.4；其中，表面振膜腔体q01.2由表面振膜q01.1和开设亥姆霍兹型微腔颈部通孔q01.3的复式微腔腔壁q01.6围合而成；亥姆霍兹型微腔颈部通孔q01.3开设在复式微腔腔壁q01.6位于亥姆霍兹型微腔腔体q01.4顶部的位置上；亥姆霍兹型微腔腔体q01.4由复式微腔腔壁q01.6和dp-mut3的多层振膜围合而成；亥姆霍兹型微腔腔体q01.4四周腔壁上还设置复式微腔压强均衡孔q01.5，且复式微腔阵列q01中多个复式微腔2的复式微腔压强均衡孔q01.5连接互通。
65.dp-mut阵列q02由大量像素化阵列排布的dp-mut3组成。作为实施例，如图1～图4所示复式微腔2和dp-mut3通过金属键合层ⅰq08一对一连接，实际中，复式微腔2和dp-mut3也可以通过金属键合层ⅰq08实现一对多的连接，即一个复式微腔2可以对应多个小一点的dp-mut3，此时，亥姆霍兹型微腔腔体q01.4就由复式微腔腔壁q01.6和多个dp-mut3的多层振膜围合而成。
66.作为实施例，dp-mut3由多层振膜和振动空腔q02.9组成；其中，多层振膜包括：从上至下依次设置的振膜支撑层q02.1、绝缘层q02.2、参考电极层q02.3、参考压电层q02.4、公共电极层q02.5、传感压电层q02.6以及传感电极层q02.8；振动空腔q02.9由多层振膜、支撑基底q02.7以及封装载板q03围合而成，且振动空腔q02.9四周设置多个中心对称的dp-mut压强均衡孔q02.10，且dp-mut阵列q02中所有dp-mut的dp-mut压强均衡孔q02.10之间连接互通。dp-mut的振膜支撑层q02.1可像素化蚀刻分离，以阻止像素单元之间的振动串扰，亦可不蚀刻分离。
67.封装载板q03内部和表面均设置有桥接导线，主要作用是桥接上方低密度的dp-mut阵列q02的传感电极层q02.8的引脚至下方高密度的专用集成电路q04的对应电极上，同时提供振动空腔q2.9的腔底，dp-mut阵列q02通过金属键合层ⅱq09连接在封装载板q03上表面，作为实施例dp-mut压强均衡孔q02.10由金属键合层ⅱq09之间的间隙组成。
68.专用集成电路q04，处理dp-mut阵列q02中各个传感电极层q02.8感应的声压信号，
采用flip-chip工艺倒装键合于封装载板q03；
69.密封层q05安装在复式微腔阵列q01和封装载板q03连接的边缘处，密封层q05具有较小的弹性模量和弯曲刚度，一般采用弹性模量＜6mpa的有机硅，如聚二甲基硅氧烷。
70.密封层q05、复式微腔阵列q01、dp-mut阵列q02和封装载板q03围合形成静态压强平衡腔q07，复式微腔压强均衡孔q01.5和dp-mut压强均衡孔q02.10均与静态压强平衡腔q07连通。密封层q05选择具有较小的弹性模量和弯曲刚度材料，其作用在于当静态压强平衡腔q07的静态压强与外部环境的静态压强不一致时，可通过密封层q05的形变来压缩改变静态压强平衡腔q07的腔体体积，从而平衡内外压强，避免复式微腔阵列q01的表面振膜q01.1由于内外压差而产生附加形变，影响其振动特性。
71.声阻尼材料q06，如多孔材料，涂覆于密封层q05的外围，导通外部环境的静态压强作用于密封层q05，而衰减外部环境的声压，阻挡其作用于密封层q05；
72.如上所述，复式微腔和dp-mut振膜空腔中都设置有压强均衡孔，目的是使dp-mut多层振膜的上下静态压强相等，原因是：声压类似正弦波，叠加在静态压强上随时间振荡变化；与静态压强相比，声压的振动幅值是极小量；物体表面受到的压强是静态压强和声压二者之和；比如大气静态压强约105pa，而说话声音的声压幅值仅有0.1pa；即使经亥姆霍兹型微腔增强放大，其腔内声场的声压也远小于静态压强，辐射压力fr更是小于静态压强；如果不平衡dp-mut振膜诸层的上下静态压强，则振膜诸层的位移形变将由其上下静态压强的差值主导，辐射压力fr产生的位移形变将微乎其微，以致于不足以量化传感。复式微腔压强均衡孔q01.5和dp-mut压强均衡孔q02.10的特征是截面尺寸较小的狭缝通道，在工作频率范围内具有极大的声阻抗，即在平衡复式微腔和dp-mut振膜空腔中静态压强的同时，又能阻止腔内声压的泄漏。
73.此外，当不设置参考激励电压或者dp-mut不设置参考电极层、参考压电层时，仅传感入射声场空间分布的强度信息(丢失相位信息)，此时可实现对入射声场的二维强度成像。
74.作为实施例，如图3和图4所示，亥姆霍兹型微腔颈部通孔q01.3为单一的中心通孔，作为亥姆霍兹型微腔颈部通孔q01.3的变形，如图5和图6所示，亥姆霍兹型微腔颈部通孔q01.3为呈中心对称且分布于复式微腔腔壁q01.6边缘的多个通孔，这样设计的作用是改善亥姆霍兹型微腔腔体中的声场分布，使其声压极大值出现在dp-mut多层振膜的上方中心处，利于dp-mut振膜诸层产生更大的位移形变，提高传感灵敏度。
75.作为实施例，如图5和图6所示，表面振膜q01.1上可以设置质量块q01.0，质量块q01.0可以为一块或者为中心对称的多个质量块或质量块组，其作用是匹配入射声场的声阻抗，减小复式微腔阵列q01对入射声场的反射损失，以及调整复式微腔阵列q01的共振频率与入射声场的声波频率一致。
76.如图9所示，封装载板q03上设置各像素信号电极q03.1、接地电极q03.2、参考电极q03.3和微电极q03.4，其中，各像素信号电极q03.1位于接地电极q03.2中间，像素信号电极q03.1之间设置有像素信号绝缘空隙q03.1.1，接地电极q03.2环布于像素信号电极q03.1的周边，参考电极q03.3有四个位于封装载板q03外围拐角处。
77.如图4、图7和图8所示，dp-mut阵列外围拐角处的4个参考电极引脚q02.3.1，外围环布设置公共电极引脚q02.5.1，公共电极引脚q02.5.1中间设置传感电极引脚q02.8.1，各
个传感电极引脚q02.8.1之间设置传感绝缘空隙q02.8.2。如图4所示，dp-mut的公共电极层q02.5通过公共电极引脚q02.5.1连接至封装载板q03的接地电极q03.2实现接地，二者通过金属键合层进行电气连接，实现对dp-mut阵列中传感电极层q02.8和封装载板q03中各像素信号电极q03.1的周边密封，屏蔽加载于dp-mut阵列中参考电极层q02.3上的参考激励电压的电磁干扰。
78.dp-mut的参考电极层q02.3通过4个参考电极引脚q02.3.1连接至封装载板q03中的参考电极q03.3。
79.dp-mut的传感电极层q02.8通过传感电极引脚q02.8.1与封装载板q03的像素信号电极q03.1金属键合，键合后，封装载板q03中各像素信号电极q03.1之间设置的像素信号绝缘空隙q03.1.1与dp-mut阵列q02中设置的相应的传感绝缘空隙q02.8.2一起形成各个dp-mut振动空腔q2.9的导通狭缝，即dp-mut压强均衡孔q02.10，微电极q03.4用于连接专用集成电路q04的各个电极引脚。

技术特征：
1.一种用于超声成像的辐射全息传感方法，其特征在于，所述方法包括：110：将入射声场p
i
作用在辐射全息传感器件复式微腔的表面振膜上，表面振膜在声压激励下振动，向位于表面振膜下的内部空腔中辐射声场；120：辐射声场通过辐射全息传感器件的亥姆霍兹型微腔颈部通孔进入亥姆霍兹型微腔腔体中，并在亥姆霍兹型微腔腔体内谐振放大，形成放大增强的入射声场p
ia
；同时，通过位于复式微腔下方的dp-mut的参考电极层加载与入射声场p
i
的声波频率相同的参考激励电压，在参考激励电压作用下，位于参考电极层下层的参考压电层产生径向伸缩形变，带动dp-mut的多层振膜发生弯曲振动，向上方亥姆霍兹型微腔腔体中辐射出参考声场p
r
；130：放大增强的入射声场p
ia
和参考声场p
r
在亥姆霍兹型微腔腔体中共振干涉，形成含有入射声场p
i
振幅信息和相位信息的干涉声场p；140：干涉声场p对位于底部的dp-mut的多层振膜产生辐射压力，辐射压力作用于dp-mut的多层振膜，使dp-mut的多层振膜发生位移形变；150：dp-mut的传感压电层在dp-mut的传感电极层上感生出相应的传感电荷，传感电荷经后续采样读出和相位恢复，可获取入射声场p
i
的振幅信息和相位信息，完成对入射声场p
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波前信息的量化传感。2.一种用于超声成像的辐射全息传感器件，其特征在于，所述器件应用于权利要求1所述的用于超声成像的辐射全息传感方法，所述器件包括：复式微腔阵列、dp-mut阵列、封装载板、专用集成电路、密封层和声阻尼材料；所述复式微腔阵列由像素化且阵列排布的多个复式微腔组成，每个复式微腔底部设置复式微腔压强均衡孔，且复式微腔阵列中多个复式微腔的复式微腔压强均衡孔连接互通；所述dp-mut阵列由大量像素化阵列排布的dp-mut组成，每个dp-mut的振动空腔上均设置dp-mut压强均衡孔，且dp-mut阵列中所有dp-mut的dp-mut压强均衡孔之间连接互通；所述复式微腔和dp-mut通过金属键合层一对一连接或者一对多连接，且复式微腔位于dp-mut上方；所述封装载板内部和表面均设置有桥接导线，dp-mut阵列和专用集成电路分别安装在封装载板的上下表面，并通过桥接导线实现电极的对应连接；所述密封层安装在复式微腔阵列和封装载板连接的边缘处，密封层外部涂覆声阻尼材料；所述密封层采用弹性模量＜6mpa的有机硅；所述密封层、复式微腔阵列、dp-mut阵列和封装载板围合形成静态压强平衡腔，复式微腔压强均衡孔和dp-mut压强均衡孔均与静态压强平衡腔连通。3.根据权利要求2所述的用于超声成像的辐射全息传感器件，其特征在于，所述复式微腔包括从上到下依次设置的表面振膜、表面振膜腔体、亥姆霍兹型微腔颈部通孔和亥姆霍兹型微腔腔体；所述表面振膜腔体由表面振膜和腔壁围合而成；所述亥姆霍兹型微腔颈部通孔开设在表面振膜腔体和亥姆霍兹型微腔腔体之间的腔壁上；所述所述亥姆霍兹型微腔腔体由复式微腔腔壁与单个dp-mut的振膜层围合而成，或由复式微腔腔壁与多个dp-mut的振膜层围合而成；所述复式微腔压强均衡孔设置在亥姆霍兹型微腔腔体四周腔壁上。
4.根据权利要求3所述的用于超声成像的辐射全息传感器件，其特征在于，所述亥姆霍兹型微腔颈部通孔为单一的中心通孔或者为分布于复式微腔腔壁边缘且呈中心对称的多个通孔。5.根据权利要求3所述的用于超声成像的辐射全息传感器件，其特征在于，所述表面振膜上设置质量块。6.根据权利要求5所述的用于超声成像的辐射全息传感器件，其特征在于，所述质量块为一块或者为中心对称的多个质量块或质量块组。7.根据权利要求2所述的用于超声成像的辐射全息传感器件，其特征在于，所述dp-mut由多层振膜和振动空腔组成；所述多层振膜包括：从上至下依次设置的振膜支撑层、绝缘层、参考电极层、参考压电层、公共电极层、传感压电层及传感电极层；所述振动空腔由多层振膜、支撑基底以及封装载板围合而成，且振动空腔四周设置多个中心对称的dp-mut压强均衡孔。8.根据权利要求7所述的用于超声成像的辐射全息传感器件，其特征在于，所述传感电极层通过传感电极引脚键合连接在封装载板上对应的像素信号电极上；所述公共电极层通过公共电极引脚键合连接在封装载板上对应的接地电极上；所述公共电极引脚环布于dp-mut阵列的周边，所述接地电极环布于像素信号电极的周边；所述参考电极层通过设置于dp-mut阵列外围拐角处的4个参考电极引脚键合连接在封装载板上对应的参考电极上。9.根据权利要求7所述的用于超声成像的辐射全息传感器件，其特征在于，所述dp-mut压强均衡孔由金属键合层的间隙构成。10.根据权利要求7所述的用于超声成像的辐射全息传感器件，其特征在于，所述振膜支撑层像素化蚀刻分离。

技术总结
本发明公开了一种用于超声成像的辐射全息传感方法及器件，该器件利用复式微腔阵列、双压电层微机械超声换能器阵列、专用集成电路及其它集成部件，实现超声辐射全息传感与成像；该方法通过复式微腔表面振膜接收入射声场，并同频激励参考压电层辐射出参考声场，二者在像素化的亥姆霍兹型微腔内部谐振放大和共振干涉，形成放大增强的干涉声场；该干涉声场产生辐射压力并作用于振膜内部的传感压电层产生近似稳定的位移形变，并在对应传感电极上感生出稳定的全息信号，最后通过行列寻址采样读出各个像素单元的全息信号，完成对入射声场波前分布的大规模阵列传感。本发明可实现目标物体大视场、高分辨的实时超声三维成像以及二维强度成像。二维强度成像。二维强度成像。


技术研发人员：彭波
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院电子工程研究所
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/10/7