混合超声波换能器阵列制造技术

超声装置可以包括超声波换能器阵列，该超声波换能器阵列包括第一类型的一个或更多个阵元和不同于第一类型的第二类型的一个或更多个阵元。第一类型可以包括配置为传输声波的换能器。第二类型可以包括光学传感器。第一类型和第二类型的阵元配置成检测与发射的声波对应的声回波。对应的声回波。对应的声回波。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合超声波换能器阵列
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年5月22日提交的美国专利申请第63/029,044号的优先权，通过引用将其全部内容并入本文。


[0003]本公开总体上涉及超声波的领域，并且具体地涉及能够使用包括光学传感器和其他换能器阵列的混合的阵列来实现超声波换能的方法和装置。

技术介绍

[0004]由于许多优点，超声波换能器用于包括医学成像和医学诊断在内的各个行业。例如，超声波换能利用具有显著穿透深度的超声波信号。此外，已知超声波成像是一种有利地非侵入式成像形式，因为它基于非电离辐射。
[0005]用于超声波成像的各种已知超声波换能器具有许多缺点。例如，一些超声波换能器由压电材料制成，例如锆钛酸铅(PZT)。然而，PZT材料的6dB带宽通常仅限于约70％。一些复合PZT材料的带宽略有增加，但仍只能达到约80％的带宽。作为另一实施例，单晶材料已越来越多地用于提高超声波探头的性能，但其居里温度较低且易碎。另一种类型的换能器材料是硅，可对其进行加工以构建可增加带宽的电容式微机械超声波换能器(CMUT)探头。但是，CMUT探头不是很灵敏或不可靠。此外，CMUT探头有几个操作限制。例如，CMUT探头是非线性换能器，因此通常不适用于谐波成像。此外，CMUT探头需要额外的偏置电压才能正常工作。因此，需要超声波换能用的新的和改进的装置和方法。

技术实现思路

[0006]通常，在一些实施方式中，用于对目标进行成像的装置可以包括超声波换能器阵列，该超声波换能器阵列包括第一类型的一个或更多个阵元和不同于第一类型的第二类型的一个或更多个阵元。第一类型可以是配置为传输声波的换能器(例如，压电换能器或电容式微机械超声波换能器(CMUT))，并且第二类型可以是光学传感器(例如，基于干涉的光学传感器，诸如光学谐振器、光学干涉仪等)。第一类型和第二类型的阵元配置成检测与发射的声波对应的声回波。
[0007]在一些变体中，超声波换能器阵列可以在仰角维度上包括一排或更多排。例如，超声波换能器阵列可以包括奇数排或偶数排。
[0008]在一些变体中，第一类型的一个或更多个阵元和第二类型的一个或更多个阵元位于交替的排中。在一些配置中，第一类型的阵元的至少一部分可以位于中心排。在一些配置中，第二类型的阵元的至少一部分可以位于中心排。
[0009]阵元可以彼此以各种合适的间距排列成阵列。例如，在一些变体中，至少一排具有大于(例如，在该排中)换能器中心频率波长的一半的间距。在一些变体中，至少一排可以具有小于或等于(例如，在该排中)换能器中心频率的波长的一半的间距。在一些变体中，阵列
可以包括在横向维度上具有相等间距的排。或者，在一些变体中，超声波换能器阵列可以包括在横向维度上具有第一间距的至少一排，以及在横向维度上具有与第一间距不同的第二间距的至少一排。例如，在一些变体中，超声波换能器阵列可以包括具有第一间距的内部排和具有第二间距的与内部排相邻的排，其中第二间距可以大于第一间距。在一些变体中，具有第一间距的内部排可以包括第一类型的一个或更多个阵元，并且与具有第二间距的内部排相邻的排可以包括第二类型的一个或更多个阵元。
[0010]此外，在一些变体中，间距在一排内可能各不相同，因为超声波换能器阵列可以包括在横向维度上具有可变间距的至少一排。例如，所述具有可变间距的至少一排可以包括具有第一间距的中心区域，以及与所述中心区域相邻的具有大于所述第一间距的第二间距的横向区域。在一些变体中，超声波换能器阵列可以包括在横向维度上具有第一可变间距图案的第一排和在横向维度上具有第二可变间距图案的第二排，其中第二可变间距图案可以不同于第一可变间距模式。例如，在一些变体中，超声波换能器阵列可以包括具有包括第一类型的一个或更多个阵元的第一可变间距图案的内部排，以及具有包括第二类型的一个或更多个阵元的第二可变间距图案的与内部排相邻的排。
[0011]第一和第二类型的阵元可以布置在超声波换能器阵列的不同排中。例如，在一些变体中，超声波换能器阵列可以包括至少一排，该排包括第一类型的至少一个阵元和第二类型的至少一个阵元。所述至少一排包括第一类型的至少一个阵元和第二类型的至少一个阵元可能是一个中心排。在一些变体中，中心排有第二类型的单个阵元。第二类型的单个阵元可能包括一种光学传感器，它可以大约等于或小于所发射得声波的波长。
[0012]在一些变体中，第一类型和第二类型的阵元可以布置在超声波换能器阵列的同一排中。例如，在一些变体中，超声波换能器阵列可以包括中心排，该中心排包括一组第一类型的阵元和一组第二类型的阵元。例如，第二类型的阵元的大小可以大约等于或小于所发射的声波的波长。在一些变体中，超声波换能器阵列可以包括两排或更多排，两排或更多排中的各排包括第一类型的至少一个阵元和第二类型的至少一个阵元。第二类型的阵元可以在空间上以规则图案分布。第二类型的阵元可以在空间上以不规则图案分布。在一些变体中，超声波换能器阵列可以包括至少31排，该31排中的至少一些包括第一类型的至少一个阵元和第二类型的至少一个阵元。在一些变体中，超声波换能器阵列可以包括单排，单排包括第一类型的至少一个阵元和第二类型的至少一个阵元。
[0013]在一些变体中，超声波换能器阵列可以包括一组子孔径。该组子孔径可以包括第一子孔径和第二子孔径，第一子孔径包括比第二子孔径更多的排数。在一些变体中，第一子孔径可以中央子孔径和第二子孔径可以与中央子孔径相邻。在一些变体中，至少一个子孔径可以包括第一类型的至少一个阵元和/或第二类型的至少一个阵元。
[0014]在一些变体中，超声波换能器阵列可以包括第一类型的第一组阵元和第二类型的第二组元件，其中第一组阵元和第二组阵元均处于稀疏阵列配置中。第一组阵元的空间分布可以不同于第二组阵元的空间分布。
[0015]超声波换能器阵列可以在基板或其他合适的表面上。在一些变体中，超声波换能器阵列可以在一个平面表面上。在一些变体中，超声波换能器阵列可以在一个曲线表面上。曲面可以是抛物曲线、双曲线或椭圆曲线。
[0016]在一些变体中，超声波换能器阵列可以包括至少一个环形阵元。超声波阵列可以
包括与至少一个环形阵元同心的第二类型的圆形阵元。在一些变体中，至少一个环形阵元可以为第一类。
[0017]超声波换能器阵列可以是1维(1D)阵列、1.25维(1.25D)阵列、1.5维(1.5D)阵列、1.75维(1.75D)阵列或2维(2D)阵列。
[0018]在一些变体中，一个或更多个阵元是嵌入聚合物结构中的光学传感器。这光学传感器可以光耦合到光纤以将一组光信号传输到光电探测器。光学传感器可以配置为响应于声回波传输该组光信号。
附图说明
[0019]图1是具有混合超声波换能器阵列的示例性超声波成像系统的框图。
[0020]图2是示例性混合超声波换能器阵列的示意图。
[0021]图3是示例性混合超声波换能器阵列的示意图。
[0022本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对目标进行成像的装置，包括：超声波换能器阵列，包括：第一类型的一个或更多个阵元，其中所述第一类型是配置成传输声波的换能器；和不同于所述第一类型的第二类型的一个或更多个阵元，其中所述第二类型是光学传感器，其中，所述第一类型和所述第二类型的所述阵元配置成检测与所发射的声波对应的声回波。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列在仰角维度上包括一排或更多排。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列包括奇数排。4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列包括偶数排。5.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一类型的所述一个或更多个阵元和所述第二类型的所述一个或更多个阵元处于交替排中。6.根据权利要求5所述的装置，所述第一类型的所述阵元的至少一部分在中心排中。7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第二类型的所述阵元的至少一部分在中心排中。8.根据权利要求2所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列包括至少一排，其间距大于所述换能器的中心频率的波长的一半。9.根据权利要求2所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列包括至少一排，其间距小于或等于所述换能器的中心频率的波长的一半。10.根据权利要求2所述的装置，其中，所述排在横向维度上具有相等的间距。11.根据权利要求2所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列包括在横向维度上具有第一间距的至少一排，以及在横向维度上具有与第一间距不同的第二间距的至少一排。12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列包括具有所述第一间距的内部排，以及具有所述第二间距的与所述内部排相邻的排，其中所述第二间距大于所述第一间距。13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述内部排包括所述第一类型的一个或更多个阵元，以及与所述内部排相邻的所述排包括所述第二类型的一个或更多个阵元。14.根据权利要求2所述的装置，其中，所述超声波阵列包括在横向维度上具有可变间距的至少一排。15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述具有可变间距的所述至少一排包括具有第一间距的中心区域，以及具有大于所述第一间距的第二间距的与所述中心区域相邻的横向区域。16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列包括在横向维度上具有第一可变间距图案的第一排，以及在所述横向维度上具有第二可变间距图案的第二排，其中所述第二可变间距图案不同于所述第一可变间距图案。17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列包括包含所述第一类型的一个或更多个阵元的内部排，以及与所述内部排相邻的包含所述第二类型的一个或更多个阵元的排。
18.根据权利要求2所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列包括至少一排，所述至少一排包括所述第一类型的至少一个阵元和所述第二类型的至少一个阵元。19.根据权利要求18所述的装置，其中，包括第一类型的至少一个阵元和第二类型的至少一个阵元的至少一排是中心排。20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述中心排具有所述第二类型的单个阵元。21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述第二类型的所述单个阵元是光学传感器，其大约等于或小于所发射的声波的波长。22.根据权利要求19所述的装置，其中，所述中心排包括多个所述第一类型的阵元和多个所述第二类型的阵元。23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述第二类型的所述阵元大约等于或小于所发射的声波的波长。24.根据权利要求18所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列包括两排或更多排，所述两排或更多排中的每一排包括所述第一类型的至少一个阵元和所述第二类型的至少一个阵元。25.根据权利要求24所述的装置，其中，所述第二类型的所述阵元在空间上以规则的图案分布。26.根据权利要求24所述的装置，其中，所述第二类型的所述阵元在空间上以不规则的图案分布。27.根据权利要求24所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列包括至少31排，所述31排中的至少一些包括所述第一类型的至少一个阵元和所述第二类型的至少一个阵元。28.根据权利要求18所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列包括单排，所述单排包括所述第一类型的至少一个阵元和所述第二类型的至少一个阵元。29.根据权利要求1所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列包括多个子孔径。30.根据权利要求29所述的装置，其中，所述多个子孔径包括第一子孔径和第二子孔径，所述第一子孔径包括比所述第二子孔径更多的排数。31.根据权利要求30所述的装置，其中，所述第一子孔径是中央子孔径，并且所述第二子孔径与所述中央子孔径相邻。32.根据权利要求29所述的装置，其中，每个子孔径包括所述第一类型的至少一个阵元。33.根据权利要求32所述的装置，其中，每个子孔径还包括所述第二类型的至少一个阵元。34.根据权利要求1所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列包括所述第一类型的第一多个阵元和所述第二类型的第二多个元件，其中所述第一多个阵元和所述第二多个阵元分别是稀疏阵列配置。35.根据权利要求34所述的装置，其中，所述第一多个阵元的空间分布不同于所述第二多个阵元的空间分布。36.根据权利要求1所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列位于平面表面上。37.根据权利要求1所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列位于曲线表面上。38.根据权利要求37所述的装置，其中，所述曲面包括二次曲线。
39.根据权利要求38所述的装置，其中，所述二次曲线是抛物曲线、双曲线或椭圆曲线。40.根据权利要求37所述的装置，其中，所述曲面包括圆形曲线。41.根据权利要求1所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列包括至少一个环形阵元。42.根据权利要求41所述的装置，其中，所述超声波阵列包括与所述至少一个环形阵元同心的所述第二类型的圆形阵元。43.根据权利要求41所述的装置，其中，所述至少一个环形阵元是所述第一类型的。44.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一类型的所述阵元的至少一部分包括至少一个压电换能器、单晶材料换能器、压电微机械超声波换能器(PMUT)或电容微机械超声波换能器(CMUT)。45.根据权利要求1所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列是1维(1D)阵列。46.根据权利要求1所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列是1.25维(1.25D)阵列。47.根据权利要求1所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列是1.5维(1.5D)阵列。48.根据权利要求1所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列是1.75维(1.75D)阵列。49.根据权利要求1所述的装置，其中，所述超声波换能器阵列是2维(2D)阵列。50.根据权利要求1所述的装置，其中，所述一个或更多个阵元是嵌入聚合物结构中的光学传感器。51.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光学传感器光学耦合到光纤以将一组光信号传输到光电探测器。52.根据权利要求51所述的装置，其中，所述光学传感器配置为响应于所述声回波来发送所述一组光信号。53.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光学传感器是基于干涉的光学传感器。54.根据权利要求53所述的装置，其中，所述光学传感器包括光学谐振器或光学干涉仪。55.根据权利要求54所述的装置，其中，所述光学传感器包括光学谐振器，所述光学谐振器是回音壁模式(WGM)光学谐振器、微泡光学谐振器、微球体谐振器、微环形谐振器、微环谐振器或微盘光学谐振器。56.一种超声波换能方法，包括：使用超声波探头发射声波，所述超声波探头包括超声波换能器阵列，所述超声波换...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：深视超声科技公司，
类型：发明
国别省市：