[发明专利]近场毫米波成像

说明书

相关申请的交叉引用

本申请主张2011年7月29日提交的编号为61/513,138的美国临时专利申请的优先权益，该申请的公开在此全部纳入作为参考。

技术领域

本发明一般地涉及提供了用于近场毫米波成像的系统和方法，具体而言，本发明涉及通过使用子波长探针元件扫描物体并捕捉和测量反射能的相位和强度以产生图像来实现子波长分辨率成像的近场毫米波成像系统和方法。

背景技术

一般而言，常规远场毫米波成像系统已经广泛用于各种应用，例如安检（例如，夹藏武器检查）、避免碰撞雷达，并且用于低能见度条件下的安全着陆。这些常规系统通常非常昂贵、复杂并且体积庞大。例如，一个公知的常规成像系统基于具有1024个在89GHz上工作的接收器模块的复杂被动毫米波摄像机。在该系统中，18英寸直径塑料透镜用于收集和聚焦辐射，从而产生衍射限制的0.5°角分辨率。

尽管这些系统的图像质量令人印象深刻，但是由于这些远场成像器的复杂性及其成本，它们并未用于众多大容量应用，例如，医疗成像。除了高成本之外，这些成像器实现的分辨率并非高得足以用于其中需要1mm或更小分辨率的医疗应用。这些系统执行远场成像，其中可实现的最高图像分辨率由衍射限制设定。例如，可购买到18英寸89GHz相机的角分辨率为0.5°，该分辨率等同于用于1m的天线物距的8.7mm空间分辨率。这样，当前的远场成像器的两个阻止其用于医疗应用的主要缺陷是高成本以及由衍射限制设定的低分辨率。

发明内容

一般而言，本发明的示例性实施例包括用于近场毫米波成像的系统和方法，具体而言，包括通过使用子波长探针元件扫描物体并捕捉和测量反射能的相位和强度以产生图像来实现子波长分辨率成像的近场毫米波成像系统和方法。

在本发明的一个示例性实施例中，一种近场成像系统包括扫描设备和成像器。所述扫描设备适合于通过在给定工作频率上发射具有某一波长的电磁能，捕捉从所述目标物体反射的电磁能，以及测量所述反射能的强度和相位来扫描目标物体的表面。所述扫描设备包括具有子波长尺度（dimension）的探针，该探针用于发射所述电磁能以及捕捉所述反射能。所述成像器使用所述反射能的所述测量的强度和相位呈现（render）所述目标物体的图像，其中所述图像被呈现为具有子波长分辨率。

在另一示例性实施例中，一种用于近场成像的手持式扫描设备包括外壳、被置于所述外壳内的探针设备，以及被置于所述外壳内的第一半导体芯片。所述探针设备适合于通过在给定工作频率上发射具有某一波长电磁能，以及捕捉从所述目标物体反射的电磁能来扫描目标物体的表面。所述探针设备包括至少一个探针元件。所述第一半导体芯片包括集成电路，用于产生由所述探针设备发射的所述电磁能以及测量所述探针设备捕捉的所述反射能的强度和相位。所述探针设备可以一体化的方式在所述第一半导体芯片或在与所述第一半导体芯片分离的第二半导体芯片上形成。所述探针元件可以包括探针元件的阵列，每个探针元件具有子波长尺度。

在本发明的又一示例性实施例中，提供一种近场成像方法。所述方法包括在给定工作频率上使用具有某一波长的电磁能扫描目标物体的表面；捕捉从所述目标物体反射的电磁能；测量所述反射能的强度和相位；以及使用所述反射能的所述测量的强度和相位呈现所述目标物体的图像，其中所述扫描和捕捉使用具有子波长尺度的探针执行，并且其中所述图像被呈现为具有子波长分辨率。

将描述本发明的上述及其它示例性实施例，或者当结合附图阅读下面对示例性实施例的详细描述时，本发明的上述及其它示例性实施例变得显而易见。

附图说明

图1以图形方式示出针对在100GHz的频率上工作的远场成像系统的不同天线物距的天线大小与远场空间分辨率。

图2以图形方式示出(i)100GHz的频率上的天线大小与近场空间分辨率，以及(ii)针对在100GHz的频率上工作的近场成像系统的最大允许天线距离与近场空间分辨率。

图3示出根据本发明的示例性实施例的用于模拟用于扫描目标物体的近场成像系统的计算机模型。

图4A和4B分别是基于图3的计算机模型获取的模拟S₁₁振幅数据的三维（3D）和二维（2D）图形，其中目标物体的介电常数为ε_r=2.1。

图5A和5B分别是基于图3的计算机模型获取的模拟S₁₁振幅数据的3D和2D图形，其中目标物体的介电常数为ε_r=1.0。