具有柔性衬底的压电换能器设备制造技术

在实施方式中，换能器设备包括柔性衬底和耦合至所述基底的多个贴片。每个贴片包括多个压电换能器元件和邻接及支撑所述多个压电换能器元件的基底。所述基底具有布置在其中或其上的信号线以用作用于至贴片的集成电路、来自集成电路和/或集成电路之间的通信的背板。在另一实施方式中，每一个贴片的集成电路被预编程以实施相应多个操作模式的任何操作模式。经由柔性衬底与贴片交换的信号促进换能器设备的操作以提供换能器元件的相控阵列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请涉及于2014年5月30日递交的标题为“PIEZOELECTRICTRANSDUCERDEVICEFORCONFIGURINGASEQUENCEOFOPERATIONALMODES”的代理人案号No.7411.P020的美国专利申请号No.14/292,413，和于2014年5月30日递交的标题为“PIEZOELECTRICTRANSDUCERDEVICEWITHLENSSTRUCTURES”的代理人案号No.7411.P022的美国专利申请号No.14/292,445。背景1.
本说明书主要涉及压电换能器。2.
技术介绍
压电换能器包括能够将电能转换成机械能(声能量或超声能量)以及将机械能转换成电能的压电元件。因此，压电换能器既可以用作机械能的发射机也可以用作冲击(impinge)机械能的传感器。超声压电换能器设备可以包括响应于时变驱动电压以高频振动的压电振动元件，并且在与该振动元件暴露的外表面相接触的传播介质(例如，空气、水或组织)中生成高频压力波。该高频压力波可以传播至其它媒介中。相同的振动元件还可以接收从传播介质反射的压力波，以及将所接收的压力波转换成电信号。该电信号可以连同驱动电压信号一起被处理以获得关于传播介质中密度或弹性模量的变化的信息。超声压电换能器设备可以包括压电振动元件阵列，每个振动元件可以利用各自的驱动电压和/或脉宽和时延被单独控制，以使得具有期望方向、形状和焦点的压力波可以在传播介质中通过振动元件阵列共同地创建，并且关于传播介质中密度或弹性模量的变化的信息可以基于压电振动元件阵列捕获的反射压力波和/或折射压力波而被更加准确和精确地确定。附图说明本专利技术的不同实施方式通过示例而非限制性的通过附图被阐释，以及其中：图1A-1H阐释包括(一个或多个)振动元件阵列的压电换能器设备的示例配置。图2A-2C阐释包括振动元件的示例压电换能器设备的纵向横截面。图3是阐释根据实施方式的压电换能器设备的元件的功能框图。图4是阐释根据实施方式的压电换能器设备的元件的功能框图。图5阐释根据各个实施方式的每一压电换能器设备的不同操作模式。图6阐释根据实施方式的柔性压电换能器设备的元件。图7是阐释根据实施方式的压电换能器总成的元件的功能框图。图8A、8B阐释根据实施方式的超声探测设备的元件。图9A、9B是阐释根据相应实施方式的各自透镜结构的元件的功能框图。图10是阐释根据实施方式的超声换能器系统的元件的功能框图。具体实施方式压电超声换能器设备能够通过使用响应于高频时变驱动电压而振动的压电换能器阵列在传播介质(例如，空气、水、组织、骨骼、金属等)中生成高频压力波。振动换能器阵列暴露的外表面可以接近于传播介质或与传播介质相接触来设置以将暴露的外表面的振动携带的能量耦合至沿着传播介质中一个或多个方向传播的压力波携带的能量。超声换能器设备通常生成具有高于人类听力范围的频率的声波。然而，在一些实施方式中，根据本说明书中的描述制造的压电换能器设备可以被用于生成具有在人类听力范围内或低于人类听力范围的频率的声波。当压力波遇见传播介质内或媒介之间边缘处的密度和/或弹性模量的变化时，压力波被反射。反射的压力波的一些可以由换能器阵列暴露的外表面捕获并且被转换成由超声换能器设备的感测电路感测的电压信号。感测的电压信号可以连同驱动电压信号一起被处理以获得关于传播介质中或媒介之间边缘处的密度和/或弹性模量的变化的信息。当振动换能器阵列中每个振动元件的振动被单独控制以及利用各自的时延及频率被计时，则具有期望形状、大小、方向和速度的波前可以被生成。振动元件的大小和间距、换能器阵列的布局、驱动频率、及振动元件各自的延迟和位置可以与该振动元件上感测的电压信号各自的强度和计时共同使用，以确定传播介质内密度和/或弹性模量的变化，以及以推断在传播介质中压力波遇到的目标的位置、大小、形状和/或速度以及/或者结构变化。所推断的关于传播介质中的目标的位置、大小、形状和/或速度以及/或者结构变化的信息可以在外置的显示装置上呈现，例如，作为彩色图像或单色图像来呈现。超声换能器设备可以发现许多应用，其中媒介或多个媒介内的内部结构变化的成像是感兴趣的，诸如在医疗诊断、产品缺陷检测、微创外科设备等等中。特定实施方式多方面提供了包括多个压电换能器元件和基本结构(或简称为“基底(base)”)的设备(出于简洁的目的，于此称为“贴片(tile)”)，其中所述基础结构邻近且支持各个压电换能器元件。基底可以包括集成电路，该集成电路被编程或以其他方式被配置成多方面实施贴片的多种操作模式中的任何操作模式。例如，基底可以被预编程具有操作模式的序列。代替依赖于如在常规(以及更少集成的)方式中的相对的高电压(HV)模拟开关，特定实施方式通过使用低电压(LV)(例如3.3V)模拟开关允许更好的集成以针对运行选择换能器元件。例如，特定实施方式在瓦块的比较高电压驱动/传送功能和该瓦块的较低感测/接收功能之间提供一些隔离措施。LV模拟开关明显小于HV模拟开关，二者具有类似的导通率(Ron)。此外，LV模拟开关可以不需要电平移位器和/或门驱动电路。体积-或三维(3D)-成像可以利用一个或多个可配置的(例如，包括可重新配置的)贴片而被执行，其中每个贴片包括各自的二维(2D)压电换能器元件的阵列。例如，多个可配置的贴片可以不同地布置在探测器的曲面上，其中所述多个贴片运行以成像楔形、圆锥体或其它例如被定义为来自曲面的一部分的投影的锥形体积。在探测器运行期间，多个贴片可以随时间被不同地重新配置，例如以增加、减少、移动或者以其他方式改变被成像的体积。可选择地或另外，多个贴片的重新配置可以改变将针对特定大小和位置的体积而执行的成像。某些其它实施方式从不同方面提供可包括柔性(例如塑胶模)基底和耦合至基底的多个贴片的设备。柔性基底至贴片的耦合可以例如利用适应于常规柔性MEMS技术的操作而被执行。基底可以已经在其中或其上布置了信号线以交换至多个贴片的信号、交换来自多个贴片的信号或交换多个贴片之间的信号。因此，基底可以用作设备和用于处理和/或传达成像信息的远程系统之间交换的背板。多个或所有贴片均可以被预编程以实施各自多个(例如一系列)操作模式中的任何一个，但是某些实施方式并不限制于这方面。柔性基底可以允许多个贴片被绑定(例如附着)或以其他方式耦合至探测器设备的表明，该探测器设备的表面包括非常小的曲率半径。还有其它实施方式不同地提供一个或多个曲面透镜结构以促进传播自探测器设备的波的形成。探测器设备可以包括具有曲面的部分和不同地耦合至该曲面的多个贴片。一些或所有这种贴片可以经由柔性薄膜被耦合至曲面，但是某些实施方式并不限制于这方面。在一种实施方式中，多个不同透镜中的每一者均被耦合至各自的贴片。可选择地，包括多透镜区域的单个透镜体可以耦合在多个贴片上。图1A-1G阐述了包括(一个或多个)弯曲的振动元件的压电换能器设备的示例性配置。在一些实施方式中，换能器设备包括换能器阵列。换能器阵列中的元件可以被布置在基本平坦的平面上。如图1A所示，换能器设备102包括手柄部分104。换能器阵列106可以在手柄104的一个末端108处被附着至手柄104，其中手柄的形状被修本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在介质中生成压力波的设备，该设备包括：柔性衬底，该柔性衬底包括信号线；以及多个贴片，每个贴片耦合至所述柔性衬底，所述多个贴片中的每一者包括：多个压电换能器元件；以及基底，用于将所述多个压电换能器元件支撑在所述基底的第一表面上，所述基底包括集成电路，该集成电路包括：控制逻辑，在所述控制逻辑针对包括相应第一操作模式的所述贴片的多个操作模式被编程之后，响应于来自所述信号线由所述贴片接收的信号来配置所述贴片的所述相应第一操作模式；脉冲逻辑，用于响应于所述控制逻辑，激活所述多个压电换能器元件中对应于所述相应第一操作模式选择的子集；以及解复用逻辑，用于基于所述多个压电换能器元件中所选择的子集的激活，接收图像信息，以及基于所述相应第一操作模式的配置，解复用所述图像信息以从所述设备传输至所述柔性衬底；其中，所述贴片的第一电压域包括所述脉冲逻辑并且所述贴片的第二电压域包括所述解复用逻辑，所述基底还包括保护所述第二域免受所述第一电压域的第一电压的影响的电路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.30 US 14/292,4381.一种用于在介质中生成压力波的设备，该设备包括：柔性衬底，该柔性衬底包括信号线；以及多个贴片，每个贴片耦合至所述柔性衬底，所述多个贴片中的每一者包括：多个压电换能器元件；以及基底，用于将所述多个压电换能器元件支撑在所述基底的第一表面上，所述基底包括集成电路，该集成电路包括：控制逻辑，在所述控制逻辑针对包括相应第一操作模式的所述贴片的多个操作模式被编程之后，响应于来自所述信号线由所述贴片接收的信号来配置所述贴片的所述相应第一操作模式；脉冲逻辑，用于响应于所述控制逻辑，激活所述多个压电换能器元件中对应于所述相应第一操作模式选择的子集；以及解复用逻辑，用于基于所述多个压电换能器元件中所选择的子集的激活，接收图像信息，以及基于所述相应第一操作模式的配置，解复用所述图像信息以从所述设备传输至所述柔性衬底；其中，所述贴片的第一电压域包括所述脉冲逻辑并且所述贴片的第二电压域包括所述解复用逻辑，所述基底还包括保护所述第二域免受所述第一电压域的第一电压的影响的电路。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述相应信号线用于向所述贴片传达用于相控阵列的操作的信号，所述相控阵列包括所述多个贴片的一些或所有的贴片的相应换能器元件。3.根据权利要求1所述的设备，其中所述相应信号线向所述贴片传达信号，以利用所述多个贴片的一些或所有贴片的相应换能器元件模拟阵列的旋转运动。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述相应信号线向所述贴片传达信号，以利用所述多个贴片的一些或所有贴片的相应换能器元件模拟阵列的平移运动。5.根据权利要求1所述的设备，所述多个贴片中的每个贴片还包括：定时器逻辑，用于从所述贴片的所述控制逻辑接收所述相应第一操作模式的第一指示以及所述第一指示之后所述贴片的第二相应操作模式的第二指示；其中，所述定时器逻辑响应于所述第二指示从向所述脉冲逻辑用信号通知所述多个压电换能器元件的第一子集的选择转换成向所述脉冲逻辑用信号通知所述多个压电换能器元件的第二子集的选择。6.根据权利要求5所述的设备，其中所述第二电压域包括所述定时器逻辑。7.根据权利要求1所述的设备，其中第一贴片的控制逻辑包括用于在所述操作模式的序列中进行转换的状态机。8.根据权利要求1所述的设备，其中第一贴片的控制逻辑包括存储指定所述操作模式的序列的数据。9.根据权利要求1所述的设备，其中第一贴片的控制逻辑被编程以实施所述第一贴片的所述多个操作模式的序列。10.根据权利要求9所述的设备，其中所述第一贴片的所述控制逻辑被重新编程以实施所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·哈贾蒂，
申请(专利权)人：富士胶片戴麦提克斯公司，
类型：发明
国别省市：美国;US