用于2-D波束成形的压电超声换能器的超像素阵列制造技术

压电超声换能器元件阵列包含多个超像素区。每一超像素区包含至少两个像素组，所述至少两个像素组中的第一像素组安置于所述超像素区的中心部分中，且至少一第二像素组安置于所述超像素区的外部部分中。可在所述阵列与收发器电子装置之间提供电耦合。所述收发器电子装置可经配置以在第一模式和第二模式中的一可选择者中操作所述阵列。在所述第一模式中，所述阵列产生具有第一声压的基本上平面超声波。在所述第二模式中，所述阵列从每一超像素区产生具有第二声压的经聚焦波束，所述第二声压显著高于所述第一声压。

For the super pixel array piezoelectric ultrasonic transducer 2 D beamforming.

The piezoelectric ultrasonic transducer element array comprises a plurality of super pixel regions. Each one pixel area contains at least two pixel group, said at least two pixel group in the first group of pixels in the center part of placement of super pixel region, and at least a second pixel group in the placement of the external part of the super pixel area. Electrical coupling may be provided between the array and the transceiver electronics. The transceiver electronics can be configured to operate the array in a first mode and a selectable member in the second mode. In the first mode, the array produces a substantially planar ultrasonic wave having a first sound pressure. In the second mode, the array produced by focused beam with second pressure from each of a pixel region, the second pressure was significantly higher than the first pressure.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于2-D波束成形的压电超声换能器的超像素阵列相关申请案的交叉参考本申请案主张以下专利申请案的优先权：2014年10月15日申请的标题为“三端口压电超声换能器(THREE-PORTPIEZOELECTRICULTRASONICTRANSDUCER)”的第62/064,416号美国临时专利申请案、2014年10月15日申请的标题为“用于压电超声换能器阵列的主动波束成形技术(ACTIVEBEAM-FORMINGTECHNIQUEFORPIEZOELECTRICULTRASONICTRANSDUCERARRAY)”的第62/064,417号美国临时专利申请案、2014年10月15日申请的标题为“用于2-D波束成形的压电超声换能器的超像素阵列(SUPERPIXELARRAYOFPIEZOELECTRICULTRASONICTRANSDUCERSFOR2-DBEAMFORMING)”的第62/064,418号美国临时专利申请案、2015年10月14日申请的标题为“集成式压电微机械超声换能器像素和读出(INTEGRATEDPIEZOELECTRICMICROMECHANICALULTRASONICTRANSDUCERPIXELANDREADOUT)”的第62/241,651号美国临时专利申请案、2015年10月14日申请的标题为“三端口压电超声换能器(THREE-PORTPIEZOELECTRICULTRASONICTRANSDUCER)”的第14/883,583号美国专利申请案、2015年10月14日申请的标题为“用于压电超声换能器阵列的主动波束成形技术(ACTIVEBEAM-FORMINGTECHNIQUEFORPIEZOELECTRICULTRASONICTRANSDUCERARRAY)”的第14/883,585号美国专利申请案、以及2015年10月14日申请的标题为“用于2-D波束成形的压电超声换能器的超像素阵列(SUPERPIXELARRAYOFPIEZOELECTRICULTRASONICTRANSDUCERSFOR2-DBEAMFORMING)”的第14/883,586号美国专利申请案，所述专利申请案的揭示内容特此以全文引用的方式并入到本申请案中。
本专利技术涉及用于成像和活性确定的压电超声换能器阵列，且更确切地说，涉及用于配置所述阵列的部分作为用于二维(2-D)波束成形的超像素的技术。
技术介绍
薄膜压电声学换能器对于包含例如指纹传感器的生物识别传感器、手势检测、麦克风和扬声器、超声成像以及化学传感器的众多应用是有吸引力的候选对象。此类换能器可包含压电微机械超声换能器(PMUT)，其被配置为包含压电层堆叠和安置于腔上方的机械层的多层堆叠。所述压电层堆叠可包含压电材料层。在压电层的上部表面和下部表面中的每一者上或附近，可安置相应的上部电极层和下部电极层。所述电极层可经图案化或未经图案化。本专利技术的受让人已经研发出包含PMUT阵列的生物识别传感器，所述阵列中的每一PMUT对应于例如指纹的所呈现图像的个别像素。一般地，可大致同时地启动PMUT，其为可被称为平面波激励的技术。图1A说明平面波激励的实例，其中阵列100中的每一PMUT以与源自相邻PMUT的超声发射基本上相同的时序和相位发出超声能量。如细节A中所说明，集合超声信号接近平面波。此平面波的声压相对于跨越PMUT阵列的位置相当均匀(细节B)。在平面波激励和发射模式中操作的像素阵列已展示产生足够的平均声压以提供约500dpi(点/英寸)的指纹图像分辨率。
技术实现思路
本专利技术的系统、方法和装置各自具有若干新颖方面，其中没有单个方面单独负责本文所揭示的合乎需要的属性。本专利技术中揭示的标的物的一个创新性方面涉及一种设备，其包含：收发器电子装置和压电超声换能器元件阵列，所述阵列包含多个超像素区，每一超像素区包含至少两个像素组，所述至少两个像素组中的第一像素组安置于所述超像素区的中心部分中，且至少一第二像素组安置于所述超像素区的外部部分中；和所述收发器电子装置与所述阵列之间的电耦合。所述收发器电子装置可经配置以在第一模式和第二模式中的一可选择者中操作所述阵列。在所述第一模式中，所述阵列产生具有第一声压的基本上平面超声波。在所述第二模式中，所述阵列从每一超像素区产生具有第二声压的经聚焦波束，所述第二声压显著高于所述第一声压。在一些实例中，所述收发器电子装置与所述阵列之间的所述电耦合可包含连接所述第一像素组中的像素与第一驱动输入端子的第一经固定配置的导电路径，以及连接所述第二像素组中的像素与第二驱动输入端子的第二经固定配置的导电路径，所述第一驱动输入端子和所述第二驱动输入端子与所述收发器电子装置耦合。在一些实例中，在所述第一模式中，所述收发器电子装置可同时发射信号到所述第一驱动输入端子和所述第二驱动输入端子中的每一者，且在所述第二模式中，所述收发器电子装置可依序发射信号到所述第一驱动输入端子和所述第二驱动输入端子中的每一者，使得在将第一发射信号递送到所述第二驱动输入端子与将第二发射信号递送到所述第一驱动输入端子之间发生时间延迟。在一些实例中，所述超像素区可包含布置于六方晶格上以便形成六边形的七个像素，所述第一像素组可包含安置成接近于所述六边形的中心的一个中心像素；且所述第二像素组可包含六个像素，所述六个像素中的每一者以距所述中心像素大致相等的距离安置于所述超像素区的所述外部部分中。在一些实例中，所述设备可进一步包含第三像素组和第四像素组。所述超像素区可包含布置于六方晶格上以便形成六边形的十九个像素。所述第一像素组可包含安置成接近于所述六边形的中心的一个中心像素。所述第二像素组可包含以距所述中心像素大致相等的距离安置于所述超像素区的外部部分中的六个像素。所述第三像素组可包含六个像素，所述六个像素中的每一者安置于与所述第二像素组中的每一像素相比距所述中心像素较大距离处，且与所述第四像素组中的每一像素相比距所述中心像素较小距离处。在一些实例中，所述收发器电子装置与所述阵列之间的所述电耦合可包含：第一经固定配置的导电路径，其连接所述第一像素组中的像素与第一驱动输入端子；第二经固定配置的导电路径，其连接所述第二像素组中的像素与第二驱动输入端子；第三经固定配置的导电路径，其连接所述第三像素组中的像素与第三驱动输入端子；和第四经固定配置的导电路径，其连接所述第四像素组中的像素与第四驱动输入端子。所述第一驱动输入端子、所述第二驱动输入、所述第三驱动输入和所述第四驱动输入中的每一者可与所述收发器电子装置耦合。在一些实例中，在所述第一模式中，所述收发器电子装置可同时发射信号到所述第一驱动输入端子、所述第二驱动输入端子、所述第三驱动输入端子和所述第四驱动输入端子中的每一者，且在所述第二模式中，所述收发器电子装置可依序发射信号到所述第一驱动输入端子、所述第二驱动输入端子、所述第三驱动输入端子和所述第四驱动输入端子中的每一者，使得：在将第一发射信号递送到所述第四驱动输入端子与将第二发射信号递送到所述第三驱动输入端子之间发生第一时间延迟；在将所述第二发射信号递送到所述第三驱动输入端子与将第三发射信号递送到所述第二驱动输入端子之间发生第二时间延迟；且在将所述第三发射信号递送到所述第三驱动输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，其包括：压电超声换能器元件阵列，所述阵列包含多个超像素区，每一超像素区包含至少两个像素组，所述至少两个像素组中的第一像素组安置于所述超像素区的中心部分中，且至少一第二像素组安置于所述超像素区的外部部分中；收发器电子装置；和所述收发器电子装置与所述阵列之间的电耦合；其中所述收发器电子装置经配置以在第一模式和第二模式中的一可选择者中操作所述阵列；在所述第一模式中，所述阵列产生具有第一声压的基本上平面超声波；且在所述第二模式中，所述阵列从每一超像素区产生具有第二声压的经聚焦波束，所述第二声压显著高于所述第一声压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.15 US 62/064,418;2014.10.15 US 62/064,417;1.一种设备，其包括：压电超声换能器元件阵列，所述阵列包含多个超像素区，每一超像素区包含至少两个像素组，所述至少两个像素组中的第一像素组安置于所述超像素区的中心部分中，且至少一第二像素组安置于所述超像素区的外部部分中；收发器电子装置；和所述收发器电子装置与所述阵列之间的电耦合；其中所述收发器电子装置经配置以在第一模式和第二模式中的一可选择者中操作所述阵列；在所述第一模式中，所述阵列产生具有第一声压的基本上平面超声波；且在所述第二模式中，所述阵列从每一超像素区产生具有第二声压的经聚焦波束，所述第二声压显著高于所述第一声压。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述收发器电子装置与所述阵列之间的所述电耦合包含连接所述第一像素组中的像素与第一驱动输入端子的第一经固定配置的导电路径，以及连接所述第二像素组中的像素与第二驱动输入端子的第二经固定配置的导电路径，所述第一驱动输入端子和所述第二驱动输入端子与所述收发器电子装置耦合。3.根据权利要求2所述的设备，其中：在所述第一模式中，所述收发器电子装置同时发射信号到所述第一驱动输入端子和所述第二驱动输入端子中的每一者；且在所述第二模式中，所述收发器电子装置依序发射信号到所述第一驱动输入端子和所述第二驱动输入端子中的每一者，使得在将第一发射信号递送到所述第二驱动输入端子与将第二发射信号递送到所述第一驱动输入端子之间发生时间延迟。4.根据权利要求1所述的设备，其中：所述超像素区包含布置于六方晶格上以便形成六边形的七个像素；所述第一像素组包含安置成接近于所述六边形的中心的一个中心像素；且所述第二像素组包含六个像素，所述六个像素中的每一者以距所述中心像素大致相等的距离安置于所述超像素区的所述外部部分中。5.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含第三像素组和第四像素组，其中：所述超像素区包含布置于六方晶格上以便形成六边形的十九个像素；所述第一像素组包含安置成接近于所述六边形的中心的一个中心像素；所述第二像素组包含以距所述中心像素大致相等的距离安置于所述超像素区的外部部分中的六个像素；且所述第三像素组包含六个像素，所述六个像素中的每一者安置于与所述第二像素组中的每一像素相比距所述中心像素较大距离处，且与所述第四像素组中的每一像素相比距所述中心像素较小距离处。6.根据权利要求5所述的设备，其中所述收发器电子装置与所述阵列之间的所述电耦合包含：第一经固定配置的导电路径，其连接所述第一像素组中的像素与第一驱动输入端子；第二经固定配置的导电路径，其连接所述第二像素组中的像素与第二驱动输入端子；第三经固定配置的导电路径，其连接所述第三像素组中的像素与第三驱动输入端子；第四经固定配置的导电路径，其连接所述第四像素组中的像素与第四驱动输入端子；且所述第一驱动输入端子、所述第二驱动输入、所述第三驱动输入和所述第四驱动输入中的每一者与所述收发器电子装置耦合。7.根据权利要求6所述的设备，其中：在所述第一模式中，所述收发器电子装置同时发射信号到所述第一驱动输入端子、所述第二驱动输入端子、所述第三驱动输入端子和所述第四驱动输入端子中的每一者；且在所述第二模式中，所述收发器电子装置依序发射信号到所述第一驱动输入端子、所述第二驱动输入端子、所述第三驱动输入端子和所述第四驱动输入端子中的每一者，使得：在将第一发射信号递送到所述第四驱动输入端子与将第二发射信号递送到所述第三驱动输入端子之间发生第一时间延迟；在将所述第二发射信号递送到所述第三驱动输入端子与将第三发射信号递送到所述第二驱动输入端子之间发生第二时间延迟；且在将所述第三发射信号递送到所述第三驱动输入端子与将第四发射信号递送到所述第一驱动输入端子之间发生第三时间延迟。8.根据权利要求1所述的设备，其进一步包含第三像素组，其中：所述超像素区包含沿着正交的行和列布置以便形成正方形的九个像素；所述第一像素组包含一个中心像素；所述第二像素组包含四个像素，所述四个像素中的每一者以距所述中心像素大致相等的距离安置于所述超像素区的所述外部部分中；且所述第三像素组包含四个像素，所述四个像素中的每一者以距所述中心像素大致相等的距离安置于所述超像素区的所述外部部分中，在与所述第二像素组的每一像素相比距所述中心像素较大距离处。9.根据权利要求8所述的设备，其中：所述收发器电子装置与所述阵列之间的所述电耦合包含：第一经固定配置的导电路径，其连接所述第一像素组中的像素与第一驱动输入端子；第二经固定配置的导电路径，其连接所述第二像素组中的像素与第二驱动输入端子；和第三经固定配置的导电路径，其连接所述第三像素组中的像素与第三驱动输入端子；其中：所述第一驱动输入端子、所述第二驱动输入和所述第三驱动输入中的每一者与所述收发器电子装置耦合。10.根据权利要求9所述的设备，其中：在所述第一模式中，所述收发器电子装置同时发射信号到所述第一驱动输入端子、所述第二驱动输入端子和所述第三驱动输入端子中的每一者；且在所述第二模式中，所述收发器电子装置依序发射信号到所述第一驱动输入端子、所述第二驱动输入端子和所述第三驱动输入端子中的每一者，使得：在将第一发射信号递送到所述第三驱动输入端子与将第二发射信号递送到所述第二驱动输入端子之间发生第一时间延迟；且在将所述第二发射信号递送到所述第二驱动输入端子与将第三发射信号递送到所述第一驱动输入端子之间发生第二时间延迟。11.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括安置于所述阵列上方的台板和声学耦合介质，其中所述阵列经配置以经由所述台板和所述耦合介质接收或发射超声信号。12.一种方法，其包括：在第一模式和第二模式中的一可选择者中操作压电超声换能器元件阵列，所述阵列包含多个超像素区，每一超像素区包含至少两个像素组，所述至少两个像素组中的第一像素组安置于所述超像素区的中心部分中，且至少一第二像素组安置于所述超像素区的外部部分中，所述阵列具有与收发器电子装置的电耦合；其中在所述第一模式中，操作所述阵列产生具有第一声压的基本上平面超声波；且在所述第二模式中，操作所述阵列从每一超像素区产生具有第二声压的经聚焦波束，所述第二声压显著高于所述第一声压。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述收发器电子装置与所述阵列之间的所述电耦合包含连接所述第一像素组中的像素与第一驱动输入端子的第一经固定配置的导电路径，以及连接所述第二像素组中的像素与第二驱动输入端子的第二经固定配置的导电路径，所述第一驱动输入端子和所述第二驱动输入端子与所述收发器电子装置耦合。14.根据权利要求13所述的方法，其中：在所述第一模式中，所述收发器电子装置同时发射信号到所述第一驱动输入端子和所述第二驱动输入端子中的每一者；且在所述第二模式中，所述收发器电子装置依序发射信号到所述第一驱动输入端子和所述第二驱动输入端子中的每一者，使得在将第一发射信号递送到所述第二驱动输入端子与将第二发射信号递送到所述第一驱动输入端子之间发生时间延迟。15.根据权利要求12所述的方法，其中：所述超像素区包含布置于六方晶格上以便形成六边形的七个像素；所述第一像素组包含安置成接近于所述六边形的中心的一个中心像素；且所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢奕鹏，唐浩延，赫瑞什科士·维加伊库马尔·班差瓦加，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US