用于超声感测的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供用于超声感测的系统和方法，其中超声接收器阵列包含多个超声传感器像素，且每一传感器像素包含经配置以读取超声信号的超声接收器。由多个元件组成的超声发射器阵列发射超声信号，所述超声信号可从对象反射并且在所述超声接收器处被接收，其中传感器控制器将激励信号施加到所述发射器阵列，其中在激励信号之间具有时间延迟。

Systems and methods for ultrasonic sensing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于超声感测的系统和方法优先权要求本申请案主张2017年11月30日申请的标题为“用于超声感测的系统和方法(SYSTEMANDMETHODFORULTRASONICSENSING)”的第15/827,528号美国专利申请案的权益，并且主张2017年9月29日申请的标题为“用于大面积超声传感器的滑动距离门(SLIDINGRANGEGATEFORLARGEAREAULTRASONICSENSOR)”的第62/565,479号美国临时申请案的权益，所述申请案均明确地以全文引用的方式并入本文中。
本公开涉及超声换能器阵列，且更具体地说，涉及并入有滑动距离门的大面积超声换能器阵列。
技术介绍
超声传感器系统可使用发射器产生超声波并且穿过透射介质且朝向待检测和/或成像的对象发送超声波。超声发射器可以可操作地耦合到经配置以检测从对象反射的超声波的部分的超声传感器阵列。在超声脉冲遇到的每一材料界面处，可以反射超声脉冲的一部分。在一些实施方案中，可通过在短时间间隔(例如小于1微秒)期间开始和停止发射器来产生超声脉冲。超声传感器系统可包含生物计量传感器，例如指纹或手纹传感器，和/或其它超声成像应用。压电超声换能器是用于这类应用的具有吸引力的候选并且可包含配置为包含压电层堆叠的多层堆叠的压电微机械超声换能器(PMUT)。压电层堆叠可包含压电材料层，例如聚偏二氟乙烯(PVDF)或PVDF共聚物层。压电层可将由超声反射所引起的振动转换成电输出信号。在一些实施方案中，超声传感器系统另外包含薄膜晶体管(TFT)层，所述TFT层可包含可例如放大压电层产生的电输出信号的传感器像素电路阵列。在一些应用中，可涵盖多个PMUT元件的二维阵列(“PMUT阵列”)。举例来说，可涵盖用于一些大面积超声传感器的1-5百万PMUT阵列。在不存在本专利技术所公开的技术的情况下，归因于窄像素到像素地址和信号迹线，这类大面积超声传感器的TFT层可限制通到像素元件的电流并且使压电层产生的信号的发射降级。因此，需要改进PMUT驱动器/读出方案，尤其是对于大PMUT阵列来说。
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创新方面，其中没有单个方面单独负责本文所公开的合乎需要的属性。本公开中所描述的标的物的一个创新方面可实施于一种设备中。所述设备可包含超声接收器阵列，其包含多个超声传感器像素，每一超声传感器像素包含超声接收器，且每一超声传感器像素经配置以在读取操作模式中操作；超声发射器阵列，其包含多个超声发射器元件，每一超声发射器元件经配置以在发射操作模式中操作；传感器控制器，其可操作地与所述超声发射器阵列和所述超声接收器阵列耦合且经配置以将激励信号施加到所述超声发射器阵列并且从所述超声传感器像素接收反射的信号；其中所述传感器控制器经配置以在第一时间将第一激励信号施加到所述超声发射器阵列的第一元件；所述传感器控制器经配置以将第二激励信号施加到所述超声发射器阵列的第二元件，其中所述传感器控制器在第二时间施加所述第二激励信号，其中在所述第一时间和第二时间之间存在时间延迟；且所述传感器控制器经配置以设置第一和第二距离门窗(RGW)以容纳所述时间延迟。在一些方面中，一种用于超声发射的方法可包括通过传感器控制器，在第一时间将第一激励信号施加到超声发射器阵列的第一元件；通过包含多个超声传感器像素的超声接收器阵列，接收反射的超声信号；通过所述传感器控制器，设置第一多个超声传感器像素的第一范围门延迟(RGD)；通过所述传感器控制器，在第二时间将第二激励信号施加到超声发射器阵列的第二元件，且其中在所述第一和第二时间之间存在时间延迟；和通过包含多个超声传感器像素的超声接收器阵列，接收反射的超声信号；和通过所述传感器控制器，设置第二多个超声传感器像素的RGD；且其中通过所述传感器控制器设置第一和第二RGD以容纳所述第一和第二时间之间的时间延迟。在一些方面中，一种用于超声发射的设备可包括用于将第一激励信号施加到超声发射器装置的第一部分的装置；用于接收反射的超声信号的装置；用于设置用于接收反射的超声信号的装置的第一部分的第一范围门延迟(RGD)的装置；用于在第二时间将第二激励信号施加到超声发射器装置的第二部分的装置，且其中在第一和第二时间之间存在第一时间延迟；和用于设置用于接收反射的超声信号的装置的第二部分的RGD的装置；且其中所述第一和第二RGD经设置以容纳所述第一和第二时间之间的所述时间延迟。在一些方面中，一实施方案可包括一种上面含有指令的非暂时性计算机可读媒体，所述指令用于致使一或多个处理器进行以下操作：通过传感器控制器，在第一时间将第一激励信号施加到超声发射器阵列的第一元件；通过包含多个超声传感器像素的超声接收器阵列，接收反射的超声信号；通过所述传感器控制器，设置第一多个超声传感器像素的第一距离门延迟(RGD)；通过所述传感器控制器，在第二时间将第二激励信号施加到超声发射器阵列的第二元件，且其中在所述第一和第二时间之间存在时间延迟；和通过包含多个超声传感器像素的所述超声接收器阵列，接收反射的超声信号；和通过所述传感器控制器，设置第二多个超声传感器像素的RGD；且其中通过所述传感器控制器设置所述第一和第二RGD以容纳所述第一和第二时间之间的所述时间延迟。附图说明在本公开和附图中阐述本说明书中所描述的标的物的一或多个实施方案的细节。通过审阅本公开将显而易见其它特征、方面和优点。应注意，本公开的图式和其它图的相对尺寸可不按比例绘制。本公开中所展示和描述的大小、厚度、布置、材料等仅借助于实例作出且不应理解为限制。各个图式中的相同参考标号和名称指示相同元件。图1示出根据一些实施方案的包含超声感测系统的电子装置的实例的图形表示的正视图。图2A示出根据一些实施方案的超声感测系统的实例的组件的框图表示。图2B示出根据一些实施方案的电子装置的实例的组件的框图表示。图3A示出根据一些实施方案的超声感测系统的实例的横截面。图3B示出根据一些实施方案的图3A的超声感测系统的经放大横截面侧视图。图4示出根据另一实施方案的实例超声感测系统的组件的实例的分解投影视图。图5说明根据一实施方案的超声传感器系统的框图。图6说明与像素读出电子装置耦合的传感器像素阵列的简化框图。图7说明根据一些实施方案的单端超声发射阵列的简化框图。图8说明根据一些实施方案的差动驱动超声发射阵列的简化框图。图9说明根据一些实施方案的包含复用器的单端超声发射阵列的简化框图。图10说明根据一些实施方案的包含复用器的差动驱动超声发射阵列的简化框图。图11说明根据一些实施方案的单端条带超声发射阵列的简化框图。图12说明根据一些实施方案的差动驱动条带超声发射阵列的简化框图。图13说明根据一些实施方案的具有实心背电极的单端超声发射阵列的简化框图。图14说明根据一些实施方案的条带超声发射阵列的透视图。图15A说明根据一些实施方案的使用条带元件发射超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超声感测的设备，所述设备包括：/n超声接收器阵列，其包含多个超声传感器像素，每一超声传感器像素包含超声接收器，且每一超声传感器像素经配置以在读取操作模式中操作；/n超声发射器阵列，其包含多个超声发射器元件，每一超声发射器元件经配置以在发射操作模式中操作；和/n传感器控制器，其可操作地与所述超声发射器阵列和所述超声接收器阵列耦合且经配置以将激励信号施加到所述超声发射器阵列并且从所述超声传感器像素读取所接收的信号；/n其中：/n所述传感器控制器经配置以在第一时间将第一激励信号施加到所述超声发射器阵列的第一元件；/n所述传感器控制器经配置以在第二时间将第二激励信号施加到所述超声发射器阵列的第二元件，其中在所述第一时间和第二时间之间具有第一时间延迟；且/n所述传感器控制器经配置以设置第一和第二距离门窗RGW以容纳所述第一时间延迟。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170929 US 62/565,479;20171130 US 15/827,5281.一种用于超声感测的设备，所述设备包括：
超声接收器阵列，其包含多个超声传感器像素，每一超声传感器像素包含超声接收器，且每一超声传感器像素经配置以在读取操作模式中操作；
超声发射器阵列，其包含多个超声发射器元件，每一超声发射器元件经配置以在发射操作模式中操作；和
传感器控制器，其可操作地与所述超声发射器阵列和所述超声接收器阵列耦合且经配置以将激励信号施加到所述超声发射器阵列并且从所述超声传感器像素读取所接收的信号；
其中：
所述传感器控制器经配置以在第一时间将第一激励信号施加到所述超声发射器阵列的第一元件；
所述传感器控制器经配置以在第二时间将第二激励信号施加到所述超声发射器阵列的第二元件，其中在所述第一时间和第二时间之间具有第一时间延迟；且
所述传感器控制器经配置以设置第一和第二距离门窗RGW以容纳所述第一时间延迟。


2.根据权利要求1所述的设备，其中所述传感器控制器进一步经配置以将激励信号施加到所述超声发射器阵列中的每一元件。


3.根据权利要求1所述的设备，其中所述超声发射器阵列包括条带元件。


4.根据权利要求3所述的设备，其中所述超声发射器元件包括安置于金属膜上方的金属化墨元件，所述金属膜安置于聚偏二氟乙烯PVDF层上方，且所述PVDF层安置于金属化墨层上方。


5.根据权利要求4所述的设备，其中在金属化墨元件之间存在0.01”到0.021”的间隙。


6.根据权利要求1所述的设备，其中所述传感器控制器进一步经配置以将第三激励信号施加到所述超声发射器阵列的所述第二元件并且大体同时地将第四激励信号施加到所述超声发射器阵列的第三元件，其中在所述第三激励信号和第二激励信号的所述施加之间存在第二时间。


7.一种用于超声感测的方法，所述方法包括：
通过传感器控制器，在第一时间将第一激励信号施加到超声发射器阵列的第一元件；
通过所述传感器控制器，设置第一多个超声传感器像素的第一距离门延迟RGD；
通过所述传感器控制器，在第二时间将第二激励信号施加到超声发射器阵列的第二元件，且其中在所述第一和第二时间之间存在第一时间延迟；和
通过包含多个超声传感器像素的超声接收器阵列，接收反射的超声信号；和
通过所述传感器控制器，设置第二多个超声传感器像素的第二RGD；且其中通过所述传感器控制器设置所述第一和第二RGD以容纳所述第一和第二时间之间的所述第一时间延迟。


8.根据权利要求7所述的方法，其另外包括将激励信号施加到所述超声发射器阵列中的每一元件。


9.根据权利要求7所述的方法，其另外包括通过所述传感器控制器，设置所述超声接收器阵列内的三个或更多个传感器像素行的相应RGD。


10.根据权利要求9所述的方法，其中每一传感器像素行k+1的所述RGD比每一传感器像素行k的所述RGD长相应时间延迟时段。


11.根据权利要求7所述的方法，其中所述方法另外包含通过所述传感器控制器，将第三激励信号施加到所述超声发射器阵列的所述第二元件并且大体同时地将第四激励信号施加到所述超声发射器阵列的第三元件，其中在所述第三激励信号和第二激励信号的所述施加之间存在第二时间延迟。


12.根据权利要求7所述的方法，其中所述方法另外包含通过所述传感器控制器，在每一传感器像素处，通过调制施加到接收器偏压电极的偏压电压来设置距离门窗RGW。


13.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法另外包含通过所述传感器控制器，在每一传感器像素处...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·米兰托，J·C·基钦斯，S·M·哥捷维克，
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