用于超声感测的系统和方法
阅读：902发布：2020-05-08
专利汇可以提供用于超声感测的系统和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 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。，下面是用于超声感测的系统和方法专利的具体信息内容。
1.一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，设置是所述第一RGD的大约4-20倍的第一RGW持续时间。
14.根据权利要求7所述的方法，其中所述方法另外包括通过所述传感器控制器，设置所述超声传感器像素的多个部分中的每一个的相应RGW，并且确立每一相应RGW之间的相应时间延迟。
15.一种用于感测超声的设备，所述设备包括：
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
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第一时间延迟。
16.根据权利要求15所述的设备，其另外包括：
用于将激励信号施加到超声发射器装置的每一部分的装置。
17.根据权利要求15所述的设备，其中所述超声发射器装置布置到多个条带元件中。
18.一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第一时间延迟；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第一时间延迟。
19.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读媒体，其另外包括致使所述一或多个处理器进行以下操作的指令：将激励信号施加到所述超声发射器阵列中的每一元件。
20.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读媒体，其另外包括致使所述一或多个处理器进行以下操作的指令：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。
21.根据权利要求20所述的非暂时性计算机可读媒体，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长一时间延迟时段。
22.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读媒体，其另外包括致使所述一或多个处理器进行以下操作的指令：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非零时间延迟。
23.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读媒体，其另外包括致使所述一或多个处理器进行以下操作的指令：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。
24.根据权利要求23所述的非暂时性计算机可读媒体，其另外包括致使所述一或多个处理器进行以下操作的指令：通过所述传感器控制器，在每一传感器像素处，设置是所述第一RGD的大约4-20倍的第一RGW持续时间。
25.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读媒体，其另外包括致使所述一或多个处理器进行以下操作的指令：通过所述传感器控制器，设置所述超声传感器像素的多个部分中的每一个的相应RGW，并且确立每一相应RGW之间的相应时间延迟。
用于超声感测的系统和方法
[0002] 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(SYSTEM AND METHOD FOR ULTRASONIC SENSING)”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(SLIDING RANGE GATE FOR LARGE AREA ULTRASONIC SENSOR)”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。
技术领域
背景技术
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。在不存在本发明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。
发明内容
[0008] 本发明的系统、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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 图5说明根据一实施方案的超声传感器系统的框图。
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027] 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。
[0029] 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。
[0030] 图15A说明根据一些实施方案的使用条带元件发射超声波的实例超声阵列的横截面侧视图框图。
[0031] 图15B说明根据一些实施方案的表示超声波从条带元件发送并且被接收传感器接收的实例时序图。
[0032] 图15C说明根据一些实施方案的表示超声波从条带元件发送并且被接收传感器接收的另一实例时序图。
[0033] 图16说明根据一些实施方案的用于感测超声信号的方法的实例流程图。
具体实施方式
[0034] 以下描述针对出于描述本发明的创新方面的目的的某些实施方案。然而，所属领域的技术人员将易于认识到，可以许多不同方式应用本文中的教示。所描述的实施方案可实施于包含传感器系统的任何装置、设备或系统中。另外，预期所描述的实施方案可包含在多种电子装置中或与多种电子装置相关联，所述多种电子装置例如但不限于：移动电话、具多媒体因特网功能的蜂窝式电话、移动电视接收器、无线装置、智能手机、智能卡、例如手镯、手臂绑带、腕带、戒指、头带和贴片等可穿戴装置、 装置、个人数据助理(PDA)、无线电子邮件接收器、手持式或便携式计算机、上网本、笔记本计算机、智能计算机、平板计算机、打印机、复印机、扫描仪、传真装置、全球定位系统(GPS)接收器/导航器、相机、数字媒体播放器(例如MP3播放器)、摄录影机、游戏控制台、腕表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、电子读取装置(例如，电子阅读器)、移动健康装置、计算机监视器、自动显示器(包含里程表和速度计显示器等)、驾驶舱控件和/或显示器、方向盘、相机视图显示器(例如交通工具中的后视相机的显示器)、电子拍照、电子广告牌或标牌、投影仪、建筑结构、微波炉、冰箱、立体声系统、盒式收录机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、无线电装置、便携式存储器芯片、洗涤机、干燥器、洗涤器/干燥器、自动取款机(ATM)、停车计时器、封装(例如在包含微机电系统(MEMS)应用的机电系统(EMS)应用以及非EMS应用中)、美观性结构(例如珠宝或服装上的图像的显示器)和多种EMS装置。本文中的教示还可用于例如但不限于以下应用中：电子开关装置、射频滤波器、传感器、加速计、陀螺仪、运动感测装置、磁力计、用于消费型电子装置的惯性组件、消费型电子产品的零件、变容器、液晶装置、电泳装置、驱动方案、制造工艺和电子测试装备。因而，所述教示并不希望仅限于图中所描绘的实施方案，而是替代地，如所属领域的技术人员将容易显而易见地，具有广泛适用性。
[0035] 在一些实施方案中，超声传感器系统包含用于超声波发射和接收的压电材料。
[0036] 举例来说，在对应于发射器的压电材料上施加的电压可引起压电材料拉伸或收缩，例如发生变形，使得所述材料响应于所施加的电压张紧，从而引起超声波的产生，如先前论述。反射的信号(例如，超声波的反射部分，如先前论述)可引起对应于接收器的压电材料的拉伸或收缩。这引起表面电荷的产生，并因此引起压电材料上的可用作电输出信号的电压的产生，所述电输出信号表示原始图像数据的表示指纹图像数据的部分。
[0037] 本公开中所描述的标的物的一些实施方案提供用于超声感测系统的电路。在2017年2月22 14日申请的标题为“集成式压电微机械超声换能器像素和阵列(INTEGRATED PIEZOELECTRIC MICROMECHANICAL ULTRASONIC TRANSDUCER PIXEL AND ARRAY)”且为本公开的受让人所拥有的美国专利申请案第15/292,057号中，并在2017年9月14日申请的标题为“超声换能器像素读出电路和用于超声相成像的方法(ULTRASONIC TRANSDUCER PIXEL READOUT CIRCUITRY AND METHODS FOR ULTRASONIC PHASE IMAGING)”且为本公开的受让人所拥有的美国专利申请案第15/704,337号中描述相关超声感测技术的特征，所述专利申请案的公开内容以全文引用的方式并入到本申请案中。
[0038] 在一些实施方案中，超声感测系统包含M×N像素阵列，即，M行×N列像素。在一些实施方案中，M和N的值各自大于1000。举例来说，可涵盖近似两百万像素的1200×1600阵列。作为另一个实例，可涵盖近似三百万像素的1600×1800阵列。应了解，假设每英寸约400-600像素的典型像素间距，本公开涵盖的超声感测系统可容纳约5-20平方英寸的成像区域。这类大面积超声感测系统对于例如多个指纹、掌纹或手纹的同步成像来说可以是合乎需要的。
[0039] 可实践本公开中所描述的标的物的一些实施方案以实现以下潜在优点中的一个或多个。所公开的技术在输出的接收器信号的至少部分之间引入小时间延迟。因此，TFT层信号迹线上的负载可显著地减小，大量像素可同时或近似同时输出接收器信号，结果是至少一些信号归因于TFT层信号迹线的限制二经历降级。另外，通过实施滑动距离门窗(RGW)，可控制RGW的时序以便补偿时间延迟，前提是RGW窗在与返回的声学信号的所要关系中保持良好对准。
[0040] 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100的实例的图形表示的正视图。举例来说，电子装置100可表示各种便携式计算装置，例如蜂窝式电话、智能电话、多媒体装置、个人游戏装置、平板计算机和手提式计算机，以及其它类型的便携式计算装置。然而，本文中所描述的各种实施方案不限于便携式计算装置的应用。实际上，本文中所公开的各种技术和原理可以在传统非便携式装置和系统中应用，例如在计算机监视器、电视显示器、一体机、车辆导航装置和音频系统以及其它应用中。另外，本文中所描述的各种实施方案并不限于在包含显示器的装置中应用。
[0041] 在所说明的实施方案中，电子装置100包含其内可安置各种电路、传感器和其它电组件的外壳(或“壳体”)102。在所说明的实施方案中，电子装置100还包含显示器(在本文中可以被称为“触摸屏显示器”或“触敏显示器”)104。显示器104可大体上表示采用多种合适的显示器技术中的任一种的多种合适的显示器类型中的任一种。举例来说，显示器104可以是基于数字微快门(DMS)的显示器、发光二极管(LED)显示器、有机LED(OLED)显示器、液晶显示器(LCD)、使用LED作为背光的LCD显示器、等离子显示器、基于干涉式调制器(IMOD)的显示器，或适合结合触敏用户接口(UI)系统使用的另一类型的显示器。
[0042] 电子装置100可包含用于与用户交互或以其它方式将信息传送到用户或从用户接收信息的各种其它装置或组件。举例来说，电子装置100可包含一或多个麦克风106、一或多个扬声器108，以及在一些情况下，一或多个至少部分地机械化按钮110。电子装置100可包含启用额外特征的各种其它组件，例如一或多个视频或静态图像相机112、一或多个无线网络接口114(例如，蓝牙、WiFi或蜂窝)和一或多个非无线接口116(例如，通用串行总线(USB)接口或HDMI接口)。
[0043] 电子装置100可以包含能够将对象签名(例如，指纹、掌纹或手纹)的超声感测系统118。在一些实施方案中，超声感测系统118可充当触敏控制按钮。在一些实施方案中，触敏控制按钮可以与放置在超声感测系统118下方或者与超声感测系统118集成的机械或电压敏系统一起实施。换句话说，在一些实施方案中，超声感测系统118占用的区可充当用于控制电子装置100的用户输入按钮以及用于启用安全性特征(例如基于例如指纹、掌纹或手纹的用户鉴认)的传感器两者。
[0044] 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。在所说明的实施方案中，超声感测系统200包含传感器系统202和与传感器系统202电耦合的控制系统204。传感器系统202可能能够扫描目标对象并且提供原始所测量图像数据，所述原始所测量图像数据可用于获得例如人体附属器官(例如一或多个手指或脚趾、手掌、手或脚)的对象签名。控制系统204可能能够控制传感器系统202并且处理从传感器系统202接收到的原始所测量图像数据。在一些实施方案中，超声感测系统200可包含接口系统206，其能够将例如原始或经处理的所测量图像数据的数据发射到超声感测系统200内或与超声感测系统200集成在一起的各种组件，或在一些实施方案中，发射到超声感测系统200外部的各种组件、装置或其它系统，或从超声感测系统200内或与超声感测系统200集成在一起的各种组件接收例如原始或经处理的所测量图像数据的数据，或在一些实施方案中，从超声感测系统200外部的各种组件、装置或其它系统接收例如原始或经处理的所测量图像数据的数据。
[0045] 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。在所说明实例中，电子装置210包含图2A的超声感测系统200。举例来说，电子装置210可为上文参考图1展示和描述的电子装置100的框图表示。电子装置210的超声感测系统200的传感器系统202可以超声传感器阵列212予以实施。超声感测系统200的控制系统204可以与超声传感器阵列212电耦合的控制器214予以实施。虽然控制器214示出且描述为单个组件，但在一些实施方案中，控制器214可统一地指代彼此电连通的两个或更多个相异控制单元或处理单元。在一些实施方案中，控制器214可以包含通用单芯片或多芯片处理器、中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、应用程序处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置(PLD)、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其被设计成执行本文中所描述的功能和操作的任何组合中的一或多个。
[0046] 图2B的超声感测系统200可包含图像处理模块218。在一些实施方案中，超声传感器阵列212提供的原始所测量图像数据可发送、发射、传送或以其它方式提供给图像处理模块218。图像处理模块218可包含经配置、调适或可以其它方式操作以处理超声传感器阵列212提供的图像数据的硬件、固件和软件的任何适当的组合。在一些实施方案中，图像处理模块218可以包含信号或图像处理电路或电路组件，包含例如放大器(例如，仪表放大器或缓冲放大器)、模拟或数字混频器或倍增器、开关、模/数转换器(ADC)、无源或有源模拟滤波器等等。在一些实施方案中，此类电路或电路组件中的一或多个可集成于控制器214内，例如，其中控制器214被实施为系统级芯片(SoC)或系统级封装(SIP)。在一些实施方案中，此类电路或电路组件中的一或多个可集成于DSP内，所述DSP包含于控制器214内或耦合到控制器214。在一些实施方案中，图像处理模块218可至少部分地经由软件来实施。举例来说，刚刚描述的电路或电路组件中的一或多个的一或多个功能或通过刚刚描述的电路或电路组件中的一或多个执行的操作可实际上由例如在控制器214的处理单元中(例如，在通用处理器或DSP中)执行的一或多个软件模块来执行。
[0047] 在一些实施方案中，除了超声感测系统200之外，电子装置210还可包含单独处理器220、存储器222、接口216和电源224。在一些实施方案中，超声感测系统200的控制器214可控制超声传感器阵列212和图像处理模块218，且电子装置210的处理器220可控制电子装置210的其它组件。在一些实施方案中，处理器220将包含例如指令或命令的数据传送到控制器214。在一些此类实施方案中，控制器214可将包含例如原始或经处理图像数据的数据传送到处理器220。还应理解，在一些其它实施方案中，控制器214的功能可完全地或至少部分地通过处理器220来实施。在一些此类实施方案中，可能并不需要用于超声感测系统200的单独控制器214，这是因为控制器214的功能可由电子装置210的处理器220执行。
[0048] 取决于实施方案，控制器214和处理器220中的一个或两个可将数据存储于存储器222中。举例来说，存储于存储器222中的数据可包含原始所测量图像数据、经滤波或以其它方式经处理的图像数据、估计的PSF或估计的图像数据，以及最终的经优化PSF或最终的经优化图像数据。存储器222可存储能够通过控制器214和处理器220中的一个或两个执行的处理器可执行代码或其它可执行计算机可读指令以执行各种操作(或者以使得其它组件(例如，超声传感器阵列212、图像处理模块218)或其它模块来执行操作)，所述各种操作包含运算、计算、估计或本文中所描述的其它判定(包含在下文方程式中的任一个中所呈现的那些)中的任一个。还应理解，存储器222可统一地指代一或多个存储器装置(或“组件”)。举例来说，取决于实施方案，控制器214可在与处理器220不同的存储器装置中存取和存储数据。在一些实施方案中，存储器组件中的一或多个可被实施为基于NOR或NAND的快闪存储器阵列。在一些其它实施方案中，存储器组件中的一或多个可被实施为不同类型的非易失性存储器。另外，在一些实施方案中，存储器组件中的一或多个可以包含易失性存储器阵列，例如RAM的类型。
[0049] 在一些实施方案中，控制器214或处理器220可传送存储于存储器222中的数据或通过接口216直接从图像处理模块218接收的数据。举例来说，此类所传送的数据可包含图像数据或从图像数据导出或以其它方式确定的数据。接口216可统一地指代一或多种不同类型的一或多个接口。在一些实施方案中，接口216可以包含用于从外部存储器(例如，可移除式存储器装置)接收数据或将数据存储到外部存储器(例如，可移除式存储器装置)的存储器接口。另外或替代地，接口216可以包含能够将原始或经处理数据传送到外部计算装置、系统或服务器以及从外部计算装置、系统或服务器接收数据的一或多个无线网络接口或一或多个有线网络接口。
[0050] 电源224可为电子装置210中的组件中的一些或全部提供电力。电源224可以包含多种能量存储装置中的一或多种。举例来说，电源224可以包含可再充电电池，例如镍镉电池或锂离子电池。另外或替代地，电源224可以包含一或多个超级电容器。在一些实施方案中，电源224可使用从例如壁式插座(或“出口”)或与电子装置210集成在一起的光伏装置(或“太阳能电池”或“太阳能电池阵列”)获取的电力充电(或“再充电”)。另外或替代地，电源224可为可无线充电的。
[0051] 如下文所使用，术语“处理单元”是指超声系统的控制器(例如，控制器214)、图像处理模块(例如，图像处理模块218)或包含超声系统的装置的单独的处理器(例如，处理器220)中的一或多个的任何组合。换句话说，下文描述为通过处理单元执行或使用处理单元执行的操作可通过超声系统的控制器、图像处理模块或包含超声感测系统的装置的单独处理器中的一或多个来执行。
[0052] 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。在所说明的实例中，超声感测系统300可实施参考图1所描述的超声感测系统118或参考图2A和2B示出且描述的超声感测系统200。超声感测系统300可以包含上覆于衬底304上且下伏于压板(“盖板”或“盖玻片”)306下的超声换能器302。超声换能器302可以包含超声发射器308和超声接收器310两者。
[0053] 超声发射器308可以经配置以产生朝向压板306和定位于压板306的上表面上的目标对象312的超声波。在所说明的实施方案中，对象312描绘为手指，但本发明技术可涵盖任何附属器官或身体部位，以及任何其它天然或人工对象。在一些实施方案中，超声发射器308可更具体地经配置以产生朝向压板306的超声平面波。在一些实施方案中，超声发射器
308包含压电材料的层，例如聚偏二氟乙烯(PVDF)或PVDF共聚物，例如PVDF-TrFE。举例来说，超声发射器308的压电材料可经配置以将由超声感测系统的控制器提供的电信号在扫描频率下转换成超声平面波的持续或脉冲序列。在一些实施方案中，超声发射器308可另外或替代地包含电容式超声装置。
308包含压电材料的层，例如聚偏二氟乙烯(PVDF)或PVDF共聚物，例如PVDF-TrFE。举例来说，超声发射器308的压电材料可经配置以将由超声感测系统的控制器提供的电信号在扫描频率下转换成超声平面波的持续或脉冲序列。在一些实施方案中，超声发射器308可另外或替代地包含电容式超声装置。
[0054] 超声接收器310可经配置以检测超声反射314，所述超声反射产生于通过超声发射器308发射的超声波与限定正在扫描的目标对象312的脊线316和谷线318的交互。在一些实施方案中，超声发射器308上覆于超声接收器310上，如例如在图3A和3B中所说明。在一些其它实施方案中，超声接收器310可上覆于超声发射器308上(如下文描述的图4中所示)。超声接收器310可经配置以产生和输出对应于检测到的超声反射的电输出信号。在一些实施方案中，超声接收器310可以包含不同于超声发射器308的压电层的第二压电层。举例来说，超声接收器310的压电材料可以是任何合适的压电材料，例如PVDF层或PVDF共聚物层。超声接收器310的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，超声接收器310另外包含薄膜晶体管(TFT)层。在一些此类实施方案中，TFT层可以包含经配置以放大由超声接收器310的压电层产生的电输出信号的传感器像素电路的阵列。由传感器像素电路的阵列提供的经放大电信号接着可作为原始所测量图像数据提供到处理单元以用于处理图像数据、识别与图像数据相关联的指纹，并且在一些应用中，鉴定与指纹相关联的用户。在一些实施方案中，单个压电层可充当超声发射器308和超声接收器310。在一些实施方案中，衬底304可以是上面可制造电子电路的玻璃、塑料或硅衬底。在一些实施方案中，超声接收器310的传感器像素电路阵列和相关联接口电路可从形成于衬底304中或上的CMOS电路配置。在一些实施方案中，衬底304可定位于压板306与超声发射器308和/或超声接收器310之间。在一些实施方案中，衬底304可充当压板306。可在衬底304和压板306的一或多个侧上包含一或多个保护层、声学匹配层、抗污层、胶粘剂层、装饰层、导电层或其它涂层(未示出)。
[0055] 压板306可以由可声学地耦合到超声发射器308的任何合适的材料形成。举例来说，压板306可以由玻璃、塑料、陶瓷、蓝宝石、金属或金属合金中的一或多个形成。在一些实施方案中，压板306可以是盖板(例如，盖玻片)或底层显示器的透镜玻璃。在一些实施方案中，压板306可以包含一或多种聚合物(例如，一或多种类型的聚对二甲苯)，并且可显著更薄。在一些实施方案中，压板306可以具有在约10微米(μm)到约1000μm或更大的范围内的厚度。
[0056] 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。在所说明的实施方案中，超声感测系统400包含超声发射器408。超声发射器408可以包含能够充当平面波产生器的大体平面的压电发射器层422。可以通过取决于所施加的电压信号而在压电发射器层422上施加电压以使所述层膨胀或收缩以产生超声波，由此产生平面波。
在此实例中，处理单元(未示出)能够致使在压电发射器层422上经由第一发射器电极424和第二发射器电极426施加发射器激励电压。第一发射器电极424和第二发射器电极426可以是金属化电极，例如涂覆压电发射器层422的相对侧的金属层。由于压电效应，所施加的发射器激励电压引起压电发射器层422的厚度的改变，并且通过此类方式，在发射器激励电压的频率下产生超声波。
在此实例中，处理单元(未示出)能够致使在压电发射器层422上经由第一发射器电极424和第二发射器电极426施加发射器激励电压。第一发射器电极424和第二发射器电极426可以是金属化电极，例如涂覆压电发射器层422的相对侧的金属层。由于压电效应，所施加的发射器激励电压引起压电发射器层422的厚度的改变，并且通过此类方式，在发射器激励电压的频率下产生超声波。
[0057] 超声波可穿过压板406朝向待成像的对象(“目标对象”，未说明)行进。超声波的不被目标对象吸收或发射的部分可穿过压板406反射回来并且被超声接收器410接收，在图4中所说明的实施方案中，所述超声接收器410上覆于超声发射器408上。超声接收器410可以包含安置在衬底434和压电接收器层436上的传感器像素电路432的阵列。在一些实施方案中，每一传感器像素电路432可以包含一或多个TFT或CMOS晶体管元件、电互连迹线，并且在一些实施方案中，一个或多个额外的电路元件，例如二极管、电容器等等。每一传感器像素电路432可经配置以将在靠近像素电路的压电接收器层436中产生的电荷转换成电信号。每一传感器像素电路432可以包含将压电接收器层436电耦合到传感器像素电路432的像素输入电极438。
[0058] 在所说明的实施方案中，接收器偏压(Rbias)电极440安置于压电接收器层436的靠近压板406的侧上。Rbias电极440可以是金属化电极，并且可接地或施加偏压以控制哪些信号可传送到传感器像素电路432的阵列。从压板306的暴露的(上部/顶部)表面442反射的超声能量可通过压电接收器层436转换成局部化的电荷。这些局部化的电荷可被像素输入电极438收集，并且传送到底层传感器像素电路432上。电荷可由传感器像素电路432放大或缓冲且提供到处理单元。处理单元可与第一发射器电极424和第二发射器电极426并且与Rbias电极440和衬底434上的传感器像素电路432(直接或间接)电连接。在一些实施方案中，处理单元可大体如上文所描述地操作。举例来说，处理单元可能够处理从传感器像素电路432接收的信号。
[0059] 可用于形成压电发射器层422或压电接收器层436的合适的压电材料的一些实例包含具有适当的声学性质的压电聚合物，例如介于约2.5兆瑞利与5兆瑞利之间的声学阻抗。可以采用的压电材料的特定实例包含铁电聚合物，例如聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)共聚物。PVDF共聚物的实例包含60:40(摩尔百分比)的PVDF-TrFE、70:30的PVDF-TrFE、80:20的PVDF-TrFE和90:10的PVDR-TrFE。可以利用的压电材料的其它实例包含聚偏二氯乙烯(PVDC)均聚物和共聚物，聚四氟乙烯(PTFE)均聚物和共聚物以及二异丙胺溴化物(DIPAB)。
[0060] 在一些实施方案中，至少超声接收器410的元件可与配置为同一衬底上或中的薄膜晶体管(TFT)电路或CMOS电路的传感器像素电路432共同制造，在一些实例中，所述衬底可为硅、SOI、玻璃或塑料衬底。举例来说，TFT衬底可包含行和列寻址电子装置、复用器、局部放大级和控制电路。
[0061] 图5说明根据一实施方案的超声传感器系统的框图。超声传感器系统500可包含超声传感器阵列502，其包含超声发射器520、超声传感器像素电路阵列535和Rx偏压电极540。超声发射器520可与发射器驱动器(“Tx驱动器”)568电耦合。在一些实施方案中，Tx驱动器
568可具有电耦合到与超声发射器520相关联的一或多个发射器电极的正极性输出信号(Tx1(+))和负极性输出信号(Tx2(-))。Tx驱动器568可与传感器控制器570的控制单元560电耦合。控制单元560可以经配置以控制传感器系统500的各个方面，例如超声发射器时序和激励波形、偏压电压、像素寻址、信号滤波和转换、读出帧速率等。控制单元560可将一或多个发射器激励信号提供到Tx驱动器568。控制单元560可通过例如Rx电平选择输入总线与接收器(Rx)偏压驱动器562电耦合。Rx偏压驱动器562可将RBias电压提供到Rx偏压电极
540。控制单元560可与一或多个分用器564电耦合。分用器564可与多个栅极驱动器566电耦合。栅极驱动器566可与超声传感器阵列502的传感器像素电路阵列535电耦合。在一些实施方案中，栅极驱动器566可定位于传感器像素电路阵列535外部。在其它实施方案中，栅极驱动器566可与传感器像素电路阵列535包含于共同衬底上。可使用可在传感器像素电路阵列
535外部或与传感器像素电路阵列535包含在共同衬底上的分用器564选择特定栅极驱动器
566。栅极驱动器566可选择传感器像素阵列535的一或多个行或列。在所说明的实施方案中包含数个个别超声传感器像素534的传感器像素电路阵列535可与一或多个数字化器572电耦合。数字化器572可将来自个别传感器像素534中的一或多个的模拟像素输出信号转换成适用于在数据处理器574内进一步处理的数字信号。数据处理器574可包含(如所说明)于传感器控制器570中。在其它实施方案中，数据处理器574可在传感器控制器570外部。在所说明的实施方案中，传感器控制器570可包含从传感器像素电路阵列535接收数据的一或多个数据处理器574。传感器控制器570可将数据输出提供到外部系统或处理器，例如移动装置的应用处理器。数据处理器574可将数字化数据转变为指纹的图像数据，或者将数据格式化以供进一步处理。
568可具有电耦合到与超声发射器520相关联的一或多个发射器电极的正极性输出信号(Tx1(+))和负极性输出信号(Tx2(-))。Tx驱动器568可与传感器控制器570的控制单元560电耦合。控制单元560可以经配置以控制传感器系统500的各个方面，例如超声发射器时序和激励波形、偏压电压、像素寻址、信号滤波和转换、读出帧速率等。控制单元560可将一或多个发射器激励信号提供到Tx驱动器568。控制单元560可通过例如Rx电平选择输入总线与接收器(Rx)偏压驱动器562电耦合。Rx偏压驱动器562可将RBias电压提供到Rx偏压电极
540。控制单元560可与一或多个分用器564电耦合。分用器564可与多个栅极驱动器566电耦合。栅极驱动器566可与超声传感器阵列502的传感器像素电路阵列535电耦合。在一些实施方案中，栅极驱动器566可定位于传感器像素电路阵列535外部。在其它实施方案中，栅极驱动器566可与传感器像素电路阵列535包含于共同衬底上。可使用可在传感器像素电路阵列
535外部或与传感器像素电路阵列535包含在共同衬底上的分用器564选择特定栅极驱动器
566。栅极驱动器566可选择传感器像素阵列535的一或多个行或列。在所说明的实施方案中包含数个个别超声传感器像素534的传感器像素电路阵列535可与一或多个数字化器572电耦合。数字化器572可将来自个别传感器像素534中的一或多个的模拟像素输出信号转换成适用于在数据处理器574内进一步处理的数字信号。数据处理器574可包含(如所说明)于传感器控制器570中。在其它实施方案中，数据处理器574可在传感器控制器570外部。在所说明的实施方案中，传感器控制器570可包含从传感器像素电路阵列535接收数据的一或多个数据处理器574。传感器控制器570可将数据输出提供到外部系统或处理器，例如移动装置的应用处理器。数据处理器574可将数字化数据转变为指纹的图像数据，或者将数据格式化以供进一步处理。
[0062] 每一超声传感器像素534可包含可充当超声接收器和/或超声发射器的PMUT元件。每一传感器像素534还可包含与PMUT元件相关联的传感器像素电路。相关联的PMUT元件可上覆于每一传感器像素电路上，也就是说，相关联的PMUT元件和传感器像素电路可包含于公共覆盖区域内。有利地，传感器像素电路可容纳于不大于PMUT元件的覆盖区域的覆盖区域内。在一些实施方案中，超声发射器520可包含包夹在两个发射器电极之间并且定位于超声传感器像素电路阵列535上方或下方的压电材料层。
[0063] 超声发射器520可借助于Tx驱动器568电耦合到发射器激励信号且被所述发射器激励信号驱动以产生和射出超声波。在一些实施方案中，发射器激励信号可耦合到每一PMUT或PMUT阵列中的一或多个电极，例如与每一PMUT相关联的发射电极，以允许产生和射出超声波。在一些实施方案中，可为PMUT阵列中的PMUT提供发射器激励信号，所述发射器激励信号可共同施加到PMUT阵列中的发射电极中的一些或全部以射出大体平面的超声波。
[0064] 在一些实施方案中，控制单元560可经配置以按规律间隔将Tx激励信号发送到Tx驱动器568，以便使Tx驱动器568激励超声发射器520并产生一或多个超声波。控制单元560还可经配置以通过Rx偏压驱动器562发送电平选择输入信号以对Rx偏压电极539加偏压并且允许用于通过超声传感器像素534进行的超声信号检测的选通。分用器564中的一或多个可用于导通或关断栅极驱动器566，从而使传感器像素电路阵列535的特定行或列提供像素输出信号。来自传感器像素电路阵列535的输出信号可通过电荷放大器、例如电阻器-电容器(RC)滤波器或抗混叠滤波器的滤波器以及数字化器572发送到数据处理器574。一或多个控制线576可在传感器控制器570与超声传感器阵列502之间传送控制信号。
[0065] 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。在所说明的实施方案中，超声传感器像素阵列635包含用于超声传感器的布置成4×4阵列的十六个超声传感器像素634。每一传感器像素634可与压电传感器材料(PSM)的局部区相关联并且可包含传感器像素电路636，其包含峰值检测二极管D601和读出晶体管M603。这些元件中的许多或全部可形成于共同衬底上或中以形成每一传感器像素电路636。在操作中，每一传感器像素634的PSM的局部区可以将接收到的超声能量变换成电荷。峰值检测二极管D601可寄存PSM的局部区检测到的最大电荷量(“峰值电荷”)。接着可例如通过行选择机制、栅极驱动器或移位寄存器扫描像素电路阵列635的每一行。可触发每一读出晶体管M603以允许每一传感器像素634的峰值电荷的量值被额外电路读取，所述额外电路例如像素读出电子装置640的复用器和A/D转换器。传感器像素电路636可包含一或多个TFT(未说明)以允许传感器像素634的选通、寻址和重置。每一传感器像素634可包含可充当超声接收器和/或超声发射器的PMUT元件。PMUT传感器阵列中的每一PMUT元件可与传感器像素电路阵列635中的相应传感器像素电路636相关联。传感器像素电路636的像素输入电极637可用于与上覆PMUT元件中的一或多个电极进行电连接。
[0066] 每一传感器像素电路636可提供关于由超声传感器系统(例如结合图5描述的超声传感器系统500)检测到的对象的小部分的信息。虽然为方便说明起见，图4中所示出的实例具有简单4×4阵列，但具有每英寸约500像素或更高的分辨率的超声传感器可配置有适当缩放的结构。可取决于既定目标对象来选择超声传感器系统500的检测区域。举例来说，检测区域可以在单根手指约5mm×5mm到四根手指约80mm×80mm的范围内变动。可视情况取决于目标对象的特性使用更小和更大区域，包含方形、矩形和非矩形几何形状。
[0067] 在尤其受益于本发明所公开的技术的一些实施方案中，检测区域可为6000平方毫米或更大并且例如包含一百万到五百万个PMUT。这类大面积超声传感器可以经配置以同时对多根手指成像和/或对掌印、整个手部或类似地设定大小的人工或天然对象成像。在不存在本发明所公开的技术的情况下，TFT层信号迹线可能不能够容纳这类大量PMUT的同时操作。更具体地说，当非常大量的PMUT接收器同时操作时，可使产生于由压电接收器层产生并且由像素输入电极收集的局部化电荷的接收器信号输出降级。
[0068] 为缓解上述问题，在一些实施方案中，采用时间定相以便避免同时输出过量数目的接收器信号。举例来说，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。在这类实施方案中，可将返回到PMUT阵列的声学信号(产生于与例如目标对象的交互)进行时间定相，使得阵列中的不同方位处的PMUT接收器在不同时间接收返回的声学信号。替代地或另外，可将PMUT发射器输出的超声脉冲进行时间定相。
[0069] 图7说明单端超声发射器阵列700的简化框图，其使用离散元件，例如PMUT或离散压电发射器，其包括例如金属膜层上方的金属化墨元件，所述金属膜层在PVDF层上方，所述PVDF层在基底金属化墨层上方。电极710(1)可具有在电极710(1)处施加的驱动信号TX(m)，以致使一或多个压电元件例如720(1)发出超声波形。在一时间延迟之后，电极710(2)可具有在电极710(2)处施加的驱动信号TX(m+1)，以致使一或多个压电元件例如720(2)发出超声波形。在另一时间延迟之后，电极710(3)可具有在电极710(3)处施加的驱动信号TX(m+2)，以致使一或多个压电元件例如720(3)发出超声波形。在另一时间延迟之后，电极710(4)可具有在电极710(4)处施加的驱动信号TX(m+3)，以致使一或多个压电元件例如720(4)发出超声波形。此过程可继续直到阵列中的所有元件已发出超声波形为止。对于每个压电元件，例如720(1)-720(4)，在相应行中可存在也被例如TX(m)-TX(m+3)等相应驱动信号激励的其它压电元件。
[0070] 替代地或另外，在一些实施方案中，多个行可同时或大体同时被施加驱动信号。举例来说，可同时施加TX(m)和TX(m+1)而无时间延迟。此后，可按序列激励行，例如同时驱动TX(m+1)和TX(m+2)。替代地，在一些实施方案中，多个行集可同时或大体同时被施加驱动信号。举例来说，可同时施加TX(m)和TX(m+1)而无时间延迟。此后，可按序列激励行，例如同时驱动TX(m+2)和TX(m+3)。在一些实施方案中，可跳过一些行，或可多次驱动一些行。此过程可继续直到阵列中的所有压电元件已发出超声波形为止。
[0071] 图8说明差动驱动超声发射器阵列800的简化框图，其使用离散元件，例如PMUT或离散压电发射器，其包括例如金属膜层上方的金属化墨元件，所述金属膜层在PVDF层上方，所述PVDF层在基底金属化墨层上方。电极810(1)(+)和电极810(1)(-)可具有在电极810(1)(+)和电极810(1)(-)处施加的驱动信号TX(m)以致使一或多个压电元件例如820(1)发出超声波形。在一时间延迟之后，电极810(2)(+)和电极810(2)(-)可具有在电极810(2)(+)和电极810(2)(-)处施加的驱动信号TX(m+1)，以致使一或多个压电元件例如820(2)发出超声波形。在另一时间延迟之后，电极810(3)(+)和电极810(3)(-)可具有在电极810(3)处施加的驱动信号TX(m+2)，以致使一或多个压电元件例如820(3)发出超声波形。在另一时间延迟之后，电极810(4)(+)和电极810(4)(-)可具有在电极810(4)(+)和电极810(4)(-)处施加的驱动信号TX(m+3)，以致使一或多个压电元件例如820(4)发出超声波形。此过程可继续直到阵列中的所有元件已发出超声波形为止。对于每个压电元件，例如820(1)-820(4)，在相应行中可存在也被例如TX(m)-TX(m+3)等相应驱动信号激励的其它压电元件。
[0072] 替代地或另外，在一些实施方案中，多个行可同时或大体同时被施加差分驱动信号。举例来说，可同时施加TX(m)和TX(m+1)而无时间延迟。此后，可按序列激励行，例如同时驱动TX(m+1)和TX(m+2)。替代地，在一些实施方案中，多个行集可同时或大体同时被施加驱动信号。举例来说，可同时施加TX(m)和TX(m+1)而无时间延迟。此后，可按序列激励行，例如同时驱动TX(m+2)和TX(m+3)。在一些实施方案中，可跳过一些行，或可多次驱动一些行。此过程可继续直到阵列中的所有压电元件已发出超声波形为止。
[0073] 图9说明单端超声发射器阵列700的简化框图，其使用复用器或mux将驱动信号施加到离散元件。电极710(1)可具有在电极710(1)处借助于mux施加的驱动信号TX 940，以致使一或多个压电元件例如720(1)发出超声波形。在一时间延迟之后，电极710(2)可具有在电极710(2)处借助于mux施加的驱动信号TX 940，以致使一或多个压电元件例如720(2)发出超声波形。在另一时间延迟之后，电极710(3)可具有在电极710(3)处借助于mux施加的驱动信号TX 940，以致使一或多个压电元件例如720(3)发出超声波形。在另一时间延迟之后，电极710(4)可具有在电极710(4)处借助于mux施加的驱动信号TX 940，以致使一或多个压电元件例如720(4)发出超声波形。此过程可继续直到阵列中的所有元件已发出超声波形为止。对于每个压电元件，例如720(1)-720(4)，在相应行中可存在也被驱动信号TX 940激励的其它压电元件。可通过将行控制信号950施加到mux来确定待驱动的相应电极710(1)-710(4)。行控制950可选择将通过mux同时或替代地以在电极或电极集之间有一时间延迟的方式驱动的一或多个电极。
[0074] 图10说明差动驱动超声发射器阵列800的简化框图，其使用复用器或mux将驱动信号施加到离散元件。电极810(1)(+)和电极810(1)(-)可具有在电极810(1)(+)和电极810(1)(-)处借助于mux施加的驱动信号TX 1040，以致使一或多个压电元件例如820(1)发出超声波形。在一时间延迟之后，电极810(2)(+)和电极810(2)(-)可具有在电极810(2)(+)和电极810(2)(-)处施加的驱动信号TX 1040，以致使一或多个压电元件例如820(2)发出超声波形。在另一时间延迟之后，电极810(3)(+)和电极810(3)(-)可具有在电极810(3)(+)和电极810(3)(-)处施加的驱动信号TX 1040，以致使一或多个压电元件例如820(3)发出超声波形。在另一时间延迟之后，电极810(4)(+)和电极810(4)(-)可具有在电极810(4)处借助于mux施加的驱动信号TX 1040，以致使一或多个压电元件例如820(4)发出超声波形。此过程可继续直到阵列中的所有元件已发出超声波形为止。对于每个压电元件，例如820(1)-820(4)，在相应行中可存在也被驱动信号TX 1040激励的其它压电元件。可通过将行控制信号
1050施加到mux来确定待驱动的相应电极810(1)(+)和810(1)(-)到810(4)(+)和810(4)(-)。行控制1050可选择将通过mux同时或替代地以在电极或电极集之间有一时间延迟的方式驱动的一或多个电极。
1050施加到mux来确定待驱动的相应电极810(1)(+)和810(1)(-)到810(4)(+)和810(4)(-)。行控制1050可选择将通过mux同时或替代地以在电极或电极集之间有一时间延迟的方式驱动的一或多个电极。
[0075] 图11说明包括条带元件1120(1)-1120(4)的示范性单端超声发射器阵列1100的简化框图。电极1110(1)可具有在电极1110(1)处施加的驱动信号TX(m)，以致使一或多个压电条带元件例如1120(1)发出超声波形。在一时间延迟之后，电极1110(2)可具有在电极1110(2)处施加的驱动信号TX(m+1)，以致使一或多个压电条带元件例如1120(2)发出超声波形。在另一时间延迟之后，电极1110(3)可具有在电极1110(3)处施加的驱动信号TX(m+2)，以致使一或多个压电条带元件例如1120(3)发出超声波形。在另一时间延迟之后，电极1110(4)可具有在电极1110(4)处施加的驱动信号TX(m+3)，以致使一或多个压电条带元件例如1120(4)发出超声波形。此过程可继续直到阵列中的所有元件已发出超声波形为止。对于每个压电条带元件，例如1120(1)-1120(4)，在相应行中可存在也被例如TX(m)-TX(m+3)的相应驱动信号激励的其它压电元件。
[0076] 替代地或另外，在一些实施方案中，多个条带可同时或大体同时被施加驱动信号。举例来说，可同时施加TX(m)和TX(m+1)而无时间延迟。此后，可按序列激励条带，例如同时驱动TX(m+1)和TX(m+2)。替代地，在一些实施方案中，多个条带集可同时或大体同时被施加驱动信号。举例来说，可同时施加TX(m)和TX(m+1)而无时间延迟。此后，可按序列激励条带，例如同时驱动TX(m+2)和TX(m+3)。在一些实施方案中，在一些序列中，可跳过一些条带，或可多次驱动一些条带。此过程可继续直到阵列中的所有压电条带已发出超声波形为止。
[0077] 关于图11，如图9和图10中所示，可类似地借助于mux激励压电条带元件。类似地，可使用行控制信号将TX信号施加到条带或条带集。
[0078] 图12说明包括例如细长压电发射器的条带元件的差动驱动超声发射器阵列1200的简化框图。电极1210(1)(+)和电极1210(1)(-)可具有在电极1210(1)(+)和电极1210(1)(-)处施加的驱动信号TX(m)，以致使一或多个条带元件例如1220(1)发出超声波形。在一时间延迟之后，电极1210(2)(+)和电极1210(2)(-)可具有在电极1210(2)(+)和电极1210(2)(-)处施加的驱动信号TX(m+1)，以致使一或多个条带元件例如1220(2)发出超声波形。在另一时间延迟之后，电极1210(3)(+)和电极1210(3)(-)可具有在电极1210(3)处施加的驱动信号TX(m+2)，以致使一或多个条带元件例如1220(3)发出超声波形。在另一时间延迟之后，电极1210(4)(+)和电极1210(4)(-)可具有在电极1210(4)(+)和电极1210(4)(-)处施加的驱动信号TX(m+3)，以致使一或多个条带元件例如1220(4)发出超声波形。此过程可继续直到阵列中的所有元件已发出超声波形为止。在一些实施方案中，在一些序列中，可跳过一些条带，或可多次驱动一些条带。此过程可继续直到阵列中的所有压电条带已发出超声波形为止。
[0079] 关于图12，如图9和图10中所示，可类似地借助于mux激励压电条带元件。类似地，可使用行控制信号将TX信号施加到条带或条带集。
[0080] 图13说明包括条带元件的示范性超声发射体系统的剖开侧视图。条带元件包括金属化墨元件，其可以是银、铜、铝或其它合适的导电材料中的一个或任一组合。金属化墨元件可安置于金属膜上方，可激光切割所述金属膜以产生条带图案。金属膜可安置于PVDF层上方。PVDF层可安置于金属化墨层上方，所述金属化墨层可以是银、铜、铝或其它合适的导电材料中的一个或任一组合。金属化墨元件之间的间隙可在0.02”(+.001/-.01”)的范围内。金属膜层元件之间的间隙可以在.005”(+/-0.001”)的范围内。墨元件之间以及金属化薄膜元件之间的间隙可以经配置以大到足以当发射信号施加到电极、墨元件或薄膜时防止所述发射信号的电弧作用。间隙还可经配置以小到足以防止接收器所拍摄的超声图像的假影。
[0081] 图14说明包括条带元件1420的超声发射器阵列1400的透视图。每一条带元件具有用以将激励TX信号施加到每一条带元件的相应电极，电极1410的集。如例如在图10中所示出的TX信号可为单端或差分的。
[0082] 图15A说明根据一实施方案的声学信号的发射和接收的时间定相的实例。首先参考图15A，说明根据一实施方案的超声传感器系统1500的概念性剖开视图。超声传感器系统1500包含接收器的阵列1510和发射器的阵列1520。在所说明的实施方案中，阵列1520与阵列1510大致平行，但也未必如此。
[0083] 发射器的阵列1520分段成单独受控制的部分1520(i)，其可以经配置以经历非同时发射器激励循环。因此，并且如图15B中所说明，可在不同时间从每一部分1520(i)射出声学信号。因此，声学信号在不同时间到达接收器的阵列的部分1510(i)。每一部分1510(i)可对应于数个像素元件。举例来说，在一些实施方案中，每一部分1510(i)包含数行像素元件。在所说明实例中，如果超声阵列1500包含'M'行和'N'列的M×N阵列，那么每一部分1510(i)可包含大约m/5行。在其它实施方案中，举例来说，每一部分1510(i)可包含大约m/10或m/20行。
[0084] 现参考图15B，可观察到，在阵列1510的邻近部分处，在声学信号的接收中产生时间延迟。举例来说，在第一部分1510(1)和第二部分1510(2)处的声学信号的接收之间的时间延迟是Δt5。类似地：在第二部分1510(2)和第三部分1510(3)处的声学信号的接收之间的时间延迟是Δt6；在第三部分1510(3)和第四部分1510(4)处的声学信号的接收之间的时间延迟是Δt7；且在第四部分1510(4)和第五部分1510(5)处的声学信号的接收之间的时间延迟是Δt8。时间延迟Δt5、Δt6、Δt7和Δt8可以在数十到数百纳秒的范围内。在一实施方案中，时间延迟可各自为例如发射器激励循环持续时间的5-10％，或约25-50纳秒。在一些实施方案中，Δt5、Δt6、Δt7和Δt8可大致相等，但也未必如此。
[0085] 现参考图15C，可观察到，时间延迟可使得阵列1510的邻近部分处的声学信号的接收为非共存的。举例来说，在第一部分1510(1)和第二部分1510(2)处的声学信号的接收之间的时间延迟是Δt5，其中Δt5长到足以使在第一部分1510(1)处的声学信号的接收与第二部分1510(2)处的声学信号的接收之间存在极少重叠或无重叠。类似地，在第二部分1520(2)和第三部分1530(3)处的声学信号的接收之间的时间延迟是Δt6，其中Δt6长到足以使在第二部分1520(2)处的声学信号的接收与第三部分1530(3)处的声学信号的接收之间存在极少重叠或无重叠，等。
[0086] 图16是用于超声感测的方法1600的说明性实例。在一些实施方案中，所述方法可涉及在方框1610处，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；在方框1620处，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；在方框1630处，通过传感器控制器，设置第一多个超声传感器像素的第一距离门延迟(RGD)；在方框1640处，通过传感器控制器，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，其中在第一时间和第二时间之间存在时间延迟；和在方框1650处，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；和在方框1660处，通过传感器控制器，设置第二多个超声传感器像素的RGD；且其中通过传感器控制器设置第一RGD和第二RGD以容纳第一时间和第二时间之间的时间延迟。
[0087] 所述方法可另外涉及例如将激励信号施加到超声发射器阵列中的多个或所有元件。这类元件可为离散的，例如PMUT，或可布置为条带行。传感器控制器可设置一或多行传感器像素的相应RGD以容纳从一个元件到另一元件的发射中的时间延迟。此RGD对于每一后续行来说可能更长，举例来说，对于行k+1，RGD将具有大于行k的时间延迟时段的时间延迟时段。
[0088] 在实例中，所述方法可另外涉及将激励信号同时施加到多个元件，同时还在多个元件集之间具有时间延迟。举例来说，一或多个激励信号可同时施加到超声发射器阵列的第一元件和第二元件，接着可存在时间延迟，接着可将一或多个激励信号同时施加到超声发射器阵列的第二元件和第三元件，等。
[0089] 为了充分捕获接收到的超声信号，所述方法可包含使每一相应RGW延迟一时间延迟，所述时间延迟对应于超声接收器阵列中的每一后续行的RGD中的增加。
[0090] 因此，已公开用于超声感测的系统和方法。应了解，可涵盖若干替代配置和操作技术。
[0091] 如本文所使用，涉及项目列表中的“至少一个”的短语是指那些项目的任何组合，包含单个成员。作为实例，“以下中的至少一个：a、b或c”意在涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c。
[0092] 结合本文中所公开的实施方案描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块、电路和算法过程可实施为电子硬件、计算机软件或这两者的组合。硬件与软件的互换性已大体在功能性方面加以描述，且在上文所描述的各种说明性组件、块、模块、电路和过程中加以说明。这类功能性是以硬件来实施还是以软件来实施取决于特定应用和强加于整个系统的设计约束。
[0093] 结合本文中所公开的方面描述的用以实现各种说明性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件和数据处理设备可通过以下各项来实现或执行：通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件，或经设计以执行本文中所描述的功能的任何组合。通用处理器可为微处理器或任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可实施为计算装置的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心结合的一或多个微处理器，或任何其它此类配置。在一些实施方案中，特定过程和方法可由特定于给定功能的电路执行。
[0094] 在一或多个方面中，可以硬件、数字电子电路、计算机软件、固件(包括本说明书中所公开的结构和其结构等效物)或以其任何组合来实施所描述的功能。本说明书中描述的标的物的实施方案还可实施为一或多个计算机程序，例如计算机程序指令的编码在计算机存储媒体上以由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作的一或多个模块。
[0095] 如果实施于软体中，那么所述功能可作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体(例如，非暂时性媒体)上或经由所述计算机可读媒体(例如，非暂时性媒体)传输。本文中所公开的方法或算法的过程可以在可以驻存于计算机可读媒体上的处理器可执行软件模块中实施。计算机可读媒体包含计算机存储媒体和通信媒体两者，所述通信媒体包含可经启用以将计算机程序从一处传送到另一处的任何媒体。存储媒体可为由计算机存取的任何可供使用的媒体。以实例说明而非限制，非暂时性媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用于以指令或数据结构形式存储所期望的程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。而且，可将任何连接恰当地称为计算机可读媒体。如本文所使用的磁盘和光盘包含压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常是以磁性方式再现数据，而光盘是用激光以光学方式再现数据。以上各个的组合也应包含在计算机可读媒体的范围内。另外，方法或算法的操作可作为代码和指令中的任一个或任何组合或集合驻存于可并入到计算机程序产品中的机器可读媒体和计算机可读媒体上。
[0096] 对于所属领域的技术人员来说，本发明中所描述的实施方案的各种修改可以是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文中所定义的一般原理可适用于其它实施方案。因此，本发明并不希望限于本文中所展示的实施方案，而应被赋予与权利要求书、本文中所公开的原理和新颖特征相一致的最广泛范围。词语“示范性”在本文中专门使用(如果完全)以表示“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示范性”的任何实施方案未必应解释为比其它实施方案优选或有利。
[0097] 在本说明书中在单独实施方案的上下文中描述的某些特征还可在单个实施方案中组合地实施。相反地，在单个实施方案的上下文中描述的各种特征也可单独地在多个实施方案中实施或以任何合适的子组合来实施。此外，尽管上文可将特征描述为以某些组合起作用且甚至最初如此主张，但在一些情况下，可将来自所主张的组合的一或多个特征从组合中删除，并且所主张的组合可针对子组合或子组合的变化。
[0098] 类似地，虽然在附图中按特定次序描绘操作，但这不应被理解为要求按所展示的特定次序或按循序次序执行此类操作，或执行所有所说明的操作，以实现所要结果。此外，图式可能以流程图形式示意性地描绘一个以上实例过程。然而，可将未描绘的其它操作并入于经示意性说明的实例过程中。举例来说，可在所说明的操作之前、之后、同时地或之间进行一或多个额外操作。在某些情况下，多任务处理和并行处理可为有利的。此外，上文所描述的实施方案中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实施方案中要求此类分离，且应理解，所描述的程序部件和系统大体上可一起集成在单个软件产品中或封装到多个软件产品中。另外，其它实施方案是在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，权利要求书中所叙述的动作可以不同次序来执行且仍实现所期望的结果。
[0099] 将理解，除非明确地指示所描述的特定实施方案中的任一个中的特征彼此不兼容，或周围上下文暗示其相互排斥且不容易在互补和/或支持性意义上组合，否则本发明的全部内容预期且设想那些互补实施方案的特定特征可经选择性组合，以提供一或多个全面、但稍许不同的技术解决方案。因此，将进一步了解，以上描述仅以实例方式给出，且可在本公开的范围内进行详细修改。
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