CN105263419A - 具有集成的成像能力的便携式电子设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种便携式电子设备(例如，智能电话和/或平板电脑)，其用于生成和显示成像目标(例如人体)的图像(例如，二维或三维图像)。该便携式电子设备可以包括成像元件，其配置为接收透射穿过成像目标和/或被成像目标反射的辐射信号；该便携式电子设备还包括成像界面和一个或多个处理器。该便携式电子设备的显示可以看起来是进入成像目标(例如，人体)的视窗，和/或目标的分解图(例如三维、向上投影图像)。该生成的图像可以为目标(例如，人体)的内部特征的实时连续的图像，随着便携式电子设备相对于目标表面的移动，该实时连续的图像被更新以跟踪目标的移动(例如，呼吸模式)和便携式电子设备的相对位置。

Description

具有集成的成像能力的便携式电子设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年4月3日提交的美国专利申请第13/856,252号的名称为“PortableElectronicDeviceswithIntegratedImagingCapabilities”(“具有集成的成像能力的便携式电子设备”)的优先权，通过引用其全部内容，该申请的所有内容结合于此。
技术领域
概括而言，本发明涉及一种成像设备和方法(例如，超声成像设备和方法)。
背景技术
成像技术被使用在医疗护理的各个阶段中。例如，成像技术被用于对病人的无创诊断，以监测医疗程序(例如，外科手术)的效果和/或监测术后的恢复进度。
常规的成像设备和方法(包括核磁共振成像(MRI)技术)一般被配置为并限制为在医院环境中的固定地点使用。MRI技术通常比较迟缓，并且受限于其他的缺陷，包括：高昂的价格、大噪声以及潜在有害的磁场的使用。
有鉴于此，需要提供一种具有集成的成像能力的便携式电子设备以及相关联的方法。
发明内容
本发明的某些实施方案涉及一种便携式电子设备(例如，智能电话和/或平板电脑)，当该设备被置于接近于对象(例如，人体)(例如，贴近对象或在对象上)时，所述设备生成和显示图像(例如，二维或三维图像)，该图像表现为进入下面的对象的视窗。随着该便携式电子设备在人体的各个部分(例如，腹部、胸部等)上移动，该视窗和显示在便携式电子设备的显示屏上的对应图像发生变化。通过便携式电子设备显示的图像可以识别例如器官、动脉、静脉、组织、骨和/或其他身体的成分或部分。在各个实施方案中，图像可以以三维形式呈现，使得其在观察者看来，观察者看到身体内部，或者身体的部分从身体投影(例如，分解视图)出来。
本发明提供了系统、装置、计算机可读介质、利用便携式电子设备(例如，智能电话或平板电脑)提供成像功能的方法的多个实施方案。在某些实施方案中，该便携式电子设备配置为生成和显示看起来是对象或其组成部分的分解视图(例如，三维、向上投影的图像)的图像。在某些实施方案中，便携式电子设备的移动导致了渲染了目标的不同的内部图像(例如，不同的人体部分)。在某些实施方案中，生成的下面的对象(例如，人体的一部分)的视窗可以提供对象的内部视图(例如，器官或器官的一部分的三维渲染)。
根据本发明的一个方面的某些实施方案中，提供的便携式电子设备包括处理器，其配置为：当该设备被置于目标的外表面时，生成目标的内部特征的图像(例如，超声图像)；该便携式电子设备还包括显示器，其配置为显示图像。
根据本发明的另一方面的某些实施方案中，提供的便携式超声设备多个超声元件，其配置为：当超声设备指向目标时，接收被目标反射的或穿过目标的超声辐射。该便携式超声设备还包括显示器，其配置为：至少部分地基于由所述多个超声元件接收的超声辐射而显示目标的内部特征的图像。
根据本发明的另一方面的某些实施方案中，提供一种方法，该方法包括：将便携式电子设备指向主体的外表面；以及，将便携式电子设备指向主体的外表面的同时，在便携式电子设备的显示器上观察主体的内部特征的图像。在某些实施方案中，所述便携式电子设备包括辐射传感器；并且该方法进一步包括：使用该辐射传感器接收由主体反射的或者穿过主体的辐射；至少部分地基于由该辐射传感器接收的辐射而创建内部特征的图像。
根据本发明的另一方面的某些实施方案中，提供的便携式电子设备用于：当该设备对着人体(例如，在离人体大约一米或小于一米的范围之内)时，该设备在设备的显示器的视窗中渲染人体的内部的图像(例如，三维图像)。在某些实施方案中，随着该设备相对于人体移动，所述图像变为以反映额外的人体部分。
在某些实施方案中，该便携式电子设备通过对辐射传感器接收的辐射信号进行处理来渲染图像，该辐射信号是被人体反射或穿过人体的。在某些实施方案中，该便携式电子设备被置于距离人体大约一米的范围内(例如，在离身体0.75米至1.25米的范围内)。
根据本发明的另一方面的某些实施方案中，提供的便携式电子设备包括多个成像元件，其配置为接收透射经过成像目标以及成像界面或由成像目标以及成像界面反射的辐射信号。该便携式电子设备还包括一个或多个处理器，其配置为：接收来自多个成像元件中的至少一个的一个或多个感测信号，并且至少部分地基于该一个或多个感测信号而通过成像界面渲染成像目标的图像以便显示。
在某些实施方案中，每一个成像元件由对应的成像处理器分开处理，使得将成像元件的经处理信号进行组合渲染出了与基于单个的成像元件渲染的图像相比的具有更高的分辨率和/或更高的帧率的图像。在某些实施方案中，组合的经处理信号用于生成目标的三维图像。
在某些实施方案中，该便携式电子设备为手持式便携式电子设备，例如移动电话或平板电脑。
在某些实施方案中，成像元件可以包括其自身专用的处理电路，例如图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)和/或中央处理单元(CPU)，和/或可以利用便携式电子设备的处理电路。例如，在某些实施方案中，可以利用便携式电子设备的CPU和/或GPU进行图像采集/重建以及图像渲染。在某些实施方案中，可以利用便携式电子设备的CPU来基于所接收的信号(例如，反向散射信号和/或透射信号)来处理计算，以生成图像或拓扑图形，同时，可以利用GPU基于从CPU接收到的信息而渲染图像，以生成实时的或大致上实时的图像显示。在某些实施方案中，便携式电子设备可以包括一个或多个用于处理、滤波、放大和/或渲染图像的组件。
在某些实施方案中，该处理电路可以制造在与超声元件相同的半导体芯片上。
在某些实施方案中，该便携式电子设备可以包括一个或多个处理器，以便至少部分地基于所存储的数据(例如，存储在便携式电子设备的随机存取存储器或其他存储设备中的数据)来识别已在图像中识别出的结构。例如，在设备中存储的数据可以识别存在于人体的不同区域的结构的特征(例如，一个或多个形状、颜色、质地、细胞特征、组织特征和/或其他区别性的和/或周围特征或结构)，以供个人的电子设备用来识别和/或预测设备所渲染的图像中描绘的结构的类型。在某些实施方案中，存储在设备中的数据可以(例如，基于对应于之前存储的与疾病对应的特定的结构特征的图像数据)识别特定疾病(例如，癌症或其他异常)的特征，以供个人的电子设备用来识别和/或预测由设备所渲染的图像中描绘的结构的类型。
附图说明
下面将参考所附附图对本发明的各个方面以及实施方案进行描述。应了解，附图不一定是按比例绘制的。在多个附图中出现的项目通过在所有出现该项目的附图中的相同的附图标记表示。
图1A示出了根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备，其包括用于生成和/或渲染人体或人体的一部分的内部图像的成像界面。
图1B示出了根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备生成和/或渲染的人体的一部分的三维内部图像。
图2A示出了根据本发明的某些实施方案的包括有成像界面的便携式电子设备的正视图。
图2B示出了根据本发明的某些实施方案的包括有成像元件的便携式电子设备的后视图。
图3示出了根据本发明的某些实施方案的透射成像系统和方法。
图4示出了根据本发明的某些实施方案的反射成像系统和方法。
图5示出了根据本发明的某些实施方案的透射和/或反射成像系统和方法。
图6A示出了根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备，其包括用于生成和/或渲染在第一位置和第二位置的人体部分的内部图像的成像界面。
图6B示出了根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备生成和/或渲染的在图6A所示的在第一位置的人体部分的三维内部图像。
图6C示出了根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备生成和/或渲染的在图6A所示的在第二位置的人体部分的三维内部图像。
图7A示出了根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备的正视图。
图7B示出了根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备的后视图。
图7C示出了根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备的壳体的正视图。
图7D示出了根据本发明的某些实施方案的包括用于便携式电子设备的成像元件的壳体的后视图。
图8A示出了根据本发明的某些实施方案的用于便携式电子设备的壳体的正视图。
图8B示出了根据本发明的某些实施方案的包括用于与便携式电子设备一同使用的模块单元的保持机构的壳体的后视图。
图8C示出了根据本发明的某些实施方案的用于便携式电子设备的壳体的正视图。
图8D示出了根据本发明的某些实施方案的包括用于与便携式电子设备一同使用的模块单元的保持机构的壳体的后视图。
图8E示出了根据本发明的某些实施方案的包括成像电路的模块单元。
图9A示出了在某些实施方案中如何将单个的换能器元件装配在更大的换能器阵列中。
图9B至图9F示出了在某些实施方案中在阵列中的给定的换能器元件如何配置的五个不同示例。
图10A示出了根据某些实施方案的单片式超声装置的示意性示例。
图10B为方框图，其示出了在某些实施方案中，如何使用用于给定的换能器元件的TX控制电路和RX控制电路来对元件进行激励以发射超声脉冲，或者接收并处理来自元件的表示其感测到的超声脉冲的信号。
图11示出了在阵列或其他布置中的偏置换能器元件的示例性技术。
图12和图13示出了可以被包括在图10所示的RX控制电路中的模拟处理块以及数字处理块中的组件的示意性示例。
图14A至图14K示出了根据本申请的非限定性的实施方案的用于制造在CMOS晶圆中的腔体上形成有膜的CMOS超声换能器(CUT)的工艺序列。
具体实施方式
根据本发明的某些实施方案，提供有一种便携式电子设备，其包括：成像界面以及一个或多个成像元件。例如，该便携式电子设备可以是移动电话、个人数字助理、智能电话、平板设备、数码相机、笔记本电脑等等。利用便携式电子设备可以生成和/或渲染图像。例如，可以利用便携式电子设备在成像目标(例如人体或人体的一部分)中模拟“视窗”。该模拟的“视窗”可以提供人体或人体的一部分的内部的视图，包括：器官、动脉、静脉、组织、骨和/或其他身体的成分或部分的视图。例如，可以为用户生成示出和/或模拟出成像目标的内部特征的图像(例如，超声或超声描记(sonographic)的图像)。在某些实施方案中，可以生成和/或渲染实时连续的或大致上实时连续的图像(例如，10帧/秒、20帧/秒、25帧/秒、30帧/秒等等)，使得便携式电子设备的移动产生大致实时更新的与便携式电子设备的新位置对应的区域的图像。在某些实施方案中，便携式电子设备可以实时渲染出目标对象的内部移动(例如，器官的膨胀和/或收缩)。
根据由本发明所详细描述的非限定性的实施方案，在某些实施方案中，其中所描述的便携式电子设备和方法可包括、联接至(例如，经由合适的通信连接或接口，如USB链路)或另外利用一个或多个辐射源、传感器和/或换能器(例如，超声换能器的一个或多个阵列)、前端处理电路以及相关的处理技术和/或图像重建设备和/或方法，以向用户生成和/或渲染图像。
本发明的在某些实施方案中，本文图1A至图8E中所描述的一个或多个设备可以包括或联接至一个或多个超声成像元件(例如，超声源、传感器、和/或换能器的一个或多个阵列)。至少部分基于成像设备所接收的辐射信号，便携式电子设备中的一个或多个计算机或处理器可以执行图像分析和/或图像渲染。
根据某些实施方案，图1A示出了一种便携式电子设备100，其包括用于生成和/或渲染人体或人体的一部分106的内部图像的成像界面102。图1B示出了由根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备100生成和/或渲染的人体的一部分的三维内部图像110。如图1A所示，该便携式电子设备100可以位于被成像和/或被分析的人体的一部分附近的区域(例如，与该人体的一部分的表面接触或者在距离该表面大约一米的范围以内)。该便携式电子设备100可以包括成像元件104，该成像元件配置为发射和/或接收辐射信号。该成像元件104以及根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备100的其他部件和功能将会在下面参考图2A至图2B详细描述。如图1B所示的内部图像110可以由便携式电子设备100生成。内部图像110可以为人体的一部分的三维内部图像，该图像在观察者117看来是从便携式电子设备100的表面向上的投影，给予观察者针对下面的人体的观察视窗的感知。经由内部图像的生成，便携式电子设备100可以提供在人体的内部区域(该区域在人体表面之下)中的视窗。如同下面将参见附图6A至6C进行更详细的描述的，生成的图像可以为实时连续的图像，从而图像是基于便携式电子设备100和/或成像目标(例如，人体的内部器官)的移动而动态地更新的。
图2A示出了根据本发明的某些实施方案的包括有成像界面102的便携式电子设备100的正视图。便携式电子设备100的成像界面102可以包括显示器，该显示器配置为输出成像目标的二维(2D)或三维(3D)图像。在某些实施方案中，成像界面102为交互式的并且能够接收用户的输入，例如，通过触摸屏接收用户的输入。经由成像界面102进行显示的图像可以基于接收到的输入进行调整，例如，调整缩放程度、居中位置、细节程度、下面的对象的待成像的深度、分辨率、亮度、颜色和/或图像的其他方面。例如，在某些实施方案中，成像界面102可以配置为允许用户使用例如触摸屏来选择性地遍历下面的对象的各个层和成像深度。
使用任意合适的方法或者方法的组合(例如，立体图片法(anaglyph)、偏光法(polarization)、掩蔽法(eclipse)、干涉滤波法(interferencefiltering)和/或裸眼立体法(austosteroscopy))，便携式电子设备100可以渲染成像目标的三维图像。例如，在某些实施方案中，成像界面102包括圆偏光器和/或线性偏光器，使得佩戴有偏光滤光镜的观察者能够观察到三维图像。在某些实施方案中，成像界面102配置为显示交替的左图像和右图像，使得佩戴有随着显示的图像而交替的快门的眼镜的观察者观察到三维图像。在某些实施方案中，成像界面102可以利用裸眼立体方法，使得用户可以不必使用3D眼镜来观察三维图像。
在某些实施方案中，便携式电子设备100可以除了显示目标对象的图像之外，还显示(例如，以图形方式叠加于目标对象的图像上的，或临近于目标对象的图像的)信息(例如，文本和/或图形)，例如，识别在图像中识别出的结构(例如，器官、动脉、静脉、组织、骨和/或其他身体的成分或部分)的文本和/或图形。在某些实施方案中，便携式电子设备100可以包括一个或多个处理器，其用于至少部分地基于存储的数据(例如，存储在便携式电子设备100的随机存取存储器或其他存储设备中的数据)来识别在图像中识别出的结构。例如，在设备100中存储的数据可以识别在人体的不同区域中存在的结构的特征(例如，一种或多种形状、颜色、质地、细胞特征、组织特征和/或其他区别性的和/或周围的特征或结构)，以供个人电子设备100用来识别和/或预测由设备100渲染的图像所描绘的结构的类型。在某些实施方案中，存储在设备100中的数据可以识别特定疾病(例如，癌症或其他异常)的特征，以供个人电子设备100识别和/或预测由设备100所渲染的图像中描绘的结构的类型。在某些实施方案中，显示在用户界面104上的图像、文本、图形和/或其他信息可以经由用户与便携式电子设备100的一个或多个输入(例如，触摸屏、按钮、触敏区域等)进行交互而得到调整。
图2B示出了根据本发明的某些实施方案的包括有成像元件104的便携式电子设备100的后视图。成像元件104可以配置为超声辐射和/或其他辐射的源(发射器)和/或传感器。在某些实施方案中，如图2B所示，成像元件104可以具有大致上相同的尺寸和/或可以布置在阵列中。在某些实施方案中，成像元件104可以具有不同的尺寸和/或以不规则或散乱的配置而布置。在某些实施方案中，成像元件104中的一个或多个(例如，所有的成像元件104)可以布置在相同的平面上。在其他的实施方案中，成像元件中的至少一些可以布置在至少两个不同的平面上。在某些实施方案中，包括在便携式电子设备100中的所有成像元件104可以为发射元件或感测元件中。在某些实施方案中，成像元件104可以包括发射元件和感测元件。以仅为示例性而非限定性的方式给出的，如图2B所示的实施方案包括成像元件104的4×6的阵列。在其他的实施方案中，可以提供任意合适数量(例如，10、20、30、40、50、100、200、500、1000、或在这些数量之间的任何数量或者更大的数量)的成像元件，并且任意合适数量的成像元件可以以任何合适的配置进行布置。
在某些实施方案中，成像元件104可以集成到电路板(例如，印刷电路板)中，该电路板包括，例如，便携式电子设备100的处理(例如，图像处理)组件。在某些实施方案中，成像元件104可以设置在与便携式电子设备100的处理组件分开的电路板上，或者设置在电路板的与便携式电子设备100的处理组件分开的层上，并且可以经由合适的通信链路(例如，内部总线、USB链路或其他接口)与处理电路进行通信。在某些实施方案中，如下面结合图14A至图14K所描述的，可以在具有处理电路的半导体芯片上微制造(microfabricate)成像元件104。
根据本发明的某些实施方案的成像元件104可以包括其自身的专用的处理电路，例如图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)和/或中央处理单元(CPU)，和/或可以利用便携式电子设备100的处理电路。例如，在某些实施方案中，可以利用便携式电子设备100的CPU和/或GPU进行图像采集/重建以及图像渲染。在某些实施方案中，可以利用便携式电子设备100的CPU来基于所接收的信号(例如，反向散射信号和/或透射信号)进行计算，以生成图像或拓扑图形，同时利用GPU来基于从CPU接收到的信息而渲染图像，以生成实时的或大致上实时的图像显示。在某些实施方案中，便携式电子设备100可以包括一个或多个用于处理、滤波、放大和/或渲染图像的组件。
图3示出了根据本发明的某些实施方案的透射成像系统和方法301。如图3所示，该透射成像系统301包括两个便携式电子设备100A和100B，这两个设备在成像目标306的两侧相对或者基本相对。在其他的实施方案中，设备100A和100B可以以任何其他的相对于彼此的关系定位。在某些实施方案中，设备100A和/或100B可以包括一个或多个用于确定这些设备的相对位置以辅助图像的生成的传感器。尽管设备100B被显示为便携式电子设备100B(例如，智能电话)，但在某些实施方案中，设备100B可以是专用的感测和/或发射设备，例如超声元件阵列以及相关的电路。从便携式电子设备100B发射的信号(例如，波或束308)由便携式电子设备100A感测并且利用，以渲染目标306的2D或3D图像310(例如，实时或大致实时的图像)。在某些实施方案中，生成的3D图像可以为弹出式图像(pop-outimage)或深度图像(depthimage)的形式。在某些实施方案中，便携式电子设备100A可以配置为发送信号308(例如，波或束)穿过目标306，以由便携式电子设备100B接收。在某些实施方案中，至少部分地基于对感测到的信号进行处理，便携式电子设备100B可以同时地或大致同时地渲染图像(例如，设备100A渲染的图像的后视图、交替视图或者细节层次)。在某些实施方案中，便携式电子设备100A和/或100B可以将所感测的信号的结果彼此通信，以生成或改善所渲染的图像，例如，提供更高的分辨率和/或更高的帧率。例如，渲染设备可以就渲染的图像发送反馈至信号发射设备，并且作为回应，信号发射设备可以调整功率水平、信号类型、信号频率、或其他信号参数，以改善渲染设备渲染的图像。
图4示出了根据本发明的某些实施方案的反向散射和/或反射成像系统和方法401。如图4所示，至少部分地基于信号408的反射(例如，反向散射效应(back-scattereffect))，便携式电子设备100可以利用发射和/或感测元件104以渲染图像410，在某些实施方案中，便携式电子设备100是用于对目标进行成像(例如，产生表现为进入人体的视窗的图像)的唯一设备。例如，便携式电子设备100可以包括辐射源和传感器(例如，分开的源和传感器，和/或多个既作为源又作为传感器的换能器)，其中，传感器用以重建图像的全部或大致全部辐射是反向散射辐射或通过相似的效应产生的辐射。
图5示出了根据本发明的某些实施方案的透射和/或反射成像系统和方法501。如图5所示，可以利用多个设备(如便携式电子设备500A、500B、500C和/或500D)以在便携式电子设备500B上渲染目标506的一个或多个图像510。如图5所示，便携式电子设备500A至500D中的每一个可以配置为发射信号(例如，波或束)508。通过彼此通信，图像510或者图像或成像的结构的交替视图可以在另外的便携式电子设备上渲染(例如，500A、500C和/或500D)。在某些实施方案中，设备中的每一个(例如，500A、500C和/或500D)可以配置为只作为发射和/或感测设备。在便携式设备500B上渲染的图像510可以至少部分地基于由设备500A至500D中的一个或多个发射的信号508，这些信号通过反射(例如，反向散射)和/或透射而被设备500A至500D中的一个或多个感测。
在某些实施方案中，根据本发明的一个或多个便携式电子设备可以仅基于由设备的一个或多个传感器(例如，超声换能器)接收的信号来生成和/或渲染图像。在某些实施方案中，根据本发明的一个或多个便携式电子设备可以至少部分地基于被存储在便携式设备的存储器(例如，随机存取存储器)中的、识别关于被成像的对象的结构、部分、组成和/或其他特征的细节的信息来生成和/或渲染图像。例如，在某些实施方案中，当由便携式电子设备的一个或多个传感器接收的数据表明，被成像的对象为特定的身体部分或区域时，便携式电子设备可以使用所接收的数据以及所存储的数据来生成对象和/或其组成部分的图像，和/或提供关于对象和/或其组成部分的额外的细节或解释。例如，存储的数据可以与接收的数据进行比较，以确定之前渲染的图像或帧与当前图像或帧的差异，使得通过改变对应于所确定的差异的像素的输出，可以生成已更新的图像。
在本发明的某些实施方案中，生成的和/或渲染的图像可以为实时的或大致实时的图像，该图像基于便携式电子设备100沿着成像目标表面的移动和/或基于成像目标的运动而动态地更新。图6A示出了便携式电子设备100，其包括根据某些实施方案的用于生成和/或渲染在第一位置和第二位置的人体部分的内部图像的成像界面102。图6B示出了，在图6A所示的第一位置的人体部分的三维内部图像610，该图像由根据某些实施方案的便携式电子设备100生成和/或渲染。图6C示出了，在图6A所示的第二位置的人体部分的三维内部图像610，该图像由某些实施方案的便携式电子设备100生成和/或渲染。如图6B所示，人体的一部分的三维内部图像610可以生成并显示给观察者617。三维图像610可以作为具有例如下述变化的图像而显示给观察者617：与如图6A所示的便携式电子设备100在第一位置的人体内部部分的表面和/或其他方面或特征相应的拓扑图形的变化。该三维图像610可以为实时连续的图像(例如，视频图像)，其根据便携式电子设备100和/或正在受到分析的人体的内部部分的移动而动态地更新。如图6C所示，显示了不同的下面的结构和/或方面(例如，器官、动脉、静脉、组织、骨和/或其他身体的成分或部分)的不同的三维内部图像610被显示给观察者617。图6C所示的三维内部图像610对应于图6A所示的便携式电子设备100的第二位置的人体部分的内部图像。如图6C所示，内部图像610被示出为显示不同的图像，该图像显示与图6B所示的内部图像610不同的拓扑图形和/或人体部分的其他方面或特征。如上所述，通过不同的长宽比和/或缩放设置的选择，并且通过便携式电子设备600的定位，可以生成目标的不同类型的内部图像，例如整个器官或多个器官的三维视图。
在某些实施方案中，包括有传感器和/或源(例如，换能器)的成像元件可以设置在便携式电子设备的壳体上、便携式电子设备的壳体中，或者联接至便携式电子设备的壳体。图7A示出了根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备700的正视图。该便携式电子设备700包括成像界面702。图7B示出了根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备700的后视图。如图7A和图7B所示，不同于便携式电子设备100，该便携式电子设备700包括的成像元件104不作为设备700的主壳体或外壳的一部分。
图7C示出了根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备的壳体711的正视图。图7D示出了根据本发明的某些实施方案的包括有成像元件的便携式电子设备的壳体711的后视图。壳体711可以配置为附接至便携式电子设备，至少部分地包围便携式电子设备700。在某些实施方案中，壳体711可以同时为便携式电子设备700提供成像能力和作为保护性的壳体。壳体可以由任何合适的材料制成，例如橡胶、塑料、皮革等等。如图7D所示，壳体711的后表面和/或其他表面上可以(例如，直接在表面上)设置有成像电路712(例如，集成电路)，壳体711的后表面和/或其他表面中可以集成有成像电路712(例如，集成电路)，和/或，壳体711的后表面和/或其他表面可以联接至成像电路712(例如，集成电路)。壳体711可以被认为是便携式电子设备700的一部分。
成像电路712可以包括一个或多个成像元件104。如上所述，成像元件104可以包括源和/或传感器。成像电路712也可以包括通信装置714，该通信装置配置为通过有线或无线链路而与便携式电子设备700进行通信。例如，成像电路712可以包括通信发射器/接收器，其利用红外信号、蓝牙通信信号、近场通信信号和/或类似方法与便携式电子设备700进行通信。在某些实施方案中，通信装置714可以经由有线通信链路(例如，USB接口或其他数据接口)或有线和无线链路的组合与便携式电子设备的处理电路进行通信。在某些实施方案中，成像电路712可以通过有线和/或无线连接至便携式电子设备而接收电力。在某些实施方案中，成像电路712可以从联接至成像电路712的独立的电源(例如，电池)接收电力。在某些实施方案中，当便携式电子设备700联接或附接至壳体711时，便携式电子设备700自动地加载和/或执行软件应用和/或驱动程序，从而基于与成像电路712的通信来渲染图像。该软件应用和/或驱动程序可以存储在成像电路712的存储器中并且被通信至便携式电子设备700，和/或可以由便携式电子设备通过网络(例如，互联网)检取(retrieve)。
在某些实施方案中，便携式电子设备700从通信装置714接收原始数据并且使用包含在便携式电子设备700中的处理电路(例如，图像信号处理器、数字信号处理器、滤波器和/或类似装置)处理该原始数据。在某些实施方案中，成像电路712包括本地成像处理器716，其配置为处理由成像元件104接收的信号。通信装置714可以配置为对接收自成像元件104的数据(例如，原始传感器数据)进行通信，和/或可以对接收自本地成像处理器716的经处理的数据进行通信。如图7A所示，便携式电子设备700包括界面702，其用于显示由接收自通信装置714的处理信号所渲染的图像。
在某些实施方案中，可以分开地设置成像电路(例如，集成电路)，使得这些电路可以安装至和/或附接至不同的便携式电子设备所使用的不同的壳体上。图8A示出了根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备的壳体811A的正视图。图8B示出了包括有保持机构820的壳体811A的后视图，该保持机构用于根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备所用的模块单元830。图8C示出了根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备的壳体811B的正视图。图8D示出了包括有保持机构的壳体811B的后视图，该保持机构用于根据本发明的某些实施方案的便携式电子设备所用的模块单元830。图8E示出了根据本发明的某些实施方案的包括有成像电路712的模块单元830。如图8A至图8D所示，壳体811A具有与壳体811B不同的形状。壳体811A可以应用于第一便携式电子设备，而壳体811B可以应用于第二便携式电子设备，该第二便携式电子设备具有与第一便携式电子设备不同的尺寸和/或形状。壳体811A和811B中的每一个包括保持机构820，该保持机构配置为保持模块单元830。
模块单元830可以包括如上所述(参考图7A至图7D)的成像电路712。成像电路712可以包括一个或多个成像元件104、通信装置714和/或本地成像处理器716。模块单元830还包括联接机构832，该联接机构配置为与壳体811A和811B的保持机构820接合。例如，在某些实施方案中，保持机构820可以对应于被配置为容纳模块单元830的壳体811A和/或811B上的槽。联接机构832可以成型为与壳体811A和/或811B的槽相应，使得模块单元830可以被壳体811A和/或811B固定。在某些实施方案中，保持机构820和联接机构832可以包括用于在使用期间将模块单元830锁定在原位的对应的结构。在某些实施方案中，保持机构820可以包括一个或多个具有第一极性的磁体，联接机构832可以包括一个或多个具有与第一极性相反的第二极性的磁体，使得模块单元830能够被壳体811A和/或811B保持。
如同参考附图8A至8E所描述的，由于模块单元830可以与应用于不同的便携式电子设备的不同的壳体811A和/或811B进行结合，所以在成像系统与不同的便携式电子设备进行地结合时，模块单元830可以有益地提供灵活性。此外，不同的壳体811A和811B可以使用任何合适的技术(例如，3D打印、注塑成型等)进行制造。在某些实施方案中，壳体811A和/或811B可以以低成本进行制造，使得在不同的壳体811A和811B保持与模块单元830兼容的同时，壳体811A和811B可以被丢弃和/或升级。结果，即使便携式电子设备的设计发生了改变(例如，更新和/或升级)，模块单元830可以集成到多个便携式电子设备中，并且用户可以通过该多个便携式电子设备使用模块单元。
如下参考图9A至图9F、图13和图14A至图14K以及下述共有的专利文献来描述根据本发明的某些实施方案的可以集成到便携式电子设备中或联接至便携式电子设备的合适的成像设备的示例。上述专利文献为：申请号为13/654,337、2012年10月17日提交的标题为“TransmissiveImagingandRelatedApparatusandMethods”的美国专利申请；申请号为61/798,851、2013年3月15日提交的标题为“MonolithicUltrasonicImagingDevices,SystemsandMethods”的美国临时专利申请；以及申请号为61/794,744、2013年3月15日提交的标题为“ComplementaryMetalOxideSemiconductor(CMOS)UltrasonicTransducersandMethodsforFormingtheSame”的美国临时专利申请；上述文献中的每一个的全部内容通过引用的方式结合于此。
图9A示出了在某些实施方案中，单个的换能器元件104如何可以装配到更大的换能器阵列900中。图9B至图9F示出了在某些实施方案中的如何在阵列900中配置由圆形换能器单元902组成的给定的换能器元件104的五个示例。如图9B所示，在某些实施方案中，在阵列900中的每一个换能器元件104可以仅包括单个的换能器单元902(例如，单个的CUT或CMUT)。如图9B至9F所示，在其他的实施方案中，在阵列900中的每一个换能器元件104可以包括一组独立的换能器单元902(例如，CUT或CMUT)。换能器元件104的其他可能的配置包括：梯形元件、三角形元件、六角形元件、八角形元件等等。类似的，组成给定的换能器元件104的每一个换能器单元902(例如，CUT或CMUT)自身可以具有任何上述的几何形状，使得给定的换能器元件104可以，例如，包括一个或多个正方形换能器单元902、矩形换能器单元902、圆形换能器单元902、星形换能器单元902、梯形换能器单元902、三角形换能器单元902、六角形换能器单元902和/或八角形换能器单元902等。
在某些实施方案中，在每一个给定的换能器元件104中的至少两个(例如，全部)换能器单元902作为一个整体工作，并且一起生成向外的超声脉冲以响应于相同的脉冲发生器(如下描述)的输出，和/或一起接收入射的超声脉冲并驱动相同的模拟接收电路。当每一个换能器元件104中包括多个换能器单元902时，独立的换能器单元902可以以多种形态中的任意形态进行布置，其中选择了特定的形态以优化各种性能参数，例如：指向性、信噪比(SNR)、视域(fieldofview)等等，以用于给定的应用。在将CUT作为换能器单元902使用的某些实施方案中，独立的换能器单元902可以具有，例如，近似大约20-110μm的宽度，并具有大约0.5-1.0μm的膜厚度，以及独立的换能器元件104可以具有近似大约0.1-2.0μm的深度，并具有大约0.1mm-3mm的直径，或之间的任意值。然而，这些只是可能的尺寸的示意性示例，更大和更小的尺寸也是可能的并且已经被考虑到。
图10A示出了根据某些实施方案的单片式超声装置1000的示意性示例。如图所示，该装置1000可以包括一个或多个换能器的排列(例如，阵列)900、发射(TX)控制电路1004、接收(RX)控制电路1006、时序&控制电路1008、信号调节/处理电路1010、电源管理电路1018和/或高强度聚焦超声(high-intensityfocusedultrasound，HIFU)控制器1020。在所示实施方案中，全部的示出的元件形成在单个的半导体晶片(die)1012上。但是应当认识到，在可替选的实施方案中，所述元件中的一个或多个可以不在芯片上。此外，虽然示出的示例中显示了TX控制电路1004和RX控制电路1006，但在可替选的实施方案中，也可以仅采用TX控制电路或仅采用RX控制电路。例如，在如下环境中可以采用这样的实施方案：使用一个或多个仅进行发射的设备1000以发射声波信号，并且使用一个或多个仅进行接收的设备1000以接收透射穿过正被超声成像的对象或正被超声成像的对象反射的声波信号。
图10B为方框图，其示出了在某些实施方案中如何使用用于给定的换能器元件104的TX控制电路1004和RX控制电路1006来激励换能器元件104以发射超声脉冲，或者接收并处理来自换能器元件104的表示其感测到的超声脉冲的信号。在某些实施方案中，可以在“发射”阶段中使用TX控制电路1004，可以在“接收”阶段中使用RX控制电路1006，该“发射”阶段与“接收”阶段是非重叠的。在其他的实施方案中，例如，当使用成对的超声单元200仅被用于透射成像时，在给定的设备1000中可以不使用TX控制电路1004和RX控制电路1006中的一个。如上述提及的，在某些实施方案中，设备1000可以交替地仅采用TX控制电路1004或仅使用RX控制电路1006，本技术的各方面并不必然需要这两种类型的电路都存在。在各个实施方案中，每一个TX控制电路1004和/或每一个RX控制电路1006可以与单个的换能器单元(例如，CUT或CMUT)900相关联，与在单一的换能器元件104中的两个或多个换能器单元902的组相关联，与包括换能器单元902的组的单个的换能器元件104相关联，与在阵列900中的两个或多个换能器元件104的组相关联，或与换能器元件104的整个阵列900相关联。
在图10B所示的示例中，对于在阵列900中的每一个换能器元件104，存在分开的TX控制电路1004/RX控制电路1006组合，但是，时序&控制电路1008和信号调节/处理电路1010中的每一个仅有一个实例。因此，在这样的实施方案中，时序&控制电路1008可以负责同步和协调在晶片1012上的TX控制电路1004/RX控制电路的所有组合的工作，信号调节/处理电路1010可以负责处理来自于在晶片1012上的所有RX控制电路1006(参见图10中的元件1005)的输入。
如图10B所示，除了生成和/或分配时钟信号以驱动设备1000中的各个数字组件，该时序和控制电路1008可以输出“TX使能”信号以使得每一个TX控制电路1004的能够工作，或者输出“RX使能”信号以使得每一个RX控制电路1006的能够操作。在所示的示例中，在使能TX控制电路1004之前，在RX控制电路1006中的开关1003总是开断的，以使得防止TX控制电路1004的输出驱动RX控制电路1006。当已使得RX控制电路1006能够工作时，开关1003闭合，以使得RX控制电路1006能够接收并处理由换能器元件104生成的信号。
如图所示，用于各自的换能器元件104的TX控制电路1004可以包括波形发生器1007和脉冲发生器1009。波形发生器1007可以，例如，负责用于生成供应至脉冲发生器1009的波形，以使脉冲发生器1009对应于生成的波形而输出驱动信号至换能器元件104。
在图10B所示的示例中，用于各自的换能器元件104的RX控制电路1006包括模拟处理块1011、模拟-数字转换器(ADC)1013以及数字处理块1015。ADC1013可以例如包括10位，20Msps、40Msps或80Msps的ADC。
在数字处理块1015中经过处理之后，在晶片(在该示例中，晶片的数量等于芯片上的换能器元件104的数量)1012中的所有RX控制电路1006的输出提供至信号调节/处理电路1010中的多路复用器(MUX)1017。该MUX1017使得来自各个RX控制电路1006的数字数据多路复用，MUX1017的输出提供至信号调节/处理电路1010中的多路复用数字处理块1019，以便在数据例如经由一个或多个高速串行输出接口1014从晶片1012的输出之前进行最终处理。下面将进一步讨论在图10B中示出的各个电路块的实施方案的示例。如同下面进一步作出解释的，在模拟处理块1011和/或数字处理块1015中的各个组件可以用于从所接收的信号分离波形，并且减少需要从晶片1012经由高速串行数据链路或其他方式输出的数据量。在某些实施方案中，例如，在模拟处理块1011和/或数字处理块1015中的一个或多个组件可以从而使得RX控制电路1006能够以改善的信噪比(SNR)、并且以与波形的多样性兼容的方式接收透射的和/或散射的超声压力波。在某些实施方案中，包含有这些元件可以因此进一步便于实施和/或提高所公开的“片上超声”(“ultrasound-on-a-chip”)解决方案。
虽然下面描述了可以可选地被包括到模拟处理块1011中的特定组件，但是应当认识到，可以额外地或替选地在数字处理块1015中应用与这样的模拟组件对应的数字组件。反过来也是如此。即，虽然下面描述了可以可选地被包括到数字处理块1015中的特定组件，但是应当认识到，可以额外地或替选地在模拟处理块1011中应用与这样的数字组件对应的模拟组件。
图11示出了偏置在阵列900中的换能器元件104的技术的示例。如图所示，换能器元件104中的每一个的面向患者的一侧可以接地，以便将电击的风险最小化。每一个换能器元件104的另一侧经由电阻器1102可以连接至脉冲发生器1009的输出。因此，每一个换能器元件104通过脉冲发生器1009的输出而总是偏置的，而不论开关S1是否是开断还是闭合的。在某些实施方案中，例如，在应用包括一个或多个CUT或CMUT的换能器元件104的实施方案中，在元件上施加的偏置电压大约为100V。
如图11所附的时序图所示，开关S1可以在发射操作期间闭合，在接收操作期间开断。相反的，开关S2可以在接收操作期间闭合，在发射操作期间开断。(应注意，在开关S1的开断与开关S2的闭合之间总是有间隔，在开关S2的开断与开关S1的闭合之间也总是有间隔，以保证脉冲发生器1009不会向外施加脉冲至RX控制电路1006中的LNA1101。)
依然如在时序图中所示，除了在脉冲发生器施加至波形脉冲至其换能器元件104时，脉冲发生器1009可以始终将换能器元件104的底板(bottomplate)保持在其高输出电平，在发射阶段所施加的波形脉冲可以作为脉冲发生器1009的高输出电平的参考。因此，每一个独立的脉冲发生器1009能够始终在其对应的换能器元件104中维持偏置。如图11所示，在RX控制电路1006的开关S2与LNA1101之间可以放置电容器1104，以在接收操作期间(即，开关S2闭合)阻挡DC偏置信号(即，脉冲发生器1009的高输出)到达LNA1101。
在某些实施方案中，通过脉冲发生器1009偏置其各自的换能器元件104可以例如提供减少串扰(cross-talk)的益处；如果换能器元件104由公共的总线偏置，则将会发生这种串扰。
图12示出了RX控制电路1006的示例性实施方案，该RX控制电路包括匹配滤波器1202，该匹配滤波器可以例如执行波形移除并且提高接收电路的信噪比。如图12所示，模拟处理块1011可以例如包括低噪声放大器(LNA)1201、可变增益放大器(VGA)1204以及低通滤波器(LPF)1206。在某些实施方案中，VGA1204可以通过例如时间增益补偿(TGC)电路进行调节。LPF1206提供对所得信号的抗锯齿(anti-aliasing)。在某些实施方案中，LPF1206可以例如包括，具有大约5MHz的截断频率的二阶低通滤波器。然而，其他的实施方案也是可能的且已经被考虑到。
如图12的示例中，RX控制电路1006的数字控制块1015包括数字正交解调(digitalquadraturedemodulation，DQDM)电路1208以及输出缓冲器1216。该DQDM电路1208可以例如配置为，将所接收的信号的数字化版本从中心频率混频至基带，并且对基带信号进行低通滤波和下采样(decimate)。图13示出了适合作为匹配滤波器1202使用的电路的示意性实施方案。
虽然被标记为“匹配”滤波器，但为了从所接收的信号中分离波形，滤波器电路1202实际上可以作为匹配滤波器或非匹配滤波器工作。匹配滤波器1202可以用于线性频率调制的(LFM)或非LFM脉冲。
如图13所示，匹配滤波器1202可以例如包括，补零(padding)电路1302、快速傅立叶变换(FFT)电路1304、乘法器1306、低通滤波器1308、下采样器电路1310以及逆FFT电路1312。如果采用了补零电路1302，其可以例如对进入的信号进行补零，直至避免来自圆周卷积FFT的实施的人工效应(artifact)。
为作为“匹配”滤波器工作，应用至乘法器1306的“H(ω)”的值应该为传输波形Tx(ω)的共轭(conjugate)。在某些实施方案中，通过将传输波形Tx(ω)的共轭应用至乘法器1306，滤波器2202可以从而确实作为“匹配”滤波器工作。然而，在其他的实施方案中，“匹配”滤波器2202也可以作为非匹配滤波器工作，在该情况下，不是传输波形Tx(ω)的共轭的某些值可以应用至乘法器1306。
下面将描述形成超声换能器(例如，换能器单元902)的工艺，该超声换能器具有在CMOS晶圆中的腔体上的膜。参见图14A，该工艺可以开始于CMOS晶圆1400，该CMOS晶圆包括衬底1402、介电或绝缘层1404、第一金属化层1406以及第二金属化层1408(其在某些实施方案中可以为CMOS晶圆1400的顶部金属化层)。
衬底1402可以为硅衬底或者任何其他合适的CMOS衬底。在某些实施方案中，CMOS晶圆1400可以包括CMOS集成电路(IC)，因此衬底1402可以为合适于支撑这样的电路的衬底。
绝缘层1404可以由SiO2或者任何其他合适的介电绝缘材料形成。在某些实施方案中，绝缘层1404可以由正硅酸乙酯(TEOS)形成，但是也可以使用替选的工艺。
尽管CMOS晶圆1400被显示为包括两个金属化层1406和1408，但是应该认识到，根据本发明的各个方面的CMOS晶圆不限于具有两个金属化层，而是可以具有任何合适数量的金属化层，包括在某些实施方案中多于两个的金属化层。在某些实施方案中，这样的金属化层可以用于进行布线(例如，作为布线层)，虽然并不是所有实施方案都在这方面有所限制。
第一和第二金属化层1406和1408可以具有任何合适的构造。在示出的实施方案中，至少第二金属化层1408可以具有多层构造，其分别包括中间导电层1412(例如，其由铝或其他合适的导电材料形成)和上、下衬垫(liner)层1410和1414。衬垫层1410和1414可以由氮化钛(TiN)或其他合适的导电材料(例如，TiN以外的金属，如钽或其他适于作为衬垫的金属)形成。在某些实施方案中，上衬垫层1410可以作为蚀刻停止层使用，例如，在作为形成用于超声换能器的腔体的工艺的一部分而使用的一个或多个蚀刻步骤期间作为蚀刻停止层使用。因此，在某些实施方案中，衬垫层1410可以由适于作为蚀刻停止层的材料形成。此外，虽然没有示出，但是第一和第二金属化层1406和1408以及在这里描述的任何其他的金属化层，可以可选地包括氮氧化硅(SiON)作为上层(例如，在衬垫层1410的顶部)，以在光刻阶段期间的作为抗反射涂层。
在某些实施方案中，可能所希望的是，从第二金属化层1408形成电极，以作为超声换能器的电极。而且，可以使用第二金属化层1408来形成与(将形成在CMOS晶圆上的)CUT的膜的电接触。因此，如图14B所示，第二金属化层1408可以为适当的图案化，以形成电极1416和一个或多个触点1418。
尽管图14B示出了电极和触点通过金属化层形成到CMOS晶圆上的配置，但是应当认识到，也可以实施形成电极(例如，电极1416)和/或触点(例如，触点1418)的其他方式。例如，在CMOS晶圆上可以适当地加工不是金属但适于作为电极和/或触点的导电材料，以形成所示的电极和/或触点。
如图14C所示，然后可以沉积绝缘层1420。绝缘层1420可以为SiO2或任何其他合适的绝缘体，以及可以以任何合适的方式形成。在某些实施方案中，绝缘层1420可以通过高密度等离子体(highdensityplasma，HDP)沉积而形成。绝缘层1420可以被平坦化(未示出)，例如，使用化学机械抛光(CMP)或者其他合适的平坦化技术来平坦化。
在图14D中，如图所示，绝缘层1420可以被蚀刻以暴露电极1416和触点1418的上表面。在某些实施方案中，上衬垫层1410可以作为用于蚀刻绝缘层1420的选择性蚀刻的蚀刻停止层使用。作为示例，衬垫层1410可以由TiN形成并且可以作为蚀刻停止层使用，但是并不是所有的实施方案都在此方面受到限制。
如图14E所示，可以沉积进一步的绝缘层1422，以覆盖电极1416和触点1418的上表面，并且可以如图14F所示地图案化，以打开用于触点1418的接触孔1424。绝缘层1422可以为SiO2或者任何其他合适的绝缘体。
如图14G所示，可以沉积导电层1426。该导电层可以用于形成与超声换能器的膜的电接触，如同连同图14J所示的。而且，导电层1426可以被图案化以在其中形成用于CUT的腔体，导电层1426的剩下的部分限定腔体的一个或多个侧壁。在某些实施方案中，导电层1426可以表现为间隔部，即，膜可以通过导电层1426的高度而与CMOS晶圆1400的表面分开。因此，导电层1426可以提供多种可能的功能中的一种或多种。
导电层1426可以由任何合适的导电材料形成。在某些实施方案中，导电层1426可以由金属形成。例如，在某些实施方案中，导电层1426可以为TiN。
可以使用CMP或其他合适的平坦化技术平坦化(未示出)导电层1426，然后导电层可以如图14H所示地图案化以形成触点1428。可以看出，在此阶段，可以在CMOS晶圆中形成腔体1430，而触点1428用于至少部分地限定腔体。在所示的实施方案中，如同进一步根据图14K的考虑而认识到的，触点1428(在某些实施方案中，该触点可以表现为形成闭合周线的单个触点)起腔体1430的侧壁的功能，在电极1416与覆盖腔体1430的膜之间形成支柱(standoff)。
如图14I至图14J所示，第二晶圆1431可以键合至CMOS晶圆。通常，第二晶圆可以为任意合适类型的晶圆，例如体硅晶圆、绝缘体上硅(silicon-on-insulator)晶圆或者制造的衬底(该制造的衬底包括多晶硅或非晶硅层，并具有在单晶硅层与该多晶硅或非晶硅层之间的绝缘层)。在所示的实施方案中，第二晶圆1431可以包括有四层，包括：基层或处理层(handlelayer)1432、绝缘层1434、层1436以及层1438。第二晶圆1431可以用于将层1436和1438转移至CMOS晶圆，以形成在腔体1430上的膜，因此在本文中该晶圆可以被称作转移晶圆。
作为构成第二晶圆1431的合适的材料的非限定性的示例，基层1432可以为硅层(例如，单晶硅)，绝缘层1434可以为SiO2并且可以表现为埋氧(BOX)层，层1436可以为硅。在某些实施方案中，层1436可以简并掺杂的硅磷(SiP+)。在某些实施方案中，层1436可以为多晶硅或非晶硅，但是其他的实施方案中也可以利用单晶硅。层1438可以由适于键合至CMOS晶圆上的触点1428的材料形成。例如，触点1428和层1438可以由相同的材料形成。在某些实施方案中，触点1428和层1438可以由TiN形成。
用于将第二晶圆1431键合至CMOS晶圆1400的工艺可以为低温键合工艺，例如，不超过450℃的低温键合工艺。在某些实施方案中，该键合工艺的温度可以在大约200℃至450℃之间、在大约300℃至400℃之间、在这些范围中的任何温度、用于低温键合的本文描述的任何其他温度或者任何其他合适的温度。因此，可以避免对CMOS晶圆上的金属化层以及CMOS晶圆上的任何IC的损伤。
晶圆键合工艺可以是各种类型的工艺中的一种。在某些实施方案中，晶圆键合可以为直接键合(即，熔融键合)。因此，晶圆键合可以包括激励CMOS晶圆和第二晶圆各自的表面，然后以合适的压力将晶圆按压在一起以形成键合。可以执行低温退火。尽管熔融键合代表了合适的键合技术的一个示例，但是也可以替代地使用其他键合技术，包括例如：通过使用一个或多个中间层(粘合剂)来键合两个晶圆。在某些实施方案中，可以使用阳极键合或等离子体辅助键合。
图14I至图14J所示的键合可以导致第二晶圆1431与CMOS晶圆1400单片集成。因此，在某些情况下，这两者可以形成单一体。
然后，可以从第二晶圆1431形成膜。第二晶圆1431可以从背侧减薄。这样的减薄可以通过多个阶段中完成。例如，可以在最初时实施提供粗糙厚度控制(例如，10微米控制)的机器研磨，以去除相对大量的体晶圆。在某些实施方案中，随着减薄工艺的提高，机器研磨的厚度控制可以从粗糙向精密变化。然后，可以在背侧执行CMP，例如从而获得接近于层1436的点。接下来，可以执行选择性蚀刻，例如选择性化学蚀刻，以便蚀刻在层1436上停止。其他的减薄方式也是可行的。
因此，如图14K所示，基层或处理层1432以及绝缘层1434可以被移除。留下由层1436和层1438形成的膜1440。膜可以为任何合适的厚度TM，如同下面描述的非限定性的示例。在某些实施方案中，层1436可以被蚀刻或者减薄从而提供所希望的膜厚度。
注意图14K中所示的结构的各个特征。第一，该结构包括被膜1440封闭的封闭腔体1430。而且，该腔体的侧壁是导电的，即，触点1428是导电的并且形成封闭腔体的侧壁。在这方面，触点1428表现为，起自CMOS晶圆的表面的膜1440的导电支柱。触点1428可以为相对大面积的触点，并且与相对大面积的膜接触，从而提供从/至膜的低电阻电路径。例如，触点可以提供膜与(例如，在腔体之下设置的)CMOS晶圆上的IC之间的电控制，所述IC可以与膜进行交互，从而提供/接收电信号，并由此在某些实施方案中控制膜的工作。
此外，应当注意，膜1440具有靠近腔体1430的第一侧1442和远离腔体的第二侧1444，并且经由触点1428与第一侧1442形成了直接电接触。第一侧1442可以认为是膜的底侧，第二侧1444可以认为是膜的顶侧。到膜1440的本地连接可以用这种方式形成，膜1440可以通过该连接(例如，通过触点1418)而连接至CMOS晶圆中的集成电路。在某些实施方案中，IC可以位于腔体1430之下，示出的导电路径配置可以有助于形成腔体之下的集成电路与膜1440之间的连接。图14K的配置提供了与膜的嵌入式接触的非限定性示例，其中，以在CMOS晶圆中的(例如，至触点1418的)导电路径而不是以在第二侧1444上形成的触点来提供电接触。由于任何在第二侧1444上的触点可能(负面地)影响膜1440的震动，所以这样的配置相对于在第二侧1444上形成触点是优选的。
而且，应当注意到，在图14K的实施方案中，电极1416比腔体1430窄。即，电极1416具有的宽度W1小于腔体1430的宽度W2。至少在具有导电侧壁(例如，触点1428)的腔体提供了在侧壁与电极之间的电气隔离的实施方案中，这样的配置是所希望的。
此外，应当注意到，在一个实施方案中，图14K中的结构可以改变为不包括层1438。因此，在一个实施方案中，可以在(例如，由TiN形成的)触点1428与(例如，硅的)层1436之间形成直接键合。
图14K所示的结构可以具有任意合适的尺寸。下面进一步描述膜1440和腔体1430的尺寸的非限定性示例。
作为非限定性的示例，腔体1430的宽度W2可以在D1大约5微米与大约500微米之间、大约20微米与大约100微米之间，可以为大约30微米、大约40微米、大约50微米、任何其间的宽度的范围或宽度、或任何其他合适的宽度。在某些实施方案中，选择宽度以最大化空隙分数(voidfraction)，即，由腔体占据的面积量与由周围结构占据的面积量的比。该宽度尺寸也可以用来识别腔体的孔径(aperture)的大小，因此腔体可以具有任何上述描述的或任何其他合适的值的孔。
深度可以在大约0.05微米与大约10微米之间、大约0.1微米至大约5微米之间、大约0.5至大约1.5微米之间、任何其间的深度的范围或深度、或任何其他合适的深度。如果触点1428由TiN形成，在这些实施方式中优选的是，D1小于5微米，因为TiN通常地形成为薄膜。在某些实施方案中，腔体的尺寸和/或覆盖在腔体上的任何膜的膜厚度可以影响膜的频率特性，并因此可以对其进行选择以提供所希望的频率特性(例如，所希望的膜的共振频率)。例如，在某些实施方案中，所希望的是，超声换能器具有在大约20kHz与大约200MHz之间的中心共振频率、具有在大约1MHz与大约10MHz之间的中心共振频率、具有在大约2MHz与大约5MHz之间的中心共振频率、具有在大约50kHz与大约200kHz之间的中心共振频率、具有大约2.5MHz的中心共振频率、具有大约4MHz的中心共振频率、以及其间的频率的任何频率或范围、以及任何其他合适的频率。例如，可能希望将该设备在空气中、气体中、水中或其他环境中使用，以用于例如医学成像、材料分析，或其他的对各种工作频率有所希望的原因。可以相应地选择腔体和/或膜的尺寸。
膜厚度TM(其例如在大致与深度D1平行的方向上测量)可以小于100微米、小于50微米、小于40微米、小于30微米、小于20微米、小于10微米、小于5微米、小于1微米、小于0.1微米、其间的厚度的任何范围、或者任何合适的厚度。在某些实施方案中，该厚度可以基于所希望的膜的声学特性而进行选择，例如基于所希望的膜的共振频率。
而且，应当认识到，腔体1430(更一般地，在本文所描述的任何实施方案中的腔体)可以具有多种形状，而且当形成多个腔体时，并不是所有的腔体需要具有相同的形状或尺寸。例如，图22A至图22D示出了腔体1430和本文所描述的其他腔体的各种可能的形状。特别地，图22A至图22D示出了CMOS晶圆的其中形成了各种形状的腔体1430的部分2200的俯视图。图22A示出了腔体1430可以具有正方形孔径。图22B示出了腔体1430可以具有圆形孔径。图22C示出了腔体1430可以具有六角形孔径。图22D示出了腔体1430可以具有八角形孔径。其他形状也是可行的。
尽管部分2200被显示为包括有四个腔体，但应当认识到，本申请的各个方面允许一个或多个这样的腔体形成在CMOS晶圆中。在某些实施方案中，单个的衬底(例如，单个的CMOS晶圆)中可以形成数十个、数百个、数千个、数万个、数十万个或数百万个CUT(和相应的腔体)。
图14K示出了在腔体1430上覆盖有膜1440的超声换能器，其中，膜具有大致上均匀的厚度。在某些实施方案中，也可能希望膜具有不均匀的厚度。例如，可能希望将膜构造为活塞，其中心部分具有大于膜的外围部分的厚度，下面描述其非限定性的示例。
例如在图14K中示出的超声换能器可以被用于发送和/或接收声学信号。关于产生的功率、工作频率(例如，带宽)、控制膜的震动所需要的电压的换能器的工作可能取决于膜的形状和尺寸。成型为通过更薄的外围部分连接至CMOS晶圆的具有中心块状(mass-like)部分的活塞的膜可以提供多种有益的操作特征.
因此，本发明的一个方面提供了具有活塞膜的超声换能器。根据本发明的某些实施方案，这样的换能器可以通过晶圆键合工艺形成。通常，这样的膜的较厚的中心部分可以形成在膜的顶侧或底侧，并且可以在晶圆键合之前或键合之后形成。
已经描述本文中所述的技术的若干方面和实施方案，应当认识到，对于本领域的技术人员将容易地进行各种替换、修改和改进。这些替换、修改和改进落入本公开所述的技术的精神和范围内。例如，本领域的技术人员将容易预想到各种用于执行本文所述的功能和/或获得本文所述的结果和/或一个或多个优点的其它装置和/或结构，并且这种变形和/或修改中的每个被认为在本文所述的实施方案的范围内。仅使用常规实验，本领域的技术人员将识别出或者能够确定本文中所述的具体实施方案的许多等同形式。因此，将理解的是，前述实施方案仅通过示例来呈现，并且，所附权利要求及其等同形式的范围内，本发明构思的实施方案可以采用不同于具体描述的方式的其它方式来实施。另外，如果本文中所述两个或多个的特征、系统、物品、材料、组件和/或方法彼此不冲突，则本文中这样的特征、系统、物品、材料、组件和/或方法的组也包括在本发明的范围内。
上述实施方案可以采用若干方式中任意几种来实施。本发明中涉及过程或方法性能的一个或多个方面和实施方案可以利用设备(例如，计算机、处理器或者其它设备)可执行的程序指令来执行该过程或方法，或者控制该过程或方法的性能。在这方面，本发明的各种构思可以被实施为编有一个或多个程序的计算机可读存储介质(或者多种计算机可读存储介质)(例如，非易失性计算机存储器、一个或多个软盘、压缩盘、光盘、磁带、闪存、现场可编程门阵列或者其它的半导体器件中的电路配置或者其它的有形计算机存储介质)，从而当一个或多个计算机或其它的处理器执行本发明时，执行实施上述各种实施方案中的一个或多个的方法。计算机可读介质或者介质可以是便携的，使得其上存储的程序或者若干程序可以装载至一个或多个不同的计算机或其它的处理器上，以实施各个上述各个方面。在一些实施方案中，计算机可读介质可以是非易失性介质。
在本文中采用通常意义来使用术语“程序”或者“软件”，以表示任意类型的计算机编码或者计算机可执行指令的组，可以使用它们来对计算机或者其它的处理器来编程，从而实施上述的各个方面。另外，应当理解的是，根据一个方面，当被运行以执行本申请的方法的一个或多个计算机程序不必驻留在单个计算机或者处理器上，而可以采用模块化的方式分布在多个不同的计算机或者处理器之间，以实现本申请的各个方面。
计算机可执行的指令可以采用许多形式，例如，被一个或多个计算机或者其它设备执行的程序模块。通常地，程序模块包括执行特定任务或者实施特定的抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。典型地，程序模块的功能可以如各个实施方案中所希望的被组合或者分布。
此外，数据结构可以采用任何适合的形式存储在计算机可读介质中。出于简化图示，数据结构可以示为具有通过该数据结构中的位置而相关的字段。这种关系同样可以通过对具有传达各字段之间的关系的、计算机可读介质中的位置的各字段分配存储来实现。然而，可以使用任何适合的机制来在数据结构的各字段中的信息之间建立关系，包括通过使用指针、标签或者在数据元素之间建立关系的其它机制
在采用软件实施时，不管软件代码设置在单个计算机中还是分布在多个计算机之中，该软件代码都可以在任意适合的处理器或者处理器集上执行。
另外，应当理解的是，计算机可以被实施为让多种形式中的任何一种，例如作为非限制性示例的机架式计算机、台式计算机、笔记本计算机或者平板计算机。另外，计算机可以被嵌入在通常不视为计算机但是具有适合的处理性能的设备中，包括个人数字助理(PDA)、智能手机或者任何其它的适合的便携或者固定的电子设备。
此外，计算机可以具有一个或多个输入和输出设备。这些设备尤其可以呈现用户界面。可以用于提供用户界面的输出设备的示例包括：用于可视地呈现输出的打印机或者显示屏幕，并且包括用于可听地呈现输出的扬声器或者其它声音生成设备。可以用于用户界面的输入设备的示例包括键盘和诸如鼠标、触摸板和数字化输入板的定点设备。作为另一个示例，计算机可以通过语音识别或者采用其它的可听格式来接收输入信息。
这种计算机可以采用适合的形式通过一个或多个网络来互连，所述网络包括局域网或者广域网，例如企业网络、以及智能网络(IN)或者互联网。这种网络可以基于任何适合的拓扑结构，并且可以根据任何适合的协议来工作，并且可以包括无线网络、有线网络或者光纤网络。
此外，如上所述，一些方面可以呈现为一个或多个方法。作为方法的部分所执行的动作可以采用任何适合的方式来排序。因此，即使在示出的实施方案中被示为顺序动作，也可以构建采用不同于所示出的次序来执行动作的实施方案(可以包括同时地执行一些动作)。
如本文所限定和使用的全部定义应当理解为凌驾于字典定义和/或所限定术语的常用含义之上。
除非另有清楚的说明，本文的说明书和权利要求书中所用的单数应当理解为指“至少一个”。
本文的说明书和权利要求中使用的术语“和/或”应该理解为指所相连的要素中的一者或两者，即在一些情况下联合存在而其它情况下分开存在的要素的一者或两者。用“和/或”列出的多个要素应以相同的方式理解，即这样相连的要素中的“一个或多个”。除了“和/或”措辞所具体指出的要素之外的其它要素可以可选地存在，而无论与那些明确指出的要素相关或不相关。因此，作为非限定性的示例，参考“A和/或B”，当使用开放式语言的连接关系(例如“包括”)时，在一个实施方案中，其可以仅指A(可选地包括不是B的元素)；在其他的实施方案中，可以仅指B(可选地包括不是A的元素)；在其他的实施方案中，可以指A和B(可选地包括其他元素)；等等。
在本说明书和权利要求中，在指向一个或多个元素的序列时，术语“至少一个”应当被理解为选自该元素列表中的任何一个或多个元素的至少一个元素，但是并不必然特定包括列在元素列表中的每一个或所有元素中的至少一个，并且也不排除元素列表中的元素的任意组合。这个定义还允许，除了术语“至少一个”所指向的元素列表中特定识别出的元素之外，其他元素可以可选地存在，无论与特定识别出的元素有关或无关。因此，作为非限定性的示例，“A和B中的至少一个”(或等效地，“A或B中的至少一个”，或等效地，“A和/或B中的至少一个”)可以在一个实施方案中指至少一个A(可选地，包括多于一个A)，且没有B(并且，可选地包括不是B的元素)；在另一个实施方案中，指至少一个B(可选地，包括多于一个B)，且没有A(并且，可选地包括不是A的元素)；在又一个实施方案中，表示至少一个A(可选地，包括多于一个A)以及至少一个B(可选地，包括多于一个B)(并且，可选地包括其他元素)等等。
本文所用的用词和术语是为了描述的目的，不应认为是限制性的。“包括”、“包含”，或“具有”、“构成”、“涉及”及其变化的使用，表示包括之后列出的项目及其等同形式，以及其他项目。

Claims (40)

1.一种设备，包括：
处理器，其被配置为，当所述设备被置于目标的外表面时生成目标的内部特征的图像；以及
显示器，其被配置为显示该图像，其中，所述设备为便携式电子设备。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述目标为人体或人体的一部分；并且，所述图像为目标的内部特征的实时连续的图像。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述图像为超声图像。
4.根据在前权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述设备包括至少一个换能器，所述换能器被配置为接收来自所述目标的辐射，并且其中，所述图像至少部分地基于由所述至少一个换能器接收的辐射而生成。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述至少一个换能器为超声换能器。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的设备，其中，所述设备包括本体和能够拆卸的壳体，所述壳体至少部分地包围所述本体。
7.根据权利要求6所述的便携式电子设备，其中，所述本体包括成像界面。
8.根据权利要求6或7所述的便携式电子设备，其中，所述本体包括一个或多个处理器中的至少一个。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的便携式电子设备，其中，所述壳体包括一个或多个处理器中的至少一个。
10.根据权利要求6至9中的任一项所述的便携式电子设备，其中，所述壳体包括多个成像元件。
11.根据权利要求6至10中的任一项所述的便携式电子设备，其中，所述壳体包括模块单元，所述模块单元包括多个成像元件，其中，所述壳体和模块单元被配置为使得壳体能够保持模块单元，并且所述模块单元还被配置为被用于第二便携式电子设备的第二壳体保持，所述第二便携式电子设备具有与第一便携式电子设备不同的尺寸和/或形状。
12.一种便携式超声设备，包括：
多个超声元件，其被配置为，当超声设备指向目标时，接收被目标反射的或穿过目标的超声辐射；以及
显示器，其被配置为：至少部分地基于由所述多个超声元件接收的超声辐射而显示目标的内部特征的图像。
13.根据权利要求12所述的便携式超声设备，进一步包括至少一个处理器，其被配置为，至少部分地基于由所述多个超声元件接收的超声辐射中而渲染图像。
14.一种方法，包括：
将便携式电子设备指向主体的外表面；以及
在将所述便携式电子设备指向所述主体的外表面的同时，在所述便携式电子设备的显示器上观察所述主体的内部特征的图像。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述便携式电子设备包括辐射传感器，并且所述方法进一步包括：使用所述辐射传感器接收被所述主体反射的或者穿过所述主体的辐射；以及，至少部分地基于由所述辐射传感器接收的辐射而创建内部特征的图像。
16.根据权利要求15所述方法，其中，所述辐射包括超声信号。
17.一种便携式电子设备，当所述设备指向人体时，所述设备在设备的显示器的视窗中渲染人体内部的图像。
18.根据权利要求17所述的便携式电子设备，其中，当所述设备在人体的大约一米的范围中时，所述设备渲染所述图像。
19.根据权利要求17或18所述的便携式电子设备，其中，随着所述设备相对于人体移动，所述图像变为显示表示不同的人体部分的图像。
20.根据权利要求17至20中的任一项所述的便携式电子设备，其中，所述图像为三维图像。
21.一种便携式电子设备，包括：
多个成像元件，其被配置为，接收透射穿过成像目标或者被成像目标反射的辐射信号；
成像界面；以及
一个或多个处理器，其被配置为：接收来自所述多个成像元件中的至少一个的一个或多个感测信号，至少部分地基于所述一个或多个感测信号而通过所述成像界面来渲染所述成像目标的图像以便显示。
22.根据权利要求21所述的便携式电子设备，其中，所述多个成像元件为被配置为接收超声信号的超声成像元件。
23.根据权利要求21或22所述的便携式电子设备，其中，所述多个成像元件包括多个超声换能器。
24.根据权利要求21至23中的任一项所述的便携式电子设备，其中，所述多个成像元件包括超声换能器的阵列。
25.根据权利要求21至24中的任一项所述的便携式电子设备，其中，所述多个成像元件被配置为接收透射穿过所述成像目标的多个辐射信号。
26.根据权利要求25所述的便携式电子设备，进一步包括附加的多个成像元件，其配置为发射所述多个辐射信号至所述多个成像元件。
27.根据权利要求21至26中的任一项所述的便携式电子设备，其中，所述多个成像元件被配置为接收被成像目标反射的辐射信号。
28.根据权利要求21至27中的任一项所述的便携式电子设备，其中，所述便携式电子设备包括智能电话。
29.根据权利要求21至28中的任一项所述的便携式电子设备，其中，所述便携式电子设备包括平板电脑。
30.根据权利要求21至29中的任一项所述的便携式电子设备，其中，所述一个或多个处理器被配置为渲染与所述成像目标的图像相关联的文本、图形和/或其他信息以便与图像同时显示。
31.根据权利要求21至30中的任一项所述的便携式电子设备，进一步包括：存储器，其被配置存储所述一个或多个处理器用来识别或表征在图像中的一个或多个结构或对象的数据。
32.根据权利要求31所述的便携式电子设备，其中，所述数据包括与器官、动脉、静脉、组织、骨和/或其他身体的成分或部分中的至少一个相关联的图像数据。
33.根据权利要求31或32所述的便携式电子设备，其中，所述数据包括与被成像的结构或对象的形状、颜色、质地、细胞特征和/或组织特征中的至少一个相关联的图像数据。
34.根据权利要求31至33中的任一项所述的便携式电子设备，其中，所述数据包括与被成像的结构或对象中的一个或多个异常相关联的数据。
35.根据权利要求21至34中的任一项所述的便携式电子设备，其中，所述便携式电子设备包括本体和能够拆卸的壳体，所述壳体至少部分地包围所述本体。
36.根据权利要求35所述的便携式电子设备，其中，所述本体包括成像界面。
37.根据权利要求35或36所述的便携式电子设备，其中，所述本体包括一个或多个处理器中的至少一个。
38.根据权利要求35至37中的任一项所述的便携式电子设备，其中，所述壳体包括一个或多个处理器中的至少一个。
39.根据权利要求35至38中的任一项所述的便携式电子设备，其中，所述壳体包括所述多个成像元件。
40.根据权利要求35至39中的任一项所述的便携式电子设备，其中，所述壳体包括模块单元，所述模块单元包括所述多个成像元件，其中所述壳体和所述模块单元被配置为使得所述壳体能够保持所述模块单元，并且所述模块单元还被配置为被用于第二便携式电子设备的第二壳体保持，所述第二便携式电子设备具有与第一便携式电子设备不同的尺寸和/或形状。
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