CN1833273B - 具有偏压极性束轮廓控制的微型制造的超声波传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种容性的微型制造的超声波传感器，具有通过交替偏压极性实现的纵向相位控制。这种纵向相位控制产生一种简单的超声探头，其具有优良的切片厚度特性。此外，相位的紧密的空间改变产生一种用于实现发射孔径和变迹法的有效的方式。此外，这种容性的微型制造的超声波传感器可以实现纵向聚焦而不需要有损失的机械透镜。

Description

具有偏压极性束轮廓控制的微型制造的超声波传感器
技术领域
本发明一般涉及超声波传感器领域，尤其涉及容性的微型制造的超声波传感器的高度束(elevation beam)轮廓控制。
背景技术
超声波传感器是一种用于发射和接收声波的电子装置。超声波传感器是在20KHz以上，更一般地在1-20MHz范围的频率下操作的声传感器。超声波传感器用于医学成像、非破坏性评价以及其它的应用。超声波传感器的最普通的形式是压电传感器。近来，描述和制造了一种不同类型的超声波传感器，即容性微型制造的超声波传感器。这种传感器由Haller等人在1997年4月9日公告的专利号为5619476的名称为“Electrostatic Ultrasonic Transducer”的美国专利中描述了。该专利描述了能够在气体环境中工作的传感器，例如空气耦合的传感器。Ladabaum等人在1999年4月13日公告的专利号为5894452的名称为“Microfabricated Ultrasonic Immersion Transducer”的美国专利中描述了一种浸没式传感器(即，能够和液体介质接触而操作的传感器)，并在1999年9月9日公告的专利号为5982709的名称为“Acoustic Transducer and Method of Microfabrication”的美国专利中描述了一种改进的结构和微型制造浸没式传感器的方法。Ladabaum在2001年8月7日公告的专利号为6271620的名称为“AcousticTransducer and Method of Making the Same”的美国专利中描述了对于微型制造的超声波传感器的改进，其具有能够和压电传感器竞争的性能。
常规的容性微型制造的超声波传感器的基本的传感元件是振动电容器。衬底含有下电极，薄的膜片悬挂在衬底的上方，金属化层作为上电极。如果在上电极和下电极之间施加直流偏压，撞击到膜片上的声波将使膜片运动，由这种运动引起的电极分离的改变产生电信号。与此相反，如果在偏置的电极两端施加交流信号，则交流强制功能将使膜片运动，这种运动在有关的介质中产生声波。
图1A-1C表示在用于医学成像中的一种典型的传感器阵列中的命名约定以及常规的聚焦和扫描方向。如图1A所示，传感器100一般由多个传感器元件110构成。每个传感器元件110包括多个单个的传感器单元。传感器元件110被这样定向，使得它们的长度沿着纵轴，其宽度沿着方位轴。传感器元件110沿着方位轴彼此邻接。如图1B所示，传感器阵列100一般沿着范围方向被聚焦到焦点150上，并沿着方位方向通过对每个传感器元件110施加合适的时间延迟被电子地扫描。如图1C所示，在纵轴上的聚焦一般利用机械透镜120来实现。这种机械聚焦是次最佳的，因为只在可用范围的相当小的部分获得足够的纵向聚焦。而在方位平面内的时间延迟聚焦可以在整个视场上聚焦(例如对于直线的小部件探头为0.5-6cm)，纵向聚焦只能在峰值焦点130的相当小的空间区域上被获得。可以实现纵向聚焦的度量以及可以实现好的聚焦的视场的深度通常由切片厚度这个术语描述。
传统的超声波传感器不能较好地控制切片厚度。凸透镜120在可用范围的中部的某个位置聚焦，并且在透镜的峰值焦点130之外的范围焦点发散或者变大。这种发散的透镜聚焦产生体积平均制造物(volume averaging artifact)，其使得小的囊肿以及其它的和诊断有关的然而小的特征尺寸、信息变模糊。此外，实际的物理透镜通常是有损耗的，这进一步减小了其有效的使用，因为它们由其声速低于在体内的声速的材料制成。
纵向聚焦的挑战在本领域内是熟知的，并提出了多种用于改善切片厚度即减少切片厚度的方法。例如’t Hoen的美国专利No.4670683教导，在沿纵向的不同的子元件之间的电子相位延迟可以校正机械透镜的切片厚度的缺点。不过，因为除去方位延迟装置之外，沿纵向在“中心”和“侧部”之间的发送和接收中还需要延迟装置，这个发明需要显著的系统和传感器的复杂性。
Miller在1993年1月19日申请的专利号为5301168的名称为“Ultrasonic transducer system”的美国专利中提出一种多孔径的传感器系统，其中各元件被再分为多个纵向孔径，该系统可用于改善切片厚度。不过，把M个方位通道沿纵向划分成N个部分、把N个部分分组成E个孔径的实际复杂性对于这种类型的设计是一个本质的缺点。为了使M个通道的每一个都能够具有E个孔，在射频(RF)信号的通路上需要开关(例如见Miller的专利图8中的“组合网络”)。此外，需要在机械上分段的机械透镜以为不同的孔径实现好的切片厚度。因为这种结构的成本和复杂性，需要具有一种制造方法比较简单的具有好的切片厚度的超声波探头。还需要一种超声波探头，其具有最小的由于透镜损失而引起的损失，并且在RF通路中不需要组合网络开关。
Hanafy等人的美国专利5651365提出了可以利用两组交错的方位传感器元件来改善切片厚度，每组具有不同的纵向孔径。一组用于在某个范围优化的聚焦，第二组用于在不同范围内的优化的扫描。不过，这些方法至少对效率、横向分辨率或帧速率之中的一个具有负面影响。
Hanafy等人的美国专利5415175提出，借助于沿纵向改变压电元件的厚度和曲率，可以实现频率相关的纵向聚焦。虽然这个发明对于本领域技术人员是已知的，因为其提出了比常规的探头具有改进的切片厚度性能的超声波探头，但是纵向孔径对于低频、相对窄带的信号例如从组织内的深处发出的信号是个问题。此外，这些弯曲的表面的制造是个挑战，并因而是昂贵的。
Savord等人的美国专利6381197(见其中的图5A和5B)提出，沿微型制造的超声波传感器(MUT)的纵向的偏压行(bias row)可以和偏压源相连，并通过使用这些偏压源选择地激励纵向行，MUT的纵向孔径可被控制。Savord专利还提出，通过利用纵向偏压行改变沿纵向的增益可以实现纵向变迹法(apodization)。在Savord的变迹法的教导中存在多个偏压源的复杂性，每个偏压源具有不同的电压幅值，这在实际应用中是不希望的。按照Savord的专利的教导，通过改变在MUT上的偏压的大小来实现的对孔径的控制和变迹法只在接收操作中是有效的。在发送期间，MUT只利用偏压的大小不能被有效地截止，并在其线性范围之外工作，即，发射脉冲本身严重地使传感器偏移。因而，需要提供一种用于孔径控制的装置，其在发射和接收操作中同样有效。还需要提供一种简单的用于变迹法的装置，其在发射和接收操作中都是有效的。
本发明人已经认识到，偏压的符号的有见识地选择的空间的改变是一种用于控制MUT表面的发射辐射的有效方法。本发明人还认识到，改变偏置电压的符号引起发射的波前的180度的相移，并且这个相移可用于由微型制造的超声波传感器产生菲涅耳透镜效应。Savord的专利既没有教导也没有建议通过偏压极性的空间分布进行的这种控制。
因而，偏压的极性例如可以沿纵向调制发射的和接收的超声波的相位。借助于提供发射的和接收的声能的精确的抵消，这种基于偏压极性的相位调制可用于有效地控制MUT装置的孔径。这种基于偏压极性的相位调制还可用于在远场中产生焦点，而不使用机械透镜，或者当和其它的透镜装置结合使用时能够增强聚焦。还可用于大大简化具有优异的切片厚度性能的探头的设计和实现。
发明内容
本发明提供一种用于通过改变在容性微型制造的超声波传感器(cMUT)上的偏压的符号的空间分布来控制cMUT元件或元件阵列的相位分布的装置。
本发明提供一种cMUT，其通过改变沿纵向施加的偏压的符号可以沿纵向被聚焦。在本发明的一个方面中，不借助于机械透镜实现了纵向聚焦。本发明的cMUT提供增强的聚焦性能，而没有昂贵的和复杂的在多行探头中所需的高压开关，并且没有当RF信号通过这些有损耗的高压开关时而发生的信号劣化。此外，本发明提供一种简单而有效的用于在发射和接收操作中控制微型制造的超声波传感器的孔径的装置。本发明还提供一种用于沿纵向操纵cMUT发射束的装置。
本发明通过提供一种用于在cMUT的可用范围的近场和远场中控制纵向切片厚度的方法来实现这些和其它的目的。近场改善是通过减小有效的辐射和接收孔径获得的。在远场中，应用相位聚焦来减少切片厚度。在医学超声的许多应用中，把显示的图像分成若干个由单个发送激发产生的“聚焦区”是有利的。组合这些聚焦区产生更精确地接近一个共焦系统的合成图像。利用孔径控制和相位聚焦，可以改变纵向焦距长度，以使得和图像的每个聚焦区内的方位焦点匹配。
通过改变加于纵向孔径上的偏压的极性实现了两个效果。这可以在微型制造的传感器中实现，其中把一般是连续的公共电极分成若干个纵向电极，不需要和传感器的附加的同轴连接，因为所有控制都通过偏压极性进行。此外，所有的要被转换的偏压线都是RF地，这消除了当在RF信号通路中转换时带来的复杂性和信号劣化的缺点。
有效孔径的减小是通过以足够好的空间分辨率改变在纵向电极上的偏压的极性以使得消除来自被影响的元件的场来实现的。对于远场操作的每个聚焦区的增强是通过使用菲涅耳波带片实现的。
附图说明
由下面结合附图进行的详细说明可以更清楚地理解本发明，在所有附图中，相同的标号表示相同的部分，其中：
图1A-1C表示在用于医学成像的典型的多元件阵列传感器中的命名约定以及常规的聚焦和扫描方向；
图2表示本发明的一个实施例的传感器的顶视图；
图3表示本发明的一个实施例的传感器的截面图；
图4表示常规的传感器系统的电原理图；
图5表示本发明的一个实施例的传感器系统的电原理图；
图6A-6C表示用于证实本发明的孔径控制方面的实验设计和实验结果；
图7A-7B表示用于比较常规的传感器和本发明的模拟结果；以及
图8表示相应于本发明的一个实施例的偏压图案。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明，附图是作为本发明的一个说明性的例子提供的，为了使本领域技术人员能够实施本发明。应当注意，下面讨论的附图和例子不意味着限制本发明的范围。此外，在本发明的某些元件可以部分或全部地使用已知元件来实施的情况下，只说明为理解本发明所需的那些已知元件的部分，这种已知元件的其它部分的详细说明将被省略，以便清楚地说明本发明。此外，本发明包括对于已知元件的现在和将来已知的等同物，这些都包括在本说明内。
本发明提供一种容性微型制造的超声波传感器(cMUT)，具有通过偏压极性改变实现的纵向相位控制。这种纵向相位控制产生一种具有良好的切片厚度特性的简单的超声波探头。此外，相位的紧密的空间改变产生一种用于实现发射和接收孔径和变迹法的控制。此外，这种传感器可以实现它们的纵向聚焦而不需要有损失的机械透镜。本发明的一个示例的实施例包括cMUT阵列，其由具有传感器单元的传感器元件构成。cMUT阵列和控制电路相耦连，所述控制电路利用偏压极性提供相位的紧密的空间改变。
图2和图3表示按照本发明的一个实施例形成的cMUT阵列。对于本领域技术人员，显然，任何数量的传感器单元可以构成一个传感器元件，任何数量的传感器元件可以构成一个cMUT阵列。本发明旨在包括这种改变，而不限于所提供的示例的实施例。
图2表示按照本发明的cMUT阵列200的顶视图。如图2所示，cMUT阵列含有两个传感器元件210，每个传感器元件含有3个传感器单元201，202和203。cMUT阵列200例如可以类似于Ladabaum在2001年8月7日公告的专利号为6271620的名称为“AcousticTransducer and Method of Making the Same”的美国专利中描述的。传感器元件210B含有3个传感器单元201B，202B和203B。每个传感器单元201B，202B和203B分别具有顶电极241B，242B，243B和底电极(如图3所示)，以及空的区域231B，232B，233B。传感器单元201B，202B，203B由内部元件互连251B，252B在纵向中沿着其顶电极241B，242B，243B互连。相邻的传感器元件210A-210B的相应的传感器单元201A-201B，202A-202B，203A-203B由交互元件互连221B，222B，223B沿方位方向互连，从而形成纵向行。图2的截面3-3示于图3。
图3表示按照本发明的一个实施例的传感器元件210B的截面图。如图3所示，传感器单元201B，202B，203B利用在Ladabaum的于2001年7月3日申请的名称为“Method for Making Acoustic Transducer”的美国专利申请号为09/898035的共同拥有的专利中所述的方法被形成。如图所示，传感器单元201B可以用下述方式构成。在衬底310上生成热氧化物层320。然后第一导电层淀积并被刻蚀以形成下电极331B。此后，淀积下绝缘层340。在下绝缘层的顶部，淀积并刻蚀牺牲层，使得形成最终成为空的区域231B的牺牲部分。在牺牲部分上淀积中间绝缘层350。然后淀积并刻蚀第二导电层以形成上电极241B。然后在顶电极241B上淀积顶绝缘层360。此时，通过通孔把牺牲部分刻蚀掉，所述通孔随后被绝缘材料370充满。
本发明决不限于上述的传感器元件和单元的特定的示例的几何结构及其制造方法。此外，传感器单元的尺寸和形状不限于简单的八边形设计。而是，每个传感器单元可以具有和其它传感器单元不同的尺寸和形状。
图4表示传统的cMUT阵列100的外部电路的连接。如图所示，一般地，一方位元件连接400和构成传统的cMUT阵列100的传感器元件110A的一系列传感器单元的顶电极相连。cMUT阵列100的所有的底电极在410被连接在一起，因此被共同施加偏压。
图5表示本发明的一个实施例的cMUT阵列200的外部电路连接。和图4所示的传统的阵列一样，每个传感器元件210A的顶电极在外部和方位元件连接400相连。不过，在这个示例的实施例中，相邻的传感器元件的相应的传感器单元的底电极被连接在一起以形成纵向行。每个纵向行510在外部和N×2多路转换器520的单独的输出通路相连。多路转换器520的输入是正偏压530和负偏压540。多路转换器520的控制信号来自使用聚焦区数量560指针的EPROM查找表550。
在图5所示的本发明的示例的实施例的操作中，对纵向行施加的偏压的符号被改变，以便使用于一些纵向电极的发射信号反相。这具有产生菲涅耳波带片的效果。这种聚焦可以在发射和接收上完成。不过，为了简化，以下的说明将根据发射进行，不过，接收操作用类似方式进行。
多路转换器根据在EPROM 550中的查找表把正偏压或负偏压路由到N个纵向行连接上。每个偏置线是RF地。EPROM 550的地址例如是由系统根据激励电压定时提供的数，所述激励电压定时告诉探头哪个聚焦区正在被使用，并选择地表明关于激励脉冲的中心频率和带宽的信息。在EPROM 550中的数据把这转换成用于一个给定聚焦区的偏压符号布置，波带片的焦距由这些偏压符号确定。
如上面在本发明的本实施例中所述，波带片的操作类似于经典的菲涅耳透镜，但是适用于cMUT纵向聚焦。例如，如果纵向电极的中心位于yi，则在经典的菲涅耳透镜中聚焦所需的相位φi是： φ i = 2 πf c · r 2 + y i 2 - r , 其中f是频率，r是所需的聚焦范围，c是声音在相关介质中的速度。不过，本发明不提供连续的相移，如经典的菲涅耳透镜中那样。而是，本发明提供离散的180度的相移。其基本上是cMUT波带片。因此，理想的连续相位改变必须被转换成离散的符号信息，以便给出cMUT偏压：si＝sign(mod(φi，2π)-π)。幸运的是，具有多行探头的所需的纵向聚焦是相当粗糙的，使得这种简单的布置把不希望的平面外能量减少到-20dB的水平，这对于证明在利用实际的多行传感器(即5-6行)可以形成的图像中的所有的改进是足够的。
本领域技术人员应当理解，有许多方法和电路可用来把正负偏压连接到本发明的纵向行上并和所述纵向行组合。这些另外的偏压连接方法和电路应当包括在本发明的范围内。
具体地说，在另一个实施例中，本发明的多路转换器-EPROM组合可以被任何公知的开关和选择电路的组合代替。例如，这些元件诸如离散的继电器、离散的晶体管、固态晶体管和其它的固态开关都可使用。同样，代替用于存储多个可实时选择的极性图案的EPROM，可以使用手动图案选择电路。此外，本发明的正负偏压可以用硬线布线直接与纵向行相连，或者直接和开关元件相连。在本实施例中，用于特定应用的极性图案是预先选择的，并且按照预先选择的极性图案把合适的偏压直接连接到合适的纵向行或纵向行开关。最后，在本实施例中，本发明的MUT装置可以具有固定布线和转换的偏压的组合。
在另一个实施例中，正负偏压可以离开本发明的MUT装置被分离地产生、和本发明的MUT装置一道在本地产生、或者分离产生和本地产生相组合。在本实施例的第一方面中，分离产生偏压的装置例如可被包括在应用探头的手柄中，或者在应用系统的其它位置被产生。在这方面中，偏压例如可以使用导线、电缆、电线、连接器及其类似物连接到MUT装置。在本实施例的第二方面中，本地产生，即偏压产生电路可被包括在MUT装置附近，在同一个或者相邻的电路小片上，或者在MUT装置的下方，在MUT装置的衬底内。
在另一个实施例中，正负偏压可以比图5所示的两个更多。具体地说，在操作中，例如每个MUT纵向行可以具有其自己的特定的偏压，该偏压是极性和幅值的特定的组合。此外，在本实施例中，偏压的数量可以超过纵向行的数量，其中一些偏压用于某些应用，而其它的用于不同的应用。
为了得到最好的图像质量，需要减小在近场中的纵向孔径。当纵向电极的距离大约是半个波长时，像在本发明的一个实施例中那样，使偏压交替是抵消声音输出的一种有效方法，并可用于孔径控制和变迹法。图6A-6C表示这种方法的可行性。
图6A表示一个实验的特定设计，其中cMUT阵列200的3个方位元件210A-C和发射通路相连。整个阵列由192个方位元件构成，具有10MHz的中心频率，不过在本实验时只使用3个方位元件。阵列200含有两组纵向电极220A，220B。这些电极大约100微米宽，并以交替的方式(即互成角度配置的)连接相邻元件210A，210B，210C的cMUT单元到偏压V-biasL 540或V-biasR 530。元件210A-C的每一个例如大约200微米宽。
图6B表示当图6A的阵列元件210A-C被沿纵向均匀地偏置时，并且当它们的纵向偏压每100微米被交替时，由水听器接收的信号的相对强度。在本实验中发射脉冲相对于V-bias是小的。由图6B可见，交替cMUT纵向行的偏压可以有效地使装置的该部分截止，这由在10MHz时大约25dB的相对差证明。
图6C表示图6A的实施例的另一个方面的可行性，即，当发射电压比V-bias的幅值大时，传感器将按非线性工作。在这些相对大的发射电压下，可能需要施加不同幅值的正负偏压。由图6C可见，当交替分别具有65V和120V的幅值的正负偏压时，25dB的隔离是可能的。相等幅值的正负偏压对于消除辐射的声音的效果较小，这是因为由沿偏置方向相对大的发射电压产生的压力和由沿偏置的相反方向相对大的发射电压产生的压力不同。
图7A-7B表示和传统的ID探头以及现有技术的示例的多行压电传感器阵列相比本发明的改进。如这些模拟所示，本发明提供在-3dB和-20dB水平的改进的远场束宽度。这个改进源自本发明的菲涅耳透镜特性的使用。本发明还改善了近场的改进，这是由于在图6A-6C证实的孔径控制特性的结果。图7A-7B的模拟基于52个纵向行的设计，每个大约100微米宽，在不同的聚焦区以不同的偏压图案操作。
因为本发明的聚焦和孔径控制是不寻常的，所以通过简单的算法例如上述的菲涅耳方案分配偏压图案将提供最佳的性能，这是可能的，但是未必。因而，已经引入EPROM结构，以使得由费时的优化计算产生的偏压图案可以实际地在真实的探头中被访问。例如，图8表示用于纵向控制行的偏压图案，其可用于增强在图7A-7B中模拟的探头的15mm和50mm的焦点(沿范围方向)。不过，应当理解，实际上具有极性图案和偏压的无穷组合，这些组合都被包括在本发明的MUT装置的范围内。
在本发明的一个实施例中，通过使用交替偏置实现的纵向聚焦，传统的聚合物透镜成为不需要的。这种探头的优点在于可以避免透镜中的损失。在本发明的另一个实施例中，纵向聚焦借助于使用偏压极性孔径控制和某种形式的机械透镜来实现。这种机械透镜可以是常规的聚合物透镜，或者是传感器曲率，如共同拥有的同时申请的专利申请号为10/367,112(Atty.Dkt.016132-0300381；Client Ref.SC-010)，名称为“Microfabricated Transducers with Curvature and Method ofMaking the Same”的美国专利申请所述。除去机械透镜的聚焦区之外，还可以应用用于聚焦优化的菲涅耳透镜。还有在本发明的另一个实施例中，偏压图案可以在发射和接收束之间被改变，使得多聚焦区操作是可能的，在本领域中被称为多行探头。
在本发明的另一个方面中，可以沿纵向操纵cMUT束。当改变偏压的幅值和极性时，cMUT束的聚焦可以沿纵向不垂直于cMUT元件的中心。非正交性使得沿纵向的峰值纵向焦点的中心点对于沿纵向传感器元件的中心是偏心的。
虽然已经根据本发明的优选实施例对本发明进行了具体的说明，显然，对于本领域技术人员，不脱离本发明的范围和构思，可以作出许多形式和细节上的改变。例如，本领域技术人员应当理解，在上述的膜片中所述的元件的类型、数量和布置都可以被改变；多路转换器EPROM的结构也可以容易地被其它元件代替。此外，本发明可以使用具有幅值和极性的各种组合的两个以上的偏压，这些都落在本发明的范围内。用所附权利要求包括这种改变、改型和组合。

Claims (47)

1.一种超声波传感器，包括：
多个传感器单元，每个传感器单元包括一对电极；以及
适用于对每对电极施加多个偏压中的一个的电路，
其中：
所述多个偏压包括正偏压和负偏压；
所述正偏压作为一个偏压被施加到至少第一对电极上；以及
所述负偏压作为一个偏压被施加到至少第二对电极上。
2.如权利要求1所述的超声波传感器，其中：
每对电极包括第一电极和第二电极；以及
所述电路包括：
第一连接节点，其包括每对电极的第一电极；
多个第二连接节点，每个第二连接节点包括至少一对电极的第二电极；以及
连接电路，适用于在第一连接节点和多个第二连接节点之间耦接多个偏压。
3.如权利要求2所述的超声波传感器，其中，所述连接电路包括以下中的至少一个：
至少一个多路转换器；
至少一个继电器；
至少一个晶体管；以及
硬布线。
4.如权利要求3所述的超声波传感器，其中，所述连接电路包括：
和多个偏压相连的多个偏压输入；
和多个第二连接节点相连的多个偏压输出；以及
选择输入，所述选择输入和指定的偏压图案相连。
5.如权利要求4所述的超声波传感器，还包括适用于识别指定的偏压图案的选择电路。
6.如权利要求5所述的超声波传感器，其中所述选择电路包括：
存储单元，所述存储单元包括查找表，该查找表含有至少一个偏压图案；以及
用于指向从所述查找表内指定的偏压图案的装置。
7.如权利要求6所述的超声波传感器，其中，所述存储单元是可擦除的、可编程的只读存储器，即EPROM。
8.如权利要求6所述的超声波传感器，其中：
所述至少一个偏压图案相应于聚焦区数；以及
用于指向的装置包括系统产生的聚焦区数指针。
9.如权利要求1所述的超声波传感器，其中，所述正偏压具有和所述负偏压不同的幅值。
10.如权利要求1所述的超声波传感器，其中，所述多个偏压由所述超声波传感器离散地、单独地产生。
11.如权利要求1所述的超声波传感器，其中，所述多个偏压在本地对所述超声波传感器产生。
12.如权利要求1所述的超声波传感器，其中，所述电路作为时间的函数改变所述多个偏压中至少一个偏压的幅值和极性。
13.如权利要求12所述的超声波传感器，其中，所述幅值和极性被这样改变，以使得沿范围方向中的纵向焦点和均匀偏置的超声波传感器的焦点不同。
14.如权利要求12所述的超声波传感器，其中，所述幅值和极性被这样改变，以使得在纵向中峰值纵向焦点的中心点对于沿纵向的超声波传感器是偏心的。
15.一种超声波传感器阵列，包括：
多个超声波传感器，每个超声波传感器包括多个传感器单元，每个传感器单元包括一对电极；以及
适用于对每对电极施加多个偏压中的一个的电路，
其中：
所述多个偏压包括正偏压和负偏压；
所述正偏压作为一个偏压被施加到至少第一对电极上；以及
所述负偏压作为一个偏压被施加到至少第二对电极上。
16.如权利要求15所述的超声波传感器阵列，其中
每对电极包括第一电极和第二电极；以及
所述电路包括：
多个第一连接节点，每个第一连接节点包括至少一个超声波传感器的多个传感器单元的第一电极；
多个第二连接节点，每个第二连接节点包括每个超声波传感器的至少一个传感器单元的第二电极；以及
连接电路，其适用于在多个第一连接节点和多个第二连接节点之间耦接多个偏压。
17.如权利要求16所述的超声波传感器阵列，其中，所述连接电路包括以下中至少一个：
至少一个多路转换器；
至少一个继电器；
至少一个晶体管；以及
硬布线。
18.如权利要求17所述的超声波传感器阵列，其中，所述连接电路包括：
和多个偏压相连的多个偏压输入；
和多个第二连接节点相连的多个偏压输出；以及
选择输入，所述选择输入和指定的偏压图案相连。
19.如权利要求18所述的超声波传感器阵列，还包括适用于识别指定的偏压图案的选择电路。
20.如权利要求19所述的超声波传感器阵列，其中，所述选择电路包括：
存储单元，所述存储单元包括查找表，该查找表含有至少一个偏压图案；以及
用于指向从所述查找表内指定的偏压图案的装置。
21.如权利要求20所述的超声波传感器阵列，其中，所述存储单元是可擦除的、可编程的只读存储器，即EPROM。
22.如权利要求20所述的超声波传感器阵列，其中：
所述至少一个偏压图案还包括聚焦区数；以及
用于指向的装置包括系统产生的聚焦区数指针。
23.如权利要求22所述的超声波传感器阵列，其中，所述系统产生的聚焦区数指针从施加于多个超声波传感器中的每一个的激励电压的定时被导出。
24.如权利要求15所述的超声波传感器阵列，其中，所述正偏压具有和所述负偏压不同的幅值。
25.如权利要求15所述的超声波传感器阵列，其中，所述多个偏压由所述超声波传感器离散地、单独地产生。
26.如权利要求15所述的超声波传感器阵列，其中，所述多个偏压在本地对所述超声波传感器产生。
27.如权利要求15所述的超声波传感器阵列，其中，所述电路作为时间的函数改变所述多个偏压中至少一个偏压的幅值和极性。
28.如权利要求27所述的超声波传感器阵列，其中，所述幅值和极性被这样改变，以使得沿范围方向中的纵向焦点和均匀偏置的超声波传感器阵列的焦点不同。
29.如权利要求27所述的超声波传感器阵列，其中，所述幅值和极性被这样改变，以使得在纵向中峰值纵向焦点的中心点对于沿纵向的超声波传感器阵列是偏心的。
30.如权利要求16所述的超声波传感器阵列，其中：
多个超声波传感器沿方位方向彼此邻接，以使得第一超声波传感器的连续编号的传感器单元沿纵向和所有其它超声波传感器的同样连续编号的传感器单元对齐；以及
每个第二连接节点包括相邻超声波传感器的连续编号的传感器单元的第二电极的邻接的子组。
31.如权利要求30所述的超声波传感器阵列，其中：所述多个超声波传感器包括至少36个超声波传感器；
每个超声波传感器在一个相关的频率下沿至少一个半波长的方位方向具有第一宽度；
每个第一连接节点和一个超声系统的RF通道相连；以及
所述邻接的子组在所述相关的频率下沿至少一个1/4波长的纵向方向具有第二宽度。
32.一种用于控制超声波传感器阵列的方法，所述超声波传感器阵列包括多个超声波传感器，每个超声波传感器包括多个传感器单元，每个传感器单元包括一对电极，该方法包括以下步骤：
对每对电极施加多个偏压中的一个，其中：
所述多个偏压包括正偏压和负偏压；
所述正偏压作为一个偏压被施加到至少第一对电极上；以及
所述负偏压作为一个偏压被施加到至少第二对电极上。
33.如权利要求32所述的方法，还包括以下步骤：
连接至少一个超声波传感器的多个传感器单元的每对电极的第一电极以形成多个第一连接节点；
连接每个超声波传感器的至少一个传感器单元的每对电极的第二电极以形成多个第二连接节点；以及
在所述多个第一连接节点和所述多个第二连接节点之间耦接多个偏压。
34.如权利要求33所述的方法，其中，所述耦接步骤使用多路转换器。
35.如权利要求33所述的方法，其中，所述耦接步骤使用连接电路，该连接电路包括以下中的至少一个：
至少一个多路转换器；
至少一个继电器；
至少一个晶体管；以及
硬布线。
36.如权利要求35所述的方法，其中，使用所述连接电路包括：
连接多个偏压到所述多路转换器的多个偏压输入；
连接多个第二连接节点到所述多路转换器的多个偏压输出；以及
连接指定的偏压图案到所述多路转换器的选择输入。
37.如权利要求36所述的方法，还包括识别指定的偏压图案的步骤。
38.如权利要求37所述的方法，其中，识别指定的偏压图案的步骤包括：
连接一个存储单元到选择输入，所述存储单元包括查找表，该查找表含有至少一个偏压图案；以及
指向从所述查找表内指定的偏压图案。
39.如权利要求38所述的方法，其中，所述存储单元是可擦除的、可编程的只读存储器，即EPROM。
40.如权利要求38所述的方法，其中：
所述至少一个偏压图案还包括聚焦区数；以及
所述指向包括使用系统产生的聚焦区数指针。
41.如权利要求40所述的方法，其中，所述系统产生的聚焦区数指针从施加于多个超声波传感器中的每一个的激励电压的定时被导出。
42.如权利要求32所述的方法，其中，所述正偏压具有和所述负偏压不同的幅值。
43.如权利要求32所述的方法，其中，所述施加多个偏压的步骤作为时间的函数改变所述多个偏压中的至少一个偏压的幅值和极性。
44.如权利要求43所述的方法，其中，所述幅值和极性被这样改变，以使得沿范围方向中的纵向焦点和均匀偏置的超声波传感器阵列的焦点不同。
45.如权利要求43所述的方法，其中，所述幅值和极性被这样改变，以使得在纵向中的峰值纵向焦点的中心点对于沿纵向的超声波传感器阵列是偏心的。
46.如权利要求33所述的方法，还包括以下步骤：
对齐沿方位方向彼此相邻的所述多个超声波传感器以使得第一超声波传感器的连续编号的传感器单元沿纵向与所有其它超声波传感器的同样连续编号的传感器单元对齐；以及
在每个第二连接节点中包括相邻超声波传感器的连续编号的传感器单元的第二电极的邻接的子组。
47.如权利要求46所述的方法，其中：
所述多个超声波传感器包括至少36个超声波传感器；
每个超声波传感器在一个相关的频率下沿至少一个半波长的方位方向具有第一宽度；
每个第一连接节点和一个超声系统的RF通道相连；以及
所述邻接的子组在所述相关的频率下沿至少一个1/4波长的纵向方向具有第二宽度。
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