KR102035884B1 - 다중주파수 초광대역 트랜스듀서 - Google Patents

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Abstract

예를 들어, 동일한 디바이스에서 고주파수 및 저주파수 동작 양쪽 모두를 달성하기 위하여, pMUT(압전 초소형 초음파 트랜스듀서) 어레이들 및 pMUT 어레이들에서 주파수 성형을 위한 기술들이 설명된다. 고주파수 및 저주파수 양쪽 모두에서 동작하기 위한 능력은 관심이 있는 특정한 침투 깊이에서 최적 해상도를 위해 적응적으로 조정하기 위하여 디바이스의 사용동안 튜닝될 수 있다. 멤브레인들 전체에 걸쳐 공진 주파수를 튜닝하기 위하여 다양한 사이즈의 압전 멤브레인들이 제작된다. 둘 이상의 전극 레일들의 각각으로부터 생성 및/또는 수신된 구동 및/또는 응답 신호들의 신호처리는 근거리장 모드, 원거리장 모드, 또는 초광대역 모드와 같은 다양한 다양한 동작 모드들을 달성할 수 있다.

Description

다중주파수 초광대역 트랜스듀서{MULTI-FREQUENCY ULTRA WIDE BANDWIDTH TRANSDUCER}
본 발명의 실시예들은 일반적으로 압전 트랜스듀서들에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는 pMUT(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer: 압전 초소형 초음파 트랜스듀서) 어레이들에 관한 것이다.
본 출원은 "다중주파수 초광대역 트랜스듀서"라는 발명의 명칭으로 2012년 5월 1일에 출원된 미국 임시출원(U.S. Provisional Application) 제61/641,197호 및 "다중주파수 초광대역 트랜스듀서"라는 발명의 명칭으로 2013년 3월 15일에 출원된 미국 특허출원 제13/835,500호의 우선권을 주장하며, 이 출원들에 기재된 전체 내용은 전부가 모든 목적을 위해서 본 명세서의 이 부분에서 참조에 의해 통합된다(incorporated by reference).
초음파 압전 트랜스듀서 디바이스(device)는 전형적으로 트랜스듀서 엘리먼트(transducer element)의 노출된 외부 표면과 접촉하는 전파(propagation) 매체(예컨대, 공기, 물, 또는 신체 조직(body tissue))에서 고주파수 압력파(pressure wave)를 발생시키기 위하여 시변 구동 전압(time-varying driving voltage)에 응답하여 진동할 수 있는 압전 멤브레인(piezoelectric membrane)을 포함한다. 이러한 고주파수 압력파는 다른 매체로 전파될 수 있다. 동일한 압전 멤브레인은 또한 전파 매체로부터 반사된 압력파들을 수신할 수 있고, 수신된 압력파들을 전기적 신호들로 변환할 수 있다. 전기적 신호들은, 전파 매체에서의 밀도 또는 탄성률의 변화들에 대한 정보를 획득하기 위하여 구동 전압 신호들과 함께 처리될 수 있다.
압전 멤브레인들을 이용하는 다수의 초음파 트랜스듀서 디바이스들은 벌크 압전 재료(bulk piezoelectric material)를 기계적으로 다이싱(dicing)함으로써 또는 압전 세라믹 크리스탈(piezoelectric ceramic crystal)들을 가지고 주입된 캐리어 물질(carrier material)을 사출 몰딩(injection molding)함으로써 형성되지만, 디바이스들은 유익하게는 다양한 미세기계가공(micromachining) 기술들(예컨대, 물질 증착(material deposition), 리소그래픽 패터닝(lithographic patterning), 에칭에 의한 피처 형성(feature formation by etching) 등)을 이용해서 상당히 고차원적인 허용오차(tolerance)까지도 저렴하게 제조될 수 있다. 그래서, 트랜스듀서 엘리먼트들의 대규모 어레이들은 빔포밍(beam forming) 알고리즘들을 통해서 구동된 어레이들의 각각의 것들을 가지고 채용된다. 이렇게 배열된(arrayed) 디바이스들은 pMUT 어레이들로 알려져 있다.
일반적으로, 임의의 초음파 트랜스듀서 기술에 대해서, 주파수가 높을수록 향상되는 이미징 해상도(imaging resolution)와 주파수가 낮을수록 향상되는 침투 깊이(penetration depth) 사이에 트레이드오프(tradeoff)가 존재한다. 지금까지, pMUT 어레이들은 대역폭을 제한했었다(예컨대, 비대역폭(fractional bandwidth)이 1보다 꽤 아래임). 그래서, pMUT 어레이들을 채용하는 트랜스듀서들은 전형적으로 애플리케이션 특정적(application specific)이며, 예컨대, 위장 초음파 검사법(Gasrointestinal Ultrasonography)은 제1 동작 주파수 대역, 아마도 2-6MHz의 트랜스듀서를 필요로 하고, 초음파 심장 검진법(Echocardigraphy)는 제2 동작 주파수 대역, 아마도 5-13 MHz의 트랜스듀서를 필요로 한다. 다중주파수 동작 및/또는 동적 주파수 튜닝(tuning)을 할 수 있는 pMUT 어레이는 유익하게도 초음파 트랜스듀서 조작자가 시료(specimen) 또는 환자를 이미징하는 동안 트랜스듀서의 동작 (전송 및/또는 수신) 주파수 대역을 조절하는(modulate) 것을 가능하게 할 것이고, 트랜스듀서들을 교체할 임의의 필요성을 없앨 것이다.
본 발명은 다중주파수 pMUT 어레이들 및 다중주파수 pMUT 어레이들을 포함하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다중주파수 pMUT 어레이들 및 다중주파수 pMUT 어레이들을 포함하는 시스템들이 본 명세서에서 설명된다. 실시예에서, pMUT 어레이는 기판 상에 배치된 복수의 압전 트랜스듀서 엘리먼트 집합체(piezoelectric transducer element population)들을 포함한다. 엘리먼트 집합체들의 각각은 상이한 사이즈로 이루어진 압전 멤브레인들을 갖는 적어도 제1 및 제2 트랜스듀서 엘리먼트를 포함하고, 다양한 사이즈들로 이루어진 임의의 수의 압전 멤브레인들을 포함할 수 있다. 각각의 트랜스듀서 엘리먼트는 압전 멤브레인에 커플링된 구동/감지 전극(drive/sense electrode)을 갖고, 전극 레일(electrode rail)들의 복수의 세트들은 구동/감지 전극들에 커플링되고, 전극 레일들 중의 각각의 세트는 트랜스듀서 엘리먼트 집합체들 중의 하나에만 커플링된다. 주어진 전극 레일 세트에 대해서, 제1 전극 레일은 (제1 사이즈의) 제1 트랜스듀서 엘리먼트의 구동/감지 전극에 전기적으로 커플링되는 반면, 이 세트의 제2 전극 레일은 (제2 사이즈의) 제2 트랜스듀서 엘리먼트의 구동/감지 전극에 전기적으로 커플링된다.
개별적인 구동/감지 전극들에 있어서, 집합체 내의 상이한 주파수 응답의 트랜스듀서 엘리먼트들은 독립적으로 처리가능하다. 추가적인 실시예들에서 제공되는 바와 같이, 다중주파수 pMUT 어레이를 통하여 매체에서 압력파들을 생성 및 감지하기 위한 장치는 제1 전기적 구동 신호를 제1 전극 레일에 인가하고 제2 전기적 구동 신호를 제2 전극 레일에 인가하는 것이고, 및/또는 제1 전극 레일로부터의 제1 전기적 응답 신호에 제1 신호 처리를 적용하고 제2 전극 레일로부터의 제2 전기적 응답 신호에 제2 신호 처리를 적용하는 것이다. 이로써, 초음파 트랜스듀서 장치는 트랜스듀서 엘리먼트들의 집합체 내에서 서브그룹(subgroup)들을 기초로 하여 pMUT 어레이의 주파수 응답을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 엘리먼트 서브그룹이 압전 멤브레인들을 포함하고 압전 멤브레인들 모두가 제2 엘리먼트 서브그룹보다 더 작은 경우에, 상이한 멤브레인 사이즈들과 연관된 상이한 주파수 응답 특성들은 트랜스듀서 엘리먼트들의 집합체에 제공된 다양한 구동/감지 전극 레일들에 의해서 선택 및/또는 튜닝될 수 있다.
도 1a는 실시예에 따른, 이중주파수(dual-frequency) 1D pMUT 어레이의 평면도이고;
도 1b는 실시예에 따른, 이중주파수 2D pMUT 어레이의 평면도이고;
도 1c는 실시예에 따른, 다중주파수 pMUT 집합체의 평면도이고;
도 1d는 실시예에 따른, 각각의 주파수 대역 내에서의 타원형 멤브레인들 및 그래쥬에이팅 사이즈(graduating size)들을 가진 이중주파수 1D pMUT 어레이의 평면도이고;
도 2a, 2b, 및 2c는 실시예에 따른, 도 1a-1b의 pMUT 어레이들 중의 임의의 것에 채용될 수 있는 트랜스듀서 엘리먼트들의 단면도이고;
도 3은 실시예에 따른, 도 1a의 이중주파수 pMUT 어레이에서의 트랜스듀서 엘리먼트들을 위한 주파수 응답 곡선들을 도시하는 그래프이고;
도 4a는 실시예들에 따른, 도 1a의 이중주파수 pMUT 어레이 상의 구동 신호들에 대한 방법의 흐름도이고;
도 4b는 실시예들에 따른, 도 1a의 이중 주파수 pMUT 어레이로부터 응답 신호들을 수신하기 위한 방법의 흐름도이고;
도 5a는 실시예에 따른, 초광대역 모드(mode)에서 동작한 도 1a의 이중주파수 pMUT 어레이에 대한 누적 주파수 응답(cumulative frequency response)을 도시하는 그래프이고;
도 5b는 실시예에 따른, 근거리장 모드에서 동작한 도 1a의 이중주파수 pMUT 어레이에 대한 누적 주파수 응답을 도시하는 그래프이고;
도 5c는 실시예에 따른, 원거리장 모드에서 동작한 도 1a의 이중주파수 pMUT 어레이에 대한 누적 주파수 응답을 도시하는 그래프이고;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른, 다중주파수 pMUT 어레이를 채용하는 초음파 트랜스듀서 장치의 기능 블록도이다.
본 발명의 실시예들은 첨부 도면들의 그림들에서 제한이 아니라 예로서 설명된다.
다음 설명에서, 다수의 세부사항들이 제시된다. 하지만, 본 발명은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 점이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 몇몇 예들에서, 본 발명을 모호하게 하는 것을 피하기 위해서 주지의 방법들 및 디바이스들은 세부적으로 도시되는 것이 아니라 블록도 형태로 도시된다. 명세서 전체에 걸쳐서 "실시예"라고 하는 언급은 실시예와 연관해서 언급된 특정한 특징, 구조, 기능, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 그래서, 본 명세서 전체에 걸쳐 여러 곳에서의 "실시예에서"라는 문구의 등장은 본 발명의 동일한 실시예를 반드시 언급하는 것이 아니다. 게다가, 특정한 특징들, 구조들, 기능들, 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 두 실시예들이 서로 배타적이지 않은 임의의 곳에서 제1 실시예는 제2 실시예와 결합될 수 있다.
구체적으로 다르게 언급되지 않는다면, "처리(processing)", "컴퓨팅(computing)", "계산(calculating)", "결정(determining)" 등과 같은 용어들은 컴퓨터 또는 컴퓨팅 시스템 또는 유사한 전자 컴퓨팅 디바이스의 액션 및/또는 프로세스를 지칭하고, 이것은 컴퓨팅 시스템의 레지스터들 및/또는 메모리들 내에서 물리적, 예컨대 전자적 양으로 표현된 테이터를 조작하고, 및/또는 이를 컴퓨팅 시스템의 메모리들, 레지스터들, 또는 다른 이러한 정보 저장, 전송, 또는 디스플레이 디바이스들 내에서 물리적 양으로 유사하게 표현되는 다른 데이터로 변환한다.
용어들 "커플링된(coupled)" 및 "연결된(connected)"과 그 파생어들은 본 명세서에서 구성요소들 간의 구조적인 관계들을 설명하기 위해 이용될 수 있다. 이 용어들은 서로에 대한 동의어(synonym)로 의도된 것이 아니라고 이해되어야 한다. 오히려, 특정한 실시예들에서, "연결된(connected)"은 둘 이상의 엘리먼트들이 서로 직접적으로 물리적 또는 전기적 접촉을 하고 있다는 것을 나타내기 위해 사용될 수 있다. "커플링된(coupled)"은 둘 이상의 엘리먼트들이 직접적으로 또는 간접적으로 (그 사이에 다른 중간의(intervening) 엘리먼트들을 가지고) 서로 물리적 또는 전기적 접촉을 하고 있다는 것 및/또는 둘 이상의 엘리먼트들이 (예컨대, 인과관계에서와 같이) 서로 협동 또는 상호작용한다는 것을 나타내기 위해 사용될 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에서 설명된 실시예들은 동일한 디바이스에서 고주파수 및 저주파수 동작을 달성하기 위하여 pMUT 어레이들의 주파수 성형 능력(frequency shaping ability)을 활용한다. 고주파수 및 저주파수 양쪽 모두에서 동작하기 위한 능력은 관심있는 특정한 침투 깊이에서 최적의 해상도를 위해 적응적으로(adaptively) 조정하도록 디바이스의 이용동안 튜닝될(tuned) 수 있다. pMUT 어레이 내에서의 주파수 성형은 여러 기술들을 통해 달성될 수 있지만, 예시적인 실시예에서, 다양한 사이즈의 압전 멤브레인들이 멤브레인들 전체에 걸쳐서 공진 주파수를 튜닝하기 위해 제작된다. 이후, 다양한 사이즈의 압전 멤브레인들은 둘 이상의 전극 레일들에 의해서 함께 그룹핑되거나(grouped) 럼핑되고(lumped), 상이한 사이즈의 트랜스듀서 엘리먼트들의 둘 이상의 그룹핑(grouping)들 사이에서 독립적인 처리를 가능하게 한다. 이후, 둘 이상의 전극 레일들의 각각으로부터 생성된 및/또는 수신된 구동 및/또는 응답 신호들의 신호 처리는 근거리장 모드, 원거리장 모드, 및 초광대역 모드와 같은 디바이스를 위한 다양한 동작 모드들을 달성할 수 있다.
도 1a는 실시예에 따른 pMUT 어레이(100)의 평면도이다. 실시예에서, pMUT 어레이는 기판 위에 배치된 복수의 압전 트랜스듀서 엘리먼트 집합체들을 포함한다. 각각의 압전 트랜스듀서 엘리먼트 집합체는 각각의 엘리먼트 집합체 내에서 개별 트랜스듀서 엘리먼트들의 합성물(composite)인 주파수 응답을 가진 럼핑된 엘리먼트(lumped element)로서 동작하는 것이다. 일반적으로, 어레이 영역(array area) 및 엘리먼트 피치(element pitch)에 따라서 임의의 수의 압전 트랜스듀서 엘리먼트들이 하나의 집합체로서 함께 럼핑될 수 있다. 도 1a에 도시된 실시예에서, 각각의 압전 트랜스듀서 엘리먼트 집합체(예컨대, 110)는 기판의 길이 L1에 대해서 한 줄로 정렬된 (즉, 중심들이 직선을 따라 정렬된) 압전 트랜스듀서 엘리먼트들을 가지고 y 디멘전(dimension)을 따라 선형 어레이(linear array)를 형성하고, 기판의 길이 L1은 기판의 폭 W1보다 적어도 다섯 배 더 크고 바람직하게는 적어도 한 자릿수 더 크다. pMUT 어레이 내의 각각의 엘리먼트 집합체는 빔 포밍 기법(beam forming techniques)들이 집합체 레벨(population level)에서 적용될 수 있도록 어레이 내에서 기지의 공간 관계(known spatial relationship)를 가져야 한다는 지도 원리(guiding principle)를 가지고 엘리먼트 집합체가 배열되는 다른 기하구조 또한 가능하다. 도 1a의 예시적인 실시예에 대해서, 빔 포밍 기법들은 x 방향을 따라 1D 어레이를 형성하는 엘리먼트 집합체들(110, 120, 130, 140)을 가지고 바로 적용될 수 있다.
실시예에서, 각각의 엘리먼트 집합체는 상이한 사이즈의 압전 멤브레인들을 갖는 적어도 제1 및 제2 트랜스듀서 엘리먼트를 포함한다. 스펙트럼 응답은 상이한 멤브레인 사이즈들(예컨대, 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 예시적인 원형 또는 회전타원체형 멤브레인들에 대한 멤브레인 지름들)을 통합시킴으로써 성형될 수 있다. 벌크(bulk) PZT 트랜스듀서들과 달리, pMUT의 공진 주파수는 리소그래피(lithography)를 통해서 기하구조에 의해 바로 튜닝될 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 각각의 트랜스듀서 엘리먼트 집합체는 각각의 집합체로부터의 스펙트럼 응답이 거의 동일하도록 동일한 세트의 트랜스듀서 엘리먼트 사이즈들을 포함한다.
일반적으로, 임의의 수의 상이한 멤브레인 사이즈들(예컨대, 2-20 상이한 멤브레인 사이즈들(예컨대, 지름들) 이상)이 엘리먼트 집합체 내에서 이용될 수 있다. 도 1a에서 도시된 바와 같이, 각각의 구동/감지 전극(예컨대, 110')이 세 개의 상이한 사이즈들(예컨대, 111A, 112A, 113A)을 갖는 트랜스듀서 엘리먼트들에 커플링된다. 지름들의 범위는 일반적으로 멤브레인 경도(stiffness) 및 질량(mass)의 함수로서 원하는 주파수 범위에 의존할 것이다. 연속적으로 더 커지는 멤브레인들 간의 증가(increment)는 상이한 사이즈의 멤브레인들의 수 및 범위의 함수일 수 있고, 더 큰 사이즈 증가들에 대해 더 적은 주파수 오버랩(overlap)이 일어난다. 증가 사이즈는 모든 트랜스듀서 엘리먼트들이 원하는 동작 모드에 대해서 충분한 3dB 대역폭을 유지하는 응답 곡선에 기여하는 것을 보장하도록 선택될 수 있다. 예로서, 근거리장 동작 모드를 위해, 도 2a-2c의 문맥에서 설명된 일반적인 구조를 갖는 트랜스듀서로부터의 MHz 주파수 응답들에 대해 20-150 μm의 범위 내의 트랜스듀서 지름들이 전형적일 것이다. 2-10 μm의 지름 증가는 누적 응답에 3dB 대역폭을 제공하기 위하여 충분한 응답 오버랩(response overlap)을 전형적으로 제공할 것이다.
실시예에서, pMUT 어레이는 복수의 전극 레일 세트(set)들을 포함하고, 전극 레일들의 각각의 세트는 트랜스듀서 엘리먼트 집합체들 중의 하나에만 커플링된다. 일반적으로, 주어진 엘리먼트 집합체 내에서, 개별 트랜스듀서 엘리먼트의 구동/감지 전극들은 적어도 두 개의 별개의 구동/감지 전극 레일들 중의 하나에 병렬로 전기적으로 연결되어서, 하나의 구동/감지 레일에 커플링된 모든 엘리먼트 구동/감지 전극들은 동일한 전위(electrical potential)로 존재한다. 각각의 트랜스듀서 엘리먼트 집합체를 위한 두 개의 별개의 구동/감지 전극 레일들에 있어서, 제1 전극 레일은 제1 트랜스듀서 엘리먼트의 구동/감지 전극에 전기적으로 커플링되고, 제2 전극 레일은 제2 트랜스듀서 엘리먼트의 구동/감지 전극에 전기적으로 커플링된다. 예컨대 도 1에서, 엘리먼트 집합체(110)는 구동/감지 전극 레일(110')에 커플링된 구동/감지 전극들을 갖는 트랜스듀서 엘리먼트들(111A, 112A, 113A, 111B, 112B, 및 113B)을 포함하고, 반면에 엘리먼트들(114A, 115A, 116A, 114B, 115B, 및 116B)는 구동/감지 전극 레일(110")에 커플링된 구동/감지 전극들을 가진다. 유사하게, 트랜스듀서 엘리먼트 집합체(120)의 구동/감지 전극들은 구동/감지 전극 레일들(120' 또는 120")에 병렬로 커플링된다.
각각의 구동/감지 전극 레일(예컨대, 110')은 임의의 다른 구동/감지 전극 레일들(예컨대, 110" 또는 120' 등)과는 독립적으로 전기적으로 처리가능하다(electrically addressable). 구동/감지 전극 레일들 및 레퍼런스(reference)(예컨대, 접지) 전극 레일 양쪽 모두는 도 2a-2c의 단면도에서 도시된다. 도 1a에서, 구동/감지 전극 레일(110') 및 구동/감지 전극 레일(110")은 어레이에서 반복 셀(repeating cell)을 나타낸다. 예를 들어, 트랜스듀서 엘리먼트 집합체(110)에 대해서, 인터디지테이티드 핑거(interdigitated finger) 구조를 형성하기 위하여, 제1 구동/감지 전극 레일(110')은 제1 말단(end)(127)에 커플링되고, 제2 구동/감지 전극 레일(110")은 제2 말단(128)에 커플링된다. 구동/감지 전극 레일(120') 및 구동/감지 전극 레일(120")은 임의의 사이즈(예컨대, 128 집합체들에 대해 256 전극 레일들 등)의 1D 전극 어레이를 형성하는 추가적인 셀(cell)들을 가지고 인터디지테이티드 구조를 반복한다.
실시예에서, 동일한 트랜스듀서 엘리먼트 집합체에 상응하는 구동/감지 전극 레일들은 상이한 논-오버래핑(non-overlapping) 사이즈 범위들로 이루어진 트랜스듀서 엘리먼트들에 커플링된다. 예를 들어, n개의 트랜스듀서 엘리먼트들의 집합체는 i개의 상이한 사이즈들로 이루어진 압전 멤브레인들을 포함하고, 여기서 i=1, 2, 3, 4, 5, 및 6이고 i가 증가함에 따라 더 큰 멤브레인 지름들을 커버하고(covering), 제1 구동/감지 전극 레일은 사이즈 i=1~3으로 이루어진 멤브레인들에 커플링되는 반면, 제2 구동/감지 전극 레일은 사이즈 i=4~6으로 이루어진 멤브레인들에 커플링된다. 도 1a에서 더 도시된 바와 같이, 함께 세 개의 가장 작은 멤브레인들인 트랜스듀서 엘리먼트들(111A, 112A, 및 113A)은 모두 구동/감지 전극 레일(110')에 커플링된다. 유사하게, 함께 세 개의 가장 큰 멤브레인들인 트랜스듀서 엘리먼트들(114A, 115A, 및 11BA)은 모두 구동/감지 전극 레일(110")에 커플링된다. 본 명세서의 다른 곳에서 더 설명된 바와 같이, 엘리먼트 집합체의 m개의 서브그룹들로의 이러한 분리(separation)(m은 레일들의 한 세트에서의 구동/감지 레일들의 수)는 pMUT 어레이가 상이한 주파수 대역들에서 동작하는 것(즉, 멀티-헤르츠(multi-hertz) 동작)을 가능하게 한다.
실시예에서, 각각의 엘리먼트 집합체는 제1 사이즈의 압전 멤브레인을 가진 복수의 제1 트랜스듀서 엘리먼트들을 포함하고, 제2 사이즈의 압전 멤브레인을 가진 복수의 제2 트랜스듀서 엘리먼트들을 포함한다. 상이한 트랜스듀서 엘리먼트(즉, 멤브레인) 사이즈들의 수가 증가함에 따라서, 동일한 사이즈의 엘리먼트들 간의 거리가 증가하기 때문에 특정한 중심 주파수에서 해상도(resolution)가 떨어질 것으로 예상될 수 있다. 예를 들어, 각각의 압전 트랜스듀서 엘리먼트 집합체의 압전 멤브레인들이 한 줄로(in single file) 있는 경우에, 길이 L1을 따른 동일한-사이즈의 트랜스듀서들의 유효 피치(effective pitch)는 집합체에서 각각의 추가적인 트랜스듀서 사이즈를 가지고 감소된다. 각각의 압전 트랜스듀서 엘리먼트 집합체 내에 각각의 공칭(nominal) 멤브레인 사이즈의 둘 이상의 압전 트랜스듀서 엘리먼트를 포함하는 것은 해상도를 향상시킬 수 있다. 도 1a에 도시된 예시적인 실시예에 대해서, 구동/감지 전극 레일(110')은 제1 사이즈(예컨대, 가장 작은 지름 멤브레인)로 이루어진 압전 트랜스듀서 엘리먼트들(111A 및 111B), 제2 사이즈(예컨대, 다음으로 가장 작은 지름 멤브레인)로 이루어진 엘리먼트들(112A, 112B), 및 세 개의 상이한 멤브레인 사이즈들로 이루어진 엘리먼트들(113A, 113B)에 전기적으로 커플링된다. 유사하게, 구동/감지 전극 레일(110")은 제1 사이즈(예컨대, 가장 큰 지름 멤브레인)로 이루어진 제1 트랜스듀서 엘리먼트들(114A 및 114B) 각각의 구동/감지 전극에 전기적으로 커플링된다.
예시적인 실시예에서, 트랜스듀서 엘리먼트 서브그룹(118A)은 엘리먼트 집합체(110)가 배치되는 기판(101)의 길이를 따라 118B로서 반복된다. 각각의 트랜스듀서 엘리먼트 서브그룹(118A, 118B)은 제1 또는 제2 전극 레일(110' 및 110") 중의 하나에 커플링된 각각의 공칭 멤브레인 사이즈로 이루어진 하나의 압전 트랜스듀서 엘리먼트를 포함한다. 그래서, 서브그룹(118A)은 pMUT 어레이(100)의 최소 반복 단위 셀(minimum repeating unit cell)을 나타낸다. 이 예시적인 실시예에서, 구동/감지 레일들(110' 및 110")에 커플링된 엘리먼트 집합체가, 하나의 엘리먼트 서브그룹에 의해 점유된 기판의 길이 이하만큼 이격되되, 상이한 사이즈의 적어도 하나의 중간 엘리먼트(intervening element)에 의해 이격되는 동일한 사이즈(예컨대, 111A 및 111B)의 트랜스듀서 엘리먼트들을 가진다는 것을 공간적 배치(spatial layout)가 보장한다. 이것은 신호의 균일성(uniformity)을 향상시키는 효과를 가진다. 해상도가 주파수 응답 대역 전체에 걸쳐서 비슷하도록 동일한 사이즈의 엘리먼트들을 동일한 양만큼 간격을 두는 것 또한 유익하다. 추가적인 실시예들에서, 도 1a에 의해서도 도시된 바와 같이, 제1 전극 레일(예컨대, 110')에 커플링된 트랜스듀서 엘리먼트들(예컨대, 111A-114A)은 제2 전극 레일(예컨대, 110")에 커플링된 트랜스듀서 엘리먼트들(예컨대, 115A)에 의해 이격된다. 구동/감지 전극 레일 쌍들의 이러한 인터디지테이션(interdigitation)은 엘리먼트 집합체의 공간적 분포(spatial distribution)가 구동/감지 전극 레일들의 쌍들 사이에서 균일할 것을 보장한다.
개별 트랜스듀서 엘리먼트들의 예시적인 초소형(micromachined)(즉, 마이크로 전기 기계(microelectro mechanical)) 관점들은 도 2a-2c의 문맥에서 간단하게 설명된다. 도 2a-2c에 도시된 구조들은 주로 본 발명의 특정 관점들에 대한 문맥으로서 그리고 압전 트랜스듀서 엘리먼트 구조와 관련하여 본 발명의 폭넓은 적용성(broad applicability)을 추가로 도시하기 위하여 포함된다고 이해되어야 한다. 도 2a, 2b, 및 2c는 트랜스듀서 엘리먼트 실시예들의 단면도들이고, 실시예에 따라서 이들 중 어느 하나가 pMUT 어레이(100)에서 이용될 수 있다. 도 2a는 도 1a에서 a-a' 선에 따른 단면에 대응하고, 도 2b 및 2c는 도 1a에서 b-b' 선에 따른 단면에 대응한다.
도 2a에서, 볼록한(convex) 트랜스듀서 엘리먼트(202)는 동작 동안 pMUT 어레이(100)의 진동하는(vibrating) 외부 표면의 일부를 형성하는 상부 표면(top surface)(204)을 포함한다. 트랜스듀서 엘리먼트(202)는 또한 기판(101)의 상부 표면에 부착된 하부 표면(bottom surface)(206)을 포함한다. 트랜스듀서 엘리먼트(202)는 구동/감지 전극(drive/sense electrode)(212)과 레퍼런스 전극(reference electrode)(214) 사이에 배치된 볼록한(convex) 또는 돔-형상의(dome-shaped) 압전 멤브레인(210)을 포함한다(즉, 압전 멤브레인(202)은 회전타원체형 기하구조를 가진다). 하나의 실시예에서, 압전 멤브레인(210)은 예컨대 평면의(planar) 상부 표면에 형성된 돔(dome)을 갖는 프로파일-트랜스퍼링 기판(profile-transferring substrate)(예컨대, 포토레지스트(photoresist)) 상의 균일한 층(uniform layer)에 압전 재료 입자들을 증착(depositing)함으로써(예컨대, 스퍼터링(sputtering)함으로써) 형성된다. 종래의 초소형 처리에 적합할 것으로 본 기술분야에 알려진, 도핑된(dopted) PMM(polymethylrnethacrylate) 폴리머 입자들 및 AlN(aluminum nitride)과 같이, 임의의 재료가 이용될 수 있지만 이에 한정되지 않고, 예시적인 압전 재료는 PZT(Lead Zirconate Titanate)이다. 구동/감지 전극 및 레퍼런스 전극(212, 214)은 각각 프로파일-프로파일 트랜스퍼링(profile-profile transferring) 기판 상에 (예컨대, PVD, ALD, CVD 등에 의해서) 증착된 전도성 재료(conductive material)로 이루어진 박막층(thin film layer)일 수 있다. 구동/감지 전극을 위한 전도성 재료는 Au, Pt, Ni, Ir 등 중의 하나 이상, 이들의 합금(예컨대, AuSn, IrTiW, AuTiW, AuNi 등), 이들의 산화물(예컨대, IrO2, NiO2, PtO2 등), 또는 둘 이상의 이러한 물질들의 합성물 스택(composite stack)과 같은 것이되 이에 한정되지 않고, 이러한 기능을 위해 본 기술분야에 알려진 임의의 물질일 수 있다.
도 2a에서 더 도시된 바와 같이, 몇몇 구현들에서, 트랜스듀서 엘리먼트(202)는 제작 동안 지지(support) 및/또는 식각 저지(etch stop)와 같은 기능을 할 수 있는 이산화 규소(silicon dioxide)와 같은 박막층(222)을 선택적으로 포함할 수 있다. 유전체(dielectric) 멤브레인(224)은 레퍼런스 전극(212)으로부터 구동/감지 전극(214)을 절연하도록 더 기능할 수 있다. 수직으로 지향된 전기 인터커넥트(vertically-oriented electrical interconnect)(232)는 제1 구동/감지 전극 레일(110')을 통해서 구동/감지 전극(212)을 구동/감지 회로들에 연결한다. 유사한 인터커넥트는 레퍼런스 전극(214)을 레퍼런스 전극 레일(234)에 커플링하고, 이것은 예컨대 집합체의 모든 트랜스듀서 엘리먼트들에 커플링될 수 있다. 트랜스듀서 엘리먼트(202)의 중심을 정의하는 대칭축과 함께 홀(hole)(241)을 갖는 환형 지지체(annular support)(236)는 압전 멤브레인(210)을 기판(101)에 기계적으로 커플링한다. 지지체(236)는 이산화 규소, 다결정 실리콘(polycrystalline silicon), 다결정 게르마늄(polycrystalline germanium), SiGe 등과 같이 임의의 종래의 물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 지지체(236)의 예시적인 두께는 10-50 μm 범위이고, 멤브레인(224)의 예시적인 두께는 2-20 μm 범위이다.
도 2b는 트랜스듀서 엘리먼트(242)를 위한 다른 예시적인 구성을 도시하고, 트랜스듀서 엘리먼트(202)에서의 구조들과 기능적으로 유사한 구조들은 동일한 참조 번호를 가지고 식별된다. 트랜스듀서 엘리먼트(242)는 오목한(concave) 압전 멤브레인(250)을 도시하고, 이것은 휴지기 상태(resting state)에서 오목하다(즉, 압전 멤브레인(250)은 회전타원체형 기하구조를 가진다). 여기서, 구동/감지 전극(212)은 제2 구동/감지 전극 레일(110")에 커플링된다.
도 2c는 트랜스듀서 엘리먼트(282)를 위한 다른 예시적인 구성을 도시하고, 트랜스듀서 엘리먼트(202)에서의 구조들과 기능적으로 유사한 구조들은 동일한 참조 번호를 가지고 식별된다. 트랜스듀서 엘리먼트(262)는 휴지기 상태에서 평면인 평면의(planar) 압전 멤브레인(290)을 나타내고, 엘리먼트들(202, 242)과 달리, 벤딩 모드(bending mode)에서 동작하고, 그러므로 (전형적으로 실리콘으로 이루어진) 멤브레인(575)을 더 포함한다. 여기서, 구동/감지 전극(212)은 평면의 압전 멤브레인(290)의 상부 표면 위에 배치되는 반면, 레퍼런스 전극(214)은 하부 멤브레인 표면 아래에 배치된다. 도 2a-2c의 각각에서 도시된 것과 상반된 구동/감지 전극 및 레퍼런스 전극 구조 또한 가능하다(즉, 압전 멤브레인 아래에 구동/감지 전극이 배치되는 것).
실시예에서, 전극 레일들의 복수의 세트들은 기판의 제1 및 제2 디멘전을 따라 전극 레일들의 2차원 어레이를 형성한다. 도 1a는 예시적인 1D pMUT 어레이(100)를 도시하는 반면, 도 1b는 예시적인 2D pMUT 어레이(190)의 평면도이다. 각각의 트랜스듀서 엘리먼트 집합체 내에서, 실시예에 따라 상이한 사이즈들로 이루어진 트랜스듀서 엘리먼트들(A, B, C, 및 D)이 존재한다. 도시된 바와 같이, y-디멘전에서 칼럼(column) C1을 형성하는 복수의 엘리먼트 집합체들(110A, 110B, 110C 등) 및 x-디멘전에서 로우(row) R1을 형성하는 110A, 120A, 130 등이 기판(101) 위로 타일링되어(tiled) 있다. 그러므로, 로우들 R1-R5 및 C1-C5는 엘리먼트 집합체들로 이루어진 5x5 어레이를 제공한다. 1D pMUT 어레이(100)와 마찬가지로, 2D pMUT 어레이(190)는 각각의 집합체(예컨대, 110A)에서 트랜스듀서 엘리먼트들에서의 엘리먼트들을 분리시키도록 커플링된 적어도 두 개의 구동/감지 전극(예컨대, 110A' 및 110A")을 포함한다(예컨대, 엘리먼트들(A,B)에 커플링된 110A' 및 엘리먼트들(C,D)에 커플링된 110A").
도 1a는 집합체의 엘리먼트들이 구동/감지 전극들(예컨대, 110' 및 110")의 쌍에 커플링되어 있는 예시적인 실시예를 도시하는 반면, 도 1c는 일반적으로 i개의 상이한 사이즈들로 이루어진 n개의 트랜스듀서 엘리먼트들의 집합체(180)가 m개의 별개의 구동/감지 전극들에 커플링될 수 있다는 것을 더 도시한다. 어레이(100)에서와 같이, 트랜스듀서 엘리먼트 집합체(180)는 평행한 종방향 축(151)을 갖는 구동/감지 전극 레일들과 함께 종방향 집합체 축(longitudinal population axis)(151)에 중심을 둔 모든 트랜스듀서 엘리먼트들을 가지고 선형 어레이를 형성한다. 구동/감지 전극 레일 라우팅(routing)은 일반적으로 디자인 선택의 문제이지만, 집합체들 간의 전기기계적 커플링(electromechanical coupling)을 감소시키고 이로써 크로스토크(crosstalk)를 감소시키기 위하여 도 1a 및 1c에 도시된 구동/감지 전극 레일들은 인접한 엘리먼트 집합체 사이에서 유익하게 라우팅된다(routed).
m개의 구동/감지 전극 레일들에 있어서, pMUT 어레이의 동작은 주어진 구동/감지 전극 레일에 커플링된 엘리먼트 사이즈 i에 대응하는 주파수 대역들 중의 하나 이상을 강조하도록 조절될(modulated) 수 있다. n개의 트랜스듀서 엘리먼트들의 집합체가 m=n 구동/감지 전극들을 가지는 것이 가능하지만, 피처 피치(feature pitch) 및 민감도(sensitivity)에서의 제한 때문에, m은 바람직하게는 n보다 작다. 트랜스듀서 엘리먼트 집합체가 동일한 사이즈로 이루어진 j>1인 j개의 트랜스듀서 엘리먼트들을 포함하는 경우에, 엘리먼트 집합체 내에서 동일한 사이즈로 이루어진 트랜스듀서들은 별개의 구동/감지 전극들의 개별적인 조작을 통하여 집합체의 스펙트럼 응답을 조정하는 능력을 유지하도록 동일한 구동/감지 전극 레일에 커플링될 것이다. 게다가, m개의 구동/감지 전극 레일들 각각이 1보다 큰 사이즈(즉, i>1)로 이루어진 트랜스듀서 엘리먼트들에 커플링된 경우에, 각각의 레일과 연관된 주파수 대역은 다양한 사이즈로 이루어진 트랜스듀서 엘리먼트들의 총 응답이 된다. 예를 들어, 멤브레인 사이즈들(예컨대, 지름들)의 제1 범위를 갖는 i개의 트랜스듀서 엘리먼트들로 이루어진 제1 서브세트(subset)는 y개의 상이한 주파수 응답들을 제1 전극 레일에 출력할 것이고, y개의 상이한 주파수 응답들 모두는 i개의 트랜스듀서 엘리먼트들로 이루어진 제2 서브세트에 의해 제2 전극 레일에 출력된 i-y개의 상이한 주파수 응답들보다 더 낮은 주파수로 이루어진다. 그래서, m개의 구동/감지 전극의 수는 주어진 어레이가 동작할 수 있는 상이한 주파수 대역들의 수를 특정한다(예컨대, 이중주파수 모드 동작에 대해 m=2이고 임의의 다른 다중 모드(multi-mode)에 대해 m>2임).
다른 순환적으로 대칭인(rotationally symmetric) 멤브레인 실시예들에서, 멤브레인들은 타원형(elliptical)이다. 타원형 멤브레인 실시예들(또는, 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이 멤브레인이 비-평면의(non-planar) 휴지기 상태를 갖는 타원체(ellipsoidal)의 실시예들)은 잠재적으로 더 큰 필 팩터(fill factor)를 제공하고, 원형(circular) 또는 회전타원체형(spheroidal) 멤브레인에 대한 모든 회전 각도로부터의 회전 대칭(rotational symmetry)을 2중 대칭(2-fold symmetry)(180°)으로만 감소시킴으로써, 모드 형상(mode shape)들은 구분된(separated) 공진 주파수들을 갖는 더욱 구별되는 모드들로 바로 분리될 수 있다. 도 1d는 실시예에 따른 각각의 주파수 대역 내에서 타원형 멤브레인들 및 그래쥬에이팅 사이즈들을 가진 이중주파수 1D pMUT 어레이(181)의 평면도이다. 도시된 바와 같이, 트랜스듀서의 채널(channel)(110)은 제1 축 C1 및 점진적으로 변하는 제2 축 B1-B5를 갖는 타원형 멤브레인들(1010AA-1010JA)에 커플링된 제1 전극 레일(110')을 포함한다. 채널(100)은 제2 축 C2 및 점진적으로 변하는 제2 축 B1-B5를 갖는 타원형 멤브레인들(1010AB-1010JB)에 커플링된 제2 전극 레일(110")을 더 포함한다. 그래서, 제1 전극 레일(110')은 제2 전극 레일(110")보다 더 큰 사이즈의 멤브레인들의 그룹에 커플링된다. B 축은 B1에서부터 B5까지 증가되고, 이후 어레이의 하나의 디멘전(예컨대, 기판의 y-축)을 따라 각각 엘리먼트들(1010AA, 1010AE, 1010JA)에 대해 B1까지 도로 감소된다. 그래서, 멤브레인 사이즈는 레일(110' 또는 110")에 커플링된 인접한 엘리먼트들을 통해서 단계적인 방식(step-wise manner)으로 점진적으로(gradually) 증가 및/또는 감소한다. 어레이의 거리에 대한 그래쥬에이팅 멤브레인 사이즈는 급격하게(drastically) 상이한 사이즈로 이루어진 제1 및 제2 멤브레인들 간의 해체적 국면(deconstructive phasing)을 감소시키도록 찾아졌다. 그래서, 전극 레일에 커플링된 멤브레인들의 집합체가 상이한 사이즈들로 이루어지는 경우에, 임의의 두 개의 인접한 멤브레인들 간의 사이즈의 차이가 집합체에서 가장 큰 멤브레인과 가장 작은 멤브레인 간의 사이즈의 차이보다 더 작도록 기판 위에 집합체를 공간적으로 배열하는 것이 유익하다.
도 3은 실시예에 따라 이중주파수 pMUT 어레이(100)에서 트랜스듀서 엘리먼트들의 하나의 집합체에 대한 누적 주파수 응답 곡선을 도시하는 그래프이다. 도 3에서, 주파수 응답들은 전극 레일들 110' 및 110" 양쪽 모두에 인가되는 레퍼런스 전기적 구동 신호를 위한 것이다. 예를 들어, 구동/감지 전극 레일(110')에 인가되는 구동 신호는 구동/감지 전극 레일(110")에 인가되는 것과 동일한 레퍼런스 진폭의 시변(time varying) 전압 파형을 가진다. 유사하게, 도 3에 도시된 주파수 응답들은 동일한 신호 처리에 해당한다. 예를 들어, 동일한 증폭 인자(amplification factor)가 전극 레일들(110' 및 110")의 각각에서 수신된 응답 신호들의 각각에 적용된다. 도시된 바와 같이, 구동/감지 전극 레일(110")에 의해 구동 및 감지될 때, F116, F115, 및 F114의 증가하는 중심 주파수들을 갖는 주파수 응답들은 상이한 사이즈의 트랜스듀서 엘리먼트들 116A,B, 115A,B 및 114A,B의 공진 주파수들에 각각 해당한다. 유사하게, 구동/감지 전극 레일(110')에 의해 수신될 때, F113, F112, 및 F111의 증가하는 중심 주파수들을 갖는 제2 주파수 응답들은 상이한 사이즈의 트랜스듀서 엘리먼트들 113A,B, 112A,B 및 111A,B의 공진 주파수들에 각각 해당한다. 압전 트랜스듀서 엘리먼트들의 민감도는 압전 멤브레인 사이즈가 감소함에 따라서 일반적으로 감소하기 때문에, 전력 이득(power gain)은 주파수가 증가함에 따라서 감소하는 것으로 도시된다.
도 4a는 실시예들에 따른 이중주파수 pMUT 어레이(100) 상에서 신호들을 구동하기 위한 전송 방법(401)의 흐름도이다. 도 4b는 실시예들에 따른 이중 주파수 pMUT 어레이(100)로부터 신호들을 감지하기 위한 수신 방법(402)의 흐름도이다. 일반적으로, 방법들(401 및 402)은 다양한 모드들 중의 하나에서 pMUT 100를 동작시키기 위하여 상이한 특징적인(characteristic) 주파수 응답들을 갖는 트랜스듀서 엘리먼트 집합체의 서브그룹들에 대한 독립적인 액세스(access)가 독립적인 구동 신호 조절, 독립적인 응답 신호 조절, 또는 양쪽 모두를 통해서 어떻게 활용될 수 있는지에 대한 예들이다. 방법들(401 및 402)은 본 발명의 실시예들에서 단일한 트랜스듀서 엘리먼트 집합체의 주파수 응답에 대한 제어를 획득하기 위하여 개별적인 트랜스듀서 엘리먼트 집합체들의 전극 레일들 사이에서 전형적으로 이용되는 임의의 빔포밍 기술들을 적용할 수 있다. 종래의 빔포밍 기술들과 방법들(401 및 402) 사이의 현저한 차이점은, 방법들(401 및 402)은 상이한 주파수 응답들을 갖는 하나의 엘리먼트 집합체의 서브그룹들 사이에서 적용되는 반면, 종래의 빔포밍 기술들은 동일한 주파수 응답들을 필수적으로 갖는 전극들 사이에서 수행될 것이라는 점이다. 그래서, pMUT 어레이에 대한 특징적인 주파수 응답들이 앞서 (예컨대, 도 3에서) 설명된 바와 같은 경우에, 방법들(401 및 402)은 pMUT 어레이(예컨대, pMUT 어레이(100)) 내에서 엘리먼트 집합체들의 주파수 응답들을 조절하도록 기능한다.
방법들(401 및 402)은 매체에서 압력파들을 생성하고 감지하기 위한 장치에 대한 동작모드를 동적으로 선택하기 위하여 사용자의 명령을 수신하는 것에 응답하여 자동으로 적용될 수 있고, 또는 방법들(401 및 402)은 예컨대 필드 서비스(field service) 등과 같이 특정한 동작 모드를 위한 장치를 미리 설정하는 수단으로서 자동으로 적용될 수 있다. 동작 405에서, 제1 전기적 구동 신호가 생성되고, 동작 410에서 제2 전기적 구동 신호가 생성된다. pMUT에서 개별적인 구동/감지 전극들에 대해서 적용될 본 기술분야에서 알려진 구동 신호를 생성하기 위한 임의의 수단은 동작 405 및 410에서 채용될 수 있고, 이를 위한 예시적인 하드웨어가 도 6의 맥락에서 더 설명된다. 제2 전기적 구동 신호는 제1 전기적 구동 신호의 파생체(derivative)이거나 별도로 생성될 수 있지만, 제1 전기적 구동 신호와 관련해서(relative to) 알려진 위상을 가지는 것이다. 동작 415에서, 제1 및 제2 전기적 구동 신호들의 진폭(A) 또는 위상(φ)은 pMUT 어레이의 침투 깊이를 제어하기 위하여 서로 관련해서 조절된다. 추가적인 실시예들에서, 제1 및 제2 전기적 구동 신호들의 주파수 또한 상이할 수 있다(예컨대, 별개의 논-오버래핑(non-overlapping) 대역들로 이루어짐). 진폭 및 위상을 조절하기 위한 기술들은 종래의 빔포밍 기술들의 맥락에서 잘 알려져 있고, 임의의 이러한 기술은 침투 깊이 제어라는 특정한 목적을 위해서 적용될 수 있다. 이후, 동작 420에서, 조절된 바와 같이, 주어진 트랜스듀서 엘리먼트 집합체의 별개의 트랜스듀서 엘리먼트들에 커플링된 제1 및 제2 전극 레일들에 제1 및 제2 전기적 신호들이 인가된다.
수신 방법(402)은 동작 430 및 435에서 제1 및 제2 구동/감지 전극 레일들로부터 제1 및 제2 전기적 응답 신호들 수신하는 것 및 주어진 트랜스듀서 엘리먼트 집합체에 대한 누적 응답(cumulative response)을 독립적으로 생성하기 위하여 제1 및 제2 응답 신호들을 신호처리하는(signal processing) 것을 수반한다. 440에서 신호 처리의 목적은 원거리장 또는 근거리장 모드들에 대해 주파수 응답 대역들 중의 하나를 다른 것보다 강조하기 위하여 또는 트랜스듀서 엘리먼트 집합체의 총 대역폭(예컨대, 3dB 코너(corner) 주파수들에 대해)을 최대화하기 위하여 개별적인 주파수 대역들로 주파수 응답들을 조정하는(tailor) 것이다.
도 5a는 실시예에 따라 초광대역 모드에서 동작한 이중주파수 pMUT 어레이(100)(도 1a)에 대한 누적 주파수 응답을 도시하는 그래프이다. 초광대역 모드에서, 주어진 트랜스듀서 엘리먼트 집합체로 오가는 전기적 구동 및 응답 신호들은 누적 응답의 대역폭을 최대화하기 위하여 독립적으로 조절된다. 도 5a는 3dB 코너들(501, 502)에 대한 대역폭을 가진 누적 주파수 응답을 도시한다. pMUT 어레이(100)에 대한 자연 주파수 응답(natural frequency response)들이 구동 및/또는 응답 신호들의 독립된 조절 없이 도 3에 도시된 바와 같다고 가정하면, 구동/감지 전극(110')에 커플링된 (예컨대, 가장 작은 압전 멤브레인을 포함하는) 트랜스듀서 엘리먼트들의 고주파수 서브그룹은 저주파수 서브그룹에서 (예컨대, 가장 큰 압전 멤브레인을 포함하는) 가장 민감한(sensitive) 트랜스듀서 엘리먼트의 3dB 내에 들어가기에 불충분한 전력 이득을 가질 것이다. 예를 들어, 도 3에서 도시된 바와 같이, f111는 f116의 3dB 내에 있지 않다.
방법들(401 및 402)의 적용을 통해서, 인가된 구동 전압, 위상 차이, 또는 응답 신호 증폭 중의 하나 이상은 덜 민감한 고주파수(HF) 트랜스듀서 서브그룹의 전력 이득을 더욱 민감한 저주파수(LF) 트랜스듀서 서브그룹의 3dB 내에까지 올리기 위하여 구동/감지 전극(110")에 인가된 구동 전압 및/또는 응답 신호 증폭과 관련해서 구동/감지 전극(110')을 위해 증가된다(예컨대, 더 큰 전압 진폭, 상이한 위상, 또는 더 큰 증폭 인자). 도 5a에서 도시된 바와 같이, f111은 LF 및 HF 대역폭들 중의 어느 하나의 대역폭을 개별적으로 넘어서 누적 응답 대역폭을 확장하도록 f116의 3dB 내까지 증가된다.
도 5b는 실시예에 따라 근거리장 모드에서 동작한 이중주파수 pMUT 어레이(100)(도 1a)에 대한 누적 주파수 응답을 도시하는 그래프이다. 근거리장 모드에서, 주어진 트랜스듀서 엘리먼트 집합체로 오가는 전기적 구동 및 응답 신호들은 가장 높은 총 주파수 응답을 갖는 트랜스듀서 엘리먼트 집합체 서브그룹에 대한 근거리장 해상도(near field resolution)를 최대화하도록 독립적으로 조절된다. pMUT 어레이(100)에 대한 자연 주파수 응답들이 구동 및/또는 응답 신호들의 독립된 조절 없이 도 3에 도시된 바와 같다고 가정하면, 구동/감지 전극(110")에 커플링된 트랜스듀서 엘리먼트들의 저주파수 서브그룹은 근거리장 이미지를 제공하기 위하여 너무 많은 전력 이득을 가질 것이고, 대신 더 많은 원거리장 민감도를 제공하는 경향이 있을 것이다. 하지만, 방법들(401 및 402)의 적용을 통해서, 인가된 동 전압 또는 응답 신호 증폭 중의 하나 이상은 구동/감지 전극(110")의 것과 관련해서 구동/감지 전극(110')을 위해 증가된다. 예를 들어, 더 작은 전압 진폭(예컨대, 0V 또는 몇몇 공칭 영이 아닌(non-zero) 전압), 또는 더 작은 증폭 인자는 자연스럽게 더욱 민감한 트랜스듀서 서브그룹(LF group)의 전력 이득을 덜 민감한 HF 트랜스듀서 서브그룹에서의 가장 민감한 엘리먼트의 3dB 아래로 낮추도록 구동/감지 전극(110')에 인가된 구동 전압 및/또는 응답 신호 증폭과 관련해서 구동/감지 전극(110")에 인가될 수 있다. 예를 들어, 도 5b에서 도시된 바와 같이, f116은 LF 트랜스듀서 서브그룹에서 가장 민감한 트랜스듀서 엘리먼트보다 3dB이상 아래이어서, pMUT 어레이에서 임의의 주어진 트랜스듀서 엘리먼트 집합체로부터의 주파수 응답은 예를 들어 초음파 심장 검진법 애플리케이션들에서 유용한 5-13MHz 범위의 중심 주파수를 가진다.
도 5c는 실시예에 따라 원거리장 모드에서 동작한 이중주파수 pMUT 어레이(100)(도 1a)에 대한 누적 주파수 응답을 도시하는 그래프이다. 원거리장 모드에서, 주어진 트랜스듀서 엘리먼트 집합체로 오가는 전기적 구동 및 응답 신호들은 가장 낮은 총 주파수 응답을 갖는 트랜스듀서 엘리먼트 집합체 서브그룹에 대한 원거리장 해상도(far field resolution)를 최대화하도록 독립적으로 조절된다. pMUT 어레이(100)에 대한 자연 주파수 응답들이 구동 및/또는 응답 신호들의 독립된 조절 없이 도 3에 도시된 바와 같다고 가정하면, 구동/감지 전극(110')에 커플링된 트랜스듀서 엘리먼트들의 HF 서브그룹의 가장 민감한 것은 원거리장 이미지를 제공하기 위해 너무 많은 전력 이득을 가질 것이고, 대신 충분한 근거리장 민감도를 포함할 것이다. 개별적인 구동/감지 전극들의 각각에 대해 적절하게 선택된 멤브레인 지름들을 이용해서, 원거리장 이미지 해상도는 신호 조절을 통하여 근거리장 민감도와 연관된 트랜스듀서 엘리먼트 응답을 절단함으로써(truncating) 임의의 깊이까지 조정될 수 있다. 방법들(401 및 402)의 적용을 통해서, 예를 들어, 인가된 구동 전압 또는 응답 신호 증폭 중의 하나 이상이 구동/감지 전극(110")의 것과 관련해서 구동/감지 전극(110')을 위해 감소된다. 예를 들어, 더 작은 전압 진폭(예컨대, 0 V 또는 몇몇 공칭 영이 아닌 전압), 또는 더 작은 증폭 인자는 낮은 민감도 서브그룹(HF)의 심지어 가장 민감한 트랜스듀서 엘리먼트의 전력 이득을 LF 트랜스듀서 서브그룹에서의 가장 민감한 엘리먼트의 3dB 아래로 낮추도록 구동/감지 전극(110")에 인가된 구동 전압 및/또는 응답 신호 증폭과 관련해서 구동/감지 전극(110')에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 5c에 도시된 바와 같이, f111은 저주파수 트랜스듀서 서브그룹에서 가장 민감한 트랜스듀서 엘리먼트보다 3dB 이상 아래이어서, pMUT 어레이에서 임의의 주어진 트랜스듀서 엘리먼트 집합체로부터의 주파수 응답은 예를 들어 위장 초음파 검사법 애플리케이션에서 유용한 2-6MHz 범위의 중심 주파수를 가진다.
특히, 방법들(401 및 402) 및 도 5a-5c에서 도시된 주파수 응답 튜닝(tuning)은 각각의 트랜스듀서 엘리먼트 집합체에 커플링된 두 개의 구동/감지 전극 레일들을 포함하는 구동/감지 전극 레일 세트(set)의 문맥에서 설명되지만, 이러한 예시적인 방법들 및 관련 주파수 응답들은 단지 본 명세서에서 설명된 pMUT 실시예들의 가장 단순한 형태이고, 동일한 방법들은 또한 셋 이상의 주파수 대역들 전체에 대한 다중주파수 응답 튜닝을 달성하기 위하여 셋 이상의 구동/감지 전극 레일들을 채용하는 실시예들에 대해 적용가능하다고 이해된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 pMUT 어레이를 채용하는 초음파 트랜스듀서 장치(600)의 기능 블록도이다. 예시적인 실시예에서, 초음파 트랜스듀서 장치(600)는 물(water), 조직 물질(tissue matter) 등과 같은 매체에서 압력파들을 생성하고 감지하기 위한 것이다. 초음파 트랜스듀서 장치(600)는, 의료 진단(medical diagnostics), 제품 결함 검출(product defect detection) 등에서와 같이 관심이 있는 하나의 매체 또는 복수의 매체 내에서 내부의 구조적 변화(internal structural variation)들의 이미징을 포함하는 많은 애플리케이션들을 가진다. 장치(600)는 적어도 하나의 pMUT 어레이(616)를 포함하고, 이것은 각각의 엘리먼트 집합체에 대해서 적어도 두 개의 구동/감지 전극들을 갖는 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 pMUT 어레이들 중의 임의의 것일 수 있다. 예시적인 실시예에서, pMUT 어레이(616)는 핸들 부분(handle portion)(614)에 하우징되고(housed), 핸들 부분은 원하는 대로 pMUT 어레이(616)의 외부 표면의 지향 방향(facing direction) 및 위치(location)를 변하게 하도록 장치(600)의 사용자 또는 기계에 의해서 조작될 수 있다(예컨대, 이미징될 영역(들)에 향하게 함). 전기 커넥터(electrical connector)(620)는 각각의 구동/감지 전극 레일들을 pMUT 어레이(616)의 개별적인 채널들로서 핸들 부분(614) 밖의 통신 인터페이스에 전기적으로 커플링한다(electrically couple).
실시예들에서, 장치(600)는 예컨대 전기 커넥터(620)에 의해서 pMUT 어레이(616)에 커플링되는 적어도 하나의 신호 발생기(signal generator)를 포함하고, 신호 발생기는 이러한 목적을 위해서 당해 기술분야에 알려진 임의의 것일 수 있다. 신호 발생기는 다양한 구동/감지 전극들에 전기적 구동 신호를 제공하는 것이다. 하나의 구체적인 실시예에서, 제1 신호 발생기는 압전 트랜스듀서 엘리먼트 집합체들 내의 몇몇 엘리먼트들이 2MHz와 6MHz 사이의 주파수들에서 공진하는 것을 초래하도록 제1 전기적 구동 신호를 인가하는 것인 반면, 제2 신호 발생기는 압전 트랜스듀서 엘리먼트 집합체들에서의 다른 엘리먼트들이 5MHz와 13MHz 사이의 주파수들에서 공진하는 것을 초래하도록 제2 전기적 구동 신호를 적용하는 것이다. 실시예에서, 각각의 신호 발생기는 이후에 디먹스(demux)(606)에 의해 역다중화되는(de-multiplexed) 제어 신호들을 역직렬화하기(de-serialize) 위하여 디-시리얼라이저(de-serializer)(604)를 포함한다. 예시적인 신호 발생기는 디지털 제어 신호들를 pMUT 어레이(616)에서의 개별 트랜스듀서 엘리먼트 채널(channel)들에 대한 구동 전압 신호들로 변환하기 위하여 DAC(digital-to-analog converter)(608)를 더 포함한다. 각각의 시간 지연들은 원하는 빔 형상, 포커스(focus), 및 방향 등의 생성 및 빔 조종(beam steer)을 위하여 프로그램가능한 시간-지연 제어기(programmable time-delay controller)(610)에 의해서 개별적인 구동 전압 신호에 추가될 수 있다. 각각의 트랜스듀서 엘리먼트 집합체가 구동/감지 전극들의 세트를 포함하고 각각의 세트가 적어도 두 개의 구동/감지 전극들을 갖는 것에 주목하면, 이러한 빔 조종은 pMUT 어레이 내에서의 공간적인 배열을 기초로 해서 엘리먼트 집합체를 적절하게 처리하기 위하여 구동/감지 전극들의 각각의 세트에 상응하는 구동 전압 신호들에 적용되는 것이다. 구동 및 감지 모드들 사이에서 pMUT 어레이(616)를 스위칭하기 위하여 pMUT 채널 커넥터(channel connector)(602)와 신호 발생기 사이에 스위치 네트워크(switch network)(612)가 커플링된다. 추가적인 실시예들에서, 스위치 네트워크(612)는 또한 트랜스듀서 엘리먼트 집합체들의 각각에 커플링된 제1 및 제2 구동/감지 전극들 사이에서 스위칭하기 위하여(예컨대, 근거리장 및 원거리장 모드들 사이에서 스위칭하기 위하여) 이용될 수 있다.
실시예들에서, 장치(600)는 예컨대 전기 커넥터(620)에 의해서 pMUT 어레이(616)에 커플링된 적어도 하나의 신호 수신기(signal receiver)를 포함하고, 신호 수신기는 이러한 목적을 위해서 당해 기술분야에 알려진 임의의 것일 수 있다. 신호 수신기(들)는 pMUT 어레이(616)에서 각각의 구동/감지 전극 채널들로부터 전기적 응답 신호를 수집하는 것이다. 예시적인 실시예에서, 이 전기적 신호들은 제2 전기적 응답 신호의 대역폭보다 더 큰 대역폭을 포괄하는(spanning) 제1 주파수 응답을 갖는 제1 전기적 응답 신호를 포함한다. 신호 수신기는 각각의 채널로부터 수신된 전기적 응답 신호에 하나 이상의 증폭 인자를 추가로 적용하고, 이것은 특정한 실시예에서 동일한 트랜스듀서 엘리먼트 집합체의 채널들 사이에서 상이하다(예컨대, 더 높은 주파수 채널에 더 큰 증폭이 적용됨). 신호 수신기의 하나의 예시적인 실시예에서, ADC(analog to digital converter)(614)는 전압 신호들을 수신하고 이들을 디지털 신호들로 변환하는 것이다. 이후, 디지털 신호들은 메모리(도시되지 않음)에 저장되거나 먼저 신호 처리기로 통과될 수 있다. 예시적인 신호 처리기는 디지털 신호들을 압축하기 위하여 데이터 압축 유닛(data compression unit)(626)을 포함한다. 멀티플렉서(multiplexer)(618) 및 시리얼라이저(serializer)(628)는 메모리, 다른 스토리지(storage), 또는 수신된 신호들을 기초로 하여 그래픽 디스플레이(graphical display)를 생성하는 이미지 처리기와 같은 다운스트림 처리기(downstream processor)에 수신된 신호들을 전달하기(relaying) 전에 수신된 신호들을 추가로 처리할 수 있다.
상술한 설명은 예시적인 것이며 제한적이 않은 것으로 의도된다고 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면들에서 흐름도들은 본 발명의 특정 실시에들에 의해서 수행되는 동작들의 특정한 순서를 도시하지만, 이러한 순서가 필수적인 것은 아니라고 이해되어야 한다(예컨대, 다른 실시예들은 다른 순서로 동작들을 수행하거나, 특정 동작들을 결합하거나, 특정 동작들을 중복할(overlap) 수 있다). 게다가, 상술한 설명을 읽고 이해할 때 많은 다른 실시예들이 통상의 기술자에게 명확할 것이다. 본 발명은 특정한 예시적인 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 설명된 실시예들에 제한되지 않으며 첨부된 청구항들의 사상 및 범위 내에서 변형 및 변경을 가지고 실시될 수 있다는 점이 인식될 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 청구항들에 주어지는 등가물(equivalent)들의 완전한 범위와 함께, 첨부된 청구항들을 참조하여 결정되어져야 한다.

Claims (20)

  1. pMUT(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer: 압전 초소형 초음파 트랜스듀서) 어레이로서,
    기판 위에 배치된 복수의 압전 트랜스듀서 엘리먼트 집합체(piezoelectric transducer element population)들; 및
    상기 기판 위에 배치된 전극 레일(electrode rail)들의 복수의 세트들;
    을 포함하고,
    각각의 엘리먼트 집합체는 복수의 트랜스듀서 엘리먼트들을 포함하고, 복수의 트랜스듀서 엘리먼트들 각각은:
    압전 멤브레인(piezoelectric membrane); 및
    트랜스듀서 엘리먼트의 상기 압전 멤브레인에 커플링된(coupled) 구동/감지 전극(drive/sense electrode);을
    포함하고,
    상기 압전 트랜스듀서 엘리먼트 집합체들의 각각에 대해, 상기 엘리먼트 집합체의 제1 트랜스듀서 엘리먼트의 상기 압전 멤브레인의 사이즈는 상기 엘리먼트 집합체의 제2 트랜스듀서 엘리먼트의 상기 압전 멤브레인의 사이즈와 다르고,
    전극 레일들의 상기 복수의 세트들 각각에 대해, 전극 레일들의 각각의 세트는 상기 트랜스듀서 엘리먼트 집합체들 중의 각각의 하나에만 커플링되고,
    전극 레일들의 상기 세트의 제1 전극 레일은 상기 트랜스듀서 엘리먼트 집합체들 중의 상기 각각의 하나의 제1 트랜스듀서 엘리먼트의 구동/감지 전극에 전기적으로 커플링되고, 전극 레일들의 상기 세트의 제2 전극 레일은 상기 트랜스듀서 엘리먼트 집합체들 중의 상기 각각의 하나의 제2 트랜스듀서 엘리먼트의 구동/감지 전극에 전기적으로 커플링되는 것을 특징으로 하는 pMUT 어레이.
  2. 청구항 1에 있어서,
    각각의 엘리먼트 집합체는 제1 사이즈로 이루어진 압전 멤브레인을 가진 복수의 제1 트랜스듀서 엘리먼트들을 포함하며, 제2 사이즈로 이루어진 압전 멤브레인을 가진 복수의 제2 트랜스듀서 엘리먼트들을 포함하고,
    제1 전극 레일은 제1 트랜스듀서 엘리먼트들의 각각의 구동/감지 전극에 전기적으로 커플링되고, 제2 전극 레일은 제2 트랜스듀서 엘리먼트들의 각각의 구동/감지 전극에 전기적으로 커플링되는 것을 특징으로 하는 pMUT 어레이.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제1 트랜스듀서 엘리먼트들은 기판 위의 거리를 따라 사이즈가 연속적으로 증가되고, 임의의 두 개의 인접한 멤브레인들 간의 사이즈의 차이는 제1 트랜스듀서 엘리먼트들 중의 가장 큰 것과 가장 작은 것 간의 사이즈의 차이보다 더 작은 것을 특징으로 하는 pMUT 어레이.
  4. 청구항 3에 있어서,
    각각의 압전 트랜스듀서 엘리먼트는 타원체의(ellipsoidal) 또는 회전타원체형(spheroidal) 압전 멤브레인을 갖는 것을 특징으로 하는 pMUT 어레이.
  5. 청구항 4에 있어서,
    각각의 엘리먼트 집합체는 i개의 상이한 사이즈들로 이루어진 압전 멤브레인들을 갖는 n개의 트랜스듀서 엘리먼트들을 포함하고, 전극 레일들의 세트는 m개의 전극 레일들을 포함하고,
    동일한 사이즈로 이루어진 j개의 트랜스듀서 엘리먼트들은 m개의 전극 레일들 중 상응하는 것에 전기적으로 연결되고, n 및 i는 2보다 큰 것을 특징으로 하는 pMUT 어레이.
  6. 청구항 5에 있어서,
    j는 1보다 크고, m은 2와 같은 것을 특징으로 하는 pMUT 어레이.
  7. 청구항 5에 있어서,
    트랜스듀서 엘리먼트들의 제1 서브세트(subset)는 상이한 주파수 응답들을 제1 전극 레일에 출력하고, 상기 상이한 주파수 응답들은 트랜스듀서 엘리먼트들의 제2 서브세트에 의해 제2 전극 레일에 출력된 상이한 주파수 응답들보다 더 낮은 주파수로 이루어진 것을 특징으로 하는 pMUT 어레이.
  8. 청구항 1에 있어서,
    전극 레일들의 복수의 세트들은 기판의 제1 디멘전(dimension) 전체에 걸쳐 선형 어레이(linear array)를 형성하고, 압전 트랜스듀서 엘리먼트 집합체들 각각은 기판의 제2 디멘전 전체에 걸쳐 선형 어레이를 형성하고, 압전 멤브레인들은 상이한 지름을 가지고 원형 또는 회전타원체형인 것을 특징으로 하는 pMUT 어레이.
  9. 청구항 1에 있어서,
    전극 레일들의 복수의 세트들은 기판의 제1 및 제2 디멘전을 따라 전극 레일들의 2차원 어레이를 형성하고, 압전 멤브레인들은 상이한 지름을 가지고 원형 또는 회전타원체형인 것을 특징으로 하는 pMUT 어레이.
  10. 매체에서 압력파(pressure wave)를 생성하고 감지하기 위한 장치로서,
    상기 장치는:
    청구항 1의 pMUT 어레이;
    제1 전극 레일에 제1 전기적 구동 신호를 인가하고 제2 전극 레일에 제2 전기적 구동 신호를 인가하도록 pMUT 어레이에 커플링된 적어도 하나의 신호 발생기(signal generator);를 포함하는 것을 특징으로 하는 매체에서 압력파를 생성하고 감지하기 위한 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    적어도 하나의 신호 발생기는 상이한 주파수, 상이한 진폭, 또는 상이한 위상 중의 적어도 하나를 갖는 제1 및 제2 전기적 구동 신호들을 출력하는 것을 특징으로 하는 매체에서 압력파를 생성하고 감지하기 위한 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    제1 트랜스듀서 엘리먼트는 제2 트랜스듀서 엘리먼트보다 더 작고,
    제1 전기적 구동 신호는 제2 전기적 구동 신호의 전압 진폭보다 더 큰 전압 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 매체에서 압력파를 생성하고 감지하기 위한 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    제1 전극 레일로부터 제1 전기적 응답 신호를 수신하고 제2 전극 레일로부터 제2 전기적 응답 신호를 수신하도록 pMUT 어레이에 커플링된 적어도 하나의 수신기; 및
    복수의 구동/감지 전극들로부터 수신된 전기적 응답 신호들을 처리하도록 적어도 하나의 수신기에 커플링된 신호 처리기(signal processor);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매체에서 압력파를 생성하고 감지하기 위한 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    제1 전기적 응답 신호는 제2 전기적 응답 신호의 대역폭보다 더 큰 대역폭을 포괄하는(spanning) 제1 주파수 응답을 갖는 것을 특징으로 하는 매체에서 압력파를 생성하고 감지하기 위한 장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    제1 트랜스듀서 엘리먼트는 제2 트랜스듀서 엘리먼트보다 더 작고, 신호 처리기는 제2 전기적 응답 신호에 대한 증폭(amplification)보다 더 큰 증폭을 제1 전기적 응답 신호에 인가하는 것을 특징으로 하는 매체에서 압력파를 생성하고 감지하기 위한 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    적어도 하나의 신호 발생기는 제1 및 제2 전기적 구동 신호들을 조절하고(modulate), 신호 처리기는 제1 전기적 응답 신호 또는 제2 전기적 응답 신호 중 어느 하나보다 더 큰 대역폭을 갖는 누적 주파수 응답(cumulative frequency response)을 생성하도록 제1 및 제2 전기적 응답 신호들 조절하는 것을 특징으로 하는 매체에서 압력파를 생성하고 감지하기 위한 장치.
  17. 청구항 1의 pMUT 어레이를 가지고 매체에서 압력파들을 생성하고 감지하는 방법으로서,
    상기 방법은:
    제1 전기적 신호를 생성하는 단계;
    제2 전기적 신호를 생성하는 단계;
    제1 전기적 신호를 제1 구동/감지 전극에 인가하고, 제2 전기적 신호를 제2 구동/감지 전극에 인가하는 단계; 및
    pMUT 어레이의 침투 깊이(penetration depth)를 제어하기 위하여 제1 및 제2 신호들 중의 하나의 신호와 관련해서(relative to) 다른 하나의 신호의 진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 pMUT 어레이를 가지고 매체에서 압력파들을 생성하고 감지하는 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    제1 트랜스듀서 엘리먼트는 제2 트랜스듀서 엘리먼트보다 더 작고,
    진폭 및 위상 중 적어도 하나를 조절하는 단계는 pMUT 어레이의 원거리장 해상도(far field resolution)를 증가시키도록 제2 전기적 구동 신호의 진폭에 비해 제1 전기적 구동 신호의 진폭을 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 pMUT 어레이를 가지고 매체에서 압력파들을 생성하고 감지하는 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    제1 구동/감지 전극으로부터 제1 전기적 응답 신호를 수신하는 단계;
    제2 구동/감지 전극으로부터 제2 전기적 응답 신호를 수신하는 단계; 및
    제1 전기적 응답 신호 또는 제2 전기적 응답 신호 중의 어느 하나보다만 더 큰 대역폭을 갖는 누적 주파수 응답을 생성하도록 제1 및 제2 전기적 응답 신호들을 신호처리하는(signal processing) 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 pMUT 어레이를 가지고 매체에서 압력파들을 생성하고 감지하는 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    제1 트랜스듀서 엘리먼트는 제2 트랜스듀서 엘리먼트보다 더 작고,
    상기 신호처리하는 단계는 pMUT 어레이의 근거리장 해상도(near field resolution)를 증가시키도록 제2 전기적 응답 신호의 증폭에 비해 제1 전기적 응답 신호의 증폭을 증가시키는 단계 또는 pMUT 어레이의 원거리장 해상도(far field resolution)를 증가시키기도록 제1 전기적 응답 신호의 증폭에 비해 제2 전기적 응답 신호의 증폭을 증가시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 pMUT 어레이를 가지고 매체에서 압력파들을 생성하고 감지하는 방법.
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Families Citing this family (67)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2938918B1 (fr) * 2008-11-21 2011-02-11 Commissariat Energie Atomique Procede et dispositif d'analyse acoustique de microporosites dans un materiau tel que le beton a l'aide d'une pluralite de transducteurs cmuts incorpores dans le materiau
WO2012112540A2 (en) 2011-02-15 2012-08-23 Fujifilm Dimatix, Inc. Piezoelectric transducers using micro-dome arrays
US8767512B2 (en) * 2012-05-01 2014-07-01 Fujifilm Dimatix, Inc. Multi-frequency ultra wide bandwidth transducer
US9660170B2 (en) 2012-10-26 2017-05-23 Fujifilm Dimatix, Inc. Micromachined ultrasonic transducer arrays with multiple harmonic modes
US9457379B2 (en) * 2012-12-10 2016-10-04 Apple Inc. Ultrasonic MEMS transmitter
US9323397B2 (en) * 2013-03-11 2016-04-26 The Regents Of The University Of California In-air ultrasonic rangefinding and angle estimation
JP2015008777A (ja) * 2013-06-27 2015-01-19 ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー 超音波診断装置及びその制御プログラム
JP6221582B2 (ja) * 2013-09-30 2017-11-01 セイコーエプソン株式会社 超音波デバイスおよびプローブ並びに電子機器および超音波画像装置
EP4071589A1 (en) 2013-12-12 2022-10-12 QUALCOMM Incorporated Micromechanical ultrasonic transducers and display
US10605903B2 (en) * 2014-03-18 2020-03-31 Duke University pMUT array for ultrasonic imaging, and related apparatuses, systems, and methods
US10888084B2 (en) 2015-07-15 2021-01-12 Nrg Systems, Inc. Ultrasonic bat deterrent system
KR101575086B1 (ko) * 2015-09-08 2015-12-07 주식회사 알지에스전자 초음파를 이용한 터치입력 처리시스템
WO2017079435A1 (en) 2015-11-03 2017-05-11 Nrg Systems, Inc. Techniques for providing a broad-band ultrasonic transducer device using a plurality of narrow-band transducer arrays and a method of wildlife deterrence using same
US10670716B2 (en) 2016-05-04 2020-06-02 Invensense, Inc. Operating a two-dimensional array of ultrasonic transducers
US10325915B2 (en) 2016-05-04 2019-06-18 Invensense, Inc. Two-dimensional array of CMOS control elements
US10656255B2 (en) 2016-05-04 2020-05-19 Invensense, Inc. Piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (PMUT)
US10445547B2 (en) 2016-05-04 2019-10-15 Invensense, Inc. Device mountable packaging of ultrasonic transducers
US10315222B2 (en) 2016-05-04 2019-06-11 Invensense, Inc. Two-dimensional array of CMOS control elements
US10706835B2 (en) 2016-05-10 2020-07-07 Invensense, Inc. Transmit beamforming of a two-dimensional array of ultrasonic transducers
US10441975B2 (en) * 2016-05-10 2019-10-15 Invensense, Inc. Supplemental sensor modes and systems for ultrasonic transducers
US11673165B2 (en) * 2016-05-10 2023-06-13 Invensense, Inc. Ultrasonic transducer operable in a surface acoustic wave (SAW) mode
US10600403B2 (en) 2016-05-10 2020-03-24 Invensense, Inc. Transmit operation of an ultrasonic sensor
US10632500B2 (en) 2016-05-10 2020-04-28 Invensense, Inc. Ultrasonic transducer with a non-uniform membrane
US10452887B2 (en) 2016-05-10 2019-10-22 Invensense, Inc. Operating a fingerprint sensor comprised of ultrasonic transducers
US10408797B2 (en) 2016-05-10 2019-09-10 Invensense, Inc. Sensing device with a temperature sensor
US10539539B2 (en) 2016-05-10 2020-01-21 Invensense, Inc. Operation of an ultrasonic sensor
US10562070B2 (en) 2016-05-10 2020-02-18 Invensense, Inc. Receive operation of an ultrasonic sensor
US11712221B2 (en) 2016-06-20 2023-08-01 Bfly Operations, Inc. Universal ultrasound device and related apparatus and methods
US10856840B2 (en) 2016-06-20 2020-12-08 Butterfly Network, Inc. Universal ultrasound device and related apparatus and methods
US11039814B2 (en) * 2016-12-04 2021-06-22 Exo Imaging, Inc. Imaging devices having piezoelectric transducers
JP6874463B2 (ja) 2017-03-27 2021-05-19 セイコーエプソン株式会社 圧電素子、圧電アクチュエーター、超音波探触子、超音波装置、電子機器、液体噴射ヘッド、及び液体噴射装置
US10891461B2 (en) 2017-05-22 2021-01-12 Invensense, Inc. Live fingerprint detection utilizing an integrated ultrasound and infrared sensor
US10474862B2 (en) 2017-06-01 2019-11-12 Invensense, Inc. Image generation in an electronic device using ultrasonic transducers
TWI616793B (zh) * 2017-06-13 2018-03-01 透明超音波換能器輸入裝置
US10643052B2 (en) 2017-06-28 2020-05-05 Invensense, Inc. Image generation in an electronic device using ultrasonic transducers
JP6685982B2 (ja) * 2017-09-20 2020-04-22 株式会社東芝 トランスデューサおよび検査装置
WO2019109010A1 (en) 2017-12-01 2019-06-06 Invensense, Inc. Darkfield tracking
US10997388B2 (en) 2017-12-01 2021-05-04 Invensense, Inc. Darkfield contamination detection
US10984209B2 (en) 2017-12-01 2021-04-20 Invensense, Inc. Darkfield modeling
US11151355B2 (en) 2018-01-24 2021-10-19 Invensense, Inc. Generation of an estimated fingerprint
US10477321B2 (en) * 2018-03-05 2019-11-12 Google Llc Driving distributed mode loudspeaker actuator that includes patterned electrodes
US10755067B2 (en) 2018-03-22 2020-08-25 Invensense, Inc. Operating a fingerprint sensor comprised of ultrasonic transducers
TWI650697B (zh) * 2018-03-26 2019-02-11 國立高雄科技大學 主動式超音波輸入裝置
JP7127510B2 (ja) * 2018-11-22 2022-08-30 セイコーエプソン株式会社 超音波素子、及び超音波装置
US11185886B2 (en) 2018-11-30 2021-11-30 Vanguard Iniernational Semiconductor Singapore Pte. Ltd. Microelectromechanical systems, devices, and methods for fabricating a microelectromechanical systems device, and methods for generating a plurality of frequencies
US10936843B2 (en) 2018-12-28 2021-03-02 Invensense, Inc. Segmented image acquisition
WO2020263875A1 (en) 2019-06-24 2020-12-30 Invensense, Inc. Fake finger detection using ridge features
EP3756773A1 (en) * 2019-06-24 2020-12-30 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Control of a piezoelectric transducer array
US11216681B2 (en) 2019-06-25 2022-01-04 Invensense, Inc. Fake finger detection based on transient features
US11176345B2 (en) 2019-07-17 2021-11-16 Invensense, Inc. Ultrasonic fingerprint sensor with a contact layer of non-uniform thickness
US11216632B2 (en) 2019-07-17 2022-01-04 Invensense, Inc. Ultrasonic fingerprint sensor with a contact layer of non-uniform thickness
US11232549B2 (en) 2019-08-23 2022-01-25 Invensense, Inc. Adapting a quality threshold for a fingerprint image
CN110749343A (zh) * 2019-09-29 2020-02-04 杭州电子科技大学 基于六边形网格布局的多频带mems超声换能器阵列
US11392789B2 (en) 2019-10-21 2022-07-19 Invensense, Inc. Fingerprint authentication using a synthetic enrollment image
US11701688B2 (en) * 2019-12-02 2023-07-18 GE Precision Healthcare LLC Methods and systems for multi-frequency transducer array fabrication
CN115551650A (zh) 2020-03-09 2022-12-30 应美盛公司 具有非均匀厚度的接触层的超声指纹传感器
US11243300B2 (en) 2020-03-10 2022-02-08 Invensense, Inc. Operating a fingerprint sensor comprised of ultrasonic transducers and a presence sensor
US11328165B2 (en) 2020-04-24 2022-05-10 Invensense, Inc. Pressure-based activation of fingerprint spoof detection
JP2022011510A (ja) * 2020-06-30 2022-01-17 セイコーエプソン株式会社 超音波デバイス
DE102020208572A1 (de) * 2020-07-08 2022-01-13 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein MEMS-Vorrichtung mit Berührungssensorelement und Näherungssensorelement
US11995909B2 (en) 2020-07-17 2024-05-28 Tdk Corporation Multipath reflection correction
FR3116630B1 (fr) * 2020-11-26 2023-06-02 Commissariat A L’Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Interface haptique
DE102021201784A1 (de) 2021-02-25 2022-08-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein MEMS-Schallwandler-Array
KR102566502B1 (ko) * 2021-03-30 2023-08-16 (주)무티 마이크로머시닝된 초음파 트랜스듀서 어레이를 포함하는 초음파 깊이별 다중집속 장치 및 그 동작방법
CN114145713A (zh) * 2021-11-30 2022-03-08 深圳先进技术研究院 一种双频内窥导管及成像装置
KR102608498B1 (ko) * 2022-03-17 2023-12-04 한국과학기술원 다중 주파수 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 및 이의 제조 방법
CN118041279A (zh) * 2022-11-03 2024-05-14 广州乐仪投资有限公司 具有质量块的pmut结构及包含其的电子设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006075425A (ja) * 2004-09-10 2006-03-23 Toshiba Corp 超音波プローブおよび超音波画像診断装置
US20090161490A1 (en) * 2007-12-20 2009-06-25 Vectron International Gmbh & Co. Kg Converters, resonators and filters for acoustic surface
US20100268058A1 (en) * 2007-12-10 2010-10-21 Stc.Unm Photoacoustic imaging devices and methods of imaging

Family Cites Families (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4398116A (en) 1981-04-30 1983-08-09 Siemens Gammasonics, Inc. Transducer for electronic focal scanning in an ultrasound imaging device
US4725994A (en) * 1984-06-14 1988-02-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Ultrasonic transducer with a multiple-folded piezoelectric polymer film
JPS63106553A (ja) * 1986-10-22 1988-05-11 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 超音波探触子
JPH03141936A (ja) 1989-10-30 1991-06-17 Fujitsu Ltd 超音波探触子
US5969621A (en) 1997-04-30 1999-10-19 Endress + Hauser Gmbh + Co. Apparatus for establishing and/or monitoring a predetermined filling level in a container
US6262946B1 (en) 1999-09-29 2001-07-17 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Capacitive micromachined ultrasonic transducer arrays with reduced cross-coupling
WO2002025630A2 (en) 2000-09-20 2002-03-28 Molecular Reflections Microfabricated ultrasound array for use as resonant sensors
US6771006B2 (en) 2002-01-18 2004-08-03 Pegasus Technologies Ltd. Cylindrical ultrasound transceivers
US6958255B2 (en) 2002-08-08 2005-10-25 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Micromachined ultrasonic transducers and method of fabrication
US6865140B2 (en) 2003-03-06 2005-03-08 General Electric Company Mosaic arrays using micromachined ultrasound transducers
US20040190377A1 (en) 2003-03-06 2004-09-30 Lewandowski Robert Stephen Method and means for isolating elements of a sensor array
CN101084586B (zh) 2003-11-05 2010-04-28 顶峰集团有限公司 采用多个频率的换能器的超声波处理方法和设备
US7646133B2 (en) * 2004-02-27 2010-01-12 Georgia Tech Research Corporation Asymmetric membrane cMUT devices and fabrication methods
WO2005120130A1 (ja) * 2004-06-03 2005-12-15 Olympus Corporation 静電容量型超音波振動子とその製造方法、静電容量型超音波プローブ
EP1779784B1 (en) 2004-06-07 2015-10-14 Olympus Corporation Electrostatic capacity type ultrasonic transducer
JP4575372B2 (ja) * 2004-06-10 2010-11-04 オリンパス株式会社 静電容量型超音波プローブ装置
US8182428B2 (en) * 2005-07-26 2012-05-22 Surf Technology As Dual frequency band ultrasound transducer arrays
LT1912749T (lt) 2005-07-26 2021-10-25 Surf Technology As Dvigubos dažnių juostos ultragarso daviklio matricos
DE602005006419T2 (de) * 2005-09-14 2008-09-25 Esaote S.P.A. Elektroakustischer Wandler für Hochfrequenzanwendungen
CN104646260B (zh) * 2005-10-18 2018-08-28 株式会社日立制作所 超声波探头
US8456958B2 (en) 2006-02-21 2013-06-04 Vermon S.A. Capacitive micro-machined ultrasonic transducer for element transducer apertures
JP4839099B2 (ja) 2006-03-03 2011-12-14 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 マイクロマシンプロセスにより製造された超音波振動子、超音波振動子装置、その体腔内超音波診断装置、及びその制御方法
KR100781467B1 (ko) 2006-07-13 2007-12-03 학교법인 포항공과대학교 공기중 파라메트릭 트랜스미팅 어레이를 이용한 초지향성초음파 거리측정을 위한 멤스 기반의 다공진 초음파트랜스듀서
US7652410B2 (en) 2006-08-01 2010-01-26 Insightec Ltd Ultrasound transducer with non-uniform elements
CN101662989B (zh) 2006-11-03 2013-10-30 研究三角协会 使用挠曲模式压电换能器的增强的超声成像探头
US7687976B2 (en) 2007-01-31 2010-03-30 General Electric Company Ultrasound imaging system
CN101636112B (zh) 2007-03-20 2011-10-26 株式会社日立医药 超声波探头及其制造方法及超声波诊断装置
RU2475892C2 (ru) 2007-07-03 2013-02-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Тонкопленочный детектор для детектирования присутствия
US8327521B2 (en) * 2007-09-17 2012-12-11 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method for production and using a capacitive micro-machined ultrasonic transducer
US7625268B2 (en) 2007-12-24 2009-12-01 Earl Durjan Fish cleaning apparatus
JP5438983B2 (ja) 2008-02-08 2014-03-12 株式会社東芝 超音波プローブ及び超音波診断装置
KR101113366B1 (ko) 2008-02-20 2012-03-02 오므론 가부시키가이샤 정전 용량형 진동 센서
US7902722B2 (en) 2008-04-03 2011-03-08 Dvx, Llc Transducer apparatus for intravascular blood flow measurement
JP4594995B2 (ja) 2008-04-16 2010-12-08 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 超音波トランスデューサ及び電子機器
JP2009260723A (ja) 2008-04-17 2009-11-05 Asahi Kasei Electronics Co Ltd トランスデューサ
FR2938918B1 (fr) 2008-11-21 2011-02-11 Commissariat Energie Atomique Procede et dispositif d'analyse acoustique de microporosites dans un materiau tel que le beton a l'aide d'une pluralite de transducteurs cmuts incorpores dans le materiau
JP5293557B2 (ja) 2008-12-17 2013-09-18 セイコーエプソン株式会社 超音波トランスデューサー、超音波トランスデューサーアレイ及び超音波デバイス
CN102281818B (zh) 2009-01-16 2013-11-06 株式会社日立医疗器械 超声波探头的制造方法以及超声波探头
JP5578810B2 (ja) 2009-06-19 2014-08-27 キヤノン株式会社 静電容量型の電気機械変換装置
CN101583062A (zh) 2009-06-26 2009-11-18 电子科技大学 阵列式微型声频定向换能器
US9327316B2 (en) 2009-06-30 2016-05-03 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Multi-frequency acoustic array
KR101593994B1 (ko) 2009-09-04 2016-02-16 삼성전자주식회사 고출력 초음파 트랜스듀서
JP2011076725A (ja) 2009-09-29 2011-04-14 Fujifilm Corp 圧電型ｍｅｍｓ素子およびその製造方法
JP2013518530A (ja) 2010-01-29 2013-05-20 リサーチ・トライアングル・インスティチュート 圧電型超音波変換子を形成するための方法、および関連する装置
JP5588745B2 (ja) 2010-05-27 2014-09-10 オムロン株式会社 音響トランスデューサ、および該音響トランスデューサを利用したマイクロフォン
EP2598255A2 (en) * 2010-07-30 2013-06-05 Koninklijke Philips Electronics N.V. Thin film ultrasound transducer
JP5872163B2 (ja) 2011-01-07 2016-03-01 オムロン株式会社 音響トランスデューサ、および該音響トランスデューサを利用したマイクロフォン
KR20120080882A (ko) * 2011-01-10 2012-07-18 삼성전자주식회사 음향 변환기 및 그 구동방법
WO2012112540A2 (en) 2011-02-15 2012-08-23 Fujifilm Dimatix, Inc. Piezoelectric transducers using micro-dome arrays
CN201993187U (zh) 2011-03-07 2011-09-28 合肥工业大学 多功能柔性触觉传感器
CN102305627B (zh) 2011-07-22 2013-02-27 上海交通大学 具有圆盘状压电振子的全固态双轴陀螺仪
US9454954B2 (en) * 2012-05-01 2016-09-27 Fujifilm Dimatix, Inc. Ultra wide bandwidth transducer with dual electrode
US9061320B2 (en) * 2012-05-01 2015-06-23 Fujifilm Dimatix, Inc. Ultra wide bandwidth piezoelectric transducer arrays
US8767512B2 (en) * 2012-05-01 2014-07-01 Fujifilm Dimatix, Inc. Multi-frequency ultra wide bandwidth transducer
US9660170B2 (en) * 2012-10-26 2017-05-23 Fujifilm Dimatix, Inc. Micromachined ultrasonic transducer arrays with multiple harmonic modes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006075425A (ja) * 2004-09-10 2006-03-23 Toshiba Corp 超音波プローブおよび超音波画像診断装置
US20100268058A1 (en) * 2007-12-10 2010-10-21 Stc.Unm Photoacoustic imaging devices and methods of imaging
US20090161490A1 (en) * 2007-12-20 2009-06-25 Vectron International Gmbh & Co. Kg Converters, resonators and filters for acoustic surface

Also Published As

Publication number Publication date
US20130294202A1 (en) 2013-11-07
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EP2844401B1 (en) 2022-08-03
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US20140269204A1 (en) 2014-09-18
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