TW201945085A - 用於超聲換能器的彈性層 - Google Patents
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Abstract
本案揭露的裝置涉及一種長多邊形換能器膜，其具有包括多條邊和多個頂點的周邊。長多邊形換能器膜可以在多個頂點處或在多個頂點周圍固定到支撐結構，而不在多於50％的周邊處固定到支撐結構。本案揭露的裝置可以是長六邊形換能器膜，其具有包括六條邊和六個頂點的周邊。長六邊形換能器膜可以在六個頂點中彼此相距最遠的兩個頂點處或在六個頂點中彼此相距最遠的兩個頂點周圍固定到支撐結構，而不在周邊的其它頂點或邊處固定。
Description
本發明係有關於用於超聲換能器的彈性層。
發明背景
超聲換能器接收超聲頻率的聲能作為輸入並提供電能作為輸出，或者接收電能作為輸入並提供超聲頻率的聲能作為輸出。超聲換能器能夠包括回應於電場的施加而改變尺寸的壓電材料件。如果使電場以與超聲頻率相當的速率變化，則壓電元件能夠振動並產生超聲頻率的聲壓波。同樣地，當壓電元件響應於撞擊超聲能量而諧振時，該元件能夠產生電能。
超聲換能器接收超聲頻率的聲能作為輸入並提供電能作為輸出，或者接收電能作為輸入並提供超聲頻率的聲能作為輸出。超聲換能器能夠包括回應於電場的施加而改變尺寸的壓電材料件。如果使電場以與超聲頻率相當的速率變化，則壓電元件能夠振動並產生超聲頻率的聲壓波。同樣地，當壓電元件響應於撞擊超聲能量而諧振時，該元件能夠產生電能。
發明概要
所揭露主題的實施方案提供了一種裝置，其包括長多邊形換能器膜（elongated polygon transducer membrane），長多邊形換能器膜具有包括多條邊和多個頂點的周邊。長多邊形換能器膜可以在多個頂點處或在多個頂點周圍固定到支撐結構，而不在多於50％的周邊處固定到支撐結構。錐形結構可以聯接到長多邊形換能器膜，錐形結構可以具有比可以聯接到換能器的典型結構低的輪廓和比可以聯接到換能器的典型結構大的開口角度。
所揭露主題的實施方案提供了一種裝置，其包括長多邊形換能器膜（elongated polygon transducer membrane），長多邊形換能器膜具有包括多條邊和多個頂點的周邊。長多邊形換能器膜可以在多個頂點處或在多個頂點周圍固定到支撐結構，而不在多於50％的周邊處固定到支撐結構。錐形結構可以聯接到長多邊形換能器膜，錐形結構可以具有比可以聯接到換能器的典型結構低的輪廓和比可以聯接到換能器的典型結構大的開口角度。
所揭露主題的實施方案提供了一種裝置，其包括長六邊形換能器膜，長六邊形換能器膜具有包括六條邊和六個頂點的周邊。長六邊形換能器膜可以在六個頂點中彼此相距最遠的兩個頂點處或在六個頂點中彼此相距最遠的兩個頂點周圍固定到支撐結構，而不在周邊的其它頂點或邊處固定。錐形結構可以聯接到長六邊形換能器膜。
考慮以下的詳細說明、附圖和技術方案，所揭露主題的附加特徵、優點和實施方式可以被闡述或是顯而易見。此外，應理解的是，前述發明內容和以下詳細說明均為示例，並且旨在提供進一步解釋而不限制技術方案的範圍。
具體實施方式
所揭露主題的實施方案提供了聯接到超聲換能器的錐形結構。換能器可以包括長多邊形換能器膜，長多邊形換能器膜具有包括多條邊和多個頂點的周邊。長多邊形換能器膜可以在多個頂點處或在多個頂點周圍固定到支撐結構，而不在多於50％的周邊處固定到支撐結構。長多邊形換能器膜可以是長形的，使得至少兩條邊的長度大於多條邊的其它邊的長度。在一些實施方案中，至少一個肋或圖案可以佈置於長多邊形換能器膜的表面以使換能器質量最小化同時保持相同的結構剛性以增加換能器的功率效率。
所揭露主題的實施方案提供了聯接到超聲換能器的錐形結構。換能器可以包括長多邊形換能器膜，長多邊形換能器膜具有包括多條邊和多個頂點的周邊。長多邊形換能器膜可以在多個頂點處或在多個頂點周圍固定到支撐結構，而不在多於50％的周邊處固定到支撐結構。長多邊形換能器膜可以是長形的，使得至少兩條邊的長度大於多條邊的其它邊的長度。在一些實施方案中，至少一個肋或圖案可以佈置於長多邊形換能器膜的表面以使換能器質量最小化同時保持相同的結構剛性以增加換能器的功率效率。
在所揭露主題的實施方案中，長多邊形換能器膜可以是長六邊形換能器膜，長六邊形換能器膜具有包括六條邊和六個頂點的周邊。長六邊形換能器膜可以在六個頂點中彼此相距最遠的兩個頂點處或在六個頂點中彼此相距最遠的兩個頂點周圍固定到支撐結構，而不在周邊的其它頂點或邊處固定。
所揭露主題的實施方案提供了錐形結構和換能器，換能器包括長多邊形換能器膜以增加發射的超聲波的聲壓和/或最大化接收的超聲信號的信噪比，從而可以通過接收器件獲得雜訊降低的電信號以進行處理。也就是說，所揭露主題的實施方案提供了一種具有長多邊形換能器膜的換能器以從輸入信號產生最大功率。具有長多邊形換能器膜的換能器可以產生可用信號（甚至從接收的低振幅信號產生可用信號），而不管接收信號的信噪比如何。在所揭露主題的裝置中，可以調整換能器的長多邊形換能器膜的剛性以調節工作頻率（例如以增加收穫的能量的量）並且提供操作介質（例如空氣）和換能器之間的聲學匹配。
圖1A示出了根據所揭露主題的實施方案的聯接到超聲換能器的錐形結構的示例。裝置100可以包括錐形結構110，錐形結構110具有分別位於錐形結構110的相反端的第一圓周120和第二圓周130。錐形結構110可以由鋼、不銹鋼、鋁、塑膠、碳纖維複合物或任何其它合適的材料形成。錐形結構110可以通過任何合適的增材或減材工藝形成。在一些實施方案中，邊沿（rim）140可以聯接在錐形結構110的第一圓周120處或附近。也就是說，可以通過將邊沿140添加到錐形結構140的一部分來調整錐形結構110的表面積。可以通過改變錐形結構110的第一和第二圓周120、130之間的角度以及附接到錐形結構110的邊沿140的高度和/或寬度來調整錐形結構110的表面積。可以以使表面積最大化的方式調整錐形結構110的這些特徵以盡可能多地捕獲入射超聲波並產生可用信號。邊沿140可以通過增材或減材工藝在結構上與錐形結構110一起形成。在一些實施方案中，邊沿140可以單獨形成，然後熔接、焊接、黏附（例如使用黏接劑）和/或以任何合適的方式聯接到錐形結構110。可以基於例如用於形成錐形結構110和/或邊沿140的材料類型來選擇所使用的聯接類型。
在一些實施方案中，圓周120、130中的限定錐形結構110的開口的至少一個圓周可以從圓形調整為橢圓形，以便調整錐形結構110的焦點用於發射的信號或接收的超聲信號。在一些實施方案中，圓周120、130中的限定錐形結構110的開口的至少一個圓周可以調整為具有多邊形形狀。佈置在限定錐形結構的開口的圓周之間的側壁可以形成為平坦形狀、凸形狀或凹形狀，以調整錐形結構的焦點用於發射的信號或接收的超聲信號。
第一圓周120和第二圓周130可以是任何合適的長度。在一些實施方案中，錐形結構110的第一圓周可以具有5mm至10mm、10mm至15mm、15mm至20mm、20mm至25mm或25mm至30mm的長度。在一些實施方案中，錐形結構110的第一圓周可以具有15mm至25mm的長度。錐形結構110的第二圓周可以具有1mm至2mm、2mm至3mm、3mm至4mm或4mm至5mm的長度。在一些實施方案中，錐形結構110的第二圓周可以具有2mm至4mm的長度。
在一些實施方案中，第一圓周120和第二圓周130可以各自形成分別位於錐形結構110的相反端處的開口。在一些實施方案中，可以在第二圓周130的至少一部分區域中形成第二開口以形成孔。在一些實施方案中，可以在由第二圓周130形成的開口上方形成覆蓋物。
圖1A所示的錐形結構110的邊沿140可以具有10μm至30μm、30μm至50μm、50μm至70μm、70μm至90μm、90μm至110μm、110μm至130μm、130μm至150μm、150μm至170μm、170μm至190μm或190μm至210μm的高度或任何其它合適的高度。在一些實施方案中，邊沿140的高度可以為50μm至110μm。邊沿140的高度可以與錐形結構110的厚度相同。錐形結構110的厚度可以為10μm至30μm、30μm至50μm、50μm至70μm、70μm至90μm、90μm至110μm、110μm至130μm、130μm至150μm、150μm至170μm、170μm至190μm或190μm至210μm或任何其它合適的厚度。在一些實施方案中，邊沿140的厚度可以為50μm至110μm。邊沿140的寬度可以為0至0.1mm、0.1mm至0.2mm、0.2mm至0.4mm，以及0.4mm至0.5mm、0.5mm至0.6mm、0.6mm至0.7mm、0.7mm至0.8mm、或0.9mm至1.0mm或任何其它合適的寬度。在一些實施方案中，邊沿140的寬度可以為0.01mm至0.2mm。邊沿的寬度可以是從內邊沿圓周到外邊沿圓周的距離。內邊沿圓周可以對應於錐形結構110的第一圓周120的圓周。
第一圓周120和第二圓周130之間的距離可以為0.1mm至0.3mm、0.3mm至0.7mm、0.7mm至1.1mm或1.1mm至1.5mm。在一些實施方案中，該距離可以為0.7mm至1.2mm。第一圓周120可以具有比第二圓周130長的長度。第二圓周130和第一圓周120之間的角度可以在包括第二圓周130的平面和錐形結構110的表面之間，並且在一些實施方案中可以變化地增加。在所揭露主題的實施方案中，該角度可以是150°至170°或任何其它合適的角度。錐形結構110的該角度可以使表面積最大化以捕獲盡可能多的入射超聲波並產生可用信號。
錐形結構110的第二圓周130可以聯接超聲換能器150，超聲換能器150可以包括長多邊形換能器膜160和長多邊形形狀的電活性材料層170，如圖1B所示。附接點163（例如矽樹脂等）可以佈置於長多邊形換能器膜160的底表面（例如圖4A中所示的表面165）（如圖1B所示），並且可以用於將換能器150附接到基部或其它支撐結構。在一些實施方案中，附接點163可以佈置於長多邊形換能器膜160的頂表面（例如圖3中所示的表面164）。在一些實施方案中，長多邊形換能器膜160可以是長六邊形換能器膜，該長六邊形換能器膜具有包括六條邊和六個頂點的周邊。該長六邊形換能器膜可以在六個頂點中彼此相距最遠的兩個頂點處或在六個頂點中彼此相距最遠的兩個頂點周圍固定到支撐結構（例如固定到附接點163處，如圖4A至圖4E所示），而不在周邊的其它頂點或邊處固定。通過將長多邊形換能器膜160附接在如圖4A至圖4E所示的附接點163處，超聲換能器150的效率可以在長多邊形換能器膜160更多地附接在周邊周圍的配置上增加兩倍或三倍。可以發生超聲換能器150的增加的偏轉，並且該配置可以提供操作介質（例如空氣）和換能器之間增加的聲學匹配。也就是說，通過使用圖4A至圖4E所示的配置，超聲換能器150可以增加發射的超聲波的聲壓和/或最大化接收的超聲信號的信噪比，使得超聲換能器150可以從輸入信號產生最大功率。
超聲換能器150可以通過施加黏接劑、接合、熔接或焊接而聯接到錐形結構110，並且/或者可以以任何其它合適的方式聯接。可以基於例如用於形成錐形結構110的材料類型來選擇所使用的聯接類型。長多邊形形狀的電活性材料層170可以佈置於長多邊形形狀的換能器彈性層160上，從而將電激勵轉換為高頻振動以產生超聲波聲發射或將接收到的高頻聲振動轉換為電信號。
圖1A至圖1B示出了聯接到長多邊形換能器膜160的錐形結構110，其中長多邊形形狀的電活性材料層170佈置於根據所揭露主題的實施方案的長多邊形換能器膜160的底部。在一些實施方案中，諸如圖2A至圖2B所示，錐形結構110可以聯接到長多邊形形狀的電活性材料層170，並且長多邊形換能器膜160可以佈置於長多邊形形狀的電活性材料層170的底部。在圖2A中，附接點163可以佈置於長多邊形換能器膜160的底表面，並且可以用於將換能器150附接到基部或支撐結構。在一些實施方案中，如圖2B所示，附接點163可以佈置於長多邊形換能器膜160的頂表面。
如圖1A至圖2B所示，超聲換能器150可以接收電控制信號（“驅動信號”），這使得長多邊形形狀的電活性材料層170（例如彎曲的折褶（flexture）和/或頂端）以超聲頻率或在超聲頻率附近相對於其基部振動。長多邊形形狀的電活性材料層170能夠與長多邊形換能器膜160直接或間接連通，並且能夠使長多邊形換能器膜160振動並產生超聲頻率聲波。
超聲換能器150可以包括機電活性器件，諸如長多邊形形狀的電活性材料層170。長多邊形形狀的電活性材料層170可以是懸臂或折褶，並且可以是例如壓電陶瓷單晶片、壓電陶瓷雙晶片或壓電陶瓷三晶片。長多邊形形狀的電活性材料層170可以包括諸如壓電材料或壓電陶瓷、電致伸縮材料或鐵電材料的電活性材料，其可以將電激勵轉換成高頻振動以產生超聲波聲發射。長多邊形形狀的電活性材料層170的幾何形狀可以影響頻率、速度、力、位移、電容、頻寬、機電活性器件在被驅動以輸出超聲波時產生的機電能量轉換效率、由長多邊形形狀的電活性材料層170產生的電壓和電流以及通過接收的超聲波驅動時的機電能量轉換效率。長多邊形形狀的電活性材料層170可以具有六邊形輪廓，或者可以具有基於任何其它合適的幾何形狀的輪廓。長多邊形形狀的電活性材料層170的幾何形狀可以被選擇為例如調節長多邊形形狀的電活性材料層170的平衡和其它各種特性。可以使用層壓到單個無源基板材料上的單層壓電材料製成長多邊形形狀的電活性材料層170。長多邊形形狀的電活性材料層170也可以利用如下的層製成：單個壓電層和多個無源層；反相或同相操作的兩個壓電層，或者反相或同相操作並與一種或多種電無源材料組合的兩個壓電層。長多邊形形狀的電活性材料層170的不同層可以具有不同的形狀。例如，在壓電單晶片中，壓電材料的形狀可以與壓電材料所接合的無源基板材料不同。用於機電活性器件的壓電材料（例如壓電陶瓷）可以以任何合適的方式極化（在任何合適的方向上極化）。
在一些實施方案中，極化方向可以沿著壓電材料（例如長多邊形形狀的電活性材料層170）的厚度。極化定義了一旦施加電壓就在壓電材料中產生的電場的方向。壓電材料的操作模式可以基於壓電材料如何集成到結構中和/或夾緊到結構。壓電材料可以在其厚度方向上極化。由於壓電材料的一個表面沿著其厚度極化，並且因為壓電材料的一側附接到長多邊形換能器膜160，所以通過施加跨越壓電材料的頂側和底側的電壓，壓電材料上下變形和彎曲（例如從凹形狀到凸形狀，反之亦然）。
長多邊形形狀的電活性材料層170可以是用於超聲換能器150並且用於以超聲頻率振動的任何合適的尺寸。長多邊形形狀的電活性材料層170可以以任何合適的方式製成（例如通過從較大的層壓材料切割多邊形形狀的幾何形狀）。層壓材料可以由例如電活性材料（諸如壓電陶瓷）製成，使用任何合適的接合技術和材料將電活性材料接合到電非活性基板（electrically inactive substrate）（例如諸如鋁、因瓦合金、可伐合金、矽/鋁合金、不銹鋼和黃銅的金屬）。所使用的材料對於單個機電活性器件的性能可能不是最佳的。例如，可以為了在更大數量的機電活性器件上的一致性能或者為了易於製造而選擇材料。
長多邊形形狀的電活性材料層170可以以任何合適的角度定向。長多邊形形狀的電活性材料層170的頂表面例如可以是壓電單晶片的無源材料或壓電雙晶片的活性材料。長多邊形形狀的電活性材料層170可以以任何合適的方式附接到超聲換能器150的長多邊形換能器膜160。例如，長多邊形形狀的電活性材料層170的任何側邊可以接合到長多邊形換能器膜160。用於將長多邊形形狀的電活性材料層170固定到長多邊形換能器膜160的接合可以是使用任何合適的導電和非導電接合材料（諸如環氧樹脂或焊料）的有機或無機接合的任何合適組合。長多邊形形狀的電活性材料層170和長多邊形換能器膜160之間的接觸區域可以是任何合適的尺寸和形狀。在一些實施方案中，超聲換能器150可以包括多於一個的長多邊形形狀的電活性材料層170。如以下揭露的圖10所示，可以以任何合適的配置形成任何數量的超聲換能器。
依據機電活性器件是壓電單晶片、壓電雙晶片、壓電三晶片還是具有一些其它結構，長多邊形形狀的電活性材料層170可以在合適的位置中接合，其中長多邊形形狀的電活性材料層170的無源層或活性層面朝下。接合可以使用任何合適的接合劑、焊料或環氧樹脂。例如，可以將導電黏接膜施加到機電活性器件的區域以接合到長多邊形換能器膜160。
長多邊形換能器膜160可以接合到超聲換能器150以產生具有膜的超聲器件。可以以如下方式利用黏接劑附接長多邊形換能器膜160：可以限定長多邊形換能器膜160將覆蓋的機電換能器陣列的多個單元的輪廓。長多邊形形狀的電活性材料層170可以例如在機電活性器件的頂端處或在機電活性器件的頂端附近接合到長多邊形換能器膜160。長多邊形換能器膜160可以是多個單獨的材料件。長多邊形換能器膜160可以用於聲學地將懸臂的運動聯接（couple）到空氣，因為懸臂的運動可以使膜移動。
長多邊形換能器膜160可以是任何合適的材料或複合材料結構，其可以具有任何合適的剛性和重量，用於以超聲頻率振動。例如，長多邊形換能器膜160可以既硬又輕。例如，長多邊形換能器膜160可以是鋁襯墊、金屬圖案化聚醯亞胺或任何其它金屬圖案膜。膜可以與空氣阻抗匹配，以允許超聲換能器的更有效的空氣聯接。
圖3示出了根據所揭露主題的實施方案的超聲換能器150的示例長多邊形換能器膜160的俯視圖。長多邊形換能器膜160可以包括邊161和頂點162，其中各頂點162均佈置在邊161之間的交叉處。長多邊形換能器膜160可以具有第一表面164。長多邊形換能器膜160可以通過從鋁、單晶矽、非晶矽、黃銅、因瓦合金、鈦、鎳、鋼、鐵、鎂、銅和/或任何其它合適材料的任意增材或減材工藝形成。
圖4A至圖4E示出了根據所揭露主題的實施方案的超聲換能器150的長多邊形換能器膜160上的示例附接點的視圖。長多邊形換能器膜160可以在附接點163處聯接到支撐結構，附接點163可以由矽樹脂等形成。長多邊形換能器膜160可以在多個頂點162處或在多個頂點162附近的附接點163處固定到支撐結構，而不在多於50％的周邊（可以包括邊161）處固定到支撐結構。圖4A至圖4E示出了附接點163的不同配置，其中長六邊形換能器膜160可以在附接點163處固定到支撐結構。
長多邊形換能器膜160可以具有圖3所示的第一表面164，並且可以具有如圖4A至圖4E所示的第二表面165。在所揭露主題的實施方案中，第一表面164和第二表面165中的至少一者可以至少部分地覆蓋有導電材料。導電材料可以是金、銅、鋁或任何其它合適的導電材料。
圖5示出了根據所揭露主題的實施方案的超聲換能器150的示例長多邊形換能器膜160的俯視圖。長多邊形換能器膜160可以是長形的，使得至少兩條邊（例如邊161a、161b）的長度大於多條邊的其它邊（例如邊161c）的長度。長多邊形換能器膜160可以具有縱橫比，該縱橫比可以是長多邊形換能器膜160的最長尺寸與最短尺寸的比。例如，縱橫比可以是尺寸200與尺寸202的比。在另一示例中，縱橫比可以是尺寸204與尺寸206的比。在所揭露主題的一些實施方案中，縱橫比可以是1.03:1至2:1、2:1至3:1、3:1至4:1、4:1至5:1或任何其它合適的縱橫比。例如，比範圍2:1至3:1可以包括2.5:1的這種長多邊形換能器膜160的縱橫比。在一些實施方案中，縱橫比可以是1.03:1至2:1。
圖6A至圖6H示出了根據所揭露主題的實施方案的佈置於長多邊形換能器膜160的表面的肋（rib）或圖案的示例。肋或圖案可以以交錯的方式佈置於長多邊形換能器膜的表面，其中肋或圖案的各形狀均與肋或圖案中的相鄰形狀間隔開預定距離。肋或圖案可以通過任何合適的增材或減材工藝形成。肋或圖案可以蝕刻到長多邊形換能器膜160中。在一些實施方案中，肋或圖案可以模製或聯接到長多邊形換能器膜160。肋或圖案可以接合、熔接、焊接、固定（例如利用黏接劑）或者以任何合適的方式聯接到長多邊形換能器膜160。在一些實施方案中，肋或圖案可以通過任何合適的增材或減材工藝與長多邊形換能器膜160一體地形成。肋或圖案（諸如圖6A至圖6H中所示的那些，以及圖7至圖8G中所示的那些）可以具有厚度、輪廓、結構和/或佈局，以便增加長多邊形換能器膜160的剛度。也就是說，可以使用肋或圖案來調節長多邊形換能器膜160的剛性（stiffness）和/或剛度（rigidity），以便改善發射的信號的聲輸出功率或接收的信號的信噪比。肋或圖案的選擇可以用於調整長多邊形換能器膜160的重量，該重量被調整為使可能干擾產生可用信號的阻尼效應最小化。
圖6A示出了矩形圖案302，其可以蝕刻到長多邊形換能器膜160上，或者可以模製或聯接到長多邊形換能器膜160。雖然圖6A示出了矩形圖案302可以在長多邊形換能器膜160上沿豎直方向佈置，但是矩形圖案302可以可選地在長多邊形換能器膜160上沿水平方向佈置，或者可以沿水平和豎直方向兩者佈置。
圖6B示出了六邊形圖案304，其可以蝕刻到長多邊形換能器膜160上，或者可以模製或聯接到長多邊形換能器膜160。雖然圖6B示出了六邊形圖案304可以在長多邊形換能器膜160上沿豎直方向佈置，但是六邊形圖案304可以可選地在長多邊形換能器膜160上沿水平方向佈置。
圖6C示出了多邊形圖案306，其可以蝕刻到長多邊形換能器膜160上，或者可以模製或聯接到長多邊形換能器膜160。圖6C示出了多邊形圖案306可以在長多邊形換能器膜160上沿豎直方向佈置。可選地，多邊形圖案306可以可選地在長多邊形換能器膜160上沿水平方向佈置。
圖6D示出了圓形圖案308，其可以蝕刻到長多邊形換能器膜160上，或者可以模製或聯接到長多邊形換能器膜160。圖6D示出了圓形圖案308可以在長多邊形換能器膜160上沿豎直方向佈置。可選地，多邊形圖案308可以可選地在長多邊形換能器膜160上沿水平方向佈置。
圖6E示出了橢圓形圖案310，其可以蝕刻到長多邊形換能器膜160上，或者可以模製或聯接到長多邊形換能器膜160。圖6E示出了橢圓形圖案310可以在長多邊形換能器膜160上沿豎直方向佈置。可選地，多邊形圖案308可以可選地在長多邊形換能器膜160上沿水平方向佈置。
圖6F示出了同心圓圖案312，其可以蝕刻到長多邊形換能器膜160上，或者可以模製或聯接到長多邊形換能器膜160。在一些實施方案中，同心線314可以添加到同心圓圖案以具有肋狀結構，形成蜘蛛網形狀的圖案，諸如圖6G所示。圖6H示出了可以由根據所揭露主題的實施方案的六邊形肋316形成的蜂窩圖案。
諸如利用圖6A至圖6H所示的（以及圖7至圖8G所示並且以下揭露的）肋或圖案調整長多邊形換能器膜160的剛度可以至少部分地聲學匹配操作介質（例如空氣）和換能器150，以及幫助換能器150增加信噪比使得換能器150甚至可以從接收的低振幅信號產生可用信號，以增加電聲能量轉換效率。
圖7示出了徑向構件316的示例，徑向構件316從佈置於根據所揭露主題的實施方案的長多邊形換能器膜160的表面的中心圖案314延伸。徑向構件316和中心圖案314可以通過任何合適的增材或減材工藝形成。徑向構件316和中心圖案314可以蝕刻到長多邊形換能器膜160中。在一些實施方案中，徑向構件316和中心圖案314可以模製或聯接到長多邊形換能器膜160。徑向構件316和中心圖案314可以接合、熔接、焊接、固定（例如利用黏接劑）或以任何合適的方式聯接到長多邊形換能器膜160。在一些實施方案中，徑向構件316和中心圖案314可以通過任何合適的增材或減材工藝與長多邊形換能器膜160一體地形成。徑向構件316和中心圖案314可以具有厚度、輪廓、結構和/或佈局，以便增加長多邊形換能器膜160的剛度。徑向構件316可以被選擇和配置成至少部分地聲學匹配操作介質（例如空氣）和換能器150，以及幫助換能器150增加信噪比，使得換能器150甚至可以從接收的低振幅信號產生可用信號。
徑向構件316和中心圖案314可以以交錯的方式佈置於長多邊形換能器膜160的表面，其中徑向構件316和中心圖案314的各形狀均與徑向構件316和中心圖案314的相鄰形狀間隔開預定距離。
圖8A至圖8G示出了根據所揭露主題的實施方案的佈置於長多邊形換能器膜的肋輪廓的示例截面圖。長多邊形換能器膜160可以包括在邊161之間縱向或水平佈置的至少一個肋，其中至少一個肋可以是矩形肋、橢圓形肋、梯形肋、管狀肋、C字形肋、D字形肋和V字形肋。截面肋輪廓可以用於圖6A至圖6H所示的肋和/或圖7所示的徑向構件。圖8A至圖8G所示的不同肋輪廓可以為長多邊形換能器膜160增加不同水平的結構剛度。也就是說，可以基於長多邊形換能器膜160的期望結構剛度來選擇肋輪廓。肋輪廓可以被選擇和配置成至少部分地聲學匹配操作介質（例如空氣）和換能器150，以及幫助換能器150增加信噪比，使得換能器150甚至可以從接收的低振幅信號產生可用信號。
圖8A示出了矩形肋輪廓400，圖8B示出了橢圓形肋輪廓402，圖8C示出了C字形肋輪廓404，而圖8D示出了D字形肋輪廓406。圖8E示出了V字形肋輪廓408，圖8F示出了梯形肋輪廓410，而圖8G示出了管狀肋輪廓412。圖8A至圖8G所示的肋輪廓可以通過任何合適的增材或減材工藝形成，並且可以增加長多邊形換能器膜160的結構剛度。在一些實施方案中，所選擇的肋輪廓的類型相比另一類型的肋輪廓可以增加長多邊形換能器膜的剛度。
圖9示出了根據所揭露主題的實施方案的聯接到長六邊形換能器膜160的頂點162中的一個頂點的導電構件350。導電構件350可以聯接到多個頂點162中的至少一個頂點，在該至少一個頂點處，長六邊形換能器膜160在附接點163處固定到支撐結構。可以至少部分地使用導電構件350，使得長多邊形形狀的電活性材料層170和/或長六邊形換能器膜160可以將電激勵轉換成高頻振動以產生超聲波聲發射。
圖10示出了根據所揭露主題的實施方案的示例換能器陣列。機電換能器陣列可以包括任何數量的超聲換能器。超聲換能器可以共用共同的材料件作為基板，或者可以使用任何合適數量的單獨的材料件，例如，各超聲換能器具有其自身的單獨的基板材料件。機電換能器陣列的超聲換能器可以被分成單元。各單元可以包括由膜或膜部分覆蓋的單個超聲換能器，或者可以包括多個超聲換能器。單元可以是任何合適的形狀（任何合適的圖案）。單元可以是任何合適的多邊形，並且可以以任何合適的圖案配置。例如，如圖10所示，換能器陣列10可以包括圖1A至圖2B所示以及以上揭露的包括超聲換能器的多個裝置100。超聲換能器可以以任何合適的方式配置，例如以網格圖案的方式配置。
出於解釋的目的，已經參照具體實施方式說明了前述說明。然而，以上說明性討論並非旨在窮舉或將所揭露主題的實施方式限制於所揭露的精確形式。鑒於以上教導，許多修改和變型都是可能的。選擇和說明實施方式是為了解釋所揭露主題的實施方式的原理及其實際應用，從而使得本領域的其他技術人員能夠利用那些實施方式以及可以適合於預期的特定用途的具有各種修改的各種實施方式。
10‧‧‧換能器陣列
100‧‧‧裝置
110‧‧‧錐形結構
120‧‧‧第一圓周
130‧‧‧第二圓周
140‧‧‧邊沿；錐形結構
150‧‧‧超聲換能器
160‧‧‧長多邊形換能器膜
161、161a、161b、161c‧‧‧邊
162‧‧‧頂點
163‧‧‧附接點
164‧‧‧第一表面
165‧‧‧第二表面
170‧‧‧電活性材料層
200、202、204、206‧‧‧尺寸
302‧‧‧矩形圖案
304‧‧‧六邊形圖案
306‧‧‧多邊形圖案
308‧‧‧圓形圖案
310‧‧‧橢圓形圖案
312‧‧‧同心圓圖案
314‧‧‧同心線
316‧‧‧六邊形肋
350‧‧‧導電構件
400‧‧‧矩形肋輪廓
402‧‧‧橢圓形肋輪廓
404‧‧‧C字形肋輪廓
406‧‧‧D字形肋輪廓
408‧‧‧V字形肋輪廓
410‧‧‧梯形肋輪廓
412‧‧‧管狀肋輪廓
所包括以提供所揭露主題的進一步理解的附圖被併入該說明書並構成該說明書的一部分。附圖還示出了所揭露主題的實施方式，並且與詳細說明一起用於解釋所揭露主題的實施方式的原理。除了對於所揭露主題的基本理解以及可以實踐該主題的各種方式所必需的，沒有試圖更詳細地示出結構細節。
圖1A示出了根據所揭露主題的實施方案的聯接到超聲換能器的長多邊形換能器膜的錐形結構的示例。
圖1B示出了根據所揭露主題的實施方案的示例超聲換能器的仰視圖。
圖2A至圖2B示出了根據所揭露主題的實施方案的聯接到長多邊形形狀的電活性材料層的錐形結構。
圖3示出了根據所揭露主題的實施方案的超聲換能器的示例長多邊形換能器膜的俯視圖。
圖4A至圖4E示出了根據所揭露主題的實施方案的佈置於超聲換能器的長多邊形換能器膜的示例附接點的視圖。
圖5示出了根據所揭露主題的實施方案的超聲換能器的示例長多邊形換能器膜的俯視圖。
圖6A至圖6H示出了根據所揭露主題的實施方案的佈置於長多邊形換能器膜的表面的肋或圖案的示例。
圖7示出了根據所揭露主題的實施方案的從佈置於長多邊形換能器膜的表面的中心圖案延伸的徑向構件的示例。
圖8A至圖8G示出了根據所揭露主題的實施方案的肋輪廓的示例截面圖。
圖9示出了根據所揭露主題的實施方案的聯接到長六邊形換能器膜的一個頂點的導電構件。
圖10示出了根據所揭露主題的實施方案的換能器陣列的示例。
Claims (26)
- 一種裝置，其包括： 長多邊形換能器膜，其具有包括多條邊和多個頂點的周邊，所述長多邊形換能器膜在多個所述頂點處或在多個所述頂點周圍固定到支撐結構，而不在多於50％的所述周邊處固定到所述支撐結構。
- 如請求項1所述的裝置，其中，所述長多邊形換能器膜由如下材料構成的組中的至少一者形成：鋁、單晶矽、非晶矽、黃銅、因瓦合金、鈦、鎳、鋼、鐵、鎂和銅。
- 如請求項2所述的裝置，其中，所述長多邊形換能器膜具有第一表面和第二表面，並且利用導電材料覆蓋所述第一表面和所述第二表面中的至少一者。
- 如請求項3所述的裝置，其中，所述導電材料選自由如下材料構成的組：金、銅和鋁。
- 如請求項1所述的裝置，其中，所述長多邊形換能器膜的縱橫比處於1.03:1至2:1的範圍。
- 如請求項1所述的裝置，其中，所述長多邊形換能器膜是長形的，使得至少兩條所述邊的長度大於所述多條邊中的其它邊的長度。
- 如請求項1所述的裝置，其中，長多邊形換能器膜包括佈置於所述長多邊形換能器膜的表面的至少一個肋或圖案。
- 如請求項7所述的裝置，其中，所述至少一個肋或圖案被蝕刻到所述長多邊形換能器膜中。
- 如請求項7所述的裝置，其中，所述至少一個肋或圖案被模制或聯接到所述長多邊形換能器膜。
- 如請求項7所述的裝置，其中，所述圖案選自由如下圖案構成的組：矩形圖案、六邊形圖案、多邊形圖案、圓形圖案、橢圓形圖案和同心圓圖案。
- 如請求項10所述的裝置，其中，所述圖案包括從所述圖案的中心延伸的徑向構件。
- 如請求項7所述的裝置，其中，所述圖案以交錯的方式佈置於所述長多邊形換能器膜的表面，其中所述圖案中的各形狀均與所述圖案中的相鄰形狀間隔開預定距離。
- 如請求項1所述的裝置，其中，所述裝置還包括： 導電構件，其聯接到所述多個頂點中的至少一個頂點，所述長六邊形換能器膜在所述至少一個頂點處固定到所述支撐結構。
- 一種裝置，其包括： 長六邊形換能器膜，其具有包括六條邊和六個頂點的周邊，所述長六邊形換能器膜在所述六個頂點中彼此相距最遠的兩個頂點處或在所述六個頂點中彼此相距最遠的兩個頂點周圍固定到支撐結構，而不在所述周邊的其它頂點或邊處固定。
- 如請求項14所述的裝置，其中，所述裝置還包括： 導電構件，其聯接到所述六個頂點中的所述兩個頂點中的至少一個頂點，所述長六邊形換能器膜在所述至少一個頂點處固定到所述支撐結構。
- 如請求項14所述的裝置，其中，所述長六邊形換能器膜由如下材料構成的組中的至少一者形成：鋁、單晶矽、非晶矽、黃銅、因瓦合金、鈦、鎳、鋼、鐵、鎂和銅。
- 如請求項16所述的裝置，其中，所述長六邊形換能器膜具有第一表面和第二表面，並且利用導電材料覆蓋所述第一表面和所述第二表面中的至少一者。
- 如請求項17所述的裝置，其中，所述導電材料選自由如下材料構成的組：金、銅和鋁。
- 如請求項14所述的裝置，其中，所述長六邊形換能器膜的縱橫比處於1.03:1至2:1的範圍。
- 如請求項14所述的裝置，其中，所述長六邊形換能器膜是長形的，使得至少兩條所述邊的長度大於所述多條邊中的其它邊的長度。
- 如請求項14所述的裝置，其中，長六邊形換能器膜包括佈置於所述長六邊形換能器膜的表面的至少一個肋或圖案。
- 如請求項21所述的裝置，其中，所述至少一個肋或圖案被蝕刻到所述長六邊形換能器膜中。
- 如請求項21所述的裝置，其中，所述至少一個肋或圖案被模制或聯接到所述長六邊形換能器膜。
- 如請求項21所述的裝置，其中，所述圖案選自由如下圖案構成的組：矩形圖案、六邊形圖案、多邊形圖案、圓形圖案、橢圓形圖案和同心圓圖案。
- 如請求項24所述的裝置，其中，所述圖案包括從所述圖案的中心延伸的徑向構件。
- 如請求項24所述的裝置，其中，所述圖案以交錯的方式佈置於所述長六邊形換能器膜的表面，其中所述圖案中的各形狀均與所述圖案中的相鄰形狀間隔開預定距離。
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