[发明专利]一种微机械超声换能器及成像设备

说明书

本发明公开了一种微机械超声换能器(MUT)。MUT包括：基板；耦合至基板的第一电极；以及和耦合到基板并且与第一电极不共面的第二电极。第一电极关于第一轴线对称且关于垂直于第一轴线的第二轴线不对称，第一轴线沿第一电极具有最长尺寸的方向延伸，第二轴线穿过第一电极在第一轴线上的两端之间的中点。第一电极和第二电极在垂直方向上彼此分开。第一电极包括顶部电极，并且第二电极包括底部电极。

本申请是申请日为2019年03月09日、申请号为201980039393.8、发明名称为“具有压电收发器的成像设备”的中国专利申请(其对应PCT申请的申请日为2019年03月09日、申请号为PCT/US2019/021501)的分案申请。

技术领域

本发明涉及成像设备，更具体地，涉及具有微机械超声换能器(MUT)的成像设备。

背景技术

用于对人体的内部器官进行成像并显示内部器官的图像的一种非侵入式成像系统将信号发送至人体并接收从器官反射的信号。通常，在成像系统中使用的换能器(例如，电容换能(cMUT)或压电换能(pMUT))被称为收发器，并且某些收发器基于光声或超声效应。

通常，MUT包括两个或更多个电极，并且电极的拓扑影响MUT的电性能和声学性能。例如，由pMUT产生的声压的幅度随着电极尺寸的增加而增加，从而改善了pMUT的声学性能。但是，随着电极尺寸的增加，电容也会增加，从而降低pMUT的电性能。在另一个示例中，在pMUT的振动谐振频率处的声压幅度受电极形状的影响。因此，需要用于设计电极以增强换能器的声学和电性能的方法。

发明内容

在各实施方式中，微机械超声换能器(MUT)包括非对称的顶部电极。非对称电极沿着轴线的面密度分布具有多个局部最大值，其中所述多个局部最大值的位置与振动谐振频率处的多个反节点(anti-nodal point)位于的位置重合。

在各实施方式中，微机械超声换能器(MUT)包括对称的顶部电极。对称电极沿轴线的面密度分布具有多个局部最大值，其中，所述多个局部最大值的位置与振动谐振频率处的多个反节点位于的位置重合。

在各实施方式中，换能器阵列包括多个微机械超声换能器(MUT)。多个MUT中的每个MUT包括非对称的顶部电极。

在各实施方式中，成像设备包括具有多个微机械超声换能器(MUT)的换能器阵列。多个MUT中的每个MUT包括对称的顶部电极。对称电极沿轴线的面密度分布具有多个局部最大值，并且其中多个局部最大值的位置与振动谐振频率处的多个反节点位于的位置重合。

附图说明

将参考本发明的实施方式，其示例可以在附图中示出。这些图仅是说明性的，而非限制性的。尽管一般在这些实施方式的上下文中描述了本发明，但是应当理解，其并不旨在将本发明的范围限制为这些特定实施方式。

附图(或“图”)1示出了根据本公开的实施方式的成像系统。

图2示出了根据本公开的实施方式的成像器的示意图。

图3A示出了根据本公开实施方式的收发器阵列的侧视图。

图3B示出了根据本公开的实施方式的收发器块的俯视图。

图4A示出了根据本公开的实施方式的MUT的俯视图。

图4B示出了根据本公开的实施方式的沿图4A中的方向4-4截取的MUT的截面图。

图5A至图5E示出了根据本公开的实施方式的MUT的振动模式形状。

图6A示出了根据本公开的实施方式的MUT的声学响应作为频率函数的曲线图。

图6B示出了根据本公开的实施方式的MUT的俯视图。

图6C示出了根据本公开的实施方式的顶部电极的面密度分布。