超声换能器装置和方法与流程

超声换能器装置和方法
交叉引用
1.本技术要求于2019年8月28日提交的美国临时申请第62/892,930号的权益，该申请通过引用并入本文。


背景技术：

2.膜的弹性或流体的粘度的测定可能对包括医学诊断、医学成像、制造质量控制、食品表征、工业过程分析等的各种领域感兴趣。在许多应用中，使用尺寸小的空气耦合换能器测量反射的超声信号可能是有益的。然而，小尺寸可能对换能器性能构成重大挑战。
3.在一个示例中，表征与生物膜相邻的流体可能是有益的。对生物膜的物理访问可能受到限制。此外，耦合凝胶可能不适用于某些生物膜。鉴于上述情况，需要用于小型空气耦合超声装置的改进系统、装置和方法。
4.本技术可能与共同拥有的美国专利公开2018/0310917和美国专利公开2017/0014053相关，其中每一个都通过引用整体并入。
5.以下参考文献可能感兴趣：美国专利7,545,075、美国专利8,531,919、美国专利9,925,561、美国专利9,925,561、美国专利7,545,075、美国专利公开2014/0265720、美国专利公开2010/0173437、美国专利公开2014/0265720和美国专利公开2012/0068571，其中每一个都通过引用整体并入。


技术实现要素：

6.传统的超声换能器可能需要与耦合流体一起使用，以将待表征的材料的阻抗与超声换能器匹配，因为材料和换能器之间的典型介质(例如，空气)可能具有与换能器和/或待测量的材料严重不匹配的声阻抗。因此，某些应用可能需要空气耦合的换能器装置。在一个示例中，可能需要使用空气耦合超声来表征耳朵鼓膜的相对侧上的流体，而不是用超声凝胶填充耳道。类似地，在该示例中，可能同时希望使装置小型化以减少超声与空气的散射和相干性的损失。对于空气耦合换能器装置和系统而言，可能难以获得的足够强度、空间相干性、小发散和/或相位稳定性中的一个或多个可以通过使换能器装置更小而另外受到影响。
7.本公开提供了超声换能器元件、超声换能器及其使用和制造的系统和方法。
8.本文公开了一种超声换能器，包括多个电容式超声换能器元件；以及基座，基座具有最大尺寸(dimension)，其大小和形状调整为设置在外耳道内，其中多个电容式超声换能器元件安装在基座上；其中超声换能器具有大于15度的通过气体介质传播的角波束和沿着超声换能器的主传输轴在12.5mm至25mm距离处测量的大于10db的通过气体介质的衰减损耗。基座的最大尺寸可以小于3mm。多个电容式超声换能器元件可以具有1.0mhz和3.0mhz之间的共振频率。每个电容式超声换能器元件可以具有直径在10和100微米之间的工作表面。超声换能器可以具有小于1.5mm的边缘长度。多个电容式超声换能器元件可以包括至少20个电容式超声换能器元件。多个超声换能器可以具有2.5pf和10.0pf之间的平均电容。超声换能器可以被配置为设置在耳镜的窥器内。多个电容式超声换能器元件中的一个或多个可
以在换能器元件中的一个或多个的工作表面中具有多个开口。多个开口可以布置成直径至少10微米的圆形。多个开口可以包括每个电容式超声换能器元件的至少三个释放孔。多个开口的形状可以是圆形。多个开口的形状可以是弯曲的。多个开口可以包括具有至少0.4微米的狭缝宽度和至少2微米的弹簧长度的释放狭缝。多个超声换能器元件可以以六边形最密堆积结构布置在基座上。多个超声换能器元件可以布置在基座上的圆形区域内，圆形区域的直径等于边缘长度。多个超声换能器元件可以布置在基座上的矩形区域内，矩形区域的最长边等于边缘长度。
9.超声换能器还可以包括多个焊盘，这些焊盘形成多个电触点。多个电容式超声换能器元件可以具有小于1500nm的平均腔高。超声换能器可以具有小于85v的80％的吸合电压(pull-in voltage)。超声换能器可以具有沿着换能器的主传输轴在12.5mm至25mm的距离处测量的大于15db的信噪比。超声换能器可以具有超过10％的部分带宽。超声换能器可以具有沿着换能器的主传输轴在12.5mm至25mm的距离处测量的约10pa或更大的投影强度。超声换能器可以在半高全宽处具有中心频率的正负25％的频率带宽。
10.本文公开了一种超声换能器，包括多个电容式超声换能器元件；以及基座，基座具有最大尺寸，其大小和形状调整为设置在外耳道内，其中多个超声换能器元件安装在基座上，其中超声换能器具有超过10％的部分带宽、约10pa或更大的投影强度和沿着超声换能器的主传输轴在12.5mm至25mm距离处测量的大于15db的信噪比。多个电容式超声换能器元件可以具有1.0mhz和3.0mhz之间的共振频率。超声换能器可以具有2.5pf和10.0pf之间的平均电容。超声换能器可以具有小于85v的吸合电压。超声换能器可以具有小于1.5mm的边缘长度。超声换能器可以具有小于30度的通过气体介质传播的角波束和垂直于换能器元件的工作表面在12.5mm至25mm距离处测量的小于45db的通过气体介质的衰减损失。多个电容式超声换能器元件可以包括至少20个电容式超声换能器元件。每个电容式超声换能器元件可以具有30微米和100微米之间的装置半径。超声换能器可以被配置为设置在耳镜的窥器内。多个电容式超声换能器元件中的一个或多个可以在换能器元件的一个或多个的工作表面中具有多个开口。多个开口可以布置成直径大于5微米的圆形。多个开口可以包括每个电容式超声换能器元件的至少三个释放孔。多个开口的形状可以是圆形。多个开口的形状可以是弯曲的。多个开口可以具有至少0.4微米的狭缝宽度和至少2微米的弹簧长度的释放狭缝。多个超声换能器元件可以以六边形最密堆积结构布置。多个超声换能器元件可以布置在圆形区域内，圆形区域的直径等于边缘长度。多个超声换能器元件可以布置在矩形区域内，矩形区域的最长边等于边缘长度。超声换能器还可以包括多个焊盘，这些焊盘形成多个电触点。多个电容式超声换能器元件可以具有小于1500nm的平均腔高。超声换能器可以具有小于85v的80％的吸合电压。超声换能器可以在半高全宽处具有中心频率的正负25％的频率带宽。本文公开了一种系统，包括：权利要求1至46中任一项的电容式超声换能器和窥器，其中电容式超声换能器设置在窥器内并且其中窥器被配置为可移除地耦合到耳镜。本文公开了一种测量流体的方法，方法包括：提供权利要求1至46中任一项的电容式超声换能器；对流体的表面施加气动挑战；以及用电容式超声换能器观察响应于气动挑战从表面反射的波形中的扰动。本文公开了一种表征流体的方法，方法包括：提供超声换能器；以及将由超声换能器产生的超声波束通过气体介质导向流体的表面，其中流体与超声换能器的工作表面相距12.5mm至25mm，其中超声波束具有大于15度的通过气体介质传播的角波束，并
且其中超声波束具有大于10db的通过气体介质的衰减损耗。本文公开了一种表征耳道中耳鼓后面的流体的方法，方法包括：从超声换能器接收一组数据，其中超声换能器设置在对象的耳道内，其中超声换能器具有小于1.5mm的边缘长度；从一组数据中确定对应于对气动挑战的响应的第一数据子集和对应于未挑战的数据集的第二数据子集；确定流体的粘度；以及对流体进行分类。
11.本文公开了一种耳镜，包括一次性窥器；多个电容式超声换能器，电容式超声换能器设置在窥器内，其中多个超声换能器元件形成超声换能器，其中超声换能器设置在窥器尖端内，并且其中超声换能器具有大于15度的通过气体介质传播的角波束和沿着换能器的主传输轴在12.5mm至25mm距离处测量的大于10db的通过气体介质的衰减损失；以及基座，其中基座包括小于2.5mm的最大尺寸，其中多个电容式超声换能器设置在基座上。
12.本文公开了一种制造流体测量装置的方法，方法包括：在晶片表面上形成多个电容式超声换能器元件，具有在10微米和100微米之间的装置半径，其中多个超声换能器元件以六边形最密堆积结构布置，其中多个超声换能器元件中的一个或多个包括在换能器元件中的一个或多个的工作表面中的多个开口，其中多个开口包括4和20个之间的开口；将晶片切割成多个单独的电容式超声换能器；以及将单个超声换能器安装在耳镜的窥器内。方法还可以包括将窥器可移除地耦合到耳镜。援引并入
13.本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度如同特别地且单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请通过引用而并入。
附图说明
14.在所附权利要求中具体阐述本公开的新颖特征。通过参考以下对其中利用到本公开的原理的说明性实施方案加以阐述的详细描述和附图，将会获得对本公开的特征和优点的更好理解，在这些附图中：
15.图1a图示了根据一些实施方式的处于发射模式的超声换能器元件的示意图。
16.图1b图示了根据一些实施方式的处于接收模式的超声换能器元件的示意图。
17.图2a图示了根据一些实施方式的超声换能器的换能器元件的截面图。
18.图2b图示了根据一些实施方式的超声换能器的换能器元件的俯视图。
19.图3a图示了根据一些实施方式的包括多个换能器元件的超声换能器的示意性俯视图。
20.图3b是根据一些实施方式的基座上的超声换能器的图像。
21.图4a是根据一些实施方式的晶片上的多个超声换能器的图像。
22.图4b是根据一些实施方式的从晶片分离之后的多个超声换能器的图像。
23.图5a、图5b、图5c和图5d图示了根据一些实施方式的制造cmut元件的方法。
24.图6a图示了根据一些实施方式的布置在耳朵内的耳镜窥器的侧截面图。
25.图6b图示了根据一些实施方式的本公开的耳镜的前截面图。
26.图7a图示了根据一些实施方式的窥器的侧截面图。
27.图7b图示了根据一些实施方式的窥器尖端的前截面图。
28.图8a和图8b示出了根据一些实施方式的示例数据迹线，该示例数据迹线示出了响
应于扰动的膜运动的假彩色等高线图。
29.图9a和图9b示出了根据一些实施方式的示例压力和位移对时间的曲线，其分别对应于在图8a和图8b的示例中应用的扰动。
30.图10a、图10b、图10c和图10d示出了根据一些实施方式的在存在四种不同粘度的流体的情况下的膜的迁移率测量的示例图。
31.图11a和图11b示出了根据一些实施方式的经测试的换能器元件的示例工作表面设计的俯视示意图。
32.图12a和图12b示出了根据一些实施方式的测试的示例超声换能器配置的布局表。
33.图13a、图13b和图13c示出了根据一些实施方式的针对所测试的每个直径换能器元件测试的超声换能器配置的示意图。
34.图14a、图14b、图14c、图14d、图14e和图14f示出了根据一些实施方式的针对测试的各种超声换能器的相位和阻抗对频率的曲线图。
35.图15a和图15b分别示出了根据一些实施方式的使用激光测振的归一化信号幅度对时间和超声换能器尺寸的三维图和二维图。
36.图16a和图16b示出了根据一些实施方式的一组可操作超声换能器的光束扩展和超声损失的等高线图。
37.图17示出了根据一些实施方式的一组可操作超声换能器的信噪比对距离的曲线图。
38.图18示出了根据一些实施方式的包括数字处理装置和用户可见的显示器的超声换能器系统的示意图。
具体实施方式
39.本公开的实施方式提供了超声换能器。示例超声换能器可以包括多个电容式超声换能器元件和基座，其中多个电容式超声换能器安装在基座上。电容式超声换能器元件可以是多个电容式微机械超声换能器(cmut)元件。cmut可以形成配置为引导超声能量通过空气的超声换能器。
40.每个电容式超声换能器元件和超声换能器可以具体构造为实现选择的期望性能特征。例如，基座可能很小。在一些情况下，基座可以具有最大尺寸，其大小和形状调整为设置在外耳道内。包括换能器的多个电容式超声元件可以安装在基座上。超声换能器的主瓣在气态介质内的角度扩展可以具有大于15度。此外，发射的超声可以具有在沿着超声换能器的主要传输轴在12.5mm至25mm的距离处测量的大于10db的通过气体介质的衰减损失。超声换能器对于表征耳鼓后面的流体以诊断中耳炎可能特别有用。
41.在一些实施方式中，超声换能器响应于对膜或与膜相邻的表面的气动挑战来测量膜或表面的动态位移特性。超声换能器通过诸如空气的介质向待表征的表面或膜发送和接收超声能量。因此，超声能量可以足够强，可以包括具有与待表征的材料相匹配的空间范围的平面波，和/或可以包括跨越平面波的空间范围的足够的相位稳定性，以便测量待测量的反射相位。
42.其他设计考虑可以包括尺寸。例如，基座可能很小。例如，基座可以足够小以定位在体腔内，例如耳道内。基座可以安装在窥器或其他递送装置内以布置在体腔内。在一些示
例中，安装在基座上的多个换能器足够小以布置在耳道内。在一些示例中，基座具有小于10毫米(mm)、3mm、1mm或更小的最大尺寸。除了小尺寸之外，超声换能器可以被配置为引导超声束通过具有适当角度束扩展、衰减和/或相干性损失的气体介质。
43.在一个示例中，可以通过施加挑战位移力来表征材料，例如通过与测量来自材料的反射超声信号同时的吹气。该材料可以是膜。该材料可以是膜下方的材料。在某些情况下，膜可以透明地为待表征的材料提供物理屏障，并且不会显著改变与膜相对的材料的特性，如超声换能器所见。
44.换能器、换能器元件及其使用和制造方法可以与表征韧性膜、表面和子表面特性的方法组合使用，例如在共同拥有的美国专利公开2018/0310917和美国专利公开2017/0014053中描述的那样，每一个都通过引用整体并入。
45.现在将详细参考各种实施方案，其实例在附图中示出。在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明内容和所描述的实施方案的透彻理解。然而，本发明任选地在没有这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、步骤、组件和电路，以免不必要地使实施方案的各方面不清楚。
46.本文使用的术语仅为了描述具体实施方案，而不意欲限制权利要求。如实施方案和所附权利要求的描述中所用，除非文中另有明确说明，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”也意欲包括复数形式。还应理解，如本文所用的术语“和/或”是指并且涵盖一个或多个相关联的所列项目的任何和所有可能的组合。将进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，其指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件，和/或其组。
47.如本文所用，术语“如果”任选地解释为意指“当”、“在
……
之后”或“响应于测定”或“根据测定”或“响应于检测”时，先决条件为真，具体取决于上下文。类似地，短语“如果确定[所述先决条件为真]”或“如果[所述先决条件为真]”或“当[所述先决条件为真]时”任选地解释为意指“在测定之后”或“响应于测定”或“根据测定”或“根据检测”或“响应于检测”，所述条件先决条件为真，具体取决于上下文。超声波换能器
[0048]
图1a图示了根据一些实施方式的处于发射模式的超声换能器的示意图。在一些情况下，超声换能器可以是电容式微机械超声换能器(cmut)。与压电换能器不同，cmut可以通过换能器的工作表面(例如，膜、板等)与基板之间的电容变化来驱动。由数字处理装置提供给换能器元件的发射波形可以通过工作表面的振荡转换为超声信号。工作表面可以电连接到第一电极。基板可以电连接到第二电极。换能器元件可以包括驱动电路，该驱动电路可以控制换能器元件的电容，例如通过在第一电极和第二电极之间施加电压或电流。施加的电压可以包括从系统接地的电压偏移和驱动信号。驱动信号可以包括根据驱动波形随时间变化的电压。驱动波形可以是响应于来自如本文别处描述的数字处理装置的数字信号的来自数模转换器的模拟输出。驱动电路可以包括未示出的附加组件，例如放大器、滤波器、混频器等。这些附加组件本身可以是模拟或数字元件。在一些实施方式中，例如数字放大器、数字滤波器或数字混频器的数字组件可以由如本文所述的数字处理装置来实现。
[0049]
图1b图示了根据一些实施方式的处于接收模式的超声换能器的示意图。在一些实施方式中，图1b所示的实施方式与图1a的超声换能器相同。在其他实施方式中，单独的换能
器元件可以具体地配置为接收元件和发射元件。图1b的超声换能器可以包括与图1a的换能器相似的元件。例如，超声换能器可以是电容式微机械超声换能器(cmut)。换能器可以通过换能器的工作表面(例如，膜、板等)和基板之间的电容变化来驱动。接收到的超声信号可以由换能器元件检测并提供给数字处理装置。接收到的信号可以通过工作表面的振荡转换为电信号，这会改变换能器元件的电容。工作表面可以电连接到第一电极。基板可以电连接到第二电极。换能器元件可以包括驱动电路，该驱动电路可以检测换能器元件的电容变化，例如通过检测第一电极和第二电极之间的电压或电流的变化。变化的电压或电流可以引导模数转换器产生数字信号，该数字信号可以由本文别处描述的数字处理装置接收。驱动电路可以包括未示出的附加组件，例如放大器、滤波器、混频器等。这些附加组件本身可以是模拟或数字元件。在一些实施方式中，例如数字放大器、数字滤波器或数字混频器的数字组件可以由本文所述的数字处理装置来实现。
[0050]
图2a图示了根据一些实施方式的cmut的换能器元件的截面图。所示的实施方式可以是图1a或图1b中的换能器元件的实施方式、变体或示例。所示的换能器元件100可以包括基板102、第一隔离层104、底部电极106、第二隔离层108、板层或顶部电极110、焊盘接触112、氧化物层114和疏水保护层116。
[0051]
在一些情况下，基板可以是硅、氮化镓、碳化硅等。基板可以是单晶或非晶的。基板可以是单面抛光的硅。基板可以是双面抛光的硅。基板可以是玻璃。基板可以具有一定范围的厚度。基板可以具有在200微米和5000微米之间的范围内的厚度。基板可以具有在650微米和700微米之间的范围内的厚度。基板的厚度可以为约675微米。基板可以是晶片或载体的一部分。基板可以是基底的一部分。
[0052]
基板可以与驱动电路或换能器元件的工作表面电隔离。基板可以通过第一隔离层电隔离。第一隔离层可以包括二氧化硅。第一隔离层可以具有一定范围的厚度。第一隔离层可以具有在从990至1100纳米(nm)范围内的厚度。第一隔离层的厚度可以为约1000nm。
[0053]
换能器元件可以包括底部电极。底部电极可以是导电的。底部电极可以包括钛和铝。底部电极可以包括tial或类似材料。底部电极可以具有一定范围的厚度。底部电极可以具有在180和220nm之间的范围内的厚度。底部电极可以具有约200nm的厚度。底部电极可以与基板和换能器的工作表面电隔离。底部电极可以通过暴露的电触点(例如，“焊盘”)电连接到驱动电路。
[0054]
换能器元件可以包括第二隔离层，该第二隔离层可以将底部电极与换能器元件的工作表面隔离。第二隔离层可以另外将顶部电极与底部电极和基板隔离。第二隔离层可以包括二氧化硅或类似的绝缘材料。第二隔离层可以包括等离子体增强氧化物层。第二隔离层可以具有一定范围的厚度。第二隔离层可以具有在180和220nm之间的范围内的厚度。第二隔离层可以具有约200nm的厚度。
[0055]
换能器元件可以包括板层。板层可以是导电的。如果板层是导电的，则板层可以是顶部电极。板层可以包括顶部电极。板层可以电连接到顶部电极。板层可以包括换能器的工作表面，其可以被称为膜或板。顶部电极可以通过电触点(例如，“焊盘”)电连接到驱动电路。板层可以具有一定范围的厚度。板层可以具有在450和550nm之间的范围内的厚度。板层可以具有约500nm的厚度。板层可以包括钛和铝。板层可以由tial或类似材料制成。
[0056]
板层可以通过牺牲层与第二隔离层暂时分离。牺牲层的厚度可以与工作表面和第
二牺牲层之间的腔的高度有关。腔可以形成有一定范围的高度。在一些情况下，腔的高度可以大于约50nm、100nm、200nm、500nm、1000nm、2000nm或由前述值中的任何两个限定的范围内的任何高度。在一些情况下，平均腔高度可以小于约1500nm、小于约1000nm或更小。在一些情况下，腔的高度可以是约350nm、约850nm、约1100nm。
[0057]
cmut的暴露表面可以涂有氧化硅或厚度为2至100纳米(nm)的其他合适的氧化物。cmut的暴露表面可以涂有二氧化硅或厚度大于2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99或100nm的其他合适的氧化物。cmut的暴露表面可以涂有二氧化硅或厚度小于100、99、98、97、96、95、94、93、92、91、90、89、88、87、86、85、84、83、82、81、80、79、78、77、76、75、74、73、72、71、70、69、68、67、66、65、64、63、62、61、60、59、58、57、56、55、54、53、52、51、50、49、48、47、46、45、44、43、42、41、40、39、38、37、36、35、34、33、32、31、30、29、28、27、26、25、24、23、22、21、20、19、18、17、16、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3或2nm的其他合适的氧化物。
[0058]
cmut的暴露表面可以涂有厚度为1至200nm的疏水材料，例如聚四氟乙烯或全氟癸基三氯硅烷。cmut的暴露表面可以涂有厚度大于2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120、121、122、123、124、125、126、127、128、129、130、131、132、133、134、135、136、137、138、139、140、141、142、143、144、145、146、147、148、149、150、151、152、153、154、155、156、157、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、178、179、180、181、182、183、184、185、186、187、188、189、190、191、192、193、194、195、196、197、198、199或200nm的疏水材料。cmut的暴露表面可以涂有厚度小于200、199、198、197、196、195、194、193、192、191、190、189、188、187、186、185、184、183、182、181、180、179、178、177、176、175、174、173、172、171、170、169、168、167、166、165、164、163、162、161、160、159、158、157、156、155、154、153、152、151、150、149、148、147、146、145、144、143、142、141、140、139、138、137、136、135、134、133、132、131、130、129、128、127、126、125、124、123、122、121、120、119、118、117、116、115、114、113、112、111、110、109、108、107、106、105、104、103、102、101、100、99、98、97、96、95、94、93、92、91、90、89、88、87、86、85、84、83、82、81、80、79、78、77、76、75、74、73、72、71、70、69、68、67、66、65、64、63、62、61、60、59、58、57、56、55、54、53、52、51、50、49、48、47、46、45、44、43、42、41、40、39、38、37、36、35、34、33、32、31、30、29、28、27、26、25、24、23、22、21、20、19、18、17、16、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3或2nm的疏水材料。
[0059]
图2b图示了根据一些实施方式的换能器元件的俯视图。在一些情况下，板层可以包括圆形工作表面。工作表面可以是圆形的，直径变化在10％以内。在一些情况下，工作表面是多边形。例如，工作表面可以是六边形、八边形、十边形、十二边形等。工作表面可以具
有一定范围的直径。在一些情况下，该元件具有直径在30微米和100微米之间的工作表面。跨过换能器的工作表面的最大尺寸可以小于约10微米、约20微米、约50微米、约100微米、约200微米、约500微米或在由前述值中的任何两个限定的范围内。
[0060]
板层可以包括在换能器元件的工作表面内的一个或多个孔或开口。释放孔可以促进工作表面的移动。释放孔可以改变工作表面的运动特性，例如频率、工作电压、工作阻抗、工作电容等。在一些情况下，元件包括工作表面中的多个开口。在一些情况下，可以存在至少约2个孔、约5个孔、约10个孔、约20个孔、约50个孔、约100个孔或由前述值中的任何两个限定的范围内的任何数量的孔。在一些情况下，每个电容式超声换能器元件可以有至少三个释放孔。在示出的实施方式中，换能器元件具有6个圆孔，其在以换能器元件的工作表面为中心的40微米圆上等角度地间隔开。
[0061]
孔可以以规则的几何图案布置在换能器的表面内或者可以不规则地间隔开。在一些情况下，孔布置成圆形。在一些情况下，开口布置成直径大于5微米的圆形。孔可以在直径小于约5微米、10微米、20微米、50微米、100微米、200微米或由前述值中的任何两个限定的范围内的任何直径的圆中等角度地间隔开。工作表面中的孔可以是圆形的或可以被切割成襟翼。在一些情况下，孔被切割成狭缝。在一些情况下，开口是圆形的。在一些情况下，开口是弯曲的。
[0062]
狭缝形开口可以具有狭缝宽度。襟翼可以具有狭缝宽度和弹簧长度。狭缝宽度可以小于约1微米、约2微米、约5微米、约10微米、约20微米、约50微米、约100微米或由前述值中的任何两个限定的范围内的任何长度。弹簧长度可以小于约0.2微米、0.5微米、1微米、2微米、5微米、10微米、20微米或由前述值中的任何两个限定的范围内的任何长度。在一些情况下，开口可以成形为具有至少0.4微米的狭缝宽度和至少2微米的弹簧长度的释放狭缝。在一些情况下，装置的工作表面中没有蚀刻孔。换能器元件的工作表面中孔的尺寸、形状和位置可以调整换能器元件的带宽和灵敏度。
[0063]
图3a图示了根据一些实施方式的包括多个换能器元件301的超声换能器的示意性俯视图。多个换能器元件301可以布置在一起以形成超声换能器300。超声换能器300可以包括电连接305，其可以向每个换能器元件的顶部电极303和底部电极304提供可控的驱动电流或电压。超声换能器可以包括多个焊盘303、304，这些焊盘形成多个电触点点。如图所示，每个换能器元件的顶部电极可以电连接到一个或多个顶部驱动焊盘303。如图所示，每个换能器元件的底部电极可以电连接到一个或多个底部驱动焊盘304。如本文别处讨论的，底部驱动焊盘304和顶部驱动焊盘303可以分别连接到控制电路，例如数模转换器、数字处理装置等。
[0064]
超声换能器可以包括在10和1000个之间的换能器元件。在一些情况下，超声换能器包括在50和200个之间的换能器元件。超声换能器可以包括多于约10、约20、约50、约100、约200、约500或更多个换能器元件。超声换能器可以包括约80个换能器元件。在一些情况下，超声换能器包括至少20个电容式超声换能器元件。
[0065]
多个超声换能器元件可以布置成图案以形成超声换能器。该图案可以是规则图案。该图案可以是不规则图案。换能器元件可以布置成六边形密排布置。换能器元件可以布置成矩形密排布置。换能器元件可以布置成非几何图案。超声换能器的元件可以布置在直径等于边缘长度的圆形区域内。超声换能器的元件可以布置在最长边等于边缘长度的矩形
区域内。超声换能器可以具有跨过超声换能器的表面的最大尺寸。最大尺寸可以是布置中最远的两个换能器的最远的两个工作边缘之间的最远距离。超声换能器可以包括可以小于约1mm、约2mm、约5mm等的最大尺寸。最大尺寸可以在基座的最小表面尺寸上提供较低的阈值。因此，最大尺寸应该小于换能器可以设置在其中的体腔的直径，例如耳道。
[0066]
超声换能器的元件可以通过将元件与第二元件连接的一个或多个导体彼此电连接。在一些情况下，每个元件的每个顶部电极可以连接到超声换能器的彼此顶部电极。在一些情况下，每个元件的每个底部电极可以连接到超声换能器的彼此底部电极。超声换能器的顶部电极可以有单个电触点，而底部电极可以有单个电触点。可以有两个用于公共布线的顶部电极的触点和两个用于公共布线的底部电极的触点。在其他情况下，元件可以独立地或成组地电控制。每个元件或元件组可以由其自己的触点控制。在一个示例中，所有换能器元件通常由单个驱动波形控制。
[0067]
在顶部电极和底部电极共同连接的情况下，所有或大部分换能器的元件可以串联操作。例如，当施加电压时，所有或大部分换能器元件可以同步移动。换能器外缘上的元件可能会出现相位偏移(例如，可能比换能器中心的元件更早或更晚偏转)。在一些情况下，由于制造过程中的不规则性，个别元件可能会出现相位偏移。其元件操作更接近于在相同相位中操作的换能器可能比其元件更远离相同相位操作的换能器显示出改进的性能。类似地，其元件以更相似的幅度偏转工作的换能器可能显示出改进的性能。
[0068]
图3b是根据一些实施方式的基座306上的超声换能器300的图像。基座306可以包括本文别处描述的基板。在一些实施方式中，基板设置在托架材料上，该托架材料可以是基座的一部分。基座306可以允许将超声换能器安装在本公开的装置上。例如，基座306可以安装在本文别处描述的窥器307的尖端上。基座306可以包括电连接，例如将电信号从超声换能器传导到数字处理装置所必需的布线、via(垂直互连接入)等。基座306可以包括电连接，例如将电信号传导到模拟前端所必需的布线、via等，该模拟前端既驱动超声换能器以产生声输出，又收听超声换能器以捕获来自换能器的光束路径中的对象/接口的回声。基座306可以保护超声换能器。基座306可以加强和/或为超声换能器的基板提供额外的支撑。基座306可以包括在其上制造超声换能器的晶片的一部分。
[0069]
本文公开了所提供的换能器元件和超声换能器的制造方法。在一些示例中，可以同时制造多个超声换能器，每个超声换能器包括多个换能器元件。图4a是根据一些实施方式的晶片401上的多个cmut400的图像。超声换能器可以通过切割(例如，切割)晶片或通过剥离从晶片单独分离。图4b是根据一些实施方式的在从晶片401分离之后的多个cmut400的图像。如图所示，多个超声换能器还可以包括晶片的一部分或设置在晶片402上的牺牲材料，其可以有助于安装换能器。基底403的全部或一部分可以制造在晶片上。
[0070]
图5a、图5b、图5c和图5d图示了根据一些实施方式的制造一个或多个cmut元件的方法500。在操作502处，可以提供硅晶片503。可以清洁硅晶片503。硅晶片503可以包括如本文别处公开的基板。在操作504处，可以各自沉积第一隔离材料501和底部电极材料507的层。保护板505可以放置在底部电极材料507的一部分上。底部电极507的光刻被示出。在操作506处，可以蚀刻第二电极材料并且将第二隔离材料509沉积在表面上。在操作508处，可以沉积第一牺牲层511。在操作510处，牺牲层511的光刻被示出。保护层513可以放置在牺牲层的一部分上。在操作512处，可以蚀刻牺牲层的一部分，从而开始牺牲层511的结构。在操
作514处，可以将第二牺牲层513添加到第一牺牲层。第二层可以由此形成倾斜的侧壁。在操作516处，第二牺牲层的光刻被示出。保护层515可以放置在第二牺牲层的一部分上。在操作518处，牺牲层513的一部分可以通过等离子体蚀刻来结构化。在操作520处，可以沉积板层517。在操作522处，用于板层的光刻被示出。保护层519可以放置在板层的一部分上。在操作524处，可以蚀刻板层的一部分以构造板层517。在操作526处，用于板层的光刻被示出。可以将保护掩模521放置在隔离材料层509和板层517上。还示出了通过蚀刻隔离材料层509来蚀刻以打开接触焊盘523。在操作528处，可以执行接触焊盘材料525的沉积。在操作530处，示出了接触焊盘523的光刻。可以在接触焊盘523上施加保护层527。在操作532处，示出了过量接触材料的湿法蚀刻。在操作534处，示出了使用保护掩模529对释放孔531进行光刻和等离子蚀刻。在操作536处，示出了使用保护掩模535对切割通道533进行光刻和蚀刻。在可以是可选的操作538处，示出了切割通道533的光刻覆盖物537。在可以是可选的操作540处，示出了牺牲层513的二氟化氙蚀刻。在可以是可选的操作542处，使用原子层沉积(ald)工艺在所有暴露的表面上施加薄氧化物层541。在操作544处，聚四氟乙烯(ptfe)543的物理气相沉积工艺或全氟癸基三氯硅烷(fdts)的ald被施加在所有暴露的表面上。换能器元件可以沿着切割通道533切割。操作参数
[0071]
本文所述的超声换能器通常具有操作参数，使得它们可以通过诸如空气的气态介质向待表征的材料或表面发送和接收超声能量。因此，传递到待表征的材料或表面的超声能量可以足够强，可以包括具有空间范围以匹配待表征的材料的平面波，和/或可以包括跨越平面波的空间范围的足够的相位稳定性以用于测量待测量的反射相位。另一个考虑因素可能是尺寸。强度、空间相干性、发散性和相位中的每一个都可以通过使装置更小而受到影响。
[0072]
超声换能器可以电连接到如本文所述的数字处理装置。数字处理装置可以控制如本文所公开的换能器元件和超声换能器的各个方面。例如，系统可以包括数字处理装置、模数转换器、模拟“前端”和换能器。有时，该系统还可以包括位于换能器和将被超声询问的物体之间的机械层，其构成例如四分之一波长匹配层。数字处理装置可以为超声换能器提供驱动波形。例如，数字处理装置可以为激励装置提供驱动波形。例如，数字处理装置可以从换能器接收对应于来自装置的反射超声信号的波形。
[0073]
换能器和数字处理装置之间的通信可以通过数模转换器(dac)来调解。超声换能器可以具有足以耦合到dac的平均电容和电阻电压。例如，超声换能器的电容可以在2.5皮法(pf)和10.0pf之间。例如，超声换能器的电容可以小于50pf、小于20pf、小于10pf、小于5pf、小于2pf、小于1pf或由前述值中的任何两个给出的范围内的任何电容。
[0074]
例如，0和10khz频率之间的超声换能器的电阻可以在1和150兆欧(mω)之间。例如，超声换能器的电阻可以小于10mω、小于5mω、小于2mω、小于1mω、小于0.5mω、小于0.2mω、小于0.1mω、小于0.05mω、小于0.02mω、小于0.01mω或由前述值中的任何两个给出的范围内的任何电阻。
[0075]
驱动波形可以通过换能器的接触焊盘从dac电传输到超声换能器。在换能器元件共同连接到相同焊盘的情况下，驱动波形可以通过焊盘传输到每个元件的每个顶部或底部电极。每个换能器元件可以基于元件本身的物理特性和传输到换能器的波形的保真度来响
应驱动波形。每个元件可以响应于驱动波形发射超声信号。换能器可以发射对应于元件的发射超声信号之和的超声信号。
[0076]
向每个超声换能器元件施加电压可导致换能器元件的工作表面偏转。在某些情况下，保持偏置电压。在某些情况下，偏置电压可能不会超过吸合电压。在足够的电压下，工作表面可能会偏转到换能器腔的底表面，这可能会损坏换能器。超声波形可以由第二信号产生，该第二信号是载波频率上的振荡电压并且可以增加偏置电压。如果占空比低，则振荡电压与偏置电压一起可能在某些情况下超过最大吸合而不会产生任何后果。在某些情况下，可以使用单极的大振荡电压。带有偏压的单极振荡电压可能会导致较低的净电压。
[0077]
电压可以在超声换能器的驱动电路可传递的工作范围内。例如，超声换能器可以具有小于约60v、50v或更低的80％吸合电压。例如，超声换能器可以具有小于约45v的80％吸合电压。
[0078]
每单位电压的每个元件的偏转程度可以由板层的材料、板层的厚度、板层的半径、板层中的孔、板层下方的间隙高度等来控制。施加电压和偏转之间的响应时间可能受换能器和dac之间的距离、换能器的频率带宽等的影响。
[0079]
cmut的工作频率可以随驱动电路而变化；然而，工作频率的可操作范围可能由换能器元件本身的几何形状和组成确定。例如，工作频率可能受换能器元件的工作表面的尺寸、释放孔几何形状、用于形成各个元件的材料等的影响。每个换能器元件可以包括谐振频率，在谐振频率下换能器反应更灵敏。每个换能器元件也可以在一定频率范围内反应灵敏。超声换能器可操作的频率范围可称为带宽。
[0080]
超声换能器的带宽可以与换能器对施加驱动电压的响应时间有关。例如，如果施加的电压是方波激励。具有较大带宽的换能器可以更好地再现方波的较高频率分量，从而产生更方波的发射波形。超声换能器的带宽可能是构建空气耦合cmut的重要因素。在一个示例中，如果频率分量的扩展太大，则拍频振荡可能导致接收信号的拖尾。在一个示例中，超声换能器在半高全宽处具有中心频率的正或负5％的频率带宽。在某些情况下，换能器的带宽可以通过频率扫描测量来表征。在一个示例中，超声换能器的部分带宽可以大于10％。超声换能器的部分带宽可以与可以由换能器产生的频率范围有关。更高带宽的换能器可以在更大的频带上进行调谐。相位特性可以对特定换能器配置的换能器频率设置功能上限和下限。在某些情况下，高超声频率可能与较低的光束扩散相关。本公开的换能器可以具有1mhz和3mhz之间的中心频率。本公开的换能器可以具有大于1mhz的中心频率。本公开的换能器可以具有大于2mhz的中心频率。
[0081]
功能性换能器可以在换能器处具有足够的反射强度以测量鼓膜的振荡，同时低于损坏鼓膜的阈值。在其他情况下，功能性换能器可能在换能器处具有足够的反射强度来测量待表征的表面的振荡，同时低于损坏该表面的阈值。某些介质或反射表面本身可能特别具有吸收性。例如，当反射表面与传播介质之间存在显著的阻抗失配时，可能存在显著的超声吸收(例如，组织和空气)。例如，由于衍射损耗，超声波束的强度可能会衰减。可以通过发射的超声波束中更好的相位相干性来减少衍射损耗。
[0082]
此外，超声波束的强度可以针对应用进行定制。例如，超声强度必须足够小，以免对鼓膜或听力机制造成安全隐患。例如，超声强度必须足够大，以便可以测量反射的超声信号。在一个示例中，超声换能器具有在距换能器15mm的距离处沿超声波束的主瓣的轴线测
量的约40pa或更小或20pa或更小的投射峰值声压。超声换能器可以具有在距换能器25mm的距离处沿超声波束的主瓣的轴线测量的约40pa至250pa的峰值声压。超声换能器可以具有在距换能器12.5mm的距离处沿超声波束的主瓣的轴线测量的约20pa至120pa的峰值声压。
[0083]
超声换能器在吸收性介质中操作可能是有利的。例如，当在距换能器12.5mm至25mm距离处沿超声波束的主瓣的轴线的目标的衍射损耗可以在20和40db(往返)之间时，本公开的换能器可以是可操作的。在一个示例中，超声换能器具有通过在距换能器12.5mm至25mm的距离处沿超声波束的主瓣的轴线测量的大于45db的气体介质的衰减损耗(往返)。
[0084]
超声波束充分发散以照射目标可能是有利的。超声换能器足够窄(定向)以避免衰减损失也可能是有利的。在一个示例中，超声换能器可以产生通过小于15度的气体介质传播的角波束。在一个示例中，超声换能器可以在1.2至1.8mhz带宽内以及换能器边缘长度在0.6和1.0mm之间产生10和20度之间的角波束扩展。角波束扩展可能受到超声换能器元件相对于彼此的相位特性的影响。例如，当一个或多个换能器元件相对于换能器的所有元件的平均值异相或部分异相时，可能发生衍射损耗。
[0085]
超声换能器具有足够的信噪比来检测来自目标组织的反射波形的相位可能是有利的。信噪比可以随着超声波波形行进距离的增加而降低。例如，检测到的信号可能由于通过气体传输介质的损失而降低。这种降低可以是衍射的、可以是吸收的等。例如，如果超声波束是发散的，则检测到的反射超声可以类似地降低。本文所公开的装置可以表现出大于30db(往返)的信噪比，该信噪比是在沿着换能器的主要传输轴的12.5mm至25mm的目标距离处测量的。表面表征
[0086]
本文所述的换能器可以用于表征表面和与表面相邻的材料。换能器可以配置为以多种模式操作，例如，以下超声模式中的任何一种：a模式、b模式、m模式或多普勒模式。a模式是最简单的超声波类型。换能器通过目标扫描线，并在屏幕上绘制作为深度函数的回波。b模式需要换能器的线性阵列，同时扫描通过可以被视为二维图像的目标的平面。在一些实施方式中，可以提供多个换能器装置并将其布置成用于b模式操作的线性阵列。m模式需要快速的a模式或b模式扫描序列，这些扫描以图表形式组织，以允许用户查看和测量目标的运动范围。多普勒模式利用多普勒效应测量可视化流体流量。通过计算目标体积的频移，之后可以确定速度和方向，并使用频谱多普勒以图形方式将其可视化，作为使用定向多普勒或非定向功率多普勒的图像。在一些实施方式中，本文描述的一个或多个换能器装置可以以多普勒模式放置在移动物体或流体(例如，其中具有循环血液的血管)附近以确定与运动相关的特征和/或特性。
[0087]
特别地参考表面表征，低频激发源可在一定间隔内产生表面或膜的运动。该间隔可与由超声发射器传递至表面或膜的声波相一致。该激励可为连续的，可为脉冲的，等等。从表面反射的超声可在换能器处被接收。该换能器可为与产生入射声波的相同换能器。表面或膜的位移可与接收信号的相位变化(与发射信号相比)有关。膜的运动可影响相位变化。该位移可随时间变化。表面或膜的时间位移的分析可用于确定表面或膜或表面远端的底层材料的机械特性，如通过响应于耦合至表面或膜的气动激励的反射超声的相移测量的。该信息可以与从其他膜响应的模板测量的时间位移结合使用以创建比较。该信息可以与与表面或膜对低频激发源的响应延迟和幅度相关的其他度量结合使用。测量的机械特性
可以包括机械特性的非接触测量，可以确定表面或膜下方的流体。
[0088]
在一些实施方案中，可测量表面的弹性。可分析反射的超声的相位和/或振幅，以产生弹性度量。弹性测量可表征响应施加的激励的一系列测量。弹性度量可从表面的响应得出，并且可提供几种不同现象的一种或多种指示。例如，弹性度量可以指示与膜相邻的表面是具有气态边界(在这种情况下反射是来自膜本身)还是流体边界(在这种情况下反射既是来自膜又来自与膜相邻的流体)。在示例中，对于表征膜流体边界后面的流体的情况，弹性度量可以指示流体的程度或特性。在一些示例中，弹性度量可以用于测量具有或没有响应滞后的弹性流体的特性。在具有滞后响应的流体中，流体可能在位移响应或“记忆”中表现出偏移，从而一个方向上的响应行为与相反方向上的响应行为相似，但这仅在行进了特定的位移距离之后才发生。对于滞后响应，可能有必要在与系统滞后相关的特定测得位移之后表征响应的线性行为。可以根据表面或膜对表面激励的特征响应和反射的超声表征来确定流体弹性度量。表面对低频刺激的响应也可能存在不对称性。如果膜下面的流体超过正常体积，则膜可能处于膨胀状态，并且与远离换能器的运动相比，不太倾向于在朝向换能器的方向上运动。相反，如果膜下面的流体低于正常体积，则膜可能处于缩回状态并且与朝向换能器的运动相比，不太倾向于在远离换能器的方向上运动。
[0089]
在一些实施方案中，可估计表面偏转。例如，表面偏转的估计可由速度、加速度或与偏转随时间变化的任何其他相关度量测得的估值得出。例如，表面的位移将导致从换能器到表面的路径缩短，并且从表面回到换能器的反射信号将返回存在相移。因此，反射的超声相对于激励的相移给出有关偏转量的信息。利用由激励施加的力的估值，可估计膜的弹性估值。
[0090]
在一个实例中，激励为具有上升沿、下降沿或脉冲激励的阶跃或脉冲响应。脉冲激励引起膜的振荡偏转。可根据激励到膜振荡的阻尼期的时间来测量反射的超声。在一些实施方案中，弹性或粘度的估值可通过检查振铃特性进行。例如，振铃特性可包括指数衰减时间或振铃周期间隔或频率中的至少一个，例如将响应分解为振铃特性，例如：φ(t)＝e-t/τ
cos(2π∫t)其中：φ(t)是一系列测量的捕获相位；τ是指数衰减系数；f是振铃周期频率；并且t是时间。
[0091]
振荡器的阻尼常数可与从膜损失到周围环境中的能量有关。在一个实例中，如果膜与流体相邻，则流体可使膜的振荡衰减。流体的粘度可与振荡器的阻尼有关。振铃周期频率可与弹性膜的恢复常数有关。恢复常数可与膜的弹性有关。恢复常数可与邻近膜的流体的粘度有关。邻近膜的流体的粘度越低，振铃周期频率可越高。
[0092]
各激励事件可引起膜的新偏转。例如，脉冲激励可在有限的时间内将膜拉入或将膜推出。例如，方波激励可在更长的时间内将膜拉入或将膜推出。例如，可施加正弦波或其他更复杂的激励，并且在换能器处观察到的振铃可为激励场与响应场的互相关。应用
[0093]
换能器、换能器元件及其使用和制造方法可以用于表征许多生物组织以提供告知
医学诊断的各种发现。生物组织可以包括患者器官。窥器可以设置在体腔内以定位一个或多个换能器以表征患者组织。一旦就位，换能器可以在本文描述的任何模式下操作以表征患者组织。患者器官或体腔可以包括例如：耳道、肌肉、肌腱、嘴、舌、咽、食道、胃、肠、肛门、肝脏、胆囊、胰腺、鼻、喉、气管、肺、肾、膀胱、尿道、子宫、阴道、卵巢、睾丸、前列腺、心脏、动脉、静脉、脾、腺、脑、脊髓、神经等。
[0094]
在示例中，换能器、换能器元件及其使用和制造方法可以用于表征动物或人体器官，例如耳朵。例如，换能器可以设置在窥器上并定位在耳道内。激励发生器可以向鼓膜施加脉冲压力，换能器可以将超声引导到鼓膜，并且可以从鼓膜表面测量反射的超声能量。在施加非接触激励期间和/或在去除非接触激励之后反射超声的相位变化可以指示弹性，该弹性可能与鼓膜后面的流体类型(例如，空气)相关，指示如本文进一步描述的健康的耳朵、清澈的液体，指示病毒感染或不透明的液体，指示细菌感染。
[0095]
在另一示例中，换能器、换能器元件及其使用和制造方法可以用于表征动物或人体器官，例如眼睛。例如，激励发生器可以向眼睛施加脉冲压力，换能器可以将超声引导到眼睛，并且可以从眼睛表面测量反射的超声能量。在施加非接触激发期间和/或在去除非接触激发之后反射超声的相位变化可以指示可以与用于测量或诊断青光眼的眼间压相关的弹性。
[0096]
在另一示例中，换能器、换能器元件及其使用和制造方法可以用于表征动物或人肺。例如，可以从换能器解调来自胸部的音频音调(例如，以3至20hz的频率)。换能器可以集成到类似听诊器的装置中，其中可以在“敲击测试”(听诊)期间将换能器向上移动到胸部，以识别反射超声的变化，这可以指示肺中的液体(例如，粘液或水)。在一些实施方式中，可以提供多个换能器或换能器阵列并将其放置或佩戴在胸部上。应用期间反射超声的相位变化可以表明流体粘度的变化，这可能与肺部疾病相关，例如肺炎、肺癌、慢性阻塞性肺病(copd)、特发性肺纤维化(ipf)等。
[0097]
换能器、换能器元件及其使用和制造方法可以用于例如表征食品。例如，激励发生器可以将脉冲压力施加到诸如蔬菜或水果的食品的表面，并且超声能量可以被施加到食品以测量水果或蔬菜的时间依赖性的表面响应，来确定可能与水果或蔬菜的成熟度相关的弹性或其他物理性质。例如，可以将食品放置在保持器中，并且用诸如空气的气体团激励表面，该表面的挠度响应用于估计成熟度或其他性质。例如，激励可以是气体，该气体可以以超音速和/或掠射角传送到食品的表面，或者可以将一种或多种食品放置在具有可变压力的腔室中以测量低频表面对压力的响应，例如挠度与压力的关系。例如，可以将激励施加到一个表面，并且可以在同一物品的不同表面上测量响应，例如对行进穿过被表征的物品的传播的表面波或剪切波的测量。
[0098]
换能器、换能器元件及其使用和制造方法可以用于表征工业过程。例如，本文所公开的小尺寸换能器可以应用于任何工业过程，其中较大的换能器、超声或其他模态(例如，lidar)由于其大尺寸而被禁止。当前公开的换能器在短距离(例如，小于25-35毫米的范围和10至20微米的移动(例如，通过多普勒积分))而获得的高分辨率允许本发明应用于广泛的工业过程，其中无需物理接触分析物的分析是必要的。例如，激励发生器可以将脉冲压力施加到制造零件的表面，以确定粘性流体(例如，润滑剂)的稠度，并且可以将超声能量施加到零件以测量粘性流体的与时间相关的表面响应，以确定可能与润滑剂质量相关的弹性或
其他物理性质。换能器可以用于通过将物体的涂漆部分与未涂漆部分进行比较来测量涂料的厚度。换能器可以用于通过将已涂漆的物体与最近已涂有相同油漆的类似物体进行比较来测量已涂漆的物体是否干燥。换能器可以用作制造过程的一部分，以将物体识别为对正在制造的物体进行计数的一部分。换能器可以用于通过将已经历过程的物体与过程之前的物体(例如，熟食物品、固化过程等)进行比较来测量物体的密度或成分的变化。其他工业示例可以包括测距应用、用于计量动态气体流量的超声波时差气体流量计、风速测量应用以及各种其他基于超声波的传感应用。耳镜装置
[0099]
换能器、换能器元件及其使用和制造方法可以用于表征鼓膜。例如，可以表征膜以确定耳朵的状况，例如急性中耳炎(aom)。耳朵表现出aom的表征可以包括检测积液的存在和将积液类型表征为浆液性、粘液性、脓性或这些的组合之一。在aom中，中耳积液(mee)可能是由感染因子引起的，并且病毒感染时可能呈稀薄或浆液性，而细菌感染时可能会变稠和化脓。因此，确定邻近鼓膜的流体的粘度可以提供可以用于表征膜的信息。
[0100]
图6a图示了根据一些实施方式的设置在耳朵651内的耳镜650的窥器的侧截面图。图6b图示了根据一些实施方式的本公开的耳镜650的前截面图。区域150(在图6a的放大图中显示的)图示了被检查对象的中耳和鼓膜130的截面图。鼓膜130可以被来自超声换能器的超声束128询问。换能器可以安装在窥器尖端124的内表面上。窥器尖端可以通过窥器安装适配器126从耳镜650拆卸。窥器尖端可以可操作地耦合或包括激励发生器。在一些情况下，激励发生器可以产生压力激励。在一些情况下，激励发生器可以产生压力激励，其是声波激励、亚声波激励或超声波激励。由激励发生器产生的压力激励可以是脉冲阶跃或三角形(delta)(脉冲)产生、正弦压力激励、方波激励或这些的任意组合，并且激励可以是门控突发或连续。压力激励可以带有或不带有静态正压或负压偏压。
[0101]
在一些示例中，激励发生器产生压力激励，例如吹气。例如，耳镜安装适配器126和窥器尖端124可以具有共同的内部容积。公共内部容积可以提供从激励发生器通过耦合器122到耳道的动态压力的耦合，其中空气压力导致鼓膜130的位移。激励发生器可以产生通过窥器尖端126耦合到耳道中的压力变化。
[0102]
在一些示例中，激励发生器可以是由操作者操纵以向膜或表面施加力的气囊和产生交变压力、阶跃压力或吹气的空气置换发生器。激励发生器的输出可以密封到表面的周围区域，或者使用例如大气或其他合适气体的一股气体来解封。
[0103]
在一些示例中，激励发生器可以产生声波激励、亚声波激励或超声波激励。例如，激励发生器可以产生低于20hz的亚音频、20hz至20khz的音频或高于20khz的超音频。在一个示例中，声波激励、亚声波激励或超声波激励可以由压电换能器产生。压电换能器可以将电信号转换为物理位移，该物理位移又可以感应出压力波。在一个示例中，可以由cmut换能器产生声波激励、亚声波激励或超声波激励。在一个示例中，具有音圈致动器的音频扬声器可以用于产生激励。
[0104]
除了激励发生器之外并且不同于激励发生器，可以在耳镜内提供超声换能器。超声换能器可以包括本文公开的任何换能器元件或超声换能器的变体、示例或实施方式。在一些情况下，超声换能器和激励发生器可以是相同的元件。
[0105]
如图6b所示，耳镜可以包括用于定位窥器602的手柄601。耳镜可以包括视频显示
器603。显示器可以向用户显示待表征的膜的光学图像。显示器603可以显示超声图像。显示器603可以提供用户界面，在该用户界面中控制耳镜650的各个方面和/或超声数据的分析。耳镜可以包括板上的数字处理装置，例如在装置的手柄601内。耳镜可以连接到远程装置，例如服务器、远程存储器、远程处理装置等。超声数据的分析可以在板上或远程执行。
[0106]
图7a图示了根据一些实施方式的窥器701的侧截面图。图7b图示了根据一些实施方式的窥器尖端702的前截面图。在一些示例中，超声换能器703设置在窥器701内。窥器可以是一次性的。窥器可以包括设置在窥器701的尖端区域702附近的超声换能器703。窥器可以包括透镜组件704，其可以帮助向用户提供光学图像以引导超声换能器的定位。在一些示例中，超声换能器703可以在窥器的中心，并且光学感测因此在超声换能器704周围完成。超声换能器可以由网705支撑。网705可以允许电信号传输到数字处理装置。
[0107]
本文所述的超声换能器可以包括基座706。基座可以通过板704安装在窥器内。板704可以允许换能器在耳镜的开口内居中或大致居中。板704可以是光学透明的。在一个示例中，板704是玻璃。板704可以包括一个或多个开口，该开口可以允许压力激励从窥器尖端的内部传送到窥器尖端的外部。板704可以包括一个或多个导电部分以允许将驱动电压和/或电流提供给换能器。板704可以包括一个或多个绝缘层。板704本身可以包括导电或绝缘部分。板704可以与安装在其上的导电部分绝缘。
[0108]
使用本公开的超声换能器的方法可以包括提供超声换能器；在邻近膜的管腔内引导窥器尖端；将扰动引导到膜的表面；测量来自膜表面的反射超声信号；以及表征响应于扰动和反射超声的膜的粘度或弹性。示例
[0109]
示例1
–
耳镜测试数据
[0110]
图8a和图8b示出了根据一些实施方式的示例数据迹线，其示出了响应于扰动的膜运动的假彩色等高线图。图8a在轴上示出了距换能器的距离与时间的关系，并且显示器的亮度是回波信号强度。在约13mm深度处有明亮的回声，即鼓膜。5mm深度的明亮回声是外耳道的一部分。图9a示出了以时间分段方式施加的压力，其对应于图8a中观察到的超声数据，在外耳道中由压力传感器(黑色)检测。压力轴在左侧，且在这种情况下单位未标准化。图9a还包含观察到的鼓膜位移，因为右手轴描述了灰色位移曲线，并且在这种情况下单位(微米)没有归一化。图9a中的位置刻度在图8a上被大大放大，因此基于施加的低频方波压力刺激观察到10微米的运动。同样，图8b和图9b类似地示出了响应于相同方波压力扰动的鼓膜位移的相关性。
[0111]
图10a、图10b、图10c和图10d示出了根据一些实施方式的在没有中耳积液(mee)的情况下以及对于各种粘度积液的膜的示例粘度测量。图10示出了耳鼓的台式模型上大大放大的时间轴。在四个面板中观察到，基于振铃内容频率和持续时间，对压力的阶跃变化有不同的振荡响应。面板过程从空气到稀流体再到稠流体到“胶水”耳朵。如图所示，振铃的阻尼项的增加与mee粘度的增加相关。还如图所示，振铃的频率的增加与mee粘度的降低相关。在急性中耳炎(aom)的情况下，mee可能是由感染因子引起的。mee可能因病毒感染而变薄或呈浆液性，并且因细菌感染而变厚且呈脓性。可以基于测量的粘度推断将积液的类型表征为浆液性、粘液性、脓性或这些的组合中的一种。
[0112]
示例2
–
cmut测试数据
[0113]
以下比较示例涉及超声换能器的各种设计元件和本文公开的元件的变化。以下内容仅作为示例提供，并非旨在进行限制。以下显示了表1的cmut元件的第一比较示例组规格。此外，还显示了表2的第一比较示例的输出规格。表1参数符号最小通常最大条件/备注单位耦合介质
ꢀꢀ
空气
ꢀꢀꢀ
中心频率 11.83 mhz带宽 51525-3db@中心频率％板位移(最大值) 250300350 nm最大偏置电压 253050 v最大交流电压 152535 v组件尺寸
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
宽度 0.750.91.2 mm高度 0.811.3 mm表2
[0114]
以下示出了用于cmut元件的第二比较示例组规格。
表3
[0115]
以下示出了用于cmut元件的第三比较示例组规格。表4
[0116]
图11a和图11b示出了根据一些实施方式的用于换能器的示例工作表面设计的俯视图。对于比较示例2和3中的每一个，图11a中的每一个工作表面设计在单独的晶片上实施和测试。比较示例2在第一晶片和第二晶片上实施和测试以复制实验。在第一晶片和第二晶片之间没有发现显著变化。
[0117]
图11a中的列指示被制造和被测试的换能器工作表面直径(50微米、60微米和70微米)。行表示为每个工作表面直径制造的释放孔配置。示例释放孔布置包括：6个径向等距分布在以工作表面为中心的42微米环上的孔、6个径向等距分布在以工作表面为中心的52微米环上的孔、6个径向等距分布在以工作表面为中心的62微米环上的孔、12个径向等距分布在以工作表面为中心的42微米环上的孔、12个径向等距分布在以工作表面为中心的52微米环上的孔、12个径向等距分布在以工作表面为中心的62微米环上的孔、12个径向等距分布在以工作表面为中心的16微米环上的孔、12个径向等距分布在以工作表面为中心的30微米环上的孔、12个径向等距分布在以工作表面为中心的34微米环上的孔、12个径向等距分布在以工作表面为中心的52微米环上的孔和12个径向等距分布在以工作表面为中心的62微米环上的孔。
[0118]
这些行还包括释放狭缝。示例释放狭缝布置包括：具有0.8微米宽度和4微米长度的狭缝以及具有0.8微米宽度和8微米长度的狭缝。在每个图示的示例中，狭缝可以位于从换能器的工作表面的边缘径向向内4微米处。
[0119]
图12a和图12b示出了根据一些实施方式的测试示例超声换能器设计的布局表：设计i：0.9mm x 0.9mm、设计ii：1.2mm x 0.9mm、设计iii：1.4mm x 0.9mm。图12a和图12b表示
针对每种超声换能器设计测试的工作表面设计。阴影表示腔的内部特性。测试的内部特性包括：a：腔内有绝缘体、b：腔内没有绝缘体、c：腔内有0.8微米的柱。图12a和图12b中的每一个示出了对单个晶片重复多次以解决晶片表面上的变化的单个布局。在单个晶片上可以重复26个布局。
[0120]
图13a、图13b和图13c示出了根据一些实施方式的针对测试的每种直径换能器元件的超声换能器配置的示意图。超声换能器设计包括设计i：0.9mm x 0.9mm、设计ii：1.2mm x 0.9mm、设计iii：1.4mm x 0.9mm。对于每种设计i、设计ii和设计iii，示出了每个换能器工作表面直径的微小变化。对于每种设计，都显示了电触点焊盘和电连接。顶部电极的电连接和焊盘以深灰色显示。底部电极的电连接和焊盘以浅灰色显示。
[0121]
图13a示出了0.9mm x 0.9mm超声换能器的三种变体。在第一个变体中，119个工作表面直径为50微米的换能器布置在具有六边形最密堆积结构的圆形区域内。在第二个变体中，85个工作表面直径为60微米的换能器布置在具有六边形最密堆积结构的圆形区域内。在第三个变体中，64个工作表面直径为70微米的换能器布置在具有六边形最密堆积结构的圆形区域内。
[0122]
图13b示出了1.2mm x 0.9mm超声换能器的三种变体。在第一个变体中，146个工作表面直径为50微米的换能器布置在具有六边形最密堆积结构的圆形区域内。在第二个变体中，102个工作表面直径为60微米的换能器布置在具有六边形最密堆积结构的圆形区域内。在第三个变体中，79个工作表面直径为70微米的换能器布置在具有六边形最密堆积结构的圆形区域内。
[0123]
图13b还示出了1.4mm x 0.9mm超声换能器的变体。在第一个变体中，156个工作表面直径为50微米的换能器布置在具有六边形最密堆积结构的矩形区域内。图13c示出了1.4mm x 0.9mm超声换能器的另外两个示例。在第二个变体中，110个工作表面直径为60微米的换能器布置在具有六边形最密堆积结构的矩形区域内。在第三个变体中，85个工作表面直径为70微米的换能器布置在具有六边形最密堆积结构的矩形区域内。
[0124]
对于每个晶片的每个布局的每个副本的每个换能器，基于在功能偏置电压下测量的以下参数来分配“通过”或“不通过”。例如，“通过”分配可以基于测量的频率、容量和电阻的以下表格。表5
[0125]
图14a、图14b、图14c、图14d、图14e和图14f示出了根据一些实施方式的本文测试的超声换能器的相位和阻抗的频率扫描测量图。超声换能器的部分带宽可以从图14a至图
14f的测量中提取。频率扫描测量在相关超声换能器的80％的吸合电压下进行。对于所测试的每种类型的超声换能器，吸合电压可能会有所不同。图14a示出了50微米换能器元件的相位的频率扫描测量。图14b示出了50微米换能器元件的阻抗的频率扫描测量。图14c示出了60微米换能器元件的相位的频率扫描测量。图14d示出了60微米换能器元件的阻抗的频率扫描测量。图14e示出了70微米换能器元件的相位的频率扫描测量。图14f示出了70微米换能器元件的阻抗的频率扫描测量。如图所示，每个超声换能器可以具有特征共振频率。每个超声换能器之间的带宽也可能不同。
[0126]
图15a和图15b示出了根据一些实施方式的使用激光多普勒测振仪(ldv)的归一化信号幅度对时间和超声换能器尺寸的曲线图。如图15a所示，ldv可以用于确认超声换能器的每个元件的功能。这些测量可以指示由信号幅度中的峰值表示的每个换能器元件正在振动。ldv测量还可以用于确定超声换能器的各种操作参数。另外，如图15b所示，ldv可以用于表征超声换能器中的每个元件相对于彼此的频率和相位。图15b示出了单个换能器元件的归一化信号幅度与时间的关系。从这些图中，可以测量每个元件在特定驱动电压下的振荡频率。可以将来自每个元件的振荡的相位相互比较以分析发射超声的空间相干性。
[0127]
图16a和图16b示出了根据一些实施方式的一组可操作超声换能器的光束扩散和超声损失的等高线图。示出的装置具有10和20度之间的角波束扩散，带宽在1.2至1.8mhz，且边缘长度在0.6和1.0mm之间。类似地，在垂直于换能器元件的工作表面的距离为12.5mm至25mm处测量的衍射损耗在20和40db之间。
[0128]
图16a示出了超声换能器边缘长度、中心频率和光束扩散之间的关系。如图所示，高频与较低的光束扩散相关，较大的超声换能器尺寸也是如此。耳道的大小可能会为超声换能器的大小设置功能上限。图14a、图14b、图14c、图14d、图14e和图14f示出的相位特性可以对特定换能器配置的换能器频率设置功能上限(和下限)。功能性换能器将在膜上具有超声波束点，大致以膜的尺寸或更小为特征。
[0129]
图16b示出了超声换能器边缘长度、中心频率和光束衰减/衍射损耗之间的关系。如图所示，高频与较低的损耗相关，较大的超声换能器尺寸也是如此。耳道的大小可能会为超声换能器的大小设置功能上限。图14a、图14b、图14c、图14d、图14e和图14f所示的相位特性可以对特定换能器配置的换能器频率设置功能上限(和下限)。功能性换能器将在换能器处具有足够的反射强度来测量膜的振动，同时低于阈值以损坏耳鼓。
[0130]
最佳换能器可能受到多个约束。波束“光斑”尺寸需要不能太大(例如，snr丢失)或太小(例如，可能产生对目标的敏感度和瞄准困难)。光斑大小可能会受到频率的影响(低频可能会产生较大的光斑，并且较高的频率可能会产生较小的光斑)。光斑尺寸可能受换能器边缘长度的影响(高表示较小的光斑，低表示较大的光斑)。这两个参数(频率和边缘长度)的组合。这些因素的组合如图16a所示。
[0131]
结合调整光斑尺寸，这些因素可能与信噪比(snr)有关。图16b中的较高损耗涉及较低的snr。如图所示，改进的换能器可以朝着图16b的右上方运行，并且例如在图16a中的15度轮廓附近。
[0132]
图17示出了根据一些实施方式的一组可操作超声换能器的信噪比对距离的曲线图。如图所示，对于所有超声换能器配置，信噪比随着超声波波形行进距离的增加而降低。如图所示，具有较大直径释放孔布置的50和60微米传感器具有相对高的信噪比。如图所示，
在垂直于换能器元件的工作表面的距离为12.5mm至25mm处测量的80-90％的拉入时，这些装置可以表现出大于15db的信噪比。数字处理装置
[0133]
在一些实施方式中，本文描述的成像组件、系统和方法包括数字处理装置或其使用。例如，数字处理装置可以用于控制本文所述的换能器元件和超声换能器的各个方面。例如，数字处理装置用于存储发射或接收的超声波波形、分析接收的数据、向换能器施加电流和/或电压、将来自换能器的模拟信号转换为数字信号等。例如，诸如耳镜装置的测量装置可以包括在该装置上的数字处理装置。数字处理装置可以控制耳镜的各个方面，例如控制超声换能器的操作、分析数据、将数据传输到远程装置等。
[0134]
在其他实施方案中，数字处理设备包括执行该设备功能的一个或多个硬件中央处理单元(cpu)、通用图形处理单元(gpgpu)或现场可编程门阵列(fpga)。在其他实施方案中，数字处理设备还包括配置为执行可执行指令的操作系统。在一些实施方案中，数字处理设备可任选地连接至计算机网络。在其他实施方案中，数字处理设备任选地连接至互联网，使得其可访问万维网。在其他实施方案中，数字处理设备任选地连接至云计算基础设施。在其他实施方案中，数字处理设备任选地连接至内联网。在其他实施方案中，数字处理设备任选地连接至数据存储设备。
[0135]
根据本文的描述，合适的数字处理设备包括，作为非限制性实例，服务器计算机、台式计算机、手提计算机、笔记本计算机、子笔记本计算机、上网本计算机、上网平板计算机、机顶盒计算机、媒体流设备、掌上计算机、互联网设备、移动智能电话、平板计算机、个人数字助理、视频游戏机和车辆。本领域技术人员将认识到，多种智能电话适用于本文所述的系统。本领域技术人员还将认识到，具有任选的计算机网络连接性的选定的电视、视频播放器和数字音乐播放器适用于本文所述的系统。合适的平板计算机包括本领域技术人员已知的具有翻盖(booklet)构造、板式构造和可转换构造的那些。
[0136]
在一些实施方案中，数字处理设备包括配置为执行可执行指令的操作系统。操作系统为例如包括程序和数据的软件，该软件管理设备的硬件并提供用于执行应用程序的服务。
[0137]
在一些实施方案中，设备包括存储和/或记忆设备。存储和/或记忆设备是用于临时或永久地存储数据或程序的一个或多个物理设备。在一些实施方案中，设备为易失性存储器，并且需要电力来维持所存储的信息。在一些实施方案中，设备为非易失性存储器，并且在数字处理设备不通电时保留所存储的信息。在其他实施方案中，非易失性存储器包括闪存。在一些实施方案中，非易失性存储器包括动态随机存取存储器(dram)。在一些实施方案中，非易失性存储器包括铁电随机存取存储器(fram)。在一些实施方案中，非易失性存储器包括相变随机存取存储器(pram)。在其他实施方案中，作为非限制性示例，设备为包括cd-rom、dvd、闪存设备、磁盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器和基于云计算的存储器的存储设备。在其他实施方案中，存储和/或记忆设备为诸如本文公开的设备的组合。
[0138]
在一些实施方案中，数字处理设备包括显示器，以将视觉信息发送给用户。在一些实施方案中，显示器为阴极射线管(crt)。在一些实施方案中，显示器为液晶显示器(lcd)。在其他实施方案中，显示器为薄膜晶体管液晶显示器(tft-lcd)。在一些实施方案中，显示器为有机发光二极管(oled)显示器。在各种其他实施方案中，在oled显示器上为无源矩阵
oled(pmoled)或有源矩阵oled(amoled)显示器。在一些实施方案中，显示器为等离子显示器。在其他实施方案中，显示器为视频投影仪。在其他实施方案中，显示器为诸如本文公开的那些的设备的组合。
[0139]
在一些实施方案中，数字处理设备包括用于从用户接收信息的输入设备。在一些实施方案中，输入设备为键盘。在一些实施方案中，输入设备为定点设备，其包括，作为非限制性示例，鼠标、跟踪球、跟踪板、操纵杆、游戏控制器或手写笔。在一些实施方案中，输入设备为触摸屏或多点触摸屏。在其他实施方案中，输入设备为麦克风以捕获语音或其他声音输入。在其他实施方案中，输入设备为摄像机或其他传感器，以捕获运动或视觉输入。在其他实施方案中，输入设备为kinect、leap motion等。在其他实施方案中，输入设备为诸如本文公开的那些的设备的组合。
[0140]
参照图18，在一个具体的实施方案中，示例性数字处理设备1801编程为或以其他方式配置为控制本文所述的成像组件和/或仪器。设备1801可调节本公开内容的各个方面的成像组件和/或仪器，例如执行处理步骤。在该实施方案中，数字处理设备1801包括中央处理单元(cpu，在本文中也称为“处理器”和“计算机处理器”)1805，其可为单核或多核处理器，或为用于并行处理的多个处理器。数字处理设备1801还包括存储器或存储器位置1810(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪存)、电子存储单元1815(例如，硬盘)、与一个或多个其他系统通信的通信接口1820(例如，网络适配器)，以及外围设备1825(例如，缓存、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配器)。存储器1810、存储单元1815、接口1820和外围设备1825通过通信总线(实线)(如母板)与cpu 1805通信。存储单元1815可为用于存储数据的数据存储单元(或数据存储库)。数字处理设备1801可借助于通信接口1820有效地耦合至计算机网络(“网络”)1830。网络1830可为因特网、互联网和/或外部网，或与因特网通信的内部网和/或外部网。在一些情况下，网络1830为电信和/或数据网络。网络1830可包括一个或多个计算机服务器，其可实现分布式计算，例如云计算。在一些情况下，网络1830借助于设备1801可实现对等网络，该对等网络可使耦合至设备1801的设备能够充当客户端或服务器。
[0141]
继续参考图18，cpu 1805可执行可在程序或软件中体现的一系列机器可读指令。指令可存储在存储器位置中，例如存储器1810。指令可指向cpu 1805，cpu 1805可随后编程以执行本公开内容的方法或以其他方式配置cpu 1805以执行本公开内容的方法。由cpu 1805执行的操作的实例可包括获取，解码，执行和回写。cpu 1805可为电路(如集成电路)的一部分。设备1801的一个或多个其他组件可包括在电路中。在一些情况下，电路为专用集成电路(asic)或现场可编程门阵列(fpga)。
[0142]
继续参考图18，存储单元1815可存储文件，例如驱动器、库和保存的程序。存储单元1815可存储用户数据，例如，用户偏好和用户程序。在一些情况下，数字处理设备1801可包括一个或多个另外的外部数据存储单元，例如位于通过内部网或因特网通信的远程服务器上。数字处理设备1801可通过网络1830与一个或多个远程计算机系统通信。例如，设备1801可与用户的远程计算机系统通信。
[0143]
远程计算机系统的实例包括个人计算机(例如，便携式pc)，平板计算机(例如，ipad、galaxy tab，等等)、电话、智能电话(例如，iphone、支
持android的设备、等等)或个人数字助理。
[0144]
如本文所述的方法可通过在数字处理设备1801的电子存储位置(例如，存储器1810或电子存储单元1815)上存储的机器(例如，计算机处理器)可执行代码来执行。机器可执行代码或机器可读代码可以以软件的形式提供。在使用期间，代码可由处理器1805执行。在一些情况下，可从存储单元1815中检索代码并将其存储在存储器1810中，以供处理器1805随时访问。在一些情况下，可排除电子存储单元1815，并且将机器可执行指令存储在存储器1810中。
[0145]
数字处理设备1801可包括电子显示器1835或与之通信，电子显示器1835包括用户界面(ui)1840。ui的实例包括但不限于图形用户界面(gui)和基于网络的用户界面。在一些情况下，电子显示器1835可经由网络(例如，经由网络1830)连接至计算机系统1801。
[0146]
在一些实施方案中，本文公开的平台、系统、介质和方法包括一种或多种非暂时性计算机可读存储介质，其使用包括可由任选地联网的数字处理设备的操作系统执行的指令的程序编码。在其他实施方案中，计算机可读存储介质为数字处理设备的有形组件。在其他实施方案中，计算机可读存储介质任选地可从数字处理设备移除。在一些实施方案中，计算机可读存储介质包括，作为非限制性示例，cd-rom、dvd、闪存设备、固态存储器、磁盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、云计算系统和服务器等。在一些情况下，程序和指令永久地、基本上永久地、半永久地或非临时地编码在介质上。
[0147]
在一些实施方案中，本文公开的平台、系统、介质和方法包括至少一个计算机程序，或其用途。计算机程序包括可在数字处理设备的cpu中执行的一个指令序列，该指令序列被编写为执行指定任务。计算机可读指令可实现为执行特定任务或实现特定抽象数据类型的程序模块，例如功能、对象、应用程序编程接口(api)、数据结构等。根据本文提供的公开内容，本领域技术人员将认识到，可用各种语言的各种版本来编写计算机程序。
[0148]
可在各种环境中根据需要组合或分配计算机可读指令的功能。在一些实施方案中，计算机程序包括一个指令序列。在一些实施方案中，计算机程序包括多个指令序列。在一些实施方案中，从一个位置提供计算机程序。在其他实施方案中，从多个位置提供计算机程序。在各种实施方案中，计算机程序包括一个或多个软件模块。在各种实施方案中，计算机程序包括，部分或全部地，一个或多个网络应用程序、一个或多个移动应用程序、一个或多个独立应用程序、一个或多个网络浏览器插件、扩展、加载项或附件，或其组合。
[0149]
在一些实施方式中，计算机程序包括网络应用。根据本文提供的公开内容，本领域技术人员将认识到，在各种实施方式中，网络应用利用一个或多个软件框架和一个或多个数据库系统。在一些实施方式中，网络应用是在诸如net或ruby on rails(ror)的软件框架上创建的。在一些实施方式中，网络应用使用一个或多个数据库系统，通过非限制性示例，该数据库系统包括关系的、非关系的、面向对象的、关联的和xml数据库系统。在进一步的实施方式中，通过非限制性示例，合适的关系数据库系统包括sql服务器、my sql
tm
和本领域技术人员还将认识到，在各种实施方式中，网络应用是用一种或多种语言的一种或多种版本编写的。网络应用可以用一种或多种标记语言、表示定义语言、客户端脚本语言、服务器端编码语言、数据库查询语言或它们的组合来编写。在一些实施方式中，网络应用在某种程度上以诸如超文本标记语言(html)、可扩展超文
本标记语言(xhtml)或可扩展标记语言(xml)的标记语言来编写。在一些实施方式中，网络应用在某种程度上以诸如级联样式表(css)的表示定义语言来编写。在一些实施方式中，网络应用在某种程度上以诸如异步java script和xml(ajax)、actionscript、javascript或的客户端脚本语言来编写。在一些实施方式中，网络应用在某种程度上以诸如活动服务器页面(asp)、perl、java
tm
、java服务器页面(jsp)、超文本预处理器(php)、python
tm
、ruby、tcl、small talk、web或groovy的服务器端编码语言来编写。在一些实施方式中，网页应用程序在某种程度上以诸如结构化查询语言(sql)的数据库查询语言来编写。在一些实施方式中，网络应用集成了诸如lotus的企业服务器产品。在一些实施方式中，网络应用包括媒体播放器元件。在各种进一步的实施方式中，媒体播放器元件利用多种合适的多媒体技术中的一种或多种，通过非限制性示例，该多媒体技术包括种，通过非限制性示例，该多媒体技术包括html5、quickjava
tm
和
[0150]
在一些实施方式中，计算机程序包括提供给移动数字处理装置的移动应用。在一些实施方式中，移动应用在制造时被提供给移动数字处理装置。在其他实施方式中，移动应用通过本文所述的计算机网络提供给移动数字处理装置。
[0151]
鉴于本文提供的公开内容，通过使用本领域已知的硬件、语言和开发环境的本领域技术人员已知的技术来创建移动应用。本领域技术人员将认识到移动应用用多种语言来编写。通过非限制性示例，合适的编程语言包括c、c++、c#、objective-c、java
tm
、java script、pascal、object pascal、python
tm
、ruby、vb.net、wml和有或没有css的xhtml/html或它们的组合。
[0152]
合适的移动应用开发环境从多个来源获得。通过非限制性示例，商用开发环境包括airplay sdk、alchemo、celsius、bedrock、flash lite、.net compact框架、rhomobile和work light移动平台。通过非限制性示例，其他开发环境可免费获得，包括lazarus、mobiflex、mosync和phonegap。此外，通过非限制性示例，移动装置制造商分发软件开发工具包，包括iphone和ipad(ios)sdk、android
tm
sdk、sdk、brew sdk、os sdk、symbian sdk、webos sdk和移动sdk。
[0153]
本领域技术人员将认识到，若干商业论坛可以用于分发移动应用，通过非限制性示例，包括app store、play、chrome web store、blackapp world、适用于palm装置的app store、适用于webos的app catalog、适用于移动装置的market place、适用于装置的ovi store、apps和dsi shop。
[0154]
在一些实施方式中，计算机程序包括独立应用程序，其是作为独立计算机进程运行的程序，而不是现有进程的附加组件，例如，不是插件。本领域技术人员将认识到独立的应用程序经常被编译。编译器是一种计算机程序，它将以编程语言编写的源代码转换为二进制目标代码，例如汇编语言或机器代码。通过非限制性示例，合适的编译编程语言包括c、
c++、objective-c、cobol、delphi、eiffel、java
tm
、lisp、python
tm
、visual basic和vb.net或它们的组合。通常至少部分地执行编译以创建可执行程序。在一些实施方式中，计算机程序包括一个或多个可执行的编译应用。
[0155]
在一些实施方式中，本文公开的平台、系统、介质和方法包括软件模块、服务器模块和/或数据库模块，或者对其的使用。鉴于本文提供的公开内容，软件模块是使用本领域已知的机器、软件和语言通过本领域技术人员已知的技术来创建的。本文公开的软件模块以多种方式实现。在各个实施方式中，软件模块包括一个文件、一段代码、一个编程对象、一个编程结构或其组合。在进一步的各个实施方式中，软件模块包括多个文件、多段代码、多个编程对象、多个编程结构或其组合。在各个实施方式中，所述一个或多个软件模块举非限制性示例而言，包括网络应用、移动应用和独立应用。在一些实施方式中，软件模块是在一个计算机程序或应用中。在其他实施方式中，软件模块是在不止一个计算机程序或应用中。在一些实施方式中，软件模块托管在一个机器上。在其他实施方式中，软件模块托管在不止一个机器上。在进一步实施方式中，软件模块托管在云计算平台上。在一些实施方式中，软件模块托管在位于一个位置的一个或多个机器上。在其他实施方式中，软件模块托管在位于不止一个位置的一个或多个机器上。
[0156]
在一些实施方式中，本文公开的平台、系统、媒体和方法包括一个或多个数据库，或它们的使用。鉴于本文提供的公开内容，本领域技术人员将认识到许多数据库适用于信息的存储和检索。在各种实施方式中，通过非限制性示例，合适的数据库包括关系数据库、非关系数据库、面向对象的数据库、对象数据库、实体关系模型数据库、关联数据库和xml数据库。其他非限制性示例包括sql、postgresql、my sql、oracle、db2和sybase。在一些实施方式中，数据库是基于互联网的。在进一步的实施方式中，数据库是基于网络的。在更进一步的实施方式中，数据库是基于云计算的。在其他实施方式中，数据库基于一个或多个本地计算机存储装置。
[0157]
尽管已经在本文中示出和描述了本发明的优选实施方案，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，这些实施方案仅以示例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现在将想到许多变化、改变和替换。应当理解，本文所述的本发明的实施方案的各种替代方案可以用于实施本发明。旨在通过以下权利要求限定本发明的范围，并且由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同物。