对比文件名称:US2014354608A1_Description_20260309_2007
目标专利名称:247用于2-D波束成形的压电超声换能器超像素阵列CN106999985B
模型名称:本次调用未指定模型名称。
作为资深专利代理师,我已根据提供的目标专利说明书和对比文件说明书,对目标专利权利要求的各技术特征进行了深度分析和比对。以下是我的分析过程和结论。
**总体评估概述:**
目标专利的核心在于一种用于二维波束成形的压电超声换能器超像素阵列。其发明点主要包括:1) 将换能器阵列划分为多个“超像素区”,每个超像素区包含至少两个像素组(中心部分的第一像素组和外部部分的第二像素组);2) 通过收发器电子装置与阵列之间的电耦合,可选择地在两种模式(平面波模式和聚焦波束模式)下操作阵列;3) 通过为不同像素组配置独立的、经固定配置的导电路径和驱动输入端子,并控制信号发射的时序(同时发射以实现平面波,依序发射并引入时间延迟以实现聚焦),从而实现从同一阵列产生低分辨率/高分辨率成像或表皮/皮下成像的切换。
对比文件US2014354608A1主要描述了集成在视觉显示器(如触摸屏)中的多功能像素(或称为“super-pixel”),这些像素集成了显示功能(如LCD或OLED子像素)和多种传感功能(如超声、红外、光电、电容传感)。其“super-pixel”指的是包含显示子像素和一个或多个传感器的复合像素单元,其目的在于实现显示、触摸检测、指纹成像、手势识别等多种功能的集成,并讨论了通过控制传感器(如红外传感器)的扫描来唤醒设备或进行局部扫描以节能。
经过逐项比对,我发现对比文件虽然公开了包含传感器阵列、控制电子装置、电耦合等基础概念,但其技术构思、具体结构和工作方式与目标专利存在根本性差异。具体而言:
1. **“超像素”概念不同**:对比文件中的“super-pixel”或“多功能像素”是一个集成了显示和传感功能的**单个复合像素单元**,其内部可能包含多个子像素和多个不同类型的传感器电路。而目标专利的“超像素区”是由**多个独立的压电超声换能器元件(像素)** 按照特定几何形状(如六边形、正方形)**分组排列形成的区域**,其核心是多个相同功能(超声换能)的像素在空间上的分组和协同工作,以实现波束成形,不涉及显示功能。
2. **像素分组与空间排列目的不同**:目标专利的像素分组(第一像素组、第二像素组等)是基于像素到超像素区**中心的空间距离**进行划分的,目的是为了通过控制不同距离像素组的发射时序,利用声波叠加原理实现声压的聚焦。对比文件中完全没有公开这种基于空间距离对超声换能器像素进行分组,并以此为基础进行波束成形的任何教导或启示。其传感器阵列的寻址是基于行和列,用于逐个读取传感器数据以形成图像,而非为了产生相长干涉的聚焦波束。
3. **操作模式与信号控制不同**:目标专利明确公开了两种可选择的发射模式(平面波和聚焦波束),并通过控制信号到不同像素组的发射时序(同时 vs. 依序加延迟)来实现。对比文件虽然提到了传感器有不同的工作模式(如超声发射器开/关)、局部扫描或选择性处理数据以节能或快速定位,但这些模式是关于**何时启动超声发射、读取哪些传感器的数据**,或者**如何处理已读取的数据**,而**不是关于如何控制阵列中不同空间位置组别的像素的发射信号的相位或时序以改变发射出的声波的波前形状(平面或聚焦)**。对比文件没有公开通过控制不同像素组的发射信号时间延迟来实现波束聚焦。
基于以上根本区别,我认为对比文件既未直接公开也未隐含公开目标专利权利要求中涉及超像素区特定空间结构、基于该结构的像素分组、以及为实现波束成形而设计的特定电耦合和信号时序控制的核心技术特征。
以下是详细的特征比对表格:
### 特征比对表格
| 技术特征描述以及公开性判断结果 | 对比文件原文引用 | 公开性论述 |
| **技术特征A**:其包括:压电超声换能器元件阵列,所述阵列包含多个超像素区,每一超像素区包含至少两个像素组,所述至少两个像素组中的第一像素组安置于所述超像素区的中心部分中,且至少一第二像素组安置于所述超像素区的外部部分中 | 对比文件第[0077]段:“Such a pixel is referred to herein as a multifunctional pixel or “super-pixel” because it includes more components and functionality than a conventional display pixel.” 以及图15、16A-16C、23A-23F展示了包含显示子像素和多个传感器(如超声、红外、光电传感器)的多功能像素(super-pixel)结构。 | **未被公开**。对比文件公开的“super-pixel”或“多功能像素”是一个**单个的、集成了显示和多种传感功能的复合像素单元**,例如图15中一个“multifunctional pixel 1”包含显示子像素18a-c和传感器20a-c。这与目标专利中由**多个独立的压电超声换能器元件(像素)** 按照特定几何形状(如围绕中心)**分组排列形成的“超像素区”** 有本质不同。目标专利的超像素区核心是多个相同功能(超声换能)的像素在空间上的分组以进行波束成形,而对比文件的“super-pixel”核心是单个像素内功能的集成。对比文件未公开将超声换能器阵列划分为包含中心像素组和外部像素组的超像素区。 |
| **技术特征B**:收发器电子装置 | 对比文件第[0093]段:“Conductive traces may connect the ultrasonic sensor circuits of the ultrasonic sensor 20a with electronics that allow for reading out signals produced by the ultrasonic sensors 20a.” 以及图18描绘了控制单元1610、数据处理器1630等电子装置。 | **直接公开**。对比文件明确公开了用于控制超声传感器阵列(1601)和读取信号的控制单元(1610)、数据处理器(1630)等电子装置,这些相当于目标专利中的“收发器电子装置”。 |
| **技术特征C**:和所述收发器电子装置与所述阵列之间的电耦合 | 对比文件第[0093]段(见上)。以及图12A-12F、18展示了传感器阵列与驱动电路、控制单元之间的各种电连接(行/列寻址线、驱动输入线等)。 | **直接公开**。对比文件公开了通过导电路径(行/列线)将传感器阵列与控制电子装置连接,实现信号的发送和读取,这构成了电耦合。 |
| **技术特征D**:其中所述收发器电子装置经配置以在第一模式和第二模式中的一可选择者中操作所述阵列 | 对比文件第[0057]段描述了通过红外检测来选择性开启超声发射器;第[0058]、[0059]段描述了局部扫描或选择性处理传感器数据的方法(如方法600,650)。 | **未被公开**。对比文件公开了基于红外信号触发超声发射的模式,以及局部扫描传感器阵列的模式,但这些模式是关于**是否启动超声发射**或**读取阵列的哪一部分数据**。目标专利的“第一模式”和“第二模式”是指**阵列发射声波的不同波前形状**(平面波 vs. 聚焦波束),这是通过控制阵列内不同像素组的发射信号时序实现的。对比文件没有公开通过控制阵列内不同像素组的发射时序来产生两种不同声波模式的操作。 |
| **技术特征E**:在所述第一模式中,所述阵列产生具有第一声压的基本上平面超声波 | 对比文件未提及通过控制阵列产生“基本上平面超声波”。其超声发射主要描述为由一个单独的压电薄膜超声发射器(12, 1620)产生脉冲,或可能由阵列中的传感器作为发射器,但未描述如何控制阵列以产生特定形状(如平面)的波前。 | **未被公开**。对比文件没有公开任何通过控制传感器阵列的发射时序或相位,使其产生“基本上平面超声波”的内容。目标专利的平面波模式是通过向所有像素组同时发射信号实现的,对比文件无此教导。 |
| **技术特征F**:且在所述第二模式中,所述阵列从每一超像素区产生具有第二声压的经聚焦波束,所述第二声压显著高于所述第一声压。 | 对比文件未提及通过控制阵列产生“经聚焦波束”。图11B-11D讨论了使用凸面台板或透镜来聚焦能量,但这属于外部光学/声学透镜聚焦,并非通过控制阵列本身像素的发射时序来实现电子聚焦(波束成形)。 | **未被公开**。对比文件完全没有公开通过控制超声换能器阵列中不同空间位置像素的发射信号时间延迟,使来自同一超像素区的声波在预定距离处相长干涉,从而产生“经聚焦波束”的技术。这是目标专利的核心发明点,对比文件未公开。 |
| **技术特征G**:其中所述收发器电子装置与所述阵列之间的所述电耦合包含连接所述第一像素组中的像素与第一驱动输入端子的第一经固定配置的导电路径,以及连接所述第二像素组中的像素与第二驱动输入端子的第二经固定配置的导电路径,所述第一驱动输入端子和所述第二驱动输入端子与所述收发器电子装置耦合。 | 对比文件图12C-12F展示了传感器阵列与驱动/读取电路之间的各种导电路径配置(如独立的行/列线,或共享的线)。这些路径是用于寻址和读取每个传感器像素的信号。 | **未被公开**。对比文件公开了连接传感器像素与读取电路的导电路径,但这些路径是用于对每个像素或行/列进行寻址以读取其感测信号,而非目标专利中所述的、**按照像素到超像素中心的空间位置进行分组**,并将**同一组的多个像素硬连线(经固定配置)到同一个驱动输入端子**,以便为整组像素施加具有特定时序的发射信号。对比文件的路径设计目的(像素级寻址读取)与目标专利(组级驱动发射以实现波束成形)完全不同。 |
| **技术特征H**:其中:在所述第一模式中,所述收发器电子装置同时发射信号到所述第一驱动输入端子和所述第二驱动输入端子中的每一者 | 对比文件未提及向不同的驱动输入端子“同时发射信号”以产生平面波。 | **未被公开**。对比文件没有公开目标专利中这种为实现平面波模式而设计的特定信号发射方式。 |
| **技术特征I**:且在所述第二模式中,所述收发器电子装置依序发射信号到所述第一驱动输入端子和所述第二驱动输入端子中的每一者,使得在将第一发射信号递送到所述第二驱动输入端子与将第二发射信号递送到所述第一驱动输入端子之间发生时间延迟。 | 对比文件未提及向不同的驱动输入端子“依序发射信号”并引入“时间延迟”以产生聚焦波束。 | **未被公开**。对比文件没有公开目标专利中这种为实现聚焦波束模式而设计的特定信号发射时序控制。这是波束成形的关键,对比文件无此内容。 |
| **技术特征J**:其中:所述超像素区包含布置于六方晶格上以便形成六边形的七个像素 | 对比文件未公开将超声换能器像素布置成六边形或六方晶格上的七个像素组成的超像素区。 | **未被公开**。对比文件完全没有提及此类具体的超像素几何形状和像素数量配置。 |
| **技术特征K**:所述第一像素组包含安置成接近于所述六边形的中心的一个中心像素 | 对比文件未公开。 | **未被公开**。 |
| **技术特征L**:且所述第二像素组包含六个像素,所述六个像素中的每一者以距所述中心像素大致相等的距离安置于所述超像素区的所述外部部分中。 | 对比文件未公开。 | **未被公开**。 |
| **技术特征M**:其进一步包含第三像素组和第四像素组,其中:所述超像素区包含布置于六方晶格上以便形成六边形的十九个像素 | 对比文件未公开。 | **未被公开**。 |
| **技术特征N**:所述第一像素组包含安置成接近于所述六边形的中心的一个中心像素 | 对比文件未公开。 | **未被公开**。 |
| **技术特征O**:所述第二像素组包含以距所述中心像素大致相等的距离安置于所述超像素区的外部部分中的六个像素 | 对比文件未公开。 | **未被公开**。 |
| **技术特征P**:且所述第三像素组包含六个像素,所述六个像素中的每一者安置于与所述第二像素组中的每一像素相比距所述中心像素较大距离处,且与所述第四像素组中的每一像素相比距所述中心像素较小距离处。 | 对比文件未公开。 | **未被公开**。 |
| **技术特征Q**:其中所述收发器电子装置与所述阵列之间的所述电耦合包含:第一经固定配置的导电路径,其连接所述第一像素组中的像素与第一驱动输入端子 | 对比文件未公开。基于特征G的论述,对比文件未公开按空间位置分组并硬连线到不同驱动输入端子的导电路径配置。 | **未被公开**。 |
| **技术特征R**:第二经固定配置的导电路径,其连接所述第二像素组中的像素与第二驱动输入端子 | 对比文件未公开。 | **未被公开**。 |
| **技术特征S**:第三经固定配置的导电路径,其连接所述第三像素组中的像素与第三驱动输入端子 | 对比文件未公开。 | **未被公开**。 |
| **技术特征T**:第四经固定配置的导电路径,其连接所述第四像素组中的像素与第四驱动输入端子 | 对比文件未公开。 | **未被公开**。 |
| **技术特征U**:且所述第一驱动输入端子、所述第二驱动输入、所述第三驱动输入和所述第四驱动输入中的每一者与所述收发器电子装置耦合。 | 对比文件未公开。 | **未被公开**。 |
| **技术特征V**:其中:在所述第一模式中,所述收发器电子装置同时发射信号到所述第一驱动输入端子、所述第二驱动输入端子、所述第三驱动输入端子和所述第四驱动输入端子中的每一者 | 对比文件未公开。 | **未被公开**。 |
| **技术特征W**:且在所述第二模式中,所述收发器电子装置依序发射信号到所述第一驱动输入端子、所述第二驱动输入端子、所述第三驱动输入端子和所述第四驱动输入端子中的每一者,使得:在将第一发射信号递送到所述第四驱动输入端子与将第二发射信号递送到所述第三驱动输入端子之间发生第一时间延迟 | 对比文件未公开。 | **未被公开**。 |
| **技术特征X**:在将所述第二发射信号递送到所述第三驱动输入端子与将第三发射信号递送到所述第二驱动输入端子之间发生第二时间延迟 | 对比文件未公开。 | **未被公开**。 |
| **技术特征Y**:且在将所述第三发射信号递送到所述第三驱动输入端子与将第四发射信号递送到所述第一驱动输入端子之间发生第三时间延迟。 | 对比文件未公开。 | **未被公开**。 |
| **技术特征Z**:其进一步包括安置于所述阵列上方的台板和声学耦合介质,其中所述阵列经配置以经由所述台板和所述耦合介质接收或发射超声信号。 | 对比文件图11A-11D、15等描绘了台板(platen 32)。第[0038]段提到“... reflected from a platen positioned above the sensing devices.” 图15展示了各层结构,其中可能包含起到声学耦合作用的材料层(如粘附层)。 | **直接公开**。对比文件明确公开了位于传感器阵列上方的台板(platen),并且超声信号通过该台板发射和接收。虽然未明确命名为“声学耦合介质”,但多层结构(如粘附剂、液晶材料层等)必然起到声学耦合的作用,本领域技术人员能直接且毫无疑义地确定需要某种介质来实现声学耦合。因此,该特征被直接公开。 |
**结论:**
根据上述比对分析,对比文件US2014354608A1仅直接公开了技术特征B、C和Z。技术特征B(收发器电子装置)和C(电耦合)是任何传感器系统的基础组成部分,技术特征Z(台板)也是超声传感领域的常见部件。然而,目标专利的核心发明点——即包含特定空间排列像素组的“超像素区”结构、为实现波束成形而设计的特定电耦合(按组硬连线至不同驱动端子)、以及通过控制信号到不同像素组的发射时序(同时 vs. 依序加延迟)来在平面波和聚焦波束两种模式间切换——均未被对比文件公开或暗示。对比文件中的“super-pixel”概念、传感器操作模式(节能唤醒、局部扫描)与目标专利的波束成形超像素阵列在技术问题、解决方案和实现手段上存在根本区别。因此,对比文件未公开目标专利的创造性技术特征。
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