[发明专利]人工结构超声换能器以及超声装置

说明书

本申请涉及超声技术领域，公开一种人工结构超声换能器和超声装置，该人工结构超声换能器包括依次连接的压电材料层、匹配层和聚焦透镜，所述聚焦透镜用于对声波进行聚焦，且所述聚焦透镜的材料为声学软材料；无需在压电材料层上而是通过声学软材料单独制作用于聚焦的结构，避免了直接对压电材料层进行加工制造容易导致损坏的问题，该人工结构超声换能器易于加工及制备，制备成功率高、成本低，且声学软材料对声波具有高透射率，可以保证该人工结构超声换能器具有高的声波利用率，以及得到高的声波聚焦能量。

技术领域

本申请涉及超声技术领域，特别涉及一种人工结构超声换能器和超声装置。

背景技术

超声是一种机械波，其是由物体(声源)振动产生，并通过压缩和膨胀媒质进行传播。医学超声通常是指频率在20kHz到100MHz区间内的声波。超声除了具有波的一般属性，还有一个重要特点，其在水、肌肉等人体组织内的衰减很小，可以抵达较深的人体组织。医学超声波与人体组织相互作用，主要应用了声波与物质相互作用的基本物理特性。超声具有波动效应、力学效应和热效应等三大声学效应，这些效应在生物医学中有着重要的应用或重大潜力。传统的超声基于波动效应，已经发展成为具有成像诊断主要技术手段。波动效应可用于B超、彩超、造影等在临床具有十分广泛应用的超声成像诊断技术。

聚焦超声换能器能直接产生所需要的聚焦声场，称为主动式声波聚焦。常见的换能器声波聚焦方式有凹球面自聚焦、平面阵列换能器和凹面阵列换能器。人工结构也可以实现声波调控，是因为声波遇到物体(人工结构)发生一系列波动效应，并通过反射、折射、衍射、干涉等多种相互作用，产生不同的声波效果。人工结构调控超声波聚焦，其主要应用人工结构对声波的负折射、衍射或相位调控，最终使经过人工结构后的超声波在特定区域汇聚。

目前的人工结构通常是将压电材料(如压电陶瓷)制作成菲涅尔结构，然而，在这类晶体材料上制作菲涅尔结构的难度较大，例如，高频压电陶瓷难以压制成曲面，过程中容易导致压电材料的损坏。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种人工结构超声换能器，旨在解决目前压电材料制作用于聚焦的菲涅尔结构时存在的难度大的问题。

本申请实施例是这样实现的，一种人工结构超声换能器，包括依次连接的压电材料层、匹配层和聚焦透镜，所述聚焦透镜用于对声波进行聚焦，且所述聚焦透镜的材料为声学软材料。

在一个实施例中，所述聚焦透镜于远离所述匹配层的表面上形成中心环部和多个第一环部，所述第一环部与所述中心环部相间隔，各所述第一环部同心且相间隔设置，所述第一环部的内侧形成同心且相互间隔的多个第二环部；所述第二环部相对于所述中心环部和所述第一环部突出或凹陷。

在一个实施例中，所述聚焦透镜于朝向所述匹配层的表面上形成中心环部和多个第一环部，所述第一环部与所述中心环部相间隔，各所述第一环部同心且相间隔设置，所述第一环部的内侧形成同心且相互间隔的多个第二环部；所述第二环部相对于所述中心环部和所述第一环部突出或凹陷。

在一个实施例中，所述第二环部相对于所述中心环部和所述第一环部突出，所述匹配层的朝向所述聚焦透镜的表面上形成多个同心且相间隔的配合环，所述配合环对应插入所述中心环部和所述第一环部内；

或者，所述第二环部相对于所述中心环部和所述第一环部凹陷，所述匹配层的朝向所述聚焦透镜的表面上形成多个同心且相间隔的配合环，所述配合环对应插入所述第二环部内。

在一个实施例中，所述中心环部、第一环部和第二环部的宽度由如下公式确定：

其中，d_i(i＝1)＝r₁，

d_i(i1)＝r_i-r_j，

i＝1，2,3,...j＝1,2,3,...