專利名稱：包含流體折射超聲形態(tài)的設(shè)備的制作方法
包含流體折射超聲形態(tài)的設(shè)備
本公開涉及一種聲學(xué)設(shè)備，該聲學(xué)設(shè)備具有可變折射聲學(xué)流體界面，
該界面包括位于兩種單獨(dú)的流體介質(zhì)之間的邊界；用于將聲波導(dǎo)入到所述 界面的裝置；以及位于所述兩種流體介質(zhì)中的一種中以最小化信號損失和 反射的聲發(fā)生器或聲換能器。
聲波在許多科學(xué)或科技領(lǐng)域中都很有用，例如醫(yī)學(xué)診斷、機(jī)械部件的 無損控制和水下成像等。由于聲波可以在不能使電磁波穿透的介質(zhì)中傳播， 因此聲波允許作為對光學(xué)觀測的補(bǔ)充的診斷和控制。
2005年12月22日公布的公布號為WO 2005/122139 A2的PCT國際專
利申請公開一種聲學(xué)設(shè)備，該聲學(xué)設(shè)備具有變焦聲學(xué)流體透鏡和超聲波發(fā) 生器，所述超聲波發(fā)生器位于底部壁殼體中并且位于流體透鏡的外部。1993 年8月31日授權(quán)的專利號為5,240,005的美國專利公開一種聲學(xué)聚焦設(shè)備， 該設(shè)備具有用于可變地聚焦超聲波和沖擊波的流體透鏡以及通過保持臂集 成到該設(shè)備結(jié)構(gòu)中的超聲換能器。
然而，由超聲波發(fā)生器或超聲波換能器所發(fā)射的超聲應(yīng)該以盡可能小 的內(nèi)反射耦合到患者，從而最小化信號損失以及超聲信號多返回路徑的混 淆影響。實(shí)際上，這意味著最小化由透鏡導(dǎo)致的損失。
本公開的聲學(xué)設(shè)備可以滿足這些和其它需求。
根據(jù)本公開，公開一種聲學(xué)設(shè)備，該聲學(xué)設(shè)備具有包括位于兩種單獨(dú) 的流體介質(zhì)之間的邊界的可變折射(例如聚焦或偏斜)聲學(xué)流體界面、用 于將聲波導(dǎo)入到所述界面的裝置(例如透鏡)以及位于所述兩種流體介質(zhì) 中的一種中以最小化信號損失和反射的聲發(fā)生器或聲換能器。
具體地，本發(fā)明的目的在于提供一種可以最小化信號損失和反射的聲 學(xué)設(shè)備，該聲學(xué)設(shè)備包括能夠可變地折射聲波的聲學(xué)界面、用于將聲波導(dǎo) 入到所述界面的裝置和聲發(fā)生器，其中所述聲學(xué)界面包括
兩種單獨(dú)的流體介質(zhì)，聲波在所述兩種流體介質(zhì)中具有不同的聲速；
位于所述兩種介質(zhì)之間的邊界，和用于將力直接施加到所述兩種流體介質(zhì)中的一種的至少一部分上以選擇性地導(dǎo)致所述邊界的至少一部分移位 的裝置；以及
位于所述兩種流體介質(zhì)中的一種中的聲發(fā)生器，所述聲發(fā)生器的阻抗 與所述兩種流體介質(zhì)中的所述一種的阻抗基本上相等，所述聲波導(dǎo)向裝置 位于所述發(fā)生器與所述聲學(xué)界面之間，其中由所述發(fā)生器產(chǎn)生聲波，并且 所述聲波穿過所述聲學(xué)界面邊界以及第二流體介質(zhì)而傳向位于所述設(shè)備外 側(cè)的對象。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種包括能夠可變地聚焦聲波的聲學(xué)界面 的聲學(xué)設(shè)備。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種包括能夠可變地偏斜聲波的聲學(xué)界面 的聲學(xué)設(shè)備。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種聲學(xué)設(shè)備，其中所述兩種流體介質(zhì)具 有基本上相等的密度。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種聲學(xué)設(shè)備，其中在一種流體介質(zhì)中的 聲速與在另一種流體介質(zhì)中的聲速至少相差5%。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種聲學(xué)設(shè)備，其中所述兩種流體介質(zhì)分 別基于水和硅油。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種聲學(xué)設(shè)備，其中所述兩種流體介質(zhì)彼 此不易混合，并且其中所述邊界是位于所述兩種流體介質(zhì)之間的接觸半月 面。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種聲學(xué)設(shè)備，其中所述聲學(xué)界面是菲涅 耳型透鏡。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種聲學(xué)設(shè)備，其中所述邊界包括彈性膜。 本發(fā)明的另一目的在于提供一種聲學(xué)設(shè)備，所述聲學(xué)設(shè)備進(jìn)一步包括 另一彈性膜，其中設(shè)置所述彈性膜以將所述兩種流體介質(zhì)中的一種保持在 所述聲波的路徑的兩個各自位置處。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種聲學(xué)設(shè)備，其中所述兩種流體介質(zhì)中 的一種包括具有極性或?qū)щ姷囊后w物質(zhì)，所述兩種流體介質(zhì)中的另一種包 括不具有極性或電絕緣的液體物質(zhì)，并且其中所述力施加裝置包括電極， 設(shè)置所述電極以向所述流體介質(zhì)中的所述一種的至少一部分上施加電力。本發(fā)明的另一目的在于提供一種聲學(xué)設(shè)備，其中設(shè)置所述電極以將所 述電力施加到所述流體介質(zhì)中的所述一種中與所述邊界相鄰的部分上。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種聲學(xué)設(shè)備，其中所述力施加裝置包括 與所述流體介質(zhì)的所述部分接觸的可移動體。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種聲學(xué)設(shè)備，其中所述可移動體包括含 有所述流體介質(zhì)的所述部分的容器的壁。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種聲學(xué)設(shè)備，其中所述聲學(xué)界面在超聲 波長范圍內(nèi)操作。
本發(fā)明的這些和其它方面將參照以下附圖的實(shí)施例進(jìn)行更詳盡的解釋。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的超聲探測器的示意性截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的超聲源的示意性截面圖。
根據(jù)本公開，圖1和圖2是2005年12月22日公布的公布號為WO 2005/122139 A2的PCT國際專利申請中的圖1和圖2的變型。在這些圖中， 相同的附圖標(biāo)記表示相似的元件或具有相似功能的元件。此外，為了清楚 起見，所描述的元件尺寸并不對應(yīng)于實(shí)際的元件尺寸。
根據(jù)這里公開的本發(fā)明，提供一種最小化聲波的信號損失和反射的聲 學(xué)設(shè)備。這可通過對2005年12月22日公布的公布號為WO 2005/122139 A2 的PCT國際專利申請中公開的聲學(xué)設(shè)備進(jìn)行修改來實(shí)現(xiàn)，以使得將超聲換 能器或發(fā)生器放置在聲學(xué)界面的流體介質(zhì)之一中，例如能夠可變地折射聲 波的透鏡。聲波的折射還包括但不限于聲波的聚焦和偏斜。
理想地，通過將換能器放置在流體介質(zhì)之一中，例如放置在聲學(xué)界面 的油側(cè)，來修改這里將其全部內(nèi)容結(jié)合進(jìn)來作為參考的公開號為WO 2005/122139的國際專利申請中公開的設(shè)備，例如，流體變焦透鏡。通過選 擇合適的基底材料、四分之一波長匹配板和聲換能器表面上的其它匹配層 涂層，可以獲得換能器與油之間的良好聲學(xué)阻抗匹配；換句話說，聲發(fā)生 器或聲換能器的聲學(xué)阻抗基本上等于該發(fā)生器所在的流體介質(zhì)(在所述示 例中是油)的聲學(xué)阻抗。由于人體的聲學(xué)阻抗接近于水的聲學(xué)阻抗，所以 當(dāng)將第二流體介質(zhì)，例如該設(shè)備的水側(cè)，耦合到人體時，該設(shè)計(jì)通過構(gòu)造 能夠具有低損失和低信號反射，這確保了通過流體透鏡到人體的有效信號
7傳輸。由于換能器位于液體透鏡內(nèi)側(cè)，所述該設(shè)備現(xiàn)在除上壁外能夠被完 全密封在保持對于透鏡中的水層不可穿透的同時，應(yīng)該保持對于超聲可 穿透。自然地，用于驅(qū)動換能器和流體透鏡的電引線應(yīng)該從設(shè)備伸出到外 部，但是這樣的連接可以是不透液的并且不需要對于超聲可穿透。為了允 許超聲經(jīng)過上壁，正如該設(shè)備的功能性所需要的，對于正確的換能器頻率 范圍，該上壁應(yīng)該是可穿透的。這可以通過選擇合適范圍的塑料來實(shí)現(xiàn)， 所述塑料的聲學(xué)阻抗接近于水和人體組織的聲學(xué)阻抗。
公開號為WO 2005/122139的國際專利申請中公開一種聲學(xué)設(shè)備，該聲 學(xué)設(shè)備包括具有可變焦距的聲學(xué)透鏡以及用于將入射的光波導(dǎo)入到透鏡的 裝置。根據(jù)本發(fā)明，所述聲學(xué)透鏡包括兩種流體介質(zhì)，位于所述介質(zhì)之間 的邊界以及將力直接施加到所述流體介質(zhì)之一的至少一部分上以選擇性地 使所述邊界的至少一部分移位的裝置，在所述兩種介質(zhì)中聲波具有不同的 速度。所述邊界的至少一部分的移位包括所述邊界在位置或形狀上的任何 變化。結(jié)果，可以更快速地改變所述聲學(xué)界面或透鏡的焦距。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一優(yōu)點(diǎn)在于位于所述聲學(xué)界面或透鏡的兩種流 體介質(zhì)之間的邊界的形狀。事實(shí)上，所述邊界的形狀可以大致是平面的一 部分或球體的一部分。然后透鏡的像差是公知的，并且可以使用附加的固 定焦距非球面聲學(xué)透鏡進(jìn)行校正。因此，透鏡的聚焦質(zhì)量非常好。
優(yōu)選地，兩種流體介質(zhì)具有基本相等的密度。然后，所述邊界部分的 移位不依賴于地心引力，并且因此不依賴于聲學(xué)設(shè)備的取向。
有利的是，可以選擇聲學(xué)界面或透鏡中的流體物質(zhì)，以使得在一種流 體介質(zhì)中的聲速與在另一種流體介質(zhì)中的聲速至少相差5%。然后，在兩種 流體介質(zhì)之間的邊界處發(fā)生重要的折射作用。因而，可以將與焦距相關(guān)的 聲學(xué)透鏡的功率調(diào)整到高值。這將導(dǎo)致穿過所述邊界時聲波聚散度的重要 改變。例如，兩種流體介質(zhì)可以分別基于水和硅油。水中的聲速大約是 1，490m/s，而硅油中的聲速大約是790m/s，即比在水中的速度低1.9倍。
如在這里結(jié)合其全部內(nèi)容作為參考的PCT國際專利申請中所公開的， 在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，兩種流體介質(zhì)彼此不易混合，并且邊界是位于 兩種流體介質(zhì)之間的接觸半月面。在這種情況下，在兩種流體介質(zhì)之間沒 有設(shè)置壁，從而導(dǎo)致透鏡的移動部分的總質(zhì)量的進(jìn)一步降低。在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，所述邊界包括彈性膜。該膜防止兩種流體 介質(zhì)彼此混合，并且能夠通過相對小的力拉伸。透鏡還可以包括另一彈性 膜，設(shè)置所述兩個彈性膜以將所述兩種流體介質(zhì)之一保持在聲波路徑的兩 個各自位置處。因此可以獲得透鏡的較高功率值。
用于將力直接施加到所述流體介質(zhì)之一的至少一部分上的裝置可以具 有幾種類型。根據(jù)第一種類型，兩種流體介質(zhì)中的第一種流體介質(zhì)包括具 有極性和/或?qū)щ姷囊后w物質(zhì)，并且力施加裝置包括電極，設(shè)置所述電極以 向所述第一種流體介質(zhì)的至少一部分施加電力。這樣的裝置適用于電性控 制邊界的移位。由此可以獲得聲學(xué)透鏡焦距的快速變化。有利地，將電力 施加到第一流體介質(zhì)中與邊界臨近的部分上。然后，可以降低第一流體介 質(zhì)的總質(zhì)量，這允許設(shè)備在質(zhì)量和尺寸上的降低。
根據(jù)第二種類型，所述力施加裝置包括與所述流體介質(zhì)的所述部分接 觸的可移動體，在該類型的優(yōu)選實(shí)施例中，所述可移動體包括含有所述流 體介質(zhì)的所述部分的容器的壁。
可以對所述設(shè)備進(jìn)行修改以使得該設(shè)備涉及的聲波是超聲波。然后， 該設(shè)備可以用于涉及超聲波的任何公知應(yīng)用中，例如高精度成像或遠(yuǎn)程聲 波功率傳輸。
可以設(shè)計(jì)該設(shè)備用于對位于所述設(shè)備外側(cè)的對象成像。然后，該設(shè)備 進(jìn)一步包括聲學(xué)檢測器。用于將入射的聲波導(dǎo)入到透鏡的裝置可以包括設(shè) 置在所述設(shè)備的聲波入口處的耦合墊。當(dāng)聲波從所述對象傳輸?shù)綑z測器時， 可以獲得圖像。將所述聲學(xué)透鏡設(shè)置在所述設(shè)備的檢測器與聲波入口之間， 以提供到所述對象的選擇部分的聚焦。改變焦距允許對位于成像設(shè)備前方 的各種距離處的對象的不同部分進(jìn)行成像。因而可能實(shí)現(xiàn)對象的更完全可 視化。此外，由于該成像設(shè)備是小型的、與現(xiàn)有成像設(shè)備相比更簡易并且 不那么笨重，所以移動該成像設(shè)備更加容易。由于這樣的聲學(xué)成像設(shè)備提 供無損的可視化方法，所以可用于許多應(yīng)用中。它們對于醫(yī)學(xué)目的或材料 控制很有用，例如用于檢査材料體是否有裂縫。由于超聲類型的聲波涉及 的波長短，所以超聲類型的聲波的使用可以進(jìn)一步提供較高的分辨率?？?選擇地，可以設(shè)計(jì)該設(shè)備用于向位于所述設(shè)備外側(cè)的對象發(fā)射聲波。然后， 所述設(shè)備進(jìn)一步包括位于所述流體之一 (例如，油基流體)中的聲發(fā)生器
9或聲換能器。將聲學(xué)透鏡設(shè)置在所述發(fā)生器與所述設(shè)備的聲波出口之間， 以提供所發(fā)射的聲波到所述對象的選擇部分的聚焦。用于將入射的聲波導(dǎo) 入到透鏡的裝置位于所述聲發(fā)生器與所述透鏡之間。這些裝置可以例如存 在于與發(fā)生器和透鏡都接觸的耦合流體介質(zhì)中。這樣的設(shè)備可以例如用于 碎石應(yīng)用中。
圖1中所示的超聲探測器具有由電絕緣材料制成的殼體10。所述殼體
10具有側(cè)壁8并且可以例如是圓柱形。該殼體具有開放的頂端和閉合的底 端。在可選的實(shí)施例中，所述頂端由對于聲波可穿透的固定壁4閉合。例 如，壁4可以由聚乙烯膜形成。將聲發(fā)生器31放置于殼體10內(nèi)，并且接 近于所述底端。發(fā)生器31是聲波領(lǐng)域中的公知類型。發(fā)生器31的輸出面 被向上取向，即朝向殼體10的頂端。
將耦合墊12設(shè)置到殼體10的頂端以與殼體10 —起在殼體10的底端 與墊12之間限定出密封體積V。體積V的直徑例如是大約3厘米，高，即 沿著殼體10的軸，是大約1.5厘米。所述耦合墊12由填充有諸如水的液體 物質(zhì)的柔性密封袋構(gòu)成。設(shè)計(jì)所述耦合墊以在向諸如人體的體部按壓該耦 合墊時形成大的接觸區(qū)域。
體積V由分別編號為1和2的兩種液體介質(zhì)填充。液體介質(zhì)1優(yōu)選地 主要由水構(gòu)成。例如是具有足夠高的離子含量以具有電極行為或?qū)щ姷柠} 溶液。液體介質(zhì)1可以包含例如鉀和氯化物離子，上述二者都具有例如1 摩爾每公升的濃度?？蛇x擇地，液體介質(zhì)1可以是水和普通酒精的混合物。 液體介質(zhì)2例如由對電場不敏感、不具有極性或電絕緣的硅油構(gòu)成。
液體介質(zhì)1和2彼此不易混合。因此，它們在體積V中一直保持為單 獨(dú)的液相。液體介質(zhì)1和2之間的分離是限定出沒有任何固態(tài)部分的邊界 的接觸表面或半月面。
電極5位于體積V內(nèi)，優(yōu)選地位于液體l中，所述電極可以是在中心 具有開口并且外徑大致等于殼體10的內(nèi)徑的圓柱形環(huán)的形式。電極5可以 與液體介質(zhì)1電絕緣。然后，使電極5與液體介質(zhì)1電容性耦合。在可選 實(shí)施例中，電極5可以與液體介質(zhì)1接觸。
在可選實(shí)施例中，壁4可以涂覆有親水涂層，以使液體介質(zhì)1保持在 電極5附近。因此，當(dāng)移動探測器時，甚至是上下倒置時，液體介質(zhì)1和2的各自位置保持不變。兩種液體具有基本上相等的密度以使液體介質(zhì)1和2 之間的界面獨(dú)立于地心引力并且因而獨(dú)立于探測器的取向。
所述墊12、液體介質(zhì)1和2以及壁4形成用于聲波W的引導(dǎo)器，該聲 波W由發(fā)生器31產(chǎn)生并且朝向點(diǎn)S傳播，所述點(diǎn)S位于探測器的軸線上 并且位于殼體10的外側(cè)且遠(yuǎn)離墊12。所述墊12形成用于探測器的聲波W 的出口，并且波W從探測器的發(fā)生器31傳向目標(biāo)S。
第二電極6位于殼體10的側(cè)壁8中。電極6可以具有圓柱形形狀并且 圍繞體積V。電極6與電極5并且與液體介質(zhì)1電絕緣。電極5和6被連 接到可調(diào)電壓源7的兩個輸出端。
當(dāng)電源7提供的電壓是0時，液體介質(zhì)1和2之間的接觸表面是半月 面M1。按照公知的方式，半月面的形狀由殼體10的側(cè)壁內(nèi)側(cè)的表面屬性 確定；然后，半月面的形狀大致是球體的一部分，特別是對于兩種液體介 質(zhì)1和2具有相同密度的情況。由于聲波W在液體介質(zhì)1和2中具有不同 的傳播速度，填充有液體介質(zhì)1和2的體積V用作作用于聲波W的會聚透 鏡100。在穿過液體介質(zhì)1和2之間的接觸表面并且傳向目標(biāo)點(diǎn)S時，離開 探測器的聲波W的聚散度會被增加。
當(dāng)將由電源7提供的電壓設(shè)置為正值或負(fù)值時，由于電極5和6之間 的電場，半月面的形狀會隨之改變。特別地，將力施加到與液體介質(zhì)1和2 之間的接觸表面相鄰的液體介質(zhì)1的部分上。由于液體介質(zhì)1的極性行為， 該液體介質(zhì)1趨向于靠近電極6移動，以使得液體介質(zhì)1和2之間的接觸 表面變平。在圖中，M2表示當(dāng)將電壓設(shè)置為非零值時接觸表面的形狀。接 觸表面形式的這樣的電控改變被稱為電潤濕法。在液體介質(zhì)1導(dǎo)電的情況 下，當(dāng)施加電壓時，液體介質(zhì)1和2之間的接觸表面的形狀改變與先前所 描述的相同。
由于接觸界面的變平，當(dāng)電壓是非零時，透鏡100的焦距增加。例如， 當(dāng)將由電源7提供的電壓設(shè)置為大約100伏時，焦距是大約20厘米。
有利的是，可以將剛剛所描述的探測器與位于同一設(shè)備內(nèi)的透鏡的油 基液體部分中的超聲發(fā)生器相結(jié)合。因此，所檢測到的聲波是由所述發(fā)生 器發(fā)射到與墊12接觸的外部體部的超聲波的反射部分。按照公知的方式， 由與所述設(shè)備結(jié)合使用的檢測器所提供的檢測信號允許識別位于焦點(diǎn)S處
ii的材料類型，以及諸如多普勒效應(yīng)下的液體介質(zhì)的聲速、密度、硬度、速 度等材料屬性。
根據(jù)一般的成像原理，當(dāng)增加發(fā)射所述波的元件尺寸時，成像系統(tǒng)的 分辨率也會增加。因此，先前描述的超聲成像設(shè)備的分辨率可以通過使用 具有可變焦距且具有更大直徑的透鏡來增加。但是當(dāng)兩種液體介質(zhì)之間的 接觸表面太寬時，會出現(xiàn)穩(wěn)定性問題。增加可變透鏡的直徑的解決方案是 使用菲涅耳型透鏡。菲涅耳型透鏡被劃分為幾個部分，每一部分與普通透 鏡的相應(yīng)部分具有相同的折射效應(yīng)，但具有減小的厚度?？梢允褂秒姖櫇?法來控制在菲涅耳型透鏡的每一部分中兩種液體介質(zhì)之間的接觸表面的形 狀。因此可以獲得具有可變焦距的菲涅耳型透鏡。
現(xiàn)在參照圖2來描述超聲源。附圖標(biāo)記10還是指具有閉合的低端和開 放的頂端的殼體。所述頂端由與前述相似的耦合墊12覆蓋。
超聲發(fā)生器31位于殼體10中，并且位于透鏡的油基液體內(nèi)。V是位 于殼體10內(nèi)并且位于墊12下方的體積。墊12形成用于超聲波W的源的 出口，該超聲波W由發(fā)生器31產(chǎn)生。
所述體積V被固定壁20劃分為上部和下部。所述壁20包括剛性盤21 ， 該剛性盤被保持在殼體10的內(nèi)肩部上，在該剛性盤21與殼體10的內(nèi)肩部 之間設(shè)置有密封環(huán)22。所述盤21在其中心部分具有圓形開口，該開口的直 徑大約是4-5厘米。該開口通過例如是橡膠膜的彈性膜23閉合。在靜止配 置中，膜23基本上是平的。在墊12和壁20之間的體積V的上部由液體介 質(zhì)2填充。
可移動壁24設(shè)置在體積V的下部中，位于固定壁20與發(fā)生器31之間。 壁24包括剛性盤25。盤25具有比殼體10的內(nèi)徑小的外徑，以使得該盤 25可以上下移動，即沿著平行于殼體10的軸線方向移動。盤25在其中心 部分具有圓形開口，該開口的直徑大致與盤21的開口直徑相等。盤25的 開口通過與膜23相同的膜26閉合。外圍波紋管27連接盤21和盤25，以 連同位于體積V的下部中的壁20和24 —起限定出密封容器。在所述殼體 10的底端與盤25之間設(shè)置幾個致動器28，例如四個壓電式致動器。將致 動器28連接到控制器29，以控制移動壁24的位置。
由壁20和24以及波紋管27限定出的容器含有液體介質(zhì)1。液體介質(zhì)
122也填充發(fā)生器31與可移動壁24之間的間隙以將由發(fā)生器31輸出的聲波 導(dǎo)向到透鏡。液體介質(zhì)2的位于該間隙中的部分與位于固定壁20上方的液 體介質(zhì)2的部分流體靜態(tài)地(hydrostatically)耦合。這種耦合可以通過例 如在波紋管27外側(cè)的盤21中提供孔來實(shí)現(xiàn)。選擇液體介質(zhì)1和2，以使得 超聲波在每種液體介質(zhì)中具有不同的傳播速度。如上所述，液體介質(zhì)1可 以基于水，而液體介質(zhì)2可以是硅油。
當(dāng)可移動壁24處于靜止位置時，即處于較低位置時，兩個膜23和26 都是平的(圖2中的M2)，以使得在發(fā)生器31所產(chǎn)生的超聲波W通過包 含液體介質(zhì)1的容器時，該發(fā)生器31所產(chǎn)生的超聲波W的聚散度不發(fā)生 改變。
當(dāng)可移動壁24由致動器28向上推動時，由于液體介質(zhì)1是不可壓縮 的，因此填充有液體介質(zhì)1的體積保持不變。液體介質(zhì)1中的壓力變得比 液體介質(zhì)2中的壓力高，以使得兩個彈性膜23和26都通過液體介質(zhì)1而 向外伸展。膜23和26的各自形狀變?yōu)榍蛐尾糠?圖2中的M1)。由此獲 得透鏡IOO。發(fā)生器31產(chǎn)生平的超聲波W。在穿過兩個膜23和26之后， 在由膜23和26的曲率決定的距離處，超聲波W會聚，焦點(diǎn)S位于所述源 的外側(cè)。利用控制器29調(diào)節(jié)可移動壁24的位置將導(dǎo)致改變膜的曲率，并 且因此將導(dǎo)致源的焦距的變化。
盡管所描述的源具有兩個彈性膜，但是很清楚，單個彈性膜也足以形 成具有可變焦距的透鏡。
也可以將通過在上述第一和第二實(shí)施例中形成的兩種液體介質(zhì)之間的 邊界而分別獲得的透鏡效應(yīng)組合在一起。在不偏離直接作用于至少一種液 體介質(zhì)以改變邊界形狀的概念的情況下，可以實(shí)現(xiàn)許多其它修改。另外， 在這里所公開的設(shè)備中，可以使光學(xué)模態(tài)與超聲模態(tài)相結(jié)合。
另一選擇是將使用第一實(shí)施例中的兩種液體介質(zhì)之間的直接接觸表面 的系統(tǒng)與接觸兩種液體介質(zhì)中的至少一種的可移動部分組合在一起。與可 移動部分的接觸也可以與在第二實(shí)施例中設(shè)置的電極組合在一起。
盡管己經(jīng)參照具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng) 該意識到，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出許多修改、 加強(qiáng)和域改變。因此，本發(fā)明應(yīng)該僅由權(quán)利要求及其等同物的范圍來限定。
權(quán)利要求
1、一種最小化信號損失和反射的聲學(xué)設(shè)備，所述聲學(xué)設(shè)備包括能夠可變地折射聲波(100)的聲學(xué)界面、用于將聲波導(dǎo)向到所述界面的裝置(12；2)以及聲發(fā)生器(31)，其中，所述聲學(xué)界面(100)包括兩種單獨(dú)的流體介質(zhì)(1，2)，所述聲波在所述兩種單獨(dú)的流體介質(zhì)中具有不同的聲速；位于所述兩種流體介質(zhì)之間的邊界，和用于將力直接施加到所述兩種流體介質(zhì)中的一種(1)的至少一部分上以選擇性地使所述邊界的至少一部分移位的裝置(5，6，7；28，29)；以及位于所述兩種流體介質(zhì)中的一種(2)中的聲發(fā)生器(31)，所述聲發(fā)生器的阻抗與所述流體介質(zhì)中的所述一種(2)的阻抗基本上相等，所述聲波導(dǎo)向裝置(2)位于所述發(fā)生器與所述聲學(xué)界面之間，其中，通過所述發(fā)生器產(chǎn)生聲波(W)，并且所述聲波(W)經(jīng)過所述聲學(xué)界面邊界以及第二流體介質(zhì)(1)而傳向位于所述設(shè)備外側(cè)的對象(S)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)設(shè)備，所述聲學(xué)設(shè)備包括能夠可變地聚 焦聲波的聲學(xué)界面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)設(shè)備，所述聲學(xué)設(shè)備包括能夠可變地偏 斜聲波的聲學(xué)界面。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲學(xué)設(shè)備，其中，所述兩種流體介質(zhì)(l， 2) 具有基本相同的密度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聲學(xué)設(shè)備，其中，在所述兩種流體介質(zhì) 中的一種(1)中的聲速與在所述兩種流體介質(zhì)中的另一種(2)中的聲速 至少相差5%。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的聲學(xué)設(shè)備，其中，所述兩種流體介質(zhì)(1， 2)彼此不易混合，并且其中，所述邊界是位于所述兩種 流體介質(zhì)之間的接觸半月面(Ml， M2)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的聲學(xué)設(shè)備，其中，所述兩 種流體介質(zhì)(1， 2)分別基于水和硅油。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的聲學(xué)設(shè)備，其中，所述聲學(xué)界面(100)是 菲涅耳型透鏡。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任意一項(xiàng)所述的聲學(xué)設(shè)備，其中，所述邊 界包括彈性膜(23)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的聲學(xué)設(shè)備，進(jìn)一步包括另一彈性膜(26)， 其中，設(shè)置所述彈性膜以將所述兩種流體介質(zhì)中的一種(1)保持在所述聲 波(W)的路徑的兩個各自位置處。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任意一項(xiàng)所述的聲學(xué)設(shè)備，其中，所述 兩種流體介質(zhì)中的一種包括具有極性或?qū)щ姷囊后w物質(zhì)，所述兩種流體介 質(zhì)中的第二種包括不具有極性或電絕緣的液體物質(zhì)，并且其中，所述力施 加裝置包括電極(5， 6)，設(shè)置所述電極(5， 6)以向所述第一流體介質(zhì)的 至少一部分上施加電力。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的聲學(xué)設(shè)備，其中，設(shè)置所述電極(5， 6) 以將所述電力施加到所述第一流體介質(zhì)(1)中與所述邊界臨近的部分上。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任意一項(xiàng)所述的聲學(xué)設(shè)備，其中，所述 力施加裝置包括與所述流體介質(zhì)(1)的所述部分接觸的可移動體(24)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的聲學(xué)設(shè)備，其中，所述可移動體(24)包 括含有所述流體介質(zhì)(1)的所述部分的容器的壁。
15、根據(jù)權(quán)利要求1至14中的任意一項(xiàng)所述的聲學(xué)設(shè)備，其中，所述聲學(xué)界面在超聲波長范圍內(nèi)操作。
全文摘要
本發(fā)明公開一種聲學(xué)設(shè)備，該設(shè)備具有可變折射聲學(xué)流體界面、用于將聲波導(dǎo)向到所述界面的裝置以及位于所述流體介質(zhì)之一中的聲發(fā)生器或聲換能器，其中所述界面包括位于兩種單獨(dú)的流體介質(zhì)之間的邊界，并且所述聲發(fā)生器的阻抗基本上等于所述流體介質(zhì)之一的阻抗以最小化信號損失和反射。
文檔編號G10K11/30GK101506872SQ200780031290
公開日2009年8月12日 申請日期2007年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月23日
發(fā)明者A·T·費(fèi)爾南德斯, C·S·霍爾, J·F·蘇伊吉維爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司