[发明专利]一种用于放大超声探测器方向角的多透镜

说明书

本发明公开了一种用于放大超声探测器方向角的多透镜，属于声信号成像领域。该多透镜由N层不同材料的透镜紧密贴合制成且两面平整；相邻两透镜之间，作为凹面材料的声速小于作为凸面材料的声速；并且所有材料中至少有一种声速大于外界声速(如水或空气)。本发明利用声信号在从一种介质传播到另一介质时会发生折射的原理，来扩大其方向角的多透镜；经过两次或者多次的发散，最终达到放大超声探测器方向角的效果。

技术领域

本发明属于声信号成像领域，具体涉及一种利用声信号在从一种介质传播到另一介质时会发生折射的原理，来扩大其方向角的多透镜。

背景技术

目前国内外使用超声探测器的成像方式主要有超声成像、光声成像、热声成像等，而这几种成像方式都对超声探测器的方向角有一定要求。

例如光声成像中的光声层析成像，最常用的扫描方法是使用脉冲激光均匀照射目标激发光声信号，同时使用非聚焦超声探测器扫描目标360°来收集光声信号，最后通过重建算法来获得目标物体的图像。这种扫描方式对超声探测器的方向角要求较高，如果目标物体尺寸大于或接近其方向角，则在图像边缘处会发生较大形变。针对以上的问题，国内外的很多研究小组提出了很多解决方案，比如使用高性能的超声探测器，使用多个超声探测器进行扫描，以及使用更好的算法来重建图像等方法，这些方法确实是提高了一些图像在边缘处的分辨率，但是提高的并不算多。还有的解决方法是通过在超声探测器前加上一块声透镜来增大其方向角，这也确实是在一定程度上优化了这个系统，但是只是用了一个透镜来放大，所以也只是能将方向角放大二至三倍，而这并不足以避免在图像边缘处的形变。

发明内容

为了解决光声层析成像中图像边缘处形变的问题，本发明提供一种可用于放大超声探测器方向角的多透镜。

一种用于放大超声探测器方向角的多透镜，其特征在于：该多透镜由N层不同材料的透镜紧密贴合制成且两面平整；其中N大于等于2，且相邻两透镜之间，作为凹面材料的声速小于作为凸面材料的声速；并且所有材料中至少有一种声速大于外界声速(如水或空气)。

进一步地，由于不同材料之间声阻抗可能差异较大，会导致声信号衰减严重，故在相邻两透镜之间设置有过渡材料制成的薄膜，过渡材料的声阻抗在两种相邻材料之间。

本发明的原理为：声信号从某一声速的介质中传播到另一声速的介质中时，会发生折射。当声信号从外界介质中传播到声速最小的材料所制作的透镜时，会发生折射，使声信号发散；当声信号再传播进入不同介质时，因为折射又会使其角度变大。经过两次或者多次的发散，最终达到放大超声探测器方向角的效果。由于不同材料本身的声阻抗不同，甚至可能差异较大，声信号会因为反射而被损耗，故在不同的材料之间放入声阻抗在其之间的材料所制作的薄膜，以达到声阻抗匹配，减小损耗的效果。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明对超声探测器方向角提高非常显著，方向角可以扩大至不使用透镜时的六至七倍，相较于之前的方法有了很大程度上的提高。

(2)本发明外观为一个完整的圆柱体，无凹陷或凸起，做到了以平面来实现超声信号的扩散，很大程度上改善了当前声透镜不能与人体直接接触或需要在其周围涂抹大量超声耦合剂的缺陷，在使用时非常方便。

(3)本发明的装置价格低廉，制作和使用非常简单，应用面广泛，易于应用和推广。

附图说明

图1是实施例1的声透镜示意图。图中所示各部分为：平凹透镜1-1，平凸透镜1-2，薄膜1-3。

图2是实施例2的声透镜示意图。图中所示各部分为：平凹透镜2-1，双凸透镜2-2，薄膜2-3。

图3是实施例3的声透镜示意图。图中所示各部分为：平凹透镜3-1，凹凸透镜3-2，凹凸透镜3-3，平凸透镜3-4。

图4是使用实例1中声透镜时对插在琼脂中铅笔芯的图像。