CN106500824A - 换能器阵列及声波测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种换能器阵列及声波测量装置。所述换能器阵列包括支持部件和多个换能器，所述支持部件的内表面由回转二次曲面来限定，该回转二次曲面由围绕着虚拟旋转轴而旋转虚拟二次曲面形成，所述内表面被配设有多个开口，所述多个换能器包括具有大致平行四边形形状的接收表面，从而与所述开口一致。在所述接收表面中，四个顶部中的一个顶部比其他三个顶部更靠近所述虚拟旋转轴。

Description

换能器阵列及声波测量装置

技术领域

本发明公开了一种测量声波的换能器阵列，特别地，其涉及一种测量通过光声效应而产生的声波的换能器阵列。

背景技术

已知有利用光声效应的光声断层摄影术(PAT)诊断装置。在这种装置中，对象物被来自Nd：YAG激光脉冲光源的照明光(近红外光)照射，并且在照射期间，通过光声效应在对象物内生成的声波被二维或三维阵列换能器(换能器阵列)接收，以生成并显示图像。

公开号为2001-507952的PCT日本专利翻译公开了这样一种光声测量装置：为了增加通过各传播路径从被检体传播的声波信号的分离和合成的精度，该光声测量装置配设有换能器阵列，在该换能器阵列中，多个换能器排列在具有曲面形状的支持结构中。此外，公开号为2001-507952的PCT日本专利翻译中公开的换能器是包括圆形接收表面的压电换能器。

得益于微电机械系统技术，已知有由具有高密度、高灵敏度及广接收带特性的电容式微加工超声传感器(CMUT)构成的换能器。微电机械系统技术也被称为微电子机械系统(MEMS)技术，在本说明书的下文中，该技术将被称为MEMS。

由于CMUT元件是通过半导体过程形成的，因此利用能够将半导体晶片18切成预定形状和尺寸的块切割技术(dicing cut technique)，从半导体晶片18中切割出CMUT元件。因此，为了增加半导体晶片的收益率，CMUT元件的外边缘形状不是像公开号为2001-507952的PCT日本专利翻译中那样为圆形的，而是具有包括正方形形状的平行四边形形状。

当将这种具有平行四边形形状的接收表面的换能器安装在换能器阵列上时，在定义接收表面的顶点之一与定义相邻接收表面的顶点之一彼此贴近的配置中，换能器的安装密度降低，图像的分辨率不利地受限。此外，在定义接收表面的顶点之一与定义相邻接收表面的边彼此贴近的配置中，有效接收区域彼此重叠，不利地生成了串扰，不利地限制了图像的分辨率。此外，在该模式中，当为了确保接收表面的安装密度而减小单个换能器的接收表面的面积时，从而使得接收面积受限制，并且换能器阵列的接收灵敏度降低，使得很难获得被检体内的深部的信息。

发明内容

本公开的换能器阵列为包括各自用于接收声波并将接收到的声波转换成电信号的多个换能器，以及支持多个换能器并具有由回转二次曲面限定的内表面的支持部件的换能器阵列，所述回转二次曲面是根据虚拟二次曲线围绕虚拟旋转轴旋转而形成的。换能器包括接收表面和转换元件，所述接收表面具有由四个顶部限定的大致平行四边形形状，所述接收表面连接到所述支持部件以便定向为朝向所述支持部件的所述内表面的内侧，并且所述转换元件将所述接收表面接收到的声波转换成电信号。在所述接收表面中，所述四个顶部中的一个比其它三个顶部更靠近所述虚拟旋转轴。

此外，本公开的换能器阵列是包括多个换能器和支持多个换能器的碗状支持部件的换能器阵列。各换能器阵列包括接收声波的大致平行四边形形状的接收表面，且多个换能器被支持部件支持，以使得包括在支持部件的预定区域中的多个接收表面被排列在网格上，所述网格是从支持部件的碗状内表面的中心一侧沿内表面延伸的、由多个虚拟右手螺旋和与虚拟右手螺旋交叉的多个虚拟左手螺旋之间的交叉点所形成的。

根据以下参照附图对示例性实施例的详细描述，本发明的其他特征将变得清楚。

附图说明

图1A至图1D是与本公开的第一示例性实施例的换能器阵列相关的图，其中图1A是俯视图，图1B是顶视图，图1C是局部放大图，图1D是顶视图。

图2是根据本公开第二示例性实施例的、测量光声波的声波测量装置的框图。

图3是例示半导体晶片上形成的CMUT元件的概念图。

图4是例示换能器阵列的支持部顶点的扫描轨迹的概念图。

图5是例示与本公开的第一示例性实施例相关的换能器阵列的截面的截面图。

图6A至图6D是例示支持部的示例性实施例的截面图。

图7A至图7D是例示接收表面的示例性实施例的平面图。

具体实施方式

示例性实施例

声波测量装置

图2是例示第二示例性实施例的框图，其中本公开的换能器阵列32被应用于测量光声波的声波测量装置21。支持台1包括从下方支持被检者24的支持面25和配设在支持面25中且被被检体20向下插入的插入开口12。被检体20被保持在配设在支持台1中的保持部件11上。被检体20包括被检者24的胸部、四肢、头部等。保持部件11呈碗状，从而被检体20可以轻松地被保持在其中。

换能器阵列32将声波发送到被检体20，并且接收由被检体20反射的声波。可选择地，换能器阵列32接收作为声波的压力弹性波，该压力弹性波是作为由被检体20的内部被来自稍后描述的光照射单元(光照射部件)31的脉冲光照射所造成的被检体20的局部和短时间的膨胀或压缩等变化的结果而创建的。

在换能器阵列32中，包含在换能器321中的接收表面10被配置为朝向被检体20。接收表面10连接到液槽36和支持部件322，从而接收表面10朝向液槽36内；因此，换能器321能够有效地获取从被检体20传播的声波。

匹配液体35被填充并被保存在换能器阵列32和保持部件11之间的液槽36中。换能器阵列32与填充了匹配液体35的液槽36连接。此外，可以说换能器32构成填充有匹配液体35的液槽36的一部分。液槽36包括在与插入开口12重叠的位置处的、在声学上被打开的开口部分16，从而被检体20能够与保存在液槽36中的匹配液体35声学接触。换能器阵列32在面向开口部分16的一侧上与液槽36连接。

匹配液体35中使用其声阻抗比空气的声阻抗更接近被检体的组织的声阻抗的水。除了水之外，凝胶等也可以用作匹配液体35。

换能器阵列32包括照相机33，照相机33用于观察被检体20被保持单元11、换能器321以及沿水平面(XY平面)以二维移动液槽36的液槽扫描单元34保持的状态。

液槽扫描单元34相对于插入开口12移动液槽36，以沿水平面执行换能器阵列32的接收区域的二维扫描，从而使被检体20和接收区域彼此重叠。可以说，在本示例性实施例中，在被来自光照射单元31的光照射的光照射区域(未示出)与被检体20重叠的状态下，光照射区域能够沿水平面执行二维扫描。

注意，作为线性导轨、进给螺杆机构、马达等(均未示出)的组合的XY液槽扫描单元也包含在本公开的液槽扫描单元34中。

信号处理单元4对数字数据(声学数据)执行AD转换并执行信号处理。图像生成单元6利用声学数据生成二维或三维声学图像。显示单元7显示所生成的声学图像和利用照相机33获取的图像。控制单元2整体控制至少XY液槽扫描单元、光源5和信号处理单元4。

保持部件

保持部件11具有在测量期间将被检体20的形状保持为预定形状的保持功能，并具有不阻碍声波从被检体20到达换能器阵列32的传播的声阻抗。尽管根据被检体20的形式选择保持部件11，但当被检体20为胸部时，使用碗状曲面支持部。关于保持部件11，准备具有根据被检体的尺寸和形状的尺寸和曲率的多个可更换支持部，或者应用具有弹性的弹性体等。

注意，为了方便声波的传输，薄达0.05mm至1.0mm的厚度被应用于保持部件11。此外，在本示例性实施例中，保持部件11为传输从光照射单元31照射的脉冲光的光传输部件。在从本示例性实施例中的除去光照射单元31、光引导部件51以及光源5的声波测量装置(未示出)的情况下，保持部件11的光传输特性就不是必需的。

由于保持部件11保持摄影位置，因此期望保持部件11由具有能够经受被检体20的负荷的强度的部件构成，聚乙烯对苯二酸盐(PET)被应用。

光源

光源5通过使被检体20被脉冲光照射而在被检体20内生成光声波。当被检体20是组织时，光源5发出具有被构成被检体20的成分中的特定成分吸收的特定波长的光。光源5可以以一体化方式与换能器阵列32配设在一起；然而，如在本示例性实施例中的，光源5可以通过光引导部件51与换能器阵列32分离，也可以光学连接。

期望光源5是能够生成脉冲宽度为几纳秒至几百微秒的脉冲光作为照射光的脉冲光源；然而，为了以有效方式生成光声波，本示例性实施例被配置为能够在10至100纳秒之间调整脉冲宽度。

由于能够获得高输出，对于光源5来说激光是满足需要的；然而，可以使用发光二极管等来代替激光。关于激光，可以使用各种激光，例如固态激光、气体激光、纤维激光、燃料激光以及半导体激光。利用光源控制器(未示出)来控制照射定时、波形以及强度。在本公开中，期望所使用的光源的波长为将光传播到被检体20内的红外波长。从本示例性实施例中的光源5发出的光的中心波长为500nm以上至1200nm以下，即该光为近红外光。

光引导部件

从光源5发出的光在利用光引导部件51而被处理为期望的光分布形状的同时被引导至被检体20。光引导部件51包括关节臂，光纤和带镜镜筒置于关节臂中。

除了上述部件之外，光引导部件51包括例如反射光的镜，收集、放大并改变光的形状的透镜以及漫射光的漫射板。

换能器阵列

图1A至图1D是与本公开的第一示例性实施例的换能器阵列32相关的图，其中图1A是俯视图，图1B和图1D是顶视图，图1C是局部放大图。此外，图6A至图6D是与本公开的第一示例性实施例相关的换能器阵列32的截面图。

如图6A至图6D中所示，换能器阵列32包括配设有多个在声学上被打开的开口40的碗状支持部件322、各自与多个开口40中对应的一个开口连接并将声波转换成电信号的多个换能器321。换句话说，换能器阵列32包括内表面由回转二次曲面限定的碗状支持部件322、以及将声波转换成电信号的多个换能器321，从而使多个探针321的各个接收表面10以朝向碗状内表面的内侧的方式与支持部322连接。稍后将描述回转二次曲面。支持部件可以改变为包括具有多个子支持部件的一体化的碗状结构(未示出)的多种变形例，各子支持部件保护多个换能器中对应的一个。

注意，如图1B和图1D所示，由于本示例性实施例的换能器阵列32被应用于测量光声波的声波测量装置21，因此换能器阵列32包括照相机33，该照相机33观察通过光源5和光引导部件51连接的光照射单元31、换能器321以及被检体20的保持状态。

本公开为内表面由回转二次曲面限定的换能器阵列中的多个接收表面的阵列，这将在稍后进行描述。

换能器

换能器321各自检测声波，并将声波转换成作为模拟信号的电信号。可以使用能够检测声波的任意元件，例如利用压电现象的转换元件、利用光学共振的转换元件或是利用容量变化的转换元件。

在本示例性实施例中，通过将多个换能器321彼此有间隙地配置在支持部件322中，形成包括探针的多维阵列的换能器阵列32。使用元件的这种多维阵列使得能够在多个位置处同时检测声波，并能缩短检测时间。

作为换能器中的一种，开发了利用微加工处理制成的电容式微加工超声传感器。电容式微加工超声传感器包括这样一个单元：该单元包含与下部电极之间有间隙的被支持振动膜和配置在振动膜的表面上的上部电极。这种电容式微加工超声传感器被称为CMUT。CMUT能够形成在几平方毫米中包含几十至几千个电容单元的接收表面，并采用轻型振动膜；因此，CMUT能够确保宽接收带。

图3是在半导体晶片18上形成CMUT元件阵列的示意图。此外，图7A至图7D是例示接收表面10的示例性实施例的示意图。

利用块切割技术从半导体晶片18中形成CMUT元件，从而将各个振动膜(膜)切割成单位晶胞。单位晶胞成为基于声波信号从换能器321读出电信号的通道的最小单位。在执行块切割技术时，以预定空间间隔重复平行方式的切割以切出所需的设备区域。可以使包含所切割的接收表面10的CMUT元件具有预定的一致形状和尺寸。

因此，如图3和图7A所示，所切割的CMUT元件的接收表面10的外边缘具有包括四个顶部的大致平行四边形形状。为了减少安装在换能器阵列32上时各个换能器321的定向依赖，即从对称性的方面来说，在本示例性实施例中CMUT元件为正方形。

注意，如图7A所示，本示例性实施例的接收表面10包括CMUT元件的6×6＝36个单位晶胞。CMUT元件设置电容，并包括用于将电容变化读出至外部的正极和负极对(未示出)。接收声波的振动膜(薄膜)被声学地结合至正极和负极对中的任一个上。因此，CMUT元件的接收表面10能被成形为被声学地结合至正极和负极对中的任一个的振动膜。

在图7A所示的接收表面10中，四个顶部Va各个都是直角，边部分Ea形成线形正方形。此外，本示例性实施例的接收表面10包括排列为矩阵的单位晶胞17。

同时，图7B中示出的接收表面10与图7A中示出的接收表面10的不同在于四个顶部Vb各自相对于边部分成45度锥形。在本示例性实施例中，期望锥形部分的长度为外接正方形的边的14％或更小，该外接正方形为在接收表面10的外侧、内接接收表面10的最小平行四边形形状。

此外，图7C中所示的接收表面10与图7A和图7B中示出的接收表面10的不同在于使四个顶部Vb中的各个变圆为四分之一圆(quadrant)，并且单位晶胞17以交错方式排列。在本示例性实施例的交错阵列中，各个线之间的单位晶胞17的相位被移动180度。

此外，图7D中示出的接收表面10与图7C中示出的接收表面10的不同在于边部分Ed被限定为弯曲线(bent line)。

如上文所述，不仅是图7A中示出的几何上严密的正方形，各个接收表面10也可以为大致正方形，其中具有相同长度的相邻边部分实际上彼此正交。换句话说，在本说明书中，各个接收表面10不必为几何学上严密的平行四边形形状，并且如图7B至图7D所示，接收表面10包括通过半导体切割处理(例如块切割等)以及简单的外围部分处理所限定的大致平行四边形形状。注意，图7B和图7C中示出的接收表面10的顶部Vb和Vc成锥形和制圆的目的在于减少在切割之后的处理期间出现顶部的剥落和破损。

注意，除了CMUT，能被应用于本公开的换能器阵列的换能器包括压电声波传感器(压电微加工超声传感器)。

支持部

接下来将参照图1和图5描述支持部件322。支持部件322沿配设在支持部件322中的开口支持多个换能器321。本示例性实施例是换能器阵列32，其中多个换能器321各自与在半球形支持部件322中的多个开口40的中的对应的一个开口连接。

多个换能器321连接至支持部件322，从而使换能器321的接收表面定向为朝向碗状曲面的内侧。从对称的方面来说，期望曲面为回转二次曲面。通常，除了球、半球、椭圆体、回转抛物面以及回转双曲面之外，回转二次曲面还包括圆锥、圆柱、抛物线柱、双曲线柱、椭圆柱、正弦波柱以及抛物线柱。另一方面，本公开的回转二次曲面包括球、半球、椭圆体、回转抛物面以及回转双曲面。

换言之，本公开的回转二次曲面是满足“不可展开表面要求”和“等中心(isocenter)要求”的模式。

不可展开表面要求是在排列有各自具有平行四边形形状的接收表面时、在相邻接收表面间出现平行化问题的要求。不可展开表面要求对应于本公开要解决的问题。注意，可展开表面是指仅通过变形而未伴随对平面上描述的展开图的膨胀或收缩所形成的曲面，而不可展开表面是指不伴随对平面上描述的展开图的部分膨胀或收缩就不能形成的曲面。

此外，“等中心要求”是用于当由多个换能器形成的换能器阵列的有效接收区域在特定一个点处彼此重叠时形成高灵敏度区域的条件。等中心要求是与本公开的预定条件对应的要求。该特定一个点是指等中心，并且当换能器阵列的内表面为半球形时，半球的曲率中心与等中心相一致。图6A和图6D所示的回转二次曲面各自具有等中心41c、f1、f3和f4。

如图5中所示，支持部件322的内表面由通过虚拟二次曲线41围绕虚拟旋转轴46旋转所形成的回转二次曲面45所限定。在本示例性实施例中，虚拟二次曲面是圆，并且支持部件322的内表面由半球形限定。通过使支持部件322的内表面成为回转二次曲面，能够接收到从配置在与旋转轴46重叠的位置处的被检体传播的声波，而不会受到由围绕着其内表面由回转二次曲面限定的换能器阵列32的其他结构造成的反射、衰减等影响。本示例性实施例的回转45的二次曲面为半球。

注意，在图5中，省略了配置在被检体20和换能器阵列32之间的匹配液体。

不失一般性地，可以理解换能器321的接收表面10的接收区域围绕图中的法线Ni，Ni+1。如图5中所示，换能器321与支持部件322连接，从而使接收表面10的法线Ni定向为朝向围绕旋转轴46周围的部分的回转二次曲面45的内侧。注意，在本示例性实施例中，接收表面10中的一个的法线N在回转二次曲面45的半球形的等中心41c处彼此重叠。

注意，支持部件322在配置被检体20的方向上包括开口部分16。此外，支持部件322在最远离开口部分16的一侧包括支持部顶点v1。另外，支持部件322包括多个开口40，并且接收表面10各自与与开口40相交的回转二次曲面的对应相切平面大致平行。在本示例性实施例中，在各个接收表面10与对应相切平面之间形成的角度在±3度范围内。

作为第三示例性实施例，图6A至图6D示出了这样的模式：即作为回转二次曲面的基础的虚拟二次曲线为圆41、椭圆42、抛物线43或是双曲线44。

如图6A中所示，当虚拟二次曲线为圆41时，虚拟旋转轴46被设置为与圆41的直径相一致。此外，如图6B中所示，当虚拟二次曲线为椭圆42时，虚拟旋转轴46被设置为椭圆的长轴或短轴。在本示例性实施例中，虚拟二次曲线与椭圆42的长轴相一致。此外，如图6C中所示，当虚拟二次曲线为抛物线43时，虚拟旋转轴46被设置为连接抛物线43的焦点f3和顶部v3的虚拟轴。此外，如图6D中所示，当虚拟二次曲线为双曲线44时，虚拟旋转轴46被设置为连接双曲线44的焦点f4和顶部v4的虚拟轴。

注意，如图1A和图5中所示，在支持部件322中开口40打开，从而以与接收表面10相一致的方式来形成开口40。在本示例性实施例中，各个开口40大致为正方形，其中长度相同的相邻边部分实际上彼此正交。回转二次曲面上的接收表面的排列

接下来将参照图1A至图1D描述作为本公开的特征的回转二次曲面上的接收表面的排列。

参照图1A至图1D以及图5，例示了与第一示例性实施例相关的换能器阵列32，换能器阵列32包括配设有多个正方形开口40的支持部件322，并且，与开口40相对应的多个换能器321各自包括接收表面10和转换元件14。

为了理解回转二次曲面上的接收表面10的排列，接收表面中的被关注的一个接收表面将被认为是代表性示例。这种一般性可以被应用于接收表面的排列中的几乎全部部分，除了诸如接收表面的排列中的外围部分等特异点。

图1C是图1D中的虚线描述的矩形部分的局部放大图，用于详细描述接收表面的排列。图5是与第一示例性实施例相关的、例示与支持部件322的开口40连接的换能器321和处于非连接状态的换能器321的示意性截面图。

图1C、图1D及图5中示出的接收表面10具有包含四个顶部的大致平行四边形形状。顶部中的一个(vr1)比其它三个顶部(vr2、vr3、vr4)更靠近虚拟旋转轴46。虚拟旋转轴46穿过支持部件322的支持部顶点v1，并被配置为与Z轴平行。

在本示例性实施例中，如图7A中所示，接收表面10包括四个边部分，各个边部分被放置在两个相邻顶部之间。在图1C中，接收表面10包括被关注的边部分A。同时，作为围绕被关注的接收表面10(标记○)的四个相邻接收表面(标记◆)之一的相邻接收表面19包括被关注的接收表面10侧上的边部分B。四个相邻接收表面是第一至第四相邻的接收表面。接收表面10和相邻接收表19彼此相邻，其间存在大致平行的间隙部分。通过上述描述，抑制了接收表面10与相邻接收表面的有效接收区域的重叠，并且能够抑制相邻接收表面间的串扰。间隙部分是位于边部分A和边部分B之间的支持部件322的部分。限定间隙部分的边部分A和边部分B大致彼此平行，形成了大于等于0度小于等于10度的角。

通过以上述方式配置接收表面，使得接收表面10被四个相邻接收表面围绕，该四个相邻接收表面与接收表面10相邻、同时与接收表面10以其它接收表面间的距离中小于第五距离的距离间隔开。通过缩短相邻接收表面和被关注的接收表面10间的距离，能够增大换能器321的安装密度，并能够抑制相邻换能器321的有效接收区域间的串扰。

此外，通过以上述平行配置方式配置大致方形的接收表面10，接收表面10能够在开口40的对应位置处、在回转二次曲面上形成螺旋阵列，从而能够抑制相邻换能器321的有效接收区域间的串扰，并能增大换能器阵列32中的换能器321的安装密度。

在图1A的俯视图中，接收表面10相对于支持部322以螺旋方式排列，支持部件322的内表面由通过围绕虚拟旋转轴46旋转四分之一圆而获得的半球限定。

通过两种类型的螺旋阵列之间的多个交叉点形成接收表面10的螺旋排列，该螺旋阵列从支持部顶点v1侧沿支持部322的内表面向着支持部件322的开口部分延伸(图1A中的Z方向)。

如图1A所示，螺旋阵列之一是沿着与虚拟二次曲线41R交叉的右旋螺旋线延伸的阵列，另一螺旋阵列是沿着与虚拟二次曲线41R交叉的左旋螺旋线延伸的阵列。如上所述，在确保接收表面10间的间隙的平行度的同时，换能器321的阵列数量从支持部顶点v1朝着支持部件322的边缘增加。换能器321的阵列数量可以基于斐波那契数(Fibonaccinumbers)或作为斐波那契数的变形的泰波拿契数(Tribonacci numbers)而被设置为增加。

注意，虚拟二次曲线41R与由包括虚拟旋转轴46的虚拟平面47与支持部件322之间的交叉所限定的虚拟二次曲线一致，并且，在本示例性实施例中，虚拟二次曲线41R是四分之一圆。此外，可以说图1A中所示的虚拟二次曲线41R是虚拟二次曲线组中的一个，该虚拟二次曲线41R是限定支持部件322的内表面的回转二次曲面45(图5)的基础。

如上所述，通过在包括回转二次曲面45形成的内表面的支持部件322上排列具有在平面上的大致平行四边形形状的多个接收表面10，可以实现换能器321在支持部件322上的高密度安装。

本示例性实施例可以是以以下方式描述的模式。

换能器阵列32包括用于支持多个换能器321的碗状支持部件322，在该换能器阵列32中，各换能器321包括具有大致平行四边形形状且接收声波的接收表面10。

此外，包括在支持部件322的预定区域中的多个接收表面10被排列在网格上，该网格是从支持部件322的碗状内表面的支持部顶点v1一侧沿着内表面延伸的、由多个虚拟右手螺旋CW(顺时针)和与虚拟右手螺旋CW交叉的多个虚拟左手螺旋CCW(逆时针)之间的交叉点所形成的。

注意，上述预定区域是以至少两个相互不平行的方向来排列接收表面10的可选区域，例如，该预定区域包括图1D中由虚线所示的矩形区域。

因此，上述预定区域是包括在至少两个阵列方向上彼此相邻的至少四个接收表面10的区域。

注意，对于未作为本公开的目标的非碗状支持部，具有诸如圆柱和椭圆柱等的非二次曲面。例如，在以圆柱来限定内表面的圆柱支持部中，当排列具有大致平行四边形形状的接收表面时，在顶部和虚拟旋转轴的几何结构上没有限制，从而能够在没有任何的螺旋阵列的状态下实现以密集的方式安装接收表面的模式。

换能器阵列的扫描轨迹

将参照图4来描述根据第二示例性实施例的超声波测量装置中的换能器阵列的轨迹。本示例性实施例的扫描轨迹是螺旋轨迹。螺旋轨迹是以相对于旋转中心、以在半径方向上坐标的增加或减少的变化的方式来移动换能器阵列的扫描轨迹。

图4概略地示出了在换能器阵列的支持部顶点v1作为典型例子的状态下螺旋轨迹的运动的示例的视图。图4中的点O表示螺旋扫描之前支持部顶点v1的位置，点O与原点对应。此外，图4中的黑点表示在光声波测量期间支持部顶点v1的位置。在连续地追踪黑点的位置的同时移动换能器阵列。点P是在移动的换能器阵列的轨迹上的单个点。在点P的位置坐标(x，y)以极坐标系来表示时，获得以下等式(1)。

注意，r(t)是半径方向上的坐标(移动半径)，是由X轴和从坐标原点朝着点P延伸的线所形成的角。在本示例性实施例中，以换能器阵列在移动轨迹上的、在半径方向上的坐标(即r(t))增加或减少的变化的方式来移动换能器阵列。此外，期望液槽扫描单元来移动换能器阵列，从而使得在正切方向上的移动轨迹的速度恒定。

典型地，通过从光源发出的脉冲光的接收频率来确定光声波的检测定时。例如，当使用具有10Hz接收频率的光源时，每隔0.1秒就能够产生光声波。因此，当在正切方向上的速度相同时，以及当假设每0.1秒就执行光声波的检查时，可以均匀地对空间进行采样。

此外，考虑到朝着原点的加速度，期望液槽扫描单元从移动平面的外部来移动换能器阵列。换句话说，当在初始阶段加速度大时，整个装置的振动也变大，并且存在振动影响测量的情况。因此，通过从朝着原点的加速度小的外边缘开始朝着内边缘移动，能够降低液槽的振动。

此外，期望液槽扫描单元执行连续地进行运动的连续运动，而不使用重复移动和停止的步进和重复方法。基于以上描述，能够缩短扫描液槽的时间段。另外，由于运动期间加速度的变化小，因此，能够降低液槽中存储的匹配液体的表面波度。

本公开能够提供这样一种换能器阵列，即应用在测量声波中时，该换能器阵列获得达到分辨率和灵敏度两者的声波图像。此外，本公开能够提供一种在摄影中表现出优良品质的声波测量装置。

虽然参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应当对下列权利要求的范围赋予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构及功能。例如，本发明可适用于便携式探针(未示出)、针对人体各部位的光-声波检测系统。

Claims (26)

1.一种换能器阵列，所述换能器阵列包括：

多个换能器，各换能器用于接收声波并将接收到的声波转换为电信号；以及

支持部件，该支持部件支持所述多个换能器，并具有由回转二次曲面来限定的内表面，该回转二次曲面根据围绕着虚拟旋转轴而旋转的虚拟二次曲面形成，

其中，所述换能器包括：

接收表面，其具有由四个顶部所限定的大致平行四边形形状，该接收表面与所述支持部件连接，从而定向为朝向所述支持部件的内表面的内侧，以及

转换元件，其将所述接收表面接收到的声波转换为电信号，

其中，在所述接收表面中，所述四个顶部中的一个比其他三个顶部更靠近所述虚拟旋转轴。

2.根据权利要求1所述的换能器阵列，其中，在所述虚拟二次曲线是圆的情况下，所述虚拟旋转轴是所述圆的直径，

其中，在所述虚拟二次曲线是椭圆的情况下，所述虚拟旋转轴是所述椭圆的长轴或短轴，

其中，在所述虚拟二次曲线是抛物线的情况下，所述虚拟旋转轴是连接所述抛物线的焦点和顶部的虚拟轴，以及

其中，在所述虚拟二次曲线是双曲线的情况下，虚拟旋转轴是连接所述双曲线的焦点和顶部的虚拟轴。

3.根据权利要求2所述的换能器阵列，

其中，所述支持部件包括所述回转二次曲面的等中心，并且

其中，所述接收表面面向所述等中心，以使每个接收表面的法线在所述等中心处彼此重叠。

4.根据权利要求1所述的换能器阵列，

其中，在所述内表面中设置作为在声学上被打开的多个开口，以及

其中，所述接收表面被设置在所述多个开口中的对应的一个开口中。

5.根据权利要求4所述的换能器阵列，

其中，所述接收表面与所述回转二次曲面的相切平面大致平行，所述回转二次曲面与所述对应的一个开口交叉。

6.根据权利要求1所述的换能器阵列，

其中，所述大致平行四边形形状是这样一种大致正方形，即具有相等长度的相邻的边部分实际上彼此正交。

7.根据权利要求4所述的换能器阵列，

其中，所述多个开口的各个开口是大致正方形。

8.根据权利要求1所述的换能器阵列，

其中，所述接收表面被与其相邻的、同时与该接收表面以其它接收表面间的距离中小于第五距离的距离间隔开的四个相邻接收表面围绕。

9.根据权利要求8所述的换能器阵列，

其中，所述接收表面与所述相邻接收表面各自包括四个边部分，所述四个边部分被置于所述四个顶部中的两个相邻顶部之间，

其中，所述相邻接收表面和所述接收表面彼此相邻，其间存在大致平行的间隙部分，以及

其中，所述间隙部分形成大于等于0度至小于等于10度的角。

10.根据权利要求1所述的换能器阵列，

其中，在假定所述支持部件和所述虚拟旋转轴之间的交叉点为支持部件顶点时，所述多个接收表面的两两之间沿着与所述虚拟二次曲面彼此相交的左手螺旋和右手螺旋而排列在所述支持部中，所述虚拟二次曲面由包括所述虚拟旋转轴的虚拟平面和所述支持部件之间的交叉来限定。

11.根据权利要求1所述的换能器阵列，

其中，所述换能器包括转换元件，在该转换元件中二维地排列了至少电容式微加工超声传感器CMUT和作为压电微加工超声传感器的压电换能器这两者之一。

12.一种声波测量装置，所述声波测量装置包括：

根据权利要求1至11中任一所述的换能器阵列；以及

液槽，在该液槽中存储有匹配液体，

其中，所述液槽包括在声学被打开的、能够使被检体与所述匹配液体声学接触的开口部分，以及

其中，所述换能器阵列在与所述开口部分相对的侧与所述液槽连接。

13.根据权利要求12所述的声波测量装置，

所述换能器阵列以使换能器的接收表面面向所述液槽的内部的方式与所述液槽连接。

14.根据权利要求12所述的声波测量装置，所述声波测量装置还包括：

设置在开口部分侧的支持表面，被检者被支持在所述支持表面上；以及

设置在所述支持表面中的插入开口，被检体被插入到所述插入开口中。

15.根据权利要求14所述的声波测量装置，所述声波测量装置还包括：

液槽扫描单元，其以相对的方式相对于所述插入开口来移动所述液槽。

16.根据权利要求14所述的声波测量装置，其中，

所述换能器阵列包括光照射单元，所述光照射单元朝着所述插入开口发出近红外光或红外光。

17.一种换能器阵列，所述换能器阵列包括：

多个换能器；以及

碗状支持部件，其支持所述多个换能器，

其中，各换能器包括接收声波的、大致平行四边形形状的接收表面，以及

其中，所述支持部件支持所述多个换能器，以使得包括在支持部件的预定区域中的多个接收表面被排列在网格上，所述网格是从支持部件的碗状内表面的中心一侧沿内表面延伸的、由多个虚拟右手螺旋和与虚拟右手螺旋交叉的多个虚拟左手螺旋之间的交叉点所形成的。

18.根据权利要求17所述的换能器阵列，

其中，所述接收表面包括限定大致平行四边形形状的四个顶部，并且所述四个顶部中的一个比其他三个顶部更靠近所述内表面的中心。

19.根据权利要求17所述的换能器阵列，

其中，所述大致平行四边形形状是这样一种大致正方形，即具有相同长度的相邻的边部分实际上相互正交。

20.根据权利要求17所述的换能器阵列，

所述预定区域是包括在至少两个阵列方向上彼此相邻的至少四个接收表面的区域。

21.一种声波测量装置，所述声波测量装置包括：

根据权利要求17所述的换能器阵列；以及

液槽，在该液槽中存储有匹配液体，

其中，所述液槽包括在声学上被打开的、能够使被检体与所述匹配液体声学接触的开口部分，以及

其中，所述换能器阵列在与所述开口部分相对的侧与所述液槽连接。

22.根据权利要求21所述的声波测量装置，所述声波测量装置还包括：

设置在开口部分侧的支持表面，被检者被支持在所述支持表面上；以及

设置在所述支持表面中的插入开口，被检体被插入到所述插入开口中。

23.根据权利要求22所述的声波测量装置，所述声波测量装置还包括：

液槽扫描单元，其以相对的方式相对于所述插入开口移动所述液槽。

24.根据权利要求22所述的声波测量装置，

所述换能器阵列包括光照射单元，该光照射单元朝着所述插入开口发出近红外光或红外光。

25.一种换能器阵列，所述换能器阵列包括：

多个换能器，各换能器用于接收声波并将接收到的声波转换为电信号；以及

支持部件，其支持所述多个换能器，并具有由回转二次曲面来限定的内表面，

其中，各换能器包括：

接收表面，其与所述支持部件相连，以便定向为朝向所述支持部件的所述内表面的内表面，以及

转换元件，其用于将换能器经由所述接收表面而接收到的声波转换为电信号，

其中，所述接收表面为具有相同长度的相邻边部分实际上相互正交且被四个顶点定义的大致平行四边形形状。

26.一种换能器阵列，所述换能器阵列包括：

多个换能器，各换能器具有大致正方形形状的接收表面；以及

碗状支持部件，其支持所述多个换能器，

其中，任意一对相邻的正方形形状的接收表面在所述碗状支持部件中以大致平行排列的方式进行排列。