DE4236255A1 - Akustische Linse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine akustische Linse zur Transfor­ mation einer ebenen akustischen Welle in eine kugelsegment­ förmige akustische Welle und umgekehrt, wobei die Schall­ ausbreitungsgeschwindigkeit in den Medien, in denen sich die ebene bzw. kugelsegmentförmige Welle ausbreitet, je­ weils geringer ist als die Schallausbreitungsgeschwindig­ keit in dem Linsenmaterial.

Zur Realisierung einer solchen Linse sind eine ganze Reihe von Ansätzen bekannt. Beispielsweise sind Linsen bekannt, bei denen die an das jeweilige Medium, in dem sich die ebene Welle ausbreitet, angrenzende Linsenfläche sphärisch ausgebildet ist. In diesem Falle kann die Linsenfläche, die an das Medium angrenzt, in dem sich die kugelsegment­ förmige Welle ausbreitet, sphärisch oder elliptisch ausge­ bildet sein. Auch eine elliptische Ausbildung beider Lin­ senflächen ist bekannt. Weiter ist es bekannt, die an das Medium, in dem sich die ebene Welle ausbreitet, angrenzen­ de Linsenfläche hyperbolisch und die andere Linsenfläche sphärisch auszubilden. Im Falle all dieser Linsengeome­ trien treten mehr oder weniger starke Aberrationen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine akustische Linse der eingangs genannten Art so auszubilden, daß Aberrationen weitestgehend vermieden sind.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Linse bikonkav und zu ihrer Mittelachse rotations­ symmetrisch ausgebildet ist, daß die an das Medium, in dem sich die ebene Welle ausbreitet, angrenzende Linsenfläche durch die Rotation eines Abschnittes einer die Mittelachse der Linse schneidenden Geraden erzeugt ist, daß die an das Medium, in dem sich die kugelsegmentförmige Welle ausbrei­ tet, angrenzende Linsenfläche durch die Rotation eines Ab­ schnittes einer Ellipse erzeugt ist, deren große und klei­ ne Halbachse die Mittelachse der Linse schneiden, und daß der Winkel zwischen der Geraden und der Mittelachse der Linse sowie der Winkel zwischen der großen Halbachse der Ellipse und der Mittelachse der Linse derart gewählt sind, daß eine in die Linse eintretende ebene bzw. kugelsegment­ förmige Welle sich in der Linse als Kegelwelle ausbreitet, deren Öffnungswinkel gleich dem doppelten Winkel ist, unter dem die kleine Halbachse der Ellipse die Mittelachse der Linse schneidet. Dies ist dann der Fall, wenn einer­ seits

und andererseits

gilt, wobei a die größere und b die kleinere Halbachse der Ellipse, c₁, c₂ und c₃ die Schallausbreitungsgeschwindig­ keiten in dem Medium der ebenen Welle, dem Linsenmaterial und dem Medium der kugelsegmentförmigen Welle, e die line­ are Exzentrizität der Ellipse, α der Winkel zwischen der Geraden und der Mittelachse der Linse und β der Winkel zwischen der großen Halbachse der Ellipse und der Mittel­ achse der Linse sind. Eine derart ausgebildet Linse stellt die exakte akustooptische Lösung für die Transformation einer ebenen in eine kugelsegmentförmige akustische Welle und umgekehrt dar, so daß zumindest theoretisch keinerlei Aberrationen auftreten. Dabei ist vorteilhaft, daß die Linsenflächen Rotationsflächen einfacher Kegelschnitte sind, so daß sich die Fertigung der erfindungsgemäßen Linse denkbar einfach und kostengünstig gestaltet, bei­ spielsweise auf CNC-Drehbänken unter Benutzung der dort zur Verfügung stehenden Standardfunktionen. Infolge des Umstandes, daß es sich bei der erfindungsgemäßen Linse um eine bikonkave Linse handelt, wird außerdem der Vorteil geringer Reflexionsverluste erzielt.

Verbesserte Möglichkeiten, die Linse den jeweiligen Erfor­ dernissen anpassen zu können, sind dann gegeben, wenn die Linse aus zwei Linsenteilen unterschiedlichen Linsenmate­ rials zusammengesetzt ist. In diesem Zusammenhang ist ge­ mäß einer Variante der Erfindung vorgesehen, daß die Linse in zwei Linsenteile unterteilt ist, daß die Trennfläche zwischen den beiden Linsenteilen durch die Rotation eines Abschnittes einer parallel zur kleineren Halbachse der Ellipse verlaufenden Geraden erzeugt ist, daß die Linsen­ teile aus unterschiedlichen Linsenmaterialien gebildet sind, in denen die Schallausbreitungsgeschwindigkeit unterschiedlich ist, und daß einerseits

und andererseits

gilt, wobei a die größere und b die kleinere Halbachse der Ellipse, c₁, c₂, c₃ und c₄ die Schallausbreitungsgeschwin­ digkeiten in dem Medium der ebenen Welle, dem Linsen­ material des an das Medium der ebenen Welle angrenzenden Linsenteiles, dem Medium der kugelsegmentförmigen Welle und dem Linsenmaterial des an das Medium der kugelsegment­ förmigen Welle angrenzenden Linsenteiles, e die lineare Exzentrizität der Ellipse, α der Winkel zwischen der Ge­ raden und der Mittelachse der Linse und β der Winkel zwischen der großen Halbachse der Ellipse und der Mittel­ achse der Linse sind. Infolge dieser Ausbildung tritt trotz der unterschiedlichen Schallausbreitungsgeschwindig­ keiten in den Linsenmaterialien der beiden Linsenteile beim Übergang der die Linse durchlaufenden akustischen Welle von dem einen in das andere Linsenteil keine Brechung auf, da die Wellenfront senkrecht auf die Trenn­ fläche auftrifft.

Gemäß einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Linse auf der Mittelachse der Linse gemessen die Dicke Null aufweist. In diesem Falle ergeben sich für Wellen vollflächigen, beispielsweise kreisscheibenförmigen Quer­ schnitts minimale Dämpfungsverluste. Für Wellen mit einem solchen Querschnitt, daß sie einen zentralen wellenfreien Bereich aufweisen, durch dessen Mittelpunkt die Mittel­ achse der Linse verläuft, beispielsweise im Querschnitt kreisringförmige Wellen, ist die Linse gemäß einer Vari­ ante der Erfindung mit einer zentralen Öffnung versehen und derart ausgebildet, daß sich die Gerade und die Ellip­ se in einem Punkt schneiden, dessen Abstand von der Mit­ telachse der Linse dem Radius der Öffnung bzw. des wellen­ freien Raumes der ebenen Wellen entspricht. Auch in diesem Falle sind die Dämpfungsverluste minimal.

Die weitergehende Aufgabe, eine akustische Linse anzu­ geben, in die auf einfache Weise wenigstens ein flächen­ hafter Drucksensor integriert werden kann, der den phasenrichtigen Empfang einer die Linse durchlaufenden Wellenfront ermöglicht, wird durch eine besonders bevorzugte Variante der Erfindung gelöst, die vorsieht, daß die Linse in zwei Linsenteile unterteilt ist, und daß die Trennfläche zwischen den beiden Linsenteilen durch die Rotation eines Abschnittes einer parallel zur kleineren Halbachse der Ellipse verlaufenden Gerade erzeugt ist. Diese Ausbildung bietet aufgrund des Umstandes, daß sich sowohl eine durch die kegelige Linsenfläche in die Linse eintretende ebene Welle als auch eine durch die ellipti­ sche Linsenfläche in die Linse eintretende kugelsegment­ förmige Welle in der Linse als Kegelwelle ausbreitet, deren Wellenfront im Längsschnitt betrachtet parallel zur kleineren Ellipsenhalbachse verläuft, die Möglichkeit, die sich in der Linse ausbreitende Welle phasenrichtig zu empfangen. Außerdem wird der weitere Vorteil erzielt, daß die Trennfläche in die Ebene abwickelbar ist und somit ein im Ausgangszustand ebener Drucksensor, z. B. eine piezo­ elektrisch aktivierte PVDF-Folie, problemlos appliziert werden kann, sofern er ausreichend flexibel ist. Ein zu­ sätzlicher Vorteil besteht darin, daß bei Verwendung eines piezoelektrischen Elementes als Drucksensor dieses selbst zur Aussendung von Schallwellen angeregt werden kann. Diese breiten sich in der Linse zunächst als Kegelwellen aus, und treten durch die kegelige Linsenfläche als ebene und durch die elliptische Linsenfläche als sphärische Wellen aus. Die Linsenteile können aus unterschiedlichen Linsenmaterialien gebildet sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 jeweils einen Längsschnitt durch eine erfin­ dungsgemäße Linse,

Fig. 3 ebenfalls einen Längsschnitt durch eine erfin­ dungsgemäße Linse, welche piezoelektrische Elemente enthält und eine zentrale Bohrung aufweist,

Fig. 4 eine Ansicht der Linse gemäß Fig. 3, und

Fig. 5 eine Variante der Linse gemäß den Fig. 3 und 4 im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Linse 1, die in einem rohrförmigen Bauteil 2 derart aufgenommen ist, daß sie ein Medium M1, das die Schallausbreitungsgeschwindigkeit c₁ aufweist, von einem Medium M3 trennt, das die Schallge­ schwindigkeit c₃ aufweist. Die Linse 1 selbst besteht aus einem Medium M2, das die Schallausbreitungsgeschwindigkeit c₂ aufweist.

Die Linse 1 ist in bezug auf eine in der Zeichenebene lie­ gende Achse A rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Achse A ist also die Mittelachse der Linse 1.

Die an das Medium Ml angrenzende Linsenfläche 3 ist durch die Rotation des Abschnittes einer in Fig. 1 strichliert eingetragenen Geraden C erzeugt, die die Achse A unter einem Winkel α schneidet, der so gewählt ist, daß die Lin­ senfläche 3 eine konkave kegelförmige Vertiefung dar­ stellt.

Die an das Medium M3 angrenzende Linsenfläche 4 ist durch die Rotation des Abschnittes einer in Fig. 1 strichpunk­ tiert eingetragenen Ellipse E um die Achse A erzeugt, wo­ bei die Hauptachse die Achse A unter dem Winkel β schnei­ det, und zwar in demjenigen Brennpunkt F2 der beiden Brennpunkte F1 und F2 der Ellipse E, der längs der Haupt­ achse H gemessen von der Linsenfläche 4 einen Abstand auf­ weist, der gleich der Summe der größeren Halbachse a und der linearen Exzentrizität e entspricht.

Wenn die Winkel α und β derart gewählt sind, daß für das Verhältnis der Schallgeschwindigkeiten c₂ und c₁

gilt, und für das Verhältnis der Schallgeschwindigkeiten c₃ und c₂

gilt, so transformiert die Linse 1 eine aus dem Medium Ml in die Linse 1 eintretende ebene Welle mit rechtwinklig zur Achse A verlaufender Wellenfront in eine sich in dem Medium M3 ausbreitende Kugelwelle, genauer gesagt kugel­ segmentförmige Welle, die auf den Brennpunkt F2 der Ellip­ se E fokussiert ist. Umgekehrt transformiert die Linse l eine von dem Brennpunkt F2 der Ellipse E ausgehende Kugel­ welle bzw. kugelsegmentförmige Welle in eine sich in dem Medium M1 ausbreitende ebene Welle. In beiden Fällen sind Aberrationen unter idealen Verhältnissen gänzlich vermie­ den. In beiden Fällen breitet sich übrigens die in die Linse 1 eingetretene Welle innerhalb der Linse 1 als Kegelwelle aus, deren Öffnungswinkel γ, wie am Beispiel einer in Fig. 1 strichliert eingetragenen Wellenfront W deutlich wird, gleich dem doppelten Winkel δ ist, unter dem die kleine Halbachse b der Ellipse E die Achse A schneidet, d. h. die Wellenfront W verläuft im Längsschnitt gesehen parallel zu der kleinen Halbachse b der Ellipse E.

Die Linse 5 gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen, die auf der Achse A gemessen die Dicke d aufweist, lediglich dadurch, daß das sie auf der Achse A gemessen die Dicke Null aufweist. In diesem Falle sind die Dämpfungsverluste in der Linse 5 minimal, da diese dann an beliebigen Stellen in Schallausbreitungsrichtung gemessen die geringstmögliche Dicke aufweist. Wenn die Rede davon ist, daß die Dicke d gleich Null ist, so ist darunter zu verstehen, daß eine akustisch vernachlässigbare minimale Dicke d vorhanden ist, die eine Trennung der Medien M1 und M3 sicherstellt. Wenn beiderseits der Linse 5 anders als in Fig. 2 dargestellt das gleiche Medium vorhanden ist, kann die auf der Achse A gemessene Dicke d tatsächlich den Wert Null haben.

Die Linse 6 gemäß den Fig. 3 und 4 unterscheidet sich von den beiden zuvor beschriebenen Linsen zunächst dadurch, daß sie eine zentrale Öffnung 7 aufweist. Dies ist bei­ spielsweise beim Einsatz der Linse 6 in einem Therapie­ gerät zur Behandlung mit fokussierten akustischen Wellen wünschenswert, da sich dann der Ultraschallkopf einer Ultraschall-Ortungseinrichtung durch die Öffnung 7 er­ strecken kann. In der Praxis bedeutet dies, daß beider­ seits der Linse, so wie in Fig. 3 dargestellt, das gleiche Medium M1 vorhanden ist, sofern nicht durch einen Tubus oder dergleichen in nicht dargestellter Weise eine Trenn­ wand gebildet wird, um die Verwendung unterschiedlicher Medien zu ermöglichen. Ist wie in Fig. 3 dargestellt das gleiche Medium, nämlich das Medium M1 mit der Schallaus­ breitungsgeschwindigkeit c₁, für die ebene als auch die kugelsegmentförmige Welle vorgesehen, befindet sich also beiderseits der Linse 6 das gleiche Medium, so ist in die im Zusammenhang mit der Linse gemäß Fig. 1 angegebene zweite Formel anstelle der Schallausbreitungsgeschwindig­ keit c₃ die Schallausbreitungsgeschwindigkeit c₁ einzu­ setzen. Um die Dämpfungsverluste der Linse 6 minimal zu halten, ist diese derart ausgebildet, daß sich die Gerade C und die Ellipse E in einem Punkt schneiden, dessen Ab­ stand von der Achse A dem Radius der Öffnung 7 entspricht. Ein weiterer Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen besteht darin, daß die Linse 6 in zwei Linsenteile 6a und 6b unterteilt ist, wobei die Trennfuge durch die Rotation des Abschnittes einer parallel zu der kleinen Halbachse b der Ellipse E verlaufenden Geraden T erzeugt ist. Auf die Trennflächen der miteinander durch eine dünne Klebstoffschicht verbundenen Linsenteile 6a und 6b sind, wie in Verbindung mit der Fig. 4 deutlich wird, als Drucksensoren flächenhafte piezoelektrische Elemente, nämlich drei piezoelektrisch aktivierte Polyvinyliden­ fluorid(PVDF)-Folienabschnitte 8a, 8b, 8c, appliziert, die in Richtung der Achse A betrachtet von kreisring­ segmentförmiger Gestalt sind und sich jeweils über an­ nähernd 120° erstrecken. Mit diesen kann der Druckverlauf eines die Linse 6 durchlaufenden Schallfeldes gemessen werden. Dies ermöglicht beispielsweise im Fall von Thera­ piegeräten zur Behandlung mit fokussierten Schallwellen, einerseits die von dem Gerät abgegebenen Schallwellen zu kontrollieren und andererseits für Ortungszwecke Echos dieser Schallwellen zu empfangen. Es wird in diesem Zu­ sammenhang auf die DE-PS 40 34 533 verwiesen, in der ein entsprechendes Therapiegerät beschrieben ist, das jedoch eine abweichend von der vorliegenden Erfindung ausgebil­ dete akustische Linse aufweist. Die erfindungsgemäße Linse bietet, wie schon bei der Erläuterung der Ausführungsform gemäß Fig. 1 deutlich wurde, den Vorteil, daß sowohl für den Fall einer von links in die Linse 6 eintretenden ebe­ nen Welle als auch einer von rechts in die Linse 6 ein­ treten den Kugelwelle in der Linse 6 der Ort aller Punkte gleicher Phasenlage eine Kegelfläche ist, deren Mantel­ linie parallel zu der kleinen Halbachse b der Ellipse E verläuft. Dies bedeutet, daß mit den PVDF-Folienab­ schnitten 8a bis 8c grundsätzlich ein phasenrichtiger Empfang eines die Linse 6 durchlaufenden Schallfeldes möglich ist, unabhängig, ob es als ebene Welle von links oder als von dem Brennpunkt F2 ausgehende Kugelwelle von rechts in die Linse 6 eintritt.

Ein weiterer Vorteil der Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4 liegt darin, daß dann, wenn mehrere oder einzelne PVDF-Folienabschnitte 8a bis 8c durch geeignete elektri­ sche Signale angesteuert werden, von den angesteuerten PDVF-Folienabschnitten Kegelwellen ausgehen, die als ebene Wellen nach links und als auf den Brennpunkt F2 fokus­ sierte Kugelwellen nach rechts aus der Linse 6 austreten. Insbesondere die so erzeugten Kugelwellen können in Thera­ piegeräten zur Behandlung mit fokussiertem Ultraschall zur Impuls-Echo-Ortung eines zu behandelnden Bereiches aus­ gesendet und mittels der PVDF-Folienabschnitte 8a bis 8c sowohl gesendet als auch empfangen werden.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 5 unterscheidet sich von der gemäß den Fig. 3 und 4 dadurch, daß die beiden Linsen­ teile 9a und 9b der Linse 9 aus unterschiedlichen Linsen­ materialien (M2 und M4) gebildet sind, in denen unter­ schiedliche Schallausbreitungsgeschwindigkeiten c₂ und c₄ vorliegen. Das die kegelige Linsenfläche 3 aufweisende Linsenteil 9a ist aus dem Linsenmaterial M2 und das die ellipsoidförmige Linsenfläche 4 aufweisende Linsenteil 9 ist aus dem Linsenmaterial M4 gebildet. Um trotz der Verwendung zweier unterschiedlicher Linsenmaterialien M2 und M4 die zuvor beschriebene Wirkungsweise der Linse zu gewährleisten muß einerseits

und andererseits

gelten. Dabei ist für den Fall, daß wie in Fig. 5 darge­ stellt das gleiche Medium M1 mit der Schallausbreitungs­ geschwindigkeit c₁ für die ebene und die kugelsegment­ förmige Welle vorgesehen ist, sich beiderseits der Linse 9 also das gleiche Medium befindet, in letztere Formel an­ stelle der Schallausbreitungsgeschwindigkeit c₃ die Schallausbreitungsgeschwindigkeit c₁ einzusetzen.

Infolge der Verwendung zweier unterschiedlicher Linsen­ materialien M2 und M4 ergeben sich verbesserte Möglich­ keiten der Anpassung der Linse 9 an die jeweiligen Erfor­ dernisse. Da die sich in der Linse 9 ausbreitende Kegel­ welle rechtwinklig auf die Trennfläche zwischen den Lin­ senteilen 9a und 9b auftrifft, tritt keine Brechnung auf. Die Linse 9 kann wie auch die Linse gemäß den Fig. 3 und 4 im Bereich der Trennfläche zwischen den Linsenteilen 9a und 9b mit piezoelektrisch aktivierten PVDF-Folienab­ schnitten 8a bis 8c versehen sein, so wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Das in diesem Zusammenhang bezüglich der Ausführungsform gemäß den Fig. 3 und 4 Gesagte gilt analog.

Es versteht sich, daß auch die Linsen gemäß den Fig. 1 und 2 in zu den Fig. 3 und 4 analoger Weise in zwei Linsen­ teile aus unterschiedlichen Linsenmaterialien unterteilt sein können, wobei nicht notwendigerweise PVDF-Folienab­ schnitte in der Trennfläche angeordnet sein müssen.

Neben der theoretisch vollständigen Vermeidung von Aberra­ tionen ist den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Vorteil gemeinsam, daß die entsprechenden Linsen bzw. For­ men zu deren Herstellung mittels herkömmlicher CNC-Werk­ zeugmaschinen leicht herstellbar sind. Anstelle von PVDF- Folienabschnitten können auch andere Drucksensoren ver­ wendet werden, die nicht notwendigerweise nach dem piezo­ elektrischen Prinzip aufgebaut sein müssen.

Es versteht sich, daß auch die Linsen gemäß den Fig. 1 und 2 in der im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 beschriebe­ nen Weise geteilt und mit PVDF-Folienabschnitten versehen werden können. Die Anzahl der PVDF-Folienabschnitte muß nicht notwendigerweise gleich drei sein; größere und auch kleinere Anzahlen sind möglich. Es kann auch ein einziger PVDF-Folilenabschnitt vorgesehen sein.

Obwohl, wie vorstehend beschrieben, unterschiedliche Medien M1 und M3 an die beiden Linsenflächen 3 und 4 angrenzen können, wird es in der Praxis oft der Fall sein, daß ein und dasselbe Medium auf beiden Seiten der Linse vorhanden ist. Im Falle von medizinischen Anwendungen wird es sich dabei in der Regel um Wasser handeln, dessen aku­ stische Impedanz mit der von Körpergewebe annähernd über­ einstimmt. In diesem Fall eignet sich als Linsenmaterial M2 im Falle der Ausführungen gemäß den Fig. 1 bis 4 bei­ spielsweise Polystyrol. Im Falle der Ausführungsform gemäß Fig. 5 eignet sich als Linsenmaterial M2 und M4 beispielsweise Polystyrol und Polymethylpentene (TPX).

Claims (11)

1. Akustische Linse (1; 5; 6; 9) zur Transformation einer ebenen akustischen Welle in eine kugelsegmentförmige akustische Welle und umgekehrt, wobei die Schallausbrei­ tungsgeschwindigkeit (c₁ bzw. c₃; c₁) in den Medien (M1 bzw. M3; M1) in denen sich die ebene bzw. kugelsegment­ förmige Welle ausbreitet, jeweils geringer ist als die Schallausbreitungsgeschwindigkeit (c₂; c₂, c₄) in dem Linsenmaterial (M2; M2, M4), dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Linse (1; 5; 6; 9) bikonkav und rotationssymmetrisch zu ihrer Mittelachse (A) ausgebildet ist, daß die an das Medium (M1), in dem sich die ebene Welle ausbreitet, angrenzende Linsenfläche (3) durch die Rotation eines Abschnittes einer die Mittelachse (A) der Linse (1; 5; 6; 9) schneidenden Geraden (G) erzeugt ist, daß die an das Medium (M3), in dem sich die kugel­ segmentförmige Welle ausbreitet, angrenzende Linsenfläche (4) durch die Rotation eines Abschnittes einer Ellipse (E) erzeugt ist, wobei die große und die kleine Halbachse (a,b) der Ellipse (E) die Mittelachse (A) der Linse (1; 5; 6; 9) schneiden und daß der Winkel (α) zwischen der Geraden (G) und der Mittelachse (A) der Linse (1; 5; 6; 9) sowie der Winkel (β) zwischen der großen Halbachse (a) der Ellipse (E) und der Mittelachse (A) der Linse (1; 5; 6; 9) derart gewählt sind, daß eine in die Linse (1; 5; 6; 9) eintretende ebene bzw. kugelsegmentförmige Welle sich in der Linse (1; 5; 6; 9) als Kegelwelle ausbreitet, deren Öffnungswinkel (γ) gleich dem doppelten Winkel (δ) ist, unter dem die kleine Halbachse (b) der Ellipse (E) die Mittelachse (A) der Linse (1; 5; 6; 9) schneidet.

2. Linse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einerseits und andererseits gilt, wobei a die größere und b die kleinere Halbachse der Ellipse, c₁, c₂ und c₃ die Schallausbreitungsgeschwindig­ keiten in dem Medium (M1) der ebenen Welle, dem Linsen­ material (M2), e die lineare Exzentrizität der Ellipse (E), α der Winkel zwischen der Geraden (G) und der Mit­ telachse (A) der Linse (1; 5; 6) und β der Winkel zwi­ schen der großen Halbachse (a) der Ellipse (E) und der Mittelachse (A) der Linse (1; 5; 6) sind.

3. Linse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Medium (M1) der ebenen Welle gleich dem der kugelsegmentförmigen Welle ist und daß einerseits und andererseits gilt, wobei a die größere und b die kleinere Halbachse der Ellipse, c₁ und c₂ die Schallausbreitungsgeschwin­ digkeiten in dem Medium (M1) der ebenen und der kugel­ segmentförmigen Welle sowie dem Linsenmaterial (M2) und dem Medium (M3) der kugelsegmentförmigen Welle, e die lineare Exzentrizität der Ellipse (E), α der Winkel zwischen der Geraden (G) und der Mittelachse (A) der Linse (1; 5; 6) und β der Winkel zwischen der großen Halb- Halbachse (a) der Ellipse (E) und der Mittelachse (A) der Linse (1; 5; 6) sind.

4. Linse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Linse (9) in zwei Linsenteile (9a, 9b) unterteilt ist, die aus unterschiedlichen Linsen­ materialien (M2, M4) gebildet sind, in denen die Schall­ ausbreitungsgeschwindigkeit (c₂, c₄) unterschiedlich ist.

5. Linse nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trennfläche zwischen den beiden Linsenteilen (9a, 9b) durch die Rotation eines Ab­ schnittes einer parallel zur kleineren Halbachse (b) der Ellipse (E) verlaufenden Geraden (T) erzeugt ist, wobei einerseits und andererseits gilt, wobei a die größere und b die kleinere Halbachse der Ellipse, c₁,c₂, c₃ und c₄ die Schallausbreitungsgeschwin­ digkeiten in dem Medium (M1) der ebenen Welle, dem Linsen­ material (M2) des an das Medium (M1) der ebenen Welle an­ grenzenden Linsenteiles (9a), dem Medium (M3) der kugel­ segmentförmigen Welle und dem Linsenmaterial (M4) des an das Medium (M3) der kugelsegmentförmigen Welle angrenzen­ den Linsenteiles (9b), e die lineare Exzentrizität der Ellipse (E), α der Winkel zwischen der Geraden (G) und der Mittelachse (A) der Linse (9) und β der Winkel zwischen der großen Halbachse (a) der Ellipse (E) und der Mittelachse (A) der Linse (9) sind.

6. Linse nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Medium (M1) der ebenen Welle gleich dem der kugelsegmentförmigen Welle ist und daß die Trennfläche zwischen den beiden Linsenteilen (9a, 9b) durch die Rotation eines Abschnittes einer parallel zur kleineren Halbachse (b) der Ellipse (E) verlaufenden Geraden (T) erzeugt ist, wobei einerseits und andererseits gilt, wobei a die größere und b die kleinere Halbachse der Ellipse, c₁, c₃ und c₄ die Schallausbreitungsgeschwindig­ keiten in dem Medium (M1) der ebenen und der kugelsegment­ förmigen Welle, dem Linsenmaterial (M2) des an die ebene Welle angrenzenden Linsenteiles (9a) und dem Linsenmate­ rial (M4) des an die kugelsegmentförmigen Welle angrenzen­ den Linsenteiles Linsenteiles (9b), e die lineare Exzen­ trizität der Ellipse (E), α der Winkel zwischen der Ge­ raden (G) und der Mittelachse (A) der Linse (9) und β der Winkel zwischen der großen Halbachse (a) der Ellipse (E) und der Mittelachse (A) der Linse (9) sind.

7. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Linse (5) auf der Mittelachse (A) der Linse (5) gemessen die Dicke Null aufweist.

8. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß sie eine zentrale Öffnung (7) aufweist und daß sich die Gerade (G) und die Ellipse (E) in einem Punkt schneiden, dessen Ab­ stand von der Mittelachse (A) der Linse (6; 9) dem Radius der Öffnung (7) entspricht.

9. Linse nach einem der vorstehenden Ansprüche mit Aus­ nahme der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Linse (6) in zwei Linsenteile (6a, 6b) unterteilt ist, und daß die Trenn­ fläche zwischen den beiden Linsenteilen (6a, 6b) durch die Rotation eines Abschnittes einer parallel zur kleineren Halbachse (b) der Ellipse (E) verlaufenden Gerade (T) er­ zeugt ist und daß in der Trennfläche wenigstens ein flächenhafter Drucksensor (8a bis 8c) angeordnet ist.

10. Linse nach einem der Ansprüche 4 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Trennfläche wenigstens ein Drucksensor (8a bis 8c) an­ geordnet ist.

11. Linse nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Drucksensor (8a bis 8c) ein piezoelektrisches Element vorgesehen ist.