本發(fā)明公開了一種測量聲波的換能器陣列，特別地，其涉及一種測量通過光聲效應(yīng)而產(chǎn)生的聲波的換能器陣列。

背景技術(shù)：

已知有利用光聲效應(yīng)的光聲斷層攝影術(shù)(PAT)診斷裝置。在這種裝置中，對象物被來自Nd：YAG激光脈沖光源的照明光(近紅外光)照射，并且在照射期間，通過光聲效應(yīng)在對象物內(nèi)生成的聲波被二維或三維陣列換能器(換能器陣列)接收，以生成并顯示圖像。

公開號為2001-507952的PCT日本專利翻譯公開了這樣一種光聲測量裝置：為了增加通過各傳播路徑從被檢體傳播的聲波信號的分離和合成的精度，該光聲測量裝置配設(shè)有換能器陣列，在該換能器陣列中，多個換能器排列在具有曲面形狀的支持結(jié)構(gòu)中。此外，公開號為2001-507952的PCT日本專利翻譯中公開的換能器是包括圓形接收表面的壓電換能器。

得益于微電機械系統(tǒng)技術(shù)，已知有由具有高密度、高靈敏度及廣接收帶特性的電容式微加工超聲傳感器(CMUT)構(gòu)成的換能器。微電機械系統(tǒng)技術(shù)也被稱為微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)，在本說明書的下文中，該技術(shù)將被稱為MEMS。

由于CMUT元件是通過半導(dǎo)體過程形成的，因此利用能夠?qū)雽?dǎo)體晶片18切成預(yù)定形狀和尺寸的塊切割技術(shù)(dicing cut technique)，從半導(dǎo)體晶片18中切割出CMUT元件。因此，為了增加半導(dǎo)體晶片的收益率，CMUT元件的外邊緣形狀不是像公開號為2001-507952的PCT日本專利翻譯中那樣為圓形的，而是具有包括正方形形狀的平行四邊形形狀。

當將這種具有平行四邊形形狀的接收表面的換能器安裝在換能器陣列上時，在定義接收表面的頂點之一與定義相鄰接收表面的頂點之一彼此貼近的配置中，換能器的安裝密度降低，圖像的分辨率不利地受限。此外，在定義接收表面的頂點之一與定義相鄰接收表面的邊彼此貼近的配置中，有效接收區(qū)域彼此重疊，不利地生成了串擾，不利地限制了圖像的分辨率。此外，在該模式中，當為了確保接收表面的安裝密度而減小單個換能器的接收表面的面積時，從而使得接收面積受限制，并且換能器陣列的接收靈敏度降低，使得很難獲得被檢體內(nèi)的深部的信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的換能器陣列為包括各自用于接收聲波并將接收到的聲波轉(zhuǎn)換成電信號的多個換能器，以及支持多個換能器并具有由回轉(zhuǎn)二次曲面限定的內(nèi)表面的支持部件的換能器陣列，所述回轉(zhuǎn)二次曲面是根據(jù)虛擬二次曲線圍繞虛擬旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而形成的。換能器包括接收表面和轉(zhuǎn)換元件，所述接收表面具有由四個頂部限定的大致平行四邊形形狀，所述接收表面連接到所述支持部件以便定向為朝向所述支持部件的所述內(nèi)表面的內(nèi)側(cè)，并且所述轉(zhuǎn)換元件將所述接收表面接收到的聲波轉(zhuǎn)換成電信號。在所述接收表面中，所述四個頂部中的一個比其它三個頂部更靠近所述虛擬旋轉(zhuǎn)軸。

此外，本公開的換能器陣列是包括多個換能器和支持多個換能器的碗狀支持部件的換能器陣列。各換能器陣列包括接收聲波的大致平行四邊形形狀的接收表面，且多個換能器被支持部件支持，以使得包括在支持部件的預(yù)定區(qū)域中的多個接收表面被排列在網(wǎng)格上，所述網(wǎng)格是從支持部件的碗狀內(nèi)表面的中心一側(cè)沿內(nèi)表面延伸的、由多個虛擬右手螺旋和與虛擬右手螺旋交叉的多個虛擬左手螺旋之間的交叉點所形成的。

根據(jù)以下參照附圖對示例性實施例的詳細描述，本發(fā)明的其他特征將變得清楚。

附圖說明

圖1A至圖1D是與本公開的第一示例性實施例的換能器陣列相關(guān)的圖，其中圖1A是俯視圖，圖1B是頂視圖，圖1C是局部放大圖，圖1D是頂視圖。

圖2是根據(jù)本公開第二示例性實施例的、測量光聲波的聲波測量裝置的框圖。

圖3是例示半導(dǎo)體晶片上形成的CMUT元件的概念圖。

圖4是例示換能器陣列的支持部頂點的掃描軌跡的概念圖。

圖5是例示與本公開的第一示例性實施例相關(guān)的換能器陣列的截面的截面圖。

圖6A至圖6D是例示支持部的示例性實施例的截面圖。

圖7A至圖7D是例示接收表面的示例性實施例的平面圖。

具體實施方式

示例性實施例

聲波測量裝置

圖2是例示第二示例性實施例的框圖，其中本公開的換能器陣列32被應(yīng)用于測量光聲波的聲波測量裝置21。支持臺1包括從下方支持被檢者24的支持面25和配設(shè)在支持面25中且被被檢體20向下插入的插入開口12。被檢體20被保持在配設(shè)在支持臺1中的保持部件11上。被檢體20包括被檢者24的胸部、四肢、頭部等。保持部件11呈碗狀，從而被檢體20可以輕松地被保持在其中。

換能器陣列32將聲波發(fā)送到被檢體20，并且接收由被檢體20反射的聲波。可選擇地，換能器陣列32接收作為聲波的壓力彈性波，該壓力彈性波是作為由被檢體20的內(nèi)部被來自稍后描述的光照射單元(光照射部件)31的脈沖光照射所造成的被檢體20的局部和短時間的膨脹或壓縮等變化的結(jié)果而創(chuàng)建的。

在換能器陣列32中，包含在換能器321中的接收表面10被配置為朝向被檢體20。接收表面10連接到液槽36和支持部件322，從而接收表面10朝向液槽36內(nèi)；因此，換能器321能夠有效地獲取從被檢體20傳播的聲波。

匹配液體35被填充并被保存在換能器陣列32和保持部件11之間的液槽36中。換能器陣列32與填充了匹配液體35的液槽36連接。此外，可以說換能器32構(gòu)成填充有匹配液體35的液槽36的一部分。液槽36包括在與插入開口12重疊的位置處的、在聲學(xué)上被打開的開口部分16，從而被檢體20能夠與保存在液槽36中的匹配液體35聲學(xué)接觸。換能器陣列32在面向開口部分16的一側(cè)上與液槽36連接。

匹配液體35中使用其聲阻抗比空氣的聲阻抗更接近被檢體的組織的聲阻抗的水。除了水之外，凝膠等也可以用作匹配液體35。

換能器陣列32包括照相機33，照相機33用于觀察被檢體20被保持單元11、換能器321以及沿水平面(XY平面)以二維移動液槽36的液槽掃描單元34保持的狀態(tài)。

液槽掃描單元34相對于插入開口12移動液槽36，以沿水平面執(zhí)行換能器陣列32的接收區(qū)域的二維掃描，從而使被檢體20和接收區(qū)域彼此重疊?？梢哉f，在本示例性實施例中，在被來自光照射單元31的光照射的光照射區(qū)域(未示出)與被檢體20重疊的狀態(tài)下，光照射區(qū)域能夠沿水平面執(zhí)行二維掃描。

注意，作為線性導(dǎo)軌、進給螺桿機構(gòu)、馬達等(均未示出)的組合的XY液槽掃描單元也包含在本公開的液槽掃描單元34中。

信號處理單元4對數(shù)字數(shù)據(jù)(聲學(xué)數(shù)據(jù))執(zhí)行AD轉(zhuǎn)換并執(zhí)行信號處理。圖像生成單元6利用聲學(xué)數(shù)據(jù)生成二維或三維聲學(xué)圖像。顯示單元7顯示所生成的聲學(xué)圖像和利用照相機33獲取的圖像?？刂茊卧?整體控制至少XY液槽掃描單元、光源5和信號處理單元4。

保持部件

保持部件11具有在測量期間將被檢體20的形狀保持為預(yù)定形狀的保持功能，并具有不阻礙聲波從被檢體20到達換能器陣列32的傳播的聲阻抗。盡管根據(jù)被檢體20的形式選擇保持部件11，但當被檢體20為胸部時，使用碗狀曲面支持部。關(guān)于保持部件11，準備具有根據(jù)被檢體的尺寸和形狀的尺寸和曲率的多個可更換支持部，或者應(yīng)用具有彈性的彈性體等。

注意，為了方便聲波的傳輸，薄達0.05mm至1.0mm的厚度被應(yīng)用于保持部件11。此外，在本示例性實施例中，保持部件11為傳輸從光照射單元31照射的脈沖光的光傳輸部件。在從本示例性實施例中的除去光照射單元31、光引導(dǎo)部件51以及光源5的聲波測量裝置(未示出)的情況下，保持部件11的光傳輸特性就不是必需的。

由于保持部件11保持攝影位置，因此期望保持部件11由具有能夠經(jīng)受被檢體20的負荷的強度的部件構(gòu)成，聚乙烯對苯二酸鹽(PET)被應(yīng)用。

光源

光源5通過使被檢體20被脈沖光照射而在被檢體20內(nèi)生成光聲波。當被檢體20是組織時，光源5發(fā)出具有被構(gòu)成被檢體20的成分中的特定成分吸收的特定波長的光。光源5可以以一體化方式與換能器陣列32配設(shè)在一起；然而，如在本示例性實施例中的，光源5可以通過光引導(dǎo)部件51與換能器陣列32分離，也可以光學(xué)連接。

期望光源5是能夠生成脈沖寬度為幾納秒至幾百微秒的脈沖光作為照射光的脈沖光源；然而，為了以有效方式生成光聲波，本示例性實施例被配置為能夠在10至100納秒之間調(diào)整脈沖寬度。

由于能夠獲得高輸出，對于光源5來說激光是滿足需要的；然而，可以使用發(fā)光二極管等來代替激光。關(guān)于激光，可以使用各種激光，例如固態(tài)激光、氣體激光、纖維激光、燃料激光以及半導(dǎo)體激光。利用光源控制器(未示出)來控制照射定時、波形以及強度。在本公開中，期望所使用的光源的波長為將光傳播到被檢體20內(nèi)的紅外波長。從本示例性實施例中的光源5發(fā)出的光的中心波長為500nm以上至1200nm以下，即該光為近紅外光。

光引導(dǎo)部件

從光源5發(fā)出的光在利用光引導(dǎo)部件51而被處理為期望的光分布形狀的同時被引導(dǎo)至被檢體20。光引導(dǎo)部件51包括關(guān)節(jié)臂，光纖和帶鏡鏡筒置于關(guān)節(jié)臂中。

除了上述部件之外，光引導(dǎo)部件51包括例如反射光的鏡，收集、放大并改變光的形狀的透鏡以及漫射光的漫射板。

換能器陣列

圖1A至圖1D是與本公開的第一示例性實施例的換能器陣列32相關(guān)的圖，其中圖1A是俯視圖，圖1B和圖1D是頂視圖，圖1C是局部放大圖。此外，圖6A至圖6D是與本公開的第一示例性實施例相關(guān)的換能器陣列32的截面圖。

如圖6A至圖6D中所示，換能器陣列32包括配設(shè)有多個在聲學(xué)上被打開的開口40的碗狀支持部件322、各自與多個開口40中對應(yīng)的一個開口連接并將聲波轉(zhuǎn)換成電信號的多個換能器321。換句話說，換能器陣列32包括內(nèi)表面由回轉(zhuǎn)二次曲面限定的碗狀支持部件322、以及將聲波轉(zhuǎn)換成電信號的多個換能器321，從而使多個探針321的各個接收表面10以朝向碗狀內(nèi)表面的內(nèi)側(cè)的方式與支持部322連接。稍后將描述回轉(zhuǎn)二次曲面。支持部件可以改變?yōu)榘ň哂卸鄠€子支持部件的一體化的碗狀結(jié)構(gòu)(未示出)的多種變形例，各子支持部件保護多個換能器中對應(yīng)的一個。

注意，如圖1B和圖1D所示，由于本示例性實施例的換能器陣列32被應(yīng)用于測量光聲波的聲波測量裝置21，因此換能器陣列32包括照相機33，該照相機33觀察通過光源5和光引導(dǎo)部件51連接的光照射單元31、換能器321以及被檢體20的保持狀態(tài)。

本公開為內(nèi)表面由回轉(zhuǎn)二次曲面限定的換能器陣列中的多個接收表面的陣列，這將在稍后進行描述。

換能器

換能器321各自檢測聲波，并將聲波轉(zhuǎn)換成作為模擬信號的電信號。可以使用能夠檢測聲波的任意元件，例如利用壓電現(xiàn)象的轉(zhuǎn)換元件、利用光學(xué)共振的轉(zhuǎn)換元件或是利用容量變化的轉(zhuǎn)換元件。

在本示例性實施例中，通過將多個換能器321彼此有間隙地配置在支持部件322中，形成包括探針的多維陣列的換能器陣列32。使用元件的這種多維陣列使得能夠在多個位置處同時檢測聲波，并能縮短檢測時間。

作為換能器中的一種，開發(fā)了利用微加工處理制成的電容式微加工超聲傳感器。電容式微加工超聲傳感器包括這樣一個單元：該單元包含與下部電極之間有間隙的被支持振動膜和配置在振動膜的表面上的上部電極。這種電容式微加工超聲傳感器被稱為CMUT。CMUT能夠形成在幾平方毫米中包含幾十至幾千個電容單元的接收表面，并采用輕型振動膜；因此，CMUT能夠確保寬接收帶。

圖3是在半導(dǎo)體晶片18上形成CMUT元件陣列的示意圖。此外，圖7A至圖7D是例示接收表面10的示例性實施例的示意圖。

利用塊切割技術(shù)從半導(dǎo)體晶片18中形成CMUT元件，從而將各個振動膜(膜)切割成單位晶胞。單位晶胞成為基于聲波信號從換能器321讀出電信號的通道的最小單位。在執(zhí)行塊切割技術(shù)時，以預(yù)定空間間隔重復(fù)平行方式的切割以切出所需的設(shè)備區(qū)域?？梢允拱懈畹慕邮毡砻?0的CMUT元件具有預(yù)定的一致形狀和尺寸。

因此，如圖3和圖7A所示，所切割的CMUT元件的接收表面10的外邊緣具有包括四個頂部的大致平行四邊形形狀。為了減少安裝在換能器陣列32上時各個換能器321的定向依賴，即從對稱性的方面來說，在本示例性實施例中CMUT元件為正方形。

注意，如圖7A所示，本示例性實施例的接收表面10包括CMUT元件的6×6＝36個單位晶胞。CMUT元件設(shè)置電容，并包括用于將電容變化讀出至外部的正極和負極對(未示出)。接收聲波的振動膜(薄膜)被聲學(xué)地結(jié)合至正極和負極對中的任一個上。因此，CMUT元件的接收表面10能被成形為被聲學(xué)地結(jié)合至正極和負極對中的任一個的振動膜。

在圖7A所示的接收表面10中，四個頂部Va各個都是直角，邊部分Ea形成線形正方形。此外，本示例性實施例的接收表面10包括排列為矩陣的單位晶胞17。

同時，圖7B中示出的接收表面10與圖7A中示出的接收表面10的不同在于四個頂部Vb各自相對于邊部分成45度錐形。在本示例性實施例中，期望錐形部分的長度為外接正方形的邊的14％或更小，該外接正方形為在接收表面10的外側(cè)、內(nèi)接接收表面10的最小平行四邊形形狀。

此外，圖7C中所示的接收表面10與圖7A和圖7B中示出的接收表面10的不同在于使四個頂部Vb中的各個變圓為四分之一圓(quadrant)，并且單位晶胞17以交錯方式排列。在本示例性實施例的交錯陣列中，各個線之間的單位晶胞17的相位被移動180度。

此外，圖7D中示出的接收表面10與圖7C中示出的接收表面10的不同在于邊部分Ed被限定為彎曲線(bent line)。

如上文所述，不僅是圖7A中示出的幾何上嚴密的正方形，各個接收表面10也可以為大致正方形，其中具有相同長度的相鄰邊部分實際上彼此正交。換句話說，在本說明書中，各個接收表面10不必為幾何學(xué)上嚴密的平行四邊形形狀，并且如圖7B至圖7D所示，接收表面10包括通過半導(dǎo)體切割處理(例如塊切割等)以及簡單的外圍部分處理所限定的大致平行四邊形形狀。注意，圖7B和圖7C中示出的接收表面10的頂部Vb和Vc成錐形和制圓的目的在于減少在切割之后的處理期間出現(xiàn)頂部的剝落和破損。

注意，除了CMUT，能被應(yīng)用于本公開的換能器陣列的換能器包括壓電聲波傳感器(壓電微加工超聲傳感器)。

支持部

接下來將參照圖1和圖5描述支持部件322。支持部件322沿配設(shè)在支持部件322中的開口支持多個換能器321。本示例性實施例是換能器陣列32，其中多個換能器321各自與在半球形支持部件322中的多個開口40的中的對應(yīng)的一個開口連接。

多個換能器321連接至支持部件322，從而使換能器321的接收表面定向為朝向碗狀曲面的內(nèi)側(cè)。從對稱的方面來說，期望曲面為回轉(zhuǎn)二次曲面。通常，除了球、半球、橢圓體、回轉(zhuǎn)拋物面以及回轉(zhuǎn)雙曲面之外，回轉(zhuǎn)二次曲面還包括圓錐、圓柱、拋物線柱、雙曲線柱、橢圓柱、正弦波柱以及拋物線柱。另一方面，本公開的回轉(zhuǎn)二次曲面包括球、半球、橢圓體、回轉(zhuǎn)拋物面以及回轉(zhuǎn)雙曲面。

換言之，本公開的回轉(zhuǎn)二次曲面是滿足“不可展開表面要求”和“等中心(isocenter)要求”的模式。

不可展開表面要求是在排列有各自具有平行四邊形形狀的接收表面時、在相鄰接收表面間出現(xiàn)平行化問題的要求。不可展開表面要求對應(yīng)于本公開要解決的問題。注意，可展開表面是指僅通過變形而未伴隨對平面上描述的展開圖的膨脹或收縮所形成的曲面，而不可展開表面是指不伴隨對平面上描述的展開圖的部分膨脹或收縮就不能形成的曲面。

此外，“等中心要求”是用于當由多個換能器形成的換能器陣列的有效接收區(qū)域在特定一個點處彼此重疊時形成高靈敏度區(qū)域的條件。等中心要求是與本公開的預(yù)定條件對應(yīng)的要求。該特定一個點是指等中心，并且當換能器陣列的內(nèi)表面為半球形時，半球的曲率中心與等中心相一致。圖6A和圖6D所示的回轉(zhuǎn)二次曲面各自具有等中心41c、f1、f3和f4。

如圖5中所示，支持部件322的內(nèi)表面由通過虛擬二次曲線41圍繞虛擬旋轉(zhuǎn)軸46旋轉(zhuǎn)所形成的回轉(zhuǎn)二次曲面45所限定。在本示例性實施例中，虛擬二次曲面是圓，并且支持部件322的內(nèi)表面由半球形限定。通過使支持部件322的內(nèi)表面成為回轉(zhuǎn)二次曲面，能夠接收到從配置在與旋轉(zhuǎn)軸46重疊的位置處的被檢體傳播的聲波，而不會受到由圍繞著其內(nèi)表面由回轉(zhuǎn)二次曲面限定的換能器陣列32的其他結(jié)構(gòu)造成的反射、衰減等影響。本示例性實施例的回轉(zhuǎn)45的二次曲面為半球。

注意，在圖5中，省略了配置在被檢體20和換能器陣列32之間的匹配液體。

不失一般性地，可以理解換能器321的接收表面10的接收區(qū)域圍繞圖中的法線Ni，Ni+1。如圖5中所示，換能器321與支持部件322連接，從而使接收表面10的法線Ni定向為朝向圍繞旋轉(zhuǎn)軸46周圍的部分的回轉(zhuǎn)二次曲面45的內(nèi)側(cè)。注意，在本示例性實施例中，接收表面10中的一個的法線N在回轉(zhuǎn)二次曲面45的半球形的等中心41c處彼此重疊。

注意，支持部件322在配置被檢體20的方向上包括開口部分16。此外，支持部件322在最遠離開口部分16的一側(cè)包括支持部頂點v1。另外，支持部件322包括多個開口40，并且接收表面10各自與與開口40相交的回轉(zhuǎn)二次曲面的對應(yīng)相切平面大致平行。在本示例性實施例中，在各個接收表面10與對應(yīng)相切平面之間形成的角度在±3度范圍內(nèi)。

作為第三示例性實施例，圖6A至圖6D示出了這樣的模式：即作為回轉(zhuǎn)二次曲面的基礎(chǔ)的虛擬二次曲線為圓41、橢圓42、拋物線43或是雙曲線44。

如圖6A中所示，當虛擬二次曲線為圓41時，虛擬旋轉(zhuǎn)軸46被設(shè)置為與圓41的直徑相一致。此外，如圖6B中所示，當虛擬二次曲線為橢圓42時，虛擬旋轉(zhuǎn)軸46被設(shè)置為橢圓的長軸或短軸。在本示例性實施例中，虛擬二次曲線與橢圓42的長軸相一致。此外，如圖6C中所示，當虛擬二次曲線為拋物線43時，虛擬旋轉(zhuǎn)軸46被設(shè)置為連接拋物線43的焦點f3和頂部v3的虛擬軸。此外，如圖6D中所示，當虛擬二次曲線為雙曲線44時，虛擬旋轉(zhuǎn)軸46被設(shè)置為連接雙曲線44的焦點f4和頂部v4的虛擬軸。

注意，如圖1A和圖5中所示，在支持部件322中開口40打開，從而以與接收表面10相一致的方式來形成開口40。在本示例性實施例中，各個開口40大致為正方形，其中長度相同的相鄰邊部分實際上彼此正交?；剞D(zhuǎn)二次曲面上的接收表面的排列

接下來將參照圖1A至圖1D描述作為本公開的特征的回轉(zhuǎn)二次曲面上的接收表面的排列。

參照圖1A至圖1D以及圖5，例示了與第一示例性實施例相關(guān)的換能器陣列32，換能器陣列32包括配設(shè)有多個正方形開口40的支持部件322，并且，與開口40相對應(yīng)的多個換能器321各自包括接收表面10和轉(zhuǎn)換元件14。

為了理解回轉(zhuǎn)二次曲面上的接收表面10的排列，接收表面中的被關(guān)注的一個接收表面將被認為是代表性示例。這種一般性可以被應(yīng)用于接收表面的排列中的幾乎全部部分，除了諸如接收表面的排列中的外圍部分等特異點。

圖1C是圖1D中的虛線描述的矩形部分的局部放大圖，用于詳細描述接收表面的排列。圖5是與第一示例性實施例相關(guān)的、例示與支持部件322的開口40連接的換能器321和處于非連接狀態(tài)的換能器321的示意性截面圖。

圖1C、圖1D及圖5中示出的接收表面10具有包含四個頂部的大致平行四邊形形狀。頂部中的一個(vr1)比其它三個頂部(vr2、vr3、vr4)更靠近虛擬旋轉(zhuǎn)軸46。虛擬旋轉(zhuǎn)軸46穿過支持部件322的支持部頂點v1，并被配置為與Z軸平行。

在本示例性實施例中，如圖7A中所示，接收表面10包括四個邊部分，各個邊部分被放置在兩個相鄰頂部之間。在圖1C中，接收表面10包括被關(guān)注的邊部分A。同時，作為圍繞被關(guān)注的接收表面10(標記○)的四個相鄰接收表面(標記◆)之一的相鄰接收表面19包括被關(guān)注的接收表面10側(cè)上的邊部分B。四個相鄰接收表面是第一至第四相鄰的接收表面。接收表面10和相鄰接收表19彼此相鄰，其間存在大致平行的間隙部分。通過上述描述，抑制了接收表面10與相鄰接收表面的有效接收區(qū)域的重疊，并且能夠抑制相鄰接收表面間的串擾。間隙部分是位于邊部分A和邊部分B之間的支持部件322的部分。限定間隙部分的邊部分A和邊部分B大致彼此平行，形成了大于等于0度小于等于10度的角。

通過以上述方式配置接收表面，使得接收表面10被四個相鄰接收表面圍繞，該四個相鄰接收表面與接收表面10相鄰、同時與接收表面10以其它接收表面間的距離中小于第五距離的距離間隔開。通過縮短相鄰接收表面和被關(guān)注的接收表面10間的距離，能夠增大換能器321的安裝密度，并能夠抑制相鄰換能器321的有效接收區(qū)域間的串擾。

此外，通過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能夠在開口40的對應(yīng)位置處、在回轉(zhuǎn)二次曲面上形成螺旋陣列，從而能夠抑制相鄰換能器321的有效接收區(qū)域間的串擾，并能增大換能器陣列32中的換能器321的安裝密度。

在圖1A的俯視圖中，接收表面10相對于支持部322以螺旋方式排列，支持部件322的內(nèi)表面由通過圍繞虛擬旋轉(zhuǎn)軸46旋轉(zhuǎn)四分之一圓而獲得的半球限定。

通過兩種類型的螺旋陣列之間的多個交叉點形成接收表面10的螺旋排列，該螺旋陣列從支持部頂點v1側(cè)沿支持部322的內(nèi)表面向著支持部件322的開口部分延伸(圖1A中的Z方向)。

如圖1A所示，螺旋陣列之一是沿著與虛擬二次曲線41R交叉的右旋螺旋線延伸的陣列，另一螺旋陣列是沿著與虛擬二次曲線41R交叉的左旋螺旋線延伸的陣列。如上所述，在確保接收表面10間的間隙的平行度的同時，換能器321的陣列數(shù)量從支持部頂點v1朝著支持部件322的邊緣增加。換能器321的陣列數(shù)量可以基于斐波那契數(shù)(Fibonacci numbers)或作為斐波那契數(shù)的變形的泰波拿契數(shù)(Tribonacci numbers)而被設(shè)置為增加。

注意，虛擬二次曲線41R與由包括虛擬旋轉(zhuǎn)軸46的虛擬平面47與支持部件322之間的交叉所限定的虛擬二次曲線一致，并且，在本示例性實施例中，虛擬二次曲線41R是四分之一圓。此外，可以說圖1A中所示的虛擬二次曲線41R是虛擬二次曲線組中的一個，該虛擬二次曲線41R是限定支持部件322的內(nèi)表面的回轉(zhuǎn)二次曲面45(圖5)的基礎(chǔ)。

如上所述，通過在包括回轉(zhuǎn)二次曲面45形成的內(nèi)表面的支持部件322上排列具有在平面上的大致平行四邊形形狀的多個接收表面10，可以實現(xiàn)換能器321在支持部件322上的高密度安裝。

本示例性實施例可以是以以下方式描述的模式。

換能器陣列32包括用于支持多個換能器321的碗狀支持部件322，在該換能器陣列32中，各換能器321包括具有大致平行四邊形形狀且接收聲波的接收表面10。

此外，包括在支持部件322的預(yù)定區(qū)域中的多個接收表面10被排列在網(wǎng)格上，該網(wǎng)格是從支持部件322的碗狀內(nèi)表面的支持部頂點v1一側(cè)沿著內(nèi)表面延伸的、由多個虛擬右手螺旋CW(順時針)和與虛擬右手螺旋CW交叉的多個虛擬左手螺旋CCW(逆時針)之間的交叉點所形成的。

注意，上述預(yù)定區(qū)域是以至少兩個相互不平行的方向來排列接收表面10的可選區(qū)域，例如，該預(yù)定區(qū)域包括圖1D中由虛線所示的矩形區(qū)域。

因此，上述預(yù)定區(qū)域是包括在至少兩個陣列方向上彼此相鄰的至少四個接收表面10的區(qū)域。

注意，對于未作為本公開的目標的非碗狀支持部，具有諸如圓柱和橢圓柱等的非二次曲面。例如，在以圓柱來限定內(nèi)表面的圓柱支持部中，當排列具有大致平行四邊形形狀的接收表面時，在頂部和虛擬旋轉(zhuǎn)軸的幾何結(jié)構(gòu)上沒有限制，從而能夠在沒有任何的螺旋陣列的狀態(tài)下實現(xiàn)以密集的方式安裝接收表面的模式。

換能器陣列的掃描軌跡

將參照圖4來描述根據(jù)第二示例性實施例的超聲波測量裝置中的換能器陣列的軌跡。本示例性實施例的掃描軌跡是螺旋軌跡。螺旋軌跡是以相對于旋轉(zhuǎn)中心、以在半徑方向上坐標的增加或減少的變化的方式來移動換能器陣列的掃描軌跡。

圖4概略地示出了在換能器陣列的支持部頂點v1作為典型例子的狀態(tài)下螺旋軌跡的運動的示例的視圖。圖4中的點O表示螺旋掃描之前支持部頂點v1的位置，點O與原點對應(yīng)。此外，圖4中的黑點表示在光聲波測量期間支持部頂點v1的位置。在連續(xù)地追蹤黑點的位置的同時移動換能器陣列。點P是在移動的換能器陣列的軌跡上的單個點。在點P的位置坐標(x，y)以極坐標系來表示時，獲得以下等式(1)。

注意，r(t)是半徑方向上的坐標(移動半徑)，是由X軸和從坐標原點朝著點P延伸的線所形成的角。在本示例性實施例中，以換能器陣列在移動軌跡上的、在半徑方向上的坐標(即r(t))增加或減少的變化的方式來移動換能器陣列。此外，期望液槽掃描單元來移動換能器陣列，從而使得在正切方向上的移動軌跡的速度恒定。

典型地，通過從光源發(fā)出的脈沖光的接收頻率來確定光聲波的檢測定時。例如，當使用具有10Hz接收頻率的光源時，每隔0.1秒就能夠產(chǎn)生光聲波。因此，當在正切方向上的速度相同時，以及當假設(shè)每0.1秒就執(zhí)行光聲波的檢查時，可以均勻地對空間進行采樣。

此外，考慮到朝著原點的加速度，期望液槽掃描單元從移動平面的外部來移動換能器陣列。換句話說，當在初始階段加速度大時，整個裝置的振動也變大，并且存在振動影響測量的情況。因此，通過從朝著原點的加速度小的外邊緣開始朝著內(nèi)邊緣移動，能夠降低液槽的振動。

此外，期望液槽掃描單元執(zhí)行連續(xù)地進行運動的連續(xù)運動，而不使用重復(fù)移動和停止的步進和重復(fù)方法?；谝陨厦枋?，能夠縮短掃描液槽的時間段。另外，由于運動期間加速度的變化小，因此，能夠降低液槽中存儲的匹配液體的表面波度。

本公開能夠提供這樣一種換能器陣列，即應(yīng)用在測量聲波中時，該換能器陣列獲得達到分辨率和靈敏度兩者的聲波圖像。此外，本公開能夠提供一種在攝影中表現(xiàn)出優(yōu)良品質(zhì)的聲波測量裝置。

雖然參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當理解，本發(fā)明并不限于所公開的示例性實施例。應(yīng)當對下列權(quán)利要求的范圍賦予最寬的解釋，以使其涵蓋所有這些變型例以及等同的結(jié)構(gòu)及功能。例如，本發(fā)明可適用于便攜式探針(未示出)、針對人體各部位的光-聲波檢測系統(tǒng)。