(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210310328.8 (22)申请日 2022.03.28 (71)申请人 南京大学 地址 210000 江苏省南京市栖霞区仙林大 道163号 (72)发明人 陶超　陈文天　 (74)专利代理 机构 南京冠誉至恒知识产权代理 有限公司 32426 专利代理师 黄成萍 (51)Int.Cl. G01N 29/22(2006.01) G01N 29/24(2006.01) G01N 21/17(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G08C 23/02(2006.01)G10K 11/28(2006.01) (54)发明名称 基于非球面声反射镜组的亚波长声聚焦方 法、 超声探头和光声探 头 (57)摘要 本发明公开了一种利用非球面声反射镜组 实现亚波长精度声聚焦的方法、 超声探头和光声 探头， 组合使用椭球面声反射镜和抛物面声反射 镜， 椭球面声反射镜有F1和F2两个焦点； 先利用 椭球面声反射镜双焦点的特性， 将焦点F 1发出的 声波或光声信号汇聚到焦点F2， 从而实现大锥角 的声信号汇 集； 再利用抛物面声反射镜的聚焦特 性， 将汇聚向焦点F2的声波或光声信号准直， 并 将准直后的信号导向超声换能器； 在两个声反射 镜的协同作用下， 将超声换能器的超声接收/发 射的等效数值孔径扩大， 从而实现逼近衍射极限 的亚波长声聚焦。 本发明方法， 可提升超声聚焦 性能， 实现逼近声学衍射极限的亚波长大小的声 学焦点， 进而提升声学检测、 声学成像的空间分 辨率。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 114646688 A 2022.06.21 CN 114646688 A 1.一种基于非球面声反射镜组的亚波长声聚焦方法， 其特征在于： 组合使用 椭球面声 反射镜和抛物 面声反射镜， 椭球面声反射镜有两个焦点， 分别记 为焦点F1和焦点F2； 在接收 超声或光声信号时， 先利用椭球面声反射镜双焦点的特性， 将焦点F1发出的声波或光声信 号汇聚到焦点F2； 再利用抛物面声反射镜的聚焦特性， 将汇聚向焦点F2的声波或光声信号 准直， 并将准 直后的声 波或光声信号 导向超声换能器； 在发射超声或声光信号 时， 超声换能器发射的声波沿着抛物面声反射镜的轴 线入射到 抛物面声反射镜上， 抛物面声反射镜将入射声波以焦点F2为球心散射向椭球面声反射镜， 椭球面声反射镜进 而将声波或声光信号聚焦到焦点F1。 2.根据权利要求1所述的基于非球面声反射镜组的亚波长声聚焦方法， 其特征在于： 所 述椭球面声反射镜的焦点F2和抛物面声反射镜的焦点 位置重合。 3.根据权利要求1所述的基于非球面声反射镜组的亚波长声聚焦方法， 其特征在于： 所 述椭球面声反射镜的长轴 、 抛物面声反射镜的对称轴和超声换能器的声轴在同一 直线上。 4.根据权利要求1所述的基于非球面声反射镜组的亚波长声聚焦方法， 其特征在于： 在 进行声光信号的激发或光声信号的接 收时， 激光汇聚在椭球面声反射镜的焦点F1处， 实现 激光汇聚点与声焦点重合。 5.一种基于非球面声反射镜组 的超声探头， 其特征在于： 包括椭球面声反射镜、 抛物面 声反射镜和超声 换能器， 椭球面声反射镜有两个焦点， 分别记 为焦点F1和焦点F2； 所述椭球 面声反射镜的长轴、 抛物面声反射镜的对称轴和超声换能器的声轴在同一直线上， 且椭球 面声反射镜的焦点F2和抛物面声反射镜的焦点位置重合， 焦点F1和超声 换能器位于焦点F2 的两侧。 6.根据权利要求5所述的基于非球面声反射镜组的超声探头， 其特征在于： 所述超声换 能器为水浸球面聚焦超声换能器或者水浸式平面超声换能器。 7.一种基于非球面声反射镜组 的光声探头， 其特征在于： 包括椭球面声反射镜、 抛物面 声反射镜和超声 换能器， 椭球面声反射镜有两个焦点， 分别记 为焦点F1和焦点F2； 所述椭球 面声反射镜的长轴、 抛物面声反射镜的对称轴和超声换能器的声轴在同一直线上， 且椭球 面声反射镜的焦点F2和抛物面声反射镜的焦点位置重合， 焦点F1和超声 换能器位于焦点F2 的两侧； 通过光纤使激光汇 聚在椭球面声反射镜的焦点F1处， 实现激光汇聚点与声焦点重 合。 8.根据权利要求7所述的基于非球面声反射镜组的光声探头， 其特征在于： 所述超声换 能器为水浸球面聚焦超声换能器或者水浸式平面超声换能器。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114646688 A 2基于非球面声反射 镜组的亚 波长声聚焦 方法、 超声探头和光 声探头 技术领域 [0001]本发明涉及 一种利用非球面声反射镜组实现亚波长精度声聚焦的方法、 超声探头 和光声探 头， 属于亚波长声聚焦技 术。 背景技术 [0002]超声聚焦性能与 诸多声学技术的应用密切相关， 例如超声成像、 超声无损检测、 超 声显微镜、 光声成像、 光声显微镜等等。 超声聚焦焦点的大小 决定了超声/光声显微镜等成 像技术的成像分辨率。 超声焦点大小的取决于聚焦超声换能器的声波波长λ和声数值孔径 （NA） ， 即~λ/NA。 虽然通过提高超声频率 （即较小声波波长） 可以实现更小焦点的声聚焦， 但 是高频超声的声衰减大、 穿透深度小； 而且， 受到超声换能器工艺的制约， 高频超声换能器 的有效孔径小， 不能进 行高灵敏度的信号探测， 不能实现亚波长精度的聚焦， 进而还会导致 焦点的各向异性。 常规超声换能器聚焦性能的局限性制约 着超声显微镜、 光声显微镜、 超声 无损检测等成像和 检测技术性能的提升。 可见， 有限的声数值孔径， 是制约声学检测、 成像 性能的一个重要因素。 进一步提升超声聚焦性能， 对于提高超声成像的分辨率和超声检测 灵敏度具有重要价 值。 发明内容 [0003]发明目的： 为了克服现有技术中存在的不足， 本发明提供一种利用非球面声反射 镜组实现亚波长精度声聚焦的方法、 超声探头和光声探头， 利用非球面声反射镜组， 通过扩 大超声探测等效声数值孔径， 提升超声聚焦性能， 实现逼近声学衍射极限的亚波长大小的 声学焦点， 进 而提升声学成像、 检测的空间分辨 率。 [0004]技术方案： 为实现上述目的， 本发明采用的技 术方案为： 一种基于非球面声反射镜 组的亚波长声聚焦方法， 组合使用椭球面声反射镜和抛 物面声反射镜， 椭球面声反射镜有两个焦点， 分别记为焦点F1和焦点F2； 在接收超声或光声 信号时， 先利用椭球面声反射镜双焦点的特性， 将焦点F1发出的声波或光声信号汇聚到焦 点F2， 从而实现大锥角的声信号汇集； 再利用抛物面声反射镜的聚焦特性， 将汇聚向焦点F2 的声波或光声信号准直， 并将准直后的声波或光声信号导向超声换能器； 非球面声反射镜 组等效扩大了超声换能器的超声或光声信号接 收/发射的数值孔径， 从而可以实现逼近衍 射极限的亚波长声聚焦； 在发射超声或声光信号时， 超声换能器发射的声波 沿着抛物面声反射镜的轴线入 射到抛物面声反射镜上， 抛物 面声反射镜将入射声波以焦点F2 为球心散射向椭球面声反射 镜， 椭球面声反射镜进 而将声波或声光信号聚焦到焦点F1。 [0005]本案中， 采用的椭球面声反射镜具有双焦点的特性， 可以将位于其一个焦点F1位 置处发出 的声信号汇聚到其另一焦点F2处， 以实现大锥角的声信号汇集； 采用的抛物面声 反射镜对声波的聚焦特性， 可将汇聚向焦点F2的声波准直， 并将准直声波导向超声 换能器；说　明　书 1/5 页 3 CN 114646688 A 3