超声换能器、声场生成方法、系统、声场调控方法、设备及介质

1.本发明涉及超声波操控技术领域，具体涉及一种超声换能器、声场生成方法、系统、声场调控方法、设备及介质。


背景技术：

2.超声波在医疗、工业和科学研究等领域具有广泛的应用。超声波超声换能器阵列作为一种重要的超声波产生和调控设备，对于实现超声波在各种应用场景中的精确控制具有重要意义。然而，传统的基于超声换能器阵列的声场调控方法通常采用整体生成声场的方式，在操作功能上较为单一，导致了在操作不同尺寸和纵横比的目标物体时，调控效果受到限制；而且由于超声换能器阵列数量有限，很难实现对声场形状、大小和纵横比的精确调整，以及根据目标物体姿态进行方向调整。


技术实现要素：

3.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超声换能器、声场生成方法、系统、声场调控方法、设备及介质，用于解决现有技术存在的至少一个问题。
4.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种超声换能器，所述超声换能器包括：
5.全息面，被划分为若干个子区域，每一个所述子区域中包括多个用于发射超声波的换能器阵元；
6.多个声场生成单元，所述声场生成单元与所述区域一一对应，每一个所述声场生成单元包括多个换能器阵元，所述声场生成单元基于所述多个换能器阵元发射的超声波生成单焦点声场，多个所述声场生成单元生成的单焦点声场被用于生成目标声场。
7.于本发明一实施例中，所述声场生成单元包括一个所述子区域中的所有换能器阵元。
8.于本发明一实施例中，所述声场生成单元包括每一个子区域中的一个或多个换能器阵元。
9.于本发明一实施例中，每一个所述子区域中的每一个换能器阵元均对应一个唯一标识，不同子区域中具有相同唯一标识的换能器阵元构成所述声场生成单元。
10.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种声场生成系统，所述系统包括：
11.控制装置，用于基于待生成声场的声场类型确定对应的声场参数，并根据所述声场参数生成控制信号；所述控制信号被发送至所述超声换能器；
12.如所述的超声换能器，用于响应所述控制信号使所述声场生成单元基于所述超声波生成单焦点声场，其中，所述超声波是由声场生成单元中的换能器阵元生成的，每一个所述声场生成单元生成的单焦点声场被用于生成目标声场。
13.于本发明一实施例中，所述声场类型包括以下至少之一：单焦点声场、环形声场、多边形声场、不规则形状的声场、涡旋声场、极性声场、双阱声场。
14.于本发明一实施例中，所述声场参数包括：单焦点声场数量、每一个单焦点声场的空间位置、每一个单焦点声场的相位分布、超声波的幅值。
15.于本发明一实施例中，所述声场类型为涡旋声场，所述涡旋声场的多个单焦点声场的相位在[0,2π]之间均匀分布；所述换能器阵元发射的超声波的相位计算公式为：
[0016][0017]
其中，为换能器阵元的坐标，为单焦点的坐标，i为单焦点的序号。
[0018]
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种声场生成方法，所述声场生成方法包括：
[0019]
基于待生成声场的声场类型确定对应的声场参数；
[0020]
根据所述声场参数生成控制信号，并将所述控制信号发送至所述超声换能器，以使所述超声换能器的声场生成单元基于所述超声波生成单焦点声场，其中，所述超声波是由声场生成单元中的换能器阵元生成的，每一个所述声场生成单元生成的单焦点声场被用于生成目标声场，其中，所述超声换能器为所述的超声换能器。
[0021]
于本发明一实施例中，所述声场类型包括以下至少之一：单焦点声场、环形声场、多边形声场、不规则形状的声场、涡旋声场、极性声场、双阱声场。
[0022]
于本发明一实施例中，所述声场参数包括：单焦点声场数量、每一个单焦点声场的空间位置、每一个单焦点声场的相位分布、超声波的幅值。
[0023]
于本发明一实施例中，所述声场类型为涡旋声场，所述涡旋声场的多个单焦点声场的相位在[0,2π]之间均匀分布；所述换能器阵元发射的超声波的相位计算公式为：
[0024][0025]
其中，为换能器阵元的坐标，为单焦点的坐标，i为单焦点的序号。
[0026]
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种声场调控方法，应用于所述的声场生成系统，所述声场调控方法包括：
[0027]
获取所述被操控对象的图像；
[0028]
基于所述图像对所述声场参数进行调整，以改变所述目标声场，实现声场调控。
[0029]
如上所述，本发明提供的一种超声换能器、声场生成方法、系统、声场调控方法、设备及介质，具有以下有益效果：
[0030]
本发明的一种超声换能器，所述超声换能器包括：全息面，被划分为若干个子区域，每一个所述子区域中包括多个用于发射超声波的换能器阵元；多个声场生成单元，所述声场生成单元与所述区域一一对应，每一个所述声场生成单元包括多个换能器阵元，所述声场生成单元基于所述多个换能器阵元发射的超声波生成单焦点声场，多个所述声场生成单元生成的单焦点声场被用于生成目标声场。。本发明通过将全息面(包括若干个换能器阵元)划分为多个子区域，然后利用相同或不同子区域中的换能器阵元构成对应生成不同位置单个焦点的声场生成单元，这些单个焦点进行直接叠加生成一个具有一个或多个焦点的声场，最终得到多焦点声场。由于采用多个单焦点叠加的方法对多焦点声场进行控制，对应产生声场的相位阵列具有信息冗余的特点。同时可以通过在空间中组合单焦点声场的数量、空间位置及叠加相位，可以生成多种声场模式，适用于形状规则和不规则的物体的操
作。
[0031]
本发明提供的超声换能器具有广泛的适用性、高精度、灵活性以及三维应用能力，可广泛应用于声场控制、超声波操作、生物医学领域内的细胞操作等。
[0032]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]
图1为本技术的一示例性实施例示出的超声换能器的结构示意图；
[0035]
图2为本技术一示例性实施例示出的全息面的示意图；
[0036]
图3为本技术另一示例性实施例示出的全息面的示意图；
[0037]
图4为本技术的一示例性实施例示出的声场生成系统的框图；
[0038]
图5为本技术一示例性实施例示出的单焦点声场的示意图；
[0039]
图6为本技术一示例性实施例示出的环形声场的示意图；
[0040]
图7为本技术一示例性实施例示出的涡旋声场的示意图；
[0041]
图8为本技术另一示例性实施例示出的涡旋声场的示意图；
[0042]
图9为本技术一示例性实施例示出的极性声场的示意图；
[0043]
图10为本技术一示例性实施例示出的双阱声场的示意图；
[0044]
图11为本技术一示例性实施例示出的多边形声场的示意图；
[0045]
图12为本技术一示例性实施例示出的不规则声场的示意图；
[0046]
图13为本技术一示例性实施例示出的声场布置示意图；
[0047]
图14为本技术一示例性实施例示出的一种声场生成方法的流程图；
[0048]
图15为本技术一示例性实施例示出的声场调控方法的流程图。
具体实施方式
[0049]
以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0050]
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0051]
在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易
见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。
[0052]
超声波在医疗、工业和科学研究等领域具有广泛的应用。超声波换能器阵列作为一种重要的超声波产生和调控设备，对于实现超声波在各种应用场景中的精确控制具有重要意义。然而，传统的基于超声换能器阵列的声场调控方法存在一定的局限性，主要表现在以下几个方面：
[0053]
1.传统的基于超声换能器阵列的声场调控方法通常采用整体生成声场的方式，在操作功能上较为单一，尤其导致了在操作不同尺寸和纵横比的目标物体时，调控效果受到限制；2.由于超声换能器阵列数量有限，传统技术在应对更为复杂的应用场景时往往力不从心；例如，相控阵超声操控系统的超声探头通常最多具有256个通道(16
×
16阵列)，而国内已公开专利使用的压电复合材料制作的超声换能器阵列也最多为16
×
16阵列；3.在声场调控过程中，传统方法很难实现对声场形状、大小和纵横比的精确调整，以及根据目标物体姿态进行方向调整。
[0054]
针对以上问题，本技术的实施例分别提出了一种超声换能器、一种声场生成方法、一种声场生成系统、一种声场调控方法、一种非接触式的微粒操控电子设备、一种计算机可读存储介质，通过利用具备若干个换能器阵元的阵列能够分区域生成多个单焦点声场能力。在空间中，组合单焦点声场的数目、空间位置以及叠加相位，可以生成多种声场模式，适用于形状规则和不规则的物体的操作，以解决传统超声换能器阵列声场调控方法存在的局限性，实现更灵活、精确的声场调控，以适应多种目标物体和应用场景。
[0055]
图1是本技术的一示例性实施例示出的超声换能器的结构示意图。请参阅图1，该超声换能器1，包括：全息面，被划分为若干个子区域11，每一个所述子区域中包括多个用于发射超声波的换能器阵元12；多个声场生成单元，所述声场生成单元与所述区域一一对应，每一个所述声场生成单元包括多个换能器阵元，所述声场生成单元基于所述多个换能器阵元发射的超声波生成单焦点声场，多个所述声场生成单元生成的单焦点声场被用于生成目标声场。
[0056]
本技术的超声换能器不同于传统的超声换能器。本发明通过对多个(至少2000个)换能器进行区域划分和组合，每个区域负责生成一个单焦点声场，从而可以生成多焦点的目标声场，作为系统的末端执行器。该目标声场的大小和纵横比可以根据目标物体的尺寸和比例进行调整(调整生成单焦声场的数量)，也可以根据物体的姿态进行方向调整。本发明的优势在于可以适应多种目标物体，并实现更灵活的操作。
[0057]
在一实施例中，所述声场生成单元13包括一个所述子区域中的所有换能器阵元。请参阅图2，图2为本技术一示例性实施例示出的声场生成单元的示意图。在图2中，该超声换能器包括4个子区域11，每一个子区域11构成一个声场生成单元，一共可以形成4个声场生成单元。图2仅仅示出了包括36个换能器阵元的超声换能器，本领域技术人员可以根据需求对换能器阵元的数量进行调整，比如采用2000个以上的换能器阵元来构成超声换能器，此处不换能器阵元的数量进行限定。
[0058]
在一实施例中，所述声场生成单元包括每一个子区域中的一个或多个换能器阵元。请参阅图3，图3为本技术一示例性实施例示出的声场生成单元的示意图。在图3中，该超声换能器包括4个子区域11，每一个子区域11中的一个或多个换能器阵元12构成一个声场
生成单元。比如，每个子区域中的标号为1的换能器阵元构成一个声场生成单元，标号为2的换能器阵元构成一个声场生成单元，或每个子区域中的标号为1和标号为2的换能器阵元构成一个声场生成单元，或第一、第二、第三个子区域中的标号为1和标号为2的换能器阵元以及第四个子区域中的标号为3的换能器阵元构成一个声场生成单元。这里仅仅示出了几种声场生成单元的构成情况，本领域技术人员还可以根据需求对换能器阵元进行任意组合来构成任意声场生成单元，此处不作进一步限定。当然图3仅仅示出了包括36个换能器阵元的超声换能器，本领域技术人员可以根据需求对换能器阵元的数量进行调整，比如采用2000个以上的换能器阵元来构成超声换能器，此处不换能器阵元的数量进行限定。
[0059]
在一实施例中，每一个所述子区域中的每一个换能器阵元均对应一个唯一标识，不同子区域中具有相同唯一标识的换能器阵元构成所述声场生成单元。同样如图3所示，每一个子区域中的每一个超声换能器单元都具有一个唯一标识，比如，1、2、3、4、5、6、7、8、9，将每一个子区域中的具有相同唯一标识的换能器阵元组合在一起形成一个声场生成单元。比如，将唯一标识为1的换能器阵元组合在一起形成一个声场生成单元，将唯一标识为2的换能器阵元组合在一起形成一个声场生成单元，将唯一标识为3的换能器阵元组合在一起形成一个声场生成单元，以此类推，在图3中共形成9个声场生成单元，每一个声场生成单元生成一个单焦点声场，共可以生成9个单焦点声场。9个单焦点声场可以被叠加从而生成目标声场。
[0060]
综上所述，本发明通过将若干个换能器阵元划分到多个区域，然后利用相同或不同区域中的换能器阵元构成对应生成不同位置单个焦点的声场生成单元，这些声场生成单元进行直接叠加生成一个具有一个或多个焦点的声场，最终得到多焦点声场。由于采用声场生成单元叠加的方法对多焦点声场进行控制，对应产生声场的相位阵列具有信息冗余的特点。同时可以通过在空间中组合单焦点声场的数量、空间位置及叠加相位，可以生成多种声场模式，适用于形状规则和不规则的物体的操作。
[0061]
图4是本技术的一示例性实施例示出的声场生成系统的框图。如图4所示，一种声场生成系统，包括：控制装置400和超声换能器410；
[0062]
控制装置400，用于基于待生成声场的声场类型确定对应的声场参数，并根据所述声场参数生成控制信号；所述控制信号被发送至所述超声换能器；
[0063]
超声换能器410，用于响应所述控制信号使所述声场生成单元基于所述超声波生成单焦点声场，其中，所述超声波是由声场生成单元中的换能器阵元生成的，每一个所述声场生成单元生成的单焦点声场被用于生成目标声场。
[0064]
在一实施例中，所述声场类型包括以下至少之一：单焦点声场、环形声场、多边形声场、不规则形状的声场、涡旋声场、极性声场、双阱声场；所述声场参数包括：单焦点声场数量、每一个单焦点声场的空间位置、每一个单焦点声场的相位分布、超声波的幅值。
[0065]
图5为本技术一示例性实施例示出的单焦点声场的示意图。其中的单焦点声场是利用超声换能器阵列产生超声波，通过调控发射声波(超声波)的相位/幅值，生成单焦点声场，通过计算和仿真可知，单焦点声场在空间中范围为一个椭球状的区域，如图5中2所示的椭球体。
[0066]
图6为本技术一示例性实施例示出的环形声场的示意图。该环形声场包括9个声场生成单元，9个声场生成单元分别生成一个独立的单焦点声场，9个独立生成的单焦点声场
排布成圆形的声场模式。换能器阵元被分组成3
×
3大小的子模块，每个子模块中的一个超声换能阵元(通过)参与到生成一个单焦点声场的过程中。如图6所示，将每一个子模块中的具有相同唯一标识的换能器阵元形成一个声场生成单元。在图6中，采用同样的颜色表示具有同样唯一标识。通过图6中的环形声场可以将物体夹持并稳定在低压区。
[0067]
图7、8为本技术一示例性实施例示出的涡旋声场的示意图，通过对图6中给定环形声场的中心坐标为基础，利用极坐标设定涡旋声场的9个焦点的三维坐标。每个子模块中的同序号通道(同样的颜色)负责在目标位置生成9个单焦点之一的声场，并叠加[0,2π]均匀分布的相位。在本实施例中，使用公式(1)计算超声换能器每个通道的相位，这样就可以生成涡旋声场(vortex sound field)，涡旋声场的作用是通过声波对微粒产生旋转和推动力。利用多焦点叠加相位的方式设计涡旋声场的好处在于，可以通过调节单焦点的声场数量和位置，实现涡旋声场的半径的调节，突破了传统声场方法中，声波波长对操纵物体大小的严格限制。需要说明的是，所述涡旋声场的多个单焦点声场的相位在[0,2π]之间均匀分布；所述换能器阵元发射的超声波的相位θ(x)计算公式为：
[0068][0069]
其中，为换能器阵元的坐标，为单焦点的坐标，i为单焦点的序号。在图8中，r是旋涡半径，控制旋涡大小，该值取决于被操控对象的尺寸。对于涡旋声场来说，各子模块中标识相同的通道构成对应生成不同位置单焦点的声场生成单元，这些声场生成单元进行直接叠加生成一个具有九个单焦点的涡旋声场。由于采用声场生成单元叠加的方法对多焦点声场进行控制，对应产生声学涡旋的相位阵列具有信息冗余的特点。
[0070]
图9为本技术一示例性实施例示出的极性声场的示意图。图9中的极性声场用于操控大纵横比目标物体。该极性声场由8个单焦点构成，可以用来作为末端执行器，其大小、长宽比都可根据物体尺寸进行调节，也可根据物体的姿态进行方向调整。由于被操作目标相对于水具有正声阻抗对比，此极性声场最终可以将目标物体夹持，物体稳定在声场的低压区。由于这个8个焦点组成的形状类似椭圆，因此具有极性，当相对于几何中心旋转整个椭环形声场时，会带动大纵横比目标物体转动，从而实现大纵横比目标物体旋转角度的精准控制。
[0071]
图10为本技术一示例性实施例示出的双阱声场的示意图。双阱(twin trap)声场是一种特殊的超声波声场结构，它包含两个相邻的单焦点声场。双阱声场具有广泛的应用前景，例如生物医学中细胞的夹取。利用本发明中的声场生成方法可以调整双阱声场结构的形状和尺寸，来实现对双阱声场特性的精确调控。
[0072]
图11为本技术一示例性实施例示出的多边形声场的示意图。图11表示利用5个单焦点声场可以在平面内排布成5边形，以满足特定条件下对声场形状的要求。图11表示的5边形仅仅是平面内多边形声场的一个代表，同样的六边形、八边变形等都可以用组合式的方法生成。
[0073]
图12为本技术一示例性实施例示出的不规则声场的示意图。图12表示的是l形的不规则物体，通过排布9个单焦点声场，来适应不规则物体的边缘。当整体移动和转动声场时，不规则物体也会被声场带着移动或转动。
[0074]
图13为本技术一示例性实施例示出的声场布置示意图。图13表示将多个单焦点声
场在非常薄的物体的上下方向进行布置，这样的声场可以在三维空间内对该物体进行一系列的操作，比如弯曲，扭转，甚至是拉伸弯曲，而且这样操作是非接触式的，不会对物体表面产生破坏。
[0075]
图14为本技术一示例性实施例示出的一种声场生成方法的流程图。在图14中，所述声场生成方法包括：
[0076]
步骤s140，基于待生成声场的声场类型确定对应的声场参数；
[0077]
步骤s141，根据所述声场参数生成控制信号，并将所述控制信号发送至所述超声换能器，以使所述超声换能器的声场生成单元基于所述超声波生成单焦点声场，其中，所述超声波是由声场生成单元中的换能器阵元生成的，每一个所述声场生成单元生成的单焦点声场被用于生成目标声场，其中，所述超声换能器为图1-3所示的超声换能器。
[0078]
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0079]
在一实施例中，所述声场类型包括以下至少之一：单焦点声场、环形声场、多边形声场、不规则形状的声场、涡旋声场、极性声场、双阱声场。
[0080]
在一实施例中，所述声场参数包括：单焦点声场数量、每一个单焦点声场的空间位置、每一个单焦点声场的相位分布、超声波的幅值。
[0081]
在一实施例中，所述声场类型为涡旋声场，所述涡旋声场的多个单焦点声场的相位在[0,2π]之间均匀分布；所述换能器阵元发射的超声波的相位计算公式为：
[0082][0083]
其中，为换能器阵元的坐标，为单焦点的坐标，i为单焦点的序号。
[0084]
需要说明的是，上述实施例所提供的声场生成方法与上述实施例所提供的声场生成系统属于同一构思，其中各个步骤执行的操作的具体方式已经在声场生成系统实施例中进行了详细描述，此处不再赘述。
[0085]
请参阅图15，图15为本技术一示例性实施例示出的声场调控方法的流程图。在图15中，所述声场调控方法包括：步骤s150，获取所述被操控对象的图像；步骤s151，根据所述图像对所述声场参数进行调整，以改变所述目标声场实现声场调控。在本实施例中，所述的换能器阵元为如图1-图3所示的超声换能器中的换能器阵元。
[0086]
需要说明的是，被操控对象的图像可以通过视觉传感器来获取。通过设置在不同位置的视觉传感器来获取被操控对象的图像。视觉传感器可以包括垂直方向的传感器和水平方向的传感器。在得到图像后，可以根据图像来调整声场参数，即调整每一个单焦点声场的空间位置、每一个单焦点声场的相位分布、以及由超声波换能器阵元发出的超声波的幅值；调整声场参数后，各声场生成单元生成的单焦点声场发生改变，从而使得目标声场发生改变，完成目标声场的调控，而目标声场的改变可以带动声场中被操控对象的改变，比如，位置的改变、姿态的改变、状态的改变等。
[0087]
综上所述，本发明通过对多个(2000个以上)换能器阵元进行区域划分和组合，通过每个区域负责生成一个单焦点声场，从而形成多焦点的声场，作为系统的末端执行器。该声场的大小和纵横比可以根据目标物体的尺寸和比例进行调整，同时也可以根据物体的姿
态进行方向调整。因此，采用上述的超声换能器来对目标物体进行操控时，具有以下特征：
[0088]
1.可适应多种目标物体：可以根据目标物体的尺寸、纵横比和姿态进行灵活调整，能够处理大尺寸不规则操纵物体，适应更多种类的目标物体；
[0089]
2.更灵活的声场调控方式：打破了传统声场模式固定尺寸和形状的限制，可以通过变化单焦点声场的数量和位置，自由地组合，具有更强的灵活性；同时可以精确地实现被操控物体旋转特定角度，具有较好的方向性和各向异性。
[0090]
3.更强的实用性：与传统超声换能器阵列声场调控方法相比，在应对复杂应用场景时具有更强的实用性。
[0091]
4.信息冗余特点：信息冗余使得对复杂声场的控制被拆解，控制方法简单，特别适合于大尺寸高密度阵列式超声换能器。
[0092]
因此，本发明具有广泛的适用性、高精度、灵活性以及三维应用能力，可广泛应用于声场控制、超声波操作、生物医学领域内的细胞操作等。
[0093]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种超声换能器，其特征在于，所述超声换能器包括：全息面，被划分为若干个子区域，每一个所述子区域中包括多个用于发射超声波的换能器阵元；多个声场生成单元，所述声场生成单元与所述区域一一对应，每一个所述声场生成单元包括多个换能器阵元，所述声场生成单元基于所述多个换能器阵元发射的超声波生成单焦点声场，多个所述声场生成单元生成的单焦点声场被用于生成目标声场。2.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述声场生成单元包括一个所述子区域中的所有换能器阵元。3.根据权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述声场生成单元包括每一个子区域中的一个或多个换能器阵元。4.根据权利要求3所述的超声换能器，其特征在于，每一个所述子区域中的每一个换能器阵元均对应一个唯一标识，不同子区域中具有相同唯一标识的换能器阵元构成所述声场生成单元。5.一种声场生成系统，其特征在于，所述系统包括：控制装置，用于基于待生成声场的声场类型确定对应的声场参数，并根据所述声场参数生成控制信号；所述控制信号被发送至所述超声换能器；如权利要求1-4任意一项所述的超声换能器，用于响应所述控制信号使所述声场生成单元基于所述超声波生成单焦点声场，其中，所述超声波是由声场生成单元中的换能器阵元生成的，每一个所述声场生成单元生成的单焦点声场被用于生成目标声场。6.根据权利要求5所述的声场生成系统，其特征在于，所述声场类型包括以下至少之一：单焦点声场、环形声场、多边形声场、不规则形状的声场、涡旋声场、极性声场、双阱声场。7.根据权利要求6所述的声场生成系统，其特征在于，所述声场参数包括：单焦点声场数量、每一个单焦点声场的空间位置、每一个单焦点声场的相位分布、超声波的幅值。8.根据权利要求6所述的声场生成系统，其特征在于，所述声场类型为涡旋声场，所述涡旋声场的多个单焦点声场的相位在[0,2π]之间均匀分布；所述换能器阵元发射的超声波的相位计算公式为：其中，为换能器阵元的坐标，为单焦点的坐标，i为单焦点的序号。9.一种声场生成方法，其特征在于，所述声场生成方法包括：基于待生成声场的声场类型确定对应的声场参数；根据所述声场参数生成控制信号，并将所述控制信号发送至所述超声换能器，以使所述超声换能器的声场生成单元基于所述超声波生成单焦点声场，其中，所述超声波是由声场生成单元中的换能器阵元生成的，每一个所述声场生成单元生成的单焦点声场被用于生成目标声场，其中，所述超声换能器为如权利要求1-4任意一项所述的超声换能器。10.根据权利要求9所述的声场生成方法，其特征在于，所述声场类型包括以下至少之一：单焦点声场、环形声场、多边形声场、不规则形状的声场、涡旋声场、极性声场、双阱声场。
11.根据权利要求10所述的声场生成方法，其特征在于，所述声场参数包括：单焦点声场数量、每一个单焦点声场的空间位置、每一个单焦点声场的相位分布、超声波的幅值。12.根据权利要求10所述的声场生成方法，其特征在于，所述声场类型为涡旋声场，所述涡旋声场的多个单焦点声场的相位在[0,2π]之间均匀分布；所述换能器阵元发射的超声波的相位计算公式为：其中，为换能器阵元的坐标，为单焦点的坐标，i为单焦点的序号。13.一种声场调控方法，其特征在于，应用于权利要求5-8任意一项所述的声场生成系统，所述声场调控方法包括：获取所述被操控对象的图像；基于所述图像对所述声场参数进行调整，以改变所述目标声场，实现声场调控。

技术总结
本发明公开了一种超声换能器，包括：全息面，被划分为若干个子区域，每一个所述子区域中包括多个用于发射超声波的换能器阵元；多个声场生成单元，所述声场生成单元与所述区域一一对应，每一个所述声场生成单元包括多个换能器阵元，所述声场生成单元基于所述多个换能器阵元发射的超声波生成单焦点声场，多个所述声场生成单元生成的单焦点声场被用于生成目标声场。由于采用声场生成单元叠加的方法对多焦点声场进行控制，对应产生声场的相位阵列具有信息冗余的特点。信息冗余的特点。信息冗余的特点。


技术研发人员：刘松
受保护的技术使用者：上海科技大学
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/23