韩国标准科学研究院（KRISS）开发出一款可拆卸声透镜，能够轻松调整超声检测设备的焦距。就像更换单反相机镜头以提高图像质量一样，该技术能让用户针对特定检测任务优化超声成像系统的分辨率，有望提高工业安全检测和医学诊断的准确性。相关研究成果已发表在《测量科学与技术》（Measurement Science and Technology）期刊上。
超声成像技术的原理是向物体或人体发射声波，捕捉反射信号以可视化内部结构。其中，C扫描法以生成高分辨率图像著称，广泛应用于飞机部件和工业管道缺陷评估等无损检测（NDT）系统，以及癌症检测等医疗诊断设备。
要产生高分辨率的超声图像，必须增加发射和反射的超声波强度，并精确控制焦距。为此，C扫描超声检测系统通常使用聚焦超声换能器，这些设备将分散的超声能量直接集中到目标区域，从而提高图像质量。
然而，一个主要限制是，每个聚焦超声换能器都具有固定的焦距。这意味着需要购买多个不同焦距的换能器，导致成本高昂。此外，很难根据被检测对象的位置、大小或形状进行精细调焦，这使得超声成像难以达到最佳分辨率。
为克服这一限制，KRISS的声学、超声与振动计量学研究组开发了“一种可拆卸声学透镜设计技术”。通过将新开发的透镜安装到具有固定焦距的聚焦超声换能器上，用户可以根据检测目标调整焦距，而无需更换设备，从而实现针对特定被检测对象的优化图像分辨率。
(a) 透镜横截面与实际制造透镜照片的对比；(b) 透镜和换能器支架
KRISS研发的可拆卸声透镜
可拆卸透镜的声线追踪图
值得注意的是，KRISS研究团队开发的声学透镜采用非球面形状，与传统球面透镜相比，能够提供更清晰的焦点和更高的分辨率。传统声学透镜通常是球面的，这会导致球面像差——由于透镜形状，图像边缘出现模糊。为解决这一问题，团队还设计了一种可折叠结构，使透镜尺寸能够灵活调整以匹配安装区域。
当KRISS设计的声学透镜安装到低分辨率的平面超声换能器上时，其性能可与聚焦超声换能器相媲美。该团队开发了适用于聚焦换能器的凸面声学透镜和平面声透镜设计。当新开发的声透镜安装到C扫描超声成像设备上，并用于分析模拟人体的仿模型时，该系统成功可视化了小至25微米的精细结构。这一分辨率比未安装透镜的设备在相同焦距下的分辨率高出约1.5倍。
KRISS声学、超声与振动计量学研究组的首席科学家金永泰（Kim Yong Tae）博士表示：“我们计划将这种透镜设计技术的应用范围从C扫描系统扩展到各种类型的超声成像设备。”
