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Title:
IMPEDANCE MATCHING DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING AN IMPEDANCE MATCHING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/211447
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an impedance matching device for matching an acoustic characteristic impedance, comprising an impedance matching body having a first side an an opposite, second side. The impedance matching device is designed to match an acoustic characteristic impedance of a medium contacted on the first side to an acoustic characteristic impedance of a sound converter contacted on the second side. The impedance matching body comprises microstructures which have a structural extent of at least 500 nanometres in at least one spatial direction.

Inventors:
SCHWEIGER, Severin (Mikrosysteme IPMSMaria-Reiche-Str. 2, Dresden, 01109, DE)
KOCH, Sandro (Mikrosysteme IPMSMaria-Reiche-Str. 2, Dresden, 01109, DE)
GRAFE, Mario (Mikrosysteme IPMSMaria-Reiche-Str. 2, Dresden, 01109, DE)
LANGE, Nicolas (Mikrosysteme IPMSMaria-Reiche-Str. 2, Dresden, 01109, DE)
AMELUNG, Jörg (Mikrosysteme IPMSMaria-Reiche-Str. 2, Dresden, 01109, DE)
Application Number:
EP2019/061400
Publication Date:
November 07, 2019
Filing Date:
May 03, 2019
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V. (Hansastraße 27c, München, 80686, DE)
International Classes:
G10K11/02
Foreign References:
EP1477778A12004-11-17
EP1237148A22002-09-04
EP1416255A12004-05-06
US5974884A1999-11-02
US20130293066A12013-11-07
US20020161301A12002-10-31
US20130221805A12013-08-29
EP0572349A11993-12-01
EP1084454A12001-03-21
Other References:
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Attorney, Agent or Firm:
STÖCKELER, Ferdinand et al. (Schoppe, Zimmermann Stöckeler, Zinkler, Schenk & Partner mb, Radlkoferstr. 2 München, 81373, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Impedanzanpassungsvorrichtung zur Anpassung einer Schallkennimpedanz mit: einem Impedanzanpassungskörper (12) mit einer ersten Seite (14) und einer gegen- überliegenden zweiten Seite (16), wobei die Impedanzanpassungsvorrichtung ausgebildet ist, um eine Schallkennimpe- danz eines an der zweiten Seite (16) kontaktierten Mediums an eine Schallkennimpedanz eines an der ersten Seite (14) kontaktierten Schallwandlers (48) anzupassen; wobei der Impedanzanpassungskörper (12) Mikrostrukturen (22) umfasst, die entlang zumindest einer Raumrichtung eine Strukturausdehnung (26) von höchstens 500 nm aufweisen.

2. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 , bei der die Mikrostrukturen (22) umfassend ein Impedanzanpassungsmaterial umfassend ein Metallmaterial, ein Halbleitermaterial, eine organische Verbindung, ein Keramikmaterial oder umfassend ein Polymermaterial gebildet sind.

3. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der die Mikrostrukturen (22) umfassend ein erstes Impedanzanpassungsmaterial gebildet sind, wobei in Zwischenbereichen zwischen den Mikrostrukturen (22) ein zweites Impedanzan- passungsmateria! (24) angeordnet ist.

4. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Strukturausdehnung (26) zumindest einer Mikrostruktur (22) senkrecht zu einer axialen Erstreckungsrichtung der Mikrostrukturen (22) ist.

5 Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Mikrostrukturen (22) Kavitäten definieren, wobei eine effektive Materialdichte eines Impedanzanpassungsmaterials des Impedanzanpassungskörpers (12) zwischen der ersten Seite (14) und der zweiten Seite (16) durch die Kavitäten monoton veränderlich ist, und die Anpassung der Schallkennimpedanz bewirkt.

6. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der die Mikrostrukturen (22) verzweigte Mikrokanäle definieren, deren Anzahl zwischen der ersten und der zweiten Seite (16) monoton veränderlich ist.

7. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, bei der die Mikrostrukturen (22) zwischen der ersten Seite (14) und der zweiten Seite (16) bezüglich der Form einzelner Mikrostrukturen, der Position und/oder des Volumens der einzelnen Mikrostrukturen veränderlich sind.

8. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der zumindest eine der Mikrostrukturen (22) zumindest eines aus einer Spiralform, einer Tropfenform, einer Kubusform oder einer Kanalform aufweist.

9. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Mikrostrukturen (22) als sich hin zur ersten (14) oder hin zur zweiten Seite (16) verjüngende Strukturen gebildet sind, und zumindest in einem Bereich minimaler Ausdehnung (28) die Strukturausdehnung (26) aufweisen.

10. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der die sich die Mikrostrukturen (22) konisch verjüngen.

11. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Mikrostrukturen (22) eine Gitterstruktur ausbilden, die sich entlang einer Richtung senkrecht zu einer Schalldurchlaufrichtung (18a, 18b) zwischen der ersten Seite (14) und der zweiten Seite (16) des Impedanzanpassungskörpers (12) in dem Impedanzanpassungskörper (12) erstreckt.

12. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß Anspruch 11 , bei der die Gitterstruktur aus einem Impedanzanpassungsmaterial des Impedanzanpassungskörpers (12) gebildet ist und Kavitäten definiert, die sich entlang der Richtung (x, y) senkrecht zu einer Schalldurchlaufrichtung (18a, 18b) in dem Impedanzanpassungskörper (12) erstrecken, wobei die Kavitäten einen polygonalen Querschnitt aufweisen.

13. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Mikrostrukturen (22) einen akustischen Pfad (34) zwischen der ersten Seite (14) und der zweiten Seite (16) definieren, wobei ein Material der Mikrostrukturen (22) eine höhere Schallkennimpedanz aufweist als der Impedanzanpassungskörper (12) in einem Bereich des akustischen Pfades (34), wobei der akustische Pfad (34) vergli- chen mit einer direkten Verbindung zwischen der ersten Seite (14) und der zweiten Seite (16) eine Laufzeitverlängerung für durch den akustischen Pfad (34) gesendeten Schall bereitstellt.

14. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß Anspruch 13, bei der der akustische Pfad (34) als gefaltete Struktur mit einer Mehrzahl von Pfadabschnitten (38) gebildet ist, wobei die Mehrzahl von Pfadabschnitte (38) senkrecht zu einer Schalldurchlaufrich- tung (18a, 18b) zwischen der ersten Seite (14) und der zweiten Seite (16) in dem Impedanzanpassungskörper (12) in von einander verschiedenen Ebenen senkrecht zur Schalldurchlaufrichtung (18a, 18b) erstrecken.

15. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß Anspruch 14, bei der zwischen einem ersten Pfadabschnitt (38i) der Mehrzahl von Pfadabschnitten, der einen ersten akustisch wirksamen Querschnitt (42 ) aufweist, und einem zweiten Pfadabschnitt (382) der Mehrzahl von Pfadabschnitten, der einen zweiten akustischen wirksamen Querschnitt (422) aufweist, eine Verjüngung (44 ) des akustisch wirksamen Querschnitts angeordnet ist.

16. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß Anspruch 14 oder 15, bei der ein akustisch wirksamer Querschnitt (44) zumindest eines Pfadabschnitts (38) der Mehrzahl von Pfadabschnitten über dessen axiale Erstreckung veränderlich ist.

17. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, bei der ein akustisch wirksamer Querschnitt (42i) eines ersten Pfadabschnitts (380 der Mehrzahl von Pfadabschnitten und ein akustisch wirksamer Querschnitt (422) eines angrenzenden zweiten Pfadabschnitts (422) der Mehrzahl von Pfadabschnitten von einander verschieden sind.

18. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Mikrostrukturen (22) zumindest innerhalb einer Schicht des Impedanzanpassungskörpers (12) einstückig gebildet sind.

19. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Strukturausdehnung (26) höchstens 100 nm beträgt.

20. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der ein Verlauf der Schallkennimpedanz zwischen der ersten Seite (14) und der zwei- ten Seite (16) kontinuierlich oder diskontinuierlich ist.

21. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß Anspruch 20, bei der der Verlauf der Schall- kennimpedanz exponentiell ist.

22. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Impedanzanpassungskörper (12) an der ersten Seite (14) einen ersten Schallkennimpedanzwert aufweist und an der zweiten Seite (16) einen zweiten Schallken- nimpedanzwert aufweist, wobei entweder der erste Schallkennimpedanzwert oder der zweite Schallkennimpedanzwert mit einem Schallkennimpedanzwert eines MUT- Schallwandlers innerhalb eines Toleranzbereichs von ±50 % übereinstimmt.

23. I mpedanzanpassungsvorrichtung gemäß Anspruch 22, bei der das Zielmedium Luft ist.

24. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der Impedanzanpassungskörper (12) mehrschichtig umfassend zumindest eine erste Schicht mit einer ersten Schichtkennimpedanz und eine zweite Schicht mit einer zwei- ten Schichtkennimpedanz gebildet ist, die von der ersten Schichtkennimpedanz verschieden ist.

25. Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Impedanzanpassungskörper (12) eine Hinterschneidung aufweist

26. Wandlervorrichtung mit: einer Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprü- che; und einem Schallwandlerelement (48), das entweder mit der ersten Seite (14) oder der zweiten Seite (16) des Impedanzanpassungskörpers (12) durch eine akustische Kopplung akustisch gekoppelt ist.

27. Wandlervorrichtung gemäß Anspruch 26, bei der die akustische Kopplung einen stetigen Übergang der Schallkennimpedanz aufweist.

28. Wandlervorrichtung gemäß Anspruch 26 oder 27, bei der das Schallwandlerelement (48) einen Schallaktuator und/oder einen Schallsensor umfasst.

29. Wandlervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 26 bis 28, bei der das Schallwandlerelement (48) ein piezoelektrisches Keramikmaterial und/oder ein Kompositmaterial umfasst.

30. Wandlervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 26 bis 29, bei der das Schallwandlerelement (48) ein piezoelektrisches Dünnschichtmaterial, insbesondere ein Polyvi- nylidenfluorid-Material umfasst.

31. Wandlervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 26 bis 30, bei der das Schallwandlerelement (48) einen MUT-Schallwandler umfasst.

32. System mit: einer Wandlervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 26 bis 31 ; und einer Steuereinheit (52), die ausgebiidet ist, um das Schallwandlerelement (48) zu betreiben.

33. System gemäß Anspruch 32, bei der die Steuereinheit (52) ausgebildet ist, um das Schallwandlerelement (48) in einem Ultraschall-Frequenzbereich zu betrieben.

34. Verfahren (800) zum Herstellen einer Impedanzanpassungsvorrichtung mit folgendem Schritt:

Bereitstellen (810) eines Impedanzanpassungskörpers (12) mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Seite (16), der ausgebildet ist, um eine Schallkennimpedanz eines an der zweiten Seite (16) kontaktierten Mediums, an eine Schallkennimpedanz eines an der ersten Seite (14) kontaktierten Schallwandlers (48) anzupas- sen; so dass der Impedanzanpassungskörper (12) Mikrostrukturen (22) umfasst, die entlang zumindest einer Raumrichtung eine Strukturausdehnung (26) von höchstens 500 nm aufweisen.

35. Verfahren gemäß Anspruch 34, bei dem das Bereitstellen (810) des Impedanzanpas- sungskörpers (12) eine Herstellung desselben mit folgenden Schritten aufweist:

Bereitstellen eines Transfermaterials;

Erzeugen einer Positivform oder einer Negativform der Mikrostrukturen (22) in dem Transfermaterial.

36. Verfahren gemäß Anspruch 35, bei dem das Transfermaterial ein aushärtbares Transfermaterial ist und bei dem das Erzeugen der Positivform oder Negativform der Mikrostrukturen (22) in dem aushärtbaren Transfermaterial durch Aushärten dessel- ben unter Ausführung einer multiple-Photonen-Absorptions-Lithographie erfolgt, die eine lokale Änderung einer strukturellen Zusammensetzung des aushärtbaren Trans- fermaterials bewirkt.

37. Verfahren gemäß Anspruch 35 oder 36, bei dem T ransfermaterial einen festen oder flüssigen Zustand aufweist und zumindest eines aus einem Metallmaterial, einem Halbleitermaterial, einer organischen Verbindung, einem Keramikmaterial und einem Polymermaterial einem Fluid und einem Keramikmaterial umfasst.

38. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 35 bis 37, bei dem das Bereitstellen (810) des Impedanzanpassungskörpers (12) eine Herstellung desselben mit folgenden Schritten umfasst:

Bereitstellen eines Transfermaterials;

Erzeugen einer Positivform oder einer Negativform der Mikrostrukturen (22) in dem Metallmaterial durch Laserablation durch multiple-Photonen-Absorption desselben.

39. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 35 bis 38, bei dem das Bereitstellen (810) des Impedanzanpassungskörpers (12) eine Herstellung desselben mit zumindest ei- nem der folgenden Schritte umfasst: Beschichten der Positivform oder Negativform; und/oder

Invertieren der Positivform oder Negativform; und/oder Abgießen der Positivform oder Negativform; und/oder Einschließen der Positivform oder Negativform.

40. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 35 bis 39, bei dem das Bereitstellen (810) des Impedanzanpassungskörpers (12) ein Herstellen desselben umfasst, wobei das Herstellen ein Erzeugen zumindest einer Kavität in dem Impedanzanpassungskörper (12) zum Ändern einer effektiven Dichte des Impedanzanpassungskörpers (12) um- fasst.

41. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 35 bis 40, bei dem das Bereitstellen (810) des Impedanzanpassungskörpers (12) ein Herstellen desselben umfasst, wobei das Herstellen ein Erzeugen der Mikrostrukturen (22) derart umfasst, dass diese als sich verjüngende Mikrostrukturen (22) gebildet sind.

42. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 35 bis 41 , bei dem das Bereitstellen (810) des Impedanzanpassungskörpers (12) ein Herstellen desselben umfasst, wobei das Herstellen ein Erzeugen der Mikrostrukturen (22) als eine Gitterstruktur umfasst, so dass die Gitterstruktur aus einem Impedanzanpassungsmaterial des Impedanzanpassungskörpers (12) gebildet ist und Kavitäten definiert, die sich entlang der Rich- tung senkrecht zu einer Schalldurchlaufrichtung (18a, 18b) in dem Impedanzanpas- sungskörper (12) erstrecken, wobei die Kavitäten einen polygonalen Querschnitt aufweisen.

43. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 35 bis 42, bei dem das Bereitstellen (810) des Impedanzanpassungskörpers (12) ein Herstellen desselben umfasst, wobei das Herstellen ein Erzeugen eines der Mikrostrukturen (22) derart umfasst, die Mikro- strukturen (22) einen akustischen Pfad zwischen der ersten Seite (14) und der zwei- ten Seite (16) definieren, so dass ein Material der Mikrostrukturen (22) eine höhere Schallkennimpedanz aufweist als der Impedanzanpassungskörper (12) in einem Bereich des akustischen Pfades, so dass der akustische Pfad verglichen mit einer direkten Verbindung zwischen der ersten Seite (14) und der zweiten Seite (16) eine Laufzeitverlängerung für durch den akustischen Pfad gesendeten Schall bereitstellt.

Description:
IMPEDANZANPASSUNGSVORRICHTUNG, AKUSTISCHE WANDLERVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER IMPEDANZANPASSUNGSVORRICHTUNG

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Impedanzanpassungsvorrichtung, auf eine Wandlervorrichtung mit einer derartigen Impedanzanpassungsvorrichtung, auf ein System mit einer erwähnten Wandlervorrichtung und auf ein Verfahren zum Herstellen einer Impulsantwort. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Schallkennimpedanzanpassung und insbesondere auf ein System zur Anpassung einer Schallkennimpedanz.

Die Schallkennimpedanz beschreibt den Widerstand eines Mediums entgegen dem akustischen Fluss, welcher durch einen applizierten akustischen Druck entsteht. An Grenzflächen von Materialien mit unterschiedlicher Schallkennimpedanz kommt es zu einer Reflektion eines Teils der akustischen Energie, dessen Anteil sich im Wesentlichen durch die Größe des akustischen Impedanzsprungs ergibt. Infolge verringert sich die zwischen den Schallwandlern und dem akustischen Lastmedium übertragbare Energie, die Effizienz des Systems ist reduziert. Typische Schallwandler mit entsprechenden Schallkennimpedanzen basieren auf Piezokeramiken (Schallkennimpedanz in etwa 33 MRayl = 33 Ns/m 3 [1]) oder Piezokompositen (in etwa 7 MRayl [2]). Weitere typische Schallwandler basieren auf Pie- zodünnschichtsystemen und Membranschwingern, etwa CMUT (capacitive micromachined ultrasonic transducer; kapazitive mikromechanische Ultraschallwandler), deren Schallkennimpedanzen von den Strukturdimensionen abhängen (in etwa 1 bis 5 MRayl [3]). Typische Lastmedien sind Wasser (1 ,48 MRayl [4]), menschliches Gewebe (in etwa 1 ,5 MRayl [4]) und Luft (in etwa 427 Rayl [1]). Für einen optimierten Energietransfer, insbesondere in Luft, sind akustische Anpassschichten essentiell.

Typischerweise werden Schichtsysteme zur Anpassung der Schallkennimpedanz aus konventionellen oder Kompositmaterialien mit möglichst passender Schallkennimpedanz hergestellt. Die Schallkennimpedanz Z ist abhängig von der Dichte p und der Schallgeschwindigkeit c des Materials:

Z = cp

Fig. 9 zeigt drei verschiedene Methoden einer Anpassung der Schallkennimpedanz. Sogenannte Single Step Matching Systems (SMS; Ein-Schrittanpassungssysteme) legen einen Impedanz-Schritt zwischen die Ultraschallwandler-Seite (etwa CMUT) und die Medium- Seite (Load). Multiple Step Matching Systems (MMS; Mehrschrittanpassungssysteme) be- stehen aus zwei oder mehr Impedanz-Schritten. Gradient Matching Systems (GMS; gradi- entenbasierte Anpassungssysteme) beschreiben einen exponentiellen Impedanzverlauf, welcher den besten T ransmissionsgrad ermöglicht. Fig. 9 zeigt hierbei einen Graphen, bei dem an der Abszisse ein Verlauf der Dicke D der Anpassschicht zwischen einem CMUT (D - 0) und der Last-Seite oder Medium-Seite (D - max). An der Ordinate ist die Schallkennimpedanz Z angetragen, die in dem vorliegenden Diagramm zwischen dem CMUT und dem Medium reduziert wird.

An diesem Verlauf ist auch erkennbar, dass der Einfluss der Schallkennimpedanz auf den T ransmissionsgrad steigt, je näher man sich innerhalb des Anpassschichtsystems der Medium-Seite nähert. Im oben genannten Beispiel muss das An passschichtsystem also möglichst niedrige Schallkennimpedanzen erreichen, was mit bekannten Konzepten nicht oder nur in Verbindung mit großen Nachteilen erreichbar ist. Aerogele [5] bieten einen Lösungsansatz. Diese erreichen eine sehr niedrige Schallkennimpedanz, wirken jedoch stark dif- fraktiv und lassen sich nur in einzelnen Schritten (MMS) mit zwischengelagerten Verbindungsmaterialien aufbringen, welche wiederum das T ransmissionsverhalten stören. Ähnliche Nachteile haben Kompositmaterialien aus eingelassenen Partikeln in einer Matrix [6],

Es gibt eine Vielzahl mikrostrukturierter Materialien, welche mit Methoden aus der Halbleiterindustrie hergestellt werden. Zu diesen Methoden gehören Beschichtungsverfahren, Strukturierung mittels Lithographie und Ätzprozesse. Beispielsweise wurde mittels dieser drei Prozesse eine Schallkennimpedanzanpassung erzeugt, um auf einem Silizium-Wafer Siliziumoxid zu strukturieren. Anschließend wurde ein Polymer mittels Beschichtungsverfahren aufgetragen und an einen Ultraschallwandler fixiert [7], In einem weiteren Beispiel wurden anisotrope Ätzprozesse angewandt, um Silizium in Pfosten mit hohem Aspektverhältnis zu trennen und die Zwischenräume anschließend mit Epoxidharz zu füllen (Kompo- sit), um eine Schallkennimpedanzanpassung zu erzeugen [8] Ein gradueller Verlauf wird mit genannten Methoden ermöglicht. In einem Beispiel wurden runde, sich konisch verjüngende Siliziumstäbe erzeugt und wiederum in Epoxid eingelassen [9] Ein anderes Beispiel für graduelle Schallkennimpedanzanpassung arbeitet mit nicht weiter spezifiziertem Mikrobearbeitungsverfahren, um ein strukturiertes Schichtsystem aus Kupfer, PZT (Blei-Zirkonat- Titanat) und Parylene zu erzeugen [10].

Die mit den bekannten Verfahren hergestellten Strukturen leiden jedoch an einer geringen Effizienz. Wünschenswert wären demnach Schallkennimpedanzanpassungsvorrichtungen, die eine Anpassung der Schallkennimpedanz mit einer hohen Effizienz ermöglichen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Schallkennimpe- danzanpassungsvorrichtung, eine Wandlervorrichtung, ein System mit einer derartigen Wandlervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Schallkennimpedanzanpassungsvorrichtung zu schaffen, die eine effiziente Schallkennimpedanzanpassung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Die Erfinder haben erkannt, dass durch Ausbilden von Mikrostrukturen mit geringen Abmes- sungen im Sub-Mikrometerbereich eine äußerst exakte und somit effiziente Schallkennim- pedanzanpassung erfolgen kann.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Impedanzanpassungsvorrichtung zur An- passung einer Schallkennimpedanz einen Impedanzanpassungskörper mit einer ersten Seite und einer gegenüberliegenden zweiten Seite. Die Impedanzanpassungsvorrichtung ist ausgebildet, um eine Schallkennimpedanz eines an der zweiten Seite kontaktierten Mediums an eine Schallkennimpedanz eines an der ersten Seite kontaktierten Schallwandlers anzupassen. Der Impedanzanpassungskörper umfasst Mikrostrukturen, die entlang zumin- dest einer Raumrichtung eine Strukturausdehnung von höchstens 500 Nanometern auf- weist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Impe- danzanpassungsvorrichtung einen Schritt mit einem Bereitstellen eines Impedanzanpassungskörpers mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Seite, der ausgebildet ist, um eine Schallkennimpedanz eines an der ersten Seite kontaktierten Mediums, an eine Schallkennimpedanz eines an der zweiten Seite kontaktierten Schallwandlers anzupassen; so dass der Impedanzanpassungskörpers Mikrostrukturen umfasst, die entlang zumindest einer Raumrichtung eine Strukturausdehnung von höchstens 500 nm aufweisen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind der Gegenstand der abhängigen Patenansprüche.

Ausführungsbeispiele werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Impedanzanpassungsvorrichtung zur An- passung einer Schallkennimpedanz gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 eine schematische Seitenschnittansicht einer Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der eine Vielzahl von Mikrostrukturen angeordnet ist, die als verzweigte Kanalstrukturen angeordnet sind;

Fig. 3 eine schematische Seitenschnittansicht einer Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Mikrostrukturen als hin zu einer Seite eines Anpassungskörpers sich verjüngende Strukturen gebildet sind;

Fig. 4a eine schematische Seitenschnittansicht einer Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der der Impedanzanpassungskörper so gebildet ist, dass die Mikrostrukturen eine hexagonale Gitterstruktur bilden;

Fig. 4b eine schematische Seitenschnittansicht einer Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Mikrostrukturen ein hexagonales/Dreieck-Muster bilden;

Fig. 4c eine schematische Seitenschnittansicht einer Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Mikrostrukturen in einem Dreieck- Gittermuster angeordnet sind, sodass Kavitäten eine dreieckige Form aufweisen;

Fig. 4d eine schematische Seitenschnittansicht einer Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Mikrostrukturen eine Gitterstruktur gemäß einem Diamant-Muster bilden;

Fig. 5 eine schematische Seitenschnittansicht einer Impedanzanpassungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Mikrostrukturen einen akustischen Pfad definieren;

Fig. 6 ein schematisches Blockschaltbild einer Wandlervorrichtung gemäß einem Aus- führungsbeispiel; Fig. 7 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems gemäß einem Ausführungsbei- spiel;

Fig. 8 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungs- beispiel zum Herstellen einer Impedanzanpassungsvorrichtung; und

Fig. 9 eine schematische Darstellung von drei bekannten Methoden einer Anpassung der Schallkennimpedanz.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, sodass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dar- gestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Impedanzanpassungsvorrichtung 10 zur Anpassung einer Schallkennimpedanz. Die Impedanzanpassungsvorrichtung umfasst einen Impedanzanpassungskörper 12 mit einer ersten Seite 14 und einer zweiten Seite 16. Die Seiten 14 und 16 sind einander gegenüberliegend angeordnet. Die Impedanzanpas- sungsvorrichtung kann ausgebildet sein, um von einem Schall, d. h. einer akustischen Welle, von der Seite 14 zu der Seite 16 entlang einer Schalldurchlaufrichtung 18a durch- laufen zu werden und/oder, um von einer Schallwelle von der Seite 16 zu der Seite 14 entlang einer entgegengesetzten Schalldurchlaufrichtung 18b durchlaufen zu werden. Bei- spielsweise kann die Schallwelle von einem Schaliwandler erzeugbar sein, der mit der Seite 14 kontaktierbar ist. Die Seite 16 kann mit einem Medium, beispielsweise einem menschli- chen Körper, einer Flüssigkeit oder Luft oder dergleichen kontaktierbar sein. Die Impedanzanpassungsvorrichtung 10 kann ausgebildet sein, um eine Schallkennimpedanz des Mediums an eine Schallkennimpedanz des Schallwandlers und/oder umgekehrt anzupas- sen. Hierfür kann der Impedanzanpassungskörper 12 in einem Bereich der Seite 14 beispielsweise eine Schallkennimpedanz aufweisen, die an den Schallwandler angepasst ist und ferner im Bereich der Seite 16 eine Schallkennimpedanz aufweisen, die an das Ziel- medium angepasst ist.

Hieraus kann sich ergeben, dass der Impedanzanpassungskörper im Bereich der Seite 14 eine höhere Schallkennimpedanz aufweist als im Bereich der Seite 16, wobei dies nicht erforderlich ist. Der Impedanzanpassungskörper 12 umfasst Mikrostrukturen, beispielsweise verästelte Mikrostrukturen 22i und 22 2 und/oder In-Plane-Mikrostrukturen 22 3 . Die Mikrostrukturen 22i, 22 2 und/oder 223 können als Kavitäten in einem Material des Impedanzanpassungs- körpers 12 gebildet sein, wobei die Kavitäten gefüllt oder ungefüllt sein können. Eine Fül- lung der Kavitäten kann ganz oder teilweise ein anderes Material aufweisen als ein Basis- material oder restliches Material 24 des Impedanzanpassungskörpers 12. Das bedeutet, die Mikrostrukturen 22i bis 22 3 können als Hohlraum, eine Kanalstruktur und/oder ein Einschluss in dem Material 24 verstanden werden.

Die Mikrostrukturen 22i bis 22 3 können jede für sich einzeln oder gemeinsam so gebildet sein, dass sie entlang zumindest einer Raumrichtung eine Strukturausdehnung 26i, 26 2 und/oder 263 aufweisen, die höchstens 500 Nanometer, bevorzugt höchstens 300 Nanometer und besonders bevorzugt höchstens 100 Nanometer beträgt. Die Strukturausdehnung 26i, 26 2 und/oder 26 3 kann dabei als längster Abstand zweier beliebiger Punkte einer äußeren Fläche der Mikrostruktur verstanden werden, wobei die zwei beliebigen Punkte in einem Querschnitt der Mikrostruktur 22i bis 22s gegenüberliegend sind. Die Strukturausdehnungen können entlang einer beliebigen Raumrichtung x, y und/oder z angeordnet sein. Ist die Mikrostruktur beispielsweise eine röhrenartige Struktur, so können die Punkte in einem Längsschnitt oder Querschnitt angeordnet sein, wobei der Längsschnitt beispielsweise durch eine Ebene verläuft, die durch den Durchmesser der Röhrenstruktur gebildet wird, bestimmt ist. Vereinfacht ausgedrückt kann die Strukturausdehnung einer oder mehrerer Mikrostrukturen eine Abmessung derselben senkrecht zu einer axialen Erstreckungsrichtung der jeweiligen Mikrostruktur sein. Eine Idee der vorliegenden Ausführungsbeispiele liegt im Nutzes des Auslösungsvermögen eines hierin beschriebenen Verfahrens, das bspw. 100 nm betragen kann oder weniger, um Strukturen präzise, d.h. mit hoher Auflösung zu fertigen.

Vereinfacht ausgedrückt kann in einem derartigen Fall die Strukturausdehnung der Durchmesser einer runden Mikrostruktur 22 sein.

Die Mikrostruktur 22 2 kann mit der Mikrostruktur 22i fluidisch gekoppelt sein, sodass ein Durchschnittswert eines Volumens, das durch die Mikrostrukturen 22i und 22 2 belegt ist, von der Seite 14 ausgehend zu der Seite 16 hin zunimmt, alternativ aber auch abnehmen kann, das bedeutet, ein Durchschnittswert der Schallkennimpedanz kann hin zu der Seite 14 zunehmen oder abnehmen, alternativ auch konstant sein, wie es im Zusammenhang mit den Fig. 4a bis 4d beschrieben ist. Dies kann eine veränderliche Dichte p des Materials 24 und somit eine Veränderung der Schallkennimpedanz zwischen den Seiten 14 und 16 bewirken. Weist ein Material oder eine Füllung der Mikrostrukturen 22i und 22 2 eine größere Materialdichte auf als das Material 24, so kann die Schallkennimpedanz der Impedanzan- passungsvorrichtung 10 von der Seite 14 zur Seite 16 zunehmen. Ist die Dichte beispiels- weise geringer, so kann eine abnehmende Schallkennimpedanz entlang der Schalldurch- laufrichtung 18a erhalten werden. Das bedeutet, dass die Mikrostrukturen ein erstes Impedanzanpassungsmaterial aufweisen können und dass in Zwischenbereichen zwischen den Mikrostrukturen ein zweites Impedanzanpassungsmaterial, beispielsweise das Material 24, angeordnet sein kann. Die Mikrostrukturen können beispielsweise aus einem ausgehärte- ten Polymermaterial oder einem Metallmaterial gebildet sein. Alternativ kann auch ein be- liebiges anderes Material verwendet werden. Beschriebene Polymermaterialien und/oder Metallmaterialien können exakt prozessiert werden und so direkt als Mikrostrukturen ein- setzbar sein, wie es im Zusammenhang mit hierin beschriebenen Herstellungsverfahren beschrieben ist. Alternativ können derartige Strukturen auch als Vorlage oder Negativform dienen, um die Abformung anderer Materialien zu ermöglichen.

Alternativ zu einer Anordnung parallel oder schräg zu einer Schalldurchlaufrichtung 18a oder 18b kann zumindest eine Mikrostruktur auch senkrecht hierzu angeordnet sein, bei- spielsweise parallel zu einer x-Richtung, die beispielsweise senkrecht zu einer Oberflächen- normalen der ersten Seite 14 und/oder der zweiten Seite 16 angeordnet sein kann.

Durch die Ausbildung der Mikrostrukturen mit der definierten Strukturausdehnung von höchstens 500 Nanometer, bevorzugt höchstens 300 Nanometer oder bevorzugt höchstens 100 Nanometer, kann eine äußerst feine und somit exakte Einstellung der Schallkennimpe- danz entlang der Schalldurchlaufrichtung 18a und/oder 18b eingestellt werden. Dies ermög- licht einen effizienten Betrieb der Impedanzanpassungsvorrichtung selbst bei geringen Ab- messungen der Impedanzanpassungsvorrichtung 10.

Ausführungsbeispiele ermöglichen einen kontinuierlichen Übergang zwischen den jeweiligen Impedanzwerten, beispielsweise dem Medium und dem Schallwandler, was in bekann- ten Konzepten nicht oder nur schwer realisierbar ist. Ausführungsbeispiele schaffen Kon- zepte für eine akustische Impulsantwort sowie deren Herstellungsverfahren, beispielsweise oder gar vorrangig unter Verwendung des Multiple-Photonen-Absorptions-Lithographiever- fahrens zur Erzeugung von Schichtsystemen, welche die akustische Schallkennimpedanz zwischen Schallwandlern und Medium anpassen. Ein Ziel ist eine ideale Kopplung der akustischen Energie vom Schallwandler in das Lastmedium (Sendefall) und/oder aus dem Lastmedium in den Schallwandler (Empfangsfall). Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer Impedanzanpassungsvorrichtung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der eine Vielzahl von Mikrostrukturen 22, mit i = 1 ,..,6, angeordnet ist, die als verzweigte Kanalstrukturen zwischen den Seiten 14 und 16 angeordnet sind, wobei eine hohe Anzahl von mehr als 6 Mikrostrukturen angeordnet ist. So kann sich beispielsweise eine einzelne Kanalstruktur 22i im Bereich der Seite 14 in eine Vielzahl von Kanalstrukturen aufzweigen, etwa im Sinne eines Flussdeltas. Ein Material oder die Abwesenheit von Material kann als zumindest lokale Materialdichte p 2 beschrei- ben werden, die von einer Materialdichte pi des Materials 24 verschieden ist.

Der zunehmende Volumenanteil der Mikrostrukturen 22, ermöglicht eine entlang der Schall- durchlaufrichtung 18a zunehmend von den Mikrostrukturen 22 beeinflusste Gesamtdichte des Impedanzanpassungskörpers 10, die die Schallkennimpedanz beeinflussen oder be- stimmen kann und beschreibt somit eine zunehmende Beeinflussung der Schallkennimpe- danz durch ein derartiges Material.

Die Mikrostrukturen 22 können Kavitäten definieren. Eine effektive Materialdichte des Impedanzanpassungskörpers 12 kann zwischen den Seiten 14 und 16 durch die Kavitäten monoton veränderlich sein. Das Impedanzanpassungsmaterial 24 mit einer Dichte pi kann zunehmend von dem Impedanzanpassungsmaterial p 2 durchzogen sein, so dass in einem räumlichen Mittel eine veränderliche Effektive Dichte des Impedanzanpassungskörpers erhalten wird. Die monotone Zunahme bzw. Abnahme des Volumens der Mikrostrukturen kann so zu einer monotonen Veränderung der Dichte des Materials 24 führen, um die An- passung der Schallkennimpedanz zu bewirken. Die Kavitäten können bspw. von den Mik- rostrukturen gebildet oder umschlossen sein. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine der Mikrostrukturen 22 einen Bereich außerhalb einer Kavität definieren, so dass die Kavität abseits der Mikrostrukturen 22 gebildet ist.

Wie es anhand der Fig. 2 beispielhaft dargestellt ist, können die Mikrostrukturen 22 ver- zweigte Mikrokanäle definieren, deren Anzahl zwischen den Seiten 14 und 16 monoton veränderlich ist, um die Veränderung der Dichte des Materials 24 zu bewirken.

In anderen Worten zeigt Fig. 2 Mikrokavitäten, die in einem Schichtsystem, das durch Hohlräume, Kanäle oder Einschlüsse in seiner effektiven Dichte und damit Schallkennimpedanz verändert wird. Der gewünschte Schallkennimpedanzverlauf kann durch verbundene Hohlräume 22 erzeugt werden. Die größte Menge der Kanäle und damit die niedrigste Schallkennimpedanz kann auf der Mediumseite des Schichtsystems, d. h. der Seite 16, angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich zu der Anzahl der Mikrokanäle kann auch zumindest eine andere Eigenschaft wie die Form, die Position und/oder das Volumen der Mikrostrukturen verän- derlich sein, um die im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene veränderliche Dichte oder Materialdichte zu erhalten. Diese Veränderung der Dichte kann monoton sein, wie es bspw. durch die beschriebene monoton veränderliche Anzahl der Mikrokanäle erhalten werden kann. Die Veränderung sämtlicher Eigenschaften kann gleichmäßig sein, d. h., mit einer gleichen Veränderungsrate entlang der Schalldurchlaufrichtung. Alternativ hierzu kann eine veränderliche Veränderungsrate eingerichtet sein. Die Veränderungsrate einer, mehrerer oder aller Eigenschaften innerhalb des Impedanzanpassungskörpers kann determinierbar, d. h., vorherbestimmbar sein und durch entsprechende akustische Berechnungen und/oder Simulationen vorteilhaft gestaltet werden, was eine gute oder verbesserte Schallübertra- gung ermöglichen kann. Bei Beispielen kann eine Positionsvarianz der Mikrostrukturen durch das Abstandsverhältnis der Strukturen untereinander entstehen, oder durch das Verhältnis der Position der Strukturen gegenüber einer von äußeren Wänden des Impedanzan- passungkörpers. So kann eine gezielte Positionierung der Strukturen in einer, sich konzent- risch verändernden Art und Weise, die Erzeugung einer fokussierenden Schicht ermöglichen, welche keine Krümmung der äußeren Wände aufweist. Bei Beispielen kann der Im- pedanzanpssungskörper einen vom Zentrum abnehmenden Abstand in Abstrahlungsrichtung zwischen den einzelnen Strukturen aufweisen.

Alternativ oder zusätzlich zu der Ausformung der Mikrostrukturen als Mikrokanäle gleichen oder veränderlichen Querschnitts können die Mikrokanäle auch andere Formen aufweisen, etwa Formen wie Spiralen, runder oder nichtrunder Tropfen, Kuben oder dergleichen. Die Mikrostrukturen können alle gleichförmig aber auch absichtlich unterschiedlich bzgl. der Form und/oder Größe gebildet sein. Dabei kann eine derartige Form die Mikrostruktur als Ganzes bezeichnen, es sind aber auch Kombinationen möglich, etwa ein Mikrokanal, der stellenweise oder bereichsweise einen Tropfen, eine runde oder nicht runde Kavität oder einen Kubus, d. h., polygone Oberflächen aufweisend bildet oder umfasst und/oder einen Mikrokanal der in einer Spiralform verläuft. Ein Tropfen kann als nichtlineare und/oder kon- tinuierliche Änderung des Querschnitts verstanden werden, wobei eine Kugel eine der mög- liche Formen ist, die aber auch longitudinal gestreckt sein kann. Die Form kann alternativ oder zusätzlich entlang des bspw. spiralförmigen Verlaufs eine veränderliche Ausformung/Querschnitt implementiert aufweisen und/oder die beispielhafte Spirale kann an zumindest einem Ende oder entlang eines Verlaufs mit weiteren Mikrostrukturen verbunden ist. Dies ist lediglich beispielhaft zu verstehen, es können eine oder mehrere beliebige Formen mit einander kombiniert werden. Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer Impedanzanpassungsvorrichtung 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Mikrostrukturen als hin zur Seite 14 sich verjüngende Strukturen gebildet sind. Die sich verjüngenden Strukturen können Bereiche 28i in minimaler Ausdehnung aufweisen, wobei die Bereiche 28, minimale Ausdehnung auf die Strukturausdehnung bezogen sind. Beispielsweise können sich die Mikrostrukturen 22, konisch verjüngen, sodass die Bereiche 28 die Enden oder Spitzen der konischen Struktu- ren darstellen können. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen sind die Mikrostrukturen einzeln oder in Kombination beispielsweise pyramidenförmig, kegelförmig oder anders verjüngend gebildet.

In anderen Worten veranschaulicht Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit Verjüngungsstruktu- ren, bei dem sich das Hauptmaterial 24 in sich ebenfalls konisch verjüngende Strukturen unterteilt, wobei die Verjüngung des Materials 24 hin zur Seite 16 erfolgen kann. Die Ver- jüngung kann unmittelbar an den Seiten 14 bzw. 16 einsetzen, kann alternativ aber auch hiervon beabstandet sein. Der gewünschte Schallkennimpedanzverlauf wird beispielsweise durch mehrere, sich konisch verjüngende Volumen der Mikrostrukturen 22i erzeugt. Das kann bewirken, dass sich die niedrigste Schallkennimpedanz des Impedanzanpassungskörpers an der Seite 16 befindet.

Während die Ausführungsbeispiele gemäß der Fig. 2 und/oder der Fig. 3 als GMS-Anpas- sungsstrukturen eingesetzt werden können, können die Mikrostrukturen 22 gemäß anderer Ausführungsbeispiele auch als SMS und/oder MMS eingesetzt werden.

Fig. 4a zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer Impedanzanpassungsvorrichtung 40a, bei der der Impedanzanpassungskörper so gebildet ist, dass die Mikrostrukturen 22 eine Gitterstruktur bilden, die sich entlang einer Richtung senkrecht zu den Schalldurchlaufrichtungen 18a und/oder 18b erstreckt. Beispielsweise erfolgt innerhalb des Impedanzanpassungskörpers 12 von der Seite 14 hin zu der Seite 16 und umgekehrt keine Änderung der mittleren Dichte und/oder der Schallkennimpedanz. Das bedeutet, der Impedanzanpassungskörper 12 kann eine im Mittel unveränderte oder konstante Schallkennimpedanz aufweisen, die beispielsweise geringer ist als die höhere der an den Seiten 14 und 16 angeordnete Schallkennimpedanz und/oder höher ist als die geringere dieser Schallkennimpedanzen. Beispielsweise können die Mikrostrukturen 22 im dargestellten Seitenschnitt ein hexagonales Gitter bzw. eine Wabenstruktur bilden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ermöglicht die Impedanzanpassungsvorrichtung 40a eine SMS.

Fig. 4b zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer Impedanzanpassungsvorrichtung 40b gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Mikrostrukturen ein hexagonales/Dreikanten-Muster bilden, beispielsweise durch Ausbildung mehrerer In- Plane Mikrostrukturen, wie die Mikrostruktur 22i senkrecht zu den Schalldurchlaufrichtun- gen 18a und/oder 18b und mehrere in unterschiedlichen Richtungen senkrecht hierzu angeordneten Mikrostrukturen, die die In-Plane Mikrostruktur diagonal schneiden, entweder die Mikrostruktur 22z und/oder 22 3 , die sich in einer schrägen Anordnung zwischen den Seiten 14 und 16 erstrecken.

Fig. 4c zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer Impedanzanpassungsvorrich- tung 40c gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Mikrostrukturen in einem Dreikant- Gittermuster angeordnet sind, sodass Kavitäten 32 in der dargestellten Seitenschnittansicht eine dreieckige Form aufweisen. Die Mikrostrukturen 22 können beispielsweise aus dem Material 24 gebildet sein, wobei die Kavitäten 32 gefüllte oder ungefüllte Hohlräume darstellen können.

Fig. 4d zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer Impedanzanpassungsvorrich- tung 40d gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Mikrostrukturen 22i bis 22a eben- falls eine Gitterstruktur bilden, wobei die Gitterstruktur gemäß einem Diamant-Muster gebildet ist.

Die Impedanzanpassungsvorrichtungen 40a, 40b, 40c und/oder 40d können eine im We- sentlichen homogene oder konstante Schallkennimpedanz zwischen den Seiten 14 und 16 aufweisen. Ausführungsbeispiele sehen vor, dass eine Impedanzanpassungsvorrichtung einen Impedanzanpassungskörper aufweist, der mehrschichtig gebildet ist und zumindest eine erste Schicht und eine zweite Schicht aufweist, die aneinander angeordnet sind. Die erste Schicht kann eine erste Schichtkennimpedanz und die zweite Schicht kann eine zweite Schichtkennimpedanz aufweisen, wobei die beiden Schichtkennimpedanzen gleich, bevorzugt jedoch voneinander verschieden sind. Hierfür können gleiche Muster gemäß den Fig. 4a bis 4d genutzt werden, beispielsweise basierend auf unterschiedlichen Öffnungs- querschnitten der Kavitäten 32 und/oder es können unterschiedliche Muster genutzt wer- den, beispielsweise durch Anordnen unterschiedlicher Impedanzanpassungskörper 12.

Gemäß den Fig. 4a bis 4d können die Mikrostrukturen 22 eine Gitterstruktur ausbilden, ent- lang einer Richtung senkrecht zu den Schalldurchlaufrichtungen angeordnet ist und sich entlang dieser Richtung erstreckt, beispielsweise entlang der x-Richtung. Die Kavitäten 32 können sich entlang derselben oder einer anderen Richtung senkrecht zu den Schalldurch- laufrichtungen 18a und 18b in dem Impedanzanpassungskörper erstrecken, beispielsweise entlang der y-Richtung. Die Kavitäten können basierend auf einer Anordnung der Mikro- strukturen 22 einen polygonalen Querschnitt aufweisen, alternativ kann der Querschnitt auch gemäß einer Freiformfläche gebildet sein, elliptisch gebildet sein oder gar rund gebil- det sein.

In anderen Worten zeigen die Fig. 4a bis 4c die Implementierung eines Mikrogitters. Das Anpassschichtsystem umfasst hierbei ein gerüstartiges Gitter mit variablen Gerüstelemen- ten. Die genannten Mikrogitter sind in den Fig. 4a bis 4d als Schnittbilder verschiedener Gitterstrukturen gezeigt, wobei Fig. 4a ein hexagonales Gitter, Fig. 4b ein hexagona- les/Dreikanten-Gitter, Fig. 4c ein Dreikanten-Gitter und Fig. 4d ein Diamant-Gitter zeigen. Die Gitter können in Gitterebenen angeordnet sein, wobei die Gitterebenen bspw. parallel zu den Seiten 14 und/oder 16 verlaufen können, wobei eine Impedanzanpassungsvorrich- tung eine oder mehrere Gitterebenen aufweisen kann. Der gewünschte Schallkennimpe- danzverlauf kann durch verschieden ausgerichtete und verbundene Verbindungsstücke erzeugt werden. Durch Änderung der Abstände und/oder Gitterstrukturen und/oder Verbin- dungsstückdicken kann die Schallkennimpedanz weiter verändert werden. Die Gitterstruk- turen können zweidimensionale oder dreidimensionale Gitterstrukturen gebildet sein. Dreidimensionale Gitterstrukturen können sich durch Veränderung der Gitterkonstante und/oder der Dicke und Form der Verbindungen auszeichnen. Dies ermöglicht eine hohe Steifigkeit gegenüber konisch zulaufenden Strukturen und/oder eine leichte Verarbeitung mit dem Verfahren, da die Struktur einfach mit einer Entwicklerlösung zu durchsetzbar ist.

Fig. 5 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer Impedanzanpassungsvorrichtung 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Mikrostrukturen 22i bis 22 3 einen akustischen Pfad 34 zwischen den Seiten 14 und 16 definieren. Beispielsweise kann der akustische Pfad 34 durch die Kavität 32 verlaufen, die durch die Mikrostrukturen 22i bis 22 3 definiert wird. In der Kavität 32 kann ein Vakuum, ein Fluid, beispielsweise ein Gas, und/oder ein Festkörper angeordnet sein, wobei bevorzugt ein Material der Mikrostrukturen 22i bis 22 3 eine höhere Schallkennimpedanz aufweist als der Impedanzanpassungskörper 12 in einem Bereich des akustischen Pfades, beispielsweise der Kavität 32. Verglichen mit einer direkten oder kürzesten Wegstrecke 36 zwischen den Seiten 14 und 16 kann der akustische Pfad 34 eine Laufzeitverlängerung für durch den akustischen Pfad 34 gesendeten Schall bereitstellen. Die Laufzeitverlängerung kann basierend auf einer Wegverlängerung verglichen mit der direkten Verbindung 36 bereitgestellt werden, das bedeutet, durch die längere Wegstrecke bzw. die Wegverlängerung des akustischen Pfades 34 kann die Laufzeitverlängerung und mithin eine Phasenverschiebung erhalten werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der akustische Pfad 34 eine Mehrzahl oder Vielzahl von Pfadabschnitten 38i bis 38 4 aufweisen. Obwohl die Impedanzanpassungsvorrichtung 50 so dargestellt ist, dass vier Pfadabschnitte 38i bis 38 4 seriell hintereinander angeordnet sind, kann eine andere Anzahl von zumindest einem Pfadabschnitt, zumindest zwei Pfadabschnitten, zumindest drei Pfadabschnitten, zumindest fünf Pfadabschnitten, beispielsweise sechs, acht oder zehn Pfadabschnitten oder mehr implementiert sein. Bezüglich einem oder mehr Pfadabschnitten können auch parallele Pfadabschnitte angeordnet sein. Die Pfadabschnitte 38i bis 38 4 können einzeln, gruppenweise oder insgesamt senkrecht zu den Schalldurchlaufrichtungen 18a und/oder 18b angeordnet sein, sodass der akustische Pfad 34 im Bereich der Pfadabschnitte 38i bis 38 4 senkrecht zu den Schalldurchlaufrich- tungen 18a und/oder 18b verläuft oder zumindest eine Richtungskomponente senkrecht zu den Schalldurchlaufrichtungen 18a und/oder 18b aufweist. Die Pfadabschnitte können sich in unterschiedlichen Ebenen des Impedanzanpassungskörpers 12 zwischen den Seiten 14 und 16 erstrecken, beispielsweise wenn die Ebenen als parallel zu den Seiten 14 und/oder 16 betrachtet werden.

Die Pfadabschnitte 38i, 38 2 , 38 3 und 38 4 können jeweils einen akustisch wirksamen Quer- schnitt 42i, 42 2 , 42 3 bzw. 42 aufweisen, der durch die Größe oder Ausdehnung der Kavität 32 in dem Bereich des jeweiligen Pfadabschnitts 38i bis 38 beeinflusst sein kann. Bei- spielsweise kann der akustisch wirksame Querschnitt 42j eines Pfadabschnitts 38, von einem Abstand benachbarter Mikrostrukturen 22i und 22 2, 22 2 und 22 3 und/oder einer Mikro- struktur 22i bzw. 22 3 zu seiner Seite 14 bzw. 16 bestimmt oder beeinflusst sein. Die akus- tisch wirksamen Querschnitte 42i bis 42 können gleich oder voneinander verschieden sein, wobei beispielsweise ein entlang einer Schalldurchlaufrichtung 18a oder 18b abnehmender akustischer Querschnitt eine Zunahme einer akustischen Schallkennimpedanz bewirken kann. Zwischen zwei möglicherweise aufeinander folgende Pfadabschnitte 38i und 38 2 , 38 2 und 38 3 und/oder 38 3 und 38 4 kann eine Verjüngung 44i, 44 2 und/oder 44 3 des akustischen Pfades 34 bzw. des akustisch wirksamen Querschnitts angeordnet sein. Eine derartige Verjüngung kann beispielsweise durch einen Abstand zwischen den Mikrostrukturen und Be- grenzungsstrukturen 46i und/oder 46 2 erhalten werden, beispielsweise Seitenwandstruktu- ren. Alternativ ist es ebenfalls möglich, eine Verjüngung 44 zwischen zwei benachbarten Mikrostrukturen 22 vorzusehen, beispielsweise zwischen den Mikrostrukturen 22i und 22 2 zum Erhalt einer Verjüngung 44 4 . Hierfür können Mikrostrukturen 22 4 und/oder 22 5 vorge- sehen sein, wobei auch andere Materialien und/oder Abmessungen und/oder Geometrien verwendet werden können, solange diese Strukturen eine höhere Schallkennimpedanz auf- weisen als die Kavität 32 im Bereich des entsprechenden Pfadabschnittes. Obwohl die zusätzliche Anordnung der Mikrostrukturen 22 4 und 22 5 einen entsprechenden Fertigungsaufwand mit sich bringt, ermöglicht dies eine präzise Einstellung der Schallkennimpedanz der Impedanzanpassungsvorrichtung 50. Dem gegenüber können die Verjüngungen 44i bis 44 3 einfach hergestellt werden, da sie sich beispielsweise aus einem Abstand zwischen den Mikrostrukturen 22i bis 22 3 zu den Begrenzungsstrukturen 46i und/oder 46 2 ergeben kön- nen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein akustisch wirksamer Querschnitt 42i zumindest eines Pfadabschnitts 38i über dessen axiale Erstreckung, beispielsweise entlang der x-Richtung veränderlich sein. Dies kann beispielsweise durch eine veränderliche Abmessung zumindest einer der Mikrostrukturen 22i, 22 2 und/oder 22 3 entlang der Schalldurch laufrichtung 18a und/oder 18b erhalten werden, alternativ oder zusätzlich können auch zusätzliche Strukturen im Verlauf des Pfadabschnitts 38i vorgesehen sein. Die akustisch wirksamen Querschnitte 42j können einzeln, gruppenweise oder insgesamt gleich eingestellt werden. Das bedeutet, dass ein akustisch wirksamer Querschnitt zweier aneinander grenzender Pfadabschnitte voneinander verschieden sein kann.

In anderen Worten zeigt Fig. 5 eine aufgewickelte Struktur, bei der das Anpassungsschicht system aus aufgespulten oder aufgewickelten Strukturen besteht, welche die Laufzeit der Schallwelle erhöhen. In Fig. 5 sind die aufgewickelten Strukturen als Schnitt durch eine Elementarzelle eines auf einem Schallwandler aufgetragenen Schichtsystems dargestellt. Der gewünschte Schallkennimpedanzverlauf kann durch mehrere, ineinander verwundene Kanäle erzeugt werden. Damit kann die Schallkennimpedanz über die Schallgeschwindigkeit durch die Wellenlaufzeit beeinflusst werden, bis die Welle auf der Mediumseite des Schichtsystems ankommt.

Vorangehend erläuterte Ausführungsbeispiele beschreiben unterschiedliche Ausgestaltungen der Mikrostrukturen in dem Impedanzanpassungskörper. Wie es dargelegt ist, kann jedes dieser Ausführungsbeispiele einen einstufigen, mehrstufigen oder gradientenähnlichen Verlauf der Schallkennimpedanzanpassung bereitstellen. Die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele sind beliebig miteinander kombinierbar, sodass in unterschiedlichen Ebenen senkrecht zur Schalldurchlaufrichtung und/oder parallel hierzu unterschiedlich gebildete Mikrostrukturen und/oder Gitterstrukturen angeordnet sein können. Dies kann beispielsweise einstückig erfolgen, etwa indem die Mikrostrukturen in unterschiedlichen Bereichen des Impedanzanpassungskörpers unterschiedlich gebildet werden. Alternativ kann auch eine mehrstückige Anordnung erfolgen, etwa indem Impedanzanpassungskörper gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen mechanisch und/oder akustisch miteinander gekoppelt werden und jeweils eine Schicht eines mehrschichtigen Impedanzanpassungskörpers bilden. Durch unterschiedliche Ausgestaltungen wird es ermöglicht, dass ein Verlauf der Schall- kennimpedanz zwischen der ersten Seite 14 und der zweiten Seite 16 des insgesamt er- haltenen Impedanzanpassungskörpers kontinuierlich oder diskontinuierlich ist. Ein Beispiel für einen kontinuierlichen Verlauf kann eine lineare und/oder exponentielle Ausbildung des Verlaufs der Schallkennimpedanz entlang der Schalldurchlaufrichtung 18a und/oder 18b sein.

Ausführungsbeispiele sehen vor, dass die Impedanzanpassungsvorrichtung so ausgestal- tet ist, dass der Impedanzanpassungskörper an den unterschiedlichen Seiten unterschied- liche Schallkennimpedanzen aufweist. Eine der Seiten kann beispielsweise an eine Schall- kennimpedanz eines MUT-Schallwandlers angepasst sein, sodass die Schallkennimpe- danz des Impedanzanpassungskörpers mit der Schallkennimpedanz des MUT-Schallwand- lers innerhalb eines Toleranzbereichs von ±50 %, ±25 % oder ±10 % übereinstimmt, das bedeutet, die Werte der Schallkennimpedanz, die Schallkennimpedanzwerte stimmen über- ein. Ein beispielhafter Wert hierfür ist 1-35 MRayl. Ein Bereich von 1-5 MRayl kann gut für Membranschwinger zutreffen, zu denen die MUT-Wandler zählen. Der Bereich von 1-35 MRayl umfasst auch die Keramiken, und Komposit-Wandler, bspw. PZT-basierte Wandlerklassen. Die Schallkennimpedanz an der anderen Seite kann mit der Schallkennimpedanz eines Zielmediums nach Möglichkeit übereinstimmen oder dieser zumindest angenähert sein, beispielsweise ein Fluid, etwa Luft.

Fig. 6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Wandlervorrichtung 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Wandlervorrichtung 60 umfasst beispielsweise die Impedanzanpassungsvorrichtung 10. Die Wandlervorrichtung 60 umfasst ferner ein Schallwandlerelement 48, das sowohl konfiguriert sein kann, um basierend auf einem Ansteuersignal eine Schallwelle zu erzeugen als auch alternativ oder zusätzlich konfiguriert sein kann, um basierend auf einer eintreffenden Schallwelle ein elektrisches Signal bereitzustellen. Das be- deutet, das Wandlerelement 48 kann als Schallaktuator und/oder Schallsensor implementiert sein oder diesen umfassen.

Die Impedanzanpassungsvorrichtung 10 ist beispielsweise an der Seite 14 mit dem Schallwandlerelement 48 gekoppelt, beispielsweise indem der Impedanzanpassungskörper me- chanisch fest mit dem Schallwandlerelement 48 gekoppelt ist. Beispielsweise kann die Impedanzanpassungsvorrichtung 10 auf dem Schallwandlerelement 48 abgeschieden sein o- der umgekehrt. Obwohl die Wandlervorrichtung 60 so beschrieben ist, dass das Schallwandlerelement 48 mit der Seite 14 akustisch gekoppelt ist, kann das Schallwandlerelement 48 alternativ auch mit der Seite 16 akustisch gekoppelt sein. Die jeweils andere Seite 16 bzw. 14 kann konfiguriert sein, um mit einem Medium kontaktiert zu werden, in das eine Schallwelle auszusenden ist oder aus dem eine Schallwelle empfangen werden soll. Alternativ kann auch eine andere akustisch wirksame Struktur, beispielsweise ein weiteres Schallwandlerelement, an der anderen Seite akustisch gekoppelt sein, sodass basierend auf der Impedanzanpassungsvorrichtung 10 eine Impedanzanpassung zwischen zwei Schallwandlerelementen erfolgen kann.

Bevorzugt weist die akustische Kopplung zwischen dem Schallwandlerelement 48 und der Seite 14 einen stetigen Übergang der Schallkennimpedanz auf, das bedeutet, innerhalb des Toleranzbereichs von ±50 %, ±25 % oder ±10 % ist die Schallkennimpedanz des Schallwandlerelements 48 in Übereinstimmung mit der Schallkennimpedanz der Impedanzanpassungsvorrichtung an der Seite 14.

Das Schallwandlerelement 48 kann ein piezoelektrisches Keramikmaterial und/oder ein Kompositmaterial umfassen. Insbesondere kann das Schallwandlerelement 48 ein piezoe- lektrisches Dünnschichtmaterial, etwa PVDF (Polyvinylidenfluorid) umfassen. Gemäß ei- nem Ausführungsbeispiel umfasst das Schallwandlerelement 48 einen mikrotechnisch her- gestellten Ultraschallwandler (micromachined ultrasonic transducer), beispielsweise einen kapazitiven MUT (CMUT) einem piezoelektrischen MUT (PMUT) oder einem magnetischen MUT (MMUT).

Obwohl die Wandlervorrichtung 60 so beschreiben ist, dass die Impedanzanpassungsvor- richtung 10 angeordnet ist, kann alternativ oder zusätzlich auch eine weitere und/oder andere Impedanzanpassungsvorrichtung angeordnet sein kann, beispielsweise die Impe- danzanpassungsvorrichtung 10, 20, 30, 40a, 40b, 40c, 40d und/oder 50. Beispielsweise können Impedanzanpassungsvorrichtung angeordnet sein, die eine Kombination unterschiedlicher Schichten mit je zumindest einer Impedanzanpassungsvorrichtung oder Impe- danzanpassungskörper aufweisen, wobei bspw. eine Impedanzanpassungsvorrichtung 40a, 40b, 40c, 40d eine Schicht des gemeinsamen Körpers mit, zumindest im räumlichen Mittel konstante Schallkennimpedanz bereitstellen kann.

In anderen Worten können die beschriebenen Anpassungsstrukturen in einem Ausfüh- rungsbeispiel auf ein- und mehrkanalige beispielsweise luftgekoppelte CMUT-Bauteile und CMUT-Systeme integriert werden, um die Wandlerreichweite, Sensitivität und Bandbreite zu erhöhen. Derartige Systeme können als miniaturisierte Sensoren für Abstands- und Be- wegungsdetektion sowie Bildgebung optimiert werden und ermöglichen im Weiteren beispielsweise die Gestensteuerung im Fahrzeuginnenraum (automotive) sowie die kontaktlose Steuerung von Haushaltsgeräten (consumer; Konsumenten), sowie die Sensoranwendungen in der Medizintechnik und die Integration in mobilen Anwendungen in Service- und Industrierobotern (Industrie).

Fig. 7 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Systems gemäß einem Ausführungs- beispiel, das beispielsweise die Wandlervorrichtung 60 und eine Steuereinheit 52 umfasst. Die Steuereinheit 52 ist ausgebildet, um das Schallwandlerelement 48 zu betreiben, das bedeutet, dem Schallwandlerelement 48 ein Ansteuersignal 541 bereitzustellen, um das Schallwandlerelement 48 zum Aussenden einer Schallwandler 56i anzuregen und/oder, um ein Schallwandlersignal 54 2 von dem Schallwandlerelement 48 zu empfangen das dieses basierend auf einer eintreffenden Schallwelle 56 2 bereitstellt.

Die Steuereinheit 52 kann ausgebildet sein, um das Schallwandlerelement 48 in einem Ultraschall-Frequenzbereich zu betreiben, das bedeutet, in einem Frequenzbereich von zumindest 20 Kilohertz. Beispielsweise kann die Steuereinheit ausgebildet sein, um das Schallwandlerelement 48 in einem Frequenzbereich von zumindest 20 Kilohertz und höchs- tens 200 Megahertz, zumindest 20 Kilohertz und höchstens 150 Megahertz oder von zumindest 20 Kilohertz und höchstens 100 Megahertz zu betreiben.

Fig. 8 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Herstellen einer Impedanzanpassungsvorrichtung, beispielsweise der Impedanzanpassungsvorrichtung 10, 20, 30, 40a, 40b, 40c, 40d und/oder 50.

Das Verfahren 800 umfasst einen Schritt 810. In dem Schritt 810 erfolgt ein Bereitstellen eines Impedanzanpassungskörpers mit einer ersten und einer gegenüberliegenden zweiten Seite. Der Impedanzanpassungskörper ist ausgebildet, um eine Schallkennimpedanz eines an der ersten Seite kontaktierten Mediums an eine Schallkennimpedanz eines an der zweiten Seite kontaktierten Schallwandlers anzupassen, sodass der Impedanzanpassungskörper Mikrostrukturen umfasst, die entlang zumindest einer Raumrichtung eine Strukturausdehnung von höchstens 500 Nanometern aufweisen.

Für das Verfahren 800 kann der Impedanzanpassungskörper hergestellt werden, beispielsweise, indem er direkt an oder auf einem Schallwandler angeordnet wird oder als eigenes Bauelement hergestellt wird.

Die Herstellung des Impedanzanpassungskörpers kann ein Bereitstellen eines Transfermaterials umfassen. In dem Transfermaterial kann eine Positivform oder eine Negativform der Mikrostrukturen herausgebildet werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Transfermaterial ein aushärtbares Polymermaterial, insbesondere ein Polymermaterial, das im Zusammenhang mit einer Multiplen-Photonen-Absorptions-Lithographie verwendbar ist, beispielsweise SU-8 und/oder Ormocere. Das Erzeugen der Positivform oder der Negativ- form kann durch Beaufschlagen des Transfermaterials mit zumindest zwei Photonen an einer Stelle erfolgen, sodass dort eine lokale Änderung einer strukturellen Zusammensetzung des Transfermaterials bewirkt wird, das bedeutet, eine Aushärtung oder alternativ Ver- flüssigung des Polymermaterials. Die Multiplen-Photonen-Absorptions-Lithographie kann die Strukturgrößen von höchstens 500 Nanometer, höchstens 300 oder höchstens 100 Nanometer bereitstellen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Transfermaterial ein Metallmaterial, bei dem beispielsweise durch ein Ablationsverfahren durch multiple-Photonen-Absorption, insbesondere ein Laserablationsverfahren, die Positivform oder die Negativform der Mikro- strukturen erhalten werden kann. Das Transfermaterial ist jedoch nicht auf ein Metallmate- rial beschränkt sondern kann auch für das (Laser-)Ablationsverfahren durch multiple-Pho- tonen-Absorption gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ein anderes Material in einem festen oder flüssigen Zustand aufweisen und bspw. ein Fluid, beispielsweise ein polymerisierbares Fluid oder ein Fluid in festem Zustand, ein Halbleitermaterial, zumindest eine organische Verbindung und/oder ein Keramikmaterial umfassen.

Mikrostrukturen mit unterschiedlichen Materialien können hierbei miteinander kombiniert werden, sodass sowohl die Verwendung eines Metallmaterials als auch die Verwendung eines Polymermaterials als auch die Verwendung des Fluids in festem oder flüssigem Zustand und/oder des Keramikmaterials in festem oder flüssigem Zustand beliebig miteinander kombinierbar ist, etwa in unterschiedlichen Schichten des Impedanzanpassungskörpers.

Die erhaltene Positivform oder Negativform kann weiter verarbeitet werden. Hierfür kann das Herstellen beispielsweise einen Schritt des Beschichtens der Positivform oder Negativform umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Invertieren der Positivform oder Negativform ausgeführt werden. Unter Invertieren kann eine Materialänderung der Positivform oder Negativform verstanden werden. Beispielsweise kann die Positivform oder Negativform beschichtet werden, dann das Material der Positivform bzw. Negativform herausgelöst werden, etwa durch ein Lösungsmittel oder ein Ätzverfahren und anschließend die erhaltene Kavität mit einem beliebigen Material nachgefüllt oder aufgefüllt werden. Die durch das Multiple-Photonen-Lithographieverfahren und/oder die Laserablation durch das Multiple- Photonen-Absorption erhaltenen geringen Strukturgrößen können dabei erhalten bleiben, sodass auch in Materialien, die beispielsweise durch subtraktive Verfahren nicht derart exakt bearbeitet werden können, solch geringe Strukturgrößen hergestellt werden können. Die Nachbearbeitung kann ferner ein Abgießen der Positivform oder Negativform umfas- sen. Unter Abgießen kann eine Formübertragung aus der Positivform oder Negativform in eine entsprechende andere Form verstanden werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Einschließen der Positivform oder Negativform erfolgen, in welcher beispielsweise die zuvor hergestellte Positivform oder Negativform als Kern erhalten bleibt. Unter beispielhafter Bezugnahme auf Fig. 3 kann beispielsweise das Material 24 durch ein Lithographieverfah- ren ausgehärtet werden und als Positivform verwendet werden, wobei ein Auffüllen mit an- deren Materialien möglich ist. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise der Impe- danzanpassungskörper 30 durch Erzeugen von Kavitäten erhalten werden, in welche spä- ter das Material 24 hineingefüllt wird. Das bedeutet, das Herstellen des Impedanzanpassungskörpers kann ein Erzeugen von Mikrostrukturen umfassen und zwar derart, dass diese als sich verjüngende Mikrostrukturen gebildet sind, was sowohl für die Bereiche mit dem Material 24 zutreffend ist als auch für die Zwischenräume dazwischen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Herstellen des Impedanzanpassungskörpers ein Erzeugen zumindest einer Kavität umfassen, die in dem Impedanzanpassungskörper angeordnet ist und dort ein Ändern einer effektiven Dichte des Impedanzanpassungskörpers bewirken kann. Das Erzeugen einer Kavität kann dabei sowohl das Aushärten zum späteren Verbleib eines Materials als auch das Herauslösen eines Materials umfassen und beschreibt beispielsweise das Erzeugen unterschiedlicher Materialien und/oder Dichten in dem Impedanzanpassungskörper in einem räumlichen Mittel zum Verändern der Dichte des Impedanzanpassungskörpers in dem räumlichen Mittel.

Wie es im Zusammenhang mit den Fig. 4a, 4b, 4c und 4d beschrieben ist, kann ein Herstellen des Impedanzanpassungskörpers ein Erzeugen der Mikrostrukturen als eine Gitterstruktur umfassen. Die Gitterstruktur kann aus einem Impedanzanpassungsmaterial des Impedanzanpassungskörpers gebildet sein und Kavitäten definieren, die sich entlang der Richtung senkrecht zu der Schalldurchlaufrichtung in dem Impedanzanpassungskörper erstrecken. Die Kavitäten können beispielsweise einen polygonalen Querschnitt mit drei, vier, fünf oder sechs, sieben oder einer höheren Anzahl von Ecken und/oder Kanten aufweisen, wobei die Strukturen mit einander kombinierbar sind. Die Mikrostrukturen in den Fig. 4a, 4b, 4c und/oder 4d können somit aus ausgehärtetem Polymermaterial und/oder dem Metallmaterial gebildet sein, können jedoch auch ein Material umfassen, welches in eine entsprechende Negativform eingegeben wurde, wobei das Transfermaterial zum Definieren dieser Strukturen später herausgelöst sein kann oder verbleiben kann.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Herstellen ein Erzeugen der Mikrostrukturen derart, dass die Mikrostrukturen einen akustischen Pfad zwischen den Seiten des Impedanzanpassungskörpers definieren, wie es beispielsweise im Zusammenhang der Fig. 5 beschrieben ist. Ein Material der Mikrostrukturen kann eine höhere Schallkennimpedanz aufweisen als der Impedanzanpassungskörper in einem Bereich des akustischen Pfades. Der akustische Pfad kann verglichen mit einer direkten Verbindung zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite eine Laufzeitverlängerung für durch den akustischen Pfad gesendeten Schall bereitstellen.

In anderen Worten bietet ein Ansatz der vorliegenden Erfindung besonders gegenüber bekannten Mikrostrukturen und Verfahren zur Herstellung derselben den Vorteil, dreidimensionale Strukturen nahezu beliebiger Form und vor allem großzügige Hinterschnitte zu ermöglichen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Impedanzanpassungskörper einen Hinterschnitt bzw. eine Hinterschneidung, das bedeutet, er umfasst eine Form mit einem Abschnitt, die eine Entfernung von einer Gussform oder einer Abdrucksform verhindern würde. Dies ist gemäß den beschriebenen Herstellungsverfahren dadurch möglich, dass durch die Ablationsverfahren und/oder Lithographieverfahren beliebige dreidimensionale Strukturen herstellbar sind.

Ein beispielhaftes Herstellungsverfahren wird in EP 1 084 454 B1 beschrieben. Ein Polymerisationsverfahren mittels Multi-Photonen-Absorption kann gemäß einem Ausführungsbeispiel für den beschriebenen Lösungsansatz genutzt werden, um Mikrostrukturen mit bestimmten Schallkennimpedanzen bzw. Schallkennimpedanzverläufen zu erzeugen. Hierin beschriebene Verfahren erlauben die Erzeugung von Strukturgrößen von höchstens 500 Nanometer und weniger, beispielsweise höchstens 300 Nanometer oder höchstens 100 Nanometer oder weniger. Die Verfahren bieten eine hohe Flexibilität im Design und der Fertigung der Mikrostrukturen zur akustischen Impedanzanpassung.

Die genannten Eigenschaften bieten den Vorteil, präzise, exponentielle Schallkennverläufe zu erzeugen und so eine ideale Kopplung zwischen Ultraschallwandler und Lastmedien zu gewährleisten. Außerdem kann die hohe Auflösung (geringe Strukturausdehnung) genutzt werden, um die Schallkennimpedanz auf kurzer Distanz stark zu verringern und damit an ein Medium wie z. B. Luft anzupassen. Diffraktionseffekte und andere Dämpfungseffekte, wie sie normalerweise durch Mikrostrukturen eingebracht werden, können durch gezieltes Design der Mikrostrukturen verringert oder sogar verhindert werden. Ein weiterer Vorteil der hohen Präzision ist die Möglichkeit, eine sehr genaue Schichtsystemhöhe zu erzeugen, welche starken Einfluss auf das Transmissionsverhalten ausübt. Ein weiterer Vorteil ist, dass auf Zwischen- und Adhäsionsmaterialien, welche zwischen einzelnen Impedanz schichten verschiedener Anpassungsschichten in bisherigen Lösungen nötig waren, verzichtet werden kann, wobei dies eine Anordnung derselben nicht ausschließt. Dadurch können jedoch deren negative und ungewollte Einflüsse auf die Schallübertragung entfallen und komplexe sowie arbeitsintensive Depositionsschritte entfallen. Die beschriebenen Verfahren sind prinzipiell auf jede Art von Schallwandlern anwendbar. Vorteile liegen in der Präzision, die insbesondere bei miniaturisierten Schallwandlerelementen und Wandlersys- temen erhalten werden können und somit insbesondere auf MEMS-basierten Schallwandlern, Schallsensoren und Schallaktuatoren zu einem Mehrwert beitragen.

Aspekte der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich unter anderem auf folgende Merkmale:

1. System mit einem mindestens einkanaligen Schallwandler und einem Schallkennimpe- danzmoduls für die Anpassung der akustischen Impedanz zwischen einem Schallwandler und einem Umgebungsmedium, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallkennimpedanzmodul Strukturgrößen unterhalb von 500 nm aufweist.

2. System, bei dem die typische Strukturgröße des Schallkennimpedanzmoduls kleiner gleich 100 nm beträgt.

3. System, mit einem Schallkennimpedanzmodul, dadurch gekennzeichnet, dass es einen homogenen oder inhomogenen Verlauf der Schallkennimpedanz aufweist.

4. System, mit einem Schallkennimpedanzmodul, dadurch gekennzeichnet, homogene Schallkennimpedanz zwischen Wandler und der Umgebungsmedium aufzuweisen, vorzugsweise mit Kenngrößen der Schallkennimpedanz zwischen der des Wandlers und der des Umgebungsmediums, vorzugsweise Luft.

5. System, mit einem Schallkennimpedanzmodul, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem wie in 2, aus mehreren Schichten konstanter Schallkennimpedanz besteht, wobei sich die Schallkennimpedanz der einzelnen Schichten unterscheiden und vorzugsweise Kenngrößen zwischen den Schallkennimpedanzen des Schallwandlers und des Medium, vorzugsweise Luft, aufweisen.

6. System, mit einem Schallkennimpedanzmodul, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallkennimpedanzmodul einen linearen Verlauf der Schallkennimpedanz aufweist, vorzugsweise mit einem stetigen Übergang der Schallkennimpedanz zwischen Wandler und dem Schallkennimpedanzmodul sowie zwischen dem Schallkennimpedanzmodul und dem Lastmedium. 7. System, mit einem Schallkennimpedanzmodul, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallkennimpedanzmodul einen exponentiellen Verlauf der Schallkennimpedanz auf- weist, vorzugsweise mit einem stetigen Übergang der Schallkennimpedanz zwischen Wandler und dem Schallkennimpedanzmodul sowie zwischen dem Schallkennimpe- danzmodul und dem Lastmedium.

8. System, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallwandler als Schallaktuator betrieben wird.

9. System, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallwandler als Schallsensor betrieben wird.

10. System, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallwandler sowohl als Schallaktuator, als auch als Schallsensor betrieben wird.

11. System, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallwandler im Ultraschallfrequenzbereich agiert, vorzugsweise im Bereich zwischen 20 kHz und 100 MHz.

12. System, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallwandler auf piezoelektrischen Kera- miken und Kompositmaterialien basiert, beispielsweise PZT.

13. System, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallwandler auf mit Dünnschichtverfah- ren aufgebrachten piezoelektrischen Materialien basiert, beispielsweise PVDF.

14. System, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallwandler als mikromaschinell gefer- tigte Schallwandler (MUT); vorzugsweise mit kapazitivem (CMUT), piezoelektrischem (PMUT) und magnetischem Wirkprinzipien (MMUT), realisiert ist.

15. Verfahren zu Herstellung eines Schallkennimpedanzmoduls für die Anpassung der akustischen Impedanz zwischen einem Schallwandler und einem Umgebungsmedium, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallkennimpedanzmodul Strukturgrößen unterhalb von 500 nm aufweist.

16. Verfahren, bei dem die typische Strukturgröße des Schallkennimpedanzmoduls kleiner gleich 100 nm beträgt.

17. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung durch Erzeugung von Mikro- kavitäten erfolgt und hierbei das Schallkennimpedanzmodul durch Hohlräume, Kanäle oder Einschlüsse in seiner effektiven Dichte, effektiven Schallgeschwindigkeit und da- mit Schallkennimpedanz verändert wird.

18. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung durch Erzeugung von Ver- jüngungsstrukturen erfolgt und hierbei das Schallkennimpedanzmodul in mehrere, sich konisch verjüngende Volumen aufteilt und folglich in seiner effektiven Dichte, effektiven Schallgeschwindigkeit und damit Schallkennimpedanz verändert wird.

19. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung durch Erzeugung von Mikro- gittern erfolgt und hierbei das Schallkennimpedanzmodul aus gerüstartigen Gittern mit variablen Gerüstelementen, vorzugsweise Hexagone, Hexagone/Dreikante, Dreikante und Diamanten besteht.

20. Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung durch Erzeugung von aufge- wickelten Strukturen erfolgt und hierbei das Schallkennimpedanzmodul aufgespulten oder aufgewickelten Strukturen besteht, welche die Laufzeit der Schallwelle erhöhen.

21. Verfahren unter Verwendung des multiple-Photonen-Absorption-Lithographieverfah- rens zur Erzeugung des Schallkennimpedanzmoduls, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transfermedium unter gezielter Wirkung von mindestens zwei Photonen seine strukturelle Zusammensetzung verändert und eine im Vergleich zur Umgebung mecha- nisch stabile Struktur erzeugt.

22. Verfahren, bei dem das Transfermedium bestehend aus flüssigen und/oder festen Polymeren, Metallen, Gasen, Keramiken und/oder Kombinationen dieser Materialien besteht.

23. Verfahren, bei dem die erzeugten Strukturen, vorzugsweise durch Beschichtung, Inver- sion, Abgüsse und Einschlüsse nachbearbeitet wird.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfah- rens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrens- schritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten ein- leuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutz- umfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

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