KR100558140B1 - 필름형피사체의구조분석및/또는위치검출장치및그방법 - Google Patents

필름형피사체의구조분석및/또는위치검출장치및그방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파송신기 및 초음파수신기와 아울러 피사체용 베이스기판으로서 사용되는 기판을 포함하는, 초음파를 이용하여 피사체의 표면구조 및 표면에 인접한 구조를 분석하고 및/또는 피사체의 위치를 검출하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명의 근원적인 목적은 컴팩트한 파 코스를 허용하며 평평하고 사실상 컴팩트하며 작은 실시예를 가능케 하는 장치 및 방법을 제공하려는 것이다. 본 발명에 따른 상기 방법에 따라 피사체로부터 후방산란되었거나 반사된 파들은 기판을 따라 안내되어 분석을 위한 변환기로 유입된다. 상기 방법을 실행하는데 적합한 장치는 일차원 또는 이차원 파를 안내하기에 적합하며, 측면에 수신기 또는 수신기 및 송신기가 장착되어 있는 기판을 포함한다.

Description

필름형 피사체의 구조분석 및/또는 위치검출 장치 및 그 방법
본 발명은 한 개 또는 다수개의 초음파송신기와 초음파수신기와 아울러 피사체용 베이스면을 포함하는, 초음파를 이용하여 필름형 피사체의 구조를 분석하고 또는 위치를 검출하기 위한 장치에 관한 것이다.
필름형태의 피사체의 구조를 초음파를 이용하여 분석하는 장치들은 이미 EP 0262186에서 알 수 있는 바와 같이 공지되어 있다. 상기 종래의 장치들은 반사단층 촬영법에 근거를 둔다. 이 원리는, 상기한 EP 출원서에서 손가락자국에 적용했을 경우에, 1995년 플로렌스에서 열렸던 음향 이미지 컨퍼런스에서 제출된 "지문 무늬 검출 및 평가용 초음파 셋업" 보고문에 설명되어 있으며, 이와 관련된 진행보고서들이 공개되어 있다. 상기 종래기술 EP 0262186의 실시예 및 도면에서는 베이스기판 위에 있는 피사체에 그 맞은편에 놓여 있는, 유체로 충진되어 폐쇄된 하우징 내에 장착된 송신기를 사용하여 소리를 울려퍼지도록 하였다. 다수개의 송신기 및 다수개의 수신기들을 상기 베이스면 맞은편에 놓인 하우징 벽에 장착하든지 아니면 송신기 및 수신기를 소정 궤도상의 캐리어에 운동가능하게 장착구성 하였다. 이러한 방식으로 손가락 끝이나 상기 베이스기판 각 지점에 있는 각각의 다른 피사체들을 감지한다. 상기 피사체로부터 반사되었거나 후방산란된 파들은 수신기에 의해 수신된다. 상기 수신기는 후방산란 및 반사의 강도 및/또는 위상(phase)에 관한 정보를 경우에 따라 증폭기, 시간제어, 사실상 검출기를 사용하여 분석 및 기록을 위한 컴퓨터에에 의해 수신기에 인가한다.
이 때 손가락 또는 다른 피사체에 노출된 상기 초음파는 하나의 또는 다수개의 송신기로부터 나오는 음량파(volume-wave)들이며, 동일한 방식으로 상기 후방산란된 또는 반사된 음파들 역시 2 MHz 또는 그 이상의 대역에서 움직인다.
상기 종래기술에 의한 장치들은 제조법이 복잡하며 특히 하우징이 유체로 채워져 있기 때문에 매우 복잡하다는 사실을 알 수 있다. 때문에 상기 하우징을 완전 밀폐해야만 하고, 그 유체내에 변환기를 배선하는 것 역시 마찬가지로 문제의 소지가 있다. 또한 이러한 장치들은 유체로 충진된 하우징 때문에 그리고 음량파의 사용이 비교적 광범위하기 때문에, 상기 장치의 정확한 크기에 미달할 수도 있다. 또한 상기 장치들에서는 베이스면의 면적이 크기 때문에 이로 인하여 면적이 큰 피사체의 분석, 예를 들어 사람의 손과 같은 피사체의 분석이 불가능할 때가 있다.
또한 순수히 위치를 파악하기 위한 장치가 공지되어 있다. 그러한 접촉센서는 JP-A-2 195 289에 설명되어 있다. 이 장치는 도파관 역할을 하는 하나의 관으로 이루어져 있다. 그 관을 폐쇄하지 못하는 관단부에 송신기 내지 수신기 역할을 하는 초음파변환기가 구비되어 있다. 이 변환기에는 전달 및 시간측정스위치회로와 아울러 거리계산기가 연결되어 있다. 상기 도파관에 가해지는 기계적인 압력에 따라 상기 초음파의 반사를 결정하고, 이로써 압력점을 계산해낸다. 그러나 상기 특허에 제시된 기기를 사용하면 구조분석은 불가능하다.
나아가, 기타의 초음파와 같은 수단을 이용하여 어떤 면 위에 놓인 피사체의 위치, 예를 들어 손가락의 위치를 감지할 수 있는, 예를 들어 디스플레이 장치들(마찬가지로 EP 0 557 446 및 0 523 200)과 같은 다른 장치들이 공지되어 있다. 그러나 이 기기들은 피사체, 예를 들어 손가락의 구조를 분석할 수 있는 위치에 장착할 수가 없다. 왜냐면 그 해상도가 너무나 낮을 뿐만 아니라 기능이 설정되어 있지 않기 때문이다. 또한 상기 기기는 피사체에 의해 야기된 초음파를 단지 흡음하는 데에만 이용되기 때문에 그 기능 방식도 다르며, 따라서 원칙적으로는 그 구조의 판독은 불가능하다.
따라서 본 발명의 근원적인 목적은 컴팩트한 파패턴을 허용하며 평평하고 사실상 컴팩트한 작은 실시예를 가능케하는, 피사체의 표면구조 및 표면에 인접한 영역을 분석하고 및/또는 피사체의 위치를 분석하기 위한 방법 및 그 장치를 제공하려 함에 있다. 상기 장치는 구조적으로 동일하게 우수한 분석효과를 지닐 경우에 기술적으로 저렴한 비용이 소모된다.
이상에서 제기된 목적은 본 발명에 따라 청구항 1항 및 2항의 특징부에 포함된 요지를 통하여 성취된다.
실험을 통하여 이러한 방식으로 가이드된 초음파는 분명하고 반복가능한 피사체의 구조분석 및/또는 위치분석을 수행함을 알 수 있었다. 여기서 기판의 크기는 청구항 2항에서 실시된 것처럼 원하는 대로 구성할 수 있다. 청구항에서는 상기 기판 측면에 수신기 또는 송신기 및 수신기를 장착하였다. 송신기나 수신기는 상기 기판 하부에 구성할 수도 있다. 음파의 확산은 본 발명에 따라 전단파(SH-wave)를 사용하여 이루어지며 상기 파는 수평으로 극성을 띠고 있다. 상기 기판의 재료로서는 유리, 금속 또는 흡수율이 적은 크리스탈이 제시되어 있다. 물론 상기 베이스기판에서 발생되었거나 수신된 초음파들, 즉 기판표면을 따라 가이드되는 초음파들이 반복가능하거나 또는 강하게 반사되거나 또는 판에 놓인 필름 구조에 산란되기 때문에, 송신기나 수신기와 같은 변환기를 기판측면에 장착할 수도 있다.
상기 기판에서 적어도 어느 한 면에는 상기 파들을 2차원으로 가이드하는 경계라인이 있다. 여기서 소정의 가이드된 파가 송신되었는지 아니면 정상적인(normal) 파가 송신되었는지는 상관이 없다. 그러나 피사체로부터 반사되었거나 또는 후방산란된 파는 기판경계 또는 기판경계라인들을 통해 2차원으로 가이드된다.
상기 기판에 하나 또는 다수개의 채널들을 구성할 수 있다. 이로써 일차원파는 래치된 다음 상기 채널의 끝에 있는 수신기로 전송된다. 상기 채널들은 기판 구조, 예를 들어 밀도를 다르게 하여 구성가능하다. 또한 상기 기판은 서로 다른 두물질이 나란히 경계를 이루고 있는 물질들을 사용하여 구성가능하며, 코어와 상기 코어의 피복을 서로 다른 물질로 구성된 광학 도파관과 비슷한 방식으로 구성가능하다.
상기 기판의 두께(THICKNESS)는 0.33mm 내지 3mm이며 파장의 길이에 따라 달라진다. 상기 기판의 가장 적합한 두께로는 송신된 초음파의 파장보다 5-10배 더 두꺼워야 한다. 기판에 채널이 형성되어 있는 경우에는 그 직경은 사용된 초음파의 파장보다 5-10배 더 크게 유지하여야 한다. 나아가, 상기 일차원 가이드는 신호가 연속적으로 인가되기 때문에 연속적으로 감지할 수 있다는 효과를 갖는다. 또한 두꺼운 기판에도 사용가능하다.
본 발명에 따른 장치는 상술한 종래기술 예를 들면 EP 0262186의 장치에 반해, 기판이 평평하게 구성되어 있기 때문에 반복가능하고 정확한 분석데이타를 제공한다는 장점이 있다. 또한 본 발명은 종래의 EP 0262186의 유체가 충진되어 있던 하우징을 생략했기 때문에 그 구성이 매우 간단하다. 상기 초음파의 전달은 상기 기판형태의 고체 내부에서 철저히 이루어지도록 보장되어 있다. 따라서 그 외의 부가적인 방법들은 필요가 없다. 이상의 사실들로 인하여 기기의 크기가 예를 들어 버튼 크기만큼 작아지게 된다. 또한 상기 장치가 피사체의 구조 뿐만 아니라 그 위치도 분석할 수 있도록 상기 장치들의 규모를 더 크게 제조할 수도 있는데, 이는 종래의 접촉기판(touch panel)에서와 같이 컴퓨터의 제어에 훨씬 더 이로울 수 있을 뿐만 아니라 손바닥 전체와 같이 보다 큰 피사체를 감지할 수 있도록 한다.
본 발명의 다른 특징들은 첨부된 도면으로부터 알 수 있다. 도면설명:
도 1: 상기 장치의 개략적 측면도.
도 2: 도 1에 도시된 실시예의 평면도.
도 3: 일차원 도파관으로 제조된 기판의 배선을 도시한 도면.
도 4: 기판의 채널연장선을 도시한 도면.
도 5: 두 채널을 기판내에 나선형태로 배치한 상태를 도시한 도면.
도 1은 설명된 실시예에서 엣지부분에 형성된 변환기들(3)과 기판 하부에 형성된 변환기(2)를 포함하는 둥근 기판(1)을 도시하고 있다. 도 2에서 평면도시된 실시예로부터 변환기(4,5)가 상기 기판 둘레에 둥글게 형성되어 있다는 것을 알 수 있다. 상기 변환기들은 송신기 뿐만 아니라 수신기로 이용가능하다. 선택적인 하부 변환기(2)는 도 2에는 도시되어 있지 않다.
도 1 및 도 2에 개략적으로 도시된 장치에서는 기판 내에서(고체) 하나 또는 양측 경계라인을 따라 전달(이식)되는 초음파대역의 전단파를 이용하고 있다.
가이드된 파장으로서는, 다시 말하여 모든 차원으로 산란될 수 없는 그러한 파장을 사용한다. 도 1 및 도 2의 실시예에 따른 기판에는 이차원 파가 형성된다. 반면에, 채널이 원하는 수만큼 형성되어 있는 기판으로서는 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된 것과 같은 일차원 산란을 하는 파를 갖는다.
음량파를 이용했던 종래 장치들에서와 유사하게, 전기 신호가 수신변환기로부터 증폭기 및 디지탈-아날로그-변환기를 이용한 사실상 검출기를 거쳐 컴퓨터로 입력된다. 컴퓨터는 분석된 필름의 상태 및/또는 위치에 대한 정보를 증폭기 및 검출기로부터 받아 전달한다.
이차원 파를 이용하는 경우에 사용된 상기 분석방법은 서두에서 설명한 음량기기들에 이용되는 것과 같은, 예를 들어 라돈변형과 같은 방법에 해당한다. 게다가 채널이 있는 버전은 채널진행선에 해당하는 신호 내지는 신호들 합성만을 필요로 하기 때문에 단순하다는 또 하나의 가능성을 제공한다.
따라서 검사될 필름의 그림을 복사할 필요가 있는 경우에는 상기한 방법이 자연히 필요하게 된다. 다른 목적으로 사용할 경우에도 역시 예를 들어 간단한 신호비교, 다른 변형기술 등의 다른 신호처리 방법들을 이용할 수 있다.
또한 본 발명에 따르는 평탄한 상기 장치의 해결방법은 상기 기판이 일차원 파의 가이드를 허용하기 때문에 기판에 놓인 피사체 필름의 구조 및 그와 관련된 위치분석이 간단하다는 가능성을 제공한다. 일차원 파 가이드를 사용한 분석방법은 상기 분석방법이 라인 스캐닝(LINE SCANNING)을 가능케 한다는 잇점이 있다.
일차원 파의 형성을 위해 도 3에 도시된 것과 같은 상기 기판은 나란히 진행하는 평행한 채널들(6)로 이루어져 있다. 상기 채널들의 측벽들은 인접한 채널들과 연결되어 있다. 상기 채널(6)들은 그 단부에 변환기, 즉 연속적으로 송신하고 수신하는 초음파를 전기 신호로 변환시키는 변환기를 구비한다.
도 4에는 기판(9) 전체 면적에 걸쳐 덮혀 있고 피사체에 노출된 초음파의 정보를 변환기(10)로 계속 전달해주는 하나의 채널(8)이 도시되어 있다.
도 5에는 두 개의 평행한 채널들(11,12)이 도시되어 있다. 상기 채널들은 모난 나선 형태로 연장되어 있으며 후방산란된 초음파를 수신하여 변환기들(13,14)로 인가한다. 상기 변환기들은 검출한 신호들을 컴퓨터로 전송한다.
상기 채널들의 도시된 연장형태는 단지 일예를 들어 제시한 것이기 때문에, 각 연장형태는 후방산란된 파들을 단일모드로 변환기에 전송하기에 적합한 형태로 구성가능하다.

Claims (18)

  1. 초음파송신기 및 초음파수신기와 아울러 피사체 지지용 기판을 포함하며 초음파를 이용하여 피사체의 표면구조 및 표면에 인접한 구조를 분석하고 및/또는 피사체의 위치를 검출하는 방법에 있어서,
    상기 기판 위에 놓인 피사체에 수평으로 극성화된 초음파(전단파, SH_wave)를 입사함과 동시에 상기 피사체로부터 상기 초음파의 반사파 및/또는 산란파를 생성하여 상기 반사파 및/또는 산란파가 상기 기판을 따라 가이드되며 분석을 위해 변환기(3,4,5)로 전송되는 것을 특징으로 하는 피사체의 구조를 분석하는 방법.
  2. 초음파송신기 및 초음파수신기와 아울러 피사체 지지용 기판을 포함하며 초음파를 이용하여 피사체의 표면구조 및 표면에 인접한 구조를 분석하고 및/또는 피사체의 위치를 검출하고 상기 기판 위에 놓인 피사체에 수평으로 극성화된 초음파(전단파, SH-wave)를 입사함과 동시에 상기 피사체로부터 상기 초음파의 반사파 및/또는 산란파를 생성하여 상기 반사파 및/또는 산란파가 상기 기판을 따라 가이드 되며 분석을 위해 변환기(3,4,5)로 전송되는 피사체의 구조를 분석하는 방법을 실시하기 위한 장치에 있어서,
    일차원 또는 이차원 파형의 가이드(GUIDE)에 적합한 플레이트 형상의 고체물(1)로 형성된 지지용 기판; 및 초음파(전단파, SH_wave)를 생성하는 초음파송신기와 상기 초음파를 수신하는 초음파수신기로 구성된 변환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 플레이트 형상의 고체물(1)은 유리 또는 여러 가지 금속과 같은 고체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  4. 제2항에 있어서, 피사체에 반사되었거나 또는 후방산란된 파형을 안내하기 위해서 도파관(6,8,11,12)이 상기 기판 안에 형성되거나 및/또는 상기 기판을 구성하는 것을 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 도파관으로서 하나의 채널(8) 또는 다수개의 채널(6,11,12)들이 구비되는 것을 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 채널들은 기판구조(두께, THICKNESS)를 다르게 하여 구비되는 것을 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 채널들은 두 물질들로 구성되는 것을 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 채널은 도체(CONDUCTOR)로 구성되고 상기 도체의 코어(CORE)는 외주면의 피복(ENVELOP)과는 다른 물질로 제조됨을 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 수신기(3)는 상기 기판(1)의 측면에 형성되고 상기 송신기(2)는 상기 기판의 하부에 형성되는 것을 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  10. 제2항에 있어서, 상기 기판의 두께(THICKNESS)는 초음파의 파장에 따라 가변될 수 있는 것을 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  11. 제5항에 있어서, 다수개의 나란히 배치된 채널들(6)이 상기 기판에 사전에 마련되어 있거나 상기 기판을 구성하고, 상기 채널들의 단부들에는 연속으로 스캔(SCANNED) 가능한 수신기(7)가 형성되는 것을 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 채널 또는 채널들(11,12)은 모난 나선형으로 또는 둥근 나선형으로 감겨있는 것을 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  13. 제 12항에 있어서, 권선은 두 개의 채널로 나뉘어 있는 것을 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  14. 제5항에 있어서, 상기 채널(8)은 앞뒤로(BACK AND FORTH) 감겨지고, 상기 채널부들은 서로 평행하게 구비되는 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  15. 초음파송신기 및 초음파수신기와 아울러 피사체 지지용 기판을 포함하며 초음파를 이용하여 피사체의 표면구조 및 표면에 인접한 구조를 분석하고 및/또는 피사체의 위치를 검출하고 상기 기판 위에 놓인 피사체에 수평으로 극성화된 초음파 (전단파, SH-wave)를 입사함과 동시에 상기 피사체로부터 상기 초음파의 반사파 및/또는 산란파를 생성하여 상기 반사파 및/또는 산란파가 상기 기판을 따라 가이드 되고 분석을 위해 변환기(3,4,5)로 전송되는 피사체의 구조를 분석하는 방법을 실시하기 위한 장치에 있어서,
    상기 기판은 만곡된 것을 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  16. 제4항에 있어서, 상기 도파관 또는 채널들의 직경은 상기 초음파의 파장보다 5-10배 더 큰 것을 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  17. 초음파송신기 및 초음파수신기와 아울러 피사체 지지용 기판을 포함하며 초음파를 이용하여 피사체의 표면구조 및 표면에 인접한 구조를 분석하고 및/또는 피사체의 위치를 검출하고 상기 기판 위에 놓인 피사체에 수평으로 극성화된 초음파 (전단파, SH-wave)를 입사함과 동시에 상기 피사체로부터 상기 초음파의 반사파 및/또는 산란파를 생성하여 상기 반사파 및/또는 산란파가 상기 기판을 따라 가이드 되고 분석을 위해 변환기(3,4,5)로 전송되는 피사체의 구조를 분석하는 방법을 실시하기 위한 장치에 있어서,
    수신기의 전기신호는 검출기 및/또는 아날로그-디지탈 변환기를 통하여 연산을 위한 컴퓨터에 전송되고 상기 전기신호는 피사체의 위치 및/또는 피사체의 구조를 나타내는 라돈변환 및/또는 스캐닝(SCANNING)에 의한 신호인 것을 특징으로 하는 피사체의 구조 분석장치.
  18. 제2항 내지 제17항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 신호들은 수신변환기로부터 검출기 및/또는 아날로그-디지탈 변환기를 통하여 이후의 처리를 위한 컴퓨터로 유입되며, 상기 컴퓨터는 분석된 피사체 필름의 위치 및/또는 상태에 대한 정보를 라돈-변형 및/또는 신호합성법을 이용하여 전달하는 것을 특징으로 하는 장치.
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