KR101509342B1 - 인공와우용 음향 센서 장치 - Google Patents

인공와우용 음향 센서 장치 Download PDF

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최홍수
장종문
김상원
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재단법인대구경북과학기술원
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Abstract

본 발명의 실시예는 캔틸레버 어레이 타입의 인공와우용 음향 센서 장치에 관한 것이다. 본 실시예에서는 센서 본체의 중공부에 캔틸레버들을 서로 마주보게 배치하여 캔틸레버들을 한정된 공간에 고밀도로 배치할 수 있다. 따라서, 음향 센서 장치가 작은 크기로 형성될 수 있으므로, 음향 센서 장치를 사람의 귀 속에 간편하게 설치할 수 있다.

Description

인공와우용 음향 센서 장치{ACOUSTIC SENSOR APPARATUS FOR COCHLEAR IMPLANT}
본 발명은 인공와우용 음향 센서 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 캔틸레버를 고밀도로 배열시켜 장치의 소형화를 구현할 수 있는 캔틸레버 어레이 타입의 음향 센서 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 사람의 귀는 외부의 음향을 전기신호로 변환하여 뇌의 청각영역에 전달한다. 구체적으로 설명하면, 귓바퀴를 통해 모인 음향신호는 외이도(external auditory meatus, 外耳道)를 통해 들어와서 고막(tympanic membrane, 鼓膜)을 진동시킨다. 그리고, 이 진동은 추골, 침골 및 등골로 이루어진 이소골(auditory ossicles, 耳小骨)을 통하여 달팽이관(cochlea)으로 전달되고, 달팽이관 속의 유모세포(hair cell of cochlea)는 기계적인 음향 신호를 전기신호로 변환한 후 뇌의 청각영역으로 전기신호를 전달한다. 상기와 같은 과정을 통해서 사람은 소리를 감지할 수 있다.
하지만, 달팽이관 속의 유모세포가 손상되면, 음향에 대응하는 전기신호가 유모세포에서 뇌로 전달되지 않기 때문에 심각한 청각 장애가 발생한다. 이러한 청각 장애는 음압을 증폭시키기 위한 보청기의 사용으로는 개선이 불가능하다.
따라서, 최근에는 유모세포의 손상에 따른 청각 장애를 치료하는 방법으로서 인공와우(cochlear implant, 人工蝸牛)를 인체에 이식하는 방법이 널리 시술되고 있다. 즉, 이 방법은 달팽이관의 내부에 남아있는 청신경을 음향 신호에 따라 전기적으로 직접 자극하여 청력을 회복시키는 방법이다.
인공와우를 통한 소리의 인지 방식을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 인체의 외부에 장착된 송화기(microphone)를 통해서 소리 에너지가 전기 신호로 변환되고, 그 다음으로 어음처리기(speech processor)를 거쳐 전기 신호가 부호화된다. 그 부호화된 전기신호는 전파코일(RF transmission coil)을 통해 인체의 피부 속에 삽입된 수용-자극기(receiver/stimulator)에 무선으로 전달되고, 이 전달된 신호는 달팽이관의 내부로 삽입된 전극 어레이(electrode array)를 통해 청신경으로 전달되며, 그 청신경의 자극에 의해서 뇌에 소리가 인지된다.
상기와 같은 기존의 인공와우는 송화기와 어음처리기가 인체의 외부에 배치되는 구조이므로, 인공와우의 이식 수술 후 생활에 많은 제약을 갖는다. 예를 들면, 목욕이나 수영 등의 활동이 어렵고, 그 크기로 인하여 생활의 불편함 및 미관 저하를 초래할 수 있다. 특히, 인공와우 시술은 주로 3세 미만의 아동들을 대상으로 시술되기 때문에, 피수술인이 성장하여 장애를 인식할 때 정신적인 충격을 받을 가능성이 높다. 또한, 인공와우의 시술시 귀의 뒷부분에 삽입되는 수용-자극기는 배터리를 주기적으로 교체해 주어야 하는 불편함이 있으며, 수용-자극기는 달팽기관으로 들어가는 전극과 전선으로 연결되므로 전선의 부식 및 손상에 의해 인체에 부작용을 일으킬 수 있다. 또한, 기존의 인공와우는 내이에 해당하는 달팽이관에만 장애가 발생하더라도, 그 구조와 작동 원리로 인하여 정상 상태의 외이와 중이를 활용할 수 없다.
상기와 같은 문제점을 근본적으로 해소하기 위하여, 최근에는 귀에 완전하게 삽입되는 인공와우에 대한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다. 완전 삽입형 인공와우의 구현을 위해서는, 귀로 전달되는 음향에 대한 주파수의 분리 성능이 우수하고 센서의 전체 크기가 작게 형성될 필요성이 있다.
예를 들면, 한국공개특허 제2005-7002746호(발명의 명칭: 진동 검출기, 음 검출기, 보청기, 와우각 이식물 및 이와관련된 방법, 공개일: 2005.06.17)에는 완전한 삽입이 가능한 인공와우에 해당하는 청각 개선 장치(10)가 개시되어 있다. 상기와 같은 청각 개선 장치(10)는 외부 음향의 주파수에 따라 공진하는 공진기 어레이(28)가 구비된 진동 검출기/변환기(12)를 포함하고 있다. 한국공개특허 제2005-7002746호에서는 공진기 어레이(28)의 외팔보(30a, 30b, 30c...30n)들을 동일 길이로 형성하되, 외팔보의 지지점을 서로 다른 위치에 형성하여 공진 주파수 대역을 서로 다르게 설정하는 구조이다. 상기와 같은 외팔보들은 일정 간격으로 이격되게 일렬로 배열된 상태이다.
상기와 같은 기존의 공진기 어레이는 외팔보의 개수를 늘릴 경우, 음향의 주파수를 보다 세밀하게 분리하여 감지하는 것이 가능하지만, 외팔보들의 배열 길이도 함께 증가하므로 장치의 소형화에 문제를 초래할 수 있다. 따라서, 기존의 장치에서는 공진기 어레이의 외팔보 개수를 증가시키는 데 한계가 있다.
본 발명의 실시예는 캔틸레버 어레이의 캔틸레버를 고밀도로 배열시킬 수 있는 인공와우용 음향 센서 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는 캔틸레버들을 더 작은 공간에 배치시켜 장치의 소형화를 구현할 수 있는 인공와우용 음향 센서 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는 캔틸레버들을 일정 공간에 더 많은 개수를 배치시켜 음향의 주파수 분리 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 인공와우용 음향 센서 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 중앙에 중공부가 형성된 센서 본체, 및 상기 중공부에 외팔보 형상으로 배치되도록 상기 센서 본체에 구비되고 상기 센서 본체로 전달되는 음향의 주파수 대역에 따라 선택적으로 공진되는 복수개의 캔틸레버를 구비한 캔틸레버 어레이를 포함하는 인공와우용 음향 센서 장치를 제공한다. 여기서, 상기 캔틸레버들은 서로 다른 공진 주파수를 가지도록 서로 다른 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 중공부에 고밀도로 배치되도록 상기 중공부의 둘레를 따라 서로 마주보게 배치될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 인공와우용 음향 센서 장치는 상기 캔틸레버들을 상기 중공부에 고밀도로 배치할 수 있으므로, 캔틸레버 어레이의 크기를 감소시켜 장치의 소형화를 구현할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 실시예에 따른 인공와우용 음향 센서 장치는 일정 공간에 더 많은 캔틸레버들을 배치시킬 수 있으므로, 음향의 주파수 대역을 보다 세밀하고 정확하게 분리하여 감지할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 센서 본체는 사람의 귀로 들어오는 음향을 상기 캔틸레버 어레이에 전달하도록 상기 귀의 내부에 배치될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 센서 본체는 상기 캔틸레버 어레이에 의해 감지되는 음향의 주파수를 사람의 귀에 구비된 청신경에 전달하도록 상기 청신경과 신호 전달 가능하게 연결될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 캔틸레버는, 상기 음향의 설정 주파수에 공진되도록 상기 중공부에 외팔보 형상으로 형성된 공진부, 및 상기 공진부의 공진시 상기 센서 본체에 공진 주파수를 전달하도록 상기 공진부와 상기 센서 본체에 구비된 단자부를 구비할 수 있다.
상기 공진부와 상기 단자부는 MEMS 기술에 의해 형성될 수 있으며, 상기 공진부는 질화알루미늄 재료로 형성된 압전층을 구비할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 중공부는 원형홀 또는 다각형홀 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 캔틸레버들은 상기 중공부의 중심선을 기준으로 상기 중공부의 둘레를 따라 원형으로 배열될 수 있다.
상기 캔틸레버들의 평면 형상은 부채형, 삼각형, 또는 사다리형 중 어느 하나의 평면 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 캔틸레버들은 서로 다른 공진 주파수를 가지도록 서로 다른 넓이로 형성될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 중공부는 사각형홀 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 캔틸레버들은 상기 중공부의 양측부에 서로 마주보게 일렬로 배열될 수 있다.
상기 캔틸레버들의 평면 형상은 사각형 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 캔틸레버들은 서로 다른 공진 주파수를 가지도록 서로 다른 길이로 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 캔틸레버 어레이는, 상기 중공부의 일측부에 구비되고 상기 캔틸레버들이 제1 설정 길이에서부터 제2 설정 길이까지 단계적으로 길이가 증가되는 형상으로 배열된 제1 캔틸레버 어레이부, 및 상기 제1 캔틸레버 어레이부와 마주보도록 상기 중공부의 타측부에 구비되고 상기 제1 캔틸레버 어레이부의 상기 캔틸레버들의 길이에 대응하도록 상기 캔틸레버들이 제3 설정 길이에서부터 제4 설정 길이까지 단계적으로 감소되는 형상으로 배열된 제2 캔틸레버 어레이부를 포함할 수 있다.
상기 제1 설정 길이는 상기 캔틸레버들의 길이 중에서 가장 짧은 길이로 설정될 수 있다. 상기 제2 설정 길이는 상기 제1 설정 길이보다 길고 상기 제4 설정 길이보다 짧은 길이로 설정될 수 있다. 상기 제3 설정 길이는 상기 캔틸레버들의 길이 중에서 가장 긴 길이로 설정될 수 있다. 상기 제4 설정 길이는 상기 제3 설정 길이보다 짧고 상기 제2 설정 길이보다 긴 길이로 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 인공와우용 음향 센서 장치는, 캔틸레버 어레이의 캔틸레버들을 센서 본체의 중공부에 고밀도로 배열시킬 수 있으며, 그로 인해서 캔틸레버 어레이의 크기를 감소시켜 장치의 소형화를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인공와우용 음향 센서 장치는, 센서 본체의 중공부에 캔틸레버들을 더 많이 배열시킬 수 있어 음향의 주파수 대역을 보다 세밀하고 정확하게 분리하여 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인공와우용 음향 센서 장치는, 외팔보 형상의 캔틸레버 에레이 타입으로 형성되므로, 양단 지지보 형상의 빔 어레이 타입보다 공진 주파수 대역을 더욱 낮출 수 있으며, 캔틸레버의 길이를 빔보다 더욱 짧게 설계하여 장치의 소형화를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인공와우용 음향 센서 장치는, 장치의 소형화로 인해서 사람의 귀에 간편하게 시술할 수 있으며, 완전 삽입형 인공와우에 용이하게 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 인공와우용 음향 센서 장치는, MEMS 기술을 이용한 일괄공정을 통해서 대량 생산할 수 있으며, 그러한 대량 생산을 통해서 전체 가격을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인공와우용 음향 센서 장치의 설치 상태가 도시된 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 인공와우용 음향 센서 장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공와우용 음향 센서 장치가 도시된 평면도이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 인공와우용 음향 센서 장치(100)의 설치 상태가 도시된 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 인공와우용 음향 센서 장치(100)를 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 인공와우용 음향 센서 장치(100)는 센서 본체(110) 및 캔틸레버 어레이(120)를 포함한다.
음향 센서 장치(100)는 인공와우에서 외부 음향을 감지하기 위한 장치이다. 즉, 음향 센서 장치(100)는 외부 음향의 주파수를 감지한 후 그 외부 음향의 주파수에 대응하는 전기 신호를 발생할 수 있다.
인공와우는 음향 센서 장치(100)의 전기 신호를 귀의 청신경에 전달하여 청신경을 직접 자극할 수 있다. 상기와 같은 인공와우는 사람의 귀에 완전히 삽입되는 구조로 임플란트 시술될 수 있다. 따라서, 인공와우는 임플란트 시술의 편의를 위하여 소형으로 제작되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 음향 센서 장치(100)의 소형화와 성능 향상은 매우 중요하다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 센서 본체(110)는 중앙에 중공부(112)가 형성된 구조로 형성될 수 있다. 센서 본체(110)의 중공부(112)에는 캔틸레버 어레이(120)가 구비될 수 있다. 이하에서는 센서 본체(110)가 실리콘 웨이퍼로 형성된 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 종류의 기판으로 형성될 수 있다.
예를 들면, 중공부(112)는 센서 본체(110)의 중앙에 원형홀 또는 다각형홀 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 중공부(112)가 다각형홀로 형성된 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능할 수 있다.
센서 본체(110)는 사람의 귀로 들어오는 음향을 캔틸레버 어레이(120)에 전달하도록 귀의 내부에 형성된 음향 전달 통로 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 센서 본체(110)는 고막의 형성 부위에 배치될 수 있다. 이 경우에, 음향은 귓바퀴(102)에 의해 모인 후 외이도(104)를 통해 귀 속으로 들어올 수 있으며, 센서 본체(110)의 캔틸레버 어레이(120)는 귀 속으로 들어온 음향을 전달받을 수 있다
센서 본체(110)는 캔틸레버 어레이(120)에 의해 감지되는 음향의 주파수를 사람의 귀에 구비된 청신경에 전달하도록 청신경과 신호 전달 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들면, 센서 본체(110) 및 달팽이관(106) 내의 청신경은 케이블(114)에 의해서 신호 전달 가능하게 연결될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 음향 센서 장치(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양한 변형이 가능할 수 있다. 즉, 센서 본체(110) 및 달팽이관(106) 내의 청신경이 케이블(114) 이외의 부재로 신호 전달 가능하게 연결되거나, 또는 달팽이관(106) 이외의 부위에 존재하는 청신경과 직접 연결될 수도 있다. 따라서, 캔틸레버 어레이(120)는 귀로 들어오는 음향의 주파수에 대응하는 전기 신호를 생성할 수 있으며, 센서 본체(110)는 캔틸레버 어레이(120)의 전기 신호를 전달받아 청신경에 직접 전달할 수 있다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 캔틸레버 어레이(120)는 센서 본체(110)로 전달되는 음향의 주파수 대역에 따라 선택적으로 공진되는 복수개의 캔틸레버(130~135)를 구비할 수 있다. 즉, 캔틸레버 어레이(120)의 캔틸레버(130~135)들은 음향의 주파수 대역에 따라 선택적으로 공진할 수 있으며, 그 공진 주파수에 대응하는 전기 신호를 생성할 수 있다.
캔틸레버 어레이(120)의 캔틸레버(130~135)들은 중공부(112)에 외팔보 형상으로 배치되도록 센서 본체(110)에 구비될 수 있다. 캔틸레버 어레이(120)의 캔틸레버(130~135)들은 서로 다른 공진 주파수를 가지도록 서로 다른 형상으로 형성될 수 있다. 캔틸레버 어레이(120)의 캔틸레버(130~135)들은 중공부(112)에 고밀도로 배치되도록 중공부(112)의 둘레를 따라 서로 마주보게 배치될 수 있다.
예를 들면, 캔틸레버(130~135)들은 중공부(112)의 중심선(A-A)을 기준으로 중공부(112)의 둘레를 따라 원형으로 배열될 수 있다. 그 캔틸레버(130~135)들은 중공부(112)의 중심선(A-A)을 중심으로 동일 간격으로 서로 이격되게 배치될 수 있다.
여기서, 캔틸레버(130~135)들의 평면 형상은 부채형, 삼각형, 또는 사다리형 중 어느 하나의 평면 형상으로 형성될 수 있다. 상기와 같은 형상의 캔틸레버(130~135)들이 중공부(112)의 둘레를 따라 원형으로 배치되면, 캔틸레버 어레이(120)는 전체적으로 중공부(112)를 덮는 원판 또는 다각형판 중 어느 하나와 유사한 형상으로 센서 본체(110)의 중공부(112)에 형성될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 캔틸레버(130~135)들이 삼각형의 평면 형상으로 형성된 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능할 수 있다.
그리고, 캔틸레버(130~135)들은 서로 다른 공진 주파수를 가지도록 서로 다른 넓이로 형성될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 캔틸레버(130~135)들의 높이와 두께가 서로 동일하게 형성되나, 캔틸레버(130~135)들의 밑변 길이가 서로 다르게 형성된 것으로 설명한다.
한편, 캔틸레버 어레이(120)의 캔틸레버(130~135)는 공진부(122) 및 단자부(124)를 구비할 수 있다. 공진부(122)는 외부 음향과 반응하여 공진하는 부재이고, 단자부(124)는 공진부(122)의 공진시 공진부(122)에서 발생되는 전기 신호를 센서 본체(110)로 전달하는 부재이다.
공진부(122)는 음향의 설정 주파수에 공진되도록 중공부(112)에 외팔보 형상으로 형성될 수 있다. 일예로, 공진부(122)는 삼각형의 평면 형상으로 형성될 수 있으며, 삼각형의 밑변에 해당하는 부분이 센서 본체(110)의 중공부(112)에 고정되는 구조로 배치될 수 있다. 또한, 공진부(122)는 질화알루미늄(AIN) 재료로 형성된 압전층을 구비할 수 있다. 따라서, 공진부(122)가 음향의 주파수와 반응하여 공진되면, 공진부(122)의 압전층에 진동 압력이 전달되어 공진부(122)의 공진 주파수에 대응하는 전기 신호가 발생될 수 있다.
단자부(124)는 공진부(122)의 공진시 센서 본체(110)에 공진 주파수를 전달하도록 공진부(122)와 센서 본체(110)에 구비될 수 있다. 예를 들면, 단자부(124)는 공진부(122)의 삼각형 밑변에 해당하는 부분에서 한쌍이 돌출된 구조로 형성될 수 있다.
상기와 같은 공진부(122)와 단자부(124)는 MEMS 기술에 의해 일괄 제조 공정으로 형성될 수 있다. 따라서, 실리콘 웨이퍼로 형성된 센서 본체(110) 상에 캔틸레버 어레이(120)를 간편하게 형성할 수 있으며, 그로 인해서 음향 센서 장치(100)의 대량 생산이 이루어질 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 인공와우용 음향 센서 장치(100)의 시술방법 및 작동을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 음향 센서 장치(100)가 임플란트 시술을 통해 사람의 귀 속에 설치된다. 즉, 음향 센서 장치(100)는 귀의 외이도(104) 상에 배치하여 인공 기저막의 역할을 수행한다. 또한, 음향 센서 장치(100)의 센서 본체(110)를 귀 속의 달팽이관(106)에 존재하는 청신경에 케이블(114)로 연결한다.
특히, 본 실시예에서는 캔틸레버 어레이(120)의 캔틸레버(130~135)들이 중공부(112)의 둘레를 따라 서로 마주보게 배열시켜 캔틸레버(130~135)들을 중공부(112)에 고밀도로 배치할 수 있다. 캔틸레버 어레이(120)의 캔틸레버(130~135)들을 고밀도로 배치하면, 음향 센서 장치(100)의 소형화를 구현할 수 있어 음향 센서 장치(100)의 임플란트 시술 작업을 매우 간편하게 수행될 수 있다. 뿐만 아니라, 음향 센서 장치(100)의 동일 면적에 설치되는 캔틸레버(130~135)의 개수를 증가시킬 수도 있으므로, 캔틸레버(130~135)들에 의해 분리되는 음향의 주파수 대역을 보다 세밀하게 설정할 수 있다.
상기와 같이 임플란트 시술된 음향 센서 장치(100)의 작동을 더 구체적으로 설명한다.
즉, 외부 음향은 사람의 귓바퀴(102)를 통해서 귀 속으로 모인 후 외이도(104)를 따라 음향 센서 장치(100)에 전달될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예는 기존의 인공와우에 사용되는 음향 센서 장치와 달리 사람의 귀를 활용하는 구조로 형성되며, 그로 인해서 음향을 수신하기 위한 별도의 수신기가 생략될 수 있다.
상기와 같이 외부 음향이 음향 센서 장치(100)의 캔틸레버 어레이(120)에 전달되면, 캔틸레버 어레이(120)의 캔틸레버(130~135)들 중에서 외부 음향의 주파수 대역과 동일한 공진 대역을 갖는 캔틸레버(130~135)들이 선택적으로 공진할 수 있다.
상기와 같이 캔틸레버(130~135)의 공진부(122)가 외부 음향의 주파수에 의해 공진되면, 공진부(122)의 공진시 발생하는 진동 압력 변화에 의해서 공진부(122)의 압전층이 설정 크기의 전기 신호를 발생한다.
그리고, 공진부(122)에서 발생된 전기 신호는 단자부(124)를 통해서 센서 본체(110)로 전달되고, 센서 본체(110)와 연결된 케이블(114)를 통해 청신경으로 전달될 수 있다. 따라서, 청신경에는 음향의 실제 주파수 대역에 대응하는 전기신호가 복수개의 캔틸레버(130~135)로부터 전달된다.
상기와 같은 전기신호들의 조합에 의해서 청신경이 자극되면, 뇌가 청신경의 자극에 대응하는 음향을 인지할 수 있다.
본 실시예와 같이 음향 센서 장치(100)가 캔틸레버 어레이 타입으로 형성되면, 빔 어레이 타입으로 형성된 구조보다 공진에 유리하며, 외부 음향에 의한 공진 반응성을 높일 수 있다. 따라서, 음향 센서 장치(100)에 의한 음향의 주파수 분리 성능을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공와우용 음향 센서 장치(200)가 도시된 평면도이다.
도 3에서 도 1 내지 도 2에 도시된 참조부호와 동일 유사한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이하에서는 도 1 내지 도 2에 도시된 인공와우용 음향 센서 장치(100)와 상이한 점을 중심으로 서술하도록 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 인공와우용 음향 센서 장치(200)가 도 1 내지 도 2에 도시된 인공와우용 음향 센서 장치(100)과 상이한 점은, 센서 본체(210)의 중공부(212)가 사각형홀 형상으로 형성될 수 있으며, 캔틸레버 어레이(220)의 캔틸레버(231~238, 241~248)들은 중공부(212)의 양측부에 서로 마주보게 일렬로 배열된다는 점에서 상이점이 있다.
도 3를 기준으로 설명하면, 센서 본체(210)의 중공부(212)는 사각형홀 형상으로 형성되므로, 캔틸레버(231~238, 241~248)들은 중공부(212)의 상측부(212a)와 하측부(212b)에 서로 마주보게 좌우방향으로 배열되거나, 또는 캔틸레버(231~238, 241~248)들은 중공부(212)의 좌측부(212c)와 우측부(212d)에 서로 마주보게 상하방향으로 배열될 수 있다. 즉, 중공부(212)의 양측부는 서로 마주보면서 평행하게 형성될 수 있으며, 중공부(212)가 사각형홀 형상이기 때문에 2개가 서로 직교되게 구비될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 캔틸레버(231~238, 241~248)들이 중공부(212)의 상측부(212a)와 하측부(212b)에 서로 마주보게 배열된 것으로 설명한다. 상기와 같은 캔틸레버(231~238, 241~248)들은 중공부(212)의 양측부(212a, 212b)에 동일 간격으로 서로 이격되게 일렬로 배열될 수 있다.
여기서, 캔틸레버(231~238, 241~248)들의 평면 형상은 다양한 형상으로 형성될 수 있지만, 본 실시예에서는 중공부(212)의 형상과 동일한 사각형 형상으로 형성된 것으로 설명한다. 그리고, 캔틸레버(231~238, 241~248)들은 서로 다른 공진 주파수를 가지도록 서로 다른 길이로 형성될 수 있다. 즉, 캔틸레버(231~238, 241~248)들의 공진 주파수는 캔틸레버(231~238, 241~248)의 길이에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
상기와 같은 캔틸레버(231~238, 241~248)들의 공진부(222)는 길게 연장된 사각형의 평면 형상을 갖는 외팔보 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 공진부(222)의 공진시 공진부(222)에 형성된 질화알루미늄(AIN) 압전층으로부터 공진 주파수에 대응하는 전기 신호가 발생될 수 있다. 또한, 캔틸레버(231~238, 241~248)들의 공진부(222)에는 공진부(222)에서 발생된 전기 신호를 센서 본체(210)로 인출하기 위한 단자부(224)가 구비될 수 있다.
한편, 캔틸레버 어레이(220)는, 중공부(212)의 상측부(212a)에 구비된 제1 캔틸레버 어레이부(220a), 및 중공부(212)의 하측부(212b)에 구비된 제2 캔틸레버 어레이부(220b)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 캔틸레버 어레이부(220a)와 제2 캔틸레버 어레이부(220b)는 서로를 향해 돌출된 캔틸레버(231~238, 241~248)들을 각각 구비할 수 있으며, 각각의 캔틸레버(231~238, 241~248)들은 개별적으로 서로 대향되게 배치될 수 있다.
제1 캔틸레버 어레이부(220a)는 중공부(212)의 상측부(212a)를 따라 좌우 방향으로 제1 캔틸레버(231~238)들을 일렬로 배열한 구조로 형성될 수 있다. 제1 캔틸레버(231~238)들은 제1 설정 길이(L1)에서부터 제2 설정 길이(L2)까지 단계적으로 길이가 증가되는 형상으로 배열될 수 있다. 여기서, 제1 설정 길이(L1)는 제1 캔틸레버(231~238)들의 길이 중에서 가장 짧은 길이로 설정될 수 있으며, 제2 설정 길이(L2)는 제1 설정 길이(L1)보다 길고 후술하는 제4 설정 길이(L4)보다 짧은 길이로 설정될 수 있다.
제2 캔틸레버 어레이부(220b)는 중공부(212)의 하측부(212b)를 따라 좌우 방향으로 제2 캔틸레버(241~248)들을 일렬로 배열한 구조로 형성될 수 있다. 제2 캔틸레버(241~248)들은 제3 설정 길이(L3)에서부터 제4 설정 길이(L4)까지 단계적으로 길이가 감소되는 형상으로 배열될 수 있다. 여기서, 제3 설정 길이(L3)는 제2 캔틸레버(241~248)들의 길이 중에서 가장 긴 길이로 설정될 수 있으며, 제4 설정 길이(L4)는 제3 설정 길이(L3)보다 짧고 제2 설정 길이(L2)보다 긴 길이로 설정될 수 있다.
상기와 같은 제2 캔틸레버(241~248)들은 제1 캔틸레버(231~238)들의 길이에 대응하도록 형성될 수 있다. 구체적으로 설명하면, 제1 캔틸레버(231~238)들이 제1 설정 길이(L1)에서 제2 설정 길이(L2)로 단계적으로 길이가 증가됨에 따라 제2 캔틸레버(241~248)들은 제3 설정 길이(L3)에서 제4 설정 길이(L4)로 단계적으로 길이가 감소될 수 있다. 즉, 제1 캔틸레버(231~238)들의 길이 증가율과 제2 캔틸레버(241~248)들의 길이 감소율은 상호 동일한 크기로 형성될 수 있다. 따라서, 제1 캔틸레버(231~238)들과 제2 캔틸레버(241~248)들의 단부는 중공부(212)의 중심부에서 소정의 간격으로 이격된 상태로 서로 마주보게 배치될 수 있다.
예를 들면, 제1 설정 길이(L1)의 제1 캔틸레버(231~238) 및 제3 설정 길이(L3)의 제2 캔틸레버(241~248)는 서로 마주보게 배치될 수 있으며, 제2 설정 길이(L2)의 제1 캔틸레버(231~238) 및 제4 설정 길이(L4)의 제2 캔틸레버(241~248)도 서로 마주보게 배치될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100, 200: 인공와우용 음향 센서 장치
110, 210: 센서 본체
112, 212: 중공부
120, 220: 캔틸레버 어레이
122, 222: 공진부
124, 224: 단자부
130~135, 231~238, 241~248: 캔틸레버

Claims (11)

  1. 중앙에 중공부가 형성된 센서 본체; 및
    상기 중공부에 외팔보 형상으로 배치되도록 상기 센서 본체에 구비되고, 상기 센서 본체로 전달되는 음향의 주파수 대역에 따라 선택적으로 공진되는 복수개의 캔틸레버를 구비한 캔틸레버 어레이;를 포함하며,
    상기 캔틸레버들은 서로 다른 공진 주파수를 가지도록 서로 다른 형상으로 형성되고, 상기 중공부에 고밀도로 배치되도록 상기 중공부의 둘레를 따라 서로 마주보게 배치되며,
    상기 캔틸레버 어레이는, 상기 중공부의 일측부에 구비된 제1 캔틸레버 어레이부; 및 상기 제1 캔틸레버 어레이부와 마주보도록 상기 중공부의 타측부에 구비된 제2 캔틸레버 어레이부;를 구비하며,
    상기 제1 캔틸레버 어레이부의 캔틸레버들은 제1 설정 길이에서부터 제2 설정 길이까지 일방향으로 길이가 단계적으로 증가되도록 형성되고, 상기 제2 캔틸레버 어레이부의 캔틸레버들은 상기 제1 캔틸레버 어레이부의 길이 증가율과 대응되는 길이 감소율에 따라 제3 설정 길이에서부터 제4 설정 길이까지 일방향으로 길이가 단계적으로 감소되도록 형성되며,
    상기 캔틸레버들은 상기 제1 캔틸레버 어레이부와 상기 제2 캔틸레버 어레이부 사이의 간극이 최소화되도록 상기 제2 캔틸레버 어레이부와 상기 제2 캔틸레버 어레이부의 캔틸레버들 중에서 서로 마주보게 배치된 캔틸레버들의 길이합이 일정하게 형성된 인공와우용 음향 센서 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서 본체는 사람의 귀로 들어오는 음향을 상기 캔틸레버 어레이에 전달하도록 상기 귀의 내부에 배치되는 인공와우용 음향 센서 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서 본체는 상기 캔틸레버 어레이에 의해 감지되는 음향의 주파수를 사람의 귀에 구비된 청신경에 전달하도록 상기 청신경과 신호 전달 가능하게 연결된 인공와우용 음향 센서 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캔틸레버는,
    상기 음향의 설정 주파수에 공진되도록 상기 중공부에 외팔보 형상으로 형성된 공진부; 및
    상기 공진부의 공진시 상기 센서 본체에 공진 주파수를 전달하도록 상기 공진부와 상기 센서 본체에 구비된 단자부;
    를 구비한 인공와우용 음향 센서 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공진부와 상기 단자부는 MEMS 기술에 의해 형성되며,
    상기 공진부는 질화알루미늄 재료로 형성된 압전층을 구비한 인공와우용 음향 센서 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공부는 사각형홀 형상으로 형성되고, 상기 캔틸레버들은 사각형의 평면 형상으로 형성되며,
    상기 제2 캔틸레버 어레이부와 상기 제2 캔틸레버 어레이부의 캔틸레버들은 상기 중공부의 양측부에 서로 마주보게 일렬로 배열되고,
    상기 제2 캔틸레버 어레이부와 상기 제2 캔틸레버 어레이부의 캔틸레버들의 길이는 설정 비율에 따라 단계적으로 증가 또는 감소되는 상기 캔틸레버들은 상기 중공부의 양측부에 서로 마주보게 일렬로 배열된 인공와우용 음향 센서 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 설정 길이는 상기 캔틸레버들의 길이 중에서 가장 짧은 길이로 설정되고,
    상기 제2 설정 길이는 상기 제1 설정 길이보다 길고 상기 제4 설정 길이보다 짧은 길이로 설정되며,
    상기 제3 설정 길이는 상기 캔틸레버들의 길이 중에서 가장 긴 길이로 설정되고,
    상기 제4 설정 길이는 상기 제3 설정 길이보다 짧고 상기 제2 설정 길이보다 긴 길이로 설정되며,
    상기 캔틸레버들의 길이는 상기 제1 설정 길이에서 상기 제3 설정 길이까지 설정 비율에 따라 단계적으로 증가되고,
    상기 제1 설정 길이의 캔틸레버와 상기 제3 설정 길이의 캔틸레버는 서로 마주보게 배치되며, 상기 제2 설정 길이의 캔틸레버와 상기 제4 설정 길이의 캔틸레버는 서로 마주보게 배치된 인공와우용 음향 센서 장치.
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