KR101993517B1 - 음파 검출기 - Google Patents
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Abstract
음파 검출기는 외부 하우징 벽(exterior housing wall)을 갖는 외부 하우징과, 이 외부 하우징 내에 위치하며 내부에 가스를 수용하도록 구성된 가스 챔버를 포함할 수 있다. 외부 하우징 벽은 가스 챔버와 음파 검출기의 외부 사이에 가스 통로를 제공하는 개구부를 포함할 수 있다. 음파 검출기는 가스 챔버 내에 수용된 가스 내의 특정 유형의 가스 분자를 시변 방식으로(in a time-varying fashion) 선택적으로 여기시켜, 가스 내에 음파를 생성하도록 구성된 여기 소자와, 가스 내에서 생성된 음파와 음파 검출기의 외부에서 생성된 음파를 검출하도록 구성된 음파 센서를 더 포함할 수 있다. 음파 센서는 외부 하우징 벽의 개구부와 중첩되는 음향 포트를 가질 수 있다. 음파 센서는 검출될 음파에 의해 변위가능한 기계적 구조물을 포함할 수 있고, 이 기계적 구조물의 변위는 검출될 음파의 특성을 나타낸다.
Description
관련 출원(들)
본 출원은 "ACOUSTIC WAVE DETECTOR"라는 명칭으로 2016년 6월 3일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/172,178호의 일부 계속 출원이며, 이 미국 특허 출원의 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
다양한 실시예는 일반적으로 음파 검출기에 관한 것이다.
음파 검출기는 현대 생활에서 음성 전송 장치의 일부로서 또는 주변 공기와 같은 가스를 검출하기 위한 가스 분석기에서 채용되는 광 음향 검출기의 일부로서 중요해졌다. 예를 들어, 오염으로 인한 주변 공기의 조성에 대한 분석이 점점 중요해짐에 따라, 사용시 유연한 소형 음파 검출기를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 음파 검출기가 제공된다. 음파 검출기는 외부 하우징 벽을 갖는 외부 하우징, 이 외부 하우징 내에 배치되고 내부에 가스를 수용하도록 구성된 가스 챔버를 포함할 수 있다. 외부 하우징 벽은 가스 챔버와 음파 검출기의 외부 사이에 가스 통로를 제공하는 개구부(aperture)를 포함할 수 있다. 음파 검출기는, 가스 챔버에 수용된 가스 내의 특정 유형의 가스 분자를 시변 방식으로 선택적으로 여기시켜 가스에 음파를 발생시키도록 구성된 여기 소자, 및 가스 내에서 생성된 음파 및 음파 검출기 밖에서 생성된 음파를 검출하도록 구성된 음파 센서를 더 포함할 수 있다. 음파 센서는 외부 하우징 벽의 개구부와 중첩되는 음향 포트를 가질 수 있다. 음파 센서는 검출될 음파에 의해 변위될 수 있는 기계적 구조물을 포함할 수 있으며, 이 기계적 구조물의 변위는 검출될 음파의 특성을 나타낸다.
도면에서, 동일한 도면 부호는 일반적으로 상이한 도면 전반에 걸쳐 동일한 부분을 나타낸다. 도면은 반드시 비율대로 도시되어 있지는 않으며, 대신 본 발명의 원리를 설명할 때 대체로 강조가 행해진다. 이하의 설명에서, 본 발명의 다양한 실시예가 다음의 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 예시적인 음파 검출기의 개략도이다.
도 2는 변형된 음파 검출기의 개략도이다.
도 3은 또 다른 변형된 음파 검출기의 개략도이다.
도 4는 또 다른 변형된 음파 검출기의 개략도이다.
도 5는 도 4에 도시된 음파 검출기의 간략도이다.
도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 음파 검출기의 유체-음향 등가 모델(fluidic-acoustic equivalent model)을 나타낸다.
도 7은 도 4 및 도 5에 도시된 음파 검출기의 음파 센서에 의해 검출된 압력 신호의 신호 성분들의 주파수 의존성을 나타낸다.
도 8a 내지 도 8h는 본 명세서에 개시된 음파 센서의 일부를 형성할 수 있는 다양한 예시적인 유형의 기계적 구조를 도시하는데, 보다 구체적으로는, 도 8a 및 도 8b는 예시적인 멤브레인 구조를 도시하고, 도 8c 및 도 8d는 예시적인 캔틸레버 구조를 도시하고, 도 8d-8f는 예시적인 콤 구조(com structure)를 도시하며, 도 8g 및 도 8h는 예시적인 회전가능 구조를 도시한다.
도 1은 예시적인 음파 검출기의 개략도이다.
도 2는 변형된 음파 검출기의 개략도이다.
도 3은 또 다른 변형된 음파 검출기의 개략도이다.
도 4는 또 다른 변형된 음파 검출기의 개략도이다.
도 5는 도 4에 도시된 음파 검출기의 간략도이다.
도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 음파 검출기의 유체-음향 등가 모델(fluidic-acoustic equivalent model)을 나타낸다.
도 7은 도 4 및 도 5에 도시된 음파 검출기의 음파 센서에 의해 검출된 압력 신호의 신호 성분들의 주파수 의존성을 나타낸다.
도 8a 내지 도 8h는 본 명세서에 개시된 음파 센서의 일부를 형성할 수 있는 다양한 예시적인 유형의 기계적 구조를 도시하는데, 보다 구체적으로는, 도 8a 및 도 8b는 예시적인 멤브레인 구조를 도시하고, 도 8c 및 도 8d는 예시적인 캔틸레버 구조를 도시하고, 도 8d-8f는 예시적인 콤 구조(com structure)를 도시하며, 도 8g 및 도 8h는 예시적인 회전가능 구조를 도시한다.
다음의 상세한 설명은 본 발명이 실시될 수 있는 특정 세부사항 및 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다.
본 명세서에서 "예시적인"이라는 단어는 "예, 사례 또는 실례로서의 역할"을 의미하는 것으로 사용된다. 본 명세서에서 "예시적인"것으로 설명된 임의의 실시 예 또는 설계는 다른 실시예 또는 설계보다 바람직하거나 유리한 것으로 해석될 필요는 없다.
도 1은 외부 하우징 벽(104)을 갖는 외부 하우징(102) 및 이 외부 하우징(102) 내에 위치하고 내부에 가스를 수용하도록 구성된 가스 챔버(106)를 포함하는 음파 검출기(100)를 도시한다. 외부 하우징 벽(104)은 가스 챔버(106)와 음파 검출기(100)의 외부 사이에 가스 통로를 제공하는 개구부(108)를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 "외부 하우징 벽(exterior housing wall)"이라는 용어는 다른 하우징 부분에 의해 커버되지 않은 음파 검출기(100)의 외주(outer periphery)를 나타낸다.
음파 검출기(100)는 가스 챔버(106)에 수용된 가스 내의 특정 유형의 가스 분자를 시변 방식으로 선택적으로 여기시키도록 구성된 여기 소자(110)를 더 포함할 수 있다. 여기 소자(110)는 분석될 가스 내의 가스 분자의 특정 원자 또는 분자 여기를 유도하고 및/또는 그 가스 분자의 다양한 진동 및/또는 회전 모드를 여기시키도록 구성될 수 있다. 이러한 여기는 양압 펄스(positive pressure pluse)를 발생시킨다.
여기 소스를 끄면 여기된 가스 분자가 이완되어 음압 펄스가 발생한다. 분석될 특정 가스 분자는 시변 방식으로, 예를 들어, 주기적으로 여기되기 때문에, 시변, 예를 들어 주기적인 압력 변동이 분석될 가스에서 생성된다. 보다 구체적으로, 가스 내의 특정 유형의 가스 분자의 함량을 나타내는 음파가 생성된다. 가스 내의 가스 분자의 농도는 생성된 음압에 비례한다.
음파 검출기(100)는 주변 공기의 조성을 검출하기 위해, 예를 들어 주변 공기 내의 CO2의 함량을 검출하기 위해 및/또는 주변 공기에서 CO와 같은 유독 가스를 검출하는데 사용될 수 있다. 주변 공기의 메탄 및/또는 물 분자(습도)도 이와 같이 검출될 수 있다. 이와 달리 또는 부가적으로, 음파 검출기(100)는 혈당 수준을 나타내는 알코올 및/또는 아세톤의 함량을 측정하기 위한 호흡 분석기로서 구성되어 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 음파 검출기(100)는 가스 내에서 발생한 음파 및 음파 검출기(100)의 외부에서 발생한 음파를 검출하도록 구성된 음파 센서(112)를 포함할 수 있다. 여기 소자(110)에 의해 가스 내에서 발생한 음파를 음파 검출기(100)의 외부에서 생성된 음파와 구별하는 방식은 나중에 여기 소자(110)의 동작 원리를 보다 상세히 설명할 때 논의될 것이다.
음파 센서(112)는 검출될 음파에 의해 변위될 수 있는 멤브레인(112a)을 가질 수 있다. 멤브레인(112a)의 변위는 음파의 주파수 및/또는 세기와 같은 검출 될 음파의 특성을 나타낼 수 있다.
멤브레인(112a)은 고정된 기준 멤브레인에 대해 병렬 관계로 배치될 수 있고 이 고정된 기준 멤브레인과 함께 커패시턴스가 멤브레인(112a)의 변위에 의해 변경될 수 있는 커패시터를 정의한다. 결과적으로, 이 커패시턴스를 측정함으로써, 음파의 특성을 나타내는 신호가 얻어질 수 있다. 이와 달리 또는 부가적으로, 멤브레인(112a)의 변위를 감지하기 위한 피에조 소자가 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 음파 센서(112)의 멤브레인(112a)은 그 내부에서 생성된 음파를 효율적으로 검출하기 위해 가스 챔버(106)를 한정(delimit)할 수 있다. 멤브레인(112a)은 가스 챔버(106)의 가스 유입구 및/또는 가스 배출구를 제공하는, 멤브레인(112a)을 관통하며 형성된 적어도 하나의 개구부(113)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 개구부(113)는 약 10㎛ 내지 약 50㎛ 범위의 직경을 가질 수 있다. 다양한 실시예에서, 멤브레인(112a)은 약 30㎛의 직경을 갖는 개구부(113)를 가질 수 있다. 멤브레인(112a) 내에 충분한 유동 영역을 제공하기 위해, 다수의 개구부, 예를 들어 30개의 개구부가 멤브레인(112a)를 관통하며 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 가스는 가스 챔버(106)와 음파 검출기(100)의 외부 사이에서 외부 하우징 벽(104)에 제공된 개구부(108) 및 음파 센서(112)의 멤브레인(112a)에 제공된 개구부(113)를 통한 확산에 의해 교환될 수 있다. 약 1 ㎣의 용적을 갖는 가스 챔버(106)와 관련된 확산 시간은 약 1분에 이를 수 있다. 최대 10㎣의 큰 용적을 갖는 가스 챔버(106)도 또한 생각해 볼 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 음파 센서(112)는 외부 하우징 벽(104)의 개구(108)와 겹치는 음향 포트(114)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 음파 검출기(100)의 외부로부터 검출될 음파는 음파 센서(112)에 효율적으로 공급된다. 도 1에 도시된 예시적인 음파 검출기(100)에서, 멤브레인(112a)은 외부 하우징 벽(104)에 제공된 개구부(108)와 중첩될 수 있다. 이러한 방식으로, 음파 센서(112)에 진입하는 음파는 멤브레인(112a)으로 효율적으로 지향되어, 음파 검출기(100)의 외부로부터의 음파를 매우 효율적으로 검출한다.
이 예시적인 음파 검출기(100)에서, 음파 센서(112)는 가스 챔버(106)를 음파 검출기(100)의 외부에 연결하는 가스 통로의 일부를 형성한다. 또한, 가스 챔버(106)는 음파 검출기(100)의 외부와 지속적으로 가스 흐름 소통을 갖는다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 주변 공기의 조성의 변화가 신속하게 검출될 수 있다.
음파 검출기(100)는 이동 전화기와 같은 이동 장치에 장착될 수 있다. 이러한 방식으로, 음파 검출기(100)는 유연하게 이용될 수 있다. 이 경우, 음파 센서(112)는 MEMS 마이크로폰과 같은 마이크로폰으로 구성될 수 있고, 가스 챔버(106)는 마이크로폰의 백볼륨(backvolume)의 일부일 수있다. 이러한 방식으로, 소형 구조의 전화기가 제공될 수 있다.
여기 소자(110)는 가스 챔버(106) 내로 방사선을 방출하도록 구성된 방사선 소스(116)를 포함할 수 있다. 방사선은 시변 방식으로 가스 내의 특정 유형의 가스 분자를 선택적으로 여기시켜 음파를 생성하는 데 적합할 수 있다.
방사선 소스(116)는 적외선 및/또는 가시광선 및/또는 자외선 주파수 범위의 전자기 방사선을 방출하도록 구성될 수 있다. 적외선 광은 진동 분자 모드를 여기하는 데 적합하다. 예로서, 약 4.25㎛의 파장을 갖는 적외선 광은 CO2의 진동 모드를 여기하는 데 적합하다. 방사선 소스(116)는 사전결정된 시간 간격으로, 예를 들어 주기적으로 광 펄스를 방출하도록 구성될 수 있다. 펄스가 방사선 소스(116)에 의해 방출되는 시간 간격은, 가스의 이완이 방사선 소스(116)에 의해 방출된 2개의 바로 연속하는 광 펄스 사이의 시간차보다 짧은 기간에서 발생한다는 조건하에, 가스 내에 유도된 음파의 주파수를 결정할 수 있다.
예시적인 음파 검출기(100)에서, 광 펄스가 약 0.01 초 내지 약 0.1 초 범위의 시간 간격으로 방출되어 약 10Hz 내지 약 100Hz의 주파수, 즉 약 20Hz에서 20kHz의 가청 주파수 범위의 낮은 주파수 영역 내의 음향 주파수를 갖는 음파를 유도한다.
결과적으로, 이렇게 유도된 음파는 사람에 의해 잘 감지되지 않는다. 따라서, 음파 검출기가 휴대 전화에 장착되는 경우, 음파 검출기(100)는 음성 품질을 현저하게 저하시키지 않고 지속적으로, 즉 전화 통화 중에도 작동될 수 있다. 대안적으로, 휴대 전화에 장착된 음파 검출기(100)의 동작은 물론 전화 통화 중에 중단될 수 있다.
가스 내에서 방사선 소스(116)에 의해 유도된 음파의 주파수는 여기 펄스의 주파수에 의해 고정되어 있기 때문에, 여기 소자(110)에 의해 가스 내에서 생성된 음파는 음파 검출기(100)의 외부에서 생성된 잘 정의된 고정된 주파수를 가지지 않는 음파와 효율적으로 구별될 수 있다. 또한, 음파 검출기(100)는 여기 소자(110)의 동작과 사전결정된 주파수의 음파의 검출 사이의 시간 상관관계에 기초한 락-인(lock-in) 구별 방식을 사용할 수 있다.
방사선 소스(116)는 흑체(black body), 광 다이오드 및 레이저로 구성된 그룹 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 흑체는 플랑크의 법칙에 따라 방사선을 방출하는데, 이는 그에 의해 방출된 스펙트럼이 그의 형상이나 구성이 아니라 온도에 의해 결정됨을 의미한다.
흑체는 전기적으로 가열가능한 멤브레인으로 구성될 수 있다. 멤브레인은 작동 중에 섭씨 수백도, 예를 들어 약 600℃까지 가열될 수 있다.
분석될 가스 내에 존재하는 단일 유형의 가스 분자만을 선택적으로 여기시키기 위해, 다른 유형의 가스 분자가 의도하지 않게 여기되어 측정 정확도를 저하시키지 않도록 하기 위해 방사선 소스(116)의 방사선 스펙트럼을 좁은 에너지 대역으로 제한하는 것이 필요할 수 있다.
잘 정의된 에너지를 갖는 방사선은 방사선 소스(116)에 의해 방출된 사전결정된 에너지의 방사선을 가스 챔버(106)로 선택적으로 전달하도록 구성된 필터(118)에 의해 제공될 수 있다. 필터(118)는 또한 여기 소스(110)를 가스 챔버(106)로부터 단열시켜 광 음향 신호를 오버드라이브할 수 있는 열 음향 효과를 피할 수 있다. 여기 소스(110)의 장착부와 가스 챔버(106) 사이의 단열은 필터의 필요 여부와 무관하게 제공될 수 있다. 이는 필터로 구성되지 않는 단열 창이 제공될 수 있음을 의미한다.
단일 유형의 가스 분자만이 분석될 가스에서 검출되는 경우, 고정된 전송 특성, 즉 고정된 파장의 고정된 전송 대역을 갖는 필터(118)가 사용될 수 있다. 대안적으로, 상이한 여기 에너지를 갖는 상이한 유형의 가스 분자가 가스에서 검출되는 경우, 조절가능 필터(tunable filter)(118)가 사용될 수 있는데 이 필터의 전송 특성이 조절가능하다. 작동시, 전송 특성은 관심 있는 유형의 가스 분자를 개별적으로 여기시키기 위해 시변 방식으로, 예를 들어 주기적으로 변동될 수 있다.
고정된 또는 조절가능 필터(118)는 플라즈몬 필터 또는 파브리-페로 간섭계(a plasmonic filter or a Fabry-Perot interferometer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 필터(118)는 음파 검출기(100)의 내부를 가스 챔버(106)와 방사선 소스(116)를 수납하는 방사선 소스 챔버(120)로 분할할 수 있다.
방사선 소스 챔버(120)는 외부 하우징(102)의 외부 하우징 벽(104)에 의해 부분적으로 구획될 수 있다. 작동시 방사선 소스(116)에 의해 발생된 열을 방산하고 그의 직접적인 결과로서 생성된 압력을 완화하기 위해, 예를 들어 방사선 소스(116)가 전기적으로 가열가능한 멤브레인을 포함하는 경우, 외부 하우징 벽(104)은 방사선 소스 챔버(120)와 음파 검출기(100)의 외부 사이에 열 교환 또는 압력 보상 통로(122)를 포함할 수 있다. 이런 식으로, 예를 들어 가스 챔버(106) 내의 가스의 온도 상승을 피할 수 있고, 그렇지 않으면 측정 정확도가 악화될 수 있다.
방사선 소스(116)가 전기적으로 가열가능한 멤브레인(117)을 포함하는 경우, 멤브레인(117)은 방사선 소스 챔버(120)를 제1 및 제2 서브 챔버(120a, 120b)로 분할할 수 있다. 이 구성에서, 외부 하우징 벽(104)은 제1 및 제2 서브 챔버(120a, 120b) 각각과 음파 검출기(100)의 외부 사이에 제1 및 제2 열교환 또는 압력 보상 통로(122a, 122b)를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 방사선 소스(116)에 의해 생성된 차압이 효율적으로 보상될 수 있다. 효과적인 압력 보상은 추가적으로 또는 대안적으로 멤브레인(117) 내의 압력 보상 구멍(117a)에 의해 제공될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 방사선 소스 챔버(120)는 창(필터)(118)에 의해 커버되는 외부 하우징 벽(104)에 제공된 리세스(124)에 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 큰 용적을 갖는 가스 챔버(106)가 제공될 수 있다.
필터(118)는 외부 하우징 벽(104)의 리세스(124)를 가스가 새지 않도록 커버하여 방사선 소스 챔버(120)로 정의되지 않은 가스가 흘러들어 가는 것을 막을 수 있다.
리세스(124)는 복수의 하우징 벽 층(104a, 104b)을 포함하는 외부 하우징 벽(104)의 일부분에 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 방사선 소스(116)는 외부 하우징 벽(104)의 내부 표면의 일부를 형성하는 내부 하우징 벽 층(104a)과는 다른 하우징 벽 층(104b), 예를 들어 외부 하우징 벽(104)의 외부 표면의 일부를 형성하는 하우징 벽 층(104b) 상에서 지지될 수 있다. 이러한 구성은, 예를 들어 방사선 소스를 지지하는 하우징 벽 층(104b)과 내부 하우징 벽 층(104a) 사이에 단열 필름을 제공함으로써, 가스 챔버(106)에 수용된 가스로부터 방사선 소스(116)를 단열시키는 방법을 제공한다.
선택적으로 또는 부가적으로, 방사선 소스가 지지되는 하우징 벽 층(104b)은 내부 하우징 벽 층(104a)보다 낮은 열 전도성을 가질 수 있다. 외부 하우징 벽 층(104b)은 약 10W/(m·K) 미만 또는 심지어 약 5W/(m·K) 미만의 열 전도성을 갖는 재료로 제조될 수 있다.
외부 하우징 벽(104)은 기판(126) 및 리드(lid)(128)를 포함할 수 있으며, 이들 사이에 가스 챔버(106)가 정의된다. 가스 챔버(106)는 도 1에 도시된 바와 같이 기판(126) 및 리드(128)에 의해 한정될 수 있다.
기판(126)은 적어도 일부가 실리콘과 같은 반도체로 제조될 수 있다. 리드(128)는 음파 검출기(100) 외부의 히트싱크에 고도의 전도성 열 링크를 제공하기 위해 금속과 같은 높은 열 전도성을 갖는 물질로 제조될 수 있다. 음파 검출기(100)의 홀더 또는 음파 검출기(100)를 운반하는 사람이 히트싱크로서 작용할 수 있다.
예시적인 음파 탐지기(100)에서, 음파 센서(112) 및 여기 소자(110)는 기판(126) 상에, 예를 들어 기판(126)의 한 측면에서 외부 하우징(102)의 내부를 향하도록 장착될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 또한 전자 부품(130)이 기판(126) 상에 장착될 수 있다. 이 전자 부품(130)은 방사선 소스(116)를 제어하도록, 예를 들어 방사선 펄스가 방출되는 시간 간격 및 개별 방사선 펄스의 지속 시간을 제어하도록 구성될 수 있다. 전자 부품(130)은 또한 조절가능 필터(118)의 전송 특성을 제어하도록 구성될 수 있다.
전자 부품(130)은 추가적으로 또는 대안적으로, 음파 센서(112)에 의해 출력된 신호로부터 가스 내의 특정 유형의 가스 분자의 함량을 결정하기 위해 음파 센서(112)로부터 출력된 신호를 분석하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 전자 부품(130)은 가스 챔버(106)에서 발생된 음파에 의해 음파 센서(112)에서 유도된 신호를, 음파 검출기(100)의 외부에서 생성된 음파에 의해 음파 센서(112)에서 유도된 신호로부터 구별하도록 구성될 수 있다. 예시적인 음파 검출기(100)에서, 전자 부품(130)은 주문형 집적 회로(ASIC)로서 구성될 수 있다.
가스에서 검출될 가스 분자의 고효율의 여기를 제공하기 위해, 가스 챔버(106)는 반사기에 의해 한정될 수 있다. 예시적인 장치에서, 외부 하우징(104)의 내부 표면은 적어도 일부가 방출된 전자기 방사선의 주파수 범위에서 높은 반사율을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 음파 검출기(100)에서, 가스 챔버(106)를 규정하는 기판(126)의 내부 표면 및/또는 리드(128)의 내부 표면은 반사기로서 구성될 수 있다.
가스 챔버(106)를 규정하는 반사기는 적외선 및/또는 가시광선 및/또는 자외선 주파수 범위에서 적어도 20%, 또는 적어도 50% 또는 심지어 적어도 80%의 반사율을 가질 수 있다.
도 2는 변형된 음파 검출기(200)의 개략도를 도시한다. 도 2에서, 도 1에 도시된 음파 검출기(100)의 구성요소에 대응하는 구성요소는 동일한 참조 번호로 나타내지만 참조번호의 앞자리는 2로 표현된다. 도 2에 도시된 음파 검출기(200)는 도 1에 도시된 음파 검출기(100)와 다른 점에서만 설명될 것이다.
도 2에 도시된 음파 검출기(200)는 도 1에 도시된 음파 검출기(100)와는 다르게 외부 하우징 벽(204)에 제공된 리세스 내에 위치하지 않은 방사선 소스(216)를 포함한다. 대신에, 방사선 소스(216)는 외부 하우징 벽(204)의 내부 표면의 기본적으로 평면인 부분 상에 장착된다. 외부 하우징 벽(204)은 도 1에 도시된 음파 검출기(100)의 외부 하우징 벽(104)과 유사하게, 기판(226) 및 리드(228)를 포함한다. 방사선 소스(216)는 기판(226) 상에 장착된다.
음파 검출기(200)는 외부 하우징(202)의 내부를 가스 챔버(206) 및 방사선 소스 챔버(220)로 분할하는 (방사선 창 및/또는) 필터(218)를 포함한다. 필터(218)는 외부 하우징 벽(204)의 내부 표면의 2개의 마주보는 부분들 사이에, 예를 들어 리드(228)의 내부 표면과 기판(226)의 내부 표면 사이에 배치될 수 있다. 필터(218)는 그 전체 원주를 따라 외부 하우징 벽(204)의 내부 표면과 물리적으로 접촉할 수 있으며, 가스 챔버(206)를 가스가 새지 않도록 방사선 소스 챔버(220)로부터 분리할 수 있다.
방사선 소스(216)에 의해 생성된 열 음향 압력차를 효율적으로 보상하기 위해, 열교환 또는 압력 보상 통로(222)가 방사선 소스 챔버(220)를 한정하는 외부 하우징 벽(204)의 일부에, 예를 들어 리드(228) 내에 제공될 수 있다.
방사선 소스 챔버(220)는 물론, 예를 들어 방사선 소스(216)가 방사선 소스 챔버(220)를 복수의 서브 챔버(220)로 분할하는 전기적으로 가열가능한 멤브레인으로 구성되는 경우, 복수의 열교환 또는 압력 보상 통로를 구비할 수 있다. 이 경우, 도 1에 도시된 음파 검출기(100)와 마찬가지로, 각각의 서브 챔버에 대해 개별적인 압력 보상 통로가 외부 하우징 벽(204)에 제공될 수 있다.
따라서, 도 1에 도시된 음파 검출기(100)와 관련하여 설명된 본 발명의 다른 원리는 도 2에 도시된 음파 검출기(200)에도 적용된다.
도 3은 다른 변형된 음파 검출기(300)의 개략도를 도시한다. 도 3에서, 도 1에 도시된 음파 검출기(100)의 구성요소에 대응하는 구성요소는 동일한 참조번호로 표시되지만 앞자리는 3으로 표현된다. 도 3에 도시된 음파 검출기(300)는 도 1 및 도 2에 도시된 음파 검출기(100 및 200)와 다른 점만 설명될 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 음파 검출기(100, 200)와 달리, 도 3에 도시된 음파 검출기(300)는 방사선 유닛(332)을 포함하는데, 이 방사선 유닛(332)은 방사선 유닛 하우징(334), 방사선 소스(316) 및 이 방사선 소스(316)에 의해 생성된 방사선의 여기를 위한 출구 창(318)을 포함한다. 출구 창은 광학 필터로서 구성될 수 있다.
방사선 유닛 하우징(334)은 적어도 일부가 작동시 방사선 소스(316)에 의해 생성된 열을 효율적으로 방산하기 위해 금속과 같은 높은 열 전도성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 열교환 또는 압력 보상 통로(322)가 방사선 유닛(332)이 장착되는 외부 하우징 벽(304)의 일부에 제공될 수 있다. 열 교환 또는 압력 보상 통로(322)는 방사선 유닛 하우징(334)의 내부와 음파 검출기(300)의 외부 사이의 통로일 수 있다. 방사선 소스(316)는 방사선 유닛 하우징(334)의 개별 부분 사이의 압력차를 보상하기 위해 압력 보상 구멍(317a)을 구비한 전기적으로 가열가능한 멤브레인(317)을 포함할 수 있다.
따라서, 도 1 및 도 2에 도시된 음파 검출기(100 및 200)에 대하여 위에서 설명된 본 발명의 다른 원리는 도 3에 도시된 음파 검출기(300)에도 적용된다.
도 4는 또 다른 변형된 음파 검출기(400)의 개략도를 도시한다. 도 4에서, 도 3에 도시된 음파 검출기(300)의 구성요소에 대응하는 구성요소는 동일한 참조번호로 표시되지만 앞자리는 4로 표현된다. 도 4에 도시된 음파 검출기(400)는 도 1 내지 도 3에 도시된 음파 검출기(100, 200 및 300)와 다른 점만 설명될 것이다.
도 3에 도시된 음파 검출기(300)와 유사하게, 도 4에 도시된 음파 검출기(400)는 방사선 유닛 하우징(434) 및 그 내부에 장착된 방사선 소스(416)를 구비한 방사선 유닛(432)을 또한 포함한다. 방사선 소스(416)는 방사선 유닛 하우징(434) 내부의 압력차를 보상하도록 구성된 적어도 하나의 압력 보상 구멍(417a)이 제공된 전기적으로 가열가능한 멤브레인(417)을 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 방사선 유닛(432)은 방사선 유닛 하우징(434)의 내부와 가스 챔버(406) 사이에 단열을 제공하도록 구성될 수 있는 창(418)을 포함할 수 있다. 이 창은 필터로서 구성될 수 있다.
방사선 유닛(432)은 창(418)을 방사선 유닛 하우징(434)에 연결하는 결합 부재(coupling member)(419)를 더 포함할 수 있다. 이 결합 부재(419)는 열 전도율이 예를 들어 5W/(m·K ) 미만인 단열 물질로 구성될 수 있다. 결합 부재(419)는 또한 창(418)과 방사선 유닛 하우징(434) 사이에 가스가 새지 않도록 하는 밀봉을 제공할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 창(418) 및 결합 부재(419)는 또한 각각 열교환 또는 압력 보상 구멍(418a 및 419a)을 포함할 수 있다.
따라서, 도 1 내지 도 3에 도시된 음파 검출기(100, 200 및 300)에 대하여 위에서 설명된 본 발명의 다른 원리는 도 4에 도시된 음파 검출기(400)에도 적용된다.
이하, 도 4에 도시된 음파 검출기(400)의 간략화된 모델이 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명될 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 챔버(V1), 제2 챔버(V2) 및 제3 챔버(V3)를 포함하는 다수의 챔버가 음파 검출기(400)에 형성된다. 제1 챔버(V1)는 가스 챔버(406)에 대응한다. 제2 챔버(V2)는 창(418)과 방사선 소스(416)의 전기적으로 가열가능한 멤브레인(417) 사이에 정의된다. 제3 챔버(V3)는 방사선 유닛 하우징(434)의 내부에 정의된다.
이들 챔버(V1, V2, V3)는 압력 보상 구멍(417a, 418a, 419a)을 통해 서로 소통한다. 제1 챔버(V1)는 음파 검출기(412)의 멤브레인(412a)에 형성된 개구부(413)를 통해 음파 검출기(400)의 외부와 소통한다. 따라서, 구멍(417a, 418a, 419a)과 개구부(413)는 개별 챔버(V1, V2, V3)와 음파 검출기(400)의 외부 사이의 가스 및 열 흐름 모두에 대한 저항을 제공한다.
검출기(400)는 도 5에서 간략화된 형태로 도시된다. 이 도면에서, 음파 검출기(400)의 개개의 챔버(V1, V2, V3)는 그들 사이에 제각기의 개구부를 갖는 것으로 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 이들 각각의 개구부는 고유 저항 R1 내지 R4를 구성한다.
이들 저항(R1 내지 R4) 각각 및 제1 내지 제3 챔버(V1 내지 V3)의 용적의 영향은 도 4 및 도 5에 도시된 음파 검출기(400)의 유체 음향 등가 모델을 도시하는 도 6을 참조하면 보다 잘 이해될 수 있다. 음파 센서(412)에 의해 검출가능한 신호의 신호 성분의 주파수 의존성은 도 7에 도시된 전력 대 주파수(P-f) 플롯을 통해 개략적으로 도시된다. 이들 각 신호 성분은 저항(R1 내지 R4), 챔버(V1 내지 V3) 용적 및 음파 검출기(400)의 열 용량을 변경함으로써 영향을 받을 수 있다.
도 6에서, Q1은 가스 챔버(406) 내의 방사선 소스(416) 또는 음파 검출기(400)의 외부로부터의 입력에 의해 생성된 원하는 신호의 소스를 나타낸다. 이 신호의 주파수 프로파일은 주로 멤브레인(412a)의 개구부(413)의 저항(R1)에 의해, 제1 챔버(V1)의 용적에 의해, 및 기본적으로 도 6에 도시된 시스템 그라운드에 대응하는 음파 검출기(400)의 열 용량에 의해 영향을 받는다.
원하는 신호의 주파수 의존성은 도 7의 곡선(C1)에 의해 표시된다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 원하는 신호의 전력은 이 신호에 대해 함께 저역 통과 필터로서 작용하는 개구부(413)의 저항(R1) 및 제1 챔버(V1)의 용적으로 인해 주파수가 감소함에 따라 감소한다.
도 6에서, Q2는 전기적으로 가열가능한 멤브레인(417)과 등가의 신호 소스를 나타낸다. 이 소스에 의해 생성된 신호는 주로 제2 및 제3 챔버(V2, V3)의 용적, 및 구멍(417a, 418a, 419a)의 저항(R2, R3)에 의해 영향을 받는다. 여기서, R2는 창(418) 및 결합 부재(419)에서 구멍(418a 및 419a)의 결합된 저항을 고려한다.
R3 및 R4는 각각 제2 챔버(V2) 및 제3 챔버(V3)에 관련하여 전기적으로 가열가능한 멤브레인(417)에 형성된 구멍(417a)에 기인하는 저항을 나타낸다.
소스(Q2)는 음파 센서(412)에 의해 검출가능한 신호에 상이한 영향을 미쳐 도 7의 곡선(C2, C3, 및 C4)으로 표현되는 상이한 신호 성분을 유도한다.
먼저, 멤브레인(417)은 제1 챔버(V1)에서 광학 소스로서 작용할 수 있다. 이 효과에 기인하는 신호 성분은 도 7의 곡선(C2)으로 도시된다. 이 신호 성분은 음파 센서(412)의 고역 코너 주파수 초과, 창(418)의 저역 코너 주파수 초과 및 시스템의 열 코너 주파수 초과의 주파수에 위치되어야 한다.
두 번째로, 멤브레인(417)은 검출기 벽을 통한 열전도에 의해 신호에 영향을 줄 수 있다. 보다 구체적으로, 방사선 소스(416)의 동작시, 검출기 벽은 전기적으로 가열가능한 멤브레인(417)에 의해 가열되어 그 열을 음파 센서(412)를 수납하는 제1 챔버(V1)로 전달한다. 멤브레인(417)의 이러한 효과는 억제되어야 하는데, 그 이유는 음파 센서(412)를 오버드라이브할 수 있기 때문이다. 이러한 억제는 전기적으로 가열가능한 멤브레인(417)을 검출기 벽으로부터 단열시키고, 낮은 열 전도성 및/또는 높은 열 용량을 갖는 검출기 벽을 제공함으로써 달성될 수 있다. 도 7에 도시된 이상적인 경우에, 신호 성분(C3)은 신호(C1 및 C2)의 코너 주파수 아래의 저주파수에 위치한다.
셋째, 멤브레인(417)은 창(418) 및 결합 부재(419)에 각각 제공된 구멍(418a, 419b)을 통해 제1 챔버(V1)로 후속하여 전파되는 제1 챔버(V1) 외부에서 생성되는 음파를 통해 신호에 영향을 미칠 수있다. 이 효과에 기인하는 신호 성분은 도 7의 곡선(C4)으로 표시된다. 이 신호 성분은 제1 및 제2 챔버(V1,V2) 간의 통로의 저항(R2), 즉 창(418) 및 결합 부재(419) 각각에 제공된 구멍(418a 419b)의 저항을 증가시킴으로써 저주파수로 이동될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 본 명세서에 개시된 외부 하우징 벽, 예를 들어 도 1에 도시된 외부 하우징(102)의 외부 하우징 벽(104)은 2개 이상의 층을 포함할 수 있다. 즉, 외부 벽은 복수의 네스트형(nested) 층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 외부 하우징 벽은 본 명세서에서 그 전체 내용이 참조로서 인용되는 "Device For Detecting Acoustic Wave"라는 제목으로 출원된 US 특허 출원 제15/586,328호의 도 1에 도시된 바와 같이 외부 하우징 벽(104)의 층(112a 및 112b), 또는 이와 유사한 층들로 나뉘어지거나 이 층들을 포함할 수 있다.
본 발명의 외부 벽이 복수의 층을 포함하는 본 발명의 실시예에서, 다양한 층은 동일 재료일 수도 있고, 다른 재료로 제조될 수 있다. 가장 안쪽에 있는 층은 방사선 소스(116)와 같은 방사선 소스에 의해 생성된 열에 의해 유도된 잡음의 억제에 기여하거나 그 억제를 도울 수 있는 단열 층으로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 방사선 소스는 도 1에 도시된 바와 같이 기판(126)의 리세스(124) 내에 (또는 도 3에 도시된 바와 같이 기판(326) 상에 장착된 방사선 유닛 하우징(334) 내에) 위치할 수 있다. 이와 대조적으로, 위에서 언급한 본 명세서에 참조로서 인용된 출원의 도 1에서, 방사선 소스는 창(113)에 진입하는 것으로 도시되어 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 멤브레인(112a) 이외의 기계적 구조물이 사용될 수 있다. 구체적으로, 전기 신호를 음향 신호로 또한 음향 신호로부터 전기 신호로 변환할 수 있는 트랜듀서로서 구현된 임의의 기계적 구조물이 이용될 수 있다. 예로는 멤브레인, 공진기, 피에조 소자, 질량 스프링 시스템(mass-spring systems), 캔틸레버 구조, 콤(comb) 구조 및 회전 가능한 구조를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 따라서, 본 명세서에 기재된 음파 센서는 검출될 음파에 의해 변위가능한 기계적 구조물을 포함할 수 있는데, 이 기계적 구조물의 변위는 검출될 음파의 특성을 나타낸다. 또한, 기계적 구조물은 가스 챔버 내에 위치할 수 있다. 음파 센서는 가스 챔버에 포함될 수 있다. 또한, 기계적 구조물은 가스 챔버를 한정할 수 있고, 그를 관통하며 형성된 적어도 하나의 개구부를 포함할 수 있는데, 이 적어도 하나의 개구부는 가스 챔버의 가스 유입구 및/또는 가스 배출구를 제공한다.
도 8a 내지 도 8h는 본원에 개시된 음파 센서의 일부를 형성할 수 있는 다양한 예시적인 유형의 기계적 구조물을 각각 도시한다. 도 8a 내지 도 8b는 예시적인 멤브레인 구조를 나타낸다. 도 8c 및 도 8d는 예시 캔틸레버 구조를 나타낸다. 도 8e 및 도 8f는 예시적인 콤 구조를 나타낸다. 도 8g 및 도 8h는 예시적인 회전가능 구조를 나타낸다. 예를 들어, 캔틸레버 구조와 콤 구조는 멤브레인의 변위와 유사한 캔틸레버 아암 또는 콤 투쓰(comb tooth)의 변위가 음파 또는 신호에 직접 비례한다는 점에서 멤브레인 구조와 동작면에서 유사할 수 있다. 또한, 다른 길이의 투쓰(tooth)를 갖는 콤 구조가 사용될 수 있다. 이러한 콤의 각 투쓰는 그 자체의 구조 공진 주파수를 가질 수 있다. 이와 같이, 콤 구조는 음향 파 또는 신호를 주파수 영역의 신호로 변환(예를 들어, FFT)하는데 사용될 수 있다. 다양한 실시예에서, 회전가능한 구조가 멤브레인 구조 대신에 사용될 수 있다. 예를 들어, 회전가능 구조의 회전 블레이드의 회전 속도 또는 각속도는 음향 파 또는 신호에 대응하거나 그에 비례할 수 있다.
이하, 본 개시물의 다양한 양상이 예시될 것이다.
예 1은 음파 검출기이다. 음파 검출기는 외부 하우징 벽을 갖는 외부 하우징과 이 외부 하우징 내에 위치하며 내부에 가스를 수용하도록 구성된 가스 챔버를 포함할 수 있다. 외부 하우징 벽은 가스 챔버와 음파 검출기의 외부 사이의 가스 통로를 제공하는 개구부를 포함할 수 있다. 음파 검출기는 가스 챔버 내에 수용된 가스 내의 특정 유형의 가스 분자를 시변 방식으로 선택적으로 여기시켜, 가스 내에 음파를 생성하도록 구성된 여기 소자와, 가스 내에서 생성된 음파와 음파 검출기의 외부에서 생성된 음파를 검출하도록 구성된 음파 센서를 더 포함할 수 있다. 음파 센서는 외부 하우징 벽의 개구부와 중첩되는 음향 포트를 가질 수 있다. 음파 센서는 검출될 음파에 의해 변위가능한 기계적 구조물을 포함할 수 있고, 이 기계적 구조물의 변위는 검출될 음파의 특성을 나타낸다.
예 2에서, 예 1의 청구대상은 여기 소자가 가스 챔버 내로 방사선을 방출하도록 구성된 방사 소스를 포함하는 것을 선택적으로 포함할 수 있다. 방사선은 가스 내의 특정 유형의 가스 분자를 시변 방식으로 선택적으로 여기시켜 음파를 생성하도록 구성될 수 있다.
예 3에서, 예 2의 청구대상은 방사선 소스가 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 4에서, 예 3의 청구대상은 방사선 소스가 적외선 및/또는 가시광선 및/또는 자외선 주파수 범위에서 전자기 방사선을 방출하도록 구성되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 5에서, 예 4의 청구대상은 방사선 소스가 흑체, 광 다이오드 및 레이저를 포함하는 그룹 중 적어도 하나를 포함하는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 6에서, 예 5의 청구대상은 전기적으로 가열가능한 멤브레인으로 구성된 흑체를 선택적으로 포함할 수 있다.
예 7에서, 예 2 내지 예 6 중 어느 한 예의 청구대상은 방사선 소스에 의해 방출된 방사선을 가스 챔버 내로 전송하고 가스 챔버 내의 가스로부터 방사선 소스를 단열시키도록 구성된 창을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 8에서, 예 7의 청구대상은 창이 방사선 소스에 의해 방출된 사전결정된 에너지의 방사선을 가스 챔버 내로 선택적으로 전송하도록 구성된 필터로서 구성되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 9에서, 예 8의 청구대상은 필터가 조절가능 필터로서 구성되고 이 조절가능 필터의 전송 특성이 조절가능한 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 10에서, 예 8 또는 예 9의 청구대상은 필터가 플라즈몬 필터 또는 파브리 페로 간섭계 중 적어도 하나를 포함한다는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 11에서, 예 7 내지 예 10 중 어느 한 예의 청구대상은 창이 음파 검출기의 내부를 가스 챔버 및 방사선 소스를 수납하는 방사선 소스 챔버로 분할한다는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 12에서, 예 11의 청구대상은 방사선 소스 챔버가 부분적으로 외부 하우징의 외부 하우징 벽에 의해 한정된다는 것을 선택적으로 포함할 수 있다. 외부 하우징 벽은 방사선 소스 챔버와 음파 검출기의 외부 사이의 압력 보상 통로를 포함할 수 있다.
예 13에서, 예 6 및 예 12의 청구대상은 기계적 구조물이 방사선 소스 챔버를 제1 및 제2 서브 챔버로 분할하는 것을 선택적으로 포함할 수 있다. 외부 하우징 벽은 제1 및 제2 서브 챔버 각각과 음파 검출기의 외부 사이의 제1 및 제2 압력 보상 통로를 포함할 수 있다.
예 14에서, 예 11 내지 예 13 중 어느 한 예의 청구대상은 방사선 소스 챔버가 외부 하우징 벽의 리세스에 형성되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다. 리세스는 창에 의해 커버될 수 있다.
예 15에서, 예 14의 청구대상은 복수의 하우징 벽 층을 포함하는 외부 하우징 벽의 일부분에 리세스가 형성되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 16에서, 예 15의 청구대상은 외부 하우징 벽의 내부 표면의 일부를 형성하는 내부 하우징 벽 층과는 상이한 하우징 벽 층 상에 방사선 리소스가 지지되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 17에서, 예 16의 청구대상은 외부 하우징 벽의 외부 표면의 일부를 형성하는 하우징 벽 층 상에 방사선 소스가 지지되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 18에서, 예 16 또는 예 17의 청구대상은 방사선 소스가 지지되는 하우징 벽 층은 내부 하우징 벽 층보다 낮은 열 전도성을 갖는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 19에서, 예 7 내지 예 18 중 어느 한 예의 청구대상은 방사선 유닛 하우징, 방사선 유닛 하우징 내에 수납된 방사선 소스, 및 방사선 유닛 하우징의 배출 창을 형성하는 창을 포함하는 방사선 유닛을 선택적으로 더 포함할 수 있다.
예 20에서, 예 1 내지 예 19 중 어느 한 예의 청구대상은 음파 센서가 외부 하우징 내에 위치하는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 21에서, 예 2 내지 예 19 중 어느 한 예의 청구대상은 방사선 소스가 외부 하우징 내에 위치하는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 22에서, 예 21의 청구대상은 기계적 구조물이 가스 챔버 내에 위치하는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 23에서, 예 22의 청구대상은 음파 센서가 가스 챔버 내에 위치하는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 24에서, 예 21 내지 예 23 중 어느 한 예의 청구대상은 기계적 구조물이 가스 챔버를 한정하고, 그를 관통하며 형성된 적어도 하나의 개구부를 포함하는 것을 선택적으로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 개구부는 가스 챔버의 가스 유입구 및/또는 가스 배출구를 제공할 수 있다.
예 25에서, 예 1 내지 예 24 중 어느 한 예의 청구대상은 음파 센서가 마이크로폰으로 구성되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 26에서, 예 25의 청구대상은 음파 센서가 휴대 전화의 마이크로폰로 구성되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다. 가스 챔버는 마이크로폰의 백볼륨(backvolume)에 위치할 수 있다.
예 27에서, 예 1 내지 예 26 중 어느 한 예의 청구대상은 가스 챔버가 약 1㎣ 내지 약 10㎣의 범위의 용적을 가지는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 28에서, 예 1 내지 예 27 중 어느 한 예의 청구대상은 외부 하우징이 기판과 리드(lid)를 포함하고 이 기판과 리드는 그들 사이에 가스 챔버를 형성하는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 29에서, 예 28의 청구대상은 음파 센서 및/또는 여기 소자가 기판 상에 장착되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 30에서, 예 28 또는 예 29의 청구대상은 음파 센서로부터 출력된 신호를 처리하도록 구성되고 및/또는 여기 소자를 제어하도록 구성된 기판에 장착된 전자 부품을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 31에서, 예 1 내지 예 30 중 어느 한 예의 청구대상은 가스 챔버가 반사기에 의해 한정되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 32에서, 예 31의 청구대상은 반사기가 적외선 및/또는 가시광선 및/또는 자외선 주파수 범위에서 적어도 20% 또는 적어도 50% 또는 심지어 적어도 80%의 반사율을 갖는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 33에서, 예 28 내지 예 30 중 어느 한 예와 예 31 또는 예 32의 청구대상은 기판 및/또는 리드가 반사기로 구성되는 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 34는 예 1 내지 33 중 어느 한 예의 음파 검출기를 포함하는 이동 장치이다.
예 35에서, 예 34의 청구대상은 이동 장치가 휴대 전화로 구성되는 것을 포함한다.
예 36은 마이크폰 장치이다. 마이크로폰 장치는 음파를 검출하도록 구성된 마이크로폰, 및 마이크로폰의 백볼륨 내에 위치하고 마이크로폰의 백볼륨에서 가스를 여기시키도록 구성된 변조된 방사선을 방출시켜 마이크로폰에 의해 검출가능한 음파를 생성하도록 구성된 방사선 소스를 포함할 수 있고, 마이크로폰은 검출될 음파에 의해 변위가능한 기계적 구조물을 포함하고, 이 기계적 구조물의 변위는 검출될 음파의 특성을 나타낸다.
예 37에서, 예 1 내지 예 33 중 어느 한 예의 청구대상은 기계적 구조물이 트랜듀서인 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
예 38에서, 예 1 내지 예 33 중 어느 한 예의 청구대상은 기계적 구조물이 멤브레인 구조물, 캔틸레버 구조물, 콤 구조물 또는 회전가능 구조물 중 하나인 것을 선택적으로 포함할 수 있다.
본 발명은 특히 특정 실시예를 참조하여 도시하고 설명되었지만, 당업자라면, 첨부한 청구항에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서 형식 및 세부사항에 대해 다양한 변경이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 첨부한 청구항에 의해 표시되고 청구항과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되려 한다.
Claims (24)
- 음파 검출기(an acoustic wave detector)로서,
외부 하우징 벽(exterior housing wall)을 갖는 외부 하우징과,
상기 외부 하우징 내에 위치하며 내부에 가스를 수용하도록 구성된 가스 챔버- 상기 외부 하우징 벽은 상기 가스 챔버와 상기 음파 검출기의 외부 사이에 가스 통로를 제공하는 개구부를 포함함 -와,
상기 가스 챔버 내에 수용된 상기 가스 내의 특정 유형의 가스 분자를 시변 방식으로(in a time-varying fashion) 선택적으로 여기시켜, 상기 가스 내에 음파를 생성하도록 구성된 여기 소자와,
상기 가스 내에서 생성된 음파와 상기 음파 검출기의 외부에서 생성된 음파를 검출하도록 구성된 음파 센서를 포함하되,
상기 음파 센서는 상기 외부 하우징 벽의 상기 개구부와 중첩되는 음향 포트를 가지며,
상기 음파 센서는 검출될 음파에 의해 변위가능한 기계적 구조물을 포함하고, 상기 기계적 구조물의 변위는 검출될 음파의 특성을 나타내며,
상기 음파 센서는 상기 가스 챔버를 상기 음파 검출기의 외부에 연결하는 상기 가스 통로의 일부를 형성하는
음파 검출기.
- 제1항에 있어서,
상기 여기 소자는 상기 가스 챔버 내로 방사선을 방출하도록 구성된 방사선 소스를 포함하고, 상기 방사선은 상기 가스 내의 특정 유형의 가스 분자를 시변 방식으로 선택적으로 여기시켜 음파를 생성하도록 구성된
음파 검출기.
- 제2항에 있어서,
상기 방사선 소스는 전자기 방사선을 방출하도록 구성된
음파 검출기.
- 제3항에 있어서,
상기 방사선 소스는 적외선 및/또는 가시광선 및/또는 자외선 주파수 범위에서 전자기 방사선을 방출하도록 구성된
음파 검출기.
- 제2항에 있어서,
상기 방사선 소스에 의해 방출된 방사선을 상기 가스 챔버 내로 전송하고 상기 가스 챔버 내의 상기 가스로부터 상기 방사선 소스를 단열시키도록 구성된 창(window)을 더 포함하는
음파 검출기.
- 제5항에 있어서,
상기 창은 상기 방사선 소스에 의해 방출된 사전결정된 에너지의 방사선을 상기 가스 챔버 내로 선택적으로 전송하도록 구성된 필터로서 구성되는
음파 검출기.
- 제6항에 있어서,
상기 필터는 조절가능 필터(tunable filter)로서 구성되고 상기 조절가능 필터의 전송 특성이 조절가능한
음파 검출기.
- 제5항에 있어서,
상기 창은 상기 음파 검출기의 내부를 상기 가스 챔버 및 상기 방사선 소스를 수납하는 방사선 소스 챔버로 분할하는
음파 검출기.
- 제8항에 있어서,
상기 방사선 소스 챔버는 상기 외부 하우징 벽의 리세스 내에 형성되고, 상기 리세스는 상기 창에 의해 커버되는
음파 검출기.
- 제9항에 있어서,
상기 리세스는 복수의 하우징 벽 층(a plurality of housing-wall layers)을 포함하는 상기 외부 하우징 벽의 일부분에 형성되는
음파 검출기.
- 제10항에 있어서,
상기 방사선 소스는 상기 외부 하우징 벽의 내부 표면의 일부를 형성하는 내부 하우징 벽 층과는 상이한 하우징 벽 층 상에 지지되는
음파 검출기.
- 제5항에 있어서,
방사선 유닛을 더 포함하되, 상기 방사선 유닛은 방사선 유닛 하우징, 상기 방사선 유닛 하우징 내에 수납된 상기 방사선 소스, 및 상기 방사선 유닛 하우징의 배출 창을 형성하는 상기 창을 포함하는
음파 검출기.
- 제1항에 있어서,
상기 음파 센서는 상기 외부 하우징 내에 위치하는
음파 검출기.
- 제1항에 있어서,
상기 기계적 구조물은 트랜듀서(transducer)인
음파 검출기.
- 제14항에 있어서,
상기 기계적 구조물은 상기 가스 챔버 내에 위치하는
음파 검출기.
- 제15항에 있어서,
상기 음파 센서는 상기 가스 챔버 내에 위치하는
음파 검출기.
- 제14항에 있어서,
상기 기계적 구조물은 상기 가스 챔버를 한정하고(delimit), 그를 관통하며 형성된 적어도 하나의 개구부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 개구부는 상기 가스 챔버의 가스 유입구 및/또는 가스 배출구를 제공하는
음파 검출기.
- 제1항에 있어서,
상기 음파 센서는 마이크로폰으로 구성되는
음파 검출기.
- 제1항에 있어서,
상기 가스 챔버는 1㎣ 내지 10㎣의 범위의 용적을 가지는
음파 검출기.
- 제1항에 있어서,
상기 외부 하우징은 기판과 리드(lid)를 포함하고 상기 기판과 상기 리드는 그들 사이에 상기 가스 챔버를 정의하는
음파 검출기.
- 제1항에 있어서,
상기 가스 챔버는 반사기에 의해 한정되는
음파 검출기.
- 제1항에 있어서,
상기 기계적 구조물은 멤브레인 구조물, 캔틸레버 구조물, 콤(comb) 구조물 및 회전가능 구조물 중 하나인
음파 검출기.
- 제2항에 있어서,
상기 방사선 소스는 상기 외부 하우징 내에 위치하는
음파 검출기.
- 삭제
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