KR102569510B1 - 초음파 변환 구조물 및 이를 구비하는 홀로그램 장치 - Google Patents

초음파 변환 구조물 및 이를 구비하는 홀로그램 장치 Download PDF

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Abstract

초음파 변환 구조물 및 이를 구비하는 홀로그램 장치를 개시한다. 초음파 변환 구조물은 초음파를 생성하는 초음파 생성기, 초음파가 투과하도록 초음파 생성기와 일체로 결합되고 내부로 유입된 초음파의 파동특성을 선택적으로 변형하는 파동 조절패턴을 구비하여 초음파를 파동 조절패턴에 대응하는 음압분포(sound pressure distribution)를 갖는 간섭음파로 생성하는 음파 조절기, 및 초음파 생성기와 음파 조절기의 결합을 유지하면서 파동 조절패턴의 패턴형상을 변형하여 음압분포를 변경하는 패턴 설정기를 포함한다. 초음파의 위상과 진폭을 간단하게 변경할 수 있다.

Description

초음파 변환 구조물 및 이를 구비하는 홀로그램 장치{Ultrasonic transducer, a hologram device having the same}
본 발명은 초음파 변환 구조물 및 이를 구비하는 홀로그램 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 위상이나 진폭과 같은 파동특성을 실시간으로 변경할 수 있는 유체채널을 구비하는 초음파 변환 구조물 및 이를 구비하는 홀로그램 장치에 관한 것이다.
홀로그래피는 물체의 영상에 대한 정보를 물체에서 산란된 파와 기준파의 간섭신호로써 2차원 평면에 기록한 후 기록된 평면과 기준파와의 회절에 의해 영상을 재생하는 기술이다. 특히, 초음파를 이용하는 초음파 홀로그래피는 고체나 수중을 통과하는 초음파의 고유한 특성에 의해 비파괴 검사, 의료 진단, 및 수중 탐사 등과 같이 물체 내부에 대한 영상 시스템을 수득하기 위한 수단으로 널리 활용되고 있다.
이와 같은 홀로그래피를 수행하기 위한 종래의 초음파 홀로그램 장치는 초음파를 생성하는 초음파 트랜스듀서와 생성된 초음파의 위상을 조절하는 음향렌즈를 포함한다.
종래의 초음파 트랜스듀서는 개별적으로 위상과 진폭을 조절할 수 있는 트랜스듀서가 어레이 형태로 배열된 위상배열 트랜스듀서로 구성되어 단위 트랜스듀서의 위상과 진폭을 개별적으로 조절하기 위한 개별 구동회로가 필수적으로 요구되어 초음파 트랜스듀서에 대한 장치 복잡도를 높이고 장치 사이즈를 증가시키는 원인이 되고 있다.
또한, 종래의 음향렌즈는 레진(resin)으로 구성되어 초음파 트랜스듀서에 탈착 가능하게 장착되고 장착된 레진의 두께를 통해 초음파의 위상을 조절할 수 있다. 그러나, 역으로 초음파의 위상을 변조하기 위해서는 음향렌즈 자체를 교환해야만 하므로 렌즈 탈착이라는 번거로운 과정을 거쳐야 하는 문제점이 있다.
실시간으로 변화하는 홀로그램 이미지를 생성하기 위해 위상과 진폭변조를 위한 복잡한 구동회로를 구비해야 하고 복잡한 구동회로를 유지하기 위해 충분한 사이즈를 요구함으로써 홀로그램 이미지 장치의 소형화에 대한 치명적인 장애요인이 되고 있다.
이에 따라, 간단하고 정밀하게 초음파의 위상과 진폭을 변조하여 회로 구성이 간단한 초음파 트랜스듀서 및 이를 구비하는 소형 홀로그램 이미지 장치에 대한 요구가 높아지고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 초음파에 대한 선택적 차단과 투과를 통해 서로 다른 한 쌍의 유체를 구비하는 유체채널을 통해 간단하고 신속하게 초음파의 진폭을 변경하고 홀로그램 이미지에 대한 원시패턴을 설정할 있는 초음파 변환 구조물(ultrasonic transducer structure)을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 바와 같은 초음파 변환 구조물을 구비하는 홀로그램 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 변환 구조물은 초음파를 생성하는 초음파 생성기, 상기 초음파가 투과하도록 상기 초음파 생성기와 일체로 결합되고 내부로 유입된 상기 초음파의 파동특성을 선택적으로 변형하는 파동 조절패턴을 구비하여 상기 초음파를 상기 파동 조절패턴에 대응하는 음압분포(sound pressure distribution)를 갖는 간섭음파로 생성하는 음파 조절기 및 상기 초음파 생성기와 상기 음파 조절기의 결합을 유지하면서 상기 파동 조절패턴의 패턴형상을 변형하여 상기 음압분포를 변경하는 패턴 설정기를 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 홀로그램 장치는 음압분포에 관한 정보에 따라 초음파를 선택적으로 통과시키는 파동 조절패턴을 구비하여 상기 음압분포가 포함된 간섭음파를 방출하는 초음파 변환 구조물, 상기 초음파 변환 구조물로 상기 음압분포에 관한 정보를 제공하는 음압정보 제공부 및 상기 간섭음파에 포함된 상기 음압분포에 대응하는 홀로그램 이미지를 표시하는 표시부를 포함한다.
본 발명의 예시적 실시예에 의한 초음파 변환 구조물 및 이를 구비하는 홀로그램 장치에 의하면, 초음파를 생성하는 초음파 생성기와 초음파의 위상이나 진폭과 같은 파동특성을 변경하기 위한 파동 조절부재를 분리하지 않은 상태에서 초음파의 위상과 진폭을 용이하게 변경할 수 있다. 초음파를 차단하는 차단유체와 통과시키는 투과유체의 조합으로 파동 조절패턴을 구성하고 상기 파동 조절패턴의 패턴 형상을 투과유체에 대한 차단유체의 상대적 위치를 조절하도록 유동시킴으로써 간단하게 파동특성을 조절할 수 있다. 파동특성의 조절에 의해 다양한 음압분포를 갖는 홀로그램 이미지를 간단하게 변경하거나 수정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 초음파 변환 구조물의 구성을 개략적으로 도시하는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 초음파 변환 구조물에 포함된 음파 조절기를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 초음파 변화 구조물에 파동 조절패턴이 배치된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 패턴 설정기로 상기 파동 조절패턴을 설정하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 파동 조절패턴을 나타내는 사시도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 의한 파동 조절패턴의 패턴 형상을 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1에 도시한 초음파 변환 구조물을 구비하는 홀로그램 장치를 나타내는 구성도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막), 영역, 패턴들 또는 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 전극, 구조물들 또는 패턴들 "상에", "상부에" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 구조물 또는 패턴들 위에 형성되거나 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 전극, 다른 패턴들 또는 다른 구조물이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다. 또한, 물질, 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들이 "제1", "제2", "제3" 및/또는 "예비"로 언급되는 경우, 이러한 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 단지 각 물질, 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들을 구분하기 위한 것이다. 따라서 "제1", "제2", "제3" 및/또는 "예비"는 각 층(막), 영역, 전극, 패턴들 또는 구조물들에 대하여 각기 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 초음파 변환 구조물의 구성을 개략적으로 도시하는 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시된 초음파 변환 구조물에 포함된 음파 조절기를 나타내는 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 초음파 변화 구조물에 파동 조절패턴이 배치된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 초음파 변환 구조물(500)은 초음파 생성기(100), 파동 조절패턴(210)으로 초음파를 통과시켜 위상이나 진폭과 같은 파동특성을 조절하는 음파 조절기(200) 및 상기 파동 조절패턴(210)의 패턴형상을 변경하는 패턴 설정기(300)를 포함한다.
일 실시예로서, 상기 초음파 생성기(100)는 외부에서 인가되는 전원에 대응하여 설정된 주파수의 초음파를 생성하는 초음파 트랜스듀서를 포함한다. 예를 들면, 상기 초음파 생성기(100)는 기판(110)과 상기 기판(110) 상에 배치되는 절연층(120), 멤브레인(130) 및 전극층(140)을 구비하고 커패시터에 저장된 전하의 주기적 충전과 방전을 통해 상기 멤브레인(130)의 진동을 생성하는 정전용량형 초음파 트랜스듀서로 구성될 수 있다.
특히, 상기 정전용량형 초음파 트랜스듀서는 초소형 정밀기계 기술(micro-electro mechanical system, MEMS)에 의해 작은 사이즈로 대량생산 할 수 있는 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서(capacitive micromachined ultrasonic transducer, CMUT)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 초음파 변환 구조물(500)과 이를 구비하는 홀로그램 장치(1000)의 사이즈를 줄이고 대량으로 생산할 수 있다.
반도체 물질로 구성되는 기판(110) 상에 리세스를 구비하는 절연층(120)이 배치되고, 상기 리세스를 덮도록 멤브레인(130)을 설치한 후 상기 멤브레인(130)의 상면과 기판(110)의 배면에 전극(140)을 배치한다. 상기 전극으로 교류전극과 직류전극의 합성신호를 인가하면 상기 교류전극의 주파수에 대응하여 상기 멤브레인(130)이 진동하면서 초음파를 생성한다.
따라서, 상기 초음파 생성기(100)는 인가되는 교류전원의 주파수에 대응하여 상기 멤브레인(130)의 물성에 의해 감쇄되거나 증폭된 초음파를 생성할 수 있다.
본 실시예에서는 정전용량형 초음파 트랜스듀서를 개시하고 있지만 음압분포에 의한 홀로그램 이미지를 생성할 수 있는 범위의 주파수를 갖는 초음파라면 다양한 장치가 상기 초음파 생성기(100)로 활용될 수 있다. 예를 들면, 상기 초음파 생성기(100)는 기계적 에너지를 전기적 에너지로 전환하는 압전 현상을 이용한 압전형 초음파 트랜스듀서(piezoelectric ultrasound transducer, PUT)나 압전형 미세가공 초음파 트랜스듀서(piezoelectric micromachined ultrasound transducer, PMUT)로 구성할 수도 있음은 자명하다.
일실시예로서, 상기 음파 조절기(200)는 상기 초음파 생성기(100)와 일체로 결합되어 내부로 유입된 상기 초음파의 위상이나 진폭과 같은 파동특성을 조절할 수 있다. 이에 따라, 상기 초음파 생성기(100)로부터 발생한 초음파는 음파 조절기(200)를 통과하면서 파동특성이 변형된 투과 음파(TU)로 상기 음파 조절기(200)를 통과하게 된다.
예를 들면, 상기 음파 조절기(200)는 상기 초음파 생성기(100)와 면접촉하여 상기 초음파가 투과하는 배면(201)과 상기 초음파(US)의 진행경로를 따라 상기 배면(201)과 대칭적으로 위치하는 상면(202)을 구비하고 내부에 다수의 유동채널(CH)을 구비하는 박막 형상의 몸체(210) 및 상기 유동채널(CH)을 따라 위치하고 서로 다른 음향 임피던스를 갖는 적어도 한 쌍의 유체로 구성되는 파동 조절패턴(220)을 포함한다. 상기 음파 조절기(200)는 입사하는 상기 초음파(US)의 진폭을 변경하여 투과음파(TS)로 변형할 수 있다.
상기 몸체(210)는 초음파 생성기(100)의 멤브레인(130)이 위치하는 진동면을 덮는 박막 형상으로 제공되어 상기 멤브레인(130)의 진동으로부터 파동손실을 최소화하면서 상기 초음파를 투과시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 몸체(210)는 상기 초음파(US)가 충분히 투과될 수 있을 정도의 음향 임피던스를 갖는 물질로 구성된다. 예를 들면, 상기 몸체(210)는 투과유체(F1)의 음향 임피던스의 약 0.5배 내지 약 1.5배의 범위에 대응하는 음향 임피던스를 갖는 구조체 물질, 예를 들면, 수지나 폴리디메틸 실록산(polydimethyl siloxane, PDMS)로 구성할 수 있다. 상기 수지와 PDMS는 상기 몸체(210)에 대한 예시적인 실시예이며 상기 투과유체(F1)의 음향 임피던스와 비슷한 범위의 음향 임피던스를 갖고 있다면 다양한 물질이 상기 몸체(210)로 사용될 수 있음은 자명하다.
상기 몸체(210)의 두께는 초음파의 세기 감쇠 영향을 감소시킬 수 있도록 가능한 얇게 형성되어 박막의 형태로 제공된다. 특히, 본 실시예의 경우, 후술하는 바와 같이 투과유체(F1)와 차단유체(F2)로 제공되는 물과 공기의 음향 임피던스 차이가 충분히 크게 설정되므로 상기 초음파의 파장과는 무관하게 가능한 최소의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
특히, 상기 몸체(210)의 내부에는 격벽(212)에 의해 구분되는 빈 공간인 유동채널(CH)을 구비한다. 상기 유동채널(CH)은 배면(201)과 상면(202)으로부터 소정의 거리만큼 이격되고 상기 몸체(210)의 길이방향인 제2 방향(y)을 따라 상기 몸체(210)를 관통하는 공간으로 제공된다. 따라서, 상기 유동채널(CH)은 제2 방향(y)을 따라 연장하고 제1 방향(x)을 따라 소정의 폭을 갖는 입체공간으로 제공된다.
본 실시예의 경우, 상기 유동채널(CH)은 제1 방향(x)을 따라 격벽(212)에 의해 구분되는 3개의 공간으로 구분되는 제1 로드 채널 내지 제3 로드 채널(CH1, CH2, CH3)로 제공된다. 그러나, 이는 예시적이며 상기 초음파 변환 구조물의 특성과 이를 이용하는 홀로그램 장치의 요구조건에 따라 더 적거나 더 많은 채널을 갖는 유동공간으로 제공될 수 있음은 자명하다.
후술하는 바와 같이, 상기 유동채널(CH)에는 상기 제2 방향(y)을 따라 파동 조절패턴(220)을 형성하기 위한 유체를 유동할 수 있도록 유체 공급부(310)와 유체 배출부(320)가 연결된다.
상기 파동 조절패턴(220)은 상기 유동채널(CH)의 내부에 배치되어 상기 음파 조절기(200)의 내부로 유입된 상기 초음파(US)의 파동특성을 선택적으로 변형할 수 있다.
상기 파동 조절패턴(220)은 상기 유동채널(CH)을 따라 위치하고 서로 다른 음향 임피던스를 갖는 적어도 한 쌍의 유체로 구성된다. 예를 들면, 상기 파동 조절패턴(220)은 제1 음향 임피던스를 갖고 상기 초음파(US)의 진행을 허용하는 투과유체(F1) 및 제2 음향 임피던스를 갖고 상기 초음파(US)의 진행을 차단하는 차단유체(F2)를 포함하고, 상기 패턴형상(S)은 상기 투과유체와 상기 차단유체의 배치 조합에 따라 변할 수 있다.
이때, 상기 투과유체(F1)과 상기 차단유체(F2)는 투과특성과 차단특성을 충분히 구별할 수 있도록 경계면에서의 음파 전달률이 충분히 작게 되도록 설정한다.
본 실시예의 경우, 상기 제1 음향 임피던스는 상기 제2 음향 임피던스의 103 내지 104 배의 범위를 갖도록 설정할 수 있다. 예를 들면, 상기 투과유체(F1)로서 약 1.0x106 내지 1.5x106rayls의 음향 임피던스를 갖는 물을 이용하고 상기 차단유체(F2)로서 약 400 내지 450rayls의 음향 임피던스를 갖는 공기를 이용할 수 있다. 물과 공기는 주변에서 용이하게 수득할 수 있는 물질이면서 공기와 물의 계면에서 초음파의 전달률이 약 1.12x10-3 정도로 매우 작다는 것이 알려져 있다. 이에 따라, 물은 진행하는 초음파를 충분히 잘 투과시켜 상기 음파 조절기(200)의 상면(202)을 통하여 배출할 수 있는 반면 공기는 진행하는 초음파가 더 이상 진행하지 못하도록 차단함으로써 상기 공기에 대응하는 음파 조절기(200)의 상면에서는 초음파가 전달되지 않는다.
상기 물과 공기는 투과유체(F1)와 차단유체(F2)의 예시적 물질로 개시되며 상기 음향 임피던스 비율을 만족할 수 있다면 다양한 물질이 상기 투과유체(F1)와 차단유체(F2)로 사용될 수 있음은 자명하다.
상기 배면(201)과 상면(202)은 몸체로 구성되어 상기 투과유체(F1)와의 경계면에서 높은 전달률을 가진다. 이에 따라, 초음파 생성기(100)로부터 생성된 초음파(US)는 상기 투과유체(F1)와 유사한 전달률로 상기 몸체(210)로 투과되고 상기 파동 조절패턴(220)을 통과한 초음파가 상면(202)을 통과하는 초음파도 투과유체(F1)와 유사한 전달률로 상기 몸체(210)로부터 외부로 진행할 수 있다.
이에 따라, 상기 몸체(210)와 상기 투과유체(F1) 사이의 전달률 감소가 발생하지 않도록 상기 몸체(210)를 설정한다. 예를 들면, 상기 몸체(210)는 상기 제1 음향 임피던스의 0.5 내지 1.5배의 범위를 갖는 음향 임피던스를 갖도록 설정할 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 유동채널(CH)은 제2 방향(y)을 따라 라인형상으로 연장하고 제1 방향(x)을 따라 격벽(222)을 사이에 두고 정렬된 3개의 로드 채널(rod channel, CH1, CH2, CH3)로 구성되고, 상기 파동 조절패턴(220)은 제1 내지 제3 로드 채널(CH1, CH2, CH3)에 각각 저장된 제1 내지 제3 조절패턴(225, 226, 227)을 포함한다.
제1 내지 제3 조절패턴(225, 226, 227)의 각각은 상기 투과 유체(F1)와 차단 유체(F2)가 제2 방향(y)을 따라 일정한 배치조합에 따라 정렬하여 선형패턴으로 제공된다.
예를 들면, 상기 제1 조절패턴(225)은 제1 방향(x)을 따라 투과유체(F1)의 가운데에 차단유체(F2)가 위치하는 선형패턴으로 제공되며, 상기 제2 조절패턴(226)은 제1 방향(x)을 따라 투과유체(F1)의 양 단부에 차단유체(F2)가 위치하는 선형패턴으로 제공된다. 상기 제3 조절패턴(227)은 제1 조절패턴(225)과 동일한 선형패턴으로 제공된다.
이에 따라, 상기 파동 조절패턴(220)은 상기 음파 조절기(200)의 상면(202)에서 봤을 때 3x3 매트릭스 형상으로 제공되어, 상기 상면(202)은 투과유체(F1)에 대응하는 투과영역과 상기 차단유체(F2)에 대응하는 차단영역으로 구성되는 9개의 셀로 구분된다.
이때, 상기 초음파(US)가 3x3 매트릭스 형상의 패턴형상(S)을 갖는 파동 조절패턴(220)으로 진입하게 되면, 차단영역은 통과하지 못하고 투과영역만 통과하여 투과음파(TS)를 형성하게 된다.
상기 상면(202)의 다른 위치에서 각각 투과영역을 통과한 투과음파(TS)는 간섭에 의해 간섭음파(IS)로 형성된다. 상기 간섭음파(IS)는 서로 다른 진폭을 갖는 투과음파(TS)들의 간섭에 의해 다양한 음압분포를 갖게 되며, 상기 음압분포는 특정한 이미지의 특성을 반영한다. 이에 따라, 상기 간섭음파(IS)는 음압분포에 대응하는 이미지 정보를 내포하는 음파가 되고 상기 간섭음파(IS)를 집음(sound focusing)하여 상기 이미지를 홀로그램으로 표시할 수 있다.
상기 이미지에 대응하는 음압분포는 상기 투과음파(TS)들의 간섭에 의해 형성되고 서로 간섭하는 투과음파(TS)들의 파동특성은 투과영역을 결정하는 파동 조절패턴(220)에 의해 결정되므로 파동 조절패턴(220)의 패턴 형상(S)은 상기 음압분포와 음압분포에 대응하는 이미지를 결정하게 된다.
따라서, 상기 파동 조절패턴(220)의 패턴형상을 실시간으로 변경함으로써 상기 간섭음파(IS)에 포함된 이미지 정보를 간단하게 변경할 수 있다.
본 실시예에서는 3개의 로드 채널을 구비하는 음파 조절기(200)를 개시하고 있지만, 로드 채널의 개수는 실시예에 따라 증가하거나 감소할 수 있다. 이에 따라, 상기 파동 조절패턴(220)의 패턴 형상은 NxM (단, N과 M은 2이상의 정수) 매트릭스 형상으로 제공된다.
일실시예로서, 상기 패턴 설정기(300)는 상기 파동 조절패턴(220)을 특정한 패턴 형상으로 설정하고 필요에 따라 특정한 형상을 갖도록 상기 패턴형상을 변경할 수 있다.
상기 패턴 설정기(300)는 유동채널(CH)로 투과유체(F1)와 차단유체(F2)의 공급시점과 유량을 조절할 수 있는 구조물로 구성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 유동채널(CH)은 3개의 로드 채널(CH1,CH2,CH3)을 포함하므로 상기 패턴 설정기(300)는 각 로드 채널(CH1,CH2,CH3)마다 배치될 수 있다.
예를 들면, 상기 유동채널(CH)의 일단에 배치되어 상기 투과유체(F1) 및 상기 차단유체(F2)를 선택적으로 공급하는 유체 공급부(310) 및 상기 유동채널(CH)의 타단에 배치되어 상기 유동채널(CH)에 저장된 상기 투과유체(F1) 또는 상기 차단유체(F2)를 외부로 선택적으로 배출하는 유체 배출부(320)를 포함할 수 있다.
유체 공급부(310)는 상기 투과유체(F1)를 공급하는 제1 입력단(312) 및 상기 제1 입력단(312)에 연결되고 상기 차단유체(F2)를 공급하는 제2 입력단(314) 및 상기 제1 입력단(312)과 상기 제2 입력단(314)의 동작을 제어하여 상기 투과유체(F1)와 상기 차단유체(F2)의 공급시점과 정지시점을 조절하여 상기 패턴형상을 변경하는 유체 제어부(316)를 포함한다.
상기 제1 입력단(312)은 투과유체(F1), 예를 들면, 물을 저장하는 저장탱크와 상기 저장탱크로부터 유동채널(CH)로 물을 공급하는 배관으로 구성된다. 이때, 상기 투과유체(F1)는 정상유동(steady flow)을 이루면서 각 로드 채널(CH1, CH2, CH3)의 내부로 공급된다.
상기 제2 입력단(314)은 차단유체(F2), 예를 들면, 공기를 저장하는 저장탱크와 상기 저장탱크로부터 유동채널(CH)로 공기를 공급하는 배관으로 구성된다. 이때, 상기 차단유체(F2)는 각 로드채널(CH1, CH2, CH3)의 단면적과 동일한 사이즈를 갖고 버블 형상으로 상기 투과유체(F1)의 정상유동(steady flow) 흐름속으로 공급된다.
이때, 상기 유체 제어부(316)는 차단유체(F2)가 공급되는 시점에서 상기 투과유체(F1)의 공급은 중단되고 차단유체(F2)가 공급되는 시점에 이미 유동채널(CH)로 공급된 투과유체(F1)는 차단유체(F2)의 공급압력에 의해 상기 유동채널(CH)을 따라 제2 방향(y)으로 이동한다.
도 4는 도 3에 도시된 패턴 설정기로 상기 파동 조절패턴을 설정하는 과정을 나타내는 도면이다. 도 4는 예시적으로 제1 조절패널(225)을 설정하는 것을 개시한다. 그러나, 제2 조절패널(226) 및 제3 조절패널(227)도 마찬가지의 방법으로 설정할 수 있으므로 제1 조절패널(225)을 설정하는 과정에 대해서만 상술한다.
도 4를 참조하면, 먼저 제1 입력단(312)의 동작 개시시점에서 상기 유체 제어부(316)는 제1 입력단(312)을 개방하여 상기 제1 로드 채널(CH1)로 투과유체(F1)인 물을 공급한다. 이때, 상기 물의 공급유동은 정상 유동이 될 때까지 연속적으로 수행되며 상기 제1 로드 채널(CH1)의 양단은 개방상태로 유지된다 (도 4<a>).
이어서, 상기 제2 입력단(314)의 동작 개시시점에서 상기 유체 제어부(316)는 제1 입력단(312)을 폐쇄하여 투과유체(F1)의 공급을 중단하고 차단유체(F2)인 공기만을 제1 로드 채널(CH1)로 공급한다. 예를 들면, 단면적이 상기 제1 로드 채널(CH1)의 단면적과 동일한 에어 버블을 상기 제1 로드 채널(CH1)로 공급하고 상기 에어 버블이 제2 방향(y)을 따라 설정된 두께를 가지도록 상기 공기유동을 지속한다.
이에 따라, 공기유동이 시작하기 전에 이미 제1 로드 채널(CH1)을 유동하던 물은 에어 버블의 유동에 의해 제2 방향(y)을 따라 이동하게 되고, 상기 제2 입력단(314)과 인접한 제1 로드 채널(CH1)의 단부에 설정된 두께를 갖는 차단유체(F2)인 공기층이 형성된다.
상기 에어버블이 제2 방향(x)을 따라 설정된 두께를 갖게 되면 상기 유동 제어부(316)은 공기층의 공급을 중단하는 정지신호를 인가하고 제2 입력단(314)의 동작을 중지한다. 이에 따라, 제2 방향(y)을 따라 소정의 설정 두께를 갖는 차단유체 패턴(b)이 형성된다(도 4<b>).
상기 에어버블의 공급이 중단되면, 즉시 물의 공급이 다시 개시된다. 상기 유동 제어부(316)는 상기 물의 공급과 에어 버블의 공급을 상보적으로 수행한다. 이에 따라, 상기 유체 제어부(316)는 물의 공급이 중단되면 에어버블의 공급을 개시하고 에어 버블의 공급이 중단되면 다시 물의 공급을 개시하도록 작동한다. 상기 물의 공급이 재개됨에 따라 상기 공기층(F2)은 제2 방향(y)을 따라 이동하게 된다(도 4<c>).
마침내, 공기층으로 이루어진 상기 차단유체 패턴(b)이 설정된 위치에 정렬하면, 상기 유체 제어부(316)은 유동 배출부(320)를 폐쇄하여 상기 물의 배출을 차단한다. 이에 따라, 상기 차단유체 패턴(b)은 설정위치에 고정되고 상기 차단유체 패턴(b)의 진행방향 전방에 위치한 물은 제1 부분 투과패턴(a)으로 형성된다(도 4<d>).
이후, 제1 로드 채널(CH1)을 물로 채워 제2 부분 투과패턴(c)을 형성한 후 상기 제1 로드 채널(CH1)을 폐쇄한다. 이에 따라, 상기 제1 로드 채널(CH1)의 내부에는 제2 방향(y)을 따라 제2 부분 투과패턴(c), 상기 차단패턴(b) 및 제1 부분 투과패턴(a)이 서로 인접하게 배치되어 제1 조절패턴(225)를 형성할 수 있다(도 4<e>).
이때, 상기 유체 제어부(316)는 외부로부터 상기 차단유체(F2)에 관한 새로운 설정위치를 수득하는 경우 도 4에 도시된 과정과 동일한 고정으로 상기 차단 유체(F2)의 위치를 변경함으로써 파동 조절패턴(220)의 패턴형상을 변경할 수 있다.
따라서, 상기 음파 조절기(200)와 초음파 생성기(100)를 분리하지 않더라도 상기 차단유체(F2)의 설정위치만 상기 유체 제어부(316)로 전송함으로써 상기 파동 조절패턴(220)의 형상을 간단하게 변경할 수 있다.
상기 파동 조절패턴(220)의 패턴 형상은 음압분포를 결정하고 음압분포에 의해 이미지가 특정되므로 상기 유체 제어부(316)를 통해 상기 간섭음파(IS)에 포함된 이미지 정보를 간단하게 수정하거나 변경할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 파동 조절패턴을 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 파동 조절패턴(이하, 제1 변형 파동 조절패턴이라 함, 220a)은 상기 몸체(210)의 내부에서 서로 대면하는 반원 실린더 형상을 갖는 한 쌍의 실린더 채널에 각각 저장된 상기 투과유체(F1) 및 상기 차단유체(F2)로 구성되어 상기 패턴 형상(S)은 서로 대면하는 반원 형상으로 제공된다.
상기 몸체(210)는 단면이 원형인 실린더 형상으로 제공되고 상기 유동채널(CH)은 상기 실린더의 내부를 양분하는 반원형 실린더 형상으로 제공된다. 한 쌍의 반원형 실린더 형상으로 제공되는 유동채널(CH)의 내부로 투과유체(F1)와 차단유체(F2)를 각각 채우면 상기 제1 변형 파동 조절패턴(220a)은 상기 음파 조절기(200)로 투과되는 상기 초음파(US)의 절반만 통과시키고 나머지 절반은 차단시키도록 동작하게 된다. 즉, 투입되는 초음파의 한쪽 부분만 투과시키고 나머지 부분은 제거함으로써 투입되는 초음파에 방향성을 부과할 수 있다.
또한, 상기 제1 변형 파동 조절패턴(220a)을 포함하는 상기 몸체(210)도 실린더 형상을 가지므로 상기 몸체(210)가 면접촉하는 초음파 생성기(100)의 진동면도 원형으로 제공된다. 이에 따라, 상기 초음파 생성기(100)의 진동면 형상에 따라 적절한 음파 조절기(200)를 제공할 수 있다.
이때, 상기 패턴 설정기(300)는 각 반원형 실린더 채널의 상면과 하면에 각각 연결되는 유체 공급부(310)와 유체 배출부(320)로 구성할 수 있다. 상기 투과유체(F1) 및 차단유체(F2)는 높이방향인 제3 방향(z)을 따라 반원형 실린더 채널을 채울 수 있도록 유동할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 의한 파동 조절패턴의 패턴 형상을 나타내는 사시도이다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 파동 조절패턴(이하, 제2 변형 파동 조절패턴이라 함, 220b)은 실린더 형상과 상기 실린더 형상을 둘러싸는 중첩 링 형상 또는 쉘 형상을 구비하는 패턴형상(S)을 갖는다.
예를 들면, 상기 몸체(210)는 제3 방향(z)을 따라 연장하고 동일한 중심을 공유하고 서로 다른 반경(R1, R2, R3)을 갖는 3개의 실린더(216, 217,218)가 중첩되어 가장 작은 반경을 갖는 안쪽 실린더인 내부 채널(RC1)과 각 실린더 사이의 이격공간인 중첩 링 채널(RC2, RC3)로 구성된다. 상기 제2 변형 파동 조절패턴(220b)은 상기 내부 채널(RC1)과 중첩 링 채널(RC2, RC3)을 상기 투과유체(F1)와 차단 유체(F2)의 조합으로 채움으로써 초음파의 형상을 다양하게 변형할 수 있다.
예를 들면, 도 6a에 도시된 바와 같이 실린더형 조절패턴(225b)과 외곽 쉘형 조절패턴(227b)을 투과유체(F1)로 구성하고 내측 쉘형 조절패턴(226b)을 차단패턴(F2)으로 구성하는 경우, 상기 초음파(US)를 단일한 코어음파와 코어 음파로부터 일정거리만큼 이격되어 코어 음파를 둘러싸는 고리 음파로 분할할 수 있다. 이에 따라, 상기 코어 음파와 고리 음파 사이의 간섭을 통해 매트릭스 형상으로부터 수득하는 투과음파(TS)의 간섭과 다른 간섭음파를 수득할 수 있다. 이에 따라, 상기 간섭음파의 이미지 정보를 다양화 시킬 수 있다.
또한 6b에 도시된 바와 같이, 외곽 쉘형 조절패턴(227b)만 차단유체(F2)로 구성하는 경우, 상기 제2 변형 파동 조절패턴(220b)을 통과하는 초음파의 사이즈가 내측 쉘형 조절패턴(226b)과 실린더형 조절패턴(225b)으로 축소되므로 초음파 생성기(100)의 사이즈를 줄이는 효과를 달성할 수 있다.
또한 도 6c에 도시된 바와 같이, 외곽 쉘형 조절패턴(227b)과 내측 쉘형 조절패턴(226b)을 모두 차단유체(F2)로 구성하고 실린더형 조절패턴(225b)만 투과 패턴(F1)으로 구성하는 경우에는 상기 투과음파(TS)의 직경이 최소화되어 초점거리를 가장 짧게 형성할 수 있다.
이에 따라, 상기 외곽 쉘형 조절패턴(227b). 내측 쉘형 조절패턴(226b) 및 실린더형 조절패턴(225b)을 투과유체(F1)와 차단유체(F2)의 조합으로 구성함으로써 음파 조절기(200)의 초점거리를 적절하게 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1에 도시한 초음파 변환 구조물을 구비하는 홀로그램 장치를 나타내는 구성도이다. 도 7에서, 도 1과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용한다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 홀로그램 장치(1000)는 음압분포에 관한 정보에 따라 초음파를 선택적으로 통과시키는 파동 조절패턴(220)을 구비하여 상기 음압분포가 포함된 간섭음파(IS)를 방출하는 초음파 변환 구조물(500), 상기 초음파 변환 구조물(500)로 상기 음압분포에 관한 정보를 제공하는 음압정보 제공부(600), 및 상기 간섭음파(IS)에 포함된 상기 음압분포에 대응하는 홀로그램 이미지(IMG)를 표시하는 표시부(700)를 포함한다.
상기 홀로그램 장치(1000)는 음압정보 제공부(600)로부터 특정 이미지에 대한 음압분포를 초음파 변환 구조물(500)의 유체 제어부(316)를 통해 수득하고 상기 음압분포에 대응하도록 파동 조절패턴(220)을 변형함으로써 상기 파동 조절패턴(220)으로 진행하는 초음파를 상기 음압분포에 대응하는 이미지 정보를 갖는 간섭음파로 생성할 수 있다.
상기 초음파 변환 구조물(500)은 초음파를 생성하는 초음파 생성기(100), 상기 초음파 생성기(100)와 면접촉하고 내부에 구비된 유동채널(CH)의 형상을 따라 상기 파동 조절패턴(220)이 배치된 막질 몸체(210)를 구비하고 상기 초음파 파동특성을 조절하여 상기 간섭음파(IS)를 생성하는 음파 조절기(200) 및 상기 초음파 생성기(100)와 상기 음파 조절기(200)의 결합을 유지하면서 상기 파동 조절패턴(220)을 변형하는 패턴 설정기(300)를 포함한다.
이때, 상기 파동 조절패턴(220)은 상기 초음파의 진행을 허용하는 투과유체(F1) 및 상기 초음파의 진행을 차단하는 차단유체(F2)로 구성되고, 상기 파동 조절패턴(220)의 패턴형상(S)은 상기 유동채널(CH)을 채우는 상기 투과유체(F1)와 상기 차단유체(F2)의 배치조합에 따라 변하게 된다.
상기 투과유체(F1)와 상기 차단유체(F2)는 각각 물과 공기를 포함하고, 상기 막질 몸체는 수지 및 폴리디메틸 실록산(polydimethyl siloxane, PDMS) 중의 어느 하나로 구성할 수 있다.
예를 들면, 상기 패턴 설정기(300)는 상기 투과유체(F1)를 공급하는 제1 입력단(312), 상기 제1 입력단(312)에 연결되고 상기 차단유체(F1)를 공급하는 제2 입력단(314) 및 상기 제1 입력단과(312) 상기 제2 입력단(314)의 동작을 제어하여 상기 투과유체(F1)와 상기 차단유체(F2)의 공급시점과 정지시점을 조절하고 상기 파동 조절패턴(220)의 패턴형상을 변경하는 유체 제어부(316)를 구비할 수 있다.
상기 초음파 변화 구조물(500)은 도 1에 도시한 초음파 변환 구조물(500)과 실질적으로 동일하므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
일실시예로서, 상기 음압정보 제공부(600)는 음압 시뮬레이터(610), 음압 데이터베이스(620) 및 데이터 전송기(630)를 포함한다.
상기 음압 시뮬레이터(610)는 홀로그램 이미지로 표시되는 원본 이미지에 관한 최적 음압분포를 검출한다. 특정목적을 위한 이미지 데이터를 수집하고 각각의 이미지에 대하여 가장 최적하게 표현할 수 있는 음압분포를 시뮬레이션을 통해 수집하고 검출된 음압분포를 최적 음압분포로 검출한다.
설정된 해상도에 대응하는 이미지의 픽셀에 대해 원본 이미지의 그레이 스케일 값을 설정하고 상기 초음파 변환 구조물(500)의 가용 초점거리를 기준으로 음압 분포로 보정한 값에 대하여 원본 이미지를 최적하게 표시하는 음압분포를 최적 음압분포로 검출한다.
상기 음압 데이터베이스(620)는 원본 이미지와 이에 대응하는 상기 최적 음압분포의 순서쌍을 저장한다.상기 데이터 전송기(630)는 상기 표시부에 표시될 원본 이미지에 대응하는 상기 음압분포를 상기 음압 데이터베이스로부터 추출하여 상기 초음파 변환 구조물(500)로 전송한다.
상기 데이터 전송기(630)는 유체 제어부(316)와 연통하여 홀로그램 이미지로 표현할 원본 이미지에 대응하는 최적 음압분포를 전송한다. 이에 따라, 상기 유체 제어부(316)는 음압분포를 구현할 수 있는 패턴형상을 갖도록 상기 파동 조절패턴(220)을 변경한다.
예를 들면, 상기 유동채널(CH)로 유입되는 차단 유체(F2)의 공급시기와 공급시간을 조절함으로써 투과유체(F1)와 차단유체(F2)의 배치조합을 변경함으로써 상기 파동 조절패턴(220)의 형상을 변경할 수 있다.
변경된 파동 조절패턴(220)을 통해 선택적으로 음파 조절기(200)를 통과한 다수의 투과음파(TS)는 서로 간섭하여 설정된 음파분포를 갖는 간섭음파(IS)로 생성된다.
상기 간섭음파(IS)는 초점거리에 위치하는 표시판(800)으로 조사되어 상기 원본 이미지에 대한 홀로그램 이미지를 표현한다. 홀로그램 이미지를 변경할 필요가 있는 경우 변경할 이미지의 음압분포에 대응하도록 파동 조절패턴의 패턴형상을 변형함으로써 간단하게 이미지를 변경할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의한 초음파 변환 구조물 및 이를 이용한 홀로그램 장치에 의하면, 초음파를 생성하는 초음파 생성기와 초음파의 위상 및 진폭과 같은 파동특성을 변경하기 위한 파동 조절부재를 분리하지 않은 상태에서 초음파의 위상과 진폭을 용이하게 변경할 수 있다. 초음파를 차단하는 차단유체와 통과시키는 투과유체의 조합으로 파동 조절패턴을 구성하고 상기 파동 조절패턴의 패턴 형상을 투과유체에 대한 차단유체의 상대적 위치를 조절하도록 유동시킴으로써 간단하게 파동특성을 조절할 수 있다. 파동특성의 조절에 의해 다양한 음압분포를 갖는 홀로그램 이미지를 간단하게 변경하거나 수정할 수 있다.
상기에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 초음파 생성기 200: 음파 조절기
300: 패턴 설정기 500: 초음파 변환 구조물
210: 몸체 220: 파동 조절패턴
310: 유체 공급부 320: 유체 배출부
312: 제1 입력단 314: 제2 입력단
316: 유체 제어부 600: 음압정보 제공부
700: 표시부 1000: 홀로그램 장치

Claims (17)

  1. 초음파를 생성하는 초음파 생성기;
    상기 초음파가 투과하도록 상기 초음파 생성기와 일체로 결합되고 내부로 유입된 상기 초음파의 파동특성을 선택적으로 변형하는 파동 조절패턴을 구비하여 상기 초음파를 상기 파동 조절패턴에 대응하는 음압분포(sound pressure distribution)를 갖는 간섭음파로 생성하는 음파 조절기; 및
    상기 초음파 생성기와 상기 음파 조절기의 결합을 유지하면서 상기 파동 조절패턴의 패턴형상을 변형하여 상기 음압분포를 변경하는 패턴 설정기를 포함하는 초음파 변환 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 음파 조절기는 상기 초음파 생성기와 면접촉하여 상기 초음파가 투과하는 배면과 상기 초음파의 진행경로를 따라 상기 배면과 대칭적으로 위치하는 상면을 구비하고 내부에 다수의 유동채널을 구비하는 막질 몸체를 포함하고, 상기 파동 조절패턴은 상기 유동채널을 따라 위치하고 서로 다른 음향 임피던스를 갖는 적어도 한 쌍의 유체로 구성되는 초음파 변환 구조물,
  3. 제2항에 있어서, 상기 파동 조절패턴은 제1 음향 임피던스를 갖고 상기 초음파의 진행을 허용하는 투과유체 및 제2 음향 임피던스를 갖고 상기 초음파의 진행을 차단하는 차단유체를 포함하고, 상기 패턴형상은 상기 투과유체와 상기 차단유체의 배치 조합에 따라 변하는 초음파 변환 구조물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 음향 임피던스는 상기 제2 음향 임피던스의 103 내지 104 배의 범위를 갖고 상기 막질 몸체는 상기 제1 음향 임피던스의 0.5 내지 1.5배의 범위를 갖는 음향 임피던스를 갖는 초음파 변환 구조물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 투과유체와 상기 차단유체는 각각 물과 공기를 포함하고, 상기 막질 몸체는 수지 및 폴리디메틸 실록산(polydimethyl siloxane, PDMS) 중의 어느 하나를 포함하는 초음파 변환 구조물.
  6. 제3항에 있어서, 상기 파동 조절패턴은 상기 몸체의 내부에서 서로 대면하는 반원 실린더 형상을 갖는 한 쌍의 실린더 채널에 각각 저장된 상기 투과유체 및 상기 차단유체로 구성되어 상기 패턴형상은 서로 대면하는 반원 형상인 초음파 변환 구조물.
  7. 제3항에 있어서, 상기 파동 조절패턴은 상기 몸체의 내부에서 동일한 중심을 갖고 반경이 증가하도록 중첩된 내부 채널 및 중첩 링 채널에 저장된 상기 투과유체와 상기 차단유체로 구성되고 상기 패턴 형상은 실린더 형상과 상기 실린더 형상을 둘러싸는 중첩 링 형상을 갖는 초음파 변환 구조물.
  8. 제3항에 있어서, 상기 파동 조절패턴은 제2 방향을 따라 연장하고 상기 제2 방향과 수직한 제1 방향을 따라 정렬된 다수의 로드 채널에 각각 저장된 상기 투과유체와 상기 차단유체의 선형패턴으로 구성되어 상기 패턴 형상은 NxM (단, N과 M은 2이상의 정수) 2차원 매트릭스 형상을 갖는 초음파 변환 구조물.
  9. 제3항에 있어서, 상기 패턴 설정기는 상기 유동채널의 일단에 배치되어 상기 투과유체 및 상기 차단유체를 선택적으로 공급하는 유체 공급부 및 상기 유동채널의 타단에 배치되어 상기 유동채널에 저장된 상기 투과유체 또는 상기 차단유체를 외부로 선택적으로 배출하는 유체 배출부를 포함하는 초음파 변환 구조물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유체 공급부는 상기 투과유체를 공급하는 제1 입력단 및 상기 제1 입력단에 연결되고 상기 차단유체를 공급하는 제2 입력단 및 상기 제1 입력단과 상기 제2 입력단의 동작을 제어하여 상기 투과유체와 상기 차단유체의 공급시점과 정지시점을 조절하여 상기 패턴형상을 변경하는 유체 제어부를 포함하는 초음파 변환 구조물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 음압분포는 상기 간섭음파에 의해 표시되는 이미지의 특성으로 설정되어 상기 간섭음파는 상기 음압분포에 대응하는 이미지 정보를 포함하는 초음파 변환 구조물.
  12. 음압분포에 관한 정보에 따라 초음파를 선택적으로 통과시키는 파동 조절패턴을 구비하여 상기 음압분포가 포함된 간섭음파를 방출하는 초음파 변환 구조물;
    상기 초음파 변환 구조물로 상기 음압분포에 관한 정보를 제공하는 음압정보 제공부; 및
    상기 간섭음파에 포함된 상기 음압분포에 대응하는 홀로그램 이미지를 표시하는 표시부를 포함하는 홀로그램 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 초음파 변환 구조물은,
    초음파를 생성하는 초음파 생성기;
    상기 초음파 생성기와 면접촉하고 내부에 구비된 유동채널의 형상을 따라 상기 파동 조절패턴이 배치된 막질 몸체를 구비하고 상기 초음파의 파동특성을 조절하여 상기 간섭음파를 생성하는 음파 조절기; 및
    상기 초음파 생성기와 상기 음파 조절기의 결합을 유지하면서 상기 파동 조절패턴을 변형하는 패턴 설정기를 포함하는 홀로그램 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 파동 조절패턴은 상기 초음파의 진행을 허용하는 투과유체 및 상기 초음파의 진행을 차단하는 차단유체를 포함하고, 상기 파동 조절패턴의 패턴형상은 상기 유동채널을 채우는 상기 투과유체와 상기 차단유체의 배치 조합에 따라 달라지는 구성을 갖는 홀로그램 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 투과유체와 상기 차단유체는 각각 물과 공기를 포함하고, 상기 막질 몸체는 수지 및 폴리디메틸 실록산(polydimethyl siloxane, PDMS) 중의 어느 하나를 포함하는 홀로그램 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 패턴 설정기는 상기 패턴 설정기는 상기 유동채널의 일단에 배치되어 상기 투과유체 및 상기 차단유체를 선택적으로 공급하는 유체 공급부 및 상기 유동채널의 타단에 배치되어 상기 유동채널에 저장된 상기 투과유체 또는 상기 차단유체를 외부로 선택적으로 배출하는 유체 배출부를 포함하고,
    상기 유체 공급부는 상기 투과유체를 공급하는 제1 입력단, 상기 제1 입력단에 연결되고 상기 차단유체를 공급하는 제2 입력단 및 상기 제1 입력단과 상기 제2 입력단의 동작을 제어하여 상기 패턴형상을 변경하는 유체 제어부를 구비하는 홀로그램 장치.
  17. 제12항에 있어서, 상기 음압정보 제공부는,
    상기 홀로그램 이미지로 표시되는 원본 이미지에 관한 최적 음압분포를 검출하는 음압 시뮬레이터;
    상기 원본 이미지와 이에 대응하는 상기 최적 음압분포의 순서쌍을 저장하는 음압 데이터베이스;
    상기 표시부에 표시될 원본 이미지에 대응하는 상기 음압분포를 상기 음압 데이터베이스로부터 추출하여 상기 초음파 변환 구조물로 전송하는 데이터 전송기를 포함하는 홀로그램 장치.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016090307A (ja) * 2014-10-31 2016-05-23 株式会社ジェイテクト 超音波計測における超音波ビームの焦点位置補正方法及び超音波計測装置
KR20170122894A (ko) * 2016-04-27 2017-11-07 한국표준과학연구원 프레넬 존 플레이트 원리를 이용한 음향렌즈가 적용된 집속 초음파 트랜스듀서 및 그 트랜스 듀서의 제작방법
KR20180093975A (ko) * 2015-12-11 2018-08-22 막스-플랑크-게젤샤프트 츄어 푀르더룽 데어 비쎈샤프텐 에.파우. 대상물에 홀로그래픽 초음파 장을 생성시키는 장치 및 방법
KR20210057287A (ko) * 2019-11-11 2021-05-21 재단법인 파동에너지 극한제어 연구단 능동형 초음파 전달 구조체
KR102283276B1 (ko) * 2020-03-19 2021-07-29 한국과학기술원 실시간 상 변경이 가능한 초음파 홀로그래피 장치 및 이의 동작 방법
KR20210147731A (ko) * 2020-05-29 2021-12-07 서울대학교산학협력단 초음파 투과 장치 및 파동 제어 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016090307A (ja) * 2014-10-31 2016-05-23 株式会社ジェイテクト 超音波計測における超音波ビームの焦点位置補正方法及び超音波計測装置
KR20180093975A (ko) * 2015-12-11 2018-08-22 막스-플랑크-게젤샤프트 츄어 푀르더룽 데어 비쎈샤프텐 에.파우. 대상물에 홀로그래픽 초음파 장을 생성시키는 장치 및 방법
KR20170122894A (ko) * 2016-04-27 2017-11-07 한국표준과학연구원 프레넬 존 플레이트 원리를 이용한 음향렌즈가 적용된 집속 초음파 트랜스듀서 및 그 트랜스 듀서의 제작방법
KR20210057287A (ko) * 2019-11-11 2021-05-21 재단법인 파동에너지 극한제어 연구단 능동형 초음파 전달 구조체
KR102283276B1 (ko) * 2020-03-19 2021-07-29 한국과학기술원 실시간 상 변경이 가능한 초음파 홀로그래피 장치 및 이의 동작 방법
KR20210147731A (ko) * 2020-05-29 2021-12-07 서울대학교산학협력단 초음파 투과 장치 및 파동 제어 방법

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