KR20160120286A - 초광대역 음향 및 초음파 트랜스듀서 - Google Patents

초광대역 음향 및 초음파 트랜스듀서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음향 및 초음파 생성 및 수신을 위한 횡축 폭 모드를 제공한다. 횡축 폭 모드는 종래의 종축 또는 횡축 모드를 결합함으로써 복수 공진 모드, 광대역 연결 모드 또는 이들의 결합의 음향 및 총음파 트랜스듀서 및/또는 어레이를 구현한다. 반파장에 기인하여, 횡축 폭 모드가 적당항 헤드 메스 및/또는 매칭 층을 포함하여 구동하도록 설계됨으로써, 고음압에 적절한 초광대역 트랜스듀서가 구현될 수 있다. 낮은 횡축 음속을 갖는 액티브 물질로 인하여, 각 트랜스듀서 소자의 횡축 크기는 수중 또는 인체 조직에서의 음의 반파장보다 같거나 작에 유지됨으로써, 횡축 폭 모드를 여러 가지 어레이 디자인 및 구동에 적합하도록 한다.

Description

초광대역 음향 및 초음파 트랜스듀서{ULTRA BROADBAND SOUND AND ULTRASONIC TRANSDUCER}
본 발명은 압전 트랜스듀서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명은 음향 및 초음파의 생성, 송신 및 수신을 위한 압전 트랜스듀서 어레이들에 관한 것이다.
음향 및 초음파 생성을 위한 현대의 트랜스듀서 어레이는, 종축 모드(longitudinal mode) 또는 횡축 모드(transverse mode)에서 구동할 수 있도록 고안된 동일하거나 실질적으로 동일한 송신 소자들이 순차적으로 배열되어 구성된다. 가능하다면, 각각 트랜스듀서의 측(lateral) 또는 횡축(transverse) 크기가, 정해진 음향 매질에서 특정 주파수를 갖는 음향의 반파장(λm/2)과 같거나 작은 것으로 선택됨에 따라, 그레이팅 로브(grating lobes)를 회피하면서 강하고 포커싱된 메인 음향 빔(main acoustic beam)을 생성할 수 있다. 나아가, 사이드 로브(side lobe)의 크기는, 빔포밍(beamforming) 및/또는 빔 세이딩(beam shading) 기술을 통하여 낮게 유지될 수 있다.
도 1은 수중 이미징 목적을 위한 사이드 스캔 또는 합성 개구면 소나(synthetic aperture sona)에 사용되는 송신 어레이(100)의 일 예를 나타나며, 여기서 이격된 사각형 소자(102)들은 종축 또는 측 방향(longitudinal or crosswise directions)을 따라 약 반파장(λm/2)으로 상호 이격되며, λm는 수중에서 특정된 중심 주파수의 음향 또는 초음파의 파장이다. 어레이 상태의 이격된 트랜스듀서 소자(102)를 이용함에 따라 메인 음향 빔이 소자 상 기술(elemental phasing technique)을 통하여 전기적으로 조절될 수 있다. 상기 어레이 상태에서 소자 분리를 조절하는 것이 응용 분야에서 매우 중요하다.
도 2는 논문 ‘Forty-channel phased array ultrasonic probe using 0.91Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.09PbTiO3 single crystal’(저자; Saitoh 등)에서 개시된 의학 영상에서 초음파 송신 및 수신을 위한 1차원 상의 어레이 의료용 트랜스듀서(200)의 일 예를 나타낸다. 어레이(200)는 종축 방향(longitudinal direction)으로 약 반파장(λm/2)으로 이격된 불연속 실버 소자들을 나타낸다. 여기서, λm는 인체 조직에서 정해진 중심 주파수의 초음파 파장이다. 상기 소자에서, 탑부 및 바닥부의 전극 면들(210, 212) 각각은, 지지 물질(214) 상에 본딩되어 있는 압전 액티브 물질(204) 상에 본딩되어 있으며, 음향 매칭층(206)은 탑부 전극층(210) 상에 본딩된다. 상기 액티브 물질(204)은 탑부 전극층(210) 및 매칭층(206)과 함께 불연속 실버 소자들로 다이싱 된다. 이어서, 음향 렌즈(208)가 도면에 도시된 것과 같이 음향 매칭층(206) 상에 위치한다.
유사한 트랜스듀서 어레이 또한 음향 또는 초음파 수신을 위하여 사용된다. 오프-공진 모드에서 구동할 수 있는 수신 어레이를 위한 것에서 일반적인 것과 같이 수신 어레이들은, 수신 모드에서 구성 소자들의 공진 주파수와 비교할 만하게 주파수들의 음향에 대하여 증대된 수신 감도를 나타낸다.
현대의 초음파 송신 소자들은 리드 지르코늄산염 티탄산염(lead zirconate titanate ; (PbZr0.52Ti0.48O3 또는 PZT) 다결정 세라믹에 의하여 구동한다. 직류 구동을 위하여, 피스톤-리스 송신 소자, 사각형, 로드 또는 튜브 형상의 세라믹들이 흔히 사용된다. 이들 세라믹들은 전극들로 기능하는 대향하는 전극들을 가로질러 분극되어 원하는 압전 특성을 나타낸다. 흔히, 분극 방향은 3-방향으로 표시된다.
종축(33) 모드 구동에서, 액티브 물질은 음향 빔 방향(Acoustic beam direction)이기도 한 분극(3-) 방향을 따라 여기된다. 종축(33) 모드에서 구동되는 트랜스듀서 소자(300)의 일 예가 도 3에 제공된다. 해당 도면에서, 액티브 소자(302)는 지지 물질(backing material; 304)과 함께 제공된다. 상기 지지 물질(304)은 소프트 고감쇠 지지 물질(soft and high-damping backing material)로서, 짧은 펄스 길이 신호가 사용될 때 개선된 축 해상도를 위하여 액티브 소자(304)의 링잉(ringing)을 감소시키는 효과를 가진다. 또한, 음향 파워의 소모로 트랜스듀서(300)의 대역폭을 확장시키는 효과를 가진다. 사선의 탑면(306) 및 액티브 소자(302)의 탑면에 반대되는 바닥면(308)은 전극으로 기능한다. 본 디자인에서, 여기 방향에서 액티브 물질(302)은 반파장(λc/2)의 크기를 가지며, λc= v33 D/f이며, v33 D 는 여기된 종축(3-) 방향을 따라 세라믹 또는 단결정 액티브 물질에서의 음속이며, f는 정해진 음향 주파수이며, D는 액티브 물질(302)이 일정한 전자 변위의 상태에 있음을 나타낸다.
종래의 횡축(31) 모드 구동에서, 상기 액티브 물질은 음향 빔 방향이면서 두 개의 측 또는 횡축 방향들 중 어느 하나를 따라 공진 상태로 여기된다. 상기 횡축 모드에서 구동하는 트랜스듀서 소자(400)의 일 예가 도 4에 제공된다. 본 도면에서, 액티브 소자(402)의 사선 처리된 측면(404) 및 상기 측면(404)에 반대되는 면(미도시)이 전극들로 기능한다. 헤비 테일 매스(heavy tail mass)가 지지 물질(406)로서 이용되어 음향 파워가 전방으로 발진할 수 있도록 한다. 본 디자인에서, 여기 방향으로의 액티브 소자(402)는 전형적으로 1/4 파장(λc/4)의 크기를 가진다. 상기 액티브 소자(402)에서 관련 음속은 여기된 횡축(1-) 방향을 따라 v11 E(또는 v22 E)로 표시되며, 아래 첨자 “1”(또는“2”)은, 여기 방향이 두 개의 횡축 방향의 1-(또는 2-)임을 나타내고, 위 첨자 “E”는 액티브 소자(402)가 이 경우 일정한 전기장 하에 있음을 나타낸다.
상술한 종축 모드 또는 횡축 모드에서 구동하는 트랜스듀서의 설계에 있어서, 액티브 소자(302 또는 402)의 네 측면들은 소프트 고감쇠 물질의 전파 매질(propagation medium)에 의하여 쉴드되어 짐으로써, 액티브 물질이 측 방향으로 부적절하게 구속되지 않도록 하며 특정 모드에서 진동하거나 공진하지 않도록 하여 특정 음향의 방향으로 음파의 전파가 이루어질 수 있도록 한다. 스트레스/압력 이완 물질, 하우징 및 상기 전극면들에 연결된 리드 와이어는 명확성을 위하여 도 3 및 도 4에 도시되어 있지 않다.
지금까지 다결정 PZT 세라믹 및 이들의 분극 유도체, 초음파 트랜스듀서 및 어레이의 가장 일반적인 액티브 물질은 횡축 특성(d31 및 K31 값)보다 훨씬 우수한 종축 압전 특성(d33 및 K33 값)을 가지며, 여기서 d 및 k 는 압전 스트레인 계수(piezoelectric strain coefficient)이며 전기기계 결합 계수(electromechanical coupling factor)이다. 첫 아래 첨자 3은 인가된 전기장이 “3”- 또는 분극 방향이며, 두 번째 아래 첨자는 종축 여기(longitudinal activation)를 위한 여기 방향 -“3” 및 횡축 여기(transverse activation)를 위한 “1”또는 “2”를 나타낸다. 예를 들면, 전형적인 PZT 세라믹의 경우, 종축 모드의 경우 d33 =300~600 pC/N 및 K33 =0.6~0.7 을 가지며, 횡축 모드의 경우 d31 =150~300 pC/N 및 K31 =0.34~0.40를 가진다. 종축 특성과 비교할 때, 횡축 특성은 유효한 음향 및 초음파 생성을 위하여 효과적이지 않다. 또한, 종축 및 횡축 방향에서의 음속(전형적으로 2000 m/s 이상)은 수중 또는 인체 조직에서의 음속보다 훨씬 크다. 상기 높은 음속 및 PZT-기반의 세라믹의 열등한 횡축 특성으로 인하여, 종축 모드 트랜스듀서 및 어레이가 수중 및/또는 의료 용도를 위한 음향 및 초음파 생성을 위하여 횡축 모드의 것들보다 훨씬 널리 사용되고 있다.
횡축 모드 트랜스듀서 및 어레이를 기피하는 다른 이유는 특히, 의료 분야에 있어서 설정된 자동 다이싱 공정을 통한 어레이를 형성하는 데 있어서 어려움에 있다. 양 횡축 면들 상에 전극의 증착 및 와이어링은 상기 어레이 구조에 있어서 큰 문제가 되고 있다.
본 발명의 일 목적은, 종래의 단점 및 난점을 극복하거나 아니면 실질적으로 개선시킬 수 있는 것이다.
본 발명의 일 목적은, 바람직하게 사각형 형상을 갖는 액티브 소자를 여기시켜 두 개의 직각의 횡축 방향들 중 하나의 방향으로 공진 시킴으로써 종축 또는 다른 횡축 방향으로 음향을 생성시킬 수 있도록 하는 것이다. 상술한 특정 모드의 구동이 이하 “횡축 폭 모드”라고 한다.
본 발명의 일 목적은, 릴랙서(relaxor) 기반의 강자성/압전 단결정을 이용하여 상기 횡축 폭 모드를 통하여 구동하는 음향 또는 초음파 송신 소자 및 이들의 어레이를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적은, 입력 음향(incoming sound)의 주파수가 수신 모드에서 트랜스듀서 소자의 횡축 폭 모드의 공진과 일치하는 경우, 증대된 수신 감도로 음향 또는 초음파 수신을 위한 동일한 소자 및 어레이를 이용하는 것이다.
본 발명의 일 목적은, 단일 횡축 폭 모드, 적어도 하나의 공진 모드가 상기 횡축 폭 모드인 이중 또는 삼중 주파수 모드, 또는 적어도 하나의 기본 모드가 횡축 폭 모드인 광대역 결합 모드에서 구동하도록 고안된 트랜스듀서 또는 적절한 헤드 매스(head mass), 매칭(matching) 및/또는 렌즈 층을 갖는 것과 같은 이들의 변형 형태를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 목적은, 수중, 의료 및 산업 영역에서, 음향 및 초음파 생성 및 수신을 위하여 횡축 폭 모드를 이용하는 것이다.
본 발명의 목적들은 음향 및 초음파 생성 및 수신을 위한 압전 트랜스듀서의 새로운 구동 모드, 즉, 횡축 폭 모드를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 트랜스듀서는, 상호 마주보는 면들 상으로 전극화 되고 전극화 면들을 가로질러 분극되는 액티브 소자를 포함하고, 상기 액티브 소자는 분극 방향에 대하여 횡단하는 방향으로 공진되도록 설정될 때, 음향 빔은 상기 액티브 소자의 공진하는 횡축 또는 폭 방향에 대하여 수직한 방향을 따라 생성되며, 음향 빔 방향은 분극 방향 또는 다른 횡축 방향 중 어느 하나이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액티브 소자는 단일 피스의 액티브 물질 또는 병렬, 직렬, 부분적인 병렬 또는 부분적인 직렬 구성으로 전기적으로 연결되고 사각형 형상 또는 적어도 하나의 디면젼에서 테이퍼진 프로파일을 갖는 동일 또는 비교할만한 크기 및 컷의 복수의 액티브 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액티브 물질은 여기된 횡축 방향으로 반파장 공진 모드에서 여기될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서는 상기 액티브 소자의 음파 출력면에 반대되는 면 상으로 본딩된 지지 소자를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 지지 소자는 특정 분야에 적합하도록 헤비 테일 메스(heavy tail mass) 또는 소프트 고감쇠 지지 물질 중 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서는, 다이렉트-구동, 피스톤-리스 디자인 또는 특정 분야에 적합하도록 단단한 또는 연성 타입의 헤드 메스를 갖도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서는, 특정 분야에 적합하도록 상기 액티브 소자의 음파 방출면에 부착된 적어도 하나의 매칭층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서는, 특정 분야에 적합하도록 상기 매칭층 상에 제공된 적어도 하나의 렌즈층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액티브 소자는, 두 개의 횡축 방향들 중 적어도 하나에 있어서 d31 (또는 d32)이 400 pC/N 이상이며, k31 (또는 k32)이 0.60 이상인 횡축 압전 특성을 가지며, 여기서 d31, d32는 관련된 횡축 압전 스트레인 계수이며, k31, k32는 관련된 전기기계 결합 계수이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액티브 소자는 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3, Pb(Mg1/3Nb2/3)O3, Pb(In1/2Nb1/2)O3, Pb(Sc1/2Nb1/2)O3, Pb(Fe1/2Nb1/2)O3, Pb(Yb1/2Nb1/2)O3, Pb(Lu1/2Nb1/2)O3, Pb(Mn1/2Nb1/2)O3, PbZrO3 및 PbTiO3, 이들의 변형 및/또는 도핑된 유도체 중 적어도 하나의 이원계, 삼원계 및 그 이상의 고용체를 갖는 릴렉사 기반의 강자성 또는 압전 단결정의 적절한 커트를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액티브 소자는 [0-11]1x[100]2x[011]3 커트의 [011]3 분극 단결정을 포함하고, [011]3 은 종축 방향이며,[0-11]1 및 [100]2 은 두 개의 측 또는 횡축 방향이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액티브 소자는 [110]1x[1-10]2x[001]3 커트의 [001]3 분극된 단결정을 포함하고, [001]3 은 종축 방향이며,[110]1 및 [1-10]2 은 두 개의 결정학적으로 동일한 측 또는 횡축 방향들이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액티브 소자는, 두 개의 횡축 방향들 중 적어도 하나에 있어서 d31 (또는 d32)이 400 pC/N 이상이며, k31 (또는 k32)이 0.60 이상인 횡축 압전 특성을 가진 적절한 커트 및 분극된 텍스쳐 압전 세라믹을 포함하고, 여기서 d31, d32는 관련된 횡축 압전 스트레인 계수이며, k31, k32는 관련된 전기기계 결합 계수이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액티브 소자는, 두 개의 횡축 방향들 중 적어도 하나에 있어서 d31 (또는 d32 )이 400 pC/N 이상이며, k31 (또는 k32)이 0.60 이상인 횡축 압전 특성을 가진 압전 단결정 및 텍스쳐된 다결정 세라믹의 조성 및 커트를 포함하고, 여기서 d31, d32는 연관된 횡축 압전 스트레인 계수이며, k31, k32는 연관된 전기기계 결합 계수이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액티브 소자는, 두 개의 횡축 방향들 중 적어도 하나에 있어서 d31 (또는 d32)이 400 pC/N 이상이며, k31 (또는 k32)이 0.60 이상인 횡축 압전 특성을 가진 비텍스쳐된 다결정 압전 세라믹의 변형된 및/또는 새로운 조성을 포함하고, 여기서 d31, d32는 연관된 횡축 압전 스트레인 계수이며, k31, k32는 연관된 전기기계 결합 계수이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 액티브 소자는 특정 음향 매질에서 음파에 비교할 만하거나 작은 크기이며 측 또는 횡축 방향의 적어도 하나에서 비교적 낮은 음속의 액티브 물질을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 적어도 하나의 측 또는 횡축 폭 방향에서 상기 액티브 소자의 크기는 특정 음향 매질에서 지정 주파수의 음파의 반파장(λm/2)과 비교할 만하거나 같거나 작으며, 여기서, λm는 특정 음향 매질에서 중심 주파수로 설정된 음파 및 초음파의 파장이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 두 개의 횡축 폭 방향에서 상기 액티브 소자의 음속은 특정 음향 매질에서 음속보다 크며, 각 트랜스듀서 소자들의 액티브 소자의 측방향 크기는 특정 음향 매질에서 특정 주파수의 음의 반파장(λm/2)보다 크며, 여기서, λm는 특정 음향 매질에서 중심 주파수로 설정된 음파 및 초음파의 파장이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 트랜스듀서는 음향 및 초음파 송신 및 수신을 위하여 이용된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 음향 및 초음파 생성 및/또는 수신을 위한 소자는 트랜스튜서들로 이루어진 어레이를 포함하고, 상기 트랜스듀서들 각각은, 상호 마주보는 면들 상으로 전극화되고 전극화 면들을 가로질러 분극되는 액티브 소자를 포함하고, 상기 액티브 소자는 분극 방향에 대하여 횡단하는 방향으로 공진되도록 설정되고, 음향 빔은 상기 액티브 소자의 공진하는 횡축 또는 폭 방향에 대하여 수직한 방향을 따라 생성되며, 음향 빔 방향은 분극 방향 또는 다른 횡축 방향 중 어느 하나를 포함한다.
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예에 대한 이후 상세한 설명은, 첨부된 도면과 함께 읽혀질 때 보다 용이하게 이해될 것이다. 본 개시를 설명하기 위한 목적으로, 본 개시의 예시적인 구성이 도면에 도시되어 있다. 하지만, 본 개시는 여기에 개시된 특정 방법 및 예시에 제한되지 않는다. 나아가, 본 분야에 속하는 기술자는 본 도면이 축적되지 않음을 이해할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 종래의 평면 송신 어레이를 나타낸다.
도 2는 종래 기술에 따른 의학 영상에서 초음파 송신 및 수신을 위한 1차원 형상의 어레이 의료 트랜스듀서를 나타낸다.
도 3은 본 기술 분야에서 알려진 λc/2 종축(33) 모드에서 공진되며 소프트 고감쇠 지지층을 갖는 사각형 액티브 소자의 구동 원리를 설명한다.
도 4는 본 기술 분야에서 알려진 λc/4 횡축(31) 모드에서 공진되며 헤비 테일 매스(heavy tail mass)를 갖는 사각형 액티브 소자의 구동 원리를 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡축 폭 모드(transverse width mode)에서 공진하는 액티브 소자의 구동 원리를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 횡축 폭 모드(transverse width mode)에서 공진하는 액티브 소자의 구동 원리를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 예시적인 액티브 소자를 나타낸다.
도 8(a) 내지 8(d)은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서의 대역폭을 개선하기 위한 다른 횡축 폭 크기들 및/또는 테이퍼진 프로파일들을 갖는 액티브 소자를 설명하기 위한 예들이다.
도 9는 도 7에 기술된 예시적인 트랜스듀서에 대하여 125 내지 150 kHz 이상의 횡축 폭 모드의 송신 전압 응답(transmit voltage response; TVR)을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 다른 예시적인 트랜스듀서에 대한 송신 전압 응답(transmit voltage response; TVR)을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 또 다른 예시적인 트랜스듀서에 대한 확장된 대역폭의 송신 전압 응답(transmit voltage response; TVR)을 나타낸다.
이하에서 기재에서 설명되는 실시예들은 비제한적 실시예이며, 적어도 하나의 실시예를 설명하기 위한 것이며, 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
본 발명은 음향 및/또는 초음파 생성, 송신 및 수신을 위한 새로운 구동 모드를 제공한다. 상기 새로운 구동 모드에 적용되는 트랜스듀서는, 여기됨에 따라 음향 빔을 생성하여, 상기 음향 빔 방향(acoustic beam direction)은 액티브 물질의 공진 측 또는 폭 방향(resonating lateral or width direction)에 대하여 직각을 이룬다. 이는, 액티브 물질의 공진 방향 및 음향 빔 방향이 상호 동일한 종래의 횡축 모드(transverse mode)와 반대된다.
도 5는 본 발명의 새로운 구동 모드에서 구동하는 트랜스듀서(500)를 나타낸다. 상기 트랜스듀서(500)는, 액티브 소자(active element; 502), 지지 소자(backing element; 504), 두 개의 전극화 면들(506 및 그 반대면, electroded faces) 및 상기 전극화 면들(electroded faces)과 연결된 리드 와이어들(lead wire)을 포함한다. 상기 액티브 소자(502)는 압전 특성을 나타내는 액티브 물질로 이루어지며, 바람직하게 직사각형 형상을 가진다. 상기 지지 소자(backing element; 504)는, 예를 들면 스테인리스 스틸 또는 텅스텐으로 이루어진 헤비 테일 매스(heavy tail mass)일 수 있다. 상기 헤비 지지 소자(504)는 전방을 향하여 음향 파워를 방사시킬 수 있도록 한다. 사선 처리된 측면(506) 및 이의 반대면(미도시)은 전극화 면으로서, 리드 와이어들과 각각 연결된다. 주변 스트레스/압력 이완 물질, 상기 전극과 연결된 면들 각각과 연결된 리드 와이어들 및 하우징은 명확성을 위하여 도시되지 않는다.
전압이 리드 와이어들에 인가될 경우, 상기 액티브 물질이 여기되어, 즉, 상기 액티브 물질이 횡축 폭 방향(transverse width direction)으로 공진 상태에 놓인다. 상기 액티브 물질의 여기는 도면에서 기계적 여기 방향(mechanical excitation direction)의 화살표로 나타낸다. 상기 액티브 물질의 여기는 반-파장(λc/2) 공진 모드에서 발생한다. 공진의 결과로서, 음향 빔이 발생할 수 있다. 본 발명에서, 종래의 횡축 모드 구동과 다르게, 발생한 음향 빔 방향(acoustic beam direction)은 여기된 횡축 폭 방향(excited traverse width direction)에 대하여 수직하다. 분극 방향(poling direction), 기계적 여기 방향(mechanical excitation direction) 및 음향 빔 방향((acoustic beam direction))이 도면에 도시되어 있다. 이런 새로운 구동 모드는, 종래의 횡축 구동 모드(여기서, 횡축 길이 모드(traverse length mode)라고 함)와 구별하기 위하여 횡축 폭 모드(traverse width mode)라고 지칭한다.
본 발명의 횡축 폭 모드는, 도 6에서 예시적으로 도시된 바와 같이 길이 방향에서 발생하는 결과적인 음향 빔에 대하여 적당한 측 또는 횡축 폭 방향(lateral or traverse width direction)을 따라 액티브 소자를 이루는 액티브 물질의 여기에 의하여 여기될 수 있다. 본 도면에서, 액티브 소자(602)의 탑 면(606) 및 이의 반대면이 전극과 연결된 면에 해당한다. 상기 지지 소자(604)는 소프트 및 고감쇠 지지 물질(soft and high-damping backing material)일 수 있다. 주변 스트레스/압력 이완 물질, 상기 전극과 연결된 면에 연결된 리드 와이어들 및 하우징은 명확성을 위하여 도시되지 않는다. 본 실시예에서도 역시, 액티브 소자(602)의 액티브 물질은 반-파장(λc/2) 공진 모드에서 여기될 수 있다.
상술한 두 개의 실시예에서, 헤비 테일 매스가 도 5에서 사용되는 반면에, 소프트 고감쇠 지지 물질이 도 6에서 사용된다. 테일 매스 또는 소프트 지지 물질 중 선택은, 실제로 응용되는 요구에 따라 달라질 수 있다.
액티브 소자(502 또는 602)의 액티브 물질에서 상기 횡축 폭 모드의 효과적인 여기를 위하여, 액티브 물질은 매우 큰 횡축 압전 특성, 즉, 상기 여기 측 또는 폭 방향에서 상당한 횡축 압전 스트레인 계수(d31 또는 d32) 및 전자기계적 커플링 계수(k31 또는 k32)를 가질 수 있다. 예를 들면, d31 은 400 pCN 이상이며, k31 은 0.60 이상일 수 있다. 바람직하게, 상기 액티브 물질은 두 개의 횡축 방향들 중 적어도 하나를 따라 정해진 음향 매질에서 음속에 상당하거나 그보다 작은 음속을 제공할 수 있다. 이로써, 액티브 소자(502 또는 602)의 크기를 상기 여기된 폭 방향으로 λm/2과 같거나 작게 함으로써, 어레이 설계에서 λm/2 소자 분리를 충족시킬 수 있으며, 여기서, λm는 원하는 음향 매질에서 고안된 중심 주파수를 갖는 음의 파장에 해당한다. 예를 들면, 물은 수중 장치에 원하는 음향 매질이며, 인체 조직은 의료 장치에서 음향 매질에 해당한다.
비제한적으로, 상술한 특징을 나타내는 액티브 물질은 강유전체/압전 단결정을 갖는 신세대 릴렉서(relaxor), 예를 들면, 고용체 단결정의 리드 아연 니오브산염-리드 티탄산염(lead zinc niobate-lead titanate; Pb[Zn1/3Nb2/3]O3-PbTiO3 또는 PZN-PT), 리드 마그네슘 니오브산염-리드 티탄산염(lead magnesium niobate-lead titanate; Pb[Mg1/3Nb2/3]O3-PbTiO3 또는 PMN-PT), 리드 마그네슘 니오브산염-리드 지르코산염 티탄산염(lead magnesium niobate-lead zirconate titanate; PMN-PZT) 및 이들 조성의 변형된 삼원계 및 사원계 및 도핑된 유도체를 들 수 있다. 이들 결정물에 대한 적절한 컷(cuts)으로 높은 횡축 압전 특성(d31, d32, k31 및 k32)과 낮은 종 음속(V11 E 및 V22 E)를 구현할 수 있다.
표 1은 방향 [011]3 분극된 PZN-PT, PMN-PT 및 PIN-PMN-PT 단결정 [0-11]1x[100]2x[011]3 커트의 관련 횡축 및 종축 압전 특성 및 음속을 나타나며, 여기서, PIN은 Pb[In1/2Nb1/2]O3 의 약자이다.
결정 조성 d31/d32/d33
(pC/N)		 k31/k32/k33 v11 E/v22 E/v33 D
(m/s)*
PZN-9%PT[a]
(ρ= 8316 kg/m3)		 476/-1750/1237 0.33/0.90/0.89 1283/980/2980
PZN-7%PT[b]
(ρ= 8038 kg/m3)		 478/-1460/1150 0.35/0.86/0.87 1360/1100/2870
PZN-(6-7)%PT[c,d]
(ρ= 8250 kg/m3)		 1100/-3000/1900 0.75/0.91/0.90 1400/820/2900
PZN-5.5%PT[e]
(ρ= 8250 kg/m3)		 1000/-2600/1800 0.80/0.90/0.90 1460/880/3100
PMN-30%PT[f]
(ρ= 8150 kg/m3)		 813/-2116/1916 0.71/0.94/0.92 2295/1120/3386
PMN-29%PT[g]
(ρ= 8090 kg/m3)		 610/-1883/1020 0.76/0.94/0.78 2620/1050/2460
PMN-28%PT[f]
(ρ= 8090 kg/m3)		 723/-1761/1776 0.65/0.89/0.91 2540/1230/3350
PMN-28%PT[h]
(ρ= 8095 kg/m3)		 447/-1150/860 0.66/0.85/0.90 3035/1510/4400
xPIN-PMN-0.32PT[i]
(x=0.25-0.35;
ρ= 8102 kg/m3)		 744/-1781/1363 0.75/0.90/0.92 2190/1100/3730
xPIN-PMN-0.28PT[i]
(x=0.25-0.35;
ρ= 8185 kg/m3)		 460/-1156/782 0.67/0.86/0.87 2600/1330/4030
* 추출값 v11 E=√1/(s11 Eρ), v22 E=√1/(s22 Eρ) 및 v33 E=√1/(s33 Eρ)
표 2는 방향 [001]3 분극된 PZN-PT 및 PMN-PT 단결정 [110]1x[1-10]2x[001]3 커트의 횡축 및 종축 압전 특성 및 음속을 제공한다.
결정 조성 d31/d33
(pC/N)		 k31/k33 v11 E/v33 D
(m/s)*
PZN-4.5%PT[i]
(ρ= 8250 kg/m3)		 -970/2000 0.82/0.90 1990/2425
PZN-(6-7)%PT[c,d,e]
(ρ= 8250 kg/m3)		 -1200/2400 0.80/0.90 1740/2700
PZN-28%PT[k]
(ρ= 8090 kg/m3)		 -1025/2000 0.88/0.93 2300/3264
PZN-30%PT[k]
(ρ= 8090 kg/m3)		 -900/2200 0.80/0.92 2300/3264
* 추출값 v11 E=√1/(s11 Eρ) 및 v33 E=√1/(s33 Eρ)
예를 들면, 표 1은 방향 [011]3 분극된 PZN-(6-7%)PT 단결정의 경우, [0-11]1 및 [100]2 횡축 결정 방향들 모두에서 압전 스트레인 계수(〉1000 pC/N) 및 전기기계 결합계수(〉0.75)가 PZT 기반의 세라믹의 그것들보다 수 배 이상이다. 나아가, 이들 결정 컷은 상기 양 횡축 방향들에서 비교적 낮은 음속(v11 E≒1500 m/s 및 v22 E<1000 m/s)을 나타내며, 1500 내지 1600 m/s 인 수중 또는 인체 조직에서의 음속보다 비슷하거나 작은 값을 나타낸다.
유사하게, 우수한 횡축 특성들은 [110]1 여기 방향의 방향 [001]3 분극된 PZN-(4.5-7)%PT 및 PMN-28%PT 단결정에서도 나타난다(표 2). 일반적인 값들은 d33≥1000 pC/N, k31 ≒ 0.80 이다. 두 가지 구성들에서, PZN-PT 결정질이 횡축 방향에서 낮은 음속(v11 E≒1740-1990 m/s)을 나타내며, 수중 또는 인체 조직에서의 음속과 더 가깝다.
상술한 단결정의 횡축 방향에서의 우수한 압전 특성 및 낮은 음속에 의하여 새로운 음파 및 초음파 트랜스듀서 및 이의 어레이들이 구현가능하며, 이들의 구동 모드는 하기와 같이 본 발명의 횡축 폭 모드이다.
도 7a 내지 도 7c는 예시적인 복수-결정 소자, 예를 들면 복수-결정 트랜스듀서(700)를 나타낸다. 도 7a는 트랜스듀서(700)의 평면도이며, 도 7b는 트랜스듀서(700)의 사시도이며. 도 7c는 트랜스듀서(700)의 단면도이다. 전극화 면들은 도면에서 사선으로 도시되어 있다. 일 예로, 트랜스듀서(700)는 수중 분야에서 본 발명의 횡축 폭 모드에서 구동하도록, 즉 수중에서 약 140 kHz에서 음향을 송신할 수 있도록 구비되어 있다.
트랜스듀서(700)는 동일한 컷 및 크기의 네 개의 [011]3 분극된 PZN-5.5%PT 단결정들(702)을 포함하고, 이들은 서로 반대되는 큰 측면들 상에 전극화 되고 [011]3 결정 방향으로 분극된다(도 7a). 동일한 컷 및 크기의 결정들이 본 실시예에서 사용되지만, 크기 및 컷은 도 8a 내지 도 8d에 도시된 바와 같이 원하는 분야에 적절하게 변경될 수 있다. 네 개의 방향 [011]3 분극된 PZN-5.5%PT 결정들(702)이 그 바닥면에 적당한 테일 매스(704)에 연결된다. 네 개의 결정들(702)은 전기적으로 병렬 연결되어 구동 전압을 감소시킨다. 병렬 연결 또는 부분 병렬-부분 직렬 연결과 같은 다른 와이어링 구조도, 실제 응용 요구에 따라 가능하다. 명확성을 위하여, 주변 스트레스/압력 이완 물질, 각 전극화 면들에 연결된 리드 와이어 및 하우징은 본 도면에 도시되어 있지 않다.
결정들은 여러 방향을 따라 횡축 폭 모드로 공진할 수 있도록 구비된다. 예를 들면, 도 7b에 도시된 바와 같이, 결정들은 약 140 kHz에서 [0-11]1 측 결정 방향을 따라 횡축 폭 모드에서 공진하도록 구비된다. 상기 결정 컷(표1의 제5행)을 위한 음속 v11 E≒1460 m/s 일 경우, 결정의 [0-11]1 측 또는 폭 방향에서의 λc/2 여기를 위한 크기는 약 5.2 mm으로, 1500 m/s의 수중 음속을 갖는 어레이의 λm/2=5.55 mm인 바람직한 소자 분리의 경우보다 작다. 이 경우, 음향 빔 방향은 도 7b에 도시된 바와 같이 [100]2 결정 방향을 따른다.
트랜스듀서(700)의 [0-11]1 측 또는 폭 방향에서의 결정 크기는 상기 방향에서 λc/2 공진 여기에 대응되는 적절한 음향 주파수를 도출할 수 있도록 변경될 수 있다.
이와 다르게, 네 개의 [011]3 분극 결정이 [100]2 결정 방향을 따라 여기 되어 음향 빔 방향이 횡축 [0-11]1 결정 방향일 수 있다. [100]2 폭 방향에 따라 방향 [011]3 분극된 PZN-5.5%PT 결정들의 음속은 v22 E≒ 800 m/s이며, d32 ≒ 2600 pC/N 및 K32 ≒ 0.90 (표1의 제5행)을 가진다. λc/2 여기를 위한 원하는 폭 크기는 약 3.14 mm로, 상기 어레이들에 일반적으로 적용되는 소자 분리 λm/2 = 5.55 mm 보다 훨씬 작음으로써, 송신 소자가 증대된 음향 파워를 위한 어레이로 보다 조밀하게 패킹될 수 있다.
음향 방사를 위한 횡축 폭 모드에 적합한 단결정의 다른 예로는, 여기 횡축 방향이 [110]1 결정 방향을 따르는 [001]3 분극 결정을 들 수 있다. [110]1 및 [1-10]2 방향은 결정학적으로 이 결정 컷을 위한 동일한 방향이다. 상기 결정 컷의 PZN-(6-7)% PT 결정을 위하여, [110]1 횡축 방향의 음속은 수중 및 인체 조직의 것과 가깝다. 이런 결정 컷은 높은 압전 계수 및 전기기계 결합 계수(d31=1200 pC/N 및 K31 =0.80)를 가진다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡축 폭 모드에서 공진하는 트랜스듀서의 대역폭을 개선하기 위하여 다른 횡축 폭 크기 및/또는 테이퍼진 프로파일을 갖는 액티브 소자(802)의 예시를 제공한다. 전극화 면들은 각각을 구분하기 위하여 사선으로 처리되어 있다. 액티브 소자(802)는 네 개의 결정들로 이루어진 것으로 도시되며, 본 발명은 하나 이상의 액티브 소자의 다른 실시예로 확장된다.
본 발명은, d31 (또는 d32)이 400 pC/N 이상이며, K31 (또는 K32)이 0.60 이상인 상당히 높은 횡축 압전 특성을 가지는 적절한 조성의 압전 단결정으로 이루어진 일련의 액티브 소자들(502, 602, 702 또는 802)에 응용되며, Pb(Zn1/3Nb2/3)O3, Pb(Mg1/3Nb2/3)O3, Pb(In1/2Nb1/2)O3, Pb(Sc1/2Nb1/2)O3, Pb(Fe1/2Nb1/2)O3, Pb(Yb1/2Nb1/2)O3, Pb(Lu1/2Nb1/2)O3, Pb(Mn1/2Nb1/2)O3, PbZrO3 및 PbTiO3, 이들의 도핑된 및 수정된 유도체의 이원계, 삼원계 및 그 이상의 고용체의 강자성/압전 단결정에 제한되지 않는다.
상기 액티브 소자(502, 602, 702 또는 802)는, d31 (또는 d32 )이 400 pC/N 이상이며, K31 (또는 K32)이 0.60 이상인 상당히 높은 횡축 압전 특성을 가진 적절한 구성 및 커트의 텍스쳐 되거나 텍스쳐 되지 않은 압전 세라믹을 포함한다. 이와 다르게, 상기 액티브 소자(502, 602, 702 또는 802)는, d31 (또는 d32 )가 400 pC/N 이상이며, K31 (또는 K32)이 0.60 이상인 상당히 높은 횡축 압전 특성을 나타내는 단결정, 텍스쳐되거나 텍스쳐되지 않은 다결정 세라믹을 포함하는 변형되고 새로운 조성 및 커트를 포함하다. 바람직하게, 상기 단결정, 텍스쳐되고 텍스쳐되지 않은 세라믹은, 적어도 하나의 횡축 방향에서 소정의 음향 매질에서의 음속과 비슷하거나 작은 음속을 가진다.
도 9는 138 kHz에서의 공진 모드가 본 발명의 횡축 폭 모드인 예시적인 트랜스듀서(700)의 송신 전압 응답(transmit voltage response; TVR, 900)을 나타낸다.
상기 횡축 폭 모드에서, d31 ≒ 1000 pC/N 및 K31 ≒ 0.80 (표1의 제5행 참조)인 단결정 컷의 높은 횡축 압전 계수 및 전기기계 결합 계수로 인하여 상기 트랜스듀서 소자는 약 138 kHz에서 상기 횡축 폭 모드를 위한 1 미터에서 142 dB re 1 μPa/V의 상당한 TVR 피크 및 직류 바이어스 없이 약 100 Vrms의 최대 교류 입력 전압에서 1 미터 단위 소자에서 180 dB re 1 μPa/V 이상의 상당히 높은 음압 레벨을 나타낸다. 더 큰 음압 레벨들은, 상기 소자가 적당한 직류 바이어스 아래에 더 높은 교류 전압에서 구동할 때 가능하다.
횡축 폭 모드에 대응되는 TVR 피크에 더하여 도 9는 다른 횡축 [100]2 결정 방향을 따라 λc/4 모드를 통하여 110 kHz에서 공진할 때 동일한 결정에 의하여 나타나는 횡축 폭 모드에서의 TVR 피크를 나타낸다. 따라서, 그래프(900)는, 본 발명의 횡축 폭 모드 및 횡축 길이 모드 모두의 TVR(및 소스 레벨)은, 상기 횡축 폭 모드를 음향 및 초음파 생성을 위한 실현 가능한 구동 모드로서 확인함으로써 비교할 만하다.
그래프(900)는, 횡축 폭 및 길이 모드들의 공진 주파수가 충분히 이격되게 구비됨으로써, 결과적으로 본 발명의 일 예인 트랜스듀서가 도시된 바와 같이 110 kHz 및 140 kHz에서 구동하는 이중 주파수 송신기로서 이용될 수 있다.
이와 다르게, 본 발명의 트랜스듀서 소자는 횡축 폭 모드 및 횡축 길이 모드를 위하여 충분히 근접하는 공진 주파수를 갖도록 설계됨으로써, 결과적인 음향 빔들은 그 대신에 광대역 공진을 형성하도록 연결될 수 있다. 상기 설계에 의하여 제조된 TVR의 예는 도 10에 도시되어 있다. 상기 예시적인 트랜스듀서에 사용되는 결정은 도 7과 같이 동일한 컷이나, 다만, 종축 길이 모드를 위한 다소 큰 공진 주파수를 갖도록 [100]2 방향으로 짧은 길이를 가질 수 있다.
본 발명이 개시하는 것과의 또 다른 예시적인 광대역 트랜스듀서는, 충분히 근접하는 공진 주파수를 갖도록 설계됨으로써, 적당한 횡축 폭 모드 및 종축 모드 사이의 광대역 결합 모드로 구동할 수 있다.
본 발명이 개시하는 것과의 또 다른 예시적인 광대역 트랜스듀서는, 결정의 측 또는 폭 방향들 및 종축 모드 모두에서 횡축 폭 모드로 여기될 수 있다. 이 경우, 결정들의 크기는, 두 개의 횡축 폭 모드 및 종축 모드의 공진 주파수가 충분히 근접하여 초광대역의 연결 공진을 형성할 수 있도록 선택될 수 있다.
초광대역 수중 분야에서 횡축 폭 모드 및 종축 모드 모두의 여기를 위한 예시적인 설계가 아래와 같이 설명된다. 본 예에서, [011]3 분극된 PZN-5.5%PT 단결정이 액티브 소자로 이용되며, [0-11]1 및 [100]2 방향이 두 개의 수직 횡축 결정 방향이다. 3개 각각의 결정 방향에서의 결정 컷의 음속은 [011]3 종축 방향으로 v33 E≒ 3100 m/s 이며, [0-11]1 횡축 방향으로 v11 E≒ 1460 m/s 이며, [100]2 횡축 방향으로 v22 E≒ 880 m/s 이다(표1의 제5행). 본 예에서, [011]3 결정 방향은 음향 빔 방향으로 이용되며, [0-11]1 및 [100]2 결정 방향은 두 개의 횡축 폭 방향으로 이용된다. 결정은 아래의 대략적인 크기를 가진 컷이다; 해비 테일 매스를 갖는 종축 모드를 따라 λc/4 여기를 위한 [011]3 결정 방향을 따라 5.2 mm, 아래 방향에서 제1 횡축 폭 모드에 따르는 λc/2 여기를 위한 [0-11]1 결정 방향을 따라 6.1 mm 및 제2 횡축 폭 모드에 따르는 λc/2 여기를 위한 [100]2 결정 방향을 따라 4.9 mm 이다. 대응되는 공진 주파수는 제1 횡축 폭 모드에서 90 kHz, 제2 횡축 폭 모드에서 120 kHz 및 종축 모드에서 150 kHz로 측정되며, 초광대역 초음파 송신 및 수신 용도를 위하여 충분히 근접하다. 나아가, 결정 크기가, 실제 응용 요구에 따라 분리된 공진 또는 연결된 공진을 이룰 수 있도록 조절될 수 있다.
상술한 광대역 트랜스듀서에 있어서, 상기 횡축 폭 모드, 횡축 길이 모드 및 종축 모드에 의하여 발생된 음파는 모두 페이스 내에 있다. 따라서, 연결된 모드의 형성이, 광대역 또는 초광대역 트랜스듀서를 설계할 때 요구되지 않을 수 있다. 즉, 상당한 평탄 TVR 응답은, 즉 10 dB 변화 내에서, 각 모드의 공진 주파수를 상호 충분히 근접하게 유지하면서 (a) 횡축 폭 모드 및 횡축 길이 모드, (b) 적절한 횡축 폭 모드 및 종축 모드 또는 (c) 횡축 폭 모드 및 종축 모드의 결합 여기를 통하여 구현될 수 있다.
테일 매스에 의하여 가해진 기계적인 구속에 의하여, 상기 테일 매스에 인접하는 액티브 물질의 횡축 폭 모드 공진을 위한 바운더리 조건은 국소적으로 변경될 수 있다. 즉, 본 발명의 횡축 폭 모드는 상기 구속이 없는 것과 비교할 때 분포된 또는 더 넓은 공진을 나타낼 수 있다. 분포된 상태의 공진 거동은, 추가적인 구속, 즉, 단단한 또는 유연한 형태의 헤드 매스(또는 피스톤), 적절한 매층 층 또는 층들 및 또는 렌즈 층이 본 액티브 물질의 원하는 횡축 폭 모드의 진동 거동에 더 영향을 끼칠 수 있도록 구비됨으로써 증가하도록 기대될 수 있다. 결정의 탑면에 인가된 바운더리 조건들은, 개선된 밴드폭을 일으키면서 나아가 본 발명의 횡축 폭 모드의 분포된 공진 특성을 증가시킬 수 있다.
나아가, 횡축 폭 모드의 분포된 공진 거동을 증대시켜 트랜스듀서의 밴드갭을 증가시키기 위하여 적용되는 다른 방법으로, 도 8(a) 내지 도 8(d)에서 예시적으로 도시된 바와 같이 적어도 하나의 크기에 적절한 테이퍼진 프로파일을 갖도록 하는 것과 함께 다소 다른 횡축 폭 크기의 액티브 물질을 이용할 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 예시적인 트랜스듀서에 대한 확장된 대역폭의 송신 전압 응답(transmit voltage response; TVR)을 나타낸다. 예시적인 트랜스듀서는 상부 발진면 상에 적절히 추가된 쿼터 파장 매칭층을 포함하는 것을 제외하고는 도 7에 비교할 만한 디자인을 가진다. 도 9에 도시된 피스톤-리스(piston-less) 디자인에 반대되도록 130 내지 190 kHz 이상의 횡축 폭 모드를 위한 디자인의 증대된 밴드폭이 명확히 나타난다. 적절한 헤드 매스 또는 화합물 매칭층이 대신에 이용될 경우, 비슷한 결과가 기대된다.
본 발명의 횡축 폭 모드가 적절한 응용 분야의 요구에 적합하도록 트랜스듀서 설계를 통하여 다양하게 적절한 형태로 응용될 수 있음은 상기 예들을 통하여 명백하다. 이들은, 비슷하게나 서로 다른 횡축 폭 크기 등의 단일 또는 복수의 액티브 소자와 함께 듀얼 또는 트리플 주파수 모드, 광대역 연결 모드, 적절한 헤드 메스 및/또는 매칭 층을 갖는 초광대역 모드를 포함한다. 이들 유용한 디자인 특성에도 불구하고, 각각의 액티브 소자는, λm/2 이하의 다른 배열의 어레이가 구현될 수 있도록 상기 여기 횡축 방향으로 약 λm/2 이하의 크기를 가진다. 설계된 어레이의 음향 성능은 종래의 빔-형성 기술을 통하여 용이하게 에측될 수 있다. 전기 빔 세이딩 및 스티어링은 본 게이스에서 응용될 수 있다.
본 발명의 횡축 폭 모드는 도 6에 도시된 바와 같이 적절한 소프트 지지층을 갖는 트랜스듀서 디자인에 응용될 수 있다. 상술한 효과는, 결과적으로 음향 파워가 본 케이스 내에 확장된 밴드폭과 함께 감소되는 것을 제외하고는 응용가능하다.
본 실시예에 있어서, 횡축 폭 모드는, 액티브 물질의 음속이 소정의 음향 매질 내에서의 음속보다 횡축 폭 모드들 모두에서 더 큰 경우에 응용될 수 있다. 이 경우, 공진 폭 방향에서 액티브 물질의 측 크기는 매질에서의 중심 주파수의 음속의 반파장(λm/2)보다 더 크다. 또한, 상기 소자로부터 이루어진 트랜스듀서 어레이에도 적용될 수 있다.
본 발명은, 수신 모드에서 구성 요소들의 횡축 폭 공진에 비교할 만한 주파수 음향을 위한 트랜스듀서 소자 및 어레이를 이용한 음향 및 초음파 수신에 적용될 수 있다. 이 경우 보다 증대된 수신 감도가, 트랜스듀서가 비공진 모드에서 구동할 때와 비교할 때 확보될 수 있다.
본 발명은, 결합된 음향 및 초음파 송신 및 수신을 위한 트랜스듀서 및 이들의 어레이에 적용될 수 있다. 공진 또는 비공진 모드가 본 케이스에서 음향 수신에 사용될 수 있다.
본 발명의 트랜스듀서 및 이들의 어레이는, 수중 분야(예를 들면, 낮은 수십의 kHz 또는 낮은 수백의 MHz의 구동 주파수 범위를 갖는 수중 이미징, 링잉 및 통신), 의료 분야(예를 들면, 중간의 수백 kHz 또는 높은 수백 MHz의 구동 주파수 범위를 갖는 의료 이미징) 및 산업 분야(예를 들면, 피검사체에 따라 높은 수십 kHz 또는 높은 수백 MHz의 구동 주파수 범위를 갖는 구조 및 결함 이지징)와 같은 여러 가지 분야에 응용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라 구조, 크기, 물질의 선택하여, 본 발명의 작동 원리의 기본적인 특징으로부터 이탈되지 않도록 다소 다르지만 등가의 방법으로 응용, 수정, 변형 또는 대체될 수 있으며, 다른 특징이 트랜스듀서 및 이들의 어레이의 성능 및/또는 신뢰성을 증대시키도록 부가될 수 있다. 이들의 대체물, 변형물, 수정물이 다음의 청구항의 범위 내에서 고려될 수 있다.
나아가, 상술한 개시, 특징 및 기능 및 대체물의 변형이 다른 시스템 또는 분야에서 결합될 수 있다. 나아가, 여러 가지 예측하지 못한 대체물, 변형물, 아래의 청구항이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 변형 또는 개선이 이어서 이루어질 수 있다.

Claims (34)

  1. 상호 마주보는 면들 상으로 전극화 되고 전극화 면들을 가로질러 분극되는 액티브 소자를 포함하고,
    상기 액티브 소자는 분극 방향에 대하여 횡단하는 방향으로 공진되도록 설정되고, 음향 빔은 상기 액티브 소자의 공진하는 횡축 또는 폭 방향에 대하여 수직한 방향을 따라 생성되며, 음향 빔 방향은 분극 방향 또는 다른 횡축 방향 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액티브 소자는 단일 피스로 이루어진 사각형 형상의 액티브 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액티브 소자는 단일 피스로 이루어진 적어도 하나의 차원에서 테이퍼진 형상을 갖는 액티브 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 액티브 소자는 적어도 하나의 동일한 사각형 형상들, 다소 다른 크기의 사각형 형상들, 적어도 하나의 디멘젼에서 테이퍼진 프로파일을 갖는 복수의 액티브 물질들을 포함하고, 상기 액티브 물질들은 병렬, 직렬, 부분적인 병렬 또는 부분적인 직력 구성으로 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액티브 물질은 여기된 횡축 방향에서 반파장 공진 모드에서 여기되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액티브 소자의 음파 출력면에 반대되는 면 상으로 본딩된 지지 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  7. 제6항에 있어서, 상기 지지 소자는 특정 분야에 적합하도록 헤비 테일 메스(heavy tail mass) 또는 소프트 고감쇠 지지 물질 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 다이렉트-구동, 피스톤-리스 디자인으로 이루어진 트랜스듀서.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 특정 분야에 적합하도록 단단한 또는 연성 타입의 헤드 매스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 특정 분야에 적합하도록 상기 액티브 소자의 음파 방출면에 부착된 적어도 하나의 매칭층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 특정 분야에 적합하도록 상기 매칭층 상에 제공된 적어도 하나의 렌즈층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액티브 소자는, 두 개의 횡축 방향들 중 적어도 하나에 있어서 d31 (또는 d32)이 400 pC/N 이상이며, k31 (또는 k32)이 0.60 이상인 횡축 압전 특성을 가지며, 여기서 d31, d32는 관련된 횡축 압전 스트레인 계수이며, k31, k32는 관련된 전기기계 결합 계수인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액티브 소자는 Pb(Zn1/3Nb2/3)O3, Pb(Mg1/3Nb2/3)O3, Pb(In1/2Nb1/2)O3, Pb(Sc1/2Nb1/2)O3, Pb(Fe1/2Nb1/2)O3, Pb(Yb1/2Nb1/2)O3, Pb(Lu1/2Nb1/2)O3, Pb(Mn1/2Nb1/2)O3, PbZrO3 및 PbTiO3, 이들의 변형 및/또는 도핑된 유도체 중 적어도 하나의 이원계, 삼원계 및 그 이상의 고용체를 갖는 릴렉사 기반의 강자성 또는 압전 단결정의 적절한 커트를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액티브 소자는 [0-11]1x[100]2x[011]3 커트의 [011]3 분극 단결정을 포함하고, [011]3 은 종축 방향이며,[0-11]1 및 [100]2 은 두 개의 측 또는 횡축 방향들인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  15. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액티브 소자는 [110]1x[1-10]2x[001]3 커트의 [001]3 분극된 단결정을 포함하고, [001]3 은 종축 방향이며,[110]1 및 [1-10]2 은 두 개의 결정학적으로 대등한 측 또는 횡축 방향들인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  16. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액티브 소자는, 두 개의 횡축 방향들 중 적어도 하나에 있어서 d31 (또는 d32 )가 400 pC/N 이상이며, k31 (또는 k32)이 0.60 이상인 횡축 압전 특성을 가진 적절한 커트 및 분극된 텍스쳐 압전 세라믹을 포함하고, 여기서 d31, d32는 관련된 횡축 압전 스트레인 계수이며, k31, k32는 관련된 전기기계 결합 계수인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  17. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액티브 소자는, 두 개의 횡축 방향들 중 적어도 하나에 있어서 d31 (또는 d32 )가 400 pC/N 이상이며, k31 (또는 k32)이 0.60 이상인 횡축 압전 특성을 가진 압전 단결정 및 텍스쳐된 다결정 세라믹의 조성 및 커트를 포함하고, 여기서 d31, d32는 연관된 횡축 압전 스트레인 계수이며, k31, k32는 연관된 전기기계 결합 계수인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  18. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액티브 소자는, 두 개의 횡축 방향들 중 적어도 하나에 있어서 d31 (또는 d32)이 400 pC/N 이상이며, k31 (또는 k32)이 0.60 이상인 횡축 압전 특성을 가진 비텍스쳐된 다결정 압전 세라믹의 변형된 및/또는 새로운 조성을 포함하고, 여기서 d31, d32는 연관된 횡축 압전 스트레인 계수이며, k31, k32는 연관된 전기기계 결합 계수인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  19. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액티브 소자는 특정 음향 매질에서 음파에 비교할 만하거나 작은 크기이며 측 또는 횡축 방향의 적어도 하나에서 비교적 낮은 음속의 액티브 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  20. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 적어도 하나의 측 또는 횡축 폭 방향에서 상기 액티브 소자의 크기는 특정 음향 매질에서 지정 주파수의 음파의 반파장(λm/2)과 비교할만하거나 같거나 작으며, 여기서, λm는 특정 음향 매질에서 중심 주파수로 설정된 음파 및 초음파의 파장인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  21. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 두 개의 횡축 폭 방향에서 상기 액티브 소자의 음속은 특정 음향 매질에서 음속보다 크며, 각 트랜스듀서 소자들의 액티브 소자의 측방향 크기는 특정 음향 매질에서 특정 주파수의 음의 반파장(λm/2)보다 크며, 여기서, λm는 특정 음향 매질에서 중심 주파수로 설정된 음파 및 초음파의 파장인 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 트랜스듀서는 음향 및 초음파 송신 및 수신을 위하여 이용되는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  23. 음향 및 초음파 생성 및/또는 수신을 위한 소자는 트랜스튜서들로 이루어진 어레이를 포함하고, 상기 트랜스듀서들 각각은,
    상호 마주보는 면들 상으로 전극화되고 전극화 면들을 가로질러 분극되는 액티브 소자를 포함하고,
    상기 액티브 소자는 분극 방향에 대하여 횡단하는 방향으로 공진되도록 설정되고, 음향 빔은 상기 액티브 소자의 공진하는 횡축 또는 폭 방향에 대하여 수직한 방향을 따라 생성되며, 음향 빔 방향은 분극 방향 또는 다른 횡축 방향 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 소자.
  24. 제23항에 있어서, 상기 액티브 소자의 음파 출력면에 반대되는 면 상으로 본딩된 지지 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소자.
  25. 제24항에 있어서, 상기 지지 소자는 특정 분야에 적합하도록 헤비 테일 메스(heavy tail mass) 또는 소프트 고감쇠 지지 물질 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 소자.
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 하나의 항에 있어서, 각 트랜스듀서는 특정 분야에 적합하도록 단단한 또는 연성 타입의 적어도 하나의 헤드 매스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스듀서.
  27. 제23항 내지 제26항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 어레이의 적어도 하나의 트랜스듀서는 횡축 폭 모드로 구동하는 것을 특징으로 하는 소자.
  28. 제23항 내지 제27항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 액티브 소자는 적어도 하나의 동일한 사각형 형상들, 다소 다른 크기의 사각형 형상들, 적어도 하나의 디멘젼에서 테이퍼진 프로파일을 갖는 복수의 액티브 물질들을 포함하고, 상기 액티브 물질들은 병렬, 직렬, 부분적인 병렬 또는 부분적인 직렬 구성으로 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 소자.
  29. 제23항 내지 제28항 중 어느 하나의 항에 있어서, 적어도 하나의 측 또는 횡축 폭 방향에서 상기 액티브 소자의 크기는 특정 음향 매질에서 지정 주파수의 음파의 반파장(λm/2)과 비교할 만하거나 같거나 작으며, 여기서, λm는 특정 음향 매질에서 중심 주파수로 설정된 음파 및 초음파의 파장인 것을 특징으로 하는 소자.
  30. 제23항 내지 제28항 중 어느 하나의 항에 있어서, 두 개의 횡축 폭 방향에서 상기 액티브 소자의 음속은 특정 음향 매질에서 음속보다 크며, 각 트랜스듀서 소자들의 액티브 소자의 측방향 크기는 특정 음향 매질에서 특정 주파수의 음의 반파장(λm/2)보다 크며, 여기서, λm는 특정 음향 매질에서 중심 주파수로 설정된 음파 및 초음파의 파장인 것을 특징으로 하는 소자.
  31. 제23항 내지 제28항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 트랜스듀서 어레이는 이중 또는 다중 주파수 모드에서 구동하며, 구동 모드들 중 적어도 하나는 횡축 폭 모드인 것을 특징으로 하는 소자.
  32. 제23항 내지 제28항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 트랜스듀서 어레이는, 기본 공진 모드 중 적어도 하나는 횡축 폭 모드인 광대역 연결 모드에서 구동하는 것을 특징으로 하는 소자.
  33. 제23항 내지 제28항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 트랜스듀서 어레이는 적어도 하나의 비결합 모드 또는 결합 모드에서 구동하며, 상기 비결합 모드 또는 상기 결합 모드의 기본 공진 모드는 횡축 폭 모드인 것을 특징으로 하는 소자.
  34. 제23항 내지 제28항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 소자는 음향 및 초음파 생성, 송신 및 수신들 중 하나 이상을 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 소자.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11205410B2 (en) 2017-06-21 2021-12-21 Seoul National University R&Db Foundation Anisotropic media for elastic wave mode conversion, shear mode ultrasound transducer using the anisotropic media, sound insulating panel using the anisotropic media, filter for elastic wave mode conversion, ulstrasound transducer using the filter, and wave energy dissipater using the filter

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200128333A1 (en) * 2017-06-19 2020-04-23 Microfine Materials Technologies Pte Ltd Diagonal resonance sound and ultrasonic transducer
CN108296154B (zh) * 2017-08-07 2023-12-05 雷索智能科技(苏州)有限公司 超声波振动机构及超声波振动装置
US11883679B2 (en) * 2019-10-11 2024-01-30 North Carolina State University Systems and methods for ultrasound induced thrombolysis with magnetic microbubbles, optional nanodroplets, and a rotational magnetic field
CN113541630A (zh) * 2020-04-21 2021-10-22 济南晶正电子科技有限公司 一种复合单晶压电基板及其制备方法
BR112023011239A2 (pt) * 2022-04-27 2024-01-09 Shenzhen Shokz Co Ltd Dispositivos de saída acústica

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020157472A1 (en) * 2000-02-09 2002-10-31 Jomed Inc. Method and apparatus for ultrasonic imaging
US20060241468A1 (en) * 2005-02-04 2006-10-26 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Multi-dimensional ultrasound transducer array
US20120236689A1 (en) * 2009-11-11 2012-09-20 Btech Acoustics Llc Acoustic transducers for underwater navigation and communication

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5291090A (en) * 1992-12-17 1994-03-01 Hewlett-Packard Company Curvilinear interleaved longitudinal-mode ultrasound transducers
US6225728B1 (en) * 1994-08-18 2001-05-01 Agilent Technologies, Inc. Composite piezoelectric transducer arrays with improved acoustical and electrical impedance
US6288477B1 (en) * 1999-12-03 2001-09-11 Atl Ultrasound Composite ultrasonic transducer array operating in the K31 mode
JP4473532B2 (ja) * 2002-10-10 2010-06-02 日本碍子株式会社 圧電／電歪デバイス及び製造方法
JP4568529B2 (ja) * 2004-04-30 2010-10-27 Ｊｆｅミネラル株式会社 圧電単結晶素子
JP6124897B2 (ja) * 2011-09-20 2017-05-10 サニーブルック リサーチ インスティチュート 超音波トランスデューサ及びその製造方法
US9321081B2 (en) * 2012-07-27 2016-04-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Apparatus and methods of tuning and amplifying piezoelectric sonic and ultrasonic outputs
EP3014898B1 (en) * 2013-06-24 2024-04-03 ZetrOZ Systems, LLC Low-profile, low-frequency, and low-impedance broad-band ultrasound transducer and methods thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020157472A1 (en) * 2000-02-09 2002-10-31 Jomed Inc. Method and apparatus for ultrasonic imaging
US20060241468A1 (en) * 2005-02-04 2006-10-26 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Multi-dimensional ultrasound transducer array
US20120236689A1 (en) * 2009-11-11 2012-09-20 Btech Acoustics Llc Acoustic transducers for underwater navigation and communication

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11205410B2 (en) 2017-06-21 2021-12-21 Seoul National University R&Db Foundation Anisotropic media for elastic wave mode conversion, shear mode ultrasound transducer using the anisotropic media, sound insulating panel using the anisotropic media, filter for elastic wave mode conversion, ulstrasound transducer using the filter, and wave energy dissipater using the filter

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Publication number Publication date
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US10315223B2 (en) 2019-06-11
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CA2929137A1 (en) 2015-08-27
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