KR20170087632A

KR20170087632A - 초음파 프로브 및 초음파 프로브의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170087632A
Application number: KR1020160007439A
Authority: KR
Inventors: 고종선; 고현필; 민해기
Original assignee: 삼성메디슨 주식회사
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2017-07-31
Also published as: WO2017126793A1

Abstract

초음파 프로브 및 초음파 프로브의 제조 방법에 관한 것으로, 초음파 프로브는 초음파를 발생시키는 복수의 압전체, 상기 복수의 압전체 사이에 상이한 간격으로 형성되는 적어도 하나의 커프를 포함하되, 상기 복수의 압전체는 단일 또는 복수의 엘리먼트를 포함하고, 상기 복수의 압전체 중 적어도 두 개는, 폭이 서로 상이할 수 있다.

Description

초음파 프로브 및 초음파 프로브의 제조 방법{A ULTRASOUND PROBE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

초음파 프로브 및 초음파 프로브의 제조 방법에 관한 것이다.

초음파 영상 장치는 대상체의 표면에서 대상체 내부의 목표 부위를 향해 초음파를 조사하고, 반사된 에코 초음파를 수신하여 연부조직의 단층이나 혈류에 관한 이미지를 비침습으로 얻는 장치이다.

초음파 영상 장치는 X선 장치, CT스캐너(Computerized Tomography Scanner), MRI(Magnetic Resonance Image), 핵의학 진단장치 등의 다른 영상진단장치와 비교할 때, 소형이고 저렴하며, 실시간으로 내부 진단 영상을 디스플레이할 수 있다는 장점이 있다.또한, 방사선 피폭 위험이 없기 때문에 안전성이 높은 장점이 있다.따라서 산부인과 진단을 비롯하여, 심장, 복부, 비뇨기과 진단을 위해 널리 이용되고 있다.

초음파 영상 장치는 대상체의 초음파 영상을 얻기 위해 초음파를 대상체로 송신하고, 대상체로부터 반사되어 온 에코 초음파를 수신하기 위한 프로브를 포함한다.

동일한 두께 또는 상이한 두께의 단층 또는 다층 구조로 적층된 복수의 압전체는 동일하거나 상이한 간격으로 형성되는 커프에 의해 동일하거나 상이한 폭을 갖는 단일 또는 복수의 엘리먼트를 포함할 수 있다. 이에 따라, 단일 또는 복수의 엘리먼트는 두께 및 폭의 비율에 따라 동일하거나 상이한 종횡비를 갖도록 하는 초음파 프로브 및 초음파 프로브의 제조 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

다양한 종횡비를 가지는 단일 또는 복수의 엘리먼트에 의해 최적화된 진동 특성으로 넓은 주파수 대역폭을 가지는 초음파 프로브 및 초음파 프로브의 제조 방법을 제공하는 것을 해결고자 하는 과제로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 초음파 프로브 및 초음파 프로브의 제조 방법이 제공된다.

초음파 프로브는 초음파를 발생시키는 복수의 압전체, 상기 복수의 압전체 사이에 상이한 간격으로 형성되는 적어도 하나의 커프를 포함하되, 상기 복수의 압전체는 단일 또는 복수의 엘리먼트를 포함하고, 상기 복수의 압전체 중 적어도 두 개는, 폭이 서로 상이할 수 있다.

상기 복수의 압전체는 단층 또는 다층으로 적층될 수 있다.

상기 단일 또는 복수의 엘리먼트는, 두께 및 폭의 비율에 따라 동일하거나 상이한 종횡비를 가질 수 있다.

상기 커프는, 상기 복수의 압전체 사이에 상이한 간격으로 형성되고, 형성되는 깊이의 조절이 가능할 수 있다.

초음파 프로브는 상기 복수의 압전체와 대상체 사이의 음향 임피던스 차이를 감소시키는 정합층을 더 포함할 수 있다.

상기 정합층은, 상기 정합층내에 상이한 간격으로 형성되는 적어도 하나의 커프를 포함할 수 있다.

초음파 프로브는 상기 복수의 압전체에서 발생하여 후방으로 진행하는 초음파를 흡수하는 흡음층을 더 포함할 수 있다.

초음파 프로브는 상기 복수의 압전체와 상기 흡음층 사이에 위치하고, 상기 초음파를 반사시키는 반사층(enhanced layer)을 더 포함할 수 있다.

상기 반사층은, 상기 반사층내에 상이한 간격으로 형성되는 적어도 하나의 커프를 포함할 수 있다.

초음파 프로브는 상기 정합층 상단에 위치하고, 상기 복수의 압전체의 전방으로 진행하는 상기 초음파를 특정지점으로 집속시키는 렌즈층을 더 포함할 수 있다.

초음파 프로브의 제조 방법은 초음파를 발생시키는 복수의 압전체를 형성하는 단계 및 상기 복수의 압전체 사이에 상이한 간격으로 적어도 하나의 커프를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 압전체를 형성하는 단계는 단일 또는 복수의 엘리먼트를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 복수의 압전체 중 적어도 두 개는, 폭이 서로 상이하게 형성되도록 할 수 있다.

상기 복수의 압전체를 형성하는 단계는, 단층 또는 다층으로 적층하여 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 단일 또는 복수의 엘리먼트를 형성하는 단계는, 두께 및 폭의 비율에 따라 동일하거나 상이한 종횡비를 갖도록 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 커프를 형성하는 단계는, 상기 복수의 압전체 사이에 상이한 간격으로 상기 커프를 형성하되, 형성되는 깊이의 조절이 가능하도록 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

초음파 프로브의 제조 방법은 상기 복수의 압전체와 대상체 사이의 음향 임피던스 차이를 감소시키는 정합층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 정합층을 형성하는 단계는, 상기 정합층내에 상이한 간격으로 적어도 하나의 상기 커프를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

초음파 프로브의 제조 방법은 상기 복수의 압전체에서 발생하여 후방으로 진행하는 초음파를 흡수하는 흡음층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

초음파 프로브의 제조 방법은 상기 복수의 압전체와 상기 흡음층 사이에 위치하고, 상기 초음파를 반사시키는 반사층(enhanced layer)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 반사층을 형성하는 단계는, 상기 반사층내에 상이한 간격으로 적어도 하나의 상기 커프를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

초음파 프로브의 제조 방법은 상기 정합층 상단에 위치하고, 상기 복수의 압전체의 전방으로 진행하는 상기 초음파를 특정지점으로 집속시키는 렌즈층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상술한 초음파 프로브 및 초음파 프로브의 제조 방법에 의하면, 동일하거나 상이한 두께의 단층 또는 다층 구조로 적층된 복수의 압전체는 상이한 간격으로 형성되는 커프에 동일하거나 상이한 폭을 갖는 단일 또는 복수의 엘리먼트를 포함한다. 이에 따라 단일 또는 복수의 엘리먼트는 두께 및 폭의 비율에 따라 동일하거나 상이한 종횡비를 가질 수 있는 효과가 있다.

다양한 종횡비를 가지는 단일 또는 복수의 엘리먼트에 의해 초음파 프로브는 최적화된 진동 특성으로 넓은 주파수 대역폭을 가질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 초음파 영상 장치의 사시도이다.
도 2는 1차원 어레이 트랜스듀서를 포함하는 초음파 프로브의 외관도이다.
도 3은 2차원 어레이 트랜스듀서를 포함하는 초음파 프로브의 외관도이다.
도 4는 초음파 영상 장치의 블록도이다.
도 5는 초음파 프로브의 사시도이다.
도 6은 트랜스듀서 모듈의 고도 방향을 바라본 측단면도이다.
도 7은 상이한 폭을 가지는 단일의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 측단면도이다.
도 8은 상이한 폭을 가지는 단일의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 또 다른 측단면도이다.
도 9는 상이한 폭을 가지는 단일의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 또 다른 측단면도이다.
도 10은 동일한 폭을 가지는 단일의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 측단면도이다.
도 11은 다층 구조로 형성된 복수의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 측단면도이다.
도 12는 상이한 두께를 갖도록 형성된 복수의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 측단면도이다.
도 13은 상이한 두께를 갖도록 형성된 복수의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 또 다른 측단면도이다.
도 14는 상이한 두께를 갖도록 형성된 복수의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 또 다른 측단면도이다.
도 15는 다층 구조로 형성되고 상이한 폭을 갖는 복수의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 측단면도이다.
도 16은 다층 구조로 형성되고 상이한 폭을 갖는 복수의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 또 다른 측단면도이다.
도 17은 다층 구조로 형성되고 상이한 폭을 갖는 복수의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 또 다른 측단면도이다.
도 18은 트랜스 듀서 모듈의 제조 방법의 순서도이다.

개시된 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.또한, 개시된 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 개시된 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.본 명세서에서, 제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 또한, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

이하 도 1 내지 도 18을 참조하여 초음파 프로브 및 초음파 프로브의 제조 방법의 일 실시예에 대해서 설명한다.

도 1은 초음파 영상 장치의 사시도이다.

도 1를 참조하면, 초음파 영상 장치(10)는 대상체에 초음파 신호를 송신하고, 대상체로부터 에코 초음파 신호를 수신하여 전기적 신호로 변환하는 초음파 프로브(100), 초음파 신호를 기초로 초음파 영상을 생성하는 본체(200)를 포함한다. 본체(200)는 유선 통신망 또는 무선 통신망을 통해 초음파 프로브(100)와 연결될 수 있다. 본체(200)는 디스플레이(300)와 입력 장치(400)를 구비한 워크 스테이션일 수 있다.

초음파 프로브(100)는 하우징(h) 내에 구비되어 초음파를 대상체(ob)로 조사하고, 대상체(ob)로부터 반사된 에코 초음파를 수신하며, 전기적 신호와 초음파를 상호 변환시키는 트랜스듀서 모듈(110), 본체(200)의 암 커넥터(female connector)와 물리적으로 결합되어 본체(200)에 신호를 송수신하는 수 커넥터(male connector, 130), 수 커넥터(130)와 트랜스듀서 모듈(110)을 연결하는 케이블(120)을 포함한다.

여기서 대상체(ob)는 인간이나 동물의 생체, 또는 혈관, 뼈, 근육 등과 같은 생체 내 조직일 수도 있으나 이에 한정되지는 않으며, 초음파 영상 장치(10)에 의해 그 내부 구조가 영상화 될 수 있는 것이라면 대상체(ob)가 될 수 있다.

또한, 초음파 프로브(100)는 무선 통신망을 통해 본체(200)와 연결되어 초음파 프로브(100)의 제어에 필요한 각종 신호를 수신하거나 또는 초음파 프로브(100)가 수신한 에코 초음파 신호에 대응되는 아날로그 신호 또는 디지털 신호를 전달할 수 있다. 한편, 무선 통신망은 무선으로 신호를 주고 받을 수 있는 통신망을 의미한다.

에코 초음파는 초음파가 조사된 대상체(ob)로부터 반사된 초음파로서, 진단 모드에 따라 다양한 초음파 영상을 생성하기 위한 다양한 주파수 대역 또는 에너지 강도를 갖는다.

트랜스듀서 모듈(110)은 인가된 교류 전원에 따라 초음파를 생성할 수 있다. 구체적으로, 트랜스듀서 모듈(110)은 외부의 전원 공급 장치 또는 내부의 축전장치 예를 들어, 배터리 등으로부터 교류 전원을 공급받을 수 있다. 트랜스듀서 모듈(110)의 진동자는 공급받은 교류 전원에 따라 진동함으로써 초음파를 생성할 수 있다.

트랜스듀서 모듈(110)의 중심을 기준으로 직각을 이루는 세방향을 축 방향(axis dirextion; A), 측 방향(lateral direction; L), 고도 방향(elevation direction; E)으로 각각 정의할 수 있다. 구체적으로, 초음파가 조사되는 방향을 축 방향(A)으로 정의하고, 트랜스듀서 모듈(110)이 열을 형성하는 방향을 측 방향(L)으로 정의하며, 축 방향(A) 및 측 방향(L)과 수직한 나머지 한 방향을 고도 방향(E)으로 정의할 수 있다.

케이블(120)은 일단에 트랜스듀서 모듈(110)과 연결되고, 타단에 수 커넥터(130)와 연결됨으로써, 트랜스듀서 모듈(110)과 수 커넥터(130)를 연결시킨다.

수 커넥터(male connector, 130)는 케이블(120)의 타단에 연결되어 본체(200)의 암 커넥터(female connector, 201)와 물리적으로 결합할 수 있다.

이러한 수 커넥터(130)는 트랜스듀서 모듈(110)에 의해 생성된 전기적 신호를 물리적으로 결합된 암 커넥터(201)에 전달하거나, 본체(200)에 의해 생성된 제어 신호를 암 커넥터(201)로부터 수신한다.

그러나, 초음파 프로브(100)가 무선 초음파 프로브(100)로서 구현된 경우, 이러한 케이블(120) 및 수 커넥터(130)는 생략될 수 있고, 초음파 프로브(100)에 포함된 별도의 무선 통신모듈(미도시)을 통해 초음파 프로브(100)와 본체(200)가 신호를 송수신할 수 있는 바, 반드시 도 1에 도시된 초음파 프로브(100)의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본체(200)는 근거리 통신 모듈, 및 이동 통신 모듈 중 적어도 하나를 통해 초음파 프로브(100)와 무선 통신을 수행할 수 있다.

근거리 통신 모듈은 소정 거리 이내의 근거리 통신을 위한 모듈을 의미한다.예를 들어, 근거리 통신 기술에는 무선 랜(Wireless LAN), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), WFD(Wi-Fi Direct), UWB(Ultra wideband), 적외선 통신(IrDA; Infrared Data Association), BLE (Bluetooth Low Energy), NFC(Near Field Communication) 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이동 통신 모듈은 이동 통신망 상에서 기지국, 외부 단말, 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신할 수 있다.여기에서, 무선 신호는 다양한 형태의 데이터를 포함하는 신호를 의미한다.즉, 본체(200)는 기지국, 및 서버 중 적어도 하나를 거쳐, 초음파 프로브(100)와 다양한 형태의 데이터를 포함한 신호를 주고 받을 수 있다.

예를 들어, 본체(200)는 3G, 4G와 같은 이동 통신망 상에서 기지국을 거쳐, 초음파 프로브(100)와 다양한 형태의 데이터를 포함한 신호를 주고 받을 수 있다.이외에도, 본체(200)는 의료 영상 정보 시스템(PACS; Picture Archiving and Communication System)을 통해 연결된 병원 서버나 병원 내의 다른 의료 장치와 데이터를 주고 받을 수 있다.또한, 본체(200)는 의료용 디지털 영상 및 통신(DICOM; Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준에 따라 데이터를 주고 받을 수 있으며, 제한이 없다.

이외에도, 본체(200)는 유선 통신망을 통해 초음파 프로브(100)와 데이터를 주고 받을 수 있다.유선 통신망은 유선으로 신호를 주고 받을 수 있는 통신망을 의미한다.일 실시예에 따르면, 본체(200)는 PCI(Peripheral Component Interconnect), PCI-express, USB(Universe Serial Bus) 등의 유선 통신망을 이용하여 초음파 프로브(100)와 각종 신호를 주고 받을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 초음파 영상장치(10)의 본체(200)에는 디스플레이(300), 입력부(400)가 마련될 수 있다.입력부(400)는 사용자로부터 초음파 프로브(100)에 관한 설정 정보뿐만 아니라, 각종 제어 명령 등을 입력 받을 수 있다.

일 실시예에 따르면, 초음파 프로브(100)에 관한 설정 정보는 이득(gain) 정보, 배율(zoom) 정보, 초점(focus) 정보, 시간이득 보상(TGC, Time Gain Compensation) 정보, 깊이(depth) 정보, 주파수 정보, 파워 정보, 프레임 평균값(frame average) 정보, 및 다이나믹 레인지(dynamic range) 정보 등을 포함한다.그러나, 초음파 프로브(100)에 관한 설정 정보는 일 실시예에 한하지 않고, 초음파 영상을 촬영하기 위해 설정할 수 있는 다양한 정보를 포함한다.

이 정보들은 무선 통신망 또는 유선 통신망을 통해 초음파 프로브(100)로 전달되고, 초음파 프로브(100)는 전달 받은 정보들에 맞추어 설정될 수 있다.이외에도, 본체(200)는 입력부(400)를 통해 초음파 신호의 송신 명령 등과 같은 각종 제어 명령을 사용자로부터 입력 받아, 이를 초음파 프로브(100)에 전달할 수 있다.

한편, 입력부(400)는 키보드, 풋 스위치(foot switch) 또는 풋 페달(foot pedal) 방식으로 구현될 수도 있다.예를 들어, 키보드는 하드웨어적으로 구현될 수 있다.이러한 키보드는 스위치, 키, 조이스틱 및 트랙볼 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.다른 예로, 키보드는 그래픽 유저 인터페이스와 같이 소프트웨어적으로 구현될 수도 있다.이 경우, 키보드는 디스플레이(300)를 통해 표시될 수 있다.풋 스위치나 풋 페달은 본체(200)의 하부에 마련될 수 있으며, 사용자는 풋 페달을 이용하여 초음파 영상장치(10)의 동작을 제어할 수 있다.

디스플레이(300)는 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT), LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode) 등과 같이, 공지된 다양한 방식으로 구현될 수 있으나, 이에 한하지 않는다.

디스플레이(300)는 대상체 내부의 목표 부위에 대한 초음파 영상을 표시할 수 있다.디스플레이(300)에 표시되는 초음파 영상은 2차원 초음파 영상, 또는 3차원 입체 초음파 영상일 수 있으며, 초음파 영상장치(10)의 동작 모드에 따라 다양한 초음파 영상이 표시될 수 있다.또한, 디스플레이(300)는 초음파 진단에 필요한 메뉴나 안내 사항뿐만 아니라, 초음파 프로브(100)의 동작 상태에 관한 정보 등을 표시할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 초음파 영상은 A-모드(Amplitude mode, A-모드) 영상, B-모드(Brightness Mode; B-Mode) 영상, M-모드(Motion Mode; M-mode) 영상을 포함할 뿐만 아니라, C(Color)-모드 영상 및 D(Doppler)-모드 영상을 포함한다.

이하에서 설명되는 A-모드 영상은 에코 초음파 신호에 대응되는 초음파 신호의 크기를 나타내는 초음파 영상을 의미하며, B-모드 영상은 에코 초음파 신호에 대응되는 초음파 신호의 크기를 밝기로 나타낸 초음파 영상을 의미하며, M-모드 영상은 특정 위치에서 시간에 따른 대상체의 움직임을 나타내는 초음파 영상을 의미한다.D-모드 영상은 도플러 효과를 이용하여 움직이는 대상체를 파형 형태로 나타내는 초음파 영상을 의미하며, 또한, C-모드 움직이는 대상체를 컬러 스펙트럼 형태로 나타내는 초음파 영상을 의미한다.

한편, 디스플레이(300)가 터치 스크린 타입으로 구현되는 경우, 디스플레이(300)는 입력부(400)의 기능도 함께 수행할 수 있다.즉, 본체(200)는 디스플레이(300), 및 입력부(400) 중 적어도 하나를 통해 사용자로부터 각종 명령을 입력 받을 수 있다.

이외에도, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 본체(200)에는 음성 인식 센서가 마련되어, 사용자로부터 음성 명령을 입력 받을 수도 있다.이하에서는 초음파 프로브의 구성에 대해서 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.

도 2는 1차원 어레이 트랜스듀서를 포함하는 초음파 프로브의 외관도이고, 도 3은 2차원 어레이 트랜스듀서를 포함하는 초음파 프로브의 외관도이다.

초음파 프로브(200)는 대상체의 표면에 접촉하는 부분으로, 초음파 신호를 송수신할 수 있다.구체적으로, 초음파 프로브(200)는 본체로부터 전달 받은 송신 신호에 따라, 초음파 신호를 대상체 내부의 특정 부위로 송신하고, 대상체 내부의 특정 부위로부터 반사된 에코 초음파 신호를 수신하여 본체로 전달하는 역할을 할 수 있다.여기서, 에코 초음파 신호는 대상체로부터 반사된 RF(Radio Frequency) 신호인 초음파 신호가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 대상체로 송신한 초음파 신호가 반사된 신호를 모두 포함한다.

한편, 대상체는 인간 또는 동물의 생체가 될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 초음파 신호에 의해 그 내부 구조가 영상화 될 수 있는 것이라면 어떤 것이든 대상체가 될 수 있다.

초음파 프로브(200)는 대상체의 내부로 초음파 신호를 송신하기 위해 전기적 신호와 초음파 신호를 상호 변환하는 트랜스듀서 어레이(transducer array)를 포함할 수 있다.트랜스듀서 어레이는 단일 또는 복수의 트랜스듀서 엘리먼트(element)로 구성된다.

초음파 프로브(200)는 트랜스듀서 어레이를 통해 초음파 신호를 발생시켜, 대상체의 내부의 목표 부위를 초점으로 하여 송신하며, 대상체 내부의 목표 부위에서 반사된 에코 초음파 신호를 트랜스듀서 어레이를 통해 입력 받을 수 있다.

에코 초음파 신호가 트랜스듀서 어레이에 도달하면, 트랜스듀서 어레이는 에코 초음파 신호의 주파수에 상응하는 소정의 주파수로 진동하면서, 트랜스듀서 어레이의 진동 주파수에 상응하는 주파수의 교류 전류를 출력할 수 있다.이에 따라, 트랜스듀서 어레이는 수신한 에코 초음파 신호를 소정의 전기적 신호인 에코 신호로 변환할 수 있게 된다.

한편, 트랜스듀서 어레이는 1차원 어레이일 수도 있고, 2차원 어레이일 수도 있다.일 실시예로, 트랜스듀서 모듈(110)은 도 1에 도시된 바와 같이 1차원 트랜스듀서 어레이를 포함할 수 있다.

1차원 트랜스듀서 어레이를 구성하는 각각의 트랜스듀서 엘리먼트는 초음파 신호와 전기적 신호를 상호 변환시킬 수 있다.이를 위해, 트랜스듀서 엘리먼트는 자성체의 자왜효과를 이용하는 자왜 초음파 트랜스듀서(Magnetostrictive Ultrasonic Transducer), 재료의 압전 효과를 이용한 압전 초음파 트랜스듀서(Piezoelectric Ultrasonic Transducer) 또는 압전형 미세가공 초음파 트랜스듀서(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer, pMUT) 등으로 구현될 수 있으며, 미세 가공된 수백 또는 수천 개의 박막의 진동을 이용하여 초음파를 송수신하는 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer, 이하 cMUT으로 약칭한다)로 구현되는 것도 가능하다.

한편, 초음파 프로브(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 트랜스듀서 모듈(110)이 선형(linear)으로 배열되는 것도 가능하며, 곡면(convex)으로 배열되는 것도 가능하다.두 경우 모두 초음파 프로브(100)의 기본적인 동작 원리는 동일하나, 트랜스듀서 모듈(110)이 곡면으로 배열된 초음파 프로브(100)의 경우에는 트랜스듀서 모듈(110)로부터 조사되는 초음파 신호가 부채꼴 모양이기 때문에, 생성되는 초음파 영상도 부채꼴 모양이 될 수 있다.

다른 예로서, 트랜스듀서 모듈(110)은 도 3에 도시된 바와 같이 2차원 트랜스듀서 어레이를 포함할 수도 있다.2차원 트랜스듀서 어레이를 포함하는 경우에는 대상체의 내부를 3차원 영상화할 수 있다.이외에도, 초음파 프로브(100)의 트랜스듀서 어레이가 1차원으로 배열되어 있더라도, 초음파 프로브(100)는 1차원 트랜스듀서 어레이를 기계적으로 이동시키면서 대상체 내부의 볼륨(volume) 정보를 획득하여 3차원 초음파 영상을 생성할 수 있는 에코 초음파 신호를 본체(200)에 전달할 수 있다.

2차원 트랜스듀서 어레이를 구성하는 각각의 트랜스듀서 엘리먼트는 1차원 트랜스듀서 어레이를 구성하는 트랜스듀서 엘리먼트와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.이하에서는 초음파 프로브와 이를 포함하는 초음파 영상장치의 내부 구성에 대해서 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.

도 4는 초음파 영상 장치의 블록도이다.

도 4를 참조하면, 초음파 프로브(100)는 하우징(h) 내에 구비된 빔 포머(150), 송수신 스위치(120), 전압 감지부(130), 및 아날로그-디지털 변환기(140)를 더 포함한다.

송수신 스위치(120)는 본체(200)의 시스템 제어부(240)의 제어 신호에 따라 초음파 조사 시 송신 모드로 또는 초음파 수신 시 수신 모드로 모드를 전환시킨다.

전압 감지부(130)는 트랜스듀서 모듈(110)로부터 출력된 전류를 감지한다. 전압 감지부(130)는 예를 들어, 출력된 전류에 따라 전압을 증폭시키는 증폭기로서 구현될 수 있다.

이외에도, 전압 감지부(130)는 미세한 크기의 아날로그 신호를 증폭시키는 전증폭기(pre-amplifier)를 더 포함할 수 있는바, 전증폭기로 저잡음 증폭기(low noise amplifier; LNA)가 사용될 수 있다.

또한, 전압 감지부(130)는 입력되는 신호에 따라 이득(gain) 값을 제어하는 가변 이득 증폭기(variable gain amplifier; VGA, 미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 가변 이득 증폭기로 집속점 또는 집속점과의 거리에 따른 이득을 보상하는 TGC(Time Gain compensation)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

아날로그-디지털 변환기(140)는 전압 감지부(130)로부터 출력된 아날로그 전압을 디지털 신호로 변환시킨다.

도 4에서는 아날로그-디지털 변환기(140)로부터 변환된 디지털 신호가 빔 포머(150)에 입력되는 것으로 도시하였으나, 반대로 빔 포머(150)에서 지연된 아날로그 신호가 아날로그-디지털 변환기(140)에 입력되는 것도 가능한 바, 그 순서가 제한되지 아니한다.

또한, 도 4에서는 아날로그-디지털 변환기(140)가 프로브(100) 내에 마련된 것으로 도시되었으나, 반드시 이에 한정되지 아니하고, 아날로그-디지털 변환기(140)는 본체(200) 내에 마련되는 것도 가능하다. 이 경우, 아날로그-디지털 변환기(140)는 가산기에 의해 집속된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환 시킬 수 있다.

빔 포머(150)는 트랜스듀서 모듈(110)에서 발생한 초음파가 원하는 동일한 시간에 대상체(ob)의 한 목표 지점에 집속되도록 하거나, 또는 대상체(ob)의 한 목표 지점으로부터 반사되어 돌아오는 에코 초음파가 트랜스듀서 모듈(110)에 도달하는 시간 차이를 극복하도록, 조사되는 초음파 또는 수신되는 에코 초음파에 적절한 시간 지연(delay time)을 주는 장치이다.

도 4에 도시된 초음파 영상 장치(10)에 있어서, 빔 포머(150)는 전술한 바와 같이 프론트-엔드에 해당하는 초음파 프로브(100)에 포함될 수도 있고, 백-엔드에 해당하는 본체(200)에 포함될 수도 있다. 빔 포머(150)의 실시예는 이에 관한 제한을 두지 않으므로, 빔 포머(150)의 구성 요소 전부 또는 일부가 프론트-엔드 및 백-엔드 중 어느 부분에 포함되어도 무방하다.

본체(200)는 초음파 프로브(100)를 제어하거나 초음파 프로브(100)로부터 수신한 신호에 기초하여 초음파 영상을 생성하기 위해 필요한 구성요소들을 수납하는 장치로서, 초음파 프로브(100)와 케이블(120)을 통해 연결될 수 있다.

이하, 본체(200)가 포함하는 신호 처리부(220), 영상 처리부(230), 및 시스템 제어부(240)에 대하여 설명하고, 디스플레이(300) 및 입력 장치(400)에 대해서도 설명한다.

신호 처리부(220)는 초음파 프로브(100)로부터 수신한 집속된 디지털 신호를 영상 처리에 적합한 형식으로 변환한다. 예를 들어, 신호 처리부(220)는 원하는 주파수 대역 외의 잡음 신호를 제거하기 위한 필터링을 수행할 수 있다.

또한, 신호 처리부(220)는 DSP(Digital Signal Processor)로 구현될 수 있으며, 집속된 디지털 신호에 기초하여 에코 초음파의 크기를 검출하는 포락선 검파 처리를 수행하여 초음파 영상 데이터를 생성할 수 있다.

영상 처리부(230)는 신호 처리부(220)가 생성한 초음파 영상 데이터를 기초로 사용자, 예를 들어 의사나 환자 등이 시각적으로 대상체(ob), 예를 들어 인체의 내부를 확인할 수 있도록 영상을 생성한다.

영상 처리부(230)는 초음파 영상 데이터를 이용하여 생성한 초음파 영상을 디스플레이(300)로 전달한다.

또한 영상 처리부(230)는 실시예에 따라서 초음파 영상에 대해 별도의 추가적인 영상 처리를 더 수행할 수 있다. 예를 들어 영상 처리부(230)는 초음파 영상의 대조(contrast)나 명암(brightness), 선예도(sharpness)를 보정하거나 또는 재조정하는 것 등과 같은 영상 후처리(post-processing)을 더 수행할 수 있다.

이와 같은 영상 처리부(230)의 추가적인 영상 처리는 미리 정해진 설정에 따라 수행될 수도 있고, 입력 장치(400)를 통해 입력되는 사용자의 지시 또는 명령에 따라 수행될 수도 있다.

시스템 제어부(240)는 초음파 영상 장치(10)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 시스템 제어부(240)는 신호 처리부(220), 영상 처리부(230), 프로브(100), 및 디스플레이(300)의 동작을 제어한다.

실시예에 따라, 시스템 제어부(240)는 미리 정해진 설정에 따라서 초음파 영상 장치(10)의 동작을 제어할 수 있고, 입력 장치(400)를 통해 입력되는 사용자의 지시 또는 명령에 따라서 소정의 제어 명령을 생성한 후 초음파 영상 장치(10)의 동작을 제어할 수도 있다.

시스템 제어부(240)는 프로세서(Processor), 초음파 영상 장치(10)의 제어를 위한 제어 프로그램이 저장된 롬(ROM) 및 초음파 영상 장치(10)의 초음파 프로브(100) 또는 입력 장치(400)에서 입력되는 신호 또는 초음파 영상 데이터를 저장하거나, 초음파 영상 장치(10)에서 수행되는 다양한 작업에 대응되는 저장 영역으로 사용되는 램(RAM)을 포함할 수 있다.

또한, 시스템 제어부(240)와 전기적으로 연결되는 별개인 회로 기판에 프로세서, 램 또는 롬을 포함하는 프로세싱 보드(graphic processing board)를 포함할 수 있다.

프로세서, 램 및 롬은 내부 버스(bus)를 통해 상호 연결될 수 있다.

또한, 시스템 제어부(240)는 프로세서, 램 및 롬을 포함하는 구성 요소를 지칭하는 용어로 사용될 수 있다.

또한, 시스템 제어부(240)는 프로세서, 램, 롬, 및 프로세싱 보드를 포함하는 구성 요소를 지칭하는 용어로 사용될 수도 있다.

본체(200)에는 하나 이상의 암 커넥터(201; 도 1 참조)가 구비되고, 암 커넥터(201)는 케이블(120)과 및 수 커넥터(130)를 통해 초음파 프로브(100)에 연결될 수 있다.

디스플레이(300)는 영상 처리부(230)에서 생성된 초음파 영상을 표시하여 사용자가 대상체(ob) 내부의 구조나 조직 등을 시각적으로 확인할 수 있도록 한다.

입력 장치(400)는 초음파 영상 장치(10)의 제어를 위해 사용자로부터 소정의 지시나 명령을 입력 받는다. 입력 장치(400)는 예를 들어 키보드(keyboard), 마우스(mouse), 트랙볼(trackball), 터치스크린(touch screen) 또는 패들(paddle) 등과 같은 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다.

이하 일 실시예에 따른 압전 초음파 트래스듀서 엘리먼트로 구현된 트랜스듀서 모듈의 구성에 대해 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 5는 초음파 프로브의 사시도이다.

초음파 프로브(100)는 압전층(111), 압전층(111)의 하부에 마련되는 흡음층(112), 압전층(111)의 상부에 마련되는 정합층(113), 및 정합층(113)의 상부을 덮는 렌즈층(115)을 포함한다. 또한, 압전층(111)내에 형성되어 압전층(111)을 복수의 압전체로 분할하는 적어도 하나 이상의 커프(118)를 포함한다.

또한, 초음파 프로브(100)는 초음파 프로브(100)의 내부 중심을 기준으로 직각을 이루는 세방향을 기준으로 각각의 단면을 설명할 수 있다. 앞서 기술한 바와 같이, 초음파가 조사되는 방향을 축 방향(axis dirextion; A)으로 정의하고, 트랜스듀서 모듈(110)이 열을 형성하는 방향을 측 방향(lateral direction; L)으로 정의하고, 축 방향(A) 및 측 방향(L)과 수직한 나머지 한 방향을 고도 방향(elevation direction; E)으로 정의한다. 이하 도 6 내지 도 17을 참조하여 설명함에 있어서, 각 도면 오른쪽 하단에 어떠한 평면을 의미하는지 표기하였고, 이러한 세 방향을 표시한 좌표를 기준으로 초음파 프로브(100)의 트랜스듀서 모듈(110)에 대한 단면을 설명한다.

도 6은 트랜스듀서 모듈의 고도 방향을 바라본 측단면도이다.

일 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 모듈(110)은 압전층(111), 압전층(111)의 하부에 마련되는 흡음층(112), 압전층(111)의 상부에 마련되는 정합층(113), 및 정합층(113)의 상부을 덮는 렌즈층(115)을 포함한다.

압전층(111)은 전기적 신호가 인가되면 이를 기계적인 진동으로 변환하여 초음파를 발생시키는 압전체(압전물질)로 이루어진다. 또한, 압전체는 단일층 또는 다층 구조로 적층될 수 있다.

소정의 물질에 기계적인 압력이 가해지면 전압이 발생하고, 전압이 인가되면 기계적인 변형이 일어나는 효과를 압전 효과 및 역압전 효과라 하고, 이런 효과를 가지는 물질을 압전체(압전물질)이라고 한다.

즉, 압전체(압전물질)는 전기 에너지를 기계적인 진동 에너지로, 기계적인 진동 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 물질을 의미한다.

압전체(압전물질)는 지르콘산티탄산연(PZT)의 세라믹, 마그네슘니오브산연 및 티탄산연의 고용체로 만들어지는 PZMT 단결정 또는 아연니오브산연 및 티탄산연의 고용체로 만들어지는 PZNT 단결정 등을 포함할 수 있다. 또한, 압전층(111)은 기계적인 진동 에너지를 초음파로서 렌즈가 마련된 방향(이하, 전방) 및 흡음층(112)이 마련된 방향(이하, 후방)으로 조사한다.

흡음층(112)은 압전층(111)의 하부에 설치되고, 압전층(111)에서 발생하여 후방으로 진행하는 초음파를 흡수함으로써 초음파가 압전층(111)의 후방으로 진행되는 것을 차단한다. 따라서, 영상의 왜곡이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 흡음층(112)은 압전층(111)보다 작은 음향 임피던스를 가질 수 있다. 예를 들어, 흡음층(112)은 2MRayl 내지5MRayl의 음향 임피던스를 갖는 물질로 구성될 수 있다. 또한, 흡음층(112)은 초음파의 감쇠 또는 차단 효과를 향상시키기 위해 복수의 층으로 제작될 수 있다.

정합층(matching layer)(113)은 압전층(111)의 상부에 마련된다. 또한, 정합층(113) 제1정합층(113a) 및 제2정합층(113b)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 정합층 (113a, 113b)은 압전층(111)의 음향 임피던스와 대상체의 음향 임피던스를 적절히 매칭함으로써 대상체로 초음파를 전달하거나 대상체로부터 전달되는 초음파의 손실을 저감시키는 층이다. 제1 및 제2 정합층(113a, 113b)에 관한 음속, 두께, 음향 임피던스 등의 물리적 매개변수를 조정하여 대상체와 압전층(111)의 음향 임피던스의 정합을 도모할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 정합층(113a, 113b)은 대상체의 음향 임피던스와 압전층(111)의 음향 임피던스의 차이에 기인하는 초음파의 반사를 억제한다. 도 5에는 2층의 정합층이 도시되어 있지만, 본 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 제1 및 제2 정합층(113a, 113b)을 대신하여, 1층의 정합층 혹은 3층 이상의 정합층들이 사용될 수 있다. 제1 및 제2 정합층(113a, 113b)은 복수의 소자들로 분리되어 압전층(111)의 상단에 마련될 수 있다.

정합층(113)은 압전층(111)과 대상체(ob) 사이의 음향 임피던스 차이를 감소시켜 압전층(111)과 대상체(ob)의 음향 임피던스를 정합시킴으로써 압전층(111)에서 발생한 초음파가 대상체(ob)로 효율적으로 전달되도록 한다.

이를 위해, 정합층(113)은 압전층(111)보다 작고 대상체(ob)보다 큰 음향 임피던스를 갖는 물질로 구성될 수 있다.

정합층(113)은 유리 또는 수지 재질로 형성될 수 있다.

또한 음향 임피던스가 압전층(111)으로부터 대상체(ob)를 향해 단계적으로 변화할 수 있도록 복수의 정합층(113)으로 구성될 수 있고, 복수의 정합층(113)의 재질이 서로 다르도록 구성될 수 있다.

압전층(111) 및 정합층(113)은 다이싱(dicing) 공정에 의해 매트릭스 형태의 2차원 어레이 형태로 가공될 수 있고, 1차원 어레이 형태로 가공될 수도 있다.

렌즈층(115)은 정합층(113)의 상부를 덮도록 마련될 수 있다. 렌즈층(115)은 트랜스듀서 모듈(110)층의 전방으로 진행하는 초음파를 특정 지점으로 집속시킨다.

렌즈층(115)은 초음파를 집속하고, 음향 모듈 특히, 압전층(111)을 보호하는 역할을 수행하기 위해 내마모성(耐摩耗性, wear resistance)이 강하면서도 초음파 전파 속도가 큰 물질로 형성될 수 있다. 렌즈층(115)은 초음파를 집속시키기 위해 초음파의 방사 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있고, 음속이 대상체(ob)보다 느린 경우에는 오목한 형태로 구현될 수 도 있다.

개시된 실시예에서는 정합층(113) 상부에 한 개의 렌즈층(115)을 형성한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 서로 다른 물성을 가지는 다수 개의 렌즈층(115)을 형성하는 것도 가능하다.

도 7은 상이한 폭을 가지는 단일의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서의 측단면도이다. 또한, 도 8은 상이한 폭을 가지는 단일의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 또 다른 측단면도이다. 또한, 도 9는 상이한 폭을 가지는 단일의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 또 다른 측단면도이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 트랜스듀서 모듈(110)은 압전층(111), 압전층(111)의 하부에 마련되는 흡음층(112), 압전층(111)의 상부에 마련되는 정합층(113), 및 정합층(113)의 상부를 덮는 렌즈층(115)을 포함한다. 또한, 트랜스듀서 모듈(110)은 복수의 압전체와 흡음층(112) 사이에 위치하고, 복수의 압전체에서 발생한 초음파를 반사시키는 반사층(enhanced layer, 114)을 더 포함할 수 있다. 이하, 도 6와 차이가 있는 압전층(111), 정합층(113), 및 반사층(114)을 중심으로 설명하되, 앞서 설명된 부분은 생략한다.

도 7를 참조하면, 압전층(111)은 복수의 압전체(111s, 111t, 나머지 도면 번호 미도시) 및 복수의 압전체(111s, 111t, 나머지 도면 번호 미도시)사이에 상이한 간격(w3, w4)으로 형성되는 적어도 하나의 커프(118)를 포함할 수 있다.

다만, 설명의 편의를 위해 복수의 압전체(111s, 111t, 나머지 도면 번호 미도시)중 제1압전체(111s) 및 제2압전체(111t)를 중심으로 살펴본다. 여기서 제1압전체(111s) 및 제2압전체(111t)는 각각 단일의 엘리멘트로 이루어졌기에 동시에 제1엘리먼트(111s) 및 제2엘리먼트(111t)라고 명명할 수도 있다.

제1엘리먼트(111s) 및 제2엘리먼트(111t)는 동일한 두께(h7) 및 서로 상이한 폭(w3, w4)을 가지고 있다. 따라서, 제1엘리먼트(111s) 및 제2엘리먼트(111t)의 종횡비는 서로 상이하다.

여기서 종횡비(aspect ratio)는 엘리먼트의 두께 및 폭의 비율을 의미한다. 각각의 엘리먼트는 다양한 두께 및 폭을 가지도록 형성되어, 이에 다른 다양한 종횡비를 가질 수 있다. 다양한 종횡비를 갖는 엘리먼트의 진동으로 인해, 각 엘리먼트를 포함하는 압전층은 보다 넓은 대역폭(band width)의 주파수 특성을 얻을 수 있다.

여기서 커프(118)란, 압전층(111)이 복수의 압전체(111s, 111t, 나머지 도면 번호 미도시)로 분할되는 다이싱(dicing) 공정시에 형성되는 공간을 의미한다. 또한, 커프(118)는 압전층(111)뿐만 아니라 정합층(113) 및 반사층(114)내에도 상이한 간격으로 형성될 수 있다.

정합층(113)은 제1정합층(113a), 제2정합층(113b), 및 정합층(113)내에 상이한 간격으로 형성되는 적어도 하나의 커프(118)을 포함할 수 있다.

반사층(114)은 반사층(114)내에 상이한 간격으로 형성되는 적어도 하나의 커프(118)을 포함할 수 있다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 흡음층(112), 반사층(114), 압전층(111)이 차례로 형성되고, 압전층(111) 상부에 정합층(113)이 형성 된 후, 다이싱 공정에 의해 압전층(111), 정합층(113), 및 반사층(114)이 함께 분할되면서 형성되는 복수의 커프(118)을 도시하였으나, 이는 트랜스듀서(110)의 생성되는 순서에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 압전층(111)이 형성된 후 다이싱 공정에 의해 분할된 후, 정합층(113)이 형성되도록 할 수 있고, 다시 정합층(113)내에서 다이싱 공정에 의해 커프(118)가 형성될 수도 있다.

또한, 커프(118)는 도 8 및 도 9와 같이 단일의 압전층(111)내에서 형성되는 깊이 역시 조절될 수 있다.

구체적으로, 도 8 및 도 9을 살펴보면, 단일의 압전층(111)내에서 복수의 커프(118)중 일부는 압전층(111)과 흡음층(112)의 맞닿는 면까지 형성되도록 하고, 나머지는 압전층(111)내의 설정된 깊이까지 형성되도록 조절할 수 있다.

도 10은 동일한 폭을 가지는 단일의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 측단면도이다.

도 10을 참조하면, 트랜스듀서 모듈(110)은 압전층(111), 압전층(111)의 하부에 마련되는 흡음층(112), 압전층(111)의 상부에 마련되는 정합층(113), 및 정합층(113)의 상부를 덮는 렌즈층(115)을 포함한다. 이하, 도 6과 차이가 있는 압전층(111)을 중심으로 설명하되, 앞서 설명된 부분은 생략한다.

압전층(111)은 복수의 압전체(111a, 나머지 미도시) 및 복수의 압전체(111a, 나머지 도면 번호 미도시)사이에 동일한 간격으로 형성되는 적어도 하나의 커프(118)를 포함할 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위해 복수의 압전체(111a, 나머지 도면 번호 미도시)중 제3압전체(111a)를 중심으로 살펴본다. 여기서 제3압전체(111a)는 각각 단일의 엘리멘트로 이루어졌기에 동시에 제3엘리먼트(111a)라고 명명할 수 있다.

제3엘리먼트(111a)는 나머지의 엘리먼트(도면 번호 미도시)와 동일한 두께 및 동일한 폭을 가지고 있다. 따라서, 제3엘리먼트(111a)을 포함하여 각각의 엘리먼트들의 종횡비는 서로 동일하다.

도 11은 다층 구조로 형성된 복수의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 측단면도이다.

도 11을 참조하면, 트랜스듀서 모듈(110)은 압전층(111), 압전층(111)의 하부에 마련되는 흡음층(112), 압전층(111)의 상부에 마련되는 정합층(113), 및 정합층(113)의 상부를 덮는 렌즈층(115)을 포함한다. 또한, 트랜스듀서 모듈(110)은 복수의 압전체(111a, 나머지 도면 번호 미도시)와 흡음층(112) 사이에 위치하고, 복수의 압전체(111a, 나머지 도면 번호 미도시)에서 발생한 초음파를 반사시키는 반사층(enhanced layer)을 더 포함할 수 있다. 이하, 도 10과 차이가 있는 압전층(111)을 중심으로 설명하되, 앞서 설명된 부분은 생략한다.

압전층(111)은 복수의 압전체(111a, 나머지 도면 번호 미도시) 및 복수의 압전체(111a, 나머지 도면 번호 미도시)사이에 형성되는 적어도 하나의 커프(118)를 포함할 수 있다. 또한, 압전층(111)은 제1압전층(111b), 제2압전층(111c), 및 제3압전층(111d)를 포함할 수 있다.

복수의 압전체(111a, 나머지 도면 번호 미도시)는 복수의 엘리먼트(111a-1 내지 111a-3, 나머지 도면 번호 미도시)를 포함할 수 있다. 복수의 엘리먼트(111a-1 내지 111a-3, 나머지 도면 번호 미도시)는 다층으로 적층될 때의 두께를 동일하거나 상이하게 하고, 복수의 압전체(111a, 나머지 도면 번호 미도시) 사이에 형성되는 커프(118)의 간격을 동일하거나 상이하게 하는 방식으로 복수의 엘리먼트(111a-1 내지 111a-3, 나머지 도면 번호 미도시)의 두께 및 폭을 조절할 수 있다.

따라서, 복수의 엘리먼트(111a-1 내지 111a-3, 나머지 도면 번호 미도시) 중 적어도 두 개는, 두께 및 폭 중 적어도 하나가 서로 상이할 수 있다. 또한, 복수의 엘리먼트(111a-1 내지 111a-3, 나머지 도면 번호 미도시)는, 두께 및 폭의 비율에 따라 동일하거나 상이한 종횡비를 가질 수 있다.

도 11을 참조하되, 설명의 편의를 위해 복수의 압전체 중 하나인 제4압전체(111a)를 중심으로 살펴보면, 제4압전체(111a)는 제4엘리먼트(111a-1), 제5엘리먼트(111a-2), 및 제6엘리먼트(111a-3)를 포함할 수 있다. 제4엘리먼트(111a-1), 제5엘리먼트(111a-2), 및 제6엘리먼트(111a-3)는 각각 동일한 두께(h1 내지 h3) 및 동일한 폭(w1)을 가지고 있다. 따라서, 제4엘리먼트(111a-1), 제5엘리먼트(111a-2), 및 제6엘리먼트(111a-3)의 두께 및 폭의 비율을 의미하는 종횡비 역시 동일하다.

뿐만 아니라, 복수의 엘리먼트(111a-1 내지 111a-3, 나머지 도면 번호 미도시)는 복수의 압전체(111a, 나머지 도면 번호 미도시)사이에 동일한 간격으로 형성된 커프(118)에 의해 동일한 폭을 가지고 있다. 또한, 복수의 엘리먼트(111a-1 내지 111a-3, 나머지 도면 번호 미도시)는 적층된 두께(h1 내지 h3) 역시 모두 동일하다. 따라서, 복수의 엘리먼트(111a-1 내지 111a-3, 나머지 도면 번호 미도시)는 모두 같은 종횡비를 가지고 있다.

정합층(113)은 제1정합층(113a), 제2정합층(113b), 및 정합층(113)내에 동일한 간격으로 형성되는 적어도 하나의 커프(118)을 포함할 수 있다.

반사층(114)은 반사층(114)내에 동일한 간격으로 형성되는 적어도 하나의 커프(118)를 포함할 수 있다. 즉, 커프(118)는 압전층(111)과 마찬가지로 정합층(113) 및 반사층(114)내에 동일한 간격이나 상이한 간격으로 형성될 수 있다.

도 12은 상이한 두께를 갖도록 형성된 복수의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 또 다른 측단면도이다.

도 12을 참조하여, 앞서 설명된 도면들과 차이가 있는 압전층(111)을 중심으로 설명하되, 앞서 설명된 부분은 생략한다. 또한, 설명의 편의를 위해 복수의 압전체 중 하나인 제5압전체(111z)를 중심으로 살펴보면, 제5압전체(111z)는 제7엘리먼트(111z-1), 제8엘리먼트(111z-2), 및 제9엘리먼트(111z-3)를 포함할 수 있다. 제7엘리먼트(111z-1), 제8엘리먼트(111z-2), 및 제9엘리먼트(111z-3)는 각각 상이한 두께(h4 내지 h6) 및 동일한 폭(w2)을 가지고 있다. 따라서, 제7엘리먼트(111z-1), 제8엘리먼트(111z-2), 및 제9엘리먼트(111z-3)는 서로 상이한 두께(h4 내지 h6)로 인해 각각의 종횡비 역시 상이하다.

일부의 엘리먼트(111z-1 내지 111z-3)가 아닌 전체의 엘리먼트(111z-1 내지 111z-3, 나머지 도면 번호 미도시)를 기준으로 살펴보면, 복수의 엘리먼트(111z-1 내지 111z-3, 나머지 도면 번호 미도시)는 복수의 압전체(111z, 나머지 도면 번호 미도시)사이에 동일한 간격(w2)으로 형성된 커프(118)에 의해 동일한 폭(w2)을 가지고 있다. 다만, 복수의 엘리먼트(111z-1 내지 111z-3, 나머지 도면 번호 미도시)의 적층된 두께(h4 내지 h6)는 서로 상이하다.

따라서, 제1압전층(111b)의 8개의 엘리먼트(111z-1, 나머지 도면 번호 미도시), 제2압전층(111c)의 8개의 엘리먼트(111z-2, 나머지 도면 번호 미도시) 및 제3압전층(111d)의 8개의 엘리먼트(111z-3, 나머지 도면 번호 미도시)는 각각의 적층된 두께가 상이하므로 서로 상이한 종횡비를 갖는다. 다만, 제1압전층(111b)내의 동일한 두께(h6)을 갖는 8개의 엘리먼트(111z-1, 나머지 도면 번호 미도시)는 서로 동일한 종횡비를 가지고, 제2압전층(111c)내의 동일한 두께(h5)을 갖는 8개의 엘리먼트(111z-2, 나머지 도면 번호 미도시)는 서로 동일한 종횡비를 가질 수 있다. 마지막으로, 제3압전층(111d)내의 동일한 두께(h4)를 갖는 8개의 엘리먼트(111z-3, 나머지 도면 번호 미도시)는 서로 동일한 종횡비를 가질 수 있다.

도 13은 상이한 두께를 갖도록 형성된 복수의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 또 다른 측단면도이다.

도 13을 참조하여, 앞서 설명된 도면들과 차이가 있는 압전층(111)을 중심으로 설명하되, 앞서 설명된 부분은 생략한다. 또한, 설명의 편의를 위해 복수의 압전체 중 제6 압전체(111e) 및 제7 압전체(111f)를 중심으로 살펴보면, 제6압전체(111e)는 제10엘리먼트(111e-1) 및 제11엘리먼트(111e-2)를 포함할 수 있다. 또한, 제7압전체(111f)는 하나의 엘리먼트로 구성되어 있으므로, 제7압전체(111f)는 제12엘리먼트(111f)로 명명할 수도 있다.

서로 적층되어 있는 제10엘리먼트(111e-1) 및 제11엘리먼트(111e-2)는 각각 상이한 두께(h4, h5) 및 동일한 폭(w2)을 가지고 있다. 따라서, 제10엘리먼트(111e-1) 및 제11엘리먼트(111e-2)는 서로 상이한 두께(h4, h5)로 인해 각각의 종횡비 역시 상이하다.

제12엘리먼트(111f)는 제10엘리먼트(111e-1)의 두께(h4) 및 제11엘리먼트(111e-2)의 두께(h5)와 상이한 두께(h6)을 가지고 있고, 제10엘리먼트(111e-1) 및 제11엘리먼트(111e-2)의 폭(w2)와 상이한 폭(w6)를 가지고 있다. 따라서, 제12엘리먼트(111f)는 제10엘리먼트(111e-1)의 종횡비 및 제11엘리먼트(111e-2)의 종횡비와 상이한 종횡비를 갖는다.

커프(118)는 복수의 압전체(111e, 111f, 나머지 도면 번호 미도시) 사이에 형성 될 수 있고, 이때 형성되는 깊이의 조절이 가능할 수 있다. 도 13를 참조하면, 7개의 커프(118) 중 4개의 커프(118)는 제2압전층(111c)의 깊이까지 형성되도록 하고, 나머지는 3개의 커프(118)는 반사층(114)까지 형성되도록 할 수 있다. 이는 다이싱 공정시에 절삭하는 깊이를 조절하는 방식으로 형성되는 커프(118)의 깊이를 조절할 수 있다. 이로 인해, 서로 동일하거나 상이한 종횡비를 갖는 복수의 엘리먼트(111e-1, 111e-2, 111f, 나머지 도면 번호 미도시)가 형성될 수 있다.

도 14은 상이한 두께를 갖도록 형성된 복수의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 또 다른 측단면도이다.

도 14을 참조하여, 앞서 설명된 도면들과 차이가 있는 압전층(111)을 중심으로 설명하되, 앞서 설명된 부분은 생략한다. 또한, 설명의 편의를 위해 복수의 압전체 중 제8 압전체(111g), 제9 압전체(111h) 및 제10 압전체(111i)를 중심으로 살펴보면, 제8압전체(111g)는 하나의 엘리먼트로 구성되어 있으므로, 제8압전체(111g)는 제13엘리먼트(111g)로 명명할 수 있다. 이와 마찬가지로, 제9 압전체(111h) 및 제10 압전체(111i)은 각각 제14엘리먼트(111h) 및 제15엘리먼트(111i)로 명명할 수 있다.

제13엘리먼트(111g) 및 제14엘리먼트(111h)는 각각 상이한 두께(h5, h6) 및 동일한 폭(w6)을 가지고 있다. 따라서, 제13엘리먼트(111g) 및 제14엘리먼트(h)는 서로 상이한 두께(h5, h6)로 인해 각각의 종횡비 역시 상이하다.

제15엘리먼트(111i)는 제13엘리먼트(111g)의 두께(h6) 및 제14엘리먼트(111h)의 두께(h5)와 상이한 두께(h4)을 가지고 있고, 제13엘리먼트(111g) 및 제14엘리먼트(111h)의 폭(w6)과 상이한 폭(w2)를 가지고 있다. 따라서, 제15엘리먼트(111i)는 제13엘리먼트(111g)의 종횡비 및 제14엘리먼트(111h)의 종횡비와 상이한 종횡비를 갖는다.

커프(118)는 복수의 압전체(111g, 111h, 111i, 나머지 도면 번호 미도시) 사이에 형성 될 수 있고, 이때 형성되는 깊이의 조절이 가능할 수 있다.

도 14를 참조하면, 7개의 커프(118) 중 4개의 커프(118)는 제1압전층(111d)의 깊이까지 형성되도록 하고, 나머지는 3개의 커프(118)는 반사층(114)까지 형성되도록 할 수 있다. 이로 인해, 서로 동일하거나 상이한 종횡비를 갖는 복수의 엘리먼트(111g, 111h, 111i, 나머지 도면 번호 미도시)가 형성될 수 있다.

도 15는 다층 구조로 형성되고 상이한 폭을 갖는 복수의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 측단면도이다.

도 15을 참조하여, 앞서 설명된 도면들과 차이가 있는 압전층(111)을 중심으로 설명하되, 앞서 설명된 부분은 생략한다.

복수의 커프(118)는 복수의 압전체(111j, 111k, 나머지 도면 번호 미도시)사이에 형성될 수 있고, 동일하거나 상이한 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 커프(118)는 형성되는 깊이을 조절하여, 형성될 수도 있다.

구체적으로, 7개의 커프(118)는 모두 반사층(114)의 깊이까지 형성될 수 있다. 또한, 7개의 커프(118)는 일정한 간격뿐만 아니라 상이한 간격을 포함하여 형성될 수 있다.

위에 기술한 것처럼 복수의 커프(118)를 형성하는 과정으로 인해 복수의 압전체(111j, 111k, 나머지 도면 번호 미도시)가 형성될 수 있다. 또한, 복수의 압전체(111j, 111k, 나머지 도면 번호 미도시)는 하나 또는 복수의 엘리먼트를 포함할 수 있다.

따라서, 압전층(111)은 동일하거나 상이한 폭을 가지는 복수의 압전체(111j, 111k, 나머지 도면 번호 미도시)를 포함할 수 있다.

설명의 편의를 위해 복수의 압전체(111j, 111k, 나머지 도면 번호 미도시) 중 서로 상이한 폭을 갖는 제11 압전체(111j) 및 제12 압전체(111k)를 중심으로 살펴본다.

제11압전체(111j)는 제16엘리먼트(111j-1), 제17엘리먼트(111j-2), 및 제18엘리먼트(111j-3)를 포함할 수 있다.

제16엘리먼트(111j-1), 제17엘리먼트(111j-2), 및 제18엘리먼트(111j-3)는 각각 상이한 두께(h4 내지 h6)를 가지고, 동일한 폭(w4)을 가질 수 있다. 따라서, 제16엘리먼트(111j-1), 제17엘리먼트(111j-2), 및 제18엘리먼트(111j-3)는 상이한 두께(h4 내지 h6)로 인해 상이한 종횡비를 가질 수 있다.

제12 압전체(111k)는 제19엘리먼트(111k-1), 제20엘리먼트(111k-2), 및 제21엘리먼트(111k-3)를 포함할 수 있다.

제19엘리먼트(111k-1), 제20엘리먼트(111k-2), 및 제21엘리먼트(111k-3)는 각각 상이한 두께(h4 내지 h6)를 가지고, 동일한 폭(w3)을 가질 수 있다. 따라서, 제19엘리먼트(111k-1), 제20엘리먼트(111k-2), 및 제21엘리먼트(111k-3)는 상이한 두께(h4 내지 h6)로 인해 상이한 종횡비를 가질 수 있다.

또한, 서로 상이한 간격으로 형성된 복수의 커프(118)에 의해 제11 압전체(111j) 및 제12 압전체(111k)는 서로 상이한 폭(w3, w4)를 가질 수 있다. 따라서, 이를 구성하는 각 엘리먼트(111j-1 내지 111j-3, 111k-1 내지 111k-3)들은 모두 종횡비가 상이할 수 있다.

도 16는 다층 구조로 형성되고 상이한 폭을 갖는 복수의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 또 다른 측단면도이다.

도 16을 참조하되, 앞서 설명된 도면들과 차이가 있는 압전층(111)을 중심으로 설명하되, 앞서 설명된 부분은 생략한다.

복수의 커프(118)는 복수의 압전체(111m, 111l, 111n, 나머지 도면 번호 미도시) 사이에 형성될 수 있고, 동일하거나 상이한 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 커프(118)는 형성되는 깊이을 조절하여, 형성될 수도 있다.

구체적으로, 7개의 커프(118) 중 4개의 커프(118)는 제2압전층(111c)의 깊이까지 형성되도록 하고, 나머지는 3개의 커프(118)는 반사층(114)까지 형성되도록 할 수 있다. 또한, 7개의 커프(118)는 일정한 간격뿐만 아니라 상이한 간격을 포함하여 형성될 수 있다.

위에 기술한 것처럼 복수의 커프(118)를 형성하는 과정으로 인해 복수의 압전체(111l, 111m, 111n, 나머지 도면 번호 미도시)가 형성될 수 있다. 또한, 복수의 압전체(111l, 111m, 111n, 나머지 도면 번호 미도시)는 하나 또는 복수의 엘리먼트를 포함할 수 있다.

설명의 편의를 위해 복수의 압전체(111l, 111m, 111n, 나머지 도면 번호 미도시) 중 각각 상이한 폭(w3, w4, w5)을 가지는 제13압전체(111l), 제14압전체(111m) 및 제15압전체(111n)를 중심으로 설명한다.

제13압전체(111l)는 제22엘리먼트(111l-1) 및 제23엘리먼트(111l-2)를 포함할 수 있다.

제22엘리먼트(111l-1) 및 제23엘리먼트(111l-2)는 서로 상이한 두께(h10, h11)와 동일한 폭(w3)을 갖는다. 따라서, 제22엘리먼트(111l-1) 및 제23엘리먼트(111l-2)는 서로 상이한 두께(h10, h11)로 인해 서로 상이한 종횡비를 갖는다.

제14압전체(111m)는 제24엘리먼트(111m-1) 및 제25엘리먼트(111m-2)를 포함할 수 있다.

제24엘리먼트(111m-1) 및 제25엘리먼트(111m-2)는 서로 상이한 두께(h10, h11)와 동일한 폭(w4)을 갖는다. 따라서, 제24엘리먼트(111m-1) 및 제25엘리먼트(111m-2)는 서로 상이한 두께(h10, h11)로 인해 서로 상이한 종횡비를 갖는다.

제15압전체(111n)는 하나의 엘리먼트로 구성되어 있고, 따라서, 제15압전체(111n)는 제26엘리먼트(111n)로 명명할 수 있다. 제26엘리먼트(111n)는 제13압전체(111l) 및 제14압전체(111m)를 구성하는 복수의 엘리먼트들(111l-1 내지 111l-2, 111m-1 내지 111m-2)과 상이한 두께(h12) 및 상이한 폭(w5)을 갖는다. 따라서, 제26엘리먼트(111n)는 제13압전체(111l) 및 제14압전체(111m)를 구성하는 복수의 엘리먼트들(111l-1 내지 111l-2, 111m-1 내지 111m-2)과 상이한 종횡비를 갖는다.

도 17은 다층 구조로 형성되고 상이한 폭을 갖는 복수의 엘리먼트 및 커프를 포함하는 트랜스듀서 모듈의 또 다른 측단면도이다.

도 17을 참조하되, 앞서 설명된 도면들과 차이가 있는 압전층(111)을 중심으로 설명하되, 앞서 설명된 부분은 생략한다.

복수의 커프(118)는 복수의 압전체(111o, 111p, 111q, 111r, 나머지 도면 번호 미도시) 사이에 형성될 수 있고, 동일하거나 상이한 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 커프(118)는 형성되는 깊이을 조절하여, 형성될 수도 있다.

구제척으로, 7개의 커프(118) 중 4개의 커프(118)는 제1압전층(111d)의 깊이까지 형성되도록 하고, 나머지는 3개의 커프(118)는 반사층(114)까지 형성되도록 할 수 있다. 또한, 7개의 커프(118)는 일정한 간격뿐만 아니라 상이한 간격을 포함하여 형성될 수 있다.

위에 기술한 것처럼 복수의 커프(118)를 형성하는 과정으로 인해 복수의 압전체(111o, 111p, 111q, 111r, 나머지 도면 번호 미도시)가 형성될 수 있다. 또한, 복수의 압전체(111o, 111p, 111q, 111r, 나머지 도면 번호 미도시)는 하나 또는 복수의 엘리먼트를 포함할 수 있다.

설명의 편의를 위해 복수의 압전체(111o, 111p, 111q, 111r, 나머지 도면 번호 미도시) 중 각각 상이한 폭(w3, w4, w5)을 가지는 제16압전체(111o), 제17압전체(111p), 제18압전체(111q) 및 제19압전체(111r)를 중심으로 설명한다.

제16압전체(111o)는 하나의 엘리먼트로 구성되어 있고, 따라서, 제16압전체(111o)는 제27엘리먼트(111o)로 명명할 수 있다.

제17압전체(111p)는 하나의 엘리먼트로 구성되어 있고, 따라서, 제17압전체(111p)는 제28엘리먼트(111p)로 명명할 수 있다.

제18압전체(111q)는 하나의 엘리먼트로 구성되어 있고, 따라서, 제18압전체(111q)는 제29엘리먼트(111q)로 명명할 수 있다.

제19압전체(111r)는 하나의 엘리먼트로 구성되어 있고, 따라서, 제19압전체(111r)는 제30엘리먼트(111r)로 명명할 수 있다.

제27엘리먼트(111o) 및 제30엘리먼트(111r)은 상이한 두께(h11, h12) 및 동일한 폭(w5)를 갖는다. 따라서, 제27엘리먼트(111o) 및 제30엘리먼트(111r)는 서로 상이한 두께(h11, h12)로 인해 서로 상이한 종횡비를 갖는다.

제28엘리먼트(111p) 및 제29엘리먼트(111q)는 동일한 두께(h10) 및 서로 상이한 폭(w3, w4)를 갖는다. 따라서, 제28엘리먼트(111p) 및 제29엘리먼트(111q)는 서로 상이한 폭(w3, w4)으로 인해 서로 상이한 종횡비를 갖는다.

도 18은 트랜스듀서 모듈의 제조방법의 순서도이다.

우선, 흡음층(112)을 마련한다(S1100).

다음으로, 흡음층(112)의 상부을 덮는 압전층(111)을 마련한다(S1200).

압전층(111)은 전기적 신호가 인가되면 이를 기계적인 진동으로 변환하여 초음파를 발생시키는 압전 물질로 이루어진다.

압전 물질은 지르콘산티탄산연(PZT)의 세라믹, 마그네슘니오브산연 및 티탄산연의 고용체로 만들어지는 PZMT 단결정 또는 아연니오브산연 및 티탄산연의 고용체로 만들어지는 PZNT 단결정 등을 포함할 수 있다.

압전층(111)은 단층 구조 또는 다층의 적층 구조로 배열될 수도 있다. 다음으로, 단층 또는 다층 구조로 이루어진 압전층(111)은 복수의 압전체(111a, 111e 내지 111r, 111z, 나머지 도면 번호 미도시) 및 적어도 하나의 커프(118)를 포함하도록 형성될 수 있다. 또한, 커프(118)는 복수의 압전체(111a, 111e 내지 111r, 111z, 나머지 도면 번호 미도시)사이에 동일하거나 상이한 간격으로 형성될 수 있다. 또한, 커프(118)는 복수의 압전체(111a, 111e 내지 111r, 111z, 나머지 도면 번호 미도시)사이에 형성되는 깊이를 조절하여 형성될 수 있다.

이로 인해, 단층 또는 다층으로 적층하여 형성된 복수의 압전체(111a, 111e 내지 111r, 111z, 나머지 도면 번호 미도시)사이에 복수의 커프(118)가 형성됨으로써, 동일하거나 상이한 두께 및 동일하거나 상이한 폭을 가지는 단일 또는 복수의 엘리먼트들이 형성될 수 있다. 또한, 복수의 엘리먼트 중 적어도 두 개는 두께 및 폭 중 적어도 하나가 서로 상이하도록 형성되도록 할 수 있다. 따라서, 복수의 엘리먼트들은 두께 및 폭의 비율에 따라 동일하거나 상이한 종횡비를 갖도록 형성될 수 있다.

또한, 흡음층(112)과 압전층(111) 사이에 트랜스 듀서(110)의 종류에 따라 초음파를 반사시키는 반사층(enhanced layer, 114)을 추가로 마련할 수 있다. 또한, 반사층(114)은 복수의 커프(118)를 동일하거나 상이한 간격으로 포함하도록 형성될 수 있다.

다음으로, 압전층(111)의 상부을 덮는 정합층(113)을 마련한다(S1300). 이러한 정합층(113)은 제1정합층(113a) 및 제2정합층(113b)의 층으로 마련될 수도 있다. 그 후, 앞서 기술한대로 압전층(111)을 복수의 압전체로 분할하는 다이싱 공정이 이루어 질 수 있다(s1400). 이때, 생성되는 커프(118)에 의해 복수의 압전체는 동일하거나 상이한 폭을 갖는 단일 또는 복수의 엘리먼트로 분할될 수 있다. 또한, 다이싱 공정시 절삭되는 깊이의 조절이 가능하므로, 형성되는 커프(118)의 깊이 또한 조절 할 수 있다. 이러한 과정을 통해 서로 상이한 폭을 가지는 단일 또는 복수의 엘리먼트를 형성함으로써, 단일 또는 복수의 엘리먼트가 다양한 종횡비를 갖도록 할 수 있다. 이로 인해, 다양한 종횡비를 갖는 엘리먼트들의 진동 특성으로 넓은 대역폭의 주파수 특성을 갖는 초음파 프로브를 만들 수 있다.

비록 위에서는 압전층(111)에 대해서 기술하였으나, 이에 제한되지 않고, 정합층(113) 및 반사층(114) 역시 각 층내에 복수의 커프(118)를 동일하거나 상이한 간격으로 형성하도록 함으로써 분할될 수 있다.

마지막으로, 정합층(113)의 상부을 덮는 렌즈층(115)을 마련한다(S1500).

렌즈층(115)은 초음파를 집속하고, 압전층(111)을 보호하는 역할을 수행하기 위해 내마모성(耐摩耗性, wear resistance)이 강하면서도 초음파 전파 속도가 큰 물질로 형성될 수 있다. 렌즈층(115)은 초음파를 집속시키기 위해 초음파의 방사 방향으로 볼록한 형태를 가질 수 있고, 음속이 대상체(ob)보다 느린 경우에는 오목한 형태로 구현될 수 도 있다.

비록, 본 명세서에서는 트랜스듀서 모듈를 고도 방향에서 바라본 측단면을 중심으로 표현하였으나, 1차원 어레이 형태가 아닌 2차원 어레이 형태일 경우 본 명세서의 도면과 다른 측면에서 바라본 구조도 역시 동일할 수 있다. 따라서, 압전층(111), 정합층(113) 및 반사층(114)은 다이싱(dicing) 공정에 의해 매트릭스 형태의 2차원 어레이 형태로 가공될 수 있고, 1차원 어레이 형태로 가공될 수도 있다.

또한, 복수의 엘리먼트를 형성하는 과정 역시 여러 가지 방법이 있을 수 있다. 예를 들어, 압전층(111), 정합층(113) 및 반사층(114)을 다층으로 적층하고 난 후 다이싱 공정을 통해 압전층(111)을 분할하여 복수의 엘리먼트를 형성하도록 할 수 있다. 뿐만 아니라, 처음부터 복수의 커프를 형성한 후 다이싱된 압전체 또는 엘리먼트을 스태킹(stacking)하는 방식으로 형성할 수 있다. 또한, 도 6 내지 도 17 에서의 압전층의 구조 및 복수의 커프는 일례이며, 더 많은 다층 구조로 되어 있을 수도 있고, 더 많은 커프가 형성될 수 있다. 따라서, 단일 또는 복수의 엘리먼트 역시 더 다양한 두께 및 폭을 갖도록 형성될 수 있다.

이상 다양한 종횡비를 갖는 단일 또는 복수의 엘리먼트의 최적화된 진동 특성으로 넓은 대역폭의 주파수 특성을 갖도록 하는 초음파 프로브 및 초음파 프로브의 제조 방법에 대해 설명하였다.

전술한 설명은 예시를 위한 것이며, 개시된 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 개시된 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

개시된 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 개시된 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 초음파 프로브
110: 트랜스 듀서 모듈
111: 압전층
112: 흡음층
113: 정합층
115: 렌즈층
200: 본체

Claims

초음파를 발생시키는 복수의 압전체;
상기 복수의 압전체 사이에 형성되는 적어도 하나의 커프;를 포함하되,
상기 복수의 압전체는 단일 또는 복수의 엘리먼트를 포함하고, 상기 복수의 압전체 중 적어도 두 개는, 폭이 서로 상이한 초음파 프로브.
제1항에 있어서,
상기 복수의 압전체는 단층 또는 다층으로 적층된 초음파 프로브.
제1항에 있어서,
상기 단일 또는 복수의 엘리먼트는, 두께 및 폭의 비율에 따라 동일하거나 상이한 종횡비를 갖는 초음파 프로브.
제1항에 있어서,
상기 커프는,
상기 복수의 압전체 사이에 상기 압전체가 상이한 폭을 갖도록 상이한 간격으로 형성되고, 형성되는 깊이의 조절이 가능한 초음파 프로브.
제1항에 있어서,
상기 복수의 압전체와 대상체 사이의 음향 임피던스 차이를 감소시키는 정합층을 더 포함하는 초음파 프로브.
제5항에 있어서,
상기 정합층은,
상기 정합층내에 형성되는 적어도 하나의 커프를 포함하는 초음파 프로브.
제1항에 있어서,
상기 복수의 압전체에서 발생하여 후방으로 진행하는 초음파를 흡수하는 흡음층을 더 포함하는 초음파 프로브.
제7항에 있어서,
상기 복수의 압전체와 상기 흡음층 사이에 위치하고, 상기 초음파를 반사시키는 반사층(enhanced layer)을 더 포함하는 초음파 프로브.
제8항에 있어서,
상기 반사층은,
상기 반사층내에 형성되는 적어도 하나의 커프를 포함하는 초음파 프로브.
제5항에 있어서,
상기 정합층 상단에 위치하고, 상기 복수의 압전체의 전방으로 진행하는 상기 초음파를 특정지점으로 집속시키는 렌즈층을 더 포함하는 초음파 프로브.
초음파를 발생시키는 복수의 압전체를 형성하는 단계; 및
상기 복수의 압전체 사이에 적어도 하나의 커프를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 압전체를 형성하는 단계는,
단일 또는 복수의 엘리먼트를 형성하는 단계를 포함하되,
상기 복수의 압전체 중 적어도 두 개는, 폭이 서로 상이하게 형성되도록 하는 초음파 프로브의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 복수의 압전체를 형성하는 단계는,
단층 또는 다층으로 적층하여 형성하는 단계를 포함하는 초음파 프로브의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 단일 또는 복수의 엘리먼트를 형성하는 단계는,
두께 및 폭의 비율에 따라 동일하거나 상이한 종횡비를 갖도록 형성하는 단계를 포함하는 초음파 프로브의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 커프를 형성하는 단계는,
상기 복수의 압전체 사이에 상기 압전체가 상이한 폭을 갖도록 상이한 간격으로 상기 커프를 형성하되, 형성되는 깊이의 조절이 가능하도록 형성하는 단계를 포함하는 초음파 프로브의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 복수의 압전체와 대상체 사이의 음향 임피던스 차이를 감소시키는 정합층을 형성하는 단계를 더 포함하는 초음파 프로브의 제조 방법.
제15항에 있어서,
상기 정합층을 형성하는 단계는,
상기 정합층내에 적어도 하나의 상기 커프를 형성하는 단계를 포함하는 초음파 프로브의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 복수의 압전체에서 발생하여 후방으로 진행하는 초음파를 흡수하는 흡음층을 형성하는 단계를 더 포함하는 초음파 프로브의 제조 방법.
제17항에 있어서,
상기 복수의 압전체와 상기 흡음층 사이에 위치하고, 상기 초음파를 반사시키는 반사층(enhanced layer)을 형성하는 단계를 더 포함하는 초음파 프로브의 제조 방법.
제18항에 있어서,
상기 반사층을 형성하는 단계는,
상기 반사층내에 적어도 하나의 상기 커프를 형성하는 단계를 포함하는 초음파 프로브의 제조 방법.
제15항에 있어서,
상기 정합층 상단에 위치하고, 상기 복수의 압전체의 전방으로 진행하는 상기 초음파를 특정지점으로 집속시키는 렌즈층을 형성하는 단계를 더 포함하는 초음파 프로브의 제조 방법.