WO2015076442A1 - 3차원 초음파 스캐너, 및 3차원 초음파 스캐너의 초음파 트랜스듀서 스윙 방법 - Google Patents

3차원 초음파 스캐너, 및 3차원 초음파 스캐너의 초음파 트랜스듀서 스윙 방법 Download PDF

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WO2015076442A1
WO2015076442A1 PCT/KR2013/010733 KR2013010733W WO2015076442A1 WO 2015076442 A1 WO2015076442 A1 WO 2015076442A1 KR 2013010733 W KR2013010733 W KR 2013010733W WO 2015076442 A1 WO2015076442 A1 WO 2015076442A1
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ultrasonic transducer
screw
swing
moving member
linear moving
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PCT/KR2013/010733
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우정동
이형근
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알피니언메디칼시스템 주식회사
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4444—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to the probe
    • A61B8/4461—Features of the scanning mechanism, e.g. for moving the transducer within the housing of the probe
    • A61B8/4466—Features of the scanning mechanism, e.g. for moving the transducer within the housing of the probe involving deflection of the probe
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8934—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a dynamic transducer configuration
    • G01S15/8938—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a dynamic transducer configuration using transducers mounted for mechanical movement in two dimensions
    • G01S15/894—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a dynamic transducer configuration using transducers mounted for mechanical movement in two dimensions by rotation about a single axis

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional ultrasound scanner that can be employed in the ultrasound imaging apparatus to obtain a three-dimensional image.
  • the ultrasound imaging apparatus transmits an ultrasound signal to an internal tissue of a subject, and then receives an ultrasound signal reflected from a tissue boundary having a different acoustic impedance, thereby implementing image information of the internal tissue of the subject. to be.
  • the ultrasound scanner of the ultrasound imaging apparatus includes an ultrasound transducer for converting an electrical signal into an ultrasonic signal or converting an ultrasonic signal into an electrical signal.
  • the ultrasonic transducer is a one-dimensional array type ultrasonic transducer in which ultrasonic elements are arranged on a single axis, and ultrasonic elements are arranged on a plurality of axes that cross each other according to the arrangement of ultrasonic elements. It can be classified as a two-dimensional array type ultrasonic transducer.
  • an ultrasound scanner capable of acquiring three-dimensional images for a more accurate medical judgment on the internal tissue of a subject under test is required.
  • a method of acquiring a 3D image there may be mentioned a method using a one-dimensional array ultrasonic transducer and a method using a two-dimensional array ultrasonic transducer.
  • the three-dimensional ultrasound scanner includes a driving device for swinging the one-dimensional array ultrasonic transducer in a set angle range in a direction perpendicular to the array axis of the ultrasonic elements. It may include.
  • the one-dimensional array type ultrasonic transducer may acquire a two-dimensional cross-sectional image. Therefore, the 3D ultrasound scanner may acquire a 3D image in a process of swinging the 1D array type ultrasound transducer in a direction perpendicular to the array axis of the ultrasound elements by the driving device.
  • the driving device of the three-dimensional ultrasound scanner is configured to swing the ultrasonic transducer by transmitting the rotational driving force of the motor to the ultrasonic transducer by the power transmission mechanism.
  • the power transmission mechanism has a structure using a pulley and a belt, or a structure using a plurality of gears.
  • the slip phenomenon for the pulley may occur in the process of the belt is rotated over the pulley. Therefore, it may be difficult to precisely control the swing angle of the ultrasonic transducer.
  • the angular resolution of the ultrasonic transducer is determined by the angular resolution of the motor itself. In order to increase the angular resolution of the ultrasonic transducer, an expensive motor having a high angular resolution may be used, in which case manufacturing costs may be incurred.
  • An object of the present invention is to provide a three-dimensional ultrasound scanner capable of precisely controlling the swing angle of the ultrasonic transducer, and the ultrasonic transducer swing method of the three-dimensional ultrasound scanner.
  • the three-dimensional ultrasound scanner according to the present invention for achieving the above object includes an ultrasonic transducer, a motor, a screw, a movable member, a linear moving member, and a connecting portion.
  • the ultrasonic transducer is supported in a swing motion by the swing axis.
  • the motor generates rotational force in the forward and reverse directions.
  • the screw is disposed long in the direction perpendicular to the swing axis, and rotates forward and reverse by the rotational force of the motor in the forward and reverse directions.
  • the movable member linearly reciprocates in the longitudinal direction of the screw by the forward and reverse rotation of the screw.
  • the linear moving member moves linearly with the movable member.
  • connection part includes a connection hole formed in the ultrasonic transducer to fit one end of the linear moving member to swing the ultrasonic transducer within a set angle range about a swing axis according to the linear reciprocating movement of the linear moving member, and the length of the connection hole. Adjust the set angle range of the ultrasonic transducer accordingly.
  • a screw disposed long in a direction perpendicular to the swing axis of the ultrasonic transducer is rotated in a forward or reverse direction by a motor.
  • the movable member linearly reciprocates near or away from the ultrasonic transducer in the longitudinal direction of the screw.
  • the linear movable member is linearly reciprocated.
  • the linear transducer is reciprocally moved to translate and rotate the connecting hole with respect to one end of the linear moving member. To swing within the set angle range.
  • the present invention since a problem such as a slip phenomenon of the belt does not occur as compared with the structure using the pulley and the belt, it is possible to precisely control the swing angle of the ultrasonic transducer.
  • the alignment of the screw and the movable member and the linear moving member can be easily made, and the structure can be simplified.
  • the angular resolution of the ultrasonic transducer can be increased by using a screw, thereby reducing manufacturing costs.
  • the handle portion can implement a three-dimensional ultrasound scanner that is easy for the user to grab.
  • the swing angle of the ultrasonic transducer can be more precisely controlled.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a three-dimensional ultrasound scanner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the inside of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a perspective view of the inside of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the ultrasonic transducer is positioned at one limit angle in FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a state in which the ultrasonic transducer is positioned at an intermediate angle in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a state in which the ultrasonic transducer is positioned at an opposite limit angle in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a sectional view showing an example in which the screw is made of a ball screw.
  • FIG. 8 is a front view showing another example of the movable member.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a three-dimensional ultrasound scanner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the inside of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of FIG. 2.
  • the 3D ultrasound scanner 100 includes a scanner case 110, an ultrasonic transducer 120, a linear moving member 130, a movable member 140, and a screw 150. ), And a motor 160.
  • the scanner case 110 forms the appearance of the scanner 100.
  • the scanner case 110 is configured to accommodate the ultrasonic transducer 120, the linear moving member 130, the movable member 140, the screw 150, and the motor 160 in an internal space. Can be.
  • the scanner case 110 may be configured to have a handle portion 111 that can be held by the user comfortably.
  • the 3D ultrasound scanner 100 may be inserted into a human body and used.
  • foreign substances such as body fluids may be deposited on the outer surface of the scanner case 110.
  • a protective cover may be placed on the scanner case 110 to use the 3D ultrasound scanner 100, and then the protective cover may be removed.
  • the outer surface of the scanner case 110 may be formed with a fixing groove 112 for fixing the protective cover.
  • the fixing groove 112 may be formed in a continuous form along the circumference of the scanner case 110.
  • the fixing groove 112 may be formed at a portion corresponding to the guide block 148 at the lower side of the handle 111, but is not limited thereto.
  • the protective cover may have a structure having an inner space and an inlet formed at one side thereof.
  • the protective cover may be fixed by inserting the inlet portion into the fixing groove 112 by a rubber band in a state in which the scanner case 110 covers the portion into which the scanner case 110 is inserted.
  • the protective cover may be made of an elastic material to which the inlet portion may be stretched and fitted into the fixing groove 112 to be fixed.
  • the protective cover may be made of a plastic bag or a condom.
  • the ultrasonic transducer 120 is accommodated in the scanner case 110.
  • the ultrasonic transducer 120 converts an electrical signal into an ultrasonic signal or converts an ultrasonic signal into an electrical signal.
  • the ultrasonic transducer 120 may be configured to acquire a two-dimensional cross section image.
  • the ultrasonic transducer 120 may be formed of a one-dimensional array type ultrasonic transducer in which ultrasonic elements are arranged on a single axis.
  • the ultrasonic elements may be formed of piezoelectric elements. Piezoelectric elements generate an ultrasonic signal by resonating when an electrical signal is applied, and generate an electrical signal by vibrating when an ultrasonic signal is received.
  • One of the ultrasonic elements may be supported by a backing material having sound absorption.
  • a matching layer and an acoustic lens may be sequentially stacked.
  • the matching layer makes it possible to reduce the acoustic impedance difference between the piezoelectric elements and the object under test.
  • the acoustic lens is for focusing the ultrasonic waves generated from the piezoelectric elements.
  • the ultrasonic transducer 120 may be formed of a convex array type in which piezoelectric elements are arranged along the convex surface of the backing material.
  • the ultrasonic transducer may be of a linear array type in which piezoelectric elements are arranged along the flat surface of the backing material.
  • the ultrasonic transducer 120 may be supported by the scanner case 110 so as to swing by a swing axis.
  • the ultrasound transducer 120 may be swingably supported by the pair of swing shafts 126 and the support bracket 127.
  • the ultrasonic transducer 120 may have connection blocks 121 protruding from both edges of the surface facing the linear moving member 130, respectively. Coupling grooves may be formed in the connection blocks 121 to fit the swing shafts 126, respectively.
  • the support bracket 127 is a body portion 127a fixed to the inner wall of the scanner case 110 and a support piece 127b extending from the body portion 127a to correspond to the coupling grooves of the ultrasonic transducer 120, respectively. ) May be included.
  • the swing shafts 126 may respectively penetrate the support pieces 127b and fit into the coupling grooves, thereby supporting the swing motion of the ultrasonic transducer 120.
  • the linear moving member 130 may be connected to the ultrasonic transducer 120 by a connecting portion.
  • the linear moving member 130 swings the ultrasonic transducer 120 within a predetermined angle range as the linear reciprocating movement in a direction perpendicular to the swing axis 126 in the scanner case 110.
  • the connection part may include a connection hole 122 formed in the ultrasonic transducer 120 to fit one end of the linear moving member 130.
  • the linear moving member 130 may have a bar shape and may be installed to penetrate the body portion 127a of the support bracket 127.
  • the linear moving member 130 may have a connecting shaft 131 at an end facing the ultrasonic transducer 120.
  • the connecting shaft 131 may be disposed in parallel with the swing shafts 126 to be fixed to an end of the linear moving member 130.
  • the connection holes 122 may be formed in the connection blocks 121, respectively. Each connection hole 122 may be formed in a long shape in a direction perpendicular to the swing shaft 126 to translate and rotate in the state in which the connecting shaft 131 is fitted. Accordingly, when the linear moving member 130 linearly reciprocates, the ultrasonic transducer 120 may smoothly swing as the connecting holes 122 translate and rotate about the connecting shaft 131.
  • the connection hole 122 may adjust the set angle range of the ultrasonic transducer 120 according to the length.
  • the connecting hole 122 seats the connecting shaft 131 at one edge when the ultrasonic transducer 120 is positioned at an intermediate angle, and at the other edge when the ultrasonic transducer 120 is positioned at both limit angles, respectively. It may be made in the form of seating the connecting shaft 131. Accordingly, the ultrasonic transducer 120 may be limited to the swing movement in the set angle range.
  • the connecting hole 122 seats the connecting shaft 131 at one edge when the ultrasonic transducer 120 is positioned at 0 degrees, the intermediate angle, and the ultrasonic transducer ( When the 120 is located at both of the limit angle of ⁇ 60 degrees, it may be made in the form of seating the connecting shaft 131 on the other edge.
  • the set angle range may be variously made in addition to the 120 degree range according to the diagnosis range, and the length of the connection hole 122 may be set accordingly.
  • the movable member 140 is supported to linearly reciprocate with the linear moving member 130 in the scanner case 110.
  • the movable member 140 may be supported to linearly reciprocate by the linear guide 146.
  • the linear guide 146 may include a plurality of guide bars 147 and a guide block 148.
  • the guide bars 147 may be mounted to the guide block 148 in a direction parallel to the moving direction of the movable member 140.
  • the guide block 148 may be fixed in the scanner case 110.
  • Guide holes 147 may be formed in the movable member 140 to guide guide holes guiding linear reciprocation of the movable member 140.
  • the guide bars 147 may be mounted to the movable member 140. In this case, guide holes may be formed in the guide block 148.
  • the screw 150 linearly reciprocates the movable member 140 according to the forward and reverse rotation by the forward and reverse rotational force of the motor 160 in the scanner case 110.
  • the screw 150 may be elongated in a direction perpendicular to the swing axes 126.
  • the movable member 140 may be formed of a nut member screwed to the screw 150.
  • the movable member 140 may be linearly reciprocated by the linear guide 146 in the longitudinal direction of the screw 150 as the screw 150 rotates forward and reverse.
  • the linear movable member 130 may swing the ultrasonic transducer 120 while linearly reciprocating by the movable member 140.
  • the rotational driving force of the motor 160 is transmitted to the ultrasonic transducer 120 through the screw 150, the movable member 140, and the linear moving member 130, compared with the structure using the pulley and the belt. Problems such as slipping of the belt do not occur. Therefore, according to this embodiment, it is possible to precisely control the swing angle of the ultrasonic transducer 120.
  • the screw 150 and the movable member 140 and the linear moving member 130 may be disposed and coupled in the same direction, the screw 150 and the movable member 140 and the linear moving member 130 may be easily aligned and may be easily manufactured.
  • the pitch of the screw 150 determines the linear movement distance of the movable member 140 per rotation of the screw 150.
  • the linear moving distance of the movable member 140 determines the swing angle of the ultrasonic transducer 120.
  • the pitch of the screw 150 determines the swing angle of the ultrasonic transducer 120 per revolution of the screw 150. If the pitch is reduced using the screw 150, it is possible to increase the angular resolution of the ultrasonic transducer 120. Therefore, even if the motor 160 is not used as an expensive motor having high angular resolution, the angular resolution of the ultrasonic transducer 120 may be increased by using the screw 150, thereby reducing manufacturing costs.
  • the motor 160 is mounted in the scanner case 110 to rotate the screw 150 forward and reverse.
  • the motor 160 may be configured to generate the rotational force in the forward and reverse directions to rotate the rotation shaft 161 forward and reverse.
  • the rotation shaft 161 of the motor 160 may be coaxially coupled to one end of the screw 150 by a coupler or the like. That is, the rotation shaft 161 and the screw 150 may be coupled to be disposed so that the central axes coincide with each other.
  • the screw 150 may rotate forward and reverse. Since the rotation shaft 161 is coupled to one end of the screw 150, the motor 160 may be disposed in a direction perpendicular to the swing shafts 126 of the ultrasonic transducer 120. Therefore, the handle 111 may be easily designed to implement a 3D ultrasound scanner 100 that is easy for a user to grasp.
  • the motor 160 may be formed of a stepper motor.
  • the step motor is a motor in which the rotation axis rotates by a predetermined angle in response to the number of input pulses.
  • the step motor has the characteristic of accurately controlling the rotation angle because the number of input pulses is proportional to the rotation angle of the rotation axis.
  • the motor 160 is a step motor, the swing angle of the ultrasonic transducer 120 may be more accurately controlled.
  • the motor 160 may be made of other rotating motors known in addition to the step motor.
  • the movable member 140 is rotated by the motor 160 by the motor 160 to move the ultrasonic transducer 120. Move linearly to approximate Then, the linear moving member 130 moves linearly with the movable member 120 in the same direction.
  • the connecting holes 122 of the ultrasonic transducer 120 counterclockwise the ultrasonic transducer 120 as the translational movement and rotation from the position where the connecting shaft 131 of the linear moving member 130 is seated on the left edge. Swing in the direction.
  • the connecting holes 122 are translated and rotated until the connecting shaft 131 is seated at the right edge, as illustrated in FIG. 5, the ultrasonic transducer 120 may swing to an intermediate angle.
  • connection holes 122 move the ultrasonic transducer 120 as the translational movement and rotation from the position where the connecting axis 131 is seated on the right edge. Swing in the same direction.
  • the connecting holes 122 are translated and rotated until the connecting shaft 131 rests on the left edge, as illustrated in FIG. 6, the ultrasonic transducer 120 may be positioned at a limit angle in the right direction. have.
  • the screw 150 is rotated in the opposite direction by the motor 160 to linearly move the movable member 140 to be spaced apart from the ultrasonic transducer 120.
  • the linear moving member 130 moves linearly with the movable member 140 in the same direction.
  • the connection holes 122 are moved from the position where the connecting shaft 131 is seated on the left edge to seat the connecting shaft 131 on the right edge, and then to the position for seating the connecting shaft 131 on the left edge. Will move again.
  • the ultrasonic transducer 120 may be positioned at the left limit angle shown in FIG. 4 via the intermediate angle shown in FIG. 5.
  • the swing angle range of the ultrasonic transducer 120 may be controlled by adjusting the reciprocating movement distance of the linear moving member 130 by the motor 160. Therefore, if necessary, it is also possible to control the ultrasonic transducer 120 to swing in an angle range smaller than the set angle range.
  • the screw 150 may be made of a ball screw (ball screw).
  • the ball screw has a configuration in which the balls 151 are aligned with the screw bone 150a that is coupled to the movable member 140. Since the ball screw has almost no backlash, the swing angle of the ultrasonic transducer 120 can be more precisely controlled.
  • the movable member 240 has one end mounted on the threaded bone 250a of the screw 250 so that the movable member 240 may move along the screwed bone 250a during forward and reverse rotation of the screw 250. Can be formed.
  • One end of the movable member 240 has a shape having at least one protrusion 241 may be seated on the screw bone 250a.
  • one end of the movable member 240 may be configured to maintain a state seated on the screw bone 250a by the elastic force.
  • the 3D ultrasound scanner 100 detects the position of the linear moving member 130 to detect the position of the position transducer for limiting the swing motion of the ultrasonic transducer 120 to the set angle range ( 170) may be further included.
  • the position sensor 170 may include a magnet 171 and hall sensors 172 and 173.
  • the magnet 171 may be mounted on the linear moving member 130 to linearly reciprocate with the linear moving member 130.
  • the hall sensors 172 and 173 sense a magnetic field by using a Hall effect in which a voltage is generated in a direction perpendicular to the current and the magnetic field when the magnetic field is applied to a conductor through which current flows.
  • the hall sensors 172 and 173 may be formed in a pair to detect the position of the linear moving member 130 as the magnet 171 is detected.
  • the hall sensors 172 and 173 may be arranged to detect the magnet 171 while the linear moving member 130 positions the ultrasonic transducer 120 at both limit angles.
  • one Hall sensor 172 is arranged to detect the magnet 171 in the state where the ultrasonic transducer 120 is located in Figure 4
  • the other Hall sensor 173 is the ultrasonic transducer 120 6 may be arranged to detect the magnet 171 in a state positioned at 6.
  • the hall sensors 172 and 173 may be mounted and fixed to an inner wall of the scanner case 110.
  • the information detected from the hall sensors 172 and 173 may be provided to a controller (not shown) that generally controls the 3D ultrasound scanner 100.
  • the controller may be configured to redirect or stop the linear moving member 130 when it is determined that the ultrasonic transducer 120 is positioned at both limit angles based on the information detected from the hall sensors 172 and 173. 160 may be controlled.
  • the position sensor 170 may include a pair of magnets and a hall sensor.
  • the hall sensor may be mounted on the linear moving member 130.
  • the pair of magnets may be mounted on the inner wall of the scanner case 110 so that the linear moving member 130 is detected by the hall sensor in the state where the ultrasonic transducer 120 is positioned at both limit angles, respectively.
  • the three-dimensional ultrasound scanner 100 is an ultrasonic transducer ( It may include at least one Hall sensor and at least one magnet to detect the origin of the 120. Of course, an optical position sensor or the like may be used instead of the hall sensor, or the position detecting unit 170 may be omitted.
  • the linear moving member 130 may be restricted by the stoppers 116 and 117 in the state where the ultrasonic transducer 120 is positioned at both limit angles, respectively.
  • the linear moving member 130 may have a locking jaw 136 positioned between the stoppers 116 and 117.
  • the stoppers 116 and 117 may be formed on the inner wall of the scanner case 110.
  • the stoppers 116 and 117 may be positioned to abut the locking jaw 136 in a state where the linear moving member 130 positions the ultrasonic transducer 120 at both limit angles. Therefore, the linear moving member 130 may be restricted in movement in the state where the ultrasonic transducer 120 is positioned at both limit angles, respectively.
  • the locking jaw 136 may be formed on the movable member 140, and the stoppers 116 and 117 may be positioned to restrict movement in the state where the ultrasonic transducer 120 is positioned at both limit angles, respectively.

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Abstract

3차원 초음파 스캐너, 및 3차원 초음파 스캐너의 초음파 트랜스듀서 스윙 방법에 관한 것이다. 3차원 초음파 스캐너의 초음파 트랜스듀서는 스윙 축에 의해 스윙 운동 가능하게 지지된다. 스크류는 스윙 축에 수직한 방향으로 길게 배치되며, 모터의 정,역 방향의 회전력에 의해 정,역 회전한다. 가동부재는 스크류의 정,역 회전에 의해 스크류의 길이 방향으로 선형 왕복 이동한다. 선형 이동부재는 가동부재와 함께 선형 왕복 이동한다. 연결부는 선형 이동부재의 선형 왕복 이동에 따라 초음파 트랜스듀서를 스윙 축을 중심으로 설정 각도 범위 내에서 스윙 운동시키도록 초음파 트랜스듀서에 길다란 형태로 형성되어 선형 이동부재의 일단부를 끼우는 연결 홀을 포함하며, 연결 홀의 길이에 따라 초음파 트랜스듀서의 설정 각도 범위를 조정한다.

Description

3차원 초음파 스캐너, 및 3차원 초음파 스캐너의 초음파 트랜스듀서 스윙 방법
본 발명은 초음파 영상 진단장치에 채용되어 3차원 영상을 획득할 수 있게 하는 3차원 초음파 스캐너에 관한 것이다.
초음파 영상 진단장치는 피검사체의 내부 조직에 초음파 신호를 송신한 후, 음향 임피던스(acoustic impedance)가 다른 조직 경계로부터 반사된 초음파 신호를 수신하여, 피검사체의 내부 조직에 대한 영상 정보를 구현하는 장치이다. 초음파 영상 진단장치의 초음파 스캐너는 전기적 신호를 초음파 신호로 변환시키거나 초음파 신호를 전기적 신호로 변환시키기 위한 초음파 트랜스듀서를 포함한다.
초음파 트랜스듀서는 초음파 소자들의 배열 방식에 따라, 초음파 소자들이 단일의 축 상에 배열된 1차원 배열(one-dimensional array)형 초음파 트랜스듀서와, 초음파 소자들이 서로 교차하는 복수의 축 상에 배열된 2차원 배열(two-dimensional array)형 초음파 트랜스듀서로 분류될 수 있다.
최근 들어, 피검사체의 내부 조직에 대한 더욱 정확한 의학적 판단을 위해 3차원 영상을 획득할 수 있는 초음파 스캐너가 요구되고 있다. 3차원 영상을 획득하는 방법으로는 1차원 배열형 초음파 트랜스듀서를 이용하는 방법과, 2차원 배열형 초음파 트랜드듀서를 이용하는 방법을 들 수 있다.
예를 들어, 1차원 배열형 초음파 트랜스듀서를 이용하는 방법의 경우, 3차원 초음파 스캐너는 1차원 배열형 초음파 트랜스듀서를 초음파 소자들의 배열 축에 수직한 방향으로 설정 각도 범위로 스윙 운동시키는 구동장치를 포함할 수 있다. 여기서, 1차원 배열형 초음파 트랜스듀서는 2차원 단면 영상을 획득할 수 있다. 따라서, 3차원 초음파 스캐너는 구동장치에 의해 1차원 배열형 초음파 트랜스듀서를 초음파 소자들의 배열 축에 수직한 방향으로 스윙 운동시키는 과정에서 3차원 영상을 획득할 수 있다.
종래에 따르면, 3차원 초음파 스캐너의 구동장치는 모터의 회전 구동력을 동력전달기구에 의해 초음파 트랜스듀서로 전달함으로써, 초음파 트랜스듀서를 스윙 운동시키도록 구성되고 있다. 그리고, 동력전달기구는 풀리와 벨트를 이용한 구조, 또는 복수의 기어들을 이용한 구조 등으로 이루어지고 있다.
그런데, 풀리와 벨트를 이용한 구조의 경우, 벨트가 풀리에 걸쳐져 회전하는 과정에서 풀리에 대한 슬립 현상이 발생될 수 있다. 따라서, 초음파 트랜스듀서의 스윙 각도를 정밀하게 제어하는데 어려움이 있을 수 있다. 복수의 기어들을 이용한 구조의 경우, 기어들의 마모로 인한 백래시(backlash) 관리를 필요로 할 수 있다. 한편, 초음파 트랜스듀서의 각도 분해능(resolution)은 모터 자체의 각도 분해능에 의해 결정된다. 초음파 트랜스듀서의 각도 분해능을 높이기 위한 방안으로, 각도 분해능이 높은 고가의 모터를 사용될 수 있는데, 이 경우 제조 비용이 부담될 수 있다.
본 발명의 과제는 초음파 트랜스듀서의 스윙 각도를 정밀하게 제어할 수 있는 3차원 초음파 스캐너, 및 3차원 초음파 스캐너의 초음파 트랜스듀서 스윙 방법을 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 3차원 초음파 스캐너는 초음파 트랜스듀서와, 모터와, 스크류와, 가동부재와, 선형 이동부재, 및 연결부를 포함한다. 초음파 트랜스듀서는 스윙 축에 의해 스윙 운동 가능하게 지지된다. 모터는 정,역 방향의 회전력을 발생시킨다. 스크류는 스윙 축에 수직한 방향으로 길게 배치되며, 모터의 정,역 방향의 회전력에 의해 정,역 회전한다. 가동부재는 스크류의 정,역 회전에 의해 스크류의 길이 방향으로 선형 왕복 이동한다. 선형 이동부재는 가동부재와 함께 선형 왕복 이동한다. 연결부는 선형 이동부재의 선형 왕복 이동에 따라 초음파 트랜스듀서를 스윙 축을 중심으로 설정 각도 범위 내에서 스윙 운동시키도록 초음파 트랜스듀서에 형성되어 선형 이동부재의 일단부를 끼우는 연결 홀을 포함하며, 연결 홀의 길이에 따라 초음파 트랜스듀서의 설정 각도 범위를 조정한다.
본 발명에 따른 3차원 초음파 스캐너의 초음파 트랜스듀서 스윙 방법에서는, 초음파 트랜스듀서의 스윙 축에 수직한 방향으로 길게 배치된 스크류를 모터에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전시킨다. 스크류를 정방향 또는 역방향으로 회전시킴에 따라 가동부재를 스크류의 길이 방향으로 초음파 트랜스듀서에 가깝게 또는 멀게 선형 왕복 이동시킨다. 가동부재를 선형 왕복 이동시킴에 따라 선형 이동부재를 선형 왕복 이동시킨다. 초음파 트랜스듀서의 연결 홀에 선형 이동부재의 일단부가 끼워진 상태에서, 선형 이동부재를 선형 왕복 이동시켜 연결 홀을 선형 이동부재의 일단부에 대해 병진 운동 및 회전시킴에 따라 초음파 트랜스듀서를 스윙 축을 중심으로 설정 각도 범위 내에서 스윙 운동시킨다.
본 발명에 따르면, 풀리와 벨트를 이용한 구조와 비교해 벨트의 슬립 현상과 같은 문제가 발생되지 않으므로, 초음파 트랜스듀서의 스윙 각도를 정밀하게 제어할 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 스크루와 가동부재 및 선형 이동부재의 정렬이 용이하여 제조가 손쉬울 수 있으며, 구조도 간단해질 수 있다.
본 발명에 따르면, 각도 분해능이 높은 고가의 모터를 사용하지 않더라도, 스크류를 이용해서 초음파 트랜스듀서의 각도 분해능을 높일 수 있으므로, 제조 비용을 절감할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 손잡이부의 디자인이 용이하여 사용자가 잡기 편한 3차원 초음파 스캐너를 구현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 볼 스크류의 이용이 가능하여 백래시가 거의 없으므로, 초음파 트랜스듀서의 스윙 각도를 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 초음파 스캐너에 대한 단면도이다.
도 2는 도 1에 있어서, 내부에 대한 사시도이다.
도 3은 도 2에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 있어서, 초음파 트랜스듀서를 한쪽 한계 각도로 위치시킨 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4에 있어서, 초음파 트랜스듀서를 중간 각도로 위치시킨 상태를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에 있어서, 초음파 트랜스듀서를 반대쪽 한계 각도로 위치시킨 상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 스크류가 볼 스크류로 이루어진 예를 도시한 단면도이다.
도 8은 가동부재의 다른 예를 나타낸 정면도이다.
본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 초음파 스캐너에 대한 단면도이다. 도 2는 도 1에 있어서, 내부에 대한 사시도이다. 도 3은 도 2에 대한 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 3차원 초음파 스캐너(100)는 스캐너 케이스(110)와, 초음파 트랜스듀서(120)와, 선형 이동부재(130)와, 가동부재(140)와, 스크류(150), 및 모터(160)를 포함할 수 있다.
스캐너 케이스(110)는 스캐너(100)의 외관을 이룬다. 스캐너 케이스(110)는 내부 공간에 초음파 트랜스듀서(120)와, 선형 이동부재(130)와, 가동부재(140)와, 스크류(150), 및 모터(160)를 수용할 수 있는 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 스캐너 케이스(110)는 사용자가 편안하게 손으로 쥘 수 있는 손잡이부(111)를 갖는 구조로 이루어질 수 있다.
3차원 초음파 스캐너(100)는 인체에 삽입되어 사용될 수 있다. 이 경우, 3차원 초음파 스캐너(100)의 사용시, 스캐너 케이스(110)의 외면에 체액 등과 같은 이물질이 묻을 수 있다. 이물질이 묻은 스캐너 케이스(110)를 직접 세척하는 번거로움을 없애기 위해, 스캐너 케이스(110)에 보호 커버를 씌워서 3차원 초음파 스캐너(100)를 사용한 후, 보호 커버를 제거할 수 있다. 스캐너 케이스(110)의 외면에는 보호 커버를 고정할 수 있는 고정 홈(112)이 형성될 수 있다. 고정 홈(112)은 스캐너 케이스(110)의 둘레를 따라 연속된 형태로 이루어질 수 있다. 고정 홈(112)은 손잡이부(111)의 하측에 가이드 블록(148)과 대응되는 부위에 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
보호 커버는 내부 공간을 갖고 한쪽에 입구가 형성된 구조로 이루어질 수 있다. 보호 커버는 스캐너 케이스(110)가 인체에 삽입되는 부위를 씌운 상태에서 입구 부위가 고무 밴드 등에 의해 고정 홈(112)에 끼워져 고정될 수 있다. 보호 커버는 입구 부위가 신축될 수 있는 탄성 재질로 이루어져 고정 홈(112)에 끼워져 고정될 수도 있다. 보호 커버는 비닐 봉지 또는 콘돔 등으로 이루어질 수 있다.
초음파 트랜스듀서(120)는 스캐너 케이스(110) 내에 수용된다. 초음파 트랜스듀서(120)는 전기적 신호를 초음파 신호로 변환시키거나 초음파 신호를 전기적 신호로 변환시키는 기능을 한다. 초음파 트랜스듀서(120)는 2차원 단면 영상을 획득하도록 구성될 수 있다.
초음파 트랜스듀서(120)는 초음파 소자들이 단일의 축 상에 배열된 1차원 배열(one-dimensional array)형 초음파 트랜스듀서로 이루어질 수 있다. 여기서, 초음파 소자들은 압전 소자(piezoelectric element)들로 이루어질 수 있다. 압전 소자들은 전기적 신호가 인가되면 공진하여 초음파 신호를 발생시키고, 초음파 신호를 수신하게 되면 진동하여 전기적 신호를 발생시킨다. 초음파 소자들의 한쪽은 흡음성을 갖는 배킹재(backing material)에 의해 지지될 수 있다. 초음파 소자들의 반대쪽에는 정합층(matching layer)과 음향 렌즈(acoustic lens)가 순차적으로 적층될 수 있다. 정합층은 압전 소자들과 피검사체 사이의 음향 임피던스 차이를 감소시킬 수 있게 한다. 음향 렌즈는 압전 소자들로부터 발생된 초음파를 집속시키기 위한 것이다.
초음파 트랜스듀서(120)는 압전 소자들이 배킹재의 볼록한 면을 따라 배열된 컨벡스 어레이 타입(convex array type)으로 이루어질 수 있다. 다른 예로, 초음파 트랜스듀서는 압전 소자들이 배킹재의 편평한 면을 따라 배열된 리니어 어레이 타입(linear array type)으로 이루어지는 것도 가능하다.
초음파 트랜스듀서(120)는 스윙 축에 의해 스윙 운동 가능하게 스캐너 케이스(110)에 지지될 수 있다. 예컨대, 초음파 트랜스듀서(120)는 한 쌍의 스윙 축(126)들과 지지 브래킷(127)에 의해 스윙 운동 가능하게 지지될 수 있다. 초음파 트랜스듀서(120)는 선형 이동부재(130)를 향한 면의 양쪽 가장자리에 각각 돌출된 연결 블록(121)들이 형성될 수 있다. 연결 블록(121)들에 스윙 축(126)들을 각각 끼울 수 있는 결합 홈들이 형성될 수 있다. 그리고, 지지 브래킷(127)은 스캐너 케이스(110)의 내벽에 고정되는 몸체부(127a)와, 몸체부(127a)로부터 초음파 트랜스듀서(120)의 결합 홈들에 각각 대응되게 연장된 지지 편(127b)들을 포함할 수 있다. 스윙 축(126)들은 지지 편(127b)들을 각각 관통해서 결합 홈들에 끼워짐으로써, 초음파 트랜스듀서(120)의 스윙 운동을 지지할 수 있다.
선형 이동부재(130)의 일단부는 연결부에 의해 초음파 트랜스듀서(120)에 연결될 수 있다. 선형 이동부재(130)는 스캐너 케이스(110) 내에서 스윙 축(126)에 수직한 방향으로 선형 왕복 이동함에 따라 초음파 트랜스듀서(120)를 설정 각도 범위 내에서 스윙 운동시킨다. 연결부는 초음파 트랜스듀서(120)에 형성되어 선형 이동부재(130)의 일단부를 끼우는 연결 홀(122)을 포함할 수 있다.
예컨대, 선형 이동부재(130)는 바(bar) 형태로 이루어지고, 지지 브래킷(127)의 몸체부(127a)를 관통하도록 설치될 수 있다. 선형 이동부재(130)는 초음파 트랜스듀서(120)를 향한 단부에 연결 축(131)을 구비할 수 있다. 연결 축(131)은 스윙 축(126)들과 나란하게 배치되어 선형 이동부재(130)의 단부에 고정될 수 있다. 연결 홀(122)은 연결 블록(121)들에 각각 형성될 수 있다. 각각의 연결 홀(122)은 연결 축(131)을 끼운 상태에서 병진 운동 및 회전하도록 스윙 축(126)들에 수직한 방향으로 길다란 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 선형 이동부재(130)가 선형 왕복 이동할 때, 연결 홀(122)들이 연결 축(131)에 대해 병진 운동 및 회전함에 따라 초음파 트랜스듀서(120)를 원활하게 스윙 운동시킬 수 있다.
연결 홀(122)은 길이에 따라 초음파 트랜스듀서(120)의 설정 각도 범위를 조정할 수 있다. 연결 홀(122)은 초음파 트랜스듀서(120)가 중간 각도로 위치할 때 한쪽 가장자리에 연결 축(131)을 안착시키며, 초음파 트랜스듀서(120)가 양쪽 한계 각도로 각각 위치할 때 다른 쪽 가장자리에 연결 축(131)을 안착시키는 형태로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 초음파 트랜스듀서(120)는 설정 각도 범위로 스윙 운동이 제한될 수 있다.
예컨대, 설정 각도 범위가 120도 범위인 경우, 연결 홀(122)은 초음파 트랜스듀서(120)가 중간 각도인 0도에 위치할 때 한쪽 가장자리에 연결 축(131)을 안착시키며, 초음파 트랜스듀서(120)가 양쪽 한계 각도인 ±60도에 각각 위치할 때 다른 쪽 가장자리에 연결 축(131)을 안착시키는 형태로 이루어질 수 있다. 설정 각도 범위는 진단 범위에 따라 120도 범위 외에 다양하게 이루어질 수 있으며, 그에 맞게 연결 홀(122)의 길이가 설정될 수 있다.
가동부재(140)는 스캐너 케이스(110) 내에서 선형 이동부재(130)와 함께 선형 왕복 이동하도록 지지된다. 예컨대, 가동부재(140)는 선형 가이드(146)에 의해 선형 왕복 이동하도록 지지될 수 있다. 선형 가이드(146)는 복수의 가이드 바(147)들과, 가이드 블록(148)을 포함할 수 있다. 가이드 바(147)들은 가동부재(140)의 이동 방향과 나란한 방향으로 가이드 블록(148)에 장착될 수 있다. 가이드 블록(148)은 스캐너 케이스(110) 내에 고정될 수 있다. 가동부재 (140)에는 가이드 바(147)들을 각각 끼워서 가동부재(140)의 선형 왕복 이동을 안내하는 가이드 홀들이 형성될 수 있다. 다른 예로, 가이드 바(147)들이 가동부재(140)에 장착될 수도 있다. 이 경우, 가이드 블록(148)에 가이드 홀들이 형성될 수 있다.
스크류(150)는 스캐너 케이스(110) 내에서 모터(160)의 정,역 방향의 회전력에 의해 정,역 회전함에 따라 가동부재(140)를 선형 왕복 이동시킨다. 스크류(150)는 스윙 축(126)들에 수직한 방향으로 길게 배치될 수 있다. 예컨대, 가동부재(140)는 스크류(150)에 나사 결합되는 너트 부재로 이루어질 수 있다. 가동부재(140)는 스크류(150)가 정,역 회전함에 따라 스크류(150)의 길이 방향으로 선형 가이드(146)의 안내를 받아 선형 왕복 이동할 수 있게 된다. 가동부재(140)가 선형 왕복 이동하게 되면, 선형 이동부재(130)는 가동부재(140)에 의해 선형 왕복 이동하면서 초음파 트랜스듀서(120)를 스윙 운동시킬 수 있게 된다.
이와 같이, 모터(160)의 회전 구동력이 스크류(150)와 가동부재(140)와 선형 이동부재(130)를 거쳐 초음파 트랜스듀서(120)로 전달되는 구조이므로, 풀리와 벨트를 이용한 구조와 비교해 벨트의 슬립 현상과 같은 문제가 발생되지 않는다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 초음파 트랜스듀서(120)의 스윙 각도를 정밀하게 제어할 수 있게 된다. 그리고, 스크루(150)와 가동부재(140) 및 선형 이동부재(130)는 동일한 방향으로 배치되어 결합될 수 있으므로, 정렬이 용이하여 제조가 손쉬울 수 있으며, 구조도 간단해질 수 있다.
또한, 스크류(150)의 피치는 스크류(150)의 1회전당 가동부재(140)의 선형 이동거리를 결정하게 된다. 가동부재(140)의 선형 이동거리는 초음파 트랜스듀서(120)의 스윙 각도를 결정하게 된다. 결과적으로, 스크류(150)의 피치는 스크류(150)의 1회전당 초음파 트랜스듀서(120)의 스윙 각도를 결정하게 된다. 피치가 감소된 스크류(150)를 이용하게 되면, 초음파 트랜스듀서(120)의 각도 분해능을 높일 수 있게 된다. 따라서, 모터(160)를 각도 분해능이 높은 고가의 모터로 사용하지 않더라도, 스크류(150)를 이용해서 초음파 트랜스듀서(120)의 각도 분해능을 높일 수 있으므로, 제조 비용을 절감할 수도 있다.
모터(160)는 스캐너 케이스(110) 내에 장착되어 스크류(150)를 정,역 회전시킨다. 모터(160)는 정,역 방향의 회전력을 발생시켜 회전 축(161)을 정,역 회전시키도록 구성될 수 있다. 모터(160)의 회전 축(161)은 스크류(150)의 한쪽 단부에 커플러 등에 의해 동축(coaxial)으로 결합될 수 있다. 즉, 회전 축(161)과 스크류(150)는 중심 축이 서로 일치되도록 배치되어 결합될 수 있다.
모터(160)의 회전 축(161)이 정,역 회전함에 따라 스크류(150)가 정,역 회전할 수 있게 된다. 모터(160)는 회전 축(161)이 스크류(150)의 한쪽 단부에 결합되므로, 초음파 트랜스듀서(120)의 스윙 축(126)들에 수직 방향으로 배치될 수 있다. 따라서, 손잡이부(111)의 디자인이 용이하여 사용자가 잡기 편한 3차원 초음파 스캐너(100)를 구현할 수 있다.
모터(160)는 스텝 모터(stepper motor)로 이루어질 수 있다. 스텝 모터는 입력 펄스 수에 대응하여 회전 축이 일정 각도씩 회전하는 모터이다. 스텝 모터는 입력 펄스 수와 회전 축의 회전 각도가 비례하므로 회전 각도를 정확하게 제어할 수 있는 특성을 갖는다. 모터(160)가 스텝 모터로 이루어진 경우, 초음파 트랜스듀서(120)의 스윙 각도를 더욱 정확하게 제어할 수 있다. 물론, 모터(160)는 스텝 모터 외에 공지된 다른 회전모터로 이루어지는 것도 가능하다.
전술한 3차원 초음파 스캐너(100)의 작용 예를 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 초음파 트랜스듀서(120)를 좌측 방향의 한계 각도로 위치시킨 상태에서, 모터(160)에 의해 스크류(150)를 회전시켜 가동부재(140)를 초음파 트랜스듀서(120)로 근접시키도록 선형 이동시킨다. 그러면, 선형 이동부재(130)가 가동부재(120)와 함께 동일 방향으로 선형 이동하게 된다. 이때, 초음파 트랜스듀서(120)의 연결 홀(122)들은 좌측 가장자리에 선형 이동부재(130)의 연결 축(131)을 안착시킨 위치로부터 병진 운동 및 회전함에 따라 초음파 트랜스듀서(120)를 반시계 방향으로 스윙 운동시킨다. 연결 홀(122)들이 우측 가장자리에 연결 축(131)을 안착시킬 때까지 병진 운동 및 회전하게 되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 초음파 트랜스듀서(120)를 중간 각도까지 스윙 운동시킬 수 있다.
계속해서, 선형 이동부재(130)가 동일 방향으로 선형 이동하게 되면, 연결 홀(122)들은 우측 가장자리에 연결 축(131)을 안착시킨 위치로부터 병진 운동 및 회전함에 따라 초음파 트랜스듀서(120)를 동일 방향으로 스윙 운동시킨다. 연결 홀(122)들이 좌측 가장자리에 연결 축(131)을 안착시킬 때까지 병진 운동 및 회전하게 되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 초음파 트랜스듀서(120)를 우측 방향의 한계 각도로 위치시킬 수 있다.
이 상태에서, 모터(160)에 의해 스크류(150)를 반대 방향으로 회전시켜 가동부재(140)를 초음파 트랜스듀서(120)로부터 이격시키도록 선형 이동시킨다. 그러면, 선형 이동부재(130)가 가동부재(140)와 함께 동일 방향으로 선형 이동하게 된다. 이때, 연결 홀(122)들은 좌측 가장자리에 연결 축(131)을 안착시킨 위치로부터 우측 가장자리에 연결 축(131)을 안착시키도록 이동한 후, 좌측 가장자리에 연결 축(131)을 안착시키는 위치로 다시 이동하게 된다. 이 과정에서, 초음파 트랜스듀서(120)를 도 5에 도시된 중간 각도를 거쳐, 도 4에 도시된 좌측 한계 각도로 위치시킬 수 있다.
전술한 과정들을 반복하게 되면, 초음파 트랜스듀서(120)를 설정 각도 범위로 반복되게 스윙 운동시킬 수 있게 된다. 초음파 트랜스듀서(120)의 스윙 각도 범위는 모터(160)에 의해 선형 이동부재(130)의 왕복 이동 거리를 조절함에 따라 제어할 수 있다. 따라서, 필요에 따라 초음파 트랜스듀서(120)를 설정 각도 범위보다 작은 각도 범위로 스윙 운동시키도록 제어하는 것도 가능하다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 스크류(150)는 볼 스크류(ball screw)로 이루어질 수 있다. 볼 스크류는 가동부재(140)와 결합되는 나사골(150a)에 볼(151)들이 정렬된 구성을 갖는다. 볼 스크류는 백래시가 거의 없는 특성을 지니므로, 초음파 트랜스듀서(120)의 스윙 각도를 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.
다른 예로, 도 8에 도시된 바와 같이, 가동부재(240)는 한쪽 단부가 스크류(250)의 나사골(250a)에 안착되어 스크류(250)의 정,역 회전시 나사골(250a)을 따라 이동 가능하게 형성될 수 있다. 가동부재(240)의 한쪽 단부는 적어도 하나의 돌기(241)를 갖는 형태로 이루어져 나사골(250a)에 안착될 수 있다. 또한, 가동부재(240)의 한쪽 단부는 탄성력에 의해 나사골(250a)에 안착된 상태를 유지하도록 구성될 수 있다.
다시 도 4 내지 도 6을 참조하면, 3차원 초음파 스캐너(100)는 선형 이동부재(130)의 위치를 감지해서 초음파 트랜스듀서(120)의 스윙 운동을 설정 각도 범위로 제한하게 하는 위치 감지부(170)를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 위치 감지부(170)는 마그네트(magnet, 171) 및 홀 센서들(172, 173)을 포함할 수 있다. 마그네트(171)는 선형 이동부재(130)에 장착되어 선형 이동부재(130)와 함께 선형 왕복 이동할 수 있다.
홀 센서들(172, 173)은 전류가 흐르는 도체에 자기장을 걸어주면 전류와 자기장에 수직 방향으로 전압이 발생하는 홀 효과를 이용하여 자기장을 감지한다. 홀 센서들(172, 173)은 한 쌍으로 이루어져, 마그네트(171)를 감지함에 따라 선형 이동부재(130)의 위치를 감지할 수 있다. 홀 센서들(172, 173)은 선형 이동부재(130)가 초음파 트랜스듀서(120)를 양쪽 한계 각도로 각각 위치시킨 상태에서 마그네트(171)를 감지하도록 배치될 수 있다. 즉, 하나의 홀 센서(172)는 초음파 트랜스듀서(120)가 도 4에 위치한 상태에서 마그네트(171)를 감지하도록 배치되며, 다른 하나의 홀 센서(173)는 초음파 트랜스듀서(120)가 도 6에 위치한 상태에서 마그네트(171)를 감지하도록 배치될 수 있다. 홀 센서들(172, 173)은 스캐너 케이스(110)의 내벽에 장착되어 위치 고정될 수 있다.
홀 센서들(172, 173)로부터 감지된 정보는 3차원 초음파 스캐너(100)를 전반적으로 제어하는 제어부(미도시)로 제공될 수 있다. 제어부는 홀 센서들(172, 173)로부터 감지된 정보를 토대로, 초음파 트랜스듀서(120)가 양쪽 한계 각도로 각각 위치된 것으로 판단되면, 선형 이동부재(130)를 방향 전환시키거나 정지시키도록 모터(160)를 제어할 수 있다.
다른 예로, 도시하고 있지 않지만, 위치 감지부(170)는 한 쌍의 마그네트들 및 하나의 홀 센서를 구비할 수도 있다. 이 경우, 홀 센서는 선형 이동부재(130)에 장착될 수 있다. 한 쌍의 마그네트들은 선형 이동부재(130)가 초음파 트랜스듀서(120)를 양쪽 한계 각도로 각각 위치시킨 상태에서 홀 센서에 의해 감지되도록 스캐너 케이스(110)의 내벽에 장착될 수 있다.
모터(160)가 스텝 모터로 이루어진 경우, 또는 모터(160)가 회전 축(161)의 위치를 감지하는 엔코더(encoder)를 포함하여 구성되는 경우, 3차원 초음파 스캐너(100)는 초음파 트랜스듀서(120)의 원점을 감지할 수 있게 적어도 하나의 홀 센서와 적어도 하나의 마그네트를 포함할 수 있다. 물론, 홀 센서 대신 광학식 위치센서 등이 이용될 수도 있고, 위치 감지부(170)가 생략되는 것도 가능하다.
그리고, 선형 이동부재(130)는 초음파 트랜스듀서(120)를 양쪽 한계 각도로 각각 위치시킨 상태에서 스토퍼들(stoppers, 116, 117)에 의해 이동 제한될 수 있다. 선형 이동부재(130)는 스토퍼들(116, 117) 사이에 위치되는 걸림 턱(136)을 구비할 수 있다. 스토퍼(116, 117)들은 스캐너 케이스(110)의 내벽에 형성될 수 있다. 스토퍼들(116, 117)은 선형 이동부재(130)가 초음파 트랜스듀서(120)를 양쪽 한계 각도로 각각 위치시킨 상태에서 걸림 턱(136)에 맞닿게 위치될 수 있다. 따라서, 선형 이동부재(130)는 초음파 트랜스듀서(120)를 양쪽 한계 각도로 각각 위치시킨 상태에서 이동 제한될 수 있다. 한편, 걸림 턱(136)은 가동부재(140)에 형성될 수도 있으며, 스토퍼(116, 117)들은 초음파 트랜스듀서(120)가 양쪽 한계 각도로 각각 위치된 상태에서 이동 제한되도록 위치될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 스윙 축에 의해 스윙 운동 가능하게 지지되는 초음파 트랜스듀서;
    정,역 방향의 회전력을 발생시키는 모터;
    상기 스윙 축에 수직한 방향으로 길게 배치되며, 상기 모터의 정,역 방향의 회전력에 의해 정,역 회전하는 스크류;
    상기 스크류의 정,역 회전에 의해 상기 스크류의 길이 방향으로 선형 왕복 이동하는 가동부재;
    상기 가동부재와 함께 선형 왕복 이동하는 선형 이동부재; 및
    상기 선형 이동부재의 선형 왕복 이동에 따라 상기 초음파 트랜스듀서를 상기 스윙 축을 중심으로 설정 각도 범위 내에서 스윙 운동시키도록 상기 초음파 트랜스듀서에 형성되어 상기 선형 이동부재의 일단부를 끼우는 연결 홀을 포함하며, 상기 연결 홀의 길이에 따라 상기 초음파 트랜스듀서의 설정 각도 범위를 조정하는 연결부;
    를 포함하는 3차원 초음파 스캐너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가동부재는 상기 스크류에 나사 결합되는 너트 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 스캐너.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스크류는 볼 스크류로 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 스캐너.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가동부재는 한쪽 단부가 상기 스크류의 나사골에 안착되어 상기 스크류의 정,역 회전시 상기 나사골을 따라 이동 가능하게 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 스캐너.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연결 홀은,
    상기 선형 이동부재의 일단부에 형성된 연결 축을 끼운 상태에서 병진 운동 및 회전하도록 상기 스윙 축에 수직한 방향으로 길다란 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 스캐너.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연결 홀은,
    상기 초음파 트랜스듀서가 중간 각도로 위치할 때 한쪽 가장자리에 상기 연결 축을 안착시키며, 상기 초음파 트랜스듀서가 양쪽 한계 각도로 각각 위치할 때 다른 쪽 가장자리에 상기 연결 축을 안착시키는 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 스캐너.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 선형 이동부재의 위치를 감지해서 상기 초음파 트랜스듀서의 스윙 운동을 설정 각도 범위로 제한하게 하는 위치 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 스캐너.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 위치 감지부는,
    상기 선형 이동부재에 장착된 마그네트, 및
    상기 선형 이동부재가 상기 초음파 트랜스듀서를 양쪽 한계 각도로 각각 위치시킨 상태에서 상기 마그네트를 감지하도록 배치된 홀 센서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 스캐너.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모터는 스텝 모터로 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 스캐너.
  10. 초음파 트랜스듀서의 스윙 축에 수직한 방향으로 길게 배치된 스크류를 모터 구동에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 단계;
    상기 스크류를 정방향 또는 역방향으로 회전시킴에 따라 가동부재를 상기 스크류의 길이 방향으로 상기 초음파 트랜스듀서에 가깝게 또는 멀게 선형 왕복 이동시키는 단계;
    상기 가동부재를 선형 왕복 이동시킴에 따라 선형 이동부재를 선형 왕복 이동시키는 단계; 및
    상기 초음파 트랜스듀서의 연결 홀에 상기 선형 이동부재의 일단부가 끼워진 상태에서, 상기 선형 이동부재를 선형 왕복 이동시켜 상기 연결 홀을 상기 선형 이동부재의 일단부에 대해 병진 운동 및 회전시킴에 따라 상기 초음파 트랜스듀서를 상기 스윙 축을 중심으로 설정 각도 범위 내에서 스윙 운동시키는 단계;
    를 포함하는 3차원 초음파 스캐너의 초음파 트랜스듀서 스윙 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 모터 구동에 의해 상기 선형 이동부재의 왕복 이동 거리를 조절함에 따라 상기 초음파 트랜스듀서의 스윙 각도 범위를 제어하는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 스캐너의 초음파 트랜스듀서 스윙 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 연결 홀은,
    상기 초음파 트랜스듀서가 중간 각도로 위치할 때 한쪽 가장자리에 상기 선형 이동부재의 일단부를 안착시키며, 상기 초음파 트랜스듀서가 양쪽 한계 각도로 각각 위치할 때 다른 쪽 가장자리에 상기 선형 이동부재의 일단부를 안착시키는 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 스캐너의 초음파 트랜스듀서 스윙 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 가동 부재는 상기 스크류에 나사 결합되는 너트 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 스캐너의 초음파 트랜스듀서 스윙 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 스크류는 볼 스크류로 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 스캐너의 초음파 트랜스듀서 스윙 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 모터는 스텝 모터로 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 스캐너의 초음파 트랜스듀서 스윙 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서가 양쪽 한계 각도로 각각 이동한 경우, 상기 선형 이동부재의 위치를 감지하여 상기 초음파 트랜스듀서의 스윙 운동을 설정 각도 범위로 제한하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 스캐너의 초음파 트랜스듀서 스윙 방법.
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