WO2020231093A2 - 초음파 변환기 및 초음파 변환기의 제작방법 - Google Patents

초음파 변환기 및 초음파 변환기의 제작방법 Download PDF

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WO2020231093A2
WO2020231093A2 PCT/KR2020/006070 KR2020006070W WO2020231093A2 WO 2020231093 A2 WO2020231093 A2 WO 2020231093A2 KR 2020006070 W KR2020006070 W KR 2020006070W WO 2020231093 A2 WO2020231093 A2 WO 2020231093A2
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laser beam
ultrasonic transducer
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장진호
박성훈
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서강대학교산학협력단
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    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
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    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic transducer and a method of manufacturing the ultrasonic transducer.
  • Photoacoustic spectroscopy is a method using the phenomenon that when an object absorbs light, the absorbed light energy is converted to heat and sound waves are generated.
  • optical signal loss may occur because an optical mirror must be used to shoot light under the ultrasonic transducer.
  • An object of the present invention is to provide an ultrasonic transducer capable of increasing the resolution of photoacoustic and ultrasonic images by using a transparent piezoelectric element layer and a transparent lens layer for transmitting a laser beam provided from a laser source.
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an ultrasonic transducer capable of increasing the resolution of photoacoustic and ultrasonic images by using a transparent piezoelectric element layer and a transparent lens layer that transmits a laser beam provided from a laser source. .
  • the ultrasonic transducer may include a laser source, a transparent piezoelectric element layer, a transparent sound absorbing layer, and a transparent lens layer.
  • the laser source can transmit a laser beam.
  • the transparent piezoelectric element layer may mutually convert an electrical signal and an ultrasonic signal, and may be disposed under the laser source to transmit the laser beam.
  • the transparent sound-absorbing layer may absorb the transparent piezoelectric element layer and external waves generated from the outside, and may be disposed between the upper side of the transparent piezoelectric element layer and the laser source to transmit the laser beam.
  • the transparent lens layer may be disposed on a lower surface of the transparent piezoelectric element layer that corresponds to a surface opposite to the upper surface to transmit the laser beam and the ultrasonic signal.
  • the ultrasonic transducer may further include a transparent acoustic matching layer.
  • the transparent acoustic matching layer may be disposed between the transparent lens layer and the transparent piezoelectric element layer to acoustically match the transparent lens layer and the transparent piezoelectric element layer and transmit the laser beam and the ultrasonic signal.
  • the transparent lens layer may include a concave lens.
  • the transparent lens layer may include a central region and an outer region.
  • the central region may correspond to a central portion of the transparent lens layer.
  • the outer region may correspond to an outer portion of the transparent lens layer.
  • the central region of the transparent lens layer may include a flat lens
  • the outer region of the transparent lens layer may include a concave lens
  • the central region of the transparent lens layer may include a convex lens
  • the outer region of the transparent lens layer may include a concave lens
  • the central region of the transparent lens layer may include a flat lens
  • the outer region of the transparent lens layer may include a convex lens
  • the central region of the transparent lens layer may include a first convex lens
  • the outer region of the transparent lens layer may include a second convex lens having a smaller curvature than the first convex lens.
  • the central region of the transparent lens layer may correspond to a region through which the laser beam reaches the transparent lens layer.
  • the transparent lens layer may include a convex lens.
  • the ultrasonic transducer further includes a signal line for transmitting the electric signal, and the signal line may be included in a flexible printed circuit board (FPCB).
  • FPCB flexible printed circuit board
  • a transparent piezoelectric element layer having a preset center frequency may be formed.
  • a transparent conductive material may be deposited on the upper and lower surfaces of the transparent piezoelectric element layer.
  • a transparent sound absorbing layer for transmitting a laser beam may be disposed between the upper surface of the transparent piezoelectric element layer and the laser source.
  • a transparent lens layer that transmits the laser beam and the ultrasonic signal may be disposed on the lower side of the transparent piezoelectric element layer that corresponds to the opposite side of the upper side.
  • the ultrasonic transducer may include a laser source, a transparent piezoelectric element layer, a transparent sound absorbing layer, a transparent lens layer, and a transparent acoustic matching layer.
  • the laser source can transmit a laser beam.
  • the transparent piezoelectric element layer may mutually convert an electrical signal and an ultrasonic signal, and may be disposed under the laser source to transmit the laser beam.
  • the transparent sound-absorbing layer may absorb the transparent piezoelectric element layer and external waves generated from the outside, and may be disposed between the upper side of the transparent piezoelectric element layer and the laser source to transmit the laser beam.
  • the transparent lens layer may be disposed on a lower surface of the transparent piezoelectric element layer that corresponds to a surface opposite to the upper surface to transmit the laser beam and the ultrasonic signal.
  • the transparent acoustic matching layer may be disposed between the transparent lens layer and the transparent piezoelectric element layer to acoustically match the transparent lens layer and the transparent piezoelectric element layer and transmit the laser beam and the ultrasonic signal.
  • the ultrasonic transducer may further include a connection connector disposed on one side of the ultrasonic transducer and connected to the ultrasonic transducer and an external device.
  • a laser source for transmitting a laser beam may be disposed.
  • a transparent piezoelectric element layer that converts electric signals and ultrasonic signals to each other and transmits the laser beam may be disposed under the laser source.
  • the transparent piezoelectric element layer and a transparent sound-absorbing layer that absorbs external waves generated from the outside and transmits the laser beam may be disposed between the upper side of the transparent piezoelectric element layer and the laser source.
  • a transparent lens layer that transmits the laser beam and the ultrasonic signal may be disposed on a lower surface of the transparent piezoelectric element layer corresponding to a surface opposite to the upper surface.
  • the ultrasonic transducer it is possible to increase the resolution of a photoacoustic ultrasonic image by using a transparent piezoelectric element layer and a transparent lens layer that transmit a laser beam provided from a laser source.
  • the resolution of a photoacoustic ultrasonic image can be increased by using a transparent piezoelectric element layer and a transparent lens layer that transmit a laser beam provided from a laser source.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a transparent lens layer included in the ultrasonic transducer of FIG. 1.
  • FIG. 4 and 5 are views for explaining regions included in the transparent lens layer of the ultrasonic transducer of FIG. 1.
  • FIG. 6 and 7 are views for explaining other examples of a transparent lens layer included in the ultrasonic transducer of FIG. 1.
  • FIG. 8 and 9 are views for explaining still other examples of a transparent lens layer included in the ultrasonic transducer of FIG. 1.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a laser beam passing through a transparent lens layer included in the ultrasonic transducer of FIG. 1.
  • FIG. 11 is a view for explaining another example of a transparent lens layer included in the ultrasonic transducer of FIG. 1.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to embodiments of the present invention.
  • 16 and 17 are diagrams illustrating examples of a transparent sound-absorbing layer included in the ultrasonic transducer of FIG. 1.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to embodiments of the present invention.
  • an ultrasonic transducer 10 may include a laser source 100, a transparent piezoelectric element layer 200, a transparent sound absorbing layer 300, and a transparent lens layer 400.
  • the laser source 100 may transmit a laser beam LB.
  • the laser beam LB provided from the laser source 100 may be transmitted to the object in order to acquire a photoacoustic image.
  • a photoacoustic signal PA may be generated from the object.
  • the transparent piezoelectric element layer 200 may mutually convert an electric signal and a photoacoustic or ultrasonic signal US.
  • the transparent piezoelectric element layer 200 may convert a photoacoustic signal PA or an ultrasonic signal US transmitted from an object into an electric signal, and the transparent piezoelectric element layer 200 Based on the ultrasound signal US, it may be transmitted to the object.
  • the transparent piezoelectric element layer 200 may be disposed under the laser source 100 to transmit the laser beam LB.
  • the transparent piezoelectric element layer 200 is formed of a transparent element, the laser beam LB provided from the laser source 100 may pass through the transparent piezoelectric element layer 200.
  • the transparent piezoelectric element layer 200 may be formed of a transparent piezoelectric element using a single crystal and polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the center frequency of the ultrasonic transducer 10 may be determined by adjusting the thickness of the transparent piezoelectric element layer 200.
  • the thickness of the transparent piezoelectric element layer 200 may be adjusted to have a value between 1 MHz and 100 MHz, which is a frequency at which ultrasonic and photoacoustic images can be effectively acquired.
  • the electrode of the transparent piezoelectric element layer 200 may be a transparent electrode, and the transparent electrode may be formed of ITO (Indium Tin Oxide).
  • the transparent sound-absorbing layer 300 may absorb the transparent piezoelectric element layer 200 and external waves generated from the outside.
  • the transparent sound-absorbing layer 300 may be manufactured using a transparent epoxy.
  • the shape of the transparent sound-absorbing layer 300 may be configured to be combined with the laser source 100.
  • the transparent sound-absorbing layer 300 may be disposed between the upper side of the transparent piezoelectric element layer 200 and the laser source 100 to transmit the laser beam LB.
  • the laser beam LB provided from the laser source 100 may pass through the transparent sound absorbing layer 300 and the transparent piezoelectric element layer 200 to be provided as the transparent lens layer 400.
  • 16 and 17 are diagrams illustrating examples of a transparent sound-absorbing layer included in the ultrasonic transducer of FIG. 1.
  • the laser region 301 of the transparent sound absorbing layer 300 corresponding to the central region 401 of the transparent lens layer 400 may include a concave surface.
  • the laser region 301 of the transparent sound absorbing layer 300 may be a region through which the laser beam LB passes through the transparent sound absorbing layer 300.
  • the concave surface focuses the laser beam LB in the transparent sound-absorbing layer 300, and then the transparent lens layer 400 The focusing effect can be maximized by focusing the laser beam LB again with the convex lens included in the.
  • the laser region 301 of the transparent sound-absorbing layer 300 corresponding to the central region 401 of the transparent lens layer 400 may include a convex surface.
  • the convex surface spreads the laser beam LB from the transparent sound-absorbing layer 300, and then the transparent lens layer 400 The laser beam LB can be focused with the convex lens included in the.
  • the transparent lens layer 400 is disposed on the lower side corresponding to the upper side of the transparent piezoelectric element layer 200 to transmit the laser beam LB, the photoacoustic signal PA, or the ultrasonic signal US. have.
  • the transparent lens layer 400 may be used to effectively focus the photoacoustic signal PA or the ultrasonic signal US, and the laser beam LB and to improve the resolution of the photoacoustic image or the ultrasonic image.
  • the transparent lens layer 400 may include a convex lens, a concave lens, or a combination of two shapes. In order to obtain a high-resolution photoacoustic spectroscopy image, the focal points of the photoacoustic signal PA and the laser beam LB may be the same or different.
  • photoacoustic images and ultrasound images have been described as examples, but the present invention is not limited to obtaining photoacoustic images and ultrasound images, and also to acquire photoacoustic images in order to transmit a treatment laser and check a treatment area. It may be used, and may also be used to transmit a treatment laser and to obtain an ultrasound image by transmitting an ultrasound signal (US) to confirm a treatment area.
  • US ultrasound signal
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic transducer 10 may include a laser source 100, a transparent piezoelectric element layer 200, a transparent sound absorbing layer 300, and a transparent lens layer 400.
  • the laser source 100 may transmit a laser beam LB.
  • the transparent piezoelectric element layer 200 may mutually convert an electric signal and a photoacoustic signal PA or an ultrasonic signal US, and may be disposed under the laser source 100 to transmit the laser beam LB.
  • the transparent sound-absorbing layer 300 absorbs the transparent piezoelectric element layer 200 and external waves generated from the outside, and is disposed between the upper side of the transparent piezoelectric element layer 200 and the laser source 100 to form a laser beam LB. Can penetrate.
  • the transparent lens layer 400 is disposed on the lower side corresponding to the upper side of the transparent piezoelectric element layer 200 to transmit the laser beam LB, the photoacoustic signal PA, or the ultrasonic signal US. have.
  • the ultrasonic transducer 10 may further include a transparent acoustic matching layer 500.
  • the transparent acoustic matching layer 500 is disposed between the transparent lens layer 400 and the transparent piezoelectric element layer 200 so as to acoustically match the transparent lens layer 400 and the transparent piezoelectric element layer 200, and the laser beam LB And the photoacoustic signal PA or the ultrasonic signal US.
  • the transparent acoustic matching layer 500 may be used for acoustic matching between the transparent lens layer 400 and the transparent piezoelectric element layer 200.
  • the transparent acoustic matching layer 500 When the transparent acoustic matching layer 500 is used for acoustic matching between the transparent lens layer 400 and the transparent piezoelectric element layer 200, it may occur between the transparent lens layer 400 and the transparent piezoelectric element layer 200. Reflected signals that are present can be removed.
  • the transparent acoustic matching layer 500 may be manufactured using a transparent epoxy.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a transparent lens layer included in the ultrasonic transducer of FIG. 1.
  • the transparent lens layer 400 may include a concave lens.
  • the laser beam LB provided from the laser source 100 may pass through the transparent sound-absorbing layer 300 and the transparent piezoelectric element layer 200.
  • the laser beam LB may reach the transparent lens layer 400.
  • the moving path of the laser beam LB may be changed according to the shape of a lens included in the transparent lens layer 400.
  • the transparent lens layer 400 is formed of a concave lens, the laser beam LB provided from the transparent lens layer 400 may be diverged.
  • the radiated laser beam LB may be transmitted to the object to generate a photoacoustic signal PA.
  • the photoacoustic signal PA generated from the object may be transmitted to the transparent piezoelectric element layer 200 through the transparent lens layer 400.
  • acoustic focusing of the transparent lens layer 400 can be achieved. Curvature can be determined.
  • FIGS. 4 and 5 are views for explaining regions included in the transparent lens layer of the ultrasonic transducer of FIG. 1
  • FIGS. 6 and 7 are views for explaining other examples of the transparent lens layer included in the ultrasonic transducer of FIG. 1 .
  • the transparent lens layer 400 may include a central region 401 and an outer region 402.
  • the central region 401 may correspond to a central portion of the transparent lens layer 400.
  • the outer region 402 may correspond to an outer portion of the transparent lens layer 400.
  • the transparent lens layer 400 may be formed by different materials of the lens disposed in the central region 401 and the lens disposed in the outer region 402.
  • a material constituting the central region 401 may be a first material
  • a material constituting the outer region 402 may be a second material. In this case, the first material and the second material may be different materials.
  • the central region 401 of the transparent lens layer 400 may include a flat lens
  • the outer region 402 of the transparent lens layer 400 may include a concave lens.
  • the laser beam LB provided from the laser source 100 may pass through the transparent sound-absorbing layer 300 and the transparent piezoelectric element layer 200.
  • the laser beam LB provided from the laser source 100 passes through the transparent sound-absorbing layer 300 and the transparent piezoelectric element layer 200
  • the laser beam LB may reach the transparent lens layer 400.
  • the moving path of the laser beam LB may be changed according to the shape of a lens included in the transparent lens layer 400.
  • the laser beam LB provided from the central region 401 of the transparent lens layer 400 may go straight.
  • the straight laser beam LB is transmitted to the object to generate the photoacoustic signal PA.
  • the photoacoustic signal PA generated from the object may be transmitted to the transparent piezoelectric element layer 200 through the transparent lens layer 400.
  • the photoacoustic signal PA passes through the transparent lens layer 400 and reaches the transparent piezoelectric element layer 200, acoustic focusing is achieved at a desired image point, and the diameter of the central region 401 If this is less than 5 mm, the size does not affect the photoacoustic reception focusing performance.
  • the curvature of the outer region 402 may be determined using an ultrasound velocity in the transparent lens layer 400 and an ultrasound velocity in the object so that the photoacoustic signal PA can be focused on a specific image point.
  • the central region 401 of the transparent lens layer 400 may include a convex lens, and the outer region 402 of the transparent lens layer 400 may include a concave lens.
  • the laser beam LB provided from the central region 401 of the transparent lens layer 400 will be focused at the focal point.
  • the focused laser beam LB is transmitted to the object to generate a photoacoustic signal PA.
  • the photoacoustic signal PA generated from the object may be transmitted to the transparent piezoelectric element layer 200 through the transparent lens layer 400.
  • the photoacoustic signal PA passes through the transparent lens layer 400 and reaches the transparent piezoelectric element layer 200, acoustic focusing is achieved at a desired image point, and the diameter of the central region 401 If this is less than 5 mm, the size does not affect the photoacoustic reception focusing performance.
  • the curvature of the outer region 402 may be determined using an ultrasound velocity in the transparent lens layer 400 and an ultrasound velocity in the object so that the photoacoustic signal PA can be focused on a specific image point.
  • the curvature of the central region 401 may be determined in consideration of the lens layer 401 and optical characteristics of the object so that the laser beam LB can be focused on a desired image point.
  • the central region 401 and the outer region 402 may be integrated after fabrication using different transparent materials. In this case, a photoacoustic image having the highest resolution when the central region 401 is formed of a convex lens can be configured.
  • FIG. 8 and 9 are views for explaining still other examples of a transparent lens layer included in the ultrasonic transducer of FIG. 1.
  • the central area 401 of the transparent lens layer 400 includes a flat lens
  • the outer area 402 of the transparent lens layer 400 includes a convex lens. can do.
  • the laser beam LB provided from the laser source 100 may pass through the transparent sound-absorbing layer 300 and the transparent piezoelectric element layer 200.
  • the laser beam LB provided from the laser source 100 passes through the transparent sound-absorbing layer 300 and the transparent piezoelectric element layer 200
  • the laser beam LB may reach the transparent lens layer 400.
  • the moving path of the laser beam LB may be changed according to the shape of a lens included in the transparent lens layer 400.
  • the laser beam LB provided from the central region 401 of the transparent lens layer 400 may go straight.
  • the straight laser beam LB is transmitted to the object to generate the photoacoustic signal PA.
  • the photoacoustic signal PA generated from the object may be transmitted to the transparent piezoelectric element layer 200 through the transparent lens layer 400.
  • the photoacoustic signal PA passes through the transparent lens layer 400 and reaches the transparent piezoelectric element layer 200, acoustic focusing of the transparent lens layer 400 can be achieved. Curvature can be determined.
  • the central region 401 of the transparent lens layer 400 includes a first convex lens
  • the outer region 402 of the transparent lens layer 400 has a second curvature smaller than that of the first convex lens. It may include a convex lens.
  • the laser beam LB provided from the central region 401 of the transparent lens layer 400 is at a focal point. Can be focused.
  • the focused laser beam LB is transmitted to the object to generate a photoacoustic signal PA. have.
  • the photoacoustic signal PA generated from the object may be transmitted to the transparent piezoelectric element layer 200 through the transparent lens layer 400.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a laser beam passing through a transparent lens layer included in the ultrasonic transducer of FIG. 1
  • FIG. 11 is a diagram for describing another example of a transparent lens layer included in the ultrasonic transducer of FIG. 1 .
  • the central area 401 of the transparent lens layer 400 may correspond to an area where the laser beam LB reaches the transparent lens layer 400.
  • the laser beam LB may be transmitted through the central region 401 of the transparent lens layer 400.
  • the laser beam LB is transmitted according to the shape of the lens included in the central region 401 of the transparent lens layer 400.
  • the path to proceed may be different.
  • the central region 401 is a concave lens
  • the laser beam LB may diverge, and when the central region 401 is a flat lens, the laser beam LB may go straight.
  • the central region 401 is a convex lens
  • the laser beam LB may be focused.
  • the path through which the laser beam LB travels may be different depending on the density of the medium.
  • the transparent lens layer 400 may include a convex lens.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic transducer 10 may include a laser source 100, a transparent piezoelectric element layer 200, a transparent sound absorbing layer 300, and a transparent lens layer 400.
  • the laser source 100 may transmit a laser beam LB.
  • the transparent piezoelectric element layer 200 may mutually convert an electric signal and a photoacoustic signal PA or an ultrasonic signal US, and may be disposed under the laser source 100 to transmit the laser beam LB.
  • the transparent sound-absorbing layer 300 absorbs the transparent piezoelectric element layer 200 and external waves generated from the outside, and is disposed between the upper side of the transparent piezoelectric element layer 200 and the laser source 100 to form a laser beam LB. Can penetrate.
  • the transparent lens layer 400 is disposed on the lower side corresponding to the upper side of the transparent piezoelectric element layer 200 to transmit the laser beam LB, the photoacoustic signal PA, and the ultrasonic signal US. have.
  • the ultrasonic transducer 10 further includes a signal line for transmitting an electric signal, and the signal line may be included in a flexible printed circuit board (FPCB) 700.
  • FPCB flexible printed circuit board
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to embodiments of the present invention.
  • a transparent piezoelectric element layer 200 having a preset center frequency may be formed (S100).
  • a transparent conductive material may be deposited on the upper and lower surfaces of the transparent piezoelectric element layer 200 (S110 ).
  • a transparent sound-absorbing layer 300 for transmitting the laser beam LB may be disposed between the upper surface of the transparent piezoelectric element layer 200 and the laser source 100 (S120).
  • a transparent lens layer 400 that transmits the laser beam LB, the photoacoustic signal PA, and the ultrasonic signal US may be disposed on the lower side corresponding to the opposite side of the upper side of the transparent piezoelectric element layer 200.
  • S130 There is (S130).
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a cross-sectional view of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic transducer 10 includes a laser source 100, a transparent piezoelectric element layer 200, a transparent sound-absorbing layer 300, a transparent lens layer 400, and a transparent acoustic matching.
  • a layer 500 may be included.
  • the laser source 100 may transmit a laser beam LB.
  • the transparent piezoelectric element layer 200 may mutually convert an electric signal, a photoacoustic signal PA, and an ultrasonic signal US, and may be disposed under the laser source 100 to transmit the laser beam LB.
  • the transparent sound-absorbing layer 300 absorbs the transparent piezoelectric element layer 200 and external waves generated from the outside, and is disposed between the upper side of the transparent piezoelectric element layer 200 and the laser source 100 to form a laser beam LB. Can penetrate.
  • the transparent lens layer 400 is disposed on the lower side corresponding to the upper side of the transparent piezoelectric element layer 200 to transmit the laser beam LB, the photoacoustic signal PA, and the ultrasonic signal US. have.
  • the transparent acoustic matching layer 500 is disposed between the transparent lens layer 400 and the transparent piezoelectric element layer 200 so as to acoustically match the transparent lens layer 400 and the transparent piezoelectric element layer 200, and the laser beam LB ,
  • the photoacoustic signal PA and the ultrasonic signal US may be transmitted.
  • the ultrasonic transducer 10 may further include a connection connector 800 disposed on one side of the ultrasonic transducer 10 and connected to the ultrasonic transducer 10 and an external device.
  • 15 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an ultrasonic transducer according to embodiments of the present invention.
  • a laser source 100 for transmitting a laser beam LB may be disposed (S200).
  • the transparent piezoelectric element layer 200 that converts the electric signal and the photoacoustic signal PA or the ultrasonic signal US to each other and transmits the laser beam LB may be disposed under the laser source 100 (S210). ).
  • the transparent piezoelectric element layer 200 and a transparent sound-absorbing layer 300 that absorbs external waves generated from the outside and transmits the laser beam LB are disposed between the upper side of the transparent piezoelectric element layer 200 and the laser source 100 It can be placed in (S220).
  • the transparent lens layer 400 that transmits the laser beam LB, the photoacoustic signal PA, and the ultrasonic signal US may be disposed on the lower side corresponding to the opposite side of the upper side of the transparent piezoelectric element layer 200. Yes (S230).

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기는 레이저 소스, 투명 압전소자층, 투명 흡음층 및 투명 렌즈층을 포함할 수 있다. 레이저 소스는 레이저 빔을 송신할 수 있다. 투명 압전소자층은 전기신호 및 광음향 신호 또는 초음파 신호를 상호 변환하고, 레이저 소스의 하부에 배치되어 레이저 빔을 투과시킬 수 있다. 투명 흡음층은 투명 압전소자층 및 외부에서 발생하는 외부파를 흡수하고, 투명 압전소자층의 상측면 및 레이저 소스 사이에 배치되어 레이저 빔을 투과시킬 수 있다. 투명 렌즈층은 투명 압전소자층의 상측면의 반대면에 해당하는 하측면에 배치되어 레이저 빔 및 광음향 신호 또는 초음파 신호를 투과시킬 수 있다. 본 발명에 따른 초음파 변환기에 따르면 레이저 소스로부터 제공되는 레이저 빔을 투과시키는 투명 압전소자층 및 투명 렌즈층을 이용하여 광음향 영상 및 초음파 영상의 해상도를 증가시킬 수 있다.

Description

초음파 변환기 및 초음파 변환기의 제작방법
본 발명은 초음파 변환기 및 초음파 변환기의 제작방법에 관한 것이다.
광음향 분광법은 대상체가 빛을 흡수하면 흡수된 광에너지가 열로 변하고 음파가 발생하는 현상을 이용한 방법으로, 초음파 변환기와 레이저 전달 모듈이 통합되어있다. 초음파 변환기와 레이저 전달 모듈이 통합되어 있는 경우, 초음파 변환기 아래로 빛을 쏘기 위해 광미러를 사용하여야 함으로 인해서 광 신호 손실을 야기할 수 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다양한 연구가 진행되고 있다.
(특허등록문헌) KR 제10-1086048호 (등록일자, 2011.11.16)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 레이저 소스로부터 제공되는 레이저 빔을 투과시키는 투명 압전소자층 및 투명 렌즈층을 이용하여 광음향 및 초음파 영상의 해상도를 증가시킬 수 있는 초음파 변환기를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 레이저 소스로부터 제공되는 레이저 빔을 투과시키는 투명 압전소자층 및 투명 렌즈층을 이용하여 광음향 및 초음파 영상의 해상도를 증가시킬 수 있는 초음파 변환기의 제작방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기는 레이저 소스, 투명 압전소자층, 투명 흡음층 및 투명 렌즈층을 포함할 수 있다. 레이저 소스는 레이저 빔을 송신할 수 있다. 투명 압전소자층은 전기신호 및 초음파 신호를 상호 변환하고, 상기 레이저 소스의 하부에 배치되어 상기 레이저 빔을 투과시킬 수 있다. 투명 흡음층은 상기 투명 압전소자층 및 외부에서 발생하는 외부파를 흡수하고, 상기 투명 압전소자층의 상측면 및 상기 레이저 소스 사이에 배치되어 상기 레이저 빔을 투과시킬 수 있다. 투명 렌즈층은 상기 투명 압전소자층의 상기 상측면의 반대면에 해당하는 하측면에 배치되어 상기 레이저 빔 및 상기 초음파 신호를 투과시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 초음파 변환기는 투명 음향정합층을 더 포함할 수 있다. 투명 음향정합층은 상기 투명 렌즈층 및 상기 투명 압전소자층 사이에 배치되어 상기 투명 렌즈층 및 상기 투명 압전소자층 사이를 음향정합하고 상기 레이저 빔 및 상기 초음파 신호를 투과시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 렌즈층은 오목 렌즈를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 렌즈층은 중앙영역 및 외곽영역을 포함할 수 있다. 중앙영역은 상기 투명 렌즈층의 중앙부분에 해당할 수 있다. 외곽영역은 상기 투명 렌즈층의 외곽부분에 해당할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 렌즈층의 상기 중앙영역은 평평한 렌즈를 포함하고, 상기 투명 렌즈층의 상기 외곽영역은 오목 렌즈를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 렌즈층의 상기 중앙영역은 볼록 렌즈를 포함하고, 상기 투명 렌즈층의 상기 외곽영역은 오목 렌즈를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 렌즈층의 상기 중앙영역은 평평한 렌즈를 포함하고, 상기 투명 렌즈층의 상기 외곽영역은 볼록 렌즈를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 렌즈층의 상기 중앙영역은 제1 볼록 렌즈를 포함하고, 상기 투명 렌즈층의 상기 외곽영역은 상기 제1 볼록 렌즈보다 곡률이 작은 제2 볼록 렌즈를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 렌즈층의 상기 중앙영역은 상기 레이저 빔이 상기 투명 렌즈층에 도달하는 영역에 상응할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 렌즈층은 볼록 렌즈를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 초음파 변환기는 상기 전기신호를 전달하는 신호라인을 더 포함하고, 상기 신호라인은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)에 포함될 수 있다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기의 제작방법에서는, 미리 설정된 중심주파수의 투명 압전소자층을 형성할 수 있다. 상기 투명 압전소자층의 상측면 및 하측면에 투명 전도성 물질을 증착할 수 있다. 상기 투명 압전소자층의 상기 상측면 및 레이저 소스 사이에서 레이저 빔을 투과시키는 투명 흡음층을 배치할 수 있다. 상기 투명 압전소자층의 상기 상측면의 반대면에 해당하는 상기 하측면에 상기 레이저 빔 및 상기 초음파 신호를 투과시키는 투명 렌즈층을 배치할 수 있다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기는 레이저 소스, 투명 압전소자층, 투명 흡음층, 투명 렌즈층 및 투명 음향정합층을 포함할 수 있다. 레이저 소스는 레이저 빔을 송신할 수 있다. 투명 압전소자층은 전기신호 및 초음파 신호를 상호 변환하고, 상기 레이저 소스의 하부에 배치되어 상기 레이저 빔을 투과시킬 수 있다. 투명 흡음층은 상기 투명 압전소자층 및 외부에서 발생하는 외부파를 흡수하고, 상기 투명 압전소자층의 상측면 및 상기 레이저 소스 사이에 배치되어 상기 레이저 빔을 투과시킬 수 있다. 투명 렌즈층은 상기 투명 압전소자층의 상기 상측면의 반대면에 해당하는 하측면에 배치되어 상기 레이저 빔 및 상기 초음파 신호를 투과시킬 수 있다. 투명 음향정합층은 상기 투명 렌즈층 및 상기 투명 압전소자층 사이에 배치되어 상기 투명 렌즈층 및 상기 투명 압전소자층 사이를 음향정합하고 상기 레이저 빔 및 상기 초음파 신호를 투과시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 초음파 변환기는 상기 초음파 변환기의 일 측면에 배치되어 상기 초음파 변환기와 외부장치와 연결되는 연결 커넥터를 더 포함할 수 있다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기의 제작방법에서는, 레이저 빔을 송신하는 레이저 소스를 배치할 수 있다. 전기신호 및 초음파 신호를 상호 변환하고, 상기 레이저 빔을 투과시키는 투명 압전소자층을 상기 레이저 소스의 하부에 배치할 수 있다. 상기 투명 압전소자층 및 외부에서 발생하는 외부파를 흡수하고, 상기 레이저 빔을 투과시키는 투명 흡음층을 상기 투명 압전소자층의 상측면 및 상기 레이저 소스 사이에 배치할 수 있다. 상기 레이저 빔 및 상기 초음파 신호를 투과시키는 투명 렌즈층을 상기 투명 압전소자층의 상기 상측면의 반대면에 해당하는 하측면에 배치할 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 초음파 변환기에 따르면 레이저 소스로부터 제공되는 레이저 빔을 투과시키는 투명 압전소자층 및 투명 렌즈층을 이용하여 광음향 초음파 영상의 해상도를 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 초음파 변환기의 제작방법에 따르면 레이저 소스로부터 제공되는 레이저 빔을 투과시키는 투명 압전소자층 및 투명 렌즈층을 이용하여 광음향 초음파 영상의 해상도를 증가시킬 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 변환기의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 변환기의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 초음파 변환기에 포함되는 투명 렌즈층의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 5는 도 1의 초음파 변환기의 투명 렌즈층에 포함되는 영역들을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 7은 도 1의 초음파 변환기에 포함되는 투명 렌즈층의 다른 예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 9는 도 1의 초음파 변환기에 포함되는 투명 렌즈층의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 1의 초음파 변환기에 포함되는 투명 렌즈층을 통과하는 레이저 빔을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 1의 초음파 변환기에 포함되는 투명 렌즈층의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 변환기의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 변환기의 제작방법을 나타내는 순서도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 변환기의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 변환기의 제작방법을 나타내는 순서도이다.
도 16 및 17은 도 1의 초음파 변환기에 포함되는 투명 흡음층의 예들을 나타내는 도면들이다.
본 명세서에서 각 도면의 구성 요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하는 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 상기 문제점을 해결하기 위해 고안된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 변환기의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기(10)는 레이저 소스(100), 투명 압전소자층(200), 투명 흡음층(300) 및 투명 렌즈층(400)을 포함할 수 있다. 레이저 소스(100)는 레이저 빔(LB)을 송신할 수 있다. 예를 들어, 레이저 소스(100)로부터 제공되는 레이저 빔(LB)은 광음향 영상을 획득하기 위해서 대상체로 송신될 수 있다. 레이저 소스(100)로부터 제공되는 레이저 빔(LB)이 광음향 영상을 획득하기 위해서 대상체로 송신되는 경우, 대상체로부터 광음향 신호(PA)가 발생할 수 있다.
투명 압전소자층(200)은 전기신호 및 광음향 또는 초음파 신호(US)를 상호 변환할 수 있다. 예를 들어, 투명 압전소자층(200)은 대상체로부터 전달되는 광음향 신호(PA) 또는 초음파 신호(US)를 전기신호로 변환할 수 있고, 또한, 투명 압전소자층(200)은 전기신호에 기초하여 초음파 신호(US)를 대상체에 송신할 수도 있다. 투명 압전소자층(200)은 레이저 소스(100)의 하부에 배치되어 레이저 빔(LB)을 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 투명 압전소자층(200)이 투명소자로 구성되는 경우, 레이저 소스(100)로부터 제공되는 레이저 빔(LB)은 투명 압전소자층(200)을 투과할 수 있다. 이 경우, 투명 압전소자층(200)은 싱글 크리스털 및 PVDF(polyvinylidene Fluoride)을 이용하여 투명한 압전소자로 구성될 수 있다.
또한, 투명 압전소자층(200)의 두께를 조절하여 초음파 변환기(10)의 중심주파수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 효과적으로 초음파 및 광음향 영상을 획득할 수 있는 주파수인 1 MHz ~ 100 MHz 사이 값을 가질 수 있도록 투명 압전소자층(200)의 두께를 조절할 수 있다. 투명 압전소자층(200)의 전극은 투명전극일 수 있고, 투명전극은 ITO (Indium Tin Oxide)등을 사용하여 구성할 수 있다.
투명 흡음층(300)은 투명 압전소자층(200) 및 외부에서 발생하는 외부파를 흡수할 수 있다. 예를 들어, 투명 흡음층(300)은 투명한 에폭시를 사용하여 제작할 수 있다. 투명 흡음층(300)의 모양은 레이저 소스(100)와 결합이 가능하게 구성될 수 있다. 투명 흡음층(300)은 투명 압전소자층(200)의 상측면 및 레이저 소스(100) 사이에 배치되어 레이저 빔(LB)을 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 레이저 소스(100)로부터 제공되는 레이저 빔(LB)은 투명 흡음층(300) 및 투명 압전소자층(200)을 투과하여 투명 렌즈층(400)으로 제공될 수 있다.
도 16 및 17은 도 1의 초음파 변환기에 포함되는 투명 흡음층의 예들을 나타내는 도면들이다.
도 1, 16 및 17을 참조하면, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)에 상응하는 투명 흡음층(300)의 레이저 영역(301)은 오목한 면을 포함할 수 있다. 투명 흡음층(300)의 레이저 영역(301)은 투명 흡음층(300)에서 레이저 빔(LB)이 통과하는 영역일 수 있다. 예를 들어, 투명 흡음층(300)의 레이저 영역(301)이 오목한 면을 포함하는 경우, 오목한 면은 레이저 빔(LB)을 투명 흠음층(300)에서 집속한 후, 투명 렌즈층(400)에 포함된 볼록한 렌즈로 레이저 빔(LB)을 다시 집속함으로써 집속효과를 극대화할 수 있다.
또한, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)에 상응하는 투명 흡음층(300)의 레이저 영역(301)은 볼록한 면을 포함할 수 있다. 예를 들어, 투명 흡음층(300)의 레이저 영역(301)이 볼록한 면을 포함하는 경우, 볼록한 면은 레이저 빔(LB)을 투명 흠음층(300)에서 퍼트린 후, 투명 렌즈층(400)에 포함된 볼록한 렌즈로 레이저 빔(LB)을 집속할수 있다.
투명 렌즈층(400)은 투명 압전소자층(200)의 상측면의 반대면에 해당하는 하측면에 배치되어 레이저 빔(LB) 및 광음향 신호(PA) 또는 초음파 신호(US)를 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 광음향 신호(PA) 또는 초음파 신호(US) 및 레이저 빔(LB)을 효과적으로 집속하고 광음향 영상 또는 초음파 영상의 해상도를 향상시키기 위해 투명 렌즈층(400)을 사용할 수 있다. 투명 렌즈층(400)은 볼록렌즈, 오목렌즈, 혹은 두 가지 모양을 합한 형태의 렌즈를 포함할 수 있다. 고해상도의 광음향 분광법 영상을 얻기 위해서는 광음향 신호(PA) 및 레이저 빔(LB)의 집속점이 같을 수도 있고 상이할 수도 있다.
앞에서는 광음향 영상 및 초음파 영상을 예로 들어 설명하고 있지만, 본 발명은 광음향 및 초음파 영상을 얻기위한 것에 한정되지 않으며, 치료 레이저를 송신하고, 치료영역을 확인하기 위하여 광음향 영상을 획득하기 위해서도 사용될 수 있고, 또한 치료 레이저를 송신하고, 치료영역을 확인하기 위하여 초음파 신호(US)를 송신하여 초음파 영상을 획득하기 위해서도 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 변환기의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 초음파 변환기(10)는 레이저 소스(100), 투명 압전소자층(200), 투명 흡음층(300) 및 투명 렌즈층(400)을 포함할 수 있다. 레이저 소스(100)는 레이저 빔(LB)을 송신할 수 있다. 투명 압전소자층(200)은 전기신호 및 광음향 신호 (PA) 또는 초음파 신호(US)를 상호 변환하고, 레이저 소스(100)의 하부에 배치되어 레이저 빔(LB)을 투과시킬 수 있다. 투명 흡음층(300)은 투명 압전소자층(200) 및 외부에서 발생하는 외부파를 흡수하고, 투명 압전소자층(200)의 상측면 및 레이저 소스(100) 사이에 배치되어 레이저 빔(LB)을 투과시킬 수 있다. 투명 렌즈층(400)은 투명 압전소자층(200)의 상측면의 반대면에 해당하는 하측면에 배치되어 레이저 빔(LB) 및 광음향 신호(PA) 또는 초음파 신호(US)를 투과시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 초음파 변환기(10)는 투명 음향정합층(500)을 더 포함할 수 있다. 투명 음향정합층(500)은 투명 렌즈층(400) 및 투명 압전소자층(200) 사이에 배치되어 투명 렌즈층(400) 및 투명 압전소자층(200) 사이를 음향정합하고 레이저 빔(LB) 및 광음향 신호(PA) 또는 초음파 신호(US)를 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 투명 렌즈층(400) 및 투명 압전소자층(200) 사이를 음향정합하기 위하여 투명 음향정합층(500)이 사용될 수 있다. 투명 렌즈층(400) 및 투명 압전소자층(200) 사이를 음향정합하기 위하여 투명 음향정합층(500)이 사용되는 경우, 투명 렌즈층(400) 및 투명 압전소자층(200) 사이에서 발생할 수 있는 반사신호들을 제거할 수 있다. 투명 음향정합층(500)은 투명한 에폭시를 사용하여 제작할 수 있다.
도 3은 도 1의 초음파 변환기에 포함되는 투명 렌즈층의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 투명 렌즈층(400)은 오목 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저 소스(100)로부터 제공되는 레이저 빔(LB)은 투명 흡음층(300) 및 투명 압전소자층(200)을 투과할 수 있다. 레이저 소스(100)로부터 제공되는 레이저 빔(LB)이 투명 흡음층(300) 및 투명 압전소자층(200)을 투과하는 경우, 레이저 빔(LB)은 투명 렌즈층(400)에 도달할 수 있다. 레이저 빔(LB)이 투명 렌즈층(400)에 도달하는 경우, 투명 렌즈층(400)에 포함되는 렌즈의 형태에 따라 레이저 빔(LB)의 이동경로가 변동될 수 있다. 예를 들어, 투명 렌즈층(400)이 오목 렌즈로 구성되는 경우, 투명 렌즈층(400)으로부터 제공되는 레이저 빔(LB)은 발산될 수 있다. 투명 렌즈층(400)으로부터 제공되는 레이저 빔(LB)이 발산되는 경우, 발산된 레이저 빔(LB)은 대상체에 전달되어 광음향 신호(PA)를 생성할 수 있다. 대상체로부터 생성되는 광음향 신호(PA)는 투명 렌즈층(400)을 통해서 투명 압전소자층(200)에 전달될 수 있다. 이 경우, 광음향 신호(PA)가 투명 렌즈층(400)을 통과하여 투명 압전소자층(200)에 도달하면서 원하는 영상점에 음향집속(acoustic focusing)이 이루어질 수 있도록 투명 렌즈층(400)의 곡률을 결정할 수 있다.
도 4 및 5는 도 1의 초음파 변환기의 투명 렌즈층에 포함되는 영역들을 설명하기 위한 도면이고, 도 6 및 7은 도 1의 초음파 변환기에 포함되는 투명 렌즈층의 다른 예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 7을 참조하면, 투명 렌즈층(400)은 중앙영역(401) 및 외곽영역(402)을 포함할 수 있다. 중앙영역(401)은 투명 렌즈층(400)의 중앙부분에 해당할 수 있다. 외곽영역(402)은 투명 렌즈층(400)의 외곽부분에 해당할 수 있다. 예를 들어, 중앙영역(401)에 배치되는 렌즈 및 외각영역에 배치되는 렌즈의 형태를 달리하는 경우, 보다 우수한 광음향 영상을 획득할 수 있다. 또한, 중앙영역(401)에 배치되는 렌즈 및 외곽영역(402)에 배치되는 렌즈의 구성물질을 달리하여 투명 렌즈층(400)을 구성할 수 있다. 예를 들어, 중앙영역(401)을 구성하는 물질은 제1 물질일 수 있고, 외곽영역(402)을 구성하는 물질은 제2 물질일 수 있다. 이 경우, 제1 물질 및 제2 물질은 상이한 물질일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)은 평평한 렌즈를 포함하고, 투명 렌즈층(400)의 외곽영역(402)은 오목 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저 소스(100)로부터 제공되는 레이저 빔(LB)은 투명 흡음층(300) 및 투명 압전소자층(200)을 투과할 수 있다. 레이저 소스(100)로부터 제공되는 레이저 빔(LB)이 투명 흡음층(300) 및 투명 압전소자층(200)을 투과하는 경우, 레이저 빔(LB)은 투명 렌즈층(400)에 도달할 수 있다. 레이저 빔(LB)이 투명 렌즈층(400)에 도달하는 경우, 투명 렌즈층(400)에 포함되는 렌즈의 형태에 따라 레이저 빔(LB)의 이동경로가 변동될 수 있다.
예를 들어, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)을 평평한 렌즈로 구성하는 경우, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)으로부터 제공되는 레이저 빔(LB)은 직진할 수 있다. 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)으로부터 제공되는 레이저 빔(LB)이 직진하는 경우, 직진한 레이저 빔(LB)은 대상체에 전달되어 광음향 신호(PA)를 생성할 수 있다. 대상체로부터 생성되는 광음향 신호(PA)는 투명 렌즈층(400)을 통해서 투명 압전소자층(200)에 전달될 수 있다. 이 경우, 광음향 신호(PA)가 투명 렌즈층(400)을 통과하여 투명 압전소자층(200)에 도달하면서 원하는 영상점에 음향집속(acoustic focusing)이 이루어지며, 중앙영역(401)의 직경이 5 mm 이하인 경우 광음향 수신 집속성능에 크기 영향을 주지 않는다. 외곽영역(402)의 곡률은 광음향 신호(PA)를 특정 영상점에 집속할 수 있도록 투명 렌즈층(400)에서의 초음파 속도와 대상체에서의 초음파 속도를 이용해 정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)은 볼록 렌즈를 포함하고, 투명 렌즈층(400)의 외곽영역(402)은 오목 렌즈를 포함할 수 있다.
예를 들어, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)을 볼록 렌즈로 구성하는 경우, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)으로부터 제공되는 레이저 빔(LB)은 집속점에 집속될 수 있다. 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)으로부터 제공되는 레이저 빔(LB)이 집속점에 집속되는 경우, 집속된 레이저 빔(LB)은 대상체에 전달되어 광음향 신호(PA)를 생성할 수 있다. 대상체로부터 생성되는 광음향 신호(PA)는 투명 렌즈층(400)을 통해서 투명 압전소자층(200)에 전달될 수 있다. 이 경우, 광음향 신호(PA)가 투명 렌즈층(400)을 통과하여 투명 압전소자층(200)에 도달하면서 원하는 영상점에 음향집속(acoustic focusing)이 이루어지며, 중앙영역(401)의 직경이 5 mm 이하인 경우 광음향 수신 집속성능에 크기 영향을 주지 않는다. 외곽영역(402)의 곡률은 광음향 신호(PA)를 특정 영상점에 집속할 수 있도록 투명 렌즈층(400)에서의 초음파 속도와 대상체에서의 초음파 속도를 이용해 정할 수 있다. 또한 중앙영역(401)의 곡률은 레이저 빔(LB)가 원하는 영상점에 집속될 수 있도록 렌즈층(401)과 대상체의 광학특성을 고려해 결정할 수 있다. 더불어 중앙영역(401)과 외곽영역(402)는 다른 투명물질을 이용하여 제작 후 통합할 수 있다. 이 경우, 중앙영역(401)을 볼록 렌즈로 구성한 경우의 가장 높은 해상도의 광음향 영상을 구성할 수 있다.
도 8 및 9는 도 1의 초음파 변환기에 포함되는 투명 렌즈층의 또 다른 예들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 9를 참조하면, 일 실시예에 있어서, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)은 평평한 렌즈를 포함하고, 투명 렌즈층(400)의 외곽영역(402)은 볼록 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저 소스(100)로부터 제공되는 레이저 빔(LB)은 투명 흡음층(300) 및 투명 압전소자층(200)을 투과할 수 있다. 레이저 소스(100)로부터 제공되는 레이저 빔(LB)이 투명 흡음층(300) 및 투명 압전소자층(200)을 투과하는 경우, 레이저 빔(LB)은 투명 렌즈층(400)에 도달할 수 있다. 레이저 빔(LB)이 투명 렌즈층(400)에 도달하는 경우, 투명 렌즈층(400)에 포함되는 렌즈의 형태에 따라 레이저 빔(LB)의 이동경로가 변동될 수 있다.
예를 들어, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)을 평평한 렌즈로 구성하는 경우, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)으로부터 제공되는 레이저 빔(LB)은 직진할 수 있다. 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)으로부터 제공되는 레이저 빔(LB)이 직진하는 경우, 직진한 레이저 빔(LB)은 대상체에 전달되어 광음향 신호(PA)를 생성할 수 있다. 대상체로부터 생성되는 광음향 신호(PA)는 투명 렌즈층(400)을 통해서 투명 압전소자층(200)에 전달될 수 있다. 이 경우, 광음향 신호(PA)가 투명 렌즈층(400)을 통과하여 투명 압전소자층(200)에 도달하면서 원하는 영상점에 음향집속(acoustic focusing)이 이루어질 수 있도록 투명 렌즈층(400)의 곡률을 결정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)은 제1 볼록 렌즈를 포함하고, 투명 렌즈층(400)의 외곽영역(402)은 제1 볼록 렌즈보다 곡률이 작은 제2 볼록 렌즈를 포함할 수 있다. 예를 들어, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)을 제2 볼록 렌즈로 구성하는 경우, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)으로부터 제공되는 레이저 빔(LB)은 집속점에 집속될 수 있다. 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)으로부터 제공되는 레이저 빔(LB)이 집속점에 집속되는 경우, 집속된 레이저 빔(LB)은 대상체에 전달되어 광음향 신호(PA)를 생성할 수 있다. 대상체로부터 생성되는 광음향 신호(PA)는 투명 렌즈층(400)을 통해서 투명 압전소자층(200)에 전달될 수 있다.
도 10은 도 1의 초음파 변환기에 포함되는 투명 렌즈층을 통과하는 레이저 빔을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 도 1의 초음파 변환기에 포함되는 투명 렌즈층의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 11을 참조하면, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)은 레이저 빔(LB)이 투명 렌즈층(400)에 도달하는 영역에 상응할 수 있다. 예를 들어, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)을 통해서 레이저 빔(LB)이 투과될 수 있다. 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)을 통해서 레이저 빔(LB)이 투과되는 경우, 투명 렌즈층(400)의 중앙영역(401)에 포함되는 렌즈의 형태에 따라 레이저 빔(LB)이 진행하는 경로가 상이할 수 있다. 중앙영역(401)이 오목 렌즈인 경우, 레이저 빔(LB)은 발산할 수 있고, 중앙영역(401)이 평평한 렌즈인 경우, 레이저 빔(LB)은 직진할 수 있다. 또한, 중앙영역(401)이 볼록 렌즈인 경우, 레이저 빔(LB)은 집속될 수도 있다. 또한, 매질의 밀도에 따라 레이저 빔(LB)이 진행하는 경로가 상이할 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 투명 렌즈층(400)은 볼록 렌즈를 포함할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 변환기의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기(10)는 레이저 소스(100), 투명 압전소자층(200), 투명 흡음층(300) 및 투명 렌즈층(400)을 포함할 수 있다. 레이저 소스(100)는 레이저 빔(LB)을 송신할 수 있다. 투명 압전소자층(200)은 전기신호 및 광음향 신호(PA) 또는 초음파 신호(US)를 상호 변환하고, 레이저 소스(100)의 하부에 배치되어 레이저 빔(LB)을 투과시킬 수 있다. 투명 흡음층(300)은 투명 압전소자층(200) 및 외부에서 발생하는 외부파를 흡수하고, 투명 압전소자층(200)의 상측면 및 레이저 소스(100) 사이에 배치되어 레이저 빔(LB)을 투과시킬 수 있다. 투명 렌즈층(400)은 투명 압전소자층(200)의 상측면의 반대면에 해당하는 하측면에 배치되어 레이저 빔(LB), 광음향 신호(PA) 및 초음파 신호(US)를 투과시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 초음파 변환기(10)는 전기신호를 전달하는 신호라인을 더 포함하고, 신호라인은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board, 700)에 포함될 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 변환기의 제작방법을 나타내는 순서도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기(10)의 제작방법에서는, 미리 설정된 중심주파수의 투명 압전소자층(200)을 형성할 수 있다(S100). 투명 압전소자층(200)의 상측면 및 하측면에 투명 전도성 물질을 증착할 수 있다(S110). 투명 압전소자층(200)의 상측면 및 레이저 소스(100) 사이에서 레이저 빔(LB)을 투과시키는 투명 흡음층(300)을 배치할 수 있다(S120). 투명 압전소자층(200)의 상측면의 반대면에 해당하는 하측면에 레이저 빔(LB), 광음향 신호(PA) 및 초음파 신호(US)를 투과시키는 투명 렌즈층(400)을 배치할 수 있다(S130).
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 변환기의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기(10)는 레이저 소스(100), 투명 압전소자층(200), 투명 흡음층(300), 투명 렌즈층(400) 및 투명 음향정합층(500)을 포함할 수 있다. 레이저 소스(100)는 레이저 빔(LB)을 송신할 수 있다. 투명 압전소자층(200)은 전기신호, 광음향 신호(PA) 및 초음파 신호(US)를 상호 변환하고, 레이저 소스(100)의 하부에 배치되어 레이저 빔(LB)을 투과시킬 수 있다. 투명 흡음층(300)은 투명 압전소자층(200) 및 외부에서 발생하는 외부파를 흡수하고, 투명 압전소자층(200)의 상측면 및 레이저 소스(100) 사이에 배치되어 레이저 빔(LB)을 투과시킬 수 있다. 투명 렌즈층(400)은 투명 압전소자층(200)의 상측면의 반대면에 해당하는 하측면에 배치되어 레이저 빔(LB), 광음향 신호(PA) 및 초음파 신호(US)를 투과시킬 수 있다. 투명 음향정합층(500)은 투명 렌즈층(400) 및 투명 압전소자층(200) 사이에 배치되어 투명 렌즈층(400) 및 투명 압전소자층(200) 사이를 음향정합하고 레이저 빔(LB), 광음향 신호(PA) 및 초음파 신호(US)를 투과시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 초음파 변환기(10)는 초음파 변환기(10)의 일 측면에 배치되어 초음파 변환기(10)와 외부장치와 연결되는 연결 커넥터(800)를 더 포함할 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 초음파 변환기의 제작방법을 나타내는 순서도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 변환기(10)의 제작방법에서는, 레이저 빔(LB)을 송신하는 레이저 소스(100)를 배치할 수 있다(S200). 전기신호 및 광음향 신호(PA) 또는 초음파 신호(US)를 상호 변환하고, 레이저 빔(LB)을 투과시키는 투명 압전소자층(200)을 레이저 소스(100)의 하부에 배치할 수 있다(S210). 투명 압전소자층(200) 및 외부에서 발생하는 외부파를 흡수하고, 레이저 빔(LB)을 투과시키는 투명 흡음층(300)을 투명 압전소자층(200)의 상측면 및 레이저 소스(100) 사이에 배치할 수 있다(S220). 레이저 빔(LB), 광음향 신호(PA) 및 초음파 신호(US)를 투과시키는 투명 렌즈층(400)을 투명 압전소자층(200)의 상측면의 반대면에 해당하는 하측면에 배치할 수 있다(S230).

Claims (18)

  1. 레이저 빔을 송신하는 레이저 소스;
    전기신호 및 초음파 신호를 상호 변환하고, 광음향 신호를 상기 전기신호로 변환하며, 상기 레이저 소스의 하부에 배치되어 상기 레이저 빔을 투과시키는 투명 압전소자층;
    상기 투명 압전소자층 및 외부에서 발생하는 외부파를 흡수하고, 상기 투명 압전소자층의 상측면 및 상기 레이저 소스 사이에 배치되어 상기 레이저 빔을 투과시키는 투명 흡음층; 및
    상기 투명 압전소자층의 상기 상측면의 반대면에 해당하는 하측면에 배치되어 상기 레이저 빔, 상기 광음향 신호 및 상기 초음파 신호를 투과시키는 투명 렌즈층을 포함하는 초음파 변환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 변환기는,
    상기 투명 렌즈층 및 상기 투명 압전소자층 사이에 배치되어 상기 투명 렌즈층 및 상기 투명 압전소자층 사이를 음향정합하고 상기 레이저 빔, 상기 광음향 신호 및 상기 초음파 신호를 투과시키는 투명 음향정합층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투명 렌즈층은 오목 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투명 렌즈층은,
    상기 투명 렌즈층의 중앙부분에 해당하는 중앙영역; 및
    상기 투명 렌즈층의 외곽부분에 해당하는 외곽영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 투명 렌즈층의 상기 중앙영역은 평평한 렌즈를 포함하고,
    상기 투명 렌즈층의 상기 외곽영역은 오목 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 투명 렌즈층의 상기 중앙영역은 볼록 렌즈를 포함하고,
    상기 투명 렌즈층의 상기 외곽영역은 오목 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 투명 렌즈층의 상기 중앙영역은 평평한 렌즈를 포함하고,
    상기 투명 렌즈층의 상기 외곽영역은 볼록 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 투명 렌즈층의 상기 중앙영역은 제1 볼록 렌즈를 포함하고,
    상기 투명 렌즈층의 상기 외곽영역은 상기 제1 볼록 렌즈보다 곡률이 작은 제2 볼록 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 투명 렌즈층의 상기 중앙영역은 상기 레이저 빔이 상기 투명 렌즈층에 도달하는 영역에 상응하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 투명 렌즈층은 볼록 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 변환기는,
    상기 전기신호를 전달하는 신호라인을 더 포함하고, 상기 신호라인은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)에 포함되는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
  12. 미리 설정된 중심주파수의 투명 압전소자층을 형성하는 단계;
    상기 투명 압전소자층의 상측면 및 하측면에 투명 전도성 물질을 증착하는 단계;
    상기 투명 압전소자층의 상기 상측면 및 레이저 소스 사이에서 레이저 빔을 투과시키는 투명 흡음층을 배치하는 단계;
    상기 투명 압전소자층의 상기 상측면의 반대면에 해당하는 상기 하측면에 상기 레이저 빔, 광음향 신호 및 초음파 신호를 투과시키는 투명 렌즈층을 배치하는 단계를 포함하는 초음파 변환기의 제작방법.
  13. 레이저 빔을 송신하는 레이저 소스;
    전기신호 및 초음파 신호를 상호 변환하고, 광음향 신호를 상기 전기신호로 변환하며, 상기 레이저 소스의 하부에 배치되어 상기 레이저 빔을 투과시키는 투명 압전소자층;
    상기 투명 압전소자층 및 외부에서 발생하는 외부파를 흡수하고, 상기 투명 압전소자층의 상측면 및 상기 레이저 소스 사이에 배치되어 상기 레이저 빔을 투과시키는 투명 흡음층;
    상기 투명 압전소자층의 상기 상측면의 반대면에 해당하는 하측면에 배치되어 상기 레이저 빔, 상기 광음향 신호 및 상기 초음파 신호를 투과시키는 투명 렌즈층; 및
    상기 투명 렌즈층 및 상기 투명 압전소자층 사이에 배치되어 상기 투명 렌즈층 및 상기 투명 압전소자층 사이를 음향정합하고 상기 레이저 빔, 상기 광음향 신호 및 상기 초음파 신호를 투과시키는 투명 음향정합층을 포함하는 초음파 변환기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 초음파 변환기는,
    상기 초음파 변환기의 일 측면에 배치되어 상기 초음파 변환기와 외부장치와 연결되는 연결 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
  15. 레이저 빔을 송신하는 레이저 소스를 배치하는 단계;
    전기신호 및 초음파 신호를 상호 변환하고, 광음향 신호를 상기 전기신호로 변환하며, 상기 레이저 빔을 투과시키는 투명 압전소자층을 상기 레이저 소스의 하부에 배치하는 단계;
    상기 투명 압전소자층 및 외부에서 발생하는 외부파를 흡수하고, 상기 레이저 빔을 투과시키는 투명 흡음층을 상기 투명 압전소자층의 상측면 및 상기 레이저 소스 사이에 배치하는 단계; 및
    상기 레이저 빔, 상기 광음향 신호 및 상기 초음파 신호를 투과시키는 투명 렌즈층을 상기 투명 압전소자층의 상기 상측면의 반대면에 해당하는 하측면에 배치하는 단계를 포함하는 초음파 변환기의 제작방법.
  16. 제4항에 있어서,
    상기 중앙영역을 구성하는 물질에 해당하는 제1 물질 및 상기 외곽영역을 구성하는 물질에 해당하는 제2 물질은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
  17. 제4항에 있어서,
    상기 중앙영역에 상응하는 상기 투명 흡음층의 레이저 영역은 볼록한 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
  18. 제4항에 있어서,
    상기 중앙영역에 상응하는 상기 투명 흡음층의 레이저 영역은 오목한 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기.
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