KR20240082850A

KR20240082850A - 음향 메타렌즈를 포함하는 유연 센서, 이의 제조방법 및 이를 이용한 센싱방법

Info

Publication number: KR20240082850A
Application number: KR1020220166924A
Authority: KR
Inventors: 허신; 무하마드
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2022-12-02
Filing date: 2022-12-02
Publication date: 2024-06-11
Also published as: WO2024117396A1

Abstract

음향 메타렌즈를 포함하는 유연 센서, 이의 제조방법 및 이를 이용한 센싱방법에서, 상기 유연 센서는 초음파 소자 모듈, 음향 메타렌즈 및 정보 추출부를 포함한다. 상기 초음파 소자 모듈은 특정 주파수의 초음파 신호를 발생시킨다. 상기 음향 메타렌즈는 상기 초음파 소자 모듈의 하부에 위치하며, 상기 특정 주파수를 공진 주파수로 가져, 상기 발생된 초음파 신호를 하부의 센싱 대상으로 전달하고, 상기 센싱 대상으로부터 반사된 초음파 신호를 상기 초음파 소자 모듈로 제공한다. 상기 정보 추출부는 상기 초음파 소자 모듈로 제공된 반사된 초음파 신호를 바탕으로 상기 센싱 대상의 정보를 추출한다.

Description

음향 메타렌즈를 포함하는 유연 센서, 이의 제조방법 및 이를 이용한 센싱방법{FLEXIBLE SENSOR HAVING ACOUSTIC META LENS, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND METHOD FOR SENSING USING THE SAME}

본 발명은 음향 메타렌즈를 포함하는 유연 센서, 이의 제조방법 및 이를 이용한 센싱방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파를 손실없이 투과시켜 회절한계를 극복하는 음향 메타렌즈가 적용되어, 센싱 대상에 대한 고해상도 이미징을 구현할 수 있고, 유연성을 가져 피부 부착형 또는 패치형 제작이 가능한 음향 메타렌즈를 포함하는 유연 센서, 이의 제조방법 및 이를 이용한 센싱방법에 관한 것이다.

초음파 신호를 바탕으로 센싱 대상에 대한 정보를 추출하는 기술은 다양하게 개발되고 있으며, 대한민국 등록특허 제10-2304521호를 통해서는, 초음파를 이용한 지문인식이 가능한 액정보호필름에 대한 기술이 개시되고 있다.

또한, 일본국 공개특허 제2016-214736호의 경우, 혈관으로부터 소정 거리 이격된 초음파 프로브를 통해 혈압을 측정하는 장치 및 방법에 대한 기술이 개시되고 있다.

이러한 초음파를 이용한 센싱 기술의 경우, 초음파를 센싱 대상으로 제공하며, 센싱 대상으로부터 반사되는 초음파를 바탕으로 센싱 대상의 구조나 특성을 추출하게 되는데, 이렇게 추출되는 특성을 보다 정확하게 파악하기 위해서는 송신 초음파는 물론 반사되는 수신 초음파 신호가 높은 강도로 획득되는 것이 필요하다.

그러나, 초음파 신호의 경우, 초음파 신호의 발생 위치로부터 측정 대상인 센싱 대상까지 제공되는 과정에서의 투과율은 물론, 센싱 대상에서의 소멸파 등으로 신호의 강도는 저하되며, 이에 따라 센싱 대상의 정보를 정확하게 파악하는 것에는 한계가 있다.

특히, 초음파 발생 모듈의 경우, 대체로 유연성 소재 상에 제작되는 것에는 한계가 있으며, 이에 따라, 움직임이 많은 신체의 피부에 접촉된 상태를 유지하기 어려워, 일상생활을 수행하는 과정에서 실시간으로 필요한 정보를 획득하는 것에는 한계가 있다.

대한민국 등록특허 제10-2304521호 일본국 공개특허 제2016-214736호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 초음파를 손실없이 투과시켜 회절한계를 극복하는 음향 메타렌즈가 적용되어, 센싱 대상에 대한 고해상도 이미징을 구현하여 보다 정확한 센싱 대상의 정보 추출이 가능하고, 유연성을 가져 피부 부착형 또는 패치형 제작이 가능하여 일상생활에서도 실시간으로 필요한 정보의 획득이 가능한 음향 메타렌즈를 포함하는 유연 센서를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 유연 센서의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 유연 센서를 이용한 센싱방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 유연 센서는 초음파 소자 모듈, 음향 메타렌즈 및 정보 추출부를 포함한다. 상기 초음파 소자 모듈은 특정 주파수의 초음파 신호를 발생시킨다. 상기 음향 메타렌즈는 상기 초음파 소자 모듈의 하부에 위치하며, 상기 특정 주파수를 공진 주파수로 가져, 상기 발생된 초음파 신호를 하부의 센싱 대상으로 전달하고, 상기 센싱 대상으로부터 반사된 초음파 신호를 상기 초음파 소자 모듈로 제공한다. 상기 정보 추출부는 상기 초음파 소자 모듈로 제공된 반사된 초음파 신호를 바탕으로 상기 센싱 대상의 정보를 추출한다.

일 실시예에서, 상기 음향 메타렌즈는, 상기 초음파 소자 모듈에서 발생된 초음파 신호, 및 상기 센싱 대상으로부터 반사된 초음파 신호를 모두 투과시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 음향 메타렌즈는, 유연성 재료를 포함하며, 소정 두께를 가지는 베이스 프레임, 및 상기 베이스 프레임을 관통하며, 복수개가 배열되는 단위 셀을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 초음파 소자 모듈은, 상기 단위 셀들과 정렬되는 복수의 상부 채널들, 및 상기 상부 채널들 각각으로부터 연장되며 외부 전원과 전기적으로 연결되는 개별 전극들을 포함하는 상부전극, 상기 상부 채널들과 정렬되는 복수의 하부 채널들, 및 상기 하부 채널들을 전기적으로 접지시키는 공통전극을 포함하는 하부전극, 및 상기 상부 채널들과 상기 하부 채널들 사이에 개재되는 압전층을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 개별 전극들 및 상기 공통전극은, 신축 가능하도록 'S'자 형상으로 연장될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 초음파 소자 모듈의 상면 및 상기 음향 메타렌즈의 하면을 방수 패키징하는 방수층, 및 상기 방수층이 형성된 상기 음향 메타렌즈의 하면에 형성되는 접착층을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 초음파 소자 모듈의 상면 및 하면을 방수 패키징하는 방수층, 및 상기 음향 메타렌즈의 하면에 형성되는 접착층을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 센싱 대상은, 혈관 구조 또는 근골격 구조일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 정보 추출부는, 상기 반사된 초음파 신호를 시각화한 이미지로부터, 상기 센싱 대상의 정보를 추출할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 유연 센서의 제조방법은, 특정 주파수의 초음파 신호를 발생시키는 초음파 소자 모듈을 제작하는 단계, 상기 특정 주파수를 공진 주파수로 가지는 음향 메타렌즈를 제작하는 단계, 상기 초음파 소자 모듈의 채널부를 상기 음향 메타렌즈의 단위 셀과 정렬하는 단계, 및 상기 초음파 소자 모듈 및 상기 음향 메타렌즈를 방수 패키징하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 초음파 소자 모듈을 제작하는 단계는, 제1 유연 기판 상에 상부 전극을 형성하는 단계, 제2 유연 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극 상에 압전층을 형성하는 단계, 및 상기 압전층이 사이에 개재되도록, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극을 서로 본딩하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 초음파 소자 모듈 및 상기 음향 메타렌즈를 방수 패키징하는 단계에서, 상기 초음파 소자 모듈의 상면 및 상기 음향 메타렌즈의 하면에 방수층을 밀착시켜, 압력을 가하여 밀봉할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 초음파 소자 모듈 및 상기 음향 메타렌즈를 방수 패키징하는 단계에서, 상기 초음파 소자 모듈의 상면 및 하면에 방수층을 밀착시켜, 압력을 가하여 상기 초음파 소자 모듈을 밀봉할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 음향 메타렌즈의 하면에, 생체 적합성 소재를 포함하는 접착층을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 유연 센서를 이용한 센싱방법은, 특정 주파수의 초음파 신호를 발생시키는 유연 센서를 이용하여 피하 구조를 스캐닝하는 단계, 상기 스캐닝 결과를 바탕으로, 센싱 대상의 위치를 파악하는 단계, 상기 센싱 대상의 위치를 고려하여, 상기 유연 센서의 초음파 소자 모듈에서, 송신 초음파 소자와 수신 초음파 소자를 선택하는 단계, 상기 송신 초음파 소자에서 발생된 초음파 신호는 상기 유연 센서의 음향 메타렌즈를 투과하여 상기 센싱 대상에서 반사된 후, 상기 음향 메타렌즈를 다시 투과하여 수신 초음파 신호로 수신되며, 상기 수신 초음파 신호로부터 상기 센싱 대상을 이미지화하는 단계, 및 상기 이미지화된 센싱 대상으로부터 필요한 정보를 추출하는 단계를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 유연 센서를 이용하여 피하 구조를 스캐닝하는 단계에서, 상기 초음파 소자 모듈의 복수의 채널부들에서 순차적으로 초음파 신호를 발생시키며, 상기 발생된 초음파 신호에 대하여 수신되는 초음파 신호를 바탕으로 상기 피하 구조를 이미지화할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 송신 초음파 소자와 수신 초음파 소자를 선택하는 단계에서, 상기 송신 초음파 소자는 적어도 하나 이상 선택되며, 상기 수신 초음파 소자는 상기 선택된 송신 초음파 소자에 매칭되도록 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 송신 초음파 소자와 수신 초음파 소자를 선택하는 단계 이후, 상기 센싱 대상의 이미지화에서, 이미지의 해상도를 선택하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 초음파 신호를 발생시키는 초음파 소자 모듈의 하부에 상기 초음파 신호는 물론 센싱 대상에서 반사된 초음파 신호도 모두 투과시키는 음향 메타렌즈를 배치시킴으로써, 고감도 수신 신호를 바탕으로 상기 센싱 대상에 대한 보다 정확하고 정밀한 정보 추출이 가능하다.

특히, 상기 음향 메타렌즈의 단위 셀은 특정한 공진 주파수 모드를 가지며, 상기 초음파 신호의 주파수는, 상기 음향 메타렌즈를 투과하할 수 있는, 1차 공진 주파수 외에 2차 또는 3차 공진 주파수 중 선택적으로 정보 추출을 위한 송수신 신호를 선택할 수 있다. 이에 따라, 상기 초음파 소자 모듈은 상대적으로 높은 주파수(3차 공진 주파수) 또는 낮은 주파수(1차 공진 주파수)를 선택하여 높은 정밀도 또는 낮은 정밀도의 이미징을 선택하여, 이미지의 해상도를 선택할 수 있어, 다양한 정보 추출이 가능할 수 있다.

또한, 상기 유연 센서는 유연성 소재를 포함하며, 피부와의 생체친화성을 향상시키도록 표면이 처리됨에 따라, 사용자의 피부에 직접 접촉한 상태로 실시간으로 센싱 대상에 대한 정보 추출이 가능하여, 예를 들어, 혈압이나 근골격계 상태에 대한 실시간 측정이 가능할 수 있다.

또한, 상기 초음파 소자 모듈의 제작에 있어, 압전층이 개재된 상부 전극과 하부 전극을 형성하여 전원의 공급에 따라 초음파 신호의 용이한 발생이 가능하며, 특히, 공통 전극과 개별 전극이 모두 신장 가능하도록 형성되어, 상기 피부의 신축에 따라 같이 변형되어 피부와의 접촉력 향상 및 센싱의 정확성을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 초음파 소자 모듈이 복수의 채널부들이 배열되도록 형성되므로, 1차 스캐닝을 통해 센싱 대상의 위치를 파악한 후, 해당 위치에 근접한 채널부를 통해 초음파의 송수신을 수행할 수 있으므로, 보다 높은 감도의 초음파 신호를 수신하여 센싱 대상에 대한 정보를 고해상도로 추출할 수 있다.

나아가, 상기 채널부들을 순차적으로 구동시켜 초음파 신호를 순차적으로 발생시키는 소위, 빔 포밍 방식도 적용할 수 있어, 센싱 대상에 대한 정보를 보다 높은 해상도로 추출하여, 보다 정확하고 정밀한 정보 획득이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 유연 센서를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 유연 센서의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 도 2의 초음파 소자 모듈을 제작하는 단계를 도시한 흐름도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 상부 전극 및 하부 전극의 설계도들이며, 도 4c 및 도 4d는 도 3의 상부 전극 및 하부 전극의 제작된 이미지들이다.
도 5는 도 3의 본딩 단계를 예시한 단면도이다.
도 6은 도 3의 초음파 소자 모듈을 제작하는 단계를 통해 제작된 초음파 소자 모듈을 도시한 이미지이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6의 초음파 소자 모듈의 신장 상태의 예를 도시한 이미지들이다.
도 8은 도 2의 음향메타렌즈를 제작하는 단계를 통해 제작된 음향메타렌즈를 도시한 이미지이다.
도 9는 도 1의 유연 센서를 이용한 센싱방법을 도시한 흐름도이다.
도 10은 도 1의 유연 센서를 이용하여 혈압을 센싱하는 상태를 도시한 모식도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 유연 센서를 도시한 단면도이다.

우선, 도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 유연 센서(10)는 초음파 소자 모듈(100), 음향 메타렌즈(200), 정보 추출부(300), 방수층(400) 및 접착층(500)을 포함한다.

상기 유연 센서(10)는 피하층(20)의 상부에 접촉하여, 피하 구조에 대한 정보를 추출하는 것으로, 도 1을 통해서는 상기 피하 구조로서 혈관(21)이 예시된다.

즉, 상기 유연 센서(10)를 통해서는 상기 혈관(21)의 구조나 형상 등에 대한 정보를 추출할 수 있는데, 이러한 혈관의 구조나 형상 등에 대한 정보를 추출함으로써, 혈압에 대한 정보도 획득할 수 있다. 이 때, 혈압에 대한 정보는, 상기 혈관(21)의 실시간 직경변화에 대한 정보를 바탕으로 연산할 수 있다.

다만, 상기 피하 구조는 혈관에 제한되지는 않으며, 근골격 구조 등과 같은 다양한 구조를 포함할 수 있으며, 근골격 구조 역시 근골격 구조의 형상 변화 등을 바탕으로 정상 상태의 여부를 판단할 수 있다.

이 때, 본 실시예에서의 상기 유연 센서(10)에서는, 상기 피하층(20)으로 소정의 초음파 신호를 제공하고, 상기 피하층(20)에서 반사되는 초음파 신호를 수신하는 것으로, 상기 피하층(20)의 구조나 형상에 대한 정보를 추출하게 된다.

구체적으로, 상기 초음파 소자 모듈(100)은 초음파 신호를 발생시켜, 하부 방향, 즉 상기 피하층(20)이 위치하는 방향으로 초음파 신호를 제공하는 것으로, 구체적인 상기 초음파 소자 모듈(100)의 구조에 대하여는 후술되는 초음파 소자 모듈(100)의 제조방법을 통해 동시에 설명한다.

상기 초음파 소자 모듈(100)이 발생시키는 초음파 신호는 특정 주파수를 가지는 것으로, 상기 주파수는 선택적으로 기 설정될 수 있다. 즉, 센싱 대상의 구조나 형상 등을 고려하여 해당 구조나 형상을 효과적으로 파악할 수 있는 주파수를 미리 설정하여 상기 초음파 소자 모듈(100)을 통해 제공할 수 있다.

이 때, 상기 초음파 소자 모듈(100)은 유연성 재료를 포함하도록 제조되어, 유연성(flexibility)은 물론 후술되는 바와 같은 소정의 신장성(stretchability)도 가질 수 있다. 이는 후술되는 상기 음향 메타렌즈(200)도 마찬가지로, 유연성 재료를 포함한다.

상기 초음파 소자 모듈(100)에서 발생된 초음파 신호는, 하부에 위치하는 상기 음향 메타렌즈(200)로 제공되는데, 상기 음향 메타렌즈(200)는 상기 초음파 신호를 그대로 투과시켜 상기 피하층(20)으로 제공한다.

이 때, 상기 음향 메타렌즈(200)는 상기 수신되는 초음파 신호의 주파수와 동일한 공진 주파수를 가지는 것으로, 이에 따라 수신되는 초음파 신호는 그대로 하부 방향으로 투과시키게 된다. 즉, 상기 음향 메타렌즈(200)가 상기 피하층(20)과 상기 초음파 소자 모듈(100)의 사이에 개재되므로, 상기 발생되는 초음파 신호는 손실없이 모두 상기 피하층(20)으로 제공된다.

또한, 상기 피하층(20)으로 제공되는 초음파 신호는, 상기 피하층(20)의 구조적 특징에 의해 반사되는데, 이렇게 반사된 초음파 신호는 다시 상기 음향 메타렌즈(200)로 제공된다.

일반적으로, 초음파 신호가 특정 구조에서 반사되는 경우, 파장이 점점 감쇠하는 소멸파가 발생하게 된다. 그러나, 상기 반사된 초음파가 상기 음향 메타렌즈(200)를 통과하게 되면, 상기 음향 메타렌즈(200) 내부에 형성되는 단위셀(220)에서의 공진 터널링 현상으로 소멸되지 않고 그대로 투과하여 상부의 상기 초음파 소자 모듈(100)로 그대로 제공된다.

즉, 상기 음향 메타렌즈(200)는, 상기 초음파 소자 모듈(100)에서 발생된 초음파 신호를 모두 하부의 피하층(20)으로 제공하는 것은 물론이며, 상기 피하층(20)에서 반사된 초음파 신호 역시 그대로 상부의 초음파 소자 모듈(100)로 제공한다.

그리하여, 상기 정보 추출부(300)에서는, 상기 초음파 소자 모듈(100)에서 수신되는, 반사된 초음파 신호를 바탕으로, 상기 피하층(20), 즉 센싱 대상의 구조나 형상에 대한 정보를 추출하게 된다.

이 때, 상기 정보 추출부(300)는 상기 수신되는 초음파 신호를 이미지화 하여, 상기 센싱 대상의 구조나 형상에 대한 정보를 추출하게 된다. 예를 들어, 상기 센싱 대상이 혈관(21)인 경우라면, 상기 이미지화를 통해 상기 혈관(21)의 구조나 형상, 크기 등에 대한 정보를 획득하게 된다.

상기 방수층(400)은 상기 초음파 소자 모듈(100)의 상면 및 상기 음향 메타렌즈(200)의 하면에 형성되며, 상기 방수층(400)의 형성을 통해 상기 초음파 소자 모듈(100) 및 상기 음향 메타렌즈(200)는 방수 패키징된다.

이 때, 도 1의 경우, 장방향으로 연장되는 상기 유연 센서(10)의 일부를 도시한 것이므로, 상기 방수층(400)은 상기 초음파 소자 모듈(100)의 상면 및 상기 음향 메타렌즈(200)의 하면에만 형성되는 것으로 예시되었으나, 실제 상기 방수층(400)은 상기 유연 센서(10)의 측면을 따라서도 형성됨으로써, 전체적으로 상기 유연 센서(10)를 내부에 패키징하여 밀봉시킬 수 있다.

이러한, 상기 방수층(400)의 형성에 따라, 상기 유연 센서(10)는 다양한 환경의 영향이 최소화되며 사용성이 강화된다. 즉, 상기 유연 센서(10)가 사용자의 피부에 직접 접촉하여 사용되는 경우, 피부의 이물질이나 땀 등이 상기 유연 센서(10)의 내부로 침투되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 방수층(400)은, 유연성 재료로 형성되는 것으로, 예를 들어, PDMS(polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다.

상기 접착층(500)은 상기 피하층(20)과 접촉하는 상기 방수층(400)의 하면, 즉 상기 음향 메타렌즈(200)의 하면에 형성되는 상기 방수층(400)의 하면 상에 추가로 형성된다.

상기 접착층(500)은, 상기 유연 센서(10)와 피부 조직 등과 효과적인 접착성을 유지하기 위한 것으로, 생체 적합성 접착 소재를 포함하여, 피부 조직과 유사한 임피던스 특성을 가져야 한다. 그리하여, 상기 유연 센서(10)는 상기 피하층(20)과의 장시간의 안정적인 접착성을 유지할 수 있으며, 이를 통해 장시간 사용자의 센싱 대상에 대한 정보를 안정적으로 획득할 수 있다.

한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 방수층(400)은 상기 초음파 소자 모듈(100)의 상면 및 하면에 형성되며, 상기 방수층(400)의 형성을 통해 상기 초음파 소자 모듈(100)이 방수 패키징될 수 있다.

이 경우, 상기 방수층(400)이 상기 초음파 소자 모듈(100)의 측면을 따라서도 형성됨으로써, 전체적으로 패키징되어 밀봉됨은 앞서 설명한 바와 같다.

또한, 상기 방수층(400)이 상기 초음파 소자 모듈(100)의 상면 및 하면에만 형성되는 경우, 상기 접착층(500)은 상기 음향 메타렌즈(200)의 하면에 형성될 수 있다.

나아가, 상기 접착층(500)이 상기 음향 메타렌즈(200)의 하면에 형성되는 것 외에, 도시하지는 않았으나, 추가로 접착층이 상기 초음파 소자 모듈(100)의 하면에 형성되는 상기 방수층(400)과 상기 음향 메타렌즈(200)의 상면 사이에 형성될 수도 있다. 또한, 이와 같이, 추가 접착층이 상기 방수층(400)과 상기 음향 메타렌즈(200)의 사이에 형성된다면, 상기 음향 메타렌즈(200)의 하면에 형성되는 접착층(500)은 생략될 수도 있다.

이 경우, 상기 접착층(500)은 상기 피하층(20)과 접촉하는 것으로 생체 생체 적합성 접착 소재를 포함할 수 있으며, 상기 방수층(400)과 상기 음향 메타렌즈(200) 사이에 개재되는 추가 접착층은 접착력을 향상시키는 소재를 포함할 수 있다.

이하에서는, 상기 유연 센서(10)의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 도 1의 유연 센서의 제조방법을 도시한 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 상기 유연 센서(10)의 제조방법에 있어서는, 우선, 상기 초음파 소자 모듈(100)을 제작한다(단계 S10). 이 경우, 상기 초음파 소자 모듈(100)이 특정 주파수를 가지는 초음파 신호를 발생시키는 것은 앞서 설명한 바와 같다.

이 때, 상기 초음파 소자 모듈(100)의 제작방법(단계 S10)에 대하여 구체적으로 설명하면 하기와 같다.

도 3은 도 2의 초음파 소자 모듈을 제작하는 단계를 도시한 흐름도이다. 도 4a 및 도 4b는 도 3의 상부 전극 및 하부 전극의 설계도들이며, 도 4c 및 도 4d는 도 3의 상부 전극 및 하부 전극의 제작된 이미지들이다. 도 5는 도 3의 본딩 단계를 예시한 단면도이다. 도 6은 도 3의 초음파 소자 모듈을 제작하는 단계를 통해 제작된 초음파 소자 모듈을 도시한 이미지이다. 도 7a 및 도 7b는 도 6의 초음파 소자 모듈의 신장 상태의 예를 도시한 이미지들이다. 도 8은 도 2의 음향메타렌즈를 제작하는 단계를 통해 제작된 음향메타렌즈를 도시한 이미지이다.

우선, 도 3, 도 4a 및 도 4c를 참조하면, 상기 초음파 소자 모듈(100)의 제작에 있어서는, 제1 유연기판(101) 상에 상부 전극(110)을 형성한다(단계 S11).

상기 제1 유연기판(101)은 유연성 재질을 포함하는 것으로, 예를 들어 폴리이미드(polyimide), PET(polyethylene terephthalate), PDMS(polydimethylsiloxane) 등을 포함하는 기판일 수 있다. 즉, 상기 제1 유연기판(101) 상에 금속 박막을 적층한 후, 레이저 가공과 같은 가공을 통해 소정 패턴을 가지는 상부 전극(110)을 형성한다.

이 때, 상기 상부전극(110)은 도시된 바와 같이, 일정한 간격으로 배열되는 복수의 상부 채널들(111), 및 상기 상부 채널들(111) 각각과 단자부(113)를 연결하는 개별 전극들(112)을 포함한다. 상기 개별 전극들(112) 각각은 서로 전기적으로 이격되며 상기 각각의 상부 채널(111)과 단자부(113)를 연결한다. 그리하여, 상기 단자부(113)를 통해 제공되는 전원이 상기 상부 채널(111)에 독립적으로 인가된다.

한편, 상기 개별 전극들(112) 각각은, 도시된 바와 같이, 'S'자 형상으로 휘어지며 연속적으로 연장되는데, 이러한 연장 구조에 따라, 상기 개별 전극들(112) 각각은 유연성은 물론 신장성을 가진다.

이 후, 제2 유연기판(102) 상에 하부 전극(120)을 형성한다(단계 S12).

상기 제2 유연기판(102)도 유연성 재질을 포함하는 것으로, 예를 들어 폴리이미드(polyimide), PET(polyethylene terephthalate), PDMS(polydimethylsiloxane) 등을 포함하는 기판일 수 있다. 즉, 상기 제2 유연기판(102) 상에 금속 박막을 적층한 후, 레이저 가공과 같은 가공을 통해 소정 패턴을 가지는 하부 전극(120)을 형성한다.

이 때, 상기 하부전극(120)은 도시된 바와 같이, 일정한 간격으로 배열되는 복수의 하부 채널들(121), 및 상기 하부 채널들(121)을 전체적으로 전기적으로 연결하는 공통전극(122)을 포함한다. 한편, 상기 공통전극(122)은 일 측에 위치하는 접지(ground, 123)에 연결된다.

상기 하부 채널들(121) 각각은 상기 상부 채널들(111) 각각과 서로 동일한 위치에 형성되며, 이에 후술되는 본딩 공정을 통해 상기 하부 채널들(121)과 상기 상부 채널들(111)은 서로 정렬되어 채널부를 형성한다.

또한, 상기 공통전극(122)은 상기 하부 채널들(121)을 모두 전기적으로 연결하는 구조를 가지며, 이에 도시된 바와 같이, 상기 하부 채널들(121)이 매트릭스(matrix) 형상을 가지며 배열된다면 상기 공통전극(122)은 상기 매트릭스의 각 꼭지점을 연결하는 구조의 메쉬(mesh) 형상을 형성할 수 있다.

이상과 같이, 상기 공통전극(122)을 통해서는 모든 하부 채널들(121)에 공통 전압이 제공되며, 이에 상기 개별 전원이 공급되는 상부 채널(111)과의 사이에서 특정 채널부에 소정의 전압이 유도된다.

상기 공통전극(122) 역시, 'S'자 형상으로 휘어지며 연속적으로 연장되는데, 이러한 연장 구조에 따라, 상기 공통전극(122)도 유연성은 물론 신장성을 가진다.

이상과 같이, 상기 상부 전극(110)과 상기 하부 전극(120)이 각각 형성된 후, 도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 상부 전극(110) 또는 상기 하부 전극(120) 상에 압전층(130)을 형성한다(단계 S13).

이 때, 상기 압전층(130)은 압전 단결정(PMN-PT) 또는 티탄산 지르콘산 연(PZT)와 같은 압전 재료로 형성될 수 있으며, 상기 상부 전극(110) 또는 상기 하부 전극(120)의 어느 전극에 먼저 형성되어도 무방하다.

다만, 상기 압전층(130)이 상기 상부 전극(110) 상에 형성되는 경우라면, 상기 압전층(130)은 상기 하부 전극(120)을 향하는 면에 형성되며, 반대로 상기 압전층(130)이 상기 하부 전극(120) 상에 형성되는 경우라면, 상기 압전층(130)은 상기 상부 전극(110)을 향하는 면에 형성된다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 압전층(130)의 상면 또는 하면에는 상기 상부 전극(110) 또는 상기 하부 전극(120)에 접합되기 위한 공정솔더(eutectic solder)인 솔더부(131)가 형성될 수 있다.

이 후, 도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 압전층(130)이 개재되도록, 상기 상부 전극(110)과 상기 하부 전극(120)을 서로 본딩(bonding)한다(단계 S14).

즉, 상기 상부 전극(110)의 하면에 상기 압전층(130)이 먼저 형성된 경우라면, 상기 압전층(130)의 하면에 상기 하부 전극(120)을 본딩하고, 이와 달리, 상기 하부 전극(120)의 상면에 상기 압전층(130)이 먼저 형성된 경우라면, 상기 압전층(130)의 상면에 상기 상부 전극(110)을 본딩한다.

예를 들어, 도 5에서와 같이, 상기 압전층(130)이 상기 하부 전극(120)의 상면에 먼저 형성된 경우라면, 상기 압전층(130)의 상면에 상기 공정솔더를 개재시키면서 상기 상부 전극(110)을 상기 압전층(130)의 상면에 본딩한다. 이 때, 상기 상부 전극(110)을 상부의 인두팁(140)을 통해 가압하여 상기 압전층(130)의 상면에 본딩할 수 있다.

이 때, 상기 본딩 공정에서는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 상부 전극(110)의 상부 채널들(111)과 상기 하부 전극(120)의 하부 채널들(121)은 상하방향으로 서로 정렬되어 일치하도록 위치하며, 이를 통해 채널부가 형성된다.

이상과 같은 공정을 통해 상기 초음파 소자 모듈(100)은 제작되는데, 전체적으로, 상기 초음파 소자 모듈(100)은, 상층부터 하층까지, 제1 유연 기판(101), 상부 전극(110), 솔더부(131), 압전층(130), 솔더부(131), 하부 전극(120) 및 제2 유연 기판(102)의 순서로 적층된다.

이러한 상기 초음파 소자 모듈(100)의 제작된 상태는, 도 6에서와 같으며, 도 6에서는 상기 상부 전극(110) 및 상기 하부 전극(120)을 도시하기 우해 상기 제1 및 제2 유연 기판들(101, 102)은 생략하였다.

한편, 도 7a 및 도 7b에서와 같이, 상기 제작된 초음파 소자 모듈(100)에서는, 초기 상태에서의 서로 인접한 채널부 사이의 거리가, 130%까지 신장이 가능한 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 개별 전극(112) 및 상기 공통 전극(122)이 모두 'S'자가 반복되도록 연장되는 구조를 가지므로, 신장이 가능하다. 또한, 이러한 초음파 소자 모듈의 신장이 가능하여, 상기 유연 센서(10)가 다양하게 신장되는 사용자의 피부에 장시간 안정적으로 접착된 상태를 유지할 수 있다.

다시, 도 2 및 도 8을 참조하면, 상기 초음파 소자 모듈(100)이 제작된 이후, 상기 음향 메타렌즈(200)를 제작한다(단계 S20).

상기 음향 메타렌즈(200)는 베이스 프레임(210) 상에 복수의 단위셀들(220)이 형성된 구조로서, 상기 베이스 프레임(210)은 전체적으로 사각 블록 형상을 가질 수 있다.

이 때, 상기 베이스 프레임(210)의 면적이나 형상은 상기 초음파 소자 모듈(100)의 면적이나 형상을 고려하여 동일한 면적과 형상으로 제작될 수 있다.

상기 단위 셀들(220)은 상기 베이스 프레임(210)을 관통하도록 일정한 간격으로 형성되는 것으로, 각각의 단위 셀(220)은 실린더 형상을 가지도록 상기 베이스 프레임(210)의 내부를 통과하는 홀(hole) 형상을 가질 수 있다. 이 때, 상기 단위 셀들(220) 각각의 형상이 실린더 형상으로 제한되는 것은 아니며, 복수의 실린더 형상들이 서로 연결되는 형태와 같은 다양한 형상으로 가변될 수 있다.

다만, 상기 단위 셀들(220)이 형성됨에 따라, 소위 공진 터널링 현상으로 상기 음향 메타렌즈(200)로 제공되는 초음파 신호는 소멸되지 않고 그대로 투과하게 된다. 또한, 상기 초음파 신호가 투과하기 위해, 상기 음향 메타렌즈(200)의 공진 주파수는, 상기 초음파 신호의 주파수와 동일하게 기 설정되어야 한다. 즉, 상기 초음파 신호의 주파수를 고려하여, 상기 단위 셀들(220) 각각의 형상이 가변 설계될 수 있다.

또한, 상기 음향 메타렌즈(200)의 경우, 유연성 재질로 형성됨으로써, 상기 초음파 소자 모듈(100)이 유연하게 가변되는 경우 동일하게 가변될 수 있다.

이 후, 도 2를 참조하면, 상기 초음파 소자 모듈(100)과 상기 음향 메타렌즈(200)를 서로 정렬한다(단계 S30).

이 때, 상기 초음파 소자 모듈(100)의 각각의 채널부가 상기 음향 메타렌즈(200)의 각각의 단위 셀(220)과 일렬로 위치하도록 정렬된다.

그리하여, 상기 초음파 소자 모듈(100)과 상기 음향 메타렌즈(200)를 서로 가압하여 부착시키는데, 이 때 상기 부착을 보다 효과적으로 수행하기 위해 별도의 접착 물질이 개재될 수도 있다.

이 후, 도 2를 참조하면, 상기 정렬되며 부착된 상기 초음파 소자 모듈(100)과 상기 음향 메타렌즈(200)를 방수 패키징한다(단계 S40).

즉, 상기 초음파 소자 모듈(100)의 상면, 상기 음향 메타렌즈(200)의 하면, 및 상기 초음파 소자 모듈(100)과 상기 음향 메타렌즈(200)의 측면을 모두 상기 방수층(400)으로 코팅하여 밀봉한다.

이 경우, 상기 방수층(400)은, 예를 들어 PDMS(polydimethylsiloxane) 용액을 스핀 코팅하여 얇은 박막을 제조한 후, 상기 박막을 상기 초음파 소자 모듈(100)의 상면, 상기 음향 메타렌즈(200)의 하면, 및 상기 초음파 소자 모듈(100)과 상기 음향 메타렌즈(200)의 측면 모두에 밀착시킨 후, 일정 온도 이상에서 압력을 가하여 코팅을 수행할 수 있다.

그리하여, 상기 유연 센서(10)는 외부로부터의 이물질이나 수분 등의 침투가 차단된다.

이 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 실시예에 따라서는, 상기 초음파 소자 모듈(100)과 상기 음향 메타렌즈(200)를 방수 패키징하는 단계에서는, 상기 초음파 소자 모듈(100)의 상면 및 하면만을 상기 방수층(400)을 통해 코팅하여 밀봉할 수 있다.

이 후, 도 2를 참조하면, 상기 방수층(400)이 형성된 상기 음향 메타렌즈(200)의 하면에, 생체 적합성 접착 소재인 접착층(500)을 코팅한다(단계 S50).

상기 접착층(500)은 결국 상기 음향 메타렌즈(200)의 하면에 코팅되는 상기 방수층(400)의 하면에 형성되는 것으로, 생체 적합성 접착 소재를 포함한다. 즉, 사용자의 피부와 장시간 부착되어도 피부 트러불이 발생하지 않은 생체 적합성을 가지며, 피부 조직과 유사한 임피던스를 가지는 소재가 상기 접착층(500)으로 사용되어야 한다.

그리하여, 상기 유연 센서(10)가 장시간 사용자의 피부 상에 접촉된 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.

또한, 실시예에 따라, 상기 초음파 소자 모듈(100)의 상면 및 하면만을 상기 방수층(400)을 통해 코팅하는 경우, 상기 접착층(500)은 상기 음향 메타렌즈(200)의 하면에 직접 코팅될 수 있다. 나아가, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 초음파 소자 모듈(100)의 하면 및 상기 음향 메타렌즈(200)의 상면 사이에는 추가 접착층이 접착 성능 향상을 위해 형성될 수 있다.

이상과 같이, 상기 유연 센서(10)를 제작할 수 있으며, 이하에서는 상기 유연 센서(10)를 이용하여 센싱 대상에 대한 센싱을 수행하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 9는 도 1의 유연 센서를 이용한 센싱방법을 도시한 흐름도이다. 도 10은 도 1의 유연 센서를 이용하여 혈압을 센싱하는 상태를 도시한 모식도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 유연 센서(10)를 이용한 센싱방법에서는, 우선, 상기 유연 센서(10)를 이용하여 피하 구조를 스캐닝한다(단계 S100).

즉, 상기 유연 센서(10)를 사용자의 피부에 부착한 상태에서, 상기 피하층(20)의 구조에 대한 스캐닝을 수행한다. 이 때, 스캐닝이란, 상기 초음파 소자 모듈(100)에서 초음파 신호를 발생시키며, 상기 음향 메타렌즈(200)를 투과 및 반사하여 수신되는 초음파 신호를 바탕으로 상기 피하층(20)의 구조에 대한 정보를 획득하는 것을 의미한다.

이 때, 상기 초음파 신호는, 상기 초음파 소자 모듈(100)이 포함하는 모든 채널부들에서 순차적으로 또는 개별적으로 발생시키게 되며, 이를 통해 상기 유연 센서(10)가 접촉되는 피부의 전체 면적에 대하여 피하층의 구조에 대한 정보가 획득될 수 있다.

또한, 피하층의 구조에 대한 정보는, 상기 수신되는 초음파 신호를 상기 정보 추출부(300)에서 이미지화하여, 이미지로부터 획득되는 것으로, 예를 들어, 상기 피하층(20)에 혈관(21)이 어느 위치에 어떠한 구조를 가지며 위치하는 것에 대한 정보를 포함할 수 있다.

이 후, 센싱 대상의 위치를 파악한다(단계 S200). 즉, 상기 정보 추출부(300)를 통해 이미지화하여 상기 피하층(20)의 구조에 대한 정보가 획득되면, 상기 획득된 정보를 바탕으로, 센싱 대상의 위치를 파악할 수 있다. 이러한 센싱 대상의 위치에 대한 정보 역시 상기 정보 추출부(300)를 통해 획득될 수 있다.

예를 들어, 센싱 대상이 도 1에서와 같은 혈관(21)이라면, 상기 혈관(21)이 어느 위치에 위치하는 가에 대한 정보를 획득할 수 있으며, 여타의 센싱 대상에 대하여도 마찬가지로 그 위치에 대한 정보를 용이하게 획득할 수 있다.

이 후, 상기 센싱 대상의 위치를 고려하여, 상기 유연 센서(10)의 초음파 소자 모듈(100)에서, 송신 초음파 소자와 수신 초음파 소자를 선택한다(단계 S300).

즉, 상기 센싱 대상의 위치 정보가 획득되면, 상기 센싱 대상과 가장 근접하게 위치하는 초음파 소자를 선택하여, 해당 초음파 소자를 통해 초음파 신호를 송신 및 수신한다. 그리하여, 보다 높은 감도의 초음파 신호를 송수신할 수 있으므로, 상기 센싱 대상에 대한 정보를 보다 정확하고 정밀하게 획득할 수 있다.

이 때, 상기 초음파 소자란, 상기 초음파 소자 모듈(100)에서 각각의 채널부를 의미하는 것으로, 매트릭스 구조로 배열되는 복수의 채널부들 중에서, 상기 센싱 대상의 위치에 가장 근접한 채널부를 송신 초음파 소자 및 수신 초음파 소자로 선택할 수 있다.

한편, 상기 송신 초음파 소자 및 수신 초음파 소자의 경우, 상기 센싱 대상의 위치와 초음파 신호의 송수신 방향을 고려하여, 각각 하나씩 선택될 수 있다. 이와 달리, 상기 센싱 대상의 위치에 따라, 2개 또는 그 이상의 송신 초음파 소자와, 2개 또는 그 이상의 수신 초음파 소자가 각각 선택될 수도 있다.

나아가, 상기 송신 초음파 소자 및 수신 초음파 소자로서, 상기 초음파 소자 모듈(100)이 포함하는 모든 채널부들이 선택될 수도 있다. 즉, 상기 모든 채널부들을 순차적으로 구동시켜 초음파 신호를 순차적으로 발생시키는 소위, 빔 포밍(beam forming) 방식도 적용할 수 있어, 송수신 신호의 세기를 증가시키며, 이를 통해 상기 센싱 대상에 대한 정보를 보다 높은 해상도로 추출하여, 보다 정확하고 정밀한 정보 획득이 가능할 수도 있다.

이 후, 상기 센싱 대상에 대하여 상기 정보 추출부(300)에서 이미지화하는 경우, 해당 이미지의 해상도를 선택할 수 있다(단계 S400). 다만, 이러한 이미지의 해상도 선택 단계는 생략될 수 있다.

이 때, 이미지의 해상도를 선택한다는 의미는, 상기 수신되는 초음파 신호의 주파수를 상대적으로 낮게 또는 상대적으로 높게 선택한다는 의미로서, 상대적으로 높은 주파수의 초음파 신호를 수신하게 되면, 상기 센싱 대상에 대하여 그만큼 높은 해상도를 가지는 이미지를 획득하게 된다.

일반적으로, 공진 주파수들 중에서, 1차 공진 주파수에서 3차 공진 주파수로 갈수록 주파수는 증가하게 되므로, 3차 공진 주파수를 바탕으로 센싱 대상에 대한 이미지화를 수행하게 되면, 그만큼 높은 해상도의 이미지를 추출할 수 있다.

특히, 본 실시예의 경우, 상기 음향 메타렌즈(100)의 경우, 상기 초음파 소자 모듈(100)에서 발생되는 초음파 신호는 물론이며, 상기 센싱 대상에서 반사되는 소멸파 신호 역시 소멸되지 않고 그대로 투과시킬 수 있으므로, 1차 공진 주파수는 물론 3차 공진 주파수도 그대로 수신될 수 있다. 따라서, 상기 정보 추출부(300)에서는 상기 음향 메타렌즈(100)를 통과하여 수신되는 초음파 공진 신호에 대하여, 공진 주파수를 선택함으로써, 최종적으로 상기 센싱 대상에 대한 이미지화시의 이미지의 해상도를 선택할 수 있다.

물론, 이러한 이미지의 해상도는 선택되지 않을 수 있으며, 이 경우, 상기 1차 공진 주파수를 바탕으로 후술되는 이미지화가 수행될 수 있다.

이 후, 상기 수신 초음파 신호로부터 상기 정보 추출부(300)에서는 센싱 대상을 이미지화한다(단계 S500). 이 때, 상기 이미지의 해상도를 선택하였다면(단계 S400), 상기 선택된 이미지의 해상도를 고려하여, 상기 센싱 대상을 이미지화하게 된다.

이 후, 상기 이미지화된 센싱 대상으로부터 상기 정보 추출부(300)에서는 상기 센싱 대상의 필요한 정보를 추출한다(단계 S600).

즉, 상기 정보 추출부(300)는 상기 수신되는 초음파 신호를 이미지화 하여, 상기 센싱 대상의 구조나 형상에 대한 정보를 추출할 수 있는데, 예를 들어, 상기 센시 대상이 혈관(21)인 경우라면, 상기 이미지화를 통해 상기 혈관(21)의 구조나 형상, 크기 등에 대한 정보를 획득하게 된다.

한편, 이와 같이 혈관(21)의 구조나 형상, 크기 등에 대한 정보가 획득된다면, 예시하지는 않았으나, 실시간으로 상기 혈관(21)의 구조나 형상, 크기 등이 가변되는 구조적 특성을 바탕으로 혈압에 대한 정보를 획득할 수 있다.

이는, 여타의 구조로서 근골격 구조에 대하여도 유사하게 필요한 정보를 획득할 수 있으며, 이러한 센싱 대상은 혈관이나 근골격 구조로 제한되지는 않는다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 초음파 신호를 발생시키는 초음파 소자 모듈의 하부에 상기 초음파 신호는 물론 센싱 대상에서 반사된 초음파 신호도 모두 투과시키는 음향 메타렌즈를 배치시킴으로써, 고감도 수신 신호를 바탕으로 상기 센싱 대상에 대한 보다 정확하고 정밀한 정보 추출이 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 유연 센서 20 : 피하층
21 : 혈관 100 : 초음파 소자 모듈
110 : 상부 전극 111 : 상부 채널(채널부)
112 : 개별 전극 113 : 단자부
120 : 하부 전극 121 : 하부 채널(채널부)
122 : 공통 전극 123 : 접지
130 : 압전층 131 : 솔더부
140 : 인두팁 200 : 음향 메타렌즈
210 : 베이스 프레임 220 : 단위 셀
300 : 정보 추출부 400 : 방수층
500 : 접착층

Claims

특정 주파수의 초음파 신호를 발생시키는 초음파 소자 모듈;
상기 초음파 소자 모듈의 하부에 위치하며, 상기 특정 주파수를 공진 주파수로 가져, 상기 발생된 초음파 신호를 하부의 센싱 대상으로 전달하고, 상기 센싱 대상으로부터 반사된 초음파 신호를 상기 초음파 소자 모듈로 제공하는 음향 메타렌즈; 및
상기 초음파 소자 모듈로 제공된 반사된 초음파 신호를 바탕으로 상기 센싱 대상의 정보를 추출하는 정보 추출부를 포함하는 유연 센서.
제1항에 있어서, 상기 음향 메타렌즈는,
상기 초음파 소자 모듈에서 발생된 초음파 신호, 및 상기 센싱 대상으로부터 반사된 초음파 신호를 모두 투과시키는 것을 특징으로 하는 유연 센서.
제1항에 있어서, 상기 음향 메타렌즈는,
유연성 재료를 포함하며, 소정 두께를 가지는 베이스 프레임; 및
상기 베이스 프레임을 관통하며, 복수개가 배열되는 단위 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 센서.
제3항에 있어서, 상기 초음파 소자 모듈은,
상기 단위 셀들과 정렬되는 복수의 상부 채널들, 및 상기 상부 채널들 각각으로부터 연장되며 외부 전원과 전기적으로 연결되는 개별 전극들을 포함하는 상부전극;
상기 상부 채널들과 정렬되는 복수의 하부 채널들, 및 상기 하부 채널들을 전기적으로 접지시키는 공통전극을 포함하는 하부전극; 및
상기 상부 채널들과 상기 하부 채널들 사이에 개재되는 압전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 센서.
제4항에 있어서, 상기 개별 전극들 및 상기 공통전극은,
신축 가능하도록 'S'자 형상으로 연장되는 것을 특징으로 하는 유연 센서.
제1항에 있어서,
상기 초음파 소자 모듈의 상면 및 상기 음향 메타렌즈의 하면을 방수 패키징하는 방수층; 및
상기 방수층이 형성된 상기 음향 메타렌즈의 하면에 형성되는 접착층을 더 포함하는 유연 센서.
제1항에 있어서,
상기 초음파 소자 모듈의 상면 및 하면을 방수 패키징하는 방수층; 및
상기 음향 메타렌즈의 하면에 형성되는 접착층을 더 포함하는 유연 센서.
제1항에 있어서, 상기 센싱 대상은,
혈관 구조 또는 근골격 구조인 것을 특징으로 하는 유연 센서.
제1항에 있어서, 상기 정보 추출부는,
상기 반사된 초음파 신호를 시각화한 이미지로부터, 상기 센싱 대상의 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 음성인식 시스템.
특정 주파수의 초음파 신호를 발생시키는 초음파 소자 모듈을 제작하는 단계;
상기 특정 주파수를 공진 주파수로 가지는 음향 메타렌즈를 제작하는 단계;
상기 초음파 소자 모듈의 채널부를 상기 음향 메타렌즈의 단위 셀과 정렬하는 단계; 및
상기 초음파 소자 모듈 및 상기 음향 메타렌즈를 방수 패키징하는 단계를 포함하는 유연 센서의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 초음파 소자 모듈을 제작하는 단계는,
제1 유연 기판 상에 상부 전극을 형성하는 단계;
제2 유연 기판 상에 하부 전극을 형성하는 단계;
상기 하부 전극 또는 상기 상부 전극 상에 압전층을 형성하는 단계; 및
상기 압전층이 사이에 개재되도록, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극을 서로 본딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연 센서의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 초음파 소자 모듈 및 상기 음향 메타렌즈를 방수 패키징하는 단계에서,
상기 초음파 소자 모듈의 상면 및 상기 음향 메타렌즈의 하면에 방수층을 밀착시켜, 압력을 가하여 밀봉하는 것을 특징으로 하는 유연 센서의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 초음파 소자 모듈 및 상기 음향 메타렌즈를 방수 패키징하는 단계에서,
상기 초음파 소자 모듈의 상면 및 하면에 방수층을 밀착시켜, 압력을 가하여 상기 초음파 소자 모듈을 밀봉하는 것을 특징으로 하는 유연 센서의 제조방법.
제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 음향 메타렌즈의 하면에, 생체 적합성 소재를 포함하는 접착층을 코팅하는 단계를 더 포함하는 유연 센서의 제조방법.
특정 주파수의 초음파 신호를 발생시키는 유연 센서를 이용하여 피하 구조를 스캐닝하는 단계;
상기 스캐닝 결과를 바탕으로, 센싱 대상의 위치를 파악하는 단계;
상기 센싱 대상의 위치를 고려하여, 상기 유연 센서의 초음파 소자 모듈에서, 송신 초음파 소자와 수신 초음파 소자를 선택하는 단계;
상기 송신 초음파 소자에서 발생된 초음파 신호는 상기 유연 센서의 음향 메타렌즈를 투과하여 상기 센싱 대상에서 반사된 후, 상기 음향 메타렌즈를 다시 투과하여 수신 초음파 신호로 수신되며, 상기 수신 초음파 신호로부터 상기 센싱 대상을 이미지화하는 단계; 및
상기 이미지화된 센싱 대상으로부터 필요한 정보를 추출하는 단계를 포함하는 유연 센서를 이용한 센싱방법.
제15항에 있어서, 상기 유연 센서를 이용하여 피하 구조를 스캐닝하는 단계에서,
상기 초음파 소자 모듈의 복수의 채널부들에서 순차적으로 초음파 신호를 발생시키며, 상기 발생된 초음파 신호에 대하여 수신되는 초음파 신호를 바탕으로 상기 피하 구조를 이미지화하는 것을 특징으로 하는 유연 센서를 이용한 센싱방법.
제15항에 있어서, 상기 송신 초음파 소자와 수신 초음파 소자를 선택하는 단계에서,
상기 송신 초음파 소자는 적어도 하나 이상 선택되며,
상기 수신 초음파 소자는 상기 선택된 송신 초음파 소자에 매칭되도록 적어도 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 유연 센서를 이용한 센싱방법.
제15항에 있어서, 상기 송신 초음파 소자와 수신 초음파 소자를 선택하는 단계 이후,
상기 센싱 대상의 이미지화에서, 이미지의 해상도를 선택하는 단계를 더 포함하는 유연 센서를 이용한 센싱방법.