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환형 배열 압전재로 구성된 평면형 집속 초음파변환기에 있어서, 상기 환형 배열 압전재는, 중심점을 기준으로 동심원 형상으로 배치되는 복수의 동심원 영역을 갖고,상기 동심원 영역은 중심점부터 반경방향으로, 링형태의 차음영역과, 압전물질로 구성되어 음파를 가진하는 압전링으로 구성된 압전영역이 교차되며 형성되어, 음파를 초점부근에 집속시키며,양면이 평평한 면으로 구성되고 두께가 일정한 판형태이며,상기 동심원 영역 내 복수의 차음영역과 압전영역 각각의 반경은, 설정된 초음파변환기의 초점거리와, 설정된 음파의 주파수를 기반으로 연산되는 것을 특징으로 하는 환형 배열 압전재로 구성된 평면형 집속 초음파변환기
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제 1항에 있어서, 최대반경을 결정하여 고정하고, 상기 동심원 영역 내 복수의 차음영역과 압전영역 각각의 반경은 이하의 수학식 3에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 환형 배열 압전재로 구성된 평면형 집속 초음파변환기:[수학식 3]상기 수학식 3에서, an은 최대반경부터 내측반경방향으로 순차적인 상기 동심원영역의 인덱스이고, a0는 최대반경(R0)이며, k는 파수(wave number)이고, F는 초점거리이다
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제 1항에 있어서, 최소반경을 결정하여 고정하고, 상기 동심원 영역 내 복수의 차음영역과 압전영역 각각의 반경은 이하의 수학식 4에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 환형 배열 압전재로 구성된 평면형 집속 초음파변환기:[수학식 4]상기 수학식 4에서, bn은 최초반경부터 외측반경방향으로 순차적인 상기 동심원영역의 인덱스이고, b0는 최초반경(Rb)이며, k는 파수(wave number)이고, F는 초점거리이다
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제 2항 또는 제 3항에 있어서, 양면 각각에 적층되는 전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환형 배열 압전재로 구성된 평면형 집속 초음파변환기
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제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 차음영역을 구성하는 차음물질은 공기 또는 차음재이고, 상기 차음재는 음파의 산란과정을 유도하는 복합재와 음파의 산란과정에서 흡음재의 바탕을 메우는 매트릭스 재료(matrix material)를 갖는 것을 특징으로 하는 환형 배열 압전재로 구성된 평면형 집속 초음파변환기
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제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 압전링의 개수가 변화하여도 상기 초점거리는 고정되며, 상기 압전링의 개수를 변화시켜 집속빔의 장축길이와 장축폭 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 환형 배열 압전재로 구성된 평면형 집속 초음파변환기
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제 2항에 있어서, 상기 설정된 음파의 주파수 이외의 주파수로 구동될 때의 실효초점거리는 이하의 수학식 5로 연산되는 것을 특징으로 하는 환형 배열 압전재로 구성된 평면형 집속 초음파변환기:[수학식 5]상기 수학식 5에서, a2(i-1)은 i번째 압전링의 외경이고, a2i-1은 i번째 압전링의 내경이다
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제 3항에 있어서, 상기 설정된 음파의 주파수 이외의 주파수로 구동될 때의 실효초점거리는 이하의 수학식 6으로 연산되는 것을 특징으로 하는 환형 배열 압전재로 구성된 평면형 집속 초음파변환기:[수학식 6]상기 수학식 6에서, b2(i-1)은 i번째 압전링의 내경이고, b2i-1은 i번째 압전링의 외경이다
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제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 따른 환형 배열 압전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향렌즈
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집속 초음파변환기 또는 음향렌즈의 환형 배열 압전재의 설계방법에 있어서, 원하는 음파 주파수와, 원하는 초점거리를 설계하는 단계; 최대반경을 결정하여 고정하고, 동심원 영역 내 복수의 차음영역과 압전물질로 구성되는 압전링 형태의 압전영역 각각의 반경을 이하의 수학식 3에 의해 연산하는 단계; 제작될 집속 초음파변환기 또는 음향렌즈의 최소반경과 동심원 영역의 개수를 결정하는 단계; 및상기 동심원 영역의 개수와, 최대반경, 최소반경, 및 차음영역과 압전영역 각각의 반경에 부합되도록 초음파변환기 또는 음향렌즈를 제작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 환형 배열 압전재의 설계방법:[수학식 3]상기 수학식 3에서, an은 최대반경부터 내측반경방향으로 순차적인 상기 동심원영역의 인덱스이고, a0는 최대반경(R0)이며, k는 파수(wave number)이고, F는 초점거리이다
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집속 초음파변환기 또는 음향렌즈에 포함되는 환형 배열 압전재의 설계방법에 있어서, 원하는 음파 주파수와, 원하는 초점거리를 설계하는 단계; 최초반경을 결정하여 고정하고, 동심원 영역 내 복수의 차음영역과 압전물질로 구성되는 압전링 형태의 압전영역 각각의 반경을 이하의 수학식 4에 의해 연산하는 단계; 제작될 집속 초음파변환기 또는 음향렌즈의 최대반경과 동심원 영역의 개수를 결정하는 단계; 및상기 동심원 영역의 개수와, 최대반경, 최소반경, 및 차음영역과 압전영역 각각의 반경에 부합되도록 초음파변환기 또는 음향렌즈를 제작하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 환형 배열 압전재의 설계방법:[수학식 4]상기 수학식 4에서, bn은 최초반경부터 외측반경방향으로 순차적인 상기 동심원영역의 인덱스이고, b0는 최초반경(Rb)이며, k는 파수(wave number)이고, F는 초점거리이다
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제 10항 또는 제 11항에 있어서, 상기 동심원 영역의 개수를 결정하는 단계에서, 상기 압전링의 개수를 변화시켜 집속빔의 장축길이와 장축폭을 조절하는 것을 특징으로 하는 환형 배열 압전재의 설계방법
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초음파변환기 또는 음향렌즈의 제작방법에 있어서, 중심부에 원판형의 돌출부를 갖고, 상기 돌출부에서 반경방향으로 순차적으로 제 10항 또는 제 11항에 따른 설계방법에 따른 동심원 영역 각각의 반경에 부합되는 동심원 형상의 오목부와 볼록부가 교차 형성되는 금형을 제작하는 단계;상기 금형 내로 압전물질을 충진시키는 단계;상기 금형 상부로 캡을 결합하여 충진된 상기 압전물질을 밀폐시키는 단계;상기 캡을 제거하고, 압전물질을 탈착하고, 상기 금형의 돌출부와 볼록부에 의해 형성된 영역 내로 차음재를 충진하는 단계; 및 양면 각각에 전극층을 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법
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제 13항에 있어서, 상기 전극층을 코팅하는 단계 후에, 상기 전극층에 고전압 분극장치를 연결하여 상기 압전물질을 분극화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법
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제 10항 또는 제 11항에 따른 설계방법에 따른 최대반경과 최소반경을 갖는 압전링 모재를 준비하는 단계; 상기 압전링 모재를 중심점 기준으로 회전시키면서, 상기 설계방법에 따른 동심원 영역 각각의 반경에 부합되도록 레이저를 통해 식각하여 차음영역을 형성시키는 단계; 상기 차음영역 내로 차음재를 충진하는 단계; 및 양면 각각에 전극층을 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법
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제 10항 또는 제 11항에 따른 설계방법에 따른 최대반경을 갖는 압전링 모재를 준비하는 단계; 상기 압전링 모재를 중심점 기준으로 회전시키면서, 상기 압전링 모재에서 상기 설계방법에 따른 최소반경에 대응되는 중심 관통부를 형성하도록 레이저를 조사하여 중심부를 제거하는 단계; 상기 압전링 모재를 중심점 기준으로 회전시키면서, 상기 설계방법에 따른 동심원 영역 각각의 반경에 부합되도록 레이저를 통해 식각하여 차음영역을 형성시키는 단계; 상기 차음영역 내로 차음재를 충진하는 단계; 및 양면 각각에 전극층을 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제작방법
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제 16항에 있어서, 제거된 상기 중심부를 재활용하거나, 또는상기 중심 관통부에는 차음재를 충진하지 않고, 중심 관통부 내면에 절연 인서트를 삽입한 후, 상기 중심부 양면에 전극층을 코팅하고, 코팅된 중심부를 상기 중심 관통부에 삽입, 결합시키는 것을 특징으로 하는 제작방법
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