본 논문에서는 초음파 의료 진단기용 선형 배열 변환기의 설계 및 제작을 수행하였다. 설계시에 는 펄스 인가시의 경우 유용한 등가회로인 KLM 모델을 이용한 전산기의 모의실험을 행하였다. 설계된 변환기는 동작 주파수 3.5MHz, 길이 120mm인 변환기이며 폭은 13mm이며 8개의 부소자로 이루어진 64 개의 소자를 갖는 변환기이다. 설계, 제작된 변환기는 효율적인 에너지 전달과 광대역 특성을 갖도록 하 기 위하여 2개의 음향 정합창을 갖도록 하였으며 압전 물질의 형태에 의해 집속되도록 하였다. 제작된 변환기의 성능 비교를 위해 제작된 변환기와 상용의 변환기의 성능을 동일한 조건에서 측정하였다. 측 정결과, 제작된 변환기는 우수한 성능을 갖는 것을 확인하였으며 실제 초음파 영상진단기에 사용할 경 우 좋은 상을 얻을 수 있다.
초음파 영상 진단기에서 영상의 질을 높이기 위해서는 넓은 범우에서 높은 측 방향 해상도가 요구된다. 측 방향 해상도는 변환기에 의해 발생되는 초음파 빔폭에 의해 좌우되는데 기존의 변환기는 초점 부근에서는 빔폭이 매우 좁으나 집속 범위가 제한되는 단점이 있다. 본 논문에서는 넓은 범위에서 균일한 빔폭을 얻을 수 있는 새로운 형태의 변환기를 제안하고 변환기에 의한 음장 분포를 전산기 모의 실험을 통해 구하였으며 그 결과 초점 부근에서는 빔 폭이 기존의 변환기에 비해 다소 넓어지나 집속 범위가 기존의 변화기에 비해 넓어지는 것을 확인할 수 있었다.
편파기 특성을 갖는 새로운 주파수 선택반사기의 새로운 주기적 배열 구조를 제시하였다. 배열 구조는 평면 유전체 슬랩의 양면에 도체 다이폴을 주기적으로 배열하고 윗면의 다이폴과 아래면의 다이폴은 서로 대략 $90^{\circ}$ 정도로 직교되며 유전체 두께는 유전율을 고려한 주파수 파장의 1/8정도이다. 산란 해석으로는 파수 영역 이미턴스방법과 모멘트 방법이 사용되었다. 제시한 새로운 주파수 선택반사기의 편파 변환 기능을 확인하기 위해 설계/제작하여 반사 손실과 투과 손실을 측정하였다. 측정 결과는 이론치와 매우 일치되었으며 반사시 선형 편파인 입사파가 원형 편파로 변환됨을 확인하였다.
음파의 비선형 현상을 통해 수행되는 파라메트릭 송파 방식을 공기 중에서의 음향 변환기에 적용시키기 위해 비교적 공진 주파수가 낮은 기중 초음파 발생 소자들을 배열시켜 기중 지향성 음원을 제작하였다. 이 송파기를 이용하여 비선형 왜곡이 발생함을 알아보기 위하여 2kHz의 차주파수를 갖도록 37.12kHz와 39.12kHz의 메인 주파수 음파를 신호발생기로부터 인가하고 이를 방사한 후 마이크로폰을 통해 수신하였다. 공기 중에서의 파라메트릭 효과의 확인을 통하여 파라메트릭 송파기에서 방사되는 메인 주파수 음파와 전파 경로 중에서 생성되는 차주파수 음파의 거동을 고찰하고, 실험 결과로부터 기중 파라메트릭 송파기 개발의 가능성을 검토하여 보았다.
In this paper, we designed and fabricated linear array transducer for ultrasonic medical imaging system. Fabricated transducer is 85mm in length and has 64 elements. It shows good sensitivity and band width characteristics compared with commercial transducers.
본 논문에서는 좁은 빔 특성을 가지고 35 dB 이상의 부엽 레벨(Side Lobe Level: SLL)을 가지는 Chebyshev 전류 분포의 선형 배열 안테나를 위한 고전력, 저손실의 스트립라인 10-출력 전력분배 기를 설계, 제작하였다. T-junction 전력분배기를 기본 구조로 하여 단위 셀을 설계하였고, 설계된 단위 셀을 결합하여 전체 전력분배기를 설계하였다. 설계 시 특성 개선을 위하여 다중 임피던스 변환기와 변형된 링 하이브리드 구조를 적용하였고 커넥터 구조의 변경을 통한 동축선로-스트립라인 천이 구조의 개선으로 반사 및 삽입 손실 특성을 개선하였다.
기존의 널리 사용되는 초음파 영상진단기에서는 수신집속은 모든 점에 대해 행하는 것이 가능하지만 송신접속은 미리 정해진 수 개의 점에 대해서만 행하는 한계가 있다. 본 논문에서는 영상화할 대상이 정지해 있거나 매우 느리게 움직이는 경우에 한하여, 송신음장 의 집속은 합성집속방법(synthetic focusing)을 사용하고, 수신집속은 동적 집속(dynamic receive focusing)을 이용함으로써 모든 영상점에서 송수신 집속하여 측방향 해상도를 향상 시키는 방법을 제안하였다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과 초점깊이에서와 같은 해상도를 유지하 는 음장거리(fields of depth)가 기존의 방법에 비하여 월등히 우수하였으며, 3.5MHz의 선형 배열변환기를 이용하여 펜텀 영상에 대한 실험 결과도 모든 영상 깊이에서 측방향 해상도가 기존의 B-mode의 영상보다 우수하였다.
이 연구에서는 고해상도 컬러 그래픽, 디지탈 영상신호처리, HDTV 등에 적합한 10비트 이상의 고해상도, 100 MHz이상의 변환 속도를 갖는 고속, 고정밀 정보처리용 D/A변환기를 설계하였다. 고속 동작을 위해 매트릭스 형태의 전류원 배열, 파이프 라인을 사용하지 않는 래치, 그리고 트랜스미션 함수 이론을 이용한 이차원 구조의 디 코더를 설계하였다. 이러한 구조는 정확성 및 선형성에서 우수한 특성을 보이며, 빠른 변환속도, 저전력 구현에 적합하다. 실리콘 면적의 소비를 줄이고 정밀도를 유지하기 위해 매트릭스 전류원을 가중 전류원과 비가중 전류원으로 분리하여 구성하였다. 고정 밀도를 얻기 위한 방안으로 글리치를 억제하는 새로운 전류원을 설계하고, 선형성을 개선하기위한 방안으로, 특정 시스템에서 최적의 스위칭 순서를 결정할 수 있고, grade error, 대칭적 오차 어느 것도 최대가 되지 않도록 제한하는 새로운 스위칭 알고리즘 을 제안하였다. 설계된 회로는 5V 공급 전원에 대하여 130mW의 전력소비 특성을 보이 고, 10 비트 이상의 분해능, 100MHz 이상의 속도로 동작할 수 있다.
스캐너로 획득한 문서영상을 대상으로 문자인식을 하는 경우와 달리 카메라로 획득한 문서 영상을 대상으로 문자인식을 수행할 경우 카메라 렌즈의 특성과 카메라와 피사체간의 위치와 각도의 불일치에 의해 글자모양의 왜곡이 발생한다. 따라서 이러한 왜곡들로 인해 실제로 사용이 가능한 카메라 문자인식 기술의 개발이 쉽지 않았다. 본 논문에서는 문서 영상을 카메라로 획득할 때 발생하는 3차원의 비선형적 왜곡을 2차원의 선형 변환을 이용하여 근사화함으로써 왜곡된 글자모양을 교정한다. 또한 변환과정에서 글자와 글자줄을 추출하여 상하로는 글자줄의 배열방향을, 좌우로는 문자획의 기울어진 각도를 측정함으로써 왜곡으로 인해 사변형 형태로 변형된 글자영역 즉 변환영역을 자동으로 설정함으로써 부가적인 정보의 획득 없이 문서영상 자체만으로 기하하적 왜곡보정이 가능하다.
해면질골에서 위상속도 및 감쇠계수와 구조적 특성 사이의 상관관계를 고찰하기 위하여 나일론 줄을 평행하게 배열하여 제작된 해면질골 팬텀이 이용되었다. 7개의 해면질골 팬텀의 골소주 간격 (trabecular separation; Tb.SP)은 $300\;{\mu}m$부터 $900\;{\mu}m$까지 분포하였으며, 골용량 비율 (volume fraction: VF)은 1.6%부터 8.7%까지 분포하였다. 해면질골 팬팀의 위상속도 및 감쇠계수는 12.7 mm의 직경 및 1 MHz의 중심 주파수를 갖는 한 쌍의 광대역, 비집속형 초음파 변환기와 함께 수중에서 투과법을 이용하여 측정되었다. 1 MHz에서 측정된 위상속도 및 감쇠계수는 Tb.Sp이 증가함에 따라 거의 선형적으로 감소하였으며, VF이 증가함에 따라 거의 선형적으로 증가하였다. 위상속도 및 감쇠계수를 독립변수로 하고 Tb.Sp 및 VF을 종속변수로 하는 단순 및 다중선형회귀모델로부터 VF 예측을 위한 결정계수가 Tb.Sp 예측을 위한 결정계수에 비하여 높게 나타나는 것을 알 수 있었다. 이와 같이 나일론 줄을 평행하게 배열하여 제작된 해면질골 팬텀에서 나타나는 결과는 사람의 해면질골에서 나타나는 결과와 잘 일치하였으며, 해면질골에서 위상속도 및 감쇠계수 측정으로부터 구조적 특성 평가가 가능하다는 것을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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