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KR102052257B1 - Ultrasound system capable of transmitting/receiving and the method thereof - Google Patents

Ultrasound system capable of transmitting/receiving and the method thereof Download PDF

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KR102052257B1
KR102052257B1 KR1020180001013A KR20180001013A KR102052257B1 KR 102052257 B1 KR102052257 B1 KR 102052257B1 KR 1020180001013 A KR1020180001013 A KR 1020180001013A KR 20180001013 A KR20180001013 A KR 20180001013A KR 102052257 B1 KR102052257 B1 KR 102052257B1
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조경일
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재단법인 다차원 스마트 아이티 융합시스템 연구단
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Abstract

본 발명은 비접촉 스위치용 반도체 초음파 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 송수신에 대한 전용화 셀을 분리하여 송신 잔류진동의 영향을 최소화할 수 있으며, 광대역 전압신호 특성 및 광대역 트랜스듀서 특성에 따른 MEMS 초음파의 공정오차에 기인하여 중심주파수 변동에 대응하여 송신 및 수신을 가능하게 하여 물체의 거리 감지를 수행할 수 있다. The present invention relates to a semiconductor ultrasonic system and a method thereof for a non-contact switch, and to minimize the effects of transmission residual vibration by separating the dedicated cell for transmission and reception, Due to the process error, the distance detection of the object can be performed by enabling transmission and reception in response to the variation of the center frequency.

Description

송수신 가능한 초음파 시스템 및 그 방법{ULTRASOUND SYSTEM CAPABLE OF TRANSMITTING/RECEIVING AND THE METHOD THEREOF}ULTRASOUND SYSTEM CAPABLE OF TRANSMITTING / RECEIVING AND THE METHOD THEREOF}

본 발명은 송수신 가능한 초음파 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비접촉 스위치용 반도체 초음파 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an ultrasonic system capable of transmitting and receiving, and more particularly, to a semiconductor ultrasonic system and a method for a non-contact switch.

최근에는 위생 및 보안과, 물 절약 이슈 등에 의해 비접촉 사용자 인터페이스에 대한 관심이 증가하고 있다. 예를 들면, 상용화된 기존 기술은 화장실 자동 수도꼭지 또는 보안용 전자도어에 초저전력의 PIR(Passive Infrared, 수동형 적외선) 센서를 이용하나, 기존 기술에서 PIR 센서는 빛 환경에 취약하다는 근본적인 문제점이 존재하며, 인체의 자연적 적외선을 감지하여 저전력을 실현하는 것으로, 주변 환경에서의 빛 수준과 컬러/목적물 표면 텍스처 및 사용자의 그림자에 따른 영향을 받아 작동 수행에 오류를 발생시킬 수 있다는 단점이 존재하며, 인체 유/무만 감지하므로, 측정되는 정보 부족에 대한 한계가 존재하였다. Recently, the interest in the contactless user interface has increased due to hygiene and security, and water conservation issues. For example, existing commercial technologies use ultra-low-power, passive infrared (PIR) sensors in toilet faucets or electronic doors for security, but there is a fundamental problem that PIR sensors are vulnerable to light environments. In order to realize low power by detecting natural infrared rays of the human body, there is a disadvantage that it may cause an error in performance due to the influence of light level in the surrounding environment, color / object surface texture and user's shadow. Since there is only a presence / absence, there is a limit to the lack of information to be measured.

나아가, 기존의 반도체 초음파 기술은 송신 셀 및 수신 셀을 공동으로 사용하므로, 공동 셀의 동작 수행으로 인해 송수신에 영향을 미친다는 한계가 존재하였다. Furthermore, since the conventional semiconductor ultrasonic technology uses a transmitting cell and a receiving cell jointly, there is a limit that affects transmission and reception due to the operation of the common cell.

미국등록특허 US7,477,572(2009.01.13), "Microfabricated capacitive ultrasonic transducer for high frequency applications"US Patent No. 7,477,572 (January 13, 2009), "Microfabricated capacitive ultrasonic transducer for high frequency applications"

본 발명의 목적은 송수신에 대한 겸용화 셀을 전용화 셀로 분리하여 송신 잔류진동의 영향을 최소화하는 기술을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a technique for minimizing the effects of transmission residual vibration by separating a compatibility cell for transmission and reception into a dedicated cell.

또한, 본 발명의 목적은 광대역 전압신호 특성 및 광대역 트랜스듀서 특성에 따른 MEMS 초음파의 공정오차에 기인하여 중심주파수 변동에 대응하여 송신 및 수신을 가능하게 하여 물체의 거리감지를 수행하는 기술을 제공하고자 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a technique for performing the distance detection of the object by enabling the transmission and reception in response to the variation of the center frequency due to the process error of the MEMS ultrasonic waves according to the broadband voltage signal characteristics and broadband transducer characteristics. do.

또한, 본 발명의 목적은 저전력의 MEMS 초음파로 대기모드 및 거리감지 후, 감지 동작에 대응하는 다양한 인터페이스 기능을 제어할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a technology that can control a variety of interface functions corresponding to the sensing operation after the standby mode and distance detection by low-power MEMS ultrasound.

본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템은 다중주파수 스펙트럼의 송신전압에 중심주파수 변동 스펙트럼으로 인한 송신압력의 송신신호를 송신하는 송신부, 에코압력의 중심주파수 변동 스펙트럼에 병렬 배열된 이종 공진주파수 스펙트럼으로 인한 수신신호를 감지하는 수신부 및 상기 수신신호를 통해 인터페이스 기능을 제어하는 제어부를 포함한다.Ultrasonic system capable of transmitting and receiving according to an embodiment of the present invention is a transmission unit for transmitting a transmission signal of the transmission pressure due to the center frequency fluctuation spectrum to the transmission voltage of the multi-frequency spectrum, heterogeneous resonant frequency spectrum arranged in parallel to the center frequency fluctuation spectrum of the echo pressure Receiving unit for detecting the received signal due to the control unit for controlling the interface function through the received signal.

상기 송신부는 단일 채널의 송신 셀을 이용하며, 상기 수신부는 상기 송신 셀과 분리된 단일 채널의 수신 셀을 이용할 수 있다.The transmitter may use a single channel transmit cell, and the receiver may use a single channel receive cell separate from the transmit cell.

상기 송신부는 다중주파수의 송신전압 대신에, 단일주파수의 송신전압을 인가하여 병렬 배열된 다중주파수의 상기 송신 셀을 구동하여 상기 송신압력의 송신신호를 송신할 수 있다.The transmitter may transmit the transmission signal of the transmission pressure by driving the transmission cells of the multiple frequencies arranged in parallel by applying the transmission voltage of a single frequency instead of the transmission voltage of the multiple frequencies.

상기 송신부는 다중주파수의 상기 송신전압으로 이종 공진주파수의 송신 셀 어레이를 병렬로 구동시킬 수 있다.The transmitting unit may drive a transmission cell array of heterogeneous resonant frequencies in parallel with the transmission voltage of multiple frequencies.

상기 수신부는 병렬 배열된 이종 공진주파수의 병렬 수신 셀을 이용하여 상기 에코신호에 의한 협소대역의 중심주파수 스펙트럼에 광대역의 이종주파수 스펙트럼을 적용시켜, 수신압력의 중심주파수 변동으로 인한 수신전압의 상기 수신신호를 감지할 수 있다.The receiving unit applies a wide band heterogeneous frequency spectrum to the center frequency spectrum of the narrow band due to the echo signal by using parallel receiving cells of heterogeneous resonant frequencies arranged in parallel, thereby receiving the received voltage due to variation in the center frequency of the receiving pressure. You can detect the signal.

상기 이종 공진주파수의 병렬 수신 셀은 서로 다른 지름 크기로 형성되며, 비교적 큰 직경의 박막은 저주파 공진을 나타내고, 비교적 작은 직경의 박막은 고주파 공진을 나타낼 수 있다.The parallel receiving cells of the heterogeneous resonant frequencies may be formed to have different diameter sizes, and thin films having a relatively large diameter may exhibit low frequency resonance, and thin films having a relatively small diameter may exhibit high frequency resonance.

상기 제어부는 상기 송신부에 의한 다중주파수의 송신전압에 대한 대역폭과, 상기 수신부에 의한 병렬 수신 셀의 대역폭을 얼라인(aline)할 수 있다.The controller may align a bandwidth of a multi-frequency transmission voltage by the transmitter and a bandwidth of a parallel receiver cell by the receiver.

상기 제어부는 작동 주파수를 200kHz 이하로 구동시킬 수 있다.The controller may drive an operating frequency to 200 kHz or less.

상기 송신부 및 상기 수신부의 경계면에 캐비티(cavity)를 더 포함하여 상기 송신부 및 상기 수신부를 디커플링(decoupling)할 수 있다.A cavity may be further included at an interface between the transmitter and the receiver to decoupling the transmitter and the receiver.

상기 셀은 실리콘 박막, 상기 실리콘 박막 상의 하부전극, 상기 하부전극 상의 압전물질 및 상기 압전물질 상의 상부전극으로 구성될 수 있다.The cell may include a silicon thin film, a lower electrode on the silicon thin film, a piezoelectric material on the lower electrode, and an upper electrode on the piezoelectric material.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템은 상기 송신부 전면에 코팅되어 상기 송신부, 상기 수신부 및 상기 제어부 중 적어도 어느 하나 이상을 방수하는 방수막을 더 포함할 수 있다.In addition, the ultrasonic system capable of transmitting and receiving according to an embodiment of the present invention may further include a waterproof membrane which is coated on the front of the transmitter to waterproof at least one or more of the transmitter, the receiver and the controller.

본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템의 동작 방법에 있어서, 다중주파수 스펙트럼의 송신전압에 중심주파수 변동 스펙트럼으로 인한 송신압력의 송신신호를 송신하는 단계, 에코압력의 중심주파수 변동 스펙트럼에 병렬 배열된 이종 공진주파수 스펙트럼으로 인한 수신신호를 감지하는 단계 및 상기 수신신호를 통해 인터페이스 기능을 제어하는 단계를 포함한다. In the method of operation of a transceivable ultrasonic system according to an embodiment of the present invention, transmitting the transmission signal of the transmission pressure due to the center frequency fluctuation spectrum to the transmission voltage of the multi-frequency spectrum, parallel arrangement to the center frequency fluctuation spectrum of the echo pressure Detecting a received signal due to the heterogeneous resonant frequency spectrum, and controlling an interface function through the received signal.

본 발명의 실시예에 따르면, 송수신에 대한 겸용화 셀을 전용화 셀로 분리하여 송신 잔류진동의 영향을 최소화할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the effect of transmission residual vibration can be minimized by separating the combined cell for transmission and reception into a dedicated cell.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 광대역 전압신호 특성 및 광대역 트랜스듀서 특성에 따른 MEMS 초음파의 공정오차에 기인하여 중심주파수 변동에 대응하여 송신 및 수신을 가능하게 하여 물체의 거리 감지를 수행할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, the distance of the object can be detected by enabling transmission and reception in response to the variation of the center frequency due to the process error of the MEMS ultrasonic wave according to the broadband voltage signal characteristic and the broadband transducer characteristic. have.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 저전력의 MEMS 초음파로 대기모드 및 거리감지 후, 감지 동작에 대응하는 다양한 인터페이스 기능을 제어할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, after the standby mode and the distance detection by the low-power MEMS ultrasound, it is possible to control various interface functions corresponding to the sensing operation.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 자동수도꼭지, 전자도어락, 사물 인터넷(Internet of Things, IoT) 기기, PC 마우스, 스마트 냉장고, 모바일 및 엘리베이터 스위치 등에 적용하여 비접촉 제스처 동작에 따른 비접촉 인터페이스 기능을 제공할 수 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, by applying to the automatic faucet, electronic door lock, Internet of Things (Internet of Things, IoT) devices, PC mouse, smart refrigerator, mobile and elevator switch to provide a contactless interface function according to the contactless gesture operation. can do.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템의 세부 구성을 블록도로 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 초음파 칩의 예를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 초음파 칩의 내부 구조를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신신호 및 수신신호의 스펙트럼 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
1 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a transceivable ultrasound system according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B illustrate an example of a semiconductor ultrasonic chip according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B illustrate an internal structure of a semiconductor ultrasonic chip according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 illustrate examples of spectrums of a transmission signal and a reception signal according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart of an ultrasonic method capable of transmitting and receiving according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the embodiments. Also, like reference numerals in the drawings denote like elements.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 시청자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Also, the terminology used herein is a term used to properly express a preferred embodiment of the present invention, which may vary depending on a viewer, an operator's intention, or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of the terms should be made based on the contents throughout the specification.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템의 세부 구성을 블록도로 도시한 것이다.1 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a transceivable ultrasound system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템은 비접촉 스위치용 반도체 초음파 시스템으로, 분리된 송신 셀 및 수신 셀을 이용하여 수신신호에 대한 인터페이스 기능을 제어한다.Referring to FIG. 1, a transceivable ultrasonic system according to an exemplary embodiment of the present invention is a semiconductor ultrasonic system for a non-contact switch, and controls an interface function for a received signal by using a separate transmitting cell and a receiving cell.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템(100)은 송신부(110), 수신부(120) 및 제어부(130)를 포함한다.To this end, the ultrasonic system 100 that can transmit and receive according to an embodiment of the present invention includes a transmitter 110, a receiver 120 and a controller 130.

송신부(110)는 다중주파수 스펙트럼의 송신전압에 중심주파수 변동 스펙트럼으로 인한 송신압력의 송신신호를 송신한다. The transmitter 110 transmits a transmission signal having a transmission pressure due to the center frequency variation spectrum to the transmission voltage of the multi-frequency spectrum.

예를 들면, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템(100)은 송신 셀 및 수신 셀을 포함하는 반도체 초음파 칩(미도시) 구조를 형성할 수 있으며, 이 때, 송신 셀 및 수신 셀은 서로 분리되고, 각 단일채널을 이용하는 것을 특징으로 한다. 송수신 가능한 초음파 시스템(100)은 송신 셀 및 수신 셀을 분리하여 전용화 셀 및 송신 잔류진동 영향을 최소화할 수 있다. For example, the transceivable ultrasonic system 100 according to the embodiment of the present invention may form a semiconductor ultrasonic chip (not shown) structure including a transmitting cell and a receiving cell, wherein the transmitting cell and the receiving cell Separate from each other, characterized in that using each single channel. The ultrasound system 100 capable of transmitting and receiving may separate the transmitting cell and the receiving cell to minimize the effect of the dedicated cell and the transmission residual vibration.

송신부(110)는 다중주파수의 송신전압 대신에, 단일주파수의 송신전압을 인가하여 병렬 배열된 다중주파수의 송신 셀을 구동하여 송신압력의 송신신호를 송신할 수 있다. 예를 들면, 송신부(110)는 다중주파수로 인한 광대역의 다중주파수의 송신전압 스펙트럼 및 단일 공진주파수의 송신 셀 스펙트럼을 교집합(또는 컨볼루션)하여 획득되는 송신압력 스펙트럼을 단일채널의 송신신호로 송신할 수 있다. 이 때, 송신부(110)는 다중주파수의 송신전압 또는 처프(Chirp) 신호를 인가하여 상기 단일채널의 송신신호를 송신할 수 있다. The transmitter 110 may transmit the transmission signal of the transmission pressure by driving the transmission cells of the multi-frequency arranged in parallel by applying the transmission voltage of a single frequency, instead of the transmission voltage of the multi-frequency. For example, the transmitter 110 transmits a transmission pressure spectrum obtained by intersection (or convolution) of a transmission voltage spectrum of a wide frequency multi-frequency due to multiple frequencies and a transmission cell spectrum of a single resonant frequency as a transmission signal of a single channel. can do. In this case, the transmitter 110 may transmit the transmission signal of the single channel by applying a transmission voltage or a chirp signal of multiple frequencies.

송신부(110)는 다중주파수의 상기 송신전압과 이종 공진주파수의 송신 셀 어레이를 병렬로 구동시킬 수 있다. 예를 들면, 반도체 초음파 칩 상의 송신 셀들은 임의의 개수의 어레이 형태로 병렬 배열될 수 있으며, 송신부(110)는 다중주파수의 상기 송신전압과 이종 공진주파수의 송신 셀 어레이를 병렬로 구동시켜 송신신호를 송신할 수 있다. The transmitter 110 may drive the transmission cell array of the multi-frequency transmission voltage and the heterogeneous resonant frequency in parallel. For example, the transmission cells on the semiconductor ultrasonic chip may be arranged in parallel in any number of arrays, and the transmitter 110 drives the transmission cell array of the heterogeneous resonant frequency and the transmission voltage of the multi-frequency in parallel to transmit the transmission signal. Can be sent.

수신부(120)는 에코압력(또는 수신압력)의 에코신호에 따른 중심주파수 스펙트럼에 병렬 배열된 이종 공진주파수 스펙트럼으로 인한 수신신호를 감지한다.The receiver 120 detects a received signal due to a heterogeneous resonant frequency spectrum arranged in parallel to a center frequency spectrum according to an echo signal of an echo pressure (or receiving pressure).

수신부(120)는 병렬 배열된 이종 공진주파수의 병렬 수신 셀을 이용하여 에코신호에 의한 협소대역의 중심주파수 스펙트럼에 광대역의 이종주파수 스펙트럼을 적용시켜, 수신압력의 중심주파수 변동으로 인한 수신전압의 상기 수신신호를 감지할 수 있다. 예를 들면, 수신부(120)는 에코압력 스펙트럼 및 이종 공진주파수의 수신 셀 스펙트럼을 교집합(또는 컨볼루션)하여 획득되는 수신신호 스펙트럼을 수신할 수 있다.The receiver 120 applies the wideband heterogeneous frequency spectrum to the center frequency spectrum of the narrow band due to the echo signal by using the parallel receiving cells of the heterogeneous resonant frequencies arranged in parallel, and thus the reception of the received voltage due to the variation of the center frequency of the receiving pressure. The received signal can be detected. For example, the receiver 120 may receive a received signal spectrum obtained by intersection (or convolution) of an echo pressure spectrum and a received cell spectrum of a heterogeneous resonance frequency.

이 때, 반도체 초음파 칩 상의 이종 공진주파수의 병렬 수신 셀 각각은 서로 다른 지름 크기로 형성될 수 있으며, 서로 다른 지름 크기로 인해 비교적 큰 직경의 박막은 저주파 공진을 나타내고, 비교적 작은 직경의 박막은 고주파 공진을 나타낼 수 있다. At this time, each of the parallel receiving cells of the heterogeneous resonant frequency on the semiconductor ultrasonic chip may be formed with a different diameter size, the thin film of a relatively large diameter represents a low frequency resonance due to the different diameter size, the thin film of a relatively small diameter is a high frequency It may indicate resonance.

제어부(130)는 수신신호를 통해 인터페이스 기능을 제어한다. 또한, 제어부(130)는 송신부(110) 및 수신부(120) 각각의 신호 대역폭 및 주파수를 제어할 수 있다. The controller 130 controls the interface function through the received signal. In addition, the controller 130 may control signal bandwidths and frequencies of the transmitter 110 and the receiver 120, respectively.

본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템(100)의 제어부(130)는 수신신호를 통해 물체의 거리를 감지하고, 감지 및 거리에 대응하는 비접촉 인터페이스 기능을 제어할 수 있다. The controller 130 of the transceivable ultrasound system 100 according to an exemplary embodiment of the present invention may detect a distance of an object through a received signal, and control a non-contact interface function corresponding to the detected distance.

실시예에 따라서, 제어부(130)는 에코신호 감지에 따른 사용자의 거리/횡 제스처로부터 모드를 판단할 수 있다. 예를 들면, 제어부(130)는 수신부(120)를 통해 수신되는 수신신호를 이용하여 사용자의 횡모션, 횡반복모션 및 거리모션의 비접촉 제스처 동작을 감지할 수 있다. 제1 실시예에 따라서는 연속적으로 조사되는 송신신호의 빔을 중심으로 사용자의 손이 빔의 좌측에서 우측으로, 또는 우측에서 좌측으로 이동하는 경우, 제어부(130)는 빔의 일시적인 단절 현상에 따라 횡모션을 감지할 수 있다. 제2 실시예에 따라서는 연속적으로 조사되는 송신신호의 빔을 중심으로 사용자의 손이 빔의 좌측에서 우측으로, 그리고 다시 좌측으로 이동하는 경우 또는 우측에서 좌측으로, 그리고 다시 우측으로 이동하는 경우, 제어부(130)는 빔의 일시적인 단절 현상 및 빔의 연속 현상의 반복에 따라 횡반복모션을 감지할 수 있다. 제3 실시예에 따라서는 사용자의 손이 근접하다 멀어지거나, 멀어지다 근접하는 경우 제어부(130)는 거리모션을 감지할 수 있으며, 거리를 산출할 수 있다. According to an embodiment, the controller 130 may determine the mode from the distance / lateral gesture of the user according to the echo signal detection. For example, the controller 130 may detect a non-contact gesture operation of the lateral motion, the lateral repeat motion, and the distance motion by using the received signal received through the receiver 120. According to the first exemplary embodiment, when the user's hand moves from the left to the right or the right to the left of the beam about the beam of the continuously transmitted transmission signal, the controller 130 may be configured to temporarily disconnect the beam. Lateral motion can be detected. According to the second embodiment, when the user's hand moves from the left side to the right side of the beam and back to the left side or the right side to the left side and back to the right side with respect to the beam of continuously transmitted transmission signal, The controller 130 may detect the transverse repetition motion according to the temporary disconnection of the beam and the repetition of the continuous phenomenon of the beam. According to the third exemplary embodiment, when the user's hand is close to or far from the user, the controller 130 may detect the distance motion and calculate the distance.

이후, 제어부(130)는 횡모션, 횡반복모션, 거리모션 또는 종횡모션 중 적어도 어느 하나의 모드와 산출되는 거리 값을 이용하여 모드 및 거리 값에 대응하는 다양한 비접촉 인터페이스 기능을 제어할 수 있다. Thereafter, the controller 130 may control various contactless interface functions corresponding to the mode and the distance value by using the distance value calculated from at least one of the lateral motion, the lateral repetition motion, the distance motion, or the longitudinal motion.

일 실시 예로, 제어부(130)는 감지된 모드 및 거리 값에 따라 작동 온(On)/오프(Off), 양 조절, 모드 변환, 페이지 넘김, 줌 인(Zoom In)/아웃(Zoom Out), 커서 제어, 스크롤 제어, 탭(Tab), 캐릭터 제어, 버튼 입력, 데이터 전송, 화면 전환 및 데이터 전환 중 적어도 어느 하나 이상의 비접촉 인터페이스 기능을 제어할 수 있다. According to an embodiment, the controller 130 may operate on / off, adjust the amount, change the mode, turn pages, zoom in / out based on the detected mode and distance value, At least one of the cursor control, the scroll control, the tab, the character control, the button input, the data transmission, the screen switching, and the data switching can be controlled.

또 다른 예로, 제어부(130)는 송신신호 및 수신신호로부터 감지되는 모드 및 거리 값에 따라서, 왼쪽 방향은 더운물, 오른쪽 방향은 차가운물 등의 비접촉 인터페이스 기능을 제어할 수 있으며, 근거리는 많은 물양, 원거리는 적은 물량 등의 비접촉 인터페이스 기능을 제어할 수도 있다. 다만, 상기 비접촉 인터페이스 기능은 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템(100)이 적용되는 기기 및 시스템에 따라 다양하게 변동 가능하므로, 이에 한정되지 않는다. As another example, the controller 130 may control a non-contact interface function such as hot water and cold water in the left direction according to the mode and distance value detected from the transmission signal and the received signal. The remote can also control non-contact interface functions such as low volume. However, the contactless interface function may be variously changed according to the apparatus and system to which the transmissible ultrasound system 100 according to the embodiment of the present invention is applied, and the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템(100)의 제어부(130)는 송신부(110)에 의한 다중주파수의 송신전압에 대한 대역폭과, 수신부(120)에 의한 병렬 수신 셀 각각의 대역폭을 제어할 수 있으며, 단일 셀의 송신 셀 및 수신 셀에 시간차에 따른 멀티 주파수를 제어할 수 있다. 이 때, 제어부(130)는 작동 주파수를 200kHz 이하로 구동시킬 수 있다. The controller 130 of the transceivable ultrasound system 100 according to the embodiment of the present invention controls the bandwidth of the multi-frequency transmission voltage by the transmitter 110 and the bandwidth of each of the parallel receiving cells by the receiver 120. In addition, it is possible to control the multi-frequency according to the time difference between the transmitting cell and the receiving cell of a single cell. At this time, the controller 130 may drive the operating frequency to 200kHz or less.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템(100)은 반도체 초음파 칩 상에 송신 셀을 포함하는 송신부(110) 및 수신 셀을 포함하는 수신부(120)의 경계면에 캐비티(cavity, 미도시)를 포함하여 송신부(110) 및 수신부(120)를 디커플링(decoupling)할 수 있다. 예를 들면, 송신부(110) 및 수신부(120) 사이의 특정 위치에 캐비티를 형성시킬 수 있으며, 이 때, 본 공정을 통하여 형성되는 캐비티의 크기, 면적, 형상 등은 설계 사양, 조건, 실시예 및 MEMS 기술을 고려하여 최적의 특성을 갖도록 설계되어야 할 것이다. In addition, the ultrasonic system 100 that can transmit and receive according to an embodiment of the present invention is a cavity (not shown) on the interface between the transmitter 110 including the transmission cell and the receiver 120 including the reception cell on the semiconductor ultrasonic chip. Decoupling the transmitter 110 and the receiver 120, including). For example, the cavity may be formed at a specific position between the transmitter 110 and the receiver 120. At this time, the size, area, shape, etc. of the cavity formed through the present process may be a design specification, a condition, an embodiment. And MEMS technology should be designed to have optimal characteristics.

일 예로서, 캐비티의 형상은 원형, 타원형, 사각형, 줄띠형, 삼각형 등의 형상을 가질 수 있으며, 이외에도 캐비티는 다양한 형상, 크기, 면적을 가질 수 있음은 자명하다.As an example, the shape of the cavity may have a shape of a circle, an oval, a rectangle, a stripe, a triangle, and the like, and in addition, the cavity may have various shapes, sizes, and areas.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템(100) 내 셀은 실리콘 박막, 실리콘 박막 상의 하부전극, 하부전극 상의 압전물질, 압전물질 상의 상부전극으로 구성될 수 있다. 이에 따라서, 반도체 초음파 칩의 압축힘에 대한 하부로의 변형과, 인장힘에 대한 상부로의 변형에 대하여 박막에 공기매질 저항이 적어, 주파수 특성이 협소대역을 나타낼 수 있다. In addition, a cell in the transceivable ultrasound system 100 according to an embodiment of the present invention may be composed of a silicon thin film, a lower electrode on the silicon thin film, a piezoelectric material on the lower electrode, and an upper electrode on the piezoelectric material. Accordingly, the resistance of the air medium to the thin film against the deformation of the semiconductor ultrasonic chip to the lower side of the compressive force and the upper side of the tensile force may be low, and thus the frequency characteristic may exhibit a narrow band.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템(100)은 송신부(110)의 전면에 코팅되어 송신부(110), 수신부(120) 및 제어부(130) 중 적어도 어느 하나 이상을 방수하는 방수막(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 화학증기기착 또는 스핀 코팅 기법을 이용하여 송신 셀 및 수신 셀 각각 또는 송신부(110), 수신부(120) 및 제어부(130)를 포함하는 반도체 초음파 칩 전면에 방수막을 형성할 수 있으며, 방수막은 패럴린­C(Parylene­C), PDMS 재질로 형성될 수 있으나, 재질의 종류 및 형태는 이에 한정되지 않는다. In addition, the ultrasonic system 100 that can transmit and receive according to an embodiment of the present invention is coated on the front of the transmitter 110, the waterproof membrane for waterproofing at least one or more of the transmitter 110, the receiver 120 and the controller 130. (Not shown). For example, a chemical vapor deposition or spin coating technique may be used to form a waterproof film on each of a transmitting cell and a receiving cell or a semiconductor ultrasonic chip including a transmitter 110, a receiver 120, and a controller 130. The waterproof film may be formed of Parylene C or PDMS, but the type and shape of the material are not limited thereto.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 초음파 칩의 예를 설명하기 위해 도시한 것이다. 2A and 2B illustrate an example of a semiconductor ultrasonic chip according to an embodiment of the present invention.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템은 송신 셀(211) 및 수신 셀(221)을 포함하는 반도체 초음파 칩(200)을 포함하며, 복수의 송신 셀(211)을 포함하는 송신부(210), 복수의 수신 셀(221)을 포함하는 수신부(220)를 포함할 수 있다. 이 때, 송신 셀(211) 및 수신 셀(221)은 어레이(array) 형태로 병렬 배열될 수 있으며, 각 어레이는 임의의 개수로 설정되며, 개수는 한정되지 않는다.2A and 2B, an ultrasound system capable of transmitting and receiving according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor ultrasound chip 200 including a transmission cell 211 and a reception cell 221, and includes a plurality of transmission cells ( It may include a transmitter 210 including a 211, a receiver 220 including a plurality of receiving cells 221. At this time, the transmitting cell 211 and the receiving cell 221 may be arranged in parallel in an array (array), each array is set to any number, the number is not limited.

이 때, 반도체 초음파 칩(200)은 비접촉 스위치용일 수 있다. 반도체 초음파 칩(200)은 제어부(230)에 의해 제어될 수 있다. 실시예에 따라서, 제어부(230)는 송신부(210)로 저전압을 인가하며, 수신부(220)로부터 수신되는 신호에 따른 전류를 TIA(Trans­Impedance Amplifier, 트랜스 임피던스 앰프) 앰프를 통해 전압으로 전환할 수 있다. 또한, 제어부(230)는 디지털 알고리즘을 이용하여 에코신호 감지, 거리/횡 제스처에 의한 신호 모드 판단 및 거리를 산출할 수 있다. In this case, the semiconductor ultrasonic chip 200 may be for a non-contact switch. The semiconductor ultrasonic chip 200 may be controlled by the controller 230. According to an embodiment, the controller 230 may apply a low voltage to the transmitter 210, and may convert a current according to a signal received from the receiver 220 into a voltage through a TIA amplifier. . In addition, the controller 230 may detect the echo signal, determine the signal mode by the distance / lateral gesture, and calculate the distance using a digital algorithm.

도 2a에 도시된 바와 같이, 송신 셀(211) 및 수신 셀(221)은 서로 분리되며, 각 단일채널을 이용하는 것을 특징으로 한다. 이에 따른 송신부(210)는 다중주파수의 송신전압으로 이종 공진주파수 송신 셀(211) 어레이를 병렬로 구동시켜 송신신호를 송신할 수 있으며, 송신 셀(211)에서의 주파수는 단일 공진주파수(212)의 형태를 나타낸다. As shown in FIG. 2A, the transmitting cell 211 and the receiving cell 221 are separated from each other, and each single channel is used. Accordingly, the transmitter 210 transmits a transmission signal by driving the array of heterogeneous resonant frequency transmission cells 211 in parallel with a transmission voltage of multiple frequencies, and the frequency in the transmission cell 211 is a single resonance frequency 212. Indicates the form of.

나아가, 복수의 수신 셀(221) 각각은 서로 다른 지름 크기로 형성될 수 있으며, 각 어레이(2201, 2202, 2203, 2204) 마다 기 설정된 지름 크기로 형성될 수 있다. 이에 따라서, 수신 셀(221)은 서로 다른 지름 크기로 인해 비교적 큰 직경의 박막은 저주파 공진을 나타내고, 비교적 작은 직경의 박막은 고주파 공진을 나타낼 수 있다. In addition, each of the plurality of receiving cells 221 may be formed to have a different diameter size, and each array 220 1 , 220 2 , 220 3 , 220 4 may be formed to have a predetermined diameter size. Accordingly, the receiving cell 221 may exhibit low frequency resonance due to different diameter sizes, and thin film of relatively small diameter may exhibit high frequency resonance.

도 2a를 참조하면, 제1 수신 셀 어레이(2201), 제2 수신 셀 어레이(2202), 제3 수신 셀 어레이(2203) 및 제4 수신 셀 어레이(2204) 각각에 대한 협소대역 이종 공진주파수(222)를 서로 다른 주파수에서 확인할 수 있으며, 복수의 수신 셀 어레이에서 획득되는 협소대역 이종 공진주파수(222)에 대한 이종 공진주파수 병렬 수신 셀은 광대역 트랜스듀서 스펙트럼(223)을 나타내는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 2A, narrow bands for the first receiving cell array 220 1 , the second receiving cell array 220 2 , the third receiving cell array 220 3 , and the fourth receiving cell array 220 4 , respectively. The heterogeneous resonant frequency 222 can be identified at different frequencies, and the heterogeneous resonant frequency parallel receiving cell for the narrow band heterogeneous resonant frequency 222 obtained in the plurality of receiving cell arrays represents the wideband transducer spectrum 223. You can check it.

이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템은 분리된 송신 셀(211) 및 수신 셀(221)을 이용하여 송신 및 수신에 따른 전용화 셀을 구동시켜 송신 잔류진동 영향을 최소화할 수 있으며, 광대역 전압신호 특성 및 광대역 트랜스듀서 특성에 따른 MEMS 초음파의 공정오차에 기인하여 중심주파수 변동에 대응하여 송신 및 수신을 가능하게 하여 물체의 거리 감지를 수행할 수 있다.Accordingly, the ultrasonic system capable of transmitting and receiving according to an embodiment of the present invention can minimize the effect of transmission residual vibration by driving a dedicated cell according to transmission and reception using the separate transmission cell 211 and the reception cell 221. In addition, due to the process error of the MEMS ultrasonic wave according to the characteristics of the wideband voltage signal and the wideband transducer, the distance of the object can be detected by enabling transmission and reception in response to the variation of the center frequency.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 초음파 칩의 내부 구조를 설명하기 위해 도시한 것이다.3A and 3B illustrate an internal structure of a semiconductor ultrasonic chip according to an embodiment of the present invention.

보다 상세하게는, 도 3a는 셀의 구조를 설명하기 위해 도시한 것이며, 도 3b는 송신부 및 수신부의 경계면에 위치하는 캐비티를 설명하기 위해 도시한 것이다.More specifically, FIG. 3A is a diagram illustrating a cell structure, and FIG. 3B is a diagram illustrating a cavity located at an interface between a transmitter and a receiver.

도 3a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 초음파 칩 내 셀(송신 셀 또는 수신 셀)은 실리콘 박막(310), 실리콘 박막(310) 상의 하부전극(320), 하부전극(320) 상의 압전물질(330) 및 압전물질(330) 상의 상부전극(340)으로 구성될 수 있다. 이러한 셀의 구조에 의해 반도체 초음파 칩은 압축힘에 대한 하부로의 변형과, 인장힘에 대한 상부로의 변형에 대하여 박막에 공기매질 저항이 적어, 주파수 특성이 협소대역을 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 3A, a cell (transmitting cell or receiving cell) in a semiconductor ultrasonic chip according to an exemplary embodiment of the present invention may be a silicon thin film 310, a lower electrode 320 on a silicon thin film 310, and a lower electrode 320. The piezoelectric material 330 and the upper electrode 340 on the piezoelectric material 330 may be formed. Due to the structure of the cell, the semiconductor ultrasonic chip has less air medium resistance to the deformation to the lower side of the compressive force and the deformation to the upper side of the tensile force, so that the frequency characteristics can exhibit a narrow band.

도 3b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 초음파 칩은 내 송신부 및 수신부의 경계면에 캐비티(cavity, 350)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 반도체 초음파 칩은 송신부 및 수신부를 분리하는 캐비티(350)를 포함하여 송신부 및 수신부를 디커플링(decoupling)할 수 있다. Referring to FIG. 3B, a semiconductor ultrasonic chip according to an embodiment of the present invention may include a cavity 350 at an interface between an internal transmitter and a receiver. The semiconductor ultrasonic chip according to an exemplary embodiment of the present invention may include a cavity 350 separating the transmitter and receiver, thereby decoupling the transmitter and the receiver.

이 때, 캐비티(350)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 송신 셀 어레이 및 수신 셀 어레이 사이의 특정 위치에 형성될 수 있으며, 이 때, 본 공정을 통하여 형성되는 캐비티의 크기, 면적, 형상 등은 설계 사양, 조건, 실시예 및 MEMS 기술을 고려하여 최적의 특성을 갖도록 설계될 수 있다.In this case, as shown in FIG. 3B, the cavity 350 may be formed at a specific position between the transmitting cell array and the receiving cell array. In this case, the size, area, shape, etc. of the cavity formed through the present process may be used. May be designed to have optimal characteristics in consideration of design specifications, conditions, embodiments, and MEMS techniques.

일 예로서, 캐비티의 형상은 원형, 타원형, 사각형, 줄띠형, 삼각형 등의 형상을 가질 수 있으며, 이외에도 캐비티는 다양한 형상, 크기, 면적을 가질 수 있음은 자명하다.As an example, the shape of the cavity may have a shape of a circle, an oval, a rectangle, a stripe, a triangle, and the like, and in addition, the cavity may have various shapes, sizes, and areas.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 송신신호 및 수신신호의 스펙트럼 예를 도시한 것이다.4 and 5 illustrate examples of spectrums of a transmission signal and a reception signal according to an embodiment of the present invention.

보다 구체적으로, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 송신신호의 스펙트럼 예를 도시한 것이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수신신호의 스펙트럼 예를 도시한 것이다. More specifically, FIG. 4 illustrates an example spectrum of a transmission signal according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 illustrates an example spectrum of a received signal according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템은 시간순으로 차례로 생성되는 다중주파수의 펄스 전압(411)으로부터 광대역의 다중주파수 송신전압 스펙트럼(410)과 협소대역의 단일 공진주파수 송신 셀 스펙트럼(420)을 교집합(또는 컨볼루션)하여 협소대역의 송신압력 스펙트럼(430)을 획득할 수 있다. 이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템은 시간 반응에 따른 다중주파수의 펄스 전압(411)으로 인한 송신신호(431)를 송신할 수 있다.Referring to FIG. 4, a transceivable ultrasound system according to an exemplary embodiment of the present invention transmits a wideband multi-frequency transmission voltage spectrum 410 and a narrow band single resonant frequency from a multi-frequency pulse voltage 411 sequentially generated in chronological order. The cell spectrum 420 may be intersectiond (or convolved) to obtain a narrow band transmission pressure spectrum 430. Accordingly, the ultrasonic system capable of transmitting and receiving according to the embodiment of the present invention may transmit the transmission signal 431 due to the pulse voltage 411 of the multi-frequency according to the time response.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템은 수신되는 에코신호(511)로부터 협소대역의 에코압력 스펙트럼(510)과 광대역의 이종 공진주파수 수신 셀 스펙트럼(520)을 교집합(또는 컨볼루션)하여 협소대역의 수신신호 스펙트럼(530)을 획득할 수 있다. 이에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템은 시간 반응에 따른 에코신호(511)로부터 시간 반응에 따른 수신신호(531)를 수신할 수 있다. Referring to FIG. 5, an ultrasonic system capable of transmitting and receiving according to an embodiment of the present invention alternates an echo pressure spectrum 510 of a narrow band and a heterogeneous resonant frequency receiving cell spectrum 520 of a wide band from a received echo signal 511 ( Or convolution) to obtain the received signal spectrum 530 of a narrow band. Accordingly, the ultrasonic system capable of transmitting and receiving according to the embodiment of the present invention may receive the reception signal 531 according to the time response from the echo signal 511 according to the time response.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템은 다중주파수의 펄스전압인 광대역 신호와 중심주파수 변동으로 인한 협소대역 트랜스듀서를 이용하여 송신 셀을 통해 다중주파수의 송신압력을 송신신호로 송신하고, 중심주파수 변동으로 인한 협소대역 에코압력과 이종 공진주파수 병렬 수신 셀의 광대역 트랜스듀서를 이용하여 수신 셀을 통해 수신전압으로 인한 수신신호를 수신할 수 있다. That is, the ultrasonic system capable of transmitting and receiving according to the embodiment of the present invention transmits a multi-frequency transmission pressure as a transmission signal through a transmission cell by using a wideband signal, which is a pulse voltage of a multi-frequency, and a narrow band transducer due to a center frequency variation. In addition, by using a wideband transducer of a narrow band echo pressure and a heterogeneous resonant frequency parallel receiving cell due to a center frequency variation, a receiving signal due to a receiving voltage can be received through the receiving cell.

이로부터, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템은 송수신에 따른 겸용화 셀을 전용화 셀로 분리하여 송신 잔류진동 영향을 최소화하며, 광대역 전압신호 및 트랜스듀서 특징에 따른 MEMS 초음파의 공정오차에 기인하여 중심주파수 변동으로 인해 송신 및 수신을 가능하게 하여 물체의 거리감지를 수행할 수 있다. From this, the ultrasonic system capable of transmitting and receiving according to the embodiment of the present invention separates the compatible cells according to the transmission and reception into dedicated cells to minimize the effect of transmission residual vibration, and the process error of the MEMS ultrasonic wave according to the characteristics of the broadband voltage signal and the transducer. Due to the change in the center frequency, transmission and reception can be performed to detect the distance of an object.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 방법의 흐름도를 도시한 것이다.6 is a flowchart of an ultrasonic method capable of transmitting and receiving according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 방법은 도 1의 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 시스템에 의해 수행된다.The method shown in FIG. 6 is performed by an ultrasonic system capable of transmitting and receiving according to the embodiment of the present invention of FIG. 1.

도 6을 참조하면, 단계 610에서, 다중주파수 스펙트럼의 송신전압에 중심주파수 변동 스펙트럼으로 인한 송신압력의 송신신호를 송신한다. Referring to FIG. 6, in step 610, a transmission signal having a transmission pressure due to a center frequency variation spectrum is transmitted to a transmission voltage of a multi-frequency spectrum.

단계 610은 다중주파수의 송신전압 대신에, 단일주파수의 송신전압을 인가하여 병렬 배열된 다중주파수의 송신 셀을 구동하여 송신압력의 송신신호를 송신하는 단계일 수 있다. 예를 들면, 단계 610은 다중주파수로 인한 광대역의 다중주파수의 송신전압 스펙트럼 및 단일 공진주파수의 송신 셀 스펙트럼을 교집합(또는 컨볼루션)하여 획득되는 송신압력 스펙트럼을 단일채널의 송신신호로 송신할 수 있다. 이 때, 송신부(110)는 다중주파수의 송신전압 또는 처프(Chirp) 신호를 인가하여 상기 단일채널의 송신신호를 송신하는 단계일 수 있다. Step 610 may be a step of transmitting a transmission signal of a transmission pressure by driving a transmission frequency of a single frequency in parallel by applying a transmission voltage of a single frequency, instead of the transmission voltage of the multi-frequency. For example, step 610 may transmit, as a single channel transmission signal, a transmission pressure spectrum obtained by alternating (or convolving) a transmission voltage spectrum of a wide frequency multi-frequency due to multiple frequencies and a transmission cell spectrum of a single resonant frequency. have. At this time, the transmitter 110 may be a step of transmitting the transmission signal of the single channel by applying a multi-frequency transmission voltage or chirp signal.

또한, 단계 610에서, 본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 방법은 다중주파수의 상기 송신전압과 이종 공진주파수의 송신 셀 어레이를 병렬로 구동시킬 수 있다. 예를 들면, 반도체 초음파 칩 상의 송신 셀들은 임의의 개수의 어레이 형태로 병렬 배열될 수 있으며, 단계 610은 다중주파수의 상기 송신전압과 이종 공진주파수의 송신 셀 어레이를 병렬로 구동시켜 송신신호를 송신하는 단계일 수 있다.In operation 610, the transceivable ultrasonic method according to an embodiment of the present invention may drive the transmission voltage array of the multi-frequency and the heterogeneous resonant frequency in parallel. For example, the transmission cells on the semiconductor ultrasonic chip may be arranged in parallel in any number of arrays, and step 610 may be performed by driving the transmission voltage array of the multi-frequency and the heterogeneous resonant frequency in parallel to transmit the transmission signal. It may be a step.

단계 620에서, 에코압력의 에코신호에 따른 중심주파수 스펙트럼에 병렬 배열된 이종 공진주파수 스펙트럼으로 인한 수신신호를 감지한다. In operation 620, the received signal due to the heterogeneous resonant frequency spectrum arranged in parallel to the center frequency spectrum according to the echo signal of the echo pressure is sensed.

이 때, 송신 셀 및 수신 셀은 서로 분리되고, 각 단일채널을 이용하는 것을 특징으로 한다. 나아가, 반도체 초음파 칩 상의 이종 공진주파수의 병렬 수신 셀 각각은 서로 다른 지름 크기로 형성될 수 있으며, 서로 다른 지름 크기로 인해 비교적 큰 직경의 박막은 저주파 공진을 나타내고, 비교적 작은 직경의 박막은 고주파 공진을 나타낼 수 있다. At this time, the transmitting cell and the receiving cell are separated from each other, characterized in that each single channel is used. Furthermore, each of the parallel receiving cells of heterogeneous resonant frequencies on the semiconductor ultrasonic chip may be formed to have different diameter sizes. Due to the different diameter sizes, the relatively large diameter thin film exhibits low frequency resonance, and the relatively small diameter thin film has high frequency resonance. Can be represented.

단계 620은 병렬 배열된 이종 공진주파수의 병렬 수신 셀을 이용하여 에코신호에 의한 협소대역의 중심주파수 스펙트럼에 광대역의 이종주파수 스펙트럼을 적용시켜, 수신압력의 중심주파수 변동으로 인한 수신전압의 상기 수신신호를 감지하는 단계일 수 있다. 예를 들면, 단계 620은 에코압력 스펙트럼 및 이종 공진주파수의 수신 셀 스펙트럼을 교집합(또는 컨볼루션)하여 획득되는 수신신호 스펙트럼을 수신하는 단계일 수 있다.Step 620 is to apply the wideband heterogeneous frequency spectrum to the center frequency spectrum of the narrow band by the echo signal using the parallel receiving cells of the heterogeneous resonant frequency arranged in parallel, so that the received signal of the received voltage due to the variation of the center frequency of the receiving pressure It may be a step of detecting. For example, step 620 may be a step of receiving a received signal spectrum obtained by intersection (or convolution) of the echo pressure spectrum and the received cell spectrum of the heterogeneous resonant frequency.

단계 630에서, 수신신호를 통해 인터페이스 기능을 제어한다. 또한, 단계 630은 송신 셀 및 수신 셀 각각의 신호 대역폭 및 주파수를 제어하는 단계일 수 있다.In operation 630, the interface function is controlled through the received signal. In addition, step 630 may be a step of controlling the signal bandwidth and frequency of each of the transmitting cell and the receiving cell.

단계 630은 수신신호를 통해 물체의 거리를 감지하고, 감지 및 거리에 대응하는 비접촉 인터페이스 기능을 제어하는 단계일 수 있다. Step 630 may be a step of sensing a distance of an object through a received signal and controlling a contactless interface function corresponding to the detection and the distance.

본 발명의 실시예에 따른 송수신 가능한 초음파 방법의 단계 630은 송신 셀에 의한 다중주파수의 송신전압에 대한 대역폭과, 병렬 수신 셀 각각의 대역폭을 제어할 수 있으며, 단일 셀의 송신 셀 및 수신 셀에 시간차에 따른 멀티 주파수를 제어하는 단계일 수 있다. 이 때, 작동 주파수를 200kHz 이하로 구동시킬 수 있다. Step 630 of the ultrasonic method capable of transmitting and receiving according to an embodiment of the present invention can control the bandwidth of the multi-frequency transmission voltage by the transmitting cell and the bandwidth of each of the parallel receiving cells. It may be a step of controlling the multi-frequency according to the time difference. At this time, the operating frequency can be driven to 200 kHz or less.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the devices and components described in the embodiments may be, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors, microcomputers, field programmable arrays (FPAs), It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of explanation, one processing device may be described as being used, but one of ordinary skill in the art will appreciate that the processing device includes a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as parallel processors.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and configure the processing device to operate as desired, or process it independently or collectively. You can command the device. Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. Or may be permanently or temporarily embodied in a signal wave to be transmitted. The software may be distributed over networked computer systems so that they are stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include machine code, such as produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.

100: 송수신 가능한 초음파 시스템
200: 반도체 초음파 칩
210: 송신부
211: 송신 셀
212: 단일 공진주파수
220: 수신부
221: 수신 셀
222: 이종 공진주파수
223: 광대역 트랜스듀서 스펙트럼
230: 제어부
310: 실리콘 박막
320: 하부전극
330: 압전물질
340: 상부전극
350: 캐비티
410: 다중주파수 송신전압 스펙트럼
420: 단일 공진주파수 송신 셀 스펙트럼
430: 송신압력 스펙트럼
411: 다중주파수의 펄스 전압
431: 송신신호
510: 에코압력 스펙트럼
520: 이종 공진주파수 수신 셀 스펙트럼
530: 수신신호 스펙트럼
511: 에코신호
531: 수신신호
100: ultrasonic system capable of transmitting and receiving
200: semiconductor ultrasonic chip
210: transmitter
211: transmission cell
212: single resonant frequency
220: receiver
221: receiving cell
222: heterogeneous resonant frequency
223: wideband transducer spectrum
230: control unit
310: silicon thin film
320: lower electrode
330: piezoelectric material
340: upper electrode
350: cavity
410: multi-frequency transmit voltage spectrum
420: single resonant frequency transmission cell spectrum
430: transmission pressure spectrum
411: pulse voltage of multiple frequencies
431: transmission signal
510: echo pressure spectrum
520: heterogeneous resonant frequency receiving cell spectrum
530: received signal spectrum
511: echo signal
531: received signal

Claims (12)

단일 채널의 송신 셀을 이용하여 다중주파수 스펙트럼의 송신전압과 중심주파수 변동 스펙트럼을 컨볼루션하여 획득되는 협소대역의 송신압력 스펙트럼을 가지는 송신신호를 송신하는 송신부;
상기 송신 셀과 분리된 단일 채널의 수신 셀을 이용하여 에코압력의 중심주파수 변동 스펙트럼과 병렬 배열된 이종 공진주파수 스펙트럼을 컨볼루션하여 협소대역의 수신신호 스펙트럼을 가지는 수신신호를 감지하는 수신부; 및
상기 수신신호를 통해 물체 감지 및 거리에 대응하는 비접촉 인터페이스 기능을 제어하는 제어부
를 포함하는 송수신 가능한 초음파 시스템.
A transmitter for transmitting a transmission signal having a narrow band transmission pressure spectrum obtained by convolving a transmission voltage of a multi-frequency spectrum and a center frequency fluctuation spectrum using a transmission channel of a single channel;
A receiver which detects a received signal having a narrow-band received signal spectrum by convolving a heterogeneous resonant frequency spectrum arranged in parallel with a center frequency fluctuation spectrum of echo pressure using a single channel receive cell separated from the transmit cell; And
Control unit for controlling the non-contact interface function corresponding to the object detection and the distance through the received signal
Transmissible ultrasound system comprising a.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 송신부는
상기 다중주파수 스펙트럼의 송신전압 대신에, 단일주파수 스펙트럼의 송신전압을 인가하여 병렬 배열된 다중주파수의 상기 송신 셀을 구동하여 상기 송신신호를 송신하는 송수신 가능한 초음파 시스템.
The method of claim 1,
The transmitting unit
And a transmission voltage of a single frequency spectrum instead of the transmission voltage of the multifrequency spectrum to drive the transmission cells of multiple frequencies arranged in parallel to transmit and receive the transmission signal.
제3항에 있어서,
상기 송신부는
상기 다중주파수 스펙트럼의 송신전압과 이종 공진주파수의 송신 셀 어레이를 병렬로 구동시켜 상기 송신신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 송수신 가능한 초음파 시스템.
The method of claim 3,
The transmitting unit
And transmitting and transmitting the transmission signal in parallel by driving the transmission voltage array of the multi-frequency spectrum and the transmission cell array of the heterogeneous resonant frequency in parallel.
제1항에 있어서,
상기 수신부는
병렬 배열된 이종 공진주파수의 병렬 수신 셀을 이용하여 에코신호에 의한 협소대역의 중심주파수 스펙트럼에 광대역의 이종주파수 스펙트럼을 컨볼루션하여, 수신압력의 중심주파수 변동으로 인한 상기 수신신호를 감지하는 송수신 가능한 초음파 시스템.
The method of claim 1,
The receiving unit
Condensation of the wideband heterogeneous frequency spectrum to the narrow center frequency spectrum of the narrow band caused by echo signals using parallel receiving cells of heterogeneous resonant frequencies arranged in parallel to enable transmission and reception of sensing the received signal due to variation in the center frequency of the receiving pressure Ultrasound system.
제5항에 있어서,
상기 이종 공진주파수의 병렬 수신 셀은
서로 다른 지름 크기로 형성되며, 직경에 따라 저주파 공진 또는 고주파 공진을 나타내는 것을 특징으로 하는 송수신 가능한 초음파 시스템.
The method of claim 5,
The parallel receiving cell of the heterogeneous resonant frequency
Transmitted and received ultrasonic system, characterized in that formed in different diameter sizes, and exhibits a low frequency resonance or a high frequency resonance according to the diameter.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 송신부에 의한 다중주파수의 송신전압에 대한 대역폭과, 상기 수신부에 의한 병렬 수신 셀의 대역폭을 얼라인(aline)하는 송수신 가능한 초음파 시스템.
The method of claim 1,
The control unit
And a transmission / reception system for aligning a bandwidth of a multi-frequency transmission voltage by the transmitter and a bandwidth of a parallel reception cell by the receiver.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
작동 주파수를 200kHz 이하로 구동시키는 송수신 가능한 초음파 시스템.
The method of claim 1,
The control unit
Transmittable and ultrasonic system that drives an operating frequency below 200 kHz.
제1항에 있어서,
상기 송신부 및 상기 수신부의 경계면에 캐비티(cavity)를 더 포함하여 상기 송신부 및 상기 수신부를 디커플링(decoupling)하는 송수신 가능한 초음파 시스템.
The method of claim 1,
And a cavity at an interface between the transmitter and the receiver to decoupling the transmitter and the receiver.
제1항에 있어서,
상기 송신 셀 및 상기 수신 셀은
실리콘 박막;
상기 실리콘 박막 상의 하부전극;
상기 하부전극 상의 압전물질; 및
상기 압전물질 상의 상부전극
으로 구성되는 송수신 가능한 초음파 시스템.
The method of claim 1,
The transmitting cell and the receiving cell
Silicon thin film;
A lower electrode on the silicon thin film;
A piezoelectric material on the lower electrode; And
An upper electrode on the piezoelectric material
Ultrasonic system capable of transmitting and receiving.
제1항에 있어서,
상기 송신부, 상기 수신부 및 상기 제어부 중 적어도 어느 하나 이상의 전면을 코팅하여 방수하는 방수막
을 더 포함하는 송수신 가능한 초음파 시스템.
The method of claim 1,
Waterproof membrane to coat the front surface of at least one or more of the transmitter, the receiver and the control unit
Ultrasonic system capable of transmitting and receiving further comprising.
송수신 가능한 초음파 시스템의 동작 방법에 있어서,
단일 채널의 송신 셀을 이용하여 다중주파수 스펙트럼의 송신전압과 중심주파수 변동 스펙트럼을 컨볼루션하여 획득되는 협소대역의 송신압력 스펙트럼을 가지는 송신신호를 송신하는 단계;
상기 송신 셀과 분리된 단일 채널의 수신 셀을 이용하여 에코압력의 중심주파수 변동 스펙트럼과 병렬 배열된 이종 공진주파수 스펙트럼을 컨볼루션하여 협소대역의 수신신호 스펙트럼을 가지는 수신신호를 감지하는 단계; 및
상기 수신신호를 통해 물체 감지 및 거리에 대응하는 비접촉 인터페이스 기능을 제어하는 단계
를 포함하는 송수신 가능한 초음파 방법.
In the operation method of the ultrasonic system capable of transmitting and receiving,
Transmitting a transmission signal having a narrow band transmission pressure spectrum obtained by convolving a transmission voltage of a multi-frequency spectrum and a center frequency fluctuation spectrum using a transmission channel of a single channel;
Detecting a received signal having a narrow-band received signal spectrum by convolving a heterogeneous resonant frequency spectrum arranged in parallel with a center frequency fluctuation spectrum of an echo pressure using a single channel receive cell separated from the transmitting cell; And
Controlling a non-contact interface function corresponding to an object detection and a distance through the received signal;
Transmittable and ultrasonic method comprising a.
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