초음파 이미징 기술은 물체 또는 인체에 초음파를 투과하고 반사되는 신호를 이미지로 형상화해 내부구조를 볼 수 있다.
특히 복잡한 구조나 두꺼운 재료를 검사하는 C-스캔은 다른 방식보다 높은 해상도를 구현해 암 조직검사 진단, 항공기나 시설의 배관결함 비파괴검사 등에 활용된다.
이 때 고해상도의 초음파 이미지를 생성하려면 투과·반사되는 초음파 강도를 높이고, 초점거리를 정확히 맞추는 것이 중요하다.
이를 위해 C-스캔 장비는 넓게 퍼지는 초음파 에너지를 검사 대상에 정확히 집중시켜 이미지 품질을 높이는 집속 초음파 변환기를 사용한다.
그러나 집속 초음파 변환기는 조절가능한 초점거리가 고정돼 있어 초점 거리별 변환기 구입에 따라 비용이 많이 들고, 검사대상의 위치·크기·형태에 맞게 미세조정이 어려워 해상도를 일정수준 이상 높이기 어렵다.
초음파 검사기 탈부착형 음향렌즈 개발
한국표준과학연구원(KRISS) 음향진동초음파측정그룹 연구팀이 초음파 검사장비의 초점거리를 쉽게 조절할 수 있는 ‘탈부착형 음향렌즈’를 개발했다.
이 렌즈는 DSLR 카메라에 다양한 구경의 렌즈를 바꿔 끼우는 것처럼 초음파 검사장비 해상도를 목적에 따라 최적화할 수 있어 의료진단, 산업안전 등에서 검사 정확도를 한층 높일 전망이다.
연구팀이 개발한 탈부착형 음향렌즈 설계기술은 음향렌즈를 고정 초점 초음파 변환기에 부착하면 별도 장비교체 없이 검사대상에 맞춰 초점거리를 조절할 수 있어 최적화된 해상도를 실현했다.
특히 이 음향렌즈는 비구면으로 설계돼 렌즈 가장자리로 갈수록 초점이 흐려지는 구면렌즈에 비해 왜곡 없는 선명한 이미지를 얻을 수 있다.
실제 이를 C-스캔 초음파 검사장비에 부착해 인체 모사 팬텀을 분석한 결과 25㎛ 크기 미세구조를 이미지로 분석하는 데 성공했다.
이는 동일 초점거리에서 음향렌즈를 부착하지 않은 장비보다 약 1.5배 높은 해상도다.
아울러 연구팀은 음향렌즈 크기를 부착 면적에 맞게 유연하게 조정할 수 있는 접이식도 설계했다. 이를 상대적으로 해상도가 낮은 평면형 초음파 변환기에 부착하면 집속 초음파 변환기와 동일한 성능을 낼 수 있다.
연구팀은 표면이 오목한 집속 초음파 변환기용 음향렌즈와 더불어 평면형태의 음향렌즈 설계기술도 함께 개발했다.
김용태 KRISS 책임연구원은 “이번에 개발한 기술을 C-스캔은 물론 다양한 초음파 검사방식에 적용할 수 있도록 응용연구를 이어갈 것”이라고 말했다.
