JP2005533456A - 電子機器用の超音波トランスデューサ - Google Patents

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Abstract

ハウジングと、該ハウジングと一体化された超音波トランスデューサ・エレメントとを含む電子機器用の超音波トランスデューサ。トランスデューサ・エレメントは受信機モードと送信機モードの少なくとも一方で動作することができる。受信機モードでは、トランスデューサ・エレメントは入来音響信号に応答して電気信号を発生する。送信機モードでは、トランスデューサ・エレメントはこれに供給される電気信号に応答して音響信号を発生する。ハウジングは、トランスデューサ・エレメントに信号を発生させるような形態で該トランスデューサ・エレメントに機械的圧力を確実に加えることができる少なくとも１つの面を有する。

Description

本発明は、一般的には超音波トランスデューサに関し、特に電子機器において用いられる超音波トランスデューサに関する。
本発明は、２００２年７月１８日付けの米国特許仮出願第６０／３９６９５４号の３５ＵＳＣ１１９（ｅ）に基づく利益を主張するものであり、ここでその仮出願の全体を引用して組み込む。
例えば移動可能なペンのような移動可能なスタイラス（針）上に遠隔的に取付けられまたは配置された超音波トランスデューサと、他の遠隔的に設置されたトランスデューサ（例えば、スタイラスから離れた位置に固定されたトランスデューサ）との間の通信（交信）によって、ペンの位置を決定することができ、また最終的にはスタイラスの移動に関連する情報を再生することができる。そのような相対的に“固定された”装置（移動スタイラスに取付けられたトランスデューサとの対比で）は、そのようには呼んでも、次のものに限定されることなく、携帯電話（cell phone）、ＰＤＡのようなハンドヘルド形（hand-held）ディジタル機器、ノートブック形コンピュータ、ゲーム機を含むポータブル（携帯用、可搬式、移動可能）電子機器、または独立装置（スタンドアロン型装置）からなる。その他の装置には、パーソナル・コンピュータ用のキーボードまたは電話機等が含まれる。スタイラスの位置に関連するディジタル情報は、限定されることなく、製図、地図または挿絵イラスト、並びに電子メール、ファクシミリ送信、文書作成、文書およびファイル作成（ワープロとの組合せによる）、コンピュータ・ゲーム用の入力装置用にも使用される。
これらの各適用例（アプリケーション）において、超音波トランスデューサは実際上目に見えないほど小さく、かつ超音波トランスデューサが丈夫でほこりや汚染粒子に曝されることがないように、そのような電子機器に超音波トランスデューサを一体化することが望まれる。このような特徴は、ポータブル（携帯用、可搬式、移動可能）電子機器には特に有利である。
さらに、典型的には低感度または不所望な感度をもった通常の小型トランスデューサ・アセンブリ（組立体）は、嵩だかで、制御不能な共振周波数状態を呈する。
従って、超音波トランスデューサを外見的に（from an external vantage point）実際に見えないように電子機器のハウジングに一体化することができる超音波トランスデューサが特に望まれ、それによって上述の問題が解消される。
超音波トランスデューサとそれに関連するハウジングが電子機器の凹所領域（recessed region）または受け入れ空洞にモジュラ・ユニット（modular unit）として挿入可能であるような電子機器のモジュラ・コンポーネント（構成成分）である超音波トランスデューサを得ることが望ましく、それによって凹所領域または受け入れ空洞に挿入されたとき、それに関連するハウジングを含む超音波トランスデューサは電子機器のハウジングの外面と同一平面を形成するか、この外面から奥まって（凹んで）いる。さらに、薄く、経済的で、組み立てが簡単であり、さらに高い感度をもったトランスデューサ・アセンブリであることが望ましい。
本発明の第１の特徴は、限定されることなく、携帯電話（セルフォン、cell phone）、ＰＤＡ、ノートブック形コンピュータ、マイクロカセット・レコーダおよびゲームを含むタイプのハンドヘルド形のポータブル電子機器用の埋込型超音波トランスデューサ（ＥＵＴ、embedded ultrasonic transducer）である。このＥＵＴは、外見的に実際には見えず、ほこりや汚れた微粒子に曝されることのないような形態で電子機器のハウジング構造内に一体化される（組み込まれる）。
次に、同様の部品を同じ参照番号で示した図面を参照する。先ず図１を参照すると、参照番号１００で表した本発明のＥＵＴの実施形態が示されている。ＥＵＴ１００は、一般的には電子機器のハウジング１０１の選択された壁部分１０２と、該ハウジング１０１の選択された壁部分１０２の内面（内側表面）１０２ｂから伸びるトランスデューサ受入れ空洞（cavity）１０３に埋め込まれた超音波トランスデューサ・エレメント（素子）１１０とを含んでいる。
薄い振動板（diaphragm）１０４が、トランスデューサ・エレメント１１０を動作可能に支持するためにトランスデューサ受入れ空洞１０３の底に配置されている。振動板１０４は壁部分１０２と一体的に形成されており、ハウジングの壁部分１０２の外面（外側表面）１０２ａと同一平面をなす外面１０４ａを有する。接地およびシールド電極１０５は振動板１０４の内面１０４ｂ上に配置されており、実質的にこの内面１０４ｂを覆っていてもよい。振動板１０４はハウジングの壁部分１０２の厚さｗよりも充分薄い厚さｄを有し、好ましくは壁部分１０２の厚さｗの２分の１以下である。このことにより、振動板１０４は、その外面１０４ａおよび／または内面１０４ｂに供給される作用（入来、衝突、入射、impinge）音響信号に応答して振動することが可能になる。典型的な実施形態では、薄い振動板１０４の厚さｄは約０．７ｍｍである。
前述の接地およびシールド電極１０５は、振動板１０４の内面１０４ｂからトランスデューサ受入れ空洞１０３の側壁１０３ａに沿ってハウジングの壁部分１０２の内面１０２ｂに伸びている。接地およびシールド電極１０５は、さらに壁部分１０２の内面１０２ｂに沿って予め設定された距離だけ伸びている。
トランスデューサ・エレメント１１０は、限定されることなく、ポリ弗化ビニリデン（polyvinylidene fluoride、ＰＶＤＦ）を含む圧電材料の薄膜（薄いフィルム）からなる。ＰＶＤＦをベースとするトランスデューサ・エレメント１１０は典型的には約１１０μｍ（ミクロン）の厚さをもっている。トランスデューサ・エレメント１１０の内側の面１１０ｂ上には動作電極１１１が配置されており、この内側の面１１０ｂを実質的に覆っていてもよい。（ここで使用される“動作電極（working electrode）”の用語は、トランスデューサ・エレメントが電子機器の受信または送信回路と電気的に通信することを可能にする電極を意味する。）トランスデューサ・エレメント１１０の振動板側の面１１０ａは振動板１０４の内面１０４ｂに接着的に（接着剤により）結合されている。トランスデューサ・エレメント１１０（圧電材料の薄膜）の長さが外部の力によって伸縮すると、該トランスデューサ・エレメントは表面電極１０５、１１１に電圧を発生させる。トランスデューサ・エレメント１１０のこの長さ方向の歪み（strain）は振動板１０４の曲げの動きによって生じる。従って、振動板１０４の振動によって受信回路に供給される電圧が発生する。トランスデューサ・エレメント１１０を振動板１０４に接着的に（接着剤により）結合するためにエポキシまたはその他の適当な接着結合物質が使用される。
図１の実施形態に示すように、ハウジングの壁部分１０２の外面は実質的に平坦または平面である。振動板１０４およびトランスデューサ・エレメント１１０は実質的に平坦または平面で且つ好ましくは平面図が円形であり、しかもトランスデューサ受入れ空洞１０３は好ましくは円筒状である。好ましい円柱状トランスデューサ・エレメント１１０の直径は、上で述べた典型的な振動板およびトランスデューサの厚さを使用した場合、周波数４０ＫＨｚのＥＵＴ１００では約８ｍｍ、周波数８０ＫＨｚのＥＵＴ１００では約５．７ｍｍである。トランスデューサ・エレメント１１０の直径の２乗が概ね共振周波数に反比例することに留意されたい。
ハウジングの壁部分１０２は、通常、電子機器のハウジング１０１と一体的に形成されるので、ハウジングの壁部分１０２と振動板１０４は、典型的には電子機器のハウジング１０１を作るために使用される材料と同じ材料で作られる。この材料には、限定されることなく、例えばプラスチックのような電気的に絶縁性の材料が含まれ、この材料はプラスチック射出成型のような任意の通常のプラスチック成型方法を用いて形成できる。ＥＵＴ１００のハウジングの壁部分１０２（および振動板１０４）を分離した別個のユニットとして形成してもよく、これらをハウジング１０１の残余の部分と結合してもよいと考えられる。
図１の実施形態のＥＵＴ１００の、ハウジングの壁部分１０２、トランスデューサ受入れ空洞１０３、振動板１０４、および超音波トランスデューサ・エレメント１１０は他の幾何学的形状をもつこともできることは当業者には明らかである。例えば、図４に示されたＥＵＴ１００’は、振動板１０４’の形状に対応する長方形または正方形のトランスデューサ受入れ空洞１０３’の底に配置された長方形または正方形で、外方に湾曲した振動板１０４’と、長方形または正方形で、外方に湾曲した超音波トランスデューサ・エレメント１１０’とを含んでいる。湾曲した振動板１０４’は曲がらない（収縮しない）という点で平板（プレート）状の振動板と異なった動きをする。湾曲した振動板の周囲は固定されているので、入来音響圧力は湾曲した方向の面に歪みを生じさせ、それによって電圧が発生する。また、共振条件も異なる。湾曲した振動板１０４’はおよそＦ0＝２００／Ｒ（ここでＲはメートルで表される曲率半径である）によって与えられる共振周波数をもっている。一実施形態では、約５ｍｍの半径をもった湾曲した振動板１１０’を使用して４０ＫＨｚのＥＵＴ１００’を構成することができる。８０ＫＨｚのＥＵＴ１００’は、約２．５ｍｍの半径をもった湾曲した振動板１１０’を使用して構成できる。振動板の厚さが共振周波数に及ぼす影響は無視できる。これは湾曲したフィルム共振器に特有な特徴である。
図１のトランスデューサ受入れ空洞１０３、振動板１０４、およびトランスデューサ・エレメント１１０は、図６Ａに示すように、湾曲した外面１０２ａ’および内面１０２ｂ’を有する湾曲したハウジングの壁部分１０２’と共に使用することができる。図４のトランスデューサ受入れ空洞１０３’、振動板１０４’、およびトランスデューサ・エレメント１１０’もまた、図６Ｅに示すように、湾曲した外面１０２ａ’および内面１０２ｂ’を有する湾曲したハウジングの壁部分１０２’と共に使用することもできる。
図２は本発明のＥＵＴの別の実施形態を示している。参照番号２００で示すＥＵＴは、一般的には電子機器のハウジング２０１の選択された壁部分２０２と、該ハウジング２０１の選択された壁部分２０２の内面（内側表面）２０２ｂから伸びるトランスデューサ受入れ空洞２０３に埋め込まれた超音波トランスデューサ・エレメント２１０とを含んでいる点で、図１、４、６Ａおよび６Ｅの実施形態と類似している。しかし、図２の実施形態では、トランスデューサ受入れ空洞２０２の底部が、例えば接着剤によって壁部分２０２の外面２０２ａに別に取付けられた非常に薄い外側フィルム２０６と、該外側フィルム２０６の内面２０６ｂに接着的に（接着剤によって）取付けられた内側フィルム２０７とからなる支持振動板構体２０４によって構成されている。外側フィルム２０６はステンレス鋼の材料で構成してもよく、その厚さｄ1は約５０μｍであり、外側フィルム２０６の外面２０６ａは壁部分２０２の外面２０２ａと実質的に同一平面になることが可能である。内側フィルム２０７は例えばポリエステルのような非圧電、高分子材料で作られ、その厚さｄ2は約２５０μｍである。
シールドおよび接地電極２０５は、壁部分２０２の内面２０２ｂに沿って、およびトランスデューサ受入れ空洞２０３の側壁２０３ａに沿って予め設定された距離だけ伸びている。シールドおよび接地電極２０５は外側フィルム２０６の内面２０６ｂ上に配置されたシールド電極部分２０５ａを含み、該シールド電極部分２０５ａは前記内面２０６ｂを実質的に覆っていてもよい。接地電極部分２０８は内側フィルム２０７の内面（内側表面）２０７ｂ上に配置されており、該内面２０７ｂを実質的に覆っていてもよい。接地電極部分２０８はシールド電極部分２０５ａまたはシールドおよび接地電極２０５のいずれかに電気的に結合されている。電気的結合は機械的圧接２０９または他の方法によって行ってもよい。
トランスデューサ・エレメント２１０は、限定されることなく、ＰＶＤＦを含む圧電材料の薄膜からなるものであってもよい。ＰＶＤＦをベースとするトランスデューサ・エレメント２１０は典型的には約１１０μｍの厚さをもっている。トランスデューサ・エレメント２１０の内面（内側表面）２１０ｂ上には動作電極２１１が配置されており、この内面２１０ｂを実質的に覆っていてもよい。トランスデューサ・エレメント２１０の振動板側の面２１０ａは内側フィルム２０７の内面２０７ｂに接着的に（接着剤により）結合されている。電圧発生の原理は図１の実施例と同じである。しかし、内側フィルム２０７によるより厚さのある構造によってトランスデューサ・エレメント２１０（ＰＶＤＦ）中により大きな歪み（strain、力）が生じるので、出力が増強される点で異なっている。トランスデューサ・エレメント２１０を内側フィルム２０７に接着的に（接着剤により）結合するために、エポキシまたは他の適当な接着結合材料を使用してもよい。
図２の実施形態に示すように、ハウジングの壁部分２０２の外面は実質的に平坦または平面である。振動板構造２０４の外側フィルム２０６および内側フィルム２０７とトランスデューサ・エレメント２１０は実質的に平坦または平面で且つ好ましくは平面図が円形であり、しかもトランスデューサ受入れ空洞２０３は好ましくは円筒状である。好ましい円柱状トランスデューサ・エレメント２１０の直径は、上で述べた典型的な内側フィルムおよびトランスデューサの厚さを使用した場合、典型的には、周波数４０ＫＨｚのＥＵＴ２００では約５．４ｍｍ、周波数８０ＫＨｚのＥＵＴ２００では約３．８ｍｍである。トランスデューサ・エレメント２１０の厚さを増加させると、それに応じて、共振周波数を実質的に同じに保つために内側フィルム２０７の厚さを減少させる必要がある。トランスデューサ・エレメント２１０の厚さが増大すればするほど、ＥＵＴ２００の音響感度はよくなる。
ハウジングの壁部分２０２は、通常、電子機器のハウジング２０１と一体的に形成されるので、ハウジングの壁部分２０２は、典型的には電子機器のハウジング２０１を作るために使用される材料と同じ材料で作られる。この材料には、限定されることなく、例えばプラスチックのような電気的に絶縁性の材料が含まれ、これはプラスチック射出成型のような任意の通常のプラスチック成型方法を使用して形成できる。ＥＵＴ２００のハウジングの壁部分２０２を分離した別個のユニットとして形成してもよく、これらをハウジング２０１の残余の部分と結合してもよいと考えられる。
図２の実施形態のＥＵＴ２００の、ハウジングの壁部分２０２、トランスデューサ受入れ空洞２０３、振動板構造２０４の内側および外側フィルム２０６、２０７、および超音波トランスデューサ・エレメント２１０は他の幾何学的形状をもってもよいことは、当業者には明らかである。例えば、図２のトランスデューサ受入れ空洞２０３、振動板構体２０４の外側フィルム２０６および内側フィルム２０７、トランスデューサ・エレメント２１０を、図６に示すように、湾曲した外面２０２ａ’および内面２０２ｂ’を有する湾曲したハウジングの壁部分２０２’と共に使用することができる。
図３は本発明のＥＵＴのさらに別の実施形態を示している。全体を参照番号３００で示したＥＵＴは、このＥＵＴ３００がトランスデューサ受入れ空洞３０３の底に配置された平板状振動板３０４からなる点を除いて、図１および図２の実施形態と類似している。振動板３０４の周縁外周部分は、トランスデューサ受入れ空洞３０３の周囲の壁部分３０２の外面３０２ａに形成された凹所（recess）３０６内に設置されている。振動板を凹所３０６内に保持するために接着剤が使用される。接地およびシールド電極３０５が平板状振動板３０４の内面上に配置されており、トランスデューサ受入れ空洞３０３の内側に面するこの表面３０４ｂの部分を実質的に覆っていてもよい。平板状振動板３０４は、例えばアルミニウムやステンレス鋼のような金属材料で作られ、約０．６ｍｍの厚さｄをもっていてもよい。凹所３０６の深さおよび平板状振動板３０４の厚さは好ましくは同じであり、それによって振動板３０４の外面３０４ａは壁部分３０２の外面３０２ａと実質的に同一面に位置している。
前述の接地およびシールド電極３０５は、平板状振動板３０４の内面３０４ｂからトランスデューサ受入れ空洞３０３の側壁３０３ａに沿ってハウジングの壁部分３０２の内面３０２ｂにまで伸びている。さらに、この接地およびシールド電極３０５は壁部分３０２の内面３０２ｂに沿って予め設定された距離伸びている。
超音波トランスデューサ・エレメント３１０は、限定されることなく、ジルコン酸チタン酸鉛（lead-zirconate-titanate、チタンジルコン酸鉛）（ＰＺＴ）を含む圧電材料の薄膜からなるものであればよい。ＰＺＴをベースとするトランスデューサ・エレメント３１０は、典型的には約３００μｍの厚さをもっている。トランスデューサ・エレメント３１０の内側の面３１０ｂ上には動作電極３１１が配置されており、この内側の面３１０ｂを実質的に覆っていてもよい。トランスデューサ・エレメント３１０がこれに供給される音響入力に応答して適当な機械的圧力を確実に受けることができるように、該トランスデューサ・エレメント３１０の振動板側の（を向く）面３１０ａは平板状振動板３０４の内面３０４ｂに接着的に（接着剤により）結合されている。トランスデューサ・エレメント３１０を平板状振動板３０４に接着的に（接着剤により）結合するために、エポキシまたはその他の適当な接着結合物質が使用されてもよい。
図３の実施形態に示すように、ハウジングの壁部分３０２の外面は実質的に平坦または平面状である。平板状振動板３０４とトランスデューサ・エレメント３１０は実質的に平坦または平面状で且つ好ましくは平面図が円形であり、しかもトランスデューサ受入れ空洞３０３は好ましくは円筒状である。好ましい円形状トランスデューサ・エレメント３１０の直径は、上で述べた典型的な振動板とトランスデューサの厚さを使用した場合、典型的には、周波数４０ＫＨｚのＥＵＴ３００用で約１０ｍｍ、周波数８０ＫＨｚのＥＵＴ３００用で約７ｍｍである。振動板３０４とトランスデューサ・エレメント３１０の組合せの厚さは前述のものとは異なり、共振周波数も異なる。層構成中の各厚さが係数Ｎだけ異なると、共振周波数を一定に維持するためにトランスデューサ・エレメント３１０の直径はＮの平方根に比例し、材料が厚くなればなるほど直径は大きくなる。
通常、ハウジングの壁部分３０２が電子機器のハウジング３０１と一体的に形成されるので、ハウジングの壁部分３０２は典型的に電子機器のハウジング３０１を作るために使用される材料と同じ材料で作られる。この材料には、限定されることなく、プラスチックのような電気的に絶縁性の材料が含まれ、これはプラスチック射出成型のような任意の通常のプラスチック成型方法を用いて形成できる。ＥＵＴ３００のハウジングの壁部分３０２を分離した別個のユニットとして形成してもよく、これらをハウジング３０１の残余の部分と結合してもよいと考えられる。
図３に実施形態として示されたＥＵＴ３００におけるハウジングの壁部分３０２、トランスデューサ受入れ空洞３０３、平板状振動板３０４、およびトランスデューサ・エレメント３１０が他の幾何学的形状をもつこともできることは当業者には明らかである。例えば、図３のトランスデューサ受入れ空洞３０３、振動板３０４、およびトランスデューサ・エレメント３１０を、図６Ｃに示すように、湾曲した外面３０２ａ’および内面３０２ｂ’を有する湾曲したハウジングの壁部分３０２’と共に使用することができる。
図５は、参照番号４００で示した本発明のＥＵＴのさらに別の実施形態を示している。ＥＵＴ４００は、長方形状または正方形状で外方に湾曲した超音波トランスデューサ・エレメント４１０を含み、該超音波トランスデューサ・エレメント４１０は対応する長方形または正方形のトランスデューサ・エレメント受入れ空洞４０３の底に取り付けられている。この実施形態では振動板構体は使用されていない。
トランスデューサ・エレメント４１０は、限定されることなく、ポリ弗化ビニリデン（polyvinylidene fluoride、ＰＶＤＦ）を含む圧電材料の薄膜からなるものであればよい。ＰＶＤＦをベースとするトランスデューサ・エレメント４１０は典型的には約２８〜１１０μｍの厚さをもっている。接地およびシールド電極部分４０５はトランスデューサ・エレメント４１０の外面４１０ａ上に配置されており、トランスデューサ・エレメント４１０の内側の面４１０ｂ上には動作電極４１１が配置されている。電極４０５、４１１はこれらの表面４１０ａ、４１０ｂを実質的に覆っていてもよい。接地およびシールド電極部分４０５の部分は、トランスデューサ受入れ空洞４０３の側壁４０３ａに沿ってハウジングの壁部分４０２の内面４０２ｂに伸びている接地およびシールド電極４０６に接続している（通じている）。接地およびシールド電極４０５は、さらに壁部分４０２の内面４０２ｂに沿って予め設定された距離伸びている。
トランスデューサ・エレメント４１０の各端部は、トランスデューサ受入れ空洞４０３の底に配置された半径方向の内側に向けて突出する２個の取付けフランジ４０７に接着的に（接着剤により）結合（クランプ）されている。各取り付けフランジ４０７は、トランスデューサ・エレメント４１０の所望の湾曲を規定（画定）する湾曲した取付け面４０７ａを有する。この取付け方法により、トランスデューサ・エレメント４１０は、それに供給される音響入力に応答して電圧を発生するような湾曲（曲率）をもった形に形成される。トランスデューサ・エレメント４１０をフランジ４０７の取付け面４０７ａに接着的に（接着剤により）結合するためにエポキシまたはその他の適当な接着結合物質が使用される。
図５の実施形態に示すように、ハウジングの壁部分４０２の外面は実質的に平坦または平面状である。湾曲した外面４０２ａ’および内面４０２ｂ’を有する湾曲したハウジングの壁部分４０２’は図６Ｄに示すような実施形態でも使用できることは、当業者には明らかである。
ハウジングの壁部分４０２は、通常、電子機器のハウジング４０１と一体的に形成されるので、ハウジングの壁部分４０２は典型的には電子機器のハウジング４０１を作るために使用される材料と同じ材料で作られる。この材料には、限定されることなく、プラスチックのような電気的に絶縁性の材料が含まれ、この材料はプラスチック射出成型のような任意の通常のプラスチック成型方法を用いて形成できる。ＥＵＴ４００のハウジングの壁部分４０２を分離した別個のユニットとして形成してもよく、これらをハウジング４０１の残余の部分と結合してもよいと考えられる。
図７Ａは本発明のＥＵＴのさらに別の実施形態を示している。参照番号５００で示す図７ＡのＥＵＴは、振動板の外面５０４ａの先端（apex）５０４ｃがハウジングの壁部分５０２の外面５０２ａから後退した状態にあるように、長方形状または正方形状で外方に湾曲した振動板５０４がハウジングの壁部分５０２の外面５０２ａから奥まっている（recessed）ことを除けば、図４のＥＵＴと実質的に同じである。この奥まった構造は、電子機器に不用意に衝撃を与える可能性のある外力からトランスデューサ・エレメント５１０をより良好に保護することができる。こうして、図４のトランスデューサ受入れ空洞１０３’が、この実施形態では開口５０３ａを有する音響開口５０３となっている。振動板５０４の内面５０４ｂはハウジングの壁部分５０２の内面５０２ｂにまで伸びるシールドおよび接地電極５０５を含み、該シールドおよび接地電極５０５はこれに接着的に（接着剤により）結合された対応する長方形状または正方形状で外方に湾曲した超音波トランスデューサ・エレメント５１０を支持している。トランスデューサ・エレメント５１０の内面５１０ｂには動作電極５１１が設けられている。
一般的に、トランスデューサの感度の角度性能すなわち指向性（垂直入射時に最大となり、斜め入射時に弱くなる）は、開孔が小さい時に広い範囲の高感度領域を示している。換言すれば、ＥＵＴ５００の指向性は、音響開口５０３の開口５０３ａを小さくすることによって拡大できる。このことは、図７Ｂに示すように、ハウジングの壁部分５０２’の外面５０２ａ’と同一面をなしていてもよい外面５０６ａ’を有する内側に向けて伸びるフランジ５０６’を設けることによって実現することができる。フランジ５０６’はまたトランスデューサ・エレメント５１０’を保護する助けにもなる。
図７Ａおよび７Ｂの実施形態の振動板５０４、５０４’およびトランスデューサ・エレメント５１０、５１０’は、それぞれのハウジングの壁部分５０２、５０２’の外面５０２ａ、５０２ａ’に向けて湾曲している。しかし、図８Ａおよび８Ｂは、それぞれのハウジングの壁部分６０２、６０２’の内面６０２ｂ、６０２ｂ’に向けて湾曲した振動板６０４、６０４’およびトランスデューサ・エレメント６１０、６１０’を具えたＥＵＴ６００、６００’の実施形態を示す図である。
図９Ａは本発明のＥＵＴのさらに別の実施形態を示している。参照番号７００で示す図９ＡのＥＵＴは、トランスデューサ・エレメントの外面７１０ａの先端７１０ｃがハウジングの壁部分７０２の外面７０２ａから後退するように、長方形状または正方形状で外方に湾曲したトランスデューサ・エレメント７１０がハウジングの壁部分７０２の外面７０２ａから奥まって位置している点を除いて、図５のＥＵＴ４００と実質的に同じである。この奥まった構造は、電子機器に不用意に衝撃を与える可能性のある外力からトランスデューサ・エレメント７１０をより良好に保護することができる。こうして、図５のトランスデューサ受入れ空洞４０３が、この実施形態では開口７０３ａを有する音響開口７０３となっている。トランスデューサ・エレメント７１０の外面７１０ａは、ハウジングの壁部分７０２の内面７０２ｂに伸びるシールドおよび接地電極７０５を具えている。トランスデューサ・エレメント７１０の内面７１０ｂは動作電極７１１を含んでいる。
他の相違点は、トランスデューサ・エレメント７１０の端部７１０ｃをクランプするために背面板７１２を使用している点である。トランスデューサ・エレメント７１０と対面する背面板７１２の表面７１０ａは、当該背面板７１２の両端部７１２ｃから内側に向けて配置された２つの角度のあるクランプ面７１２ｂを含んでいる。例えばラバー（ゴム）のような弾性材料で作られたバッファ７１３が、背面板７１２のクランプ面７１２ｂとトランスデューサ・エレメント７１０の両端部７１０ｃとの間に配置されて、トランスデューサ・エレメント７１０の両端部７１０ｃを音響開口７０３の底部に配置された半径方向の内側に向けて突出した取り付けフランジ７０７で（に）クランプするようにしてもよい。取り付けフランジ７０７はトランスデューサ・エレメント７１０の所望の湾曲を規定（画定）する湾曲した取付け面７０７ａを有する。この取付け方法により、トランスデューサ・エレメント７１０を予め設定された湾曲を形成する形態で機械的に固定して、これに供給される音響入力に応答して確実に電圧を発生させることができる。背面板７１２は、トランスデューサ・エレメント７１０の内面７１０ｂ上に配置された動作電極に対する電気的接続を与える開孔７１２ｃを含んでいる。背面板７１２の両端は、通常行われているように、ハウジングの壁部分７０２の内面７０２ｂに形成された（画定された）対応する溝にスナップ形式で嵌合するように適合化されている。
接地およびシールド電極７０５はトランスデューサ・エレメント７１０の外面７１０ａ上に配置されている。接地およびシールド電極７０５の部分は、ハウジングの壁部分７０２の内面７０２ｂに沿って伸びる接地およびシールド電極７０６と接続し（通じ）ている。
ＥＵＴ７００の指向性は、前述のように音響開口７０３の開孔７０３ａを狭くすることによって拡げることができる。これは、図９Ｂの実施形態に示すように、ハウジングの壁部分７０２’の外面７０２ａ’と同一面をなす外面７０６ａ’を有する内側に向けて伸びるフランジ７０６’を設けることによって実現することができる。フランジ７０６’はまたトランスデューサ・エレメント７１０’を保護する助けにもなる。
図９Ａ、９Ｂの実施形態のトランスデューサ・エレメント７１０、７１０’は、それぞれのハウジングの壁部分７０２、７０２’の外面７０２ａ、７０２ａ’に向けて湾曲している。しかし、図１０Ａおよび１０Ｂは各々がそれぞれのハウジングの壁部分８０２、８０２’の内面８０２ｂ、８０２ｂ’に向かって湾曲するトランスデューサ・エレメント８１０、８１０’を具えたＥＵＴ８００、８００’を示す実施形態である。
図１１に示すように、接触によって時間経過と共に損傷を受け得るシールドおよび接地電極部分７０５を保護するのをさらに助けるためにトランスデューサ・エレメント７１０の外面７１０ａ上に保護層７１４を設けることができる。保護層７１４は、電極部分７０５に接着的に（接着剤により）結合された例えば２５μｍの厚さのポリエステルまたはポリイミド層からなる。
図１１にさらに示すように、音響開口７０３上に配置され、ハウジングの壁部分７０２の外面７０２ａに固定（固着）された保持部材７１７によって両端部に結合された例えばワイヤーメッシュまたは格子として形成された保護カバー７１６によって、トランスデューサ・エレメント７１０をさらに保護することができる。
図１２には、ハウジングの壁部分７０２”の内面７０２ｂ”から距離を置いて配置された長方形状または正方形状で外方に湾曲した超音波トランスデューサ・エレメント７１０”を有する参照番号７００”で示した本発明のＥＵＴのさらに別の実施形態が示されている。トランスデューサ・エレメント７１０”は、ハウジングの壁部分７０２”の内面７０２ｂ”から懸架されて（depend from、垂下して、垂直に）内方に突出する取付けフランジ７０７”に接着的に（接着剤により）結合されている。取付けフランジ７０７”は、それぞれ、トランスデューサ・エレメント７１０”の所望の湾曲（曲率）を規定（画定）する湾曲した取付け面７０７ａ”を有する。トランスデューサ・エレメント７１０”の端部７１０ｃ”のみがフランジ７０７の取付け面７０７ａ”に結合またはクランプされている。この取付け方法により、トランスデューサ・エレメント７１０”を予め設定された湾曲を形成する形態で機械的に固定して、これに供給される音響入力に応答して確実に電圧を発生させることができる。トランスデューサ・エレメント７１０”をフランジ７０７”の取付け面７０７ａ”に接着的に（接着剤により）結合するためにエポキシまたはその他の適当な接着結合物質を使用してもよい。取付けフランジの側壁７０７ｂ”間の間隔は、限定されることなく、円形、正方形、または長方形を含む任意の所望の幾何学的形状の狭い開孔７０３ａ”をもった音響開口７０３”を形成している。
トランスデューサ・エレメント７１０”の開口に対面する側の面７１０ａ”上には、この面７１０ａ”を実質的に覆っていてもよいシールドおよび接地電極７０５”が配置されている。トランスデューサ・エレメント７１０”の内面７１０ｂ”上には動作電極７１１”が配置されている。動作電極７１１”はまたトランスデューサ・エレメント７１０”の内面７１０ｂ”を実質的に覆っていてもよい。
図１３の上面図および図１４の側面図は、両図面で参照番号９００で表す本発明のＥＵＴのさらに別の実施形態を示している。この実施形態では、無指向性の超音波トランスデューサ９１０が、支持延長部９０４上で、電子機器のハウジング９０１のハウジング壁部分９０２の内面９０２ｂから懸架されて（suspend、架けられて）いる。トランスデューサ９１０はスプール形の主本体９１０ａと、該主本体９１０ａの周囲に配置され且つ半径方向に外方に伸びるフランジ９１０ｃ上に位置する圧電高分子材料（例えばＰＶＤＦ）の薄膜からなるものであればよい非クランプ円筒状トランスデューサ・エレメント９１０ｂとを含んでいる。非クランプ円筒状トランスデューサ・エレメント９１０ｂは、該主本体９１０ａの周囲に配置され且つ半径方向に外方に伸びるフランジ９１０ｃ上に位置する圧電高分子材料（例えばＰＶＤＦ）の薄膜からなっていてもよい。主本体９１０ａの心棒（アクスル）部分９１０ｄとトランスデューサ・エレメント９１０ｂとの間に空隙（ギャップ）ｇが形成されている。トランスデューサ・エレメント９１０ｂの円筒状の内面９１０ｅ上には動作電極９１１が配置されており、トランスデューサ・エレメント９１０ｂの円筒状の外面９１０ｆ上にはシールドおよび接地電極９０５が配置されている。このようなトランスデューサは“円筒状トランスデューサ装置、Cylindrical Transducer Apparatus”という名称の米国特許第6,411,014号中に記載されている。図示のように、トランスデューサ・エレメント９１０ｂの円筒状の表面部分は、音響信号が通過する通路となるハウジングの壁部分９０２の開口９０３と対向している。
米国特許第6,411,014号
先に述べた本発明のＥＵＴの１つ以上を適用例（アプリケーション）に応じて電子機器中に組み込む（一体化する）ことができる。例えば、図１５は少なくとも２個のＥＵＴ１５０が無線電話機のようなポータブル式（可搬式、移動式）電子機器１２０に組み込まれた（一体化された）形態を概略的に示している。電話機１２０は表示領域１２１ａ、キーボード１２１ｂ、音声入力１２１ｃ、および音声出力１２１ｄを含むハウジング１２１を有するものであってもよい。ＥＵＴ１５０は電話機のハウジング１２１の側面に互いに所定の距離を置いて組み込まれていてもよい。ＥＵＴ１５０の一方または両方が、遠隔位置にある超音波トランスデューサによって発生された入力音響信号を検出するための受信機として、または遠隔位置にある超音波トランスデューサによって検出される音響信号を発生する送信機として使用される。受信機としては、ＥＵＴは、振動板に入来する入力音響信号を検出する。図１５に示すように、可動スタイラス１４０上に設置された超音波トランスデューサ１４１から放射された超音波エネルギ信号１３０および１３１は振動板（またはトランスデューサ・エレメントに直接）入来（衝突）してこれらを振動させる。この振動は各ＥＵＴ１５０のトランスデューサ・エレメント（図示せず）によって電気信号に変換され、その電気信号が通常の形態で電子機器（図示せず）によって処理されてもよい。従って、トランスデューサ・エレメントによって発生された電気信号は入来音響信号の音響波を表すために使用されてもよい。
送信機の場合は、各ＥＵＴ１５０のトランスデューサ・エレメントに電圧が印加されるとこれを振動させる。振動により、振動板（またはトランスデューサ・エレメント）の外面に対して実質的に垂直の方向に音響信号が放射される。
本発明の第２の側面（特徴）は、限定されることなく、携帯電話（cell phone）、ＰＤＡｓ、ノートブック形コンピュータ、マイクロカセット・レコーダ、およびゲーム機を含むタイプのハンドヘルド形（hand-held）ポータブル電子機器用の埋め込み超音波マイクロ（超小型、微小）受信機（ＥＭＵＲ）である。本発明のこの側面は、幅が非常に狭い（１〜２ｍｍ）のトランスデューサ・エレメントまたはフィルム、および装置（デバイス）の構成が非常に小さいという特徴がある。この特徴の目的は、大型の受信機の５０〜７０％の感度を実質的に維持しつつＥＭＵＲを目に見えないほど小さく作ることにある。このＥＭＵＲは、また、限定されることなく、パーソナル・コンピュータ（パソコン）で使用されるキーボードを含むその他のタイプの電子機器用としても使用してもよい。ＥＵＭＲは、外見的に実際には見えず、ほこりや汚れた微粒子に曝されることのない形態で電子機器のハウジング構成内に一体的に組み込まれる。ＥＵＭＲ受信機は電子機器の表面Ｓに沿って伝播する音響信号を受信する。
同じ部品が同じ参照番号で示されている図面を再度参照する。先ず図３０Ａ、３０Ｂ、図３１および図３２を参照すると、これには参照番号１０００で表した本発明のＥＵＭＲの実施形態が示されている。ＥＭＵＲ１０００は全体的に、電子機器のハウジング１００１の選択された壁部分１００２と、選択された壁部分１００２の内面１００２ｂにクランプされ、電子機器のハウジングの壁部分１００２を通って伸びる非常に小さな長方形状の音響開口１００３内に一部が配置された外方に湾曲した超音波トランスデューサ・エレメント１０１０とからなる。トランスデューサ・エレメント１０１０は、該トランスデューサ・エレメント１０１０の外面１０１０ａが概して超音波開口１００３に対面するように配置されている。
トランスデューサ・エレメント１０１０は、図３２にのみ示されている背面板１０１２によってハウジングの壁部分１００２の内面１００２ｂにクランプされている。背面板１０１２は、外方に湾曲した１対の端部１０１２ｂを規定（画定）する外方に湾曲したＶ字型の面１０１２ａを有する。背面板１０１２はハウジングの壁部分１００２の内面１００２ｂに対して、通常の形態でスナップ形式でこれに適合し、または嵌まり込むように適合化されている。
トランスデューサ・エレメント１０１０は、限定されることなく、縦方向に引き伸ばされたＰＶＤＦの薄い長方形状のフィルムを含む圧電材料の薄い長方形状のフィルムからなるものであってもよい。ＰＶＤＦをベースとするトランスデューサ・エレメント１０１０は、典型的には約２８μｍの厚さをもっている。接地およびシールド電極（図示せず）はトランスデューサ・エレメント１０１０の外面１０１０ａ上に配置されていてもよく、動作電極（図示せず）はトランスデューサ・エレメント１０１０の内面１０１０ｂ上に配置されていてもよい。これらの電極はトランスデューサの表面１０１０ａ、１０１０ｂを実質的に覆っていてもよい。
トランスデューサ・エレメント１０１０の両端部は、音響開口１００３の各端部においてハウジングの壁部分１００２の内面１００２ｂで規定（画定）された内方に湾曲した２つのクランプ面１００７と、背面板１０１２の外方に湾曲した端部１０１２ａとの間でクランプされている。この湾曲したクランプ面および端部１００７、１０１２ｂはトランスデューサ・エレメント１０１０の所望の曲率（湾曲）を規定している。この取付け方法により、前に図４および図５で説明したように、トランスデューサ・エレメント１０１０は、それに供給される音響入力に応答して電圧を発生するような形態で、２つの端部で機械的に固定される。図３０Ｂに示すようにＥＵＭＲ１０００に音響開口１００３を横切る保護格子１０１３を形成することも可能であることに留意されたい。格子１０１３は伝播する波形に対して僅かに障害になるが、格子１０１３と音響開口１００３との間にＥＵＭＲ１０００の感度を最大にする適当な比を設定することができる。
図３０Ａ、３０Ｂ、図３１および図３２に示されているＥＵＭＲのトランスデューサ・エレメント１０１０の先端部は、ハウジングの壁部分１００２の外面１００２ａから１ｍｍ未満の深さｄ（図３０Ａ、３０Ｂ）の音響開口１００３中に配置されている。音響開口１００３は、８０ＫＨｚのＥＵＭＲ用で１ｍｍ乃至２ｍｍの幅ｗ、２．５ｍｍ乃至４．０ｍｍの長さｌをもっている。ｄ＝０ｍｍで波の伝播がトランスデューサのフィルム面と平行になることにより感度は約８０％になる。ｄ＝１ｍｍで、信号は約２０％乃至４０％に減衰する。ここで、１００％は、音響波が先端部で表面に垂直に入射するときの感度を意味する。
ハウジングの壁部分１００２は、通常、電子機器のハウジング１００１と一体的に形成されるので、ハウジングの壁部分１００２は、典型的には電子機器のハウジング１００１を作るために使用される材料と同じ材料で作られる。このような材料には、限定されることなく、プラスチックのような電気的に絶縁性の材料が含まれ、プラスチック射出成型のような通常のプラスチック成型方法を用いて形成できる。ＥＵＭＲ１０００のハウジングの壁部分１００２を分離した別個のユニットとして形成してもよく、これらをハウジング１００１の残余の部分と結合してもよいと考えられる。
図３３Ａ、図３３Ｂおよび図３４は参照番号１１００で示した本発明のＥＵＭＲの別の実施形態を示している。この実施形態のＥＵＭＲ１１００は、このＥＵＭＲ１１００がハウジングの壁部分１１０２に対して横向きの即ち水平方向の向きに配置された（図３０Ａ、３０Ｂ、３１、および３２に示すようにハウジングの壁部分に対して垂直または直立であることと比較して）トランスデューサ・エレメント１１１０および背面板１１１２の組立体を含む点を除いて、図３０Ａ、３０Ｂ、３１、および３２のＥＵＭＲ１０００と非常に類似している。さらに、ＥＵＭＲ１１００は、湾曲したトランスデューサ・エレメント１１１０の曲率と概して同一の曲率をもった湾曲した音響開口１１０３を有する。この設計により、トランスデューサ・エレメントの外面１１１０ａは音響開口１１０３に対して垂直に（orthogonal）配置される。
さらに、湾曲したクランプ面１１０７は、図３０Ａ、３０Ｂ、３１、および３２に示すような音響開口１００３の底の端部の代わりに、音響開口１１０３の端部に隣接する当該音響開口１１０３の両端部から始まっている。
図３３Ａ、図３３Ｂおよび図３４に示すＥＵＭＲのトランスデューサ・エレメント１１００では、最高感度の伝播方向は、音響開口１１０３の幅ｗが非常に大きくなると、トランスデューサ・エレメントの外面１１１０ａに対してその中心における面で概して垂直であり、感度は深さｄ＝０ｍｍのとき最大値に達する。遮蔽面Ｃが、音響開口１１０３の幅ｗが０．５ｍｍ乃至１．０ｍｍにするような大きさに達すると、感度は約２０％に減少する。音響開口１１０３の幅ｗ（ｗ＝０．１ｍｍ乃至０．３ｍｍ）がさらに減少すると、信号は４０％乃至５０％に増大する。この場合、深さｄは実質的に一定で、フィルムの幅にほぼ等しい。先の実施形態の場合と同様に、図３３に示すように、ＥＵＭＲ１１００に音響開口１１０３を横切って配置される保護格子１１１３を形成することもできることに留意されたい。
図４５Ａ、４５Ｂに示すように、図３３Ａ、図３３Ｂおよび図３４に示す実施形態の音響開口の外方に湾曲した側壁を、ハウジングの壁部分１１０２の外面１１０２ａからトランスデューサ・エレメント１１１０に向かって連続的に（徐々に）傾斜して降下する凹所１１１５と置き換えることができる。この実施形態では、トランスデューサ・エレメント１１１０の面は、凹所１１１５の面に沿って伝播する音響波に対して垂直である。この実施形態のＥＵＭＲは、図３３Ａ、図３３Ｂおよび図３４の実施形態で示されたＥＵＭＲの約２倍の感度をもっている。
図３５Ａ、３５Ｂは参照番号１２００で表した本発明のＥＵＭＲのさらに別の実施形態を示し、その具体的な詳細については図３６および３７を参照して説明する。ＥＵＭＲ１２００は概して電子機器のハウジング１２０１の選択された壁部分１２０２と、該ハウジングの壁部分１２０２の実質的に平坦な外面１２０２ａに形成された幅ｗ、深さｄの狭い音響開口１２０３とからなる。音響開口１２０３は実質的に平板状の側壁１２０４を有し、その側壁１２０４は、ハウジングの壁部分１２０２の外面１２０２ａに対して垂直に伸び、振動板として動作する壁部分と一体である。振動板１２０４は、該振動板１２０４の内面１２０４ｂに接着的に（接着剤により）結合された実質的に平板状の超音波トランスデューサ・エレメント１２１０を支持している。
接地およびシールド電極１２０５は、振動板１２０４の内面１２０４ｂ上に配置されていて、この内面１２０４ｂを実質的に覆っていてもよい。
トランスデューサ・エレメント１２１０は、限定されることなく、ＰＶＤＦまたはＰＺＴを含む圧電材料の薄いフィルムからなるものであればよい。動作電極１２１１がトランスデューサ・エレメント１２１０の内面１２１０ｂ上に配置されていて、内面１２１０ｂを実質的に覆っていてもよい。トランスデューサ・エレメント１２１０の振動板側の面１２１０ａは振動板１２０４の内面１２０４ｂに接着的に（接着剤により）結合されている。こトランスデューサ・エレメント１２１０を支持振動板１２０４に結合することにより、トランスデューサ・エレメント１２１０は、それに供給される音響入力に応答して確実に電圧を発生するような形態で機械的圧力を受けることができる。トランスデューサ・エレメント１２１０を振動板１２０４に接着的に（接着剤により）固定するために、エポキシや他の適当な接着物質を使用してもよい。
ハウジングの壁部分１２０２は通常電子機器のハウジング１２０１と一体的に作られるので、典型的にはハウジングの壁部分１２０２と振動板１２０４は電子機器のハウジング１２０１を作るために使用される材料と同じ材料で作られる。この材料には、限定されることなく、プラスチックのような電気的に絶縁性の材料が含まれ、これはプラスチック射出成型のような任意の通常のプラスチック成型方法を用いて形成できる。ＥＵＭＲ１２００のハウジングの壁部分１２０２（および振動板１２０４）を分離した別個のユニットとして形成してもよく、これらをハウジング１２０１の残余の部分と結合してもよいと考えられる。
動作を説明すると、矢印で示すように伝播する超音波は音響開口１２０３内に伝播して振動板１２０４を振動させ、この振動はトランスデューサ・エレメント１２１０によって検出される。深さｄが波長λの２分の１よりも大であると、最高部領域と最低部領域での音響信号の相殺により、振動板の振動はより小さくなる。ｄ＜λ／２に対して、８０ＫＨｚの動作周波数でλ＝４ｍｍである。
図３５Ａ、３５Ｂに示すＥＵＭＲは図３５Ｃ、３５Ｄに示すように分離した別個のモジュラ形式の超音波マイクロ受信機（ＭＵＭＲ）１２００’として実施形態が示されている。ＵＭＲ１２００’に含まれているハウジング１２０２’は、支持振動板として作用する側壁１２０４の部分に取付けられたトランスデューサ・エレメント１２１０を有する。ＵＭＲのハウジングの寸法、形状は、対応するスロットまたは開口Ａの寸法、形状と一致しており、そのスロットまたは開口Ａは、例えば側壁Ａ１とＡ２、および底壁Ａ３によって規定（画定）され、ＭＵＭＲ１２００’を受け入れる電子機器のハウジングＨの外面に形成されている。ＭＵＭＲ１２００’のハウジング１２０２’と電子機器のハウジングＨの開口Ａとは、電子機器の外面に沿って伝播する音響信号Ｓを受信することができる幅ｗおよび深さｄ（ここで、ｗ＞ｄ）の音響開口１２０３’を規定している。電子機器のハウジングの開口Ａは深さＧ（ここで、Ｇ＞ｄ）を有していて、ＭＵＭＲ１２００’の頂部は電子機器のハウジングＨの外面と実質的に同一面をなすようになっている。ＭＵＭＲ１２００’は開口Ａ内に機械的に固定（固着）されており、ハウジング１２０２’の底を通過する電極１２２０を経て適当な電子回路（図示せず）に電気的に結合されており、これに入来（衝突）する音響信号を表す電気的出力信号を供給する。ＭＵＭＲ１２００’のハウジング１２０２’は、限定されることなく、好ましくは、プラスチックまたは金属を含む電子機器のハウジングＨと同じ材料で形成される。
図３５Ｄに示すように、トランスデューサ・エレメント１２１０’は、例えばプリント回路基板（ＰＣＢ）のような別個の基板であってもよい側壁１２０４’の内面１２０４ｂ’に接着的に（接着剤により）結合されている。トランスデューサ・エレメント１２１０’は、限定されることなく、ＰＺＴを含む圧電材料の薄膜からなる。ワイヤボンド（wirebond）のような電気的接続１２２１は、信号の接続を行うためにトランスデューサ・エレメント１２１０’を基板１２０４’上の対応する導電性の面１２２２に接続するように作用する。
図３５Ｅ、３５Ｆは、両図面で参照番号１２００”で表したＭＵＭＲの代替的な実施形態を示している。ＭＵＭＲ１２００”は、音響開口１２０３”がＭＵＭＲのハウジング１２０２”の頂部の壁に形成されており、トランスデューサ・エレメント１２１０”が外方に湾曲した形状または半円筒状の形状からなる点を除けば、図３５Ｃ、３５ＤのＭＵＭＲと同じである。外方に湾曲したトランスデューサ・エレメント１２１０”は音響開口１２０３”の直ぐ下に配置されている。トランスデューサ・エレメント１２１０”は、支持板１２３０”に取付けられ外方に湾曲した支持部材１２０４”に接着的に（接着剤により）結合されている。支持部材１２０４”は、例えばポリエステル材料で作られていてもよい。支持部材１２０４”の両端部は支持板１２３０”中に規定（画定）されたスロット中で保持されている。接続ピン１２３１”はトランスデューサ・エレメントの電極接続部１２３２”を保持しており、ハウジング１２０２”の底を通過して主回路（図示せず）に接続している。図３５Ｃ、３５ＤのＭＵＭＲの場合と同様に、ＭＵＭＲ１２００”は電子機器のハウジングの開口に挿入可能である。
図３６は参照番号１３００で示した本発明のＥＵＭＲのさらに別の実施形態を示している。ＥＵＭＲ１３００は、このＥＵＭＲ１３００の音響開口１３０３の側壁１３０４が支持振動板として動作する金属板からなる点を除けば、図３５Ａ、３５Ｂの実施形態と同じである。金属板１３０４は例えばアルミニウムまたはステンレス鋼で作られていてもよく、約０．１ｍｍの厚さを有していてもよい。金属板は接着剤またはこれに類する手段を用いてハウジングの壁部分１３０２に通常の形態で固定されていてもよい。超音波トランスデューサ・エレメント１３１０は、限定されることなく、ＰＺＴを含む圧電材料の薄膜からなるものであればよい。ＰＺＴをベースとするトランスデューサ・エレメント１３１０は典型的には約０．１ｍｍ乃至０．２ｍｍの厚さを有する。トランスデューサ・エレメント１３１０を金属板の振動板に接着的に（接着剤を使用して）結合するために、エポキシその他の適当な接着材料を使用してもよい。８０ＫＨｚの信号に対しては、音響開口１３０３の幅ｗは約０．１ｍｍ乃至０．４ｍｍ、壁の厚さｔ（振動板１３０４とトランスデューサ・エレメント１３１０の合計厚さ）は約０．２ｍｍ、音響開口１３０３の深さｄは約２ｍｍであってもよい。
次に、図３５Ａ、３５ＢのＥＵＭＲを図３７を参照して詳細に説明する。ここではＥＭＵＲは参照番号１４００で示されている。図３７のＥＵＭＲ１４００は、該ＥＵＭＲ１４００が音響開口１４０３の側壁を形成し、プラスチックのような非金属からなり、約０．４ｍｍの厚さを有する振動板１４０４を有していてもよい点を除けば、図３６のＥＵＭＲと同様であることに留意されたい。超音波トランスデューサ・エレメント１４１０は、限定されることなく、ＰＶＤＦのような圧電材料の薄膜からなるものであればよい。ＰＶＤＦをベースとするトランスデューサ・エレメント１４１０は、典型的には約１１０μｍの厚さをもっている。トランスデューサ・エレメント１４１０を振動板１４０４に接着的に（接着剤を使用して）結合するために、エポキシその他の適当な接着材料を使用してもよい。８０ＫＨｚの信号に対しては、音響開口の幅ｗは約０．１ｍｍ乃至０．４ｍｍ、壁の厚さｔ（振動板とトランスデューサ・エレメントとの合計厚さ）は約０．２ｍｍ、音響開口１４０３の深さｄは約２ｍｍであってもよい。異なる動作周波数が使用される場合は、頂部および底部における異なる位相による信号相殺の観点から、深さｄを周波数に反比例して変化させる必要があることに留意されたい。また壁の厚さｔは、周波数が高くなればなるほど壁の厚さｔが薄くなるように周波数に比例して（応じて）変化させる必要がある。これは共振周波数がｔ／ｄ2に比例するからである。
図４０は参照番号１５００で表す本発明のＥＵＭＲのさらに別の実施形態を示している。ＥＵＭＲ１５００は、該ＥＵＭＲ１５００が音響開口１５０３の側壁を形成する静電トランスデューサ１５１０によって形成された音響開口の側壁を有する点を除けば、図３５Ａ、３５Ｂ、３６および３７の実施形態と同様である。静電トランスデューサ１５１０は薄い金属フィルム１５１０ａからなり、その上に０．５μｍ乃至１０．０μｍの厚さの薄いポリマーのフィルム１５１０ｂが配置されている。
図３８Ａ、３８Ｂは、両図面で参照番号１６００で表す本発明のＥＵＭＲのさらに別の代替的実施形態を示している。ＥＵＭＲ１６００は、中心に配置された長方形状の音響開口１６０３の下に下方向に湾曲した円筒状部分として形成されたトランスデューサ・エレメント１６１０を含む点でＥＵＭＲの先の実施形態と異なる。トランスデューサ・エレメント１６１０は、限定されることなく、横方向に（transversely）引き伸ばされたＰＶＤＦを含む圧電材料の薄いフィルムからなるものであればよい。ＰＶＤＦをベースとするトランスデューサ・エレメント１６１０は、典型的には約２８μｍの厚さを有する。接地およびシールド電極１６０５はトランスデューサ・エレメント１６１０の内面１６１０ｂ上に配置されていてもよく、動作電極１６１１はトランスデューサ・エレメント１６１０の外面１６１０ａ上に配置されていてもよい。これらの電極はトランスデューサの表面１６１０ａ、１６１０ｂを実質的に覆っていてもよい。
トランスデューサ・エレメント１６１０の横方向の端部は、音響開口１６０３から実質的に一定の距離半径Ｒにトランスデューサ・エレメント１６１０を維持するような形態でハウジングの壁部分１６０２の内面１６０２ｂに固定またはクランプされている。この取付け方法により、トランスデューサ・エレメント１６１０に対して、それに供給される音響入力に応答して電圧を発生するような形態で確実に機械的圧力を加えることができる。８０乃至１００ＫＨｚの範囲の動作に対しては、半径Ｒを２．５ｍｍとすることができる。周波数が高くなるに従って半径を小さくする必要があることから、半径Ｒは周波数について反比例の関係にある。
図３９Ａ、３９Ｂは、両図面で参照番号１７００によって表す本発明のＥＵＭＲのさらに別の代替的実施形態を示している。ＥＵＭＲ１７００は、トランスデューサ・エレメント１７１０が、中心に配置された直径がｗの円形の音響開口１７０３の下に配置されたハウジングの壁部分１７０２の内面１７０２ｂに取付けられた円筒状に形成されていることにより、先に示した実施形態のＥＵＭＲと異なる。端部が互いに重なり合っているトランスデューサ・エレメント１７１０は、超音波溶接、テープ、またはその他の接着および／または固定（固着）手段により円筒形状に保たれていてもよい。動作電極１７１１はトランスデューサ・エレメント１７１０の円筒状の外側面１７１０ａ上に配置されていてもよく、シールドおよび接地電極１７０５はトランスデューサ・エレメント１７１０の円筒状の内面１７１０ｂ上に配置されていてもよい。トランスデューサ・エレメント１７１０はλ／２未満の幅ｗを有し、これによってハウジングの壁部分１７０２の外面１７０２ａに沿って伝播する入来（衝突）する音響超音波を表す電気信号を発生させることができる。８０ＫＨｚの動作周波数用として、トランスデューサ・エレメント１７１０は、音響開口１７０３の中心から測定して半径Ｒ＝２．５ｍｍを有し、音響開口１７０３は０．５ｍｍ乃至１．０ｍｍの直径ｗを有していてもよい。
図３９Ａ、３９Ｂに示すＥＵＭＲは、図３９Ｃ、３９Ｄに示すように分離した別個の超音波マイクロ受信機（ＵＭＲ）１７００’としての実施形態であってもよい。ＵＭＲ１７００’は、例えばプラスチック材料で作られた円筒状ハウジング１７０２’内に配置された前述のトランスデューサ・エレメント１７１０’を含んでいる。ハウジング１７０２’の開口端は円形の音響開口１７０３’を規定（画定）するカバー１７０２’によってシール（封止）されている。ハウジング１７０２’の閉鎖端には、該ハウジング１７０２’の閉鎖端に嵌合して押し込まれた電気的ピン１７２０が設けられている。このピン１７２０は、ハウジング１７０２’に収容されたトランスデューサ・エレメント１７１０の表面に配置された電極１７０５’、１７１１’に接続している。ＵＭＲ１７００’は、電子機器のハウジングに形成された対応する形状の開口に挿入することによって該電子機器のハウジングに一体的に組み込まれていてもよい。
図４１Ａは、参照番号１８００で表す本発明のＥＵＭＲのさらに別の実施形態を示している。ＥＵＭＲ１８００は、電子機器のハウジング１８０１のハウジングの壁部分１８０２によって形成されたモノモルフ（mono-morph）構成からなる。ハウジングの壁部分１８０２は空洞Ｃを規定（画定）し、その底壁１８０４は支持振動板を形成（画定）し、その頂部の壁１８２０は、ハウジングの壁部分１８０２の外面１８０２ａに沿って伝播する超音波信号を受信する直径ｄ（０．５ｍｍ乃至約１．０ｍｍ）の音響開口１８０３を規定（形成）している。振動板１８０４の内面１８０４ｂはシールドおよび接地電極１８０５を有する。トランスデューサ・エレメント１８１０は振動板１８０４の内面１８０４ｂに接着的に（接着剤により）結合されている。トランスデューサ・エレメント１８１０の内面１８０１ｂ上には動作電極１８１１が形成されている。
図４１Ａに示すように、空洞Ｃは幅ｗ1×幅ｗ2によって決定される面積をもっている。空洞Ｃの上部の壁１８２０は距離ｄ1を特定する厚さを有し、空洞Ｃは深さｄ2を有する。底壁１８０４とトランスデューサ・エレメント１８１０の全体の厚さはｔで表される。壁の厚さ、開口の大きさＤ、および後部の空間の深さはインピーダンス整合条件を与える。
トランスデューサ・エレメント１８１０は、限定されることなく、ＰＺＴまたはＰＶＤＦを含む圧電材料の薄いフィルムからなるものであってもよい。トランスデューサ・エレメント１８１０は典型的には約０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍの厚さをもっている。このトランスデューサ・エレメント１８１０を支持振動板１８０４に結合することにより、該トランスデューサ・エレメント１８１０は、それに供給される音響入力に応答して確実に電圧を発生するような形態で機械的圧力を受けることができる。トランスデューサ・エレメント１８１０を振動板１８０４に接着的に（接着剤により）固定するために、エポキシまたはその他の適当な接着物質を使用してもよい。
通常、ハウジングの壁部分１８０２が電子機器のハウジング１８０１と一体的に形成されるので、ハウジングの壁部分１８０２および空洞Ｃは電子機器のハウジング１８０１を作るために使用される材料と同じ材料で作られる。この材料には、限定されることなく、プラスチックのような電気的に絶縁性の材料が含まれ、これはプラスチック射出成型のような任意の通常のプラスチック成型方法を用いて形成できる。ＥＵＭＲ１８００のハウジングの壁部分１８０２（および空洞Ｃ）を分離した別個のユニットとして形成してもよく、これらをハウジング１８０１の残余の部分と結合してもよいと考えられる。
図４１Ｂに示す表は４０ＫＨｚの周波数で動作する図４１Ａに実施形態として示されたＥＵＭＲ１８００のデータを示している。ｄ1とｄ2は電子機器の周波数に反比例することに留意されたい。さらに、正方形または長方形に加えて例えば円形または円筒状の空洞Ｃを含む他の幾何学的形状も考えられることに留意されたい。
図４２、４３Ａ、および４３Ｂは、電子機器の表面に沿って伝播する音響信号を受信するために電子機器のハウジングＨの外面の開口Ａ、Ａ’、Ａ”に挿入可能な容量性マイクロマシンド(小型機械加工された、micro-machined)超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）構成１９００、１９００’、１９００”を含む本発明のＭＵＭＲの別の代替的実施形態を示している。ＣＭＵＴは、例えばシリコン上に窒化珪素（silicon nitride）のような小型機械加工可能な（micro-machinable）材料で作られていてもよい円形の振動板１９１０、１９１０’、１９１０”を含んでいる。図４２、４３Ａに示すようにＣＵＭＴは開口Ａ、Ａ’の側壁に、または図４３Ｂに示すように開口Ａ”の底壁に結合されていてもよい。トランスデューサのインピーダンスは空気に整合していて、ホール（開孔）またはスリットを不要にしている、
図４２の実施形態に関して、１〜２ＭＨｚの範囲のＣＵＭＴ ＭＵＭＲでは、λ＝０．３４ｍｍ〜０．１７ｍｍ、振動板の直径は約５０μｍ、厚さは約０．５μｍ〜１．０μｍであってもよい。３００〜９００ＫＨｚの範囲のＣＵＭＴ ＵＭＲでは、λ＝１．１ｍｍ〜３．８ｍｍ、振動板の直径は約２００μｍ、厚さは約２．５μｍ〜７．５μｍであってもよい。８０〜２００ＫＨｚの範囲のＣＵＭＴ ＵＭＲでは、λ＝４．３ｍｍ〜１．７ｍｍ、振動板の直径は約０．４ｍｍ、厚さは約３．０μｍ〜７．０μｍであってもよい。各実施形態において、振動板の直径は大体において（概ね）波長λの４分の１に等しいか、またはそれより小さい。このような実施形態では、感度は角度に依存しない（無指向性である）。
図４３Ａ、４３Ｂに関して云えば、これらの構成は前述のＰＺＴまたはＰＶＤＦのモノモルフ（mono-morph）構成の代わりに使用してもよい。第１の好ましい実施形態では、８０〜９０ＫＨｚのＣＵＭＴ ＵＭＲは、厚さが約２４μｍ、直径が２ｍｍの振動板を有していてもよい。第２の好ましい実施形態では、８０〜９０ＫＨｚのＣＵＭＴ ＵＭＲは、厚さが約１２μｍ、直径が１．４ｍｍの振動板を有していてもよい。第３の好ましい実施形態では、８０〜９０ＫＨｚのＣＵＭＴ ＵＭＲは、厚さが約６μｍ、直径が１．０ｍｍの振動板を有していてもよい。上に示した第２および第３の実施形態では、このような小さな直径は空気中の波長の４分の１にほぼ相当し、このためトランスデューサの指向性は非常に広くなり、任意の方向から入来（衝突）する音響信号の感度が、異なる入射角に対して基本的に一定になる。このようなトランスデューサは、表面伝播音響波を最小の信号損失で検出するように平坦な表面上に設置される。
本発明の第３の側面は、限定されることなく、携帯電話機、ＰＤＡｓ、ノートブック形コンピュータ、マイクロカセット・レコーダ、およびゲーム機を含むハンドヘルド形ポータブル電子機器用の２重クランプ超音波トランスデューサ（ＤＣＵＴ）である。ＤＣＵＴは、限定されることなく、パソコン（パーソナル・コンピュータ）で使用されるキーボードを含むその他のタイプの電子機器に使用してもよい。ＤＣＵＴは、外見的に実際には見ることができず、ほこりや汚れた微粒子に曝されることのない形態で電子機器のハウジング構体内に組み込んでもよい。このＤＵＣＴは、電子機器の表面Ｓに沿って伝播する超音波信号、またはトランスデューサの表面に垂直に入来（衝突）する超音波信号を受信する。
図１６乃至１８は、参照番号２０００で表す本発明のＤＣＵＴの実施形態を示している。このＤＣＵＴ２０００は外方に湾曲したトランスデューサ・エレメント２０１０を含み、該トランスデューサ・エレメント２０１０は保護前面カバー２００２および背面板２０１２によって所定位置に保持されたＰＶＤＦのような圧電材料のフィルムからなるものであってもよい。前面カバー２００２と背面板２０１２は、トランスデューサ・エレメント２０１０の両端部を機械的に締め付け（compress）またはクランプするように互いに協働するように構成されている。前面カバー２００２は湾曲したクランプ面２０１０ｂを有し、背面板２０１２は対応する湾曲したクランプ面２０１２ｂを有する。クランプ面２０１０ｂ、２０１２ｂの曲率はトランスデューサ・エレメント２０１０の曲率と実質的に同じである。トランスデューサ・エレメント２０１０のクランプされた端部は、該トランスデューサ・エレメント２０１０の主要部分または中央部分Ｃの曲率とほぼ同じ曲率を持っている。この部分は前面カバー２００２または背面板２０１２のいずれにもクランプされていないし、如何なる方法においても取付けられていない。有効動作領域を規定（画定）するトランスデューサ・エレメント２０１０の上記の主要部分すなわち中央部分Ｃは、前面空隙２０２０および背面空隙２０３０によって前面カバー２００２および背面板２０１２からそれぞれ隔離されている。
図１７に最も良く示されているように、背面板２０１２は、平面状の内面２０４２から伸びる外方に湾曲した半円筒状の部材２０４１を有する概して平面状のベース２０４０を含んでいる。外方に湾曲した部材２０４１の中央部には凹所部分（窪んだ部分）２０４１ａが設けられており、これによって湾曲した側部の中間部分２０４１ｂと湾曲した横方向の端部２０４１ｃが規定（画定）される。湾曲した横方向の端部２０４１ｃは背面板２０１２の湾曲したクランプ面２０１２ｂを形成している。湾曲した部材２０４１の中央の凹所部分２０４１ａと湾曲した部材２０４１の湾曲した側部の中間部分２０４１ｂは、トランスデューサ・エレメント２０１０がその有効動作領域において自由に動くことができるようにしている。細長い（長く伸びた）横方向スロット２０４３は、ベース２０４０の内面内で、湾曲した部材２０４１の湾曲した横方向の端部２０４１ｃを越えて直ぐの位置に形成されている。スロット２０４３は、カバー２００２から伸びる対応するスナップ係合フランジ２０５３を受入れ、また幾つかの実施形態ではトランスデューサ・エレメント２０１０の端部も受け入れてもよい。
図１８に最も良く示されているように、前面カバー２００２は、頂部２０５０の平面状の内面２０５２から伸びる内側に湾曲した半円筒状の部材２０５１を有する概して平面状の前記頂部２０５０を含んでいる。湾曲した部材２０５１の中央部には窪んだ保護格子２０５１ａが設けられており、この窪んだ保護格子２０５１ａは内側に湾曲した側部の中間部分２０５１ｂと内側に湾曲した横方向の端部２０５１ｃを規定（画定）している。湾曲した横方向の端部２０５１ｃは前面カバー２００２の湾曲したクランプ面２０１０ｂを形成している。湾曲した部材２０５１の中央の窪んだ保護格子２０５１ａと湾曲した部材２０５１の湾曲した側部の中間部分２０５１ｂは、トランスデューサ・エレメント２０１０がその有効動作領域において自由に動くことができるようにしている。上述の長く伸びたスナップ係合フランジ２０５３は湾曲した部材２０５１の湾曲した横方向の端部２０５１ｃを越えて直ぐの位置で頂部２０５０の内面２０５２から懸架されて（突出して）いる。フランジ２０５３は内側に向かって伸びるフックまたはかえし２０５３ａを有し、これは背面板２０１２のベース２０４０内のスロット２０４３の底に形成された窪んだ棚状部（ledge、水平の出っ張り）２０４３ａと協働して前面カバー２００２と背面板２０１２とを互いにしっかりと結合している（図１６）。頂部の内面２０５２は、また背面板２０１２と協働するフランジ２０５３に対して垂直に配置された１対のリブ（rib）２０５２ａを有する。
図１９に示すように、湾曲した保護格子２０５１ａは好ましくは全てが均一な寸法の一連の細長い開口またはスロット２０６０を有し、トランスデューサ・エレメント２０１０を外的要因により損傷を受けることがないように保護する。格子２０５１ａは、外的の原因からトランスデューサ・エレメント２０１０を保護することに加えて、伝播する音響信号に対するインピーダンス整合エレメントとしても機能する。即ち、格子２０５１ａは、前面の空隙２０２０によってトランスデューサ・エレメント２０１０から隔離されており、音響信号に対する障害物として作用してそれからの反射を生じさせる。反射波は、トランスデューサ・エレメント２０１０に負荷を与えることによってより高い有効インピーダンスを作り出し、電子機器の感度を高める適正な位相をもっている。保護格子２０５１ａのインピーダンス整合機能に関連する係数には、通過率（全有効トランスデューサ・エレメント領域ｄ2（即ち開領域ｄ1＋阻止領域）に対する開領域の比）、保護格子２０５１ａとトランスデューサ・エレメント２０１０との間の距離（空隙２０２０）、および伝播方向にある保護格子２０５１ａの寸法２０５４（即ち厚さ）が含まれる。典型的には４０〜６０％の通過率で充分で、感度を５０〜８０％改善することができる。８０〜９０％の通過率では効率的改善度は低下し（＜２０％）、機械的強度が小さくなることが観察された。
図２３は、８０ＫＨｚの音響信号に対する上述のパラメータに関連する様々な寸法に対する計算された性能を示している。異なる動作周波数に対しては、寸法は周波数に反比例して変更される。
図１６、１７、および１８全体を参照すると、湾曲した部材２０４１の湾曲した表面部分２０４１ｂ上に配置されたトランスデューサ・エレメント２０１０の部分が表面部分と接触状態で係合している。背面板２０１２のクランプ面２０１２ａ（図１６）を規定（画定）する湾曲した横方向の端部２０４１ｃは、トランスデューサ・エレメント２０１０の端部を、前面カバー２００２のクランプ面２００２ａ（図１６）を規定する対応する湾曲した横方向の端部２０５１ｃに向けて押し付け、それによってトランスデューサ・エレメント２０１０の両端部をそれらの間でクランプする。トランスデューサ・エレメント２０１０は背面板２０１２の湾曲した表面部分２０４１ａに、それらの間に生じる僅かな張力によって留まっているが、トランスデューサ・エレメント２０１０は部分２０４１ａによってクランプされない。前述のように、背面板２０１２と前面カバー２００２に関連するクランプ面２０１２ａ、２００２ａ（図１６）は同じ曲率をもっている。このことにより両方の製造が可能になり、前面カバー２００２および背面板２０１２が、トランスデューサ・エレメント２０１０の自由領域すなわち移動領域（有効領域）全体にわたってトランスデューサの曲率を均一に維持することを可能にする。
図２０乃至２２は、全体を参照番号２０００’で表す本発明によるＤＣＵＴの別の代替的実施形態を示している。ＤＣＵＴ２０００’は、より短い背面板ベース２０４０’とより短い前面カバーの頂部２０５０を具えたよりコンパクトな構造をもっていることを除いて、図１６に示したＤＣＵＴ２０００と実質的に同じである。さらに、ＤＣＵＴの背面板２０１２’は、窪んだ部分２０７７’を有する端部の窪み部材２０７６’を有し、窪み部材２０７６’の底に、後側の短い前面カバーの頂部２０５０’におけるフック部材２０５３ａ’とスナップ形式で係合する窪んだ棚状部２０４３ａ’を有する。
上述のＤＣＵＴ構体は、これに入射する音響波の最初の１サイクルに応答して、図２４に示すような可動スタイラス３００８上に組み込まれた送信機装置３００４に付随（関連）する伝播遅延時間を検出する形態で、受信機として好都合に動作すればよい。図２４は、例えば１枚の紙のような媒体上のスタイラス３００８の動き応答して該可動スタイラス３００８の先端部に組み込まれた超音波送信機３００４に供給される駆動電圧信号Ｖを概略的に示している。駆動信号Ｖに応答して超音波送信機から音響波Ａが放射され、この音響波Ａはポータブル電子機器上／内に固定して配置されたＤＣＵＴ受信機３０００に向けて伝播する。ＤＣＵＴ受信機から出力されるＤＣＵＴ受信機出力信号は、例えば図２５に示すような適当な電子回路によって処理されて、その出力信号のタイミングの測定とトリガ・レベルの検出を行い、スタイラス３００８の相対位置を決定する。図２５に示した実施形態は、音響データの開始、終了または変更を表し、制御メカニズムとして動作するスタイラス３００８からの光信号と共に、図１４に示すシステムに類似した音響情報を処理する２個のＤＣＵＴ受信機３０００を有することに留意されたい。また、ＤＣＵＴは固定装置に組み込まれた受信機として使用されることが好ましいが、ＤＣＵＴを送信機として使用してもよいと考えられることに留意されたい。しかし、このような装置の指向性は（水平面で）ほぼ３６０度全体にわたって広がることはなく、むしろ約５０〜６０度に制限される。
図２６乃至２８は、図１６乃至１８に示すＤＣＵＴ２０００の構成要素を示している。図２６は、保護格子２０５１ａを含む半円筒状部材２０５１を具えた前面カバー２００２、半円筒状部材２０５１と相補的な形状をもった半円筒状の湾曲した部材２０４１を有する背面板２０１２と、トランスデューサ・エレメント２０１０とを含むＤＣＵＴ２０００の分解組立て図を示している。また、背面板２０１２の外面２０１２に結合されていてもよい概して平面状な部材からなる接触ホルダ２０８０が示されており、この接触ホルダ２０８０は電気的接触ピン２０８２を受け入れる貫通孔２０８１を有し、これによって電子機器と電気的交信が行われる。図２７は図２６に示すコンポーネント（構成要素）のうちの幾つかの組み立て状態を示し、図２８はその背面の斜視図を示している。接触ホルダ２０８０、前面カバー２００２、および背面板２０１２は、これに限定されないがラバー（ゴム）またはプラスチックを含む非金属材料で形成され、超音波溶接法またはこれに類する方法で互いに溶接されて、全体のアセンブリに組立てることができる。電気的接続ピン２０８２はプラスチック接触ホルダ２０８０にぴったりと押し込まれまたは成型（mold）され、各々はトランスデューサ・エレメント２０１２の反対側の面に配置された動作電極、シールド／接地電極（図示せず）の対応する１つの電極に結合されている。
図２９は、本発明の別の実施形態によるＤＣＵＴ２０００”の分解組立て図を示している。ＤＣＵＴ２０００”は、前面カバー２００２”、背面板２０１２”、トランスデューサ・エレメント２０１０、および接触ホルダ２０８０”を含んでいる。
図４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃは、ここで説明した超音波トランスデューサ構体を使用することができる幾つかの典型的なコンピュータへの適用例（アプリケーション）を示したものである。図４４Ａは、トランスデューサ用の幾つかの典型例の設置位置を示す本発明の超音波トランスデューサのデスクトップ型コンピュータへの適用例を示している。図４４Ｂは、トランスデューサ用の幾つかの典型例の設置位置を示す本発明の超音波トランスデューサのラップトップ型コンピュータへの適用例を示している。図４４Ｃは、トランスデューサ用の幾つかの典型例のハウジング位置を示す本発明の超音波トランスデューサのＰＤＡへの適用例を示している。
上述の発明は、入来（衝突）する超音波信号を受信して検出するために形成された音響開口を有する様々に組み込まれたトランスデューサ構体を含む実施形態について説明されている。実施形態は音響開口および空洞の概念を例示しており、空洞の寸法が共振周波数を制御し、これによって装置の感度を高めるように空洞の深さが制御される。種々の構成、幾何学的配列、材料、および寸法を図示し、説明した。上述の本発明は上記の実施形態に関して説明したもので、本発明の精神から逸脱しない範囲で種々の修正および変更が可能である。
図１は、本発明の埋め込まれた超音波トランスデューサの実施形態を示す図である。 図２は、本発明の埋め込まれた超音波トランスデューサの別の実施形態を示す図である。 図３は、本発明の埋め込まれた超音波トランスデューサの別の実施形態を示す図である。 図４は、本発明の埋め込まれた超音波トランスデューサの別の実施形態を示す図である。 図５は、本発明の埋め込まれた超音波トランスデューサの別の実施形態を示す図である。 図６Ａ〜６Ｅは、本発明の埋め込まれた超音波トランスデューサの別の実施形態を示す図である。 . . . . 図７Ａおよび７Ｂは、本発明の埋め込まれた超音波トランスデューサの別の実施形態を示す図である。 図８Ａおよび８Ｂは、本発明の埋め込まれた超音波トランスデューサの別の実施形態を示す図である。 図９Ａおよび９Ｂは、本発明の埋め込まれた超音波トランスデューサの別の実施形態を示す図である。 図１０Ａおよび１０Ｂは、本発明の埋め込まれた超音波トランスデューサの別の実施形態を示す図である。 図１１は、本発明の埋め込まれた超音波トランスデューサの別の実施形態を示す図である。 図１２は、本発明の埋め込まれた超音波トランスデューサの別の実施形態を示す図である。 図１３は、本発明の埋め込まれた超音波トランスデューサの別の実施形態を示す図である。 図１４は、本発明の埋め込まれた超音波トランスデューサの別の実施形態を示す図である。 図１５は、本発明の超音波トランスデューサを含むディジタイザを示す典型的な図である。 図１６は、本発明の２重クランプされた超音波トランスデューサの実施形態の横断面図である。 図１７は、図１６の背面板の前部斜視図である。 図１８は、図１６の前面カバーの後部斜視図である。 図１９は、図１６のトランスデューサの格子構造の概略側面図である。 図２０は、本発明の２重クランプされた超音波トランスデューサの別の実施形態の横断面図である。 図２１は、図２０の背面板の前部斜視図である。 図２２は、図２０の前面カバーの後部斜視図である。 図２３は、８０ＫＨｚの音響信号用の図１６のトランスデューサに関連する種々の寸法に対する計算された性能を示す図である。 図２４は、本発明の特徴に従って超音波信号をトランスデューサ受信機に送信する移動可能スタイラス上に取り付けられた送信機を含むディジタイザ・システムに関連する信号の流れを概略的に示す図である。 図２５は、本発明の特徴に従って受信超音波トランスデューサに関連する処理機能を表すブロック図である。 図２６は、図１６のトランスデューサに関連するコンポーネント（構成要素）の分解組立て図である。 図２７は、図２６に示すトランスデューサ・エレメントおよび背面板の前部斜視図である。 図２８は、図２７に示す組立てられたコンポーネント（構成成分）の後部斜視図である。 図２９は、本発明の２重クランプされた超音波トランスデューサの別の実施形態のコンポーネント（構成成分）の分解組立て図である。 図３０Ａは、本発明の埋め込まれた超音波マイクロ受信機の実施形態の斜視図である。 図３０Ｂは、図３０Ａの構成に形成された保護格子を有する構成の一部を切り取って示した斜視図である。 図３１は、伝播超音波信号を受信するための電子機器の外面に形成された音響開孔示す図３０Ａのマイクロ受信機の構造の分解組立て図である。 図３２は、図３１に示す背面板の斜視図である。 図３３Ａは、本発明の埋め込まれた超音波マイクロ受信機の別の実施形態の斜視図である。 図３３Ｂは、図３３Ａの構成に形成された保護格子を有する構成の一部を切り取って示した斜視図である。 図３４は、伝播超音波信号を受信するための電子機器の外面に形成された音響開孔示す図３３Ａのマイクロ受信機の構造の分解組立て図である。 図３５Ａは、本発明の超音波マイクロ受信機の別の実施形態の斜視図である。 図３５Ｂは、本発明の超音波マイクロ受信機の別の実施形態の横断面図である。 図３５Ｃは、分離された、別個のまたはモジュラ・ユニットとして具体的に構成された図３５Ａおよび３５Ｂの埋め込まれた超音波マイクロ受信機を示す横断面図である。 図３５Ｄは、分離された、別個のまたはモジュラ・ユニットとして具体的に構成された図３５Ａおよび３５Ｂの埋め込まれた超音波マイクロ受信機を示す斜視図である。 図３５Ｅは、分離された、別個のまたはモジュラ・ユニットとして具体的に構成された本発明の超音波マイクロ受信機の別の実施形態を示す斜視図である。 図３５Ｆは、分離された、別個またはモジュラ・ユニットとして具体的に構成された本発明の超音波マイクロ受信機の別の実施形態を示す斜視図である。 図３６は、本発明の超音波マイクロ受信機の別の実施形態を示す概略図である。 図３７は、本発明の超音波マイクロ受信機のさらに別の実施形態を示す概略図である。 図３８Ａは、本発明の超音波マイクロ受信機のさらに別の実施形態を示す斜視図である。 図３８Ｂは、本発明の超音波マイクロ受信機のさらに別の実施形態を示す横断面図である。 図３９Ａは、本発明の超音波マイクロ受信機の別の実施形態を示す概略図である。 図３９Ｂは、本発明の超音波マイクロ受信機の別の実施形態を示す概略図である。 図３９Ｃは、分離された、別個のまたはモジュラ・ユニットとして具体的に構成された図３９Ａおよび３９Ｂの埋め込まれた超音波マイクロ受信機を示す概略図である。 図３９Ｄは、分離された、別個のまたはモジュラ・ユニットとして具体的に構成された図３９Ａおよび３９Ｂの埋め込まれた超音波マイクロ受信機を示す概略図である。 図４０は、本発明の超音波マイクロ受信機のさらに別の実施形態を示す概略図である。 図４１Ａは、モノモルフ（単一構造）の構成からなる本発明の超音波マイクロ受信機の別の実施形態を示す概略図である。 図４１Ｂは、図４１Ａの超音波マイクロ受信機用のデータを含むテーブルである。 図４２は、容量性マイクロマシン型の超音波トランスデューサ構成からなる本発明の超音波マイクロ受信機のさらに別の実施形態を示す概略図である。 図４３Ａおよび４３Ｂは、容量性マイクロマシン型の超音波トランスデューサ構成からなる本発明の超音波マイクロ受信機のさらに別の実施形態を示す概略図である。 図４４Ａ乃至４４Ｃは、本発明の超音波トランスデューサ構成を使用することができる典型例のコンピュータへの適用例を示す図である。 図４５Ａおよび４５Ｂは、凹部がトランスデューサ・エレメントに向けて傾斜して降下するハウジングの壁部分の外面に設けられた図３３Ａおよび３３Ｂの埋め込まれた超音波マイクロ受信機の代替的実施形態を示す図である。

Claims (87)

  1. ハウジングと、
    前記ハウジング内に配置されており、入来音響信号に応答して該入来音響信号によって特定された音響波を表す出力電気信号を発生する超音波トランスデューサ・エレメントと、
    前記出力信号を処理する電子回路と、
    を含み、
    前記入来音響信号によって決まる音響波のサイクルに応動することを特徴とする、電子機器用超音波受信機。
  2. 入来音響信号は離れた位置に設けられた超音波送信機から送信されるものである、請求項１に記載の受信機。
  3. 前記電子回路は、出力信号によって表される波形のタイミングを測定するタイミング測定回路と、出力信号によって表される波形の１サイクルを検出するトリガ・レベル検出回路と、を含み、
    前記タイミング測定回路とトリガ・レベル検出回路は送信機の位置を決定するものである、請求項２に記載の受信機。
  4. 前記電子回路は、出力信号によって表される波形のタイミングを測定するタイミング測定回路を含む、請求項１に記載の受信機。
  5. 前記電子回路は、出力信号によって表される波形の１サイクルを検出するトリガ・レベル検出回路を含む、請求項１に記載の受信機。
  6. 前記ハウジングは、入来音響信号に応答して前記超音波トランスデューサ・エレメントに出力信号を発生させる形態で前記超音波トランスデューサ・エレメントの機械的圧力を確実に生じさせる少なくとも１つの表面を有するものである、請求項１に記載の受信機。
  7. 前記ハウジングの少なくとも１つの表面は前記トランスデューサ・エレメントの両端部をクランプするものである、請求項６に記載の受信機。
  8. 前記トランスデューサ・エレメントは湾曲しているものである、請求項７に記載の受信機。
  9. 前記ハウジングは音響開孔を有する前面カバーを含むものである、請求項７に記載の受信機。
  10. 前記トランスデューサ・エレメントは前記音響開孔の下に配置されているものである、請求項９に記載の受信機。
  11. 前記音響開孔は、該音響開孔を横切って配置された格子を含むものである、請求項１０に記載の受信機。
  12. 前記格子は、受信機の音響感度を向上させることができるインピーダンス整合エレメントとして作用するものである、請求項１１に記載の受信機。
  13. 前記格子は、前記トランスデューサ・エレメントを外部環境から保護するように作用するものである、請求項１０に記載の受信機。
  14. 前記音響開孔は外方に湾曲した部材に形成されているものである、請求項１０に記載の受信機。
  15. 前記トランスデューサ・エレメントは音響開孔に向かって湾曲しているものである、請求項１４に記載の受信機。
  16. 前記ハウジングはさらに背面板を含み、前記トランスデューサ・エレメントの両端部は前面カバーと背面板との間にクランプされているものである、請求項９に記載の受信機。
  17. さらに、前記トランスデューサ・エレメントと前記電子回路の間の電気的通信を実現する電気的接触ピンを保持するホルダを含むものである、請求項１６に記載の受信機。
  18. 前記ハウジングの少なくとも１つの面は前面カバーと背面版とによって規定されるクランプ面を含むものである、請求項１７に記載の受信機。
  19. 前記クランプ面は相補的に湾曲しているものである、請求項１８に記載の受信機。
  20. 前記クランプ面の湾曲が前記トランスデューサ・エレメントの湾曲と実質的に同じである、請求項１９に記載の受信機。
  21. 前記クランプ面は、前面カバーによって規定される第１の半円筒状部材と背面板によって規定される第２の半円筒状部材とによって形成されたものである、請求項２０に記載の受信機。
  22. 前記ハウジングが前記電子機器のハウジングの選択された壁部分である、請求項１に記載の受信機。
  23. 前記電子機器はポータブル式である、請求項１に記載の受信機。
  24. 前記トランスデューサ・エレメントは前記ハウジングの少なくとも１つの面に結合されているものである、請求項６に記載の受信機。
  25. 前記トランスデューサ・エレメントは湾曲しているものである、請求項２４に記載の受信機。
  26. 前記トランスデューサ・エレメントは実質的に平坦である、請求項２４に記載の受信機。
  27. 少なくとも１つの面は入来音響信号に応答して振動することができる振動板である、請求項２４に記載の受信機。
  28. 前記ハウジングは外面を含み、前記振動板は前記ハウジングの外面と同一面にあるものである、請求項２７に記載の受信機。
  29. 前記ハウジングは外面を含み、前記振動板はハウジングの外面と実質的に同一面にあるものである、請求項２７に記載の受信機。
  30. 前記ハウジングは外面と内面とを含み、前記振動板は前記ハウジングの外面と内面の一方から奥まって配置されているものである、請求項２７に記載の受信機。
  31. 前記ハウジングは外面を含み、前記振動板は前記ハウジングの外面と直交している、請求項２７に記載の受信機。
  32. 前記ハウジングは底壁を有するトランスデューサ受入れ空洞を含み、前記振動板はトランスデューサ受入れ空洞の底壁を形成するものである、請求項２７に記載の受信機。
  33. 前記ハウジングは側壁を有する音響開孔を含み、前記振動板は前記音響開孔の側壁を形成するものである、請求項２７に記載の受信機。
  34. 前記ハウジングは底壁を有する音響開孔を含み、前記振動板は前記音響開孔の底壁を形成するものである、請求項２７に記載の受信機。
  35. 前記ハウジングは底壁を有する空洞に開口する音響開孔を含み、前記振動板が空洞の底壁を形成している、請求項２７に記載の受信機。
  36. 前記トランスデューサ・エレメントは前記振動板の外面と内面の一方に結合されているものである、請求項２７に記載の受信機。
  37. 前記トランスデューサ・エレメントは圧電材料の膜からなる、請求項１に記載の受信機。
  38. 前記圧電材料はフッ化ビニリデン樹脂およびジルコン酸チタン酸鉛からなる群から選択されたものである、請求項２７に記載の受信機。
  39. 前記トランスデューサ・エレメントは静電トランスデューサからなるものである、請求項１に記載の受信機。
  40. 前記トランスデューサ・エレメントは円筒状である、請求項１に記載の受信機。
  41. ハウジングと、
    前記ハウジングに設けられ、受信機モードと送信機モードの少なくとも一方で動作することができ、受信機モードでは入来音響信号に応答して電気信号を発生し、送信機モードでは供給された電気信号に応答して音響信号を発生する超音波トランスデューサ・エレメントと、
    を含み、
    前記ハウジングは、前記トランスデューサ・エレメントに信号を発生させる形態で前記トランスデューサ・エレメントの機械的圧力を確実に生じさせる少なくとも１つの面を有するものである、電子機器用超音波トランスデューサ。
  42. 前記ハウジングの少なくとも１つの表面は前記トランスデューサ・エレメントの両端部をクランプするものである、請求項４１に記載のトランスデューサ。
  43. 前記トランスデューサ・エレメントは湾曲しているものである、請求項４２に記載のトランスデューサ。
  44. 前記ハウジングは音響開孔を有する前面カバーを含むものである、請求項４３に記載のトランスデューサ。
  45. 前記トランスデューサ・エレメントは前記音響開孔の下に配置されているものである、請求項４４に記載のトランスデューサ。
  46. 前記音響開孔は、該音響開孔を横切って配置された格子を含むものである、請求項４５に記載のトランスデューサ。
  47. 前記格子は、前記トランスデューサの音響感度を向上させることができるインピーダンス整合エレメントとして作用する、請求項４６に記載の受信機。
  48. 前記格子は、前記トランスデューサ・エレメントを外部環境から保護するように作用するものである、請求項４５に記載のトランスデューサ。
  49. 前記音響開孔は外方に湾曲した部材に形成されているものである、請求項４５に記載のトランスデューサ。
  50. 前記トランスデューサ・エレメントは前記音響開孔に向けて湾曲しているものである、請求項４９に記載のトランスデューサ。
  51. 前記ハウジングはさらに背面板を含み、前記トランスデューサ・エレメントの両端部は前面カバーと背面板との間にクランプされている、請求項４４に記載のトランスデューサ。
  52. さらに、前記トランスデューサ・エレメントと前記電子回路の間の電気的通信を実現する電気的接触ピンを保持するホルダを含むものである、請求項５１に記載のトランスデューサ。
  53. 前記ハウジングの少なくとも１つの面は前面カバーと背面版とによって規定されるクランプ面を含むものである、請求項５２に記載のトランスデューサ。
  54. 前記クランプ面は相補的に湾曲しているものである、請求項５３に記載のトランスデューサ。
  55. 前記クランプ面の湾曲が前記トランスデューサ・エレメントの湾曲と実質的に同じである、請求項５４に記載のトランスデューサ。
  56. 前記クランプ面は、前面カバーによって規定される第１の半円筒状部材と背面板によって規定される第２の半円筒状部材とによって形成されたものである、請求項５５に記載のトランスデューサ。
  57. 前記ハウジングが前記電子機器のハウジングの選択された壁部分である、請求項４１に記載のトランスデューサ。
  58. 前記電子機器はポータブル式である、請求項４１に記載のトランスデューサ。
  59. 前記トランスデューサ・エレメントは前記ハウジングの少なくとも１つの面に結合されているものである、請求項４１に記載のトランスデューサ。
  60. 前記トランスデューサ・エレメントは湾曲しているものである、請求項５９に記載のトランスデューサ。
  61. 前記トランスデューサ・エレメントは実質的に平坦である、請求項５９に記載のトランスデューサ。
  62. 少なくとも１つの面は入来音響信号に応答して振動することができる振動板である、請求項５９に記載のトランスデューサ。
  63. 前記ハウジングは外面を含み、前記振動板は前記ハウジングの外面と同一面にあるものである、請求項６２に記載のトランスデューサ。
  64. 前記ハウジングは外面を含み、前記振動板はハウジングの外面と実質的に同一面にあるものである、請求項６２に記載のトランスデューサ。
  65. 前記ハウジングは外面と内面とを含み、前記振動板は前記ハウジングの内面と外面の一方から奥まって配置されている、請求項６２に記載のトランスデューサ。
  66. 前記ハウジングは外面を含み、前記振動板は前記ハウジングの外面と直交している、請求項６２に記載のトランスデューサ。
  67. 前記ハウジングは底壁を有するトランスデューサ受入れ空洞を含み、前記振動板がトランスデューサ受入れ空洞の底壁を形成するものである、請求項６２に記載のトランスデューサ。
  68. 前記ハウジングは側壁を有する音響開孔を含み、前記振動板は前記音響開孔の側壁を形成するものである、請求項６２に記載のトランスデューサ。
  69. 前記ハウジングは底壁を有する音響開孔を含み、前記振動板は前記音響開孔の底壁を形成するものである、請求項６２に記載のトランスデューサ。
  70. 前記ハウジングは底壁を有する空洞に開口する音響開孔を含み、前記振動板が空洞の底壁を形成している、請求項６２に記載のトランスデューサ。
  71. 前記トランスデューサ・エレメントは前記振動板の外面と内面の一方に結合されている、請求項６２に記載のトランスデューサ。
  72. 前記トランスデューサ・エレメントは圧電材料の膜からなる、請求項４１に記載のトランスデューサ。
  73. 前記圧電材料はフッ化ビニリデン樹脂およびジルコン酸チタン酸鉛からなる群から選択されたものである、請求項７２に記載のトランスデューサ。
  74. 前記トランスデューサ・エレメントは静電トランスデューサからなるものである、請求項４１に記載のトランスデューサ。
  75. 前記トランスデューサ・エレメントは円筒状である、請求項４１に記載のトランスデューサ。
  76. 前記ハウジングは前記電子機器のハウジングから分離しているものである、請求項４１に記載のトランスデューサ。
  77. 前記トランスデューサは前記電子機器の前記ハウジングの開孔内に挿入可能なモジュラ・ユニットである、請求項７６に記載のトランスデューサ。
  78. 前記トランスデューサ・エレメントは湾曲しているものである、請求項４１に記載のトランスデューサ。
  79. さらに、前記トランスデューサ・エレメントを前記ハウジングにクランプするための背面板を含む、請求項７８に記載のトランスデューサ。
  80. 前記トランスデューサ・エレメントと背面板は前記ハウジングに対して垂直に配置されているものである、請求項７９に記載のトランスデューサ。
  81. 前記トランスデューサ・エレメントと背面板は前記ハウジングに対して水平に配置されているものである、請求項７９に記載のトランスデューサ。
  82. 前記ハウジングは外面を含み、該外面はそこに前記トランスデューサ・エレメントに向けて傾斜して形成された凹所を有する、請求項８１に記載のトランスデューサ。
  83. 前記トランスデューサ・エレメントは湾曲しているものである、請求項１に記載の受信機。
  84. さらに、前記トランスデューサ・エレメントを前記ハウジングにクランプするための背面板を含む、請求項８３に記載の受信機。
  85. 前記トランスデューサ・エレメントと背面板は前記ハウジングに対して垂直に配置されているものである、請求項８４に記載の受信機。
  86. 前記トランスデューサ・エレメントと背面板は前記ハウジングに対して水平に配置されているものである、請求項８４に記載の受信機
  87. 前記ハウジングは外面を含み、該外面はそこに前記トランスデューサ・エレメントに向けて傾斜して形成された凹所を有するものである、請求項８６に記載の受信機。
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