CN101690262A - Mems传声器 - Google Patents

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Abstract

一种MEMS传声器包括：a)具有开放正面的壳体；b)安装在底座的一个面上的MEMS膜，底座安装在壳体内部基本上封闭的那一面上；以及c)覆盖正面的网，该网对于传声器灵敏的操作频率范围内的至少一些频率基本上声透明。

Description

MEMS传声器
相关申请
根据119(e)，本申请要求2007年3月14日提交的美国临时专利申请60/906,813的权益。
以上这个文献的内容就象是完全在本文阐述的那样通过引用结合于本文。
技术领域
在其一些实施例中，本发明涉及MEMS传声器以及包含MEMS传声器的接收器，更具体但不排它地涉及用于声学定位***的超声MEMS传声器和接收器。
背景技术
存在用于声学定位***的超声传感器的需求。期望的是，这些传感器具有相当宽的频率响应和广的角度响应(低方向性)，具有不太高的输出阻抗和操作电压，坚固耐用，且制造便宜。
现有的超声换能器包括诸如Prowave 400ET080的压电陶瓷换能器以及诸如Prowave 500ES290的静电换能器。在2008年3月13日从www.prowave.com.tw/english/products/ut/enclose.htm和www.prowave.com.tw/english/products/ut/es.htm下载的网页中分别描述了这些换能器。还有使用PVDF箔的超声换能器，例如在2008年3月13日从www.measspec.com/myMeas/sensors/piezoSensors.asp下载的 网页上描述的MSI US40KR-01；以及还有具有超声响应的驻极体传声器，例如在2008年3月13日从www.acopacific.com/acopaccat.pdf下载的目录中描述的Aco-Pacific 7012型。
这些超声传感器中没有一种传感器能够完全令人满意地用在声学定位***中。虽然某些特殊设计的具有两个共振频率的换能器具有高达10kHz的带宽，但陶瓷超声换能器的带宽通常相对较小，例如对于40kHz换能器为2.5kHz(Q为15)。它们的直径也往往大于10mm，相当于或大于空气中的波长，因此它们具有相对窄的角度响应。它们还具有高输出阻抗，从而需要复杂的电子电路，并且它们易受高温影响，这意味着它们需要手工装配并且制造成本相对高昂。
静电超声换能器也通常具有低带宽，对于40kHz换能器小于10kHz，并且直径通常大于20mm，因此具有窄的角度响应。它们具有高输出阻抗，并且需要高电压，典型地需要几百伏特，因此需要相对复杂的电路并消耗大量功率和占据很大空间。它们也易受高温影响，所以需要手工装配。
使用PVDF的超声换能器也具有低带宽，其Q为6至9，直径大于10mm，绕圆柱形换能器的z轴有窄的角度响应，并且具有高输出阻抗。它们具有相对低的灵敏度，元件易碎且需要保护，并且因为具有相对大的暴露表面积而往往会获得电子感应噪声。与静电和陶瓷换能器一样，它们易受高温影响，因此需要手工装配。
大多数驻极体传声器仅对至多约20kHz有响应。具有超声响应的诸如Aco-Pacific 7012型的驻极体传声器非常昂贵，并且通常用于实验室装备。虽然不如上面论述的其它类型的超声换能器那样高，但它们也具有约2.2千欧的相对高的输出阻抗，并且易受高温影响。
尽管存在这些缺点，但市场上还是有使用超声换能器的声学定位***。在2008年3月13从www.e-beam.com/products/complete.html下 的网页上和在2008年3月13日从www.mimio.com/products/documentation/mimiointeractive_datasheet.pdf下载的数据表中描述的由eBeam和Mimio销售的***使用陶瓷超声换能器。在2008年3月13日从www.pegatech.com/_Uploads/Downloads/Specs/MNT/MobileNoteTaker. pdf下载的数据表中描述的由Pegatech销售的***以及在2008年3月13日从www.navisis.com/ENGLISH/02_tech/principle_navisis.php？tmenu＝02下载的网页上描述的由Navisis销售的***使用PVDF换能器。所有这些产品都将手写体数字化为与PC软件交互的一系列坐标。超声发射器放置在手持器具内部。发射器发出电子信号，位于书写区域附近的接收器拾取这些电子信号。通过使用结合在超声接收器内的红外接收器，红外信号使发射器与接收器同步。
使用通过半导体工业中所用的制造技术制作的小而薄的硅膜的MEMS传声器是正在迅速获得市场份额的相对新的技术领域。它们的优势包括小的占地面积和高度、耐久性、制造可重复性以及对静电和RF干扰的相对抗扰性。但现有的MEMS传声器通常对超声范围不灵敏。例子是在2008年3月13日从www.knowles.com/search/products/m_surface_mount.jsp下载的网页中描述的Knowles Acoustics SPM0102型。
在2008年3月13日从www.memstech.com/file/MSM2C-RM-S3540％20Rev％20B.pdf下载的 数据表中描述的Memstech的MSM2RM-S3540型传声器具有安装在壳体正面的内表面上、位于另外的基本实心的表面中的声学端口上方的MEMS膜和底座，该膜背对正面而面向壳体的背部。
以下专利和公布的专利申请也描述了MEMS传声器：Mullenborn等人的美国专利6,522,762、Minervini的美国公布申请2004/046245和2002/0102004、Harney等人的美国公布申请2007/0071268和公布的PCT申请WO 2007/022179、Mian等人的美国专利7,301,212、Wang的美国公布申请2007/205492、Loeppert等人的美国公布申请2002/0067663、Mayer等人的美国公布申请2004/0170086、以及Song的公布PCT申请WO 2007/018343和2007/129787。
发明内容
本发明的一些实施例的一方面涉及对宽频率范围内的超声有响应并具有广的角度响应的MEMS传声器以及使用这样的MEMS传声器的适合于声学定位***的接收器。
因此，根据本发明的示范实施例，提供一种MEMS传声器，包括：
a)具有开放正面的壳体；
b)安装在底座的一个面上的MEMS膜，底座安装在壳体内部基本上封闭的那一面上；以及
c)覆盖正面的网，其对于传声器灵敏的操作频率范围中的至少一些频率基本上声透明。
可选地，传声器还包括安装在壳体中的放大器。
可选地，存在大于25kHz的第一频率，在该第一频率，传声器具有大于-60dB的灵敏度，0dB定义为1伏特/帕斯卡。
可选地，第一频率大于40kHz，或大于70kHz，或大于100kHz。
可选地，第一频率时的灵敏度大于-50dB，或大于-40dB，或大于-30dB。
可选地，第一频率时的灵敏度比20kHz时传声器的灵敏度低不到40dB，或比20kHz时的灵敏度低不到30dB，或比20kHz时的灵敏度低不到20dB。
可选地，第一频率时的灵敏度比20kHz和第一频率之间的频率的以分贝计的灵敏度的平均值低不到40dB。
另外地或备选地，第一频率时的灵敏度比20kHz和第一频率之间的频率的灵敏度的最大值低不到40dB。
可选地，在20kHz和第一频率之间的某处，在至少10kHz内、或在至少20kHz内、或在至少40kHz内，灵敏度变化不超过6dB。
可选地，对于大于20kHz的灵敏度在最灵敏频率的40dB内的操作频率范围，对于网前面的方向，传声器的方向灵敏度变化不超过30dB或不超过20dB。
在本发明的一个实施例中，基本实心的那一面是与正面相对的背面，并且以MEMS膜面向正面来安装底座。
可选地，壳体不具有包括边长为2mm的立方体、或边长为1.5mm的立方体、或边长为1mm的立方体的内部空体积。
在本发明的一个实施例中，网具有小于70％的填充因子。
可选地，网中基本上所有孔的直径都小于0.6mm。
可选地，网中孔的中心基本上按菱形网格排列。
可选地，对于定义为大于20kHz的频率且具有在大于20kHz的最灵敏频率的40dB内的灵敏度的操作频率范围中的至少一个频率，对于网前面的一个方向，相对于移走网时的传声器，灵敏度降低不到10dB。
可选地，对于操作频率范围内的所有频率，对于网前面的至少一个方向，相对于移走网时的传声器，灵敏度降低不到10dB。
可选地，对于操作频率范围内的至少一个频率，对于网前面的所有方向，相对于移走网时的传声器，灵敏度降低不到10dB。
可选地，对于操作频率范围内的所有频率，对于网前面的所有方向，相对于移走网时的传声器，灵敏度降低不到10dB。
在本发明的一个实施例中，正面包括至少1mm2的用于拾取和放置的实心区域。
可选地，正面包括用于拾取和放置的实心区域，并且在该实心区域的正下方实心填充壳体。
可选地，膜在网后不到1mm的位置。
在本发明的一个实施例中，壳体具有基本对称的平面，并且MEMS膜的中心在基本对称平面的等于壳体最大直径的10％的距离以内。
可选地，壳体包括用于安装底座的平坦面，MEMS膜的中心在壳体最大直径的10％以内与平坦面的中心对准。
可选地，最大尺寸小于7mm。
可选地，网包括导电材料。
根据本发明的示范实施例，还提供一种声学定位***，包括：
a)包括至少两个MEMS传声器的接收器，该接收器响应其接收的超声波生成信号；
b)在搁置接收器的定位表面上相对于接收器移动的器具，它包括至少一个向接收器发射超声波的超声发射器；以及
c)使用该信号来***具在定位表面上的位置的控制器。
可选地，当以不到20cm/sec的任何速度移动时，控制器在至少15cm×20cm的区域上以4mm以内的精度***具的位置(thecontroller tracks the position of the implement to within 4mm over an areaof at least 15by 20cm)。
可选地，在接收器上安装至少一个传声器，以使得当接收器搁置在定位表面上时，壳体的正面在水平面之上面向。
可选地，传声器的正面在水平面之上超过45度面向。
备选地，传声器的正面在水平面之上不到45度面向。
可选地，当接收器搁置在定位表面上时，传声器的中心位于定位表面上方不到10mm的位置。
可选地，当接收器搁置在定位表面上时，传声器的中心位于定位表面上方至少1mm的位置。
在本发明的一个实施例中，在接收器上安装至少一个传声器，使得传声器的外表面与邻近于并围绕传声器的接收器的表面基本齐平。
可选地，接收器的该表面基本平行于传声器的外表面。
可选地，与至少一个传声器相邻的接收器的表面成凸出弯曲状。
可选地，除了搁置在定位表面上的底表面以外，接收器基本上没有表面沿水平面以下的方向定向。
在本发明的一个实施例中，该***还包括至少一个安装在器具上的光学发射器以及位于接收器中的至少一个窗口，该窗口接收来自上述至少一个光学发射器的光，以使接收器和器具的上述至少一个超声发射器同步。
可选地，该光为红外光。
可选地，接收器包括具有上述至少一个窗口中的第一窗口的正面以及在第一窗口的相对两侧上横向排列的上述至少两个传声器中的第一和第二传声器。
可选地，至少第一传声器在第一窗口的前面，从而遮挡第一窗口的视场的一部分。
可选地，接收器还包括安装在与第一传声器相邻的接收器的第二面上的第二窗口，该第二窗口具有包括被第一传声器遮挡的第一窗口的视场的至少一部分的视场。
可选地，第二传声器也在第一窗口的前面，从而在与第一传声器所遮挡的部分相对的一侧上遮挡第一窗口的视场的一部分，并且接收器还包括安装在与第二传声器相邻的接收器的第三面上的第三窗口，第三窗口具有包括被第二传声器遮挡的第一窗口的视场的至少一部分的视场。
备选地，该***还包括安装在器具上的至少一个RF发射器以及位于接收器中的至少一个RF接收元件，该接收元件接收来自上述至少一个RF发射器的无线电波，以使接收器与器具的上述至少一个超声发射器同步。
在本发明的一个实施例中，将至少一个传声器的正面直接或间接地安装到接收器的正面的内表面上位于接收器的不到5mm长的锥形开口的后面的位置，该传声器具有包含声学端口的基本实心的正面以及位于底座上的面向后面的MEMS膜，底座在声学端口上方安装在正面的内表面上。
在本发明的一个实施例中，接收器包括覆盖至少一个传声器的保护架子(protective grill)。
可选地，至少一个传声器是根据本发明实施例的传声器。
可选地，当接收器搁置在定位表面上时，在用于***具的区域中的任何地方面向器具的接收器的正表面以相对于定位表面大于100度的角度定向。
可选地，该***包括柔性印刷电路板，通过该电路板将传声器的正面安装到内表面。
备选地，直接将传声器的正面安装到内表面。
可选地，传声器的正面包括延伸越过传声器的边缘至少1mm的印刷电路板，该印刷电路板的延伸部分的后部因此提供在将传声器装配到接收器期间用于操纵(handle)传声器的附着表面。
可选地，当接收器搁置在定位表面上时，架子关于水平反射对称。
另外地或备选地，当接收器搁置在定位表面上时，架子关于垂直反射对称。
可选地，架子的填充因子小于50％。
可选地，架子的部件之间的间距小于控制器用来***具位置的信号的基本最高频率分量时的超声的半波长。
在本发明的一个实施例中，接收器包括在至少一个传声器后面的电子板，并且传声器的壳体的背部的外表面包括到该电子板的连接。
可选地，对于控制器用来***具位置的信号的任何频率分量，在架子放好的情况下，传声器的灵敏度相对于移走架子时的灵敏度降低不到10dB。
除非另外定义，否则本文所用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域技术人员通常理解的含义相同的含义。下面描述示范性方法和/或材料，但在实现或测试本发明的实施例时可使用与本文描述的方法和材料类似的方法和材料。在有冲突的情况下，将以本专利说明书(包括定义)为准。另外，这些材料、方法和例子仅为说明性的而非是必要的限制。
附图说明
本文参照附图仅作为举例描述本发明的一些实施例。现在详细地具体参照附图，要强调的是，示出的细节是出于说明性地论述本发明的实施例的目的而举例示出。在这点上，结合附图阅读本描述可使得本领域技术人员明白要如何实现本发明的实施例。
附图中：
图1A和1B是根据本发明示范实施例的MEMS传声器的示意侧视图和正视图，正视图中移走了网；
图2A和2B是根据本发明的两个不同示范实施例的MEMS传声器的示意正视图，每个图均示出网和“拾取和放置”区域；
图3A-3D示意性地示出对于本发明的四个不同示范实施例用于MEMS传声器的网，可在网后看到MEMS膜和底座，其“拾取和放置”区域位于不同位置；
图4根据本发明示范实施例示意性地示出MEMS传声器的网的孔图案；
图5A-5D根据现有技术示意性地示出MEMS传声器的侧视图、移走壳体背部时的后视图、正视图和后视图；
图6A和6B根据本发明的示范实施例示意性地示出包括MEMS传声器的用于声学定位***的接收器的俯视图和侧视图；
图7根据本发明的另一示范实施例示意性地示出包括MEMS传声器的用于声学定位***的接收器的俯视图；
图8根据本发明的另一示范实施例示意性地示出包括MEMS传声器的用于声学定位***的接收器的侧视图；
图9根据本发明的示范实施例示意性地示出使用MEMS传声器的声学定位***的侧视图；
图10根据本发明的示范实施例示意性地示出包括MEMS传声器的用于声学定位***的接收器的透视图；以及
图11A-11C根据本发明的三个不同示范实施例示意性地示出附着到声学定位***的接收器的前面的MEMS传声器的侧视图。
具体实施方式
在其一些实施例中，本发明涉及MEMS传声器和包含MEMS传声器的接收器，更具体但不排他地涉及用于声学定位***的超声MEMS传声器和接收器。
本发明的一些实施例的一个方面涉及具有由网覆盖的开放壳体的MEMS传声器，该传声器对宽频带内的超声灵敏。虽然现有技术的MEMS传声器中使用的MEMS膜可响应超声频率，但大多数现有技术的MEMS传声器仅设计成用于低于20kHz的听觉频率，并且通常以使得传声器对于超声不灵敏或对宽频率带不灵敏的方式装配。具有宽频率带宽对于在声学定位***或测距***中使用的传声器是潜在有利的，因为可通过使用宽频率范围来测量物体到传声器的距离而消除位置模糊度。在时域中同样地，如果传声器具有宽带宽，那么可精确测量短脉冲的到达时间，因为短脉冲不会造成传声器的延长鸣响。此外，具有宽带宽允许更容易地从发射器同时发送两个或更多个正交信号到接收器，这潜在地导致更加精确的测量。
具有由对于操作频率范围中的频率基本上声透明的网覆盖的开放壳体的传声器将不易在壳体内形成导致窄带宽或失真信号的任何共振腔。可选地，网通过具有足够低的填充因子以及小于操作范围中的最短波长的孔来达到基本声透明。网还可提供保护以防止机械损伤，并且因为它可选地由金属或其它导电材料制成，所以可以防止RF干扰和静电放电。
一般而言，MEMS传声器相对于其它类型的传声器具有许多潜在优势，包括更好的耐久性、更好的制造重复性、更低的输出阻抗，以及当设计合理时，具有更宽的频率响应。
根据本发明实施例的MEMS传声器在例如至少25kHz、或至少30kHz、或至少40kHz、或至少70kHz、或至少100kHz的第一频率具有例如至少-60dB、或-50dB、或-40dB、或-30dB的灵敏度。这里，0dB的灵敏度定义为1伏特/帕斯卡。除非另外指出，否则灵敏度是针对来自网的定向方向的声波而定义的。在第一频率时的灵敏度为例如：比在20kHz时传声器的灵敏度、或比在20kHz和第一频率之间的以分贝计的平均灵敏度、或比在20kHz和第一频率之间的任何频率的最大灵敏度低不到40dB；或低不到30dB，或低不到20dB，或低不到10dB。在大于20kHz以及可选地不高于第一频率的操作频率范围内，有至少一个频率，在该频率附近，在10kHz内、或在20kHz内、或在40kHz内、或在80kHz内，其灵敏度变化小于6dB。可选地，这个操作频率范围是大于20kHz的其中灵敏度在最灵敏频率的40dB内的范围。
传声器包括安装在底座上的MEMS膜，底座安装在壳体内部。可选地，壳体还具有安装在其内部的放大器，放大器在本文定义为也包括前置放大器或生成对于传声器有用的输出信号的任何元件。放大器具有包括传声器对其灵敏的超声频率范围在内的操作频率。放大器的输出阻抗为例如小于1000欧姆或小于500欧姆。传声器使用电压为例如小于10伏特或小于5伏特的电功率。
用于可选地使传声器对宽频率范围内的超声保持灵敏的一种方法是通过尽可能地避免在MEMS膜附近具有大小相当于或大于频率范围中的超声波长的基本封闭的腔体。例如，壳体内没有地方有包含宽度大于最高操作频率时的半波长(例如，宽度为2mm或1.5mm、或1mm)的立方体体积的空的空间。这样的腔体可导致窄共振和/或超声吸收。
在本发明的一些实施例中，壳体的正面不是完全开放的，而是包括实心“拾取和放置”区域以及网上的相应实心区域。“拾取和放置区域”可用于拾取该网以机械装配到传声器上，也可用于拾取成品传声器以机械装配使用该传声器的诸如声学定位***的***。
MEMS膜的底座可选地安装在壳体背面的中心附近，这样做的潜在优势是，传声器的灵敏度可相对独立于方位角方向。在本发明的一些实施例中，壳体具有至少一个对称平面，并且底座安装在对称平面附近，这样做的潜在优势是，灵敏度的方向依赖性也关于该对称平面几乎对称。
可选地，传声器的最大尺寸相当于或小于在最大操作频率或典型操作频率时的超声波长，例如小于7mm、或小于5mm、或小于4mm。具有小直径的潜在优势是，在该频率，传声器将具有相对低的方向性，并且对于来自宽范围方向的超声大约同样灵敏。
本发明的一些实施例的一个方面涉及声学定位***，该***具有使用至少两个MEMS传声器的接收器。该***还包括在定位表面上移动的器具，该器具发射超声，接收器接收该超声，并且控制器使用该超声来***具在定位表面上的位置。控制器为例如适当编程的外部计算机、或与接收器封装在一起的适当编程的微处理器、或设计用于通过使用传声器数据来计算器具位置的ASIC。在器具作为笔使用的情况下，该***用于例如将手写体数字化。
可选地，即使当器具在1秒内移过区域的宽度时，控制器仍可在该区域内的任何地方以该区域宽度的2％以内、或1％以内、或0.5％以内、或0.2％以内、或0.1％以内、或0.05％以内、或0.02％以内、或0.01％以内、或0.005％以内的精度找到器具的位置，其中该区域为至少5cm2、或至少10cm2、或至少15cm长×20cm宽、或至少20cm2、或至少50cm2、或至少100cm2、或至少200cm2、或至少400cm2。这样的定位精度可通过例如使用在20kHz和80kHz之间的范围或上文针对传声器提及的任何其它可能范围内的频率的超声来实现。
可选地，至少一个传声器具有如上所述由声透明的网所覆盖的开放壳体。备选地，使用诸如Memstech的MSM2RM-S3540传声器的合适的现有技术的MEMS传声器。
在本发明的一些实施例中，只有单个MEMS传声器，并且***只用于寻找器具的范围。在本发明的一些实施例中，有至少三个MEMS传声器，并且***用于寻找器具的三维位置。
接收器可选地搁置在定位表面上。如本文所使用，诸如“向上”(up)、“上部”(top)和“之上”(above)的术语是指离开定位表面的法线方向，而与重力方向无关，并且相对于“向上”的这个定义使用诸如“之下”(below)、“水平”(horizontal)和“横向”(lateral)的术语。例如，“水平”方向表示平行于定位表面的方向，而“在水平面之下”表示笔直或以倾斜角朝向定位表面面向。
在传声器本身的设计中，潜在有利的是避免具有在感兴趣范围内的超声频率处共振的腔体，如同传声器本身的设计中那样，在接收器的设计中，潜在有利的是避免在传声器和进来的超声波之间存在这样的腔体，并避免其中超声可从包括定位表面或接收器的表面在内的表面反射并通过多条路径到达传声器的几何配置。为此，具有一个或多个面向上的传声器至少在一定程度上是有利的。
可选地，至少一个传声器定向成使得其最大灵敏度方向在水平面之上不到30度、或介于30度到45度之间、或介于45度到60度之间、或超过60度、或超过80度。可选地，传声器的正表面的定向方向基本垂直于最大灵敏度方向，例如在30度或15度以内，并且可选地，传声器与围绕它的接收器的表面基本齐平，例如在5mm以内或在2.5mm以内或在1mm以内，或在由发射器发射的最高频率的半波长以内。可选地，传声器的表面基本平行于接收器的那个表面，例如在30度或15度以内。
可选地，除了搁置在定位表面上的底表面之外，接收器没有一个表面在水平面之下向下定向。可选地，接收器的正表面沿水平面之上不到30度、或介于30度和45度之间、或介于45度和60度之间、或超过60度的方向定向。在具有以面向上的角度定向的正表面的情况下，接收器往往会向上反射超声波，使得它们不会通过不同的路径反射回到传声器。
可选地，与其中至少一个传声器相邻的接收器的表面成凸出弯曲状，从而在超声不是从器具直接朝向传声器时，反射超声离开传声器。在本发明的一些实施例中，在器具位于定位表面的定位范围内时可在器具中的发射器的视线内的接收器的表面的每个部分是平的或凸的，可选地，从该表面移位小于所发射的最高频率超声的半波长(例如小于5mm或2.5mm或1mm)的特征除外。
在本发明的一些实施例中，器具发射诸如红外光的光，并且接收器具有至少一个用于接收光的窗口，以便使器具的超声发射器和接收器同步。备选地，通过由器具发射无线电波而由接收器中的RF接收器接收无线电波来完成同步。在本发明的一些实施例中，器具和接收器不同步，而是具有附加的传声器，该传声器用于在即使不同步时确定器具的位置。
可选地，接收器的正面具有一个这样的窗口，该窗口位于中间位置，并且在横向上的每一侧上由传声器围绕。在一些实施例中，其中一个或两个传声器位于窗口的前面，并且因此部分地遮挡窗口的视场。可选地，在传声器的另一面上与正面相邻的接收器的一侧或两侧上有另一个这样的窗口，该窗口具有包括被遮挡的视场的一部分的视场。
在本发明的一些实施例中，尤其当传声器为在壳体的基本实心的正面中包括声学端口的设计类型时，传声器安装在接收器的锥形开口的后面。如本文所使用的，“锥形开口”包括圆锥或棱锥的截顶部分(如截头椎体)的形状的开口。
在详细说明本发明的至少一个实施例之前，要理解，本发明的应用不一定局限于以下描述中阐明的和/或在附图中示出的构造细节以及组件和/或方法的排列。本发明能够有其它实施例或以多种方式实施或实现。
现在参考附图，图1A示出MEMS传声器100的侧视截面图。壳体102可选地具有实心背部，实心背部可选地包括印刷电路板(PCB)。MEMS膜104安装在底座106上，底座106安装在壳体102的背部上，并且放大器108也安装在壳体102的背部上位于底座106下方的位置。壳体102由网110覆盖，网110将在图3A-3D和图4中更详细地描述，它设计成对于设计成通过传声器接收的频率范围中的超声波很大程度地透明。可选地，使MEMS膜104位于网后不太远的位置，例如在网的对于传声器的最高操作频率时的半波长以内，或在网的1mm以内，或在网的0.5mm以内。使MEMS膜位于靠近网110的位置避免了在传声器的操作频率范围中在网和膜之间产生共振体积。
可选地，对于传声器的操作频率范围中的至少一部分，网对穿过它的超声波具有相对较小的影响。例如，与移走网时传声器的特性相比，对于来自传声器的最大灵敏度方向的声音，或对于来自网前面任何方向的声音，对于操作频率范围中的至少一个频率，网引起不到10dB的传声器灵敏度损失。可选地，这对于操作频率范围内的所有频率都成立，例如对于20kHz和70kHz之间的频率或对于上述任何其它范围内的频率都成立。可选地，操作频率的范围是大于20kHz的对于20kHz以上的任何频率灵敏度在最大灵敏度的40dB以内的范围。
传声器100的总体尺寸为例如高度介于3和6mm之间、厚度介于1mm和2mm之间、且宽度介于2.5和5mm之间。在示范实施例中，传声器为4.72mm高、3.76mm宽及1.25mm厚，该尺寸与KnowlesAcoustics的SPM0102型MEMS传声器相同。
图1B从正面示出移走网110时的传声器100。为了使传声器对超声具有宽频带响应，MEMS膜104可选地靠近膜110。可选地，在传声器内部、尤其是在MEMS膜附近具有相对较少的空的空间，以避免形成共振腔。例如，没有空的空间大到足以容纳边长为1mm的立方体，或没有空的空间大到足以容纳边长为0.8mm的立方体，或没有空的空间大到足以容纳边长为1.2mm的立方体。可选地，为此，区112被填实。从正面看，底座106和MEMS膜104可选地位于壳体102的中心附近，以避免使传声器100的方向灵敏度非常依赖于方位角。传声器100的方向灵敏度还相对独立于传声器正表面的角度，因为传声器100的尺寸相当于或小于传声器的使用频率范围中的超声的波长。
图2A是与传声器100类似的MEMS传声器202的正视图，其中网210覆盖该传声器202。传声器202的正表面的部分是实心“拾取和放置”区域212。特别地，如果区域212是实心的，那么潜在有利的是填满其下方的区域，即图1B中的区112，以避免在那里产生共振腔。图2B示出备选的传声器214，其在底部附近、例如在放大器108上方具有拾取和放置区域216，以使得在它下面不会有共振腔。备选地，拾取和放置区域位于不会大大覆盖MEMS膜的任何地方，并填满其下方的体积。可选地，“拾取和放置”区域的最小尺寸小于1mm或2mm，或其最大尺寸小于1mm或2mm或3mm或4mm，或其覆盖小于传声器的正面面积的10％，或小于该面积的20％，或小于该面积的30％。
图3A示出可用于例如传声器214的具有圆孔的网300。可选地，该网的高度和宽度等于传声器100或传声器202或传声器214的正面尺寸，例如为4.72mm高×3.76mm宽。实心区域302不具有任何孔，它可选地为1mm高×1.3mm宽，并提供诸如区域216的拾取和放置区域。具有MEMS膜104的底座106在网300后面可见。图3B、3C和3D示出网304、306和308的备选设计。在这些网中，区域302在不同的位置，它们逐渐地靠近MEMS膜。
网300和所示的其它网设计对于感兴趣频率的超声波很大程度地透明，因为孔均小于最高操作频率时的超声的半波长，并且孔构成网面积的很大一部分，在网300的情况下约为35％，所以填充因子为65％。可选地，网的填充因子小于70％，或小于60％，或小于50％，或小于40％，或小于30％，或小于20％。
例如，空气中80kHz超声的波长约为4mm，而网300中的孔的直径是0.4mm，其小于半波长。可选地，孔的直径小于最高操作频率时的波长除以2π。可选地，孔小于0.7mm、或0.6mm、或0.5mm、或0.4mm或0.3mm。网300中孔之间的最窄距离为例如0.15mm，这足够大，而使得可相对便宜地制造网而不会破损。可选地，网薄于最高操作频率时的波长的四分之一，例如薄于0.3mm、或0.2mm、或0.1mm或0.05mm。
可选地，孔的形状为圆形或六边形或矩形，并且例如它们的中心按菱形网格排列，例如按正方形网格、或等边三角形网格(象蜂窝)或矩形网格排列。
图4示出具有按蜂窝图案排列的规则六边形孔的网400的部分，这些孔构成网面积的约78％，所以填充因子仅为约22％。六边形孔的直径为0.4mm，这和网300中的圆形孔一样，但相邻孔之间的间距仅为0.05mm。该网由例如0.05mm厚的不锈钢制成。可选地，对于任何网设计，有个实心区域架起(frame)这个网，这个实心区域经过例如壳体四周以及中心的穿孔区域。架起区域可使网具有机械强度和硬度，由此具有可将网更多地装配到壳体而不会使网破损或变形的潜在优势。
图5A-5D示出备选的现有技术设计的MEMS传声器500，之所以在这里示出是因为它也适合用于将在下图11A-11C中描述的声学定位***。传声器500称为“Exox”型设计，它类似于例如Memstech的MSM2RM-S3540型传声器。图5A示出侧视图。具有MEMS膜104的底座106和放大器108安装在壳体的正面502上，除了声学端口504以外，正面502基本上是实心的，它可选地包括印刷电路板。底座106安装在声学端口504上方，其中MEMS膜104背对正面502。虽然在底座106的内部存在空的空间，超声波穿过该空的空间以便到达MEMS膜104，但该空的空间不会对感兴趣的频率形成共振腔，因为其尺寸远低于对于感兴趣的超声频率在空气中的波长。壳体还包括基本实心的背面506和侧面510，背面506也可选地包括印刷电路板。可选地，背面506具有用于将传声器500安装在声学定位***的接收器中的PCB焊盘508，这将在下面描述。图5B从背面示出传声器500的视图，其中移走了背面506，使得MEMS膜104、底座106和放大器108可见。图5C从正面示出传声器500，其中正面502和声学端口504可见。图5D从背面示出传声器500，其背面506在适当位置，并且焊盘508可见。
图6A示出声学定位***的接收器600的俯视图。该***使用诸如红外光的光来使接收器和器具(未示出)中的超声发射器同步，该器具的位置正在被跟踪。光学窗口602位于接收器600的正面的中心，当定位***正在操作时，窗口602面向器具。可选地，窗口602择优地发射所用光(例如红外光)的波长。
MEMS传声器604和606位于窗口602的两侧上比窗口602更靠前的位置。将传声器放在更靠前的位置的潜在优势是，来自器具的几乎所有超声可直接到达传声器，而不会从接收器600的其余部分反射或不会与接收器600的其余部分交互，从而引入多条路径。但是，传声器604和606遮挡了窗口602到侧面的部分视场。可选地，附加窗口608和610位于接收器600的与正面相邻的侧面上，并且窗口608和610提供包括窗口602的被传声器604和606遮挡的视场的至少一部分的视场。
图6B是接收器600的侧视图。可选地，包括传声器604的接收器600的正面定向为使得它在水平面之上以倾斜的角度(例如约30度)面向。该定向使得到达接收器600的正面但不到达传声器的超声波向上反射，以致于它们将不易于通过不同路径回到传声器。使超声波的很大一部分通过多条路径从器具中的发射器到达传声器可导致***具位置时产生误差。
图7示出不同设计的接收器700。在接收器700中，在接收器的正面上有窗口702，例如红外窗口，它被两个MEMS传声器704和706围绕，但这些MEMS传声器不是位于窗口702的前面，并且不会遮挡窗702的视场。侧面上没有附加窗口。在本发明的其它实施例中，一个传声器位于第一窗口的前面，从而遮挡其视场的一部分，而另一面上的传声器不是位于第一窗口的前面，并且不会遮挡其视场。可选地，在一侧上、例如在其中传声器遮挡第一窗口的视场的那一侧上有附加窗口。
图8示出根据本发明不同实施例的接收器800的侧视图。在接收器800中，传声器802基本面向上。可选地，另一个传声器也基本面向上，因为它在图8的侧视图中在传声器802的后面，所以它不可见。可选地，传声器802安装在接收器800的底部的印刷电路板804上。因为传声器802和可选地另一个传声器相对降低，所以它们不会遮挡位于较高位置(例如，在表面806上)的窗口的视场。表面806可选地向上倾斜地定向，以使得它不会将超声反射回到传声器802。虽然传声器802的最大灵敏度方向可选地为直向上，但是传声器802仍然对来自侧面(即，图8中的左面)的超声具有相当大的灵敏度，这是因为传声器802的尺寸相当于或小于波长，因此它具有广的角视场。可选地，将传声器802设计成使得它特别在平行于其表面或尤其平行于图8中其左面的方向上具有增强的灵敏度。备选地，传声器802为全向传声器。
图9示出声学定位***的接收器900的侧视图。书写器具902在诸如一张纸的定位表面904上移动，并发射超声波到位于接收器900的正面上的MEMS传声器906。通常，如下面针对图10所描述，还可有第二MEMS传声器，它在图9中没有示出，因为它不在本图的平面内，而是例如在传声器906的后面。
沿路径908行进的超声波从器具902直接到达传声器906。沿路径910行进的超声波在传声器906上方碰到接收器900，并从与该传声器相邻的接收器900的正面的凸出弯曲部分弹开。凸出弯曲度使得反射波上行并发散开，从而使得它们不太可能再反射回到传声器906，即，不太可能通过与沿路径908行进的超声波不同的路径到达传声器。沿路径912行进的超声波也不会到达传声器906，而是在传声器下方从接收器900的正面朝向定位表面904以及器具902反射。
传声器906设置在适度靠近接收器900的底部和定位表面904的位置，以便将在传声器的下方从接收器弹开之后找路回到传声器的任何超声波的功率降至最低，并将沿路径908直接到达传声器906的超声波与在从定位表面904弹开之后到达传声器906的任何超声波之间的路径长度差减至最小。但是，传声器906不能太靠近定位表面904，以使得超声波可以在不受表面904中的任何***或其它不规则物影响的情况下到达传声器906。可选地，传声器906的正表面的中心、或传声器内的MEMS膜的中心位于接收器900底部之上不超过10mm或5mm或2mm，或不超过定位***所使用的基本最高的频率时的半波长。可选地，传声器906的正表面的中心、或传声器内的MEMS膜的中心位于接收器900底部之上或定位表面的任何不规则物之上至少1mm或2mm。
可选地，传声器906的表面与接收器900的正面齐平。这样做的潜在优势是，到达接收器900的正面的超声波基本上不会与传声器906交互，除非它们到达传声器906本身。就k-空间而言，传声器906对超声平面波的响应不会很依赖于传声器处的波与传声器的相邻位置处的波之间的相位差，而是仅仅最多依赖于传声器上的相位差。因为传声器906的直径通常小于或相当于声学定位***所使用的频率时的超声的波长，所以这意味着传声器906具有宽的角度响应。在传声器906内没有重要的共振腔或其它共振效应的前提下，传声器的有效大小可仅为MEMS膜的直径，并且角度响应甚至可更宽。具有宽角度响应潜在地允许定位***在定位表面的更宽范围内操作，和/或在接收器更靠近定位表面的有用区域的情况下操作，这可降低功率需求和/或提高***的精度。
图10示出与图9中的接收器900类似的用于声学定位***的接收器1000。接收器1000具有传声器1002和1004。具有两个分开一定距离的传声器使得声学定位***可以通过测量发射器和这两个传声器中的每个传声器之间的时间延迟或相位差来确定发射超声的器具的二维位置。可选地，传声器1002具有保护架子1006，而传声器1004具有保护架子1008。可选地，一个或两个架子关于水平和/或垂直反射对称，这具有使得每个传声器的方向灵敏度更对称的潜在优势。可选地，与定位***所用的频率范围中的超声波长相比，每个架子(grill)的部件以及它们之间的空间都较小，并且架子可选地覆盖其传声器前面的区域的相对小的部分。通过这些设计特征，架子很大程度上对超声透明，并且传声器仍可具有使得其表面与接收器的表面有效齐平的声学优势。特别地，架子将传声器对控制器用来***具位置的任何频率的灵敏度降低不到10dB。架子可保护传声器、特别是保护MEMS膜免遭例如锋利物体的损坏。如果传声器位于接收器的表面上或其附近，那么这尤其有用。
如本文所定义，如果在没有保护架子的情况下安装在接收器中的传声器的正表面与接收器的环绕表面“齐平”或“基本齐平”，那么即使它有保护架子覆盖，仍认为它齐平或基本齐平。
图11A、11B和11C示出在声学定位***的接收器中安装如上文在5A-5D中描述的MEMS传声器500的不同方法。传声器500具有正面502，正面502可选地由印刷电路板构成，在正面502上安装有MEMS膜的底座和放大器。位于传声器500内部的底座安装在正面502中的声学端口504上方。在如图11A-11C所示的所有三个配置中，示出接收器的前壁1100，前壁1100可选地具有锥形开口1102，其顶点位于声学端口504处。可选地，锥形开口具有至少60度、或90度或120度的张开角。可选地，开口的总长度小于定位***所用的基本最高频率时的声音的半波长。使用这样的大张开角和/或使用这样的短的开口的潜在优势是，来自器具的超声不会通过多条路径到达传声器，或不会在开口中形成驻波。
图11A中，传声器500的正面502安装在另一片柔性印刷电路板1104上，而电路板1104直接安装在前壁1100的内表面上。印刷电路板1104具有与声学端口504和锥形开口1102同心的开口，可选地，该开口的直径介于两者中间，以形成锥形开口1102的相对平滑的延续。
在图11B中，传声器500的正面502较长，它有一部分1106延伸到传声器500的上边缘之上，并且正面502直接安装在前壁1100的内表面上。
在图11C中，传声器500的正面502直接安装在前壁1100的内表面上，并且在传声器500的背面上有另一个印刷电路板1108。
图11A中的柔性印刷电路板1104、图11B中的延伸部分1106以及图11C中的印刷电路板1108均可选地用于在例如采用机械方法将传声器500安装在前壁1100的内表面上时帮助固持传声器500。另外地或备选地，板1104、延伸部分1106和板1108可选地用于提供传声器和电子板之间的连接，图中未示出电子板，它可选地位于接收器1000内部在传声器的后面。可选地，如果控制器位于接收器中，则电子板包括控制器；和/或如果控制器位于接收器外部，则电子板可包括到外部控制器的连接；和/或电子板包括到用于提供控制器的输出的电缆或无线设备的连接。
本文所用的术语“约”是指±10％。
术语“包括”(comprise/comprising)、“包含”(include/including)、“具有”和它们的词形变化表示“包含但不限于”。该术语涵盖术语“由...组成”和“基本上由...组成”。
短语“基本上由...组成”表示构成或方法可包含附加的成份和/或步骤，但这是以这些附加成份和/或步骤不会在本质上改变要求权利的构成或方法的基本和新颖特性为前提的。
除非上下文清楚地规定，否则本文所用的单数形式“一”和“该”包括复数引用。例如，术语“复合物”或“至少一种复合物”可包含多种复合物，包含其混合物在内。
在本申请中，可以用范围格式来介绍本发明的各种实施例。应理解，范围格式的描述只是为了方便和简短起见，而不应解释为是对本发明的范围的不可改变的限制。因此，应将范围的描述看作是特定公开所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如，诸如从1到6的范围的描述应看作是特定公开诸如从1到3、从1到4、从1到5、从2到4、从2到6、从3到6等的子范围以及该范围内诸如1、2、3、4、5和6的各个数字。不管范围的宽度如何，这都适用。
无论何时本文指示数值范围，它都是想要包含所示范围内引用的任何数字(小数或整数)。“在”第一指示数和第二指示数“之间变化/之间的范围”以及“从”第一指示数“到”第二指示数“之间变化/之间的范围”这两个短语在本文可互换使用，它们想要包含第一指示数和第二指示数以及它们之间的所有小数和整数。
应明白，为了清楚起见而在单独的实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可在单个实施例中组合提供。相反地，为了简短起见而在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可在所描述的本发明的任何其它实施例中单独地、或以任何适合的子组合、或以适合的方式提供。不应将各种实施例的上下文中描述的某些特征看作是那些实施例的本质特征，除非是这些实施例没有那些要素就不能实行。
虽然结合其特定实施例描述了本发明，但是很显然，许多替代、更改和变形对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，希望包括所有落入所附权利要求的精神和宽范围内的这样的替代、更改和变形。
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请通过引用完整结合于本说明书中，就好像特定且单独地指示每个个别的出版物、专利或专利申请通过引用结合于本文一样。另外，本申请中对任何参考文献的引用或识别不应解释为承认该参考文献可用作本发明的现有技术。就使用章节标题来说，它们不应解释成是必要的限制。

Claims (68)

1.一种MEMS传声器，包括：
a)具有开放正面的壳体；
b)安装在底座的一个面上的MEMS膜，所述底座安装在所述壳体内部基本封闭的面上；以及
c)覆盖所述正面的网，所述网对于所述传声器灵敏的操作频率范围内的至少一些频率基本声透明。
2.根据权利要求1所述的传声器，还包括安装在所述壳体中的放大器。
3.根据权利要求1或2所述的传声器，其中存在大于25kHz的第一频率，在所述第一频率，所述传声器的灵敏度大于-60 dB，0 dB的定义为1伏特/帕斯卡。
4.根据权利要求3所述的传声器，其中所述第一频率大于40kHz。
5.根据权利要求4所述的传声器，其中所述第一频率大于70kHz。
6.根据权利要求5所述的传声器，其中所述第一频率大于100kHz。
7.根据权利要求3-6中任一权利要求所述的传声器，其中所述第一频率时的灵敏度大于-50dB。
8.根据权利要求7所述的传声器，其中所述第一频率时的灵敏度大于-40dB。
9.根据权利要求8所述的传声器，其中所述第一频率时的灵敏度大于-30dB。
10.根据权利要求3-9中任一权利要求所述的传声器，其中所述第一频率时的灵敏度比20kHz时所述传声器的灵敏度低不到40dB。
11.根据权利要求10所述的传声器，其中所述第一频率时的灵敏度比20kHz时所述传声器的灵敏度低不到30dB。
12.根据权利要求11所述的传声器，其中所述第一频率时的灵敏度比20kHz时所述传声器的灵敏度低不到20dB。
13.根据权利要求3-12中任一权利要求所述的传声器，其中所述第一频率时的灵敏度比在20kHz和所述第一频率之间的频率的以分贝计的灵敏度的平均值低不到40dB。
14.根据权利要求13所述的传声器，其中所述第一频率时的灵敏度比在20kHz和所述第一频率之间的频率的灵敏度的最大值低不到40dB。
15.根据权利要求3-14中任一权利要求所述的传声器，其中在20kHz和所述第一频率之间的某处，在至少10kHz内，灵敏度变化不超过6dB。
16.根据权利要求15所述的传声器，其中在20kHz和所述第一频率之间的某处，在至少20kHz内，灵敏度变化不超过6dB。
17.根据权利要求16所述的传声器，其中在20kHz和所述第一频率之间的某处，在至少40kHz内，灵敏度变化不超过6dB。
18.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传声器，其中对于大于20kHz的灵敏度在最灵敏频率的40dB内的操作频率范围，对于所述网前面的方向，所述传声器的方向灵敏度变化不超过30dB。
19.根据权利要求18所述的传声器，其中对于所述操作频率范围，对于所述网前面的方向，灵敏度变化不超过20dB。
20.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传声器，其中基本实心的那一面是与所述正面相对的背面，并且以所述MEMS膜面向所述正面来安装所述底座。
21.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传声器，其中所述壳体不具有包括边长为2mm的立方体的内部空体积。
22.根据权利要求21所述的传声器，其中所述壳体不具有包括边长为1.5mm的立方体的内部空体积。
23.根据权利要求22所述的传声器，其中所述壳体不具有包括边长为1mm的立方体的内部空体积。
24.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传声器，其中所述网具有小于70％的填充因子。
25.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传声器，其中所述网中基本所有孔具有小于0.6mm的直径。
26.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传声器，其中所述网中的所述孔的中心基本上按菱形网格排列。
27.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传声器，其中对于定义为大于20kHz的频率且具有在大于20kHz的最灵敏频率的40dB内的灵敏度的操作频率范围中的至少一个频率，对于所述网前面的一个方向，相对于移走所述网时的所述传声器，灵敏度降低不到10dB。
28.根据权利要求27所述的传声器，其中对于所述操作频率范围内的所有频率，对于所述网前面的至少一个方向，相对于移走所述网时的所述传声器，灵敏度降低不到10dB。
29.根据权利要求27或28所述的传声器，其中对于所述操作频率范围中的至少一个频率，对于所述网前面的所有方向，相对于移走所述网时的所述传声器，灵敏度降低不到10dB。
30.根据权利要求29所述的传声器，其中对于所述操作频率范围内的所有频率，对于所述网前面的所有方向，相对于移走所述网时的所述传声器，灵敏度降低不到10dB。
31.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传声器，其中所述正面包括至少1mm2的用于拾取和放置的实心区域。
32.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传声器，其中所述正面包括用于拾取和放置的实心区域，并且在所述实心区域的正下方实心填充所述壳体。
33.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传声器，其中所述膜在所述网后不到1mm的位置。
34.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传声器，其中所述壳体具有基本对称的平面，并且所述MEMS膜的中心在所述基本对称平面的等于所述壳体的最大直径的10％的距离以内。
35.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传声器，其中所述壳体包括平坦面，所述底座安装在所述平坦面上，所述MEMS膜的中心在所述壳体的最大直径的10％以内与所述平坦面的中心对准。
36.根据前述权利要求中任一权利要求所述的传声器，最大尺寸小于7mm。
37.一种声学定位***，包括：
a)包括至少两个MEM传声器的接收器，所述接收器响应它接收的超声波而生成信号；
b)在定位表面上相对于所述接收器移动的器具，所述接收器搁置在所述定位表面上方，所述器具包括至少一个向所述接收器发射超声波的超声发射器；以及
c)使用所述信号来跟踪所述器具在所述定位表面上的位置的控制器。
38.根据权利要求37所述的***，其中当以小于20cm/sec的任何速度移动时，所述控制器在至少15cm×20cm的区域上以4mm以内的精度跟踪所述器具的位置。
39.根据权利要求37或38所述的***，其中在所述接收器上安装至少一个传声器，以使得当所述接收器搁置在所述定位表面上时，所述壳体的正面面向水平面之上。
40.根据权利要求39所述的***，其中所述传声器的所述正面在水平面之上超过45度面向。
41.根据权利要求39所述的***，其中所述传声器的所述正面在水平面之上小于45度面向。
42.根据权利要求37-41中任一权利要求所述的***，其中当所述接收器搁置在所述定位表面上时，所述传声器的中心位于所述定位表面之上不到10mm的位置。
43.根据权利要求37-42中任一权利要求所述的***，其中当所述接收器搁置在所述定位表面上时，所述传声器的中心位于所述定位表面之上至少1mm的位置。
44.根据权利要求37-43中任一权利要求所述的***，其中在所述接收器上安装至少一个传声器，以使得所述传声器的外表面与邻近于并围绕所述传声器的所述接收器的表面基本齐平。
45.根据权利要求44所述的***，其中所述接收器的所述表面基本平行于所述传声器的所述外表面。
46.根据权利要求37-45中任一权利要求所述的***，其中与至少一个传声器相邻的所述接收器的表面成凸出弯曲状。
47.根据权利要求37-46中任一权利要求所述的***，其中除了搁置在所述定位表面上的底表面之外，所述接收器基本上没有表面沿水平面之下的方向定向。
48.根据权利要求37-47中任一权利要求所述的***，还包括至少一个安装在所述器具上的光学发射器和位于所述接收器中的至少一个窗口，所述至少一个窗口接收来自所述至少一个光学发射器的光，以使所述接收器和所述器具的所述至少一个超声发射器同步。
49.根据权利要求48所述的***，其中所述光为红外光。
50.根据权利要求48或49所述的***，其中所述接收器包括具有所述至少一个窗口中的第一窗口的正面以及在所述第一窗口的相对两侧上横向排列的所述至少两个传声器中的第一和第二传声器。
51.根据权利要求50所述的***，其中至少所述第一传声器在所述第一窗口的前面，从而遮挡所述第一窗口的视场的一部分。
52.根据权利要求51所述的***，其中所述接收器还包括安装在与所述第一传声器相邻的所述接收器的第二面上的第二窗口，所述第二窗口具有包括被所述第一传声器遮挡的所述第一窗口的视场的至少一部分的视场。
53.根据权利要求52所述的***，其中所述第二传声器也在所述第一窗口的前面，从而在与所述第一传声器所遮挡的部分相对的一侧上遮挡所述第一窗口的视场的一部分，并且所述接收器还包括安装在与所述第二传声器相邻的所述接收器的第三面上的第三窗口，所述第三窗口具有包括被所述第二传声器遮挡的所述第一窗口的视场的至少一部分的视场。
54.根据权利要求37-53中任一权利要求所述的***，还包括安装在所述器具上的至少一个RF发射器以及位于所述接收器中的至少一个RF接收元件，所述至少一个RF接收元件接收来自所述至少一个RF发射器的无线电波，以使所述接收器与所述器具的所述至少一个超声发射器同步。
55.根据权利要求37-43或47-53中任一权利要求所述的***，其中将所述传声器中的至少一个传声器的正面直接或间接地安装到所述接收器的正面的内表面上位于所述接收器的小于5mm长的锥形开口的后面的位置，所述传声器具有包含声学端口的基本实心的正面以及位于底座上的面向后面的MEMS膜，所述底座安装在所述正面的内表面上所述声学端口的上方。
56.根据权利要求37-55中任一权利要求所述的***，其中所述接收器包括覆盖所述传声器中的至少一个传声器的保护架子。
57.根据权利要求37-54或56中任一权利要求所述的***，其中所述传声器中的至少一个传声器是根据权利要求1-36中任一权利要求所述的传声器。
58.根据权利要求37-57中任一权利要求所述的***，其中当所述接收器搁置在所述定位表面上时，在用于跟踪所述器具的区域中的任何地方面向所述器具的所述接收器的正表面以相对于所述定位表面大于100度的角度定向。
59.根据权利要求55所述的***，还包括柔性印刷电路板，通过所述电路板将所述传声器的所述正面安装到所述内表面。
60.根据权利要求55所述的***，其中所述传声器的所述正面直接安装到所述内表面。
61.根据权利要求60所述的***，其中所述传声器的所述正面包括延伸越过所述传声器的边缘至少1mm的印刷电路板，所述印刷电路板的所述延伸部分的背部因此提供在将所述传声器装配到所述接收器期间用于操纵所述传声器的附着表面。
62.根据权利要求56所述的***，其中当所述接收器搁置在所述定位表面上时，所述架子关于水平反射对称。
63.根据权利要求56或62所述的***，其中当所述接收器搁置在所述定位表面上时，所述架子关于垂直反射对称。
64.根据权利要求56、62或63中任一权利要求所述的***，其中所述架子的填充因子小于50％。
65.根据权利要求56、62-64中任一权利要求所述的***，其中所述架子的部件之间的间距小于所述控制器用来跟踪所述器具的位置的信号的基本最高频率分量的超声的半波长。
66.根据权利要求37-65中任一权利要求所述的***，其中所述接收器包括位于至少一个传声器后面的电子板，并且所述传声器的壳体的背部的外表面包括到所述电子板的连接。
67.根据权利要求1-36中任一权利要求所述的传声器，其中所述网包括导电材料。
68.根据权利要求56或62-65中任一权利要求所述的***，其中对于所述控制器用来跟踪所述器具的位置的信号的任何频率分量，在所述架子放好的情况下，相对于移走所述架子时的灵敏度，所述传声器的灵敏度下降不到10dB。
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