KR20050032575A - 전자 장치에 대한 초음파 변환기 - Google Patents

전자 장치에 대한 초음파 변환기 Download PDF

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토다미노루
클레퍼죠수아
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메저먼트 스페셜티스, 인크.
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Abstract

하우징과 상기 하우징에 집적된 초음파 변환기 요소를 포함하는, 전자 장치에 대한 초음파 변환기. 변환기 요소는 수신기 모드와 송신기 모드 중 적어도 하나에서 동작할 수 있다. 수신기 모드에서, 변환기 요소는 충돌 음향 신호에 응답하여 전기 신호를 생성한다. 송신기 모드에서, 변환기 요소는 이에 인가된 전기 신호에 응답하여 음향 신호를 생성한다. 하우징은 변환기 요소가 이들 신호를 생성하도록 변환기 요소의 기계적 압력을 보장하는 적어도 하나의 표면을 갖는다.

Description

전자 장치에 대한 초음파 변환기{ULTRASONIC TRANSDUCER FOR ELECTRONIC DEVICES}
본 출원은 2002년 7월 18일에 출원된 미국 특허가출원번호 제60/396,954를 USC 119(e)를 근거로 우선권으로 주장하며, 이는 전체가 참조로서 여기에 포함된다.
본 발명은 초음파 변환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전자 장치에서 사용되는 초음파 변환기에 관한 것이다.
이동가능한 펜과 같이 휴대용 철필상에 원격 탑재 또는 위치한 초음파 변환기와 다른 원객 배치된 변환기와의 통신은 펜의 위치를 결정하여 궁극적으로 철필 움직임에 관련된 정보를 재생할 수 있게 한다. 이러한 상대적으로 "고정된" 장비(휴대용 철필상에 탑재된 변환기에 대하여)는 그럼에도 불구하고 셀룰러 폰, PDA 등의 핸드헬드 디지털 장치, 노트북, 컴퓨터, 게임, 단독형 장치 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는 휴대용 전자 장비를 포함할 수 있다. 다른 장비는 개인용 컴퓨터, 전화기 등에 대한 키보드를 포함할 수 있다. 철필 위치에 관련된 디지털 정보는 도면, 지도, 삽화뿐만 아니라 이메일, 팩스 전송, 문서 생성, 및 문서 및 파일 생성(워드 프로세서와 함께), 또는 컴퓨터 게임을 위한 입력 장치에 대하여 제한됨이 없이 사용될 수 있다.
이들 애플리케이션 각각에서, 이러한 전자 장치 내의 초음파 변환기의 집적은 변환기가 거의 보이지 않도록 하고 변환기가 주름져서 먼지 또는 오물 입자에 더렵혀지지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 특성은 휴대용 전자 장치에 대하여 특히 이점이 있다.
또한, 종래의 소형 변환기 어셈블리는 통상 낮거나 바람직하지 않은 감도를 제공하고, 체적이 크며, 제어 불가능한 공진 주파수 조건을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 임베디드된 초음파 변환기의 일 실시예.
도 2 내지 도 5, 도 6a 내지 6e, 도 7a 및 도 7b, 도 8a 및 도 8b, 도 9a 및 도 9b, 도 10a 및 도 10b, 및 도 11 내지 14는 본 발명의 임베디드된 초음파 변환기의 다른 실시예.
도 15는 본 발명의 초음파 변환기를 포함하는 디지타이저 시스템의 일 예.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 클램핑 초음파 변환기의 단면도.
도 17은 도 16의 백 플레이트의 정면 사시도.
도 18은 도 16의 프런트 커버의 후면 사시도.
도 19는 도 16의 변환기의 그리드 구조의 개략 측면도.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 클램핑 초음파 변환기의 단면도.
도 21은 도 20의 백 플레이트의 정면 사시도.
도 22는 도 20의 프런트 커버의 후면 사시도.
도 23은 80㎑ 음향 신호에 대하여 도 16의 변환기에 관련된 다양한 차원의 계산된 성능을 나타내는 도면.
도 24는 본 발명의 일 양태에 따른 변환기 수신기에 초음파 신호를 전달하는 휴대용 철필 (stylus) 상에 탑재되는 송신기를 포함하는 디지타이저 시스템 관련 신호 흐름의 개략 예시도.
도 25는 본 발명의 일 양태에 따른 수신 초음파 변환기 관련 처리 철필을 나타내는 블록도.
도 26은 도 16의 변환기 관련 컴포넌트의 분해도.
도 27은 도 26에 도시된 변환기 요소와 백 플레이트의 정면 사시도.
도 28은 도 27에 도시된 조립 컴포넌트의 후면 사시도.
도 29는 본 발명의 이중 클램핑 초음파 변환기의 다른 실시예에 따른 분해도.
도 30a는 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 임베디드 초음파 마이크로 수신기의 사시도.
도 30b는 보호 그리드가 형성된 도 30a에 도시된 구조의 사시 절단도.
도 31은 진행 초음파 신호를 수신하는 전자 장치의 외부 표면에 형성된 음향 간극을 나타내는, 도 30a의 마이크로 수신기 구조의 분해도.
도 32는 도 31에 도시된 백 플레이트의 사시도.
도 33a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 임베디드 초음파 마이크로 수신기의 사시도.
도 33b는 보호 그리드가 형성된, 도 33a의 도시된 구조의 사시 절단도.
도 34는 진행 초음파 신호를 수신하는 전자 장치의 외부 표면에 형성된 음향 간극을 나타내는, 도 33a의 마이크로 수신기 구조의 분해도.
도 35a 및 도 35b는 각각 본 발명의 다른 실시예의 초음파 수신기에 대한 사시도와 단면도.
도 35c 및 도 35d는 각각 별도, 개별 또는 모듈 유닛으로서 구현되는 도 35a 및 도 35b의 임베디드 초음파 마이크로 수신기를 나타내는 단면도와 사시도.
도 35e 및 도 35f는 별도, 개별, 또는 모듈 유닛으로 구현되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 마이크로 수신기를 나타내는 사시도.
도 36은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 마이크로 수신기의 개략도.
도 37은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 마이크로 수신기의 개략도.
도 38a 및 도 38b는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 마이크로 수신기의 사시도와 단면도.
도 39a 및 도 39b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 마이크로 수신기의 개략도.
도 39c 및 도 39d는 별도, 개별, 또는 모듈 유닛으로 구현되는 도 39a 및 도 39b의 임베디드 초음파 마이크로 수신기를 나타내는 개략도.
도 40은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 마이크로 수신기를 나타내는 개략도.
도 41a는 단일 형태 구조를 포함하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 마이크로 수신기를 나타내는 개략도.
도 41b는 도 41a의 초음파 마이크로 수신기에 대한 데이터를 포함하는 표.
도 42와 도 43a 및 도 43b는 용량성 마이크로 머신 초음파 변환기 구조를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 초음파 마이크로 수신기를 나타내는 개략도.
도 44a 내지 도 44c는 본 발명의 초음파 변환기 구조가 사용될 수 있는 예시적인 컴퓨터 애플리케이션을 나타내는 도면.
도 45a 및 도 45b는 변환기 요소 아래에 경사진 하우징 벽 부분의 외부 표면에 리세스가 제공되는, 도 33a 및 도 33b의 다른 실시예에 따른 임베디드 초음파 마이크로 수신기를 나타내는 도면.
따라서, 변환기가 외부 위치에서 거의 보이지 않도록 전자 장치의 하우징에 통합될 수 있고 상기 문제점들을 극복하는 초음파 변환기가 상당히 필요하다.
또한, 변환기와 이에 결합된 하우징이 모듈러 유닛으로서 저자 장치의 수납 캐비티 또는 리세스 영역에 삽입가능하도록 전자 장치의 모듈 컴포넌트인 초음파 변환기를 구비하는 것이 바람직하며, 이에 의해, 리세스 영역 또는 수납 캐비티에 삽입된 경우, 결합하우징을 포함하는 변환기는 전자 장치의 하우징의 외부 표면과 동일 평면이거나 리세스된다. 또한, 얇고 경제적이며 조립이 용이하고 증가된 감도를 갖는 변환기 어셈블리가 요구된다.
본 발명의 제1 양태는 셀룰러 폰, PDA, 노트북 컴퓨터, 마이크로 카세트 레코더, 및 게임 등을 포함하지만 이제 한정되지 않는 유형의 핸드 헬드, 휴대용 전자 장치에 대한 임베디드된 초음파 변환기(EUT)이다. 또한, EUT는 개인용 컴퓨터에서 사용되는 키보드를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 유형의 전자 장치에 대하여 사용될 수 있다. EUT는 외부 지점에서 거의 보이지 않게 하도록 전자 장치의 하우징 구조 내에 포함되어 먼지 및 오물에 영향을 받지 않는다.
도면에는, 동일 부분은 동일 참조 번호로 나타내며, 이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 EUT의 일 실시예가 참조번호 100으로 도시되어 있다. EUT(100)는 통상 전자 장치의 하우징(101)의 선택된 벽 부분(102), 하우징(101)의 선택된 벽 부분(102)의 내부 표면(102b)에서 연장하는 변환기 수납 캐비티(103)에 임베디드되는 초음파 변환기 요소(110)를 포함한다.
얇은 격판(104)은 변환기 요소(110)를 지지하는 변환기 수납 캐비티(103)의 하부에 배치된다. 격판(104)은 벽 부분(102)으로 단일 형성되며, 하우징 벽 부분(102)의 외부 표면(102a)과 동일 평면인 외부 평면(104a)을 갖는다. 접지 및 차폐 전극(105)은 격판(104)의 내부 표면(104b)에 배치되며, 이 표면(104b)을 거의 커버한다. 격판(104)은 하우징 벽 부분(102)의 두께(w)보다 실질적으로 작은 두께(d)를 가지며, 바람직하게는, 벽 부분(102)의 두께(w)의 1/2보다 작다. 이는 격판(104)이 그 내부 및/또는 외부 표면(104a 및 104b)에 인가되는 충돌 음향 신호에 응답하여 진동할 수 있게 한다. 통상의 구현예에서, 얇은 격판(104)은 약 0.7㎜의 두께(d)를 가질 수 있다.
상술한 접지 및 차폐 전극(105)은 변환기 수납 캐비티(103)의 측면 벽(103a)을 따라 격판(104)의 내부 표면(104b)으로부터 하우징 벽 부분(102)의 내부 표면(102a)으로 연장한다. 따라서, 접지 및 차폐 전극(105)은 벽 부분(102)의 내부 표면(102a)에 따라 미리 선택된 거리를 연장할 수 있다.
변환기 요소(110)는 폴리비닐리딘 플로라이드(polyvinylidene fluoride; PVDF)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 압전 재료의 박막을 포함할 수 있다. PVDF 기반 변환기 요소(110)는 약 110㎛의 두께를 갖는다. 동작 전극(111)은 변환기 요소(110)의 내부 대향 표면(110b) 상에 배치되고, 이 표면(110b)을 거의 커버할 수 있다. (여기서 사용되는 "동작 전극"이라는 용어는 변환기 요소가 전자 장치의 송수신 회로와 전기적으로 통신할 수 있게 하는 전극을 지칭한다.) 변환기 요소(110)의 격판 대향 표면(110a)은 격판(104)의 내부 표면(104b)에 접착 결합된다. 변환기 요소(110; 압전 재료의 박막)의 길이가 외부 힘에 의해 팽창 또는 수축하는 경우, 이는 표면 전극(105 및 111) 상에 전압을 발생시킨다. 변환기 요소(110)의 이러한 길이 관련 응력은 격판(104)의 변형 운동에 의해 야기된다. 따라서, 격판(104)의 진동은 수신기 회로에 입력되는 전압을 생성한다. 에폭시 또는 다른 적절한 접착 결합 재료가 변환기 요소(110)를 격판(104)에 접착 결합하는데 사용될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 하우징 벽 부분(102)의 외부 표면은 실질적으로 평탄하거나 평면이다. 격판(104)과 변환기 요소(110)는 실질적으로 평탄하거나 평면이고 평면에서 원형인 것이 바람직하며, 변환기 수납 캐비티(103)는 실린더형인 것이 바람직하다. 바람직한 원형 변환기 요소(110)의 직경은 상술한 종래의 격판 및 변환기 두께에서, 통상 40㎑ 주파수 EUT(100)에서 약 8㎜이고 80㎑ 주파수 EUT(100)에서 약 5.7㎜이다. 변환기 요소(110)의 직경의 제곱은 공진 주파수에 일반적으로 반비례한다.
하우징 벽 부분(102)이 통상 전자 장치의 하우징(101)에 단일 형성되기 때문에, 하우징 벽 부분(102)과 격판(104)은 통상 전자 장치의 하우징(101)을 제작하는데 사용되는 재료와 동일하게 구성된다. 이러한 재료는 플라스틱 등의 전기적으로 절연성인 재료를 포함하지만 이에 한정되지 않으며, 이는 플라스틱 주입 조형 등의 임의의 종래의 플라스틱 형성 조형을 사용하여 형성될 수 있다. EUT(100)의 하우스 벽 부분(102; 및 격판(104))은 별도, 개별 유닛으로 형성될 수 있으며, 하우징(101)의 나머지 부분과 결합될 수도 있다.
당업자는 도 1에 구현된 EUT(100)의 하우징 벽 부분(102), 변환기 수납 캐비티(103), 격판(104), 및 초음파 변환기 요소(110)가 다른 기하 형상을 가질 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들면, 도 4는 사각 또는 정사각형의 변환기 수납 캐비티(103') 하부에 배치되는 사각 또는 정사각으로 밖으로 굽은 격판(104')과 사각 또는 정사각의 밖으로 굽은 초음파 변환기 요소(110')을 포함하는 EUT(100')을 나타낸다. 굽은 격판(104')은 휘어진다는 점에서 평탄 격판과는 상이하게 동작한다. 그 대신, 인커밍 음향 압력은 굽은 격판의 주변이 고정되어 전압이 생성되기 때문에 굽은 방향의 평면에 응력을 발생시킨다. 공진 조건 또한 상이하다. 굽은 격판(104')은 약 F0=200/R로 주어진 공진 주파수를 가지며, 여기서, R은 곡률 반경(미터)이다. 일 실시예에서, 40㎑ EUT(100')는 약 5㎜의 반경을 갖는 굽은 격판(110')을 사용하여 제작된다. 80㎑ EUT(100')는 약 2.5㎜의 반경을 갖는 굽은 격판(110')을 사용하여 제작된다. 격판 두께의 공진 주파수에 대한 영향은 굽은 막 공진기의 고유 특성이므로 무시할 수 있다.
도 1의 변환기 수납 캐비티(103), 격판(104), 및 변환기 요소(110)는 도 6a에 도시한 바와 같이 굽은 외부 및 내부 표면(102a', 102b')을 갖는 굽은 하우징 벽 부분(102')를 이용해 사용될 수 있다. 도 4의 변환기 수납 캐비티(103'), 격판(104') 및 변환기 요소(110')는 도 6e에 도시한 바와 같이 굽은 외부 및 내부 표면(102a', 102b')를 갖는 굽은 하우징 벽 부분(102')을 이용해 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 EUT의 다른 실시예를 나타낸다. 도면부호 200으로 나타낸 EUT는 전자 장치의 하우징(201)의 선택된 벽 부분(202), 하우징(201)의 선택된 벽 부분(202)의 내부 표면(202b)으로부터 연장한 변환기 수납 캐비티(203)에 임베디드되는 초음파 변환기 요소(210)를 통상 포함한다는 점에서 도 1, 4, 6a, 및 6e의 실시예와 유사하다. 그러나, 변환기 수납 캐비티(203)의 하부는 예를 들면 접착제에 의해 벽 부분(202)의 외부 표면(202a)에 별도로 접착되는 초박형 외부막(206)과 외부막(206)의 내부 표면(206b)에 접착 결합되는 내부 필드(207)을 포함하는 지지 격판 구조(204)로 도 2의 일 실시예에서 구성되어 있다. 외부막(206)은 스테인레스 재료로 이루어지거나 약 50㎛의 두께(d1)을 가질 수 있어, 외부막(206)의 외부 표면(206a)이 벽 부분(202)의 외부 표면(202a)과 실질적으로 동일 평면일 될 수 있게 한다. 내부막(207)은 폴리에스테르와 같은 비압전 고분자재료로 이루어질 수 있으며, 약 250㎛의 두께(d2)를 가질 수 있다.
차폐 및 접지 전극(205)은 벽 부분(202)의 내부 표면(202b)과 변환기 수납 캐비티(203)의 측면 벽(203a)을 따라 미리 선택된 거리를 연장한다. 차폐 및 접지 전극(205)은 외부막(206)의 내부 표면(206b) 상에 배치된 차폐 전극 부분(205a)을 포함하며, 이 표면(206b)을 거의 커버할 수 있다 접지 전극 부분(208)은 내부막(207)의 내부 표면(207b) 상에 배치되며, 거의 이 표면(207b)을 커버할 수 있다. 접지 전극 부분(208)은 차폐 전극 부분(205a) 또는 차폐 및 접지 전극(205)에 전기적으로 결합된다. 전기적 결합은 기계적 압력 컨택(209) 또는 다른 수단으로 구현될 수 있다.
변환기 요소(210)는 PVDF를 포함하지만 이에 한정되지 않는 압전 재료의 박막을 포함할 수 있다. PVDF 기반 변환기 요소(210)는 통상 약 110㎛의 두께를 갖는다. 동작 전극(211)은 변환기 요소(210)의 내부 대향 표면(210b) 상에 배치되고, 이 표면(210b)을 거의 커버할 수 있다. 변환기 요소(210)의 격판 대향 표면(210a)는 내부막(207)의 내부 표면(207b)에 접착 결합된다. 전압 생성 원리는 도 1의 실시예와 동일하다. 그러나, 변환기 요소(210; PVDF)에서 보다 큰 응력이 내부막에 기인한 두꺼운 구조에 의해 생성되기 때문에 출력의 향상 면에서 차이가 존재한다. 에폭시 또는 다른 적절한 접착 결합 재료는 내부막(207)에 변환기 요소(210)를 접착 결합하는데 사용될 수 있다.
도 2의 실시예에서 나타낸 바와 같이, 하우징 벽 부분(202)의 외부 표면은 실질적으로 평탄하거나 평면이다. 격판 구조(204)와 변환기 요소(210)의 외부 및 내부막(206)은 실질적으로 평탄하거나 평면이고 평면에서 원형인 것이 바람직하며, 변환기 수납 캐비티(203)는 실린더형인 것이 바람직하다. 바람직한 원형 변환기 요소(210)의 직경은 상술한 내부막 및 변환기 두께에 의해 40㎑ 주파수 EUT(200)에서 약 5.4㎜이고 80㎑ 주파수 EUT(200)에서 약 3.8㎜이다. 변환기 요소(210)의 두께 증가는 공진 주파수를 실질적으로 동일하게 유지하기 위해서 내부막(207)의 두께의 대응 감소를 요구한다. 변환기 요소(210)의 두께의 증가는 EUT(200)의 음향 감도를 향상시킨다.
하우징 벽 부분(202)이 통상 전자 장치의 하우징(201)과 단일 형성되기 때문에, 하우징 벽 부분(202)은 통상 전자 장치의 하우징(201)의 제조 시에 사용되는 것과 동일한 재료로 이루어진다. 이러한 재료는 플라스틱 주입 조형 등의 임의의 종래의 플라스틱 형성 방법을 사용하여 형성될 수 있는 플라스틱 등의 전기적으로 절연된 재료를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. EUT(200)의 하우징 벽 부분(202)은 별도, 개별 유닛으로서 형성되고 하우징(201)의 나머지 부분과 결합하여 형성될 수도 있다.
당업자는 도 2에 구현된 EUT(200)의 하우징 벽 부분(202), 변환기 수납 캐비티(203), 격판 구조(204)의 외부 및 내부막(206, 207), 및 초음파 변환기 요소(210)가 다른 기하 형상을 가질 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들면, 도 2의 변환기 수신 캐비티(203), 격판(204)의 외부 및 내부막(206, 207), 및 변환기 요소(210)가 굽은 외부 및 내부 표면(202a', 202b')를 갖는 굽은 하우징 벽 부분(202')을 이용하여, 도 6b에 도시한 바와 같이, 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 EUT를 나타낸다. 도면 부호 300으로 나타낸 EUT는 EUT(300)가 변환기 수납 캐비티(303)의 하부에 배치되는 플레이트형 격판(304)를 포함한다는 점을 제외하면 도 1과 도 2의 실시예와 유사하다. 격판(304)의 주변 여백부는 벽 부분(302)의 외부 표면(302a)에 형성되는 리세스(306)가 형성되어, 변환기 수납 캐비티(303)을 둘러싼다. 리세스(306) 내의 격판을 유지하기 위해 접착제가 사용될 수 있다. 접지 및 차폐 전극(305)은 플레이트형 격판(304)의 내부 표면(304b) 상에 배치되고, 변환기 수납 캐비티(303) 내부를 대향하는 이 표면(304b)의 부분을 실질적으로 커버할 수 있다. 플레이트형 격판(304)은 알루미늄 또는 스테인레스 등의 금속 재료로 이루어질 수 있으며, 약 0.6㎜의 두께(d)를 가질 수 있다. 리세스(306)의 깊이와 플레이트형 격판(304)의 두께는 바람직하게는 동일하므로, 격판(304)의 외부 표면(304a)이 벽 부분(302)의 외부 표면(302a)과 실질적으로 동일 평면이 된다.
상술한 접지 및 차폐 전극(305)은 변환기 수납 캐비티(303)의 측면 벽(303a)을 따라 플레이트형 격판(304)의 내부 표면(304b)으로부터 하우징 벽 부분(302)의 내부 표면(302b)으로 연장한다. 따라서, 접지 및 차폐 전극(305)은 벽 부분(302)의 내부 표면(302a)을 따라 미리 선택된 거리를 연장할 수 있다.
초음파 변환기 요소(310)는 리드 지르코늄 티타네이트(lead-zirconate-titanate; PZT)를 포함하지만 이에 한정하지 않은 압전 박막 재료를 포함할 수 있다. PZT 기반 변환기 요소(310)는 통상 약 300㎛의 두께를 갖는다. 동작 전극(311)은 변환기 요소(310)의 내부 대향 표면(310b) 상에 배치되고 이 표면(310b)을 거의 커버할 수 있다. 변환기 요소(310)의 격판 대향 표면(310a)는 플레이트형 요소(310)의 내부 표면(304b)에 접착 결합되어 변환기 요소(310)의 적절한 기계적 압력을 이에 인가되는 음향 입력에 응답하여 보장한다. 에폭시 또는 다른 적절한 접착 결합 재료는 변환기 요소(310)를 플레이트형 격판(304)를 접착 결합하는데 사용될 수 있다.
도 3의 실시예에서 나타낸 바와 같이, 하우징 벽 부분(302)의 외부 표면은 실질적으로 평탄하거나 평면이다. 플레이트형 격판(304)과 변환기 요소(310)는 실질적으로 평탄하거나 평면이며, 평면상으로 원형인 것이 바람직하며, 변환기 수납 캐비티(303)는 실린더형인 것이 바람직하다. 바람직한 원형 변환기 요소(310)의 직경은 상술한 통상의 격판 및 변환기 두께에 의해 40㎑ 주파수 EUT(300)에서 약 10㎜이고 80㎑ 주파수 EUT(300)에서 약 7㎜이다. 격판(304)과 변환기 요소(310)의 두꼐 조합은 상기 개시한 것과 상이할 수 있으며, 공진 주파수 또한 상이하다. 층 구조에서 각 두께가 N의 인수만큼 상이하면, 변환기 요소(310)의 직경은 N의 제곱근에 비례하여 직경이 클수록 재료가 더 두꺼워지도록 하여 공진 주파수를 일정하게 한다.
하우징 벽 부분(302)이 전자 장치의 하우징(301)에 단일 형성되기 때문에, 하우징 벽 부분(302)은 전자 장치의 하우징(301)을 제조하는데 사용되는 것과 동일한 재료로 통상 형성된다. 이러한 재료는 플라스틱 주입 조형 등의 임의의 종래의 플라스틱 형성 방법을 사용하여 형성될 수 있는, 플라스틱 등의 전기적으로 절연인 재료를 포함하며 이에 한정되지 않는다. EUT(300)는 별도, 개별 유닛으로 형성되고 하우징(301)의 나머지 부분과 결합되어 구성될 수 있다.
당업자는 도 3에 구현된 EUT(300)의 하우스 벽 부분(302), 변환기 수납 캐비티(303), 플레이트형 격판(304), 및 변환기 요소(310)가 다른 기하 형상을 가질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 도 3의 변환기 수납 캐비티(303), 격판(304), 및 변환기 요소(310)가 굽은 외부 및 내부 표면(302a', 302b')를 갖는 굽은 하우징 벽 부분(302')을 이용하여, 도 6c에 도시한 바와 같이 사용될 수 있다.
도 5는 도면 부호 400으로 나타낸, 본 발명의 또 다른 실시예의 EUT를 나타낸다. EUT(400)는 사각 또는 정사각의 변환기 수납 캐비티의 하부에 탑재되는 사각 또는 정사각의 밖으로 굽은 초음파 변환기 요소를 포함한다. 이 실시예에서는 격납 구조를 이용하지 않는다.
변환기 요소(410)는 폴리비닐리딘 플로라이드(PVDF)을 포함하지만 이에 한정되지 않는 압전 박막 재료를 포함할 수 있다. PVDF 기반 변환기 요소(410)는 통상 약 28 내지 110㎛의 두께를 갖는다. 지면 및 차폐 전극 부분(405)은 변환기 요소(410)의 외부 표면(410a)에 배치되고, 동작 전극(411)은 변환기 요소(410)의 내부 표면(410a)에 배치된다. 전극(405, 411)은 이들 표면(410a, 410b)을 거의 커버할 수 있다. 접지 및 차폐 전극(405) 부분은 변환기 수납 캐비티(403)의 측면 벽(403a)을 따라 하우징 벽 부분(402)의 내부 표면(402a)에 연장하는 접지 및 차폐 전극(406)과 통신한다. 따라서, 접지 및 차폐 전극(405)은 벽 부분(402)의 내부 표면(402b)을 따라 미리 선택된 거리를 연장할 수 있다.
변환기 요소(410)의 말단은 변환기 수납 캐비티(403)의 하부에 배치된 두개의 원형 내부 투사 마운팅 플랜지(407)에 접착 결합(클램핑)된다. 마운팅 플랜지(407)는 각각 변환기 요소(410)의 바람직한 곡률을 한정하는 굽은 탑재 표면(407a)을 갖는다. 이러한 탑재 방법은 인가되는 음향 입력 신호에 응답하여 전압을 생성하는 곡률로서 변환기 요소(410)가 형성되게 한다. 에폭시 또는 다른 적절한 접착 결합 재료는 변환기 요소(410)를 플랜지(407)의 마운팅 표면에 접착 결합하는데 사용될 수 있다.
도 5의 실시예에서 나타낸 바와 같이, 하우징 벽 부분의 외부 표면은 실질적으로 평탄하거나 평면이다. 그러나, 당업자는 굽은 외부 및 내부 표면(402a', 402b')를 갖는 굽은 하우징 벽 부분(402')은 도 6d에 도시된 바와 같은 실시예에서 사용될 수 있다.
하우징 벽 부분(402)이 통상 전자 장치의 하우징(401)과 단일 형성되기 때문에 하우징 벽 부분(402)은 전자 장치의 하우징(401)를 제조하는데 사용되는 재료와 통상 동일하게 이루어진다. 이러한 재료는 플라스틱 주사 조형 등의 임의의 종래의 플라스틱 형성 방법을 사용하여 형성될 수 있는, 플라스틱 등의 전기적으로 절연인 재료를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. EUT(400)의 하우징 벽 부분(402)은 별도, 개별 유닛으로 형성되어 하우징(401)의 나머지 부분과 결합될 수 있다.
도 7a는 본 발명의 EUT의 다른 실시예를 나타낸다. 도면 부호 500으로 나타낸 도 7a의 EUT는, 사각 또는 정사각의 밖으로 굽은 격판(504)이 하우징 벽 부분(502)의 외부 표면(502a)으로부터 리세스되어 격판의 외부 표면(504a)의 정상(504c)이 하우징 벽 부분(502)의 외부 표면(502a)에서 물러나 있다는 점을 제외하면, 실질적으로 도 4의 EUT(100')와 동일하다. 이 리세스 구조는 변환기 요소(510)가 외부 힘으로부터 보다 보호될 수 있게 하여, 장치에 불가피하게 영향을 줄 수 있다. 도 4의 변환기 수납 캐비티(103')는 본 실시예에서 개구(503a)를 갖는 음향 간극(503)이다. 격판(504)의 내부 공간(504b)는 하우징 벽 부분(502)의 내부 표면(502b)에 연장하는 차폐 및 접지 전극(505)을 포함하고, 이에 접착 결합되는 대응 사각 또는 정사각의 밖으로 굽은 초음파 변환기 요소(510)를 지원한다. 변환기 요소(510)의 내부 표면(510b)은 동작 전극(511)을 포함한다.
통상, 변환기의 각도 성능 또는 감도의 방향성(수직 입사에서 최대, 경사진 입사에서 약해짐)은 간극이 보다 좁을 때 보다 폭넓은 고감도 영역 범위를 갖는다. 즉, EUT(500)의 방향성은 음향 간극(503)의 개구(503a)를 좁혀 늘릴 수 있다. 이는 도 7b에 도시한 바와 같이 하우징 벽 부분(502')의 외부 표면(502a')과 동일 평면일 수 있는 외부 표면(506a')을 갖는 안으로 향한 플랜지(506a')를 제공하여 달성될 수 있다. 플랜지(506')는 또한 변환기 요소(510')를 보호할 수 있게 한다.
도 7a 및 도 7b의 실시예의 격판(504 504')과 변환기 요소(510, 510')는 각각 개별 하우징 벽 부분(502, 502')의 외부 표면(502a, 502a') 쪽으로 구부러져 있다. 그러나, 도 8a 및 도 8b는 각각이 하우징 벽 부분(602, 602')의 내부 표면(602b, 602b') 쪽으로 향하는 격판(604, 604')과 변환기 요소(610, 610')를 갖는 EUT(600, 600')의 실시예이다.
도 9a는 본 발명의 EUT의 또 다른 실시예를 나타낸다. 부호 700으로 나타낸 도 9a의 EUT는 사각 또는 정사각의 외부로 굽은 변환기 요소(710)가 하우징 벽 부분의 외부 표면(702a)으로부터 리세스되어 변환기 요소 외부 표면(710a)의 정상(710c)이 하우징 벽 부분(702)의 전체 표면(702a)으로부터 물러나 있다는 점을 제외하면, 도 5의 EUT(400)와 실질적으로 동일하다. 이 리세스 구조는 변환기 요소(710)가 장치에 불가피한 영향을 가하는 외부 힘으로부터 보다 우수하게 보호될 수 있게 한다. 도 5의 변환기 수납 캐비티(403)는 이제 이 실시예에서 개구(703a)를 갖는 음향 간극(703)이다. 변환기 요소(710)의 외부 표면(710a)은 하우징 벽 부분(702)의 내부 표면(702b)에 연장하는 차폐 및 접지 전극(705)을 포함한다. 변환기 요소(710)의 내부 표면(710b)은 동작 전극(711)을 포함한다.
다른 차이점은 백 플레이트(712)를 사용하여 변환기 요소(710)의 말단(710c)을 클램핑하는 점이다. 변환기 요소(710)를 대향하는 백 플레이트(712)의 표면(712a)은 백 플레이트(712)의 대향 말단(712c)에서 알으로 배치된 두개의 경사진 클램핑 표면(712b)을 포함한다. 예를 들면, 고무와 같은 탄성재로 이루어진 버퍼는 백플레이트(712)의 클램핑 표면(712b)와 변환기 요소(710)의 말단(710c) 사이에 배치되어 음향 간극(703)의 하부에 배치된 원형 내부 투사 마운팅 플랜지(707)에 변환기 요소(710)의 말단(710c)을 클램핑할 수 있게 한다. 마운팅 플랜지(707)는 변환기 요소(710)의 바람직한 곡률을 한정하는 굽은 마운팅 표면(707a)을 갖는다. 이 마운팅 방식은 소정의 곡률을 형성하여 이에 인가된 음향 입력에 응답하여 전압을 생성하는 방식으로 기계적으로 고정될 수 있게 한다. 백플레이트(712)는 변환기 요소(710)의 내부 표면(710b) 상에 배치된 동작 전극에 전기 전도성을 제공하는 간극(712c)을 포함한다. 백 플레이트(712)의 말단은 통상 하우징 벽 부분(702)의 내부 표면(702b)에 한정되는 대응 홈에 끼워지게 된다.
접지 및 차폐 전극 부위(705)는 변환기 요소(710)의 외부 표면(710a) 상에 배치된다. 접지 및 차폐 전극(705) 부위는 하우징 벽 부분(702)의 내부 표면(702b)따라 연장하는 접지 및 차폐 전극(706)과 통신한다.
EUT(700)의 방향성은 상술한 음향 간극(703)의 개구(703a)를 좁혀 확대될 수 있다. 이는 도 9b의 실시예에서 나타낸 바와 같이 하우징 벽 부분(702')의 외부 표면(702a')과 동일 평면일 수 있는 외부 표면(706')을 갖는 내부 방향의 플랜지(706')를 제공하여 달성될 수 있다. 또한, 플랜지(706')는 변환기 요소(710')를 보호할 수 있게 한다.
도 9a 및 도 9b의 실시예의 변환기 요소(710, 710')는 각각의 하우징 벽 부분(702, 702')의 외부 표면(702a, 702a')를 향해 굽은다. 그러나, 도 10a 및 도 10b는 각각이 개별 하우징 벽 부분(802, 802')의 내부 표면(802a, 802a')을 향해 구부러지는 변환기 요소(810, 810')를 갖는 EUT(800, 800')를 나타내는 실시예이다.
도 11의 실시예에서 나타낸 바와 같이, 보호층(714)이 변환기 요소(710)의 외부 표면(710a)에 제공되어 접촉에 의해 시간에 따라 손상될 수 있는 차폐 및 접지 전극 부분(705)을 보호할 수 있게 한다. 이 보호층(714)은 예를 들면, 25㎛의 폴리에스테르 또는 폴리이미드층을 포함할 수 있으며, 이는 전극 부위(705)에 접착 결합될 수 있다.
도 11에 더 나타낸 바와 같이, 변환기 요소(710)는, 음향 간극(703) 상에 배치되고 하우징 벽 부분(702)의 외부 표면(702a)에 고정된 보유 부재(717)를 통해 그 말단에서 결합되는, 도선 메쉬 또는 그리드로서 형성되는 보호 커버(716)에 의해 더욱 보호될 수 있다.
도 12는 부호 700''으로 나타낸 본 발명의 EUT의 다른 실시예를 나타내며, 이는 사각 또는 정사각의 밖으로 굽은 초음파 변환기 요소(710'')가 하우징 벽 부분(702'')의 내부 표면(702b'')에서 이격되어 있다. 변환기 요소(710'')는 하우징 벽 부분(702'')의 내부 표면(702b'')으로부터 의존하는 내부 투사 마운팅 플랜지(707'')에 접착 결합된다. 마운팅 플랜지(707'')는 각각 변환기 요소(710'')의 바람직한 곡률을 한정하는 굽은 마운팅 표명(707a'')을 갖는다. 변환기 요소(710'')의 말단(710c'') 만이 플랜지(707'')의 마운팅 표면(707a'')에 결합되거나 클램핑된다. 이 마운팅 방식은 변환기 요소(710'')이 소정의 곡률을 형성하거나 이에 인가되는 음향 입력에 응답하여 전압을 생성하게 하는 방식으로 기계적으로 고정되게 한다. 에폭시 또는 다른 적절한 접착 결합 재료는 변환기 요소(710'')를 플랜지(707'')의 마운팅 표면(707a'')에 접착 결합하는데 사용될 수 있다. 마운팅 플랜지의 측면 벽(707b'')들 사이의 공간은 원, 정사각형 또는 사각형을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 원하는 기하 형상의 좁은 개구(703a'')을 구비한 음향 간극(703'')을 형성한다.
변환기 요소(710'')의 간극 대향 표면(710a'')에는 이 표면을 거의 커버할 수 있는 차폐 및 접지 전극(705'')에 배치된다. 동작 전극(711'')은 변환기 요소(710'')의 내부 표면(710b'') 상에 배치된다. 동작 전극(711'')은 또한 변환기 요소(711'')의 내부 표면(710b'')을 거의 커버할 수 있다.
도 13의 정면도와 도 14의 측면도는 함께 부호 900으로 나타낸 본 발명의 EUT의 또 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서, 전방향성 초음파 변환기(910)는 지지 연장(904) 상에서 전자 장치의 하우징(910)의 하우징 벽 부분(902)의 내부 표면(902b)에서 부유하게 된다. 변환기(910)는 스풀 형상 본체(910a), 압전 고분자재(예를 들면, PVDF)의 박막을 포함할 수 있으며 원형의 외부 연장하는 플랜지(910c) 상에 상주하고 본체(910a) 주변에 배치되는 클램핑되지 않은 실린더형 변환기 요소(910b)를 포함한다. 공극(g)이 본체(910a)의 축 부위(910d)와 변환기 요소(910b) 사이에 형성된다. 변환기 요소(910b)의 내부 실린더형 표면(910e)에는 동작 전극(911)이 배치되고, 변환기 요소(910b)의 외부 실린더형 표면(910f)에는 차폐 및 접지 전극(905)이 배치된다. 이러한 변환기는 발명의 명칭이 "Cylindrical Transducer Apparatus"인 미국 특허번호 제6,411,014호에 개시되어 있다. 나타낸 바와 같이, 변환기 요소(910b)의 실린더형 표면 부위는 하우징 벽 부분(902)의 개구(903)에 대향하여, 음향 신호가 통과할 수 있게 한다.
본 발명의 상술한 EUT 중 하나 또는 그 이상이 애플리케이션에 따라 전자 장치에 포함될 수 있다. 예를 들면, 도 15는 적어도 두개의 EUT(150)가 무선 전화 등의 휴대용 전자 장치(120)에 포함되는 개략도를 나타낸다. 전화기(120)는 디스플레이 영역(121a), 키패드(121b), 오디오 입력(121c) 및 오디오 출력(121d)를 포함하는 하우징(121)을 포함할 수 있다. EUT(150)는 서로 소정의 거리를 갖는 전화기 하우징(121)의 측면에 포함될 수 있다. 하나 또는 둘 모두의 EUT(150)는 수신기로서 사용되어 원격 위치의 초음파 변환기에서 생성된 인커밍 음향 신호를 검출하거나 송신기로 사용되어 원격 위치의 초음파 변환기에 의해 검출되는 음향 신호를 생성할 수 있다. 수신기로서, EUT는 인커밍 음향 신호가 격판과 부딪히는 것을 검출한다. 도 15에 도시한 바와 같이, 휴대용 철필(140) 상에 탑재된 초음파 변환기(141)에서 방사되는 초음파 에너지 신호(130, 131)는 격판과 (또는 변환기 요소에 직접) 충돌하여 이를 진동하게 한다. 진동은 각 EUT(150)의 변환기 요소(미도시)에 의해 전기 신호로 전환되어 종래의 방식으로 전자제품(미도시)를 통해 처리될 수 있다. 따라서, 변환기 요소에 의해 생성된 전기 신호는 충돌 음향 신호의 음향 파형을 나타내는데 사용될 수 있다.
송신기로서, 각 EUT(150)의 변환기 요소로의 전압의 인가는 이를 진동하게 한다. 진동은 격판(또는 변환기 요소)의 외부 표면에 실질적으로 수직인 방향으로 음향 신호를 방사한다.
본 발명의 제2 양태는 셀룰러 폰, PDA, 노트북 컴퓨터, 마이크로 카세트 레코더 및 게임 등을 포함하며 이제 한정하지 않은 유형의 핸드헬드, 휴대용 전자 장치에 대한 임베디드 초음파 마이크로 수신기(EUMR)이다. 본 발명의 양태는 매우 좁은 폭(1 내지 2㎜) 변환기 요소 또는 막과 매우 작은 장치 구조를 특징으로 한다. 이들 특징의 목적은 EUMR이 보이지 않게 하면서 보다 큰 수신기의 50내지 70%의 감도를 유지할 수 있게 하는 것이다. EUMR은 개인용 컴퓨터에서 사용되는 키보드를 포함하며 이에 한정되지 않는 다른 유형의 전자 장치에서 사용될 수 있다. EUMR은 외부 위치에서 거의 보이지 않게 하고 먼지 및 오물로부터 손상되지 않도록 하는 방식으로 전자 장치의 하우징 구조에 포함될 수 있다. EUMR은 전자 장치의 표면(S)을 따라 전파하는 음향 신호를 수신한다.
동일 부분이 동일 도면부호로 나타낸 도면을 다시 참조하면, 우선, 도 30a 및 30b, 도 31과 도 32에 있어서, 부호 1000으로 나타내는 본 발명의 EUMR의 실시예가 도시되어 있다. EUMR(1000)은 통상 전자 창치의 하우징(1001)의 선택된 벽 부분(1002)과 선택된 벽 부분(1002)의 내부 표면(1002b)에 클램핑되고 장치의 하우징 벽 부분(1002)를 통해 연장하는 매우 소형의 사각형 음향 간극(1003) 내에 부분 배치되는 밖으로 굽은 초음파 변환기 요소(1010)를 포함한다. 변환기 요소(1010)는 변환기 요소(1010)의 외부 표면(1010a)이 음향 간극(1003)을 대향하도록 배치된다.
변환기 요소(1010)는 도 32에서 단독으로 도시된 백 플레이트(1012)에 의해 하우징 벽 부분(1002)의 내부 표면(1002b)에 클램핑된다. 백 플레이트(1012)는 밖으로 구부러지고, 밖으로 굽은 에지(1012b) 쌍을 한정하는 V 형상의 표면(1012a)을 포함한다. 백 플레이트(1012)는 하우징 벽 부분(1002)의 내부 표면(1002b)에 끼워지는 것이 적합할 수 있다.
변환기 요소(1010)는 종단으로 연장하는 PVDF의 얇고 사각형인 막을 포함하지만 이에 한정되지 않은 압전 재료의 얇고 사각형인 막을 포함할 수 있다. PVDF 기반 변환기 요소(1010)는 통상 약 28㎛의 두께를 갖는다. 접지 및 차폐 전극(미도시)가 변환기 요소(1010)의 외부 표면(1010a) 상에 배치될 수 있으며, 동작 전극(미도시)가 변환기 요소(1010)의 내부 표면(1010a) 상에 배치될 수 있다. 전극은 변환기 표면(1010a, 1010b)를 거의 커버할 수 있다.
변환기 요소(1010)의 말단은 음향 간극(1003)의 각 말단에서 하우징 벽 부분(1002)의 내부 표면(1002)에 한정되는 안으로 굽은 두개의 클램핑 표면(1007)과 백 플레이트(1012)의 밖으로 굽은 에지(1012) 사이에 클램핑된다. 굽은 클램핑 표면과 에지(1007, 1012b)는 변환기 요소(1010)의 원하는 곡률을 한정한다. 이러한 마운팅 방식은 도 4 및 도 5에서 상술한 바와 같이 변환기 요소(1010)가 두 말단에서 고정되어 인가되는 음향 입력에 응답하여 전압을 생성하도록 한다. EUMR(100)은 또한 도 30b에 도시한 바와 같이 음향 간극(1003)에 걸쳐 보호 그리드(1013)를 사용하여 형성될 수 있다. 이 그리드(1013)는 전파 파형에 사소한 방해를 제공할 수는 있지만, 적절한 비율이 그리드(1013)와 음향 간극(1013)의 크기 사이에 설정되어 EUMR(1000)의 감도를 최대로 만들 수 있다.
도 30a, 도 30b, 도 31 및 도 32에 도시한 EUMR의 변환기 요소(1010)의 정상(apex)에는 하우징 벽 부분(1002)의 외부 표면(1002)으로부터 1㎜ 미만의 깊이(d; 도 30a 및 도 30b)로 음향 간극(1003)에 배치될 수 있다. 80㎑ EUMR에 있어서 음향 간극(1003)은 1㎜와 2㎜ 사이의 폭(w)과 2.5㎜와 4.0㎜ 사이의 폭을 가질 수 있다. 감도는 변환기 막 평면에 평행인 파 전파로 인해 d=0㎜에서 약 80%이다. d=1㎜인 경우, 신호는 약 20% 내지 40%로 감소된다. 여기서, 100%는 음향파가 정상에서 표면에 수직으로 입사하는 경우의 감도를 의미한다.
하우징 벽 부분(1002)이 통상 전자 장치의 하우징(1001)에 단일 형성되기 때문에, 하우징 벽 부분(1002)은 전자 장치의 하우징(1001)을 제조하는데 사용되는 것과 동일한 재료로 이루어진다. 이러한 재료는 플라스틱 주입 조형과 같이 임의의 종래의 플라스틱 형성 방법을 사용하여 형성될 수 있는, 플라스틱 등의 전기적으로 절연된 재료를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. EUMR(1000)의 하우징 벽 부분(1002)은 별도, 개별 유닛으로서 형성되며 하우징(1001)의 나머지 부분으로 결합될 수 있다.
도 33a, 도 33b, 및 도 34는 부호 1100으로 나타낸 본 발명의 EUMR의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시에의 EUMR(1100)은 EUMR(1100)이 (도 30a, 도 30b, 도 31 및 도 32에서 하우징 벽 부분에 수직인 것과 달리) 변환기 요소(1110)와 하우징 벽 부분(1102)에 측면으로 수평으로 지향되는 백 플레이트(1112) 어셈블리를 포함한다는 점을 제외하면, 도 30a, 도 30b, 도 31 및 도 32의 EUMR에 매우 유사하다. 또한, EUMR(1100)은 통상 굽은 변환기 요소(1100)의 것과 동일한 곡률을 갖는 굽은 음향 간극(1103)을 포함한다. 이러한 디자인은 음향 간극(1103)에 수직인 변환기 요소의 외부 표면(1110a)을 구성한다.
또한, 굽은 클램핑 표면(1107)은 도 30a, 도 30b, 도 31 및 도 32에서와 같이 음향 간극(1003)의 하부 에지 대신에 음향 간극(1103)의 측면 에지와 그 인접 말단에서 시작한다.
도 33a, 도 33b, 및 도 34에 도시된 EUMR의 변환기 요소(1110)에서, 최고 감도에 대한 진행 방향은 음향 간극(1103)의 폭(w)이 매우 큰 경우 변환기 요소의 외부 표면(1110a)에 그 중앙표면에서 통상 수직이고, 깊이 d=0㎜인 경우 감도가 최대값에 도달한다. 방해 표면 C가 음향 간극(1103)의 폭(w)이 0.5㎜ 내지 1.0㎜ 사이가 되도록 접근함에 따라, 감도는 약 20% 감소한다. 음향 간극(1103)의 폭(w)의 추가 감소 (w=0.1㎜ 내지 0.3㎜)는 신호가 40 내지 50% 증가하게 한다. 이 경우, 깊이(d)는 거의 일정하고 막의 폭과 대략 동일하다. 상기 실시예에서, EUMR(1100)은 또한 도 33에 도시한 바와 같이 음향 간극(1103)에 걸쳐 배치된 보호 그리드(1113)로 형성될 수 있다.
도 45a 및 도 45b에 도시한 바와 같이, 도 33a, 도 33b, 및 도 34에 도시된 실시에의 음향 간극의 밖으로 굽은 측면 복이 하우징 벽 부분(1102)의 외부 표면(1102a)으로부터 변환기 요소(1110)로 점진적으로 기울어지는 리세스(1115)로 대체된다. 이 실시예에서, 변환기 요소(1110)의 평면은 리세스(1115)의 표면을 따라 전파하는 음향파와 수직이다. 이 실시예의 EUMR은 도 33a, 도 33b, 및 도 34에 구현된 EUMR의 2배인 감도를 갖는다.
도 35a 및 도 35b는 부호 1200으로 나타낸 본 발명의 EUMR의 또 다른 실시예를 나타내고, 그 구체적인 세부사항은 도 36 및 도 37을 참조하여 더 설명한다. EUMR(1200)는 전자 장치의 하우징(1201)의 선택된 벽 부분(1202)과 하우징 벽 부분(1202)의 거의 평탄한 외부 표면(1202a)에 형성된 폭(w)과 깊이(d)의 좁은 음향 간극(1203)을 포함한다. 음향 간극(1203)은, 벽 부분과 단일 형성되고 하우징 벽 부분(1202)의 외부 표면(1202a)에 수직 연장하는 거의 평면인 측면 벽(1204)을 구비하며, 이 측면 벽은 격판으로서 동작한다. 격판(1204)은 격판(1204)의 내부 표면에 접착 결합되는 거의 평면인, 초음파 변환기 요소(1210)를 지지한다.
접지 및 차폐 전극(1205)은 격판(1204)의 내부 표면(1204b) 상에 배치될 수 있으며 이 표면(1204b)을 거의 커버할 수 있다.
변환기 요소(1210)는 PVDF 또는 PZT를 포함하지만 이에 한정되지 않은 압전 재료의 박막을 포함할 수 있다. 동작 전극(1211)은 변환기 요소(1210)의 내부 대향 표면(1210b) 상에 배치되고, 이 표면(1210b)을 거의 커버할 수 있다. 변환기 요소(1210)의 격판 대향 표면(1210a)은 격판(1204)의 내부 표면(1204b)에 접착 결합된다. 변환기 요소(1210)의 지지 격판(1204)에 대한 결합은 변환기 요소(1210)가 인가된 음향 입력에 응답하여 전압을 생성하게 하는 방식으로 기계적으로 응력이 가해지도록 한다. 에폭시 또는 다른 적절한 접착 결합재료가 변환기 요소(1210)를 격판(1204)에 접착 결합하는데 사용될 수 있다.
하우징 벽 부분(1202)이 통상 전자 장치의 하우징(1201)과 단일 형성되기 때문에, 하우징 벽 부분(1202)과 격판(1204)은 통상 전자 장치의 하우징(1201)을 제작하는데 사용되는 재료와 동일한 재료로 이루어진다. 이러한 재료는 플라스틱 주입 조형과 같은 임의의 종래의 플라스틱 형성 방법을 사용하여 형성될 수 있는 플라스틱 등의 전기적으로 절연된 재료를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. EUMR(1200)의 하우징 벽 단말(1202; 및 격판(1204))은 별도, 개별 유닛으로서 형성되어 하우징(1201)의 나머지 부분과 결합될 수 있다.
동작 시에, 화살표로 나타낸 초음파 진행은 음향 간극(1203)에 전파되어 격판(1204)이 진동하게 하며, 이 진동은 변환기 요소(1210)에 의해 검출된다. 깊이(d)가 파장(λ)의 절반보다 큰 경우, 격판 진동은 최상위 및 최하위 영역에서 음향 신호의 감쇄로 인해 보다 작아진다. d<λ/2에 대하여, 80㎑ 동작 주파수에서 λ=4㎜이다.
도 35a 및 도 35b에 도시된 EUMR은 도 35c 및 도 35d에서 도시한 바와 같이 별도의 개별 모듈, 초음파 마이크로 수신기(MUMR)로서 구현될 수 있다. UMR(1200')은 변환기 요소(1210)가 지지 격판으로서 동작하는 측면 벽(1204)의 일부에 부착되는 하우징(1202')을 포함한다. UMR의 하우징의 크기와 형상은 MUMR(1200')를 수신할 수 있는 전자 장치를, 예를 들면, 하우징(H)의 외부 표면에 형성되는 측면 벽(A1, A2)와 하부 벽(A3)에 의해 한정되는 대응 슬롯 또는 간극(A)의 크기와 형상에 적합하게 한다. MUMR(1200')의 하우징(1202')와 장치 하우징(H)의 간극(A)은 장치의 외부 표면을 따라 전파하는 음향 신호(S)를 수신할 수 있는 음향 간극(1203')의 폭(w)과 깊이(d)를 한정한다(여기서, w>d). 장치 하우징 개구(A)는 깊이(G)(여기서, G>d)이며, MUMR(1200')의 상부는 장치 하우징(H)의 외부 표면과 실질적으로 동일 표면이다. MUMR(1200')은 간극(A) 내에 기계적으로 고정되고, 하우징(1202')의 하부를 통해 적절한 전자 회로(미도시)에 전달하여 입사된 음향 파형을 나타내는 전기 출력 신호를 제공하는 전극(1220)을 통해 전기적으로 결합된다. MUMR(1200')의 하우징(1200')은 바람직하게는 플라스틱 또는 금속을 포함하지만 이에 한정되지 않은 전자 장치의 하우징(H)과 동일한 재료로 이루어진다.
도 35d에 도시한 바와 같이, 변환기 요소(1210')는 예를 들면 인쇄용 회로 기판(PCB) 등의 개별 기판일 수 있는 측면 벽(1204')의 내부 표면(1204b')에 접착 결합된다. 변환기 요소(1210')는 PZT를 포함하지만 이에 한정하지 않은 얇은 압전막 재료를 포함할 수 있다. 와이어 본드 등의 전기 접속(1221)은 신호 접속을 제공하는 기판(1204') 상의 대응 도전 표면(1222)을 변환기 요소(1210')와 접속하도록 동작한다.
도 35e 및 도 35f는 부호 1200''으로 나타낸 MUMR의 다른 실시예를 나타낸다. MUMR(1200'')은 음향 간극(1203'')이 MUMR 하우징(1202'')의 상부 벽에 형성된다는 점을 제외하면, 도 35c 및 도 35d의 MUMR과 유사하며, 변환기 요소(1210'')는 밖으로 굽은 또는 세미실린더형 디자인을 포함한다. 밖으로 굽은 변환기 요소(1210'')는 음향 간극(1203'') 하부에 배치된다. 변환기 요소(1210'')는 지지 플레이트(1230)에 탑재된 밖으로 굽은 지지 부재(1204'')에 접착 결합된다. 지지 부재(1204'')는 예를 들면 폴리에스테르 재료로 이루어질 수 있다. 지지 부재(1204'')의 말단은 지지 플레이트(1230'')에서 한정된 슬롯에 캡처된다. 컨택 핀(1231'')은 변환기 요소의 전극 접속(1232'')을 캡처하고, 하우징(1202'')의 하부를 통해 주 회로(미도시)와 접속한다. 도 35c 및 도 35d의 MUMR에서도, MUMR(1200'')은 전자 장치의 하우징의 간극에 삽입가능하다.
도 36은, 부호 1300으로 나타낸, 본 발명의 EUMR의 또 다른 실시예를 나타낸다. EUMR(1300)은 EUMR(1300)의 음향 간극(1303)의 측면 벽(1304)은 지지 격판으로서 동작하는 금속 플레이트를 포함한다는 점을 제외하면, 도 35a 및 도 35b의 실시예와 유사하다. 금속 플레이트는 예를 들면 알루미늄 또는 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있으며, 약 0.1㎜의 두께를 가질 수 있다. 금속 플레이트는 접착제 또는 유사 수단을 사용하여 하우징 벽 부분(1302)에 부착될 수 있다. 초음파 변환기 요소(1310)는 PZT를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 압전 박막 재료를 포함할 수 있다. PZT 기반 변환기 요소(1310)는 통상 약 0.1㎜ 내지 0.2㎜의 두께를 갖는다. 에폭시 또는 다른 적절한 접착 결합 재료는 변환기 요소(1310)를 금속 플레이트 격판(1304)에 접착 결합되는데 사용될 수 있다. 80㎑ 신호에 대하여, 음향 간극(1303)의 폭(w)은 0.1㎜ 내지 0.4㎜이고, 벽 두께(t)(격판(1304)과 변환기 요소(1310)의 결합된 두께)는 약 0.2㎜이며, 음향 간극(1303)의 깊이(d)는 약 2㎜일 수 있다.
이하, 도 35a 및 도 35b의 EUMR은 도 37을 참조하여 보다 상세하게 설명하며, 여기서, EUMR은 부호 1400으로 나타낸다. 도 37의 EUMR(1400)은 EUMR이 음향 간극(1403)의 측면 벽을 형성하는 격판(1404)를 가지고 플라스틱과 같은 비금속을 포함하며 약 0.4㎜의 두께를 가질 수 있다는 점을 제외하면, 도 36의 EUMR와 유사하다. 초음파 변환기 요소(1410)는 PVDF를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 압전 박막 재료를 포함할 수 있다. PVDF 기반 변환기 요소(1410)는 통상 약 110㎛의 두께를 갖는다. 에폭시 또는 다른 적절한 접착 결합 재료는 변환기 요소(1410)는 격판(1404)에 접착 결합하는데 사용될 수 있다. 80㎑ 신호에 있어서, 음향 간극의 폭(w)은 약 0.1㎜ 내지 0.4㎜일 수 있으며, 벅 두께(t)(격판과 변환기 요소의 조합된 두께)가 약 0.2㎜일 수 있으며, 음향 간극(1403)의 깊이(d)는 약 2㎜일 수 있다. 상이한 동작 주파수가 사용되는 경우, 깊이(d)는 상부와 하부에서의 상이한 위상으로 인해 신호 감쇄의 측면에서 주파수에 반비례하여 가변되어야 한다. 또한, 벽 두께(t)는 보다 높은 주파수가 보다 얇은 벽 두께(t)를 요구하도록 주파수에 비례하도록 가변되여야 한다. 이는 공진 주파수가 t/d2에 비례하기 때문이다.
도 40은 부호 1500으로 나타내는, 본 발명의 EUMR의 또 다른 실시예를 나타낸다. EUMR(1500)은 EUMR(1500)이 음향 간극(1503)의 측벽을 형성하는 정전 변환기(1510)에 의해 형성된 음향 간극 측벽을 갖는다는 점에서 도 35a, 도 35b, 도 36 및 도 37의 실시예와 유사하다. 정전 변환기(1510)는 약 5.0㎛ 내지 10.0㎛의 두께를 갖는 얇은 고분자막(1510b)이 배치되는 얇은 금속막(1510a)을 포함한다.
도 38a 및 도 38b는 부호 1600으로 나타내는, 본 발명의 EUMR의 다른 실시예를 함께 나타낸다. EUMR(1600)은 아래로 굽은 실린더형 부분으로서 형성되고, 중앙에 위치한 사각형의 음향 간극(1603) 하부에 배치되는 변환기 요소(1610)를 갖는다는 점에 이전에 설명된 실시예의 EUMR과 상이한다. 변환기 요소(1610)는 횡적으로 연장되었던 PVDF를 포함하지만 이에 한정되지 않는 압전 박막 재료를 포함할 수 있다. PVDF 기반 변환기 요소(1610)는 통상 약 28㎛의 두께를 갖는다. 접지 및 차폐 전극(1605)은 변환기 요소(1610)의 내부 표면(1610b) 상에 배치될 수 있으며, 동작 전극(1611)은 변환기 요소(1610)의 외부 표면(101a) 상에 배치될 수 있다. 이들 전극은 변환기 표면(1610a, 1610b)을 거의 커버할 수 있다.
변환기 요소(1610)의 횡적 단말은 음향 간극(1603)으로부터 실질적으로 일정한 거리 반경(R)에서 변환기 요소(1610)를 유지하는 방식으로 하우징 벽 부분(1602)의 내부 표면(1602b)에 고정 또는 클램핑된다. 이 마운팅 방식은 변환기 요소(1610)가 이에 인가되는 음향 입력에 응답하여 전압을 생성하게 하는 방식으로 기계적으로 응력이 가해지게 한다. 80 내지 100㎑의 범위에서, 반경(R)은 2.5㎜일 수 있다. 반경(R)은 주파수에 반비례하기 때문에 보다 높은 주파수에는 보다 작은 반경이 필요하다.
도 39a 및 도 39b는 부호 1700으로 나타내는, 본 발명의 EMUR의 또 다른 실시예를 함께 나타낸다. EUMR(1700)은 변환기 요소(1710)가 하우징 벽 부분(1702)의 내부 표면(1702b)에 부착된 실린더로서 구성되고 중앙 하부에 폭(w)을 갖는 원형 음향 간극(1703)이 있다는 점에서 상술한 실시예의 EUMR과 상이하다. 변환기 요소(1710)의 말단을 서로 중첩되어 초음파 용접, 테이프 또는 다른 접착제 및/또는 고정 수단에 의해 실린더형으로 유지될 수 있다. 동작 전극(1711)은 변환기 요소(1710)의 외부 실린더형 표면(1710a) 상에 배치될 수 있으며, 차폐 및 접지 전극(1705)은 변환기 요소(1710)의 실린더형 내부 표면(1710b) 상에 배치될 수 있다. 변환기 요소(1710)는 λ/2 미만의 폭을 가지며, 이는 하우징 벽 부분(1702)의 외부 표면(1702a)을 따라 전파하는 충돌 음향 초음파을 나타내는 전기 신호를 생성하게 한다. 80㎑의 동작 주파수에서, 변환기 요소(1710)는 음향 간극(1703)의 중심으로부터 측정하여 반경(R)=2.5㎜을 가질 수 있으며, 음향 간극(1703)은 0.5㎜ 내지 1.0㎜ 사이의 직경(w)을 가질 수 있다.
도 39a 내지 도 39b에 도시한 EMUR은 도 39c 및 도 39d에 도시한 바와 같이 별도, 개별 초음파 마이크로 수신기(UMR; 1700')로 구현될 수 있다. UMR(1700')은 예를 들면 플라스틱 재료로 이루어진 실린더형 하우징(1702')에 배치된 상술한 변환기 요소(1710')를 포함한다. 하우징(1702')의 개구 말단은 커버(1702a')로 봉지되어, 원형 음향 간극(1703')을 한정한다. 하우징(1702')의 폐쇄 단은 하우징(1702')의 폐쇄 단으로 눌려 끼워질 수 있는 전기 핀(1720)을 포함한다. 핀(1720)은 하우징(1702')에 포함되는 변환기 요소(1710)의 표면에 배치된 전극(1705', 1711')을 접촉한다. UMR(1700')은 대응 형상의 간극이 형성된 전자 장치의 하우징에 이를 삽입하여 전자 장치의 하우징에 포함된다.
도 41a는 부호 1800으로 나타낸, 본 발명의 EUMR의 또 다른 실시예를 나타낸다. EUMR(1800)은 전자 장치의 하우징(1801)의 하우징 벽 부분(1802)에 의해 형성되는 단일 형태 구조를 포함한다. 하우징 벽 부분(1802)은 캐비티(C)를 포함하고, 이의 하부 벽(1804)은 지지 격판을 한정하고, 상부 벽(1820)은 하우징 벽 부분(1802)의 외부 표면(1802a)을 따라 전파하는 초음파 신호를 수신하는 직경(d)(0.5㎜ 내지 약 1.0㎜)을 갖는 음향 간극(1803)을 한정한다. 격판(1804)의 내부 표면(1804b)은 차폐 및 접지 전극(1805)을 갖는다. 변환기 요소(1810)는 격판(1804)의 내부 표면(1804b)에 접착 결합된다. 동작 전극(1811)은 변환기 요소(1810)의 내부 표면(1810b) 상에 형성된다.
도 41a에 도시한 바와 같이, 캐비티(C)는 폭(w1) x 폭(w2)로 한정되는 영역을 갖는다. 캐비티(C)의 상부 벽(1820)은 거리(d1)를 한정하는 두께를 가지고 캐비티(c)는 깊이(d2)를 갖는다. 하부 벽(1804)과 변환기 요소(1810)의 전체 두께는 t로서 나타낸다. 벽 두께, 구멍 크기(D), 및 후방 공간의 깊이는 임피던스 정합 조건을 제공하도록 동작한다.
변환기 요소(1810)는 PZT 또는 PVDF를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 압전 박막 재료를 포함할 수 있다. 변환기 요소(1810)는 통상 약 0.1 내지 0.5㎜의 두께를 갖는다. 변환기 요소(1810)의 지지 격판(1804)으로의 결합은 변환기 요소(1810)가 기계적으로 응력을 받아 이에 인가된 음향 입력에 응답하여 전압을 생성하게 하도록 한다. 에폭시 또는 다른 적절한 접착 결합재가 변환기 요소(1810)를 격판(1804)에 접착 결합하는데 사용될 수 있다.
하우징 벽 부분(1802)이 통상 전자 장치의 하우징(1801)과 단일 형성되기 때문에, 하우징 벽 부분(1802)과 캐비티(C)는 통상 전자 장치의 하우징(1801)을 제작하는데 사용되는 재료와 동일한 재로로 이루어진다. 이러한 재료는 플라스틱 주입 조형 등의 임의의 종래의 플라스틱 형성 방법을 사용하여 형성될 수 있는, 플라스틱과 같은 전기적으로 절연된 재료를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, EUMR(1800)은 하우징 벽 부분(1802; 캐비티(C))은 별개의 개별 유닛으로서 형성되고 하우징(1801)의 나머지 부분과 결합될 수 있다.
도 41b에 도시한 표는 40㎑ 주파수에서 동작하는 도 41a에 구현된 EUMR(1800)에 대한 데이터를 포함한다. d1과 d2는 장치의 주파수에 반비례한다. 사각형 또는 정사각형 이외의 다른 형상이 고려될 수 있으며, 예를 들면, 원형 또는 실린더형 캐비티(C)를 포함한다.
도 42, 도 43a 및 도 43b는 본 발명의 MUMR의 다른 실시예를 나타내며, 이는 장치의 표면을 따라 전파하는 음향 신호를 수신하는 전자 장치의 하우징(H)의 외부 표면 상에서 간극(A, A', A'')에 삽입 가능한 용량성 마이크로 머신 초음파 변환기(CMUT)를 포함한다. CMUT는 원형 격판(1910, 1910', 1910'')을 포함할 수 있으며, 이는 예를 들면 실리콘 질화물 또는 실리콘 등과 같은 마이크로머신 가능한 재료로 이루어질 수 있다. CMUT는 도 42 및 도 43a에 도시한 바와 같이 간극(A, A')의 측벽에 또는 도 43b에 도시한 바와 같이 간극(A'')의 하부 벽에 결합될 수 있다. 변환기의 임피던스는 대기와 정합되어 구동 또는 슬릿이 불필요하게 된다.
도 42의 실시예에 있어서, λ=0.34㎜ 내지 0.17㎜인 1 내지 2㎒ 범위의 CMUT MUMR에 있어서, 격판의 직경은 약 50㎛이고 그 두께는 약 0.5㎛ 내지 1.0㎛이다. λ=1.1㎜ 내지 3.8㎜인 300 내지 900㎑ 범위의 CMUT UMR에 있어서, 격판의 직경은 약 200㎛이고 두께는 약 2.5㎛ 내지 7.5㎛이다. λ=4.3㎜ 내지 1.7㎜인 80 내지 200㎑ 범위의 CMUT UMR에 있어서, 격판의 직경은 약 O.4㎜이고 두께는 약 3.0㎛ 내지 7.0㎛이다. 각 구현예에서 격판의 직경은 대략 파장 λ의 1/4 이하이다. 이러한 실시예에서, 감도는 각도에 독립적이다(무방향성이다).
도 43a 및 도 43b의 실시예에 있어서, 이들 구조는 상술한 PZT 또는 PVDT 단일 형상 구조에 대신하여 사용될 수 있다. 제1 실시예에서, 80 내지 90㎑의 CMUT MUMR은 두께가 약 24㎛이고 직경이 2㎜인 격판 크기를 가질 수 있다. 제2 실시예에서, 80 내지 90㎑의 CMUT UMR은 두께가 약 12㎛이고 직경이 1.4㎜인 격판 크기를 가질 수 있다. 제3 실시예에서, 80 내지 90㎑의 CMUT UMR은 두께가 약 6㎛이고 직경이 1.0㎜인 격판 크기를 가질 수 있다. 상술한 제2 및 제3 실시예에 있어서, 이러한 작은 직영은 대기 중의 1/4 파장에 상당하므로, 변환기의 방향성이 매우 넓고 임의 방향으로부터 충돌하는 음향파의 감도가 상이한 입사각도에 대하여 기본적으로 일정하게 된다. 따라서, 이러한 변환기는 최소 신호 손실로 표면 전파 음향파를 검출하도록 평탄면 상에 탑재될 수 있다.
본 발명의 제3 양태는 셀룰러 폰, PDA, 노트북 컴퓨터, 마이크로 카세트 레코더, 및 게임 등을 포함하고 이에 한정되지 않은 유형의 헨드 헬드, 휴대용 전자 장치에 대한 이중 클램핑 초음파 변환기(DCUT)이다. 또한, DCUT는 개인용 컴퓨터에서 사용되는 키보드를 포함하지만 이에 한정되지 않은 다른 유형의 전자 장치에 대하여 사용될 수 있다. DCUT는 외부 위치에서 거의 보이지 않아 먼지 및 오류로부터 손상이 방지되도록 전자 장치의 하우징 구조에 포함될 수 있다. DCUT는 전자 장치의 표면(S)을 따라 전파하거나 변환기의 표면에 수직으로 부딪히는 초음파 신호를 수신한다.
도 16 내지 도 18은 부호 2000으로 나타낸, 본 발명에 따른 DCUT의 일 실시예를 나타낸다. DCUT(2000)는 밖으로 굽은 변환기 요소(2010)를 포함하며, 이는 보호용 프런트 커버(2002)와 백 플레이트(2012)에 위치한 PVDF 등의 압전 막 재료를 포함한다. 프런트 커버(2002)와 백 플레이트(2012)는 서로 연동하여 변환기 요소(2010)의 말단을 기계적으로 누르거나 클램핑하도록 구성된다. 프런트 커버(2002)는 굽은 클램핑 표면(2010b)을 포함하고, 백 플레이트(2012)는 대응하는 굽은 클램핑 표면(2012b)을 포함한다. 클램핑 표면(2010b, 2012b)의 곡률은 변환기 요소(2010)의 곡률과 실질적으로 동일하다. 변환기 요소(2010)의 클램핑 말단부는 프런트 커버(2002) 또는 백 플레이트(2012)에 부착되는 임의의 방식으로 또는 클램핑되지 않는 변환기 요소(2010)의 주요 부 또는 중심부(C)와 대략 동일한 곡률을 갖는다. 활성 영역을 한정하고, 균일 연속한 곡률을 갖는 변환기 요소(2010)의 주요 또는 중심부(C)는 전방 공극(2020)과 후방 공극(2030)에 의해 각각 프런트 커버(2002)와 벡 플레이트(2012)에서 분리된다.
도 17에 도시한 바와 같이, 백 플레이트(2012)는 평면 내부 표면(2042)에서 연장하고, 세미실린더형의 밖으로 굽은 부재(2041)를 구비한 통상 평면인 베이스(2040)를 포함한다. 밖으로 굽은 부재(2041)는 중앙에 리세스 부위(2041a)를 포함하여, 굽은 횡단 중간 부위(2041b)와 굽은 횡단 말단부위(2041c)를 한정한다. 굽은 횡단 종단 부위(2041c)는 백 플레이트의 굽은 클램핑 표면(2012b)을 형성한다. 굽은 부재(2041)의 중심에서의 리세스 부위(2041a)와 굽은 부재(2041)의 굽은 측면 중간 부위(2041b)는 변환기 요소(2010)가 활성 영역 내에 자유롭게 이동할 수 있게 한다. 연장된 횡단 슬롯(2043)은 굽은 부재(2051)의 굽은 횡단 부위(2041c)를 바로 넘어선 베이스(2040)의 내부 표면(2042)에 한정된다. 슬롯(2043)은 커버(2002)를 연장하는 대응 스냅 결합 플랜지(2053)를 수납하며, 몇몇 실시예에서는, 변환기 요소(2010)의 말단을 수납한다.
도 18에서 가장 잘 나타낸 바와 같이, 프런트 커버(2002)는 통상 세미실린더형의 안으로 굽은 부재(2051)를 구비한 평면 상부(2050)를 포함하며, 상기 부재(2051)는 상부(2050)의 평면 내부 표면(2052)에서 연장한다. 굽은 부재(2051)는 중앙에 리세스된 보호 그리드(2051a)를 포함하여, 안으로 굽은 횡단 중간 부위(2051b)와 안으로 굽은 횡단 부위(2051c)를 한정한다. 굽은 횡단 부위(2051c)는 프런트 커버(2002)의 굽은 클램핑 표면(2010b)을 형성한다. 리세스된 보호 그리드(2051a)는 굽은 부재(2051)의 중심에서 그리고 굽은 부재(2051)의 굽은 횡단 중간 부위(2051b)에서 변환기 요소(2010)가 활성 영역에서 자유롭게 이동할 수 있게 한다. 상술한 바와 같은, 연장된 스냅 결합 플랜지(2053)는 굽은 부재(2051)의 굽은 횡단 부위(2051c)를 바로 넘어서서 상부(2050)의 내부 표면(2052)에 의존한다. 플랜지(2053)는 안으로 연장하는 후크 또는 가시(barb; 2053a)를 가질 수 있으며, 이들은 백 플레이트(2012)의 베이스(2040)에서 슬롯(2043)의 하부에 한정되는 리세스 레지(ledge)(2043a)와 연동하여 프런트 커버(2002)와 백 플레이트(2012)를 서로 고정시킨다(도 16). 또한, 상부의 내부 표면(2052)은 플랜지(2053)에 수직 배치된 리브(rib) 쌍(2052a)을 포함하며, 이들은 백 플레이트(2012)와 연동한다.
도 19에 나타낸 바와 같이, 굽은 보호 그리드(2051a)는 일련의 연장 개구 또는 슬롯(2060), 바람직하게는, 모든 균일 차수를 포함하여 외부 요인에 기인한 손상으로부터 변환기 요소(2010)를 보호한다. 외부 소스로부터 보호를 제공하면서, 그리드(2051)는 전파하는 음향 신호에 대한 임피던스 정합 요소로서 동작한다. 즉, 그리드(2051a)는 전방 공극(2020)에 의해 변환기 요소(2010)로부터 분리되고, 음향 신호에 대한 방해물로서 동작하여 반사를 야기하고 반사된 파는 변환기 요소(2010)를 로딩하고 장치의 감도를 증가시켜 보다 고효율의 임피던스 값을 생성하는 적절한 위한 위상을 갖는다. 보호 그리드(2051a)의 임피던스 정합 기능에 관련된 인자는 통과율(전체 활성 변환기 요소 영역 d2(즉, 개방 영역 d1 + 차단 영역)에 대한 개방 영역의 비율), 보호 그리드(2051a)와 변환기 요소(2010) 간의 거리(공극(2020)), 및 진행 방향에서 보호 그리드(2051a)의 차수(2054)(두께)를 포함한다. 통상, 40 내지 60퍼센트의 통과율이 적절하며, 50 내지 80%의 감소 향상이 산출된다. 80 내지 90%의 통과율에 대하여, 효율 개선이 감소하고(20%미만) 기계 강도가 감소함을 확인할 수 있었다.
도 23은 80㎑ 음향 신호에 대한 상기 파라미터에 관련된 다양한 차원에 대한 계산된 성능을 나타낸다. 상이한 동작 주파수에서, 차원은 주파수와 반비례하며 변경된다.
도 16, 도 17, 및 도 18을 함께 참조하면, 굽은 부재(2041)의 굽은 표면 부위(2041b) 상에 위치한 변환기 요소(2010)는 서로 접촉 결합된다. 백 플레이트(2012)의 클램핑 표면(2012a; 도 16)을 한정하는 굽은 횡단 부위(2041c)는, 프런트 커버(2002)의 클램핑 표면(2002a; 도 16)을 한정하는 대응 굽은 횡단 부위(2051c)에 대한 변환기 요소(2010)의 말단이 변환기 요소(201)의 말단이 이들 말단을 클램핑하게 한다. 변환기 요소(2010)가 백 플레이트(2012)의 굽은 표면 부위(2041a)에 상주하는 동안 이로부터 발생하는 약간의 장력으로 인해 변환기 요소(2010)는 부위(2041a)에 의해 클램핑되지 않는다. 상술한 바와 같이, 백 플레이트(2012)와 프런트 커버(2002)에 관련된 클램핑 표면(2012a, 2002a; 도 16)은 동일한 곡률을 가진다. 이는 둘 모두 제작을 용이하게 할 수 있고 프런트 커버(2002)와 백 플레이트(2012)가 변환기 요소(2010)의 자유 또는 이동 영역(활성 영역) 상에서 변환기 곡률 균일성을 유지할 수 있게 한다.
도 20 내지 도 22는 부호 2000'으로 나타낸, 본 발명에 따른 DCUT의 다른 실시예를 함께 나타낸다. DCUT(2000')는 보다 컴팩트한 구조이고 백 플레이트 베이스(2040')가 짧고 프런트 컵 상부(2050)가 짧다는 점을 제외하면 도 16에 나타낸 DCUT(2000)와 실질적으로 유사하다. 또한, 백 플레이트(2012') DCUT는 함입 부위(2077')를 갖는 말단 함입 부재(2076')와, 후방이 단축된 프런트 커버 상부(2050') 상의 후크 부재(2053a')를 스냅 결합하는 리세스 레지(2043a')를 갖는 함입 부재(2076')의 하부를 포함한다.
상술한 DCUT 구조는 수신기로서 도 24에 도시한 바와 같이 휴대용 철필(3008) 상에 탑재한 송신기 장치(3004)에 관련된 전파 지연 시간을 검출하도록 입사된 음향 파형의 단일 초기 사이클에 응답하는 방식으로 동작될 수 있는 이점이 있다. 도 24는 예를 들면 1장의 종이 등과 같은 매체 상의 철필(3008)의 이동에 응답하여 휴대용 철필(3008)의 팁 상에 탑재된 초음파 송신기(3004)로 전송된 구동 전압 신호(V)를 나타낸다. 구동 신호(V)에 응답하여, 음향 파형(A)은 초음파 송신기에서 방사되어 휴대용 전자 장치 내에 고정 위치한 DCUT 수신기(3000)로 진행한다. 이로부터 출력된 DCUT 수신기 출력 신호(S)는 예를 들면 도 25에 나타낸 바와 같이 적절한 전화 회로에 의해 처리되어 출력 신호의 타이밍 측정과 트리거 레벨 검출을 제공하여 철필(3008)의 상대 위치를 결정한다. 도 25는 2개의 DCUT 수신기(3000)가 음향 데이터의 개시, 종료 또는 변형을 나타내는 철필로부터의 광학 신호를 사용하여 도 14에서 나타낸 시스템과 유사하게 음향 정보를 처리함으로써, 제어 메커니즘으로서 동작하는 실시예를 나타낸다. 또한, DCUT는 고정 장치 상에 탑재되는 수신기로 채용되는 것이 바람직하지만, DCUT가 송신기로서도 사용될 수 있다. 그러한, 이러한 장치의 방향성은 약 전체 360도 (수평 평면) 전체에 확산되는 것이 아니며, 50 내지 60도에 한정된다.
도 26 내지 도 28은 도 16 내지 도 18에 도시한 DCUT(2000)의 컴포넌트를 나타낸다. 도 26은 보호 그리드(2051a)를 포함하는 세미실린더형 부재(2051)를 구비한 프런트 커버(2002), 세미실린더형 부재(2050)와 상보적 형상인 세미실린더형 굽은 부재(2041)를 갖는 백 플레이트(2012), 및 변환기 요소(2010)를 포함하는 DCUT(2000)의 분해도이다. 또한, 컨택 홀더(2080)는 백플레이트(2012)의 외부 표면(2012)에 결합되며 일반적으로 평면인 부재와 전기 컨택 핀(2082)을 수납하여 전자 장치와 전기적 통신을 제공하는 관통 홀(2081)을 갖는 컨택 홀더(2080)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 도 27은 도 26에 도시된 컴포넌트의 일부의 조립도를 나타내며, 도 28은 이의 후면 사시도를 나타낸다. 컨택 홀더(2080), 프런트 커버(2002), 및 백 플레이트(2012)는 고무 또는 플라스틱을 포함하지만 이에 한정되지 않는 비금속 재료로 형성되고 초음방 용접 방법 등을 사용하여 용접되어 전체 어셈블리를 결합할 수 있다. 전기 컨택 핀(2082)은 플라스틱 컨택 홀더(2080)에 끼워지거나 조형되고, 각각이 변환기 요소(2012)의 반대표면 상에 배치되는 동작 전극 및 차폐/접지 전극(미도시) 중 대응하는 하나에 결합된다.
도 29는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 DCUT(2000'')의 분해도이다. DCUT(2000'')는 프런트 커버(2002''), 백 플레이트(2012''), 변환기 요소(2010), 및 컨택 홀더(2080'')를 포함한다.
도 44a 내지 도 44c는 여기서 설명한 초음파 변환기 구조가 사용될 수 있는 몇몇 예시적인 컴퓨터 애플리케이션을 나타내다. 도 44a는 변환기에 대한 몇몇 예시적인 위치를 나타내는 본 발명의 초음파 변환기의 데스크탑 컴퓨터 애플리케이션을 나타낸다. 도 44b는 변환기에 대한 몇몇 예시적인 위치를 나타내는 본 발명의 초음파 변환기의 랩탑 컴퓨터 애플리케이션을 나타낸다. 도 44c는 변환기에 대한 몇몇 예시적인 하우징 위치를 나타내는 본 발명의 초음파 변환기의 PDA 애플리케이션을 나타낸다.
상술한 발명은 충돌 초음파 신호를 수신 및 검출하는 음향 간극을 갖는 다양하게 탑재된 변환기 구조를 포함하는 실시예를 참조하여 설명하였다. 이들 실시예는 캐비티의 구성이 공진 주파수를 제어하도록 캐비티 깊이가 제어되고 이에 따라 장치의 감도를 향상시키는 음향 간극과 캐비티의 개념을 예시하였다. 다양한 구성, 형상, 및 재료, 차수가 예시되었다. 상기 발명은 상술한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 취지를 벗어나지 않으면서 다양한 변형 및 변경이 행해질 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 변환기가 외부 위치에서 거의 보이지 않도록 전자 장치의 하우징에 통합될 수 있으며, 얇고 경제적이며 조립이 용이하고 증가된 감도를 갖는 변환기 어셈블리를 획득할 수 있다.

Claims (87)

  1. 전자 장치에 대한 초음파 수신기에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징에 배치되고, 충돌 음향 신호(impinging acoustic signal)에 응답하여 상기 충돌 음향 신호에 의해 한정된 음향 파형을 나타내는 출력 전기 신호를 생성하는 초음파 변환기 요소; 및
    상기 출력 신호를 처리하는 전자 회로를 포함하되,
    상기 수신기는 상기 충돌 음향 신호에 의해 한정된 상기 음향 파형의 사이클에 응답하는 초음파 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충돌 음향 신호는 원격 배치된 초음파 송신기로부터 송신되는 초음파 수신기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전자 회로는,
    상기 출력 신호가 나타내는 상기 파형의 타이밍을 측정하는 타이밍 측정 회로; 및
    상기 출력 신호가 나타내는 상기 파형의 단일 사이클을 검출하는 트리거 레벨 검출 회로를 포함하되,
    상기 타이밍 측정 및 트리거 레벨 검출은 상기 송신기의 위치를 판정하는 초음파 수신기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전자 회로는, 상기 출력 신호가 나타내는 상기 파형의 타이밍을 측정하는 타이밍 측정 회로를 포함하는 초음파 수신기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전자 회로는, 상기 출력 신호가 나타내는 상기 파형의 단일 사이클을 검출하는 트리거 레벨 검출 회로를 포함하는 초음파 수신기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 충돌 음향 신호에 응답하여 상기 변환기 요소가 상기 출력 신호를 생성하도록 상기 초음파 변환기 요소의 기계적 압력을 확보하는 적어도 하나의 표면을 갖는 초음파 수신기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 적어도 하나의 표면은 상기 변환기 요소의 대향 단(opposing end)을 클램핑하는 초음파 수신기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 변환기 요소가 굽은 초음파 수신기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하우징은 음향 간극(acoustic aperture)을 갖는 프런트 커버를 포함하는 초음파 수신기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 상기 음향 간극 하부에 배치되는 초음파 수신기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 음향 간극은 상기 간극에 걸쳐 배치되는 그리드를 포함하는 초음파 수신기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 그리드는 상기 수신기의 음향 감도를 향상시킬 수 있는 임피던스 정합 요소로서 동작하는 초음파 수신기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 그리드는 외부 환경으로부터 상기 변환기 요소를 보호하는 초음파 수신기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 음향 간극은 밖으로 굽은 부재 내에서 형성되는 초음파 수신기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 상기 음향 간극 쪽으로 굽은 초음파 수신기.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 하우징은 백 플레이트를 더 포함하되,
    상기 변환기 요소의 상기 대향 단은 상기 프런트 커버와 상기 백 플레이트 사이에 클램핑되는 상기 초음파 수신기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 변환기 요소와 상기 전자 회로 사이에 전기 통신을 제공하는 전기 컨택 핀을 지지하는 홀더를 더 포함하는 초음파 수신기.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 적어도 하나의 표면은 상기 프런트 커버와 상기 백 플레이트에 의해 한정되는 클랭핑 표면을 포함하는 초음파 수신기.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 클램핑 표면은 상보적으로 굽은 초음파 수신기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 클램핑 표면의 곡률은 상기 변환기 요소의 곡률와 실질적으로 동일한 초음파 수신기.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 클램핑 표면은 상기 프런트 커버에 의해 한정되는 제1 세미실린더형 부재와 상기 백 플레이트에 의해 한정되는 제2 세미실린더형 부재로 형성되는 초음파 수신기.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 전자 장치의 하우징의 선택된 벽 부분인 초음파 수신기.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 전자 장치는 휴대 가능한 초음파 수신기.
  24. 제6항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 상기 하우징의 상기 적어도 하나의 표면에 결합되는 초음파 수신기.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 변환기 요소가 굽은 초음파 수신기.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 실질적으로 평탄한 초음파 수신기.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 표면은 상기 충돌 음향 신호에 응답하여 진동할 수 있는 격판(diaphragm)인 초음파 수신기.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 하우징은 외부 표면을 포함하되, 상기 격판은 상기 하우징의 상기 외부 표면과 동일 평면인 초음파 수신기.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 하우징은 외부 표면을 포함하되, 상기 격판은 상기 하우징의 상기 외부 표면과 실질적으로 동일 평면인 초음파 수신기.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 하우징은 외부 및 내부 표면을 포함하되, 상기 격판은 상기 하우징의 상기 외부 및 내부 표면들 중 하나로부터 리세스되는 초음파 수신기.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 하우징은 외부 표면을 포함하되, 상기 격판은 상기 하우징의 상기 외부 표면에 수직인 초음파 수신기.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 하우징은 측면 벽을 갖는 음향 간극을 포함하되, 상기 격판은 상기 음향 간극의 상기 측면 벽을 형성하는 초음파 수신기.
  33. 제27항에 있어서,
    상기 하우징은 측변 음향 간극을 포함하되, 상기 격판은 상기 음향 간극의 상기 측면 벽을 형성하는 초음파 수신기.
  34. 제27항에 있어서,
    상기 하우징은 하부 벽을 갖는 음향 간극을 포함하되, 상기 격판은 상기 음향 간극의 상기 하부 벽을 형성하는 초음파 수신기.
  35. 제27항에 있어서,
    상기 하우징은 하부 벽을 갖는 캐비티 내에 개방된 음향 간극을 포함하되, 상기 격판은 상기 캐비티의 상기 하부 벽을 형성하는 초음파 수신기.
  36. 제27항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 상기 격판의 외부 및 내부 표면 중 하나에 결합되는 초음파 수신기.
  37. 제1항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 압전 재료막인 초음파 수신기.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 압전 재료는 폴리비닐리딘 플로라이드(polyvinylidene fluoride) 및 리드 지르코늄 티타네이트(lead-zirconate-titanate)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 초음파 수신기.
  39. 제1항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 정전 변환기를 포함하는 초음파 수신기.
  40. 제1항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 실린더형인 초음파 수신기.
  41. 전자 장치에 대한 초음파 변환기에 있어서,
    하우징; 및
    상기 하우징에 결합되어, 수신기 모드와 송신기 모드 중 적어도 하나에서 동작할 수 있는 초음파 변환기 요소 - 상기 수신기 모드에서, 상기 변환기 요소는 충돌 음향 신호에 응답하여 전기 신호를 생성하고, 상기 송신기 모드에서, 상기 변환기 요소는 인가된 전기 신호에 응답하여 음향 신호를 생성함 - 를 포함하되,
    상기 하우징은 상기 변환기 요소가 상기 신호들을 생성하게 하도록 상기 변환기 요소의 기계적 압력을 보장하는 적어도 하나의 표면을 갖는 초음파 변환기.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 적어도 하나의 표면은 상기 변환기 요소의 대향 단을 클램핑하는 초음파 변환기.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 곡선인 초음파 변환기.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 하우징은 음향 간극을 갖는 프런트 커버를 포함하는 초음파 변환기.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 상기 음향 간극 하부에 배치되는 초음파 변환기.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 음향 간극은 상기 간극에 걸쳐 배치되는 그리드를 포함하는 초음파 변환기.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 그리드는 상기 변환기의 음향 감도가 증가할 수 있게 하는 임피던스 정합 요소로서 동작하는 초음파 변환기.
  48. 제45항에 있어서,
    상기 그리드는 외부 환경으로부터 상기 변환기 요소를 보호하도록 동작하는 초음파 변환기.
  49. 제45항에 있어서,
    상기 음향 간극은 밖으로 굽은 부재로 형성되는 초음파 변환기.
  50. 제49항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 상기 음향 간극 쪽으로 굽은 초음파 변환기.
  51. 제44항에 있어서,
    상기 하우징은 백 플레이트를 더 포함하되, 상기 변환기 요소의 상기 대향 단은 상기 프런트 커버와 상기 백 플레이트 사이에 클램핑되는 초음파 변환기.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 변환기 요소와 상기 전자 회로 사이에 전기 통신을 제공하는 전기 컨택 핀을 지지하는 홀더를 더 포함하는 초음파 변환기.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 적어도 하나의 표면은 상기 프런트 커버와 상기 백 플레이트에 의해 한정되는 클램핑 표면을 포함하는 초음파 변환기.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 클램핑 표면은 상보적으로 굽은 초음파 변환기.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 클램핑 표면의 곡률은 상기 변환기 요소의 곡률과 실질적으로 동일한 초음파 변환기.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 클램핑 표면은 상기 프런트 커버에 의해 한정되는 제1 세미실린더형 부재와 상기 백 플레이트에 의해 한정되는 제2 세미실린더형 부재로 형성되는 초음파 변환기.
  57. 제41항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 전자 장치의 하우징의 선택된 벽 부분인 초음파 변환기.
  58. 제41항에 있어서,
    상기 전자 장치는 휴대 가능한 초음파 변환기.
  59. 제41항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 상기 하우징의 상기 적어도 하나의 표면에 결합되는 초음파 변환기.
  60. 제59항에 있어서,
    상기 변환기 요소가 굽은 초음파 변환기.
  61. 제59항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 실질적으로 평탄한 초음파 변환기.
  62. 제59항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 표면은 상기 충돌 음향 신호에 응답하여 진동할 수 있는 격판인 초음파 변환기.
  63. 제62항에 있어서,
    상기 하우징은 외부 표면을 포함하되, 상기 격판은 상기 하우징의 상기 외부 표면과 동일 평면인 초음파 변환기.
  64. 제62항에 있어서,
    상기 하우징은 외부 표면을 포함하되, 상기 격판은 상기 하우징의 상기 외부 표면과 실질적으로 동일 평면인 초음파 변환기.
  65. 제62항에 있어서,
    상기 하우징은 외부 및 내부 표면을 포함하되, 상기 격판은 상기 하우징의 상기 외부 및 내부 표면으로부터 리세스되는 초음파 변환기.
  66. 제62항에 있어서,
    상기 하우징은 외부 표면을 포함하되, 상기 격판은 상기 하우징의 상기 외부 표면에 수직인 초음파 변환기.
  67. 제62항에 있어서,
    상기 하우징은 하부 벽을 갖는 변환기 수납 캐비티(transducer receiving cavity)를 포함하되, 상기 격판은 상기 변환기 수납 캐비티의 상기 하부 벽을 형성하는 초음파 변환기.
  68. 제62항에 있어서,
    상기 하우징은 측면 벽을 갖는 음향 간극을 포함하되, 상기 격판은 상기 음향 간극의 상기 측면 벽을 형성하는 초음파 변환기.
  69. 제62항에 있어서,
    상기 하우징은 하부 벽을 갖는 음향 간극을 포함하되, 상기 격판은 상기 음향 간극의 상기 하부 벽을 형성하는 초음파 변환기.
  70. 제62항에 있어서,
    상기 하우징은 하부 벽을 갖는 캐비티에 개방되는 음향간극을 포함하되, 상기 격판은 상기 캐비티의 상기 하부 벽을 포함하는 초음파 변환기.
  71. 제62항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 상기 격판의 외부 및 내부 표면 중 하나에 결합되는 초음파 변환기.
  72. 제41항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 압전 재료막을 포함하는 초음파 변환기.
  73. 제72항에 있어서,
    상기 압전 재료는 폴리비닐리딘 플로라이드(polyvinylidene fluoride) 및 리드 지르코늄 티타네이트(lead-zirconate-titanate)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 초음파 변환기.
  74. 제41항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 정전 변환기를 포함하는 초음파 변환기.
  75. 제41항에 있어서,
    상기 변환기 요소는 실린더형인 초음파 변환기.
  76. 제41항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 전자 장치의 하우징으로부터 이격된 초음파 변환기.
  77. 제76항에 있어서,
    상기 변환기는 상기 전자 장치의 하우징의 간극에 삽입 가능한 모듈 유닛인 초음파 변환기.
  78. 제41항에 있어서,
    상기 변환기 요소가 굽은 초음파 변환기.
  79. 제78항에 있어서,
    상기 하우징에 상기 변환기 요소를 클램핑하는 백 플레이트를 더 포함하는 초음파 변환기.
  80. 제79항에 있어서,
    상기 변환기 요소와 백 플레이트는 상기 하우징에 대하여 수직 배치되는 초음파 변환기.
  81. 제79항에 있어서,
    상기 변환기 요소와 백 플레이트는 상기 하우징에 대하여 수평 배치되는 초음파 변환기.
  82. 제81항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 변환기 요소를 향해 경사지게 형성되는 리세스를 구비한 외부 표면을 포함하는 초음파 변환기.
  83. 제1항에 있어서,
    상기 변환기 요소가 굽은 초음파 수신기.
  84. 제83항에 있어서,
    상기 하우징에 상기 변환기 요소를 클램핑하는 백 플레이트를 더 포함하는 초음파 수신기.
  85. 제84항에 있어서,
    상기 변환기 요소와 백 플레이트는 상기 하우징에 대하여 수직 배치되는 초음파 수신기.
  86. 제84항에 있어서,
    상기 변환기 요소와 백 플레이트는 상기 하우징에 대하여 수평 배치되는 초음파 수신기.
  87. 제86항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 변환기 요소를 향해 경사진 리세스를 구비한 외부 표면을 포함하는 초음파 수신기.
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