(57)【要約】表面波デバイス（３００）は、圧電基板（３０４）上に形成されたインターデジタル型トランスデューサおよび音響コーティング（３０２）を含むように構成することができ、インターデジタル型トランスデューサ（３０６）は、その表面波に対して、無視できる程度の電気的結合をもたらすように選択される。更に、アンテナ（３０８）を表面波デバイスと一体化することができ、アンテナは１または複数の信号を受信し、それらの信号は、弾性波デバイスを励振して複数のモードの周波数出力を生成し、その周波数出力において温度の作用による変化と圧力の作用による変化とが解析のために互いに分離される。
2007535663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ・システムであって、
圧電基板上に形成されたインターデジタル型トランスデューサおよび音響コーティングを含む表面波デバイスであって、前記インターデジタル型トランスデューサは、その表面波に対する無視できる程度の電気的結合をもたらすように選択されるものである、表面波デバイスと、
前記表面波デバイスと一体化されるアンテナであって、少なくとも１つの信号を受信するものであり、前記信号は、複数のモードの周波数出力を生成するように前記音響コーティングを励振し、前記周波数出力において温度の作用による変化と圧力の作用による変化とが解析のために互いに分離されるものである、アンテナと
を備えるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記温度の作用による変化と前記圧力の作用による変化とが解析のために互いに分離されるものである前記複数のモードの周波数出力を生成するように前記音響コーティングを励振するために、前記少なくとも１つの信号を、前記表面波デバイスと一体化された前記アンテナへ送信するための送受信器ユニットを更に備える、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記インターデジタル型トランスデューサが水晶を備える、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであって、前記複数のモードの周波数出力が、以下のタイプのデータ、即ち、たわみ板モード（ＦＰＭ）・データ、音響板モード・データ、およびシェア水平音響板モード（ＳＨ−ＡＰＭ）・データ、のうちの少なくとも１つを含む、システム。
【請求項５】
請求項４に記載のシステムであって、前記複数のモードの周波数出力が、以下のタイプのデータ、即ち、振幅板モード（ＡＰＭ）・データ、厚みシェア・モード（ＴＳＭ）・データ、表面弾性波（ＳＡＷ）モード・データ、およびバルク弾性波（ＢＡＷ）モード・データ、のうち少なくとも１つを更に含む、システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムであって、前記複数のモードの周波数出力が、以下のタイプのデータ、即ち、ねじれモード・データ、ラブ波データ、漏洩表面弾性波（ＬＳＡＷ）モード・データ、および擬似表面弾性波（ＰＳＡＷ）モード・データ、のうち少なくとも１つを更に含む、システム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムであって、前記複数のモードの周波数出力が、以下のタイプのデータ、即ち、横モード・データ、表面スキミング・モード・データ、表面横モード・データ、高調波モード・データ、および倍音モード・データ、のうち少なくとも１つを更に含む、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムであって、前記インターデジタル型トランスデューサが、以下の金属、即ち、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、およびＮｉのうちの少なくとも１つを含む材料のグループから選択された電極材料を含む、システム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムであって、前記インターデジタル型トランスデューサが、合金を含む材料のグループから選択された電極材料を含む、システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムであって、前記インターデジタル型トランスデューサが、金属−非金属化合物を含む材料のグループから選択された電極材料を含む、システム。
【請求項１１】
センサ・システムであって、
圧電基板上に形成されたインターデジタル型トランスデューサおよび音響コーティングを含む表面波デバイスであって、前記インターデジタル型トランスデューサは、その表面波に対する無視できる程度の電気的結合をもたらすように選択されるものである、表面波デバイスと、
前記表面波デバイスと一体化されるアンテナであって、少なくとも１つの信号を受信するものであり、前記信号は、複数のモードの周波数出力を生成するように前記音響コーティングを励振し、前記周波数出力において温度の作用による変化と圧力の作用による変化とが解析のために互いに分離されるものである、アンテナと
前記表面波デバイスと一体化された前記アンテナへ前記少なくとも１つの信号を送信するための送受信器ユニットと
を備えるシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムであって、前記複数のモードの周波数出力が、以下のタイプのデータ、即ち、
たわみ板モード（ＦＰＭ）・データ、
音響板モード・データ、
シェア水平音響板モード（ＳＨ−ＡＰＭ）・データ、
振幅板モード（ＡＰＭ）・データ、
厚みシェア・モード（ＴＳＭ）・データ、
表面弾性波（ＳＡＷ）モード・データ、
バルク弾性波（ＢＡＷ）モード・データ、
ねじれモード・データ、
ラブ波データ、
漏洩表面弾性波（ＬＳＡＷ）モード・データ、および
擬似表面弾性波（ＰＳＡＷ）モード・データ、
のうち少なくとも１つを含む、
システム。
【請求項１３】
センサの方法であって、
圧電基板上に形成されたインターデジタル型トランスデューサおよび音響コーティングを含む表面波デバイスを構成するステップであって、前記インターデジタル型トランスデューサは、その表面波に対する無視できる程度の電気的結合をもたらすように選択されるものである、表面波デバイスを構成するステップと、
アンテナを前記表面波デバイスと一体化するステップであって、前記アンテナは少なくとも１つの信号を受信するものであり、前記信号は、複数のモードの周波数出力を生成するように前記音響コーティングを励振し、前記周波数出力において温度の作用による変化と圧力の作用による変化とが解析のために互いに分離されるものである、一体化するステップと
を備える方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
前記温度の作用による変化と前記圧力の作用による変化とが解析のために互いに分離されるものである前記複数のモードの周波数出力を生成するように前記音響コーティングを励振するために、前記少なくとも１つの信号を、前記表面波デバイスと一体化された前記アンテナへ送信するための送受信器ユニット設けるステップ
を更に備える方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、前記インターデジタル型トランスデューサが水晶を備える、方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の方法であって、前記複数のモードの周波数出力が、以下のタイプのデータ、即ち、
たわみ板モード（ＦＰＭ）・データ、
音響板モード・データ、
シェア水平音響板モード（ＳＨ−ＡＰＭ）・データ、
振幅板モード（ＡＰＭ）・データ、
厚みシェア・モード（ＴＳＭ）・データ、
表面弾性波（ＳＡＷ）モード・データ、
バルク弾性波（ＢＡＷ）モード・データ、
ねじれモード・データ、
ラブ波データ、
漏洩表面弾性波（ＬＳＡＷ）モード・データ、および
擬似表面弾性波（ＰＳＡＷ）モード・データ、
のうち少なくとも１つを含む、
方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法であって、以下の金属、即ち、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、およびＮｉのうち少なくとも１つを含む材料のグループから選択された電極材料を含むように前記インターデジタル型トランスデューサを構成するステップを更に含む、方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の方法であって、合金を含む材料のグループから選択された電極材料を含むように前記インターデジタル型トランスデューサを構成するステップを更に含む、方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の方法であって、金属−非金属化合物を含む材料のグループから選択された電極材料を含むように前記インターデジタル型トランスデューサを構成するステップを更に含む、方法。
【請求項２０】
請求項１３に記載の方法であって、前記タイヤ内に前記表面波デバイスを配置するステップであって、複数のモードの周波数出力を生成するようにし、前記周波数出力において温度の作用による変化と圧力の作用による変化とが、前記タイヤの温度および圧力をそれぞれに解析するために互いに分離される、前記表面波デバイスを配置するステップを更に含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
諸実施形態は、一般に検知のデバイスおよび技術に関する。また、諸実施形態は、例えば表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスおよびセンサ、バルク弾性波（bulk acoustic wave）（ＢＡＷ）デバイスおよびセンサなどのような、インターデジタル表面波センサ・デバイスに関する。また、諸実施形態は、車両タイヤを監視するために使用されるタイヤの圧力および温度のセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
音波（弾性波）センサは、例えば、温度、圧力および／または気体の検知のデバイスおよびシステムなどのような、幾つかの検知における応用例で使用される。表面波センサの例には、化学薬品などのような物質の存在を検出するために使用することができる弾性波センサなどのようなデバイスが含まれる。センサとして働く弾性波（例えば、ＳＡＷ、ＢＡＷ）デバイスは、それらの固有の高いＱファクタに由来する、表面負荷に対する高い感度と低い雑音により、非常に高感度な検出機構を実現することができる。
【０００３】
表面弾性波デバイスは、典型的には、フォトリソグラフィ技法を使用して作製され、櫛のようなインターデジタル型トランスデューサを圧電材料上に配置する。表面弾性波デバイスは、遅延ライン構成または共振器構成を有することができる。表面弾性波化学／生物センサの選択性は、一般に、圧電材料上に配された選択コーティングによって決定される。選択コーティング内へ測定される種（物）が吸収および／または吸着されると、ＳＡＷ／ＢＡＷデバイスに対して質量負荷効果、弾性効果、および／または粘弾性効果が引き起こされ得る。種の吸収および／または吸着による音響特性の変化は、遅延ラインをもつ表面弾性波デバイスについては遅延時間のシフト、また、共振器をもつ（ＢＡＷ／ＳＡＷ）弾性波デバイスについては周波数のシフトとして、解釈することができる。
【０００４】
弾性波検知デバイスは、しばしば、電子発振器と共に使用するように適合されたタイプなどのような、水晶発振器エレメントに依存する。典型的な気体検知の応用例では、選択薄膜コーティング（即ち、水晶の１つの表面に付着されるもの）で気体分子が吸収されると、水晶の質量が増大される可能性があり、一方、水晶の共振周波数は低下する。厚みシェア・モード（thickness shear mode）（ＴＳＭ）水晶ユニット、例えばＡＴカット・ユニットなどの周波数は、水晶板（crystal plate）の厚さに反比例する。例えば、典型的な５ＭＨｚ第３オーバートーン板は、百万原子層程度の厚さである。検体の吸収は、水晶の１原子層の質量と等価であり、これは約１ｐｐｍだけ周波数を変化させる。
【０００５】
従って、厚みシェア・モード共振器は、広く水晶微量天秤と称される。基本モードの感度は、第３倍音（3rd overtone）の感度より約９倍高いことが、計算によって決定されている。例えば５ＭＨｚのＡＴカットＴＳＭ水晶ブランクは、厚さ約０．３３ｍｍ（基本）である。電極の厚さは、例えば約０．２〜０．５μｍの範囲とすることができる。コーティングに起因する周波数の変化は、典型的には、ΔＦ＝−２．３×１０６Ｆ２（ΔＭ／Ａ）であり、上式で、値ΔＦは、コーティングに起因する周波数の変化（Ｈｚ）を表し、Ｆは、水晶板の周波数（Ｈｚ）を表し、ΔＭは、堆積されたコーティングの質量（ｇ）を表し、値Ａは、コーティングされた面積（ｃｍ２）を表す。
【０００６】
選択吸着薄膜で被覆された音響センサ（selective adsorbent thin film coated acoustic sensor）、例えば水晶共振器、表面弾性波デバイス、水晶微量天秤デバイスなどは、それらが高い感度、選択性、耐久性を有するので、化学／生物の検出応用例にとって魅力的なものである。実装される検出機構は、被覆された圧電水晶が気体にさらされたときの物理化学的および電気的特性の変化に応じて決められる。測定結果は、通常、被覆された水晶をフィードバック・エレメントとして使用するループ発振器回路の出力周波数として得られる。
【０００７】
センサが検体にさらされたとき、薄膜がその検体を吸着し、物理化学的および電気的な変化の結果として、対応する周波数シフトが測定される。コーティング特性に寄与する要因には、コーティング密度、コーティング・モジュラス（modulus）、基板の湿り、コーティング形態（morphology）、導電率、キャパシタンス、および誘電率（permittivity）が含まれる。コーティング材料選択、コーティング構造、コーティング技法は、センサの応答に影響を及ぼす。
【０００８】
薄膜堆積のための従来技法は、コーティング材料や基板の特性に応じて広く変わる。そのような技法の諸例には、無機および複合の材料の大部分について、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ゾル・ゲルが含まれる。ポリマー材料については、揮発性溶剤中のポリマーの溶液からの、自己組織化ディッピング法、注型（casting、キャスティング）、スプレー・コーティング、および／またはスピン・コーティングがしばしば好ましい。これらの従来技法に基づく構成は、一般的に、弾性波センサの特性を決定する。また、コーティング法は、センサの再現性にとって重要である。そのようなセンサは寿命が比較的短いため、金属酸化物を基にするセンサよりも頻繁に交換される。センサが交換されると、以前に学習した臭気の記憶を失う。換言すれば、そのようなデバイスの応答曲線が変わり、従って、交換したセンサを再トレーニングし、かつ／または再較正しなければならない。
【０００９】
実用上の理由で、物理吸着コーティング材料として、ゼオライトが広く使用される。ゼオライトは、ＡｌＯ４およびＳＯ４の４面体の長い３次元ネットワークに基づくフレームワークの、アルカリまたはアルカリ土類元素（例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ）の結晶性アルミノケイ酸塩である。これらの４面体は、立方体、８面体プリズム、６面プリズムなどのような、２次の多面構成ブロックの形に組み立てられる。最終的なゼオライト構造は、その２次のブロックが規則的な３次元結晶性フレームワークの形に集まったものからなる。それぞれのアルミニウム原子は、（−１）の電荷を有し、これは、ネットワークで陰イオン電荷を上げる。
【００１０】
その電荷の平衡を保ち、非フレームワーク位置を占有するために、陽イオンが必要である。典型的には、フレームワークは、相互接続された籠および／またはチャネルの規則的な構造で構成される。本質的に「空の」籠および／またはチャネルのこれらの系は、良好な吸着剤に必要な高い貯蔵容量をもたらす。ゼオライト吸着剤は、その均一な結晶内開口サイズによって特徴付けられる。均一なサイズとなっている開口は、サイズに基づく分子の弁別（例えば、立体分離（steric separation））を可能にする。結晶内に拡散することができる最大サイズより大きい分子は、除外される。吸着の容量および選択性は、使用される陽イオンのタイプとイオン交換の範囲とによって著しく影響を受け得る。このタイプの変更は、ゼオライトを気体分離のために最適化する際に重要である。
【００１１】
均一な細孔構造、開口サイズ変更の容易さ、優れた熱および熱水安定性、低い分圧での高い収着容量、ならびに適度なコストにより、ゼオライトは、多数の分離のための応用で広く使用されている。例えば、選択吸着剤薄膜でコーティングされた水晶微量天秤化学センサは、ＣＯの選択的検出のために使用することができる。その薄いコーティングは、個体の非多孔性の無機マトリクスと、その無機マトリクス内に含まれる多孔性ゼオライト結晶とを備え、そのゼオライト結晶の細孔は、予め選択された大きさより小さいサイズの化学物質を選択的に吸着する。
【００１２】
マトリクスは、ゾル・ゲルにより導出されたガラス、ポリマー、および粘土のグループから選択することができる。ゼオライト結晶の細孔は、ルイス酸または塩基あるいはブロンステッド酸または塩基となるように変更され、金属イオンの存在によってゼオライト内ライゲーション（ligation、連結）をもたらすことが可能である。膜は、ゼオライト結晶を含むアルミナ、ボロアルミノシリケート（boro-alumino-silicate）、チタニア、加水分解されたジエトキシジフェニルシラン（hydrolyzed diethoxydiphenyl silane）、またはシラン・ゴムのマトリクスである。無機マトリクスの厚さは、一般に約０．００１〜１０μｍであり、ゼオライト結晶の細孔の直径は、約０．２５〜１．２ｎｍである。コーティングは、非晶質ＳｉＯ２マトリクスから突出すゼオライト結晶の単層である。
【００１３】
ポリマーは、多数の繰り返される、モノマーと呼ばれる単位からなる化合物として定義することができる。これらのモノマーは、共有結合によって共に接合されて長い鎖を形成する。重合の度合いは、鎖内の繰り返される単位の数として定義される。ポリマーの特性は、ポリマー鎖のサイズ全体に依存し、また、ポリマーを共に保持する分子間力および分子内の力に依存する。一般に、対象とされるポリマー特性は、拡散／透過特性として、または機械的特性として特徴付けることができる。拡散／透過特性の測定は、ポリマー膜内への種の拡散が単純な質量負荷効果を生成するときには、簡単である。センサ・コーティングとして使用されるポリマーは、ブチル・ゴム、セルロース・ポリマー、ポリシロキサン、ポリアニリン、ポリエチレンなどである。
【００１４】
ポリマー、特にゴム状の非晶質ポリマーには、化学的に敏感なセンサ・コーティングとして、幾つかの固有の利点がある。これらは、溶剤キャスティングやスプレー・コーティングによって、かなり均一な厚さの、薄い接着性の連続した膜として堆積することができる。これらは不揮発性の、また同質組成のものであり、それらの化学的および物理的な特性は、モノマーおよび合成手順をうまく選択することによって、ある程度変更することができる。ガラス転移温度Ｔｇは、ポリマーがガラス状からゴム状に変化する温度である。Ｔｇより高いと、透過性は、拡散力によって完全に支配され、吸着が急速におよび可逆的に進行する。ゴム状の非晶質ポリマーのもう１つの利点は、その収着等温線が、しばしば浸透剤濃度における比較的大きな範囲にわたって線形であることである。
【００１５】
一般に、被覆吸着剤薄膜は、その作動媒体と接したときに、均一で、接着性で、薄く、化学的および物理的に安定したものでなければならない。膜厚における均一性は非常に重要というほどではないが、場合によって、即ち、透過率（rate of permeation）を使用し検体を識別するときなどには、重要となり得る。弾性波センサの選択性は、コーティングの構造によって影響を受ける。異なる膜構造、従って異なる応答特性は、検知用の膜を形成する材料の比率を変えることによって達成することができる。
【００１６】
所望の応答特性を有する検知膜を構築するために、検体分子と検知膜材料とは、アフィニティー（親和力）により最も適切に形成されるように溶液内で混合することができる。相互作用力は、検知膜と検体との親和力によって選択される。これにより、所望の応答特性を有するセンサを容易に得ることができる。気体センサの場合には、同じ結果を達成するためには、試料気体で充填されたグローブ・ボックス内で吸着剤薄膜を作製するべきである。他の方法には、分子インプリント（即ち、分子インプリントされたポリマーを使用して特定の収着サイトを形成する）や、ホスト・ゲスト相互作用（host-guest interaction）（即ち、シクロデキストリンなどのようなホスト分子とゲスト分子との構造的な相互作用の結果）が含まれる。
【００１７】
上述のものなどのような弾性波センサは、車両タイヤを監視する際になどのような、幾つかの検知動作のために使用することができる。今日まで、大抵のタイヤ検知システムは、典型的には１つの検知チップに２〜３個のセンサを組み込むＳＡＷセンサなどのようなセンサ・デバイスを組み込む。そのようなセンサは、圧力および温度を検知するように設計される。しかし、そのようなセンサは、１つのセンサのみが１つのチップに配される設計、そして、圧力と温度の両方などのような様々な活動を検知することができる設計を実施できる場合には、改善することができると考えられる。
【００１８】
本発明の以下の概要は、本発明の独自の幾つかの革新的特徴の理解を容易にするために提供されており、完全な説明とすることは意図されていない。本発明の様々な態様については、明細書、特許請求の範囲、図面、および要約書を全体として考慮することによって完全に理解することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従って、本発明の一つの目的は、改善されたセンサ・デバイスおよび検知技法を提供することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、改善された表面波センサ・デバイスを提供することである。
【００２１】
本発明の他の目的は、例えばマルチ・モードの表面弾性波（ＳＡＷ）検知デバイスやバルク弾性波（ＢＡＷ）検知デバイスなどのような、改善されたインターデジタル表面波デバイスを提供することである。
【００２２】
また、本発明の一つの目的は、検知チップ上の複数のセンサではなく、検知チップ上で１つのみのセンサを使用する圧力および温度センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の前述の目的ならびに他の目的および利点は、本明細書で述べられているように達成することができる。センサのシステムおよび方法が開示される。表面波デバイスは、圧電基板上に形成されたインターデジタル型トランスデューサおよび音響コーティングを含むように構成することができ、インターデジタル型トランスデューサは、その表面波に対しての無視できる電気的結合をもたらすように選択される。更に、アンテナを表面波デバイスと一体化することができ、アンテナは１または複数の信号を受信し、その信号は音響コーティングを励振して複数のモードの周波数出力を生成し、温度および圧力の作用の変化が互いに分離されて解析される。また、表面波デバイスと一体化されたアンテナへ信号を送信するための送受信器ユニットを設けることができ、その信号は、音響波デバイスを励振して複数のモードの周波数出力を生成し、温度および圧力の作用の変化が互いに分離されて解析される。
【００２４】
個々の図面にわたって、同様の符号は、同一または機能的に同様の要素を指し、また、本明細書に組み込まれその一部を形成する添付の図面は、本発明を更に例示し、本発明の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するためのものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
制限を目的としていないこれらの例において論じられる特定の値や構成は、変えることが可能であり、本発明の少なくとも１つの実施形態を例示するために示されているにすぎず、本発明の範囲を限定しないものとする。
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態に従って実施することができるインターデジタル表面波デバイス１００の斜視図を示す。表面波デバイス１００は、一般に、圧電基板１０４上に形成されたインターデジタル型トランスデューサ１０６を含む。表面波デバイス１００は、センサ・チップと関連して実装することができる。インターデジタル型トランスデューサ１０６は、電極の形態で構成することができる。コーティング１０２は、測定される特定の種がコーティング１０２によって吸収されてインターデジタル表面波デバイス１００の音響特性を変えるようにするよう、選択することができる。様々な選択コーティングを使用してコーティング１０２を実施することができる。音響特性の変化を検出および使用して、コーティング１０２によって吸収および／または吸着された物質または種を識別または検出することができる。従って、コーティング１０２は、一般に、表面弾性モデル（surface acoustical model）を実現するために励振される。しかし、そのような励振は、インターデジタル表面波デバイス１００の様々な他のモードを生成することができる。
【００２７】
多数のモードの振動、例えば、表面弾性波（ＳＡＷ）モードやバルク弾性波（ＢＡＷ）モードなどが、インターデジタル表面波デバイス１００に存在することができる。殆どのの弾性波デバイスは、インターデジタル表面波デバイス１００とは異なり、１つのモードの振動だけが最適化されて他のモードは抑圧されるように設計される。しかし、そのような「望ましくない」モード（１または複数）は、親和力／吸着の検知における脱着のために使用することができる。そのようなモードには、例えば、たわみ板モード（flexural plate mode）（ＦＰＭ）、音響板モード（acoustic plate mode）、シェア水平音響板モード（shear-horizontal acoustic plate mode、ＳＨ音響板モード）（ＳＨ−ＡＰＭ）、振幅板モード（amplitude plate mode）（ＡＰＭ）、厚みシェア・モード（thickness shear mode）（ＴＳＭ）、表面弾性波（ＳＡＷ）モード、バルク弾性波（ＢＡＷ）モード、ねじれモード（Torsional mode）、ラブ波（love wave）、漏洩表面弾性波（leaky surface acoustic wave）（ＬＳＡＷ）モード、擬似表面弾性波（pseudo surface acoustic wave）（ＰＳＡＷ）モード、横モード（transverse mode）、表面スキミング・モード（surface-skimming mode）、表面横モード（surface transverse mode）、高調波モード（harmonic mode）、および／または倍音モード（overtone mode）が含まれ得る。従って、本明細書で開示されている実施形態によれば、複数の振動モードを使用して、インターデジタル表面波デバイス１００などのような、複数モード弾性波デバイスを作り出すことができる。
【００２８】
図２は、本発明の一実施形態による、図１に示されているインターデジタル表面波デバイス１００の線Ａ−Ａに沿った断面図を示す。圧電基板１０４は、様々な基板材料、例えば、幾つかの例を挙げれば、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７、ＧａＰＯ４、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、ＺｎＯ、および／または、Ａｌ、Ｇａ、Ｌｎなどのエピタキシャル成長した窒化物などから形成することができる。インターデジタル型トランスデューサ１０６は、一般に３つのグループに分割される材料から形成することができる。第１に、インターデジタル型トランスデューサ１０６は、金属グループの材料（例えば、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ）から形成することができる。第２に、インターデジタル型トランスデューサ１０６は、ＮｉＣｒやＣｕＡｌなどのような合金から形成することができる。第３に、インターデジタル型トランスデューサ１０６は、金属−非金属化合物（例えば、ＴｉＮや、ＣｏＳｉ２や、ＷＣを主成分とするセラミック電極）から形成することができる。
【００２９】
コーティング１０２は、圧電基板１０４の平坦な表面全体を覆う必要はなく、設計の制約に応じて一部分だけを覆うことができる。選択コーティング１０２は、インターデジタル型トランスデューサ１０６と、圧電基板１０４の平坦な表面全体とを覆うことができる。インターデジタル表面波デバイス１００は複数モード検知デバイスとして機能するので、その励振された複数のモードは、一般に圧電材料の同じ体積を占有する。複数モード励振は、温度変化作用と圧力変化作用とを分離することを可能にする。マルチ・モード応答は、複数のモードの式によって表すことができ、それを解いて、温度と圧力とに起因する応答を分離することができる。
【００３０】
図３は、本発明の代替の実施形態に従って実施することができるインターデジタル表面波デバイス３００の斜視図を示す。図３〜図４に示されている構成は、図１〜図２に示されているものと同様であるが、ワイヤレス励振コンポーネント３１０（図４に示されているもの）に接続されてその上方に配置されるアンテナ３０８が追加されている。表面波デバイス３００は、一般に、圧電基板３０４上に形成されたインターデジタル型トランスデューサ３０６を含む。従って、表面波デバイス３００は、インターデジタル表面波デバイスとして機能し、また、特に表面スキミング・バルク波（surface-skimming bulk wave）技法を使用するものとして機能することができる。インターデジタル型トランスデューサ３０６は、電極の形態で構成することができる。コーティング３０２は、測定される特定の種がコーティング３０２によって吸収されてインターデジタル表面波デバイス３００の音響特性を変えるようにするよう、選択することができる。様々な選択コーティングを使用してコーティング３０２を実施することができる。
【００３１】
音響特性の変化を検出および使用して、コーティング３０２によって吸収および／または吸着された物質または種を識別または検出することができる。従って、コーティング３０２は、表面弾性モデルを実施するために、ワイヤレス手段を介して励振することができる。従って、アンテナ３０８およびワイヤレス励振コンポーネント３１０を使用して複数のモードを励振し、それによって温度変化作用と圧力変化作用とを分離することを可能にすることができる。そのような励振は、インターデジタル表面波デバイス３００の様々な他のモードを生成することができる。
【００３２】
図４は、本発明の一実施形態による、図３に示されているインターデジタル表面波デバイス３００の線Ａ−Ａに沿った断面図を示す。従って、アンテナ３０８は、図４では、コーティング３０２の上に配置され、コーティング３０２の領域内に形成することができるワイヤレス励起コンポーネント３１０に接続される。図２の構成と同様に、圧電基板３０４は、様々な基板材料、例えば、幾つかの例を挙げれば、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７、ＧａＰＯ４、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、ＺｎＯ、および／または、Ａｌ、Ｇａ、Ｌｎなどのようなエピタキシャル成長した窒化物などから形成することができる。インターデジタル型トランスデューサ３０６は、一般に３つのグループに分割される材料から形成することができる。第１に、インターデジタル型トランスデューサ１０６は、金属グループの材料（例えば、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ）から形成することができる。第２に、インターデジタル型トランスデューサ１０６は、ＮｉＣｒやＣｕＡｌなどのような合金から形成することができる。第３に、インターデジタル型トランスデューサ３０６は、金属−非金属化合物（例えば、ＴｉＮや、ＣｏＳｉ２や、ＷＣを基にするセラミック電極）から形成することができる。
【００３３】
図５は、本発明の代替の実施形態に従って実施することができるタイヤ・センサ・システム５００の分解図を示す。システム５００は、ドラム型ブレーキに関連したタイヤ５０２に関連して実施することができる。しかし、システム５００は、ディスク・ブレーキなどのような他のブレーキ・システムに関しても実施することができることが、理解できる。タイヤ５０２は、タイヤ・リム５０４を含む。システム５００はブレーキ・ドラム５０６を含み、ブレーキ・ドラム５０６は受け板５１０と相互作用することができ、受け板５１０は、車両の車軸５１２を囲む。
【００３４】
システム５００はまた、図３〜図４でより詳細に示されているインターデジタル表面波デバイス３００を含む。システム５００は、インターデジタル表面波デバイス３００をタイヤ５０２上の特定の位置に配することによって、タイヤ５０２の温度および圧力を監視するために使用することができる。自動車内および／または他の場所に配置することができる送受信器５１６から、ワイヤレス信号（例えば、無線周波数、低周波数など）をインターデジタル表面波デバイス３００へ送信することができる。信号はインターデジタル表面波デバイス３００を励振し、それによって複数のモードの励振をもたらし、温度変化作用と圧力変化作用とを分離することを可能にする。次いで、複数モード・データは、更なる収集および評価のために、送受信器５１６へ送り返すことができる。
【００３５】
図６は、本発明の代替の実施形態に従って実施することができる弾性波センサ・システム６００のブロック図を示す。システム６００は、図３〜図５に関連して述べたものなどのようなワイヤレス構成ではなく、有線の設計である。そのようなシステムでは、複数のモードを、共通の圧電デバイスを共用する複数の発振器回路によって、同時に励振することができる。システム６００は、図５に示されているインターデジタル表面波デバイス３００の代わりに使用することができる。当然ながら、そのような構成では、送受信器５１６は必要ないことになる。
【００３６】
従って、システム６００は、テスト・セル６０２内に配置される複数の水晶（quartz crystal）６０８、６１０、６１２、６１４、６１６を含む。それぞれの水晶は、発振器のフィードバック経路に配置することができる。例えば、水晶６０８は、発振器回路６０９のフィードバック経路に配置することができ、水晶６１０は、概して、発振器回路６１１のフィードバック経路に配置される。同様に、水晶６１２は、発振器回路６１３のフィードバック経路に配置することができ、水晶６１３は、概して、発振器回路６１５のフィードバック経路に配置される。最後に、水晶６１６は、概して、発振器回路６１７のフィードバック経路に配置される。発振器回路６０９、６１１、６１３、６１５、６１７は、周波数カウンタ６０４と通信し、周波数カウンタ６０４はプロセッサ６０６の指揮下にある。実際には、気体流または別の化学薬品流が、入口６２０を通じてテスト・セル６０２へ入り、ドレイン６２２を介して出る。
【００３７】
図１に示されているシステム１００などのような、センサのアレイのためのコーティングの選択に関しては、データを適切に表すために、最小数のセンサ／コーティングを実装することができる。従って、同様な応答や冗長な応答を提示するコーティングは、省くべきである。コーティングを、１群のコーティングから選択するときには、感度、安定性、コストなどのような考慮すべき諸事に基づくべきである。
【００３８】
化学気体センサの選択性は、選択吸着材料の利点を用いることによって改善することができる。幾つかの改善は、選択透過フィルタを使用することによって達成することができる。しかし、干渉については、センサの使用前に必ず知られているものではない可能性がある。更に、複数の検体についての同時の監視を必要とする応用例は、複数のセンサを必要とする。そのような場合には、対象とする検体に対して度合いの異なる選択性を有するコーティングをそれぞれのセンサが担う、複数のセンサの複数のアレイの使用を利用することができる。
【００３９】
パターン認識解析に関しては、コーティングは、１組の検体に対する応答に従って分類することができる。アレイ内の各センサは、異なるコーティングを用いて設計することができ、それぞれのコーティングが、１組の検体のメンバに対して異なって応答するように選択される。応答の組合せは、それぞれの検体について一意のフィンガープリントを生成する。化学センサのアレイからの応答のパターンと、対応する検体の識別との相関を確立するために、幾つかの方法が開発されている。アレイの効率は、コーティング応答の独自性に依存する。
【００４０】
本明細書で述べられている実施形態および例は、本発明とその実際的な応用例について最適に説明するために提示したものであり、当業者が本発明を作成および使用することを可能にするために提示されている。しかし、前述の説明および例が、例示のために提示されているにすぎないことを、当業者は理解するであろう。本発明の他の変形形態および変更形態は、当業者にとって明らかであり、特許請求の範囲にそのような変形形態および変更形態が包含されることが意図されている。
【００４１】
述べられている説明は、網羅的であることも本発明の範囲を限定することも意図されていない。上記の教示に照らして、特許請求の範囲から逸脱することなしに、多数の変更形態および変形形態が可能である。本発明の使用は、異なる特徴を有する構成要素を含むことができることも企図されている。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義され、あらゆる点で均等物に対して完全に認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従って実施することができるインターデジタル表面波デバイスの斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による、図１に示されているインターデジタル表面波デバイスの線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図３】図３は、本発明の代替の実施形態に従って実施することができるインターデジタル表面波デバイスの斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態による、図３に示されているインターデジタル表面波デバイスの線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図５】図５は、本発明の代替の実施形態に従って実施することができるタイヤ・センサ・システムの分解図である。
【図６】図６は、本発明の代替の実施形態に従って実施することができる弾性波センサ・システムのブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年12月6日(2006.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ・システムであって、
圧電基板上に形成されたインターデジタル型トランスデューサおよび音響コーティングを含む表面波デバイスであって、前記インターデジタル型トランスデューサは、その表面波に対する無視できる程度の電気的結合をもたらすように選択されるものである、表面波デバイスと、
前記表面波デバイスと一体化されるアンテナであって、少なくとも１つの信号を受信するものであり、前記信号は、複数のモードの周波数出力を生成するように前記音響コーティングを励振し、前記周波数出力において温度の作用による変化と圧力の作用による変化とが解析のために互いに分離されるものである、アンテナと
を備えるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記温度の作用による変化と前記圧力の作用による変化とが解析のために互いに分離されるものである前記複数のモードの周波数出力を生成するように前記音響コーティングを励振するために、前記少なくとも１つの信号を、前記表面波デバイスと一体化された前記アンテナへ送信するための送受信器ユニットを更に備える、システム。
【請求項３】
センサ・システムであって、
圧電基板上に形成されたインターデジタル型トランスデューサおよび音響コーティングを含む表面波デバイスであって、前記インターデジタル型トランスデューサは、その表面波に対する無視できる程度の電気的結合をもたらすように選択されるものである、表面波デバイスと、
前記表面波デバイスと一体化されるアンテナであって、少なくとも１つの信号を受信するものであり、前記信号は、複数のモードの周波数出力を生成するように前記音響コーティングを励振し、前記周波数出力において温度の作用による変化と圧力の作用による変化とが解析のために互いに分離されるものである、アンテナと
前記表面波デバイスと一体化された前記アンテナへ前記少なくとも１つの信号を送信するための送受信器ユニットと
を備えるシステム。
【請求項４】
センサの方法であって、
圧電基板上に形成されたインターデジタル型トランスデューサおよび音響コーティングを含む表面波デバイスを構成するステップであって、前記インターデジタル型トランスデューサは、その表面波に対する無視できる程度の電気的結合をもたらすように選択されるものである、表面波デバイスを構成するステップと、
アンテナを前記表面波デバイスと一体化するステップであって、前記アンテナは少なくとも１つの信号を受信するものであり、前記信号は、複数のモードの周波数出力を生成するように前記音響コーティングを励振し、前記周波数出力において温度の作用による変化と圧力の作用による変化とが解析のために互いに分離されるものである、一体化するステップと
を備える方法。
【国際調査報告】
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2007535663.tif 000011