(57)【要約】【課題】変換器を用いたセンサシステムにおいてノイズを低減する。【解決手段】複数の変換器(40,70,102,142)を有する変換器アレイ(22)と、変換器アレイ(22)に結合されたセレクタ(28)と、出力処理サブシステム(32)を備える変換器ベースのセンサシステム(20)を開示する。個々の変換器(40,70,102,142)に関連付けられた出力伝送経路(46,78,104)が各変換器(40,70,102,142)と出力処理サブシステム(32)の間に画定される。セレクタ(28)は、制御信号(34)を変換器アレイ(22)に印加して、アレイ(22)が少なくとも１つの選択された変換器(40,70,102,142)と少なくとも１つの選択されない変換器(40,70,102,142)を有するようにするよう構成される。システム(20)は、選択された変換器(40,70,102,142)について、その変換器(40,70,102,142)に関する出力伝送経路(46,78,104)をイネーブルにして、出力信号が選択された変換器(40,70,102,142)から出力処理サブシステム(32)に伝送できるようにするよう構成される。【選択図】図17
2005055430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変換器ベースのセンサシステム（２０）であって、
複数の変換器（４０、７０、１０２、１４２）を備える変換器アレイ（２２）と、
前記変換器アレイ（２２）に結合された出力処理サブシステム（３２）と、
前記変換器アレイ（２２）に結合されたセレクタ（２８）であって、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）の全てではないが、少なくとも１つに関してイネーブル信号（３４）を前記変換器アレイ（２２）に印加することにより、前記変換器アレイ（２２）内の変換器（４０、７０、１０２、１４２）を選択的に起動し、それにより、前記変換器アレイ（２２）が、少なくとも１つの選択変換器（４０、７０、１０２、１４２）と少なくとも１つの非選択変換器（４０、７０、１０２、１４２）を備えるようにするよう構成されたセレクタ（２８）
とを具備し、
選択変換器（４０、７０、１０２、１４２）に関して、前記イネーブル信号（３４）を印加することにより、前記選択変換器（４０、７０、１０２、１４２）と前記出力処理サブシステム（３２）との間の伝送経路（４６、７８、１０４）がイネーブルになり、その結果、前記選択変換器（４０、７０、１０２、１４２）から前記出力処理サブシステム（３２）への出力信号の伝送が可能になり、
前記変換器アレイ（２２）が、前記出力処理サブシステム（３２）から任意の非選択変換器（４０、７０、１０２、１４２）を分離するように構成され、こうした分離が、前記伝送経路（４６、７８、１０４）をディスエーブルにすることによって得られ、その結果、前記非選択変換器（４０、７０、１０２、１４２）から前記出力処理サブシステム（３２）への出力信号の伝送がほぼ阻止されることからなる、変換器ベースのセンサシステム。
【請求項２】
各変換器（４０、７０、１０２、１４２）毎に、スイッチ（４２、６０、８６、１０６、１５２、１５４）が前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）と前記出力処理サブシステム（３２）との間の前記伝送経路（４６、７８、１０４）において結合されており、
前記スイッチ（４２、６０、８６、１０６、１５２、１５４）は、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）が選択されると閉じるように前記セレクタ（２８）によって制御され、その結果、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）と前記出力処理サブシステム（３２）との間の前記伝送経路（４６、７８、１０４）がイネーブルになる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
各変換器（４０、７０、１０２、１４２）毎に、終端インピーダンス（４４、９０、９２、１２４、１６４、１６８）と、セレクタ（２８）に結合され、かつ、該セレクタ（２８）によって制御されるスイッチング機構（４２、６２、８２、８４、１２２、１６２、１６６）をさらに備え、
前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）が選択されると、前記スイッチング機構（４２、６２、８２、８４、１２２、１６２、１６６）が、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）を前記出力処理サブシステム（３２）に有効に接続し、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）が選択されなければ、前記スイッチング機構（４２、６２、８２、８４、１２２、１６２、１６６）が、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）を前記終端インピーダンス（４４、９０、９２、１２４、１６４、１６８）に有効に接続するようになっている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）によって共用される大域駆動信号発生器（３０）をさらに備え、
前記セレクタ（２８）が、前記駆動信号発生器（３０）と前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）の有効な結合を制御するよう構成され、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）の１つが選択されると、前記駆動信号発生器（３０）をその変換器（４０、７０、１０２、１４２）に有効に接続して、前記駆動信号発生器（３０）からその変換器（４０、７０、１０２、１４２）への駆動信号（３４）の伝送を可能にし、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）の１つが選択されなければ、前記駆動信号発生器（３０）をその変換器（４０、７０、１０２、１４２）から有効に切り離して、前記駆動信号発生器（３０）からその変換器（４０、７０、１０２、１４２）への駆動信号（３４）の伝送を阻止するようになっている、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
各変換器（４０、７０、１０２、１４２）毎に、局所駆動信号発生器（１００、１４０）をさらに備え、
前記セレクタ（２８）は、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）が選択されると、前記局所駆動信号発生器（１００、１４０）から前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）に駆動信号（３４）を印加できるようにし、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）が選択されなければ、前記局所駆動信号発生器（１００、１４０）から前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）に駆動信号（３４）が印加されるのを阻止することによって、各変換器（４０、７０、１０２、１４２）毎に、変換器の起動を制御するよう構成されることからなる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
各変換器（４０、７０、１０２、１４２）について、前記伝送経路（４６、７８、１０４）が、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）を前記出力処理サブシステム（３２）に結合する出力伝送経路と、前記変換器アレイ（２２）に駆動信号（３４）を印加するように構成された大域駆動信号発生器（３０）に前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）を結合する入力伝送経路の両方であることからなる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
変換器ベースのセンサシステム（２０）であって、
サンプル材料に作用可能に近接して配置されるように構成された複数の変換器（４０、７０、１０２、１４２）を有し、かつ、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）に印加される駆動信号（３４）及び前記サンプル材料に基づいて、電気出力を生じるように構成された変換器アレイ（２２）と、
各変換器（４０、７０、１０２、１４２）に関連付けられた出力伝送経路（４６、７８、１０４）であって、それぞれの出力伝送経路（４６、７８、１０４）が、その関連する変換器（４０、７０、１０２、１４２）と、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）から電気出力を受信するように構成された出力処理サブシステム（３２）との間に形成されることからなる、出力伝送経路（４６、７８、１０４）と、
前記出力伝送経路（４６、７８、１０４）をイネーブルまたはディスエーブルにすることによって前記変換器アレイ（２２）の一部の起動及び停止を制御するよう構成されたセレクタ（２８）であって、各出力伝送経路（４６、７８、１０４）がイネーブルになると、前記それぞれの変換器（４０、７０、１０２、１４２）から前記出力処理システム（３２）への電気出力の伝送が可能になり、または、各出力伝送経路（４６、７８、１０４）がディスエーブルになると、前記それぞれの変換器（４０、７０、１０２、１４２）から前記出力処理システム（３２）への電気出力の伝送が阻止されるようにする、セレクタ（２８）
とを備える、変換器ベースのセンサシステム（２０）。
【請求項８】
複数の変換器（４０、７０、１０２、１４２）と、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）に加えられる駆動信号（３４）に基づいて電気出力を生じるための手段とを有する変換器アレイ（２２）と、
前記変換器アレイ（２２）から電気出力を受信して、処理を施すための出力処理手段（３２）と、
前記複数の変換器（４０、７０、１０２、１４２）の各々に関連付けられた出力伝送経路手段（４６、７８、１０４）であって、それぞれの出力伝送経路手段（４６、７８、１０４）が、その関連付けられた変換器（４０、７０、１０２、１４２）と前記出力処理手段（３２）との間に形成されることからなる、出力伝送経路手段（４６、７８、１０４）と、
前記出力伝送経路手段（４６、７８、１０４）をイネーブルまたはディスエーブルにすることによって前記変換器アレイ（２２）の一部を選択的に起動及び停止させるためのセレクタ手段（２８）であって、各出力伝送経路手段（４６、７８、１０４）がイネーブルになると、前記それぞれの変換器（４０、７０、１０２、１４２）から前記出力処理手段（３２）への電気出力の伝送が可能になり、または、各出力伝送経路手段（４６、７８、１０４）がディスエーブルになると、前記それぞれの変換器（４０、７０、１０２、１４２）から前記出力処理手段（３２）への電気出力の伝送が阻止されるようにする、セレクタ手段（２８）
とを備える、変換器ベースのセンサシステム（２０）。
【請求項９】
複数の変換器（４０、７０、１０２、１４２）を備える変換器アレイ（２２）を用いて、サンプルに対する検知動作を実施するための方法であって、
複数の異なる状態にわたって前記変換器アレイ（２２）を順次動作させるステップを含み、
前記方法は、各状態毎に、
前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）に駆動信号を加え、出力処理サブシステム（３２）において前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）の対応する出力信号を受信することを含めて、前記変換器アレイ（２２）内の１つ以上の前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）を起動するステップと、
前記変換器アレイ（２２）内の起動されない全ての変換器（４０、７０、１０２、１４２）を分離して、前記起動されない変換器（４０、７０、１０２、１４２）から前記出力処理サブシステム（３２）にノイズの要因が結合されるのを妨げるステップ
とを含み、
前記変換器アレイ（２２）が前記複数の異なる状態にわたって動作されるときに、前記起動される変換器（４０、７０、１０２、１４２）が状態毎に変わり、そのため、異なる時間に前記変換器アレイ（２２）の異なる部分についての出力を得ることが可能であることからなる、方法。
【請求項１０】
変換器（４０、７０、１０２、１４２）のアレイ（２２）を用いて、サンプル材料に対する検知動作を実施する方法であって、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）は、該変換器（４０、７０、１０２、１４２）によって生成された電気出力を受け取るように構成された出力処理サブシステム（３２）に動作可能に結合されており、
前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）の所望の１つを選択し、それにより、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）の所望の１つからの出力を得るために、前記変換器アレイ（２２）に印加されることになる選択信号（３４）を発生するステップと、
前記選択信号（３４）を前記変換器アレイ（２２）に印加するステップと、
前記選択信号（３４）の印加に基づいて、前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）の所望の１つと前記出力処理サブシステム（３２）とを動作可能に結合する伝送経路（４６、７８、１０４）を選択的にイネーブルにするステップと、
前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）の所望の１つを除いて、前記変換器アレイ（２２）内の前記変換器（４０、７０、１０２、１４２）を分離するステップ
とを含み、
こうした分離が、そのような他の変換器（４０、７０、１０２、１４２）と前記出力処理サブシステム（３２）とを結合する伝送経路（（４６、７８、１０４）をディスエーブルにすることによって実現し、それによって、そのような他の変換器（４０、７０、１０２、１４２）から前記出力処理サブシステム（３２）への出力信号の伝送が実質上阻止されることからなる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の変換器を含むセンサシステムの構成及びそれを動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
変換デバイス（変換装置）は、電気システムと機械システムとの間におけるエネルギーの伝達のため、さまざまな用途で利用されている。例えば、水晶振動子マイクロバランス（ＱＣＭ：Quartz crystal microbalance。または水晶膜厚計）は、さまざまな構成の圧電変換器を用いて、検知機能を実施することが可能な変換器ベースのテクノロジである。ＱＣＭテクノロジでは、変換器の共振周波数が一般に変換器の有効質量によって変化するという事実を利用している。従って、サンプル材料の一部が変換器に結合すると、振動している質量体の共振周波数をモニタすることによって、結合したサンプル材料の質量を検出することができる。
【０００３】
関連するテクノロジは、変換器を用いて、サンプル材料内の結合を破壊する機械的エネルギーを生じさせることが可能な、破損事象走査（ＲＥＳ：rapture event scanning）である。変換器は、結合を破壊するエネルギーを生じさせるだけではなく、結合の破壊時に生じる可能性のある音響事象（例えば、圧力波）を分析するためのセンサとして利用することも可能である。タイプの異なる結合には、独特の音響事象を生じる固有特性が備わっている。さまざまな技法を用いて、音響事象を研究することによって、結合の識別及び分析が可能になる。
【０００４】
変換器ベースの（すなわち変換器を用いる）センサシステムには、サンプルに対して検知動作を実施する複数の変換デバイスが含まれる場合が多い。多くのこうしたシステムでは、各変換器は、テストされるサンプルの対応する部分に結合されるか、その近くに配置される。一般に、変換器は、駆動信号発生器、出力処理コンポーネント等のような、変換器間で共用される支援コンポーネントに結合されている。変換器とこれら共用コンポーネント間の相互接続、変換器同士の近接性、及び、その他の要因によって、クロストーク、漂遊容量、及び、インダクタンス、望ましくない伝送線路効果、及び／または、他のノイズ源を生じる可能性がある。これらの要因は、システム内で用いられる個々の変換器に関する出力信号を得るための取り組みを複雑にする可能性がある。
【特許文献１】米国特許出願第１０／２８６，０７１号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１０／３５５，３９６号明細書
【特許文献３】米国特許出願第１０／３５６，０８４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題の一つは、変換器ベースのセンサシステムにおいてノイズを低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示では、サンプルに対して検知動作を実施するための変換器ベースのセンサシステム及び方法が提示される。このシステムには、複数の変換器を備えた変換器アレイ、変換器アレイに結合されたセレクタ、及び、出力処理サブシステムが含まれる。各変換器と出力処理サブシステムの間には、個々の変換器に関連した出力伝送経路が形成される。セレクタは、変換器アレイに制御信号を加えて、アレイに少なくとも１つの選択された変換器（以下、選択変換器）と少なくとも１つの選択されていない変換器（以下、非選択変換器）を生じさせるように構成される。このシステムは、選択変換器について、その変換器の出力伝送経路を使用可能（イネーブル）にし、選択変換器から出力処理サブシステムに出力信号が伝送されるようにするための構成が施されている。このシステムは、さらに、任意の非選択変換器の出力伝送経路を使用禁止（ディスエーブル）にすることによって、こうした変換器を分離し、その結果、出力処理サブシステムへの出力信号の伝送を阻止するように構成される。
【実施例】
【０００７】
以下の説明は、変換器を用いて、変換器に固定された、または、変換器に近接した物質に関する情報を得るシステム、装置、及び、方法に関するものである。単なる例示としてであるが、この説明は、主として、破損事象走査（ＲＥＳ）及び水晶振動子マイクロバランス（ＱＣＭ）用途に焦点を絞って行われる。
【０００８】
図１には、本説明によるセンサシステム２０の実施態様の１つが示されている。システム２０には、一般に、少なくとも１つの変換器を含む、複数アレイ素子２４を備えた変換器アレイ２２が含まれている。図示されているように、変換器アレイ２２は、一般に、セレクタ２８、駆動信号発生器３０、及び、出力処理サブシステム３２を含むことが可能なコントローラ２６に動作可能（または作用可能。以下同じ）に結合されている。変換器アレイ２２及びコントローラ２６は、入力／出力信号、制御信号等を含む各種信号３４の交換を可能にする、バス、電気回路網、無線接続、または、他の任意の適合するリンクを介して動作可能に結合することが可能である。
【０００９】
変換器アレイ２２には、一般に、サンプル材料３４に動作可能に接触させて配置することが可能な複数の変換器が含まれている。システム２０は、サンプル材料３４に対してさまざまな検知動作を実施するように構成可能である。システム２０は、圧電結晶、水晶、表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス、または、他のタイプの変換器を利用して、例えば、サンプル材料３４に対して破損事象走査（ＲＥＳ）または水晶振動子マイクロバランス（ＱＣＭ）分析を施すように実施することが可能である。変換器は、さまざまな構成をとることが可能であり、さまざまなサイズ及び形状で実施可能であり、さらに、所与の用途にとって望ましくかつ適切なさまざまな材料によって実施することが可能である。いくつかの実施態様では、変換器が、圧電結晶アレイとして、または、表面弾性波デバイス、ＳＳＢＷ（surface-skimming bulk wave）デバイス、レイリー・デバイス、または、ラブ波（Love-wave）デバイスのアレイとして、マイクロチップ内に設けられる。バルク波デバイスと表面波デバイスの組み合わせ、及び／または、表面動作モード及びバルク動作モードの両方を示す変換素子を用いることが可能である。さらに、微細機械加工された共振素子、Ｆバー（F-Bar）共振器等のような、非圧電変換器を用いることも可能である。
【００１０】
動作時、駆動信号は、一般に、駆動信号発生器３０からアレイ２２内の１つ以上の変換器に加えられる。変換器は、これらの駆動信号の印加に応答して、運動する（例えば、機械的に振動する）。一般に、変換器の運動は、周波数及び振幅といった起動用駆動信号の特性だけではなく、変換器の物理的特性及び／または変換器のまわりで生じる物理的現象によっても左右される。例えば、ある特定の起動信号に対する変換器の応答は、変換器の共振周波数によって左右される。共振周波数は、さらに、変換器の質量によって変わる。従って、所与の駆動信号に応答する変換器の運動は、変換器に固定された質量の影響を受けることになる。従って、物質が変換器から取り除かれると生じることになる、質量の変動によって、ある特定の駆動信号に対する変換器の物理的応答に変動が生じることになる。
【００１１】
さらに、サンプル３４内の結合が破壊されると、変換器の運動に影響を及ぼす可能性のある音波事象（音響事象とも呼ばれる）が生じる可能性がある。すなわち、いくつかのＲＥＳ実施例では、変換器は、結合相手材料、及び、テストすべき候補成分材料と共に用意される場合がある。一般に、結合相手材料は、変換器に固定され、テストすべき成分材料は、結合相手材料に挿入されるか、または、接触させられる。テストすべき成分材料が、固定された結合相手材料に関して十分な親和力（例えば、結合相手材料内における抗原と対応する抗体との親和力のような）を有している場合、結合が形成されることになる。
【００１２】
変換器は、コントローラ２６から（例えば、駆動信号発生器３０から）変換器に駆動信号を加えることによって振動させることが可能である。駆動信号を加えると、一般に、往復機械振動が生じ、これによって、さらに、出力処理サブシステム３２による分析が可能な電気出力が生じることになる。駆動信号の印加に応答して、変換器が振動すると、サンプル材料３４（例えば、抗体及び抗原）内の結合粒子は、加えられた駆動信号によって付与されるエネルギーに比例した、加速、従って、力を受けることになる。この力が結合（例えば、抗体と抗原との間の結合）力に等しい場合には、結合が破壊される。結合が破壊されると、結合された成分間（例えば、特定の抗体と抗原間）に固有の結合力を表わす、それに関連した、固有の音響信号を出力に生じる音響事象が発生する。
【００１３】
特定の構成または用途に関係なく、変換器の物理的運動によって、コントローラ２６に印加されることが可能で、かつ、コントローラ２６によって処理されることが可能な電気出力信号が、一般には、出力処理サブシステム３２に生じる。この処理は、サンプル材料３４、または、そのそれぞれの部分を分析するために実施可能である。ＲＥＳ分析を用いて、変換器の振動中に生じる音響事象を検出して、分析することにより、例えば、サンプル材料３４に、特定の抗原、病原体、または、他の問題となる成分が含まれるか否かを判定することが可能である。
【００１４】
コントローラ２６は、多種多様に構成することが可能であるが、一般に、変換器アレイ２２に動作可能に結合されたプロセッサ及びメモリを含むように実施される。コントローラ２６は、システム全体の制御を実施する機能、各種システム・コンポーネントの順次制御を行う機能、変換器を機械的に励起するため、駆動信号を発生して、変換器アレイに加える機能、駆動信号の振幅及び／または持続時間を制御して、駆動信号によって付与されるエネルギーを制御する機能、初期周波数及び後続周波数（例えば、質量を取り除いた後の）を含む、変換器の共振周波数を検出する機能及び／またはそれを得る機能、駆動信号の印加に応答して、変換器からの出力をサンプリングする機能、変換器からのディジタル化出力サンプルを記憶する機能、必要に応じてサンプルされたデータに周波数領域の変換を実施する機能、サンプルされたデータの無関係な部分または望ましくない部分をフィルタリングまたは別の方法で除去する機能、及び、サンプルされたデータの残りの部分と、結合付着テーブル（bond adhesion table）のような記憶データを比較して、特定の破壊事象が生じたか否かを判定する機能を含む、さまざまな機能を実施することが可能である。これらの機能のうちのいくつかについては、さらに詳細に後述する。もちろん、列挙した機能は、単なる例示であり、制限または限定を意味するものと解釈すべきではない。プロセッサ及びメモリは、さまざまなやり方で実施可能であり、特定の用途の要求に合わせて、所望の構成を施すことが可能である。
【００１５】
以上から当然明らかなように、図１は、略図であり、描かれたコンポーネントは多種多様な構成をなすように設けることが可能である。サンプル材料３４は、例えば、溶液の形態で用意し、変換器の作用表面と接触させて配置することが可能である。溶液は、単一のウェルまたは容器内に納めておくこともできるし、または、アレイ２２内の１つ以上の変換器に対応する部分に区画化することも可能である。さらに、または、代替的に、サンプル材料３４は、各部分が個別変換器に対応する、個別部分に用意することも可能である。例えば、各変換器は、テストすべき個別の部分に関して、あらかじめ用意しておくことが可能である。また、コントローラ２６のサブコンポーネントは、図示のように、単一コンポーネント（例えば、マイクロチップ）と一体化することもできるし、または、独立した個別コンポーネントとして設けることも可能である。同様に、コントローラ２６（及び／またはそのサブコンポーネント）は、単一チップまたはシリコン・デバイス上の変換器アレイ２２と一体化させることもできるし、あるいは、別個に設けることも可能である。
【００１６】
下記の同時係属の米国特許出願には、本明細書で説明するシステム及び方法に関連して用いることが可能な特徴を備える変換器ベースのシステム及び方法のその他の例が示されている。それらの出願は、２００２年１０月３１日に出願されたDaniel R.Blakleyによる「Transducer-Based Sensor System with Multiple Drive Signal Variants」と題する米国特許出願第１０／２８６，０７１号、２００３年１月３１日に出願されたDaniel R.Blakleyによる「Transducer-Based Sensor System」と題する米国特許出願第１０／３５５，３９６号、及び、２００３年１月３１日に出願されたDaniel R.Blakleyによる「Sensor System and Method Employing Shared Transducer Elements」と題する米国特許出願第１０／３５６，０８４号明細書である。これらの特許出願のすべての開示内容は、参照により本明細書に組み込まれている。
【００１７】
上述の例示的なシステムの大部分は、複数の変換器を必要とする。複数変換器の利用は、走査を高速化するために望ましい場合が多い。複数変換器を用いる場合、入力または出力システムに対する２つ以上の変換器の接続、及び／または、変換器間における各種コンポーネントの別様の共用が有利な場合がある。例えば、図１の場合、単一出力処理サブシステム３２を用いて、変換器アレイ素子２４の全てから出力信号を受信して、それを処理する。コンポーネントを共用すると、設計を単純化し、センサシステムが占める物理的空間を縮小することが可能になる。
【００１８】
一般に、アレイ２２内の個別の変換器に対応するノイズのない出力信号を得るのが望ましい。しかし、複数変換器構成では、対処しなければ、問題になる出力ノイズをもたらすかもしれない、いくつかの影響が生じる可能性がある。これらの影響の多くは、多重化、及び／または、システム・コンポーネント間における直接または間接的電気結合から生じるものである。
【００１９】
変換器は、高周波数で動作する高インピーダンス装置である場合が多い。従って、アレイを多重化して、個々の変換器または変換器のサブセットを選択的に起動する場合、変換器は、ノイズの捕捉及びさまざまな望ましくない伝送線路効果に影響されやすい。多重化すると、多重化されたアレイ内の変換器のいくつか、とりわけ、多重化装置からの距離が遠い変換器のいくつかについて、インダクタンス並びに分布容量の増大を生じる可能性がある。また、多重化アレイ内の終端されていない、または部分的に終端された伝送線路によって、信号の反射を生じる可能性があり、これが、システム出力におけるもう１つの望ましくないノイズ源になる可能性がある。
【００２０】
従って、システム２０を、変換器アレイ２２内の変換器を選択して、典型的には、アレイに１つまたは複数の選択変換器と、１つまたは複数の非選択変換器が含まれるように構成することができる。選択変換器について、システム２０は、選択変換器と出力処理サブシステムとの間の伝送経路をイネーブルにするよう構成される。伝送経路をイネーブルにすると、選択変換器からコントローラ２６（例えば、出力処理サブシステム３２）への出力信号の伝送が可能になる。
【００２１】
その一方で、システム２０は、コントローラ２６、従って、出力処理サブシステム３２からアレイ２２内の非選択変換器を分離するように構成される。一般に、これは、非選択変換器と出力処理サブシステムとの間の伝送経路をディスエーブルにすることによって実施される。従って、非選択変換器から出力処理サブシステムへの出力信号の伝送は阻止される。
【００２２】
アレイ２２のいくつかの部分の選択及び非選択を容易にするため、セレクタ２８（図１）を設けることが可能である。一般に、セレクタ２８は、起動するように選択されることになる変換器を備えた、アレイ２２内の特定の素子２４に対して選択信号（例えば、論理的高電圧）を加える。後述する典型的なアレイ素子の場合、アレイ素子には、選択信号を受信するための選択入力が含まれている。非選択アレイ素子については、選択入力は、セレクタ２８から加えることが可能な、非選択レベルまたは信号（例えば、論理的低電圧）に保つことが可能である。一般に、後述するように、アレイ２２内の変換器に対する伝送経路のイネーブル及びディスエーブルは、アレイ内の素子２４の選択入力に加えられたレベルに応答して制御される。
【００２３】
図２〜図１２には、図１のシステム２０に示すアレイ素子２４のさまざまな代替実施態様の概略が示されている。これらの実施態様は、全体として参照番号２４で表示されており、個々は、添字をつけて、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ等のように表示されている。実施態様のいくつかには、同様のコンポーネントが含まれる。同様の構成要素は、同じ参照番号で表示されており、特定の例示的な構成に特有の細部に言及する場合を除いて、反復した説明は控えることにする。
【００２４】
図２には、図１のシステム２０に用いることが可能なアレイ素子の実施態様２４ａが示されている。図示のように、アレイ素子２４ａには、圧電結晶４０のような変換素子、スイッチ４２、及び、終端抵抗ＲＴ（４４）のような終端素子を含むことが可能である。アレイ素子２４ａは、入力／出力伝送線路４６及び選択線路４８を介して、コントローラ２６と動作可能に結合されている。
【００２５】
複数素子２４ａを変換器アレイ（例えば、アレイ２２）に組み込む場合、アレイ素子を、入力駆動信号が、それぞれの素子２４ａの伝送経路４６に沿って大域駆動信号発生器（例えば、駆動信号発生器３０）から大域的に加えられるように構成することが可能である。選択されたアレイ素子（以下、選択アレイ素子）の多重化（例えば、選択的起動及び停止）は、素子２４ａの選択線路４８に沿って加えられる電圧レベル（例えば、高または低）によって制御することが可能である。
【００２６】
すなわち、所与の素子２４ａが選択される場合、選択信号（例えば、論理的高）が選択線路４８に加えられる。図示のように、スイッチ４２の状態は、選択線路４８にかかっている電圧によって決まる。すなわち、アレイ素子を起動する場合（例えば、図示の例では、論理的高によって）、スイッチ４２は、結晶４０とコントローラ２６との間の伝送経路（例えば、経路４６）をイネーブルにする状態にされる。従って、コントローラ２６からの（例えば、大域駆動信号発生器３０からの）駆動信号を圧電結晶４０に送ることが可能になり、その結果、結晶が機械的に刺激される（例えば、ＲＥＳまたはＱＣＭ動作の一部として）。また、結晶の運動の結果として生じる出力信号を伝送経路に沿ってコントローラ２６に送ることが可能になり、そこで、圧電結晶またはその近くに取り付けられたサンプル材料に関する情報を得るために、分析することが可能になる。
【００２７】
非選択信号（例えば、論理的低）を加える場合、スイッチ４２は、結晶４０とコントローラ２６との間の伝送経路（例えば、経路４６）をディスエーブルにする第２の状態にされる。本明細書において説明するこの及びその他の例示的な実施態様において、出力伝送経路のこのディスエーブルは、非選択変換器を分離することが可能な方法の一例である。分離は、図示の例のように、アレイ素子２４ａが選択されない場合、スイッチ４２によって、圧電結晶４０が終端抵抗４４に接続されるようにするようアレイ素子２４ａを構成することによって実現することも可能である。終端抵抗４４は、一般に、結晶４０の整合インピーダンス以下になるように選択され、これによって、１つまたは複数の選択変換器から得られる読み取り値にノイズを生じる可能性のある信号反射または他の伝送線路効果が抑制される。
【００２８】
以上から明らかなように、スイッチ４２は、圧電結晶４０とコントローラ２６の間の伝送経路内、及び、圧電結晶４０と終端抵抗４４の間の伝送経路内に配置される。図示の例の場合、選択線路４８に沿って論理的高電圧が印加されると、第１の伝送経路（結晶とコントローラの間の）がイネーブルになり、その結果、スイッチによって、変換器がコントローラ２６に接続される。第２の経路はディスエーブルになる。逆に、論理的低電圧が印加されると、スイッチによって、変換器は終端抵抗４４に接続される。
【００２９】
システム２０（図１）に関して、それぞれが、入力／出力線路４６及び選択線路４８を介して、コントローラ２６に結合された、複数アレイ素子２４ａを用いることが可能である。セレクタ２８は、アレイ内の各素子の所望の状況（例えば、起動または停止）に対応する信号を発生し、それらの信号をアレイ素子のそれぞれの選択線路４８に沿って加える。特定の信号は、アレイ素子及びそれぞれの変換器を選択状態または非選択状態にするために、任意の適切な値を有することが可能である。上述のように、アレイ素子２４ａが選択されると、スイッチ４２によって、変換器（例えば、結晶４０）がコントローラに接続される。アレイ内の残りの全ての素子は、一般に、選択されないので、非選択素子のスイッチ４２によって、対応する変換器が終端抵抗４４に結合される。コントローラ２６から切り離され、このように終端処理されると、対応する信号が、その結果、終端抵抗によって吸収されるので、非選択変換器が、選択変換器の出力の読み取り値にノイズを導入する（反射、その他の伝送線路効果等を介して）可能性は低くなる。
【００３０】
引き続き上記の例について説明すると、アレイ内の変換器を順次選択することが望ましい場合が多い。こうした順次動作の場合、第１の素子を選択すると（他の全ての素子は選択せずに）、その関連する変換器について、出力信号が得られる。次に、第２の素子を選択し、次いで第３の素子、のようにアレイの全素子を循環する。
【００３１】
上述の順次選択の例におけるように、変換器を個別に選択する代わりに、アレイ内の複数変換器を同時に選択することも可能である。例えば、いくつかの検知用途では、起動された変換器が指定された距離だけ離隔されることを保証することによって、アレイ内において、十分なノイズ抑制を実現することが可能である。この制約条件に従って、アレイ内の２つ以上の素子を起動させ、介在する素子は選択されないようにすることが可能である（例えば、その結果、変換器の出力伝送経路がディスエーブルになり、変換器が終端素子に接続される）。
【００３２】
図３には、図１のシステム２０に用いることが可能なアレイ素子のもう１つの実施態様２４ｂが描かれている。素子２４ａと同様、素子２４ｂは、入力／出力線路４６及び選択線路４８を介してコントローラ２６に結合することが可能であり、圧電結晶４０及び終端抵抗４４を含むことも可能である。アレイ内で、複数素子２４ｂを用いることができ、それらを、素子２４ａに関して上述のところと同じように動作させることが可能である。ただし、双投スイッチの代わりに、２つの単投スイッチ６０及び６２を制御して、アレイ素子が選択されたか否かに従って、結晶４０とコントローラ２６または終端抵抗４４との間の伝送経路をイネーブルにすることが可能である。
【００３３】
すなわち、素子が選択されると、スイッチ６０が閉じて、結晶４０とコントローラ２６との間の伝送経路がイネーブルになり、スイッチ６２が開いて、結晶が終端抵抗から有効に切り離される。素子が選択されなければ、スイッチ６２が閉じて、終端接続がイネーブルになり、スイッチ６０が開いて、変換器とコントローラ２６との間の伝送経路がディスエーブルになる。
【００３４】
図４には、図１のシステム２０に用いることが可能なアレイ素子のもう１つの実施態様２４ｃが示されている。先行例とは対照的に、この素子の変換器は、エミッタ素子７２と受信素子７４を含む表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス７０として実施される。送信素子７２及び受信素子７４は、図示の例のように、インターディジタル電極構造（櫛形電極構造）をなす圧電材料から構成することが可能である。図に示すように、素子２４ｃは、入力線路７６、出力線路７８、及び、選択線路４８を介してコントローラ２６と結合することが可能である。
【００３５】
動作時、素子２４ｃが選択されると（例えば、選択線路４８に適切な信号を加えることによって）、スイッチ８０が閉じ、スイッチ８２及び８４が開き、バッファ増幅器８６がイネーブルになる。従って、入力駆動信号（例えば、図１に示す駆動信号発生器３０からの）を入力線路７６に沿って送り、エミッタ素子７２で受信することが可能になる。エミッタ素子７２は、従って、ＳＡＷデバイス７０の近くにあるサンプル材料３４の一部（図４には示されていない）を通って伝搬するＳＡＷ波を発生する。サンプル材料３４の影響を受ける（例えば、エミッタ素子７２と受信素子７４の間の領域に生じる破壊事象によって）放出されたＳＡＷ波は、受信素子７４に入射して、電気出力信号を生じる。
【００３６】
上述のように、素子２４ｃを選択すると、バッファ増幅器８６がイネーブルになる。一般に、これによって、増幅器は、信号が素子を通過して、送り出され、コントローラ２６によって受信されることができるようにする利得１の状態になる。従って、これによって、変換器７０とコントローラ２６内の出力処理サブシステム（例えば、出力処理サブシステム３２）との間の出力伝送経路がイネーブルになる。すなわち、受信素子７４からの出力がバッファ増幅器を通過し、出力線路７８を介してコントローラ２６によって受信される。
【００３７】
その一方で、素子２４ｃが選択されなければ、スイッチ８０が開き、その結果、駆動信号発生器から変換器への駆動信号の伝送が阻止される。スイッチ８２及び８４が閉じ、その結果、ＳＡＷデバイス７０の両側が終端抵抗９０及び９２に有効に接続される。先行例と同様、終端抵抗は、変換器の信号を減衰させるように選択され、従って、選択されない場合に、システムの残りから分離するのが容易になる。また、バッファ増幅器８６をディスエーブルにすることによって、変換器と出力処理サブシステム３２との間の出力伝送経路をディスエーブルにすることも可能である。
【００３８】
図５〜図８には、図１のシステム２０に用いることが可能なアレイ素子のさらなる代替実施態様の概略が示されている。アレイ素子は、それぞれ、これらの図において２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、及び、２４ｇで示されている。図示されているように、各素子には、圧電結晶１０２のような変換器に駆動信号を加えるように構成された、局所駆動信号発生器１００を含めることが可能である。水晶共振器１０２は、出力線路１０４を含み、バッファ増幅器１０６の動作によって選択的にイネーブル及びディスエーブルにすることが可能な出力伝送経路を介して、出力処理サブシステム３２（図５〜図８には示されていない）に結合することが可能である。各素子は、選択線路１０８を介して、図１に示すセレクタ２８のような外部制御システムに結合することが可能である。
【００３９】
アレイ素子の実施態様２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ、及び、２４ｇのそれぞれについて、アレイ素子を選択すると（例えば、入力１０８に高信号を加えることによって）、局所駆動信号発生器１００がイネーブルになり、その結果、正弦波または他の適合する波形または信号が出力されて、水晶共振器１０２が駆動されることになる。また、選択によって、バッファ増幅器１０６が起動し、変換器の出力伝送経路がイネーブルになり、外部処理装置（例えば、出力処理サブシステム３２）への出力信号の伝送が可能になる。アレイ素子が選択されなければ、駆動信号発生器及び出力伝送経路がディスエーブルになる。駆動信号発生器及び出力伝送経路がディスエーブルになると、変換器が分離され、その非選択変換器によって、アレイ２２内の他の位置にある選択変換器に関する出力の読み取り値にノイズが導入される可能性が低下するか、排除されることになる。
【００４０】
図５〜図８の実施態様に関して、理解しておくべきは、駆動信号発生器１００は局所的であり、従って、図１に示す発生器３０のような大域信号発生器は必要でない場合があるということである。
【００４１】
上述のように、信号発生器１００及び変換器出力伝送経路を選択的にイネーブル及びディスエーブルにすることによって、ノイズを抑制し、複数変換器アレイ内の選択変換器に対応する所望の出力信号を得るのが容易になる。図５に示すように、追加スイッチ１２０及び１２２を用いて、アレイ素子の選択的起動及び停止をさらに改善することも可能である。例示的な素子２４ｄを選択すると、スイッチ１２０が閉じた状態に保たれ、スイッチ１２２が開いた状態に保たれる。従って、信号発生器１００から変換器（例えば、結晶１０２）への入力経路がイネーブルになり、結晶と終端抵抗１２４との間の経路がディスエーブルになる。逆に、素子が選択されなければ、スイッチの状態が反転し、結晶が、終端抵抗に有効に結合され、信号発生器１００から有効に切り離される。
【００４２】
設定によっては、局所化された、選択的にイネーブルになる駆動信号発生器を用いることによって得られる事実上の分離により、個々のアレイ素子の簡略化が可能になる場合もある。例えば、図６の素子２４ｅの場合、図５と同様、スイッチ１２２及び終端抵抗１２４が含まれているが、図５のスイッチ１２０は省略されている。また、図７及び図８に示すように、駆動信号発生器１００は、アレイ素子２４ｆ及び２４ｇが非選択状態にある場合、アース（グランド）に対して低インピーダンスを示すように構成することが可能である。従って、これらの実施態様の場合、結晶１０２は、停止した信号発生器の出力インピーダンスによって終端処理することが可能であり、図５及び６のスイッチによる終端構成は省略することが可能である。
【００４３】
さらに、図８に示すように、図示の周波数制御信号のような、イネーブル／ディスエーブル制御信号以外の各種制御信号を加えて、局所駆動信号発生器の動作を制御することも可能である。
【００４４】
図９〜図１２には、図１のシステム２０に用いることが可能なアレイ素子のさらなる代替実施態様の概略が描かれている。アレイ素子は、これらの図において、それぞれ、２４ｈ、２４ｉ、２４ｊ、及び、２４ｋとして表示されている。図示のように、各アレイ素子は、エミッタ素子１４４及び受信素子１４６を含むことが可能な、ＳＡＷデバイス１４２のような変換器に駆動信号を加えるように構成された、局所駆動信号発生器１４０を含むことが可能である。ＳＡＷデバイス１４２は、出力線路１５０を含み、バッファ増幅器の動作によって選択的にイネーブル及びディスエーブルにすることが可能な出力伝送経路を介して、出力処理サブシステム３２（図９〜図１２には示されていない）に結合することが可能である。図９及び図１０の実施態様において、バッファ増幅器は１５２で表示されている。後述するように、図１１及び図１２の実施態様には、差動バッファ増幅器１５４が用いられる。図９〜図１２に示すアレイ素子の実施態様は、選択線路１５６を介して、図１に示すセレクタ２８のような外部制御システムに結合することが可能である。
【００４５】
さらに図９〜図１２を参照する。それぞれの素子を選択すると、局所駆動信号発生器１４０がイネーブルになり、ＳＡＷデバイス１４２に関連した出力伝送経路がイネーブルになる。逆に、アレイ素子が選択されなければ、ノイズを低減し、選択されたアレイ素子に対する読み出しを容易にするため、信号発生器１４０及び変換器の出力経路をディスエーブルにすることが可能になる。
【００４６】
図５〜図８の実施態様におけるように、オプションで、さまざまな追加コンポーネント及び特徴を用いて、アレイ素子２４ｈ、２４ｉ、２４ｊ、及び、２４ｋの選択／選択解除（非選択）を容易にすることが可能である。例えば、図９に示すように、駆動信号発生器１４０とＳＡＷデバイス１４２の間にスイッチ１６０を結合することが可能である。スイッチ１６０は、スイッチ１２０（図５）と同様の働きをし、アレイ素子２４ｈが選択されると（例えば、選択線路１５６に高信号を加えることによって）、変換器に対する駆動信号の印加を可能にする。
【００４７】
アレイ素子が選択されない場合、ＳＡＷデバイス１４２の片側または両側を、終端負荷に有効に結合することが可能である。例えば、図９の実施態様には、ＳＡＷデバイス１４２の入力側に、スイッチ１６２及び終端抵抗１６４が含まれている。図１０の実施態様には、さらに、ＳＡＷデバイス１４２の出力側に、スイッチ１６６及び終端抵抗１６８が含まれている。
【００４８】
図７及び図８の実施態様と同様、設定によっては、信号発生器及び変換器出力経路を選択的にイネーブルにすることによって実現される分離は、図１１及び図１２の例示的な実施態様からこれらの構造を省略することによって実証されるように、スイッチ式終端素子を不要にするのに十分な場合がある。上述のように、駆動信号発生器１４０は、こうした場合、変換器（例えば、ＳＡＷデバイス１４２）が停止した（すなわち非起動状態にされた）発生器１４０の出力インピーダンスによって終端処理される。
【００４９】
特に図１１及び図１２を参照すると、ＳＡＷデバイス１４２は、差動構成で実施することが可能である。例示的なアレイ素子２４ｊ及び２４ｋの場合、受信素子１４６は、アースに対してではなく、増幅器１５４に対して差動入力として接続される。これによって、ＳＡＷデバイス１４２に平衡出力が提供され、増幅器におけるコモン・モード除去が容易になるので、いっそうノイズが抑制されるという利点が得られる。さらに、または、代替的に、ＳＡＷデバイス１４２の入力側に、差動増幅器１７０を設けることが可能であり、これによって、設定次第では、より振幅の大きい信号の利用が容易になり、ノイズ抑制が改善される可能性がある。
【００５０】
任意のタイプのデコーディング方式または他の論理方式を用いて、アレイ素子の選択を容易にすることが可能である。図１３には、アレイ素子２４の例示的なアレイ１８０が示されている。アレイ素子２４の各々は、少なくとも１つの変換器を含み、図２〜図１２の素子の実施態様に関連して説明した構成を含む、任意の所望の構成とすることが可能である。図示されているように、アレイ素子２４は、１６の素子２４を備えた２次元マトリックスとして構成することが可能である（他の実行可能な任意の数を用いることが可能であるが）。図示の例では、アレイ素子は、マトリックス・タイプのデコーディング方式（matrix-type decoding scheme）を用いて選択される。
【００５１】
具体的には、マトリックス・デコーダ１８２は、図１に示すコントローラ２６の一部（例えば、セレクタ２８の一部）として実施することが可能であり、４つの出力Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、及び、Ｘ４を備えた第１のセクション１８２ａを含むことが可能である。デコーダ１８２には、４つの追加出力Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、及び、Ｙ４を備えた第２のセクション１８２ｂを含めることも可能である。アレイ内の各素子２４は、出力のうちの２つに結合され、個々のアレイ素子は、図において、特定のデコーダ接続に従って表示されている。左上隅から始めて、右に移動すると、第１のアレイ素子は、Ｘ１及びＹ１デコーダ出力に接続され、第２のアレイ素子は、Ｘ２及びＹ１デコーダ出力に接続され、以下同様である。一般に、個々のアレイ素子は、２つのそれぞれの入力のＡＮＤ（論理積）に従って、選択または起動される。従って、例えば、Ｘ１及びＹ１出力が、両方とも、論理的高レベルの場合には、第１のアレイ素子が選択されることになる。
【００５２】
図１４及び図１５には、本明細書で説明したシステム及び方法に用いることが可能なスイッチング機構の例が示されている。既述の実施態様に関して説明したように、さまざまなスイッチング・テクノロジを用いることが可能である。多くの場合、吸収ＲＦスイッチ（absorptive RF switch）、ＣＭＯＳ  ＲＦトランスミッション・ゲート、ナノ・リレー（nano-relay）、及び、ＰＩＮダイオード（バルク・スイッチング）ＲＦスイッチなどのＲＦスイッチング・テクノロジを用いるのが望ましい。図１４及び図１５には、ＣＭＯＳ  ＲＦトランスミッション・ゲート・スイッチ１９０及び１９２が描かれている。スイッチ１９０及び１９２は、単極単投構成をなしており、図１〜図１３に示す実施態様と共に実施することが可能である。
【００５３】
両例とも、選択線路２００に沿って印加される電圧レベルによって、端子ＡとＢの間に結合されたトランジスタに電流を流すことを許すか否かの制御が行われる。例えば、この例示的なスイッチのどちらかが、図３のスイッチ６０として用いられる場合、線路２００に高電圧レベルを加えると、スイッチが閉じ、その結果、圧電結晶４０とコントローラ２６の間の入力／出力伝送線路がイネーブルになる。さらに図１４及び図１５を参照すると、スイッチ１９０において、ダイオード本体の逆漏洩（back body diode leakage）及びドレイン・ソース間のキャパシタンスを補償するために、２つのトランジスタが用いられる。スイッチ１９２のように、第３のトランジスタを追加して、最初の２つのトランジスタがオフになると、それをオンにして、端子ＡとＢの間における経路漏洩を最小限に抑えることも可能である。
【００５４】
さらに、設定によっては、本発明のシステム及び方法に用いられるスイッチを縦続接続（カスケード接続）するのが望ましい場合もある。例えば、素子２４ｂのアレイ（図３）の場合、システムにもたらされる全キャパシタンス（全容量）は、スイッチ６０及び圧電結晶４０のそれぞれのキャパシタンスの和である。この値は、レベルが低い方のスイッチがレベルが高い方のスイッチによって起動されるような、スイッチの階層レベルをなすように、スイッチ６０を縦続接続することによって減少させることが可能である。設定によっては、こうした縦続接続構成によって、キャパシタンス全体が減少し、その結果、周波数応答が改善され、クロストークが減少する場合もある。
【００５５】
図１６には、例示的な縦続接続スイッチ構成を利用した、素子２４ｂのアレイの一例が示されている。図示のように、例示的なアレイには、それぞれが、図３に関連して説明したような、関連するスイッチ６０を備える、１６のアレイ素子２４ｂが含まれている。レベルの高い方のスイッチ２１０、２１２、及び、２１４は、個別のアレイ素子の選択を制御するため、制御信号（例えば、コントローラ２６から供給される）に応答し、その結果、コントローラ２６と選択されたアレイ素子の間の有効な接続を起動する。例えば、最上位行の素子２４ｂの特定の１つを選択するには、スイッチ２１０によって、コントローラ２６からスイッチ２１２への伝送経路をイネーブルにし、スイッチ２１２によって、最上位行の素子２４ｂへの伝送経路をイネーブルにする。次に、その対応するスイッチ６０の動作によって、その個別素子を選択することが可能である。明らかなことであるが、さまざまな異なる縦続接続構成を用いることが可能であり、本明細書で説明したシステムのどれについても、縦続接続の利用が可能である。
【００５６】
やはり明らかなように、本開示には、変換器アレイを利用して検知動作を実施するための方法も包含されている。図１７には、こうした方法の一例が示されている。２２０で示すように、この方法は、アレイの選択された部分を起動するために、制御信号を加えるステップを含むことができる。一般に、上記実施態様に関して説明したように、任意の所与の時点において、アレイには、少なくとも１つの起動変換器（すなわち、アクティブにされた変換器）と、１つ以上の非起動変換器（アクティブでない変換器）が含まれることになる。制御信号は、前述のコントローラ２６及びセレクタ２８のような、任意の適合する信号源から加えることが可能である。
【００５７】
選択または起動された変換器に関して、この方法は、さらに、変換器を機械的に刺激するために、変換器に駆動信号を加えるステップを含むことができる。これは、こうした各選択変換器毎に、変換器に対する入力スイッチを閉じるステップ、及び／または、２２２及び２２４で示すような、変換器に関連する局所駆動信号発生器をイネーブルにするステップを含むことも可能である。アレイ素子が選択されると、変換器入力スイッチが閉じる例示的な実施態様については、図２〜図５及び図９に示され、これらの図に関連して説明されている。アレイ素子が選択されると、局所駆動信号発生器が起動する例示的な実施態様については、図５〜図１２に示され、これらの図に関連して説明されている。
【００５８】
この方法は、さらに、各選択変換器毎に、変換器に関連した出力伝送経路をイネーブルにするステップと、変換器に関する出力信号を受信するステップ（例えば、コントローラ２６において）を含むことが可能である。これらのステップが２２６及び２２８で示されている。上記例示的な実施態様を参照すると、出力伝送経路は、図２及び図３の場合、圧電結晶４０とコントローラ２６の間に結合されたスイッチを閉じることによってイネーブルになる。図４〜図１２の実施態様の場合、変換器とコントローラ２６の間のバッファ増幅器を制御することによって、変換器からの出力の伝送が選択的に可能になる。
【００５９】
非起動変換器は、一般に、上述の例示的な実施態様のいくつかにおけるように、非起動変換器からのノイズが起動変換器（１つまたは複数）に関して得られる出力に結合しないようにするために、分離される。すなわち、この方法は、駆動信号が非起動変換器に加えられないようにするステップを含むことが可能である。これは、２３０（図１６）で示され、図２〜図５及び図９の例示的な実施態様において実施されているように、駆動信号源と変換器との間の入力スイッチを開くステップを含むことが可能である。さらに、または、代替的に、２３２で示され、図５〜図１２の例示的な実施態様において実施されているように、変換器のための局所駆動信号源をディスエーブルにすることも可能である。
【００６０】
非起動変換器の分離には、さらに、２３４で示され、図２〜図１２の例示的な実施態様において実施されているように、変換器の出力伝送経路をディスエーブルにするステップを含めることが可能である。さらに、変換器を終端処理して、選択変換器の出力にノイズをもたらすことになる可能性のある、望ましくない信号反射、伝送線路効果等を阻止するために、２３６で示されるように、分離された各変換器を終端インピーダンスと結合することが可能である。
【００６１】
選択された１つまたは複数の変換器に関する出力が得られると、制御信号を変更して（例えば、２２０において）アレイ内の異なる変換器の選択及び分離を行うことが可能である。実際、制御信号を変更して、アレイ内の全ての変換器を繰り返し循環し、起動することが可能である。一般に、任意の所与の時点において、１つの変換器だけ、または、変換器のサブセットが起動され、残りの変換器は、選択変換器（１つまたは複数）に関して得られる出力のノイズを低減または除去するために、分離され、終端処理される。また、明らかなことであるが、図示された方法のそれぞれのステップは、同時に、及び／または、任意の適切な順番で実施することが可能である。
【００６２】
本発明は、複数の変換器(40,70,102,142)を有する変換器アレイ(22)と、変換器アレイ(22)に結合されたセレクタ(28)と、出力処理サブシステム(32)を備える変換器ベースのセンサシステム(20)に関する。個々の変換器(40,70,102,142)に関連付けられた出力伝送経路(46,78,104)が各変換器(40,70,102,142)と出力処理サブシステム(32)の間に画定される。セレクタ(28)は、制御信号(34)を変換器アレイ(22)に印加して、アレイ(22)が少なくとも１つの選択された変換器(40,70,102,142)と少なくとも１つの選択されない変換器(40,70,102,142)を有するようにするよう構成される。システム(20)は、選択された変換器(40,70,102,142)について、その変換器(40,70,102,142)に関する出力伝送経路(46,78,104)をイネーブルにして、出力信号が選択された変換器(40,70,102,142)から出力処理サブシステム(32)に伝送できるようにするよう構成される。システム(20)は、さらに、そのような変換器(40,70,102,142)に関する出力伝送経路(46,78,104)をディスエーブルにすることによって、任意の選択されていない変換器(40,70,102,142)を分離し、これにより、出力信号が出力処理サブシステム(32)に伝送されないようにするよう構成される。
【００６３】
本発明の実施態様及び方法の実施例について具体的に図示し説明してきたが、当業者には明らかなように、特許請求の範囲において画定されている思想及び範囲を逸脱することなく、多くの変更をそれらに加えることが可能である。本説明には、本明細書で説明した要素の全ての新規な組み合わせ及び自明ではない組み合わせを含むものと理解すべきであり、本願または後願において、これらの要素のいかなる新規な組み合わせ及び自明でない組み合わせについても権利を請求することができる。請求項において、「ある」または「第１の」要素またはその同等物に言及する場合、こうした請求項は、１つ以上のこうした要素の組み込みを含むものと理解すべきであり、２つ以上のこうした要素を必要とするものでもなければ、排除するものでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】複数素子を備えた変換器アレイを含む、本開示による変換器ベースのセンサシステムの１実施態様を示す略図である。
【図２】図１の変換器アレイ、及び、本開示のシステム及び方法と共に用いることが可能なアレイ素子の１実施態様を示す略図である。
【図３】図１の変換器アレイ、及び、本開示のシステム及び方法と共に用いることが可能なアレイ素子の１実施態様を示す略図である。
【図４】図１の変換器アレイ、及び、本開示のシステム及び方法と共に用いることが可能なアレイ素子の１実施態様を示す略図である。
【図５】図１の変換器アレイ、及び、本開示のシステム及び方法と共に用いることが可能なアレイ素子の１実施態様を示す略図である。
【図６】図１の変換器アレイ、及び、本開示のシステム及び方法と共に用いることが可能なアレイ素子の１実施態様を示す略図である。
【図７】図１の変換器アレイ、及び、本開示のシステム及び方法と共に用いることが可能なアレイ素子の１実施態様を示す略図である。
【図８】図１の変換器アレイ、及び、本開示のシステム及び方法と共に用いることが可能なアレイ素子の１実施態様を示す略図である。
【図９】図１の変換器アレイ、及び、本開示のシステム及び方法と共に用いることが可能なアレイ素子の１実施態様を示す略図である。
【図１０】図１の変換器アレイ、及び、本開示のシステム及び方法と共に用いることが可能なアレイ素子の１実施態様を示す略図である。
【図１１】図１の変換器アレイ、及び、本開示のシステム及び方法と共に用いることが可能なアレイ素子の１実施態様を示す略図である。
【図１２】図１の変換器アレイ、及び、本開示のシステム及び方法と共に用いることが可能なアレイ素子の１実施態様を示す略図である。
【図１３】例示的なアレイと、アレイ素子の選択に関して用いることが可能なデコーディング機構の１実施態様を示す図である。
【図１４】図２〜図１２のアレイ素子の実施態様に用いることが可能な例示的なスイッチング機構を示す図である。
【図１５】図２〜図１２のアレイ素子の実施態様に用いることが可能な例示的なスイッチング機構を示す図である。
【図１６】本開示によるセンサシステムに用いることが可能な例示的な縦続接続スイッチ構成の１実施態様を示す図である。
【図１７】時間経過と共に選択的に起動され、分離される、複数アレイ素子を備えた変換器アレイを用いる、本開示による変換器ベースのセンサに関する方法の１実施態様を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
２０  センサシステム
２２  変換器アレイ
２８  セレクタ
４０、７０、１０２、１４２  変換器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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