(57)【要約】  センシング用途の空気送達装置としてシンセティックジェット技術を使用する技術を開示する。特に、制御された空気流又は他の流体流をセンサ領域に送り届けるために、シンセティックジェットデバイスが使用される。このようなセンシングシステムは、制御された空気流から検知されることが可能な例えば気体、粒子、溶液、混合物及びその他の環境フィーチャなどの、周囲環境に存在する標的フィーチャの正確な濃度を検出するために使用され得る。一用途例は、１つ以上のシンセティックジェットデバイスを使用して、既知又はその他の制御された空気流をセンシング領域に送達し、それにより、有害な又はその他の許容できない濃度の粒子状物質、ガス又は大気汚染物質の検出を可能にすることによる、空気品質モニタリングである。一部の実施形態において、制御フロー検知システムを提供するよう、共通のハウジング内で、シンセティックジェットが流路を介してセンサと動作可能に結合される。
2018505386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センシングシステムであって、
流路と、
前記流路に出力するオリフィスを備えたキャビティ内に振動膜を有するシンセティックジェットデバイスであり、周囲の空気／流体を前記流路に取り込んで噴流を供給するように構成されたシンセティックジェットと、
前記流路から前記噴流を受けるセンサであり、前記噴流に含まれる標的フィーチャを検出するように構成されたセンサと、
を有するシステム。
【請求項２】
前記流路、前記シンセティックジェット、及び前記センサの各々が、基板上に装着されたディスクリート部品を用いて実装されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記流路、前記シンセティックジェット、及び前記センサが装着された前記基板が、ハウジング又はパッケージの中にある、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記センサは、光センサ、微小電気機械システム共振センサ、電気機械センサ、金属酸化物センサ、電気化学センサ、放射線センサ、汚染物質センサ、及びガスセンサのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記標的フィーチャは、粒子状物質、地表面オゾン、一酸化炭素、硫黄酸化物、窒素酸化物、鉛、及び大気汚染物質のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
当該システムは、各々が異なる標的フィーチャを検知するように構成された複数のセンサを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
当該システムは、複数のシンセティックジェットを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
当該システムは、複数の流路を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
当該システムは、各々が対応する流路を介して複数のセンサのうちの１つに結合された複数のシンセティックジェットを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記振動膜は単結晶シリコンを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
当該システムは更に、
前記センサによって前記標的フィーチャが検出されたことに応答して警報を発するように構成されたプロセッサ、
前記警報をユーザに視覚的に提示するディスプレイ、
前記警報を前記ユーザに提示する触覚素子、
前記警報を前記ユーザに聴覚的に提示するスピーカ、及び
前記標的フィーチャが検出されたことに応答して検出情報を提示するように構成されたユーザインタフェース、
のうちの少なくとも１つを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ユーザインタフェースは、前記検出情報の視覚提示及び前記検出情報の聴覚提示のうちの少なくとも一方を提供する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記検出情報は、前記標的フィーチャの合格／不合格状態、前記標的フィーチャの濃度レベル、前記標的フィーチャの地理位置情報、及び検出時刻のうちの少なくとも１つを有する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れかに記載のシステムを有するモバイルコンピューティング装置。
【請求項１５】
命令を有するコンピュータプログラムであって、前記命令は、１つ以上のプロセッサによって実行されるときに、
シンセティックジェット検知システムによって検出された標的フィーチャに関する検出信号を受信し、前記標的フィーチャは、前記シンセティックジェット検知システムの周りの周囲空気内で検出され、
前記標的フィーチャに関する所与の閾値が超過されたことを前記検出信号が指し示すかを決定し、且つ
前記閾値が超過されたとの決定に応答して、警報を発せさせる、
ことを有するプロセスを実行させる、コンピュータプログラム。
【請求項１６】
前記プロセスは、前記閾値が超過されていないとの決定に応答して、前記標的フィーチャの存在を監視し続けることを有する、請求項１５に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１７】
前記標的フィーチャの存在を監視し続けることは、所定のサンプリングスケジュールに従って周期的にモニタリングすることを含む、請求項１６に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１８】
前記標的フィーチャの存在を監視し続けることは、１つの地理的位置から別の地理的位置へのユーザの移動に基づいて周期的にモニタリングすることを含む、請求項１６に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１９】
前記警報は、表示スクリーンを介して視覚的に提示されること及びスピーカを介して聴覚的に提示されることのうちの少なくとも一方である、請求項１５に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２０】
前記プロセスは更に、電子ストレージ設備に前記警報及び関連データのログを取ることを有し、前記関連データは、検出の日付、検出の時刻、検出の地理的位置、及び検出された標的フィーチャの量のうちの少なくとも１つを有する、請求項１５乃至１９の何れかに記載のコンピュータプログラム。
【請求項２１】
前記電子ストレージ設備は前記シンセティックジェット検知システムに対して遠隔にある、請求項２０に記載のコンピュータプログラム。
【請求項２２】
センシング装置であって、
下側キャビティを設けるようにメンブレンから離間された底部導電体と、上側キャビティを設けるように前記メンブレンの反対側から離間された、オリフィスを有するバッフルと、を有するシンセティックジェットであり、前記メンブレンが、前記メンブレンと前記底部導電体との間に印加されるバイアスに応答して、前記オリフィスの出力にて噴流を作り出すように振動する、シンセティックジェットと、
前記噴流を受ける流路と、
前記流路から前記噴流を受けて前記噴流内の標的フィーチャを検出するセンサと、
を有する装置。
【請求項２３】
前記底部導電体が、上に金属電極を持つ非導電性材料を有する、及び
前記メンブレンが、上に金属電極を持つ非導電性材料を有する、
のうちの少なくとも一方である請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記メンブレンは単結晶シリコンを有する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記メンブレンは、圧電材料、電磁的に作動される材料、又は静電メンブレンのうちの１つである、請求項２２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
知られているように、シンセティックジェット技術を使用して、流体及び空気の流れを生成することができる。シンセティックジェット装置は、シンセティックジェットエジェクタ又はシンセティックジェットポンプと呼ばれることもあり、一般に、オリフィスを有するキャビティ内に振動膜を含む。振動膜は流体の吹き出し（例えば、渦）を発生させ、それがオリフィスを通って排出される。渦の流れの中で例えば周囲の流体又は空気などの周囲の媒体を取り込むことによって、噴流（ジェット流）が生成される。周囲の媒体は用途に依存する。例えば、エレクトロニクス用途（例えばＬＥＤ及びマイクロプロセッサの冷却など）における冷却に使用されるシンセティックジェットエアムーバ（空気移動装置）の場合、周囲の媒体は周囲空気である。そのような場合、振動膜によって発動される流体の流れは一般に一次噴流と呼ばれ、取り込まれる周囲空気は二次流れである。動作において、一次噴流によって生成された渦は、周囲空気の取り込みをもたらす。動作上のニーズに応じて、一次噴流は、熱い空気を取り込んで除去し、冷たい周囲空気を取り込み、又はそれらの組み合わせを行うことができる。シンセティックジェット技術はまた、例えば、抗力を低減するため、揚力を高めるため、及び操縦性を向上させるために、航空機において気流を制御するためにも使用されている。
【図面の簡単な説明】
【０００２】
【図１ａ】本開示の一実施形態に従って構成されたシンセティックジェット検知システムを例示している。
【図１ｂ】本開示の一実施形態に従って構成されたシンセティックジェット検知システムを例示している。
【図１ｃ】本開示の一実施形態に従って構成されたシンセティックジェット検知システムを例示している。
【図１ｄ】本開示の一実施形態に従って構成されたシンセティックジェット検知システムを例示している。
【図２】本開示の一実施形態に従った、シンセティックジェット検知システムを用いて構成されたモバイルコンピューティング装置を例示している。
【図３】本開示の一実施形態に従った、シンセティックジェット検知システムからの検出信号を受信して処理する方法を例示している。
【図４】本開示の一実施形態に従って構成された集積シンセティックジェットデバイスを例示している。
【図５ａ】図５ａ−５ｋは集合的に、本開示の一実施形態に従った、様々な中間構造及び結果構造を含んだ、シンセティックジェットデバイスに基づく検知システムを作製する方法を例示している。
【図５ｂ】図５ａ−５ｋは集合的に、本開示の一実施形態に従った、様々な中間構造及び結果構造を含んだ、シンセティックジェットデバイスに基づく検知システムを作製する方法を例示している。
【図５ｃ】図５ａ−５ｋは集合的に、本開示の一実施形態に従った、様々な中間構造及び結果構造を含んだ、シンセティックジェットデバイスに基づく検知システムを作製する方法を例示している。
【図５ｄ】図５ａ−５ｋは集合的に、本開示の一実施形態に従った、様々な中間構造及び結果構造を含んだ、シンセティックジェットデバイスに基づく検知システムを作製する方法を例示している。
【図５ｅ】図５ａ−５ｋは集合的に、本開示の一実施形態に従った、様々な中間構造及び結果構造を含んだ、シンセティックジェットデバイスに基づく検知システムを作製する方法を例示している。
【図５ｆ】図５ａ−５ｋは集合的に、本開示の一実施形態に従った、様々な中間構造及び結果構造を含んだ、シンセティックジェットデバイスに基づく検知システムを作製する方法を例示している。
【図５ｇ】図５ａ−５ｋは集合的に、本開示の一実施形態に従った、様々な中間構造及び結果構造を含んだ、シンセティックジェットデバイスに基づく検知システムを作製する方法を例示している。
【図５ｈ】図５ａ−５ｋは集合的に、本開示の一実施形態に従った、様々な中間構造及び結果構造を含んだ、シンセティックジェットデバイスに基づく検知システムを作製する方法を例示している。
【図５ｉ】図５ａ−５ｋは集合的に、本開示の一実施形態に従った、様々な中間構造及び結果構造を含んだ、シンセティックジェットデバイスに基づく検知システムを作製する方法を例示している。
【図５ｊ】図５ａ−５ｋは集合的に、本開示の一実施形態に従った、様々な中間構造及び結果構造を含んだ、シンセティックジェットデバイスに基づく検知システムを作製する方法を例示している。
【図５ｋ】図５ａ−５ｋは集合的に、本開示の一実施形態に従った、様々な中間構造及び結果構造を含んだ、シンセティックジェットデバイスに基づく検知システムを作製する方法を例示している。
【図５ｌ】図５ｌ−５ｒは本開示の一実施形態に従った、シンセティックジェット検知システムに使用されることが可能な噴流路及び流路の更なる例を示している。
【図５ｍ】図５ｌ−５ｒは本開示の一実施形態に従った、シンセティックジェット検知システムに使用されることが可能な噴流路及び流路の更なる例を示している。
【図５ｎ】図５ｌ−５ｒは本開示の一実施形態に従った、シンセティックジェット検知システムに使用されることが可能な噴流路及び流路の更なる例を示している。
【図５ｏ】図５ｌ−５ｒは本開示の一実施形態に従った、シンセティックジェット検知システムに使用されることが可能な噴流路及び流路の更なる例を示している。
【図５ｐ】図５ｌ−５ｒは本開示の一実施形態に従った、シンセティックジェット検知システムに使用されることが可能な噴流路及び流路の更なる例を示している。
【図５ｑ】図５ｌ−５ｒは本開示の一実施形態に従った、シンセティックジェット検知システムに使用されることが可能な噴流路及び流路の更なる例を示している。
【図５ｒ】図５ｌ−５ｒは本開示の一実施形態に従った、シンセティックジェット検知システムに使用されることが可能な噴流路及び流路の更なる例を示している。
【図６】本開示の一実施形態に従って構成された分散センサシステムを例示している。
【図７】本開示の一実施形態に従った、シンセティックジェットデバイスの直径が１ｍｍであり流路の直径が２ｍｍである場合について、流量を流路長の関数として例示している。
【発明を実施するための形態】
【０００３】
センシング用途の空気送達装置としてシンセティックジェット技術を使用する技術が開示される。特に、制御された空気流又は他の流体流をセンサ測定点、領域又は容積に送り届けるために、シンセティックジェットデバイスが使用される。このようなシンセティックジェットに基づくセンシング（検知）システムは、制御された空気流から検知されることが可能な、例えば気体、粒子、溶液、混合物、及び／又はその他の周囲の若しくは局所的なフィーチャなどの、システムの周囲環境に存在する標的フィーチャの正確な濃度を検出するために使用されることができる。一用途例は、１つ以上のシンセティックジェットデバイスを使用して、既知又はその他の制御された空気流をセンシング領域に送達し、それにより、有害な又はその他の許容できない濃度の粒子状物質、有害ガス（例えば、硫黄酸化物及び窒素酸化物）、又は他のそのような大気汚染物質の検出を可能にすることによる、空気品質モニタリングである。一部の実施形態において、制御フロー検知システムを提供するよう、シンセティックジェットとセンサアレイとの間に流路を存在させて、シンセティックジェットデバイスが、共通のパッケージ又はハウジングの中でセンサアレイとともにパッケージングされ、又はその他の方法で集積さる。本開示に照らして理解されることになるように、このようなシステムは、標的フィーチャ又は濃度の正確な決定のために、制御された流れをセンサに送達するように構成されることができる。
【０００４】
全体的概説
ある重要な健康上の懸念は、呼吸及び心血管の問題につながり得るものである空気中に浮遊している小粒子（粒子状物質と呼ばれることもある）に由来する。米国環境保護庁（ＥＰＡ）は、安全な及び健康に悪い曝露限度に関する勧告を行っている。これらの限度は、粒子状物質及びガスに関する濃度の範囲として記述されている。今日市場には環境センサシステムが存在している。それらのソリューションはかなり大きく、強制空気流を送り届けるためにファン又は送風機を組み込んでいる。しかしながら、ファンや送風機は、特に、例えばミリメートルスケールなどの非常に小さいサイズまで小型化される場合に、非常に効率の悪いエアムーバである。他の環境保護ソリューションに、熱抵抗を使用して自然対流を生成するものがあるが、これは既知又は制御された空気流を提供するものではない。非常に小さい装置に関して、シンセティックジェットデバイスを使用することで比較的大きい流量を送達することができる。しかしながら、シンセティックジェットデバイスは、歴史的に、例えば電子機器の冷却など、他のタイプの用途に使用されてきた。
【０００５】
故に、本開示の一実施形態によれば、シンセティックジェットデバイスに関する新たな用法が提供される。特に、とりわけ例えばウェアラブルコンピューティング装置又は所謂ウェアラブル機器、スマートフォン、タブレット、及びその他のそのようなモバイルコンピューティング装置などの、スペース制約及び電力制約のある装置において、制御されたフローをセンサ位置に送達するために、シンセティックジェットを使用することができる。しかしながら、留意されたいことには、ここで提供される技術は、モバイルコンピューティングプラットフォームに限定される必要はなく、任意のコンピューティングプラットフォーム又はその他のセンシングシステムで使用されることができる。シンセティックジェットデバイスは、１つ以上の標的フィーチャの正確な濃度測定のために、既知の流量、及び故に、既知の堆積の空気（又は流体）をセンシング領域に送達することを可能にする。一部の実施形態において、１つ以上のシンセティックジェットデバイスが、例えばシステム・オン・チップ（ＳＯＣ）などのセンシングシステムを提供するように、１つ以上のセンサとともに共通のパッケージ又はハウジングの中に統合される。この開示に照らして、数多くの変形及び構成が明らかになるであろう。
【０００６】
（１つ以上の）シンセティックジェットがそれとともにパッケージングされ又はその他の方法で使用されるセンサ又はセンサアレイは、所与のセンシング用途に応じて様々であり得る何らかの所望のターゲット（標的）周囲フィーチャを検知するように構成されることができる。標的フィーチャは、幾つかの例を挙げると、例えば、周囲空気の質（例えば、硫黄及び窒素酸化物）、粒子状物質、放射性物質、又は特定のガス、溶液、混合物、又は化合物とし得る。任意のこのような場合において、シンセティックジェット及びセンシングデバイスは各々、小型フォームファクタへの統合のために縮小されることができ、シンセティックジェットデバイスは、（１つ以上の）標的フィーチャの正確な濃度測定を可能にするよう、制御された空気流を１つ以上の流路を介してセンサに供給する。なお、シンセティックジェットデバイスは、如何なる流体のジェット運動をも発生させることができるので、空気運動に限定されるものではない。
【０００７】
１つの特定の実施形態例は、許容できない濃度の特定の大気汚染物質又はその他の劣悪品質の空気をユーザに警告する個人用空気品質モニタリングシステムを提供するように、モバイルコンピューティング装置を用いて実装され得る。そのような一実施形態において、シンセティックジェットに基づくセンシングシステムは、ユーザが何処に行こうと周囲の空気を周期的にサンプリングするように構成されることができ、警報メッセージがユーザに提供され得る。周囲空気のサンプリングをトリガするために、ユーザの地理位置情報の変化も使用することができる。何れの場合でも、警報メッセージは、例えば、ユーザが前もってセンシングアプリケーションに関連付けた、テキスト若しくは電子メールメッセージ、ポップアップウィンドウ、又は可聴チャイムとし得る（例えば、２トーンチャイムが、許容できない濃度又は硫黄酸化物が検出されたことを指し示す）。一部のケースにおいて、ユーザは、例えば、検出すべき標的フィーチャ、及び警報が与えられるためには超過されなければならない検出閾値に関して、システムを設定することができる。この開示に照らして理解されることになるように、数多くのそのようなメッセージング及びユーザインタフェーススキームを用いてユーザ体験を向上させることができる。
【０００８】
他の特定の一実施形態例は、分散センサシステムであり、そのシステムの複数の異なるノードが、ここに提供されるセンサシステムを含むようにされる。例えば、一具体例のケースにおいて、ここに提供される１つ以上のシンセティックジェットベースのセンサが、アクセス可能な複数のセンサノードを提供するように通信ネットワーク上に分散され、又はその他の方法で展開され、これらのセンサノードは、（１つ以上の）センサノードにアクセス可能な中央位置又は何らかのエンティティにセンサデータを提供し得る。そのような一実施形態は、例えば、１つ以上のセンサノード又はその他のこのような分散センサシステムを提供するよう、所謂モノのインターネット（ＩｏＴ）構成の状況で実装され得る。なお、このようなＩｏＴシステムでは、デバイスは、特定の位置に配備された固定センサノードに統合されることができ、必ずしもモバイルである必要はない。
【０００９】
システムアーキテクチャ
図１ａは、本開示の一実施形態に従って構成されたシンセティックジェット検知システム１００を例示している。見て取れるように、システム１００は、物理的な流路（フローチャネル）１０３を介してシンセティックジェットデバイス１０５と動作可能に結合されたセンサ１０１を含んでいる。これらのコンポーネント１０１、１０３、及び１０５の各々は、例えば、プリント回路基板又はその他の好適基板の上に装着されるディスクリート（個別）部品を用いて実装されることができる。基板は、集積回路ソリューションを実効的に提供するようにハウジング又はパッケージの内に収容され得る。それに代えて、コンポーネント１０１、１０３、及び１０５の各々は、この開示に照らして理解されることになるように、集積回路ソリューションを提供するように半導体材料及び標準処理を用いて実装されてもよい。このようなケースにおいて、物理的な流路１０３は、周囲空気（又は場合によっては流体）が取り込まれて流路１０３内に効果的に吸入され、そしてセンサ領域１０１に導かれるように、シンセティックジェットデバイス１０５の出力と動作的に結合する。センサ領域１０１による正確な濃度検出のために制御された流れを供給するよう、取り込まれる空気又は流体の流量を、所与のセンシング用途の要求に基づいて調節することができ、又はその他の方法で制御することができる。例えば、駆動信号の振幅及び／又は形状や、膜（メンブレン）の振動周波数及び／又は振動形状を変えることによって、異なる流量を持つ制御された流れを送達することができる。静電的に駆動されるデバイスでは、これは、例えば、駆動信号の電圧振幅又は駆動信号の形状（例えば、正弦波、三角波、矩形波信号、又は他のそのような信号形状を使用する）と振動周波数とを変化させることを含み得る。センサ領域１０１は、所与のセンシング用途に適した如何なるタイプのセンサを含んでいてもよい。センサ例は、幾つか挙げれば、光センサ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）共振センサ、電気機械センサ又はトランスデューサ、金属酸化物センサ、電気化学センサ、放射線センサ、汚染物質センサ、ガスセンサを含む。より一般的な意味では、センサ領域１０１は、流路１０３を介して、シンセティックジェットデバイス１０５の動作による制御された流れの中に存在せしめられたときに、標的物質の存在を感知することが可能な如何なるセンシング技術を用いて構成されてもよい。
【００１０】
図１ｂは、本開示の他の一実施形態に従って構成されたシンセティックジェット検知システム１００’を例示している。見て取れるように、このシステム１００’は、複数の流路１０３（流路＃１乃至＃Ｎ）がシンセティックジェットデバイス１０５のアレイ（デバイス＃１乃至＃Ｎ）をセンサ領域１０１のアレイ（センサ領域＃１乃至＃Ｎ）に動作可能に結合していることを除いて、図１ａのシステム１００のそれと同様である。理解されることになるように、センサ領域１０１は、一部の実施形態において、各々同じタイプのセンサを含み得るが、他の実施形態は、センサ領域１０１の各々を異なるタイプのセンサで構成し得る（例えば、１つが硫黄酸化物を検出し、他の１つが窒素酸化物を検出し、他の１つが一酸化炭素を検出するなど）。このようなアレイベースのシンセティックジェット検知システム１００’も、システム１００と同様に、統合されたソリューションを提供するようにパッケージ又はハウジングの中に収容され得る。
【００１１】
図１ｃは、本開示の他の一実施形態に従って構成されたシンセティックジェット検知システム１００”を例示している。見て取れるように、このシステム１００”は、単一の流路１０３がシンセティックジェットデバイス１０５のアレイ（デバイス＃１乃至＃Ｎ）をセンサ領域１０１のアレイ（センサ領域＃１乃至＃Ｎ）に動作可能に結合していることを除いて、図１ｂのシステム１００’のそれと同様である。図１ｂに関して先述したように、センサ領域１０１は、一部の実施形態において、各々同じタイプのセンサを含み得るが、他の実施形態は、センサ領域１０１の各々を異なるタイプのセンサで構成し得る（例えば、１つが硫黄酸化物を検出し、他の１つが窒素酸化物を検出し、他の１つが一酸化炭素を検出するなど）。なお、この実施形態例はＮ個のセンサ１０１及びＮ個のシンセティックジェットデバイス１０５を示しているが、他の実施形態は、シンセティックジェットデバイス１０５よりも少数又は多数のセンサ１０１を有していてもよい。このようなアレイベースのシンセティックジェット検知システム１００”も、システム１００と同様に、統合されたソリューションを提供するようにパッケージ又はハウジングの中に収容され得る。
【００１２】
図１ｄは、本開示の他の一実施形態に従って構成されたシンセティックジェット検知システム１００’’’を例示している。この例のケースにおいては、流路（フローチャネル）１０３が、単一のシンセティックジェットデバイス１０５から供給を受けて、他端で２つ以上の異なるチャネルへと分割されており、各チャネルが、対応するセンサ１０１（センサ領域＃１乃至＃Ｎ）に、制御された流れを送達する。図１ｂに関して先述したように、センサ領域１０１は、一部の実施形態において、各々同じタイプのセンサを含み得るが、他の実施形態は、センサ領域１０１の各々を異なるタイプのセンサで構成し得る（例えば、１つが硫黄酸化物を検出し、他の１つが窒素酸化物を検出し、他の１つが一酸化炭素を検出するなど）。さらに先述したように、このようなアレイベースのシンセティックジェット検知システム１００’’’も、システム１００と同様に、統合されたソリューションを提供するようにパッケージ又はハウジングの中に収容され得る。
【００１３】
任意の数のシンセティックジェットデバイス１０５が１つ以上の流路１０３を介して１つ以上のセンサ１０１に動作可能に結合される数多くの他の構成が、この開示に照らして明らかになるであろう。シンセティックジェットデバイス１０５のクラスタ（集団）が、各々が１つ以上のセンサ１０１に行き着く複数のチャネルへと分裂される単一の流路１０３に供給を行ってもよい。同様に、センサ１０１のクラスタが、各々が１つ以上のシンセティックジェットデバイス１０５によって供給される１つ以上の流路１０３から供給を受けてもよい。本開示は、全てのそのような変形に及ぶことが意図される。
【００１４】
生成されるチャネル流の瞬時速度の等高線（ｍ／ｓ）が、時々行われるようにして画像化され、所与の用途に合わせて然るべく調整され得る。一般に、流路１０３を通る流れは安定したものとなることができ、センシング領域１０１の位置に、制御された流れを生成するのに理想的である。図７に、様々な長さの流路１０３について、膜が３μｍの振幅で振動する１ｍｍのシンセティックジェットデバイス１０５によって直径２ｍｍの流路内に生成される空気流を示している。見て取れるように、この特定の例では、流路１０３が長いほど流量が大きい。
【００１５】
先述のように、例えば１００のような（これ以降、例えば１００’、１００”、１００’’’などのその変形及びこの開示に照らして明らかになるような他の実施形態及び構成の何れをも含むとする）シンセティックジェット検知システムは、それが研究室又はオフィス環境内の固定コンピュータシステムであろうと、モバイルコンピューティングプラットフォームであろうと、如何なるコンピューティングシステムにて実装されてもよい。さらに理解されることになるように、システムは、専用センシングシステムであってもよく、汎用コンピューティングシステムである必要はない。モバイルコンピューティング装置のユビキタス性を考えると、それらは、ここに提供されるような技術を使用して大気汚染物質を監視するように構成されるのに特に適している。そのようなケースにおいて、シンセティックジェット検知システムは、例えばＵＳＢケーブル又は無線通信リンク又はデータ交換を可能にするその他の好適通信媒体などの外部結合によってであろうと、コンピューティング装置のアーキテクチャ内に直接的に統合されることによってであろうと、ホストコンピューティングシステムと動作可能に結合されることができる。幾つものそのような外部構成及び内部構成が、この開示に照らして明らかになるであろう。図２は１つのそのような構成例を示している。
【００１６】
見てとれるように、図２は、本開示の一実施形態に従った、シンセティックジェット検知システム１００を用いて構成されたモバイルコンピューティング装置２００を示している。コンピューティング装置２００は、例えば、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、又はウェアラブルコンピュータ（例えば、腕時計、眼鏡、宝飾品、又は衣類ベースのコンピューティングシステム）とすることができ、そのようなコンピューティング装置に通常含まれる標準的な構成要素を含み得る。それに代えて、装置２００は、やはり典型的なコンピューティング能力を有して構成されるが汎用コンピューティングというよりもセンシング用途向けにいっそう特定的に適合される専用モバイルセンシングシステムであってもよい。理解されることになるように、描かれた機構の全てが全ての実施形態に含められる必要はない。例えば、スマートフォン又はタブレットは、マイクロフォン及びスピーカを含み得るが、ウェアラブルコンピューティング装置は、必ずしもそのような機構を有していなくてもよい。この目的のため、図示されたコンピューティング装置２００は、一実施形態例として提供されているだけであり、この例からの数多くの他の実施形態及び変形が、この開示に照らして明らかになるであろう。
【００１７】
この例において、装置２００は、ディスプレイ２５８（タッチスクリーン又はその他の好適なディスプレイ）を支持するハウジング２５６と、画像及びビデオを撮影するカメラ２６２と、装置２００を介してアクセス可能又はその他の方法で提示可能なコンテンツの聴覚提示のためのスピーカ２６４と、ユーザから口頭コマンド又は通信を受信するためのマイクロフォン２６６とを含んでいる。加えて、装置２００は更に、様々なデジタルファイル（例えば、文書、写真など）並びに例えばアプリケーションプログラム（アプリ）２５６などのアプリケーション及び命令を含み得るメモリ２５２に動作可能に結合されたプロセッサ２５４を含んでいる。さらに見て取れるように、プロセッサ２５４は、装置２００と一体化されたシステム１００からの検出信号を受信するように構成されている。プロセッサ２５４はまた、例えばスマートフォン、タブレット、特殊コンピューティング装置などのモバイルコンピューティング装置にしばしば含まれるグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）受信器からの地理位置情報信号などのような、その他のアクション可能な信号を受信するように構成され得る。先述のように、このような地理位置情報信号は、装置の地理的位置を追跡し、装置１００のサンプリングプロセスに知らせるために使用されることができる。例えば無線通信モジュール、コプロセッサ、グラフィックスプロセッサ、オペレーティングシステム、及びドライバなどの、他の典型的なコンピューティング装置構成要素は、図示されていないが、明らかになるであろう。
【００１８】
この例において、アプリケーションプログラム２５６は、理解されることになるように、装置２００がシンセティックジェット検知システム１００と効果的にインタラクトすることを可能にするユーザインタフェースを提供する。動作において、システム１００は、シンセティックジェット作用によって空気を取り込むことによって、局所空気又は周囲空気を連続的又は周期的にサンプリングするように構成される。一部のケースにおいて、取り込まれる空気は、ハウジング２５６に設けられたグリル又は吸気ポートを介してシステム１００に引き込まれ得る。一部のケースでは、吸気ポートは、例えば、センシングに専用の吸気ポートが望ましくない場合に、スピーカ２６４又はマイクロフォン２６６のために設けられるものと同じポートであってもよい。何れにしても、周囲空気を取り込んで、システム１００のセンサによってサンプリングすることができる。そして、結果として得られた検出信号が、プロセッサ２５４に提供される。プロセッサ２５４は、検出信号を分析して、所与の閾値が超過され又はその他で満足されたかを、検知された標的フィーチャに関して判定するように、アプリケーションプログラム２５６によってプログラムされ又はその他の方法で構成される。
【００１９】
検出閾値が満足される場合、アプリケーションプログラム２５６は更に、ポップアップウィンドウ２６０を出力し、それによりユーザに警報を提供するように動作する。図２に描かれた例のケースでは、検知されるべき又はその他の方法で検査されるべき標的フィーチャは、粒子状物質（ＰＭと呼ばれるときもある）、地表面のオゾン、一酸化炭素、硫黄酸化物、窒素酸化物、及び鉛を含め、ＥＰＡによって規制され又はその他の方法で監視される複数の典型的な汚染物質を含む。一部のこのような実施形態において、ポップアップウィンドウ２６０は、警報状態が検出された場合にのみ現れる。他の実施形態では、ポップアップウィンドウ２６０はまた、ユーザが現在の検出結果を見ることを可能にするよう、手動で呼び出されて現れ得る。この例のケースにおいて、合格（Ｐａｓｓ）／不合格（ＦＡＩＬ）データのみがユーザに提示される。他の実施形態では、検出された標的フィーチャの実際の量を提示することができる。図示されたユーザインタフェース例において、ユーザは、報告されたフィーチャ（例えば、検出された具体的な濃度及び所与の閾値と、汚染物質についての情報へのリンクなど）についての更なる詳細を見るために、（例えば、適切に置かれる指タップ又はマウスクリックを介して）詳細ＵＩ制御機能を選択し得る。ユーザがレポートを見終えると、ポップアップウィンドウ２６０を閉じるためにクローズＵＩ制御機能が選択され得る。
【００２０】
さらに留意されたいことには、アプリケーションプログラム２５６は、ユーザが標的フィーチャの各々に関する個人的な閾値を設定することを可能にするようにプログラムされる。これは、例えば、ユーザが所与の汚染物質に対して特に敏感であり、故に、適時に早期の警報を与えられるよう、より厳しい閾値を設定することを望む場合に助けとなり得る。この状況例では、６つの標的フィーチャのうちの２つが、ＥＰＡ及びユーザのうちの少なくとも一方によって設定された閾値を超えているとして報告している。具体的には、硫黄酸化物の量が、ＥＰＡ及びユーザの双方によって設定された閾値を超えており、窒素酸化物の量が、ＥＰＡ閾値には合格しているが、ユーザによって設定された厳しめの閾値を超えている。この開示に照らして、数多くの他の状況及び報告スキームが明らかになるであろう。
【００２１】
検出を報告する方法
図３は、本開示の一実施形態に従った、シンセティックジェット検知システムからの検出信号を受信して処理する方法を例示している。この方法は、例えば、図２に示したアプリ２５６によって実装され得るが、この開示に照らして数多くの他の実施形態が明らかになるであろう。アプリケーションプログラム２５６は、例えばメモリ２５２など（例えば、１つ以上の読み出し専用メモリデバイス、ランダムアクセスメモリデバイス、フラッシュメモリデバイス、及び／又はその他の好適な非一時的メモリデバイス）のコンピュータプログラムプロダクト上にエンコードされて、１つ以上のプロセッサによって実行されるときにその方法が実行させ又はその他の遂行させる何らかの命令セット（例えば、Ｃ、Ｃ＋＋、ベーシックなど）を用いて実装され得る。
【００２２】
この方法は、標的フィーチャ（例えば、汚染物質、ガス、混合物など）に関連する検出信号を受信すること３０２、及び、その標的フィーチャに関する所与の閾値が超過されたことを検出信号が指し示すかを決定すること３０４を含んでいる。検出信号は、例えば、第１状態（例えば、論理ロー）又は第２状態（例えば、論理ハイ）の何れかである二値信号とし得る。１つのそのようなケースにおいて、第１状態は、周囲空気中の標的フィーチャの濃度が（１つ以上の）所与の閾値よりも低いことを指し示し、第２状態は、濃度が（１つ以上の）所与の閾値よりも高いことを指し示す。それに代えて、検出信号は、センサデバイス出力の最小−最大範囲内の電圧レベルであってもよく、出力電圧レベルは、周囲空気中の標的フィーチャの濃度レベルと相関付けられることができる。より一般的な意味において、検出信号は、標的フィーチャの検出及び濃度レベルのうちの少なくとも一方を含む又はその他の方法で示す、センサ出力からの出力信号又はセンサ出力から導出される出力信号とし得る。数多くのそのような検出信号及び信号処理スキームがこの開示に照らして明らかになり、本開示は何らかの特定のタイプに限定されることを意図していない。
【００２３】
この方法は、閾値が超過されたかについての判定（３０６）を続ける。超過されていない場合、この方法は、３１４で引き続き監視することを続ける。先術のように、この引き続いての監視は連続的（例えば、常時オン、常時監視）に行われることができる。それに代えて、この監視は、所定のサンプリングスケジュールに従って、及び／又はある地理的位置から別の地理的位置へのユーザの移動に基づいて（例えば、ユーザが現在位置から５００フィートを超えて移動した場合に、又は地理的位置のその他の検出可能な変化の場合に、周囲空気の新たなサンプリングセッションをトリガする）、周期的に実行されてもよい。
【００２４】
他方で、３０６での判定が、閾値が超過されたことを指し示す場合には、この方法は、ユーザに警報を発すること３０８を続ける。１つの警報例は、例えば、特定の検出を指し示すチャイム又はトーンシーケンスなどの可聴信号とし得る（例えば、３つのチャイムベルは地表面のオゾン検出に等しい一方で、高ピッチの反復トーンは一酸化炭素検出に等しい）。他の一警報例は、例えば、図２に示したもの、又はユーザが周囲環境における標的フィーチャの検出に関連付けることができる何らかの他の描写などの、警報の視覚提示とし得る。他の一警報例は、標的フィーチャが検出されたことのセンシング装置のスピーカを介した事前記録表現などの、警報の聴覚提示である（例えば、「高濃度の硫黄酸化物が検出されました。あなたにレポートが電子メールされました。」）。他の一警報例は、圧電アクチュエータ又はその他の好適素子によって提供される触覚応答である（例えば、装置の振動）。理解されることになるように、警報を伝えることには数多くの通信スキームを使用することができる。
【００２５】
この方法は更に、警報と、例えば検出日時、検出の地理的位置、及び検出された標的フィーチャの量などの関連データとのログ（記録）を取ること３１０を含み得る。このようなログは、センシング装置それ自体のメモリ及び／又は遠隔のリポジトリ若しくはストレージ（例えば、アプリケーションプログラム２５６と共に使用されるクラウドベースのストレージ、又は何らかのその他のオンラインストレージ設備）において維持管理され得る。一部のケースにおいて、３１０でログを取ることは更に、検出及び関連データを、中央機関又は政府機関（例えば、ＥＰＡ、連邦捜査局、現地警察、等々）に自動的に報告することを含み得る）。
【００２６】
この方法は、例えば図２に示したクローズＵＩ制御機能を選択することによるなどのユーザ入力に応答して、警報をクリア（消去）すること３１２を続け得る。それに代えて、警報は、問題となっている標的フィーチャの軽減（その標的フィーチャがもはや、所与の閾値を超える濃度で存在していないため）を受けて、警報が自動的に消え去ってもよい。さらに見て取れるように、この方法は、３１４に指し示されるように監視を続け得る。なお、この引き続いての監視は、一部の実施形態によれば、警報がクリアされたか否かにかかわらず行われ得る。
【００２７】
シンセティックジェット構造
図４は、本開示の一実施形態に従って構成された集積シンセティックジェットデバイスを例示している。見て取れるように、この実施形態例のシンセティックジェット構造は、下側キャビティ４７５を画成するように、下側スペーサ４２９によって作動膜４２７から離間された底部導電体４３１を含んでいる。さらに、オリフィスを画成するバッフル４２１が、上側キャビティ４７６を画成するように、上側スペーサ４２５によって作動膜４２７から離間されている。動作において、膜（メンブレン）４２７が振動するように駆動されるとき、膜変位が、一例のケースにおいて空気である流体をキャビティ４７６に引き込み、次いで、それをオリフィス４２３を通じて押し出して、空気の“吹き出し”（例えば、渦）を作り出し、そして、それが周囲の空気を取り込んで噴流の形成を誘発する。
【００２８】
この例のケースにおける作動膜４２７は、静電的に作動される導電性の円形のメンブレンである（図４の断面図に示されている）。下側スペーサ４２９及び上側スペーサ４２５は、例えば、酸化物又はその他の好適な非導電性又は絶縁性の材料で実装され得る。バッフル４２１も、例えばシリコン又はセラミックなどの絶縁性又は半導電性の材料で実装され得るが、幾つもあるその他の材料が使用されてもよい。例えば、更なる他の実施形態において、上側スペーサ４２５は、バッフル４２１（それらは絶縁性である必要はない）をそうすることができるように、導電性とすることができる。より一般的な意味において、シンセティックジェットデバイスの様々な機構を実装することには、バイアス又は駆動信号を印加して膜４２７の振動を発生させることができる限り、如何なる材料（例えば、プラスチック、セラミック、金属、絶縁体）が使用されてもよい。特定の一実施形態において、上側及び下側のスペーサ（４２９及び４２５）は、導電性メンブレン４２７を下部導電体４３１及びバッフル４２１からアイソレートするために絶縁体である。例えば圧電駆動又は電磁駆動を採用するものなどのその他の実施形態では、理解されるように、底部／頂部スペーサ４２９及び４２５は導電性であってもよい。
【００２９】
底部導電体４３１は、例えばポリシリコン、銅、アルミニウム、白金、ドープされたシリコン、又はその他の導電材料など、如何なる好適な導電材料であってもよい。例えば、底部導電体は、導電性となるようにドープされたシリコンで実装され、又は、例えばシリコン若しくは酸化シリコンなどの何らかの好適な材料のベース基板上にパターン形成された、例えば銅若しくはアルミニウムなどの金属層で実装され得る。
【００３０】
このようなシンセティックジェットデバイスは、センシング用途及びセンシング領域に移動されるべき空気若しくは流体の体積に応じて、例えばマイクロスケール又はそれより大きいなどの寸法に微細加工されてスケーリングされることができる。技術が進歩するにつれて、理解されることになるように、ここに提供される原理を使用して、ナノスケール及びそれよりも小さい構成も同様に実装され得る。シンセティックジェット構造を直径で１ｍｍ以下の寸法までスケーリングするために、商業的なＭＥＭＳデバイスを作製するのに使用されるものなどの微細加工技術を使用することができる。例えば、静電的に作動されるメンブレンは、ＭＥＭＳ又はウエハボンディングプロセスフローを使用して製造されることができる。
【００３１】
この実施形態例では、膜４２７は導電性であり、電極として使用される。この目的のため、膜４２７は、それ自体が導電材料で実装されてもよいし、あるいは、それ自体は非導電材料で実装されて、それが、その表面上又は適切にドープされた半導体上の導電材料でメタライゼーションされ又はその他の方法で被覆されてもよい。同様のやり方で、底部導電体４３１は、それ自体が導電材料で実装されてもよいし、あるいは、それ自体は非導電材料で実装されて、それが、その表面上又は適切にドープされた半導体上の導電材料でメタライゼーションされ又はその他の方法で被覆されてもよい。なお、このような導電性コーティングは、パターン（例えば、パターニングされた金属電極）に配置されることができ、必ずしも底部導電体４３１又は膜４２７の全領域を覆う必要はない。このようなケースにおいて、膜４２７と底部導電体４３１とにわたるＡＣ電圧信号の印加が、膜を振動及び／又は共振へと駆動する。
【００３２】
一部の実施形態において、膜４２７は、（例えばエピタキシャル成長、スピンコーティング、化学気相成長、又はその他の好適な堆積技術などの堆積技術を使用して）ビルドアップされることができ、あるいは、下側キャビティ４７５を形成して膜４２７の運動を可能にするように、その他の方法で底部導電体４３１に接合されることができる。オリフィス４２３を有する上側キャビティ４７６は、例えば、ウエハボンディング又は犠牲ＭＥＭＳプロセスによって形成されることができる。この上側キャビティ４７６は、スペーサ４２５によって膜４２７の縁部に気密封止されて、キャビティ４７６に引き込まれた流体（この例のケースでは空気）がスペーサ４２５を通じて周囲環境に失われないことを保証する。さらに理解されるように、これまた堆積プロセス又は接合プロセスを用いて設けられることができる流路を介して、オリフィス４２３から１つ以上のセンサデバイスが離間され得る。気密封止（ハーメチックシール）は、ウエハボンディングプロセスによって作り出される。例えば、シリコン膜４２７が酸化シリコンスペーサ材料に結合されるケースにおいて、接合によって形成されるシールは気密である。他の一実施形態において、エポキシシールが使用される場合、その接合の気密性は、例えばバッフル及び側壁を含むセラミック／シリコンキャップの場合においてのように、セラミック／シリコンであり得るスペーサ材料とは無関係である。さらに理解されるように、流路を形成することができる手法は、例えば３Ｄプリンティング、成形プラスチック、エッチングされたＰＣＢトレンチ、エッチングされた半導体基板、エッチングされた金属、及び微細加工、並びにこれらの形成技術の組み合わせなど、数多く存在する。この開示に照らして、数多くの好適な製造スキームが明らかになるであろう。
【００３３】
製造方法
図４を参照して説明したデバイスを製造するプロセスフローの一例を、半導体・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハの高濃度ドープされたデバイス層から導電膜４２７が形成される場合について図５ａ−５ｋに示す。そのような一実施形態において、ＳＯＩウエハが酸化物層の例の上に単結晶シリコン層を有すると仮定するが、これは、（例えば多結晶材料とは対照的に）単結晶シリコンをメンブレン材料として使用することの高い品質係数（Ｑ）及びそれ故の良好なエネルギー効率のために特に有利なものである。図５ａ−５ｋのフローはまた、ウエハボンディングによる上側キャビティ製造の一例を示している。センサも、前もって形成されて、その後に、上側キャビティ層に近接して堆積又はその他の方法で形成された介在流路によってオリフィスから離間されることができる。オリフィスと流路との間の隙間は、周囲空気／流体をキャビティ内に引き込み、続いて排出して周囲の空気／流体を取り込むための、周囲空気／流体へのアクセスを提供する。故に、シンセティックジェット検知システムをどのように製造するかに関する具体的な材料及びプロセスフローが提供される。しかしながら、この開示に照らして理解されることになるように。構造の様々な部分（互いの上に成長若しくはその他の方法で形成されようが、あるいは、その他の方法で作業的に互いに対して結合されようが、例えば、下側キャビティ、上側キャビティ、センシング層）を形成するために、他の材料及び処理技術を使用することができる。
【００３４】
より詳細には、図５ａは、高濃度ドープされたシリコンウエハ４７１を示している。一実施形態例においてドーパントはボロンであるが、他の好適なドーパント（例えば、ヒ素、リン、及びガリウム）も同様に使用され得る。図５ｂは、酸化物層４７３が上に形成されたドープトシリコンウエハ４７１を示している。なお、断面の全ての壁に酸化物が示されているが、他の実施形態では、酸化物は頂面のみに設けられてもよいし、それとは異なるように選択的に設けられてもよい。一例のケースにおいて、ドープトシリコン基板４７１を酸素流に曝すことによって、二酸化シリコン層を形成することができる。酸化物４７３の厚さは、例えば曝露時間、温度及び圧力などのプロセスパラメータによって制御され得る。この開示に照らして理解されることになるように、ドープトシリコンウエハ４７１は下部導電体４３１をもたらし、酸化物層は下部導電体４３１と膜４２７との間の非導電性の下側スペーサ４２９をもたらす。図５ｃは、得られた構造を次いでどのようにパターニング・エッチングすることで、形成されることになるキャビティ領域内の酸化物を除去することができるかを示しており、図５ｄは、シリコンエッチング後に得られる下側キャビティ４７５を示している。従来からのパターニング・エッチング技術が用いられ得る。
【００３５】
プロセスフローは、図５ｅに示すように、この構造にＳＯＩウエハを融着させることを続ける。見て取れるように、ＳＯＩ構造又は基板は、ＳＯＩデバイス層４７７（例えば、単結晶シリコン層）、埋込酸化物層４７９（例えば、二酸化シリコン層）、及びＳＯＩハンドル４８１（例えば、バルクシリコン層）を含む。図５ｆは、ＳＯＩハンドル４８１の大部分が除去（これは、化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスによって達成され得る）された後に得られる構造を示し、図５ｇは、ＳＯＩハンドル４８１の残存部分が除去（これは、シリコン上で一般的に使用される幾つもある従来からのエッチングプロセス（湿式及び／又は乾式、異方性及び／又は等方性）を用いて達成され得る）されて、下に位置する埋込酸化物層４７９が露出された後に得られる構造を示している。
【００３６】
図５ｈは、埋込酸化物層４７９がエッチング除去されてＳＯＩデバイス層４７７を解放した後に得られる構造を示している。ここでも、何らかの好適なエッチングスキームを使用することができる。理解されることになるように、ＳＯＩデバイス層４７７は作動膜４２７をもたらし、これは、他方の電極を提供するウエハ４７１がそうであるように、第１の電極を提供するように金属でパターン形成され又はその他の方法でメタライゼーションされることができる。一部の実施形態において、さらに留意されたいことには、電極を形成することには、異なる複数の材料の層を用いてもよい。先述のように、２つの電極間にＡＣバイアス電圧を印加することで、メンブレンがその共振周波数で振動して運動／吹き出しを提供するようにメンブレンを動作させることができる。
【００３７】
図５ｉは、上側キャビティ４７６を形成するために、予めエッチングされたセラミックキャップ又はシリコンウエハ４８５がＳＯＩデバイス層４７７に融着された後に得られる構造を示している。このような１つのケースにおいて、酸化物４８３が、接合に先立ってキャップ４８５上に形成され、あるいは別法ではキャップ４８５の一部である。理解されるように、予めエッチングされたキャップ／ウエハ４８５は、オリフィス４２３を有するバッフル４２１をもたらし、酸化物４８３は、上側の非導電性スペーサ４２５をもたらす。特定の一実施形態において、結果として得られるバッフル４２１、オリフィス４２３、及び上側スペーサ４２５の構造／幾何学形状を提供するように、単一の要素が、オリフィス４２３を有するキャップと酸化物４８３との組み合わせを提供する。この意味で、バッフル４２１は実効的にキャップ４８５の頂部であり、上側スペーサ４２５は実効的に、酸化物４８３を有するキャップ４８５の底部である。例えば、キャップ４８５の頂部及びスペーサ４２５は、非導電性のセラミックで形成されることができ、キャップ４８５とウエハとの間のシールはエポキシで作製される。更なる他の実施形態では、スペーサ４２５は、図５ｈに示した埋込酸化物（ＢＯＸ）エッチングプロセスにおいてマスクされて残される埋込酸化物層４７９の部分としてもよい（層４７９が目的用途に適した幾何学形状を持つと仮定している）。更なる他の実施形態では、酸化物層４８３をＳＯＩデバイス層４７７上に直接的に堆積又はその他の方法で形成することができ、その後、予めエッチングされたキャップ４８５（下側のスペーサ部分及び上側のバッフル部分の双方というより、ちょうどバッフル部分）が適所に接合され得る。それに代えて、予めエッチングされたキャップ４８５は、上側キャビティ４７６を画成するための犠牲材料を使用して、酸化物層４８３上に直接的に形成されてもよい。さらに留意されたいことには、キャップ４８５及び酸化物４８３は実際には酸化物である必要はなく、先述のようなその他の好適材料であってもよい。この目的のため、図示したプロセスフローは一実施形態例であり、この開示に照らして数多くの他の材料セット及び構造並びに形成技術が明らかになるであろう。
【００３８】
そして、結果として得られたシンセティックジェット構造を、流路４８７を介して、予め形成されたセンサ層と動作可能に結合させることができる。例えば、図５ｊに示すように、流路４８７をキャップ４８５の近傍に配置することができる。なお、キャップ４８５と流路４８７との間の隙間が、先述のように周囲の空気／流体が取り込まれることを可能にする。流路がエッチングされ又はその他の方法で形成された後、予め形成されたセンサ４８９（例えば、センサ回路が上に形成されたウエハ又はその他の好適基板）が、流路４８７に接合され、あるいはそれとは異なって、動作可能に流路４８７から離間され得る。一部の実施形態において、流路４８７とセンサ４８９との間の空間が、噴流が、その流れをセンサがサンプリングするときに、センサを通り過ぎることを可能にする。他の一実施形態は、流路が（１つ以上の）シンセティックジェットデバイスよりも大きい限りにおいて、（１つ以上の）シンセティックジェットデバイスが流路４８７の内部に配置されるケースである。これもまた、周囲の空気／流体の取り込みを可能にする。流路４８７及びセンサ４８９が直接的に結合されるものである他の実施形態では、サンプリングされた噴流の放出又は通過を可能にするために、センサの何れかの側への流路ベント又はポートが設けられ得る。結果として得られる構造の一例を図５ｋに示す。さらに見て取れるように、検出信号が、センサ層から読み出され又はその他の方法で提供されて、先述のような後続の分析及び処理のために提供され得る。一部の実施形態は更に、検出信号を処理に送る前に検出信号の増幅及び／又はフィルタリングを行う介在読出し回路を含み得る。
【００３９】
なお、図５ａ−図５ｋは、何らかの特定の尺度に描かれているわけではなく、流路はシンセティックジェットデバイスよりも大きくある必要はない。さらに理解されるように、流路あたり２つ以上のデバイスが存在してもよい。例えば、図５ｌは、シンセティックジェットデバイスが流路の一端に近接して流路の内側にある他の一実施形態を示している。図５ｍは、シンセティックジェットデバイスが流路の内側にあるが、流路の更に内部にあり且つ流路の側壁上にある他の一構成例を示している。図５ｎは、シンセティックジェットデバイスが流路の外側にあって側壁のオリフィスを介して流路にアクセスしていることを除いて、図５ｍの構成例と同様である。図５ｏは、流路の入力に近接した１つのジェットデバイスと、流路の外側にあって（１つ以上の）側壁内のそれぞれのオリフィスを介して流路にアクセスする更なる２つのジェットデバイスとの、複数のシンセティックジェットデバイス（この例のケースでは３つ）の場合の他の一構成例を示している。図５ｐは、流路の入力に近接したジェットデバイスがここでは流路の内側にあることを除いて、図５ｏの構成例と同様である。故に、留意されたいことには、一部の実施形態において、ジェットデバイスは、流路の内側及び外側の双方にあってもよい。さらに留意されたいことには、流路は、如何なる幾何学的形状を有していてもよく、円筒状である必要はない。例えば、幾つかの好適な形状を挙げれば、流路は、正方形、三角形、長方形、又は楕円形とすることができる。この目的のため、１つ又は複数の側壁への如何なる言及も、この開示を何らかの特定の形状に限定することを意図するものではない。さらに留意されたいことには、複数のシンセティックジェットデバイスが存在する場合、それらが同じ出力を有する必要はない。例えば、図５ｑの実施形態例は、同位相（インフェイズ）動作を提供するように共通の駆動信号によって全てが駆動される複数のジェットデバイスを含んでいるが、図５ｒの実施形態例は、位相シフトされた動作を提供するように位相シフトされた駆動信号を採用している。これが意味することは、これらのシンセティックジェットデバイスが同時には空気の吹き出しを放出せず、むしろ、それらが時間的にずらされているということである。これは、シンセティックジェットデバイスの流れが方向付けられ得る（例えば、この例では上方又は下方に）ことをもたらす。なお、理解されるように、取り込まれる空気／流体は、図５ｌ−５ｒに矢印で示されている。理解されるように、他の流路及びジェット構成も同様に使用され得る。
【００４０】
この開示に照らして、数多くの変形が明らかになるであろう。例えば、他の実施形態において、膜４２７（デバイス層４７７）は、静電膜の代わりに圧電材料（例えば、窒化アルミニウム、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛）又は電磁気を用いて実装される。なお、圧電ケースにおいて、留意されたいことには、膜４２７は、例えば、圧電材料が上に堆積された例えばシリコン又は酸化シリコンなどの如何なる材料で作製されてもよい。電磁気ケースにおいて、留意されたいことには、膜４２７は、例えば、金属などの導電材料で作製されることができ、膜の位置に磁場を供するように永久磁石が膜の上又は下に埋め込まれ得る。それに代えて、膜４２７は非導電性であってもよく、磁石が、それに取り付けられて、時間変化する外部磁場を印加することによって作動され得る。より一般的な意味において、センシングシステムに含まれるシンセティックジェットデバイスは、制御された送達にて取り込んだ空気／流体をセンシング領域に供給する目的で、周囲の空気／流体を取り込むシンセティックジェット流を作り出すように作動することができる如何なるトランスデューサ技術を用いて実装されてもよい。また、留意されたいことには、図５ｅ−５ｇに描かれた実施形態例は、接合されたシリコンの薄い層４７７を膜４２７用に作り出すためにＳＯＩウエハを使用している。大量生産にいっそう適し得る代替アプローチは、図５ｄに示されるキャビティウエハにシリコンウエハを接合し、イオン注入及び層分割を用いて薄いシリコン層を画定及び形成するものであり得る。また、図５ｉは、シリコンキャップ４８５をシリコンメンブレン表面に接合するための１つの方法として、酸化物に基づく融着接合を示している。一代替策は、エポキシ接合とともにセラミックキャップを使用するものである。このような一ケース例において、バッフルが非導電性であるか、あるいは、それがその他の方法でデバイス層４７７のシリコンメンブレンから電気的にアイソレートされているかである限りにおいて、酸化物層４８３は必要とされないこともある。さらに、留意されたいことには、キャップ４８５／上側キャビティ４７６の内径は、メンブレン層４７７の直径と一致する必要はない。例えば、上側キャビティ４７６の内径は、メンブレン層４７７の直径よりも大きくすることができる。さらに、図５ａ−５ｋの実施形態例は、単純化の目的で、ウエハ表面上の１つのダイのみを示しているが、他の実施形態は複数のダイを含み得る。
【００４１】
さらに理解されることになるように、これらの技術は、幾つものコンピューティングプラットフォームとのインテグレーションのためのセンシングソリューションを提供するため、又はスタンドアロンのセンサソリューションを提供するため、又はマイクロスケールのポンピングアプリケーションを提供するために使用され得る。さらに留意されたいことには、実施形態は、メンブレンに対向したシンセティックジェットのオリフィスを示しているが、他の実施形態は、メンブレンに対向するキャビティの端部ではなく、例えばキャビティの１つの側面などの別のところにオリフィスを有していてもよい。また、オリフィスは、中心に置かれる必要もないし、その他で特定の位置に置かれる必要もない。例えば、一実施形態例において、図４を更に参照するに、オリフィス４２３は、右のスペーサ４２５の中にあってもよいし、その他で右のスペーサ４２５を置き換えてもよく、そして、頂部のオリフィス４２３は閉じられることができる。数多くの他のこのような変形が、この開示に照らして明らかになるであろう。
【００４２】
分散センシングシステム
図６は、本開示の一実施形態に従って構成された分散センサシステムを例示している。見て取れるように、このシステムは、ネットワーク６０１に通信可能に結合された複数のシンセティックジェットベースのセンシングシステム１００を含んでいる。各々から検出データを取得するため、センサデータ収集モジュールを実行することができるアプリケーションサーバ６０３が、様々なセンサシステム１００にアクセスするように構成される。サーバ６０３によって受け取られたセンサデータは、センサデータストレージ６０５に格納され得る。同様に、１つ以上のクライアントコンピューティングシステム６０７も、センサシステム１００のうちの１つ以上にアクセスすることができてもよい（例えば、クラウドベースの環境センシングシステムへの申し込み又は何らかの他の権限ある利用を介して）。
【００４３】
ネットワーク６０１は、例えばインターネット及び１つ以上のローカルアクセスネットワークなどの、如何なる通信ネットワーク又は複数のネットワークの組み合わせであってもよい。理解されるように、無線及び有線のネットワーク技術を使用することができる。１つのクライアント６０７及び１つのサーバ６０３のみが示されているが、理解されるように、必要に応じて如何なる数のクライアント６０７及びサーバ６０３がシステムに含められてもよい。各クライアント６０７及びサーバ６０３は、一般的に行われているように、如何なる好適なコンピューティングアーキテクチャを用いて実装されてもよく、また、分散センサシステムからのデータ収集を実行するようにプログラムされ又はその他の方法で構成され得る。（１つ以上の）サーバ６０３は、例えば、（システムの範囲及び目的に応じて）世界中若しくは国中の様々な都市やその他の場所又はキャンパス若しくは研究室に配備された複数のセンサを有する環境モニタリングシステムなどのクラウドベースのセンシングシステムの一部とすることができ、それにより、ユーザ（例えば、旅行者、政府機関、研究員、又はその他の関係者）が、システムにアクセスして、あるエリアに特定的な標的フィーチャレベルが許容可能又はその他の期待通りであるかを判定することができるようにし得る。クライアントコンピューティングシステム６０７のユーザインタフェース（ＵＩ）は、例えば、図２に示したものと同様とし得るが、幾つも好適なＵＩスキームを使用することができる。さらに理解されることになるように、同様のＵＩスキームが、アプリケーションサーバ６０３に関しても使用されて、ストレージ６０５へのアクセスを、そのストレージにデータを書き込みこと及びそのストレージからデータを読み出すことの双方のために提供することができる。
【００４４】
そのような一実施形態は、例えば、
例えば、１つ以上のセンサノード１００又はその他のそのような分散センサシステムを提供する所謂モノのインターネット（ＩｏＴ）構成の状況で実装され得る。さらに留意されたいことには、このようなＩｏＴシステムでは、デバイスは、特定の位置に配備された固定センサノードに統合されてもよい。この目的では、センサシステム１００はモバイルである必要はない。さらに留意されたいことには、センサシステム１００は、所与のネットワーク上の何らかの他のコンピューティングシステムと同様に、例えば、所与のＩＰアドレス、ＭＡＣアドレス、及び／又はそれによって所与のネットワーク上の要素がアクセスされることが可能なその他の好適なアドレス指定機構などによって、アドレス指定可能とし得る。分散センシングシステムを使用する数多くの変形及び実施形態が、この開示に照らして明らかになるであろう。
【００４５】
更なる実施形態例
以下の例は、更なる実施形態に関するものであり、これらから数多くの変形及び構成が明らかになるであろう。
【００４６】
例１は、センシングシステムである。当該センシングシステムは、流路と、該流路に出力するオリフィスを備えたキャビティ内に振動膜を有するシンセティックジェットデバイスとを含む。シンセティックジェットは、周囲の空気／流体を流路に取り込んで噴流を供給するように構成される。当該システムは更に、流路から噴流を受けるセンサを含み、該センサは、噴流に含まれる標的フィーチャを検出するように構成される。
【００４７】
例２は、例１の事項を含み、流路、シンセティックジェット、及びセンサの各々が、基板（例えば、プリント回路基板又はその他の好適基板）上に装着されたディスクリート部品を用いて実装される。
【００４８】
例３は、例２の事項を含み、流路、シンセティックジェット、及びセンサが装着された基板が、ハウジング又はパッケージの中にある。
【００４９】
例４は、例１の事項を含み、流路、シンセティックジェット、及びセンサの各々が、集積回路として実装される。
【００５０】
例５は、例４の事項を含み、流路、シンセティックジェット、及びセンサを有して構成された集積回路が、ハウジング又はパッケージの中にある。
【００５１】
例６は、これまでの例のうちの何れかの事項を含み、センサは、光センサ、微小電気機械システム共振センサ、電気機械センサ、金属酸化物センサ、電気化学センサ、放射線センサ、汚染物質センサ、及びガスセンサのうちの少なくとも１つを含む。理解されるように、幾つもある他のセンサが使用されてもよい。
【００５２】
例７は、これまでの例のうちの何れかの事項を含み、標的フィーチャは大気汚染物質である
例８は、これまでの例のうちの何れかの事項を含み、標的フィーチャは、粒子状物質、地表面オゾン、一酸化炭素、硫黄酸化物、窒素酸化物、及び鉛のうちの少なくとも１つである。
【００５３】
例９は、これまでの例のうちの何れかの事項を含み、当該システムは、複数のセンサを含む。一部のこのようなケースにおいて、各センサが、異なる標的フィーチャを検知するように構成される。
【００５４】
例１０は、これまでの例のうちの何れかの事項を含み、当該システムは、複数のシンセティックジェットを含む。
【００５５】
例１１は、これまでの例のうちの何れかの事項を含み、当該システムは、複数の流路を含む。
【００５６】
例１２は、これまでの例のうちの何れかの事項を含み、当該システムは、各々が対応する流路を介して複数のセンサのうちの１つに結合された複数のシンセティックジェットを含む。流路は、複数の別個の流路、又は２つ以上の出力の分割出力を持つ共通の流路とし得る。
【００５７】
例１３は、これまでの例のうちの何れかの事項を含み、振動膜は単結晶シリコンを有する。
【００５８】
例１４は、これまでの例のうちの何れかの事項を含み、当該システムは更に、センサによって標的フィーチャが検出されたことに応答して警報を発するように構成されたプロセッサを含む。
【００５９】
例１５は、例１４の事項を含み、当該システムは更に、警報をユーザに視覚的に提示するディスプレイと、警報をユーザに提示する触覚素子と、警報をユーザに聴覚的に提示するスピーカとのうちの少なくとも１つを含む。
【００６０】
例１６は、例１５の事項を含み、ディスプレイはタッチスクリーンディスプレイである。
【００６１】
例１７は、これまでの例のうちの何れかの事項を含み、当該システムは更に、標的フィーチャが検出されたことに応答して検出情報を提示するように構成されたユーザインタフェースを含む。
【００６２】
例１８は、例１７の事項を含み、ユーザインタフェースは検出情報の視覚提示を提供する。
【００６３】
例１９は、例１７の事項を含み、ユーザインタフェースは検出情報の聴覚提示を提供する。
【００６４】
例２０は、例１７−１９の何れかの事項を含み、検出情報は、標的フィーチャの合格／不合格状態、標的フィーチャの濃度レベル、標的フィーチャの地理位置情報、及び検出時刻のうちの少なくとも１つを有する。
【００６５】
例２１は、これまでの例のうちの何れかのシステムを有するシステム・オン・チップ（ＳＯＣ）である。
【００６６】
例２２は、これまでの例のうちの何れかのシステムを有するモバイルコンピューティング装置である。
【００６７】
例２３は、例２２の事項を含み、モバイルコンピューティング装置は、ウェアラブル装置、スマートフォン、タブレット、又はラップトップコンピュータのうちの１つである。
【００６８】
例２４は、１つ以上のプロセッサによって実行されるときにプロセスを実行させる命令をエンコードされた少なくとも１つの非一時的コンピュータプログラムプロダクトである。このプロセスは、シンセティックジェット検知システムによって検出された標的フィーチャに関する検出信号を受信することを含み、標的フィーチャは、シンセティックジェット検知システムの周りの周囲空気内で検出される。このプロセスはまた、標的フィーチャに関する所与の閾値が超過されたことを検出信号が指し示すかを決定することを含む。閾値が超過されたとの決定に応答して、このプロセスは、警報を発せさせることを続ける。
【００６９】
例２５は、例２４の事項を含み、検出信号は、事実上、二値であり、標的フィーチャに関する合格状態を指し示す第１状態、又は標的フィーチャに関する不合格状態を指し示す第２状態の何れかを持つ。
【００７０】
例２６は、例２４の事項を含み、検出信号は、検出された標的フィーチャの濃度レベルを指し示す電圧レベルを有する。
【００７１】
例２７は、例２４−２６の何れかの事項を含み、このプロセスは、閾値が超過されていないとの決定に応答して、標的フィーチャの存在を監視し続けることを有する。
【００７２】
例２８は、例２７の事項を含み、標的フィーチャの存在を監視し続けることは、所定のサンプリングスケジュールに従って周期的にモニタリングすることを含む。
【００７３】
例２９は、例２７又は２８の事項を含み、標的フィーチャの存在を監視し続けることは、１つの地理的位置から別の地理的位置へのユーザの移動に基づいて周期的にモニタリングすることを含む。
【００７４】
例３０は、例２４−２９の何れかの事項を含み、警報は、表示スクリーンを介して視覚的に提示される。
【００７５】
例３１は、例２４−３０の何れかの事項を含み、警報は、スピーカを介して聴覚的に提示される。
【００７６】
例３２は、例２４−３１の何れかの事項を含み、このプロセスは更に、電子ストレージ設備に警報及び関連データのログを取ることを有する。
【００７７】
例３３は、例３２の事項を含み、関連データは、検出の日付、検出の時刻、検出の地理的位置、及び検出された標的フィーチャの量のうちの少なくとも１つを有する。
【００７８】
例３４は、例３２又は３３の事項を含み、電子ストレージ設備はシンセティックジェット検知システムに対して遠隔にある。
【００７９】
例３５は、例３２又は３３の事項を含み、電子ストレージ設備はシンセティックジェット検知システムに対してローカルである。
【００８０】
例３６は、例３２−３５の何れかの事項を含み、警報及び関連データのログを取ることは、検出及び関連データの中央機関又は政府機関への自動報告を有する。
【００８１】
例３７は、センシング装置である。当該装置は、下側キャビティを設けるようにメンブレンから離間された底部導電体と、上側キャビティを設けるようにメンブレンの反対側から離間された、オリフィスを有するバッフルと、を有するシンセティックジェットを含み、メンブレンは、当該メンブレンと底部導電体との間に印加されるバイアスに応答して、オリフィスの出力にて噴流を作り出すように振動するものである。当該装置は更に、噴流を受ける流路と、流路から噴流を受けて噴流内の標的フィーチャを検出するセンサとを含む。
【００８２】
例３８は、例３７の事項を含み、当該装置は半導体デバイスである。
【００８３】
例３９は、例３７又は３８の事項を含み、底部導電体は、上に金属電極を持つ非導電性材料を有する。
【００８４】
例４０は、例３７−３９の何れかの事項を含み、メンブレンは、上に金属電極を持つ非導電性材料を有する。
【００８５】
例４１は、例３７−４０の何れかの事項を含み、メンブレンは単結晶シリコンを有する。
【００８６】
例４２は、例３７−４１の何れかの事項を含み、メンブレンは圧電材料を有する。
【００８７】
例４３は、例３７−４１の何れかの事項を含み、メンブレンは、電磁的に作動される材料を有する。
【００８８】
例４４は、例３７−４１の何れかの事項を含み、メンブレンは静電メンブレンを有する。
【００８９】
以上の実施形態例の記述は、例示及び説明の目的で提示されている。これは、包括的であることも、本開示を開示されたそのままの形態に限定することも意図していない。この開示に照らして、数多くの変更及び変形が可能である。意図することには、本開示の範囲は、この詳細な説明によってではなく、添付の請求項によって限定されるものである。この出願の優先権を主張する後の出願は、開示された事項を異なったように特許請求することができ、また一般に、ここに様々に開示され又はその他の方法で例証された１つ以上の限定の何らかの組を含み得る。
【図１ａ】
2018505386.tif 000003
【図１ｂ】
2018505386.tif 000004
【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図５ｇ】
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【図５ｈ】
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【図５ｉ】
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【図５ｊ】
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【図５ｋ】
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【図５ｌ】
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【図５ｍ】
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【図５ｎ】
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【図５ｏ】
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【図５ｐ】
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【図５ｑ】
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【図５ｒ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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