(57)【要約】  検出装置及び方法は、指定されるエリアに位置し、トリガイベントに応じてエリアの超音波スイープを実施するように構成されるトランスデューサアレイ２０を有する。トランスデューサアレイは、超音波スイープに従ってエリア内の生命体１６の存在を決定することが可能である。電源２１は、停電時にトランスデューサアレイに電力を供給し、超音波スイープを可能にするために、トランスデューサアレイに結合される。送信機２３は、イベントに応答する人員に、エリア内の生命体の存在及び生命体のロケーションの決定を提供するために、超音波スイープの結果を送信するように構成される。
2012502270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指定されるエリアに位置し、トリガイベントに応じて前記エリアの超音波スイープを実施するトランスデューサアレイであって、前記超音波スイープに従って前記エリア内の生命体の存在を決定することが可能なトランスデューサアレイと、
停電時に、前記トランスデューサアレイに電力を供給し、前記超音波スイープを可能にするために、前記トランスデューサアレイに結合される電源と、
イベントに応答する人員に、前記エリア内の生命体の存在及び前記生命体のロケーションの決定を提供するために、前記超音波スイープの結果を送信する送信機と、
を有する検出装置。
【請求項２】
前記トランスデューサアレイは、薄膜圧電メンブレントランスデューサアレイを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記トランスデューサアレイは、動作周波数が約５０ｋＨｚ乃至約４５０ｋＨｚであるようにトランスデューサ間にピッチを有するアレイに配置される複数の該トランスデューサを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ピッチは、約２００マイクロメートル乃至約４０００マイクロメートルである、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記電源は、非常用照明システム及び電池の少なくとも一方を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記送信機は、前記スイープの結果をワイヤレスで受信するように構成されるポータブル装置への送信を行う、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ポータブル装置は、救急人員によって動作されるとともに、建物内に人又はペットが存在するかどうかを決定するために前記スイープの結果を受信するように設定されるチャネルを有する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記送信機は、前記スイープの結果を収集し、前記イベントに応答する人員に前記結果をリポートするように構成される中央ステーションへの送信を行う、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記イベントは、緊急イベントであり、火災、侵入及び医学的緊急事態のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記装置は、家庭内の煙探知器を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記トランスデューサアレイは、前記イベントによってトリガされると前記スキャンを実施する、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
警報イベントを検出するために、エリア内に配される警報装置と、
前記警報装置に結合され、前記警報イベントに応じてエリアの超音波スイープを実施するトランスデューサアレイであって、前記トランスデューサアレイは、前記超音波スイープの結果として、前記エリア内の生命体の存在を決定することが可能であり、前記警報装置は、停電状況の間、前記トランスデューサアレイに電力を供給するために、前記トランスデューサアレイに結合される非常用電源を有する、トランスデューサアレイと、
前記トランスデューサアレイにリンクされる出力装置であって、イベントに応答する人員に、前記エリア内の前記生命体の存在及び前記生命体のロケーションの決定を提供するために、前記超音波スイープの結果を受け取る出力装置と、
を有する検出システム。
【請求項１３】
前記トランスデューサアレイは、薄膜圧電メンブレントランスデューサアレイを含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記トランスデューサアレイは、動作周波数が約５０ｋＨｚ乃至約４５０ｋＨｚであるようにトランスデューサ間にピッチを有する複数の該トランスデューサを有する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ピッチは、約２００マイクロメートル乃至約４０００マイクロメートルである、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記非常用電源は、非常用照明システム及び電池の一方を有する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
前記出力装置は、前記スイープの結果をワイヤレスで受信するように構成されるポータブル装置を有する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１８】
前記出力装置は、救急人員によって動作されるとともに、建物内に人又はペットが存在するかどうかを決定するために前記スイープの結果を受け取るように設定されるチャネルを有する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１９】
前記出力装置は、前記スイープの結果を収集し、前記イベントに応答する人員に前記結果をリポートするように構成される中央ステーションを有する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項２０】
緊急事態において生命体の存在を検出する方法であって、
監視されるエリア内の警報条件を検出するステップと、
前記警報条件に従って、生命体を含んでいるという少なくとも前記監視されるエリアのステータスを決定するために、少なくとも前記監視されるエリアをスキャンするように超音波トランスデューサアレイをトリガするステップと、
前記警報条件に応答する人員に、前記少なくとも監視されるエリアが前記生命体及び前記生命体のロケーションを含むというステータスをリポートするステップと、
を含む方法。
【請求項２１】
前記トランスデューサは、約５０ｋＨｚ乃至約４５０ｋＨｚの周波数で動作する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記リポートするステップは、建物内に残っている生命体の存在及びロケーションを応答する人員に警告するために、ポータブル装置に前記ステータスをリポートすることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記リポートするステップは、前記スイープの結果を収集するように構成される中央ステーションに、前記ステータスをリポートすることを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記監視されるエリアへの救急人員の到着時に、救急人員に前記ステータスを提供するステップを更に含む、請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、存在検出に関し、特にエリア内の人間又は動物の存在を検出するために、緊急事態又は他のイベントの間にエリアをスキャンするように構成されるシステム、方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
緊急状況の間、例えば建物に火災が生じる場合、警報が、煙探知器によってトリガされる。しかしながら、建物の部屋の中の人の存在を追跡し又は検出するのは困難でありうる。これは、煙又は火災の存在下における可視性の欠如によるものでありえ、人は、意識不明である可能性があり及び／又は閉じ込められている可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
火災状況において、消防士は、建物に進入し、建物内になお存在しうる人がいるかどうか各部屋を探さなければならない。建物内の人の数及び彼らの位置に関する情報が応答時に救助隊員に利用できれば有利である。
【０００４】
本発明の原理により、今日の非常用照明又は非常用電力システムに容易に組み込まれることができる存在検出システム、装置及び方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態において、装置は、煙探知器等に組み込まれる。存在検出は、部屋が煙で充満している場合でさえ、人（又はペット）の存在があるかどうか部屋をスキャンすることが可能である。
【０００６】
一実施形態において、割り当てられたエリアをスキャンし、中央ステーション、記憶メモリ又はリアルタイムコンソール又はポータブル装置に、人又はペットが部屋のようなエリア内にいるかどうかをリポートすることが可能なトランスデューサアレイが、提供される。有用な実施形態において、生き物の数及びそれらのロケーションが、提供される。この情報は、特に、消防士又は救助隊員がエリア内の人間又はペットの存在に関する目下（contemporaneous）の情報を必要とする緊急状況において有利である。本発明の原理は、命を救い、救助隊員への傷害を防ぐことが可能な低エネルギーのソリューションを提供する。
【０００７】
検出装置及び方法は、エリアの超音波スイープを実施するように構成されるトランスデューサアレイを有する。トランスデューサアレイは、指定されたエリア内の生命体の存在を決定する能力をもつ。非常用電源が、停電時にトランスデューサアレイに電力を供給するために、トランスデューサアレイに結合される。出力装置は、イベントに応答する人員に、エリア内の生命体の存在及び生命体のロケーションの決定を提供するために、超音波スイープの結果を受け取るように構成される。一実施形態において、検出装置は、火災又は煙探知器装置内に又は上に設けられることができ、このような装置の能力を向上させることができる。
【０００８】
検出装置及び方法は、指定エリアに位置し、トリガイベントに応じてエリアの超音波スイープを実施するように構成されるトランスデューサアレイを有する。トランスデューサアレイは、超音波スイープにより、エリア内の生命体の存在を決定することができる。電源が、停電時にトランスデューサアレイに電力を供給し、超音波スイープを可能にするために、トランスデューサアレイに結合される。送信機は、イベントに応答する人員に、エリア内の生命体の存在及び生命体のロケーションの決定を提供するために、超音波スイープの結果を送信するように構成される。
【０００９】
本開示のこれら及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面に関連して読まれることができるその例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになる。
【００１０】
本開示は、添付の図を参照して好適な実施形態の以下の記述を詳細に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】１つの例示の実施形態による存在検出のための装置／システムを示すブロック図。
【図２】生物体がエリア内に存在するかどうかを決定するために超音波エネルギーを監視するトランスデューサ装置を示す図。
【図３】一実施形態によるトランスデューサアレイを示すブロック図。
【図４Ａ】本システムの一実施形態により圧電材料の一方の側に電極を有するトランスデューサを示す図。
【図４Ｂ】本システムの一実施形態により圧電材料の一方の側に電極を有するトランスデューサを示す図。
【図５】超音波を使用して生き物の存在を検出するシステム／方法を示すブロック／フロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示は、部屋又は建物内の緊急状況に関する存在検出システム、装置及び方法を記述する。このようなアプリケーションは、単に例示的なものにすぎず、本発明は、複数のアプリケーション及びシナリオにおいて有用性を見出すことが理解されるべきである。例えば、存在検出システムは、ボート又は船、車両、採鉱作業、又は緊急状況において人又はペットが位置特定される必要がある他のシナリオにおいて、用いられることができる。一実施形態において、存在検出装置は、半導体チップ、プリント回路基板又は他の基板上に実現される。装置は、最小量の電力を消費するように構成され、目立たずに容易に配備されることができる。
【００１３】
特に有用な実施形態において、部屋が建物の火災の場合のように煙で充満している間、部屋の中の人を検出することが可能な装置が示されている。建物内の火災警報が煙検出センサによって活性化されると、装置がトリガされて、アクティブになり、部屋の中になお存在する人がいるかどうかスキャンするために、部屋中の超音波検出スイープを実施する。測定の結果は、中央ディスプレイに通信され、それにより、救助隊員は、到着時に、部屋又は建物内に残っている可能性がある人又はペットを容易に位置特定することができる。通信は、ワイヤレスで又は有線リンクを介して、提供されることができる。
【００１４】
各図に示されるさまざまな構成要素の機能は、専用のハードウェア、及び適当なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用を通じて、提供されることができる。機能は、それらがプロセッサによって提供される場合、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又は複数の個別のプロセッサによって、提供されることができる。かかる個別のプロセッサの幾つかは共有されることができる。更に、「プロセッサ」又は「コントローラ」という語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行する能力をもつハードウェアのみをさすと解釈されるべきでなく、非制限的であるがデジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）ハードウェア、ソフトウェアを記憶するリードオンリメモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）及び不揮発性記憶装置を暗黙的に含みうる。更に、本発明の原理、見地及び実施形態並びにその特定の例を説明する本願明細書中のすべての記述は、それらと構造的及び機能的に等価なものを含むことが意図される。更に、このような等価なものは、今日知られている等価なもの及び将来開発される等価なもの（すなわち構造に関係なく、同じ機能を実施する、将来開発される任意の構成要素）の両方を含むことが意図される。
【００１５】
従って、例えば、ここに示されるブロック図は、本発明の原理を具体化する例示的なシステムコンポーネント及び／又は回路の概念図を表すことが当業者によって理解されるであろう。同様に、フローチャート、フロー図、状態遷移図、擬似コード等は、コンピュータ可読媒体において実質的に表現されるとともに、コンピュータ又はプロセッサが明示的に示されているかどうかに関係なくコンピュータ又はプロセッサによって実行可能な種々のプロセスを表すことが分かるであろう。図に示される構成要素は、ハードウェアのさまざまな組み合わせにおいて実現されることができ、単一の構成要素又は複数の構成要素において組み合わせられることができる機能を提供することができる。
【００１６】
同様の数字が同じ又は同様の構成要素を表す図面を参照し、最初に図１を参照して、システム１００は、部屋又はエリア１０内の人間１６及びペット１８の緊急検出を提供する。エリア１０は、建物内の部屋、車両又は他の監視されるエリアを含むことができる。一実施形態において、トランスデューサアレイ２０は、緊急検出又は警報システム１４に接続される。緊急検出システム１４は、火災検出器、煙探知器、一酸化炭素検出器、盗難警報機又は任意の他の検出システムの１つ又は複数を含みうる。緊急検出システム１４がトリガされると、トランスデューサアレイ２０は、存在する可能性のある人１６又はペット１８を探すためにエリア１０をスキャンし始める。スキャンは、断続的に実施され又は絶えず実施されることもできる。
【００１７】
トランスデューサアレイ２０は、好適には、人の存在をチェックするために、部屋１０の完全なスキャンを実施することが可能である薄膜超音波トランスデューサのアレイを含む。このような薄膜超音波トランスデューサの説明的な例が、以下に記述される。部屋が煙で完全に充満している場合、超音波ソリューションが特に有用である。信頼できる電源が、トランスデューサ２０に電力を供給するために必要とされる。一実施形態において、電力は、非常用電力又は照明システム１２によって供給される。トランスデューサアレイ２０は、その非常に小さいサイズ及び低消費電力により可能である利用可能な緊急時ハードウェアと一体化されることができる。一実施形態において、トランスデューサアレイ２０は、通常の電力網が途絶えるとき又は途絶える場合の機能を保証するために、それ自身の電池又はバックアップエネルギーシステム２１を有することができる。
【００１８】
トランスデューサアレイ２０は、警報システム１４に結合されているので、トランスデューサ２０は、監査ステーション２２を使用して遠隔的に監視されることができる。監査ステーション２２は、多くの警報又は緊急システムにおいて使用される中央ステーション監視サービス（又は例えば消防署等の他のステーション）を含むことができる。監査ステーション２２は、アクティビティ又はイベントのログを生成し、その結果及び建物の１又は複数のエリア内のトランスデューサスキャンからのデータを記憶するためのメモリ記憶装置２６を含むことができる。監査ステーション２２は、ワイヤレスで又は有線接続を通じて通信することができる。
【００１９】
一実施形態において、ポータブル装置３０が用いられることができる。ポータブル装置３０は、人又はペットが建物内部に残っているかどうかの標示を救急人員に提供するために、トランスデューサ２０又は警報システム１４の出力信号に同調されることができる。これは、救急人員によってアクセス可能である特別な信号チャネル３４を用いることによって実現されることができる。装置３０は、例えば、セルラ電話又はＧＰＳ装置のサイズ及び形状でありえ、好適には、位置情報又はＧＰＳマップが表示されることができるビデオディスプレイを含む。ワイヤレス通信を可能にするために、トランシーバ２３が、例えばポータブル装置３０及び／又は中央ステーション２２の間のラジオ周波数（ＲＦ）通信を可能にするために用いられることができる。
【００２０】
ソフトウェアプログラムが、建物ロケーションにおけるトランスデューサのスキャン結果に救急人員がアクセスするための適当なインタフェースを提供するために書かれることができる。１つの例において、消防士は、所与のロケーションにおける警報又はセキュリティシステム１４への相互参照を行うために、住所を入力し又はＧＰＳデータを使用することができる。これは、所与のロケーションにおける存在検出に関する情報を送っている通信チャネルを見つけるために、ルックアップテーブルを相互参照することを含むことができる。装置３０を使用する際、セキュリティプロトコルは、建物内の人の存在及びロケーションを決定するために、スキャンの結果に消防士がアクセスすることを可能にすることができる。更に、建物平面図が、装置３０（又はステーション２２）の使用を通じて利用可能にされることができる。このようにして、救急人員は、人が建物内のどこに位置するかについて詳細なマッピングを有するとともに、進入及び脱出経路を決定することが可能になる。
【００２１】
一実施形態において、警報によってトリガされるスキャンによって検出されるように人が存在する場合、トランスデューサアレイ２０は、特徴的な音響アラームをトリガすることができる。特徴的な音響アラームは、このタイプのアプリケーションと好適に関連付けられ、それにより、救助隊員は、可聴アラームを聞き、応答することができる。可聴アラームは、音響情報のみに基づいて、救助隊員をその人のロケーションに導くことができる。
【００２２】
トランスデューサ２０は、好適には、部屋１０の複数の方向に形作られ又は指向されることができる超音波トランスデューサのアレイを有する。超音波１１は、無指向性であり、壁、床などで反射し、従って、直接的な見通し線が、生物体（１６、１８）とトランスデューサ２０との間に必要とされない。超音波は、部屋１０内の密度変化（異なる密度のエリア）を決定するとともに、画像又はデータのシーケンスを比較することによって異なる密度のこれらのエリアが移動しているかどうか（動き検知）を決定することができる。超音波技術は、他のアプリケーションに関する技術分野において知られている。
【００２３】
例示的なシナリオにおいて、建物内の火災が、火災警報をトリガする。火災警報は、エリア１０をスキャンし始めるために、トランスデューサアレイ２０をトリガする。人１６又はペット１８は、エリア１０内で閉じ込められ又は意識不明でありうる。スキャンは、人１６又はペット１８を検出するために、例えば煙のような任意の視覚的な障害を通り抜けて見通すように、超音波を使用する。スキャンが人又はペットを発見する場合、トランスデューサ２０は、監査ステーション２２、ポータブル装置３０の１又は複数に信号を送ることによって応答し、及び／又は可聴アラームを鳴らす。そうでない場合、スキャン情報が、単に（例えば遠隔メモリ２６に）記憶されることができる。
【００２４】
図２を参照して、トランスデューサアレイ２０は、超音波を生成し、受信された存在検出信号を処理することができるマイクロコントローラに接続される薄膜超音波トランスデューサのアレイ２０２を有する装置２００を有することができる。一実施形態において、薄膜超音波トランスデューサアレイ２０２は、例えば数百マイクロメートルの素子ピッチ及び約１０×１０ｍｍのオーダーの総装置サイズをもつ、約１０−２０素子（トランスデューサ）を有することができる。ここに与えられるサイズ及び寸法は、例示的な目的のためであり、制限的なものとして解釈されるべきでない。装置２００のサイズは、家庭において用いられている今日の標準装置である煙探知器を含む任意の警報システムへの配備の容易さを可能にすることが理解されるべきである。トランスデューサアレイのサイズ及び寸法は、好適には、外観及びエネルギー効率において控え目なものである。
【００２５】
装置２００は、トランスデューサアレイ２０２を有するので、装置２００は、スイープ又はスキャンを実施することができる。更に、プロトタイプを作られる装置２００は、驚くほど低い電力消費で空中の送信効率を示した。１つの例示的な例において、例えば５ボルトのピーク−ピーク電力レべルの場合、数ミリワットで約２．５メートルをカバーすることが可能である。これは、更に最適化されることができるが、説明の便宜上記述されるものである。
【００２６】
有利には、超音波装置２００は、非常時照明のためにすでに存在している電源（緊急アプリケーションの厳しい要求に一般に準拠している）に接続されることができる。この電源の使用は、超音波トランスデューサアレイ２０２の低消費電力により、如何なる問題も提供しない。装置２００は、照明ハードウェアに組み込まれることができ、又はセキュアなやり方でハードウェアに接続されることができる。この組み込み又は接続は、装置２００の小さい平坦な特徴により簡略化される。
【００２７】
例示的な実施形態により、例えば空中並びに流体及び固体中におけるリアルタイムイメージングのために使用されることができるトランスデューサ及び／又はトランスデューサアレイが提供される。トランスデューサは、ドップラー効果を使用することによって、例えば無生物の及び生命のある（複数の）対象を含む対象の存在及び／又は動きを検出するために、及び例えば（複数の）対象のスピード、動きの方向、ロケーション及び／又は数のようなさまざまなパラメータを決定するために、用いられる。一実施形態において、トランスデューサは、前側基板上に形成されるメンブレンを含む薄膜である。圧電層が、能動部分のメンブレン上に形成され、周辺部分は、能動部分と隣接している。必要に応じて、圧電層が、パターニングされることができる。第１及び第２の電極を含むパターニングされた導電層が、圧電層上に形成される。更に、能動部分に隣接する周辺部分に位置する支持部を有する後側の基板構造が、提供される。支持部の高さは、パターニングされる圧電層及びパターニングされる導電層の組み合わせられた高さより大きい。多くのトランスデューサは、アレイを形成するように接続されることができ、コントローラが、アレイのビームをステアするようにアレイを制御するとともに、例えば存在又は動き検出及び／又はイメージングのために、アレイによって受け取られる信号を処理するために設けられる。
【００２８】
各種センサは、任意の所望の形状に形作られることができる可撓性センサを形成するように、可撓性薄膜上に設けられることができる。更に、さまざまな異なるタイプのセンサ又は検出器が、例えば超音波及び／又は赤外線の信号を検出するための組み合わせられた超音波及び焦電検出器を有するマルチセンサのような、単一のマルチセンサに組み込まれ又は一体化されることができる。センサは、イメージング（超音波及び／又は赤外線（ＩＲ）イメージング）及び動き又は存在検出のようなさまざまなアプリケーションにおいて、使用されることができ、この場合、超音波及び／又はＩＲ信号の送信及び／又は受信に関して、（複数の）超音波センサは、動作のための見通し線を必要とする（複数の）ＩＲセンサと対照的に、動作のための見通し線を必要としない。
【００２９】
図３を参照して、例示的な実施形態において、薄膜圧電変換器アレイが、存在及び／又は動き検出等のために使用されている。図３は、薄膜圧電トランスデューサ素子３１０のアレイ３００を示している。アレイ３００及び／又は各素子３１０は、任意のサイズ及び形状を有しうる。素子３１０のピッチ３２０は、アプリケーションに基づいて選択される。動き検出器の場合、空中の低い減衰を達成するために、アレイは、例えば５０−４５０ｋＨｚの周波数で動作するように設計される。これらの低い周波数で動作するために、素子ピッチ３２０は、約数百マイクロメートル乃至数千マイクロメートルである（例えばピッチは、約２００マイクロメートルと約４０００マイクロメートルの間でありうる）。ピッチ３２０は、素子の幅３３０と、１つの素子を隣接する素子から隔てる間隙３４０とを加えたものである。
【００３０】
図３に示されるように、アレイは、Gualtieriによる米国特許第６，５４９，４８７号に記述されるように、位相シフタ、遅延タップ、変換器等の関連するエレクトロニクスを有するコントローラ又はプロセッサ３５０に接続されることができる。プロセッサ３５０は、例えば超音波ビームをより広い範囲で電子的にステアし、盲点を低減又は排除することを可能にするように、アレイを制御し、アレイ３００から受け取られた情報を処理する。メモリ３６０は更に、プロセッサ３５０に機能的に結合されることができ、プロセッサ３５０によって実行される際にアレイシステムを制御し動作させるためのアプリケーションプログラム及びソフトウェア命令又はコード並びにさまざまなデータを記憶する。プロセッサ３５０及びメモリ３６０は、トランスデューサアレイのところに又はその近傍に位置することができ、又はトランスデューサアレイから離れたところに位置することができる。
【００３１】
このようなトランスデューサアレイ３００は、火災警報又は他の緊急事態の間、用いられることができ、アレイ３００は、部屋又はエリア内に存在する人（ペット）がいるかどうかを検出するためにスイープを実施するように、トリガされる（又は常にオンであってもよい）。原則的に、アレイ３００は、人がなお動いているかどうか又は彼らがアレイ３００によって生成され検出される超音波に基づいて動かなくなったかどうかを調べることが可能である。測定の結果は、中央ボード又はステーション（図１を参照）に通信され、そこで、「人がこの部屋内になお存在する」ことが、容易に視覚化されることができる。この通信は、ワイヤレスインタフェースを介し又は有線通信回線を介するものでありうる。ワイヤレスアプリケーションの場合、トランシーバ又は少なくとも送信機３４５が、用いられる。送信機３４５は、トランスデューサアレイ３００からプロセッサ３５０を通じてトランスデューサ情報を受け取り、受信機装置（例えば図１の中央ステーション２２又はポータブル装置３０）に情報を送信する。
【００３２】
プロセッサ又はマイクロコントローラ３５０は、例えばＺｉｇｂｅｅ標準に準拠するトランシーバ３４５へ信号処理を提供するが、任意の他のプロトコルが用いられることもできる。トランシーバ３４５は、必要とされる内容を含むメッセージを送るために、スリープ状態又はスタンバイ状態からウェークアップ状態にトリガされる。好適には、プロセッサ３５０、トランスデューサアレイ３００及びトランシーバ３４５は、可能な限り低い電力消費を有し、従って、低電力コンポーネントが好適に用いられる。
【００３３】
情報は、消防隊が建物に到着したときその消防隊にとって価値があるものである。有利には、一実施形態において、超音波トランスデューサアレイ３００は、一体的なソリューションを提供するために、煙探知器、一酸化炭素検出器、盗難警報機等に直接組み込まれることができる。特に有用な実施形態において、センサ装置は、建物の部屋の中になお存在する人についての知識を有するために、非常用照明システムに加えられる。別のアプリケーションにおいて、超音波トランスデューサは、家庭環境における検出器／センサに搭載されることができる。
【００３４】
このような薄膜超音波トランスデューサがどのように形成されるかの１つの例として、図４Ａに示されるようなセンサ４００が、提供される。図４Ａにおいて、電極４３０、４４０及び４３０'、４４０'が、圧電薄膜の同じ側に設けられ、素子は、トランスデューサの平面と平行な分極方向において動作する。具体的には、互いに嵌合されうる電極対４３０、４４０及び４３０'、４４０'の間の面内電界は、圧電薄膜の平面に長手方向の応力振動を引き起こし、これが更に、メンブレンのたわみ振動をもたらす。電極４３０、４４０の間の低減された間隔は、より低い電圧で動作することを可能にする。以下の記述において、「正」及び「負」の電圧は、圧電材料における電界が、分極方向において平行又は逆平行であることをそれぞれ示すために使用される。
【００３５】
センサ４００は、基板上に形成されるメンブレン４１０を有し、基板は、メンブレン４１０の動きを可能にするために、センサ４００の形成後除去される。メンブレンの下の基板を除去（バルクマイクロマシニング）する他に、基板上の犠牲層がメンブレンの下に作られる場合、犠牲層プロセスが適用されることができる。この犠牲層は、可動メンブレンを実現するために、エッチング除去される。
【００３６】
圧電材料４２０、４２０'が、メンブレン４１０上に形成され、例えば性能を高めるために必要に応じてパターニングされることができる。更に、電極対４３０、４４０、４３０'、４４０'が、パターニングされた圧電材料の個々の圧電領域４２０、４２０上に形成される。
【００３７】
図４Ａに示されるように、正電圧が、内側エッジ電極４４０、４４０'に印加され、負電圧が、外側エッジ電極４３０、４３０'に印加され又は代替として接地されうる場合、図４Ｂに示されるように、圧電層の伸長４５０が、メンブレン層の下方へのたわみ４６０を生じさせる。電極対４３０、４４０及び４３０'、４４０'に印加される電圧の極性を逆転させると、メンブレン層は上方にたわむ。圧電層に印加される電圧パルス又は任意の交番電流（ＡＣ）信号は、その検出のために対象から反射されることができる超音波を生成する。
【００３８】
メンブレントランスデューサの動作原理が図４Ｂに示されている。図４Ｂには、基本的なたわみモードが示されている。メンブレンの変位４０４は、セクション４０１、４０１'及び４０２のたわみを生じさせる。セクション４０３は、ほとんど歪まないままである。圧電アクチュエーションは、１又は複数のカーブしたセクション４０１、４０１'又は４０２をたわませるために使用される。
【００３９】
必要に応じて、電極対は、例えば圧電材料の上側のような片方の側にある代わりに、例えば圧電材料をサンドイッチするようにその両側にあってもよい。この場合、電圧は、上部及び下部電極対の両側に与えられる。
【００４０】
圧電薄膜トランスデューサの基本モジュールは、図４Ａの参照数字４１０によって示されるように、薄膜メンブレンの層である。例示的に、メンブレン４１０は、窒化ケイ素、酸化ケイ素又は窒化ケイ素及び酸化ケイ素の組み合わせから形成される。メンブレン４１０は、例えば低い圧力の化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスにおいて堆積されることができる。メンブレン４１０の上部には、例えば酸化チタン、酸化ジルコニウム又は酸化アルミニウムのような薄膜障壁層が、必要に応じて適用されることができる。
【００４１】
メンブレン層４１０の上部に（又は存在する場合は障壁層の上部に）、圧電薄膜が、形成され、処理され、（必要に応じて）パターニングされて、圧電領域４２０、４２０'を形成する。例示的に、圧電薄膜は、例えばＬａドープされていない又はドープされたチタン酸ジルコン酸鉛でありうるが、任意の他の圧電材料であってもよい。圧電層４２０は、連続していてもよく、又はアクチュエーションセクション（図４Ｂの４０２）の幅と整合するようにパターニングされてもよい。複数のトランスデューサ素子は、１又は２次元アレイに配列されることができ、その場合、素子のピッチは、（図３の参照数字３３０として示される）素子の幅と同程度小さいものでありうる。
【００４２】
図３に関係して記述されたように、複数の素子３１０が、アレイ３００に設けられることができ、これは、１つの素子から、数十、数百、又は数千の同じ及び／又は異なるサイズ及び／又は形状の素子に及びうる。例えば、５０−４５０ｋＨｚの周波数で装置を動作させるために、素子は、数百マイクロメートル乃至数千マイクロメートルのオーダーのピッチによって設計される。更に、これらの低い周波数におけるトランスデューサの効果的な動作を可能にする任意の他のデザイン、例えば円形の形状のメンブレン又は素子及び任意の形状のアレイが可能であることが理解されるべきである。
【００４３】
ピッチ３２０は、好適には、約２００マイクロメートル乃至約４０００マイクロメートルである。低い電圧での動作を可能にし、装置の約５０−４５０ｋＨｚのレンジの所望の共鳴周波数をなお達成するために、トランスデューサ素子は、４００−１５００μｍのピッチを有することができ、これは、インターデジタル電極が圧電層４２０の一方の側にのみ形成される図４Ａと関連する設計である。
【００４４】
トランスデューサ素子のアレイ（図３の３００）は、スキャン及びビームステアリングのために形成され構成されることができ、例えば、４００−８００μｍのピッチ３２０（図３）を有する素子が、並列に接続されることができる。
【００４５】
電圧信号が、隣接する電極に異なる符号（すなわち極性）の電圧を与えるようにインターデジタル電極４３０、４４０、４３０'、４４０'に印加され、それにより、電極４３０、４４０間に面内電界を生成し、従って、圧電層４２０を励起して、圧電層４２０の平面内に長手方向の振動を与える。圧電素子の長さの変化は、メンブレン４１０を励起して振動させる。更に、機械的な波（超音波）を電気信号に変換する逆プロセスが、トランスデューサによって実施される。このようにして、超音波が、アレイ３００のトランスデューサによって生成され、受け取られることができる。
【００４６】
当業者であれば、本明細書における記述からみて、さまざまな変形が与えられうることが分かるであろう。例えば、アクチュエーション電極は、メンブレンの中央に又は端部に単一プレートのキャパシタを形成することができる。代替として、単一プレートキャパシタは、駆動回路の動作電圧と整合するように直列構造で接続されることができるより小さいエリアに分割されることができる。上述したトランスデューサ、センサ及びシステムの各々は、他のシステムと関連して利用されることができる。圧電性のマイクロマシン加工された超音波トランスデューサに加えて、容量性のマイクロマシン加工された超音波トランスデューサが用いられることもできる。特定のアプリケーションにおいて、さまざまな異なる形状のトランスデューサアレイが望ましい。例えば、半導体材料のキャリア基板のスラブ上に形成される容量性メンブレン超音波トランスデューサアレイが、用いられることができる。基板の２つのスラブは、たわみを可能にする一層薄い基板ブリッジによって隔てられ又は接続される。隔てられた又は薄く接続されたスラブは、曲面に沿って位置付けられることができ、その結果、カーブしたアレイを生じさせる。スラブは、曲がりの程度に耐えるに十分な可撓性をもつ導電性相互接続によって接続される。例えば、図３に示されるアレイ３００は、少なくとも１つの無指向性の動き及び存在検出器として構成される少なくとも１つの可撓性薄膜超音波トランスデューサを有することができる。（複数の）可撓性超音波トランスデューサに代わって又はそれに加えて、少なくとも１つの薄膜可撓性焦電センサ（又は他のセンサ）が、設けられることができる。可撓性超音波及び焦電センサの組み合わせは、２つのタイプのセンサ、すなわち焦電センサ及び超音波センサの利点を採用して、より少ない誤った発信又は偽警報を提供する。ここで、（複数の）焦電センサは、例えば赤外線（ＩＲ）信号（ＩＲ信号検出のための見通し線を必要とする不利益をもつ）を用いる温度変化の検出に基づき、（複数の）超音波センサは、障壁周辺で超音波信号を検出し、直接的な見通し線を必要としない。
【００４７】
超音波及び／又は焦電トランスデューサアレイの可撓性は、さまざまな形状でアレイを実現することを可能にする。このような可撓性トランスデューサアレイは、任意の所望の形状に、例えば天井にコーン形状に、形成され、取り付けられることができる。これは、超音波及び／又はＩＲ信号の無指向性の送信及び検出を可能にする。
【００４８】
例えばセラミック圧電素子及び／又は薄膜トランスデューサのような任意のタイプのトランスデューサの可撓性トランスデューサアレイを有する実施形態が、実現されることができる。超音波及び焦電トランスデューサは、同様のプロセスを使用して薄膜として形成されることができ、同時に又は互いに並行して形成されることができる。圧電材料は、超音波及びＩＲ信号の生成／送信及び受信／検出の両方のために使用されることができる。さまざまな異なる圧電及び焦電材料が、用いられることもできる。
【００４９】
図５を参照して、緊急事態において生物体の存在を検出する方法が、例示的に示されている。ブロック５０２において、警報条件が、監視エリアにおいて検出される。ブロック５０６において、超音波トランスデューサアレイが、警報条件に従って、少なくとも監視エリアのステータスを、生物体を含んでいると決定するために、少なくとも監視エリアをスキャンするようにトリガされる。トランスデューサは、好適には、約５０ｋＨｚ乃至約４５０ｋＨｚの周波数で動作し、指定されたエリアをスキャンする。トリガイベントは、手動トリガ、温度トリガ、煙トリガ又は任意の他のトリガ機構でありうる。トリガは、遠隔的に又はトランスデューサアレイが位置する装置（例えば煙探知器）によって、開始されることができる。
【００５０】
ブロック５１０において、監視エリアが生物体を含むというステータス及び生物体のロケーションが、例えば警報条件に応答する救助隊員のような人員にリポートされる。ステータスは、建物内に残っている生物体の存在及びロケーションを、応答する人員に警告するために、ポータブル装置にリポートされることができる。リポーティングは、スキャンの結果を収集するように構成される中央ステーションへのリポーティングを含む。ステータスは、監視エリアに救急人員が到着するとすぐに、彼らにリポートされることができる。スキャンの結果は、救急隊員が潜在的な犠牲者を見つけるために用いられることができるように、ブロック５１２においてマップされる。得られた情報は、トランスデューサアレイのエリア内の生物体の所在に関する的確な情報を提供するために用いられることができる。この情報は、潜在的な犠牲者をすばやく位置特定し、助けるために用いられることができる。加えて、この情報は、救助隊員のリスクを低減し、救助隊員は、実施すべき手作業の探索がより少なくて済む。
【００５１】
添付の請求項を解釈する際、以下のことが理解されるべきである：
ａ）「含む、有する」なる語は、所与の請求項に挙げられるもの以外の構成要素又は処理の存在を除外しない；
ｂ）構成要素の前の「a」又は「an」という語は、このような構成要素の複数の存在を除外しない；
ｃ）請求項における任意の参照符号は、それらの範囲を制限しない；
ｄ）いくつかの「手段」は、ハードウェア又はソフトウェア実現される構造又は機能の同じアイテムによって表現されることができる；
ｅ）特記されない限り、処理の特定のシーケンスが必要とされることは意図されない。
【００５２】
装置、システム及び方法の好適な実施形態（例示的なものであって、制限することを意図しない）を記述したが、変形及び変更が、上述の教示を考慮して当業者によって行われることができることに注意すべきである。従って、変更が、添付の請求項によって示されるようなここに開示される実施形態の範囲及び精神の範囲内にある開示される本開示の特定の実施形態においてなされることができることが理解されるべきである。特許の法律によって要求される詳細及び明細を記述したが、請求項に記載され、特許証によって望ましくは保護されるものは、添付の請求項に示されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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