(57)【要約】  安定した近距離アンテナを含む無線感知デバイスが提供される。スペーサ層は、アンテナに隣接する基板の一部分に取り付けられる。スペーサ層は、厚さＴ、比誘電率ｋ、及びｋに対するＴ（マイクロメートル）の比として定義される性能指数を有する。スペーサ層は、２０（マイクロメートル）以上の性能指数を有する。
2020524949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の第１の部分上に配置された少なくとも一部分を有するアンテナと、
前記基板の第２の部分上に配置されたセンサであって、前記センサは前記アンテナによって少なくとも部分的に囲まれており、前記センサは前記アンテナに電気的に結合された無線周波数（ＲＦ）コンポーネントを含む、センサと、
前記アンテナに隣接する前記基板の前記第１の部分に取り付けられたスペーサ層と、
を備える無線周波数（ＲＦ）センサデバイスであって、
前記スペーサ層が、厚さＴ、比誘電率ｋ、及びｋに対するＴ（マイクロメートル）の比として定義される性能指数を有し、前記スペーサ層は、２０（マイクロメートル）以上の前記性能指数を有する、無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項２】
前記スペーサ層が、５０以上の前記性能指数を有する、請求項１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項３】
前記スペーサ層の前記比誘電率が、約１．０１〜約４の範囲であり、前記スペーサ層の厚さが、約２５０マイクロメートル〜約１．０ｍｍの範囲である、請求項１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項４】
前記スペーサ層が、ポリマー、不織布材料、織布材料、エアロゲル、又はガラスのうちの１つ以上を含む１つ以上の低誘電定数材料を含む、請求項１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項５】
前記スペーサ層が、耐水蒸気性であり、水分が前記スペーサ層に浸透して前記アンテナに到達するのを防ぐように構成されている、請求項１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項６】
前記スペーサ層が、前記基板の前記第１の部分の幅に対応する幅を有するフレーム形状を有し、前記フレーム形状は、前記センサが配置されている前記基板の一部分を収容するウィンドウを画定する、請求項１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項７】
前記スペーサ層がリブ付き構造を含む、請求項１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項８】
前記スペーサ層が独立気泡発泡体を含む、請求項１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項９】
前記スペーサ層が、前記アンテナの少なくとも一部分を覆うように前記アンテナ上に配置されている、請求項１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項１０】
前記スペーサ層が、前記アンテナと反対側の前記基板の側に配置されている、請求項１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項１１】
前記センサが、対象物に近接して配置される場合、前記対象物の水和レベルを測定するように構成された水和センサである、請求項１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項１２】
吸収素子を更に備え、前記基板の少なくとも一部分が前記吸収素子媒体上に配置され、前記水和センサが前記吸収素子に近接して配置されるようにしている、請求項１１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項１３】
前記スペーサ層が、前記基板の前記第１の部分と前記吸収素子との間に挟まれている、請求項１１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項１４】
前記スペーサ層が、前記吸収素子の周囲に配置されている、請求項１１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項１５】
前記水和センサを前記吸収素子から分離するためのバリア層を更に備える、請求項１１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項１６】
前記水和センサが、前記無線周波数（ＲＦ）素子に電気的に結合されて、標的領域の熱条件を変化させる熱源素子を更に備える、請求項１０に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項１７】
前記水和センサが、前記熱源の温度を感知するための、前記熱源素子に熱的に結合された感知素子を更に備える、請求項１６に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項１８】
前記基板上に配置された前記センサを覆うための絶縁媒体の層を更に備える、請求項１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項１９】
前記基板上に配置されたコンポーネントを包むためのカバーフィルムを更に備える、請求項１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項２０】
前記カバーフィルムが、接着面を備えた周辺部分を有する、請求項１８に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイス。
【請求項２１】
水和レベルを測定する無線周波数（ＲＦ）センサであって、
基板と、
前記基板の周辺部分上に配置された少なくとも一部分を有するアンテナと、
流体吸収材料を含む吸収素子と、
前記アンテナに隣接する前記基板の前記周辺部分に取り付けられたスペーサ層であって、前記スペーサ層は、厚さＴ、比誘電率ｋ、及びｋに対するＴ（マイクロメートル）の比として定義される性能指数を有し、前記スペーサ層は、２０以上の性能指数を有する、スペーサ層と、
前記基板上に配置されたセンサ素子であって、前記センサ素子が前記吸収素子上に配置され、前記流体収集媒体の水和レベルを測定するように構成されており、前記センサ素子は、前記アンテナによって少なくとも部分的に囲まれ、前記アンテナに電気的に結合されている、センサ素子と、を備える、無線周波数（ＲＦ）センサ。
【請求項２２】
前記スペーサ層が、前記基板の前記周辺部分の幅に対応する幅を有するフレーム形状を有し、前記フレーム形状は、内部に前記センサ素子が配置され、前記流体収集媒体と接触するウィンドウを画定する、請求項２１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサ。
【請求項２３】
前記スペーサ層がリブ付き構造を含む、請求項２１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサ。
【請求項２４】
前記スペーサ層が独立気泡発泡体を含む、請求項２１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサ。
【請求項２５】
前記スペーサ層が、前記基板と前記吸収素子との間に挟まれている、請求項２１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサ。
【請求項２６】
前記スペーサ層が、前記吸収素子の周囲に配置されている、請求項２１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサ。
【請求項２７】
前記スペーサ層が、前記アンテナの少なくとも一部分を覆うように前記アンテナ上に配置されている、請求項２１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサ。
【請求項２８】
前記スペーサ層が、前記アンテナと反対側の前記基板上に配置されている、請求項２１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサ。
【請求項２９】
前記基板を前記吸収素子から分離するためのバリア層を更に備える、請求項２７に記載の無線周波数（ＲＦ）センサ。
【請求項３０】
前記アンテナを覆うカバー層を更に備える、請求項２１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサ。
【請求項３１】
前記基板上に配置された前記センサ素子を覆うための絶縁媒体の層を更に備える、請求項２１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサ。
【請求項３２】
前記基板上に配置されたコンポーネントを包むためのカバーフィルムを更に備える、請求項３１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサ。
【請求項３３】
前記カバーフィルムが、接着面を備えた周辺部分を有する、請求項３２に記載の無線周波数（ＲＦ）センサ。
【請求項３４】
前記吸収材料が、多孔質材料、天然又は合成スポンジ、吸水性ゲル、及び超吸収性ポリマーのうちの少なくとも１つを含む、請求項２１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサ。
【請求項３５】
前記スペーサ層の比誘電率が、約１．０１〜約４の範囲であり、前記スペーサ層の厚さが、約２５０マイクロメートル〜約１．０ｍｍの範囲である、請求項２１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、安定した近距離アンテナを含む無線感知デバイス、並びに感知デバイスを作製及び使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポータブル電子デバイスは広く使用されてきた。人が互いに、また外の世界と絶えず通信している様々なデバイスやセンサを携帯したり身につけたりする「接続された」文化に向かう傾向があった。これを達成するための鍵となるのは、近距離アンテナを含むフレキシブルでウェアラブルな電子デバイスである。
【発明の概要】
【０００３】
例えば、デバイスが水分変化のある環境（例えば、ヒトの皮膚又は流体収集媒体上）に存在する場合、予測可能な性能（例えば、安定した共振周波数及び／又は品質係数）を有する近距離アンテナを電子デバイスに提供することが望まれている。本開示は、安定した近距離アンテナを含む無線感知デバイス、並びに感知デバイスを作製及び使用する方法を説明する。
【０００４】
一態様では、本開示は、基板と、基板の第１の部分上に配置された少なくとも一部分を有するアンテナと、基板の第２の部分上に配置されたセンサと、を含む無線周波数（ＲＦ）センサデバイスであって、センサは、アンテナによって少なくとも部分的に囲まれており、センサは、アンテナに電気的に結合された無線周波数（ＲＦ）コンポーネントと、アンテナに隣接する基板の第１の部分に取り付けられたスペーサ層と、を含む、センサデバイスを説明する。スペーサ層は、厚さＴ、比誘電率ｋ、及びｋに対するＴ（マイクロメートル）の比として定義される性能指数を有し、スペーサ層は、２０（マイクロメートル）以上の性能指数を有する。本開示における比誘電率又は誘電定数ｋは、その絶対誘電率と真空の誘電率との比として表される、スペーサ層の材料の比誘電率を指す。比誘電率ｋの値は、室温で、例えば約１０ＫＨｚ〜約１０ＭＨｚの周波数範囲で、ＡＳＴＭ規格Ｄ１５０に従って測定される。
【０００５】
別の態様では、本開示は、基板と、基板の周辺部分上に配置された少なくとも一部分を有するアンテナと、基板の中央部分上に配置されたセンサと、アンテナに隣接する基板の周辺部分に取り付けられたスペーサ層と、を含む無線周波数（ＲＦ）センサデバイスを説明する。スペーサ層は、厚さＴ、比誘電率ｋ、及びｋに対するＴ（マイクロメートル）の比として定義される性能指数を有し、スペーサ層は、２０（マイクロメートル）以上の性能指数を有する。センサは、アンテナに電気的に結合された無線周波数（ＲＦ）コンポーネントを含み得る。
【０００６】
別の態様では、本開示は、水和レベルを測定する無線周波数（ＲＦ）センサを説明する。センサは、基板と、基板の周辺部分上に配置された少なくとも一部分を有するアンテナと、流体吸収材料を含む吸収素子と、アンテナに隣接する基板の周辺部分に取り付けられたスペーサ層と、を含む。スペーサ層は、厚さＴ、比誘電率ｋ、及びｋに対するＴの比として定義される性能指数を有し、スペーサ層は、２０（マイクロメートル）以上の性能指数を有する。センサ素子は、基板上に配置されている。センサ素子は、吸収素子に近接して配置され、吸収素子の水和レベルを測定するように構成されている。センサ素子は、アンテナによって少なくとも部分的に囲まれ、アンテナに電気的に結合される。
【０００７】
様々な予期せぬ結果及び利点が、本開示の例示的な実施形態において得られる。本開示の例示的な実施形態のそのような利点の１つは、無線感知デバイスのアンテナに提供されるスペーサ層により、可変水分を有する材料の隣接ボリューム（adjacent volume）の存在下でのアンテナの予測不可能な性能を妨げることができることである。いくつかの実施形態では、無線感知デバイスは、材料（例えば、皮膚、吸収素子、又は流体収集媒体など）の隣接ボリュームの水和レベルを測定するための水和センサを含む。
【０００８】
以上が本開示の例示的な実施形態の様々な態様及び利点の概要である。上記の「発明の概要」は、本開示の特定の例示的な実施形態の、図示される各実施形態又は全ての実現形態を説明することを意図するものではない。以下の図面及び「発明を実施するための形態」は、本明細書に開示される原理を使用する特定の好ましい実施形態を、より詳細に例示するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
以下の本開示の様々な実施形態の詳細な説明を添付図面と併せて検討することで、本開示をより完全に理解し得る。
【図１Ａ】一実施形態による、アンテナを含む無線感知デバイスの概略上面図を示す。
【図１Ｂ】一実施形態による、図１Ａの無線感知デバイスの断面図である。
【図１Ｃ】別の実施形態による、図１Ａの無線感知デバイスの断面図である。
【図１Ｄ】別の実施形態による、図１Ａの無線感知デバイスの断面図である。
【図１Ｅ】一実施形態による、図１Ａの無線感知デバイスを含む水和感知システムの簡略化された概略図である。
【図２Ａ】一実施形態による、無線感知デバイスの断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの無線感知デバイスの上面図である。
【図２Ｃ】図２Ａの無線感知デバイスの拡大部分を示す図である。
【図３Ａ】別の実施形態による、無線感知デバイスの断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの無線感知デバイスの上面図である。
【図４】別の実施形態による、無線感知デバイスの断面図である。
【図５】別の実施形態による、無線感知デバイスの断面図である。
【図６】別の実施形態による、無線感知デバイスの断面図である。
【図７】別の実施形態による、無線感知デバイスの断面図である。
【図８Ａ】一連の実施例１における間隔と比誘電率との比に対する周波数シフト（％）のプロットである。
【図８Ｂ】一連の実施例２における間隔と比誘電率との比に対する周波数シフト（％）のプロットである。
【図８Ｃ】一連の実施例３における間隔と比誘電率との比に対する周波数シフト（％）のプロットである。
【図８Ｄ】一連の実施例４における間隔と比誘電率との比に対する周波数シフト（％）のプロットである。
【図９Ａ】比較例Ｂにおける磁場強度対周波数のプロットである。
【図９Ｂ】実施例Ｆにおける磁場強度対周波数のプロットである。
【００１０】
図面において、類似の参照符号は類似の要素を表す。必ずしも原寸に比例していない上記に特定した図面は、本開示の様々な実施形態を説明しているが、「発明を実施するための形態」で指摘するように、他の実施形態もまた企図される。全ての場合に、本開示は、本明細書で開示される開示内容を、明示的な限定によってではなく、例示的な実施形態を示すことによって説明する。本開示の範囲及び趣旨に含まれる多くの他の修正及び実施形態が、当業者によって考案され得ることを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示は、安定した近距離アンテナを含む無線感知デバイス、並びに感知デバイスを作製及び使用する方法を提供する。比較的低い誘電定数を有するスペーサ層が、無線感知デバイスのアンテナに提供され、可変水分を有する材料の隣接ボリュームの存在下でのアンテナの予測不可能な性能を妨げる。いくつかの実施形態では、無線感知デバイスは、材料（例えば、流体収集媒体）の隣接ボリュームの水和レベルを測定するための水和センサを含む。いくつかの実施形態では、本開示は、基板と、基板の第１の部分上に配置された少なくとも一部分を有するアンテナと、基板の第２の部分上に配置されたセンサと、アンテナに隣接する基板の第１の部分に取り付けられたスペーサ層と、を含む無線周波数（ＲＦ）センサデバイスを提供する。
【００１２】
図１Ａ〜図１Ｄは、いくつかの実施形態による無線感知デバイス１００、１００’、及び１００’’を示す。無線感知デバイス１００、１００’又は１００’’は、無線周波数（ＲＦ）センサタグと呼ばれ、基板１１０と、アンテナ１２０と、アンテナ１２０に電子的に結合された感知回路１３０と、１つ以上のスペーサ層１４０及び／又は１４０’と、を含む。基板１１０は、第１主面１１２と、第１主面１１２の反対側の第２主面１１４と、を有する。アンテナ１２０は、基板１１０の主面１１４又は１１２の周辺部分１１３又は１１３’上に配置されている。感知回路１３０は、第１主面１１２上に配置され、アンテナ１２０によって少なくとも部分的に囲まれている。感知回路１３０は、アンテナ１２０に電気的に結合された無線周波数（ＲＦ）コンポーネント１３２を含む。例示的な感知回路は、国際公開第２０１６／０７３３４４号（Ｊｅｓｍｅら）に記載されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。
【００１３】
基板１１０は、フレキシブルなものでも剛性のものでもよい。いくつかの実施形態では、基板１１０は伸縮性であることができる。いくつかの実施形態では、基板１１０はポリマーフィルムを含むことができる。いくつかの実施形態では、基板１１０はポリウレタンを含んでもよい。好適なポリマーフィルムとしては、例えば、エラストマーポリウレタン、コポリエステル、ポリエーテルブロックアミドフィルムなどが挙げられる。基板１１０は、フレックス回路のための任意の好適な材料で作製できることを理解されたい。
【００１４】
スペーサ層１４０及び／又は１４０’は、アンテナ１２０に隣接する基板１１０の周辺部分に取り付けることができる。図１Ｂの図示した実施形態では、スペーサ層１４０は、アンテナ１２０とは反対側の、基板１１０の第２主面１１４の周辺部分１１３上に配置されている。図１Ｃの図示した実施形態では、スペーサ層１４０’は、アンテナ１２０を覆うように第１主面１１２の周辺部分１１３’上に配置されている。図１Ｄの図示した実施形態では、スペーサ層１４０は、アンテナ１２０とは反対側の、基板１１０の第２主面１１４の周辺部分１１３上に配置され、スペーサ層１４０’は、アンテナ１２０を覆うように、第１主面１１２の周辺部分１１３’上に配置されている。
【００１５】
スペーサ層１４０、１４０’は、可変水分を有する材料の隣接ボリュームの存在下でアンテナの予測不可能な性能を妨げるために、スペーサ層１４０、１４０’をアンテナ１２０に隣接する任意の好適な位置に配置できることを理解されたい。スペーサ層と共にアンテナは、基板の第１の部分上に配置された少なくとも一部分を有することができ、一方、感知回路は、基板の第１の部分とは異なる基板の第２の部分上に配置することができる。
【００１６】
いくつかの実施形態では、アンテナ１２０の一部分は、基板の第１主面１１２上に配置することができ、アンテナ１２０の別の部分を第２主面１１４上に配置することができる。アンテナの異なる部分に１つ以上のスペーサ層を設けることができる。
【００１７】
図１Ａ〜図１Ｄの図示した実施形態では、スペーサ層１４０又は１４０’は、アンテナ１２０を配置することができる基板１１０の周辺部分１１３又は１１３’の幅に対応する幅ｄを有するフレーム形状を有する。フレーム形状は、感知回路１３０が配置されている基板１１０の一部分を収容するためのウィンドウ１１５を画定する。いくつかの実施形態では、感知回路１３０は、ウィンドウ１１５の中央領域に配置され得る。いくつかの実施形態では、感知回路１３０は、基板１１０の第１及び第２主面のうちの少なくとも１つの上に配置され得る。
【００１８】
無線感知デバイス１００、１００’、又は１００’’が対象物（例えば、人の皮膚又は流体収集媒体）に近接して配置されて、例えば、対象物の水和レベルを測定する場合、感知回路１３０は、対象物の特性を測定するために対象物に近接して配置され、一方で、スペーサ層１４０をアンテナと対象物との間に配置することにより、環境における可変誘電率及び伝導率によって誘導されるアンテナ１２０の予測不可能な性能（例えば、試験対象物の水分変化）を妨げることができる。
【００１９】
スペーサ層は、低誘電定数材料で作製することができ、好適な厚さを有することができる。スペーサ層の性能指数は、その誘電定数ｋ（比誘電率）に対するスペーサ層の厚さＴ（マイクロメートル単位）の比として定義される。本開示における比誘電率又は誘電定数ｋは、その絶対誘電率と真空の誘電率との比として表されるスペーサ層の材料の比誘電率を指す。比誘電率ｋの値は、室温で、例えば約１０ＫＨｚ〜約１０ＭＨｚの測定周波数範囲で、ＡＳＴＭ規格Ｄ１５０に従って測定される。無線周波数（ＲＦ）センサデバイスの動作周波数は、測定周波数範囲外であってもよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、好適な低損失誘電材料は、広い無線周波数（ＲＦ）範囲にわたる周波数を増加させながら、単調に及び／又は徐々に減少する誘電定数を有し得る。このような低損失誘電材料で作製されたスペーサ層は、動作周波数が測定周波数よりも高いとき、ＡＳＴＭ規格Ｄ１５０による測定値と比較して、動作周波数においてより低い誘電定数を示し得る。
【００２０】
いくつかの実施形態では、スペーサ層の性能指数は、約２０以上、約３０以上、約４０以上、５０以上、又は約１００以上であり得る。いくつかの実施形態では、スペーサ層の性能指数は、例えば、約２０〜約２０００、約２０〜約１０００、若しくは約２０〜約５００、約５０〜約２０００、約５０〜約１０００、約５０〜約５００、又は約１００〜約２０００、約１００〜約１０００、約１００〜約５００の範囲であり得る。
【００２１】
いくつかの実施形態では、スペーサ層は、例えば、ポリマー、不織布、織布（例えば、綿、ポリマーなど）、エアロゲル、ガラス（例えば、溶融シリカ、石英、ホウケイ酸ガラス、ピレックスガラスなど）を含む、１つ以上の低誘電定数材料で作製することができる。好適なポリマーとしては、例えば、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ゴムなどが挙げられる。好適な低誘電定数材料は、例えば、約１〜約２０、約１．０１〜約１０、約１．０５〜約１０、約１．２〜約１０、約１．０１〜約４、約１．０５〜約４、約１．２〜約４、約１．５〜約１０、又は約１．５〜約４の範囲の比誘電率を有し得る。
【００２２】
いくつかの実施形態では、スペーサ層は、例えば、約２０マイクロメートル〜約２．０ｃｍ、約５０マイクロメートル〜約１．０ｃｍ、１００マイクロメートル〜約５．０ｍｍ、２５０マイクロメートル〜約５．０ｍｍ、又は２５０マイクロメートル〜約１．０ｍｍの範囲の厚さを有してもよい。いくつかの実施形態では、スペーサ層の厚さは、例えば、基板１１０の厚さよりも、１倍以上大きい、２倍以上大きい、５倍以上大きい、１０倍以上大きい、又は２０倍以上大きい場合がある。
【００２３】
いくつかの実施形態では、スペーサ層は、耐水蒸気性であり、水分がアンテナ１２０に到達するのを防ぐように構成され得る。いくつかの実施形態では、スペーサ層は、バリアフィルム、又はバリア接着剤を含み得る。例示的なバリアフィルム又は接着剤は、米国特許公開第２０１４／００６５３９７号（Ｊｏｈｎｓｏｎら）に記載されているフィルムなどの多層ポリマーフィルムを含んでもよく、これは参照により本明細書に組み込まれる。いくつかの実施形態では、スペーサ層は、耐水蒸気性である独立気泡発泡体構造を有してもよい。いくつかの実施形態では、スペーサ層は、疎水性又は耐水蒸気性のものになるように更に処理されてもよい。例えば、スペーサ層の表面又はエッジを、好適な熱的又は化学的プロセスによって処理し、耐水蒸気性のものとすることができる。
【００２４】
アンテナ１２０は、無線周波数（ＲＦ）リーダーとの近距離接続用に設計された任意の好適な構成を有することができる。アンテナ１２０は、基板の片側又は両側に配置することができる。いくつかの実施形態では、アンテナ１２０はコイルアンテナであり得る。場合によっては、アンテナ１２０は、渦巻き状の形態を有することができる。いくつかの実施態様では、アンテナ１２０は、１つ以上の実質的に同心の導電性ループを含むことができる。いくつかの構成では、アンテナは、第１の端部と第２の端部との間の長さを有することができ、長さは、例えば約２メートル未満である。コイルアンテナは、電子的に接続されたコンポーネントの静電容量と共振を生成するジオメトリに基づくインダクタンスを有することができ、概ね無線周波数（ＲＦ）コンポーネントと呼ばれ、無線周波数（ＲＦ）リーダーの周波数付近における所与の磁場強度に対する誘導電圧を向上させることが目的である。
【００２５】
いくつかの実施形態では、アンテナ１２０は、無線周波数（ＲＦ）コンポーネント１３２の第１の静電容量との第１の共振、及び無線周波数（ＲＦ）コンポーネント１３２の第２の静電容量との第２の共振を生成するそのジオメトリに基づくインダクタンスを有することができる。第２の共振は、無線周波数（ＲＦ）リーダー（例えば、図１Ｅの無線周波数（ＲＦ）リーダー１０４）の周波数とより密接に一致してもよく、共振周波数が無線周波数（ＲＦ）リーダーの周波数とより密接に一致したときに、所与のリーダーの磁場強度に対する誘導電圧の増加により、より多くのエネルギーを無線感知デバイス１００につなぐことができる。
【００２６】
図１Ａの図示した実施形態では、感知回路１３０は、アンテナ１２０に電気的に結合された無線周波数（ＲＦ）コンポーネント１３２を含む。場合によっては、無線周波数（ＲＦ）コンポーネント１３２は、規格、ＩＳＯ  １４４４３Ａ、ＩＳＯ  １５６９３、若しくは他の規格、又は独自の通信プロトコルに従って変調及び復調を行うことができる。感知回路１３０は、加熱素子１３４と、加熱素子１３４に熱的に結合され、センサ信号を生成するように構成された感知素子１３６（例えば、加熱素子１３４の温度を感知する）と、を更に含む。無線周波数（ＲＦ）コンポーネント１３２は、センサ信号を受信し、アンテナ１２０を介して外部デバイスとセンサ信号を通信させるために、感知素子に機能的に接続することができる。
【００２７】
いくつかの実施態様では、トランシーバ及び／又は制御回路のコンポーネントを含み得る無線周波数（ＲＦ）コンポーネント１３２は、少なくとも２つの静電容量（すなわち、第１の静電容量、第２の静電容量）の値を生成するための調整可能又は切り替え可能な静電容量を含むように構成されてもよく、又は外部可変容量を制御するための回路を含んでもよく、又は回路の内外で１つ以上の外部容量素子を切り替えることを可能にする回路を含んでもよい。
【００２８】
いくつかの実施形態では、加熱素子１３４及び感知素子１３６は、集積回路のコンポーネントであることができる。いくつかの実施形態では、感知素子１３６は、温度変化に応じて、電気的特性、光学的特性、音響的特性などの測定可能な変化を感知する熱センサであってもよい。
【００２９】
いくつかの実施形態では、水和センサが、対象物に近接して配置される場合、感知回路１３０は対象物の水和レベルを測定するように構成された水和センサであり得る。感知回路１３０は、例えば、トランシーバ、制御回路、エネルギー収穫デバイス、エネルギー貯蔵デバイス、熱源、センサなどを含む１つ以上のコンポーネントを含むことができる。感知回路１３０は、測定対象物の物理的又は化学的特性を感知するための任意の好適な種類のセンサであり得ることを理解されたい。
【００３０】
いくつかの実施形態では、アンテナ１２０及び感知回路１３０のうちの１つ以上は、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグのコンポーネントであってもよい。フレキシブル基板及び／又は伸縮性基板上の無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグは、「ＲＦＩＤ  Ｔａｇ  ｏｎ  Ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」と題され、２０１４年７月３１日に出願された米国特許出願第６２／０３１，５８１号、及び「ＲＦＩＤ  Ｔａｇ  ｏｎ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」と題され、２０１４年７月３１日に出願された米国特許出願第６２／０３１，６０３号で、より詳細に説明されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００３１】
図１Ｅは、水和感知システム１００Ｓの一実施形態を示す。水和感知システム１００Ｓは、コンピューティングデバイス１０２と、リーダー１０４と、無線感知デバイス１００と、を含み、これは人１０６の皮膚と熱接触して配置することができ、又は材料の液体含有量を判定するために使用することができる。場合によっては、リーダー１０４は、コンピューティングデバイス１０２に接続されているか、又はコンピューティングデバイス１０２と一体化されている。コンピューティングデバイス１０２は、１つ以上のプロセッサ、マイクロプロセッサ、コンピュータ、サーバー、及び他の周辺デバイスを含むことができる。無線感知デバイス１００、１００’、又は１００’’は、本開示で説明される無線感知デバイス構成のうちのいずれか１つ又は組み合わせを使用することができる。
【００３２】
図示される実施形態では、無線感知デバイスは、基板１１０、感知回路１３０、基板１１０上に配置され、感知回路１３０に電子的に結合されたアンテナ１２０を含む。いくつかの実施形態では、感知回路１３０が標的領域に熱的に結合されると、感知回路１３０は、標的領域温度の時間変動を感知し、感知された温度の時間変動を無線で送信することができる。リーダー１０４は、センサ信号を受信するように構成され、コンピューティングデバイス１０２は、標的領域温度の感知された時間変動に基づいて水和レベルを示す水和インジケータを判定するように構成される。いくつかの実施形態では、無線感知デバイスは、感知された温度の時間変動に基づいて水和レベルを示す水和インジケータを判定するためのプロセッサを含むことができる。
【００３３】
図２Ａは、一実施形態による、無線感知デバイス２００の断面図を示す。図２Ｂは、無線感知デバイス２００の概略上面図を示す。図２Ｃは、無線感知デバイス２００の拡大部分図を示す。無線感知デバイス２００は、対象物２０６（例えば、人の皮膚）上に配置され、対象物２０６の水和レベルを測定するように設計されている。
【００３４】
無線感知デバイス２００は、基板２１０と、アンテナ２２０と、アンテナ２２０に電子的に結合された感知回路２３０と、スペーサ層２４０と、を含む。基板２１０は、第１主面２１２と、第１主面２１２の反対側の第２主面２１４と、を有する（図２Ｃを参照）。アンテナ２２０は、第１主面２１２の周辺部分２１３上に配置されている。感知回路２３０は、第１主面２１２上に配置され、アンテナ２２０によって少なくとも部分的に囲まれている。
【００３５】
図２Ａの図示した実施形態では、感知回路２３０は、センサ信号を生成するように構成されたセンサ２３２と、センサ２３２に電気的に接続された制御回路２３４と、制御回路２３４及びアンテナ２２０に電気的に結合されたトランシーバ２３６と、を含む。
【００３６】
いくつかの実施形態では、感知素子とも呼ばれるセンサ２３４は、温度変化に応じて、電気的特性、光学的特性、音響的特性などの測定可能な変化を有する熱センサであってもよい。場合によっては、電気熱センサは、電圧、電流、又は抵抗の温度変化に反応することがある。抵抗性熱センサは、温度に依存する電気抵抗を有し、典型的な金属は、抵抗が比較的線形の関係で温度と共に増加する抵抗性熱デバイスである。サーミスタは、典型的には、温度変化に応じた、電流及び非線形抵抗の変化に依存する抵抗を有する。いくつかの実施態様では、電気熱センサは、ゼーベック効果に基づいて動作し、温度差を熱電対又はサーモパイルなどの電圧に変換してもよい。
【００３７】
制御回路２３４は、電子的に接続された１つ以上の電子部品を含むことができる。制御回路２３４は、例えば、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、変圧器、ダイオードなどの受動電子部品を含むことができる。制御回路２３４は、トランジスタ、電圧源又は電流源、増幅器、マイクロプロセッサ、発振器、アナログデジタルコンバータ、デジタルアナログコンバータ、位相ロックループなどの能動電子部品を含むことができる。場合によっては、制御回路２３４は集積回路に形成されてもよく、又は集積回路を含んでもよい。マイクロプロセッサは、予め定義された方法で２つ以上の状態間を移動する比較的単純なデジタル論理を備えた状態マシンであってもよく、命令セット、デジタル処理ブロック、メモリ、ファームウェア、並びにクロック、メモリコントローラ、及びデータコンバータなどの周辺機器から構成されるマイクロコントローラであってもよい。場合によっては、制御回路２３４は、マイクロプロセッサと、固有の識別子を記憶するメモリと、を含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御回路２３４、トランシーバ２３６、センサ２３２、及びアンテナ２２０のうちの１つ以上は、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグのコンポーネントであってもよい。
【００３８】
トランシーバ２３６は、送信素子及び／又は受信素子を含むことができる。送信素子は、１つ以上の電磁変換器又は電気音響変換器、及び１つ以上の信号をフィルタリング、増幅、及び変調する電子部品を含む。受信素子は、スイッチング手段を介して送信素子のものと共有できる、又は送信素子のものから離しておくことができる１つ以上の電磁変換器又は電気音響変換器と、受信したエネルギーから１つ以上の信号をフィルタリング、増幅、及び復調する電子機器と、を備える。電磁変換器は、電磁場を入力電気信号から放射し、電磁場を電気信号に吸収するように設計できるアンテナ、若しくは電磁近距離内の蓄積エネルギーと結合するように設計できるアンテナであってもよく、又は放射及び近距離結合の両方を組み合わせたものであってもよい。電磁変換器はまた、発光ダイオード若しくは他の光源、又はフォトダイオード若しくは他の光検出器であってもよい。電気音響変換器は、スピーカ若しくは他の音響源、又はマイク若しくは他の音響検出器であり得る。電磁変換器及び／又は電気音響変換器は、電気信号から電磁又は音響エネルギーへ、そして電磁又は音響エネルギーから電気信号への双方向変換が可能な単一の要素に組み合わせることができる。
【００３９】
無線感知デバイス２００は、水滴、創傷滲出液、凝縮液、汗、油などの液体を吸収するための流体収集媒体の層であり得る吸収素子２４５を更に含む。吸収素子２４５は、感知回路２３０の１つ以上のコンポーネントと熱接触し得る。
【００４０】
いくつかの実施形態では、センサ２３２は、吸収素子２４５と熱接触する熱源（例えば、図１Ａの加熱素子１３４）を含んでもよい。場合によっては、吸収素子２４５及び熱源／センサ２３２は、互いに近接して配置され、熱接触を形成する。他の場合には、吸収素子２４５及び熱源／センサ２３２は、物理的に直接接触することができる。場合によっては、熱源／センサ２３２は、吸収素子２４５上に、又は少なくとも部分的に配置されている。
【００４１】
図２Ａの図示した実施形態では、基板２１０は、アンテナ２２０及びその上に配置された感知回路２３０と共に、吸収素子２４５上に配置されている。スペーサ層２４０は、アンテナ２２０と吸収素子２４５との間に配置され、アンテナ２２０を吸収素子２４５から物理的に分離している。
【００４２】
スペーサ層２４０は、アンテナ２２０が配置されている基板２１０の周辺部分２１３の幅に対応する幅ｄを有するフレーム形状を有する。フレーム形状は、感知回路２３０が配置されている基板２１０の一部分を収容するためのウィンドウ領域２１５を画定する。基板２１０の部分は、その上に配置された感知回路２３０と共に吸収素子２４５上に直接配置され、センサ２３２が吸収素子２４５の物理的又は化学的特性（例えば、水和レベル）を測定できるようにする。
【００４３】
吸収素子２４５は、例えば、多孔質材料、天然又は合成スポンジ、吸水性ゲル、超吸収性ポリマー、形態、ガーゼ、不織布パッチなどの吸収材料を含んでもよい。スポンジは、セルロース、ポリエステル、又は他のポリマーから作製されてもよい。超吸収性ポリマーとしては、例えば、ポリアクリレート／ポリアクリルアミドコポリマー、ポリビニルアルコールコポリマーなどが挙げられる。
【００４４】
無線感知デバイス２００は、ウィンドウ領域２１５において感知回路２３０を覆う電気絶縁媒体２５２を更に含む。絶縁媒体２５２は、ウィンドウ領域２１５に配置された感知回路２３２を保護することができる。カバーフィルム２５４は、絶縁媒体２５２、アンテナ２２０、スペーサ層２４０、及び吸収素子２４５を含む無線感知デバイス２００を包み込み、試験される対象物２０６（例えば、ヒトの皮膚）上に無線感知デバイス２００を取り付ける。いくつかの実施形態では、カバーフィルム２５４は、接着剤層（例えば、感圧接着剤又はＰＳＡ）、及び剥離ライナーを含んでもよい。剥離ライナーがカバーフィルム２５４から取り外されると、カバーフィルム２５４の周辺部分が対象物に取り付けられ、吸収素子２４５を対象物に押し付け、これらの間に流体収集界面２４７を形成することができる。
【００４５】
図３Ａは、別の実施形態による無線感知デバイス３００の断面図を示す。図３Ｂは、無線感知デバイス３００の概略上面図を示す。無線感知デバイス３００は、対象物２０６上に配置され、対象物２０６の物理的又は化学的特性を測定するように設計されている。
【００４６】
図２Ａの無線デバイス２００と同様に、無線感知デバイス３００は、基板２１０、アンテナ２２０、及びアンテナ２２０に電子的に結合された感知回路２３０を含む。アンテナ２２０は、基板２１０の周辺部分２１３上に配置されている。感知回路２３０は、ウィンドウ領域２１５において基板２１０上に配置されている。感知回路２３０は、センサ信号を生成するように構成されたセンサ２３２と、センサ２３２に電気的に接続された制御回路２３４と、制御回路２３４に電気的に結合されたトランシーバ２３６と、アンテナ２２０と、を含む。
【００４７】
無線感知デバイス３００は、スペーサ層２４０ａを更に含む。スペーサ層２４０ａは、アンテナ２２０が配置されている基板２１０の周辺部分２１３の幅に対応する幅ｄを有するフレーム形状を有する。フレーム形状は、感知回路２３０が配置されている基板２１０の一部分を収容するようにウィンドウ領域２１５を画定する。基板２１０の一部は、その上に配置された感知回路２３０と共に吸収素子２４５上に直接配置され、センサ２３２が吸収素子２４５の物理的又は化学的特性（例えば、水和レベル）を測定できるようにする。
【００４８】
図３Ａ〜図３Ｂの図示した実施形態では、スペーサ層２４０ａは、ベース１２と、ベース１２から延び、これらの間のギャップごとに分けられている複数のリブ１４と、を含むリブ付き構造を有する。ベース１２は、吸収素子２４５上に配置されている。基板２１０の周辺部分２１３は、リブ１４の遠位端によって支持される。隣接するリブ間のギャップは空気を収容することができ、これにより、スペーサ層２４０ａの比誘電率を更に低下させることができる。スペーサ層２４０ａは、図２Ａのスペーサ層２４０と同じ材料で作製することができる。いくつかの実施形態では、スペーサ層２４０ａは、リブ付きエラストマーであり得る。スペーサ層２４０ａは、図１Ｂ〜図１Ｄ中のスペーサ層１４０、１４０’、及び図２Ａのスペーサ層２４０など、本明細書に記載されるスペーサ層のうちのいずれか１つであり得る。
【００４９】
図４は、別の実施形態による無線感知デバイス４００の断面図を示す。無線感知デバイス４００は、対象物２０６上に配置され、対象物２０６の物理的又は化学的特性を測定するように設計されている。
【００５０】
図２Ａの無線デバイス２００と同様に、無線感知デバイス４００は、基板２１０、アンテナ２２０、及びアンテナ２２０に電子的に結合された感知回路２３０を含む。アンテナ２２０は、基板２１０の周辺部分２１３上に配置されている。感知回路２３０は、ウィンドウ領域２１５において基板２１０上に配置されている。感知回路２３０は、センサ信号を生成するように構成されたセンサ２３２と、センサ２３２に電気的に接続された制御回路２３４と、制御回路２３４に電気的に結合されたトランシーバ２３６と、アンテナ２２０と、を含む。
【００５１】
無線感知デバイス４００は、第１のスペーサ層２４０ｂ及び第２のスペーサ層２４０ｃを更に含む。第１のスペーサ層２４０ｂは、基板２１０の周辺部分２１３と吸収素子２４５との間に配置されている。第２のスペーサ層２４０ｃは、第１のスペーサ層２４０ｂと反対側の基板２１０の周辺部分２１３上に配置されている。第１のスペーサ層２４０ｂ及び／又は第２のスペーサ層２４０ｃは、図１Ｂ〜図１Ｄのスペーサ層１４０、１４０’、図２Ａのスペーサ層２４０、及び図３Ａのスペーサ層２４０ａなど、本明細書に記載されるスペーサ層のうちのいずれか１つであり得る。
【００５２】
図５は、別の実施形態による無線感知デバイス５００の断面図を示す。無線感知デバイス５００は、対象物２０６上に配置され、対象物２０６の物理的又は化学的特性を測定するように設計されている。
【００５３】
図２Ａの無線デバイス２００と同様に、無線感知デバイス５００は、基板２１０、アンテナ２２０、及びアンテナ２２０に電子的に結合された感知回路２３０を含む。基板２１０は、その上に配置された感知回路２３０と共に、対象物２０６上に直接配置されている。
【００５４】
無線感知デバイス５００は、基板の周辺部分２１３と対象物２０６との間に配置されたスペーサ層２４０ｄを更に含む。スペーサ層２４０ｄは、図１Ｂ〜図１Ｄスペーサ層１４０、１４０’、図２Ａのスペーサ層２４０、図３Ａのスペーサ層２４０ａ、及び図４のスペーサ層２４０ｂ〜ｃなど、本明細書に記載されるスペーサ層のうちのいずれか１つであり得る。
【００５５】
図６は、別の実施形態による無線感知デバイス６００の断面図を示す。無線感知デバイス６００は、対象物２０６上に配置され、対象物２０６の物理的又は化学的特性を測定するように設計されている。
【００５６】
図２Ａの無線デバイス２００と同様に、無線感知デバイス６００は、基板２１０、アンテナ２２０、及びアンテナ２２０に電子的に結合された感知回路２３０を含む。アンテナ２２０は、基板２１０の周辺部分２１３上に配置されている。感知回路２３０は、ウィンドウ領域２１５において基板２１０上に配置されている。
【００５７】
無線感知デバイス６００は、吸収素子２４５の側面２４５ｓに取り付けられたスペーサ層２４０ｅを更に備える。基板２２０の周辺部分２１３は、その上に配置されたアンテナ２２０と共にスペーサ層２４０ｅによって支持される。スペーサ層２４０ｅは、図１Ｂ〜図１Ｄのスペーサ層１４０、１４０’、図２Ａのスペーサ層２４０、図３Ａのスペーサ層２４０ａ、図４のスペーサ層２４０ｂ〜ｃ、及び図５のスペーサ層２４０ｄなど、本明細書に記載されるスペーサ層のいずれか１つであり得る。
【００５８】
図示した実施形態では、スペーサ層２４０ｅは、スペーサ層２４０ｅと対象物２０６との間にギャップ領域２４１が形成され得るように、吸収素子２４５の厚さよりも薄い厚さを有する。
【００５９】
図７は、別の実施形態による無線感知デバイス７００の断面図を示す。無線感知デバイス７００は、対象物２０６上に配置され、対象物２０６の物理的又は化学的特性を測定するように設計されている。
【００６０】
図２Ａの無線デバイス２００と同様に、無線感知デバイス４００は、基板２１０、アンテナ２２０、及びアンテナ２２０に電子的に結合された感知回路２３０を含む。アンテナ２２０は、基板２１０の周辺部分２１３上に配置されている。感知回路２３０は、ウィンドウ領域２１５において基板２１０上に配置されている。感知回路２３０は、センサ信号を生成するように構成されたセンサ２３２と、センサ２３２に電気的に接続された制御回路２３４と、制御回路２３４に電気的に結合されたトランシーバ２３６と、アンテナ２２０と、を含む。
【００６１】
無線感知デバイス７００は、基板２１０の周辺部分２１３と吸収素子２４５との間に配置されているスペーサ層２４０ｆを更に含む。図２Ａの無線デバイス２００とは異なり、基板２１０は、その上に配置されたコンポーネント（例えば、感知回路２３０、アンテナ２２０など）を対象物２０６に向けて有する。スペーサ層２４０ｆは、アンテナ２２０上に配置されて、アンテナ２２０を吸収素子２４５から物理的に分離している。スペーサ層２４０ｆは、図１Ｂ〜図１Ｄのスペーサ層１４０、１４０’図２Ａのスペーサ層２４０、図３Ａのスペーサ層２４０ａ、図４のスペーサ層２４０ｂ〜ｃ、図５のスペーサ層２４０ｄ、及び図６のスペーサ層２４０ｅなど、本明細書に記載されるスペーサ層のうちのいずれか１つであり得る。
【００６２】
無線感知デバイス７００は、ウィンドウ領域２１５に配置され、感知回路２３０を吸収素子２４５から物理的に分離するためのバリア層２６０を更に含む。
【００６３】
特に指示がない限り、本明細書及び実施形態で使用する量又は成分、特性の測定値などを表す全ての数は、全ての場合において、「約」という用語によって修飾されていると理解するものとする。これに応じて、特に指示がない限り、前述の明細書及び添付の実施形態の列挙において示す数値パラメータは、本開示の教示を利用して当業者が得ようとする所望の特性に応じて変化し得る。最低でも、各数値パラメータは少なくとも、報告される有効桁の数に照らして端数処理技術を適用することにより解釈されるべきであるが、このことは請求項記載の実施形態の範囲への均等論の適用を制限しようとするものではない。
【００６４】
本開示の例示的な実施形態は、本開示の趣旨及び範囲を逸脱することなく、様々な修正及び変更を採ってもよい。したがって、本開示の実施形態は、以下に記載の例示的な実施形態に限定されるものではないが、特許請求の範囲に記載されている限定及びそれらの任意の均等物により支配されるものであることを理解すべきである。
【００６５】
例示的実施形態の列挙
例示的実施形態を以下に列挙する。実施形態１〜２０、２１〜３５、３６７、及び３８〜３９のいずれか１つを組み合わせることができることを理解されたい。
【００６６】
実施形態１は、基板と、
基板の第１の部分上に配置された少なくとも一部分を有するアンテナと、
基板の第２の部分上に配置されたセンサであって、センサはアンテナによって少なくとも部分的に囲まれており、センサはアンテナに電気的に結合された無線周波数（ＲＦ）コンポーネントを含む、センサと、
アンテナに隣接する基板の第１の部分に取り付けられたスペーサ層と、
を備える無線周波数（ＲＦ）センサデバイスであって、
スペーサ層が、厚さＴ、比誘電率ｋ、及びｋに対するＴ（マイクロメートル）の比として定義される性能指数を有し、スペーサ層は、２０（マイクロメートル）以上の性能指数を有する、無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００６７】
実施形態２は、スペーサ層が、５０（マイクロメートル）以上の性能指数を有する、実施形態１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００６８】
実施形態３は、スペーサ層の比誘電率が、約１．０１〜約４の範囲であり、スペーサ層の厚さが、約２５０マイクロメートル〜約１．０ｍｍの範囲である、実施形態１又は２に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００６９】
実施形態４は、スペーサ層が、ポリマー、不織布材料、織布材料、エアロゲル、又はガラスのうちの１つ以上を含む１つ以上の低誘電定数材料を含む、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００７０】
実施形態５は、スペーサ層が、耐水蒸気性であり、水分がスペーサ層に浸透してアンテナに到達するのを防ぐように構成されている、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００７１】
実施形態６は、スペーサ層が、基板の第１の部分の幅に対応する幅を有するフレーム形状を有し、フレーム形状は、センサが配置されている基板の一部分を収容するウィンドウを画定する、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００７２】
実施形態７は、スペーサ層がリブ付き構造を含む、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００７３】
実施形態８は、スペーサ層が独立気泡発泡体を含む、実施形態１〜７のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００７４】
実施形態９は、スペーサ層が、アンテナの少なくとも一部分を覆うようにアンテナ上に配置されている、実施形態１〜８のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００７５】
実施形態１０は、スペーサ層が、アンテナと反対側の基板の側に配置されている、実施形態１〜９のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００７６】
実施形態１１は、水和センサが、対象物に近接して配置される場合、対象物の水和レベルを測定するように構成された水和センサである、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００７７】
実施形態１２は、吸収素子を更に備え、基板の少なくとも一部分が吸収素子媒体上に配置され、水和センサが吸収素子に近接して配置されるようにしている、実施形態１１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００７８】
実施形態１３は、スペーサ層が、基板の第１の部分と吸収素子との間に挟まれている、実施形態１１又は１２に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００７９】
実施形態１４は、スペーサ層が、吸収素子の周囲に配置されている、実施形態１１〜１３のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００８０】
実施形態１５は、水和センサを吸収素子から分離するためのバリア層を更に備える、実施形態１１〜１４のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００８１】
実施形態１６は、水和センサが、無線周波数（ＲＦ）素子に電気的に結合されて、標的領域の熱条件を変化させる熱源素子を更に備える、実施形態１０〜１５のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００８２】
実施形態１７は、水和センサが、熱源の温度を感知するための、熱源素子に熱的に結合された感知素子を更に備える、実施形態１６に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００８３】
実施形態１８は、基板上に配置されたセンサを覆うための絶縁媒体の層を更に備える、実施形態１〜１７のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００８４】
実施形態１９は、基板上に配置されたコンポーネントを包むためのカバーフィルムを更に備える、実施形態１〜１８のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００８５】
実施形態２０は、カバーフィルムが、接着面を備えた周辺部分を有する、実施形態１９に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【００８６】
実施形態２１は、水和レベルを測定する無線周波数（ＲＦ）センサであって、
基板と、
基板の周辺部分上に配置された少なくとも一部分を有するアンテナと、
流体吸収材料を含む吸収素子と、
アンテナに隣接する基板の周辺部分に取り付けられたスペーサ層であって、スペーサ層は、厚さＴ、比誘電率ｋ、及びｋに対するＴ（マイクロメートル）の比として定義される性能指数を有し、スペーサ層は、２０以上の性能指数を有する、スペーサ層と、
基板上に配置されたセンサ素子であって、センサ素子が吸収素子に近接して配置され、吸収素子の水和レベルを測定するように構成されており、センサ素子は、アンテナによって少なくとも部分的に囲まれ、アンテナに電気的に結合されている、センサ素子と、を備える、無線周波数（ＲＦ）センサである。
【００８７】
実施形態２２は、スペーサ層が、基板の周辺部分の幅に対応する幅を有するフレーム形状を有し、フレーム形状は、内部にセンサ素子が配置され、流体収集媒体と接触するウィンドウを画定する、実施形態２１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサである。
【００８８】
実施形態２３は、スペーサ層がリブ付き構造を含む、実施形態２１又は２２の無線周波数（ＲＦ）センサである。
【００８９】
実施形態２４は、スペーサ層が独立気泡発泡体を含む、実施形態２１〜２３のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサである。
【００９０】
実施形態２５は、スペーサ層が、基板と吸収素子との間に挟まれている、実施形態２１〜２４のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサである。
【００９１】
実施形態２６は、スペーサ層が、吸収素子の周囲に配置されている、実施形態２１〜２５のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサである。
【００９２】
実施形態２７は、スペーサ層が、アンテナの少なくとも一部分を覆うようにアンテナ上に配置されている、実施形態２１〜２６のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサである。
【００９３】
実施形態２８は、スペーサ層が、アンテナと反対側で基板上に配置されている、実施形態２１〜２７のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサである。
【００９４】
実施形態２９は、基板を吸収素子から分離するためのバリア層を更に備える、実施形態２７に記載の無線周波数（ＲＦ）センサである。
【００９５】
実施形態３０は、アンテナを覆うカバー層を更に備える、実施形態２１〜２９のいずれか１つの無線周波数（ＲＦ）センサである。
【００９６】
実施形態３１は、基板上に配置されたセンサ素子を覆うための絶縁媒体の層を更に備える、実施形態２１〜３０のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサである。
【００９７】
実施形態３２は、基板上に配置されたコンポーネントを包むためのカバーフィルムを更に備える、実施形態３１に記載の無線周波数（ＲＦ）センサである。
【００９８】
実施形態３３は、カバーフィルムが、接着面を備えた周辺部分を有する、実施形態３２に記載の無線周波数（ＲＦ）センサである。
【００９９】
実施形態３４は、吸収材料が、多孔質材料、天然又は合成スポンジ、吸水性ゲル、及び超吸収性ポリマーのうちの少なくとも１つを含む、実施形態２１〜３３のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサである。
【０１００】
実施形態３５は、スペーサ層の比誘電率が、約１．０１〜約４の範囲であり、スペーサ層の厚さが、約２５０マイクロメートル〜約１．０ｍｍの範囲である、実施形態２１〜３４のいずれか１つに記載の無線周波数（ＲＦ）センサである。
【０１０１】
実施形態３６は、基板と、
基板の第１の部分上に配置された少なくとも一部分を有するアンテナと、
基板の第２の部分上に配置されたセンサであって、センサはアンテナに電気的に結合された無線周波数（ＲＦ）コンポーネントを含む、センサと、
アンテナに隣接する基板の第１の部分に取り付けられたスペーサ層であって、スペーサ層が基板の第２の部分から分離されている、スペーサ層と、
を備える無線周波数（ＲＦ）センサデバイスであって、
スペーサ層が、厚さＴ、比誘電率ｋ、及びｋに対するＴ（マイクロメートル）の比として定義される性能指数を有し、スペーサ層は、２０（マイクロメートル）以上の性能指数を有する、無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【０１０２】
実施形態３７は、吸収素子を更に備え、基板の第２の部分の少なくとも一部分は、吸収素子媒体上に直接配置されている、実施形態３６に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【０１０３】
実施形態３８は、基板と、
基板の周辺部分上に配置された少なくとも一部分を有するアンテナと、
基板の中央部分上に配置されたセンサであって、アンテナに電気的に結合された無線周波数（ＲＦ）コンポーネントを含む、センサと、
アンテナに隣接する基板の周辺部分に取り付けられたスペーサ層と、
を備える無線周波数（ＲＦ）センサデバイスであって、
スペーサ層が、厚さＴ、比誘電率ｋ、及びｋに対するＴ（マイクロメートル）の比として定義される性能指数を有し、スペーサ層は、２０（マイクロメートル）以上の性能指数を有する、無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【０１０４】
実施形態３９は、吸収素子を更に備え、基板の中央部分の少なくとも一部分は、吸収素子媒体上に直接配置されている、実施形態３８に記載の無線周波数（ＲＦ）センサデバイスである。
【実施例】
【０１０５】
これらの実施例は単に例示を目的としたものであり、添付の特許請求の範囲を限定することを意味するものではない。本明細書の実施例及び他の箇所における全ての部、百分率、比などは、別途指示がない限り、重量に基づくものである。
【０１０６】
シミュレーション実施例
実施例１〜４は、周波数ドメインソルバーを使用したコンピュータシミュレーション技術（ＣＳＴ）Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｔｕｄｉｏ  ＥＭシミュレーション環境でモデル化した。実施例１及び３は、図１Ｃに示される構成を有し、それぞれ皮膚及び吸収素子上に配置した。実施例２及び４は、図１Ｂに示される構成を有し、それぞれ皮膚及び吸収素子上に配置した。基板は、厚さ約５０マイクロメートルであり、約３．２の比誘電率を有する。皮膚は、約３１．３の比誘電率及び約８．０Ｓ／ｍの伝導率を有する。吸収素子は約１．０ｍｍの厚さを有し、水モデルを、約７８の比誘電率及び約１．５９Ｓ／ｍの伝導率で用いた。
【０１０７】
「共振周波数シフト（％）」の値を、アンテナが皮膚又は吸収素子から離れた位置にあるとき、及びアンテナが皮膚又は吸収素子上に配置されているときの共振周波数差として計算した。以下の表１では、実施例１〜４及び比較例Ｃ１〜２についてより詳細に記載する。実施例１〜４では、アンテナの共振周波数を安定化し、品質係数の減衰を低減する上で優れた特性を示した。
【表１】
2020524949.tif 000003
【０１０８】
スペーサ層の比誘電率及び厚さを変えることにより、一連の実施例１、実施例２、実施例３、及び実施例４を構築した。同様のシミュレーションを行い、共振周波数シフトを計算した。図８Ａ〜図８Ｄは、それぞれ、一連の実施例１〜４の周波数シフト（％）対Ｄ／ｋ比のプロットを示し、Ｄはアンテナと皮膚又は吸収素子との間の垂直間隔であり、ｋはスペーサ層の比誘電率である。実施例１及び３では、垂直間隔は、ほぼスペーサ層の厚さＴである。実施例２及び４では、間隔Ｄは、スペーサ層の厚さＴ及び基板の厚さＴを含む。
【０１０９】
実験例
セット２（実施例Ａ及びＦ）の実施例は、図２Ａに示す構成に従って作製された。セット３（実施例Ｄ及びＥ）の実施例は、図６に示す構成に従って作製された。図２Ａ又は図６に示す構成に従って、ただしスペーサ層なしで、セット１（実施例Ｂ及びＣ）の比較例を作製した。実施例の材料を以下の表２に示す。
【表２】
2020524949.tif 000004
【０１１０】
セット１及びセット２の実施例は、３．５ｃｍ×３．０ｃｍの流体収集媒体領域を有する。セット３の実施例は、２．０×１．５ｃｍの低減された流体収集媒体領域を有し、１７７２独立気泡発泡体のフレーム内に挿入された。チューニングコンデンサを使用して、各実施例の共振周波数を互いにほぼ等しく設定した。各実施例には、０４０２サイズ（１．０×０．５ｍｍ）、低損失用のＮＰ０タイプのセラミックコンデンサが１つ又は２つあり、コンデンサ値は以下の表に列挙される。
【０１１１】
各実施例のアンテナは、トレース幅０．４ｍｍ、トレース間隔０．４ｍｍ、外径３０．６ｍｍ×２５．６ｍｍの４回転の銅である。アンテナパターンを銅−ポリイミド積層体（Ｅｓｐａｎｅｘ  Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ  Ｌａｍｉｎａｔｅ  ＭＣ  １８−２５−００  ＣＥＭ，Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｃ，Ｅａｇａｎ，ＭＮ）にエッチングした。内側−外側アンテナパッドにわたるジャンパーを、細いゲージワイヤで、アンテナトレース下部がポリイミドテープによって局所的に絶縁された状態で作製した。
【０１１２】
Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ＮＦＣ）集積回路を、各アンテナ（Ｎｘｐ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ，ＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓからのＮＴ３Ｈ１１０１Ｗ０ＦＴＴ）に追加した後、共振周波数ｆ０が互いにほぼ等しく、１３．５６ＭＨｚあたりになるように実施例を調整した。チューニングを確認するために、共振周波数ｆ０及び品質係数Ｑを、Ｋｅｙｓｉｇｈｔ  Ｅ４９９０Ａインピーダンスアナライザ及び直径約５ｃｍの平面リーダーアンテナを用いて測定し、タグをリーダーアンテナから約１ｃｍ離し、ほぼ中心に配置した。インピーダンスの実部の帯域幅（半値全幅）に対する共振周波数の比として、反射インピーダンス測定から品質係数Ｑを決定した。以下の表３に、サンプルセットへのタグの割り当てと、各タグのチューニングコンデンサ値、以下の表に示される各構造に組み立てた後のｆ０及びＱの測定値、並びにそのＭＳＸ−６９１６Ｂ発泡体層領域及び厚さに基づく流体収集媒体の名目上体積を示す。
【表３】
2020524949.tif 000005
【０１１３】
蒸留水中の１重量％ＮａＣｌの生理食塩水を、この実施例の流体として調製した。このような溶液の伝導率のハンドブック値は、１．６Ｓ／ｍである。（ＮａＣｌ：Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ塩化ナトリウム無水Ｒｅｄｉ−Ｄｒｉ（商標）  ＡＣＳ試薬＞９９％；水：Ｍａｒｋｅｔ  Ｐａｎｔｒｙ  Ｄｉｓｔｉｌｌｅｄ  Ｗａｔｅｒ，Ｔａｒｇｅｔ  Ｃｏｒｐ．）
【０１１４】
それぞれの実施例の性能を、Ｖｏｙａｎｔｉｃ  Ｔａｇｆｏｒｍａｎｃｅ  ＨＦシステムを使用し、距離制御キットを使用して、リーダーとサンプルとの間の距離を変化させて評価した。各サンプルを乾燥状態で測定し、上記の表に指定された量の流体を添加した後、媒体体積の約２０％充填を達成した。各条件における各サンプルについて、閾値磁場強度は、リーダー周波数の関数として（及び閾値挙動が分離距離と一致していることを確実にする距離の関数として）測定し、１３．５６ＭＨｚの固定リーダーの周波数及び２０ｄＢｍのリーダー送信電力（１００ミリワット）について、作業範囲を測定した。
【０１１５】
流体を、シリンジを使用して各サンプルの流体収集媒体の開口面にわたって加え、次いで、２つのスライドガラスの間で数回圧縮及び放出することによって、流体収集媒体全体に分配した。各サンプルに添加された流体の量を、タグの性能測定前に質量測定によって検証し、各サンプル上で測定を完了した後に再検証した。質量データを、乾燥状態及び湿潤状態で測定した作業範囲に沿って、以下の表４に示す。
【表４】
2020524949.tif 000006
【０１１６】
表４は、本開示の２つの実施形態（セット２及びセット３）が、導電性流体の存在下での作業範囲の安定性を明確に改善することを示す。これらの構造はまた、回路の中央部分が流体収集媒体と密接に接触した状態を可能にしながら、性能の改善を達成する。
【０１１７】
この性能差が生じる理由についての更なる情報を提供するために、閾値磁場強度の測定値を確認できる。２つの代表的なサンプルの閾値磁場強度データを図９Ａ〜図９Ｂに示す。実施例Ｂ（及び類似の実施例Ｃ）では、導電性流体の存在により、そのＮＦＣタグをオンにするために必要な磁場強度が増加し、共振周波数（曲線の最小の位置）がシフトする。一方、実施例Ｆ（及び実施例Ａ、Ｄ、及びＥ）については、乾燥から湿潤までの間で閾値磁場強度にわずかな違いがある。磁場強度は概ねリーダーからの距離の関数として減少するため、これらの結果は、上記の作業範囲の直接測定でも見られるように、導電性流体の存在下での実施例Ｂ及びＣの作業範囲が減少することを意味する。
【０１１８】
本明細書全体を通して、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つ以上の実施形態」、又は「実施形態」に対する言及は、「実施形態」という用語の前に、「例示的な」という用語が含まれているか否かに関わらず、その実施形態に関連して説明される具体的な特徴、構造、材料、又は特性が、本開示の特定の例示的な実施形態のうちの少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して、様々な箇所における「１つ以上の実施形態において」、「特定の実施形態において」、「一実施形態において」、又は「ある実施形態において」などの表現の出現は、必ずしも本開示の特定の例示的な実施形態のうちの同一の実施形態に言及するものとは限らない。更に、特定の特徴、構造、材料、又は特性は、１つ以上の実施形態では任意の好適な方法で組み合わされてもよい。
【０１１９】
本明細書ではいくつかの例示的な実施形態について詳細に説明してきたが、当業者には上述の説明を理解した上で、これらの実施形態の修正形態、変形形態、及び均等物を容易に想起できることが、諒解されるであろう。したがって、本開示は、ここまで説明してきた例示的実施形態に、過度に限定されるものではないことを理解されたい。特に、本明細書で使用する場合、端点による数値範囲の列挙は、その範囲内に包含される全ての数を含む（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）ことが意図される。加えて、本明細書で使用される全ての数は、用語「約」によって修飾されるものと想定される。更に、種々の例示的な実施形態が説明されてきた。これらの実施形態及び他の実施形態は、以下の特許請求の範囲に含まれる。
【図１Ａ】
2020524949.tif 000007
【図１Ｂ】
2020524949.tif 000008
【図１Ｃ】
2020524949.tif 000009
【図１Ｄ】
2020524949.tif 000010
【図１Ｅ】
2020524949.tif 000011
【図２Ａ】
2020524949.tif 000012
【図２Ｂ】
2020524949.tif 000013
【図２Ｃ】
2020524949.tif 000014
【図３Ａ】
2020524949.tif 000015
【図３Ｂ】
2020524949.tif 000016
【図４】
2020524949.tif 000017
【図５】
2020524949.tif 000018
【図６】
2020524949.tif 000019
【図７】
2020524949.tif 000020
【図８Ａ】
2020524949.tif 000021
【図８Ｂ】
2020524949.tif 000022
【図８Ｃ】
2020524949.tif 000023
【図８Ｄ】
2020524949.tif 000024
【図９Ａ】
2020524949.tif 000025
【図９Ｂ】
2020524949.tif 000026
【国際調査報告】
2020524949.tif 000027
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