JP2011022141A - 感知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電振動子の表面に吸着層を形成して感知対象物を吸着し、発振周波数の変化に応じて試料流体中の感知対象物を感知する装置において、互いに異なる種別の圧電センサを接続端子に装着したときに、その圧電センサに応じた発振回路を自動で選択すること。
【解決手段】互に異なる種別である水晶センサ５、６に対して共通化され、これら水晶センサ５、６を夫々発振させるための発振回路４０、４１の前段側に接続端子２１を設け、これら発振回路４０、４１の後段側に、検波部３１に接続された接続端子２２を設ける。更に接続端子２１と発振回路４０、４１との接続をスイッチ部４３で切り替え、接続端子２２と発振回路４０、４１との接続をスイッチ部４４で切り替え、検波部３１によりしきい値以上の信号を検出したときに上記の接続状態を維持するようにする。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば水晶振動子などの圧電片を用いた圧電センサの周波数変化を利用して試料液の濃度等の測定を行う感知装置において、互いに種別の異なる圧電センサに対応する発振回路を自動で選択する技術に関する。

従来、例えばバイオ関連の微量な物質を感知する方法として、圧電センサの一つである水晶センサを備えた感知装置を用いて感知する方法が知られている。水晶センサは、水晶片に電極を設けて形成された水晶振動子を有しており、この電極の上に抗原抗体反応を利用して抗原を捕捉するための吸着層が形成されている。そしてこの吸着層に抗原を捕捉し、水晶振動子の発信周波数の変化分を抗原の捕捉量、即ち試料液中の感知対象物の濃度として評価するようにしている。このような感知装置の中には、水晶センサの液層中での周波数の安定性を確保するためにアナログコルピッツ発振回路などのアナログ回路が用いられる。

一方本発明者は、感知対象物の種類や濃度などに応じて水晶振動子を使い分けることが好ましいと考えており、そのため例えば図１３に示すように、発振周波数が９ＭＨｚの水晶振動子を備えた水晶センサ５と、３０ＭＨｚの水晶振動子を備えた水晶センサ６との二種類の水晶センサ５、６を用いる感知装置を開発している。

ところが、アナログ発振回路は、水晶センサ５、６の特性を引き出すためにその特性に合わせた発振回路を設計する必要があり、各水晶センサ５、６に専用の発振回路が必要になる。このため９ＭＨｚ用の発振回路を搭載した発振回路ユニット９０と、３０ＭＨｚ用の発振回路を搭載した発振回路ユニット９１とを用意し、この発振回路ユニットに水晶センサ５、６を装着する構成を検討している。

しかしながら、例えば図１４に示すように９ＭＨｚ用の水晶センサ５を３０ＭＨｚの水晶センサ６を発振させる発振回路ユニット９１に接続するというミスが発生する虞がある。この場合水晶センサ５は発振しないため、このミスに気がつかないと水晶センサ５、発振回路ユニット９１及び周波数測定部３に不具合が発生していると思い込んで混乱し、作業が円滑に行われなくなる。また各水晶センサ５、６及び発振回路ユニット９０、９１には、９ＭＨｚ用、３０ＭＨｚ用等の表示がされているが、その確認の手間を要するし、確認し忘れる懸念もある。

一方特許文献１には、水晶センサを発振させるＢ‐Ｍｏｄｅ抑圧・Ｃ‐Ｍｏｄｅ発振回路及びＣ‐Ｍｏｄｅ抑圧・Ｂ‐Ｍｏｄｅ発振回路の二つの発振回路と、この二つの発振回路と水晶センサとの接続を切り替える周波数情報処理ユニットと、を備えたマイクロバランスセンサー装置が記載されている。この装置は、二つの発振回路を周波数情報処理ユニットで切り替え制御することにより、一つの水晶センサの発振周波数を変更して水晶センサの機能を変更し、水晶センサを吸着層に吸着した物質の質量を検出するセンサ、若しくは温度センサとして使用する。

しかしながら特許文献１の装置の二つの発振回路は、どちらも単一の水晶センサを発振させるための発振回路であり、二つの発振回路を切り替えることによって一つの水晶センサの発振周波数を変更することができるが、本発明の構成は記載されていない。

［特許文献１］ 特開２００６−２９２７３３号公報（段落番号００３４、００３６）

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、互いに異なる種別の圧電センサを用いる感知装置において、圧電センサと発振回路との対応関係を自動で選択することにより円滑な作業を行うことができる技術を提供することにある。

本発明の感知装置は、
圧電片に設けられた電極上に試料流体中の感知対象物を吸着する吸着層が形成された圧電振動子を有する圧電センサを用い、圧電振動子の発振周波数の変化に基づいて感知対象物を感知する感知装置において、
互いに基本波の周波数が異なる複数種別の圧電振動子を夫々発振するための複数の発振回路と、
前記複数種別の圧電センサに対して共通化され、選択された圧電センサが接続される接続端子と、
前記発振回路の発振周波数を測定する周波数測定部と、
前記複数の発振回路の一つを介して前記接続端子と周波数測定部とを接続するように接続を切り替える切り替え手段と、
前記周波数測定部の入力側に発振出力が現れたことを検出する検出部と、
この検出部の検出結果に応じて、前記接続端子に接続された圧電センサに対応する発振回路を選択するために前記切り替え手段を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
前記制御部は、前記切り替え手段の切り替えにより互いに発振周波数が異なる複数の発振回路を順次選択し、検出部から検出信号が得られた発振回路であって、発振周波数の最も小さい発振回路を選択するように切り替え手段を制御する構成としてもよい。

他の発明の感知装置は、
前記制御部は、前記切り替え手段の切り替えにより複数の発振回路を順次選択し、発振出力が２個以上の発振回路から得られたときときには、発振周波数の最も小さい発振回路を選択するように切り替え手段を制御することを特徴とする請求項１記載の感知装置。
圧電片に設けられた電極上に試料流体中の感知対象物を吸着する吸着層が形成された圧電振動子を有する圧電センサを用い、圧電振動子の発振周波数の変化に基づいて感知対象物を感知すること、
基本波の周波数が互いに異なる複数種別のシングルタイプの圧電センサ及び基本波の周波数が互いに異なる複数種別のツインタイプの圧電センサの両方に対応できること、を備えた感知装置において、
前記ツインタイプの圧電センサは、圧電片に互いに離間して計測用の振動領域及び参照用の振動領域を形成するように２対の電極が設けられると共に、計測用の振動領域を形成する電極対の一方の電極には、試料流体中の感知対象物を吸着する吸着層が形成され、
前記シングルタイプの圧電センサは、計測用の振動領域のみを備えており、
前記複数種別のツインタイプの圧電センサの計測用の振動領域を夫々発振するための第１グループの複数の発振回路と、
前記複数種別のツインタイプの圧電センサの参照用の振動領域を夫々発振するための第２グループの複数の発振回路と、
前記複数種別のツインタイプの圧電センサにおける計測用の振動領域に対して共通化され、選択された圧電センサにおける計測用の振動領域が接続される計測用の接続端子と、
前記複数種別のツインタイプの圧電センサにおける参照用の振動領域に対して共通化され、選択された圧電センサにおける参照用の振動領域が接続される参照用の接続端子と、
前記発振回路の発振周波数を測定する周波数測定部と、
前記第１グループの複数の発振回路の一つを介して計測用の接続端子と周波数測定部とを接続し、また前記第２グループの複数の発振回路の一つを介して参照用の接続端子と周波数測定部とを接続するように接続を切り替える切り替え手段と、
前記周波数測定部の入力側に発振出力が現れたことを検出する検出部と、
この検出部の検出結果に応じて、前記接続端子に接続された圧電センサに対応する発振回路を選択するために前記切り替え手段を制御する制御部と、を備え、
シングルタイプの圧電センサは振動領域が計測用の接続端子または参照用の接続端子に接続されることを特徴とする。
前記制御部は、前記切り替え手段の切り替えにより互いに発振周波数が異なる複数の発振回路を順次選択し、検出部から検出信号が得られた発振回路であって、発振周波数の最も小さい発振回路を選択するように切り替え手段を制御するようにしてもよい。

また本発明の感知装置は、シングルタイプの圧電センサの周波数を測定するためのプログラムと、ツインタイプの圧電センサの周波数を測定するためのプログラムと、を記憶する記憶部と、
前記検波手段の検出出力と前記切り替え手段の切り替え状態とに基づいて接続端子に接続されている圧電センサがシングルタイプのものかツインタイプのものかを判定し、判定結果に応じたプログラムを前記記憶部から選択する手段を設けてもよい。また本発明の感知装置は、例えば前記検波手段の検出出力と前記切り替え手段の切り替え状態とに基づいて、使用する圧電センサの種別を表示部に表示する手段を設けてもよい。

本発明は、互いに異なる種別（周波数や電極対のタイプ）の圧電センサが使用される感知装置において、圧電センサを接続端子に接続することにより、複数の種別の圧電センサに夫々対応する複数の発振回路の中から当該圧電センサに応じた発振回路を自動的に選択して周波数測定部に接続できるように構成されている。従って圧電センサの種別ごとに発振回路ユニットを用意する場合に懸念される、圧電センサと発振回路ユニットとの誤接続を解消することができ、また圧電センサと発振回路ユニットとの対応関係を調べる手間や発振回路ユニットを交換する手間などが不要になり、作業を円滑に行うことができる便利な感知装置を提供できる。

本発明の第１の実施の形態に係る感知装置の全体を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係る水晶センサを示す斜視図である。 水晶センサに用いられる水晶振動子を示す斜視図である。 感知装置の全体の回路を示すブロック図である。 発振回路ユニットにおけるスイッチ部の切り替えの様子を示す回路図である。 本発明の第２の実施形態に係る感知装置の全体の回路を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る発振回路ユニットに接続される水晶センサの斜視図である。 第２の実施形態に係る水晶振動子を示す平面図である。 第２の実施形態に係る発振回路ユニットにおけるスイッチ部の切り替えの様子を示す回路図である。 第２の実施形態に係る発振回路ユニットにおけるスイッチ部の切り替えの様子を示す回路図である。 本発明の第３の実施形態に係る感知装置の全体の回路を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る感知装置の全体の回路を示すブロック図である。 従来の感知装置を示す平面図である。 従来の感知装置について水晶センサの接続ミスの様子を示す平面図である。

［第１の実施形態］
本発明の感知装置の一実施形態について図１ないし図５を参照して説明する。図１に示すようにこの感知装置は、感知対象物を含む試料溶液が供給される圧電センサの一つである水晶センサ５（６）と、この水晶センサ５（６）が着脱自在に接続される発振回路ユニット２と、この発振回路ユニット２に接続される周波数測定部３と、発振回路ユニット２及び周波数測定部３を制御する制御用コンピュータ（以下、単に制御用ＰＣという）３３と、を備えている。周波数測定部３には、発振回路ユニット２及び制御用ＰＣ３３が夫々専用のデータケーブルによって接続されており、周波数測定部３は、水晶センサ５（６）の発信出力を発振回路ユニット２から受信して計測を行い、その結果を制御用ＰＣ３３に送信する。

本実施形態の第１の水晶センサ５は、水晶振動子が９ＭＨｚで発振し、第２の水晶センサ６は水晶振動子が３０ＭＨｚで発振する水晶センサである。この水晶センサ５（６）は、図２に示すように配線基板であるプリント基板１０の上にゴムシート１１を重ね、このゴムシート１１上に圧電振動子に相当する水晶振動子１２を設け、その上から上蓋ケース１３を装着することによって構成されている。水晶振動子１２は、例えば、図３に示すように円形の水晶板２６の両面に対になる電極２７（裏面側の電極は見えない）が設けられ、電極２７は夫々プリント基板１０に設けられているプリント配線１６、１７に導電性接着剤等によって電気的に接続されている。電極２７の表面側には、感知対象物を吸着するための吸着層２８が形成されている。この吸着層２８は、感知対象物である試料溶液中の抗原を抗原抗体反応で捕捉するための抗体から構成される。また上蓋ケース１３には、試料溶液の注入口１４と試料溶液の観察口１５とが形成されている。

この水晶センサ５（６）は、既述のように発振回路ユニット２に対してプリント基板１０を抜脱することにより着脱できるように構成されており、この水晶センサ５（６）を差し込むと水晶振動子１２がプリント配線１６、１７を介して発振回路ユニット２内の第１の発振回路４０若しくは第２の発振回路４１（後述する図４参照）と電気的に接続される。

発振回路ユニット２は、図４に示すように第１の水晶センサ５を発振させる第１の発振回路４０と、第２の水晶センサ６を発振させる第２の発振回路４１と、水晶センサ５（６）に対して共通化されている前段側の接続端子２１と、周波数測定部３に接続された上記データケーブルが接続される後段側の接続端子２２と備えている。なお本実施形態では第１の発振回路４０、第２の発振回路４１は、アナログコルピッツ型発振回路として構成されている。

各発振回路４０、４１は、切り替え手段に相当する前段側のスイッチ部４３を介して前段側の接続端子２１に接続され、また切り替え手段に相当する後段側のスイッチ部４４を介して後段側の接続端子２２に接続されている。このスイッチ部４３、４４は後述する周波数測定部３に含まれる制御部３２から送られる切り替え信号により一定のタイミングで切り替わる。この場合、接続端子２１、２２は同時に接点ａに切り替わり、また同時に接点ｂに切り替わることとなる。従って第１の発振回路４０を介して前段側の接続端子２１と後段側の接続端子２２とが接続されている状態と、第２の発振回路４１を介して前段側の接続端子２１と後段側の接続端子２２とが接続されている状態とが一定のタイミングで切り替わることになる。なお本実施形態では、制御部３２から送られる切り替え信号は、スイッチ部４３、４４の切り替えが例えば１秒間隔で行われるように設定されている。制御部３は、ＣＰＵ、データ記憶部、プログラム格納部などを備えている。

周波数測定部３は、図４に示すように後段側の接続端子２２を介して出力された周波数信号を基に感知対象物の計測を行うための計測回路３０と、接続端子２２から周波数信号が出力されたことを検出する検出部である検波部３１と、周波数測定部３を制御すると共に発振回路ユニット２及び制御用ＰＣ３３との間でデータの送受信を制御するための制御部３２と、を備えている。検波部３１は、入力される信号のレベルが予め設定したしきい値を越えると検出信号を出力する。制御部３２は、発振回路ユニット２に水晶センサ５（６）が接続されていない間は、スイッチ部４３、４４に切り替え信号を送り続けるように構成されている。

制御用ＰＣ３３は、表示部であるディスプレイ３４と、測定用プログラム３５とを備えており、測定用プログラム３５は、周波数測定部３の状況や周波数測定部３から送信される計測結果の他、発振回路ユニット２に第１、第２の水晶センサ５、６のどちらが接続されているか、といった情報をディスプレイ３４に表示する機能を有している。そのため使用者は、接続されている水晶センサ５（６）の発振周波数を認識できるようになっている。

次に本実施形態の感知装置における感知対象物の測定の流れについて説明する。図４に示すように発振回路ユニット２に水晶センサ５（６）が接続されていない場合、制御部３２から切り替え信号が送られているので、スイッチ部４３、４４は一定のタイミングで切り替え動作を行っている。

ここで図５に示すように、例えば９ＭＨｚの水晶センサ５が前段側の接続端子２１に接続された状態で、スイッチ部４３、４４が接点ｂに切り替わったときには、第１の発振回路４０と水晶センサ５とは接続されていないので、水晶センサ５は発振しない。このため検波部３１から検出信号が制御部３２に送信されないので、スイッチ部４３、４４の切り替えは継続される。これに対し、スイッチ部４３、４４が接点ａに切り替わったときには、第１の発振回路４０と水晶センサ５とが接続され、第１の発振回路４０から供給される電力によって水晶センサ５の水晶振動子１２が励振を開始し、第１の発振回路４０から発振出力である周波数信号が後段側の接続端子２２を介して検波部３１へと送られる。

検波部３１は、周波数信号を受け取ると、制御部３２に対して検出信号を出力し、制御部３２はスイッチ部４３、４４に対する切り替え信号の出力を停止する。この結果、スイッチ部４３、４４は接点ａに切り替わった状態のまま固定され、水晶センサ５と周波数測定部３とが第１の発振回路４０を介して接続されている状態が維持されることになる。

なお３０ＭＨｚの水晶センサ６が前段側の接続端子２１に接続された場合には、スイッチ部４３、４４が接点ｂに接続されたときに、第２の発振回路４１から発振出力である周波数信号が後段側の接続端子２２を介して検波部３１へと送られる。そのため、この場合にはスイッチ部４３、４４は接点ｂに切り替わった状態のまま固定される。

水晶センサ５と周波数測定部３とが第１の発振回路４０を介して接続されている状態になると、次に感知対象物の測定が行われる。まず水晶センサ５の水晶振動子１２を一定時間励振させた後、注入口１４から緩衝液を一定量注入して内部に設けられた水晶振動子１２の上面側の空間に満たす。次いで、感知対象物を含む試料溶液を緩衝液に加えるようにして、注入口１４から一定量注入し、水晶振動子１２上に設けられた吸着層２８に試料溶液中の感知対象物を吸着させる。そして吸着層２８に感知対象物が吸着されると水晶振動子１２の発振周波数が変化するため、この発振周波数の変化を検知することにより感知対象物の感知を行う。この周波数の時系列データは、例えばディスプレイ３４にグラフとして表示され、この発振周波数の変化分を例えばオペレータが画面を見ながら把握することができるようになっている。

また制御部３２は、切り替え信号の出力を停止したときに、スイッチ部４３、４４が接点ａ、接点ｂのどちらと接続した状態で停止したのかを把握できるようになっており、接続している接点ａ、接点ｂによって第１の水晶センサ５、第２の水晶センサ６の何れが装着されたのかを判定することができる。そしてこの判定情報が制御ＰＣ３３に送られ、制御ＰＣ３３の測定用プログラム３５は、この判定情報を基に、接続されているのが第１の水晶センサ５か、第２の水晶センサ６かをディスプレイ３４に表示するようになっている。

そして感知対象物の測定が終了し、水晶センサ５が発振回路ユニット２から取り外されると、再び制御部３２から切り替え信号が送られて、スイッチ部４３、４４では一定のタイミングで切り替え動作が開始される。

以上本実施形態の感知装置では、互いに異なる種別の水晶センサ５（６）が使用される感知装置において、水晶センサ５（６）を前段側の接続端子２１に接続することにより、複数の種別の水晶センサ５（６）に夫々対応する複数の発振回路４０、４１の中から当該水晶センサ５（６）に応じた発振回路４０、４１を自動的に選択して周波数測定部３に接続できるように構成されている。従って水晶センサ５（６）の種別ごとに発振回路ユニット２を用意する場合に懸念される、水晶センサ５（６）と発振回路ユニット２との誤接続を解消することができ、また水晶センサ５（６）と発振回路ユニット２との対応関係を調べる手間や発振回路ユニット２を交換する手間などが不要になり、円滑に作業を行うことができる。

また接続されている水晶センサ５（６）の発振周波数を制御ＰＣ３３のディスプレイ３４に表示するようになっているため、使用者は、その水晶センサ５（６）を接続したのかを容易に認識することができる。
[第１の実施形態の変形例]
上述の例では、スイッチ部４３、４４を、接点ａと接点ｂとの間で同時に切り替えることにより、水晶センサ５または６→第１の発振回路４０→検波部３１の経路が成り立つタイミングと、水晶センサ５または６→第２の発振回路４１→検波部３１の経路が成り立つタイミングと、が存在する。このとき上述の例のように検波部３１にて検出信号が出力された時点でそのときのスイッチ部４３、４４を維持することに代えて、検出信号の有無にかかわらず、接点ａに切り替えた状態と接点ｂに切り替えた状態との２つの状態を交互に確立させ、もし両方の状態で検波回路３１から検出信号が出力された場合には、発振周波数の低い側の発振回路に切り替えるようにしてもよい。このようにすれば次の利点がある。
９ＭＨｚの水晶センサ５を３０ＭＨｚ用の第２の発振回路４１に接続したときに、３倍の高調波（２７ＭＨｚ）にて発振ループが確立され、発振出力が現れたとする。この場合、直ちにスイッチ部４３、４４の状態を固定すると、誤接続となってしまう。しかし上述のようにプログラムを組んでおくことにより、９ＭＨｚ用の第１の発振回路４０に接続する状態も必ず存在するので、結果として両状態において発振出力が現れ、発振周波数の低い側の発振回路つまり９ＭＨｚ用の発振回路４０が接続され、３０ＭＨｚ用の発振回路４１が選択されることはない。
このような利点を得る手法としては、水晶センサ５，６が接続端子２１に接続される前には、スイッチ部４３、４４の接点を接点ａ側に切り替えておき、つまり周波数の低い発振回路（この場合は発振回路４０）側に切り替えておき、水晶センサ５，６が接続端子２１に接続された後、当該状態から、周波数の高い発振回路（この場合は発振回路４１）側に切り替えるようにし、検波部３１が検出信号を出力したときに、スイッチ部４３、４４の状態をそのまま維持し、感知対象物の計測に移行するようにしてもよい。即ち、水晶センサ５（６）が接続端子２１に接続されたときには、必ず周波数の低い側から順に発振回路の接続が行われるようにする。このようにすれば、９ＭＨｚの水晶センサ５を９ＭＨｚ用の発振回路４に接続した段階で接続が固定され、このため３０ＭＨｚ用の発振回路４１が選択されることはない。
以上の説明では、水晶センサの種別が９ＭＨｚと３０ＭＨｚとの場合であるが、本発明は水晶センサの種別が３つ以上（例えば後述の第３の実施形態の場合）であってもよく、このような場合でも、第１の実施形態の変形例で述べたような手法を採用することができる。

［第２の実施形態］
本発明の感知装置は、次の図６に示すような感知装置であってもよい。この感知装置は、発振回路ユニット２に第３の発振回路４５及び第４の発振回路４６と、この第３の発振回路４５及び第４の発振回路４６の発振出力である周波数信号を周波数計測部３に送るための後段側に接続端子２４が更に設けられている。そして第３の発振回路４５及び第４の発振回路４６は、前段側のスイッチ部４８を介して前段側の接続端子２１と接続され、後段側のスイッチ部４９を介して後段側の接続端子２４と接続されている。従って本実施形態では、前段側の接続端子２１に四つの発振回路４０、４１、４５及び４６が接続されている。

また周波数測定部３には、スイッチ部３７が更に設けられており、計測回路３０及び検波部３１は、このスイッチ部３７を介して接続端子２２及び接続端子２４と接続されている。また制御用ＰＣ３３には、第１の実施形態における測定用プログラム３５の他に、ツインセンサ用の測定用プログラム３６を有している。なおそれ以外の構成については第１の実施形態の感知装置と同じであるため、第１の実施形態と同一部分または相当部分には、同一の符号を付して説明する。

第３の発振回路４５は、第１の発振回路４０と同構成をしており、９ＭＨｚで発振する後述する第３の水晶センサ５０を発振させる。これに対し第４の発振回路４６は、第２の発振回路４１と同構成をしており、３０ＭＨｚで発振する後述する第４の水晶センサ６０を発振させる。この第３の発振回路４５及び第４の発振回路４６と、前段側の接続端子２１及び後段側の接続端子２４とを接続するスイッチ部４８、４９は、スイッチ部４３、４４と同じように、同時に接点ａまたは接点ｂと接続されるように制御されており、さらにスイッチ部４３、４４、４８及び４９は、全て同じタイミングで接点ａ及び接点ｂに接続される。従って前段側の接続端子２１と周波数測定部３とは、第１の発振回路４０及び第３の発振回路４５の組と、第２の発振回路４１及び第４の発振回路４６の組、どちらか一方の組によって接続され、この接続状態が一定の間隔で切り替わるようになっている。

一方スイッチ部３７は、制御部３２から送られる切り替え信号を基に端子ｃと端子ｄとの接続を一定のタイミングで切り替えているが、スイッチ部３７における接続の切り替えタイミングは、スイッチ部４３、４４、４８及び４９の切り替えのタイミングの半分の時間、例えばスイッチ部４３、４４、４８及び４９の切り替えが１秒間隔で行われるとすると、０．５秒間隔で切り替えが行われるように設定されている。そしてこの各スイッチ部３７が、他のスイッチ部４３、４４、４８及び４９の切り替えのタイミングの半分の時間で切り替わるように設定されているため、１秒間に第１の発振回路４０及び第３の発振回路の組、若しくは第２の発振回路４１及び第２の発振回路４６の組のどちらか一方の、全ての発振回路が一つずつ検波部３１と接続するようになっている。

この感知装置では、上述した各装置を備えたことによって、第１、第２の水晶センサ５、６の他に、図７に示すように第３の水晶センサ５０及び第４の水晶センサ６０を使用して感知対象物の測定を行うことができる。この第１、第２の水晶センサ５、６は、対になる電極２７を一組有しているシングルセンサであり、第３、第４の水晶センサ５０、６０は、電極対を二組有しているツインセンサである。この第３の水晶センサ５０及び第４の水晶センサ６０は、図７に示すように水晶センサ５（６）に設けられていた各部材の他にプリント配線１８が設けられており、内部に、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、円形の水晶板２６の表面に円形の各振動領域で共用される共通電極５２が形成され、水晶板２６の裏面に参照用の電極５３、計測用の電極５４が互いに離間して夫々形成された水晶振動子５１が設けられている。なお図８では、共通電極５２、電極５３及び電極５４の形状の一例を示したにすぎず、これ以外の形状であってもよい。

この水晶振動子５１の共通電極５２は、周縁の一部が水晶板２６の外方へと引き出され、水晶板２６の裏面に回り込むように形成されており、水晶振動子５１がプリント基板１０に載置されたときに、この回り込んだ部分がプリント配線１６に接続される。また電極５３、５４では、その周縁の一部が水晶板２６の外方へ引き出されており、この引き出された部分がプリント基板１０に形成されたプリント配線１７、１８に接続される。

そして水晶板２６において共通電極５２と電極５３との間の領域が参照用の振動領域５５となり、共通電極５２と電極５４との間の領域が計測用の振動領域５６となるので、水晶センサ５０（６０）では、参照用の振動領域５５と計測用の振動領域５６とが夫々個別に励振することになる。また共通電極５２の計測用の振動領域５６に対応する上面には、抗原である感知対象物と選択的に反応して結合する抗体からなる吸着層２８が設けられている。従って参照用の振動領域５５を形成する共通電極５２と電極５３とが一組目の電極対となり、計測用の振動領域５６を形成する共通電極５２と電極５４とが二組目の電極対となる。

そして水晶センサ５０（６０）が前段側の接続端子２１に接続されると、参照用の振動領域５５と第３の発振回路４５及び第４の発振回路４６とが接続され、計測用の振動領域５６と第１の発振回路４０及び第２の発振回路４１と接続される。これにより参照用の振動領域５５が励振を開始し、第３の発振回路４５及び第４の発振回路４６から発振出力である周波数信号を取得でき、同時に計測用の振動領域５６が励振を開始し、第１の発振回路４５及び第２の発振回路４６から発振出力である周波数信号を取得することができる。第１の発振回路４０及び第２の発振回路４１は特許請求の範囲の第１グループの発振回路に相当し、第３の発振回路４５及び第４の発振回路４６は、第１グループの発振回路に相当する。

これによりツインセンサである水晶センサ５０（６０）では、第３の発振回路４５または第４の発振回路４６から、感知対象物の影響を受けず温度変化等の外乱の影響のみを受けた周波数信号と、第１の発振回路４０または第２の発振回路４１から、吸着層２８で補足した感知対象物の影響と温度変化の影響を受けた周波数信号とを取得し、差分を求めることによって感知対象物の測定時に温度変化の影響を除去した測定結果を求めることができる。従って参照用の振動領域５５が参照用の振動領域となり、計測用の振動領域５６が計測用の振動領域となる。

ツインセンサ用の測定用プログラム３６は、発振回路ユニット２に接続された水晶センサ５０（６０）の種別をディスプレイ３４に表示する機能と、周波数測定部３から送信される測定結果を表示する機能とを有している。制御部３２は、接続端子２１に接続されている水晶センサ５（６、５０、６０）がシングルセンサであるのかツインセンサであるのかを判定し、その判定情報を制御ＰＣ３３に送信する機能を有しており、制御用ＰＣ３３は、この判定情報に基づいて、装着された水晶センサ５（６、５０、６０）対応する測定用プログラム３５、３６を起動させるようになっている。

本実施形態では、ツインセンサである水晶センサ５０（６０）を使用して測定を行うため、第１の発振回路４０及び第３の発振回路４５の組、若しくは第２の発振回路４１及び第４の発振回路４６の組のどちらかの組の二つの発振回路から同時に二つの周波数信号が出力される。そしてシングルセンサである水晶センサ５（６）を使用して測定を行うときには不要であった、二つの周波数信号の時系列のデータをディスプレイ３４に表示する機能や、二つの周波数信号の差分を求める機能が必要となる。そこで本実施形態では、シングルセンサ用の測定用プログラム３５とツインセンサ用の測定用プログラム３６との二つの測定用プログラムを制御用ＰＣ３３に備えている。
ここで第２の実施形態においても前段側の「接続端子２１」という用語で説明を進めてきたが、この接続端子２１は、水晶センサの差込口あるいは接続口という用語に置き換えられる。図８において、接続端子１７は参照用の振動領域５５を振動させるための電極５３に接続され、また接続端子１８は計測用の振動領域５５を振動させるための電極５４に接続されている。一方、図６、図９及び図１０では、接続口２１内には、接続端子１７´と１８´とが記載されている。ツインセンサ５０（６０）を接続口２１に接続したときに、接続端子１７´は参照用の振動領域５５に係る接続端子１７に接続されるものであり、接続端子１８´は計測用の振動領域５６に係る接続端子１８に接続されるものである。なお接地側の接続端子１６に接続される接続端子については図示を省略している。また本装置を設計するにあたって、シングルセンサ５（６）が接続口２１に接続されたときに、センサ側の接続端子１７（図２及び図３参照）が発振回路ユニット２側の接続端子１７´、１８´のいずれに接続されるように構成するかは限定されるものではないが、この例では、接続端子１７に接続されるものとする。つまりシングルセンサ５（６）は、第１の発振回路４０あるいは第２の発振回路４１が使用されることになる。

次に本実施形態の感知装置における感知対象物の測定の流れについて、発振周波数が９ＭＨｚのツインセンサである９ＭＨｚ用の第３の水晶センサ５０を発振回路ユニット２に接続した場合を例に挙げて説明する。図６に示すように発振回路ユニット２に水晶センサ５（６、５０、６０）が接続されていない場合、制御部３２から切り替え信号が送られているので、スイッチ部３７、４３、４４、４８及び４９は一定のタイミングで切り替え動作を行っている。

ここで図９に示すように、９ＭＨｚ用の水晶センサ５０が前段側の接続端子（接続口）２１に接続され、スイッチ部４３、４４、４８及び４９が接点ｂに切り替わったときには、９ＭＨｚ用の第１の発振回路４０及び第３の発振回路４５と水晶センサ５０とは接続されず、３０ＭＨｚ用の第２の発振回路４１及び第４の発振回路４６と接続されるので、水晶センサ５０は発振しない。このため検波部３１から検出信号が制御部３２に送信されないので、スイッチ部４３、４４、４８及び４９の切り替えは継続される。これに対し、スイッチ部４３、４４が接点ａに接続されると共にスイッチ部４８、４９が接点ａに接続された場合、第１の発振回路４０と水晶センサ５０の計測用の振動領域５６とが接続されると共に、第３の発振回路４５と水晶センサ５０の参照用の振動領域５５とが接続される。

この状態でスイッチ部３７が端子ｃに接続されると、第１の実施形態と同様に、第１の発振回路４０から供給される電力によって水晶センサ５０の計測用の振動領域５６が励振を開始し、第１の発振回路４０から発振出力である周波数信号が後段側の接続端子２２を介して検波部３１へと送られる。そして検波部３１は、周波数信号を受け取った場合、制御部３２に対して検出信号を発信し、制御部３２は、水晶センサ５、６、５０及び６０の何れかが接続されたと判断して、スイッチ部４３、４４に対して送っていた切り替え信号を停止する。従ってこのときのスイッチ部４３、４４の接続状態（接点ａに切り替わった状態）が維持されることになる。

次に図１０に示すように、スイッチ部３７が切り替わり端子ｄに接続されると、第３の発振回路４５から供給される電力によって水晶センサ５０の参照用の振動領域５５が計測用の振動領域５６と同時に励振を開始しているので、第３の発振回路４５から発振出力である周波数信号が後段側の接続端子２４を介して検波部３１へと送られ、検波部３１では、周波数信号を受け取った場合、先と同様に制御部３２に対して検出信号を発信する。この結果制御部３２はスイッチ部４８、４９に対して切り替え信号の発信を停止し、スイッチ部４８、４９の接続状態（接点ａに切り替わった状態）が維持されることになる。

制御部３２は、スイッチ部３７に対しても切り替え信号を出力して切り替えを制御しており、接点ｃ、ｄのいずれに切り替わったときにも検波部３１から検出信号が送られてきた場合には、ツインセンサである水晶センサ５０（６０）のどちらかが接続端子２１に装着されたと判定するように構成されている。そして制御部３２は、この判定情報を制御ＰＣ３３に送信し、制御用ＰＣ３３ではこの判定情報に基づいてツインセン対応プログラム３６のツインセンサ用の測定プログラムが起動する。

また制御部３２は、水晶センサ５０（６０）が装着されていると判定した場合、第１の発振回路４０及び第３の発振回路４５から周波数信号を受け取ることができるように、スイッチ部３７に切り替え信号を送信し続けるように構成されている。これによりスイッチ部３７の切り替え動作の間隔ごとに交互に第１の発振回路４０及び第３の発振回路４５の周波数信号が計測回路３０に出力され、計測回路３０での計測結果が制御部３２を介して制御ＰＣ３３へと送信されることになる。

従って本実施形態では、ツインセンサである水晶センサ５０が装着されたときに、ほぼ同時に二つの振動領域５５、５６の発振出力に基づく周波数信号を取得して計測を行うことができ、この水晶センサ５０で第１の実施形態と同様の手順で感知対象物の測定を行ったときに、ツインセンサ対応プログラム３６により、この二つの発振周波数の変化を検知して感知対象物の感知を行う。そしてこの周波数の時系列データはディスプレイ３４に表示され、この発振周波数の変化分を例えばオペレータが画面を見ながら把握することができるようになっている。

なおツインセンサである３０ＭＨｚ用の水晶センサ６０が前段側の接続端子２１に装着された場合には、スイッチ部４３、４４、４８及び４９が接点ｂに接続されたときに、第２の発振回路４１及び第４の発振回路４６から発振出力である周波数信号が後段側の接続端子２２、２４を介して検波部３１へと送られる。そのため、水晶センサ６０が装着された場合にはスイッチ部４３、４４、４８及び４９は接点ｂに切り替わった状態のまま固定される。

また本実施形態の発振回路ユニット２に、シングルセンサである第１、第２の水晶センサ５、６が接続された場合、第１の発振回路４０及び第２の発振回路４１からは周波数信号が出力されるが、第３の発振回路４５及び第４の発振回路４７からは、参照用の振動領域５５が接続されないため周波数信号が出力されない。そのためスイッチ部３７が端子ｃに接続された場合には、検波部３１から制御部３２に検出信号が出力されるが、スイッチ部３７を端子ｄに切り替えたときには検波部３１から検出信号が出力されないことになる。

これにより制御部３２では、シングルセンサである水晶センサ５（６）のどちらかが接続端子２１に装着されたと判定し、この判定情報を制御ＰＣ３３に送信すると共に、スイッチ部３７が端子ｃと接続している状態で停止するように切り替え信号の出力が制御されるので、第１の実施形態と同様に、水晶センサ５（６）と周波数計測部３とが接続された状態が維持される。そして制御用ＰＣ３３では、判定情報に基づいてシングルセンサ用の測定プログラム３５が起動する。従って本実施形態においても、水晶センサ５（６）が接続された場合には第１の実施形態と同様に感知対象物の測定が行われる。

また本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、どの水晶センサ５（６、５０、６０）が装着されたのかを判定する場合には、スイッチ部４３、４４、４８及び４９が接点ａ、接点ｂのどちらと接続されているかを基に判定する。ただし、シングルセンサとツインセンサのどちらが装着されたのかという判定については、先に記載したように、検波部３１の検出信号の出力を制御部３２で確認して行う。

このような感知装置であっても、水晶センサ５（６、５０、６０）を前段側の接続口２１に接続することにより、複数の種別の水晶センサ５（６、５０、６０）に夫々対応する第１の発振回路４０、第２の発振回路４１、若しくは第１の発振回路４０と第３の発振回路４５の組及び第２の発振回路４１と第４の発振回路４６の組の中から当該水晶センサ５（６、５０、６０）に応じた発振回路４０、４１、若しくは発信回路の組を自動的に選択して周波数測定部３に接続できるように構成されている。従って、水晶センサ５（６、５０、６０）の種別ごとに発振回路ユニット２を用意する場合のように水晶センサ５（６、５０、６０）と発振回路ユニット２との誤接続を解消することができ、また水晶センサ５（６、５０、６０）と発振回路ユニット２との対応関係を調べる手間や発振回路ユニット２を交換する手間などが不要になり、便利な感知装置を提供できる。

また本実施形態では、シングルセンサである水晶センサ５（６）、若しくはツインセンサである水晶センサ５０（６０）のどちらが接続されたのかを自動的に判定し、制御用ＰＣ３３で自動的にシングルセンサ用の測定用プログラム３５、若しくはツインセンサ用の測定用プログラム３６を起動させることができるので、測定用プログラム３５、３６の選択の手間が不要になり、またプログラムが誤選択されることを防止することができる。

なお本実施形態では、スイッチ部４３、４４、４８及び４９の切り替え動作を１秒間隔で行い、スイッチ部３７の切り替え動作を０．５秒間隔で行うようにして、スイッチ部４３、４４、４８及び４９の切り替え動作が１回行われる間に、第１の発振回路４０及び第３の発振回路４５の組と第２の発振回路４１及び第４の発振回路４６の組の両方の発振回路と検波部３１とが接続されるようになっている。しかしながら本発明の実施の形態としては、例えばスイッチ部４３、４４が接点ａと接続しているときに、スイッチ部４８及び４９が接点ｂと接続するように切り替え動作のタイミングを１秒間隔でずらすと共に、スイッチ部３７の切り替えのタイミングを１秒間隔にし、第１の発振回路４０及び第３の発振回路４５の組と第２の発振回路４１及び第４の発振回路４６の組の両方の発振回路と検波部３１とを２秒間隔で接続するようにしてもよい。ただしこの場合には、スイッチ部４３、４４に対して出力していた切り替え信号を停止するときに、スイッチ部４８、４９に出力している切り替えを停止しないように制御部３２が制御を行う必要がある。

[第２の実施形態の変形例]
第２の実施形態においても、第１の実施形態の変形例で述べた技術を適用してもよい。即ち、水晶センサが接続口２１に接続された後、スイッチ部４３、４４においても、スイッチ部４８、４９においても、必ず接点ａ、ｂのいずれにも切り替え、そしてもしいずれの切り替え時においても検波部３１が検出信号を出力したときには、周波数の低い側の発振回路、この例では９ＭＨｚ用の発振回路４０（４５）側に接続されたとき（接点ａ側に接続されたとき）の状態に固定するようにしてもよい。
更にまた、水晶センサが接続口２１に接続されたときには、必ず周波数の低い側から順に発振回路の接続が行われるようにし、検波部３１が検出信号を出力したときにはそのときのスイッチ部４３、４４、４８、の切り替え状態を維持するようにしてもよい。このように構成することで、高調波発振により、９ＭＨｚのツインセンサ５０が３０ＭＨｚの発振回路４１、４６に接続されることを確実に回避できる。

[第３の実施形態]
第１の実施形態において、水晶センサの種別が３個の例を図１１に示しておく。図１１中、スイッチ部４３、４４は、第１の実施形態に対応するものであるが、スイッチ接点として、ａ，ｂの他にｃを備えている。５、６及び７は、夫々例えば９ＭＨｚ用の水晶センサ、３０ＭＨｚ用の水晶センサ及び９０ＭＨｚ用の水晶センサであり、４０、４１及び８１は、夫々これらに対応する発振回路である。既述のようにこの場合においても、第１の実施形態の変形例で記載した技術を適用することができ、例えば３０ＭＨｚの水晶センサ６を用いたときに３倍の高調波により９０ＭＨｚ用の発振回路８１から発振出力が現れても、誤接続を防止できる。

[第４の実施形態]
第２の実施形態において、水晶センサの種別が３個の例を図１２に示しておく。スイッチ部４３、４４はいずれもスイッチ接点としてａ、ｂに加えてｅを備えている。７、７０は夫々９０ＭＨｚのツインセンサである水晶センサ及び９０ＭＨｚのツインセンサである水晶センサ、８１、８２は、９０ＭＨｚ用の発振回路である。この場合においても、第２の実施形態の変形例で記載した技術を適用することができる。なお、水晶センサの種別の数は４個以上であってもよく、この場合、発振回路ユニット２は、その数に応じた構成が採用されることになる。

［他の変形例］
本発明は、前段側のスイッチ部４３（４８）及び後段側のスイッチ部４４（４９）のいの両方を備えていることに限定されるものではなく、いずれか一方側のスイッチ部を備えるようにしてもよい。即ち、複数の発振回路の一つを介して接続端子２１と周波数測定部３とを接続するように接続を切り替える切り替え手段を構成すればよい。また発振回路ユニット２と周波数測定部３とは、着脱自在である構成に限らず、共通のケース内に設けられていてもよい。
また本発明の感知装置は、例えば検出部として検波部を設けずに、計測回路と制御部とで検出部を構成するようにしてもよい。発振回路から周波数信号が出力されて計測回路に入力されると、計測回路ではこの周波数信号の計測を行い、その計測結果を制御部を介して制御ＰＣへと送信する。そしてこの実施形態では、制御部が計測結果を受け取ったときに水晶センサが接続されたと判定して切り替え信号の送信を停止する。このような実施形態であっても、第１及び第２の実施形態と同様に、水晶センサの種別ごとに発振回路ユニットを用意する場合のように水晶センサと発振回路ユニットとの誤接続を解消することができ、また水晶センサと発振回路ユニットとの対応関係を調べる手間や発振回路ユニットを交換する手間などが不要になり、便利な感知装置を提供できる。

２ 発振回路ユニット
３ 周波数測定部
５ 第１の水晶センサ（９ＭＨｚ）
６ 第２の水晶センサ（３０ＭＨｚ）
１２ 水晶振動子
２１、２２、２４ 接続端子
２６ 水晶板
２７ 電極
２８ 吸着層
３０ 計測回路
３１ 検波部
３２ ＣＰＵ（制御部）
３３ 制御用コンピュータ（制御用ＰＣ）
３４ ディスプレイ
３５、３６ 測定用プログラム
３７ スイッチ部
４０ 第１の発振回路
４１ 第２の発振回路
４３、４４、４８、４９ スイッチ部
４５ 第３の発振回路
４６ 第４の発振回路
５０ 第３の水晶センサ
５１ 水晶振動子
５２ 共通電極
５３ 電極（参照用）
５４ 電極（計測用）
５５ 参照用の振動領域
５６ 計測用の振動領域
６０ 第４の水晶センサ
８１ 発振回路
９０、９１ 発振回路ユニット

Claims (6)

1. 圧電片に設けられた電極上に試料流体中の感知対象物を吸着する吸着層が形成された圧電振動子を有する圧電センサを用い、圧電振動子の発振周波数の変化に基づいて感知対象物を感知する感知装置において、
   互いに基本波の周波数が異なる複数種別の圧電振動子を夫々発振するための複数の発振回路と、
   前記複数種別の圧電センサに対して共通化され、選択された圧電センサが接続される接続端子と、
   前記発振回路の発振周波数を測定する周波数測定部と、
   前記複数の発振回路の一つを介して前記接続端子と周波数測定部とを接続するように接続を切り替える切り替え手段と、
   前記周波数測定部の入力側に発振出力が現れたことを検出する検出部と、
   この検出部の検出結果に応じて、前記接続端子に接続された圧電センサに対応する発振回路を選択するために前記切り替え手段を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする感知装置。
2. 前記制御部は、前記切り替え手段の切り替えにより互いに発振周波数が異なる複数の発振回路を順次選択し、検出部から検出信号が得られた発振回路であって、発振周波数の最も小さい発振回路を選択するように切り替え手段を制御することを特徴とする請求項１記載の感知装置。
3. 圧電片に設けられた電極上に試料流体中の感知対象物を吸着する吸着層が形成された圧電振動子を有する圧電センサを用い、圧電振動子の発振周波数の変化に基づいて感知対象物を感知すること、
   基本波の周波数が互いに異なる複数種別のシングルタイプの圧電センサ及び基本波の周波数が互いに異なる複数種別のツインタイプの圧電センサの両方に対応できること、を備えた感知装置において、
   前記ツインタイプの圧電センサは、圧電片に互いに離間して計測用の振動領域及び参照用の振動領域を形成するように２対の電極が設けられると共に、計測用の振動領域を形成する電極対の一方の電極には、試料流体中の感知対象物を吸着する吸着層が形成され、
   前記シングルタイプの圧電センサは、計測用の振動領域のみを備えており、
   前記複数種別のツインタイプの圧電センサの計測用の振動領域を夫々発振するための第１グループの複数の発振回路と、
   前記複数種別のツインタイプの圧電センサの参照用の振動領域を夫々発振するための第２グループの複数の発振回路と、
   前記複数種別のツインタイプの圧電センサにおける計測用の振動領域に対して共通化され、選択された圧電センサにおける計測用の振動領域が接続される計測用の接続端子と、
   前記複数種別のツインタイプの圧電センサにおける参照用の振動領域に対して共通化され、選択された圧電センサにおける参照用の振動領域が接続される参照用の接続端子と、
   前記発振回路の発振周波数を測定する周波数測定部と、
   前記第１グループの複数の発振回路の一つを介して計測用の接続端子と周波数測定部とを接続し、また前記第２グループの複数の発振回路の一つを介して参照用の接続端子と周波数測定部とを接続するように接続を切り替える切り替え手段と、
   前記周波数測定部の入力側に発振出力が現れたことを検出する検出部と、
   この検出部の検出結果に応じて、前記接続端子に接続された圧電センサに対応する発振回路を選択するために前記切り替え手段を制御する制御部と、を備え、
   シングルタイプの圧電センサは振動領域が計測用の接続端子または参照用の接続端子に接続されることを特徴とする感知装置。
4. 前記制御部は、前記切り替え手段の切り替えにより互いに発振周波数が異なる複数の発振回路を順次選択し、検出部から検出信号が得られた発振回路であって、発振周波数の最も小さい発振回路を選択するように切り替え手段を制御することを特徴とする請求項３記載の感知装置。
5. シングルタイプの圧電センサの周波数を測定するためのプログラムと、ツインタイプの圧電センサの周波数を測定するためのプログラムと、を記憶する記憶部と、
   前記検波手段の検出出力と前記切り替え手段の切り替え状態とに基づいて接続端子に接続されている圧電センサがシングルタイプのものかツインタイプのものかを判定し、判定結果に応じたプログラムを前記記憶部から選択する手段を設けたことを特徴とする請求項３または４に記載の感知装置。
6. 前記検波手段の検出出力と前記切り替え手段の切り替え状態とに基づいて、使用する圧電センサの種別を表示部に表示する手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の感知装置。

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