JP2013221896A - 感知センサ及び感知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類の対象物を感知できる感知センサ及び感知装置を提供すること。
【解決手段】水晶片３１に形成された第１の電極対５１及び第２の電極対５２を第１の発振回路７１に接続したときには第１の振動モードで励振され、第２の発振回路７２に接続したときには第２の振動モードで励振される。振動領域における第２の振動モードの節に対応する領域には、第１の対象物と反応し、かつ第２の対象物とは反応しない第１の反応膜６１が形成されているので、第１の振動モードを励振させることにより、第１の対象物を感知することができる。また、振動領域における、第２の振動モードの腹に対応する領域には、第２の対象物と反応し、かつ第１の対象物とは反応しない第２の反応膜６２が形成されているので、第２の振動モードを励振させることにより、第２の対象物を感知することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧電片に設けられた電極上の反応膜に対象物を反応させ、圧電片の固有振動数の変化に基づいて対象物を検出する感知センサ及び感知装置に関する。

溶液中や気体中の微量物質を感知する装置として、圧電片として主にＡＴカットされた水晶片により構成された水晶振動子によるＱＣＭ（Quarts Crystal Microbalance ）を用いた感知装置が知られている。この種の感知装置は、水晶発振回路を構成する前記水晶振動子に微量物質を吸着させ、このときの質量変化に応じた水晶振動子の固有振動数の変化を利用して、微量物質の有無や濃度を感知している。このような感知装置は、例えば圧電片の表面に当該圧電片を発振させるための電極を形成し、更にこの電極上に微量物質を吸着する反応膜を積層して構成される感知センサを備えている。

ところで、例えば溶液中のウィルスやタンパク質（免疫グロブリン）等のように、試料中に複数種類の微量物質が含まれているかどうかの検出が要請される場合もある。この場合、複数種類の微量物質毎に既述の感知装置を用意する構成では装置が大掛かりになることから、一つの感知装置で、複数種類の微量物質の検出を行うことが望まれている。この場合、例えば共通の水晶片に、測定対象となる微量物質に対応する反応膜が形成された電極を設けることによって、これら複数種類の微量物質を個別に検出することは理論上可能である。但し、この構成では、一の電極により形成された励振領域において発生した弾性波が、他の電極により形成された励振領域に伝播すると、精度の高い検出を行うことができなくなってしまう。このため、電極間の離間距離を大きくとったり、電極同士の間に溝等の境界層を形成したり、あるいは圧電片や電極の厚さを変えて発振周波数差を設ける等の手法により、複数の電極間の弾性的な結合を防ぐことが必要となる。

しかしながら、電極間の離間距離を大きくすると水晶振動子が大きくなり、また、境界層や発振周波数差を設ける場合には製造時の加工工数が増加するため、いずれの手法も得策ではない。

特許文献１には、振動子の両面において、その中央に検出電極を形成すると共に、この検出電極の両側に駆動電極を形成し、一の駆動電極に吸着膜を設ける構成が記載されている。この技術では、吸着膜に対象物が付着すると、振動子の中心軸に対する駆動振動の線対称性が崩れ、検出電極に信号電圧が発生することを利用して、対象物の質量が算出される。
また、特許文献２には、マルチモード準せん断水平共振器を用いて、密度、粘度及び弾性率から選択された２つの流体特性を測定するシステムが記載されている。マルチモードとしては、例えば厚させん断モードや、厚さねじれモード等が採用され、ギャップを挟む領域を接続する軸に平行な横運動を一つのモードとし、他のモードは前記軸に平行な反対の横運動をするモードが励振されるように構成されている。

さらに、特許文献３には、圧電基板上に形成された電極のパターンにより、厚み滑り振動モードの零次対称振動モード（Ｓ０）と、零次反対称振動モード（Ａ０）が励振されて、二重モードフィルタが構成されることが記載されている。さらにまた、特許文献４には、圧電基板の両主面に電極を形成した圧電振動素子の基板露出部の厚みを薄くすることにより、ＡＴカット水晶振動子の主振動（Ｓ０）の共振周波数から、インハーモニックモードの偶数次モード（Ａ０ ）と奇数次モード（Ｓ１）の共振周波数を遠ざける技術が記載されている。
しかしながら、いずれの特許文献によっても、試料中の複数の対象物質を検出することはできず、上記の課題については何ら検討されていない。

特開２００６−１５３８５９号公報 特表２０１１−５１０３０５号公報 特開２００１−２４４７９０号公報 特開平１１−２０５０７５号公報

本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、複数種類の対象物を感知できる感知センサ及び感知装置を提供することにある。

本発明の感知センサは、圧電片の固有振動数の変化に基づいて、対象物を感知するための感知センサであって、
圧電材料からなる圧電片と、この圧電片の一面側及び他面側に夫々形成された電極を含む振動領域と、
前記電極と接続され、前記振動領域を、振動の腹が前記振動領域に形成される第１の振動モードで励振させるための第１の発振回路と、
前記電極と接続され、前記振動領域を、第１の振動モードとは振動の腹及び節の位置が異なり、前記振動の節が前記振動領域に形成される第２の振動モードで励振させるための第２の発振回路と、
前記振動領域の少なくとも一面側における、第２の振動モードの節に対応する領域に形成され、第１の対象物と反応し、かつ第２の対象物とは反応しない第１の反応膜と、
前記振動領域の少なくとも一面側における、第２の振動モードの節に対応する領域以外の領域に形成され、第２の対象物と反応し、かつ第１の対象物とは反応しない第２の反応膜と、
前記電極を、前記第１の発振回路又は第２の発振回路に切り換えて接続するための切り換え部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の他の感知センサは、圧電片の固有振動数の変化に基づいて、対象物を感知するための感知センサであって、
圧電材料からなる圧電片と、この圧電片の一面側及び他面側に夫々形成された電極を含む振動領域と、
前記電極と接続され、前記振動領域を、振動の腹が前記振動領域に形成される第１の振動モードで励振させるための第１の発振回路と、
前記電極と接続され、前記振動領域を、第１の振動モードとは振動の腹及び節の位置が異なり、前記振動の節が前記振動領域に形成される第２の振動モードで励振させるための第２の発振回路と、
前記電極と接続され、前記振動領域を、第１の振動モード及び第２の振動モードとは振動腹及びの節の位置が夫々異なり、前記振動の節が前記振動領域に形成される第３の振動モードで励振させるための第３の発振回路と、
前記振動領域の少なくとも一面側における、第２の振動モードの節に対応する領域に形成され、第１の対象物と反応し、かつ第２の対象物及び第３の対象物とは反応しない第１の反応膜と、
前記振動領域の少なくとも一面側における、第２の振動モードの節に対応する領域以外の領域に形成され、第２の対象物と反応し、かつ第１の対象物及び第３の対象物とは反応しない第２の反応膜と、
前記振動領域の少なくとも一面側における、第３の振動モードの節に対応する領域以外の領域に形成され、第２の対象物と反応し、かつ第１の対象物及び第２の対象物とは反応しない第３の反応膜と、
前記電極を、前記第１の発振回路、第２の発振回路及び第３の発振回路のいずれかに切り換えて接続するための切り換え部と、を備えたことを特徴とする。

さらに、本発明の感知装置は、前記感知センサと、
前記第１の発振回路及び第２の発振回路の発振周波数を測定する周波数測定部と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、圧電片の一面側及び他面側に夫々形成された電極を含む振動領域を、前記電極を第１の発振回路に接続したときには第１の振動モードで励振させ、前記電極を第２の発振回路に接続したときには第２の振動モードで励振させるように構成されている。振動領域における第２の振動モードの節に対応する領域には、第１の対象物と反応し、かつ第２の対象物とは反応しない第１の反応膜が形成されているので、第１の振動モードを励振させて、第１の対象物に基づく固有振動数の変化を取得することにより、第１の対象物を感知することができる。また、振動領域における、第２の振動モードの節に対応する領域以外の領域には、第２の対象物と反応し、かつ第１の対象物とは反応しない第２の反応膜が形成されているので、第２の振動モードを励振させて、第２の対象物に基づく固有振動数の変化を取得することにより、第２の対象物を感知することができる。

本発明の感知装置のセンサユニットの一例を示す縦断面図である。 センサユニットの一例を示す分解斜視図である。 センサユニットに用いられる水晶振動子の一例を示す平面図である。 感知センサの第１の実施の形態を示す縦断面図である。 感知センサの第１の実施の形態を示す縦断面図である。 感知センサの第１の実施の形態を示す縦断面図である。 感知センサの第１の実施の形態を示す縦断面図である。 感知センサの第１の実施の形態を示す縦断面図である。 振動モードのアドミッタンスの周波数特性を示す特性図である。 感知センサの第１の実施の形態を示す縦断面図である。 感知センサの作用を示す縦断面図である。 感知センサの第２の実施の形態を示す縦断面図である。 水晶振動子の他の例を示す縦断面図である。 感知センサの第３の実施の形態を示す縦断面図である。 感知センサの第３の実施の形態を示す縦断面図である。 感知センサの第３の実施の形態を示す縦断面図である。 感知センサの第３の実施の形態を示す縦断面図である。 感知センサの第３の実施の形態を示す縦断面図である。 感知センサの第３の実施の形態を示す縦断面図である。 感知センサの第３の実施の形態を示す縦断面図である。 振動モードのアドミッタンスの周波数特性を示す特性図である。 感知センサの第３の実施の形態を示す縦断面図である。 感知センサの作用を示す縦断面図である。 感知センサの作用を示す縦断面図である。 感知センサの作用を示す縦断面図である。 感知センサの作用を説明するための特性図である。 感知センサの第４の実施の形態を示す縦断面図である。 水晶振動子の他の例を示す縦断面図である。 感知センサの第４の実施の形態を示す縦断面図である。 感知センサの第５の実施の形態を示す平面図である。 感知センサの第６の実施の形態を示す平面図である。 感知センサの第７の実施の形態を示す平面図である。

本発明の感知装置の第１の実施の形態について、図１〜図１１を参照して説明する。図１及び図２に示すように、感知センサである水晶センサはセンサユニット１に収納されている。このセンサユニット１は、図１及び図２に示すように、支持体１１、封止部材１２、配線基板２、圧電振動子である水晶振動子３、流路形成部材１３及び上部カバー１４を下側からこの順番で積層して構成されている。水晶センサ４は、配線基板２上に水晶振動子３を設けて構成されている。この水晶振動子３は、図２及び図３に示すように、例えばＡＴカットの圧電片である円板状の水晶片３１の表面側及び裏面側に、夫々例えば金（Ａｕ）などからなる励振電極を設けて構成されている。

この例では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、水晶片３１の表面（上面）側に励振電極３３Ａ及び励振電極３４Ａを互いに離間して配置すると共に、裏面（下面）側に前記２つの励振電極３３Ａ，３４Ａに対向するように、夫々励振電極３３Ｂ，３４Ｂを配置している。ここで、励振電極３３Ａ，３４Ａを上部電極３３Ａ，３４Ａ、励振電極３３Ｂ，３４Ｂを下部電極３３Ｂ，３４Ｂとすると、上部電極３３Ａとこれに対応する下部電極３３Ｂとにより、水晶片３１を介して互いに対向する第１の電極対５１が形成され、上部電極３４Ａとこれに対応する下部電極３４Ｂとにより、水晶片３１を介して互いに対向する第２の電極対５２が形成される。

図４は、第１の電極対５１及び第２の電極対５２の近傍領域を示す側面図である。この図に示すように、２つの電極対５１，５２の間には第１の反応膜６１が形成され、第１及び第２の電極対５１，５２の上面には第２の反応膜６２が形成されている。前記第１の反応膜６１は、第１の対象物Ａと反応するが、第２の対象物Ｂとは反応しない膜であり、前記第２の反応膜６２は、第２の対象物Ｂと反応するが、第１の対象物Ａとは反応しない膜である。ここで、反応とは、抗原抗体反応のように、対象物（抗原）と反応膜（抗体）との結合により、対象物（抗原）の分だけ質量付加されることをいう。

前記上部電極３３Ａ，３４Ｂは、夫々水晶片３１の裏面側に回り込むように形成された引出電極３３１，３４１を介して、図２に示すように、水晶センサ４をセンサユニット１に装着した時に、配線基板２上に引き回された導電路２３，２４に夫々電気的に接続されるように構成されている。また、前記下部電極３３Ｂ，３４Ｂは、引出電極３３２，３４２を介して、水晶センサ４をセンサユニット１に装着した時に、配線基板２上に形成された導電路２２，２５に夫々電気的に接続されるように構成されている。配線基板２の端部領域には、各導電路２２〜２５と夫々接続される接続端子２６〜２９が形成されている。そして、これら導電路２２〜２５は接続端子２６〜２９を介して、後述するように切り換え部７０を介して第１の発振回路７１及び第２の発振回路７２に接続されている。尚、図３（ａ）は水晶振動子３の表面側を示しており、同図（ｂ）は裏面側を示している。

水晶振動子３は、図１及び図２に示すように、配線基板２に形成された貫通孔２１を塞ぐように装着されており、水晶センサ４は、この図２に示すように、弾性体からなる流路形成部材１３と、リング状の弾性体からなる封止部材１２と、により夫々表面側及び裏面側が押し付けられた状態でセンサユニット１に取り付けられる。図１及び図２中１５は液体供給管、１６は液体排出管であり、液体供給管１５を介して液体が流路形成部材１３と水晶振動子３との間の流路である液体供給領域１７を通って液体排出管１６から排出されるように構成されている。

続いて、水晶振動子３の振動モードについて説明する。この水晶振動子３は、第１の振動モードであるＳ０モードと第２の振動モードであるＡ０モードとの間で、切り替えて励振されるように構成されている。これらＳ０モード及びＡ０モードは、いずれもエネルギー閉じ込め型の振動モードである厚み滑り振動に起因する振動モードである。

Ｓ０モードは、厚み滑り振動の主振動の振動モードであり、図４のような変位分布を示す。図４は、図２と同じ座標系を示している。この例では、第１及び第２の電極対５１，５２を後述する配線で第１の発振回路７１に接続することにより、Ｓ０モードにて励振される。このため、例えば第１の電極対５１と第２の電極対５２の中間が水晶振動子３の中間になり、第１の電極対５１と第２の電極対５２の中間にＳ０モードの振動の腹（振幅が最大になる点）が対応するように、第１及び第２の電極対５１，５２が形成されている。そして、このＳ０モードの振動の腹の領域に第１の反応膜６１が形成される。このＳ０モードで励振するときには、図５に示すように、第１及び第２の電極対５１，５２を第１の発振回路７１を第１の配線８１により接続する。この第１の配線８１では、第１及び第２の電極対５１，５２の一方の電極同士（例えば上部電極３３Ａ，３４Ａ同士）を繋いで、第１の発振回路７１の一端側（例えば入力側）に接続すると共に、第１及び第２の電極対５１，５２の他方の電極同士（例えば下部電極３３Ｂ，３４Ｂ同士）を繋いで、第１の発振回路７１の他端側（例えば出力側）に接続するように配線されている。

また、Ａ０モードは、厚み滑り振動のインハーモニックオーバートーンの振動モードであり、図６のような変位分布を示す。図６は、図２と同じ座標系を示している。この例では、第１及び第２の電極対５１，５２を後述する第２の配線８２（８２Ａ，８２Ｂ）で第２の発振回路７２に接続することにより、Ａ０モードにて励振される。このため、第１及び第２の電極対５１，５２の夫々にＡ０モードの振動の腹が対応し、第１及び第２の電極対５１，５２の間に、振動の節（振幅がゼロになる点）が対応するように、第１及び第２の電極対５１，５２が形成される。こうして、前記第２の反応膜６２は、Ａ０モードの振動の腹に対応する領域に形成され、第１の反応膜６１は、Ａ０モードの振動の節に対応する領域に形成されることになる。

そして、Ａ０モードで励振するときには、図７又は図８に示すように、第１及び第２の電極対５１，５２を第２の配線８２（８２Ａ，８２Ｂ）により第２の発振回路７２と接続する。図７は第２の配線８２Ａを示し、この例では、第１の電極対５１の一方（例えば上部電極３３Ａ）を第２の発振回路７２の一端側（例えば入力側）に接続し、第１の電極対５１の他方（例えば下部電極３３Ｂ）を第２の発振回路７２の他端側（例えば出力側）に接続すると共に、第２の電極対５２の他方（例えば下部電極３４Ｂ）を第２の発振回路７２の一端側に接続し、第２の電極対５２の一方（例えば上部電極３４Ａ）を第２の発振回路７２の他端側に接続するように配線されている。また、図８は第２の配線８２Ｂを示し、この例では、第１及び第２の電極対５１，５２の他方の電極同士（例えば下部電極３３Ｂ，３４Ｂ同士）を繋ぐと共に、第１及び第２の電極対５１，５２の一方の電極（例えば上部電極３３Ａ，３４Ａ）を夫々第２の発振回路７２の一端側と他端側に直列に配線するように構成されている。

ここで、Ｓ０モードとＡ０モードにおけるアドミッタンスの周波数特性を図９に示す。このように、Ａ０モードは、Ｓ０モード近傍において、Ｓ０モードよりも高い発振周波数で励振される。そして、この例の水晶センサ４は、励振時のモードをＳ０モード及びＡ０モードとの間で切り換えることができるように構成されている。このため、第１の電極対５１及び第２の電極対５２は、実際には、図１０に示すように、切り換え部７０を介して第１の発振回路７１と第２の発振回路７２に接続されている。切り換え部７０では、Ｓ０モードを励振するときには、第１及び第２の電極対５１，５２を図５に示す第１の配線８１で第１の発振回路７１に接続し、Ａ０モードを励振するときには、第１及び第２の電極対５１，５２を図７又は図８に示す第２の配線８２（８２Ａ，８２Ｂ）で、第２の発振回路７２に接続するように構成されている。

第１の発振回路７１及び第２の発振回路７２の発振出力（周波数信号）は、図１０に示すように、スイッチ部７４を介して周波数検出部７５に取り込まれるように構成されている。この周波数検出部７５は、周波数カウンターや、例えば特開２００６−２５８７８７号などの手法で回転ベクトルの速度を求める手法などによって周波数を検出するように構成されている。この周波数検出部７５にて得られた、Ｓ０モードの発振周波数及びＡ０モードの発振周波数は、データ処理部７６にて、後述するように、例えば発振周波数の変化分（差分）を取られ、例えば図示しないコンピュータ等の表示部に表示される。

次に、感知装置の作用について説明する。この感知装置では、試料液に第１の対象物Ａ及び第２の対象物Ｂが含まれているか否かの検出が行われる。この試料液の例としては免疫グロブリンが挙げられ、この場合、第１の対象物Ａとしては、例えばアンチヒューマンＩｇＧ、第２の対象物Ｂとしては、例えばアンチヒューマンＩｇＭが挙げられる。そして、第１の対象物ＡとしてアンチヒューマンＩｇＧを検出する場合には、第１の反応膜６１としては例えばヒューマンＩｇＧを用いることができ、第１の対象物ＢとしてアンチヒューマンＩｇＭを検出する場合には、第２の反応膜６２としては例えばヒューマンＩｇＭを用いることができる。

このような第１の反応膜６１及び第２の反応膜６２は、センサユニット１を組み立てる前に形成される。例えば水晶振動子３において第１の反応膜６１が形成される部分以外の領域を例えば樹脂などのマスク材で覆った後、第１の反応膜６１を形成し、既述のマスク材を除去する。次いで、第２の反応膜６２が形成される部分以外の領域を例えば樹脂などのマスク材で覆った後、第２の反応膜６２を形成し、既述のマスク材を除去する。この第１の反応膜６１や第２の反応膜６２は、この例では水晶片３１の一面側に形成されているが、水晶片３１の両側に液体が供給される構成であれば、水晶片３１の両面に形成するようにしてもよい。

そして、センサユニット１内に水晶振動子３を収納し、このセンサユニット１を図２に示すように気密に一体化すると共に、配線基板２に形成された接続端子２６〜２９を介して、先ず、Ｓ０モードを励振する第１の配線８１で、第１及び第２の電極対５１，５２を第１の発振回路７１に電気的に接続すると共に、第１の発振回路７１をスイッチ部７４を介して周波数検出部７５に接続する。次いで、第１の発振回路７１により例えば３０ＭＨｚの周波数で水晶振動子３を発振させ、周波数検出部７４において、水晶振動子３の発振周波数の測定を開始する。こうして、試料液を供給する前の状態で、Ｓ０モードで励振したときの水晶振動子３の基準発振周波数ｆａ０を測定する。

続いて、切り換え部７０によりＡ０モードを励振する第２の配線８２に切り換え、第１及び第２の電極対５１，５２を第２の発振回路７２に電気的に接続すると共に、第２の発振回路７２をスイッチ部７４を介して周波数検出部７５に接続する。そして、第２の発振回路７２により例えば３０ＭＨｚの周波数で水晶振動子３を発振させ、周波数検出部７４において、水晶振動子３の発振周波数の測定を開始する。こうして、試料液を供給する前の状態で、Ａ０モードで励振したときの水晶振動子３の基準発振周波数ｆｂ０を測定する。

次いで、再び切り換え部７０によりＳ０モードを励振する第１の配線８１に切り換え、第１及び第２の電極対５１，５２を第１の発振回路７１に接続すると共に、第１の発振回路７１を周波数検出部７５に接続する。この状態で、液体供給管１５から試料液を供給する。試料液中に第１の対象物Ａが含まれている場合には、図１１に示すように、当該第１の対象物Ａは第１の反応膜６１に吸着するので、この質量付加効果により、発振周波数が低下する。一方、試料液中に第１の対象物Ａが含まれていない場合には、質量付加効果が発生しないため、発振周波数は変化しない。こうして、試料液を供給した状態で、Ｓ０モードで励振したときの水晶振動子３の発振周波数ｆａ１を測定し、試料液を供給する前の発振周波数ｆａ０との差分Δｆａ（ｆａ０−ｆａ１）を取得する。これにより、第１の反応膜６１に吸着した対象物Ａの量に対応する発振周波数の変化（低下分）を感知できることになる。そして、例えば前記差分Δｆａが予め設定された閾値を超えている場合には対象物Ａがあると判定し、閾値を超えていない場合には対象物Ａがないと判定して、その旨を図示しない表示部に表示する。

続いて、再び切り換え部７０によりＡ０モードを励振する第２の配線８２に切り換え、第１及び第２の電極対５１，５２を第２の発振回路７２に接続すると共に、第２の発振回路７２を周波数検出部７５に接続する。試料液中に第２の対象物Ｂが含まれている場合には、図１１に示すように、当該第２の対象物Ｂは第２の反応膜６２に吸着するので、この質量付加効果により発振周波数が低下する。こうして、試料液を供給した状態で、Ａ０モードで励振したときの水晶振動子３の発振周波数ｆｂ１を測定し、試料液を供給する前の発振周波数ｆｂ０との差分Δｆｂ（ｆｂ０−ｆｂ１）を取得する。そして、例えば前記差分Δｆｂが予め設定された閾値を超えている場合には対象物Ｂがあると判定し、閾値を超えていない場合には対象物Ｂがないと判定して、その旨を図示しない表示部に表示する。

この際、試料液中に第１の対象物Ａのみが含まれているときには、第１の反応膜６１に第１の対象物Ａが吸着し、第２の反応膜６２には吸着しない。Ｓ０モードで励振するときには、最も振幅の大きい領域に第１の反応膜６１が存在するので、質量付加効果による発振周波数の変化分が大きくなり、第１の対象物Ａに起因する発振周波数の変化を精度よく検出することができる。一方、Ａ０モードで励振するときには、第１の反応膜６１は、Ａ０モードの振幅の節の近傍領域に形成されているので、仮に第１の反応膜６１による質量付加効果があったとしても、発振周波数の低下はほとんど見られない。このため、対象物Ａの反応による質量付加効果のみを検出し、こうして２種類の対象物Ａ，Ｂの有無を夫々検知することができる。

また、試料液中に第２の対象物Ｂのみが含まれているときには、第２の反応膜６２に第２の対象物Ｂが吸着し、第１の反応膜６１には吸着しない。Ｓ０モードで励振するときには、振幅が小さい領域に第２の反応膜６２が存在するので、第１の対象物Ａが第１の反応膜６１に吸着したときに比べて、質量付加効果による発振周波数の変化分はかなり小さい。従って、閾値を設定することにより、Ｓ０モードで励振させたときの周波数変化分が、第１の対象物Ａに起因するものか、第２の対象物Ｂに起因するものかを判定することができる。一方、Ａ０モードで励振するときには、第１の反応膜６１は、Ａ０モードの振幅の節の近傍領域に形成されているので、第１の反応膜６１に起因する発振周波数の低下はほとんど見られない。従って、この場合においても、２種類の対象物Ａ，Ｂの有無を夫々検知することができる。

さらにまた、試料液中に第１の対象物Ａ及び第２の対象物Ｂが含まれているときには、第１の反応膜６１に第１の対象物Ａが吸着し、第２の反応膜６２に第２の対象物Ｂが吸着する。Ｓ０モードで励振するときには、第１の反応膜６１の質量付加効果と第２の反応膜６２の質量付加効果とが効いてくるが、既述のように、第２の反応膜６２の質量付加効果による発振周波数の変化分はかなり小さいので、閾値を設定しておくことにより、Ｓ０モードで第１の対象物Ａに起因する発振周波数の変化を検出することができる。また、Ａ０モードで励振するときには、第１の反応膜６１による質量付加効果があったとしても、発振周波数の低下はほとんど見られないので、対象物Ｂの反応による質量付加効果のみを検出し、こうして２種類の対象物Ａ，Ｂの有無を夫々検知することができる。

上述の実施の形態によれば、既述のように、１台の感知装置において、２種類の対象物Ａ，Ｂを検出することができる。この際、第１の対象物Ａと第２の対象物Ｂとを検出するときの振動モードが異なっているので、第１の電極対５１及び第２の電極対５２を設ける構成であっても、弾性的な結合が発生するおそれがない。このため、第１及び第２の電極対５１，５２間の離間距離を大きく設定する必要がなく、感知装置の小型化を図ることができる。また、弾性的な結合を抑制するための境界層や発振周波数差を設ける必要がないため、製造時の加工工数の増加を防ぐことができる。

続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態の感知装置は、図１２に示すように、第１及び第２の電極対５１，５２が共通の配線８３により、第１の発振回路７１及び第２の発振回路７２に接続され、第１のスイッチ部７７及び第２のスイッチ部７８を介して、第１の発振回路７１と第２の発振回路７２とに切り換え接続されるように構成されている。この例では、第１のスイッチ部７７及び第２のスイッチ部７８が切り換え部に相当する。

前記共通の配線８３は、一方の電極対例えば第１の電極対５１の上部電極３３Ａ及び下部電極３３Ｂを共に、第１のスイッチ部７７に接続すると共に、他方の電極対例えば第２の電極対５２の上部電極３４Ａ及び下部電極３４Ｂを第１のスイッチ部７７及び第２のスイッチ部７８に夫々直列に接続するように配線されている。前記第１のスイッチ部７７は、第１の発振回路７１及び第２の発振回路７２の一端側（例えば入力側）を切り換えて接続するように構成され、前記第２のスイッチ部７８は、第１の発振回路７１及び第２の発振回路７２の他端側（例えば出力側）を切り換えて接続するように構成されている。こうして、一方の電極対をショートさせてグランド（ＧＮＤ）には接続せず、他方の電極対が第１及び第２のスイッチ部７７，７８を介して、第１及び第２の発振回路７１，７２に切り換え接続されることになる。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

このような感知装置では、第１のスイッチ部７７及び第２のスイッチ部７８を第１の発振回路７１に接続することにより、水晶振動子３がＳ０モードで励振され、第１のスイッチ部７７及び第２のスイッチ部７８を第２の発振回路７２に接続することにより、水晶振動子３がＡ０モードで励振される。つまり、共通の配線構造を備えているが、第１及び第２の発振回路７１，７２による発振周波数の差により、水晶振動子３の振動モードを切り換えている。

この感知装置においても、第１の実施の形態と同様に、試料液を供給する前に、第１及び第２の電極対５１，５２を第１の発振回路７１に接続して、Ｓ０モードにおける基準発振周波数ｆａ０を取得し、次いで、第２の発振回路７２に接続して、Ａ０モードにおける基準発振周波数ｆｂ０を取得する。続いて、センサユニット１内に試料液を通流させ、第１及び第２の電極対５１，５２を第１の発振回路７１に接続して、Ｓ０モードにおける発振周波数ｆａ１を取得し、次いで第２の発振回路７２に切り換え接続して、Ａ０モードにおける発振周波数ｆｂ２を取得する。こうして、Ｓ０モードにおける発振周波数の差分Δｆａを取得して、第１の対象物Ａの有無を判定すると共に、Ａ０モードにおける発振周波数の差分Δｆｂを取得して、第２の対象物Ｂの有無を判定する。

このように、当該実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、１台の感知装置において、２種類の対象物Ａ，Ｂを精度よく検出することができる。この際、既述のように弾性的な結合が発生するおそれがないため、感知装置の小型化を図ることができ、加工時の工数の増加を防ぐことができる。

以上において、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の水晶振動子は、図１３のように構成されたものであってもよい。この構成では、水晶片３１の一面側の電極例えば上部電極が共通の電極３３０として形成されている。そして、共通電極３３０における下部電極３３Ｂ、３４Ｂと夫々対向する領域には、夫々第２の反応膜６２が形成されると共に、共通電極３３０における下部電極３３Ｂ，３４Ｂの間の領域に対向する領域には第１の反応膜６１が形成されている。

続いて、本発明の第３の実施の形態について説明する。この実施の形態の感知装置は、３種類の対象物を検出するものである。この実施の形態の水晶振動子３Ａは、Ｓ０モード、Ａ０モード、Ｓ１モードのいずれかのモードで励振されるように構成されている。前記Ｓ１モードは、厚み滑り振動のインハーモニックオーバートーンの振動モードである。

このため、水晶振動子３Ａは、水晶片３１に３つの電極対５１，５２，５３を互いに所定間隔を開けるように形成すると共に、３種類の反応膜６１，６２，６３が形成されている。第１及び第２の電極対５１，５２は第１及び第２の実施の形態と同様に構成されており、第３の電極対５３も、第１及び第２の電極対５１，５２と同様に、水晶片３１を挟んで互いに対向するように設けられた上部電極３５Ａ、下部電極３５Ｂとより構成されている。前記第２の電極対５２は本発明の中央電極対、第１の電極対５１及び第３の電極対５３は本発明の側方電極対に夫々相当する。

具体的には、図１４、図１６、図１９に示すように、第１、第２及び第３の電極対５１〜５３は、第２の電極対５２が水晶振動子３Ａの中央に位置すると共に、第１の電極対５１及び第３の電極対５３が第２の電極対５２に対して、夫々互いに等間隔を開けて隣接するように設けられている。また、第２の電極対５２近傍にＳ０モードの振動の腹が対応し、
第１及び第３の電極対５１，５３近傍の夫々にＡ０モードの振動の腹が対応すると共に、第２の電極対５２近傍にＡ０モードの振動の節が対応し、
第２の電極対５２近傍にＳ１モードの振動の腹が対応すると共に、第１の電極対５１、第３の電極対５３の近傍にＳ１モードの振動の節が対応するように構成されている。

そして、第２の電極対５２（中央電極対）の上部電極３４Ａの表面には、第１の反応膜６１が形成されている。この第１の反応膜６１は、第１の対象物Ａとは反応するが、第２の対象物Ｂ及び第３の対象物Ｃとは反応しない膜である。また、水晶片３１の表面側において、中央電極対と側方電極対との間、つまり第１の電極対５１と第２の電極対５２との間、及び第２の電極対５２と第３の電極対５３の間には、夫々第２の反応膜６２が形成されている。この第２の反応膜６２は、第２の対象物Ｂとは反応するが、第１の対象物Ａ及び第３の対象物Ｃとは反応しない膜である。さらに、側方電極対つまり第１の電極対５１及び第３の電極対５３の上部電極３３Ａ，３５Ａの表面には、夫々第３の反応膜６３が形成されている。この第３の反応膜６３は、第３の対象物Ｃとは反応するが、第１の対象物Ａ及び第２の対象物Ｂとは反応しない膜である。

こうして、第１の反応膜６１は、Ｓ０モード及び後述するＳ１モードの振動の腹近傍領域に形成され、第２の反応膜６２は、Ｓ０モードの振動の腹に近く、かつＡ０モード及びＳ１モードの振動の節の近傍領域に形成され、第３の反応膜６３は、Ａ０モード及びＳ１モードの振動の腹に近く、かつＳ０モードの腹からは離れている領域に形成される。

そして、Ｓ０モードで励振するときには、図１５に示すように、第１〜第３の電極対５１〜５３を第１の配線８４により第１の発振回路７１に接続する。つまり、第１〜第２の電極対５１〜５３の一方の電極同士（例えば上部電極３３Ａ，３４Ａ、３５Ａ同士）を繋いで、第１の発振回路７１の一端側（例えば入力側）に接続し、第１〜第３の電極対５１〜５３の他方の電極同士（例えば下部電極３３Ｂ〜３４Ｂ同士）を繋いで、第１の発振回路７１の他端側（例えば出力側）に接続するように配線する。

また、Ａ０モードで励振するときには、図１７又は図１８に示すように、第１及び第３の電極対５１，５３を第２の配線８５Ａ，８５Ｂにより第２の発振回路７２に接続する。図１７の例では、第１及び第３の電極対５１，５３の他方の電極同士（例えば下部電極３３Ｂ，３５Ｂ同士）を繋ぐと共に、第１及び第３の電極対５１，５３の一方の電極（例えば上部電極３３Ａ，３５Ａ）を夫々第２の発振回路７２の一端側と他端側に直列に配線する。また、図１８の例では、第１の電極対５１の一方（例えば上部電極３３Ａ）を第２の発振回路７２の一端側に接続し、第１の電極対５１の他方（例えば下部電極３３Ｂ）を第２の発振回路７２の他端側に接続すると共に、第３の電極対５３の他方（例えば下部電極３５Ｂ）を第２の発振回路７２の一端側に接続し、第３の電極対５３の一方（例えば上部電極３５Ａ）を第２の発振回路７２の他端側に接続するように配線する。

Ｓ１モードは、図１９のような変位分布を示す。この例では、図２０に示すように第１〜第３の電極対５１〜５３を後述する第３の配線８６で第３の発振回路７３に接続することにより、Ｓ１モードにて励振される。つまり、第１及び第３の電極対５１，５３の一方の電極同士（例えば上部電極３３Ａ，３５Ａ同士）を繋いで、第３の発振回路７３の一端側に接続すると共に、第１及び第３の電極対５１，５３の他方の電極同士（例えば下部電極３３Ｂ，３５Ｂ同士）を繋いで、第３の発振回路７３の他端側に接続する。そして、第２の電極対５２の一方の電極（例えば上部電極３４Ａ）を第３の発振回路７３の他端側に接続すると共に、第２の電極対５２の他方の電極（例えば下部電極３４Ｂ）を第３の発振回路７３の一端側に接続する。

ここで、Ｓ０モード、Ａ０モード及びＳ１モードにおけるアドミッタンスの周波数特性を図２１に示す。このように、Ａ０モード及びＳ１モードは、Ｓ０モード近傍において、Ｓ０モードよりも高い発振周波数で励振され、Ｓ１モードはさらにＡ０モードよりも高い発振周波数で励振される。

この例の水晶センサ４においても、励振時のモードをＳ０モード、Ａ０モード及びＳ１モードの間で切り換えられるように構成されている。第１の電極対５１〜第３の電極対５３は、実際には、図２２に示すように、切り換え部７０を介して第１〜第３の発振回路７１〜７３に接続されている。この切り換え部７０では、Ｓ０モードを励振するときには、第１〜第３の電極対５１〜５３を図１５に示す第１の配線８４で第１の発振回路７１に接続し、Ａ０モードを励振するときには、第１及び第３の電極対５１，５３を図１７又は図１８に示す第２の配線８５で第２の発振回路７２に接続し、Ｓ１モードを励振するときには、第１〜第３の電極対５１〜５３を図２０に示す第３の配線８６で第３の発振回路７３に接続するように構成されている。

このような感知装置の作用について、図２３〜図２６を用いて説明する。図２３〜図２５には振動モードを示すが、この際、Ｓ０モードは実線、Ａ０モードは点線、Ｓ１モードは一点鎖線にて夫々示す。試料液中に第１の対象物Ａが含まれる場合には、第１の反応膜６１と反応して吸着し、質量付加効果を発生する。この第１の反応膜６１は、図２３に示すように、Ｓ０モード及びＳ１モードの振動の腹近傍に対応するように形成されているため、これらＳ０モード及びＳ１モードで励振したときには、質量付加効果により周波数が低下する。一方、第１の反応膜６１は、Ａ０モードの振動の節近傍に対応するように形成されているため、Ａ０モードで励振したときには周波数は変化しない。

また、試料液中に第２の対象物Ｂが含まれる場合には、第２の反応膜６２と反応して吸着し、質量付加効果を発生する。この第２の反応膜６２は、図２４に示すように、Ｓ０モードの振動の腹に近い領域に対応するため、Ｓ０モードで励振したときには、質量付加効果により周波数が低下する。一方、第２の反応膜６２は、Ａ０モード及びＳ１モードの振動の節に近い領域に対応するため、これらＡ０モード及びＳ１モードで励振したときには、若干の周波数低下が起こる。

さらに、試料液中に第３の対象物Ｃが含まれる場合には、第３の反応膜６３と反応して吸着し、質量付加効果を発生する。この第３の反応膜６３は、図２５に示すように、Ａ０モード及びＳ１モードの振動の腹に近い領域に対応するため、これらＡ０モード及びＳ１モードで励振したときには、前記質量付加効果により周波数が低下する。一方、第３の反応膜６３は、Ｓ０モードの振動の腹からは離れているため、Ｓ０モードで励振したときには、若干の周波数低下が起こる。

図２６は、第１〜第３の対象物Ａ〜Ｃと、各振動モードの周波数低下の関係を示す特性図であり、「○」は周波数の低下が認められる場合、「△」は若干の周波数低下が認められる場合、「−」は周波数低下が認められない場合を夫々示している。このように、第１〜第３の対象物Ａ〜Ｃのいずれかが、第１〜第３の反応膜６１〜６３と個別に反応した場合には、Ｓ０モード、Ａ０モード、Ｓ１モードの周波数変化が異なるため、対象物Ａ〜Ｃのいずれかを個別に検出できる。

また、第１の対象物Ａ及び第２の対象物Ｂが夫々第１の反応膜６１及び第２の反応膜６２と同時に反応した場合には、Ａ０モードでは周波数低下が起こらないため、対象物Ａ，Ｂを検出できる。しかしながら、第１の対象物Ａ及び第３の対象物Ｃ、又は第２の対象物Ｂ及び第３の対象物Ｃが同時に第１〜第３の反応膜６１〜６３と反応した場合には、Ｓ０モード、Ａ０モード、Ｓ１モードの全てにおいて周波数低下が起こるため、第１〜第３の反応膜６１〜６３の全てが反応したのか、第１の反応膜６１及び第３の反応膜６３が反応したのか、第２の反応膜６２及び第３の反応膜６３が反応したのかを判別することは困難であるため、この場合には検出不能と判定する。
具体的には、センサユニット１内に水晶振動子３Ａを収納し、先ず、Ｓ０モードを励振する第１の配線８４で、第１〜第３の電極対５１〜５３を第１の発振回路７１に接続すると共に、第１の発振回路７１をスイッチ部７４を介して周波数検出部７５に接続する。こうして、試料液を供給する前の状態で、Ｓ０モードで励振したときの水晶振動子３Ａの基準発振周波数ｆａ０を測定する。

続いて、切り換え部７０によりＡ０モードを励振する第２の配線８５に切り換え、第１及び第３の電極対５１，５３を第２の発振回路７２に接続すると共に、第２の発振回路７２をスイッチ部７４を介して周波数検出部７５に接続する。こうして、試料液を供給する前の状態で、Ａ０モードで励振したときの水晶振動子３の基準発振周波数ｆｂ０を測定する。次いで、切り換え部７０によりＳ１モードを励振する第３の配線８６に切り換え、第１〜第３の電極対５１〜５３を第３の発振回路７３に接続すると共に、第３の発振回路７３をスイッチ部７４を介して周波数検出部７５に接続する。こうして、試料液を供給する前の状態で、Ｓ１モードで励振したときの水晶振動子３の基準発振周波数ｆｃ０を測定する。

次に、再び切り換え部７０によりＳ０モードを励振する配線に切り換えると共に、第１の発振回路７１を周波数検出部７５に接続し、試料液をセンサユニット１に供給する。そして、Ｓ０モードで励振したときの水晶振動子３の発振周波数ｆａ１を測定し、前記基準発振周波数ｆａ０との差分Δｆａを取得する。続いて、再び切り換え部７０によりＡ０モードを励振する配線に切り換えると共に、第２の発振回路７２を周波数検出部７５に接続する。そして、試料液を供給した状態で、Ａ０モードで励振したときの水晶振動子３の発振周波数ｆｂ１を測定し、基準発振周波数ｆｂ０との差分Δｆｂを取得する。同様に、再び切り換え部７０によりＳ１モードを励振する配線に切り換えると共に、第３の発振回路７３を周波数検出部７５に接続する。そして、試料液を供給した状態で、Ｓ１モードで励振したときの水晶振動子３の発振周波数ｆｃ１を測定し、基準発振周波数ｆｃ０との差分Δｆｃを取得する。

こうして、Ｓ０モード、Ａ０モード、Ｓ１モードの全てモードでの差分Δｆａ、Δｆｂ、Δｆｃ（周波数低下分）を取得し、これらの対応関係から、既述のように第１〜第３の対象物Ａ〜Ｃのいずれかの有無、又は第１及び第２の対象物Ａ，Ｂの有無を判定して、その旨を表示部に表示する。また、全ての振動モードでの周波数低下が認められた場合には、例えば判定不能と判断して、その旨を表示する。

上述の実施の形態によれば、１台の感知装置において、３種類の対象物Ａ，Ｂ，Ｃを検出することができる。この際、既述のように弾性的な結合が発生するおそれがないため、感知装置の小型化を図ることができ、加工時の工数の増加を防ぐことができる。

続いて、本発明の第４の実施の形態について説明する。この実施の形態の感知センサは、図２７又は図２９に示す配線構造により、第１の発振回路７１〜第３の発振回路７３に接続されている。この例では、第１〜第３の電極対５１〜５３は、共通の配線８７により第１〜第３の発振回路７１〜７３に対して、第１のスイッチ部７７Ａ及び第２のスイッチ部７８Ｂを介して接続されている。前記第１のスイッチ部７７Ａ及び第２のスイッチ部７８Ｂは、本発明の切り換え部に相当するものである。
図２７に示す例では、第１〜第３の電極対５１〜５３の上下一方側の電極（例えば下部電極３３Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂ）と第２の電極対５２の他方側（例えば上部電極３４Ａ）と側方電極対（第１、第３の電極対５１、５３）のいずれかの他方側（例えば上部電極３３Ａ）とを第１のスイッチ部７７Ａに接続し、側方電極対（第１、第３の電極対５１、５３）のどれともつなげていない電極対の内の他方側（例えば上部電極３５Ａ）を第２のスイッチ部７８Ａに接続するように配線されている。

第３の実施の形態及び第４の実施の形態の水晶振動子は、図２８に示すように構成してもよい。この例は、第１〜第３の電極対５１〜５３のいずれか一方側（例えば上部側）を共通電極とした例であり、この例では、水晶片３１の表面側の電極が共通電極３３１として設けられており、共通電極３３１における下部電極３４Ｂに対向する領域には第１の反応膜６１が形成され、下部電極３３Ｂ，３４Ｂの間の領域に対向する領域及び下部電極３４Ｂ，３５Ｂの間の領域に対向する領域には夫々第２の反応膜６２が形成されている。さらに、下部電極３３Ｂ，３５Ｂに対応する領域には第３の反応膜６３が夫々形成されている。

このように、一方側の電極を共通電極とした水晶振動子において、共通配線８８を用いて第１〜第３の発振回路７１〜７３に接続する場合（第４の実施の形態）の配線図を図２９に示す。この例では、下部電極３４Ｂに対応する領域を短絡させると共に、側方電極対（第１、第３の電極対５１、５３）のいずれか一方例えば第１の電極対５１は短絡させて第１のスイッチ部７７Ａに接続し、側方電極対のいずれか他方例えば第３の電極対５３の下部電極３５Ｂを第２のスイッチ部７８Ａに接続するように配線されている。図２７及び図２９に示す例では、第１のスイッチ部７７Ａ及び第２のスイッチ部７８Ａを第１の発振回路７１に接続することにより、水晶振動子３がＳ０モードで励振され、第１のスイッチ部７７Ａ及び第２のスイッチ部７８Ａを第２の発振回路７２に接続することにより、水晶振動子３がＡ０モードで励振される。また、第１のスイッチ部７７Ａ及び第２のスイッチ部７８Ａを第３の発振回路７３に接続することにより、水晶振動子３がＳ１モードで励振される。

続いて、本発明の第５の実施の形態について説明する。この実施の形態は、図３０の平面図に示すように、共通の水晶片９０に第１のセンサ部９１と第２のセンサ部９２を設けたものである。前記第１のセンサ部９１及び第２のセンサ部は、夫々第１の電極対５１及び第２の電極対５２を備えている。これら第１及び第２のセンサ部９１は、第１の実施の形態と同様に、切り換え部７０を介して第１の発振回路７１及び第２の発振回路７２に接続されている。
そして、第１のセンサ部９１には、第１の電極対５１と第２の電極対５２との間に反応膜６０１が形成され、第１の電極対５１と第２の電極対５２の例えば上部電極の表面には第２の反応膜６０２が形成されている。一方、第２のセンサ部９２には、第１の電極対５１と第２の電極対５２との間に反応膜６０３が形成され、第１の電極対５１と第２の電極対５２の例えば上部電極の表面には反応膜６０４が形成されている。なお反応膜６０１〜６０４については図示を省略している。

このような構成では、第１のセンサ部９１を第１の発振回路７１に接続することにより、Ｓ０モードが励振されるので、反応膜６０１に反応する対象物１０１を検出でき、第１のセンサ部９１を第２の発振回路７２に接続することにより、Ａ０モードが励振されるので、反応膜６０２に反応する対象物１０２を検出できる。また、第２のセンサ部９２を第１の発振回路７１に接続することにより、Ｓ０モードが励振されるので、反応膜６０３に反応する対象物１０３を検出でき、第２のセンサ部９２を第２の発振回路７２に接続することにより、Ａ０モードが励振されるので、反応膜６０４に反応する対象物１０４を検出できる。こうして、この例では、４種類の対象物を検出することができる。この際、第１のセンサ部９１と第２のセンサ部９２は、第２の実施の形態と同様に、共通の配線を用いて第１の発振回路７１及び第２の発振回路７２に接続し、スイッチ部７７，７８により第１及び第２の発振回路７１，７２に対して切り換えて接続するようにしてもよい。

次いで、本発明の第６の実施の形態について説明する。この実施の形態は、図３１の平面図に示すように、第１のセンサ部９３を、３つの電極対５１，５２，５３を備えるように構成したものである。第１のセンサ部９３は、前記第３の実施の形態と同様に構成されており、第２の電極対５２の例えば上部電極の表面に反応膜６０１が形成され、第１の電極対５１と第２の電極対５２との間、及び第２の電極対５２と第３の電極対の間には第２の反応膜６０２が形成されている。また、第１の電極対５１と第２の電極対５３の例えば上部電極の表面には反応膜６０３が形成されている。一方、第２のセンサ部９４は、第５の実施の形態と同様に構成され、第１の電極対５１と第２の電極対５２との間に反応膜６０４が形成され、第１の電極対５１と第２の電極対５２の上部電極の表面には反応膜６０５が形成されている。

このような構成では、第１のセンサ部９３を第１の発振回路７１に接続することによりＳ０モードが励振され、第２の発振回路７２に接続することによりＡ０モードが励振され、第３の発振回路７３に接続することによりＳ１モードが励振される。このため、上述の第３の実施の形態と同様の手法により、反応膜６０１に反応する対象物１０１、反応膜６０２に反応する対象物１０２、反応膜６０３に反応する対象物１０３を夫々検出できる。また、第２のセンサ部９４を第１の発振回路７１に接続することにより、反応膜６０４に反応する対象物１０４を検出でき、第２の発振回路７２に接続することにより、反応膜６０５に反応する対象物１０５を検出できる。こうして、この例では、５種類の対象物を検出することができる。

この際、第１のセンサ部９３は、第４の実施の形態と同様に、共通の配線を用いて第１の発振回路７１〜第３の発振回路７３に接続し、スイッチ部７７Ａ，７８Ａにより第１〜第３の発振回路７１〜７３に対して切り換えて接続するようにしてもよい。また、第２のセンサ部９４も、第２の実施の形態と同様に、スイッチ部７７，７８により第１及び第２の発振回路７１，７２に対して切り換えて接続するようにしてもよい。

次いで、本発明の第７の実施の形態について説明する。この実施の形態は、図３２の平面図に示すように、第１のセンサ部９５及び第２のセンサ部９６を、夫々３つの電極対５１〜５３を備えるように構成したものである。第１のセンサ部９５及び第２のセンサ部９６は、前記第５の実施の形態と同様に構成されている。そして、第２のセンサ部９６の第２の電極対５２の例えば上部電極の表面に反応膜６０４が形成され、第１の電極対５１と第２の電極対５２との間、及び第２の電極対５２と第３の電極対５３の間には第２の反応膜６０５が形成されている。また、第１の電極対５１と第３の電極対５３の例えば上部電極の表面には反応膜６０６が形成されている。

このような構成では、第１のセンサ部９５を第１の発振回路７１に接続することによりＳ０モードが励振され、第２の発振回路７２に接続することによりＡ０モードが励振され、第３の発振回路７３に接続することによりＳ１モードが励振される。このため、上述の第３の実施の形態と同様の手法により、反応膜６０１に反応する対象物１０１、反応膜６０２に反応する対象物１０２、反応膜６０３に反応する対象物１０３を夫々検出できる。

また、第２のセンサ部９６を第１の発振回路７１に接続することによりＳ０モードが励振され、第２の発振回路７２に接続することによりＡ０モードが励振され、第３の発振回路７３に接続することによりＳ１モードが励振される。このため、上述の第３の実施の形態と同様の手法により、反応膜６０４に反応する対象物１０４、反応膜６０５に反応する対象物１０５、反応膜６０６に反応する対象物１０６を夫々検出できる。こうして、この例では、６種類の対象物を検出することができる。この際、第１のセンサ部９５及び第２のセンサ部９６は、夫々第４の実施の形態と同様に、共通の配線を用いて第１の発振回路７１〜第３の発振回路７３に接続し、スイッチ部７７Ａ，７８Ａにより第１〜第３の発振回路７１〜７３に対して切り換えて接続するようにしてもよい。

以上において、本発明では、予め発振周波数の変化分と対象物の量とを対応付けた検量線を求めておき、発振周波数の変化分に基づいて対象物の定量を行うようにしてもよい。また、複数の反応膜の内の一つを用いて、１種類の対象物の検出を行うようにしてもよい。

第１の電極対５１及び第２の電極対５２を備える構成において、第２の反応膜６２は、第１の電極対５１及び第２の電極対５２のいずれか一方に形成するようにしてもよい。さらに第１の電極対５１、第２の電極対５２及び第３の電極対５３を備える構成において、第２の反応膜６２は、第１の電極対５１及び第２の電極対５２の間、又は第２の電極対５１及び第３の電極対５３の間のいずれか一方に形成するようにしてもよいし、第３の反応膜６３は、第１の電極対５１及び第３の電極対５３のいずれか一方に形成するようにしてもよい。

また、本発明は、ＡＴカットの水晶振動子のみならず、回転Ｙ板からなる厚み滑り振動である例えばＢＴカットや、２回回転Ｙ板のＳＣカットの水晶振動子を用いることもできる。さらに、第１の振動モードを厚み滑り振動の主振動の振動モードとし、第２の振動モード又は第３の振動モードを、Ａ１モードやＳ２モード等のインハーモニックオーバートーンの高次の振動モードとしてもよい。

１ センサユニット
３ 水晶振動子
３１ 水晶片
３３，３４ 励振電極
５１ 第１の電極対
５２ 第２の電極対
５３ 第３の電極対
６１ 第１の反応膜
６２ 第２の反応膜
６３ 第３の反応膜
７０ 切り換え部
７１ 第１の発振回路
７２ 第２の発振回路
７３ 第３の発振回路
７５ 周波数検出部
７６ データ処理部
７７，７８ スイッチ部

Claims (14)

1. 圧電片の固有振動数の変化に基づいて、対象物を感知するための感知センサであって、
   圧電材料からなる圧電片と、この圧電片の一面側及び他面側に夫々形成された電極を含む振動領域と、
   前記電極と接続され、前記振動領域を、振動の腹が前記振動領域に形成される第１の振動モードで励振させるための第１の発振回路と、
   前記電極と接続され、前記振動領域を、第１の振動モードとは振動の腹及び節の位置が異なり、前記振動の節が前記振動領域に形成される第２の振動モードで励振させるための第２の発振回路と、
   前記振動領域の少なくとも一面側における、第２の振動モードの節に対応する領域に形成され、第１の対象物と反応し、かつ第２の対象物とは反応しない第１の反応膜と、
   前記振動領域の少なくとも一面側における、第２の振動モードの節に対応する領域以外の領域に形成され、第２の対象物と反応し、かつ第１の対象物とは反応しない第２の反応膜と、
   前記電極を、前記第１の発振回路又は第２の発振回路に切り換えて接続するための切り換え部と、を備えたことを特徴とする感知センサ。
2. 前記第１の反応膜は、前記振動領域の少なくとも一面側における第１の振動モードの腹に対応する領域に形成され、
   前記第２の反応膜は、前記振動領域の少なくとも一面側における第２の振動モードの腹に対応する領域に形成されることを特徴とする請求項１記載の感知センサ。
3. 前記振動領域は、前記圧電片を挟んで対向するように設けられた一対の電極よりなる第１の電極対と、
   前記圧電片の一面側及び他面側に対向するように形成された一対の電極よりなり、前記第１の電極対と間隔を開けて隣接するように設けられた第２の電極対と、を備え、
   前記第１の反応膜は、前記圧電片の少なくとも一面側における、第１の電極対と第２の電極対との間に形成され、
   前記第２の反応膜は、前記圧電片の少なくとも一面側における、第１の電極対と第２の電極対の少なくとも一方に形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の感知センサ。
4. 前記第１の電極対及び第２の電極対を第１の発振回路に接続する第１の配線と、
   前記第１の電極対及び第２の電極対を第２の発振回路に接続する第２の配線と、を備え、
   前記切り換え部は、前記第１の振動モードで励振するときには、前記第１の電極対及び第２の電極対を第１の配線により第１の発振回路に接続し、前記第２の振動モードで励振するときには、前記第１の電極対及び第２の電極対を第２の配線により第２の発振回路に接続することを特徴とする請求項３記載の感知センサ。
5. 前記第１の電極対及び第２の電極対は前記第１の発振回路及び第２の発振回路に共通の配線により接続され、
   前記切り換え部は、前記第１の振動モードで励振するときには、前記第１の電極対及び第２の電極対を第１の発振回路に接続し、前記第２の振動モードで励振するときには、前記第１の電極対及び第２の電極対を第２の発振回路に接続するスイッチ部であることを特徴とする請求項３記載の感知センサ。
6. 前記第１の振動モードは厚み滑り振動のＳ０モードであり、
   前記第２の振動モードは厚み滑り振動のＡ０モードであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の感知センサ。
7. 圧電片の固有振動数の変化に基づいて、対象物を感知するための感知センサであって、
   圧電材料からなる圧電片と、この圧電片の一面側及び他面側に夫々形成された電極を含む振動領域と、
   前記電極と接続され、前記振動領域を、振動の腹が前記振動領域に形成される第１の振動モードで励振させるための第１の発振回路と、
   前記電極と接続され、前記振動領域を、第１の振動モードとは振動の腹及び節の位置が異なり、前記振動の節が前記振動領域に形成される第２の振動モードで励振させるための第２の発振回路と、
   前記電極と接続され、前記振動領域を第１の振動モード及び第２の振動モードとは振動腹及びの節の位置が夫々異なり、前記振動の節が前記振動領域に形成される第３の振動モードで励振させるための第３の発振回路と、
   前記振動領域の少なくとも一面側における、第２の振動モードの節に対応する領域に形成され、第１の対象物と反応し、かつ第２の対象物及び第３の対象物とは反応しない第１の反応膜と、
   前記振動領域の少なくとも一面側における、第２の振動モードの節に対応する領域以外の領域に形成され、第２の対象物と反応し、かつ第１の対象物及び第３の対象物とは反応しない第２の反応膜と、
   前記振動領域の少なくとも一面側における、第３の振動モードの節に対応する領域以外の領域に形成され、第２の対象物と反応し、かつ第１の対象物及び第２の対象物とは反応しない第３の反応膜と、
   前記電極を、前記第１の発振回路、第２の発振回路及び第３の発振回路のいずれかに切り換えて接続するための切り換え部と、を備えたことを特徴とする感知センサ。
8. 前記第１の反応膜は、前記振動領域の少なくとも一面側における、第１の振動モードの腹に対応する領域に形成されることを特徴とする請求項７記載の感知センサ。
9. 前記振動領域は、前記圧電片を挟んで対向するように設けられた一対の電極よりなる中央電極対と、
   前記圧電片の一面側及び他面側に対向するように形成された一対の電極よりなり、前記中央電極対の両側に互いに間隔を開けて隣接するように設けられた２つの側方電極対と、を備え、
   前記第１の反応膜は、前記圧電片の少なくとも一面側における、中央電極対に形成され、
   前記第２の反応膜は、前記圧電片の少なくとも一面側における、中央電極対と側方電極対との間の少なくとも一方に形成され、
   前記第３の反応膜は、前記圧電片の少なくとも一面側における、側方電極対の少なくとも一方に形成されることを特徴とする請求項７又は８記載の感知センサ。
10. 前記中央電極対及び側方電極対を第１の発振回路に接続する第１の配線と、
    前記中央電極対及び側方電極対を第２の発振回路に接続する第２の配線と、
    前記中央電極対及び側方電極対を第３の発振回路に接続する第３の配線と、を備え、
    前記切り換え部は、前記第１の振動モードで励振するときには、前記中央電極対及び側方電極対を第１の配線により第１の発振回路に接続し、前記第２の振動モードで励振するときには、前記中央電極対及び側方電極対を第２の配線により第２の発振回路に接続し、前記第３の振動モードで励振するときには、前記中央電極対及び側方電極対を第３の配線により第３の発振回路に接続することを特徴とする請求項９記載の感知センサ。
11. 前記中央電極対及び側方電極対は、前記第１の発振回路、第２の発振回路及び第３の発振回路に共通の配線により接続されており、
    前記切り換え部は、前記第１の振動モードで励振するときには、前記中央電極対及び側方電極対を第１の発振回路に接続し、前記第２の振動モードで励振するときには、前記中央電極対及び側方電極対を第２の発振回路に接続し、前記第３の振動モードで励振するときには、前記中央電極対及び側方電極対を第３の発振回路に接続するスイッチ部であることを特徴とする請求項９記載の感知センサ。
12. 前記第１の振動モードは厚み滑り振動のＳ０モードであり、
    前記第２の振動モードは厚み滑り振動のＡ０モードであり、
    前記第３の振動モードは厚み滑り振動のＳ１モードであることを特徴とする請求項７ないし請求項１１のいずれか一つに記載の感知センサ。
13. 請求項１ないし請求項６に記載された感知センサと、
    前記第１の発振回路及び第２の発振回路の発振周波数を測定する周波数測定部と、を備えたことを特徴とする感知装置。
14. 請求項７ないし請求項１２に記載された感知センサと、
    前記第１の発振回路、第２の発振回路及び第３の発振回路の発振周波数を測定する周波数測定部と、を備えたことを特徴とする感知装置。

Images