JP2022058245A - 誘電湿潤装置及びその回路検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電湿潤装置及びその回路検出方法を提供する。
【解決手段】誘電湿潤装置は、検出チップ、電源入力モジュール、スイッチモジュール、検出モジュール及び判断モジュールを備える。検出チップは、複数の駆動電極３１及び検出電極３２を有する駆動回路３を含む。各々の駆動電極は、検出電極とカップリングして駆動回路を形成することができる。スイッチモジュールは、指定された駆動電極を電源入力モジュールに接続する。検出モジュールは、検出電圧を取得し、且つ検出電圧を処理してピーク電圧を取得する。判定モジュールは、ピーク電圧を取得し、且つピーク電圧とプリセット電圧値とを比較することにより、駆動回路における短絡または開放の有無を判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、核酸検出技術の分野に関し、特に、誘電湿潤装置及び回路検出方法に関する。

現在、核酸拡散反応は通常、誘電湿潤（Electrowetting-On-Dielectric，ＥＷＯＤ）原理で検体液滴の移動を実現している。ＥＷＯＤ装置には検体を含む液滴が電極の駆動下で所定の経路に従って移動して、核酸拡張などの関連ステップを完成する。

上記のＥＷＯＤ装置の使用過程では、装置の回路が正常であるかどうかを判断する必要があるので、専用の回路検出方法が必要である。

このため、上記の欠陥の少なくとも１つを克服するためには、誘電湿潤装置を提供する必要がある。

また、本発明は、上記の誘電湿潤装置の回路を検出するための方法を提供する。

本発明に係る誘電湿潤装置は、検出チップ、電源入力モジュール、スイッチモジュール、検出モジュール及び判断モジュールを備える。前記検出チップは、通路と、前記通路を挟むようにその両側に設けられる駆動回路とを含む。前記駆動回路は、複数の駆動電極と、検出電極とを有し、複数の前記駆動電極は、前記通路の一方側に設けられており、前記検出電極は、前記通路の前記駆動電極と反対する側に設けられており、各々の前記駆動電極は、前記検出電極とカップリングして、前記駆動回路を形成することができる。前記電源入力モジュールは、複数の前記駆動電極に電気的に接続されて、前記駆動電極に電源電圧を出力する。前記スイッチモジュールは、前記駆動電極と前記電源入力モジュールとの間に設けられて、複数の前記駆動電極のうちの１つを選択して前記電源入力モジュールに接続する。前記検出モジュールは、前記検出電極と電気的に接続されて、前記検出電極が出力する検出電圧を取得し、且つ前記検出電圧を処理してピーク電圧を得る。前記判断モジュールは、前記検出モジュールに電気的に接続されて、前記ピーク電圧を取得し、且つ前記ピーク電圧とプリセット電圧値とを比較することにより、前記駆動回路が短絡または開放しているか否かを判定する。

本発明の実施形態では、前記判断モジュールは、さらに、前記駆動回路に短絡または開放が発生したと判断する場合に、前記短絡または開放が発生した位置を確定するために使用される。

本発明の実施形態では、前記検出モジュールは、第１オペアンプ、第１ダイオード、第２ダイオード、第２オペアンプ、第１抵抗、第２抵抗及び第１容量を有するピーク検出回路を含む。前記第１オペアンプの正入力端子は、前記検出電極と電気的に接続され、前記第１オペアンプの負入力端子は、前記第１ダイオードのアノードと前記第２抵抗の一端とにそれぞれ接続され、前記第１オペアンプの出力端子は、前記第２ダイオードのアノードと前記第１ダイオードのカソードとにそれぞれ接続され、前記第２ダイオードの負極は、前記第１抵抗の一端に接続され、前記第１抵抗の他端は、前記第２オペアンプの正入力端子と前記第１容量の一端とにそれぞれ接続され、前記第１容量の他端は接地され、前記第２オペアンプの負入力端子は、前記第２抵抗の他端と前記第２オペアンプの出力端子とにそれぞれ接続され、前記第２オペアンプの出力端子は、前記検出モジュールの出力端子として、前記検出電圧の前記ピーク電圧を出力するために用いられる。

本発明の実施形態では、前記ピーク検出回路は、ピーク検波器を構成する。

本発明の実施形態では、前記駆動回路は、前記駆動電極の前記検出電極に近い側に設けられる第１誘電層と、前記検出電極の前記駆動電極に近い側に設けられる第２誘電層と、をさらに含む。

本発明の実施形態では、前記通路の内部には、空気及び／またはシリコンオイルが配置されている。

本発明の実施形態では、前記電源電圧は、連続の四角波パルス電圧である。

本発明の実施形態では、前記検出チップは、第一蓋板と間隔層と第二蓋板とを有するチップケースをさらに備え、前記間隔層の対向する両面は、前記第１蓋板と前記第２蓋板とにそれぞれ隣接しており、前記第１蓋板、前記間隔層及び前記第２蓋板は、協力して取り囲むように前記通路を形成し、複数の前記駆動電極は、前記第１蓋板の前記通路に近い側の表面にアレイ状に配列されており、前記検出電極は、前記第２蓋板の前記通路に近い側の表面に設けられている。

また、本発明は、上記のような誘電湿潤装置の回路検出方法も提供している。

この方法は、前記スイッチモジュールを指定された１つの前記駆動電極に接続して、前記電源入力モジュールが指定された前記駆動電極に前記電源電圧を供給するようにするステップと、前記駆動回路を形成し、且つ前記検出電圧を出力するために、前記検出電極と前記駆動電極とがカップリング反応するステップと、前記検出電圧を前記検出モジュールにより取得し、且つ前記検出電圧を処理してピーク電圧を取得するステップと、前記判断モジュールにより前記ピーク電圧を取得し、且つ前記ピーク電圧と前記プリセット電圧値とを比較して、前記駆動回路に短絡または開放が発生しているか否かを判断するステップと、を備える。

本発明の実施形態では、前記回路検出方法は、前記駆動回路が短絡または開放したと判断する場合に、さらに前記短絡または開放が発生した位置を確定するステップを備える。

従来の技術に比べて、本発明によって提供される誘電湿潤装置は、内部回路が正常であるか否かを検出するために、回路のセルフチェックを行うことができる。具体的には、ピーク電圧とプリセット電圧値とを比較することで、誘電湿潤装置の回路に異常が発生しているか否かを判断することができ、かつ、回路に短絡が生じているか開放しているか、及び短絡または開放が発生した具体的な位置を正確に判断することができる。この誘電湿潤装置の回路の検出原理は簡単であり、取り扱いの利便さ、検出精度、効率及び故障点の判断の正確さに優れている。

本発明の一実施形態によって提供される検出チップの構成図である。 本発明の一実施形態によって提供される誘電湿潤装置の回路モジュールの模式図である。 本発明の一実施形態によって提供される誘電湿潤装置の回路図である。 本発明の一実施形態によって提供される誘電湿潤装置の等価回路を示す図である。 本発明の一実施形態によって提供される誘電湿潤装置の電圧曲線図である。 本発明の一実施形態による誘電湿潤装置の回路に開放した時の等価回路の模式図である。 本発明の一実施形態によって提供される誘電湿潤装置の回路に開放したときの電圧曲線図である。 本発明の一実施形態によって提供される誘電湿潤装置の回路に短絡が発生したときの等価回路の模式図である。 本発明の一実施形態によって提供される誘電湿潤装置の回路に短絡が発生したときの電圧曲線図である。

以下、本発明の実施形態における図面を参照しながら、本発明の実施形態における技術的な態様を明確にし、完全に説明するが、説明した実施形態は、全ての実施形態ではなく、本発明の一部の実施形態にすぎないことは明らかである。

あるコンポーネントが他のコンポーネントに「固定される」と称される場合、それは他のコンポーネントに直接に存在してもよく、中間媒体が存在してもよい。あるコンポーネントが他のコンポーネントに「接続」と見なされる場合、それは直接に他のコンポーネントに接続されてもよく、同時に中間媒体が存在してもよい。あるコンポーネントが他のコンポーネントに「設けられる」と見なされる場合、それは直接に他のコンポーネントに設けられてもよく、同時に中間媒体が存在してもよい。本明細書で使用される用語「垂直」、「水平」、「左」、「右」及びそれに類似する表現は、説明の目的のためだけに使用される。

以下に説明するシステムの実施形態は、単に概略的であり、モジュールまたは回路の区分は、単なる論理的な機能の区分であり、実際に実現する場合は別の区分があってもよい。また、「含む」という語は他のユニットやステップを排除せず、単数は複数を排除しない。システム請求項に記載の複数のユニットまたは装置は、ソフトウェアまたはハードウェアを介して同じユニットまたはデバイスによっても実現されうる。第１、第２などの言葉は名前を表していますが、特定の順序を表していない。

別段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術及び科学用語は、本発明の技術分野に属する技術者が一般的に理解する意味と同じである。本明細書で使用される用語は、具体的な実施形態を説明する目的だけであり、本発明を限定することを意味するものではない。本明細書で使用される用語「及び／または」は、１つまたは複数の関連する列項目の任意及びすべての組み合わせを含む。

図１に示すように、本発明に係る検出チップ１０は、チップケース１と、通路２と、駆動回路３とを備える。通路２は、チップケース１内に設けられて、検体（例えば、核酸サンプル）を含む液滴ａを載置するために用いられる。液滴ａは、通路２内で核酸拡張反応を行なうことができる。

チップケース１は、第一蓋板１１と、間隔層１２と、第二蓋板１３と、を備えている。間隔層１２の対向する両面は、第１蓋板１１と第２蓋板１３とにそれぞれ隣接している。第１蓋板１１、間隔層１２及び第２蓋板１３は、協力して取り囲むように通路２を形成する。

駆動回路３は、液滴ａを所定の経路に沿って移動させるように駆動して、通路２内で核酸拡張反応を完成する。駆動回路３は、第１蓋板１１の通路２に近い側の表面に設けられた複数の駆動電極３１と、駆動電極３１の第２蓋板１３に近い側の表面に設けられる第１誘電体層３３と、第２蓋板１３の通路２に近い側の表面に設けられた検出電極３２と、検出電極３２の通路２に近い側の表面に設けられる第２誘電体層３４と、を含む。明らかに、駆動電極３１と検出電極３２とは、通路２の両側に対向して設けられている。駆動電極３１と検出電極３２とがオン／オフされるように制御することで、液滴ａを通路２内で所定の経路に従って移動させることができる。

本実施形態では、図１に示すように、駆動回路３は、アレイ状に配列された複数の駆動電極３１と、第２蓋板１３における通路２に近い側の表面に設けられる導電層とを含む。この導電層は、検出電極３２として機能する。

本実施形態では、駆動電極３１は、第１蓋板１１における通路２に近い側に設けられている。この駆動電極３１は、具体的には、金属エッチングまたは電気メッキの方法で形成される。

具体的には、駆動回路３は、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＴＦＴ）駆動回路を構成している。また、液滴ａが導電性を有するため、誘電湿潤原理を利用して、液滴ａが通路２内で所定の経路に従って移動することを実現できる。ＴＦＴ原理により、ある駆動電極３１と検出電極３２との間の回路を選択的にオンまたはオフすることにより、駆動電極３１と検出電極３２との間の電圧を変化させ、さらに、当該液滴ａと第１誘電体層３３と第２誘電体層３４との間の湿潤特性を変化させ、当該液滴ａが通路２内を所定の経路で移動するように制御する。以下の実施形態においては、説明の便宜上、駆動電極３１が３つの電極、例えば電極Ａ、電極Ｂ及び電極Ｃを含むことを例にして、液滴ａが通路２内を所定の経路で移動する原理を説明する。

図１に示すように、液滴ａは、電極Ａ、電極Ｂ及び電極Ｃにおいて移動することができる。液滴ａが電極Ａにある場合、電極Ｂと検出電極３２との間に電圧が印加されることにより、電極Ａと検出電極３２との間の電圧が遮断されながら電極Ｂに電圧が印加される。このとき、液滴ａと第１誘電体層３３及び第２誘電体層３４との間の湿潤特性は変化し、電極Ａと液滴ａとの間の液体固体接触角が大きくなり、電極Ｂと液滴ａとの間の液体固体接触角が小さくなり、電極Ａから電極Ｂへの液滴ａの移動を促す。

検出チップ１０における液滴駆動の原理は、電圧によって誘電層の親疎水性を変化させ、さらに誘電層上の液滴ａが誘電層を吸着する能力を変化させることにより、液滴ａの移動を促すことが明らかである。そのため、検出チップ１０の組立後及び使用前には、駆動回路３に対して回路検出を行う必要があり、駆動回路３に短絡や開放の問題がないようにし、核酸拡張反応が順調に行なうことを確保する。

なお、図２及び図３は、本発明の実施形態に係る誘電湿潤装置１００を示している。この誘電湿潤装置１００は、検出チップ１０と、電源入力モジュール２０と、スイッチモジュール３０と、検出モジュール４０と、判断モジュール５０とを備える。電源入力モジュール２０は、スイッチモジュール３０を介して検出チップ１０と電気的に接続されている。具体的には、電源入力モジュール２０は、スイッチモジュール３０を介して、検出チップ１０の駆動電極３１に電気的に接続されて、駆動電極３１に電源電圧Ｖｉｎを出力する。

スイッチモジュール３０は、駆動電極３１を電源入力モジュール２０に接続する。具体的には、本実施形態では、スイッチモジュール３０は、複数のスイッチユニット４を備える。各々のスイッチユニット４は、対応する１つの駆動電極３１と電気的に接続されている。駆動電極３１と検出電極３２との間にカップリングが発生する場合、検出電極３２は検出電圧Ｖｏｕｔ（即ち、カップリング電圧）を受信して出力する。

検出モジュール４０は、検出電極３２に電気的に接続されて、検出電極３２が出力する検出電圧Ｖｏｕｔを取得し、且つ検出電圧Ｖｏｕｔを処理して、検出電圧Ｖｏｕｔのピーク電圧ＶＰを得る。

具体的には、本実施形態では、検出モジュール４０は、少なくともピーク検出回路４１を含んでいる。ピーク検出回路４１は、第１オペアンプＵ１と、第１ダイオードＤ１と、第２ダイオードＤ２と、第２オペアンプＵ２と、第１抵抗Ｒ１と、第２抵抗Ｒ２と、第１容量Ｃ１と、を含んでいる。ここで、第１オペアンプＵ１の正入力端子は、検出電極３２と電気的に接続されている。第１オペアンプＵ１の負入力端子は、第１ダイオードＤ１の正極と第２抵抗Ｒ２の一端とにそれぞれ接続される。第１オペアンプＵ１の出力端子は、第２ダイオードＤ２の正極と第１ダイオードＤ１の負極とにそれぞれ接続される。第２ダイオードＤ２の負極は第１抵抗Ｒ１の一端に接続され、第１抵抗Ｒ１の他端は第２オペアンプＵ２の正入力端子と第１容量Ｃ１の一端にそれぞれ接続される。第１容量Ｃ１の他端は、接地されている。第２オペアンプＵ２の負入力端子は、それぞれ、第２抵抗Ｒ２の他端と第２オペアンプＵ２の出力端子とに接続されている。第２オペアンプＵ２の出力端子は、検出モジュール４０の出力端子として、検出電圧Ｖｏｕｔのピーク電圧ＶＰを出力するために用いられる。

判断モジュール５０は、検出モジュール４０と電気的に接続されて、ピーク電圧ＶＰを取得し、且つピーク電圧ＶＰとプリセット電圧値Ｖｒとを比較して、検出チップ１０が短絡または開放しているか否かを判断する。もちろん、判断モジュール５０は、検出チップ１０が短絡または開放していると判定した場合に、短絡または開放が発生した位置をさらに判定することも可能である。

なお、本実施形態では、検出モジュール４０は、ピーク検出回路４１（即ち、ピーク検波器）を含むが、これに限定されるものではない。もちろん、検出モジュール４０は、フィルタ回路等の他の回路を含んでもよい。

本実施形態では、第１誘電体層３３及び第２誘電体層３４は、いずれも絶縁撥水層であり、具体的にはポリテトラフルオロエチレンコートであってもよい。これにより、絶縁撥水の作用を果たす一方で、液滴ａを所定の経路内でより円滑に移動させて、移動中に液玉が割れないようにすることができる。

図４は、図３に示した回路の等価回路図である。勿論、本願では、電源入力モジュール２０、スイッチモジュール３０及びピーク検出回路４１を含む他に、検出チップ１０内の第１誘電体層３３、第２誘電体層３４及び通路２内の空気は駆動回路３において等価容量を形成する。具体的には、第１誘電体層３３は、駆動回路３において等価的な第１誘電体層容量Ｃｄｉ－Ｂを形成する。第２誘電体層３４は、駆動回路３において等価的な第２誘電体層容量Ｃｄｉ－Ｔを形成する。第１誘電体層３３と第２誘電体層３４との間の通路２内にシリコーンオイルが充填されないと、等価な空気容量Ｃａｉｒが形成される。通路２内にシリコーンオイルが充填されると、シリコーンオイルの添加量に応じて、形成された等価な空気容量Ｃａｉｒの値が変わる。ここで、各々の駆動電極３１が配置された駆動回路３において、第１誘電体層容量Ｃｄｉ－Ｂ、空気容量Ｃａｉｒ及び第２誘電体層容量Ｃｄｉ－Ｔが、この順に直列に接続される。第１誘電体層容量Ｃｄｉ－Ｂの空気容量Ｃａｉｒから遠い方の一端は、駆動電極３１に接続される。第２誘電体層容量Ｃｄｉ－Ｔの空気容量Ｃａｉｒから遠い方の一端は、検出電極３２に接続されている。

また、本実施形態では、スイッチユニット４が対応する駆動電極３１と引き回し配線により接続されると、スイッチユニット４と対応する駆動電極３１との間には、引き回し配線の存在によって第３抵抗（即ち、等価抵抗であるＲＢＡ、ＲＢＢ、ＲＢＣ）と第２容量（即ち、等価容量であるＣＢＡ、ＣＢＢ、ＣＢＣ）が発生する。ここで、各駆動電極３１が所在する駆動回路３において、第３抵抗（ＲＢＡ、ＲＢＢ、ＲＢＣ）の一端はスイッチモジュール３０に接続され、他端が第２容量（ＣＢＡ、ＣＢＢ、ＣＢＣ）と駆動電極３１とにそれぞれ接続されている。第２容量（ＣＢＡ、ＣＢＢ、ＣＢＣ）の他端は、接地されている。

本実施形態では、電源入力モジュール２０が出力する電源電圧Ｖｉｎは、連続の四角波パルス電圧である。そのため、検出電極３２が出力する検出電圧Ｖｏｕｔも連続の四角波パルス電圧である。

本願の実施形態では、スイッチモジュール３０は、コントローラ（図示せず）の制御下で、いずれかの駆動電極３１をオンにし、単一の駆動電極３１の逐次な検出を行い、検出が正確であり、当該駆動電極３１と検出電極３２との間に構成される回路に短絡または開放が発生したか否か、及び短絡の発生位置を精確に判断することができる。

ピーク検出回路４１は、検出電極３２が検出電圧Ｖｏｕｔをピーク検出回路４１に出力すると、検出電圧Ｖｏｕｔを処理（例えば、拡張処理）することで、ピーク電圧ＶＰが得られる。次に、検出モジュール４０は、判断モジュール５０にピーク電圧ＶＰを出力する。判断モジュール５０は、さらにピーク電圧ＶＰとプリセット電圧値Ｖｒとを比較して判断し、両者の差により駆動回路３に開放または短絡が発生しているか否かを判断し、短絡または開放が発生した具体的な位置をさらに特定することができる。

なお、検出する前に予め駆動回路３の回路が正常である場合のピーク電圧を、プリセット電圧値Ｖｒとして検出しておく必要がある。つまり、プリセット電圧値Ｖｒは、駆動回路３の回路が正常である場合のピーク電圧である。以下に、本発明が提供する誘電湿潤装置１００の回路検出原理について詳述する。

図４と図５に示すように、まず、誘電湿潤装置１００の回路が正常であるか否かを検出する原理を紹介する。

ここで、検出チップ１０の通路２内にシリコーンオイルが注入されない場合には、図４に示すように、電源入力モジュール２０から電源電圧Ｖｉｎ（図５に示すように、入力される電源電圧Ｖｉｎが一連続の四角波パルス電圧である）を入力し、スイッチモジュール３０を介して所定の駆動電極３１が位置する回路に切り替え、その後、検出電極３２を介して検出電圧Ｖｏｕｔを出力し、検出電圧Ｖｏｕｔを検出モジュール４０におけるピーク検出回路４１（ピーク検波器）で拡張処理してピーク電圧ＶＰ（図５を参照する）を取得し、最後に検出モジュール４０がピーク電圧ＶＰを判断モジュール５０に出力して比較判定を行う。

例えば、スイッチモジュール３０におけるスイッチユニット４が電極Ａに切り替えられると、電極Ａと検出電極３２とが１つの駆動回路を構成し、電源入力モジュール２０が出力する連続の四角波パルス電圧が等価抵抗ＲＢＡ（電極Ａとスイッチモジュール３０との間の引き回し抵抗）を経て電極Ａに到達し、電極Ａと検出電極３２とがカップリング反応が発生した後に、検出電極３２は検出電圧Ｖｏｕｔ（即ち、カップリング電圧）を出力し、検出電極３２と検出モジュール４０との間の引き回し抵抗を経てピーク検出回路４１（即ち、ピーク検波器）に到達する。ピーク検出回路４１は、さらに、検出電圧Ｖｏｕｔを拡張処理してピーク電圧ＶＰを取得して判断モジュール５０に出力する。このピーク電圧ＶＰを判断モジュール５０が取得したら、ピーク電圧ＶＰと正常回路のプリセット電圧値Ｖｒとの差異を利用して、誘電湿潤装置１００の回路が正常であるか否かを判定することができる。

図５に示すように、１つの四角波電圧周期内において、誘電湿潤装置１００の回路の正常なピーク電圧ＶＰは、図５における出力電圧Ｖｏｕｔのピーク点で示されている通りである。本実施形態では、ピーク電圧ＶＰに対応する電圧曲線が、予めされたプリセット電圧値Ｖｒに対応する電圧曲線と重なり合い、ピーク電圧ＶＰがプリセット電圧値Ｖｒと等しくなるため、誘電湿潤装置１００の回路が正常であることを証明することができる。

なお、検出チップ１０の通路２内にシリコーンオイルが注入された後に、その回路検出原理は、上記通路２内が空気の場合の検出原理と同様であり、シリコーンオイルを注入した後のピーク電圧ＶＰの大きさは、シリコーンオイルを注入していない場合のピーク電圧ＶＰと異なる点だけ相違している。

以下、図６及び図７を参照しながら、誘電湿潤装置１００の回路が開放したことを試験する際の検出原理を紹介する。

図６に示すように、電源入力モジュール２０で電源電圧Ｖｉｎ（図７に示すように、入力される電源電圧Ｖｉｎが一連続の四角波パルス電圧である）が入力され、スイッチモジュール３０を介して所定の駆動電極３１が位置する回路に切り替えられる。回路が開放すると、電源電圧Ｖｉｎがスイッチモジュール３０を介して駆動電極３１の回路に切り替えられず、検出電極３２にも到達しない。このため、検出モジュール４０のピーク検出回路４１（即ち、ピーク検波器）は、出力電圧Ｖｏｕｔを受信することができず、出力電圧Ｖｏｕｔに基づいてピーク電圧ＶＰを得ることもできない。これにより、判断モジュール５０は、特定の駆動電極３１が所在する回路が開放していると容易に判定する。

電極Ａが位置する回路の引き回し配線が開放することを例にとると、引き回し配線の開放によって検出モジュール４０は出力電圧Ｖｏｕｔを受け且つピーク電圧ＶＰを得ることができない。そのため、このとき、開放開路の電圧値の大きさとプリセット電圧値Ｖｒ値との電圧差ΔＶ１から回路が開放しているか否かを判断することができる。図７に示されるように、出力電圧Ｖｏｕｔのピーク点が通常のプリセット電圧値Ｖｒに対応する電圧曲線であり、出力電圧Ｖｏｕｔのピーク点が開放の発生後にピーク電圧ＶＰに対応する電圧曲線である。検出モジュール４０が検出電圧Ｖｏｕｔを受信できず、さらにピーク電圧ＶＰが得られないため、ピーク電圧ＶＰに対応する電圧曲線は一直線であり、ピーク電圧ＶＰとプリセット電圧値Ｖｒとの高低差が電圧差ΔＶ１である。このとき、電圧差ΔＶ１は大きく、ΔＶ１及び曲線のｃ型形状により電極Ａが所在する回路が開放していると判断することができる。

なお、他の駆動電極３１の引き回し配線や検出電極３２の引き回し配線が開放されていれば、上記の原理からも判断できる。

最後に、図８及び図９を参照しながら、誘電湿潤装置１００の回路が短絡したことを試験する際の検出原理を紹介する。

図８に示すように、電源入力モジュール２０から電源電圧Ｖｉｎ（図９に示すように、入力される電源電圧Ｖｉｎが１連続の四角波パルス電圧である）を入力し、スイッチモジュール３０を介して所定の駆動電極３１が位置する回路に切り替えて、検出電極３２を介して検出電圧Ｖｏｕｔを出力して、検出電圧Ｖｏｕｔを検出モジュール４０におけるピーク検出回路４１（即ち、ピーク検波器）で拡張処理してピーク電圧ＶＰを取得して、最終に、ピーク検波器でピーク電圧ＶＰを判断モジュール５０に出力して比較判定を行う。電源入力モジュール２０で電源電圧Ｖｉｎが入力される場合、特定の駆動電極３１が位置する回路に短絡が発生すると、異なる駆動電極３１の間には引き回し配線が互いに連通してしまう。これは、いずれかの駆動電極３１を駆動するインピーダンスＲＣが増加し、ピーク検波器で得られたピーク電圧ＶＰの変化が減少するため、その際に短絡後のピーク電圧ＶＰの大きさと、プリセット電圧値Ｖｒ値との電圧差ΔＶ２から、回路に短絡が発生しているか否かを判定することができる。

図９に示すように、出力電圧Ｖｏｕｔのピーク点は、プリセット電圧値Ｖｒに対応する電圧曲線であり、出力電圧Ｖｏｕｔのピーク点は、ピーク電圧ＶＰに対応する電圧曲線である。短絡が発生した後に、ピーク検波器で得られたピーク電圧ＶＰの変化が小さいため、ピーク電圧ＶＰに対応する電圧曲線（プリセット電圧値Ｖｒに対応する電圧曲線の傾きよりも傾きが小さく、２つの電圧曲線に対応するピーク点の間の高さの差が、電圧差ΔＶ２となるが、このとき、電圧差ΔＶ２が開放時の電圧差ΔＶ１よりも小さく、電圧差ΔＶ２とピーク電圧ＶＰに対応する電圧曲線の形状により、駆動電極３１が位置する回路に短絡が発生しているか否かを判定することができる。

電極Ａが位置する回路の引き回し配線が短絡することを例にとると、引き回し配線の短絡により、電極Ａが位置する回路の引き回し配線と電極Ｂが位置する回路の引き回し配線とが連通するため、駆動電極Ａや電極Ｂを駆動する際のインピーダンスＲＣが増えてしまい、ピーク検波器で得られたピーク電圧ＶＰが位置する電圧曲線の傾きが通常のプリセット電圧値Ｖｒの電圧曲線の傾きに比べて小さくなる。従って、この時、短絡後のピーク電圧ＶＰの大きさと通常のプリセット電圧値Ｖｒとの電圧差ΔＶ２に基づいて回路に短絡が発生したと判定することができる。

なお、上記した原理から、他の駆動電極３１が位置する回路の引き回し配線や、検出電極３２が位置する回路の引き回し線に短絡が発生しているか否かを判断することもできる。

誘電湿潤装置１００の回路を検出する際には、まず、図５に示すような正常回路の電圧曲線図を得るために、誘電湿潤装置１００の正常動作時の回路を検出する必要がある。このように、誘電湿潤装置１００が使用中に異常が発生した場合に、ピーク検波器によるピーク電圧ＶＰの変化に基づいて、回路に開放または短絡が発生したか否か、及び短絡または開放が発生した具体的な位置を直接に判断することができる。本願の誘電湿潤装置１００は、別途検出装置を設ける必要がなく、自帯の回路で検出チップ１０を自己検出することができる。この検出方法は、簡単で、操作が簡単で、検査も正確で、効率も高いし、故障点の判断も正確である。

他の実施形態では、前述の回路検出過程を実現することのできる検出装置を用いて、検出チップ１０に対して単独で検出してもよい。

また、本発明は、誘電体湿潤装置１００の回路を検出するための回路検出方法を提供する。当該方法は、以下のステップを少なくとも含む。

第１ステップでは、電源入力モジュール２０が指定された駆動電極３１に電源電圧Ｖｉｎを供給するように、スイッチモジュール３０を指定された駆動電極３１に切り替える。

第２ステップでは、駆動電極３１と検出電極３２とがカップリング反応が起こって、カップリング電圧（即ち、検出電圧Ｖｏｕｔ）を生成する。検出電極３２は、当該検出電圧Ｖｏｕｔを検出モジュール４０に出力する。

第３ステップでは、検出モジュール４０は、検出電圧Ｖｏｕｔを処理してピーク電圧ＶＰを得る。

第４ステップでは、判断モジュール５０は、ピーク電圧ＶＰを取得し、且つピーク電圧ＶＰとプリセット電圧値Ｖｒとを比較して、駆動回路３において指定されたいずれかの回路が短絡または開放しているか否かを判定するとともに、短絡または開放が発生した具体的な位置も決定することができる。

また、当該方法の具体的な判定過程は、前述した検出原理についての記載を参照できるので、ここでは改めて言及しない。

従来の技術に比べて、本発明によって提供される誘電湿潤装置１００は、内部回路が正常であるか否かを検出するために、回路のセルフチェックを行うことができる。具体的には、ピーク電圧とプリセット電圧値とを比較することで、誘電湿潤装置１００の回路に異常が発生しているか否かを判断することができ、かつ、回路に短絡が生じているか開放しているか、及び短絡または開放が発生した具体的な位置を正確に判断することができる。この誘電湿潤装置１００の回路の検出原理は簡単であり、取り扱いの利便さ、検出精度、効率及び故障点の判断の正確さに優れている。

１００ 誘電湿潤装置
１０ 検出チップ
１ チップケース
１１ 第１蓋板
１２ 間隔層
１３ 第２蓋板
２ 通路
３ 駆動回路
３１ 駆動電極
３２ 検出電極
３３ 第１誘電層
３４ 第２誘電層
２０ 電源入力モジュール
３０ スイッチモジュール
４ スイッチユニット
４０ 検出モジュール
４１ ピーク検出回路
５０ 判断モジュール

Claims (10)

1. 検出チップ、電源入力モジュール、スイッチモジュール、検出モジュール及び判断モジュールを備える誘電湿潤装置であって、
   前記検出チップは、通路と、前記通路を挟むようにその両側に設けられる駆動回路とを含み、
   前記駆動回路は、複数の駆動電極と、検出電極とを有し、複数の前記駆動電極は、前記通路の一方側に設けられており、前記検出電極は、前記通路の前記駆動電極と反対する側に設けられており、各々の前記駆動電極は、前記検出電極とカップリングして、前記駆動回路を形成することができ、
   前記電源入力モジュールは、複数の前記駆動電極に電気的に接続されて、前記駆動電極に電源電圧を出力し、
   前記スイッチモジュールは、前記駆動電極と前記電源入力モジュールとの間に設けられて、複数の前記駆動電極のうちの１つを選択して前記電源入力モジュールに接続し、
   前記検出モジュールは、前記検出電極と電気的に接続されて、前記検出電極が出力する検出電圧を取得し、且つ前記検出電圧を処理してピーク電圧を得て、
   前記判断モジュールは、前記検出モジュールに電気的に接続されて、前記ピーク電圧を取得し、且つ前記ピーク電圧とプリセット電圧値とを比較することにより、前記駆動回路が短絡または開放しているか否かを判定する、
   ことを特徴とする誘電湿潤装置。
2. 前記判断モジュールは、さらに、前記駆動回路に短絡または開放が発生したと判断する場合に、前記短絡または開放が発生した位置を確定するために使用されることを特徴とする請求項１に記載の誘電湿潤装置。
3. 前記検出モジュールは、第１オペアンプ、第１ダイオード、第２ダイオード、第２オペアンプ、第１抵抗、第２抵抗及び第１容量を有するピーク検出回路を含み、
   前記第１オペアンプの正入力端子は、前記検出電極と電気的に接続され、前記第１オペアンプの負入力端子は、前記第１ダイオードのアノードと前記第２抵抗の一端とにそれぞれ接続され、前記第１オペアンプの出力端子は、前記第２ダイオードのアノードと前記第１ダイオードのカソードとにそれぞれ接続され、前記第２ダイオードの負極は、前記第１抵抗の一端に接続され、前記第１抵抗の他端は、前記第２オペアンプの正入力端子と前記第１容量の一端とにそれぞれ接続され、前記第１容量の他端は接地され、前記第２オペアンプの負入力端子は、前記第２抵抗の他端と前記第２オペアンプの出力端子とにそれぞれ接続され、前記第２オペアンプの出力端子は、前記検出モジュールの出力端子として、前記検出電圧の前記ピーク電圧を出力するために用いられることを特徴とする請求項１に記載の誘電湿潤装置。
4. 前記ピーク検出回路は、ピーク検波器を構成することを特徴とする請求項３に記載の誘電湿潤装置。
5. 前記駆動回路は、前記駆動電極の前記検出電極に近い側に設けられる第１誘電層と、前記検出電極の前記駆動電極に近い側に設けられる第２誘電層と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の誘電湿潤装置。
6. 前記通路の内部には、空気及び／またはシリコンオイルが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の誘電湿潤装置。
7. 前記電源電圧は、連続の四角波パルス電圧であることを特徴とする請求項１に記載の誘電湿潤装置。
8. 前記検出チップは、第一蓋板と間隔層と第二蓋板とを有するチップケースをさらに備え、前記間隔層の対向する両面は、前記第１蓋板と前記第２蓋板とにそれぞれ隣接しており、
   前記第１蓋板、前記間隔層及び前記第２蓋板は、協力して取り囲むように前記通路を形成し、
   複数の前記駆動電極は、前記第１蓋板の前記通路に近い側の表面にアレイ状に配列されており、前記検出電極は、前記第２蓋板の前記通路に近い側の表面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の誘電湿潤装置。
9. 前記スイッチモジュールを指定された１つの前記駆動電極に接続して、前記電源入力モジュールが指定された前記駆動電極に前記電源電圧を供給するようにするステップと、
   前記駆動回路を形成し、且つ前記検出電圧を出力するために、前記検出電極と前記駆動電極とがカップリング反応するステップと、
   前記検出電圧を前記検出モジュールにより取得し、且つ前記検出電圧を処理してピーク電圧を取得するステップと、
   前記判断モジュールにより前記ピーク電圧を取得し、且つ前記ピーク電圧と前記プリセット電圧値とを比較して、前記駆動回路に短絡または開放が発生しているか否かを判断するステップと、
   を備えることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の誘電湿潤装置の回路検出方法。
10. 前記駆動回路が短絡または開放したと判断する場合に、さらに前記短絡または開放が発生した位置を確定することを特徴とする請求項９に記載の回路検出方法。

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