(57)【要約】【課題】感覚器官の代替となる改良されたセンサ装置を提供する。【解決手段】センサ装置１は、第１成分に対する感度が高く、第１成分の濃度に応じた電流を出力する第１センサ２１と、第１センサ信号に応じて、密状態と疎状態とを繰り返す指数分布様となるパルス信号を出力するバースト信号発生手段３０である第１〜第３発振手段３１〜３３と、第２成分に対する感度が高く、第２成分の濃度に応じた電流を出力する第２センサ２２と、第２センサ信号に応じて周期的なパルス信号を出力する第４発振手段３４と、論理和するＯＲ手段４０と、ＯＲ手段４０からの信号を積分し、積分値が第１閾値以上となったときに、第１感知信号を出力して積分値をリセットする第１積分発火手段５１と、ＯＲ手段４０からの信号を積分して、積分値が第１閾値より高い第２閾値以上の電圧となったときに、第２感知信号を出力して積分値をリセットする第２積分発火手段５２とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１成分に対する感度が高く、前記第１成分の濃度に応じた電流を出力する第１センサからの第１センサ信号に応じて、密状態と疎状態とを繰り返すパルス信号を出力するバースト信号発生手段と、
第２成分に対する感度が高く、前記第２成分の濃度に応じた電流を出力する第２センサからの第２センサ信号に応じて周期的なパルス信号を出力する発振手段と、
前記バースト信号発生手段と前記発振手段との出力信号を論理和するＯＲ手段と、
前記ＯＲ手段からの信号を積分し、積分値が第１閾値以上となったときに、第１感知信号を出力して積分値をリセットする第１積分発火手段、および前記ＯＲ手段からの信号を積分して、積分値が前記第１閾値より高い第２閾値以上の電圧となったときに、第２感知信号を出力して積分値をリセットする第２積分発火手段により構成され、前記バースト信号発生手段からの密状態のパルス信号を受けて、第１感知信号と第２感知信号とを同期信号として出力し、前記発振手段からの周期的なパルス信号を受けて、第１感知信号と第２感知信号とを非同期信号として出力する積分発火手段とを備えたセンサユニットを有することを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記バースト信号発生手段は、前記ＯＲ手段により論理和されたときに発振周波数の違いにより密状態と疎状態とを繰り返すパルス信号となる信号を出力する３以上の発振手段から形成されている請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記発振手段は、味蕾細胞のＩＩ型味細胞をモデル化し、クラス２の興奮性の特性を備えたものであり、
前記第１積分発火手段および第２積分発火手段は、味蕾細胞のＩＩＩ型味細胞をモデル化したものである請求項２記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記ＯＲ手段は、前記バースト信号発生手段および前記発振手段からのパルス信号に応じた光量の光信号を発光する発光手段と、前記発光素子からの光信号が空中で合算された強度に応じた電気信号へ変換する受光手段とにより形成された請求項１から３のいずれかの項に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記第１センサ信号と、前記第２センサ信号とにより動作する前記センサユニットを第１センサユニットとし、
前記第１センサ信号の代わりに、第３成分に対する感度が高く、前記第３成分の濃度に応じた電流を出力する第３センサからの第３センサ信号と、前記第２センサ信号により動作する前記センサユニットを第２センサユニットとして２センサユニットを備えた請求項１から４のいずれかの項に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目的物を検知して判別するセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シナプス結合による神経ネットワークは、感覚器官から複数本の神経を通じて流れるインパルス性の同期した電気信号（同期信号）を、次段へ伝える重要な信号として捉えている。例えば、ヘラチョウザメは、詳細には判明していない点があるが、餌であるプランクトンの動きを感覚器官により微弱な電気信号として捉え、感覚器官からの同期信号を神経ネットワークへ伝達させることで、餌の位置を判別して捕食することが知られている。
【０００３】
このように目的物を検知したことを示す同期信号を発生する感覚器官は、動物にとって重要な器官の一つである。しかし、この感覚器官が何らかの障害により正常に機能しなくなれば、不自由なだけでなく、障害が生じた感覚器官によっては生命の維持に支障をきたすことがある。障害が生じた感覚器官に代わる代替手段は、障害によって失った機能を補うためにも重要であるため、代替手段となるセンサ装置の研究がなされている。
【０００４】
例えば、非特許文献１には、アルコールを検知するセンサ装置が記載されている。このセンサ装置は、味蕾細胞をモデル化したものである。味蕾細胞には、Ｉ型からＩＶ型までの４種類の細胞で構成されるが、味を感じる細胞としてはＩＩ型とＩＩＩ型の味細胞が備わっている。
非特許文献１に記載の化学センサは、アルコールを検知する３２個のセンサ（chemical sensor）と、センサからの出力に応じて所定の周波数でパルス信号を発振する３２個の発振器（Random pulse generator）と、発振器からの信号に基づいて、アルコール濃度が所定以上であれば同期信号を出力すると共に、濃度に応じた周波数の信号を出力する２個の発火セル(stochastic synchronizer)とを備えている（図１３参照）。非特許文献１に記載の化学センサでは、センサを受容膜に対応させ、発振器をＩＩ型味細胞に対応させ、発火セルをＩＩＩ型味細胞に対応させてモデル化したものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】五十嵐潤(Jun Igarashi)、立野勝巳(Katsumi Tateno)、外４名，「マウス味蕾型化学センサアレイ（A Chemical Sensor Array Inspired by Mouse Taste Buds）」，「Brain-Inspired Information Technology」，SPRINGER，2010,Volume 266/2010,ｐ．１５９−１６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、非特許文献１に記載のセンサ装置は、発火セルの出力信号が同期していることでアルコールを検知したことを示し、同期信号の周期に応じてアルコール濃度がわかるものであるが、アルコールしか検知できない。センサ装置としては、更なる改良を図ることで、より検出できる成分を増やすことが望まれている。
【０００７】
そこで本発明は、感覚器官の代替となる改良されたセンサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のセンサ装置は、第１成分に対する感度が高く、前記第１成分の濃度に応じた電流を出力する第１センサからの第１センサ信号に応じて、密状態と疎状態とを繰り返すパルス信号を出力するバースト信号発生手段と、第２成分に対する感度が高く、前記第２成分の濃度に応じた電流を出力する第２センサからの第２センサ信号に応じて周期的なパルス信号を出力する発振手段と、前記バースト信号発生手段と前記発振手段との出力信号を論理和するＯＲ手段と、前記ＯＲ手段からの信号を積分し、積分値が第１閾値以上となったときに、第１感知信号を出力して積分値をリセットする第１積分発火手段、および前記ＯＲ手段からの信号を積分して、積分値が前記第１閾値より高い第２閾値以上の電圧となったときに、第２感知信号を出力して積分値をリセットする第２積分発火手段により構成され、前記バースト信号発生手段からの密状態のパルス信号を受けて、第１感知信号と第２感知信号とを同期信号として出力し、前記発振手段からの周期的なパルス信号を受けて、第１感知信号と第２感知信号とを非同期信号として出力する積分発火手段とを備えたセンサユニットを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明のセンサ装置によれば、まず、第１成分を第１センサが検知すると、バースト信号発生手段が密状態と疎状態とを繰り返すパルス信号を出力し、第２成分を第２センサが検知すると、発振手段が周期的なパルス信号を出力する。次に、ＯＲ手段がバースト信号発生手段と発振手段との論理和を取る。ＯＲ手段からの信号が疎密状態のパルス信号であれば、積分発火手段では、第１積分発火手段と第２積分発火手段のそれぞれでパルス信号が密状態のパルス信号を受けて積分され、積分された信号が第１閾値、第２閾値を順次超えるので、同期した信号が出力される。また、ＯＲ手段からの信号が周期的なパルス信号であれば、第１積分発火手段と第２積分発火手段では、パルス信号が積分されるが第１閾値と第２閾値との違いから非同期信号が出力される。従って、第１成分のときには同期信号が出力され、第２成分のときには非同期信号が出力される。そして、第１成分または第２成分の濃度は出力信号の周波数によって判別することができる。
【００１０】
前記バースト信号発生手段を、前記ＯＲ手段により論理和されたときに発振周波数の違いにより密状態と疎状態とを繰り返すパルス信号となる信号を出力する３以上の発振手段から形成することができる。
【００１１】
前記発振手段は、味蕾細胞のＩＩ型味細胞をモデル化し、クラス２の興奮性の特性を備えたものであり、前記第１積分発火手段および第２積分発火手段は、味蕾細胞のＩＩＩ型味細胞をモデル化したものであることができる。
【００１２】
前記ＯＲ手段を、前記バースト信号発生手段および前記発振手段からのパルス信号に応じた光量の光信号を発光する発光手段と、前記発光素子からの光信号が空中で合算された強度に応じた電気信号へ変換する受光手段とにより形成すると、発光手段と受光手段との間に距離があっても、伝送線やＯＲゲートなどを設けることなく、論理和を取ることができる。
【００１３】
前記第１センサ信号と、前記第２センサ信号とにより動作する前記センサユニットを第１センサユニットとし、前記第１センサ信号の代わりに、第３成分に対する感度が高く、前記第３成分の濃度に応じた電流を出力する第３センサからの第３センサ信号と、前記第２センサ信号により動作する前記センサユニットを第２センサユニットとして２センサユニットを備えたものとすると、３種類のセンサで、２つの成分を有する物質を７種類判別することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のセンサ装置は、第１成分のときは同期信号が出力され、第２成分のときには非同期信号が出力されるので、それぞれの濃度は出力信号の周波数により検出できるので、感覚器官の代替となる改良されたセンサ装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るセンサ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すセンサ装置の第１発振手段〜第４発振手段を示す回路図である。
【図３】図１に示すセンサ装置の第１センサまたは第２センサが出力する電流信号と、第１発振手段〜第４発振手段が発振する周波数の関係を示すグラフである。
【図４】図１に示すセンサ装置の動作を説明するための図であり、第１成分の濃度が低い場合を示す波形図である。
【図５】図１に示すセンサ装置の動作を説明するための図であり、第１成分の濃度が高い場合を示す波形図である。
【図６】第１センサからの電流信号に応じて出力される第１積分発火手段および第２積分発火手段からの出力信号の同期の度合いと出力周波数を示すグラフである。
【図７】図１に示すセンサ装置の動作を説明するための図であり、第２成分の濃度が低い場合を示す波形図である。
【図８】図１に示すセンサ装置の動作を説明するための図であり、第２成分の濃度が高い場合を示す波形図である。
【図９】第２センサからの電流信号に応じて出力される第１積分発火手段および第２積分発火手段からの出力信号の同期の度合いと出力周波数を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るセンサ装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係るセンサ装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】物質（ａ）〜物質（ｇ）を第１センサ〜第３センサにより検出したときの出力信号を示す図である。
【図１３】従来のセンサ装置の構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態に係るセンサ装置を図面に基づいて説明する。
図１に示す、センサ装置１０は、２種類の成分を検出すると共に、その濃度が測定できるものである。センサ装置１０は、第１センサ２１と、第２センサ２２と、センサユニットＳと、判定手段６０とを備えている。
センサユニットＳは、バースト信号発生手段３０を構成する第１発振手段３１、第２発振手段３２および第３の発振手段３３と、バースト信号発生手段３０と対をなす発振手段である第４の発振手段３４と、ＯＲ手段４０と、第１積分発火手段５１と、第２積分発火手段５２とを備えている。
【００１７】
第１センサ２１は、第１成分に対する感度が高く、第１成分の濃度に応じた電流信号を第１センサ信号として第１発振手段３１〜第３発振手段３３のそれぞれに出力する。第２センサ２２は、第２成分に対する感度が高く、第２成分の濃度に応じた電流信号を第２センサ信号として第４発振手段３４へ出力する。なお、第１センサ２１および第２センサ２２の出力は、直接、第１発振手段３１〜第４発振手段３４に入力させてもよいし、増幅手段により増幅して出力電流を調整して第１発振手段３１〜第４発振手段３４に入力させてもよい。
【００１８】
バースト信号発生手段３０（第１発振手段３１、第２発振手段３２，第３の発振手段３３）は、第１センサ２１からの電流信号が閾値を超えると、電流信号に応じて、それぞれ周期的なパルスを出力する発振器である。ここで発生した周期的なパルスがＯＲ手段４０により重ね合わされて周期が短いパルスの発生頻度が高く、周期が長くなるにつれて発生頻度が低くなる分布となるパルス信号（以下、バースト信号と称する。）を出力することで、パルス信号が密状態と疎状態とを繰り返す出力となる。
【００１９】
第１発振手段３１〜第３発振手段３３は、第1センサ２１からの電流信号に応じて周波数を変えるパルス信号を出力するものであればよい。本実施の形態では、積分発火手段５０は指数分布のバースト刺激により同期する。但し、バースト信号は、完全な指数分布である必要はなく、バースト信号発生手段３０においては、指数分布様の疎密のあるパルスパターンを生成するものでもよい。
【００２０】
第４発振手段３４は、第２センサからの電流信号に応じて、周期的なパルス信号を電圧信号により出力する発振器である。第１発振手段３１〜第４発振手段３４は、入力する電流信号が同じ電流値である場合でも、発振周波数が異なるように設定されている。
【００２１】
第１発振手段３１〜第４発振手段３４は、ＩＩ型味細胞をモデル化したもので、クラス２の興奮性の特性を有している。ＩＩ型味細胞をモデル化した第１発振手段３１〜第４発振手段３４は、例えば、図２に示す等価回路とすることができる。この図２に示す等価回路は、式（１）〜式（５）で表すことができる。但し、ｉは１，２，３，４であり、第１発振手段３１〜第４発振手段３４をそれぞれ示す。ｇlはリークコンダクタンスで乱数値が設定されるが、本実施の形態では平均値として０．６ｍＳ／ｃｍ2、標準偏差０．０１ｍＳ／ｃｍ2を与えている。このｇlの乱数値により、第１発振手段３１〜第４発振手段３４は、同じセンサ電流でも、それぞれが異なる周波数を発振するようにしている。Idcは、第１センサ２１と第２センサ２２が出力する電流信号の電流値である。定数については、例えば、Ｃｍはコンデンサであり、細胞膜が有する容量を示すものであり、１μＦ／ｃｍ2としている。ｅNaは直流電源で、ナトリウムイオンの平衡電位を示すものであり、６０ｍＶとしている。ｅlは直流電源で、その他のイオンの平衡電位を示すものであり、‐６０ｍＶとしている。
2013213741.tif 000003
はナトリウムイオンの最大コンダクタンスを示すものであり、１５ｍＳ／ｃｍ2としている。τampは時定数であり、７４０ｍｓである。
【数１】
2013213741.tif 000004
【数２】
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【数３】
2013213741.tif 000006
【数４】
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【数５】
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【００２２】
第１発振手段３１〜第４発振手段３４は、所定濃度の第１成分および第２成分を検知した際の第１センサ２１，第２センサ２２から電流信号による発振する周波数が決定される。
図３に、ｇl＝０．６ｍＳ／ｃｍ2時の第１センサ２１，第２センサ２２から電流信号と、第１発振手段３１〜第４発振手段３４が発振する周波数との関係を示す。
図３に示すグラフによれば、第１発振手段３１〜第４発振手段３４は、０．６１Ｈｚ（ａｔ  Ｉｄｃ＝１．４７μＡ／ｃｍ2）〜２４．６Ｈｚ（ａｔ  Ｉｄｃ＝９．５７μＡ／ｃｍ2）を発振するように設定されている。
【００２３】
なお、第１発振手段３１〜第４発振手段３４がＩＩ型味細胞をモデル化したものであるため、第１センサ２１，第２センサ２２からの電流信号は、細胞膜に対する電流として扱っている。そのため、第１センサ２１，第２センサ２２からの電流値は、細胞膜１ｃｍ2当たりの電流として「Ａ／ｃｍ2」を使用する。
【００２４】
ＯＲ手段４０は、第１発振手段３１〜第４発振手段３４からの出力信号である電圧信号を論理和するものである。このＯＲ手段４０は、論理和を取る４入力のＯＲゲートとすることができる。ＯＲ手段４０は、波形整形するのが、ノイズなどが除去できるので望ましい。
【００２５】
第１積分発火手段５１は、ＯＲ手段４０からの電圧信号を積分し、積分値が第１閾値以上となったときに、第１感知信号を出力して積分値をリセットする機能を備えている。第２積分発火手段５２は、ＯＲ手段４０からの信号を積分して、積分値が第１閾値より高い第２閾値以上の電圧となったときに、第２感知信号を出力して積分値をリセットする機能を備えている。
【００２６】
第１積分発火手段５１および第２積分発火手段５２は、ＩＩＩ型味細胞をモデル化したものであり、一般的に神経細胞の数理モデルで知られる積分発火モデルと同様の応答特性を有している。第１積分発火手段５１および第２積分発火手段５２は、例えば、式（６）で示される回路とすることができる。但し、ｊは１，２であり、第１積分発火手段５１と第２積分発火手段５２をそれぞれ示す。ｓ（ｔ）は、第１積分発火手段５１と第２積分発火手段５２とに入力されるパルス信号である。εは時定数であり、２０ｍs、κは回転開始位置（＝ｓｉｎ-1（１／κ））を示し、第１積分発火手段５１ではκ1＝１．１（第１閾値電圧に対応）とし、第２積分発火手段５２ではκ2＝１．１２（第２閾値電圧に対応）とすることができる。従って、第１閾値電圧＜第２閾値電圧である。ψは細胞膜変数で、回転が２πに達するか超えると０にリセットされる。
【数６】
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【００２７】
判定手段６０は、出力Ａと出力Ｂから出力される第１感知信号と第２感知信号の同期度合いを判定して、第１成分か第２成分かを判定する機能を備えている。判定手段６０には、ディスプレイなどの表示手段や音声、ブザーなどの報知手段が内蔵されており、判定結果を操作者に知らせることができる。センサ装置を、感覚器官の代替手段としては、第１積分発火手段５１および第２積分発火手段５２からの信号（出力Ａ，出力Ｂ）が使用され、神経ネットワークへ入力されるが、単独で使用する独立タイプ（スタンドアロン型）のセンサ装置とするときには、判定手段６０により第１成分および第２成分のいずれかの検出を判定させる。
【００２８】
以上のように構成された本発明の実施の形態１に係るセンサ装置の動作および使用状態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態では、第１センサ２１が所定濃度の第１成分を検出した際の電流信号と、第２センサ２２が所定濃度の第２成分を検出した際の電流信号とを、カレントミラー回路などの電流増幅器により調整している。
【００２９】
まず、検出目的物が第１成分で、濃度が低い場合を説明する。第１センサ２１が、濃度が低い第１成分を検出すると、３つの第１センサ２１からそれぞれ濃度に基づく電流値の電流信号（第１センサ信号）を出力する。例えば、第１成分の濃度が低いときの電流信号を２μＡ／ｃｍ2とする。このとき第２センサ２２は、第１成分に対する感度が低いので電流信号（第２センサ信号）を出力しない。
【００３０】
第１センサ２１から電流信号が出力されることで、第１発振手段３１〜第３発振手段３３のそれぞれが、周期的なパルス信号を出力する。しかし、第１成分の濃度が低いため、低い周波数である。また、第２センサ２２からは、電流信号が出力されないため、第４発振手段３４からはパルス信号は出力されない。
【００３１】
第１発振手段３１〜第４発振手段３４からのパルス信号がＯＲ手段４０にて論理和が取られる。そして、ＯＲ手段４０から、第１発振手段３１〜第３発振手段３３による、バースト信号が出力される。
【００３２】
第１積分発火手段５１および第２積分発火手段５２は、式（６）に従って、電流信号を積分し、第１閾値より高くなれば第１積分発火手段５１は発火して、第１感知信号として出力Ａにより出力し、第２閾値より高くなれば第２積分発火手段５２は発火して、第２感知信号として出力Ｂにより出力する。第１積分発火手段５１および第２積分発火手段５２には、ＯＲ手段４０からのバースト信号が入力されるので、第１閾値と第２閾値とが異なる電圧値であっても、ほぼ同じタイミングで第１感知信号および第２感知信号が出力される。このようにして出力された第１感知信号および第２感知信号は、図４に示すように、同期したタイミングでインパルス信号となって出力される。
【００３３】
次に、検出目的物が第１成分で、濃度が高い場合を説明する。第１センサ２１が、濃度が高い第１成分を検出すると、３つの第１センサ２１からそれぞれ濃度に基づく電流値の電流信号（第１センサ信号）を出力する。例えば、第１成分の濃度が高いときの電流信号を９μＡ／ｃｍ2とする。このとき第２センサ２２は、第１成分に対する感度が低いので電流信号（第２センサ信号）を出力しない。
【００３４】
第１センサ２１から電流信号が出力されることで、第１発振手段３１〜第３発振手段３３は、図５に示すような、周期的なパルス信号をそれぞれ出力し、ＯＲ手段４０による重ね合わせによりバースト信号を出力するが、第１成分の濃度が高いため、それぞれの出力信号はバイアスされた高い周波数の波形となる。また、第２センサ２２からは、電流信号が出力されないため、第４発振手段３４からはパルス信号は出力されない。
【００３５】
第１発振手段３１〜第４発振手段３４からのパルス信号がＯＲ手段４０にて論理和が取られるが、第１発振手段３１〜第３発振手段３３からの出力により、ＯＲ手段４０から、濃度が低いときより高い周波数で、インパルスが密状態と疎状態とが不規則に繰り返すパルス信号が出力される。このとき、ＯＲ手段４０は波形整形するため、出力信号は矩形状のパルス波となる。
第１積分発火手段５１および第２積分発火手段５２は、第１成分の濃度が低いときと同様にして、第１感知信号および第２感知信号とを出力するが、ＯＲ手段４０から出力されるバースト信号の平均周波数が高いため、第１感知信号および第２感知信号とは、周波数が高い同期信号となる。
【００３６】
このようにセンサ装置１０は、第１成分を検出したことを示す同期信号を出力することができる。この同期信号の同期の程度を示すグラフを図６に示す。
図６の上段は、第１センサ２１からの出力電流を横軸（ｘ軸）に、同期の程度の評価値を縦軸（ｙ軸）にしたグラフである。また、図６の下段は、第１センサ２１からの出力電流を横軸（ｘ軸）に、同第１積分発火手段５１の出力周波数を縦軸（ｙ軸）にしたグラフである。
同期の程度の評価値は式（７）により算出した。但し、Δφは、第１積分発火手段５１および第２積分発火手段５２の出力信号の位相差を示す。また、＜＞は、時間平均を示す。評価としては、γ値が１に近いほど同期の程度が高いことを示している。
【数７】
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【００３７】
図６に示すグラフからもわかるように、センサ装置１０では、第１センサ２１が２μＡ／ｃｍ2を出力する第１成分の濃度から、周波数が約２Ｈｚのγ値が０．７の同期信号と評価できる信号を出力し始めている。そして、第１センサ２１が２μＡ／ｃｍ2から９μＡ／ｃｍ2を出力する第１成分の濃度を変化させると、第１積分発火手段５１の出力周波数が約１Ｈｚから約１７Ｈｚまで周波数が徐々に高くなり、γ値が同期信号と評価できる約０．６〜約０．８の間となる信号を出力していることがわかる。
【００３８】
判定手段６０では、γ値に対する閾値を有しており、例えばγ値が０．６以上であれば同期信号と判定して、第１成分を検出したことを通知する。また、周波数から濃度を判定することができる。
【００３９】
次に、検出目的物が第２成分で、濃度が低い場合を説明する。第２センサ２２が、濃度が低い第２成分を検出すると、第２センサ２２から濃度に基づく電流値の電流信号を出力する。例えば、第２成分の濃度が低いときの電流信号の値を７μＡ／ｃｍ2とする。このとき第１センサ２１は、第２成分に対する感度が低いので電流信号を出力しない。
【００４０】
第２センサ２２から電流信号が出力されることで、第４発振手段３４は、図７に示すような周期的なパルス信号を出力するが、第２成分の濃度が低いため、第１成分の濃度が低いときの周波数（図４参照）よりは高いが、後述する濃度が高いときより低い周波数を発振する。また、第１センサ２１からは、電流信号が出力されないため、第１発振手段３１〜第３発振手段３３からはパルス信号は出力されない。
【００４１】
第１発振手段３１〜第４発振手段３４からのパルス信号がＯＲ手段４０にて論理和が取られるが、このとき、ＯＲ手段４０は波形整形するため、出力信号は矩形状のパルス波となる。
【００４２】
第１積分発火手段５１および第２積分発火手段５２は、第１成分のときと同様にして、第１感知信号および第２感知信号とを出力するが、ＯＲ手段４０から出力される信号の周波数が低いため、第１感知信号および第２感知信号とは、周波数が低い信号となる。
このとき、ＯＲ手段４０から出力される信号が周期的であるため、第１積分発火手段５１と第２積分発火手段５２とは、発火する（第１感知信号，第２感知信号を出力する）ときの閾値が第１閾値と第２閾値とで異なるので、少しずれたタイミングで第１感知信号および第２感知信号（パルス信号）を出力する。そのため、第１感知信号および第２感知信号とは、同期せず非同期信号となって出力される。
【００４３】
次に、検出目的物が第２成分で、濃度が高い場合を説明する。第２センサ２２が、濃度が高い第２成分を検出すると、第２センサ２２から濃度に基づく電流値の電流信号を出力する。例えば、第２成分の濃度が低いときの電流信号を９μＡ／ｃｍ2とする。このとき第１センサ２１は、第２成分に対する感度が低いので電流信号を出力しない。
【００４４】
第２センサ２２から電流信号が出力されることで、第４発振手段３４は、図８に示すような周期的なパルス信号を出力するが、第２成分の濃度が高いため、濃度が低いときの周波数（図７参照）より高い周波数を発振する。また、第１センサ２１からは、電流信号が出力されないため、第１発振手段３１〜第３発振手段３３からはパルス信号は出力されない。第１発振手段３１〜第４発振手段３４からのパルス信号がＯＲ手段４０にて論理和が取られる。
【００４５】
第１積分発火手段５１および第２積分発火手段５２は、濃度が低いときと同様にして、第１感知信号および第２感知信号を出力するが、ＯＲ手段４０から出力される信号の周波数が高く周期的なため、第１感知信号および第２感知信号とは、周波数が高い、非同期信号となって出力される。この非同期信号の程度を示すグラフを図９に示す。
【００４６】
図９に示すグラフからもわかるように、センサ装置１０では、第２センサ２２からの第２成分の濃度を示す電流信号の電流値が０μＡ／ｃｍ2〜５μＡ／ｃｍ2の間は、第１積分発火手段５１の出力周波数が、ほとんど増加せず、５μＡ／ｃｍ2から徐々に増加する。γ値は、ほとんど０に近い値となり、第１積分発火手段５１および第２積分発火手段５２から同期信号とは評価できない状態の信号を出力していることがわかる。
【００４７】
判定手段６０では、第１積分発火手段５１および第２積分発火手段５２からの出力Ａおよび出力Ｂが、γ値に対する閾値より小さいことを判定して、第２成分を検出したことを通知する。また、周波数から濃度を判定することができる。
【００４８】
このように、センサ装置１０では、第１成分を検出したときには、出力Ａおよび出力Ｂにより同期信号を出力し、第２成分を検出したときには非同期信号を出力し、それぞれの濃度は出力Ａおよび出力Ｂの周波数により検出できるので、感覚器官の代替となる改良されたセンサ装置とすることができる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、ＯＲ手段４０が出力するパルス信号（バースト信号）が指数分布様としているが、式（８）に示すガンマ分布（ｋ＝１〜５）とすることも可能である。ＴはＯＲ手段４０から積分発火手段５０に入力されるパルス信号のオフ期間の長さである。θは、Ｔの平均値を決めるパラメータである。また、バースト信号発生手段３０として、３個の第１発振器３１〜第３発振器３３で構成しているが、それぞれの発振器がガンマ分布のパルス信号が発生できれば、バースト信号発生手段３０を３個以下の発振器により構成してもよい。
【数８】
2013213741.tif 000011
【００５０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態に係るセンサ装置を図１０に基づいて説明する。なお、図１０においては、図１と同じ構成のものと同符号を付して説明を省略する。
図１０に示すセンサ装置１０ａは、ＯＲ手段４０ａを発光手段４１と受光手段４２とにより構成したことを特徴とするものである。
【００５１】
発光手段４１は、第１発振手段３１〜第４発振手段３４からのパルス信号に応じた光量の光信号を発光するものである。発光手段４１は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザー、フィラメントにより発光させる電球などとすることができる。
受光手段４２は、発光手段４１からの光信号が空中で合算された強度に応じた電気信号へ変換して、第１積分発火手段５１および第２積分発火手段５２へ出力するものである。受光手段４２は、フォトダイオードとすることができる。
【００５２】
ＯＲ手段４０ａを発光手段４１と受光手段４２とにより構成することで、発光手段４１と受光手段４２との間に距離があっても、伝送線やＯＲゲートなどを設けることなく、論理和を取ることができる。
また、バースト信号発生手段３０を３個以上の発振手段により構成した場合でも、発光手段４１は増加した発振手段に応じて増えるが、ＯＲゲートは不要であり、受光手段４２は増加しない。
【００５３】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係るセンサ装置を図１１および図１２に基づいて説明する。なお、図１１においては、図１と同じ機能のものは同符号を付して説明を省略する。
本実施の形態に係るセンサ装置は、３種類の成分を検出するセンサを設けることで、７種類の物質（物質（ａ）〜物質（ｇ））を区別することができるものである。
【００５４】
図１１に示すように、センサ装置１０ｂは、２つのセンサユニットＳ（第１センサユニットＳ１，第２センサユニットＳ２）を備えている。第１センサユニットＳ１と、第２センサユニットＳ２とは、図１に示すセンサユニットＳと同じ構成である。
第１センサユニットＳ１は、第１センサ２１からの第１センサ信号と、第２センサ２２からの第２センサ信号とにより動作している。しかし、第２センサユニットＳ２は、第１センサ２１の代わりに、第３成分に対する感度が高く、第３成分の濃度に応じた電流を出力する第３センサ２３からの第３センサ信号と、第２センサからの第２センサ信号により動作している。
【００５５】
ここで、第１センサ２１から第３センサ２３と、これらのセンサにより、物質（ａ）から物質（ｇ）を区別することについて、図１２に基づいて説明する。
図１２では、第１センサ２１から第３センサ２３を受容膜として想定して模式的に示したものである。また、物質（ａ）から物質（ｇ）は、受容膜とした第１センサ２１から第３センサ２３が受容可能な成分を凸部として表しており、２つの成分の組み合わせであるものとする。
【００５６】
例えば、物質（ａ）であれば、第１センサユニットＳ１の第１センサ２１と第２センサユニットＳ２の第３センサ２３とが濃度に応じた電流信号を出力する。また、物質（ｄ）であれば、第１センサユニットＳ１の第２センサ２２と、第２センサユニットＳ２の第３センサ２３と第２センサ２２とが濃度に応じた電流信号を出力する。
【００５７】
従って、物質（ａ）であれば、第１センサユニットＳ１の第１センサ２１が、第１発振手段３１〜第３発振手段３３へ第１センサ信号である電流信号を出力するので、第１センサユニットＳ１からは同期信号が出力される。また、第２センサユニットＳ２の第３センサ２３が、第１発振手段３１〜第３発振手段３３へ第３センサ信号である電流信号を出力するので、第２センサユニットＳ２からも同期信号が出力される。
【００５８】
また、物質（ｄ）であれば、第１センサユニットＳ１の第２センサ２２が、第４発振手段３４へ第２センサ信号である電流信号を出力するので、第１センサユニットＳ１からは非同期号が出力される。また、第２センサユニットＳ２の第３センサ２３が、第１発振手段３１〜第３発振手段３３へ第３センサ信号である電流信号を出力する。このとき、第２センサユニットＳ２の第２センサ２３も、第４発振手段３４へ第２センサ信号である電流信号を出力するが、ＯＲ手段４０により論理和が取れられるため、第２センサユニットＳ２からは同期信号が出力される。
【００５９】
判定手段６０ａは、出力Ａ，Ｂと出力Ｃ，Ｄのそれぞれの信号の、同期、非同期、応答なしの組み合わせにより、物質（ａ）から物質（ｇ）を、図１２の表に従って検出できるので、センサ装置１０ｂは、３種類の成分を検出するセンサ（第１センサ２１〜第３センサ２３）を設けることで、７種類の物質（ａ）〜物質（ｇ）を区別することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、様々な感覚器官の代用手段としたり、独立型のセンサ装置の一部回路としたりすることに好適である。
【符号の説明】
【００６１】
１，１０ａ，１０ｂ  センサ装置
Ｓ  センサユニット
Ｓ１  第１センサユニット
Ｓ２  第２センサユニット
２１  第１センサ
２２  第２センサ
２３  第３センサ
３０  バースト信号発生手段
３１  第１発振手段
３２  第２発振手段
３３  第３発振手段
３４  第４発振手段
４０，４０ａ  ＯＲ手段
５０  積分発火手段
５１  第１積分発火手段
５２  第２積分発火手段
６０，６０ａ  判定手段
【図１】
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【図３】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図１２】
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【図１３】
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