(57)【要約】【課題】共通の水晶片に２つの振動領域が設けられた水晶振動子を用いた水晶発振回路において、不要な周波数成分が低減された周波数信号を得ることのできる水晶発振回路及びこの回路を利用した感知装置を提供する。【解決手段】互いに異なる発振周波数を取り出すための２つの振動領域１０５ａ、１０５ｂを共通の水晶片１００上に設けた水晶振動子１０を備えた水晶発振回路１１ａ、１１ｂは、各振動領域１０５ａ、１０５ｂより取り出される周波数信号中に含まれる相手側の振動領域１０５ｂ、１０５ａの発振周波数に相当する周波数成分を低減するためのバンドエリミネーションフィルタを備えている。【選択図】図５
2009284180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の発振周波数を取り出すために水晶片上に設けられた第１の振動領域と、前記第１の発振周波数とは異なる第２の発振周波数を取り出すために、当該水晶片上に設けられた弾性的な境界層を介して前記第１の振動領域とは異なる領域に設けられた第２の振動領域と、を有する水晶振動子を備えた水晶発振回路において、
前記第１の振動領域より取り出される周波数信号中に含まれる前記第２の発振周波数に相当する周波数成分を低減するための第１のバンドエリミネーションフィルタを備えたことを特徴とする水晶発振回路。
【請求項２】
第１の発振周波数を取り出すために水晶片上に設けられた第１の振動領域と、前記第１の発振周波数とは異なる第２の発振周波数を取り出すために、当該水晶片上に設けられた弾性的な境界層を介して前記第１の振動領域とは異なる領域に設けられた第２の振動領域と、を有する水晶振動子を備えた水晶発振回路において、
前記第１の振動領域より取り出される周波数信号中に含まれる前記第１の発振周波数に相当する周波数成分のみを取り出すための第１のバンドパスフィルタを備えたことを特徴とする水晶発振回路。
【請求項３】
更に、前記第２の振動領域より取り出される周波数信号中に含まれる前記第１の発振周波数に相当する周波数成分を低減するための第２のバンドエリミネーションフィルタを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の水晶発振回路。
【請求項４】
更に、前記第２の振動領域より取り出される周波数信号中に含まれる前記第２の発振周波数に相当する周波数成分のみを取り出すための第２のバンドパスフィルタを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の水晶発振回路。
【請求項５】
感知対象物を吸着するための吸着層がその表面に形成された水晶振動子を含む水晶発振回路と、この水晶発振回路から取り出される発振周波数を測定する手段と、を備え、前記吸着層に感知対象物が吸着されることによる水晶振動子の周波数の変化分に基づいて感知対象物を検出するための感知装置において、
前記水晶発振回路として請求項１ないし４のいずれか一つに記載の水晶発振回路を用い、第１の振動領域または第２の振動領域のいずれか一方に前記吸着層が形成されていることを特徴とする感知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子を用いて発振周波数を取り出す水晶発振回路及びこの水晶発振回路を用いて感知対象物を感知する感知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶液中や気体中の微量物質を感知する装置として水晶振動子からなる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、水晶振動子に微量物質を吸着させ、その発振周波数（共振周波数）の変化を捉えることにより当該微量物質を感知している。本件出願人は、このような感知装置を開発しており、今後種々の分野、例えば環境汚染物質であるダイオキシンや、血液あるいは血清中の特定の抗原等を極低濃度、例えばｐｐｂ〜ｐｐｔレベルにて感知することも可能になると期待している。
【０００３】
このような感知装置に用いられる水晶振動子は温度によって周波数が変化することから、感知装置の水晶発振器においては、温度に対する周波数安定性を得るための対策が必要になる。この点に関し本件出願人は、従来、利用されているＯＣＸＯ（恒温槽付水晶発振器：Oven Controlled Crystal Oscillator）のような大掛かりな装置構成を必要とせず、ＴＣＸＯ（温度補償水晶発振器：Temperature Compensated Crystal Oscillator）と同等に小型軽量でありながらＴＣＸＯよりも高い周波数安定性を備えた、いわゆるツインセンサ型の水晶発振回路を用いた周波数発振器を開発している（例えば特許文献１）。
【０００４】
図１３に概略構成を示すようにツインセンサ型の水晶発振回路７００は、弾性波境界層１０６によって弾性的に絶縁された２つの異なる振動領域（第１の振動領域１０５ａ、第２の振動領域１０５ｂ）を有する水晶片１００に電極１０１〜１０４を設けて構成される水晶振動子１０と、これら各振動領域１０５ａ、１０５ｂを利用して発振周波数を取り出すために水晶振動子１０に対して直列に接続された、２組のコルピッツ型の発振回路１１１ａ、１１１ｂと、を備えている。
【０００５】
この水晶発振回路７００は、電極１０１、１０３の質量や大きさ、各発振回路１１１ａ、１１１ｂ内の負荷容量を異ならせておくことにより、互いに異なる発振周波数を持つ周波数信号を得ることができる（以下、第１の振動領域１０５ａ側の出力をチャンネル１、第２の振動領域１０５ｂ側の出力をチャンネル２という）。一方、第１の振動領域１０５ａと第２の振動領域１０５ｂとは同じ水晶片１００上に設けられているため、周囲の温度が変化したときに夫々のチャンネルより取り出される発振周波数の変化量がほぼ揃った周波数温度特性を得ることができる。
【０００６】
そこで当該水晶発振回路７００を感知装置に適用する場合には、水晶片１００の一方の領域（例えば第２の振動領域１０５ｂ）の電極１０３には感知対象を吸着可能な吸着層を設けて微量物質の感知を行う一方で、他方の領域（例えば第１の振動領域１０５ａ）の電極１０１には感知対象を吸着しないブロック層を設けて温度変化の影響のみを独立して検知する。この結果、感知対象の吸着と温度変化の双方の影響を受けるチャンネル２側の発振周波数から、温度変化のみの影響を受けたチャンネル１側の発振周波数を差し引くことにより、感知対象の吸着のみに対応する発振周波数の変化量を知ることができる。
【０００７】
このようにツインセンサ型の水晶発振回路７００は、ＯＣＸＯのような大掛かりな恒温槽が不要であり、またＴＣＸＯよりも高精度の周波数安定性を得ることができることから従来型の水晶発振回路よりも高い性能を備えている。そこで本発明者は上述の水晶発振回路７００を用いた感知装置を製品化するにあたり詳細な周波数特性の検討を行ったところ、各々チャンネルから出力される周波数信号中に、第１の振動領域１０５ａ、第２の振動領域１０５ｂ各々に対応する設計周波数（以下、第１の振動領域１０５ａに対応する設計周波数を第１の発振周波数、第２の振動領域１０５ｂに対応する設計周波数を第２の発振周波数という）とは異なる周波数成分（以下、不要成分という）が含まれていることを確認した。
【０００８】
そこでこれらの不要成分の解析を行ったところ、各チャンネルから出力される周波数信号中には、相手側のチャンネルから出力されるべき設計周波数を持つ不要成分が比較的大きなピークを持って含まれていることが分かった。このように他方側のチャンネルから出力されるべき設計周波数を持つ不要成分が含まれてしまうことは、取得した周波数信号のデータに基づいて温度変化の影響を取り除くデータ処理を行う際の誤差要因となり、感知装置の測定の信頼性を低下させる要因となるおそれがある。
【０００９】
なお特許文献２には、水晶発振回路中に特定の周波数を濾波するフィルタを備えた本発明に似た構成の技術が記載されている。しかしながら当該フィルタは水晶振動子の高調波を利用して３０ＭＨｚを超える高い周波数を発振させることを目的として、当該高調波成分のみを取り出すために設けられたものであり、ツインセンサ型の水晶発振器に特有な上述の問題を解消する手段については何ら記載されていない。
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−３３１９５号公報：請求項１、第００１２段落〜第００１４段落、第００１８段落〜第００１９段落、図１、図４
【特許文献２】特表２００６−５１０２５４号公報：請求項１、第００３８段落〜第００４０段落、図３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこのような事情に基づいて行われたものであり、その目的は、共通の水晶片に第１の振動領域と第２の振動領域とが設けられた水晶振動子を用いた水晶発振回路において、不要な周波数成分が低減された周波数信号を得ることのできる水晶発振回路及びこの回路を利用した感知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係わる水晶発振回路は、第１の発振周波数を取り出すために水晶片上に設けられた第１の振動領域と、前記第１の発振周波数とは異なる第２の発振周波数を取り出すために、当該水晶片上に設けられた弾性的な境界層を介して前記第１の振動領域とは異なる領域に設けられた第２の振動領域と、を有する水晶振動子を備えた水晶発振回路において、
前記第１の振動領域より取り出される周波数信号中に含まれる前記第２の発振周波数に相当する周波数成分を低減するための第１のバンドエリミネーションフィルタを備えたことを特徴とする。  
また、他の発明に係わる水晶発振回路は、第１の発振周波数を取り出すために水晶片上に設けられた第１の振動領域と、前記第１の発振周波数とは異なる第２の発振周波数を取り出すために、当該水晶片上に設けられた弾性的な境界層を介して前記第１の振動領域とは異なる領域に設けられた第２の振動領域と、を有する水晶振動子を備えた水晶発振回路において、
前記第１の振動領域より取り出される周波数信号中に含まれる前記第１の発振周波数に相当する周波数成分のみを取り出すための第１のバンドパスフィルタを備えたことを特徴とする。
【００１３】
これら各々の水晶発振回路につき、更に、前記第２の振動領域より取り出される周波数信号中に含まれる前記第１の発振周波数に相当する周波数成分を低減するための第２のバンドエリミネーションフィルタを備えてもよく、または前記第２の振動領域より取り出される周波数信号中に含まれる前記第２の発振周波数に相当する周波数成分のみを取り出すための第２のバンドパスフィルタを備えてもよい。
【００１４】
これらのほか、本発明に係わる感知装置は、感知対象物を吸着するための吸着層がその表面に形成された水晶振動子を含む水晶発振回路と、この水晶発振回路から取り出される発振周波数を測定する手段と、を備え、前記吸着層に感知対象物が吸着されることによる水晶振動子の周波数の変化分に基づいて感知対象物を検出するための感知装置において、
前記水晶発振回路として上述のいずれか一つに記載の水晶発振回路を用い、第１の振動領域または第２の振動領域のいずれか一方に前記吸着層が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係わるツインセンサ型の水晶発振回路によれば、水晶振動子の一方側の振動領域（第１の振動領域）より取り出された周波数信号への他方側の振動領域（第２の振動領域）における振動の影響を低減するため、  
（１）前記他方側の振動領域の振動に起因する周波数成分（第２の発振周波数）を低減するためのバンドエリミネーションフィルタを備えているか、  
（２）前記一方側の振動領域の振動に起因する周波数成分（第１の発振周波数）のみを取り出すためのバンドパスフィルタを備えている。  
この結果、第２の発振周波数と同じ周波数を持つ不要成分が低減された周波数信号を出力することが可能となり、これらの構成を備えていない水晶発振回路と比較して、例えば当該水晶発振回路を感知装置に適用した場合等における測定の信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本実施の形態に係わる水晶発振回路１を備えた感知装置２として、例えば血液あるいは血清中の特定の抗原を感知する機能を備えた感知装置２について説明する。図１の外観構成図に示すように、感知装置２は発振回路ユニット４０と装置本体６０とを備えており、発振回路ユニット４０はケーブル例えば同軸ケーブル５０を介して装置本体６０に対して着脱自在に接続されている。装置本体６０の筐体６１前面に設けられた表示部６０８は、例えば周波数あるいは周波数の変化分等の測定結果を表示する役割を果たし、例えばＬＥＤ表示画面や液晶表示画面により構成されている。
【００１７】
発振回路ユニット４０には、図２に外観構成を示す水晶センサ３が着脱自在に接続される。水晶センサ３は、一端側が接続端子をなすプリント基板３０１の上にゴムシート３０２を重ね、このゴムシート３０２に設けられた不図示の凹部を塞ぐように後述の水晶振動子１０を設け、更にゴムシート３０２の上から上蓋ケース３０３を装着した構成となっている。当該構成により水晶振動子１０の下面側の前記凹部が気密空間となってランジュバン型の水晶センサが構成される。上蓋ケース３０３には試料溶液の注入口３０４と試料溶液の観察口３０５とが設けられており、注入口３０４から試料溶液を注入することによって水晶振動子１０の上面側の空間に試料溶液を満たすことができる。
【００１８】
図３（ａ）に平面図、図３（ｂ）に断面図（図３（ａ）中に示したＡ-Ａ’方向から矢視）を示すように水晶振動子１０には、例えば円形の水晶片１００を直径方向に２分割して得られる半円状の２つの領域（第１の振動領域１０５ａ、第２の振動領域１０５ｂ）の各々両面に例えば金からなる半円状の電極１０１〜１０４(裏面側の電極１０２、１０４は表面側の周縁部に連続形成されている)が設けられている。そして図２、図３（ａ）に示すように本例において電極１０１、１０３はプリント基板３０１上に延伸された接続端１１３ａ、１１３ｂと各々接続され、また電極１０２、１０４は同じくプリント基板３０１上に設けられた共通の接地端１１４と接続されている。
【００１９】
第１の振動領域１０５ａ及び第２の振動領域１０５ｂは、例えば各領域１０５ａ、１０５ｂの水晶片１００の厚みを異ならせたり、これらの領域１０５ａ、１０５ｂに設けられた電極１０１〜１０４の質量を異ならせたりすることにより、異なる設計周波数をピークに持つ周波数信号を発振することができるようになっている。そして各領域１０５ａ、１０５ｂの設計周波数である第１の発振周波数「Ｆ０」と第２の発振周波数「Ｆ１」とは、互いに重なり合わないように設計されている。
【００２０】
第１の振動領域１０５ａと第２の振動領域１０５ｂとの境界には、これらの領域１０５ａ、１０５ｂを弾性的に絶縁するための弾性波境界層１０６を設けてあり、領域１０５ａ、１０５ｂの振動が相互に与える影響を抑えている。本例において弾性波境界層１０６は、例えば水晶片１００の片面に溝部を形成することによりこれらの領域１０５ａ、１０５ｂを弾性的に絶縁した構成となっているが、弾性波境界層１０６の構成はこれに限られるものではなく、上述の溝部を水晶片１００の両面に設けてもよいし、水晶片１００の両面に亘って例えば金属膜からなる導電層を形成することにより絶縁してもよい。
【００２１】
この水晶振動子１０の一方側の領域、例えば第１の振動領域１０５ａに設けられた電極１０１には、例えば図４の左側に示すように既述の注入口３０４に注入される試料溶液中に含まれる感知対象物８１と反応しない抗体（タンパク質）からなるブロック層８２が形成されている。ブロック層８２は、電極１０１表面への感知対象物８１の吸着による第１の発振周波数「Ｆ０」の変化を防ぐ役割を果たす。即ち、第１の振動領域１０５ａからは第１の発振周波数「Ｆ０」に対して、温度変化のみの影響を受けた発振周波数「Ｆ０’」を取り出すことができる。
【００２２】
ここで電極１０１への感知対象物８１の吸着を抑えるためには電極１０１を被覆せずに剥き出しの状態としてもよい。但し、本実施の形態のように血液あるいは血清中の抗原を感知対象物８１とする場合等には、血液中の成分が電極１０１に吸着されてしまうことを防止するために、これらの成分を吸着させないある種のタンパク質をブロック層８２として設けることが好ましい。
【００２３】
一方、水晶振動子１０の他方側の領域、例えば第２の振動領域１０５ｂに設けられた電極１０３には、例えば図４の右側に示すように抗原である感知対象物８１と選択的に反応して結合する抗体からなる吸着層８３が設けられている。吸着層８３に対して感知対象物８１が抗原抗体反応を起こして吸着されることによる質量負荷効果を利用して、第２の発振周波数「Ｆ１」を変化させることができる。この結果、チャンネル２からは、第２の発振周波数「Ｆ１」に対して、抗体の吸着及び温度変化の双方の影響を受けた発振周波数「Ｆ１’」を取り出すことができる。
【００２４】
ここで水晶振動子１０に設けられた第１の振動領域１０５ａ及び第２の振動領域１０５ｂは、同じ水晶センサ３内にて共通の試料溶液中に浸漬されるため、各々の領域１０５ａ、１０５ｂが置かれる温度条件はほぼ一致する。またこれらの領域１０５ａ、１０５ｂは共通の水晶片１００上に設けられているので、第１の発振周波数「Ｆ０」と、第２の発振周波数「Ｆ１」とは互いにほぼ一致した周波数温度特性を示すようになっている。
【００２５】
このような水晶振動子１０を備えた水晶センサ３は、発振回路ユニット４０の筐体４１に接続されることにより水晶発振回路１を構成している。図５の概略構成図に示すように水晶発振回路１は、水晶振動子１０の既述の接続端１１３ａ、１１３ｂを発振回路（増幅器）１１１ａ、１１１ｂを備えた発振部１１ａ、１１ｂと接続することにより、第１、第２の発振周波数を持つ周波数信号を出力することができる。これらの発振部１１ａ、１１ｂはほぼ同様の構成を備えているので、以下、例えば図６に構成例を示したチャンネル２側の発振部１１ｂについて説明する。
【００２６】
図６に示すように発振部１１ｂは、既述の水晶振動子１０をインダクタンス成分として含む周知のコルピッツ回路を発振回路１１１ｂとして含んでいる。トランジスタＱ１、キャパシタＣ１、Ｃ２は発振回路側のインピーダンス特性を容量性、負性抵抗成分に示す役割を果たし、Ｃ１がＱ１のベース-エミッタ間、Ｃ２がエミッタ-グランド間に各々接続されている。抵抗Ｒ１、Ｒ２はトランジスタＱ１のベース端子にバイアス付与するバイアス抵抗である。また、インダクタＬ１は直流バイアス電流（Ｖｃｃ）をトランジスタＱ１のコレクタに供給し、発振周波数において高いインピーダンスを示す役割を果たし、抵抗Ｒ４はトランジスタＱ１のエミッタに接続された負帰還抵抗である。
【００２７】
更に、抵抗Ｒ３は発振回路側の負性抵抗値を調整し水晶振動子１０の等価直列抵抗との整合を図り、キャパシタＣ３は直流成分と高周波成分とを分離すると共に水晶振動子１０の負荷容量を決定する役割も果たす。以上の構成を備えることにより第２の発振部１１ｂは、第２の振動領域１０５ｂ側の水晶振動子１０の振動と相俟って、既述の吸着層８３に感知対象物８１が吸着していない状態において第２の発振周波数、例えば「９．１７６ＭＨｚ」を含む周波数信号を発振し、この信号をチャンネル２から出力することができる。
【００２８】
一方、図示を省略した第１の振動領域１０５ａ側の第１の発振部１１ａも既述の第２の発振部１１ｂとほぼ同様の構成を備えており、第１の発振周波数、例えば「９．１２６ＭＨｚ」を含む周波数信号をチャンネル１から出力することができる。なお図６においては説明の便宜上、一体として構成されている水晶振動子１０を各発振部１１ａ、１１ｂに接続された状態で分割して表示してある。また図６中の溶液抵抗８０は、水晶振動子１０を試料溶液中に浸漬することにより２つの領域１０５ａ、１０５ｂ間に形成される抵抗成分を表している。
【００２９】
このようにツインセンサ型の水晶発振回路１は、各チャンネルより各々第１の発振周波数、第２の発振周波数を含む周波数信号を出力可能な構成を備えているが、背景技術にて説明したようにこれらの周波数信号には相手側の発振部１１ｂ、１１ａの発振周波数に相当する不要成分が含まれており、感知装置２の測定の信頼性を低下させる要因となる。そこで本実施の形態に係わる水晶発振回路１は、これら相手側の発振周波数に相当する不要成分が低減された周波数信号を出力するための構成を備えている。
【００３０】
上述の不要成分を低減するための構成について、チャンネル２側の第２の発振部１１ｂを例に説明すると、例えば図５、図６に示すように第２の発振部１１ｂは当該発振部１１ｂにて発振された周波数信号から、第１の発振周波数に相当する不要成分を低減するためのバンドエリミネーションフィルタ１１２ｂ（以下、第２のＢＥＦ１１２ｂという）を備えている。第２のＢＥＦ１１２ｂは例えば抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、インダクタＬ１１、Ｌ１２、キャパシタＣ１１〜Ｃ１５を図７に示すように接続して構成される周知のラダー型フィルタであり、第１の発振周波数に相当する不要成分を接地側へと短絡させることにより、チャンネル２より出力される周波数信号から当該不要成分が出力されることを防止できる。
【００３１】
第２のＢＥＦ１１２ｂは、例えば図８（ｂ）に示すフィルタ特性を備えており、第１の発振周波数「Ｆ０（本例では９．１２６ＭＨｚ）」の信号は「−１５ｄＢ」以下まで減衰させることができる一方で、第２の発振周波数「Ｆ１（本例では９．１７６Ｈｚ）」の信号は殆ど減衰させずに通過させることができる。図６に示すように第２のＢＥＦ１１２ｂは例えば抵抗Ｒ３とキャパシタＣ３との間に直列に接続されている。ここで既述のように第１の発振周波数「Ｆ０」は温度変化の影響を受けて発振周波数「Ｆ０’」に変化する可能性があるが、温度変化の影響は高々「数十Ｈｚ」程度の範囲であり、図８（ｂ）に示した特性を備えたＢＥＦ１１２ｂであれば当該発振周波数「Ｆ０’」についても十分に減衰させることができる。
【００３２】
一方、図示を省略したチャンネル１側の第１の発振部１１ａについても、既述の第２の発振部１１ｂとほぼ同様の位置に、例えば図８（ａ）に示したフィルタ特性を有するバンドエリミネーションフィルタ１１２ａ（以下、第１のＢＥＦ１１２ａという）を備え、相手側チャンネルより発振される第２の発振周波数に相当する不要成分が低減された周波数信号を出力できるように構成されている。また第２の発振周波数「Ｆ１」については、抗体の吸着及び温度変化の影響を受けて発振周波数が「Ｆ１’」に変化して出力されるところ、これらの変化の影響についても高々「数十Ｈｚ」程度の範囲であるので、図８（ａ）に示した特性を備えたＢＥＦ１１２ａは当該発振周波数「Ｆ１’」についても十分に減衰させることができる。なお、図５に記載したＢＥＦ１１２ａ、１１２ｂは、各発振部１１ａ、１１ｂ中にこれらのＢＥＦ１１２ａ、１１２ｂが設けられていることを模式的に示したものであり、各発振部１１ａ、１１ｂにおけるフィルタ１１２ａ、１１２ｂの配置位置を示したものではない。
【００３３】
図９は感知装置２のブロック図である。既述のように水晶センサ３内の水晶振動子１０と発振回路ユニット４０内の各発振部１１ａ、１１ｂとは水晶発振回路１を構成し、装置本体６０に接続されている。装置本体６０側の水晶発振回路１との接続部には測定回路部６０２が設けられている。本例では測定回路部６０２は、入力信号である周波数信号をディジタル処理して各チャンネルの発振周波数を測定する役割を果たす。また測定回路部６０２の前段には、各チャンネルからの出力信号を順次当該測定回路部６０２に取り込むためのスイッチ部６０１が設けられている。スイッチ部６０１は、２つの発振部１１ａ、１１ｂからの周波数信号を時分割して取り込む役割を果たし、各チャンネルの発振周波数を並行して求めることが可能となる。例えば１秒間をｎ分割（ｎは偶数）し、各チャンネルの発振周波数を１／ｎ秒の処理で順次求めることにより、厳密には完全に同時に測定しているわけではないが、１秒間に少なくとも１回以上周波数を取得しているため、実質同時に各チャンネルの周波数を取得することが可能となる。
【００３４】
装置本体６０はデータバス６０３を備えており、データバス６０３にはＣＰＵ（中央演算処理装置）６０４、データ処理プログラム６０５を格納した記憶手段、第１メモリ６０６、第２メモリ６０７及び既述の測定回路部６０２が接続されている。更にデータバス６０３にはモニタ等の既述の表示部６０８やキーボード等の入力手段６０９が接続され、また図９には示していないが装置本体６０はパーソナルコンピュータ等に接続されている。
【００３５】
データ処理プログラム６０５は測定回路部６０２から出力される信号に基づいて各チャンネルの発振周波数に係わる時系列データを取得し、第１メモリ６０６に格納する役割を果たす。またこのデータ取得動作と同時に、同一の時間帯におけるチャンネル１から取得した発振周波数「Ｆ０’」、チャンネル２から取得した発振周波数「Ｆ１’」の各時系列データの差分「Ｆ１’−Ｆ０’」を夫々演算し、当該差分データの時系列データを取得して第２メモリ６０７に格納する機能も備えている。またユーザの選択に応じてこれらのデータを表示部６０８に表示することができるようにも構成されている。これらの機能を実現するＣＰＵ６０４やデータ処理プログラム６０５及び各メモリ６０６、６０７は発振周波数を測定する手段をなしている。
【００３６】
次に上述の構成を備えた感知装置２の作用について、血液あるいは血清中のある種の抗原の濃度を求める手法を例に挙げて説明する。まず装置本体６０を起動し、水晶センサ３を発振回路ユニット４０の差込み口に差し込むと、各発振部１１ａ、１１ｂが発振を開始する。各チャンネルから出力される周波数信号はスイッチ部６０１を介して順次、測定回路部６０２に取り込まれ、Ａ／Ｄ変換された後、各ディジタル値が信号処理されて２つのチャンネルの周波数信号から、設定周波数「Ｆ０、Ｆ１」に近い周波数「Ｆ０’、Ｆ１’」が取り出され、これらの周波数が略同時に（例えば１／２秒ずつ、ずれて）第１メモリ６０６に記憶する動作を継続する。
【００３７】
次いでユーザが水晶センサ３に例えば食塩水を希釈液として注入すると、水晶振動子１０の環境雰囲気が気相から液相に変わり、各チャンネルの周波数が低くなる。一方人体から採取した血清を例えば食塩水等の希釈液で例えば１００倍に希釈した試料溶液を用意しておき、これを水晶センサ３に注入する。この結果、吸着層８３の形成された第２の振動領域１０５ｂ側の電極１０３にて抗原抗体反応が進行する場合には、質量負荷効果により周波数「Ｆ１’」の値がさらに低下する。一方、第１の振動領域１０５ａ側のチャンネル１からは、試料溶液の温度に応じて変化する周波数「Ｆ０’」が出力される。
【００３８】
このようにして各チャンネルから出力された周波数の時系列データは第１メモリ６０６に記憶されると共に、チャンネル２の周波数「Ｆ１’」とチャンネル１の周波数「Ｆ０’」との差分が演算され、これら差分の時系列データが第２メモリ６０７に記憶される。差分の周波数は、各チャンネルの周波数を順次取り込むタイミングの中で求めるようにしてもよく、例えばチャンネル１の周波数「Ｆ０’」を取り込み、次いでチャンネル２の周波数「Ｆ１’」を取り込んだ後、「Ｆ１’」から「Ｆ０’」を差し引いて、その差分を第２メモリ６０７に書き込むといった手法でもよいし、各チャンネルの周波数の時系列データを取得した後、これらデータの時間軸を合わせて、差分の時系列データを作成してもよい。
【００３９】
これら一連のデータ処理を実行するにあたり、各発振部１１ａ、１１ｂにはＢＥＦ１１２ａ、１１２ｂが設けられているので、各チャンネルから出力される周波数信号は相手側のチャンネルから出力されるべき周波数を持つ不要成分が低減された状態となっている。このため、これらの周波数信号から周波数「Ｆ０’、Ｆ１’」を時系列データとして取得し、またこれらの周波数の差分の時系列データを演算する際の誤差要因が低減されて信頼性の高い測定結果を出力することができる。
【００４０】
続いて、例えばユーザが入力手段６０９により、各チャンネルの差分データを表示するコマンドを選択すると、第２メモリ６０７の時系列データの中から、選択された差分データを表示部６０８にグラフ化して表示する。こうした一連の動作の過程で環境温度が変化して各チャンネルからの周波数「Ｆ０’、Ｆ１’」が変化する場合であっても、この温度変化は共通の水晶振動子１０に同じ条件で発生する。このため、これらの周波数の差分をとることにより温度変化の影響が相殺されるので、第２メモリ６０７に記憶されている差分データにおける周波数の低下は、水晶振動子１０への抗原の吸着のみに起因するものであるといえる。また当該ツインセンサ型の水晶発振回路１を用いて低減することの可能な変動要因は温度変化に限られず、例えば外部から振動が加わった場合や試料溶液（血液や血清）の粘度が変化した場合等にも有効である。
【００４１】
このようにして表示された差分データの変化量に基づき、ユーザは予め求めていた発振周波数の変化量と感知対象物の濃度との関係式（検量線）を用いて感知対象物の濃度を求めることができる。ここで差分データの変化量の決定や検量線を用いた感知対象物の濃度の決定は、感知装置２にて行ってもよいしユーザが例えば表示部６０８に表示されたデータを読み取って行ってもよい。
【００４２】
本発明に係わるツインセンサ型の水晶発振回路１によれば以下の効果がある。水晶発振回路１は、２つのチャンネルより取り出された周波数信号中に含まれる相手側のチャンネルから出力されるべき周波数を持つ不要成分の影響を低減するために、当該不要成分を低減するＢＥＦ１１２ａ、１１２ｂを備えている。このため、当該不要成分の低減された周波数信号を出力することが可能となり、これらの構成を備えていない水晶発振回路と比較して感知装置２の測定の信頼性を向上させることができる。
【００４３】
ここで、相手側のチャンネルから出力されるべき周波数を持つ不要成分を低減する手法は、実施の形態中に示したＢＥＦ１１２ａ、１１２ｂを使用する場合に限定されるものではない。例えば自チャンネル側の発振周波数のみを通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を設けても同様の効果を得ることができる。但し、ＢＰＦを用いる場合よりもＢＥＦを用いた方が水晶発振回路１の動作が安定することを本発明者は把握している。
【００４４】
また、水晶発振回路１を成す各発振部１１ａ、１１ｂの構成は、実施の形態中に示したコルピッツ回路に限定されるものではなく、例えばハートレー型の発振回路を利用してもよい。また発振部１１ａ、１１ｂ中にＢＥＦ１１２ａ、１１２ｂを設ける位置も、図６に示した実施の形態の例に限定されるものではなく、例えば各発振回路１１１ａ、１１１ｂにおけるトランジスタＱ１のベース端子側にこのトランジスタＱ１に対して直列にＢＥＦ１１２ａ、１１２ｂを設けるようにしてもよい。
【実施例】
【００４５】
（予備実験）  
ＢＥＦ１１２ａ、１１２ｂを備えていないツインセンサ型の水晶発振回路１モデルを作成し、各出力端１１５ａ、１１５ｂから出力される周波数信号の周波数特性を調べた。  
Ａ．実験条件  
（参照例１）  
チャンネル１側の周波数信号の周波数特性を解析した。第１の発振周波数を「Ｆ０＝９．１６７ＭＨｚ」とした。  
（参照例２）  
チャンネル２側の周波数信号の周波数特性を解析した。第２の発振周波数を「Ｆ１＝９．２１３ＭＨｚ」とした。
【００４６】
Ｂ．実験結果
チャンネル１側の周波数信号の周波数特性を図１０（ａ）に示し、チャンネル２側の周波数特性を図１０（ｂ）に示す。各特性図の横軸は周波数［ＭＨｚ］を示し縦軸は出力［ｄＢｍ］を示している。
【００４７】
図１０（ａ）に示したチャンネル１側の周波数信号の解析結果によれば、第１の発振周波数「Ｆ０」の他に、比較的大きなピークを持った不要成分が４つ確認された。これら４つの不要成分の中には、２チャンネル側の発振周波数「Ｆ１」を持ち、ピークの大きなものが含まれていた。また、図１０（ｂ）に示したチャンネル２側の解析結果についても同様に、第２の発振周波数「Ｆ１」以外にも比較的大きなピークを持つ不要成分が３つ確認され、これらの中に１チャンネル側の発振周波数「Ｆ１」を持つ大きなピークを持つ不要成分が含まれていた。これらのことから、各チャンネルから出力される周波数信号には、相手側のチャンネルから出力されるべき周波数を持つ不要成分が出力されることが確認された。
【００４８】
（シミュレーション）  
図６に示したチャンネル２側の水晶発振回路１につきシミュレーションモデルを作成し、接続端１１３ｂ（点Ｓ１と記してある）の位置より周波数を変化させながら周波数信号を入力して、自チャンネル（チャンネル２）側の発振周波数「Ｆ１」と、相手チャンネル（チャンネル１）側の発振周波数「Ｆ０」とにおいて当該水晶発振回路１が発振するか否かを調べた。  
Ａ．シミュレーション条件
（実施例）  
点Ｓ１に入力する周波数信号の周波数を８．７〜９．７［ＭＨｚ］まで変化させて、点Ｓ１における反射係数Ｓ（１，１）を調べた。  
（比較例）  
点Ｓ１に入力する周波数信号の周波数を８．７〜９．７［ＭＨｚ］まで変化させて、点Ｓ１における反射係数Ｓ（１，１）を調べた。
【００４９】
Ｂ．シミュレーション結果  
実施例に係わるシミュレーションの結果を図１１に示し、比較例の結果を図１２に示す。図１１、図１２は右横軸を０［°］としたとき、反時計回り方向の回転角が反射波の位相を示し、原点から径方向への距離が反射係数の大きさを示している。反射信号の位相が０［°］、且つ反射係数「Ｓ（１，１）＞１」のとき、その周波数にて発振が起こる。
【００５０】
図１１に示した実施例の結果によれば、「▼印」で示した反射信号の位相が０［°］の点において、反射係数は「Ｓ（１，１）＝１．７２＞１」となっており、第２のＢＥＦ１１２ｂを備えたチャンネル２側の水晶発振回路１は、自チャンネルの発振周波数にて発振する。  
これに対して図１２に示した比較例の結果によれば、「▼印」で示した反射信号の位相が０［°］の点において、反射係数は「Ｓ（１，１）＝０．７７＜１」となっている。即ち、第２のＢＥＦ１１２ｂを設けることによって、他チャンネル側の発振周波数における発振を抑制することができた。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施の形態に係わる感知装置の外観構成図である。
【図２】上記感知装置に接続される水晶センサの外観構成図である。
【図３】上記水晶センサに組み込まれる水晶振動子の平面図である。
【図４】前記水晶振動子にて抗原を感知する仕組みを表した説明図である。
【図５】上記水晶センサを組み込んだ水晶発振回路の概略構成図である。
【図６】上記水晶発振回路の構成例を示す回路図である。
【図７】上記水晶発振回路に組み込まれるバンドエリミネーションフィルタの構成例を示す回路図である。
【図８】前記バンドエリミネーションフィルタのフィルタ特性図である。
【図９】上記感知装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の水晶発振回路より出力される周波数信号の周波数特性を示す特性図である。
【図１１】実施例に係わる水晶発振回路の反射特性を示す特性図である。
【図１２】比較例に係わる水晶発振回路の反射特性を示す特性図である。
【図１３】従来型の水晶発振回路の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１          水晶発振回路
２          感知装置
３          水晶センサ
１０        水晶振動子
１１ａ      第１の発振部
１１ｂ      第２の発振部
４０        発振回路ユニット
４１        筐体
５０        同軸ケーブル
６０        装置本体
６１        筐体
８０        溶液抵抗
８１      感知対象物
８２      ブロック層
８３        吸着層
１００      水晶片
１０１〜１０４
電極
１０５ａ    第１の振動領域
１０５ｂ    第２の振動領域
１０６      弾性波境界層
１１１ａ、１１１ｂ
発振回路
１１２ａ    第１のＢＥＦ
１１２ｂ    第２のＢＥＦ
１１３ａ、１１３ｂ
接続端
１１４      接地端
１１５ａ、１１５ｂ
出力端
３０１      プリント基板
３０２      ゴムシート
３０３      上蓋ケース
３０４      注入口
３０５      観察口
６０１      スイッチ部
６０２      測定回路部
６０３      データバス
６０４      ＣＰＵ
６０５      データ処理プログラム
６０６      第１メモリ
６０７      第２メモリ
６０８      表示部
６０９      入力手段
７００      水晶発振回路
【図１】
2009284180.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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