JP2018138920A - センサ装置およびセンシング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、装置自体で簡易に基準位相差およびそれに対応する基準電圧を得ることができるセンサ装置を提供する。
【解決手段】センサ装置は、第１周波数の信号および第２周波数の信号のうち少なくとも一方を発生する第１信号発生器ＳＧ１と、第１周波数の信号および第２周波数の信号のうち少なくとも一方を発生する第２信号発生器ＳＧ２と、第１信号発生器および第２信号発生器のそれぞれに接続可能な計算部１４０と、を備え、計算部は、第１信号発生器に計算部を接続した状態で、第１信号発生器から第１周波数の信号を発生して得られた第１基準信号、ならびに第２信号発生器に計算部を接続した状態で、第２信号発生器から第２周波数の信号を発生することによって得られた第２基準信号から基準位相差を得るとともに、第１基準信号および第２基準信号からヘテロダイン方式によって基準位相差に対応する基準電圧を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検体を測定することができるセンサ装置およびセンシング方法に関する。

センサ装置として、例えば、弾性表面波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）素子を用いて、検体を測定するものが知られている。

センサ装置において、種々の方法によって、補正あるいは較正を行なうことによって、測定の精度を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２００９−２３８２２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、センサ装置自体で簡易に基準位相差およびそれに対応する基準電圧を得ることができなかった。

そこで、センサ装置自体で簡易に基準位相差およびそれに対応する基準電圧を得ることができるセンサ装置およびセンシング方法が求められていた。

本発明の実施形態に係るセンサ装置は、第１周波数の信号および第２周波数の信号のうち少なくとも一方を発生する第１信号発生器と、前記第１周波数の信号および前記第２周波数の信号のうち少なくとも一方を発生する第２信号発生器と、前記第１信号発生器、および前記第２信号発生器のそれぞれと接続可能な計算部と、を備え、前記計算部は、前記第１信号発生器と前記計算部とを接続した状態で、前記第１信号発生器から前記第１周波数の信号を発生して得られた第１基準信号と、前記第２信号発生器と前記計算部とを接続した状態で、前記第２信号発生器から前記第２周波数の信号を発生することによって得られた第２基準信号とから基準位相差を得るとともに、前記基準位相差に対応する基準電圧を算出する。

また、本発明の実施形態に係るセンサ装置は、第１周波数の信号および前記第１周波数とは異なる第２周波数の信号を発生する信号発生器であって、前記第１周波数の信号および前記第２周波数の信号のうち少なくとも一方を出力する第１出力部と、前記第１周波数の信号および前記第２周波数の信号のうち少なくとも一方を出力する第２出力部と、を含む信号発生器と、前記第１出力部および前記第２出力部のそれぞれと接続可能な計算部と、を備え、前記計算部は、前記第１出力部と前記計算部とを接続した状態で、前記第１出力部から前記第１周波数の信号を出力して得られた第１基準信号と、前記第２出力部と前記計算部とを接続した状態で、前記第２出力部から前記第２周波数の信号を出力することによって得られた第２基準信号とから基準位相差を得るとともに、前記基準位相差に対応する基準電圧を算出する。

また、本発明の実施形態に係るセンシング方法は、信号発生器が、第１周波数の信号および前記第１周波数とは異なる第２周波数の信号を発生して出力する信号出力工程と、計算部が、前記信号発生器が出力した第１周波数の信号から得られる第１基準信号と、前記信号発生器が前記第１周波数の信号と同時に出力した第２周波数の信号から得られる第２基準信号とから基準位相差を得るとともに、前記第１基準信号と前記第２基準信号とから前記基準位相差に対応する基準電圧を算出する算出工程と、を含む。

本発明の実施形態に係るセンサ装置によれば、２つの信号発生器から異なる周波数の信号を発生することによって、センサ装置自体で簡易に、基準位相差を得ることができ、前記基準位相差に対応する基準電圧を算出することができる。

また、本発明の実施形態に係るセンサ装置によれば、信号発生器から異なる周波数の信号を発生することによって、センサ装置自体で簡易に、基準位相差を得ることができ、前記基準位相差に対応する基準電圧を算出することができる。

また、本発明の実施形態に係るセンシング方法によれば、信号発生器から異なる周波数の信号を同時に発生することによって、簡易に、基準位相差を得ることができ、前記基準位相差に対応する基準電圧を算出することができる。

本発明の第１実施形態に係るセンサ装置の構成図である。 本発明の第２実施形態に係るセンサ装置の構成図である。 本発明の第３実施形態に係るセンサ装置の構成図である。 本発明の第４実施形態に係るセンサ装置の構成図である。 ヘテロダイン方式の信号処理について説明する模式図である。 図６（ａ）は第１検出電圧と第２検出電圧との模式的な軌跡を示す線図であり、図６（ｂ）は選択された検出電圧の軌跡を示す線図である。 図７（ａ）は本発明の第１実施形態に係るセンサ装置の一部を示す斜視図であり、図７（ｂ）は（ａ）に示すセンサ装置の一部を破断した状態の斜視図である。 図８（ａ）は図７（ａ）のＶＩａ−ＶＩａ線における断面図、図８（ｂ）は図７（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ線における断面図である。 図７（ａ）に示すセンサ装置の一部を除いた上面図である。 本発明の実施形態の変形例に係るセンサ装置の構成図である。 図１に示す本発明の第１実施形態に係るセンサ装置の変形例を示す構成図であり、検出素子およびリファレンス素子を有さない構成である。 図１に示す本発明の第１実施形態に係るセンサ装置の変形例を示す構成図であり、計算部と接続配線および素子との間における接続状態を選択可能なスイッチを有する構成である。 図２に示す本発明の第２実施形態に係るセンサ装置の変形例を示す構成図であり、分岐部と接続配線および素子との間における接続状態を選択可能なスイッチを有する構成である。 図３に示す本発明の第３実施形態に係るセンサ装置の変形例を示す構成図であり、分岐部と接続配線および素子との間における接続状態を選択可能なスイッチを有する構成である。 本発明の第５実施形態に係るセンサ装置の構成図である。

以下、本発明の実施形態に係るセンサ装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する各図面において同じ構成部材には同じ符号を付すものとする。また、各部材の大きさおよび部材同士の間の距離などは模式的に図示しており、実物とは異なる場合がある。

また、センサ装置は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系ｘｙｚを定義するとともにｚ方向の正側を上方として、上面、下面などの用語を用いるものとする。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサ装置１００Ａの原理を説明するための概略図である。

本発明の第１実施形態に係るセンサ装置１００Ａは、図１に示すように、第１信号発生器ＳＧ１、第２信号発生器ＳＧ２、検出素子１１０、リファレンス素子１２０、第１接続配線１１５、第２接続配線１２５、計算部１４０および計測部１５０を有する。

（第１信号発生器ＳＧ１）
第１信号発生器ＳＧ１は、第１周波数の信号ｆ１および第１周波数とは異なる第２周波数の信号ｆ２のうち少なくとも一方を発生するものである。但し、第１信号発生器ＳＧ１は、第１周波数の信号ｆ１および第２周波数の信号ｆ２に限定されるものではなく、第３周波数の信号など、それ以外の周波数の信号を発生できるものであってもよい。

本実施形態において、第１信号発生器ＳＧ１は、第１接続配線１１５および検出素子１１０のいずれかに選択的に接続可能である。そして、図１（ａ）に示すように、第１接続配線１１５に接続した状態で第１周波数の信号ｆ１を発生し、図１（ｂ）に示すように、検出素子１１０に接続した状態で第１周波数の信号ｆ１を発生する。

（第２信号発生器ＳＧ２）
第２信号発生器ＳＧ２は、第１周波数の信号ｆ１および第２周波数の信号ｆ２のうち少なくとも一方を発生するものである。但し、第１信号発生器ＳＧ１と同様に、第２信号発生器ＳＧ２は、第１周波数の信号ｆ１および第２周波数の信号ｆ２に限定されるものではなく、第３周波数の信号など、それ以外の周波数の信号を発生できるものであってもよい。

本実施形態において、第２信号発生器ＳＧ２は、第２接続配線１２５およびリファレンス素子１２０のいずれかに選択的に接続可能である。そして、図１（ａ）に示すように、第２接続配線１２５に接続した状態で第２周波数の信号ｆ２を発生し、図１（ｂ）に示すように、リファレンス素子１２０に接続した状態で第１周波数の信号ｆ１を発生する。

ここで、少なくとも第１信号発生器ＳＧ１および第２信号発生器ＳＧ２のうちいずれか一方の信号発生器は、第１周波数の信号ｆ１および第２周波数の信号ｆ２の両方を発生することができる。他方の信号発生器は、第１周波数の信号ｆ１および第２周波数の信号ｆ２のいずれか一方の信号のみを発生すればよい。本実施形態においては、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、第１信号発生器ＳＧ１は第１周波数の信号ｆ１のみを発生し、第２信号発生器ＳＧ２は第１周波数の信号ｆ１および第２周波数の信号ｆ２の両方を発生する構成を採用している。

（検出素子１１０）
検出素子１１０は、本実施形態において必須ではないが（後述する各センサ装置においても同様である。）、検体中に存在する標的が吸着する、またはこの標的は吸着しないが、標的との反応に応じて質量が変化する検出部１１１を有する。

この検出部１１１は、例えば、検体の導電率などの電気的性質の影響を受けない金（Ａｕ）の膜に、標的を特異的に吸着させるような反応性を有する反応基を固定化することで実現できる。例えば、標的に特異的に結合するＤＮＡ、ＲＮＡまたは抗体等をＡｕ膜上に固定化してもよい。このような構成により、標的の量に応じて検出部１１１の質量が変化するものとなる。なお、標的自体を吸着させなくても標的と特異的に反応し、反応によって検出部１１１の質量が変化するものであればよい。例えば、Ａｕの膜に、標的に対して反応し、検体中に存在する標的以外の物質と反応しないような特性を有する反応基を固定化してもよい。なお、このＡｕ膜は電気的に接地されていることが好ましい。このような構成により、標的の量に応じて検出部１１１の質量が変化するものとなる。

本実施形態において、検出素子１１０は、第１信号発生器ＳＧ１に接続可能であり、図１（ａ）では接続しておらず、図１（ｂ）では接続している。

そして、図１（ｂ）に示すように、第１信号発生器ＳＧ１に検出素子１１０が接続した状態で、第１信号発生器ＳＧ１から検出素子１１０に入力信号が与えられる。このように検出素子１１０に与えられた入力信号が、検出部１１１を通過する際に、検出部１１１の質量変化などに応じた変化を受けて、検出信号として出力される。

（リファレンス素子１２０）
リファレンス素子１２０は、本実施形態において必須ではないが（後述する各センサ装置においても同様である。）、検体中に存在する標的を吸着しない、または標的と反応しないリファレンス部１２１を有する。リファレンス素子１２０からの出力は、検出素子１１０からの出力に対する基準値として用いる。

このリファレンス部１２１は、例えば、検体中に存在する標的に対して特異的に吸着させたり、構造変化を生じて検体中の物質と置換反応を起こしたりするような反応性を有さないものである。具体的には、上述の反応基を固定化していないＡｕの膜あるいは上述の反応基と同程度の物質量を有し、ランダムな塩基配列を有するＤＮＡ、ＲＮＡ等をＡｕ膜上に固定化したものを用いることができる。このような構成により、リファレンス部１２１が標的の量に依存して質量変化を生じることを抑制できる。

本実施形態において、リファレンス素子１２０は、第２信号発生器ＳＧ２に接続可能であり、図１（ａ）では接続しておらず、図１（ｂ）では接続している。

そして、図１（ｂ）に示すように、第２信号発生器ＳＧ２にリファレンス素子１２０が接続した状態で、第２信号発生器ＳＧ２からリファレンス素子１２０に入力信号が与えられる。このようにリファレンス素子１２０に与えられた入力信号が、リファレンス部１２１を通過する際に、リファレンス部１２１に応じた変化を受けて、リファレンス信号として出力される。

以上のようにして得られた検出信号およびリファレンス信号は交流信号であり、リファレンス信号は検出信号に対する基準としての役割を果たす。

（第１接続配線１１５）
第１接続配線１１５は、第１信号発生器ＳＧ１に計算部１４０を接続する役割を有するものである。

本実施形態において、第１接続配線１１５は、図１（ａ）に示すように計算部１４０に接続されているとともに、第１信号発生器ＳＧ１には図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように選択的に接続される。

そして、図１（ａ）に示すように、第１接続配線１１５を介して第１信号発生器ＳＧ１に計算部１４０を接続した状態で、第１信号発生器ＳＧ１から第１周波数の信号ｆ１を発生させることによって、計算部１４０は第１基準信号を得る。

（第２接続配線１２５）
第２接続配線１２５は、第２信号発生器ＳＧ２に計算部１４０を接続する役割を有するものである。

本実施形態において、第２接続配線１２５は、図１（ａ）に示すように計算部１４０に接続されているとともに、第２信号発生器ＳＧ２には図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように選択的に接続される。

そして、図１（ａ）に示すように、第２接続配線１２５を介して第２信号発生器ＳＧ２に計算部１４０を接続した状態で、第２信号発生器ＳＧ２から第２周波数の信号ｆ２を発生させることによって、計算部１４０は第２基準信号を得る。

（計算部１４０）
計算部１４０は、第１信号発生器ＳＧ１および第２信号発生器ＳＧ２から発生された信号に基づいて、基準電圧を算出することができるものである。計算部１４０は、例えばミキサとローパスフィルタとで構成することができる。

具体的には、本実施形態において、計算部１４０は、図１（ａ）に示すように、第１信号発生器ＳＧ１に第１接続配線１１５を介して接続した状態で、第１信号発生器ＳＧ１から第１周波数の信号ｆ１を発生して得られる第１基準信号と、第２信号発生器ＳＧ２と第２接続配線１２５を介して接続した状態で、第２信号発生器ＳＧ２から第２周波数の信号ｆ２を発生して得られる第２基準信号とを受ける。そして、これらの第１基準信号および第２基準信号から基準位相差が生じるとともに、第１基準信号および第２基準信号からヘテロダイン方式によって上述の基準位相差に対応する基準電圧を算出することができる。
このように、本実施形態に係るセンサ装置１００Ａによれば、センサ装置自体で簡易に基準電圧を得ることができる。それ故、例えば、基準電圧を算出した後に信号発生器を素子などに接続して検出電圧の測定を行なう場合において、装置自体の温度などの環境特性に起因する測定ばらつき、ならびに素子特性に起因する信号の大きさおよび周波数のばらつきの発生を低減することが可能となる。

例えば、出荷時などに基準位相差およびそれに対する基準電圧を算出したデータをセンサ装置１００Ａの計算部１４０などに格納しておくことができる。これによれば、当該データと、測定直前に改めて基準位相差およびそれに対する基準電圧を算出した値とを比較することによって、センサ装置１００Ａの状態（正常か故障しているか）を診断することが可能となる。このような構成、機能および効果については、後述する各センサ装置においても同様に備えるようにすることができる。

また、上述のような、検出素子１１０およびリファレンス素子１２０を用いて測定する場合には、これらの検出素子１１０およびリファレンス素子１２０の特性データに応じて、第１信号発生器ＳＧ１および第２信号発生器ＳＧ２から発生する信号の周波数および信号の大きさを設定すればよい。このような条件にて、基準位相差およびそれに対応する基準電圧を算出することによって、素子特性に起因する信号の大きさおよび周波数のばらつきの発生を低減することが可能となる。このような構成、機能および効果については、後述する各センサ装置においても同様に備えるようにすることができる。

また、計算部１４０は、検出素子１１０およびリファレンス素子１２０に接続することによって、検出電圧を算出することもできる。

具体的には、計算部１４０は、図１（ｂ）に示すように、第１信号発生器ＳＧ１および検出素子１１０に接続した状態で、第１信号発生器ＳＧ１から第１周波数の信号ｆ１を発生して得られる第１検出信号と、第２信号発生器ＳＧ２およびリファレンス素子１２０に接続した状態で、第２信号発生器ＳＧ２から第１周波数の信号ｆ１を発生して得られる第２検出信号（第１リファレンス信号）とを受ける。そして、これらの第１検出信号および第１リファレンス信号からヘテロダイン方式によって検出電圧を算出することができる。

なお、図１（ａ）の状態において、計算部１４０が、検出素子１１０およびリファレンス素子１２０に接続しないようにしてもよい。これによれば、検出素子１１０およびリファレンス素子１２０により浮遊容量などが発生することによって、正確な測定を妨げるということを効果的に抑制することができる。このような接続状態を示す例としては、例えば、図１１（ａ）、図１２（ａ）、図１３（ａ）および図１４（ａ）が挙げられる。また、図１（ｂ）の状態において、計算部１４０が、第１接続配線１１５および第２接続配線１２５に接続しないようにしてもよい。これによれば、第１接続配線１１５および第２接続配線１２５により寄生インダクタなどが発生することによって、正確な測定を妨げるということを効果的に抑制することができる。このような接続状態を示す例としては、例えば、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）および図１４（ｂ）が挙げられる。

（計測部１５０）
計測部１５０は、本実施形態において必須ではないが（後述する各センサ装置においても同様である。）、上述の基準電圧を参照して、上述の検出電圧に対応する複数の位相候補値を算出するとともに、複数の位相候補値のうちの１つである検出位相差を選択するものである（後述する選択部１６０の役割も有している。）。

具体的には、計算部１４０において、ヘテロダイン方式によって検出電圧を処理しているため、図５に示すように、検出電圧は正弦曲線となり、電圧の強度（出力値）ｙ１に相当する位相候補値として２つの値ｘ１、ｘ２が存在することとなる。この位相候補値とは、検出信号とリファレンス信号とにおける検出位相差を示すものである。

そして、本実施形態では、検出位相差の選択方法として、まず検出電圧からヘテロダイン方式により位相候補値を算出する。ここで、ヘテロダイン方式により検出電圧を処理しているため、信号は、０°を挟んで正負対称の正弦曲線となり、位相候補値には正負２つの値が存在することとなる。次に、検出電圧の時間的変化を確認する。検出素子１１０は、質量が単調変化するという特性を有するため、時間の経過と共に検出電圧に対する位相は単調変化する。この特性を利用して、例えば、検出電圧の強度が増加すれば負の位相差であり、減少すれば正の位相差であることが分かる。すなわち、検出電圧の時間的変化を確認することで、位相差の正負を判定することができる。このように、本実施形態に係るセンサ装置１００Ａによれば、２つの位相候補値から１つの検出位相差を決定することができる。

なお、後述する第２実施形態に係るセンサ装置１００Ｂのように、検出量算出部１７０を有する構成にしてもよく、その場合には、上述のようにして選択された検出位相差に基づいて検体の検出量を算出することができる。このように構成することにより、検体が備える標的の検出量を算出可能なセンサ装置を提供することができる。

また、本実施形態に係るセンサ装置１００Ａは、基準電圧の算出および検出電圧の算出において、ヘテロダイン方式によって信号を処理しているが、これに限らず、基準電圧の算出および検出電圧の算出を直交変調方式など他の方式によって信号を処理してもよい。ヘテロダイン方式によって信号を処理する構成であれば、検出信号とリファレンス信号との差分をとる計算部、すなわちミキサおよびローパスフィルタを追加するのみで検体検出量を算出可能である。このため、ＳＡＷセンサなどで位相差の測定に用いられる直交変調方式と比較して、信号処理の簡素化が可能であり、必要部品点数を少なく、小型化が可能であり、かつ消費電流を抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係るセンサ装置１００Ｂは、図２に示すように、第１信号発生器ＳＧ１、第２信号発生器ＳＧ２、検出素子１１０、リファレンス素子１２０、第１接続配線１１５、第２接続配線１２５、分岐部１３０、計算部１４０、計測部１５０、選択部１６０および検出量算出部１７０を有する。

本実施形態に係るセンサ装置１００Ｂは、第１実施形態に係るセンサ装置１００Ａと比較して、分岐部１３０、選択部１６０および検出量算出部１７０をさらに有するとともに、計算部１４０は、第１計算部１４１および第２計算部１４２を有する。

以下の説明において、第１実施形態に係るセンサ装置１００Ａと同様の構成については説明を省略する場合がある。

（第１接続配線１１５）
第１接続配線１１５は、第１信号発生器ＳＧ１に第１分岐部１３１を接続する役割を有するものである。すなわち、本実施形態では、第１接続配線１１５は、第１信号発生器ＳＧ１に、第１分岐部１３１を介して、第１計算部１４１を接続している。

本実施形態において、第１接続配線１１５は、図２（ａ）に示すように第１分岐部１３１に接続されているとともに、第１信号発生器ＳＧ１には図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように選択的に接続される。

（第２接続配線１２５）
第２接続配線１２５は、第２信号発生器ＳＧ２に第２分岐部１３２を接続する役割を有するものである。すなわち、本実施形態では、第２接続配線１２５は、第２信号発生器ＳＧ２に、第２分岐部１３２を介して、第２計算部１４２を接続している。

本実施形態において、第２接続配線１２５は、図２（ａ）に示すように第２分岐部１３２に接続されているとともに、第２信号発生器ＳＧ２には図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように選択的に接続される。

（分岐部１３０）
本実施形態において、分岐部１３０は、第１分岐部１３１および第２分岐部１３２を有する。第１分岐部１３１および第２分岐部１３２は、例えばスプリッタで構成することができ、その一方のスプリッタによって分岐された２つの信号の位相を互いにずらすことができる。

まず、図２（ａ）に示すような接続状態で、第１分岐部１３１および第２分岐部１３２によって、第１基準信号および第２基準信号を得る。具体的には次の通りである。

第１分岐部１３１は、図２（ａ）に示すように、第１接続配線１１５によって第１信号発生器ＳＧ１に第１分岐部１３１を接続した状態で、第１信号発生器ＳＧ１から第１周波数の信号ｆ１を発生させることによって、第１基準信号を得る。そして、この第１基準信号を第１分岐信号と第２分岐信号とに分岐する。ここで、第１分岐信号と第２分岐信号とは位相の同じ信号である。すなわち、第１基準信号を２つの同一信号Ａに分岐するものである。

第２分岐部１３２は、図２（ａ）に示すように、第２接続配線１２５によって第２信号発生器ＳＧ２に第２分岐部１３２を接続した状態で、第２信号発生器ＳＧ２から第２周波数の信号ｆ２を発生させることによって、第２基準信号を得る。そして、この第２基準信号を第３分岐信号と第４分岐信号とに分岐する。ここで、第３分岐信号は、第１分岐信号と同じ位相である。第４分岐信号は、第３分岐信号から位相をずらしている。ただし、位相をずらす値としては１８０°を除く。この例では９０°位相をずらしている。図２中において、第３分岐信号をＢで、第４分岐信号をＢ’で表している。これによれば、第４分岐信号の位相を第１〜第３分岐信号に対して９０°ずらしていることより、第１検出電圧が最も感度が低くなるときに、第２検出電圧が最も感度の高い領域となるため、高感度にすることができる。

なお、本実施形態に係るセンサ装置１００Ｂでは、リファレンス信号を第３分岐信号と第４分岐信号とに位相をずらして分岐した例を示したが、これに代えて、検出信号から位相をずらして分岐した信号を出力するようにしてもよい。また、第４分岐信号の位相を第１分岐信号に対して９０°ずらした例を説明したが、１８０°を除く値であれば９０°以外でもよい。

なお、例えば、第１分岐部１３１で、信号を２つに分岐させて同一位相の分岐信号を得るとともに、第２分岐部１３２で、信号を２つに分岐させた後に、一方の線路長を他方の線路長に対して異ならせることによって、分岐信号間で位相をずらすようにしてもよい。

ここで、分岐部１３０（第１分岐部１３１および第２分岐部１３２）において各分岐信号における位相のずれは、後述の第１計算部１４１において、第１分岐信号Ａから第３分岐信号Ｂを差し引いた値として算出される第１基準位相差と、後述の第２計算部１４２において、第２分岐信号Ａから第４分岐信号Ｂ’を差し引いた値として算出される第２基準位相差とが異なる値になるように設定される。このような位相のずれの設定については、他の分岐部１３０、および他の実施形態におけるセンサ装置１００においても同様である。

次に、図２（ｂ）に示すような接続状態で、第１分岐部１３１および第２分岐部１３２によって、上述の基準信号と同様にして、検出信号およびリファレンス信号を得る。具体的には次の通りである。

第１分岐部１３１は、図２（ｂ）に示すように、第１接続配線１１５を用いずに、第１信号発生器ＳＧ１、検出素子１１０および第１分岐部１３１を接続した状態で、第１信号発生器ＳＧ１から第１周波数の信号ｆ１を発生させることによって、検出信号を得る。そして、この検出信号を第１分岐信号と第２分岐信号とに分岐する。ここで、第１分岐信号と第２分岐信号とは位相の同じ信号である。すなわち、検出信号を２つの同一信号に分岐するものである。図２中において、第１分岐信号および第２分岐信号をいずれも符号Ａで表している。

第２分岐部１３２は、図２（ｂ）に示すように、第２接続配線１２５を用いずに、第２信号発生器ＳＧ２、リファレンス素子１２０および第２分岐部１３２を接続した状態で、第２信号発生器ＳＧ２から第１周波数の信号ｆ１を発生させることによって、リファレンス信号を得る。そして、このリファレンス信号を第３分岐信号と第４分岐信号とに分岐する。ここで、第３分岐信号は、第１分岐信号と同じ位相である。第４分岐信号は、第１分岐信号から位相を、１８０°を除く値だけずらしている。この例では９０°位相をずらしている。図２中において、第３分岐信号を符号Ｂで、第４分岐信号を符号Ｂ’で表している。

（計算部１４０）
本実施形態において、計算部１４０は、第１計算部１４１と第２計算部１４２とを有する。

計算部１４０は、上述の第１基準信号あるいは検出信号を分岐した第１分岐信号Ａおよび第２分岐信号Ａと、第２基準信号あるいはリファレンス信号を分岐した第３分岐信号Ｂおよび第４分岐信号Ｂ’とから、例えばヘテロダイン方式によって基準電圧あるいは検出電圧を得る。基準電圧および検出電圧のいずれを得るかは、信号発生器と素子との接続の有無に応じて決まる。第１計算部１４１および第２計算部１４２は、例えばミキサとローパスフィルタとで構成することができる。

具体的には、上述の通り、図２（ａ）に示すように各構成要素を接続した状態において、第１計算部１４１は、第１分岐信号Ａから第３分岐信号Ｂを差し引いた値である第１基準位相差を得て、ヘテロダイン方式によってこの第１基準位相差に対応する第１基準電圧を得るとともに、第２計算部１４２は、第２分岐信号Ａから第４分岐信号Ｂ’ を差し引いた値である第２基準位相差を得て、ヘテロダイン方式によってこの第２基準位相差に対応する第２基準電圧を算出する。

また、図２（ｂ）に示すように各構成要素を接続した状態において、第１計算部１４１は、第１分岐信号Ａから第３分岐信号Ｂを差し引いた値である第１検出位相差を得て、ヘテロダイン方式によってこの第１検出位相差に対応する第１検出電圧を得るとともに、第２計算部１４２は、第２分岐信号Ａから第４分岐信号Ｂ’ を差し引いた値である第２検出位相差を得て、ヘテロダイン方式によってこの第２検出位相差に対応する第２検出電圧を算出する。

このように、本実施形態に係るセンサ装置１００Ｂによれば、２つの信号発生器と２つの計算部との接続構成を変更しつつ、２つの信号発生器から所定の周波数の信号を発生することによって、センサ装置自体で簡易に図６（ａ）に示すような基準電圧を算出することができる。その他、上述の第１実施形態に係るセンサ装置１００Ａと同様の効果を奏することができる。

（計測部１５０）
計測部１５０は、第１検出電圧から２つの第１位相候補値を算出し、そのうちの一方を第１検出位相差と判断する。同様に、第２検出電圧から２つの第２位相候補値を算出し、そのうち一方を第２検出位相差と判断する。

ここで、本実施形態においても、ヘテロダイン方式によって第１検出電圧および第２検出電圧を処理しているため、第１検出電圧および第２検出電圧はそれぞれ図５（ａ）に示すような正弦曲線となり、電圧の強度（出力値）ｙ１に相当する位相候補値として２つの値ｘ１、ｘ２が存在することとなる。位相候補値とは、検出信号とリファレンス信号とにおける検出位相差を示すものである。

具体的に第１検出電圧および第２検出電圧に対して検討すると、第１検出電圧に対して２つの第１位相候補値ｘ１１、ｘ２１が存在する。同様に第２検出電圧に対して２つの第２位相候補値ｘ１２、ｘ２２が存在する。ここで、ｘ１１とｘ１２との組合せ、ｘ１１とｘ２２との組合せ、ｘ２１とｘ１２との組合せ、およびｘ２１とｘ２２との組合せの合計４つの組合せの中で、最も値（位相差の値）が近いもので組合せを構成する位相候補値をそれぞれ、第１検出電圧に対応する第１検出位相差および第２検出電圧に対応する第２検出位相差とする。すなわち、４つの組合せのそれぞれについて差を求め、その値が最も小さくなる組合せを選択する。そして、選択した組合せをなす位相候補値をそれぞれ、第１検出電圧に対応する第１検出位相差および第２検出電圧に対応する第２検出位相差とする。これは、以下のメカニズムによる。

すなわち、理論上では、第１基準電圧の２つの第１位相候補値のうちの１つと、第２基準電圧の２つの第２位相候補値のうちの１つとが同じになる。この同じ値が正しい位相差（第１基準位相差、第２基準位相差）である。しかしながら、実測定である第１検出電圧および第２検出電圧においては、誤差によって完全に同一の値をとることができない可能性がある。このため、差が最も少ない組合せ（すなわち最も近い値を取るもの）を正しい位相差であるとして、第１検出位相差および第２検出位相差と判別するものである。

（選択部１６０）
選択部１６０は、計測部１５０にて得られた第１検出位相差および第２検出位相差から、１つの検出位相差を選択する。

具体的には、上述のようにして得られた第１検出位相差および第２検出位相差のうち信号の出力値（例えば、Ｖ１、Ｖ２）が所定の基準値に近い方を検出位相差として選択する。これによれば、所定の基準値を基準として選択すべき検出位相差を特定することができる。ここで、基準値として、例えば、０（ゼロ）あるいは２つの交点強度の中点などを設定することができる。図６に示すような理論的な軌跡を用いる場合には、基準値である２つの交点強度の中点はゼロになる。なお、基準値としては、２つの交点強度の中点に限られず、第１検出電圧および第２検出電圧を考慮して、高い感度の検出電圧を得ることができるよう適切な値に設定すればよい。

このように、本実施形態によれば、上述のようにヘテロダイン方式によって２つの検出信号（第１および第２検出信号）を用いて信号処理を行なうことから、位相候補値から位相差を判断することができる。それ故、１つの検出信号を用いる場合と比較して、広い位相範囲において測定することが可能となる。

（検出量算出部１７０）
検出量算出部１７０は、選択部１６０に接続されている。

検出量算出部１７０において、選択部１６０にて選択された検出位相差を用いて、検体の検出量を算出する。例えば、検出量算出部１７０は、予め標準検体の検出量に関するデータを有しており、当該データと実測定で得られた値とを対比することによって、検体の検出量を算出することができる。

以上のような構成を有することにより、検体が備える標的の検出量を算出可能なセンサ装置を提供することができる。

以上のような、本実施形態に係るセンサ装置１００Ｂによれば、上述の第１実施形態に係るセンサ装置１００Ａと同様の効果を奏することができる。
それに加えて、以下のような効果を有する。

まず、通常のヘテロダイン方式では位相差の正負の判断が付かないため、測定可能な位相範囲は０°から１８０°までの範囲のみであった。これに対して、本実施形態に係るセンサ装置１００Ｂによれば、第１検出電圧および第２検出電圧を第１位相候補値および第２位相候補値と比較することによって、位相候補値からの位相の正負を判断し、検出位相差を推定することができる。これにより、測定可能な位相範囲を−１８０°から１８０°まで広げることができる。さらに、連続的に第１検出電圧および第２検出電圧の電圧強度の変化を測定することによって、１８０°を超える位相範囲においても測定可能となる。

また、通常のヘテロダイン方式では、検出電圧は正弦曲線を描くため、位相差が０°および±１８０°で傾きが小さくなり、感度が低くなったり誤差が大きくなったりするおそれがある。これに対して、本実施形態に係るセンサ装置１００Ｂによれば、傾きが小さくなる領域を省き、全ての位相範囲で傾きの大きい検出電圧を用いることとなる。これにより、位相変化に対して電圧変化率の高いものとすることができ、高感度にすることができる。特に、センサ装置において、位相差０°付近は、標的検出による信号変化の立ち上り部分に相当することが多く、高い感度で測定することが望まれることから、本実施形態に係るセンサ装置１００Ｂは、優れた効果を発揮することができる。

さらに、上述のような２つの検出電圧（第１検出電圧、第２検出電圧）を用いることより、ノイズ判定を行なうことができる。これは以下のようなメカニズムによる。検出信号およびリファレンス信号にはノイズが混入することがあるが、通常はこのようなノイズをノイズとして判別することは困難である。これに対して、本実施形態に係るセンサ装置１００Ｂによれば、ノイズが混入せず正しく測定できている場合には、第１検出電圧および第２検出電圧の一方の電圧強度が交点強度ＶｍａｘおよびＶｍｉｎの間の範囲に入る値をとり、他方がこの範囲を外れる値をとる。言い換えると、第１検出電圧および第２検出電圧のいずれもが、この範囲内の値をとったりこの範囲外の値をとったりする場合には、ノイズであると判断することができる。このようにして、ノイズを判別することができるので、例えば、ノイズが混入したと判断した場合には、その測定結果を採用せず、再度測定をやり直すなどすることで、ノイズに影響されずに、より正確な測定をすることが可能となる。

（第２実施形態の変形例）
ここで、上述の第２実施形態に係るセンサ装置１００Ｂにおいて、計測部１５０および選択部１６０の内容が異なる変形例を以下において説明する。それ以外の構成については、第２実施形態に係るセンサ装置１００Ｂと同一である。以下、本変形例における計測部１５０’および選択部１６０’について詳細に説明する。

（計測部１５０’）
計測部１５０’は、第１検出電圧から２つの第１位相候補値を算出し、そのうちの一方を第１検出位相差と判断する。同様に、第２検出電圧から２つの第２位相候補値を算出し、そのうち一方を第２検出位相差と判断する。

具体的には、予め第１検出電圧と第２検出電圧との位相差に対する軌跡を求め、第１検出電圧と第２検出電圧との交点における正負２つの強度を求める。そして、第１検出電圧と第２検出電圧とのうち、交点における正負２つの強度の間に位置するものを検出電圧として選択する。具体的には、以下の通りである。

図６（ａ）は、第１検出電圧および第２検出電圧の理論値の軌跡を示す図である。本実施形態においては、図６（ａ）における第１検出電圧の理論値を第１基準電圧と見做し、第２検出電圧の理論値を第２基準電圧と見做して、それを基準として実測定を行なって検体をセンシングすればよい。便宜上、第１検出電圧の強度をＶ１とし、第２検出電圧の強度をＶ２とし、第１検出電圧の軌跡と第２検出電圧の軌跡との交点の強度を大きい値から順にＶｍａｘおよびＶｍｉｎとしている。また、第１検出電圧の軌跡を破線で、第２検出電圧の軌跡を実線で示している。理論的には、交点の強度ＶｍａｘおよびＶｍｉｎは、Ｖ１およびＶ２の最大強度の０．５倍および−０．５倍となる。

ここで、第１検出電圧および第２検出電圧がいずれかの交点の強度をとる位相値ごとに位相値の区間を区切る。図６（ａ）では区間１〜区間５を示している。なお、区間１〜区間４を繰り返すものであり、区間１と区間５とは同一となる。そして、区間１では第２検出電圧を、区間２では第１検出電圧を、区間３では第２検出電圧を、区間４では第１検出電圧を、区間５では第２検出電圧をそれぞれ検出電圧として選択する。これを言い換えると、次のようになる。
Ｖ１＞Ｖ２、且つＶ１＞Ｖｍａｘ・・・検出電圧としてＶ２を採用
Ｖ１＜Ｖ２、且つＶ２＞Ｖｍａｘ・・・検出電圧としてＶ１を採用
Ｖ１＜Ｖ２、且つＶ１＜Ｖｍｉｎ・・・検出電圧としてＶ２を採用
Ｖ１＞Ｖ２、且つＶ２＜Ｖｍｉｎ・・・検出電圧としてＶ１を採用
仮にＶ１＝Ｖ２の場合は、どちらを検出電圧として採用してもよい。

以上のようにして選択した検出電圧の軌跡を、図６（ｂ）に示す。

（選択部１６０’）
選択部１６０’は、計測部１５０’にて得られた第１検出位相差および第２検出位相差から、１つの検出位相差を選択する。

具体的には、第１検出電圧を検出電圧としたときには、第１検出位相差を検出位相差とし、第２検出電圧を検出電圧としたときには、第２検出位相差を検出位相差とする。

以上のようにして、選択部１６０’にて選択された検出位相差を用いて、第２実施形態に係るセンサ装置１００Ｂにおける検出量算出部１７０と同様に、検体の検出量を算出することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係るセンサ装置１００Ｃは、図３に示すように、第１信号発生器ＳＧ１、第２信号発生器ＳＧ２、検出素子１１０、リファレンス素子１２０、素子分岐部１０５、第１接続配線１１５、第２接続配線１２５、分岐部１３０、計算部１４０、計測部１５０、選択部１６０および検出量算出部１７０を有する。以下、上述の第１および第２実施形態に係るセンサ装置１００Ａ、１００Ｂと同様の構成については説明を省略する場合がある。

上述の実施形態に係るセンサ装置１００Ａ、１００Ｂでは、図１および図２に示すように、第１信号発生器ＳＧ１は検出素子１１０に接続可能であり、第２信号発生器ＳＧ２はリファレンス素子１２０に接続可能な構成を有している。

これに対して、本実施形態に係るセンサ装置１００Ｃは、図３に示すように、検出素子１１０およびリファレンス素子１２０に接続している素子分岐部１０５を有している。そして、第１信号発生器ＳＧ１は素子分岐部１０５に接続せず、第２信号発生器ＳＧ２が素子分岐部１０５に接続可能である。

そして、図３（ｂ）に示すように、第２信号発生器ＳＧ２から発生した信号が、素子分岐部１０５を介して、検出素子１１０およびリファレンス素子１２０に入力されることになる。入力された信号は、その後、上述の第２実施形態に係るセンサ装置１００Ｂと同様の経路を辿って検出・処理される。ここで、素子分岐部１０５は、例えばスプリッタで構成することができる。なお、変形例として、第１信号発生器ＳＧ１および第２信号発生器ＳＧ２の一方から発生する信号を素子分岐部１０５を採用することなく２つに分岐し、検出素子１１０およびリファレンス素子１２０などの複数の素子に入力される構成を採用してもよい。この場合において、素子が３つ以上存在する場合には、上述のように２つに分岐された信号が、入力される２つの素子に選択的に接続することが可能なスイッチを設ければよい。

本実施形態に係るセンサ装置１００Ｃにおいて、第１信号発生器ＳＧ１および第２信号発生器ＳＧ２から出力される信号は次の通りである。図３（ａ）の接続状態においては、第１信号発生器ＳＧ１から第１周波数の信号ｆ１が、第２信号発生器ＳＧ２から第２周波数の信号ｆ２が出力され、図３（ｂ）の接続状態においては、第２信号発生器ＳＧ２から第１周波数の信号ｆ１が出力されるようにすればよい。

以上のように、本実施形態に係るセンサ装置１００Ｃにおいても、上述の実施形態と同様に、第１信号発生器ＳＧ１に計算部１４０を接続した状態で、第１信号発生器ＳＧ１から第１周波数の信号ｆ１を発生し、第２信号発生器ＳＧ２に計算部１４０を接続した状態で、第２信号発生器ＳＧ２から第２周波数の信号ｆ２を発生することによって、センサ装置自体で簡易に基準位相差を得ることができ、この基準位相差に対応する基準電圧を算出することができる。
それに加えて、本実施形態に係るセンサ装置１００Ｃにおいても、上述の第２実施形態に係るセンサ装置１００Ｂと同様の効果を奏することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係るセンサ装置１００Ｄは、図４に示すように、第１信号発生器ＳＧ１、第２信号発生器ＳＧ２、検出素子１１０ａ、検出素子１１０ｂ、リファレンス素子１２０ａ、リファレンス素子１２０ｂ、素子分岐部１０５、第１接続配線１１５、第２接続配線１２５、分岐部１３０、計算部１４０、計測部１５０、選択部１６０および検出量算出部１７０を有する。以下、第１〜第３実施形態に係るセンサ装置１００Ａ〜１００Ｃと同様の構成については説明を省略する場合がある。

上述の実施形態に係るセンサ装置１００Ａ〜１００Ｃでは、図１〜図３に示すように、検出素子１１０およびリファレンス素子１２０が１つずつであり、１つの検出素子１１０に第１分岐部１３１が接続されるとともに、１つのリファレンス素子１２０に第２分岐部１３２が接続される構成を有している。

これに対して、本実施形態に係るセンサ装置１００Ｄは、図４に示すように、検出素子１１０およびリファレンス素子１２０をそれぞれ２つとし、２つの検出素子１１０ａ、ｂに第１分岐部１３１が選択的に接続可能であるとともに、２つのリファレンス素子１２０ａ、ｂに第２分岐部１３２が選択的に接続可能である。

これら２つの検出素子１１０ａ、ｂは、同じであっても異なっていてもよく、異なる場合には、それぞれが特異的に吸着する標的の種類が異なるように、Ａｕ膜に異なるＤＮＡ、ＲＮＡ、または抗体等を固定すればよい。

具体的には、第１分岐部１３１は、スイッチ１３６ａによって２つの検出素子１１０ａ、ｂのうちのいずれかに選択的に接続できるようにし、第２分岐部１３２は、スイッチ１３６ｂによって２つのリファレンス素子１２０ａ、ｂのうちのいずれかに選択的に接続できるようにすればよい。

これによれば、検体に含まれる２つ以上の検出対象を、分岐部１３０に続く構成（すなわち計算部１４０、計測部１５０、選択部１６０および検出量算出部１７０の構成）を変更することなく、一度に（１つの検体を用いることによって）検出することが可能となる。

以上のように、本実施形態に係るセンサ装置１００Ｄにおいても、上述の実施形態と同様に、第１信号発生器ＳＧ１に計算部１４０を接続した状態で、第１信号発生器ＳＧ１から第１周波数の信号ｆ１を発生し、第２信号発生器ＳＧ２に計算部１４０を接続した状態で、第２信号発生器ＳＧ２から第２周波数の信号ｆ２を発生することによって、センサ装置自体で簡易に基準位相差を得ることができ、この基準位相差に対応する基準電圧を算出することができる。

それに加えて、本実施形態に係るセンサ装置１００Ｄにおいても、上述の第２実施形態に係るセンサ装置１００Ｂと同様の効果を奏することができる。

なお、上述の接続構成に代えて、図４の各スイッチ１３５、１３６の構成に示すように、例えば、第１分岐部１３１および第２分岐部１３２のそれぞれを、２つの検出素子および２つのリファレンス素子のいずれに対しても任意に接続できるようにしてもよい。

また、上述の素子構成に代えて、例えば、検出素子を３つにし、リファレンス素子を１つにしてもよい。この場合において、第１分岐部および第２分岐部のいずれか一方がリファレンス素子に接続する構成であればよく、他方については３つの検出素子のいずれに接続するかは特に限定されず、検出対象の種類・数に応じて適宜設定することができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態に係るセンサ装置１０１は、図１５に示すように、信号発生器ＳＧ、検出素子１１０、リファレンス素子１２０、第１接続配線１１５、第２接続配線１２５、計算部１４０および計測部１５０を有する。

本実施形態に係るセンサ装置１０１は、第１実施形態に係るセンサ装置１００Ａと比較して、第１信号発生器ＳＧ１および第２信号発生器ＳＧ２の２つの信号発生器を備える代わりに１つの信号発生器ＳＧを備える点で異なっている。

以下の説明において、第１実施形態に係るセンサ装置１００Ａと同様の構成については説明を省略する場合がある。

（信号発生器ＳＧ）
信号発生器ＳＧは、第１周波数の信号ｆ１および第１周波数とは異なる第２周波数の信号ｆ２を発生するものである。但し、信号発生器ＳＧは、第１周波数の信号ｆ１および第２周波数の信号ｆ２に限定されるものではなく、第３周波数の信号などそれ以外の周波数の信号を発生できるものであってもよい。

本実施形態において、信号発生器ＳＧは、第１周波数の信号ｆ１および前記第２周波数の信号ｆ２のうち少なくとも一方を出力する第１出力部と、第１周波数の信号ｆ１および第２周波数の信号ｆ２のうち少なくとも一方を出力する第２出力部とを有する。第１出力部は、第１接続配線１１５および検出素子１１０のいずれかに選択的に接続可能であり、第２出力部は、第２接続配線１２５および検出素子１２０のいずれかに選択的に接続可能である。そして、図１５（ａ）に示すように、第１出力部が、第１接続配線１１５に接続した状態で第１周波数の信号ｆ１を発生し、第２出力部が、第２接続配線１２５に接続した状態で第２周波数の信号ｆ２を発生し、図１５（ｂ）に示すように、第１出力部が、検出素子１１０に接続した状態で第１周波数の信号ｆ１を発生し、第２出力部が、検出素子１２０に接続した状態で第１周波数の信号ｆ１を発生する。

信号発生器ＳＧは、第１出力部および第２出力部から同時に信号を出力することができればよい。例えば、図１５（ａ）のような接続状態では、第１出力部からは信号ｆ１を出力し、それと同時に第２出力部からは信号ｆ１とは周波数が異なる信号ｆ２を出力する。図１５（ｂ）のような接続状態では、第１出力部からは信号ｆ１を出力し、それと同時に第２出力部からも信号ｆ１を出力する。

（センサ装置１００Ａの素子構成）
次に、本発明の実施形態に係るセンサ装置の原理を具体化した構成について説明する。以下では図７〜図９を用いて、実施形態の一例として、本発明の第１実施形態に係るセンサ装置１００Ａにおける素子（検出素子１１０およびリファレンス素子１２０）を具体化した構成について説明する。

素子（検出素子１１０およびリファレンス素子１２０）は、図７（ａ）の斜視図に示すように、外観上は主に圧電基板１とカバー３とで構成されている。カバー３には、検体溶液の流入口である第１貫通孔１８と空気孔または検体溶液の流出口である第２貫通孔１９とが設けられている。

図７（ｂ）に、カバー３の片側半分を取り除いたときのセンサ装置１００Ａの斜視図を示す。同図に示すように、カバー３の内部には検体（溶液）の検体用流路となる空間２０が形成されている。第１貫通孔１８はこの空間２０に繋がっている。すなわち、第１貫通孔１８から入った検体は空間２０に流れ込むようになっている。

空間２０に流れ込んだ検体液には標的が含まれており、その標的が圧電基板１上に形成された金属膜７などからなる検出部と反応する。

図８にセンサ装置１００Ａの素子（検出素子１１０およびリファレンス素子１２０）の断面図を示す。図８（ａ）は図７（ａ）のＶＩａ−ＶＩａ線における断面図であり、図８（ｂ）は図７（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ線における断面図である。図９に圧電基板１の上面図を示す。

図８、図９に示すように、圧電基板１の上面には、検出第１ＩＤＴ電極５ａ、検出第２ＩＤＴ電極６ａ、リファレンス第１ＩＤＴ電極５ｂおよびリファレンス第２ＩＤＴ電極６ｂが形成されている。検出第１ＩＤＴ電極５ａおよびリファレンス第１ＩＤＴ電極５ｂは所定のＳＡＷを発生させるためのものであり、検出第２ＩＤＴ電極６ａおよびリファレンス第２ＩＤＴ電極６ｂは、それぞれ検出第１ＩＤＴ電極５ａおよびリファレンス第１ＩＤＴ電極５ｂで発生したＳＡＷを受信するためのものである。検出第１ＩＤＴ電極５ａで発生したＳＡＷを検出第２ＩＤＴ電極６ａが受信できるように、検出第２ＩＤＴ電極６ａは、検出第１ＩＤＴ電極５ａで発生したＳＡＷの伝搬路上に配置されている。リファレンス第１ＩＤＴ電極５ｂおよびリファレンス第２ＩＤＴ電極６ｂも同様に配置される。

検出第１ＩＤＴ電極５ａおよび検出第２ＩＤＴ電極６ａは、それぞれ配線８を介してパッド９に接続されている。これらのパッド９および配線８を介して外部から検出第１ＩＤＴ電極５ａに信号が入力され、検出第２ＩＤＴ電極６ａから外部に信号が出力される。リファレンス第１ＩＤＴ電極５ｂおよびリファレンス第２ＩＤＴ電極６ｂは、検出第１ＩＤＴ電極５ａおよび検出第２ＩＤＴ電極６ａと同様であるため、以下、適宜説明を省略する。

検出第１ＩＤＴ電極５ａ、検出第２ＩＤＴ電極６ａ、リファレンス第１ＩＤＴ電極５ｂおよびリファレンス第２ＩＤＴ電極６ｂは、保護膜４によって覆われている。保護膜４は各電極および配線の酸化防止などに寄与するものである。

図８（ｂ）に示すように、検出第１ＩＤＴ電極５ａは第１振動空間１１ａに収容され、検出第２ＩＤＴ電極６ａは第２振動空間１２ａに収容されている。これにより、検出第１ＩＤＴ電極５ａおよび検出第２ＩＤＴ電極６ａが外気および検体液から隔離され、水分などの腐食物質から検出第１ＩＤＴ電極５ａおよび検出第２ＩＤＴ電極６ａを保護することができる。また、第１振動空間１１ａおよび第２振動空間１２ａが確保されることによって、検出第１ＩＤＴ電極５ａおよび検出第２ＩＤＴ電極６ａにおいてＳＡＷの励振が大きく阻害されない状態とすることができる。

板状体２の、第１振動空間１１ａおよび第２振動空間１２ａを形成するための凹部の間には、板状体２を厚み方向に貫通している部分である貫通部が形成されている。この貫通部は、ＳＡＷの伝搬路上に金属膜７ａを形成するために設けられたものである。すなわち、板状体２を圧電基板１に接合したときに、平面視で、検出第１ＩＤＴ電極５ａから検出第２ＩＤＴ電極６ａに伝搬するＳＡＷの伝搬路の少なくとも一部が貫通部から露出し、その露出部に金属膜７ａが形成される。

同様に、板状体２の、第１振動空間１１ｂおよび第２振動空間１２ｂを形成するための凹部の間には、板状体２を厚み方向に貫通している部分である他の貫通部が形成されている。この貫通部は、ＳＡＷの伝搬路上に金属膜７ｂを形成するために設けられたものである。

このような形状の板状体２は、例えば、感光性のレジストを用いて形成することができる。

板状体２の貫通部から露出する金属膜７ａは、検体液の検出部を構成する。金属膜７ａは、例えば、クロム（Ｃｒ）層およびクロム層上に成膜された金（Ａｕ）層の２層構造となっている。金属膜７ａの表面には、例えば、核酸またはペプチドからなるアプタマーが固定化されている。このようにアプタマーが固定化された金属膜７ａに検体液が接触すると、検体液中の特定の標的物質がその標的物質に対応するアプタマーと結合する。このような構成とすることで、検体中の標的物質がアプタマーと結合し、吸着するにつれて金属膜７ａの質量が単調増加するものとなる。すなわち、検体中の標的物質の量に応じて質量が単調増加するものとなる。なお、ここで金属膜７ａの質量が単調増加するのは、検体が連続的に金属膜７ａ上に供給される間のみである。

また、板状体２の他の貫通部から露出する金属膜７ｂは、リファレンス部を構成する。金属膜７ｂは、例えば、クロム層およびクロム層上に成膜された金層の２層構造となっている。金属膜７ａの表面には、検体に対して反応性を示さないように、金属膜７ａに固定化したようなアプタマーを付けないものとする。さらに、検体溶液に対して反応性を低めて安定化させるような表面処理を行なってもよい。

ＳＡＷを利用して検体溶液の性質などを測定するには、まず、検出第１ＩＤＴ電極５ａに、パッド９および配線８を介して外部の測定器から所定の電圧（信号）を印加する。そうすると、検出第１ＩＤＴ電極５ａの形成領域において圧電基板１の表面が励振され、所定の周波数を有するＳＡＷが発生する。発生したＳＡＷはその一部が検出第１ＩＤＴ電極５ａと検出第２ＩＤＴ電極６ａとの間の領域を通過し、検出第２ＩＤＴ電極６ａに到達する。このとき金属膜７ａでは、金属膜７ａに固定化されたアプタマーが検体中の特定の標的物質と結合し、結合した分だけ金属膜７ａの重さ（質量）が変化することになるため、金属膜７ａの下を通過するＳＡＷの位相特性などが変化する。このように特性が変化したＳＡＷが検出第２ＩＤＴ電極６ａに到達すると、それに応じた電圧が検出第２ＩＤＴ電極６ａに生じる。この電圧が交流信号の検出信号として配線８およびパッド９を介して外部に出力され、それを図１に示す分岐部１３０および計算部１４０を経て処理することによって、検体液の性質または成分を調べることができる。

すなわち、圧電基板１と、圧電基板１上に形成された検出部としての金属膜７ａと、検出第１ＩＤＴ電極５ａおよび検出第２ＩＤＴ電極６ａとで検出素子１１０Ａを構成する。

同様に、同じ空間２０にアプタマーが固定化されていない別の金属膜７ｂを設け、リファレンス第１ＩＤＴ電極５ｂからの信号を入力し、リファレンス第２ＩＤＴ電極６ｂから出力される交流信号を、温度特性等または湿度等の環境変化による信号変動の較正に用いるリファレンス信号とする。

すなわち、圧電基板１と、圧電基板１上に形成されたリファレンス部としての金属膜７ｂと、リファレンス第１ＩＤＴ電極５ｂおよびリファレンス第２ＩＤＴ電極６ｂとでリファレンス素子１２０Ａを構成する。

なお、図９に示すように、検出第１ＩＤＴ電極５ａ、検出第２ＩＤＴ電極６ａ、リファレンス第１ＩＤＴ電極５ｂおよびリファレンス第２ＩＤＴ電極６ｂのそれぞれを構成する一対の櫛歯状電極の一方が基準電位線３１に接続されている。この基準電位線３１はパッド９Ｇに接続されて基準電位となる。そして、検出第１ＩＤＴ電極５ａ、検出第２ＩＤＴ電極６ａ、リファレンス第１ＩＤＴ電極５ｂおよびリファレンス第２ＩＤＴ電極６ｂのそれぞれを構成する一対の櫛歯状電極のうち、基準電位に接続される側の電極を基準電位線３１が配置されている側に配置している。換言すると、一対の櫛歯状電極のうち内側に位置する側の電極が基準電位に接続されている。このように構成することで、検出素子１１０Ａとリファレンス素子１２０Ａとの間で互いの信号がクロストークすることを抑制できる。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施することができる。

例えば、図１０（ａ）に示すような、上述の実施形態に係るセンサ装置に対する変形例を採用してもよい。

上述の実施形態に係るセンサ装置１００Ａ、１００Ｂでは、検出素子１１０およびリファレンス素子１２０からの信号を直接用いた例について説明した。これに対して、図１０（ａ）に示すセンサ装置１００Ｅ１のように、検出素子１１０と第１分岐部１３１との間およびリファレンス素子１２０と第２分岐部１３２との間のそれぞれにローノイズアンプ１３３（第１ローノイズアンプ１３３ａ、第２ローノイズアンプ１３３ｂ）を配置してもよい。これによれば、次のような場合においても、高い検出精度を得ることができる。

一般にＳＡＷセンサでは、感度が高いと振幅特性の変化も大きくなる。そのため、保護膜４の厚みなどを調整して感度が高くなるような設計とすると、ロスも大きくなり正確な測定ができないおそれがある。しかし、このようにローノイズアンプ１３３を介在させることで、信号を増幅させて高い検出精度を得ることができる。一方で、計算部１４０へ入力される信号が小さいと、ノイズが多くなり検出精度が低くなるおそれがあるが、計算部１４０への入力経路にローノイズアンプ１３３を介在させることで、信号を増幅させて高い検出精度を得ることができる。ローノイズアンプ１３３は、計算部１４０への入力経路のうち各素子１１０、１２０に近い側に設けることが好ましい。

また、検出素子１１０およびリファレンス素子１２０に入力する信号を大きくすると、互いの入力信号同士が、あるいはこれらの入力信号と他の信号とがクロストークなどによって互いに悪影響を及ぼすおそれがある。これに対して、センサ装置１００Ｅ１のように検出素子１１０およびリファレンス素子１２０からの出力経路にローノイズアンプ１３３を介在させることで、入力する信号を大きくすることなく、上述のようなクロストークを抑制して高い検出精度を得ることができる。さらに、検出素子１１０およびリファレンス素子１２０に入力する信号を大きくすると、互いの入力信号同士が、あるいはこれらの入力信号と他の信号とが電磁波として外部に漏洩するおそれがある。これに対しても、センサ装置１００Ｅ１のように検出素子１１０およびリファレンス素子１２０からの出力経路にローノイズアンプ１３３を介在させることで、入力する信号を大きくすることなく、上述のような電磁波の外部への漏洩を抑制して高い検出精度を得ることができる。

また、図１０（ｂ）に示すような、上述の実施形態に係るセンサ装置に対する変形例を採用してもよい。

上述の実施形態に係るセンサ装置１００Ｂ〜１００Ｄでは、図２〜図４に示すように、第２分岐部１３２において、第３分岐信号を第１分岐信号と同じ位相とし、第４分岐信号を第１分岐信号から位相を９０°ずらしている。第１〜第４分岐信号の位相の設定はこれに限られるものではなく、第１検出電圧と第２検出電圧とが±１８０°を除く位相差を有するように設定すればよい。図１０（ｂ）に示すセンサ装置１００Ｅ２のように、例えば、第１分岐信号と第２分岐信号とを同じ位相とし、第３分岐信号を第１分岐信号に対して−４５°位相をずらすとともに第４分岐信号を第１分岐信号に対して＋４５°位相をずらすようにしてもよい。この場合においても、上述の実施形態に係るセンサ装置１００Ｂ〜１００Ｄと同様の効果を奏することができる。

また、図１０（ｃ）に示すような、上述の実施形態に係るセンサ装置に対する変形例を採用してもよい。

上述の実施形態に係るセンサ装置１００Ｂ〜１００Ｄでは、図２〜図４に示すように、第１分岐部１３１および第２分岐部１３２はそれぞれ２つの信号に分岐するものである。これに代えて、第１分岐部１３１および第２分岐部１３２がそれぞれ３つあるいはそれ以上の信号に分岐するように設定してもよい。図１０（ｃ）に示すセンサ装置１００Ｅ３のように、例えば、第１分岐部１３１および第２分岐部１３２をそれぞれ３つの信号Ａ、Ｂ、Ｂ’、Ｂ”に分岐する場合は、得られる信号のうち２つずつを用いてヘテロダイン方式によって互いに異なる位相差を有する３つの検出電圧を得ることで、上記センサ装置と同様の効果を奏することが可能となる。しかもこの場合には、３つの検出電圧のそれぞれにおいて傾きの小さい領域が広い場合、言い換えればそれぞれの検出電圧を感度よく計測できる領域が狭い場合であっても、３つの検出電圧からより感度が高い領域を有する検出電圧を選択するように設定することができるため、感度の低下をより効果的に抑制することが可能となる。

また、上述の実施形態に係るセンサ装置１００は、本発明の技術的思想の範囲内において、互いの構成を適宜組み合わせることよって異なる形態のセンサ装置とすることができるのは言うまでもない。例えば、第１実施形態のセンサ装置１００Ａの一の構成と、第２実施形態のセンサ装置１００Ｂの他の構成とを組み合わせてもよい。

１・・・圧電基板
２・・・板状体
３・・・カバー
４・・・保護膜
５ａ・・・検出第１ＩＤＴ電極
５ｂ・・・リファレンス第１ＩＤＴ電極
６ａ・・・検出第２ＩＤＴ電極
６ｂ・・・リファレンス第２ＩＤＴ電極
７ａ、７ｂ・・・金属膜
８・・・配線
９・・・パッド
１１ａ、１１ｂ・・・第１振動空間
１２ａ、１２ｂ・・・第２振動空間
２０・・・空間
３１・・・基準電位線
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ１、１００Ｅ２、１００Ｅ３・・・センサ装置
１０５・・・素子分岐部
１１０・・・検出素子
１１１・・・検出部
１１５・・・第１接続配線
１２０・・・リファレンス素子
１２１・・・リファレンス部
１２５・・・第２接続配線
１３０・・・分岐部
１３１・・・第１分岐部
１３２・・・第２分岐部
１３３・・・ローノイズアンプ
１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃ、１３５ｄ・・・素子側スイッチ
１３６ａ、１３６ｂ・・・分岐部側スイッチ
１４０・・・計算部
１４１・・・第１計算部
１４２・・・第２計算部
１５０・・・計測部
１６０・・・選択部
１７０・・・検出量算出部
ＳＧ・・・信号発生器
ＳＧ１・・・第１信号発生器
ＳＧ２・・・第２信号発生器
ｆ１・・・第１周波数の信号
ｆ２・・・第２周波数の信号
Ａ、Ｂ、Ｂ’、Ｂ”・・・第１〜第６分岐信号

Claims (24)

1. 第１周波数の第１信号を発生する第１信号発生器と、
   前記第１周波数と異なる第２周波数の第２信号を発生する第２信号発生器と、
   前記第１信号発生器と前記第２信号発生器とに接続可能で、前記第１信号または前記第２信号に基づいて、検出対象に応じた第３周波数の第３信号を出力する検出信号出力部と、
   前記第１信号発生器、前記第２信号発生器および前記検出信号出力部のそれぞれに接続可能で、前記第１信号と前記第２信号とに基づいて基準電圧を算出し、前記第３信号に基づいて検出電圧を算出する計算部と、を備える、センサ装置。
2. 前記検出信号出力部と前記計算部との間に接続可能で、前記第３信号を増幅する第１信号増幅器、をさらに備える、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記第１信号発生器と前記第２信号発生器とに接続可能で、前記第１信号または前記第２信号に基づいて、前記第３信号に対するリファレンス信号として得られる第４周波数の第４信号を出力するリファレンス信号出力部、をさらに備え、
   前記計算部は、前記第３信号および前記第４信号に基づいて前記検出電圧を算出する、請求項１または２に記載のセンサ装置。
4. 前記リファレンス信号出力部と前記計算部との間に接続可能で、前記第４信号を増幅する第２信号増幅器、をさらに備える、請求項３に記載のセンサ装置。
5. 前記計算部に接続可能で、前記基準電圧に基づいて前記検出電圧に対応する検出位相差を算出する計測部、をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１つに記載のセンサ装置。
6. 前記計算部は、ヘテロダイン方式によって前記基準電圧および前記検出電圧を算出する、請求項１〜５のいずれか１つに記載のセンサ装置。
7. 第１周波数の第１信号を発生する第１信号発生器と、
   前記第１周波数と異なる第２周波数の第２信号を発生する第２信号発生器と、
   前記第１信号発生器と前記第２信号発生器とに接続可能で、前記第１信号または前記第２信号に基づいて、検出対象に応じた第３周波数の第３信号を出力する検出信号出力部と、
   前記第１信号発生器および前記検出信号出力部に接続可能で、前記第１信号または前記第３信号を第１分岐信号および第２分岐信号に分岐する第１分岐部と、
   前記第１分岐部および前記第２信号発生器に接続可能で、信号の周波数に基づいて電圧を算出する第１計算部および第２計算部と、を備え、
   前記第１計算部は、
   前記第１信号発生器および前記第１分岐部に接続した状態で発生させた前記第１分岐信号と、前記第２信号と、に基づく第１基準電圧、ならびに、
   前記検出信号出力部、前記第１分岐部、および前記第１計算部を接続した状態で、前記第３信号に基づいて得られる第１分岐検出信号、に基づく第１検出電圧、を算出し、
   前記第２計算部は、
   前記第１信号発生器および前記第１分岐部に接続した状態で発生させた前記第２分岐信号と、前記第２信号と、に基づく第２基準電圧、ならびに、
   前記検出信号出力部、前記第１分岐部、および前記第２計算部を接続した状態で、前記第３信号に基づいて得られる第２分岐検出信号、に基づく第２検出電圧、を算出する、センサ装置。
8. 前記検出信号出力部と前記第１分岐部との間に接続可能で、前記第３信号を増幅する第１信号増幅器、をさらに備える、請求項７に記載のセンサ装置。
9. 前記第１信号発生器と前記第２信号発生器とに接続可能で、前記第１信号または前記第２信号に基づいて、前記第３信号に対するリファレンス信号として得られる第４周波数の第４信号を出力するリファレンス信号出力部と、
   前記第２信号または前記第４信号を第３分岐信号および第４分岐信号に分岐する第２分岐部と、をさらに備え、
   前記第１計算部は、
   前記１基準電圧と、
   前記第１分岐検出信号と、
   前記リファレンス信号出力部、前記第２分岐部および前記第１計算部を接続した状態で、前記第４信号に基づいて得られる第１分岐リファレンス信号と、に基づいて前記第１検出電圧を算出し、
   前記第２計算部は、
   前記第２基準電圧と、
   前記第２分岐検出信号と、
   前記リファレンス信号出力部、前記第２分岐部および前記第２計算部を接続した状態で、前記第４信号に基づいて得られる第２分岐リファレンス信号と、に基づいて前記第２検出電圧を算出する、請求項７または８に記載のセンサ装置。
10. 前記リファレンス信号出力部と前記第２分岐部との間に接続可能で、前記第４信号を増幅する第２信号増幅器、をさらに備える、請求項９に記載のセンサ装置。
11. 前記第１計算部および前記第２計算部に接続可能で、前記第１基準電圧に基づいて前記第１検出電圧に対する第１位相候補値、および前記第２基準電圧に基づいて前記第２検出電圧に対する第２位相候補値、を算出する計測部、をさらに備え、
    前記計測部は、第１位相候補値および第２位相候補値のうち１つの位相候補値から検出位相差を選定する、請求項７〜１０のいずれか１つに記載のセンサ装置。
12. 前記第１計算部および前記第２計算部は、ヘテロダイン方式によって前記第１基準電圧、前記第２基準電圧、前記第１検出電圧、および第２検出電圧を算出する、請求項７〜１１のいずれか１つに記載のセンサ装置。
13. 前記検出信号出力部は、第１検出信号出力部と第２検出信号出力部とを有する、請求項７〜１２のいずれか１つに記載のセンサ装置。
14. 前記第１信号発生器は、前記第１検出信号出力部および前記第２検出信号出力部のうちいずれか一方に接続する、請求項１３に記載のセンサ装置。
15. 前記第１信号発生器は、前記第１検出信号出力部、前記第２検出信号出力部および前記第１分岐部のうちいずれか１つに接続する、請求項１３に記載のセンサ装置。
16. 前記第１分岐部は、前記第１検出信号出力部および前記第２検出信号出力部のうちいずれか一方に接続する、請求項１３〜１５のいずれか１つに記載のセンサ装置。
17. 前記第１分岐部は、前記第１検出信号出力部、前記第２検出信号出力部および前記第１信号発生器のうちいずれか１つに接続する、請求項１３〜１５のいずれか１つに記載のセンサ装置。
18. 前記リファレンス信号出力部は、第１リファレンス信号出力部と第２リファレンス信号出力部とを有する、請求項９または１０に記載のセンサ装置。
19. 前記第２信号発生器は、前記第１リファレンス信号出力部および前記第２リファレンス信号出力部のうちいずれか一方に接続する、請求項１８に記載のセンサ装置。
20. 前記第２信号発生器は、前記第１リファレンス信号出力部、前記第２リファレンス信号出力部および前記第２分岐部のうちいずれか１つに接続する、請求項１８に記載のセンサ装置。
21. 前記第２分岐部は、前記第１リファレンス信号出力部および前記第２リファレンス信号出力部のうちいずれか一方に接続する、請求項１８〜２０のいずれか１つに記載のセンサ装置。
22. 前記第２分岐部は、前記第１リファレンス信号出力部、前記第２リファレンス信号出力部および前記第２信号発生器のうちいずれか１つに接続する、請求項１８〜２０のいずれか１つに記載のセンサ装置。
23. 第１周波数の第１信号および前記第１周波数と異なる第２周波数の第２信号を出力する信号出力工程と、
    前記第１信号または前記第２信号に基づいて、検出対象に応じた第３周波数の第３信号を出力する検出信号出力工程と、
    前記第１信号と前記第２信号とに基づいて基準電圧を算出する基準電圧算出工程と、
    前記第３信号に基づいて検出電圧を算出する検出電圧算出工程と、を含むセンシング方法。
24. 前記基準電圧算出工程および前記検出電圧算出工程では、それぞれヘテロダイン方式によって基準電圧および検出電圧を算出する、請求項２３に記載のセンシング方法。