周波数計測装置、並びに同装置を備えるニオイセンサー及び電子機器
【課題】振動子と発振回路との組を複数備えた周波数測定装置において、引き込み現象を回避しつつ、振動子の選別の必要のない周波数測定装置を提供する。
【解決手段】本発明の一態様の周波数計測装置は、第１吸着膜を備えた第１振動子１００ａと、第２吸着膜を備えた第２振動子１００ｘと、第１振動子１００ａに接続され、周波数を調整可能に第１発振信号１１８ａを出力する第１周波数調整器を備えた第１発振回路１１０ａと、第２振動子１００ｘに接続され、周波数を調整可能に第２発振信号１１８ｘを出力する第２周波数調整器を備えた第２発振回路１１０ｘと、第１発振信号１１８ａ及び第２発振信号１１８ｘの周波数をそれぞれ計測可能に構成された計測回路１２０ａと、計測回路１２０ａによる計測結果に基づいて、第１発振信号１１８ａと第２発振信号１１８ｘとの間の周波数差が所定の周波数差より大きくなるように第１周波数調整器及び第２周波数調整器を制御可能に構成された制御回路１３０と、を備えることを特徴とする。
【解決手段】本発明の一態様の周波数計測装置は、第１吸着膜を備えた第１振動子１００ａと、第２吸着膜を備えた第２振動子１００ｘと、第１振動子１００ａに接続され、周波数を調整可能に第１発振信号１１８ａを出力する第１周波数調整器を備えた第１発振回路１１０ａと、第２振動子１００ｘに接続され、周波数を調整可能に第２発振信号１１８ｘを出力する第２周波数調整器を備えた第２発振回路１１０ｘと、第１発振信号１１８ａ及び第２発振信号１１８ｘの周波数をそれぞれ計測可能に構成された計測回路１２０ａと、計測回路１２０ａによる計測結果に基づいて、第１発振信号１１８ａと第２発振信号１１８ｘとの間の周波数差が所定の周波数差より大きくなるように第１周波数調整器及び第２周波数調整器を制御可能に構成された制御回路１３０と、を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、吸着膜を備える振動子及びこの振動子に接続された発振回路からなる組を複数備える周波数計測装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
共振状態にある水晶振動子の表面に周辺媒体に含まれる物質が付着すると、その付着物質に応じて共振周波数が変化する現象がある。この現象を利用した技術はＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｓ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）と呼ばれ、周辺媒体に含まれる分子の存在やその量を検出するセンサーとして用いられている。ＱＣＭの応用例として、振動子の表面に特定の分子を選択的に吸着する吸着膜を形成したニオイセンサーが挙げられる。また、ＤＮＡのハイブリダイゼーションを利用したバイオセンサー、ガスセンサーなどとしても応用が検討されている。以下の説明では、主にニオイセンサーを例に挙げて説明する。
【０００３】
一般に、ＱＣＭデバイスにはＡＴカット型の水晶振動子が用いられる。ＡＴカットとは水晶結晶軸に対しある特定の方位のカット基板のことで、室温近傍で温度係数変化が極小になり温度安定性に優れるためＱＣＭデバイスに限らず広く用いられる。
【０００４】
ＡＴカット水晶振動子は、基板表裏に形成した励振電極間に電圧を印加すると表面と裏面が互い違いにスライドするいわゆる厚みすべり振動モードで動作する。その共振周波数ｆ0は表裏の電極に挟まれた部位の水晶板厚に反比例し、一般に次のような関係がある。
ｆ0（ＭＨｚ）＝１６７０／水晶板厚（μｍ）
【０００５】
そして、このＡＴカット水晶振動子を用いたＱＣＭデバイスの吸着物質量ΔＭと周波数変化量Δｆの関係は次のＳａｕｅｒｂｒｅｙの式で表されることが知られている。
【０００６】
【数１】
ここで、ｆ0：振動子の共振周波数、ρ：水晶の密度、μ：水晶のせん断弾性定数、Ａ:有効振動面積（略電極面積）である。上式より、水晶振動子の共振周波数ｆ0を高めることにより、感度すなわち吸着物質量ΔＭあたりの周波数変化量Δｆを高められることがわかる。
【０００７】
ところで、ＱＣＭデバイスを用いたニオイセンサーは、例えば特開昭６３−２２２２４８号公報（特許文献１）などに開示されている。この特許文献１の実施例６に開示された技術では、ＡＴカット水晶振動子１の電極２上に吸着膜としてジアルキルアンモニウム塩とポリスチレンスルホン酸からなる二分子膜フィルムを形成した素子（図６）を用いて、空気に飽和したニオイ物質βヨノンの存在を、振動数の変化として検出（図９）している。
【０００８】
ただし、実際には目的の物質だけを選択的に吸着膜に吸着させることは不可能であり、吸着膜には複数の物質が吸着されてしまう。これを解決するために、例えば特開平１−２４４３３５号公報（特許文献２）に記載の技術では、それぞれ異なる種類の吸着膜を形成した複数の水晶振動子の振動数変化を同時に観測し、振動子間の振動数変化比をパターン解析することで、ニオイの種類を特定する、いわゆるマルチアレイ方式を採用している。
【０００９】
ここで、ニオイの識別精度を高めるには、用いる吸着膜を備える振動子の種類を増やすことが有効である。測定対象であるニオイ物質は４０万種類もあると考えられ、このような膨大な種類のニオイ物質を上記の従来技術のように数個（数種類）の振動子（ＱＣＭ）で識別することは不可能である。
【００１０】
このように、振動子（ＱＣＭ）を多数用いる際、振動子にそれぞれ接続された発振回路間の引き込み現象が問題となることがある。ここでいう引き込み現象とは、２つの発振回路の発振周波数が近い場合、何らかのきっかけでこれらの発振回路から出力される信号の周波数が突然一致するよう変化してしまう現象を指す。引き込み現象が発生すると、吸着膜に付着した物質に関わらず、発振回路から出力される信号の周波数が変化する。
【００１１】
特開平１０−１４２１３４号公報（特許文献３）では、引き込み現象を回避するため、予め選別したそれぞれ共振周波数の異なる振動子を複数用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭６３−２２２２４８号公報
【特許文献２】特開平１−２４４３３５号公報
【特許文献３】特開平１０−１４２１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、上記特許文献３に記載されるようにそれぞれ共振周波数の異なる振動子を予め選別して使用したとしても、発振回路に含まれる負荷容量などの特性にばらつきがある場合がある。この場合、発振回路から出力される信号の周波数が予定する周波数とならないことがあり、発振回路間で所望の周波数差が得られないことがある。その結果、やはり引き込み現象が発生することがある。
【００１４】
さらには、多数の振動子を用いる場合、これらの振動子がそれぞれ異なる共振周波数を有している必要があり、選別に時間を要するという課題もある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる課題を解決するために、本発明の一態様の周波数計測装置は、第１吸着膜を備えた第１振動子と、第２吸着膜を備えた第２振動子と、前記第１振動子に接続され、周波数を調整可能に第１発振信号を出力する第１周波数調整器を備えた第１発振回路と、前記第２振動子に接続され、周波数を調整可能に第２発振信号を出力する第２周波数調整器を備えた第２発振回路と、前記第１発振信号及び前記第２発振信号の周波数をそれぞれ計測可能に構成された計測回路と、前記計測回路による計測結果に基づいて、前記第１発振信号と前記第２発振信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きくなるように前記第１周波数調整器及び前記第２周波数調整器を制御可能に構成された制御回路と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
かかる構成によれば、第１発振回路及び第２発振回路からそれぞれ出力される第１発振信号と第２発振信号との間の周波数差を所定の周波数差より大きくしているので、発振回路の間で引き込み現象が発生することを防止することができる。ひいては、引き込み現象により周波数計測装置の動作に不具合が発生することを防止することができる。
【００１７】
また、所定の共振周波数を有する振動子を予め選別する必要がなくなる。さらに、振動子の選別が不要となるので、ある共振周波数を有する振動子が余ってしまうことがなく、歩留りを向上させることも可能となり得る。
【００１８】
また、本発明の一態様の周波数計測装置は、第３吸着膜を備えた第３振動子と、前記第３振動子に接続され、周波数を調整可能に第３発振信号を出力する第３周波数調整器を備えた第３発振回路と、前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、前記制御回路は、（ａ１）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も高い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に高い周波数を有する信号を第２信号として特定し、（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、（ｃ１−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、（ｃ１−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を低くして前記（ａ１）に戻る、処理を実行可能に構成されていることを特徴とする。
【００１９】
かかる構成によれば、第１発振信号乃至第３発振信号のそれぞれの信号間における周波数差をそれぞれ所定の周波数差より大きくしているので、これらの発振回路の間で引き込み現象が発生することを防止することが可能となる。また、上記構成の制御回路を用いることで、容易かつ適切に、各発振信号の間の周波数差を所定の周波数差より大きくすることができる。
【００２０】
さらに、上記構成の制御回路では、発振信号の周波数を調整するときに、周波数を低くする処理を行っている。これによって、周波数計測装置の消費電力を増加させることなく、発振信号の周波数を調整することができる。
【００２１】
また、本発明の他の一態様の周波数計測装置は、第３吸着膜を備えた第３振動子と、前記第３振動子に接続され、第３周波数調整器によって調整可能な周波数を有する第３発振信号を出力可能に構成された第３発振回路と、前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、前記制御回路は、（ａ２）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も低い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に低い周波数を有する信号を第２信号として特定し、（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、（ｃ２−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に低い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、（ｃ２−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を高くして前記（ａ１）に戻る、処理を実行可能に構成されていることを特徴とする。
【００２２】
かかる構成によれば、前述の構成と同様、第１発振信号乃至第３発振信号のそれぞれの信号間における周波数差をそれぞれ所定の周波数差より大きくしているので、これらの発振回路の間で引き込み現象が発生することを防止することが可能となる。また、上記構成の制御回路を用いることで、容易かつ適切に、各発振信号の間の周波数差を所定の周波数差より大きくすることができる。
【００２３】
また、本発明の他の一態様の周波数計測装置は、第３吸着膜を備えた第３振動子と、前記第３振動子に接続され、第３周波数調整器によって調整可能な周波数を有する第３発振信号を出力可能に構成された第３発振回路と、前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、前記制御回路は、（ａ１）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も高い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に高い周波数を有する信号を第２信号として特定し、（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、（ｃ１−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、（ｃ３−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を低くした後、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち前記第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻る、処理を実行可能に構成されていることを特徴とする。
【００２４】
かかる構成によれば、発振信号の周波数を低くするよう調整しながら、より短時間の処理で、第１発振信号乃至第３発振信号のそれぞれの信号間における周波数差をそれぞれ所定の周波数差より大きくすることが可能となる。
【００２５】
また、本発明の他の一態様の周波数計測装置は、第３吸着膜を備えた第３振動子と、前記第３振動子に接続され、第３周波数調整器によって調整可能な周波数を有する第３発振信号を出力可能に構成された第３発振回路と、前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、前記制御回路は、（ａ２）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も低い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に低い周波数を有する信号を第２信号として特定し、（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、（ｃ２−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に低い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、（ｃ４−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を高くした後、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち前記第１信号の次に低い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻る、処理を実行可能に構成されていることを特徴とする。
【００２６】
かかる構成によれば、発振信号の周波数を高くするよう調整しながら、より短時間の処理で、第１発振信号乃至第３発振信号のそれぞれの信号間における周波数差をそれぞれ所定の周波数差より大きくすることが可能となる。
【００２７】
また、前記制御回路は、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のそれぞれの間の周波数差が所定の周波数差より大きくなったことを判定した時に前記処理を終了するよう構成されてよい。
【００２８】
また、前記第１発振回路及び第２発振回路は、それぞれ、前記振動子の第１端子と第２端子との間に接続された抵抗素子と、前記第１端子と前記第２端子との間に前記抵抗素子と並列に接続されたインバーターと、前記第１端子と第１電位端子との間に接続された可変容量素子と、前記第２端子と前記第１電位端子との間に接続された第１容量素子と、を備える構成とすることができる。
【００２９】
かかる構成によれば、比較的簡易な構成の発振回路を備える周波数計測装置を提供することができる。
【００３０】
また、前記第１周波数調整器及び第２周波数調整器は、それぞれ、前記可変容量素子に印加される電圧を変化可能に構成された電圧調整回路をさらに備える構成とすることができる。
【００３１】
かかる構成によれば、印加電圧を変化させることで容易に各発振信号の周波数を調整可能な周波数計測装置を提供することができる。
【００３２】
また、前記電圧調整回路はアナログフィルタ回路を含む構成とすることができる。
【００３３】
かかる構成によれば、アナログ素子を用いた簡易な構成の電圧調整回路を備える周波数計測装置を提供することができる。
【００３４】
また、前記第１周波数調整器及び前記第２周波数調整器は、それぞれ、対応する前記第１発振回路または前記第２発振回路の駆動電圧を変化可能に構成された駆動電圧調整回路を含んで構成されてもよい。
【００３５】
かかる構成によれば、駆動電圧を変化させるだけで、各発振信号の周波数を調整可能な周波数計測装置を提供することができる。
【００３６】
また、外部から供給される１ビットの制御信号に基づいて第１選択信号及び第２選択信号を生成するシリアルパラレル変換器をさらに備え、前記駆動電圧調整回路は、前記駆動電圧の端子と第２電位端子との間に直列に接続された第１駆動電圧調整抵抗素子及び第１スイッチング素子と、前記駆動電圧の端子と第２電位端子との間に直列に、かつ前記第１駆動電圧調整抵抗素子とは並列に接続された、第２駆動電圧調整抵抗素子及び第２スイッチング素子とをさらに含んでおり、前記第１スイッチング素子は前記第１選択信号によって導通状態が変化し、前記第２スイッチング素子は前記第２選択信号によって導通状態が変化する構成とすることができる。
【００３７】
かかる構成によれば、駆動電圧調整回路の複数のスイッチング素子を１ビットの制御信号で制御することが可能となる。これにより、用いられる信号線を減少させることができ、例えば、制御回路と発振回路との間の接続を容易化することができる。
【００３８】
また、本願は上記いずれかの周波数計測装置を備えるニオイセンサーを含む。
【００３９】
また、本願は上記周波数計測装置を備える電子機器を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】周波数計測装置の構成例を示す図。
【図２】発振回路の構成例を示す図。
【図３】制御電位調整回路の構成例を示す図。
【図４】制御信号の波形の例を示す図。
【図５】周波数計測装置の動作を説明する第１のフローチャート。
【図６】駆動電圧生成回路の構成例を示す図。
【図７】シリアルパラレル変換器の構成例を示す図。
【図８】周波数計測装置の動作を説明する第２のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って、図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、各図面において、同一の部品には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．定義
２．実施形態１
（１）周波数計測装置の構成例
（２）発振回路の構成例
（３）周波数調整器の構成例
（４）周波数計測装置の動作例
（５）実施形態１の特長
３．実施形態２
（１）周波数調整器の構成例
（２）実施形態２の特長
４．実施形態３
（１）周波数計測装置の動作例
（２）実施形態３の特長
５．補足
【００４２】
＜１．定義＞
まず、本明細書における用語を以下のとおり定義する。
【００４３】
「○○回路」（○○は任意の語。）：電気的な回路によるものを含むがこれに限定されず、当該回路の機能を果たす物理的手段、又はソフトウェアで実現される機能的手段などをも含む。また、１つの回路が有する機能が２つ以上の物理的又は機能的手段により実現されても、２つ以上の回路が有する機能が１つの物理的又は機能的手段により実現されても良い。
【００４４】
＜２．実施形態１＞
本発明の実施形態１における周波数計測装置の構成及び動作について、図１乃至図５を参照しながら説明する。
【００４５】
なお、本実施形態１を含む各実施形態で説明する周波数計測装置は、カウンタ回路または制御回路で計測された周波数に基づいて、例えば周辺媒体のニオイを識別するニオイセンサーなどの機器に用いられるものである。ニオイセンサーにおいては、各実施形態で説明する周波数計測装置に加えてニオイ識別用のデータベースを準備する。そして、周波数計測装置で計測された各発振回路から出力される周波数の変化に基づいてデータベースのデータを参照し、ニオイを識別することが可能になっている。以下においてはニオイセンサーなどの機器についての具体的な説明は行わず、本願における発明の特徴的部分である周波数測定装置について説明している。
【００４６】
＜（１）周波数計測装置の構成例＞
図１は、本実施形態１における周波数計測装置の構成を示す図である。図１に示すように、周波数計測装置は、水晶振動子１００ａ〜１００ｘ、発振回路１１０ａ〜１１０ｘ、カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘ、及び制御回路１３０を含んで構成される。すなわち、周波数計測装置は、水晶振動子１００、発振回路１１０、及びカウンタ回路１２０からなる構成を複数組（ｎ組）備え、これらの構成における複数のカウンタ回路１２０に接続された１つの制御回路１３０を備える構成となっている。
【００４７】
＜水晶振動子１００ａ〜１００ｘ＞
水晶振動子１００ａ〜１００ｘは、表面と裏面とに電極対が形成され、この電極対を介して、それぞれ発振回路１１０ａ〜１１０ｘに接続されるよう構成されている。水晶振動子１００ａ〜１００ｘは、この電極対に電圧を印加することにより、表面と裏面とが互い違いにスライドして振動する、いわゆる厚みすべり振動モードで動作する。また、水晶振動子１００ａ〜１００ｘは同一の基板上に設けられている。
【００４８】
水晶振動子１００ａ〜１００ｘの電極の表面には、特定の物質を吸着する特性を有する吸着膜が設けられている。水晶振動子１００ａ〜１００ｘの周辺媒体は主に気体であるが、液体または気体と液体との混合物などであってもよい。この吸着膜は、水晶振動子毎に異なる膜が用いられ、本実施形態においては、水晶振動子１００ａ〜１００ｘはそれぞれ異なる吸着膜を備えている。吸着膜は、水晶振動子１００ａ〜１００ｘの片面、または両面に形成されるが、両面に形成することが好ましい。このように吸着膜を両面に形成した場合、片面に形成するより効果的に吸着の対象となる物質を吸着することができる。なお、吸着膜としては、ポリマー膜、脂質膜、たんぱく質膜、又は単分子膜のいずれかが用いられる。また、吸着膜の種類によって吸着しやすい分子の種類が異なることが好ましい。
【００４９】
なお、上記構成ではすべての水晶振動子１００ａ〜１００ｘが吸着膜を備える構成としたが、これらの水晶振動子１００ａ〜１００ｘのうちの１つに吸着膜を備えない構成としてもよい。この場合、吸着膜を備えない水晶振動子１００ａに接続された発振回路１１０ａから出力される発振信号は吸着膜に付着した物質によって周波数が変化するものではないため、基準周波数を有する信号として利用することができる。
【００５０】
＜発振回路１１０ａ〜１１０ｘ＞
発振回路１１０ａ〜１１０ｘは、それぞれ水晶振動子１００ａ〜１００ｘに接続されるよう配置される。発振回路１１０ａ〜１１０ｘはそれぞれ発振信号１１８ａ〜１１８ｘを出力可能に構成される。また、発振回路１１０ａ〜１１０ｘはそれぞれ周波数調整器を備えており、これらの周波数調整器は、発振信号１１８ａ〜１１８ｘの周波数を調整可能に構成されている。発振回路１１０ａ〜１１０ｘの具体的な構成及び機能については後述する。
【００５１】
＜カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘ＞
カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘは、それぞれ発振回路１１０ａ〜１１０ｘに接続されるよう配置される。カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘは、それぞれ対応する発振回路１１０ａ〜１１０ｘから入力された発振信号１１８ａ〜１１８ｘの変化数をカウントし、カウント結果を一定時間毎に制御回路１３０に出力するよう構成されている。カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘによるカウントは、各発振信号１１８ａ〜１１８ｘの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの発生数をカウントするのが一般的であるが、これに限るものではない。
【００５２】
なお、本実施形態１では、それぞれ発振回路１１０ａ〜１１０ｘに対応する複数のカウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘを設ける構成としているが、複数のカウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘを１つの構成としてもよい。
【００５３】
＜制御回路１３０＞
制御回路１３０は、カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘから入力されたカウント結果に基づいて、発振回路１１０ａ〜１１０ｘが出力する発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの周波数を演算によって導出するよう構成されている。さらに制御回路１３０は、導出した各発振信号１１８ａ〜１１８ｘの周波数に基づいて、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの間の周波数差が所定の周波数差より大きくなるように、発振回路１１０ａ〜１１０ｘのそれぞれに含まれる周波数調整器を制御するための制御信号１４０ａ〜１４０ｘを出力する。制御回路１３０による制御の具体的な方法については後述する。
【００５４】
＜（２）発振回路の構成例＞
図２は、本実施形態１における発振回路の構成例を示す図である。図２に示すように、発振回路１１０は、抵抗素子１１１、インバーター１１２及び１１３、負荷容量１１４及び１１５、可変容量ダイオード１１６、並びに制御電位調整回路１１９を含んで構成される。この構成は、いわゆるコルピッツ発振回路となっているが、発振回路で生成される発振信号の周波数を調整可能にするため、負荷容量の一部として可変容量ダイオード１１６を含む。
【００５５】
抵抗素子１１１は、水晶振動子１００の２つの端子間に接続されるよう配置される。インバーター１１２は、水晶振動子１００の２つの端子間に、抵抗素子１１１と並列に接続されるよう配置される。インバーター１１３は、入力端子がインバーター１１２の出力端子に接続されるよう配置され、出力端子からは発振信号１１８が出力される。負荷容量１１４は、水晶振動子１００の一方の端子と接地電位端子との間に接続されるよう配置される。負荷容量１１５は、水晶振動子１００の他方の端子と可変容量ダイオード１１６との間に接続されて配置される。可変容量ダイオード１１６は、負荷容量１１５の一端子と接地電位端子との間に接続されて配置される。制御電位調整回路１１９は、負荷容量１１５と可変容量ダイオード１１６との間に接続されて配置される。
【００５６】
ここで、可変容量ダイオード１１６は、両端に印加される電圧によって容量が変化する素子である。本実施形態１では、接地電位端子に印加される電位は一定の接地電位であり、制御電位１１７は制御可能な電位である。よって、可変容量ダイオード１１６の容量は、制御電位１１７を変化させることで変化する。可変容量ダイオード１１６の容量が変化すると、発振回路１１０を構成する容量のパラメーターが変化し、これによって発振回路１１０から出力される発振信号１１８の周波数が変化する。つまり、本実施形態１の周波数測定装置では、可変容量ダイオード１１６及び制御電位調整回路１１９が、発振回路１１０から出力される発振信号の周波数を調整可能な周波数調整器として機能する。
【００５７】
制御電位調整回路１１９は、入力信号である制御信号１４０に基づいて制御電位１１７を生成して出力する。
【００５８】
＜（３）制御電位調整回路の構成例＞
図３は、制御電位調整回路１１９の具体的な構成例を示す図である。図３に示すように、制御電位調整回路１１９は抵抗素子３００、３１０、及び３２０、並びに容量素子３３０を含んで構成される。制御電位調整回路１１９は、制御回路１３０から入力される制御信号１４０に基づいて制御電位１１７を生成し、発振回路１１０へ供給する。
【００５９】
抵抗素子３００及び３１０は、制御信号１４０が入力される端子と制御電位１１７が出力される端子との間に直列に接続される。抵抗素子３２０は、抵抗素子３００と抵抗素子３１０との間の端子と、容量素子３３０の一方の端子との間に接続される。容量素子３３０は、抵抗素子３２０の一方の端子と、接地電位端子との間に接続される。
【００６０】
図４は、制御電位調整回路１１９に入力される制御信号１４０を、電圧の時間変化として示す図である。制御信号１４０はディジタル信号であって、所定の電位と接地電位との２つの電位との間で変化する。図４に示すような制御信号１４０を入力すると、制御電位調整回路１１９を構成するアナログ素子がローパスフィルタの役割を果たし、制御電位１１７の端子には所定の電位が現れる。制御電位１１７は、制御信号１４０のパルスの発生タイミングやパルス幅によって決定される。
【００６１】
＜（４）周波数計測装置の動作例＞
ここで、周波数計測装置の引き込み現象防止のための周波数調整機構に関する具体的な動作例について、図５を参照しながら説明する。
【００６２】
周波数計測装置の引き込み現象防止のための周波数調整機構の動作がスタートすると（Ｓ２００）、制御回路１３０は、計測した発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの周波数ｆａ〜ｆｘを制御回路１３０内の記憶領域に保存する（Ｓ２１０）。次に、制御回路１３０は、保存した周波数ｆａ〜ｆｘを周波数の高い順に並び替える（Ｓ２２０）。ここでは説明の便宜上、周波数の高いものから改めて次のように記号を付与し、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３＞・・・＞ｆｎとする。次に、制御回路１３０は、変数ｉを１として初期化する（Ｓ２３０）。次に、制御回路１３０は、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄ（例えば１００Ｈｚ）より大きいか否かを判定する（Ｓ２４０）。ここで、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄより大きかった場合は（Ｙｅｓ）、制御回路１３０は変数ｉに１を加算する（Ｓ２５０）。そして、変数ｉが発振信号１１８の数ｎと等しかった場合には（Ｙｅｓ）、制御回路１３０は処理を終了する（Ｓ２８０）。一方で変数ｉが発振信号１１８の数ｎより小さかった場合には（Ｎｏ）、制御回路１３０はＳ２４０に戻って処理を再開する。
【００６３】
ところで、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄより大きいか否かを判定した結果（Ｓ２４０）、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄ以下であった場合には（Ｎｏ）、制御回路１３０はｆ２の周波数を所定の周波数（例えば５０Ｈｚ）低くするよう、周波数ｆｉ＋１に対応する発振信号１１８を出力する発振回路１１０へ制御信号１４０を出力する（Ｓ２７０）。その後、制御回路１３０はＳ２１０からの処理を繰り返す。
【００６４】
周波数計測装置の具体的な動作を示すフローチャートとしては上記のとおりであるが、以下の概念で示すこともできる。
【００６５】
まず、制御回路１３０は、（ａ１）カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘで計測された周波数に基づいて、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのうちで最も高い周波数を有する信号を第１信号として特定し、第１信号の次に高い周波数を有する信号を第２信号として特定する。
【００６６】
次に、制御回路１３０は、（ｂ）第１信号と第２信号とを比較する。比較の結果、（ｃ１−１）第１信号の周波数ｆ１と第２信号の周波数ｆ２との間の周波数差が所定の周波数差ｆｄ（例えば１００Ｈｚ）より大きかったときは、制御回路１３０は、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのうち最も低い周波数を有する信号が第２信号になるまで、第２信号を新たな第１信号として特定し、新たな第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな第２信号として特定して（ｂ）に戻る。一方で、（ｃ１−２）第１信号と第２信号との間の周波数差が所定の周波数差ｆｄ以下であったときは、制御回路１３０は、第２信号を出力する発振回路１１０ａ〜１１０ｘのいずれかに対応する周波数調整器を制御して、第２信号の周波数を低くして（ａ１）に戻る。
【００６７】
このように動作することで、制御回路１３０は、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの間の周波数差を所定の周波数差より大きくするよう、周波数調整器を制御することができる。
【００６８】
なお、上記の説明においては、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの間の周波数差ｆｄが１００Ｈｚより大きくなるよう発振信号の周波数を調整しているが、この周波数差ｆｄは必ずしも１００Ｈｚに限るものではない。ただし、この周波数差ｆｄを１００Ｈｚ以上にすることで引き込み現象が発生しないことが経験的に分かっている。また、この周波数差ｆｄを５０Ｈｚ以上に設定すれば、引き込み現象はほぼ発生しないことが経験的に分かっている。したがって、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの間の周波数差ｆｄは、５０Ｈｚ以上とすることが好ましく、１００Ｈｚ以上とすることがより好ましいといえる。
【００６９】
また、上記説明においては、制御回路１３０は周波数ｆａ〜ｆｎを周波数の高い順に並び替えて（Ｓ２２０）一連の処理を行ったが、逆に周波数ｆａ〜ｆｎを周波数の低い順に並び替えて一連の処理を行ってもよい。この場合、Ｓ２７０においては、制御回路１３０は第２信号の周波数を所定の周波数高くするよう、第２信号に対応する発振信号１１８を出力する発振回路１１０へ制御信号１４０を出力することとなる点などにおいて、上記のフローチャートとは異なる動作になる。
【００７０】
なお、上記の動作は周波数測定装置の動作中に引き込み現象が発生しないようにするための調整であり、所定の頻度で実行することが好ましい。例えば、周波数測定装置を用いて周辺媒体に含まれるニオイを検出する場合において、検出の初期調整として実行され得る。さらに、所定の時間毎に調整を実行することが好ましい。ただし、調整中に周辺媒体の変化によって発振信号の周波数が変化すると調整が困難になるため、調整中は周辺媒体が変化しないような措置をとることが好ましい。
【００７１】
また、周波数測定装置が調整中であることを示すために、調整中であることをユーザーに告知するための表示部または音声発生部を設けてもよい。これにより、ユーザーは周波数測定装置が調整中であることを認識できる。より好ましくは、周波数測定装置に含まれる水晶振動子の周辺に媒体を送り込む流路に、弁を設けるとよい。また、水晶振動子の周辺に、無臭空気などの安定した媒体を送り込む機構を備えてもよい。
【００７２】
＜（５）実施形態１の特長＞
上記のように構成された周波数計測装置によれば、各発振回路１１０ａ〜１１０ｘから出力される発振信号１１８ａ〜１１８ｘの間のそれぞれの周波数差を所定の周波数差より大きくしているので、発振回路１１０ａ〜１１０ｘの間で引き込み現象が発生することを防止することができる。ひいては、引き込み現象により周波数計測装置の動作に不具合が発生することを防止することができる。
【００７３】
また、制御回路１３０が、周波数ｆａ〜ｆｎを周波数の高い順に並び替えて（Ｓ２２０）一連の処理を行う場合、発振信号１１８ａ〜１１８ｘの周波数を調整するときに、周波数を低くする処理を行っている。これによれば、周波数計測装置の消費電力を増加させることなく、発振信号１１８ａ〜１１８ｘの周波数を調整することができる。
【００７４】
一方で、制御回路１３０が、周波数ｆａ〜ｆｎを周波数の低い順に並び替えて（Ｓ２２０）一連の処理を行う場合、発振信号１１８ａ〜１１８ｘの周波数を調整するときに、周波数を高くする処理を行っている。この方法でも、発振信号１１８ａ〜１１８ｘの周波数を適切に調整することができる。
【００７５】
また、本実施形態１で示した発振回路を採用すれば、比較的簡易な構成の発振回路１１０ａ〜１１０ｘを備える周波数計測装置を提供することができる。
【００７６】
また、本実施形態１で示したように、周波数調整器が可変容量ダイオード１１６に印加される電圧を変化可能に構成された制御電位調整回路（電圧調整回路）をさらに備える構成とすれば、印加電圧を変化させることで容易に各発振信号１１８ａ〜１１８ｘの周波数を調整可能な周波数計測装置を提供することができる。
【００７７】
また、本実施形態１では、制御電位調整回路はアナログフィルタ回路によって構成されている。これによって、アナログ素子を用いた簡易な構成の制御電位調整回路を備える周波数計測装置を提供することができる。
【００７８】
＜３．実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２について、図６及び図７を参照しながら説明する。本実施形態２では、実施形態１とは異なる周波数調整器を備えており、この周波数調整器は駆動電圧生成回路により構成される。したがって、本実施形態２では、実施形態１の周波数計測装置が備えていた可変容量ダイオード１１６及び制御電位調整回路１１９は必ずしも備える必要はない。
【００７９】
＜（１）駆動電圧生成回路の構成例＞
図６は、周波数調整器として機能する駆動電圧生成回路４００の具体的な構成と、駆動電圧生成回路４００に接続された発振回路１１０、及び水晶振動子１００を示す図である。駆動電圧生成回路４００は、電源電位４３０及び選択信号４４０を入力とし、発振回路１１０に駆動電圧４５０を供給するよう構成される。より具体的には、駆動電圧生成回路４００は、複数の抵抗素子４１０ａ〜４１０ｃ及び複数のスイッチング素子４２０ａ〜４２０ｃを備えて構成される。複数の抵抗素子４１０ａ〜４１０ｃと複数のスイッチング素子４２０ａ〜４２０ｃとは、それぞれ１つずつが組になるよう構成される。抵抗素子４１０ａ〜４１０ｃとスイッチング素子４２０ａ〜４２０ｃとからなる各組は、一方の端子が電源電位端子４３０に接続され、他方の端子が駆動電圧端子４５０に接続される。複数のスイッチング素子４２０ａ〜４２０ｃには、それぞれ選択信号４４０が入力され、それぞれのスイッチング素子４２０ａ〜４２０ｃは、選択信号４４０によってその導通状態を変化される。
【００８０】
ここで、複数の抵抗素子４１０ａ〜４１０ｃは、それぞれ抵抗値が異なっている。この構成によって、それぞれの抵抗素子４１０ａ〜４１０ｃによって起こる電圧降下が異なり、結果的に選択信号４４０によって駆動電圧４５０を変化させることができる。
【００８１】
本実施形態２の駆動電圧生成回路によれば、上記のようにして発振回路１１０に印加する駆動電圧４５０を変化可能となる。駆動電圧４５０が変化すると、発振回路１１０を構成するインバーター１１２を駆動する電圧が変化する。これによって発振回路１１０から出力される発振信号１１８の周波数を調整することが可能となる。
【００８２】
上記のとおり、本実施形態２では、駆動電圧生成回路４００の入力信号が複数ビットの選択信号４４０を含む。この選択信号４４０は制御回路１３０によって制御される信号であるが、制御回路１３０が複数ビットの選択信号４４０を出力すると配線数が多くなってしまう。そこで、本実施形態２では、制御回路１３０が出力する制御信号１４０を１ビットの信号とし、この制御信号１４０に基づいて複数ビットの選択信号４４０を生成するためのシリアルパラレル変換器を備えている。
【００８３】
図７は、本実施形態２におけるシリアルパラレル変換器を示す図である。図７に示すように、シリアルパラレル変換器４６０は、１ビットの制御信号１４０を、複数ビットの選択信号４４０に変換するよう構成されている。シリアルパラレル変換器４６０は従来から当業者に知られる構成により実現可能である。
【００８４】
ここで、シリアルパラレル変換器４６０は、出力する選択信号４４０をホールドできる機能を備えることが好ましい。これによれば、一度制御信号１４０を受け取った後は、発振周波数の調整が必要とならない限り制御信号１４０を停止することができる。
【００８５】
なお、駆動電圧生成回路４００及びシリアルパラレル変換器４６０は、周波数計測装置に含まれる発振回路１１０がそれぞれ有するものであって、発振回路１１０の構成の一部である。
【００８６】
また、駆動電圧生成回路４００は上記の構成に限るものではなく、降圧回路などの他の構成によっても実現可能であり、当業者が容易に考え得る構成も本発明に含まれるものである。ただし、上記構成は、簡易な構成の駆動電圧生成回路４００を提供することができる点において好ましい。
【００８７】
＜（２）実施形態２の特長＞
上記のように構成された周波数計測装置によれば、周波数調整器としての駆動電圧生成回路４００を備えるものとした。これによって、周波数測定装置が備える複数の発振回路１１０を一般的な構成にしつつ、駆動電圧を変化させるだけで各発振信号１１８の周波数を調整可能な周波数計測装置を提供することができる。
【００８８】
また、本実施形態２のようにシリアルパラレル変換器４６０を備えることで、駆動電圧生成回路４００に含まれる複数のスイッチング素子４２０ａ〜４２０ｃを１ビットの制御信号１４０で制御することが可能となる。これによって、用いられる信号線を減少させることができ、例えば、制御回路１３０と発振回路１１０との間の接続を容易化することができる。
【００８９】
＜４．実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３について、図８を参照しながら説明する。本実施形態３は、周波数計測装置の構成自体は実施形態１と同様であるものの、周波数計測装置の動作が異なる。より具体的には、本実施形態３では変数ｉの初期化タイミングを変更している。これにより、実施形態１ではいずれかの発振信号の周波数が変化する度にすべての発振信号について再度確認を行っていたのに対し、本実施形態３では既に確認の終了した発振信号については再度確認することなく、次の発振信号について確認をするものである。以下、本実施形態３における周波数計測装置の動作について具体的に説明する。
【００９０】
周波数計測装置の動作がスタートすると（Ｓ５００）、制御回路１３０は変数ｉを１として初期化する（Ｓ５１０）。次に制御回路１３０は、計測した発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの周波数ｆａ〜ｆｘを制御回路１３０内の記憶領域に保存する（Ｓ５２０）。次に、制御回路１３０は、保存した周波数ｆａ〜ｆｘを周波数の高い順に並び替える（Ｓ５３０）。ここでは説明の便宜上、周波数の高いものから改めて次のように記号を付与し、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３＞・・・＞ｆｎとする。次に、制御回路１３０は、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄ（例えば１００Ｈｚ）より大きいか否かを判定する（Ｓ５４０）。ここで、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄより大きかった場合は（Ｙｅｓ）、制御回路１３０は変数ｉに１を加算する（Ｓ５５０）。そして、変数ｉが発振信号１１８の数ｎと等しかった場合には（Ｙｅｓ）、制御回路１３０は処理を終了する（Ｓ５８０）。一方で変数ｉが発振信号１１８の数ｎより小さかった場合には（Ｎｏ）、制御回路１３０はＳ５４０に戻って処理を再開する。
【００９１】
ところで、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄより大きいか否かを判定した結果（Ｓ５４０）、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄ以下であった場合には（Ｎｏ）、制御回路１３０はｆｉ＋１の周波数を所定の周波数（例えば５０Ｈｚ）低くするよう、周波数ｆｉ＋１に対応する発振信号１１８を出力する発振回路１１０へ制御信号１４０を出力する（Ｓ５７０）。その後、制御回路１３０はＳ５２０からの処理を繰り返す。
【００９２】
周波数計測装置の具体的な動作を示すフローチャートとしては上記のとおりであるが、以下の概念で示すこともできる。
【００９３】
まず、制御回路１３０は、（ａ１）カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘで計測された周波数に基づいて、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのうちで最も高い周波数を有する信号を第１信号として特定し、第１信号の次に高い周波数を有する信号を第２信号として特定する。
【００９４】
次に、制御回路１３０は、（ｂ）第１信号と第２信号とを比較する。比較の結果、（ｃ１−１）第１信号の周波数と第２信号の周波数との間の周波数差が所定の周波数差ｆｄ（例えば１００Ｈｚ）より大きかったときは、制御回路１３０は、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのうち最も低い周波数を有する信号が第２信号になるまで、第２信号を新たな第１信号として特定し、新たな第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな第２信号として特定して（ｂ）に戻る。一方で、（ｃ３−２）第１信号と第２信号との間の周波数差が所定の周波数差ｆｄ以下であったときは、制御回路１３０は、第２信号を出力する発振回路１１０ａ〜１１０ｘのいずれかに対応する周波数調整器を制御して、第２信号の周波数を低くする。その後、制御回路１３０は、第１信号の次に低い周波数を有する信号を新たな第２信号として特定して（ｂ）に戻る。
【００９５】
このように動作することで、実施形態１と同様、制御回路１３０は発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの間の周波数差を所定の周波数差より大きくするよう、周波数調整器を制御することができる。
【００９６】
また、上記説明においては、制御回路１３０は周波数ｆａ〜ｆｎを周波数の高い順に並び替えて（Ｓ５３０）一連の処理を行ったが、逆に周波数ｆａ〜ｆｎを周波数の低い順に並び替えて一連の処理を行ってもよい点は実施形態１と同様である。この場合、Ｓ５７０においては、制御回路１３０は第２信号の周波数を所定の周波数高くするよう、第２信号に対応する発振信号１１８を出力する発振回路１１０へ制御信号１４０を出力することとなる点などにおいて、上記のフローチャートとは異なる動作になる。
【００９７】
＜（５）実施形態１の特長＞
本実施形態３の動作によれば、実施形態１の動作と比較して、より短時間の処理で発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの間の周波数差を所定の周波数差より大きくするよう、周波数調整器を制御することができる。
【００９８】
＜５．補足＞
上記周波数計測装置は、ニオイセンサーなどのセンサーに適用可能なほか、様々な電子機器に適用可能である。
【００９９】
なお、各実施形態で説明した周波数計測装置においては、カウンタ回路１２０は発振信号１１８の変化数をカウントしてカウント結果を出力し、制御回路１３０が発振信号１１８の周波数を導出していたが、この構成に限るものではない。例えば、カウンタ回路１２０に代えて周波数計測回路を配置してもよく、この場合は周波数計測回路が発振信号１１８の周波数を導出し、導出した周波数に関する情報を制御回路１３０に出力してもよい。
【０１００】
また、各実施形態で説明した周波数測定装置においては、制御回路１３０は発振信号１１８から周波数を導出していたが、必ずしも周波数そのものを導出しなくてもよく、同等なものを用いることが可能である。例えば、発振信号１１８の周期を求めれば必ずしも周波数を導出しなくとも周波数の調整が可能である。すなわち、制御回路１３０は、間接的に、発振信号１１８の周波数を計測してもよい。
【０１０１】
また、実施形態においては水晶振動子１００を用いているが、他の振動子を用いてもよい。
【０１０２】
また、上記で説明した各実施形態は、互いに組み合わせることも可能である。例えば、実施形態２の周波数調整器を備え、実施形態３の動作をする周波数測定装置も構成可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１００・１００ａ〜１００ｘ……水晶振動子、１１０・１１０ａ〜１１０ｘ……発振回路、１１１……抵抗素子、１１２・１１３……インバーター、１１４・１１５……負荷容量、１１６……可変容量ダイオード、１１７……制御電位、１１８・１１８ａ〜１１８ｘ……発振信号、１１９……制御電位調整回路、１２０・１２０ａ〜１２０ｘ……カウンタ回路、１３０……制御回路、１４０・１４０ａ〜１４０ｘ……制御信号、３００・３１０・３２０……抵抗素子、３３０……容量素子、４００……駆動電圧生成回路、４１０ａ〜４１０ｃ……抵抗素子、４２０ａ〜４２０ｃ……スイッチング素子、４３０……電源電位（端子）、４４０……選択信号、４５０……駆動電圧（端子）、４６０……シリアルパラレル変換器、ｆａ〜ｆｘ……周波数、ｆｄ……周波数差、ｉ……変数
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、吸着膜を備える振動子及びこの振動子に接続された発振回路からなる組を複数備える周波数計測装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
共振状態にある水晶振動子の表面に周辺媒体に含まれる物質が付着すると、その付着物質に応じて共振周波数が変化する現象がある。この現象を利用した技術はＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｓ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）と呼ばれ、周辺媒体に含まれる分子の存在やその量を検出するセンサーとして用いられている。ＱＣＭの応用例として、振動子の表面に特定の分子を選択的に吸着する吸着膜を形成したニオイセンサーが挙げられる。また、ＤＮＡのハイブリダイゼーションを利用したバイオセンサー、ガスセンサーなどとしても応用が検討されている。以下の説明では、主にニオイセンサーを例に挙げて説明する。
【０００３】
一般に、ＱＣＭデバイスにはＡＴカット型の水晶振動子が用いられる。ＡＴカットとは水晶結晶軸に対しある特定の方位のカット基板のことで、室温近傍で温度係数変化が極小になり温度安定性に優れるためＱＣＭデバイスに限らず広く用いられる。
【０００４】
ＡＴカット水晶振動子は、基板表裏に形成した励振電極間に電圧を印加すると表面と裏面が互い違いにスライドするいわゆる厚みすべり振動モードで動作する。その共振周波数ｆ0は表裏の電極に挟まれた部位の水晶板厚に反比例し、一般に次のような関係がある。
ｆ0（ＭＨｚ）＝１６７０／水晶板厚（μｍ）
【０００５】
そして、このＡＴカット水晶振動子を用いたＱＣＭデバイスの吸着物質量ΔＭと周波数変化量Δｆの関係は次のＳａｕｅｒｂｒｅｙの式で表されることが知られている。
【０００６】
【数１】
ここで、ｆ0：振動子の共振周波数、ρ：水晶の密度、μ：水晶のせん断弾性定数、Ａ:有効振動面積（略電極面積）である。上式より、水晶振動子の共振周波数ｆ0を高めることにより、感度すなわち吸着物質量ΔＭあたりの周波数変化量Δｆを高められることがわかる。
【０００７】
ところで、ＱＣＭデバイスを用いたニオイセンサーは、例えば特開昭６３−２２２２４８号公報（特許文献１）などに開示されている。この特許文献１の実施例６に開示された技術では、ＡＴカット水晶振動子１の電極２上に吸着膜としてジアルキルアンモニウム塩とポリスチレンスルホン酸からなる二分子膜フィルムを形成した素子（図６）を用いて、空気に飽和したニオイ物質βヨノンの存在を、振動数の変化として検出（図９）している。
【０００８】
ただし、実際には目的の物質だけを選択的に吸着膜に吸着させることは不可能であり、吸着膜には複数の物質が吸着されてしまう。これを解決するために、例えば特開平１−２４４３３５号公報（特許文献２）に記載の技術では、それぞれ異なる種類の吸着膜を形成した複数の水晶振動子の振動数変化を同時に観測し、振動子間の振動数変化比をパターン解析することで、ニオイの種類を特定する、いわゆるマルチアレイ方式を採用している。
【０００９】
ここで、ニオイの識別精度を高めるには、用いる吸着膜を備える振動子の種類を増やすことが有効である。測定対象であるニオイ物質は４０万種類もあると考えられ、このような膨大な種類のニオイ物質を上記の従来技術のように数個（数種類）の振動子（ＱＣＭ）で識別することは不可能である。
【００１０】
このように、振動子（ＱＣＭ）を多数用いる際、振動子にそれぞれ接続された発振回路間の引き込み現象が問題となることがある。ここでいう引き込み現象とは、２つの発振回路の発振周波数が近い場合、何らかのきっかけでこれらの発振回路から出力される信号の周波数が突然一致するよう変化してしまう現象を指す。引き込み現象が発生すると、吸着膜に付着した物質に関わらず、発振回路から出力される信号の周波数が変化する。
【００１１】
特開平１０−１４２１３４号公報（特許文献３）では、引き込み現象を回避するため、予め選別したそれぞれ共振周波数の異なる振動子を複数用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭６３−２２２２４８号公報
【特許文献２】特開平１−２４４３３５号公報
【特許文献３】特開平１０−１４２１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、上記特許文献３に記載されるようにそれぞれ共振周波数の異なる振動子を予め選別して使用したとしても、発振回路に含まれる負荷容量などの特性にばらつきがある場合がある。この場合、発振回路から出力される信号の周波数が予定する周波数とならないことがあり、発振回路間で所望の周波数差が得られないことがある。その結果、やはり引き込み現象が発生することがある。
【００１４】
さらには、多数の振動子を用いる場合、これらの振動子がそれぞれ異なる共振周波数を有している必要があり、選別に時間を要するという課題もある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる課題を解決するために、本発明の一態様の周波数計測装置は、第１吸着膜を備えた第１振動子と、第２吸着膜を備えた第２振動子と、前記第１振動子に接続され、周波数を調整可能に第１発振信号を出力する第１周波数調整器を備えた第１発振回路と、前記第２振動子に接続され、周波数を調整可能に第２発振信号を出力する第２周波数調整器を備えた第２発振回路と、前記第１発振信号及び前記第２発振信号の周波数をそれぞれ計測可能に構成された計測回路と、前記計測回路による計測結果に基づいて、前記第１発振信号と前記第２発振信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きくなるように前記第１周波数調整器及び前記第２周波数調整器を制御可能に構成された制御回路と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
かかる構成によれば、第１発振回路及び第２発振回路からそれぞれ出力される第１発振信号と第２発振信号との間の周波数差を所定の周波数差より大きくしているので、発振回路の間で引き込み現象が発生することを防止することができる。ひいては、引き込み現象により周波数計測装置の動作に不具合が発生することを防止することができる。
【００１７】
また、所定の共振周波数を有する振動子を予め選別する必要がなくなる。さらに、振動子の選別が不要となるので、ある共振周波数を有する振動子が余ってしまうことがなく、歩留りを向上させることも可能となり得る。
【００１８】
また、本発明の一態様の周波数計測装置は、第３吸着膜を備えた第３振動子と、前記第３振動子に接続され、周波数を調整可能に第３発振信号を出力する第３周波数調整器を備えた第３発振回路と、前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、前記制御回路は、（ａ１）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も高い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に高い周波数を有する信号を第２信号として特定し、（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、（ｃ１−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、（ｃ１−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を低くして前記（ａ１）に戻る、処理を実行可能に構成されていることを特徴とする。
【００１９】
かかる構成によれば、第１発振信号乃至第３発振信号のそれぞれの信号間における周波数差をそれぞれ所定の周波数差より大きくしているので、これらの発振回路の間で引き込み現象が発生することを防止することが可能となる。また、上記構成の制御回路を用いることで、容易かつ適切に、各発振信号の間の周波数差を所定の周波数差より大きくすることができる。
【００２０】
さらに、上記構成の制御回路では、発振信号の周波数を調整するときに、周波数を低くする処理を行っている。これによって、周波数計測装置の消費電力を増加させることなく、発振信号の周波数を調整することができる。
【００２１】
また、本発明の他の一態様の周波数計測装置は、第３吸着膜を備えた第３振動子と、前記第３振動子に接続され、第３周波数調整器によって調整可能な周波数を有する第３発振信号を出力可能に構成された第３発振回路と、前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、前記制御回路は、（ａ２）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も低い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に低い周波数を有する信号を第２信号として特定し、（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、（ｃ２−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に低い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、（ｃ２−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を高くして前記（ａ１）に戻る、処理を実行可能に構成されていることを特徴とする。
【００２２】
かかる構成によれば、前述の構成と同様、第１発振信号乃至第３発振信号のそれぞれの信号間における周波数差をそれぞれ所定の周波数差より大きくしているので、これらの発振回路の間で引き込み現象が発生することを防止することが可能となる。また、上記構成の制御回路を用いることで、容易かつ適切に、各発振信号の間の周波数差を所定の周波数差より大きくすることができる。
【００２３】
また、本発明の他の一態様の周波数計測装置は、第３吸着膜を備えた第３振動子と、前記第３振動子に接続され、第３周波数調整器によって調整可能な周波数を有する第３発振信号を出力可能に構成された第３発振回路と、前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、前記制御回路は、（ａ１）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も高い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に高い周波数を有する信号を第２信号として特定し、（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、（ｃ１−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、（ｃ３−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を低くした後、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち前記第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻る、処理を実行可能に構成されていることを特徴とする。
【００２４】
かかる構成によれば、発振信号の周波数を低くするよう調整しながら、より短時間の処理で、第１発振信号乃至第３発振信号のそれぞれの信号間における周波数差をそれぞれ所定の周波数差より大きくすることが可能となる。
【００２５】
また、本発明の他の一態様の周波数計測装置は、第３吸着膜を備えた第３振動子と、前記第３振動子に接続され、第３周波数調整器によって調整可能な周波数を有する第３発振信号を出力可能に構成された第３発振回路と、前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、前記制御回路は、（ａ２）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も低い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に低い周波数を有する信号を第２信号として特定し、（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、（ｃ２−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に低い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、（ｃ４−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を高くした後、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち前記第１信号の次に低い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻る、処理を実行可能に構成されていることを特徴とする。
【００２６】
かかる構成によれば、発振信号の周波数を高くするよう調整しながら、より短時間の処理で、第１発振信号乃至第３発振信号のそれぞれの信号間における周波数差をそれぞれ所定の周波数差より大きくすることが可能となる。
【００２７】
また、前記制御回路は、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のそれぞれの間の周波数差が所定の周波数差より大きくなったことを判定した時に前記処理を終了するよう構成されてよい。
【００２８】
また、前記第１発振回路及び第２発振回路は、それぞれ、前記振動子の第１端子と第２端子との間に接続された抵抗素子と、前記第１端子と前記第２端子との間に前記抵抗素子と並列に接続されたインバーターと、前記第１端子と第１電位端子との間に接続された可変容量素子と、前記第２端子と前記第１電位端子との間に接続された第１容量素子と、を備える構成とすることができる。
【００２９】
かかる構成によれば、比較的簡易な構成の発振回路を備える周波数計測装置を提供することができる。
【００３０】
また、前記第１周波数調整器及び第２周波数調整器は、それぞれ、前記可変容量素子に印加される電圧を変化可能に構成された電圧調整回路をさらに備える構成とすることができる。
【００３１】
かかる構成によれば、印加電圧を変化させることで容易に各発振信号の周波数を調整可能な周波数計測装置を提供することができる。
【００３２】
また、前記電圧調整回路はアナログフィルタ回路を含む構成とすることができる。
【００３３】
かかる構成によれば、アナログ素子を用いた簡易な構成の電圧調整回路を備える周波数計測装置を提供することができる。
【００３４】
また、前記第１周波数調整器及び前記第２周波数調整器は、それぞれ、対応する前記第１発振回路または前記第２発振回路の駆動電圧を変化可能に構成された駆動電圧調整回路を含んで構成されてもよい。
【００３５】
かかる構成によれば、駆動電圧を変化させるだけで、各発振信号の周波数を調整可能な周波数計測装置を提供することができる。
【００３６】
また、外部から供給される１ビットの制御信号に基づいて第１選択信号及び第２選択信号を生成するシリアルパラレル変換器をさらに備え、前記駆動電圧調整回路は、前記駆動電圧の端子と第２電位端子との間に直列に接続された第１駆動電圧調整抵抗素子及び第１スイッチング素子と、前記駆動電圧の端子と第２電位端子との間に直列に、かつ前記第１駆動電圧調整抵抗素子とは並列に接続された、第２駆動電圧調整抵抗素子及び第２スイッチング素子とをさらに含んでおり、前記第１スイッチング素子は前記第１選択信号によって導通状態が変化し、前記第２スイッチング素子は前記第２選択信号によって導通状態が変化する構成とすることができる。
【００３７】
かかる構成によれば、駆動電圧調整回路の複数のスイッチング素子を１ビットの制御信号で制御することが可能となる。これにより、用いられる信号線を減少させることができ、例えば、制御回路と発振回路との間の接続を容易化することができる。
【００３８】
また、本願は上記いずれかの周波数計測装置を備えるニオイセンサーを含む。
【００３９】
また、本願は上記周波数計測装置を備える電子機器を含む。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】周波数計測装置の構成例を示す図。
【図２】発振回路の構成例を示す図。
【図３】制御電位調整回路の構成例を示す図。
【図４】制御信号の波形の例を示す図。
【図５】周波数計測装置の動作を説明する第１のフローチャート。
【図６】駆動電圧生成回路の構成例を示す図。
【図７】シリアルパラレル変換器の構成例を示す図。
【図８】周波数計測装置の動作を説明する第２のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って、図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下で説明する実施形態はあくまで本発明の一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、各図面において、同一の部品には同一の符号を付しており、その説明を省略する場合がある。
１．定義
２．実施形態１
（１）周波数計測装置の構成例
（２）発振回路の構成例
（３）周波数調整器の構成例
（４）周波数計測装置の動作例
（５）実施形態１の特長
３．実施形態２
（１）周波数調整器の構成例
（２）実施形態２の特長
４．実施形態３
（１）周波数計測装置の動作例
（２）実施形態３の特長
５．補足
【００４２】
＜１．定義＞
まず、本明細書における用語を以下のとおり定義する。
【００４３】
「○○回路」（○○は任意の語。）：電気的な回路によるものを含むがこれに限定されず、当該回路の機能を果たす物理的手段、又はソフトウェアで実現される機能的手段などをも含む。また、１つの回路が有する機能が２つ以上の物理的又は機能的手段により実現されても、２つ以上の回路が有する機能が１つの物理的又は機能的手段により実現されても良い。
【００４４】
＜２．実施形態１＞
本発明の実施形態１における周波数計測装置の構成及び動作について、図１乃至図５を参照しながら説明する。
【００４５】
なお、本実施形態１を含む各実施形態で説明する周波数計測装置は、カウンタ回路または制御回路で計測された周波数に基づいて、例えば周辺媒体のニオイを識別するニオイセンサーなどの機器に用いられるものである。ニオイセンサーにおいては、各実施形態で説明する周波数計測装置に加えてニオイ識別用のデータベースを準備する。そして、周波数計測装置で計測された各発振回路から出力される周波数の変化に基づいてデータベースのデータを参照し、ニオイを識別することが可能になっている。以下においてはニオイセンサーなどの機器についての具体的な説明は行わず、本願における発明の特徴的部分である周波数測定装置について説明している。
【００４６】
＜（１）周波数計測装置の構成例＞
図１は、本実施形態１における周波数計測装置の構成を示す図である。図１に示すように、周波数計測装置は、水晶振動子１００ａ〜１００ｘ、発振回路１１０ａ〜１１０ｘ、カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘ、及び制御回路１３０を含んで構成される。すなわち、周波数計測装置は、水晶振動子１００、発振回路１１０、及びカウンタ回路１２０からなる構成を複数組（ｎ組）備え、これらの構成における複数のカウンタ回路１２０に接続された１つの制御回路１３０を備える構成となっている。
【００４７】
＜水晶振動子１００ａ〜１００ｘ＞
水晶振動子１００ａ〜１００ｘは、表面と裏面とに電極対が形成され、この電極対を介して、それぞれ発振回路１１０ａ〜１１０ｘに接続されるよう構成されている。水晶振動子１００ａ〜１００ｘは、この電極対に電圧を印加することにより、表面と裏面とが互い違いにスライドして振動する、いわゆる厚みすべり振動モードで動作する。また、水晶振動子１００ａ〜１００ｘは同一の基板上に設けられている。
【００４８】
水晶振動子１００ａ〜１００ｘの電極の表面には、特定の物質を吸着する特性を有する吸着膜が設けられている。水晶振動子１００ａ〜１００ｘの周辺媒体は主に気体であるが、液体または気体と液体との混合物などであってもよい。この吸着膜は、水晶振動子毎に異なる膜が用いられ、本実施形態においては、水晶振動子１００ａ〜１００ｘはそれぞれ異なる吸着膜を備えている。吸着膜は、水晶振動子１００ａ〜１００ｘの片面、または両面に形成されるが、両面に形成することが好ましい。このように吸着膜を両面に形成した場合、片面に形成するより効果的に吸着の対象となる物質を吸着することができる。なお、吸着膜としては、ポリマー膜、脂質膜、たんぱく質膜、又は単分子膜のいずれかが用いられる。また、吸着膜の種類によって吸着しやすい分子の種類が異なることが好ましい。
【００４９】
なお、上記構成ではすべての水晶振動子１００ａ〜１００ｘが吸着膜を備える構成としたが、これらの水晶振動子１００ａ〜１００ｘのうちの１つに吸着膜を備えない構成としてもよい。この場合、吸着膜を備えない水晶振動子１００ａに接続された発振回路１１０ａから出力される発振信号は吸着膜に付着した物質によって周波数が変化するものではないため、基準周波数を有する信号として利用することができる。
【００５０】
＜発振回路１１０ａ〜１１０ｘ＞
発振回路１１０ａ〜１１０ｘは、それぞれ水晶振動子１００ａ〜１００ｘに接続されるよう配置される。発振回路１１０ａ〜１１０ｘはそれぞれ発振信号１１８ａ〜１１８ｘを出力可能に構成される。また、発振回路１１０ａ〜１１０ｘはそれぞれ周波数調整器を備えており、これらの周波数調整器は、発振信号１１８ａ〜１１８ｘの周波数を調整可能に構成されている。発振回路１１０ａ〜１１０ｘの具体的な構成及び機能については後述する。
【００５１】
＜カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘ＞
カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘは、それぞれ発振回路１１０ａ〜１１０ｘに接続されるよう配置される。カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘは、それぞれ対応する発振回路１１０ａ〜１１０ｘから入力された発振信号１１８ａ〜１１８ｘの変化数をカウントし、カウント結果を一定時間毎に制御回路１３０に出力するよう構成されている。カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘによるカウントは、各発振信号１１８ａ〜１１８ｘの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの発生数をカウントするのが一般的であるが、これに限るものではない。
【００５２】
なお、本実施形態１では、それぞれ発振回路１１０ａ〜１１０ｘに対応する複数のカウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘを設ける構成としているが、複数のカウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘを１つの構成としてもよい。
【００５３】
＜制御回路１３０＞
制御回路１３０は、カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘから入力されたカウント結果に基づいて、発振回路１１０ａ〜１１０ｘが出力する発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの周波数を演算によって導出するよう構成されている。さらに制御回路１３０は、導出した各発振信号１１８ａ〜１１８ｘの周波数に基づいて、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの間の周波数差が所定の周波数差より大きくなるように、発振回路１１０ａ〜１１０ｘのそれぞれに含まれる周波数調整器を制御するための制御信号１４０ａ〜１４０ｘを出力する。制御回路１３０による制御の具体的な方法については後述する。
【００５４】
＜（２）発振回路の構成例＞
図２は、本実施形態１における発振回路の構成例を示す図である。図２に示すように、発振回路１１０は、抵抗素子１１１、インバーター１１２及び１１３、負荷容量１１４及び１１５、可変容量ダイオード１１６、並びに制御電位調整回路１１９を含んで構成される。この構成は、いわゆるコルピッツ発振回路となっているが、発振回路で生成される発振信号の周波数を調整可能にするため、負荷容量の一部として可変容量ダイオード１１６を含む。
【００５５】
抵抗素子１１１は、水晶振動子１００の２つの端子間に接続されるよう配置される。インバーター１１２は、水晶振動子１００の２つの端子間に、抵抗素子１１１と並列に接続されるよう配置される。インバーター１１３は、入力端子がインバーター１１２の出力端子に接続されるよう配置され、出力端子からは発振信号１１８が出力される。負荷容量１１４は、水晶振動子１００の一方の端子と接地電位端子との間に接続されるよう配置される。負荷容量１１５は、水晶振動子１００の他方の端子と可変容量ダイオード１１６との間に接続されて配置される。可変容量ダイオード１１６は、負荷容量１１５の一端子と接地電位端子との間に接続されて配置される。制御電位調整回路１１９は、負荷容量１１５と可変容量ダイオード１１６との間に接続されて配置される。
【００５６】
ここで、可変容量ダイオード１１６は、両端に印加される電圧によって容量が変化する素子である。本実施形態１では、接地電位端子に印加される電位は一定の接地電位であり、制御電位１１７は制御可能な電位である。よって、可変容量ダイオード１１６の容量は、制御電位１１７を変化させることで変化する。可変容量ダイオード１１６の容量が変化すると、発振回路１１０を構成する容量のパラメーターが変化し、これによって発振回路１１０から出力される発振信号１１８の周波数が変化する。つまり、本実施形態１の周波数測定装置では、可変容量ダイオード１１６及び制御電位調整回路１１９が、発振回路１１０から出力される発振信号の周波数を調整可能な周波数調整器として機能する。
【００５７】
制御電位調整回路１１９は、入力信号である制御信号１４０に基づいて制御電位１１７を生成して出力する。
【００５８】
＜（３）制御電位調整回路の構成例＞
図３は、制御電位調整回路１１９の具体的な構成例を示す図である。図３に示すように、制御電位調整回路１１９は抵抗素子３００、３１０、及び３２０、並びに容量素子３３０を含んで構成される。制御電位調整回路１１９は、制御回路１３０から入力される制御信号１４０に基づいて制御電位１１７を生成し、発振回路１１０へ供給する。
【００５９】
抵抗素子３００及び３１０は、制御信号１４０が入力される端子と制御電位１１７が出力される端子との間に直列に接続される。抵抗素子３２０は、抵抗素子３００と抵抗素子３１０との間の端子と、容量素子３３０の一方の端子との間に接続される。容量素子３３０は、抵抗素子３２０の一方の端子と、接地電位端子との間に接続される。
【００６０】
図４は、制御電位調整回路１１９に入力される制御信号１４０を、電圧の時間変化として示す図である。制御信号１４０はディジタル信号であって、所定の電位と接地電位との２つの電位との間で変化する。図４に示すような制御信号１４０を入力すると、制御電位調整回路１１９を構成するアナログ素子がローパスフィルタの役割を果たし、制御電位１１７の端子には所定の電位が現れる。制御電位１１７は、制御信号１４０のパルスの発生タイミングやパルス幅によって決定される。
【００６１】
＜（４）周波数計測装置の動作例＞
ここで、周波数計測装置の引き込み現象防止のための周波数調整機構に関する具体的な動作例について、図５を参照しながら説明する。
【００６２】
周波数計測装置の引き込み現象防止のための周波数調整機構の動作がスタートすると（Ｓ２００）、制御回路１３０は、計測した発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの周波数ｆａ〜ｆｘを制御回路１３０内の記憶領域に保存する（Ｓ２１０）。次に、制御回路１３０は、保存した周波数ｆａ〜ｆｘを周波数の高い順に並び替える（Ｓ２２０）。ここでは説明の便宜上、周波数の高いものから改めて次のように記号を付与し、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３＞・・・＞ｆｎとする。次に、制御回路１３０は、変数ｉを１として初期化する（Ｓ２３０）。次に、制御回路１３０は、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄ（例えば１００Ｈｚ）より大きいか否かを判定する（Ｓ２４０）。ここで、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄより大きかった場合は（Ｙｅｓ）、制御回路１３０は変数ｉに１を加算する（Ｓ２５０）。そして、変数ｉが発振信号１１８の数ｎと等しかった場合には（Ｙｅｓ）、制御回路１３０は処理を終了する（Ｓ２８０）。一方で変数ｉが発振信号１１８の数ｎより小さかった場合には（Ｎｏ）、制御回路１３０はＳ２４０に戻って処理を再開する。
【００６３】
ところで、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄより大きいか否かを判定した結果（Ｓ２４０）、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄ以下であった場合には（Ｎｏ）、制御回路１３０はｆ２の周波数を所定の周波数（例えば５０Ｈｚ）低くするよう、周波数ｆｉ＋１に対応する発振信号１１８を出力する発振回路１１０へ制御信号１４０を出力する（Ｓ２７０）。その後、制御回路１３０はＳ２１０からの処理を繰り返す。
【００６４】
周波数計測装置の具体的な動作を示すフローチャートとしては上記のとおりであるが、以下の概念で示すこともできる。
【００６５】
まず、制御回路１３０は、（ａ１）カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘで計測された周波数に基づいて、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのうちで最も高い周波数を有する信号を第１信号として特定し、第１信号の次に高い周波数を有する信号を第２信号として特定する。
【００６６】
次に、制御回路１３０は、（ｂ）第１信号と第２信号とを比較する。比較の結果、（ｃ１−１）第１信号の周波数ｆ１と第２信号の周波数ｆ２との間の周波数差が所定の周波数差ｆｄ（例えば１００Ｈｚ）より大きかったときは、制御回路１３０は、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのうち最も低い周波数を有する信号が第２信号になるまで、第２信号を新たな第１信号として特定し、新たな第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな第２信号として特定して（ｂ）に戻る。一方で、（ｃ１−２）第１信号と第２信号との間の周波数差が所定の周波数差ｆｄ以下であったときは、制御回路１３０は、第２信号を出力する発振回路１１０ａ〜１１０ｘのいずれかに対応する周波数調整器を制御して、第２信号の周波数を低くして（ａ１）に戻る。
【００６７】
このように動作することで、制御回路１３０は、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの間の周波数差を所定の周波数差より大きくするよう、周波数調整器を制御することができる。
【００６８】
なお、上記の説明においては、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの間の周波数差ｆｄが１００Ｈｚより大きくなるよう発振信号の周波数を調整しているが、この周波数差ｆｄは必ずしも１００Ｈｚに限るものではない。ただし、この周波数差ｆｄを１００Ｈｚ以上にすることで引き込み現象が発生しないことが経験的に分かっている。また、この周波数差ｆｄを５０Ｈｚ以上に設定すれば、引き込み現象はほぼ発生しないことが経験的に分かっている。したがって、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの間の周波数差ｆｄは、５０Ｈｚ以上とすることが好ましく、１００Ｈｚ以上とすることがより好ましいといえる。
【００６９】
また、上記説明においては、制御回路１３０は周波数ｆａ〜ｆｎを周波数の高い順に並び替えて（Ｓ２２０）一連の処理を行ったが、逆に周波数ｆａ〜ｆｎを周波数の低い順に並び替えて一連の処理を行ってもよい。この場合、Ｓ２７０においては、制御回路１３０は第２信号の周波数を所定の周波数高くするよう、第２信号に対応する発振信号１１８を出力する発振回路１１０へ制御信号１４０を出力することとなる点などにおいて、上記のフローチャートとは異なる動作になる。
【００７０】
なお、上記の動作は周波数測定装置の動作中に引き込み現象が発生しないようにするための調整であり、所定の頻度で実行することが好ましい。例えば、周波数測定装置を用いて周辺媒体に含まれるニオイを検出する場合において、検出の初期調整として実行され得る。さらに、所定の時間毎に調整を実行することが好ましい。ただし、調整中に周辺媒体の変化によって発振信号の周波数が変化すると調整が困難になるため、調整中は周辺媒体が変化しないような措置をとることが好ましい。
【００７１】
また、周波数測定装置が調整中であることを示すために、調整中であることをユーザーに告知するための表示部または音声発生部を設けてもよい。これにより、ユーザーは周波数測定装置が調整中であることを認識できる。より好ましくは、周波数測定装置に含まれる水晶振動子の周辺に媒体を送り込む流路に、弁を設けるとよい。また、水晶振動子の周辺に、無臭空気などの安定した媒体を送り込む機構を備えてもよい。
【００７２】
＜（５）実施形態１の特長＞
上記のように構成された周波数計測装置によれば、各発振回路１１０ａ〜１１０ｘから出力される発振信号１１８ａ〜１１８ｘの間のそれぞれの周波数差を所定の周波数差より大きくしているので、発振回路１１０ａ〜１１０ｘの間で引き込み現象が発生することを防止することができる。ひいては、引き込み現象により周波数計測装置の動作に不具合が発生することを防止することができる。
【００７３】
また、制御回路１３０が、周波数ｆａ〜ｆｎを周波数の高い順に並び替えて（Ｓ２２０）一連の処理を行う場合、発振信号１１８ａ〜１１８ｘの周波数を調整するときに、周波数を低くする処理を行っている。これによれば、周波数計測装置の消費電力を増加させることなく、発振信号１１８ａ〜１１８ｘの周波数を調整することができる。
【００７４】
一方で、制御回路１３０が、周波数ｆａ〜ｆｎを周波数の低い順に並び替えて（Ｓ２２０）一連の処理を行う場合、発振信号１１８ａ〜１１８ｘの周波数を調整するときに、周波数を高くする処理を行っている。この方法でも、発振信号１１８ａ〜１１８ｘの周波数を適切に調整することができる。
【００７５】
また、本実施形態１で示した発振回路を採用すれば、比較的簡易な構成の発振回路１１０ａ〜１１０ｘを備える周波数計測装置を提供することができる。
【００７６】
また、本実施形態１で示したように、周波数調整器が可変容量ダイオード１１６に印加される電圧を変化可能に構成された制御電位調整回路（電圧調整回路）をさらに備える構成とすれば、印加電圧を変化させることで容易に各発振信号１１８ａ〜１１８ｘの周波数を調整可能な周波数計測装置を提供することができる。
【００７７】
また、本実施形態１では、制御電位調整回路はアナログフィルタ回路によって構成されている。これによって、アナログ素子を用いた簡易な構成の制御電位調整回路を備える周波数計測装置を提供することができる。
【００７８】
＜３．実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２について、図６及び図７を参照しながら説明する。本実施形態２では、実施形態１とは異なる周波数調整器を備えており、この周波数調整器は駆動電圧生成回路により構成される。したがって、本実施形態２では、実施形態１の周波数計測装置が備えていた可変容量ダイオード１１６及び制御電位調整回路１１９は必ずしも備える必要はない。
【００７９】
＜（１）駆動電圧生成回路の構成例＞
図６は、周波数調整器として機能する駆動電圧生成回路４００の具体的な構成と、駆動電圧生成回路４００に接続された発振回路１１０、及び水晶振動子１００を示す図である。駆動電圧生成回路４００は、電源電位４３０及び選択信号４４０を入力とし、発振回路１１０に駆動電圧４５０を供給するよう構成される。より具体的には、駆動電圧生成回路４００は、複数の抵抗素子４１０ａ〜４１０ｃ及び複数のスイッチング素子４２０ａ〜４２０ｃを備えて構成される。複数の抵抗素子４１０ａ〜４１０ｃと複数のスイッチング素子４２０ａ〜４２０ｃとは、それぞれ１つずつが組になるよう構成される。抵抗素子４１０ａ〜４１０ｃとスイッチング素子４２０ａ〜４２０ｃとからなる各組は、一方の端子が電源電位端子４３０に接続され、他方の端子が駆動電圧端子４５０に接続される。複数のスイッチング素子４２０ａ〜４２０ｃには、それぞれ選択信号４４０が入力され、それぞれのスイッチング素子４２０ａ〜４２０ｃは、選択信号４４０によってその導通状態を変化される。
【００８０】
ここで、複数の抵抗素子４１０ａ〜４１０ｃは、それぞれ抵抗値が異なっている。この構成によって、それぞれの抵抗素子４１０ａ〜４１０ｃによって起こる電圧降下が異なり、結果的に選択信号４４０によって駆動電圧４５０を変化させることができる。
【００８１】
本実施形態２の駆動電圧生成回路によれば、上記のようにして発振回路１１０に印加する駆動電圧４５０を変化可能となる。駆動電圧４５０が変化すると、発振回路１１０を構成するインバーター１１２を駆動する電圧が変化する。これによって発振回路１１０から出力される発振信号１１８の周波数を調整することが可能となる。
【００８２】
上記のとおり、本実施形態２では、駆動電圧生成回路４００の入力信号が複数ビットの選択信号４４０を含む。この選択信号４４０は制御回路１３０によって制御される信号であるが、制御回路１３０が複数ビットの選択信号４４０を出力すると配線数が多くなってしまう。そこで、本実施形態２では、制御回路１３０が出力する制御信号１４０を１ビットの信号とし、この制御信号１４０に基づいて複数ビットの選択信号４４０を生成するためのシリアルパラレル変換器を備えている。
【００８３】
図７は、本実施形態２におけるシリアルパラレル変換器を示す図である。図７に示すように、シリアルパラレル変換器４６０は、１ビットの制御信号１４０を、複数ビットの選択信号４４０に変換するよう構成されている。シリアルパラレル変換器４６０は従来から当業者に知られる構成により実現可能である。
【００８４】
ここで、シリアルパラレル変換器４６０は、出力する選択信号４４０をホールドできる機能を備えることが好ましい。これによれば、一度制御信号１４０を受け取った後は、発振周波数の調整が必要とならない限り制御信号１４０を停止することができる。
【００８５】
なお、駆動電圧生成回路４００及びシリアルパラレル変換器４６０は、周波数計測装置に含まれる発振回路１１０がそれぞれ有するものであって、発振回路１１０の構成の一部である。
【００８６】
また、駆動電圧生成回路４００は上記の構成に限るものではなく、降圧回路などの他の構成によっても実現可能であり、当業者が容易に考え得る構成も本発明に含まれるものである。ただし、上記構成は、簡易な構成の駆動電圧生成回路４００を提供することができる点において好ましい。
【００８７】
＜（２）実施形態２の特長＞
上記のように構成された周波数計測装置によれば、周波数調整器としての駆動電圧生成回路４００を備えるものとした。これによって、周波数測定装置が備える複数の発振回路１１０を一般的な構成にしつつ、駆動電圧を変化させるだけで各発振信号１１８の周波数を調整可能な周波数計測装置を提供することができる。
【００８８】
また、本実施形態２のようにシリアルパラレル変換器４６０を備えることで、駆動電圧生成回路４００に含まれる複数のスイッチング素子４２０ａ〜４２０ｃを１ビットの制御信号１４０で制御することが可能となる。これによって、用いられる信号線を減少させることができ、例えば、制御回路１３０と発振回路１１０との間の接続を容易化することができる。
【００８９】
＜４．実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３について、図８を参照しながら説明する。本実施形態３は、周波数計測装置の構成自体は実施形態１と同様であるものの、周波数計測装置の動作が異なる。より具体的には、本実施形態３では変数ｉの初期化タイミングを変更している。これにより、実施形態１ではいずれかの発振信号の周波数が変化する度にすべての発振信号について再度確認を行っていたのに対し、本実施形態３では既に確認の終了した発振信号については再度確認することなく、次の発振信号について確認をするものである。以下、本実施形態３における周波数計測装置の動作について具体的に説明する。
【００９０】
周波数計測装置の動作がスタートすると（Ｓ５００）、制御回路１３０は変数ｉを１として初期化する（Ｓ５１０）。次に制御回路１３０は、計測した発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの周波数ｆａ〜ｆｘを制御回路１３０内の記憶領域に保存する（Ｓ５２０）。次に、制御回路１３０は、保存した周波数ｆａ〜ｆｘを周波数の高い順に並び替える（Ｓ５３０）。ここでは説明の便宜上、周波数の高いものから改めて次のように記号を付与し、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３＞・・・＞ｆｎとする。次に、制御回路１３０は、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄ（例えば１００Ｈｚ）より大きいか否かを判定する（Ｓ５４０）。ここで、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄより大きかった場合は（Ｙｅｓ）、制御回路１３０は変数ｉに１を加算する（Ｓ５５０）。そして、変数ｉが発振信号１１８の数ｎと等しかった場合には（Ｙｅｓ）、制御回路１３０は処理を終了する（Ｓ５８０）。一方で変数ｉが発振信号１１８の数ｎより小さかった場合には（Ｎｏ）、制御回路１３０はＳ５４０に戻って処理を再開する。
【００９１】
ところで、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄより大きいか否かを判定した結果（Ｓ５４０）、周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋１との差が所定の周波数差ｆｄ以下であった場合には（Ｎｏ）、制御回路１３０はｆｉ＋１の周波数を所定の周波数（例えば５０Ｈｚ）低くするよう、周波数ｆｉ＋１に対応する発振信号１１８を出力する発振回路１１０へ制御信号１４０を出力する（Ｓ５７０）。その後、制御回路１３０はＳ５２０からの処理を繰り返す。
【００９２】
周波数計測装置の具体的な動作を示すフローチャートとしては上記のとおりであるが、以下の概念で示すこともできる。
【００９３】
まず、制御回路１３０は、（ａ１）カウンタ回路１２０ａ〜１２０ｘで計測された周波数に基づいて、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのうちで最も高い周波数を有する信号を第１信号として特定し、第１信号の次に高い周波数を有する信号を第２信号として特定する。
【００９４】
次に、制御回路１３０は、（ｂ）第１信号と第２信号とを比較する。比較の結果、（ｃ１−１）第１信号の周波数と第２信号の周波数との間の周波数差が所定の周波数差ｆｄ（例えば１００Ｈｚ）より大きかったときは、制御回路１３０は、発振信号１１８ａ〜１１８ｘのうち最も低い周波数を有する信号が第２信号になるまで、第２信号を新たな第１信号として特定し、新たな第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな第２信号として特定して（ｂ）に戻る。一方で、（ｃ３−２）第１信号と第２信号との間の周波数差が所定の周波数差ｆｄ以下であったときは、制御回路１３０は、第２信号を出力する発振回路１１０ａ〜１１０ｘのいずれかに対応する周波数調整器を制御して、第２信号の周波数を低くする。その後、制御回路１３０は、第１信号の次に低い周波数を有する信号を新たな第２信号として特定して（ｂ）に戻る。
【００９５】
このように動作することで、実施形態１と同様、制御回路１３０は発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの間の周波数差を所定の周波数差より大きくするよう、周波数調整器を制御することができる。
【００９６】
また、上記説明においては、制御回路１３０は周波数ｆａ〜ｆｎを周波数の高い順に並び替えて（Ｓ５３０）一連の処理を行ったが、逆に周波数ｆａ〜ｆｎを周波数の低い順に並び替えて一連の処理を行ってもよい点は実施形態１と同様である。この場合、Ｓ５７０においては、制御回路１３０は第２信号の周波数を所定の周波数高くするよう、第２信号に対応する発振信号１１８を出力する発振回路１１０へ制御信号１４０を出力することとなる点などにおいて、上記のフローチャートとは異なる動作になる。
【００９７】
＜（５）実施形態１の特長＞
本実施形態３の動作によれば、実施形態１の動作と比較して、より短時間の処理で発振信号１１８ａ〜１１８ｘのそれぞれの間の周波数差を所定の周波数差より大きくするよう、周波数調整器を制御することができる。
【００９８】
＜５．補足＞
上記周波数計測装置は、ニオイセンサーなどのセンサーに適用可能なほか、様々な電子機器に適用可能である。
【００９９】
なお、各実施形態で説明した周波数計測装置においては、カウンタ回路１２０は発振信号１１８の変化数をカウントしてカウント結果を出力し、制御回路１３０が発振信号１１８の周波数を導出していたが、この構成に限るものではない。例えば、カウンタ回路１２０に代えて周波数計測回路を配置してもよく、この場合は周波数計測回路が発振信号１１８の周波数を導出し、導出した周波数に関する情報を制御回路１３０に出力してもよい。
【０１００】
また、各実施形態で説明した周波数測定装置においては、制御回路１３０は発振信号１１８から周波数を導出していたが、必ずしも周波数そのものを導出しなくてもよく、同等なものを用いることが可能である。例えば、発振信号１１８の周期を求めれば必ずしも周波数を導出しなくとも周波数の調整が可能である。すなわち、制御回路１３０は、間接的に、発振信号１１８の周波数を計測してもよい。
【０１０１】
また、実施形態においては水晶振動子１００を用いているが、他の振動子を用いてもよい。
【０１０２】
また、上記で説明した各実施形態は、互いに組み合わせることも可能である。例えば、実施形態２の周波数調整器を備え、実施形態３の動作をする周波数測定装置も構成可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１００・１００ａ〜１００ｘ……水晶振動子、１１０・１１０ａ〜１１０ｘ……発振回路、１１１……抵抗素子、１１２・１１３……インバーター、１１４・１１５……負荷容量、１１６……可変容量ダイオード、１１７……制御電位、１１８・１１８ａ〜１１８ｘ……発振信号、１１９……制御電位調整回路、１２０・１２０ａ〜１２０ｘ……カウンタ回路、１３０……制御回路、１４０・１４０ａ〜１４０ｘ……制御信号、３００・３１０・３２０……抵抗素子、３３０……容量素子、４００……駆動電圧生成回路、４１０ａ〜４１０ｃ……抵抗素子、４２０ａ〜４２０ｃ……スイッチング素子、４３０……電源電位（端子）、４４０……選択信号、４５０……駆動電圧（端子）、４６０……シリアルパラレル変換器、ｆａ〜ｆｘ……周波数、ｆｄ……周波数差、ｉ……変数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１吸着膜を備えた第１振動子と、
第２吸着膜を備えた第２振動子と、
前記第１振動子に接続され、周波数を調整可能に第１発振信号を出力する第１周波数調整器を備えた第１発振回路と、
前記第２振動子に接続され、周波数を調整可能に第２発振信号を出力する第２周波数調整器を備えた第２発振回路と、
前記第１発振信号及び前記第２発振信号の周波数をそれぞれ計測可能に構成された計測回路と、
前記計測回路による計測結果に基づいて、前記第１発振信号と前記第２発振信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きくなるように前記第１周波数調整器及び前記第２周波数調整器を制御可能に構成された制御回路と、を備える、
周波数計測装置。
【請求項２】
第３吸着膜を備えた第３振動子と、
前記第３振動子に接続され、周波数を調整可能に第３発振信号を出力する第３周波数調整器を備えた第３発振回路と、
をさらに備え、
前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、
前記制御回路は、
（ａ１）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も高い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に高い周波数を有する信号を第２信号として特定し、
（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、
（ｃ１−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、
（ｃ１−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を低くして前記（ａ１）に戻る、処理を実行可能に構成された、
請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項３】
第３吸着膜を備えた第３振動子と、
前記第３振動子に接続され、第３周波数調整器によって調整可能な周波数を有する第３発振信号を出力可能に構成された第３発振回路と、
をさらに備え、
前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、
前記制御回路は、
（ａ２）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も低い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に低い周波数を有する信号を第２信号として特定し、
（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、
（ｃ２−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に低い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、
（ｃ２−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を高くして前記（ａ１）に戻る、処理を実行可能に構成された、
請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項４】
第３吸着膜を備えた第３振動子と、
前記第３振動子に接続され、第３周波数調整器によって調整可能な周波数を有する第３発振信号を出力可能に構成された第３発振回路と、
をさらに備え、
前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、
前記制御回路は、
（ａ１）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も高い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に高い周波数を有する信号を第２信号として特定し、
（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、
（ｃ１−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、
（ｃ３−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を低くした後、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち前記第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻る、処理を実行可能に構成された、
請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項５】
第３吸着膜を備えた第３振動子と、
前記第３振動子に接続され、第３周波数調整器によって調整可能な周波数を有する第３発振信号を出力可能に構成された第３発振回路と、
前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、
前記制御回路は、
（ａ２）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も低い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に低い周波数を有する信号を第２信号として特定し、
（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、
（ｃ２−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に低い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、
（ｃ４−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を高くした後、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち前記第１信号の次に低い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻る、処理を実行可能に構成された、
請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項６】
前記制御回路は、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のそれぞれの間の周波数差が所定の周波数差より大きくなったことを判定した時に前記処理を終了する、
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の周波数計測装置。
【請求項７】
前記第１発振回路及び第２発振回路は、それぞれ、
前記振動子の第１端子と第２端子との間に接続された抵抗素子と、
前記第１端子と前記第２端子との間に前記抵抗素子と並列に接続されたインバーターと、
前記第１端子と第１電位端子との間に接続された可変容量素子と、
前記第２端子と前記第１電位端子との間に接続された第１容量素子と、
を備える、
請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項８】
前記第１周波数調整器及び第２周波数調整器は、それぞれ、
前記可変容量素子に印加される電圧を変化可能に構成された電圧調整回路をさらに備える、
請求項７に記載の周波数計測装置。
【請求項９】
前記電圧調整回路はアナログフィルタ回路を含む、
請求項８に記載の周波数計測装置。
【請求項１０】
前記第１周波数調整器及び前記第２周波数調整器は、それぞれ、
対応する前記第１発振回路または前記第２発振回路の駆動電圧を変化可能に構成された駆動電圧調整回路を含んで構成される、
請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項１１】
外部から供給される１ビットの制御信号に基づいて第１選択信号及び第２選択信号を生成するシリアルパラレル変換器をさらに備え、
前記駆動電圧調整回路は、
前記駆動電圧の端子と第２電位端子との間に直列に接続された第１駆動電圧調整抵抗素子及び第１スイッチング素子と、
前記駆動電圧の端子と第２電位端子との間に直列に、かつ前記第１駆動電圧調整抵抗素子とは並列に接続された、第２駆動電圧調整抵抗素子及び第２スイッチング素子とをさらに含んでおり、
前記第１スイッチング素子は前記第１選択信号によって導通状態が変化し、前記第２スイッチング素子は前記第２選択信号によって導通状態が変化する、
請求項１０に記載の周波数計測装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の周波数計測装置を備えたニオイセンサー。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の周波数計測装置を備えた電子機器。
【請求項１】
第１吸着膜を備えた第１振動子と、
第２吸着膜を備えた第２振動子と、
前記第１振動子に接続され、周波数を調整可能に第１発振信号を出力する第１周波数調整器を備えた第１発振回路と、
前記第２振動子に接続され、周波数を調整可能に第２発振信号を出力する第２周波数調整器を備えた第２発振回路と、
前記第１発振信号及び前記第２発振信号の周波数をそれぞれ計測可能に構成された計測回路と、
前記計測回路による計測結果に基づいて、前記第１発振信号と前記第２発振信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きくなるように前記第１周波数調整器及び前記第２周波数調整器を制御可能に構成された制御回路と、を備える、
周波数計測装置。
【請求項２】
第３吸着膜を備えた第３振動子と、
前記第３振動子に接続され、周波数を調整可能に第３発振信号を出力する第３周波数調整器を備えた第３発振回路と、
をさらに備え、
前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、
前記制御回路は、
（ａ１）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も高い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に高い周波数を有する信号を第２信号として特定し、
（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、
（ｃ１−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、
（ｃ１−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を低くして前記（ａ１）に戻る、処理を実行可能に構成された、
請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項３】
第３吸着膜を備えた第３振動子と、
前記第３振動子に接続され、第３周波数調整器によって調整可能な周波数を有する第３発振信号を出力可能に構成された第３発振回路と、
をさらに備え、
前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、
前記制御回路は、
（ａ２）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も低い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に低い周波数を有する信号を第２信号として特定し、
（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、
（ｃ２−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に低い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、
（ｃ２−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を高くして前記（ａ１）に戻る、処理を実行可能に構成された、
請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項４】
第３吸着膜を備えた第３振動子と、
前記第３振動子に接続され、第３周波数調整器によって調整可能な周波数を有する第３発振信号を出力可能に構成された第３発振回路と、
をさらに備え、
前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、
前記制御回路は、
（ａ１）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も高い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に高い周波数を有する信号を第２信号として特定し、
（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、
（ｃ１−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、
（ｃ３−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を低くした後、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち前記第１信号の次に高い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻る、処理を実行可能に構成された、
請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項５】
第３吸着膜を備えた第３振動子と、
前記第３振動子に接続され、第３周波数調整器によって調整可能な周波数を有する第３発振信号を出力可能に構成された第３発振回路と、
前記計測回路はさらに、前記第３発振信号の周波数を計測可能に構成され、
前記制御回路は、
（ａ２）前記計測回路で計測された周波数に基づいて、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち、最も低い周波数を有する信号を第１信号として特定し、前記第１信号の次に低い周波数を有する信号を第２信号として特定し、
（ｂ）前記第１信号と前記第２信号とを比較し、
（ｃ２−１）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差より大きかったときは、前記第２信号を新たな前記第１信号として特定し、前記新たな第１信号の次に低い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻り、
（ｃ４−２）前記第１信号と前記第２信号との間の周波数差が所定の周波数差以下であったときは、前記第２信号を出力する発振回路に対応する周波数調整器を制御して前記第２信号の周波数を高くした後、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のうち前記第１信号の次に低い周波数を有する信号を新たな前記第２信号として特定して前記（ｂ）に戻る、処理を実行可能に構成された、
請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項６】
前記制御回路は、前記第１発振信号、前記第２発振信号、及び前記第３発振信号のそれぞれの間の周波数差が所定の周波数差より大きくなったことを判定した時に前記処理を終了する、
請求項２乃至５のいずれか１項に記載の周波数計測装置。
【請求項７】
前記第１発振回路及び第２発振回路は、それぞれ、
前記振動子の第１端子と第２端子との間に接続された抵抗素子と、
前記第１端子と前記第２端子との間に前記抵抗素子と並列に接続されたインバーターと、
前記第１端子と第１電位端子との間に接続された可変容量素子と、
前記第２端子と前記第１電位端子との間に接続された第１容量素子と、
を備える、
請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項８】
前記第１周波数調整器及び第２周波数調整器は、それぞれ、
前記可変容量素子に印加される電圧を変化可能に構成された電圧調整回路をさらに備える、
請求項７に記載の周波数計測装置。
【請求項９】
前記電圧調整回路はアナログフィルタ回路を含む、
請求項８に記載の周波数計測装置。
【請求項１０】
前記第１周波数調整器及び前記第２周波数調整器は、それぞれ、
対応する前記第１発振回路または前記第２発振回路の駆動電圧を変化可能に構成された駆動電圧調整回路を含んで構成される、
請求項１に記載の周波数計測装置。
【請求項１１】
外部から供給される１ビットの制御信号に基づいて第１選択信号及び第２選択信号を生成するシリアルパラレル変換器をさらに備え、
前記駆動電圧調整回路は、
前記駆動電圧の端子と第２電位端子との間に直列に接続された第１駆動電圧調整抵抗素子及び第１スイッチング素子と、
前記駆動電圧の端子と第２電位端子との間に直列に、かつ前記第１駆動電圧調整抵抗素子とは並列に接続された、第２駆動電圧調整抵抗素子及び第２スイッチング素子とをさらに含んでおり、
前記第１スイッチング素子は前記第１選択信号によって導通状態が変化し、前記第２スイッチング素子は前記第２選択信号によって導通状態が変化する、
請求項１０に記載の周波数計測装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の周波数計測装置を備えたニオイセンサー。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の周波数計測装置を備えた電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２６４３（Ｐ２０１２−２６４３Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３７２６７（Ｐ２０１０−１３７２６７）
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１６日（２０１０．６．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
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