微小物体の飛翔状態検出装置、及び微小物体の飛翔状態検出方法
【課題】 微小物体吐出装置から吐出された微小物体の飛翔状態を良好に検出し得る、飛翔中の微小物体の飛翔状態検出方法、及び簡略かつ安価な装置構成の飛翔状態検出装置を提供する。
【解決手段】 飛翔状態検出装置３００は、センサ基板３１０と、圧電／電歪素子３２０と、アパチャープレート３３０とを備えている。センサ基板３１０は、厚肉支持部３１１と、当該圧肉支持部３１１からカンチレバー状に支持された振動板３１２とから構成されている。振動板３１２の固定端側には圧電／電歪素子３２０が着接されている。振動板３１２の自由端側のターゲット部３１２ｃと対向するように、アパチャープレート３３０にアパチャー３３１が形成されている。アパチャー３３１を通過してターゲット部３１２ｃに微小物体が衝突すると、振動板３１２が振動し、この振動の状態に応じた起電力が圧電／電歪素子３２０に発生する。
【解決手段】 飛翔状態検出装置３００は、センサ基板３１０と、圧電／電歪素子３２０と、アパチャープレート３３０とを備えている。センサ基板３１０は、厚肉支持部３１１と、当該圧肉支持部３１１からカンチレバー状に支持された振動板３１２とから構成されている。振動板３１２の固定端側には圧電／電歪素子３２０が着接されている。振動板３１２の自由端側のターゲット部３１２ｃと対向するように、アパチャープレート３３０にアパチャー３３１が形成されている。アパチャー３３１を通過してターゲット部３１２ｃに微小物体が衝突すると、振動板３１２が振動し、この振動の状態に応じた起電力が圧電／電歪素子３２０に発生する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得る飛翔状態検出装置及び飛翔状態検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、いわゆるＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）を製造するための製造方法として、様々なものが知られている。このＤＮＡチップは、数千から一万種類以上の異なる種類のＤＮＡ断片の微小スポットを、顕微鏡スライドグラス等の基板上に高密度に整列・固定させることによって構成されている。
【０００３】
このＤＮＡチップの製造方法として、微小体積の液滴を吐出し得るマイクロピペットを用いた方法が知られている（例えば下記特許文献１，２参照）。このマイクロピペットは、外部から試料を注入するための注入口と、その注入口から注入された試料が充填されるキャビティと、そのキャビティと連通する吐出口と、その吐出口から試料を吐出させるためにキャビティ内の体積を変化させ得るように構成された圧電／電歪素子と、を備えている。
【０００４】
上述のＤＮＡチップの製造方法によれば、圧電／電歪素子が駆動されることにより、キャビティ内の体積が変化する。このキャビティ内の体積変化により、試料溶液が、キャビティから吐出口に向かって層流で移動する。すなわち、一定量の試料溶液が、キャビティから吐出口に向けて送られる。この一定量の試料が当該吐出口から吐出されることで、試料溶液の微小液滴が発生する。このようにしてマイクロピペットから吐出された試料溶液の微小液滴が、基板上に付着して、当該基板上に微小スポットとして整列・固定されることによって、ＤＮＡチップを作製することができる。
【０００５】
上述のような、ＤＮＡチップの製造方法に用いられるマイクロピペット等のように、微小物体を吐出し得るように構成された装置（以下、単に「微小物体吐出装置」と称する。）は、様々な技術分野にて利用可能である。
【０００６】
なお、この種の微小物体の質量を測定可能に構成された質量センサが広く知られている（例えば下記特許文献３参照）。この質量センサは、圧電／電歪素子が配設された振動板の上に微小物体が付着した場合に、当該微小物体の付着による振動板の質量変化によって変化する当該振動板の共振周波数の変化を測定することで、当該振動板の質量変化（すなわち当該微小物体の質量）を測定し得るように構成されている。
【特許文献１】特開２００１−１２４７８９号公報
【特許文献２】特開２００１−１８６８８１号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この種の微小物体吐出装置においては、前記微小物体の乾燥・固化物や、異物等が、吐出口の周辺に付着したり、吐出口を塞いだりする場合がある。このような場合、当該微小物体が吐出対象物における所定の位置に向けて正しく吐出されないという、不具合が生じる（例えば、特許文献１の段落［００１０］や［００１９］等参照）。
【０００８】
また、前記特許文献３に記載されているような質量センサを用いて、微小物体の飛翔状態を検出しようとしても、当該質量センサによる飛翔状態検出は、上述の振動板に或る程度の（共振周波数の変化が測定され得る程度の）時間にわたって付着し得るような性質の微小物体に対してしか適用され得ない。また、当該質量センサによる飛翔状態検出によれば、同一の微小物体吐出装置から一定周期で断続的に微小物体が吐出される場合に、当該微小物体の飛翔状態を同一のセンサによって連続的に検出することが困難であった。
【０００９】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、前記微小物体吐出装置から吐出された微小物体の飛翔状態（当該吐出装置における吐出状態）を良好に検出し得る、飛翔中の微小物体の飛翔状態検出方法、及び簡略かつ安価な装置構成の飛翔状態検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（Ａ）かかる目的を達成するために、本発明の、微小物体の飛翔状態検出装置（以下、単に「飛翔状態検出装置」と称する）は、飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得るように、以下の構成を備えている。
【００１１】
（Ａ０１）本発明の飛翔状態検出装置は、振動発生部と、その振動発生部にて発生した前記振動を電気信号に変換するように構成された圧電／電歪素子と、を備えている。前記振動発生部は、前記微小物体が衝突するターゲット部を備えていて、当該ターゲット部に前記微小物体が衝突することで振動が発生するように構成されている。
【００１２】
かかる構成を有する本発明の飛翔状態検出装置においては、飛翔中の前記微小物体が前記ターゲット部に衝突すると、前記振動発生部が振動する。この振動は、前記圧電／電歪素子によって電気信号に変換される。この電気信号に基づいて、微小物体の飛翔状態が検出され得る。
【００１３】
（Ａ０２）前記構成Ａ０１において、単一の前記振動発生部に対して複数の前記ターゲット部が設けられていてもよい。例えば、複数の前記ターゲット部に対して、当該ターゲット部の数と同数の前記微小物体が同時に衝突するように微小物体吐出装置を制御することで、複数の微小物体飛翔経路の各々における前記微小物体の飛翔状態を同時に検出することができる。これにより、飛翔状態検出のための時間を短縮することができる。また、飛翔状態検出のための回路構成を簡略化することができる。
【００１４】
（Ａ０３）前記構成Ａ０１又はＡ０２において、複数の前記圧電／電歪素子が、互いに電気回路的に接続されていてもよい。かかる構成によれば、前記微小物体と前記ターゲット部との１回の衝突によって、複数の前記圧電／電歪素子にて前記電気信号が発生し、これらの電気信号が合算され得る。これにより、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。したがって、本構成によれば、より小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【００１５】
また、かかる構成によれば、前記微小物体と前記ターゲット部との１回の衝突によって、複数の前記圧電／電歪素子にて前記電気信号が発生し、これらの電気信号が比較され得る。例えば、前記微小物体と前記ターゲット部との衝突の態様に応じて、前記振動発生部に特定のモード（撓みやねじれ）の振動が発生し得る。ここで、複数の前記圧電／電歪素子のそれぞれにて発生する電気信号を比較することで、当該振動モードが判定され得る。これにより、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
ここで、複数の前記圧電／電歪素子同士の電気回路的な接続は、直接なされてもよいし、演算・制御回路を介してなされてもよい。特に、複数の前記圧電／電歪素子同士が電気回路的に直接に接続された場合、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の出力の比較等の処理が、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の接続回路自体によって行われる。したがって、当該演算・制御回路の構成が単純化され、前記微小物体の判定が簡略に行われ得る。
【００１６】
（Ａ０４）前記構成Ａ０１ないしＡ０３において、前記ターゲット部の表面には、コーティング層が形成されていてもよい。これにより、前記ターゲット部に前記微小物体が残留することによる前記振動発生部の振動特性の変化が抑制され得る。また、当該微小物体が液体である場合に、前記ターゲット部の周囲の雰囲気中の異物（埃等）が付着することで当該ターゲット部が汚れることが抑制され得る。
【００１７】
（Ａ０５）前記構成Ａ０１ないしＡ０４において、前記圧電／電歪素子を駆動するための駆動電圧を発生する駆動部をさらに備えていてもよい。この駆動部によって前記圧電／電歪素子が駆動されることで、前記振動発生部が外部から強制的に振動させられる。この振動発生部の強制的な振動によって、例えば、前記ターゲット部に付着した物体（前記微小物体の残留物や異物等）が除去され得る。あるいは、前記振動発生部を強制的に振動させたときの振動状態に基づいて、前記振動発生部における共振周波数の変化が取得され得る。
【００１８】
（Ａ０６）前記構成Ａ０５において、前記振動発生部の共振周波数を取得する共振周波数取得部をさらに備えていて、前記駆動部が、前記共振周波数取得部によって取得された前記共振周波数に基づいて前記圧電／電歪素子を駆動するように構成されていてもよい。
【００１９】
かかる構成においては、例えば、前記駆動部による駆動電圧（この場合の駆動電圧は、例えば、直流電圧や、前回取得された共振周波数の交流電圧や、既定値としての特定の周波数の交番電圧、等が含まれ得る。）の印加によって、前記振動発生部が強制的に振動させられる。この振動に基づいて、前記共振周波数取得部は、当該振動発生部の共振周波数を取得する。次回に前記振動発生部が前記駆動部によって強制的に振動される際には、当該駆動部は、この取得された共振周波数に基づいて、前記振動発生部を駆動する。
【００２０】
かかる構成によれば、前記ターゲット部に対する付着物が、より効率的に除去され得る。あるいは、当該飛翔状態検出装置の異常（例えば、前記振動発生部における破損や、前記付着物の過剰な付着）が検知され得る。
【００２１】
（Ａ０７）前記構成Ａ０６において、前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力が遮断された後に、前記共振周波数を取得するように構成されていてもよい。
【００２２】
かかる構成においては、例えば、以下のようにして前記共振周波数が取得され得る。まず、前記圧電／電歪素子に対して直流電圧を所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加した後、当該直流電圧の印加を遮断する。これにより、当該圧電／電歪素子にて減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、当該圧電／電歪素子に交流の電圧が発生する。この発生電圧の周波数等を、前記共振周波数取得部によって取得することで、前記振動発生部の前記共振周波数が取得され得る。
【００２３】
（Ａ０８）記構成Ａ０６において、前記駆動部は、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力するように構成されていて、前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得するように構成されていてもよい。
【００２４】
かかる構成によれば、前記駆動部による前記振動発生部の強制的な振動と、前記共振周波数取得部による前記共振周波数の取得とが、ほぼ同時に行われ得る。
【００２５】
（Ａ０９）前記構成Ａ０１ないしＡ０８において、前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別する振動モード判定部をさらに備えていてもよい。
【００２６】
すなわち、前記微小物体と前記ターゲット部との衝突の態様に応じて、前記振動発生部に特定のモード（撓みやねじれ）の振動が発生し得る。ここで、本構成によれば、前記振動モード判定部によって、当該振動モードが判定され得る。例えば、前記圧電／電歪素子によって発生する電気信号の振幅等に基づいて、当該振動モードが判定され得る。あるいは、複数の前記圧電／電歪素子のそれぞれにて発生する電気信号を比較することで、当該振動モードが判定され得る。あるいは、複数の前記圧電／電歪素子を電気回路的に接続して、両者の電気信号を重畳した後、振幅等を取得することで、当該振動モードが判定され得る。
本構成によれば、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
【００２７】
（Ａ１０）前記構成Ａ０１ないしＡ０９において、前記振動発生部が長手方向を有する板状部材から構成されていて、当該板状部材の前記長手方向における一端側に前記ターゲット部が設けられ、他端側の表面上に前記圧電／電歪素子が固着して設けられていてもよい。この場合、前記圧電／電歪素子は、前記ターゲット部が設けられている側の表面に設けられていてもよい。あるいは、前記圧電／電歪素子は、前記ターゲット部が設けられている面と反対側の面に設けられていてもよい。
【００２８】
かかる構成によれば、前記ターゲット部と前記圧電／電歪素子との距離が充分長く設定される。これにより、当該ターゲット部に対する前記微小物体の衝突により前記ターゲット部に与えられたエネルギーによる力が、テコの原理により増幅され、前記圧電／電歪素子に大きな応力を発生する。よって、前記圧電／電歪素子にて大きな電気信号が得られる。したがって、当該飛翔状態検出装置の感度が向上し、より小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【００２９】
（Ａ１１）前記構成Ａ１０において、前記板状部材における前記他端側の剛性が、前記一端側の剛性よりも低くなるように、当該板状部材が構成されていることが好ましい。
【００３０】
かかる構成によれば、前記微小物体が前記ターゲット部に衝突した際に、前記振動発生部を構成する前記板状部材の、剛性の低い前記他端側（前記圧電／電歪素子が設けられている側）に応力が集中する。よって、前記圧電／電歪素子にて大きな電気信号が得られる。これにより、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。したがって、本構成によれば、より小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【００３１】
（Ａ１２）前記構成Ａ１０又はＡ１１において、複数の前記圧電／電歪素子が、前記板状部材の一方の表面と、当該一方の表面の裏側の他方の表面との上に固着して設けられていてもよい。この場合、前記一方の表面上に設けられた前記圧電／電歪素子と、前記他方の表面上に設けられた前記圧電／電歪素子とは、互いに電気回路的に接続され得る。
【００３２】
（Ａ１３）前記構成Ａ０１ないしＡ１２において、前記微小物体を吐出し得るように構成された微小物体吐出部と、前記微小物体吐出部を制御する制御部と、をさらに備えていてもよい。この場合、前記制御部は、前記振動発生部の共振周波数に近い特定周波数で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御する。
【００３３】
かかる構成によれば、前記微小物体吐出部によって、前記微小物体が、前記振動発生部の共振周波数に近い特定周波数で吐出される。吐出された前記微小物体は、前記ターゲット部と、前記特定周波数に対応する周期で断続的に衝突する。これにより、前記振動発生部が、前記共振周波数に略等しい周波数にて励振され得る。したがって、当該振動発生部がより効率的に励振され、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。
【００３４】
（Ａ１４）前記構成Ａ１３において、前記制御部は、以下の条件で前記微小物体吐出部を制御するように構成されていてもよい。
【００３５】
前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
【００３６】
かかる構成によれば、前記振動発生部がより効率的に励振され、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。
【００３７】
（Ａ１５）前記構成Ａ１３又はＡ１４において、前記制御部は、以下の条件で前記微小物体吐出部を制御するように構成されていてもよい。
【００３８】
前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
【００３９】
例えば、前記微小物体の飛翔速度や、前記微小物体の状態（質量、体積、形状、固体か流体か或いは気体か、等）に基づいて、上述の関係が満たされるように、前記振動発生部の構造（材質や寸法等）が設定され得る。
【００４０】
かかる構成によれば、前記振動発生部がより効率的に励振され、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。
【００４１】
（Ａ１６）前記構成Ａ０１ないしＡ１５において、前記微小物体の飛翔方向と交差する平板状のアパチャープレートをさらに備えていて、そのアパチャープレートには、前記微小物体が通過可能な貫通孔であるアパチャーが形成されていてもよい。このアパチャープレートは、前記ターゲット部よりも、前記微小物体の飛翔方向における上流側に配置されている。
【００４２】
かかる構成によれば、例えば、微小物体吐出装置から吐出された微小物体が所定の飛翔方向に沿った所定の飛翔経路上を飛翔した場合に、当該微小物体がアパチャーを通過し得るように、当該アパチャープレートが配置され得る。これにより、当該微小物体の前記飛翔経路からの逸脱が、きわめて簡略な装置構成によって検出され得る。
また、かかる構成によれば、アパチャーの位置を適宜設定することにより、前記振動発生部に所定の振動モードのみを選択的に発生させることが可能になる。
【００４３】
（Ｃ）上述の目的を達成するために、本発明の、微小物体の飛翔状態検出方法（以下、単に「飛翔状態検出方法」と称する）は、飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得るように、以下のステップを含む。
【００４４】
（Ｃ０１）本発明の飛翔状態検出方法は、以下の（ｓ１）ないし（ｓ４）のステップを含む。（ｓ１）前記微小物体吐出部から前記微小物体を吐出させ、（ｓ２）吐出された前記微小物体を、ターゲット部に衝突させることで、当該ターゲット部を備えた振動発生部を振動させ、（ｓ３）圧電／電歪素子を用いて、前記振動発生部の振動を電気信号に変換し、（ｓ４）前記電気信号に基づいて、前記微小物体の飛翔状態を検出する。
【００４５】
かかる方法によれば、同一の微小物体吐出装置から一定周期で断続的に微小物体が吐出されている場合に、当該微小物体の飛翔状態を同一の飛翔状態検出装置によって連続的に検出することが容易に行われ得る。
【００４６】
（Ｃ０２）前記Ｃ０１に記載の方法において、前記微小物体を吐出させる前記ステップ（ｓ１）は、前記振動発生部の共振周波数に近い特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであってもよい。
【００４７】
かかる方法によれば、前記振動発生部を振動させる前記ステップ（ｓ２）にて、前記振動発生部が、前記共振周波数に略等しい周波数にて励振され得る。したがって、当該振動発生部がより効率的に励振され、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）による飛翔状態検出の感度が向上する。
【００４８】
（Ｃ０３）前記Ｃ０２に記載の方法において、前記微小物体を吐出させる前記ステップ（ｓ１）は、前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような前記特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであってもよい。
【００４９】
かかる方法によれば、前記振動発生部を振動させる前記ステップ（ｓ２）にて、前記振動発生部がより効率的に励振される。よって、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）による飛翔状態検出の感度が向上する。
【００５０】
（Ｃ０４）前記Ｃ０１ないしＣ０４に記載の方法において、前記微小物体を吐出させる前記ステップ（ｓ１）は、前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で前記微小物体を吐出させるステップであってもよい。
【００５１】
かかる方法によれば、前記振動発生部を振動させる前記ステップ（ｓ２）にて、前記振動発生部がより効率的に励振され、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）による飛翔状態検出の感度が向上する。
【００５２】
（Ｃ０５）前記Ｃ０１ないしＣ０４に記載の方法において、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）は、前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含んでいてもよい。
【００５３】
例えば、前記ステップ（ｓ３）にて発生した、前記圧電／電歪素子の出力である電気信号の振幅等に基づいて、当該ステップ（ｓ４）にて振動モードが判定され得る。あるいは、前記ステップ（ｓ３）にて、複数の前記圧電／電歪素子からの出力としての電気信号の各々を比較することで、当該ステップ（ｓ４）にて振動モードが判定され得る。あるいは、当該ステップ（ｓ４）にて、複数の前記圧電／電歪素子の電気信号を重畳した信号に基づいて、当該振動モードが判定され得る。
【００５４】
かかる方法によれば、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
【００５５】
（Ｃ０６）前記Ｃ０５に記載の方法において、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）は、互いに電気回路的に接続された第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子が出力する電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含んでいてもよい。
【００５６】
かかる方法においては、前記振動発生部の振動を電気信号に変換する前記ステップ（ｓ３）にて、互いに電気回路的に接続された前記第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子から、それぞれ電気信号が出力される。このステップ（ｓ３）に続く前記ステップ（ｓ４）において、前記第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子からの各電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードが判別される。
【００５７】
かかる方法によれば、前記微小物体と前記ターゲット部との衝突の態様に応じて前記振動発生部に生じる特定の振動モード（撓みやねじれ）が判別されることで、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
特に、複数の前記圧電／電歪素子同士が電気回路的に直接に接続された回路構成が用いられる場合、本方法によれば、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の出力の比較等の処理が、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の接続回路自体によって行われる。したがって、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）の処理が簡略化され得る。
【００５８】
（Ｃ０７）前記Ｃ０１ないしＣ０６に記載の方法において、さらに以下のステップを含んでいてもよい。（ｓ１１）前記振動発生部の共振周波数を取得し、（ｓ１２）取得された前記共振周波数に基づいて、前記圧電／電歪素子を駆動する。
【００５９】
かかる方法においては、前記共振周波数を取得するステップ（ｓ１１）、及び前記圧電／電歪素子を駆動するステップ（ｓ１２）は、上述の各ステップ（ｓ１）ないし（ｓ４）とは独立に行われ得る。すなわち、当該ステップ（ｓ１１）及び（ｓ１２）は、必ずしも前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）に続いて行われるものではない。
【００６０】
かかる方法によれば、前記ターゲット部に対する付着物が、より効率的に除去され得る。あるいは、当該方法に用いられる飛翔状態検出装置の異常（例えば、前記振動発生部における破損や、前記付着物の過剰な付着）が検知され得る。
【００６１】
（Ｃ０８）前記Ｃ０７に記載の方法において、前記振動発生部の共振周波数を取得する前記ステップ（ｓ１２）は、前記圧電／電歪素子を駆動する前記ステップ（ｓ１１）の終了後に行われることが好適である。
【００６２】
かかる方法においては、例えば、以下のようにして前記共振周波数が取得され得る。まず、前記ステップ（ｓ１１）にて、前記圧電／電歪素子に対して直流電圧を所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加した後、当該直流電圧の印加を遮断する。これにより、当該圧電／電歪素子にて減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、当該圧電／電歪素子に交流の電圧が発生する。この発生電圧の周波数等を、前記ステップ（ｓ１２）にて取得することで、前記振動発生部の前記共振周波数が取得され得る。
【００６３】
（Ｃ０９）前記Ｃ０７に記載の方法において、前記圧電／電歪素子を駆動する前記ステップ（ｓ１１）は、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力するステップであり、前記振動発生部の共振周波数を取得する前記ステップ（ｓ１２）は、前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得するステップであってもよい。
【００６４】
これにより、前記駆動部による前記振動発生部の強制的な振動と、前記共振周波数の取得とが、ほぼ同時に行われ得る。
（Ｃ１０）前記Ｃ０１ないし０９に記載の方法において、前記微小物体を吐出する前記ステップ（ｓ１）は、前記微小物体を前記ターゲット部の所定の位置に所定の周波数で衝突させることで、前記ステップ（ｓ２）にて前記振動発生部を所定の振動モードで振動させるように、当該微小物体を吐出するステップであってもよい。
これにより、前記振動発生部にて、所定のモードの振動が選択的に発生する。よって、前記微小物体の様々な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、前記振動発生部にて、１次撓みモードの振動を選択的に発生させることにより、極めて小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【発明の効果】
【００６５】
以上の通り、本発明の飛翔状態検出装置、及び飛翔状態検出方法においては、飛翔中の前記微小物体の飛翔経路中に前記ターゲット部を介在させ、前記圧電／電歪素子を用いて前記ターゲット部に対する前記微小物体の衝突の状態を検知するだけで、衝突微小物体の飛翔状態が検出され得る。すなわち、本発明によれば、前記微小物体を吐出する微小物体吐出装置から吐出された前記微小物体の飛翔状態（当該吐出装置における吐出状態）が、簡略かつ安価な装置構成によって良好に検出され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
以下、本発明の好適な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００６７】
＜ＤＮＡチップの構成＞
図１は、ＤＮＡチップの概略構成を示す外観図（斜視図）である。図２は、図１に示されているＤＮＡチップを拡大した断面図である。
【００６８】
図１に示されているように、ＤＮＡチップ１０は、顕微鏡スライドグラスからなるＤＮＡチップ基板１２上に、試料溶液の微小液滴による微小スポットＳが多数配列されることによって構成されている。
【００６９】
図２に示されているように、このＤＮＡチップ基板１２上における、微小スポットＳが形成されるべき位置には、突起１２ａが形成されている。この突起１２ａは、微小スポットＳが規定の位置からずれて滴下された場合に、その位置ずれを補正するために形成されている。すなわち、図２に示されているように、微小スポットＳの一部が突起１２ａにかかることで（二点鎖線参照）、当該微小スポットＳの表面張力によって、当該微小スポットＳが正規の位置に移動するようになっている。
【００７０】
また、ＤＮＡチップ基板１２の表面には、親水性を有するpoly-L-lysine層からなる試料担持層１４が形成されている。
【００７１】
＜マイクロピペットの構成＞
以下、上述のＤＮＡチップ１０を製造するために用いられるマイクロピペット（微小物体吐出部）の構成について説明する。図３は、当該マイクロピペットを拡大した断面図である。図４は、当該マイクロピペットにおける試料溶液の流路の構成を透視して示す斜視図である。図５は、当該マイクロピペットの平面図である。
【００７２】
図３を参照すると、マイクロピペット１００は、ノズルプレート１１０と、そのノズルプレート１１０の上面に固定されたキャビティユニット１２０と、そのキャビティユニット１２０の上面に固定されたアクチュエータユニット１３０とから構成されている。ノズルプレート１１０には、試料液体が通過可能な貫通孔であるノズル１１２が形成されている。
【００７３】
ノズルプレート１１０は、セラミックス製の薄板から構成されている。ノズルプレート１１０を構成する材料としては、例えば、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化珪素が、好適に用いられ得る。また、酸化ジルコニウムの中でも、完全安定化酸化ジルコニウムを主成分とする材料、及び部分安定化酸化ジルコニウムを主成分とする材料が、機械的強度の観点、及び圧電／電歪膜や電極膜の材料との反応性の観点から、最も好適に用いられ得る。
【００７４】
キャビティユニット１２０は、接続プレート１２１と、流路プレート１２２と、オリフィスプレート１２３と、キャビティプレート１２４と、注入口プレート１２５とから構成されている。これらの接続プレート１２１、流路プレート１２２、オリフィスプレート１２３、キャビティプレート１２４、及び注入口プレート１２５は、セラミックス製の薄板から構成されている。接続プレート１２１と、流路プレート１２２と、オリフィスプレート１２３と、キャビティプレート１２４と、注入口プレート１２５と、ノズルプレート１１０とは、この順に上から積層された状態で焼成されることで、一体に形成されている。
【００７５】
接続プレート１２１は、当該キャビティユニット１２０とノズルプレート１１０との接続部に配置されていて、ノズルプレート１１０の上面に接合されている。この接続プレート１２１には、ノズル１１２と同じ径の貫通孔であるノズル連通孔１２１ａが形成されている。このノズル連通孔１２１ａは、キャビティプレート１２４に形成されたキャビティ１２４ａと、試料送出孔１２６を介して接続されている。この試料送出孔１２６は、ノズル連通孔１２１ａよりも大きな径の貫通孔であり、流路プレート１２２及びオリフィスプレート１２３を貫通するように形成されている。
【００７６】
流路プレート１２２には、キャビティ１２４ａに向けて試料溶液を供給するための試料供給流路１２２ａが形成されている。この試料供給流路１２２ａとキャビティ１２４ａとは、オリフィスプレート１２３に形成された小径の貫通孔であるオリフィス１２３ａを介して接続されている。
【００７７】
注入口プレート１２５は、キャビティユニット１２０の最上層に配置されている。この注入口プレート１２５には、流路プレート１２２に形成された試料供給流路１２２ａに向けて試料溶液を注入するための貫通孔である試料注入口１２５ａが形成されている。この試料注入口１２５ａと、流路プレート１２２に形成された試料供給流路１２２ａとは、貫通孔である試料導入孔１２７を介して接続されている。この試料導入孔１２７は、オリフィスプレート１２３及びキャビティプレート１２４を貫通するように形成されている。
【００７８】
上述の通りに構成されたキャビティユニット１２０においては、図４に示されているような、試料注入口１２５ａからノズル１１２に至る試料溶液の流路が形成されている。すなわち、キャビティ１２４ａが加圧されることで、当該キャビティ１２４ａ内の試料溶液が、小径のオリフィス１２３ａを介して試料供給流路１２２ａに逆流することなく、試料送出孔１２６を介してノズル１１２に向けて送出され、当該ノズル１１２から試料溶液の微小液滴が外部に吐出されるように、オリフィス１２３ａの寸法が設定されている。
【００７９】
再び図３を参照すると、アクチュエータユニット１３０は、圧電／電歪層１３１と、その圧電／電歪層１３１の下面に固着して設けられた下部電極１３２と、圧電／電歪層１３１の上面に固着して設けられた上部電極１３３とを備えている。圧電／電歪層１３１は、キャビティ１２４ａに対応する位置（真上）に配置されている。下部電極１３２が注入口プレート１２５の上面に固着されることで、アクチュエータユニット１３０は、キャビティユニット１２０の上面に固定されている。このアクチュエータユニット１３０は、下部電極１３２と上部電極１３３との間に駆動電圧が印加されることで、キャビティ１２４ａ内の体積を変化させ、所定量の試料溶液をノズル１１２から吐出させ得るように構成されている。
【００８０】
下部電極１３２は、注入口プレート１２５の上面に形成された導電膜である下部電極配線パターン１３２ａと接続されている。上部電極１３３は、注入口プレート１２５の上面に形成された導電膜である上部電極配線パターン１３３ａと接続されている。
【００８１】
図５に示されているように、注入口プレート１２５の上面には、下部電極配線パターン１３２ａと接続された下部電極入力端子１４１が形成されている。また、注入口プレート１２５の上面には、上部電極配線パターン１３３ａと接続された上部電極入力端子１４２が形成されている。これらの下部電極入力端子１４１及び上部電極入力端子１４２は、アクチュエータユニット１３０を駆動するための外部機器と接続され得るように構成されていて、当該外部機器を介して下部電極入力端子１４１と上部電極入力端子１４２との間に駆動電圧が印加されることでアクチュエータユニット１３０が駆動されるようになっている。
【００８２】
＜分注装置の構成＞
次に、上述の構成を有するマイクロピペット１００を備えた分注装置の構成について説明する。図６は、当該分注装置の外観図であり、図６（ａ）が平面図、図６（ｂ）が側面図である。図７は、当該分注装置を分解した斜視図である。
【００８３】
図６（ａ）に示されているように、分注装置２００は、複数個（図中では１０個）のマイクロピペット１００が２次元的に配列されることによって構成されている。これら複数のマイクロピペット１００における、上述のノズルプレート１１０は、１枚のセラミック板として一体に成形されている。
【００８４】
分注装置２００は、マイクロピペット１００における各試料注入口１２５ａ（図５参照）に試料溶液を導入するための試料導入部材２１０を備えている。この試料導入部材２１０は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されているように、２次元的に配列されたマイクロピペット１００の上面に接続されている。試料導入部材２１０は、図７に示されているように、ノズルプレート１１０に形成されたネジ穴１１４、及び固定ボルト２１２によって、当該ノズルプレート１１０の上面にて固定されている。
【００８５】
図６（ｂ）を参照すると、試料導入部材２１０には、貫通孔からなる試料注入流路２１４が形成されている。この試料注入流路２１４の下端における開口は、マイクロピペット１００における各試料注入口１２５ａ（図５参照）と接続されている。また、試料注入流路２１４の上端における開口は、上方に向けて広がるラッパ状の管からなる導入チューブ２１６の下端と接続されている。
【００８６】
図７を参照すると、２次元的に配列された複数の導入チューブ２１６は、試料溶液を貯留するためのカートリッジ２２０にて下方に突出するように形成された複数の試料貯留部２２２と係合し得るように配置及び形成されている。カートリッジ２２０は、柔らかい合成樹脂を射出成形することで形成されている。このカートリッジ２２０は、試料貯留部２２２の底部に針等で孔を開けることで、当該試料貯留部２２２に貯留された試料溶液が導入チューブ２１６内に流入し、各試料注入口１２５ａに対してそれぞれ種類の異なる試料溶液が供給され得るように構成されている。
【００８７】
＜実施形態の飛翔状態検出装置の概略構成＞
次に、本発明の実施形態である飛翔状態検出装置の概略構成について説明する。図８は、上述の分注装置２００における試料溶液の吐出口を有するノズルプレート１１０の下方に、飛翔状態検出装置３００が配置された状態を示す側面図である。例えば、図１に示されているＤＮＡチップ基板１２と、当該飛翔状態検出装置３００とが、図示しないＸ−Ｙステージ上に配置されていて、当該Ｘ−Ｙステージを駆動することで、当該飛翔状態検出装置３００がノズルプレート１１０の下方に所定の位置関係で配置されるようになっている。
【００８８】
図８を参照すると、この飛翔状態検出装置３００は、分注装置２００における各マイクロピペット１００から試料溶液が正しく吐出されたか否かを検出し得るように構成されている。以下、本発明の飛翔状態検出装置３００の具体的な構成について説明する。
【００８９】
＜第１実施形態の飛翔状態検出装置の構成＞
図９（ａ）は、第１の実施形態の飛翔状態検出装置３００を拡大した断面図である。
【００９０】
図９（ａ）に示されているように、飛翔状態検出装置３００は、センサ基板３１０と、圧電／電歪素子３２０と、アパチャープレート３３０とを備えている。
【００９１】
センサ基板３１０は、板状部材から構成されている。このセンサ基板３１０は、セラミックスから形成されていることが好ましい。このセラミックとしては、例えば、完全安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニア、アルミナ、マグネシア、窒化珪素等が用いられ得る。このうち、完全安定化／部分安定化ジルコニアは、薄板状に構成しても靭性が高く機械的強度が大きいこと、圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪膜や電極材料との反応性が小さいことから、最も好適に採用され得る。
【００９２】
センサ基板３１０は、厚肉支持部３１１と、振動板（振動発生部）３１２とから構成されていて、当該厚肉支持部３１１と振動板３１２とは一体に成形されている。厚肉支持部３１１は、平板状部材からなる振動板３１２よりも厚く形成されている。振動板３１２は、長手方向（図中左右方向）を有する平板状部材であって、厚肉支持部３１１によって片持ち梁（カンチレバー）状に支持されている。
【００９３】
振動板３１２の固定端側である検知部３１２ａには、圧電／電歪素子３２０が着接されている。本実施形態においては、圧電／電歪素子３２０は、振動板３１２における図中上側の表面である内側表面３１２ｂ上に固着して設けられている。この圧電／電歪素子３２０は、片持ち梁である振動板３１２にて発生した振動を電気信号に変換し得るように構成されている。なお、圧電／電歪素子３２０の厚さは、振動板３１２に比べて充分に薄く形成されている（図９（ａ）においては、説明の便宜のため、圧電／電歪素子３２０の厚さが誇張されて図示されているものとする。以下の図１０ないし図２２においても同様である。）。
【００９４】
振動板３１２の自由端側（前記長手方向における一端側）であるターゲット部３１２ｃにおける、内側表面３１２ｂ上には、コーティング層３１３が形成されている。このコーティング層３１３は、前記試料溶液の微小液滴との間の親和性（濡れ性）が低い材質からなる薄膜によって構成されている。例えば、上述のＤＮＡチップ１０（図１及び図２参照）を形成するための前記試料溶液は水系の溶液であるため、コーティング層３１３の材質としては撥水性の材質（フッ素系合成樹脂等）が選択され得る。
【００９５】
センサ基板３１０の上方には、前記振動板３１２の前記内側表面３１２ｂと対向するようにアパチャープレート３３０が配置されている。このアパチャープレート３３０には、前記微小液滴が通過可能な貫通孔であるアパチャー３３１が形成されている。このアパチャー３３１が、マイクロピペット１００のノズルプレート１１０（図８参照）に形成されたノズル１１２（図３参照）と対向するように、アパチャープレート３３０が配置されている。
【００９６】
図９（ｂ）は、当該飛翔状態検出装置３００の平面図（上述の図８における、マイクロピペット１００のノズルプレート１１０側から当該飛翔状態検出装置３００を見た図）である。図９（ｃ）は、アパチャープレート３３０を取り除いた場合の平面図である。図９（ａ）ないし（ｃ）に示されているように、アパチャー３３１は、ターゲット部３１２ｃに形成されたコーティング層３１３と対向するように形成されている。また、図９（ａ）に示されているように、アパチャー３３１は、ターゲット部３１２ｃに形成されたコーティング層３１３よりも上方、すなわち、前記微小液滴の飛翔方向Ｄにおける上流側に形成されている。
【００９７】
上述の通り、この飛翔状態検出装置３００は、前記飛翔方向Ｄに沿った所定の飛翔経路上を飛翔中の前記微小液滴がアパチャー３３１を通過してターゲット部３１２ｃ（コーティング層３１３）に衝突し、この衝突によって振動板３１２に発生した振動が圧電／電歪素子３２０によって電気信号に変換されるように構成されている。
【００９８】
＜＜圧電／電歪素子の構成＞＞
図１０（ａ）は、前記振動板３１２の周囲を拡大した断面図である。図１０（ａ）に示されているように、圧電／電歪素子３２０は、圧電／電歪層３２１と、この圧電／電歪層３２１の一方の面に形成された下部電極３２２と、当該圧電／電歪層３２１の他方の面に形成された上部電極３２３と、から構成されている。圧電／電歪層３２１は、圧電効果及び圧電逆効果を示すいわゆる圧電／電歪材料（ＰＺＴ等）の薄板から構成されている。下部電極３２２及び上部電極３２３は、金属膜から構成されている。
【００９９】
＜＜振動板の構成＞＞
図１０（ｂ）は、前記振動板３１２の周囲を拡大した平面図である。
【０１００】
図１０（ｂ）に示されているように、振動板３１２における検知部３１２ａは、他の部分よりも狭い幅に形成されている。すなわち、前記試料溶液の微小液滴が上方（図１０（ａ）における上方）から飛翔してきてターゲット部３１２ｃ（コーティング層３１３）に衝突して、振動板３１２に振動が発生した場合に、検知部３１２ａに応力が集中し、この応力集中により圧電／電歪素子３２０にて大きな電圧が発生し得るように、振動板３１２の平面形状が設定されている。
【０１０１】
図１０（ｃ）は、前記センサ基板３１０の平面図である。図１０（ｃ）に示されているように、センサ基板３１０においては、複数の振動板３１２が、厚肉支持部３１１から略水平に延びるように形成されている。
【０１０２】
＜飛翔状態検出のための回路構成＞
次に、上述の装置構成を用いて、マイクロピペット１００（図８参照）からの試料溶液の微小液滴の吐出状態を判定するための回路構成について、図１１を用いて説明する。
【０１０３】
制御回路３４０は、圧電／電歪素子３２０にて生じた電圧を取得する電圧取得部３４１と、圧電／電歪素子３２０に対して駆動電圧を与える駆動部３４２と、前記電圧取得部３４１及び前記駆動部３４２と接続された演算・制御部３４３と、各マイクロピペット１００に対して駆動電圧を与える駆動部３４４と、を備えている。
【０１０４】
電圧取得部３４１は、ターゲット部３１２ｃ（図１０（ａ）参照）に試料溶液の微小液滴が衝突した場合に圧電／電歪素子３２０に生じる起電力を取得し得るように、圧電／電歪素子３２０と電気的に接続されている。駆動部３４２は、圧電／電歪素子３２０に対して駆動電圧を与えて当該圧電／電歪素子３２０を駆動することで、振動板３１２（図１０参照）を強制的に振動させ得るように、圧電／電歪素子３２０と電気的に接続されている。
駆動部３４２は、演算・制御部３４３の制御下で、任意の波形（直流を含む。また、交流であってもサイン波、矩形波、パルス波等の種々の波形を含む。）の電圧を圧電／電歪素子３２０に印加し得るように構成されている。
【０１０５】
演算・制御部３４３は、電圧取得部３４１から信号を受け取って適宜演算処理することで、振動板３１２（図１０参照）の振動状態（振動の大きさ、振動モード、共振周波数を含む）を検出し得るように構成されている。また、演算・制御部３４３は、駆動部３４２に対して駆動信号を与えることで、圧電／電歪素子３２０の駆動を制御し得るように構成されている。さらに、演算・制御部３４３は、各マイクロピペット１００における試料溶液の吐出を制御し得るように、駆動部３４４を介して各マイクロピペット１００と接続されている。
【０１０６】
＜第１実施形態の装置の動作説明＞
次に、上述した構成を有する第１の実施形態の飛翔状態検出装置３００による動作について、図面を参照しつつ説明する。
【０１０７】
＜＜ＤＮＡチップの製造工程＞＞
最初に、図１に示されているＤＮＡチップ１０の製造工程について説明する。この製造工程は、ＤＮＡチップ基板１２の表面にpoly-L-lysine層からなる試料担持層１４（図２参照）を形成する前処理工程と、ＤＮＡ断片を含む試料溶液を調製する試料調製工程と、得られた試料溶液をＤＮＡチップ基板１２上に供給する供給工程と、からなる。
【０１０８】
前処理工程は、以下のように行われる。まず、ＤＮＡチップ基板１２は、室温で少なくとも２時間、所定のアルカリ溶液に浸される。このアルカリ溶液としては、例えば、ＮａＯＨを蒸留水に溶かした後、更にエタノールを加えて、完全に透明になるまで攪拌することによって得られた溶液が用いられ得る。その後、ＤＮＡチップ基板１２は、当該アルカリ溶液から取り出されて蒸留水中で洗浄される。続いて、ＤＮＡチップ基板１２は、蒸留水中にpoly-L-lysineを加えることにより調製されたpoly-L-lysine液中に１時間程度浸される。その後、ＤＮＡチップ基板１２がpoly-L-lysine液から取り出され、遠心分離によって余分なpoly-L-lysine液がＤＮＡチップ基板１２から除去される。続いて、ＤＮＡチップ基板１２は、４０℃にて５分程度ほど乾燥される。これにより、表面にpoly-L-lysine試料担持層１４が形成されたＤＮＡチップ基板１２が得られる。
【０１０９】
試料調製工程は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）法によってＤＮＡ断片の塩基配列を増幅することでＰＣＲ産物を得る増幅工程と、得られたＰＣＲ産物を乾燥してＤＮＡ粉末を得る粉末生成工程と、得られたＤＮＡ粉末を緩衝液に溶かす混合工程とを含む。粉末生成工程においては、まず、ＰＣＲ産物に、３Ｍ（＝３mol／ｌ）の酢酸ナトリウムとイソプロパノールとが加えられ、数時間放置される。その後、この溶液が遠心分離されることで、ＤＮＡ断片が沈殿する。この沈殿したＤＮＡ断片がエタノールでリンスされ、遠心分離された後、乾燥されることで、ＤＮＡ粉末が生成される。混合工程においては、ＤＮＡ粉末にトリス−ＥＤＴＡ（ＴＥ）緩衝液が加えられ、完全に溶解するまで数時間放置される。これにより、試料溶液が調製される。この段階での試料溶液の濃度は１〜１０μｇ／μｌである。
【０１１０】
こうして得られた試料溶液は、図７に示されているカートリッジ２２０の試料貯留部２２２に貯留される。このカートリッジ２２０が、図６に示されている分注装置２００に装着されることによって、試料溶液が当該分注装置２００における各マイクロピペット１００に供給される。そして、試料溶液の微小液滴が各マイクロピペット１００からＤＮＡチップ基板１２（図１参照）に向けて吐出されることで、当該ＤＮＡチップ基板１２上に試料溶液の微小液滴が供給され、当該ＤＮＡチップ基板１２上に、多数個の試料溶液の微小スポットＳが、所定の配列となるように形成される。このようにして、ＤＮＡチップ１０が製造される。
【０１１１】
ここで、試料溶液の微小液滴は、通常、目視が困難である。よって、当該微小液滴がＤＮＡチップ基板１２上に所定の配列で正しく形成されているか否か（特定のマイクロピペット１００における不吐出等の吐出不良がないかどうか）は、目視では判定できない。一方、当該微小液滴の吐出経路の途中をレーザー光等でスキャンすることで、当該不吐出を判定することは可能である。しかし、そのようにレーザー光をスキャンして各マイクロピペット１００における吐出不良を判定するための装置構成は、非常に高価である。
【０１１２】
そこで、図８に示されているように、本実施形態の飛翔状態検出装置３００を用いることによって、分注装置２００における各マイクロピペット１００の吐出不良が判定される。この飛翔状態検出装置３００は、上述したような、きわめて簡略で製造コストが低廉となり得る構成を有している。もっとも、このような簡略な構成を有するにもかかわらず、当該飛翔状態検出装置３００による吐出不良の判定は確実に行われ得る。
【０１１３】
＜＜第１実施形態における飛翔状態検出の動作説明＞＞
次に、本実施形態（上述の各実施例を含む）の飛翔状態検出装置３００を用いた、マイクロピペット１００における試料溶液の微小液滴の吐出状態の判定動作について、図８ないし図１２を適宜参照しつつ説明する。ここで、図１２は、振動板３１２（図９、図１０参照）の振動の様子を示した図である。
【０１１４】
図８に示されているように、飛翔状態検出装置３００は、マイクロピペット１００におけるノズルプレート１１０の下方に配置される。そして、分注装置２００の駆動が、図１１における演算・制御部３４３及び駆動部３４４によって制御される。すなわち、演算・制御部３４３の制御下で、分注装置２００に備えられた各マイクロピペット１００におけるアクチュエータユニット１３０（図５参照）に対して駆動部３４４から駆動電圧が印加されることで、各マイクロピペット１００が駆動される。これにより、各マイクロピペット１００にて、前記試料溶液の微小液滴が、飛翔状態検出装置３００に向けて吐出される。
【０１１５】
図９を参照すると、上述のように前記微小液滴が吐出されることにより、当該微小液滴はアパチャー３３１を通過して、振動板３１２におけるターゲット部３１２ｃ（コーティング層３１３）に次々と衝突する。この衝突によって、振動板３１２が振動する。そして、当該振動に応じて、圧電／電歪素子３２０に起電力が生じる。すなわち、図１０における下部電極３２２と上部電極３２３との間に、振動板３１２の振動状態に応じた電圧が生じる。
【０１１６】
例えば、前記微小液滴が、ターゲット部３１２ｃの幅方向における中央部に衝突した場合（当該微小液滴の飛翔方向が所定方向Ｄと一致する場合）、図１２（ａ）に示されているように、振動板３１２が撓むように振動する（１次撓みモード）。これにより、検知部３１２ａに応力が生じる。この応力が、圧電／電歪素子３２０（図１０参照）によって起電力に変換される。
【０１１７】
一方、前記微小液滴が、ターゲット部３１２ｃの幅方向における中央部からオフセットした位置に衝突した場合（当該微小液滴の飛翔方向が所定方向Ｄから逸脱した場合）、図１２（ｂ）に示されているように、振動板３１２が捩れるように振動する（捩れモード）。これにより、検知部３１２ａに、図１２（ａ）における撓み変形の場合よりも小さな応力が生じる。これにより、圧電／電歪素子３２０（図１０参照）にて、上述の撓み変形の場合よりも小さな起電力が生じる。
【０１１８】
前記微小液滴の飛翔経路が所定の飛翔経路よりもさらに逸脱した場合、当該微小液滴は、アパチャー３３１を通過することなく、アパチャープレート３３０の上面と衝突する。この場合、当該微小液滴はターゲット部３１２ｃと衝突しないので、振動板３１２における振動が生じない（あるいは振幅がゼロに向かって収束する）。
【０１１９】
このように、圧電／電歪素子３２０にて、振動板３１２の振動状態（すなわち微小液滴のターゲット部３１２ｃに対する衝突状態）に応じた電圧が発生する。
【０１２０】
図１１を参照すると、圧電／電歪素子３２０にて発生した電圧が、電圧取得部３４１によって取得され、この電圧取得部３４１によって取得された起電力が演算・制御部３４３によって演算処理されることで、振動板３１２における振動状態が検出される。
【０１２１】
ここで、図１０及び図１１を参照すると、演算・制御部３４３は、振動板３１２の共振周波数をｆ0とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような特定周波数ｆ1で、マイクロピペット１００を駆動させる。これにより、当該特定周波数ｆ1に対応する周期Ｔで、前記試料溶液の微小液滴が次々と吐出される。
【０１２２】
また、振動板３１２によって当該微小液滴の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記共振周波数ｆ0に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で、前記微小液滴の吐出が行われるように、前記マイクロピペット１００の駆動が制御される。
【０１２３】
これにより、振動板３１２の共振周波数と略等しい周波数で当該振動板３１２が振動する。そして、この振動に同期した状態で、ターゲット部３１２ｃに対して前記微小液滴が次々に衝突する。よって、振動板３１２の振動が、当該微小液滴の衝突によって乱されることが抑制され得る。
【０１２４】
本実施形態の構成によれば、図１０（ｂ）及び図１２に示されているように、振動板３１２における検知部３１２ａは、他の部分よりも狭い幅に形成されている。これにより、前記試料溶液の微小液滴がターゲット部３１２ｃに衝突して、振動板３１２に振動が発生した場合に、検知部３１２ａに応力が集中する。この応力集中により、圧電／電歪素子３２０にて大きな電圧が発生し得る。
【０１２５】
＜＜第１実施形態における試料溶液の飛沫処理動作の説明＞＞
再び図９を参照すると、コーティング層３１３に衝突することで発生した前記試料溶液の飛沫のほとんどは、当該コーティング層３１３の表面上に長時間付着することなく、重力の作用で下方に落下する。これにより、振動板３１２の内側表面３１２ｂ上から前記試料溶液のほとんどが除去され得る。もっとも、前記飛沫の一部は、振動板３１２の内側表面３１２ｂ上から完全に除去されることなく、当該内側表面３１２ｂ上に残留し得る。
【０１２６】
そこで、以下のように、振動板３１２を外部的に強制振動させることで、前記飛沫を振動板３１２の内側表面３１２ｂ上から可及的に除去させ得る。
【０１２７】
図１１を参照すると、マイクロピペット１００の駆動停止中（前記試料溶液の微小液滴の吐出の停止中）に、駆動部３４２は、演算・制御部３４３の制御下で、圧電／電歪素子３２０に対して、前記共振周波数ｆ０の駆動電圧を印加する。これにより、圧電／電歪素子３２０が駆動され、振動板３１２（図９参照）が強制的に振動させられる。これにより、当該振動板３１２上に残留した前記試料溶液の飛沫が可及的に除去され得る。
【０１２８】
＜＜第１実施形態における共振周波数の取得動作の一例＞＞
もっとも、この振動板３１２の強制振動によっても、前記試料溶液が微量ながら当該振動板３１２上に残留して固化し得る。これにより、当該振動板３１２の共振周波数が変動し得る。そこで、図１１に示されている制御回路３４０によって、以下に説明するように、変動後の前記共振周波数を取得し得る。
【０１２９】
まず、駆動部３４２は、演算・制御部３４３の制御下で、圧電／電歪素子３２０に対して直流電圧を所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加した後、当該直流電圧の印加を遮断する。これにより、圧電／電歪素子３２０にて減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、圧電／電歪素子３２０に交流の電圧が発生する。このようにして圧電／電歪素子３２０にて発生した電圧波形は、電圧取得部３４１を介して、演算・制御部３４３によって取得される。演算・制御部３４３は、この電圧波形の周波数を取得することで、変動後の前記共振周波数が取得され得る。この取得された新たな共振周波数は、以降の駆動部３４２による圧電／電歪素子３２０の駆動のために用いられ得る。
【０１３０】
＜第２実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第２の実施形態について、図１３を用いて説明する。なお、本実施形態において、上述の第１実施形態と同様の作用・機能を有する構成要素については、図示が省略され、又は上述の第１実施形態と同一の符号が付され、上述の第１実施形態における説明が援用され得るものとする（以降の他の実施形態及び変形例についても同様である）。
【０１３１】
図１３（ａ）は、第２の実施形態に係る振動板３１２の周辺を拡大した平面図である。図１３（ｂ）は、当該振動板３１２の振動の様子を示した図である。
【０１３２】
図１３（ａ）に示されているように、振動板３１２における検知部３１２ａには、２つの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが設けられている。これらの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂは、演算・制御部３４３（図１１参照）に対してそれぞれ電気回路的に接続されている。また、２つの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂは、図１０（ａ）に示されている圧電／電歪素子３２０と同様の構成を有していて、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂの圧電／電歪層（図１０（ａ）における圧電／電歪層３２１参照）の分極方向は同一であるものとする。
【０１３３】
かかる構成によれば、図１３（ｂ）に示されているように、振動板３１２にて捩れモードの振動が生じた場合、圧電／電歪素子３２０ａの出力電圧波形と圧電／電歪素子３２０ｂの出力電圧波形との間で、半周期分の位相差が生じる。一方、振動板３１２にて１次撓みモードの振動が生じた場合、圧電／電歪素子３２０ａの出力電圧波形と圧電／電歪素子３２０ｂの出力電圧波形との間の位相差が生じなくなる。よって、圧電／電歪素子３２０ａの出力電圧波形と圧電／電歪素子３２０ｂの出力電圧波形とを比較することで、振動板３１２に生じている振動モードが判定される。これにより、振動板３１２のターゲット部３１２ｃに対する前記微小液滴の衝突状態、すなわち当該微小液滴の飛翔状態が判定され得る。
【０１３４】
＜第３実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第３の実施形態について、図１４を用いて説明する。
【０１３５】
図１４（ａ）においては、１枚の振動板３１２に２つの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが設けられている。一方の圧電／電歪素子３２０ａは、駆動部３４２と接続されている。また、他方の圧電／電歪素子３２０ｂは、電圧取得部３４１と接続されている。この駆動部３４２は、上述の通り、演算・制御部３４３（図１１参照）の制御下で、任意の波形（直流を含む。また、交流であってもサイン波、矩形波、パルス波等の種々の波形を含む。）の電圧を圧電／電歪素子３２０ａに印加し得るように構成されている（後述する図１４（ｂ），図１４（ｃ），図１５（ａ）〜（ｃ）における駆動部３４２も同様である）。
【０１３６】
かかる構成によれば、上述の第１実施形態と同様に、駆動部３４２によって、圧電／電歪素子３２０ａに対して直流電圧が所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加され、その後、当該直流電圧の印加が遮断される。これにより、振動板３１２と、圧電／電歪素子３２０ａと、圧電／電歪素子３２０ｂとからなる振動系において減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、圧電／電歪素子３２０ｂに交流の電圧が発生する。このようにして圧電／電歪素子３２０ｂにて発生した電圧波形に基づいて、振動板３１２の共振周波数が取得され得る。この取得された新たな共振周波数は、以降の駆動部３４２による圧電／電歪素子３２０の駆動のために用いられ得る。
【０１３７】
また、かかる構成によれば、上述の第１実施形態とは異なり、駆動部３４２から一方の圧電／電歪素子３２０ａに対して交流電圧を印加しつつ、他方の圧電／電歪素子３２０ｂにて生じた起電力の波形を電圧取得部３４１により取得することで、短時間で振動板３１２の共振周波数が取得され得る。この場合、駆動部３４２は、時間の経過とともに周波数が変化するような波形の交流電圧を出力する。そして、電圧取得部３４１によって取得された電圧が極大値となった場合、あるいは、インピーダンスや位相が急激に変化した場合の周波数が、共振周波数の取得値として採択され得る。
【０１３８】
さらに、前記構成によれば、上述の第２の実施形態と同様に、圧電／電歪素子３２０ｂの出力に基づいて捩れモードの判定を行うことができる。なお、一方の圧電／電歪素子３２０ａを、電圧取得部３４１にも接続する（すなわち、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂを電圧取得部３４１に接続する）ことによっても、上述の第２の実施形態と同様な構成にて捩れモードの判定が行われ得る。
【０１３９】
図１４（ｂ）においては、１枚の振動板３１２に４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄが設けられている。圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｄとは、振動板３１２の幅方向における中心線Ｃを挟んで対称に配置されている。同様に、圧電／電歪素子３２０ｂと圧電／電歪素子３２０ｃとは、前記中心線Ｃを挟んで対称に配置されている。圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂは、駆動部３４２と接続されている。圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４０】
かかる構成によれば、上述の図１４（ａ）における構成と同様に、直流電圧印加による共振周波数の取得、交流電圧印加による共振周波数の取得、及び捩れモードの判定が行われ得る。
【０１４１】
図１４（ｃ）においては、１枚の振動板３１２に３つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｃが設けられている。圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｃとは、振動板３１２の幅方向における中心線Ｃを挟んで対称に配置されている。圧電／電歪素子３２０ｂは、前記中心線Ｃ上に配置されている。圧電／電歪素子３２０ａは、駆動部３４２と接続されている。圧電／電歪素子３２０ｂ及び３２０ｃは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４２】
かかる構成によれば、上述の図１４（ａ）や図１４（ｂ）における構成と同様に、直流電圧印加による共振周波数の取得、交流電圧印加による共振周波数の取得、及び捩れモードの判定が行われ得る。すなわち、例えば、圧電／電歪素子３２０ｂの出力によって撓みモードの検出を行いつつ、圧電／電歪素子３２０ｃの出力によって捩れモードの検出が行われ得る。これにより、振動板３１２の振動状態の判定がより明確に行われ得る。
なお、本実施形態の構成においては、撓みモード及び捩れモードの共振周波数の比を、実験や有限要素法等によるシミュレーション等によって得ておくことで、捩れモードの共振周波数から撓みモードの共振周波数を算出し得る。これにより、撓みモード及び捩れモードの双方を利用して前記微小液滴の飛翔状態を検出することが可能になる。
【０１４３】
＜第４実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第４の実施形態について、図１５を用いて説明する。
【０１４４】
図１５（ａ）においては、１枚の振動板３１２に４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄが設けられている。振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｄとは、駆動部３４２と接続されている。また、振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ｂと圧電／電歪素子３２０ｃとは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４５】
図１５（ｂ）においては、１枚の振動板３１２に３つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｃが設けられている。振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｃとは、駆動部３４２と接続されている。また、振動板３１２の幅方向における中央に位置する圧電／電歪素子３２０ｂは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４６】
図１５（ｃ）においては、１枚の振動板３１２に３つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｃが設けられている。振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｃとは、電圧取得部３４１と接続されている。また、振動板３１２の幅方向における中央に位置する圧電／電歪素子３２０ｂは、駆動部３４２と接続されている。
【０１４７】
すなわち、上述の図１５（ａ）ないし図１５（ｃ）の構成においては、振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子に対して、電圧印加又は起電力測定が行われ得るようになっている。なお、いずれの場合においても、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・は、振動板３１２の一方の表面上にて、圧電／電歪層の方向が同一となるように配置されているものとする。
【０１４８】
かかる構成によれば、各圧電／電歪素子の接続の組み合わせにより、振動板３１２が１次撓みモード及び捩れモードで強制的に振動され得る。また、各圧電／電歪素子の接続の組み合わせにより、振動板３１２における１次撓みモード及び捩れモードの共振周波数が取得され得る。
【０１４９】
例えば、電圧印加する圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｃ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、当該２つの圧電／電歪素子における下部電極をともに接地し、当該２つの圧電／電歪素子における上部電極に同位相の交流電圧を印加することで、振動板３１２に１次撓みモードの振動が発生する。
【０１５０】
また、電圧印加する圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｃ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、一方の圧電／電歪素子における下部電極と他方の圧電／電歪素子の上部電極を接地し、残りの電極に同位相の交流電圧を印加することで、振動板３１２に捩れモードの振動が発生する。
【０１５１】
また、起電力測定が行われる圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｂ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、一方の圧電／電歪素子における下部電極と他方の圧電／電歪素子の上部電極とを接続し、残りの電極間の起電力を測定することで、振動板３１２における１次撓みモードの振動の共振周波数を取得することができる。
【０１５２】
また、起電力測定が行われる圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｂ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、当該２つの圧電／電歪素子における下部電極同士を接続し、当該２つの圧電／電歪素子における上部電極間の起電力を測定することで、振動板３１２における捩れモードの振動の共振周波数を取得することができる。
【０１５３】
＜第５実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第５の実施形態について、図１６を用いて説明する。図１６（ａ）は、本実施形態の構成を拡大した平面図である。図１６（ｂ）及び（ｃ）は、本実施形態における圧電／電歪素子の電気回路的な接続構成を示した図である。
【０１５４】
図１６（ａ）に示されているように、本実施形態においては、１枚の振動板３１２上に４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄが、当該振動板３１２の幅方向について対称に配置されている。これら４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄは、例えば、図１６（ｂ）や（ｃ）に示されているように相互に接続され得る。
【０１５５】
図１６（ｂ）に示されている接続状態においては、圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとが接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂと、圧電／電歪素子３２０ｃの上部電極３２３ｃとが接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｃの下部電極３２２ｃと、圧電／電歪素子３２０ｄの上部電極３２３ｄとが接続されている。そして、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｄの下部電極３２２ｄとの間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。すなわち、各圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄがすべて電気回路的に直接に接続されている。
【０１５６】
図１６（ｃ）に示されている接続状態においては、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとが接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｄの上部電極３２３ｄと、圧電／電歪素子３２０ｃの下部電極３２２ｃとが接続されている。すなわち、圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｂとが電気回路的に接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｃと圧電／電歪素子３２０ｄとが電気回路的に接続されている。
【０１５７】
電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂにおける一方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂから構成され、他方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａから構成されている。また、電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄにおける一方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ｃの上部電極３２３ｃから構成され、他方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ｄの下部電極３２２ｄから構成されている。そして、前記一方の出力端同士が短絡されていて、前記他方の出力端の間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。
【０１５８】
ここで、以下の動作説明を単純化するために、図１６（ａ）の構成の振動板３１２におけるターゲット部３１２ｃに前記試料溶液の微小液滴が衝突した場合に、上述の２つの振動モード（１次撓みモード及び捩れモード）のいずれか一方が現れるものとし、当該振動によって、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄに以下のような振幅の起電力が生じるものとする。
【０１５９】
１次撓みモード：Ｖ1，Ｖ1，Ｖ1，Ｖ1
捩れモード：Ｖ1，０．５Ｖ1，０．５Ｖ1，Ｖ1
【０１６０】
すなわち、捩れモードの場合、振動板３１２の幅方向における両端部に位置する圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｄには、中央寄りに位置する圧電／電歪素子３２０ｂ及び３２０ｃよりも大きな起電力が生じる。
【０１６１】
図１６（ｂ）に示されている接続状態においては、振動板３１２に完全な１次撓みモードの振動が生じた場合、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄの出力Ｖ1が合算されることで、４Ｖ1の出力が生じる。これにより、当該１次撓みモードの振動による出力電圧が大きくなる。よって、きわめて微小な液滴がターゲット部３１２ｃに衝突した場合であっても、高感度で当該衝突が検出され得る。
【０１６２】
また、図１６（ｂ）に示されている接続状態においては、振動板３１２における捩れモードの振動により、当該振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｄとに、絶対値が等しく位相が半波長ずれた起電力±Ｖ1が生じる。同様に、振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ｂと圧電／電歪素子３２０ｃとに、絶対値が等しく位相が半波長ずれた起電力±０．５Ｖ1が生じる。そして、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄの出力が合算されると、出力電圧は０になる。すなわち、振動板３１２に完全な捩れモードの振動が生じた場合、図１６（ｂ）に示されている回路の出力電圧が０になる。
【０１６３】
図１６（ｃ）に示されている接続状態においては、振動板３１２における１次撓みモードの振動により、電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂにおける出力端である上部電極３２３ｂと下部電極３２２ａとの間には２Ｖ1の起電力が生じる。また、電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄにおける出力端である上部電極３２３ｃと下部電極３２２ｄとの間にも２Ｖ1の起電力が生じる。そして、上部電極３２３ｂと上部電極３２３ｃとは短絡されている。よって、振動板３１２に完全な１次撓みモードの振動が生じた場合、図１６（ｃ）に示されている回路の出力電圧は０になる。
【０１６４】
また、図１６（ｃ）に示されている接続状態においては、振動板３１２における捩れモードの振動により、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂにおける出力端である上部電極３２３ｂと下部電極３２２ａとの間には＋１．５Ｖ1の起電力が生じる。これと同時に、圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄにおける出力端である上部電極３２３ｃと下部電極３２２ｄとの間には、−１．５Ｖ1の起電力が生じる。よって、振動板３１２に完全な捩れモードの振動が生じた場合、図１６（ｂ）に示されている回路の出力電圧が３Ｖ1になる。
【０１６５】
このように、振動板３１２に複数の圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・を配置し、これらの電気回路的な接続状態を適宜設定することにより、前記微小液滴の飛翔状態の検出がより高感度で行われ、振動モードの判定がより容易に行われ得る。
また、本実施形態においては、複数の圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・が、それぞれ直列的に（図１１における演算・制御部３４３を介さずに）電気回路的に接続されることで、図１６（ｂ）及び（ｃ）の回路構成が形成されている。したがって、本実施形態によれば、図１１における演算・制御部３４３の内部の回路構成が単純化され、当該演算・制御部３４３における信号処理が簡略化され得る。
【０１６６】
＜第６実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第６の実施形態について、図１７を用いて説明する。図１７（ａ）は、本実施形態の構成を拡大した側断面図である。図１７（ｂ）は、本実施形態における圧電／電歪素子の電気回路的な接続構成を示した図である。
【０１６７】
図１７（ａ）に示されているように、本実施形態においては、振動板３１２の検知部３１２ａにおける内側表面３１２ｂ上に、圧電／電歪素子３２０ａが設けられている。また、振動板３１２の検知部３１２ａにおける外側表面３１２ｄ上に、圧電／電歪素子３２０ｂが設けられている。すなわち、振動板３１２の両面にそれぞれ圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが配置されている。なお、振動板３１２の外側表面３１２ｄ上に配置された圧電／電歪素子３２０ｂの「下部電極」３２２ｂは、振動板３１２に近接する側の電極を指すものとする。
【０１６８】
図１７（ｂ）に示されているように、本実施形態においては、圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとが短絡されている。そして、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとの間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。
【０１６９】
かかる構成において、振動板３１２に振動が発生すると、当該振動板３１２の内側表面３１２ｂ上の圧電／電歪素子３２０ａと、当該振動板３１２の外側表面３１２ｄ上の圧電／電歪素子３２０ｂとには、当該振動板３１２の振動状態に応じた起電力が発生する。ここで、例えば、振動板３１２のターゲット部３１２ｃが図中下方に変位している場合、圧電／電歪素子３２０ａの圧電／電歪層３２１ａには引張応力が生じ、圧電／電歪素子３２０ｂの圧電／電歪層３２１ｂには圧縮応力が生じる。よって、当該振動板３１２の内側表面３１２ｂ上の圧電／電歪素子３２０ａと、当該振動板３１２の外側表面３１２ｄ上の圧電／電歪素子３２０ｂとには、絶対値が略同一で位相が半波長ずれた起電力の波形が生じる。そして、図１７（ｂ）に示されている回路の出力は、圧電／電歪素子３２０ａしかない場合（圧電／電歪素子３２０ｂがない場合）の２倍となる。これにより、きわめて微小な液滴がターゲット部３１２ｃに衝突した場合であっても、高感度で当該衝突が検出され得る。
【０１７０】
＜第７実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第７の実施形態について、図１８を用いて説明する。図１８（ａ）は、本実施形態の構成を拡大した側断面図である。図１８（ｂ）は、本実施形態における圧電／電歪素子の電気回路的な接続構成を示した図である。
【０１７１】
図１８（ａ）に示されているように、本実施形態においては、振動板３１２の検知部３１２ａにおける内側表面３１２ｂ上に、圧電／電歪素子３２０ａが設けられている。また、圧電／電歪素子３２０ｂは、絶縁層３２４を挟んで圧電／電歪素子３２０ａの上側に配置されている。圧電／電歪素子３２０ａ、絶縁層３２４、及び圧電／電歪素子３２０ｂは、焼成により一体に形成されている。
【０１７２】
図１８（ｂ）に示されているように、本実施形態においては、圧電／電歪素子３２０ａにおける圧電／電歪層３２１ａの分極方向が、圧電／電歪素子３２０ｂにおける圧電／電歪層３２１ｂの分極方向と反対になるように、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが構成されている。圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとは、短絡されている。そして、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとの間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。すなわち、圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｂとが電気回路的に接続されている。
【０１７３】
かかる構成によれば、図１８（ｂ）に示されている回路の出力は、圧電／電歪素子３２０ａしかない場合（圧電／電歪素子３２０ｂがない場合）の２倍となる。これにより、きわめて微小な液滴がターゲット部３１２ｃに衝突した場合であっても、高感度で当該衝突が検出され得る。
【０１７４】
＜変形例の示唆＞
なお、上述の各実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において種々の変形を施すことができることは当然である。
【０１７５】
以下、先願主義の下で本願の出願の際に追記し得る程度（時間の許す限り）で、変形例について幾つか例示する。しかしながら、変形例とてこれらに限定されるものではないことはいうまでもない。本願発明を、上述の実施形態、及び下記変形例の記載に基づき限定解釈すること（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素を、実施形態等の記載に基づき限定解釈すること）は、先願主義の下で出願を急ぐ出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、発明の保護及び利用を目的とする特許法の目的に反し、許されない。また、下記変形例が、互いに矛盾しない範囲で、それぞれ適宜組み合わされ得ることはいうまでもない。
【０１７６】
（ｉ）本発明は、上述の実施形態のような、マイクロピペットによって吐出された微小液滴の飛翔状態の検出に限定されない。また、本発明によって飛翔状態が検出し得る微小物体の種類も、微小液滴に限定されない。また、微小物体の飛翔方向も、鉛直下方に限定されない。さらに、微小物体の飛翔状態の検出の際に行われる電気信号の処理にあたっては、上述の実施形態のような電圧の他、電流、周波数、位相等も用いられ得る。
【０１７７】
（ii）例えば、図９におけるアパチャープレート３３０は省略可能である。また、コーティング層３１３も省略可能である。さらに、コーティング層３１３の形成方法も、ペースト塗布やスクリーン印刷等の厚膜形成法の他、蒸着等の薄膜形成法が用いられ得る。さらに、コーティング層３１３によって、振動板３１２の内側表面３１２ｂの全体が覆われていてもよい。
【０１７８】
（iii）図９ないし図１６に示されている構成において、圧電／電歪素子３２０（３２０ａ・・・）が、図１７に示されている両面構成や、図１８に示されている多層構成であってもよい。もちろん、両面かつ多層構成であってもよい。
【０１７９】
（iv）図１６ないし図１８における、圧電／電歪素子の個数、分極方向及び各電極間の接続関係は、任意に変更され得る。ここで、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・の間の接続は、配線パターン等によって直接に行われてもよい。あるいは、各圧電／電歪素子３２０ａ等がそれぞれ個別に電圧取得部３４１（図１１参照）に接続されていて、演算・制御部３４３における信号の処理によって、各圧電／電歪素子３２０ａ等が実質的に電気回路的に接続されているような状態であってもよい。
【０１８０】
（ｖ）図１８において、圧電／電歪素子３２０ａにおける圧電／電歪層３２１ａの分極方向と、圧電／電歪素子３２０ｂにおける圧電／電歪層３２１ｂの分極方向とが同一であってもよい。この場合、絶縁層３２４を省略して、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとを一体に成形することで、振動状態に応じた電圧が圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとの間に生じるようにしてもよい。
【０１８１】
（vi）図１９に示されているように、振動板３１２が円盤形状に形成されていてもよい。この場合、厚肉支持部３１１は、振動板３１２よりも小さな半径の円盤状に形成され、当該振動板３１２の略中央に配置される。また、圧電／電歪素子３２０は平面視にて略ドーナツ状に形成される。
【０１８２】
（vii）図２０に示されているように、検知部３１２ａ及びターゲット部３１２ｃが、長方形状の板状部材から構成されていて、当該ターゲット部３１２ｃが検知部３１２ａの長手方向に沿った中心軸を中心としてシーソー状に配置されていてもよい。
【０１８３】
（viii）図２１に示されているように、振動板３１２の構造としては、検知部３１２ａにて応力集中が生じるような様々な構造が採用され得る。
【０１８４】
例えば、図２１（ａ）に示されているように、ターゲット部３１２ｃから検知部３１２ａに向かうにつれて振動板３１２の幅が連続的に狭くなるように、振動板３１２が形成されていてもよい。
【０１８５】
また、図２１（ｂ）に示されているように、検知部３１２ａの厚さが他の部分よりも薄くなるように、振動板３１２が形成されていてもよい。かかる構成においては、ターゲット部３１２ｃに微小物体が衝突した場合、当該ターゲット部３１２ｃを含む部分（検知部３１２ａ以外の部分）には撓みがほとんど生じない。また、当該ターゲット部３１２ｃを含む部分の質量は検知部３１２ａに比べて非常に大きい。
【０１８６】
したがって、図２１（ｂ）に示されている構成によれば、ターゲット部３１２ｃに微小物体が衝突することで、当該衝突の影響による応力が検知部３１２ａにて効率よく発生する。また、振動板３１２のターゲット部３１２ｃに異物等が付着しても、当該振動板３１２の共振周波数のシフトを小さく抑えることができる。
【０１８７】
さらに、図２１（ｃ）に示されているように、検知部３１２ａの弾性率を、それ以外の部分の弾性率よりも小さくすることによって、図２１（ｂ）の場合と同様の作用・効果を得ることができる。なお、図２１（ｃ）に示されている構成において、振動板３１２の幅は、一様でもよいし、図１０（ｂ）や図２１（ａ）に示されているように、検知部３１２ａの幅がそれ以外の部分よりも狭く形成されていてもよい。さらに、振動板３１２の厚さも、図２１（ｂ）に示されているように、検知部３１２ａの厚さが他の部分よりも薄くなるようにしてもよい。
【０１８８】
（ix）図２２に示されているように、圧電／電歪素子３２０は、振動板３１２の内側表面３１２ｂの裏側に形成されていてもよい。
【０１８９】
（ｘ）図２３（ａ）に示されているように、アパチャープレート３３０に複数のアパチャー３３１を形成し、図２３（ｂ）に示されているように、当該複数のアパチャー３３１を通過した微小物体が同時に振動板３１２に衝突するように、当該振動板３１２の幅寸法が設定されていてもよい。なお、図２３（ｂ）に示されている構成において、図２３（ａ）に示されているアパチャープレート３３０を省略することも可能である。
【０１９０】
（xi）図９ないし図２３に示されている構成において、振動板３１２の自由端側（ターゲット部３１２ｃ及びコーティング層３１３側）が、当該振動板３１２の固定端側（検知部３１２ａ側）よりも低くなるように、振動板３１２（センサ基板３１０）を水平面と交差して配置してもよい。これにより、振動板（ターゲット部３１２ｃ及びコーティング層３１３）に衝突した前記試料溶液の微小液滴の飛沫が重力により振動板３１２の下方に流出し得る。
【０１９１】
（xii）その他、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態・実施例や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能な、いかなる構造をも含む。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】ＤＮＡチップの概略構成を示す外観図（斜視図）である。
【図２】図１に示したＤＮＡチップを拡大した断面図である。
【図３】マイクロピペットを拡大した断面図である。
【図４】図３に示したマイクロピペットにおける試料溶液の流路の構成を拡大しつつ透視して示す斜視図である。
【図５】図３に示したマイクロピペットを拡大した平面図である。
【図６】図３に示したマイクロピペットを備えた分注装置の外観を示す概略構成図である。図６（ａ）が平面図であり、図６（ｂ）が側面図である。
【図７】図６に示した分注装置を分解した斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る飛翔状態検出装置が、図６に示した分注装置に装着された状態を示す側面図である。
【図９】図８に示した飛翔状態検出装置の第１の実施形態の構成を拡大した図である。図９（ａ）が側断面図であり、図９（ｂ）が平面図であり、図９（ｃ）が当該飛翔状態検出装置の内部構成を露出した平面図である。
【図１０】図９に示した飛翔状態検出装置の要部を示す図である。図１０（ａ）が側断面図であり、図１０（ｂ）が平面図であり、図１０（ｃ）が複数の微小物体の飛翔状態を同時に検出し得る構成の一例を示す平面図である。
【図１１】図９に示した飛翔状態検出装置を用いて試料溶液の微小液滴の吐出状態を判定するための回路構成図である。
【図１２】図９及び図１０に示した振動板の振動の様子を示した斜視図である。図１２（ａ）が１次撓みモードの振動の様子を示した図であり、図１２（ｂ）が捩れモードの振動の様子を示した図である。
【図１３】図８に示した飛翔状態検出装置の第２の実施形態の構成を拡大した図である。図１３（ａ）が平面図であり、図１３（ｂ）が振動板の振動の様子を示す斜視図である。
【図１４】図８に示した飛翔状態検出装置の第３の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１５】図８に示した飛翔状態検出装置の第４の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１６】図８に示した飛翔状態検出装置の第５の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１７】図８に示した飛翔状態検出装置の第６の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１８】図８に示した飛翔状態検出装置の第７の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１９】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大平面図である。
【図２０】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の、他の変形例を示す拡大平面図である。
【図２１】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大図である。
【図２２】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大断面図である。
【図２３】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大平面図である。
【符号の説明】
【０１９３】
１００…マイクロピペット、 １１０…ノズルプレート、 １１２…ノズル、
１２０…キャビティユニット、１２４ａ…キャビティ、 １２５ａ…試料注入口、
１３０…アクチュエータユニット、２００…分注装置、 ２１０…試料導入部材、
２１４…試料注入流路、 ２１６…導入チューブ、 ２２０…カートリッジ、
２２２…試料貯留部、 ３００…飛翔状態検出装置、３１０…センサ基板、
３１１…厚肉支持部、 ３１２…振動板、 ３１２ａ…検知部、
３１２ｂ…内側表面、 ３１２ｃ…ターゲット部、 ３１２ｄ…外側表面、
３１３…コーティング層、
３２０，３２０ａ，３２０ａ１，３２０ａ２，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄ…圧電／電歪素子、
３２１，３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃ，３２１ｄ…圧電／電歪層、
３２２，３２２ａ，３２２ｂ，３２２ｃ，３２２ｄ…下部電極、
３２３，３２３ａ，３２３ｂ，３２３ｃ，３２３ｄ…上部電極、
３２４…絶縁層、 ３３０…アパチャープレート、３３１…アパチャー、
３４０…制御回路、 ３４１…電圧取得部、 ３４２…駆動部、
３４３…演算・制御部、 Ｄ…飛翔方向、 Ｓ…微小スポット
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得る飛翔状態検出装置及び飛翔状態検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、いわゆるＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）を製造するための製造方法として、様々なものが知られている。このＤＮＡチップは、数千から一万種類以上の異なる種類のＤＮＡ断片の微小スポットを、顕微鏡スライドグラス等の基板上に高密度に整列・固定させることによって構成されている。
【０００３】
このＤＮＡチップの製造方法として、微小体積の液滴を吐出し得るマイクロピペットを用いた方法が知られている（例えば下記特許文献１，２参照）。このマイクロピペットは、外部から試料を注入するための注入口と、その注入口から注入された試料が充填されるキャビティと、そのキャビティと連通する吐出口と、その吐出口から試料を吐出させるためにキャビティ内の体積を変化させ得るように構成された圧電／電歪素子と、を備えている。
【０００４】
上述のＤＮＡチップの製造方法によれば、圧電／電歪素子が駆動されることにより、キャビティ内の体積が変化する。このキャビティ内の体積変化により、試料溶液が、キャビティから吐出口に向かって層流で移動する。すなわち、一定量の試料溶液が、キャビティから吐出口に向けて送られる。この一定量の試料が当該吐出口から吐出されることで、試料溶液の微小液滴が発生する。このようにしてマイクロピペットから吐出された試料溶液の微小液滴が、基板上に付着して、当該基板上に微小スポットとして整列・固定されることによって、ＤＮＡチップを作製することができる。
【０００５】
上述のような、ＤＮＡチップの製造方法に用いられるマイクロピペット等のように、微小物体を吐出し得るように構成された装置（以下、単に「微小物体吐出装置」と称する。）は、様々な技術分野にて利用可能である。
【０００６】
なお、この種の微小物体の質量を測定可能に構成された質量センサが広く知られている（例えば下記特許文献３参照）。この質量センサは、圧電／電歪素子が配設された振動板の上に微小物体が付着した場合に、当該微小物体の付着による振動板の質量変化によって変化する当該振動板の共振周波数の変化を測定することで、当該振動板の質量変化（すなわち当該微小物体の質量）を測定し得るように構成されている。
【特許文献１】特開２００１−１２４７８９号公報
【特許文献２】特開２００１−１８６８８１号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この種の微小物体吐出装置においては、前記微小物体の乾燥・固化物や、異物等が、吐出口の周辺に付着したり、吐出口を塞いだりする場合がある。このような場合、当該微小物体が吐出対象物における所定の位置に向けて正しく吐出されないという、不具合が生じる（例えば、特許文献１の段落［００１０］や［００１９］等参照）。
【０００８】
また、前記特許文献３に記載されているような質量センサを用いて、微小物体の飛翔状態を検出しようとしても、当該質量センサによる飛翔状態検出は、上述の振動板に或る程度の（共振周波数の変化が測定され得る程度の）時間にわたって付着し得るような性質の微小物体に対してしか適用され得ない。また、当該質量センサによる飛翔状態検出によれば、同一の微小物体吐出装置から一定周期で断続的に微小物体が吐出される場合に、当該微小物体の飛翔状態を同一のセンサによって連続的に検出することが困難であった。
【０００９】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、前記微小物体吐出装置から吐出された微小物体の飛翔状態（当該吐出装置における吐出状態）を良好に検出し得る、飛翔中の微小物体の飛翔状態検出方法、及び簡略かつ安価な装置構成の飛翔状態検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（Ａ）かかる目的を達成するために、本発明の、微小物体の飛翔状態検出装置（以下、単に「飛翔状態検出装置」と称する）は、飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得るように、以下の構成を備えている。
【００１１】
（Ａ０１）本発明の飛翔状態検出装置は、振動発生部と、その振動発生部にて発生した前記振動を電気信号に変換するように構成された圧電／電歪素子と、を備えている。前記振動発生部は、前記微小物体が衝突するターゲット部を備えていて、当該ターゲット部に前記微小物体が衝突することで振動が発生するように構成されている。
【００１２】
かかる構成を有する本発明の飛翔状態検出装置においては、飛翔中の前記微小物体が前記ターゲット部に衝突すると、前記振動発生部が振動する。この振動は、前記圧電／電歪素子によって電気信号に変換される。この電気信号に基づいて、微小物体の飛翔状態が検出され得る。
【００１３】
（Ａ０２）前記構成Ａ０１において、単一の前記振動発生部に対して複数の前記ターゲット部が設けられていてもよい。例えば、複数の前記ターゲット部に対して、当該ターゲット部の数と同数の前記微小物体が同時に衝突するように微小物体吐出装置を制御することで、複数の微小物体飛翔経路の各々における前記微小物体の飛翔状態を同時に検出することができる。これにより、飛翔状態検出のための時間を短縮することができる。また、飛翔状態検出のための回路構成を簡略化することができる。
【００１４】
（Ａ０３）前記構成Ａ０１又はＡ０２において、複数の前記圧電／電歪素子が、互いに電気回路的に接続されていてもよい。かかる構成によれば、前記微小物体と前記ターゲット部との１回の衝突によって、複数の前記圧電／電歪素子にて前記電気信号が発生し、これらの電気信号が合算され得る。これにより、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。したがって、本構成によれば、より小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【００１５】
また、かかる構成によれば、前記微小物体と前記ターゲット部との１回の衝突によって、複数の前記圧電／電歪素子にて前記電気信号が発生し、これらの電気信号が比較され得る。例えば、前記微小物体と前記ターゲット部との衝突の態様に応じて、前記振動発生部に特定のモード（撓みやねじれ）の振動が発生し得る。ここで、複数の前記圧電／電歪素子のそれぞれにて発生する電気信号を比較することで、当該振動モードが判定され得る。これにより、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
ここで、複数の前記圧電／電歪素子同士の電気回路的な接続は、直接なされてもよいし、演算・制御回路を介してなされてもよい。特に、複数の前記圧電／電歪素子同士が電気回路的に直接に接続された場合、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の出力の比較等の処理が、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の接続回路自体によって行われる。したがって、当該演算・制御回路の構成が単純化され、前記微小物体の判定が簡略に行われ得る。
【００１６】
（Ａ０４）前記構成Ａ０１ないしＡ０３において、前記ターゲット部の表面には、コーティング層が形成されていてもよい。これにより、前記ターゲット部に前記微小物体が残留することによる前記振動発生部の振動特性の変化が抑制され得る。また、当該微小物体が液体である場合に、前記ターゲット部の周囲の雰囲気中の異物（埃等）が付着することで当該ターゲット部が汚れることが抑制され得る。
【００１７】
（Ａ０５）前記構成Ａ０１ないしＡ０４において、前記圧電／電歪素子を駆動するための駆動電圧を発生する駆動部をさらに備えていてもよい。この駆動部によって前記圧電／電歪素子が駆動されることで、前記振動発生部が外部から強制的に振動させられる。この振動発生部の強制的な振動によって、例えば、前記ターゲット部に付着した物体（前記微小物体の残留物や異物等）が除去され得る。あるいは、前記振動発生部を強制的に振動させたときの振動状態に基づいて、前記振動発生部における共振周波数の変化が取得され得る。
【００１８】
（Ａ０６）前記構成Ａ０５において、前記振動発生部の共振周波数を取得する共振周波数取得部をさらに備えていて、前記駆動部が、前記共振周波数取得部によって取得された前記共振周波数に基づいて前記圧電／電歪素子を駆動するように構成されていてもよい。
【００１９】
かかる構成においては、例えば、前記駆動部による駆動電圧（この場合の駆動電圧は、例えば、直流電圧や、前回取得された共振周波数の交流電圧や、既定値としての特定の周波数の交番電圧、等が含まれ得る。）の印加によって、前記振動発生部が強制的に振動させられる。この振動に基づいて、前記共振周波数取得部は、当該振動発生部の共振周波数を取得する。次回に前記振動発生部が前記駆動部によって強制的に振動される際には、当該駆動部は、この取得された共振周波数に基づいて、前記振動発生部を駆動する。
【００２０】
かかる構成によれば、前記ターゲット部に対する付着物が、より効率的に除去され得る。あるいは、当該飛翔状態検出装置の異常（例えば、前記振動発生部における破損や、前記付着物の過剰な付着）が検知され得る。
【００２１】
（Ａ０７）前記構成Ａ０６において、前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力が遮断された後に、前記共振周波数を取得するように構成されていてもよい。
【００２２】
かかる構成においては、例えば、以下のようにして前記共振周波数が取得され得る。まず、前記圧電／電歪素子に対して直流電圧を所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加した後、当該直流電圧の印加を遮断する。これにより、当該圧電／電歪素子にて減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、当該圧電／電歪素子に交流の電圧が発生する。この発生電圧の周波数等を、前記共振周波数取得部によって取得することで、前記振動発生部の前記共振周波数が取得され得る。
【００２３】
（Ａ０８）記構成Ａ０６において、前記駆動部は、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力するように構成されていて、前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得するように構成されていてもよい。
【００２４】
かかる構成によれば、前記駆動部による前記振動発生部の強制的な振動と、前記共振周波数取得部による前記共振周波数の取得とが、ほぼ同時に行われ得る。
【００２５】
（Ａ０９）前記構成Ａ０１ないしＡ０８において、前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別する振動モード判定部をさらに備えていてもよい。
【００２６】
すなわち、前記微小物体と前記ターゲット部との衝突の態様に応じて、前記振動発生部に特定のモード（撓みやねじれ）の振動が発生し得る。ここで、本構成によれば、前記振動モード判定部によって、当該振動モードが判定され得る。例えば、前記圧電／電歪素子によって発生する電気信号の振幅等に基づいて、当該振動モードが判定され得る。あるいは、複数の前記圧電／電歪素子のそれぞれにて発生する電気信号を比較することで、当該振動モードが判定され得る。あるいは、複数の前記圧電／電歪素子を電気回路的に接続して、両者の電気信号を重畳した後、振幅等を取得することで、当該振動モードが判定され得る。
本構成によれば、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
【００２７】
（Ａ１０）前記構成Ａ０１ないしＡ０９において、前記振動発生部が長手方向を有する板状部材から構成されていて、当該板状部材の前記長手方向における一端側に前記ターゲット部が設けられ、他端側の表面上に前記圧電／電歪素子が固着して設けられていてもよい。この場合、前記圧電／電歪素子は、前記ターゲット部が設けられている側の表面に設けられていてもよい。あるいは、前記圧電／電歪素子は、前記ターゲット部が設けられている面と反対側の面に設けられていてもよい。
【００２８】
かかる構成によれば、前記ターゲット部と前記圧電／電歪素子との距離が充分長く設定される。これにより、当該ターゲット部に対する前記微小物体の衝突により前記ターゲット部に与えられたエネルギーによる力が、テコの原理により増幅され、前記圧電／電歪素子に大きな応力を発生する。よって、前記圧電／電歪素子にて大きな電気信号が得られる。したがって、当該飛翔状態検出装置の感度が向上し、より小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【００２９】
（Ａ１１）前記構成Ａ１０において、前記板状部材における前記他端側の剛性が、前記一端側の剛性よりも低くなるように、当該板状部材が構成されていることが好ましい。
【００３０】
かかる構成によれば、前記微小物体が前記ターゲット部に衝突した際に、前記振動発生部を構成する前記板状部材の、剛性の低い前記他端側（前記圧電／電歪素子が設けられている側）に応力が集中する。よって、前記圧電／電歪素子にて大きな電気信号が得られる。これにより、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。したがって、本構成によれば、より小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【００３１】
（Ａ１２）前記構成Ａ１０又はＡ１１において、複数の前記圧電／電歪素子が、前記板状部材の一方の表面と、当該一方の表面の裏側の他方の表面との上に固着して設けられていてもよい。この場合、前記一方の表面上に設けられた前記圧電／電歪素子と、前記他方の表面上に設けられた前記圧電／電歪素子とは、互いに電気回路的に接続され得る。
【００３２】
（Ａ１３）前記構成Ａ０１ないしＡ１２において、前記微小物体を吐出し得るように構成された微小物体吐出部と、前記微小物体吐出部を制御する制御部と、をさらに備えていてもよい。この場合、前記制御部は、前記振動発生部の共振周波数の１／ｎ倍（ｎは自然数）に近い特定周波数で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御する。
【００３３】
かかる構成によれば、前記微小物体吐出部によって、前記微小物体が、前記振動発生部の共振周波数の１／ｎ倍（ｎは自然数）に近い特定周波数で吐出される。吐出された前記微小物体は、前記ターゲット部と、前記特定周波数に対応する周期で断続的に衝突する。これにより、前記振動発生部が、前記共振周波数に略等しい周波数にて励振され得る。したがって、当該振動発生部がより効率的に励振され、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。
【００３４】
（Ａ１４）前記構成Ａ１３において、前記制御部は、以下の条件で前記微小物体吐出部を制御するように構成されていてもよい。
【００３５】
前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
【００３６】
かかる構成によれば、前記振動発生部がより効率的に励振され、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。
【００３７】
（Ａ１５）前記構成Ａ１３又はＡ１４において、前記制御部は、以下の条件で前記微小物体吐出部を制御するように構成されていてもよい。
【００３８】
前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
【００３９】
例えば、前記微小物体の飛翔速度や、前記微小物体の状態（質量、体積、形状、固体か流体か或いは気体か、等）に基づいて、上述の関係が満たされるように、前記振動発生部の構造（材質や寸法等）が設定され得る。
【００４０】
かかる構成によれば、前記振動発生部がより効率的に励振され、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。
【００４１】
（Ａ１６）前記構成Ａ０１ないしＡ１５において、前記微小物体の飛翔方向と交差する平板状のアパチャープレートをさらに備えていて、そのアパチャープレートには、前記微小物体が通過可能な貫通孔であるアパチャーが形成されていてもよい。このアパチャープレートは、前記ターゲット部よりも、前記微小物体の飛翔方向における上流側に配置されている。
【００４２】
かかる構成によれば、例えば、微小物体吐出装置から吐出された微小物体が所定の飛翔方向に沿った所定の飛翔経路上を飛翔した場合に、当該微小物体がアパチャーを通過し得るように、当該アパチャープレートが配置され得る。これにより、当該微小物体の前記飛翔経路からの逸脱が、きわめて簡略な装置構成によって検出され得る。
また、かかる構成によれば、アパチャーの位置を適宜設定することにより、前記振動発生部に所定の振動モードのみを選択的に発生させることが可能になる。
【００４３】
（Ｃ）上述の目的を達成するために、本発明の、微小物体の飛翔状態検出方法（以下、単に「飛翔状態検出方法」と称する）は、飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得るように、以下のステップを含む。
【００４４】
（Ｃ０１）本発明の飛翔状態検出方法は、以下の（ｓ１）ないし（ｓ４）のステップを含む。（ｓ１）前記微小物体吐出部から前記微小物体を吐出させ、（ｓ２）吐出された前記微小物体を、ターゲット部に衝突させることで、当該ターゲット部を備えた振動発生部を振動させ、（ｓ３）圧電／電歪素子を用いて、前記振動発生部の振動を電気信号に変換し、（ｓ４）前記電気信号に基づいて、前記微小物体の飛翔状態を検出する。
【００４５】
かかる方法によれば、同一の微小物体吐出装置から一定周期で断続的に微小物体が吐出されている場合に、当該微小物体の飛翔状態を同一の飛翔状態検出装置によって連続的に検出することが容易に行われ得る。
【００４６】
（Ｃ０２）前記Ｃ０１に記載の方法において、前記微小物体を吐出させる前記ステップ（ｓ１）は、前記振動発生部の共振周波数の１／ｎ倍（ｎは自然数）に近い特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであってもよい。
【００４７】
かかる方法によれば、前記振動発生部を振動させる前記ステップ（ｓ２）にて、前記振動発生部が、前記共振周波数の１／ｎ倍（ｎは自然数）に略等しい周波数にて励振され得る。したがって、当該振動発生部がより効率的に励振され、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）による飛翔状態検出の感度が向上する。
【００４８】
（Ｃ０３）前記Ｃ０２に記載の方法において、前記微小物体を吐出させる前記ステップ（ｓ１）は、前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような前記特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであってもよい。
【００４９】
かかる方法によれば、前記振動発生部を振動させる前記ステップ（ｓ２）にて、前記振動発生部がより効率的に励振される。よって、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）による飛翔状態検出の感度が向上する。
【００５０】
（Ｃ０４）前記Ｃ０１ないしＣ０４に記載の方法において、前記微小物体を吐出させる前記ステップ（ｓ１）は、前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で前記微小物体を吐出させるステップであってもよい。
【００５１】
かかる方法によれば、前記振動発生部を振動させる前記ステップ（ｓ２）にて、前記振動発生部がより効率的に励振され、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）による飛翔状態検出の感度が向上する。
【００５２】
（Ｃ０５）前記Ｃ０１ないしＣ０４に記載の方法において、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）は、前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含んでいてもよい。
【００５３】
例えば、前記ステップ（ｓ３）にて発生した、前記圧電／電歪素子の出力である電気信号の振幅等に基づいて、当該ステップ（ｓ４）にて振動モードが判定され得る。あるいは、前記ステップ（ｓ３）にて、複数の前記圧電／電歪素子からの出力としての電気信号の各々を比較することで、当該ステップ（ｓ４）にて振動モードが判定され得る。あるいは、当該ステップ（ｓ４）にて、複数の前記圧電／電歪素子の電気信号を重畳した信号に基づいて、当該振動モードが判定され得る。
【００５４】
かかる方法によれば、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
【００５５】
（Ｃ０６）前記Ｃ０５に記載の方法において、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）は、互いに電気回路的に接続された第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子が出力する電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含んでいてもよい。
【００５６】
かかる方法においては、前記振動発生部の振動を電気信号に変換する前記ステップ（ｓ３）にて、互いに電気回路的に接続された前記第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子から、それぞれ電気信号が出力される。このステップ（ｓ３）に続く前記ステップ（ｓ４）において、前記第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子からの各電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードが判別される。
【００５７】
かかる方法によれば、前記微小物体と前記ターゲット部との衝突の態様に応じて前記振動発生部に生じる特定の振動モード（撓みやねじれ）が判別されることで、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
特に、複数の前記圧電／電歪素子同士が電気回路的に直接に接続された回路構成が用いられる場合、本方法によれば、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の出力の比較等の処理が、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の接続回路自体によって行われる。したがって、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）の処理が簡略化され得る。
【００５８】
（Ｃ０７）前記Ｃ０１ないしＣ０６に記載の方法において、さらに以下のステップを含んでいてもよい。（ｓ１１）前記振動発生部の共振周波数を取得し、（ｓ１２）取得された前記共振周波数に基づいて、前記圧電／電歪素子を駆動する。
【００５９】
かかる方法においては、前記共振周波数を取得するステップ（ｓ１１）、及び前記圧電／電歪素子を駆動するステップ（ｓ１２）は、上述の各ステップ（ｓ１）ないし（ｓ４）とは独立に行われ得る。すなわち、当該ステップ（ｓ１１）及び（ｓ１２）は、必ずしも前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）に続いて行われるものではない。
【００６０】
かかる方法によれば、前記ターゲット部に対する付着物が、より効率的に除去され得る。あるいは、当該方法に用いられる飛翔状態検出装置の異常（例えば、前記振動発生部における破損や、前記付着物の過剰な付着）が検知され得る。
【００６１】
（Ｃ０８）前記Ｃ０７に記載の方法において、前記振動発生部の共振周波数を取得する前記ステップ（ｓ１２）は、前記圧電／電歪素子を駆動する前記ステップ（ｓ１１）の終了後に行われることが好適である。
【００６２】
かかる方法においては、例えば、以下のようにして前記共振周波数が取得され得る。まず、前記ステップ（ｓ１１）にて、前記圧電／電歪素子に対して直流電圧を所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加した後、当該直流電圧の印加を遮断する。これにより、当該圧電／電歪素子にて減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、当該圧電／電歪素子に交流の電圧が発生する。この発生電圧の周波数等を、前記ステップ（ｓ１２）にて取得することで、前記振動発生部の前記共振周波数が取得され得る。
【００６３】
（Ｃ０９）前記Ｃ０７に記載の方法において、前記圧電／電歪素子を駆動する前記ステップ（ｓ１１）は、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力するステップであり、前記振動発生部の共振周波数を取得する前記ステップ（ｓ１２）は、前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得するステップであってもよい。
【００６４】
これにより、前記駆動部による前記振動発生部の強制的な振動と、前記共振周波数の取得とが、ほぼ同時に行われ得る。
（Ｃ１０）前記Ｃ０１ないし０９に記載の方法において、前記微小物体を吐出する前記ステップ（ｓ１）は、前記微小物体を前記ターゲット部の所定の位置に所定の周波数で衝突させることで、前記ステップ（ｓ２）にて前記振動発生部を所定の振動モードで振動させるように、当該微小物体を吐出するステップであってもよい。
これにより、前記振動発生部にて、所定のモードの振動が選択的に発生する。よって、前記微小物体の様々な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、前記振動発生部にて、１次撓みモードの振動を選択的に発生させることにより、極めて小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【発明の効果】
【００６５】
以上の通り、本発明の飛翔状態検出装置、及び飛翔状態検出方法においては、飛翔中の前記微小物体の飛翔経路中に前記ターゲット部を介在させ、前記圧電／電歪素子を用いて前記ターゲット部に対する前記微小物体の衝突の状態を検知するだけで、衝突微小物体の飛翔状態が検出され得る。すなわち、本発明によれば、前記微小物体を吐出する微小物体吐出装置から吐出された前記微小物体の飛翔状態（当該吐出装置における吐出状態）が、簡略かつ安価な装置構成によって良好に検出され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
以下、本発明の好適な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００６７】
＜ＤＮＡチップの構成＞
図１は、ＤＮＡチップの概略構成を示す外観図（斜視図）である。図２は、図１に示されているＤＮＡチップを拡大した断面図である。
【００６８】
図１に示されているように、ＤＮＡチップ１０は、顕微鏡スライドグラスからなるＤＮＡチップ基板１２上に、試料溶液の微小液滴による微小スポットＳが多数配列されることによって構成されている。
【００６９】
図２に示されているように、このＤＮＡチップ基板１２上における、微小スポットＳが形成されるべき位置には、突起１２ａが形成されている。この突起１２ａは、微小スポットＳが規定の位置からずれて滴下された場合に、その位置ずれを補正するために形成されている。すなわち、図２に示されているように、微小スポットＳの一部が突起１２ａにかかることで（二点鎖線参照）、当該微小スポットＳの表面張力によって、当該微小スポットＳが正規の位置に移動するようになっている。
【００７０】
また、ＤＮＡチップ基板１２の表面には、親水性を有するpoly-L-lysine層からなる試料担持層１４が形成されている。
【００７１】
＜マイクロピペットの構成＞
以下、上述のＤＮＡチップ１０を製造するために用いられるマイクロピペット（微小物体吐出部）の構成について説明する。図３は、当該マイクロピペットを拡大した断面図である。図４は、当該マイクロピペットにおける試料溶液の流路の構成を透視して示す斜視図である。図５は、当該マイクロピペットの平面図である。
【００７２】
図３を参照すると、マイクロピペット１００は、ノズルプレート１１０と、そのノズルプレート１１０の上面に固定されたキャビティユニット１２０と、そのキャビティユニット１２０の上面に固定されたアクチュエータユニット１３０とから構成されている。ノズルプレート１１０には、試料液体が通過可能な貫通孔であるノズル１１２が形成されている。
【００７３】
ノズルプレート１１０は、セラミックス製の薄板から構成されている。ノズルプレート１１０を構成する材料としては、例えば、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化珪素が、好適に用いられ得る。また、酸化ジルコニウムの中でも、完全安定化酸化ジルコニウムを主成分とする材料、及び部分安定化酸化ジルコニウムを主成分とする材料が、機械的強度の観点、及び圧電／電歪膜や電極膜の材料との反応性の観点から、最も好適に用いられ得る。
【００７４】
キャビティユニット１２０は、接続プレート１２１と、流路プレート１２２と、オリフィスプレート１２３と、キャビティプレート１２４と、注入口プレート１２５とから構成されている。これらの接続プレート１２１、流路プレート１２２、オリフィスプレート１２３、キャビティプレート１２４、及び注入口プレート１２５は、セラミックス製の薄板から構成されている。接続プレート１２１と、流路プレート１２２と、オリフィスプレート１２３と、キャビティプレート１２４と、注入口プレート１２５と、ノズルプレート１１０とは、この順に上から積層された状態で焼成されることで、一体に形成されている。
【００７５】
接続プレート１２１は、当該キャビティユニット１２０とノズルプレート１１０との接続部に配置されていて、ノズルプレート１１０の上面に接合されている。この接続プレート１２１には、ノズル１１２と同じ径の貫通孔であるノズル連通孔１２１ａが形成されている。このノズル連通孔１２１ａは、キャビティプレート１２４に形成されたキャビティ１２４ａと、試料送出孔１２６を介して接続されている。この試料送出孔１２６は、ノズル連通孔１２１ａよりも大きな径の貫通孔であり、流路プレート１２２及びオリフィスプレート１２３を貫通するように形成されている。
【００７６】
流路プレート１２２には、キャビティ１２４ａに向けて試料溶液を供給するための試料供給流路１２２ａが形成されている。この試料供給流路１２２ａとキャビティ１２４ａとは、オリフィスプレート１２３に形成された小径の貫通孔であるオリフィス１２３ａを介して接続されている。
【００７７】
注入口プレート１２５は、キャビティユニット１２０の最上層に配置されている。この注入口プレート１２５には、流路プレート１２２に形成された試料供給流路１２２ａに向けて試料溶液を注入するための貫通孔である試料注入口１２５ａが形成されている。この試料注入口１２５ａと、流路プレート１２２に形成された試料供給流路１２２ａとは、貫通孔である試料導入孔１２７を介して接続されている。この試料導入孔１２７は、オリフィスプレート１２３及びキャビティプレート１２４を貫通するように形成されている。
【００７８】
上述の通りに構成されたキャビティユニット１２０においては、図４に示されているような、試料注入口１２５ａからノズル１１２に至る試料溶液の流路が形成されている。すなわち、キャビティ１２４ａが加圧されることで、当該キャビティ１２４ａ内の試料溶液が、小径のオリフィス１２３ａを介して試料供給流路１２２ａに逆流することなく、試料送出孔１２６を介してノズル１１２に向けて送出され、当該ノズル１１２から試料溶液の微小液滴が外部に吐出されるように、オリフィス１２３ａの寸法が設定されている。
【００７９】
再び図３を参照すると、アクチュエータユニット１３０は、圧電／電歪層１３１と、その圧電／電歪層１３１の下面に固着して設けられた下部電極１３２と、圧電／電歪層１３１の上面に固着して設けられた上部電極１３３とを備えている。圧電／電歪層１３１は、キャビティ１２４ａに対応する位置（真上）に配置されている。下部電極１３２が注入口プレート１２５の上面に固着されることで、アクチュエータユニット１３０は、キャビティユニット１２０の上面に固定されている。このアクチュエータユニット１３０は、下部電極１３２と上部電極１３３との間に駆動電圧が印加されることで、キャビティ１２４ａ内の体積を変化させ、所定量の試料溶液をノズル１１２から吐出させ得るように構成されている。
【００８０】
下部電極１３２は、注入口プレート１２５の上面に形成された導電膜である下部電極配線パターン１３２ａと接続されている。上部電極１３３は、注入口プレート１２５の上面に形成された導電膜である上部電極配線パターン１３３ａと接続されている。
【００８１】
図５に示されているように、注入口プレート１２５の上面には、下部電極配線パターン１３２ａと接続された下部電極入力端子１４１が形成されている。また、注入口プレート１２５の上面には、上部電極配線パターン１３３ａと接続された上部電極入力端子１４２が形成されている。これらの下部電極入力端子１４１及び上部電極入力端子１４２は、アクチュエータユニット１３０を駆動するための外部機器と接続され得るように構成されていて、当該外部機器を介して下部電極入力端子１４１と上部電極入力端子１４２との間に駆動電圧が印加されることでアクチュエータユニット１３０が駆動されるようになっている。
【００８２】
＜分注装置の構成＞
次に、上述の構成を有するマイクロピペット１００を備えた分注装置の構成について説明する。図６は、当該分注装置の外観図であり、図６（ａ）が平面図、図６（ｂ）が側面図である。図７は、当該分注装置を分解した斜視図である。
【００８３】
図６（ａ）に示されているように、分注装置２００は、複数個（図中では１０個）のマイクロピペット１００が２次元的に配列されることによって構成されている。これら複数のマイクロピペット１００における、上述のノズルプレート１１０は、１枚のセラミック板として一体に成形されている。
【００８４】
分注装置２００は、マイクロピペット１００における各試料注入口１２５ａ（図５参照）に試料溶液を導入するための試料導入部材２１０を備えている。この試料導入部材２１０は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されているように、２次元的に配列されたマイクロピペット１００の上面に接続されている。試料導入部材２１０は、図７に示されているように、ノズルプレート１１０に形成されたネジ穴１１４、及び固定ボルト２１２によって、当該ノズルプレート１１０の上面にて固定されている。
【００８５】
図６（ｂ）を参照すると、試料導入部材２１０には、貫通孔からなる試料注入流路２１４が形成されている。この試料注入流路２１４の下端における開口は、マイクロピペット１００における各試料注入口１２５ａ（図５参照）と接続されている。また、試料注入流路２１４の上端における開口は、上方に向けて広がるラッパ状の管からなる導入チューブ２１６の下端と接続されている。
【００８６】
図７を参照すると、２次元的に配列された複数の導入チューブ２１６は、試料溶液を貯留するためのカートリッジ２２０にて下方に突出するように形成された複数の試料貯留部２２２と係合し得るように配置及び形成されている。カートリッジ２２０は、柔らかい合成樹脂を射出成形することで形成されている。このカートリッジ２２０は、試料貯留部２２２の底部に針等で孔を開けることで、当該試料貯留部２２２に貯留された試料溶液が導入チューブ２１６内に流入し、各試料注入口１２５ａに対してそれぞれ種類の異なる試料溶液が供給され得るように構成されている。
【００８７】
＜実施形態の飛翔状態検出装置の概略構成＞
次に、本発明の実施形態である飛翔状態検出装置の概略構成について説明する。図８は、上述の分注装置２００における試料溶液の吐出口を有するノズルプレート１１０の下方に、飛翔状態検出装置３００が配置された状態を示す側面図である。例えば、図１に示されているＤＮＡチップ基板１２と、当該飛翔状態検出装置３００とが、図示しないＸ−Ｙステージ上に配置されていて、当該Ｘ−Ｙステージを駆動することで、当該飛翔状態検出装置３００がノズルプレート１１０の下方に所定の位置関係で配置されるようになっている。
【００８８】
図８を参照すると、この飛翔状態検出装置３００は、分注装置２００における各マイクロピペット１００から試料溶液が正しく吐出されたか否かを検出し得るように構成されている。以下、本発明の飛翔状態検出装置３００の具体的な構成について説明する。
【００８９】
＜第１実施形態の飛翔状態検出装置の構成＞
図９（ａ）は、第１の実施形態の飛翔状態検出装置３００を拡大した断面図である。
【００９０】
図９（ａ）に示されているように、飛翔状態検出装置３００は、センサ基板３１０と、圧電／電歪素子３２０と、アパチャープレート３３０とを備えている。
【００９１】
センサ基板３１０は、板状部材から構成されている。このセンサ基板３１０は、セラミックスから形成されていることが好ましい。このセラミックとしては、例えば、完全安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニア、アルミナ、マグネシア、窒化珪素等が用いられ得る。このうち、完全安定化／部分安定化ジルコニアは、薄板状に構成しても靭性が高く機械的強度が大きいこと、圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪膜や電極材料との反応性が小さいことから、最も好適に採用され得る。
【００９２】
センサ基板３１０は、厚肉支持部３１１と、振動板（振動発生部）３１２とから構成されていて、当該厚肉支持部３１１と振動板３１２とは一体に成形されている。厚肉支持部３１１は、平板状部材からなる振動板３１２よりも厚く形成されている。振動板３１２は、長手方向（図中左右方向）を有する平板状部材であって、厚肉支持部３１１によって片持ち梁（カンチレバー）状に支持されている。
【００９３】
振動板３１２の固定端側である検知部３１２ａには、圧電／電歪素子３２０が着接されている。本実施形態においては、圧電／電歪素子３２０は、振動板３１２における図中上側の表面である内側表面３１２ｂ上に固着して設けられている。この圧電／電歪素子３２０は、片持ち梁である振動板３１２にて発生した振動を電気信号に変換し得るように構成されている。なお、圧電／電歪素子３２０の厚さは、振動板３１２に比べて充分に薄く形成されている（図９（ａ）においては、説明の便宜のため、圧電／電歪素子３２０の厚さが誇張されて図示されているものとする。以下の図１０ないし図２２においても同様である。）。
【００９４】
振動板３１２の自由端側（前記長手方向における一端側）であるターゲット部３１２ｃにおける、内側表面３１２ｂ上には、コーティング層３１３が形成されている。このコーティング層３１３は、前記試料溶液の微小液滴との間の親和性（濡れ性）が低い材質からなる薄膜によって構成されている。例えば、上述のＤＮＡチップ１０（図１及び図２参照）を形成するための前記試料溶液は水系の溶液であるため、コーティング層３１３の材質としては撥水性の材質（フッ素系合成樹脂等）が選択され得る。
【００９５】
センサ基板３１０の上方には、前記振動板３１２の前記内側表面３１２ｂと対向するようにアパチャープレート３３０が配置されている。このアパチャープレート３３０には、前記微小液滴が通過可能な貫通孔であるアパチャー３３１が形成されている。このアパチャー３３１が、マイクロピペット１００のノズルプレート１１０（図８参照）に形成されたノズル１１２（図３参照）と対向するように、アパチャープレート３３０が配置されている。
【００９６】
図９（ｂ）は、当該飛翔状態検出装置３００の平面図（上述の図８における、マイクロピペット１００のノズルプレート１１０側から当該飛翔状態検出装置３００を見た図）である。図９（ｃ）は、アパチャープレート３３０を取り除いた場合の平面図である。図９（ａ）ないし（ｃ）に示されているように、アパチャー３３１は、ターゲット部３１２ｃに形成されたコーティング層３１３と対向するように形成されている。また、図９（ａ）に示されているように、アパチャー３３１は、ターゲット部３１２ｃに形成されたコーティング層３１３よりも上方、すなわち、前記微小液滴の飛翔方向Ｄにおける上流側に形成されている。
【００９７】
上述の通り、この飛翔状態検出装置３００は、前記飛翔方向Ｄに沿った所定の飛翔経路上を飛翔中の前記微小液滴がアパチャー３３１を通過してターゲット部３１２ｃ（コーティング層３１３）に衝突し、この衝突によって振動板３１２に発生した振動が圧電／電歪素子３２０によって電気信号に変換されるように構成されている。
【００９８】
＜＜圧電／電歪素子の構成＞＞
図１０（ａ）は、前記振動板３１２の周囲を拡大した断面図である。図１０（ａ）に示されているように、圧電／電歪素子３２０は、圧電／電歪層３２１と、この圧電／電歪層３２１の一方の面に形成された下部電極３２２と、当該圧電／電歪層３２１の他方の面に形成された上部電極３２３と、から構成されている。圧電／電歪層３２１は、圧電効果及び圧電逆効果を示すいわゆる圧電／電歪材料（ＰＺＴ等）の薄板から構成されている。下部電極３２２及び上部電極３２３は、金属膜から構成されている。
【００９９】
＜＜振動板の構成＞＞
図１０（ｂ）は、前記振動板３１２の周囲を拡大した平面図である。
【０１００】
図１０（ｂ）に示されているように、振動板３１２における検知部３１２ａは、他の部分よりも狭い幅に形成されている。すなわち、前記試料溶液の微小液滴が上方（図１０（ａ）における上方）から飛翔してきてターゲット部３１２ｃ（コーティング層３１３）に衝突して、振動板３１２に振動が発生した場合に、検知部３１２ａに応力が集中し、この応力集中により圧電／電歪素子３２０にて大きな電圧が発生し得るように、振動板３１２の平面形状が設定されている。
【０１０１】
図１０（ｃ）は、前記センサ基板３１０の平面図である。図１０（ｃ）に示されているように、センサ基板３１０においては、複数の振動板３１２が、厚肉支持部３１１から略水平に延びるように形成されている。
【０１０２】
＜飛翔状態検出のための回路構成＞
次に、上述の装置構成を用いて、マイクロピペット１００（図８参照）からの試料溶液の微小液滴の吐出状態を判定するための回路構成について、図１１を用いて説明する。
【０１０３】
制御回路３４０は、圧電／電歪素子３２０にて生じた電圧を取得する電圧取得部３４１と、圧電／電歪素子３２０に対して駆動電圧を与える駆動部３４２と、前記電圧取得部３４１及び前記駆動部３４２と接続された演算・制御部３４３と、各マイクロピペット１００に対して駆動電圧を与える駆動部３４４と、を備えている。
【０１０４】
電圧取得部３４１は、ターゲット部３１２ｃ（図１０（ａ）参照）に試料溶液の微小液滴が衝突した場合に圧電／電歪素子３２０に生じる起電力を取得し得るように、圧電／電歪素子３２０と電気的に接続されている。駆動部３４２は、圧電／電歪素子３２０に対して駆動電圧を与えて当該圧電／電歪素子３２０を駆動することで、振動板３１２（図１０参照）を強制的に振動させ得るように、圧電／電歪素子３２０と電気的に接続されている。
駆動部３４２は、演算・制御部３４３の制御下で、任意の波形（直流を含む。また、交流であってもサイン波、矩形波、パルス波等の種々の波形を含む。）の電圧を圧電／電歪素子３２０に印加し得るように構成されている。
【０１０５】
演算・制御部３４３は、電圧取得部３４１から信号を受け取って適宜演算処理することで、振動板３１２（図１０参照）の振動状態（振動の大きさ、振動モード、共振周波数を含む）を検出し得るように構成されている。また、演算・制御部３４３は、駆動部３４２に対して駆動信号を与えることで、圧電／電歪素子３２０の駆動を制御し得るように構成されている。さらに、演算・制御部３４３は、各マイクロピペット１００における試料溶液の吐出を制御し得るように、駆動部３４４を介して各マイクロピペット１００と接続されている。
【０１０６】
＜第１実施形態の装置の動作説明＞
次に、上述した構成を有する第１の実施形態の飛翔状態検出装置３００による動作について、図面を参照しつつ説明する。
【０１０７】
＜＜ＤＮＡチップの製造工程＞＞
最初に、図１に示されているＤＮＡチップ１０の製造工程について説明する。この製造工程は、ＤＮＡチップ基板１２の表面にpoly-L-lysine層からなる試料担持層１４（図２参照）を形成する前処理工程と、ＤＮＡ断片を含む試料溶液を調製する試料調製工程と、得られた試料溶液をＤＮＡチップ基板１２上に供給する供給工程と、からなる。
【０１０８】
前処理工程は、以下のように行われる。まず、ＤＮＡチップ基板１２は、室温で少なくとも２時間、所定のアルカリ溶液に浸される。このアルカリ溶液としては、例えば、ＮａＯＨを蒸留水に溶かした後、更にエタノールを加えて、完全に透明になるまで攪拌することによって得られた溶液が用いられ得る。その後、ＤＮＡチップ基板１２は、当該アルカリ溶液から取り出されて蒸留水中で洗浄される。続いて、ＤＮＡチップ基板１２は、蒸留水中にpoly-L-lysineを加えることにより調製されたpoly-L-lysine液中に１時間程度浸される。その後、ＤＮＡチップ基板１２がpoly-L-lysine液から取り出され、遠心分離によって余分なpoly-L-lysine液がＤＮＡチップ基板１２から除去される。続いて、ＤＮＡチップ基板１２は、４０℃にて５分程度ほど乾燥される。これにより、表面にpoly-L-lysine試料担持層１４が形成されたＤＮＡチップ基板１２が得られる。
【０１０９】
試料調製工程は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）法によってＤＮＡ断片の塩基配列を増幅することでＰＣＲ産物を得る増幅工程と、得られたＰＣＲ産物を乾燥してＤＮＡ粉末を得る粉末生成工程と、得られたＤＮＡ粉末を緩衝液に溶かす混合工程とを含む。粉末生成工程においては、まず、ＰＣＲ産物に、３Ｍ（＝３mol／ｌ）の酢酸ナトリウムとイソプロパノールとが加えられ、数時間放置される。その後、この溶液が遠心分離されることで、ＤＮＡ断片が沈殿する。この沈殿したＤＮＡ断片がエタノールでリンスされ、遠心分離された後、乾燥されることで、ＤＮＡ粉末が生成される。混合工程においては、ＤＮＡ粉末にトリス−ＥＤＴＡ（ＴＥ）緩衝液が加えられ、完全に溶解するまで数時間放置される。これにより、試料溶液が調製される。この段階での試料溶液の濃度は１〜１０μｇ／μｌである。
【０１１０】
こうして得られた試料溶液は、図７に示されているカートリッジ２２０の試料貯留部２２２に貯留される。このカートリッジ２２０が、図６に示されている分注装置２００に装着されることによって、試料溶液が当該分注装置２００における各マイクロピペット１００に供給される。そして、試料溶液の微小液滴が各マイクロピペット１００からＤＮＡチップ基板１２（図１参照）に向けて吐出されることで、当該ＤＮＡチップ基板１２上に試料溶液の微小液滴が供給され、当該ＤＮＡチップ基板１２上に、多数個の試料溶液の微小スポットＳが、所定の配列となるように形成される。このようにして、ＤＮＡチップ１０が製造される。
【０１１１】
ここで、試料溶液の微小液滴は、通常、目視が困難である。よって、当該微小液滴がＤＮＡチップ基板１２上に所定の配列で正しく形成されているか否か（特定のマイクロピペット１００における不吐出等の吐出不良がないかどうか）は、目視では判定できない。一方、当該微小液滴の吐出経路の途中をレーザー光等でスキャンすることで、当該不吐出を判定することは可能である。しかし、そのようにレーザー光をスキャンして各マイクロピペット１００における吐出不良を判定するための装置構成は、非常に高価である。
【０１１２】
そこで、図８に示されているように、本実施形態の飛翔状態検出装置３００を用いることによって、分注装置２００における各マイクロピペット１００の吐出不良が判定される。この飛翔状態検出装置３００は、上述したような、きわめて簡略で製造コストが低廉となり得る構成を有している。もっとも、このような簡略な構成を有するにもかかわらず、当該飛翔状態検出装置３００による吐出不良の判定は確実に行われ得る。
【０１１３】
＜＜第１実施形態における飛翔状態検出の動作説明＞＞
次に、本実施形態（上述の各実施例を含む）の飛翔状態検出装置３００を用いた、マイクロピペット１００における試料溶液の微小液滴の吐出状態の判定動作について、図８ないし図１２を適宜参照しつつ説明する。ここで、図１２は、振動板３１２（図９、図１０参照）の振動の様子を示した図である。
【０１１４】
図８に示されているように、飛翔状態検出装置３００は、マイクロピペット１００におけるノズルプレート１１０の下方に配置される。そして、分注装置２００の駆動が、図１１における演算・制御部３４３及び駆動部３４４によって制御される。すなわち、演算・制御部３４３の制御下で、分注装置２００に備えられた各マイクロピペット１００におけるアクチュエータユニット１３０（図５参照）に対して駆動部３４４から駆動電圧が印加されることで、各マイクロピペット１００が駆動される。これにより、各マイクロピペット１００にて、前記試料溶液の微小液滴が、飛翔状態検出装置３００に向けて吐出される。
【０１１５】
図９を参照すると、上述のように前記微小液滴が吐出されることにより、当該微小液滴はアパチャー３３１を通過して、振動板３１２におけるターゲット部３１２ｃ（コーティング層３１３）に次々と衝突する。この衝突によって、振動板３１２が振動する。そして、当該振動に応じて、圧電／電歪素子３２０に起電力が生じる。すなわち、図１０における下部電極３２２と上部電極３２３との間に、振動板３１２の振動状態に応じた電圧が生じる。
【０１１６】
例えば、前記微小液滴が、ターゲット部３１２ｃの幅方向における中央部に衝突した場合（当該微小液滴の飛翔方向が所定方向Ｄと一致する場合）、図１２（ａ）に示されているように、振動板３１２が撓むように振動する（１次撓みモード）。これにより、検知部３１２ａに応力が生じる。この応力が、圧電／電歪素子３２０（図１０参照）によって起電力に変換される。
【０１１７】
一方、前記微小液滴が、ターゲット部３１２ｃの幅方向における中央部からオフセットした位置に衝突した場合（当該微小液滴の飛翔方向が所定方向Ｄから逸脱した場合）、図１２（ｂ）に示されているように、振動板３１２が捩れるように振動する（捩れモード）。これにより、検知部３１２ａに、図１２（ａ）における撓み変形の場合よりも小さな応力が生じる。これにより、圧電／電歪素子３２０（図１０参照）にて、上述の撓み変形の場合よりも小さな起電力が生じる。
【０１１８】
前記微小液滴の飛翔経路が所定の飛翔経路よりもさらに逸脱した場合、当該微小液滴は、アパチャー３３１を通過することなく、アパチャープレート３３０の上面と衝突する。この場合、当該微小液滴はターゲット部３１２ｃと衝突しないので、振動板３１２における振動が生じない（あるいは振幅がゼロに向かって収束する）。
【０１１９】
このように、圧電／電歪素子３２０にて、振動板３１２の振動状態（すなわち微小液滴のターゲット部３１２ｃに対する衝突状態）に応じた電圧が発生する。
【０１２０】
図１１を参照すると、圧電／電歪素子３２０にて発生した電圧が、電圧取得部３４１によって取得され、この電圧取得部３４１によって取得された起電力が演算・制御部３４３によって演算処理されることで、振動板３１２における振動状態が検出される。
【０１２１】
ここで、図１０及び図１１を参照すると、演算・制御部３４３は、振動板３１２の共振周波数をｆ0とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような特定周波数ｆ1で、マイクロピペット１００を駆動させる。これにより、当該特定周波数ｆ1に対応する周期Ｔで、前記試料溶液の微小液滴が次々と吐出される。
【０１２２】
また、振動板３１２によって当該微小液滴の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記共振周波数ｆ0に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で、前記微小液滴の吐出が行われるように、前記マイクロピペット１００の駆動が制御される。
【０１２３】
これにより、振動板３１２の共振周波数と略等しい周波数で当該振動板３１２が振動する。そして、この振動に同期した状態で、ターゲット部３１２ｃに対して前記微小液滴が次々に衝突する。よって、振動板３１２の振動が、当該微小液滴の衝突によって乱されることが抑制され得る。
【０１２４】
本実施形態の構成によれば、図１０（ｂ）及び図１２に示されているように、振動板３１２における検知部３１２ａは、他の部分よりも狭い幅に形成されている。これにより、前記試料溶液の微小液滴がターゲット部３１２ｃに衝突して、振動板３１２に振動が発生した場合に、検知部３１２ａに応力が集中する。この応力集中により、圧電／電歪素子３２０にて大きな電圧が発生し得る。
【０１２５】
＜＜第１実施形態における試料溶液の飛沫処理動作の説明＞＞
再び図９を参照すると、コーティング層３１３に衝突することで発生した前記試料溶液の飛沫のほとんどは、当該コーティング層３１３の表面上に長時間付着することなく、重力の作用で下方に落下する。これにより、振動板３１２の内側表面３１２ｂ上から前記試料溶液のほとんどが除去され得る。もっとも、前記飛沫の一部は、振動板３１２の内側表面３１２ｂ上から完全に除去されることなく、当該内側表面３１２ｂ上に残留し得る。
【０１２６】
そこで、以下のように、振動板３１２を外部的に強制振動させることで、前記飛沫を振動板３１２の内側表面３１２ｂ上から可及的に除去させ得る。
【０１２７】
図１１を参照すると、マイクロピペット１００の駆動停止中（前記試料溶液の微小液滴の吐出の停止中）に、駆動部３４２は、演算・制御部３４３の制御下で、圧電／電歪素子３２０に対して、前記共振周波数ｆ０の駆動電圧を印加する。これにより、圧電／電歪素子３２０が駆動され、振動板３１２（図９参照）が強制的に振動させられる。これにより、当該振動板３１２上に残留した前記試料溶液の飛沫が可及的に除去され得る。
【０１２８】
＜＜第１実施形態における共振周波数の取得動作の一例＞＞
もっとも、この振動板３１２の強制振動によっても、前記試料溶液が微量ながら当該振動板３１２上に残留して固化し得る。これにより、当該振動板３１２の共振周波数が変動し得る。そこで、図１１に示されている制御回路３４０によって、以下に説明するように、変動後の前記共振周波数を取得し得る。
【０１２９】
まず、駆動部３４２は、演算・制御部３４３の制御下で、圧電／電歪素子３２０に対して直流電圧を所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加した後、当該直流電圧の印加を遮断する。これにより、圧電／電歪素子３２０にて減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、圧電／電歪素子３２０に交流の電圧が発生する。このようにして圧電／電歪素子３２０にて発生した電圧波形は、電圧取得部３４１を介して、演算・制御部３４３によって取得される。演算・制御部３４３は、この電圧波形の周波数を取得することで、変動後の前記共振周波数が取得され得る。この取得された新たな共振周波数は、以降の駆動部３４２による圧電／電歪素子３２０の駆動のために用いられ得る。
【０１３０】
＜第２実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第２の実施形態について、図１３を用いて説明する。なお、本実施形態において、上述の第１実施形態と同様の作用・機能を有する構成要素については、図示が省略され、又は上述の第１実施形態と同一の符号が付され、上述の第１実施形態における説明が援用され得るものとする（以降の他の実施形態及び変形例についても同様である）。
【０１３１】
図１３（ａ）は、第２の実施形態に係る振動板３１２の周辺を拡大した平面図である。図１３（ｂ）は、当該振動板３１２の振動の様子を示した図である。
【０１３２】
図１３（ａ）に示されているように、振動板３１２における検知部３１２ａには、２つの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが設けられている。これらの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂは、演算・制御部３４３（図１１参照）に対してそれぞれ電気回路的に接続されている。また、２つの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂは、図１０（ａ）に示されている圧電／電歪素子３２０と同様の構成を有していて、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂの圧電／電歪層（図１０（ａ）における圧電／電歪層３２１参照）の分極方向は同一であるものとする。
【０１３３】
かかる構成によれば、図１３（ｂ）に示されているように、振動板３１２にて捩れモードの振動が生じた場合、圧電／電歪素子３２０ａの出力電圧波形と圧電／電歪素子３２０ｂの出力電圧波形との間で、半周期分の位相差が生じる。一方、振動板３１２にて１次撓みモードの振動が生じた場合、圧電／電歪素子３２０ａの出力電圧波形と圧電／電歪素子３２０ｂの出力電圧波形との間の位相差が生じなくなる。よって、圧電／電歪素子３２０ａの出力電圧波形と圧電／電歪素子３２０ｂの出力電圧波形とを比較することで、振動板３１２に生じている振動モードが判定される。これにより、振動板３１２のターゲット部３１２ｃに対する前記微小液滴の衝突状態、すなわち当該微小液滴の飛翔状態が判定され得る。
【０１３４】
＜第３実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第３の実施形態について、図１４を用いて説明する。
【０１３５】
図１４（ａ）においては、１枚の振動板３１２に２つの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが設けられている。一方の圧電／電歪素子３２０ａは、駆動部３４２と接続されている。また、他方の圧電／電歪素子３２０ｂは、電圧取得部３４１と接続されている。この駆動部３４２は、上述の通り、演算・制御部３４３（図１１参照）の制御下で、任意の波形（直流を含む。また、交流であってもサイン波、矩形波、パルス波等の種々の波形を含む。）の電圧を圧電／電歪素子３２０ａに印加し得るように構成されている（後述する図１４（ｂ），図１４（ｃ），図１５（ａ）〜（ｃ）における駆動部３４２も同様である）。
【０１３６】
かかる構成によれば、上述の第１実施形態と同様に、駆動部３４２によって、圧電／電歪素子３２０ａに対して直流電圧が所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加され、その後、当該直流電圧の印加が遮断される。これにより、振動板３１２と、圧電／電歪素子３２０ａと、圧電／電歪素子３２０ｂとからなる振動系において減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、圧電／電歪素子３２０ｂに交流の電圧が発生する。このようにして圧電／電歪素子３２０ｂにて発生した電圧波形に基づいて、振動板３１２の共振周波数が取得され得る。この取得された新たな共振周波数は、以降の駆動部３４２による圧電／電歪素子３２０の駆動のために用いられ得る。
【０１３７】
また、かかる構成によれば、上述の第１実施形態とは異なり、駆動部３４２から一方の圧電／電歪素子３２０ａに対して交流電圧を印加しつつ、他方の圧電／電歪素子３２０ｂにて生じた起電力の波形を電圧取得部３４１により取得することで、短時間で振動板３１２の共振周波数が取得され得る。この場合、駆動部３４２は、時間の経過とともに周波数が変化するような波形の交流電圧を出力する。そして、電圧取得部３４１によって取得された電圧が極大値となった場合、あるいは、インピーダンスや位相が急激に変化した場合の周波数が、共振周波数の取得値として採択され得る。
【０１３８】
さらに、前記構成によれば、上述の第２の実施形態と同様に、圧電／電歪素子３２０ｂの出力に基づいて捩れモードの判定を行うことができる。なお、一方の圧電／電歪素子３２０ａを、電圧取得部３４１にも接続する（すなわち、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂを電圧取得部３４１に接続する）ことによっても、上述の第２の実施形態と同様な構成にて捩れモードの判定が行われ得る。
【０１３９】
図１４（ｂ）においては、１枚の振動板３１２に４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄが設けられている。圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｄとは、振動板３１２の幅方向における中心線Ｃを挟んで対称に配置されている。同様に、圧電／電歪素子３２０ｂと圧電／電歪素子３２０ｃとは、前記中心線Ｃを挟んで対称に配置されている。圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂは、駆動部３４２と接続されている。圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４０】
かかる構成によれば、上述の図１４（ａ）における構成と同様に、直流電圧印加による共振周波数の取得、交流電圧印加による共振周波数の取得、及び捩れモードの判定が行われ得る。
【０１４１】
図１４（ｃ）においては、１枚の振動板３１２に３つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｃが設けられている。圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｃとは、振動板３１２の幅方向における中心線Ｃを挟んで対称に配置されている。圧電／電歪素子３２０ｂは、前記中心線Ｃ上に配置されている。圧電／電歪素子３２０ａは、駆動部３４２と接続されている。圧電／電歪素子３２０ｂ及び３２０ｃは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４２】
かかる構成によれば、上述の図１４（ａ）や図１４（ｂ）における構成と同様に、直流電圧印加による共振周波数の取得、交流電圧印加による共振周波数の取得、及び捩れモードの判定が行われ得る。すなわち、例えば、圧電／電歪素子３２０ｂの出力によって撓みモードの検出を行いつつ、圧電／電歪素子３２０ｃの出力によって捩れモードの検出が行われ得る。これにより、振動板３１２の振動状態の判定がより明確に行われ得る。
なお、本実施形態の構成においては、撓みモード及び捩れモードの共振周波数の比を、実験や有限要素法等によるシミュレーション等によって得ておくことで、捩れモードの共振周波数から撓みモードの共振周波数を算出し得る。これにより、撓みモード及び捩れモードの双方を利用して前記微小液滴の飛翔状態を検出することが可能になる。
【０１４３】
＜第４実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第４の実施形態について、図１５を用いて説明する。
【０１４４】
図１５（ａ）においては、１枚の振動板３１２に４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄが設けられている。振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｄとは、駆動部３４２と接続されている。また、振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ｂと圧電／電歪素子３２０ｃとは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４５】
図１５（ｂ）においては、１枚の振動板３１２に３つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｃが設けられている。振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｃとは、駆動部３４２と接続されている。また、振動板３１２の幅方向における中央に位置する圧電／電歪素子３２０ｂは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４６】
図１５（ｃ）においては、１枚の振動板３１２に３つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｃが設けられている。振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｃとは、電圧取得部３４１と接続されている。また、振動板３１２の幅方向における中央に位置する圧電／電歪素子３２０ｂは、駆動部３４２と接続されている。
【０１４７】
すなわち、上述の図１５（ａ）ないし図１５（ｃ）の構成においては、振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子に対して、電圧印加又は起電力測定が行われ得るようになっている。なお、いずれの場合においても、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・は、振動板３１２の一方の表面上にて、圧電／電歪層の方向が同一となるように配置されているものとする。
【０１４８】
かかる構成によれば、各圧電／電歪素子の接続の組み合わせにより、振動板３１２が１次撓みモード及び捩れモードで強制的に振動され得る。また、各圧電／電歪素子の接続の組み合わせにより、振動板３１２における１次撓みモード及び捩れモードの共振周波数が取得され得る。
【０１４９】
例えば、電圧印加する圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｂ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、当該２つの圧電／電歪素子における下部電極をともに接地し、当該２つの圧電／電歪素子における上部電極に同位相の交流電圧を印加することで、振動板３１２に１次撓みモードの振動が発生する。
【０１５０】
また、電圧印加する圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｂ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、一方の圧電／電歪素子における下部電極と他方の圧電／電歪素子の上部電極を接地し、残りの電極に同位相の交流電圧を印加することで、振動板３１２に捩れモードの振動が発生する。
【０１５１】
また、起電力測定が行われる圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｃ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、一方の圧電／電歪素子における下部電極と他方の圧電／電歪素子の上部電極とを接続し、残りの電極間の起電力を測定することで、振動板３１２における１次撓みモードの振動の共振周波数を取得することができる。
【０１５２】
また、起電力測定が行われる圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｃ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、当該２つの圧電／電歪素子における下部電極同士を接続し、当該２つの圧電／電歪素子における上部電極間の起電力を測定することで、振動板３１２における捩れモードの振動の共振周波数を取得することができる。
【０１５３】
＜第５実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第５の実施形態について、図１６を用いて説明する。図１６（ａ）は、本実施形態の構成を拡大した平面図である。図１６（ｂ）及び（ｃ）は、本実施形態における圧電／電歪素子の電気回路的な接続構成を示した図である。
【０１５４】
図１６（ａ）に示されているように、本実施形態においては、１枚の振動板３１２上に４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄが、当該振動板３１２の幅方向について対称に配置されている。これら４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄは、例えば、図１６（ｂ）や（ｃ）に示されているように相互に接続され得る。
【０１５５】
図１６（ｂ）に示されている接続状態においては、圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとが接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂと、圧電／電歪素子３２０ｃの上部電極３２３ｃとが接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｃの下部電極３２２ｃと、圧電／電歪素子３２０ｄの上部電極３２３ｄとが接続されている。そして、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｄの下部電極３２２ｄとの間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。すなわち、各圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄがすべて電気回路的に直接に接続されている。
【０１５６】
図１６（ｃ）に示されている接続状態においては、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとが接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｄの上部電極３２３ｄと、圧電／電歪素子３２０ｃの下部電極３２２ｃとが接続されている。すなわち、圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｂとが電気回路的に接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｃと圧電／電歪素子３２０ｄとが電気回路的に接続されている。
【０１５７】
電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂにおける一方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂから構成され、他方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａから構成されている。また、電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄにおける一方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ｃの上部電極３２３ｃから構成され、他方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ｄの下部電極３２２ｄから構成されている。そして、前記一方の出力端同士が短絡されていて、前記他方の出力端の間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。
【０１５８】
ここで、以下の動作説明を単純化するために、図１６（ａ）の構成の振動板３１２におけるターゲット部３１２ｃに前記試料溶液の微小液滴が衝突した場合に、上述の２つの振動モード（１次撓みモード及び捩れモード）のいずれか一方が現れるものとし、当該振動によって、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄに以下のような振幅の起電力が生じるものとする。
【０１５９】
１次撓みモード：Ｖ1，Ｖ1，Ｖ1，Ｖ1
捩れモード：Ｖ1，０．５Ｖ1，０．５Ｖ1，Ｖ1
【０１６０】
すなわち、捩れモードの場合、振動板３１２の幅方向における両端部に位置する圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｄには、中央寄りに位置する圧電／電歪素子３２０ｂ及び３２０ｃよりも大きな起電力が生じる。
【０１６１】
図１６（ｂ）に示されている接続状態においては、振動板３１２に完全な１次撓みモードの振動が生じた場合、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄの出力Ｖ1が合算されることで、４Ｖ1の出力が生じる。これにより、当該１次撓みモードの振動による出力電圧が大きくなる。よって、きわめて微小な液滴がターゲット部３１２ｃに衝突した場合であっても、高感度で当該衝突が検出され得る。
【０１６２】
また、図１６（ｂ）に示されている接続状態においては、振動板３１２における捩れモードの振動により、当該振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｄとに、絶対値が等しく位相が半波長ずれた起電力±Ｖ1が生じる。同様に、振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ｂと圧電／電歪素子３２０ｃとに、絶対値が等しく位相が半波長ずれた起電力±０．５Ｖ1が生じる。そして、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄの出力が合算されると、出力電圧は０になる。すなわち、振動板３１２に完全な捩れモードの振動が生じた場合、図１６（ｂ）に示されている回路の出力電圧が０になる。
【０１６３】
図１６（ｃ）に示されている接続状態においては、振動板３１２における１次撓みモードの振動により、電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂにおける出力端である上部電極３２３ｂと下部電極３２２ａとの間には２Ｖ1の起電力が生じる。また、電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄにおける出力端である上部電極３２３ｃと下部電極３２２ｄとの間にも２Ｖ1の起電力が生じる。そして、上部電極３２３ｂと上部電極３２３ｃとは短絡されている。よって、振動板３１２に完全な１次撓みモードの振動が生じた場合、図１６（ｃ）に示されている回路の出力電圧は０になる。
【０１６４】
また、図１６（ｃ）に示されている接続状態においては、振動板３１２における捩れモードの振動により、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂにおける出力端である上部電極３２３ｂと下部電極３２２ａとの間には＋１．５Ｖ1の起電力が生じる。これと同時に、圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄにおける出力端である上部電極３２３ｃと下部電極３２２ｄとの間には、−１．５Ｖ1の起電力が生じる。よって、振動板３１２に完全な捩れモードの振動が生じた場合、図１６（ｂ）に示されている回路の出力電圧が３Ｖ1になる。
【０１６５】
このように、振動板３１２に複数の圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・を配置し、これらの電気回路的な接続状態を適宜設定することにより、前記微小液滴の飛翔状態の検出がより高感度で行われ、振動モードの判定がより容易に行われ得る。
また、本実施形態においては、複数の圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・が、それぞれ直列的に（図１１における演算・制御部３４３を介さずに）電気回路的に接続されることで、図１６（ｂ）及び（ｃ）の回路構成が形成されている。したがって、本実施形態によれば、図１１における演算・制御部３４３の内部の回路構成が単純化され、当該演算・制御部３４３における信号処理が簡略化され得る。
【０１６６】
＜第６実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第６の実施形態について、図１７を用いて説明する。図１７（ａ）は、本実施形態の構成を拡大した側断面図である。図１７（ｂ）は、本実施形態における圧電／電歪素子の電気回路的な接続構成を示した図である。
【０１６７】
図１７（ａ）に示されているように、本実施形態においては、振動板３１２の検知部３１２ａにおける内側表面３１２ｂ上に、圧電／電歪素子３２０ａが設けられている。また、振動板３１２の検知部３１２ａにおける外側表面３１２ｄ上に、圧電／電歪素子３２０ｂが設けられている。すなわち、振動板３１２の両面にそれぞれ圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが配置されている。なお、振動板３１２の外側表面３１２ｄ上に配置された圧電／電歪素子３２０ｂの「下部電極」３２２ｂは、振動板３１２に近接する側の電極を指すものとする。
【０１６８】
図１７（ｂ）に示されているように、本実施形態においては、圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとが短絡されている。そして、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとの間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。
【０１６９】
かかる構成において、振動板３１２に振動が発生すると、当該振動板３１２の内側表面３１２ｂ上の圧電／電歪素子３２０ａと、当該振動板３１２の外側表面３１２ｄ上の圧電／電歪素子３２０ｂとには、当該振動板３１２の振動状態に応じた起電力が発生する。ここで、例えば、振動板３１２のターゲット部３１２ｃが図中下方に変位している場合、圧電／電歪素子３２０ａの圧電／電歪層３２１ａには引張応力が生じ、圧電／電歪素子３２０ｂの圧電／電歪層３２１ｂには圧縮応力が生じる。よって、当該振動板３１２の内側表面３１２ｂ上の圧電／電歪素子３２０ａと、当該振動板３１２の外側表面３１２ｄ上の圧電／電歪素子３２０ｂとには、絶対値が略同一で位相が半波長ずれた起電力の波形が生じる。そして、図１７（ｂ）に示されている回路の出力は、圧電／電歪素子３２０ａしかない場合（圧電／電歪素子３２０ｂがない場合）の２倍となる。これにより、きわめて微小な液滴がターゲット部３１２ｃに衝突した場合であっても、高感度で当該衝突が検出され得る。
【０１７０】
＜第７実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第７の実施形態について、図１８を用いて説明する。図１８（ａ）は、本実施形態の構成を拡大した側断面図である。図１８（ｂ）は、本実施形態における圧電／電歪素子の電気回路的な接続構成を示した図である。
【０１７１】
図１８（ａ）に示されているように、本実施形態においては、振動板３１２の検知部３１２ａにおける内側表面３１２ｂ上に、圧電／電歪素子３２０ａが設けられている。また、圧電／電歪素子３２０ｂは、絶縁層３２４を挟んで圧電／電歪素子３２０ａの上側に配置されている。圧電／電歪素子３２０ａ、絶縁層３２４、及び圧電／電歪素子３２０ｂは、焼成により一体に形成されている。
【０１７２】
図１８（ｂ）に示されているように、本実施形態においては、圧電／電歪素子３２０ａにおける圧電／電歪層３２１ａの分極方向が、圧電／電歪素子３２０ｂにおける圧電／電歪層３２１ｂの分極方向と反対になるように、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが構成されている。圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとは、短絡されている。そして、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとの間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。すなわち、圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｂとが電気回路的に接続されている。
【０１７３】
かかる構成によれば、図１８（ｂ）に示されている回路の出力は、圧電／電歪素子３２０ａしかない場合（圧電／電歪素子３２０ｂがない場合）の２倍となる。これにより、きわめて微小な液滴がターゲット部３１２ｃに衝突した場合であっても、高感度で当該衝突が検出され得る。
【０１７４】
＜変形例の示唆＞
なお、上述の各実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において種々の変形を施すことができることは当然である。
【０１７５】
以下、先願主義の下で本願の出願の際に追記し得る程度（時間の許す限り）で、変形例について幾つか例示する。しかしながら、変形例とてこれらに限定されるものではないことはいうまでもない。本願発明を、上述の実施形態、及び下記変形例の記載に基づき限定解釈すること（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素を、実施形態等の記載に基づき限定解釈すること）は、先願主義の下で出願を急ぐ出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、発明の保護及び利用を目的とする特許法の目的に反し、許されない。また、下記変形例が、互いに矛盾しない範囲で、それぞれ適宜組み合わされ得ることはいうまでもない。
【０１７６】
（ｉ）本発明は、上述の実施形態のような、マイクロピペットによって吐出された微小液滴の飛翔状態の検出に限定されない。また、本発明によって飛翔状態が検出し得る微小物体の種類も、微小液滴に限定されない。また、微小物体の飛翔方向も、鉛直下方に限定されない。さらに、微小物体の飛翔状態の検出の際に行われる電気信号の処理にあたっては、上述の実施形態のような電圧の他、電流、周波数、位相等も用いられ得る。
【０１７７】
（ii）例えば、図９におけるアパチャープレート３３０は省略可能である。また、コーティング層３１３も省略可能である。さらに、コーティング層３１３の形成方法も、ペースト塗布やスクリーン印刷等の厚膜形成法の他、蒸着等の薄膜形成法が用いられ得る。さらに、コーティング層３１３によって、振動板３１２の内側表面３１２ｂの全体が覆われていてもよい。
【０１７８】
（iii）図９ないし図１６に示されている構成において、圧電／電歪素子３２０（３２０ａ・・・）が、図１７に示されている両面構成や、図１８に示されている多層構成であってもよい。もちろん、両面かつ多層構成であってもよい。
【０１７９】
（iv）図１６ないし図１８における、圧電／電歪素子の個数、分極方向及び各電極間の接続関係は、任意に変更され得る。ここで、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・の間の接続は、配線パターン等によって直接に行われてもよい。あるいは、各圧電／電歪素子３２０ａ等がそれぞれ個別に電圧取得部３４１（図１１参照）に接続されていて、演算・制御部３４３における信号の処理によって、各圧電／電歪素子３２０ａ等が実質的に電気回路的に接続されているような状態であってもよい。
【０１８０】
（ｖ）図１８において、圧電／電歪素子３２０ａにおける圧電／電歪層３２１ａの分極方向と、圧電／電歪素子３２０ｂにおける圧電／電歪層３２１ｂの分極方向とが同一であってもよい。この場合、絶縁層３２４を省略して、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとを一体に成形することで、振動状態に応じた電圧が圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとの間に生じるようにしてもよい。
【０１８１】
（vi）図１９に示されているように、振動板３１２が円盤形状に形成されていてもよい。この場合、厚肉支持部３１１は、振動板３１２よりも小さな半径の円盤状に形成され、当該振動板３１２の略中央に配置される。また、圧電／電歪素子３２０は平面視にて略ドーナツ状に形成される。
【０１８２】
（vii）図２０に示されているように、検知部３１２ａ及びターゲット部３１２ｃが、長方形状の板状部材から構成されていて、当該ターゲット部３１２ｃが検知部３１２ａの長手方向に沿った中心軸を中心としてシーソー状に配置されていてもよい。
【０１８３】
（viii）図２１に示されているように、振動板３１２の構造としては、検知部３１２ａにて応力集中が生じるような様々な構造が採用され得る。
【０１８４】
例えば、図２１（ａ）に示されているように、ターゲット部３１２ｃから検知部３１２ａに向かうにつれて振動板３１２の幅が連続的に狭くなるように、振動板３１２が形成されていてもよい。
【０１８５】
また、図２１（ｂ）に示されているように、検知部３１２ａの厚さが他の部分よりも薄くなるように、振動板３１２が形成されていてもよい。かかる構成においては、ターゲット部３１２ｃに微小物体が衝突した場合、当該ターゲット部３１２ｃを含む部分（検知部３１２ａ以外の部分）には撓みがほとんど生じない。また、当該ターゲット部３１２ｃを含む部分の質量は検知部３１２ａに比べて非常に大きい。
【０１８６】
したがって、図２１（ｂ）に示されている構成によれば、ターゲット部３１２ｃに微小物体が衝突することで、当該衝突の影響による応力が検知部３１２ａにて効率よく発生する。また、振動板３１２のターゲット部３１２ｃに異物等が付着しても、当該振動板３１２の共振周波数のシフトを小さく抑えることができる。
【０１８７】
さらに、図２１（ｃ）に示されているように、検知部３１２ａの弾性率を、それ以外の部分の弾性率よりも小さくすることによって、図２１（ｂ）の場合と同様の作用・効果を得ることができる。なお、図２１（ｃ）に示されている構成において、振動板３１２の幅は、一様でもよいし、図１０（ｂ）や図２１（ａ）に示されているように、検知部３１２ａの幅がそれ以外の部分よりも狭く形成されていてもよい。さらに、振動板３１２の厚さも、図２１（ｂ）に示されているように、検知部３１２ａの厚さが他の部分よりも薄くなるようにしてもよい。
【０１８８】
（ix）図２２に示されているように、圧電／電歪素子３２０は、振動板３１２の内側表面３１２ｂの裏側に形成されていてもよい。
【０１８９】
（ｘ）図２３（ａ）に示されているように、アパチャープレート３３０に複数のアパチャー３３１を形成し、図２３（ｂ）に示されているように、当該複数のアパチャー３３１を通過した微小物体が同時に振動板３１２に衝突するように、当該振動板３１２の幅寸法が設定されていてもよい。なお、図２３（ｂ）に示されている構成において、図２３（ａ）に示されているアパチャープレート３３０を省略することも可能である。
【０１９０】
（xi）図９ないし図２３に示されている構成において、振動板３１２の自由端側（ターゲット部３１２ｃ及びコーティング層３１３側）が、当該振動板３１２の固定端側（検知部３１２ａ側）よりも低くなるように、振動板３１２（センサ基板３１０）を水平面と交差して配置してもよい。これにより、振動板（ターゲット部３１２ｃ及びコーティング層３１３）に衝突した前記試料溶液の微小液滴の飛沫が重力により振動板３１２の下方に流出し得る。
【０１９１】
（xii）その他、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態・実施例や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能な、いかなる構造をも含む。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】ＤＮＡチップの概略構成を示す外観図（斜視図）である。
【図２】図１に示したＤＮＡチップを拡大した断面図である。
【図３】マイクロピペットを拡大した断面図である。
【図４】図３に示したマイクロピペットにおける試料溶液の流路の構成を拡大しつつ透視して示す斜視図である。
【図５】図３に示したマイクロピペットを拡大した平面図である。
【図６】図３に示したマイクロピペットを備えた分注装置の外観を示す概略構成図である。図６（ａ）が平面図であり、図６（ｂ）が側面図である。
【図７】図６に示した分注装置を分解した斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る飛翔状態検出装置が、図６に示した分注装置に装着された状態を示す側面図である。
【図９】図８に示した飛翔状態検出装置の第１の実施形態の構成を拡大した図である。図９（ａ）が側断面図であり、図９（ｂ）が平面図であり、図９（ｃ）が当該飛翔状態検出装置の内部構成を露出した平面図である。
【図１０】図９に示した飛翔状態検出装置の要部を示す図である。図１０（ａ）が側断面図であり、図１０（ｂ）が平面図であり、図１０（ｃ）が複数の微小物体の飛翔状態を同時に検出し得る構成の一例を示す平面図である。
【図１１】図９に示した飛翔状態検出装置を用いて試料溶液の微小液滴の吐出状態を判定するための回路構成図である。
【図１２】図９及び図１０に示した振動板の振動の様子を示した斜視図である。図１２（ａ）が１次撓みモードの振動の様子を示した図であり、図１２（ｂ）が捩れモードの振動の様子を示した図である。
【図１３】図８に示した飛翔状態検出装置の第２の実施形態の構成を拡大した図である。図１３（ａ）が平面図であり、図１３（ｂ）が振動板の振動の様子を示す斜視図である。
【図１４】図８に示した飛翔状態検出装置の第３の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１５】図８に示した飛翔状態検出装置の第４の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１６】図８に示した飛翔状態検出装置の第５の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１７】図８に示した飛翔状態検出装置の第６の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１８】図８に示した飛翔状態検出装置の第７の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１９】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大平面図である。
【図２０】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の、他の変形例を示す拡大平面図である。
【図２１】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大図である。
【図２２】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大断面図である。
【図２３】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大平面図である。
【符号の説明】
【０１９３】
１００…マイクロピペット、 １１０…ノズルプレート、 １１２…ノズル、
１２０…キャビティユニット、１２４ａ…キャビティ、 １２５ａ…試料注入口、
１３０…アクチュエータユニット、２００…分注装置、 ２１０…試料導入部材、
２１４…試料注入流路、 ２１６…導入チューブ、 ２２０…カートリッジ、
２２２…試料貯留部、 ３００…飛翔状態検出装置、３１０…センサ基板、
３１１…厚肉支持部、 ３１２…振動板、 ３１２ａ…検知部、
３１２ｂ…内側表面、 ３１２ｃ…ターゲット部、 ３１２ｄ…外側表面、
３１３…コーティング層、
３２０，３２０ａ，３２０ａ１，３２０ａ２，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄ…圧電／電歪素子、
３２１，３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃ，３２１ｄ…圧電／電歪層、
３２２，３２２ａ，３２２ｂ，３２２ｃ，３２２ｄ…下部電極、
３２３，３２３ａ，３２３ｂ，３２３ｃ，３２３ｄ…上部電極、
３２４…絶縁層、 ３３０…アパチャープレート、３３１…アパチャー、
３４０…制御回路、 ３４１…電圧取得部、 ３４２…駆動部、
３４３…演算・制御部、 Ｄ…飛翔方向、 Ｓ…微小スポット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得る飛翔状態検出装置及び飛翔状態検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、いわゆるＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）を製造するための製造方法として、様々なものが知られている。このＤＮＡチップは、数千から一万種類以上の異なる種類のＤＮＡ断片の微小スポットを、顕微鏡スライドグラス等の基板上に高密度に整列・固定させることによって構成されている。
【０００３】
このＤＮＡチップの製造方法として、微小体積の液滴を吐出し得るマイクロピペットを用いた方法が知られている（例えば下記特許文献１，２参照）。このマイクロピペットは、外部から試料を注入するための注入口と、その注入口から注入された試料が充填されるキャビティと、そのキャビティと連通する吐出口と、その吐出口から試料を吐出させるためにキャビティ内の体積を変化させ得るように構成された圧電／電歪素子と、を備えている。
【０００４】
上述のＤＮＡチップの製造方法によれば、圧電／電歪素子が駆動されることにより、キャビティ内の体積が変化する。このキャビティ内の体積変化により、試料溶液が、キャビティから吐出口に向かって層流で移動する。すなわち、一定量の試料溶液が、キャビティから吐出口に向けて送られる。この一定量の試料が当該吐出口から吐出されることで、試料溶液の微小液滴が発生する。このようにしてマイクロピペットから吐出された試料溶液の微小液滴が、基板上に付着して、当該基板上に微小スポットとして整列・固定されることによって、ＤＮＡチップを作製することができる。
【０００５】
上述のような、ＤＮＡチップの製造方法に用いられるマイクロピペット等のように、微小物体を吐出し得るように構成された装置（以下、単に「微小物体吐出装置」と称する。）は、様々な技術分野にて利用可能である。
【０００６】
なお、この種の微小物体の質量を測定可能に構成された質量センサが広く知られている（例えば下記特許文献３参照）。この質量センサは、圧電／電歪素子が配設された振動板の上に微小物体が付着した場合に、当該微小物体の付着による振動板の質量変化によって変化する当該振動板の共振周波数の変化を測定することで、当該振動板の質量変化（すなわち当該微小物体の質量）を測定し得るように構成されている。
【特許文献１】特開２００１−１２４７８９号公報
【特許文献２】特開２００１−１８６８８１号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この種の微小物体吐出装置においては、前記微小物体の乾燥・固化物や、異物等が、吐出口の周辺に付着したり、吐出口を塞いだりする場合がある。このような場合、当該微小物体が吐出対象物における所定の位置に向けて正しく吐出されないという、不具合が生じる（例えば、特許文献１の段落［００１０］や［００１９］等参照）。
【０００８】
また、前記特許文献３に記載されているような質量センサを用いて、微小物体の飛翔状態を検出しようとしても、当該質量センサによる飛翔状態検出は、上述の振動板に或る程度の（共振周波数の変化が測定され得る程度の）時間にわたって付着し得るような性質の微小物体に対してしか適用され得ない。また、当該質量センサによる飛翔状態検出によれば、同一の微小物体吐出装置から一定周期で断続的に微小物体が吐出される場合に、当該微小物体の飛翔状態を同一のセンサによって連続的に検出することが困難であった。
【０００９】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、前記微小物体吐出装置から吐出された微小物体の飛翔状態（当該吐出装置における吐出状態）を良好に検出し得る、飛翔中の微小物体の飛翔状態検出方法、及び簡略かつ安価な装置構成の飛翔状態検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（Ａ）かかる目的を達成するために、本発明の、微小物体の飛翔状態検出装置（以下、単に「飛翔状態検出装置」と称する）は、飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得るように、以下の構成を備えている。
【００１１】
（Ａ０１）本発明の飛翔状態検出装置は、振動発生部と、その振動発生部にて発生した前記振動を電気信号に変換するように構成された圧電／電歪素子と、を備えている。前記振動発生部は、前記微小物体が衝突するターゲット部を備えていて、当該ターゲット部に前記微小物体が衝突することで振動が発生するように構成されている。
【００１２】
かかる構成を有する本発明の飛翔状態検出装置においては、飛翔中の前記微小物体が前記ターゲット部に衝突すると、前記振動発生部が振動する。この振動は、前記圧電／電歪素子によって電気信号に変換される。この電気信号に基づいて、微小物体の飛翔状態が検出され得る。
【００１３】
（Ａ０２）前記構成Ａ０１において、単一の前記振動発生部に対して複数の前記ターゲット部が設けられていてもよい。例えば、複数の前記ターゲット部に対して、当該ターゲット部の数と同数の前記微小物体が同時に衝突するように微小物体吐出装置を制御することで、複数の微小物体飛翔経路の各々における前記微小物体の飛翔状態を同時に検出することができる。これにより、飛翔状態検出のための時間を短縮することができる。また、飛翔状態検出のための回路構成を簡略化することができる。
【００１４】
（Ａ０３）前記構成Ａ０１又はＡ０２において、複数の前記圧電／電歪素子が、互いに電気回路的に接続されていてもよい。かかる構成によれば、前記微小物体と前記ターゲット部との１回の衝突によって、複数の前記圧電／電歪素子にて前記電気信号が発生し、これらの電気信号が合算され得る。これにより、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。したがって、本構成によれば、より小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【００１５】
また、かかる構成によれば、前記微小物体と前記ターゲット部との１回の衝突によって、複数の前記圧電／電歪素子にて前記電気信号が発生し、これらの電気信号が比較され得る。例えば、前記微小物体と前記ターゲット部との衝突の態様に応じて、前記振動発生部に特定のモード（撓みやねじれ）の振動が発生し得る。ここで、複数の前記圧電／電歪素子のそれぞれにて発生する電気信号を比較することで、当該振動モードが判定され得る。これにより、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
ここで、複数の前記圧電／電歪素子同士の電気回路的な接続は、直接なされてもよいし、演算・制御回路を介してなされてもよい。特に、複数の前記圧電／電歪素子同士が電気回路的に直接に接続された場合、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の出力の比較等の処理が、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の接続回路自体によって行われる。したがって、当該演算・制御回路の構成が単純化され、前記微小物体の判定が簡略に行われ得る。
【００１６】
（Ａ０４）前記構成Ａ０１ないしＡ０３において、前記ターゲット部の表面には、コーティング層が形成されていてもよい。これにより、前記ターゲット部に前記微小物体が残留することによる前記振動発生部の振動特性の変化が抑制され得る。また、当該微小物体が液体である場合に、前記ターゲット部の周囲の雰囲気中の異物（埃等）が付着することで当該ターゲット部が汚れることが抑制され得る。
【００１７】
（Ａ０５）前記構成Ａ０１ないしＡ０４において、前記圧電／電歪素子を駆動するための駆動電圧を発生する駆動部をさらに備えていてもよい。この駆動部によって前記圧電／電歪素子が駆動されることで、前記振動発生部が外部から強制的に振動させられる。この振動発生部の強制的な振動によって、例えば、前記ターゲット部に付着した物体（前記微小物体の残留物や異物等）が除去され得る。あるいは、前記振動発生部を強制的に振動させたときの振動状態に基づいて、前記振動発生部における共振周波数の変化が取得され得る。
【００１８】
（Ａ０６）前記構成Ａ０５において、前記振動発生部の共振周波数を取得する共振周波数取得部をさらに備えていて、前記駆動部が、前記共振周波数取得部によって取得された前記共振周波数に基づいて前記圧電／電歪素子を駆動するように構成されていてもよい。
【００１９】
かかる構成においては、例えば、前記駆動部による駆動電圧（この場合の駆動電圧は、例えば、直流電圧や、前回取得された共振周波数の交流電圧や、既定値としての特定の周波数の交番電圧、等が含まれ得る。）の印加によって、前記振動発生部が強制的に振動させられる。この振動に基づいて、前記共振周波数取得部は、当該振動発生部の共振周波数を取得する。次回に前記振動発生部が前記駆動部によって強制的に振動される際には、当該駆動部は、この取得された共振周波数に基づいて、前記振動発生部を駆動する。
【００２０】
かかる構成によれば、前記ターゲット部に対する付着物が、より効率的に除去され得る。あるいは、当該飛翔状態検出装置の異常（例えば、前記振動発生部における破損や、前記付着物の過剰な付着）が検知され得る。
【００２１】
（Ａ０７）前記構成Ａ０６において、前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力が遮断された後に、前記共振周波数を取得するように構成されていてもよい。
【００２２】
かかる構成においては、例えば、以下のようにして前記共振周波数が取得され得る。まず、前記圧電／電歪素子に対して直流電圧を所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加した後、当該直流電圧の印加を遮断する。これにより、当該圧電／電歪素子にて減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、当該圧電／電歪素子に交流の電圧が発生する。この発生電圧の周波数等を、前記共振周波数取得部によって取得することで、前記振動発生部の前記共振周波数が取得され得る。
【００２３】
（Ａ０８）記構成Ａ０６において、前記駆動部は、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力するように構成されていて、前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得するように構成されていてもよい。
【００２４】
かかる構成によれば、前記駆動部による前記振動発生部の強制的な振動と、前記共振周波数取得部による前記共振周波数の取得とが、ほぼ同時に行われ得る。
【００２５】
（Ａ０９）前記構成Ａ０１ないしＡ０８において、前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別する振動モード判定部をさらに備えていてもよい。
【００２６】
すなわち、前記微小物体と前記ターゲット部との衝突の態様に応じて、前記振動発生部に特定のモード（撓みやねじれ）の振動が発生し得る。ここで、本構成によれば、前記振動モード判定部によって、当該振動モードが判定され得る。例えば、前記圧電／電歪素子によって発生する電気信号の振幅等に基づいて、当該振動モードが判定され得る。あるいは、複数の前記圧電／電歪素子のそれぞれにて発生する電気信号を比較することで、当該振動モードが判定され得る。あるいは、複数の前記圧電／電歪素子を電気回路的に接続して、両者の電気信号を重畳した後、振幅等を取得することで、当該振動モードが判定され得る。
本構成によれば、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
【００２７】
（Ａ１０）前記構成Ａ０１ないしＡ０９において、前記振動発生部が長手方向を有する板状部材から構成されていて、当該板状部材の前記長手方向における一端側に前記ターゲット部が設けられ、他端側の表面上に前記圧電／電歪素子が固着して設けられていてもよい。この場合、前記圧電／電歪素子は、前記ターゲット部が設けられている側の表面に設けられていてもよい。あるいは、前記圧電／電歪素子は、前記ターゲット部が設けられている面と反対側の面に設けられていてもよい。
【００２８】
かかる構成によれば、前記ターゲット部と前記圧電／電歪素子との距離が充分長く設定される。これにより、当該ターゲット部に対する前記微小物体の衝突により前記ターゲット部に与えられたエネルギーによる力が、テコの原理により増幅され、前記圧電／電歪素子に大きな応力を発生する。よって、前記圧電／電歪素子にて大きな電気信号が得られる。したがって、当該飛翔状態検出装置の感度が向上し、より小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【００２９】
（Ａ１１）前記構成Ａ１０において、前記板状部材における前記他端側の剛性が、前記一端側の剛性よりも低くなるように、当該板状部材が構成されていることが好ましい。
【００３０】
かかる構成によれば、前記微小物体が前記ターゲット部に衝突した際に、前記振動発生部を構成する前記板状部材の、剛性の低い前記他端側（前記圧電／電歪素子が設けられている側）に応力が集中する。よって、前記圧電／電歪素子にて大きな電気信号が得られる。これにより、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。したがって、本構成によれば、より小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【００３１】
（Ａ１２）前記構成Ａ１０又はＡ１１において、複数の前記圧電／電歪素子が、前記板状部材の一方の表面と、当該一方の表面の裏側の他方の表面との上に固着して設けられていてもよい。この場合、前記一方の表面上に設けられた前記圧電／電歪素子と、前記他方の表面上に設けられた前記圧電／電歪素子とは、互いに電気回路的に接続され得る。
【００３２】
（Ａ１３）前記構成Ａ０１ないしＡ１２において、前記微小物体を吐出し得るように構成された微小物体吐出部と、前記微小物体吐出部を制御する制御部と、をさらに備えていてもよい。この場合、前記制御部は、前記振動発生部の共振周波数に近い特定周波数で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御する。
【００３３】
かかる構成によれば、前記微小物体吐出部によって、前記微小物体が、前記振動発生部の共振周波数に近い特定周波数で吐出される。吐出された前記微小物体は、前記ターゲット部と、前記特定周波数に対応する周期で断続的に衝突する。これにより、前記振動発生部が、前記共振周波数に略等しい周波数にて励振され得る。したがって、当該振動発生部がより効率的に励振され、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。
【００３４】
（Ａ１４）前記構成Ａ１３において、前記制御部は、以下の条件で前記微小物体吐出部を制御するように構成されていてもよい。
【００３５】
前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
【００３６】
かかる構成によれば、前記振動発生部がより効率的に励振され、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。
【００３７】
（Ａ１５）前記構成Ａ１３又はＡ１４において、前記制御部は、以下の条件で前記微小物体吐出部を制御するように構成されていてもよい。
【００３８】
前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
【００３９】
例えば、前記微小物体の飛翔速度や、前記微小物体の状態（質量、体積、形状、固体か流体か或いは気体か、等）に基づいて、上述の関係が満たされるように、前記振動発生部の構造（材質や寸法等）が設定され得る。
【００４０】
かかる構成によれば、前記振動発生部がより効率的に励振され、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。
【００４１】
（Ａ１６）前記構成Ａ０１ないしＡ１５において、前記微小物体の飛翔方向と交差する平板状のアパチャープレートをさらに備えていて、そのアパチャープレートには、前記微小物体が通過可能な貫通孔であるアパチャーが形成されていてもよい。このアパチャープレートは、前記ターゲット部よりも、前記微小物体の飛翔方向における上流側に配置されている。
【００４２】
かかる構成によれば、例えば、微小物体吐出装置から吐出された微小物体が所定の飛翔方向に沿った所定の飛翔経路上を飛翔した場合に、当該微小物体がアパチャーを通過し得るように、当該アパチャープレートが配置され得る。これにより、当該微小物体の前記飛翔経路からの逸脱が、きわめて簡略な装置構成によって検出され得る。
また、かかる構成によれば、アパチャーの位置を適宜設定することにより、前記振動発生部に所定の振動モードのみを選択的に発生させることが可能になる。
【００４３】
（Ｃ）上述の目的を達成するために、本発明の、微小物体の飛翔状態検出方法（以下、単に「飛翔状態検出方法」と称する）は、飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得るように、以下のステップを含む。
【００４４】
（Ｃ０１）本発明の飛翔状態検出方法は、以下の（ｓ１）ないし（ｓ４）のステップを含む。（ｓ１）前記微小物体吐出部から前記微小物体を吐出させ、（ｓ２）吐出された前記微小物体を、ターゲット部に衝突させることで、当該ターゲット部を備えた振動発生部を振動させ、（ｓ３）圧電／電歪素子を用いて、前記振動発生部の振動を電気信号に変換し、（ｓ４）前記電気信号に基づいて、前記微小物体の飛翔状態を検出する。
【００４５】
かかる方法によれば、同一の微小物体吐出装置から一定周期で断続的に微小物体が吐出されている場合に、当該微小物体の飛翔状態を同一の飛翔状態検出装置によって連続的に検出することが容易に行われ得る。
【００４６】
（Ｃ０２）前記Ｃ０１に記載の方法において、前記微小物体を吐出させる前記ステップ（ｓ１）は、前記振動発生部の共振周波数に近い特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであってもよい。
【００４７】
かかる方法によれば、前記振動発生部を振動させる前記ステップ（ｓ２）にて、前記振動発生部が、前記共振周波数に略等しい周波数にて励振され得る。したがって、当該振動発生部がより効率的に励振され、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）による飛翔状態検出の感度が向上する。
【００４８】
（Ｃ０３）前記Ｃ０２に記載の方法において、前記微小物体を吐出させる前記ステップ（ｓ１）は、前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような前記特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであってもよい。
【００４９】
かかる方法によれば、前記振動発生部を振動させる前記ステップ（ｓ２）にて、前記振動発生部がより効率的に励振される。よって、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）による飛翔状態検出の感度が向上する。
【００５０】
（Ｃ０４）前記Ｃ０１ないしＣ０４に記載の方法において、前記微小物体を吐出させる前記ステップ（ｓ１）は、前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で前記微小物体を吐出させるステップであってもよい。
【００５１】
かかる方法によれば、前記振動発生部を振動させる前記ステップ（ｓ２）にて、前記振動発生部がより効率的に励振され、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）による飛翔状態検出の感度が向上する。
【００５２】
（Ｃ０５）前記Ｃ０１ないしＣ０４に記載の方法において、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）は、前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含んでいてもよい。
【００５３】
例えば、前記ステップ（ｓ３）にて発生した、前記圧電／電歪素子の出力である電気信号の振幅等に基づいて、当該ステップ（ｓ４）にて振動モードが判定され得る。あるいは、前記ステップ（ｓ３）にて、複数の前記圧電／電歪素子からの出力としての電気信号の各々を比較することで、当該ステップ（ｓ４）にて振動モードが判定され得る。あるいは、当該ステップ（ｓ４）にて、複数の前記圧電／電歪素子の電気信号を重畳した信号に基づいて、当該振動モードが判定され得る。
【００５４】
かかる方法によれば、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
【００５５】
（Ｃ０６）前記Ｃ０５に記載の方法において、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）は、互いに電気回路的に接続された第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子が出力する電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含んでいてもよい。
【００５６】
かかる方法においては、前記振動発生部の振動を電気信号に変換する前記ステップ（ｓ３）にて、互いに電気回路的に接続された前記第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子から、それぞれ電気信号が出力される。このステップ（ｓ３）に続く前記ステップ（ｓ４）において、前記第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子からの各電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードが判別される。
【００５７】
かかる方法によれば、前記微小物体と前記ターゲット部との衝突の態様に応じて前記振動発生部に生じる特定の振動モード（撓みやねじれ）が判別されることで、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
特に、複数の前記圧電／電歪素子同士が電気回路的に直接に接続された回路構成が用いられる場合、本方法によれば、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の出力の比較等の処理が、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の接続回路自体によって行われる。したがって、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）の処理が簡略化され得る。
【００５８】
（Ｃ０７）前記Ｃ０１ないしＣ０６に記載の方法において、さらに以下のステップを含んでいてもよい。（ｓ１１）前記振動発生部の共振周波数を取得し、（ｓ１２）取得された前記共振周波数に基づいて、前記圧電／電歪素子を駆動する。
【００５９】
かかる方法においては、前記共振周波数を取得するステップ（ｓ１１）、及び前記圧電／電歪素子を駆動するステップ（ｓ１２）は、上述の各ステップ（ｓ１）ないし（ｓ４）とは独立に行われ得る。すなわち、当該ステップ（ｓ１１）及び（ｓ１２）は、必ずしも前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）に続いて行われるものではない。
【００６０】
かかる方法によれば、前記ターゲット部に対する付着物が、より効率的に除去され得る。あるいは、当該方法に用いられる飛翔状態検出装置の異常（例えば、前記振動発生部における破損や、前記付着物の過剰な付着）が検知され得る。
【００６１】
（Ｃ０８）前記Ｃ０７に記載の方法において、前記振動発生部の共振周波数を取得する前記ステップ（ｓ１２）は、前記圧電／電歪素子を駆動する前記ステップ（ｓ１１）の終了後に行われることが好適である。
【００６２】
かかる方法においては、例えば、以下のようにして前記共振周波数が取得され得る。まず、前記ステップ（ｓ１１）にて、前記圧電／電歪素子に対して直流電圧を所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加した後、当該直流電圧の印加を遮断する。これにより、当該圧電／電歪素子にて減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、当該圧電／電歪素子に交流の電圧が発生する。この発生電圧の周波数等を、前記ステップ（ｓ１２）にて取得することで、前記振動発生部の前記共振周波数が取得され得る。
【００６３】
（Ｃ０９）前記Ｃ０７に記載の方法において、前記圧電／電歪素子を駆動する前記ステップ（ｓ１１）は、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力するステップであり、前記振動発生部の共振周波数を取得する前記ステップ（ｓ１２）は、前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得するステップであってもよい。
【００６４】
これにより、前記駆動部による前記振動発生部の強制的な振動と、前記共振周波数の取得とが、ほぼ同時に行われ得る。
（Ｃ１０）前記Ｃ０１ないし０９に記載の方法において、前記微小物体を吐出する前記ステップ（ｓ１）は、前記微小物体を前記ターゲット部の所定の位置に所定の周波数で衝突させることで、前記ステップ（ｓ２）にて前記振動発生部を所定の振動モードで振動させるように、当該微小物体を吐出するステップであってもよい。
これにより、前記振動発生部にて、所定のモードの振動が選択的に発生する。よって、前記微小物体の様々な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、前記振動発生部にて、１次撓みモードの振動を選択的に発生させることにより、極めて小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【発明の効果】
【００６５】
以上の通り、本発明の飛翔状態検出装置、及び飛翔状態検出方法においては、飛翔中の前記微小物体の飛翔経路中に前記ターゲット部を介在させ、前記圧電／電歪素子を用いて前記ターゲット部に対する前記微小物体の衝突の状態を検知するだけで、衝突微小物体の飛翔状態が検出され得る。すなわち、本発明によれば、前記微小物体を吐出する微小物体吐出装置から吐出された前記微小物体の飛翔状態（当該吐出装置における吐出状態）が、簡略かつ安価な装置構成によって良好に検出され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
以下、本発明の好適な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００６７】
＜ＤＮＡチップの構成＞
図１は、ＤＮＡチップの概略構成を示す外観図（斜視図）である。図２は、図１に示されているＤＮＡチップを拡大した断面図である。
【００６８】
図１に示されているように、ＤＮＡチップ１０は、顕微鏡スライドグラスからなるＤＮＡチップ基板１２上に、試料溶液の微小液滴による微小スポットＳが多数配列されることによって構成されている。
【００６９】
図２に示されているように、このＤＮＡチップ基板１２上における、微小スポットＳが形成されるべき位置には、突起１２ａが形成されている。この突起１２ａは、微小スポットＳが規定の位置からずれて滴下された場合に、その位置ずれを補正するために形成されている。すなわち、図２に示されているように、微小スポットＳの一部が突起１２ａにかかることで（二点鎖線参照）、当該微小スポットＳの表面張力によって、当該微小スポットＳが正規の位置に移動するようになっている。
【００７０】
また、ＤＮＡチップ基板１２の表面には、親水性を有するpoly-L-lysine層からなる試料担持層１４が形成されている。
【００７１】
＜マイクロピペットの構成＞
以下、上述のＤＮＡチップ１０を製造するために用いられるマイクロピペット（微小物体吐出部）の構成について説明する。図３は、当該マイクロピペットを拡大した断面図である。図４は、当該マイクロピペットにおける試料溶液の流路の構成を透視して示す斜視図である。図５は、当該マイクロピペットの平面図である。
【００７２】
図３を参照すると、マイクロピペット１００は、ノズルプレート１１０と、そのノズルプレート１１０の上面に固定されたキャビティユニット１２０と、そのキャビティユニット１２０の上面に固定されたアクチュエータユニット１３０とから構成されている。ノズルプレート１１０には、試料液体が通過可能な貫通孔であるノズル１１２が形成されている。
【００７３】
ノズルプレート１１０は、セラミックス製の薄板から構成されている。ノズルプレート１１０を構成する材料としては、例えば、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化珪素が、好適に用いられ得る。また、酸化ジルコニウムの中でも、完全安定化酸化ジルコニウムを主成分とする材料、及び部分安定化酸化ジルコニウムを主成分とする材料が、機械的強度の観点、及び圧電／電歪膜や電極膜の材料との反応性の観点から、最も好適に用いられ得る。
【００７４】
キャビティユニット１２０は、接続プレート１２１と、流路プレート１２２と、オリフィスプレート１２３と、キャビティプレート１２４と、注入口プレート１２５とから構成されている。これらの接続プレート１２１、流路プレート１２２、オリフィスプレート１２３、キャビティプレート１２４、及び注入口プレート１２５は、セラミックス製の薄板から構成されている。接続プレート１２１と、流路プレート１２２と、オリフィスプレート１２３と、キャビティプレート１２４と、注入口プレート１２５と、ノズルプレート１１０とは、この順に上から積層された状態で焼成されることで、一体に形成されている。
【００７５】
接続プレート１２１は、当該キャビティユニット１２０とノズルプレート１１０との接続部に配置されていて、ノズルプレート１１０の上面に接合されている。この接続プレート１２１には、ノズル１１２と同じ径の貫通孔であるノズル連通孔１２１ａが形成されている。このノズル連通孔１２１ａは、キャビティプレート１２４に形成されたキャビティ１２４ａと、試料送出孔１２６を介して接続されている。この試料送出孔１２６は、ノズル連通孔１２１ａよりも大きな径の貫通孔であり、流路プレート１２２及びオリフィスプレート１２３を貫通するように形成されている。
【００７６】
流路プレート１２２には、キャビティ１２４ａに向けて試料溶液を供給するための試料供給流路１２２ａが形成されている。この試料供給流路１２２ａとキャビティ１２４ａとは、オリフィスプレート１２３に形成された小径の貫通孔であるオリフィス１２３ａを介して接続されている。
【００７７】
注入口プレート１２５は、キャビティユニット１２０の最上層に配置されている。この注入口プレート１２５には、流路プレート１２２に形成された試料供給流路１２２ａに向けて試料溶液を注入するための貫通孔である試料注入口１２５ａが形成されている。この試料注入口１２５ａと、流路プレート１２２に形成された試料供給流路１２２ａとは、貫通孔である試料導入孔１２７を介して接続されている。この試料導入孔１２７は、オリフィスプレート１２３及びキャビティプレート１２４を貫通するように形成されている。
【００７８】
上述の通りに構成されたキャビティユニット１２０においては、図４に示されているような、試料注入口１２５ａからノズル１１２に至る試料溶液の流路が形成されている。すなわち、キャビティ１２４ａが加圧されることで、当該キャビティ１２４ａ内の試料溶液が、小径のオリフィス１２３ａを介して試料供給流路１２２ａに逆流することなく、試料送出孔１２６を介してノズル１１２に向けて送出され、当該ノズル１１２から試料溶液の微小液滴が外部に吐出されるように、オリフィス１２３ａの寸法が設定されている。
【００７９】
再び図３を参照すると、アクチュエータユニット１３０は、圧電／電歪層１３１と、その圧電／電歪層１３１の下面に固着して設けられた下部電極１３２と、圧電／電歪層１３１の上面に固着して設けられた上部電極１３３とを備えている。圧電／電歪層１３１は、キャビティ１２４ａに対応する位置（真上）に配置されている。下部電極１３２が注入口プレート１２５の上面に固着されることで、アクチュエータユニット１３０は、キャビティユニット１２０の上面に固定されている。このアクチュエータユニット１３０は、下部電極１３２と上部電極１３３との間に駆動電圧が印加されることで、キャビティ１２４ａ内の体積を変化させ、所定量の試料溶液をノズル１１２から吐出させ得るように構成されている。
【００８０】
下部電極１３２は、注入口プレート１２５の上面に形成された導電膜である下部電極配線パターン１３２ａと接続されている。上部電極１３３は、注入口プレート１２５の上面に形成された導電膜である上部電極配線パターン１３３ａと接続されている。
【００８１】
図５に示されているように、注入口プレート１２５の上面には、下部電極配線パターン１３２ａと接続された下部電極入力端子１４１が形成されている。また、注入口プレート１２５の上面には、上部電極配線パターン１３３ａと接続された上部電極入力端子１４２が形成されている。これらの下部電極入力端子１４１及び上部電極入力端子１４２は、アクチュエータユニット１３０を駆動するための外部機器と接続され得るように構成されていて、当該外部機器を介して下部電極入力端子１４１と上部電極入力端子１４２との間に駆動電圧が印加されることでアクチュエータユニット１３０が駆動されるようになっている。
【００８２】
＜分注装置の構成＞
次に、上述の構成を有するマイクロピペット１００を備えた分注装置の構成について説明する。図６は、当該分注装置の外観図であり、図６（ａ）が平面図、図６（ｂ）が側面図である。図７は、当該分注装置を分解した斜視図である。
【００８３】
図６（ａ）に示されているように、分注装置２００は、複数個（図中では１０個）のマイクロピペット１００が２次元的に配列されることによって構成されている。これら複数のマイクロピペット１００における、上述のノズルプレート１１０は、１枚のセラミック板として一体に成形されている。
【００８４】
分注装置２００は、マイクロピペット１００における各試料注入口１２５ａ（図５参照）に試料溶液を導入するための試料導入部材２１０を備えている。この試料導入部材２１０は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されているように、２次元的に配列されたマイクロピペット１００の上面に接続されている。試料導入部材２１０は、図７に示されているように、ノズルプレート１１０に形成されたネジ穴１１４、及び固定ボルト２１２によって、当該ノズルプレート１１０の上面にて固定されている。
【００８５】
図６（ｂ）を参照すると、試料導入部材２１０には、貫通孔からなる試料注入流路２１４が形成されている。この試料注入流路２１４の下端における開口は、マイクロピペット１００における各試料注入口１２５ａ（図５参照）と接続されている。また、試料注入流路２１４の上端における開口は、上方に向けて広がるラッパ状の管からなる導入チューブ２１６の下端と接続されている。
【００８６】
図７を参照すると、２次元的に配列された複数の導入チューブ２１６は、試料溶液を貯留するためのカートリッジ２２０にて下方に突出するように形成された複数の試料貯留部２２２と係合し得るように配置及び形成されている。カートリッジ２２０は、柔らかい合成樹脂を射出成形することで形成されている。このカートリッジ２２０は、試料貯留部２２２の底部に針等で孔を開けることで、当該試料貯留部２２２に貯留された試料溶液が導入チューブ２１６内に流入し、各試料注入口１２５ａに対してそれぞれ種類の異なる試料溶液が供給され得るように構成されている。
【００８７】
＜実施形態の飛翔状態検出装置の概略構成＞
次に、本発明の実施形態である飛翔状態検出装置の概略構成について説明する。図８は、上述の分注装置２００における試料溶液の吐出口を有するノズルプレート１１０の下方に、飛翔状態検出装置３００が配置された状態を示す側面図である。例えば、図１に示されているＤＮＡチップ基板１２と、当該飛翔状態検出装置３００とが、図示しないＸ−Ｙステージ上に配置されていて、当該Ｘ−Ｙステージを駆動することで、当該飛翔状態検出装置３００がノズルプレート１１０の下方に所定の位置関係で配置されるようになっている。
【００８８】
図８を参照すると、この飛翔状態検出装置３００は、分注装置２００における各マイクロピペット１００から試料溶液が正しく吐出されたか否かを検出し得るように構成されている。以下、本発明の飛翔状態検出装置３００の具体的な構成について説明する。
【００８９】
＜第１実施形態の飛翔状態検出装置の構成＞
図９（ａ）は、第１の実施形態の飛翔状態検出装置３００を拡大した断面図である。
【００９０】
図９（ａ）に示されているように、飛翔状態検出装置３００は、センサ基板３１０と、圧電／電歪素子３２０と、アパチャープレート３３０とを備えている。
【００９１】
センサ基板３１０は、板状部材から構成されている。このセンサ基板３１０は、セラミックスから形成されていることが好ましい。このセラミックとしては、例えば、完全安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニア、アルミナ、マグネシア、窒化珪素等が用いられ得る。このうち、完全安定化／部分安定化ジルコニアは、薄板状に構成しても靭性が高く機械的強度が大きいこと、圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪膜や電極材料との反応性が小さいことから、最も好適に採用され得る。
【００９２】
センサ基板３１０は、厚肉支持部３１１と、振動板（振動発生部）３１２とから構成されていて、当該厚肉支持部３１１と振動板３１２とは一体に成形されている。厚肉支持部３１１は、平板状部材からなる振動板３１２よりも厚く形成されている。振動板３１２は、長手方向（図中左右方向）を有する平板状部材であって、厚肉支持部３１１によって片持ち梁（カンチレバー）状に支持されている。
【００９３】
振動板３１２の固定端側である検知部３１２ａには、圧電／電歪素子３２０が着接されている。本実施形態においては、圧電／電歪素子３２０は、振動板３１２における図中上側の表面である内側表面３１２ｂ上に固着して設けられている。この圧電／電歪素子３２０は、片持ち梁である振動板３１２にて発生した振動を電気信号に変換し得るように構成されている。なお、圧電／電歪素子３２０の厚さは、振動板３１２に比べて充分に薄く形成されている（図９（ａ）においては、説明の便宜のため、圧電／電歪素子３２０の厚さが誇張されて図示されているものとする。以下の図１０ないし図２２においても同様である。）。
【００９４】
振動板３１２の自由端側（前記長手方向における一端側）であるターゲット部３１２ｃにおける、内側表面３１２ｂ上には、コーティング層３１３が形成されている。このコーティング層３１３は、前記試料溶液の微小液滴との間の親和性（濡れ性）が低い材質からなる薄膜によって構成されている。例えば、上述のＤＮＡチップ１０（図１及び図２参照）を形成するための前記試料溶液は水系の溶液であるため、コーティング層３１３の材質としては撥水性の材質（フッ素系合成樹脂等）が選択され得る。
【００９５】
センサ基板３１０の上方には、前記振動板３１２の前記内側表面３１２ｂと対向するようにアパチャープレート３３０が配置されている。このアパチャープレート３３０には、前記微小液滴が通過可能な貫通孔であるアパチャー３３１が形成されている。このアパチャー３３１が、マイクロピペット１００のノズルプレート１１０（図８参照）に形成されたノズル１１２（図３参照）と対向するように、アパチャープレート３３０が配置されている。
【００９６】
図９（ｂ）は、当該飛翔状態検出装置３００の平面図（上述の図８における、マイクロピペット１００のノズルプレート１１０側から当該飛翔状態検出装置３００を見た図）である。図９（ｃ）は、アパチャープレート３３０を取り除いた場合の平面図である。図９（ａ）ないし（ｃ）に示されているように、アパチャー３３１は、ターゲット部３１２ｃに形成されたコーティング層３１３と対向するように形成されている。また、図９（ａ）に示されているように、アパチャー３３１は、ターゲット部３１２ｃに形成されたコーティング層３１３よりも上方、すなわち、前記微小液滴の飛翔方向Ｄにおける上流側に形成されている。
【００９７】
上述の通り、この飛翔状態検出装置３００は、前記飛翔方向Ｄに沿った所定の飛翔経路上を飛翔中の前記微小液滴がアパチャー３３１を通過してターゲット部３１２ｃ（コーティング層３１３）に衝突し、この衝突によって振動板３１２に発生した振動が圧電／電歪素子３２０によって電気信号に変換されるように構成されている。
【００９８】
＜＜圧電／電歪素子の構成＞＞
図１０（ａ）は、前記振動板３１２の周囲を拡大した断面図である。図１０（ａ）に示されているように、圧電／電歪素子３２０は、圧電／電歪層３２１と、この圧電／電歪層３２１の一方の面に形成された下部電極３２２と、当該圧電／電歪層３２１の他方の面に形成された上部電極３２３と、から構成されている。圧電／電歪層３２１は、圧電効果及び圧電逆効果を示すいわゆる圧電／電歪材料（ＰＺＴ等）の薄板から構成されている。下部電極３２２及び上部電極３２３は、金属膜から構成されている。
【００９９】
＜＜振動板の構成＞＞
図１０（ｂ）は、前記振動板３１２の周囲を拡大した平面図である。
【０１００】
図１０（ｂ）に示されているように、振動板３１２における検知部３１２ａは、他の部分よりも狭い幅に形成されている。すなわち、前記試料溶液の微小液滴が上方（図１０（ａ）における上方）から飛翔してきてターゲット部３１２ｃ（コーティング層３１３）に衝突して、振動板３１２に振動が発生した場合に、検知部３１２ａに応力が集中し、この応力集中により圧電／電歪素子３２０にて大きな電圧が発生し得るように、振動板３１２の平面形状が設定されている。
【０１０１】
図１０（ｃ）は、前記センサ基板３１０の平面図である。図１０（ｃ）に示されているように、センサ基板３１０においては、複数の振動板３１２が、厚肉支持部３１１から略水平に延びるように形成されている。
【０１０２】
＜飛翔状態検出のための回路構成＞
次に、上述の装置構成を用いて、マイクロピペット１００（図８参照）からの試料溶液の微小液滴の吐出状態を判定するための回路構成について、図１１を用いて説明する。
【０１０３】
制御回路３４０は、圧電／電歪素子３２０にて生じた電圧を取得する電圧取得部３４１と、圧電／電歪素子３２０に対して駆動電圧を与える駆動部３４２と、前記電圧取得部３４１及び前記駆動部３４２と接続された演算・制御部３４３と、各マイクロピペット１００に対して駆動電圧を与える駆動部３４４と、を備えている。
【０１０４】
電圧取得部３４１は、ターゲット部３１２ｃ（図１０（ａ）参照）に試料溶液の微小液滴が衝突した場合に圧電／電歪素子３２０に生じる起電力を取得し得るように、圧電／電歪素子３２０と電気的に接続されている。駆動部３４２は、圧電／電歪素子３２０に対して駆動電圧を与えて当該圧電／電歪素子３２０を駆動することで、振動板３１２（図１０参照）を強制的に振動させ得るように、圧電／電歪素子３２０と電気的に接続されている。
駆動部３４２は、演算・制御部３４３の制御下で、任意の波形（直流を含む。また、交流であってもサイン波、矩形波、パルス波等の種々の波形を含む。）の電圧を圧電／電歪素子３２０に印加し得るように構成されている。
【０１０５】
演算・制御部３４３は、電圧取得部３４１から信号を受け取って適宜演算処理することで、振動板３１２（図１０参照）の振動状態（振動の大きさ、振動モード、共振周波数を含む）を検出し得るように構成されている。また、演算・制御部３４３は、駆動部３４２に対して駆動信号を与えることで、圧電／電歪素子３２０の駆動を制御し得るように構成されている。さらに、演算・制御部３４３は、各マイクロピペット１００における試料溶液の吐出を制御し得るように、駆動部３４４を介して各マイクロピペット１００と接続されている。
【０１０６】
＜第１実施形態の装置の動作説明＞
次に、上述した構成を有する第１の実施形態の飛翔状態検出装置３００による動作について、図面を参照しつつ説明する。
【０１０７】
＜＜ＤＮＡチップの製造工程＞＞
最初に、図１に示されているＤＮＡチップ１０の製造工程について説明する。この製造工程は、ＤＮＡチップ基板１２の表面にpoly-L-lysine層からなる試料担持層１４（図２参照）を形成する前処理工程と、ＤＮＡ断片を含む試料溶液を調製する試料調製工程と、得られた試料溶液をＤＮＡチップ基板１２上に供給する供給工程と、からなる。
【０１０８】
前処理工程は、以下のように行われる。まず、ＤＮＡチップ基板１２は、室温で少なくとも２時間、所定のアルカリ溶液に浸される。このアルカリ溶液としては、例えば、ＮａＯＨを蒸留水に溶かした後、更にエタノールを加えて、完全に透明になるまで攪拌することによって得られた溶液が用いられ得る。その後、ＤＮＡチップ基板１２は、当該アルカリ溶液から取り出されて蒸留水中で洗浄される。続いて、ＤＮＡチップ基板１２は、蒸留水中にpoly-L-lysineを加えることにより調製されたpoly-L-lysine液中に１時間程度浸される。その後、ＤＮＡチップ基板１２がpoly-L-lysine液から取り出され、遠心分離によって余分なpoly-L-lysine液がＤＮＡチップ基板１２から除去される。続いて、ＤＮＡチップ基板１２は、４０℃にて５分程度ほど乾燥される。これにより、表面にpoly-L-lysine試料担持層１４が形成されたＤＮＡチップ基板１２が得られる。
【０１０９】
試料調製工程は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）法によってＤＮＡ断片の塩基配列を増幅することでＰＣＲ産物を得る増幅工程と、得られたＰＣＲ産物を乾燥してＤＮＡ粉末を得る粉末生成工程と、得られたＤＮＡ粉末を緩衝液に溶かす混合工程とを含む。粉末生成工程においては、まず、ＰＣＲ産物に、３Ｍ（＝３mol／ｌ）の酢酸ナトリウムとイソプロパノールとが加えられ、数時間放置される。その後、この溶液が遠心分離されることで、ＤＮＡ断片が沈殿する。この沈殿したＤＮＡ断片がエタノールでリンスされ、遠心分離された後、乾燥されることで、ＤＮＡ粉末が生成される。混合工程においては、ＤＮＡ粉末にトリス−ＥＤＴＡ（ＴＥ）緩衝液が加えられ、完全に溶解するまで数時間放置される。これにより、試料溶液が調製される。この段階での試料溶液の濃度は１〜１０μｇ／μｌである。
【０１１０】
こうして得られた試料溶液は、図７に示されているカートリッジ２２０の試料貯留部２２２に貯留される。このカートリッジ２２０が、図６に示されている分注装置２００に装着されることによって、試料溶液が当該分注装置２００における各マイクロピペット１００に供給される。そして、試料溶液の微小液滴が各マイクロピペット１００からＤＮＡチップ基板１２（図１参照）に向けて吐出されることで、当該ＤＮＡチップ基板１２上に試料溶液の微小液滴が供給され、当該ＤＮＡチップ基板１２上に、多数個の試料溶液の微小スポットＳが、所定の配列となるように形成される。このようにして、ＤＮＡチップ１０が製造される。
【０１１１】
ここで、試料溶液の微小液滴は、通常、目視が困難である。よって、当該微小液滴がＤＮＡチップ基板１２上に所定の配列で正しく形成されているか否か（特定のマイクロピペット１００における不吐出等の吐出不良がないかどうか）は、目視では判定できない。一方、当該微小液滴の吐出経路の途中をレーザー光等でスキャンすることで、当該不吐出を判定することは可能である。しかし、そのようにレーザー光をスキャンして各マイクロピペット１００における吐出不良を判定するための装置構成は、非常に高価である。
【０１１２】
そこで、図８に示されているように、本実施形態の飛翔状態検出装置３００を用いることによって、分注装置２００における各マイクロピペット１００の吐出不良が判定される。この飛翔状態検出装置３００は、上述したような、きわめて簡略で製造コストが低廉となり得る構成を有している。もっとも、このような簡略な構成を有するにもかかわらず、当該飛翔状態検出装置３００による吐出不良の判定は確実に行われ得る。
【０１１３】
＜＜第１実施形態における飛翔状態検出の動作説明＞＞
次に、本実施形態（上述の各実施例を含む）の飛翔状態検出装置３００を用いた、マイクロピペット１００における試料溶液の微小液滴の吐出状態の判定動作について、図８ないし図１２を適宜参照しつつ説明する。ここで、図１２は、振動板３１２（図９、図１０参照）の振動の様子を示した図である。
【０１１４】
図８に示されているように、飛翔状態検出装置３００は、マイクロピペット１００におけるノズルプレート１１０の下方に配置される。そして、分注装置２００の駆動が、図１１における演算・制御部３４３及び駆動部３４４によって制御される。すなわち、演算・制御部３４３の制御下で、分注装置２００に備えられた各マイクロピペット１００におけるアクチュエータユニット１３０（図５参照）に対して駆動部３４４から駆動電圧が印加されることで、各マイクロピペット１００が駆動される。これにより、各マイクロピペット１００にて、前記試料溶液の微小液滴が、飛翔状態検出装置３００に向けて吐出される。
【０１１５】
図９を参照すると、上述のように前記微小液滴が吐出されることにより、当該微小液滴はアパチャー３３１を通過して、振動板３１２におけるターゲット部３１２ｃ（コーティング層３１３）に次々と衝突する。この衝突によって、振動板３１２が振動する。そして、当該振動に応じて、圧電／電歪素子３２０に起電力が生じる。すなわち、図１０における下部電極３２２と上部電極３２３との間に、振動板３１２の振動状態に応じた電圧が生じる。
【０１１６】
例えば、前記微小液滴が、ターゲット部３１２ｃの幅方向における中央部に衝突した場合（当該微小液滴の飛翔方向が所定方向Ｄと一致する場合）、図１２（ａ）に示されているように、振動板３１２が撓むように振動する（１次撓みモード）。これにより、検知部３１２ａに応力が生じる。この応力が、圧電／電歪素子３２０（図１０参照）によって起電力に変換される。
【０１１７】
一方、前記微小液滴が、ターゲット部３１２ｃの幅方向における中央部からオフセットした位置に衝突した場合（当該微小液滴の飛翔方向が所定方向Ｄから逸脱した場合）、図１２（ｂ）に示されているように、振動板３１２が捩れるように振動する（捩れモード）。これにより、検知部３１２ａに、図１２（ａ）における撓み変形の場合よりも小さな応力が生じる。これにより、圧電／電歪素子３２０（図１０参照）にて、上述の撓み変形の場合よりも小さな起電力が生じる。
【０１１８】
前記微小液滴の飛翔経路が所定の飛翔経路よりもさらに逸脱した場合、当該微小液滴は、アパチャー３３１を通過することなく、アパチャープレート３３０の上面と衝突する。この場合、当該微小液滴はターゲット部３１２ｃと衝突しないので、振動板３１２における振動が生じない（あるいは振幅がゼロに向かって収束する）。
【０１１９】
このように、圧電／電歪素子３２０にて、振動板３１２の振動状態（すなわち微小液滴のターゲット部３１２ｃに対する衝突状態）に応じた電圧が発生する。
【０１２０】
図１１を参照すると、圧電／電歪素子３２０にて発生した電圧が、電圧取得部３４１によって取得され、この電圧取得部３４１によって取得された起電力が演算・制御部３４３によって演算処理されることで、振動板３１２における振動状態が検出される。
【０１２１】
ここで、図１０及び図１１を参照すると、演算・制御部３４３は、振動板３１２の共振周波数をｆ0とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような特定周波数ｆ1で、マイクロピペット１００を駆動させる。これにより、当該特定周波数ｆ1に対応する周期Ｔで、前記試料溶液の微小液滴が次々と吐出される。
【０１２２】
また、振動板３１２によって当該微小液滴の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記共振周波数ｆ0に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で、前記微小液滴の吐出が行われるように、前記マイクロピペット１００の駆動が制御される。
【０１２３】
これにより、振動板３１２の共振周波数と略等しい周波数で当該振動板３１２が振動する。そして、この振動に同期した状態で、ターゲット部３１２ｃに対して前記微小液滴が次々に衝突する。よって、振動板３１２の振動が、当該微小液滴の衝突によって乱されることが抑制され得る。
【０１２４】
本実施形態の構成によれば、図１０（ｂ）及び図１２に示されているように、振動板３１２における検知部３１２ａは、他の部分よりも狭い幅に形成されている。これにより、前記試料溶液の微小液滴がターゲット部３１２ｃに衝突して、振動板３１２に振動が発生した場合に、検知部３１２ａに応力が集中する。この応力集中により、圧電／電歪素子３２０にて大きな電圧が発生し得る。
【０１２５】
＜＜第１実施形態における試料溶液の飛沫処理動作の説明＞＞
再び図９を参照すると、コーティング層３１３に衝突することで発生した前記試料溶液の飛沫のほとんどは、当該コーティング層３１３の表面上に長時間付着することなく、重力の作用で下方に落下する。これにより、振動板３１２の内側表面３１２ｂ上から前記試料溶液のほとんどが除去され得る。もっとも、前記飛沫の一部は、振動板３１２の内側表面３１２ｂ上から完全に除去されることなく、当該内側表面３１２ｂ上に残留し得る。
【０１２６】
そこで、以下のように、振動板３１２を外部的に強制振動させることで、前記飛沫を振動板３１２の内側表面３１２ｂ上から可及的に除去させ得る。
【０１２７】
図１１を参照すると、マイクロピペット１００の駆動停止中（前記試料溶液の微小液滴の吐出の停止中）に、駆動部３４２は、演算・制御部３４３の制御下で、圧電／電歪素子３２０に対して、前記共振周波数ｆ０の駆動電圧を印加する。これにより、圧電／電歪素子３２０が駆動され、振動板３１２（図９参照）が強制的に振動させられる。これにより、当該振動板３１２上に残留した前記試料溶液の飛沫が可及的に除去され得る。
【０１２８】
＜＜第１実施形態における共振周波数の取得動作の一例＞＞
もっとも、この振動板３１２の強制振動によっても、前記試料溶液が微量ながら当該振動板３１２上に残留して固化し得る。これにより、当該振動板３１２の共振周波数が変動し得る。そこで、図１１に示されている制御回路３４０によって、以下に説明するように、変動後の前記共振周波数を取得し得る。
【０１２９】
まず、駆動部３４２は、演算・制御部３４３の制御下で、圧電／電歪素子３２０に対して直流電圧を所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加した後、当該直流電圧の印加を遮断する。これにより、圧電／電歪素子３２０にて減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、圧電／電歪素子３２０に交流の電圧が発生する。このようにして圧電／電歪素子３２０にて発生した電圧波形は、電圧取得部３４１を介して、演算・制御部３４３によって取得される。演算・制御部３４３は、この電圧波形の周波数を取得することで、変動後の前記共振周波数が取得され得る。この取得された新たな共振周波数は、以降の駆動部３４２による圧電／電歪素子３２０の駆動のために用いられ得る。
【０１３０】
＜第２実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第２の実施形態について、図１３を用いて説明する。なお、本実施形態において、上述の第１実施形態と同様の作用・機能を有する構成要素については、図示が省略され、又は上述の第１実施形態と同一の符号が付され、上述の第１実施形態における説明が援用され得るものとする（以降の他の実施形態及び変形例についても同様である）。
【０１３１】
図１３（ａ）は、第２の実施形態に係る振動板３１２の周辺を拡大した平面図である。図１３（ｂ）は、当該振動板３１２の振動の様子を示した図である。
【０１３２】
図１３（ａ）に示されているように、振動板３１２における検知部３１２ａには、２つの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが設けられている。これらの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂは、演算・制御部３４３（図１１参照）に対してそれぞれ電気回路的に接続されている。また、２つの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂは、図１０（ａ）に示されている圧電／電歪素子３２０と同様の構成を有していて、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂの圧電／電歪層（図１０（ａ）における圧電／電歪層３２１参照）の分極方向は同一であるものとする。
【０１３３】
かかる構成によれば、図１３（ｂ）に示されているように、振動板３１２にて捩れモードの振動が生じた場合、圧電／電歪素子３２０ａの出力電圧波形と圧電／電歪素子３２０ｂの出力電圧波形との間で、半周期分の位相差が生じる。一方、振動板３１２にて１次撓みモードの振動が生じた場合、圧電／電歪素子３２０ａの出力電圧波形と圧電／電歪素子３２０ｂの出力電圧波形との間の位相差が生じなくなる。よって、圧電／電歪素子３２０ａの出力電圧波形と圧電／電歪素子３２０ｂの出力電圧波形とを比較することで、振動板３１２に生じている振動モードが判定される。これにより、振動板３１２のターゲット部３１２ｃに対する前記微小液滴の衝突状態、すなわち当該微小液滴の飛翔状態が判定され得る。
【０１３４】
＜第３実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第３の実施形態について、図１４を用いて説明する。
【０１３５】
図１４（ａ）においては、１枚の振動板３１２に２つの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが設けられている。一方の圧電／電歪素子３２０ａは、駆動部３４２と接続されている。また、他方の圧電／電歪素子３２０ｂは、電圧取得部３４１と接続されている。この駆動部３４２は、上述の通り、演算・制御部３４３（図１１参照）の制御下で、任意の波形（直流を含む。また、交流であってもサイン波、矩形波、パルス波等の種々の波形を含む。）の電圧を圧電／電歪素子３２０ａに印加し得るように構成されている（後述する図１４（ｂ），図１４（ｃ），図１５（ａ）〜（ｃ）における駆動部３４２も同様である）。
【０１３６】
かかる構成によれば、上述の第１実施形態と同様に、駆動部３４２によって、圧電／電歪素子３２０ａに対して直流電圧が所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加され、その後、当該直流電圧の印加が遮断される。これにより、振動板３１２と、圧電／電歪素子３２０ａと、圧電／電歪素子３２０ｂとからなる振動系において減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、圧電／電歪素子３２０ｂに交流の電圧が発生する。このようにして圧電／電歪素子３２０ｂにて発生した電圧波形に基づいて、振動板３１２の共振周波数が取得され得る。この取得された新たな共振周波数は、以降の駆動部３４２による圧電／電歪素子３２０の駆動のために用いられ得る。
【０１３７】
また、かかる構成によれば、上述の第１実施形態とは異なり、駆動部３４２から一方の圧電／電歪素子３２０ａに対して交流電圧を印加しつつ、他方の圧電／電歪素子３２０ｂにて生じた起電力の波形を電圧取得部３４１により取得することで、短時間で振動板３１２の共振周波数が取得され得る。この場合、駆動部３４２は、時間の経過とともに周波数が変化するような波形の交流電圧を出力する。そして、電圧取得部３４１によって取得された電圧が極大値となった場合、あるいは、インピーダンスや位相が急激に変化した場合の周波数が、共振周波数の取得値として採択され得る。
【０１３８】
さらに、前記構成によれば、上述の第２の実施形態と同様に、圧電／電歪素子３２０ｂの出力に基づいて捩れモードの判定を行うことができる。なお、一方の圧電／電歪素子３２０ａを、電圧取得部３４１にも接続する（すなわち、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂを電圧取得部３４１に接続する）ことによっても、上述の第２の実施形態と同様な構成にて捩れモードの判定が行われ得る。
【０１３９】
図１４（ｂ）においては、１枚の振動板３１２に４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄが設けられている。圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｄとは、振動板３１２の幅方向における中心線Ｃを挟んで対称に配置されている。同様に、圧電／電歪素子３２０ｂと圧電／電歪素子３２０ｃとは、前記中心線Ｃを挟んで対称に配置されている。圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂは、駆動部３４２と接続されている。圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４０】
かかる構成によれば、上述の図１４（ａ）における構成と同様に、直流電圧印加による共振周波数の取得、交流電圧印加による共振周波数の取得、及び捩れモードの判定が行われ得る。
【０１４１】
図１４（ｃ）においては、１枚の振動板３１２に３つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｃが設けられている。圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｃとは、振動板３１２の幅方向における中心線Ｃを挟んで対称に配置されている。圧電／電歪素子３２０ｂは、前記中心線Ｃ上に配置されている。圧電／電歪素子３２０ａは、駆動部３４２と接続されている。圧電／電歪素子３２０ｂ及び３２０ｃは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４２】
かかる構成によれば、上述の図１４（ａ）や図１４（ｂ）における構成と同様に、直流電圧印加による共振周波数の取得、交流電圧印加による共振周波数の取得、及び捩れモードの判定が行われ得る。すなわち、例えば、圧電／電歪素子３２０ｂの出力によって撓みモードの検出を行いつつ、圧電／電歪素子３２０ｃの出力によって捩れモードの検出が行われ得る。これにより、振動板３１２の振動状態の判定がより明確に行われ得る。
なお、本実施形態の構成においては、撓みモード及び捩れモードの共振周波数の比を、実験や有限要素法等によるシミュレーション等によって得ておくことで、捩れモードの共振周波数から撓みモードの共振周波数を算出し得る。これにより、撓みモード及び捩れモードの双方を利用して前記微小液滴の飛翔状態を検出することが可能になる。
【０１４３】
＜第４実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第４の実施形態について、図１５を用いて説明する。
【０１４４】
図１５（ａ）においては、１枚の振動板３１２に４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄが設けられている。振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｄとは、駆動部３４２と接続されている。また、振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ｂと圧電／電歪素子３２０ｃとは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４５】
図１５（ｂ）においては、１枚の振動板３１２に３つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｃが設けられている。振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｃとは、駆動部３４２と接続されている。また、振動板３１２の幅方向における中央に位置する圧電／電歪素子３２０ｂは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４６】
図１５（ｃ）においては、１枚の振動板３１２に３つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｃが設けられている。振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｃとは、電圧取得部３４１と接続されている。また、振動板３１２の幅方向における中央に位置する圧電／電歪素子３２０ｂは、駆動部３４２と接続されている。
【０１４７】
すなわち、上述の図１５（ａ）ないし図１５（ｃ）の構成においては、振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子に対して、電圧印加又は起電力測定が行われ得るようになっている。なお、いずれの場合においても、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・は、振動板３１２の一方の表面上にて、圧電／電歪層の方向が同一となるように配置されているものとする。
【０１４８】
かかる構成によれば、各圧電／電歪素子の接続の組み合わせにより、振動板３１２が１次撓みモード及び捩れモードで強制的に振動され得る。また、各圧電／電歪素子の接続の組み合わせにより、振動板３１２における１次撓みモード及び捩れモードの共振周波数が取得され得る。
【０１４９】
例えば、電圧印加する圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｃ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、当該２つの圧電／電歪素子における下部電極をともに接地し、当該２つの圧電／電歪素子における上部電極に同位相の交流電圧を印加することで、振動板３１２に１次撓みモードの振動が発生する。
【０１５０】
また、電圧印加する圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｃ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、一方の圧電／電歪素子における下部電極と他方の圧電／電歪素子の上部電極を接地し、残りの電極に同位相の交流電圧を印加することで、振動板３１２に捩れモードの振動が発生する。
【０１５１】
また、起電力測定が行われる圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｂ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、一方の圧電／電歪素子における下部電極と他方の圧電／電歪素子の上部電極とを接続し、残りの電極間の起電力を測定することで、振動板３１２における１次撓みモードの振動の共振周波数を取得することができる。
【０１５２】
また、起電力測定が行われる圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｂ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、当該２つの圧電／電歪素子における下部電極同士を接続し、当該２つの圧電／電歪素子における上部電極間の起電力を測定することで、振動板３１２における捩れモードの振動の共振周波数を取得することができる。
【０１５３】
＜第５実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第５の実施形態について、図１６を用いて説明する。図１６（ａ）は、本実施形態の構成を拡大した平面図である。図１６（ｂ）及び（ｃ）は、本実施形態における圧電／電歪素子の電気回路的な接続構成を示した図である。
【０１５４】
図１６（ａ）に示されているように、本実施形態においては、１枚の振動板３１２上に４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄが、当該振動板３１２の幅方向について対称に配置されている。これら４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄは、例えば、図１６（ｂ）や（ｃ）に示されているように相互に接続され得る。
【０１５５】
図１６（ｂ）に示されている接続状態においては、圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとが接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂと、圧電／電歪素子３２０ｃの上部電極３２３ｃとが接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｃの下部電極３２２ｃと、圧電／電歪素子３２０ｄの上部電極３２３ｄとが接続されている。そして、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｄの下部電極３２２ｄとの間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。すなわち、各圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄがすべて電気回路的に直接に接続されている。
【０１５６】
図１６（ｃ）に示されている接続状態においては、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとが接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｄの上部電極３２３ｄと、圧電／電歪素子３２０ｃの下部電極３２２ｃとが接続されている。すなわち、圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｂとが電気回路的に接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｃと圧電／電歪素子３２０ｄとが電気回路的に接続されている。
【０１５７】
電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂにおける一方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂから構成され、他方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａから構成されている。また、電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄにおける一方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ｃの上部電極３２３ｃから構成され、他方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ｄの下部電極３２２ｄから構成されている。そして、前記一方の出力端同士が短絡されていて、前記他方の出力端の間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。
【０１５８】
ここで、以下の動作説明を単純化するために、図１６（ａ）の構成の振動板３１２におけるターゲット部３１２ｃに前記試料溶液の微小液滴が衝突した場合に、上述の２つの振動モード（１次撓みモード及び捩れモード）のいずれか一方が現れるものとし、当該振動によって、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄに以下のような振幅の起電力が生じるものとする。
【０１５９】
１次撓みモード：Ｖ1，Ｖ1，Ｖ1，Ｖ1
捩れモード：Ｖ1，０．５Ｖ1，０．５Ｖ1，Ｖ1
【０１６０】
すなわち、捩れモードの場合、振動板３１２の幅方向における両端部に位置する圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｄには、中央寄りに位置する圧電／電歪素子３２０ｂ及び３２０ｃよりも大きな起電力が生じる。
【０１６１】
図１６（ｂ）に示されている接続状態においては、振動板３１２に完全な１次撓みモードの振動が生じた場合、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄの出力Ｖ1が合算されることで、４Ｖ1の出力が生じる。これにより、当該１次撓みモードの振動による出力電圧が大きくなる。よって、きわめて微小な液滴がターゲット部３１２ｃに衝突した場合であっても、高感度で当該衝突が検出され得る。
【０１６２】
また、図１６（ｂ）に示されている接続状態においては、振動板３１２における捩れモードの振動により、当該振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｄとに、絶対値が等しく位相が半波長ずれた起電力±Ｖ1が生じる。同様に、振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ｂと圧電／電歪素子３２０ｃとに、絶対値が等しく位相が半波長ずれた起電力±０．５Ｖ1が生じる。そして、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄの出力が合算されると、出力電圧は０になる。すなわち、振動板３１２に完全な捩れモードの振動が生じた場合、図１６（ｂ）に示されている回路の出力電圧が０になる。
【０１６３】
図１６（ｃ）に示されている接続状態においては、振動板３１２における１次撓みモードの振動により、電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂにおける出力端である上部電極３２３ｂと下部電極３２２ａとの間には２Ｖ1の起電力が生じる。また、電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄにおける出力端である上部電極３２３ｃと下部電極３２２ｄとの間にも２Ｖ1の起電力が生じる。そして、上部電極３２３ｂと上部電極３２３ｃとは短絡されている。よって、振動板３１２に完全な１次撓みモードの振動が生じた場合、図１６（ｃ）に示されている回路の出力電圧は０になる。
【０１６４】
また、図１６（ｃ）に示されている接続状態においては、振動板３１２における捩れモードの振動により、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂにおける出力端である上部電極３２３ｂと下部電極３２２ａとの間には＋１．５Ｖ1の起電力が生じる。これと同時に、圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄにおける出力端である上部電極３２３ｃと下部電極３２２ｄとの間には、−１．５Ｖ1の起電力が生じる。よって、振動板３１２に完全な捩れモードの振動が生じた場合、図１６（ｂ）に示されている回路の出力電圧が３Ｖ1になる。
【０１６５】
このように、振動板３１２に複数の圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・を配置し、これらの電気回路的な接続状態を適宜設定することにより、前記微小液滴の飛翔状態の検出がより高感度で行われ、振動モードの判定がより容易に行われ得る。
また、本実施形態においては、複数の圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・が、それぞれ直列的に（図１１における演算・制御部３４３を介さずに）電気回路的に接続されることで、図１６（ｂ）及び（ｃ）の回路構成が形成されている。したがって、本実施形態によれば、図１１における演算・制御部３４３の内部の回路構成が単純化され、当該演算・制御部３４３における信号処理が簡略化され得る。
【０１６６】
＜第６実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第６の実施形態について、図１７を用いて説明する。図１７（ａ）は、本実施形態の構成を拡大した側断面図である。図１７（ｂ）は、本実施形態における圧電／電歪素子の電気回路的な接続構成を示した図である。
【０１６７】
図１７（ａ）に示されているように、本実施形態においては、振動板３１２の検知部３１２ａにおける内側表面３１２ｂ上に、圧電／電歪素子３２０ａが設けられている。また、振動板３１２の検知部３１２ａにおける外側表面３１２ｄ上に、圧電／電歪素子３２０ｂが設けられている。すなわち、振動板３１２の両面にそれぞれ圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが配置されている。なお、振動板３１２の外側表面３１２ｄ上に配置された圧電／電歪素子３２０ｂの「下部電極」３２２ｂは、振動板３１２に近接する側の電極を指すものとする。
【０１６８】
図１７（ｂ）に示されているように、本実施形態においては、圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとが短絡されている。そして、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとの間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。
【０１６９】
かかる構成において、振動板３１２に振動が発生すると、当該振動板３１２の内側表面３１２ｂ上の圧電／電歪素子３２０ａと、当該振動板３１２の外側表面３１２ｄ上の圧電／電歪素子３２０ｂとには、当該振動板３１２の振動状態に応じた起電力が発生する。ここで、例えば、振動板３１２のターゲット部３１２ｃが図中下方に変位している場合、圧電／電歪素子３２０ａの圧電／電歪層３２１ａには引張応力が生じ、圧電／電歪素子３２０ｂの圧電／電歪層３２１ｂには圧縮応力が生じる。よって、当該振動板３１２の内側表面３１２ｂ上の圧電／電歪素子３２０ａと、当該振動板３１２の外側表面３１２ｄ上の圧電／電歪素子３２０ｂとには、絶対値が略同一で位相が半波長ずれた起電力の波形が生じる。そして、図１７（ｂ）に示されている回路の出力は、圧電／電歪素子３２０ａしかない場合（圧電／電歪素子３２０ｂがない場合）の２倍となる。これにより、きわめて微小な液滴がターゲット部３１２ｃに衝突した場合であっても、高感度で当該衝突が検出され得る。
【０１７０】
＜第７実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第７の実施形態について、図１８を用いて説明する。図１８（ａ）は、本実施形態の構成を拡大した側断面図である。図１８（ｂ）は、本実施形態における圧電／電歪素子の電気回路的な接続構成を示した図である。
【０１７１】
図１８（ａ）に示されているように、本実施形態においては、振動板３１２の検知部３１２ａにおける内側表面３１２ｂ上に、圧電／電歪素子３２０ａが設けられている。また、圧電／電歪素子３２０ｂは、絶縁層３２４を挟んで圧電／電歪素子３２０ａの上側に配置されている。圧電／電歪素子３２０ａ、絶縁層３２４、及び圧電／電歪素子３２０ｂは、焼成により一体に形成されている。
【０１７２】
図１８（ｂ）に示されているように、本実施形態においては、圧電／電歪素子３２０ａにおける圧電／電歪層３２１ａの分極方向が、圧電／電歪素子３２０ｂにおける圧電／電歪層３２１ｂの分極方向と反対になるように、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが構成されている。圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとは、短絡されている。そして、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとの間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。すなわち、圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｂとが電気回路的に接続されている。
【０１７３】
かかる構成によれば、図１８（ｂ）に示されている回路の出力は、圧電／電歪素子３２０ａしかない場合（圧電／電歪素子３２０ｂがない場合）の２倍となる。これにより、きわめて微小な液滴がターゲット部３１２ｃに衝突した場合であっても、高感度で当該衝突が検出され得る。
【０１７４】
＜変形例の示唆＞
なお、上述の各実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において種々の変形を施すことができることは当然である。
【０１７５】
以下、先願主義の下で本願の出願の際に追記し得る程度（時間の許す限り）で、変形例について幾つか例示する。しかしながら、変形例とてこれらに限定されるものではないことはいうまでもない。本願発明を、上述の実施形態、及び下記変形例の記載に基づき限定解釈すること（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素を、実施形態等の記載に基づき限定解釈すること）は、先願主義の下で出願を急ぐ出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、発明の保護及び利用を目的とする特許法の目的に反し、許されない。また、下記変形例が、互いに矛盾しない範囲で、それぞれ適宜組み合わされ得ることはいうまでもない。
【０１７６】
（ｉ）本発明は、上述の実施形態のような、マイクロピペットによって吐出された微小液滴の飛翔状態の検出に限定されない。また、本発明によって飛翔状態が検出し得る微小物体の種類も、微小液滴に限定されない。また、微小物体の飛翔方向も、鉛直下方に限定されない。さらに、微小物体の飛翔状態の検出の際に行われる電気信号の処理にあたっては、上述の実施形態のような電圧の他、電流、周波数、位相等も用いられ得る。
【０１７７】
（ii）例えば、図９におけるアパチャープレート３３０は省略可能である。また、コーティング層３１３も省略可能である。さらに、コーティング層３１３の形成方法も、ペースト塗布やスクリーン印刷等の厚膜形成法の他、蒸着等の薄膜形成法が用いられ得る。さらに、コーティング層３１３によって、振動板３１２の内側表面３１２ｂの全体が覆われていてもよい。
【０１７８】
（iii）図９ないし図１６に示されている構成において、圧電／電歪素子３２０（３２０ａ・・・）が、図１７に示されている両面構成や、図１８に示されている多層構成であってもよい。もちろん、両面かつ多層構成であってもよい。
【０１７９】
（iv）図１６ないし図１８における、圧電／電歪素子の個数、分極方向及び各電極間の接続関係は、任意に変更され得る。ここで、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・の間の接続は、配線パターン等によって直接に行われてもよい。あるいは、各圧電／電歪素子３２０ａ等がそれぞれ個別に電圧取得部３４１（図１１参照）に接続されていて、演算・制御部３４３における信号の処理によって、各圧電／電歪素子３２０ａ等が実質的に電気回路的に接続されているような状態であってもよい。
【０１８０】
（ｖ）図１８において、圧電／電歪素子３２０ａにおける圧電／電歪層３２１ａの分極方向と、圧電／電歪素子３２０ｂにおける圧電／電歪層３２１ｂの分極方向とが同一であってもよい。この場合、絶縁層３２４を省略して、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとを一体に成形することで、振動状態に応じた電圧が圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとの間に生じるようにしてもよい。
【０１８１】
（vi）図１９に示されているように、振動板３１２が円盤形状に形成されていてもよい。この場合、厚肉支持部３１１は、振動板３１２よりも小さな半径の円盤状に形成され、当該振動板３１２の略中央に配置される。また、圧電／電歪素子３２０は平面視にて略ドーナツ状に形成される。
【０１８２】
（vii）図２０に示されているように、検知部３１２ａ及びターゲット部３１２ｃが、長方形状の板状部材から構成されていて、当該ターゲット部３１２ｃが検知部３１２ａの長手方向に沿った中心軸を中心としてシーソー状に配置されていてもよい。
【０１８３】
（viii）図２１に示されているように、振動板３１２の構造としては、検知部３１２ａにて応力集中が生じるような様々な構造が採用され得る。
【０１８４】
例えば、図２１（ａ）に示されているように、ターゲット部３１２ｃから検知部３１２ａに向かうにつれて振動板３１２の幅が連続的に狭くなるように、振動板３１２が形成されていてもよい。
【０１８５】
また、図２１（ｂ）に示されているように、検知部３１２ａの厚さが他の部分よりも薄くなるように、振動板３１２が形成されていてもよい。かかる構成においては、ターゲット部３１２ｃに微小物体が衝突した場合、当該ターゲット部３１２ｃを含む部分（検知部３１２ａ以外の部分）には撓みがほとんど生じない。また、当該ターゲット部３１２ｃを含む部分の質量は検知部３１２ａに比べて非常に大きい。
【０１８６】
したがって、図２１（ｂ）に示されている構成によれば、ターゲット部３１２ｃに微小物体が衝突することで、当該衝突の影響による応力が検知部３１２ａにて効率よく発生する。また、振動板３１２のターゲット部３１２ｃに異物等が付着しても、当該振動板３１２の共振周波数のシフトを小さく抑えることができる。
【０１８７】
さらに、図２１（ｃ）に示されているように、検知部３１２ａの弾性率を、それ以外の部分の弾性率よりも小さくすることによって、図２１（ｂ）の場合と同様の作用・効果を得ることができる。なお、図２１（ｃ）に示されている構成において、振動板３１２の幅は、一様でもよいし、図１０（ｂ）や図２１（ａ）に示されているように、検知部３１２ａの幅がそれ以外の部分よりも狭く形成されていてもよい。さらに、振動板３１２の厚さも、図２１（ｂ）に示されているように、検知部３１２ａの厚さが他の部分よりも薄くなるようにしてもよい。
【０１８８】
（ix）図２２に示されているように、圧電／電歪素子３２０は、振動板３１２の内側表面３１２ｂの裏側に形成されていてもよい。
【０１８９】
（ｘ）図２３（ａ）に示されているように、アパチャープレート３３０に複数のアパチャー３３１を形成し、図２３（ｂ）に示されているように、当該複数のアパチャー３３１を通過した微小物体が同時に振動板３１２に衝突するように、当該振動板３１２の幅寸法が設定されていてもよい。なお、図２３（ｂ）に示されている構成において、図２３（ａ）に示されているアパチャープレート３３０を省略することも可能である。
【０１９０】
（xi）図９ないし図２３に示されている構成において、振動板３１２の自由端側（ターゲット部３１２ｃ及びコーティング層３１３側）が、当該振動板３１２の固定端側（検知部３１２ａ側）よりも低くなるように、振動板３１２（センサ基板３１０）を水平面と交差して配置してもよい。これにより、振動板（ターゲット部３１２ｃ及びコーティング層３１３）に衝突した前記試料溶液の微小液滴の飛沫が重力により振動板３１２の下方に流出し得る。
【０１９１】
（xii）その他、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態・実施例や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能な、いかなる構造をも含む。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】ＤＮＡチップの概略構成を示す外観図（斜視図）である。
【図２】図１に示したＤＮＡチップを拡大した断面図である。
【図３】マイクロピペットを拡大した断面図である。
【図４】図３に示したマイクロピペットにおける試料溶液の流路の構成を拡大しつつ透視して示す斜視図である。
【図５】図３に示したマイクロピペットを拡大した平面図である。
【図６】図３に示したマイクロピペットを備えた分注装置の外観を示す概略構成図である。図６（ａ）が平面図であり、図６（ｂ）が側面図である。
【図７】図６に示した分注装置を分解した斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る飛翔状態検出装置が、図６に示した分注装置に装着された状態を示す側面図である。
【図９】図８に示した飛翔状態検出装置の第１の実施形態の構成を拡大した図である。図９（ａ）が側断面図であり、図９（ｂ）が平面図であり、図９（ｃ）が当該飛翔状態検出装置の内部構成を露出した平面図である。
【図１０】図９に示した飛翔状態検出装置の要部を示す図である。図１０（ａ）が側断面図であり、図１０（ｂ）が平面図であり、図１０（ｃ）が複数の微小物体の飛翔状態を同時に検出し得る構成の一例を示す平面図である。
【図１１】図９に示した飛翔状態検出装置を用いて試料溶液の微小液滴の吐出状態を判定するための回路構成図である。
【図１２】図９及び図１０に示した振動板の振動の様子を示した斜視図である。図１２（ａ）が１次撓みモードの振動の様子を示した図であり、図１２（ｂ）が捩れモードの振動の様子を示した図である。
【図１３】図８に示した飛翔状態検出装置の第２の実施形態の構成を拡大した図である。図１３（ａ）が平面図であり、図１３（ｂ）が振動板の振動の様子を示す斜視図である。
【図１４】図８に示した飛翔状態検出装置の第３の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１５】図８に示した飛翔状態検出装置の第４の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１６】図８に示した飛翔状態検出装置の第５の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１７】図８に示した飛翔状態検出装置の第６の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１８】図８に示した飛翔状態検出装置の第７の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１９】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大平面図である。
【図２０】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の、他の変形例を示す拡大平面図である。
【図２１】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大図である。
【図２２】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大断面図である。
【図２３】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大平面図である。
【符号の説明】
【０１９３】
１００…マイクロピペット、 １１０…ノズルプレート、 １１２…ノズル、
１２０…キャビティユニット、１２４ａ…キャビティ、 １２５ａ…試料注入口、
１３０…アクチュエータユニット、２００…分注装置、 ２１０…試料導入部材、
２１４…試料注入流路、 ２１６…導入チューブ、 ２２０…カートリッジ、
２２２…試料貯留部、 ３００…飛翔状態検出装置、３１０…センサ基板、
３１１…厚肉支持部、 ３１２…振動板、 ３１２ａ…検知部、
３１２ｂ…内側表面、 ３１２ｃ…ターゲット部、 ３１２ｄ…外側表面、
３１３…コーティング層、
３２０，３２０ａ，３２０ａ１，３２０ａ２，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄ…圧電／電歪素子、
３２１，３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃ，３２１ｄ…圧電／電歪層、
３２２，３２２ａ，３２２ｂ，３２２ｃ，３２２ｄ…下部電極、
３２３，３２３ａ，３２３ｂ，３２３ｃ，３２３ｄ…上部電極、
３２４…絶縁層、 ３３０…アパチャープレート、３３１…アパチャー、
３４０…制御回路、 ３４１…電圧取得部、 ３４２…駆動部、
３４３…演算・制御部、 Ｄ…飛翔方向、 Ｓ…微小スポット
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得る飛翔状態検出装置及び飛翔状態検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、いわゆるＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）を製造するための製造方法として、様々なものが知られている。このＤＮＡチップは、数千から一万種類以上の異なる種類のＤＮＡ断片の微小スポットを、顕微鏡スライドグラス等の基板上に高密度に整列・固定させることによって構成されている。
【０００３】
このＤＮＡチップの製造方法として、微小体積の液滴を吐出し得るマイクロピペットを用いた方法が知られている（例えば下記特許文献１，２参照）。このマイクロピペットは、外部から試料を注入するための注入口と、その注入口から注入された試料が充填されるキャビティと、そのキャビティと連通する吐出口と、その吐出口から試料を吐出させるためにキャビティ内の体積を変化させ得るように構成された圧電／電歪素子と、を備えている。
【０００４】
上述のＤＮＡチップの製造方法によれば、圧電／電歪素子が駆動されることにより、キャビティ内の体積が変化する。このキャビティ内の体積変化により、試料溶液が、キャビティから吐出口に向かって層流で移動する。すなわち、一定量の試料溶液が、キャビティから吐出口に向けて送られる。この一定量の試料が当該吐出口から吐出されることで、試料溶液の微小液滴が発生する。このようにしてマイクロピペットから吐出された試料溶液の微小液滴が、基板上に付着して、当該基板上に微小スポットとして整列・固定されることによって、ＤＮＡチップを作製することができる。
【０００５】
上述のような、ＤＮＡチップの製造方法に用いられるマイクロピペット等のように、微小物体を吐出し得るように構成された装置（以下、単に「微小物体吐出装置」と称する。）は、様々な技術分野にて利用可能である。
【０００６】
なお、この種の微小物体の質量を測定可能に構成された質量センサが広く知られている（例えば下記特許文献３参照）。この質量センサは、圧電／電歪素子が配設された振動板の上に微小物体が付着した場合に、当該微小物体の付着による振動板の質量変化によって変化する当該振動板の共振周波数の変化を測定することで、当該振動板の質量変化（すなわち当該微小物体の質量）を測定し得るように構成されている。
【特許文献１】特開２００１−１２４７８９号公報
【特許文献２】特開２００１−１８６８８１号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この種の微小物体吐出装置においては、前記微小物体の乾燥・固化物や、異物等が、吐出口の周辺に付着したり、吐出口を塞いだりする場合がある。このような場合、当該微小物体が吐出対象物における所定の位置に向けて正しく吐出されないという、不具合が生じる（例えば、特許文献１の段落［００１０］や［００１９］等参照）。
【０００８】
また、前記特許文献３に記載されているような質量センサを用いて、微小物体の飛翔状態を検出しようとしても、当該質量センサによる飛翔状態検出は、上述の振動板に或る程度の（共振周波数の変化が測定され得る程度の）時間にわたって付着し得るような性質の微小物体に対してしか適用され得ない。また、当該質量センサによる飛翔状態検出によれば、同一の微小物体吐出装置から一定周期で断続的に微小物体が吐出される場合に、当該微小物体の飛翔状態を同一のセンサによって連続的に検出することが困難であった。
【０００９】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、前記微小物体吐出装置から吐出された微小物体の飛翔状態（当該吐出装置における吐出状態）を良好に検出し得る、飛翔中の微小物体の飛翔状態検出方法、及び簡略かつ安価な装置構成の飛翔状態検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（Ａ）かかる目的を達成するために、本発明の、微小物体の飛翔状態検出装置（以下、単に「飛翔状態検出装置」と称する）は、飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得るように、以下の構成を備えている。
【００１１】
（Ａ０１）本発明の飛翔状態検出装置は、振動発生部と、その振動発生部にて発生した前記振動を電気信号に変換するように構成された圧電／電歪素子と、を備えている。前記振動発生部は、前記微小物体が衝突するターゲット部を備えていて、当該ターゲット部に前記微小物体が衝突することで振動が発生するように構成されている。
【００１２】
かかる構成を有する本発明の飛翔状態検出装置においては、飛翔中の前記微小物体が前記ターゲット部に衝突すると、前記振動発生部が振動する。この振動は、前記圧電／電歪素子によって電気信号に変換される。この電気信号に基づいて、微小物体の飛翔状態が検出され得る。
【００１３】
（Ａ０２）前記構成Ａ０１において、単一の前記振動発生部に対して複数の前記ターゲット部が設けられていてもよい。例えば、複数の前記ターゲット部に対して、当該ターゲット部の数と同数の前記微小物体が同時に衝突するように微小物体吐出装置を制御することで、複数の微小物体飛翔経路の各々における前記微小物体の飛翔状態を同時に検出することができる。これにより、飛翔状態検出のための時間を短縮することができる。また、飛翔状態検出のための回路構成を簡略化することができる。
【００１４】
（Ａ０３）前記構成Ａ０１又はＡ０２において、複数の前記圧電／電歪素子が、互いに電気回路的に接続されていてもよい。かかる構成によれば、前記微小物体と前記ターゲット部との１回の衝突によって、複数の前記圧電／電歪素子にて前記電気信号が発生し、これらの電気信号が合算され得る。これにより、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。したがって、本構成によれば、より小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【００１５】
また、かかる構成によれば、前記微小物体と前記ターゲット部との１回の衝突によって、複数の前記圧電／電歪素子にて前記電気信号が発生し、これらの電気信号が比較され得る。例えば、前記微小物体と前記ターゲット部との衝突の態様に応じて、前記振動発生部に特定のモード（撓みやねじれ）の振動が発生し得る。ここで、複数の前記圧電／電歪素子のそれぞれにて発生する電気信号を比較することで、当該振動モードが判定され得る。これにより、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
ここで、複数の前記圧電／電歪素子同士の電気回路的な接続は、直接なされてもよいし、演算・制御回路を介してなされてもよい。特に、複数の前記圧電／電歪素子同士が電気回路的に直接に接続された場合、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の出力の比較等の処理が、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の接続回路自体によって行われる。したがって、当該演算・制御回路の構成が単純化され、前記微小物体の判定が簡略に行われ得る。
【００１６】
（Ａ０４）前記構成Ａ０１ないしＡ０３において、前記ターゲット部の表面には、コーティング層が形成されていてもよい。これにより、前記ターゲット部に前記微小物体が残留することによる前記振動発生部の振動特性の変化が抑制され得る。また、当該微小物体が液体である場合に、前記ターゲット部の周囲の雰囲気中の異物（埃等）が付着することで当該ターゲット部が汚れることが抑制され得る。
【００１７】
（Ａ０５）前記構成Ａ０１ないしＡ０４において、前記圧電／電歪素子を駆動するための駆動電圧を発生する駆動部をさらに備えていてもよい。この駆動部によって前記圧電／電歪素子が駆動されることで、前記振動発生部が外部から強制的に振動させられる。この振動発生部の強制的な振動によって、例えば、前記ターゲット部に付着した物体（前記微小物体の残留物や異物等）が除去され得る。あるいは、前記振動発生部を強制的に振動させたときの振動状態に基づいて、前記振動発生部における共振周波数の変化が取得され得る。
【００１８】
（Ａ０６）前記構成Ａ０５において、前記振動発生部の共振周波数を取得する共振周波数取得部をさらに備えていて、前記駆動部が、前記共振周波数取得部によって取得された前記共振周波数に基づいて前記圧電／電歪素子を駆動するように構成されていてもよい。
【００１９】
かかる構成においては、例えば、前記駆動部による駆動電圧（この場合の駆動電圧は、例えば、直流電圧や、前回取得された共振周波数の交流電圧や、既定値としての特定の周波数の交番電圧、等が含まれ得る。）の印加によって、前記振動発生部が強制的に振動させられる。この振動に基づいて、前記共振周波数取得部は、当該振動発生部の共振周波数を取得する。次回に前記振動発生部が前記駆動部によって強制的に振動される際には、当該駆動部は、この取得された共振周波数に基づいて、前記振動発生部を駆動する。
【００２０】
かかる構成によれば、前記ターゲット部に対する付着物が、より効率的に除去され得る。あるいは、当該飛翔状態検出装置の異常（例えば、前記振動発生部における破損や、前記付着物の過剰な付着）が検知され得る。
【００２１】
（Ａ０７）前記構成Ａ０６において、前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力が遮断された後に、前記共振周波数を取得するように構成されていてもよい。
【００２２】
かかる構成においては、例えば、以下のようにして前記共振周波数が取得され得る。まず、前記圧電／電歪素子に対して直流電圧を所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加した後、当該直流電圧の印加を遮断する。これにより、当該圧電／電歪素子にて減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、当該圧電／電歪素子に交流の電圧が発生する。この発生電圧の周波数等を、前記共振周波数取得部によって取得することで、前記振動発生部の前記共振周波数が取得され得る。
【００２３】
（Ａ０８）記構成Ａ０６において、前記駆動部は、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力するように構成されていて、前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得するように構成されていてもよい。
【００２４】
かかる構成によれば、前記駆動部による前記振動発生部の強制的な振動と、前記共振周波数取得部による前記共振周波数の取得とが、ほぼ同時に行われ得る。
【００２５】
（Ａ０９）前記構成Ａ０１ないしＡ０８において、前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別する振動モード判定部をさらに備えていてもよい。
【００２６】
すなわち、前記微小物体と前記ターゲット部との衝突の態様に応じて、前記振動発生部に特定のモード（撓みやねじれ）の振動が発生し得る。ここで、本構成によれば、前記振動モード判定部によって、当該振動モードが判定され得る。例えば、前記圧電／電歪素子によって発生する電気信号の振幅等に基づいて、当該振動モードが判定され得る。あるいは、複数の前記圧電／電歪素子のそれぞれにて発生する電気信号を比較することで、当該振動モードが判定され得る。あるいは、複数の前記圧電／電歪素子を電気回路的に接続して、両者の電気信号を重畳した後、振幅等を取得することで、当該振動モードが判定され得る。
本構成によれば、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
【００２７】
（Ａ１０）前記構成Ａ０１ないしＡ０９において、前記振動発生部が長手方向を有する板状部材から構成されていて、当該板状部材の前記長手方向における一端側に前記ターゲット部が設けられ、他端側の表面上に前記圧電／電歪素子が固着して設けられていてもよい。この場合、前記圧電／電歪素子は、前記ターゲット部が設けられている側の表面に設けられていてもよい。あるいは、前記圧電／電歪素子は、前記ターゲット部が設けられている面と反対側の面に設けられていてもよい。
【００２８】
かかる構成によれば、前記ターゲット部と前記圧電／電歪素子との距離が充分長く設定される。これにより、当該ターゲット部に対する前記微小物体の衝突により前記ターゲット部に与えられたエネルギーによる力が、テコの原理により増幅され、前記圧電／電歪素子に大きな応力を発生する。よって、前記圧電／電歪素子にて大きな電気信号が得られる。したがって、当該飛翔状態検出装置の感度が向上し、より小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【００２９】
（Ａ１１）前記構成Ａ１０において、前記板状部材における前記他端側の剛性が、前記一端側の剛性よりも低くなるように、当該板状部材が構成されていることが好ましい。
【００３０】
かかる構成によれば、前記微小物体が前記ターゲット部に衝突した際に、前記振動発生部を構成する前記板状部材の、剛性の低い前記他端側（前記圧電／電歪素子が設けられている側）に応力が集中する。よって、前記圧電／電歪素子にて大きな電気信号が得られる。これにより、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。したがって、本構成によれば、より小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【００３１】
（Ａ１２）前記構成Ａ１０又はＡ１１において、複数の前記圧電／電歪素子が、前記板状部材の一方の表面と、当該一方の表面の裏側の他方の表面との上に固着して設けられていてもよい。この場合、前記一方の表面上に設けられた前記圧電／電歪素子と、前記他方の表面上に設けられた前記圧電／電歪素子とは、互いに電気回路的に接続され得る。
【００３２】
（Ａ１３）前記構成Ａ０１ないしＡ１２において、前記微小物体を吐出し得るように構成された微小物体吐出部と、前記微小物体吐出部を制御する制御部と、をさらに備えていてもよい。この場合、前記制御部は、前記振動発生部の共振周波数の１／ｎ倍（ｎは自然数）に近い特定周波数で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御する。
【００３３】
かかる構成によれば、前記微小物体吐出部によって、前記微小物体が、前記振動発生部の共振周波数の１／ｎ倍（ｎは自然数）に近い特定周波数で吐出される。吐出された前記微小物体は、前記ターゲット部と、前記特定周波数に対応する周期で断続的に衝突する。これにより、前記振動発生部が、前記共振周波数に略等しい周波数にて励振され得る。したがって、当該振動発生部がより効率的に励振され、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。
【００３４】
（Ａ１４）前記構成Ａ１３において、前記制御部は、以下の条件で前記微小物体吐出部を制御するように構成されていてもよい。
【００３５】
前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
【００３６】
かかる構成によれば、前記振動発生部がより効率的に励振され、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。
【００３７】
（Ａ１５）前記構成Ａ１３又はＡ１４において、前記制御部は、以下の条件で前記微小物体吐出部を制御するように構成されていてもよい。
【００３８】
前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
【００３９】
例えば、前記微小物体の飛翔速度や、前記微小物体の状態（質量、体積、形状、固体か流体か或いは気体か、等）に基づいて、上述の関係が満たされるように、前記振動発生部の構造（材質や寸法等）が設定され得る。
【００４０】
かかる構成によれば、前記振動発生部がより効率的に励振され、当該飛翔状態検出装置の感度が向上する。
【００４１】
（Ａ１６）前記構成Ａ０１ないしＡ１５において、前記微小物体の飛翔方向と交差する平板状のアパチャープレートをさらに備えていて、そのアパチャープレートには、前記微小物体が通過可能な貫通孔であるアパチャーが形成されていてもよい。このアパチャープレートは、前記ターゲット部よりも、前記微小物体の飛翔方向における上流側に配置されている。
【００４２】
かかる構成によれば、例えば、微小物体吐出装置から吐出された微小物体が所定の飛翔方向に沿った所定の飛翔経路上を飛翔した場合に、当該微小物体がアパチャーを通過し得るように、当該アパチャープレートが配置され得る。これにより、当該微小物体の前記飛翔経路からの逸脱が、きわめて簡略な装置構成によって検出され得る。
また、かかる構成によれば、アパチャーの位置を適宜設定することにより、前記振動発生部に所定の振動モードのみを選択的に発生させることが可能になる。
【００４３】
（Ｃ）上述の目的を達成するために、本発明の、微小物体の飛翔状態検出方法（以下、単に「飛翔状態検出方法」と称する）は、飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得るように、以下のステップを含む。
【００４４】
（Ｃ０１）本発明の飛翔状態検出方法は、以下の（ｓ１）ないし（ｓ４）のステップを含む。（ｓ１）前記微小物体吐出部から前記微小物体を吐出させ、（ｓ２）吐出された前記微小物体を、ターゲット部に衝突させることで、当該ターゲット部を備えた振動発生部を振動させ、（ｓ３）圧電／電歪素子を用いて、前記振動発生部の振動を電気信号に変換し、（ｓ４）前記電気信号に基づいて、前記微小物体の飛翔状態を検出する。
【００４５】
かかる方法によれば、同一の微小物体吐出装置から一定周期で断続的に微小物体が吐出されている場合に、当該微小物体の飛翔状態を同一の飛翔状態検出装置によって連続的に検出することが容易に行われ得る。
【００４６】
（Ｃ０２）前記Ｃ０１に記載の方法において、前記微小物体を吐出させる前記ステップ（ｓ１）は、前記振動発生部の共振周波数の１／ｎ倍（ｎは自然数）に近い特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであってもよい。
【００４７】
かかる方法によれば、前記振動発生部を振動させる前記ステップ（ｓ２）にて、前記振動発生部が、前記共振周波数の１／ｎ倍（ｎは自然数）に略等しい周波数にて励振され得る。したがって、当該振動発生部がより効率的に励振され、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）による飛翔状態検出の感度が向上する。
【００４８】
（Ｃ０３）前記Ｃ０２に記載の方法において、前記微小物体を吐出させる前記ステップ（ｓ１）は、前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような前記特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであってもよい。
【００４９】
かかる方法によれば、前記振動発生部を振動させる前記ステップ（ｓ２）にて、前記振動発生部がより効率的に励振される。よって、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）による飛翔状態検出の感度が向上する。
【００５０】
（Ｃ０４）前記Ｃ０１ないしＣ０４に記載の方法において、前記微小物体を吐出させる前記ステップ（ｓ１）は、前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で前記微小物体を吐出させるステップであってもよい。
【００５１】
かかる方法によれば、前記振動発生部を振動させる前記ステップ（ｓ２）にて、前記振動発生部がより効率的に励振され、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）による飛翔状態検出の感度が向上する。
【００５２】
（Ｃ０５）前記Ｃ０１ないしＣ０４に記載の方法において、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）は、前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含んでいてもよい。
【００５３】
例えば、前記ステップ（ｓ３）にて発生した、前記圧電／電歪素子の出力である電気信号の振幅等に基づいて、当該ステップ（ｓ４）にて振動モードが判定され得る。あるいは、前記ステップ（ｓ３）にて、複数の前記圧電／電歪素子からの出力としての電気信号の各々を比較することで、当該ステップ（ｓ４）にて振動モードが判定され得る。あるいは、当該ステップ（ｓ４）にて、複数の前記圧電／電歪素子の電気信号を重畳した信号に基づいて、当該振動モードが判定され得る。
【００５４】
かかる方法によれば、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
【００５５】
（Ｃ０６）前記Ｃ０５に記載の方法において、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）は、互いに電気回路的に接続された第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子が出力する電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含んでいてもよい。
【００５６】
かかる方法においては、前記振動発生部の振動を電気信号に変換する前記ステップ（ｓ３）にて、互いに電気回路的に接続された前記第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子から、それぞれ電気信号が出力される。このステップ（ｓ３）に続く前記ステップ（ｓ４）において、前記第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子からの各電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードが判別される。
【００５７】
かかる方法によれば、前記微小物体と前記ターゲット部との衝突の態様に応じて前記振動発生部に生じる特定の振動モード（撓みやねじれ）が判別されることで、前記微小物体における多様な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、単に微小物体の飛翔の有無だけでなく、所定の飛翔経路からの逸脱の有無も判定され得る。
特に、複数の前記圧電／電歪素子同士が電気回路的に直接に接続された回路構成が用いられる場合、本方法によれば、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の出力の比較等の処理が、当該複数の前記圧電／電歪素子同士の接続回路自体によって行われる。したがって、前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）の処理が簡略化され得る。
【００５８】
（Ｃ０７）前記Ｃ０１ないしＣ０６に記載の方法において、さらに以下のステップを含んでいてもよい。（ｓ１１）前記振動発生部の共振周波数を取得し、（ｓ１２）取得された前記共振周波数に基づいて、前記圧電／電歪素子を駆動する。
【００５９】
かかる方法においては、前記共振周波数を取得するステップ（ｓ１１）、及び前記圧電／電歪素子を駆動するステップ（ｓ１２）は、上述の各ステップ（ｓ１）ないし（ｓ４）とは独立に行われ得る。すなわち、当該ステップ（ｓ１１）及び（ｓ１２）は、必ずしも前記微小物体の飛翔状態を検出する前記ステップ（ｓ４）に続いて行われるものではない。
【００６０】
かかる方法によれば、前記ターゲット部に対する付着物が、より効率的に除去され得る。あるいは、当該方法に用いられる飛翔状態検出装置の異常（例えば、前記振動発生部における破損や、前記付着物の過剰な付着）が検知され得る。
【００６１】
（Ｃ０８）前記Ｃ０７に記載の方法において、前記振動発生部の共振周波数を取得する前記ステップ（ｓ１２）は、前記圧電／電歪素子を駆動する前記ステップ（ｓ１１）の終了後に行われることが好適である。
【００６２】
かかる方法においては、例えば、以下のようにして前記共振周波数が取得され得る。まず、前記ステップ（ｓ１１）にて、前記圧電／電歪素子に対して直流電圧を所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加した後、当該直流電圧の印加を遮断する。これにより、当該圧電／電歪素子にて減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、当該圧電／電歪素子に交流の電圧が発生する。この発生電圧の周波数等を、前記ステップ（ｓ１２）にて取得することで、前記振動発生部の前記共振周波数が取得され得る。
【００６３】
（Ｃ０９）前記Ｃ０７に記載の方法において、前記圧電／電歪素子を駆動する前記ステップ（ｓ１１）は、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力するステップであり、前記振動発生部の共振周波数を取得する前記ステップ（ｓ１２）は、前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得するステップであってもよい。
【００６４】
これにより、前記駆動部による前記振動発生部の強制的な振動と、前記共振周波数の取得とが、ほぼ同時に行われ得る。
（Ｃ１０）前記Ｃ０１ないし０９に記載の方法において、前記微小物体を吐出する前記ステップ（ｓ１）は、前記微小物体を前記ターゲット部の所定の位置に所定の周波数で衝突させることで、前記ステップ（ｓ２）にて前記振動発生部を所定の振動モードで振動させるように、当該微小物体を吐出するステップであってもよい。
これにより、前記振動発生部にて、所定のモードの振動が選択的に発生する。よって、前記微小物体の様々な飛翔状態の検出が行われ得る。例えば、前記振動発生部にて、１次撓みモードの振動を選択的に発生させることにより、極めて小さい質量の微小物体に対して良好な飛翔状態検出が行われ得る。
【発明の効果】
【００６５】
以上の通り、本発明の飛翔状態検出装置、及び飛翔状態検出方法においては、飛翔中の前記微小物体の飛翔経路中に前記ターゲット部を介在させ、前記圧電／電歪素子を用いて前記ターゲット部に対する前記微小物体の衝突の状態を検知するだけで、衝突微小物体の飛翔状態が検出され得る。すなわち、本発明によれば、前記微小物体を吐出する微小物体吐出装置から吐出された前記微小物体の飛翔状態（当該吐出装置における吐出状態）が、簡略かつ安価な装置構成によって良好に検出され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
以下、本発明の好適な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００６７】
＜ＤＮＡチップの構成＞
図１は、ＤＮＡチップの概略構成を示す外観図（斜視図）である。図２は、図１に示されているＤＮＡチップを拡大した断面図である。
【００６８】
図１に示されているように、ＤＮＡチップ１０は、顕微鏡スライドグラスからなるＤＮＡチップ基板１２上に、試料溶液の微小液滴による微小スポットＳが多数配列されることによって構成されている。
【００６９】
図２に示されているように、このＤＮＡチップ基板１２上における、微小スポットＳが形成されるべき位置には、突起１２ａが形成されている。この突起１２ａは、微小スポットＳが規定の位置からずれて滴下された場合に、その位置ずれを補正するために形成されている。すなわち、図２に示されているように、微小スポットＳの一部が突起１２ａにかかることで（二点鎖線参照）、当該微小スポットＳの表面張力によって、当該微小スポットＳが正規の位置に移動するようになっている。
【００７０】
また、ＤＮＡチップ基板１２の表面には、親水性を有するpoly-L-lysine層からなる試料担持層１４が形成されている。
【００７１】
＜マイクロピペットの構成＞
以下、上述のＤＮＡチップ１０を製造するために用いられるマイクロピペット（微小物体吐出部）の構成について説明する。図３は、当該マイクロピペットを拡大した断面図である。図４は、当該マイクロピペットにおける試料溶液の流路の構成を透視して示す斜視図である。図５は、当該マイクロピペットの平面図である。
【００７２】
図３を参照すると、マイクロピペット１００は、ノズルプレート１１０と、そのノズルプレート１１０の上面に固定されたキャビティユニット１２０と、そのキャビティユニット１２０の上面に固定されたアクチュエータユニット１３０とから構成されている。ノズルプレート１１０には、試料液体が通過可能な貫通孔であるノズル１１２が形成されている。
【００７３】
ノズルプレート１１０は、セラミックス製の薄板から構成されている。ノズルプレート１１０を構成する材料としては、例えば、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化珪素が、好適に用いられ得る。また、酸化ジルコニウムの中でも、完全安定化酸化ジルコニウムを主成分とする材料、及び部分安定化酸化ジルコニウムを主成分とする材料が、機械的強度の観点、及び圧電／電歪膜や電極膜の材料との反応性の観点から、最も好適に用いられ得る。
【００７４】
キャビティユニット１２０は、接続プレート１２１と、流路プレート１２２と、オリフィスプレート１２３と、キャビティプレート１２４と、注入口プレート１２５とから構成されている。これらの接続プレート１２１、流路プレート１２２、オリフィスプレート１２３、キャビティプレート１２４、及び注入口プレート１２５は、セラミックス製の薄板から構成されている。接続プレート１２１と、流路プレート１２２と、オリフィスプレート１２３と、キャビティプレート１２４と、注入口プレート１２５と、ノズルプレート１１０とは、この順に上から積層された状態で焼成されることで、一体に形成されている。
【００７５】
接続プレート１２１は、当該キャビティユニット１２０とノズルプレート１１０との接続部に配置されていて、ノズルプレート１１０の上面に接合されている。この接続プレート１２１には、ノズル１１２と同じ径の貫通孔であるノズル連通孔１２１ａが形成されている。このノズル連通孔１２１ａは、キャビティプレート１２４に形成されたキャビティ１２４ａと、試料送出孔１２６を介して接続されている。この試料送出孔１２６は、ノズル連通孔１２１ａよりも大きな径の貫通孔であり、流路プレート１２２及びオリフィスプレート１２３を貫通するように形成されている。
【００７６】
流路プレート１２２には、キャビティ１２４ａに向けて試料溶液を供給するための試料供給流路１２２ａが形成されている。この試料供給流路１２２ａとキャビティ１２４ａとは、オリフィスプレート１２３に形成された小径の貫通孔であるオリフィス１２３ａを介して接続されている。
【００７７】
注入口プレート１２５は、キャビティユニット１２０の最上層に配置されている。この注入口プレート１２５には、流路プレート１２２に形成された試料供給流路１２２ａに向けて試料溶液を注入するための貫通孔である試料注入口１２５ａが形成されている。この試料注入口１２５ａと、流路プレート１２２に形成された試料供給流路１２２ａとは、貫通孔である試料導入孔１２７を介して接続されている。この試料導入孔１２７は、オリフィスプレート１２３及びキャビティプレート１２４を貫通するように形成されている。
【００７８】
上述の通りに構成されたキャビティユニット１２０においては、図４に示されているような、試料注入口１２５ａからノズル１１２に至る試料溶液の流路が形成されている。すなわち、キャビティ１２４ａが加圧されることで、当該キャビティ１２４ａ内の試料溶液が、小径のオリフィス１２３ａを介して試料供給流路１２２ａに逆流することなく、試料送出孔１２６を介してノズル１１２に向けて送出され、当該ノズル１１２から試料溶液の微小液滴が外部に吐出されるように、オリフィス１２３ａの寸法が設定されている。
【００７９】
再び図３を参照すると、アクチュエータユニット１３０は、圧電／電歪層１３１と、その圧電／電歪層１３１の下面に固着して設けられた下部電極１３２と、圧電／電歪層１３１の上面に固着して設けられた上部電極１３３とを備えている。圧電／電歪層１３１は、キャビティ１２４ａに対応する位置（真上）に配置されている。下部電極１３２が注入口プレート１２５の上面に固着されることで、アクチュエータユニット１３０は、キャビティユニット１２０の上面に固定されている。このアクチュエータユニット１３０は、下部電極１３２と上部電極１３３との間に駆動電圧が印加されることで、キャビティ１２４ａ内の体積を変化させ、所定量の試料溶液をノズル１１２から吐出させ得るように構成されている。
【００８０】
下部電極１３２は、注入口プレート１２５の上面に形成された導電膜である下部電極配線パターン１３２ａと接続されている。上部電極１３３は、注入口プレート１２５の上面に形成された導電膜である上部電極配線パターン１３３ａと接続されている。
【００８１】
図５に示されているように、注入口プレート１２５の上面には、下部電極配線パターン１３２ａと接続された下部電極入力端子１４１が形成されている。また、注入口プレート１２５の上面には、上部電極配線パターン１３３ａと接続された上部電極入力端子１４２が形成されている。これらの下部電極入力端子１４１及び上部電極入力端子１４２は、アクチュエータユニット１３０を駆動するための外部機器と接続され得るように構成されていて、当該外部機器を介して下部電極入力端子１４１と上部電極入力端子１４２との間に駆動電圧が印加されることでアクチュエータユニット１３０が駆動されるようになっている。
【００８２】
＜分注装置の構成＞
次に、上述の構成を有するマイクロピペット１００を備えた分注装置の構成について説明する。図６は、当該分注装置の外観図であり、図６（ａ）が平面図、図６（ｂ）が側面図である。図７は、当該分注装置を分解した斜視図である。
【００８３】
図６（ａ）に示されているように、分注装置２００は、複数個（図中では１０個）のマイクロピペット１００が２次元的に配列されることによって構成されている。これら複数のマイクロピペット１００における、上述のノズルプレート１１０は、１枚のセラミック板として一体に成形されている。
【００８４】
分注装置２００は、マイクロピペット１００における各試料注入口１２５ａ（図５参照）に試料溶液を導入するための試料導入部材２１０を備えている。この試料導入部材２１０は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されているように、２次元的に配列されたマイクロピペット１００の上面に接続されている。試料導入部材２１０は、図７に示されているように、ノズルプレート１１０に形成されたネジ穴１１４、及び固定ボルト２１２によって、当該ノズルプレート１１０の上面にて固定されている。
【００８５】
図６（ｂ）を参照すると、試料導入部材２１０には、貫通孔からなる試料注入流路２１４が形成されている。この試料注入流路２１４の下端における開口は、マイクロピペット１００における各試料注入口１２５ａ（図５参照）と接続されている。また、試料注入流路２１４の上端における開口は、上方に向けて広がるラッパ状の管からなる導入チューブ２１６の下端と接続されている。
【００８６】
図７を参照すると、２次元的に配列された複数の導入チューブ２１６は、試料溶液を貯留するためのカートリッジ２２０にて下方に突出するように形成された複数の試料貯留部２２２と係合し得るように配置及び形成されている。カートリッジ２２０は、柔らかい合成樹脂を射出成形することで形成されている。このカートリッジ２２０は、試料貯留部２２２の底部に針等で孔を開けることで、当該試料貯留部２２２に貯留された試料溶液が導入チューブ２１６内に流入し、各試料注入口１２５ａに対してそれぞれ種類の異なる試料溶液が供給され得るように構成されている。
【００８７】
＜実施形態の飛翔状態検出装置の概略構成＞
次に、本発明の実施形態である飛翔状態検出装置の概略構成について説明する。図８は、上述の分注装置２００における試料溶液の吐出口を有するノズルプレート１１０の下方に、飛翔状態検出装置３００が配置された状態を示す側面図である。例えば、図１に示されているＤＮＡチップ基板１２と、当該飛翔状態検出装置３００とが、図示しないＸ−Ｙステージ上に配置されていて、当該Ｘ−Ｙステージを駆動することで、当該飛翔状態検出装置３００がノズルプレート１１０の下方に所定の位置関係で配置されるようになっている。
【００８８】
図８を参照すると、この飛翔状態検出装置３００は、分注装置２００における各マイクロピペット１００から試料溶液が正しく吐出されたか否かを検出し得るように構成されている。以下、本発明の飛翔状態検出装置３００の具体的な構成について説明する。
【００８９】
＜第１実施形態の飛翔状態検出装置の構成＞
図９（ａ）は、第１の実施形態の飛翔状態検出装置３００を拡大した断面図である。
【００９０】
図９（ａ）に示されているように、飛翔状態検出装置３００は、センサ基板３１０と、圧電／電歪素子３２０と、アパチャープレート３３０とを備えている。
【００９１】
センサ基板３１０は、板状部材から構成されている。このセンサ基板３１０は、セラミックスから形成されていることが好ましい。このセラミックとしては、例えば、完全安定化ジルコニアや部分安定化ジルコニア、アルミナ、マグネシア、窒化珪素等が用いられ得る。このうち、完全安定化／部分安定化ジルコニアは、薄板状に構成しても靭性が高く機械的強度が大きいこと、圧電／電歪素子を構成する圧電／電歪膜や電極材料との反応性が小さいことから、最も好適に採用され得る。
【００９２】
センサ基板３１０は、厚肉支持部３１１と、振動板（振動発生部）３１２とから構成されていて、当該厚肉支持部３１１と振動板３１２とは一体に成形されている。厚肉支持部３１１は、平板状部材からなる振動板３１２よりも厚く形成されている。振動板３１２は、長手方向（図中左右方向）を有する平板状部材であって、厚肉支持部３１１によって片持ち梁（カンチレバー）状に支持されている。
【００９３】
振動板３１２の固定端側である検知部３１２ａには、圧電／電歪素子３２０が着接されている。本実施形態においては、圧電／電歪素子３２０は、振動板３１２における図中上側の表面である内側表面３１２ｂ上に固着して設けられている。この圧電／電歪素子３２０は、片持ち梁である振動板３１２にて発生した振動を電気信号に変換し得るように構成されている。なお、圧電／電歪素子３２０の厚さは、振動板３１２に比べて充分に薄く形成されている（図９（ａ）においては、説明の便宜のため、圧電／電歪素子３２０の厚さが誇張されて図示されているものとする。以下の図１０ないし図２２においても同様である。）。
【００９４】
振動板３１２の自由端側（前記長手方向における一端側）であるターゲット部３１２ｃにおける、内側表面３１２ｂ上には、コーティング層３１３が形成されている。このコーティング層３１３は、前記試料溶液の微小液滴との間の親和性（濡れ性）が低い材質からなる薄膜によって構成されている。例えば、上述のＤＮＡチップ１０（図１及び図２参照）を形成するための前記試料溶液は水系の溶液であるため、コーティング層３１３の材質としては撥水性の材質（フッ素系合成樹脂等）が選択され得る。
【００９５】
センサ基板３１０の上方には、前記振動板３１２の前記内側表面３１２ｂと対向するようにアパチャープレート３３０が配置されている。このアパチャープレート３３０には、前記微小液滴が通過可能な貫通孔であるアパチャー３３１が形成されている。このアパチャー３３１が、マイクロピペット１００のノズルプレート１１０（図８参照）に形成されたノズル１１２（図３参照）と対向するように、アパチャープレート３３０が配置されている。
【００９６】
図９（ｂ）は、当該飛翔状態検出装置３００の平面図（上述の図８における、マイクロピペット１００のノズルプレート１１０側から当該飛翔状態検出装置３００を見た図）である。図９（ｃ）は、アパチャープレート３３０を取り除いた場合の平面図である。図９（ａ）ないし（ｃ）に示されているように、アパチャー３３１は、ターゲット部３１２ｃに形成されたコーティング層３１３と対向するように形成されている。また、図９（ａ）に示されているように、アパチャー３３１は、ターゲット部３１２ｃに形成されたコーティング層３１３よりも上方、すなわち、前記微小液滴の飛翔方向Ｄにおける上流側に形成されている。
【００９７】
上述の通り、この飛翔状態検出装置３００は、前記飛翔方向Ｄに沿った所定の飛翔経路上を飛翔中の前記微小液滴がアパチャー３３１を通過してターゲット部３１２ｃ（コーティング層３１３）に衝突し、この衝突によって振動板３１２に発生した振動が圧電／電歪素子３２０によって電気信号に変換されるように構成されている。
【００９８】
＜＜圧電／電歪素子の構成＞＞
図１０（ａ）は、前記振動板３１２の周囲を拡大した断面図である。図１０（ａ）に示されているように、圧電／電歪素子３２０は、圧電／電歪層３２１と、この圧電／電歪層３２１の一方の面に形成された下部電極３２２と、当該圧電／電歪層３２１の他方の面に形成された上部電極３２３と、から構成されている。圧電／電歪層３２１は、圧電効果及び圧電逆効果を示すいわゆる圧電／電歪材料（ＰＺＴ等）の薄板から構成されている。下部電極３２２及び上部電極３２３は、金属膜から構成されている。
【００９９】
＜＜振動板の構成＞＞
図１０（ｂ）は、前記振動板３１２の周囲を拡大した平面図である。
【０１００】
図１０（ｂ）に示されているように、振動板３１２における検知部３１２ａは、他の部分よりも狭い幅に形成されている。すなわち、前記試料溶液の微小液滴が上方（図１０（ａ）における上方）から飛翔してきてターゲット部３１２ｃ（コーティング層３１３）に衝突して、振動板３１２に振動が発生した場合に、検知部３１２ａに応力が集中し、この応力集中により圧電／電歪素子３２０にて大きな電圧が発生し得るように、振動板３１２の平面形状が設定されている。
【０１０１】
図１０（ｃ）は、前記センサ基板３１０の平面図である。図１０（ｃ）に示されているように、センサ基板３１０においては、複数の振動板３１２が、厚肉支持部３１１から略水平に延びるように形成されている。
【０１０２】
＜飛翔状態検出のための回路構成＞
次に、上述の装置構成を用いて、マイクロピペット１００（図８参照）からの試料溶液の微小液滴の吐出状態を判定するための回路構成について、図１１を用いて説明する。
【０１０３】
制御回路３４０は、圧電／電歪素子３２０にて生じた電圧を取得する電圧取得部３４１と、圧電／電歪素子３２０に対して駆動電圧を与える駆動部３４２と、前記電圧取得部３４１及び前記駆動部３４２と接続された演算・制御部３４３と、各マイクロピペット１００に対して駆動電圧を与える駆動部３４４と、を備えている。
【０１０４】
電圧取得部３４１は、ターゲット部３１２ｃ（図１０（ａ）参照）に試料溶液の微小液滴が衝突した場合に圧電／電歪素子３２０に生じる起電力を取得し得るように、圧電／電歪素子３２０と電気的に接続されている。駆動部３４２は、圧電／電歪素子３２０に対して駆動電圧を与えて当該圧電／電歪素子３２０を駆動することで、振動板３１２（図１０参照）を強制的に振動させ得るように、圧電／電歪素子３２０と電気的に接続されている。
駆動部３４２は、演算・制御部３４３の制御下で、任意の波形（直流を含む。また、交流であってもサイン波、矩形波、パルス波等の種々の波形を含む。）の電圧を圧電／電歪素子３２０に印加し得るように構成されている。
【０１０５】
演算・制御部３４３は、電圧取得部３４１から信号を受け取って適宜演算処理することで、振動板３１２（図１０参照）の振動状態（振動の大きさ、振動モード、共振周波数を含む）を検出し得るように構成されている。また、演算・制御部３４３は、駆動部３４２に対して駆動信号を与えることで、圧電／電歪素子３２０の駆動を制御し得るように構成されている。さらに、演算・制御部３４３は、各マイクロピペット１００における試料溶液の吐出を制御し得るように、駆動部３４４を介して各マイクロピペット１００と接続されている。
【０１０６】
＜第１実施形態の装置の動作説明＞
次に、上述した構成を有する第１の実施形態の飛翔状態検出装置３００による動作について、図面を参照しつつ説明する。
【０１０７】
＜＜ＤＮＡチップの製造工程＞＞
最初に、図１に示されているＤＮＡチップ１０の製造工程について説明する。この製造工程は、ＤＮＡチップ基板１２の表面にpoly-L-lysine層からなる試料担持層１４（図２参照）を形成する前処理工程と、ＤＮＡ断片を含む試料溶液を調製する試料調製工程と、得られた試料溶液をＤＮＡチップ基板１２上に供給する供給工程と、からなる。
【０１０８】
前処理工程は、以下のように行われる。まず、ＤＮＡチップ基板１２は、室温で少なくとも２時間、所定のアルカリ溶液に浸される。このアルカリ溶液としては、例えば、ＮａＯＨを蒸留水に溶かした後、更にエタノールを加えて、完全に透明になるまで攪拌することによって得られた溶液が用いられ得る。その後、ＤＮＡチップ基板１２は、当該アルカリ溶液から取り出されて蒸留水中で洗浄される。続いて、ＤＮＡチップ基板１２は、蒸留水中にpoly-L-lysineを加えることにより調製されたpoly-L-lysine液中に１時間程度浸される。その後、ＤＮＡチップ基板１２がpoly-L-lysine液から取り出され、遠心分離によって余分なpoly-L-lysine液がＤＮＡチップ基板１２から除去される。続いて、ＤＮＡチップ基板１２は、４０℃にて５分程度ほど乾燥される。これにより、表面にpoly-L-lysine試料担持層１４が形成されたＤＮＡチップ基板１２が得られる。
【０１０９】
試料調製工程は、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）法によってＤＮＡ断片の塩基配列を増幅することでＰＣＲ産物を得る増幅工程と、得られたＰＣＲ産物を乾燥してＤＮＡ粉末を得る粉末生成工程と、得られたＤＮＡ粉末を緩衝液に溶かす混合工程とを含む。粉末生成工程においては、まず、ＰＣＲ産物に、３Ｍ（＝３mol／ｌ）の酢酸ナトリウムとイソプロパノールとが加えられ、数時間放置される。その後、この溶液が遠心分離されることで、ＤＮＡ断片が沈殿する。この沈殿したＤＮＡ断片がエタノールでリンスされ、遠心分離された後、乾燥されることで、ＤＮＡ粉末が生成される。混合工程においては、ＤＮＡ粉末にトリス−ＥＤＴＡ（ＴＥ）緩衝液が加えられ、完全に溶解するまで数時間放置される。これにより、試料溶液が調製される。この段階での試料溶液の濃度は１〜１０μｇ／μｌである。
【０１１０】
こうして得られた試料溶液は、図７に示されているカートリッジ２２０の試料貯留部２２２に貯留される。このカートリッジ２２０が、図６に示されている分注装置２００に装着されることによって、試料溶液が当該分注装置２００における各マイクロピペット１００に供給される。そして、試料溶液の微小液滴が各マイクロピペット１００からＤＮＡチップ基板１２（図１参照）に向けて吐出されることで、当該ＤＮＡチップ基板１２上に試料溶液の微小液滴が供給され、当該ＤＮＡチップ基板１２上に、多数個の試料溶液の微小スポットＳが、所定の配列となるように形成される。このようにして、ＤＮＡチップ１０が製造される。
【０１１１】
ここで、試料溶液の微小液滴は、通常、目視が困難である。よって、当該微小液滴がＤＮＡチップ基板１２上に所定の配列で正しく形成されているか否か（特定のマイクロピペット１００における不吐出等の吐出不良がないかどうか）は、目視では判定できない。一方、当該微小液滴の吐出経路の途中をレーザー光等でスキャンすることで、当該不吐出を判定することは可能である。しかし、そのようにレーザー光をスキャンして各マイクロピペット１００における吐出不良を判定するための装置構成は、非常に高価である。
【０１１２】
そこで、図８に示されているように、本実施形態の飛翔状態検出装置３００を用いることによって、分注装置２００における各マイクロピペット１００の吐出不良が判定される。この飛翔状態検出装置３００は、上述したような、きわめて簡略で製造コストが低廉となり得る構成を有している。もっとも、このような簡略な構成を有するにもかかわらず、当該飛翔状態検出装置３００による吐出不良の判定は確実に行われ得る。
【０１１３】
＜＜第１実施形態における飛翔状態検出の動作説明＞＞
次に、本実施形態（上述の各実施例を含む）の飛翔状態検出装置３００を用いた、マイクロピペット１００における試料溶液の微小液滴の吐出状態の判定動作について、図８ないし図１２を適宜参照しつつ説明する。ここで、図１２は、振動板３１２（図９、図１０参照）の振動の様子を示した図である。
【０１１４】
図８に示されているように、飛翔状態検出装置３００は、マイクロピペット１００におけるノズルプレート１１０の下方に配置される。そして、分注装置２００の駆動が、図１１における演算・制御部３４３及び駆動部３４４によって制御される。すなわち、演算・制御部３４３の制御下で、分注装置２００に備えられた各マイクロピペット１００におけるアクチュエータユニット１３０（図５参照）に対して駆動部３４４から駆動電圧が印加されることで、各マイクロピペット１００が駆動される。これにより、各マイクロピペット１００にて、前記試料溶液の微小液滴が、飛翔状態検出装置３００に向けて吐出される。
【０１１５】
図９を参照すると、上述のように前記微小液滴が吐出されることにより、当該微小液滴はアパチャー３３１を通過して、振動板３１２におけるターゲット部３１２ｃ（コーティング層３１３）に次々と衝突する。この衝突によって、振動板３１２が振動する。そして、当該振動に応じて、圧電／電歪素子３２０に起電力が生じる。すなわち、図１０における下部電極３２２と上部電極３２３との間に、振動板３１２の振動状態に応じた電圧が生じる。
【０１１６】
例えば、前記微小液滴が、ターゲット部３１２ｃの幅方向における中央部に衝突した場合（当該微小液滴の飛翔方向が所定方向Ｄと一致する場合）、図１２（ａ）に示されているように、振動板３１２が撓むように振動する（１次撓みモード）。これにより、検知部３１２ａに応力が生じる。この応力が、圧電／電歪素子３２０（図１０参照）によって起電力に変換される。
【０１１７】
一方、前記微小液滴が、ターゲット部３１２ｃの幅方向における中央部からオフセットした位置に衝突した場合（当該微小液滴の飛翔方向が所定方向Ｄから逸脱した場合）、図１２（ｂ）に示されているように、振動板３１２が捩れるように振動する（捩れモード）。これにより、検知部３１２ａに、図１２（ａ）における撓み変形の場合よりも小さな応力が生じる。これにより、圧電／電歪素子３２０（図１０参照）にて、上述の撓み変形の場合よりも小さな起電力が生じる。
【０１１８】
前記微小液滴の飛翔経路が所定の飛翔経路よりもさらに逸脱した場合、当該微小液滴は、アパチャー３３１を通過することなく、アパチャープレート３３０の上面と衝突する。この場合、当該微小液滴はターゲット部３１２ｃと衝突しないので、振動板３１２における振動が生じない（あるいは振幅がゼロに向かって収束する）。
【０１１９】
このように、圧電／電歪素子３２０にて、振動板３１２の振動状態（すなわち微小液滴のターゲット部３１２ｃに対する衝突状態）に応じた電圧が発生する。
【０１２０】
図１１を参照すると、圧電／電歪素子３２０にて発生した電圧が、電圧取得部３４１によって取得され、この電圧取得部３４１によって取得された起電力が演算・制御部３４３によって演算処理されることで、振動板３１２における振動状態が検出される。
【０１２１】
ここで、図１０及び図１１を参照すると、演算・制御部３４３は、振動板３１２の共振周波数をｆ0とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような特定周波数ｆ1で、マイクロピペット１００を駆動させる。これにより、当該特定周波数ｆ1に対応する周期Ｔで、前記試料溶液の微小液滴が次々と吐出される。
【０１２２】
また、振動板３１２によって当該微小液滴の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記共振周波数ｆ0に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で、前記微小液滴の吐出が行われるように、前記マイクロピペット１００の駆動が制御される。
【０１２３】
これにより、振動板３１２の共振周波数と略等しい周波数で当該振動板３１２が振動する。そして、この振動に同期した状態で、ターゲット部３１２ｃに対して前記微小液滴が次々に衝突する。よって、振動板３１２の振動が、当該微小液滴の衝突によって乱されることが抑制され得る。
【０１２４】
本実施形態の構成によれば、図１０（ｂ）及び図１２に示されているように、振動板３１２における検知部３１２ａは、他の部分よりも狭い幅に形成されている。これにより、前記試料溶液の微小液滴がターゲット部３１２ｃに衝突して、振動板３１２に振動が発生した場合に、検知部３１２ａに応力が集中する。この応力集中により、圧電／電歪素子３２０にて大きな電圧が発生し得る。
【０１２５】
＜＜第１実施形態における試料溶液の飛沫処理動作の説明＞＞
再び図９を参照すると、コーティング層３１３に衝突することで発生した前記試料溶液の飛沫のほとんどは、当該コーティング層３１３の表面上に長時間付着することなく、重力の作用で下方に落下する。これにより、振動板３１２の内側表面３１２ｂ上から前記試料溶液のほとんどが除去され得る。もっとも、前記飛沫の一部は、振動板３１２の内側表面３１２ｂ上から完全に除去されることなく、当該内側表面３１２ｂ上に残留し得る。
【０１２６】
そこで、以下のように、振動板３１２を外部的に強制振動させることで、前記飛沫を振動板３１２の内側表面３１２ｂ上から可及的に除去させ得る。
【０１２７】
図１１を参照すると、マイクロピペット１００の駆動停止中（前記試料溶液の微小液滴の吐出の停止中）に、駆動部３４２は、演算・制御部３４３の制御下で、圧電／電歪素子３２０に対して、前記共振周波数ｆ０の駆動電圧を印加する。これにより、圧電／電歪素子３２０が駆動され、振動板３１２（図９参照）が強制的に振動させられる。これにより、当該振動板３１２上に残留した前記試料溶液の飛沫が可及的に除去され得る。
【０１２８】
＜＜第１実施形態における共振周波数の取得動作の一例＞＞
もっとも、この振動板３１２の強制振動によっても、前記試料溶液が微量ながら当該振動板３１２上に残留して固化し得る。これにより、当該振動板３１２の共振周波数が変動し得る。そこで、図１１に示されている制御回路３４０によって、以下に説明するように、変動後の前記共振周波数を取得し得る。
【０１２９】
まず、駆動部３４２は、演算・制御部３４３の制御下で、圧電／電歪素子３２０に対して直流電圧を所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加した後、当該直流電圧の印加を遮断する。これにより、圧電／電歪素子３２０にて減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、圧電／電歪素子３２０に交流の電圧が発生する。このようにして圧電／電歪素子３２０にて発生した電圧波形は、電圧取得部３４１を介して、演算・制御部３４３によって取得される。演算・制御部３４３は、この電圧波形の周波数を取得することで、変動後の前記共振周波数が取得され得る。この取得された新たな共振周波数は、以降の駆動部３４２による圧電／電歪素子３２０の駆動のために用いられ得る。
【０１３０】
＜第２実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第２の実施形態について、図１３を用いて説明する。なお、本実施形態において、上述の第１実施形態と同様の作用・機能を有する構成要素については、図示が省略され、又は上述の第１実施形態と同一の符号が付され、上述の第１実施形態における説明が援用され得るものとする（以降の他の実施形態及び変形例についても同様である）。
【０１３１】
図１３（ａ）は、第２の実施形態に係る振動板３１２の周辺を拡大した平面図である。図１３（ｂ）は、当該振動板３１２の振動の様子を示した図である。
【０１３２】
図１３（ａ）に示されているように、振動板３１２における検知部３１２ａには、２つの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが設けられている。これらの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂは、演算・制御部３４３（図１１参照）に対してそれぞれ電気回路的に接続されている。また、２つの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂは、図１０（ａ）に示されている圧電／電歪素子３２０と同様の構成を有していて、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂの圧電／電歪層（図１０（ａ）における圧電／電歪層３２１参照）の分極方向は同一であるものとする。
【０１３３】
かかる構成によれば、図１３（ｂ）に示されているように、振動板３１２にて捩れモードの振動が生じた場合、圧電／電歪素子３２０ａの出力電圧波形と圧電／電歪素子３２０ｂの出力電圧波形との間で、半周期分の位相差が生じる。一方、振動板３１２にて１次撓みモードの振動が生じた場合、圧電／電歪素子３２０ａの出力電圧波形と圧電／電歪素子３２０ｂの出力電圧波形との間の位相差が生じなくなる。よって、圧電／電歪素子３２０ａの出力電圧波形と圧電／電歪素子３２０ｂの出力電圧波形とを比較することで、振動板３１２に生じている振動モードが判定される。これにより、振動板３１２のターゲット部３１２ｃに対する前記微小液滴の衝突状態、すなわち当該微小液滴の飛翔状態が判定され得る。
【０１３４】
＜第３実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第３の実施形態について、図１４を用いて説明する。
【０１３５】
図１４（ａ）においては、１枚の振動板３１２に２つの圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが設けられている。一方の圧電／電歪素子３２０ａは、駆動部３４２と接続されている。また、他方の圧電／電歪素子３２０ｂは、電圧取得部３４１と接続されている。この駆動部３４２は、上述の通り、演算・制御部３４３（図１１参照）の制御下で、任意の波形（直流を含む。また、交流であってもサイン波、矩形波、パルス波等の種々の波形を含む。）の電圧を圧電／電歪素子３２０ａに印加し得るように構成されている（後述する図１４（ｂ），図１４（ｃ），図１５（ａ）〜（ｃ）における駆動部３４２も同様である）。
【０１３６】
かかる構成によれば、上述の第１実施形態と同様に、駆動部３４２によって、圧電／電歪素子３２０ａに対して直流電圧が所定時間（予想される共振周波数に相当する周期よりも充分に長い時間）印加され、その後、当該直流電圧の印加が遮断される。これにより、振動板３１２と、圧電／電歪素子３２０ａと、圧電／電歪素子３２０ｂとからなる振動系において減衰自由振動が生じる。この減衰自由振動によって、圧電／電歪素子３２０ｂに交流の電圧が発生する。このようにして圧電／電歪素子３２０ｂにて発生した電圧波形に基づいて、振動板３１２の共振周波数が取得され得る。この取得された新たな共振周波数は、以降の駆動部３４２による圧電／電歪素子３２０の駆動のために用いられ得る。
【０１３７】
また、かかる構成によれば、上述の第１実施形態とは異なり、駆動部３４２から一方の圧電／電歪素子３２０ａに対して交流電圧を印加しつつ、他方の圧電／電歪素子３２０ｂにて生じた起電力の波形を電圧取得部３４１により取得することで、短時間で振動板３１２の共振周波数が取得され得る。この場合、駆動部３４２は、時間の経過とともに周波数が変化するような波形の交流電圧を出力する。そして、電圧取得部３４１によって取得された電圧が極大値となった場合、あるいは、インピーダンスや位相が急激に変化した場合の周波数が、共振周波数の取得値として採択され得る。
【０１３８】
さらに、前記構成によれば、上述の第２の実施形態と同様に、圧電／電歪素子３２０ｂの出力に基づいて捩れモードの判定を行うことができる。なお、一方の圧電／電歪素子３２０ａを、電圧取得部３４１にも接続する（すなわち、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂを電圧取得部３４１に接続する）ことによっても、上述の第２の実施形態と同様な構成にて捩れモードの判定が行われ得る。
【０１３９】
図１４（ｂ）においては、１枚の振動板３１２に４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄが設けられている。圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｄとは、振動板３１２の幅方向における中心線Ｃを挟んで対称に配置されている。同様に、圧電／電歪素子３２０ｂと圧電／電歪素子３２０ｃとは、前記中心線Ｃを挟んで対称に配置されている。圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂは、駆動部３４２と接続されている。圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４０】
かかる構成によれば、上述の図１４（ａ）における構成と同様に、直流電圧印加による共振周波数の取得、交流電圧印加による共振周波数の取得、及び捩れモードの判定が行われ得る。
【０１４１】
図１４（ｃ）においては、１枚の振動板３１２に３つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｃが設けられている。圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｃとは、振動板３１２の幅方向における中心線Ｃを挟んで対称に配置されている。圧電／電歪素子３２０ｂは、前記中心線Ｃ上に配置されている。圧電／電歪素子３２０ａは、駆動部３４２と接続されている。圧電／電歪素子３２０ｂ及び３２０ｃは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４２】
かかる構成によれば、上述の図１４（ａ）や図１４（ｂ）における構成と同様に、直流電圧印加による共振周波数の取得、交流電圧印加による共振周波数の取得、及び捩れモードの判定が行われ得る。すなわち、例えば、圧電／電歪素子３２０ｂの出力によって撓みモードの検出を行いつつ、圧電／電歪素子３２０ｃの出力によって捩れモードの検出が行われ得る。これにより、振動板３１２の振動状態の判定がより明確に行われ得る。
なお、本実施形態の構成においては、撓みモード及び捩れモードの共振周波数の比を、実験や有限要素法等によるシミュレーション等によって得ておくことで、捩れモードの共振周波数から撓みモードの共振周波数を算出し得る。これにより、撓みモード及び捩れモードの双方を利用して前記微小液滴の飛翔状態を検出することが可能になる。
【０１４３】
＜第４実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第４の実施形態について、図１５を用いて説明する。
【０１４４】
図１５（ａ）においては、１枚の振動板３１２に４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄが設けられている。振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｄとは、駆動部３４２と接続されている。また、振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ｂと圧電／電歪素子３２０ｃとは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４５】
図１５（ｂ）においては、１枚の振動板３１２に３つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｃが設けられている。振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｃとは、駆動部３４２と接続されている。また、振動板３１２の幅方向における中央に位置する圧電／電歪素子３２０ｂは、電圧取得部３４１と接続されている。
【０１４６】
図１５（ｃ）においては、１枚の振動板３１２に３つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｃが設けられている。振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｃとは、電圧取得部３４１と接続されている。また、振動板３１２の幅方向における中央に位置する圧電／電歪素子３２０ｂは、駆動部３４２と接続されている。
【０１４７】
すなわち、上述の図１５（ａ）ないし図１５（ｃ）の構成においては、振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子に対して、電圧印加又は起電力測定が行われ得るようになっている。なお、いずれの場合においても、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・は、振動板３１２の一方の表面上にて、圧電／電歪層の方向が同一となるように配置されているものとする。
【０１４８】
かかる構成によれば、各圧電／電歪素子の接続の組み合わせにより、振動板３１２が１次撓みモード及び捩れモードで強制的に振動され得る。また、各圧電／電歪素子の接続の組み合わせにより、振動板３１２における１次撓みモード及び捩れモードの共振周波数が取得され得る。
【０１４９】
例えば、電圧印加する圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｂ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、当該２つの圧電／電歪素子における下部電極をともに接地し、当該２つの圧電／電歪素子における上部電極に同位相の交流電圧を印加することで、振動板３１２に１次撓みモードの振動が発生する。
【０１５０】
また、電圧印加する圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｂ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、一方の圧電／電歪素子における下部電極と他方の圧電／電歪素子の上部電極を接地し、残りの電極に同位相の交流電圧を印加することで、振動板３１２に捩れモードの振動が発生する。
【０１５１】
また、起電力測定が行われる圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｃ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、一方の圧電／電歪素子における下部電極と他方の圧電／電歪素子の上部電極とを接続し、残りの電極間の起電力を測定することで、振動板３１２における１次撓みモードの振動の共振周波数を取得することができる。
【０１５２】
また、起電力測定が行われる圧電／電歪素子が２つある場合、（図１５（ａ）又は図１５（ｃ）参照）、当該２つの圧電／電歪素子における圧電／電歪層の分極方向が同一であり、当該２つの圧電／電歪素子における下部電極同士を接続し、当該２つの圧電／電歪素子における上部電極間の起電力を測定することで、振動板３１２における捩れモードの振動の共振周波数を取得することができる。
【０１５３】
＜第５実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第５の実施形態について、図１６を用いて説明する。図１６（ａ）は、本実施形態の構成を拡大した平面図である。図１６（ｂ）及び（ｃ）は、本実施形態における圧電／電歪素子の電気回路的な接続構成を示した図である。
【０１５４】
図１６（ａ）に示されているように、本実施形態においては、１枚の振動板３１２上に４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄが、当該振動板３１２の幅方向について対称に配置されている。これら４つの圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄは、例えば、図１６（ｂ）や（ｃ）に示されているように相互に接続され得る。
【０１５５】
図１６（ｂ）に示されている接続状態においては、圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとが接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂと、圧電／電歪素子３２０ｃの上部電極３２３ｃとが接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｃの下部電極３２２ｃと、圧電／電歪素子３２０ｄの上部電極３２３ｄとが接続されている。そして、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｄの下部電極３２２ｄとの間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。すなわち、各圧電／電歪素子３２０ａないし３２０ｄがすべて電気回路的に直接に接続されている。
【０１５６】
図１６（ｃ）に示されている接続状態においては、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとが接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｄの上部電極３２３ｄと、圧電／電歪素子３２０ｃの下部電極３２２ｃとが接続されている。すなわち、圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｂとが電気回路的に接続されている。また、圧電／電歪素子３２０ｃと圧電／電歪素子３２０ｄとが電気回路的に接続されている。
【０１５７】
電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂにおける一方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂから構成され、他方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａから構成されている。また、電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄにおける一方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ｃの上部電極３２３ｃから構成され、他方の出力端は、圧電／電歪素子３２０ｄの下部電極３２２ｄから構成されている。そして、前記一方の出力端同士が短絡されていて、前記他方の出力端の間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。
【０１５８】
ここで、以下の動作説明を単純化するために、図１６（ａ）の構成の振動板３１２におけるターゲット部３１２ｃに前記試料溶液の微小液滴が衝突した場合に、上述の２つの振動モード（１次撓みモード及び捩れモード）のいずれか一方が現れるものとし、当該振動によって、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄに以下のような振幅の起電力が生じるものとする。
【０１５９】
１次撓みモード：Ｖ1，Ｖ1，Ｖ1，Ｖ1
捩れモード：Ｖ1，０．５Ｖ1，０．５Ｖ1，Ｖ1
【０１６０】
すなわち、捩れモードの場合、振動板３１２の幅方向における両端部に位置する圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｄには、中央寄りに位置する圧電／電歪素子３２０ｂ及び３２０ｃよりも大きな起電力が生じる。
【０１６１】
図１６（ｂ）に示されている接続状態においては、振動板３１２に完全な１次撓みモードの振動が生じた場合、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄの出力Ｖ1が合算されることで、４Ｖ1の出力が生じる。これにより、当該１次撓みモードの振動による出力電圧が大きくなる。よって、きわめて微小な液滴がターゲット部３１２ｃに衝突した場合であっても、高感度で当該衝突が検出され得る。
【０１６２】
また、図１６（ｂ）に示されている接続状態においては、振動板３１２における捩れモードの振動により、当該振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｄとに、絶対値が等しく位相が半波長ずれた起電力±Ｖ1が生じる。同様に、振動板３１２の幅方向について対称の位置にある圧電／電歪素子３２０ｂと圧電／電歪素子３２０ｃとに、絶対値が等しく位相が半波長ずれた起電力±０．５Ｖ1が生じる。そして、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄの出力が合算されると、出力電圧は０になる。すなわち、振動板３１２に完全な捩れモードの振動が生じた場合、図１６（ｂ）に示されている回路の出力電圧が０になる。
【０１６３】
図１６（ｃ）に示されている接続状態においては、振動板３１２における１次撓みモードの振動により、電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂにおける出力端である上部電極３２３ｂと下部電極３２２ａとの間には２Ｖ1の起電力が生じる。また、電気回路的に接続された圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄにおける出力端である上部電極３２３ｃと下部電極３２２ｄとの間にも２Ｖ1の起電力が生じる。そして、上部電極３２３ｂと上部電極３２３ｃとは短絡されている。よって、振動板３１２に完全な１次撓みモードの振動が生じた場合、図１６（ｃ）に示されている回路の出力電圧は０になる。
【０１６４】
また、図１６（ｃ）に示されている接続状態においては、振動板３１２における捩れモードの振動により、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂにおける出力端である上部電極３２３ｂと下部電極３２２ａとの間には＋１．５Ｖ1の起電力が生じる。これと同時に、圧電／電歪素子３２０ｃ及び３２０ｄにおける出力端である上部電極３２３ｃと下部電極３２２ｄとの間には、−１．５Ｖ1の起電力が生じる。よって、振動板３１２に完全な捩れモードの振動が生じた場合、図１６（ｂ）に示されている回路の出力電圧が３Ｖ1になる。
【０１６５】
このように、振動板３１２に複数の圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・を配置し、これらの電気回路的な接続状態を適宜設定することにより、前記微小液滴の飛翔状態の検出がより高感度で行われ、振動モードの判定がより容易に行われ得る。
また、本実施形態においては、複数の圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・が、それぞれ直列的に（図１１における演算・制御部３４３を介さずに）電気回路的に接続されることで、図１６（ｂ）及び（ｃ）の回路構成が形成されている。したがって、本実施形態によれば、図１１における演算・制御部３４３の内部の回路構成が単純化され、当該演算・制御部３４３における信号処理が簡略化され得る。
【０１６６】
＜第６実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第６の実施形態について、図１７を用いて説明する。図１７（ａ）は、本実施形態の構成を拡大した側断面図である。図１７（ｂ）は、本実施形態における圧電／電歪素子の電気回路的な接続構成を示した図である。
【０１６７】
図１７（ａ）に示されているように、本実施形態においては、振動板３１２の検知部３１２ａにおける内側表面３１２ｂ上に、圧電／電歪素子３２０ａが設けられている。また、振動板３１２の検知部３１２ａにおける外側表面３１２ｄ上に、圧電／電歪素子３２０ｂが設けられている。すなわち、振動板３１２の両面にそれぞれ圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが配置されている。なお、振動板３１２の外側表面３１２ｄ上に配置された圧電／電歪素子３２０ｂの「下部電極」３２２ｂは、振動板３１２に近接する側の電極を指すものとする。
【０１６８】
図１７（ｂ）に示されているように、本実施形態においては、圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとが短絡されている。そして、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとの間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。
【０１６９】
かかる構成において、振動板３１２に振動が発生すると、当該振動板３１２の内側表面３１２ｂ上の圧電／電歪素子３２０ａと、当該振動板３１２の外側表面３１２ｄ上の圧電／電歪素子３２０ｂとには、当該振動板３１２の振動状態に応じた起電力が発生する。ここで、例えば、振動板３１２のターゲット部３１２ｃが図中下方に変位している場合、圧電／電歪素子３２０ａの圧電／電歪層３２１ａには引張応力が生じ、圧電／電歪素子３２０ｂの圧電／電歪層３２１ｂには圧縮応力が生じる。よって、当該振動板３１２の内側表面３１２ｂ上の圧電／電歪素子３２０ａと、当該振動板３１２の外側表面３１２ｄ上の圧電／電歪素子３２０ｂとには、絶対値が略同一で位相が半波長ずれた起電力の波形が生じる。そして、図１７（ｂ）に示されている回路の出力は、圧電／電歪素子３２０ａしかない場合（圧電／電歪素子３２０ｂがない場合）の２倍となる。これにより、きわめて微小な液滴がターゲット部３１２ｃに衝突した場合であっても、高感度で当該衝突が検出され得る。
【０１７０】
＜第７実施形態の飛翔状態検出装置＞
次に、本発明の飛翔状態検出装置の第７の実施形態について、図１８を用いて説明する。図１８（ａ）は、本実施形態の構成を拡大した側断面図である。図１８（ｂ）は、本実施形態における圧電／電歪素子の電気回路的な接続構成を示した図である。
【０１７１】
図１８（ａ）に示されているように、本実施形態においては、振動板３１２の検知部３１２ａにおける内側表面３１２ｂ上に、圧電／電歪素子３２０ａが設けられている。また、圧電／電歪素子３２０ｂは、絶縁層３２４を挟んで圧電／電歪素子３２０ａの上側に配置されている。圧電／電歪素子３２０ａ、絶縁層３２４、及び圧電／電歪素子３２０ｂは、焼成により一体に形成されている。
【０１７２】
図１８（ｂ）に示されているように、本実施形態においては、圧電／電歪素子３２０ａにおける圧電／電歪層３２１ａの分極方向が、圧電／電歪素子３２０ｂにおける圧電／電歪層３２１ｂの分極方向と反対になるように、圧電／電歪素子３２０ａ及び３２０ｂが構成されている。圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとは、短絡されている。そして、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと、圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとの間に、振動状態に応じた出力電圧が生じるようになっている。すなわち、圧電／電歪素子３２０ａと圧電／電歪素子３２０ｂとが電気回路的に接続されている。
【０１７３】
かかる構成によれば、図１８（ｂ）に示されている回路の出力は、圧電／電歪素子３２０ａしかない場合（圧電／電歪素子３２０ｂがない場合）の２倍となる。これにより、きわめて微小な液滴がターゲット部３１２ｃに衝突した場合であっても、高感度で当該衝突が検出され得る。
【０１７４】
＜変形例の示唆＞
なお、上述の各実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において種々の変形を施すことができることは当然である。
【０１７５】
以下、先願主義の下で本願の出願の際に追記し得る程度（時間の許す限り）で、変形例について幾つか例示する。しかしながら、変形例とてこれらに限定されるものではないことはいうまでもない。本願発明を、上述の実施形態、及び下記変形例の記載に基づき限定解釈すること（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素を、実施形態等の記載に基づき限定解釈すること）は、先願主義の下で出願を急ぐ出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、発明の保護及び利用を目的とする特許法の目的に反し、許されない。また、下記変形例が、互いに矛盾しない範囲で、それぞれ適宜組み合わされ得ることはいうまでもない。
【０１７６】
（ｉ）本発明は、上述の実施形態のような、マイクロピペットによって吐出された微小液滴の飛翔状態の検出に限定されない。また、本発明によって飛翔状態が検出し得る微小物体の種類も、微小液滴に限定されない。また、微小物体の飛翔方向も、鉛直下方に限定されない。さらに、微小物体の飛翔状態の検出の際に行われる電気信号の処理にあたっては、上述の実施形態のような電圧の他、電流、周波数、位相等も用いられ得る。
【０１７７】
（ii）例えば、図９におけるアパチャープレート３３０は省略可能である。また、コーティング層３１３も省略可能である。さらに、コーティング層３１３の形成方法も、ペースト塗布やスクリーン印刷等の厚膜形成法の他、蒸着等の薄膜形成法が用いられ得る。さらに、コーティング層３１３によって、振動板３１２の内側表面３１２ｂの全体が覆われていてもよい。
【０１７８】
（iii）図９ないし図１６に示されている構成において、圧電／電歪素子３２０（３２０ａ・・・）が、図１７に示されている両面構成や、図１８に示されている多層構成であってもよい。もちろん、両面かつ多層構成であってもよい。
【０１７９】
（iv）図１６ないし図１８における、圧電／電歪素子の個数、分極方向及び各電極間の接続関係は、任意に変更され得る。ここで、各圧電／電歪素子３２０ａ，３２０ｂ・・・の間の接続は、配線パターン等によって直接に行われてもよい。あるいは、各圧電／電歪素子３２０ａ等がそれぞれ個別に電圧取得部３４１（図１１参照）に接続されていて、演算・制御部３４３における信号の処理によって、各圧電／電歪素子３２０ａ等が実質的に電気回路的に接続されているような状態であってもよい。
【０１８０】
（ｖ）図１８において、圧電／電歪素子３２０ａにおける圧電／電歪層３２１ａの分極方向と、圧電／電歪素子３２０ｂにおける圧電／電歪層３２１ｂの分極方向とが同一であってもよい。この場合、絶縁層３２４を省略して、圧電／電歪素子３２０ａの上部電極３２３ａと圧電／電歪素子３２０ｂの下部電極３２２ｂとを一体に成形することで、振動状態に応じた電圧が圧電／電歪素子３２０ａの下部電極３２２ａと圧電／電歪素子３２０ｂの上部電極３２３ｂとの間に生じるようにしてもよい。
【０１８１】
（vi）図１９に示されているように、振動板３１２が円盤形状に形成されていてもよい。この場合、厚肉支持部３１１は、振動板３１２よりも小さな半径の円盤状に形成され、当該振動板３１２の略中央に配置される。また、圧電／電歪素子３２０は平面視にて略ドーナツ状に形成される。
【０１８２】
（vii）図２０に示されているように、検知部３１２ａ及びターゲット部３１２ｃが、長方形状の板状部材から構成されていて、当該ターゲット部３１２ｃが検知部３１２ａの長手方向に沿った中心軸を中心としてシーソー状に配置されていてもよい。
【０１８３】
（viii）図２１に示されているように、振動板３１２の構造としては、検知部３１２ａにて応力集中が生じるような様々な構造が採用され得る。
【０１８４】
例えば、図２１（ａ）に示されているように、ターゲット部３１２ｃから検知部３１２ａに向かうにつれて振動板３１２の幅が連続的に狭くなるように、振動板３１２が形成されていてもよい。
【０１８５】
また、図２１（ｂ）に示されているように、検知部３１２ａの厚さが他の部分よりも薄くなるように、振動板３１２が形成されていてもよい。かかる構成においては、ターゲット部３１２ｃに微小物体が衝突した場合、当該ターゲット部３１２ｃを含む部分（検知部３１２ａ以外の部分）には撓みがほとんど生じない。また、当該ターゲット部３１２ｃを含む部分の質量は検知部３１２ａに比べて非常に大きい。
【０１８６】
したがって、図２１（ｂ）に示されている構成によれば、ターゲット部３１２ｃに微小物体が衝突することで、当該衝突の影響による応力が検知部３１２ａにて効率よく発生する。また、振動板３１２のターゲット部３１２ｃに異物等が付着しても、当該振動板３１２の共振周波数のシフトを小さく抑えることができる。
【０１８７】
さらに、図２１（ｃ）に示されているように、検知部３１２ａの弾性率を、それ以外の部分の弾性率よりも小さくすることによって、図２１（ｂ）の場合と同様の作用・効果を得ることができる。なお、図２１（ｃ）に示されている構成において、振動板３１２の幅は、一様でもよいし、図１０（ｂ）や図２１（ａ）に示されているように、検知部３１２ａの幅がそれ以外の部分よりも狭く形成されていてもよい。さらに、振動板３１２の厚さも、図２１（ｂ）に示されているように、検知部３１２ａの厚さが他の部分よりも薄くなるようにしてもよい。
【０１８８】
（ix）図２２に示されているように、圧電／電歪素子３２０は、振動板３１２の内側表面３１２ｂの裏側に形成されていてもよい。
【０１８９】
（ｘ）図２３（ａ）に示されているように、アパチャープレート３３０に複数のアパチャー３３１を形成し、図２３（ｂ）に示されているように、当該複数のアパチャー３３１を通過した微小物体が同時に振動板３１２に衝突するように、当該振動板３１２の幅寸法が設定されていてもよい。なお、図２３（ｂ）に示されている構成において、図２３（ａ）に示されているアパチャープレート３３０を省略することも可能である。
【０１９０】
（xi）図９ないし図２３に示されている構成において、振動板３１２の自由端側（ターゲット部３１２ｃ及びコーティング層３１３側）が、当該振動板３１２の固定端側（検知部３１２ａ側）よりも低くなるように、振動板３１２（センサ基板３１０）を水平面と交差して配置してもよい。これにより、振動板（ターゲット部３１２ｃ及びコーティング層３１３）に衝突した前記試料溶液の微小液滴の飛沫が重力により振動板３１２の下方に流出し得る。
【０１９１】
（xii）その他、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態・実施例や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能な、いかなる構造をも含む。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】ＤＮＡチップの概略構成を示す外観図（斜視図）である。
【図２】図１に示したＤＮＡチップを拡大した断面図である。
【図３】マイクロピペットを拡大した断面図である。
【図４】図３に示したマイクロピペットにおける試料溶液の流路の構成を拡大しつつ透視して示す斜視図である。
【図５】図３に示したマイクロピペットを拡大した平面図である。
【図６】図３に示したマイクロピペットを備えた分注装置の外観を示す概略構成図である。図６（ａ）が平面図であり、図６（ｂ）が側面図である。
【図７】図６に示した分注装置を分解した斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る飛翔状態検出装置が、図６に示した分注装置に装着された状態を示す側面図である。
【図９】図８に示した飛翔状態検出装置の第１の実施形態の構成を拡大した図である。図９（ａ）が側断面図であり、図９（ｂ）が平面図であり、図９（ｃ）が当該飛翔状態検出装置の内部構成を露出した平面図である。
【図１０】図９に示した飛翔状態検出装置の要部を示す図である。図１０（ａ）が側断面図であり、図１０（ｂ）が平面図であり、図１０（ｃ）が複数の微小物体の飛翔状態を同時に検出し得る構成の一例を示す平面図である。
【図１１】図９に示した飛翔状態検出装置を用いて試料溶液の微小液滴の吐出状態を判定するための回路構成図である。
【図１２】図９及び図１０に示した振動板の振動の様子を示した斜視図である。図１２（ａ）が１次撓みモードの振動の様子を示した図であり、図１２（ｂ）が捩れモードの振動の様子を示した図である。
【図１３】図８に示した飛翔状態検出装置の第２の実施形態の構成を拡大した図である。図１３（ａ）が平面図であり、図１３（ｂ）が振動板の振動の様子を示す斜視図である。
【図１４】図８に示した飛翔状態検出装置の第３の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１５】図８に示した飛翔状態検出装置の第４の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１６】図８に示した飛翔状態検出装置の第５の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１７】図８に示した飛翔状態検出装置の第６の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１８】図８に示した飛翔状態検出装置の第７の実施形態の構成を拡大した図である。
【図１９】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大平面図である。
【図２０】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の、他の変形例を示す拡大平面図である。
【図２１】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大図である。
【図２２】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大断面図である。
【図２３】図９ないし図１８に示した飛翔状態検出装置の変形例を示す拡大平面図である。
【符号の説明】
【０１９３】
１００…マイクロピペット、 １１０…ノズルプレート、 １１２…ノズル、
１２０…キャビティユニット、１２４ａ…キャビティ、 １２５ａ…試料注入口、
１３０…アクチュエータユニット、２００…分注装置、 ２１０…試料導入部材、
２１４…試料注入流路、 ２１６…導入チューブ、 ２２０…カートリッジ、
２２２…試料貯留部、 ３００…飛翔状態検出装置、３１０…センサ基板、
３１１…厚肉支持部、 ３１２…振動板、 ３１２ａ…検知部、
３１２ｂ…内側表面、 ３１２ｃ…ターゲット部、 ３１２ｄ…外側表面、
３１３…コーティング層、
３２０，３２０ａ，３２０ａ１，３２０ａ２，３２０ｂ，３２０ｃ，３２０ｄ…圧電／電歪素子、
３２１，３２１ａ，３２１ｂ，３２１ｃ，３２１ｄ…圧電／電歪層、
３２２，３２２ａ，３２２ｂ，３２２ｃ，３２２ｄ…下部電極、
３２３，３２３ａ，３２３ｂ，３２３ｃ，３２３ｄ…上部電極、
３２４…絶縁層、 ３３０…アパチャープレート、３３１…アパチャー、
３４０…制御回路、 ３４１…電圧取得部、 ３４２…駆動部、
３４３…演算・制御部、 Ｄ…飛翔方向、 Ｓ…微小スポット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得る飛翔状態検出装置であって、
前記微小物体が衝突するターゲット部を備え、当該ターゲット部に前記微小物体が衝突することで振動が発生するように構成された振動発生部と、
その振動発生部にて発生した前記振動を電気信号に変換するように構成された圧電／電歪素子と、
を備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の飛翔状態検出装置であって、
単一の前記振動発生部に対して前記ターゲット部が複数設けられていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の飛翔状態検出装置であって、
複数の前記圧電／電歪素子が、互いに電気回路的に接続されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の飛翔状態検出装置であって、
前記ターゲット部の表面には、コーティング層が形成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記圧電／電歪素子を駆動するための駆動電圧を発生する駆動部をさらに備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の飛翔状態検出装置において、
前記振動発生部の共振周波数を取得する共振周波数取得部をさらに備え、
前記駆動部は、前記共振周波数取得部によって取得された前記共振周波数に基づいて、前記圧電／電歪素子を駆動するように構成されたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力が遮断された後に、前記共振周波数を取得するように構成されたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項８】
請求項６に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記駆動部は、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力するように構成され、
前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得するように構成されたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別する振動モード判定部をさらに備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の飛翔状態検出装置であって、
前記振動発生部は、長手方向を有する板状部材から構成され、
前記ターゲット部は、前記板状部材の前記長手方向における一端側に設けられ、
前記圧電／電歪素子は、前記板状部材の前記一端側と反対側の他端側の表面上に固着して設けられたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記板状部材における前記他端側の剛性が、前記一端側の剛性よりも低くなるように、当該板状部材が構成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の飛翔状態検出装置であって、
複数の前記圧電／電歪素子は、前記板状部材の一方の表面と、当該一方の表面の裏側の他方の表面との上に固着して設けられたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記微小物体を吐出し得るように構成された微小物体吐出部と、
前記振動発生部の共振周波数に近い特定周波数で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御する制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記制御部は、
前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような前記特定周波数で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御するように構成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記制御部は、
前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御するように構成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記ターゲット部よりも前記微小物体の飛翔方向における上流側に配置されていて、当該飛翔方向と交差する平板状のアパチャープレートをさらに備え、
そのアパチャープレートには、前記微小物体が通過可能な貫通孔であるアパチャーが形成されていることを特徴とする、物体の通過検出装置。
【請求項１７】
微小物体吐出部から吐出された微小物体の飛翔状態を検出する飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体吐出部から前記微小物体を吐出させ、
吐出された前記微小物体を、ターゲット部に衝突させることで、当該ターゲット部を備えた振動発生部を振動させ、
圧電／電歪素子を用いて、前記振動発生部の振動を電気信号に変換し、
前記電気信号に基づいて、前記微小物体の飛翔状態を検出する、
ステップを含んでなる飛翔状態検出方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出させるステップは、前記振動発生部の共振周波数に近い特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出させるステップは、
前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような前記特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２０】
請求項１７ないし１９に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出させるステップは、
前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で前記微小物体を吐出させるステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２１】
請求項１７ないし２０のいずれかに記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体の飛翔状態を検出するステップは、
前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含むことを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体の飛翔状態を検出するステップは、
互いに電気回路的に接続された第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子が出力する電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含むことを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２３】
請求項１７ないし２２のいずれかに記載の飛翔状態検出方法において、
前記振動発生部の共振周波数を取得し、
取得された前記共振周波数に基づいて、前記圧電／電歪素子を駆動する、
ステップをさらに含むことを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記振動発生部の共振周波数を取得するステップは、前記圧電／電歪素子を駆動するステップの終了後に行われることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記圧電／電歪素子を駆動するステップは、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力し、
前記振動発生部の共振周波数を取得するステップは、前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得する、
ステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２６】
請求項１７ないし２３のいずれかに記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出するステップは、前記微小物体を前記ターゲット部の所定の位置に所定の周波数で衝突させることで、前記振動発生部を所定の振動モードで振動させるように、当該微小物体を吐出するステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得る飛翔状態検出装置であって、
前記微小物体が衝突するターゲット部を備え、当該ターゲット部に前記微小物体が衝突することで振動が発生するように構成された振動発生部と、
その振動発生部にて発生した前記振動を電気信号に変換するように構成された圧電／電歪素子と、
を備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の飛翔状態検出装置であって、
単一の前記振動発生部に対して前記ターゲット部が複数設けられていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の飛翔状態検出装置であって、
複数の前記圧電／電歪素子が、互いに電気回路的に接続されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の飛翔状態検出装置であって、
前記ターゲット部の表面には、コーティング層が形成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記圧電／電歪素子を駆動するための駆動電圧を発生する駆動部をさらに備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の飛翔状態検出装置において、
前記振動発生部の共振周波数を取得する共振周波数取得部をさらに備え、
前記駆動部は、前記共振周波数取得部によって取得された前記共振周波数に基づいて、前記圧電／電歪素子を駆動するように構成されたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力が遮断された後に、前記共振周波数を取得するように構成されたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項８】
請求項６に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記駆動部は、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力するように構成され、
前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得するように構成されたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別する振動モード判定部をさらに備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の飛翔状態検出装置であって、
前記振動発生部は、長手方向を有する板状部材から構成され、
前記ターゲット部は、前記板状部材の前記長手方向における一端側に設けられ、
前記圧電／電歪素子は、前記板状部材の前記一端側と反対側の他端側の表面上に固着して設けられたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記板状部材における前記他端側の剛性が、前記一端側の剛性よりも低くなるように、当該板状部材が構成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の飛翔状態検出装置であって、
複数の前記圧電／電歪素子は、前記板状部材の一方の表面と、当該一方の表面の裏側の他方の表面との上に固着して設けられたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記微小物体を吐出し得るように構成された微小物体吐出部と、
前記振動発生部の共振周波数の１／ｎ倍（ｎは自然数）に近い特定周波数で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御する制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記制御部は、
前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような前記特定周波数で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御するように構成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記制御部は、
前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御するように構成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記ターゲット部よりも前記微小物体の飛翔方向における上流側に配置されていて、当該飛翔方向と交差する平板状のアパチャープレートをさらに備え、
そのアパチャープレートには、前記微小物体が通過可能な貫通孔であるアパチャーが形成されていることを特徴とする、物体の通過検出装置。
【請求項１７】
微小物体吐出部から吐出された微小物体の飛翔状態を検出する飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体吐出部から前記微小物体を吐出させ、
吐出された前記微小物体を、ターゲット部に衝突させることで、当該ターゲット部を備えた振動発生部を振動させ、
圧電／電歪素子を用いて、前記振動発生部の振動を電気信号に変換し、
前記電気信号に基づいて、前記微小物体の飛翔状態を検出する、
ステップを含んでなる飛翔状態検出方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出させるステップは、前記振動発生部の共振周波数の１／ｎ倍（ｎは自然数）に近い特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出させるステップは、
前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような前記特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２０】
請求項１７ないし１９に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出させるステップは、
前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で前記微小物体を吐出させるステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２１】
請求項１７ないし２０のいずれかに記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体の飛翔状態を検出するステップは、
前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含むことを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体の飛翔状態を検出するステップは、
互いに電気回路的に接続された第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子が出力する電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含むことを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２３】
請求項１７ないし２２のいずれかに記載の飛翔状態検出方法において、
前記振動発生部の共振周波数を取得し、
取得された前記共振周波数に基づいて、前記圧電／電歪素子を駆動する、
ステップをさらに含むことを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記振動発生部の共振周波数を取得するステップは、前記圧電／電歪素子を駆動するステップの終了後に行われることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記圧電／電歪素子を駆動するステップは、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力し、
前記振動発生部の共振周波数を取得するステップは、前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得する、
ステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２６】
請求項１７ないし２３のいずれかに記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出するステップは、前記微小物体を前記ターゲット部の所定の位置に所定の周波数で衝突させることで、前記振動発生部を所定の振動モードで振動させるように、当該微小物体を吐出するステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項１】
飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得る飛翔状態検出装置であって、
前記微小物体が衝突するターゲット部を備え、当該ターゲット部に前記微小物体が衝突することで振動が発生するように構成された振動発生部と、
その振動発生部にて発生した前記振動を電気信号に変換するように構成された圧電／電歪素子と、
を備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の飛翔状態検出装置であって、
単一の前記振動発生部に対して前記ターゲット部が複数設けられていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の飛翔状態検出装置であって、
複数の前記圧電／電歪素子が、互いに電気回路的に接続されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の飛翔状態検出装置であって、
前記ターゲット部の表面には、コーティング層が形成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記圧電／電歪素子を駆動するための駆動電圧を発生する駆動部をさらに備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の飛翔状態検出装置において、
前記振動発生部の共振周波数を取得する共振周波数取得部をさらに備え、
前記駆動部は、前記共振周波数取得部によって取得された前記共振周波数に基づいて、前記圧電／電歪素子を駆動するように構成されたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力が遮断された後に、前記共振周波数を取得するように構成されたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項８】
請求項６に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記駆動部は、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力するように構成され、
前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得するように構成されたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別する振動モード判定部をさらに備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の飛翔状態検出装置であって、
前記振動発生部は、長手方向を有する板状部材から構成され、
前記ターゲット部は、前記板状部材の前記長手方向における一端側に設けられ、
前記圧電／電歪素子は、前記板状部材の前記一端側と反対側の他端側の表面上に固着して設けられたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記板状部材における前記他端側の剛性が、前記一端側の剛性よりも低くなるように、当該板状部材が構成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の飛翔状態検出装置であって、
複数の前記圧電／電歪素子は、前記板状部材の一方の表面と、当該一方の表面の裏側の他方の表面との上に固着して設けられたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記微小物体を吐出し得るように構成された微小物体吐出部と、
前記振動発生部の共振周波数に近い特定周波数で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御する制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記制御部は、
前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような前記特定周波数で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御するように構成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記制御部は、
前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御するように構成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記ターゲット部よりも前記微小物体の飛翔方向における上流側に配置されていて、当該飛翔方向と交差する平板状のアパチャープレートをさらに備え、
そのアパチャープレートには、前記微小物体が通過可能な貫通孔であるアパチャーが形成されていることを特徴とする、物体の通過検出装置。
【請求項１７】
微小物体吐出部から吐出された微小物体の飛翔状態を検出する飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体吐出部から前記微小物体を吐出させ、
吐出された前記微小物体を、ターゲット部に衝突させることで、当該ターゲット部を備えた振動発生部を振動させ、
圧電／電歪素子を用いて、前記振動発生部の振動を電気信号に変換し、
前記電気信号に基づいて、前記微小物体の飛翔状態を検出する、
ステップを含んでなる飛翔状態検出方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出させるステップは、前記振動発生部の共振周波数に近い特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出させるステップは、
前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような前記特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２０】
請求項１７ないし１９に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出させるステップは、
前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で前記微小物体を吐出させるステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２１】
請求項１７ないし２０のいずれかに記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体の飛翔状態を検出するステップは、
前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含むことを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体の飛翔状態を検出するステップは、
互いに電気回路的に接続された第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子が出力する電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含むことを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２３】
請求項１７ないし２２のいずれかに記載の飛翔状態検出方法において、
前記振動発生部の共振周波数を取得し、
取得された前記共振周波数に基づいて、前記圧電／電歪素子を駆動する、
ステップをさらに含むことを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記振動発生部の共振周波数を取得するステップは、前記圧電／電歪素子を駆動するステップの終了後に行われることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記圧電／電歪素子を駆動するステップは、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力し、
前記振動発生部の共振周波数を取得するステップは、前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得する、
ステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２６】
請求項１７ないし２３のいずれかに記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出するステップは、前記微小物体を前記ターゲット部の所定の位置に所定の周波数で衝突させることで、前記振動発生部を所定の振動モードで振動させるように、当該微小物体を吐出するステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔中の微小物体の飛翔状態を検出し得る飛翔状態検出装置であって、
前記微小物体が衝突するターゲット部を備え、当該ターゲット部に前記微小物体が衝突することで振動が発生するように構成された振動発生部と、
その振動発生部にて発生した前記振動を電気信号に変換するように構成された圧電／電歪素子と、
を備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の飛翔状態検出装置であって、
単一の前記振動発生部に対して前記ターゲット部が複数設けられていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の飛翔状態検出装置であって、
複数の前記圧電／電歪素子が、互いに電気回路的に接続されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の飛翔状態検出装置であって、
前記ターゲット部の表面には、コーティング層が形成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記圧電／電歪素子を駆動するための駆動電圧を発生する駆動部をさらに備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の飛翔状態検出装置において、
前記振動発生部の共振周波数を取得する共振周波数取得部をさらに備え、
前記駆動部は、前記共振周波数取得部によって取得された前記共振周波数に基づいて、前記圧電／電歪素子を駆動するように構成されたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力が遮断された後に、前記共振周波数を取得するように構成されたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項８】
請求項６に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記駆動部は、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力するように構成され、
前記共振周波数取得部は、前記駆動部による前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得するように構成されたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別する振動モード判定部をさらに備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の飛翔状態検出装置であって、
前記振動発生部は、長手方向を有する板状部材から構成され、
前記ターゲット部は、前記板状部材の前記長手方向における一端側に設けられ、
前記圧電／電歪素子は、前記板状部材の前記一端側と反対側の他端側の表面上に固着して設けられたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記板状部材における前記他端側の剛性が、前記一端側の剛性よりも低くなるように、当該板状部材が構成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の飛翔状態検出装置であって、
複数の前記圧電／電歪素子は、前記板状部材の一方の表面と、当該一方の表面の裏側の他方の表面との上に固着して設けられたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記微小物体を吐出し得るように構成された微小物体吐出部と、
前記振動発生部の共振周波数の１／ｎ倍（ｎは自然数）に近い特定周波数で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御する制御部と、
をさらに備えたことを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記制御部は、
前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような前記特定周波数で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御するように構成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の飛翔状態検出装置であって、
前記制御部は、
前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で前記微小物体の吐出が行われるように、前記微小物体吐出部を制御するように構成されていることを特徴とする飛翔状態検出装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれかに記載の飛翔状態検出装置において、
前記ターゲット部よりも前記微小物体の飛翔方向における上流側に配置されていて、当該飛翔方向と交差する平板状のアパチャープレートをさらに備え、
そのアパチャープレートには、前記微小物体が通過可能な貫通孔であるアパチャーが形成されていることを特徴とする、物体の通過検出装置。
【請求項１７】
微小物体吐出部から吐出された微小物体の飛翔状態を検出する飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体吐出部から前記微小物体を吐出させ、
吐出された前記微小物体を、ターゲット部に衝突させることで、当該ターゲット部を備えた振動発生部を振動させ、
圧電／電歪素子を用いて、前記振動発生部の振動を電気信号に変換し、
前記電気信号に基づいて、前記微小物体の飛翔状態を検出する、
ステップを含んでなる飛翔状態検出方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出させるステップは、前記振動発生部の共振周波数の１／ｎ倍（ｎは自然数）に近い特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出させるステップは、
前記共振周波数をｆ0、前記特定周波数をｆ1とした場合に、
（ｎ−０．２）ｆ1≦ｆ0≦（ｎ＋０．２５）ｆ1［ｎは自然数］
を満たすような前記特定周波数で前記微小物体を吐出させるステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２０】
請求項１７ないし１９に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出させるステップは、
前記ターゲット部に前記微小物体が衝突した際に、前記振動発生部によって当該微小物体の運動エネルギーを吸収するために要する時間をＴ1、前記振動発生部の前記共振周波数に相当する固有周期をＴ0とした場合に、
Ｔ1≦０．２Ｔ0
を満たすような条件で前記微小物体を吐出させるステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２１】
請求項１７ないし２０のいずれかに記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体の飛翔状態を検出するステップは、
前記電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含むことを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体の飛翔状態を検出するステップは、
互いに電気回路的に接続された第１の圧電／電歪素子及び第２の圧電／電歪素子が出力する電気信号に基づいて、前記振動発生部の振動モードを判別するステップを含むことを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２３】
請求項１７ないし２２のいずれかに記載の飛翔状態検出方法において、
前記振動発生部の共振周波数を取得し、
取得された前記共振周波数に基づいて、前記圧電／電歪素子を駆動する、
ステップをさらに含むことを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記振動発生部の共振周波数を取得するステップは、前記圧電／電歪素子を駆動するステップの終了後に行われることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の飛翔状態検出方法であって、
前記圧電／電歪素子を駆動するステップは、複数の前記圧電／電歪素子の一部に対して前記駆動電圧を出力し、
前記振動発生部の共振周波数を取得するステップは、前記駆動電圧の出力先とは異なる前記圧電／電歪素子からの前記電気信号に基づいて、前記共振周波数を取得する、
ステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【請求項２６】
請求項１７ないし２３のいずれかに記載の飛翔状態検出方法であって、
前記微小物体を吐出するステップは、前記微小物体を前記ターゲット部の所定の位置に所定の周波数で衝突させることで、前記振動発生部を所定の振動モードで振動させるように、当該微小物体を吐出するステップであることを特徴とする飛翔状態検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
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【図１３】
【図１４】
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【図１８】
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【図２０】
【図２１】
【図２２】
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【公開番号】特開２００６−３３７０９５（Ｐ２００６−３３７０９５Ａ）
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５９７９９（Ｐ２００５−１５９７９９）
【出願日】平成１７年５月３１日（２００５．５．３１）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月３１日（２００５．５．３１）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
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