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化学・物理現象検出装置及びその制御方法 コモンズ

国内特許コード P110005653
整理番号 07083P
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2008-079306
公開番号 特開2009-236502
登録番号 特許第5077799号
出願日 平成20年3月25日(2008.3.25)
公開日 平成21年10月15日(2009.10.15)
登録日 平成24年9月7日(2012.9.7)
発明者
  • 澤田 和明
  • 松尾 純一
出願人
  • 国立大学法人豊橋技術科学大学
発明の名称 化学・物理現象検出装置及びその制御方法 コモンズ
発明の概要

【課題】センシング部が光に感応する累積型化学・物理現象検出装置を明所でも高い精度で使用可能とする。
【解決手段】化学・物理現象検出装置1において、電荷供給部3からセンシング部2への電荷供給が無い状態で、センシング部2から電荷蓄積部5へ電荷が転送可能なように電荷転送調節部6の電位を調節し、電荷蓄積部5の第1の電位を検出して保存する手段10と、電荷供給部3からセンシング部2へ電荷の供給がなされた状態で、電荷転送調節部6の電位を調節して、センシング部2の電荷を電荷蓄積部5へ転送し、電荷蓄積部5の第2の電位を検出して保存する手段と、前記第2の電位と前記第1の電位との差を演算し、得られた電位差を出力する手段10とを備える。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


化学・物理現象検出装置の一例としてpHセンサを図1に示す。
このpHセンサ1は水溶液の水素イオン濃度に応じてポテンシャルが変化するセンシング部2と、このセンシング部2へ電荷を供給する電荷供給部3と、センシング部2と電荷供給部3との間に形成される電荷供給調節部4と、センシング部2から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部5と、センシング部2と電荷蓄積部5との間に形成される電荷転送調節部6とを備えている。



上記において、センシング部2はp型化されたシリコン基板表面からなり、電荷供給部3はシリコン基板へn型不純物をドープして形成される。電荷蓄積部5もシリコン基板へn型不純物をドープして形成される。
センシング部2の上にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜7を介してSiからなるpH感応膜8が積層されている。pH感応膜8の上側には溶液槽が設けられ、参照電極9が溶液に浸漬されている。
電荷蓄積部5は図示しないリセット部に接続されており、



かかる構成のpHセンサ1の動作は図1(B)のタイミングチャートで示される。
(T1)
電荷蓄積部5の電荷をリセットすると同時に、電荷供給部3の電位を電荷供給調節部4の電位より低くして、電荷供給部3の電荷をセンシング部2へ供給する。このとき、電荷転送調節部6の電位は低く保たれているので、センシング部2のポテンシャル深さ応じた(即ち、溶液のpHの値に応じた)量の電荷がセンシング部2に保存される。
その後、電荷供給部4の電位を上げてセンシング部2への電荷の供給を止めるとともに、電荷蓄積部5のリセットをオフとする。
(T4)
この状態で電荷蓄積部5の電位を検出する。T1において電荷蓄積部5はリセットされているので、ここで検出された電位は電荷蓄積部5のリセットレベルを示す。この第1の電位は、差動アンプ10に一旦保存される。



(T6)
電荷転送調節部6の電位をあげることにより、センシング部2の電荷を電荷蓄積部5へ転送する。図1のポテンシャル図はこの状態を示している。
(T10)
センシング部2から転送された電荷を蓄積した電荷蓄積部5の電位(第2の電位)を検出し、差動アンプ10へ送る。
差動アンプ10は第2の電位と第1の電位との差を演算し、当該電位差を出力信号とする。



この発明に関連する技術を開示する文献として、特許文献1~特許文献4を参照されたい。

【特許文献1】特開2002-221435号公報

【特許文献2】特開2002-098667号公報

【特許文献3】特開2004-028723号公報

【特許文献4】特開平11-201775号公報

産業上の利用分野


本発明は化学・物理現象検出装置及びその制御方法に関する。この発明の化学・物理現象検出装置は例えばpHセンサとして好適である。

特許請求の範囲 【請求項1】
化学・物理現象に対応してポテンシャルが変化するセンシング部と、
前記センシング部へ電荷を供給する電荷供給部と、
前記センシング部と前記電荷供給部との間に形成される電荷供給調節部と、
前記センシング部から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記センシング部と前記電荷蓄積部との間に形成される電荷転送調節部とを備えてなる、化学・物理現象検出装置であって、
前記電荷供給部から前記センシング部への電荷供給が無い状態で、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷が転送可能なように前記電荷転送調節部の電位を調節し、該電荷蓄積部の第1の電位を検出して保存する手段と、
前記電荷供給部から前記センシング部へ電荷の供給がなされた状態で、前記電荷転送調節部の電位を調節して、前記センシング部の電荷を前記電荷蓄積部へ転送し、該電荷蓄積部の第2の電位を検出して保存する手段と、
前記第2の電位と前記第1の電位との差を演算し、得られた電位差を出力する手段と、を更に備える、ことを特徴とする化学・物理現象検出装置。

【請求項2】
請求項1に記載の化学・物理現象検出装置であって、前記化学・物理現象は水素イオン濃度であり、前記センシング部は外部の光に感応して電荷を生成する化学・物理現象検出装置と、
前記センシング部へ入射された光に基づきイメージ信号を出力する光検装置と、
を備えてなる融合型化学・物理現象検出装置。

【請求項3】
化学・物理現象に対応してポテンシャルが変化するセンシング部と、
前記センシング部へ電荷を供給する電荷供給部と、
前記センシング部と前記電荷供給部との間に形成される電荷供給調節部と、
前記センシング部から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記センシング部と前記電荷蓄積部との間に形成される電荷転送調節部とを備えてなる、化学・物理現象検出装置であって、
前記電荷蓄積部をリセットした後の該電荷蓄積部の第3の電位を検出して保存する手段と、
前記電荷供給部から前記センシング部への電荷供給が無い状態で、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷が転送可能なように前記電荷転送調節部の電位を調節し、該電荷蓄積部の第4の電位を検出して保存する手段と、
前記第4の電位と前記第3の電位との差を演算して、得られた電位差を第5の電位として保存する手段と、
前記第4の電位を検出して保存した後、前記電荷蓄積部内の電荷をリセットし、前記電荷供給部から前記センシング部へ電荷を供給した後であって、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷の転送がされる前に、前記電荷蓄積部の第6の電位を検出して保存する手段と、
前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷の転送がされた後の前記電荷蓄積部の第7の電位を検出して保存する手段と、
前記第7の電位と、前記第6の電位及び前記第5の電位の和の電位との差を演算して、得られた電位差を出力する手段と、を更に備える、ことを特徴とする化学・物理現象検出装置。

【請求項4】
化学・物理現象に対応してポテンシャルが変化するセンシング部と、
前記センシング部へ電荷を供給する電荷供給部と、
前記センシング部と前記電荷供給部との間に形成される電荷供給調節部と、
前記センシング部から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記センシング部と前記電荷蓄積部との間に形成される電荷転送調節部とを備えてなる、化学・物理現象検出装置の制御方法であって、
前記電荷供給部から前記センシング部への電荷供給が無い状態で、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷が転送可能なように前記電荷転送調節部の電位を調節し、前記電荷蓄積部の第1の電位を検出して保存し、その後、
前記電荷供給部から前記センシング部へ電荷の供給がなされた状態で、前記電荷転送調節部の電位を調節して、前記センシング部の電荷を前記電荷蓄積部へ転送して該電荷蓄積部の第2の電位を保存し、
前記第2の電位と前記第1の電位との差を演算し、得られた電位差を出力する、ことを特徴とする化学・物理現象検出装置の制御方法。

【請求項5】
化学・物理現象に対応してポテンシャルが変化するセンシング部と、
前記センシング部へ電荷を供給する電荷供給部と、
前記センシング部と前記電荷供給部との間に形成される電荷供給調節部と、
前記センシング部から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記センシング部と前記電荷蓄積部との間に形成される電荷転送調節部とを備えてなる、化学・物理現象検出装置の制御方法であって、
前記電荷蓄積部をリセットした後の該電荷蓄積部の第3の電位を検出し、
前記電荷供給部から前記センシング部への電荷供給が無い状態で、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷が転送可能なように前記電荷転送調節部の電位を調節し、該電荷蓄積部の第4の電位を検出して保存し、
前記第4の電位と前記第3の電位との差を演算して、得られた電位差を第5の電位として保存し、
前記第4の電位を検出して保存した後、前記電荷蓄積部内の電荷をリセットし、前記電荷供給部から前記センシング部へ電荷を供給した後であって、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷の転送がされる前に、前記電荷蓄積部の第6の電位を検出して保存し、
前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷の転送がされた後の前記電荷蓄積部の第7の電位を検出して保存し、
前記第7の電位と、前記第6の電位及び前記第5の電位の和の電位との差を演算して、得られた電位差を出力する、ことを特徴とする化学・物理現象検出装置の制御方法。
産業区分
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
画像

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