JP2021021613A - 匂い検出装置及び匂い検出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1実施形態の匂い検出装置1の概略平面図である。図1の右部は、各検出部5に共通のレイアウト例を模式的に示している。図2は、図1におけるII-II線に沿った検出部5の断面構成を模式的に示す図である。匂い検出装置1は、イオンセンサ2と、イオンセンサ2上に設けられた物質吸着膜3と、電極4と、検知部6と、調整部7と、を備える。
図3を参照して、ID駆動方式について説明する。まず、図3の(A)に示されるように、物質吸着膜3が匂い物質を吸着して当該物質吸着膜3の状態変化が生じると、当該物質吸着膜3の直下に位置する感応膜13の電位変化が生じ、当該電位変化に応じてポテンシャル井戸14の深さが変化する。続いて、図3の(B)に示されるように、ID部21の電位が下げられることにより、ID部21に電荷が蓄積される。ID部21に蓄積された電荷は、基板100においてICG部22と対向する領域(以下「ICG領域」)を超えて、ポテンシャル井戸14へと注入される。このとき、TG領域の電位は、ID部21の電位よりも低くなるように制御される。従って、ポテンシャル井戸14へ注入される電荷がTG領域を超えてFD部31に達することはない。
次に、図4を参照して、ICG駆動方式について説明する。ICG駆動方式は、図3の(A)〜(C)の動作を図4の(A)〜(C)の動作に置き換えたものである。まず、図4の(A)に示されるように、ID部21の電位は、ポテンシャル井戸14の電位よりも低く且つTG領域の電位よりも高い一定の値に設定される。一方、ICG領域の電位は、ID部21の電位よりも低くされる。続いて、図4の(B)に示されるように、ICG領域の電位をポテンシャル井戸14の電位よりも高くすることにより、ID部21からポテンシャル井戸14へと電荷が供給される。続いて、図4の(C)に示されるように、再びICG領域の電位をID部21の電位よりも低くすることにより、予め設定されたID部21の電位の高さまでの電荷がポテンシャル井戸14に残る。以上により、ポテンシャル井戸14にID部21と同等の電位の電荷が蓄積される。ICG駆動方式におけるその後の動作は、図3の(D)〜(F)の動作と同様である。
図7は、第2実施形態の匂い検出装置1Aの検出部5の断面構成を模式的に示す図である。匂い検出装置1Aでは、イオンセンサ2は、上述したICG駆動方式(図4)により各検出部5を動作させるように構成されている。また、図7に示されるように、匂い検出装置1Aは、参照電圧Vrefを調整する調整部7の代わりに、ID部21に印加される電圧を調整する調整部7Aを備える点で、匂い検出装置1と相違している。すなわち、匂い検出装置1Aでは、ID部21に印加される電圧が、out信号のオフセットが減少するように調整される対象の駆動信号として用いられる。
図8は、第3実施形態の匂い検出装置1Bの検出部5の断面構成を模式的に示す図である。匂い検出装置1Bでは、イオンセンサ2は、上述したID駆動方式(図3)により各検出部5を動作させるように構成されている。また、図8に示されるように、匂い検出装置1Bは、参照電圧Vrefを調整する調整部7の代わりに、ICG部22に印加される電圧を調整する調整部7Bを備える点で、匂い検出装置1と相違している。すなわち、匂い検出装置1Bでは、ICG部22に印加される電圧が、out信号のオフセットが減少するように調整される対象の駆動信号として用いられる。
図9は、第4実施形態の匂い検出装置1Cの検出部5Aの断面構成を模式的に示す図である。匂い検出装置1Cは、いわゆる電荷転送型のCMOSイメージセンサであるイオンセンサ2に代えて、いわゆるISFET型のイオンセンサ2Aを備える点で、匂い検出装置1と相違している。その他の構成については、匂い検出装置1と同様である。イオンセンサ2Aは、単位検出素子(画素)として、電荷転送型の測定方式が採用された検出部5に代えてISFET型の測定方式が採用された検出部5Aを備える点で、イオンセンサ2と相違している。
容量部C1の容量:容量部C2の容量=Gsf×Csens:Cfd …(1)
抵抗R1の抵抗値:抵抗R2の抵抗値=Gsf×Csens:Cfd …(2)
Claims (10)
- イオン感応部を有し、前記イオン感応部の電位変化に応じた出力信号を出力するイオンセンサと、
前記イオン感応部上に配置され、検出対象の匂い物質を吸着することにより状態が変化し、前記イオン感応部の電位変化を生じさせる物質吸着膜と、
前記イオンセンサの出力信号を取得し、当該出力信号における予め定められた基準値からのオフセットが減少するように、前記イオンセンサを駆動させるための駆動信号を調整する調整部と、を備える匂い検出装置。 - 前記調整部は、前記出力信号に基づいて前記駆動信号を調整する第1動作モードと、前記第1動作モードにおいて調整された前記駆動信号を維持する第2動作モードと、を切り替え可能に構成されている、請求項1に記載の匂い検出装置。
- 前記物質吸着膜に参照電圧を印加する電極を更に備え、
前記駆動信号は、前記参照電圧である、請求項1又は2に記載の匂い検出装置。 - 前記イオンセンサは、
前記イオン感応部の電位変化に応じて深さを変化させるポテンシャル井戸に注入するための電荷を蓄積するID部と、
前記ID部から前記ポテンシャル井戸への電荷注入量を制御するICG部と、を有し、
前記イオンセンサは、前記ID部の電位を一定にした状態で前記ICG部の電位を変化させることにより、前記ID部から前記ポテンシャル井戸に電荷を注入するように構成されており、
前記駆動信号は、前記ID部に印加される電圧である、請求項1又は2に記載の匂い検出装置。 - 前記イオンセンサは、
前記イオン感応部の電位変化に応じて深さを変化させるポテンシャル井戸に注入するための電荷を蓄積するID部と、
前記ID部から前記ポテンシャル井戸への電荷注入量を制御するICG部と、を有し、
前記イオンセンサは、前記ICG部の電位を一定にした状態で前記ID部の電位を変化させることにより、前記ID部から前記ポテンシャル井戸に電荷を注入するように構成されており、
前記駆動信号は、前記ICG部に印加される電圧である、請求項1又は2に記載の匂い検出装置。 - 前記調整部は、前記出力信号を入力し、前記出力信号のオフセット方向とは逆方向に調整された信号を出力する第1調整部と、前記第1調整部により出力された前記信号のゲインを調整することにより前記駆動信号を生成する第2調整部と、を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の匂い検出装置。
- 前記イオンセンサは、複数の画素グループを有し、
各前記画素グループは、それぞれ独立した前記イオン感応部を有する一以上の画素を有し、
前記調整部は、前記画素グループ毎に設けられており、
一の前記画素グループに設けられた前記調整部は、前記一の前記画素グループに含まれる各前記画素の出力信号に基づいて、前記一の前記画素グループに含まれる各前記画素に共通の前記駆動信号を調整する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の匂い検出装置。 - 前記物質吸着膜は、前記画素グループ毎に設けられている、請求項7に記載の匂い検出装置。
- イオン感応部を有し、前記イオン感応部の電位変化に応じた出力信号を出力するイオンセンサと、前記イオン感応部上に配置され、検出対象の匂い物質を吸着することにより状態が変化し、前記イオン感応部の電位変化を生じさせる物質吸着膜と、を有する匂い検出装置による匂い検出方法であって、
前記匂い検出装置を前記検出対象の匂い物質が存在しない雰囲気下に配置した状態で、前記イオンセンサの出力信号を取得し、当該出力信号における予め定められた基準値からのオフセットが減少するように、前記イオンセンサを駆動させるための駆動信号を調整する第1ステップと、
前記第1ステップにおいて調整された前記駆動信号を維持した状態で、前記匂い検出装置に対して検査対象となる空気を導入する第2ステップと、
前記第2ステップの後に取得された前記イオンセンサの出力信号に基づいて、前記匂い物質を検出する第3ステップと、を含む匂い検出方法。 - 前記第2ステップの処理が実行されてから予め定められた期間が経過した後に、前記第1ステップの処理を再度実行する、請求項9に記載の匂い検出方法。
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