JP6372097B2 - 検出装置、検出回路、センサモジュール及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出装置、検出回路、センサモジュール及び画像形成装置に関する。

湿度等の雰囲気状態を検出する検出装置として、熱伝導原理を利用したマイクロブリッジ構造を有する検出装置が広く用いられている。

また、当該検出装置の具体的な構造として、例えば特許文献１に、基板上に形成された空洞部上に、架橋支持部を有する薄膜絶縁体を介して発熱抵抗体（発熱体パターン）が形成された構造が開示されている。

係る構造を有する検出装置の場合、発熱体パターンを高温に加熱したときの発熱体パターン近傍の雰囲気状態に応じた熱伝導率変化を電圧変化として検出することで、雰囲気状態に関する信号を取得する。ここで、雰囲気状態に関する信号には、例えば湿度成分に加え温度成分も含まれているため、各成分を区別して取得するためには温度のみに関する信号を取得する必要がある。

そこで、上記特許文献１に記載の検出装置では、発熱体パターンを室温程度にしたときの発熱体パターンの温度に応じた抵抗変化を電圧変化として検出することで、温度に関する信号を取得する。そして、温度に関する信号に基づいて雰囲気状態（例えば湿度）に関する信号を補正することで、所望の雰囲気状態に関する信号を取得することとしている。

しかしながら、特許文献１に記載の検出装置に含まれる発熱パターンを用いて温度に関する信号を取得する場合、発熱体パターンが自己発熱しないように発熱体パターンに供給する電流を小さくする必要がある。このため、発熱体パターンの電圧変化が小さくなり、高い感度で温度に関する信号を取得できず、温度に関する信号に基づいて補正される雰囲気状態に関する信号を高い精度で取得できないことがある。

そこで、本発明の一つの案では、雰囲気状態に関する信号を高い精度で取得することが可能な検出装置を提供することを課題とする。

一つの案では、表面の一部に空洞が設けられた基板と、空洞上に配置された薄膜層と、薄膜層上に形成された薄膜層上パターンと、基板上に形成された第１の基板上パターン及び第２の基板上パターンと、薄膜層上パターンの一端と第１の基板上パターンの一端との接続部に形成された第１の端子と、薄膜層上パターンの他端と第２の基板上パターンの一端との接続部に形成された第２の端子と、第１の基板上パターンの他端に形成された第３の端子と、第２の基板上パターンの他端に形成された第４の端子と、を有し、第１の基板上パターンの抵抗は、薄膜層上パターンの抵抗よりも大きく、第２の基板上パターンの抵抗は、薄膜層上パターンの抵抗よりも大きいことを特徴とする検出装置が提供される。

一態様によれば、雰囲気状態に関する信号を高い精度で取得することが可能な検出装置を提供することができる。

第１実施形態に係る検出装置の一例の概略構成図。 第１実施形態に係る検出装置の作製方法の一例のフローチャート。 図１の検出装置の等価回路図。 第１実施形態に係る検出回路の一例の説明図。 第１実施形態に係る検出回路の他の例の説明図。 第１実施形態に係る検出回路の更に他の例の説明図。 第１実施形態に係る検出回路を用いたセンサモジュールの一例のブロック図。 第２実施形態に係る検出装置の一例の概略構成図。 図８の検出装置の等価回路図。 第３実施形態に係る検出装置の一例の概略構成図。 図１０の検出装置の等価回路図。 第３実施形態に係る検出回路の一例の説明図。 第３実施形態に係る検出回路の他の例の説明図。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る検出装置１００ａの構成の一例について説明する。

第１実施形態に係る検出装置１００ａは、表面の一部に空洞が設けられた基板と、空洞上に配置された薄膜層と、薄膜層上に形成された薄膜層上パターンと、基板上に形成された基板上パターンと、第１の端子、第２の端子、第３の端子、第４の端子と、を有し、第１の端子と第２の端子との間の抵抗は薄膜層上パターンを含み、第３の端子と第４の端子との間の抵抗は薄膜層上パターン及び基板上パターンを含み、第１の端子と第２の端子との間の抵抗は、第３の端子と第４の端子との間の抵抗よりも低いことを特徴とする。

以下では、薄膜層上パターンの一例として発熱体パターン、基板上パターンの一例として抵抗体パターンを用いる場合について説明する。

図１に、検出装置１００ａの一例の概略構成図を示す。図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１実施形態に係る検出装置１００ａは、空洞が形成された空洞部１０２ａと空洞が形成されていない非空洞部１０２ｂとを有する基板１０１と、空洞部１０２ａ上に架橋支持又は片持支持された薄膜層としての下部絶縁層１０３と、下部絶縁層１０３上に第１接着層１０４を介して形成された発熱体パターン１０５と、非空洞部１０２ｂ上に下部絶縁層１０３及び第１接着層１０４を介して形成された抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂとを有する。

また、発熱体パターン１０５及び抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂ上には、第２接着層１０７及び上部絶縁層１０８が形成されている。

発熱体パターン１０５の一端は、抵抗体パターン１０６ａの一端と接続されており、接続部１０９ａを形成する。発熱体パターン１０５の他端は、抵抗体パターン１０６ｂの一端と接続されており、接続部１０９ｂを形成する。

発熱体パターン１０５と抵抗体パターン１０６ａとの接続部１０９ａには第１の端子としての端子Ａが形成され、発熱体パターン１０５と抵抗体パターン１０６ｂとの接続部１０９ｂには第２の端子としての端子Ｂが形成されている。また、抵抗体パターン１０６ａの他端には第３の端子としての端子Ｃが形成され、抵抗体パターン１０６ｂの他端には第４の端子としての端子Ｄが形成されている。

端子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、例えば外部回路と接続するための電極パッドとして用いられる。すなわち、端子Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤに、各々、図示しないリードを接続し、外部回路と接続することにより、発熱体パターン１０５及び抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂに電流が供給され、所望の端子間の電圧、電流等の信号が取得される。

そして、発熱体パターン１０５及び抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂに電流が供給されると、発熱体パターン１０５により雰囲気状態に関する信号が取得され、抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂ及び発熱体パターン１０５により温度に関する信号が取得される。

雰囲気状態としては、例えば湿度、気圧、ガス濃度等が挙げられる。雰囲気状態が湿度の場合には、検出装置１００ａは湿度センサとして機能する。また、雰囲気状態が気圧の場合には、検出装置１００ａは気圧センサとして機能する。また、雰囲気状態がガス濃度である場合には、検出装置１００ａはガスセンサとして機能する。

ここで、検出装置１００ａに電流を供給することにより発熱体パターン１０５を発熱させて、例えば３００℃に常に保つように制御を行う。この場合、雰囲気状態に関する信号は、発熱体パターン１０５近傍の雰囲気状態に応じた熱伝導率変化を発熱体パターン１０５の両端の端子Ａ−Ｂ間の電圧変化として検出することにより取得される。

また、雰囲気状態に関する信号には、温度成分も含まれているため、温度に関する信号を取得し、雰囲気状態に関する信号から温度に関する信号を除去して補正する必要がある。

温度に関する信号は、検出装置１００ａが室温程度に維持されるように微小電流を供給することにより、温度に応じた抵抗変化を発熱体パターン１０５及び抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂを含む端子Ｃ−Ｄ間の電圧変化として検出することにより取得される。

そして、温度に関する信号に基づいて雰囲気状態に関する信号を補正することで、所望の雰囲気状態に関する信号が取得される。

このとき、端子Ｃ−Ｄ間の抵抗は、端子Ａ−Ｂ間の抵抗に抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂの抵抗を付加した値であることから、端子Ａ−Ｂ間の電圧よりも大きくなる。これにより、検出装置１００ａに微小電流が供給される場合であっても、発熱体パターン１０５のみの場合と比較して温度に応じた抵抗の変化量を大きな電圧変化量として検出することができる。

結果として、高い感度が得られる温度に関する信号に基づいて、雰囲気状態に関する信号を補正することができるため、雰囲気状態に関する信号を高い精度で取得することができる。また、ノイズ対策や検出装置１００ａ後段に増幅率の大きい増幅回路を設ける等の対策が不要となる。

また、抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂは、非空洞部１０２ｂ上に形成されている。このため、抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂで発生する熱は、基板１０１を介して放熱される。すなわち、抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂで発生する熱は、空洞部１０２ａ上に架橋支持又は片持支持された薄膜層を介して形成された発熱体パターンで発生する熱と比較して放熱されやすい。

このため、抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂの抵抗は、発熱体パターン１０５の抵抗よりも大きく設定され、検出される端子Ｃ−Ｄ間の電圧は大きくなる。これにより、発熱体パターン１０５のみの抵抗に微小電流を流したときよりも高い感度で温度に応じた抵抗変化を電圧変化として取得することができる。

以上に説明したように、第１実施形態に係る検出装置１００ａによれば、雰囲気状態に関する信号を高い精度で取得することができる。

なお、第１実施形態で説明した検出装置１００ａは、１つの発熱体パターン１０５と２つの抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂとにより構成されているが、本発明はこの点において限定されるものではない。すなわち、検出装置１００ａは、１以上の発熱体パターン１０５と１以上の抵抗体パターンとにより構成されていれば良く、例えば１つの発熱体パターン１０５と１つの抵抗体パターン１０６ａとによって構成されていても良い。

次に、検出装置１００ａの作製方法の一例について説明する。

図２に、第１実施形態に係る検出装置１００ａの作製方法の一例のフローチャートを示す。以下、図２を参照しながら、各々のステップについて説明する。

（Ｓ１）例えばシリコン基板からなる基板１０１上に、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等の下部絶縁層１０３を、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタ法等により形成する。

（Ｓ２）下部絶縁層１０３上に、例えば五酸化二タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）等の絶縁物である第１接着層１０４を、ＣＶＤ法、スパッタ法等により形成する。

（Ｓ３）第１接着層１０４上に発熱体パターン１０５及び抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂ、端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを形成するための抵抗体膜を、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタ法等とエッチング法により形成する。抵抗体膜としては、例えば白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、タングステン（Ｗ）等が挙げられる。中でも、Ｐｔは他の金属に比べて抵抗値の温度係数が大きく、広い温度範囲でその温度係数の直線性が高く、また、物性が安定しているため、発熱体パターン１０５と温度検出抵抗体（本実施形態では、抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂ）の両方の機能を合わせ持つ最適な材料である。

（Ｓ４）抵抗体膜上に、例えばＴａ_２Ｏ_５等の絶縁物である第２接着層１０７を、ＣＶＤ法、スパッタ法等により形成する。

（Ｓ５）第１接着層１０４、抵抗体膜及び第２接着層１０７を、例えばフォトリソグラフィにより所望の形状に加工する。すなわち、発熱体パターン１０５、抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂ、端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを形成する。

（Ｓ６）電極間の絶縁性を保つため、第２接着層１０７上にＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４等の上部絶縁層１０８をＣＶＤ法、スパッタ法等により形成する。

（Ｓ７）上部絶縁層１０８を、例えばフォトリソグラフィにより所望の形状に加工する。

（Ｓ８）水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のエッチング液を用いて基板１０１を異方性エッチングすることにより、空洞部１０２ａを形成する。

以上に説明した（Ｓ１）〜（Ｓ８）の方法により、第１実施形態に係る検出装置１００ａが得られる。

図３に、図１の検出装置１００ａの等価回路図を示す。図３中、Ｒｍは発熱体パターン１０５の抵抗、Ｒ１は抵抗体パターン１０６ａの抵抗、Ｒ２は抵抗体パターン１０６ｂの抵抗を表す。

図３において、例えば２０℃での発熱体パターン１０５の抵抗Ｒｍを１４０Ω、２０℃での抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂの合計抵抗（Ｒ１＋Ｒ２）を１２６０Ωとする。この場合、端子Ａ−Ｂ間は１４０Ωの湿度検出用センサとして機能し、端子Ｃ−Ｄ間は１４００Ωの温度検出用センサとして機能する。

ここで、端子Ｃ−Ｄ間の１４００Ωの抵抗に、例えば１００μＡの電流を流すと、端子Ｃ−Ｄ間には１４０ｍＶの電圧が発生する。この電圧は、抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂを設けない場合（１４０Ωの抵抗）と比較して１０倍の電圧である。すなわち、検出装置１００ａに抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂを設けることにより、検出感度を１０倍に高めることができる。

このとき、端子Ｃ−Ｄ間の抵抗が消費する電力は、１４μＷであり、抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂを設けない場合の抵抗が消費する電力（１．４μＷ）と比較して１０倍となる。しかし、抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂは、熱伝導率の高い基板１０１上に形成されているため、ほとんど温度上昇することはなく、発熱が起こりにくい。

次に、検出装置１００ａを用いた検出回路について、図４〜図６を参照しながら説明する。

図４に、検出装置１００ａを用いた検出回路の一例を示す。図４中、Ｖｄは電源電圧を表す。

図４に示す検出回路は、検出装置１００ａを外部回路と接続した一例であり、検出装置１００ａ、可変型定電流源である第１の定電流源２０１、可変型定電流源である第２の定電流源２０２、基準抵抗２１１及びオペアンプ２２１、２２２を含み、発熱体パターン１０５近傍の雰囲気状態を検出する回路である。

図４に示す検出回路においては、第１の定電流源２０１が供給する出力電流Ｉｒと第２の定電流源２０２が供給する出力電流Ｉｍとが、オペアンプ２２１によって等しくなるように制御される。具体的には、オペアンプ２２１は、基準抵抗２１１により発生する電圧と検出装置１００ａにより発生する電圧とを比較し、両者が等しくなるように第１の定電流源２０１及び第２の定電流源２０２を連動させて制御する。

ここで、発熱体パターン１０５として、例えば２０℃での抵抗Ｒｍが１４３．０ΩのＰｔを発熱体パターン１０５として用いて、３００℃に一定制御する場合について説明する。この場合、Ｐｔの抵抗の温度係数が３９００ｐｐｍ／℃であるので、３００℃でのＰｔの抵抗は２９９．２Ωになる。

ここで、Ｐｔの温度が３００℃のときの抵抗（２９９．２Ω）と同じ抵抗の基準抵抗Ｒｒを用いると、Ｐｔの抵抗が基準抵抗Ｒｒと同じになるようにオペアンプ２２１によって第１の定電流源２０１及び第２の定電流源２０２から供給される電流Ｉｒ、Ｉｍが制御される。

すなわち、検出回路は、検出装置１００ａに出力電流Ｉｍを供給することで、Ｐｔを昇温して、例えば、３００℃の高温に一定制御する回路として構成されている。そして、検出回路は、高温に加熱された発熱体パターン近傍の雰囲気状態に応じた熱伝導率変化を下記の式（１）で表される電圧Ｖｍの電圧変化として検出することで雰囲気状態に関する信号を取得する。

Ｖｍ＝Ｉｍ×Ｒｍ …（１）
ここで、オペアンプ２２１及びオペアンプ２２２の入力インピーダンスは十分大きいことが好ましい。これにより、抵抗体パターン１０６ａ及び抵抗体パターン１０６ｂに電流がほとんど流れることがなく、端子Ａと端子Ｃでの電圧は等しく、端子Ｂと端子Ｄでの電圧も等しくなる。すなわち、抵抗体パターン１０６ａの抵抗Ｒ１と抵抗体パターン１０６ｂの抵抗Ｒ２とを計算上無視することができる。結果として、雰囲気状態に関する信号を高い精度で取得することができ、式（１）が成り立つ。

なお、前述したように、発熱体パターン１０５の抵抗Ｒｍは、検出回路近傍の気体の熱伝導率に関わらず、基準抵抗２１１の抵抗Ｒｒと等しい抵抗に制御される。このことから、以下、図４に示す検出回路を定抵抗回路２００ａと呼ぶことがある。

なお、発熱体パターン１０５を３００℃の高温に発熱させるためには、Ｉｍは比較的大きな電流、例えば６ｍＡを必要とする。このときの出力電圧Ｖｍは、式（１）から１．８０Ｖとなり、特に増幅することなくマイコン等を用いて扱うことができる電圧値となる。

ところで、前述の例では、連動して制御される第１の定電流源２０１と第２の定電流源２０２に関して、発熱体パターン１０５に流している少なくない電流Ｉｍを第１の定電流源２０１及び第２の定電流源２０２に流しているが、本発明はこの点において限定されるものではない。例えば、第１の定電流源２０１と第２の定電流源２０２との間に所定の電流比を持たせることによって、基準抵抗２１１側の電流源である第１の定電流源２０１の消費電流を減らすことが可能である。

具体的には、例えば第１の定電流源２０１と第２の定電流源２０２との間の電流比を１：１０にすることができる。この場合、基準抵抗２１１（抵抗Ｒｒ）に流れる電流が１／１０になるため、基準抵抗２１１の抵抗の値をＲｒの１０倍の値に変更する。基準抵抗２１１は発熱させる必要がないため、前述のように電流を低減することは有意義である。

図５に、検出装置１００ａを用いた検出回路の他の例を示す。

図５に示す検出回路は、検出装置１００ａを外部回路と接続した一例であり、検出装置１００ａ及び第３の定電流源２０３を含み、抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂ及び発熱体パターン１０５の近傍の温度を検出する回路である。

図５に示す検出回路においては、第３の定電流源２０３が供給する電流Ｉｔｓにより発生する端子Ｃ−Ｄ間の電圧Ｖｔｓを測定することにより、抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂ及び発熱体パターン１０５の近傍の温度に関する信号が取得される。ここで、端子Ｃ−Ｄ間の電圧Ｖｔｓは、以下の式（２）により算出される。

Ｖｔｓ＝Ｉｔｓ×（Ｒ１＋Ｒｍ＋Ｒ２） …（２）
なお、検出回路は、検出装置１００ａに第３の定電流源２０３により一定の電流が供給されるように制御される。このことから、以下、図５に示す検出回路を定電流回路３００ａと呼ぶことがある。

図６に、検出装置１００ａを用いた検出回路の更に他の例を示す。

図６に示す検出回路は、検出装置１００ａを外部回路と接続した一例であり、検出装置１００ａ、第１の定電流源２０１、第２の定電流源２０２、第３の定電流源２０３、基準抵抗２１１、オペアンプ２２１、２２２及び切替手段としてのスイッチ２３１、２３２、２３３、２３４を含む。そして、検出回路は、スイッチ２３１、２３２、２３３、２３４のオン、オフの動作によって、発熱体パターン１０５近傍の雰囲気状態に関する信号と抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂ及び発熱体パターン１０５の近傍の温度に関する信号とを取得する回路である。

図６に示すように、検出回路は、スイッチ２３１、２３２、２３３、２３４のオン、オフの動作によって、雰囲気状態に関する信号の取得と、温度に関する信号の取得とが切替可能な構成となっている。

すなわち、検出回路はスイッチ２３１、２３２がオンされ、スイッチ２３３、２３４がオフされると、図４に示した回路と同様の定抵抗回路２００ａ（第１の回路）となり、発熱体パターン１０５近傍の雰囲気状態に関する信号を取得することができる。一方、スイッチ２３１、２３２がオフされ、スイッチ２３３、２３４がオンされると、図５に示した回路と同様の定電流回路３００ａ（第２の回路）となり、抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂ及び発熱体パターン１０５の近傍の温度に関する信号を取得することができる。

図６に示す検出回路によれば、１つの検出装置１００ａで雰囲気状態に関する信号及び温度に関する信号を検出することができる。結果として、検出回路の部品点数を削減することができる。

次に、図４で説明した定抵抗回路２００ａ及び図５で説明した定電流回路３００ａを含むセンサモジュールについて、図７を参照しながら説明する。

図７に、定抵抗回路２００ａ及び定電流回路３００ａを用いたセンサモジュールの一例のブロック図を示す。図７中、実線は信号線を表し、点線は電力供給線を表す。

図７に示すセンサモジュールは、定抵抗回路２００ａ、定電流回路３００ａ、ＡＤ変換器（ＡＤＣ：Analog-to-Digital Converter）２５１、制御部としてのマイコン２５２及びインタフェース回路２５３を含む。また、センサモジュールは、電源回路２５４から各々の回路に電力が供給されることにより駆動するモジュールである。

図７に示すように、定抵抗回路２００ａと定電流回路３００ａにより検出された電圧信号（アナログ信号）を、各々、ＡＤ変換器２５１によりデジタル信号に変換する。また、変換されたデジタル信号をマイコン２５２により演算処理することにより、温度により補正された雰囲気状態に関する信号をインタフェース回路２５３を介して出力する。

このとき、雰囲気状態に関する信号は温度により補正されている。このため、高い精度で雰囲気状態に関する信号を取得することができる。

また、雰囲気状態に関する信号に加えて、温度に関する信号をインタフェース回路２５３を介して出力しても良い。これにより、１つのセンサモジュールで雰囲気状態に関する信号と温度に関する信号の２つの情報を取得することができる。

また、センサモジュールは、マイコン２５２に接続された気圧センサ２５５を含むことが好ましい。これにより、マイコン２５２により、気圧センサにより検出される気圧に基づいて、定抵抗回路２００ａにより検出された雰囲気状態を補正することができるため、特に高い検出精度で雰囲気状態に関する信号を取得することができる。

なお、図７の説明においては、定抵抗回路２００ａ及び定電流回路３００ａの各々にＡＤ変換器２５１を設ける構成について説明したが、本発明はこの点において限定されるものではない。例えば、１つのＡＤ変換器２５１により、時分割処理を行うことで、定抵抗回路２００ａ及び定電流回路３００ａから出力される電圧を変換する構成であっても良い。

また、図７の説明においては、ＡＤ変換器２５１とマイコン２５２とが独立して設けられている構成について説明したが、本発明はこの点において限定されるものではなく、ＡＤ変換器２５１は、マイコン２５２に内蔵されている構成であっても良い。

また、マイコン２５２は、センサ素子として用いる検出装置１００ａの個々の特性ばらつきを補正する補正演算を行う機能を有することが好ましい。これにより、検出装置１００ａの特性ばらつきを外部回路を用いて補正する必要がない。

さらに、センサモジュールは、例えば複写機、ファクシミリ、プリンタ及びマルチファンクション機等の画像形成装置に適用される。

センサモジュールを含む画像形成装置は、画像形成装置内の湿度等の雰囲気状態や温度をより精度よく検出することができることから、特に高い精度で動作が制御される。

以上に説明したように、第１実施形態に係る検出装置１００ａ、検出回路、センサモジュール及び画像形成装置によれば、温度に関する信号を高い感度で取得することができる。また、高い感度が得られる温度に関する信号に基づいて、雰囲気状態に関する信号を補正することができるため、雰囲気状態に関する信号を高い精度で取得することができる。結果として、ノイズ対策や検出装置１００ａ後段に増幅率の大きい増幅回路を設ける等の対策が不要となる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る検出装置１００ｂの構成の一例について、図８及び図９を参照しながら説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

図８に、検出装置１００ｂの一例の概略構成図を示す。図９に、図８の検出装置１００ｂの等価回路図を示す。図９中、Ｒｍは発熱体パターン１０５の抵抗、Ｒ１は抵抗体パターン１０６ａの抵抗、Ｒ２は抵抗体パターン１０６ｂの抵抗、Ｒ３は接続部１０９ａと端子Ａとの間の配線１１０ａの寄生抵抗、Ｒ４は接続部１０９ｂと端子Ｂとの間の配線１１０ｂの寄生抵抗を表す。

図８に示すように、第２実施形態に係る検出装置１００ｂは、接続部１０９ａ、１０９ｂが空洞部１０２ａ上に架橋支持又は片持支持された下部絶縁層１０３上に形成されている点で第１実施形態と相違する。

図８に示す検出装置１００ｂにおいては、端子Ａ−Ｂ間に定抵抗回路によって電流を供給し、接続部１０９ａと接続部１０９ｂとの間の電圧、すなわち、発熱体パターン１０５ａの抵抗Ｒｍに発生する電圧と等しい端子Ｃ−Ｄ間の電圧により湿度に関する信号を取得する。また、端子Ｃ−Ｄ間に定電流回路で電流を流し、端子Ｃ−Ｄ間の電圧により温度に関する信号を取得する。

ここで、第２実施形態に係る検出装置１００ｂによれば、接続部１０９ａ、１０９ｂが空洞部１０２ａ上に架橋支持又は片持支持された下部絶縁層１０３上に形成されている。このため、発熱体パターン１０５を発熱させて、例えば３００℃に常に保つように制御を行う場合、基準抵抗２１１と同じ抵抗に制御される発熱体パターン１０５の温度をより正確に所望の温度に制御することができる。結果として、特に高い検出精度で雰囲気状態の信号を取得することができる。

次に、検出装置１００ｂを駆動させる検出回路の一例について説明する。

第２実施形態に係る検出回路は、図４に示す検出回路、図５に示す検出回路及び図６に示す検出回路に含まれる検出装置１００ａを検出装置１００ｂに置き換えることにより、第１実施形態と同様に構成される。

また、第２実施形態に係るセンサモジュールは、図７に示すセンサモジュールに含まれる検出装置１００ａを検出装置１００ｂに置き換えることにより、第１実施形態と同様に構成される。

また、第２実施形態に係る画像形成装置は、第１実施形態の画像形成装置に含まれるセンサモジュールを第２実施形態に係るセンサモジュールに置き換えることにより、第１実施形態と同様に構成される。

以上に説明したように、第２実施形態に係る検出装置１００ｂ、検出回路、センサモジュール及び画像形成装置によれば、温度に関する信号を高い感度で取得することができる。また、高い感度が得られる温度に関する信号に基づいて、雰囲気状態に関する信号を補正することができるため、雰囲気状態に関する信号を高い精度で取得することができる。結果として、ノイズ対策や検出装置１００ｂ後段に増幅率の大きい増幅回路を設ける等の対策が不要となる。

特に、第２実施形態では、接続部１０９ａ、１０９ｂが空洞部１０２ａ上に架橋支持又は片持支持された下部絶縁層１０３上に形成されているため、発熱体パターン１０５の温度をより正確に所望の温度に制御することができる。その結果、特に高い検出精度で雰囲気状態に関する信号を取得することができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係る検出装置１００ｃの構成の一例について、図１０〜図１３を参照しながら説明する。なお、第３実施形態において、第１実施形態及び第２実施形態と実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

図１０に、検出装置１００ｃの一例の概略構成図を示す。図１０中、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨは、例えば、外部回路と接続するための端子を表す。

図１１に、図１０の検出装置１００ｃの等価回路図を示す。図１１中、Ｒｍは発熱体パターン１０５の抵抗、Ｒ１は抵抗体パターン１０６ａの抵抗、Ｒ２は抵抗体パターン１０６ｂの抵抗、Ｒ３は接続部１０９ａと端子Ａとの間の配線１１０ａの寄生抵抗、Ｒ４は接続部１０９ｂと端子Ｂとの間の配線１１０ｂの寄生抵抗、Ｒ５は接続部１０９ａと端子Ｅとの間の配線１１１ａの寄生抵抗、Ｒ６は接続部１０９ｂと端子Ｆとの間の配線１１１ｂの寄生抵抗、Ｒ７は端子Ｃと端子Ｇとの間の配線１１２ａの寄生抵抗、Ｒ８は端子Ｄと端子Ｈとの間の配線１１２ｂの寄生抵抗を表す。

図１０及び図１１に示すように、第３実施形態に係る検出装置１００ｃは、抵抗体パターン１０６ａの他端に端子Ｃ及び端子Ｇが、抵抗体パターン１０６ｂの他端に端子Ｄ及び端子Ｈが形成されている点で第２実施形態と相違する。第３実施形態では、複数の端子Ｃ、Ｄ、Ｇ及びＨを用いて発熱体パターン１０５の温度に応じた抵抗変化を電圧変化として検出することで温度に関する信号を取得する。

第３実施形態に係る検出装置１００ｃによれば、複数の端子を用いて温度検出することができるため、配線等の寄生抵抗の影響を低減することができる。

図１２に、検出装置１００ｃを用いた検出回路の一例を示す。

図１２に示すように、発熱体パターン１０５の出力電圧Ｖｍは、発熱体パターン１０５の抵抗Ｒｍの両端電圧の差として出力される。このため、配線１１１ａの寄生抵抗Ｒ５、配線１１１ｂの寄生抵抗Ｒ６、端子Ｅと第２の定電流源２０２との間の配線の寄生抵抗（不図示）及び端子Ｆとオペアンプ２２２の出力との間の配線の寄生抵抗（不図示）の影響を除去することができる。

図１３に、検出装置１００ｃを用いた検出回路の他の例を示す。

図１３に示すように、第３の定電流源２０３が供給する電流Ｉｔｓにより発生する端子Ｇ−Ｈ間の電圧Ｖｔｓ（＝Ｖｔｓ１−Ｖｔｓ２）を測定することにより、抵抗体パターン１０６ａ、１０６ｂ及び発熱体パターン１０５の近傍の温度が算出される。ここで、端子Ｇ−Ｈ間の電圧Ｖｔｓは、以下の式（３）により算出される。

Ｖｔｓ＝Ｉｔｓ×（Ｒ１＋Ｒ５＋Ｒｍ＋Ｒ６＋Ｒ２） …（３）
したがって、第３の定電流源２０３と端子Ｃとの間の配線の寄生抵抗（不図示）及び端子Ｄとグラウンドとの間の配線の寄生抵抗（不図示）の影響を除去することができる。

また、第３実施形態に係るセンサモジュールは、図７に示すセンサモジュールに含まれる検出装置１００ａを検出装置１００ｃに置き換えることにより、第１実施形態と同様に構成される。

また、第３実施形態に係る画像形成装置は、第１実施形態の画像形成装置に含まれるセンサモジュールを第３実施形態に係るセンサモジュールに置き換えることにより、第１実施形態と同様に構成される。

以上に説明したように、第３実施形態に係る検出装置１００ｃ、検出回路、センサモジュール及び画像形成装置によれば、温度に関する信号を高い感度で取得することができる。また、高い感度が得られる温度に関する信号に基づいて、雰囲気状態に関する信号を補正することができるため、雰囲気状態に関する信号を高い精度で取得することができる。結果として、ノイズ対策や検出装置１００ｃ後段に増幅率の大きい増幅回路を設ける等の対策が不要となる。

特に、第３実施形態では、４つの端子を用いて発熱体パターンを室温程度にしたときの発熱体パターンの温度に応じた抵抗変化を電圧変化を検出することができるため、配線等の寄生抵抗の影響を低減することができる。その結果、特に高い精度で温度に関する信号を取得することができる。

以上、検出装置、検出回路、センサモジュール及び画像形成装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 検出装置
１０１ 基板
１０２ａ 空洞部
１０２ｂ 非空洞部
１０３ 下部絶縁層（薄膜層の一例）
１０５ 発熱体パターン
１０６ａ、１０６ｂ 抵抗体パターン
１０９ａ、１０９ｂ 接続部
２１１ 基準抵抗
２０１ 第１の定電流源
２０２ 第２の定電流源
２０３ 第３の定電流源
２３１〜２３４ スイッチ（切替手段の一例）
Ａ〜Ｈ 端子

特許第３１２４６０９号公報

Claims (7)

1. 表面の一部に空洞が設けられた基板と、
   前記空洞上に配置された薄膜層と、
   前記薄膜層上に形成された薄膜層上パターンと、
   前記基板上に形成された第１の基板上パターン及び第２の基板上パターンと、
   前記薄膜層上パターンの一端と前記第１の基板上パターンの一端との接続部に形成された第１の端子と、
   前記薄膜層上パターンの他端と前記第２の基板上パターンの一端との接続部に形成された第２の端子と、
   前記第１の基板上パターンの他端に形成された第３の端子と、
   前記第２の基板上パターンの他端に形成された第４の端子と、
   を有し、
   前記第１の基板上パターンの抵抗は、前記薄膜層上パターンの抵抗よりも大きく、
   前記第２の基板上パターンの抵抗は、前記薄膜層上パターンの抵抗よりも大きい
   ことを特徴とする検出装置。
2. 表面の一部に空洞が設けられた基板と、
   前記空洞上に配置された薄膜層と、
   前記薄膜層上に形成された薄膜層上パターンと、
   前記基板上に形成され、一端が前記空洞上で前記薄膜層上パターンと接続された第１の基板上パターン及び第２の基板上パターンと、
   前記薄膜層上パターンの一端に形成された第１の端子と、
   前記薄膜層上パターンの他端に形成された第２の端子と、
   前記第１の基板上パターンの他端に形成された第３の端子と、
   前記第２の基板上パターンの他端に形成された第４の端子と、
   を有し、
   前記第１の基板上パターンの抵抗は、前記薄膜層上パターンの抵抗よりも大きく、
   前記第２の基板上パターンの抵抗は、前記薄膜層上パターンの抵抗よりも大きい
   ことを特徴とする検出装置。
3. 前記第１の基板上パターンの他端及び前記第２の基板上パターンの他端に複数の端子が形成された、
   請求項１又は２に記載の検出装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の検出装置と、
   基準抵抗と、
   前記検出装置と接続され、前記検出装置に電流を供給する第１の定電流源と、
   前記基準抵抗と接続され、前記第１の定電流源と連動して動作する前記基準抵抗に電流を供給する第２の定電流源と
   を有し、
   前記第１の定電流源及び前記第２の定電流源から各々前記検出装置及び前記基準抵抗に電流を供給し、前記検出装置と前記基準抵抗とに生じる電圧が等しくなるように制御する検出回路。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の検出装置と、基準抵抗と、前記検出装置と接続され前記検出装置に電流を供給する第１の定電流源と、前記基準抵抗と接続され前記第１の定電流源と連動して動作する前記基準抵抗に電流を供給する第２の定電流源とを有し、
   前記第１の定電流源及び前記第２の定電流源から各々前記検出装置及び前記基準抵抗に電流を供給し、前記検出装置と前記基準抵抗とに生じる電圧が等しくなるように制御する第１の回路と、
   前記検出装置と、第３の定電流源とを有し、
   前記第３の定電流源から前記検出装置に電流を供給し、前記検出装置に生じる電圧を出力するように制御する第２の回路と、
   前記検出装置と前記第１の定電流源との間及び前記検出装置と前記第３の定電流源との間に設けられた切替手段と
   を有し、
   前記切替手段により前記第１の回路と前記第２の回路と切り替えることを特徴とする検出回路。
6. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の検出装置と、基準抵抗と、前記検出装置と接続され前記検出装置に電流を供給する第１の定電流源と、前記基準抵抗と接続され前記第１の定電流源と連動して動作する前記基準抵抗に電流を供給する第２の定電流源とを有し、
   前記第１の定電流源及び前記第２の定電流源から各々前記検出装置及び前記基準抵抗に電流を供給し、前記検出装置と前記基準抵抗とに生じる電圧が等しくなるように制御する第１の回路と、
   前記検出装置と、第３の定電流源とを有し、
   前記第３の定電流源から前記検出装置に電流を供給し、前記検出装置に生じる電圧を出力するように制御する第２の回路と、
   前記第１の回路及び前記第２の回路から出力される信号を演算する制御部と、
   を有するセンサモジュール。
7. 請求項６に記載のセンサモジュールを備える画像形成装置。

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