WO2018016170A1 - 検出装置および検出装置の制御方法 - Google Patents

検出装置および検出装置の制御方法 Download PDF

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岩田　昇
龍人 有村
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a detection device that detects a detection target based on a change in capacitance, and a control method for the detection device.
  • Some detection devices for detecting a detection target such as gas or liquid detect a change in capacitance caused by contact with the detection target.
  • Patent Document 1 discloses a temperature / humidity sensitive element that is sensitive to temperature and humidity and not sensitive to anesthetic gas, and an anesthesia sensor that is sensitive to anesthetic gas and temperature and humidity.
  • This anesthesia sensor calibrates the amount of change in capacitance with respect to temperature and humidity of the anesthesia sensitive element by offsetting the amount of change in capacitance with respect to temperature and humidity of the temperature and humidity sensitive element.
  • Patent Document 2 discloses a capacitance detection device that detects the presence of a specific water-insoluble substance in a fluid. This device comprises a plurality of interdigitated (comb electrode) capacitors and determines the type of gas to be detected by comparing the output of different capacitors.
  • the anesthetic sensor disclosed in Patent Document 1 is difficult to miniaturize because each sensitive element and the electric circuit are configured separately. Further, if each sensitive element is to be miniaturized, the area of the sensitive element is reduced, so that the detection sensitivity is lowered and it is difficult to detect a low concentration gas. On the other hand, in the device disclosed in Patent Document 2, it is difficult to reduce the size because the substrate on which the capacitor is disposed and the electronic circuit that detects the change in capacitance of the capacitor are separately configured.
  • Patent Document 3 discloses a sensor in which a parallel plate capacitive gas sensor is assembled on a semiconductor circuit (ASIC: Application-Specific Integrated Circuits). The technique of Patent Document 3 is intended to reduce the size of the sensor.
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 1-300963” (published on December 5, 1989) Japanese Patent Publication “Japanese Patent Laid-Open No. 59-230153 (December 24, 1984)” Japanese Patent Gazette “Special Table 2016-504595 (February 12, 2016)”
  • Patent Document 3 has a configuration in which a single sensor element (parallel plate capacitive gas sensor) is assembled on a semiconductor circuit, the detection target can be identified with high sensitivity using a plurality of sensor elements. I can't do it.
  • Patent Documents 1 to 3 discloses a technique suitable for detection requiring such high resolution.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to realize a small and highly sensitive detection apparatus.
  • a detection device includes a plurality of detection units that are formed over a semiconductor circuit and have a detection layer whose capacitance value changes due to contact with a detection target; A correction capacitance element indicating a correction capacitance value for correcting the detection capacitance value detected by the detection unit, a difference acquisition circuit for acquiring a difference value between the detection capacitance value and the correction capacitance value, and the difference value A conversion circuit for converting into a digital signal, and the correction capacitance element, the difference acquisition circuit, and the conversion circuit are formed in the semiconductor circuit.
  • a control method for a detection device is a control method for a detection device that detects a detection target based on a change in capacitance, and the detection device includes a semiconductor circuit.
  • a plurality of detection units having a detection layer formed thereon and having a capacitance layer whose capacitance value changes upon contact with a detection target, and a correction capacitance indicating a correction capacitance value for correcting the detection capacitance value detected by the detection unit
  • the detection device According to the detection device according to one aspect of the present invention, there is an effect that a small and highly sensitive detection device can be realized.
  • FIG. 11 is a perspective view showing an external configuration of a detection apparatus according to Embodiments 2 and 4 to 10 of the present invention.
  • (A) is a flowchart which shows the procedure which detects the detection target by the detection apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention
  • (b) is a flowchart which shows the one part procedure of the procedure shown to (a) in detail.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of the detection apparatus 1.
  • 2A is a top view showing the detection portions 11a and 11b in the detection apparatus 1, and
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2A.
  • the detection device 1 includes a semiconductor circuit 10, and two detection units 11 a and 11 b are formed on the semiconductor circuit 10 so as to be aligned.
  • the detection units 11 a and 11 b have a rectangular shape, and include a comb-shaped electrode 110 and a detection layer 111.
  • the comb-shaped electrode 110 is planarly formed on the semiconductor circuit 10 with the insulating layer 112 interposed therebetween.
  • the comb electrode 110 is formed by combining a first electrode 110a and a second electrode 110b made of a conductive material.
  • the first electrode 110a and the second electrode 110b are both formed in a comb shape, and the other one comb tooth portion is disposed between two adjacent comb tooth portions so as not to contact each other. Has been placed. As a result, the comb teeth of the first electrode 110a and the comb teeth of the second electrode 110b are arranged alternately.
  • the terminal 110c of the first electrode 110a and the terminal 110d of the second electrode 110b are electrically connected to the semiconductor circuit 10 through the via hole 113. Further, a protective film made of a metal or semiconductor oxide or nitride may be formed on the comb electrode 110. Further, the via hole 113 may be filled with a conductive substance.
  • the material for forming the comb-shaped electrode 110 is mainly composed of a highly conductive metal such as aluminum, copper, gold, silver, titanium, indium, and tin, these metals alone, alloys of these metals with each other or other metals, Alternatively, a conductive oxide such as indium tin oxide.
  • the detection layer 111 is formed so as to exist at least between the comb-tooth portion of the first electrode 110a and the comb-tooth portion of the second electrode 110b in the comb-shaped electrode 110, and the comb-tooth portion of the first electrode 110a You may form so that the part with which the comb-tooth part of 2 electrode 110b is located may be covered.
  • the material for forming the detection layer 111 is not limited to a specific material as long as it is a dielectric material that changes the capacitance value of the comb-shaped electrode 110 when a detection target comes into contact therewith.
  • a material of the detection layer 111 an organic compound, a metal or semiconductor oxide, nitride, carbide, metal complex, or the like is applicable.
  • the material of the detection layer 111 may be a material provided with a modifying group, catalytic metal activity fine particles, a dopant, or an antibody for causing an antigen-antibody reaction.
  • the detection layer 111 As a specific material of the detection layer 111, various polymers or metal complexes in which a metal element is modified with an organic compound such as phthalocyanine or porphyrin may be used.
  • the metal, semiconductor oxide, nitride, and carbide include tin oxide, titanium oxide, silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, barium titanate, and lead zirconate titanate. These materials may be made porous.
  • the detection layer 111 is formed.
  • the material applied or formed on the comb electrode 110 may be fired by heating.
  • the component contained in the gas or liquid to be detected is adsorbed or absorbed by the detection layer 111 or causes a redox reaction with the detection layer 111, whereby the dielectric constant of the detection layer 111 changes.
  • the capacitance value of the comb electrode 110 changes. That is, in the detection units 11a and 11b, the detection layer 111 is configured such that the capacitance value of the comb-shaped electrode 110 is changed by contact with the detection target.
  • the detection device 1 electrically detects such a change in the capacitance value of the comb electrode 110 using the semiconductor circuit 10.
  • the detection targets detected by the detection units 11a and 11b are assumed to be components included in a plurality of different types of gas components and liquids. For this reason, the detection layers 111 of the detection units 11a and 11b are formed of different materials so that the responses in the detection units 11a and 11b, that is, the response patterns with different amounts of change in capacitance values, are shown.
  • the different materials may be different in the main component of the material, the main material and the structure are the same, and only the additional material such as the modifying group and the metal fine particles are different. I do not care.
  • detection target is not particularly limited, but in the case of gas components, examples include redox gas, flammable gas, volatile organic compound (VOC) gas, and the like.
  • detection targets include nitrogen oxides, sulfur oxides, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, hydrogen, methane, ethane, ethylene, propane, butane, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, ammonia, formaldehyde, and acetaldehyde.
  • Gas such as acetone, chloroform, isobutane and hydrocarbon.
  • a liquid component an organic solvent, an acid / basic liquid, a liquid-containing metal, protein, or the like can be given.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a circuit configuration of the detection apparatus 1.
  • FIG. 4 is a timing chart showing an energization operation by the energization control circuit of the detection apparatus 1.
  • the semiconductor circuit 10 includes an offset adjustment capacitor 101 (correction capacitor element), an energization control circuit 102, an integrator 103 (difference acquisition circuit), a sample and hold circuit 104, and an A / D ( An analog-digital converter 105 (conversion circuit) and a pulse generator 106 are included.
  • the detectors 11a and 11b are electrically connected to the semiconductor circuit 10 as described above.
  • the offset adjustment capacitor 101 (which may be referred to as an offset adjustment capacitor) is a capacitor for correcting the capacitance values (analog values) of the detection units 11a and 11b.
  • the capacitance value (analog value) of the offset adjustment capacitor 101 is also referred to as a correction capacitance value.
  • the offset adjustment capacitor 101 may be (i) a fixed capacitance element with a fixed correction capacitance value, or (ii) a variable capacitance element with a variable correction capacitance value.
  • the offset adjustment capacitor 101 may be separately provided outside the semiconductor circuit 10 and connected to the semiconductor circuit 10 by a conductive wiring.
  • the capacitance value of the offset adjustment capacitor 101 is set to a value in the vicinity of the capacitance values of the detection units 11a and 11b.
  • the energization control circuit 102 controls energization to the detectors 11 a and 11 b and the offset adjustment capacitor 101 in synchronization with the timing of a clock signal generated by a pulse generator 106 described later.
  • the energization control circuit 102 is configured so that when the offset adjustment capacitor 101 is energized, one of the detection units 11a and 11b is energized and the detection units 11a and 11b are energized alternately. 11 b and the offset adjustment capacitor 101 are energized.
  • the energization control circuit 102 has a circuit (not shown) for turning on and off the application of the power supply voltage to the detectors 11a and 11b and the offset adjustment capacitor 101, and becomes high level at the timing shown in FIG. Energization (application of power supply voltage) is performed by an energization control signal.
  • the relationship between the timing of the clock signal shown in FIG. 4 and the timing of energization to the detection units 11a and 11b and the offset adjustment capacitor 101 is an example. It is only necessary that the offset adjustment capacitor 101 is energized at the timing when one of the detectors 11a and 11b is energized.
  • the energization period is not limited to the energization period shown in FIG. 4 and may be a longer energization period or a shorter energization period.
  • the order of energization is not necessarily the order from the detection unit 11a to the detection unit 11b, and a pause period may be provided between the energization periods of the detection units 11a and 11b.
  • the integrator 103 acquires a difference value between the capacitance value (also referred to as a detection capacitance value) detected by the detection units 11a and 11b and the capacitance value (correction capacitance value) of the offset adjustment capacitor 101, and This circuit integrates the difference value.
  • the difference acquisition circuit according to one embodiment of the present invention only needs to be able to acquire the above-described difference value, and the function of integrating the difference value is not essential. However, from the viewpoint of amplification of the difference value, it is preferable to integrate the difference value.
  • the sample and hold circuit 104 is a circuit that samples and holds the integrated value output from the integrator 103. However, the sample and hold circuit 104 can be omitted.
  • the A / D converter 105 is a circuit that converts the analog integrated value held by the sample and hold circuit 104 into digital.
  • the pulse generator 106 has an oscillator and is a circuit that outputs a clock signal having a constant period.
  • Each circuit eg, energization control circuit 102, integrator 103, sample and hold circuit 104, A / D converter 105, etc.
  • Each circuit eg, energization control circuit 102, integrator 103, sample and hold circuit 104, A / D converter 105, etc.
  • Each circuit eg, energization control circuit 102, integrator 103, sample and hold circuit 104, A / D converter 105, etc.
  • the configuration of the semiconductor circuit 10 illustrated in FIG. 3 is an example, and the present invention is not limited to this.
  • the semiconductor circuit 10 includes a register for performing calculation processing, a D / A converter, an interface for I2C (Inter IC Communication), SPI (Serial Peripheral Interface) communication, and the like. It does not matter.
  • the semiconductor circuit 10 does not necessarily have the configuration shown in FIG. 3 and includes one offset adjustment capacitor 101 and can correct the capacitance values of the two detection units 11a and 11b. Anything is acceptable.
  • the detection apparatus 1 configured as described above operates as described below.
  • the energization control circuit 102 controls energization to the detection units 11a and 11b and the offset adjustment capacitor 101 at the timing shown in FIG. 4, for example. As a result, one capacitance value of the detection units 11 a and 11 b is taken into the integrator 103 simultaneously with the capacitance value of the offset adjustment capacitor 101.
  • the integrator 103 integrates the above-described difference value for a predetermined time using the timing of the clock signal, and outputs an integrated value.
  • the sample and hold circuit 104 samples the integration value from the integrator 103 at a timing synchronized with the clock signal, and holds it while the A / D converter 105 is performing A / D conversion processing.
  • the A / D converter 105 converts the integrated value output from the sample and hold circuit 104 into a digital signal at a timing (sampling frequency) synchronized with the clock signal and a predetermined number of quantization bits, and detects the detection unit 11a, It outputs sequentially as a detection signal (output value) corresponding to 11b.
  • the detection apparatus 1 includes the semiconductor circuit 10, and the detection units 11 a and 11 b, the offset adjustment capacitor 101, the integrator 103, and the A / D converter 105 are provided on the semiconductor circuit 10. ing.
  • the detection device 1 can be configured in a small size.
  • the detection units 11a and 11b can be formed on the semiconductor circuit 10 to reduce the influence of parasitic capacitance due to external wiring.
  • the detection apparatus 1 exhibits excellent performance in sensitivity as described below. For this reason, it becomes possible to implement
  • the semiconductor device 10 of several millimeters square is used for the downsizing of the detection apparatus 1, the area of the individual detection units 11a and 11b exposed to the detection target (eg, gas) is reduced. For this reason, the change in the capacitance value obtained at the time of detection of the detection target is a small value with respect to the capacitance value of the detection units 11a and 11b itself.
  • the detection target has an extremely low concentration (when the concentration of the detection target component is on the order of ppm or ppb or less)
  • the amount of change in the capacitance accompanying the detection is the electrostatic capacity of the detection units 11a and 11b itself. Compared to the capacitance value, it is several orders of magnitude smaller.
  • the detection signal value (capacitance change amount) cannot be obtained with sufficient resolution.
  • the capacitance values of the detection units 11a and 11b are in the order of pF
  • the amount of change in the capacitance value to be decomposed is from the fF order. It becomes aF order.
  • the detection apparatus 1 of the present embodiment is configured to correct the capacitance values of the detection units 11a and 11b at the time of detection based on the capacitance value of the offset adjustment capacitor 101.
  • the offset adjustment capacitor 101 is set to a value in the vicinity of the capacitance value of the detection units 11a and 11b.
  • the digital detection signal output from the A / D converter 105 is quantized with a predetermined number of quantization bits of the A / D converter 105. For this reason, the change in the capacitance value of the detection units 11a and 11b that occurs when the detection target is detected uses the large number of quantization bits, thereby changing the capacitance value range defined by the number of quantization bits. Increase as much as possible (make the amount of change (capacity) per bit as small as possible).
  • the signal converted by the A / D converter 105 is detected. Even if the amount of change in the capacitance values of the detection units 11a and 11b accompanying the detection of the object is small, high-resolution detection is possible in a sufficiently expanded range. Therefore, even when the comb-shaped electrode 110 having a small area is used, high detection sensitivity can be realized.
  • the A / D converter 105 can maintain a low noise level even when measured in a highly sensitive range by applying a circuit having a high noise cancellation performance represented by the ⁇ method.
  • the influence of noise in A / D conversion is large, it is beneficial to give high noise cancellation performance to the A / D converter 105.
  • the number of quantization bits of the A / D converter 105 is 12 bits or 18 bits when the A / D converter 105 is a general-purpose product. However, in order to further increase the resolution, it is preferable to increase the number of quantization bits of the A / D converter 105. As an example, in the present embodiment, a case where the number of quantization bits is 24 will be described as an example.
  • the detection units 11a and 11b are compared with a parallel plate type capacitive element having a structure in which the upper and lower sides of the detection layer 111 are sandwiched between conductor plates. Can be easily manufactured.
  • the parallel plate type capacitive element the lower electrode is formed, the detection layer 111 is formed, and the upper electrode is further formed thereon, which complicates the manufacturing process.
  • the comb-shaped electrode 110 can be formed in one step.
  • the detection speed can be increased by increasing the area in which the detection target touches the detection layer 111, compared to the parallel plate type capacitive element.
  • the capacitance value can be corrected by one offset adjustment capacitor 101. Thereby, the circuit elements in the semiconductor circuit 10 can be reduced.
  • an offset adjustment capacitor 101 may be provided for each of the detection units 11a and 11b. However, from the viewpoint of miniaturization, as described above, one offset adjustment capacitor 101 is provided for the plurality of detection units 11a and 11b. It is desirable to correct the electrostatic capacitance value with.
  • the capacitance values of the detection units 11a and 11b themselves be 100 pF or less.
  • the capacitance value (correction capacitance value) of the offset adjustment capacitor 101 is not particularly limited, but is preferably fF order or pF order from the viewpoint of correcting the capacitance values of the plurality of detection layers 111.
  • the correction capacitor value is preferably variable within a predetermined range of about 0 to 100 pF.
  • the electrostatic capacitance values of the detection units 11a and 11b and the offset adjustment capacitor 101 in such a range, when using the 24-bit A / D converter 105, the minimum static that can be detected (decomposed).
  • the amount of change in capacitance can be on the aF order.
  • the offset adjustment capacitor 101 when a fixed capacitance element is applied to the offset adjustment capacitor 101, the offset adjustment capacitor 101 can be formed easily and inexpensively.
  • the correction value of the capacitance value of the detection units 11a and 11b can be adjusted in accordance with the capacitance value of the detection units 11a and 11b. Therefore, even when the capacitance values of the detection units 11a and 11b change due to the surrounding environment or long-term use, the change in the capacitance values of the detection units 11a and 11b can be followed with high accuracy. Can be corrected. Examples in which a variable capacitor is applied to the offset adjustment capacitor 101 will be described in detail in Embodiments 4 to 10 described later.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a detection apparatus 1A according to this modification.
  • the detection unit 11 a is formed on the semiconductor circuit 10, and the detection unit 11 b is formed on the substrate 12 provided separately from the semiconductor circuit 10.
  • the comb-shaped electrode 110 formed in the detection unit 11b and the semiconductor circuit 10 are connected by the conductive wiring 13. That is, the detection unit 11 b is connected to the semiconductor circuit 10 via the conductive wiring 13.
  • not all of the plurality of detection units may be formed on the semiconductor circuit 10, and some of the detection units (eg, the detection unit 11b) 10 may be formed outside and electrically connected to the semiconductor circuit 10.
  • the influence of the parasitic capacitance can be reduced by disposing the detection unit 11b as close as possible to the semiconductor circuit 10 where the conductive wiring 13 can be wired by wire bonding.
  • forming the detection part 11b on the substrate 12 has an advantage in manufacturing.
  • different materials are applied or formed in order to form the detection layer 111 on the comb-shaped electrode 110 for each of the detection units 11a and 11b.
  • the detection layer 111 must be formed by changing the material for each of the detection units 11a and 11b on the wafer. I must.
  • the detection unit 11a is formed on the semiconductor circuit 10 and the detection unit 11b is formed on the substrate 12
  • wafers corresponding to the material of the detection layer 111 are individually manufactured, and the semiconductor circuit 10 is formed from each wafer.
  • the substrate 12 are individually cut out to assemble the detection apparatus 1A.
  • the offset adjustment capacitor 101 is a fixed capacitor.
  • the properties (particularly dielectric constant and polarizability) of different materials vary between the detection layers 111 of the detection units 11a and 11b. Therefore, in this modified example, as described below, the film thickness (thickness) of the detection layer 111 used in the detection units 11a and 11b is close to the capacitance values of the detection units 11a and 11b. Have been adjusted so that.
  • the material of the detection layer 111 is based on the premise that the types are different for each of the detection units 11a and 11b, and the capacitance values of the detection units 11a and 11b are made to be substantially the same by having a different film thickness for each material. Can do.
  • the detection layer 111 when a material with a high dielectric constant is used, the detection layer 111 is formed to have a thin film thickness, and when a material with a low dielectric constant is used, the detection layer 111 is formed to have a thick film thickness.
  • the dielectric constant of the dielectric can be sensed as a capacitor within the range where the lines of electric force are generated, and thus the thickness of the detection layer 111 is changed within the range.
  • the capacitance values of the detection units 11a and 11b are close to each other by making the material and film thickness of the detection layer 111 different in the detection units 11a and 11b.
  • the detection layer 111 when the detection layer 111 is formed of a different material, the detection layer 111 may be formed in a film thickness in which the capacitance values of the detection units 11a and 11b are within a predetermined range. According to this configuration, even when the offset adjustment capacitor 101, which is one fixed capacitor, is used, the detection unit 11a is compared with the case where the thickness of the detection layer 111 in the detection units 11a and 11b is uniform. , 11b can be brought close to zero. Therefore, since the detection range of the corrected capacitance value is expanded, the corrected capacitance value can be A / D converted with high resolution.
  • the value of the offset adjustment capacitance 101 is made constant by setting the difference between the capacitance values of the detection units 11a and 11b to a value close to 10 pF (predetermined value) or less, all the detection units With respect to 11a and 11d, it is possible to detect a slight change in capacitance value that occurs when exposed to a low concentration detection target while ensuring high detection sensitivity.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an external configuration of the detection apparatus 1B according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a circuit configuration of the detection apparatus 1B.
  • FIG. 8 is a timing chart showing an energization operation by the energization control circuit of the detection apparatus 1B.
  • the detection device 1 of the first embodiment includes the two detection units 11a and 11b, the detection device 1 may include three or more detection units.
  • a detection apparatus 1B including four detection units 11a to 11d will be described as shown in FIG.
  • the detection apparatus 1B includes a semiconductor circuit 10, and is formed on the semiconductor circuit 10 so that four detection units 11a to 11d are arranged. Since the detection units 11c and 11d are configured in the same manner as the detection units 11a and 11d already described in the first embodiment, a detailed description thereof is omitted here.
  • the detection unit 11a when the detection target is a plurality of different gas types, the detection unit 11a is configured so that the response in the detection units 11a to 11d, that is, the amount of change in the capacitance value shows different patterns.
  • the detection layers 111 to 11d (not shown in FIG. 6) are made of different materials.
  • the semiconductor circuit 10 of the present embodiment has the same configuration as the semiconductor circuit 10 in the above-described detection apparatus 1 except for the number of detection units. Also in the present embodiment, the detection units 11 a to 11 d are electrically connected to the semiconductor circuit 10.
  • the energization control circuit 102 controls the energization of the offset adjustment capacitor 101 and the energization of the detection units 11a and 11b in the detection device 1, but the energization of the offset adjustment capacitor 101 and the detection units 11a to 11b in the detection device 1B. 11d energization is controlled.
  • the energization control circuit 102 when the offset adjustment capacitor 101 is energized, one of the detection units 11a to 11d is energized, and the detection units 11a to 11d are energized sequentially. In this manner, the energization to the detection units 11a to 11d and the offset adjustment capacitor 101 is controlled.
  • the relationship between the timing of the clock signal shown in FIG. 8 and the timing of energization to the detectors 11a to 11d and the offset adjustment capacitor 101 is an example. It is only necessary that the offset adjustment capacitor 101 is energized at the timing when one of the detection units 11a to 11d is energized.
  • the energization period is not limited to the energization period shown in FIG. 8, and may be a longer energization period or a shorter energization period.
  • the energization order does not necessarily have to be the order of the detection units 11a to 11d, and a pause period may be provided between the energization periods of the detection units 11a to 11d.
  • the energization control circuit 102 controls energization to the detection units 11a to 11d and the offset adjustment capacitor 101 at the timing shown in FIG. 8, for example.
  • one of the capacitance values of the detection units 11 a to 11 d is taken into the integrator 103 simultaneously with the capacitance value of the offset adjustment capacitor 101.
  • the detection target in contact with the detection units 11a to 11d is detected by the same processing as in the first embodiment.
  • the detection apparatus 1B of the present embodiment includes the semiconductor circuit 10 and the detection units 11a to 11d formed on the semiconductor circuit 10. Thereby, detection device 1B can be constituted small.
  • the detection units 11a to 11d can be formed on the semiconductor circuit 10 to reduce the influence of parasitic capacitance due to external wiring.
  • the detection device 1B is configured to correct the capacitance values of the detection units 11a to 11d at the time of detection based on the capacitance value of the offset adjustment capacitor 101.
  • the offset adjustment capacitor 101 is set to a value in the vicinity of the capacitance values of the detection units 11a to 11d.
  • the signal converted by the A / D converter 105 is detected. Even if the amount of change in the capacitance value of the detection units 11a to 11d accompanying the detection of the object is small, high-resolution detection can be performed in a sufficiently expanded range. Therefore, even when the comb-shaped electrode 110 having a small area is used, high detection sensitivity can be realized.
  • the offset adjustment capacitor 101 may be a fixed capacitor element or a variable capacitor element, or may be separately provided outside the semiconductor circuit 10 and connected to the semiconductor circuit 10 by a conductive wiring. I do not care.
  • the detection apparatus 1B by providing three or more detection units, it is possible to identify various detection targets by applying known multivariate analysis such as principal component analysis, independent component analysis, and cluster analysis.
  • the type of gas as a detection target that can be detected by one detection unit depends on the material of the detection layer 111. However, if the material has a strong selectivity with respect to the detection target, There are a plurality of detection objects when a material from which various detection objects are detected is used. By preparing three or more detection units of different types, it is possible to identify the detection target from the detection value of each detection unit by an operation using a predetermined calculation formula.
  • the detection unit 11a is provided as a first detection unit (humidity sensor) that reacts well with water vapor, and the detection unit is a second detection unit that reacts less with water vapor and reacts with other gases than the detection unit 11a.
  • 11b to 11d are provided. Then, the influence of humidity that appears to some extent in the second detection unit is canceled (humidity correction) based on the detection value of the first detection unit. Since the humidity also changes depending on the environment, humidity correction can be performed by providing the first detection unit as a humidity sensor.
  • Modification 2 of Embodiment 1 is applied to this embodiment, and the film thickness of each detection layer 111 of the detection units 11a to 11d is the capacitance value of the detection units 11a to 11d.
  • the film thickness of each detection layer 111 of the detection units 11a to 11d is the capacitance value of the detection units 11a to 11d.
  • the film thickness of each detection layer 111 of the detection units 11a to 11d is set.
  • the correction value of the capacitance value of the detection units 11a to 11d is also larger than the case where the thickness of the detection layer 111 in the detection units 11a to 11d is uniform even with the offset adjustment capacitor 101 which is one fixed capacitance element. Can approach 0. Therefore, since the detection range of the corrected capacitance value is expanded, the corrected capacitance value can be A / D converted with high resolution.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating an external configuration of a detection apparatus 1C according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating a circuit configuration of the detection apparatus 1C.
  • the detection apparatus 1C includes two semiconductor circuits 10A and 10B. Two detection units 11a and 11b are formed on the semiconductor circuit 10A, and two detection units 11c and 11d are formed on the semiconductor circuit 10B. Similar materials are used for the detection layer 111 of the detection units 11a and 11b. Similar materials are used for the detection layer 111 of the detection units 11c and 11d.
  • the semiconductor circuits 10 ⁇ / b> A and 10 ⁇ / b> B are each provided with the same members as the semiconductor circuit 10 (see FIG. 3).
  • the offset adjustment capacitor 101 provided in the semiconductor circuit 10A is also referred to as an offset adjustment capacitor 101A.
  • the offset adjustment capacitor 101 provided in the semiconductor circuit 10B is also referred to as an offset adjustment capacitor 101B.
  • the detection units 11a and 11b are electrically connected to the semiconductor circuit 10A, and the detection units 11c and 11d are electrically connected to the semiconductor circuit 10B.
  • the first detection signal is output by controlling the energization to the detection units 11a and 11b and the offset adjustment capacitor 101A.
  • the second detection signal is output by controlling the energization to the detection units 11c and 11d and the offset adjustment capacitor 101B.
  • the detection target is determined solely by the first detection signal and the second detection signal.
  • the first detection signal and the second detection signal may be detected by the semiconductor circuits 10A and 10B or a control circuit provided separately outside.
  • the detection target may be determined based on the above.
  • the detection apparatus 1C includes the individual semiconductor circuits 10A and 10B, and the offset adjustment capacitors 101 (offset adjustment capacitors 101A and 101B) are provided respectively.
  • the capacitance value can be corrected by the single offset adjustment capacitor 101 for the materials of the detection layer 111 having similar temperature and humidity characteristics and drift characteristics.
  • the offset adjustment capacitor 101 offset adjustment capacitors 101A and 101B
  • the detection units 11a and 11b in the semiconductor circuit 10A and the detection units 11c and 11d in the semiconductor circuit 10B are detected layers, respectively. Even if a drift due to the characteristic change of the material 111 occurs, a highly sensitive detection state can be maintained without lowering the detection range.
  • the capacitance values of two similar detection units may be used. Relatively easy to align. Therefore, by providing two similar detection units 11b and 11b and detection units 11c and 11d in separate semiconductor circuits 10A and 10B, correction by the offset adjustment capacitance of the fixed capacitance element is facilitated.
  • the A / D converter 105 sets the upper limit (full scale) of the measurable capacitance over a wide range. Need arises. For this reason, the amount of change in the capacitance value per bit must be increased, and the resolution cannot be increased. In order to avoid such inconvenience, it is preferable to make the corrected capacitance value as close to 0 as possible.
  • the corrected capacitance value can be as close to 0 as possible.
  • the plurality of semiconductor circuits may include a plurality of detection units, and some of the plurality of semiconductor circuits may include a single detection unit.
  • each of the semiconductor circuits 10A and 10B three or more detection units (for example, four detection units 11a to 11d as shown in FIG. 6) may be formed.
  • two detection units may be formed on one of the semiconductor circuits 10A and 10B, and three or more detection units may be formed on the other.
  • the capacitance value is corrected by one offset adjustment capacitor 101 as in the detection device 1C of the second embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a detection apparatus 1D according to this modification.
  • the detection apparatus 1D includes substrates 12A and 12B in addition to the semiconductor circuits 10A and 10B.
  • the detection unit 11a is formed on the semiconductor circuit 10A, and the detection unit 11b is formed on the substrate 12A provided separately from the semiconductor circuit 10A. Further, the comb-shaped electrode 110 formed in the detection unit 11b and the semiconductor circuit 10A are connected by a conductive wiring 13A.
  • the detection unit 11c is formed on the semiconductor circuit 10B, and the detection unit 11d is formed on the substrate 12B provided separately from the semiconductor circuit 10B. Further, the comb-shaped electrode 110 formed in the detection unit 11d and the semiconductor circuit 10B are connected by the conductive wiring 13B.
  • some of the detection units 11b and 11d may be formed outside the semiconductor circuits 10A and 10B and electrically connected to the semiconductor circuits 10A and 10B, respectively.
  • the influence of the parasitic capacitance can be reduced by disposing the detection units 11b and 10d in the immediate vicinity of the semiconductor circuits 10A and 10B so that the conductive wirings 13A and 13B can be wired by wire bonding.
  • the material coating process or the film formation process in the formation of the detection layer 111 there is an advantage in manufacturing that complexity can be eliminated.
  • Embodiment 4 The following description will discuss Embodiment 4 of the present invention with reference to FIGS. 6, 12, and 13. As shown in FIG. 6, the detection apparatus 1E according to the present embodiment has the same external configuration as the detection apparatus 1B of the second embodiment.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a system configuration of the detection apparatus 1E.
  • the detection device 1E has one offset adjustment capacitor 101 for the four detection units 11a to 11d on the semiconductor circuit 10 as in the detection device 1B.
  • the detection apparatus 1E is further provided with the detection control part 120 in addition to each member of the detection apparatus 1B.
  • the offset adjustment capacitor 101 is a variable capacitance element, and the capacitance value (correction capacitance value) of the variable capacitance element is adjusted by the detection control unit 120 described below.
  • the offset adjustment capacitor 101 is, for example, an element in which a variable capacitance diode is applied and the capacitance changes depending on an applied voltage, or includes a plurality of capacitance cells and a transistor circuit provided for each capacitance cell. When the transistor circuit is turned on, the transistor circuit is connected in parallel with another capacitor cell, and when the transistor circuit is turned off, the transistor circuit is disconnected from the other capacitor cell.
  • the offset adjustment capacitors 101 have different capacitance values depending on the combination of the capacity cells connected in parallel to each other.
  • the offset adjustment capacitor 101 (variable capacitance element) configured in this way is an example, and the present invention is not limited to this.
  • the detection control unit 120 includes an offset capacitance value setting unit 121 (capacitance value setting unit), a gain setting unit 122, an energization control unit 123, and a memory 124.
  • the detection control unit 120 may be formed in the semiconductor circuit 10 or may be configured by a microcomputer or the like provided outside the semiconductor circuit 10.
  • the offset capacity value setting unit 121 sets an electrostatic capacity value of the offset adjustment capacity 101 (hereinafter referred to as an offset capacity value). As will be described below, the offset capacitance value setting unit 121 sets the offset capacitance value according to the capacitance value corrected by the integrator 103 (the difference value of the capacitance value obtained by the integrator 103). Adjust and set.
  • the offset capacitance value setting unit 121 adjusts the capacitance value of the offset adjustment capacitor 101 to be within a predetermined range, and sets the capacitance value adjusted to the predetermined range as the offset capacitance value. To do. Then, the offset capacity value setting unit 121 stores the set offset capacity value in the memory 124 as an adjusted capacity value (may be referred to as a set capacity value).
  • a set capacity value 1241 in FIG. 12 indicates an adjustment capacity value (set capacity value) stored in the memory 124.
  • the offset capacitance value setting unit 121 reads the adjustment capacitance value from the memory 124 during the detection operation (detection mode described later), and corresponds to each of the detection units 11a to 11d when the detection units 11a to 11d are energized. The offset capacitance value is changed so that the adjusted capacitance value is obtained.
  • the adjustment capacitance value is adjusted by the applied voltage.
  • the connection state (1) and the non-connection state (0) of each capacitance cell are all set. Are given as binary data representing the capacity cells.
  • the gain setting unit 122 sets a predetermined gain value.
  • the gain value is an index indicating the range of detectable capacitance values.
  • the gain setting unit 122 designates the A / D converter 105 with a capacitance value range assigned to the number of quantization bits of the A / D converter 105.
  • the energization control unit 123 activates the pulse generator 106 so that the energization control circuit 102 operates when a power supply device (not shown) provided outside the detection device 1E is turned on (when the power is turned on).
  • a predetermined gain value is stored in the memory 124 as a gain value 1242.
  • FIG. 13A is a flowchart showing a procedure (control method) for detecting a detection target by the detection apparatus 1E according to the fourth embodiment
  • FIG. 13B is a flowchart of the procedure shown in FIG. It is a flowchart which shows a part of procedure in detail.
  • the detection apparatus 1E operates in two modes: a setting mode for performing a setting process at the time of startup, and a detection mode performed after the setting process is completed.
  • the energization control unit 123 operates the energization control circuit 102 to energize the detection units 11a to 11d (step S11).
  • the setting mode starts, and the gain setting unit 122 reads the gain value from the memory 124 and sets the gain value in the A / D converter 105 (step S12).
  • the gain value is based on the amount of change when the detection target is detected in the detection units 11a to 11d and the change in the capacitance value of the detection units 11a to 11d due to the assumed change in the usage environment of the detection device 1E.
  • a predetermined value can be used. Further, the gain value may be changed upon detection after being set as described above.
  • increasing the gain value means narrowing the range of the capacitance value that can be detected by the number of quantization bits of the A / D converter 105, that is, increasing the resolution.
  • lowering the gain value means widening the range of capacitance values that can be detected by the number of quantization bits of the A / D converter 105, that is, lowering the resolution.
  • setting the gain value a value assumed in advance as a gain value at the time of mass production (manufacturing) of the detection apparatus 1E is used, but a value corresponding to a resolution that can be set by the user may be used.
  • the offset capacity value setting unit 121 sets an offset capacity value corresponding to the detection unit 11a (step S13).
  • the offset capacity value setting unit 121 sets an offset capacity value corresponding to the detection unit 11b (step S14).
  • the offset capacity value setting unit 121 sets an offset capacity value corresponding to the detection unit 11c (step S15).
  • the offset capacity value setting unit 121 sets an offset capacity value corresponding to the detection unit 11d (step S16).
  • steps S13 to S16 may be collectively referred to as a capacitance value setting step. Details of steps S13 to S16 (capacitance value setting step) will be described later with reference to FIG. After step S16, the offset capacitance value setting unit 121 writes the capacitance values set for the detection units 11a to 11d in the memory 124 as adjustment capacitance values.
  • the integrator 103 corrects the capacitance values of the detection units 11a to 11d with the capacitance value of the offset adjustment capacitor 101, and then, as described in the first embodiment, the A / D converter 105. Outputs a detection signal by converting the corrected capacitance value to digital (step 17). And the detection control part 120 repeats the process of step S17 until a detection process is complete
  • the offset capacitance value setting unit 121 adjusts the adjustment capacities set for the detection units 11a to 11d from the memory 124 as the energization control circuit 102 sequentially switches energization to the detection units 11a to 11d. The value is read, and the offset capacitance value is switched to the adjustment capacitance value.
  • the offset capacitance value setting unit 121 determines whether or not the capacitance value corrected by the integrator 103 is larger than a predetermined upper limit value (step S1001).
  • the offset capacitance value setting unit 121 determines that the corrected capacitance value (output value of the integrator 103) is larger than the upper limit value (YES)
  • the offset capacitance value setting unit 121 increases the offset capacitance value (adjustment capacitance value) by a predetermined value.
  • Step S1002 The process of Step S1001 is continued until it is determined that the corrected capacitance value is equal to or lower than the upper limit (NO).
  • the offset capacitance value setting unit 121 determines whether or not the corrected capacitance value is smaller than a predetermined lower limit value (Ste S1003).
  • the offset capacitance value setting unit 121 determines that the corrected capacitance value is smaller than the lower limit value (YES)
  • the adjustment capacitance value is decreased by a predetermined value (step S1004), and the corrected capacitance value is The process of step S1003 is continued until it is determined that the value is equal to or greater than the lower limit (NO).
  • the offset capacitance value setting unit 121 adjusts the offset capacitance value to a value within a predetermined range (upper limit value and lower limit value). Set the value.
  • the value of the offset adjustment capacitance is set so that the corrected capacitance value falls within a predetermined range.
  • the predetermined range may be determined on the condition that it is within the number of quantization bits of the A / D converter 105, that is, within the detection range, and a narrower range within the range. May be specified.
  • the detection signal (measured value) acquired and output in step S17 may be a result obtained by integrating the results over a certain time or number of times, or a signal obtained by performing a filtering process.
  • a waiting time may be provided in a series of processes in steps S11 to S18.
  • the detection control unit 120 adjusts the offset capacitance value according to the difference value obtained by the integrator 103. That is, the detection apparatus 1E includes the detection control unit 120, thereby setting the offset capacitance value for each of the detection units 11a to 11d, and using the set capacitance value, each of the detection units 11a to 11d. The capacitance value can be corrected.
  • the respective capacitance values be set to the same value as much as possible in the formation stage of the plurality of detection portions 11a to 11d (comb-shaped electrodes 110).
  • the capacitance values of the detection units 11a to 11d it is not always easy to align the capacitance values of the detection units 11a to 11d with high accuracy. Therefore, in the present embodiment, a method of adjusting the offset capacitance value with respect to the respective capacitance values of the detection units 11a to 11d is adopted as a realistic method.
  • the capacitance value of the offset adjustment capacitor 101 is adjusted to be close to the respective capacitance values of the detection units 11a to 11d. It becomes possible to do. Therefore, the capacitance values of the detection units 11a to 11d can be corrected with high accuracy. Therefore, even when the concentration of the detection target (gas) is extremely low, it is possible to detect a minute change in capacitance value accompanying detection with high resolution.
  • the detection device 1E individually sets the offset capacitance value prior to detection even when the capacitance values of the detection units 11a to 11d drift due to environmental influences associated with long-term use. Therefore, the influence of drift can be canceled (cancelled).
  • the detection device 1E includes the four detection units 11a to 11d, but is not limited to this configuration, and may include two or more detection units. This also applies to each embodiment described below.
  • Embodiment 5 The following describes Embodiment 5 of the present invention with reference to FIGS. 6, 12, and 14.
  • FIG. 6 and FIG. 12 described above the detection device 1F according to the present embodiment has the same external configuration and system configuration as the detection device 1E according to the fourth embodiment.
  • the offset adjustment capacitor 101 is a variable capacitance element similar to that of the fourth embodiment (the same applies to the sixth to tenth embodiments described later).
  • the offset capacity value setting unit 121 sets the offset capacity value to a specified value (a predetermined value).
  • the offset capacitance value setting unit 121 reads the regulated capacitance value of the specified value from the memory 124 during the detection operation (the detection mode described above) and detects the detection unit 11a when the detection units 11a to 11d are energized.
  • the offset capacitance value (specified value) is switched so that the adjustment capacitance values corresponding to .about.11d are obtained.
  • the plurality of specified values of the offset adjustment capacitor 101 are obtained by measuring the capacitance values of the detectors 11a to 11d in advance under a predetermined condition (eg, environmental condition) determined in advance. May be set.
  • the memory 124 stores a plurality of preset values set in advance.
  • the plurality of specified values may be referred to as capacitance candidate values.
  • a plurality of specified values acquired in advance with a representative sample can be used as the capacitance candidate values.
  • the detection units 11a to 11d have temperature and humidity dependency in which the capacitance value changes with respect to temperature and humidity, the environment of the capacitance values of the detection units 11a to 11d in an environment where the temperature and humidity are changed. Dependencies are detected. Therefore, it is desirable to determine the adjustment capacitance value and the gain value based on the detection result so that the range is not over in an environment where the use of the detection device 1F is assumed.
  • the detection method of the present embodiment is suitable for detection that does not necessarily require a narrow detection range (in other words, high resolution or high accuracy).
  • the detection method of the present embodiment is suitable for detection when a predetermined detection target is detected or when environmental conditions change relatively slowly.
  • the detection range in the A / D converter 105 may be switched.
  • the range switching may be automatically performed by the detection control unit 120 in response to the occurrence of a range over.
  • the detection control unit 120 may notify the user of the occurrence of a range over. In this case, the user can switch the range manually (button operation or the like) upon receiving a notification of range over.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a procedure for detecting a detection target by the detection apparatus 1F. Note that steps S21 to S22 and S24 to S25 in FIG. 14 are the same as steps S11 to S12 and S17 to S18 in FIG. Below, step S23 and the process of the periphery are described.
  • the offset capacitance value setting unit 121 sets the offset capacitance value to a specified adjustment capacitance value corresponding to each of the detection units 11a to 11d (step S23).
  • the offset capacitance value setting unit 121 sets the offset capacitance value to a specified adjustment capacitance value corresponding to the detection unit 11a.
  • the offset capacitance value setting unit 121 sets the offset capacitance value to a specified adjustment capacitance value corresponding to the detection unit 11b.
  • the offset capacity value setting unit 121 sets the offset capacity value to a specified adjustment capacity value corresponding to the detection unit 11c.
  • the offset capacitance value setting unit 121 sets the offset capacitance value to a specified adjustment capacitance value corresponding to the detection unit 11d.
  • step S23 the offset capacitance value setting unit 121 corresponds one of a plurality of specified values stored in the memory 124 to one detection unit among the detection units 11a to 11d. Set to the specified adjustment capacity value. Then, after step S23, the process proceeds to step S24.
  • the detection apparatus 1F includes the detection control unit 120, thereby setting the offset capacitance value to a specified value corresponding to each of the detection units 11a to 11d. Then, the detection apparatus 1F corrects the capacitance values of the detection units 11a to 11d using the set specified values.
  • the detection apparatus 1F may determine that the gas to be detected already exists in the measurement environment when the detection value is excessive.
  • the detection apparatus 1F corrects the capacitance values of the detection units 11a to 11d using the set specified values, and it is assumed that the gas concentration that is a normal detection target falls within the detectable range. . For this reason, it is considered that an excessively large detection value means that a high-concentration gas exceeding the assumption is present.
  • the detection apparatus 1F may determine that at least a part of the detection units 11a to 11d has deteriorated when the detection value is excessive.
  • the range over occurs when the detection device 1F is activated (turned on the power) in a general use environment.
  • the detection apparatus 1F determines that (i) the gas to be detected already exists in the measurement environment, or (ii) at least part of the detection units 11a to 11d has deteriorated. To do. Therefore, when a range over occurs immediately after the power is turned on, the detection apparatus 1F may notify the user of a predetermined error message. Alternatively, the detection device 1F may sound an alarm sound indicating a predetermined error.
  • the detection device 1F is suitable for a case where a high detection accuracy is not required but a relatively wide dynamic range is required. That is, the detection apparatus 1F has a configuration suitable for simple detection.
  • the detection device 1E is suitable for a case where high detection accuracy is required. Therefore, the designer of the detection apparatus according to one aspect of the present invention may appropriately select which configuration of the detection apparatuses 1E and 1F is to be used in consideration of the usage mode of the user.
  • FIG. 6 the detection device 1G according to the present embodiment has the same external configuration as the detection device 1B described above.
  • FIG. 15 is a block diagram showing the system configuration of the detection apparatus 1G.
  • the detection apparatus 1G is obtained by adding a first conversion table 1243 to the memory 124 in the above-described detection apparatus 1E.
  • the first conversion table 1243 may be stored in a memory inside or outside the semiconductor circuit 10.
  • any one of the detection units 11a to 11d (for example, the detection unit 11a) is set in advance as a reference detection unit (hereinafter referred to as a reference detection unit).
  • the offset capacitance value setting unit 121 detects a component other than the reference detection unit by correcting a predetermined reference capacitance value (hereinafter referred to as a reference capacitance value) using a predetermined conversion formula.
  • a predetermined reference capacitance value hereinafter referred to as a reference capacitance value
  • Set an offset capacitance value corresponding to a unit eg, detection units 11b to 11d.
  • the conversion formula takes into account correction based on the detection environment.
  • the detection unit 11a is a reference detection unit will be described as an example.
  • the first conversion table 1243 is prepared in advance to determine the offset capacity values corresponding to the detection units 11b to 11d based on the offset capacity value corresponding to the detection unit 11a.
  • the first conversion table 1243 is created based on a predetermined conversion formula described later.
  • the conversion formula can be determined by measuring in advance the capacitance values of the detection units 11a to 11d in an environment where there is no detection target (gas). For mass-produced products, the conversion formula may be determined by applying information obtained from a representative sample.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating a procedure for detecting a detection target by the detection apparatus 1G. Note that steps S31 to S32 and S35 to S36 in FIG. 16 are the same processes as steps S11 to S12 and S17 to S18 in FIG. In the following, steps S33 to S34 and their peripheral processing will be described.
  • step S33 the offset capacity value setting unit 121 sets an offset capacity value corresponding to the detection unit 11a (reference detection unit) (step S33).
  • step S33 the setting of the offset capacitance value corresponding to the detection unit 11a is performed in the same manner as in steps S1001 to S1004 described above. That is, the offset capacitance value corresponding to the reference detection unit is set with high accuracy as in step S13 described above.
  • the offset capacity value setting unit 121 refers to the first conversion table 1243, and based on the offset capacity value (the offset capacity value corresponding to the detection unit 11a) set in step S32, the detection units 11b to 11d. An offset capacitance value corresponding to each of the above is set (step S34). Then, the process proceeds to step S35.
  • Coffset-e Coffset-0 + a (Tmes-T0) + b (Cmes1-C0) (1)
  • This formula (1) may be referred to as a first conversion formula.
  • Coffset-e is a converted offset capacitance value in each of the detection units 11b to 11d other than the reference detection unit (detection unit 11a).
  • a and b are constants.
  • Tmes is the ambient temperature acquired by the temperature sensor.
  • T0 is a predetermined reference value of temperature.
  • Cmes1 is a difference value between the capacitance value of the reference detection unit (detection unit 11a) and the offset capacitance value (set in step S33) corresponding to the detection unit 11a.
  • Cmes1 is an output value (actual value) in the reference detection unit.
  • C0 is a reference value of capacitance determined in advance in the reference detection unit.
  • Coffset-0 is an offset capacitance value set in advance in each of the detection units 11b to 11d other than the reference detection unit under the reference condition (T0 and C0).
  • the values of the constants a and b may be determined based on a previous measurement result in an environment where no detection target exists. For example, the values of the constants a and b change the temperature and humidity, measure in advance the optimum offset capacity value (value at which the output is close to 0) of each detection unit at each temperature and humidity, and are known in the measurement results May be determined by applying the following approximation method.
  • Offset-e calculated based on the above equation (1) is set for each of the detection units 11b to 11d other than the reference detection unit (detection unit 11a). That is, the values of constants a and b and Coffset-0 are individually set for each of the detection units 11b to 11d. Note that T0 and C0 may be the same value or different values for each of the detection units 11b to 11d.
  • the offset capacity value setting unit 121 directly performs the calculation based on the above-described equation (1), so that the Offset-e for each of the detection units 11b to 11d. May be calculated (set).
  • the above formula (1) is an example of a conversion formula, and the conversion formula is not limited to this.
  • the conversion formula only needs to be capable of correction based on the temperature and the output value from the reference detection unit.
  • the conversion formula need not be a linear function for Tmes or Cmes1 which are variables.
  • a second-order or higher term for Tmes or Cmes1 may be included.
  • an expression other than a polynomial for Tmes or Cmes1 eg, an expression based on an exponential function
  • This is the same in the conversion formula (Example: Formula (2)) of Embodiment 7 to be described later.
  • Cmes1 and C0 may be replaced with a capacitance value and set to a value indicating humidity.
  • temperature correction may be performed on Cmes1, and the corrected value of Cmes1 may be used in the conversion formula. This also applies to the conversion formula (Example: Formula (2)) of Embodiment 7 described later.
  • the detection unit 11a which is a reference detection unit, has high responsiveness to humidity (water vapor). This is because the baseline can be corrected with high accuracy in the detection environment. Furthermore, it is desirable that the detection unit 11a has a smaller responsiveness to the concentration range of the detection target (eg, a predetermined gas other than water vapor) compared to the responsiveness to humidity in the detection environment.
  • the detection target eg, a predetermined gas other than water vapor
  • the detection unit 11a is made of a material having such characteristics.
  • the detection unit 11a is preferably made of a polymer material having excellent hygroscopicity. By manufacturing the detection unit 11a as described above, the detection unit 11a can be given a function as a humidity sensor.
  • the capacitance change of the detection units 11a to 11d is measured in advance while changing the humidity of the detection environment, and a conversion formula is calculated based on the measurement result. May be set.
  • the first conversion table 1243 may further include the measured value of the temperature sensor as a variable. As a result, it is possible to perform more accurate conversion in consideration of the temperature.
  • the capacitance values of the detection units 11a to 11d are measured in advance in a state where the temperature is changed in addition to the humidity of the detection environment, and a conversion formula is set based on the measurement result.
  • the reactivity between the detection material and the gas depends particularly on the temperature, and the reactivity increases when the temperature is high. This is also because the detection material may have a high temperature dependence on the dielectric constant.
  • the detection unit 11b based on the detection environment and the output of the reference detection unit (detection unit 11a), the detection unit 11b in consideration of the response characteristic difference between the detection units due to the detection environment (particularly temperature and humidity). An offset capacitance value corresponding to ⁇ 11d can be determined. For this reason, since the electrostatic capacitances of the detection units 11a to 11d can be corrected with high accuracy, it is possible to detect a low-density detection target with a high resolution with a gain value as large as possible.
  • the detection device 1G needs to determine an offset capacitance value corresponding to each detection unit after individually detecting a capacitance value for each of the detection units 11a to 11d. Absent.
  • the detection apparatus 1G may determine whether there is a change in the detection environment based on the output of the detection unit 11a (and the value of the temperature sensor as necessary). And the detection apparatus 1G may reset the offset capacity value when detecting a change in the detection environment.
  • the detection device 1G no significant change is observed in the output of the reference detection unit (detection unit 11a) or the value of the temperature sensor, but the capacitance of the other detection units 11b to 11d greatly changes and the range is over. Think about the case.
  • the detection apparatus 1G may determine whether or not the concentration of the detection target (gas) is higher than expected based on the outputs of the detection units 11a to 11d. If the detection apparatus 1G determines that the gas concentration is high, the detection apparatus 1G may adjust the gain value so as to temporarily decrease the gain value. By adjusting the gain value in this way, both detection with high sensitivity and a wide dynamic range can be achieved.
  • the detection device 1H according to the present embodiment has the same external configuration as the detection device 1B described above.
  • FIG. 17 is a block diagram showing a system configuration of the detection apparatus 1H.
  • the detection device 1H includes (i) adding a second conversion table 1244 to the memory 124 and (ii) detecting value correction unit 125 (difference) in the detection control unit 120 in the detection device 1G described above. Value correction unit).
  • the second conversion table 1244 may be stored in a memory inside or outside the semiconductor circuit 10.
  • the detection value correction unit 125 uses the difference value (output value) obtained for one detection unit (for example, the detection unit 11a) as a reference (reference value) as another reference unit (for example, detection).
  • the difference values (output values) obtained for the sections 11b to 11d) are corrected.
  • one detection unit serving as a reference for the difference value (output) may be the same as the reference detection unit of the above-described sixth embodiment, or another It may be a detection unit.
  • the detection part 11a is an output reference
  • the output value of the detection unit 11a is used as a reference value (eg, zero point), and the output values (changes from the zero point) of the other detection units 11b to 11d are used. It is prepared in advance to correct.
  • the reference value is not necessarily limited to the zero point.
  • the second conversion table 1244 is created based on a predetermined conversion formula described later.
  • the conversion formula can be determined by measuring the capacitance values of the detection units 11a to 11d in advance in an environment where the detection target (gas) has a predetermined concentration.
  • the conversion formula may be determined by applying information obtained from a representative sample.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a procedure for detecting a detection target by the detection apparatus 1H. Note that steps S41 to S44 and S48 in FIG. 18 are the same processes as steps S31 to S34 and S36 in FIG. In the following, steps S45 to S47 and their peripheral processing will be described.
  • the method for setting the offset capacitance value corresponding to each of the detection units 11a to 11d will be described as being the same as in the above-described sixth embodiment.
  • the offset capacitance value corresponding to each of the detection units 11a to 11d may be set using the method of the fourth or fifth embodiment.
  • the detection value correction unit 125 sets the output value of the detection unit 11a as a reference value (eg, zero point) (S45). Subsequently, the detection value correction unit 125 acquires the output values (difference values) of the other detection units 11b to 11d (S46). Next, the detection value correction unit 125 refers to the second conversion table 1244, and corrects the output values of the detection units 11b to 11d based on the reference value set in step S45 (S47). Then, the process proceeds to step S48.
  • a reference value eg, zero point
  • the detection unit 11a desirably has high responsiveness to humidity (water vapor) from the viewpoint of accurately correcting the baseline in an environment where the detection element is used.
  • the measurement value of the temperature sensor may be further included as a variable in the second table.
  • the conversion formula in the present embodiment is represented by the following formula (2).
  • Cout-e Cout ⁇ a2 (Tmes ⁇ T0) ⁇ b2 (Cmes1 ⁇ C0) (2)
  • This equation (2) may be referred to as a second conversion equation.
  • Cout-e is an output value (difference value) after conversion in each of the detection units 11b to 11d other than the output reference detection unit (detection unit 11a).
  • Cout is an actually measured value of the output value (difference value) in each of the detection units 11b to 11d.
  • A2 and b2 are constants. Note that Tmes, Cmes1, and C0 are the same as those in the above formula (1).
  • the values of the constants a2 and b2 may be determined based on previous measurement results in an environment where a detection target with a predetermined concentration exists. For example, the values of the constants a2 and b2 may be determined by changing the temperature and humidity, measuring the output value of each detection unit at each temperature and humidity in advance, and applying a known approximation method to the measurement result. .
  • the output value of each detection unit may be measured in advance by changing the concentration. Then, using the measurement result, the second conversion table 1244 may be created using a conversion formula that further considers the values of the constants a2 and b2 at each concentration. Thereby, the accuracy of the correction of the output value can be further increased. In this case, based on the three parameters Cout, Tmes, and Cmes1, the second conversion table 1244 is referred to calculate Cout-e.
  • T0 and C0 in equation (2) may be the same value or different values for each of the detection units 11b to 11d. Further, T0 and C0 in equation (2) may be the same value as T0 and C0 in equation (1) (the conversion equation for creating first conversion table 1243) or different values. Absent.
  • Cout-e is calculated for each of the detection units 11b to 11d by directly performing the calculation based on the above equation (2) in the detection value correction unit 125 without creating the second conversion table 1244. It may be calculated.
  • the above formula (2) is an example of a conversion formula, and the conversion formula is not limited to this.
  • the conversion formula of this embodiment may also be one that can correct based on the output value and temperature of the output reference detection unit (detection unit 11a).
  • the output of the detection unit 11a (difference value) is used as a reference, and the detection unit 11b ⁇ It becomes possible to correct the output value (difference value) of 11d. For this reason, since the electrostatic capacitances of the detection units 11a to 11d can be corrected with high accuracy, it is possible to detect a low-density detection target with a high resolution with a gain value as large as possible.
  • the output value can be corrected by referring to the second conversion table 1244.
  • the correction of the offset capacity value by referring to the first conversion table 1243 reflects the dependency of the capacitance values of the detection units 11a to 11d on the temperature and humidity in the situation where the gas to be measured does not exist. It is a thing.
  • the detection apparatus 1H by correcting the output value by referring to the second conversion table 1244, the dependence of the capacitance values of the detection units 11a to 11d on the temperature and humidity in the situation where the gas exists is determined. Further consideration is possible. Therefore, according to the detection apparatus 1H, it is possible to perform detection with higher resolution than the above-described detection apparatus 1G.
  • the detection device 1J according to the present embodiment has the same external configuration as the detection device 1B described above.
  • FIG. 19 is a block diagram showing a system configuration of the detection apparatus 1J. As shown in FIG. 19, the detection device 1 ⁇ / b> J is obtained by adding an output control unit 126 to the detection control unit 120 in the detection device 1 ⁇ / b> H described above.
  • the output control unit 126 outputs the difference value (corrected output).
  • a command is given to the A / D converter 105 so that (value) is output as zero (zero value).
  • the output value (difference value) of the detection unit 11a is used as a reference value (eg, zero point), and the output values of the detection units 11b to 11d when the concentration of the gas to be detected increases.
  • the sign change direction is defined as the plus side.
  • the sign change direction of the output values of the detection units 11b to 11d when the gas concentration is low is set to the minus side.
  • the increase / decrease in output value fluctuates to the plus side or minus side depending on the type of detection target, but the direction of sign change considered to be appropriate detection is referred to as the plus side. Yes. This is because the gas concentration is expressed as a non-negative value, and it is considered that the output value is not normally negative.
  • the output value is negative, the detection material may be degraded. Even when the detection material is not deteriorated, the output value may be negative if the output value is excessively corrected based on the second conversion table 1244. Therefore, in this embodiment, the output of the A / D converter 105 is controlled so that a negative output value is not allowed (replaced by 0).
  • FIG. 20 is a flowchart illustrating a procedure for detecting a detection target by the detection apparatus 1J. Note that steps S51 to S57 and S61 in FIG. 20 are the same as steps S41 to S47 and S48 in FIG. In the following, steps S58 to S60 and their peripheral processes will be described.
  • the output control unit 126 determines whether or not the corrected output values of the detection units 11b to 11d are positive (S58). When the corrected output values of the detection units 11b to 11d are positive (YES in S58), the output control unit 126 causes the A / D converter 105 to output the corrected output value as it is (S59). , Go to S61.
  • the output control unit 126 outputs the negative output value as 0 so that the negative output value is 0.
  • a command is given to the / D converter 105 (S60), and the process proceeds to S61.
  • the conversion (correction) of the output value in the second conversion table 1244 is performed on the assumption that the output value is positive. Accordingly, the fact that the output value after correction is negative means that the correction was not properly performed based on the second conversion table 1244 (the output value could not be corrected even using the second conversion table 1244). ). Therefore, the detection apparatus 1J can present an output value in accordance with the actual detection target concentration by not approving an inappropriate correction result (detection result).
  • a negative output value is output as a zero value, but an error message may be output instead of the zero value. That is, the detection device 1J may be any device that can notify the user that a negative value is included in a part of the output value (the detection result may be invalid).
  • FIG. 9 The ninth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 6, 19, and 21.
  • FIG. 1K according to the present embodiment has the same external configuration and system configuration as the detection device 1J of the eighth embodiment.
  • the output control unit 126 when the output values (difference values) of the detection units 11b to 11d corrected by the detection value correction unit 125 are negative values, the output control unit 126 outputs the difference value (corrected output value). A command is given to the A / D converter 105 so that the lowest value of) is output as a zero value.
  • FIG. 21 is a flowchart illustrating a procedure for detecting a detection target by the detection apparatus 1K. Note that steps S71 to S79 and S81 in FIG. 21 are the same processes as steps S51 to S59 and S61 in FIG. Hereinafter, step S80 and its peripheral processing will be described.
  • step S78 if the result of determination in step S78 is that the output values after correction of the detection units 11b to 11d are negative (NO in S78), the process proceeds to step S80.
  • the output control unit 126 gives a command to the A / D converter 105 so that the lowest value among the negative output values is output as a zero value (S80). That is, the output control unit 126 resets the zero value.
  • Detecting device 1K can eliminate negative output values by resetting the zero value. Thereby, the correction of the output value using the second conversion table 1244 can be performed more appropriately. Therefore, detection with higher resolution is possible as compared with the above-described detection apparatus 1J.
  • the countermeasure when the output value fluctuates to the minus side has been described.
  • the output value eg, baseline
  • the plus side fluctuates to the plus side.
  • Conceivable For example, drift that occurs with long-term use may cause fluctuations in the output value not only on the minus side but also on the plus side. This is because once the power supply is turned on (the detection device 1K is activated) and the offset capacity value is adjusted once, the offset capacity value is not readjusted until the end of detection thereafter.
  • the detection apparatus 1K also copes with fluctuations in the output value to the plus side.
  • the fluctuation of the output value to the plus side may be dealt with by the following method.
  • the output value for a certain period is stored in the memory 124, and the output value is obtained when the output value does not decrease to the zero point (reference value) over a certain period based on the data of the output value.
  • the output value may be corrected in the detection device 1K so as to reset the minimum positive output value as the zero point (reference value). As a result, the output value can be corrected with respect to fluctuations in both the positive and negative directions.
  • Embodiment 10 of the present invention will be described below with reference to FIGS. 6 and 22 to 24.
  • FIG. 6 described above the detection apparatus 1L according to the present embodiment has the same external configuration as the detection apparatus 1B described above.
  • FIG. 22 is a block diagram showing a system configuration of the detection apparatus 1L.
  • the detection apparatus 1L includes (i) a difference output unit 127 (difference calculation unit) added to the detection control unit 120 and (ii) corresponding data 1245 added to the memory 124 in the above-described detection device 1G. Is.
  • the correspondence data 1245 may be stored in an internal or external memory of the semiconductor circuit 10.
  • FIG. 23 is a flowchart illustrating a procedure of detecting a detection target by the detection device 1K. Note that steps S91 to S94 and S99 in FIG. 23 are the same as steps S31 to S34 and S36 in FIG. Hereinafter, steps S95 to S98 and their peripheral processes will be described.
  • step S94 the corrected output values of the detection units 11b to 11d other than the detection unit 11a (reference detection unit) are input to the detection control unit 120 (S95).
  • an estimated value also referred to as an estimated output value or an estimated difference value
  • the first conversion table 1243 and the output value of the reference detection unit (detection unit 11a) are stored in the memory 124 in association with each other.
  • the correspondence data 1245 is data (more specifically, a table) indicating the correspondence relationship.
  • the difference output unit 127 acquires the corresponding data 1245 (estimated output value) from the memory 124 (S96), and based on the corresponding data 1245, the output values (actual values (acquired values or acquired values) of the detection units 11b to 11d are obtained. And a difference value between the estimated output value (estimated value) (S97). Subsequently, the difference output unit 127 outputs the difference value (S98). Then, the process proceeds to S99.
  • the output values (actually measured values) and estimated output values of the detection units 11b to 11d As a difference value, a large value is obtained. Therefore, the amount of gas existing in the initial state can be identified based on the difference value. Therefore, detection can be performed in consideration of the amount of the gas.
  • the difference value is negative (that is, the estimated output value is larger than the actual output value)
  • the same processing as in the above-described embodiment 8 or 9 is performed. Also good. This is because in such a case, there is a possibility that detection or correction is not appropriately performed.
  • correction based on the second conversion table 1244 described above may be further performed on the difference value calculated in step S98.
  • FIG. 24 is a flowchart illustrating another procedure for detecting a detection target by the detection apparatus 1L. Note that steps S101 to S105 and S107 to 108 in FIG. 24 are the same as steps S91 to S95 and S98 to S99 in FIG. Below, step S106 and its peripheral process are described.
  • the difference output unit 127 determines whether or not the difference value between the estimated value and the actually measured value is within a predetermined range set in advance (S106). If the difference value exceeds the predetermined range (NO in S106), the process returns to S103. That is, the setting of the offset capacitance value is repeated until the difference value falls within a predetermined range (YES in S106).
  • the presence of a high concentration gas is detected in the initial state, and the offset capacity value is reset according to the gas concentration. According to this processing, it is possible to suitably correct the output value even when a high concentration gas exists in the initial state.
  • the detection apparatus 1L may output an error message. That is, since the high concentration gas exists in the initial state (measurement environment is abnormal), the detection device 1L retry detection in a normal environment (a state where the gas concentration is relatively small). The user may be prompted.
  • the process when the difference value exceeds the predetermined range, the process may be waited until the difference value falls within the predetermined range without returning to S103. That is, the offset adjustment capacity may be reset when the difference value falls within a predetermined range. Also by this processing, it is possible to suitably correct the output value.
  • control blocks (particularly the detection control unit 120) of the detection devices 1, 1A to 1H and 1J to 1L may be realized by a logic circuit (hardware) formed in an integrated circuit (IC chip) or the like, or a CPU ( It may be realized by software using a Central Processing Unit.
  • the detection devices 1, 1A to 1H and 1J to 1L have a CPU that executes instructions of a program, which is software that realizes each function, and the above program and various data are recorded so as to be readable by a computer (or CPU) ROM (Read Only Memory) or a storage device (these are referred to as “recording media”), RAM (Random Access Memory) for expanding the program, and the like.
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the objective of this invention is achieved when a computer (or CPU) reads the said program from the said recording medium and runs it.
  • the recording medium a “non-temporary tangible medium” such as a tape, a disk, a card, a semiconductor memory, a programmable logic circuit, or the like can be used.
  • the program may be supplied to the computer via an arbitrary transmission medium (such as a communication network or a broadcast wave) that can transmit the program.
  • a transmission medium such as a communication network or a broadcast wave
  • the present invention can also be realized in the form of a data signal embedded in a carrier wave in which the program is embodied by electronic transmission.

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Abstract

小型かつ高感度な検出装置を実現する。検出装置（１）は、半導体回路（１０）上に形成された複数の検出部（１１ａ～１１ｂ）と、検出部（１１ａ～１１ｂ）により検出された検出容量値を補正するための補正容量値を示すオフセット調整容量（１０１）と、検出容量値と補正容量値との差分値を取得する積分器（１０３）と、当該差分値をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（１０５）とを備える。そして、オフセット調整容量（１０１）、積分器（１０３）、およびＡ／Ｄ変換器（１０５）は、半導体回路（１０）に形成されている。

Description

検出装置および検出装置の制御方法
　本発明は、静電容量の変化によって検出対象を検出する検出装置、および当該検出装置の制御方法に関する。
　ガスや液体のような検出対象を検出する検出装置には、検出対象との接触によって生じた静電容量の変化を検出するものがある。
　例えば、特許文献１には、温湿度に感応し麻酔ガスに感応しない温湿度感応素子、および麻酔ガスと温湿度とに感応する麻酔感応素子から構成された麻酔センサが開示されている。この麻酔センサは、麻酔感応素子の温湿度に対する静電容量の変化量を温湿度感応素子の温湿度に対する静電容量の変化量で相殺して校正する。
　また、特許文献２には、流体内の特定の非水溶物質の存在を検出する静電容量検出装置が開示されている。この装置は、複数のインターディジット型（櫛形電極）コンデンサを備え、異なるコンデンサの出力を比較することで検出すべきガスのタイプを決定する。
　しかしながら、特許文献１に開示された麻酔センサは、各感応素子と電気回路とが別々に構成されているために、小型化が難しい。また、各感応素子を小型化しようとすると、感応素子の面積が小さくなることによって検出感度が低くなり、低濃度ガスの検出が困難になる。一方、特許文献２に開示された装置では、コンデンサが配置された基板と、コンデンサのキャパシタンスの変化を検出する電子回路とが別々に構成されているために、小型化が難しい。
　これに対し、特許文献３には、半導体回路（ＡＳＩＣ：Application-Specific Integrated Circuits）上に、平行板容量性ガスセンサがアセンブリされたセンサが開示されている。特許文献３の技術は、センサの小型化を一目的としたものである。
日本国公開特許公報「特開平１－３００９６３号（１９８９年１２月５日公開）」 日本国公開特許公報「特開昭５９－２３０１５３号（１９８４年１２月２４日）」 日本国公表特許公報「特表２０１６－５０４５９５号（２０１６年２月１２日）」
　特許文献３に開示されたセンサは、単一のセンサ素子（平行板容量性ガスセンサ）が半導体回路上にアセンブリされた構成を有するものの、複数のセンサ素子を用いて高感度に検出対象の同定を行うことができない。
　一般的に、検出装置の小型化に伴って検出部の面積が小さくなることに伴い、検出信号の信号強度（静電容量変化量）が小さくなる。加えて、低濃度の検出対象を検出する場合、検出信号の強度が検出材料自体の静電容量値に対して数桁程度小さくなるため、検出信号を高い分解能で取得することが困難となる。しかしながら、特許文献１～３のいずれにも、このような高い分解能を要する検出に適した手法は、特に開示されていない。
　本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型かつ高感度な検出装置を実現することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る検出装置は、半導体回路上に形成され、検出対象との接触によって静電容量値が変化する検出層を有する複数の検出部と、前記検出部により検出された検出容量値を補正するための補正容量値を示す補正容量素子と、前記検出容量値と前記補正容量値との差分値を取得する差分取得回路と、前記差分値をデジタル信号に変換する変換回路とを備え、前記補正容量素子、前記差分取得回路および前記変換回路が、前記半導体回路に形成されている。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る検出装置の制御方法は、静電容量の変化によって検出対象を検出する検出装置の制御方法であって、前記検出装置が、半導体回路上に形成され、検出対象との接触によって静電容量値が変化する検出層を有する複数の検出部と、前記検出部により検出された検出容量値を補正するための補正容量値を示す補正容量素子と、前記検出容量値と前記補正容量値との差分値を取得する差分取得回路と、前記差分値をデジタル信号に変換する変換回路とを備え、前記補正容量素子、前記差分取得回路および前記変換回路が、前記半導体回路に形成されており、前記補正容量素子が、前記補正容量値を変更可能な可変容量素子であり、検出装置の制御方法が、前記差分取得回路によって得られた前記差分値に応じて前記補正容量値を設定する容量値設定工程を含んでいる。
　本発明の一態様に係る検出装置によれば、小型かつ高感度な検出装置を実現することが可能となるという効果を奏する。
　また、本発明の一態様に係る検出装置の制御方法によれば、特に高感度な検出を行うことが可能となるという効果を奏する。
本発明の実施形態１に係る検出装置の外観構成を示す斜視図である。 （ａ）は図１に示す検出装置における検出部を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ線矢視断面図である。 図１に示す検出装置の回路構成を示すブロック図である。 図３に示す検出装置の通電制御回路による通電動作を示すタイミングチャートである。 実施形態１の変形例に係る検出装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態２および４～１０に係る検出装置の外観構成を示す斜視図である。 図６に示す検出装置の回路構成を示すブロック図である。 図７に示す検出装置の通電制御回路による通電動作を示すタイミングチャート図である。 本発明の実施形態３に係る検出装置の外観構成を示す斜視図である。 図９に示す検出装置の回路構成を示すブロック図である。 実施形態３の変形例に係る検出装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態４および５に係る検出装置のシステム構成を示すブロック図である。 （ａ）は本発明の実施形態４に係る検出装置による検出対象を検出する手順を示すフローチャートであり、（ｂ）は（ａ）に示す手順の一部の手順をより詳細に示すフローチャートである。 本発明の実施形態５に係る検出装置による検出対象を検出する手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態６に係る検出装置のシステム構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態６に係る検出装置による検出対象を検出する手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態７に係る検出装置のシステム構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態７に係る検出装置による検出対象を検出する手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態８および９に係る検出装置のシステム構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態８に係る検出装置による検出対象を検出する手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態９に係る検出装置による検出対象を検出する手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１０に係る検出装置のシステム構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１０に係る検出装置による検出対象を検出する手順を示すフローチャートである。 実施形態１０の変形例に係る検出装置による検出対象を検出する手順を示すフローチャートである。
　〔実施形態１〕
　以下、本発明の実施形態１について図１～図４を参照して説明する。まず、図１～図３を参照し、実施形態１に係る検出装置１の概要について述べる。図１は、検出装置１の外観構成を示す斜視図である。図２の（ａ）は、検出装置１における検出部１１ａ，１１ｂを示す上面図であり、図２の（ｂ）は図２の（ａ）のＡ－Ａ線矢視断面図である。
　図１に示すように、検出装置１は半導体回路１０を備え、半導体回路１０上には２つの検出部１１ａ，１１ｂが並ぶように形成されている。図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、検出部１１ａ，１１ｂは、長方形をなしており、櫛形電極１１０と、検出層１１１とを含んでいる。
　櫛形電極１１０は、絶縁層１１２を介して、半導体回路１０上に平面的に形成されている。櫛形電極１１０は、導電性材料からなる第１電極１１０ａと第２電極１１０ｂとを組み合わせて成る。第１電極１１０ａおよび第２電極１１０ｂは、ともに櫛形に形成されており、一方の隣り合う２本の櫛歯部の間に他方の１本の櫛歯部が配置され、相互に接触しないように配置されている。これにより、第１電極１１０ａの櫛歯部と第２電極１１０ｂの櫛歯部とが交互に並ぶように配置される。
　第１電極１１０ａの端子１１０ｃと、第２電極１１０ｂの端子１１０ｄとは、ビア孔１１３を通じて、半導体回路１０と電気的に接続される。また、櫛形電極１１０上には、金属や半導体の酸化物あるいは窒化物からなる保護膜が形成されていても構わない。また、ビア孔１１３に導電性物質を充填してもよい。
　櫛形電極１１０を形成する材料は、アルミニウム、銅、金、銀、チタン、インジウム、錫といった高導電性の金属を主成分とし、これらの金属単独、これらの金属同士や他の金属との合金、または、酸化インジウム錫のような導電性酸化物である。
　検出層１１１は、少なくとも櫛形電極１１０における第１電極１１０ａの櫛歯部と第２電極１１０ｂの櫛歯部との間に存在するように形成されており、第１電極１１０ａの櫛歯部と第２電極１１０ｂの櫛歯部とが並ぶ部分を覆うように形成されていても良い。
　検出層１１１を形成する材料は、検出対象が接触すると櫛形電極１１０の静電容量値が変化する誘電材料であればよく、特定の材料には限定されない。例えば、検出層１１１の材料としては、有機化合物、金属または半導体の酸化物、窒化物、炭化物、金属錯体等を適用可能である。また、検出層１１１の材料としては、これらの材料に、修飾基や触媒活性を有する金属微粒子や、ドーパント、抗原抗体反応を起こすための抗体が付与された材料であっても構わない。
　検出層１１１の具体的な材料としては、各種のポリマーや、フタロシアニンやポルフィリンのような有機化合物に金属元素が修飾された金属錯体が用いられていても構わない。また、上記の金属または半導体の酸化物、窒化物、炭化物としては、酸化錫や酸化チタン、酸化シリコン、窒素化シリコン、炭化シリコン、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛を含む。また、これらの材料は、多孔質化されたものであっても構わない。
　これらの材料を、スピンコート、インクジェット印刷、スクリーン印刷、エアロゾルデポジション、真空蒸着、スパッタリング、フォトリソグラフィといった塗布方法や成膜方法によって櫛形電極１１０上に形成すれば、検出層１１１が形成される。櫛形電極１１０上に塗布または成膜された上記の材料は、加熱によって焼成されても構わない。
　検出対象となるガスや液体に含まれる成分が、検出層１１１に吸着または吸収されたり、検出層１１１と酸化還元の反応を起こしたりすることによって、検出層１１１の誘電率が変化する。
　そして、検出層１１１の誘電率の変化に応じて、櫛形電極１１０の静電容量値の変化が生じる。すなわち、検出部１１ａ，１１ｂにおいて、検出層１１１は、検出対象との接触によって、櫛形電極１１０の静電容量値が変化するように構成されている。検出装置１は、このような櫛形電極１１０における静電容量値の変化を、半導体回路１０を用いて電気的に検出する。
　ここで、検出部１１ａ，１１ｂが検出する検出対象は、それぞれ異なる複数の種類のガス成分や液体に含まれる成分とする。このため、検出部１１ａ，１１ｂにおける応答、すなわち、静電容量値の変化量が異なる応答パターンを示すように、検出部１１ａ，１１ｂの検出層１１１は、それぞれ異なる材料で形成される。
　ここで、異なる材料とは、材料の主成分が異なるものであってもよく、主たる材料や構造は同一であって、修飾基や金属微粒子等の付加的な材料のみが異なるものであっても構わない。
　検出対象の種類は、特に限定されないが、ガス成分である場合、酸化還元性ガス、可燃性ガス、揮発性有機物質（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）ガス等が挙げられる。具体的に、検出対象としては、窒素酸化物、硫黄酸化物、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、水素、メタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アンモニア、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、クロロホルム、イソブタン、炭化水素等のガスが挙げられる。液体成分である場合、有機溶媒、酸・塩基性液体、液体含有金属やタンパク質等が挙げられる。
　続いて、図３および図４を参照し、検出装置１の半導体回路１０に形成される回路について説明する。図３は、検出装置１の回路構成を示すブロック図である。図４は、検出装置１の通電制御回路による通電動作を示すタイミングチャートである。
　図３に示すように、半導体回路１０は、オフセット調整容量１０１（補正容量素子）と、通電制御回路１０２と、積分器１０３（差分取得回路）と、サンプル・ホールド回路１０４と、Ａ／Ｄ（アナログ－デジタル）変換器１０５（変換回路）と、パルス発生器１０６とを有している。検出部１１ａ，１１ｂは、上述のように電気的に半導体回路１０に接続されている。
　オフセット調整容量１０１（オフセット調整容量素子と称されてもよい）は、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値（アナログ値）を補正するための容量素子である。以降、オフセット調整容量１０１の静電容量値（アナログ値）を、補正容量値とも称する。
　オフセット調整容量１０１は、（ｉ）補正容量値が一定である固定容量素子であってよいし、または、（ｉｉ）補正容量値が変更可能な可変容量素子であっても構わない。また、オフセット調整容量１０１は、半導体回路１０外に別途設けられ、導電性配線によって半導体回路１０と接続されたものであっても構わない。オフセット調整容量１０１の静電容量値は、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値の近傍の値に設定される。
　図４に示すように、通電制御回路１０２は、後述するパルス発生器１０６が発生したクロック信号のタイミングに同期して、検出部１１ａ，１１ｂおよびオフセット調整容量１０１への通電を制御する。具体的には、通電制御回路１０２は、オフセット調整容量１０１が通電されたときには検出部１１ａ，１１ｂの一方が通電され、且つ検出部１１ａ，１１ｂが交互に通電されるように、検出部１１ａ，１１ｂおよびオフセット調整容量１０１への通電を制御する。また、通電制御回路１０２は、検出部１１ａ，１１ｂおよびオフセット調整容量１０１への電源電圧の印加をオン・オフする回路（不図示）を有しており、図４に示すタイミングでハイレベルとなる通電制御信号によって、通電（電源電圧の印加）を行う。
　なお、図４に示すクロック信号のタイミングと、検出部１１ａ，１１ｂおよびオフセット調整容量１０１への通電のタイミングとの関係は一例である。検出部１１ａ，１１ｂの一方に通電されるタイミングで、オフセット調整容量１０１に対する通電が行われていればよい。また、通電期間も図４に示す通電期間に限定されず、より長い通電期間、または、より短い通電期間であっても構わない。また、通電される順序も必ずしも検出部１１ａから検出部１１ｂの順である必要はないし、検出部１１ａ，１１ｂのそれぞれの通電期間の間に休止期間を設けても構わない。
　積分器１０３は、検出部１１ａ，１１ｂによって検出された静電容量値（検出容量値とも称する）と、オフセット調整容量１０１の静電容量値（補正容量値）との差分値を取得し、当該差分値を積分する回路である。なお、本発明の一態様に係る差分取得回路は、上述の差分値を取得できるものであればよく、当該差分値を積分する機能は必須ではない。但し、差分値の増幅という観点からは、差分値の積分を行うことが好ましい。
　サンプル・ホールド回路１０４は、積分器１０３から出力された積分値をサンプリングして保持する回路である。但し、サンプル・ホールド回路１０４を省略することも可能である。Ａ／Ｄ変換器１０５は、サンプル・ホールド回路１０４で保持されたアナログの積分値をデジタルに変換する回路である。
　パルス発生器１０６は、発振器を有しており、一定周期のクロック信号を出力する回路である。半導体回路１０に設けられた各回路（例：通電制御回路１０２、積分器１０３、サンプル・ホールド回路１０４、Ａ／Ｄ変換器１０５等）は、クロック信号に同期して動作する。
　なお、図３に示す半導体回路１０の構成は、一例であり、これに限定されない。例えば、半導体回路１０は、図３に示す回路以外に、計算処理を行うためのレジスタ、Ｄ／Ａ変換器、Ｉ２Ｃ（Inter IC Communication）やＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）通信用のインターフェース等を含んでいても構わない。
　つまり、半導体回路１０は、必ずしも図３に示したような構成でなくてもよく、１つのオフセット調整容量１０１を備え、２つの検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値を補正することが可能なものであればよい。
　以上のように構成される検出装置１は、次に説明するように動作する。
　通電制御回路１０２は、例えば図４に示すようなタイミングで検出部１１ａ，１１ｂおよびオフセット調整容量１０１への通電を制御する。これにより、検出部１１ａ，１１ｂの一方の静電容量値は、オフセット調整容量１０１の静電容量値と同時に積分器１０３に取り込まれる。
　積分器１０３は、クロック信号のタイミングを利用して上述の差分値を所定時間積分し、積分値を出力する。サンプル・ホールド回路１０４は、クロック信号に同期したタイミングで積分器１０３からの積分値をサンプリングして、Ａ／Ｄ変換器１０５がＡ／Ｄ変換処理を行なっている間に保持する。Ａ／Ｄ変換器１０５は、サンプル・ホールド回路１０４から出力された積分値をクロック信号に同期したタイミング（サンプリング周波数）と所定の量子化ビット数とでデジタル信号に変換して、検出部１１ａ，１１ｂに対応する検出信号（出力値）として順次出力する。
　このよう出力された検出信号に基づいて、検出部１１ａ，１１ｂに接触している検出対象が検出される。
　以上のように、本実施形態の検出装置１は半導体回路１０を備え、半導体回路１０上には、検出部１１ａ，１１ｂ、オフセット調整容量１０１、積分器１０３、およびＡ／Ｄ変換器１０５を備えている。
　そして、半導体回路１０上には、これら各素子が形成されている。特に、半導体回路１０上に検出部１１ａ，１１ｂを形成することで、検出装置１を小型に構成することができる。また、検出部１１ａ，１１ｂは、半導体回路１０上に形成されることで外部配線による寄生容量の影響を低減することができる。さらに、検出装置１は、次に説明するように、感度においても優れた性能を発揮する。このため、小型かつ高感度な検出装置１を実現することが可能となる。
　検出装置１は、小型化のために、数ミリメートル角の半導体回路１０を用いる場合、検出対象（例：ガス）に対して晒される個々の検出部１１ａ，１１ｂの面積が小さくなる。このため、検出対象の検出時に得られる静電容量値の変化は、検出部１１ａ，１１ｂ自体の静電容量値に対して小さな値となる。特に、検出対象が極めて低濃度である場合（検出対象成分の濃度がｐｐｍやｐｐｂオーダー以下である場合）には、検出に伴う静電容量の変化量は、検出部１１ａ，１１ｂ自体の静電容量値に比べて数桁以上小さくなる。
　従って、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値を単純にＡ／Ｄ変換して出力したとしても、検出信号値（静電容量変化量）を十分な分解能で得ることができない。例えば、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値がｐＦオーダーである場合に、ｐｐｍからｐｐｂオーダーの検出対象成分の存在を検出しようとすると、分解すべき静電容量値の変化量はｆＦオーダーからａＦオーダーとなる。
　そこで、本実施形態の検出装置１は、オフセット調整容量１０１の静電容量値によって検出時の検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値を補正するように構成されている。オフセット調整容量１０１は、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値の近傍の値に設定されている。
　一方、Ａ／Ｄ変換器１０５から出力されるデジタルの検出信号は、Ａ／Ｄ変換器１０５の所定の量子化ビット数で量子化されている。このため、検出対象の検出に際して生じる検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値の変化は、大きな量子化ビット数を利用することで、当該量子化ビット数で規定される静電容量値のレンジを極力大きくする（１ビット当たりの変化量（容量）を極力小さな値にする）。
　これにより、検出部１１ａ，１１ｂから得られる静電容量値と、オフセット調整容量１０１から得られる静電容量値との差分が得られると、Ａ／Ｄ変換器１０５で変換される信号は、検出対象の検出に伴う検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値の変化量が小さくても、十分に拡大したレンジで高分解能の検出が可能となる。従って、微小な面積の櫛形電極１１０を用いた場合であっても高い検出感度を実現することができる。
　また、Ａ／Ｄ変換器１０５は、ΔΣ方式に代表される、高いノイズキャンセル性能を備える回路を適用することで、高感度なレンジで測定した場合にも低いノイズレベルを維持できる。一般的に、Ａ／Ｄ変換におけるノイズの影響は大きいため、Ａ／Ｄ変換器１０５に高いノイズキャンセル性能を付与することは有益である。
　また、数ミリメートル角の半導体回路１０の上に２つ（複数）の櫛形電極１１０を形成する構造では、検出対象の濃度によっては、１つの櫛形電極１１０で得られる静電容量の変化は極めて小さいので、それに応じた検出感度が必要となる。Ａ／Ｄ変換器１０５の量子化ビット数は、Ａ／Ｄ変換器１０５が汎用品である場合には、１２ビットや１８ビットである。但し、分解能をより高めるためには、Ａ／Ｄ変換器１０５の量子化ビット数をより多くすることが好ましい。一例として、本実施形態では、当該量子化ビット数が２４ビットである場合を例示して説明を行う。
　また、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値の変化を検出する方式とすることにより、抵抗値の変化を検出する方式に比べて、熱雑音と、通電に伴って生じる検出材料の劣化とを抑制することが可能である。
　また、検出部１１ａ，１１ｂと櫛形電極１１０とで容量素子を形成することにより、検出層１１１の上下を導電体板で挟む構造を有する平行平板型の容量素子に比べて、検出部１１ａ，１１ｂを容易に製造することができる。平行平板型の容量素子では、下側の電極を形成した上に検出層１１１を形成し、さらにその上に上側の電極を形成するので製造プロセスが複雑になる。これに対し、櫛形電極１１０では、１回の工程で形成することができる。しかも、櫛形電極１１０では、平行平板型の容量素子よりも、検出対象が検出層１１１に触れる面積を大きくすることで、検出速度を高めることができる。
　また、複数の検出部１１ａ，１１ｂから出力される静電容量値を切り替えながら補正することにより、１つのオフセット調整容量１０１で静電容量値を補正することが可能となる。これにより、半導体回路１０内の回路素子を減らすことができる。
　これに対し、検出部１１ａ，１１ｂごとにオフセット調整容量１０１を設けても構わないが、小型化の観点から、上記のように、複数の検出部１１ａ，１１ｂに対して１つのオフセット調整容量１０１で静電容量値を補正することが望ましい。
　ここで、検出部１１ａ，１１ｂ自体の静電容量値は、１００ｐＦ以下であることが特に望ましい。オフセット調整容量１０１の静電容量値（補正容量値）は、特に限定されないが、複数の検出層１１１の静電容量値を補正する観点で、ｆＦオーダーまたはｐＦオーダーであることが望ましい。オフセット調整容量１０１が可変容量である場合には、補正容量値は、０～１００ｐＦ程度までの所定の範囲で可変であることが好ましい。
　検出部１１ａ，１１ｂ、および、オフセット調整容量１０１の静電容量値をこのような範囲とすることにより、２４ビットのＡ／Ｄ変換器１０５を用いる場合に、検出（分解）可能な最小の静電容量変化量をａＦオーダーとすることができる。
　また、オフセット調整容量１０１に固定容量素子を適用した場合には、簡易且つ安価にオフセット調整容量１０１を形成できる。一方、オフセット調整容量１０１に可変容量を適用した場合には、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値に合わせて、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値の補正値を調整できる。従って、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値が周囲環境や長期間の使用によって変化するような場合であっても、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値の変化に追従して、高精度の補正を行うことが可能となる。オフセット調整容量１０１に可変容量を適用した事例については、後述の実施形態４～１０において詳しく説明する。
　（変形例１）
　本実施形態の変形例について図５を参照して説明する。図５は、本変形例に係る検出装置１Ａの構成を示す斜視図である。
　図５に示すように、検出装置１Ａは、検出部１１ａが半導体回路１０上に形成され、検出部１１ｂが半導体回路１０とは別体に設けられた基板１２上に形成されている。そして、検出部１１ｂに形成された櫛形電極１１０と半導体回路１０とは、導電性配線１３によって接続されている。つまり、検出部１１ｂは、導電性配線１３を介して、半導体回路１０と接続されている。
　このように、本変形例の検出装置１Ａにおいては、複数の検出部の全てが半導体回路１０上に形成されていなくてもよく、一部の検出部（例：検出部１１ｂ）が、半導体回路１０の外側に形成され、半導体回路１０と電気的に接続されていてもよい。このような構成では、導電性配線１３がワイヤーボンディングで配線可能な程度の半導体回路１０直近に検出部１１ｂを配置することにより、寄生容量の影響を低減できる。
　また、基板１２上に検出部１１ｂを形成することには製造上の有利な点がある。半導体回路１０上に検出部１１ａ，１１ｂを形成する構造では、それぞれの検出部１１ａ，１１ｂについて櫛形電極１１０上に検出層１１１を形成するために異なる材料を塗布または成膜することになる。例えば、ウェハで図１に示す検出装置１を作製し、半導体回路１０に検出部１１ａ，１１ｂを形成する場合、ウェハにおいて、検出部１１ａ，１１ｂごとに材料を変えて検出層１１１を形成しなければならない。
　これに対し、半導体回路１０に検出部１１ａを形成し、基板１２に検出部１１ｂを形成する場合、検出層１１１の材料に応じたウェハを個別に作製しておき、それぞれのウェハから半導体回路１０と基板１２とを個別に切り出して検出装置１Ａを組み立てる。これにより、塗布工程または成膜工程の煩雑さが解消できる。
　（変形例２）
　本実施形態の他の変形例について説明する。
　ここでは、１つの半導体回路１０上の検出部１１ａ，１１ｂについて、オフセット調整容量１０１を固定容量素子とする。この場合、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値を揃えるには、検出部１１ａ，１１ｂのそれぞれの検出層１１１の間で異なる材料の性質（特に誘電率や分極率）がばらつく。そこで、本変形例では、次に説明するように、検出部１１ａ，１１ｂに用いられる検出層１１１の膜厚（厚さ）が、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値が互いに近い値となるように調整されている。
　検出層１１１の材料は、検出部１１ａ，１１ｂごとに種類が異なることが前提であって、材料ごとに膜厚が異なることで、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値をほぼ同じに揃えることができる。
　例えば、誘電率の高い材料を用いる場合、検出層１１１を薄い膜厚となるように形成し、誘電率の低い材料を用いる場合、検出層１１１を厚い膜厚となるように形成する。櫛形電極１１０において、電気力線が生じている範囲内であれば、誘電体の誘電率をコンデンサとして感知することができるので、その範囲内で検出層１１１の膜厚を変化させる。
　つまり、静電容量値が大きすぎるのであれば膜厚を薄くする一方、静電容量値が小さすぎるのであれば膜厚を厚くするという調整をして、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値を近づける。このように、検出部１１ａ，１１ｂのそれぞれにおいて、検出層１１１の材料および膜厚を異ならせることにより、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値が近い値となっている。
　以上のように、検出層１１１がそれぞれ異なる材料によって形成される場合に、当該検出層１１１は、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値が所定の範囲となる膜厚に形成されていてよい。当該構成によれば、１つの固定容量素子であるオフセット調整容量１０１を用いた場合であっても、検出部１１ａ，１１ｂにおける検出層１１１の膜厚が揃っている場合に比べて、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値の補正値を０に近づけることができる。それゆえ、補正後の静電容量値の検出レンジが拡大されるので、高分解能で補正後の静電容量値をＡ／Ｄ変換することができる。
　ここで、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値は、検出対象となるガスが存在しない雰囲気下（具体的には空気または窒素雰囲気中）における測定に際して、Ａ／Ｄ変換器１０５として２４ビットのＡ／Ｄ変換器を用いる場合を想定する。この場合、Ａ／Ｄ変換器１０５によって原理的に分解可能な最少の静電容量値を１ａＦとすると、測定可能な静電容量の上限（フルスケール）は１６.７８ｐＦ（＝１ａＦ×２２４）となる。従って、検出部１１ａ，１１ｂの静電容量値の差を概ね１０ｐＦ（所定値）以下の近い値とすることにより、オフセット調整容量１０１の値を一定にした場合であっても、全ての検出部１１ａ，１１ｄについて、高い検出感度を確保したまま、低濃度の検出対象に晒された際に生じる、僅かな静電容量値の変化を検出することが可能となる。
　また、複数の検出部の静電容量値を１つのオフセット調整容量１０１で補正することにより、オフセット調整容量１０１が固定容量素子である場合であっても、高感度の測定が可能となる。
　〔実施形態２〕
　本発明の実施形態２について、図６～図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前述の実施形態にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。この点については、以降の各実施形態においても同様である。
　図６は、実施形態２に係る検出装置１Ｂの外観構成を示す斜視図である。図７は、検出装置１Ｂの回路構成を示すブロック図である。図８は、検出装置１Ｂの通電制御回路による通電動作を示すタイミングチャートである。
　前述の実施形態１の検出装置１は、２つの検出部１１ａ，１１ｂを備えているが、３つ以上の検出部を備えていてもよい。本実施形態では、その一例として、図６に示すように、４つの検出部１１ａ～１１ｄを備えた検出装置１Ｂについて説明する。
　検出装置１Ｂは半導体回路１０を備え、半導体回路１０上には４つの検出部１１ａ～１１ｄが並ぶように形成されている。検出部１１ｃ，１１ｄは、実施形態１においてすでに説明した検出部１１ａ，１１ｄと同様に構成されているので、ここではその詳細な説明を省略する。
　検出部１１ａ～１１ｄにおいては、検出対象を異なる複数のガス種とする場合に、検出部１１ａ～１１ｄにおける応答、すなわち、静電容量値の変化量が、異なるパターンを示すように、検出部１１ａ～１１ｄの検出層１１１（図６では不図示）は、それぞれ異なる材料で形成される。
　図７に示すように、本実施形態の半導体回路１０は、検出部の個数を除いては、上述の検出装置１における半導体回路１０と同様の構成を有している。本実施形態においても、また、検出部１１ａ～１１ｄは、電気的に半導体回路１０に接続されている。
　通電制御回路１０２は、検出装置１において、オフセット調整容量１０１の通電と、検出部１１ａ，１１ｂの通電とを制御するが、検出装置１Ｂにおいては、オフセット調整容量１０１の通電と、検出部１１ａ～１１ｄの通電とを制御する。
　具体的には、図８に示すように、通電制御回路１０２は、オフセット調整容量１０１が通電されたときには検出部１１ａ～１１ｄのうちの１つが通電され、且つ検出部１１ａ～１１ｄが順次通電されるように、検出部１１ａ～１１ｄおよびオフセット調整容量１０１への通電を制御する。
　なお、図８に示すクロック信号のタイミングと、検出部１１ａ～１１ｄおよびオフセット調整容量１０１への通電のタイミングとの関係は一例である。検出部１１ａ～１１ｄの１つに通電されるタイミングで、オフセット調整容量１０１に対して通電されていればよい。また、通電期間も図８に示す通電期間に限定されず、より長い通電期間、または、より短い通電期間であっても構わない。また、通電される順序も必ずしも検出部１１ａ～１１ｄの順である必要はないし、検出部１１ａ～１１ｄのそれぞれの通電期間の間に休止期間を設けても構わない。
　検出装置１Ｂにおいて、通電制御回路１０２は、例えば図８に示すようなタイミングで検出部１１ａ～１１ｄおよびオフセット調整容量１０１への通電を制御する。これにより、検出部１１ａ～１１ｄの一方の静電容量値は、オフセット調整容量１０１の静電容量値と同時に積分器１０３に取り込まれる。そして、実施形態１と同様の処理により、Ａ／Ｄ変換器１０５から出力された検出信号に基づいて、検出部１１ａ～１１ｄに接触している検出対象が検出される。
　以上のように、本実施形態の検出装置１Ｂは、半導体回路１０と、半導体回路１０上に形成された検出部１１ａ～１１ｄとを備えている。これにより、検出装置１Ｂを小型に構成することができる。また、検出部１１ａ～１１ｄは、半導体回路１０上に形成されることで外部配線による寄生容量の影響を低減することができる。
　また、検出装置１Ｂは、オフセット調整容量１０１の静電容量値によって検出時の検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値を補正するように構成されている。オフセット調整容量１０１は、検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値の近傍の値に設定されている。
　これにより、検出部１１ａ～１１ｄから得られる静電容量値と、オフセット調整容量１０１から得られる静電容量値との差分が得られると、Ａ／Ｄ変換器１０５で変換される信号は、検出対象の検出に伴う検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値の変化量が小さくても、十分に拡大したレンジで高分解能の検出が可能となる。従って、微小な面積の櫛形電極１１０を用いた場合であっても高い検出感度を実現することができる。
　また、オフセット調整容量１０１は、固定容量素子であっても可変容量素子であっても構わないし、半導体回路１０外に別途設けられ、導電性配線によって半導体回路１０と接続されたものであっても構わない。
　検出装置１Ｂでは、３つ以上の検出部を設けられることで、主成分分析、独立成分分析、クラスタ解析等の公知の多変量解析を適用して多種の検出対象の同定が可能となる。１つの検出部で検出できる検出対象としてのガスの種類は、検出層１１１の材料にもよるが、当該材料が検出対象に対して強い選択性を有するものであれば、ある特定の検出対象であり、様々な検出対象が検出される材料を用いた場合、複数の検出対象である。タイプの異なる検出部を３つ以上用意することで、所定の計算式を用いた演算によって、各検出部の検出値から検出対象を識別することができる。
　また、ガスの検出に関しては、大気中の湿度の影響を受けやすい。この観点で、水蒸気によく反応する第１検出部（湿度センサ）として検出部１１ａを設け、検出部１１ａに比して水蒸気への反応が小さく他のガスに反応する第２検出部として検出部１１ｂ～１１ｄを設けておく。そして、第２検出部にある程度現れる湿度の影響を第１検出部の検出値に基づいてキャンセル（湿度補正）する。湿度も環境に応じて変化するので、湿度センサとしての第１検出部を設けることで、湿度補正を行うことができる。
　（変形例）
　本実施形態の変形例について説明する。
　本変形例では、実施形態１の変形例２を本実施形態に適用したものであって、検出部１１ａ～１１ｄのそれぞれの検出層１１１の膜厚が、検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値が互いに近い値となるように調整されている。その調整の詳細については、実施形態１の変形例２と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
　このように、検出部１１ａ～１１ｄのそれぞれの検出層１１１の膜厚が設定される。これにより、１つの固定容量素子であるオフセット調整容量１０１によっても、検出部１１ａ～１１ｄにおける検出層１１１の膜厚が揃っている場合よりも、検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値の補正値を０に近づけることができる。それゆえ、補正後の静電容量値の検出レンジが拡大されるので、高分解能で補正後の静電容量値をＡ／Ｄ変換することができる。
　〔実施形態３〕
　本発明の実施形態３について、図９～図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図９は、実施形態３に係る検出装置１Ｃの外観構成を示す斜視図である。図１０は、検出装置１Ｃの回路構成を示すブロック図である。
　図９に示すように、検出装置１Ｃは、２つの半導体回路１０Ａ，１０Ｂを備えている。半導体回路１０Ａ上には２つの検出部１１ａ，１１ｂが形成され、半導体回路１０Ｂ上には２つの検出部１１ｃ，１１ｄが形成されている。検出部１１ａ，１１ｂの検出層１１１の材料には類似のものが使用される。また、検出部１１ｃ，１１ｄの検出層１１１の材料には類似のものが使用される。
　図１０に示すように、半導体回路１０Ａ，１０Ｂは、前述の半導体回路１０（図３を参照）と同様の各部材をそれぞれ備えている。本実施形態では、それぞれのオフセット調整容量１０１の区別のため、半導体回路１０Ａに設けられたオフセット調整容量１０１を、オフセット調整容量１０１Ａとも称する。また、半導体回路１０Ｂに設けられたオフセット調整容量１０１を、オフセット調整容量１０１Ｂとも称する。
　検出部１１ａ，１１ｂは電気的に半導体回路１０Ａに接続され、検出部１１ｃ，１１ｄは電気的に半導体回路１０Ｂに接続されている。半導体回路１０Ａでは、半導体回路１０と同様に、検出部１１ａ，１１ｂおよびオフセット調整容量１０１Ａへの通電が制御されることにより、第１検出信号が出力される。一方、半導体回路１０Ｂでは、半導体回路１０と同様に、検出部１１ｃ，１１ｄおよびオフセット調整容量１０１Ｂへの通電が制御されることにより、第２検出信号が出力される。
　第１検出信号および第２検出信号の単独で検出対象が判定されるが、検出対象によっては、半導体回路１０Ａ，１０Ｂあるいは外部に別途設けられた制御回路によって、第１検出信号および第２検出信号に基づいて検出対象の判定が行われてもよい。
　以上のように、検出装置１Ｃは、個別の半導体回路１０Ａ，１０Ｂを備え、それぞれにオフセット調整容量１０１（オフセット調整容量１０１Ａ，１０１Ｂ）が設けられている。これにより、半導体回路１０Ａ，１０Ｂにおいて、それぞれ類似した温湿度特性やドリフト特性を有する検出層１１１の材料について、まとめて１つのオフセット調整容量１０１で静電容量値を補正することができる。
　それゆえ、オフセット調整容量１０１（オフセット調整容量１０１Ａ，１０１Ｂ）が固定容量素子である場合、半導体回路１０Ａにおける検出部１１ａ，１１ｂと、半導体回路１０Ｂにおける検出部１１ｃ，１１ｄとについて、それぞれ、検出層１１１の材料の特性変化に起因するドリフトが発生しても、検出レンジを下げることなく高感度な検出状態を維持できる。
　１つの半導体回路上において、多数（例：４つ以上）の検出部の静電容量値をほぼ同じに揃えるのは、必ずしも容易ではないが、類似の２つの検出部の静電容量値であれば、比較的揃えやすい。そこで、類似する２つの検出部１１ｂ，１１ｂと検出部１１ｃ，１１ｄとを、それぞれ別々の半導体回路１０Ａ，１０Ｂに分けて設けることにより、固定容量素子のオフセット調整容量による補正がし易くなる。
　ところで、オフセット調整容量１０１による静電容量値の補正が適正に行われない場合には、Ａ／Ｄ変換器１０５において、測定可能な静電容量の上限（フルスケール）を、広い範囲にわたって設定する必要が生じる。このため、１ビット当たりの静電容量値の変化量を大きくせざるを得ず、分解能を高めることができない。このような不都合を回避するために、補正後の静電容量値を極力０に近づけることが好ましい。
　前述のように、類似の２つの検出部であれば、検出層１１１の材料の特性変化に起因するドリフトの差も小さいので、静電容量値がばらつきにくい。従って、補正後の静電容量値を極力０に近づけることができる。
　なお、複数の半導体回路の全てに、複数の検出部が備えられる必要はなく、複数の半導体回路のうちの一部は、単一の検出部を備えていても構わない。
　また、半導体回路１０Ａ，１０Ｂには、それぞれ３つ以上の検出部（例えば図６に示すような４つの検出部１１ａ～１１ｄ）が形成されていてもよい。あるいは、半導体回路１０Ａ，１０Ｂの一方に２つの検出部が形成され、他方に３つ以上の検出部が形成されていてもよい。３つ以上の検出部に対しても、実施形態２の検出装置１Ｃと同様、１つのオフセット調整容量１０１によって静電容量値の補正が行なわれる。
　（変形例）
　本実施形態の変形例について図１１を参照して説明する。図１１は、本変形例に係る検出装置１Ｄの構成を示す斜視図である。図１１に示すように、検出装置１Ｄは、半導体回路１０Ａ，１０Ｂに加えて、基板１２Ａ，１２Ｂを備えている。
　検出部１１ａが半導体回路１０Ａ上に形成され、検出部１１ｂが半導体回路１０Ａとは別体で設けられた基板１２Ａ上に形成されている。また、検出部１１ｂに形成された櫛形電極１１０と半導体回路１０Ａとは、導電性配線１３Ａによって接続されている。
　一方、検出部１１ｃが半導体回路１０Ｂ上に形成され、検出部１１ｄが半導体回路１０Ｂとは別体で設けられた基板１２Ｂ上に形成されている。また、検出部１１ｄに形成された櫛形電極１１０と半導体回路１０Ｂとが導電性配線１３Ｂによって接続されている。
　このように、検出装置１Ｄにおいては、一部の検出部１１ｂ，１１ｄが、半導体回路１０Ａ，１０Ｂの外側に形成され、それぞれ半導体回路１０Ａ，１０Ｂと電気的に接続されていてもよい。このような構成では、導電性配線１３Ａ，１３Ｂがワイヤーボンディングで配線可能な程度の半導体回路１０Ａ，１０Ｂ直近にそれぞれ検出部１１ｂ，１０ｄを配置することにより、寄生容量の影響を低減できる。
　また、基板１２Ａ，１２Ｂ上にそれぞれ検出部１１ｂ，１１ｃを形成することには、実施形態１の変形例（検出装置１Ａ）と同様、検出層１１１の形成における材料の塗布工程または成膜工程の煩雑さが解消できるという、製造上の有利な点がある。
　〔実施形態４〕
　本発明の実施形態４について、図６、図１２および図１３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図６に示すように、本実施形態に係る検出装置１Ｅは、実施形態２の検出装置１Ｂと同様の外観構成を有している。
　図１２は、検出装置１Ｅのシステム構成を示すブロック図である。図１２に示すように、検出装置１Ｅは、検出装置１Ｂと同様、半導体回路１０上の４つの検出部１１ａ～１１ｄに対して１つのオフセット調整容量１０１を有している。そして、検出装置１Ｅは、検出装置１Ｂの各部材に加えて、検出制御部１２０をさらに備えている。
　本実施形態において、オフセット調整容量１０１は可変容量素子であり、可変容量素子の静電容量値（補正容量値）を以下に説明する検出制御部１２０によって調整する。オフセット調整容量１０１は、例えば、可変容量ダイオードを適用し、印加電圧によって容量が変化する素子とするか、または、複数の容量セルと、容量セルごとに設けられたトランジスタ回路とを含んでいる。トランジスタ回路は、オンすることで他の容量セルと相互に並列に接続し、オフすることで他の容量セルから切り離す。オフセット調整容量１０１は、相互に並列接続される容量セルの組み合わせに応じて異なる容量値を得ている。このように構成されるオフセット調整容量１０１（可変容量素子）は一例であって、これには限定されない。
　そして、検出制御部１２０は、オフセット容量値設定部１２１（容量値設定部）と、ゲイン設定部１２２と、通電制御部１２３と、メモリ１２４とを有している。検出制御部１２０は、半導体回路１０に形成されてもよいし、半導体回路１０の外部に設けられたマイクロコンピュータ等で構成されてもよい。
　オフセット容量値設定部１２１は、オフセット調整容量１０１の静電容量値（以下、オフセット容量値と称する）を設定する。以下に述べるように、オフセット容量値設定部１２１は、積分器１０３で補正された静電容量値（積分器１０３によって得られた、静電容量値の差分値）に応じて、オフセット容量値を調整および設定する。
　具体的には、オフセット容量値設定部１２１は、オフセット調整容量１０１の静電容量値を所定の範囲に収まるように調整し、所定の範囲に調整された静電容量値をオフセット容量値として設定する。そして、オフセット容量値設定部１２１は、設定したオフセット容量値を、調整容量値（設定容量値と称されてもよい）としてメモリ１２４に記憶させる。図１２の設定容量値１２４１は、メモリ１２４に記憶された調整容量値（設定容量値）を示す。
　また、オフセット容量値設定部１２１は、検出動作（後述する検出モード）時に、調整容量値をメモリ１２４から読み出して、検出部１１ａ～１１ｄのそれぞれの通電時に、検出部１１ａ～１１ｄにそれぞれ対応した調整容量値となるようにオフセット容量値を変化させる。調整容量値は、可変容量ダイオードを適用した場合には、印加電圧によって調整され、複数の容量セルを適用した場合には、各容量セルの接続状態（１）、非接続状態（０）を全ての容量セルについて表した２値データとして与えられる。
　ゲイン設定部１２２は、予め定められたゲイン値を設定する。なお、ゲイン値は、検出可能な静電容量値の範囲を示す指標である。具体的には、ゲイン設定部１２２は、Ａ／Ｄ変換器１０５が有する量子化ビット数に対して割り当てる静電容量値の範囲を、Ａ／Ｄ変換器１０５に指定する。
　通電制御部１２３は、検出装置１Ｅの外部に設けられた電源装置（不図示）がオンしたとき（電源投入時）に、通電制御回路１０２が動作するように、パルス発生器１０６を起動する。また、予め定められたゲイン値は、ゲイン値１２４２としてメモリ１２４に記憶されている。
　上記のように構成される検出装置１Ｅの検出動作について説明する。図１３の（ａ）は、実施形態４に係る検出装置１Ｅによる検出対象を検出する手順（制御方法）を示すフローチャートであり、図１３の（ｂ）は図１３の（ａ）に示す手順の一部の手順をより詳細に示すフローチャートである。
　検出装置１Ｅは、起動時における設定処理を行なう設定モードと、当該設定処理が完了した後に行なう検出モードとの２通りのモードで動作する。図１３の（ａ）に示すように、まず、通電制御部１２３が、通電制御回路１０２を動作させることによって、検出部１１ａ～１１ｄへの通電を行なう（ステップＳ１１）。この通電状態で、設定モードが開始し、ゲイン設定部１２２は、メモリ１２４からゲイン値を読み出して、当該ゲイン値をＡ／Ｄ変換器１０５に設定する（ステップＳ１２）。
　ゲイン値は、検出部１１ａ～１１ｄにおいて、検出対象を検出した際の変化量や、想定される検出装置１Ｅの使用環境の変化に伴う検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値の変化を踏まえ、予め決定された値を用いることができる。また、ゲイン値は、上記のように設定された後、検出に際して変更されても構わない。
　ここで、ゲインの変更において、ゲイン値を上げることは、Ａ／Ｄ変換器１０５の量子化ビット数で検出可能な静電容量値の範囲を狭くする、すなわち、分解能を上げることである。また、ゲインの変更において、ゲイン値を下げることは、Ａ／Ｄ変換器１０５の量子化ビット数で検出可能な静電容量値の範囲を広くする、すなわち、分解能を下げることである。なお、ゲイン値の設定において、検出装置１Ｅの量産時（製造時）にゲイン値として予め想定しておいた値を用いるが、ユーザが設定可能な分解能に応じた値を用いてもよい。
　その後、オフセット容量値設定部１２１は、検出部１１ａに対応するオフセット容量値を設定する（ステップＳ１３）。次に、オフセット容量値設定部１２１は、検出部１１ｂに対応するオフセット容量値を設定する（ステップＳ１４）。そして、オフセット容量値設定部１２１は、検出部１１ｃに対応するオフセット容量値を設定する（ステップＳ１５）。さらに、オフセット容量値設定部１２１は、検出部１１ｄに対応するオフセット容量値を設定する（ステップＳ１６）。
　なお、ステップＳ１３～Ｓ１６は、総称的に容量値設定工程と称されてもよい。ステップＳ１３～Ｓ１６（容量値設定工程）の処理の詳細については、後述の図１３の（ｂ）において述べる。そして、ステップＳ１６の後、オフセット容量値設定部１２１は、検出部１１ａ～１１ｄについてそれぞれ設定した静電容量値を、メモリ１２４に調整容量値として書き込む。
　以上のようにして、オフセット容量値が設定されると、設定モードが終了し、検出装置１Ｅは検出モードに移行する。検出モードにおいては、積分器１０３が、検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値をオフセット調整容量１０１の静電容量値で補正した後、実施形態１において説明したように、Ａ／Ｄ変換器１０５が補正後の静電容量値をデジタルに変換することで検出信号を出力する（ステップ１７）。そして、検出制御部１２０は、検出処理が終了するまで、ステップＳ１７の処理を繰り返し行なう（ステップＳ１８）。
　ステップＳ１７の処理において、オフセット容量値設定部１２１は、通電制御回路１０２が検出部１１ａ～１１ｄへの通電を順次切り替えるのに合わせて、メモリ１２４から検出部１１ａ～１１ｄについてそれぞれ設定された調整容量値を読み出し、オフセット容量値を当該調整容量値に切り替える。
　続いて、図１３の（ｂ）を参照し、ステップＳ１３～Ｓ１６（容量値設定工程）における、検出部１１ａ～１１ｄのそれぞれ対応するオフセット容量値を設定する手順について説明する。
　まず、オフセット容量値設定部１２１は、積分器１０３で補正された静電容量値が所定の上限値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１００１）。オフセット容量値設定部１２１は、補正後の静電容量値（積分器１０３の出力値）が上限値より大きいと判定した場合（ＹＥＳ）、オフセット容量値（調整容量値）を所定値だけ上げて（ステップＳ１００２）、補正後の静電容量値が上限値以下（ＮＯ）と判定するまで、ステップＳ１００１の処理を続ける。
　オフセット容量値設定部１２１は、補正後の静電容量値が上限値より大きくないと判定した場合（ＮＯ）、補正後の静電容量値が所定の下限値より小さいか否かを判定する（ステップＳ１００３）。オフセット容量値設定部１２１は、補正後の静電容量値が下限値より小さいと判定した場合（ＹＥＳ）、調整容量値を所定値だけ下げて（ステップＳ１００４）、補正後の静電容量値が下限値以上（ＮＯ）と判定するまで、ステップＳ１００３の処理を続ける。
　以上のように、容量値設定工程では、オフセット容量値設定部１２１は、オフセット容量値を、所定の範囲（上限値以下かつ下限値以上）の値となるように調整することにより、当該オフセット容量値を設定する。
　一般的に、補正後の静電容量値を０に十分に近い値となるように、オフセット調整容量の値を設定することは容易ではない。そこで、本実施形態では、上述のように、補正後の静電容量値が所定の範囲内に収まるように、オフセット調整容量の値を設定している。
　なお、上記の所定の範囲は、Ａ／Ｄ変換器１０５の量子化ビット数内、すなわち、検出レンジ内であることを条件として定められたものであってもよく、その範囲内においてより狭い範囲の指定を行うものであっても構わない。
　また、ステップＳ１７において取得され、出力される検出信号（測定値）は、一定の時間や回数に渡って結果を積算したものや、フィルタリング処理を行ったものであってもよい。また、ステップＳ１1～Ｓ１８における一連の処理において待ち時間が設けられても構わない。
　以上のように、本実施形態の検出装置１Ｅにおいて、検出制御部１２０は、積分器１０３によって得られた差分値に応じて、オフセット容量値を調整する。つまり、検出装置１Ｅは、検出制御部１２０を備えることにより、オフセット容量値を、検出部１１ａ～１１ｄに対してそれぞれ設定し、設定した静電容量値を用いて検出部１１ａ～１１ｄのそれぞれの静電容量値を補正することができる。
　オフセット容量値をできるだけ変えないという観点では、複数の検出部１１ａ～１１ｄ（櫛形電極１１０）の形成段階で、それぞれの静電容量値をできるだけ同じ値に合わせておくことが好ましい。しかしながら、検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値を高精度に揃えることは必ずしも容易ではない。そこで、本実施形態では、検出部１１ａ～１１ｄのそれぞれの静電容量値に対して、オフセット容量値を調整する手法を、現実的な手法として採用している。
　当該手法によれば、オフセット容量値を設定するための参照情報が存在しない場合においても、オフセット調整容量１０１の該静電容量値を検出部１１ａ～１１ｄのそれぞれの静電容量値の近傍に調整することが可能となる。それゆえ、検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値を高精度に補正できる。従って、検出対象（ガス）の濃度が極めて低い場合であっても、検出に伴う微小な静電容量値の変化を高い分解能で検出することが可能となる。
　また、検出装置１Ｅは、検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値が長期使用に伴う環境影響等によりドリフトする場合であっても、検出に先立ってオフセット容量値を個別に設定する。従って、ドリフトの影響をキャンセル（相殺）することが可能となる。
　なお、本実施形態において、検出装置１Ｅは、４つの検出部１１ａ～１１ｄを備えているが、この構成に限定されることはなく、２つ以上の検出部を備えていてもよい。この点については、以下に述べる各実施形態においても同様である。
　〔実施形態５〕
　本発明の実施形態５について、図６、図１２、および図１４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。上述の図６および図１２に示すように、本実施形態に係る検出装置１Ｆは、実施形態４の検出装置１Ｅと同様の外観構成およびシステム構成を有している。
　本実施形態においても、オフセット調整容量１０１は、実施形態４と同様の可変容量素子である（後述する実施形態６～１０においても同様）。本実施形態では、オフセット容量値設定部１２１は、オフセット容量値を規定値（予め定められた値）に設定する。
　具体的には、オフセット容量値設定部１２１は、検出動作（上述の検出モード）時に、規定値の調整容量値をメモリ１２４から読み出して、検出部１１ａ～１１ｄのそれぞれの通電時に、検出部１１ａ～１１ｄにそれぞれ対応した調整容量値となるようにオフセット容量値（規定値）を切り替える。
　なお、本実施形態では、オフセット調整容量１０１の複数の規定値は、事前に決定された所定の条件（例：環境条件）下において検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値をあらかじめ測定することにより設定されてよい。メモリ１２４には、あらかじめ設定された複数の規定値が格納されている。当該複数の規定値は、静電容量候補値と称されてもよい。なお、検出装置１Ｆを量産する場合には、代表的なサンプルにてあらかじめ取得された複数の規定値を、静電容量候補値とすることも可能である。
　検出部１１ａ～１１ｄが温度や湿度に対して静電容量値が変化する温湿度依存性を有する場合には、温湿度を変化させた環境下で検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値の環境依存性が検出される。したがって、その検出結果に基づいて、検出装置１Ｆの使用が想定される環境下においてレンジオーバーしないように、上記の調整容量値およびゲイン値が決定されることが望ましい。
　このため、Ａ／Ｄ変換器１０５においては、例えば温湿度変化を考慮した広めの検出レンジを設定しておくことが好ましい。それゆえ、本実施形態の検出方法は、狭い検出レンジ（換言すれば、高分解能または高精度）が必ずしも要求されない検出に好適であると言える。また、本実施形態の検出方法は、予め決められた検出対象を検出する場合や、環境条件の変化が比較的緩やかである場合の検出に好適である。
　なお、レンジオーバーが生じた場合には、Ａ／Ｄ変換器１０５における検出レンジの切り替えを行えばよい。当該レンジ切り替えは、レンジオーバーの発生に応じて、検出制御部１２０によって自動的に行われてもよい。また、検出制御部１２０は、レンジオーバーの発生をユーザに通知してもよい。この場合、ユーザは、レンジオーバーの通知を受けて手動（ボタン操作等）でレンジ切り替えを行うこともできる。
　なお、上述のように、広めの検出レンジ（換言すれば、低めの分解能）を設定しておけば、レンジオーバーが発生しにくくなるので、レンジの切り替えが不要となる。すなわち、広いダイナミックレンジを確保できる。
　以下、図１４を参照して、検出装置１Ｆの検出動作について説明する。図１４は、検出装置１Ｆによる検出対象を検出する手順を示すフローチャートである。なお、図１４のステップＳ２１～Ｓ２２およびＳ２４～Ｓ２５は、上述の図１３の（ａ）のステップＳ１１～Ｓ１２およびＳ１７～Ｓ１８と同様の処理であるため、説明を省略する。以下では、ステップＳ２３およびその周辺の処理について述べる。
　ステップＳ２２の後、オフセット容量値設定部１２１は、オフセット容量値を、各検出部１１ａ～１１ｄに対応した規定の調整容量値に設定する（ステップＳ２３）。まず、オフセット容量値設定部１２１は、オフセット容量値を、検出部１１ａに対応した規定の調整容量値に設定する。次に、オフセット容量値設定部１２１は、オフセット容量値を、検出部１１ｂに対応した規定の調整容量値に設定する。そして、オフセット容量値設定部１２１は、オフセット容量値を、検出部１１ｃに対応した規定の調整容量値に設定する。さらに、オフセット容量値設定部１２１は、オフセット容量値を、検出部１１ｄに対応した規定の調整容量値に設定する。
　より具体的には、ステップＳ２３において、オフセット容量値設定部１２１は、メモリ１２４に格納された複数の規定値のうちの１つを、検出部１１ａ～１１ｄのうちの１つの検出部に対応した規定の調整容量値に設定する。そして、ステップＳ２３の後、ステップＳ２４に進む。
　以上のように、検出装置１Ｆは、検出制御部１２０を備えることにより、オフセット容量値を、検出部１１ａ～１１ｄのそれぞれに対応する規定値に設定する。そして、検出装置１Ｆは、設定した規定値を用いて、検出部１１ａ～１１ｄのそれぞれの静電容量値を補正する。
　ここで、検出の開始時点で、（ｉ）検出部１１ａ～１１ｄの少なくとも一部における検出値が検出可能な範囲を超えている場合、あるいは、（ｉｉ）検出可能な範囲内であっても予め設定した所定範囲を超えている場合を考える。以下、このような場合を、検出値が過大である場合と称する。
　検出装置１Ｆは、検出値が過大である場合には、測定環境に既に検出対象となるガスが存在していると判断してもよい。検出装置１Ｆは、設定した規定値を用いて検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値を補正しており、通常の検出対象となるガス濃度であれば検出可能な範囲内に収まると想定される。このため、検出値が過大であることは、想定を超えた高濃度のガスが存在していることを意味していると考えられる。あるいは、検出装置１Ｆは、検出値が過大である場合には、検出部１１ａ～１１ｄの少なくとも一部の劣化が起こっていると判断してもよい。
　例えば、検出装置１Ｆの製造段階においてゲイン値およびオフセット調整容量が適切に設定されているにも関わらず、一般的な使用環境で検出装置１Ｆを起動させる（電源をＯＮする）とレンジオーバーが生じる場合がある。このような場合、検出装置１Ｆは、（ｉ）測定環境に既に検出対象となるガスが存在しているか、あるいは、（ｉｉ）検出部１１ａ～１１ｄの少なくとも一部の劣化が起こっていると判断する。従って、電源ＯＮの直後にレンジオーバーが生じた場合には、検出装置１Ｆは所定のエラーメッセージをユーザに通知してもよい。あるいは、検出装置１Ｆは、所定のエラーを示すアラーム音を鳴らしてもよい。
　上述のように、検出装置１Ｆは、高い検出精度は必要とされないが、比較的広いダイナミックレンジが必要とされるケースに好適である。つまり、検出装置１Ｆは、簡易的な検出に好適な構成である。他方、上述のように、検出装置１Ｅは、高い検出精度が必要とされるケースに好適である。従って、本発明の一態様に係る検出装置の設計者は、ユーザの使用態様を考慮して、検出装置１Ｅ・１Ｆのいずれの構成を採用するかを適宜選択すればよい。
　〔実施形態６〕
　本発明の実施形態６について、図６、図１５および図１６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。上述の図６に示すように、本実施形態に係る検出装置１Ｇは、上述の検出装置１Ｂ等と同様の外観構成を有している。
　また、図１５は、検出装置１Ｇのシステム構成を示すブロック図である。図１５に示すように、検出装置１Ｇは、上述の検出装置１Ｅにおいて、メモリ１２４に第１換算テーブル１２４３が付加されたものである。但し、第１換算テーブル１２４３は、半導体回路１０内部または外部のメモリに保存されても構わない。
　本実施形態では、検出部１１ａ～１１ｄのうちのいずれか１つの検出部（例：検出部１１ａ）が、基準となる検出部（以下、基準検出部と称する）として、あらかじめ設定されている。
　そして、オフセット容量値設定部１２１は、あらかじめ設定された基準となる静電容量値（以下、基準容量値と称する）を、所定の換算式を用いて補正することで、基準検出部以外の検出部（例：検出部１１ｂ～１１ｄ）に対応するオフセット容量値を設定する。なお、当該換算式は、検出環境に基づく補正を考慮したものである。以下、検出部１１ａが基準検出部である場合を例示して説明を行う。
　第１換算テーブル１２４３は、検出部１１ａに対応するオフセット容量値に基づいて、検出部１１ｂ～１１ｄに対応するオフセット容量値を決定するために、あらかじめ準備されている。一例として、第１換算テーブル１２４３は、後述する所定の換算式に基づいて作成されたものである。
　なお、当該換算式は、検出対象（ガス）が存在しない環境下において、検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値をあらかじめ測定することにより決定できる。量産品においては、代表的なサンプルにて取得した情報を適用して換算式を決定してもよい。
　以下、図１６を参照して、検出装置１Ｇの検出動作について説明する。図１６は、検出装置１Ｇによる検出対象を検出する手順を示すフローチャートである。なお、図１６のステップＳ３１～Ｓ３２およびＳ３５～Ｓ３６は、上述の図１３の（ａ）のステップＳ１１～Ｓ１２およびＳ１７～Ｓ１８と同様の処理であるため、説明を省略する。以下では、ステップＳ３３～Ｓ３４およびその周辺の処理について述べる。
　ステップＳ３２の後、オフセット容量値設定部１２１は、検出部１１ａ（基準検出部）に対応するオフセット容量値を設定する（ステップＳ３３）。なお、ステップＳ３３において、検出部１１ａに対応するオフセット容量値の設定は、上述のステップＳ１００１～Ｓ１００４と同様に行われる。つまり、基準検出部に対応するオフセット容量値については、上述のステップＳ１３と同様に、高精度な設定が行われる。
　続いて、オフセット容量値設定部１２１は、第１換算テーブル１２４３を参照して、ステップＳ３２において設定されたオフセット容量値（検出部１１ａに対応するオフセット容量値）に基づいて、検出部１１ｂ～１１ｄのそれぞれに対応するオフセット容量値を設定する（ステップＳ３４）。そして、ステップＳ３５に進む。
　以下、第１換算テーブル１２４３を作成するための換算式（補正式）の一例について述べる。ここでは、検出環境として温度を考慮した補正を行う場合について述べる。当該温度は、温度センサ（不図示）から取得されてよい。
　具体的には、本実施形態における換算式は、以下の式（１）によって示される。
　　Ｃoffset-e＝Ｃoffset-0＋ａ（Ｔmes－Ｔ０）＋ｂ（Ｃmes１－Ｃ０）…（１）
この式（１）は、第１の換算式と称されてもよい。
　式（１）において、Ｃoffset-eは、基準検出部（検出部１１ａ）以外の検出部１１ｂ～１１ｄのそれぞれにおける、換算後のオフセット容量値である。また、ａおよびｂは定数である。また、Ｔmesは温度センサによって取得された周囲温度である。また、Ｔ０は予め決められた温度の基準値である。
　そして、Ｃmes１は、基準検出部（検出部１１ａ）の静電容量値と、当該検出部１１ａに対応するオフセット容量値（ステップＳ３３で設定）との差分値である。換言すれば、Ｃmes１は、基準検出部における出力値（実測値）である。
　また、Ｃ０は、基準検出部において予め決められた静電容量の基準値である。また、Ｃoffset-0は、基準条件（Ｔ０かつＣ０）のもとで、基準検出部以外の検出部１１ｂ～１１ｄのそれぞれにおいて、あらかじめ設定されたオフセット容量値である。
　定数ａおよびｂの値は、検出対象が存在しない環境下における、事前の測定結果に基づいて決定されてよい。例えば、定数ａおよびｂの値は、温湿度を変化させ、それぞれの温湿度における各検出部の最適なオフセット容量値（出力が０付近となる値）を事前に測定し、当該測定結果に公知の近似手法を適用することにより決定されてよい。
　第１換算テーブル１２４３では、上述の式（１）に基づいて算出されるＣoffset-eが、基準検出部（検出部１１ａ）以外の検出部１１ｂ～１１ｄのそれぞれに対して設定されている。すなわち、定数ａおよびｂとＣoffset-0との値が、検出部１１ｂ～１１ｄのそれぞれに対して個別に設定されている。なお、Ｔ０およびＣ０は、検出部１１ｂ～１１ｄのそれぞれについて、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。
　なお、第１換算テーブル１２４３を作成することなく、上述の式（１）に基づく演算をオフセット容量値設定部１２１において直接的に行うことによって、検出部１１ｂ～１１ｄのそれぞれに対してＣoffset-eを算出（設定）してもよい。
　また、上述の式（１）は、換算式の一例であり、当該換算式はこれに限定されない。当該換算式は、温度と基準検出部からの出力値とに基づく補正が可能であるものであればよい。
　一例として、換算式は、変数であるＴmesまたはＣmes１についての１次の関数である必要はない。換算式において、ＴmesまたはＣmes１についての２次以上の項を含んでいても構わない。また、換算式として、ＴmesまたはＣmes１についての多項式以外の式（例：指数関数に基づく式）を用いてもよい。この点については、後述する実施形態７の換算式（例：式（２））においても同様である。
　また、基準検出部の出力が、主に湿度に対して高い応答性を示す場合には、Ｃmes１およびＣ０を、静電容量値に替えて、湿度を示す値としても構わない。また、Ｃmes１が温度依存性を有している場合、Ｃmes１に対して温度補正を行い、補正後のＣmes１の値を換算式において用いても構わない。この点についても、後述する実施形態７の換算式（例：式（２））においても同様である。
　なお、基準検出部である検出部１１ａは、湿度（水蒸気）に対する高い応答性を有していることが望ましい。検出環境において、ベースラインを高精度に補正できるためである。さらに、検出部１１ａは、検出環境において、湿度に対する応答性に比べて、検出対象（例：水蒸気以外の所定のガス）の濃度範囲に対する応答性が小さいことが望ましい。
　従って、検出部１１ａは、このような特性を有する材料によって製作されることが望ましい。例えば、検出部１１ａは、吸湿性に優れたポリマー材料によって製作されることが望ましい。このように検出部１１ａを製作することにより、検出部１１ａに湿度センサとしての機能を付与することもできる。
　当該構成によれば、Ｃoffset-e（検出部１１ｂ～１１ｄのオフセット容量値）の値を設定する時点で、周囲に検出対象となるガスがすでに高濃度で存在していた場合であっても、当該ガスの影響を軽減して、Ｃoffset-eの値を高精度に設定できる。
　また、検出部１１ａが、湿度に対する高い応答性を有している場合、検出環境の湿度を変化させながら検出部１１ａ～１１ｄの静電容量変化をあらかじめ測定し、当該測定結果に基づいて換算式を設定してもよい。
　さらに、半導体回路１０に温度センサを設ける場合には、第１換算テーブル１２４３において、温度センサの測定値を変数としてさらに含めてもよい。これにより、温度を考慮して、さらに高精度な換算を行うことが可能となる。
　この場合には、検出環境の湿度に加えて、温度を変化させた状態で検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値をあらかじめ測定し、当該測定結果に基づいて換算式を設定することが好ましい。一般的に、検出材料とガスとの反応性は、特に温度に依存し、温度が高い場合には反応性が高まるためである。また、検出材料が、誘電率に対する高い温度依存性を有する場合も考えられるためである。
　検出装置１Ｇによれば、検出環境と基準検出部（検出部１１ａ）の出力とに基づいて、当該検出環境（特に温湿度）による各検出部間の応答特性差を考慮して、検出部１１ｂ～１１ｄに対応するオフセット容量値を決定できる。このため、検出部１１ａ～１１ｄの静電容量を高精度に補正できるので、ゲイン値をできる限り大きくした状態で、低濃度の検出対象を高い分解能で検出することが可能となる。
　また、検出装置１Ｇでは、上述の検出装置１Ｅとは異なり、検出部１１ａ～１１ｄのそれぞれについて個別に静電容量値を検出した上で、各検出部に対応するオフセット容量値を決定する必要がない。
　なお、ゲイン値が大きい状態で検出環境（特に温湿度）が大幅に変化した場合には、基準検出部（検出部１１ａ）の出力が大幅に変化することが考えられる。このため、検出装置１Ｇは、検出部１１ａの出力（および、必要に応じて温度センサの値）に基づいて、当該検出環境の変化の有無を判定してよい。そして、検出装置１Ｇは、検出環境の変化を検出した場合には、オフセット容量値の再設定を行ってもよい。
　また、検出装置１Ｇにおいて、基準検出部（検出部１１ａ）の出力または温度センサの値に大きな変化が見られないが、他の検出部１１ｂ～１１ｄの静電容量が大きく変化してレンジオーバーする場合を考える。
　このような場合には、検出装置１Ｇは、検出部１１ａ～１１ｄの出力に基づいて、検出対象（ガス）の濃度が想定以上に高い状態であるか否かを判定してもよい。そして、検出装置１Ｇは、ガスの濃度が高い状態にあると判定した場合には、一時的にゲイン値を下げるように、ゲイン値の調整を行ってもよい。このようにゲイン値を調整することで、高感度での検出と、広いダイナミックレンジとを両立できる。
　〔実施形態７〕
　本発明の実施形態７について、図６、図１７および図１８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。上述の図６に示すように、本実施形態に係る検出装置１Ｈは、上述の検出装置１Ｂ等と同様の外観構成を有している。
　図１７は、検出装置１Ｈのシステム構成を示すブロック図である。図１７に示すように、検出装置１Ｈは、上述の検出装置１Ｇにおいて、（ｉ）メモリ１２４に第２換算テーブル１２４４を付加するとともに、（ｉｉ）検出制御部１２０に検出値補正部１２５（差分値補正部）を付加したものである。但し、第２換算テーブル１２４４は、半導体回路１０内部または外部のメモリに保存されても構わない。
　以下に述べるように、検出値補正部１２５は、１つの検出部（例：検出部１１ａ）について得られた差分値（出力値）を基準（基準値）として、他の検出部（例：検出部１１ｂ～１１ｄ）について得られた差分値（出力値）を補正する。
　なお、本実施形態において、差分値（出力）の基準とする１つの検出部（以下、出力基準検出部）は、上述の実施形態６の基準検出部と同一であってもよいし、別の検出部であっても構わない。以下では、検出部１１ａが出力基準検出部である場合を例示する。
　第２換算テーブル１２４４は、検出値補正部１２５において、検出部１１ａの出力値を基準値（例：ゼロ点）とし、他の検出部１１ｂ～１１ｄの出力値（ゼロ点からの変化量）を補正するために、あらかじめ準備されている。但し、基準値は必ずしもゼロ点に限定されなくともよい。
　一例として、第２換算テーブル１２４４は、後述する所定の換算式に基づいて作成されたものである。なお、当該換算式は、検出対象（ガス）が所定の濃度である環境下において、検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値をあらかじめ測定することにより決定できる。量産品においては、代表的なサンプルにて取得した情報を適用して換算式を決定してもよい。
　以下、図１８を参照して、検出装置１Ｈの検出動作について説明する。図１８は、検出装置１Ｈによる検出対象を検出する手順を示すフローチャートである。なお、図１８のステップＳ４１～Ｓ４４およびＳ４８は、上述の図１６のステップＳ３１～Ｓ３４およびＳ３６と同様の処理であるため、説明を省略する。以下では、ステップＳ４５～Ｓ４７およびその周辺の処理について述べる。
　すなわち、本実施形態では、検出部１１ａ～１１ｄのそれぞれに対応するオフセット容量値を設定する方法は、上述の実施形態６と同様であるとして説明を行う。但し、上述の実施形態４または５の方法を利用して、検出部１１ａ～１１ｄのそれぞれに対応するオフセット容量値が設定されてもよい。
　ステップＳ４４の後、検出値補正部１２５は、検出部１１ａの出力値を基準値（例：ゼロ点）として設定する（Ｓ４５）。続いて、検出値補正部１２５は、他の検出部１１ｂ～１１ｄの出力値（差分値）を取得する（Ｓ４６）。次に、検出値補正部１２５は、第２換算テーブル１２４４を参照して、ステップＳ４５において設定された基準値に基づいて、検出部１１ｂ～１１ｄの出力値を補正する（Ｓ４７）。そして、ステップＳ４８に進む。
　なお、上述の実施形態６と同様に、検出部１１ａは、検出素子が用いられる環境において、ベースラインを精度良く補正する観点から、湿度（水蒸気）に対する応答性が高いことが望ましい。また、特に精度の高い補正を行うためには、第２テーブルにおいて、温度センサの測定値を変数としてさらに含めてもよい。
　以下、第２換算テーブル１２４４を作成するための換算式（補正式）の一例について述べる。ここでは、上述の実施形態６と同様に、温度を考慮した補正を行う場合について述べる。
　具体的には、本実施形態における換算式は、以下の式（２）によって示される。
　　Ｃout-e＝Ｃout×ａ２（Ｔmes－Ｔ０）×ｂ２（Ｃmes１－Ｃ０）…（２）
この式（２）は、第２の換算式と称されてもよい。
　式（２）において、Ｃout-eは、出力基準検出部（検出部１１ａ）以外の検出部１１ｂ～１１ｄのそれぞれにおける、換算後の出力値（差分値）である。また、Ｃoutは、検出部１１ｂ～１１ｄのそれぞれにおける、出力値（差分値）の実測値である。また、ａ２およびｂ２は定数である。なお、Ｔmes、Ｃmes１、およびＣ０については、上述の式（１）と同様である。
　定数ａ２およびｂ２の値は、所定の濃度の検出対象が存在する環境下における、事前の測定結果に基づいて決定されてよい。例えば、定数ａ２およびｂ２の値は、温湿度を変化させ、それぞれの温湿度における各検出部の出力値を事前に測定し、当該測定結果に公知の近似手法を適用することにより決定されてよい。
　なお、検出対象の濃度によって定数ａ２およびｂ２の値が変化する場合には、当該濃度を変化させて、各検出部の出力値を事前に測定してもよい。そして、当該測定結果を用いて、各濃度における定数ａ２およびｂ２の値をさらに考慮した換算式を用いて、第２換算テーブル１２４４を作成しても構わない。これにより、出力値の補正の精度をさらに高めることができる。この場合、Ｃout，Ｔmes，Ｃmes１の３つのパラメータに基づき、第２換算テーブル１２４４が参照され、Ｃout-eが算出される。
　上述の式（２）によって算出されるＣout-eが、検出部１１ａ以外の検出部１１ｂ～１１ｄのそれぞれに対して設定される。すなわち、定数ａ２およびｂ２が、検出部１１ｂ～１１ｄのそれぞれに対して個別に設定される。なお、式（２）におけるＴ０およびＣ０は、検出部１１ｂ～１１ｄのそれぞれについて、同じ値であっても異なる値であっても構わない。また、式（２）におけるＴ０およびＣ０は、上述の式（１）（第１換算テーブル１２４３を作成するための換算式）におけるＴ０およびＣ０と同じ値であっても異なる値であっても構わない。
　なお、第２換算テーブル１２４４を作成することなく、上述の式（２）に基づく演算を検出値補正部１２５において直接的に行うことによって、検出部１１ｂ～１１ｄのそれぞれに対してＣout-eを算出してもよい。
　また、上述の式（２）は、換算式の一例であり、当該換算式はこれに限定されない。上述の実施形態６の換算式と同様の理由により、本実施形態の換算式もまた、出力基準検出部（検出部１１ａ）の出力値と温度とに基づく補正ができるものであればよい。
　検出装置１Ｈによれば、検出部１１ａの出力値（差分値）を基準として、検出環境により当該検出環境（特に温湿度）による各検出部間の応答特性差を考慮して、検出部１１ｂ～１１ｄの出力値（差分値）を補正することが可能となる。このため、検出部１１ａ～１１ｄの静電容量を高精度に補正できるので、ゲイン値をできる限り大きくした状態で、低濃度の検出対象を高い分解能で検出することが可能となる。
　また、検出装置１Ｈによれば、第１換算テーブル１２４３の参照によるオフセット容量値の補正（設定）に加え、第２換算テーブル１２４４の参照による出力値の補正を行うことが可能となる。上述のように、第１換算テーブル１２４３の参照によるオフセット容量値の補正は、測定対象であるガスが存在しない状況での検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値の温湿度に対する依存性が反映されたものである。
　そこで、本実施形態では、第２換算テーブル１２４４の参照による出力値の補正を行うことにより、ガスが存在している状況での検出部１１ａ～１１ｄの静電容量値の温湿度に対する依存性をさらに考慮することが可能となる。それゆえ、検出装置１Ｈによれば、上述の検出装置１Ｇに比べてさらに高分解能での検出が可能となる。
　〔実施形態８〕
　本発明の実施形態９について、図６、図１９および図２０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。上述の図６に示すように、本実施形態に係る検出装置１Ｊは、上述の検出装置１Ｂ等と同様の外観構成を有している。
　図１９は、検出装置１Ｊのシステム構成を示すブロック図である。図１９に示すように、検出装置１Ｊは、上述の検出装置１Ｈにおいて、検出制御部１２０に出力制御部１２６が付加されたものである。
　以下に述べるように、出力制御部１２６は、検出値補正部１２５において補正された検出部１１ｂ～１１ｄの出力値（差分値）がマイナスの値であるときに、当該差分値（補正後の出力値）をゼロ（ゼロ値）として出力させるように、Ａ／Ｄ変換器１０５に指令を与える。
　なお、本実施形態では、検出部１１ａの出力値（差分値）を基準値（例：ゼロ点）として、検出対象であるガスの濃度が高くなった場合における、検出部１１ｂ～１１ｄの出力値の符号変化の方向を、プラス側とする。他方、ガスの濃度が低くなった場合における、検出部１１ｂ～１１ｄの出力値の符号変化の方向を、マイナス側とする。
　一般的に、出力値（静電容量値）の増減は、検出対象の種類に応じてプラス側またはマイナス側に変動するが、適切な検出と考えられる符号変化の方向を、プラス側と称している。ガスの濃度は非負の値として表されるため、通常は出力値がマイナスとなることはないと考えられるためである。
　出力値がマイナスとなる場合には、検出材料が劣化しているケースが考えられる。また、検出材料が劣化していない場合であっても、第２換算テーブル１２４４に基づく出力値の補正が過剰に行われた場合には、出力値がマイナスとなる可能性がある。そこで、本実施形態では、マイナスの出力値を認めない（０に置き換える）ように、Ａ／Ｄ変換器１０５の出力が制御されている。
　以下、図２０を参照して、検出装置１Ｊの検出動作について説明する。図２０は、検出装置１Ｊによる検出対象を検出する手順を示すフローチャートである。なお、図２０のステップＳ５１～Ｓ５７およびＳ６１は、上述の図１８のステップＳ４１～Ｓ４７およびＳ４８と同様の処理であるため、説明を省略する。以下では、ステップＳ５８～Ｓ６０およびその周辺の処理について述べる。
　ステップＳ５７の後、出力制御部１２６は、検出部１１ｂ～１１ｄの補正後の出力値が、プラスであるか否かを判定する（Ｓ５８）。検出部１１ｂ～１１ｄの補正後の出力値がプラスである場合には（Ｓ５８においてＹＥＳ）、出力制御部１２６は、Ａ／Ｄ変換器１０５に、補正後の出力値をそのまま出力させ（Ｓ５９）、Ｓ６１に進む。
　他方、検出部１１ｂ～１１ｄの補正後の出力値に、マイナスのものが存在する場合には（Ｓ５８においてＮＯ）、出力制御部１２６は、当該マイナスの出力値を０として出力させるように、Ａ／Ｄ変換器１０５に指令を与え（Ｓ６０）、Ｓ６１に進む。
　ところで、第２換算テーブル１２４４における出力値の換算（補正）は、出力値がプラスであるという前提のもとで行われている。従って、補正後の出力値がマイナスであることは、第２換算テーブル１２４４に基づいて、補正が適切に行われなかった（第２換算テーブル１２４４を用いても、出力値を補正しきれなかった）ことを示していると言える。そこで、検出装置１Ｊでは、不適切な補正結果（検出結果）を認めないことで、実際の検出対象濃度に即した出力値を提示することが可能となる。
　なお、検出装置１Ｊでは、マイナスの出力値をゼロ値として出力しているが、ゼロ値に替えて、エラーメッセージを出力してもよい。すなわち、検出装置１Ｊは、出力値の一部にマイナス値が含まれている（検出結果が妥当でない可能性がある）ことをユーザに報知できるものであればよい。
　〔実施形態９〕
　本発明の実施形態９について、図６、図１９および図２１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。上述の図６および図１９に示すように、本実施形態に係る検出装置１Ｋは、実施形態８の検出装置１Ｊと同様の外観構成およびシステム構成を有している。
　本実施形態において、出力制御部１２６は、検出値補正部１２５において補正された検出部１１ｂ～１１ｄの出力値（差分値）がマイナスの値であるときに、当該差分値（補正後の出力値）の最低値をゼロ値として出力させるように、Ａ／Ｄ変換器１０５に指令を与える。
　以下、図２１を参照して、検出装置１Ｋの検出動作について説明する。図２１は、検出装置１Ｋによる検出対象を検出する手順を示すフローチャートである。なお、図２１のステップＳ７１～Ｓ７９およびＳ８１は、上述の図２０のステップＳ５１～Ｓ５９およびＳ６１と同様の処理であるため、説明を省略する。以下では、ステップＳ８０およびその周辺の処理について述べる。
　図２１に示されるように、ステップＳ７８の判定の結果、検出部１１ｂ～１１ｄの補正後の出力値に、マイナスのものが存在する場合には（Ｓ７８においてＮＯ）、ステップＳ８０に進む。
　そして、出力制御部１２６は、マイナスの出力値のうち最低値をゼロ値として出力させるように、Ａ／Ｄ変換器１０５に指令を与える（Ｓ８０）。つまり、出力制御部１２６は、ゼロ値を再設定する。
　検出装置１Ｋでは、ゼロ値を再設定することにより、マイナスの出力値を排除できる。これにより、第２換算テーブル１２４４を用いた出力値の補正をより適切に行うことができる。従って、上述の検出装置１Ｊに比べてさらに高分解能での検出が可能となる。
　なお、実施形態８・９の以上の説明では、マイナス側への出力値の変動が生じた場合の対処について述べたが、プラス側へと出力値（例：ベースライン）の変動が生じる場合も考えられる。例えば、長期間の使用に伴って発生するドリフトは、マイナス側のみならず、プラス側にも出力値の変動を生じさせる可能性がある。電源をＯＮして（検出装置１Ｋを起動させて）オフセット容量値が一度調整されると、その後は検出終了までオフセット容量値が再調整されないためである。
　特に、ベースラインがプラス側に変動した場合には、実際には検出対象が存在していないにも関わらず、検出対象が存在しているとして誤検出が引き起こされる可能性がある。そこで、検出装置１Ｋでは、プラス側への出力値の変動についても対処することが好ましい。本実施形態では、例えば以下の方法にてプラス側への出力値の変動に対処してよい。
　一例として、一定期間の出力値をメモリ１２４に保管しておき、当該出力値のデータに基づいて、一定期間に亘り、ゼロ点（基準値）まで出力値が下がらない場合には、得られたプラスの出力値の最低値をゼロ点（基準値）として設定し直すように、検出装置１Ｋにおいて出力値の補正を行ってもよい。これにより、プラス側およびマイナス側への両方向の変動に対して、出力値を補正することが可能となる。
　〔実施形態１０〕
　本発明の実施形態１０について、図６、図２２～図２４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。上述の図６に示すように、本実施形態に係る検出装置１Ｌは、上述の検出装置１Ｂ等と同様の外観構成を有している。
　図２２は、検出装置１Ｌのシステム構成を示すブロック図である。図２２に示すように、検出装置１Ｌは、上述の検出装置１Ｇにおいて、（ｉ）検出制御部１２０に差分出力部１２７（差分算出部）を、（ｉｉ）メモリ１２４に対応データ１２４５を付加したものである。但し、対応データ１２４５は、半導体回路１０内部または外部のメモリに保存されても構わない。
　以下、図２３を参照して、検出装置１Ｌの検出動作について説明する。図２３は、検出装置１Ｋによる検出対象を検出する手順を示すフローチャートである。なお、図２３のステップＳ９１～Ｓ９４およびＳ９９は、上述の図１６のステップＳ３１～Ｓ３４およびＳ３６と同様の処理であるため、説明を省略する。以下では、ステップＳ９５～Ｓ９８およびその周辺の処理について述べる。
　ステップＳ９４の後、検出部１１ａ（基準検出部）以外の検出部１１ｂ～１１ｄのそれぞれの補正後の出力値は、検出制御部１２０に入力される（Ｓ９５）。
　ここで、本実施形態では、測定環境に検出対象（ガス）が存在しない状態における、検出部１１ｂ～１１ｄの補正後の出力値の推定値（推定出力値または推定差分値とも称される）が、第１換算テーブル１２４３および基準検出部（検出部１１ａ）の出力値に対応付けられて、メモリ１２４に記憶されている。対応データ１２４５は、当該対応関係を示すデータ（より具体的にはテーブル）である。
　すなわち、対応データ１２４５では、正常な状況下（ガスが存在していない状態）で、第１換算テーブル１２４３を参照してオフセット容量値を設定して測定を開始した場合、本来どのような値が出力値として出力されるべきであるかを示す推定出力値が、第１換算テーブル１２４３と対応付けられてメモリ１２４に記憶されている。
　次に、差分出力部１２７は、メモリ１２４から対応データ１２４５（推定出力値）を取得し（Ｓ９６）、当該対応データ１２４５に基づいて、検出部１１ｂ～１１ｄの出力値（実測値（取得値または取得差分値とも称される））と、推定出力値（推定値）との差分値を算出する（Ｓ９７）。続いて、差分出力部１２７は、当該差分値を出力する（Ｓ９８）。そして、Ｓ９９に進む。
　当該構成によれば、オフセット容量値を設定した時点で、検出装置１Ｌの周囲に高濃度のガスが存在している場合には、検出部１１ｂ～１１ｄの出力値（実測値）と推定出力値との差分値としては、大きい値が得られることとなる。従って、当該差分値に基づいて、初期状態で存在しているガスの量を同定することが可能となる。それゆえ、当該ガスの量を考慮した上で、検出を行うことが可能となる。
　なお、本実施例において、差分値がマイナスとなる（つまり、推定出力値の方が実際の出力値に比べて大きい）場合には、上述の実施形態８または９と同様の処理が行われてもよい。このような場合には、検出または補正が適切に行われていない可能性が想定されるためである。
　また、ステップＳ９８において算出された差分値に対して、上述の第２換算テーブル１２４４に基づく補正がさらに行われてもよい。
　（変形例）
　図２４は、検出装置１Ｌによる検出対象を検出する別の手順を示すフローチャートである。なお、図２４のステップＳ１０１～Ｓ１０５およびＳ１０７～１０８は、上述の図２３のステップＳ９１～Ｓ９５およびＳ９８～Ｓ９９と同様の処理であるため、説明を省略する。以下では、ステップＳ１０６およびその周辺の処理について述べる。
　本変形例において、差分出力部１２７は、推定値と実測値との差分値が、予め設定された所定の範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１０６）。そして、差分値が所定の範囲を超える場合には（Ｓ１０６でＮＯ）、Ｓ１０３に戻る。すなわち、当該差分値が所定の範囲内に収まるまで（Ｓ１０６でＹＥＳ）、オフセット容量値の設定が繰り返される。
　差分値が比較的大きい場合には、初期状態の時点で、検出装置１Ｋの周囲に高濃度のガスが存在しており、基準検出部（検出部１１ａ）の基準値にも当該ガスの影響が生じていると考えられる。
　そこで、上記の処理では、初期状態において高濃度のガスが存在していることを検知し、当該ガス濃度に応じてオフセット容量値を再設定している。当該処理によれば、初期状態において高濃度のガスが存在している場合であっても、出力値を好適に補正することが可能となる。
　また、差分値が所定の範囲を超えた場合には、検出装置１Ｌはエラーメッセージを出力してもよい。すなわち、検出装置１Ｌは、初期状態において高濃度のガスが存在している（測定環境が異常である）ので、正常な環境下（ガス濃度が比較的小さい状態）で検出を再試行するように、ユーザに促してもよい。
　なお、検出装置１Ｌでは、差分値が所定の範囲を超えた場合には、Ｓ１０３に戻らずに、差分値が所定の範囲内となるまで処理を待機してもよい。つまり、差分値が所定の範囲内となった時点で、オフセット調整容量の再設定を行ってもよい。当該処理によっても、出力値を好適に補正することが可能となる。
　〔ソフトウェアによる実現例〕
　検出装置１，１Ａ～１Ｈ，１Ｊ～１Ｌの制御ブロック（特に検出制御部１２０）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
　後者の場合、検出装置１，１Ａ～１Ｈ，１Ｊ～１Ｌは、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
　〔付記事項〕
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
　〔関連出願の相互参照〕
　本出願は、２０１６年７月２２日に出願された日本国特許出願：特願２０１６－１４４９１４に対して優先権の利益を主張するものであり、それを参照することにより、その内容の全てが本書に含まれる。
　１，１Ａ～１Ｈ，１Ｊ～１Ｌ　検出装置
　１０，１０Ａ，１０Ｂ　半導体回路
　１１，１１ａ～１１ｄ　検出部
　１２，１２Ａ，１２Ｂ　基板
　１３，１３Ａ，１３Ｂ　導電性配線
　１０１　オフセット調整容量（補正容量素子）
　１０３　積分器（差分取得回路）
　１０５　Ａ／Ｄ変換器（変換回路）
　１１１　検出層
　１２１　オフセット容量値設定部（容量値設定部）
　１２５　検出値補正部（差分値補正部）
　１２６　出力制御部
　１２７　差分出力部（差分算出部）

Claims (13)

  1. 　半導体回路上に形成され、検出対象との接触によって静電容量値が変化する検出層を有する複数の検出部と、
    　前記検出部により検出された検出容量値を補正するための補正容量値を示す補正容量素子と、
    　前記検出容量値と前記補正容量値との差分値を取得する差分取得回路と、
    　前記差分値をデジタル信号に変換する変換回路とを備え、
    　前記補正容量素子、前記差分取得回路および前記変換回路は、前記半導体回路に形成されていることを特徴とする検出装置。
  2. 　前記半導体回路は、複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
  3. 　前記半導体回路と別体に設けられた基板をさらに備え、
    　前記検出部の少なくとも１つは、前記基板上に形成されると共に、導電性配線を介して、前記半導体回路と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
  4. 　前記検出層は、それぞれ異なる材料によって形成されると共に、前記検出部の静電容量値が所定の範囲となる厚さに形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の検出装置。
  5. 　前記補正容量素子は、前記補正容量値を変更可能な可変容量素子であり、
    　前記検出装置は、前記差分取得回路によって得られた前記差分値に応じて前記補正容量値を設定する容量値設定部をさらに備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の検出装置。
  6. 　前記補正容量素子は、前記補正容量値を変更可能な可変容量素子であり、
    　前記検出装置は、前記補正容量値を予め定められた値に設定する容量値設定部をさらに備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の検出装置。
  7. 　複数の前記検出部のうち、基準となる１つの前記検出部を基準検出部として、
    　前記容量値設定部は、当該基準検出部以外の検出部について、検出環境に基づいた第１の換算式を用いて前記補正容量値を設定することを特徴とする請求項５または６に記載の検出装置。
  8. 　１つの前記検出部について得られた前記差分値を基準として、検出環境に基づいた第２の換算式を用いて他の前記検出部について得られた前記差分値を補正する差分値補正部をさらに備えていることを特徴とする請求項７に記載の検出装置。
  9. 　前記差分値補正部によって補正された前記差分値がマイナス値であるときに、当該差分値をゼロとして出力する出力制御部をさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の検出装置。
  10. 　前記差分値補正部によって補正された前記差分値がマイナス値であるときに、当該差分値の最低値をゼロ値と設定して出力する出力制御部をさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の検出装置。
  11. 　検出環境に前記検出対象が存在しない状態における前記差分値の推定値である推定差分値と、前記差分取得回路によって取得されるべき取得差分値との対応関係に基づいて、前記差分取得回路が取得した前記差分値と、当該取得差分値に対応する前記推定差分値との差を算出する差分算出部とをさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の検出装置。
  12. 　前記容量値設定部は、前記推定差分値と前記取得差分値との差が所定範囲を超えるとき、当該差が所定範囲に収まるまで、前記補正容量値の設定を続けることを特徴とする請求項１１に記載の検出装置。
  13. 　静電容量の変化によって検出対象を検出する検出装置の制御方法であって、
    　前記検出装置は、
    　半導体回路上に形成され、検出対象との接触によって静電容量値が変化する検出層を有する複数の検出部と、
    　前記検出部により検出された検出容量値を補正するための補正容量値を示す補正容量素子と、
    　前記検出容量値と前記補正容量値との差分値を取得する差分取得回路と、
    　前記差分値をデジタル信号に変換する変換回路とを備え、
    　前記補正容量素子、前記差分取得回路および前記変換回路は、前記半導体回路に形成されており、
    　前記補正容量素子は、前記補正容量値を変更可能な可変容量素子であり、
    　検出装置の制御方法は、前記差分取得回路によって得られた前記差分値に応じて前記補正容量値を設定する容量値設定工程を含んでいることを特徴とする検出装置の制御方法。
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