JP2009236502A - Chemical or physical phenomenon detection device, and control method therefor - Google Patents
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Abstract
【課題】センシング部が光に感応する累積型化学・物理現象検出装置を明所でも高い精度で使用可能とする。
【解決手段】化学・物理現象検出装置１において、電荷供給部３からセンシング部２への電荷供給が無い状態で、センシング部２から電荷蓄積部５へ電荷が転送可能なように電荷転送調節部６の電位を調節し、電荷蓄積部５の第１の電位を検出して保存する手段１０と、電荷供給部３からセンシング部２へ電荷の供給がなされた状態で、電荷転送調節部６の電位を調節して、センシング部２の電荷を電荷蓄積部５へ転送し、電荷蓄積部５の第２の電位を検出して保存する手段と、前記第２の電位と前記第１の電位との差を演算し、得られた電位差を出力する手段１０とを備える。
【選択図】図１A cumulative chemical / physical phenomenon detection device in which a sensing unit is sensitive to light can be used with high accuracy even in a bright place.
In a chemical / physical phenomenon detection device, a charge transfer adjusting unit is configured so that charges can be transferred from a sensing unit to a charge accumulating unit in a state where no charge is supplied from the charge supplying unit to the sensing unit. 6, the means 10 for detecting and storing the first potential of the charge storage unit 5, and the charge transfer unit 6 in the state where the charge is supplied from the charge supply unit 3 to the sensing unit 2. Means for adjusting the potential to transfer the charge of the sensing unit 2 to the charge storage unit 5, detecting and storing the second potential of the charge storage unit 5, and the second potential and the first potential; And a means for outputting the obtained potential difference.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は化学・物理現象検出装置及びその制御方法に関する。この発明の化学・物理現象検出装置は例えばｐＨセンサとして好適である。 The present invention relates to a chemical / physical phenomenon detection apparatus and a control method thereof. The chemical / physical phenomenon detection apparatus of the present invention is suitable as a pH sensor, for example.
化学・物理現象検出装置の一例としてｐＨセンサを図１に示す。
このｐＨセンサ１は水溶液の水素イオン濃度に応じてポテンシャルが変化するセンシング部２と、このセンシング部２へ電荷を供給する電荷供給部３と、センシング部２と電荷供給部３との間に形成される電荷供給調節部４と、センシング部２から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部５と、センシング部２と電荷蓄積部５との間に形成される電荷転送調節部６とを備えている。
A pH sensor is shown in FIG. 1 as an example of a chemical / physical phenomenon detection apparatus.
This
上記において、センシング部２はｐ型化されたシリコン基板表面からなり、電荷供給部３はシリコン基板へｎ型不純物をドープして形成される。電荷蓄積部５もシリコン基板へｎ型不純物をドープして形成される。
センシング部２の上にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜７を介してＳｉ３Ｎ４からなるｐＨ感応膜８が積層されている。ｐＨ感応膜８の上側には溶液槽が設けられ、参照電極９が溶液に浸漬されている。
電荷蓄積部５は図示しないリセット部に接続されており、
In the above, the
A pH
The
かかる構成のｐＨセンサ１の動作は図１（Ｂ）のタイミングチャートで示される。
（Ｔ１）
電荷蓄積部５の電荷をリセットすると同時に、電荷供給部３の電位を電荷供給調節部４の電位より低くして、電荷供給部３の電荷をセンシング部２へ供給する。このとき、電荷転送調節部６の電位は低く保たれているので、センシング部２のポテンシャル深さ応じた（即ち、溶液のｐＨの値に応じた）量の電荷がセンシング部２に保存される。
その後、電荷供給部４の電位を上げてセンシング部２への電荷の供給を止めるとともに、電荷蓄積部５のリセットをオフとする。
（Ｔ４）
この状態で電荷蓄積部５の電位を検出する。Ｔ１において電荷蓄積部５はリセットされているので、ここで検出された電位は電荷蓄積部５のリセットレベルを示す。この第１の電位は、差動アンプ１０に一旦保存される。
The operation of the
(T1)
At the same time as resetting the charge in the
Thereafter, the potential of the
(T4)
In this state, the potential of the
（Ｔ６）
電荷転送調節部６の電位をあげることにより、センシング部２の電荷を電荷蓄積部５へ転送する。図１のポテンシャル図はこの状態を示している。
（Ｔ１０）
センシング部２から転送された電荷を蓄積した電荷蓄積部５の電位（第２の電位）を検出し、差動アンプ１０へ送る。
差動アンプ１０は第２の電位と第１の電位との差を演算し、当該電位差を出力信号とする。
(T6)
By increasing the potential of the charge
(T10)
The potential (second potential) of the
The
この発明に関連する技術を開示する文献として、特許文献１〜特許文献４を参照されたい。
上記従来のｐＨセンサは暗所で使用する必要があった。明所で使用をすると、センシング部が光に感応し、ｐＨの値に起因する信号に光の強さに起因する信号が重畳されてしまう。つまり、明所ではｐＨを正確に測定することができない。
かかる課題は、明所での使用が本来的な使用となる融合型光・ｐＨ検出装置において顕著となる。この融合型光・ｐＨ検出装置は光学イメージとｐＨイメージを実質的に同時に表示する（特許文献３及び特許文献４参照）。
そこでこの発明は、そのセンシング部が光に感応する累積型化学・物理現象検出装置を明所でも高い精度で使用可能とすることを一つの目的とする。
The conventional pH sensor needs to be used in a dark place. When used in a light place, the sensing unit is sensitive to light, and a signal caused by the intensity of light is superimposed on a signal caused by the pH value. That is, the pH cannot be measured accurately in a bright place.
Such a problem becomes conspicuous in a fusion type light / pH detector that is essentially used in a light place. This integrated light / pH detector displays an optical image and a pH image substantially simultaneously (see
Accordingly, an object of the present invention is to make it possible to use a cumulative chemical / physical phenomenon detection apparatus whose sensing section is sensitive to light with high accuracy even in a bright place.
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねてきた結果、本願発明に想到した。即ち、この発明の第１の局面は次のように規定される。
化学・物理現象に対応してポテンシャルが変化するセンシング部と、
前記センシング部へ電荷を供給する電荷供給部と、
前記センシング部と前記電荷供給部との間に形成される電荷供給調節部と、
前記センシング部から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記センシング部と前記電荷蓄積部との間に形成される電荷転送調節部とを備えてなる、化学・物理現象検出装置であって、
前記電荷供給部から前記センシング部への電荷供給が無い状態で、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷が転送可能なように前記電荷転送調節部の電位を調節し、該電荷蓄積部の第１の電位を検出して保存する手段と、
前記電荷供給部から前記センシング部へ電荷の供給がなされた状態で、前記電荷転送調節部の電位を調節して、前記センシング部の電荷を前記電荷蓄積部へ転送し、該電荷蓄積部の第２の電位を検出して保存する手段と、
前記第２の電位と前記第１の電位との差を演算し、得られた電位差を出力する手段と、を更に備える、ことを特徴とする化学・部対現象検出装置。
The inventors of the present invention have come up with the present invention as a result of intensive studies to achieve the above object. That is, the first aspect of the present invention is defined as follows.
A sensing unit whose potential changes in response to chemical and physical phenomena;
A charge supply unit for supplying charge to the sensing unit;
A charge supply control unit formed between the sensing unit and the charge supply unit;
A charge storage unit for storing the charge transferred from the sensing unit;
A chemical / physical phenomenon detection device comprising a charge transfer control unit formed between the sensing unit and the charge storage unit,
In a state where no charge is supplied from the charge supply unit to the sensing unit, the potential of the charge transfer adjustment unit is adjusted so that charge can be transferred from the sensing unit to the charge storage unit, Means for detecting and storing the potential of 1;
With the charge supplied from the charge supply unit to the sensing unit, the potential of the charge transfer adjustment unit is adjusted to transfer the charge of the sensing unit to the charge storage unit. Means for detecting and storing the potential of 2;
The chemical / partial phenomenon detection device further comprising: means for calculating a difference between the second potential and the first potential and outputting the obtained potential difference.
このように規定される第１の局面の発明によれば、電荷供給部からセンシング部へ電荷供給が無い状態で、センシング部から電荷蓄積部へ電荷が転送可能なように電荷転送調節部の電位が調節され、電荷蓄積部の電位(第１の電位)が検出される。これは、本来の測定対象であるｐＨ等の化学・物理量を測定するに先立ち、当該化学・物理量の影響がない状態（換言すれば、光の影響のみが現れる状態に）において、いわゆる空うちを実行し、光のみの影響によりセンシング部から電荷蓄積部へ転送される電荷量に起因する電位（第１の電位）を予め検出・保存しておくものである。
その後、通常通り化学・物理量を測定（その出力には光の影響が含まれている、第２の電位）し、その測定結果から先に保存しておいた光の影響分を差し引くことにより、化学・物理量を正確に反映した出力信号を得ることができる。
According to the first aspect of the invention thus defined, the potential of the charge transfer adjustment unit is such that charge can be transferred from the sensing unit to the charge storage unit in the absence of charge supply from the charge supply unit to the sensing unit. Is adjusted, and the potential (first potential) of the charge storage portion is detected. This is because, prior to measuring the chemical / physical quantity such as pH, which is the original measurement object, in the state where there is no influence of the chemical / physical quantity (in other words, only the influence of light appears) The potential (first potential) resulting from the amount of charge transferred from the sensing unit to the charge storage unit due to the influence of only light is detected and stored in advance.
After that, measure the chemical / physical quantity as usual (the output includes the influence of light, the second potential), and subtract the influence of the light previously stored from the measurement result, Output signals that accurately reflect chemical and physical quantities can be obtained.
このように構成された化学・物理現象検出装置は、光の影響が排除されるので、明所においてもそのまま使用でき、高精度な検出を実現できる。かかる検出装置をｐＨセンサとした場合、当該ｐＨセンサはｐＨセンサとイメージセンサとが結合された融合型検出装置に好適となる。イメージセンサが稼動するためには光が必要であり、イメージセンサとｐＨセンサとを実質的に同時に作動させるので、センシング部をｐＨセンサとして作動させるときにも当該センシング部へ必然的に光が照射されるからである。 Since the chemical / physical phenomenon detection apparatus configured as described above is free from the influence of light, it can be used as it is in a light place and can realize highly accurate detection. When such a detection device is a pH sensor, the pH sensor is suitable for an integrated detection device in which a pH sensor and an image sensor are combined. Light is necessary for the image sensor to operate, and the image sensor and the pH sensor are operated substantially simultaneously. Therefore, when the sensing unit is operated as a pH sensor, the sensing unit is necessarily irradiated with light. Because it is done.
この発明の第２の局面は当該融合型化学・物理現象検出装置を規定する。即ち、
第１の局面に記載の化学・物理現象検出装置であって、前記化学・物理現象は水素イオン濃度であり、前記センシング部は外部の光に感応して電荷を生成する化学・物理現象検出装置と、
前記センシング部へ入射された光に基づきイメージ信号を出力する光検装置と、
を備えてなる融合型化学・物理現象検出装置。
The second aspect of the present invention defines the fusion type chemical / physical phenomenon detection apparatus. That is,
The chemical / physical phenomenon detection apparatus according to the first aspect, wherein the chemical / physical phenomenon is a hydrogen ion concentration, and the sensing unit generates a charge in response to external light. When,
A photometric device that outputs an image signal based on the light incident on the sensing unit;
An integrated chemical / physical phenomenon detector.
化学量若しくは物理量のより正確に検出を実行するため、電荷蓄積層におけるリセット雑音の除去の有効性が特許文献１に説明されている。
この発明の第３の局面は当該リセット雑音を除去しつつ、光の影響も除去することを目的として規定された。即ち、
化学・物理現象に対応してポテンシャルが変化するセンシング部と、
前記センシング部へ電荷を供給する電荷供給部と、
前記センシング部と前記電荷供給部との間に形成される電荷供給調節部と、
前記センシング部から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記センシング部と前記電荷蓄積部との間に形成される電荷転送調節部とを備えてなる、化学・物理現象検出装置であって、
前記電荷蓄積部をリセットした後の該電荷蓄積部の第３の電位を検出して保存する手段と、
前記電荷供給部から前記センシング部への電荷供給が無い状態で、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷が転送可能なように前記電荷転送調節部の電位を調節し、該電荷蓄積部の第４の電位を検出して保存する手段と、
前記第４の電位と前記第３の電位との差を演算して、得られた電位差を第５の電位として保存する手段と、
前記第４の電位を検出して保存した後、前記電荷蓄積部内の電荷をリセットし、前記電荷供給部から前記センシング部へ電荷を供給した後であって、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷の転送がされる前に、前記電荷蓄積部の第６の電位を検出して保存する手段と、
前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷の転送がされた後の前記電荷蓄積部の第７の電位を検出して保存する手段と、
前記第７の電位と、前記第６の電位及び前記第５の電位の和の電位との差を演算して、得られた電位差を出力する手段と、を更に備える、ことを特徴とする化学・物理現象検出装置。
The third aspect of the present invention is defined for the purpose of removing the influence of light while removing the reset noise. That is,
A sensing unit whose potential changes in response to chemical and physical phenomena;
A charge supply unit for supplying charge to the sensing unit;
A charge supply control unit formed between the sensing unit and the charge supply unit;
A charge storage unit for storing the charge transferred from the sensing unit;
A chemical / physical phenomenon detection device comprising a charge transfer control unit formed between the sensing unit and the charge storage unit,
Means for detecting and storing a third potential of the charge storage section after resetting the charge storage section;
In a state where no charge is supplied from the charge supply unit to the sensing unit, the potential of the charge transfer adjustment unit is adjusted so that charge can be transferred from the sensing unit to the charge storage unit, Means for detecting and storing the potential of 4;
Means for calculating a difference between the fourth potential and the third potential and storing the obtained potential difference as a fifth potential;
After detecting and storing the fourth potential, after resetting the charge in the charge storage unit and supplying the charge from the charge supply unit to the sensing unit, the sensing unit to the charge storage unit Means for detecting and storing a sixth potential of the charge storage section before the charge is transferred;
Means for detecting and storing a seventh potential of the charge storage unit after the charge is transferred from the sensing unit to the charge storage unit;
Means for calculating a difference between the seventh potential and the sum of the sixth potential and the fifth potential and outputting the obtained potential difference. -Physical phenomenon detection device.
このように規定された第３の局面の化学・物理現象検出装置によれば、第４の電位と第３の電位の差を演算することにより、電荷蓄積層におけるリセット電位と光の影響により転送された電荷による電位との差（第５の電位）が、化学・物理量を検出する毎に前もって特定される。
従って、通常通り化学・物理量を測定（その出力には光の影響が含まれている、第７の電位−第６の電位）し、その測定結果から先に特定しておいた第５の電位を差し引くことにより、光の影響が排除できるとともに、リセット電位の変動による影響を排除できる。よって、化学・物理量を正確に反映した出力信号が得られる。
According to the chemical / physical phenomenon detection device of the third aspect defined as described above, the transfer is performed by the influence of the reset potential and light in the charge storage layer by calculating the difference between the fourth potential and the third potential. The difference (fifth potential) from the potential due to the generated charge is specified in advance each time a chemical / physical quantity is detected.
Therefore, the chemical / physical quantity is measured as usual (the output includes the influence of light, the seventh potential-sixth potential), and the fifth potential specified earlier from the measurement result. By subtracting, the influence of light can be eliminated and the influence of fluctuations in the reset potential can be eliminated. Therefore, an output signal accurately reflecting the chemical / physical quantity can be obtained.
この発明の第４の局面は次のように規定される。
化学・物理現象に対応してポテンシャルが変化するセンシング部と、
前記センシング部へ電荷を供給する電荷供給部と、
前記センシング部と前記電荷供給部との間に形成される電荷供給調節部と、
前記センシング部から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記センシング部と前記電荷蓄積部との間に形成される電荷転送調節部とを備えてなる、化学・物理現象検出装置の制御方法であって、
前記電荷供給部から前記センシング部への電荷供給が無い状態で、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷が転送可能なように前記電荷転送調節部の電位を調節し、前記電荷蓄積部の第１の電位を検出して保存し、その後、
前記電荷供給部から前記センシング部へ電荷の供給がなされた状態で、前記電荷転送調節部の電位を調節して、前記センシング部の電荷を前記電荷蓄積部へ転送して該電荷蓄積部の第２の電位を保存し、
前記第２の電位と前記第１の電位との差を演算し、得られた電位差を出力する、ことを特徴とする化学・部対現象検出装置の制御方法。
このように規定される第４の局面の発明によれば、第１の局面の発明と同様の効果が得られる。
The fourth aspect of the present invention is defined as follows.
A sensing unit whose potential changes in response to chemical and physical phenomena;
A charge supply unit for supplying charge to the sensing unit;
A charge supply control unit formed between the sensing unit and the charge supply unit;
A charge storage unit for storing the charge transferred from the sensing unit;
A control method for a chemical / physical phenomenon detection device comprising a charge transfer control unit formed between the sensing unit and the charge storage unit,
In a state where no charge is supplied from the charge supply unit to the sensing unit, the potential of the charge transfer adjustment unit is adjusted so that charge can be transferred from the sensing unit to the charge storage unit, 1 potential detected and stored, then
In a state where charge is supplied from the charge supply unit to the sensing unit, the potential of the charge transfer adjustment unit is adjusted to transfer the charge of the sensing unit to the charge storage unit and the charge storage unit Save the potential of 2,
A method for controlling a chemical / partial phenomenon detection apparatus, comprising: calculating a difference between the second potential and the first potential and outputting the obtained potential difference.
According to the invention of the fourth aspect defined as described above, the same effect as that of the invention of the first aspect can be obtained.
この発明の第５の局面は次のように規定される。
化学・物理現象に対応してポテンシャルが変化するセンシング部と、
前記センシング部へ電荷を供給する電荷供給部と、
前記センシング部と前記電荷供給部との間に形成される電荷供給調節部と、
前記センシング部から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記センシング部と前記電荷蓄積部との間に形成される電荷転送調節部とを備えてなる、化学・物理現象検出装置の制御方法であって、
前記電荷蓄積部をリセットした後の該電荷蓄積部の第３の電位を検出し、
前記電荷供給部から前記センシング部への電荷供給が無い状態で、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷が転送可能なように前記電荷転送調節部の電位を調節し、該電荷蓄積部の第４の電位を検出して保存し、
前記第４の電位と前記第３の電位との差を演算して、得られた電位差を第５の電位として保存し、
前記第４の電位を検出して保存した後、前記電荷蓄積部内の電荷をリセットし、前記電荷供給部から前記センシング部へ電荷を供給した後であって、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷の転送がされる前に、前記電荷蓄積部の第６の電位を検出して保存し、
前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷の転送がされた後の前記電荷蓄積部の第７の電位を検出して保存し、
前記第７の電位と、前記第６の電位及び前記第５の電位の和の電位との差を演算して、得られた電位差を出力する、ことを特徴とする化学・物理現象検出装置の制御方法。
このように規定される第５の局面の発明によれば、第３の局面の発明と同様の効果が得られる。
The fifth aspect of the present invention is defined as follows.
A sensing unit whose potential changes in response to chemical and physical phenomena;
A charge supply unit for supplying charge to the sensing unit;
A charge supply control unit formed between the sensing unit and the charge supply unit;
A charge storage unit for storing the charge transferred from the sensing unit;
A control method for a chemical / physical phenomenon detection device comprising a charge transfer control unit formed between the sensing unit and the charge storage unit,
Detecting a third potential of the charge storage unit after resetting the charge storage unit;
In a state where no charge is supplied from the charge supply unit to the sensing unit, the potential of the charge transfer adjustment unit is adjusted so that charge can be transferred from the sensing unit to the charge storage unit, Detect and store the potential of 4,
Calculating a difference between the fourth potential and the third potential, and storing the obtained potential difference as a fifth potential;
After detecting and storing the fourth potential, after resetting the charge in the charge storage unit and supplying the charge from the charge supply unit to the sensing unit, the sensing unit to the charge storage unit Before the charge is transferred, the sixth potential of the charge storage unit is detected and stored,
Detecting and storing a seventh potential of the charge storage unit after the charge is transferred from the sensing unit to the charge storage unit;
A chemical / physical phenomenon detection device characterized in that the difference between the seventh potential and the sum of the sixth potential and the fifth potential is calculated and the resulting potential difference is output. Control method.
According to the fifth aspect of the invention thus defined, the same effect as that of the third aspect of the invention can be obtained.
以下、この発明の実施例について説明する。実施例のｐＨセンサの構成は従来例のそれ（図１（Ａ）参照）と同一であるので、その説明は省略する。
従来例と実施例の違いはそのデータのサンプリングのタイミングにある。実施例のタイミングチャートを図２に示す。
なお、図示しないコントローラが備えられ、このコントローラにより各要素へ所定の電位が所定のタイミングで印加され、また、スイッチング素子を開平して電荷のリセットが行われ、もって図２に示すタイミングでのデータサンプリングが実行される。
Examples of the present invention will be described below. Since the configuration of the pH sensor of the example is the same as that of the conventional example (see FIG. 1A), description thereof is omitted.
The difference between the conventional example and the embodiment is the sampling timing of the data. A timing chart of the embodiment is shown in FIG.
In addition, a controller (not shown) is provided, and a predetermined potential is applied to each element by the controller at a predetermined timing, and the charge is reset by opening the switching element, so that data at the timing shown in FIG. Sampling is performed.
（Ｔ１）
電荷蓄積部５の電荷をリセットする。このとき、電荷供給部３からセンシング部２へは何ら電荷は供給されていない。しかしながら、センシング部２では光の影響により電荷が生成されている。
（Ｔ２）
電荷転送調節部６の電位を上げて、センシング部２の電荷を電荷蓄積部５へ転送可能な状態とする。既述のように、センシング部２には光に起因した電荷が生成されているので、その電荷が電荷蓄積部５へ転送されてそこに蓄積する。
（Ｔ４）
電荷蓄積部５の電位（第１の電位）を検出する。この第１の電位は光の影響により生成された電荷を反映したものである。
(T1)
The charge in the
(T2)
The electric potential of the charge
(T4)
The potential (first potential) of the
（Ｔ５）
電荷蓄積部５の電荷をリセットすると同時に、電荷供給部３の電位を電荷供給調節部４の電位より低くして、電荷供給部３の電荷をセンシング部２へ供給する。このとき、電荷転送調節部６の電位は低く保たれているので、センシング部２のポテンシャル深さに応じた（即ち、溶液のｐＨの値に応じた）量の電荷がセンシング部２に保存される。
その後、電荷供給部４の電位を上げてセンシング部２への電荷の供給を止めるとともに、電荷蓄積部５のリセットをオフとする。
（Ｔ８）
電荷転送調節部６の電位をあげることにより、センシング部２の電荷を電荷蓄積部５へ転送する。このとき転送される電荷には、ｐＨの値に起因するものと光に起因するものとが混在する。
（Ｔ１０）
センシング部２から転送された電荷を蓄積した電荷蓄積部５の電位（第２の電位）を検出し、差動アンプ１０へ送る。
差動アンプ１０は第２の電位と第１の電位との差を演算し、当該電位差を出力信号とする。
ここに、第２の電位及び第１の電位には共に光の影響分が含まれているので、第２の電位から第１の電位を減算すれば、当該光の影響が相殺される。これにより、ｐＨの値を精度よく検出できる。
(T5)
At the same time as resetting the charge in the
Thereafter, the potential of the
(T8)
By increasing the potential of the charge
(T10)
The potential (second potential) of the
The
Here, since both the second potential and the first potential include the influence of light, subtracting the first potential from the second potential cancels the influence of the light. Thereby, the value of pH can be detected accurately.
実施例のｐＨセンサのアレイ（３２×３２個）を準備して、ｐＨ９．１８の標準バッファ液に樹脂ピペットの先端を挿入したときのｐＨセンサアレイにより観察されたｐＨ分布（ｐＨイメージ）を図３に示す。当該観察は部屋内で、特に暗所とすることなく、行われた。図３（Ａ）は実施例で説明したサンプリングのタイミングを実行したときのｐＨセンサアレイにより得られた画像であり、図３（Ｂ）は同じ装置を用いて従来例のサンプリングのタイミングを実行したときのｐＨセンサアレイにより得られた画像である。
図３の結果から、実施例によれば、検査対象のｐＨを正確に、かつ感度よく検出できることがわかる。
FIG. 5 shows pH distribution (pH image) observed by the pH sensor array when the pH sensor array (32 × 32) of the example was prepared and the tip of the resin pipette was inserted into a standard buffer solution of pH 9.18. 3 shows. The observation was performed in the room without any particular darkness. FIG. 3A is an image obtained by the pH sensor array when the sampling timing described in the embodiment is executed, and FIG. 3B is the same apparatus, and the sampling timing of the conventional example is executed. It is the image obtained by the pH sensor array of time.
From the results of FIG. 3, it can be seen that according to the example, the pH of the test object can be detected accurately and with high sensitivity.
なお、実施例及び従来例ともｐＨの計測条件は同じである（下記参照）。
ｐＨ： ９．１８
光強度[μＷ／ｃｍ３]： ０〜３３０（１０点）
光源： 青色ＬＥＤ（４７０ｎｍ）
参照電極Ｖref[Ｖ]： ０Ｖ
動作周波数[ｋＨｚ]： ５
In addition, the measurement conditions of pH are the same in the examples and the conventional examples (see below).
pH: 9.18
Light intensity [μW / cm 3 ]: 0 to 330 (10 points)
Light source: Blue LED (470nm)
Reference electrode Vref [V]: 0V
Operating frequency [kHz]: 5
上記の条件を維持して、Ｔ４（実施例及び従来例）のタイミングで得られる電位Ｖ１（リセット電位を０とする）と光の強度との関係を図４に示す。図４（Ａ）からわかるとおり、実施例では光の影響が出力に殆ど関係しないことがわかる。他方、従来例では光が強くなればなるなるほど光の影響がｐＨの測定に影響を及ぼすことがわかる。 FIG. 4 shows the relationship between the potential V1 (reset potential is 0) obtained at the timing of T4 (example and conventional example) and the light intensity while maintaining the above conditions. As can be seen from FIG. 4A, in the example, it is understood that the influence of light has little relation to the output. On the other hand, in the conventional example, it can be seen that the stronger the light is, the more the influence of the light affects the pH measurement.
この発明の他の実施例のサンプリングの方法について、図５を参照しながら説明する。なお、ｐＨセンサ自体の構成は従来例のそれ（図１（Ａ）参照）と同一である。なお、この実施例で用いる信号処理回路を図６に示した。
（Ｔ１）
電荷蓄積部５の電荷をリセットする。このとき、電荷供給部３からセンシング部２へは何ら電荷は供給されていない。しかしながら、センシング部２では光の影響により電荷が生成されている。
（Ｔ２）
電荷蓄積部５の電位（第３の電位Ｖ３）を検出する。この第３の電位Ｖ３はリセットされた直後の電荷蓄積部５の基底部の電位（リセット電位）である。このリセット電位は、ｐＨセンサの環境温度や他の電子機器の影響により変動することがある。当該第３の電位Ｖ３は差動アンプ２１へ送られて一旦保存される。
A sampling method according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The configuration of the pH sensor itself is the same as that of the conventional example (see FIG. 1A). A signal processing circuit used in this embodiment is shown in FIG.
(T1)
The charge in the
(T2)
The potential of the charge storage unit 5 (third potential V3) is detected. The third potential V3 is the potential (reset potential) at the base of the
（Ｔ４）
電荷転送調節部６の電位を上げて、センシング部２の電荷を電荷蓄積部５へ転送可能な状態とする。既述のように、センシング部２には光に起因した電荷が生成されているので、その電荷が電荷蓄積部５へ転送されてそこに蓄積する。
（Ｔ７）
電荷蓄積部５の電位（第４の電位Ｖ４）を検出する。この第１の電位は光の影響により生成された電荷を反映したものである。この第４の電位Ｖ４を差動アンプ２１へ送り、当該第４の電位Ｖ４と第３の電位Ｖ３との差をとって、第５の電位Ｖ５を出力する。この第５の電位Ｖ５は差動アンプ２２に一旦保存される。
この第５の電位Ｖ５は、光に起因してセンシング部２から電荷蓄積層５へ転送された電荷による電位（第４の電位Ｖ４）とリセット電位（第３の電位Ｖ３）との差の絶対値である。
(T4)
The electric potential of the charge
(T7)
The potential (fourth potential V4) of the
The fifth potential V5 is the absolute difference between the potential (fourth potential V4) caused by the charge transferred from the
（Ｔ９〜Ｔ１５）
このタイミングは、従来例のタイミング（図１参照）と同一である。
即ち、 （Ｔ９）
電荷蓄積部５の電荷をリセットすると同時に、電荷供給部３の電位を電荷供給調節部４の電位より低くして、電荷供給部３の電荷をセンシング部２へ供給する。このとき、電荷転送調節部６の電位は低く保たれているので、センシング部２のポテンシャル深さ応じた（即ち、溶液のｐＨの値に応じた）量の電荷がセンシング部２に保存される。
その後、電荷供給部４の電位を上げてセンシング部２への電荷の供給を止めるとともに、電荷蓄積部５のリセットをオフとする。
（Ｔ１１）
この状態で電荷蓄積部５の電位（第６の電位Ｖ６）を検出する。Ｔ１において電荷蓄積部５はリセットされているので、ここで検出された電位Ｖ６は電荷蓄積部５のリセットレベルを示す。この第６の電位Ｖ６は、差動アンプ２２に一旦保存される。
(T9-T15)
This timing is the same as the timing of the conventional example (see FIG. 1).
That is, (T9)
At the same time as resetting the charge in the
Thereafter, the potential of the
(T11)
In this state, the potential of the charge storage portion 5 (sixth potential V6) is detected. Since the
（Ｔ１３）
電荷転送調節部６の電位をあげることにより、センシング部２の電荷を電荷蓄積部５へ転送する。
（Ｔ１５）
センシング部２から転送された電荷を蓄積した電荷蓄積部５の電位（第７の電位）を検出し、差動アンプ２２へ送る。この第７の電位には測定対象であるｐＨの他にセンシング部２へ照射した光の影響が含まれている。
差動アンプ２２は第７の電位Ｖ７と、第６の電位Ｖ６及び第５の電位Ｖ５の和との差をとり（即ち、Ｖ７−（Ｖ６+Ｖ５）を演算する）、当該電位差を出力信号とする。
この出力においては、光の影響による電位とリセット電位との差が予め求められているので（Ｔ７）、光の影響による電位（電位差）の絶対値が特定される。従って、後の測定において（Ｔ９〜Ｔ１５）においてリセット電位に変動があったとしても、差動アンプ２２において光の影響分のみを正確に除去できる。
これにより、より正確なｐＨセンシングが可能となる。
(T13)
By increasing the potential of the charge
(T15)
The potential (seventh potential) of the
The
In this output, since the difference between the potential due to the influence of light and the reset potential is obtained in advance (T7), the absolute value of the potential (potential difference) due to the influence of light is specified. Therefore, even if the reset potential fluctuates in later measurements (T9 to T15), only the influence of light can be accurately removed in the
Thereby, more accurate pH sensing becomes possible.
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
上記の実施例では、計測対象の化学・物理現象の例として水素イオン濃度を採り上げているが、他にも磁気その他の現象を計測対象とすることができる。また、電荷井戸としてｎ＋を用いているので、電荷の対象は電子となるが、半導体基板の材料及び不純物の導電型を調整することにより、正孔を電荷として取り扱うこともできる。
The present invention is not limited to the description of the embodiments and examples of the invention described above. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.
In the above embodiment, the hydrogen ion concentration is taken as an example of the chemical / physical phenomenon to be measured. However, other phenomena such as magnetism can be measured. Further, since n + is used as the charge well, the target of charge is electrons, but holes can be handled as charges by adjusting the material of the semiconductor substrate and the conductivity type of the impurities.
１ ｐＨセンサ（化学・物理現象検出装置）
２ センシング部
３ 電荷供給部
４ 電荷供給調節部
５ 電荷蓄積部
６ 電荷転送調節部
７ 絶縁膜
８ ｐＨ感応膜
1 pH sensor (chemical / physical phenomenon detector)
2
Claims (5)
前記センシング部へ電荷を供給する電荷供給部と、
前記センシング部と前記電荷供給部との間に形成される電荷供給調節部と、
前記センシング部から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記センシング部と前記電荷蓄積部との間に形成される電荷転送調節部とを備えてなる、化学・物理現象検出装置であって、
前記電荷供給部から前記センシング部への電荷供給が無い状態で、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷が転送可能なように前記電荷転送調節部の電位を調節し、該電荷蓄積部の第１の電位を検出して保存する手段と、
前記電荷供給部から前記センシング部へ電荷の供給がなされた状態で、前記電荷転送調節部の電位を調節して、前記センシング部の電荷を前記電荷蓄積部へ転送し、該電荷蓄積部の第２の電位を検出して保存する手段と、
前記第２の電位と前記第１の電位との差を演算し、得られた電位差を出力する手段と、を更に備える、ことを特徴とする化学・部対現象検出装置。 A sensing unit whose potential changes in response to chemical and physical phenomena;
A charge supply unit for supplying charge to the sensing unit;
A charge supply control unit formed between the sensing unit and the charge supply unit;
A charge storage unit for storing the charge transferred from the sensing unit;
A chemical / physical phenomenon detection device comprising a charge transfer control unit formed between the sensing unit and the charge storage unit,
In a state where no charge is supplied from the charge supply unit to the sensing unit, the potential of the charge transfer adjustment unit is adjusted so that charge can be transferred from the sensing unit to the charge storage unit, Means for detecting and storing the potential of 1;
With the charge supplied from the charge supply unit to the sensing unit, the potential of the charge transfer adjustment unit is adjusted to transfer the charge of the sensing unit to the charge storage unit. Means for detecting and storing the potential of 2;
The chemical / partial phenomenon detection device further comprising: means for calculating a difference between the second potential and the first potential and outputting the obtained potential difference.
前記センシング部へ入射された光に基づきイメージ信号を出力する光検装置と、
を備えてなる融合型化学・物理現象検出装置。 2. The chemical / physical phenomenon detection device according to claim 1, wherein the chemical / physical phenomenon is a hydrogen ion concentration, and the sensing unit generates a charge in response to external light; ,
A photometric device that outputs an image signal based on the light incident on the sensing unit;
An integrated chemical / physical phenomenon detector.
前記センシング部へ電荷を供給する電荷供給部と、
前記センシング部と前記電荷供給部との間に形成される電荷供給調節部と、
前記センシング部から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記センシング部と前記電荷蓄積部との間に形成される電荷転送調節部とを備えてなる、化学・物理現象検出装置であって、
前記電荷蓄積部をリセットした後の該電荷蓄積部の第３の電位を検出して保存する手段と、
前記電荷供給部から前記センシング部への電荷供給が無い状態で、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷が転送可能なように前記電荷転送調節部の電位を調節し、該電荷蓄積部の第４の電位を検出して保存する手段と、
前記第４の電位と前記第３の電位との差を演算して、得られた電位差を第５の電位として保存する手段と、
前記第４の電位を検出して保存した後、前記電荷蓄積部内の電荷をリセットし、前記電荷供給部から前記センシング部へ電荷を供給した後であって、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷の転送がされる前に、前記電荷蓄積部の第６の電位を検出して保存する手段と、
前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷の転送がされた後の前記電荷蓄積部の第７の電位を検出して保存する手段と、
前記第７の電位と、前記第６の電位及び前記第５の電位の和の電位との差を演算して、得られた電位差を出力する手段と、を更に備える、ことを特徴とする化学・物理現象検出装置。 A sensing unit whose potential changes in response to chemical and physical phenomena;
A charge supply unit for supplying charge to the sensing unit;
A charge supply control unit formed between the sensing unit and the charge supply unit;
A charge storage unit for storing the charge transferred from the sensing unit;
A chemical / physical phenomenon detection device comprising a charge transfer control unit formed between the sensing unit and the charge storage unit,
Means for detecting and storing a third potential of the charge storage section after resetting the charge storage section;
In a state where no charge is supplied from the charge supply unit to the sensing unit, the potential of the charge transfer adjustment unit is adjusted so that charge can be transferred from the sensing unit to the charge storage unit, Means for detecting and storing the potential of 4;
Means for calculating a difference between the fourth potential and the third potential and storing the obtained potential difference as a fifth potential;
After detecting and storing the fourth potential, after resetting the charge in the charge storage unit and supplying the charge from the charge supply unit to the sensing unit, the sensing unit to the charge storage unit Means for detecting and storing a sixth potential of the charge storage section before the charge is transferred;
Means for detecting and storing a seventh potential of the charge storage unit after the charge is transferred from the sensing unit to the charge storage unit;
Means for calculating a difference between the seventh potential and the sum of the sixth potential and the fifth potential and outputting the obtained potential difference. -Physical phenomenon detection device.
前記センシング部へ電荷を供給する電荷供給部と、
前記センシング部と前記電荷供給部との間に形成される電荷供給調節部と、
前記センシング部から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記センシング部と前記電荷蓄積部との間に形成される電荷転送調節部とを備えてなる、化学・物理現象検出装置の制御方法であって、
前記電荷供給部から前記センシング部への電荷供給が無い状態で、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷が転送可能なように前記電荷転送調節部の電位を調節し、前記電荷蓄積部の第１の電位を検出して保存し、その後、
前記電荷供給部から前記センシング部へ電荷の供給がなされた状態で、前記電荷転送調節部の電位を調節して、前記センシング部の電荷を前記電荷蓄積部へ転送して該電荷蓄積部の第２の電位を保存し、
前記第２の電位と前記第１の電位との差を演算し、得られた電位差を出力する、ことを特徴とする化学・部対現象検出装置の制御方法。 A sensing unit whose potential changes in response to chemical and physical phenomena;
A charge supply unit for supplying charge to the sensing unit;
A charge supply control unit formed between the sensing unit and the charge supply unit;
A charge storage unit for storing the charge transferred from the sensing unit;
A control method for a chemical / physical phenomenon detection device comprising a charge transfer control unit formed between the sensing unit and the charge storage unit,
In a state where no charge is supplied from the charge supply unit to the sensing unit, the potential of the charge transfer adjustment unit is adjusted so that charge can be transferred from the sensing unit to the charge storage unit, 1 potential detected and stored, then
In a state where charge is supplied from the charge supply unit to the sensing unit, the potential of the charge transfer adjustment unit is adjusted to transfer the charge of the sensing unit to the charge storage unit and the charge storage unit Save the potential of 2,
A method for controlling a chemical / partial phenomenon detection apparatus, comprising: calculating a difference between the second potential and the first potential and outputting the obtained potential difference.
前記センシング部へ電荷を供給する電荷供給部と、
前記センシング部と前記電荷供給部との間に形成される電荷供給調節部と、
前記センシング部から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記センシング部と前記電荷蓄積部との間に形成される電荷転送調節部とを備えてなる、化学・物理現象検出装置の制御方法であって、
前記電荷蓄積部をリセットした後の該電荷蓄積部の第３の電位を検出し、
前記電荷供給部から前記センシング部への電荷供給が無い状態で、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷が転送可能なように前記電荷転送調節部の電位を調節し、該電荷蓄積部の第４の電位を検出して保存し、
前記第４の電位と前記第３の電位との差を演算して、得られた電位差を第５の電位として保存し、
前記第４の電位を検出して保存した後、前記電荷蓄積部内の電荷をリセットし、前記電荷供給部から前記センシング部へ電荷を供給した後であって、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷の転送がされる前に、前記電荷蓄積部の第６の電位を検出して保存し、
前記センシング部から前記電荷蓄積部へ電荷の転送がされた後の前記電荷蓄積部の第７の電位を検出して保存し、
前記第７の電位と、前記第６の電位及び前記第５の電位の和の電位との差を演算して、得られた電位差を出力する、ことを特徴とする化学・物理現象検出装置の制御方法。 A sensing unit whose potential changes in response to chemical and physical phenomena;
A charge supply unit for supplying charge to the sensing unit;
A charge supply control unit formed between the sensing unit and the charge supply unit;
A charge storage unit for storing the charge transferred from the sensing unit;
A control method for a chemical / physical phenomenon detection device comprising a charge transfer control unit formed between the sensing unit and the charge storage unit,
Detecting a third potential of the charge storage unit after resetting the charge storage unit;
In a state where no charge is supplied from the charge supply unit to the sensing unit, the potential of the charge transfer adjustment unit is adjusted so that charge can be transferred from the sensing unit to the charge storage unit, Detect and store the potential of 4,
Calculating a difference between the fourth potential and the third potential, and storing the obtained potential difference as a fifth potential;
After detecting and storing the fourth potential, after resetting the charge in the charge storage unit and supplying the charge from the charge supply unit to the sensing unit, the sensing unit to the charge storage unit Before the charge is transferred, the sixth potential of the charge storage unit is detected and stored,
Detecting and storing a seventh potential of the charge storage unit after the charge is transferred from the sensing unit to the charge storage unit;
A chemical / physical phenomenon detection device characterized in that the difference between the seventh potential and the sum of the sixth potential and the fifth potential is calculated and the resulting potential difference is output. Control method.
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