特許 7579630 匂い検出装置及び匂い検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-30

(45)【発行日】2024-11-08

(54)【発明の名称】匂い検出装置及び匂い検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/00 20060101AFI20241031BHJP

   G01N 27/414 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

G01N27/00 J

G01N27/414 301U

G01N27/414 301X

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019137872

(22)【出願日】2019-07-26

(65)【公開番号】P2021021613

(43)【公開日】2021-02-18

【審査請求日】2022-07-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100183081

【弁理士】

【氏名又は名称】岡▲崎▼ 大志

(72)【発明者】

【氏名】水野 誠一郎

(72)【発明者】

【氏名】山本 洋夫

(72)【発明者】

【氏名】森田 翔

(72)【発明者】

【氏名】若森 俊樹

【審査官】田中 洋介

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／０２４７９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１３１５６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２４１９４４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１１７４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００５７２５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－００２８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８０６０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】新名直也，ポリアニリン感応膜を用いた電荷転送型センサアレイによるガス分布イメージング，第６４回応用物理学会春季学術講演会 講演予稿集，公益社団法人応用物理学会，2017年，p.11-330(16p-416-6)

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／００－２７／４９

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオン感応部を有し、前記イオン感応部の電位変化に応じた出力信号を出力するイオンセンサと、
前記イオン感応部上に配置され、検出対象の匂い物質を吸着することにより状態が変化し、前記イオン感応部の電位変化を生じさせる物質吸着膜と、
前記イオンセンサの出力信号を取得し、当該出力信号における予め定められた基準値からのオフセットが減少するように、前記イオンセンサを駆動させるための駆動信号を調整する調整部と、を備え、
前記イオンセンサは、
前記イオン感応部の電位変化に応じて深さを変化させるポテンシャル井戸に注入するための電荷を蓄積するＩＤ部と、
前記ＩＤ部から前記ポテンシャル井戸への電荷注入量を制御するＩＣＧ部と、を有し、
前記イオンセンサは、前記ＩＤ部の電位を一定にした状態で前記ＩＣＧ部の電位を変化させることにより、前記ＩＤ部から前記ポテンシャル井戸に電荷を注入するように構成されており、
前記駆動信号は、前記ＩＤ部に印加される電圧である、匂い検出装置。

【請求項2】

前記調整部は、前記出力信号に基づいて前記駆動信号を調整する第１動作モードと、前記第１動作モードにおいて調整された前記駆動信号を維持する第２動作モードと、を切り替え可能に構成されている、請求項１に記載の匂い検出装置。

【請求項3】

前記調整部は、前記出力信号を入力し、前記出力信号のオフセット方向とは逆方向に調整された信号を出力する第１調整部と、前記第１調整部により出力された前記信号のゲインを調整することにより前記駆動信号を生成する第２調整部と、を有する、請求項１又は２に記載の匂い検出装置。

【請求項4】

前記イオンセンサは、複数の画素グループを有し、
各前記画素グループは、それぞれ独立した前記イオン感応部を有する一以上の画素を有し、
前記調整部は、前記画素グループ毎に設けられており、
一の前記画素グループに設けられた前記調整部は、前記一の前記画素グループに含まれる各前記画素の出力信号に基づいて、前記一の前記画素グループに含まれる各前記画素に共通の前記駆動信号を調整する、請求項１～３のいずれか一項に記載の匂い検出装置。

【請求項5】

前記物質吸着膜は、前記画素グループ毎に設けられている、請求項４に記載の匂い検出装置。

【請求項6】

イオン感応部を有し、前記イオン感応部の電位変化に応じた出力信号を出力するイオンセンサと、前記イオン感応部上に配置され、検出対象の匂い物質を吸着することにより状態が変化し、前記イオン感応部の電位変化を生じさせる物質吸着膜と、を有する匂い検出装置による匂い検出方法であって、
前記匂い検出装置を前記検出対象の匂い物質が存在しない雰囲気下に配置した状態で、前記イオンセンサの出力信号を取得し、当該出力信号における予め定められた基準値からのオフセットが減少するように、前記イオンセンサを駆動させるための駆動信号を調整する第１ステップと、
前記第１ステップにおいて調整された前記駆動信号を維持した状態で、前記匂い検出装置に対して検査対象となる空気を導入する第２ステップと、
前記第２ステップの後に取得された前記イオンセンサの出力信号に基づいて、前記匂い物質を検出する第３ステップと、を含み、
前記イオンセンサは、
前記イオン感応部の電位変化に応じて深さを変化させるポテンシャル井戸に注入するための電荷を蓄積するＩＤ部と、
前記ＩＤ部から前記ポテンシャル井戸への電荷注入量を制御するＩＣＧ部と、を有し、
前記イオンセンサは、前記ＩＤ部の電位を一定にした状態で前記ＩＣＧ部の電位を変化させることにより、前記ＩＤ部から前記ポテンシャル井戸に電荷を注入するように構成されており、
前記駆動信号は、前記ＩＤ部に印加される電圧である、匂い検出方法。

【請求項7】

前記第２ステップの処理が実行されてから予め定められた期間が経過した後に、前記第１ステップの処理を再度実行する、請求項６に記載の匂い検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、匂い検出装置及び匂い検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、半導体バイオセンサの出力信号に対して、検出回路内で電圧オフセット補償を行うことが開示されている。特許文献２には、ＤＮＡの検出を行うセンサの出力信号に対して、検出回路内で電流オフセット補償を行うことが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開昭６３－５２５５号公報

【文献】特表２００４－５１１７９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１，２に記載されたオフセット補償の手法は、センサからの出力信号を補正するものである。すなわち、上記手法は、オフセット成分が含まれる出力信号が得られた後に、当該オフセット成分を除去するための補正処理を事後的に行うものである。このような手法では、出力信号に含まれるオフセット成分に起因して、出力のダイナミックレンジが低下してしまうという問題がある。

【0005】

本開示の一側面は、ダイナミックレンジの低下を効果的に抑制できる匂い検出装置及び匂い検出方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一側面に係る匂い検出装置は、イオン感応部を有し、イオン感応部の電位変化に応じた出力信号を出力するイオンセンサと、イオン感応部上に配置され、検出対象の匂い物質を吸着することにより状態が変化し、イオン感応部の電位変化を生じさせる物質吸着膜と、イオンセンサの出力信号を取得し、当該出力信号における予め定められた基準値からのオフセットが減少するように、イオンセンサを駆動させるための駆動信号を調整する調整部と、を備える。

【0007】

上記匂い検出装置は、イオンセンサの出力信号のオフセットを減少させるように、イオンセンサを駆動させるための駆動信号を調整する調整部を備える。従って、例えばイオン感応部の電位変化が生じていない状態（すなわち、物質吸着膜に匂い物質が吸着されていない状態）で、調整部によって駆動信号を調整することにより、イオンセンサの出力信号のオフセット成分を減少させることができる。そして、イオンセンサに対する入力信号である駆動信号を調整することにより、出力信号のオフセット成分を抑制できる。従って、上記匂い検出装置によれば、出力信号のオフセット成分に起因するダイナミックレンジの低下を効果的に抑制できる。

【0008】

調整部は、出力信号に基づいて駆動信号を調整する第１動作モードと、第１動作モードにおいて調整された駆動信号を維持する第２動作モードと、を切り替え可能に構成されていてもよい。上記構成によれば、駆動信号を調整するための第１動作モードと、調整された駆動信号を利用して匂い検出を行う第２動作モードとを、状況に応じて適切に切り替えることができる。

【0009】

上記匂い検出装置は、物質吸着膜に参照電圧を印加する電極を更に備え、駆動信号は、参照電圧であってもよい。上記構成によれば、物質吸着膜に印加される参照電圧を調整することで、出力信号のオフセット成分を好適に抑制できる。

【0010】

イオンセンサは、イオン感応部の電位変化に応じて深さを変化させるポテンシャル井戸に注入するための電荷を蓄積するＩＤ部と、ＩＤ部からポテンシャル井戸への電荷注入量を制御するＩＣＧ部と、を有し、イオンセンサは、ＩＤ部の電位を一定にした状態でＩＣＧ部の電位を変化させることにより、ＩＤ部からポテンシャル井戸に電荷を注入するように構成されており、駆動信号は、ＩＤ部に印加される電圧であってもよい。上記構成によれば、ＩＤ部の電位を一定にした状態でＩＣＧ部の電位を変化させてポテンシャル井戸に電荷を注入するように構成されたイオンセンサにおいて、電荷の注入量を決定するＩＤ部の電圧を調整することで、出力信号のオフセット成分を好適に抑制できる。

【0011】

イオンセンサは、イオン感応部の電位変化に応じて深さを変化させるポテンシャル井戸に注入するための電荷を蓄積するＩＤ部と、ＩＤ部からポテンシャル井戸への電荷注入量を制御するＩＣＧ部と、を有し、イオンセンサは、ＩＣＧ部の電位を一定にした状態でＩＤ部の電位を変化させることにより、ＩＤ部からポテンシャル井戸に電荷を注入するように構成されており、駆動信号は、ＩＣＧ部に印加される電圧であってもよい。上記構成によれば、ＩＣＧ部の電位を一定にした状態でＩＤ部の電位を変化させてポテンシャル井戸に電荷を注入するように構成されたイオンセンサにおいて、いわゆる電荷の摺り切り高さを決定するＩＣＧ部の電圧を調整することで、出力信号のオフセット成分を好適に抑制できる。

【0012】

調整部は、出力信号を入力し、出力信号のオフセット方向とは逆方向に調整された信号を出力する第１調整部と、第１調整部により出力された信号のゲインを調整することにより駆動信号を生成する第２調整部と、を有してもよい。上記構成によれば、第１調整部によって出力信号のオフセットを減少させる方向に調整されると共に、第２調整部によって適切な大きさに調整された駆動信号を得ることができる。

【0013】

イオンセンサは、複数の画素グループを有し、各画素グループは、それぞれ独立したイオン感応部を有する一以上の画素を有し、調整部は、画素グループ毎に設けられており、一の画素グループに設けられた調整部は、一の画素グループに含まれる各画素の出力信号に基づいて、一の画素グループに含まれる各画素に共通の駆動信号を調整してもよい。上記構成によれば、イオンセンサに含まれる全画素に対して一括で駆動信号を調整する場合と比較して、画素グループ毎の特性に応じて駆動信号を個別に調整することができる。

【0014】

物質吸着膜は、画素グループ毎に設けられていてもよい。上記構成によれば、物質吸着膜毎の特性に応じて、駆動信号を適切に調整することができる。

【0015】

本開示の一側面に係る匂い検出方法は、イオン感応部を有し、イオン感応部の電位変化に応じた出力信号を出力するイオンセンサと、イオン感応部上に配置され、検出対象の匂い物質を吸着することにより状態が変化し、イオン感応部の電位変化を生じさせる物質吸着膜と、を有する匂い検出装置による匂い検出方法であって、匂い検出装置を検出対象の匂い物質が存在しない雰囲気下に配置した状態で、イオンセンサの出力信号を取得し、当該出力信号における予め定められた基準値からのオフセットが減少するように、イオンセンサを駆動させるための駆動信号を調整する第１ステップと、第１ステップにおいて調整された駆動信号を維持した状態で、匂い検出装置に対して検査対象となる空気を導入する第２ステップと、第２ステップの後に取得されたイオンセンサの出力信号に基づいて、匂い物質を検出する第３ステップと、を含む。

【0016】

上記匂い検出方法によれば、匂い物質が存在しない雰囲気下（すなわち、イオンセンサの出力信号が基準値と一致することが理想的とされる環境下）で、適切に駆動信号を調整することができる。そして、調整された駆動信号を用いて匂い検出を行うことにより、出力信号のオフセット成分を抑制できる。従って、上記匂い検出方法によれば、出力信号のオフセット成分に起因するダイナミックレンジの低下を効果的に抑制できる。

【0017】

上記匂い検出方法は、第２ステップの処理が実行されてから予め定められた期間が経過した後に、第１ステップの処理を再度実行してもよい。一旦駆動信号を調整したとしても、その後、時間の経過と共に、イオンセンサの周囲の環境（例えば、温度、湿度等）の経時的な変化に起因して、イオンセンサの出力信号のオフセット成分が徐々に大きくなる。上記構成によれば、定期的に駆動信号の調整を行うことで、出力信号のオフセット成分を一定以下に抑えた状態で匂い検出を継続的に実施することが可能となる。

【発明の効果】

【0018】

本開示の一側面によれば、ダイナミックレンジの低下を効果的に抑制できる匂い検出装置及び匂い検出方法が提供され得る。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態の匂い検出装置の概略平面図である。

【図2】検出部の断面構成を模式的に示す図である。

【図3】ＩＤ駆動方式による検出部の動作例を示す図である。

【図4】ＩＣＧ駆動方式による検出部の動作例を示す図である。

【図5】調整部の構成例を示す図である。

【図6】匂い検出装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。

【図7】第２実施形態の匂い検出装置の検出部の断面構成を模式的に示す図である。

【図8】第３実施形態の匂い検出装置の検出部の断面構成を模式的に示す図である。

【図9】第４実施形態の匂い検出装置の検出部の断面構成を模式的に示す図である。

【図10】図９に示される検出部５Ａの動作例を示す図である。

【図11】調整部の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、添付図面を参照しながら本開示の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。

【0021】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の匂い検出装置１の概略平面図である。図１の右部は、各検出部５に共通のレイアウト例を模式的に示している。図２は、図１におけるII-II線に沿った検出部５の断面構成を模式的に示す図である。匂い検出装置１は、イオンセンサ２と、イオンセンサ２上に設けられた物質吸着膜３と、電極４と、検知部６と、調整部７と、を備える。

【0022】

イオンセンサ２は、二次元状に配列された複数の検出部５が基板１００上に形成されたセンサである。イオンセンサ２は、いわゆる電荷転送型のＣＭＯＳイメージセンサである。複数の検出部５は、イオンセンサ２のチップ上に設けられた画素形成領域Ｒ（本実施形態では、チップ中央部に設けられた矩形状の領域）に、Ｍ行Ｎ列（例えば２５６行２５６列）に二次元状に配列されることにより、画素アレイを構成している。Ｍ及びＮは２以上の整数である。１つの検出部５は、１つの検出単位（画素）に対応している。１つの検出部５のサイズ（画素サイズ）は、例えば３０μｍ×３０μｍである。

【0023】

各物質吸着膜３は、画素形成領域Ｒ内において、複数の検出部５に跨るように配置（成膜）されている。物質吸着膜３は、検出対象の匂い物質を吸着することにより状態（例えば電気的特性）を変化させる薄膜である。物質吸着膜３の検出対象となる匂い物質（すなわち、物質吸着膜３により検出可能な匂い物質）は、物質吸着膜３を構成する材料及び組成等によって異なる。ここで、「匂い」とは、人間、動物等の生物の嗅覚を刺激するものであり、「匂い物質」とは、匂いの原因となる化学物質（例えば、特定の分子単体又は分子群が所定の濃度で集合したもの）である。物質吸着膜３としては、例えばアンモニア等に対して感度を有するポリアニリン感応膜等が用いられ得る。画素形成領域Ｒ内に配置された検出部５のうち物質吸着膜３が設けられた検出部５が、匂いを検出可能な単位検出素子として機能する。なお、物質吸着膜３は、画素形成領域Ｒの全体（すなわち、画素形成領域Ｒに配置された全ての検出部５）に設けられてもよいし、物質吸着膜３が設けられない検出部５が存在してもよい。

【0024】

図１に示されるように、本実施形態では、１つのチップ上に、互いに分離した複数（ここでは５つ）の物質吸着膜３が設けられている。１つのイオンセンサ２上に設けられる複数の物質吸着膜３は、同一の材料（例えばポリアニリン）の成分量（含有量）が互いに異なる複数の物質吸着膜であってもよいし、互いに異なる材料で形成された複数の物質吸着膜であってもよい。このように成分量又は材料が互いに異なる複数の物質吸着膜３を用いることにより、各物質吸着膜３の測定結果の組み合わせに基づいて、様々な匂い物質を検出することが可能となる。例えば、複数の物質吸着膜の測定結果の組み合わせと特定の匂い物質とを対応付けたテーブル情報（匂いデータベース）が予め用意されている場合、当該テーブル情報を参照することにより、複数の物質吸着膜３の各々の測定結果の組み合わせに対応する匂い物質を推定することが可能となる。

【0025】

図１及び図２に示されるように、各検出部５は、基板１００の一方の主面側に形成されている。基板１００は、例えばシリコンにより形成された第１導電型（一例として、ｎ型）の半導体基板である。各検出部５において、基板１００の主面に沿って、それぞれ第１導電型領域であるインジェクションダイオード部２１（以下「ＩＤ部２１」）、フローティングディフュージョン部３１（以下「ＦＤ部３１」）、及びリセットドレイン部４１（以下「ＲＤ部４１」）が形成されている。基板１００のＩＤ部２１とＦＤ部３１との間には、第２導電型（一例として、ｐ型）の拡散層１１が形成されている。拡散層１１の表面には、第１導電型にドープされた第１導電型領域１２が形成されている。

【0026】

基板１００の主面上には、絶縁性の保護膜１１０を介して、インプットコントロールゲート電極２２（以下「ＩＣＧ部２２」）、トランスファーゲート電極３２（以下「ＴＧ部３２」）、及びリセットゲート電極４２（以下「ＲＧ部４２」）が形成されている。保護膜１１０としては、例えばＳｉＯ_２等が用いられ得る。また、基板１００の主面上には、ＦＤ部３１に蓄積された電荷量に応じたout信号を増幅させるアンプ（信号増幅器）３３と、アンプ３３により増幅されたout信号を出力するソースフォロワ回路である出力回路３４と、が設けられている。

【0027】

ＩＣＧ部２２とＴＧ部３２との間の領域には、保護膜１１０を介して感応膜１３（イオン感応部）が設けられている。感応膜１３は、感応膜１３上に配置された物質吸着膜３の状態に応じて電位（膜電位）を変化させる性質を有するイオン感応膜である。感応膜１３としては、例えばＳｉ_３Ｎ_４等が用いられ得る。本実施形態では、感応膜１３は、ＩＣＧ部２２及びＴＧ部３２が物質吸着膜３と接触しないように、ＩＣＧ部２２及びＴＧ部３２の一部を覆うようにして、ＩＣＧ部２２からＴＧ部３２にかけてひとつながりに形成されている。ただし、感応膜１３は、ＩＣＧ部２２とＴＧ部３２との間にのみ設けられてもよく、ＩＣＧ部２２及びＴＧ部３２の一部を覆わないように形成されてもよい。すなわち、感応膜１３は、ＩＣＧ部２２とＴＧ部３２との間において、保護膜１１０上にのみ形成されてもよい。

【0028】

基板１００の主面上に設けられたこれらの部材を覆うように、基板１００の主面上には、絶縁性のパッシベーション層１２０が形成されている。パッシベーション層１２０としては、例えばＳｉ_３Ｎ_４等が用いられ得る。物質吸着膜３は、パッシベーション層１２０を覆うように設けられている。パッシベーション層１２０には、感応膜１３の上面を外部に露出させるための開口１２０ａが形成されている。感応膜１３は、開口１２０ａを介して物質吸着膜３と接触している。すなわち、物質吸着膜３の一部は、開口１２０ａの内側に入りこんでおり、開口１２０ａの内側において、物質吸着膜の基板１００側の内面３ａは、感応膜１３と接触している。

【0029】

電極４は、物質吸着膜３に参照電圧Ｖrefを印加する。電極４の形状及び配置等は、特定の形態に限定されない。例えば、電極４は、物質吸着膜３よりも内側に配置される内蔵電極（例えば、ＣＭＯＳプロセスによって形成されたメタル配線）であってもよい。或いは、電極４は、物質吸着膜３の外面３ｂ（内面３ａとは反対側の面）に沿って配置される外部電極（例えば、ＭＥＭＳプロセスによって形成されたメンブレン構造（膜状）の電極）であってもよい。電極４は、物質吸着膜３に接触して電圧を印加することが可能な材料で形成されていればよい。電極４としては、例えばＡｌ－Ｓｉ－Ｃｕ等が用いられ得る。

【0030】

検知部６は、感応膜１３の電位に応じたイオンセンサ２の出力信号であるout信号を監視する。そして、検知部６は、感応膜１３の電位変化に応じたout信号の変化を検出することにより、匂い物質を検知する。具体的には、物質吸着膜３に一定の参照電圧Ｖrefを印加し続けることにより、以下のようにして匂い物質を検知することができる。感応膜１３の電位変化が生じていない場合（すなわち、物質吸着膜３に匂い物質が吸着されていない場合）、out信号（電圧値）は、参照電圧Ｖrefに対応する基準電位（基準値）となる。従って、検知部６は、out信号として基準電位が出力されている間は、匂い物質が検出されていないと判断することができる。一方、物質吸着膜３に匂い物質が吸着され、物質吸着膜３の状態変化に応じた感応膜１３の電位変化が生じると、当該電位変化に応じてout信号が変化する。従って、検知部６は、out信号と基準電位との差（変化量）に基づいて、匂い物質（すなわち、匂い物質が物質吸着膜３に吸着されたこと）を検知することができる。例えば、検知部６は、上記変化量が予め定められた閾値を超えたことを検知することにより、匂い物質を検知することができる。なお、検知部６は、上記電位変化に基づいて、匂いのある状態（物質吸着膜３に匂い物質が吸着された状態）から匂いが消えた状態に変化したことを検知してもよい。また、検知部６は、上記電位変化のパターン（例えば速度等）にも基づいて、匂い物質を推定してもよい。検知部６は、例えば、プロセッサ、メモリ、ストレージ、通信デバイス等を備えたコンピュータ装置として構成され得る。

【0031】

次に、検出部５の機能構成及び動作原理について説明する。検出部５は、センシング部１０と、供給部２０と、移動・蓄積部３０と、除去部４０と、を備える。なお、本実施形態では、電荷は電子である。

【0032】

センシング部１０は、パッシベーション層１２０の開口１２０ａを介して感応膜１３が外部に（すなわち、物質吸着膜３に対して）露出した領域である。より具体的には、センシング部１０は、ＩＣＧ部２２とＴＧ部３２との間において、感応膜１３が保護膜１１０を介して第１導電型領域１２と対向する領域である。すなわち、センシング部１０は、上述した拡散層１１、第１導電型領域１２、保護膜１１０及び感応膜１３が積層されることによって構成されたセンシング領域である。物質吸着膜３が検出対象の匂い物質を吸着すると、物質吸着膜３の状態（例えばイオン濃度等）が変化する。そして、感応膜１３において、当該物質吸着膜３の状態の変化に応じた電位変化が生じる。この感応膜１３の電位変化に応じて、感応膜１３と対向する拡散層１１のポテンシャル井戸１４の深さが変化する。

【0033】

供給部２０は、上述したＩＤ部２１及びＩＣＧ部２２により構成される。ＩＤ部２１は、ポテンシャル井戸１４に注入するための電荷を蓄積する部分である。ＩＣＧ部２２は、ＩＤ部２１からポテンシャル井戸１４への電荷注入量を制御する部分である。

【0034】

移動・蓄積部３０は、ＴＧ部３２及びＦＤ部３１により構成される。ＴＧ部３２は、ポテンシャル井戸１４からＦＤ部３１に電荷を転送するための部分である。ＦＤ部３１は、ポテンシャル井戸１４から転送された電荷を蓄積する部分である。具体的には、ＴＧ部３２の電圧を変化させることにより、基板１００においてＴＧ部３２と対向する領域（以下「ＴＧ領域」）の電位（ポテンシャル）を変化させ、ポテンシャル井戸１４に充填された電荷をＦＤ部３１に転送及び蓄積することができる。

【0035】

除去部４０は、ＲＧ部４２及びＲＤ部４１により構成される。除去部４０は、ＦＤ部３１に蓄積された電荷をリセット（除去）するための部分である。具体的には、ＲＧ部４２の電圧を変化させることにより、基板１００においてＲＧ部４２と対向する領域（以下「ＲＧ領域」）の電位を変化させ、ＦＤ部３１に蓄積された電荷をＲＤ部４１（ＶＤＤ）へと排出することができる。

【0036】

次に、検出部５の動作例について説明する。図３は、ＩＣＧ部２２の電位を一定にした状態でＩＤ部２１の電位を変化させることにより、ＩＤ部２１からポテンシャル井戸１４に電荷を注入する方式（以下「ＩＤ駆動方式」）の動作例を示している。図４は、ＩＤ部２１の電位を一定にした状態でＩＣＧ部２２の電位を変化させることにより、ＩＤ部２１からポテンシャル井戸に電荷を注入する方式（以下「ＩＣＧ駆動方式」）の動作例を示している。

【0037】

（ＩＤ駆動方式）
図３を参照して、ＩＤ駆動方式について説明する。まず、図３の（Ａ）に示されるように、物質吸着膜３が匂い物質を吸着して当該物質吸着膜３の状態変化が生じると、当該物質吸着膜３の直下に位置する感応膜１３の電位変化が生じ、当該電位変化に応じてポテンシャル井戸１４の深さが変化する。続いて、図３の（Ｂ）に示されるように、ＩＤ部２１の電位が下げられることにより、ＩＤ部２１に電荷が蓄積される。ＩＤ部２１に蓄積された電荷は、基板１００においてＩＣＧ部２２と対向する領域（以下「ＩＣＧ領域」）を超えて、ポテンシャル井戸１４へと注入される。このとき、ＴＧ領域の電位は、ＩＤ部２１の電位よりも低くなるように制御される。従って、ポテンシャル井戸１４へ注入される電荷がＴＧ領域を超えてＦＤ部３１に達することはない。

【0038】

続いて、図３の（Ｃ）に示されるように、ＩＤ部２１の電位が元に戻される（引き上げられる）ことにより、ＩＤ部２１から電荷が引き抜かれる。その結果、予め設定されたＩＣＧ領域の電位の高さで摺り切られた電荷がポテンシャル井戸１４に残る。ポテンシャル井戸１４に残された電荷量は、ポテンシャル井戸１４の深さに対応している。

【0039】

続いて、図３の（Ｄ）に示されるように、ＴＧ部３２の電圧が上げられることにより、ポテンシャル井戸１４に残された電荷がＦＤ部３１に転送される。その後、ＴＧ部３２の電圧が元に戻されることにより、図３の（Ｅ）に示される状態となる。このような状態において、ＦＤ部３１に蓄積された電荷量に応じたout信号が、アンプ３３及び出力回路３４を介して検知部６に出力される。これにより、検知部６において、物質吸着膜３において検出された匂い（すなわち、物質吸着膜３に吸着された匂い物質）が、out信号の基準電位からの変化量に基づいて検知される。続いて、図３の（Ｆ）に示されるように、ＲＧ部４２の電圧が上げられることにより、ＦＤ部３１に蓄積された電荷がＲＤ部４１に排出される。ＲＤ部４１は、ＶＤＤ電源に接続されている。これにより、ＲＤ部４１において、負にチャージされた電荷が吸い上げられる。

【0040】

なお、上述した図３の（Ｂ）～（Ｅ）の動作は、複数回繰り返されてもよい。これにより、ＦＤ部３１に蓄積される電荷量を増大させ、繰り返し回数だけout信号を増幅させることができる。また、このような繰り返し動作によってout信号を増幅させることにより、アンプ３３が省略されてもよい。図３の（Ｂ）～（Ｅ）を繰り返す動作（累積動作）を実行することにより、分解能の向上を図ることができる。上記累積動作は、特に、匂い検出装置１のように瞬間的な状態変化が生じ難い匂いセンサにおいて有効である。また、ＣＭＯＳイメージセンサであるイオンセンサ２によれば、後述する第４実施形態のＩＳＦＥＴ型のイオンセンサ２Ａよりも高速な読み出しが可能であるため、上記累積動作を行ったとしても好適に匂い検出を行うことができる。なお、累積回数（繰り返し回数）をＮ回にするとゲインがＮ倍になるが、例えば後述するゲイン調整部７２でゲインを１／Ｎ倍に調整したり、後述するフィードバック回路７１に含まれる容量部Ｃ１，Ｃ２の比率を調整したりすればよい。

【0041】

（ＩＣＧ駆動方式）
次に、図４を参照して、ＩＣＧ駆動方式について説明する。ＩＣＧ駆動方式は、図３の（Ａ）～（Ｃ）の動作を図４の（Ａ）～（Ｃ）の動作に置き換えたものである。まず、図４の（Ａ）に示されるように、ＩＤ部２１の電位は、ポテンシャル井戸１４の電位よりも低く且つＴＧ領域の電位よりも高い一定の値に設定される。一方、ＩＣＧ領域の電位は、ＩＤ部２１の電位よりも低くされる。続いて、図４の（Ｂ）に示されるように、ＩＣＧ領域の電位をポテンシャル井戸１４の電位よりも高くすることにより、ＩＤ部２１からポテンシャル井戸１４へと電荷が供給される。続いて、図４の（Ｃ）に示されるように、再びＩＣＧ領域の電位をＩＤ部２１の電位よりも低くすることにより、予め設定されたＩＤ部２１の電位の高さまでの電荷がポテンシャル井戸１４に残る。以上により、ポテンシャル井戸１４にＩＤ部２１と同等の電位の電荷が蓄積される。ＩＣＧ駆動方式におけるその後の動作は、図３の（Ｄ）～（Ｆ）の動作と同様である。

【0042】

次に、調整部７について説明する。調整部７は、イオンセンサ２を駆動させるための駆動信号を調整する。ここで、駆動信号は、上述したように検出部５を動作させてout信号の計測（匂い計測）を行うために必要となる入力信号である。本実施形態では、駆動信号は、電極４が物質吸着膜３に印加する参照電圧Ｖrefである。調整部７は、イオンセンサ２のＣＭＯＳチップ内の各画素（検出部５）に設けられてもよいし、行単位、列単位又は特定のエリア単位に設けられてもよい。また、調整部７は、ＣＭＯＳチップ外の図示しない制御基板等に設けられてもよい。この場合、調整部７と電極４との間には、信号処理回路等が設けられてもよい。また、単一の調整部７を複数画素に共通の調整部７として用いる場合、各画素の出力回路３４と当該調整部７との間には、画素選択回路、バッファアンプ等が設けられてもよい。

【0043】

まず、調整部７による駆動信号の調整が必要となる理由について説明する。上述したように、検知部６は、out信号と予め定められた基準電位との差に基づいて、匂い物質を検知する。つまり、検知部６は、物質吸着膜３に一定の参照電圧Ｖrefを印加し続けた場合、物質吸着膜３に匂い物質が吸着されていない状態（以下「標準状態」という。）におけるout信号が基準電位とほぼ一致し、物質吸着膜３に匂い物質が吸着されている状態におけるout信号が基準電位から比較的大きくずれるという特性に基づいて、匂い物質を検知する。従って、匂い物質の検知を適切且つ高精度に行うためには、標準状態におけるout信号が基準電位とほぼ一致するという前提条件が満たされていなければならない。しかし、実際には、匂い検出装置１による測定を長期間（例えば数時間以上）継続した場合、イオンセンサ２の周囲の環境（例えば、温度、湿度等）の経時的な変化に起因して、出力ドリフトが生じ得る。そして、このような出力ドリフトの影響により、標準状態におけるout信号が、予め定めた基準電位から徐々に大きくずれてしまう場合がある。そこで、調整部７は、標準状態におけるout信号と基準電位との差（オフセット）が減少するように（理想的には、オフセットが０になるように）、駆動信号（本実施形態では、参照電圧Ｖref）を調整する。

【0044】

図５は、調整部７の構成例を示す図である。調整部７は、フィードバック回路７１（第１調整部）と、ゲイン調整部７２（第２調整部）と、を有する。フィードバック回路７１は、out信号を入力し、out信号のオフセット方向とは逆方向に調整された信号をゲイン調整部７２に出力する。本実施形態では一例として、フィードバック回路７１は、out信号のオフセット方向とは逆方向に、out信号のオフセットと同じ大きさだけ調整された信号を出力するように構成されている。

【0045】

フィードバック回路７１は、スイッチＳＷ１と、容量部Ｃ１と、積分回路（アンプＡ、容量部Ｃ２、及びスイッチＳＷ２）とをout信号の入力側からこの順に直列的に接続した回路である。容量部Ｃ２及びスイッチＳＷ２は、互いに並列的に接続されて、アンプＡの入力端と出力端との間に向けられている。スイッチＳＷ２がオン状態であるときに、容量部Ｃ２の電荷蓄積が初期化され、フィードバック回路７１はアンプＡの入力電圧に対応する電圧値を出力する。一方、スイッチＳＷ２がオフ状態であるときに、容量部Ｃ２は電荷を蓄積し、フィードバック回路７１は容量部Ｃ２における電荷蓄積量に応じた電圧値を出力する。このようなフィードバック回路７１によれば、スイッチＳＷ１をオン状態にすることにより、out信号のオフセット方向とは逆方向に調整された信号を出力することができ、スイッチＳＷ２をオフ状態にすることにより、調整された信号を維持したまま出力することができる。

【0046】

ゲイン調整部７２は、フィードバック回路７１により出力された信号のゲインを調整することにより、駆動信号を生成する。ゲイン調整部７２により出力された駆動信号は、電極４に入力される。ここで、out信号と駆動信号との関係は、必ずしも１：１の関係になるとは限らない。すなわち、駆動信号（電圧）を高く（又は低く）した同じ量だけout信号が高く（又は低く）なるとは限らない。例えば、out信号を「ｖ１」だけ高くするために駆動信号を「ｖ１×ａ」だけ高くする必要があるといった関係が成立する場合が考えられる。ゲイン調整部７２は、予め把握されたout信号と駆動信号との関係に応じて、フィードバック回路７１から出力された信号を調整することにより、最終的な駆動信号を得る。なお、out信号と駆動信号との関係が１：１である場合等、フィードバック回路７１から出力された信号をそのまま駆動信号として用いることができる場合には、ゲイン調整部７２は省略されてもよい。

【0047】

調整部７の動作について、図６に示されるタイミングチャートを参照して詳細に説明する。なお、図６に示されるタイミングチャートは、上述したＩＣＧ駆動方式によりout信号を取り出す場合の例である。また、ここでは説明を簡単にするために、ゲイン調整部７２が省略されている。すなわち、フィードバック回路７１から出力される信号が、そのまま駆動信号（Ｖref）として利用される。

【0048】

期間Ｐ１は、スイッチＳＷ１をオン状態としてout信号をフィードバック回路７１に入力することで、駆動信号の調整を行うフィードバック期間である。期間Ｐ１における駆動信号の調整は、標準状態において実施される。図６の例では、ＩＣＧ駆動方式により取り出されたout信号（出力電圧）に基準電位からのオフセット成分ＯＣ（正方向のずれ）が含まれている。フィードバック回路７１において、out信号を入力する際にスイッチＳＷ２をオフ状態にしておくことで、out信号のオフセット成分ＯＣをキャンセルするように調整された駆動信号が得られる。すなわち、駆動信号は、out信号のオフセット方向とは逆方向に、out信号のオフセット成分ＯＣと同じ大きさだけずらされる。なお、図６の例では、２フレーム（ＩＣＧ駆動方式による２回分のout信号の取り出し）で駆動信号の調整が行われているが、１フレーム又は３フレーム以上で駆動信号の調整が行われてもよい。

【0049】

期間Ｐ２は、調整された駆動信号を用いて匂い計測を行う計測期間である。具体的には、駆動信号の調整を行った後、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２をオフ状態とし続けることにより、調整後の駆動信号が維持される。すなわち、調整部７（フィードバック回路７１）は、調整後の駆動信号を出力し続ける。これにより、out信号からオフセット成分ＯＣが除外される。その結果、標準状態において、out信号として基準電位が出力され続けることになる。具体的には、本実施形態では、駆動信号である参照電圧Ｖrefが上記のように調整されることにより、センシング部１０のポテンシャル井戸１４の電位が調整される。これにより、out信号のオフセット成分ＯＣがキャンセルされるように、ポテンシャル井戸１４に充填される電荷量が調整される。例えば、図６に示される例のように、out信号が正方向（電圧が大きくなる方向（＝ＦＤ部３１から取り出される電荷量が減る方向））のオフセット成分ＯＣを含む場合には、調整部７によって参照電圧Ｖrefが低くなるように調整される。その結果、ポテンシャル井戸１４の電位が上がり、ポテンシャル井戸１４に充填されてＦＤ部３１から取り出される電荷量が増えるように調整される。これにより、out信号のオフセット成分ＯＣが抑えられる。なお、図６の例では、期間Ｐ２において匂い物質が検出されておらず、標準状態が維持されている。

【0050】

以上述べた匂い検出装置１は、イオンセンサ２のout信号のオフセットを減少させるように、イオンセンサ２を駆動させるための駆動信号（本実施形態では参照電圧Ｖref）を調整する調整部７を備える。従って、上述したように、例えば標準状態で調整部７によって駆動信号を調整することにより、out信号のオフセット成分ＯＣを減少させることができる。そして、イオンセンサ２に対する入力信号である駆動信号を調整することにより、out信号のオフセット成分ＯＣを抑制できる。従って、匂い検出装置１によれば、out信号のオフセット成分ＯＣに起因するダイナミックレンジの低下を抑制できる。すなわち、out信号のオフセット成分ＯＣを当該out信号に対する事後的な補正により取り除く場合と比較して、出力のダイナミックレンジを大きくすることができる。

【0051】

また、調整部７は、out信号に基づいて駆動信号を調整する第１動作モードと、第１動作モードにおいて調整された駆動信号を維持する第２動作モードと、を切り替え可能に構成されている。本実施形態では、上述したフィードバック期間（期間Ｐ１）における動作（すなわち、スイッチＳＷ１をオン状態とし、out信号を入力する際にスイッチＳＷ２をオフ状態として駆動信号を調整する動作）が、上記第１動作モードに相当する。また、上述した計測期間（期間Ｐ２）における動作（すなわち、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフ状態とし、調整後の駆動信号を維持する動作）が、上記第２動作モードに相当する。上記構成によれば、駆動信号を調整するための第１動作モードと、調整された駆動信号を利用して匂い検出を行う第２動作モードとを、状況に応じて適切に切り替えることができる。また、本実施形態では、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切替処理によって、第１動作モード及び第２動作モードを簡単に切り替えることができる。

【0052】

また、匂い検出装置１は、物質吸着膜３に参照電圧Ｖrefを印加する電極４を備え、調整部７により調整される対象となる駆動信号は、参照電圧Ｖrefである。上記構成によれば、物質吸着膜３に印加される参照電圧Ｖrefを調整することで、out信号のオフセット成分ＯＣを好適に抑制できる。

【0053】

また、上述したように、調整部７は、フィードバック回路７１に加えて、ゲイン調整部７２を有し得る。上記構成によれば、フィードバック回路７１によってout信号のオフセットを減少させる方向に調整されると共に、ゲイン調整部７２によって適切な大きさに調整された駆動信号を得ることができる。

【0054】

なお、調整部７による駆動信号の調整は、イオンセンサ２に含まれる全画素に対して一括で行われてもよい。例えば、全画素に対して共通に設けられた調整部７が、複数画素の各々のout信号を取得し、それらを統計処理することで得られる信号（例えば複数画素の各々のout信号を平均した信号）に基づいて駆動信号を調整してもよい。この場合、イオンセンサ２に電極４及び調整部７をそれぞれ１つだけ設ければよいため、回路規模を小さくすることができる。

【0055】

また、調整部７による駆動信号の調整は、任意の画素グループ単位で行われてもよい。画素グループとは、それぞれ独立した感応膜１３を有する一以上の画素を有する単位である。本実施形態では一例として、同一の物質吸着膜３に対応する複数の画素（検出部５）が、１つの画素グループを形成している。つまり、物質吸着膜３が、画素グループ毎に設けられている。本実施形態では、イオンセンサ２は、５つの画素グループを有している。この場合、調整部７は、画素グループ毎に設けられる。また、調整部７から出力される駆動信号を入力する対象（ここでは電極４）も、画素グループ毎に設けられる。そして、一の画素グループに設けられた調整部７は、当該一の画素グループに含まれる各画素のout信号に基づいて、当該一の画素グループに含まれる各画素に共通の駆動信号を調整する。このように、画素グループ毎に駆動信号を調整することにより、イオンセンサ２に含まれる全画素に対して一括で駆動信号を調整する場合と比較して、画素グループ毎の特性に応じて駆動信号を個別に調整することが可能となる。特に、本実施形態のように複数（５つ）の異なる物質吸着膜３を設けた場合、上述した出力ドリフト等に起因する特性変化は物質吸着膜３毎に異なり得る。このため、物質吸着膜３毎に異なる大きさのオフセット成分ＯＣが生じ得る。従って、複数の画素グループに対して共通の調整部７によって駆動信号を調整することは好ましくない。一方、上述したように画素グループ毎に駆動信号を調整することにより、物質吸着膜３毎の特性に応じて、駆動信号を適切に調整することができる。

【0056】

次に、匂い検出装置１による匂い検出方法について説明する。まず、匂い検出装置１を検出対象の匂い物質が存在しない雰囲気下に配置した状態で、イオンセンサ２のout信号を取得し、当該out信号における基準電位からのオフセットが減少するように、駆動信号を調整する（第１ステップ）。すなわち、第１ステップの処理は、上述した標準状態におけるout信号に基づいて、図６に示した期間Ｐ１のような駆動信号の調整を行う処理である。匂い検出装置１を匂い物質が存在しない雰囲気下に配置する方法は特に限定されない。例えば、第１ステップの処理は、内部の空気の吸引及び内部への任意の空気の導入の両方を行うことが可能なように構成された閉空間内に匂い検出装置１を配置し、当該閉空間内の空気を吸引した後、匂い物質が含まれていない清浄な空気を当該閉空間内に導入することにより実現されてもよい。

【0057】

続いて、第１ステップにおいて調整された駆動信号を維持した状態で、匂い検出装置１に対して検査対象となる空気を導入する（第２ステップ）。本実施形態では、調整部７の動作モードが、図６に示した期間Ｐ１に対応する第１動作モードから期間Ｐ２に対応する第２動作モードに切り替えられる。これにより、調整部７が電極４に対して調整後の駆動信号（参照電圧Ｖref）を入力し続けることになる。匂い検出装置１に対して検査対象となる空気を導入する方法は特に限定されない。例えば、上述した閉空間内に匂い検出装置１を配置した状態で当該閉空間内の空気を吸引し、その後、検査対象となる空気を当該閉空間内に導入すればよい。

【0058】

続いて、第２ステップの後に取得されたイオンセンサのout信号に基づいて、匂い物質を検出する（第３ステップ）。本実施形態では、上述したように、検知部６が当該out信号の出力値と基準電位との差（変化量）に基づいて匂い物質を検知する。

【0059】

上記匂い検出方法によれば、匂い物質が存在しない雰囲気下（すなわち、イオンセンサ２のout信号が基準電位と一致することが理想的とされる環境下）で、適切に駆動信号を調整することができる。そして、調整された駆動信号を用いて匂い検出を行うことにより、out信号のオフセット成分ＯＣを抑制できる。従って、上記匂い検出方法によれば、out信号のオフセット成分ＯＣに起因するダイナミックレンジの低下を効果的に抑制できる。

【0060】

また、上述した第２ステップの処理が実行されてから予め定められた期間が経過した後に、第１ステップの処理を再度実行してもよい。一旦駆動信号を調整したとしても、その後、時間の経過と共に、イオンセンサ２の周囲の環境（例えば、温度、湿度等）の経時的な変化に起因して、out信号のオフセット成分ＯＣが徐々に大きくなる。上記構成によれば、定期的に駆動信号の調整を行うことで、out信号のオフセット成分ＯＣを一定以下に抑えた状態で匂い検出を継続的に実施することが可能となる。

【0061】

なお、上記実施形態では、匂い物質が存在しない状態から匂い物質が存在する状態に変化したことを検知する場合に着目して説明したが、匂い検出装置１を用いた匂い検出方法によれば、匂い物質が存在する状態（匂い物質が充満した状態）を基準として、当該状態から匂い物質が減少していく状態を検知（観測）することも可能である。

【0062】

［第２実施形態］
図７は、第２実施形態の匂い検出装置１Ａの検出部５の断面構成を模式的に示す図である。匂い検出装置１Ａでは、イオンセンサ２は、上述したＩＣＧ駆動方式（図４）により各検出部５を動作させるように構成されている。また、図７に示されるように、匂い検出装置１Ａは、参照電圧Ｖrefを調整する調整部７の代わりに、ＩＤ部２１に印加される電圧を調整する調整部７Ａを備える点で、匂い検出装置１と相違している。すなわち、匂い検出装置１Ａでは、ＩＤ部２１に印加される電圧が、out信号のオフセットが減少するように調整される対象の駆動信号として用いられる。

【0063】

調整部７Ａの構成及び動作は、図５及び図６における「Ｖref」を「ＩＤ部２１に印加される電圧」に置き換えたものと同様である。なお、匂い検出装置１Ａでは、調整部７Ａとは異なる電源から電極４に参照電圧Ｖrefが入力される。

【0064】

匂い検出装置１Ａによれば、out信号のオフセット成分ＯＣがキャンセルされるように、ＩＤ部２１に印加される電圧（すなわち、ＩＤ部２１の電位）が調整される。例えば、図６に示される例のように、out信号が正方向（電圧が大きくなる方向（＝ＦＤ部３１から取り出される電荷量が減る方向））のオフセット成分ＯＣを含む場合には、調整部７ＡによってＩＤ部２１の電位が低くなるように調整される。その結果、ポテンシャル井戸１４に充填されてＦＤ部３１から取り出される電荷量が増えるように調整される。これにより、out信号のオフセット成分ＯＣが抑えられる。

【0065】

匂い検出装置１Ａによれば、ＩＤ部２１の電位を一定にした状態でＩＣＧ部２２の電位を変化させてポテンシャル井戸１４に電荷を注入するように構成されたイオンセンサ２において、電荷の注入量を決定するＩＤ部２１の電圧を調整することで、out信号のオフセット成分ＯＣを好適に抑制できる。

【0066】

［第３実施形態］
図８は、第３実施形態の匂い検出装置１Ｂの検出部５の断面構成を模式的に示す図である。匂い検出装置１Ｂでは、イオンセンサ２は、上述したＩＤ駆動方式（図３）により各検出部５を動作させるように構成されている。また、図８に示されるように、匂い検出装置１Ｂは、参照電圧Ｖrefを調整する調整部７の代わりに、ＩＣＧ部２２に印加される電圧を調整する調整部７Ｂを備える点で、匂い検出装置１と相違している。すなわち、匂い検出装置１Ｂでは、ＩＣＧ部２２に印加される電圧が、out信号のオフセットが減少するように調整される対象の駆動信号として用いられる。

【0067】

調整部７Ｂの構成及び動作は、図５及び図６における「Ｖref」を「ＩＣＧ部２２に印加される電圧」に置き換えたものと同様である。なお、匂い検出装置１Ｂでは、調整部７Ｂとは異なる電源から電極４に参照電圧Ｖrefが入力される。

【0068】

匂い検出装置１Ｂによれば、out信号のオフセット成分ＯＣがキャンセルされるようにＩＣＧ部２２に印加される電圧（すなわち、ＩＣＧ領域のポテンシャル）が調整される。例えば、図６に示される例のように、out信号が正方向（電圧が大きくなる方向（＝ＦＤ部３１から取り出される電荷量が減る方向））のオフセット成分ＯＣを含む場合には、調整部７ＢによってＩＣＧ領域の電位が低くなるように調整される。その結果、ポテンシャル井戸１４に充填されてＦＤ部３１から取り出される電荷量が増えるように調整される。これにより、out信号のオフセット成分ＯＣが抑えられる。

【0069】

上記構成によれば、ＩＣＧ部２２の電位を一定にした状態でＩＤ部２１の電位を変化させてポテンシャル井戸１４に電荷を注入するように構成されたイオンセンサ２において、いわゆる電荷の摺り切り高さを決定するＩＣＧ部２２の電圧を調整することで、out信号のオフセット成分ＯＣを好適に抑制できる。

【0070】

なお、ＩＤ駆動方式の摺り切り動作（すなわち、図３の（Ｂ）～（Ｃ）の動作）には、比較的多くの時間がかかる。このため、１サイクル当たりの検出動作をなるべく高速化する観点からは、ＩＣＧ駆動方式を採用した上で、参照電圧Ｖrefを調整する第１実施形態、又はＩＤ部２１に印加される電圧を調整する第２実施形態を採用することが好ましい。さらに、電極４を画素グループ毎に分離することが困難な場合（例えば、電極４を上述した外部電極として構成する場合等）であって、且つ画素グループ毎に駆動信号の調整を行いたい場合には、ＩＤ部２１を画素グループ毎に設けた上で、第２実施形態を採用することが好ましい。

【0071】

［第４実施形態］
図９は、第４実施形態の匂い検出装置１Ｃの検出部５Ａの断面構成を模式的に示す図である。匂い検出装置１Ｃは、いわゆる電荷転送型のＣＭＯＳイメージセンサであるイオンセンサ２に代えて、いわゆるＩＳＦＥＴ型のイオンセンサ２Ａを備える点で、匂い検出装置１と相違している。その他の構成については、匂い検出装置１と同様である。イオンセンサ２Ａは、単位検出素子（画素）として、電荷転送型の測定方式が採用された検出部５に代えてＩＳＦＥＴ型の測定方式が採用された検出部５Ａを備える点で、イオンセンサ２と相違している。

【0072】

検出部５Ａでは、基板１００の一方の主面側に、３つの第１導電型（ここではｎ型）のｎ^＋型領域１３１～１３３が形成されている。また、基板１００の主面上には、絶縁性の保護膜１１０を介して、２つのゲート電極１３４，１３５が形成されている。ゲート電極１３４は、ｎ^＋型領域１３１とｎ^＋型領域１３２との間に位置している。ｎ^＋型領域１３１、ｎ^＋型領域１３２及びゲート電極１３４により、ＭＯＳトランジスタが構成されている。ｎ^＋型領域１３１には、図示しない制御部からＩＤ信号（電圧）が与えられる。ゲート電極１３５は、ｎ^＋型領域１３２とｎ^＋型領域１３３との間に位置している。ゲート電極１３５には、図示しない制御部からＴＧ信号（電圧）が与えられる。ｎ^＋型領域１３３は、検知部６と電気的に接続されている。感応膜１３が載置される導電部材１３６が、導電性の接続部材１３７を介してゲート電極１３４と電気的に接続されている。導電部材１３６上に感応膜１３が設けられた部分が、センシング部１０Ａとして機能する。センシング部１０Ａは、後述するパッシベーション層１２０の開口１２０ａを介して感応膜１３が外部に（すなわち、物質吸着膜３に対して）露出した領域である。導電部材１３６は、例えば、感応膜１３と物質吸着膜３とが対向する対向方向Ｄから見て、感応膜１３とほぼ同じ大きさの矩形状をなしている。導電部材１３６の上面に感応膜１３が成膜されている。

【0073】

第１実施形態の検出部５と同様に、上述したような基板１００の主面上に設けられた部材を覆うように、基板１００の主面上には、絶縁性のパッシベーション層１２０が形成されている。また、物質吸着膜３は、パッシベーション層１２０を覆うように設けられている。パッシベーション層１２０には、感応膜１３の上面を外部に露出させるための開口１２０ａが形成されている。感応膜１３は、開口１２０ａを介して物質吸着膜３と接触している。物質吸着膜３には、電極４によって基準電圧が印加されている。なお、図９の例では、感応膜１３の上面は、パッシベーション層１２０の上面よりも基板１００側に窪んだ位置に位置しているが、感応膜１３は、感応膜１３の上面がパッシベーション層１２０における開口１２０ａが形成されていない部分と連続するように（フラットに接続されるように）設けられてもよい。

【0074】

次に、検出部５Ａの動作原理について説明する。物質吸着膜３に匂い物質が吸着すると、物質吸着膜３の特性変化が生じ、これに応じて感応膜１３の膜電位が変化する。その結果、感応膜１３と電気的に接続されたゲート電極１３４の電位が変化する。物質吸着膜３において検出された匂い（すなわち、物質吸着膜３に吸着された匂い物質）は、このようなゲート電極１３４の電位変化に応じた出力信号（out信号）と基準電位との差に基づいて検知される。以下、検出部５Ａの動作（駆動方法）の一例について説明する。

【0075】

本実施形態では一例として、イオンセンサ２Ａは、概略的には、基板１００においてゲート電極１３４と対向する領域（以下「ゲート領域」）を、上述した電荷転送型の検出部５におけるＩＣＧ領域として機能させると共に、ｎ^＋型領域１３２を、検出部５におけるＦＤ部３１として機能させる方式により、匂いを検知する。図１０を参照して、検出部５Ａの動作例について詳細に説明する。図１０の（Ａ）に示されるように、ゲート領域のポテンシャル井戸の深さは、感応膜１３の電位変化に応じて変化する。図１０の（Ｂ）に示されるように、ＩＤ信号を制御することにより、ｎ^＋型領域１３１（図１０における「ＩＤ」）の電位が下げられる。これにより、ｎ^＋型領域１３１に電荷が蓄積される。ｎ^＋型領域１３１に蓄積された電荷は、ゲート領域を超えてｎ^＋型領域１３２へと注入される。このとき、ＴＧ領域の電位は、ｎ^＋型領域１３１の電位よりも低くなるように制御される。従って、ｎ^＋型領域１３２へ注入される電荷がＴＧ領域を超えてｎ^＋型領域１３３（図１０における「out」）に達することはない。

【0076】

続いて、図１０の（Ｃ）に示されるように、ｎ^＋型領域１３１の電位が元に戻される（引き上げられる）ことにより、ｎ^＋型領域１３１から電荷が引き抜かれる。その結果、ゲート領域によって摺り切られた電荷がｎ^＋型領域１３２に残る。ｎ^＋型領域１３２に残された電荷量は、ゲート領域のポテンシャル井戸の深さに対応している。

【0077】

続いて、図１０の（Ｄ）に示されるように、ゲート電極１３５の電圧が上げられることにより、ｎ^＋型領域１３２に残された電荷がｎ^＋型領域１３３に転送される。その後、ゲート電極１３５の電圧が元に戻されることにより、図１０の（Ｅ）に示される状態となる。このような状態において、ｎ^＋型領域１３３に蓄積された電荷量に応じた信号（すなわち、感応膜１３の電位に応じた信号）がout信号として検知部６及び調整部７Ｃに出力される。

【0078】

調整部７Ｃは、調整部７と同様に、out信号に基づいて参照電圧Ｖref（駆動信号）を調整する。調整部７Ｃの構成及び動作は、調整部７の構成（図５）及び動作（図６）と同様である。匂い検出装置１Ｄによれば、駆動信号である参照電圧Ｖrefが上記のように調整されることにより、上述したゲート領域の電位が調整される。これにより、out信号のオフセット成分ＯＣがキャンセルされるように、ｎ^＋型領域１３２に残される電荷量が調整される。例えば、図６に示される例のように、out信号が正方向（電圧が大きくなる方向（＝ｎ^＋型領域１３２から取り出される電荷量が減る方向））のオフセット成分ＯＣを含む場合には、調整部７Ｃによって参照電圧Ｖrefが低くなるように調整される。その結果、上述したゲート領域の電位が下がり、ｎ^＋型領域１３２から取り出される電荷量が増えるように調整される。これにより、out信号のオフセット成分ＯＣが抑えられる。

【0079】

以上、本開示の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本開示は上記実施形態に限定されない。例えば、イオンセンサ２Ａ，２Ｂにおいて、複数の検出部は、二次元状に配列されてもよいし、一次元状に配列されてもよい。また、イオンセンサは、１つの検出部のみを有してもよい。また、基板１００は必ずしも半導体基板でなくてもよく、例えば表面に半導体領域（例えば半導体膜等）が形成された半導体以外の基板であってもよい。

【0080】

また、上述したように、図５に示した調整部７の構成によれば、スイッチＳＷ２がオン状態であるときに、容量部Ｃ２の電荷蓄積が初期化され、フィードバック回路７１は、アンプＡの入力電圧に対応する電圧値を出力することができる。よって、調整部７において、スイッチＳＷ２をオン状態にしてアンプＡの入力電圧を手動で調整することにより、フィードバック回路７１の出力（駆動信号）を調整することもできる。すなわち、スイッチＳＷ２の切替処理によって、上述したout信号に基づく駆動信号の調整（フィードバック調整）と、上述した駆動信号の手動調整とを簡単に切り替えることができる。

【0081】

また、上述したように、図５に示される調整部７（及び調整部７Ａ，７Ｂ，７Ｃ）は、ゲイン調整部７２を必ずしも備える必要はない。例えば、フィードバック回路７１を適切に設計することにより、ゲイン調整部７２を省略することが可能である。例えば、第１導電型領域１２の容量をＣｓｅｎｓ、ＦＤ部３１の容量をＣｆｄ、アンプ３３のゲインをＧｓｆと表した場合（図２参照）、下記式（１）を満たすように容量部Ｃ１及び容量部Ｃ２の容量を設定することにより、ゲイン調整部７２を省略することが可能となる。
容量部Ｃ１の容量：容量部Ｃ２の容量＝Ｇｓｆ×Ｃｓｅｎｓ：Ｃｆｄ …（１）

【0082】

また、図１１に示されるように、調整部７は、フィードバック回路７１の代わりにフィードバック回路７１Ａを有してもよい。フィードバック回路７１Ａは、容量部Ｃ１の代わりに抵抗Ｒ１を有し、容量部Ｃ２の代わりに抵抗Ｒ２を有している。また、フィードバック回路７１Ａは、スイッチＳＷ１から入力される信号線と基準電位との間に並列に設けられたホールド容量部Ｃ３を有している。フィードバック回路７１Ａでは、ホールド容量部Ｃ３に蓄えられた電荷が電圧に変換され、反転増幅回路（アンプＡ及び抵抗Ｒ２が並列接続された部分）に入力される。この場合には、下記式（２）を満たすように抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の抵抗値を設定することにより、ゲイン調整部７２を省略することが可能となる。
抵抗Ｒ１の抵抗値：抵抗Ｒ２の抵抗値＝Ｇｓｆ×Ｃｓｅｎｓ：Ｃｆｄ …（２）

【符号の説明】

【0083】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…匂い検出装置、２，２Ａ，２Ｂ…イオンセンサ、３…物質吸着膜、４…電極、５，５Ａ…検出部（画素）、７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ…調整部、１３…感応膜（イオン感応部）、１４…ポテンシャル井戸、２１…ＩＤ部、２２…ＩＣＧ部、７１…フィードバック回路（第１調整部）、７２…ゲイン調整部（第２調整部）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】