JP2006284250A - Instrument for measuring potential related to physical or chemical phenomenon - Google Patents
Instrument for measuring potential related to physical or chemical phenomenon Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006284250A JP2006284250A JP2005101855A JP2005101855A JP2006284250A JP 2006284250 A JP2006284250 A JP 2006284250A JP 2005101855 A JP2005101855 A JP 2005101855A JP 2005101855 A JP2005101855 A JP 2005101855A JP 2006284250 A JP2006284250 A JP 2006284250A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- potential
- unit
- charge
- detection system
- sensing unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
Description
本発明は、物理現象または化学現象に係るポテンシャル測定装置に関し、具体的には、例えば、溶液のｐＨ、圧力、磁界、あるいは温度の二次元分布など、様々の物理現象または化学現象を定量化する場合に用いるケミカルＣＣＤ（Ｃｅｍｉｃａｌ−ＣＣＤ）を用いた測定装置などに関する。 The present invention relates to a potential measurement apparatus related to a physical phenomenon or a chemical phenomenon. Specifically, for example, various physical phenomena or chemical phenomena such as a two-dimensional distribution of pH, pressure, magnetic field, or temperature of a solution are quantified. The present invention relates to a measuring device using a chemical CCD (Chemical-CCD) used in the case.
物理現象または化学現象には、濃度、温度、磁気、圧力、加速度、速度、音波、超音波、酸化還元電位、反応速度など様々な現象があるが、これらの現象は、様々な電気信号（電流、電圧、抵抗、電荷容量、電位）に変換することができる。 Physical or chemical phenomena include various phenomena such as concentration, temperature, magnetism, pressure, acceleration, velocity, sound wave, ultrasonic wave, redox potential, reaction rate, etc. These phenomena are various electric signals (currents). , Voltage, resistance, charge capacity, potential).
また、例えば、フォトダイオードのように、光を照射すると光量に応じた電子正孔対が生成し、光量を電荷量に変化してその電荷量を評価することにより光量を測定する方法などのように、物理現象または化学現象を電荷情報に変換して測定する方法があった。 Also, for example, a method of measuring the light quantity by changing the light quantity into a charge quantity and evaluating the charge quantity, such as a photodiode, when light is irradiated, generates an electron-hole pair according to the quantity of light. In addition, there is a method for measuring physical phenomena or chemical phenomena by converting them into charge information.
しかしながら、光以外のその他の物理・化学現象においては、ほとんどの場合、電荷量ではなく、電圧値、電流値、抵抗値などの電気信号に変換し、それらの値を読み取るようにしているため、電荷特有の取扱い方法である蓄積および転送を行うことができず、また複数点の情報を同時に取り込んで高速処理したり、測定結果を画像化するといったことが非常に困難であった。 However, in other physical and chemical phenomena other than light, in most cases, instead of the amount of charge, it is converted into an electrical signal such as a voltage value, current value, resistance value, etc., so that those values are read. Accumulation and transfer, which are peculiar to electric charges, cannot be performed, and it is very difficult to simultaneously acquire information from a plurality of points and perform high-speed processing or to image measurement results.
近年、環境あるいは医療の分野を含め各種の分野において、こうした物理現象または化学現象の高速処理化あるいは画像化の要請が高まり、例えば、物理的または化学的な量の大きさに対応して深さを変化するように構成されたポテンシャル井戸に電荷を供給して、前記物理的または化学的な量をこのポテンシャル井戸の大きさに応じた電荷に変換することによって、複数点の情報を同時に取り込み、蓄積、転送などを行い、様々な物理現象または化学現象を容易に画像化できるようにした方法および装置などが提案されている（例えば特許文献１参照）。具体的には、デバイスとして、ＭＯＳ形の電界効果型トランジスタ（ＭＯＳ形ＦＥＴ）、イオン感応性電界効果型トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）またはいわゆるケミカルＣＣＤなどを用いた測定方法や装置が該当する。 In recent years, there has been an increasing demand for high-speed processing or imaging of such physical or chemical phenomena in various fields including the environment and medical fields. For example, the depth corresponding to the magnitude of physical or chemical quantities. By supplying electric charge to a potential well configured to change the above, and converting the physical or chemical quantity into electric charge according to the size of the potential well, the information of a plurality of points is simultaneously captured, There has been proposed a method and an apparatus that perform storage, transfer, and the like, so that various physical phenomena or chemical phenomena can be easily imaged (see, for example, Patent Document 1). Specifically, a measurement method or apparatus using a MOS field effect transistor (MOS FET), an ion sensitive field effect transistor (ISFET), or a so-called chemical CCD is applicable as the device.
例えば、図１１に示すように、半導体基板５１の表面に、基板と逆型の拡散領域からなる入力ダイオード部５２及び浮遊拡散部５３と、入力ダイオード部から浮遊拡散部までの間の絶縁膜５５上に固定された入力ゲート５６及び出力ゲート５７と、その入／出力ゲート間の絶縁膜上に固定されたイオン感応膜からなるセンシング部５９と、浮遊拡散部の他の側部に連なる位置の絶縁膜上に固定されたリセットゲート５８と、リセットゲートにおける浮遊拡散部と反対側に形成された基板と逆型の拡散領域からなるリセットダイオード部５４とを備え、センシング部に作用するイオン濃度に応じて変化するポテンシャル井戸の深さと汲み出し回数に応じて浮遊拡散部が蓄積する電荷量を検出するＦＥＴ型センサを用いて、イオン濃度検出及び塩基配列の検出を行うＦＥＴセンサが提案されている（例えば特許文献２参照）。
しかしながら、上述のようなデバイスは、絶縁膜の膜厚のバラツキや拡散層へのイオン注入のバラツキ、感応膜の膜厚あるいは特性のバラツキ、さらには絶縁膜などの局所的なバラツキによるデバイス全体としてのバラツキ、等々均一なセンサ特性を有するセンサを作製することは非常に難しい。従って、デバイスを単体として使用している場合であっても、保守などによって交換が必要になった場合には、交換するデバイスに特性を確認することや互換性のあるデバイスを選別するという煩雑な作業が不可欠であった。 However, the device as described above is a device as a whole due to variations in the thickness of the insulating film, variations in ion implantation into the diffusion layer, variations in the thickness or characteristics of the sensitive film, and local variations in the insulating film, etc. It is very difficult to fabricate a sensor having uniform sensor characteristics such as variations. Therefore, even if the device is used as a single unit, if it is necessary to replace it due to maintenance, etc., it is troublesome to check the characteristics of the device to be replaced and to select compatible devices. Work was essential.
また、複数のデバイスを用いた測定装置においては、デバイス間のバラツキを低減するために多数のデバイスから特性の近いデバイスの組み合わせを選び出す必要があった。あるいは、デバイスの特性を調整する機能を付加し各デバイスを所定の基準特性になるように合わせこみを行う必要があった。 Further, in a measuring apparatus using a plurality of devices, it is necessary to select a combination of devices having similar characteristics from a large number of devices in order to reduce variations between devices. Alternatively, it is necessary to add a function for adjusting the characteristics of the device and to adjust each device so as to have a predetermined reference characteristic.
特に、例えば、周囲温度や圧力などの外乱影響を補正する目的で使用される２つのデバイスを組み合わせたデュアル式のセンシングデバイスについては、センサの特性のばらつきによって、本来有する補償機能を十分に発揮することが困難であった。 In particular, for example, a dual-type sensing device that combines two devices used for the purpose of correcting the influence of disturbances such as ambient temperature and pressure sufficiently exhibits the inherent compensation function due to variations in sensor characteristics. It was difficult.
また、液体試料を測定対象とする場合においては、薄膜などを介して接するデバイスのドリフトによる特性の経時変化が大きいことが知られている。こうした経時変化についても、デバイス毎に特性が異なることから、例えば１時間ごとの定時測定などにおいて毎回個別の特性調整が必要となり、装置の複雑化・操作の煩雑化を招来することとなる。 In addition, when a liquid sample is a measurement object, it is known that a change in characteristics with time due to a drift of a device in contact with the thin film is large. Even with such a change over time, since the characteristics are different for each device, for example, individual characteristic adjustments are required every time, for example, on a regular measurement every hour, which leads to complication of the apparatus and complication of operation.
そこで、この発明の目的は、デバイスの出力特性のバラツキあるいは経時変化を簡便な方法で補正し、汎用性が高くかつ精度のよい物理現象または化学現象に係るポテンシャル測定装置を提供することにある。特に、デュアル型ケミカルＣＣＤを用いて測定を行う場合など、２つのセンサの出力特性を自動的に、かつ正確に修正することができる物理現象または化学現象に係るポテンシャル測定装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a potential measuring apparatus related to a physical phenomenon or chemical phenomenon that is highly versatile and highly accurate by correcting variations in device output characteristics or changes over time by a simple method. In particular, it is intended to provide a potential measurement device related to a physical phenomenon or a chemical phenomenon that can automatically and accurately correct the output characteristics of two sensors, such as when performing measurement using a dual type chemical CCD. .
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す測定装置によって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted extensive research and found that the above-described object can be achieved by a measuring apparatus shown below, and have completed the present invention.
本発明は、電荷をセンシング部に供給する電荷供給部、物理的または化学的な量の大きさに対応して電位が変化するセンシング部、該センシング部に供給された電荷を取出すフローティングディフュージョン、を有する少なくとも１つの検出系と、前記センシング部が当接する試料導入部に設けて前記検出系の測定電位を規定する基準電位設定部と、を有する物理現象または化学現象に係るポテンシャルを測定する装置であって、（１）該基準電位設定部の電位をスキャンして前記検出系の出力特性を取得し、（２）前記センシング部に供給する電荷量の制御によって該出力特性の立ち上がりＲＥＦ電圧の調整を行い、（３）前記出力特性を自動的に修正する、制御調整部を有することを特徴とする。 The present invention includes a charge supply unit that supplies charge to the sensing unit, a sensing unit that changes in potential according to the magnitude of a physical or chemical amount, and a floating diffusion that extracts the charge supplied to the sensing unit. An apparatus for measuring a potential related to a physical phenomenon or a chemical phenomenon, having at least one detection system having a reference potential setting unit that is provided in a sample introduction unit that is in contact with the sensing unit and defines a measurement potential of the detection system And (1) scanning the potential of the reference potential setting unit to acquire the output characteristic of the detection system, and (2) adjusting the rising REF voltage of the output characteristic by controlling the amount of charge supplied to the sensing unit. And (3) a control adjustment unit that automatically corrects the output characteristics.
上記のような種々の要因から、物理現象または化学現象を電荷情報に変換することによって微小な変化を定量化するセンサデバイスにおける出力特性のバラツキが生じることが知られていた。このとき、出力特性は、後述するように、２つの特性要素によって規定することができる。１つは、試料の濃度あるいは状態の変化に対応して変化するセンサ出力である「立ち上がりＲＥＦ電圧」であり、もう１つには、試料の濃度あるいは状態の変化に対応したセンサ出力の勾配である「ＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度」である。 From various factors as described above, it has been known that variation in output characteristics occurs in a sensor device that quantifies a minute change by converting a physical phenomenon or a chemical phenomenon into charge information. At this time, the output characteristic can be defined by two characteristic elements as described later. One is a “rising REF voltage” that is a sensor output that changes in response to a change in the concentration or state of the sample, and the other is a gradient of the sensor output that corresponds to a change in the concentration or state of the sample. It is a certain “rising slope of the REF voltage”.
本発明者は、ケミカルＣＣＤのように、センサデバイスと基準電位設定部（例えば、比較電極など）を有する測定装置にあっては、特に、比較電極のフラツキやドリフトなどの要因によって変動の可能性の高い「立ち上がりＲＥＦ電圧」を調整することによって精度のよい測定が可能となることを見出したもので、基準電位設定部である比較電極の電位をスキャンし随時出力特性をチェックし、センシング部に供給する電荷量を制御して「立ち上がりＲＥＦ電圧」を自動的に調整することによって、デバイスの出力特性のバラツキあるいは経時変化を簡便な方法で補正し、汎用性が高くかつ精度のよい物理現象または化学現象に係るポテンシャル測定装置を提供することが可能となった。 The present inventor, especially in a measuring apparatus having a sensor device and a reference potential setting unit (for example, a comparison electrode), such as a chemical CCD, may vary depending on factors such as a fluctuation or drift of the comparison electrode. It was found that by adjusting the “rising REF voltage” with high accuracy, it is possible to measure with high accuracy. The potential of the reference electrode, which is the reference potential setting unit, is scanned to check the output characteristics as needed. By controlling the amount of charge to be supplied and automatically adjusting the “rising REF voltage”, variations in the output characteristics of the device or changes over time can be corrected by a simple method, and a highly versatile and accurate physical phenomenon or It has become possible to provide a potential measurement device for chemical phenomena.
また、本発明は、電荷をセンシング部に供給する電荷供給部、物理的または化学的な量の大きさに対応して電位が変化するセンシング部、該センシング部に供給された電荷を取出すフローティングディフュージョン、を有する少なくとも１つの検出系と、前記センシング部が当接する試料導入部に設けて前記検出系の測定電位を規定する基準電位設定部（比較電極）と、を有する物理現象または化学現象に係るポテンシャルを測定する装置であって、（１）該基準電位設定部の電位をスキャンして前記検出系の出力特性を取得し、（２）前記電荷供給部の電位の制御によって該出力特性のＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度の調整を行い、（３）前記出力特性を自動的に修正する、制御調整部を有することを特徴とする。 The present invention also provides a charge supply unit that supplies charges to the sensing unit, a sensing unit that changes in potential according to the magnitude of a physical or chemical amount, and a floating diffusion that extracts the charge supplied to the sensing unit. And a reference potential setting unit (comparison electrode) that is provided in a sample introduction unit that is in contact with the sensing unit and defines a measurement potential of the detection system. An apparatus for measuring a potential, wherein (1) the potential of the reference potential setting unit is scanned to acquire the output characteristic of the detection system, and (2) the REF of the output characteristic is controlled by controlling the potential of the charge supply unit. It has a control adjustment unit that adjusts the rising slope of the voltage and (3) automatically corrects the output characteristics.
上記のセンサデバイスのもう１つの出力特性である「ＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度」のバラツキは、センシング部とフローティングディフュージョンの容量費のバラツキ、センシング部からフローティングディフュージョンへの電荷転送効率のバラツキ、センシング部絶縁膜厚のバラツキ、といった要因によって生じることが多く、比較電極の電位をスキャンし随時出力特性をチェックし、電荷供給部の電位を制御して「ＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度」を自動的に調整することによって、デバイスの出力特性のバラツキあるいは経時変化を簡便な方法で補正し、汎用性が高くかつ精度のよい物理現象または化学現象に係るポテンシャル測定装置を提供することが可能となった。 Another variation in the output characteristics of the sensor device described above is the variation in the rising slope of the REF voltage. This is often caused by factors such as variations in the insulation film thickness. The potential of the reference electrode is scanned, the output characteristics are checked as needed, and the potential of the charge supply section is controlled to automatically adjust the “rising slope of the REF voltage”. As a result, it is possible to provide a potential measuring apparatus for correcting a physical phenomenon or a chemical phenomenon with high versatility and high accuracy by correcting variations in device output characteristics or changes over time by a simple method.
さらに、本発明は、同一の構造の電荷をセンシング部に供給する電荷供給部、物理的または化学的な量の大きさに対応して電位が変化するセンシング部、該センシング部に供給された電荷を取出すフローティングディフュージョン、を有する少なくとも一対の検出系と、前記一対のセンシング部がともに当接する試料導入部に設けて前記検出系の測定電位を規定する基準電位設定部と、を有する物理現象または化学現象に係るポテンシャルを測定する装置であって、前記一対の検出系の一方が物理的または化学的な量の大きさに対応して電位が変化するセンシング部を有する前記機能を有する検出系Ａと、他方が物理的または化学的な量の変化に感応しないセンシング部を有しセンシング部以外の機能を同じくする検出系Ｂによって構成されるとともに、（１）該基準電位設定部の電位をスキャンして前記両検出系の出力特性を取得し、（２）いずれか一方の検出系の出力特性を基準として、（３）該他方のセンシング部に供給する電荷量の制御によって他方の出力特性の立ち上がりＲＥＦ電圧の調整を行い、（４）該他方の電荷供給部の電位の制御によって他方の出力特性のＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度の調整を行い、（５）両出力特性が略合致するように自動的に修正する、制御調整部を有することを特徴とする。 Furthermore, the present invention provides a charge supply unit that supplies charges of the same structure to the sensing unit, a sensing unit that changes in potential according to the magnitude of a physical or chemical amount, and a charge supplied to the sensing unit. A physical phenomenon or chemistry having at least a pair of detection systems having floating diffusions, and a reference potential setting unit that is provided in a sample introduction unit where the pair of sensing units abut together to define a measurement potential of the detection system An apparatus for measuring a potential related to a phenomenon, wherein one of the pair of detection systems has the sensing unit having the sensing unit in which the potential changes in accordance with a physical or chemical quantity; The other has a sensing unit that is insensitive to changes in physical or chemical quantities, and is configured by a detection system B that has the same functions as the sensing unit. And (1) scanning the potential of the reference potential setting unit to obtain the output characteristics of the two detection systems, (2) using the output characteristics of one of the detection systems as a reference, and (3) sensing the other The rising REF voltage of the other output characteristic is adjusted by controlling the amount of charge supplied to the unit, and (4) the rising slope of the REF voltage of the other output characteristic is adjusted by controlling the potential of the other charge supplying unit. And (5) having a control adjustment unit that automatically corrects both output characteristics so as to substantially match.
デュアル式のセンサデバイスは、周囲温度や圧力などの外乱影響の補正などに非常に有効であることから、各種用途に多く用いられている。従って、一対となる各センサの出力特性が一致するほど補正精度は高くなり、また、両センサは常に減算あるいは除算によって補正されることが多いことから、２つの特性要素「立ち上がりＲＥＦ電圧」と「ＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度」の両方における制御調整が好ましい。このようにデバイスの出力特性を自動的に調整することによって、デバイス間の出力特性のバラツキあるいは経時変化を簡便な方法で補正し、汎用性が高くかつ精度のよい物理現象または化学現象に係るポテンシャル測定装置を提供することが可能となった。 Dual-type sensor devices are very effective for correcting disturbance effects such as ambient temperature and pressure, and thus are widely used in various applications. Therefore, as the output characteristics of each pair of sensors match, the correction accuracy increases, and both sensors are always corrected by subtraction or division. Therefore, the two characteristic elements “rising REF voltage” and “ Control adjustment in both “rising slope of REF voltage” is preferable. By automatically adjusting the output characteristics of devices in this way, variations in output characteristics between devices or changes over time can be corrected by a simple method, and the potential for physical or chemical phenomena with high versatility and high accuracy. It became possible to provide a measuring device.
このときの調整方法としては、基準とするセンサを固定して他方のセンサ出力をその出力特性に合わせる方法、予め所定範囲の「立ち上がりＲＥＦ電圧」と「ＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度」を定めておき、実測時の両センサのいずれかの出力特性が当該範囲にあるときはその範囲にあるセンサを基準とする方法などがあり、測定目的に応じて選択可能とすうことが好ましい。 As an adjustment method at this time, a reference sensor is fixed and the output of the other sensor is adjusted to the output characteristics, and “rise REF voltage” and “rise slope of REF voltage” within a predetermined range are determined in advance. When the output characteristics of either of the sensors at the time of actual measurement are in the range, there is a method based on the sensor in the range, and it is preferable that selection is possible according to the measurement purpose.
また、本発明は、電荷をセンシング部に供給する電荷供給部、物理的または化学的な量の大きさに対応して電位が変化するセンシング部、該センシング部から転送された電荷を蓄積するセンシング電荷蓄積部、を有する複数の検出系と、該センシング電荷蓄積部に供給された電荷を取出す少なくとも１のフローティングディフュージョンと、前記検出系とフローティングディフュージョンの中間に配設された電荷転送手段と、前記センシング部が当接する試料導入部に設けて前記検出系の測定電位を規定する基準電位設定部と、を有する物理現象または化学現象に係るポテンシャルを測定する装置であって、前記電荷転送手段が電荷結合素子であり、複数のセンシング電荷蓄積部の電荷を１つのフローティングディフュージョンに転送するとともに、特定の検出系の出力特性を基準に、（１）各センシング部に供給する電荷量の制御によって前記特定の検出系を除く他の検出系の出力特性の立ち上がりＲＥＦ電圧の調整を行い、（２）各電荷供給部の電位の制御によって特定の検出系を除く他の検出系の出力特性のＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度の調整を行い、（３）特定の検出系の出力特性と、特定の検出系を除く他の検出系の各出力特性が略合致するように自動的に修正する、制御調整部を有することを特徴とする。 The present invention also provides a charge supply unit that supplies charges to the sensing unit, a sensing unit that changes in potential according to the magnitude of a physical or chemical quantity, and a sensing that accumulates charges transferred from the sensing unit. A plurality of detection systems having a charge storage unit, at least one floating diffusion for taking out the charge supplied to the sensing charge storage unit, charge transfer means disposed between the detection system and the floating diffusion, A device for measuring a potential related to a physical phenomenon or a chemical phenomenon, having a reference potential setting unit that is provided in a sample introduction unit that abuts a sensing unit and defines a measurement potential of the detection system, wherein the charge transfer means is a charge A coupling element that transfers charges from a plurality of sensing charge storage units to one floating diffusion. In addition, based on the output characteristics of the specific detection system, (1) the rising REF voltage of the output characteristics of other detection systems other than the specific detection system is adjusted by controlling the amount of charge supplied to each sensing unit. (2) adjusting the rising slope of the REF voltage of the output characteristics of the other detection systems other than the specific detection system by controlling the potential of each charge supply unit; and (3) the output characteristics of the specific detection system; It is characterized by having a control adjustment unit that automatically corrects each output characteristic of other detection systems except a specific detection system so as to substantially match.
一般に、半導体デバイスにおける電荷転送手段には種々の方法があるが、電荷結合素子（ＣＣＤ）はＳ／Ｎ比の高さ、転送速度、転送効率および操作性の点で優れた特性を有している。ケミカルＣＣＤはこうした特性を活かし、センシング部を含む検出系からフローティングディフュージョンの中間に電荷転送部を設けることによって応答速度の向上を図るとともに、１つのフローティングディフュージョンに対し電荷転送部を介して複数のセンシング部（より具体的にはセンシング電荷蓄積部）からの電荷を順次移動させるＣＣＤ機能を有することによって、物理的または化学的な現象の一次元分布または二次元分布を容易に画像化することが可能となる。 In general, there are various methods for charge transfer in a semiconductor device, and a charge coupled device (CCD) has excellent characteristics in terms of high S / N ratio, transfer speed, transfer efficiency, and operability. Yes. Chemical CCDs make use of these characteristics to improve the response speed by providing a charge transfer unit in the middle of the floating diffusion from the detection system including the sensing unit. 1D or 2D distribution of physical or chemical phenomena can be easily imaged by having a CCD function that sequentially moves the charge from the unit (more specifically, the sensing charge storage unit) It becomes.
このとき、各検出系の出力特性のバラツキは、個々の検出系の測定精度の低下のみならず、装置全体の測定精度の低下や画像のひずみなどに繋がることになる。本発明においては、こうした複数の検出系の出力特性を、そのうちの特定の検出系の出力特性を基準として自動的に調整することによって、デバイス間の出力特性のバラツキあるいは経時変化を簡便な方法で補正し、応答性が高くかつ精度のよい物理現象または化学現象に係るポテンシャル測定装置を提供することが可能となった。また、ひずみのない画像による二次元分布の把握が可能となった。 At this time, the variation in the output characteristics of each detection system leads not only to a decrease in measurement accuracy of each detection system, but also to a decrease in measurement accuracy of the entire apparatus and image distortion. In the present invention, the output characteristics of the plurality of detection systems are automatically adjusted with reference to the output characteristics of the specific detection system, and thus, variations in output characteristics between devices or changes with time can be easily measured. It has become possible to provide a potential measuring apparatus that corrects a physical phenomenon or chemical phenomenon with high responsiveness and high accuracy. In addition, it became possible to grasp the two-dimensional distribution using images without distortion.
本発明の物理現象または化学現象の測定装置によれば、対象となる物理現象または化学現象に伴う電荷あるいはそれによって生じる出力のバラツキあるいは経時変化を自動的に補正しつつ、優れた応答性を有し微小な変化の定量化を行うことができる。従って、従来行っていたようなデバイス毎の特性調整をマニュアルで行う必要がなく、調整時間の削減とともに、特性調整のバラツキをなくすことができる。 According to the physical phenomenon or chemical phenomenon measuring apparatus of the present invention, it has excellent responsiveness while automatically correcting the electric charge or the output variation caused by the physical phenomenon or chemical phenomenon or the change with time. It is possible to quantify minute changes. Therefore, it is not necessary to manually adjust the characteristics for each device as conventionally performed, and the adjustment time can be reduced and variations in the characteristics can be eliminated.
特に、デュアルタイプのセンサデバイスにあっては、一対の検出系の出力のバラツキを制御調整することによって、センサデバイスに対する外乱などの補正を精度よく行うことができることから、汎用性が高くかつ精度のよい物理現象または化学現象に係るポテンシャル測定装置を提供する。また、ＣＣＤなどを用いることにより物理的または化学的な現象の二次元分布を容易に画像化することができる。 In particular, in a dual type sensor device, it is possible to accurately correct disturbances to the sensor device by controlling and adjusting variations in the output of a pair of detection systems. Provided is a potential measuring apparatus relating to a good physical phenomenon or chemical phenomenon. Further, by using a CCD or the like, a two-dimensional distribution of physical or chemical phenomena can be easily imaged.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
＜本発明に係る測定装置の基本的な構成＞
図１（Ａ）および（Ｂ）は、この発明に係る物理現象または化学現象のポテンシャル測定装置の基本的な構成（第１構成例）を例示する。
<Basic configuration of measuring apparatus according to the present invention>
1A and 1B illustrate a basic configuration (first configuration example) of a physical or chemical phenomenon potential measurement apparatus according to the present invention.
図１（Ａ）に示す装置の基本構成は、センサユニット２１と制御調整部２２とからなる。センサユニット２１は、試料液２３を導入し一時的に貯留する試料導入部２４と、試料液２３と当接するように配置したセンサデバイス２５と、試料導入部２４に浸漬した比較電極２６から構成される。図１（Ｂ）は、このセンサユニット２１の断面を表したもので、制御調整部２２との間において電源や各種信号のやりとりを行う接続部２７を有している。
制御調整部２２においては、後段にて詳述するセンサデバイス２５の対する印加電圧の制御を行うとともに、センサデバイス２５の出力特性の修正を行う。修正方法およびそのときのセンサデバイスの出力特性については、後述するが、こうした修正処理を所定のシーケンスによって自動的に行うことが可能である。特に、定時測定を行う装置の場合には自動的に測定前に修正処理・調整することによって、高い測定精度を確保することができる。むろん手動あるいは外部信号による随時の修正処理も可能とすることが好ましい。
The basic configuration of the apparatus shown in FIG. 1A includes a
The
また、制御調整部２２は、センサ出力を受信し種々の演算処理を行い、試料の状態あるいは特定成分の濃度信号を外部への出力、および例えば試料液のｐＨの分布などの二次元情報の画面表示などを行う。なお、制御調整部２２を外部からの入力端末として使用することも可能であり、外部との交信についても、特定の有線のみならず無線やインターネットなどを利用することができる。
Further, the
比較電極２６は試料液２３の測定における基準電位を設定するとともに、電極電位を変更することによって、センサデバイス２５が接液するセンシング部の設定電位を変更することができる。従って、比較電極２６の電位を特定の範囲でスキャニングすることによって、センサデバイス２５の出力特性を得ることができる。
The
センサデバイス２５の出力特性は、図２のように、２つの特性要素によって規定することができる。１つには、「立ち上がりＲＥＦ電圧」ＥａあるいはＥｂであり、試料の濃度あるいは状態の変化（つまり、比較電極２６の電位の変化）に対応したセンサ出力が変化し始める点Ｅａ、あるいはセンサ出力の変化幅の略中心となる値Ｅｂによって表現することができる。一般には、認定が容易なＥｂによって代表することが可能である。また、もう１つには、出力特性の「ＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度」θであり、試料の濃度あるいは状態の変化に対応したセンサの出力の勾配をいい、通常Ｅｂ近傍のセンサ出力／比較電極の電位の変化量ΔＶによって代表することが可能である。
The output characteristics of the
＜本発明に係るセンサデバイスの構成例＞
図３は、この発明に係る物理現象または化学現象の測定するセンサデバイス２５の基本的な構成を例示する。
<Configuration Example of Sensor Device According to the Present Invention>
FIG. 3 illustrates a basic configuration of the
図３において、Ｂは例えばｐ型Ｓｉ（シリコン）よりなる半導体基板で、厚さ５００μｍ程度である。半導体基板Ｂは例えばシリコン酸化膜の絶縁膜Ｐを有し、それを挟むようにして、電荷供給部１、電荷供給調節部２、センシング部３、障壁部４、フローティングディフュージョン５、リセットゲート６、リセットドレイン７からなる検出系が形成される。そして、半導体基板Ｂは、樹脂モールドなどを施すことにより溶液試料などに対して耐性をもたせている。フローティングディフュージョン５には例えば出力トランジスタ（図示せず）が形成され、その出力が、入出力処理部８を介して装置の制御調整部２２に入力される。
In FIG. 3, B is a semiconductor substrate made of, for example, p-type Si (silicon), and has a thickness of about 500 μm. The semiconductor substrate B has an insulating film P made of, for example, a silicon oxide film. The
検出系の具体的な形成は、例えば、次のようにして行われる。
（１）ｐ型Ｓｉ基板Ｂを熱酸化し、酸化膜（ＳｉＯ２）を形成し、その上に窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）を形成する。
（２）その一部分をエッチングし、その部分を選択的に酸化する。その後、その選択的に酸化された部分のＳｉＯ２をエッチングし、さらに熱酸化することによりゲート酸化膜Ｐを形成する。このゲート酸化膜の膜厚は約５００Åである。
（３）その上面の電荷供給調節部２や障壁部４にそれぞれ対応する部分にリンドープされた低抵抗のポリシリコンを堆積させて電極を形成する。この電極の膜厚は約３０００Åで、堆積させた後、約１０００Å程度熱酸化する。
（４）その後、Ｓｉ３Ｎ４（Ｔａ２Ｏ５またはＡｌ２Ｏ３でもよい）を７００Å程度堆積してセンシング部３を形成する。
The specific formation of the detection system is performed as follows, for example.
(1) The p-type Si substrate B is thermally oxidized to form an oxide film (SiO 2 ), and a nitride film (Si 3 N 4 ) is formed thereon.
(2) The part is etched and the part is selectively oxidized. Thereafter, the selectively oxidized portion of SiO 2 is etched and further thermally oxidized to form a gate oxide film P. The thickness of this gate oxide film is about 500 mm.
(3) Phosphorous-doped low-resistance polysilicon is deposited on portions corresponding to the charge
(4) Thereafter, Si 3 N 4 (Ta 2 O 5 or Al 2 O 3 may be used) is deposited in a thickness of about 700 to form the
測定に際しては、電荷供給部１、障壁部４、リセットゲート６にパルス電圧を印加し、他の部位に直流電圧を印加し、ｐ型半導体を用いたＭＯＳ構造において、正の電圧を加えることによって、半導体−絶縁膜界面近傍での電位状態を形成することができる。電荷供給部１、障壁部４、リセットゲート６へのパルス電圧の印加の回数あるいは印加のタイミングは、入出力処理部８によって制御される。
In the measurement, a pulse voltage is applied to the
ここで、電荷供給部１は、「Ｈｉｇｈ」レベルから「Ｌｏｗ」レベルに電位を変化させることによってセンシング部３への電荷供給を担い、各レベル電位は、通常の測定の繰り返しがあっても変更することはない。しかし、「Ｌｏｗ」レベルの電位を変更することによって、センサデバイス２５の出力特性における「ＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度」を変更することができることから、後述するように、センサデバイス２５の出力特性の修正および調整を行うことが可能である。
Here, the
また、電荷供給調節部２は、電荷供給部１からセンシング部３への供給され蓄積される電荷量を規定することから、レベル電位は、通常の測定の繰り返しがあっても変更することはない。しかし、レベルの電位を変更することによって、センサデバイス２５の出力特性における「立ち上がりＲＥＦ電圧」を変更することができることから、後述するように、センサデバイス２５の出力特性の修正および調整を行うことが可能である。
In addition, since the charge
センシング部３は、物理的または化学的な量の大きさに対応して電位が変化する測定部位であり、例えばｐＨ測定の場合には、水溶液や測定対象物などの試料液２３を導入する試料導入部２４が設けられた電極部を形成し、試料中のｐＨに対応する電位を発生する。こうした電位あるいは電位の変化を電荷に変換し、検出部における電荷の変化を、ＭＯＳ構造の出力トランジスタによって出力変換される。
The
また、フローティングディフュージョン５は、センシング部５の電荷が転送されることから、センシング３との接触部分を基に大きさが設定される。形状は問わないが、その面積を小さくするために、図１のように台形形状などを形成することも可能である。
In addition, the size of the floating
次に、上記のようなセンサデバイス２５における基本的な動作を、図４に示す電位図を参照しながら説明する。
（１）初期電位状態
当初は、電荷供給部１の電位は高く（矢印方向が高い）設定されており、センシング部３には電荷は供給されていない。
（２）電荷の供給
電荷供給部１の電位を下げることによって、センシング部３に電荷を供給する。
（３）電荷の蓄積
電荷供給部１の電位を上げることによって、供給された電荷の一部がオーバーフローし電荷供給調節部２によって制限された量の電荷がセンシング部３に蓄積される。
（４）電荷の転送
障壁部４の電位を上げることによって、センシング部３に蓄積された電荷をフローティングディフュージョン５に転送する。
（５）電荷の測定
障壁部４の電位を下げて閉じ、電荷の流入を止める。この電位をＭＯＳ構造の出力トランジスタなどによって測定する。
（６）リセット
フローティングディフュージョン５の電位を読み取った後、リセットゲート６をオンにしてリセットドレイン７から電荷を供出し、フローティングディフュージョン５の電位をリセットドレイン７の電位にリセットする。
（７）検出サイクル
上記のリセットにより、再び（１）と同じ状態に戻ることになる。つまり、検出サイクルとは、このように、（１）〜（６）の動作を繰り返すことをいい、これによって、センシング部３での電位の状態に対応した電荷量を順次出力することができる。
Next, the basic operation of the
(1) Initial potential state Initially, the potential of the
(2) Supply of charge Charge is supplied to the
(3) Accumulation of Charge By raising the potential of the
(4) Transfer of electric charge The electric charge accumulated in the
(5) Charge measurement The potential of the
(6) Reset After reading the potential of the floating
(7) Detection cycle By the above reset, the same state as (1) is restored. That is, the detection cycle refers to repeating the operations (1) to (6) as described above, whereby the charge amount corresponding to the potential state in the
以上のように、この測定装置においては、物理的または化学的な量の大きさに対応して電位を変化するように構成されたセンシング部３を半導体基板Ｂに形成し、このセンシング部３に電荷を供給して、前記物理的または化学的な量をこのセンシング部の大きさに応じた電荷に変換するようにした電荷変換機構を用いている。
As described above, in this measuring apparatus, the
上記測定における増幅度Ａは、正確には下式１で表わすことができる。
［式１］
[Formula 1]
ここで、Ｑ［Ｃ］ ：１回にフローティングディフュージョンに転送される電荷量
ｎ［回］ ：蓄積回数
ＣＦＤ［Ｆ］ ：フローティングディフュージョンの電荷容量
ΔＶｓ ：センシング部の電位変化
Where Q [C]: the amount of charge transferred to the floating diffusion at one time
n [times]: Number of times of accumulation
C FD [F]: Charge capacity of floating diffusion
ΔVs: Sensing potential change
蓄積回数は、検出感度を調整するとともに、予め設定された測定範囲あるいはフローティングディフュージョンに蓄積された電荷に対応して設定される。なお、センシング部３における同一の電位状態での検出を繰り返すことによって、外乱等のノイズの平均化を図ることができ、実質的にランダムノイズを削減することができる。
The number of times of accumulation is set corresponding to the charge accumulated in the preset measurement range or floating diffusion while adjusting the detection sensitivity. Note that by repeating detection in the same potential state in the
＜センサの出力特性の修正方法＞
次に、上記図１のような出力特性のセンサを有する装置について、センサの出力特性の修正方法を図５、図６および表１に基づき説明する。
<How to correct sensor output characteristics>
Next, a method for correcting the output characteristic of the sensor having the output characteristic sensor as shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
第１構成例において、センシング部３の電位は比較電極の電位Ｅを変化させることによって変化させることができる。このとき、センサの出力特性の特定については、出力特性を曲線データとしてメモリすることも可能であるが、上述のように、立ち上がりＲＥＦ電圧については最大出力の半値に対応する電圧Ｅｂ０やＥｂ１で代表し、ＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度についてはＥｂ近傍のセンサ出力／比較電極の電位の変化量ΔＶ０やΔＶ１で代表し、（Ｅｂ０、ΔＶ０）あるいは（Ｅｂ１、ΔＶ１）として規定することも可能となる。なお、基準となる立ち上がりＲＥＦ電圧およびＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度について、各々所定の幅の裕度を設定することも可能である（Ｅｂ０±ｅ、ΔＶ０±ｖ）。
In the first configuration example, the potential of the
（１）予め修正の目標となるセンサの出力特性を図５の特性Ｄ（Ｅｂ０、ΔＶ０）のように設定し、制御・操作部２２にメモリしておく。設定条件は、例えば、特定の試料についての測定条件が決まれば自動的に設定可能な場合にはその特性をメモリし、不定の場合には、センサの設計基準あるいはマスデータから得られた平均値など、最適条件をメモリする。このとき、センサデバイス２５の各構成部位の電位は、図６（Ｄ）および表１の状態（Ｄ）に例示する状態になる。
(1) The output characteristics of the sensor to be corrected are set in advance as characteristic D (Eb 0 , ΔV 0 ) in FIG. 5 and stored in the control /
（２）測定装置に所定の試料を導入し、測定モードにする。所定時間後の安定した状態で比較電極２６の電位をスキャンし、現状での出力特性を取得する。図５の特性Ａ（Ｅｂ１、ΔＶ１）とする。このときのセンサデバイス２５の各構成部位の電位は、図６（Ａ）および表１の状態（Ａ）に例示する状態になる。
(2) A predetermined sample is introduced into the measurement apparatus and the measurement mode is set. The potential of the
（３）特性Ｂ（Ｅｂ１、ΔＶ１）を特性Ｄに略一致するように修正するには、次の２つの手順を実行する必要があるが、その順序は特に限定されない。
（３−１）立ち上がりＲＥＦ電圧を合致させる。つまり、図５の特性Ｂ（Ｅｂ０、ΔＶ１）のようにΔＥ＝Ｅｂ０−Ｅｂ１分シフトさせる。具体的には、後述するケミカルＣＣＤのようなセンサデバイス２５については、センシング部３に供給する電荷量を制御して「立ち上がりＲＥＦ電圧」を調整することができる。このときのセンサデバイス２５の各構成部位の電位は、図６（Ｂ）および表１の状態（Ｂ）に例示する状態になる。
（３−２）ＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度を合致させる。つまり、図５の特性Ｃ（Ｅｂ１、ΔＶ０）のように傾きΔＶ０を傾きΔＶ１にシフトさせる。具体的には、後述するケミカルＣＣＤのようなセンサデバイス２５については、電荷供給部１の電位をΔＳシフトするように制御して「ＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度」を調整することができる。このときのセンサデバイス２５の各構成部位の電位は、図６（Ｃ）および表１の状態（Ｃ）に例示する状態になる。
（３−３）以上の（３−１）と（３−２）をその順番にあるいは逆に、さらには同時に実施することによって目標とするセンサの出力特性の修正を行うことができる。
(3) To correct the characteristic B (Eb 1 , ΔV 1 ) so as to substantially match the characteristic D, it is necessary to execute the following two procedures, but the order is not particularly limited.
(3-1) Match rising REF voltage. That is, it is shifted by ΔE = Eb 0 −Eb 1 as shown by the characteristic B (Eb 0 , ΔV 1 ) in FIG. Specifically, for a
(3-2) Match the rising slope of the REF voltage. That is, the slope ΔV 0 is shifted to the slope ΔV 1 as shown by the characteristic C (Eb 1 , ΔV 0 ) in FIG. Specifically, for a
(3-3) By executing the above (3-1) and (3-2) in the order or in the reverse order, or simultaneously, the target sensor output characteristics can be corrected.
＜デュアルタイプのセンサデバイスを有する本発明に係る測定装置＞
図７（Ａ）および（Ｂ）は、デュアルタイプのセンサデバイスを有する物理現象または化学現象のポテンシャル測定装置の構成（第２構成例）を例示する。
<Measurement apparatus according to the present invention having a dual type sensor device>
FIGS. 7A and 7B illustrate a configuration (second configuration example) of a potential measurement apparatus for a physical phenomenon or a chemical phenomenon having a dual type sensor device.
図７（Ａ）に示すように、センサユニット２１において試料導入部２４に導入される試料液２３と当接するように配置された一対の同一構造のセンサデバイス２５ａと２５ｂと、試料導入部２４に浸漬した比較電極２６から構成される。図７（Ｂ）は、このセンサユニット２１の断面を表したもので、制御調整部２２との間において電源や各種信号のやりとりを行う接続部２７を有している。一対のセンサデバイス２５ａと２５ｂを有することおよびこれに伴う出力処理以外の構成は、第１構成例と同様である。
As shown in FIG. 7A, a pair of
一対のセンサデバイス２５ａと２５ｂは、各々図３に例示する構造を有し、一方のセンサデバイス２５ａには測定対象に対する感応膜が形成されたセンシング部３ａが接液し、物理現象または化学現象に対応して電位が変化する。他方のセンサデバイス２５ａには物理現象または化学現象に対して感応しない膜あるいは異なる感応特性を有する膜が形成されたセンシング部３ｂが接液し、測定対象に対する電位の変化がないが、オフセット電荷や外乱成分に対してセンサデバイス２５ａと同様の変化を生じることによって、検出系の補償機能を高めることができる。
Each of the pair of
つまり、測定に際して、センサデバイス２５ａの電荷信号は「検出信号＋オフセット信号＋外乱信号」に相当しセンサデバイス２５ｂの電荷信号は「オフセット信号＋外乱信号」に相当する。従って、両者の差を求めることで、真の「検出信号」を得ることができる。
That is, in the measurement, the charge signal of the
しかし、こうした補償機能は両方のセンサデバイス２５ａと２５ｂが同様の出力特性を有することによって初めて発揮できるものであり、従来のように個別のセンサデバイスの出力特性の修正ができない場合には、実質的に十分機能しない。
However, such a compensation function can be exhibited only when both the
例えば、センサデバイスとしてケミカルＣＣＤを用い、その特徴である高感度測定を行う場合、ダイナミックレンジが非常に狭くなる。つまり、図８に例示するように、「ＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度」が非常に大きくなるため、センシング部３でのＲＥＦ電位の微小変化を大きな出力変化として取り出すことができる反面、センサのバラツキに対しても大きな影響を受けることとなる。
For example, when a chemical CCD is used as a sensor device and high sensitivity measurement, which is a feature of the chemical CCD, is performed, the dynamic range becomes very narrow. That is, as illustrated in FIG. 8, since “the rising slope of the REF voltage” becomes very large, a minute change in the REF potential at the
センサデバイス２５ａと２５ｂを用いた装置において、前者をＣＨ１、後者をＣＨ２とすると、センサのバラツキが大きい場合には、図８のようにセンサ毎で立ち上がりＲＥＦ電圧も異なるため、両方のセンサの検出範囲（図８のＣＨ１ではＰａ１〜Ｐａ２およびＣＨ２ではＰｂ１〜Ｐｂ２）が重複する領域が小さくなり測定できない場合がある。また、デュアル測定において比較電極電位を用いた場合、比較電極電位のふらつきをキャンセルさせるためには、比較電極はＣＨ１とＣＨ２共通で使用し１つの比較電極の電位を２つのセンサに印加する必要があり、同時にその比較電極の電位がＣＨ１とＣＨ２の変化率の高い領域に存在する必要がある。また、液体中の電位を測定する場合には、液体測定特有のドリフトが存在し、調整を行わずに行うと、一方のセンサがダイナミックレンジを外れたり、感度の異なる領域でそれぞれのセンサが測定を行うことになる。
In the apparatus using the
従って、本発明のように、センサデバイス２５ａおよび２５ｂの出力特性、つまり、「立ち上がりＲＥＦ電圧」および「ＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度」を把握し、両者が合致するように修正することによってデュアルタイプのセンサデバイスが有する優れた補償機能を十分に発揮することが可能となる。
Therefore, as in the present invention, the output characteristics of the
このとき、出力特性の修正には、（１）一方を基準に他方の出力特性を修正する方法、（２）所定の基準を設けいずれか一方がその基準内にあれば、その基準内の出力特性に合うように修正する方法、（３）所定の基準を設け、両者の出力特性をそれに合うように修正する方法などを挙げることができる。ここでは方法（１）によってセンサの出力特性を修正する場合について説明する。 At this time, the output characteristics can be corrected by (1) a method of correcting the output characteristics of the other with reference to one, and (2) the provision of a predetermined reference and if either one is within the reference, the output within the reference Examples include a method of correcting to match the characteristics, and (3) a method of providing a predetermined reference and correcting the output characteristics of both to match them. Here, a case where the output characteristic of the sensor is corrected by the method (1) will be described.
この修正処理の自動シーケンスの具体例は、以下のとおりである。
（１）初期条件設定開始コマンドを開始する。
（２）同じ測定条件で、比較電極の電位をスキャニングし、２つのセンサデバイスＣＨ１およびＣＨ２の比較電極電位−出力電圧特性を取得する。
（３）２点以上比較電極電位、出力電圧がＣＨ１とＣＨ２とで一致する点が出るまで、電荷供給調整部（ＣＯＮ）のレベル、電荷供給部（ＳＯＲ）のＬＯＷレベルを自動的に調整し、最適条件を見つける。
その際できる限り比較電極電位が０に近づくよう調整することが好ましい。電位が高くなりすぎると、電気分解を生じる可能性があるためである。
（４）一致した時点での測定条件設定をメモリする。
（５）サンプルを測定する。この時にそのメモリされた設定条件を自動的に設定し、測定を開始する。
A specific example of the automatic sequence of this correction processing is as follows.
(1) Start an initial condition setting start command.
(2) Under the same measurement conditions, the potential of the reference electrode is scanned to obtain the comparison electrode potential-output voltage characteristics of the two sensor devices CH1 and CH2.
(3) The level of the charge supply adjustment unit (CON) and the LOW level of the charge supply unit (SOR) are automatically adjusted until a point where the comparison electrode potential and the output voltage match between CH1 and CH2 is obtained. Find the optimal conditions.
At that time, it is preferable to adjust the reference electrode potential as close to 0 as possible. This is because if the potential becomes too high, electrolysis may occur.
(4) The measurement condition setting at the time of coincidence is stored.
(5) Measure the sample. At this time, the memorized setting conditions are automatically set and measurement is started.
次に、一方のセンサデバイスを基準に他方のセンサデバイスの出力特性を修正する方法を、図８、表２および３に基づき例示する。基本的には、第１構成例における修正方法に準じ、「修正目標とした出力特性」に代えてＣＨ１の出力特性に合うようにＣＨ２の出力特性を修正する。 Next, a method of correcting the output characteristic of the other sensor device with reference to one sensor device will be exemplified based on FIG. 8 and Tables 2 and 3. Basically, in accordance with the correction method in the first configuration example, the output characteristic of CH2 is corrected to match the output characteristic of CH1 instead of the “output characteristic targeted for correction”.
（１）自動修正機能をスタートさせる。
このときの各電極の設定を表２のとおりとする。
(1) Start the automatic correction function.
The setting of each electrode at this time is as shown in Table 2.
（２）例えばセンサデバイスの出力電圧が５Ｖとした時のＲＥＦ電圧の低いチャンネル（ＣＨ１）のＣＯＮ電圧を１０ｍＶ単位で減少させ、ＲＥＦ電圧スキャンの出力データを取っていく。
（３）出力電圧が、例えば４Ｖと６ＶのときのＣＨ１とＣＨ２の比較電極の電圧差を比較し、出力電圧が４Ｖ、６Ｖのいずれかで比較電極電位が一致するまで、ＣＨ２のＣＯＮ電圧を減少させる（「立ち上がりＲＥＦ電圧」の調整完了）。
（４）ＣＨ１とＣＨ２の出力電圧が４Ｖで一致した場合、次に、ＳＯＲのＬＯＷレベルを１０ｍＶ単位で減少させる。
（５）出力電圧が６Ｖのときに一致した場合、ＳＯＲのＬＯＷレベルを１０ｍＶ単位で上昇させる（「ＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度」の調整）。
（６）ＳＯＲのＬＯＷレベルを変化させると、出力電圧が一致点から再びずれていく。このとき、再び（３）〜（５）の工程を行い徐々に近づけていく。
（７）出力電圧が４Ｖと６Ｖで、ＣＨ１とＣＨ２の比較電極電位の差がともに１０ｍＶ未満になった時点で調整を終了する。「初期設定終了」と表示する。
（８）実際に調整後の各電極の測定条件を以下に示す。
(2) For example, when the output voltage of the sensor device is 5 V, the CON voltage of the channel (CH1) having a low REF voltage is decreased in units of 10 mV, and the output data of the REF voltage scan is taken.
(3) Compare the voltage difference between the comparison electrodes of CH1 and CH2 when the output voltage is, for example, 4V and 6V, and change the CON voltage of CH2 until the comparison electrode potential matches at either 4V or 6V. Decrease (adjustment of “rising REF voltage”).
(4) If the output voltages of CH1 and CH2 match at 4V, then the SOR LOW level is decreased in units of 10 mV.
(5) If the output voltage is 6V, the SOR LOW level is increased in units of 10 mV (adjustment of “rising slope of REF voltage”).
(6) When the SOR LOW level is changed, the output voltage deviates from the coincidence point. At this time, the steps (3) to (5) are performed again and gradually approached.
(7) When the output voltage is 4V and 6V and the difference between the comparison electrode potentials of CH1 and CH2 is less than 10 mV, the adjustment is finished. “End of initial setting” is displayed.
(8) The measurement conditions of each electrode after actual adjustment are shown below.
（９）次に、実際の試料をセットし、「測定」ボタンを押せば、この条件をもとに測定を行うことができる。むろん自動測定モードであれば、自動的に、試料を導入し測定を行うことができる。
（１０）次のサンプルを測定する際には、その条件を使用するか、もしくは再度測定初期設定を行う。
(9) Next, by setting an actual sample and pressing the “Measure” button, measurement can be performed based on this condition. Of course, in the automatic measurement mode, it is possible to automatically introduce a sample and perform measurement.
(10) When measuring the next sample, use the conditions or perform measurement initial setting again.
このように、立ち上がりＲＥＦ電圧が大きくずれたセンサをデュアル化しても電極への印加電圧を自動的に調整し「立ち上がりＲＥＦ電圧」および「ＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度」を調整するので、マニュアル操作で調整していた時間を削減することができる。また、センサごとに測定して調整あるいは選別する必要もない。 In this way, even if the sensor whose rising REF voltage greatly deviates is dualized, the applied voltage to the electrode is automatically adjusted to adjust the “rising REF voltage” and the “rising slope of the REF voltage”. Adjustment time can be reduced. Moreover, it is not necessary to measure and adjust or sort for each sensor.
＜本発明に係る測定装置の実施形態＞
本発明に係る測定装置は、実際に図９に例示するような計測装置あるいは評価装置として利用することができる。上記のようなセンサデバイス２５を含む測定手段３１、本体３２、本体からの各種信号・指令を表示するとともに、データおよび画像をソフト画面として表示するパソコン３３から構成される。本体３２においては、測定手段３１からの出力を演算処理することによって出力データおよび画像データを作成するとともに、センサデバイス２５の電位などを制御するとともに、センサの出力特性の修正を自動的に行う。作成されたデータは、ＵＬＢを介して例えば反応評価を行う評価装置としてパソコン３３に入力し、画像としてソフト画面に表示することによって、試料の物理現象あるいは化学現象を定量的に把握することができる。また、パソコン３３においては、外部との信号・指令のやりとりを行う。
<Embodiment of measuring apparatus according to the present invention>
The measuring apparatus according to the present invention can be actually used as a measuring apparatus or an evaluation apparatus as illustrated in FIG. The measuring
デュアルタイプのセンサデバイス２５を用いた場合には、センサの出力特性の修正を自動的に行うことによって、一対のセンサの補正機能および比較電極２６の補償機能が、一層効率よく働くようになる。また、センサデバイス２５としてＣＣＤを利用した場合には、ソフト画面に表示された二次元画像によって、物理現象あるいは化学現象の二次元的な追跡が可能となる。
When the dual
また、こうした測定装置には以下のような装置仕様・機能を有することが好ましい。
（１）ケミカルＣＣＤ動作および装置の駆動に必要な電源をすべて含むことが好ましい。ケミカルＣＣＤはセンサの駆動電力が小さく、小容量の電源の仕様が可能であり、可搬型装置としての利用も可能となる。
（２）ケミカルＣＣＤのデータを、経時変化、比較電極電位スキャンモード、ＣＯＮ電位スキャンモードで観察できるようにすることが好ましい。装置の機能は自動化が好ましいが、測定装置の主要部、特にセンサの特性に関する情報の把握は、試料からの正確な情報入手に有用である。直接センサデバイスの状態を知ることによって、デバイスを構成する各部位の状態を把握することができ、接液部の汚れや破損の有無など保守の必要性を判断することができるとともに、センサの出力特性は修正機能が適切に働く状態か否かの判断を行うことができる。
（３）ケミカルＣＣＤにおいては動作スピードを変更することができることが好ましい。後述するように、試料の二次元測定において特定の部位を高精度に測定したい場合には、そのセンサ部の検出サイクルを増加したり、使用するセンサ部を増加することがある。こうした場合、転送効率にあった動作スピードに変更することによって、より精緻な測定が可能となる。試料の部分的な測定精度あるいは試料の全体の把握など測定目的に合った機能の調整が有用である。
（４）ＣＤＳ回路（Correlated Double Sampling回路）を内蔵することが好ましい。リセット時と信号読み出し時の２つのタイミングの信号の差を読み取る、といった機能を有することによって、リセットノイズ低減効果を得ることができる。ワンプッシュあるいは自動的にセンサの出力特性の調整が可能となる。
（５）データを平均化する時間の設定をすることができることが好ましい。本発明は、試料中の低濃度の特定成分を測定対象とすることがある。こうした場合、検出出力に含まれるいわゆるランダムノイズを低減するためにデータを平均化することが好ましい。一方、測定の迅速化の面からは平均化する時間は短い方が好ましく、高濃度測定の場合は長い平均化する時間は必要がない。従って、任意に平均化する時間を設定することによって、特定成分の濃度あるいは測定範囲あるいは精度・仕様に対応した測定装置を提供することが可能となる。データの繰り返し平均あるいは平均化するデータの数量を変更可能とすることによって、測定目的に合った測定精度あるいは試料の全体の把握など機能の調整が可能である。特に、データの移動平均を行う場合には有用である。
Moreover, it is preferable that such a measuring apparatus has the following apparatus specifications and functions.
(1) It is preferable to include all power sources necessary for chemical CCD operation and driving of the apparatus. A chemical CCD has a small driving power for a sensor, can be used for a small capacity power supply, and can be used as a portable device.
(2) It is preferable that the data of the chemical CCD can be observed in the temporal change, the comparative electrode potential scan mode, and the CON potential scan mode. Although it is preferable to automate the function of the apparatus, grasping information on the main part of the measuring apparatus, particularly the characteristics of the sensor, is useful for obtaining accurate information from the sample. By directly knowing the status of the sensor device, it is possible to grasp the status of each part that makes up the device, determine the need for maintenance such as whether the wetted part is dirty or damaged, and output the sensor The characteristic can determine whether or not the correction function is in an appropriate state.
(3) It is preferable that the operation speed of the chemical CCD can be changed. As will be described later, when it is desired to measure a specific part with high accuracy in two-dimensional measurement of a sample, the detection cycle of the sensor unit may be increased or the number of sensor units to be used may be increased. In such a case, a more precise measurement can be performed by changing the operation speed to match the transfer efficiency. It is useful to adjust the function according to the measurement purpose such as partial measurement accuracy of the sample or grasping the whole sample.
(4) It is preferable to incorporate a CDS circuit (Correlated Double Sampling circuit). A reset noise reduction effect can be obtained by having a function of reading a difference between two timing signals at the time of resetting and signal reading. One-push or automatically adjust the output characteristics of the sensor.
(5) It is preferable that the time for averaging the data can be set. In the present invention, a specific component having a low concentration in a sample is sometimes measured. In such a case, it is preferable to average the data in order to reduce so-called random noise included in the detection output. On the other hand, from the viewpoint of speeding up the measurement, the averaging time is preferably short, and in the case of high concentration measurement, a long averaging time is not necessary. Therefore, it is possible to provide a measuring device corresponding to the concentration of the specific component, the measuring range, accuracy, or specifications by arbitrarily setting the time for averaging. By making it possible to change the repeated average of data or the quantity of data to be averaged, it is possible to adjust functions such as measurement accuracy suitable for the measurement purpose or grasping the entire sample. This is particularly useful when performing a moving average of data.
こうした仕様・機能を有することによって、（１）測定毎の特性調整をマニュアルで行う必要がない。（２）特性調整のバラツキが少ない。（３）特性調整にかかる時間が削減できる。といった従来にない優れた測定装置を構成することができる。 By having such specifications and functions, (1) it is not necessary to manually adjust the characteristics for each measurement. (2) There is little variation in characteristic adjustment. (3) Time required for characteristic adjustment can be reduced. Thus, it is possible to configure an excellent measurement device that has never been obtained.
＜ＣＣＤ機能を有するセンサデバイスを用いた測定装置の構成例＞
さらに、１つのフローティングディフュージョンに対し電荷転送部を介して複数のセンサ部からの電荷を順次移動させるＣＣＤ機能を有することによって、物理的または化学的な現象の一次元分布または二次元分布を容易に画像化することができる。具体的には、図１０に例示するような第３構成例が可能である。
<Configuration example of measuring apparatus using sensor device having CCD function>
Furthermore, by having a CCD function that sequentially moves charges from a plurality of sensor units via a charge transfer unit for one floating diffusion, one-dimensional distribution or two-dimensional distribution of a physical or chemical phenomenon can be easily performed. Can be imaged. Specifically, a third configuration example illustrated in FIG. 10 is possible.
つまり、複数のセンサ部１０（ａ，ａ）、１０（ａ，ｂ）、・・・と、各センサ部において変換された電荷を矢印方向に転送する電荷転送部１１と、転送されてきた電荷をさらに転送する１つのフローティングディフュージョン５と、フローティングディフュージョン５ｎ蓄積された電荷を供出するリセットゲート６、転送されてきた電荷を出力信号に変換する出力トランジスタ（図示せず）とからなる。ここで、個々のセンサ部１０は、図３に例示した電荷供給部１、電荷供給調節部２、センシング部３、障壁部４の後段に、センシング部３から転送された電荷を蓄積するセンシング電荷蓄積部（図示せず）および堰部（図示せず）を有する構成が好ましい。後述するように、蓄積された電荷を電荷転送部１１によって順に転送する場合におけるセンシング部３への誘導ノイズなどの外乱防止を図ることができるためである。
That is, the plurality of sensor units 10 (a, a), 10 (a, b),..., The
センサ部１０（ａ，ａ）、１０（ａ，ｂ）、・・・を一次元的あるいは二次元的に配置してアレイ化することにより、複数点の情報を同時に取り込み、電荷転送部１１によって、複数点の信号を秩序よく処理することができる。出力された信号は、そのままＣＲＴなどの画像出力装置（図示せず）に入力して画像出力したり、出力信号をＡＤ変換してコンピュータに入力することができる。 The sensor units 10 (a, a), 10 (a, b),... Are arranged one-dimensionally or two-dimensionally to form an array, so that information on a plurality of points can be taken in at the same time. It is possible to process signals at multiple points in an orderly manner. The output signal can be directly input to an image output device (not shown) such as a CRT to output an image, or the output signal can be AD converted and input to a computer.
つまり、各センサ部１０（ａ，ａ）、１０（ａ，ｂ）、・・・と電荷転送部１１との接合部におけるゲートを順次開として蓄積された電荷を供出し、ＣＣＤ駆動電位を順にＯＮ−ＯＦＦすることによって電荷転送部１６の転送路を経由して転送される。このとき、電荷転送部１６におけるＣＣＤの駆動は、一相駆動、二相駆動あるいは四相駆動など、転送される電荷量に応じて適宜選定することができる。なお、センサ部１０の数が多くなるに伴って転送効率が大きな問題となるが、その場合は、転送経路として転送効率の高いバルクチャンネルを用いるのが好ましい。転送されてきた電位は、フローティングディフュージョン５に転送され、このフローティングディフュージョン５の電位を変化させる。この電位の変化を、検出出力とする。
That is, the accumulated charges are supplied by sequentially opening the gates at the junctions between the sensor units 10 (a, a), 10 (a, b),... It is transferred via the transfer path of the charge transfer unit 16 by turning on and off. At this time, the drive of the CCD in the charge transfer unit 16 can be appropriately selected according to the amount of charge to be transferred, such as one-phase drive, two-phase drive, or four-phase drive. As the number of
このとき、各センサ部１０（ａ，ａ）、１０（ａ，ｂ）、・・・の出力特性にバラツキがあると、個々の検出系の測定精度の低下のみならず、装置全体の測定精度の低下や画像のひずみなどに繋がることになる。そこで、こうした複数のセンサ部１０（ａ，ａ）、１０（ａ，ｂ）、・・・の出力特性を、上記のような方法を用いて修正・調整する必要がある。 At this time, if the output characteristics of each of the sensor units 10 (a, a), 10 (a, b),... Vary, not only the measurement accuracy of each detection system decreases, but also the measurement accuracy of the entire apparatus. This leads to a decrease in image quality and image distortion. Therefore, it is necessary to correct and adjust the output characteristics of the plurality of sensor units 10 (a, a), 10 (a, b),... Using the method described above.
具体的には、
（１）各センサ部１０（ａ，ａ）、１０（ａ，ｂ）、・・・の「立ち上がりＲＥＦ電圧」および「ＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度」を把握し、
（２）そのうちの特定のセンサ部（例えばセンサ部１０（ａ，ａ））の出力特性を基準として、センサ部１０（ａ，ａ）の出力特性と他のセンサ部１０（ａ，ｂ）、１０（ａ，ｃ）・・・が合致するように、センサ部１０（ａ，ｂ）、１０（ａ，ｃ）・・・の荷供給調整部（ＣＯＮ）のレベル、電荷供給部（ＳＯＲ）のＬＯＷレベルを自動的に修正することによって、デバイス間の出力特性のバラツキあるいは経時変化を補正することができる。
In particular,
(1) Grasp the “rising REF voltage” and “rising slope of the REF voltage” of each sensor unit 10 (a, a), 10 (a, b),.
(2) With reference to the output characteristics of a specific sensor unit (for example, sensor unit 10 (a, a)), the output characteristics of sensor unit 10 (a, a) and other sensor units 10 (a, b), 10 (a, c)..., The level of the load supply adjusting unit (CON) of the sensor units 10 (a, b), 10 (a, c)..., The charge supply unit (SOR). By automatically correcting the LOW level, it is possible to correct variations in output characteristics between devices or changes with time.
また、ＣＣＤは、Ｓ／Ｎ比の高さ、転送速度、転送効率および操作性の点で優れた特性を有しており、複数の電極を作動させる場合において非常に有用である。つまり、ＣＣＤを構成する複数の電極が、上記のセンシング電荷蓄積部あるいは障壁部４や堰部の機能を果たすことが可能であり、転送の迅速化が可能である点においても優位である。さらに、各電極に印加する電圧に差を設ける必要がないことからセンシング部３とフローティングディフュージョン５間の電位差を制限したり、電極数を制限する必要がない点においても有用である。さらに、ＣＣＤは、センシング部３に蓄積された電荷量に応じて、電荷転送時に、同時に稼動させる電極数を変更することによって、最適条件で電荷を転送することが可能である。つまり、転送する電荷量が多い場合には複数の電極を稼動することによって、電荷の未転送をなくすことができる。さらに、転送する電荷量が少ない場合には１つの電極を稼動することによって、電極部における残留電荷をなくし、測定誤差要因をなくすことができる。
The CCD has excellent characteristics in terms of high S / N ratio, transfer speed, transfer efficiency, and operability, and is very useful when operating a plurality of electrodes. That is, the plurality of electrodes constituting the CCD can perform the functions of the sensing charge storage unit or the
以上、この発明は、広く溶液などサンプルのイオン濃度の二次元分布測定に好適に用いることができるほか、以下のような分野にも適用することができる。
（１）化学顕微鏡としての応用分野・化学；イオン濃度計測・電気化学的分野、ガス分布計測分野・滴定の二次元的動的観察および解析
（２）環境計測・環境；バイオリメディエーションへの適用
（３）食品検査・食品、微生物
（４）ＭＥ分野・医学・生態組織；組織細胞の表面イオン濃度計測、細胞表面電位計測、ＤＮＡ計測
（５）バイオ分野
（６）動植物分野・植物；カルスの表面電位分布計測・生物・正面図動物
（７）腐蝕計測分野・金属；金属腐蝕と塗装・コーティング
（８）ゼータ電位等表面解析・粉体、セラミックスのゼータ電位。
As described above, the present invention can be widely used for measuring the two-dimensional distribution of the ion concentration of a sample such as a solution, and can also be applied to the following fields.
(1) Chemical microscope application fields / chemistry; ion concentration measurement / electrochemical field, gas distribution measurement field / two-dimensional dynamic observation and analysis of titration (2) environmental measurement / environment; application to bioremediation ( 3) Food inspection / food, microorganisms (4) ME field / medicine / ecological tissue; surface ion concentration measurement of tissue cells, cell surface potential measurement, DNA measurement (5) bio field (6) animal and plant field / plant; callus surface Potential distribution measurement, organisms, front view animals (7) Corrosion measurement field, metal; metal corrosion and coating, coating (8) Surface analysis such as zeta potential, zeta potential of powder and ceramics.
また、測定対象（サンプル）は、気体、液体、固体、粉体のいずれであってもよく、センサ部の特定感応層により選択的に反応する化学センシングと、物理的接触による界面現象に電荷変動をするあらゆる現象に適用でき、例えば液の流れや一瞬の化学反応の過渡現象の分布を高感度、高画質の化学画像として得ることができる。さらに、滴定現象のリアルタイム画像化から画像ソフトによる他の種類の解析、表示にも有用であり、携帯化カメラにも有効である。 In addition, the measurement target (sample) may be any of gas, liquid, solid, and powder. Chemical fluctuation that reacts selectively by the specific sensitive layer of the sensor part and the charge fluctuation due to the interface phenomenon due to physical contact For example, the distribution of a liquid flow or transient chemical reaction transients can be obtained as a high-sensitivity, high-quality chemical image. Furthermore, it is useful for real-time imaging of titration phenomena to other types of analysis and display using image software, and is also effective for portable cameras.
１ 電荷供給部
２ 電荷供給調整部
３ センシング部
４ 障壁部
５ フローティングディフュージョン
６ リセットゲート
７ リセットドレイン
８ 入出力処理部
２１ センサユニット（検出系）
２２ 制御調整部
２３ 試料液
２４ 試料導入部
２５ センサデバイス
２６ 比較電極（基準電位設定部）
DESCRIPTION OF
22
Claims (4)
前記センシング部が当接する試料導入部に設けて前記検出系の測定電位を規定する基準電位設定部と、を有する測定装置であって、
該基準電位設定部の電位をスキャンして前記検出系の出力特性を取得し、
前記センシング部に供給する電荷量の制御によって該出力特性の立ち上がりＲＥＦ電圧の調整を行い、
前記出力特性を自動的に修正する、制御調整部を有することを特徴とする物理現象または化学現象に係るポテンシャル測定装置。 At least one having a charge supply unit for supplying charge to the sensing unit, a sensing unit whose potential changes in accordance with a physical or chemical quantity, and a floating diffusion for taking out the charge supplied to the sensing unit A detection system;
A reference potential setting unit that is provided in a sample introduction unit that contacts the sensing unit and defines a measurement potential of the detection system;
Scanning the potential of the reference potential setting unit to obtain the output characteristics of the detection system,
The rising REF voltage of the output characteristic is adjusted by controlling the amount of charge supplied to the sensing unit,
A potential measuring apparatus according to a physical phenomenon or a chemical phenomenon, comprising a control adjustment unit that automatically corrects the output characteristic.
前記センシング部が当接する試料導入部に設けて前記検出系の測定電位を規定する基準電位設定部と、を有する測定装置であって、
該基準電位設定部の電位をスキャンして前記検出系の出力特性を取得し、
前記電荷供給部の電位の制御によって該出力特性のＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度の調整を行い、
前記出力特性を自動的に修正する、制御調整部を有することを特徴とする物理現象または化学現象に係るポテンシャル測定装置。 At least one having a charge supply unit for supplying charge to the sensing unit, a sensing unit whose potential changes in accordance with a physical or chemical quantity, and a floating diffusion for taking out the charge supplied to the sensing unit A detection system;
A reference potential setting unit that is provided in a sample introduction unit that contacts the sensing unit and defines a measurement potential of the detection system;
Scanning the potential of the reference potential setting unit to obtain the output characteristics of the detection system,
The rising slope of the REF voltage of the output characteristic is adjusted by controlling the potential of the charge supply unit,
A potential measuring apparatus according to a physical phenomenon or a chemical phenomenon, comprising a control adjustment unit that automatically corrects the output characteristic.
前記一対のセンシング部がともに当接する試料導入部に設けて前記検出系の測定電位を規定する基準電位設定部と、を有する測定装置であって、
前記一対の検出系の一方が物理的または化学的な量の大きさに対応して電位が変化するセンシング部を有する前記機能を有する検出系Ａと、他方が物理的または化学的な量の変化に感応しないセンシング部を有しセンシング部以外の機能を同じくする検出系Ｂによって構成されるとともに、
該基準電位設定部の電位をスキャンして前記両検出系の出力特性を取得し、
いずれか一方の検出系の出力特性を基準として、
該他方のセンシング部に供給する電荷量の制御によって他方の出力特性の立ち上がりＲＥＦ電圧の調整を行い、
該他方の電荷供給部の電位の制御によって他方の出力特性のＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度の調整を行い、
両出力特性が略合致するように自動的に修正する、制御調整部を有することを特徴とする物理現象または化学現象に係るポテンシャル測定装置。 A charge supply unit that supplies charges of the same structure to the sensing unit, a sensing unit that changes in potential according to the magnitude of a physical or chemical amount, and a floating diffusion that extracts the charge supplied to the sensing unit. Having at least a pair of detection systems;
A reference potential setting unit that is provided in a sample introduction unit with which the pair of sensing units abut together and defines a measurement potential of the detection system,
One of the pair of detection systems is a detection system A having the above function having a sensing unit whose potential changes corresponding to the magnitude of a physical or chemical quantity, and the other is a change in physical or chemical quantity. It is constituted by a detection system B having a sensing unit that is not sensitive to the same function other than the sensing unit,
Scan the potential of the reference potential setting unit to obtain the output characteristics of both detection systems,
Based on the output characteristics of either detection system,
Adjusting the rising REF voltage of the other output characteristic by controlling the amount of charge supplied to the other sensing unit,
The rising slope of the REF voltage of the other output characteristic is adjusted by controlling the potential of the other charge supply unit,
A potential measuring apparatus according to a physical phenomenon or a chemical phenomenon, characterized by having a control adjustment unit that automatically corrects both output characteristics so as to substantially match.
該センシング電荷蓄積部に供給された電荷を取り出す少なくとも１のフローティングディフュージョンと、前記検出系とフローティングディフュージョンの中間に配設された電荷転送手段と、
前記センシング部が当接する試料導入部に設けて前記検出系の測定電位を規定する基準電位設定部と、を有する測定装置であって、
前記電荷転送手段が電荷結合素子であり、複数のセンシング電荷蓄積部の電荷を１つのフローティングディフュージョンに転送するとともに、
特定の検出系の出力特性を基準に、各センシング部に供給する電荷量の制御によって前記特定の検出系を除く他の検出系の出力特性の立ち上がりＲＥＦ電圧の調整を行い、
各電荷供給部の電位の制御によって特定の検出系を除く他の検出系の出力特性のＲＥＦ電圧の立ち上がり傾斜度の調整を行い、
特定の検出系の出力特性と、特定の検出系を除く他の検出系の各出力特性が略合致するように自動的に修正する、制御調整部を有することを特徴とする物理現象または化学現象に係るポテンシャル測定装置。 A charge supply unit that supplies charge to the sensing unit; a sensing unit that changes in potential according to a physical or chemical quantity; and a sensing charge storage unit that accumulates charges transferred from the sensing unit. Multiple detection systems;
At least one floating diffusion for taking out the charge supplied to the sensing charge storage unit; charge transfer means disposed between the detection system and the floating diffusion;
A reference potential setting unit that is provided in a sample introduction unit that contacts the sensing unit and defines a measurement potential of the detection system;
The charge transfer means is a charge coupled device, and transfers charges of a plurality of sensing charge storage units to one floating diffusion,
Based on the output characteristics of a specific detection system, the rising REF voltage of the output characteristics of other detection systems other than the specific detection system is adjusted by controlling the amount of charge supplied to each sensing unit,
By adjusting the potential of each charge supply unit, the rising slope of the REF voltage of the output characteristics of other detection systems other than the specific detection system is adjusted,
A physical or chemical phenomenon characterized by having a control adjustment unit that automatically corrects the output characteristics of a specific detection system so that the output characteristics of other detection systems other than the specific detection system substantially match. A potential measurement device according to the above.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005101855A JP4641444B2 (en) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | Potential measurement device for physical or chemical phenomena |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005101855A JP4641444B2 (en) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | Potential measurement device for physical or chemical phenomena |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006284250A true JP2006284250A (en) | 2006-10-19 |
| JP4641444B2 JP4641444B2 (en) | 2011-03-02 |
Family
ID=37406343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005101855A Expired - Fee Related JP4641444B2 (en) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | Potential measurement device for physical or chemical phenomena |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4641444B2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013024791A1 (en) * | 2011-08-12 | 2013-02-21 | 国立大学法人豊橋技術科学大学 | Device and method for detecting chemical and physical phenomena |
| JP2013074614A (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-22 | Fujifilm Corp | Imaging apparatus, imaging program, and imaging method |
| CN105067671A (en) * | 2015-07-17 | 2015-11-18 | 四川大学 | Method for testing isoelectric point of leather |
| CN113533074A (en) * | 2021-07-20 | 2021-10-22 | 华东理工大学 | Material high-temperature fatigue threshold value measuring system and crack length high-precision calibration method |
| CN114207422A (en) * | 2019-07-26 | 2022-03-18 | 浜松光子学株式会社 | Ion detection device and ion detection method |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10332423A (en) * | 1997-05-29 | 1998-12-18 | Horiba Ltd | Method and device for measuring physical phenomenon or chemical phenomenon |
| JPH11201775A (en) * | 1998-01-14 | 1999-07-30 | Horiba Ltd | Physical and/or chemical phenomena detecting device |
| JP2000065786A (en) * | 1998-08-20 | 2000-03-03 | Horiba Ltd | APPARATUS FOR MEASURING pH DISTRIBUTION OF ELECTROLYTE |
| JP2001033274A (en) * | 1999-07-23 | 2001-02-09 | Horiba Ltd | Physical/chemical two-dimentional distribution measuring device |
| JP2001050897A (en) * | 1999-08-10 | 2001-02-23 | Horiba Ltd | Chemical two-dimensional distribution-measuring device |
| JP2001244454A (en) * | 2000-02-29 | 2001-09-07 | Horiba Ltd | Molecule recognition type electrochemical ccd device |
| JP2002009274A (en) * | 2000-06-21 | 2002-01-11 | Horiba Ltd | Chemical ccd sensor |
| JP2002098667A (en) * | 2000-09-27 | 2002-04-05 | Japan Science & Technology Corp | Cumulative chemical and physical phenomenon detector |
| JP2002221435A (en) * | 2001-01-26 | 2002-08-09 | Japan Science & Technology Corp | Reset noise eliminating circuit of accumulator type device for detecting chemical and physical phenomenon |
| JP2002221510A (en) * | 2001-01-26 | 2002-08-09 | Japan Science & Technology Corp | Accumulation type chemical/physical phenomenon detection device |
| JP2002261249A (en) * | 2001-03-01 | 2002-09-13 | Makoto Ishida | Semiconductor memory element |
| JP2003014691A (en) * | 2001-06-29 | 2003-01-15 | Horiba Ltd | Ccd sensor |
| WO2003042683A1 (en) * | 2001-11-16 | 2003-05-22 | Bio-X Inc. | Fet type sensor, ion density detecting method comprising this sensor, and base sequence detecting method |
-
2005
- 2005-03-31 JP JP2005101855A patent/JP4641444B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10332423A (en) * | 1997-05-29 | 1998-12-18 | Horiba Ltd | Method and device for measuring physical phenomenon or chemical phenomenon |
| JPH11201775A (en) * | 1998-01-14 | 1999-07-30 | Horiba Ltd | Physical and/or chemical phenomena detecting device |
| JP2000065786A (en) * | 1998-08-20 | 2000-03-03 | Horiba Ltd | APPARATUS FOR MEASURING pH DISTRIBUTION OF ELECTROLYTE |
| JP2001033274A (en) * | 1999-07-23 | 2001-02-09 | Horiba Ltd | Physical/chemical two-dimentional distribution measuring device |
| JP2001050897A (en) * | 1999-08-10 | 2001-02-23 | Horiba Ltd | Chemical two-dimensional distribution-measuring device |
| JP2001244454A (en) * | 2000-02-29 | 2001-09-07 | Horiba Ltd | Molecule recognition type electrochemical ccd device |
| JP2002009274A (en) * | 2000-06-21 | 2002-01-11 | Horiba Ltd | Chemical ccd sensor |
| JP2002098667A (en) * | 2000-09-27 | 2002-04-05 | Japan Science & Technology Corp | Cumulative chemical and physical phenomenon detector |
| JP2002221435A (en) * | 2001-01-26 | 2002-08-09 | Japan Science & Technology Corp | Reset noise eliminating circuit of accumulator type device for detecting chemical and physical phenomenon |
| JP2002221510A (en) * | 2001-01-26 | 2002-08-09 | Japan Science & Technology Corp | Accumulation type chemical/physical phenomenon detection device |
| JP2002261249A (en) * | 2001-03-01 | 2002-09-13 | Makoto Ishida | Semiconductor memory element |
| JP2003014691A (en) * | 2001-06-29 | 2003-01-15 | Horiba Ltd | Ccd sensor |
| WO2003042683A1 (en) * | 2001-11-16 | 2003-05-22 | Bio-X Inc. | Fet type sensor, ion density detecting method comprising this sensor, and base sequence detecting method |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013024791A1 (en) * | 2011-08-12 | 2013-02-21 | 国立大学法人豊橋技術科学大学 | Device and method for detecting chemical and physical phenomena |
| US20140200842A1 (en) * | 2011-08-12 | 2014-07-17 | National University Corporation Toyohashi University Of Technology | Device and Method for Detecting Chemical and Physical Phenomena |
| JPWO2013024791A1 (en) * | 2011-08-12 | 2015-03-05 | 国立大学法人豊橋技術科学大学 | Chemical / physical phenomenon detection apparatus and detection method |
| US9482641B2 (en) | 2011-08-12 | 2016-11-01 | National University Corporation Toyohashi University Of Technology | Device and method for detecting chemical and physical phenomena |
| JP2013074614A (en) * | 2011-09-29 | 2013-04-22 | Fujifilm Corp | Imaging apparatus, imaging program, and imaging method |
| CN105067671A (en) * | 2015-07-17 | 2015-11-18 | 四川大学 | Method for testing isoelectric point of leather |
| CN114207422A (en) * | 2019-07-26 | 2022-03-18 | 浜松光子学株式会社 | Ion detection device and ion detection method |
| CN113533074A (en) * | 2021-07-20 | 2021-10-22 | 华东理工大学 | Material high-temperature fatigue threshold value measuring system and crack length high-precision calibration method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4641444B2 (en) | 2011-03-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4678676B2 (en) | Method or apparatus for measuring physical or chemical phenomena | |
| JP2006284225A (en) | Potential measuring method and measuring instrument | |
| Hizawa et al. | Fabrication of a two-dimensional pH image sensor using a charge transfer technique | |
| Sawada et al. | Highly sensitive ion sensors using charge transfer technique | |
| JP4231560B2 (en) | Method and apparatus for electrochemical measurement of chemical quantity distribution | |
| JP6357502B2 (en) | Method and apparatus for testing ISFET arrays | |
| Yoshinobu et al. | Light-addressable potentiometric sensors for quantitative spatial imaging of chemical species | |
| EP1870703B1 (en) | Cumulative chemical or physical phenomenon detecting apparatus | |
| US7662341B2 (en) | Sensor arrangement and method for operating a sensor arrangement | |
| JP4641444B2 (en) | Potential measurement device for physical or chemical phenomena | |
| US20170332001A1 (en) | Non-destructive read operations with dynamically growing images | |
| CN103299182A (en) | Matched pair transistor circuits | |
| EP3267188B1 (en) | Bio-sensor pixel circuit with amplification | |
| TW201732285A (en) | Biologically sensitive field effect transistor | |
| Matsuo et al. | Charge Transfer Type pH Sensor with Super High Sensitivity | |
| CN103376284B (en) | Multi-parameter low-power-consumption current-mode ion sensitive field effect tube array sensor device | |
| JP2007255906A (en) | Electrode type solution measuring method and electrode type solution measuring instrument | |
| Teng et al. | Sensing characteristic enhancement of CMOS-based ISFETs with three-dimensional extended-gate architecture | |
| TW465055B (en) | Method and apparatus for measurement of temperature parameter of ISFET using amorphous silicon hydride as sensor membrane | |
| Hu et al. | Low noise CMOS isfets using in-pixel chopping | |
| Zeng et al. | Current-mode ISFET array with row-parallel ADCs for ultra-high speed ion imaging | |
| JP2005337806A (en) | Measuring method or physical or chemical phenomenon or its measuring instrument | |
| JP4700335B2 (en) | Method and apparatus for measuring physical or chemical phenomena | |
| JP7391382B2 (en) | Ion concentration measuring device | |
| Giagkoulovits et al. | Hybrid amperometric and potentiometrie sensing based on a CMOS ISFET array |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20060602 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20060602 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060322 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071015 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100723 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101116 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20101129 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101129 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131210 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131210 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |