特許ウォッチ

公開番号2025030839
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023136487
出願日2023-08-24
発明の名称センサ
出願人株式会社東芝
代理人弁理士法人iX
主分類G01N 27/18 20060101AFI20250228BHJP(測定;試験)
要約【課題】特性の向上が可能なセンサを提供する。
【解決手段】一実施形態によれば、センサは、センサ部及び回路部を含む。センサ部は、センサ素子及び導電部材を含む素子部を含む。回路部は、第1差動回路、電圧保持回路、第1～第3第3スイッチ及び制御部を含む。センサ素子は、第1電流源に接続される。センサ素子の他端は、第1基準電圧に設定される。第1スイッチは、センサ素子端と第1電流源との第1接続点に接続される。第1スイッチの他端は、電圧保持回路の入力端に接続される。電圧保持回路の出力端は、第1差動回路の第1入力端に接続される。第2スイッチは、第1接続点に接続される。第2スイッチの他端は、第1差動回路の第1他入力端に接続される。第3スイッチは、電圧源に接続される。第3スイッチの他端は、導電部材と接続される。導電部材の他端は、第1基準電圧に設定される。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
センサ素子及び導電部材を含む素子部を含むセンサ部と、
第１差動回路、電圧保持回路、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチ及び制御部を含む回路部と、
を備え、
前記センサ素子のセンサ素子端は、第１電流源に電気的に接続され、
前記センサ素子のセンサ素子他端は、第１基準電圧に設定され、
前記第１スイッチの第１スイッチ端は、前記センサ素子端と前記第１電流源との第１接続点に電気的に接続され、
前記第１スイッチの第１スイッチ他端は、前記電圧保持回路の入力端に電気的に接続され、
前記電圧保持回路の出力端は、前記第１差動回路の第１入力端に電気的に接続され、
前記第２スイッチの第２スイッチ端は、前記第１接続点に電気的に接続され、
前記第２スイッチの第２スイッチ他端は、前記第１差動回路の第１他入力端に電気的に接続され、
前記第３スイッチの第３スイッチ端は、電圧源に接続され、
前記第３スイッチの第３スイッチ他端は、前記導電部材の導電部材端と電気的に接続され、
前記導電部材の導電部材他端は、前記第１基準電圧に設定され、
前記制御部は、第１動作及び第２動作の実施が可能であり、
前記第１動作において、前記制御部は、前記第３スイッチを第３接続状態とし前記第１スイッチを第１接続状態とし前記第２スイッチを第２非接続状態させ、前記電圧保持回路は、前記第１動作における前記第１接続点の第１接続点電圧を保持し、
前記第２動作において、前記制御部は、前記第３スイッチを第３非接続状態とし前記第１スイッチを第１非接続状態とし前記第２スイッチを第２接続状態とし、前記第１差動回路は、前記第２動作における前記第１接続点電圧と、前記電圧保持回路に保持された保持電圧と、の第１差を出力する、センサ。
続きを表示（約 2,300 文字）【請求項２】
前記第１動作と前記第２動作との間の第１インターバル時間は、前記第１動作において前記導電部材に印加される電圧のパルス時間の１／５以下である、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記第１差は、検出対象ガスの濃度に対応する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記回路部は、第２差動回路及び第４スイッチをさらに含み、
前記第４スイッチの第４スイッチ端は、前記第１接続点に電気的に接続され、
前記第４スイッチの第４スイッチ他端は、前記第２差動回路の第２入力端に電気的に接続され、
前記第２差動回路の第２他入力端は、第２基準電圧に設定される、請求項１～３のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項５】
前記制御部は、第３動作の実施がさらに可能であり、
前記第３動作において、前記制御部は、前記第３スイッチを前記第３非接続状態とし前記第１スイッチを前記第１非接続状態とし前記第２スイッチを前記第２非接続状態とし前記第４スイッチを第４接続状態とし、前記第２差動回路は、前記第３動作における前記第１接続点電圧と、前記第２基準電圧と、の第２差を出力する、請求項４に記載のセンサ。
【請求項６】
前記回路部は、前記第２差に基づいて前記第１差を補正した値を出力可能である、請求項５に記載のセンサ。
【請求項７】
センサ素子及び導電部材を含む素子部を含むセンサ部と、
記憶部及び制御部を含む回路部と、
を備え、
前記センサ素子のセンサ素子端は、第１電流源に電気的に接続され、
前記センサ素子のセンサ素子他端は、第１基準電圧に設定され、
前記制御部は、第１動作及び第２動作の実施が可能であり、
前記第１動作において、前記制御部は、前記導電部材に電圧を印加した状態における、前記センサ素子端と前記第１電流源との第１接続点の第１接続点電圧に対応する第１値を前記記憶部に記憶させ、
前記第２動作において、前記制御部は、前記導電部材に前記電圧を印加しない状態における、前記第１接続点電圧に対応する第２値を前記記憶部に記憶させ、
前記回路部は、前記第１値と前記第２値との第１差に対応する値を出力可能である、センサ。
【請求項８】
前記制御部は、第３動作の実施が可能であり、
前記第３動作において、前記制御部は、前記導電部材に前記電圧を印加しない状態における、前記第１接続点電圧に対応する第３値を前記記憶部に記憶させ、
前記回路部は、前記第３値に基づいて前記第１差を補正した補正値出力可能である、請求項７に記載のセンサ。
【請求項９】
前記回路部は、第１差動回路、第２差動回路、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチ、第１配線スイッチ及び第２配線スイッチをさらに含み、
前記第１スイッチの第１スイッチ端は、前記第１接続点に電気的に接続され、
前記第１スイッチの第１スイッチ他端は、前記第１差動回路の第１入力端に電気的に接続され、
前記第１差動回路の第１他入力端は、前記第１配線スイッチを介して、第２基準電圧の第２接続点に電気的に接続され、
前記第２スイッチの第２スイッチ端は、前記第１接続点に電気的に接続され、
前記第２スイッチの第２スイッチ他端は、前記第２差動回路の第２入力端に電気的に接続され、
前記第２差動回路の第２他入力端は、前記第２配線スイッチを介して、前記第２接続点に電気的に接続され、
前記第３スイッチの第３スイッチ端は、電圧源に接続され、
前記第３スイッチの第３スイッチ他端は、前記導電部材の導電部材端と電気的に接続され、
前記導電部材の導電部材他端は、前記第１基準電圧に設定され、
前記制御部は、前記第１動作において、前記第１スイッチを第１接続状態とし、前記第１配線スイッチを第１配線接続状態とし、前記第２スイッチを第２非接続状態とし、前記第２配線スイッチを第２配線非接続状態とし、前記第３スイッチを第３接続状態とし、
前記制御部は、前記第２動作において、前記第１スイッチを第１非接続状態とし、前記第１配線スイッチを第１配線非接続状態とし、前記第２スイッチを第２接続状態とし、前記第２配線スイッチを第２配線接続状態とし、前記第３スイッチを第３非接続状態とする、請求項７に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記制御部は、第３動作の実施が可能であり、
前記第３動作において、前記制御部は、前記導電部材に前記電圧を印加しない状態における、前記第１接続点電圧に対応する第３値を前記記憶部に記憶させ、
前記回路部は、第３差動回路、第４スイッチ及び第３配線スイッチをさらに含み、
前記第４スイッチの第４スイッチ端は、前記第１接続点に電気的に接続され、
前記第４スイッチの第４スイッチ他端は、前記第３差動回路の第３入力端に電気的に接続され、
前記第３差動回路の第３他入力端は、前記第３配線スイッチを介して、前記第２接続点に電気的に接続され、
前記制御部は、前記第３動作において、前記第１スイッチを前記第１非接続状態とし、前記第１配線スイッチを前記第１配線非接続状態とし、前記第２スイッチを前記第２非接続状態とし、前記第２配線スイッチを前記第２配線非接続状態とし、前記第３スイッチを前記第３接続状態とし、前記第４スイッチを第４接続状態とし、前記第３配線スイッチを第３配線接続状態とする、請求項９に記載のセンサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、センサに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子などを用いたセンサがある。センサにおいて、特性の向上が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－１８８３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態は、特性の向上が可能なセンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、センサは、センサ部及び回路部を含む。前記センサ部は、センサ素子及び導電部材を含む素子部を含む。前記回路部は、第１差動回路、電圧保持回路、第１スイッチ、第２スイッチ、第３スイッチ及び制御部を含む。前記センサ素子のセンサ素子端は、第１電流源に電気的に接続される。前記センサ素子のセンサ素子他端は、第１基準電圧に設定される。前記第１スイッチの第１スイッチ端は、前記センサ素子端と前記第１電流源との第１接続点に電気的に接続される。前記第１スイッチの第１スイッチ他端は、前記電圧保持回路の入力端に電気的に接続される。前記電圧保持回路の出力端は、前記第１差動回路の第１入力端に電気的に接続される。前記第２スイッチの第２スイッチ端は、前記第１接続点に電気的に接続される。前記第２スイッチの第２スイッチ他端は、前記第１差動回路の第１他入力端に電気的に接続される。前記第３スイッチの第３スイッチ端は、電圧源に接続される。前記第３スイッチの第３スイッチ他端は、前記導電部材の導電部材端と電気的に接続される。前記導電部材の導電部材他端は、前記第１基準電圧に設定される。前記制御部は、第１動作及び第２動作の実施が可能である。前記第１動作において、前記制御部は、前記第３スイッチを第３接続状態とし前記第１スイッチを第１接続状態とし前記第２スイッチを第２非接続状態させ、前記電圧保持回路は、前記第１動作における前記第１接続点の第１接続点電圧を保持する。前記第２動作において、前記制御部は、前記第３スイッチを第３非接続状態とし前記第１スイッチを第１非接続状態とし前記第２スイッチを第２接続状態とし、前記第１差動回路は、前記第２動作における前記第１接続点電圧と、前記電圧保持回路に保持された保持電圧と、の第１差を出力する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、第１実施形態に係るセンサを例示するブロック図である。
図２は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図３は、第１実施形態に係るセンサの動作を例示するブロック図である。
図４は、第１実施形態に係るセンサの動作を例示するブロック図である。
図５は、第１実施形態に係るセンサの動作を例示するブロック図である。
図６は、第１実施形態に係るセンサの動作を例示するタイムチャートである。
図７は、第２実施形態に係るセンサを例示するブロック図である。
図８は、第２実施形態に係るセンサの動作を例示するブロック図である。
図９は、第２実施形態に係るセンサの動作を例示するブロック図である。
図１０は、第２実施形態に係るセンサの動作を例示するブロック図である。
図１１は、実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図１２は、実施形態に係るセンサを例示する模式的平面図である。
図１３は、実施形態に係るセンサを例示する模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るセンサを例示するブロック図である。
図２は、第１実施形態に係るセンサを例示する模式的断面図である。
図１に示すように、実施形態に係るセンサ１１０は、センサ部１０Ｓ及び回路部７０を含む。センサ部１０Ｓは、素子部１０Ｅを含む。素子部１０Ｅは、センサ素子１１及び導電部材２１を含む。
【０００９】
図２は、センサ部１０Ｓを例示している。例えば、センサ部１０Ｓは、基体４１及び第１保持部３１Ｓａを含む。第１保持部３１Ｓａは、基体４１に固定される。第１保持部３１Ｓａは、素子部１０Ｅを保持する。基体４１と素子部１０Ｅとの間に第１空隙ｇ１が設けられる。この例では、センサ部１０Ｓは、第１対向保持部３１Ｓｂを含む。第１対向保持部３１Ｓｂは、基体４１に固定される。第１対向保持部３１Ｓｂは、素子部１０Ｅを保持する。
【００１０】
この例では、センサ部１０Ｓは、第１接続部３１Ｃａ及び第１対向接続部３１Ｃｂを含む。第１接続部３１Ｃａは、第１保持部３１Ｓａに保持され、素子部１０Ｅを保持する。第１対向接続部３１Ｃｂは、第１対向保持部３１Ｓｂに保持され、素子部１０Ｅを保持する。後述するように、これらの接続部はミアンダ構造を有して良い。これらの接続部を介しての熱伝導が抑制される。センサ素子１１の少なくとも一部は、導電部材２１の少なくとも一部と重なって良い。センサ部１０Ｓの構成の例については、後述する。
（【００１１】以降は省略されています）

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