JP2012251776A - Detection device, sensor device, and electronic apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detection device which is adjustable in sensitivity, a sensor device, and an electronic apparatus.SOLUTION: The detection device includes a pyroelectric element 10, a sensitivity adjustment circuit 30 which is connected to the pyroelectric element 10 and adjusts the voltage sensitivity for the output voltage of the pyroelectric element 10, and a detection circuit 20 which is connected to the pyroelectric element 10. The sensitivity adjustment circuit 30 includes a variable capacity circuit 40 for sensitivity adjustment, and further includes a variable resistance circuit 50 which is connected in parallel with the variable capacity circuit 40. The resistance value of the variable resistance circuit 50 is set to a large value when the capacity value of the variable capacity circuit 40 is set to a small value, or to a small value when the capacity value of the variable capacity circuit 40 is set to a large value.

Description

本発明は、検出装置、センサーデバイス及び電子機器等に関する。   The present invention relates to a detection apparatus, a sensor device, an electronic apparatus, and the like.

従来より、焦電素子を用いた赤外線の検出装置が知られている。例えば人体からは、波長が10μm付近の赤外線が輻射されており、これを検出することで人体の存在や温度の情報を非接触で取得できる。従って、このような赤外線の検出回路を利用することで、侵入検知や物理量計測を実現できる。   Conventionally, an infrared detecting device using a pyroelectric element is known. For example, infrared rays having a wavelength in the vicinity of 10 μm are radiated from the human body, and by detecting this, information on the presence and temperature of the human body can be acquired without contact. Therefore, intrusion detection and physical quantity measurement can be realized by using such an infrared detection circuit.

赤外線の検出装置の従来技術としては、例えば特許文献1に開示される技術が知られている。特許文献1の従来技術では、チョッパーを用いて、焦電素子への赤外線の照射・遮断を繰り返しながら、焦電素子の温度を変化させて焦電流を発生させ、この焦電流を焦電素子自身に充電させることで電圧信号として検出する。   As a prior art of an infrared detection device, for example, a technique disclosed in Patent Document 1 is known. In the prior art of Patent Document 1, a pyroelectric current is generated by changing the temperature of the pyroelectric element while repeatedly irradiating and blocking infrared rays on the pyroelectric element using a chopper. It detects as a voltage signal by making it charge.

しかしながら、この従来技術では、焦電素子の電圧感度を調整することができないため、検出装置の感度を赤外光の強度に応じて制御・調整することが難しいなどの問題がある。   However, this prior art has a problem that it is difficult to control and adjust the sensitivity of the detection device according to the intensity of infrared light because the voltage sensitivity of the pyroelectric element cannot be adjusted.

特開昭59−142427号公報JP 59-142427 A

本発明の幾つかの態様によれば、感度の調整ができる検出装置、センサーデバイス及び電子機器等を提供できる。   According to some embodiments of the present invention, it is possible to provide a detection device, a sensor device, an electronic apparatus, and the like that can adjust sensitivity.

本発明の一態様は、焦電素子と、前記焦電素子に接続され、前記焦電素子の出力電圧の電圧感度を調整する感度調整回路と、前記焦電素子に接続される検出回路とを含み、前記感度調整回路は、感度調整用の可変容量回路を含む検出装置に関係する。   One embodiment of the present invention includes a pyroelectric element, a sensitivity adjustment circuit that is connected to the pyroelectric element and adjusts voltage sensitivity of an output voltage of the pyroelectric element, and a detection circuit that is connected to the pyroelectric element. The sensitivity adjustment circuit includes a detection device including a variable capacitance circuit for sensitivity adjustment.

本発明の一態様によれば、検出装置は、可変容量回路の容量値を可変に設定することで、焦電素子に接続される容量を可変に設定することができる。こうすることで、電圧感度を調整することができるから、例えば対象物の温度領域に適した電圧感度に調整することなどが可能になる。その結果、例えば夜間の物体像や対象物の温度分布等を精度良く安定に検出することなどが可能になる。   According to one aspect of the present invention, the detection device can variably set the capacitance connected to the pyroelectric element by variably setting the capacitance value of the variable capacitance circuit. By doing so, the voltage sensitivity can be adjusted, so that the voltage sensitivity suitable for the temperature range of the object can be adjusted, for example. As a result, it is possible to detect, for example, an object image at night and a temperature distribution of an object with high accuracy and stability.

また本発明の一態様では、前記感度調整回路は、前記可変容量回路に並列に接続される可変抵抗回路をさらに含んでもよい。   In the aspect of the invention, the sensitivity adjustment circuit may further include a variable resistance circuit connected in parallel to the variable capacitance circuit.

このようにすれば、検出装置は、可変容量回路の容量値と可変抵抗回路の抵抗値とを可変に設定することで、焦電素子に接続される容量値と抵抗値とを可変に設定することができる。こうすることで、電圧感度を調整することができる。   According to this configuration, the detection device variably sets the capacitance value and resistance value connected to the pyroelectric element by variably setting the capacitance value of the variable capacitance circuit and the resistance value of the variable resistance circuit. be able to. In this way, the voltage sensitivity can be adjusted.

また本発明の一態様では、前記可変容量回路の容量値が小さいほど、前記可変抵抗回路の抵抗値が大きな値に設定されてもよい。   In one aspect of the present invention, the resistance value of the variable resistance circuit may be set to a larger value as the capacitance value of the variable capacitance circuit is smaller.

このようにすれば、検出装置は、可変容量回路の容量値と可変抵抗回路の抵抗値との積をほぼ一定に保持しながら、容量値と抵抗値とを可変に設定することができる。その結果、電圧感度がほぼ一定になるチョッピング周波数領域を変えることなく、検出装置の電圧感度を調整することなどが可能になる。   In this way, the detection device can variably set the capacitance value and the resistance value while keeping the product of the capacitance value of the variable capacitance circuit and the resistance value of the variable resistance circuit substantially constant. As a result, it is possible to adjust the voltage sensitivity of the detection device without changing the chopping frequency region where the voltage sensitivity becomes substantially constant.

また本発明の一態様では、前記可変容量回路の容量値及び前記可変抵抗回路の抵抗値は、前記容量値と前記抵抗値との積が一定になるように設定されてもよい。   In the aspect of the invention, the capacitance value of the variable capacitance circuit and the resistance value of the variable resistance circuit may be set so that a product of the capacitance value and the resistance value is constant.

このようにすれば、検出装置は、可変容量回路の容量値と可変抵抗回路の抵抗値との積を一定に保持しながら、容量値と抵抗値とを可変に設定することができる。その結果、電圧感度がほぼ一定になる周波数領域を変えることなく、検出装置の電圧感度を調整することなどが可能になる。   In this way, the detection device can variably set the capacitance value and the resistance value while keeping the product of the capacitance value of the variable capacitance circuit and the resistance value of the variable resistance circuit constant. As a result, it is possible to adjust the voltage sensitivity of the detection device without changing the frequency region in which the voltage sensitivity is substantially constant.

また本発明の一態様では、前記感度調整回路は、前記可変容量回路として、各ユニットが互いに異なる容量値を持つ容量素子を有する複数の調整ユニットと、前記複数の調整ユニットのうちのいずれか1つの調整ユニットと前記焦電素子とを選択的に接続するスイッチ回路とを含んでもよい。   In the aspect of the invention, the sensitivity adjustment circuit may be any one of the plurality of adjustment units having capacitance elements having different capacitance values as the variable capacitance circuit, and the adjustment units. One adjustment unit and a switch circuit for selectively connecting the pyroelectric element may be included.

このようにすれば、検出装置は、スイッチ回路により複数の調整ユニットのいずれか1つを選択して接続することで、可変容量回路の容量値を可変に設定することができる。   In this way, the detection device can set the capacitance value of the variable capacitance circuit variably by selecting and connecting any one of the plurality of adjustment units with the switch circuit.

また本発明の一態様では、前記複数の調整ユニットの前記各ユニットは、前記容量素子に並列に接続される抵抗素子をさらに含んでもよい。   In the aspect of the invention, each of the plurality of adjustment units may further include a resistance element connected in parallel to the capacitance element.

このようにすれば、検出装置は、スイッチ回路により複数の調整ユニットのいずれか1つを選択して接続することで、容量値と抵抗値とを可変に設定することができる。   According to this configuration, the detection device can variably set the capacitance value and the resistance value by selecting and connecting any one of the plurality of adjustment units with the switch circuit.

また本発明の一態様では、感度調整用の調整信号を出力する制御部を含み、前記調整信号に基づいて、前記可変容量回路の容量値が可変に設定されてもよい。   In one aspect of the present invention, a control unit that outputs an adjustment signal for sensitivity adjustment may be included, and a capacitance value of the variable capacitance circuit may be set variably based on the adjustment signal.

このようにすれば、検出装置は、制御部から出力される調整信号に基づいて、可変容量回路の容量値を可変に設定し、電圧感度を調整することができる。   In this way, the detection device can adjust the voltage sensitivity by setting the capacitance value of the variable capacitance circuit to be variable based on the adjustment signal output from the control unit.

また本発明の一態様では、前記調整信号に基づいて、前記可変抵抗回路の抵抗値が可変に設定されてもよい。   In one aspect of the present invention, a resistance value of the variable resistance circuit may be variably set based on the adjustment signal.

このようにすれば、検出装置は、制御部から出力される調整信号に基づいて、容量値と抵抗値とを可変に設定し、電圧感度を調整することができる。   In this way, the detection device can adjust the voltage sensitivity by variably setting the capacitance value and the resistance value based on the adjustment signal output from the control unit.

また本発明の一態様では、前記電圧感度の最大値をRvmax、前記焦電素子の吸収率をε、焦電係数をp、前記焦電素子の面積をS、前記焦電素子の熱抵抗をRth、前記焦電素子の内部静電容量と前記可変容量回路との合成容量値をCelとした場合に、前記電圧感度の最大値Rvmaxは、Rvmax=ε×p×S×Rth/Celの近似式で与えられ、前記可変容量回路の容量値を調整することで、前記合成容量値Celが前記可変容量回路により調整され、前記合成容量値Celが調整されることで、前記電圧感度の最大値Rvmaxが調整されてもよい。   In one aspect of the present invention, the maximum value of the voltage sensitivity is Rvmax, the absorption rate of the pyroelectric element is ε, the pyroelectric coefficient is p, the area of the pyroelectric element is S, and the thermal resistance of the pyroelectric element is Rth, where the combined capacitance value of the internal capacitance of the pyroelectric element and the variable capacitance circuit is Cel, the maximum value Rvmax of the voltage sensitivity is an approximation of Rvmax = ε × p × S × Rth / Cel The combined capacitance value Cel is adjusted by the variable capacitance circuit by adjusting the capacitance value of the variable capacitance circuit, and the maximum value of the voltage sensitivity is adjusted by adjusting the combined capacitance value Cel. Rvmax may be adjusted.

このようにすれば、検出装置は、可変容量回路の容量値を大きくすることで合成容量値を大きくし、電圧感度の最大値を小さくすることができる。一方、検出装置は、可変容量回路の容量値を小さくすることで合成容量値を小さくし、電圧感度の最大値を大きくすることができる。   In this way, the detection device can increase the combined capacitance value by increasing the capacitance value of the variable capacitance circuit, and can decrease the maximum value of voltage sensitivity. On the other hand, the detection device can reduce the combined capacitance value by reducing the capacitance value of the variable capacitance circuit, and can increase the maximum value of voltage sensitivity.

また本発明の一態様では、前記電圧感度の最大値をRvmax、前記焦電素子の吸収率をε、焦電係数をp、前記焦電素子の面積をS、前記焦電素子の熱抵抗をRth、前記焦電素子の内部電気抵抗と前記可変抵抗回路との合成抵抗値をRel、前記焦電素子の内部静電容量と前記可変容量回路との合成容量値及び前記焦電素子の内部電気抵抗と前記可変抵抗回路との前記合成抵抗値の積である電気時定数をτelとした場合に、前記電圧感度の最大値Rvmaxは、Rvmax=ε×p×S×Rel×Rth/τelの近似式で与えられ、前記電気時定数τelを一定にして、前記可変抵抗回路の抵抗値を調整することで、前記合成抵抗値Relが前記可変抵抗回路により調整され、前記合成抵抗値Relが調整されることで、前記電圧感度の最大値Rvmaxが調整されてもよい。   In one aspect of the present invention, the maximum value of the voltage sensitivity is Rvmax, the absorption rate of the pyroelectric element is ε, the pyroelectric coefficient is p, the area of the pyroelectric element is S, and the thermal resistance of the pyroelectric element is Rth, Rel, the combined resistance value of the pyroelectric element and the variable resistance circuit, Rel, the combined capacitance value of the pyroelectric element and the variable capacitance circuit, and the internal electricity of the pyroelectric element The maximum value Rvmax of the voltage sensitivity is an approximation of Rvmax = ε × p × S × Rel × Rth / τel, where τel is the electrical time constant that is the product of the combined resistance value of the resistor and the variable resistance circuit. The combined resistance value Rel is adjusted by the variable resistance circuit by adjusting the resistance value of the variable resistance circuit with the electric time constant τel constant, and the combined resistance value Rel is adjusted. The maximum voltage sensitivity Value Rvmax may be adjusted.

このようにすれば、検出装置は、電気時定数を一定にして、可変抵抗回路の抵抗値を大きくすることで合成抵抗値を大きくし、電圧感度の最大値を大きくすることができる。一方、検出装置は、電気時定数を一定にして、可変抵抗回路の抵抗値を小さくすることで合成抵抗値を小さくし、電圧感度の最大値を小さくすることができる。   In this way, the detection device can increase the combined resistance value and increase the maximum value of voltage sensitivity by increasing the resistance value of the variable resistance circuit while keeping the electrical time constant constant. On the other hand, the detection device can reduce the combined resistance value and reduce the maximum value of voltage sensitivity by making the electrical time constant constant and reducing the resistance value of the variable resistance circuit.

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の検出装置を含むセンサーデバイスに関係する。   Another aspect of the present invention relates to a sensor device including any one of the detection devices described above.

本発明の他の態様は、複数のセンサーセルを有するセンサーアレイと、1又は複数の行線と、1又は複数の列線と、前記1又は複数の行線に接続される行選択回路と、前記1又は複数の列線に接続される読み出し回路とを含み、前記複数のセンサーセルの各センサーセルは、焦電素子と、前記焦電素子に接続され、前記焦電素子の出力電圧の電圧感度を調整する感度調整回路と、前記焦電素子に接続される検出回路とを含み、前記感度調整回路は、感度調整用の可変容量回路を含むセンサーデバイスに関係する。   Another aspect of the present invention includes a sensor array having a plurality of sensor cells, one or more row lines, one or more column lines, and a row selection circuit connected to the one or more row lines, A readout circuit connected to the one or more column lines, each sensor cell of the plurality of sensor cells being connected to the pyroelectric element and the pyroelectric element, and the voltage of the output voltage of the pyroelectric element It includes a sensitivity adjustment circuit for adjusting sensitivity and a detection circuit connected to the pyroelectric element, and the sensitivity adjustment circuit relates to a sensor device including a variable capacitance circuit for sensitivity adjustment.

本発明の他の態様によれば、感度調整回路により容量値を可変に設定することで、センサーデバイスの電圧感度を調整することができる。その結果、対象物の温度領域に適した電圧感度に調整したり、センサーセル間の感度ばらつきを補正したりすることなどが可能になるから、例えば夜間の物体像や対象物の温度分布等を精度良く安定に検出することなどが可能になる。   According to another aspect of the present invention, the voltage sensitivity of the sensor device can be adjusted by setting the capacitance value to be variable by the sensitivity adjustment circuit. As a result, it is possible to adjust the voltage sensitivity suitable for the temperature range of the object, or to correct variations in sensitivity between sensor cells.For example, the object image at night and the temperature distribution of the object It is possible to detect accurately and stably.

本発明の他の態様は、上記いずれかに記載のセンサーデバイスを含む電子機器に関係する。   Another aspect of the present invention relates to an electronic apparatus including any of the sensor devices described above.

図1(A)、図1(B)は、検出装置の原理を説明する図。1A and 1B are diagrams illustrating the principle of a detection device. 図2(A)は、電圧感度の周波数特性。図2(B)は、合成抵抗を小さくした場合の電圧感度の周波数特性。FIG. 2A shows frequency characteristics of voltage sensitivity. FIG. 2B shows frequency characteristics of voltage sensitivity when the combined resistance is reduced. 図3(A)は、合成容量を大きくした場合の電圧感度の周波数特性。図3(B)は、電気時定数を一定にして、合成容量を大きくした場合の電圧感度の周波数特性。FIG. 3A shows frequency characteristics of voltage sensitivity when the combined capacitance is increased. FIG. 3B shows the frequency characteristics of voltage sensitivity when the electrical time constant is constant and the combined capacity is increased. 検出装置の基本的な構成例。The basic structural example of a detection apparatus. 図5(A)、図5(B)は、焦電素子の詳細な構成例。FIG. 5A and FIG. 5B are detailed configuration examples of pyroelectric elements. 感度調整回路の構成例。An example of the configuration of a sensitivity adjustment circuit. 図7(A)、図7(B)は、検出回路の第1及び第2の構成例。7A and 7B show first and second configuration examples of the detection circuit. センサーデバイスの第1の構成例。The 1st structural example of a sensor device. 図9(A)、図9(B)は、センサーデバイスの第2の構成例。9A and 9B show a second configuration example of the sensor device. センサーデバイスを含む電子機器の構成例。6 is a configuration example of an electronic device including a sensor device.

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily.

1.検出装置の電圧感度
図1(A)、図1(B)は、本実施形態の検出装置の原理を説明する図である。本実施形態の検出装置では、赤外線等を検出する素子として焦電素子10(熱センサー素子、赤外線検出素子、熱型光検出素子、強誘電体素子)を用いる。焦電素子10は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電体FE(焦電体)を上部電極EAと下部電極EBとで挟んだ構成である。図1(A)に示すように、焦電素子10は、電気的には、自発分極、内部静電容量CA、内部電気抵抗RAの3つが並列に接続された回路と等価である。焦電素子10の一端は検出ノードNDに接続され、他端は第1の電源ノードVSS(低電位電源ノード)に接続される。
1. Voltage Sensitivity of Detection Device FIGS. 1A and 1B are diagrams illustrating the principle of the detection device of the present embodiment. In the detection apparatus of the present embodiment, a pyroelectric element 10 (thermal sensor element, infrared detection element, thermal photodetection element, ferroelectric element) is used as an element for detecting infrared rays or the like. The pyroelectric element 10 has a configuration in which a ferroelectric material FE (pyroelectric material) such as lead zirconate titanate (PZT) is sandwiched between an upper electrode EA and a lower electrode EB. As shown in FIG. 1A, the pyroelectric element 10 is electrically equivalent to a circuit in which three of spontaneous polarization, internal capacitance CA, and internal electrical resistance RA are connected in parallel. One end of the pyroelectric element 10 is connected to the detection node ND, and the other end is connected to the first power supply node VSS (low potential power supply node).

チョッパー等により焦電素子10に照射される赤外線を周期的に遮断することで、焦電素子10の温度を変化させることができる。温度が変化すると、焦電素子10の自発分極が変化して焦電流が発生し、この焦電流が内部静電容量CAに充電され、またこの焦電流が内部電気抵抗RAに流れることで、検出ノードNDに出力電圧VAが生成される。この出力電圧VAは、内部静電容量CAの容量値(キャパシタンス値)及び内部電気抵抗RAの抵抗値に依存する。   The temperature of the pyroelectric element 10 can be changed by periodically blocking the infrared rays irradiated to the pyroelectric element 10 by a chopper or the like. When the temperature changes, the spontaneous polarization of the pyroelectric element 10 changes and pyroelectric current is generated. This pyroelectric current is charged into the internal capacitance CA, and this pyroelectric current flows through the internal electrical resistance RA, thereby detecting An output voltage VA is generated at the node ND. This output voltage VA depends on the capacitance value (capacitance value) of the internal capacitance CA and the resistance value of the internal electrical resistance RA.

本実施形態の検出装置では、図1(B)に示すように、外部静電容量CX及び外部電気抵抗RXを焦電素子10に対して並列に接続することで、検出装置の電圧感度を調整することができる。即ち、内部静電容量CAと外部静電容量CXとの合成静電容量及び内部電気抵抗RAと外部電気抵抗RXとの合成電気抵抗が電圧感度を決めるパラメーターになるから、CXとRXとを可変に設定することで、電圧感度を調整することができる。以下では、この電圧感度がどのようにして調整されるかについて説明する。   In the detection apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 1B, the voltage sensitivity of the detection apparatus is adjusted by connecting the external capacitance CX and the external electrical resistance RX in parallel to the pyroelectric element 10. can do. That is, the combined capacitance of the internal capacitance CA and the external capacitance CX and the combined electrical resistance of the internal electrical resistance RA and the external electrical resistance RX are parameters that determine the voltage sensitivity, so that CX and RX can be varied. By setting to, voltage sensitivity can be adjusted. Hereinafter, how the voltage sensitivity is adjusted will be described.

内部静電容量CA及び外部静電容量CXの容量値をそれぞれCa、Cxとし、内部電気抵抗RA及び外部電気抵抗RXの抵抗値をそれぞれRa、Rxとすると、合成静電容量の容量値Cel及び合成電気抵抗の抵抗値Relは、次式で与えられる。   Assuming that the capacitance values of the internal capacitance CA and the external capacitance CX are Ca and Cx, respectively, and the resistance values of the internal electrical resistance RA and the external electrical resistance RX are Ra and Rx, respectively, the capacitance values Cel and The resistance value Rel of the combined electric resistance is given by the following equation.

Cel=Ca+Cx (1)
Rel=Ra×Rx/(Ra+Rx) (2)
電圧感度Rvは、焦電素子10に照射される赤外光の放射束(光束)、即ち単位時間当たりのエネルギーをΦとすると、次式で定義される。
Cel = Ca + Cx (1)
Rel = Ra × Rx / (Ra + Rx) (2)
The voltage sensitivity Rv is defined by the following equation, where Φ is the radiant flux (light flux) of the infrared light irradiated on the pyroelectric element 10, that is, the energy per unit time.

Rv=VA/Φ (3)
以下では、合成静電容量の容量値Cel及び合成電気抵抗の抵抗値Relが変化した場合に、電圧感度Rvがどのように変化するかを説明する。なお、以下の説明では、特に区別する必要がない場合には、合成静電容量の容量値Celを単に合成容量Celと表記し、また合成電気抵抗の抵抗値Relを単に合成抵抗Relと表記する。
Rv = VA / Φ (3)
Hereinafter, how the voltage sensitivity Rv changes when the capacitance value Cel of the combined capacitance and the resistance value Rel of the combined electric resistance change will be described. In the following description, when there is no particular need to distinguish, the capacitance value Cel of the combined capacitance is simply expressed as a combined capacitance Cel, and the resistance value Rel of the combined electric resistance is simply expressed as a combined resistance Rel. .

公知文献Arnold Daniels著、小檜山光信訳、「フィールドガイド 赤外線システム」、(株)オプトロニクス社、p.64−65によれば、電圧感度Rvは次式で与えられる。   Known documents by Arnold Daniels, Mitsunobu Koyama, “Field Guide Infrared System”, Optronics, Inc., p. According to 64-65, the voltage sensitivity Rv is given by:

Figure 2012251776
Figure 2012251776

ここでεは焦電素子の吸収率、pは焦電係数、Sは焦電素子の面積、Rthは焦電素子の熱抵抗、ωはチョッパーの角周波数(チョッピング周波数)である。また、τelは電気時定数、τthは熱時定数であって、それぞれ次式で与えられる。   Here, ε is the absorption rate of the pyroelectric element, p is the pyroelectric coefficient, S is the area of the pyroelectric element, Rth is the thermal resistance of the pyroelectric element, and ω is the angular frequency (chopping frequency) of the chopper. Also, τel is an electrical time constant and τth is a thermal time constant, which are given by the following equations, respectively.

τel=Cel×Rel (5)
τth=Cth×Rth (6)
ここでCthは焦電素子の熱容量、Rthは焦電素子の熱抵抗である。
τel = Cel × Rel (5)
τth = Cth × Rth (6)
Here, Cth is the thermal capacity of the pyroelectric element, and Rth is the thermal resistance of the pyroelectric element.

図2(A)に、電圧感度Rvの周波数特性を示す。ここでは、τth<τelとなる場合について示すが、焦電素子材料の電気的特性と構造設計の理由から、一般にτth<τelが成り立つ。例えば、τelは10−2〜10sの範囲であり、τthは10−3〜10sの範囲である。 FIG. 2A shows frequency characteristics of the voltage sensitivity Rv. Here, a case where τth <τel is shown, but generally τth <τel holds because of the electrical characteristics of the pyroelectric element material and the structural design. For example, τel is in the range of 10 −2 to 10 2 s, and τth is in the range of 10 −3 to 10 s.

図2(A)に示すように、電圧感度Rvは、   As shown in FIG. 2A, the voltage sensitivity Rv is

Figure 2012251776
Figure 2012251776

において、最大値Rvmaxをとる。Rvmaxは(4)、(7)式より、次のように求まる。 The maximum value Rvmax is taken. Rvmax can be obtained from the equations (4) and (7) as follows.

Figure 2012251776
Figure 2012251776

また、チョッピング周波数ωが1/τel≦ω≦1/τthである範囲では、電圧感度Rvはほぼ一定であり、Rvmaxはこの範囲に存在する。   In the range where the chopping frequency ω is 1 / τel ≦ ω ≦ 1 / τth, the voltage sensitivity Rv is substantially constant, and Rvmax exists in this range.

図2(B)に、合成抵抗Relを小さくした場合の電圧感度Rvの周波数特性を示す。Relが小さくなることで、電気時定数τelが小さくなり、従って図2(B)のD1、D2に示すように1/τelは高周波数側にシフトする。即ち、電圧感度Rvがほぼ一定になる範囲が狭くなる。一方、最大値Rvmaxは小さくなるが、その低下量は僅かである。   FIG. 2B shows frequency characteristics of the voltage sensitivity Rv when the combined resistance Rel is reduced. As Rel decreases, the electrical time constant τel decreases, and therefore 1 / τel shifts to the high frequency side as indicated by D1 and D2 in FIG. That is, the range in which the voltage sensitivity Rv is almost constant becomes narrow. On the other hand, the maximum value Rvmax is small, but the amount of decrease is small.

図3(A)に、合成容量Celを大きくした場合の電圧感度Rvの周波数特性を示す。Celが大きくなることで、電気時定数τelが大きくなり、従って1/τelは低周波数側にシフトする。一方、最大値Rvmaxは小さくなるが、図3(A)のE1、E2に示すように、その低下量は、合成抵抗Relを小さくした場合(図2(B))と比較して大きくなる。   FIG. 3A shows the frequency characteristics of the voltage sensitivity Rv when the combined capacitance Cel is increased. As Cel increases, the electrical time constant τel increases, and therefore 1 / τel shifts to the lower frequency side. On the other hand, although the maximum value Rvmax is small, as shown by E1 and E2 in FIG. 3A, the amount of decrease is larger than that when the combined resistance Rel is small (FIG. 2B).

合成容量Celを大きくした場合に電圧感度の最大値Rvmaxが大きく変化することは、以下の近似式から理解できる。τth≪τelである場合には、Rvmaxは次式で近似することができる。   It can be understood from the following approximate expression that the maximum value Rvmax of the voltage sensitivity changes greatly when the combined capacitance Cel is increased. When τth << τel, Rvmax can be approximated by the following equation.

Figure 2012251776
Figure 2012251776

この式から分かるように、合成容量値Celが調整されることで、電圧感度の最大値Rvmaxが調整される。また、電気時定数τelを一定にして合成抵抗値Relが調整されることで、電圧感度の最大値Rvmaxが調整される。   As can be seen from this equation, the maximum value Rvmax of the voltage sensitivity is adjusted by adjusting the combined capacitance value Cel. Further, the maximum value Rvmax of the voltage sensitivity is adjusted by adjusting the combined resistance value Rel while keeping the electric time constant τel constant.

図3(B)に、電気時定数τelを一定にして、合成容量Celを大きくした場合の電圧感度Rvの周波数特性を示す。この場合には、τelが一定であるから電圧感度Rvがほぼ一定になる周波数領域は変化しない。一方、図3(B)のF1、F2、F3に示すように、最大値Rvmaxは合成容量Celの増大に伴って減少する。   FIG. 3B shows frequency characteristics of the voltage sensitivity Rv when the electrical time constant τel is constant and the combined capacitance Cel is increased. In this case, since τel is constant, the frequency region where the voltage sensitivity Rv is substantially constant does not change. On the other hand, as indicated by F1, F2, and F3 in FIG. 3B, the maximum value Rvmax decreases as the combined capacity Cel increases.

以上説明したように、電気時定数τelを一定に保持しながら、合成容量Celを大きくすると同時に合成抵抗Relを小さくする、或いは、合成容量Celを小さくすると同時に合成抵抗Relを大きくすることで、電圧感度Rvがほぼ一定になる周波数領域を変えることなく、検出装置の感度調整を行うことができる。電気時定数τelを一定に保って電圧感度Rvの制御・調整を行う場合には、Rvmaxの近似式である(9)式から分かるように、電圧感度Rvは合成抵抗Relに比例するから、電圧感度Rvの微細かつ精密な制御・調整が可能になる。   As described above, while keeping the electrical time constant τel constant, the combined capacitance Cel is increased and the combined resistance Rel is decreased simultaneously, or the combined capacitance Cel is decreased and the combined resistance Rel is increased at the same time. Sensitivity adjustment of the detection device can be performed without changing the frequency region in which the sensitivity Rv is substantially constant. When the voltage sensitivity Rv is controlled and adjusted while keeping the electrical time constant τel constant, the voltage sensitivity Rv is proportional to the combined resistance Rel, as can be seen from the equation (9) which is an approximate expression of Rvmax. Fine and precise control / adjustment of the sensitivity Rv is possible.

さらに、チョッピング周波数を、電圧感度Rvがほぼ一定となる周波数領域、より望ましくはその領域の中心付近に設定することで、電圧感度Rvの制御・調整を行う際の周波数特性による影響を低減することができる。このとき、電圧感度Rvがほぼ一定となる周波数領域の幅はチョッピング周波数の変動やばらつきに対するマージンとみなすことができる。チョッピング周波数は、例えば数10〜数100Hzの範囲に設定される。   Furthermore, by setting the chopping frequency in a frequency region where the voltage sensitivity Rv is almost constant, more preferably near the center of the region, the influence of the frequency characteristics when the voltage sensitivity Rv is controlled / adjusted is reduced. Can do. At this time, the width of the frequency region where the voltage sensitivity Rv is substantially constant can be regarded as a margin for fluctuations and variations in the chopping frequency. The chopping frequency is set in a range of several tens to several hundreds Hz, for example.

本実施形態の検出装置によれば、図1(B)に示したように、焦電素子10に対して並列に接続された外部静電容量CX及び外部電気抵抗RXを可変に設定することで、電気時定数τelを一定に保持しながら、合成容量Celを大きくすると同時に合成抵抗Relを小さくする、或いは、合成容量Celを小さくすると同時に合成抵抗Relを大きくすることができる。こうすることで、電圧感度Rvがほぼ一定になるチョッピング周波数領域を変えることなく、検出装置の電圧感度Rvを調整することができる。電圧感度Rvを調整することで、例えば対象物(検出対象)の温度領域(高温、常温、低温など)に適した感度に調整することなどが可能になる。   According to the detection apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 1B, the external capacitance CX and the external electrical resistance RX connected in parallel to the pyroelectric element 10 are variably set. While maintaining the electrical time constant τel constant, the combined capacitance Cel can be increased and simultaneously the combined resistance Rel can be decreased, or the combined capacitance Cel can be decreased and the combined resistance Rel can be increased simultaneously. By doing so, the voltage sensitivity Rv of the detection device can be adjusted without changing the chopping frequency region where the voltage sensitivity Rv becomes substantially constant. By adjusting the voltage sensitivity Rv, for example, it is possible to adjust to a sensitivity suitable for the temperature range (high temperature, normal temperature, low temperature, etc.) of the object (detection target).

2.検出装置の構成
図4に、本実施形態の検出装置の基本的な構成例を示す。本実施形態の検出装置は、焦電素子10、検出回路20及び感度調整回路30を含む。また、本実施形態の検出装置は、制御部60をさらに含んでもよい。なお、本実施形態の検出装置は図4の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
2. Configuration of Detection Device FIG. 4 shows a basic configuration example of the detection device of the present embodiment. The detection device of this embodiment includes a pyroelectric element 10, a detection circuit 20, and a sensitivity adjustment circuit 30. In addition, the detection device of this embodiment may further include a control unit 60. Note that the detection apparatus according to the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. 4, and various modifications may be made such as omitting some of the components, replacing them with other components, or adding other components. Is possible.

焦電素子10は、上述したように、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の強誘電体FE(焦電体)を含み、赤外線等を検出する。焦電素子10の詳細な構成については、後述する。   As described above, the pyroelectric element 10 includes a ferroelectric material FE (pyroelectric material) such as lead zirconate titanate (PZT), and detects infrared rays or the like. The detailed configuration of the pyroelectric element 10 will be described later.

検出回路20は、焦電素子10に接続される。具体的には、検出回路20は、焦電素子10の一端側のノードである検出ノードNDに接続され、検出ノードNDに生成される出力電圧VAを検出して検出信号VDETを出力する。なお、検出回路20の詳細な構成については、後述する。   The detection circuit 20 is connected to the pyroelectric element 10. Specifically, the detection circuit 20 is connected to a detection node ND that is a node on one end side of the pyroelectric element 10, detects the output voltage VA generated at the detection node ND, and outputs a detection signal VDET. The detailed configuration of the detection circuit 20 will be described later.

感度調整回路30は、焦電素子10に接続され、焦電素子10の出力電圧VAの電圧感度Rvを調整する。具体的には、感度調整回路30は、焦電素子10の一端側のノードである検出ノードNDと第1の電源ノードVSS(低電位電源ノード)との間に設けられ、感度調整用の可変容量回路40を含む。また、感度調整回路30は、可変容量回路40に並列に接続される可変抵抗回路50をさらに含んでもよい。可変容量回路40及び可変抵抗回路50は、制御部60からの感度調整用の調整信号SAJに基づいて、容量値及び抵抗値が可変に設定される。   The sensitivity adjustment circuit 30 is connected to the pyroelectric element 10 and adjusts the voltage sensitivity Rv of the output voltage VA of the pyroelectric element 10. Specifically, the sensitivity adjustment circuit 30 is provided between a detection node ND that is a node on one end side of the pyroelectric element 10 and a first power supply node VSS (low potential power supply node), and is a variable for adjusting sensitivity. A capacitance circuit 40 is included. The sensitivity adjustment circuit 30 may further include a variable resistance circuit 50 connected in parallel to the variable capacitance circuit 40. In the variable capacitance circuit 40 and the variable resistance circuit 50, the capacitance value and the resistance value are variably set based on the adjustment signal SAJ for sensitivity adjustment from the control unit 60.

可変容量回路40は、例えば可変容量ダイオード(バリキャップ、バラクター)などの可変容量素子で構成してもよいし、或いは容量値が互いに異なる複数の容量素子(キャパシター)を設けてスイッチ素子によりそれらのうちの1つを選択する構成にしてもよい。また、可変抵抗回路50は、例えば可変抵抗器(バリオーム)などの可変抵抗素子で構成してもよいし、或いは抵抗値が互いに異なる複数の抵抗素子を設けてスイッチ素子によりそれらのうちの1つを選択する構成にしてもよい。   The variable capacitance circuit 40 may be composed of variable capacitance elements such as variable capacitance diodes (varicaps, varactors), or may be provided with a plurality of capacitance elements (capacitors) having different capacitance values from each other by switching elements. You may make it the structure which selects one of them. The variable resistance circuit 50 may be constituted by a variable resistance element such as a variable resistor (variohm), or a plurality of resistance elements having different resistance values are provided, and one of them is provided by a switch element. You may make it the structure which selects.

感度調整回路30は、可変容量回路40及び可変抵抗回路50の上記の構成の組み合わせで構成してもよい。例えば、可変容量素子とスイッチ素子で選択される複数の抵抗素子との組み合わせであってもよいし、スイッチ素子で選択される複数の容量素子と可変抵抗素子との組み合わせであってもよい。   The sensitivity adjustment circuit 30 may be configured by a combination of the above configurations of the variable capacitance circuit 40 and the variable resistance circuit 50. For example, it may be a combination of a variable capacitance element and a plurality of resistance elements selected by a switch element, or a combination of a plurality of capacitance elements selected by a switch element and a variable resistance element.

可変容量回路40は、図1(B)に示した外部静電容量CXに相当し、また可変抵抗回路50は、図1(B)に示した外部電気抵抗RXに相当する。上述したように、外部静電容量CXの容量値Cxと外部電気抵抗RXの抵抗値Rxとを可変に設定することで、合成容量Celと合成抵抗Relとを調整することができるから、検出装置の電圧感度Rvを調整することができる。なお、図3(A)に示したように、合成容量Celだけを変化させても電圧感度Rvを調整することができるから、図4において可変抵抗回路50を省略した構成とすることもできる。   The variable capacitance circuit 40 corresponds to the external capacitance CX shown in FIG. 1B, and the variable resistance circuit 50 corresponds to the external electric resistance RX shown in FIG. As described above, the combined capacitance Cel and the combined resistance Rel can be adjusted by variably setting the capacitance value Cx of the external capacitance CX and the resistance value Rx of the external electrical resistance RX. The voltage sensitivity Rv can be adjusted. As shown in FIG. 3A, the voltage sensitivity Rv can be adjusted even if only the combined capacitance Cel is changed. Therefore, the variable resistor circuit 50 can be omitted in FIG.

可変容量回路40の容量値Cxが小さいほど、可変抵抗回路50の抵抗値Rxは大きな値に設定される。反対に、可変容量回路40の容量値Cxが大きいほど、可変抵抗回路50の抵抗値Rxは小さな値に設定される。より望ましくは、可変容量回路40の容量値Cx及び可変抵抗回路50の抵抗値Rxは、容量値と抵抗値との積が一定になるように設定される。ここで容量値と抵抗値との積が一定とは、厳密に一定な値だけではなく、ほぼ一定な値であってもよい。   The smaller the capacitance value Cx of the variable capacitance circuit 40 is, the larger the resistance value Rx of the variable resistance circuit 50 is set. On the contrary, the resistance value Rx of the variable resistor circuit 50 is set to a smaller value as the capacitance value Cx of the variable capacitor circuit 40 is larger. More preferably, the capacitance value Cx of the variable capacitance circuit 40 and the resistance value Rx of the variable resistance circuit 50 are set such that the product of the capacitance value and the resistance value is constant. Here, the constant product of the capacitance value and the resistance value may be not only a strictly constant value but also a substantially constant value.

可変容量回路40は、図示していないが、例えば異なる容量値を持つ複数の容量素子と、複数の容量素子のいずれか1つを選択する第1のスイッチ回路とにより構成することができる。また、可変抵抗回路50は、図示していないが、例えば異なる抵抗値を持つ複数の抵抗素子と、複数の抵抗素子のいずれか1つを選択する第2のスイッチ回路とにより構成することができる。そして第1、第2のスイッチ回路は、制御部60からの調整信号SAJに基づいて制御される。   Although not shown, the variable capacitance circuit 40 can be configured by, for example, a plurality of capacitance elements having different capacitance values and a first switch circuit that selects any one of the plurality of capacitance elements. Although not shown, the variable resistance circuit 50 can be configured by, for example, a plurality of resistance elements having different resistance values and a second switch circuit that selects any one of the plurality of resistance elements. . The first and second switch circuits are controlled based on the adjustment signal SAJ from the control unit 60.

上述したように、電気時定数τelを一定に保持しながら、合成容量Celを大きくすると同時に合成抵抗Relを小さくする、或いは、合成容量Celを小さくすると同時に合成抵抗Relを大きくすることができる。こうすることで、電圧感度Rvがほぼ一定になる周波数領域を変えることなく、検出装置の電圧感度Rvを調整することができる。   As described above, while maintaining the electric time constant τel constant, it is possible to increase the combined capacitance Cel and simultaneously decrease the combined resistance Rel, or to decrease the combined capacitance Cel and simultaneously increase the combined resistance Rel. By doing so, the voltage sensitivity Rv of the detection device can be adjusted without changing the frequency region in which the voltage sensitivity Rv is substantially constant.

従って、本実施形態の検出装置によれば、可変容量回路40の容量値Cx及び可変抵抗回路50の抵抗値Rxを、両者の積を一定(又は、ほぼ一定)に保持しながら可変に設定することで、電圧感度Rvがほぼ一定になる周波数領域を変えることなく、検出装置の電圧感度Rvを調整することができる。   Therefore, according to the detection device of the present embodiment, the capacitance value Cx of the variable capacitance circuit 40 and the resistance value Rx of the variable resistance circuit 50 are set variably while keeping the product of both constant (or substantially constant). Thus, the voltage sensitivity Rv of the detection device can be adjusted without changing the frequency region in which the voltage sensitivity Rv is substantially constant.

厳密には、電気時定数τelを一定に保持するためには、焦電素子10の内部容量CA及び内部抵抗RAを考慮して、合成容量値Celと合成抵抗値Relとの積を一定にする必要がある。しかしながら、内部容量CAが十分小さく、且つ、内部抵抗RAが十分に大きい場合には、合成容量値Celは可変容量回路40の容量値Cxにほぼ等しく、また合成抵抗値Relは可変抵抗回路50の抵抗値Rxにほぼ等しくなるから、CxとRxとの積を一定にすることで電気時定数τelをほぼ一定に保持することができる。また焦電素子10の内部容量CA及び内部抵抗RAを測定し、この測定値と合成容量値Cel及び合成抵抗値Relを与える(1)式及び(2)式を用いてCx、Rxを算出することで、Cx及びRxをより正確に設定することもできる。   Strictly speaking, in order to keep the electric time constant τel constant, the product of the combined capacitance value Cel and the combined resistance value Rel is made constant in consideration of the internal capacitance CA and the internal resistance RA of the pyroelectric element 10. There is a need. However, when the internal capacitance CA is sufficiently small and the internal resistance RA is sufficiently large, the combined capacitance value Cel is substantially equal to the capacitance value Cx of the variable capacitance circuit 40, and the combined resistance value Rel is equal to that of the variable resistance circuit 50. Since the resistance value Rx is almost equal, the electric time constant τel can be kept substantially constant by making the product of Cx and Rx constant. Further, the internal capacitance CA and the internal resistance RA of the pyroelectric element 10 are measured, and Cx and Rx are calculated using the equations (1) and (2) that give the measured value, the combined capacitance value Cel, and the combined resistance value Rel. Thus, Cx and Rx can be set more accurately.

図5(A)、図5(B)に、本実施形態の焦電素子10の詳細な構成例を示す。なお、本実施形態の焦電素子10は図5(A)、図5(B)の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。   5A and 5B show a detailed configuration example of the pyroelectric element 10 of the present embodiment. The pyroelectric element 10 of the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIGS. 5A and 5B, and some of the components may be omitted or replaced with other components. Various modifications such as adding components are possible.

図5(A)は、焦電素子10を上方から見た平面図である。ここで上方とは、基板に対して垂直な方向であって、焦電素子、トランジスター等が形成される側(回路が形成される側)の方向をいう。また、下方とは、上方の反対方向をいう。図5(B)には、図5(A)のB−B’に沿った断面を示す。   FIG. 5A is a plan view of the pyroelectric element 10 as viewed from above. Here, upward refers to a direction perpendicular to the substrate and on the side where pyroelectric elements, transistors, etc. are formed (the side where circuits are formed). The term “lower” refers to the direction opposite to the upper side. FIG. 5B shows a cross section along B-B ′ of FIG.

焦電素子10は、上部電極EA、強誘電体(焦電体)FE、下部電極EBを含む。強誘電体(焦電体)FEは、上部電極EAと下部電極EBとの間に設けられる。焦電素子10は、メンブレン(支持部材)MB上に形成される。   The pyroelectric element 10 includes an upper electrode EA, a ferroelectric (pyroelectric) FE, and a lower electrode EB. The ferroelectric (pyroelectric) FE is provided between the upper electrode EA and the lower electrode EB. The pyroelectric element 10 is formed on a membrane (support member) MB.

メンブレン(支持部材)MBは、例えばシリコン酸化膜(SiO)であって、焦電素子10を支持するためのものである。 The membrane (support member) MB is, for example, a silicon oxide film (SiO 2 ), and is for supporting the pyroelectric element 10.

空洞領域CAVは、メンブレンMBの下方に設けられる領域であって、焦電素子10を基板(シリコン基板)SUBから熱的に分離するためのものである。   The cavity area CAV is an area provided below the membrane MB, and is for thermally separating the pyroelectric element 10 from the substrate (silicon substrate) SUB.

ポスト部(接続部)PS1、PS2は、メンブレンMBを焦電素子10の外側の領域に接続するためのものである。これらのポスト部PS1、PS2には、配線LA1、LA2がそれぞれ設けられる。焦電素子10は、配線LA1、LA2を介して、感度調整回路30、検出回路20及び第1の電源ノードVSSに接続される。   The post portions (connection portions) PS1 and PS2 are for connecting the membrane MB to a region outside the pyroelectric element 10. These post portions PS1 and PS2 are provided with wirings LA1 and LA2, respectively. The pyroelectric element 10 is connected to the sensitivity adjustment circuit 30, the detection circuit 20, and the first power supply node VSS via the wirings LA1 and LA2.

焦電素子10の内部静電容量CAは、上部電極EA、強誘電体(焦電体)FE、下部電極EBにより形成されるキャパシターの静電容量であり、内部電気抵抗RAは、強誘電体(焦電体)FEの上部電極EAから下部電極EBに向かう経路の電気抵抗である。   The internal capacitance CA of the pyroelectric element 10 is a capacitance of a capacitor formed by the upper electrode EA, the ferroelectric (pyroelectric body) FE, and the lower electrode EB, and the internal electric resistance RA is a ferroelectric material. (Pyroelectric body) The electrical resistance of the path from the upper electrode EA to the lower electrode EB of the FE.

焦電素子10の熱容量Cthは、主として強誘電体(焦電体)FE、上部電極EA、下部電極EB及びメンブレンMBの各熱容量の合成熱容量である。また、焦電素子10の熱抵抗Rthは、主としてポスト部PS1、PS2の各熱抵抗の合成熱抵抗である。   The heat capacity Cth of the pyroelectric element 10 is mainly a combined heat capacity of each heat capacity of the ferroelectric (pyroelectric) FE, the upper electrode EA, the lower electrode EB, and the membrane MB. The thermal resistance Rth of the pyroelectric element 10 is mainly a combined thermal resistance of the thermal resistances of the post portions PS1 and PS2.

なお、図示していないが、検出回路20、感度調整回路30及び制御部60を同一基板SUB上に形成し、これらと焦電素子10を配線LA1、LA2で接続することができる。或いは、検出回路20、感度調整回路30及び制御部60を他の基板に形成して、これらと焦電素子10を適当な接続手段で接続してもよい。   Although not shown, the detection circuit 20, the sensitivity adjustment circuit 30, and the control unit 60 can be formed on the same substrate SUB, and the pyroelectric element 10 can be connected to the wirings LA1 and LA2. Alternatively, the detection circuit 20, the sensitivity adjustment circuit 30, and the control unit 60 may be formed on another substrate, and these and the pyroelectric element 10 may be connected by appropriate connection means.

図6に、本実施形態の感度調整回路30の構成例を示す。本実施形態の感度調整回路30は、可変容量回路40として、複数の調整ユニットAJ1〜AJ3と、スイッチ回路SWとを含む。なお、本実施形態の感度調整回路30は、図6の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。   FIG. 6 shows a configuration example of the sensitivity adjustment circuit 30 of the present embodiment. The sensitivity adjustment circuit 30 of this embodiment includes a plurality of adjustment units AJ1 to AJ3 and a switch circuit SW as the variable capacitance circuit 40. Note that the sensitivity adjustment circuit 30 of the present embodiment is not limited to the configuration of FIG. 6, and various components such as omitting some of the components, replacing them with other components, and adding other components. Can be implemented.

複数の調整ユニットAJ1〜AJ3の各ユニットは、互いに異なる容量値を持つ容量素子を有する。また、複数の調整ユニットAJ1〜AJ3の各ユニットは、容量素子に並列に接続される抵抗素子をさらに含む。例えば、図6に示すように、調整ユニットAJ1は、容量素子(キャパシター)CX1と抵抗素子RX1を含み、調整ユニットAJ2は、容量素子(キャパシター)CX2と抵抗素子RX2を含み、調整ユニットAJ3は、容量素子(キャパシター)CX3と抵抗素子RX3を含む。   Each unit of the plurality of adjustment units AJ1 to AJ3 includes capacitive elements having different capacitance values. Each of the plurality of adjustment units AJ1 to AJ3 further includes a resistance element connected in parallel to the capacitive element. For example, as shown in FIG. 6, the adjustment unit AJ1 includes a capacitive element (capacitor) CX1 and a resistance element RX1, the adjustment unit AJ2 includes a capacitance element (capacitor) CX2 and a resistance element RX2, and the adjustment unit AJ3 is A capacitance element (capacitor) CX3 and a resistance element RX3 are included.

スイッチ回路SWは、複数の調整ユニットAJ1〜AJ3のうちのいずれか1つの調整ユニットと焦電素子10とを選択的に接続する。具体的には、例えばスイッチ回路SWは、制御部60からの調整信号SAJに基づいて、調整ユニットAJ1の一端を選択して検出ノードNDに電気的に接続する。或いは調整ユニットAJ2の一端を選択して検出ノードNDに電気的に接続し、或いは調整ユニットAJ3の一端を選択して検出ノードNDに電気的に接続する。スイッチ回路SWは、例えばCMOSトランジスター等により構成することができる。   The switch circuit SW selectively connects any one of the plurality of adjustment units AJ1 to AJ3 to the pyroelectric element 10. Specifically, for example, the switch circuit SW selects one end of the adjustment unit AJ1 based on the adjustment signal SAJ from the control unit 60 and electrically connects it to the detection node ND. Alternatively, one end of the adjustment unit AJ2 is selected and electrically connected to the detection node ND, or one end of the adjustment unit AJ3 is selected and electrically connected to the detection node ND. The switch circuit SW can be composed of, for example, a CMOS transistor.

調整ユニットAJ1〜AJ3の各ユニットの容量値と抵抗値の積が一定(又は、ほぼ一定)になるように予め設定することで、感度調整回路30の容量値と抵抗値を、両者の積(電気時定数τel)を一定(又は、ほぼ一定)に保持しながら可変に設定することができる。こうすることで、上述したように、電圧感度Rvがほぼ一定になる周波数領域を変えることなく、検出装置の電圧感度Rvを調整することができる。   By presetting the product of the capacitance value and resistance value of each of the adjustment units AJ1 to AJ3 to be constant (or almost constant), the capacitance value and resistance value of the sensitivity adjustment circuit 30 are set to the product of both ( The electric time constant τel) can be variably set while being kept constant (or almost constant). By doing so, as described above, the voltage sensitivity Rv of the detection device can be adjusted without changing the frequency region in which the voltage sensitivity Rv is substantially constant.

例えば、容量素子CX1〜CX3の容量値(キャパシタンス値)をCx1〜Cx3とし、抵抗素子RX1〜RX3の抵抗値をRx1〜Rx3とした場合に、Cx1<Cx2<Cx3、Rx1>Rx2>Rx3、且つ、Cx1×Rx1=Cx2×Rx2=Cx3×Rx3となるように予め設定することができる。このようにすれば、調整ユニットAJ1〜AJ3がそれぞれ選択された場合の電圧感度の最大値をRvmax1〜Rvmax3とすると、(9)式から分かるように、Rvmax1>Rvmax2>Rvmax3となる。一方、電圧感度Rvがほぼ一定になる周波数領域は、調整ユニットAJ1〜AJ3のいずれを選択しても変わらない。   For example, when the capacitance values (capacitance values) of the capacitive elements CX1 to CX3 are Cx1 to Cx3 and the resistance values of the resistive elements RX1 to RX3 are Rx1 to Rx3, Cx1 <Cx2 <Cx3, Rx1> Rx2> Rx3, and , Cx1 × Rx1 = Cx2 × Rx2 = Cx3 × Rx3. In this way, if the maximum values of voltage sensitivity when the adjustment units AJ1 to AJ3 are selected are Rvmax1 to Rvmax3, as can be seen from the equation (9), Rvmax1> Rvmax2> Rvmax3. On the other hand, the frequency region where the voltage sensitivity Rv is substantially constant does not change regardless of which of the adjustment units AJ1 to AJ3 is selected.

このように図6に示す感度調整回路30によれば、スイッチ回路SWが調整信号SAJに基づいて複数の調整ユニットAJ1〜AJ3のいずれか1つを選択的に検出ノードNDに接続することで、電圧感度Rvがほぼ一定になる周波数領域を変えることなく、検出装置の電圧感度Rvを調整することができる。   As described above, according to the sensitivity adjustment circuit 30 illustrated in FIG. 6, the switch circuit SW selectively connects any one of the plurality of adjustment units AJ1 to AJ3 to the detection node ND based on the adjustment signal SAJ. The voltage sensitivity Rv of the detection device can be adjusted without changing the frequency region in which the voltage sensitivity Rv is substantially constant.

なお、複数の調整ユニットの個数は3個に限定されるものではなく、2個或いは4個以上であってもよい。   The number of the plurality of adjustment units is not limited to three, and may be two or four or more.

図7(A)、図7(B)に、本実施形態の検出回路20の第1及び第2の構成例を示す。なお、本実施形態の検出回路20は図7(A)、図7(B)の構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。   FIGS. 7A and 7B show first and second configuration examples of the detection circuit 20 of the present embodiment. The detection circuit 20 of the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIGS. 7A and 7B, and some of the components are omitted or replaced with other components. Various modifications such as adding elements are possible.

図7(A)に示す第1の構成例は、N型のデプレッション・トランジスターTNと、抵抗Rを含む。N型のデプレッション・トランジスターTNと抵抗Rは、第2の電源ノードVCC(高電位側電源ノード)と第1の電源ノードVSS(低電位側電源ノード)の間に直列に設けられ、ソースフォロワー回路が構成されている。   The first configuration example shown in FIG. 7A includes an N-type depletion transistor TN and a resistor R. The N-type depletion transistor TN and the resistor R are provided in series between the second power supply node VCC (high potential side power supply node) and the first power supply node VSS (low potential side power supply node), and are a source follower circuit. Is configured.

N型トランジスターTNのゲート(検出ノードND)には、焦電素子からの電圧信号ΔVが入力され、N型トランジスターTNのソースは、抵抗Rの一端に接続される。これらのトランジスターTNと抵抗Rによりソースフォロワー回路が構成され、そのゲインはほぼ1になる。そしてN型トランジスターTNのソースに対応する出力ノードNQから、電圧信号ΔVに伴い変化する検出信号VDETが出力される。   The voltage signal ΔV from the pyroelectric element is input to the gate (detection node ND) of the N-type transistor TN, and the source of the N-type transistor TN is connected to one end of the resistor R. These transistors TN and resistors R constitute a source follower circuit, and its gain is almost 1. A detection signal VDET that changes with the voltage signal ΔV is output from the output node NQ corresponding to the source of the N-type transistor TN.

図7(B)に示す第2の構成例の検出回路は、第2の電源ノードVCCと第1の電源ノードVSSの間に直列に設けられた第1のP型トランジスターTP1と第2のP型トランジスターTP2を含む。これらの第1、第2のP型トランジスターTP1、TP2によりソースフォロワー回路が構成される。即ち焦電素子からの電圧信号ΔVの小信号振幅変化に対して、ゲインがほぼ1となる振幅の電圧が検出信号VDET(出力電圧)として出力される。   The detection circuit of the second configuration example illustrated in FIG. 7B includes a first P-type transistor TP1 and a second P-type transistor provided in series between the second power supply node VCC and the first power supply node VSS. Type transistor TP2. These first and second P-type transistors TP1 and TP2 constitute a source follower circuit. That is, for a small signal amplitude change of the voltage signal ΔV from the pyroelectric element, a voltage having an amplitude with a gain of approximately 1 is output as the detection signal VDET (output voltage).

第1のP型トランジスターTP1(P型MOSトランジスター)は、検出回路の出力ノードNQと第1の電源ノードVSS(低電位側電源ノード)との間に設けられる。例えば図7(B)ではTP1のソースが出力ノードNQに接続され、ドレインが第1の電源ノードVSSに接続され、焦電素子からの電圧信号ΔVがゲートに入力される。   The first P-type transistor TP1 (P-type MOS transistor) is provided between the output node NQ of the detection circuit and the first power supply node VSS (low potential side power supply node). For example, in FIG. 7B, the source of TP1 is connected to the output node NQ, the drain is connected to the first power supply node VSS, and the voltage signal ΔV from the pyroelectric element is input to the gate.

第2のP型トランジスターTP2(P型MOSトランジスター)は、第2の電源ノードVCC(高電位側電源ノード)と出力ノードNQとの間に設けられる。例えば図7(B)ではTP2のソースが第2の電源ノードVCCに接続され、ドレインが出力ノードNQに接続され、ゲートが基準電圧VR=Vcc−Vconstに設定される。ここでVccは、高電位側電源VCCの電圧を表し、Vconstは定電圧(固定電圧)である。   The second P-type transistor TP2 (P-type MOS transistor) is provided between the second power supply node VCC (high potential side power supply node) and the output node NQ. For example, in FIG. 7B, the source of TP2 is connected to the second power supply node VCC, the drain is connected to the output node NQ, and the gate is set to the reference voltage VR = Vcc−Vconst. Here, Vcc represents the voltage of the high potential side power supply VCC, and Vconst is a constant voltage (fixed voltage).

また、P型トランジスターTP1の基板電位はTP1のソースの電位に設定される。例えば図7(B)ではTP1の基板電位は出力ノードNQに接続される。またP型トランジスターTP2の基板電位はTP2のソースの電位に設定される。例えば図7(B)ではTP2の基板電位は第2の電源ノードVCCに接続される。このようにP型トランジスターTP1、TP2の基板電位をそのソース電位に設定することで、基板バイアス効果によるTP1、TP2のしきい値電圧の変動を防止できるため、TP1とTP2のしきい値電圧を、より近づけることが可能になる。なおP型トランジスターTP1、TP2の基板電位を共にVCCの電位に設定する変形実施も可能である。   Further, the substrate potential of the P-type transistor TP1 is set to the potential of the source of TP1. For example, in FIG. 7B, the substrate potential of TP1 is connected to the output node NQ. The substrate potential of the P-type transistor TP2 is set to the potential of the source of TP2. For example, in FIG. 7B, the substrate potential of TP2 is connected to the second power supply node VCC. Since the substrate potentials of the P-type transistors TP1 and TP2 are set to their source potentials in this way, fluctuations in the threshold voltages of TP1 and TP2 due to the substrate bias effect can be prevented. , Can be closer. It is also possible to perform a modification in which the substrate potentials of the P-type transistors TP1 and TP2 are both set to the VCC potential.

またP型トランジスターTP1とTP2とは、そのゲート長及びゲート幅の少なくとも一方が同一になっている。さらに望ましくはTP1とTP2は、そのゲート長及びゲート幅の両方が同一になっている。このようにすれば、P型トランジスターTP1、TP2のしきい値電圧等の素子特性を近づけることが可能になり、製造プロセス変動等に起因する検出信号VDETの変動を抑制できる。   The P-type transistors TP1 and TP2 have the same gate length and / or gate width. More preferably, both TP1 and TP2 have the same gate length and gate width. In this way, it is possible to make the device characteristics such as the threshold voltages of the P-type transistors TP1 and TP2 closer to each other, and the fluctuation of the detection signal VDET due to the manufacturing process fluctuation or the like can be suppressed.

3.センサーデバイス
図8に本実施形態のセンサーデバイスの第1の構成例を示す。このセンサーデバイスは、焦電素子10、検出回路20、感度調整回路30、制御部60、信号処理回路70、制御モード切換部80、チョッパー90、チョッパー駆動部91、チョッピング制御回路92を含む。
3. Sensor Device FIG. 8 shows a first configuration example of the sensor device of this embodiment. The sensor device includes a pyroelectric element 10, a detection circuit 20, a sensitivity adjustment circuit 30, a control unit 60, a signal processing circuit 70, a control mode switching unit 80, a chopper 90, a chopper drive unit 91, and a chopping control circuit 92.

焦電素子10、検出回路20、感度調整回路30及び制御部60については、上述した通りであるから、ここでは説明を省略する。   Since the pyroelectric element 10, the detection circuit 20, the sensitivity adjustment circuit 30, and the control unit 60 are as described above, the description thereof is omitted here.

信号処理回路70は、検出回路20からの検出信号VDETを受けて、必要な信号処理を行う。具体的には、例えばアナログ信号である検出信号VDETをデジタル信号に変換してデジタルデータDOUTとして出力したり、対象物からの赤外光の強度に応じて検出感度を設定するための設定信号を生成し、出力する。この設定信号は検出信号VDETの信号レベル(電圧レベル)に応じて生成され、制御部60は、この設定信号に基づいて、調整信号SAJを出力する。このようにすることで、検出信号VDETが適正な信号レベルになるように、検出装置の電圧感度Rvを自動的に調整することができる。   The signal processing circuit 70 receives the detection signal VDET from the detection circuit 20 and performs necessary signal processing. Specifically, for example, a detection signal VDET that is an analog signal is converted into a digital signal and output as digital data DOUT, or a setting signal for setting detection sensitivity according to the intensity of infrared light from the object Generate and output. The setting signal is generated according to the signal level (voltage level) of the detection signal VDET, and the control unit 60 outputs the adjustment signal SAJ based on the setting signal. By doing so, the voltage sensitivity Rv of the detection device can be automatically adjusted so that the detection signal VDET has an appropriate signal level.

制御モード切換部80は、電圧感度Rvの調整を自動で行うか、或いは手動で行うかを切り換えることができる。即ち、制御モードが自動モードである場合には、信号処理回路70からの設定信号に基づいて電圧感度Rvが自動的に調整され、一方制御モードが手動モードである場合には、ユーザーが入力した設定信号に基づいて電圧感度Rvが調整される。   The control mode switching unit 80 can switch whether the voltage sensitivity Rv is adjusted automatically or manually. That is, when the control mode is the automatic mode, the voltage sensitivity Rv is automatically adjusted based on the setting signal from the signal processing circuit 70, while when the control mode is the manual mode, the user inputs it. The voltage sensitivity Rv is adjusted based on the setting signal.

チョッパー90は、焦電素子10に入射する赤外光を所定の周波数(チョッピング周波数)で周期的に遮断するためのものである。こうすることで、焦電素子10の温度が周期的に変化するから、焦電流が発生し、出力電圧VAが生成される。チョッパー90は、チョッパー駆動部91により駆動される。   The chopper 90 is for periodically blocking infrared light incident on the pyroelectric element 10 at a predetermined frequency (chopping frequency). By doing so, since the temperature of the pyroelectric element 10 changes periodically, a pyroelectric current is generated and an output voltage VA is generated. The chopper 90 is driven by a chopper driving unit 91.

チョッピング制御回路92は、チョッピング周波数が所定の周波数となるように、チョッパー駆動部91を制御する。   The chopping control circuit 92 controls the chopper driving unit 91 so that the chopping frequency becomes a predetermined frequency.

図9(A)、図9(B)に、本実施形態のセンサーデバイスの第2の構成例を示す。このセンサーデバイスは、センサーアレイ100と、行選択回路(行ドライバー)110と、読み出し回路120とを含む。またA/D変換部130、カラム走査回路140、制御回路150を含むことができる。このセンサーデバイスを用いることで、例えばナイトビジョン機器などに用いられる赤外線カメラなどを実現できる。   9A and 9B show a second configuration example of the sensor device according to the present embodiment. The sensor device includes a sensor array 100, a row selection circuit (row driver) 110, and a readout circuit 120. An A / D conversion unit 130, a column scanning circuit 140, and a control circuit 150 can be included. By using this sensor device, for example, an infrared camera used in a night vision device or the like can be realized.

センサーアレイ100(焦点面アレイ)には、複数のセンサーセルが配列(配置)される。また複数の行線(ワード線、走査線)と複数の列線(データ線)が設けられる。なお行線及び列線の一方の本数が1本であってもよい。例えば行線が1本である場合には、図9(A)において行線に沿った方向(横方向)に複数のセンサーセルが配列される。一方、列線が1本である場合には、列線に沿った方向(縦方向)に複数のセンサーセルが配列される。   A plurality of sensor cells are arranged (arranged) in the sensor array 100 (focal plane array). A plurality of row lines (word lines, scanning lines) and a plurality of column lines (data lines) are provided. One of the row lines and the column lines may be one. For example, when there is one row line, a plurality of sensor cells are arranged in a direction (lateral direction) along the row line in FIG. On the other hand, when there is one column line, a plurality of sensor cells are arranged in a direction (vertical direction) along the column line.

図9(B)に示すように、センサーアレイ100の各センサーセルは、各行線と各列線の交差位置に対応する場所に配置(形成)される。例えば図9(B)のセンサーセルは、行線WL1と列線DL1の交差位置に対応する場所に配置されている。他のセンサーセルも同様である。   As shown in FIG. 9B, each sensor cell of the sensor array 100 is arranged (formed) at a location corresponding to the intersection position of each row line and each column line. For example, the sensor cell of FIG. 9B is disposed at a location corresponding to the intersection position of the row line WL1 and the column line DL1. The same applies to other sensor cells.

図示していないが、複数のセンサーセルの各センサーセルは、焦電素子10と、感度調整回路30と、検出回路20とを含む。感度調整回路30は、感度調整用の可変容量回路40を含む
行選択回路110は、1又は複数の行線に接続される。そして各行線の選択動作を行う。例えば図9(B)のようなQVGA(320×240画素)のセンサーアレイ100(焦点面アレイ)を例にとれば、行線WL0、WL1、WL2・・・・WL239を順次選択(走査)する動作を行う。即ちこれらの行線を選択する信号(ワード選択信号)をセンサーアレイ100に出力する。
Although not shown, each sensor cell of the plurality of sensor cells includes a pyroelectric element 10, a sensitivity adjustment circuit 30, and a detection circuit 20. The sensitivity adjustment circuit 30 includes a variable capacitance circuit 40 for sensitivity adjustment. The row selection circuit 110 is connected to one or a plurality of row lines. Then, each row line is selected. For example, taking a QVGA (320 × 240 pixel) sensor array 100 (focal plane array) as shown in FIG. 9B as an example, row lines WL0, WL1, WL2,... WL239 are sequentially selected (scanned). Perform the action. That is, a signal (word selection signal) for selecting these row lines is output to the sensor array 100.

読み出し回路120は、1又は複数の列線に接続される。そして各列線の読み出し動作を行う。QVGAのセンサーアレイ100を例にとれば、列線DL0、DL1、DL2・・・・DL319からの検出信号(検出電流、検出電荷)を読み出す動作を行う。   The read circuit 120 is connected to one or more column lines. Then, a read operation for each column line is performed. Taking the QVGA sensor array 100 as an example, an operation of reading detection signals (detection current, detection charge) from the column lines DL0, DL1, DL2,.

A/D変換部130は、読み出し回路120において取得された検出電圧(測定電圧、到達電圧)をデジタルデータにA/D変換する処理を行う。そしてA/D変換後のデジタルデータDOUTを出力する。具体的には、A/D変換部130には、複数の列線の各列線に対応して各A/D変換器が設けられる。そして、各A/D変換器は、対応する列線において読み出し回路120により取得された検出電圧のA/D変換処理を行う。なお、複数の列線に対応して1つのA/D変換器を設け、この1つのA/D変換器を用いて、複数の列線の検出電圧を時分割にA/D変換してもよい。   The A / D conversion unit 130 performs a process of A / D converting the detection voltage (measurement voltage, ultimate voltage) acquired in the readout circuit 120 into digital data. Then, the digital data DOUT after A / D conversion is output. Specifically, the A / D converter 130 is provided with each A / D converter corresponding to each of the plurality of column lines. Each A / D converter performs A / D conversion processing of the detection voltage acquired by the reading circuit 120 in the corresponding column line. Note that one A / D converter is provided corresponding to a plurality of column lines, and the detection voltage of the plurality of column lines can be A / D converted in a time division manner using this one A / D converter. Good.

カラム走査回路140は、各カラム(列)を順次選択(走査)して、各カラムのA/D変換後のデジタルデータを時系列データとして出力するための動作を行う。なお、カラム走査回路140を設けずに、各カラムのデジタルデータを並行して(パラレルに)出力してもよい。   The column scanning circuit 140 performs an operation for sequentially selecting (scanning) each column (row) and outputting digital data after A / D conversion of each column as time series data. Note that the digital data of each column may be output in parallel (in parallel) without providing the column scanning circuit 140.

制御回路150(タイミング生成回路)は、各種の制御信号を生成して、行選択回路110、読み出し回路120、A/D変換部130、カラム走査回路140に出力する。例えば充電や放電(リセット)の制御信号を生成して出力する。或いは、各回路のタイミングを制御する信号を生成して出力する。また、制御回路150は、感度調整のための調整信号SAJを生成し、出力してもよい。   The control circuit 150 (timing generation circuit) generates various control signals and outputs them to the row selection circuit 110, the readout circuit 120, the A / D conversion unit 130, and the column scanning circuit 140. For example, a charge or discharge (reset) control signal is generated and output. Alternatively, a signal for controlling the timing of each circuit is generated and output. The control circuit 150 may generate and output an adjustment signal SAJ for sensitivity adjustment.

以上説明したように、本実施形態のセンサーデバイスによれば、感度調整回路30により合成容量Celを可変に設定することで、センサーデバイスの電圧感度Rvを調整することができる。電圧感度Rvを調整することで、例えば対象物(検出対象)の温度領域(高温、常温、低温など)に適した感度に調整することなどが可能になる。さらにセンサーアレイにおいて、センサーセル間の感度ばらつきを補正することが可能になる。その結果、夜間の物体像や対象物の温度分布等を精度良く安定に検出することなどが可能になる。   As described above, according to the sensor device of the present embodiment, the voltage sensitivity Rv of the sensor device can be adjusted by variably setting the composite capacitor Cel by the sensitivity adjustment circuit 30. By adjusting the voltage sensitivity Rv, for example, it is possible to adjust to a sensitivity suitable for the temperature range (high temperature, normal temperature, low temperature, etc.) of the object (detection target). Further, in the sensor array, it is possible to correct the sensitivity variation between the sensor cells. As a result, it is possible to accurately and stably detect the nighttime object image, the temperature distribution of the object, and the like.

4.電子機器
図10に本実施形態のセンサーデバイスを含む電子機器の構成例を示す。この電子機器は、例えば赤外線カメラであって、光学系200、センサーデバイス210、画像処理部220、処理部230、記憶部240、操作部250、表示部260を含む。なお本実施形態の電子機器は図10の構成に限定されず、その構成要素の一部(例えば光学系、操作部、表示部等)を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
4). Electronic Device FIG. 10 shows a configuration example of an electronic device including the sensor device of the present embodiment. The electronic apparatus is, for example, an infrared camera, and includes an optical system 200, a sensor device 210, an image processing unit 220, a processing unit 230, a storage unit 240, an operation unit 250, and a display unit 260. Note that the electronic apparatus according to the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. Can be implemented.

光学系200は、例えば1又は複数のレンズや、これらのレンズを駆動する駆動部などを含む。そしてセンサーデバイス210への物体像の結像などを行う。また必要であればフォーカス調整なども行う。   The optical system 200 includes, for example, one or a plurality of lenses and a driving unit that drives these lenses. Then, an object image is formed on the sensor device 210. If necessary, focus adjustment is also performed.

センサーデバイス210は、図9(A)等で説明したものであり、物体像の撮像処理を行う。画像処理部220は、センサーデバイス210からのデジタルの画像データ(画素データ)に基づいて、画像補正処理などの各種の画像処理を行う。   The sensor device 210 is the one described with reference to FIG. 9A and the like, and performs an object image capturing process. The image processing unit 220 performs various image processing such as image correction processing based on digital image data (pixel data) from the sensor device 210.

処理部230は、電子機器の全体の制御を行ったり、電子機器内の各ブロックの制御を行う。この処理部230は、例えばCPU等により実現される。記憶部240は、各種の情報を記憶するものであり、例えば処理部230や画像処理部220のワーク領域として機能する。操作部250は、ユーザーが電子機器を操作するためのインターフェースとなるものであり、例えば各種ボタンやGUI(Graphical User Interface)画面などにより実現される。表示部260は、例えばセンサーデバイス210により取得された画像やGUI画面などを表示するものであり、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなどの各種ディスプレイや投射型表示装置などにより実現される。   The processing unit 230 controls the entire electronic device and controls each block in the electronic device. The processing unit 230 is realized by a CPU or the like, for example. The storage unit 240 stores various types of information, and functions as a work area for the processing unit 230 and the image processing unit 220, for example. The operation unit 250 serves as an interface for the user to operate the electronic device, and is realized by various buttons or a GUI (Graphical User Interface) screen, for example. The display unit 260 displays, for example, an image acquired by the sensor device 210, a GUI screen, and the like, and is realized by various displays such as a liquid crystal display and an organic EL display, a projection display device, and the like.

なお本実施形態は、FPA(Focal Plane Array:焦点面アレイ)を用いた赤外線カメラや赤外線カメラを用いた電子機器に適用できる。赤外線カメラを適用した電子機器としては、例えば夜間の物体像を撮像するナイトビジョン機器、物体の温度分布を取得するサーモグラフィー機器、人の侵入を検知する侵入検知機器、物体の物理情報の解析(測定)を行う解析機器(測定機器)、火や発熱を検知するセキュリティー機器、工場などに設けられるFA(Factory Automation)機器などが想定できる。ナイトビジョン機器を車載機器に適用すれば、車の走行時に夜間の人等の姿を検知して表示することができる。またサーモグラフィー機器に適用すれば、インフルエンザ検疫等に利用することができる。   The present embodiment can be applied to an infrared camera using an FPA (Focal Plane Array) and an electronic device using the infrared camera. Electronic devices to which infrared cameras are applied include, for example, night vision devices that capture night-time object images, thermographic devices that acquire the temperature distribution of objects, intrusion detection devices that detect human intrusions, and analysis (measurement of physical information on objects) Analysis equipment (measuring equipment), security equipment that detects fire and heat generation, FA (Factory Automation) equipment installed in factories, etc. can be assumed. If a night vision device is applied to an in-vehicle device, it is possible to detect and display the appearance of a person at night when the vehicle is running. If applied to a thermographic device, it can be used for influenza quarantine.

なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は全て本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語(支持部材、接続部等)と共に記載された用語(メンブレン、ポスト部等)は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また検出装置、センサーデバイス及び電子機器の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。   Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Therefore, all such modifications are included in the scope of the present invention. For example, in the specification or drawings, terms (membrane, post portion, etc.) described together with different terms (supporting member, connection portion, etc.) having a broader meaning or the same meaning at least once are used in any part of the specification or drawings. It can be replaced by that different term. Further, the configurations and operations of the detection device, the sensor device, and the electronic apparatus are not limited to those described in this embodiment, and various modifications can be made.

10 焦電素子、20 検出回路、30 感度調整回路、40 可変容量回路、
50 可変抵抗回路、60 制御部、70 信号処理回路、80 制御モード切換部、
90 チョッパー、91 チョッパー駆動部、92 チョッピング制御回路、
100 センサーアレイ、110 行選択回路(行ドライバー)、
120 読み出し回路、130 A/D変換部、140 カラム走査回路、
150 制御回路、200 光学系、210 センサーデバイス、220 画像処理部、
230 処理部(CPU)、240 記憶部、250 操作部、260 表示部、
AJ1〜AJ3 調整ユニット、SAJ 調整信号、SW スイッチ回路、
ND 検出ノード、VSS 第1の電源ノード
10 pyroelectric elements, 20 detection circuits, 30 sensitivity adjustment circuits, 40 variable capacitance circuits,
50 variable resistance circuit, 60 control unit, 70 signal processing circuit, 80 control mode switching unit,
90 chopper, 91 chopper drive, 92 chopping control circuit,
100 sensor array, 110 row selection circuit (row driver),
120 readout circuit, 130 A / D converter, 140 column scanning circuit,
150 control circuit, 200 optical system, 210 sensor device, 220 image processing unit,
230 processing unit (CPU), 240 storage unit, 250 operation unit, 260 display unit,
AJ1 to AJ3 adjustment unit, SAJ adjustment signal, SW switch circuit,
ND detection node, VSS first power supply node

Claims (13)

焦電素子と、
前記焦電素子に接続され、前記焦電素子の出力電圧の電圧感度を調整する感度調整回路と、
前記焦電素子に接続される検出回路とを含み、
前記感度調整回路は、
感度調整用の可変容量回路を含むことを特徴とする検出装置。
A pyroelectric element;
A sensitivity adjustment circuit that is connected to the pyroelectric element and adjusts the voltage sensitivity of the output voltage of the pyroelectric element;
A detection circuit connected to the pyroelectric element,
The sensitivity adjustment circuit includes:
A detection device comprising a variable capacitance circuit for sensitivity adjustment.
請求項1において、
前記感度調整回路は、
前記可変容量回路に並列に接続される可変抵抗回路をさらに含むことを特徴とする検出装置。
In claim 1,
The sensitivity adjustment circuit includes:
The detection apparatus further comprising a variable resistance circuit connected in parallel to the variable capacitance circuit.
請求項2において、
前記可変容量回路の容量値が小さいほど、前記可変抵抗回路の抵抗値が大きな値に設定されることを特徴とする検出装置。
In claim 2,
The detection device, wherein the resistance value of the variable resistance circuit is set to a larger value as the capacitance value of the variable capacitance circuit is smaller.
請求項3において、
前記可変容量回路の容量値及び前記可変抵抗回路の抵抗値は、前記容量値と前記抵抗値との積が一定になるように設定されることを特徴とする検出装置。
In claim 3,
The detection device characterized in that the capacitance value of the variable capacitance circuit and the resistance value of the variable resistance circuit are set so that a product of the capacitance value and the resistance value is constant.
請求項2乃至4のいずれかにおいて、
前記感度調整回路は、前記可変容量回路として、
各ユニットが互いに異なる容量値を持つ容量素子を有する複数の調整ユニットと、
前記複数の調整ユニットのうちのいずれか1つの調整ユニットと前記焦電素子とを選択的に接続するスイッチ回路とを含むことを特徴とする検出装置。
In any of claims 2 to 4,
The sensitivity adjustment circuit, as the variable capacitance circuit,
A plurality of adjustment units each having a capacitive element having a capacitance value different from each other;
A detection apparatus comprising: a switch circuit that selectively connects any one of the plurality of adjustment units to the pyroelectric element.
請求項5において、
前記複数の調整ユニットの前記各ユニットは、前記容量素子に並列に接続される抵抗素子をさらに含むことを特徴とする検出装置。
In claim 5,
Each of the plurality of adjustment units further includes a resistance element connected in parallel to the capacitive element.
請求項3乃至6のいずれかにおいて、
感度調整用の調整信号を出力する制御部を含み、
前記調整信号に基づいて、前記可変容量回路の容量値が可変に設定されることを特徴とする検出装置。
In any one of Claims 3 thru | or 6.
Including a control unit that outputs an adjustment signal for sensitivity adjustment;
The detection device, wherein a capacitance value of the variable capacitance circuit is variably set based on the adjustment signal.
請求項7において、
前記調整信号に基づいて、前記可変抵抗回路の抵抗値が可変に設定されることを特徴とする検出装置。
In claim 7,
The detection device, wherein a resistance value of the variable resistance circuit is variably set based on the adjustment signal.
請求項2乃至8のいずれかにおいて、
前記電圧感度の最大値をRvmax、前記焦電素子の吸収率をε、焦電係数をp、前記焦電素子の面積をS、前記焦電素子の熱抵抗をRth、前記焦電素子の内部静電容量と前記可変容量回路との合成容量値をCelとした場合に、
前記電圧感度の最大値Rvmaxは、Rvmax=ε×p×S×Rth/Celの近似式で与えられ、
前記可変容量回路の容量値を調整することで、前記合成容量値Celが前記可変容量回路により調整され、
前記合成容量値Celが調整されることで、前記電圧感度の最大値Rvmaxが調整されることを特徴とする検出装置。
In any of claims 2 to 8,
The maximum value of the voltage sensitivity is Rvmax, the absorption rate of the pyroelectric element is ε, the pyroelectric coefficient is p, the area of the pyroelectric element is S, the thermal resistance of the pyroelectric element is Rth, the inside of the pyroelectric element When the combined capacitance value of the capacitance and the variable capacitance circuit is Cel,
The maximum value Rvmax of the voltage sensitivity is given by an approximate expression of Rvmax = ε × p × S × Rth / Cel,
By adjusting the capacitance value of the variable capacitance circuit, the combined capacitance value Cel is adjusted by the variable capacitance circuit,
The detection apparatus, wherein the maximum value Rvmax of the voltage sensitivity is adjusted by adjusting the combined capacitance value Cel.
請求項2乃至8のいずれかにおいて、
前記電圧感度の最大値をRvmax、前記焦電素子の吸収率をε、焦電係数をp、前記焦電素子の面積をS、前記焦電素子の熱抵抗をRth、前記焦電素子の内部電気抵抗と前記可変抵抗回路との合成抵抗値をRel、前記焦電素子の内部静電容量と前記可変容量回路との合成容量値及び前記焦電素子の内部電気抵抗と前記可変抵抗回路との前記合成抵抗値の積である電気時定数をτelとした場合に、
前記電圧感度の最大値Rvmaxは、Rvmax=ε×p×S×Rel×Rth/τelの近似式で与えられ、
前記電気時定数τelを一定にして、前記可変抵抗回路の抵抗値を調整することで、前記合成抵抗値Relが前記可変抵抗回路により調整され、
前記合成抵抗値Relが調整されることで、前記電圧感度の最大値Rvmaxが調整されることを特徴とする検出装置。
In any of claims 2 to 8,
The maximum value of the voltage sensitivity is Rvmax, the absorption rate of the pyroelectric element is ε, the pyroelectric coefficient is p, the area of the pyroelectric element is S, the thermal resistance of the pyroelectric element is Rth, the inside of the pyroelectric element Rel is the combined resistance value of the electrical resistance and the variable resistance circuit, and the combined capacitance value of the internal capacitance of the pyroelectric element and the variable capacitance circuit, and the internal electrical resistance of the pyroelectric element and the variable resistance circuit. When the electrical time constant that is the product of the combined resistance value is τel,
The maximum value Rvmax of the voltage sensitivity is given by an approximate expression of Rvmax = ε × p × S × Rel × Rth / τel,
The combined resistance value Rel is adjusted by the variable resistance circuit by adjusting the resistance value of the variable resistance circuit while keeping the electric time constant τel constant.
The detection device characterized in that the maximum value Rvmax of the voltage sensitivity is adjusted by adjusting the combined resistance value Rel.
請求項1乃至10のいずれかに記載の検出装置を含むことを特徴とするセンサーデバイス。   A sensor device comprising the detection device according to claim 1. 複数のセンサーセルを有するセンサーアレイと、
1又は複数の行線と、
1又は複数の列線と、
前記1又は複数の行線に接続される行選択回路と、
前記1又は複数の列線に接続される読み出し回路とを含み、
前記複数のセンサーセルの各センサーセルは、
焦電素子と、
前記焦電素子に接続され、前記焦電素子の出力電圧の電圧感度を調整する感度調整回路と、
前記焦電素子に接続される検出回路とを含み、
前記感度調整回路は、
感度調整用の可変容量回路を含むことを特徴とするセンサーデバイス。
A sensor array having a plurality of sensor cells;
One or more row lines;
One or more column lines;
A row selection circuit connected to the one or more row lines;
A readout circuit connected to the one or more column lines,
Each sensor cell of the plurality of sensor cells is
A pyroelectric element;
A sensitivity adjustment circuit that is connected to the pyroelectric element and adjusts the voltage sensitivity of the output voltage of the pyroelectric element;
A detection circuit connected to the pyroelectric element,
The sensitivity adjustment circuit includes:
A sensor device comprising a variable capacitance circuit for sensitivity adjustment.
請求項11又は12に記載のセンサーデバイスを含むことを特徴とする電子機器。   An electronic apparatus comprising the sensor device according to claim 11.
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