JP6868828B2 - 焦電素子及びそれを備える赤外線検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に焦電素子及びそれを備える赤外線検出装置に関し、より詳細には、焦電体基板を用いた焦電素子及びそれを備える赤外線検出装置に関する。

従来、クワッドタイプの焦電型赤外線検知素子（焦電素子）及びそれを備える焦電型赤外線センサ（赤外線検出装置）が知られている（特許文献１）。

焦電型赤外線検知素子では、焦電体基板に４つの受光部（エレメント部）が形成され、これらの受光部の各々は、前三方向より取り囲むようにしてコ字状に形成されたくり抜き孔によって、焦電体基板で片持ち支持された構造になっている。

また、焦電型赤外線検知素子では、受光部の表、裏には電極（表面電極、裏面電極）が形成されるとともに、焦電体基板の両端に出力端子が形成され、これらが導体パターン（第１表面配線、第２表面配線、第１裏面配線及び第２裏面配線）で結線されている。

特開平１０−２７９３号公報

焦電素子及びそれを備える赤外線検出装置の分野では、更なる高感度化が望まれる場合がある。

本発明の目的は、高感度化を図ることが可能な焦電素子及びそれを備える赤外線検出装置を提供することにある。

本発明に係る一態様の焦電素子は、焦電体基板と、４つの表面電極と、４つの裏面電極と、第１表面配線と、第２表面配線と、を備える。前記４つの表面電極は、前記焦電体基板の表面に設けられている。前記４つの表面電極は、第１方向を行方向、第１方向に直交する第２方向を列方向とする２×２のマトリクス状に並んでいる。前記４つの裏面電極は、前記焦電体基板の裏面に設けられている。前記４つの裏面電極は、前記４つの表面電極に一対一で対向する。前記第１表面配線は、前記焦電体基板の前記表面に設けられている。前記第１表面配線は、前記４つの表面電極のうち第１対角線に沿った方向に並んでいる２つの第１表面電極同士を接続している。前記第２表面配線は、前記焦電体基板の前記表面に設けられている。前記第２表面配線は、前記４つの表面電極のうち第２対角線に沿った方向に並んでいる２つの第２表面電極同士を接続している。前記第１表面配線と前記第２表面配線とのうち前記第２表面配線のみが、前記４つの表面電極のうち前記第１方向に沿って並んでいる２つ１組の表面電極の組同士の間を通っている。前記焦電体基板は、前記４つの表面電極と前記４つの裏面電極との間にそれぞれ介在している４つのエレメント部と、前記４つのエレメント部を支持する支持部と、を有する。前記４つのエレメント部の各々は、前記第２方向における前記第２表面配線とは反対側の端部で前記支持部と繋がっている。前記４つのエレメント部の各々において前記支持部と繋がっている部位以外の全周が、前記焦電体基板の厚さ方向に貫通するスリットにより囲まれている。

本発明に係る一態様の赤外線検出装置は、上記の焦電素子と、前記焦電素子が実装されている実装基板と、少なくとも前記焦電素子と前記実装基板とを収納しているパッケージと、を備える。

本発明の焦電素子及びそれを備える赤外線検出装置は、高感度化を図ることが可能となる。

図１Ａは、一実施形態に係る焦電素子の平面図である。図１Ｂは、同上の焦電素子の下面図である。図１Ｃは、図１ＡのＸ−Ｘ線端面図である。 図２Ａは、同上の焦電素子の一表面側から他表面の一部を透視した平面図である。図２Ｂは、同上の焦電素子の一表面側から他表面を透視した平面図である。 図３は、同上の焦電素子を備える赤外線検出装置の分解斜視図である。

以下の実施形態等において参照する図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２Ａ、２Ｂ及び３は、いずれも模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

（実施形態）
以下、実施形態に係る焦電素子１０について、図１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２Ａ及び２Ｂを参照して説明する。

焦電素子１０は、クワッドタイプの焦電素子である。焦電素子１０は、焦電体基板１と、４つの表面電極２と、４つの裏面電極３と、第１表面配線４と、第２表面配線５と、を備える。

４つの表面電極２は、焦電体基板１の表面１１に設けられている。４つの表面電極２は、第１方向Ｄ１を行方向、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２を列方向とする２×２のマトリクス状に並んでいる。

４つの裏面電極３は、焦電体基板１の裏面１２に設けられている。４つの裏面電極３は、４つの表面電極２に一対一で対向する。

第１表面配線４は、焦電体基板１の表面１１に設けられている。第１表面配線４は、４つの表面電極２のうち第１対角線に沿った方向に並んでいる２つの第１表面電極２１同士を接続している。

第２表面配線５は、焦電体基板１の表面１１に設けられている。第２表面配線５は、４つの表面電極２のうち第２対角線に沿った方向に並んでいる２つの第２表面電極２２同士を接続している。

焦電素子１０は、第１裏面配線６と、第２裏面配線７と、を更に備える。

第１裏面配線６は、焦電体基板１の裏面１２に設けられている。第１裏面配線６は、４つの裏面電極３のうち２つの第１表面電極２１に対向する２つの第１裏面電極３１同士を接続している。

第２裏面配線７は、焦電体基板１の裏面１２に設けられている。第２裏面配線７は、４つの裏面電極３のうち２つの第２表面電極２２に対向する２つの第２裏面電極３２同士を接続している。

焦電素子１０の各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。

焦電体基板１は、矩形板状である。焦電体基板１の平面視形状（焦電体基板１の厚さ方向から見た形状）は、例えば、長方形状である。焦電体基板１は、焦電性を有する基板である。焦電体基板１は、例えば、単結晶のＬｉＴａＯ_３基板により構成されている。焦電体基板１の自発分極の方向は、この焦電体基板１の厚み方向に沿った一方向であり、図１Ｃの上方向である。焦電体基板１の厚さは、例えば、４７μｍである。

４つの表面電極２は、上述のように、第１方向Ｄ１を行方向、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２を列方向とする２×２のマトリクス状に並んでいる。ここにおいて、第１方向Ｄ１は、焦電体基板１の厚さ方向から見て焦電体基板１の長手方向に平行な方向である。また、第２方向Ｄ２は、焦電体基板１の厚さ方向から見て焦電体基板１の短手方向に平行な方向である。

４つの表面電極２は、焦電体基板１の表面１１の中央部に設けられており、焦電体基板１の表面１１の外周１１０から離れている。４つの表面電極２の各々の平面視形状は、長方形状である。４つの表面電極２は、互いに離れている。４つの表面電極２は、形状、大きさ、厚さ及び材料のそれぞれが互いに同じである。４つの表面電極２の各々は、その短手方向が第１方向Ｄ１と平行となるように配置されている。４つの表面電極２の各々は、その長手方向が第２方向Ｄ２と平行となるように配置されている。表面電極２は、導電性を有しかつ赤外線を吸収する材料により形成された導電層である。表面電極２の材料は、Ｎｉであるが、これに限らず、例えば、ＮｉＣｒ、金黒等であってもよい。表面電極２の厚さは、例えば、２００ｎｍである。

４つの裏面電極３は、焦電体基板１の裏面１２の中央部に設けられており、焦電体基板１の裏面１２の外周１２０から離れている。４つの裏面電極３の各々の平面視形状は、長方形状である。４つの裏面電極３は、互いに離れている。４つの裏面電極３は、形状、大きさ、厚さ及び材料のそれぞれが互いに同じである。４つの裏面電極３の各々は、その短手方向が第１方向Ｄ１と平行となるように配置されている。４つの裏面電極３の各々は、その長手方向が第２方向Ｄ２と平行となるように配置されている。上述のように、４つの裏面電極３は、４つの表面電極２と一対一で対向している。裏面電極３は、対向する表面電極２と同じ形状で同じ大きさに形成されている。裏面電極３は、導電性を有する材料により形成されている。裏面電極３は、表面電極２と同じ材料により形成されているが、これに限らず、表面電極２と異なる材料により形成されていてもよい。裏面電極３の厚さは、例えば、２００ｎｍである。

焦電素子１０は、４つの検出部１０１を備えている。４つの検出部１０１それぞれの平面視形状は、長方形状である。複数の検出部１０１の各々は、表面電極２と、この表面電極２に対向する裏面電極３と、焦電体基板１において表面電極２と裏面電極３とで挟まれた部分であるエレメント部１３と、を含むコンデンサである。検出部１０１の平面視形状は、表面電極２の平面視形状と同じである。

焦電素子１０は、例えば、図３に示すように、実装基板８に実装して用いられる。焦電素子１０は、実装基板８に実装されることにより、第１表面配線４と第２裏面配線７とが接続部９５により接続され、第２表面配線５と第１裏面配線６とが接続部９６により接続されている。各接続部９５、９６は、例えば、導電性接着剤により形成されている。導電性接着剤は、例えば、Ａｇ又はＡｕ粉末を含んだエポキシ系樹脂の接着剤、銀ペースト、金ペースト、銅ペースト等である。

接続部９５は、焦電体基板１の長手方向の一端（図１Ａの左端）で第１表面配線４と第２裏面配線７とを電気的に接続している。接続部９６は、焦電体基板１の長手方向の他端（図１Ａの右端）で第２表面配線５と第１裏面配線６とを電気的に接続している。焦電素子１０は、接続部９５、９６により実装基板８に接合されることによって、実装基板８に電気的且つ機械的に接続されている。これにより、焦電素子１０は、第１対角線方向及び第２対角線方向の各々において並んでいる２つの検出部１０１同士が並列接続されている。また、焦電素子１０は、行方向（第１方向Ｄ１）に並んでいる２つの検出部１０１同士が逆並列に接続され、列方向（第２方向Ｄ２）に並んでいる２つの検出部１０１同士が逆並列に接続されている。したがって、焦電素子１０は、第１対角線方向及び第２対角線方向の各々において並んでいる２つの検出部１０１それぞれの表面電極２の極性が互いに同じ極性となる。また、焦電素子１０は、行方向に並んでいる２つの検出部１０１それぞれの表面電極２の極性が互いに異なる極性となる。また、焦電素子１０は、列方向に並んでいる２つの検出部１０１それぞれの表面電極２の極性が互いに異なる極性となる。

第１表面配線４と第２表面配線５とは、互いに重ならないように配置されている。第１表面配線４及び第２表面配線５は、焦電体基板１の表面１１において、各表面電極２と同じ材料で同じ厚さに形成されている。各表面電極２、第１表面配線４及び第２表面配線５は、例えば、蒸着法、スパッタ法等を利用して同時に形成されている。第１裏面配線６及び第２裏面配線７は、焦電体基板１の裏面１２において、各裏面電極３と同じ材料で同じ厚さに形成されている。各裏面電極３、第１裏面配線６及び第２裏面配線７は、例えば、蒸着法、スパッタ法等を利用して同時に形成されている。

第１表面配線４は、焦電体基板１の厚さ方向の一方側（表面１１側）からの平面視で、第１〜５の直線状部分４１〜４５を含んでいる。第１の直線状部分４１は、平面視で、焦電体基板１の長手方向の一端（図１Ａの左端）で、焦電体基板１の表面１１の外周１１０における短辺に沿って配置されている。第２の直線状部分４２は、平面視で、焦電体基板１の表面１１の外周１１０における一方の長辺に沿って配置され、第３の直線状部分４３は、焦電体基板１の表面１１の外周１１０における他方の長辺に沿って配置されている。本実施形態に係る焦電素子１０では、第２の直線状部分４２の長さは、焦電体基板１の表面１１の外周１１０における一方の長辺の長さの半分よりも短い。また、本実施形態に係る焦電素子１０では、第３の直線状部分４３の長さは、焦電体基板１の表面１１の外周１１０における他方の長辺の長さの半分よりも長い。第２の直線状部分４２及び第３の直線状部分４３それぞれは、第１の直線状部分４１と繋がっている。第４の直線状部分４４は、第２の直線状部分４２の第１の直線状部分４１側とは反対の端部と２つの第１表面電極２１のうち当該端部に近い第１表面電極２１とを繋いでいる。第５の直線状部分４５は、第３の直線状部分４３の第１の直線状部分４１側とは反対の端部と２つの第１表面電極２１のうち当該端部に近い第１表面電極２１とを繋いでいる。第４の直線状部分４４及び第５の直線状部分４５は、第２方向Ｄ２に沿って配置されている。

第２表面配線５は、焦電体基板１の厚さ方向の一方側（表面１１側）からの平面視で、第１〜７の直線状部分５１〜５７を含んでいる。第１の直線状部分５１は、平面視で、焦電体基板１の長手方向の他端（図１Ａの右端）で、焦電体基板１の表面１１の外周１１０における短辺に沿って配置されている。第２の直線状部分５２は、平面視で、焦電体基板１の表面１１の外周１１０における一方の長辺から離れて当該一方の長辺と平行に配置され、第３の直線状部分５３は、焦電体基板１の短手方向の中央で第１方向Ｄ１に沿って配置されている。第２の直線状部分５２及び第３の直線状部分５３は、第１の直線状部分５１と繋がっている。第２の直線状部分５２の長さは、焦電体基板１の表面１１の外周１１０における一方の長辺の長さの半分よりも短い。第３の直線状部分５３の長さは、焦電体基板１の表面１１の外周１１０における一方の長辺の長さの半分よりも長い。第４の直線状部分５４は、第２の直線状部分５２の第１の直線状部分５１側とは反対の端部と２つの第２表面電極２２のうち当該端部に近い第２表面電極２２とを繋いでいる。第５の直線状部分５５は、第３の直線状部分５３と繋がっている。第５の直線状部分５５は、第３の直線状部分５３の第１の直線状部分５１側とは反対側の端部と第６の直線状部分５６とを繋いでいる。第７の直線状部分５７は、第６の直線状部分５６の第５の直線状部分５５側とは反対側の端部と第２表面電極２２とを繋いでいる。第５の直線状部分５５及び第７の直線状部分５７は、第２方向Ｄ２に沿って配置されている。第６の直線状部分５６は、第１方向Ｄ１に沿って配置されている。

第１裏面配線６と第２裏面配線７とは、互いに重ならないように配置されている。第１裏面配線６は、焦電体基板１の厚さ方向の他方側（裏面１２側）からの平面視で、第１〜７の直線状部分６１〜６７を含んでいる。第１の直線状部分６１は、平面視で、焦電体基板１の長手方向の他端（図１Ｂの右端）で、焦電体基板１の裏面１２の外周１２０における短辺に沿って配置されている。第２の直線状部分６２は、平面視で、焦電体基板１の裏面１２の外周１２０における一方の長辺から離れて当該一方の長辺と平行に配置され、第３の直線状部分６３は、焦電体基板１の短手方向の中央で第１方向Ｄ１に沿って配置されている。第２の直線状部分６２及び第３の直線状部分６３は、第１の直線状部分６１と繋がっている。第２の直線状部分６２の長さは、焦電体基板１の裏面１２の外周１２０における一方の長辺の長さの半分よりも短い。第３の直線状部分６３の長さは、焦電体基板１の裏面１２の外周１２０における一方の長辺の長さの半分よりも長い。第４の直線状部分６４は、第２の直線状部分６２の第１の直線状部分６１側とは反対の端部と２つの第１裏面電極３１のうち当該端部に近い第１裏面電極３１とを繋いでいる。第５の直線状部分６５は、第３の直線状部分６３と繋がっている。第５の直線状部分６５は、第３の直線状部分６３の第１の直線状部分６１側とは反対側の端部と第６の直線状部分６６とを繋いでいる。第７の直線状部分６７は、第６の直線状部分６６の第５の直線状部分６５側とは反対側の端部と第１裏面電極３１とを繋いでいる。第５の直線状部分６５及び第７の直線状部分６７は、第２方向Ｄ２に沿って配置されている。第６の直線状部分６６は、第１方向Ｄ１に沿って配置されている。

第２裏面配線７は、焦電体基板１の厚さ方向の他方側（裏面１２側）からの平面視で、第１〜５の直線状部分７１〜７５を含んでいる。第１の直線状部分７１は、平面視で、焦電体基板１の長手方向の一端（図１Ｂの左端）で、焦電体基板１の裏面１２の外周１２０における短辺に沿って配置されている。第２の直線状部分７２は、平面視で、焦電体基板１の裏面１２の外周１２０における一方の長辺に沿って配置され、第３の直線状部分７３は、焦電体基板１の裏面１２の外周１２０における他方の長辺に沿って配置されている。第２の直線状部分７２の長さは、焦電体基板１の裏面１２の外周１２０における一方の長辺の長さの半分よりも短い。第３の直線状部分７３の長さは、焦電体基板１の裏面１２の外周１２０における他方の長辺の長さの半分よりも長い。第２の直線状部分７２及び第３の直線状部分７３それぞれは、第１の直線状部分７１と繋がっている。第４の直線状部分７４は、第２の直線状部分７２の第１の直線状部分７１側とは反対の端部と２つの第２裏面電極３２のうち当該端部に近い第２裏面電極３２とを繋いでいる。第５の直線状部分７５は、第３の直線状部分７３の第１の直線状部分７１側とは反対の端部と２つの第２裏面電極３２のうち当該端部に近い第２裏面電極３２とを繋いでいる。第４の直線状部分７４及び第５の直線状部分７５は、第２方向Ｄ２に沿って配置されている。

焦電素子１０では、図１Ｃ及び２Ａに示すように、第１表面配線４の一部と第２裏面配線７の一部とが、焦電体基板１の厚さ方向において重なっている（対向している）。ここで、第１表面配線４と第２裏面配線７とは、焦電体基板１の厚さ方向において重なる部分の配線幅が互いに同じである。

また、焦電素子１０では、図１Ｃ及び２Ａに示すように、第２表面配線５の一部と第１裏面配線６の一部とが、焦電体基板１の厚さ方向において重なっている（対向している）。ここで、第２表面配線５と第１裏面配線６とは、焦電体基板１の厚さ方向において重なる部分の配線幅が互いに同じである。

焦電素子１０では、第１表面配線４と第２表面配線５とのうち第２表面配線５のみが、４つの表面電極２のうち第１方向Ｄ１に沿って並んでいる２つ１組の表面電極２の組同士の間を通っている。より詳細には、図１Ａにおいて、４つの表面電極２のうち上側の２つの表面電極２（左上の第１表面電極２１、右上の第２表面電極２２）の組と、下側の２つの表面電極２（左下の第２表面電極２２、右下の第１表面電極２１）の組と、の間を、第２表面配線５のみが通っている。

また、焦電素子１０では、第１裏面配線６と第２裏面配線７とのうち第１裏面配線６のみが、４つの裏面電極３のうち第１方向Ｄ１に沿って並んでいる２つ１組の裏面電極３の組同士の間を通っている。より詳細には、図１Ｂにおいて、４つの裏面電極３のうち上側の２つの裏面電極３（左上の第２裏面電極３２、右上の第１裏面電極３１）の組と、下側の２つの裏面電極３（左下の第１裏面電極３１、右下の第２裏面電極３２）の組と、の間を、第１裏面配線６のみが通っている。

焦電体基板１は、４つの表面電極２と４つの裏面電極３との間にそれぞれ介在している４つのエレメント部１３と、４つのエレメント部１３を支持する支持部１４と、を有する。４つのエレメント部１３の各々は、第２方向Ｄ２における第２表面配線５とは反対側の端部で支持部１４と繋がっている。ここで、焦電素子１０では、４つのエレメント部１３の各々において支持部１４と繋がっている部位以外の全周が、焦電体基板１の厚さ方向に貫通するスリット１６により囲まれている。これにより、４つのエレメント部１３は、支持部１４に片持ち支持されている。スリット１６は、焦電体基板１においてエレメント部１３と支持部１４とを繋いでいる部位（梁部１７）以外でエレメント部１３と支持部１４とを熱絶縁するために焦電体基板１に形成されている。これにより、焦電素子１０では、４つの検出部１０１が互いに熱絶縁されている。

焦電素子１０では、焦電体基板１の厚さ方向の一方（表面１１）側から見た平面視において、４つの表面電極２の各々について、４辺のうち第２表面配線５とは反対側の１辺以外の３辺がスリット１６により囲まれている。焦電素子１０は、焦電体基板１に２つのスリット１６が形成されている。２つのスリット１６の各々は、第１方向Ｄ１において隣り合う２つの表面電極２の３辺に沿って形成されている。２つのスリット１６の各々は、Ｅ字状に形成されている。２つのスリット１６の各々は、第１方向Ｄ１において隣り合う２つの表面電極２の互いに反対側の１辺それぞれに沿って形成された２つの外側スリット１６１と、隣り合う２つの表面電極２の間に形成された１つの内側スリット１６２と、２つの外側スリット１６１及び１つの内側スリット１６２それぞれの一端が繋がっている直線状スリット１６３と、を含む。直線状スリット１６３は、第１方向Ｄ１に平行である。２つの外側スリット１６１及び１つの内側スリット１６２の各々は、第２方向Ｄ２を長手方向とする直線状に形成されている。直線状スリット１６３は、第２表面配線５の第３の直線状部分５３に近接しており、第３の直線状部分５３と平行である。焦電素子１０では、２つのスリット１６により、４つの検出部１０１が互いに熱絶縁されている。２つのスリット１６は、フォトリソグラフィ技術及びサンドブラスト技術を利用して形成されている。

焦電素子１０では、４つの表面電極２のうち第１方向Ｄ１において隣り合う２つの表面電極２間の距離Ｌ１が、第２方向Ｄ２において隣り合う２つの表面電極２間の距離Ｌ２よりも短い。焦電素子１０では、例えば、焦電体基板１の長辺の長さが５ｍｍ、焦電体基板１の短辺の長さが３．２ｍｍであり、距離Ｌ１が２００μｍ、距離Ｌ２が４００μｍである。

焦電素子１０では、焦電体基板１の厚さ方向から見て、第１方向Ｄ１において隣り合う２つの表面電極２の間には、第１表面配線４及び第２表面配線５のいずれも配置されていない。これにより、焦電素子１０では、第１方向Ｄ１において隣り合う２つの表面電極２の間に第１表面配線４及び第２表面配線５の少なくとも一方が配置されている場合と比べて、第１方向Ｄ１において隣り合う２つの表面電極２間の距離Ｌ１を、より短くできる。

焦電素子１０では、焦電体基板１の厚さ方向から見て、４つの表面電極２のうち第１方向Ｄ１において隣り合う２つの表面電極２の間にはスリット１６の一部のみがある。第１方向Ｄ１において隣り合う２つの表面電極２間の距離Ｌ１は、当該２つの表面電極２の間におけるスリット１６（の内側スリット１６２）の第１方向Ｄ１の幅Ｗ１と同じである。

スリット１６は、４つの表面電極２のうち第１方向Ｄ１において隣り合う２つの表面電極２間の部分（内側スリット１６２）の第１方向Ｄ１の幅Ｗ１が、（直線状スリット１６３の）第２方向Ｄ２の幅Ｗ２よりも大きい。焦電素子１０では、例えば、幅Ｗ１が２００μｍ、幅Ｗ２が６０μｍである。

次に、上述の焦電素子１０を備える赤外線検出装置１００について図３に基づいて説明する。

赤外線検出装置１００は、焦電素子１０と、焦電素子１０が実装されている実装基板８と、少なくとも焦電素子１０と実装基板８とを収納しているパッケージ９と、を備える。

赤外線検出装置１００は、信号処理部２００を更に備える。信号処理部２００は、焦電素子１０の出力電流からなる出力信号を信号処理する。信号処理部２００は、焦電素子１０の出力信号に基づいて人体検出信号を外部装置（外部回路）へ出力するように構成されている。「人体検知信号」は、一例として一定時間だけハイレベルとなるパルス信号としてある。

信号処理部２００は、例えば、１チップのＩＣ素子（ＩＣ：Integrated Circuit）により構成されている。

信号処理部２００は、例えば、電流電圧変換回路と、電圧増幅回路と、判定回路と、出力回路と、を含んでいる。電流電圧変換回路は、焦電素子１０から出力される出力信号である電流信号を電圧信号に変換して出力する回路である。電圧増幅回路は、電流電圧変換回路から出力された電圧信号のうち所定の周波数帯域（例えば、０．１Ｈｚ〜１０Ｈｚ）の電圧信号を増幅して出力する回路である。電圧増幅回路は、バンドパスフィルタとしての機能を有する。バンドパスフィルタとしての機能は、電流電圧変換回路から出力された電圧信号のうち上記所定の周波数帯域の成分を通過させ、かつ雑音となる不要な周波数成分を除去する機能である。判定回路は、電圧増幅回路から出力される電圧信号の電圧レベルと予め設定された閾値とを比較し電圧信号の電圧レベルが閾値を超えたか否かを判定する回路である。より詳細には、判定回路は、例えば、電圧信号の電圧レベルが第１閾値を超えたとき（上回ったとき）又は第１閾値よりも小さな第２閾値を超えたとき（下回ったとき）に出力信号がＬレベルとなり、第１閾値及び第２閾値のいずれも超えていないときに出力信号がＨレベルとなるように構成されたウィンドコンパレータである。出力回路は、判定回路において電圧信号の電圧レベルが閾値を超えたと判定されたときに人体検知信号を出力信号として出す回路である。

実装基板８は、ＭＩＤ（Molded Interconnect Devices）である。赤外線検出装置１００では、焦電素子１０と信号処理部２００とが実装基板８に実装されている。

パッケージ９は、所謂キャンパッケージ（Can Package）である。キャンパッケージは、メタルパッケージ（Metal Package）とも呼ばれている。パッケージ９は、台座９１と、キャップ９２と、窓材９３と、を含む。

台座９１は、導電性を有する。ここにおいて、台座９１は、金属製である。台座９１は、円盤状であり、厚さ方向の一面側において実装基板８を支持している。

キャップ９２は、導電性を有する。ここにおいて、キャップ９２は、金属製である。キャップ９２は、有底円筒状であり、実装基板８と信号処理部２００と焦電素子１０とを覆うように台座９１に固着されている。

窓材９３は、赤外線を透過する赤外線透過部材である。窓材９３は、導電性を有する。ここにおいて、窓材９３は、例えば、シリコン基板を含む。窓材９３は、シリコン基板に加えて、このシリコン基板に積層された赤外線光学フィルタを含んでいる。赤外線光学フィルタは、赤外線検出装置１００の検出対象の波長領域の赤外線を透過させる光学多層膜である。

窓材９３は、キャップ９２の前壁９２１に形成された窓孔９２２を塞ぐように配置される。窓材９３は、キャップ９２に対して導電性材料により接合されており、キャップ９２と電気的に接続されている。窓材９３は、焦電素子１０の前方に配置されている。

上述のパッケージ９は、複数（３つ）のリード端子９４を更に含む。３つのリード端子９４は、台座９１に保持されている。３つのリード端子９４の各々は、ピン状である。３つのリード端子９４の各々は、台座９１の厚さ方向において台座９１を貫通している。３つのリード端子９４は、給電用リード端子９４１、信号出力用リード端子９４２及びグラウンド用リード端子９４３である。

（３）効果
本実施形態に係る焦電素子１０は、焦電体基板１と、４つの表面電極２と、４つの裏面電極３と、第１表面配線４と、第２表面配線５と、を備える。４つの表面電極２は、焦電体基板１の表面１１に設けられている。４つの表面電極２は、第１方向Ｄ１を行方向、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２を列方向とする２×２のマトリクス状に並んでいる。４つの裏面電極３は、焦電体基板１の裏面１２に設けられている。４つの裏面電極３は、４つの表面電極２に一対一で対向する。第１表面配線４は、焦電体基板１の表面１１に設けられている。第１表面配線４は、４つの表面電極２のうち第１対角線に沿った方向に並んでいる２つの第１表面電極２１同士を接続している。第２表面配線５は、焦電体基板１の表面１１に設けられている。第２表面配線５は、４つの表面電極２のうち第２対角線に沿った方向に並んでいる２つの第２表面電極２２同士を接続している。第１表面配線４と第２表面配線５とのうち第２表面配線５のみが、４つの表面電極２のうち第１方向Ｄ１に沿って並んでいる２つ１組の表面電極２の組同士の間を通っている。焦電体基板１は、４つの表面電極２と４つの裏面電極３との間にそれぞれ介在している４つのエレメント部１３と、４つのエレメント部１３を支持する支持部１４と、を有する。４つのエレメント部１３の各々は、第２方向Ｄ２における第２表面配線５とは反対側の端部で支持部１４と繋がっている。４つのエレメント部１３の各々において支持部１４と繋がっている部位以外の全周が、焦電体基板１の厚さ方向に貫通するスリット１６により囲まれている。これにより、本実施形態に係る焦電素子１０は、高感度化を図ることが可能となる。ここにおいて、本実施形態に係る焦電素子１０では、第２表面配線５において、４つの表面電極２のうち第１方向Ｄ１に沿って並んでいる２つ１組の表面電極２の組同士の間を通っている部分（第３の直線状部分５３）で発生した熱が、４つのエレメント部１３の各々に伝わりにくく、高感度化を図ることが可能となる。

また、本実施形態に係る焦電素子１０は、第１裏面配線６と、第２裏面配線７と、を更に備える。第１裏面配線６は、焦電体基板１の裏面１２に設けられている。第１裏面配線６は、４つの裏面電極３のうち２つの第１表面電極２１に対向する２つの第１裏面電極３１同士を接続している。第２裏面配線７は、焦電体基板１の裏面１２に設けられている。第２裏面配線７は、４つの裏面電極３のうち２つの第２表面電極２２に対向する２つの第２裏面電極３２同士を接続している。第１裏面配線６と第２裏面配線７とのうち第１裏面配線６のみが、４つの裏面電極３のうち第１方向Ｄ１に沿って並んでいる２つ１組の裏面電極３の組同士の間を通っている。これにより、本実施形態に係る焦電素子１０は、第２表面配線５の一部と第１裏面配線６の一部とを焦電体基板１の厚さ方向において重ねることができるので、第２方向Ｄ２において並んでいる表面電極２間の距離Ｌ２をより短くすることが可能となる。

また、本実施形態に係る焦電素子１０では、４つの表面電極２のうち第１方向Ｄ１において隣り合う２つの表面電極２間の距離Ｌ１が、第２方向Ｄ２において隣り合う２つの表面電極２間の距離Ｌ２よりも短い。これにより、本実施形態に係る焦電素子１０は、第１方向Ｄ１に動く熱源（人体）に対する感度を第２方向Ｄ２に動く熱源（人体）に対する感度よりも高感度化することが可能となる。よって、本実施形態に係る焦電素子１０では、例えば、オフィス、トイレ等での人体の微動検知に関して第１方向Ｄ１の感度を第２方向Ｄ２の感度よりも高感度化することが可能となる。

また、本実施形態に係る焦電素子１０では、焦電体基板１の厚さ方向から見て、４つの表面電極２のうち第１方向Ｄ１において隣り合う２つの表面電極２の間にはスリット１６の一部（内側スリット１６２）のみがある。これにより、焦電素子１０は、第１方向Ｄ１において隣り合う表面電極２間の距離Ｌ１をより短くすることが可能となり、より高感度化を図ることが可能となる。

また、本実施形態に係る焦電素子１０では、スリット１６は、４つの表面電極２のうち第１方向Ｄ１において隣り合う２つの表面電極２間の部分の第１方向Ｄ１の幅Ｗ１が、第２方向Ｄ２の幅Ｗ２よりも大きい。これにより、本実施形態に係る焦電素子１０は、第２方向Ｄ２において隣り合う表面電極２間の距離をより短くすることが可能となる。

また、本実施形態に係る赤外線検出装置１００は、焦電素子１０と、焦電素子１０が実装されている実装基板８と、焦電素子１０と信号処理部２００と実装基板８とを収納しているパッケージ９と、を備える。これにより、本実施形態に係る赤外線検出装置１００は、高感度化を図ることが可能となる。

上記の実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。上記の実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

例えば、焦電素子１０では、表面電極２の外周縁が、当該表面電極２を囲むスリット１６の表面電極２側の開孔縁から離れていてもよい。ここで、第１方向Ｄ１において隣り合う２つの表面電極２それぞれとスリット１６との間に焦電体基板１の一部が存在してもよい。

また、焦電体基板１の平面視形状は、長方形状に限らず、例えば、正方形状等であってもよい。

また、表面電極２、エレメント部１３及び裏面電極３を含む検出部１０１の平面視形状は、長方形状に限らず、正方形状、円形状等であってもよい。また、焦電素子１０では、第１方向Ｄ１において隣り合う２つの表面電極２に対してＥ字状のスリット１６を形成してあるが、これに限らず、第１方向Ｄ１において隣り合う２つの表面電極２の各々に対して、Ｕ字状のスリットを１つずつ形成してあってもよい。いずれにしても、焦電素子１０では、４つのエレメント部１３の各々が、第２方向Ｄ２における第２表面配線５とは反対側の端部のみで支持部１４と繋がっていればよい。

また、第１表面配線４の第２の直線状部分４２の長さは、焦電体基板１の表面１１の外周１１０における一方の長辺の長さの半分よりも短い場合に限らない。

例えば、４つの表面電極２が焦電体基板１の表面１１の中央部から焦電体基板１の長手方向の一端側にずらして配置され、４つの裏面電極３が焦電体基板１の裏面１２の中央部から焦電体基板１の長手方向の上記一端側にずらして配置されている場合、第２の直線状部分４２の長さは、焦電体基板１の表面１１の外周１１０における一方の長辺の長さの半分以上でもよい。また、この場合、第２表面配線５の第３の直線状部分５３の長さは、焦電体基板１の表面１１の外周１１０における一方の長辺の長さの半分以下でもよい。また、この場合、第１裏面配線６の第３の直線状部分６３の長さは、焦電体基板１の裏面１２の外周１２０における一方の長辺の長さの半分以下でもよい。また、この場合、第２裏面配線７の第３の直線状部分７３の長さは、焦電体基板１の裏面１２の外周１２０における他方の長辺の長さの半分以下でもよい。

また、第２表面配線５の第３の直線状部分５３は、焦電体基板１の短手方向の中央に配置される例に限らず、短手方向の中央以外であってもよい。

また、焦電体基板１の材料は、ＬｉＴａＯ_３に限らず、例えば、ＬｉＮｂＯ₃等であってもよい。

また、赤外線検出装置１００のパッケージ９における窓材９３は、シリコンレンズ等の半導体レンズであってもよい。

また、赤外線検出装置１００の実装基板８は、ＭＩＤに限らず、例えば、プリント配線板、セラミック基板等であってもよい。

また、赤外線検出装置１００は、信号処理部２００を備えているが、信号処理部２００は必須の構成要素ではない。また、赤外線検出装置１００では、信号処理部２００をパッケージ９内ではなく、パッケージ９の外に備えていてもよい。

また、赤外線検出装置１００は、パッケージ９の代わりに、表面実装型のパッケージを備えていてもよい。

（まとめ）
以上説明した実施形態等から以下の態様が開示されていることは明らかである。

第１の態様に係る焦電素子（１０）は、焦電体基板（１）と、４つの表面電極（２）と、４つの裏面電極（３）と、第１表面配線（４）と、第２表面配線（５）と、を備える。４つの表面電極（２）は、焦電体基板（１）の表面（１１）に設けられている。４つの表面電極（２）は、第１方向（Ｄ１）を行方向、第１方向（Ｄ１）に直交する第２方向（Ｄ２）を列方向とする２×２のマトリクス状に並んでいる。４つの裏面電極（３）は、焦電体基板（１）の裏面（１２）に設けられている。４つの裏面電極（３）は、４つの表面電極（２）に一対一で対向する。第１表面配線（４）は、焦電体基板（１）の表面（１１）に設けられている。第１表面配線（４）は、４つの表面電極（２）のうち第１対角線に沿った方向に並んでいる２つの第１表面電極（２１）同士を接続している。第２表面配線（５）は、焦電体基板（１）の表面（１１）に設けられている。第２表面配線（５）は、４つの表面電極（２）のうち第２対角線に沿った方向に並んでいる２つの第２表面電極（２２）同士を接続している。第１表面配線（４）と第２表面配線（５）とのうち第２表面配線（５）のみが、４つの表面電極（２）のうち第１方向（Ｄ１）に沿って並んでいる２つ１組の表面電極（２）の組同士の間を通っている。焦電体基板（１）は、４つの表面電極（２）と４つの裏面電極（３）との間にそれぞれ介在している４つのエレメント部（１３）と、４つのエレメント部（１３）を支持する支持部（１４）と、を有する。４つのエレメント部（１３）の各々は、第２方向（Ｄ２）における第２表面配線（５）とは反対側の端部で支持部（１４）と繋がっている。４つのエレメント部（１３）の各々において支持部（１４）と繋がっている部位以外の全周が、焦電体基板（１）の厚さ方向に貫通するスリット（１６）により囲まれている。

第１の態様に係る焦電素子（１０）では、高感度化を図ることが可能となる。第１の態様に係る焦電素子（１０）では、第２表面配線（５）において、４つの表面電極（２）のうち第１方向（Ｄ１）に沿って並んでいる２つ１組の表面電極（２）の組同士の間を通っている部分（第３の直線状部分５３）で発生した熱が、４つのエレメント部（１３）の各々に伝わりにくく、高感度化を図ることが可能となる。

第２の態様に係る焦電素子（１０）は、第１の態様において、第１裏面配線（６）と、第２裏面配線（７）と、を更に備える。第１裏面配線（６）は、焦電体基板（１）の裏面（１２）に設けられている。第１裏面配線（６）は、４つの裏面電極（３）のうち２つの第１表面電極（２１）に対向する２つの第１裏面電極（３１）同士を接続している。第２裏面配線（７）は、焦電体基板（１）の裏面（１２）に設けられている。第２裏面配線（７）は、４つの裏面電極（３）のうち２つの第２表面電極（２２）に対向する２つの第２裏面電極（３２）同士を接続している。第１裏面配線（６）と第２裏面配線（７）とのうち第１裏面配線（６）のみが、４つの裏面電極（３）のうち第１方向（Ｄ１）に沿って並んでいる２つ１組の裏面電極（３）の組同士の間を通っている。

第２の態様に係る焦電素子（１０）は、第２表面配線（５）の一部（第３の直線状部分５３）と第１裏面配線（６）の一部（第３の直線状部分６３）とを焦電体基板（１）の厚さ方向において重ねることができるので、第２方向（Ｄ２）において並んでいる表面電極（２）間の距離（Ｌ２）をより短くすることが可能となる。

第３の態様に係る焦電素子（１０）では、第１又は２の態様において、４つの表面電極（２）のうち第１方向（Ｄ１）において隣り合う２つの表面電極（２）間の距離（Ｌ１）が、第２方向（Ｄ２）において隣り合う２つの表面電極（２）間の距離（Ｌ２）よりも短い。

第３の態様に係る焦電素子（１０）は、第１方向（Ｄ１）に動く熱源（人体）に対する感度を第２方向（Ｄ２）に動く熱源（人体）に対する感度よりも高感度化することが可能となる。よって、本実施形態に係る焦電素子（１０）では、例えば、オフィス、トイレ等での人体の微動検知に関して第１方向（Ｄ１）の感度を第２方向（Ｄ２）の感度よりも高感度化することが可能となる。

第４の態様に係る焦電素子（１０）では、第１乃至３の態様のいずれか１つにおいて、焦電体基板（１）の厚さ方向から見て、４つの表面電極（２）のうち第１方向（Ｄ１）において隣り合う２つの表面電極（２）の間にはスリット（１６）の一部（内側スリット１６２）のみがある。

第４の態様に係る焦電素子（１０）は、第１方向（Ｄ１）において隣り合う表面電極（２）間の距離（Ｌ１）をより短くすることが可能となり、より高感度化を図ることが可能となる。

第５の態様に係る焦電素子（１０）では、第１乃至４の態様のいずれか１つにおいて、スリット（１６）は、４つの表面電極（２）のうち第１方向（Ｄ１）において隣り合う２つの表面電極（２）間の部分（内側スリット１６２）の第１方向（Ｄ１）の幅（Ｗ１）が、第２方向（Ｄ２）の幅（Ｗ２）よりも大きい。

第５の態様に係る焦電素子（１０）は、第２方向（Ｄ２）において隣り合う表面電極（２）間の距離をより短くすることが可能となる。

第６の態様に係る赤外線検出装置（１００）は、第１乃至５の態様のいずれか１つの焦電素子（１０）と、焦電素子（１０）が実装されている実装基板（８）と、少なくとも焦電素子（１０）と実装基板（８）とを収納しているパッケージ（９）と、を備える。

第６の態様に係る赤外線検出装置（１００）は、高感度化を図ることが可能となる。

１ 焦電体基板
１１ 表面
１２ 裏面
１３ エレメント部
１４ 支持部
１６ スリット
２ 表面電極
２１ 第１表面電極
２２ 第２表面電極
３ 裏面電極
３１ 第１裏面電極
３２ 第２裏面電極
４ 第１表面配線
５ 第２表面配線
６ 第１裏面配線
７ 第２裏面配線
８ 実装基板
９ パッケージ
１０ 焦電素子
１００ 赤外線検出装置
Ｄ１ 第１方向
Ｄ２ 第２方向
Ｌ１ 距離
Ｌ２ 距離

Claims (6)

1. 焦電体基板と、
   前記焦電体基板の表面に設けられ、第１方向を行方向、第１方向に直交する第２方向を列方向とする２×２のマトリクス状に並んでいる４つの表面電極と、
   前記焦電体基板の裏面に設けられ、前記４つの表面電極に一対一で対向する４つの裏面電極と、
   前記焦電体基板の前記表面に設けられ、前記４つの表面電極のうち第１対角線に沿った方向に並んでいる２つの第１表面電極同士を接続している第１表面配線と、
   前記焦電体基板の前記表面に設けられ、前記４つの表面電極のうち第２対角線に沿った方向に並んでいる２つの第２表面電極同士を接続している第２表面配線と、を備え、
   前記第１表面配線と前記第２表面配線とのうち前記第２表面配線のみが、前記４つの表面電極のうち前記第１方向に沿って並んでいる２つ１組の表面電極の組同士の間を通っており、
   前記焦電体基板は、前記４つの表面電極と前記４つの裏面電極との間にそれぞれ介在している４つのエレメント部と、前記４つのエレメント部を支持する支持部と、を有し、
   前記４つのエレメント部の各々は、前記第２方向における前記第２表面配線とは反対側の端部で前記支持部と繋がっており、
   前記４つのエレメント部の各々において前記支持部と繋がっている部位以外の全周が、前記焦電体基板の厚さ方向に貫通するスリットにより囲まれている
   ことを特徴とする焦電素子。
2. 前記焦電体基板の前記裏面に設けられ、前記４つの裏面電極のうち前記２つの第１表面電極に対向する２つの第１裏面電極同士を接続している第１裏面配線と、
   前記焦電体基板の前記裏面に設けられ、前記４つの裏面電極のうち前記２つの第２表面電極に対向する２つの第２裏面電極同士を接続している第２裏面配線と、を更に備え、
   前記第１裏面配線と前記第２裏面配線とのうち前記第１裏面配線のみが、前記４つの裏面電極のうち前記第１方向に沿って並んでいる２つ１組の裏面電極の組同士の間を通っている
   ことを特徴とする請求項１に記載の焦電素子。
3. 前記４つの表面電極のうち前記第１方向において隣り合う２つの表面電極間の距離が、前記第２方向において隣り合う２つの表面電極間の距離よりも短い
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の焦電素子。
4. 前記焦電体基板の前記厚さ方向から見て、前記４つの表面電極のうち前記第１方向において隣り合う２つの表面電極の間には前記スリットの一部のみがある
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の焦電素子。
5. 前記スリットは、前記４つの表面電極のうち前記第１方向において隣り合う２つの表面電極間の部分の前記第１方向の幅が、前記第２方向の幅よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の焦電素子。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の焦電素子と、
   前記焦電素子が実装されている実装基板と、
   少なくとも前記焦電素子と前記実装基板とを収納しているパッケージと、を備える
   ことを特徴とする赤外線検出装置。

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