(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が１００ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下のテラヘルツ波を検出する焦電素子と、
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と、前記可変容量回路に並列に接続される可変抵抗回路と、を含むことを特徴とするテラヘルツカメラ。
【請求項２】
請求項１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テラヘルツカメラ。
【請求項３】
請求項２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テラヘルツカメラ。
【請求項４】
請求項１乃至３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、
容量素子を有し、前記容量素子の容量値がそれぞれ異な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テラヘルツカメラ。
【請求項５】
請求項４において、
前記複数の調整ユニットのそれぞれは、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テラヘルツカメラ。
【請求項６】
請求項２乃至５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テラヘルツカメラ。
【請求項７】
請求項６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テラヘルツカメラ。
【請求項８】
請求項１乃至７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テラヘルツカメラ。
【請求項９】
請求項１乃至７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テラヘルツカメラ。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載のテラヘルツカメラを含むことを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項１１】
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、
周波数が１００ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下のテラヘルツ波を検出する焦電素子と、
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。
【請求項１２】
請求項１０又は１１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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツカメラ、センサーデバイス、及び当該センサーデバイスを含む電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ波は、赤外線と電波の中間に位置する電磁波である。このテラヘルツ波を用いた画像計測技術は各種方面への活用が研究されている。例えば、テラヘルツカメラによる特定物質探知装置、偽造紙幣の判定、封筒内の薬品検出、建造物の非破壊検査等がある。
一方、赤外線検出装置としては、焦電素子を用いて赤外線の検出を行う焦電型電磁波検出器を備えたものが知られている。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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。焦電素子を用いた赤外線の検出装置における上述の問題は、同様に焦電素子を用いる焦電型電磁波検出器を備えたテラヘルツカメラにおいても存在する問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１４２４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、感度の調整ができるテラヘルツカメラ、センサーデバイス、及び電子機器等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、周波数が１００ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下のテラヘルツ波を検出する焦電素子と、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テラヘルツカメラに関係する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、テラヘルツカメラは、可変容量回路の容量値を可変に設定することで、周波数が１００ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下のテラヘルツ波を検出する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ので、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して検出することなどが可能になる。
【０００９】
また、本発明の一態様にかかるテラヘルツカメラでは、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。
【００１０】
このようにすれば、テラヘルツカメラは、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。
【００１１】
また、本発明の一態様にかかるテラヘルツカメラでは、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。
【００１２】
このようにすれば、テラヘルツカメラは、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、テラヘルツカメラの電圧感度を調整することなどが可能になる。
【００１３】
また、本発明の一態様にかかるテラヘルツカメラでは、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。
【００１４】
このようにすれば、テラヘルツカメラは、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、テラヘルツカメラの電圧感度を調整することなどが可能になる。
【００１５】
また、本発明の一態様にかかるテラヘルツカメラでは、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。
【００１６】
このようにすれば、テラヘルツカメラは、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。
【００１７】
また、本発明の一態様にかかるテラヘルツカメラでは、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。
【００１８】
このようにすれば、テラヘルツカメラは、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。
【００１９】
また、本発明の一態様にかかるテラヘルツカメラでは、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。
【００２０】
このようにすれば、テラヘルツカメラは、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。
【００２１】
また、本発明の一態様にかかるテラヘルツカメラでは、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。
【００２２】
このようにすれば、テラヘルツカメラは、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。
【００２３】
また、本発明の一態様にかかるテラヘルツカメラでは、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。
【００２４】
このようにすれば、テラヘルツカメラは、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、テラヘルツカメラは、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。
【００２５】
また、本発明の一態様にかかるテラヘルツカメラでは、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。
【００２６】
このようにすれば、テラヘルツカメラは、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、テラヘルツカメラは、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。
【００２７】
本発明の他の態様は、上記一態様のいずれかに記載のテラヘルツカメラを含むセンサーデバイスに関係する。
【００２８】
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、周波数が１００ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下のテラヘルツ波を検出する焦電素子と、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。
【００２９】
本発明の他の態様にかかるセンサーデバイスよれば、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ので、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して検出することなどが可能になる。
【００３０】
本発明の他の態様は、上記一態様の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。
【００３１】
本発明の他の態様にかかる電子機器によれば、電圧感度を調整することができるセンサーデバイスを含むため、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であり、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して検出することなどが可能である。電子機器の好適な例としては、例えば、特定物質の探知装置、偽造紙幣の判定装置、封筒内の薬品などを検出する薬物検出装置、建造物の非破壊検査を行う非破壊検査装置等があげられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、テラヘルツカメラの原理を説明する回路図。
【図２】図２（Ａ）は、電圧感度の周波数特性を示す図。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を示す図。
【図３】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を示す図。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を示す図。
【図４】テラヘルツカメラの基本的な構成例を示すブロック図。
【図５】焦電素子の詳細な構成例を示す図であり、図５（Ａ）は平面図、図５（Ｂ）は断面図。
【図６】感度調整回路の構成例を示す回路図。
【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、第１及び第２の構成例を示す検出回路図。
【図８】センサーデバイスの第１の構成例を示すブロック図。
【図９】図９（Ａ）、図９（Ｂ）は、センサーデバイスの第２の構成例を示す図。
【図１０】センサーデバイスを含む電子機器の構成例を示すブロック図。
【図１１】テラヘルツカメラの外観を概略的に示す斜視図。
【図１２】テラヘルツカメラの構成を概略的に示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
１．テラヘルツカメラの電圧感度
図１（Ａ）、図１（Ｂ）は、本実施形態のテラヘルツカメラ（検出装置とも言う）の原理を説明する図である。本実施形態のテラヘルツカメラでは、周波数が１００ＧＨｚ以上３０ＴＨｚ以下のテラヘルツ波等を検出する素子として焦電素子１０（熱センサー素子、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、強誘電体ＦＥの自発分極、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。
【００３５】
チョッパー等により焦電素子１０に照射されるテラヘルツ波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。焦電素子１０の温度が変化すると、強誘電体ＦＥ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。
【００３６】
本実施形態のテラヘルツカメラでは、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、テラヘルツカメラ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ので、外部静電容量ＣＸと、外部電気抵抗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。
【００３７】
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容量値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抵抗値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。
Ｃｅｌ＝Ｃａ＋Ｃｘ                      （１）
Ｒｅｌ＝Ｒａ×Ｒｘ／（Ｒａ＋Ｒｘ）      （２）
【００３８】
電圧感度Ｒｖは、焦電素子１０に照射されるテラヘルツ波の放射束、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。
Ｒｖ＝ＶＡ／Φ        （３）
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
【数１】
0006003179.tif 000002
【００４２】
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。
【００４３】
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。
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。
【００４４】
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、電気時定数τｅｌは１０-2〜１０2ｓの範囲であり、熱時定数τｔｈは１０-3〜１０ｓの範囲である。
【００４５】
図２（Ａ）に示すように、電圧感度Ｒｖは、下記式（７）において、最大値Ｒｖｍａｘをとる。
【００４６】
【数２】
0006003179.tif 000003
【００４７】
また、最大値Ｒｖｍａｘは、式（４）、（７）より、次のように求まる。
【００４８】
【数３】
0006003179.tif 000004
【００４９】
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、最大値Ｒｖｍａｘはこの範囲に存在する。
【００５０】
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。合成抵抗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）示すように、合成抵抗Ｒｅｌの場合の電気時定数１／τｅｌを示すＤ１よりも、合成抵抗Ｒｅｌを小さくした場合の１／τｅｌを示すＤ２の方が高周波数側になる。即ち、電圧感度Ｒｖがほぼ一定になる範囲（１／τｅｌ≦ω≦１／τｔｈである範囲）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。
【００５１】
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。合成容量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。
【００５２】
合成容量Ｃｅｌを大きくした場合に電圧感度Ｒｖ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、最大値Ｒｖｍａｘは次式で近似することができる。
【００５３】
【数４】
0006003179.tif 000005
【００５４】
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。
【００５５】
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、電気時定数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。
【００５６】
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、テラヘルツカメラ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、最大値Ｒｖｍａｘの近似式である式（９）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。
【００５７】
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。
【００５８】
本実施形態のテラヘルツカメラによれば、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、テラヘルツカメラの電圧感度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。
【００５９】
２．テラヘルツカメラの構成
図１１は本実施形態のテラヘルツカメラ１０９３の外観を概略的に示したものである。本実施形態のテラヘルツカメラ１０９３は筐体１０９４を備える。筐体１０９４の正面にはスリット１０９５が形成されレンズ１０９６が装着される。
スリット１０９５からは、テラヘルツ波が対象物に向かって照射される。このテラヘルツ波とは電磁波であり電波および赤外線といった光が含まれる。ここでは、テラヘルツ帯には１００ＧＨｚ〜３０ＴＨｚの周波数帯が含まれる。レンズ１０９６には対象物から反射してくるテラヘルツ帯の電磁波が取り込まれる。
【００６０】
テラヘルツカメラ１０９３の構成をさらに詳しく説明すると、図１２に示されるように、テラヘルツカメラ１０９３は照射源（電磁波源）１１０１を備える。照射源１１０１には駆動回路１１０２が接続される。駆動回路１１０２は照射源１１０１に所望の駆動信号を供給する。照射源１１０１は駆動信号の受領に応じて、テラヘルツ波を筐体１０９４に形成されたスリット１０９５から放射する。照射源１１０１には例えばレーザー光源を用いることができる。
【００６１】
レンズ１０９６は光学系１１０３を構成する。光学系１１０３はレンズ１０９６のほかに光学部品を備えてもよい。レンズ１０９６の光軸１１０４上にセンサーデバイス１０１１が配置される。光学系１１０３はセンサーデバイス１０１１の熱型検出素子（図示せず）上に結像する。センサーデバイス１０１１にはアナログデジタル変換回路（ＡＤ）１１０５が接続される。アナログデジタル変換回路１１０５には、センサーデバイス１０１１から熱型検出素子の出力が順番に時系列で供給される。アナログデジタル変換回路１１０５は、センサーデバイス１０１１から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００６２】
アナログデジタル変換回路１１０５には演算処理回路（処理回路）１１０６が接続される。演算処理回路１１０６にはアナログデジタル変換回路１１０５からデジタル信号の画像データが供給される。演算処理回路１１０６は画像データを処理し表示画面の画素ごとに画素データを生成する。
演算処理回路１１０６には描画処理回路１１０７が接続される。描画処理回路１１０７は画素データに基づき描画データを生成する。
描画処理回路１１０７には表示装置１１０８が接続される。表示装置１１０８には例えば液晶ディスプレイといったフラットパネルディスプレイを用いることができる。表示装置１１０８は描画データに基づき画面上に画像を表示する。描画データは記憶装置１１０９に格納される。
【００６３】
テラヘルツカメラ１０９３は、紙、プラスチック、繊維やその他の物体に対する透過性、および、物質固有の吸収スペクトルに基づき検査を行う検査装置として利用することができる。
【００６４】
その他、テラヘルツカメラ１０９３は物質の定性分析や定量分析に利用することができる。こうした利用にあたって例えばレンズ１０９６の光軸１１０４上には特定周波数のフィルターを配置することができる。フィルターは特定波長以外の電磁波を遮断する。したがって、特定波長の電磁波のみがセンサーデバイス１０１１に到達することができる。これによって特定の物質の有無や量を検出することができる。
【００６５】
図４に、本実施形態のテラヘルツカメラの基本的な構成例を示す。本実施形態のテラヘルツカメラは、焦電素子１０、検出回路２０、及び感度調整回路３０を含む。また、本実施形態のテラヘルツカメラは、制御部６０をさらに含んでもよい。なお、本実施形態のテラヘルツカメラは図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。
【００６６】
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、テラヘルツ波等を検出する。焦電素子１０の詳細な構成については、後述する。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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複数の容量素子のうちの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複数の抵抗素子のうちの１つを選択する構成にしてもよい。
【００７０】
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。
【００７１】
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ため、テラヘルツカメラの電圧感度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ため、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。
【００７２】
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Ｃｘと抵抗値Ｒｘとの積が一定になるように設定される。ここで容量値Ｃｘと抵抗値Ｒｘ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。
【００７３】
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。
【００７４】
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、テラヘルツカメラの電圧感度Ｒｖを調整することができる。
【００７５】
従って、本実施形態のテラヘルツカメラによれば、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、テラヘルツカメラの電圧感度Ｒｖを調整することができる。
【００７６】
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。このことにより、容量値Ｃｘと抵抗値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を与える式（１）、及び式（２）を用いて容量値Ｃｘ、抵抗値Ｒｘを算出することで、容量値Ｃｘ及び抵抗値Ｒｘをより正確に設定することもできる。
【００７７】
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。
【００７８】
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、基板面に対して垂直な方向であって、焦電素子１０、配線等が形成される面側（回路が形成される側）の方向をいう。また、下方とは、上方の基板を介した反対方向をいう。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面を示す。
【００７９】
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。
【００８０】
メンブレン（支持部材）ＭＢは、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）であって、焦電素子１０を支持するためのものである。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
図６に、本実施形態の感度調整回路３０の他の構成例を示す。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。
【００８７】
複数の調整ユニットＡＪ１〜ＡＪ３の各調整ユニットは、互いに異なる容量値を持つ容量素子ＣＸ１、ＣＸ２、ＣＸ３を有する。また、複数の調整ユニットＡＪ１〜ＡＪ３の各調整ユニットは、容量素子ＣＸ１、ＣＸ２、ＣＸ３に並列に接続される抵抗素子ＲＸ１、ＲＸ２、ＲＸ３をさらに含む。
具体的には、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。
【００８８】
図４の感度調整回路３０を図６のものとした場合、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ＡＪｎ（ｎは１〜３の整数）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。
【００８９】
調整ユニットＡＪ１〜ＡＪ３は、各調整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、テラヘルツカメラの電圧感度Ｒｖを調整することができる。
【００９０】
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、式（９）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。
【００９１】
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、テラヘルツカメラの電圧感度Ｒｖを調整することができる。
【００９２】
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。
【００９３】
図７（Ａ）に、本実施形態の検出回路２０の第１の構成例を、図７（Ｂ）に第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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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２０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）では第１のＰ型トランジスター（Ｐ型トランジスター）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（検出ノードＮＤ）に入力される。
【００９８】
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）では第２のＰ型トランジスター（Ｐ型トランジスター）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。
【００９９】
また、Ｐ型トランジスターＴＰ１の基板電位はＰ型トランジスターＴＰ１のソースの電位に設定される。例えば図７（Ｂ）ではＰ型トランジスター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Ｐ型トランジスターＴＰ２のソースの電位に設定される。例えば図７（Ｂ）ではＰ型トランジスター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Ｐ型トランジスターＴＰ１、ＴＰ２のしきい値電圧の変動を防止できるため、Ｐ型トランジスター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の基板電位を共に高電位側電源ＶＣＣの電位に設定する変形実施も可能である。
【０１００】
またＰ型トランジスターＴＰ１とＰ型トランジスター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Ｐ型トランジスターＴＰ１とＰ型トランジスター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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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、出力したりする。
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、テラヘルツカメラの電圧感度Ｒｖを自動的に調整することができる。
【０１０４】
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。
【０１０５】
チョッパー９０は、焦電素子１０に入射する赤外光を含んだテラヘルツ波を所定の周波数（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ので、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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
図９は、本実施形態のセンサーデバイスの第２の構成例を示す。図９（Ａ）はセンサーデバイスのブロック図であり、図９（Ｂ）はセンサーアレイの各センサーセル位置を示す配線図である。
図９（Ａ）に示すように、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（アナログ／デジタル）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。
【０１０８】
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（図面横方向）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（図面縦方向）に複数のセンサーセルが配列される。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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）に示す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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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して検出することなどが可能になる。
【０１１７】
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したりするなどの種々の変形実施が可能である。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
処理部２３０は、電子機器の全体の制御や、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イ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。
【０１２１】
なお本実施形態は、ＦＰＡ（Focal Plane Array：焦点面アレイ）を用いたテラヘルツカメラやテラヘルツカメラを有したセンサーデバイス、センサーデバイスを含む電子機器に適用できる。電子機器としては、特定物質探知装置、偽造紙幣の判定装置、封筒内の薬品検出装置、建造物の非破壊検査装置などが想定できる。
【０１２２】
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。またテラヘルツカメラ、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。
【符号の説明】
【０１２３】
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。
【図１】
0006003179.tif 000006
【図２】
0006003179.tif 000007
【図３】
0006003179.tif 000008
【図４】
0006003179.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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