(57)【要約】【課題】製造プロセス変動によるバラツキ等を抑え、分解能を高く設定できる検出回路、センサーデバイス及び電子機器等の提供。【解決手段】検出回路は、カレントミラー回路２０と、カレントミラー回路２０の第１のノードＮＡ１と第１の電源ノードとの間に設けられる焦電素子Ｃ１と、カレントミラー回路２０の第２のノードＮＡ２と第１の電源ノードとの間に設けられる容量素子Ｃ２と、カレントミラー回路２０を介して焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の充電動作を行う充電回路３０を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カレントミラー回路と、
前記カレントミラー回路の第１のノードと第１の電源ノードとの間に設けられる焦電素子と、
前記カレントミラー回路の第２のノードと前記第１の電源ノードとの間に設けられる容量素子と、
前記カレントミラー回路を介して前記焦電素子及び前記容量素子の充電動作を行う充電回路と、
を含むことを特徴とする検出回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記充電回路により所与の充電期間だけ前記焦電素子及び前記容量素子の充電動作が行われた後に、前記第２のノードから検出電圧が取得されることを特徴とする検出回路。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第１のノード及び前記第２のノードと前記第１の電源ノードとの間に設けられ、前記焦電素子及び前記容量素子の放電動作を行う放電回路を含むことを特徴とする検出回路。
【請求項４】
請求項３において、
前記放電回路は、
前記第２のノードから検出電圧が取得された後に、前記焦電素子及び前記容量素子の放電動作を行うことを特徴とする検出回路。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記焦電素子は、赤外線が照射される焦電素子であり、
前記容量素子は、赤外線から遮断された焦電素子であることを特徴とする検出回路。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記カレントミラー回路は、
前記充電回路と前記第１のノードとの間に設けられ、ゲート及びドレインが前記第１のノードに接続される第１のカレントミラー用トランジスターと、
前記充電回路と前記第２のノードとの間に設けられ、ゲートが前記第１のノードに接続され、ドレインが前記第２のノードに接続される第２のカレントミラー用トランジスターを含むことを特徴とする検出回路。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記充電回路は、
第２の電源ノードと前記カレントミラー回路との間に設けられ、前記焦電素子及び前記容量素子の充電期間においてオンになり、前記焦電素子及び前記容量素子の放電期間においてオフになる少なくとも１つの充電用トランジスターを含むことを特徴とする検出回路。
【請求項８】
請求項１において、
タイミング調整回路を含み、
前記タイミング調整回路により指示される第１のタイミングで、前記充電回路が前記焦電素子及び前記容量素子の充電動作を開始し、前記タイミング調整回路により指示される、前記第１のタイミングよりも遅れた第２のタイミングで、前記第２のノードから検出電圧が取得されることを特徴とする検出回路。
【請求項９】
請求項３において、
タイミング調整回路を含み、
前記タイミング調整回路により指示される第２のタイミングで、前記第２のノードから検出電圧が取得され、前記タイミング調整回路により指示される、前記第２のタイミングよりも遅れた第３のタイミングで、前記放電回路が前記焦電素子及び前記容量素子の放電動作を開始することを特徴とする検出回路。
【請求項１０】
請求項１に記載の検出回路と、
タイミング調整回路とを含み、
前記タイミング調整回路により指示される第１のタイミングで、前記充電回路が前記焦電素子及び前記容量素子の充電動作を開始し、前記タイミング調整回路により指示される、前記第１のタイミングよりも遅れた第２のタイミングで、前記第２のノードから検出電圧が取得されることを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項１１】
請求項３に記載の検出回路と、
タイミング調整回路とを含み、
前記タイミング調整回路により指示される第２のタイミングで、前記第２のノードから検出電圧が取得され、前記タイミング調整回路により指示される、前記第２のタイミングよりも遅れた第３のタイミングで、前記放電回路が前記焦電素子及び前記容量素子の放電動作を開始することを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項１２】
複数のセンサーセルが配列され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、
前記読み出し回路には、前記１又は複数の列線の各列線に対応して容量素子が設けられ、
前記複数のセンサーセルの各センサーセルは、
カレントミラー回路と、
前記カレントミラー回路の第１のノードと第１の電源ノードとの間に設けられる焦電素子と、
前記カレントミラー回路を介して前記焦電素子及び前記容量素子の充電動作を行う充電回路と、
を含むことを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記各センサーセルは、
前記第１のノードと前記第１の電源ノードとの間に設けられ、前記焦電素子の放電動作を行うセンサーセル側放電回路を含むことを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項１４】
請求項１２又は１３において、
前記読み出し回路は、
前記列線と前記第１の電源ノードとの間に設けられ、前記容量素子の放電動作を行う読み出し回路側放電回路を含むことを特徴とするセンサーデバイス。
【請求項１５】
請求項１乃至９のいずれかに記載の検出回路を含むことを特徴とする電子機器。
【請求項１６】
請求項１０乃至１４のいずれか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、検出回路、センサーデバイス及び電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、焦電素子を用いた赤外線の検出回路が知られている。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】
赤外線の検出回路の従来技術としては例えば特許文献１、２に開示される技術が知られている。例えば特許文献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、焦電素子からの焦電流を読み出す。
【０００４】
しかしながら、この従来技術には、チョッパーとＦＰＡの間の同期をとる必要があったり、チョッパーの寿命が短いなどの課題がある。
【０００５】
特許文献２の従来技術では、焦電素子に対してパルス電圧を印加する方式を採用している。即ち、強誘電体により実現される焦電素子の自発分極量等は、焦電素子に入射した赤外線に起因する焦電素子の温度に応じて変化する。そこで、自発分極量等に対応して変化した焦電素子の表面電荷量を測定することで、入射した赤外線量を測定する。
【０００６】
しかしながら、この従来技術では、温度変化に対する検出電圧の変化が緩やかであるため分解能を高くすることが難しく、製造プロセス変動によるバラツキ等も大きいという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５９−１４２４２７号公報
【特許文献２】特開平６−２６５４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の幾つかの態様によれば、製造プロセス変動によるバラツキ等を抑え、分解能を高く設定できる検出回路、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】
【０００９】
本発明の一態様は、カレントミラー回路と、前記カレントミラー回路の第１のノードと第１の電源ノードとの間に設けられる焦電素子と、前記カレントミラー回路の第２のノードと前記第１の電源ノードとの間に設けられる容量素子と、前記カレントミラー回路を介して前記焦電素子及び前記容量素子の充電動作を行う充電回路とを含む検出回路に関係する。
【００１０】
本発明の一態様によれば、カレントミラー回路の第１のノードと第１の電源ノードとの間に焦電素子が設けられ、カレントミラー回路の第２のノードと第１の電源ノードとの間に容量素子が設けられる。そして充電回路により、カレントミラー回路を介して焦電素子及び容量素子の充電動作が行われる。このようにすれば、例えば焦電素子を充電する際に流れた電流の総量を、容量素子を用いて電圧に変換することが可能になる。従って、分解能を高く設定できる検出回路を実現できる。
【００１１】
また本発明の一態様では、前記充電回路により所与の充電期間だけ前記焦電素子及び前記容量素子の充電動作が行われた後に、前記第２のノードから検出電圧が取得されてもよい。
【００１２】
このようにすれば、所与の充電期間だけ充電動作を行い、第２のノードの電圧が安定した後に、その電圧を検出電圧として取得することが可能になる。
【００１３】
また本発明の一態様では、前記第１のノード及び前記第２のノードと前記第１の電源ノードとの間に設けられ、前記焦電素子及び前記容量素子の放電動作を行う放電回路を含んでもよい。
【００１４】
このようにすれば、チョッパー等を用いなくても、放電回路により焦電素子及び容量素子の放電動作を行って、充電動作による検出電圧の取得の準備を整えることが可能になる。
【００１５】
また本発明の一態様では、前記放電回路は、前記第２のノードから検出電圧が取得された後に、前記焦電素子及び前記容量素子の放電動作を行ってもよい。
【００１６】
このようにすれば、検出電圧が取得された後に、焦電素子及び容量素子の放電動作を行って、次の充電動作による検出電圧の取得の準備を整えることが可能になる。
【００１７】
また本発明の一態様では、前記焦電素子は、赤外線が照射される焦電素子であり、前記容量素子は、赤外線から遮断された焦電素子であってもよい。
【００１８】
このように容量素子として焦電素子を用いれば、製造プロセス変動によるバラツキ等を抑え、安定した検出電圧の取得が可能になる。
【００１９】
また本発明の一態様では、前記カレントミラー回路は、前記充電回路と前記第１のノードとの間に設けられ、ゲート及びドレインが前記第１のノードに接続される第１のカレントミラー用トランジスターと、前記充電回路と前記第２のノードとの間に設けられ、ゲートが前記第１のノードに接続され、ドレインが前記第２のノードに接続される第２のカレントミラー用トランジスターを含んでもよい。
【００２０】
このようにすれば、第１、第２のカレントミラー用トランジスターのカレントミラー比等を設定することで、検出電圧の調整等が可能になる。
【００２１】
また本発明の一態様では、前記充電回路は、第２の電源ノードと前記カレントミラー回路との間に設けられ、前記焦電素子及び前記容量素子の充電期間においてオンになり、前記焦電素子及び前記容量素子の放電期間においてオフになる少なくとも１つの充電用トランジスターを含んでもよい。
【００２２】
このようにすれば、充電用トランジスターのオン・オフを制御することで、焦電素子及び容量素子の充電動作等を実現できる。
【００２３】
また本発明の一態様では、タイミング調整回路を含み、前記タイミング調整回路により指示される第１のタイミングで、前記充電回路が前記焦電素子及び前記容量素子の充電動作を開始し、前記タイミング調整回路により指示される、前記第１のタイミングよりも遅れた第２のタイミングで、前記第２のノードから検出電圧が取得されてもよい。
【００２４】
このようにすれば、第１のタイミングで焦電素子及び容量素子の充電動作を開始し、第１のタイミングよりも遅れた第２のタイミングで、第２のノードから検出電圧を取得できるようになる。
【００２５】
また本発明の一態様では、タイミング調整回路を含み、前記タイミング調整回路により指示される第２のタイミングで、前記第２のノードから検出電圧が取得され、前記タイミング調整回路により指示される、前記第２のタイミングよりも遅れた第３のタイミングで、前記放電回路が前記焦電素子及び前記容量素子の放電動作を開始してもよい。
【００２６】
このようにすれば、第２のタイミングで第２のノードから検出電圧を取得し、第２のタイミングよりも遅れた第３のタイミングで焦電素子及び容量素子の放電動作を開始できるようになる。
【００２７】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の検出回路と、タイミング調整回路とを含み、前記タイミング調整回路により指示される第１のタイミングで、前記充電回路が前記焦電素子及び前記容量素子の充電動作を開始し、前記タイミング調整回路により指示される、前記第１のタイミングよりも遅れた第２のタイミングで、前記第２のノードから検出電圧が取得されるセンサーデバイスに関係する。
【００２８】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の検出回路と、タイミング調整回路とを含み、前記タイミング調整回路により指示される第２のタイミングで、前記第２のノードから検出電圧が取得され、前記タイミング調整回路により指示される、前記第２のタイミングよりも遅れた第３のタイミングで、前記放電回路が前記焦電素子及び前記容量素子の放電動作を開始するセンサーデバイスに関係する。
【００２９】
また本発明の他の態様は、複数のセンサーセルが配列され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、前記読み出し回路には、前記１又は複数の列線の各列線に対応して容量素子が設けられ、前記複数のセンサーセルの各センサーセルは、カレントミラー回路と、前記カレントミラー回路の第１のノードと第１の電源ノードとの間に設けられる焦電素子と、前記カレントミラー回路を介して前記焦電素子及び前記容量素子の充電動作を行う充電回路とを含むセンサーデバイスに関係する。
【００３０】
本発明の他の態様によれば、読み出し回路には、各列線に対応して容量素子が設けられる。また各センサーセルには、カレントミラー回路と焦電素子と充電回路が設けられる。そして充電回路により、カレントミラー回路を介して焦電素子及び容量素子の充電動作が行われる。このようにすれば焦電素子を充電する際に流れた電流の総量を、容量素子を用いて電圧に変換することが可能になる。従って、分解能を高く設定できるセンサーデバイスを実現できる。
【００３１】
また本発明の他の態様では、前記各センサーセルは、前記第１のノードと前記第１の電源ノードとの間に設けられ、前記焦電素子の放電動作を行うセンサーセル側放電回路を含んでもよい。
【００３２】
このようにすれば、各センサーセルに設けられたセンサーセル側放電回路を用いて、各センサーセルの焦電素子の放電動作を実現できる。
【００３３】
また本発明の他の態様では、前記読み出し回路は、前記列線と前記第１の電源ノードとの間に設けられ、前記容量素子の放電動作を行う読み出し回路側放電回路を含んでもよい。
【００３４】
このようにすれば、読み出し回路に設けられた読み出し回路側放電回路を用いて、列線の放電動作が可能になる。
【００３５】
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の検出回路を含む電子機器に関係する。
【００３６】
また本発明の他の態様は、上記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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１（Ａ）、図１（Ｂ）は比較例の検出回路の説明図。
【図２】図２（Ａ）、図２（Ｂ）は焦電素子の放電特性の例。
【図３】本実施形態の検出回路の基本的な構成例。
【図４】放電回路が設けられた検出回路の構成例。
【図５】タイミング調整回路、電圧取得回路が設けられた検出回路の構成例。
【図６】本実施形態の検出回路の詳細な構成例。
【図７】本実施形態の検出回路の動作を説明する信号波形図。
【図８】焦電素子のヒステリシスループの例。
【図９】検出回路の温度−測定電圧の特性の例。
【図１０】本実施形態の検出回路の詳細な他の構成例。
【図１１】容量素子として焦電素子を用いる手法の説明図。
【図１２】図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）はセンサーデバイスの構成例。
【図１３】センサーアレイ及び読み出し回路の詳細な構成例。
【図１４】本実施形態の電子機器の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
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。
【００３９】
１．比較例
図１（Ａ）に、前述した特許文献２の従来技術の回路構成を比較例として示す。この比較例の検出回路は、焦電素子１１、パルス発生回路１２、インピーダンス変換回路１３、画像信号生成部１４を含む。そしてソースフォロワー回路であるインピーダンス変換回路１３は、抵抗Ｒ１、Ｒ２とＦＥＴを含む。
【００４０】
焦電素子１１には赤外線が入射されており、焦電素子１１の焦電体（強誘電体）１１ａには、焦電素子１１の温度に応じた自発分極が発生している。そして電極１１ｂ、１１ｃの表面電荷と電気的に中性を保っている。
【００４１】
パルス発生回路１２は、図１（Ｂ）に示すようなパルス信号ＶＰを発生して、焦電素子１１に電圧を印加する。なお焦電素子１１にパルス信号ＶＰの電圧が印加されていない状態では、パルス発生回路１２の出力はハイインピーダンス状態に設定されている。
【００４２】
図１（Ｂ）の期間ＴＮ１において、パルス発生回路１２によりパルス信号ＶＰの電圧ＶＤ０が焦電素子１１に印加されると、ノードＮＤの電圧はＶＤ＝ＶＤ０になる。これにより、焦電素子１１の電極１１ｂ、１１ｃに電荷が引き寄せられる。具体的には、例えばプラス電位側の電極１１ｂにプラスの電荷が引き寄せられ、マイナス電位側の電極１１ｃにマイナスの電荷が引き寄せられて、焦電素子１１の充電動作が行われる。
【００４３】
次の期間ＴＨ１において、パルス発生回路１２による電圧ＶＤ０の印加が停止すると、焦電素子１１の電極１１ｂ、１１ｃに引き寄せられていた充電電荷が、抵抗Ｒ１を介して放電される。例えばプラスの電荷がプラス電位側の電極１１ｂから抵抗Ｒ１側に放電され、マイナスの電荷がマイナス電位側の電極１１ｃから抵抗Ｒ１側に放電される。これにより抵抗Ｒ１に検出電流ＩＤが流れ、ノードＮＤに発生する電圧ＶＤが検出電圧として取得される。
【００４４】
この時、図１（Ｂ）のＡ１に示すように、検出電圧ＶＤの電圧変化は、焦電素子１１の容量値とＲ１の抵抗値により決まるＣＲの時定数に応じた放電特性になる。そして焦電素子１１の容量値は、温度が高くなるほど大きくなる。従って温度が高い場合には、図１（Ｂ）のＡ２に示すように、検出電圧ＶＤの電圧変化はＡ１に比べて緩やかになる。
【００４５】
図１（Ｂ）においてパルス信号ＶＰの周期はＴＰになっており、期間ＴＮ１において焦電素子１１に充電された全ての電荷が、期間ＴＨ１において放電される前に、次の期間ＴＮ２において電圧ＶＤ０が再度印加される。従って、ノードＮＤの電圧ＶＤは、期間ＴＮ２の開始時には０Ｖにはならず、ＶＤ＝ＶＤ１になる。例えば期間ＴＨ１が十分に長ければ、焦電素子１１に充電されていた全ての電荷が放電され、電極１１ｂ、１１ｃの電荷と自発分極の電荷が電気的に中和した状態になるため、ＶＤは０Ｖになる。
【００４６】
そして、上述のように焦電素子１１の容量値は温度が高いほど大きくなる。従って、図１（Ｂ）のＡ１、Ａ２から明らかなように、温度が高いほど、期間ＴＮ２の開始時におけるノードＮＤの電圧ＶＤは高くなる。
【００４７】
以上のように図１（Ａ）の比較例では、焦電素子の両端に電圧（ＶＤ０）を印加することで焦電素子を充電し、その後、焦電素子を放電する際に流れる電流（ＩＤ）の量を、抵抗（Ｒ１）を用いて電圧（ＶＤ）に変換することで、赤外線の量を検出する。
【００４８】
具体的には、抵抗（Ｒ１）を介して放電された電流（ＩＤ）が多ければ、焦電素子に充電された電圧（ＶＤ）は急速に低下し、放電された電流が小さければ、充電された電圧の低下は遅くなる。そこで、一定時間（図１（Ｂ）の期間ＴＨ１）だけ放電された後の焦電素子の両端の電圧（ＶＤ）を測定することで、赤外線の量を検出する。
【００４９】
図２（Ａ）に焦電素子の放電特性の例を示す。図２（Ａ）は、図１（Ｂ）のＡ１、Ａ２に示す電圧ＶＤの特性に対応する。
【００５０】
図２（Ａ）のＢ１に示すように、焦電素子の放電動作の直後においては、焦電素子の両端の電圧（ＶＤ）は高くなるため、電圧の測定は容易になる。しかしながら、図２（Ａ）のＢ１では、時間に対する電圧の変化が大きいため、測定誤差は大きくなる。即ち、電圧の測定タイミング（サンプリングタイミング）が変動すると、測定される電圧も大きく変化してしまう。
【００５１】
一方、図２（Ａ）のＢ２に示すように、ある程度、焦電素子の放電動作が進むと、今度は電圧低下が緩やかになるため、測定誤差は小さくなる。即ち、電圧の測定タイミングが変動しても、測定される電圧はそれほど大きく変化しなくなる。しかしながら、図２（Ａ）のＢ２では、電圧が低くなるため、電圧の測定は困難になる。
【００５２】
図２（Ｂ）は、温度に対する測定電圧の特性の周波数依存性を示す図である。つまり、図１（Ｂ）のパルス信号ＶＰの周期ＴＰを変化させた時の温度−測定電圧の特性を示す図である。例えば図１（Ｂ）においてパルス信号ＶＰの周期ＴＰが長くなり、周波数が低くなると（例えば１００Ｈｚ）、測定タイミング（ＶＤ１のサンプリングタイミング）が時間的に遅れるため、測定電圧（ＶＤ１）は低くなる。一方、周期ＴＰが短くなり、周波数が高くなると（例えば２ＫＨｚ）、測定タイミングが時間的に早まるため、測定電圧は高くなる。
【００５３】
また図２（Ｂ）のＢ３に示すように高周波数の領域（放電開始直後）では、温度−測定電圧の特性の線形性が大きく崩れ、例えば下に凸な特性になっている。一方、Ｂ４に示すように、低周波数の領域（ある程度放電が進んだタイミング）においても、温度−測定電圧の特性の線形性が崩れており、例えば上に凸な特性になっている。その理由は、焦電素子の温度特性が、元来、非線形であり、その非線形な特性が温度によって変化するからである。このように温度−測定電圧の特性が非線形であると、測定誤差が生じるおそれがある。例えば図２（Ｂ）において測定電圧がＶＤＡである場合に、温度がＴＡであると測定されたり、ＴＢであると測定されてしまう。
【００５４】
また図２（Ａ）に示す比較例の出力電圧（焦電素子の両端の電圧）は、過渡的な電流（ＩＤ）を抵抗（Ｒ１）により電圧に変換したものであり、必ずしも電流の総量を電圧に変換したものではない。従って、この出力電圧は、温度による焦電素子の表面電荷量の変化が全て反映されたものではない。従って、温度変化に対する出力電圧の変化は緩やかになる。更に低周波数の領域では、出力電圧が０Ｖに近づいて飽和しているため、温度勾配が、より小さくなって、温度差の検出が非常に困難になる。
【００５５】
以上のように図１（Ａ）〜図２（Ｂ）の比較例では、安定して使用できる周波数範囲が狭く、製造プロセスバラツキ等によって周波数が高周波数側或いは低周波数側にずれると、測定性能が劣化しやすい。即ちパルス信号のクロック周波数がプロセスバラツキ等により変動すると、測定精度が劣化する。更に、温度変化に対する出力電圧の変化が緩やかであるため、分解能を高くできないという課題もある。
【００５６】
２．構成
以上のような課題を解決できる本実施形態の検出回路の基本的な構成を図３に示す。図３に示すように、この検出回路は、カレントミラー回路２０と充電回路３０を含む。更に焦電素子Ｃ１と容量素子Ｃ２を含むことができる。
【００５７】
焦電素子Ｃ１（赤外線検出素子、熱検出素子、強誘電体素子）は、カレントミラー回路２０の第１のノードＮＡ１（第１のカレントミラーノード）とＧＮＤノード（広義には第１の電源ノード）との間に設けられる。この焦電素子Ｃ１は、図１（Ａ）と同様に、焦電体（強誘電体、焦電膜）と、焦電体の両端に設けられる第１、第２の電極とにより構成される。焦電体は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの強誘電体の膜により形成され、自発分極が発生している。そして図１（Ｂ）のＡ１、Ａ２で説明したように、焦電素子Ｃ１の容量値は温度に応じて変化する。例えば赤外線の照射により温度が高くなると、焦電素子Ｃ１の容量値は大きくなる。なお焦電素子Ｃ１を、構成要素として検出回路に含ませない変形実施も可能である。
【００５８】
容量素子Ｃ２は、カレントミラー回路２０の第２のノードＮＡ２（第２のカレントミラーノード）とＧＮＤノード（第１の電源ノード）との間に設けられる。前述のように、焦電素子Ｃ１の容量値は温度変化（赤外線の変化）に応じて変化するが、容量素子Ｃ２の容量値は、温度変化に対して一定、或いは温度変化に対する容量値の変化の度合いがＣ１に比べて非常に小さくなっている。具体的には、後述するように容量素子Ｃ２は例えば焦電素子により実現される。そして、焦電素子Ｃ１には赤外線が照射される一方で、容量素子Ｃ２は、赤外線から遮断された焦電素子になっている。なお容量素子Ｃ２を、構成要素として検出回路に含ませない変形実施も可能である。
【００５９】
カレントミラー回路２０は、ノードＮＡ１を介して焦電素子Ｃ１に流す電流ＩＡ１に対応する電流ＩＡ２（カレントミラー電流）を、ノードＮＡ２を介して容量素子Ｃ２に流す。例えばＩＡ１のＫ倍（Ｋ＞０）の電流ＩＡ２を、充電電流として容量素子Ｃ２に流す。
【００６０】
充電回路３０は、カレントミラー回路２０を介して焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の充電動作を行う。例えば充電用の制御信号ＸＣＧ（負論理）がアクティブ（Ｌレベル）になると、充電回路３０の充電動作が開始する。そしてＶＤＤのノード（広義には第２の電源ノード）からの電流が、カレントミラー回路２０を介して電流ＩＡ１、ＩＡ２として焦電素子Ｃ１、容量素子Ｃ２に流れる。これにより焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の充電動作が行われる。
【００６１】
そして充電回路３０により所与の充電期間だけ焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の充電動作が行われた後に、ノードＮＡ２からの出力電圧ＶＯＵＴが検出電圧として取得される。即ち、Ａ／Ｄ変換部等の電圧取得回路が検出電圧を取得する。例えば出力電圧ＶＯＵＴがサンプリングされ、サンプリングされた出力電圧ＶＯＵＴのＡ／Ｄ変換が行われ、ＶＯＵＴに対応するデジタルの検出データが取得される。
【００６２】
この時、上述のように、赤外線が焦電素子Ｃ１に照射されてＣ１の温度が上昇し、Ｃ１の容量値が増加した場合に、容量値Ｃ２の容量値は一定或いはその変化値は非常に小さくなる。従って、赤外線の照射により焦電素子Ｃ１の温度が上昇すると、それに応じて出力電圧ＶＯＵＴも大きくなるため、赤外線の量を検出することが可能になる。
【００６３】
図４に、放電回路４０が更に設けられた検出回路の構成例を示す。この放電回路４０は、カレントミラー回路２０の第１、第２のノードＮＡ１、ＮＡ２とＧＮＤノード（第１の電源ノード）との間に設けられる。そして焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の放電動作を行う。
【００６４】
具体的には放電回路４０は、ノードＮＡ２から検出電圧が取得された後に、焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の放電動作を行う。例えば、図示しない制御回路により制御信号ＸＣＧがアクティブ（Ｌレベル）になると、充電回路３０が焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の充電動作を行い、検出電圧が取得される。その後に制御信号ＸＣＧが非アクティブ（Ｈレベル）になると、放電回路４０が焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の放電動作を行う。これにより、Ｃ１、Ｃ２の両端の電極間の電圧差が０Ｖにリセットされる。その後、制御信号ＸＣＧがアクティブ（Ｌレベル）になると、充電回路３０による焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の充電動作が行われる。
【００６５】
なお図４では、１つの制御信号ＸＣＧを用いて充電動作と放電動作の両方を制御しているが、充電用の制御信号とは別の放電用の制御信号を設けて、放電回路４０の放電動作を制御してもよい。
【００６６】
図５に、タイミング調整回路５０、電圧取得回路６０が更に設けられた検出回路の構成例を示す。
【００６７】
タイミング調整回路５０は、検出回路の各種のタイミングを調整（指示、設定）する回路である。具体的にはタイミング調整回路５０は、充電回路３０の充電開始タイミングである第１のタイミングＴＭ１や、電圧取得回路６０の検出電圧取得タイミングである第２のタイミングＴＭ２や、放電回路４０の放電開始タイミングである第３のタイミングＴＭ３などを指示する。これらの第１、第２、第３のタイミングＴＭ１、ＴＭ２、ＴＭ３の指示は、第１、第２、第３の制御信号ＣＮＴ１、ＣＮＴ２、ＣＮＴ３を用いて実現できる。
【００６８】
なお図４で説明したように、タイミングＴＭ１（充電開始タイミング）とタイミングＴＭ３（放電開始タイミング）を、共通の同じ制御信号ＸＣＧを用いて指示するようにしてもよい。
【００６９】
電圧取得回路６０は、ノードＮＡ２の検出電圧ＶＯＵＴを取得する回路である。具体的にはタイミング調整回路５０により指示されるタイミングＴＭ２で検出電圧ＶＯＵＴを取得（サンプリング）する。この電圧取得回路６０は、例えばＡ／Ｄ変換部などにより実現できる。
【００７０】
図５では、タイミング調整回路５０により指示されるタイミングＴＭ１で、充電回路３０が焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の充電動作を開始する。具体的には、制御信号ＣＮＴ１がタイミングＴＭ１でアクティブになると充電動作を開始する。そしてタイミング調整回路５０により指示されるタイミングＴＭ２で、ノードＮＡ２から検出電圧ＶＯＵＴが取得される。具体的には、制御信号ＣＮＴ２がタイミングＴＭ２でアクティブになると、電圧取得回路６０が検出電圧ＶＯＵＴを取得する。ここでタイミングＴＭ２はタイミングＴＭ１よりも遅れたタイミングである。即ち制御信号ＣＮＴ２は制御信号ＣＮＴ１よりも遅れてアクティブになる。
【００７１】
また図５では、タイミング調整回路５０により指示されるタイミングＴＭ２で、ノードＮＡ２から検出電圧ＶＯＵＴが取得され、タイミング調整回路５０により指示されるタイミングＴＭ３で、放電回路４０が焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の放電動作を開始する。具体的には、制御信号ＣＮＴ２がタイミングＴＭ２でアクティブになると、検出電圧ＶＯＵＴが取得され、制御信号ＣＮＴ３がタイミングＴＭ３でアクティブになると、放電動作が開始する。ここでタイミングＴＭ３はタイミングＴＭ２よりも遅れたタイミングである。即ち制御信号ＣＮＴ３は制御信号ＣＮＴ２よりも遅れてアクティブになる。
【００７２】
なお制御信号ＣＮＴ１、ＣＮＴ３として共通の制御信号（図４のＸＣＧ）を用いる場合には、この共通制御信号が第１の電圧レベル（例えばＬレベル）になるタイミングＴＭ１で、充電回路３０が充電動作を開始し、共通制御信号が第２の電圧レベル（例えばＨレベル）になるタイミングＴＭ３で、放電回路４０が放電動作を開始することになる。
【００７３】
また図５では、検出回路の内部にタイミング調整回路５０や電圧取得回路６０を設ける場合について説明したが、検出回路の外部にタイミング調整回路５０や電圧取得回路６０を設けてもよい。例えば後述する図１２（Ａ）のセンサーデバイスは、カレントミラー回路２０や充電回路３０や放電回路４０を有する検出回路と、タイミング調整回路５０や電圧取得回路６０を含む。この場合に、例えばタイミング調整回路５０は図１２（Ａ）の制御回路１５０に設けられ、電圧取得回路６０はＡ／Ｄ変換部１３０により実現される。
【００７４】
図５のようなタイミング調整回路５０を設けることで、充電回路３０の充電開始タイミング（タイミングＴＭ１）や、電圧取得回路６０の検出電圧取得タイミング（タイミングＴＭ２）や、放電回路４０の放電開始タイミング（タイミングＴＭ３）の調整や設定が可能になる。これにより、焦電素子Ｃ１や容量素子Ｃ２の特性等に応じた適正なタイミング制御を実現できる。またタイミングＴＭ１でＣ１及びＣ２の充電動作を開始し、タイミングＴＭ２で検出電圧ＶＯＵＴを取得し、タイミングＴＭ３でＣ１及びＣ２の放電動作を開始することで、チョッパー等を用いなくても、適正なタイミングで充電動作や放電動作を行って検出電圧ＶＯＵＴを取得できるようになる。
【００７５】
３．詳細な構成例
図６に、本実施形態の検出回路の詳細な構成例を示す。図６では、カレントミラー回路２０、充電回路３０、放電回路４０の詳細な構成例が示されている。なお本実施形態の検出回路は、図６の構成には限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加したり、その接続関係を変更するなどの種々の変形実施が可能である。
【００７６】
図６では、カレントミラー回路２０は、第１のカレントミラー用トランジスターＴＡ１と第２のカレントミラー用トランジスターＴＡ２を含む。Ｐ型のカレントミラー用トランジスターＴＡ１は、充電回路３０（ノードＮＡ３）とノードＮＡ１との間に設けられ、ゲート及びドレインがノードＮＡ１に接続される。Ｐ型のカレントミラー用トランジスターＴＡ２は、充電回路３０（ノードＮＡ４）とノードＮＡ２との間に設けられ、ゲートがノードＮＡ１に接続され、ドレインがノードＮＡ２に接続される。これらのトランジスターＴＡ１、ＴＡ２の例えばＷ／Ｌ比を設定することで、カレントミラーの電流比（ＩＡ１とＩＡ２の電流比）が設定される。
【００７７】
充電回路３０は、充電用トランジスターＴＡ３、ＴＡ４を含む。これらのＰ型の充電用トランジスターＴＡ３、ＴＡ４は、ＶＣＣノード（広義には第２の電源ノード）とカレントミラー回路２０（ノードＮＡ３、ＮＡ４）との間に設けられる。具体的には、充電用トランジスターＴＡ３のドレインノードは、カレントミラー用トランジスターＴＡ１のソースノードに接続され、充電用トランジスターＴＡ４のドレインノードは、カレントミラー用トランジスターＴＡ２のソースノードに接続される。
【００７８】
そして充電用トランジスターＴＡ３、ＴＡ４は、焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の充電期間においてオンになる。またＴＡ３、ＴＡ４はＣ１、Ｃ２の放電期間においてオフになる。具体的には、制御信号ＸＣＧがＬレベル（アクティブ）である場合に、充電用トランジスターＴＡ３、ＴＡ４はオンになり、ＸＣＧがＨレベル（非アクティブ）である場合に、ＴＡ３、ＴＡ４はオフになる。
【００７９】
なお図６では２つの充電用トランジスターＴＡ３、ＴＡ４を設けているが、充電用トランジスターは１つでもよい。この場合には、例えば充電用トランジスターＴＡ４を省略し、充電用トランジスターＴＡ３のドレインノードを、カレントミラー用トランジスターＴＡ１及びＴＡ２のソースノードに接続すればよい。
【００８０】
放電回路４０は、放電用トランジスターＴＡ５、ＴＡ６を含む。Ｎ型の放電用トランジスターＴＡ５、ＴＡ６は、ノードＮＡ１、ＮＡ２とＧＮＤノード（第１の電源ノード）との間に設けられる。具体的には、放電用トランジスターＴＡ５のドレインノードは、カレントミラー用トランジスターＴＡ１のドレインノードに接続され、放電用トランジスターＴＡ６のドレインノードは、カレントミラー用トランジスターＴＡ２のドレインノードに接続される。
【００８１】
そして放電用トランジスターＴＡ５、ＴＡ６は、焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の放電期間においてオンになる。またＴＡ５、ＴＡ６はＣ１、Ｃ２の充電期間においてオフになる。具体的には、制御信号ＸＣＧがＨレベル（非アクティブ）である場合に放電用トランジスターＴＡ５、ＴＡ６はオンになり、ＸＣＧがＬレベル（アクティブ）である場合にＴＡ５、ＴＡ６はオフになる。
【００８２】
以上の本実施形態の検出回路によれば、焦電素子Ｃ１の表面電荷量に依存する物理量として、焦電素子Ｃ１を充電する際に流れた電流の総量が用いられる。そしてこの電流の総量を、カレントミラー回路２０を用いて取り出し、容量素子Ｃ２を用いて電圧に変換することで、赤外線の量を検出する。即ち図１（Ａ）の比較例では、放電期間（ＴＨ１、ＴＨ２）において流れる電流を抵抗Ｒ１で電圧に変換することで、赤外線検出を実現していた。これに対して本実施形態では、充電期間において焦電素子Ｃ１を充電する際に流れた電流の総量を、容量素子Ｃ２を用いて電圧に変換することで、赤外線の量を検出している。
【００８３】
図７に本実施形態の動作を説明するための信号波形例を示す。図７のＤ１に示すように、制御信号ＸＣＧがＨレベルになると、Ｎ型の放電用トランジスターＴＡ５、ＴＡ６がオンになり、ノードＮＡ１、ＮＡ２がＧＮＤレベルになることで、焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２は放電される。
【００８４】
次に図７のＤ２に示すように制御信号ＸＣＧがＬレベルになると、放電用トランジスターＴＡ５、ＴＡ６がオフになる一方で、充電用トランジスターＴＡ３、ＴＡ４がオンになる。これにより、カレントミラー回路２０のカレントミラー用トランジスターＴＡ１、ＴＡ２を介して焦電素子Ｃ１、容量素子Ｃ２が充電される。
【００８５】
充電が開始すると、図７のＤ３に示すように、焦電素子Ｃ１の一端の電圧ＶＴＥはＶＣＣ−ＶＴＨＰ付近まで上昇して、充電が停止する。なおＶＴＨＰはＰ型トランジスターＴＡ１のしきい値電圧である。このとき、焦電素子Ｃ１を充電した電流に比例する電流によって、容量素子Ｃ２が充電される。これにより、図７のＤ４、Ｄ５、Ｄ６に示すようにノードＮＡ２の出力電圧ＶＯＵＴが変化する。ここでＤ４、Ｄ５、Ｄ６は、各々、温度が低い場合、中間の場合、温度が高い場合の出力電圧である。即ち、焦電素子Ｃ１に照射される赤外線の量が多くなり、温度が高くなるにつれて、出力電圧ＶＯＵＴは大きくなる。
【００８６】
図１（Ａ）の比較例では、図７のＤ７のような放電期間での電圧の変化を検出しているため、検出電圧の分解能を高くすることが困難になる。これに対して本実施形態では、充電期間に流れる電流の総量を電圧に変換して検出している。従って、図７のＤ４、Ｄ５、Ｄ６に示すように、温度変化に対する出力電圧ＶＯＵＴの変化が大きくなり、検出電圧の分解能を高くできる。
【００８７】
例えば焦電素子Ｃ１を充電した電荷の総量をＱ１とし、容量素子Ｃ２を充電した電荷の総量をＱ２とした場合に、Ｑ１、Ｑ２は、トランジスターＴＡ１、ＴＡ２に流れる電流ＩＡ１、ＩＡ２を用いて、下式（１）、（２）のように表される。
【００８８】
【数１】
2011158467.tif 000003
【００８９】
そして、カレントミラー回路２０のカレントミラー比をＫとした場合に、Ｑ２は下式（３）のようになる。
【００９０】
【数２】
2011158467.tif 000004
【００９１】
例えばトランジスターＴＡ１のＷ／Ｌ比に対するＴＡ２のＷ／Ｌ比の比率を１に設定すれば、Ｋ＝１になり、Ｑ２＝Ｑ１になる。また、これらのＷ／Ｌ比の比率を２に設定すれば、Ｋ＝２になり、Ｑ２＝２・Ｑ１になる。
【００９２】
そして、Ｃ２が、その容量値がＣＣ２である常誘電体の容量素子であり、充電期間での出力電圧の到達電圧（検出電圧）をＶＤＴとすると、下式（４）が成り立つ。
【００９３】
【数３】
2011158467.tif 000005
【００９４】
従って、上式（３）と（４）から、到達電圧ＶＤＴは下式（５）のように求められ、下式（６）に示すようにＶＤＴは焦電素子Ｃ１の充電電荷総量Ｑ１に比例する。
【００９５】
【数４】
2011158467.tif 000006
【００９６】
そして強誘電体の焦電素子Ｃ１の容量値は温度が高くなるにつれて大きくなり、Ｑ１も温度が高くなるにつれて大きくなる。従って、図７のＤ４、Ｄ５、Ｄ６に示すように、ＶＯＵＴの到達電圧ＶＤＴも温度が高くなるにつれて大きくなる。
【００９７】
例えば図８に強誘電体の焦電素子Ｃ１のヒステリシスループの例を示す。Ｅ１は低温の場合のヒステリシスループであり、Ｅ２は高温の場合のヒステリシスループである。図８に示すように、高温の場合のヒステリシスループでの自発分極ＰＲ２（残留分極）は、低温の場合の自発分極ＰＲ１よりも小さくなる。
【００９８】
一方、図８のＥ３、Ｅ４等の各電圧でのヒステリシスループの傾きが、焦電素子Ｃ１の容量値（誘電率）の大きさに対応する。そしてＥ３、Ｅ４に示すように、高温のヒステリシスループの各電圧での傾きの方が、低温のヒステリシスループの各電圧での傾きよりも大きくなっている。即ち焦電素子Ｃ１の平均的な容量値の大きさは、高温の場合の方が大きくなる。従って、図８に示すように充電電荷総量Ｑ１は高温での値Ｑ１Ｈの方が低温での値Ｑ１Ｌよりも大きくなるため、上式（６）から、高温の場合の方がＶＯＵＴの到達電圧ＶＤＴも大きくなる。
【００９９】
なお図８のヒステリシスループから明らかなように、焦電素子Ｃ１の充電電荷総量Ｑ１は下式（７）のように表すことができる。
【０１００】
【数５】
2011158467.tif 000007
【０１０１】
ここでＣＣ１（ＶＴＥ）は、焦電素子Ｃ１の容量値であり、図８のＥ３、Ｅ４に示すように各電圧での傾きに対応する値であるため、電圧ＶＴＥの関数として表すことができる。そして上式（７）のように、この容量値ＣＣ１（ＶＴＥ）を、ＶＴＥ＝０Ｖから到達電圧であるＶＴＥ＝ＶＣＣ−ＶＴＨＰまで積分した値が、焦電素子Ｃ１の充電電荷総量Ｑ１に相当する。
【０１０２】
また、後に詳述するように、容量素子Ｃ２を、赤外線から遮断された焦電素子（強誘電体）で構成した場合には、容量素子Ｃ２の充電電荷総量Ｑ２は下式（８）のように表すことができる。
【０１０３】
【数６】
2011158467.tif 000008
【０１０４】
ここでＣＣ２（ＶＯＵＴ）は、焦電素子である容量素子Ｃ２の容量値であり、出力電圧ＶＯＵＴの関数として表すことができる。そして上式（８）のように、この容量値ＣＣ２（ＶＯＵＴ）を、ＶＯＵＴ＝０Ｖから到達電圧ＶＴＤまで積分した値が、容量素子Ｃ２の充電電荷総量Ｑ２に相当する。
【０１０５】
従って、上式（３）、（７）、（８）から下式（９）が成立することになる。
【０１０６】
【数７】
2011158467.tif 000009
【０１０７】
上式（９）において、温度が上昇するとＣＣ１（ＶＴＥ）は全体的に上昇するが、温度上昇に対してＣＣ２（ＶＯＵＴ）はほぼ一定になる。従って、温度が上昇するとノードＮＡ２の到達電圧ＶＤＴが高くなる。具体的には、焦電素子Ｃ１には赤外線が照射されているため、赤外線の照射により温度が高くなるとＣＣ１（ＶＴＥ）は上昇する。一方、焦電素子で構成される容量素子Ｃ２には赤外線が照射されないため、温度は上昇せず、ＣＣ２（ＶＯＵＴ）はほぼ一定になる。従って、到達電圧ＶＤＴを測定することで、焦電素子Ｃ１に照射される赤外線の量を検出できる。
【０１０８】
以上のように本実施形態によれば、ＶＴＥがＶＣＣ−ＶＴＨＰとほぼ同電位となるような十分な時間をかけて充電動作を行うことで、ＶＯＵＴ（ＶＤＴ）は、周波数に依存しない一定の値になる。また本実施形態では、図１（Ａ）の比較例のような焦電素子の過渡的な電圧特性の影響は現れない。従って、測定周波数に依存せずに安定した測定結果を得ることができる。
【０１０９】
例えば図９のＦ１は、本実施形態の検出回路での温度−測定電圧の特性の例である。温度が高くなるにつれて測定電圧が高くなっており、測定周波数の依存性もない。これに対して図９のＦ２〜Ｆ６は、図１（Ａ）の比較例での温度−測定電圧の特性の例であり、Ｆ２が周波数が低い場合の特性であり、Ｆ６が周波数が高い場合の特性である。このように比較例では測定電圧に周波数依存性があるが、本実施形態によればこのような周波数依存性を無くすことができる。
【０１１０】
また本実施形態によれば、過渡的な電流の差ではなく、総電流の差を電圧に変換しているため、図９のＦ１に示すように、温度変化に対する測定電圧の変化量も大きくなる。このとき、図６のトランジスターＴＡ２の電流供給能力（Ｗ／Ｌ比、カレントミラー比）や、容量素子Ｃ２の容量値を調整することで、Ｑ１の温度変化量ΔＱ１に比例したＶＯＵＴの変化量ΔＶＯＵＴを適宜調整して、温度によるΔＶＯＵＴの変化量を更に大きく設定することが可能になる。例えば最大の測定温度の場合にもＶＯＵＴが飽和しない範囲でＶＯＵＴが最大値になるように、ＴＡ２の電流供給能力やＣ２の容量値を調整する。こうすることで、測定のダイナミックレンジを広げることが可能になる。
【０１１１】
また本実施形態では図７のＤ８に示すように、ＶＯＵＴが十分に安定した状態で、再び制御信号ＸＣＧ＝ＶＣＣにすることで、図６の放電用のトランジスターＴＡ５、ＴＡ６がオンになり、焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２は再度放電され、再び測定準備が整う。従って、焦電素子Ｃ１を定期的に赤外線から遮断するチョッパーを用いなくても、焦電素子Ｃ１の温度を継続して測定することが可能になる。
【０１１２】
なお本実施形態の検出回路は図６の構成に限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば図１０に検出回路の他の構成例を示す。
【０１１３】
図１０の検出回路も、カレントミラー回路２０と焦電素子Ｃ１と容量素子Ｃ２と充電回路３０を含む。更に放電回路４０を含む。
【０１１４】
焦電素子Ｃ１は、カレントミラー回路２０のノードＮＢ１とＶＣＣノード（広義には第１の電源ノード）との間に設けられる。容量素子Ｃ２は、カレントミラー回路２０のノードＮＢ２とＶＣＣノードとの間に設けられる。充電回路３０は、カレントミラー回路２０を介して焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の充電動作を行う。放電回路４０は、ノードＮＢ１、ＮＢ２とＶＣＣノードとの間に設けられ、焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の放電動作を行う。
【０１１５】
そして図１０では、カレントミラー回路２０は、Ｎ型のカレントミラー用トランジスターＴＢ１、ＴＢ２により構成され、充電回路３０は、Ｎ型の充電用トランジスターＴＢ３により構成される。また放電回路４０は、Ｐ型の放電用トランジスターＴＢ５、ＴＢ６により構成される。そして、トランジスターＴＢ５のドレインは焦電素子Ｃ１の一端側の電極に接続され、ＴＢ５のソースは焦電素子Ｃ１の他端側（ＶＣＣ側）の電極に接続される。またトランジスターＴＢ６のドレインは容量素子Ｃ２の一端側の電極に接続され、ＴＢ６のソースは容量素子Ｃ２の他端側の電極に接続される。
【０１１６】
制御信号ＣＧがＬレベル（非アクティブ）になると、トランジスターＴＢ５がオンになり、焦電素子Ｃ１の両端の電極の電位が同電位になり、焦電素子Ｃ１の放電動作が行われる。またトランジスターＴＢ６がオンになり、容量素子Ｃ２の両端の電極の電位が同電位になり、容量素子Ｃ２の放電動作が行われる。
【０１１７】
その後、制御信号ＣＧがＨレベル（アクティブ）になると、トランジスターＴＢ５、ＴＢ６がオフになると共に、トランジスターＴＢ３がオンになる。これにより、カレントミラー回路２０を介して、焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の充電動作が行われる。そして、充電期間において焦電素子Ｃ１を充電する際に流れた電流の総量を、容量素子Ｃ２を用いて電圧に変換することで、赤外線の量を検出できる。
【０１１８】
４．容量素子
本実施形態では、Ｃ１は、赤外線が照射される焦電素子であり、Ｃ２は、赤外線から遮断された焦電素子であることが望ましい。即ち、容量素子Ｃ２として、赤外線検出用の焦電素子Ｃ１と同一構造であり、且つ、赤外線から遮断された焦電素子を用いる。このようにすれば、容量素子Ｃ２の製造バラツキは、焦電素子Ｃ１の製造バラツキに連動するようになる。従って、製造バラツキにより焦電素子Ｃ１の特性にバラツキが生じた場合にも、容量素子Ｃ２のバラツキとキャンセルされて、安定した測定結果を得ることが可能になる。
【０１１９】
例えば図１１において、焦電素子Ｃ１は、強誘電体膜９０と、電極９１、９２により形成される。即ち、強誘電体膜９０を、電極９１、９２により挟んだ構造により、焦電素子Ｃ１が実現される。そして、この焦電素子Ｃ１には赤外線が照射される構造となっており、赤外線の照射による温度が上昇すると、Ｃ１の容量値も上昇する。
【０１２０】
一方、容量素子Ｃ２も、強誘電体膜９４と、電極９５、９６により形成される。即ち、強誘電体膜９４を、電極９５、９６により挟んだ構造により、容量素子Ｃ２が実現され、焦電素子Ｃ１と同一構造になっている。そして、この容量素子Ｃ２には赤外線が照射されない構造となっており、焦電素子Ｃ１に赤外線が照射されているときにも、容量素子Ｃ２には赤外線は照射されない。従って、前述の式（１）〜（９）等で説明したように、赤外線の照射により焦電素子Ｃ１の容量値が上昇することで、ＶＯＵＴの到達電圧ＶＤＴも上昇し、焦電素子Ｃ１に照射された赤外線の量を検出できるようになる。
【０１２１】
なお、製造バラツキによる変動を少なくするためには、焦電素子Ｃ１と容量素子Ｃ２を、同じエリア或いは近くのエリアに形成することが望ましい。このようにすることで、焦電素子Ｃ１と容量素子Ｃ２の製造プロセスの条件・状態を近づけることが可能になる。但し、例えば焦電素子Ｃ１については、センサーアレイ等が形成されるセンサーエリアに形成し、容量素子Ｃ２については、周辺回路等が形成される回路エリアに形成することも可能である。また製造バラツキによる測定電圧の変動を低減するために、測定電圧と赤外線の量（温度）の関係についてのキャリブレーション処理を行うことが望ましい。
【０１２２】
５．センサーデバイス
図１２（Ａ）に本実施形態のセンサーデバイスの構成例を示す。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を含む。またＡ／Ｄ変換部１３０、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。
【０１２３】
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本であってもい。例えば行線が１本である場合には、図１２（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。
【０１２４】
図１２（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１２（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。
【０１２５】
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１２（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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
図１３に、センサーアレイ１００や読み出し回路１２０の詳細な構成例を示す。なお、図１３の構成と図３〜図１１で説明した本実施形態の各種構成・手法を組み合わせた変形実施も可能である。
【０１３０】
図１３に示すように、読み出し回路１２０には、１又は複数の列線の各列線に対応して容量素子Ｃ２が設けられている。そして複数のセンサーセルの各センサーセルは、カレントミラー回路（ＴＡ１、ＴＡ２）と、カレントミラー回路の第１のノードＮＡ１とＧＮＤノード（第１の電源ノード）との間に設けられる焦電素子Ｃ１と、カレントミラー回路を介して焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の充電動作を行う充電回路（ＴＡ３）を含む。
【０１３１】
また各センサーセルはセンサーセル側放電回路（ＴＡ５）を含む。このセンサーセル側放電回路（ＴＡ５）は、ノードＮＡ１とＧＮＤノードとの間に設けられ、焦電素子Ｃ１の放電動作を行う。一方、読み出し回路１２０は、読み出し回路側放電回路（ＴＡ６）を含む。この読み出し回路側放電回路（ＴＡ６）は、各列線とＧＮＤノードとの間に設けられる。例えばカレントミラー回路の第２のノードに対応する列線ＤＬ（ＤＬ０〜ＤＬ３１９）のノードとＧＮＤノードとの間に設けられ、容量素子Ｃ２の放電動作を行う。
【０１３２】
具体的には図１３では、図６のトランジスターＴＡ４はＴＡ３と共通化されて、充電用トランジスターは１つになっている。そして充電回路を構成するトランジスターＴＡ３は、行線ＷＬ（ＷＬ０〜ＷＬ２３９）により選択されて、各センサーセル内の焦電素子Ｃ１を充電する。例えば、対応する行線ＷＬがＬレベルになると充電動作を開始する。そしてトランジスターＴＡ１及びＴＡ２により構成されるカレントミラー回路を介して、対応する焦電素子Ｃ１を充電する。
【０１３３】
またカレントミラー回路のノードＮＡ１には、センサーセル側放電回路を構成するトランジスターＴＡ５のドレインが接続されている。そしてトランジスターＴＡ５は、対応する行線ＷＬがＨレベルになると放電動作を開始する。即ち焦電素子Ｃ１に充電された電荷をＧＮＤ側に放電する。
【０１３４】
読み出し回路１２０には、各列線ＤＬ（ＤＬ０〜ＤＬ３１９）に対応して、読み出し回路側放電回路を構成するトランジスターＴＡ６が設けられている。即ち、各列線ＤＬには、放電用トランジスターＴＡ６のドレインと、容量素子Ｃ２の一端側の電極が接続される。そして、放電用トランジスターＴＡ６は、行線ＷＬと同じタイミングで動作するリセット信号ＲＳＴによって、列線ＤＬのノードの放電動作を行う。例えば行線ＷＬがＨレベルの場合に、リセット信号ＲＳＴもＨレベルになり、読み出し回路側のＮ型の放電用トランジスターＴＡ６がオンになることで、容量素子Ｃ２の放電が行われる。この時、行線ＷＬがＨレベルになることで、センサーセル側の放電用トランジスターＴＡ５もオンになり、焦電素子Ｃ１の放電が行われる。
【０１３５】
その後に、行線ＷＬ及びリセット信号ＲＳＴがＬレベルになると、センサーセル側の放電用トランジスターＴＡ５及び読み出し回路側の放電用トランジスターＴＡ６がオフになる。そしてセンサーセルの充電用トランジスターＴＡ３がオンになることで、センサーセルのカレントミラー回路を介して、焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の充電が行われる。そして、所与の充電期間だけ焦電素子Ｃ１及び容量素子Ｃ２の充電が行われ後に、列線ＤＬのノードの電圧が検出電圧として取り込まれ（サンプリングされ）、取り込まれた検出電圧がＡ／Ｄ変換部１３０によりＡ／Ｄ変換される。このようにして、検出電圧（測定電圧）に対応するデジタルデータＤＯＵＴが取得される。
【０１３６】
以上の行線ＷＬの選択処理は例えばＷＬ０、ＷＬ１、ＷＬ２・・・・・ＷＬ２３９の順で行われる。例えば、まず行線ＷＬ（ＷＬ０〜ＷＬ２３９）及びリセット信号ＲＳＴをＨレベルにして、全ての行線ＷＬに接続されるセンサーセルの焦電素子Ｃ１と、読み出し回路１２０の全ての列線ＤＬ０〜ＤＬ３１９に対応する容量素子Ｃ２の放電動作を行う。
【０１３７】
その後、行線ＷＬ０及びリセット信号ＲＳＴをＬレベルにして、行線ＷＬ０に接続されるセンサーセルの焦電素子Ｃ１と、読み出し回路１２０の全ての列線ＤＬ０〜ＤＬ３１９に対応する容量素子Ｃ２の充電動作を行う。この間、他の行線ＷＬ１〜ＷＬ２３９はＨレベルを維持し、これらの行線に対応するセンサーセルにおいて充電動作が行われないようにする。そして充電期間の経過後に、列線ＤＬ０〜ＤＬ３１９の検出電圧を取得する。これにより、行線ＷＬ０に接続されるセンサーセルからの検出電圧が取得される。
【０１３８】
次に行線ＷＬ０及びリセット信号ＲＳＴをＨレベルにして、行線ＷＬ０に接続されるセンサーセルの焦電素子Ｃ１と、読み出し回路１２０の全ての列線ＤＬ０〜ＤＬ３１９に対応する容量素子Ｃ２の放電動作を行う。
【０１３９】
その後、行線ＷＬ１及びリセット信号ＲＳＴをＬレベルにして、行線ＷＬ１に接続されるセンサーセルの焦電素子Ｃ１と、読み出し回路１２０の全ての列線ＤＬ０〜ＤＬ３１９に対応する容量素子Ｃ２の充電動作を行う。この間、他の行線ＷＬ０及びＷＬ２〜ＷＬ２３９はＨレベルを維持し、これらの行線に対応するセンサーセルにおいて充電動作が行われないようにする。そして充電期間の経過後に、列線ＤＬ０〜ＤＬ３１９の検出電圧を取得する。これにより、行線ＷＬ１に接続されるセンサーセルからの検出電圧が取得される。
【０１４０】
次に行線ＷＬ１及びリセット信号ＲＳＴをＨレベルにして、行線ＷＬ１に接続されるセンサーセルの焦電素子Ｃ１と、読み出し回路１２０の全ての列線ＤＬ０〜ＤＬ３１９に対応する容量素子Ｃ２の放電動作を行う。
【０１４１】
なお行線ＷＬ０〜ＷＬ２３９やリセット信号ＲＳＴや読み出し回路１２０の制御手法は、上述した手法に限定されず、種々の変形実施が可能である。
【０１４２】
６．電子機器
図１４に本実施形態のセンサーデバイスや検出回路を含む電子機器の構成例を示す。この電子機器は、光学系２００、センサーデバイス２１０（検出回路）、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１４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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
センサーデバイス２１０は、図１２（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。なおイメージセンサーとなるセンサーデバイス２１０の代わりに、図３〜図６等で説明した検出回路を用いてもよい。
【０１４５】
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ったりする。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のディスプレイや投写型表示装置などにより実現される。
【０１４６】
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。
【０１４７】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項およ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すべ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、より広義または同義な異なる用語（第１の電源ノード、第２の電源ノード等）と共に記載された用語は、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。また検出回路、センサーデバイス、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に限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１４８】
Ｃ１  焦電素子、Ｃ２  容量素子、ＮＡ１  第１のノード、ＮＡ２  第２のノード、
ＸＣＧ、ＣＧ  制御信号、ＣＮＴ１〜ＣＮＴ３  第１〜第３の制御信号、
ＴＭ１〜ＴＭ３  第１〜第３のタイミング、
ＴＡ１、ＴＡ２、ＴＢ１、ＴＢ２  カレントミラー用トランジスター、
ＴＡ３、ＴＡ４、ＴＢ３  充電用トランジスター、
ＴＡ５、ＴＡ６、ＴＢ５、ＴＢ６  放電用トランジスター、
ＷＬ０〜ＷＬ２３９  行線、ＤＬ０〜ＤＬ３１９  列線、
２０  カレントミラー回路、３０  充電回路、４０  放電回路、
５０  タイミング調整回路、６０  電圧取得回路、
１００  センサーアレイ、１１０  行選択回路、１２０  読み出し回路、
１３０  Ａ／Ｄ変換部、１５０  制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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