(57)【要約】【課題】ライトチョッパを用いずに焦電素子の温度を間欠的に変化させる。【解決手段】焦電素子５を有する焦電型赤外線センサ１において、個々の焦電素子５に対して、その近傍に、第１，第２抵抗用電極９，１０を接続した焦電素子加熱用抵抗８を配置し、その焦電素子加熱用抵抗８にパルス電流を通電する。これにより、焦電素子５を間欠的に一定温度に近づけることができ、これを用いた赤外撮像装置においては、焦電型赤外線センサ１に対するチョッピングを行なうことなく、撮像対象温度を正確に測定することが可能になる。【選択図】        図１
2004279103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦電素子を有する焦電型赤外線センサにおいて、
前記焦電素子の近傍に配置されて通電によって熱を発生して前記焦電素子を加熱する発熱体を有することを特徴とする焦電型赤外線センサ。
【請求項２】
前記焦電素子の温度を検知する温度センサを有することを特徴とする請求項１記載の焦電型赤外線センサ。
【請求項３】
焦電素子を有する焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置において、
前記焦電型赤外線センサは、前記焦電素子の近傍に配置されて通電によって熱を発生して前記焦電素子を加熱する発熱体を有し、前記発熱体に間欠的に通電することによって前記焦電素子を間欠的に加熱するようにしたことを特徴とする赤外撮像装置。
【請求項４】
前記焦電型赤外線センサは、前記焦電素子の温度を検知する温度センサを有し、前記温度センサによって検知された前記焦電素子の温度に基づいて前記発熱体への通電量を変化させるようにしたことを特徴とする請求項３記載の赤外撮像装置。
【請求項５】
前記発熱体は、サーミスタまたはポジスタであって、前記サーミスタにパルス定電流を通電しまたは前記ポジスタにパルス定電圧を通電して、前記焦電素子を温度制御するようにしたことを特徴とする請求項３記載の赤外撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は焦電型赤外線センサおよびそれを用いた赤外撮像装置に関し、特に発熱体などを用いて間欠的に加熱されて赤外線の熱エネルギが入射したときに生じる一時的な温度差を電圧として出力する焦電素子を有する焦電型赤外線センサおよびそれを用いた赤外撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焦電素子を用いた焦電型赤外線センサは、人体検知や、赤外撮像などの装置に用いられる比較的安価な非冷却型の赤外線センサである。一般に、ＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ）を用いたセンサなど比較的高価な量子型の赤外線センサは、高感度であるが冷却を必要とすることが多い。これに対し、焦電型赤外線センサは、抵抗型のボロメータや起電力型のサーモパイルといった赤外線センサ同様、非冷却で使用することができるので、撮像装置を小型化でき、その消費電力を少なくすることができる。また、冷却を待たずに使用できるという利点も有している。
【０００３】
焦電型赤外線センサにおける焦電素子の温度上昇あるいは温度降下は、焦電素子の自発分極を引き起こし、その結果、焦電素子表面領域の電荷は非平衡状態になる。焦電型赤外線センサでは、この非平衡状態の電荷が電圧として検出される。その後、非平衡状態の電荷は、電気伝導やイオンによって中和される。したがって、焦電素子が非平衡状態になるのはその温度上昇あるいは温度降下の直後だけであり、焦電素子に赤外線が入射してその熱エネルギによって温度変化が生じれば電圧が検出されるが、検出はその温度変化の直後に限られることになる。
【０００４】
そのため、焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置などでは、ライトチョッパなどを用いてチョッピングを行なうことが必要になる。このようなチョッピングを行なうことにより、一定量の赤外線を出している、動いていない撮像対象も検出することが可能になる。
【０００５】
図１４は従来の焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置の構成例を示す図である。従来の赤外撮像装置１００は、人体などの撮像対象からの赤外線を集光する赤外レンズ１０１と、基板などに焦電素子が複数配置された焦電型赤外線センサ（多画素センサ）を収容するセンサ収容部１０２との間に、複数の孔が形成された円盤状のライトチョッパ１０３が回転可能に配置されている。センサ収容部１０２内の焦電型赤外線センサは、信号処理回路１０４に電気的に接続され、焦電型赤外線センサの信号はこの信号処理回路１０４で変換されて、ＣＲＴディスプレイなどの表示装置１０５に撮像対象の像が表示される。
【０００６】
ライトチョッパ１０３は、回転することにより、ライトチョッパ１０３自身から出る赤外線と撮像対象から出る赤外線を交互に焦電型赤外線センサの焦電素子に入射する。これにより、焦電素子の温度は、ライトチョッパ１０３の温度と撮像対象の温度に交互に近づくことになる。その結果、焦電素子からはライトチョッパ１０３と撮像対象との温度差に比例した電圧が信号として取り出される。通常、ライトチョッパ１０３の温度を一定にして、あるいは赤外レンズ１０１との間に面ヒータなどを配置して、焦電素子の温度が間欠的に一定温度に近づけられるようになっており、焦電素子から検出される信号は撮像対象の相対的な温度を示している。
【０００７】
このような赤外撮像装置に用いられる焦電型赤外線センサとしては、焦電素子を形成した同一基板上に焦電素子温度検出用のサーミスタを形成したものも提案されている（例えば特許文献１参照）。また、焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置や赤外線検知器として、上記のようなライトチョッパを用いたものがいくつか提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１２１４３２号公報
【特許文献２】
特開２０００−３２１１３１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、焦電素子を一定温度に間欠的に変化させるために赤外撮像装置に焦電型赤外線センサと共にライトチョッパを用いた場合、ライトチョッパ自体のほか、ライトチョッパの駆動機構や温度制御機構なども備える必要があり、それによって赤外撮像装置の大型化や消費電力の増大を招いていた。さらに、駆動機構などの実現に必要な部品にはその寿命が短いものが多く、ライトチョッパを設けたことで頻繁なメンテナンスが必要になっていた。特に、焦電型赤外線センサに高精度の検出能力が要求される赤外撮像装置にあっては、ライトチョッパは必須であり、これらの問題がいっそう顕著になる。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、チョッピングを行なうことなく焦電素子を一定温度に間欠的に変化させることのできる焦電型赤外線センサおよびそれを用いた赤外撮像装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、図１に例示する構成で実現可能な焦電型赤外線センサが提供される。本発明の焦電型赤外線センサは、焦電素子を有する焦電型赤外線センサにおいて、前記焦電素子の近傍に配置されて通電によって熱を発生して前記焦電素子を加熱する発熱体を有することを特徴とする。
【００１２】
図１に示すような焦電型赤外線センサ１によれば、焦電型赤外線センサ１が、焦電素子加熱用抵抗８など通電によって熱を発生する発熱体を、焦電素子５の近傍に有している。その発熱体への通電により、その焦電素子５を加熱することができるようになっている。例えば、発熱体にパルス電流が通電されれば、焦電素子５は間欠的に加熱されるようになる。これにより、焦電型赤外線センサ１に対するチョッピングを行なうことなく、焦電素子５を一定温度に間欠的に変化させることが可能になる。
【００１３】
また、本発明では、焦電素子を有する焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置において、前記焦電型赤外線センサは、前記焦電素子の近傍に配置されて通電によって熱を発生して前記焦電素子を加熱する発熱体を有し、前記発熱体に間欠的に通電することによって前記焦電素子を間欠的に加熱するようにしたことを特徴とする赤外撮像装置が提供される。
【００１４】
このような赤外撮像装置によれば、焦電型赤外線センサ内に配置された発熱体にパルス電流などを通電することによって、焦電素子を間欠的に加熱することができるので、従来赤外撮像装置に用いられていたライトチョッパなどの焦電素子温度を間欠的に変化させるための部品は不要になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は第１の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す断面図、図２は第１の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す平面図である。なお、図１は図２のＡ−Ａ断面図であり、また、図１および図２には、複数の焦電素子がアレイ状に形成された多画素センサの１画素部分のみ図示している。
【００１７】
第１の実施の形態の焦電型赤外線センサ１は、基板２上に第１絶縁膜３を介して、第１焦電素子用電極４、焦電素子５、第２焦電素子用電極６がこの順に積層して形成されている。第１，第２焦電素子用電極４，６および焦電素子５は、第１絶縁膜３上に例えば１画素部分に縦５０μｍ×横５０μｍの大きさで形成される。第１，第２焦電素子用電極４，６は、温度変化による焦電素子５の自発分極の結果発生する電圧の取り出しに用いられる。基板２には、積層された第１，第２焦電素子用電極４，６および焦電素子５の積層領域直下の領域に、第１絶縁膜３が露出する孔２ａが形成されており、基板２側から入射する赤外線の熱エネルギが焦電素子５に伝導され易くなっている。
【００１８】
焦電素子５の上方近傍には、第２絶縁膜７を介して焦電素子加熱用抵抗８が形成され、この焦電素子加熱用抵抗８上に第１，第２抵抗用電極９，１０が形成されている。焦電素子加熱用抵抗８は、第１，第２抵抗用電極９，１０を用いて通電されることにより発熱し、その熱は直下の焦電素子５に伝導される。焦電素子加熱用抵抗８にパルスジェネレータなどを用いて適当な大きさと保持時間のパルス電流を通電することにより、焦電素子５を間欠的に加熱することができる。また、第２絶縁膜７は、第２焦電素子用電極６と焦電素子加熱用抵抗８との直接接触を避けるとともに、第１，第２焦電素子用電極４，６および焦電素子５を被覆してこれらを外部から物理的に保護するようになっている。
【００１９】
ここで、焦電型赤外線センサ１の基板２には、シリコン（Ｓｉ）基板を用いることができ、第１，第２絶縁膜３，７には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いることができる。また、第１，第２焦電素子用電極４，６および第１，第２抵抗用電極９，１０には、パラジウム（Ｐｄ），銅（Ｃｕ）などの金属を用いることができる。焦電素子５の加熱のための熱源となる発熱体である焦電素子加熱用抵抗８には、タングステン（Ｗ）などの金属を用いることができる。焦電素子５は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の材料やタンタル酸リチウム系の材料など、一般に広く利用されている焦電材料を用い、熱容量を小さくする目的で薄膜化されて形成されている。
【００２０】
上記構成の焦電型赤外線センサ１においては、第１，第２抵抗用電極９，１０を用いて焦電素子加熱用抵抗８が間欠的に加熱されることにより、焦電素子５も間欠的に加熱される。この焦電型赤外線センサ１に、人体などの撮像対象から発生する赤外線が入射すると、その赤外線の熱エネルギは焦電素子５に伝導され、焦電素子５には、焦電素子加熱用抵抗８による１パルスの加熱後の焦電素子５の温度が撮像対象の温度に近づく際に、電荷が発生するようになる。この電荷は、第１，第２焦電素子用電極４，６から電圧として出力される。
【００２１】
このように、第１の実施の形態の焦電型赤外線センサ１では、焦電型赤外線センサ１内に、焦電素子５近傍に発熱体である焦電素子加熱用抵抗８を配置し、焦電素子加熱用抵抗８を間欠的に加熱することによって、焦電素子５を間欠的に温度変化させることが可能になっている。すなわち、この焦電型赤外線センサ１には、従来は赤外撮像装置において焦電型赤外線センサ外に設けられたライトチョッパとヒータなどの熱源で実現されていた機能が備えられている。
【００２２】
図３は第１の実施の形態の焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置の構成例を示す図、図４は焦電型赤外線センサの抵抗用電極に通電されるパルス電流の一例である。ただし、図３では、図１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。また、図３には、複数の焦電素子がアレイ状に形成された多画素センサの１画素部分の回路構成のみ図示している。
【００２３】
図３に示す赤外撮像装置２０は、焦電型赤外線センサ１の焦電素子５が焦電素子加熱用抵抗８によって加熱できるようになっており、焦電型赤外線センサ１で検出された信号を処理する信号処理回路２１、および焦電型赤外線センサ１の焦電素子加熱用抵抗８を間欠的に加熱するためのパルスジェネレータ２２を有している。信号処理回路２１は、図１の第１，第２焦電素子用電極４，６にトランジスタおよび抵抗を介して接続されて、焦電型赤外線センサ１で検出された信号に基づく像をＣＲＴディスプレイなどの表示装置２３に表示するようになっている。パルスジェネレータ２２は、図１の第１，第２抵抗用電極９，１０に接続されて、焦電素子加熱用抵抗８に図４に示すような一定の大きさと保持時間のパルス定電流を通電し、これを間欠的に加熱できるようになっている。
【００２４】
撮像対象から発生する赤外線は、赤外レンズ２４で集光されて焦電素子５へ導かれる。一方、焦電素子５は、パルスジェネレータ２２を用いて焦電素子加熱用抵抗８によって間欠的に加熱される。撮像対象からの赤外線が焦電素子５に入射すると、焦電素子加熱用抵抗８による１パルスの加熱終了後の焦電素子５の温度が撮像対象温度に近づく際、焦電素子５には電荷が発生する。この電荷が信号として検出され、信号処理回路２１に伝達され、信号処理されて表示装置２３に撮像対象の像が表示される。
【００２５】
このように、第１の実施の形態の焦電型赤外線センサ１を用いた赤外撮像装置２０は、ライトチョッパが不要であり、その小型化、低消費電力化が図れ、ライトチョッパに要していたメンテナンスが不要になる。
【００２６】
次に、第２の実施の形態について説明する。
図５は第２の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す断面図である。ただし、図５では、図１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。なお、図５には、複数の焦電素子がアレイ状に形成された多画素センサの１画素部分のみ図示している。
【００２７】
第２の実施の形態の焦電型赤外線センサ３０は、焦電素子５の加熱のための発熱体である焦電素子加熱用抵抗８、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）８ａまたはＬＥＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）８ｂが、焦電素子５近傍で基板２に支持脚３１で連結して固定された第２の基板３２上に、孔２ａに対向して配置されている点で、第１の実施の形態の焦電型赤外線センサ１と相違する。その他の構成は第１の実施の形態の焦電型赤外線センサ１と同じである。なお、支持脚３１および第２の基板３２の材質は特に限定されない。
【００２８】
第２の実施の形態の焦電型赤外線センサ３０では、焦電素子５を加熱するのに焦電素子加熱用抵抗８、ＬＤ８ａまたはＬＥＤ８ｂを用い、これを図示しない電極およびパルスジェネレータなどを用いて間欠的に加熱し、焦電素子加熱用抵抗８の発熱、輻射、またはＬＤ８ａ，ＬＥＤ８ｂの発光、輻射によって焦電素子５を加熱するようになっている。この焦電型赤外線センサ３０による信号検出は、上記第１の実施の形態の焦電型赤外線センサ１と同様に行なわれる。
【００２９】
この第２の実施の形態の焦電型赤外線センサ３０によっても、これを用いた赤外撮像装置にはライトチョッパが不要になり、装置の小型化、低消費電力化が図れ、ライトチョッパに要していたメンテナンスが不要になる。
【００３０】
次に第３の実施の形態について説明する。
図６は第３の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す断面図である。ただし、図６では、図１および図５に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。なお、図６には、複数の焦電素子がアレイ状に形成された多画素センサの１画素部分のみ図示している。
【００３１】
第３の実施の形態の焦電型赤外線センサ４０は、第２絶縁膜７側で焦電素子５近傍に支持脚３１で固定された第２の基板３２に、焦電素子加熱用抵抗８、ＬＤ８ａまたはＬＥＤ８ｂが焦電素子５の側に配置されている点で、第２の実施の形態の焦電型赤外線センサ３０と相違する。その他の構成は第２の実施の形態の焦電型赤外線センサ３０と同じである。
【００３２】
第３の実施の形態の焦電型赤外線センサ４０の焦電素子５は、第２の実施の形態の場合と同様、焦電素子加熱用抵抗８の発熱、輻射、またはＬＤ８ａ，ＬＥＤ８ｂの発光、輻射によって間欠的に加熱できるようになっている。これにより、この第３の実施の形態の焦電型赤外線センサ４０を用いた赤外撮像装置にはライトチョッパが不要になり、装置の小型化、低消費電力化が図れ、ライトチョッパに要していたメンテナンスが不要になる。
【００３３】
次に第４の実施の形態について説明する。
図７は第４の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す断面図、図８は第４の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す平面図である。なお、図７は図８のＢ−Ｂ断面図である。また、図７および図８には、複数の焦電素子がアレイ状に形成された多画素センサの１画素部分のみ図示し、また、図１および図２に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００３４】
第４の実施の形態の焦電型赤外線センサ５０は、第２絶縁膜７上に、第１，第２抵抗用電極９，１０が接続された焦電素子加熱用抵抗８と、第１，第２サーミスタ用電極５１，５２が接続されたサーミスタ５３とが形成されている点で、第１の実施の形態の焦電型赤外線センサ１と相違する。その他の構成は第１の実施の形態の焦電型赤外線センサ１と同じである。ここで、サーミスタ５３は、焦電素子加熱用抵抗８で加熱される焦電素子５の温度を検知する温度センサとして機能する。
【００３５】
図９は第４の実施の形態の焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置の構成例を示す図である。また、図１０は第４の実施の形態の焦電型赤外線センサの抵抗用電極に通電されるパルス電流と焦電素子の温度との関係を示す図であって、（Ａ）は電流の経時変化、（Ｂ）は焦電素子の温度の経時変化である。ただし、図９では、図３および図７に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。また、図９には、複数の焦電素子がアレイ状に形成された多画素センサの１画素部分の回路構成のみ図示している。
【００３６】
図９に示す赤外撮像装置６０において、パルスジェネレータ２２は、焦電型赤外線センサ５０の温度調節器６１を介して図７の第１，第２抵抗用電極９，１０に接続され、焦電素子加熱用抵抗８にパルス電流を通電し、これを間欠的に加熱できるようになっている。さらに、この温度調節器６１は、温度センサであるサーミスタ５３の図７の第１，第２サーミスタ用電極５１，５２に接続されている。この赤外撮像装置６０のその他の構成は、上記図３の赤外撮像装置２０と同じである。
【００３７】
撮像対象から発生する赤外線は、焦電型赤外線センサ５０の焦電素子５へ導かれ、一方、焦電素子５は、パルスジェネレータ２２を用いて焦電素子加熱用抵抗８によって間欠的に加熱される。この加熱の際、赤外撮像装置６０では、焦電素子５の温度が図１０（Ｂ）に示すようにあらかじめ定められた設定温度になるように、焦電素子加熱用抵抗８に通電される電流値が図１０（Ａ）に示すように制御されるようになっている。この制御は、サーミスタ５３によって焦電素子５の温度を検知し、その検知結果を温度調節器６１にフィードバックして、パルスジェネレータ２２から焦電素子加熱用抵抗８への通電量を調節することによって行なわれる。撮像対象からの赤外線が焦電素子５に入射すると、焦電素子加熱用抵抗８による１パルスの加熱後の焦電素子５の温度が撮像対象温度に近づく際、焦電素子５には電荷が発生するが、赤外撮像装置６０では焦電素子５が設定温度まで加熱されるようになっているので、その設定温度と撮像対象温度との差が信号として検出されることになる。
【００３８】
このように、第４の実施の形態の焦電型赤外線センサ５０によれば、サーミスタ５３を焦電型赤外線センサ５０内に形成し、このサーミスタ５３によって焦電素子５の温度を検知し、焦電素子加熱用抵抗８による焦電素子５の加熱をフィードバック制御する。これにより、焦電素子５の温度を間欠的に一定温度に安定化することができ、その一定温度との差から撮像対象温度を正確に測定することができる。
【００３９】
また、第４の実施の形態の焦電型赤外線センサ５０を用いた赤外撮像装置６０は、ライトチョッパが不要であり、その小型化、低消費電力化が図れ、ライトチョッパに要していたメンテナンスが不要になる。
【００４０】
次に第５の実施の形態について説明する。
図１１は第５の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す断面図である。ただし、図１１では、図５および図７に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。ただし、図１１には、複数の焦電素子がアレイ状に形成された多画素センサの１画素部分のみ図示している。
【００４１】
第５の実施の形態の焦電型赤外線センサ７０は、第２絶縁膜７上に、第１，第２サーミスタ用電極５１，５２が接続されたサーミスタ５３が形成され、焦電素子５近傍で基板２に支持脚３１で固定された第２の基板３２上に、焦電素子加熱用抵抗８、ＬＤ８ａまたはＬＥＤ８ｂが孔２ａに対向して配置されている点で、第４の実施の形態の焦電型赤外線センサ５０と相違する。その他の構成は、第４の実施の形態の焦電型赤外線センサ５０と同じである。
【００４２】
この第５の実施の形態の焦電型赤外線センサ７０においても、上記第４の実施の形態の場合と同様、焦電素子５の温度は、サーミスタ５３によって検知され、それに基づき焦電素子加熱用抵抗８、ＬＤ８ａまたはＬＥＤ８ｂへ通電する電流値がフィードバック制御される。これにより、焦電素子５は一定温度まで加熱されるようになるので、その一定温度と撮像対象温度との差が信号として検出され、撮像対象温度を正確に測定することができる。
【００４３】
また、この第５の実施の形態の焦電型赤外線センサ７０によっても、これを用いた赤外撮像装置にはライトチョッパが不要になり、装置の小型化、低消費電力化が図れ、ライトチョッパに要していたメンテナンスが不要になる。
【００４４】
次に第６の実施の形態について説明する。
図１２は第６の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す断面図である。ただし、図１２では、図１１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。なお、図１２には、複数の焦電素子がアレイ状に形成された多画素センサの１画素部分のみ図示している。
【００４５】
第６の実施の形態の焦電型赤外線センサ８０は、第２絶縁膜７側で焦電素子５近傍に支持脚３１で支持された第２の基板３２に、焦電素子加熱用抵抗８、ＬＤ８ａまたはＬＥＤ８ｂが焦電素子５の側に配置されている点で、第５の実施の形態の焦電型赤外線センサ７０と相違する。その他の構成は、第５の実施の形態の焦電型赤外線センサ５０と同じである。この第６の実施の形態の焦電型赤外線センサ８０においても、焦電素子５の温度は、サーミスタ５３を用いて温度制御され、撮像対象温度を正確に測定することができるようになっている。
【００４６】
また、この第６の実施の形態の焦電型赤外線センサ８０を用いた赤外撮像装置にはライトチョッパが不要になるので、装置の小型化、低消費電力化が図れ、ライトチョッパに要していたメンテナンスが不要になる。
【００４７】
次に第７の実施の形態について説明する。
上記第４，第５，第６の実施の形態の焦電型赤外線センサ５０，７０，８０では、焦電素子５を焦電素子加熱用抵抗８、ＬＤ８ａまたはＬＥＤ８ｂを用いて加熱するようにしたが、サーミスタの自己発熱によって加熱するようにしてもよい。例えば、第４の実施の形態の焦電型赤外線センサ５０であれば、第２絶縁膜７上に、サーミスタ５３のみ形成する構成とし、焦電素子５をサーミスタ５３の自己発熱によって加熱するようにすればよい。また、第５，第６の実施の形態の焦電型赤外線センサ７０，８０であれば、焦電素子加熱用抵抗８、ＬＤ８ａ、ＬＥＤ８ｂ、支持脚３１および第２の基板３２が不要になる。
【００４８】
この場合、サーミスタは、焦電素子の加熱とその温度制御を行なう。すなわち、サーミスタは、温度が上昇するとその抵抗が低下するため、サーミスタにパルス定電流を通電することにより、焦電素子の温度が上昇すればサーミスタの発熱量が低下し、焦電素子の加熱が制御されるようになる。なお、サーミスタの抵抗をＲ、サーミスタに通電される電流をＩとすれば、サーミスタの発熱量Ｑは、Ｑ＝Ｒ×Ｉ２で表わされる。
【００４９】
図１３は第７の実施の形態の焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置の構成例を示す図である。ただし、図１３では、図９に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。また、図１３には、複数の焦電素子がアレイ状に形成された多画素センサの１画素部分の回路構成のみ図示している。
【００５０】
図１３に示す赤外撮像装置９０において、パルスジェネレータ２２は、温度調節器６１を介して、サーミスタ９１にパルス定電流を通電し、これを間欠的に加熱できるようになっている。このサーミスタ９１が、焦電素子５の加熱とその温度制御を行なうために第７の実施の形態の焦電型赤外線センサに形成されるサーミスタである。この赤外撮像装置９０のその他の構成は、上記図９の赤外撮像装置６０と同じである。
【００５１】
撮像対象から発生する赤外線は、焦電素子５へ導かれ、一方、焦電素子５は、パルスジェネレータ２２を用いてパルス定電流が通電されるサーミスタ９１によって間欠的に加熱される。この加熱の際、サーミスタ９１は、焦電素子５の温度が上昇すればその発熱量が低下し、逆に焦電素子５の温度が低下すればその発熱量が上昇する。この性質を利用して、焦電素子５の温度があらかじめ定められた設定温度になるように温度制御する。
【００５２】
撮像対象からの赤外線が焦電素子５に入射すると、サーミスタ９１による１パルスの加熱後の焦電素子５の温度が撮像対象温度に近づく際、焦電素子５には電荷が発生するが、赤外撮像装置９０では焦電素子５が設定温度に加熱されるようになっており、その設定温度と撮像対象温度との差が信号として検出される。
【００５３】
このように、第７の実施の形態の焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置９０では、サーミスタ９１によって焦電素子５の加熱とその温度制御を行なうので、焦電素子５の温度を間欠的に一定温度に安定化することができる。これにより、撮像対象温度を正確に測定することができる。また、この赤外撮像装置９０は、ライトチョッパが不要であり、その小型化、低消費電力化が図れ、ライトチョッパに要していたメンテナンスが不要になる。
【００５４】
なお、上記第７の実施の形態の焦電型赤外線センサにおいては、焦電素子の加熱とその温度制御にサーミスタを用いたが、このサーミスタに代えて、ポジスタを用いても同様の効果が得られる。ポジスタは、温度が上昇するとその抵抗が高くなるため、ポジスタにパルス定電圧を通電することにより、焦電素子の温度が上昇すればポジスタの発熱量が低下し、焦電素子の温度が低下すればポジスタの発熱量が高くなり、焦電素子５が温度制御されるようになる。なお、ポジスタの抵抗をＲ、ポジスタに通電される電圧をＶとすれば、ポジスタの発熱量Ｑは、Ｑ＝Ｖ２／Ｒで表わされる。これにより、焦電素子の温度を間欠的に一定温度に安定化することができるので、撮像対象温度を正確に測定することができる。
【００５５】
以上説明したように、焦電型赤外線センサ内に焦電素子を加熱するための焦電素子加熱用抵抗、ＬＤまたはＬＥＤなどの発熱体を、個々の焦電素子の近傍に配置し、これによって焦電素子を間欠的に一定温度に近づけられるようにした。これにより、この焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置では、ライトチョッパが不要になり、その小型化、低消費電力化が図られる。さらに、ライトチョッパに要していたメンテナンスが不要になる。
【００５６】
また、この焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置では、焦電素子の温度を焦電型赤外線センサ内に形成したサーミスタで検知して、焦電素子の加熱をフィードバック制御することにより、焦電素子を一定温度に加熱することができ、撮像対象温度を正確に測定することができる。
【００５７】
また、焦電素子の加熱とその温度制御をサーミスタやポジスタで行なうようにすることにより、赤外撮像装置による撮像対象温度の測定を正確に行なうことができるようになるとともに、焦電型赤外線センサ自体の構造簡素化、小型化を図ることができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、焦電型赤外線センサの焦電素子近傍に発熱体を配置し、この発熱体に通電して熱を発生させ、その熱を用いてその焦電素子を加熱するようにした。これにより、これまで焦電型赤外線センサを用いる際に必要であったチョッピングを行なうことなく、焦電素子を一定温度に間欠的に変化させることができる。
【００５９】
また、このような焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置は、従来用いられていたライトチョッパが不要になり、装置を小型化、低消費電力化でき、そのメンテナンスを軽減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す平面図である。
【図３】第１の実施の形態の焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置の構成例を示す図である。
【図４】焦電型赤外線センサの抵抗用電極に通電されるパルス電流の一例である。
【図５】第２の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す断面図である。
【図６】第３の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す断面図である。
【図７】第４の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す断面図である。
【図８】第４の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す平面図である。
【図９】第４の実施の形態の焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置の構成例を示す図である。
【図１０】第４の実施の形態の焦電型赤外線センサの抵抗用電極に通電されるパルス電流と焦電素子の温度との関係を示す図であって、（Ａ）は電流の経時変化、（Ｂ）は焦電素子の温度の経時変化である。
【図１１】第５の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す断面図である。
【図１２】第６の実施の形態の焦電型赤外線センサの構成例を示す断面図である。
【図１３】第７の実施の形態の焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置の構成例を示す図である。
【図１４】従来の焦電型赤外線センサを用いた赤外撮像装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１，３０，４０，５０，７０，８０  焦電型赤外線センサ
２  基板
２ａ  孔
３  第１絶縁膜
４  第１焦電素子用電極
５  焦電素子
６  第２焦電素子用電極
７  第２絶縁膜
８  焦電素子加熱用抵抗
８ａ  ＬＤ
８ｂ  ＬＥＤ
９  第１抵抗用電極
１０  第２抵抗用電極
２０，６０，９０  赤外撮像装置
２１  信号処理回路
２２  パルスジェネレータ
２３  表示装置
２４  赤外レンズ
３１  支持脚
３２  第２の基板
５１  第１サーミスタ用電極
５２  第２サーミスタ用電極
５３  サーミスタ
６１  温度調節器
９１  サーミスタ
【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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