(57)【要約】【課題】シャッターなどの特別な機構を必要とすることなく、より検知感度を向上できるセンサ装置とその動作方法、およびセンサシステムを提供する。【解決手段】センサ装置１は、検知領域ＤＡ内の被対象物ＤＦより入射される光を検知するセンサ受光部１００と、センサ受光部１００の角度を変化させながら、検知領域ＤＡ内における走査範囲ＳＬを光学的に走査させる走査駆動部１６と、走査範囲ＳＬを走査する際に、センサ受光部１００の検知出力から被対象物ＤＦの検知判別の基準となる基準温度を算出する基準温度算出回路１４とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射される光を検知するセンサ部と、
前記センサ部の角度を変化させながら、所定の範囲内を走査させる走査駆動部と、
前記所定の範囲内を走査する際に、前記センサ部の検知出力の判別基準となる基準信号を算出する算出部と
を備えることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記センサ部を角度制御可能に保持する保持部と、
前記保持部を介して、前記センサ部の走査方向を制御する角度制御部と
をさらに備え、
前記走査駆動部は、前記角度制御部を制御して前記センサ部を水平方向に走査させることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記センサ部を角度制御可能に保持する保持部と、
前記保持部を介して、前記センサ部の走査方向を制御する角度制御部と
をさらに備え、
前記走査駆動部は、前記角度制御部を制御して前記センサ部を水平方向および垂直方向に走査させることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記センサ部を被覆するカバー部材をさらに備え、
前記カバー部材は、前記センサ部の入射面側に開口窓を有し、
前記算出部は、前記カバー部材の前記開口窓の端部における内面を走査した際の、前記センサ部の検知出力に基づいて前記基準信号を算出することを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記角度制御部は、前記センサ部を水平方向に走査させるための、１組のストレート形状の２対のアクチュエータを有することを特徴とする請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記角度制御部は、前記センサ部を水平方向に走査させるための、１組のじゃばら形状の１対のアクチュエータを有することを特徴とする請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記角度制御部は、前記センサ部を水平方向に走査させるための、１組の半リング形状の１対のアクチュエータを有することを特徴とする請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記センサ部は、前記水平方向と直交する垂直方向に沿って複数の受光部がライン状に配置され、水平方向の走査によって二次元による走査が可能とされていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項９】
前記角度制御部は、前記センサ部を水平方向に走査させるための、１組のストレート形状の２対のアクチュエータと、前記センサ部を垂直方向に走査させるための、１組のストレート形状の２対のアクチュエータとを有することを特徴とする請求項３に記載のセンサ装置。
【請求項１０】
前記センサ部は、焦電型センサチップにより構成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項１１】
前記焦電型センサチップは、焦電体膜を有することを特徴とする請求項１０に記載のセンサ装置。
【請求項１２】
前記焦電体膜は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜、ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛（ＰＬＺＴ）膜、硫化鉛（ＰｂＳ）膜、もしくはチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）膜のいずれかであることを特徴とする請求項１１に記載のセンサ装置。
【請求項１３】
前記焦電型センサチップは、前記焦電体膜よりも膜厚な赤外線吸収体膜を前記焦電体膜上に備えることを特徴とする請求項１１に記載のセンサ装置。
【請求項１４】
前記焦電型センサチップは、前記焦電体膜を被覆する層間膜を介して、前記焦電体膜上に、前記層間膜よりも膜厚な赤外線吸収体膜を備えることを特徴とする請求項１１に記載のセンサ装置。
【請求項１５】
前記赤外線吸収体膜は、赤外線透過率の低いシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１３または１４に記載のセンサ装置。
【請求項１６】
前記センサ部は、舟型形状を有するキャビティ上に配置されることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項１７】
前記角度制御部は、圧電体膜を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項１８】
前記圧電体膜は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜またはランタンドープジルコン酸チタン酸鉛（ＰＬＺＴ）膜のいずれかであることを特徴とする請求項１７に記載のセンサ装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載のセンサ装置を備えることを特徴とするセンサシステム。
【請求項２０】
角度制御可能に保持されたセンサ部を、走査駆動部の制御により角度を変えながら検知領域内の所定の範囲を走査させる工程と、
前記検知領域内の被対象物から入射される光を前記センサ部によって検知する工程と、
前記センサ部による走査時に、前記被対象物の検知判別の基準となる基準信号を算出部により算出する工程と
を有することを特徴とするセンサ装置の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施の形態は、センサ装置とその動作方法、およびセンサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人を検知するためのセンサ装置として、自動ドアなどに使用される焦電型センサが知られている。焦電型センサは、焦電効果によって赤外線を含む光を検知する素子で、温度変化に応じて自発分極をもつ、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）薄膜などを用いて構成される。
【０００３】
焦電型センサは、他の方式の赤外線センサ、特にサーモパイルを用いた熱型赤外線センサに比べ、検知感度に優れるというメリットがある。その反面、電磁波の変動を検知するものであるため、動きの小さい被対象物の場合には検知が難しいというデメリットがある。
【０００４】
このデメリットを解決する方法の１つとして、焦電型センサの検知面（受熱面）に、受熱面への赤外線の放射を所望の周期で遮断するシャッターを配置したセンサ装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１５９５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本実施の形態は、シャッターなどの特別な機構を必要とすることなく、より検知感度を向上できるセンサ装置とその動作方法、およびセンサシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施の形態の一態様によれば、入射される光を検知するセンサ部と、前記センサ部の角度を変化させながら、所定の範囲内を走査させる走査駆動部と、前記所定の範囲内を走査する際に、前記センサ部の検知出力の判別基準となる基準信号を算出する算出部とを備えるセンサ装置が提供される。
【０００８】
本実施の形態の他の態様によれば、上記のセンサ装置を備えるセンサシステムが提供される。
【０００９】
本実施の形態の他の態様によれば、角度制御可能に保持されたセンサ部を、走査駆動部の制御により角度を変えながら検知領域内の所定の範囲を走査させる工程と、前記検知領域内の被対象物から入射される光を前記センサ部によって検知する工程と、前記センサ部による走査時に、前記被対象物の検知判別の基準となる基準信号を算出部により算出する工程とを有するセンサ装置の動作方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本実施の形態によれば、シャッターなどの特別な機構を必要とすることなく、より検知感度を向上できるセンサ装置とその動作方法、およびセンサシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係るセンサ装置の模式的構成図。
【図２】実施の形態に係るセンサ装置の、（ａ）センサモジュールの模式的鳥瞰構成図、（ｂ）図２（ａ）のＩＩａ−ＩＩａ線に沿うセンサモジュールの模式的断面構造図。
【図３】第１の実施の形態に係るセンサ装置に適用可能なセンサモジュールの模式的平面構成図。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿うセンサモジュールの模式的断面構造図。
【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿うセンサモジュールの模式的断面構造図。
【図６】図３のＶＩ−ＶＩ線に沿うセンサモジュールの模式的断面構造図。
【図７】図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿うセンサ受光部の模式的断面構造図。
【図８】第１の実施の形態に係るセンサ装置を説明するために、（ａ）センサモジュールの要部を示す模式的断面図（その１）、（ｂ）センサモジュールの要部を示す模式的断面図（その２）、（ｃ）センサモジュールの要部を示す模式的断面図（その３）。
【図９】第１の実施の形態に係るセンサ装置の温度特性と出力電流特性とを対比して示すもので、（ａ）温度特性の変化の一例を示す模式的特性図、（ｂ）出力電流特性の変化の一例を示す模式的特性図。
【図１０】第１の実施の形態の変形例１に係るセンサ装置に適用可能なセンサモジュールの模式的平面構成図。
【図１１】第１の実施の形態の変形例２に係るセンサ装置に適用可能なセンサモジュールの模式的平面構成図。
【図１２】第２の実施の形態に係るセンサ装置に適用可能なセンサモジュールの模式的平面構成図。
【図１３】第３の実施の形態に係るセンサ装置に適用可能なセンサモジュールの模式的平面構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、実施の形態について説明する。図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１３】
また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。実施の形態は、特許請求の範囲に基づいて種々の変更を加えることができる。
【００１４】
［本実施の形態］
（全体構成）
本実施の形態に係るセンサ装置１の模式的構成は、図１に示すように表される。また、本実施の形態に係るセンサ装置１に適用可能なセンサモジュール１０の模式的構成は、図２に示すように表される。
【００１５】
本実施の形態に係るセンサ装置１は、走査式の焦電型センサであって、図１に示すように、センサ受光部（センサ部）１００を内蔵するセンサモジュール１０と、センサ受光部１００の検知出力である電流値（電荷量）を積分する電流積分器（ＡＦＥ；Analog Front End）１２と、ＡＦＥ１２による積分出力の変化量に基づいて、検知領域ＤＡ内の被対象物ＤＦを検知判別する際の基準温度（基準信号）を算出する基準温度算出回路（算出部）１４と、走査時にセンサ受光部１００の角度を制御する走査駆動部１６と、ＡＦＥ１２からの積分出力の変化量と基準温度算出回路１４からの基準温度とに基づいて被対象物ＤＦを検知判別するための処理を実行すると共に、走査駆動部１６を制御する制御部１８とを備える。なお、被対象物ＤＦとしては、人体に限らず、動物などを含む生体であっても良い。
【００１６】
センサ受光部１００は、いわゆる焦電素子を有する受光部（画素）であって、焦電素子の焦電効果によって、被対象物ＤＦより入射される赤外線を含む光（電磁波の変動）を光学的に検知する。このセンサ受光部１００は、図中にＸで示す水平方向（Ｘ軸方向）への角度を可変できるように構成され、走査式のセンサ装置１を実現している。したがって、検知領域ＤＡ内の被対象物ＤＦを検知判別する際において、センサ受光部１００は、走査範囲ＳＬで示される水平方向に沿って、検知領域ＤＡ内を一次元により水平走査する。
【００１７】
ＡＦＥ１２は、センサ受光部１００の検知出力に応じた積分出力を生成し、それを基準温度算出回路１４または制御部１８に出力する。
【００１８】
基準温度算出回路１４は、センサ受光部１００によって基準温度設定面（基準信号設定面）１０ａを走査した際の、ＡＦＥ１２からの積分出力の変化量に基づいて、被対象物ＤＦの検知判別の基準となる基準温度を算出する。基準温度設定面１０ａは、例えば図２に示すように、センサモジュール１０のキャンパッケージ２００における蓋部（カバー部材）２１０の内部に設けられ、センサ受光部１００による走査範囲ＳＬをさらにＸ軸方向に拡張することで、容易に読み取ることができる。
【００１９】
詳細については後述するが、基準温度設定面１０ａが設けられる蓋部２１０の内面は、走査範囲ＳＬのさらにその外側の領域であって、所定の角度制御範囲Ｐａ（制御角−ω〜＋ω）内の、走査範囲ＳＬを除く部分である。
【００２０】
走査駆動部１６は、センサ受光部１００が、制御角−ω〜＋ωに応じた所定の角度制御範囲Ｐａ内を走査するように、角度の変化（変位）を制御する。
【００２１】
ここで、走査駆動部１６は、センサ受光部１００を一次元によりＸ軸方向に水平走査させる場合に限らず、さらにセンサ受光部１００によるＹ軸方向への垂直走査をも可能とし、検知領域ＤＡ内を二次元的に走査できるように制御することも可能である。この二次元走査の具体例については、後述する第２の実施の形態において、より詳しく説明する。また、センサ受光部１００を水平走査させる一次元の走査において、垂直方向をも含む二次元により同時に走査できるように構成することも可能であり、後述する第３の実施の形態として具体例に説明する。
【００２２】
制御部１８は、走査駆動部１６を制御して、センサ受光部１００による、被対象物ＤＦの走査のタイミングと基準温度設定面１０ａの走査のタイミングとを管理すると共に、検知領域ＤＡ内における被対象物ＤＦの検知判別を行う。この制御部１８による検知判別の結果は、例えば被対象物ＤＦをモニタリングするためのモニタの表示、または自動ドアやエスカレータといった設備機器などの稼働を制御するための信号として利用可能である。
【００２３】
本実施の形態に係るセンサ装置１は、各種のモニタや設備機器などの稼働を制御する人感検知センサとして採用されることにより、様々なセンサシステムを高性能、低コストで実現できる。
【００２４】
すなわち、本実施の形態に係るセンサ装置１は、検知領域ＤＡ内の被対象物ＤＦより入射される光を検知するセンサ受光部１００と、センサ受光部１００の角度を変化させながら、このセンサ受光部１００によって検知領域ＤＡ内における走査範囲ＳＬを光学的に走査させる走査駆動部１６と、走査範囲ＳＬを走査する際に、センサ受光部１００の検知出力の判別基準となる基準温度を算出する基準温度算出回路１４とを備える。
【００２５】
このような構成によれば、センサ受光部１００を走査式としたことによって、動きの小さい被対象物ＤＦの場合であっても、機械式シャッターなどの特別な機構を必要とすることなく、より確実に検知できるようになる。その結果、センサ装置１を人感検知センサとして備えるセンサシステムを構築した場合には、高精度であり、しかも低コストのセンサシステムを実現できる。
【００２６】
（センサモジュール１０の概略）
本実施の形態に係るセンサ装置１に適用可能なセンサモジュール１０の模式的鳥瞰構成は、図２（ａ）に示すように表され、図２（ａ）のＩＩａ−ＩＩａ線に沿うセンサモジュール１０の模式的断面構造は、図２（ｂ）に示すように表される。
【００２７】
センサモジュール１０は、キャンパッケージ２００のベース部２２０のほぼ中央部分にセンサ受光部１００を含む焦電型センサチップ１０１が収容され、その焦電型センサチップ１０１の外囲がキャンパッケージ２００の蓋部２１０によって被覆されている。すなわち、本実施の形態に係るセンサ装置１において、センサ受光部１００は、ベース部２２０と蓋部２１０とで構成されるキャンパッケージ２００内に焦電型センサチップ１０１ごと収納されて、モジュール化されている。
【００２８】
ベース部２２０は、例えば矩形形状を有する高温焼成アルミナ製であり、その収納空間２３０内の長手方向の各端部には、焦電型センサチップ１０１の載置面（ダイボンド面）２２２よりも上段に位置する段部２２４、２２４が形成されている。段部２２４、２２４には、それぞれ、後述する複数の電極パッド２２６、２２６が配置される（図３参照）。
【００２９】
焦電型センサチップ１０１は、その枠体１１２が、ベース部２２０の収納空間２３０内の載置面２２２に対して、樹脂などの接着剤１５０により固着される。なお、焦電型センサチップ１０１は、後述する基板１２１の裏面側よりキャビティ（空間領域）１４０が開口されることによって、枠体１１２および中空状態のセンサ受光部１００が形成される。
【００３０】
蓋部２１０は、ベース部２２０に嵌合可能な矩形形状を有する金属製であり、センサ受光部１００の入射面（受熱面）と対向するほぼ正面の位置に検知窓（開口窓）２１２を有する。その検知窓２１２には、例えば透明ガラス２１４が嵌め込まれている。
【００３１】
すなわち、本実施の形態に係るセンサ装置１は、センサモジュール１０において、キャンパッケージ２００の蓋部２１０に設けられた検知窓２１２内の透明ガラス２１４を介して、被対象物ＤＦより入射される光ＥＷを、水平方向に角度制御可能に設けられた焦電型センサチップ１０１のセンサ受光部１００によって受光するように構成されている。水平方向は、図１に示した検知領域ＤＡ内の走査範囲ＳＬに沿う方向である。
【００３２】
また、蓋部２１０における検知窓２１２の外側の、水平方向の両端部（または、一端部）であって、走査範囲ＳＬを除く、センサ受光部１００の角度制御範囲Ｐａ（−ω〜＋ω）内に対応する内面が、上述の基準温度設定面１０ａとなっている。
【００３３】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態に係るセンサ装置１において、焦電型センサチップ１０１の模式的平面構成は、図３に示すように表される。図３は、焦電型センサチップ１０１をベース部２２０の載置面２２２上に実装した状態（センサモジュール１０の内部構造）を示している。また、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造が図４に、図３のＶ−Ｖ線に沿う模式的断面構造が図５に、図３のＶＩ−ＶＩ線に沿う模式的断面構造が図６に、図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う模式的断面構造が図７に、それぞれ示すように表される。
【００３４】
焦電型センサチップ１０１は、図３〜図７に示すように、センサ受光部１００と、センサ受光部１００の外周を囲むほぼ四角形状の枠体１１２と、枠体１１２に対してセンサ受光部１００を角度制御可能に保持する１対の保持バー（保持部）１１４、１１４と、保持バー１１４、１１４を制御してセンサ受光部１００を水平方向に往復走査（変位）させる１組（２対）のアクチュエータ（水平方向の角度制御部）１３０ａ、１３０ｃおよびアクチュエータ（水平方向の角度制御部）１３０ｂ、１３０ｄとを有する。
【００３５】
枠体１１２のうち、実装時にベース部２２０の段部２２４に対向するＹ方向の枠部材１１２Ｙａ、１１２Ｙｂの上面部には、それぞれ複数の電極パッド１１６が配置されている。各電極パッド１１６は、後述する焦電素子や圧電素子または各電極と接続されると共に、対応する電極パッド２２６との間がＡｕ（金）ワイヤ２０２を介して接続される。
【００３６】
焦電型センサチップ１０１は、枠体１１２内のセンサ受光部１００の下方に舟型形状のキャビティ１４０が形成された、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systeｍs）梁構造を有する。
【００３７】
すなわち、焦電型センサチップ１０１は、ＭＥＭＳ梁構造として、センサ受光部１００などが形成される基板１２１に、キャビティ１４０が舟型に形成された舟型構造を有して形成される。このようなＭＥＭＳ技術の採用により、焦電型センサチップ１０１は、センサ受光部１００を中空構造として形成でき、センサ受光部１００を角度制御が容易な構造とすることができる（図４参照）。
【００３８】
また、このＭＥＭＳ梁構造により、センサ装置１として、冷却機構を必要としない、熱型や量子型のイメージセンサを容易に実現可能である。
【００３９】
焦電型センサチップ１０１についてさらに説明すると、保持バー１１４、１１４のそれぞれは、図３、図６に示すように、一端側がセンサ受光部１００のＸ軸方向のほぼ中央部に支持され、他端側が枠体１１２のＸ軸方向の枠部材１１２Ｘａ、１１２Ｘｂのほぼ中央部に支持されている。保持バー１１４、１１４は、Ｙ方向に沿って配置された、例えば弾性梁（トーションバー）であり、センサ受光部１００をＸ軸方向に角度制御可能に保持する。
【００４０】
保持バー１１４、１１４は、上述のＭＥＭＳ梁構造により、センサ受光部１００および枠体１１２などと共に、一体構造を有して一体的に形成される。
【００４１】
保持バー１１４、１１４のうち、一方の保持バー１１４は、１対のアクチュエータ１３０ａ、１３０ｃによって、他方の保持バー１１４は、１対のアクチュエータ１３０ｂ、１３０ｄによって、それぞれ変位される。
【００４２】
アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄは、いずれも同様の構成であって、その模式的断面構造は図５に示すように表される。
【００４３】
すなわち、アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄは、それぞれストレート形状を有し、例えばキャビティ１４０の形成により薄膜化された基板１２１上に、順に、下部電極１３２、圧電体膜（圧電素子）１３４、上部電極１３６が積層された積層構造を有する。なお、下部電極１３２の露出面上は、絶縁性を有する層間膜１２５によって覆われている。
【００４４】
下部電極１３２は、例えば、膜厚が２００ｎｍ程度の白金（Ｐｔ）／チタン（Ｔｉ）の積層膜で形成され、上部電極１３６は、例えば、膜厚が２００ｎｍ程度の酸化イリジウム（ＩｒＯ2 ）／イリジウム（Ｉｒ）の積層膜またはＡｕ膜で形成される。
【００４５】
圧電体膜１３４は、１μｍ〜３μｍ程度の膜厚を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜やランタンドープジルコン酸チタン酸鉛（ＰＬＺＴ）膜などで形成される。ＰＺＴ膜やＰＬＺＴ膜は、ゾルゲル法などにより形成することができる。
【００４６】
層間膜１２５は、９００ｎｍ程度の膜厚のＳｉＯ2 膜（シリコン酸化膜）などにより形成される。
【００４７】
アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄは、それぞれＸ軸方向に沿って並行に設けられる。一方の１対のアクチュエータ１３０ａ、１３０ｃは、一端側がそれぞれ一方の保持バー１１４に支持され、他端側が枠体１１２のＹ軸方向の枠部材１１２Ｙａ、１１２Ｙｂにそれぞれ支持されている。同様に、他方の１対のアクチュエータ１３０ｂ、１３０ｄは、一端側がそれぞれ他方の保持バー１１４に支持され、他端側が枠体１１２のＹ軸方向の枠部材１１２Ｙａ、１１２Ｙｂにそれぞれ支持されている。
【００４８】
詳細については後述するが、圧電体膜１３４への駆動電圧の制御により、アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂが同時に縮まる方向または延びる方向に、アクチュエータ１３０ｃ、１３０ｄが同時に延びる方向または縮まる方向に、それぞれ変形される。これにより、センサ受光部１００は、保持バー１１４、１１４を軸に、走査範囲ＳＬを含む所定の角度制御範囲Ｐａ内において角度が制御されて、Ｘ軸方向に沿う水平方向に往復走査する。
【００４９】
すなわち、一方の１対のアクチュエータ１３０ａ、１３０ｃは、長手方向をＸ軸方向に沿う方向とし、一方の保持バー１１４の左右の両側に配設され、対向する一端側が保持バー１１４に、他端側が枠体１１２に、それぞれ接続されている。同様に、他方の１対のアクチュエータ１３０ｂ、１３０ｄは、長手方向をＸ軸方向に沿う方向とし、他方の保持バー１１４の左右の両側に配設され、対向する一端側が保持バー１１４に、他端側が枠体１１２に、それぞれ接続されている。
【００５０】
２組の１対のアクチュエータ１３０ａ、１３０ｃと１対のアクチュエータ１３０ｂ、１３０ｄは、圧電素子への駆動電圧の制御により湾曲するように変形される。
【００５１】
ここで、センサ受光部１００をＸ軸方向に変形させる場合、保持バー１１４、１１４の左側に配置されたアクチュエータ１３０ａ、１３０ｂおよび保持バー１１４、１１４の右側に配置されるアクチュエータ１３０ｃ、１３０ｄの各圧電素子が、相互に同位相の駆動電圧により駆動される。換言すれば、１対のアクチュエータ１３０ａ、１３０ｃをそれぞれ駆動する駆動電圧および１対のアクチュエータ１３０ｂ、１３０ｄをそれぞれ駆動する駆動電圧は、相互に逆位相となる。
【００５２】
圧電素子を駆動する駆動電圧の位相を、保持バー１１４、１１４の左右で交互に切り換えることにより、保持バー１１４、１１４は、センサ受光部１００の角度をＸ軸方向に沿う水平方向に交互に変位させる。センサ受光部１００の変位量は、圧電素子を駆動する駆動電圧により制御できるので、駆動電圧を調整することで、センサ受光部１００の変化の角度が−ω〜＋ωの制御角に応じた所定の角度制御範囲Ｐａ内となるように制御可能である。
【００５３】
センサ受光部１００は、図７に示すように、例えばキャビティ１４０の形成により薄膜化された基板１２１上に、下部電極１２２、焦電体膜（焦電素子）１２３、上部電極１２４が順に積層され、さらに絶縁性を有する層間膜１２５によって全体的に覆われた構造を有する。また、例えば層間膜１２５によって埋め込まれた電極層１２６と上部電極１２４との間が、配線層１２７を介して接続されている。
【００５４】
そして、層間膜１２５上には、焦電体膜１２３の位置にほぼ対応して、赤外線透過率が低い、例えばＳｉＯ2 膜１２８が設けられる。
【００５５】
ここで、下部電極１２２は、例えば同一の工程において、下部電極１３２と同じ膜厚（２００ｎｍ）を有し、同じＰｔ／Ｔｉの積層膜を用いて形成される。上部電極１２４は、例えば同一の工程において、上部電極１３６と同じ膜厚（２００ｎｍ）を有し、同じＩｒＯ2 ／Ｉｒの積層膜またはＡｕ膜を用いて形成される。
【００５６】
焦電体膜１２３は、２００ｎｍ〜３００ｎｍ程度の膜厚を有するＰＺＴ薄膜やＰＬＺＴ薄膜などで形成される。ＰＺＴ薄膜やＰＬＺＴ薄膜は、ゾルゲル法などにより形成することができる。また、焦電体膜１２３は、硫化鉛（ＰｂＳ）膜、もしくはチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）膜により形成しても良い。
【００５７】
ＳｉＯ2 膜１２８は、焦電体膜１２３や層間膜１２５よりも十分に膜厚な、例えば２μｍ〜３μｍ厚程度に形成することにより、熱をため込む赤外線吸収体として機能する。赤外線吸収の指向性は、センサ受光部１００の角度の変化に応じて変化する。
【００５８】
（角度制御）
ここで、センサ受光部１００の向き（角度）を変化させるための、アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄの駆動方法について説明する。
【００５９】
第１の実施の形態に係るセンサ装置１において、アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂおよびアクチュエータ１３０ｃ、１３０ｄは、走査の水平方向に対応する水平走査信号としての相互に逆位相の駆動電圧（例えば、周波数が３２ｋＨｚ）で駆動されることにより、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、センサ受光部１００を−ω〜＋ωの制御角に応じた所定の角度制御範囲Ｐａ内で変位させるように角度制御する。
【００６０】
概ね、図８（ａ）および図８（ｃ）に示すポジションが、センサ受光部１００による基準温度設定面１０ａの走査位置であり、図８（ｂ）に示すポジションが、センサ受光部１００による被対象物ＤＦの走査位置である。
【００６１】
（基準温度の算出）
センサ受光部１００の角度の変化に伴って、検知領域ＤＡ内の被対象物ＤＦを走査した際の、温度変化と検知出力（電流）との関係は、図９（ａ）および（ｂ）に示すように表される。
【００６２】
すなわち、図８（ａ）および図８（ｃ）に示すポジションにおいては、センサ受光部１００が基準温度設定面１０ａを走査することにより、入射する赤外線量に対応する検知温度Ｔが、図９(ａ)に示すように、センサモジュール１０内の温度とほぼ同温度（例えば、２５℃程度）となる。
【００６３】
一方、図８（ｂ）に示すポジションにおいては、センサ受光部１００が検知領域ＤＡ内の走査範囲ＳＬを水平方向に走査することにより、入射する赤外線量に対応する検知温度Ｔが、図示Ａのように上昇する。被対象物ＤＦの走査に伴って多少は変動するものの、走査範囲ＳＬを超えて、基準温度設定面１０ａを走査するポジションに移動するまで、その状態が維持される。
【００６４】
これに対し、センサ受光部１００の検知出力に応じた出力電流は、図９（ｂ）に示すように変動し、特に、図示Ａの変化に対応して急激に低下する（図示Ｂ）。
【００６５】
ここで、図９（ｂ）の出力電流とは、センサ受光部１００の角度を変化させたことによって生じた温度の変化を時間により微分したものであって、総電荷量が温度変化量にほぼ等しい。
【００６６】
したがって、この第１の実施の形態に係るセンサ装置１では、基準温度算出回路１４において、センサ受光部１００によって基準温度設定面１０ａを走査した際の検知出力に基づいた検知温度を基準温度として算出すると共に、この基準温度を制御部１８での検知判別の基準として用いることにより、全く動かないような動きの小さい被対象物ＤＦをも、シャッターなどの特別な機構を必要とすることなく、より確実に検知できるようになる。
【００６７】
すなわち、第１の実施の形態に係るセンサ装置１の動作方法は、角度制御可能に保持されたセンサ受光部１００を、走査駆動部１６の制御により角度を変えながら検知領域ＤＡ内を所定の角度制御範囲Ｐａ（−ω〜＋ω）に沿って走査させる工程と、検知領域ＤＡ内の被対象物ＤＦから入射される光ＥＷをセンサ受光部１００によって検知する工程と、センサ受光部１００による走査時に、所定の角度制御範囲Ｐａ内に設けられる基準信号設定面１０ａを走査した際の検知出力に基づいて、被対象物ＤＦの検知判別の基準となる基準温度を基準温度算出回路１４により算出する工程とを有する。
【００６８】
（システムの制御）
第１の実施の形態に係るセンサ装置１を、例えば人感検知センサとして適用可能な自動ドアなどのセンサシステムにおいて、検知領域ＤＡ内をセンサ受光部１００により走査する場合、まず、制御部１８から走査駆動部１６に水平走査信号を出力させる。
【００６９】
次いで、センサ装置１は、水平走査信号を受け取った走査駆動部１６から相互に逆位相の駆動電圧を供給させて、アクチュエータ１３０ａ、１３０ｂおよびアクチュエータ１３０ｃ、１３０ｄを駆動させることにより、センサ受光部１００の角度を−ω〜＋ωの所定の角度制御範囲Ｐａ内で変化させながら、検知領域ＤＡ内の走査範囲ＳＬを水平方向に走査させる。
【００７０】
そして、この水平走査の際に、センサ装置１は、センサ受光部１００に基準温度設定面１０ａを読み取らせ、その時のセンサ受光部１００の検知出力を、ＡＦＥ１２を介して、基準温度算出回路１４に出力させる。ＡＦＥ１２からは、基準温度算出回路１４に対して、積分出力として、基準温度設定面１０ａを走査した際の検知出力に応じた温度変化量が出力される。
【００７１】
次いで、センサ装置１は、基準温度算出回路１４にＡＦＥ１２からの出力に基づいた基準温度を算出させた後、それを制御部１８に出力させる。制御部１８では、その基準温度が内蔵するメモリ素子（不図示）などに格納される。
【００７２】
この後、センサ装置１は、基準温度設定面１０ａの走査に連続してセンサ受光部１００に走査範囲ＳＬを水平走査させ、その時のセンサ受光部１００の検知出力を、ＡＦＥ１２により積分出力に変換させる。そして、その温度変化量を、制御部１８に出力させる。
【００７３】
最後に、センサ装置１は、制御部１８において、ＡＦＥ１２からの出力と基準温度とに基づいて人感検知処理を実行させる。すなわち、制御部１８は、センサ受光部１００を角度制御しながら走査範囲ＳＬを水平方向に走査した際の温度変化量と基準温度設定面１０ａを走査した際の基準温度とを比較し、被対象物ＤＦが検知判別された際には、例えば自動ドアに開閉のための制御信号を出力する。
【００７４】
上記したように、第１の実施の形態に係るセンサ装置１は、センサ受光部１００の角度の変化に伴って検知領域ＤＡ内の走査範囲ＳＬを光学的にＸ軸方向に沿う水平方向に走査すると共に、センサ受光部１００の制御角をさらに拡張し、その拡張した領域において、基準温度設定面１０ａを走査することによって被対象物ＤＦの検知判別の基準となる基準温度を獲得するようにしている。したがって、この第１の実施の形態に係るセンサ装置１によれば、動きの小さい被対象物ＤＦを検知する場合にも、シャッターなどの特別な機構を必要とすることなく、より検知感度を向上できる。
【００７５】
（変形例１）
第１の実施の形態の変形例１に係るセンサ装置に適用可能なセンサモジュール１０Ｂの模式的平面構成は、図１０に示すように表される。なお、図１０は、センサ受光部１００をベース部２２０の載置面２２２上に実装した状態（センサモジュール１０Ｂの内部構造）を示している。
【００７６】
変形例１に係るセンサモジュール１０Ｂは、図１０に示すように、１組の半リング形状の１対のアクチュエータ４３０ａ、４３０ｂ（水平方向の角度制御部）を有し、この半リング形状の１対のアクチュエータ４３０ａ、４３０ｂによって、センサ受光部１００の水平方向に対する角度制御を行うようになっている。
【００７７】
変形例１の焦電型センサチップ４００は、四角形状とされたセンサ受光部１００と、そのセンサ受光部１００の第１の角部に一端側が支持され、他端側が枠体４１２に支持された一方の保持バー４１４と、第１の角部と対角する第２の角部に一端側が支持され、他端側が枠体４１２に支持された他方の保持バー４１４とが設けられている。
【００７８】
１対のアクチュエータ４３０ａ、４３０ｂは、半リング状に湾曲した円弧の一端側が一方の保持バー４１４に、他端側が他方の保持バー４１４に、それぞれ接続されている。
【００７９】
駆動電圧の制御により、アクチュエータ４３０ａ、４３０ｂの一方が縮まる方向または延びる方向に、アクチュエータ４３０ａ、４３０ｂの他方が延びる方向または縮まる方向に、それぞれ変形されることにより、所定の角度制御範囲Ｐａ内において、センサ受光部１００の角度を水平方向に変位させる。これにより、走査範囲ＳＬ内の水平方向の走査と、基準温度設定面１０ａの読み取りとが行われる。
【００８０】
なお、図中に示す電極パッド４１６は、対応する電極パッド２２６と接続するためのもので、図示していない焦電素子や圧電素子または各電極と接続されている。
【００８１】
このように、センサ装置に適用可能なセンサモジュールとしては、第１の実施の形態の変形例１に係るセンサモジュール１０Ｂのような構成とすることも可能である。
【００８２】
この第１の実施の形態の変形例１に係るセンサモジュール１０Ｂによれば、シャッターなどの特別な機構を必要とすることなく、より検知感度を向上できると共に、１組の１対のアクチュエータ４３０ａ、４３０ｂを駆動する駆動電圧を制御することによって、Ｘ軸方向に沿う一次元の水平方向の走査が可能となるため、より構成の簡素化が可能である。
【００８３】
（変形例２）
第１の実施の形態の変形例２に係るセンサ装置に適用可能なセンサモジュール１０Ｃの模式的平面構成は、図１１に示すように表される。なお、図１１は、センサ受光部１００をベース部２２０の載置面２２２上に実装した状態（センサモジュール１０Ｃの内部構造）を示している。
【００８４】
変形例２に係るセンサモジュール１０Ｃは、図１１に示すように、１組のじゃばら形状の１対のアクチュエータ５３０ａ、５３０ｂ（水平方向の角度制御部）を有し、このじゃばら形状の１対のアクチュエータ５３０ａ、５３０ｂによって、センサ受光部１００の水平方向に対する角度制御を行うようになっている。
【００８５】
変形例２の焦電型センサチップ５００は、収納空間２３０の長手方向（Ｙ軸方向）のほぼ中央にセンサ受光部１００が搭載される載置台（保持部）５２０を有し、この載置台５２０の一端側が、アクチュエータ５３０ａ、５３０ｂを介して、枠体５１２の短手方向（Ｘ軸方向）の枠部材に支持されている。
【００８６】
１対のアクチュエータ５３０ａ、５３０ｂは、平行に配列された複数のカンチレバーをじゃばら形状に連結したミアンダ型構造となっている。カンチレバーごとに、駆動電圧の位相が交互に切り換えられることによって、アクチュエータ５３０ａ、５３０ｂは、載置台５２０ごと、センサ受光部１００の角度を水平方向に変位させる。これにより、走査範囲ＳＬ内のＸ軸方向に沿う水平方向の走査と、基準温度設定面１０ａの読み取りとが行われる。
【００８７】
なお、図中に示す電極パッド５１６は、対応する電極パッド２２６と接続するためのもので、図示していない焦電素子や圧電素子または各電極と接続されている。
【００８８】
このように、センサ装置に適用可能なセンサモジュールとしては、第１の実施の形態の変形例２に係るセンサモジュール１０Ｃのような構成とすることも可能である。
【００８９】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態に係るセンサ装置に適用可能なセンサモジュール１０Ａの模式的平面構成は、図１２に示すように表される。なお、図１２は、焦電型センサチップ１０１を小型のＭＥＭＳ素子とし、このＭＥＭＳ素子を含む大型のＭＥＭＳ素子３００を、ベース部２２０の載置面２２２上に実装した状態（センサモジュール１０Ａの内部構造）を示している。また、第１の実施の形態に係るセンサ装置１に適用可能なセンサモジュール１０と同一の部分には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００９０】
第２の実施の形態に係るセンサ装置に適用可能なセンサモジュール１０Ａは、図１２に示すように、互いに直交するＸ軸およびＹ軸の二方向にセンサ受光部１００の角度を変化させながら水平走査および垂直走査できるように構成されている。
【００９１】
すなわち、センサモジュール１０Ａは、水平方向の角度制御部としてのストレート形状の２対のアクチュエータ１３０ａ、１３０ｃおよびアクチュエータ１３０ｂ、１３０ｄとは異なる、垂直方向の角度制御部としての、ストレート形状の２対のアクチュエータ３３０ａ、３３０ｂおよびアクチュエータ３３０ｃ、３３０ｄをさらに備え、アクチュエータ３３０ａ、３３０ｃおよびアクチュエータ３３０ｂ、３３０ｄによって、焦電型センサチップ１０１ごと、センサ受光部１００の垂直方向に対する角度制御が行われるようになっている。なお、基準温度設定面１０ａの読み取りは、走査範囲ＳＬの水平方向の走査時に行われる。
【００９２】
焦電型センサチップ１０１は、Ｙ軸方向のほぼ中央部に一端側が支持され、他端側が枠体３１２に支持された一方の保持バー３１４と、Ｙ軸方向のほぼ中央部に一端側が支持され、他端側が枠体３１２に支持された他方の保持バー３１４とによって、中空状態により設けられている。
【００９３】
１対のアクチュエータ３３０ａ、３３０ｂは、長手方向をＹ軸方向に沿う方向とし、対向する一端側が一方の保持バー３１４に、他端側が枠体３１２に、それぞれ支持されている。同様に、１対のアクチュエータ３３０ｃ、３３０ｄは、長手方向をＹ軸方向に沿う方向とし、対向する一端側が他方の保持バー３１４に、他端側が枠体３１２に、それぞれ接続されている。
【００９４】
なお、図中に示す電極パッド３１６は、対応する電極パッド２２６または電極パッド１１６と接続するためのもので、図示していない焦電素子や圧電素子または各電極と接続されている。
【００９５】
第２の実施の形態に係るセンサ装置１において、アクチュエータ３３０ａ、３３０ｃおよびアクチュエータ３３０ｂ、３３０ｄは、走査の垂直方向に対応する垂直走査信号としての相互に逆位相の駆動電圧（例えば、周波数が１ｋＨｚ）で駆動されることにより、１水平走査ごとに、繰り返しセンサ受光部１００を垂直方向に変位させるように角度制御する。
【００９６】
第２の実施の形態に係るセンサモジュール１０Ａが適用されるセンサ装置によれば、図１に示した検知領域ＤＡ内を、センサ受光部１００によってＸ軸方向に沿う水平方向およびＹ軸方向に沿う垂直方向の二次元により走査できるようになる。したがって、単に、シャッターなどの特別な機構を必要とすることなく、被対象物ＤＦの検知感度をより向上できるのみでなく、モニタ上に、被対象物ＤＦを二次元の画像として表示させることも可能となる。
【００９７】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態に係るセンサ装置に適用可能なセンサモジュール１０Ｄの模式的平面構成は、図１３に示すように表される。なお、図１３は、複数のセンサ受光部１００が載置台（基板）７００上にライン状に配置された焦電型センサチップ６００を、ベース部２２０の載置面２２２上に実装した状態（センサモジュール１０Ｄの内部構造）を示している。また、第１の実施の形態に係るセンサ装置１に適用可能なセンサモジュール１０と同一の部分には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００９８】
第３の実施の形態に係るセンサ装置に適用可能なセンサモジュール１０Ｄは、図１３に示すように、複数のセンサ受光部１００がＹ軸方向に沿ってライン状に配置された載置台７００の、水平方向に対する角度を制御可能とし、複数のセンサ受光部１００による１水平走査によって、検知領域ＤＡ内を一度に垂直走査できるように構成されている。基準温度設定面１０ａの読み取りは、走査範囲ＳＬの水平方向の走査時に行われる。
【００９９】
なお、図中に示す電極パッド３１６は、対応する電極パッド２２６と接続するためのもので、図示していない焦電素子や圧電素子または各電極と接続されている。
【０１００】
第３の実施の形態に係るセンサモジュール１０Ｄが適用されるセンサ装置によっても、図１に示した検知領域ＤＡ内を、水平方向への一次元の走査により、Ｘ軸方向に沿う水平方向およびＹ軸方向に沿う垂直方向の二次元により走査できるようになる。したがって、単に、シャッターなどの特別な機構を必要とすることなく、被対象物ＤＦの検知感度をより向上できるのみでなく、モニタ上に、被対象物ＤＦを二次元の画像として表示させることも可能となる。
【０１０１】
特に、複数の画素をｍ×ｎのマトリクス状に配置したＦＰＡ（Focal Plan Array）型のイメージセンサなどに比べ、画素数を削減できるなどの構造の簡素化が可能であり、小面積でありながら、画素特性を向上できると共に、シーケンシャルな読み取りなどの複雑な制御も不要となる。
【０１０２】
なお、複数のセンサ受光部１００を備えるセンサモジュール１０Ｄは、１組の２対のアクチュエータ１３０ａ、１３０ｃおよびアクチュエータ１３０ｂ、１３０ｄによって（図３参照）、または１組の半リング形状の１対のアクチュエータ４３０ａ、４３０ｂによって（図１０参照）、または１組のじゃばら形状の１対のアクチュエータ５３０ａ、５３０ｂによって（図１１参照）、それぞれ駆動する構成としても良い。
【０１０３】
また、各実施の形態においては、基準温度設定面１０ａを、走査範囲ＳＬ内の被対象物ＤＦの検知を妨げない位置に設けるようにしても良い。
【０１０４】
[その他の実施の形態]
上記のように、いくつかの実施の形態を記載したが、開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、各実施の形態を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【０１０５】
このように、実施の形態は、ここでは記載していない様々な態様を含む。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本実施の形態に係るセンサ装置は、人感検知センサなどの各種の焦電型センサに適用することができる。また、このようなセンサ装置は、モニタ監視システムまたは自動ドアやエスカレータといった設備機器などの各種のセンサシステムに応用することができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１…センサ装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…センサモジュール
１０ａ…基準温度設定面（基準信号設定面）
１２…ＡＦＥ
１４…基準温度算出回路（算出部）
１６…走査駆動部
１８…制御部
１００…センサ受光部（センサ部）
１０１、４００、５００、６００…焦電型センサチップ
１１２、３１２、４１２、５１２…枠体
１１２Ｘａ、１１２Ｘｂ、１１２Ｙａ、１１２Ｙｂ…枠部材
１１４、３１４、４１４…保持バー（保持部）
１１６、２２６、３１６、４１６、５１６…電極パッド
１２１…基板
１２２、１３２…下部電極
１２３…焦電体膜（焦電素子）
１２４、１３６…上部電極
１２５…層間膜
１２６…電極層
１２７…配線層
１２８…ＳｉＯ2 膜（赤外線吸収体）
１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、３３０ａ、３３０ｂ、３００ｃ、３００ｄ、４３０ａ、４３０ｂ、５３０ａ、５３０ｂ…アクチュエータ（角度制御部）
１３４…圧電体膜（圧電素子）
１４０…キャビティ（空間領域）
１５０…接着剤
２００…キャンパッケージ
２０２…Ａｕ（金）ワイヤ
２１０…蓋部（カバー部材）
２１２…検知窓（開口窓）
２１４…透明ガラス
２２０…ベース部
２２２…載置面（ダイボンド面）
２２４…段部
２３０…収納空間
３００…ＭＥＭＳ素子
５２０、７００…載置台
ＤＡ…検知領域
ＤＦ…被対象物
ＳＬ…走査範囲
【図１】
2017083225.tif 000003
【図２】
2017083225.tif 000004
【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】
2017083225.tif 000012
【図１１】
2017083225.tif 000013
【図１２】
2017083225.tif 000014
【図１３】
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