专利名称：检测装置、传感器设备以及电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测装置、传感器设备以及电子设备等。
背景技术：
在现有技术中，已知有一种使用热电元件的红外线检测装置。例如，从人体辐射出波长为10 μ m左右的红外线，通过对其进行检测从而可以通过非接触的方式获得人体存在或温度的信息。因此，通过使用这样的红外线检测电路从而可以实现入侵检测或物理量的测量。作为红外线检测装置的现有技术，众所周知有例如在专利文献I中所公开的技术。在专利文献I的现有技术中，使用斩波器(Chopper)，边反复对热电元件照射/遮断红外线，边变化热电元件的温度以产生热电流，通过该热电流对热电元件本身进行充电来检测电压信号。但是，在上述现有技术中，由于热电元件所使用的铁电体的相对介电常数非常高， 所以必然热电元件的电容会变大，从而无法获得较大的电压信号。其结果导致出现难以提高检测装置的灵敏度的问题。专利文献I :特开昭59142427号公报
发明内容
根据本发明的几个实施方式，可以提供一种可提高检测灵敏度的检测装置、传感器设备以及电子设备等。本发明的一个实施方式涉及检测装置，其包括串联设置在检测节点和第一电源节点之间的第一热电元件至第n(n是大于等于2的整数)热电元件；以及与所述检测节点连接的检测电路，所述第一热电元件至所述第η热电元件的极化方向设定为相同方向。根据本发明的一个实施方式，通过串联将极化方向设定为相同方向的η个热电兀件，从而在检测红外线时可以获得是从一个热电元件获得的电压的η倍的电压信号。其结果，可以不改变例如热电元件的材料、膜厚就可以提高检测装置的灵敏度，能够诸如进一步提闻检测精度等。并且，在本发明的一个实施方式中，还可以包括极化电路，所述极化电路进行将所述第一热电元件至所述第η热电元件的极化方向设定为相同方向的极化处理。据此，通过极化电路可以将η个热电元件的极化方向调整为相同方向。其结果，可以在例如工厂出货时、开始使用之前进行极化处理，且可将η个热电元件的极化方向整理为相同的方向。并且，在本发明的一个实施方式中，所述极化电路也可以对所述第一热电元件一端的节点、即第一连接节点施加使所述第一热电元件至所述第η热电元件向相同方向极化的极化用电压。据此，由于向串联的η个热电元件的各热电元件施加分压后的极化电压，所以可以将η个热电元件的极化方向设定为相同方向。并且，在本发明的一个实施方式中，所述极化电路包括设置在极化用电压供给节点和所述第一连接节点之间的第一开关元件；以及设置在所述第一连接节点和所述检测节点之间的第二开关元件，在检测期间，所述极化电路将所述第一开关元件设定为断开状态， 并将所述第二开关元件设定为导通状态，在所述极化处理期间，所述极化电路将所述第一开关元件设定为导通状态，并将所述第二开关元件设定为断开状态。据此，在检测期间，在不对η个热电元件施加极化电压的状态下，可以向检测电路输入来自热电元件的电压信号。另一方面，在极化处理期间，在不向检测电路输入极化电压的状态下，可以进行热电元件的极化处理。并且，在本发明的一个实施方式中，还可以包括设置在所述第一连接节点和所述第一电源节点之间且极化方向与所述第一热电元件至所述第η热电元件不同的至少一个热电元件。据此，在存在干扰、环境温度变化的情况下，由于从极化方向不同的热电元件产生相反方向的热电流，所以可以降低干扰、环境温度的变化。其结果，可以稳定且更高精度地进行红外线检测等，而不受干扰、环境温度的影响。并且，在本发明的一个实施方式中，所述极化电路包括监视是否正常进行了所述极化处理的极化监视电路。据此，在未正常进行极化处理的情况下，由于可以再次进行极化处理，所以可以进行可靠性高的红外线检测等。并且，在本发明的一个实施方式中，还可以包括支撑所述第一热电元件至所述第 η热电元件的共用支撑部件，所述第一热电元件至所述第η热电元件形成在所述共用支撑部件上。据此，由于在共用支撑部件上设置了 η个热电元件，所以可以减小一个传感器的面积。其结果，在多个传感器单元阵列状配置的传感器阵列中，可以诸如高密度地配置传感器单元等。并且，在本发明的一个实施方式中，还可以包括支撑所述第一热电元件至所述第 η热电元件的第一支撑部件至第η支撑部件，所述第一热电元件至所述第η热电元件分别形成在对应的所述第一支撑部件至所述第η支撑部件上。据此，可以减小η个支撑部件的各支撑部件的面积，所以可以降低热电元件的热容量。其结果，可以诸如提高红外线检测的灵敏度等。并且，在本发明的一个实施方式中，可以包括所述第一支撑部件至所述第η支撑部件共用的共用空腔区域，所述共用空腔区域设置在所述第一支撑部件至所述第η支撑部件的下方。据此，可以将η个热电元件及η个支撑部件与基板热分离。其结果，可以提高诸如红外线检测的灵敏度等。并且，在本发明的一个实施方式中，还可以包括与所述第一支撑部件至所述第η 支撑部件对应的第一空腔区域至第η空腔区域，所述第一空腔区域至所述第η空腔区域分别形成在对应的所述第一支撑部件至所述第η支撑部件的下方。据此，可以将各热电元件及各支撑部件与基板热分离。其结果，可以诸如提高红外线检测的灵敏度等。并且，本发明的另一实施方式涉及包括上述任一项记载的检测装置的传感器设备。并且，本发明的其他实施方式涉及传感器设备，其包括具有多个传感器单元的传感器阵列；一条或多条行线；一条或多条列线；与所述一条或多条行线连接的行选择电路； 以及与所述一条或多条列线连接的读出电路，所述多个传感器单元的各传感器单元包括: 串联设置在检测节点和第一电源节点之间的第一热电元件至第n(n是大于等于2的整数) 热电元件；与所述检测节点连接的检测电路；以及极化电路，所述极化电路进行将所述第一热电元件至所述第η热电元件的极化方向设定为相同方向的极化处理。根据本发明的其他实施方式，通过串联极化方向相同的η个热电元件，从而可以获得是从一个热电元件获得的信号的η倍的电压电平的信号。其结果，由于可以提高传感器设备的检测灵敏度，所以可以实现例如高灵敏度的红外线照相机等。本发明的其他实施方式涉及包括上述任一项记载的传感器设备的电子设备。
图I是检测装置的基本构成例。图2是示出入射红外线的功率和输出信号之间的关系的坐标图。图3的(A)、⑶是检测电路的第一、第二构成例。图4是热电元件的第一构成例。图5的(A)、⑶是热电元件的第一构成例的截面图。图6的(A)、⑶是热电元件的第二、第三构成例。图7是检测装置的变形例。图8的(A)、⑶是传感器设备的构成例。图9是传感器阵列的详细构成例。图10是包括传感器设备的电子设备的构成例。
具体实施例方式下面，对本发明的优选实施方式进行详细说明。以下所说明的本实施方式并不是对权利要求书所记载的本发明的内容进行的不当限定，并不是全部在本实施方式中说明的结构作为本发明的解决手段都是必须的。I.热电元件在本实施方式的检测装置中，使用热电元件(热传感器元件、红外线检测元件、热式光检测元件、铁电体元件)作为检测红外线等的元件。热电元件例如是使用锆钛酸铅 (PZT)等铁电体的元件，其使用由于热电元件的温度变化而产生的热电流来检测红外线。具体而言，通过斩波器等周期性地遮断向热电元件照射的红外线，从而使热电元件的温度变化以产生热电流，通过该热电流对热电元件本身进行充电来检测电压信号。该电压信号越大，检测装置的灵敏度越高，且也能提高检测精度。下面，对用于增大所检测的电压信号的条件进行说明。如果将通过热电流对热电元件进行充电的总电荷量设为Q，将热电元件的电容(capacitance)设为C,则通过下式计算所检测的电压信号M。Δ V = Q/C (I)如果将热电元件的温度变化设为AT，将热电系数设为P，将热电元件的面积设为 S，则通过下式计算总电荷量Q。Q = pXSXAT (2)并且，如果将铁电体(热电体)的相对介电常数设为ε，将真空介电常数设为 ε 0，将铁电体的膜厚设为d，则通过下式计算热电元件的电容C。C= ε X ε OXS/d (3)根据式⑴ (3)，电压信号AV如下所示。AV = pX ATXd/( ε X ε O) (4)根据式(4)可知，为了增大电压信号AV，需要增大热电系数P、温度变化AT及铁电体的膜厚d，并减小铁电体的相对介电常数ε。热电系数P相当于铁电体的自发极化相对于温度变化的变化量，其大小依赖于材料，且只要是低于居里点的温度则大致是一定的。例如，在是锆钛酸铅(PZT)的情况下，热电系数P是50nC/K/cm2这样优选的值。温度变化Λ T是接收红外线前后的热电元件的温度差。为了增大温度变化AT，则需要减小包括热电元件的整个传感器的热容量，且抑制传感器与其周围之间的热传导，以便易于提高热电元件的温度。例如，使用以下的构造为了减小热容量，而形成薄膜(IOOnm 左右)的ΡΖΤ，并通过MEMS技术热分离包括热电元件的传感器。对于铁电体的膜厚d而言，根据式(4)可知，为了增大电压信号AV而优选增大膜厚d。但是，如果增大膜厚d，则存在导致增大包括热电元件的整个传感器的热容量的问题。虽然铁电体的相对介电常数ε由材料而确定，但例如在PZT的情况下，由于有时是1000左右，所以导致存在电容C增大这样的问题。这样，为了增大温度变化Λ Τ，如果减小热容量而形成薄的膜厚d，则导致电容C增大。由于电容C增大，结果电压信号AV无法增大。相反，如果减小电容C而增厚膜厚d，则热容量增大，温度变化AT减小，其结果电压信号AV无法增大。对于减小相对介电常数ε，例如在PZT的情况下，通过材料的组成比的变更、成膜工艺最优化等虽然能够降低相对介电常数，但难以显著降低相对介电常数ε。并且，作为 PZT以外的相对介电常数低的铁电体材料，虽然可列举出聚偏氟乙烯(PVDF)等有机铁电体等，但由于材料的可靠性存在问题、热电系数与PZT相比低一位数以上等，而存在无法期待足够的性能等问题。2.检测装置图I中示出了本实施方式的检测装置的基本构成例。本实施方式的检测装置包括第一至第η (η是大于等于2的整数)的热电元件PYl ΡΥη、检测电路20、极化电路30。此外，本实施方式的检测装置并不仅限于图I的构成，也可以是将其构成要素的一部分省略或置换为其他的构成要素、或追加其他构成要素等各种变形实施方式。第一至第η热电元件PYl PYn串联设置在检测节点ND和第一电源节点VSS之间。并且，第一至第η热电元件PU PYn的极化方向被设定为相同方向。检测电路20与检测节点ND连接，其检测基于第一至第η热电元件PYl PYn的热电流的电压信号，输出检测信号VDET。将在后面对检测电路20的具体构成进行说明。极化电路30进行将第一至第η热电元件PYl PYn的极化方向设定为相同方向的极化处理。具体地说，极化电路30对第一热电元件PYl —端的节点即第一连接节点NI 施加使第一至第η热电元件PYl PYn向相同方向极化的极化用电压VP0L。更为具体地说，极化电路30包括设置在极化用电压供给节点NP和第一连接节点 NI之间的第一开关元件SW1、以及设置在第一连接节点NI和检测节点ND之间的第二开关元件SW2。此外，极化电路30包括对第一、第二开关元件进行控制的开关控制电路SWCL。在检测红外线的期间即检测期间，极化电路30将第一开关元件SWl设定为断开状态，将第二开关元件SW2设定为导通状态。这样，在检测期间，基于第一至第η热电元件 PYl PYn的热电流的电压信号通过第二开关元件SW2被输入给检测电路20。并且，在极化处理的期间，极化电路30将第一开关元件SWl设定为导通状态，将第二开关元件SW2设定为断开状态。这样，在极化处理期间，使第一至第η热电元件PYl PYn向相同方向极化的极化用电压VPOL通过第一开关元件SWl被施加给第一连接节点NI。 分压后的极化电压(例如VPOL/n电压)被施加给第一至第η热电元件PYl PYn的各热电元件，通过该电压，各热电元件的极化方向被设定为同一方向。此外，在图I中，通过箭头示出了各热电元件的极化方向。虽然在图I中箭头标记为向下，但在以各热电元件的检测节点ND侧的电极为上部电极并以第一电源节点VSS侧的电极为下部电极的情况下，该极化方向是在上部电极侧产生负(_)的极化电荷且在下部电极侧产生正(+)的极化电荷的极化方向。该极化处理也可以在例如工厂出货时进行，或者也可以在用户开始使用之前进行。如图I所示，在本实施方式的检测装置中，串联有η个热电元件PYl PYn，此时的整体电容Ctot通过下式表示。Ctot = C/n (5)这里，C是一个热电元件的电容。因此，串联了 η个热电元件时的电压信号AVtot如下所示。Δ Vtot = nX(pXATXd/(e X ε O))= nX AV (6)如上所述，通过串联极化方向相同的η个热电元件，从而可以获得从一个热电元件获得的电压信号AV的η倍的电压信号。此外，在本实施方式的检测装置中，极化电路30也可以包括极化监视电路PMT。该极化监视电路PMT监视是否正常进行了极化处理。具体地说，极化监视电路PMT在极化监视期间，通过开关控制电路SWCL分别将第一开关元件SWl设定为断开状态，将第二开关元件SW2设定为导通状态，根据检测电路20的检测结果监视是否正常进行了极化处理。也就是说，通过判断来自检测电路20的检测信号VDET是否是规定的电压，从而监视是否正常进行了极化处理。在未正常进行极化处理的情况下，可以再次进行极化处理。图2是示出入射红外线的功率和输出信号(电压信号)之间的关系的坐标图。在图2中示出了串联了十个热电元件的情况和一个热电元件的情况。根据图2可知，串联十个热电元件时的输出信号增加为一个时的大致十倍。
这样，根据本实施方式的检测装置，通过串联极化方向相同的η个热电元件，从而可以获得从一个热电元件获得的输出信号的η倍的输出信号。其结果，不改变热电体(铁电体)材料、膜厚就可以提高检测装置的灵敏度，并可提高检测精度。3.检测电路图3(A)、图3(B)示出了本实施方式的检测装置中使用的检测电路20的第一及第二构成例。本实施方式的检测电路20并不仅限于图3(A)、图3(B)的构成，也可以是其构成要素的一部分被省略或置换为其他构成要素、或追加其他构成要素等各种变形实施方式。如图3(A)所示的第一构成例包括N型耗尽晶体管TN以及电阻R。N型耗尽晶体管TN和电阻R串联在第二电源节点VCC(高电位侧电源节点)和第一电源节点VSS(低电位侧电源节点)之间，且构成源输出电路(source follower circuit)。在N型晶体管TN的栅极(检测节点ND)被输入来自热电元件的电压信号AV，N 型晶体管TN的源极与电阻R的一端连接。由这些晶体管TN和电阻R构成源输出电路，其增益大致为I。并且，从与N型晶体管TN的源极相对应的输出节点NQ输出随电压信号Λ V 变化的检测信号VDET (输出电压)。第一构成例的检测电路具有容易受到制造误差的影响的缺点。所谓制造误差是指例如晶体管TN的电流供给能力的误差、阈值的误差、形状的误差、电阻R的薄层电阻值的误差、电阻R的形状的误差等。此外，一般在IC基板上制造的电阻的特性误差与晶体管的特性误差相比变动更大。并且，依赖于制造条件变动的电阻特性变动与晶体管的特性变动不关联。因此，第一构成例的检测电路的输出电压VDET的误差变大。此外，要使由晶体管TN和电阻R构成的源输出电路操作，晶体管TN稳定导通是必要的。并且，晶体管TN的栅极电压是大致0V。因此，为了导通晶体管ΤΝ，需要设计为晶体管TN的源极电压、即检测电路的输出电路VDET为与晶体管TN的阈值的绝对值相比十分低的电压。在IC基板上形成传感器阵列的情况下，接收检测电路的输出的放大电路、A/D转换器通过CMOS工艺被设计成连接于与检测电路的GND端子(VSS端子)相同电位的GND端子的小型电路。此时，如果这些电路的输入电压接近0V( = GND端子电位)，则会发生电路的能力降低或不工作等问题。如图3(B)所示的第二构成例的检测电路是能解决上述问题的电路，其包括串联在第二电源节点VCC和第一电源节点VSS之间的第一 P型晶体管TPl和第二 P型晶体管 TP2。这些第一 P型晶体管TP1、第二 P型晶体管TP2构成源输出电路。也就是说，针对来自热电元件的电压信号的小信号振幅变化，增益大致为I的振幅的电压被作为检测信号 VDET (输出电压)输出。第一 P型晶体管TPl (P型MOS晶体管)设置在检测电路的输出节点NQ和第一电源节点VSS(低电位侧电源节点)之间。例如，在图3中，TPl的源极与输出节点NQ连接， 漏极与第一电源节点VSS连接，来自热电元件的电压信号AV被输入给栅极。第二 P型晶体管TP2 (P型MOS晶体管)设置在第二电源节点VCC (高电位侧电源节点)和输出节点NQ之间。例如，在图3(B)中，TP2的源极与第二电源节点VCC连接，漏极与输出节点NQ连接,栅极被设定为基准电压VR = Vcc-Vconsto这里,Vcc表示高电位侧电源VCC的电压，Vconst是恒压(固定电压)。
并且，P型晶体管TPl的基板电位被设定为TPl的源极电位。例如，在图3(B)中， TPl的基板电位与输出节点NQ连接。并且，P型晶体管TP2的基板电位被设定为TP2的源极电位。例如，在图3(B)中，TP2的基板电位与第二电源节点VCC连接。这样，P型晶体管TP1、TP2的基板电位被设定为其源极电位，从而可以防止由于基板偏压效果引起的TP1、 TP2的阈值电压的变动，所以可以使TPl和TP2的阈值电压更接近。此外，也可以实施将P 型晶体管TP1、TP2的基板电位都设定为VCC电位的变形。此外，P型晶体管TPl和TP2的栅极长度及栅极宽度至少有一个是相同的。更优选TPl和TP2的栅极长度和栅极宽度两者都相同。这样，可以使P型晶体管TP1、TP2的阈值电压等元件特性接近，可以抑制由于制造工艺变动等引起的检测信号VDET(输出电压) 的变动。下面，对第二构成例的检测电路的操作进行更为详细的说明。如图3(B)所示，晶体管TP2的栅极被设定为基准电压VR = Vcc-Vconst0因此，晶体管TP2的栅极-源极间电压是Vconst，TP2在饱和区域动作，所以几乎全部由栅极-源极间电压Vconst和阈值电压确定的电流Il流入TP2。另一方面，由于晶体管TPl与晶体管TP2串联，所以在TPl也流动有相同的电流 II。此外，晶体管TPl的基板电位与晶体管TP2同样地被设定为源极电位。因此，可以使晶体管TPl的阈值电压和晶体管TP2的阈值电压相等。此外，如果晶体管TPl在饱和区域动作且晶体管TPl和TP2是相同晶体管尺寸(栅极宽度、栅极长度相同)，则TPl的栅极-源极间电压变为与TP2的栅极-源极间电压、即Vconst几乎相同的电压。并且，由于晶体管 TPl的栅极与热电元件连接且在TPl的栅极的检测节点ND和VSS之间存在热电元件的电阻，所以检测节点ND稳定地被设定为OV (VSS电平)。因此，晶体管TPl的源极节点、即检测电路的输出节点NQ的电压VDET被稳定地设定为与Vconst几乎相同的电压。在这种状态下，如果向热电元件照射红外线且热电元件的温度变化，则由于所产生的热电流，晶体管TPl的栅极(栅极电容)被过度充电，电压变动△ V。此时，在晶体管TPl 由于流动有来自晶体管TP2的电流II，所以TPl的源极电压即VDET是VDET = Vconst+Λ V。 也就是说，由晶体管ΤΡ1、ΤΡ2构成的电路作为增益=I的源输出电路而动作。如上所述，在第二构成例的检测电路中，在供给Vcc作为高电位侧电源电压的情况下，P型晶体管ΤΡ2的栅极被设定为基准电压VR = Vcc-Vconst0并且，P型晶体管TPl 以与Vconst相对应的设定电压为基准，将来自热电兀件的随电压信号AV变化的电压输出给其源极。例如，如果热电元件的温度变化且来自热电元件的电压从OV变化AV，则输出电压VDET也以与Vconst相对应的设定电压为基准变化Λ V,这里，与Vconst相对应的设定电压可以是Vconst本身，也可以是与Vconst少许不同的电压。并且，在将P型晶体管TP2 (TPl)的阈值电压设定为Vth的情况下，优选将电压 Vconst设定成Vth ^ Vconst ^ Vcc-Vth。也就是说,将这样的关系成立的基准电压VR = Vcc-Vconst输入给P型晶体管TP2的栅极。这样，可以使晶体管TP1、TP2在饱和区域动作。 并且，由于作为输出电压VDET的设定电压的Vconst大于等于阈值电压Vth，所以可以稳定地对后段的放大电路、A/D转换器输入阈值电压Vth以上的电压。因此，可以使后段的放大电路、A/D转换器的设计变容易，且可以使用小型且简单的电路作为放大电路、A/D转换器。4.热电元件的结构
图4示出了本实施方式的检测装置所使用的热电元件的第一构成例。图4是从上方看串联的四个热电元件PYl PY4的俯视图。这里，所谓上方是指垂直于基板的方向上形成有热电元件、晶体管等的一侧(形成有电路的一侧)的方向。并且，所谓下方是指与上方相反的方向。图4的第一构成例包括第一至第四(广义上说是第η)热电元件PYl ΡΥ4、一个隔膜(广义上说是支撑部件)ΜΒ、一个空腔区域(空腔部)CA、元件间配线LAl LA3以及配线LB1、LB2。这样，下面在本实施方式中，将支撑热电元件的部件(支撑部件)称为隔膜。热电元件PYl PY4分别包括上部电极EA、铁电体(热电体)FE、下部电极EB。铁电体(热电体)FE设置在上部电极EA和下部电极EB之间。热电元件PYl PY4形成在一个隔膜MB (广义上说是共用支撑部件)上。隔膜MB (支撑部件)例如是氧化硅膜(SiO2),其用于在空腔区域CA的上方支撑热电元件PYl PY4。空腔区域CA是设置在隔膜MB下方的区域，其用于将热电元件PYl PY4与基板 (硅基板)SUB热分离。元件间配线LAl LA3是用于将第一至第四热电元件PYl PY4的元件间电连接的配线，其例如由铝等金属形成。具体地说，例如，元件间配线LAl与第一热电元件PYl的下部电极EB和第二热电元件PY2的上部电极EA电连接。配线LBl、LB2是用于将第一至第四热电元件PYl PY4与其他电路电连接的配线，其例如由铝等金属形成。例如，配线LBl是与第一连接节点NI (图I)相对应且连接第一热电元件PYl的上部电极EA和极化电路30的配线。并且，配线LB2是连接第四热电元件PY4的下部电极EB和第一电源节点VSS的配线。图5(A)、图5(B)是如图4所示的热电元件的第一构成例的截面图。图5(A)示出了沿图4的A-A’的截面，图5 (B)示出了沿图4的B-B’的截面。如图5(A)所示，配线LBl的一端与极化电路30的第二开关元件SW2的一端连接。 并且，第二开关元件SW2的另一端通过配线LBD与检测电路20连接。此外，虽然未图示，但配线LBl的一端也与极化电路30的第一开关元件SWl的一端连接，第一开关元件SWl的另一端与极化用电压供给节点NP连接。第一开关元件SW1、第二开关元件SW2可以由例如形成在硅基板上的MOS晶体管等构成。如图5(B)所示,热电元件PYl PY4分别包括上部电极EA、铁电体(热电体)FE、 下部电极EB，铁电体(热电体)FE设置在上部电极EA和下部电极EB之间。并且，元件间配线LA2与第二热电元件PY2的下部电极EB和第三热电元件PY3的上部电极EA电连接。图6 (A)、图6 (B)示出了本实施方式的检测装置所使用的热电元件的第二、第三构成例。图6(A)、图6(B)是从上方看串联的四个热电元件PYl PY4的俯视图。图6(A)所示的第二构成例包括用于支撑第一至第四(广义上说第η)热电元件 PYl ΡΥ4的第一至第四(广义上说第η)隔膜(广义上说支撑部件)ΜΒ1 ΜΒ4及共用的共用空腔区域CA。第一至第四热电元件PYl ΡΥ4形成在第一至第四隔膜MBl ΜΒ4上。 并且，在第一至第四隔膜MBl ΜΒ4的下方设置有共用空腔区域CA。在图6(B)所示的第三构成例中，包括用于支撑第一至第四(广义上说第η)热电元件PYl PY4的第一至第四隔膜(广义上说支撑部件)MBl MB4，还包括与第一至第四隔膜MBl MB4相对应的第一至第四(广义上说是第η)空腔区域CAl CA4。第一至第四空腔区域CAl CA4分别设置在对应的第一至第四隔膜MBl ΜΒ4的下方。也就是说，热电元件PYl ΡΥ4分别形成在单个隔膜上，在各隔膜的下方分别设置有单个的空腔区域。在第二、第三构成例中，与第一构成例相比较，由于可以减小隔膜的面积，所以可以降低热容量。其结果是，可以进一步提高检测装置的灵敏度，且可以诸如进一步提高检测精度等。另一方面，在第一构成例中，由于可以在一个隔膜上设置多个热电元件，所以可以减小一个传感器(传感器单元)的面积。其结果，在将多个传感器单元阵列状配置的传感器阵列中，可以高密度地配置传感器单元。5.检测装置的变形例图7中示出了本实施方式的检测装置的变形例。该变形例包括至少一个设置在第一连接节点NI和第一电源节点VSS之间且与第一至第η热电元件PYl PYn的极化方向不同的热电元件PYR。在图7中，通过箭头表示各热电元件的极化方向。虽然在图7中第一至第η热电元件PYl PYn的极化方向以向下的箭头表示,但在以各热电元件的检测节点ND侧的电极为上部电极且以第一电源节点VSS侧的电极为下部电极的情况下，该极化方向是在上部电极侧产生负(_)的极化电荷、在下部电极侧产生正(+)的极化电荷的极化方向。并且，以向上的箭头表示了热电元件PYR的极化方向，该极化方向是在上部电极侧产生正(+)的极化电荷、在下部电极侧产生负(_)的极化电荷的极化方向。极化方向不同的热电元件PYR用于补偿干扰、环境温度的变化，并被构成为不向热电元件PYR入射红外线。通过第一至第η热电元件PU PYn进行红外线检测,在存在干扰、环境温度变化的情况下，由于从极化方向不同的热电元件PYR产生相反方向的热电流， 所以可以降低干扰、环境温度的变化。这样，根据如图7所示的本实施方式的检测装置的变形例，通过设置极化方向不同的热电元件，从而可以降低干扰、环境温度的变化。其结果是，可以稳定且更高精度地检测红外线，而不受干扰、环境温度的影响。在图7中，虽然示出了一个极化方向不同的热电元件PYR，但也可以设置多个极化方向不同的热电元件。并且，极化方向不同的热电元件PYR只要处于第一连接节点NI和第一电源节点VSS之间，则其可以被设置在任意节点。例如，可以设置在第一热电元件ΡΥ1、第二热电元件ΡΥ2之间，也可以设置在第η热电元件PYn和第一电源节点VSS之间。6.传感器设备图8(A)示出了本实施方式的传感器设备的构成例。该传感器设备包括传感器阵列100、行选择电路(行驱动器)110、读出电路120。并且，还可以包括A/D转换部130、列扫描电路140、控制电路150。通过使用该传感器设备，从而可以实现用于例如夜视设备等的红外线照相机等。在传感器阵列100 (焦点面阵列)上排列(配置)有多个传感器单元。并且，设置有多个行线(字线、扫描线)和多个列线(数据线)。此外，行线及列线中的一个条数也可以是一条。例如在行线是一条的情况下，在图8(A)中，沿行线的方向(横向)排列有多个传感器单元。另一方面，在列线是一条的情况下，沿列线的方向(纵向)排列有多个传感器单元。如图8(B)所示，传感器阵列100的各传感器单元配置(形成)在与各行线和各列线的交叉位置对应的地方。例如，图8(B)的传感器单元配置在与行线WLl和列线DLl的交叉位置对应的地方。其他传感器单元也是同样的。行选择电路110与一条或多条行线连接。并且，进行各行线的选择操作。例如，如果以图8(B)所示的QVGA(320X240像素)的传感器阵列100(焦点面阵列)为例，则进行依次选择(扫描)行线WLO、WL1、WL2……WL239的操作。也就是说，将选择这些行线的信号(字选择信号)输出给传感器阵列100。读出电路120与一条或多条列线连接。并且，进行各列线的读出操作。如果以QVGA 的传感器阵列100为例，则进行读出来自列线DLO、DLU DL2……DL319的检测信号(检测电流、检测电荷)的操作。A/D转换部130进行将在读出电路120获得的检测电压(测量电压、到达电压)A/ D转换为数字数据的处理。并且，输出A/D转换后的数字数据D0UT。具体地说，在A/D转换部130对应多个列线中的各列线而设置有各A/D转换器。并且，各A/D转换器在对应的列线进行通过读出电路120获取的检测电压的A/D转换处理。此外，也可以对应多个列线设置一个A/D转换器，使用该一个A/D转换器，分时地对多个列线的检测电压进行A/D转换。列扫描电路140进行依次选择(扫描)各列(column)并将各列的A/D转换后的数字数据作为时序数据输出的操作。此外，也可以不设置列扫描电路140而并列(平行) 输出各列的数字数据。控制电路150(定时生成电路)生成各种控制信号，并输出给行选择电路110、读出电路120、A/D转换部130、列扫描电路140。例如，生成并输出充电、放电(复位)的控制信号。或者，生成并输出控制各电路的定时的信号。图9示出了传感器阵列100的详细构成例。各传感器单元包括串联设置在检测节点ND和第一电源节点VSS之间的第一至第 η (η是大于等于2的整数)热电元件PYl ΡΥη、与检测节点ND连接的检测电路20、以及进行用于将第一至第η热电元件PYl PYn的极化方向设定为相同方向的极化处理的极化电路30。第一至第η热电兀件PU PYn的极化方向被设定为相同方向。如下所述地从各传感器单元读出检测信号。例如，在选择行线WLO的情况下，栅极连接于行线WLO的晶体管TW处于导通状态。并且，与行线WLO对应的一个或多个传感器单元分别与对应的列线DL(DL0 DL319)电连接。此时，行线WLO以外的行线WL(WLl WL239)处于非选择状态。这样,针对每列(column)读出与行线WLO对应的一个或多个传感器单元发出的检测信号。然后，依次选择其他行线WL(WL1 WL239)，并与上述同样地从各传感器单元读出检测信号。根据本实施方式的传感器设备，通过串联极化方向相同的η个热电元件，从而可以获得是从一个热电元件获得的检测信号的η倍的电压电平的检测信号。其结果是，不改变热电体(铁电体)材料、膜厚就可以提高传感器设备的检测灵敏度，所以可以实现例如高灵敏度的红外线照相机等。7.电子设备
图10示出了包括本实施方式的传感器设备的电子设备的构成例。该电子设备例如是红外线照相机，其包括光学系统200、传感器设备210、图像处理部220、处理部230、存储部240、操作部250、显示部260。本实施方式的电子设备并不仅限于图10的构成，也可以是省略其构成要素的一部分(例如光学系统、操作部、显示部等)或追加其他构成要素等的各种变形实施方式。光学系统200包括例如一个或多个透镜、驱动这些透镜的驱动部等。并且，向传感器设备210进行物体图像的成像等。并且，也根据需要进行焦距调整等。传感器设备210已在图8(A)等中进行了说明，其进行物体图像的摄像处理。图像处理部220根据来自传感器设备210的数字图像数据(图像数据)，进行图像校正处理等各种图像处理。处理部230进行整个电子设备的控制或电子设备内的各组块的控制。该处理部 230可以通过例如CPU等实现。存储部240用于存储各种信息，其作为例如处理部230和图像处理部220的工作区域而发挥作用。操作部250是用于用户操作电子设备的界面，其可以通过例如各种按钮、⑶I (Graphical User Interface,用户图形界面)画面等实现。显示部260用于显示例如通过传感器设备210获得的图像、⑶I画面等，其可以通过液晶显示器、有机EL显示器等各种显示器、投影式显示装置等实现。此外,本实施方式可以适用于使用了 FPA(Focal Plane Array :焦点面阵列)的红外线照相机、使用了红外线照相机的电子设备。作为使用了红外线照相机的电子设备，可以设想有例如拍摄夜间物体图像的夜视设备、获取物体的温度分布的热成像仪、检测人侵入的侵入检测设备、分析(测量)物体的物理信息的分析设备(测量设备)、检测火或发热的安全设备、设置在工厂等中的FA(Factory Automation :工厂自动化)设备等。如果将夜视设备适用于车载设备，则在车辆行驶时可以检测并显示夜间的人等的身影。并且，如果适用于热成像仪，则可以用于流感检疫等。以上，虽然就本实施方式进行了说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包括在本发明的保护范围之内。例如，在说明书或附图中，至少一次与更广义或同义的不同术语同时记载的术语可以在说明书或附图的任何地方替换成该不同用语。并且，检测装置、传感器设备以及电子设备的构成、操作也并不仅限于在本实施方式中所说明的内容，可以实施各种变形。
0140]符号说明0141]20检测电路30极化电路0142]100传感器阵列110行选择电路(行驱动器)0143]120读出电路130A/D转换部0144]140列扫描电路150控制电路0145]200光学系统210传感器设备0146]220图像处理部230处理部(CPU)0147]240存储部250操作部0148]260显示部PYl PYn热电元件0149]PMT极化监视电路SffU SW2开关元件
权利要求
1.一种检测装置，其特征在于，包括串联设置在检测节点和第一电源节点之间的第一热电元件至第η热电元件，其中，η是大于等于2的整数；以及与所述检测节点连接的检测电路，所述第一热电元件至所述第η热电元件的极化方向设定为相同方向。
2.根据权利要求I所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括极化电路，所述极化电路进行将所述第一热电元件至所述第η热电元件的极化方向设定为相同方向的极化处理。
3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述极化电路对所述第一热电元件一端的节点、即第一连接节点施加使所述第一热电元件至所述第η热电元件向相同方向极化的极化用电压。
4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述极化电路包括第一开关元件，设置在极化用电压供给节点和所述第一连接节点之间；以及第二开关元件，设置在所述第一连接节点和所述检测节点之间，在检测期间，所述极化电路将所述第一开关元件设定为断开状态，并将所述第二开关元件设定为导通状态，在所述极化处理的期间，所述极化电路将所述第一开关元件设定为导通状态，并将所述第二开关元件设定为断开状态。
5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括至少一个设置在所述第一连接节点和所述第一电源节点之间且极化方向与所述第一热电元件至所述第η热电元件不同的热电元件。
6.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述极化电路包括监视是否正常进行了所述极化处理的极化监视电路。
7.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括支撑所述第一热电元件至所述第η热电元件的共用支撑部件，所述第一热电元件至所述第η热电元件形成在所述共用支撑部件上。
8.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括支撑所述第一热电元件至所述第η热电元件的第一支撑部件至第η支撑部件，所述第一热电元件至所述第η热电元件分别形成在对应的所述第一支撑部件至所述第η支撑部件上。
9.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括所述第一支撑部件至所述第η支撑部件共用的共用空腔区域，所述共用空腔区域设置在所述第一支撑部件至所述第η支撑部件的下方。
10.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括与所述第一支撑部件至所述第η支撑部件对应的第一空腔区域至第η空腔区域， 所述第一空腔区域至所述第η空腔区域分别形成在对应的所述第一支撑部件至所述第η支撑部件的下方。
11.一种传感器设备，其特征在于，包括具有多个传感器单元的传感器阵列；一条或多条行线；一条或多条列线；与所述一条或多条行线连接的行选择电路；以及与所述一条或多条列线连接的读出电路，所述多个传感器单元中的各传感器单元包括串联设置在检测节点和第一电源节点之间的第一热电元件至第η热电元件，其中，η是大于等于2的整数；与所述检测节点连接的检测电路；以及极化电路，所述极化电路进行将所述第一热电元件至所述第η热电元件的极化方向设定为相同方向的极化处理。
12.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求11所述的传感器设备。
13.一种检测装置，其特征在于，包括在检测节点和电源节点之间电串联连接的多个热电元件；与所述检测节点连接、用于检测所述多个热电元件的电流的检测电路；以及极化电路，所述极化电路进行将所述多个热电元件的极化方向设定为相同方向的极化处理。
14.根据权利要求13所述的检测装置，其特征在于，所述极化电路在被提供极化用电压的极化用电压供给节点和所述连接节点之间具有第一开关元件，在所述连接节点和所述检测节点之间具有第二开关元件。
15.根据权利要求14所述的检测装置，其特征在于，在检测期间，所述极化电路将所述第一开关元件设定为断开状态，并将所述第二开关元件设定为连接状态，在所述极化处理的期间，所述极化电路将所述第一开关元件设定为导通状态，并将所述第二开关元件设定为断开状态
16.根据权利要求15所述的检测装置，其特征在于，在所述连接节点和所述电源节点之间，所述检测装置还包括极化方向与所述多个热电元件不同的热电元件。
17.根据权利要求15所述的检测装置，其特征在于，所述极化电路包括监视是否正常进行了所述极化处理的极化监视电路。
18.根据权利要求13所述的检测装置，其特征在于，所述极化电路对所述多个热电元件中一端的热电元件的一端侧的连接节点施加使所述多个热电元件向相同方向极化的极化用电压。
19.一种传感器设备，其特征在于，包括权利要求13所述的检测装置。
20.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求19所述的传感器设备。
全文摘要
本发明提供了检测装置、传感器设备以及电子设备。该检测装置包括串联设置在检测节点和第一电源节点之间的第一热电元件至第n(n是大于等于2的整数)热电元件；以及与所述检测节点连接的检测电路，所述第一热电元件至所述第n热电元件的极化方向设定为相同方向。
文档编号G01J5/14GK102589717SQ20111044003
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月23日 优先权日2010年12月24日
发明者吉崎圭 申请人:精工爱普生株式会社