JPH0367136A - 熱放射検出器及び熱放射検出システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は強誘電体および／またはパイロ電気物質からな
る赤外線検出器素子群を具える熱放射検出器に関するも
のであり、また、このような検出器と、検出器素子の前
方に設けた検出器素子への熱放射の伝導を周期的に変調
する変調手段（例えばチョッパ）とを具える熱放射検出
システムに関するものである。このような検出システム
は、例えば赤外線カメラや他の赤外線撮像装置に使用さ
れる。本発明は、またこのような検出器の製造方法に関
するものである。

（従来の技術） 前方に変調手段を設けた赤外線検出器素子群を具える熱
放射検出システムは公知である。検出器素子の温度は入
射する熱放射に応じて変化する。

この熱放射の検出器素子への伝導を変調することは、パ
イロ電気電荷は素子の温度か変化するときにのみ発生す
るため、パイロ電気素子にとっては特に重要なことであ
る。変調は、通常は均一な周波数で熱放射をチヨ・ソピ
ングして行われ、熱放射の伝導かチョッパブレードによ
って見ているシーンの側から遮られる間に、基準温度で
（チョッパブレード側からの）熱放射に素子が露出され
る。

したかっで、変調か検出器素子上に入射する熱放射に対
する伝送周波数を決定する。

一般には、パイロ電気物質及び強誘電物質は圧電性でも
ある。したがっで、検出器素子は変化する応力（例えば
振動やショックなどの）を受ければ、電気的な出力を生
しる。この現象は、マイクロホニイと言われるものであ
り、熱放射の検出を妨げる望ましくないノイズを発生す
るものである。

マイクロホニイを減少させるためには、相対向する第１
及び第２の面を有する熱絶縁性ポリマー物質（非常に薄
いポリイミドメンプレインなどの）からなる可撓性の基
板の第１の面に検出器素子を装着することか知られてい
る。この公知の基板の可撓性は、ポリイミド自体はあま
り可撓性か高くないないため、メンプレインの薄さによ
って生じるものである。このような装着の構成は、例え
ばヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−００４１２９７号公報
、英国特許出願ＧＢ−Ａ−２１０００５８号公報、１９
８５年１１月フランス、カンタにおけるニー−１−−タ
ーンプル（Ａ、Ａ、　Ｔｕｒｎｂｕｌｌ）　　の論文゛
網状パイロ電気アレイの熱コレクタフィンへの適用“、
及びＳ　Ｐ　Ｉ　Ｅ　（Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ｐｈｏ
ｔ。

０ｐｔｉｃａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｅｎｇｉｎｅ
ｅｒｓ、　Ｕ、Ｓ、Ａ、）の会報第５８８巻の“赤外線
に対する物質及び検出器の最近の発展”　（１９８５年
）第３８〜４０ページ等に記載されている。詳しくはこ
れらの試料を参照されたい。

１９８５年の５ＰＩＦの論文から、パイロ電気物質（例
えばセラミック製ＰＬＭＺＴ−鉛・ランタン・マンガニ
ーズ・ジルコニウム・チタネイト）からなる本体を基板
上に装着し、独立した検出器素子とするために、その本
体の厚さ全体にわたって条溝を形成してパイロ電気物質
を網目状に構成し、全網目状の全アレイを一回の操作で
基板から底面電極パターンを有するポリイミドメンプレ
インへ写した後、表面電極接続体（例えば、第２ポリイ
ミドメンプレインで形成されているのか良く、好ましく
はヒートコレクタフィンも第２ポリイミドメンプレイン
で形成されているのかよい）を形成して製造した熱放射
検出装置の製造方法か知られている。このようにしで、
熱的に良好に絶縁され、かつマイクロホニイの低い高性
能パイロ電気検出器素子アレイか比較的簡単に製造てき
る。

（発明か解決しようとする課題） 本発明は、他の可撓性の装着装置として条溝を切った厚
い弾性物質からなる可撓性基板を提供するものであり、
これは基板の弾性と振動の減衰及び検出器素子間の増大
された音響通路長の結果としで、検出器素子に音響減結
合を供給できるものであり、また製造される検出器の製
造工程を減らし、したがっで、製造コストを下げること
かできるものである。更に、メンプレインに装着された
検出器素子間においても（非常に薄いプラスチックメン
プレインに沿った低い熱伝導力による）熱絶縁は良好で
あるが、本発明は、条溝を切ったより厚い基板構造を適
用することによっで、検出器素子同士の間隔は同様に狭
いにもかかわらず基板全体にわたるより良好な熱絶縁を
実現し得るものである。

（課題を解決するための手段及び作用）本願第１発明に
よると、本発明の熱放射検出器は、入射熱放射に応じて
温度が変化する強誘電物質及び／又はパイロ電気物質か
らなる赤外線検出器素子群と、相対向する第１及び第２
の面を有し第１の面に検出器素子を装着した電気及び熱
絶縁ポリマー物質からなる可撓性基板とを具える熱放射
検出器においで、前記基板が弾性物質を有し、前記基板
の第１面から基板内部へ条溝を延在させで、可撓性のプ
ラットフォーム領域群を形成し、これらプラットフォー
ム領域の各々の上に検出器素子かそれぞれ装着されてい
ることを特徴とするものである。弾性物質（例えばシリ
コンラバーや他のエラストマ）を使用することによっで
、基板か厚いにもかかわらず、マイクロホニイが低く非
常に可撓性の高い装着を実現することができる。

基板の弾性及び振動減衰特性によっで、これらの可撓性
のプラットフォーム領域上の検出器素子内のストレスか
低く保たれる。エラストマと検出器素子の材質との間に
は、ヤング率に大きな差かある。すなわち、典型的なエ
ラストマのヤング率は検出器素子のヤング率の１００万
分の１以下である。ストレスは、弾性物質中の条溝（深
さｄ２幅Ｗ）の存在によって一層減少する。これらの条
溝は装着の可撓性及び検出器素子間の音響通路長（２ｄ
＋ｗ）増大させるものである（したがって検出器素子間
の音響減結合を与える）。プラットフォーム領域の可撓
性が非常に高い場合は、抑制に欠けるため、プラットフ
ォーム領域の位置が互いに相対的に変動する恐れがある
。しかしながら、この極端な場合は、可撓性のプラット
フォーム領域の上に装着した検出器素子は、検出器素子
の前面に電極接続体を固着することによっで、互いに相
対的な位置の変動を抑制することができる。基板が湾曲
した場合、弾性物質中の条溝の存在は検出器素子を装着
する各プラットホーム領域の動きをより独立したものに
する（もしくは動きを抑制する）ので、基板を湾曲させ
た場合に検出器素子中に生じるストレスを条溝がない場
合よりも小さく保つことができる。このことは、圧電性
でもある強誘電体および／またはパイロ電気検出器素子
においてマイクロホニイを減少させるのに重要である。

本願の第２発明によると、本発明の熱放射検出システム
は、本願第１発明による検出器と、前記検出器素子の前
方に設けられ、前記検出器素子の熱放射への伝導を周期
的に変調しで、検出器素子上に入射する熱放射の伝送周
波数を決定する変調手段とを具える熱放射検出システム
であっで、基板中の条溝か十分な深さｄと幅Ｗとを有し
ており、（２ｄ＋ｗ）で表される距離が、検出器素子上
に入射する熱放射に対する伝送周波数で検出器素子から
基板の熱の流れに対する熱拡散距離と少なくとも同じに
なるように形成されていることを特徴とするものである
。

本願の第３発明によると、本発明の熱放射検出システム
は、入射する熱放射に応じて温度か変化する強誘電体お
よび／またはパイロ電気物質からなる赤外線検出器素子
群と、電気及び熱絶縁物質からなり、相対向する第１及
びだ２の面を有し、第１面に検出器素子を装着した基板
と、前記検出器素子の前方に設けられ、検出器素子への
熱放射の伝送を周期的に変調し、検出器素子上に入射す
る熱放射の伝送周波数を決定する熱放射検出システムに
おいで、前記基板の第１面が、幅ｄ深さｄの条溝によっ
てプラットフォーム領域群に分割され、これらプラット
フォーム領域の各々の上にそれぞれ検出器素子が装着さ
れており、（２ｄ＋ｗ）で表される距離が検出器素子上
に入射する熱放射の伝送周波数においで、検出器素子か
ら基板中への熱の流れに対する熱拡散距離と少なくとも
同じ大きさになるように、十分な深さ及び幅であること
を特徴とするものである。

検出器素子への熱放射の伝導が変調されるため、検出器
素子から基板中への熱の流れによる熱拡散距離（大きさ
は伝送周波数に依存する）がある。

この距離を越えた部分の基板の温度は入射熱放射の変化
に応じた検出器素子の温度変化によって影響を受けない
。隣り合った検出器素子間の基板を介した距離（２ｄ　
＋ｗ）を、少なくとも熱拡散距離と同じにすることによ
っで、基板内における熱のクロストークが、メンプレイ
ンに沿って生じる熱のクロストークかに比較して減少す
る。基板内の条溝の深さｄが例えば前記伝送周波数にお
ける熱拡散距離とほぼ同じ程度に大きければ、検出器素
子の信頼性（及び音響減結合）が改善される。

更に、本発明によれば、（薄いメンプレインの替わりに
）厚い基板を使用することができるため、条溝は鋸を使
って形成することかでき、このことは、（他の基板上に
網目状に形成し、それから転写するかわりに）検出器の
絶縁基板上の検出器素子を続いて網目状に切除すること
ができる。しかしながら、基板中の条溝は、例えば弾性
物質の第１面に型成型する等、他の方法で形成するよう
にしても良い。

本願の第４発明は、第１発明による検出器の製造方法を
提供するものであり、絶縁基板中の条溝、および／また
は検出器素子の分離および／または基板上の導電トラッ
クの分離が、絶縁基板上で鋸を用いて行われる。

弾性物質からなる基板は例えばガラス基板もしくは検出
器の容器の頭部あるいは台座などの剛固なベース上に支
持するようにしても良い。この剛固なマウントの頂部は
ほぼ平坦なものにする。しかしなから、少なくとも検出
器素子の下部においで、弾性物質の厚さが厚くなるよう
に、チャネルもしくは表面の条溝を剛固なマウントの表
面に形成するようにしても良い。この場合、弾性基板全
体をマウント表面の条溝の内部に位置させるようにして
も良く、または弾性基板をマウントの上側表面周囲の上
に前記マウント表面の条溝から横方向に延在させるよう
にしても良い。検出器素子か高度に集積された構造にお
いては、剛固なベースは、例えば回路基板や半導体信号
処理回路であっても良い。

しかしながら、剛固なマウントの少なくともひとつの開
口に基板を懸垂させるようにしても良く、この場合、弾
性物質の第２面の領域（反対側の面に検出器素子か装着
されている）の少なくとも大部分は、剛固な支持体に接
続しないようにしておくことかでき、したかっで、高い
可撓性をもつ基板か得られる。更に、基板の可撓性を増
大させるために、弾性物質を開口部内に埋めるようにし
ても良い。

また、弾性物質を表面の凹部または開口部の周辺の剛固
なマウントの上側表面にまで延在させることもてきる。

この構成は、表面の凹部または開口を設けた剛固なマウ
ントを切除したくない場合に、基板内に条溝を形成する
のに使う鋸を縦方向のにおいてより自由に使うために適
用することができる。しかしなから、剛固なマウントを
、弾性基板内に条溝を形成するのに使用する鋸を使って
容易に切断できる（例えばガラスのような）物質で構成
し、剛固なマウント内に継続して鋸で切除を行うように
しても良い。

全プラットホーム領域は条溝によって横方向に互いに分
離するようにしても良い。例えば、弾性基板の周辺部が
、その群の検出器素子を形成する隣りのプラットホーム
領域と一体化されるようにしてもよい。この場合、検出
器素子から基板周辺部にまで存在する条溝の長さを前記
伝送周波数における熱拡散距離と少なくともほぼ同じ程
度にすることによって。、れらの検出器素子間の熱のク
ロストークを減少させることかできる。

（実施例） 添付した図面は、線図的なものであり、縮尺されたもの
ではない。明確にするため、及び製図の都合上、関連す
る大きさ及びこれら図面の部分の割合（特に厚さ方向に
おいて）は誇張して示され、おるいは実際より小さく示
されている。また、の実施例で使用したのと同じ符号が
、他の実施例で対応するあるいは同様の部分を引用する
のに使われている。

第１図から第４図に示されている熱放射検出システムは
、見ているシーンの側からの入射熱放射３に応じて温度
か変化する強誘電体および／またはパイロ電気物質から
なる赤外線検出器素子群２０を有する検出器２を具えて
いる。検出器２は、相対向する第１面１１及び第２面１
２を有し、電気及び熱絶縁ポリマー物質からなる可撓性
基板１０を具えるものである。検出器素子２０は第１面
ｌＩ上に装着されている。本システムは、また、前記検
出器素子２０の前方に設けた、検出器素子２０への熱放
射３の伝導を周期的に変調し、検出器素子２０の上に入
射する熱放射３に対する伝送周波数を決定する変調手段
ｌを具えている。

本発明によれば、基板１０は弾性物質からなり、条溝１
５及び１６か基板１０の第１面から基板１０内に延在し
ている。条溝１５及び１６（幅Ｗ、深さｄ）は基板面１
１を、可撓性のプラットホーム領域に分割し、それぞれ
の領域上に検出器素子２０を装着する。更に、本発明に
よれば、条溝１５及び１６は、距離（２ｄ＋ｗ）が検出
器素子２０上に入射する熱放射３の伝送周波数ｆにおい
で、検出器素子から基板１０への熱の流れによる熱拡散
距離と少なくとも同じ程度になるように、十分に深く広
く形成されている。基板を構成する物質の弾性及び振動
の減衰特性は、検出器素子２０に低マイクロホニイの装
着機能を提供し、この弾性物質中の条溝１５及び１６は
基板の所定の湾曲によって生じる検出器素子２０内のス
トレスを軽減する。この条溝はまた、音響通路長（２ｄ
＋ｗ）を増大させることによって検出器素子２０間に音
響減結合を与えるものである。以下に本発明による弾性
物質ｌＯの種々の装着構造を述べる。

検出器２の構造かなければ、第１図のシステムか公知の
の方法で公知の部材を配置しで、例えば赤外線カメラを
形成することができる。したがっで、通常レンズ系と、
検出器素子２０がリニアアレイの場合は可能であればス
キャナとを具える赤外線光学系４を介しで、検出器素子
２０上に熱放射３が合焦するようにしても良い。伝送変
調手段ｌは、例えば４０Ｈ２の周波数で周期的に熱放射
を遮断する機械的なチョッパで構成することもできる。

検出器素子２０は電極接続体２１及び２２を有しており
、電極接続体によって検出器素子２０が信号処理回路５
に接続されている。回路５はドライブ、読みだし及び、
例えばテレビモニタ等のデイスプレィ手段６に供給され
るビデオ信号を発生するビデオ処理用の電気回路網を具
えている。

タイミングコントロールユニット７は、チョッパ１に接
続されており、またテレビモニタによる表示用の所望の
フォーマットにおけるシーンのビデオ出力信号を発生す
るように、信号処理回路５にも接続している。

パイロ電気検出器２の詳細な構造を第２図〜第４図を参
照して述へる。例として示された実施例においで、２列
の検出器素子２０が可撓性基板１０の面１１上に背中合
わせに形成されている。図中では、各列につき１３個の
検出器素子が示されているが、典型的な熱画像検出装置
においては各列に６４個または１２８個以上の検出器素
子２０のリニアアレイを形成するのが通常である。検出
器素子２０はパイロ電気物質の相対向する金属化された
面のそれぞれに表面電極接続体２１及び底面電極接続体
２２を有している。熱放射は検出器素子の頂面に入射し
、検出器素子がリニアアレイである場合は表面電極接続
体２１は共通にしても良い。各検出器素子２０は、各素
子の下部及び素子の一方の側部から離れる方向へ弾性基
板１ｏ上に導電トラックとして延在する独立した底面電
極２２を具えている。

第２図に示すように、弾性基板ｌＯは剛固なマウント１
８．１９の開口１７に懸垂されれている。

２列の背中合わせになったりニアアレイ２ｏを形成する
ために、開口部１７は例えば幅約２ｍｍ長さ約１ｃｍの
スロット形状であり、１罰当たり６４個の検出器素子２
０が２列形成されている。マウント１８．１９はアルミ
ナやガラスからなるプレフォームで形威しても良く、あ
るいは表面にガラスフィルム１９を形成したアルミナあ
るいは他のプレフォーム１８で構成するようにしても良
い。

プレフォーム１８は例えば厚さ約２５０μｍに形威し、
ガラスフィルムの厚さを約１００μｍとする。可撓性基
板ｌＯを構成する弾性物質は開口部１７に型成型されて
いる。シリコンラバーは厚い可撓性基板１０に使用する
のに都合の良いエラスｌ・マである。

シリコンラバーは機械的、熱的、電気的特性の組み合わ
せか特に良好であり、特に、耐久性のある弾性、振動吸
収特性、低熱伝導性を有している。

適当な物質としての一例は、ＤＯＷ　Ｃｏｒｎｉｎｇ社
の商品名「シルガード（Ｓｙ　Ｉｇａｒｄ）　Ｊの名で
入手可能なシリコンラバーかある。これは、２つの液状
物質（シリコンラバーとｒ８媒）を混合しで、開口１７
にこの混合物をフローして形成する。好ましくは、シリ
コンラバー１０でつなぐマウント１８及び１９の表面に
最初にプライマを塗布するのか良い。シルガード用のプ
ライマもＤＯＷ　Ｃｏｒｎｉｎｇ社から入手できる。可
撓性を増強するために、シリコンラバー１０を開口１７
内に型成型されるため、シリコンラバーの面１２（反対
側の面に検出器素子２０か装着される）は、第３図、４
図及び６図に示すように、開口１７の内側に凹状に形成
されている。

シリコンラバー１０の上側筒は平滑かつ平坦に形成され
ており、開口１７の周りの剛固なマウント１８．１９の
上側表面上に延在させるようにしても良い。マウント１
８．１９の厚さは約３５０μｍに、開口領域１７内の可
撓性のシリコンラバー基板１０は、例えば約１５０μｍ
の厚さに形成される。弾性基板１０は、その平坦な面１
１内に型成型した条溝■５及び１６によって形成するよ
うにしても良いし、条溝を後に形成するようにしてもよ
い。

電極接続体２２は、検出器素子２０のパイロ電気物質の
本体を装着する前に、基板１０の面１１を金属化するこ
とによって公知の方法で形成するようにしても良い。し
たかっで、接続体２２は例えばスパッタされたニッケル
クロムの薄いシード層のうえに例えば２〜２０ｎｍの厚
さに金を蒸着させて形成するようにしても良い。

接続体２２の所望のパターン全体（少なくとも大部分）
は面１１上に設けたステンシルマスクを介して金属化し
て形成することかできる。第２図に示されている例では
、この金属化されたパターン２２は検出器素子２０の下
部に拡張された領域を有し、剛固なマウント１８上に拡
張された領域２２ａを有しており、その間は狭いトラッ
クとなっている。拡張された領域２２ａはポンドパッド
を形成しており、そこで例えば信号処理回路５内のそれ
ぞれの電界効果トランジスタのデー１〜等のワイヤ接続
体２７と各検出器素子２０とか接続される。ワイヤボン
ド２７は第２図の平面図においては×印で示されている
。

検出器素子本体２０は、鋸の歯を使って本体２０を分離
している条溝を切除して厚い弥性基板ｌＯの上に形成す
るようにしても良く、その後、基板ｌＯまで続けて切除
して条溝１５．１６を形成する。この結果、第２図〜第
５図に示すように、検出器素子２０間の条溝か基板１０
内の条溝１５．１６と整列し、各検出器素子２０の底面
か検出器素子が装着されている可撓性のプラットフォー
ムの大きさと同じ大きさになる。

金属化された弾性基板１０の上に本体４０を装着するこ
とによってその構造か得られ、検出器素子２０か本体か
ら形成される。本体４０は赤外線検出器素子を形成する
のに適している種々の強誘電体および／またはパイロ電
気物質で構成することかできる。特に好ましい例として
は、リード・ジルコネート・チタネー）　（ｌｅａｄ　
ｚｉｒｃｏｎａｔｅ　ｔｉｔａｎａｔｅ）　　（例えば
ランタナンをドープしたリード・ジルコネート・チタネ
ートやＰＬＺＴ、　　もしくはＰＬＭＺＴ）　、バリウ
ム・チタネー１−　（ｂａｒｉｕｍｔｉｔａｎａｔｅ）
、タンタルニオブ酸カリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ　ｔ
ａｎｔａｌｏｎｉｏｂａｔｅ）、リン酸カリウム（ｐｏ
ｔａｓｓｉｕｍ　ｄｉｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｐｈｏｓｐｈ
ａｔｅ）及び酒石酸ナトリウム（Ｒｏｃｈｅｌｌ　５ａ
ｌｔ）などかある。本体を基板１０に装着する前に、本
体４０の表面及び底面を金属化しで、接続層２１及び２
２との電気的接続を確実にする薄い電極を形成する。こ
の電極の金属化は例えばニッケルクロムのシード層のう
えに金を被覆して行っても良い。各列６４個の検出器素
子２０を装着する細長形状の本体４０の典型的な大きさ
は、例えば幅３００μｍ、長さ約７．７ｍｍ、厚さは約
１０〜４０μｍである。薄い導電性の接着層を使って本
体４０の金属化された底面を、絶縁弾性基板１０の上に
設けた導電パターン２２に取り付けで、底面に電極接続
体を形成するようにしても良い。第６図は弾性基板１０
の上に装着された本体４０を示すものである。ソーイン
グ工程に備えで、本体４０を基板１０に確実に固定する
ために、第６図に示すように、本体４０の周辺に沿って
シリコンラバーを追加コーティングするかあるいは絶縁
性の接着剤を付けるようにしてもよい。

次いで、条溝１５と１６を形成しで、本体４０を検出器
素子群２０に分離し、基板ｌＯ内に深さｄまで延在させ
る。条溝１６は本体４０の長さにそって切除され、一方
複数の平行な条溝１６は条溝１５に直交する方向に本体
４０の幅方向に沿って形成する。条溝の幅は使用する鋸
によって異なるが、例えば条溝１５は約２０μｍ１条溝
１６は約１００μｍである。このようにして本体４０を
切除して形成したそれぞれの検出器素子２０の面積は約
１００μｍＸ　１００μｍ以下である。鋸を使って形成
した条溝１５及び１６は、本体４０の下部に存在する金
属化部分２２に連続した領域にわたって切除するように
しても良く、こうして底面電極接続体２２のこの部分の
パターンを形成するようにしてもよい。条溝１５及び１
６が弾性基板の面１１内に既に型成型されている場合は
、本体４０にわたって切除してこれらの延在している条
溝１５及び１６に整列させることかできる。基板１０内
に条溝１５及び１６を切除する深さもしくは型成型する
深さｄは、以下に第５図を参照して詳細に考察する。

検出器素子２０に例えば公知の方法で表面電極接続体２
１を形成する。接続体２１は薄いプラスチックフィルム
２５の下側表面に設けた少なくともひとつの金属導電体
で形成することかできる。

フィルム２５には例えば、ポリイミドメンプレインを使
っても良く、これは１９８５年の５ＰＩＥの論文に本発
明者によって熱コレクタフィンとして記載されている。

所望する接続体によって異なるが、両列の検出器素子２
０か表面電極接続層２１を共有するようにしても良く、
あるいは各列にそれぞれの表面電極接続トラックを設け
るようにしても良い。所望するのであれば、−列の検出
器素子２０を能動赤外線感知素子として構成し、他方の
列の検出器素子は入射する放射線３から遮蔽しで、能動
素子上に公知の方法で温度変化とマイクロホニイの効果
とを信号補償する補償素子を設けるようにしても良い。

フィルム２５の縁部は開口を設けた剛固なマウント２８
（第２図に外側周辺か破線で示されている）に接着する
事ができる。

マウント／フィルム構造体２８及び２５は第３図及び４
図に示すように、絶縁性接着剤を使って下側マウント１
８及び１９に接着するようにしても良い。

検出器素子２０への熱放射３の伝導はチョッパ１にて変
調されるため、検出器素子２０から基板への熱の流れに
よる熱拡散距離Ｄ（大きさは伝送周波数ｆに依存してい
る）で定義される制限距離かある。チョップされたパイ
ロ電気赤外線検出システムにおける熱拡散距離の概念は
パーガモン・プレス紙（英国）の赤外線物理学（１９７
３年）第１３巻、９１〜９８ページにあるアール・エム
・ローガン（Ｒ，Ｍ、Ｌｏｇａｎ　）による°“パイロ
エレクトリックデテクタにおける温度分布と温度ノイズ
の計算−排出チューブと題する論文に述べられている。

この赤外線物理学の論文（全概念がここで具体化されて
いる）中で、その概念は検出器素子か存在するパイロエ
レクトリック層の周辺領域を介して検出器素子領域へそ
して検出器素子領域から横方向の熱の伝導のコンチクス
トに述べられている。

本発明においては、入射する熱放射線３の変化に応じた
検出器素子２０の温度変化がチョッパ変調によってパル
ス化されるので、検出器素子２０から弾性基板内への熱
の流れもパルス化される。

これらの熱パルス間に、基板１０に伝導された熱は、熱
伝導率にと基板を構成する物質の体積比熱Ｃに応じた割
合で、基板を構成する物質内に伝導される。熱パルス間
に起こるこの拡散によっで、検出器素子２０から熱拡散
距離り以上能れた位置にある基板の一部１１０は検出器
素子の温度変化によっても影響されない。したがっで、
表面１１から距離り以上離れた基板１０の一部１１０は
ヒートシンクとして効果的に作用する。伝送周波数ｆに
おける基板１０内の熱拡散距離りはおよそ次式（１）で
与えられる。

Ｄ　＝　Ｋ　ｌ／２　　　（πｃｆ）”２　　　　　（
１）ここで、Ｄの単位はｃｍ、にはＪ−ｃｍ−に−１，
Ｓ−１、ＣはＪ−ｃｍ−”−に−’　　ｆはＳ″′（Ｈ
ｚ）である。この例では、シリコンラバーはＫか約１，
５ｘｌＯ−３Ｊ−ｃｍ−１・Ｋ−’−ｓ−’、Ｃか約１
．７Ｊｅｍ−”Ｋ−’、Ｄの値は約１．６７Ｘ１０−２
・　（ｆ）−””である。この実施例では、チョッパ周
波数か４０Ｉ（ｚてＤは約２６μｍ１１０Ｈｚで約５３
μｍである。

弾性基板１０内に幅Ｗ、深さｄの条溝１５及び１６を形
成しで、（２ｄ＋ｗ）かＤより大きくなるようにすれば
、−のプラットフォーム領域上の一個の検出器素子（例
えば第５図の２０ａ）の温度変化か基板１０を介して隣
の検出器素子（例えば第５図の２０ｂ）に伝わることか
ない。このように構成すれば、基板として薄いメンプレ
インを使った場合よりも熱のクロストークをより一層減
少させることかできる。しかしなから、第２図〜第４図
に示す検出器においては、表面電極接続体２１を形成し
ている表面のメンプレイン２５に沿って素子２０の間に
熱の伝導が生じる。

条溝１５及び１６の深さｄは熱拡散距離りより小さくな
るようにしてもよい。しかしなから、船釣には２５〜５
０μｍもしくはそれ以上の深さｄまで条溝１５及び１６
を切除するのか好ましい。

したかっで、ｄを少なくともＤとほぼ同じ大きさにする
ことによっで、各検出器素子２０から有効なヒートシン
ク１１０までの熱損失は、検出器素子２０のヒートシン
クの限界をブラフ１ヘフオーム支柱Ｉｌｌ内の領域Ａに
位置付けることによっで、最小限に押さえることかでき
る。このようにして検出器素子の信頼性を改善すること
かできる。

このような深い条溝１５と１６を形成することにより、
検出器素子２０を装着した可撓性のプラッ１−フオーム
領域を形成している弾性基板の支柱部分１１１の可撓性
を増大させ、またそれぞれの検出器素子に対する振動と
ストレスを（互いにほぼ独自に）吸収するそれらの役割
か増強される。

増大された音響通路長（２ｄ＋ｗ）をこえる弾性部材１
０の弾性及び振動吸収特性によっで、これらのプラット
フォーム領域上の検出器素子２０間に良好な音響減結合
か得られる。検出器素子本体２０とエクス１フ１０間に
コンプライアンスに大きな違いかあり、振動の間に基板
１０から検出器素子内に生しるストレスを大幅に減少さ
せる。したかっで、典型的なケースでは、エラストマの
ヤング率が検出器素子本体２０のヤング率より約１０８
倍以下となる。例えば、鉛ジルコネート・チタネー１−
のヤング率８Ｘ　１０１ＯＮ−ｍ−２に比しで、シリコ
ンラバーのヤング率は８Ｘ１０”Ｎ・ｍである。弾性柱
状体１１１はその頂部でそれかなければ基板１０から検
出器素子２０へ伝えられ得るストレスか減少する。

第２図〜第４図に示すとおり、弾性基板１０は検出器素
子２０を装着する隣のプラットフォーム領域と一体にな
った、条溝か切られていない周辺部１１２を具えている
。検出器素子２０からこの周辺部１１２までの条溝１５
及び１６の長さは、周波数ｆにおける熱拡散距離りより
長く、したかっで、この周辺部１１２（よ検出器素子間
の熱のクロストークには寄与していない。しかしながら
、この後詳しく述べるように、条溝Ｉ５及びＩ６を、マ
ウント１８．１９の上側部分１９内へ長手方向に延在さ
せるようにしてもよい。

厚い基板ｌＯか存在するため、検出器２の信頼性かやや
減少する。基板の厚さかＤとほぼ同じと仮定した場合、
信頼性における摩擦損失はおよそ以下の式で表される： Ｒ（％）＝１００ｔＣ，（ｋ、ｃ／４πｆ＋ｔ”Ｃ２）
−”’　　　　（２） ここで、Ｒ（％）は基板１０にわたって熱伝導かないも
のとした場合の検出器の信頼性を１００としたとき検出
器の信頼度であり、ｔは検出器素子２０の厚さ、Ｃは検
出器のパイロ電気物質の体積比熱である。検出器を適用
するほとんとの場合においで、９０％以上の値かでる。

シリコンラバー基板１０と厚さ４０μｍのＰＬＺＴ検出
器素子２０で、７Ｈｚ以上のチョッパ周波数で少なくと
も９０％のＲ（％）か達成される。このタイプの基板１
０と検出器素子２０で、周波数４０ＨｚでＲ（％）は約
９８％である。

第２図〜第４図は、条溝１５および１６がマウント１８
．１９の開口部１７の領域内にとどめられている状態を
示している。第７図に示す変形例においては、条溝１５
及び１６が（幅Ｗ深さｄで）マウント１８及び１９の上
側ガラス部分１９内まで長手方向に延在するように形成
されている。このガラス部分１９は、鋸を用いて切除で
きるガラス材でできており、条溝の深さを受は入れるの
に十分な厚さがある。この場合、底面電極接続体トラッ
ク２２は、基板１０とマウント部１９の領域上に継続し
た導電層を堆積し、条溝１５及び１６を基板１０および
マウント部１９内に導電層を導電トラック２２に分割す
る鋸を用いて形成することによって形成することができ
る。トラック２２は検出器素子２０の下部からワイヤ２
７をボンディングする領域へ長さ方向に同じ幅で伸びて
おり、導電層の厚さ及び抵抗を制御してトラック２２に
そ沿って伝わる電気的伝導及び熱的伝導の値を所望の値
にする。トラック２２間の分離は条溝１５によって決ま
る。

上記述べたとおり、第２図〜第４図の２列に配置された
検出器素子のうちの一列を補償素子としても良い。この
場合、基板１０中条溝１６は、省略しても良く、条溝１
５で決まる各プラットフォーム領域が−の列の能動検出
器素子２０と他の列の補償素子２０の両方を有するする
ようにしてもよい（これらの二つの素子２０は分離した
パイロ電気素子本体を有している）。このようにするこ
とはマイクロホニイの補償を増強する。同時係属出願中
の英国特許出願ＧＢ−Ａ−２２１７４４２号において述
べたように、それ自身か補償素子２０を有するリニアア
レイの検出器素子２０に代えで、そのリニアアレイが単
に１又は２の補償素子を有するようにしても良く、その
補償素子は能動検出器素子と同じ列に配置することがで
き、その出力信号は好適に処理されて能動素子２０に対
して温度補償するために使用されるものである。したが
っで、第２図〜第４図の装置は一列の素子２０のみを有
するように変形しても良い。詳しくは、英国特許出願第
ＧＢ−Ａ−２２１７４４２号を参照されたい。

第２図〜第７図に示した実施例においては、シリコンラ
バー１０はマウント１８．１９の上側表面上に延在して
いない。しかしながら、装置によってはシリコンラバー
１０の一部１３が数十あるいは１００μｍ程度の厚さで
マウント１８の上側表面に沿って延在しているものもあ
り、この領域では、シリコンラバーの一部１３を比較的
厚く（例えば約５０μｍ以上）形成しても良い。第８図
はこのような構成を示すものであり、ここでは、弾性基
板１０が、弾性基板１０の第１面１１の領域内に、検出
器素子２０の−の側部で埋め込まれている薄いガラスマ
ウント９を有している。導電トラック２２はガラスマウ
ント９上及び検出器素子２０の下のシリコンラバー１０
の面１１の上に延在している。第８図は単一列の検出器
素子２０を具える検出器の断面図（第３図と位置におい
て同じである）である。この検出器の断面は、シリコン
ラバ一部分１３がガラス部分１９に置き換えられている
点を除けば、第４図と構成において同じである。したか
っで、第８図の装置の検出器素子２０とトラック２２は
シリコンラバー基板１０及びその埋め込まれたガラスプ
レート９内に深さｄまで延在している幅Ｗの平行な条溝
１５によって分離するようにしても良い。ワイヤ接続体
２７はガラスプレート９上の導電トラック２２に接続す
ることができる。条溝１５内にみられるプレート９の端
部は、第８図の断面図では断面がプレート９を通過して
いないが、第８図では理解を容易にするために２重ハツ
チングを施している。

第８図に示す実施例では、検出器素子２０は弾性基板１
０の金属化した面１１の上に装着されている。しかしな
がら、検出器素子２０をそれ自体はそれほど可撓性のな
い物質でできたプラットフォーム９の面１１を金属化し
てその上に装着するようにしても良い。プラットフォー
ム９は例えば、ガラスプレー１〜、ポリイミド層、あり
はポリイミドより柔らかいプラスチック材で形成しても
良く、検出器素子２０の装着構造においで、音響ダンピ
ングを与えるため、（たとえばシリコンラバー等の）弾
性基板ｌＯ上に支持されるように重畳してもよい。条溝
１５（１６）はガラスプレート９あるいはプラスチック
層９内に、ガラスプレートあるいはプラスチック層の厚
さより浅い深さｄにしてもよいが、このましくは、下部
に横たわる弾性基盤１０内にまて延在するようにより深
く切除するようにする。

第２図〜第４図および第６図〜第８図は、弾性基板１０
の第２面１２か検出器素子群２０が位置している領域を
こえて剛固な支持体にほぼ接触しない構造を示す。しか
しながら、本発明による検出器においては、基板１０の
第２面１２の動きを制限するように、条溝を切った弾性
基板１０を剛固なベース（たとえばガラスプレートやア
ルミナプレート）上におくようにしても良い。このよう
な検出器の構造の一例が、第８図の変形例として第９図
に示されている。

同様の変形が、第２図〜第４図の検出器における装着構
造に可能である。各場合においで、剛固なマウント１８
か検出器素子２０の下部に延在する条溝を切った弾性基
板ｌＯの一部分の下部に延在しており、基板１０のこの
部分をより堅く支持している。第９図に示す構造におい
ては、基板ｌＯのこの部分は、剛固なマウントの上側表
面内の表面条溝１７に、部分的に装着しており、弾性部
材は条溝１７の外側にも延在している。この表面条溝１
７はマウント１８へのエラストマ基板１０の接着を強化
するものである。第２図〜第４図及び第７図に示す変形
例としで、弾性基板ｌＯ全全体表面条溝１７内に装着す
るようにしても良い。しかしなから、本発明による検出
器の構造においては、マウント１８の上側面はほぼ平坦
である。単なる装着プレートの代わりに、剛固なマウン
ト１８を、例えば検出器の容器の台座、ベース、ヘッダ
一部分、あるいは回路基板で構成してもよい。

これまでに述へてきた実施例は、検出器素子２０かりニ
アアレイであるが、本発明は二次元アレイにも利用し得
る。本発明によるシステムは、ヨーロッパ特許出願第Ｅ
Ｐ−Ａ−０２８４１３１号公報にも述へられているよう
な熱画像検出装置を、本発明による条溝を切った弾性ポ
リマ物質て回路基板覆うように変形して用いるようにし
ても良い。

したかっで、ＥＰ−Ａ−０２８４１３１号の第６図の変
形例においては、検出器素子を装着する層１０を形成す
るために、半導体基板ｌを十分に厚いシリコンラバーで
被覆するようにしても良い。

検出器素子は、シリコンラバーの被覆ｌＯ内の金属化し
た穴に形成した底面電極接続体を有している。ＥＰ−Ａ
−０２８４１３１号の第６図の新規な変形例においては
、層１０の厚さ及び層ｌＯ内に形成された条溝３６の深
さ及び幅は本発明によって選択される。詳しくはＥＰ−
Ａ−０２８４１３１号を参照されたい。しかしなから、
約１０μｍの厚さの検出器素子でてきた二次元アレイの
場合、信頼性は、例えば周波数４０ＨｚにおいてＲ（％
）か８００６と、ある程度減少する。この信頼性におけ
るロスは穴の直径を大きくすること、および／または高
いチョッピング周波数を使い、ＵＳＰ４０７２８６３号
公報に記載されているのと同様に検出器素子からの出力
信号を集積することによって改善することかできる。

本発明の範囲内において幾多の変形、変更か可能である
。本発明のほとんどの適用分野においで、本体４０の材
質、検出器素子２０のデザイン及び回路動作を、自然偏
光を示す強磁性結晶化された物質内で温度変化か（例え
ば熱画像である入射赤外線放射３の吸収によって）温度
変化か起こり、強磁性結晶化された物質の反対側の表面
に電荷か生じるという従来のパイロ電気効果を利用する
ように、選択することかできる。パイロ電気性結晶物質
を公知の方法で適当な増幅回路内にキャパシタ（相対向
する面３と４に電極接続体２１．２２を設けた）として
配置することによっで、電流もしくは電圧信号を発生さ
せ、検出することかできる。有用なパイロ電気物質のほ
とんどはまた強誘電体でもあり、これらの物質はキュリ
ー点遷移温度以下で、パイロ電気位相でパイロ電気特性
を示している。しかしながら、誘電率が温度に伴って急
激に変化するキュリー点範囲内で動作する強誘電物質を
使っで、赤外線検出器を公知の方法で構成するようにし
ても良い。このような強誘電体赤外線検出器素子は、相
対向する面に電極接続体２１と２２を有するキャパシタ
として構成しても良い。

パイロ電気タイプ及び強誘電体タイプの両タイプの検出
器素子は、弾性基板１０の上に群にして製造することが
でき、また、双方とも同じ様に可撓性の支持体及び検出
器素子（及び底面電極接続体２２）を支持する条溝を設
けたシリコンラバー１０から利益を得ており、また基板
に設けられた条溝による熱的絶縁及び弾性基板の物質の
低い熱導電率から利益を受けている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の熱放射検出システムの線図的ブロッ
ク図、 第２図は、第１図に示すシステムの熱放射検出器の一実
施例の平面図、 第３図は、第２図に示す検出器の■−■線に沿った断面
図、 第４図は第２図及び第７図に示す検出器の■−■線に沿
った断面図、 第５図は、第４図の断面における基板上の２個の検出器
素子の線図、 第６図は、第３図と同様の断面図であるが、第３図の構
造の検出器の初期の製造工程におけるものを示す図、 第７図は、第２図に示す実施例の変形例である第１図の
システム用の他の実施例を示す平面図、第８図及び第９
図は、本発明の他の実施例を示す（第３図と同様の）断
面図である。 ｌ・・・変調手段　　　　　２・・・検出器３・・・熱
放射　　　　　　４・・・赤外線光学系５・・・信号処
理回路　　　６・・・表示手段７・・・Ｉ／Ｃユニット エ０・・・基板　　　　　１１・・・基板第１面１２・
・−基板第２面　　１５．１６・・・条溝１７・・・凹
部 １８．１９・・・マウント ２０・・・検出器素子　　　２１・・・表面電極２２・
・・底面電極 ２７・・・ワイヤポンディング ４０・・・本体 １１０・・・ヒートシンク １１１・・・プラットフォーム支柱 １１２・・・周辺部 ２／３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射する熱放射に応じて温度が変化する強誘電体及
   びパイロ電気物質の双方またはい ずれか一方からなる赤外線検出器素子群と、第１及び第
   ２の相対向する面を具え、第１ 面に前記検出器素子を装着した電気及び熱 絶縁ポリマ物質から成る可撓性基板とを具　える熱放射
   検出装置において、前記基板が 弾性物質を有し、前記基板の内部に前記基 板の第１面から条溝を延在させて、可撓性 プラットフォーム領域群を形成し、これら プラットフォーム領域の各の上に検出器素 子がそれぞれ装着されていることを特徴と する熱放射検出器。 ２、請求項１に記載の熱放射検出器において、前記弾性
   ポリマ物質がシリコンラバーであることを特徴とする熱
   放射検出器。 ３、請求項１または２に記載の熱放射検出器において、
   前記弾性物質が剛固なマウントの少なくともひとつの開
   口内に懸垂されいることを特徴とする熱放射検出器。 ４、請求項１または２に記載の熱放射検出器において、
   前記弾性ポリマ物質が剛固なマウントの表面に支持され
   ており、前記マウントが検出器素子が装着されている部
   分の下に表面凹部を有していることを特徴とする熱放射
   検出器。 ５、請求項３又は４に記載の熱放射検出器において、前
   記弾性ポリマ物質が前記開口もしくは表面凹部を囲む剛
   固なマウントの上側表面上にも延在していることを特徴
   とする熱放射検出器。 ６、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱放射検出
   器において、前記弾性基板が、検出器素子の一方の側部
   で、前記第１の面の領域内に埋め込まれた薄いガラスマ
   ウントを有しており、前記ガラスマウントの上と検出器
   素子の下部にある前記弾性基板の第１面の上とに、導電
   トラックのパターンを延在させて、検出器素子の底面電
   極体を形成したことを特徴とする熱放射検出器。 ７、請求項３乃至６のいずれか一項に記載の熱放射検出
   器において、弾性基板の第１面上に前記検出器素子から
   前記マウントまで導電性トラックのパターンを延在させ
   、各トラックがそれぞれの検出器素子の下に延在して検
   出器素子に対する底面電極を形成していることを特徴と
   する熱放射検出器。 ８、請求項６または７に記載の熱放射検出器において、
   弾性基板内の条溝の少なくとも数本がマウント内に縦方
   向に延在しており、前記導電トラック、が前記基板及び
   マウント内に延在する前記条溝によって分離されている
   ことを特徴とする熱放射検出器。 ９、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の熱放射検出
   器において、条溝が前記弾性部材の第１の面内で前記弾
   性基板内に型成型で形成されていることを特徴とする熱
   放射検出器。 １０、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の熱放射検
   出器において、前記検出器素子が基板内に形成された条
   溝に整列している条溝で分離されていることを特徴とす
   る熱放射検出器。 １１、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の熱放射
   検出器と、熱放射検出器素子の前方に設けられ、検出器
   素子への熱放射の伝導を周期的に変調して、検出器素子
   上に入射する熱放射の伝送周波数を決定する変調手段と
   を具える熱放射検出システムであって、前記基板中の条
   溝が十分な深さｄ及び幅ｗを有しており、（２ｄ＋ｗ）
   で表される距離が検出器素子上に入射する熱放射に対す
   る伝送周波数において、検出器素子から基板内への熱の
   流れに対する熱拡散距離と少なくとも同じになるように
   前記条溝が形成されていることを特徴とする熱放射検出
   システム。 １２、入射する熱放射に応じて温度が変化する物質であ
   る強誘電体及びパイロ電気物質の双方またはいずれか一
   方からなる赤外線検出器素子群と、相対向する第１面及
   び第２面を有し、第１面上に検出器素子が装着されてい
   る電気及び熱絶縁物質からなる基板と、前記検出器素子
   の前方に設けられ、検出器素子への熱放射の伝導を周期
   的に変調して、検出器素子上に入射する熱放射の伝送周
   波数を決定する変調手段とを具える熱放射検出システム
   において、前記基板の第１面が幅ｗ深さｄの条溝によっ
   て、プラットフォーム領域の群に分割され、これらプラ
   ットフォーム領域の各々の上にそれぞれ検出器素子が装
   着されおり、前記条溝は、（２ｄ＋ｗ）で表される距離
   が検出器素子上に入射する熱放射の伝送周波数において
   検出器素子から基板内への熱の流れに対する熱拡散距離
   と少なくとも同じになるような十分な深さ及び幅である
   ことを特徴とする熱放射検出システム。 １３、請求項１１又は１２に記載の熱放射検出システム
   において、前記条溝の深さｄが、前記伝送周波数におけ
   る前記熱拡散距離と少なくともほぼ同じであることを特
   徴とする熱放射検出システム。 １４、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の熱放
   射検出システムにおいて、前記基板が、これに隣接する
   前記検出素子群の検出器素子用のプラットフォーム領域
   と一体になった周辺部を具え、前記検出器素子から基板
   の周辺部までの条溝の長さが少なくとも伝送周波数にお
   ける熱拡散距離とすくなくともほぼ同じであることを特
   徴とする熱放射検出システム。