JPH04355331A - 焦電形２次元アレイ赤外センサ - Google Patents
焦電形２次元アレイ赤外センサInfo
- Publication number
- JPH04355331A JPH04355331A JP3131379A JP13137991A JPH04355331A JP H04355331 A JPH04355331 A JP H04355331A JP 3131379 A JP3131379 A JP 3131379A JP 13137991 A JP13137991 A JP 13137991A JP H04355331 A JPH04355331 A JP H04355331A
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- Japan
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- dimensional array
- pyroelectric
- infrared
- infrared sensor
- array infrared
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体の温度分布、赤外
放射分布を２次元の電気信号に変換し、可視像に変換で
きる赤外カメラに用いられる焦電形２次元アレイ赤外セ
ンサに関するものである。
放射分布を２次元の電気信号に変換し、可視像に変換で
きる赤外カメラに用いられる焦電形２次元アレイ赤外セ
ンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近、赤外センサは製品の熱管理工程、
夜間監視、防災、防犯等で利用されるようになってきた
。これらのセンサは、１点のみを測定するポイント型か
ら、１次元分布を一度に測定できる１次元アレイ型、さ
らに２次元アレイ型と発展してきた。この２次元赤外セ
ンサには、赤外検出素子として焦電素子が最も多く用い
られているが、該素子は圧電雑音を出すので、ダミ−素
子と組み合せてその雑音を消去する方法がとられている
。
夜間監視、防災、防犯等で利用されるようになってきた
。これらのセンサは、１点のみを測定するポイント型か
ら、１次元分布を一度に測定できる１次元アレイ型、さ
らに２次元アレイ型と発展してきた。この２次元赤外セ
ンサには、赤外検出素子として焦電素子が最も多く用い
られているが、該素子は圧電雑音を出すので、ダミ−素
子と組み合せてその雑音を消去する方法がとられている
。
【０００３】以下、図４を参照して従来の焦電形２次元
アレイ赤外センサについて説明する。
アレイ赤外センサについて説明する。
【０００４】図４（ａ）において、１は焦電形赤外検出
素子、２は同じ赤外検出素子で赤外線が入射しないよう
設置され、ダミ−素子としての働きをする。３は導電路
付絶縁板で、両素子を図４（ｂ）に示すような等価回路
になるよう結線する役目をはたしている。同図に示すよ
うに両素子の分極の向きは逆になっており、同一の圧電
雑音は消去されるようになっている。５は赤外検出素子
の出力信号７を時間順次で読み出すための半導体である
。このような構成により、圧電雑音は消去される。
素子、２は同じ赤外検出素子で赤外線が入射しないよう
設置され、ダミ−素子としての働きをする。３は導電路
付絶縁板で、両素子を図４（ｂ）に示すような等価回路
になるよう結線する役目をはたしている。同図に示すよ
うに両素子の分極の向きは逆になっており、同一の圧電
雑音は消去されるようになっている。５は赤外検出素子
の出力信号７を時間順次で読み出すための半導体である
。このような構成により、圧電雑音は消去される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の構
成では、容量性の素子が直列で結線されているので、素
子の合成電気容量は半分になる。２次元アレイセンサで
は素子１個々々の面積が小さいため素子容量が小さく、
浮遊電気容量と同程度になるため、信号読み出し効率の
低減を招いている。従って電気容量の低下はセンサの性
能低下に直接つながるという問題がある。
成では、容量性の素子が直列で結線されているので、素
子の合成電気容量は半分になる。２次元アレイセンサで
は素子１個々々の面積が小さいため素子容量が小さく、
浮遊電気容量と同程度になるため、信号読み出し効率の
低減を招いている。従って電気容量の低下はセンサの性
能低下に直接つながるという問題がある。
【０００６】本発明は、上記従来技術の課題を解決する
もので、圧電雑音の低い高感度の焦電形２次元アレイ赤
外センサを提供することを目的とする。
もので、圧電雑音の低い高感度の焦電形２次元アレイ赤
外センサを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、２次元アレイ焦電形赤外検出素子と同ダミ
−素子それぞれに信号読みだし用半導体を組合せ、両者
を同一のクロックで駆動し、その出力信号をバッファア
ンプで増幅してから差動アンプで両者の差信号を取り出
すような構成としている。
に本発明は、２次元アレイ焦電形赤外検出素子と同ダミ
−素子それぞれに信号読みだし用半導体を組合せ、両者
を同一のクロックで駆動し、その出力信号をバッファア
ンプで増幅してから差動アンプで両者の差信号を取り出
すような構成としている。
【０００８】
【作用】本発明は上記構成によって、容量性素子を直列
に結線することなく、一度バッファアンプを通して差動
アンプにより差信号を取り出す方式なので素子の電気容
量低減がなく信号読み出し効率の低減を抑え、しかも同
一クロックで信号を読み出すので、信号読み出し用半導
体を別々にしても同時に信号を読み出すことができ、圧
電雑音は同一信号になり、差を取り出すことによりそれ
を消去することができる。
に結線することなく、一度バッファアンプを通して差動
アンプにより差信号を取り出す方式なので素子の電気容
量低減がなく信号読み出し効率の低減を抑え、しかも同
一クロックで信号を読み出すので、信号読み出し用半導
体を別々にしても同時に信号を読み出すことができ、圧
電雑音は同一信号になり、差を取り出すことによりそれ
を消去することができる。
【０００９】
【実施例】（実施例１）以下、本発明の一実施例につい
て図面を参照しながら説明する。
て図面を参照しながら説明する。
【００１０】図１は本発明の第１の実施例における焦電
形２次元アレイ赤外センサの断面図である。図１におい
て、１１は２次元アレイ焦電形赤外検出部、１２は同一
寸法、同一材質、同一特性のダミ−素子部である。各々
は、縦、横ともに０．１ｍｍ ２ ピッチ有効素子面寸
法は０．０８ｍｍ２ で、厚さ１０μｍのチタン酸鉛セ
ラミクスで、その片面全面に図示していないニクロム共
通電極がシ−ト抵抗３５０ Ω／ｃｍ２ になるような
厚さで蒸着されている。反対側は０．１ｍｍ ２ ピッ
チで０．０８ｍｍ２ のアルミニウム電極が厚さ１μｍ
で １２８×１２８ 個蒸着され、更にその上に金（Ａ
ｕ，Ｇｏｌｄ） 電極膜が蒸着されている。図１に示す
インジウムバンプ１４が該分離電極に接続しかつ信号読
み出し用のＣＣＤチップ１５に接続して両者を電気的か
つ機械的に接続している。この接続は約 １６０℃の高
温下で、熱圧着法により行われる。
形２次元アレイ赤外センサの断面図である。図１におい
て、１１は２次元アレイ焦電形赤外検出部、１２は同一
寸法、同一材質、同一特性のダミ−素子部である。各々
は、縦、横ともに０．１ｍｍ ２ ピッチ有効素子面寸
法は０．０８ｍｍ２ で、厚さ１０μｍのチタン酸鉛セ
ラミクスで、その片面全面に図示していないニクロム共
通電極がシ−ト抵抗３５０ Ω／ｃｍ２ になるような
厚さで蒸着されている。反対側は０．１ｍｍ ２ ピッ
チで０．０８ｍｍ２ のアルミニウム電極が厚さ１μｍ
で １２８×１２８ 個蒸着され、更にその上に金（Ａ
ｕ，Ｇｏｌｄ） 電極膜が蒸着されている。図１に示す
インジウムバンプ１４が該分離電極に接続しかつ信号読
み出し用のＣＣＤチップ１５に接続して両者を電気的か
つ機械的に接続している。この接続は約 １６０℃の高
温下で、熱圧着法により行われる。
【００１１】ＣＣＤ１５の信号読込電極は図示していな
いが、当然０．１ ｍｍ２ ピッチで １２８×１２８
個配列している。
いが、当然０．１ ｍｍ２ ピッチで １２８×１２８
個配列している。
【００１２】組立てられた２個のチップを図１に示すよ
うに基板１３の両面にＣＣＤ１５側を接着し、図示して
いないパッケ−ジに赤外検出部１１だけが、入力信号で
ある赤外線を受光するように設置する。ふたつのＣＣＤ
１５は同一のクロック信号１６で駆動し、両出力１７は
ふたつのバッファアンプ１８で各々同一増幅度で増幅し
、その出力を差動アンプ１９に入れ、両者の差信号を取
り出すようにする。
うに基板１３の両面にＣＣＤ１５側を接着し、図示して
いないパッケ−ジに赤外検出部１１だけが、入力信号で
ある赤外線を受光するように設置する。ふたつのＣＣＤ
１５は同一のクロック信号１６で駆動し、両出力１７は
ふたつのバッファアンプ１８で各々同一増幅度で増幅し
、その出力を差動アンプ１９に入れ、両者の差信号を取
り出すようにする。
【００１３】以上のように構成された焦電形２次元アレ
イ赤外センサについて、図２に示す等価回路を用いてそ
の動作を説明する。外部からの加振によりふたつの２次
元アレイ焦電形赤外検出部（２次元アレイ焦電素子）１
１に加わる振動は振動特性がほぼ等価の位置に設置され
ているのでほぼ同一である。そこで、圧電ノイズは、周
波数、振幅、位相全てがほぼ同じで、これを差動アンプ
１９でそれらの差をとれば、入力信号である赤外線によ
る出力を除いて、振動雑音は消去される。しかも、ダミ
−素子１２を直列に接続した場合と比較して信号読み出
し効率が高い。具体的に述べると、焦電素子１１の電気
容量は１ｐＦであるが、浮遊容量が ０．５ｐＦなので
、読み出し効率は（数１）で算式でき、約６６％である
。
イ赤外センサについて、図２に示す等価回路を用いてそ
の動作を説明する。外部からの加振によりふたつの２次
元アレイ焦電形赤外検出部（２次元アレイ焦電素子）１
１に加わる振動は振動特性がほぼ等価の位置に設置され
ているのでほぼ同一である。そこで、圧電ノイズは、周
波数、振幅、位相全てがほぼ同じで、これを差動アンプ
１９でそれらの差をとれば、入力信号である赤外線によ
る出力を除いて、振動雑音は消去される。しかも、ダミ
−素子１２を直列に接続した場合と比較して信号読み出
し効率が高い。具体的に述べると、焦電素子１１の電気
容量は１ｐＦであるが、浮遊容量が ０．５ｐＦなので
、読み出し効率は（数１）で算式でき、約６６％である
。
【００１４】
【数１】
【００１５】一方、ダミ−素子１２を直接、直列に組合
せた場合は、焦電素子１１の電気容量は０．５ｐＦ と
なり、読み出し効率は５０％に低減する。しかも、ダミ
−素子１２の圧電特性が異ると、圧電雑音の消去効果も
低減することになるが、本実施例の構成では、バッファ
アンプ１８をふたつ用いているので、もし圧電特性の平
均値が異る場合は、各々のバッファアンプ１８の増幅度
を加減することで、その差を抑えることができる。
せた場合は、焦電素子１１の電気容量は０．５ｐＦ と
なり、読み出し効率は５０％に低減する。しかも、ダミ
−素子１２の圧電特性が異ると、圧電雑音の消去効果も
低減することになるが、本実施例の構成では、バッファ
アンプ１８をふたつ用いているので、もし圧電特性の平
均値が異る場合は、各々のバッファアンプ１８の増幅度
を加減することで、その差を抑えることができる。
【００１６】以上のように本実施例によれば、特性の同
等なふたつの焦電形２次元アレイ赤外センサを同一の基
板に振動特性が同一の位置に設置し、一方のセンサすな
わち焦電形赤外検出部１１のみに信号赤外線が入射する
ようにし、ふたつの半導体が同一のクロックで駆動され
、各々バッファアンプ１８を通して両者の差信号を差動
アンプ１９で取り出すことにより、読み出し効率の低減
を抑え、しかも圧電雑音を著しく低減した高感度の焦電
形２次元アレイ赤外センサを現実することができる。
等なふたつの焦電形２次元アレイ赤外センサを同一の基
板に振動特性が同一の位置に設置し、一方のセンサすな
わち焦電形赤外検出部１１のみに信号赤外線が入射する
ようにし、ふたつの半導体が同一のクロックで駆動され
、各々バッファアンプ１８を通して両者の差信号を差動
アンプ１９で取り出すことにより、読み出し効率の低減
を抑え、しかも圧電雑音を著しく低減した高感度の焦電
形２次元アレイ赤外センサを現実することができる。
【００１７】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について図面を参照しながら説明する。
について図面を参照しながら説明する。
【００１８】図３は本発明の第２の実施例における焦電
形２次元アレイ赤外センサの断面図である。
形２次元アレイ赤外センサの断面図である。
【００１９】図３において、２１は２次元アレイ焦電形
赤外検出部、２２は同一寸法、同一材質、同一特性のダ
ミ−素子部で、以上は図１の構成と同様なものである。 図１の構成と異るのは、ふたつの２次元アレイ赤外セン
サを別々に基板に貼り付けるのではなく、ＣＣＤ１５の
面で両者を貼り合せ、一体にしてから、ダミ−素子２２
面で基板２３に貼り付けた点である。
赤外検出部、２２は同一寸法、同一材質、同一特性のダ
ミ−素子部で、以上は図１の構成と同様なものである。 図１の構成と異るのは、ふたつの２次元アレイ赤外セン
サを別々に基板に貼り付けるのではなく、ＣＣＤ１５の
面で両者を貼り合せ、一体にしてから、ダミ−素子２２
面で基板２３に貼り付けた点である。
【００２０】上記のように構成された焦電形２次元アレ
イ赤外センサについて、以下その動作を説明する。まず
、外部からの加振による振動状況は厳密には、振動特性
上等価の位置に置かれていないので異ることになるが、
基板２３の厚さが１０ｍｍであるのに対して、ＣＣＤ１
５は０．３ ｍｍであり、焦電素子２１が０．０１ｍｍ
の厚さで、インジウム接合部とともに後者は無視し得る
寸法になっている。そこで、前者の厚さのみを考えて、
１０ｍｍ厚さの基板２３の振動において、ＣＣＤ１５の
厚さの位置の差が、振動モ−ドとしてどのような差にな
って現れるかを考えればよい。振動は通常数Ｈｚから２
ｋＨｚ程度の範囲が対象となるので、基板上での音速を
８０００ｍ／ｓとすると、波長は（数２）で求められ、
最短で４ｍである。
イ赤外センサについて、以下その動作を説明する。まず
、外部からの加振による振動状況は厳密には、振動特性
上等価の位置に置かれていないので異ることになるが、
基板２３の厚さが１０ｍｍであるのに対して、ＣＣＤ１
５は０．３ ｍｍであり、焦電素子２１が０．０１ｍｍ
の厚さで、インジウム接合部とともに後者は無視し得る
寸法になっている。そこで、前者の厚さのみを考えて、
１０ｍｍ厚さの基板２３の振動において、ＣＣＤ１５の
厚さの位置の差が、振動モ−ドとしてどのような差にな
って現れるかを考えればよい。振動は通常数Ｈｚから２
ｋＨｚ程度の範囲が対象となるので、基板上での音速を
８０００ｍ／ｓとすると、波長は（数２）で求められ、
最短で４ｍである。
【００２１】
【数２】
【００２２】従って、波長４ｍで、位置が ０．３ｍｍ
の差の場合、位相のズレは、 ０．０２５°程度で・ほ
とんど無視し得ることがわかる。以上のように、ふたつ
の２次元アレイ赤外センサを基板２３の片側にまとめて
設置することにより、圧電雑音を低減でき、しかも基板
の反対側はセンサが設置されていないので、パッケ−ジ
基部に直接接着でき、丈夫で、組立の比較的容易な焦電
形２次元アレイ赤外センサが実現できる。
の差の場合、位相のズレは、 ０．０２５°程度で・ほ
とんど無視し得ることがわかる。以上のように、ふたつ
の２次元アレイ赤外センサを基板２３の片側にまとめて
設置することにより、圧電雑音を低減でき、しかも基板
の反対側はセンサが設置されていないので、パッケ−ジ
基部に直接接着でき、丈夫で、組立の比較的容易な焦電
形２次元アレイ赤外センサが実現できる。
【００２３】なお、第１の実施例において、ダミ−素子
の共通電極をニクロム蒸着膜としたが赤外線の吸収効率
を高くすることはかならずしも必要ないので、アルミニ
ウム蒸着膜としてもよい。また、第２の実施例ではダミ
−素子面は基板に接着しているので、アルミニウム蒸着
膜でもよいことは言うまでもない。
の共通電極をニクロム蒸着膜としたが赤外線の吸収効率
を高くすることはかならずしも必要ないので、アルミニ
ウム蒸着膜としてもよい。また、第２の実施例ではダミ
−素子面は基板に接着しているので、アルミニウム蒸着
膜でもよいことは言うまでもない。
【００２４】
【発明の効果】以上のように本発明は、焦電素子と信号
読み出し用半導体を組合せた２次元アレイ赤外センサを
２組用い、同一のクロックで駆動して、一方のみに入力
信号である赤外線を入射し、バッファアンプを介して差
信号をとることにより、圧電雑音を大幅に低減でき、信
号読み出し効率の低減を抑えた高感度の優れた焦電形２
次元アレイ赤外センサを実現できるものである。
読み出し用半導体を組合せた２次元アレイ赤外センサを
２組用い、同一のクロックで駆動して、一方のみに入力
信号である赤外線を入射し、バッファアンプを介して差
信号をとることにより、圧電雑音を大幅に低減でき、信
号読み出し効率の低減を抑えた高感度の優れた焦電形２
次元アレイ赤外センサを実現できるものである。
【図１】本発明の第１の実施例における焦電形２次元ア
レイ赤外センサの断面図
レイ赤外センサの断面図
【図２】同第１の実施例における焦電形２次元アレイ赤
外センサの等価回路図
外センサの等価回路図
【図３】本発明の第２の実施例における焦電形２次元ア
レイ赤外センサの断面図
レイ赤外センサの断面図
【図４】（ａ）従来の焦電形２次元アレイ赤外センサの
断面図（ｂ）従来の焦電形２次元アレイ赤外センサの等
価回路図
断面図（ｂ）従来の焦電形２次元アレイ赤外センサの等
価回路図
１１ ２次元アレイ焦電形赤外検出部１２ ２次元
アレイ焦電形ダミ−素子部１３ 基板 １４ インジウムバンプ接合部 １５ 信号読み出し用２次元アレイ半導体（ＣＣＤ）
１６ クロック信号 １７ 出力信号端 １８ バッファアンプ １９ 差動アンプ
アレイ焦電形ダミ−素子部１３ 基板 １４ インジウムバンプ接合部 １５ 信号読み出し用２次元アレイ半導体（ＣＣＤ）
１６ クロック信号 １７ 出力信号端 １８ バッファアンプ １９ 差動アンプ
Claims (3)
- 【請求項１】 複数個の焦電形赤外検出素子を２次元
に配列した赤外検出部と、その赤外検出部の出力信号を
時間順次で読み出す半導体とでなる特性同一の第１、第
２の２次元アレイ赤外センサを有し、その２次元アレイ
赤外センサを同一の基板に振動特性が略同一になる位置
に設置し、前記第１の２次元アレイ赤外センサのみに信
号赤外線が入射するようにし、前記第１、第２の２次元
アレイ赤外センサを同一のクロックで駆動し、各々にバ
ッファアンプを付け、両出力を差動アンプに入力し、両
者の差を出力として得ることを特徴とする焦電形２次元
アレイ赤外センサ。 - 【請求項２】 第１、第２の２次元アレイ赤外センサ
が基板の両側に面対称の位置に設置されている請求項１
記載の焦電形２次元アレイ赤外センサ。 - 【請求項３】 第１、第２の２次元アレイ赤外センサ
が面対称の位置関係で、ＣＣＤ側で貼り合され、外側に
配置された焦電形２次元アレイ素子の一方の面が基板に
貼り付けられている請求項１記載の焦電形２次元アレイ
赤外センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131379A JPH04355331A (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 焦電形２次元アレイ赤外センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3131379A JPH04355331A (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 焦電形２次元アレイ赤外センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04355331A true JPH04355331A (ja) | 1992-12-09 |
Family
ID=15056574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3131379A Pending JPH04355331A (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 焦電形２次元アレイ赤外センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04355331A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6262418B1 (en) * | 1997-10-24 | 2001-07-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thermal type infrared sensing device, fabrication method for thermal type infrared sensing device, and infrared imaging system and infrared imaging apparatus |
| WO2019229353A1 (fr) | 2018-05-30 | 2019-12-05 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Systeme de detection a pixel sensible comportant un detecteur thermique et un dispositif de compensation |
-
1991
- 1991-06-03 JP JP3131379A patent/JPH04355331A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6262418B1 (en) * | 1997-10-24 | 2001-07-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Thermal type infrared sensing device, fabrication method for thermal type infrared sensing device, and infrared imaging system and infrared imaging apparatus |
| WO2019229353A1 (fr) | 2018-05-30 | 2019-12-05 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Systeme de detection a pixel sensible comportant un detecteur thermique et un dispositif de compensation |
| FR3081989A1 (fr) * | 2018-05-30 | 2019-12-06 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Systeme de detection a pixel sensible comportant un detecteur thermique et un dispositif de compensation |
| US11815400B2 (en) | 2018-05-30 | 2023-11-14 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Sensitive pixel based detection system comprising a thermal detector and a compensation device |
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