JPH08201167A - 焦電型赤外線センサー - Google Patents

焦電型赤外線センサー

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JPH08201167A
JPH08201167A JP7255060A JP25506095A JPH08201167A JP H08201167 A JPH08201167 A JP H08201167A JP 7255060 A JP7255060 A JP 7255060A JP 25506095 A JP25506095 A JP 25506095A JP H08201167 A JPH08201167 A JP H08201167A
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pyroelectric
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resistance
infrared sensor
pyroelectric infrared
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Seong U Ma
聖 云 馬
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Sansei Denki KK
Samsung Electro Mechanics Co Ltd
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Sansei Denki KK
Samsung Electro Mechanics Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
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    • G—PHYSICS
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    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 物体から放射される赤外線を測定して非接触
式に移動物体又は温度変化物体を感知する焦電型センサ
ーを提供する。 【解決手段】 焦電体10の一面に第1、2反射電極1
1、12が形成され、該第1、2反射電極11、12に
対応して前記焦電体10の他面に第1、2受光電極が形
成される焦電体において、インピーダンス整合回路の入
力抵抗を、焦電体上の一側で第1、2反射電極から伸ば
され近接交叉する第1、2抵抗電極15、16と前記第
1、2抵抗電極間に形成される共有面積部17により、
焦電体抵抗成分に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は物体から放射される
赤外線を測定して非接触的に移動物体又は温度変化物体
を感知する焦電型センサー(pyroelectric sensor) に関
するものであり、特にセンサーの第1、2反射電極を伸
ばして相互に重なるようにし、反射電極間の重なる部分
の焦電体抵抗を利用して負荷抵抗を形成することにより
そのサイズを小さくする焦電型赤外線センサーに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】事前に分極処理され自発分極が形成され
た焦電体(pyroelectric material) は、平常時にはその
自発分極による表面電荷が大気中の浮遊電荷(floating
charge) により中和されている。しかしながら、その焦
電体に赤外線が照射されると、焦電体の温度がΔTだけ
変化する。その温度変化の量に従って自発分極の大きさ
が変化する。しかし、浮遊電荷は自発分極ほど速く温度
変化に対応できないので、その変化分が表面電荷として
現れる。
【0003】その後、再び初期の中和状態に戻る。この
表面電荷の変化を信号に変換すれば、焦電型赤外線セン
サーができる。
【0004】ここで、焦電体は絶縁抵抗109 〜1012
Ωの高インピーダンス信号源であるので、この高インピ
ーダンス信号源から信号を取り出すためにはインピーダ
ンス整合(impedance matching)を行わなければならな
い。従って、入力インピーダンスが非常に大きい焦電体
を赤外線センサーとして使用する場合、図2に示したよ
うに、電界効果トランジスタを連結してインピーダンス
整合を行って、高インピーダンス(109 〜1012Ω)
信号源である焦電体から信号を取り出せるようにする。
【0005】このように焦電センサーは物体から放射さ
れる赤外線を受けて焦電体の表面電荷の変化に基づいて
物体を非接触的に感知出来る。
【0006】このような焦電センサーは物体からの赤外
線放射に変化がある場合だけに焦電出力を生成すること
ができる。したがって、物体の温度変化又は移動物体だ
けを感知できる。温度が変化する物体又は移動物体以外
の場合はチョッパー(chopper) により入射赤外線を変調
して焦電体に角周波数ωにチョッパーされた赤外線が入
射される。このようにして、単位赤外線強度に対応する
電圧出力を得ることが出来る。
【0007】図2は従来の焦電型赤外線センサーの構造
を示している。同図に示されるように、焦電体10の裏
面13には2個の反射電極11、12が形成されてい
る。焦電体10の他面13’には反射電極11、12に
対応する2個の受光電極11’、12’が形成され、2
個の反射電極11、12から焦電感知出力を得られるよ
うになっている。
【0008】また、前記焦電体10の2つの出力端子に
基板20上に設けられた高抵抗21が電線14で接続さ
れ、これらの間の電圧降下を電界効果トランジスタ23
で増幅するようにする。このような焦電型赤外線センサ
ーの等価回路を図3に示す。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の焦電型赤外線センサーは、非常に高い値(1012Ω)
の電圧降下用高抵抗21が必要であり、またセンサー1
0の反射電極11、12と高抵抗21を接続するための
電線14が必要であるという欠点を有し、これらは焦電
型センサーの組立性及び原価面で不利に作用する。
【0010】特に、従来のセンサー構造は、高抵抗の抵
抗が必要であり、そのサイズの増加が避けられない。
【0011】このような問題点を解決するために、薄膜
抵抗を使うことが研究された。薄膜抵抗には、酸化ルテ
ニウム(RuO2 )系材料、又は不純物拡散の無いポリ
シリコンが使われた。前者は小形化してインピーダンス
整合回路と一体化することができないし、後者は小形化
には適当であるが抵抗値が108 〜1013の間であって
誤差が著しいという問題がある。
【0012】このような問題に対し日本公開特許昭63
−32328号で開示されている装置では、シリコン基
板上にインピーダンス整合回路を形成し、入力抵抗素子
はクローム(Cr)を1%前後含有させて、抵抗誤差の
小さい薄膜抵抗を形成している。
【0013】しかし、このような焦電型赤外線センサー
では、シリコン基板上にインピーダンス整合回路を形成
し、焦電素子と入力抵抗素子との間でワイヤボンディン
グを行うので、半導体製造工程と、高度の技術と精密さ
を要する小型素子間のワイヤボンディング工程とが必須
である。従って、半導体製造工程とワイヤボンディング
工程による生産費用の増加を避け得ない。
【0014】本発明は上記のような問題点を解決するた
めのものであって、本発明の目的は焦電型赤外線センサ
ーのサイズ縮小を可能にし、その組立性を改善できる新
しい構造の焦電型赤外線センサーを提供することにあ
る。
【0015】本発明の他の目的はインピーダンス整合回
路の入力抵抗を焦電体に形成して入力抵抗によるサイズ
の増加を防ぐ焦電型赤外線センサーを提供することにあ
る。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る焦電型赤外線センサーは、反射電極
から電極を伸ばして重なるようにし、その重なり部の焦
電体自体の抵抗を利用して、反射電極及び受光電極を持
つ焦電体と一体的にインピーダンス整合回路に使用され
る電圧降下用入力高抵抗を形成することを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、添附した図面を参考して本
発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明によ
る焦電型赤外線センサーの構造図であり、図2に示され
た従来の焦電型センサーの部分と同一機能を持つ部分に
は同一符号をつけて説明を省略する。
【0018】板状の焦電体10の裏面13には一対の第
1、2反射電極11、12を形成し、他面に第1、2反
射電極11、12に対応して、一対の第1、2受光電極
(点線表示、図2参照)を形成している。この受光電極
に赤外線が入射されると、その赤外線が焦電体を通過し
ながら焦電体分極を乱す。乱される焦電体分極の量は赤
外線エネルギー量に比例する。よって、赤外線が焦電体
を通過しないように反射電極を銀で形成し、受光電極に
入射した赤外線が焦電体を通過できず反射電極で反射さ
れて焦電体内部で分極を乱すようにする。上記のように
して分極を乱す赤外線により浮遊電荷が発生する。この
浮游電荷は第1、2反射電極11、12に収集され、図
2に示された例では、そこに接続された電線14を通し
て、インピーダンス整合回路の電界効果トランジスタ2
3のゲートに入力される。
【0019】従来は、インピーダンス整合回路の入力抵
抗を、焦電体10とは別に他の基板20上に作ってい
た。しかしながら、本発明では次のように入力抵抗を焦
電体10に形成する。
【0020】第1、2反射電極が形成された焦電体10
の裏面13側には、上記各反射電極から各々伸ばされた
ストライプ形状の第1、2抵抗電極15、16の末端
を、電気的に絶縁された状態で相互に入れ違うように接
近配置する。
【0021】これにより、焦電体面で第1、2抵抗電極
15、16の末端部が相互に近接して重なる部位、即
ち、共有面積部17が形成されるようになり、ここで非
常に高い値の抵抗が形成されるようになる。
【0022】本発明において、共有面積部17により形
成される抵抗値は50GΩ以上が好ましく、より好まし
い抵抗値は90〜130GΩであり、最も好ましい抵抗
値は100GΩである。
【0023】上記した抵抗値が小さすぎる場合には電位
差が小さくなり、有効な信号を得ることが出来ないし、
大きすぎる場合には有効な信号以外の信号が発生する。
したがって、上記の抵抗値は上記した値を持つことが好
ましい。
【0024】ここで、抵抗は、第1、2抵抗電極15、
16間の間隔をδとし、第1、2抵抗電極15、16間
で重なる部分の断面積をAとすると、 抵抗Ra=ρ・δ/A (ρは抵抗係数) である。
【0025】上記式より、第1、2抵抗電極15、16
とこれらの間の共有面積部7から得られる抵抗値は、第
1、2抵抗電極15、16間の間隔δを調節するか、又
は第1、2抵抗電極15、16間の重なる部分の断面積
Aを調節することにより変更出来る。
【0026】本発明に使用される焦電体としてはPb
(Li−Zr)TiO3 系、PbLiTiO3 系、Pb
ZrTiO3 系の焦電体等を挙げることが出来る。本発
明では、上記焦電体の抵抗係数が成分比に従って大きい
範囲で変化させうるので、特定の抵抗係数を持つように
製作した後に、焦電体の厚さ、第1、2抵抗電極が重な
る長さ、及び第1、2抵抗電極の間隔を変化させること
により望む抵抗を得ることができる。
【0027】一方、本発明は一般的な焦電型赤外線セン
サーに適用できる。焦電型赤外線センサーは、焦電体の
厚さが1〜2μm程度である薄膜型(thinfilm type)焦
電型赤外線センサーと、焦電型の厚さが10〜120μ
mであるバルク型(bulk type) 焦電型赤外線センサーに
分類することができる。
【0028】本発明の焦電型赤外線のセンサーの一例に
おいて、電極が重なる距離は、製作上の容易性ばかりで
なく、他の因子による抵抗値の変動を受容出来るよう
に、0.5〜3.5mmが良く、また抵抗電極の間隔は
抵抗値の変化幅を小さくするように、0.15〜0.6
mmが良い。
【0029】焦電型赤外線センサーが薄膜タイプである
場合は、例えば、電極が重なる距離と電極間の間隔は各
々0.5〜0.7mmと0.15〜0.3mmである。
また、焦電型赤外線センサーがバルクタイプである場合
は、例えば、電極が重なる距離と電極間の距離はそれぞ
れ0.8〜1.2mmと0.3〜0.4mmである。
【0030】
【発明の効果】上記したように、本発明によれば、イン
ピーダンス整合回路の入力抵抗を焦電体に形成するの
で、別途の高抵抗形成のための基板が必要でなくなり、
それゆえ、センサーのサイズを著しく縮小出来る。従っ
て、従来、別の基板上にインピーダンス整合回路の入力
抵抗を形成することによって発生していた体積の増加及
び部品の増加の問題が解決される。
【0031】また、本発明によれば、インピーダンス整
合回路の入力抵抗が形成される別途の基板の空間が必要
でなくなり、より大きい焦電体が使用できるので、その
拡張された焦電体面に反射電極及び受光電極を形成して
高感度の焦電センサーを得ることができるようになる。
更に、焦電体と入力抵抗間に別途のワイヤリング作業が
必要で無くなり、センサー組立時の不良発生を最小にす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による焦電型センサーの構造図である。
【図2】従来の焦電型センサーの構造図である。
【図3】焦電型センサーの等価回路図である。
【符号の説明】
10 焦電体 11、12 反射電極 15、16 抵抗電極 17 共有面積部

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焦電体と、該焦電体の一面に形成された
    第1、2反射電極と、該第1、2反射電極に対して前記
    焦電体の対向面に形成された第1、2受光電極と、前記
    第1、2反射電極から信号を取り出すためのインピーダ
    ンス整合回路とを具備した焦電型赤外線センサーにおい
    て、 前記インピーダンス整合回路の入力抵抗は、焦電体上の
    第1、2反射電極から伸ばされ近接して重なる第1、2
    抵抗電極と、該第1、2抵抗電極が重なる部分で形成さ
    れる共有面積部によって焦電体抵抗成分に形成されるこ
    とを特徴とする焦電型赤外線センサー。
  2. 【請求項2】 前記焦電体が、PbZrTiO3 系焦電
    体、PbLiTiO3 系焦電体及びPb(Li−Zr)
    TiO3 系焦電体でなる焦電体グループから選択された
    1種であることを特徴とする請求項1記載の焦電型赤外
    線センサー。
  3. 【請求項3】 前記共有面積部により形成される抵抗が
    50GΩ以上であることを特徴とする請求項1又は請求
    項2記載の焦電型赤外線センサー。
  4. 【請求項4】 前記共有面積部により形成される抵抗が
    80〜130GΩであることを特徴とする請求項1又は
    請求項2記載の焦電型赤外線センサー。
  5. 【請求項5】 前記焦電体の厚さが1〜2μmであり、
    電極が重なる長さと電極の間隔が各々0.5〜0.7m
    mと0.15〜0.3mmであることを特徴とする請求
    項1又は請求項2記載の焦電型赤外線センサー。
  6. 【請求項6】 前記焦電体の厚さが0.8〜1.2mm
    であり、電極が重なる長さと電極の間隔が各々0.8〜
    1.2mmと0.3〜0.4mmであることを特徴とす
    る請求項1又は請求項2記載の焦電型赤外線センサー。
  7. 【請求項7】 前記共有面積部により形成される抵抗が
    80〜130GΩであることを特徴とする請求項5記載
    の焦電型赤外線センサー。
  8. 【請求項8】 前記共有面積部により形成される抵抗が
    80〜130GΩであることを特徴とする請求項6記載
    の焦電型赤外線センサー。
JP7255060A 1994-09-30 1995-10-02 焦電型赤外線センサー Expired - Lifetime JP2790438B2 (ja)

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