JPS635226A - ２次元アレイ焦電形赤外センサ - Google Patents
２次元アレイ焦電形赤外センサInfo
- Publication number
- JPS635226A JPS635226A JP61148747A JP14874786A JPS635226A JP S635226 A JPS635226 A JP S635226A JP 61148747 A JP61148747 A JP 61148747A JP 14874786 A JP14874786 A JP 14874786A JP S635226 A JPS635226 A JP S635226A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dimensional array
- pyroelectric
- infrared
- infrared sensor
- lens group
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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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
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/34—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using capacitors, e.g. pyroelectric capacitors
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (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
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、赤外線を利用して温度計測、地球資源探査、
気象観測、公害監視、防犯・防災監視、交通機関の運転
管理、工場での熱管理などの監視、測定を行う２次元ア
レイ焦電形赤外センサに関するものである。
気象観測、公害監視、防犯・防災監視、交通機関の運転
管理、工場での熱管理などの監視、測定を行う２次元ア
レイ焦電形赤外センサに関するものである。
従来の技術
２次元アレイ焦電形赤外センサは、焦電素子と、その信
号を時間順次で読み出す２次元アレイ半導体素子との組
合わせが主流であり、その−例として特願昭６０−２６
００５５号に記載されているように半導体素子上に焦電
素子を直接形成した構成が知られている。
号を時間順次で読み出す２次元アレイ半導体素子との組
合わせが主流であり、その−例として特願昭６０−２６
００５５号に記載されているように半導体素子上に焦電
素子を直接形成した構成が知られている。
以下、上記従来例について、第２図（ａ） 、 （ｂ）
を参照しながら説明する。焦電素子１が２次元アレイ半
導体素子８に蒸着法、あるいは塗布法により密着されて
いる。半導体素子８は、焦電素子１の信号取出し電極２
と接触するソースチャンネル４と、その信号を受けるド
レインチャンネル（第１次信号読み出しチャンネル）６
と、クロック信号に従って焦電信号を読み出すスイッチ
の役をするゲートチャンネル５の３つのチャンネルで形
成される１組が縦・横２次元に配列された構成になって
いる。３は赤外受光側全面を覆うアース電極、７は第１
次信号ラインである。
を参照しながら説明する。焦電素子１が２次元アレイ半
導体素子８に蒸着法、あるいは塗布法により密着されて
いる。半導体素子８は、焦電素子１の信号取出し電極２
と接触するソースチャンネル４と、その信号を受けるド
レインチャンネル（第１次信号読み出しチャンネル）６
と、クロック信号に従って焦電信号を読み出すスイッチ
の役をするゲートチャンネル５の３つのチャンネルで形
成される１組が縦・横２次元に配列された構成になって
いる。３は赤外受光側全面を覆うアース電極、７は第１
次信号ラインである。
上記２次元アレイ焦電形赤外センサの等価回路図を第３
図に示す。第２図の各部に対応する部分には同一符号を
付す。９は第２次ゲートチャンネル、１０は第２次ドレ
インチャンネル（第２次信号読み出しチャンネル）、１
１は第２次信号ライン、１２は第１次クロック、１３は
第２次クロックである。この回路図かられかるように、
素子数ｍｘｎの２次元アレイ焦電素子の赤外信号は、時
間順次で、Ｖｏｕｔ端子から読み出すことができる。
図に示す。第２図の各部に対応する部分には同一符号を
付す。９は第２次ゲートチャンネル、１０は第２次ドレ
インチャンネル（第２次信号読み出しチャンネル）、１
１は第２次信号ライン、１２は第１次クロック、１３は
第２次クロックである。この回路図かられかるように、
素子数ｍｘｎの２次元アレイ焦電素子の赤外信号は、時
間順次で、Ｖｏｕｔ端子から読み出すことができる。
発明が解決しようとする問題点
第２図の構成から明らかなように、焦電素子１に接する
信号取出し電極２の面積は全焦電素子面積の１／４以下
である。従って焦電素子１に発生した信号電荷の大部分
は読み出すことができない。
信号取出し電極２の面積は全焦電素子面積の１／４以下
である。従って焦電素子１に発生した信号電荷の大部分
は読み出すことができない。
そこで、この効率を向上させることが重要問題となって
いる。また上記のように蒸着法、あるいは塗布法により
２次元アレイ半導体素子８上に焦電素子１を形成すると
、上記問題を鱗形するこさができないだけでなく、次の
ような問題がある。
いる。また上記のように蒸着法、あるいは塗布法により
２次元アレイ半導体素子８上に焦電素子１を形成すると
、上記問題を鱗形するこさができないだけでなく、次の
ような問題がある。
蒸着法では、結晶性の良い焦電薄層を形成するためには
、基板温度を５００〜７００°Ｃの高温にしなければな
らず、そのような高温では、下地の２次元アレイ駆動部
の特性が損われる。塗布法では、ポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＦ２）とテトラフロロエチレン（ＴＦＥ ）の共
重合体の溶液を塗布乾燥するが、テトラフロロエチレン
の生産性が悪く、実用的ではない。
、基板温度を５００〜７００°Ｃの高温にしなければな
らず、そのような高温では、下地の２次元アレイ駆動部
の特性が損われる。塗布法では、ポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＦ２）とテトラフロロエチレン（ＴＦＥ ）の共
重合体の溶液を塗布乾燥するが、テトラフロロエチレン
の生産性が悪く、実用的ではない。
そこで、本発明は、感度を向上させるこさができ、また
２次元アレイ半導体素子の特性を損わないようにするこ
とができ、更には容易に製作することができるようにし
た２次元アレイ焦電形赤外センサを提供しようとするも
のである。
２次元アレイ半導体素子の特性を損わないようにするこ
とができ、更には容易に製作することができるようにし
た２次元アレイ焦電形赤外センサを提供しようとするも
のである。
問題点を解決するたり）の手段
そして上記問題点を解決するための本発明の技術的な手
段は、有機薄膜よりなる焦電素子と、この焦電素子の出
力信号を時間順次で読み出すための２次元アレイ半導体
素子と、上記焦電素子上に設けられ、上記２次元アレイ
半導体素子の信号読み出し電極さ電気的導通が保たれた
信号取出し電極と、赤外受光面の全面にアース電極を有
し、各信号取出し電極に入射赤外光を集光する２次元ア
レイ赤外集光レンズ群とを備えたものである。
段は、有機薄膜よりなる焦電素子と、この焦電素子の出
力信号を時間順次で読み出すための２次元アレイ半導体
素子と、上記焦電素子上に設けられ、上記２次元アレイ
半導体素子の信号読み出し電極さ電気的導通が保たれた
信号取出し電極と、赤外受光面の全面にアース電極を有
し、各信号取出し電極に入射赤外光を集光する２次元ア
レイ赤外集光レンズ群とを備えたものである。
作 用
上記技術的手段による作用は次のようになる。
すなわち、２次元アレイ赤外集光レンズ群により、入射
した赤外光が集光して各信号取出し電極に入射するので
、赤外集光効率を向上させることができ、また予め赤外
集光レンズ群上に形成されている焦電、素子上に２次元
アレイ半導体素子のゲート電極の面積に制限されること
なく、必要に応じた大きさの信号取出し電極を形成する
ことができる。
した赤外光が集光して各信号取出し電極に入射するので
、赤外集光効率を向上させることができ、また予め赤外
集光レンズ群上に形成されている焦電、素子上に２次元
アレイ半導体素子のゲート電極の面積に制限されること
なく、必要に応じた大きさの信号取出し電極を形成する
ことができる。
これにより感度、視野特性の設計が比較的自由になり、
容易に高感度の２次元アレイ焦電形赤外センサを実現す
ることができる。また焦電素子を有機薄膜により形成し
ているので、環境温度変化により２次元アレイ半導体素
子吉の間に熱膨張、収縮の差が発生しても、その可撓性
により歪を吸収するこさができ、特性が損われることは
ない。また焦電素子を有機薄膜により形成するので、容
易に製作することができる。
容易に高感度の２次元アレイ焦電形赤外センサを実現す
ることができる。また焦電素子を有機薄膜により形成し
ているので、環境温度変化により２次元アレイ半導体素
子吉の間に熱膨張、収縮の差が発生しても、その可撓性
により歪を吸収するこさができ、特性が損われることは
ない。また焦電素子を有機薄膜により形成するので、容
易に製作することができる。
実施例
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。
する。
第１図（ａ）は本発明による２次元アレイ焦電形赤外セ
ンサの一部拡大平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡＡ
Ｚ線に沿う断面図である。図において、第２図と同一部
材には同一符号を付す。
ンサの一部拡大平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡＡ
Ｚ線に沿う断面図である。図において、第２図と同一部
材には同一符号を付す。
第１図（ａｊ 、 （ｂ）ｌ＝示すように、Ｓｉ半導体
ＭＯ８，ＦＥＴ２次元アレイ半導体素子８を用い、３２
Ｘ ３２素子の２次元アレイ焦電形赤外センサを製作
した。各素子１８のピッチ間隔は縦横共に０２２ｍｍと
し、信号読み出しチャンネル６の１素子当りの信号読み
出し電極２の面積は、０．０６ ｍｍ Ｘ ０．０６
ｎ＋ｍ である。２次元アレイ赤外集光レンズ群１４
は、高分子樹脂、本実施例ではポリエチレン樹脂を射出
成形法により成形し、第１面である赤外入射面がＲ−０
２の凸面群（３２Ｘ ３２ ）で、第２面である赤外出
射面が平面で、厚さ０．２ｍｍに仕上げた。赤外集光レ
ンズ群１４の２次元配列は縦横共に半導体素子８の各素
子ピッチ間隔と同様、０．２ｍｍピッチとした。
ＭＯ８，ＦＥＴ２次元アレイ半導体素子８を用い、３２
Ｘ ３２素子の２次元アレイ焦電形赤外センサを製作
した。各素子１８のピッチ間隔は縦横共に０２２ｍｍと
し、信号読み出しチャンネル６の１素子当りの信号読み
出し電極２の面積は、０．０６ ｍｍ Ｘ ０．０６
ｎ＋ｍ である。２次元アレイ赤外集光レンズ群１４
は、高分子樹脂、本実施例ではポリエチレン樹脂を射出
成形法により成形し、第１面である赤外入射面がＲ−０
２の凸面群（３２Ｘ ３２ ）で、第２面である赤外出
射面が平面で、厚さ０．２ｍｍに仕上げた。赤外集光レ
ンズ群１４の２次元配列は縦横共に半導体素子８の各素
子ピッチ間隔と同様、０．２ｍｍピッチとした。
すなわち、１個の赤外集光レンズの大きさは０．２ｍｍ
Ｘ Ｏ，２ｍｍである。第１図（ａ７では、縦のピッ
チが短かくなるように記載しているが、実施例では正方
形である。このポリエチレン樹脂製の２次元アレイ赤外
集光レンズ群１４の平面である第２面にニクロムを全面
蒸着し、アース電極３を形成した。
Ｘ Ｏ，２ｍｍである。第１図（ａ７では、縦のピッ
チが短かくなるように記載しているが、実施例では正方
形である。このポリエチレン樹脂製の２次元アレイ赤外
集光レンズ群１４の平面である第２面にニクロムを全面
蒸着し、アース電極３を形成した。
アース電極３はその一部分を赤外集光レンズ１４の側面
まで延長して蒸着し、この延長部にリード線１５を導電
性接着剤１６により接続した。次にアース電極３上に焦
電素子Ｉを形成した。本実施例では、ポリフッ化ビニリ
デン（ＰＶＦ２）の薄膜を延伸後、両面電極蒸着して分
極処理し、赤外集光レンズ群１４ に接着した。この焦
電素子１は塗布法により形成することもでき、この場合
、薄層形成後、分極処理する。分極処理時は信号取出し
電極側も全面電極蒸着し、−度に全面を分極する。
まで延長して蒸着し、この延長部にリード線１５を導電
性接着剤１６により接続した。次にアース電極３上に焦
電素子Ｉを形成した。本実施例では、ポリフッ化ビニリ
デン（ＰＶＦ２）の薄膜を延伸後、両面電極蒸着して分
極処理し、赤外集光レンズ群１４ に接着した。この焦
電素子１は塗布法により形成することもでき、この場合
、薄層形成後、分極処理する。分極処理時は信号取出し
電極側も全面電極蒸着し、−度に全面を分極する。
従って、分極後、−度、全面電極を除去し、各々互に絶
縁状態に分離するように信号取出し電亨１７を蒸着し直
す。アース電極３及び焦電素子１、信号取出し電極１７
を形成した赤外集光レンズ１４を２次元アレイ半導体素
子８に接着する。信号取出し電極１７の寸法は２次元ア
レイ半導体素子８の信号読み出し電極２より大きく、０
．１ ｒｒｍ Ｘ Ｏ，１ｍｍとする。
縁状態に分離するように信号取出し電亨１７を蒸着し直
す。アース電極３及び焦電素子１、信号取出し電極１７
を形成した赤外集光レンズ１４を２次元アレイ半導体素
子８に接着する。信号取出し電極１７の寸法は２次元ア
レイ半導体素子８の信号読み出し電極２より大きく、０
．１ ｒｒｍ Ｘ Ｏ，１ｍｍとする。
このようにして製作した赤外集光レンズ付の２次元アレ
イ焦電形赤外センサを焦点距離ｆｏのレンズと組み合せ
ると、合成焦点距離は、Ｎ＝１．４２゜Ｓ ＝ ０．２
、Ｒ＝０．２であるからｆ＝ｆｏ／Ｃ（Ｎ １ ）
Ｓ／Ｒ＋１ ］＝ ｆｏ／１．４２となる。従って、視
野角は１素子轟りｔａ ｎ−Ｉ Ｍとなる。
イ焦電形赤外センサを焦点距離ｆｏのレンズと組み合せ
ると、合成焦点距離は、Ｎ＝１．４２゜Ｓ ＝ ０．２
、Ｒ＝０．２であるからｆ＝ｆｏ／Ｃ（Ｎ １ ）
Ｓ／Ｒ＋１ ］＝ ｆｏ／１．４２となる。従って、視
野角は１素子轟りｔａ ｎ−Ｉ Ｍとなる。
上記実施例によれば、１素子の視野を信号取出し電極１
７の寸法と赤外集光レンズ群１４の設計により比較的自
由に選ぶことができ、明るいレンズ設計で、赤外集光効
率を向上させることができた。
７の寸法と赤外集光レンズ群１４の設計により比較的自
由に選ぶことができ、明るいレンズ設計で、赤外集光効
率を向上させることができた。
具体的には実施例では焦点距離ｆＯのレンズと組合せて
、合成焦点距離、ｆ＝ｆｏ／１．４２となり、集光効率
は２倍となった。ポリエチレン樹脂製赤外集光レンズ群
１４での赤外（８〜１２μ）透過率が９０俤であるから
出力は１８倍であった。
、合成焦点距離、ｆ＝ｆｏ／１．４２となり、集光効率
は２倍となった。ポリエチレン樹脂製赤外集光レンズ群
１４での赤外（８〜１２μ）透過率が９０俤であるから
出力は１８倍であった。
また高分子樹脂製赤外集光レンズ群１４と有機薄膜製焦
電素子ｌの採用により安価で量産し易い２次元アレイ焦
電形赤外センサを製作することができた。
電素子ｌの採用により安価で量産し易い２次元アレイ焦
電形赤外センサを製作することができた。
また高分子樹脂製赤外集光レンズ群１４と有機薄膜製焦
電素子１の組合せにより、その可撓性を利用して２次元
アレイ半導体素子８との密着度を高めるときが容易にな
った。
電素子１の組合せにより、その可撓性を利用して２次元
アレイ半導体素子８との密着度を高めるときが容易にな
った。
尚、第３図に示す等価回路は信号電圧を読み出す方式で
あり、より高い電圧を得ることが大切であり、信号取出
し電極１７を小さめに設計し、これに赤光集光レンズ群
１４ により赤外信号を集中することによりそれが可能
となった。また電流モードで読み出す場合、信号読み出
し電極２はなるべく大きくすることが望ましく、合成焦
点距離は下記に示すように視野角との関係で、適当に決
定すればよい。
あり、より高い電圧を得ることが大切であり、信号取出
し電極１７を小さめに設計し、これに赤光集光レンズ群
１４ により赤外信号を集中することによりそれが可能
となった。また電流モードで読み出す場合、信号読み出
し電極２はなるべく大きくすることが望ましく、合成焦
点距離は下記に示すように視野角との関係で、適当に決
定すればよい。
発明の効果
以上のように本発明は、２次元アレイ赤外集光レンズ群
により、入射した赤外光が集光して各信号取出し電極に
入射するので、赤外集光効率を向上させることができ、
また焦電素子上に信号取出し電極を設けて２次元アレイ
半導体素子に組合わせるので、必要に応じた大きさの信
号取出し電極を形成することができ、これにより感度、
視野特性の設計が比較的自由になり、従って感度を向上
させることができる。また焦電素子を有機薄膜により形
成しているので、環境温度変化により２次元アレイ半導
体素子との間に熱膨張、収縮の差が発生しても、その可
撓性により歪を吸収することがでさ、特性が損われるこ
さばない。才た焦電素子を有機薄膜により形成するので
、容易に製作することができる。
により、入射した赤外光が集光して各信号取出し電極に
入射するので、赤外集光効率を向上させることができ、
また焦電素子上に信号取出し電極を設けて２次元アレイ
半導体素子に組合わせるので、必要に応じた大きさの信
号取出し電極を形成することができ、これにより感度、
視野特性の設計が比較的自由になり、従って感度を向上
させることができる。また焦電素子を有機薄膜により形
成しているので、環境温度変化により２次元アレイ半導
体素子との間に熱膨張、収縮の差が発生しても、その可
撓性により歪を吸収することがでさ、特性が損われるこ
さばない。才た焦電素子を有機薄膜により形成するので
、容易に製作することができる。
第１図（ａｌは本発明の一実施例「二おける２次元アレ
イ焦電形赤外センサの一部拡大平面図、第１図ｆｂｌは
第１図（ａｌのＡ−Ａ’線に沿う断面図、第２図（ａｌ
は従来の２次元アレイ焦電形赤外センサの一部拡大斜視
図、第２図（ｂＪは第２図（ａｊのＢ−ｄ線に沿う断面
図、第３図は２次元アレイ焦電形赤外センサの等価回路
図である。 １・・・焦電素子、２・・・信号読み出し電極、３・・
アース電極、４・・・ソースチャンネル、５・・ゲート
チャンネル、６・・・ドレインチャンネル（第１次信号
読み出しチャンネル）、７・・第１次信号ライン、８・
・２次元アレイ半導体素子、１４・・・２次元アレイ赤
外集光レンズ群、１５・・リート線、１７・・信号取出
し電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はか１名第２
図 ６ ゛・＼１、 ・隷 ξ 憾 第３図
イ焦電形赤外センサの一部拡大平面図、第１図ｆｂｌは
第１図（ａｌのＡ−Ａ’線に沿う断面図、第２図（ａｌ
は従来の２次元アレイ焦電形赤外センサの一部拡大斜視
図、第２図（ｂＪは第２図（ａｊのＢ−ｄ線に沿う断面
図、第３図は２次元アレイ焦電形赤外センサの等価回路
図である。 １・・・焦電素子、２・・・信号読み出し電極、３・・
アース電極、４・・・ソースチャンネル、５・・ゲート
チャンネル、６・・・ドレインチャンネル（第１次信号
読み出しチャンネル）、７・・第１次信号ライン、８・
・２次元アレイ半導体素子、１４・・・２次元アレイ赤
外集光レンズ群、１５・・リート線、１７・・信号取出
し電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はか１名第２
図 ６ ゛・＼１、 ・隷 ξ 憾 第３図
Claims (3)
- （１）有機薄膜よりなる焦電素子と、この焦電素子の出
力信号を時間順次で読み出すための２次元アレイ半導体
素子と、上記焦電素子上に設けられ、上記２次元アレイ
半導体素子の信号読み出し電極と電気的導通が保たれた
信号取出し電極と、赤外受光面の全面にアース電極を有
し、各信号取出し電極に入射赤外光を集光する２次元ア
レイ赤外集光レンズ群とを備えたことを特徴とする２次
元アレイ焦電形赤外センサ。 - （２）焦電素子を形成する有機薄膜が延伸されたポリフ
ッ化ビニリデンであり、赤外集光レンズ群と２次元アレ
イ半導体素子に密着している特許請求の範囲第１項記載
の２次元アレイ焦電形赤外センサ。 - （３）赤外集光レンズ群が高分子樹脂製である特許請求
の範囲第１項記載の２次元アレイ焦電形赤外センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61148747A JPS635226A (ja) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | ２次元アレイ焦電形赤外センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61148747A JPS635226A (ja) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | ２次元アレイ焦電形赤外センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS635226A true JPS635226A (ja) | 1988-01-11 |
Family
ID=15459718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61148747A Pending JPS635226A (ja) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | ２次元アレイ焦電形赤外センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS635226A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6709154B1 (en) | 1998-09-16 | 2004-03-23 | Braun Gmbh | Radiation thermometer and radiation sensor with several sensor elements, method for determining temperature |
-
1986
- 1986-06-25 JP JP61148747A patent/JPS635226A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6709154B1 (en) | 1998-09-16 | 2004-03-23 | Braun Gmbh | Radiation thermometer and radiation sensor with several sensor elements, method for determining temperature |
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