DE3240920A1

DE3240920A1 - Pyroelektrischer infrarotdetektor

Info

Publication number: DE3240920A1
Application number: DE19823240920
Authority: DE
Inventors: Yasushi Endou; Tetsuaki Iwaki Fukushima Kon; Hisao Takahashi
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1981-11-05
Filing date: 1982-11-05
Publication date: 1983-05-19
Also published as: FR2515818B1; GB2112567B; JPS5879122A; GB2112567A; DE3240920C2; JPS6226693B2; FR2515818A1; US4792682A

Description

Beschreibung Pyroelektrischer Infrarotdetektor

Die Erfindung bezieht sich auf einen pyroelektrischen Infrarotdetektor und insbesondere auf ein Infrarotstrahlung aufnehmendes Element, bei dem dieIfemperaturabweichung bzw. Temperaturdrift, die in den von der Außenseite her eintreffenden Signalen enthalten ist, und Störungen bzv. Kauschen, welches durch Vibration hervorgerufen wird, beseitigt werden kann, indem eine Vielzahl von pyroelektrischen Arbeitsbereichen vorgesehen bzw. angeordnet wird, von denen ein Arbeitsbereich als Infrarotsignal-Detektorbereich ausgenutzt wird. Eine Kompensation bezüglich der in dem Signaldetektorbereich erzeugten elektrischen Signale erfolgt dabei unter Ausnutzung der elektrischen Signale, die in einem anderen Bereich oder in der anderen Vielzahl pyroelektrischer Arbeitsbereiche erzeugt werden.

Es ist an sich bekannt, daß eine pyroelektrische Eigenschaft dadurch erreicht werden kann, daß ein hochmolekularer Film, wie beispielsweise ein Polymer oder Mischpolymer, welches im wesentlich ein Vinylidenfluorid, ein Vinylfluorid und ein Äthylentrifluorid oder die anderen polaren Monomere umfaßt, polarisiert wird. Verschiedene Arten von Infrarotdetektoren, wie ein Feueralarmgerät oder ein Intrusionsalarmgerät unter Ausnutzung eines derartigen pyroelektrischen Films sind vo-rgeschlagen worden. Da der hochmolekulare pyroelektrische Film im allgemeinen eine Pyroelektrizität aufweist und

ebenso eine Piezoelektrizität und ein elektrisches Signal aufgrund einer externen Schwingung erzeugt, wird jedoch die betreffende externe Schwingung häufig ein Grund für starke Störungen bzw. starkes Rauschen. Um diese Störun- gen zu eliminieren, ist beispielsweise in der US-PS 3 877 308 ^eiⁿ pyroelektrisches Element vorgeschlagen worden, welches dadurch gebildet ist, daß eine Vielzahl von pyroelektrischen Arbeitsbereichen vorgesehen wird, wobei Elektroden auf beiden Oberflächen einer Schicht eines hochmolekularen pyroelektrischen Films vorgesehen sind. Das Element nutzt lediglich einen dieser pyroelektrischen Arbeitsbereiche als Infrarotsignal-Detektorbereich für Strahlungswärme von der Außenseite her aus. Der Detektorbereich ist mit zumindest einem der übrigen pyroelektrischen Arbeitsbereiche über entsprechende Elektroden unterschiedlicher Polaritäten gekoppelt. Die lediglich von der Strahlungswärme her resultierenden pyroelektrischen Signale können dadurch erhalten werden, daß die in den Signaldetektorbereichen erzeugten elektrischen Signale mittels der elektrischen Signale kompensiert werden, die in einem anderen oder in einer Vielzahl der pyroelektrischen Arbeitsbereiche erzeugt werden.

In dem Fall, daß ein bestimmter pyroelektrischer Arbeitsbereich für die Störungskompensation ausgenutzt wird, wie dies oben erwähnt worden ist, wird bevorzugt, daß die Größe bzw. Menge und Qualität der Störungen aufgrund der Umgebungsbedingungen um die der Ermittlung und Kompensation dienenden pyroelektrischen Arbeitsbereiche so gleich wie möglich sind. Im Falle der US-PS 3 877 308 genügen die zuvor erwähnten Bedingungen jedoch nicht, da der pyroelektrische Arbeitsbereich für die Kompensation nicht an einer Stelle angeordnet ist, an der er durch die Strahlungswärme beeinflußt wird. Demgemäß ist in dem Fall, daß eine verhältnismäßig starke Strahlungswärme mittels eines pyroelektrischen Elements zu ermitteln ist,

U 6 b U ■/ C t

velches eine geringe Empfindlichkeit aufweist, die Kompensation bezüglich des in der genannten US-Patentschrift angegebenen Elements sicherlich effektiv. Es sind jedoch starke Störungen aufgrund der Temporaturdrift vorhanden, wenn die Empfindlichkeit des pyroelektrischen Elements erhöht ist.

Darüber hinaus ist in der US-PS 3 k$3 h"}2 ein Infrarotdetektor vorgeschlagen worden, der dadurch gebildet ist, daß zwei pyroelektrische Arbeitsbereiche an einer Stelle angeordnet vei'den, an der Strahlungswärme auf einer Schicht aus einem pyroelektrischen Material vorhanden ist, die innerhalb des Infrarotdetektors angeordnet ist. Eine lichtreflektierende Elektrode, wie eine Elektrode aus Aluminium, ist auf der Seite der Lichtaufnahmefläche eines Arbeitsbereichs angeordnet. Eine lichtabsorbierende Elektrode, wie beispielsweise aus Gold-Schwarz, ist auf der Seite der Lichtaufnahmefläche des anderen Arbeitsbereichs vorgesehen. Der die lichtabsorbierende Elektrode aufweisende Arbeitsbereich dient als Detektorelement, und der die lichtreflektierende Elektrode aufweisende Arbeitsbereich dient als Kompensationselement. Da bei der Anordnung gemäß dieser US-Patentschrift eine anorganische Substanz, wie Keramik und dergl. beispielsweise als pyroelektrisches Material verwendet wird und da die beiden pyroelektrischen Arbeitsflächen innerhalb eines Bereiches angeordnet sind, in den Strahlungs-Strahlen eintreten, kann erwartet werden, daß die auf die Umgebungsbedingungen zurückgehenden Störungen weiter herabgesetzt sein werden. Es wird jedoch weiterhin eine Einrichtung erwartet, die eine geringe Störung mit sich bringt und die driftlos arbeitet.

Der Erfindung liegt die Hauptaufgabe zugrunde, einen pyroelektrischen Infrarotdetektor zu schaffen, bei dem die Temperaturdrift, welche in dem von der Außenseite

her eingegebenen Signal enthalten ist, und Störungen aufgrund einer Vibration bemerkenswert herabgesetzt werden können.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die in den Patentansprüchen erfaßte Erfindung.

Bevor die vorliegende Erfindung erreicht worden ist, ist ein ähnlicher pyroelektriseher Infrarotdetektor unter Verwendung eines hochmolekularen pyroelektrischen Films als pyroelektrisches Material geschaffen worden, und auf diesem Film sind zwei pyroelektrische Arbeitsberei- ^w ehe angeordnet worden, welche lichtreflektierende bzw. lichtabsorbierende Elektroden aufweisen. Als Ergebnis eines Experiments hinsichtlich Störungen wurde festgestellt, daß die Erzeugung von Störungen drastisch herabgesetzt ist im Vergleich zu dem Fall der US-PS 3 877 308. Infolge weiterer folgender Untersuchung ist ein noch störungsloserer Infrarotdetektor im Vergleich zu dem Detektor gemäß der US-PS 3 453 ^32 entwickelt worden. Dieser weiterentwickelte Infrarotdetektor ist dadurch gebildet worden, daß eine lichtdurchlässige Oberflächenelektrode auf dem pyroelektrischen Arbeitsbereich auf der Detektorseite angeordnet wird und daß eine lichtreflektierende Oberflächenelektrode auf dem pyroelektrischen Arbeitsbereich auf der Kompensationsseite angeordnet wird bzw. ist.

Der pyroelektrische Infrarotdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung wird dadurch gebildet, daß zumindest zwei pyroelektrische Arbeitsbereiche, nämlich eine lichtdurchlässige Elektrode und eine lichtreflektierende Elektrode vorgesehen bzw. angeordnet werden. Die lichtdurchlässige Elektrode besteht aus einem lichtdurchlassenden und leitenden Film, wie beispielsweise aus einem ITO-Film, der als Elektrode auf der Lichtaufnähmeseite

verwendet wird. Die lichtreflektierende Elektrode besteht aus einem lichtreflektierenden und leitenden Film, wie aus Aluminium, und zwar auf demselben oder verschiedenen hochmolekularen pyroelektrischen Film. Die beiden Bereiche sind in einem Eintrittsdurchgang für ein Infrarotstrahlungs-Eintrittsfenster angeordnet. Dabei erfolgt eine Kompensation bezüglich der elektrostatischen Ladung, die in dem pyroelektrischen Arbeitsbereich erzeugt ist, der die durchlässige Elektrode aufweist, und die zur Ermittlung des Infrarotsignals ausgenutzt ist, und zwar mit der elektrostatischen Ladung, die in den pyroelektrischen Arbeitsbereichen erzeugt wird, welche die reflektierende Elektrode aufweisen und zur Kompensation ausgenutzt sind.

Als lichtdurchlässige Elektroden, die gemäß der Erfindung verwendbar sind, kann ein transparenter Film (mit einer Dicke von beispielsweise etwa 400 bis 2000 X) aus leitender Keramik und dergl., wie ITO (Indiumoxid-Zinnoxid), aus Zinnoxid (zuzüglich Antimonoxid) und dergl. oder ein semitransparenter metallischer dünner Film (ein niedergeschlagener Film in einer Dicke von beispielsweise etwa 30 bis 200 u) , wie aus Gold, Platin, Silber, Nickel, Chrom, Aluminium₈Kupfer und dergl. angegeben werden.

Demgegenüber kann als reflektierende Elektrode ein Film aus Aluminium, Zinn, Nickel, Chrom, Antimon, Eisen und anderen Weißmetallen und in einer Dicke von etwa 500 bis 3000 2. (ausreichend dafür, kein Licht zu übertragen) verwendet werden. Diese Elektroden werden auf der Oberfläche des Films durch Anwendung eines gewöhnlichen Verfahrens gebildet, wie durch Abscheidung, Zerstäubung, Plattierung oder dergl. Mehrere Elektroden, die als Gegenelektroden zu verwenden sind, sind auf der Rückseite des Films erforderlich, an dem die zuvor erwähnten durchlässigen und reflektierenden Elektroden angebracht sind. Diese Gegenelektroden können in Form eines dünnen Films aus irgend-

- ίο -

einem geeigneten Material hergestellt sein. In diesem Fall werden jedoch vorzugsweise diese beiden Elektroden aus demselben Material hergestellt und in einer solchen Dicke, daß kein Unterschied zwischen ihnen hinsichtlich der Empfindlichkeit auf Signale und Störungen vorhanden ist. In dem Fall, daß die durchlässigen und reflektierenden Elektroden auf einer Schicht aus einem pyroelektrischen Film angeordnet sind, kann anstelle der Gegenelektroden eine gemeinsame Elektrode verwendet werden.

Obwohl Polyvinylidenfluorid als bestes Material angesehen wird, welches als hochmolekulares Material für den hochmolekularen pyroelektrischen Film gemäß der Erfindung verwendet wird, kann ebenso eine pyroelektrische hochmolekulare Substanz verwendet werden, wie ein Polymer, Mischpolymer oder dergl., umfassend im wesentlichen Vinylfluorid, Trifluoräthylen oder das andere polare Monomer. Es dürfte einzusehen sein, daß das hier angegebene Polyvinylidenfluorid nicht auf Vinylidenfluorid-Homopolymere beschränkt ist, sondern ebenso Mischpolymere umfassen kann, die jeweils Vinylidenfluorid in einer Menge von mehr als etwa 50 mol % enthalten, sowie eines oder mehrere Misch-Monomere, die mit dem Vinylidenfluorid mischpolymerisierbar sind, wie Fluor enthaltene Olefine, wie z.B. Vinylfluorid, Chlorfluorvinyliden, Chlortrifluoräthylen, Tetrafluoräthylen, Hexafluorpropylen.

Ein hochmolekularer pyroelektrischer Film, der die bei dem Infrarotdetektor gemäß der Erfindung verwendete reflektierende Elektrode aufweist, ist verschieden hinsichtlich seiner Absorptionseigenschaft bezüglich Infrarotstrahlen von einem Film, bei dem dieselbe absorbierende bzw. Absorptionselektrode, wie sie in der US-PS 3 ^53 hj2 angegeben ist, an dem hochmolekularen pyroelektrischen Film angebracht ist. Eine exzellentere Emp-

findlichkeit gegenüber Infrarotstrahlen wird tatsächlich durch einen solchen Infrarotdetektor vom !Compensations- t-,

I ^v typ erzielt, der durch Verwendung eines pyroelektrischen ι Films mit einer absorptionsfähigen Elektrode auf der De- ! tektorseite gebildet ist und der auf der Kompensationsseite mit der reflektierenden Elektrode versehen ist, als jene des Infrarotdetektors gemäß der Erfindung. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Störung bei der Einrichtung gemäß der Erfindung halb so groß oder weniger wird im Vergleich zu dem Infrarotdetektor, der die absorptionsfähige Elektrode als Detektorseite verwendet. Da die Empfindlichkeit elektrisch verstärkt werden kann, sofern dies gefordert wird, dürfte einzusehen sein, daß der zur vorliegenden Erfindung gehörende Infrarotdetektor eine höhere Empfindlichkeit mit sich bringt, wenn beide Signale derart verstärkt werden, daß der Störpegel zum selben Pegel wird. Der Grund dafür, daß die Störung des die durchlässige Elektrode verwendenden Infrarotdetektors gemäß der Erfindung drastisch herabgesetzt ist im Vergleich zu jener des die absorptionsfähige Elektrode als Elektrode in dem pyroelektrischen Arbeitsbereich für eine Kompensation verwendenden Infrarotdetektors, ist nicht vollständig geklärt; ein vorstellbarer Grund ist jedoch folgender. Im allgemeinen kann die aus GoId-Schwarz oder dergl. hergestellte, für Lichtjabsorptionsfähige Elektrode leicht Energie entsprechend der Temperaturschwankung ihres Umgebungsbereichs absorbieren, wobei jedoch die Energieabsorption mittels der Relexion der durchlässigen Elektrode nicht so gut ist, so daß sie derart berücksichtigt werden kann, daß die aus der Ausnutzung der lichtdurchlässigen Elektrode resultierende Störung und die Kompensation mittels der reflektierenden Elektrode kleiner werden. Darüber hinaus ist der hochmolekulare pyroelektrisch^ Film sehr dünn ausgebildet im Vergleich zu keramischen pyroelektrischen Materialien, und außerdem weist der betreffende Film eine

keram_Asche Leitfähigkeit auf, die nüit so gut ist. Der einen hochmolekularen pyroelektrischen Film mit der lichtabsorbierenden Elektrode verwendende Detektor wird in einem solchen Zustand betrieben, daß eine verhältnismäßig hohe Empfindlichkeit, d.h. wesentliche Empfindlichkeit, weiter verstärkt ist. Diese Tatsachen können als Grund dafür betrachtet werden, daß die Störung im Pail der lichtabsorbierenden bzw. für lichtabsorptionsfähigen Elektrode erhöht ist.
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Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des Infrarotdetektors

gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2A und 2B zeigen in einer Draufsicht bzw. in einer Schnittansicht ein bei der Erfindung verwendetes pyroelektrisch.es Element,

Fig. 3 zeigt eine einen Feldeffekttransistor verwendende Verstärkerschaltung.

Fig. k veranschaulicht in einer Draufsicht eine Modifikation von pyroelektrischen Arbeitsbereichen des pyroelektrischen Elements« Fig. 5 veranschaulicht in einem schematischen Diagramm die Anordnung von Infrarotdetektoren, die bei einem Vergleichsexperiraent verwendet wordenjsind.

Fig. 6 bis 9 veranschaulichen in Diagrammen verschiedene Störsignale.

Gemäß Fig. 1, 2A und 2B umfaßt ein Infrarotdetektor 1 gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 2, ein an der Frontseite (Oberseite gemäß Fig. 1) des Gehäuses 1 angeordnetes lichtdurchlässiges Fenster h und ein Filter 3, welches aus einem für Infrarotstrahlen durchlässigen Material besteht, wie beispielsweise aus Süizium, Germanium, Saphir oder dergl. Außerdem ist dahinter ein pyroelektrisches Element 6 angeordnet, welches als Grund-

platte einen pyroelektrischen Polyvinylidenfluoridfilm 5 enthält. Wie aus Fig. 2A und 2B deutlich hervorgeht, sind eine lichtdurchlässige Elektrode 71 die aus einem aufgestäubten ITO-FiIm besteht, und eine lichtreflektierende bzw, für Licht reflexionsfühige Elektrode 8, die aus einem Aluminium-Niederεchlagsfilm besteht, auf der Lichteinfallsfläche (Filterseite) des pyroelektrischen Elements 6 angeordnet. Eine gemeinsame Gegenelektrode 91 die aus einem Aluminium-Niederschlagsfilm besteht, ist auf der Rückseite des Films 5 vorgesehen. In diesem Fall entspricht der Bereich, in welchem der ITO-FiIm vorgesehen ist, einem pyroelektrischen Arbeitsbereich S1, der für die Ermittlung der Infrarotsignale dient. Der andere Bereich, in welchem der Aluminiumfilm als Einfallsflächen-Elektrode angeordnet ist, entspricht einem pyroelektrischen Arbeitsbereich S2 für eine Kompensation. Die durchlässige Elektrode 7 und die reflektierende Elektrode 8 sind mit einem Feldeffekttransistor- bzw. FET-Verstärker 10 verbunden. Ein Ring 10 wird als Tragständer für die pyroelektrischen Filmelemente verwendet.

Fig. 3 zeigt eine Verstärkerschaltung für den Feldeffekttransistor. Die dem pyroelektrischen Arbeitsblock S1 für die Ermittlung entsprechende transparente Elektrode 7 ist mit.der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors über einen Anschluß TI verbunden. Die reflektierende bzw. reflexionsfähige Elektrode 8, die dem pyroelektrischen Arbeitsblock S2 für die Kompensation entspricht, ist über einen Anschluß Τ4 geerdet bzw. liegt an Masse. Deragemäß nimmt die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors ein Signal auf, welches durch die elektrostatische Ladung erhalten wird, die in dem pyroelektrischen Arbeitsbereich S1 erzeugt wird, und zwar vermindert um die elektrostatische Ladung, die ,in dem pyroelektrischen Arbeitsbereich S2 erzeugt wird. Das Eingangssignal für die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors erfährt in diesem eine Im-

pedanzwandlung und wird als Ausgangsstrom an dem Qulle-Anschluß T2 abgegeben. Der Drain-Anschluß T3 des Feldeffekttransistors ist mit einer Speisespannungsquelle verbunden.
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Bei dem obigen Ausführungsbeispiel ist erläutert worden, daß die für die Ermittlung bzw. für die Kompensation verwendenden pyroelektrischen Arbeitsbereiche SI, S2 auf einer Schicht eines hochmolekularen pyroelektrischen Films anzuordnen sind. Es sei jedoch angemerkt, daß diese Bereiche auch auf individuellen hochmolekularen pyroelektrischen Filmen gesondert angeordnet sein können, und zwar in einer nebeneinander liegenden Beziehung innerhalb des Einfallbereichs des Filters. In jedem Falle wird bevorzugt, daß die Bereiche S1 und S2 in derselben Ebene parallel zu dem Einfallsfenster und symmetrisch um den Schnittpunkt dieser Ebene und der Mittellinie des Einfallfensters angeordnet sind. Alternativ dazu können die Bereiche Sl und S2 auf derselben sphärischen Oberflädie gebildet sein, und die Bereiche S1 und S2 können in der Größe voneinander verschieden sein.

In dem Fall, daß die beiden pyroelektrischen Arbeitsbereiche auf einer Filmschicht anzuordnen sind, können die durchlässige Elektrode 7 und die reflexionsfähige Elektrode 8 in Form eines Kammes konstruiert und in der aus Fig. h ersichtlichen Weise kombiniert sein. Da das auf die beiden pyroelektrischen Arbeitsbereiche auftreffende Licht gleichmäßiger verteilt ist, kann in diesem Fall eine weitere Störungsherabsetzung' erwartet werden.

Darüber hinaus dürfte einzusehen sein, daß die pyroelektrischen Arbeitsbereiche für die Ermittlung und Kompensation nicht notwendigerweise auf jeweils einen Bereich beschränkt sind, sondern daß vielmehr jeder Bereich aus mehr als zwei Dereichen bestehen kann.

Die Elektroden 7 und 8 für die pyroelektrischen Arbeitsbereiche S1 und S2, welche dieselbe pyroelektrische Empfindlichkeit aufweisen, sind generell in derselben Größe ausgebildet. In dem Fall, daß die pyroelektrische Empfindlichkeit voneinander verschieden ist, kann jedoch das Größenverhältnis von S1 und S2 in geeigneter Weise ausgewählt werden, und zwar in Anbetracht der pyroelektrischen Empfindlichkeit des pyroelektrischen Arbeitsbereichs .
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Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 ist gezeigt, _ daß die Elektroden in den beiden pyroelektrischen Arbeitsbereichen direkt mit dem Feldeffekttransistor in einer solchen Art und Weise gekoppelt sind, daß die erzeugten elektrostatischen Ladungen subtx'ahiert werden. Es mag möglich sein, eine geeignete Kompensationsschaltung zu verwenden, welche die elektrischen Signale kompensiert, die individuell von den Elektroden S1 und S2 abgenommen sind, indem ein Differenzverstärker verwendet wird.

Obwohl mehrere Ausführungsbeispiele des Infrarotdetektors gemäß der Erfindung sowie die Vergleichsergebnisse zu anderen konventionellen Infrarotdetektoren angegeben • 25 sind, wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel derselbe pyroelektrische Film wie im Falle des Beispiels (A) gemäß der Erfindung ein pyroelektrischer Film sein, der dadurch erhalten wird, daß der identische Vinylidenfluoridfilm mit demselben Durchmesser und derselben Dicke sowie mit nahezu identischer pyroelektrischer Empfindlichkeit polarisiert wird.

Beispiel

Der auf der vorliegenden Erfindung basierende pyroelektrische Infrarotdetektor (a) weist eine entsprechende Struktur auf, wie sie in Fig. 1 bis 3 gezeigt ist und

wurde entsprechend folgenden Spezifikationen hergestellt. Das Gehäuse veist einen Außendurchmesser von 8 ram und eine Höhe von 6 mm auf. Das betreffende Gehäuse enthält ein Siliziumfilter mit einem Durchmesser von 5 n™ u*¹⁰ einer Dicke von 0,5 nun als Einfalls- bzw. Eintrittsfenster. Zwei pyroelektrische Elemente, die aus einem pyroelektrischen Polyvinylidenfluoridfilm mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Dicke von 6 u gebildet sind, sind unter einem Zwischenraum von 0,5 nun von dem Filter angeordnet. Der Zerstäubungs-ITO-Filra, der eine Dicke von 500 A aufweist, ist als durchlässige Oberflächenelektrode auf dem pyroelektrisehen Film angeordnet. Als reflektierende Oberflachenelektrode und als gemeinsame rückseitige Gegenelektrode sind auf beiden Seiten des pyroelektrischen Films Aluminiumschichten in einer Dicke von 1000 A abgelagert. Im einzelnen sind die beiden Oberflächenelektroden so gebildet, daß der Außenumfang jeder Fläche mit dem Außenumfang eines Kreises, koinzidiert, der einen Durchmesser von h mm aufweist.

Jede Elektrode ist in Form eines Halbmondes ausgebildet, wobei ein Zwischenraum von 0,7 nun zwischen den betreffenden Elektroden im mittleren Bereich vorhanden ist. Die gemeinsame Elektrode auf der Rückseite ist derart ausgebildet, daß sie mit den Oberflächenelektroden eines Kreises koinzidiert, der einen Durchmesser von h mm aufweist .

Die folgenden Infrarotdetektoren, die mit (b), (c), (d) und (e) bezeichnet werden, wurden als Detektoren für den Vergleich mit dom Infrarotdetektor (α) gemäß der Erfindung hergestellt.

(b) ... Hierbei handelt es sich um einen Infrarotdetektor, bei dem ein pyroelektrisches Element verwendet wird, welches einen pyroelektrischen Arbeitsbereich für die Ermittlung aufweist. Dieses Element umfaßt einen kreis-

förmigen ITO-PiIm mit einem Durchmesser von 2,5 nun und einer Dicke von 500 A, der in dem mittleren Teil desselben pyroelektrischen Vinylidenfluoridfilms Eingeordnet war wie bei dem Detektor gemäß (A). Auf der Rückseite der betreffenden Anordnung ist eine Aluminiumschicht mit demselben Durchmesser und mit einer Dicke von 1000 A vorgesehen worden. Es ist jedoch kein pyroelektrischer Arbeitsbereich für eine Kompensation vorgesehen worden. Im einzelnen handelt es sich dabei um einen Infrarotdetektor, der weitgehend dem Infrarotdetektor gemäß (A.)' entspricht, jedoch mit der Ausnahme, daß der Bereich S2 aus dem Schaltplan gemäß Fig. 3 weggelassen ist und daß die Elektrode 8 direkt mit dem Anschluß k gekoppelt ist.

(c) ... Hierbei handelt es sich um einen Infrarotdetektor, der mit dem Detektor (a) abgesehen von folgenden Merkmalen identisch ist. Ein pyroelektrisch.es Element für die Ermittlung und ein pyroelektrisches Element für die Kompensation sind auf beiden Seiten eines Ausbreitungsringteiles vorgesehen, wie dies in Fig,2B veranschaulicht ist. Bei dem der Ermittlung dienenden pyroelektrischen Element ist derselbe ITO-FiIm als Infrarotdetektor (b) vorgesehen und auf der Oberseite des Ringteiles angeordnet. Das der Kompensation dienende pyroelektrische Element ist auf der Unterseite des Ringteile·, angeordnet und weist dieselbe Elektrodenkonstruktion auf wie der Detektor (b). Ihre Aluminiumelektrode ist auf demselben pyroelektrischen Polyvinylidenfluoridfilm angeordnet, und zwar so wie der Detektor (a) auf der Seite des Ringteiles angeordnet ist. Die der Ringfläche (Filtersexte) zugewandte Ringseitenelektrode des Elements und die der Rückseite des Rings zugewandte Ringseitenelektrode des anderen Elements sind elektrisch über den Ring miteinander verbunden. Die am weitesten von dem Filter weg angeordnete Elektrode ist mit dem Erdungs- bzw. Masseanschluß Th verbunden.

BAD ORIGINAL

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... Hierbei handelt es sich um einen Infrarotdetektor, der mit dem Detektor (a) abgesehen davon identisch ist, daß er einen für Lichtjabsorptionsfähigen pyroelektrischen Arbeitsbereich enthält, der dadurch gebildet ist, daß ein niedergeschlagener Aluminiumfilm von 500 A als Erdungsschicht verwendet wird anstelle des lichtdurchlässigen ITO-Films des bei dem Detektor (a) verwendeten !Clements, und daß darauf ein Gold-Schwarzfilm von etwa 10 u durch einen Niederschlagsprozeß gebildet ist.

(e) ... Hierbei handelt es sich um kommerziell erhältliche pyroelektrische Infrarotdetektoren mit den folgenden Merkmalen (ll, III und IV, die katalogmäßig zusammengestellt sind):
i) Gehäuse ... nahezu dasselbe wie bei der vorliegen Erfindung

ll) Filter ... Siliziumplatte
III) pyroelektrische Basis ... LiTaO 50 Al IV) Elektrodendurchmesser ... 2,5 ram φ

v) pyroelektrischer Arbeitsbereich für Kompensation ist nicht vorhanden.

Das Vergleichsexperiment bezüglich der Störsignale wurde dadurch durchgeführt, daß der Infrarotdetektor (α) und einer der Infrarotdetektoren (b) bis (E) vor eine weiße Wand (1O1) eines mit Menschen angefüllten Labors nebeneinander angeordnet wurden,und zwar bei einem Zwischenabstand von 1 m,wie dies Fig. 5 veranschaulicht. Der Sensor (Α) und der Vergleichsdetektor sind durch die Bezugszeichen 102 bzw. 103 bezeichnet. Sie sind so angeordnet, daß ihre Filterflächen parallel zu der Wandfläche verlaufen, und ferner sind sie über entsprechende Verstärker 1Ok und 105 mit einem Mehrpunktrecorder 106 verbunden. Änderungen der Signalströme von den betreffenden Sensoren werden als zeitlich sich ändernde Spannungsänderungen auf einem Registrierstreifen

-19 "
aufgezeichnet;

In Fig. 6, 7,8 und 9 sind Vergleichskurven für Störsignale veranschaulicht, die von den Detektoren (a) - (β), (A) - (c),(A) - (D) bzv. (A) - (E) dadurch erhalten werden, daß die Verstärker so eingestellt werden, daß sie
dieselbe Empfindlichkeit miteinander aufweisen. Als Ergebnis ist erkannt worden, daß der Detektor (a) einen
Störsignalpegel aufweist, der etwa um zwei Stellen bzw. Dezimalstellen so niedrig ist wie im Vergleich zu den
Vergleichsdetektoren (b), (c) oder (Ε) und der ein
Störsignal aufweist, welches niedriger ist als ein
Viertel im Vergleich sogar mit einem Detektor, wie dem
Detektor (d), bei dem die Elektrode des für die Kompensation dienenden pyroelektrischen Arbeitsbereichs aus
Gold-Schwarz besteht.

Im nächsten Schritt wurde die Messung der Empfindlichkeit bezüglich der Infrarotdetektoren (Α) bis (e) durchgeführt. Als Infrarotstrahlenquelle wurde eine von der
Firma Japan Sensor Corporation hergestellte Strahlungsquelle mit der Bezeichnung IRTS-2O vor dem Detektor angeordnet, wobei eine Lichtquellentempöratur auf 50O⁰K
festgelegt war« Ein Zerhacker mit einer Zerhacker- bzw. Chopper-Periode von 20 Hz wurde vor den Detektor angeordnet. Die Empfindlichkeit des jeweiligen Detektors
wurde als Spannungskurve unter Verwendung eines Frequenz analysators der Bezeichnung HÜLLET PACKARD 358I A
ermittelt.

Als Ergebnisse derartiger Messungen -wurde herausgefunden, daß das Empfindlichkeitsverhältnis in dem Fall, daß der Wert für den Detektor (A) mit 100 angenommen wird, 110, 9Oj I50 bzw. 140 für die Vergleichsdetektoren (b), (c),

(D) bzw. (E) beträgt.

Der Patentanwalt

Claims

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Dipl.-Ing. H. MITSCHER^fCH* .*·. .!. *.·'-·· D-8000 MÜNCHEN 22

Dipi.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10

Dr.rer. not. W. KÖRBER ® ⁽⁰⁸⁹> ' ²⁹ «**

Dipl.-Ing. J.SCHM1DT-EVERS PATENTANWÄLTE

5. November 1982

KUREHA KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA 9-11 Horidome-cho 1-chome
Nihonbashi, Chuo-ku
Tokio, Japan

Patentansprüche

Cl .) Pyroelektrxscher Infrarotdetektor mit einem Lichtaufnahraeeleraent, welches aus einer Vielzahl von pyroelektrischen Arbeitsbereichen besteht, die auf beiden Oberflächen eines hochmolekularen pyroelektrischen Films angeordnete Elektroden aufweisen, wobei das betreffende Element in einem Gehäuse angeordnet ist, welches ein Einfallfenster für Infrarotstrahlen aufweist,
wobei zumindest einer der pyroelektrischen Arbeitsbereiche als pyroelektrxscher Arbeitsbereich ausgenutzt ist, der in einem Durchgang der Infrarotstrahlen angeordnet ist, die von dem Einfallfenster her kommen, und wobei die auf dem pyroelektrischen Arbeitsbereich zur Ermittlung der Infrarotsignale erzeugte elektrostatische Ladung durch die elektrostatische Ladung kompensiert wird, welche in zumindest einem der anderen pyroelektrischen Arbeitsbereiche erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (7) auf der Seite der Lichteinfallsfläche des pyroelektrischen Arbeitsbereichs (SI) für

-Z-

die Ermittlung der Infrarotsignale aus einem lichtdurchlässigen leitenden Film besteht,

daß der pyroelektrisch^ Arbeitsbereich (S2) für die Kompensation in den der Ermittlung der Infrarotsignale dienenden pyroelektrischen Arbeitsbereichen in entsprechender Weise im Durchgang für die Infrarotstrahlen angeordnet ist

und daß die Elektrode (8) auf der Seite der Lichteinfallsfläche aus einem lichtreflektierenden leitenden Film besteht .

2. Pyroelektrischer Infrarotdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Ermittlung der Infrarotsignale dienende, die lichtdurchlässige Elektrode (7) aufweisende pyro-

elektrische Arbeitsbereich (S1) und der der Kompensation dienende, die lichtreflektierende Elektrode (8) aufweisende pyroelektrisch^ Arbeitsbereich (S2) in derselben Ebene parallel zu dem Lichteinfallfenster (4) ₉_ und in einer Punktsymmetrie zu einem Schnittpunkt mit der Mittellinie des Lichteinfallfensters in der betreffenden Ebene angeordnet sind.

3. Pyroelektrischer Infrarotdetektor nach Anspruch 1 oder „ρ- 2, dadurch gekennzeichnet, daß

der der Ermittlung der Infrarotsignale dienende und die lichtdurchlässige Elektrode (7) enthaltende pyroelektrische Arbeitsbereich (S1) und der der Kompensation dienende und.die lichtreflektierende Elektrode (8) aufweioQ sende pyroelektrische Arbeitsbereich (S2) auf einer Schicht eines hochmolekularen pyroelektrischen Films (5) angeordnet sind.

4, Pyroelektrischer Infrarotdetektor nach Anspruch 1 oder gc 2, dadurch gekennzeichnet, daß der der Ermittlung der Infrarotsignale dienende, die

lichtdurchlässige Elektrode (7) aufweisende pyroelektrische Arbeitsbereich (S1) und der der Kompensation dienende, die lichtreflektierende Elektrode (8) aufweisende pyroelektrischer Arbeitsbereich (S2) auf einzelnen verschiedenen hochmolekularen pyroelektrisehen Filmen angeordnet sind.

5. Pyroelektrischer Infrarotdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige Elektrode (7) aus einem transparentem Film einer leitenden Keramik und dergl., wie Indium-Oxid-Zinnoxid oder Zinnoxid (zuzüglich Antimonoxid) oder aus einem halbtransparentem metallischen dünnen Film wie aus Gold, Platin, Silber, Nickel, Chrom, Aluminium und Kupfer, besteht.

6. Pyroelektrischer Infrarotdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektierende Elektrode (8) aus einem ¥eißmetall, wie aus Aluminium, Zinn, Nickel, Chrom, Antimon oder Eisen, mit einer solchen hinreichenden Dicke besteht, daß kein Licht übertragen wird.

7. Pyroelektrischer Infrarotdetektor nach den Ansprüchen 3 "und k, dadurch gekennzeichnet, daß der hochmolekulare pyroelektrisehe Film (5) aus Polyvinylidenfluorid oder einer pyx-oelektrischen hochmolekularen Substanz, wie einem Polymer oder Mischpolymer besteht, welches im wesentlichen Vinylfluorid, Trifluoräthylen oder das andere polare Monomer umfaßt.

8. Pyroelektrischer Infrarotdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektorbereich (SI) und der Kompensationsbereich (S2) elektrisch derart miteinander verbunden sind, daß die ermittelten elektrostatischen Ladungen subtrahiert werden.

Ι 9. Pyroelektrischer Infrarotdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden (7» 8) in einer Kammform gebildet sind.

10. Pyroelektrischer Infrarotdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige Elektrode (7) und die lichtreflektierende Elektrode (8) in Halbmondform gebildet und mit ihren Vierteln einander gegenüberliegend angeordnet sind. 10