DE102011111481A1

DE102011111481A1 - Verfahren zur Herstellung eines pyroelektrischen Sensors mit konkaver Oberfläche

Info

Publication number: DE102011111481A1
Application number: DE102011111481A
Authority: DE
Inventors: Werner Bohmeyer; Karsten Lange
Original assignee: Individual
Current assignee: Lange Karsten De
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2031-08-25
Also published as: DE102011111481B4

Abstract

Das Verfahren zur Herstellung eines pyroelektrischen Detektors mit konkaver Oberfläche weist mindestens die folgenden Verfahrenschritte auf: Zunächst wird eine pyroelektrische Sensorfolie (3) zwischen einem inneren Klemmring (1) und einem äußeren Klemmring (2) aufgespannt, anschließend wird eine konkave Form der Sensorfolie (3) mittels eines Formkörpers (4) erzeugt, danach wird die konkave Form auf ihrer Rückseite fixiert und abschließend wird der zur Erzeugung der konkaven Form verwendete Formkörper entfernt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines pyroelektrischen Detektors mit konkaver Oberfläche.
Dem Stand der Technik nach sind eine Vielzahl unterschiedlicher Ausführungen pyroelektrischer Detektoren bekannt.
Planare Detektoren, bei denen eine hochpolymere flexible Membran auf einer Platte angeordnet ist, sind in ihrem Richtungs- und Aufnahmebereich auf eine Richtung beschränkt. Durch Anordnung mehrerer derartiger Platten kann eine ungerichtete Empfindlichkeit erzielt werden, wie beispielsweise in DE 10 2009 039 198 B3 beschrieben. In dieser Veröffentlichung wird auch beschrieben, eine der plattenförmigen Komponenten durch einen gekrümmten Detektor zu ersetzen, um die Messgenauigkeit zu steigern.
in DE-OS 29 14 365 wird ein pyroelektrisches Bauelement beschrieben, bei dem wenigsten ein Teil seiner die Strahlung aufnehmenden Oberfläche, die einen Polymerfilm aufweist, gekrümmt ist. Dieses Element mit dem hochpolymeren Film ist auch noch bei einer Dicke von wenigen μm fest genug und so flexibel, dass es frei verformbar ist. Als Herstellungsmethoden für pyroelektrische Bauelemente mit einer – konvex bzw. konkav – gekrümmten Oberfläche werden u. a. Prägen oder Pressen der gesamten gekrümmten Oberfläche angegeben. Dabei werden aber die gekrümmten mittigen Bereiche dünner und können dann zur Feststellung von Infrarotstrahlen mit größerer Empfindlichkeit verwendet werden. Wird die Krümmung der Oberfläche durch Aufblähen erzeugt, so weist ein großer Bereich der Oberfläche eine gleichförmige Dicke auf. Jedoch wird durch das Aufblähen kein Dauerzustand erreicht. Da die dort beschriebenen gekrümmten Sensoren hauptsächlich Überwachungszwecken dienen sollen, kann eine inhomogene Empfindlichkeit sogar erwünscht sein. Durch Schwankungen der Materialdicke und Inhomogenitäten erreicht man aber keine definierte Geometrie, weshalb es nicht möglich, mit den dort beschriebenen Verfahren eine Wärmesenke auszubilden.
Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines langzeitstabilen pyroelektrischen Detektors mit konkav gekrümmter Oberfläche anzugeben, der eine homogene Empfindlichkeit aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verfahren zur Herstellung eines pyroelektrischen Detektors mit konkaver Oberfläche mindestens die folgenden Verfahrensschritte aufweist: zunächst wird eine pyroelektrische Sensorfolie zwischen einem inneren Klemmring und einem äußeren Klemmring aufgespannt, anschließend wird eine konkave Form der Sensorfolie mittels eines Formkörpers erzeugt, danach wird die konkave Form auf ihrer Rückseite fixiert und abschließend wird der zur Erzeugung der konkaven Form verwendete Formkörper entfernt.
In einer Ausführung ist vorgesehen, dass der äußere Klemmring des Detektors als Massekontakt verwendet wird.
Als Formkörper wird in weiteren Ausführungen ein symmetrischer Rotationskörper, insbesondere eine Kugeloberfläche, oder ein Körper mit zwei unterschiedlichen Krümmungsradien verwendet. In letztem Fall wird eine torische Fläche gebildet, wodurch sich das reflektierte Licht in eine Richtung (bezogen auf den ersten Krümmungsradius) stärker (früher) sammelt als in der anderen Richtung (bezogen auf den zweiten Krümmungsradius).
In einer anderen Ausführungsform wird als pyroelektrische Sensorfolie eine PVDF-Folie verwendet.
In einer erfindungsgemäßen Ausführung wird zur Fixierung der erzeugten konkaven Oberfläche eine Vergussmasse mit einer der pyroelektrischen Folie angepassten Wärmeleitfähigkeit verwendet, insbesondere kann hierfür ein Epoxydharz verwendet werden.
Zur Unterstützung der Wirkung des erfindungsgemäß hergestellten konkav gekrümmten Detektors wird auf die pyroelektrische Folie eine zusätzliche Absorberschicht aufgebracht. Dies kann entweder vor dem Verfahrensschritt der Erzeugung einer konkaven Oberfläche der Sensorfolie erfolgen oder die zusätzliche Absorberschicht wird auf die bereits erzeugte konkave Oberfläche der Sensorfolie aufgebracht.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, eine zusätzliche Schicht mit einer geringeren thermischen Leitfähigkeit als die der Vergussmasse auf der Unterseite der konkav geformten pyroelektrischen Folie vor dem Fixieren der Form mit einer Vergussmasse aufzubringen, um so eine höhere thermische Zeitkonstante einzustellen. Dies ist vorteilhaft, da für das erfindungsgemäße Verfahren nur dünne Folien verwendbar sind, wodurch zwangsläufig eine kleine thermische Zeitkonstante entsteht, da die Wärme sehr schnell durch diese dünne Folie hindurch tritt.
Im Folgenden soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand von Figuren erläutert werden.
Dabei zeigen
1: eine zwischen zwei Klemmringen gespannte Sensorfolie;
2: das Fixieren des konkaven Zustandes der mittels eines Gegenlagers erzeugten konkaven Krümmung;
3: den Sensor mit konkav gekrümmter Oberfläche nach Entfernen des Gegenlagers.
Zunächst wird eine 12 μm dicke Folie 3 aus PVDF zwischen einem äußeren 2 und einem inneren Klemmring 1 mit einem Durchmesser von 30 mm festgeklemmt, wie in 1 dargestellt.
2 zeigt die Verformung der aufgespannten Folie 3 mittels eines Formkörpers 4, der einen Durchmesser von 50 mm aufweist, und das Fixieren der konkaven Form der Folie von ihrer Rückseite her mittels einer Epoxidharzmasse 5. Die Kugelfläche des Formkörpers 4 drückt die Oberfläche der Folie so weit ein, bis sie selbst an dem Klemmring 1 aufliegt. Anschließend wird die Rückseite der konkav gekrümmten Folie zwischen den Klemmringen mit Epoxidharz 5 ausgefüllt und nach der Härtung der Formkörper 4 entfernt.
In 3 ist ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Sensor mit vollständig konkav gekrümmter Oberfläche dargestellt.
Ein derartiger Sensor besitzt eine geometrisch exakte und wiederholgenau zu fertigende Fläche mit hoher Oberflächenqualität und eine an das jeweilige Messverfahren angepasste thermische Zeitkonstante, Er bewirkt im Falle einer nicht vollständigen Absorption der Strahlung, wie sie bei großen Wellenlängen auftreten kann, einen begrenzten und leicht erfassbaren Reflex.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009039198 B3 [0003]
DE 2914365 A [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines pyroelektrischen Detektors mit konkaver Oberfläche mindestens aufweisend die folgenden Verfahrenschritte – zunächst wird eine pyroelektrische Sensorfolie (3) zwischen einem inneren Klemmring (1) und einem äußeren Klemmring (2) aufgespannt, – anschließend wird eine konkave Form der Sensorfolie (3) mittels eines Formkörpers (4) erzeugt, – danach wird die konkave Form auf ihrer Rückseite fixiert und – abschließend wird der zur Erzeugung der konkaven Form verwendete Formkörper (4) entfernt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Klemmring (2) des Detektors als Massekontakt verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Formkörper (4) ein symmetrischer Rotationskörper, insbesondere eine Kugeloberfläche, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Formkörper (4) ein Körper mit zwei unterschiedlichen Krümmungsradien verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als pyroelektrische Sensorfolie (3) eine PVDF-Folie verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fixierung der erzeugten konkaven Oberfläche eine Vergussmasse (5) mit einer der pyroelektrischen Folie angepassten Wärmeleitfähigkeit verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Vergussmasse (5) ein Epoxydharz verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Absorberschicht auf die pyroelektrische Folie (3) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Absorberschicht vor der Erzeugung einer konkaven Oberfläche der Sensorfolie (3) auf diese aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Absorberschicht auf die erzeugte konkave Oberfläche der Sensorfolie (3) aufgebracht wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Schicht mit einer geringeren thermischen Leitfähigkeit als die der Vergussmasse (5) auf der Unterseite der konkav geformten pyroelektrischen Folie (3) vor dem Fixieren der Form mit einer Vergussmasse (5) aufgebracht wird.