DE19739477A1 - Pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung - Google Patents
Pyroelektrische InfrarotsensorvorrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine pyroelektri
sche Infrarotsensorvorrichtung. Insbesondere bezieht sich
die vorliegende Erfindung auf eine pyroelektrische Infrarot
sensorvorrichtung, die ein Substrat aus einem pyroelektri
schen Material mit einer Hauptfläche und einer verbleibenden
Hauptfläche, wobei die eine Hauptfläche Infrarotlichtstrah
len empfängt, und eine kammförmige Elektrode auf der einen
Hauptebene des Substrats aufweist, wobei das Substrat durch
die kammförmige Elektrode polarisiert ist.
Die obige pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung wird
beispielsweise zur Erfassung am menschlichen Körper und bei
mehreren Anwendungen verwendet, die Alarmsysteme, intelli
gente Klimaanlagen, automatisch einstellbare Beleuchtungs
vorrichtungen und Audiosysteme mit automatischer Einschal
tung einschließen.
Eine herkömmlich bekannte pyroelektrische Infrarotsensorvor
richtung ist in Fig. 11 mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet.
Diese Infrarotsensorvorrichtung 1 weist Elektroden 2a, 3a
auf, die auf der oberen und der unteren Oberfläche eines
rechteckig geformten pyroelektrischen Körpers 1a gebildet
sind, wobei eine Polarisation vertikal zwischen den Elektro
den 2a, 3a entlang der Dicke bewirkt wird, wie durch die
Pfeile gezeigt ist. Die Elektroden 2a, 3a sind in einem
rechten Winkel zu der Polarisationsrichtung angeordnet.
Wenn bei dieser herkömmlichen pyroelektrischen Infrarotsen
sorvorrichtung 1 Infrarotlichtstrahlen 9 von einem Objekt,
das erfaßt werden soll, abgestrahlt werden, und dann auf die
Lichtempfangsoberfläche der Sensorvorrichtung 1 einfallen,
treten leichte Temperaturänderungen in dem pyroelektrischen
Körper 1a auf. Folglich könnte ein Paket von elektrischen
Ladungsträgern, die im Gleichgewichtszustand auf der Ober
fläche des pyroelektrischen Körpers 1a akkumuliert wurden,
eine sogenannte Oberflächenladung, versuchen, sich zu bewe
gen, was bewirkt, daß entsprechend eine Spannung entsteht.
Diese Spannung dient zum Erfassen des zu erfassenden Objekts
durch eine elektrische Verstärkung in einer Impedanzwandler
schaltung, die beispielsweise Feldeffekttransistoren (FETs)
verwendet, und ein nachfolgendes Umwandeln eines verstärkten
Signals in ein entsprechendes elektrisches Signal.
Eine weitere herkömmliche pyroelektrische Infrarotsensorvor
richtung ist in den Fig. 12A bis 12C gezeigt, wobei diese
Vorrichtung ebenfalls mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet
ist. Fig. 12A ist eine Draufsicht der Sensorvorrichtung 1,
Fig. 12B zeigt eine Seitenansicht derselben, während Fig.
12C die Unteransicht derselben ist.
Wie in Fig. 12A gezeigt ist, weist der herkömmliche pyro
elektrische Infrarotsensor 1 ein Substrat 2 auf, das aus
einem pyroelektrischen Material besteht. Das pyroelektrische
Substrat 2 weist eine obere Oberfläche auf, auf der ein Paar
von Lichtempfangselektroden 3a, 3b zusammen mit einer Ver
bindungselektrode 4, die eine Verbindung zwischen denselben
herstellt, angeordnet ist. Wie am besten in Fig. 12C gezeigt
ist, ist auf der unteren Oberfläche des pyroelektrischen
Substrats 2 ein Paar von beabstandeten Elektroden 5a, 5b
überlappend mit dem Lichtempfangselektrodenpaar 3a, 3b auf
der oberen Substratoberfläche angeordnet. Der pyroelektri
sche Infrarotsensor 1 ist derart entworfen, daß die Polari
sation entlang der Dickenrichtung des pyroelektrischen Sub
strats 2 bewirkt wurde.
Ein typisches pyroelektrisches Infrarotsensormodul 101, das
die pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung von Fig. 12
verwendet, ist in Fig. 13 gezeigt. Das herkömmliche pyro
elektrische Infrarotsensormodul 101 weist eine Halterplatte
102 auf, die beispielsweise durch Zweifarb-Herstellungs
techniken oder Elektrode-Auf-Keramik-Herstellungstechniken
hergestellt ist. Die Halterplatte 102 weist eine Oberfläche
mit einer komplizierten Konfiguration auf, auf der ein Wi
derstandschip 103 und ein FET-Chip ebenso wie eine pyroelek
trische Infrarotsensorvorrichtung 105 angebracht sind. Die
Halterplatte 102, auf der der Widerstand 103, der FET 104
und der Sensor 105 angebracht sind, wird danach auf einer
Trägerbasis 106 angebracht. Diese Basis 106 wird zum Häusen
mit einem Deckel 107 zusammengesetzt, der in der oberen
Oberfläche desselben ein Lichteintrittsfenster aufweist. Das
zusammengesetzte Sensormodul 101 enthält folglich die elek
tronischen Komponenten 103 bis 105 auf eine gegenüber der
Umgebung abgedichteten Art und Weise in demselben.
Ein weiteres herkömmliches pyroelektrisches Infrarotsensor
modul 201 ist in den Fig. 14A bis 14C gezeigt. Dieses pyro
elektrische Infrarotsensormodul verwendet die pyroelektri
sche Infrarotsensorvorrichtung von Fig. 12. Es sei hierbei
bemerkt, daß 14A eine Draufsicht des Sensormoduls zeigt,
Fig. 14B eine Seitenansicht desselben ist, während 14C eine
Unteransicht einer Halterplatte 202, die bei dem Modul ver
wendet ist, darstellt.
Wie in den Fig. 14A bis 14B gezeigt ist, weist das herkömm
liche pyroelektrische Infrarotsensormodul 201 eine pyroelek
trische Infrarotsensorvorrichtung 205 auf, die auf der obe
ren Oberfläche der Halterplatte 202 angebracht ist. Diese
Halterplatte weist eine untere Oberfläche auf, auf der ein
Hochtemperatur-Widerstandselement 203 mittels eines leitfä
higen Klebers befestigt ist. Das Widerstandselement 203 ist
ein Hochtemperatur-Brenntyp unter Verwendung von Kohlen
stoff, Thermet oder dergleichen. Ein FET-Chip 204 ist eben
falls auf der unteren Oberfläche des Halters 202 befestigt,
wie in Fig. 14C gezeigt ist. Diese Halterplatte 202 ist an
einer Trägerbasis 206 derart angebracht, daß die Halterplat
te 202 stabil über der Basis 206 positioniert ist, wie am
besten in Fig. 14B gezeigt ist. Ein Deckel mit einem Licht
eintrittsfenster (nicht gezeigt) wird für ein Häusen mit
derselben zusammengebaut.
Die herkömmlichen Sensormodule 101, 201, die die pyroelek
trische Infrarotsensorvorrichtung 1 verwenden, weisen das
strenge Erfordernis auf, daß die pyroelektrische Vorrichtung
derselben an sich dickenmäßig minimiert sein muß, während
gleichzeitig die Charakteristika der thermischen Isolation
zu maximieren sind, um die relative Erfassungsrate, die die
Charakteristika der pyroelektrischen Vorrichtung anzeigt, zu
verbessern. Um die Charakteristika der thermischen Isolation
zu maximieren, war es erforderlich, daß der Lichteintritts
abschnitt, in den ankommende Infrarotlichtstrahlen einge
führt werden, in einer hohlen Form ausgebildet ist, wie in
den Fig. 13A bis 13C und 14A bis 14C gezeigt ist. Zu diesem
Zweck war es bei den bekannten Sensormodulen 101, 201 not
wendig, die thermische Kapazität und die thermische Zeitkon
stante derselben zu reduzieren oder zu minimieren, um ein
verbessertes relatives Erfassungsverhältnis zu erreichen.
Anders ausgedrückt heißt das, daß bei herkömmlichen pyro
elektrischen Infrarotsensormodulen 101, 201 ein Versuch
durchgeführt wurde, die thermische Kapazität zu minimieren,
indem zwangsweise die Dicke der Vorrichtung an sich verrin
gert wurde, da die Polarisation grundsätzlich entlang der
Dickenrichtung des Sensorsubstrats durchgeführt wird. Dies
hat eine Abnahme der mechanischen oder physischen Festigkeit
zur Folge, während gleichzeitig die Dauerhaftigkeit gegen
über thermischen Stößen, die auf dasselbe ausgeübt werden,
reduziert wird.
Hinsichtlich des Verhaltens kann der pyroelektrische Körper
äußere Schwingungen, mechanische Stöße und thermische Stöße
aufgrund einer starken Infrarotlichtbeleuchtung direkt emp
fangen, was bewirkt, daß die pyroelektrische Infrarotsensor
vorrichtung an sich mechanische Schwingungen empfängt, was
wiederum das Auftreten von Rauschen zur Folge hat. Dies
könnte das Signal/Rausch-Verhältnis (S/N-Verhältnis) redu
zieren, wobei das Verhalten verschlechtert oder gesenkt
wird. Kurz gesagt heißt dies, daß die mechanische und ther
mische Zuverlässigkeit unerwünschterweise verschlechtert
sind, wodurch es viel schwieriger wird, die pyroelektrischen
Infrarotsensorvorrichtungen zu handhaben, da die Dicke der
pyroelektrischen Infrarotsensorvorrichtung reduziert ist,
was die resultierende Struktur mechanisch schwach macht.
Überdies kann die Reduzierung der Dicke von pyroelektrischen
Vorrichtungen das Risiko des Auftretens von Fehlfunktionen
aufgrund des piezoelektrischen Effekts des pyroelektrischen
Körpers an sich erhöhen. Dies kann zu einer Reduzierung der
Zuverlässigkeit führen. Daher ist es bei den bekannten pyro
elektrischen Infrarotsensormodulen 101, 201 schwierig, ein
exzellentes Verhalten mit einem verbesserten S/N-Verhältnis
zu erhalten.
Hinsichtlich der Fertigung/Herstellung macht die mechanische
oder physikalische Schwäche des pyroelektrischen Körpers an
sich sowohl eine starre Unterstützung der pyroelektrischen
Vorrichtung als auch das Beibehalten der Positionierungsge
nauigkeit derselben während der Fertigung schwierig. Prakti
scher ausgedrückt wird es schwierig, die pyroelektrische
Sensorvorrichtung auf einem zugeordneten Substrat an einem
bestimmten Ort desselben genau zu befestigen und mittels ei
nes Haftmittels anzubringen. Dies beeinflußt ebenfalls das
Verhalten.
Ein weiteres Problem, das bei den herkömmlichen Techniken
angetroffen wird, besteht darin, daß spezifische thermische
Isolationsschemata (Schemata des spezifischen thermischen
Widerstands) erforderlich sind, um dem Lichtempfangsab
schnitt eine hohle Form zu geben, wodurch es unmöglich wird,
den pyroelektrischen Lichtempfangsabschnitt einfach zu bil
den. Da in den meisten Fällen die Dicke des pyroelektrischen
Körpers an sich entworfen ist, um beispielsweise in den Be
reich von 70-100 µm zu fallen, ist ferner der resultierende
Produktionsertrag gesenkt, was es extrem schwierig macht,
eine derartige pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung
selbst herzustellen.
Ein weiteres Problem, das bei herkömmlichen Techniken ange
troffen wird, ist eine Zunahme der Herstellungskosten auf
grund einer Zunahme der Anzahl von erforderlichen Teilen
oder Komponenten. Spezieller ist die Anzahl von notwendigen
Teilen oder Komponenten bei den Sensormodulen 101, 201 der
Fig. 13A bis 14C aufgrund der Notwendigkeit, die Halter
platte 102 oder 202 mit dem Hochtemperatur-Widerstandsele
ment 203, das auf derselben befestigt ist, für eine Anbrin
gung des Widerstandschips 103 an derselben zu verwenden, er
höht.
Ein herkömmlicher Lösungsansatz, um derartige Probleme zu
vermeiden, besteht darin, eine pyroelektrische Infrarotsen
sorvorrichtung 5, wie sie in Fig. 15 gezeigt ist, zu verwen
den. Die Sensorvorrichtung 5 weist eine Elektrodenanordnung
auf, die die Polarisation des pyroelektrischen Körpers
zwingt, konzentriert nur an oder in der Nähe des Infrarot
lichteinfalls auf denselben aufzutreten. Diese Struktur ba
siert auf der Tatsache, daß der Beitrag der Oberflächen
schichten der Lichtempfangsoberfläche den größten Teil des
Ausgangssignals von pyroelektrischen Infrarotsensorvorrich
tungen einnimmt.
Spezieller weist die herkömmliche pyroelektrische Infrarot
sensorvorrichtung 5 von Fig. 15 einen pyroelektrischen Kör
per oder ein Substrat 6 einer beispielsweise rechteckigen
Form auf. Auf einer Oberfläche des Substrats 6 sind zwei
Elektroden 7, 8 auf eine solche Art und Weise gebildet, daß
diese einander mit einem vorbestimmten Abstand D, der zwi
schen denselben definiert ist, gegenüberliegen. Eine Polari
sationsbehandlung wurde im voraus zwischen den zwei Elektro
den 7, 8 durch das Anlegen einer Gleichspannung (DC-Span
nung) an dieselben bewirkt. In diesem Fall tendiert die Po
larisation dazu, hauptsächlich an naheliegenden Abschnitten
der Substratoberfläche, die als die Strahlungsempfangsfläche
wirkt, aufzutreten, was bewirkt, daß die Polarisationsrich
tung parallel zu der Einfallsoberfläche des Infrarotlichts 9
ist. In anderen Worten heißt das, daß die Polarisationsrich
tung entlang der "x"-Achsenrichtung in Fig. 15 eingestellt
ist. Bei einer derartigen Anordnung ist diese herkömmliche
Sensorvorrichtung 5 vorteilhaft gegenüber denen der Fig. 11
und 12 dahingehend, daß die Erstgenannte ermöglicht, daß die
Polarisation des pyroelektrischen Körpers 6 konzentriert nur
an oder in der Nähe der Lichtempfangsoberfläche des pyro
elektrischen Substrats 6 stattfindet, was wiederum zu einer
Verbesserung der relativen Erfassungsrate führt.
Ungünstigerweise wird der obige Vorteil der herkömmlichen
pyroelektrischen Infrarotsensorvorrichtungen 5, die in Fig.
15 gezeigt ist, nicht ohne die Begleitung schwerwiegender
Probleme, die nachfolgend dargelegt werden, erreicht. Obwohl
es nicht mehr notwendig ist, das pyroelektrische Substrat an
sich dünner zu machen, bleiben die Fläche des Lichtempfangs
abschnitts desselben ebenso wie die elektrische Kapazität
(die elektrostatische Kapazität) desselben geringer, wobei
nicht zu erwarten ist, daß ein ausreichender pyroelektri
scher Strom erhalten wird, während eine bestimmte Begrenzung
bezüglich der Verbesserung der Empfindlichkeit und der re
lativen Erfassungsrate geliefert wird. Ein weiteres Problem
bei den herkömmlichen Techniken besteht darin, daß die elek
trische Kapazität (die elektrostatische Kapazität) kleiner
bleibt, so daß Hochfrequenz-Rauschkomponenten eines weißen
Rauschens unerwünscht erhöht sind.
Andererseits wurden pyroelektrische Infrarotsensorvorrich
tungen, die kammförmige Elektroden verwenden, die auf pyro
elektrischen Substraten plaziert sind, vorgeschlagen. Diese
Art von pyroelektrischen Infrarotsensoren sind in der offen
gelegten japanischen Veröffentlichung Nr. 7-198478 offen
bart.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung mit kammförmigen
Elektroden zu schaffen, die in der Lage ist, die oben ge
nannten Probleme herkömmlicher Techniken zu verhindern.
Diese Aufgabe wird durch eine pyroelektrische Infrarotsen
sorvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung liefert eine pyroelektrische Infrarotsensor
vorrichtung der oben genannten Art, die dadurch gekennzeich
net ist, daß eine Elektrode auf der verbleibenden Hauptflä
che des Substrats gebildet ist, wobei diese Elektrode einen
Abschnitt aufweist, der der kammförmigen Elektrode gegen
überliegt.
Bei der oben genannten pyroelektrischen Infrarotsensorvor
richtung kann die kammförmige Elektrode drei oder mehr Elek
trodenpaare aufweisen.
Bei der oben genannten pyroelektrischen Infrarotsensorvor
richtung kann eine Mehrzahl der kammförmigen Elektroden auf
der einen Hauptoberfläche des Substrats elektrisch verbunden
sein.
Bei der oben genannten pyroelektrischen Infrarotsensorvor
richtung kann die kammförmige Elektrode einen variablen
Elektrodenabstand aufweisen. Der Elektrodenabstand kann in
Intervallen in einer spezifischen Richtung sukzessive erhöht
sein.
Bei der oben genannten pyroelektrischen Infrarotsensorvor
richtung weist die kammförmige Elektrode einen Zwischenelek
trodenabstand von mehr als 100 µm auf.
Da bei diesem Typ einer pyroelektrischen Infrarotsensorvor
richtung das Substrat durch die kammförmigen Elektroden po
larisiert wird, wird thermische oder Wärme-Energie eines
einfallenden Infrarotlichts nur an der einen Hauptoberfläche
des Substrats, die als die Infrarotlicht-Empfangsfläche
dient, eingefangen. Folglich ist ein beabsichtigter pyro
elektrischer Strom nur aufgrund eines Wärmeaustauschs an
oder in der Nähe einer solchen Hauptoberfläche des Substrats
erhältlich.
Da die gegenüberliegende Elektrode, die auf der verbleiben
den Hauptfläche des Substrats angeordnet ist, einen bestimm
ten Abschnitt aufweist, der den kammförmigen Elektroden ge
genüberliegt oder dieselben überlappt, wird es ferner mög
lich, die Dipolkonzentration zwischen den kammförmigen Elek
troden zu verbessern, was wiederum die Polarisationsrate des
Substrats erhöhen kann. Dies wurde durch Simulationsergeb
nisse unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode herausge
funden. Es ist ferner möglich, durch das Erhöhen der Polari
sationsrate des Substrats die elektrische Kapazität (die
elektrostatische Kapazität) der Vorrichtungsstruktur als dem
pyroelektrischen Infrarotsensor zu erhöhen.
Ferner kann die Verwendung der kammförmigen Elektroden die
Fläche der gegenüberliegenden Elektrodenabschnitte erhöhen,
wodurch sich der Stromweg erhöht, so daß der elektrische Wi
derstand entsprechend abnimmt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Mehrzahl von kamm
förmigen Elektrodenpaaren seriell oder parallel auf der obe
ren Oberfläche des Substrats verbunden. Diese kammförmigen
Elektrodenpaare sind auf eine serielle oder parallele Art
und Weise verbunden und bilden eine Mehrzahl von Lichtem
pfangselementen auf der Infrarotlicht-Empfangsoberfläche.
Ein beliebiger, gewünschter, pyroelektrischer Strom ist aus
schließlich aufgrund des Wärmeaustauschs an oder in der Nähe
der einen Hauptoberfläche des Substrats, die als die Infra
rotlicht-Empfangsoberfläche wirkt, erhältlich. Es ist folg
lich möglich, ein Übersprechen der Empfindlichkeit zwischen
benachbarten der betroffenen Lichtempfangselemente zu unter
drücken oder zu beseitigen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist zumindest
ein kammförmiges Elektrodenpaar parallele offenendige Fin
gerabschnitte auf, die hinsichtlich des Intervalls oder Ab
stands zwischen denselben variabel sind. Die Verwendung ei
nes solchen variablen Fingerabstands bei den kammförmigen
Elektroden kann gleichfalls den Energiebetrag des einfallen
den Infrarotlichts, jedesmal, wenn dasselbe aufeinanderfol
gende Finger jeder Elektrode kreuzt, unterschiedlich machen.
Daher kann die Zeitperiode, die von dem Einfall des Infra
rotlichts bis zur Ausgabe eines entsprechenden elektrischen
Ausgangssignals vergeht - nämlich die Zeitkonstante-, ent
sprechend zunehmen oder abnehmen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Zwischen
elektrodenabstand jeder kammförmigen Elektrode spezifisch
ausgewählt, um 100 µm zu übersteigen. Mit dieser numerischen
Einstellung kann die Empfindlichkeit weiter erhöht werden.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es
möglich ist, eine pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung
zu liefern, die in der Lage ist, die Empfindlichkeit und re
lative Erfassungsrate zu verbessern, während gleichzeitig
eine Massenproduktion bei geringen Kosten möglich ist. Spe
zieller ist es durch das Verwenden der Elektrode, die einen
bestimmten Abschnitt aufweist, der den kammförmigen Elektro
den gegenüberliegt, möglich, die Polarisationsrate zu erhö
hen, was ermöglicht, daß die elektrische Kapazität (die
elektrostatische Kapazität) weiter zunimmt. Es ist folglich
möglich, einen erhöhten pyroelektrischen Strom zu liefern,
während das S/N-Verhältnis verbessert wird, wodurch die Emp
findlichkeit und die relative Erfassungsrate verbessert wer
den.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es die
Fähigkeit, die Charakteristika des pyroelektrischen Infra
rotsensors unabhängig von der Richtung der Substratdicke zu
machen, unnötig macht, die Dicke eines pyroelektrischen Sub
strats an sich zu reduzieren. Daher kann die mechanische und
thermische Festigkeit erhöht sein, was die Beseitigung der
Verschlechterung der elektrischen Charakteristika, die an
dernfalls aufgrund derselben auftreten, ermöglicht.
Ein noch weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß
die kammförmigen Elektroden, die auf der einen Hauptfläche
des Substrats gebildet sind, ermöglichen, einen elektrischen
Schaltungsaufbau direkt auf der Infrarotlicht-Empfangsober
fläche zu erstellen, wobei ein solcher Schaltungsaufbau ein
stückig mit dem Substrat ist. Ferner können gegenwärtig ver
fügbare Lithographietechniken, wie sie weit verbreitet auf
dem Gebiet der IC-Herstellung verwendet werden, auch als das
Herstellungsverfahren solcher kammförmiger Elektroden ver
wendet werden, was die Mikrofertigung jedes beabsichtigten
Infrarotlicht-Empfangsabschnitts mit einer reduzierten Kom
plexität ermöglicht. Überdies macht es das Vermeiden der
Notwendigkeit, extra dünne pyroelektrische Substrate zu ver
wenden, wie bei den herkömmlichen Techniken, überflüssig,
irgendein zusätzliches Trägersubstrat für eine starre Unter
stützung des pyroelektrischen Substrats zu verwenden, wäh
rend gleichzeitig die Komplexität der Trägerstruktur und des
thermischen Isolationsschemas für dieselbe reduziert sind.
Eine Reduzierung der Komplexität der Herstellungsmethodolo
gie mit der geringeren Anzahl von erforderlichen Teilen oder
Komponenten macht es wiederum möglich, eine pyroelektrische
Infrarotsensorvorrichtung mit einer exzellenten elektrischen
Zuverlässigkeit und Herstellbarkeit mit reduzierten Herstel
lungskosten zu liefern.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung lautet wie folgt. Eine
Mehrzahl von Lichtempfangselementen sind gebildet, die se
riell oder parallel auf der Infrarotlicht-Empfangsoberfläche
verbunden sind, während gleichzeitig die Erzeugung eines py
roelektrischen Stroms nur auf der Basis eines Wärmeaustau
sches an oder in der Nähe der einen Hauptfläche des Sub
strats, die als die Infrarotlicht-Empfangsoberfläche wirkt,
möglich ist; folglich kann jedes Empfindlichkeitsüberspre
chen, das zwischen den Lichtempfangselementen auftreten
kann, unterdrückt sein. Somit ist es durch geeignete opti
sche Behandlungen, beispielsweise ein optisches Zerhacken,
möglich, eindimensionale Bilder oder zweidimensionale Bilder
mit einem geringeren Übersprechen zu liefern. Dies kann wie
derum die Erfassungsgenauigkeit eines Zielobjekts, das er
faßt wird, verbessern.
Ein noch weiterer Vorteil besteht darin, daß, da die Zeit
konstante durch die Verwendung der kammförmigen Elektroden
mit dem variablen Fingerabstand länger gemacht werden kann,
wenn ein erfaßtes Objekt beispielsweise ein menschlicher
Körper ist, dessen langsame oder moderate Bewegungen erfolg
reich mit einer erhöhten Genauigkeit erfaßt werden können.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich
nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm, das eine perspektivische Ansicht ei
nes pyroelektrischen Infrarotlicht-Erfassungsele
ments gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2A eine schematische Darstellung unter Verwendung ei
ner Simulation der Finite-Elemente-Methode der Ver
teilung eines elektrischen Feldes, wie es in einem
Substrat der Infrarotsensorvorrichtung, die in Fig.
1 gezeigt ist, ohne eine gegenüberliegende Elektro
de auf seiner Unterseite, erzeugt wird; und Fig. 2B
ist eine schematische Darstellung der Verteilung
eines elektrischen Feldes in einem Substrat unter
Verwendung einer gegenüberliegenden Elektrode auf
der Unterseite desselben;
Fig. 3 eine auseinandergezogene Ansicht eines pyroelektri
schen Infrarotsensormoduls, das in demselben eine
pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung gemäß ei
nem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung auf
weist;
Fig. 4 eine elektrisch äquivalente Schaltung des pyroelek
trischen Infrarotsensormoduls, das in Fig. 3 ge
zeigt ist;
Fig. 5A und 5B Graphen, die jeweils die Beziehung der Emp
findlichkeit der Infrarotsensoren der Fig. 3 und 4
gegenüber der Fingerpaaranzahl N der kammförmigen
Elektroden zeigen, wobei Fig. 5A Schwankungen der
Empfindlichkeit bei Änderungen der Zwischenelektro
dendistanz a und des Zwischenelektrodenabstands b,
wobei die Zwischenabschnittsbreite W wertemäßig
konstant gehalten ist, wohingegen 5B dasselbe
zeigt, wobei W geändert wird, und A, B unverändert
sind;
Fig. 6 eine auseinandergezogene Ansicht eines pyroelektri
schen Infrarotsensormoduls gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 7 und 8 teilweise vergrößerte Draufsichten von pyro
elektrischen Infrarotsensorvorrichtungen, die eben
falls die Erfindung verkörpern;
Fig. 9 einen Graph, der zeigt, wie sich die Zeitkonstante
mit der Zeit ändert, indem die Beziehung einer Aus
gangsspannung des Sensors von Fig. 8 über der ver
strichenen Zeit bei einer Bestrahlung von ankommen
dem Infrarotlicht von einem erfaßten sich bewegen
den Objekt gezeigt ist;
Fig. 10A bis 10C perspektivische Ansichten mehrere pyroelek
trischer Infrarotsensorvorrichtungen, die ebenfalls
die Erfindung verkörpern;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen
pyroelektrischen Infrarotsensorvorrichtung;
Fig. 12A bis 12C eine weitere herkömmliche pyroelektrische
Infrarotsensorvorrichtung, wobei Fig. 12A eine
Draufsicht derselben, Fig. 12B eine Seitenansicht
derselben und Fig. 12C eine Unteransicht derselben
ist;
Fig. 13 eine auseinandergezogene Ansicht eines herkömmli
chen pyroelektrischen Infrarotsensormoduls, das die
Sensorvorrichtung, die in Fig. 12 gezeigt ist, ver
wendet;
Fig. 14A bis 14C zeigen ein weiteres herkömmliches pyroelek
trisches Infrarotsensormodul, das die Sensorvor
richtung, die in den Fig. 12A bis 12C gezeigt ist,
verwendet, wobei 14A eine Draufsicht desselben,
Fig. 14B eine Seitenansicht desselben und Fig. 14C
eine Unteransicht einer Halterplatte, die in dem
selben verwendet ist, ist; und
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht einer weiteren her
kömmlichen pyroelektrischen Infrarotsensorvorrich
tung.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine pyroelektrische Infra
rotsensorvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbei
spiel allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Diese
Sensorvorrichtung 10 umfaßt ein Substrat 12 einer rechtecki
gen Form mit der Dicke t. Das Substrat 12 kann aus einem
ausgewählten pyroelektrischen Material bestehen. Vorzugswei
se weist dieses Material entlang der Dicke des Substrats 12
eine geringere Pyroelektrizität auf als entlang der Oberflä
che desselben, um eine größere Ausgangsspannung an der Ober
fläche des Substrats 12 zu liefern. Dies kann durch die Ver
wendung einer pyroelektrischen Tetragonalsystem-Bleitita
nat-Keramik für das Substrat 12 erreicht werden.
Ein Paar von kammförmigen Elektrodenmustern 14 ist auf der
oberen Oberfläche des Substrats 12 auf eine solche Art und
Weise angeordnet, daß jedes eine spezifisch ausgewählte An
zahl von im wesentlichen gleich beabstandeten, parallelen,
leitfähigen, offenendigen "Finger" -Abschnitten aufweist.
Spezieller ist eine kammförmige Elektrode 14 gemustert, um
fünfgleich beabstandete, offenendige Finger 14a aufzuwei
sen, die an einem Ende aufeinanderfolgend miteinander ver
bunden sind und an dem anderen Ende nicht verbunden sind. In
gleicher Weise weist die andere kammförmige Elektrode 14
fünf offenendige Finger 14b auf. Diese Elektrodenfinger 14a,
14b sind räumlich in einer interdigitalen Beziehung zuein
ander angeordnet, wobei ein bestimmter Zwischenraum zwischen
denselben definiert ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die
kammförmigen Elektroden 14 sind von der Art, daß die Finger
paaranzahl N auf fünf (5) eingestellt ist, während die Zwi
schenelektrodendistanz durch a dargestellt ist, der Zwi
schenelektrodenabstand b ist, und die verzahnte Breite der
Elektroden W ist. Die Zwischenelektrodendistanz a, wie der
Ausdruck hierin verwendet ist, kann sich auf die Distanz
oder den Abstand zwischen den Fingern 14a und 14b der kamm
förmigen Elektroden 14 beziehen. Der Zwischenelektrodenab
stand b, wie der Ausdruck hierin verwendet ist, bezieht sich
auf den Mitten-Zu-Mitten-Abstand jedes Paars eines Fingers
14a und seines benachbarten Fingers 14b, die in einer inter
digitalen Beziehung zueinander angeordnet sind. Die verzahn
te Elektrodenbreite W bezieht sich auf die Länge der über
lappenden Abschnitte solcher interdigital angeordneter Fin
ger 14a, 14b auf dem Substrat 12, wie ohne weiteres aus Fig.
1 zu sehen ist.
Das pyroelektrische Substrat 12 weist eine gegenüberliegende
oder untere Oberfläche auf, auf der ganzflächig eine leitfä
hige Schicht 16 als eine weitere Elektrode gebildet ist.
Diese Elektrode 16 auf der unteren Oberfläche überlappt iso
liert das kammförmige Elektrodenpaar 14 entlang der Dicke
des pyroelektrischen Substrats 12, so daß dieselbe Abschnit
te aufweist, die den kammförmigen Elektroden 14 auf der obe
ren Oberfläche des Substrats gegenüberliegen, wobei das Sub
strat 12 zwischen denselben angeordnet ist. Die Elektrode 16
kann als eine gegenüberliegende Elektrode wirken.
Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das pyroelektrische
Substrat 12 aus einer auf (PbxCa1-x){(Ni1/3Nb2/3)1-yTiy}O3
basierenden pyroelektrischen Keramik. Das Substrat 12 kann
eine Dicke t von 0,30 bis 0,50 mm aufweisen. Vorzugsweise
bestehen die kammförmigen Elektroden 14 und die gegenüber
liegende Elektrode 16 aus Metallen guter Leitfähigkeit, bei
spielsweise Gold (Au), Silber (Ag) oder Aluminium (Al). Al
ternativ können diese Elektroden aus einer Legierung aus
Nickel (Ni), Chrom (Cr) und dergleichen bestehen. Es sei
hier bemerkt, daß, um bei der Umsetzung in der Praxis die
Empfindlichkeit zu erhöhen, zusätzlich ein Wärmeabsorptions
film oder eine Wärmesenkenschicht (die hierin nicht gezeigt
ist) auf den exponierten Oberflächen der Elektroden 14, 16
vorgesehen sein können, wenn es geeignet ist.
Bei der pyroelektrischen Infrarotsensorvorrichtung 10, die
in Fig. 1 gezeigt ist, dient die obere Oberfläche mit dem
kammförmigen Elektrodenpaar 14, das auf derselben gebildet
ist, als die strahlungsempfindliche Fläche zum Empfang von
ankommenden Infrarotlichtstrahlen, wie dieselben von einem
Objekt' das erfaßt wird, abgestrahlt werden. Bei dieser In
frarotsensorvorrichtung 10 ermöglicht das kammförmige Elek
trodenpaar 14 auf das Anlegen einer Gleichspannung zwischen
den interdigital angeordneten Elektrodenfingern 14a und 14b
hin, daß das darunterliegende pyroelektrische Substratmate
rial in einer ausgewählten Richtung, die gleich der Richtung
der Y-Achse in Fig. 1 ist, polarisiert ist. Die Polarisation
kann auf eine solche Art und Weise durchgeführt werden, daß
eine Gleichspannung von 2,0 bis 4,0 Kilovolt pro Millimeter
(kV/mm) zwischen den Fingern 14a, 14b des kammförmigen Elek
trodenpaars 14 für sechzig (60) Minuten bei Temperaturen von
100-150°C angelegt wird.
Die Fig. 2A und 2B zeigen die Ergebnisse einer experimen
tellen Simulation bezüglich einer Dipolkonzentration, um zu
analysieren, wie das innere elektrische Feld innerhalb des
pyroelektrischen Substrats 12 von Fig. 1 erzeugt wird. Spe
zieller ist Fig. 2A eine schematische Darstellung unter Ver
wendung einer Finite-Elemente-Methode-Simulation der Vertei
lung eines elektrischen Feldes, das in dem Fall in dem Sub
strat 12 erzeugt wird, in dem die gegenüberliegende Elektro
de 16, die die kammförmigen Elektroden 14 isolierend über
lappt, nicht vorgesehen ist; während Fig. 2B eine schemati
sche Darstellung unter Verwendung einer solchen Simulation
mittels der Finite-Elemente-Methode der Verteilung eines
elektrischen Feldes ist, das in dem Substrat 12 erzeugt
wird, wenn die Unterseitenelektrode 16, die den kammförmigen
Elektroden 14 gegenüberliegt, auf demselben angeordnet ist.
Wie für Fachleute durch das Betrachten der Fig. 2A und 2B
ohne weiteres zu sehen ist, ergeben die Simulationsergebnis
se die Tatsache, daß es möglich ist, durch das Bilden der
unterseitigen Elektrode 16, die Abschnitte aufweist, die den
kammförmigen Elektroden 14 auf der oberen Oberfläche des
Substrats 12 gegenüberliegen, die Dipolkonzentration zwi
schen den räumlich interdigital angeordneten Fingern 14a,
14b an einem der oberen Substratoberfläche naheliegenden Ort
zu verbessern. Zu diesem Zweck ist bei der pyroelektrischen
Infrarotsensorvorrichtung von Fig. 1 die gegenüberliegende
Elektrode 16 auf der gesamten unteren Oberfläche des Sub
strats 12 gebildet, um die Dipolkonzentration bezüglich der
Finger 14a, 14b der kammförmigen Elektroden 14 zu erhöhen,
während die Polarisationsrate verbessert ist.
In Fig. 3 ist eine Modulstruktur eines pyroelektrischen In
frarotsensors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet. Das Sensor
modul 30 weist eine pyroelektrische Infrarotsensorvorrich
tung 20 auf, die auf einer Trägerbasisplatte 32, die Stamm
genannt wird, befestigt ist. Die Sensorvorrichtung 20 ist
ähnlich der, die in Fig. 1 gezeigt ist, mit einer Serienkom
bination von zwei kammförmigen Elektrodenpaarmustern 24, 26
auf einem pyroelektrischen Substrat 22 einer rechteckigen
ebenen Form. Die Sensorvorrichtung 20 mit solchen seriell
gekoppelten kammförmigen Elektrodenpaaren 24, 26 kann in be
stimmten Fällen als "dualer kammförmiger Elektrodensensor"
bezeichnet werden.
Spezieller weist, wie in Fig. 3 gezeigt ist, die pyroelek
trische Infrarotsensorvorrichtung 20 auf der oberen Ober
fläche des pyroelektrischen Substrats 22 zwei Paare von
kammförmigen Elektroden 24, 26 auf, wobei jede der Elektro
den 5 parallele offenendige Finger aufweist, die in einer
gepaarten oder interdigitalen Beziehung zu denjenigen der
denselben zugeordneten kammförmigen Elektroden auf dem Sub
strat 22 angeordnet sind. Diese kammförmigen Elektrodenpaare
24, 26 sind zentral auf dem Substrat 22 angeordnet und se
riell elektrisch miteinander gekoppelt. Das Substrat 22 ist
durch das Paar von kammförmigen Elektrodenpaaren 24, 26 po
larisiert. Das Substrat 22 weist eine gegenüberliegende oder
untere Oberfläche auf, die in Fig. 3 nicht sichtbar ist, auf
der vollständig eine Elektrode 28 gebildet ist, so daß die
selbe Abschnitte aufweist, die den kammförmigen Elektroden
paaren 24, 26 gegenüberliegen. Das Substrat 22 ist mit einem
dünnen Schichtbauglied eines dielektrischen Films (nicht ge
zeigt), das zwischen denselben angeordnet ist, auf dem
Stamm 32 befestigt.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist ein Feldeffekttransistor
(FET) 34 auf der oberen Oberfläche des pyroelektrischen Sub
strats 22 angebracht, derart, daß der FET 34 in der Nähe ei
nes länglichen peripheren Seitenrands des Substrats 22 ange
ordnet ist, wobei ein bestimmter Abstand zwischen demselben
und den kammförmigen Elektrodenpaaren 24, 26 definiert ist,
wie dargestellt ist. Der Stamm 32, auf dem das Substrat 22
isoliert befestigt ist, weist eine vorbestimmte Anzahl - in
diesem Fall drei - von vorstehenden, geraden, leitfähigen
Anschlußstiften 36a, 36b, 36c auf, die als Anschlüsse für
eine elektrische Verbindung mit einer externen Schaltung auf
einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB; PCB = printed cir
cuit board), die wirksam dem Sensormodul 30 zugeordnet ist,
wirken.
Der FET 34 auf dem Substrat 22 der pyroelektrischen Infra
rotsensorvorrichtung 20 weist einen Gate-Anschluß auf, der
elektrisch durch ein Anschlußleitungsmuster 38 mit einem er
sten Satz von parallelen Fingern 26b der kammförmigen Elek
trode 26 in einem Paar verbunden ist. Ein zweiter Satz von
Fingern 26a dieser kammförmigen Elektrode 26 ist über eine
Zwischenanschlußleitung 40 mit den ersten Fingern 24b einer
kammförmigen Elektrode 24 in dem anderen Paar verbunden. Die
zweiten Finger 24a der verbleibenden kammförmigen Elektrode
24 sind über eine Anschlußleitung 42 mit einer Verbindungs
anschlußfläche 44, die als "Seitenelektrode" bezeichnet
wird, verbunden. Diese Elektrode 44 befindet sich auf der
gegenüberliegenden Seitenwand des Substrats 22, die dem
FET-Befestigungsseitenrand desselben gegenüberliegt. Die
Seitenelektrode 44 ist entlang der Dicke des Substrats 22
verlängert, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Der Drain-Anschluß
des FET 34 ist über einen leitfähigen Bonddraht 46 mit einem
Anschlußstift 36a verbunden. Der Source-Anschluß des FET 34
ist über einen Draht 48 mit einem weiteren Anschlußstift 36b
verbunden. Der verbleibende Anschlußstift 36c ist als der
Masseanschluß verwendet, der durch einen leitfähigen Kleber
(nicht gezeigt) in einem elektrischen Kontakt mit der Sei
tenelektrode 44 des Substrats 22 ist.
Wie weiterhin in Fig. 3 gezeigt ist, ist der Stamm 32 mit
dem Substrat 22 auf demselben mit einem Dosengehäuse 50 zu
sammengebaut, das einen umgebungsmäßig abgedichteten inneren
Raum liefert, in den die pyroelektrische Sensorvorrichtung
20 gehäust ist. Das Dosengehäuse 50 kann eine hutartige Form
aufweisen, wie gezeigt ist. Das Dosengehäuse 50 weist eine
kreisförmige obere Oberfläche oder "Decke" auf, in der zen
tral eine rechteckige Öffnung 50a als ein Strahlungsein
trittsfenster definiert ist. Ein optisches Filter 52 ist
starr an der inneren Oberfläche der Dosendecke angebracht,
um die Öffnung 50a abzudecken, wodurch es möglich ist, daß
ankommende Infrarotlichtstrahlen durch das optische Filter
52 eintreten, um auf die darunterliegende pyroelektrische
Sensorvorrichtung 20 zu treffen, die nach dem Zusammenbau in
einem Gehäuse, das durch das Dosengehäuse 50 und den Stamm 32
gebildet ist, abgedichtet ist. Das optische Filter 52
kann beispielsweise ein 5 Mikrometer-Einschnitt-Langwegfil
ter (cut-on long-path filter) sein.
Die pyroelektrische Infrarotsensoranordnung oder der Bau
stein 30 von Fig. 3 weist die in Fig. 4 gezeigte äquivalente
elektrische Schaltung auf. Wenn Infrarotlichtstrahlen ein
fallen, die von einem Objekt, das erfaßt wird, abgestrahlt
werden können, beispielsweise einem sich bewegenden mensch
lichen Zielkörper, wird thermische oder Wärme-Energie auf
die strahlungsempfindliche Oberfläche - d. h. die obere Ober
fläche des Substrats 22 mit der Serienkombination von kamm
förmigen Elektrodenpaaren 24, 26, die auf derselben gebildet
sind - der eingebauten gehäusten pyroelektrischen Sensorvor
richtung 20 gegeben. Wenn dies geschieht, erzeugt die Sen
sorvorrichtung 20 einen entsprechenden pyroelektrischen
Strombetrag. Dieser erzeugte pyroelektrische Strom ist als
eine Spannung erhältlich, indem derselbe durch einen Synthe
sewiderstand eines mit dem FET-Gate-Anschluß gekoppelten Wi
derstands und einen inhärenten Widerstand der pyroelektri
schen Infrarotsensorvorrichtung 20 geleitet wird. Die resul
tierende Spannung wird dann in die Gate-Elektrode (G) des
FET 34 eingegeben. Zu diesem Zeitpunkt ist eine Vorspan
nungsspannung an die Drain-Elektrode (D) des FET 34 ange
legt, wohingegen die Source-Elektrode (S) des FET 34 mit
Masse gekoppelt ist. Der pyroelektrische Strom, der von der
Infrarotsensorvorrichtung 20 abgeleitet wird, wird durch die
Sensorvorrichtung 20, den Widerstand Rg und den FET Impe
danz-gewandelt und dann an dem Ausgangsanschlußstift 36b als
ein Erfassungsspannungssignal erzeugt.
Die Graphen, die in den Fig. 5A und 5B gezeigt sind, zeigen
experimentell, daß das pyroelektrische Infrarotsensormodul
30 von Fig. 3 eine erhöhte Empfindlichkeit aufweist. Spe
zieller wurden die Experimente unter Verwendung mehrerer Ab
messungsparameter des Sensormoduls 30 durchgeführt, ein
schließlich der Fingerpaaranzahl N der kammförmigen Elektro
denpaare, des Verhältnisses k des Fingerzwischenraums a zu
dem Fingerabstand b gemäß k = a/b und der verzahnten Finger
breite W, wobei dieselben wertemäßig auf die folgende Art
und Weise variiert wurden. Der Graph von Fig. 5A zeigt die
Beziehung der resultierenden Empfindlichkeit über der Fin
gerpaaranzahl, wobei das Fingerzwischenraum-Zu-Abstand-Ver
hältnis k wertemäßig von 0,5 über 0,6 zu 0,7 geändert wurde
und wobei die Verzahnungsbreite W konstant auf 1,0 mm gehal
ten wurde. Der Graph von Fig. 5B zeigt Schwankungen der Emp
findlichkeit, wenn die Verzahnungsbreite W zwischen 0,6 mm
und 1,0 mm geändert wurde, wobei der Wert von k fest auf 0,5
war. Wie ohne weiteres aus diesen experimentellen Ergebnis
sen zu sehen ist, wurde herausgefunden, daß das pyroelektri
sche Infrarotsensormodul 30 von Fig. 5 eine gute Empfind
lichkeit zeigt, speziell wenn N größer oder gleich drei (3)
ist und gleichzeitig a einen Wert von mehr als 100 µm an
nimmt.
Ein signifikanter Vorteil dieses pyroelektrischen Infrarot
sensormoduls 30 besteht darin, daß es, da die kammförmigen
Elektrodenpaare 24, 26, die zum Ermöglichen einer Polarisa
tion in dem pyroelektrischen Substrat 22 auf der Oberfläche
des Substrats 22 gebildet sind, als die Infrarotlicht-Em
pfangsfläche dienen, möglich wird, thermische Energie des
Infrarotlichts nur an oder in der Nähe der oberen Oberfläche
des Substrats 22 einzufangen. Aus diesem Grund kann das Sen
sormodul 30 als ein pyroelektrischer Infrarotsensor wirken,
der nicht länger von der Dickenrichtung des pyroelektrischen
Körpers desselben abhängt, im Unterschied zum Stand der
Technik, der im Einführungsteil der Beschreibung erläutert
wurde.
Ein weiterer Vorteil des Sensormoduls 30 dieses Ausführungs
beispiels liegt in der Fähigkeit aufgrund des Vorliegens der
gegenüberliegenden Elektrode 28, die Abschnitte aufweist,
die den kammförmigen Elektrodenpaaren 24 und 26 gegenüber
liegen, eine Dipolkonzentration zwischen den Fingern 24a und
24b des kammförmigen Elektrodenpaars 24 ebenso wie zwischen
den Elektrodenfingern 26a und 26b des kammförmigen Elektro
denpaars 26 zu erhalten. Dies wiederum macht es möglich, die
Polarisationsrate der kammförmigen Elektrodenpaare 24, 26 zu
erhöhen. Überdies ist es ferner möglich, die elektrische Ka
pazität (die elektrostatische Kapazität) zwischen den kamm
förmigen Elektrodenpaaren 24, 26 und der gegenüberliegenden
Elektrode 28 zu erhöhen. Folglich ist ein ausreichender py
roelektrischer Strom erhältlich, während gleichzeitig das
S/N-Verhältnis ausgezeichnet ist. Somit ist mit dem pyro
elektrischen Infrarotsensormodul 30 gemäß diesem Ausfüh
rungsbeispiel eine weiter verbesserte Empfindlichkeit zu er
warten.
Ein noch weiterer Vorteil des Ausführungsbeispiels 30 be
steht darin, daß, da die gegenüberliegende Elektrode 28, die
Abschnitte aufweist, die die kammförmigen Elektrodenpaare
24, 26 isoliert überlappen, auf der unteren Oberfläche des
Substrats 22 vorgesehen ist, der elektrische Widerstand der
pyroelektrischen Infrarotsensorvorrichtung 20 weiter als ein
Ganzes verringert sein kann. Somit wird es möglich, die Ver
wendung eines äußeren Widerstands, der zwischen dem Gate-An
schluß (G) des FET 34 und Masse (GND) vorgesehen werden muß,
zu beseitigen. Es sei hierbei bemerkt, daß der Widerstand Rg
in dem elektrisch äquivalenten Schaltungsdiagramm von Fig. 4
nur eine symbolische Darstellung des inhärenten Widerstands
der pyroelektrischen Infrarotsensorvorrichtung 20 und kein
diskretes Element, das getrennt mit derselben gekoppelt ist,
ist.
Noch ein weiterer Vorteil des Moduls 30 besteht darin, daß
die in demselben verwendete pyroelektrische Infrarotsensor
vorrichtung 20 wirkungsmäßig nicht von der Dicke des pyro
elektrischen Substrats 22 abhängt; daher ist es nicht mehr
notwendig, das Substrat 22 dickenmäßig stark zu reduzieren.
Folglich können die mechanische und die thermische Festig
keit erhöht sein, wodurch jede mögliche Verschlechterung der
elektrischen Charakteristika, die andernfalls aufgrund einer
Abnahme der Substratdicke auftritt, beseitigt oder zumindest
stark unterdrückt ist.
Ein Vorteil der Infrarotsensorvorrichtung 20 besteht darin,
daß die kammförmigen Elektrodenpaaren 24, 26 auf der Ober
fläche des pyroelektrischen Substrats 22 vorgesehen sind,
die als die Infrarotlicht-Empfangsfläche wirkt, wodurch es
möglich wird, eine elektrische Schaltung einstückig mit dem
Substrat 22 auf der Infrarotlicht-Empfangsoberfläche dessel
ben zu bilden. Da alle gegenwärtig verfügbaren Lithographie
techniken, die auf dem Gebiet der IC-Fertigung weit verbrei
tet verwendet werden, direkt ohne beliebige Modifikationen
als die Herstellungsmethodologie der kammförmigen Elektro
denpaare 24, 26 verwendet werden können, ist es ferner mög
lich, den Infrarotlicht-Empfangsabschnitt mit einer redu
zierten Komplexität einfach herzustellen. Darüberhinaus ist
eine Trägerplatte für das pyroelektrische Substrat nicht
mehr erforderlich, während es gleichzeitig unnötig ist, eine
Vielzahl von komplizierten Unterstützungsverfahrensarten zur
Unterstützung eines solchen pyroelektrischen Substrats eben
so wie beliebige zusätzliche thermische Isolationsschemata
durchzuführen.
Folglich machen es bei der pyroelektrischen Infrarotsensor
vorrichtung 20 die Reduzierung der Herstellungskomplexität
und der Teileanzahl möglich, die elektrische Zuverlässigkeit
und die Herstellbarkeit mit reduzierten Produktionskosten zu
erhöhen.
Ein pyroelektrisches Infrarotsensormodul gemäß einem weite
ren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 6 gezeigt.
Dieses Modul ist in der Darstellung mit dem Bezugszeichen 60
bezeichnet. Während das vorherige Sensormodul 30 von Fig. 3
von dem hermetisch abgedichteten Typ ist, weist das Modul
60, das in Fig. 6 gezeigt ist, die Struktur eines Oberflä
chenbefestigungskomponententyps auf. In Fig. 6 sind gleiche
Teile oder Komponenten zu Zwecken der Erklärung durch glei
che Bezugszeichen bezeichnet.
Prinzipiell ist das pyroelektrische Infrarotsensormodul 60
von Fig. 6 ähnlich dem, das in Fig. 3 gezeigt ist, wobei das
Dosengehäuse 50 formmäßig modifiziert ist, und ferner die
Anschlußstifte 36a bis 36c beseitigt sind, und wobei über
dies der FET 34 bezüglich des elektrischen Verbindungssche
mas, das sich auf den Source-, den Drain- und den Gate-An
schluß desselben bezieht, modifiziert ist. Wie dargestellt
ist, ähnelt das Dosengehäuse 50 in seinem äußeren Erschei
nungsbild einer dünnen rechteckigen Kiste, und nicht dem
Hut, der in Fig. 3 gezeigt ist. Der Drain-, Source- und
Gate-Anschluß des FET 34 sind jeweils mit äußeren Elektro
denanschlußflächen verbunden, die an spezifischen Orten auf
dem pyroelektrischen Substrat 22 verteilt sind, wie detail
liert nachfolgend beschrieben wird.
Weiterhin bezugnehmend auf Fig. 6 weist das rechteckige py
roelektrische Substrat 30 drei Elektrodenanschlußflächen 45,
47, 49 auf. Die Anschlußflächen 47, 49 dienen zur elektri
schen Verbindung mit dem FET 34, der auf dem Substrat 20
befestigt ist, und sind entlang eines der longitudinalen ge
genüberliegenden Seitenränder des Substrats 20 gebildet, wo
bei ein bestimmter Abstand zwischen denselben definiert ist.
Diese Anschlußflächen 47, 49 sind durch Anschlußleitungs
drähte 46, 48 mit dem Drain- und dem Source-Anschluß des FET
34 elektrisch verbunden. Die Anschlußfläche 47 dient als ein
Eingangsanschluß, wohingegen die Anschlußfläche 49 als ein
Ausgangsanschluß wirkt. Die verbleibende Anschlußfläche 45
ist an dem anderen longitudinalen Substratseitenrand gebil
det, derart, daß dieselbe der Anschlußfläche 49 über die
Breite des Substrats 22 gegenüberliegt. Die Anschlußfläche
45 erstreckt sich ferner auf einen entsprechenden Abschnitt
der Seitenwand des Substrats 22 wie dargestellt ist. Die An
schlußfläche 45 wirkt als der Masseanschluß. Diese Anschluß
fläche ist durch eine Reihenschaltung von zwei kammförmigen
Elektrodenpaaren 24, 26 mit dem Gate-Anschluß des FET 34
elektrisch gekoppelt. Speziell ist die Masseanschlußfläche
45 über ein Anschlußleitungsmuster 42 auf der Oberfläche mit
ersten Fingern 24a eines kammförmigen Elektrodenpaars 24
verbunden, das zweite Finger 24b aufweist, die mittels einer
Zwischenanschlußleitung 40 auf der Oberfläche mit den ersten
Fingern 26a des anderen kammförmigen Elektrodenpaars 26 ver
bunden sind. Die zweiten Finger 26b desselben sind über ein
Anschlußleitungsmuster 38 auf der Oberfläche mit dem Gate-
Anschluß des FET 34 elektrisch gekoppelt.
In Fig. 7 ist ein Hauptteil einer pyroelektrischen Infrarot
sensorvorrichtung 70 gemäß noch einem weiteren Ausführungs
beispiel der Erfindung gezeigt. Die Infrarotsensorvorrich
tung 70 ist ähnlich der Vorrichtung 20, die in Fig. 3 ge
zeigt ist, wobei die kammförmigen Elektrodenpaare 24, 26
durch ein Array von Reihen kammförmiger Elektrodenpaare 74
ersetzt sind. Spezieller ist eine Mehrzahl von Reihenschal
tungen von kammförmigen Elektrodenpaaren 74 in einer seriel
len oder parallelen Form auf der Lichtempfangsoberfläche ei
nes pyroelektrischen Substrats 72 vorgesehen. Jedes kammför
mige Elektrodenpaar 74 in jeder Reihe besteht aus zwei leit
fähigen, kammförmigen Elektrodenmustern 74a, 74b, die je
weils eine ausgewählte Anzahl - drei oder größer - von pa
rallelen offenendigen Fingern aufweisen. Die kammförmige
Elektrode 74a weist vier Finger, einschließlich ihrer äußer
sten, auf, wohingegen die Elektrode 74b drei Finger auf
weist, von denen jeder zwischen einem Paar von aufeinander
folgenden Fingern der derselben zugeordneten kammförmigen
Elektrode 74a positioniert ist. Das Substrat 72 weist eine
gleichartige Elektrode auf der unteren Oberfläche (in Fig. 7
nicht sichtbar) auf, die Abschnitte aufweist, die dem Array
von seriellen/parallelen kammförmigen Elektrodenpaaren 74
gegenüberliegen.
Da bei einer solchen Anordnung eine erhöhte Anzahl von se
riell gekoppelten kammförmigen Elektrodenpaaren 74 in pa
rallelen Reihen auf der Infrarotlicht-Empfangsoberfläche des
Substrats 72 gruppiert sind, während jedes Paar als strah
lungsempfindliches Element wirken kann, ist ein beliebiger
beabsichtigter pyroelektrischer Strom als Reaktion auf eine
Strahlung von ankommenden Infrarotlichtstrahlen ausschließ
lich aufgrund der thermischen Umwandlung an oder in der Nähe
dieser Substratoberfläche erhältlich. Dies kann vorteilhaft
dazu dienen, das Auftreten eines Übersprechens zwischen be
nachbarten der kammförmigen Elektrodenpaare 74 zu minimieren
oder zumindest stark zu reduzieren. Folglich wird es mög
lich, die Erfassungsgenauigkeit zu maximieren oder zumindest
stark zu verbessern, während gleichzeitig eine erfolgreiche
Erfassung eindimensionaler oder zweidimensionaler Bilder
durch das Durchführen optischer Zerhackprozeduren mit einem
geringen oder fehlenden Übersprechen möglich ist.
Das Array von mehreren kammförmigen Elektrodenpaarreihen 74,
das in Fig. 7 gezeigt ist, ist derart modifizierbar, daß al
le der ersten Finger 74a derselben miteinander verbunden
sind, während bewirkt ist, daß die zweiten Finger 74b der
selben in Zeilen und Spalten von Blöcken unterteilt sind,
von denen jeder gemeinsam gekoppelte zweite Finger aufweist.
Diese Anordnung macht es möglich, die Bewegung eines Ob
jekts, das erfaßt wird, genauer zu erfassen.
Eine pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung 80, die eben
falls die Erfindung verkörpert, ist in Fig. 8 gezeigt. Wie
gezeigt ist, ist die Infrarotsensorvorrichtung 80 ähnlich
der Vorrichtung 10 von Fig. 1, wobei die Elektrodenfinger
14a, 14b durch Finger 84a, 84b ersetzt sind, die einen ver
änderlichen Abstand oder ein veränderliches Intervall zwi
schen benachbarten Fingern aufweisen - d. h. einen Fingerab
stand b. Spezieller weist die Sensorvorrichtung 80 ein pyro
elektrisches Substrat 82 auf, das ein Paar von kammförmigen
Elektroden 84 aufweist. Jede Elektrode weist eine vorausge
wählte Anzahl - drei oder mehr - von parallelen offenendigen
Fingern 84a oder 84b auf, die nacheinander an einem Ende
miteinander gekoppelt sind. Die Elektrodenfinger 84a und 84b
sind in einer räumlich interdigitalen Beziehung zueinander
angeordnet, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Diese Finger sind be
züglich des Abstands b unterschiedlich oder "veränderlich"
auf eine solche Weise, daß die Abstandswerte b1, b2, b3, b4,. . .,
sequentiell entlang der Länge des Substrats 82, wie
durch die Richtung X in Fig. 8 definiert ist, erhöht sind.
Eine derartige sequentielle Zunahme des Abstandswerts b be
wirkt, daß der Zwischenraum, der zwischen einem Finger 84b
und seinem zugeordneten Paar von Fingern 84a definiert ist,
allmählich in der Richtung X zunimmt. Das Substrat 82 weist
eine gleichartige Elektrode auf der unteren Oberfläche (in
Fig. 8 nicht sichtbar) auf, die Abschnitte aufweist, die den
kammförmigen Elektroden 84 gegenüberliegen.
Wenn sich der Elektrodenfingerabstand b ändert, kann sich
die Ausgangsspannung der Infrarotsensorvorrichtung 80 mit
der Zeit ändern, wie in Fig. 9 gezeigt ist, was Schwankungen
der Zeitkonstante - dieser Faktor kann einer maximalen Ab
weichung oder Differenz zwischen einer Zeitänderung von ein
fallenden Infrarotlichtstrahlen und der tatsächlichen Ausga
be eines elektrischen Ausgangssignals ansprechend auf die
selben entsprechen - bei der Bestrahlung von Infrarotlicht
auf die obere Oberfläche des Substrats 82, auf der das kamm
förmige Elektrodenpaar 84 gebildet ist, zeigt. Spezieller
sei angenommen, daß ein Infrarotlicht, das von einem Zielob
jekt, beispielsweise einem menschlichen Körper, abgestrahlt
wird, auf die Substratoberfläche der Sensorvorrichtung 80
einfällt. Man stelle sich vor, daß sich das Objekt bewegt.
Es sei berücksichtigt, daß, wenn sich das Objekt bewegt, ein
Punkt oder Strahl des einfallenden Infrarotlichts, das das
Sensorsubstrat 82 trifft, sich entlang der Richtung X be
wegt. In diesem Fall unterscheidet sich die resultierende
Energie des Infrarotlichts jedesmal mengenmäßig, wenn das
selbe über ein jeweiliges Paar von interdigital angeordneten
Fingern 84a, 84b der kammförmigen Elektroden 84 läuft. Wie
für Fachleute durch eine vergleichende Betrachtung der Fig.
8 und 9 ohne weiteres zu sehen ist, heißt das in anderen
Worten, daß sich, wenn ein Strahlpunkt eines auf das Sub
strat 82 einfallenden Infrarotlichts sich entlang der Länge
des Substrats 82 in der Richtung X bewegt, die in demselben
erzeugte resultierende thermische Energie intensitätsmäßig
jedesmal unterscheidet, wenn der Punkt einen jeweiligen der
Elektrodenfinger 84 des variablen Abstands kreuzt, wodurch
bewirkt wird, daß sich der Signalverlauf der entsprechenden
Sensorausgangsspannung ändert. Eine solche Ausgangsspan
nungsänderung kann bewirken, daß sich die Zeitkonstante -
nämlich die Zeit, die vom Einfall des Infrarotlichts bis zur
Ausgabe eines elektrischen Ausgangssignals ansprechend auf
dasselbe vergeht - entsprechend erhöht, wie durch den Graph
von Fig. 9 gut gezeigt ist. Es ist somit möglich, daß der
Sensor 80 speziell in Niederfrequenzbändern eine erhöhte Em
pfindlichkeit bietet. Dies kann wiederum das Erreichen einer
maximierten Erfaßbarkeit bezüglich einer langsamen oder mo
deraten Bewegung eines Objekts, das erfaßt wird, ermögli
chen, beispielsweise in Fällen der Erfassung von Personen,
die langsam gehen.
Einige weitere Ausführungsbeispiele oder Modifikationen, die
ebenfalls die Grundsätze der Erfindung verkörpern, sind in
den Fig. 10A bis 10C gezeigt. Diese Infrarotsensorvorrich
tungen weisen sich durch die Verwendung von dreidimensiona
len Strukturen (3D-Strukturen) aus, wie detailliert nachfol
gend beschrieben wird.
Eine pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung 90A, die in
Fig. 10A gezeigt ist, umfaßt eine kubische Trägerbasisstruk
tur 92a, die eine obere und eine untere quadratische Ebene
ebenso wie vier Seitenwände aufweist, auf denen mit Ausnahme
der Unterseite zentral mittels eines Klebstoffes pyroelek
trische Sensorsubstrate 94A befestigt sind. Die kubische Ba
sis 92a kann aus isolierenden Materialien bestehen. Jedes
Sensorsubstrat 94 weist beispielsweise eine Struktur und
Funktion auf, die gleichartig den in Fig. 1 gezeigten sind.
Bei einer solchen 3D-Sensorstruktur ist durch die Verwendung
einer einzelnen Vorrichtung eine multidirektionale Erfassung
möglich. Beispielsweise kann die exakte Bewegungsrichtung
eines Objekts exakt erfaßt werden, während die Komplexität
reduziert ist.
Eine pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung 90B, die in
Fig. 10B gezeigt ist, umfaßt eine dreieckige pyramidenförmi
ge Trägerbasisstruktur 92B mit drei geneigten Seitenwänden,
auf denen jeweils zentriert Sensorsubstrate 94b plaziert
sind. Bei einer solchen Anordnung sind gleichartige Vorteile
erreichbar.
Eine pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung 90C, die in
Fig. 10C gezeigt ist, weist eine säulenförmige Trägerbasis
struktur 92c mit einer Umfangsseitenoberfläche auf, auf der
beabstandete Sensorsubstrate 94c entlang der Achse derselben
angebracht sind. Bei einer derartigen Anordnung sind eben
falls gleichartige Vorteile erreichbar.
Bei jeder der Vorrichtungen 90A bis 90C können die Trägerba
sisstrukturen 92a bis 92c alternativ aus einem ausgewählten
pyroelektrischen Material bestehen, auf dem die erforderli
chen kammförmigen Elektrodenpaare direkt gebildet sind. Of
fensichtlich können diese Basisstrukturen auch eine belie
bige andere Erscheinungsform aufweisen, beispielsweise
rechteckige Festkörper, Pyramiden, kreisförmige Kegel und
dergleichen.
Claims (6)
1. Pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung (10; 70; 80)
mit folgenden Merkmalen:
einem Substrat (12; 72; 82) aus einem pyroelektrischen Material mit einer Hauptfläche und einer verbleibenden Hauptfläche, wobei die eine Hauptfläche Infrarotlicht strahlen empfängt, und
einer kammförmigen Elektrode (14; 74; 84) auf der einen Hauptfläche des Substrats, wobei das Substrat (12; 72; 82) durch die kammförmige Elektrode (14; 74; 84) pola risiert ist, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Elektrode (16) auf der verbleibenden Hauptflä che des Substrats (12; 72; 82) gebildet ist, und daß die Elektrode (16) einen Abschnitt aufweist, der der kammförmigen Elektrode (14; 74; 84) gegenüberliegt.
einem Substrat (12; 72; 82) aus einem pyroelektrischen Material mit einer Hauptfläche und einer verbleibenden Hauptfläche, wobei die eine Hauptfläche Infrarotlicht strahlen empfängt, und
einer kammförmigen Elektrode (14; 74; 84) auf der einen Hauptfläche des Substrats, wobei das Substrat (12; 72; 82) durch die kammförmige Elektrode (14; 74; 84) pola risiert ist, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Elektrode (16) auf der verbleibenden Hauptflä che des Substrats (12; 72; 82) gebildet ist, und daß die Elektrode (16) einen Abschnitt aufweist, der der kammförmigen Elektrode (14; 74; 84) gegenüberliegt.
2. Pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung (10; 70; 80)
gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die kammförmige Elektrode (14) drei oder mehr Elek
trodenpaare (14a, 14b) aufweist.
3. Pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung (70) gemäß
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mehrzahl von kammförmigen Elektroden (74) auf
der einen Hauptoberfläche des Substrats (72) elektrisch
verbunden sind.
4. Pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung (80) gemäß
Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die kammförmige Elektrode (84) einen variablen
Elektrodenabstand (b1, b2, b3, b4) aufweist.
5. Pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung (80) gemäß
Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Elektrodenabstand (b1, b2, b3, b4) intervall mäßig in einer spezifizierten Richtung sukzessive zu nimmt.
daß der Elektrodenabstand (b1, b2, b3, b4) intervall mäßig in einer spezifizierten Richtung sukzessive zu nimmt.
6. Pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung (10, 70; 80)
gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich
net,
daß die kammförmige Elektrode (14) eine Zwischenelek
trodendistanz (a) von mehr als 100 µm aufweist.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8-305954 | 1996-10-30 | ||
JP30595496A JP3204130B2 (ja) | 1996-10-30 | 1996-10-30 | 焦電型赤外線センサ素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19739477A1 true DE19739477A1 (de) | 1998-05-07 |
DE19739477B4 DE19739477B4 (de) | 2005-01-27 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19739477A Expired - Fee Related DE19739477B4 (de) | 1996-10-30 | 1997-09-09 | Pyroelektrische Infrarotsensorvorrichtung |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6049080A (de) |
JP (1) | JP3204130B2 (de) |
CN (1) | CN1087074C (de) |
DE (1) | DE19739477B4 (de) |
SG (1) | SG50032A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6580077B2 (en) | 1998-05-25 | 2003-06-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Infrared sensor |
DE102011003239B4 (de) | 2011-01-27 | 2023-06-07 | Zf Friedrichshafen Ag | Sensormodul, Montageelement und Verfahren zum Herstellen eines Sensormoduls |
Families Citing this family (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050012477A1 (en) * | 2003-07-18 | 2005-01-20 | Piana Joseph M. | JBOX and safety zone PIR system |
DE10356508B4 (de) * | 2003-12-03 | 2019-05-02 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanische Infrarotquelle |
JP2007255929A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Kyoto Univ | 焦電型赤外線センサ |
DE102006057972B4 (de) * | 2006-12-04 | 2010-01-28 | Technische Universität Dresden | Richtungsempfindlicher pyroelektrischer Infrarotsensor mit kammförmiger Elektrodenstruktur |
DE102006057974B4 (de) * | 2006-12-04 | 2010-03-04 | Technische Universität Dresden | Richtungsempfindlicher pyroelektrischer Infrarotsensor mit sichelförmiger Elektrodenstruktur |
DE102006057973B4 (de) * | 2006-12-04 | 2010-08-26 | Technische Universität Dresden | Richtungsempfindlicher pyroelektrischer Infrarotsensor mit zackenförmiger Elektrodenstruktur |
WO2010134255A1 (ja) * | 2009-05-18 | 2010-11-25 | 日本電気株式会社 | 赤外線センサ、電子機器、及び赤外線センサの製造方法 |
DE102009037111B4 (de) | 2009-08-11 | 2011-07-21 | Pyreos Ltd. | Kompakter Infrarotlichtdetektor und Verfahren zur Herstellung desselben |
GB2484203B (en) * | 2010-09-27 | 2012-09-19 | Peratech Ltd | Resistance changing sensor |
GB2484089A (en) * | 2010-09-29 | 2012-04-04 | Peratech Ltd | Dual action parallel sensor |
US9442594B2 (en) | 2010-09-29 | 2016-09-13 | Peratech Holdco Limited | Resistance changing sensor |
JP5533638B2 (ja) * | 2010-12-24 | 2014-06-25 | セイコーエプソン株式会社 | 検出装置、センサーデバイス及び電子機器 |
JP5622682B2 (ja) * | 2011-08-05 | 2014-11-12 | Necトーキン株式会社 | 焦電体材料およびそれを用いた焦電型赤外線センサ |
EP2775271B1 (de) * | 2011-10-31 | 2019-03-20 | NSK Ltd. | Optische skala, verfahren zur herstellung einer optischen skala und optischer kodierer |
CN103157717B (zh) * | 2011-12-10 | 2016-06-22 | 江阴市文昌智能机电研究所有限公司 | 远红外电热空调发热芯片基片的裁切工艺 |
RU2518250C1 (ru) * | 2012-11-27 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Тепловой приемник |
US9939323B2 (en) * | 2012-12-28 | 2018-04-10 | Illinois Tool Works Inc. | IR sensor with increased surface area |
US20140238726A1 (en) * | 2013-02-28 | 2014-08-28 | Cooper Technologies Company | External moisture barrier package for circuit board electrical component |
CN104280135B (zh) * | 2013-07-05 | 2017-03-22 | 苏州宏见智能传感科技有限公司 | 一种柔性非制冷红外探测器及其制备方法 |
US9335217B2 (en) * | 2013-08-01 | 2016-05-10 | The Regents Of The University Of California | Pyroelectric aluminum nitride MEMS infrared sensor with selective wavelength infrared absorber |
US12040238B2 (en) * | 2013-11-12 | 2024-07-16 | Skyworks Solutions, Inc. | Radio-frequency switching devices having improved voltage handling capability |
WO2015088470A1 (en) | 2013-12-09 | 2015-06-18 | Greenwave Systems, Pte. Ltd. | Motion detection |
CN106688116B (zh) * | 2014-09-11 | 2020-07-17 | 锡克拜控股有限公司 | 热释电发生器 |
JP6513476B2 (ja) * | 2015-05-21 | 2019-05-15 | 秋田県 | 熱電変換素子、発電デバイス |
CN106611806A (zh) * | 2015-10-23 | 2017-05-03 | 上海巨哥电子科技有限公司 | 一种红外探测器结构及其制备方法 |
EP3185658A1 (de) * | 2015-12-23 | 2017-06-28 | Voestalpine Stahl GmbH | Metallband und coil-coating-verfahren |
WO2017136485A1 (en) | 2016-02-03 | 2017-08-10 | Greenwave Systems PTE Ltd. | Motion sensor using linear array of irdetectors |
WO2017147462A1 (en) | 2016-02-24 | 2017-08-31 | Greenwave Systems PTE Ltd. | Motion sensor for occupancy detection and intrusion detection |
CN107290067B (zh) * | 2016-04-01 | 2021-07-30 | 上海巨哥科技股份有限公司 | 一种低时间常数的非制冷红外探测器 |
CN106124067B (zh) * | 2016-07-18 | 2019-01-18 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 红外探测像元结构及其制备方法、混合成像器件 |
FR3061290A1 (fr) * | 2016-12-22 | 2018-06-29 | Commissariat Energie Atomique | Detecteur pyroelectrique |
CN107271042A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-10-20 | 中国空空导弹研究院 | 一种探测器串音测试装置、其制作方法及串音测试方法 |
US11002672B2 (en) * | 2017-12-29 | 2021-05-11 | Halliburton Energy Services, Inc. | Electromagnetic wave converter |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4225786A (en) * | 1978-09-15 | 1980-09-30 | Detection Systems, Inc. | Infrared detection system |
US4379971A (en) * | 1980-11-10 | 1983-04-12 | Statitrol, Inc. | Pyroelectric sensor |
JPS5925963A (ja) * | 1982-08-02 | 1984-02-10 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Ti合金冷延板の製造方法 |
JPS60213827A (ja) * | 1984-04-07 | 1985-10-26 | Yoshiharu Taniguchi | 赤外線センサ |
JPS62123324A (ja) * | 1985-11-25 | 1987-06-04 | Nec Corp | 焦電形赤外線検出素子 |
GB8827932D0 (en) * | 1988-11-30 | 1989-07-05 | Plessey Co Plc | Thermal ir detector electrode configuration |
JP3331507B2 (ja) * | 1993-12-28 | 2002-10-07 | エヌイーシートーキン株式会社 | 焦電型赤外線センサ |
-
1996
- 1996-10-30 JP JP30595496A patent/JP3204130B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-09-08 SG SG1997003338A patent/SG50032A1/en unknown
- 1997-09-09 DE DE19739477A patent/DE19739477B4/de not_active Expired - Fee Related
- 1997-10-29 US US08/957,536 patent/US6049080A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-10-30 CN CN97121300A patent/CN1087074C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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