DE3425377C2 - Pyroelektrischer Detektor - Google Patents
Pyroelektrischer DetektorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen pyroelektrischen Detektor
gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Bei einem pyroelektrischen Detektor wird ein pyroelektrisches
Material verwendet, in dem abhängig von der Menge
einfallenden, infraroten Lichtes eine elektrische Ladung
erzeugt wird. Dadurch kann die Bewegung, die Temperatur oder
ein anderer Zustand des Objektes, wie z. B. eines menschlichen
Körpers, festgestellt werden.
Bekannterweise ist die Ansprechempfindlichkeit Rv eines
pyroelektrischen Detektors durch folgende Gleichung (1)
gegeben:
η: Emissionsverhalten
λ: pyroelektrischer Koeffizient (dPs/dPT)
ω: Zerhackerfrequenz
A: lichtempfangende Fläche
R: Widerstand
G: thermische Diffusionskonstante
τE: elektrische Zeitkonstante
τT: thermische Zeitkonstante
λ: pyroelektrischer Koeffizient (dPs/dPT)
ω: Zerhackerfrequenz
A: lichtempfangende Fläche
R: Widerstand
G: thermische Diffusionskonstante
τE: elektrische Zeitkonstante
τT: thermische Zeitkonstante
Wie in der US-PS 38 39 640 und der GB-PS 14 47 372 angegeben,
wird in großem Umfang ein duales Element verwendet,
bei dem zwei lichtempfangende Elektrodenbereiche in Reihe
mit entgegengesetzten Polaritäten auf einem Substrat elektrisch
miteinander verbunden sind. Ein solcher Detektor
dient z. B. zum Feststellen der Bewegung eines menschlichen
Körpers. Er weist gute Ansprechempfindlichkeit bei niedriger
Frequenz auf.
Anhand der Fig. 1 und 2 wird nun ein herkömmlicher pyroelektrischer
Detektor vom Dualtyp mit Reihenverbindung mit
entgeggengesetzter Polarität beschrieben.
Ein Substrat 1 ist aus einem pyroelektrischen Material wie
z. B. Pb (Zr, Ti)O₃-Keramiken, PbTiO₃-Keramiken oder SrBaNb
gebildet. Auf der lichtempfangenden Seite des Substrates
sind Elektroden 2a und 2b und der Gegenseite sind Elektroden
3a und 3b den Elektroden 2a und 2b gegenüberstehend ausgebildet.
Auf den Elektroden 2a und 2b sind Infrarotabsorptionsschichten
5 und 6 ausgebildet. Bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 1 sind die Elektroden 2a und 2b über einen Leiter 4 miteinander
verbunden, während bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 2 die Elektroden 3a und 3b ebenfalls über einen Leiter 4
miteinander verbunden sind. Die Polarisationsachse des pyroelektrischen
Substrates 1 ist durch Pfeile dargestellt. Es
ist weiterhin ein FET (Feldeffekttransistor) 7 vorhanden,
dessen Gate 8 mit der Elektrode 3a beim Aufbau gemäß Fig. 1
in Verbindung steht, während die Elektrode 3b geerdet ist.
Beim Aufbau gemäß Fig. 2 ist das Gate 8 mit der Elektrode 2a
verbunden, und die Elektrode 2b ist geerdet. Der FET 7 verfügt
noch über einen Drain 10 und eine Source 11.
An den Drain 10 wird Gleichspannung angelegt, während Strahlung
entweder auf die Elektrode 2a oder die Elektrode 2b
oder auf beide nacheinander einwirkt, wodurch eine Temperaturänderung
im pyroelektrischen Substrat in bezug auf die
Umgebungstemperatur hervorgerufen wird. Aufgrund der Temperaturänderung
wird sofort eine elektrische Ladung im Substrat
1 aufgrund des pyroelektrischen Effekts hervorgerufen.
Es fließt dann ein elektrischer Strom im Widerstand, der
durch einen Widerstand Rg zwischen den Elektroden 3a und 3b,
dem Widerstandswert des pyroelektrischen Substrates 1 und
dem Eingangswiderstand des FET 7 gebildet ist. An diesem
Gesamtwiderstand fällt die erzeugte Spannung ab. Die Spannung
wird durch eine Sourceffolgerspannung des FET 7 impedanzgewandelt
und der Gleichvorspannung als Spannungsänderung
am Widerstand Rs überlagert, so daß an der Source 11
ein Wechselspannungssignal abgegeben wird.
Beim Beispiel gemäß Fig. 1 hat die Elektrode 3a die Polarität
minus (-) in bezug auf das Gate 8. Die ihr gegenüberstehende
Elektrode 2a hat positive (+) Polarität. Die Elektrode
2b, die mit der Elektrode 2a über den Leiter 4 verbunden
ist, hat negative (-) Polarität. Die ihr gegenüberstehende
Elektrode 3b hat positive Polarität (+).
Beim Beispiel gemäß Fig. 2 weist die Elektrode 2a negative
Polarität (-) in bezug auf das Gate 8 auf. Die ihr gegenüberstehende
Elektrode 3a hat positive Polarität (+). Die
mit der Elektrode 3a über den Leiter 4 verbundene Elektrode
3b hat negative Polarität (-), und die ihr gegenüberstehende
Elektrode 2b hat positive Polarität (+).
Ausgehend von obiger Gleichung (1) gilt für den Fall ωτE»1
und ωτT»1 wegen G=hωT, 1/CR=ωE und h=ACp · t folgende
Gleichung:
εo: absolute Dielektrizitätskonstante
εr: Dielektrizitätskonstante
C: Kapazität
t: Dicke des pyroelektrischen Substrates
Cp: spezifische Wärme
εr: Dielektrizitätskonstante
C: Kapazität
t: Dicke des pyroelektrischen Substrates
Cp: spezifische Wärme
Aus der Gleichung folgt, daß eine kleine Dielektrizitätskonstante
εr für das Material des pyroelektrischen Substrates
1 zu bevorzugen ist. Jedoch weisen Pb (Ti, Zr)O₃-Keramiken,
PbTiO₃-Keramiken oder SrBaNb große Dielektrizitätskonstanten
εr mit Werten von 200 und mehr auf, so daß es
schwierig ist, die Ansprechempfinglichkeit Rv ausgehend
vom Material zu verbessern.
Wie aus der rechten Seite von Gleichung (2) weiterhin ersichtlich
ist, soll die Kapazität C so klein wie möglich
sein. Da der pyroelektrische Detektor mit Temperaturänderungen
arbeitet, sollen auch die spezifische Wärme Cp und
die Dicke t klein sein. Änderungen der Größen εr, A und
t sind aber durch die Charakteristiken begrenzt, wodurch
es erforderlich ist, einen Detektor mit kleiner Kapazität C
zu bilden.
Da die Detektoren gemäß der Fig. 1 und 2 vom Dualtyp mit
Reihenschaltung bei entgegengesetzter Polarität sind, ist
die Kapazität C zwischen dem Gate 8 und dem Erdanschluß 9
halb so groß wie die Kapazität bei Einzeltypen, bei denen
ein Paar einander gegenüberstehenden Elektroden auf beiden
Flächen des Substrates ausgebildet ist. Die Detektoren gemäß
den Fig. 1 und 2 sind jedoch dahingehend problematisch, daß
die Ausgangsspannung nicht ausreichend hoch ist, da die Kapazität
C nach wie vor groß ist und dadurch Aufladung durch
den pyroelektrischen Strom zu lange dauert.
Weiterhin treten manchmal Unregelmäßigkeiten in bezug auf
die Kapazitäten der zwei Teile beim Ausbilden der Elektroden
oder der Dicke der absorbierenden Schichten auf, was
zu unterschiedlicher Ansprechempfindlichkeit der beiden
Teile führt. Pyroelektrische Detektoren mit Reihenschaltungen
von Elektroden entgegengesetzter Polarität können
also wegen folgender Tatsachen nicht voll zufriedenstellend
verwendet werden:
- 1. Von außen eindringendes Licht wie Sonnenlicht kann durch die zwei Teile nicht ausreichend ausgeschaltet werden,
- 2. Schwingungsrauschen kann durch die zwei Teile nicht ausreichend ausgeschaltet werden, und
- 3. auf Grund von Änderungen in der Umgebungstemperatur hervorgerufene elektrische Ladungen können durch die zwei Teile nicht ausreichend aufgehoben werden.
Aus US-PS 43 42 987 ist ein pyroelektrischer Detektor mit
einer Vielzahl von Funktionsbereichen bekannt, von denen jeder
zwei Elektrodenbereiche aufweist, die um einen vorgegebenen
Abstand voneinander entfernt sind, mit jeweils einer
Elektrode auf der Oberseite und der Unterseite des Substrats,
also jeweils zwei Kondensatoren pro Funktionsbereich.
Jeder Funktionsbereich ist einzeln nach außen kontaktiert.
Eine Auswerteschaltung bildet verschiedene Gruppen
von Reihenschaltungen von Kondensatoren, wobei in jeder
Reihenschaltung immer nur ein Kondensator aus einem Funktionsbereich
vorliegt. Diese Reihenschaltungen sind ausschließlich
durch die Auswertelogik begründet; sie haben
nichts mit der vorstehend beschriebenen Reihenschaltung vom
Dualtyp unmittelbar innerhalb eines Funktionsbereichs eines
Detektors zum Erniedrigen der Kapazität zu tun.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen pyroelektrischen
Detektor mit verbessertem Ansprechverhalten, insbesondere
besserer spezifischer Nachweisempfindlichkeit D anzugeben.
Die Erfindung ist durch die Merkmale des Hauptanspruchs gegeben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß
mehrere Bereiche lichtempfangender Elektroden vorhanden sind,
die jeweils in bezug auf Geradzahligkeit bzw. Ungeradzahligkeit
gruppiert sind. Dadurch ist es möglich, verschiedene
Einflüsse wie Änderungen in den Umgebungsbedingungen, z. B.
von mechanischen Schwingungen oder Temperaturänderungen
herrührend auszuschließen. Die Gesamtkapazität des Detektors
ist gering, was zu verbessertem Ansprechverhalten, insbesondere
besserer spezifischer Nachweisempfindlichkeit D wie
auch zu den ausgezeichneten Eigenschaften in bezug auf Unempfindlichkeit
gegenüber äußeren Einflüssen führt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert.
In der Figurenkurzbeschreibung sind auch die zum
Stand der Technik bereits erläuterten Fig. 1 und 2 enthalten.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines
herkömmlichen pyroelektrischen Detektors mit
einem Dualelement mit Reihenschaltung von Elektroden
entgegengesetzter Polarität;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht einer
weiteren bekannten Ausführungsform;
Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht zum
Erläutern einer Ausführungsform
gemäß der Erfindung;
Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie I-I von
Fig. 3 in einem Zustand, in dem zusätzlich infrarotabsorbierende
Schichten auf der Struktur
gemäß Fig. 3 ausgebildet sind;
Fig. 5 ein Anschlußdiagramm für den Detektor gemäß den
Fig. 3 und 4;
Fig. 6 ein Ersatzschaltbild für den pyroelektrischen
Detektor gemäß den Fig. 3 und 4;
Fig. 7 einen Querschnitt durch ein pyroelektrisches
Bauteil mit einem Detektor gemäß den Fig. 3 und
4 in einem Gehäuse;
Fig. 8 ein Diagramm über die Beziehung zwischen Zerhackerfrequenz
und Ausgangsspannung für den
Detektor gemäß Fig. 7;
Fig. 9 Rauschverhalten eines bekannten und eines
Detektors gemäß der Erfindung abhängig von der Umgebungstemperatur;
Fig. 10-12 Ansichten weiterer Detektoren
gemäß der Erfindung und
Fig. 13 einen Querschnitt durch einen Detektor, in den
das pyroelektrische Bauteil gemäß Fig. 11 eingebaut
ist.
Das Detektorbauteil gemäß den Fig. 3-6, das in eingebautem
Zustand in Fig. 7 dargestellt ist, weist ein pyroelektrisches
Substrat 101 mit einer ersten Oberfläche auf, auf der Elektroden
111, 114, 115 und 118 ausgebildet sind. Auf der gegenüberliegenden
Oberfläche sind Elektroden 112, 113, 116
und 117 ausgebildet. Die Elektroden 111-118 weisen jeweils
in etwa Dreiecksform auf. Von den Elektroden stehen sich die
Elektroden 111 und 112, 113 und 114, 115 und 116 sowie 117
und 118 jeweils durch das Substrat 101 voneinander getrennt
gegenüber.
Auf der ersten Oberfläche des Substrates 101,
d. h. auf der hinteren Fläche in den Zeichnungen, sind die
Elektroden 111 und 115 durch einen Schlitz 124 voneinander
getrennt. Die Umrißlinie der beiden Elektroden zusammen ist
in etwa rechteckig. Ebenso sind die Elektroden 114 und 118
durch einen Schlitz 127 voneinander getrennt. Auch sie weisen
rechteckige Umrißform auf. Die Elektroden 112 und 116
auf der anderen Fläche sind durch einen Schlitz 125 und
die Elektroden 113 und 117 sind durch einen Schlitz 126
voneinander getrennt. Auch diese Elektrodenpaare weisen jeweils
insgesamt Rechteckform auf. Die Elektroden 112 und
113 sind über einen Leiter 119, die Elektroden 114 und 115
über einen Leiter 120 und die Elektroden 116 und 117 über
einen Leiter 121 miteinander verbunden. Die Elektroden 111
und 118 sind über Zuleitungselektroden 122 bzw. 123 kontaktiert.
Die einander gegenüberstehenden Elektroden 111 und 112 bilden
einen lichtempfangenden Elektrodenbereich a, die Elektroden
113 und 114 einen Bereich b, die Elektroden 115 und
116 einen Bereich c und die ebenfalls einander gegenüberstehenden
Elektroden 117 und 118 bilden einen lichtempfangenden
Elektrodenbereich d.
Wenn diese Bereiche a-d in Richtung von a-d durchnumeriert
werden, sind die ungeradzahligen Bereiche die Bereiche
a und c und die geradzahligen Bereiche sind die Bereiche b
und d. Die ungeradzahligen Bereiche a und c sind am einen
Ende in Längsrichtung des Substrates 101 zu einer Gruppe A
angeordnet, während die geradzahligen Bereiche b und d am
anderen Ende zu einer Gruppe B angeordnet sind. Die lichtemfangenden
Elektrodenbereiche sind also in zwei Gruppen
aufgeteilt.
Die Verbindung der Elektrodenbereiche a-d ist so ausgeführt,
wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Die lichtempfangenden
Bereiche a und c der Gruppe A und die Bereiche b und d
der Gruppe B sind elektrisch in der Reihenfolge a, b, c und
d angeschlossen. Wenn davon ausgegangen wird, daß die lichtempfangenden
Elektrodenbereiche a-d jeweils individuelle
pyroelektrische Bauteile sind, ergibt sich ein Ersatzschaltbild,
wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. In den Fig. 5 und
6 geben die Pfeile jeweils die Polarisationsachse des pyroelektrischen
Substrates wieder. Die Polarisationsachsen stehen
rechtwinklig zu den einander gegenüberstehenden Elektroden
111-118.
In den Fig. 4 und 5, jedoch nicht in Fig. 3, sind infrarotabsorbierende
Schichten 128 und 129 dargestellt, die auf der
Gruppe A bzw. der Gruppe B ausgebildet sind. Die infrarotabsorbierende
Schicht 128 ist im Bereich mit den Elektroden
112 und 116 und die Schicht 129 ist im Bereich der
Elektroden 113 und 117 ausgebildet. Als Material für die
Schichten 128 und 129 kommt ein solches mit hoher Leitfähigkeit
wie z. B. Ni-Cr nicht in Frage, da die einander gegenüberstehenden
Elektroden dicht beieinander angeordnet sind
und daher ein organisches Material wie Acrylharz oder Nitrozelluloseharz
mit ausgezeichneten Isoliereigenschaften zu
bevorzugen ist.
An das Bauteil ist ein FET 130 mit einem Gate 131, einem
Drain 132 und einer Source 133 angeschlossen. Es liegt weiterhin
ein Erdanschluß 134 vor. Die Elektrode 111 weist negative
Polarität (-) in bezug auf das Gate 131 auf. Die folgende
Elektrode 112 weist positive Polarität (+), die Elektrode
113 negative Polarität (-), die Elektrode 114 positive
Polarität, die Elektrode 115 negative Polarität, die Elektrode
116 positive Polarität, die Elektrode 117 negative
Polarität und die Elektrode 118 positive Polarität auf.
Dementsprechend weisen die Elektroden 111 und 115 der Gruppe A
auf der Rückseite des Substrates 101 negative Polarität und
die diesen auf der Vorderseite gegenüberliegenden Elektroden
112 und 116 positive Polarität auf. Andererseits weisen
die Elektroden 114 und 118 der Gruppe B auf der Rückseite
des Substrates 101 positive Polarität und die diesen gegenüberliegenden
Elektroden 113 und 117 auf der Vorderfläche
negative Polarität auf.
Es sind also insgesamt vier pyroelektrische Bauteile gebildet,
die in Reihe geschaltet sind, wie dies aus Fig. 6 ersichtlich
ist. Die Kapazität ist nur halb so groß wie die
Kapazität des oben beschriebenen herkömmlichen Bauteils gemäß
den Fig. 1 und 2. Damit folgt aus Gleichung (2), daß das Ansprechverhalten
Rv verbessert ist. Darüber hinaus wirken
sich Unregelmäßigkeiten in den Kapazitäten der lichtempfangenden
Elektrodenbereiche a-d weniger aus, und die
Absorption von Infrarotstrahlen wird gleichmäßiger. Dadurch
ist es möglich, Differenzen im Ansprechverhalten der
lichtempfangenden Elektroden A und B zu verringern und die
Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungsbedingungen wie mechanischen
Schwingungen, und Rauschverhalten aufgrund von Änderungen
der Umgebungstemperatur zu verbessern. Der Aufbau,
bei dem gestreute Infrarotstrahlung in den unterteilten
Elektrodengruppen A und B leicht absorbiert werden kann,
läßt sich gut in einem optischen System mit Vielfachspiegeln,
Linsen und dergleichen anwenden.
In Fig. 7 ist der Einbau des Bauteils gemäß den Fig. 3-6
in ein Detektorgehäuse schematisch dargestellt. Das Bauteil
201 ist auf einem isolierenden Substrat 202 aus Keramik
oder dergleichen befestigt. Ein FET 203 ist so mit dem
Bauteil 201 verbunden, daß sich die Schaltung gemäß den
Fig. 5 und 6 ergibt. Das isolierende Substrat 202 ist an
Pinanschlüssen 205, 206 und 207 angeschlossen, die durch
eine kalte Platte 204 hindurchtreten. Die Pinterminals 205,
206 und 207 sind an den Drain 132, die Source 133 bzw. den
Erdanschluß 134 angeschlossen. Auf der Halteplatte 204 ist
eine Gehäusekappe 208 befestigt, in deren oberen Teil ein
infrarotdurchlässiges Fenster 209 eingesetzt ist.
Es wird nun ein konkretes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Für das Substrat wurde das pyroelektrische Material
Pb(Sn½Sb½)O₃-PbZrO₃-PbTiO₃
mit folgenden Eigenschaften verwendet:
Dielektrizitätskonstante ε=380,
Verlustfaktor tan δ=1,4%, Fv=λ/εr · cp=1,95×10-11(c · cm/J),
FD=λ/CP√=3,21×10-8 (c · cm/J).
Dielektrizitätskonstante ε=380,
Verlustfaktor tan δ=1,4%, Fv=λ/εr · cp=1,95×10-11(c · cm/J),
FD=λ/CP√=3,21×10-8 (c · cm/J).
Bei Bestrahlung durch Infrarotstrahlung von einem schwarzen
Körper-Ofen von 500 K (=227°C) mit einer Strahlungsstärke
von 0,87 mW/cm² wurde die Ausgangsspannung gemäß Fig. 8 gemessen.
Linie 1 zeigt das Meßergebnis für ein
Bauteil gemäß der Anmeldung, und Linie 2 zeigt das Ergebnis für den bekannten
Detektor gemäß Fig. 1. Die Ausgangsspannung entspricht dem
Wert Spitze-Spitze für das abgegebene Wechselspannungssignal.
Wie es aus Fig. 8 ersichtlich ist, ist bei einer Zerhackerfrequenz
von 1 Hz die Ausgangsspannung um 30% und damit
die Empfindlichkeit verbessert.
In bezug auf die Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungsbedingungen
wurde das durch Änderungen in der Umgebungstemperatur
hervorgerufene Rauschen gemessen. Die Meßergebnisse
sind in Fig. 9 dargestellt. Bei einem Bauteil
gemäß der Anmeldung ist die Rauschspannung beim Erhöhen oder beim Erniedrigen
der Temperatur geringer als beim herkömmlichen Detektor.
Außerdem wurde festgestellt, daß ein pyroelektrischer
Detektor gemäß der Erfindung gegen mechanische Schwingungen weniger
empfindlich ist als ein bekannter Detektor. Das hervorgerufene
Rauschen kann um 20% bei einer Frequenz von 20 Hz,
1,2 G und einer Amplitude von 1,5 mm verringert werden.
Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 10 und 11 sind die
Form und die Anordnung einander gegenüberliegender Elektroden
gegenüber der bisher beschriebenen Ausführungsform abgeändert.
Es wird daher nur auf diese Änderung abgehoben.
Beim Detektor gemäß Fig. 10 weisen die Elektroden 111-118
rechteckige Form auf. Ansonsten weist der Detektor gemäß Fig. 10 denselben
Aufbau wie der Detektor gemäß Fig. 3 auf, der über vier
lichtempfangende Elektrodenbereiche verfügt, bei dem jeweils
ungeradzahlige Bereiche und geradzahlige Bereiche zu jeweils
einer Gruppe mit abwechselnder Polarität in Reihenschaltung
zusammengefaßt sind.
Beim Detektor gemäß Fig. 11 mit rechteckigen Elektroden wie
bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 ist die Elektrodenzahl
so erhöht, daß jede lichtempfangende Elektrodengruppe 3
lichtempfangende Elektrodenbereiche aufweist. Elektroden 136
und 137 sind zusätzlich auf der Rückseite des Substrates 101
und Elektroden 135 und 138 sind auf der Vorderfläche ausgebildet.
Die Elektrode 135 ist mit der Elektrode 114 über
einen Leiter 120, die Elektrode 136 mit der Elektrode 137
über einen Leiter 139 und die Elektrode 138 mit der Elektrode
115 über einen Leiter 140 verbunden. Die Elektroden 135
und 136 stehen einander durch das Substrat 101 getrennt gegenüber.
Entsprechendes gilt für die Elektroden 137 und 138.
Bei dieser Ausführungsform ist die Kapazität auf ein Drittel
der Kapazität der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 verringert.
Die Unempfindlichkeit gegenüber Änderungen der Umgebungsbedingungen
wie auch das Ansprechverhalten und die
spezifische Nachweisempfindlichkeit D sind verbessert. Auch
bei dieser Ausführungsform kann die anhand der Fig. 3-7
erläuterte Struktur gebildet werden.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 sind mehrere Funktionsbereiche
auf einem pyroelektrischen Substrat 301 in Längsrichtung
des Substrates angeordnet, die jeweils so aufgebaut
sind, wie die Ausführungsform gemäß Fig. 3. Ein
pyroelektrischer Detektor gemäß der Erfindung kann also eine Vielzahl
von Funktionsbereichen, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind,
nebeneinander aufweisen. Zwischen jedem Funktionsbereich
auf dem Substrat 301 liegt jeweils ein Schlitz 301a vor,
der dazu dient, den Wärmeübergang zwischen benachbarten
Funktionsbereichen zu verhindern.
Bei der Struktur gemäß Fig. 12 sind die Funktionsbereiche
in Längsrichtung auf dem Substrat 301 nebeneinander angeordnet.
Es ist jedoch auch möglich, die Funktionsbereiche
um jeweils 90° verdreht anzuordnen. Darüber hinaus ist es
möglich, das Substrat in Richtung X in Fig. 12 zu verlängern,
so daß Funktionsbereiche in einer Matrix in Längsrichtung und
quer dazu auf dem Substrat 301 angeordnet werden können.
Beim Detektor gemäß Fig. 13 ist ein pyroelektrisches Bauteil
gemäß Fig. 12 in einem Gehäuse eingebaut. Die Funktionsbereiche
sind als einzelnes Bauteil eingebaut, jedoch getrennt
voneinander strukturiert. Die Ausgangsspannungen der einzelnen
Funktionsbereiche werden jeweils an Pinanschlüssen 205-207
abgegeben.
Claims (10)
1. Pyroelektrischer Detektor mit:
- - einem Substrat (101) aus pyroelektrischem Material; und
- - mindestens einem Funktionsbereich mit jeweils einer ersten Elektrodengruppe (A) und einer zweiten Elektrodengruppe (B) auf dem Substrat (101), die um einen vorgegebenen Abstand voneinander entfernt sind, mit jeweils einer Elektrodenanordnung auf der Oberseite und der Unterseite des Substrats (101), die zusammen mit dem Substrat (101) Kondensatoren bilden, die in Reihe geschaltet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrodengruppe (A,
B) sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite jeweils
mindestens zwei Elektroden (A oben: 112, 116; A unten:
111, 115; B oben: 113, 117; B unten: 114, 118) aufweist,
wodurch in jeder Elektrodengruppe jeweils mindestens
zwei Kondensatoren als lichtempfangende Elektrodenbrücke vorliegen,
und daß die Kondensatoren so in Reihe geschaltet sind, daß
die Elektroden der ungeradzahligen Kondensatoren der Reihenschaltung
alle in der ersten Elektrodengruppe (A) und
die Elektroden der geradzahligen Kondensatoren der Reihenschaltung
alle in der zweiten Elektrodengruppe (B) liegen.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Abstand zwischen den Elektroden (z. B. 112, 116) in jeder
Elektrodengruppe (z. B. A) kleiner ist als der Abstand
zwischen den Elektrodengruppen (A, B).
3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß vier lichtempfangende
Elektrodenbereiche (a, b, c und d) vorliegen, wobei der
erste und der dritte Bereich (a und c) am einen Ende in
Längsrichtung des Substrates (101) liegen und der zweite
und der vierte Bereich (b und d) am anderen Ende liegen.
4. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden
Elektroden (111-118), die die lichtempfangenden
Elektrodenbereiche bilden, in etwa Dreiecksform
aufweisen, und daß die einander gegenüberliegenden
Elektroden, die den ersten Bereich (a) und den dritten
Bereich (c) bilden, jeweils nahe beieinander auf solche
Weise angeordnet sind, daß die Umfangsform der beiden
Elektroden auf jeder Substratoberfläche im wesentlichen
rechteckig ist.
5. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß einander gegenüberliegende
Elektroden, die die lichtempfangenden Elektrodenbereiche
(a, b, c und d) bilden, im wesentlichen rechteckförmig
sind.
6. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die lichtempfangende
Elektrodengruppe A drei lichtempfangende Elektrodenbereiche
aufweist, die am einen Ende in Längsrichtung des
Substrates (101) angeordnet sind, und daß die andere
Gruppe B drei lichtempfangende Elektrodenbereiche aufweist,
die am anderen Ende angeordnet sind.
7. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Funktionsbereiche
in Längsrichtung des Substrates (301) angeordnet
sind.
8. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Funktionsbereiche
in einer Matrix entlang der Längsrichtung des Substrates
(301) und rechtwinklig dazu angeordnet sind.
9. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindungen (119, 120, 121) zwischen
den Elektroden (111, 113; 114, 115; 116, 117) gemeinsam mit
den Elektroden auf dem Substrat (101) ausgebildet sind.
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