DE4244607A1 - Thermoelektrischer Strahlungssensor, insbesondere für infrarotes und sichtbares Licht - Google Patents
Thermoelektrischer Strahlungssensor, insbesondere für infrarotes und sichtbares LichtInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Strahlungssensor, insbesondere
für infrarotes und sichtbares Licht, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von
Anspruch 1.
Thermoelektrische Strahlungssensoren der in Rede stehenden Art sind seit län
gerem aus der Praxis bekannt. Ein aus der Praxis bekannter thermoelektrischer
Strahlungssensor arbeitet mit einer Mehrzahl von Reihe geschalteten Thermo
elementen, die sternförmig auf die Mitte der Trägermembran zulaufend ange
ordnet sind, wobei sich die Meßstellen unter einer als Absorptionsschicht aus
geführten Abdeckschicht in der Mitte der Trägermembran finden. Die Vergleichs
stellen der Thermoelemente befinden sich auf dem als Wärmesenke dienenden Rah
men. Die Absorptionsschicht in der Mitte der Trägermembran bildet mit den da
runter befindlichen Meßstellen der Thermoelemente den Strahlungsaufnehmer.
Die durch die Öffnung im Gehäuse und das darin meist befindliche Eintritts
fenster eintretende Strahlung, meist Infrarotstrahlung, wird in der Absorp
tionsschicht in Wärme umgewandelt, die die Meßstellen der Thermoelemente be
einflußt und so eine elektrische Messung der eintretenden Strahlung erlaubt.
Insbesondere in Strahlungspyrometern werden solche thermoelektrischen Strah
lungssensoren weit verbreitet eingesetzt.
Bei einem anderen aus der Praxis bekannten thermoelektrischen Strahlungssen
sor wird nach dem Prinzip eines Bolometers mit einer Platinfolie mit einer
Schwärzung auf der Oberfläche als Absorptionsschicht gearbeitet bzw. mit
Halbleiter-Thermistoren auf einer entsprechend dünnen Trägermembran.
Eine entsprechend dünne Trägermembran läßt sich beispielsweise in einem Rah
men aus Silizium durch mikromechanische Ätzung von der Rückseite her her
stellen, sie besteht häufig aus Silizium-Oxid-Nitrid, das bei der Ätzung von
Silizium nicht angegriffen wird.
Bei den bisher bekannten thermoelektrischen Strahlungssensoren der in Rede
stehenden Art ist die Meßempfindlichkeit vom Verhältnis der Fläche der Ab
sorptionsschicht (Abdeckschicht) zur Fläche des Eintrittsfensters abhängig.
Nur die Anteile der Strahlung, die von der Strahlungsquelle durch das Ein
trittsfenster des Gehäuses direkt auf den Strahlungsaufnehmer treffen, füh
ren zu einem auswertbaren Signal. Der überwiegende Anteil der Strahlung trifft
außerhalb des Strahlungsaufnehmers auf Trägermembran, Rahmen und Gehäusetei
le und führt nicht zur Erwärmung der Absorptionsschicht und damit nicht zu
einem Meßsignal. Im Gegenteil, es kann sich sogar eine Erwärmung der Wärme
senke am Rahmen ergeben, die das vorhandene Meßsignal beeinträchtigt. Der
Ausnutzungsgrad beträgt bei bisherigen thermoelektrischen Strahlungssensoren
häufig nur 2 bis 5% der insgesamt einfallenden Strahlung.
Man könnte bei bekannten thermoelektrischen Strahlungssensoren den Ausnut
zungsgrad dadurch erhöhen, daß man die lateralen Abmessungen, insbesondere
den Durchmesser, der Absorptionsschicht und die Dicke der Absorptionsschicht
erhöht. Damit wird dann zwar der Ausnutzungsgrad erhöht, gleichzeitig wird
der thermoelektrische Strahlungsdetektor aber erheblich träger, da die Wär
mekapazität der Absorptionsschicht entsprechend ansteigt. Außerdem ist eine
Vergrößerung der lateralen Abmessungen auch deshalb nur begrenzt möglich,
weil bei Einsatz von Thermoelementen im Strahlungsaufnehmer der laterale Ab
stand zwischen den konzentriert in der Mitte der Trägermembran angeordneten
Meßstellen der Thermoelemente und dem Rand der als Absorptionsschicht ausge
führten Abdeckschicht nicht zu groß werden darf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen thermoelektrischen Strahlungs
sensor der in Rede stehenden Art so auszugestalten und weiterzubilden, daß
sich eine wesentlich höhere Empfindlichkeit ohne Erhöhung, besser noch mit
Verringerung der Trägheit ergibt.
Der erfindungsgemäße thermoelektrische Strahlungssensor löst die zuvor auf
gezeigte Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1.
Erfindungsgemäß wird die in einem bestimmten Öffnungswinkelbereich des Ein
trittsfensters eintretende Strahlung auf den Strahlungsaufnehmer konzentriert.
Alle Strahlung, die innerhalb des bestimmten Öffnungswinkelbereichs durch das
Eintrittsfenster in das Innere des Gehäuses eintritt wird also im Inneren des
Gehäuses so umgelenkt, daß sie den Strahlungsaufnehmer trifft, dort absor
biert wird und zu einem auswertbaren Meßsignal beiträgt. Der Öffnungswinkel
bereich des Eintrittsfensters kann bei geschickter Gestaltung bis zu 180°,
jedenfalls aber bis zu 160° erweitert werden.
Das Kollektorelement zur Konzentration der eintretenden Strahlung, insbeson
dere also des eintretenden sichtbaren oder infraroten Lichts kann eine Sam
mellinse sein, wobei das Eintrittsfenster selbst als Sammellinse ausgeführt
sein kann.
Mit einer Sammellinse als Kollektorelement läßt sich nur ein begrenzter Öff
nungswinkelbereich des Eintrittsfensters erfassen, außerdem ist eine Mehr
fach-Reflexion der Strahlung mit Konzentration auf den Strahlungsaufnehmer
nach mehreren Durchgängen nicht einfach zu realisieren. Anspruch 4 schlägt
daher als Kollektorelement einen Spiegel vor, was gegenüber einer Sammel
linse als Kollektorelement weitere erhebliche Vorteile hat. Vorteilhafte
Gestaltungen des Systems mit Spiegel sind Gegenstand der Ansprüche 5, 6
und 7. Man kann auch Spiegel und Sammellinse miteinander kombinieren.
Bei der im Stand der Technik schon bekannten und nach der Erfindung bevor
zugt realisierten Form des Sensorträgers mit Rahmen, Trägermembran und
Dünnschicht-Strahlungsaufnehmer ist davon auszugehen, daß Strahlung auch
die dünne Trägermembran, die regelmäßig nur wenige µm dick sein wird, durch
setzt. Eine Spiegelanordnung auf der vom Eintrittsfenster abgewandten Seite
der Trägermembran nutzt auch diesen Teil der eintretenden Strahlung für meß
technische Zwecke aus, das ist Gegenstand von Anspruch 8, wobei bevorzugte
Ausführungen in den Ansprüchen 9 bis 11 beschrieben sind.
Die Ansprüche 12 bis 15 behandeln allgemein vorteilhafte Ausgestaltungen des
erfindungsgemäßen thermoelektrischen Strahlungssensors.
Zuvor ist schon angesprochen worden, daß die Abdeckschicht als Strahlungs-
Absorptionsschicht ausgeführt sein kann. Die Wärmekapazität einer als Absorp
tionsschicht ausgeführten Abdeckschicht stellt einen wesentlichen Einflußfak
tor für die Trägheit - Ansprechgeschwindigkeit - des thermoelektrischen Strah
lungssensors dar. Wird hier schon mit der erfindungsgemäßen Strahlungs-Konzen
tration ein erheblicher Fortschritt realisiert, indem die Fläche des Strah
lungsaufnehmers reduziert werden oder klein bleiben kann, so schafft noch
mals einen Sprung in der Realisierung hoher Empfindlichkeit bei geringer Träg
heit die Lehre des Anspruchs 17, der auch für sich besondere Bedeutung zu
kommt. Mit einem Interferenzsystem, das in der Schichtfolge so abgestimmt
ist, daß alle auf den Strahlungsaufnehmer einfallende Strahlung des interes
sierenden Wellenlängenbereichs weitestgehend absorbiert wird, läßt sich eine
nochmalige erhebliche Verbesserung erzielen. Ausgestaltungen dieser Lehre sind
Gegenstand der Ansprüche 18 und 19.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 in einer Draufsicht den Sensorträger eines erfindungsgemäßen thermo
elektrischen Stahlungssensors, natürlich stark vergrößert,
Fig. 2 im Schnitt eine Prinzipdarstellung eines thermoelektrischen Strah
lungssensors,
Fig. 3 in einem Fig. 2 entsprechenden Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen thermoelektrischen Strahlungssensors und
Fig. 4 in stark vergrößerter Darstellung den Mittelbereich der Trägermem
bran, also den Bereich des Strahlungsaufnehmers, bei einem thermo
elektrischen Strahlungssensor gemäß Fig. 3.
Aus Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 ergibt sich zunächst, daß Gegenstand der
Erfindung ist ein thermoelektrischer Strahlungssensor, der insbesondere für in
frarotes und sichtbares Licht, insbesondere für Wellenlängen bis ins mittlere
Infrarot (25 µm) geeignet ist. Grundsätzlich gilt die Lehre der Erfindung aber
für alle thermoelektrischen Strahlungssensoren, wenn auch der Einsatzbereich
für Infrarot-Strahlungssensoren insbesondere in Strahlungspyrometern besonders
bedeutsam ist.
Ein solcher Strahlungssensor weist zunächst ein Gehäuse 1 auf mit einer Öffnung
2, die durch ein für die Strahlung durchlässiges Eintrittsfenster 3 abgedeckt
ist. Im Gehäuse 1 befindet sich mit Abstand vom Eintrittsfenster 3 und vorzugs
weise mittig dazu angeordnet ein Sensorträger 4. Dieser besteht aus einem um
laufenden Rahmen 5 mit elektrischen Anschlüssen 6, einer im Rahmen 5 aufge
spannten dünnen Trägermembran 7 und auf der Trägermembran 7 einem elektrisch
nach außen mit den Anschlüssen 6 verbundenen Dünnschicht-Strahlungsaufnehmer
8. Das zeigt schematisch Fig. 1 besonders deutlich, die Anschlüsse 6 sind als
Anschlußpads flächig ausgeführt.
Die Fläche des Strahlungsaufnehmers 8 ist wesentlich kleiner als die Fläche
des Eintrittsfensters 3.
Im dargestellten und insoweit auch bevorzugten Ausführungsbeispiel gilt da
bei, daß der Strahlungsaufnehmer 8 durch die nahe beieinander angeordneten
und mit einer Abdeckschicht 9 versehenen Meßstellen 10 einer Mehrzahl von in
Reihe angeordneter Thermoelemente 11 gebildet ist, wobei der Rahmen 5 die Wär
mesenke für die Vergleichsstellen 12 der Thermoelemente 11 bildet. Man sieht
in Fig. 1 die sternförmig angeordneten Thermoelemente 11 (beispielsweise ins
gesamt 80 Stück), die in Reihe geschaltet sind, um das an den Anschlüssen 6
zur Verfügung stehende Meßsignal zu vergrößern. Von der Abdeckschicht 9 wer
den die Meßstellen 10 der Thermoelemente 11 abgedeckt, eine solche Meßstelle
10 ist aber in Fig. 4 links und rechts jeweils erkennbar. Das Grundprinzip
des thermoelektrischen Strahlungssensors ist aber ähnlich auch bei einer
bolometrischen Ausgestaltung, die im allgemeinen Teil der Beschreibung er
läutert worden ist.
Fig. 2 macht nun deutlich, wie Strahlung in das Eintrittsfenster 3 im Gehäuse 1
eintritt. Da man davon ausgehen muß, daß die Strahlung in das Eintrittsfenster
3 des Gehäuses 1 aus dem Unendlichen kommend eintritt, also als Parallelstrah
lung vorliegt, trifft nur jeweils ein sehr geringer Teil der Strahlung den
Strahlungsaufnehmer 8. Das ist in Fig. 2 bei Betrachtung der gestrichelt dar
gestellten Strahlen ohne weiteres verständlich. Der durch durchgezogene Li
nien gezeigte Öffnungswinkelbereich des Strahlungsaufnehmers 8, der hier durch
die übertrieben dick eingezeichnete Abdeckschicht 9 definiert ist, ist also
nur theoretisch und nicht praktisch von irgendeiner Bedeutung. Das hat die im
allgemeinen Teil der Beschreibung erläuterten Schwierigkeiten.
Nach der Lehre der Erfindung gilt nun jedoch, daß der erfindungsgemäße thermo
elektrische Strahlungssensor, der in Fig. 3 in einem Schnitt dargestellt ist,
gekennzeichnet ist durch mindestens ein Kollektorelement 13, das die in einem
bestimmten Öffnungswinkelbereich des Eintrittsfensters 3 eintretende Strahlung
auf den Strahlungsaufnehmer 8 konzentriert. Der Strahlungsaufnehmer 8 kann al
so nach wie vor geringe laterale Abmessungen, insbesondere einen geringen Durch
messer aufweisen, gleichwohl wird die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen
Strahlungssensors deutlich erhöht, da ein größerer Anteil der durch das Ein
trittsfenster 3 eintretenden Strahlung auf den Strahlungsaufnehmer 8 hinge
leitet wird, dort zur Absorption kommt und so zu dem Meßsignal beiträgt.
Nicht dargestellt ist in der Zeichnung eine erste Alternative, bei der das
Kollektorelement 13 eine Sammellinse ist. Der Strahlungsaufnehmer 8 liegt
dabei dann zweckmäßigerweise in der Brennebene der Sammellinse. Besonders
zweckmäßig ist es dann, das ohnehin vorhandene Eintrittsfenster 3 selbst als
Sammellinse auszuführen.
In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Strahlungssensor gezeigt, bei dem eine an
dere Konzeption verwirklicht ist, obgleich dieser Strahlungssensor zusätzlich
auch mit einer Sammellinse als Kollektorelement 13 ausgerüstet werden könnte.
Hier gilt nämlich, daß als Kollektorelement 13 zwischen Eintrittsfenster 3
und Sensorträger 4 ein Spiegel (oder ein Spiegelsystem) angeordnet ist, durch
das, ggf. nach mehrfacher Reflexion, die Strahlung konzentriert auf den Strah
lungsaufnehmer 8 lenkbar ist. Im dargestellten und insoweit bevorzugten Aus
führungsbeispiel gilt dabei weiter, daß der das Kollektorelement 13 bildende
Spiegel sphärisch ausgeführt ist. Insbesondere befindet sich hier der Strah
lungsaufnehmer 8 in der Brennebene des die Kontur eines Kegelschnittes auf
weisenden Spiegels. Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn das Eintritts
fenster 3 auf der Innenseite auch noch verspiegelt ist, jedenfalls in einem
hinreichend starken Maße reflektiert, so daß auch durch Mehrfach-Reflexionen
Strahlung auf den Strahlungsaufnehmer 8 konzentriert werden kann.
Fig. 3 macht eine weitere Besonderheit des erfindungsgemäßen thermoelektri
schen Strahlungssensors deutlich, der auch für sich besondere Bedeutung zu
kommt. Es gilt nämlich, daß auf der vom Eintrittsfenster 3 angewandten Sei
te unter der Trägermembran 7 ein weiteres Kollektorelement 14 in Form eines
Reflektorspiegels angeordnet ist, durch das, ggf. nach mehrfacher Reflexion,
die die Trägermembran 7 durchsetzende Strahlung von hinten konzentriert auf
den Strahlungsaufnehmer 8 lenkbar ist. Für den Reflektorspiegel, der das
weitere Kollektorelement 14 für den "Rückraum" des Strahlungsaufnehmers 8
bildet, gelten die gleichen Ausgestaltungsmöglichkeiten wie für den zuvor
in Verbindung mit dem Kollektorelement 13 erläuterten Spiegel bzw. ein ent
sprechendes Spiegelsystem aus mehreren Spiegeln. (Ansprüche 9, 10)
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeichnet sich hinsichtlich der
Realisierung des weiteren Kollektorelementes 14 weiter dadurch aus, daß der
Sensorträger 4 auf einem plattenartigen Sockel 15 angeordnet ist, der, vor
zugsweise, Teil des Gehäuses 1 ist, und daß der das weitere Kollektorelement
14 bildende Reflektorspiegel in den Sockel 15 integral eingeformt ist. Da
mit ist diese auch die die Trägermembran 7 durchsetzende Strahlung nutzende
Spiegelanordnung besonders zweckmäßig und hoch präzise in den "Unterbau" des
Sensorträgers 4 integriert.
Der Reflektorspiegel, der das weitere Kollektorelement 14 bildet, kann im bei
spielsweise aus Keramik, Glas oder einem Kunststoff bestehenden Sockel 15 durch
Metall-Bedampfung ausgebildet sein. Für den als Kollektorelement 13 dienenden
Spiegel gilt im in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel jedenfalls, daß
dieser aus einer Metallfolie oder einer metallbeschichteten Kunststoffolie be
steht, die hier paßgenau in das Gehäuse 1 eingesetzt ist. Befestigt werden kön
nen solche Elemente mit modernen Klebstoffen ohne weiteres, aber auch durch
andere Befestigungsmittel.
Hinsichtlich der Materialauswahl gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Schon
im Stand der Technik ist es vorgesehen, daß das Eintrittsfenster 3 aus Kunst
stoff, insbesondere aus Polymethacrylat besteht. Das gilt auch für das Ein
trittsfenster 3 bzw. die das Kollektorelement 13 bildende Sammellinse. Um den
Wellenlängenbereich für den thermoelektrischen Strahlungssensor einzuschränken
kann es sich empfehlen, daß am insbesondere als Sammellinse ausgeführten Ein
trittsfenster 3 ein Filter für Strahlung bestimmter Wellenlängenbereiche vor
gesehen ist. Besonders zweckmäßig kann es dabei sein, daß das Filter aus meh
reren Filter- bzw. Interferenzschichten, vorzugsweise auf Silizium- oder Ger
maniumbasis besteht. Hier besteht eine weite Auswahlbreite von Mischungen und
Legierungen, die die notwendige Durchlässigkeit im interessierenden Wellen
längenbereich aufweisen, aber dann über Interferenzeffekte oder innere Ab
sorption die gewünschten Filtereigenschaften haben.
Fig. 1 und Fig. 3 machen deutlich, daß die Abdeckschicht 9 im dargestellten
Ausführungsbeispiel im wesentlichen den Strahlungsaufnehmer 8 flächenmäßig
definiert. Die Abdeckschicht 9 kann, wie auch im Stand der Technik, als Strah
lungs-Absorptionsschicht ausgeführt sein.
Das in Fig. 4 dargestellte, bevorzugte Ausführungsbeispiel, dem auch für sich
besondere Bedeutung zukommt, zeichnet nun dadurch aus, daß eine echte Absorp
tionsschicht nicht realisiert ist. Es gilt nämlich, daß die Abdeckschicht 9
als Fotolackschicht oder ähnliche Schicht, vorzugsweise mit nicht besonders
ausgeprägter Absorptionswirkung ausgeführt ist und daß die Dicken der Schich
ten der im Strahlungsaufnehmer 8 realisierten Schichtfolge zur Bildung eines
Interferenzsystems auf die Wellenlängen im interessierenden Wellenlängenbe
reich der Strahlung abgestimmt sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel fin
det man zunächst als unterste Schicht die Trägermembran 7. Diese besteht im
dargestellten Ausführungsbeispiel aus Silizium-Oxid-Nitrid und hat eine Dicke
von ca. 1,5 µm. Auf der Unterseite könnte eine weitere Fotolackschicht aufge
bracht sein, das ist aber hier nicht dargestellt. Auf der Trägermembran 7 be
findet sich links und rechts jeweils ein erster Thermoschenkel 17 eines Ther
moelements 11, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus NiCr besteht und
eine Dicke von hier ca. 0,4 µm aufweist. Als Isolationsschicht befindet sich
darüber eine etwa gleich dicke Fotolackschicht 18, dann folgt der zweite
Thermoschenkel 19, der an der Meßstelle 10 mit dem ersten Thermoschenkel 17
kontaktiert. Dieser zweite Thermoschenkel 19 besteht aus einer Wismut-Le
gierung und hat ebenfalls eine Dicke von ca. 0,4 µm. Darüber befindet sich
als Abdeckschicht 9 wieder eine entsprechend dicke Fotolackschicht. Im Zen
trum des Strahlungsaufnehmers 8 befindet sich eine weitere Schicht 20 mit
einer Wismut-Legierung.
Die Schichtdicken der Schichtfolge sind so abgestimmt, daß sich eine nahe
zu vollständige Absorption der Strahlung im interessierenden Wellenlän
genbereich ergebende Interferenz in der Schichtfolge ergibt. Die Schicht
dicken sind auf die Wellenlängen am langwelligen Ende des interessierenden
Wellenlängenbereichs abgestimmt. Die angegebenen Schichtdicken des hier erläu
terten speziellen Ausführungsbeispiels beziehen sich auf einen Bereich im na
hen bis mittleren Infrarot.
Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeichnet sich weiter dadurch
aus, daß die Schichtfolge des Strahlungsaufnehmers 8 auch auf der Unterseite
ein Interferenzsystem für den interessierenden Wellenlängenbereich der Strah
lung bildet und daß außerhalb des Strahlungsaufnehmers 8 weder eine Absorp
tionsschicht noch eine ein zur Absorption führendes Interferenzsystem bil
dende Schichtfolge vorgesehen ist.
Durch die eingezeichneten Pfeile ist das Reflexions- und Interferenz-Verhalten
der Schichtfolgen dargestellt, wobei das Interferenzsystem für Strahlung von
oben durch die Abdeckschicht 9 aus Fotolack und die Schicht aus Wismut - zwei
ter Thermoschenkel 19, weitere Schicht 20 - gebildet ist, während das Inter
ferenzsystem für Einstrahlung von der Unterseite von der Trägermembran 7 und
der mittigen weiteren Schicht 20 gebildet ist. Diese mittige Schicht 20 kon
zentriert die Strahlung und überträgt die Wärme an die unmittelbar benachbar
ten Meßstellen 10 der Thermoelemente 11.
Bei einem Einsatz von 80 Thermoelementen 11 in Reihenschaltung läßt sich mit
einem erfindungsgemäßen Strahlungssensor eine Empfindlichkeit von 60 V je
Watt Strahlungsleistung realisieren, was eine hervorragende Empfindlichkeit
und eine einfache Auswertbarkeit erlaubt. Falls erforderlich, kann, wie zu
vor schon erläutert, unterhalb der Trägermembran 7 noch eine weitere Schicht
- Fotolack - als Interferenzschicht eingesetzt werden. Im übrigen sind die
zuvor gemachten Angaben zu Materialien und Abmessungen als beispielhaft zu
verstehen und nicht einschränkend heranzuziehen. Insbesondere können statt
Wismut auch andere Materialien wie Antimon und Legierungen verwendet werden.
Durch die Verwendung von elliptischen Spiegeln als Kollektorelement 13, wie
in Fig. 3 dargestellt, lassen sich Öffnungswinkel bis zu 160° ohne weiteres
erreichen.
Claims (19)
1. Thermoelektrischer Strahlungssensor, insbesondere für infrarotes und sicht
bares Licht, mit einem Gehäuse (1) mit einer Öffnung (2), die durch ein für
die Strahlung durchlässiges Eintrittsfenster (3) abgedeckt ist, und mit ei
nem im Gehäuse (1) mit Abstand vom Eintrittsfenster (3) und vorzugsweise mit
tig dazu angeordneten Sensorträger (4), wobei der Sensorträger (4) einen um
laufenden Rahmen (5) mit elektrischen Anschlüssen (6), eine im Rahmen (5)
aufgespannte dünne Trägermembran (7) und auf der Trägermembran (7) einen
elektrisch nach außen mit den Anschlüssen (6) verbundenen Dünnschicht-Strah
lungsaufnehmer (8) aufweist und die Fläche des Strahlungsaufnehmers (8) we
sentlich kleiner ist als die Fläche des Eintrittsfensters (3), und wobei,
vorzugsweise, der Strahlungsaufnehmer (8) durch die nahe beieinander ange
ordneten und mit einer Abdeckschicht (9) versehenen Meßstellen (10) einer
Mehrzahl von in Reihe angeordneter Thermoelemente (11) gebildet ist und der
Rahmen (9) die Wärmesenke für Vergleichsstellen (12) der Thermoelemente (11)
bildet, gekennzeichnet durch mindestens ein Kollektorelement (13), das die
in einem bestimmten Öffnungswinkelbereich des Eintrittsfensters (3) eintre
tende Strahlung auf den Strahlungsaufnehmer (8) konzentriert.
2. Strahlungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kollek
torelement (13) eine Sammellinse ist und, vorzugsweise, in deren Brennebene
der Strahlungsaufnehmer (8) liegt.
3. Strahlungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eintritts
fenster (3) selbst als Sammellinse ausgeführt ist.
4. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß als Kollektorelement (13) zwischen Eintrittsfenstern (3) und Sensorträger (4)
ein Spiegel (oder ein Spiegelsystem) angeordnet ist, durch das, ggf. nach mehr
facher Reflexion, die Strahlung konzentriert auf den Strahlungsaufnehmer (8)
lenkbar ist.
5. Strahlungssensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der das Kol
lektorelement (13) bildende Spiegel sphärisch ausgeführt ist.
6. Strahlungssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das Kol
lektorlement (13) bildende sphärisch ausgeführte Spiegel die Kontur eines Ke
gelschnittes (Parabel, Hyperbel, Ellipse, Kreis) aufweist und, vorzugsweise,
in dessen Brennebene der Strahlungsaufnehmer (8) liegt.
7. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Eintrittsfenster (3) auf der Innenseite verspiegelt ist.
8. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der vom Eintrittsfenster (3) abgewandten Seite unter der Trägermembran
(7) ein weiteres Kollektorelement (14) in Form eines Reflektorspiegels ange
ordnet ist, durch das, ggf. nach mehrfacher Reflexion, die die Trägermembran
(7) durchsetzende Strahlung von hinten konzentriert auf den Strahlungsaufneh
mer (8) lenkbar ist.
9. Strahlungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der das wei
tere Kollektorelement (14) bildende Reflektorspiegel sphärisch ausgeführt ist.
10. Strahlungssensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der das wei
tere Kollektorelement (14) bildende, sphärisch ausgeführte Reflektorspiegel
die Kontur eines Kegelschnittes (Parabel, Hyperbel, Ellipse, Kreis) aufweist
und, vorzugsweise, in dessen Brennebene die Unterseite des Strahlungsaufneh
mers (8) liegt.
11. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeich
net, daß der Sensorträger (4) auf einem plattenartigen Sockel (15) angeord
net ist, der, vorzugsweise, Teil des Gehäuses (1) ist, und daß der das wei
tere Kollektorelement (14) bildende Reflektorspiegel in den Sockel (15) in
tegral eingeformt ist.
12. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der als Kollektorelement (13) dienende Spiegel aus einer Metallfolie oder
einer metallbeschichteten Kunststoffolie besteht.
13. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Eintrittsfenster (3) bzw. die das Kollektorelement (13) bildende Sam
mellinse aus Kunststoff, insbesondere aus Polymethacrylat, besteht.
14. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich
net, daß am insbesondere als Sammellinse ausgeführten Eintrittsfenster (3)
ein Filter für Strahlung bestimmter Wellenlängenbereiche vorgesehen ist.
15. Strahlungssensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Fil
ter aus mehreren Filter- bzw. Interferenzschichten, vorzugsweise auf Sili
zium- oder Germaniumbasis besteht.
16. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeich
net, daß die Abdeckschicht (9) als Strahlungs-Absorptionsschicht ausgeführt
ist.
17. Strahlungssensor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, ggf. dem kennzeich
nenden Teil von Anspruch 1 und ggf. einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (9) als Fotolackschicht oder ähnliche
Schicht, vorzugsweise mit nicht besonders ausgeprägter Absorptionswirkung
ausgeführt ist und daß die Dicken der Schichten der im Strahlungsaufnehmer
(8) realisierten Schichtfolge zur Bildung eines Interferenzsystems auf die
Wellenlängen im interessierenden Wellenlängenbereich der Strahlung abgestimmt
sind.
18. Strahlungssensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht
folge des Strahlungsaufnehmers (8) auch auf der Unterseite ein Interferenz
system für den interessierenden Wellenlängenbereich der Strahlung bildet.
19. Strahlungssensor nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeich
net, daß außerhalb des Strahlungsaufnehmers (8) weder eine Absorptionsschicht
noch eine ein zur Absorption führendes Interferenzsystem bildende Schicht
folge vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924244607 DE4244607A1 (de) | 1992-12-31 | 1992-12-31 | Thermoelektrischer Strahlungssensor, insbesondere für infrarotes und sichtbares Licht |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19924244607 DE4244607A1 (de) | 1992-12-31 | 1992-12-31 | Thermoelektrischer Strahlungssensor, insbesondere für infrarotes und sichtbares Licht |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4244607A1 true DE4244607A1 (de) | 1994-07-07 |
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ID=6476869
Family Applications (1)
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