JP2897033B2 - 高感度赤外線検出素子 - Google Patents
高感度赤外線検出素子Info
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- JP2897033B2 JP2897033B2 JP1232888A JP23288889A JP2897033B2 JP 2897033 B2 JP2897033 B2 JP 2897033B2 JP 1232888 A JP1232888 A JP 1232888A JP 23288889 A JP23288889 A JP 23288889A JP 2897033 B2 JP2897033 B2 JP 2897033B2
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- Japan
- Prior art keywords
- infrared
- detecting element
- infrared detecting
- fiber
- sensitivity
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- Radiation Pyrometers (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は赤外線照射の温度による電気抵抗変化で赤
外線量を検出する半導体繊維を用いた赤外線検出素子に
関するものである。
外線量を検出する半導体繊維を用いた赤外線検出素子に
関するものである。
（従来の技術） 従来の赤外線検出素子としては、焦電効果を利用した
焦電素子や熱電対を集積したサーモパイル等を用いたも
のがあり、これらの赤外線検出素子は、（イ）冷却を必
要としない、（ロ）感度の波長依存性がない、（ハ）他
の素子に比較して安価に製造できる、等の特徴を有して
いるため広く利用されている。
焦電素子や熱電対を集積したサーモパイル等を用いたも
のがあり、これらの赤外線検出素子は、（イ）冷却を必
要としない、（ロ）感度の波長依存性がない、（ハ）他
の素子に比較して安価に製造できる、等の特徴を有して
いるため広く利用されている。
しかしかかる赤外線検出素子は応答時間にやや難点が
あり、早い応答速度の要求される用途には好適でなく、
又赤外線源の位置検出に限界があり、さらに、価格の点
での不利も免がれなかった。
あり、早い応答速度の要求される用途には好適でなく、
又赤外線源の位置検出に限界があり、さらに、価格の点
での不利も免がれなかった。
先に発明者等は温度により電気抵抗が変化する半導体
繊維を用いた赤外線検出素子を提案し（特願昭63−2225
06号）、更に上述の半導体繊維として、特定された比抵
抗値及び／または組成を有する炭化ケイ素を主成分とす
る繊維モノフィラメントを用い、応答性を改良した赤外
線検出素子を提案した（特願平１−131435号）。
繊維を用いた赤外線検出素子を提案し（特願昭63−2225
06号）、更に上述の半導体繊維として、特定された比抵
抗値及び／または組成を有する炭化ケイ素を主成分とす
る繊維モノフィラメントを用い、応答性を改良した赤外
線検出素子を提案した（特願平１−131435号）。
これら半導体繊維は、比較的コストが安く、繊維が細
く熱容量が小さいことから熱応答も向上される等上述の
諸問題に対処し得るばかりでなく、近年の各種用途分野
における要求機能等に応じ得る等多大の成果を収めるこ
とができた。
く熱容量が小さいことから熱応答も向上される等上述の
諸問題に対処し得るばかりでなく、近年の各種用途分野
における要求機能等に応じ得る等多大の成果を収めるこ
とができた。
（発明が解決しようとする課題） しかし最近上記赤外線検出素子の各種の用途分野にお
ける赤外線検出機能に対する要求には非常に多様でかつ
厳しいものがあり、かかる要求に応ずるための研究開発
が積極的に行われているのが実情である。具体的には素
子機能即ち上述の応答速度の一段の向上及び温度に対す
る感度の向上等である。
ける赤外線検出機能に対する要求には非常に多様でかつ
厳しいものがあり、かかる要求に応ずるための研究開発
が積極的に行われているのが実情である。具体的には素
子機能即ち上述の応答速度の一段の向上及び温度に対す
る感度の向上等である。
（課題を解決するための手段） 発明者等は継続してかかる赤外線検出素子に関して検
討を重ねていたところ、熱処理により炭素繊維となる化
合物、即ち、炭素繊維前駆体を適宜熱処理を行って得ら
れる特定の比抵抗値およびサーミスタ定数の繊維フィラ
メントが、更に優れた感度の赤外線検出素子を与えると
の知見を得本発明を完成した。
討を重ねていたところ、熱処理により炭素繊維となる化
合物、即ち、炭素繊維前駆体を適宜熱処理を行って得ら
れる特定の比抵抗値およびサーミスタ定数の繊維フィラ
メントが、更に優れた感度の赤外線検出素子を与えると
の知見を得本発明を完成した。
即ち本発明は、赤外線照射による電気抵抗変化で赤外
線量を検出する赤外線検出素子であって、炭素繊維前駆
体の熱処理により得られ、常温での比抵抗値が1.0×10
-1〜1.0×104Ω・cmでかつ、サーミスタ定数:Bが10〜50
00である繊維モノフィラメントを、互いに接触させるこ
となく電極間に配置して構成してなる赤外線検出素子で
ある。
線量を検出する赤外線検出素子であって、炭素繊維前駆
体の熱処理により得られ、常温での比抵抗値が1.0×10
-1〜1.0×104Ω・cmでかつ、サーミスタ定数:Bが10〜50
00である繊維モノフィラメントを、互いに接触させるこ
となく電極間に配置して構成してなる赤外線検出素子で
ある。
本発明において炭素繊維前駆体とは、特に石油ピッ
チ，石炭ピッチ，ポリアクリロニトリル，リグニンポバ
ール，レーヨン，フェノールのいづれかから選ばれるも
のが好ましく、これらは常法のように細孔ノズルから吐
出され繊維モノフィラメント化して用いる。
チ，石炭ピッチ，ポリアクリロニトリル，リグニンポバ
ール，レーヨン，フェノールのいづれかから選ばれるも
のが好ましく、これらは常法のように細孔ノズルから吐
出され繊維モノフィラメント化して用いる。
具体的には、空気中で200〜300℃の温度で予備酸化
（不融化）させる。ただし、上記レーヨン及びリグニン
ポバールなど前駆体繊維が溶融しないものはこの処理は
不要である。
（不融化）させる。ただし、上記レーヨン及びリグニン
ポバールなど前駆体繊維が溶融しないものはこの処理は
不要である。
次に、不活性ガス（例えばN2ガス）中、600〜850℃程
度の温度下で緊張下又は無緊張下で熱処理を行う。
度の温度下で緊張下又は無緊張下で熱処理を行う。
この熱処理により、常温化での比抵抗1.0×10-1〜1.0
×104Ω・cm、特に好ましくは1.0×100〜1.0×102Ω・c
mの繊維モノフィラメントを得るものである。また、こ
の時のサーミスタ定数:Bは10〜5000となる。
×104Ω・cm、特に好ましくは1.0×100〜1.0×102Ω・c
mの繊維モノフィラメントを得るものである。また、こ
の時のサーミスタ定数:Bは10〜5000となる。
ただし、サーミスタ定数:Bは、 Ｒ＝R0 exp［Ｂ（1/T−1/T0）］， Ｒ＝温度Ｔの時の抵抗値 R0＝温度T0の時の抵抗値 である。繊維モノフィラメントの比抵抗を上記の如く限
定する理由は、下限未満では、温度変化による比抵抗値
変化が小さくしたがって検出が困難となる。更に上限を
超えると、流れる電流が小さくしたがって熱時定数が大
きくなり、感度も低下するなど、いづれも好ましくない
からである。
定する理由は、下限未満では、温度変化による比抵抗値
変化が小さくしたがって検出が困難となる。更に上限を
超えると、流れる電流が小さくしたがって熱時定数が大
きくなり、感度も低下するなど、いづれも好ましくない
からである。
上記繊維モノフィラメントの直径は３〜200μｍが好
ましい。この直径が下限以下のものは繊維化がむづかし
く、又上限を超えると熱放散性が低下し応答速度が低下
し、いづれも好ましくない。
ましい。この直径が下限以下のものは繊維化がむづかし
く、又上限を超えると熱放散性が低下し応答速度が低下
し、いづれも好ましくない。
次に上記の如き繊維モノフィラメントの配列に関して
は、該フィラメント相互が接触または絡み合っていると
赤外線の受光面積が減少し放熱性も悪くなり、かつ、ノ
イズの原因になるので好ましくない。
は、該フィラメント相互が接触または絡み合っていると
赤外線の受光面積が減少し放熱性も悪くなり、かつ、ノ
イズの原因になるので好ましくない。
かかる配列の具体例を図に示す。
第１図（ａ）は電極（Ａ）（Ａ）間にモノフィラメン
ト（Ｆ）の張り渡した図であって、その配列形態を同図
（ｂ）の（１）及び（２）の如くして相互の接触を回避
したものである。
ト（Ｆ）の張り渡した図であって、その配列形態を同図
（ｂ）の（１）及び（２）の如くして相互の接触を回避
したものである。
第２図は電極（Ａ）（Ａ）間及び（Ｂ）（Ｂ）間に同
様にモノフィラメント（Ｆ）を相互に交叉して張り渡し
た例である。
様にモノフィラメント（Ｆ）を相互に交叉して張り渡し
た例である。
この場合は同様に同図（ｂ）の（１）（４）及び
（２）（３）の組合せ、更に（１）（２）及び（３）
（４）の組合せ等を行えば良い。
（２）（３）の組合せ、更に（１）（２）及び（３）
（４）の組合せ等を行えば良い。
（作 用） この発明においては、上述の炭素繊維前駆体の熱処理
により得た特定の比抵抗値およびサーミスタ定数の繊維
モノフィラメントを上記構成で用いたことにより、前述
の炭化ケイ素を主成分とするものにかなり近い熱時定数
となり優れた応答速度を示すばかりでなく、特に感度に
おいてこれが優れた性能を示し、具体的には350〜450V/
Wにも達することになる。
により得た特定の比抵抗値およびサーミスタ定数の繊維
モノフィラメントを上記構成で用いたことにより、前述
の炭化ケイ素を主成分とするものにかなり近い熱時定数
となり優れた応答速度を示すばかりでなく、特に感度に
おいてこれが優れた性能を示し、具体的には350〜450V/
Wにも達することになる。
（実施例） 以下実施例によりこの発明を具体的に説明する。
実施例１ 石炭ピッチ（軟化点270℃，数平均分子量2000）を用
い、孔径100μｍφの細孔ノズルから溶融吐出させ炭素
繊維前駆体モノフィラメントを得た。これを空気中、30
0℃,1時間予備酸化処理した後、N2ガス中で700℃まで加
熱処理して比抵抗3.5Ω・cm,サーミスタ定数:310,7μｍ
径の繊維モノフィラメントを得た。
い、孔径100μｍφの細孔ノズルから溶融吐出させ炭素
繊維前駆体モノフィラメントを得た。これを空気中、30
0℃,1時間予備酸化処理した後、N2ガス中で700℃まで加
熱処理して比抵抗3.5Ω・cm,サーミスタ定数:310,7μｍ
径の繊維モノフィラメントを得た。
得られた繊維モノフィラメント２本を相互に接触させ
ることなく略平行に1mm間隔の電極間に配置した。これ
を黒体炉（温度600゜K）を赤外線源とし、8Vの直流電圧
を印加した素子にカメラシャッター（開閉速度290μse
c）を用いて赤外線を断続照射させ、繊維モノフィラメ
ントの電気抵抗変化による出力電圧変化の波形をストレ
ージスコープとＸ−Ｙプロッターで検出記録した。
ることなく略平行に1mm間隔の電極間に配置した。これ
を黒体炉（温度600゜K）を赤外線源とし、8Vの直流電圧
を印加した素子にカメラシャッター（開閉速度290μse
c）を用いて赤外線を断続照射させ、繊維モノフィラメ
ントの電気抵抗変化による出力電圧変化の波形をストレ
ージスコープとＸ−Ｙプロッターで検出記録した。
尚熱時定数は、飽和出力値の63％に達するまでの時間
とし、又感度Rvは、 Rv＝Eout/W・Ａ （式中、Eout:出力電圧変化、W:赤外線照射エネルギ
ー、A:受光面積） の式から求めた。
とし、又感度Rvは、 Rv＝Eout/W・Ａ （式中、Eout:出力電圧変化、W:赤外線照射エネルギ
ー、A:受光面積） の式から求めた。
その結果は、熱時定数4.5msec,感度430V/Wの値を示し
た。
た。
実施例２〜7,比較例１〜２ 次表１に示す数種の炭素繊維前駆体を、300℃,1時間
空気中で予備酸化処理した後、N2ガス中で各々同表の温
度まで熱処理を行い、同表の比抵抗，モノフィラメント
径を有する繊維を得た。
空気中で予備酸化処理した後、N2ガス中で各々同表の温
度まで熱処理を行い、同表の比抵抗，モノフィラメント
径を有する繊維を得た。
これらモノフィラメントを用いて実施例１と同様にし
てそれらの熱時定数及び感度を求め結果を同表に示し
た。
てそれらの熱時定数及び感度を求め結果を同表に示し
た。
比較例３ 比抵抗2.5×101Ω・cmの炭化ケイ素繊維モノフィラメ
ント（10μｍφ）を用いた外は、実施例１と全く同様に
行い同様の特性評価を行った。
ント（10μｍφ）を用いた外は、実施例１と全く同様に
行い同様の特性評価を行った。
熱時定数2.0msec,感度205V/Wであった。
上記の結果によれば、実施例品、即ち本発明は比較例
に比し熱時定数、即ち応答速度もよく、また感度が著し
く高いことが明らかであった。
に比し熱時定数、即ち応答速度もよく、また感度が著し
く高いことが明らかであった。
（発明の効果） 以上の説明及び実施例の結果から明らかなように、本
発明赤外線検出素子はその特性、特に応答速度に著しく
優れたものであり、上記各種使用目的における要求に応
じ得るものであり、その工業的利用効果は著しく大き
い。
発明赤外線検出素子はその特性、特に応答速度に著しく
優れたものであり、上記各種使用目的における要求に応
じ得るものであり、その工業的利用効果は著しく大き
い。
第１図及び第２図は本発明における炭化ケイ素フィラメ
ントの配列態様の模式説明図である。 A,B……電極、Ｆ……フィラメント。
ントの配列態様の模式説明図である。 A,B……電極、Ｆ……フィラメント。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武藤 範雄 神奈川県相模原市宮下本町１―５―18 (72)発明者 梶原 貞次郎 東京都港区元赤坂１丁目６番６号 綜合 警備保障株式会社内 (72)発明者 森 憲寿 東京都港区元赤坂１丁目６番６号 綜合 警備保障株式会社内 (72)発明者 市川 宏 神奈川県横浜市栄区庄戸２―５―16 (72)発明者 原田 博文 神奈川県藤沢市辻堂太平台１―16―26 (56)参考文献 特開 平２−71121（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−310430（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01J 1/02,5/02
Claims (3)
- 【請求項１】赤外線照射による電気抵抗変化で赤外線量
を検出する赤外線検出素子であって、 炭素繊維前駆体の熱処理により得られ、常温での比抵抗
値が1.0×10-1〜1.0×104Ω・cmでかつ、サーミスタ定
数:Bが10〜5000である繊維モノフィラメントを、互いに
接触させることなく電極間に配置して構成してなる赤外
線検出素子。 - 【請求項２】上記炭素繊維前駆体が、石油ピッチ，石炭
ピッチ，ポリアクリロニトリル，リグニンポパール，レ
ーヨン，フェノールのいづれかから選ばれる請求項１の
高感度赤外線検出素子。 - 【請求項３】上記繊維モノフィラメントの直径が３〜20
0μｍである請求項１又は請求項２の高感度赤外線検出
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1232888A JP2897033B2 (ja) | 1989-09-11 | 1989-09-11 | 高感度赤外線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1232888A JP2897033B2 (ja) | 1989-09-11 | 1989-09-11 | 高感度赤外線検出素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0396824A JPH0396824A (ja) | 1991-04-22 |
| JP2897033B2 true JP2897033B2 (ja) | 1999-05-31 |
Family
ID=16946415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1232888A Expired - Lifetime JP2897033B2 (ja) | 1989-09-11 | 1989-09-11 | 高感度赤外線検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2897033B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3167559B2 (ja) * | 1994-12-13 | 2001-05-21 | アルプス電気株式会社 | 温度センサ |
| JP3357247B2 (ja) * | 1996-08-23 | 2002-12-16 | アルプス電気株式会社 | 感温素子および輻射線センサ |
-
1989
- 1989-09-11 JP JP1232888A patent/JP2897033B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0396824A (ja) | 1991-04-22 |
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Legal Events
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