JPH03146831A - Infrared detector - Google Patents

Infrared detector

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Publication number
JPH03146831A
JPH03146831A JP23917590A JP23917590A JPH03146831A JP H03146831 A JPH03146831 A JP H03146831A JP 23917590 A JP23917590 A JP 23917590A JP 23917590 A JP23917590 A JP 23917590A JP H03146831 A JPH03146831 A JP H03146831A
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JP
Japan
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film
conductor
radiation
reflector
conductors
Prior art date
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Pending
Application number
JP23917590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Andrew A Turnbull
アンドリュー アルフレッド ターンブル
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Publication date
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Publication of JPH03146831A publication Critical patent/JPH03146831A/en
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

PURPOSE: To obtain sufficiently high absorption even if the optical thickness of the film between first and second conductors is smaller than 1/4 a selected wavelength by allowing a reflector to be spaced apart from the third conductor on the second surface of the film along a radiation passage. CONSTITUTION: A detection element is composed of a multilayered structure consisting of a film 10, conductors 21, 22 and a gap 28. The film 10 has temp. dependence and is constituted of a solid liquid crystal substance changing the polarizing mode of light passed through or reflected from the film 10. The opposed surface 26 of a mount device 25 spaced apart from the conductor 22 is made reflective with respect to a predetermined range of radiation and the optical thickness n.t of the film 10 between the conductors 21, 22 is set to 1/4 the selected wavelength λS within a predetermined wavelength range or less and the optical thickness n.t of the film 10 and the conductor 22 on the side opposed to a reflecting surface 26 are constituted of a resistance layer showing sufficient effective area resistance Z2 to almost absorb reflected radiation within the predetermined wavelength range.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は温度依存特性を有するフレキシブルフィルムを
具えた所定の波長範囲(例えば8〜14μm波長)内の
赤外放射を検出する赤外検出装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to an infrared detection device for detecting infrared radiation within a predetermined wavelength range (e.g. 8-14 μm wavelength) comprising a flexible film having temperature-dependent properties. It is related to.

そのフィルムは例えば焦電特性及び/又は強誘電特性を
有するもの又は液晶材料を具えるものとすることができ
る。本発明によるこのような装置は、例えば侵入者検出
用の熱放射感知システム又は比較的安価な赤外カメラ又
は他の熱イメージ装置に用いることができる。
The film can for example have pyroelectric and/or ferroelectric properties or comprise a liquid crystal material. Such a device according to the invention can be used, for example, in thermal radiation sensing systems for intruder detection or in relatively inexpensive infrared cameras or other thermal imaging devices.

(従来の技術) このような赤外放射検出装置と関連する1つの問題は目
的の波長の入射放射を十分に吸収するようにする必要が
あることである。検出素子に好適な焦電及び/又は強誘
電材料(及び液晶も)はしばしば、これら検出素子が動
作すべき波長範囲の少なくとも一部分に亘って比較的低
い吸収を示す。
BACKGROUND OF THE INVENTION One problem associated with such infrared radiation detection devices is the need to ensure sufficient absorption of incident radiation at the wavelength of interest. Pyroelectric and/or ferroelectric materials (and also liquid crystals) suitable for sensing elements often exhibit relatively low absorption over at least a portion of the wavelength range in which these sensing elements are to operate.

特にその熱容量並びに周囲へのその熱伝導を低減するた
めに、フィルム(及びその支持層)を極めて薄くするの
が望ましい。しかし、フィルム材料を薄くすればするほ
ど、フィルム材料による入射放射の総合吸収が低くなる
It is desirable to make the film (and its support layer) very thin, especially in order to reduce its heat capacity and its heat transfer to the surroundings. However, the thinner the film material, the lower the overall absorption of incident radiation by the film material.

欧州特許出願公開(HP−^〉0269161号(特開
昭63−134921号)には所定の波長範囲内の赤外
放射を検出する赤外検出装置が開示されており、この装
置は(焦電)温度依存特性を有するフレキシブルフィル
ムを具えた多層構造を放射通路に沿って有する少なくと
も1つの検出素子を具え、該検出素子の第1及び第2電
気導体を前記フィルムの第1及び第2対向表面上にそれ
ぞれ設け、入射放射に対面する第1表面上の第1導体を
十分な面積抵抗を与える抵抗層で構成して所定波長範囲
内の入射放射の大部分を吸収するようにし、且つ前記フ
ィルムの第2表面に対面する反射器をフィルムの背後に
設けてフィルムを透過した放射を反射させるようにする
European Patent Application Publication No. 0269161 (JP-A-63-134921) discloses an infrared detection device that detects infrared radiation within a predetermined wavelength range, and this device is a (pyroelectric) ) at least one sensing element having a multilayer structure comprising a flexible film having temperature-dependent properties along the radiation path, the first and second electrical conductors of the sensing element being connected to the first and second opposing surfaces of the film a first conductor on a first surface facing the incident radiation, comprising a resistive layer providing a sufficient sheet resistance to absorb a large portion of the incident radiation within a predetermined wavelength range; A reflector facing the second surface of the film is provided behind the film to reflect radiation transmitted through the film.

EP −A −0269161号に開示されている装置
では、反射器を十分に低い面積抵抗を有する第2導体に
より形成してフィルムの第2表面において放射を吸収性
第1導体層に向は反射させている。フィルムはマウント
装置上に支持し、検出素子の第2表面の区域の少なくと
も大部分をマウント装置と接触させずに、マウント装置
の対向表面から空隙により離間させている。このマウン
ト装置は検出素子への及びそれからの熱伝導を低減する
ため、フィルムの入射吸収放射に対する温度応答性を向
上させる。
In the device disclosed in EP-A-0269161, the reflector is formed by a second conductor having a sufficiently low sheet resistance so that the radiation is reflected back to the absorbing first conductor layer at the second surface of the film. ing. The film is supported on a mounting device such that at least a majority of the area of the second surface of the sensing element is not in contact with the mounting device and is spaced apart from an opposing surface of the mounting device by an air gap. This mounting arrangement reduces heat transfer to and from the sensing element, thereby increasing the temperature responsiveness of the film to incident absorbed radiation.

この[EP −A −0269161号の既知の装置で
は、装置の感度を向上させるために焦電ポリマーフィル
ムの放射吸収を増大させている。これは、第1導体に適
切な面積抵抗を与えて入射放射を十分に吸収させると共
にフィルムの厚さを放射の反射が減少する厚さに選択す
ることにより達成される。反射は、フィルムの光学的厚
さ(即ちその物理的厚さとその屈折率との積)が1/4
波長の奇数倍となる波長で最小になる。反射が減少する
最大の波長帯域幅は光学的厚さを選択した波長のほぼ1
/4に等しくすることにより得られる。この波長の選択
は、反射は入射放射の波長が選択値からその半分の値に
減少するにつれてかなり急速に増大するが波長が選択値
から増大するにつれてかなりゆっくり増大すること及び
フィルム材料及び装置の窓のような前置光学素子のスペ
クトル吸収特性を考慮して適切に行なう必要がある。検
出装置を人体(例えば侵入者検出装置において)又は他
の室温物体の赤外放射性を検出するのに用いるようにす
るときは、目的の波長は約5〜15μmであり、抵抗性
導体層による放射吸収が8μmの波長で最大になるよう
に選択する。この場合にはフィルムの光学的厚さをこの
波長の約1/4、即ち約2μmに選択する。
In this known device of [EP-A-0269161] the radiation absorption of the pyroelectric polymer film is increased in order to improve the sensitivity of the device. This is achieved by providing the first conductor with a suitable sheet resistance to provide sufficient absorption of the incident radiation and selecting the thickness of the film such that reflection of the radiation is reduced. Reflection occurs when the optical thickness of the film (i.e. the product of its physical thickness and its refractive index) is 1/4
It reaches its minimum at a wavelength that is an odd multiple of the wavelength. The maximum wavelength bandwidth over which reflection is reduced is approximately 1 wavelength at which the optical thickness is selected.
/4. This choice of wavelength is based on the fact that reflection increases fairly rapidly as the wavelength of the incident radiation decreases from the selected value to half its value, but increases fairly slowly as the wavelength increases from the selected value and that the film material and device window It is necessary to take into consideration the spectral absorption characteristics of the front optical element such as: When the detection device is adapted for use in detecting infrared radiation of a human body (e.g. in an intruder detection device) or other room temperature objects, the wavelength of interest is approximately 5-15 μm, and the radiation by the resistive conductor layer is The absorption is chosen to be maximum at a wavelength of 8 μm. In this case, the optical thickness of the film is selected to be about 1/4 of this wavelength, ie about 2 μm.

EP −A −0269161号の装置のフィルムの第
1表面上の導体は自由空間に直面し、約377Ω/口の
面積抵抗値(これは自由空間の特性インピーダンスであ
る)を有するものを選択して放射の吸収を最適にしてい
る。焦電フィルムの第2表面上の導体層はフィルムに隣
接して5Ω/口程度又はそれ以下の面積抵抗を有する反
射性のものとする。
The conductor on the first surface of the film of the device of EP-A-0269161 faces free space and is chosen to have a sheet resistance of approximately 377 Ω/mouth (this is the characteristic impedance of free space). Optimal absorption of radiation. The conductive layer on the second surface of the pyroelectric film is reflective with a sheet resistivity on the order of 5 Ω/hole or less adjacent to the film.

英国特許出願公開(GB−^) 2173038号(特
開昭61−226623号)欧州特許出願公開(EP−
A) 0272731号(特開昭61149525号)
には第1導体に適切な面積抵抗を与えて入射放射を吸収
させると共にその前に1つ以上の174波長厚の誘電体
支持層を設けた他の構造の赤外検出装置が開示されてい
る。
British Patent Application Publication (GB-^) No. 2173038 (JP 61-226623) European Patent Application Publication (EP-
A) No. 0272731 (Unexamined Japanese Patent Publication No. 61149525)
discloses another construction of an infrared detection device in which the first conductor is provided with an appropriate sheet resistance to absorb the incident radiation and is preceded by one or more 174 wavelength thick dielectric support layers. .

UP−^−0269161号、EP −A −0272
731号及びGB−A21?3038号に開示されてい
る構造は検出すべき赤外放射の極めて効率のよい吸収を
与える。特定の例では焦電材料の光学厚さはEP −A
 −0269161号では約2μm(1/4波長)であ
り、BP −A −0272731号及びGB −A 
−2173038号ではそれより1桁大きい。
UP-^-0269161, EP-A-0272
The structures disclosed in No. 731 and GB-A21-3038 provide very efficient absorption of the infrared radiation to be detected. In a particular example, the optical thickness of the pyroelectric material is EP-A
-0269161, it is about 2 μm (1/4 wavelength), and BP -A -0272731 and GB -A
-2173038 is one order of magnitude larger.

低い熱質量、短かい応答時間、広いスペクトル応答及び
高い感度を有する赤外検出素子を製造するためには、強
誘電及び/又は焦電特性を有するラングミュアープロジ
ェ(Langmuir Blodgett)フィルム及
び液晶フィルムの使用が著しく注目されている。慣例の
強誘電及び/又は焦電材料と異なり、ラングごユアーブ
ロジェフィルムはポーリング処理を必要としない。
In order to produce infrared detection elements with low thermal mass, short response time, wide spectral response and high sensitivity, Langmuir Blodgett films and liquid crystal films with ferroelectric and/or pyroelectric properties are used. Its use is receiving considerable attention. Unlike conventional ferroelectric and/or pyroelectric materials, Lang's Broget film does not require a poling process.

PCT出願公開(NO−A) 87100347号には
焦電0 及び強誘電特性を有するラングごユアーブロジエフィル
ムの特定の例が開示されており、GB−^216356
6号には赤外検出装置用の液晶フィルムのいくつかの例
が開示されている。いずれの場合にも、フィルムの光学
的厚さは検出すべき波長の174より遥かに小さくする
。例えば代表的な例ではラングミュア−プロシュフィル
ム及び液晶フィルムは0.05μI11〜0.5μmの
物理的厚さにすることができ、従ってそれらの光学的厚
さはEP −A −0269161号の焦電ポリマフィ
ルムより1桁、GB −A −2173038号及びE
P −A−0272731号の焦電素子より2桁薄くす
ることができる。
PCT Publication No. 87100347 discloses specific examples of Lang's Brosier films with pyroelectric and ferroelectric properties, and GB-^216356
No. 6 discloses some examples of liquid crystal films for infrared detection devices. In either case, the optical thickness of the film is much smaller than 174 wavelengths to be detected. For example, typically Langmuir-Prosch films and liquid crystal films can have a physical thickness of 0.05 μI11 to 0.5 μm, and therefore their optical thickness is One order of magnitude from polymer film, GB-A-2173038 and E
It can be made two orders of magnitude thinner than the pyroelectric element of P-A-0272731.

(発明が解決しようとする課題) 本発明を発明する前の試みにおいて、本願人は放射に対
面する第1導体の面積抵抗を調整して薄いフィルム検出
器の放射吸収を増大させることを試みた。第1図は37
7Ω/口の面積抵抗を有する第1(前面)導体と2Ω/
口の面積抵抗を有する反射性の第2(背面)導体を有す
る0、5μm厚のフィルム(0,9μmの光学的厚さを
有する)に対■ して計算した放射吸収特性を示す。第1図に示すように
、吸収は5μm〜15μmの波長範囲において低く、特
に8μm〜14μmの波長帯域で低い。
In an attempt prior to inventing the present invention, the applicant attempted to increase the radiation absorption of a thin film detector by adjusting the sheet resistance of the first conductor facing the radiation. . Figure 1 is 37
The first (front) conductor has a sheet resistance of 7 ohms/mouth and 2 ohms/
Figure 3 shows the radiation absorption properties calculated for a 0.5 μm thick film (with an optical thickness of 0.9 μm) with a reflective second (back) conductor with a sheet resistance of the mouth. As shown in FIG. 1, absorption is low in the wavelength range of 5 μm to 15 μm, and particularly low in the wavelength band of 8 μm to 14 μm.

本願人は第1及び第2導体の抵抗値を調整することによ
りこの吸収性の改善を試みた。第2図は第1および第2
導体がともに400Ω/口の面積抵抗を有する同一のフ
ィルムについて計算した特性を示す。このような試みは
最良の場合でも依然として8〜14μmの吸収が約52
%より低い結果を生した。更に、これらの結果は0.5
 μm厚のフィルムに対するものであり、フィルムの厚
さを更に減少させると吸収が更に悪化する。
The applicant attempted to improve this absorption by adjusting the resistance values of the first and second conductors. Figure 2 shows the first and second
The calculated properties are shown for the same film whose conductors both have a sheet resistance of 400 Ω/hole. In the best case, such attempts still result in an absorption of about 52 μm between 8 and 14 μm.
%. Furthermore, these results are 0.5
This is for a .mu.m thick film, and as the film thickness is further reduced, the absorption becomes even worse.

(課題を解決するための手段) 本発明は、(焦電)温度依存特性を有するフレキシブル
フィルムを具えた多層構造を放射通路に沿って有する少
なくとも1つの検出素子を具え、該検出素子の第1及び
第2電気導体を前記フィルムの第1及び第2対向表面上
にそれぞれ設け、入射放射に対面する第1表面上の第1
導体を十分な面積抵抗を与える抵抗層で構成して所定波
長範囲■ 内の入射放射の大部分を吸収するようにし、且つ前記フ
ィルムの第2表面に対面する反射器をフィルムの背後に
設けてフィルムを透過した放射を反射させるようにした
所定の波長範囲内の赤外放則を検出する赤外検出装置に
おいて、前記反射器を前記フィルムの第2表面上の第2
導体から放射通路に沿って離隔部により離間させ、前記
第1及び第2導体間のフィルムの光学的厚さを前記波長
範囲内の選択波長の174より小さくし、放射通路に沿
う前記多層構造(前記フィルム及び前記離隔部を含む)
の前記反射器までの光学的厚さの和を前記選択波長の約
174に等しくし、且つ前記反射器に対面する第2導体
は前記波長範囲内の反射放射の大部分を吸収するに十分
な実行面積抵抗を与える抵抗層で構成したことを特徴と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention comprises at least one detection element having along a radiation path a multilayer structure with a flexible film having (pyroelectric) temperature-dependent properties, a first and a second electrical conductor on the first and second opposing surfaces of the film, respectively, a first electrical conductor on the first surface facing the incident radiation.
The conductor is constructed with a resistive layer providing sufficient sheet resistance to absorb a large portion of the incident radiation within a predetermined wavelength range, and a reflector is provided behind the film facing the second surface of the film. In an infrared detection device for detecting infrared radiation within a predetermined wavelength range adapted to reflect radiation transmitted through a film, the reflector is arranged at a second surface on a second surface of the film.
the multilayer structure ( (including the film and the separation part)
to the reflector equal to about 174 of the selected wavelength, and a second conductor facing the reflector has a thickness sufficient to absorb a majority of the reflected radiation within the wavelength range. It is characterized by being composed of a resistance layer that provides effective area resistance.

第1及び第2導体間のフィルムの光学的厚さが選択波長
の1/4より小さくても、検出装置を本発明に従って上
述のように構成することにより十分高い吸収(従来の1
/4波長厚の構成で得られる値に近い)を達成すること
ができることが確かめら3 れた。第2導体と反射器との間の離隔部は選択波長の約
1/4の光学的厚さにし得るが、最適な吸収を達成する
ために、フィルムの光学的厚さ及びフィルムの前に支持
層があるかないかに応じてもっと薄い厚さにすることが
できる。計算により、離隔反射器を具えるこの装置構造
では第1及び第2導体の抵抗層の面積抵抗をZoO代わ
りに約2・Z。
Even if the optical thickness of the film between the first and second conductors is less than 1/4 of the selected wavelength, the detection device can be configured as described above according to the invention to provide a sufficiently high absorption (1/4 of the conventional
It was confirmed that it is possible to achieve a value close to that obtained with a configuration with a thickness of /4 wavelength. The separation between the second conductor and the reflector may be approximately 1/4 the optical thickness of the selected wavelength, but the optical thickness of the film and the support in front of the film may be reduced to achieve optimal absorption. It can be made thinner depending on whether there are layers or not. Calculations show that in this device structure with remote reflectors, the sheet resistance of the resistive layers of the first and second conductors is approximately 2.Z instead of ZoO.

(Zoは自由空間の特性インピーダンス)に選択すると
最適な吸収が得られることが確かめられ、この計算では
第1及び第2導体の抵抗層は入射放射及び反射放射のそ
れぞれの方向においてそれらの前に自由空間(装置内部
の雰囲気に応じて真空又はガス)が存在するものと仮定
した。これら抵抗層の抵抗、空隙厚さ、及びフィルム厚
さのパラメータの変化の結果を説明するためにいくつか
の例を後に説明する。これらのパラメータは臨界例でな
く8μm−14μmの波長帯域において極めて良好な放
射吸収を達成するのにかなり大きな公差が存在し得る。
(where Zo is the characteristic impedance of free space) has been found to give optimum absorption, and in this calculation the resistive layers of the first and second conductors are placed in front of them in the respective directions of the incident and reflected radiation. It was assumed that free space (vacuum or gas depending on the atmosphere inside the device) existed. Several examples are provided below to illustrate the consequences of varying these resistance layer resistance, void thickness, and film thickness parameters. These parameters are not critical and fairly large tolerances may exist to achieve very good radiation absorption in the 8 μm-14 μm wavelength band.

これがため、本発明装置の構造のこれらのパラメータは
種々の技術的要求及び好みに4 も適応するよう選択することができる。
These parameters of the structure of the device according to the invention can therefore be selected to adapt to different technical requirements and preferences.

温度依存フィルムはマウント装置内に自由に支持し、第
1及び第2導体の抵抗層の少なくとも大部分は入射放射
及び反射放射のそれぞれの方向において自由空間と直面
するようにすることができる。第2導体の前の空間は第
2導体を反射器から分離する空隙とすることができ、こ
の場合には第1及び第2導体間のフィルムの光学的厚さ
及び第2導体及び反射器間の空隙の光学的厚さの和を前
記波長範囲の選択波長の約1/4とすることができる。
The temperature-dependent film may be freely supported within the mounting arrangement such that at least a major portion of the resistive layer of the first and second conductors faces free space in the respective directions of incident and reflected radiation. The space in front of the second conductor may be an air gap separating the second conductor from the reflector, in which case the optical thickness of the film between the first and second conductors and the gap between the second conductor and the reflector The sum of the optical thicknesses of the air gaps can be approximately 1/4 of the selected wavelength in the wavelength range.

しかし、変形例ではフィルムに対する1以上の支持層を
組み込むこともできる。この場合、第1及び第2導体の
少なくとも一方の導体は入射放射又は反射放射の方向に
おいてその直前に、フィルムを支持する電気絶縁製支持
層を具えるものとし、この支持層が多層構造の一部を構
成するようにし得る。このような支持層はフィルムの厚
さより大きい厚さ(例えば最大で0.5μmにし得る〉
にすることができ、この場合にも多層構造は反射器の前
に空間形成空隙を含むのが好ましい。マウ15 ント装置内に空隙を設けること及びフィルム及び支持層
を小さな厚さ(0,5μm以下)に維持することは熱容
量および検出素子への及びからの熱伝導を低減し、フィ
ルムの入射吸収放射に対する温度応答を向上させる。
However, in variants it is also possible to incorporate one or more support layers for the film. In this case, at least one of the first and second conductors is provided immediately in front of it in the direction of incident or reflected radiation with an electrically insulating support layer supporting the film, which support layer is part of the multilayer structure. It may be made to constitute a section. Such a support layer may have a thickness greater than the thickness of the film (e.g. it may be up to 0.5 μm).
The multilayer structure preferably also includes a space-defining cavity in front of the reflector. Providing air gaps within the mounting device and keeping the film and support layer at a small thickness (less than 0.5 μm) reduces the heat capacity and heat transfer to and from the sensing element, reducing the incident absorbed radiation of the film. improve temperature response to

本発明はフィルム(支持層があるかないかを問わない)
を反射器の上方に、フィルムの第2表面上の第2N体へ
の電気接続も行ないながら支持し取り付ける有利な構造
も提供するものである。本発明によるこの好適な装置構
造においては、フィルムの下方に互に離間した支持素子
を存在させてフィルムを反射器の上方に空隙を介して支
持し、該空隙により反射器と第2導体の少なくとも大部
分との間の前記離隔部を与え、且つ前記支持素子の少な
くとも1つに第2導体に対する電気接続をフィルムの下
方にて支持する。この構造は単一ノ検出素子又は少数の
検出素子を有するフィルムに対し用いることができる。
The present invention is a film (with or without a support layer).
It also provides an advantageous structure for supporting and mounting the reflector above the reflector while also making an electrical connection to the second N body on the second surface of the film. In this preferred device construction according to the invention, spaced support elements are present below the film to support the film above the reflector via a gap, which gap allows at least one connection between the reflector and the second conductor. providing the separation between the bulk and supporting at least one of the support elements an electrical connection to a second conductor below the film; This structure can be used for films with a single sensing element or a small number of sensing elements.

しかし、この構造は検出素子の大きな2次元アレーに対
する個々の下側接続を形成すると共に大面積のフィルム
を検出素子と反射器との間の離隔部としての小さな明確
に限定された空隙で支持するのに特に有用である。
However, this structure forms individual lower connections to a large two-dimensional array of sensing elements and supports a large area of film with a small well-defined air gap as a separation between the sensing elements and the reflector. It is particularly useful for

空隙は基板の四部で形成することができ、基板の直立部
分で支持素子を形成し、その上に検出素子のフィルムを
取り付けることができる。基板材料の性質に応じて、こ
の凹部はエツチング、又はその他の方法で形成すること
ができる。広いフィルム面積を所望の光学厚さの空隙で
支持するためには、少なくともいくつかの支持素子を反
射器に、フィルムの第2表面に沿って分布させたバンプ
として形成することができる。これらバンプは基板上に
堆積するか、基板表面又は表面層を切削するか、エツチ
ングするか、モールディングすることにより形成するこ
とができ、アレーの場合にはこれらバンプの少なくとも
いくつかはアレーの個々の第2導体への電気接続を支持
するように製造することができる。
The air gap can be formed in four parts of the substrate, with the upright part of the substrate forming a support element onto which the film of the sensing element can be mounted. Depending on the nature of the substrate material, this recess can be etched or otherwise formed. In order to support large film areas with gaps of desired optical thickness, at least some support elements can be formed on the reflector as bumps distributed along the second surface of the film. These bumps can be deposited on the substrate, or formed by cutting, etching, or molding the substrate surface or surface layer; in the case of an array, at least some of these bumps It can be manufactured to support an electrical connection to the second conductor.

支持層及び/又は基板は、例えば電気接続を必要としな
い液晶フィルムを支持する場合は電気的に且つ熱的に絶
縁性の材料から成るものとするこ17− とができる。焦電及び/又は強誘電フィルムの場合には
、支持層及び/又は基板を電気的に且つ熱的に絶縁性の
材料から威るものとし、これにフィルムの第2導体への
1つ以上の電気接続を支持することができる。しかし、
マウント装置は基板が導電材料から戒るものに設計する
こともできる。
The support layer and/or the substrate can be made of an electrically and thermally insulating material, for example when supporting a liquid crystal film that does not require electrical connections. In the case of pyroelectric and/or ferroelectric films, the support layer and/or the substrate may be made of an electrically and thermally insulating material, which may include one or more conductors to the second conductor of the film. Can support electrical connections. but,
The mounting device can also be designed such that the substrate is not made of conductive material.

〔実施例〕〔Example〕

以下図面を参照して本発明を実施例につき説明するに、
先ず各図はいずれも概略的に示したものであり、第3.
7,8.12及び13図の断面図は説明の便宜上これら
の図の各部分を相対的に拡大したり、又は縮小して示し
てあり、実寸図示したものでないことに留意すべきであ
る。又、第1,2゜4〜6.9〜11及び第14図に示
す特性図(これらの特性図は吸収度を百分率として波長
λに対してプロ・ントしたものである)は単純化したコ
ンピュータモデルを用いての計算に基くものであること
にも留意すべきである。このコンピュータモデルでは、
フィルム10による放射のスペクトル透過/吸収特性及
びフィルム10(及び支持層15)の屈折8− 率の双方が所定の波長範囲にわたって一定であるものと
仮定するが、こうした単純化の仮定は本発明のモデル化
の例では、フィルム10(及び支持層15)が極めて薄
いために正規に容認することができる。
The present invention will be described below by way of example with reference to the drawings.
First of all, each figure is shown schematically.
It should be noted that the cross-sectional views of FIGS. 7, 8, 12, and 13 are shown in relatively enlarged or reduced sizes for the convenience of explanation, and are not shown to scale. In addition, the characteristic diagrams shown in Figures 1, 2° 4-6.9-11 and Figure 14 (these characteristic diagrams are plotted with absorbance as a percentage and plotted against wavelength λ) are simplified. It should also be noted that the calculations are based on computer models. In this computer model,
Although it is assumed that both the spectral transmission/absorption characteristics of the radiation by the film 10 and the refractive index of the film 10 (and the support layer 15) are constant over a given wavelength range, these simplifying assumptions are not used in the present invention. In the modeling example, film 10 (and support layer 15) is so thin that it can be legally accepted.

第7及び8図は所定の波長範囲、例えば5μm〜15μ
mの範囲内、特に8μm〜14μmの波長帯域の範囲に
おける赤外放射を検出する2つの特殊な赤外検出装置を
示す。第3,12及び13図は本発明による斯種の赤外
検出装置の検出素子の部分を簡単に示したものである。
Figures 7 and 8 show a predetermined wavelength range, e.g. 5μm to 15μm.
2 shows two special infrared detection devices for detecting infrared radiation in the range of m, in particular in the wavelength band from 8 μm to 14 μm. Figures 3, 12 and 13 briefly show the detection element of this type of infrared detection device according to the present invention.

赤外検出装置は、例えば焦電及び/又は強誘電特性を利
用する温度依存特性を呈するフレキシブルフィルム10
を具えている。フィルムエ0は少なくとも1つの検出素
子を構成する多層構造の一部を形成する。フィルム10
の各第1及び第2表面11及び12には各検出素子の第
1及び第2導体21及び22がある。入射放射31に対
向する第1導体21は所定波長範囲の入射放射31(及
び32)の大部分を吸収するように十分な実効面積抵抗
2.を呈する抵抗層で構成する。フィルム■ 10はマウント装置25の上に支持される。第3及び1
2図に示す構成の装置では、フィルム10の第2表面1
2の殆どの個所がマウント装置24に接触せずに、この
マウント装置25の対向面26から空隙28だけ離間さ
れている。第13図に示す構成の装置では、フィルム1
0の支持層15とマウント装置25の対向面26との間
に空隙28が存在する。第3.12及び13図でフィル
ム10の表記に用いたtはフィルムの物理的な厚さであ
り、又nはフィルムの屈折率であり、従ってn−tはフ
ィルムの光学的な厚さである。
The infrared detection device includes a flexible film 10 that exhibits temperature-dependent characteristics using, for example, pyroelectric and/or ferroelectric properties.
It is equipped with Film E0 forms part of a multilayer structure constituting at least one sensing element. film 10
There are first and second conductors 21 and 22 of each sensing element on each first and second surface 11 and 12 of the sensor. The first conductor 21 facing the incident radiation 31 has a sufficient effective area resistance 2. to absorb a large portion of the incident radiation 31 (and 32) in the predetermined wavelength range. It consists of a resistive layer that exhibits Film 10 is supported on a mounting device 25. 3rd and 1st
In the apparatus having the configuration shown in FIG. 2, the second surface 1 of the film 10
2 does not come into contact with the mounting device 24 and is spaced apart from the opposing surface 26 of this mounting device 25 by a gap 28 . In the apparatus having the configuration shown in FIG.
A gap 28 exists between the supporting layer 15 of the 0 and the facing surface 26 of the mounting device 25. 3.12 and 13, t is the physical thickness of the film, n is the refractive index of the film, and therefore nt is the optical thickness of the film. be.

空隙28の物理的な厚さはdであり、この空隙は真空と
するか、又は屈折率が1の空気又は他のガスとし、この
空隙と光学的な厚さがdであるものとする。極めて薄い
導体21及び22の光学的な厚さは無視することができ
る。
The physical thickness of the air gap 28 is d, and the air gap is assumed to be a vacuum or air or other gas having a refractive index of 1, and the optical thickness of the air gap is d. The optical thickness of the extremely thin conductors 21 and 22 can be ignored.

第3図は各検出素子がフィルム10と、その導体21及
び22と、空隙28との多層構造から成る最も簡単な赤
外検出装置を示す。本発明によれば、導体22から離間
しているマウント装置25の対向面26を所定範囲の放
射に対して反射性とし;導体21と222 〇− との間のフィルムIOの光学的厚さn−tを所定の波長
範囲内の選択波長(λ、、)の174以下とし;フィル
ム10の光学的厚さn−tと、第2導体22と反射面2
6との間の空隙28の光学的厚さdとの和をλ5の約1
74とし;さらに第2導体22(反射面26に対向する
側の導体)を十分な実効面積抵抗Z2を呈する抵抗層で
構成して、所定の波長範囲内の反射放射32を殆ど吸収
するようにする。
FIG. 3 shows the simplest infrared detection device in which each detection element has a multilayer structure consisting of a film 10, its conductors 21 and 22, and a gap 28. According to the invention, the facing surface 26 of the mounting device 25 remote from the conductor 22 is reflective for a predetermined range of radiation; the optical thickness n of the film IO between the conductors 21 and 222 〇- −t is 174 or less of the selected wavelength (λ, , ) within a predetermined wavelength range; the optical thickness nt of the film 10, the second conductor 22 and the reflective surface 2;
The sum of the optical thickness d of the air gap 28 between the
Further, the second conductor 22 (the conductor on the side facing the reflective surface 26) is configured with a resistive layer exhibiting a sufficient effective area resistance Z2 so as to absorb most of the reflected radiation 32 within a predetermined wavelength range. do.

第3図のフィルムlOは、例えば分子配向及び屈折率n
が既知のように(吸収放射31.32による局部的な加
熱による)温度変動で変化し、フィルム10を透過した
り、又はこのフィルムから反射される光の偏光モードを
変えるような固体液晶物質で構成することができる。こ
のような液晶検出素子の出力は外部偏光子を用いて光学
的に読取ることができるため、この場合にはフィルム1
oへの電気的な結線をなくすことができ、又導体21及
び22は単に放射吸収用の光学的な素子として作用させ
ることができる。導体21及び22が(例えば焦電及び
/又は強誘電フィルム10の上に形成したキャパシ2・
1 夕素子と)電気的な結線をする検出素子の場合には、こ
れらの電極21及び22は放射吸収用の光学素子として
も重要なものとなる。従って、前記いずれの場合にも検
出装置の成る特定フィルム10の光学的厚さn・tを1
74波長(λ5/4)以下に設計する場合には、2つの
層21及び22の抵抗値Z、及びZ2の値と、空隙28
の厚さdが重要なパラメータとなる。
The film lO of FIG. 3 has, for example, molecular orientation and refractive index n
is a solid liquid crystal material which changes with temperature fluctuations (due to local heating by absorbed radiation 31.32) in a known manner and changes the polarization mode of the light transmitted through or reflected from the film 10. Can be configured. Since the output of such a liquid crystal detection element can be read optically using an external polarizer, in this case, the film 1
The electrical connection to o can be eliminated, and the conductors 21 and 22 can act simply as optical elements for radiation absorption. Conductors 21 and 22 (e.g. capacitor 2 formed on pyroelectric and/or ferroelectric film 10)
In the case of a detection element that is electrically connected (with a radiation element), these electrodes 21 and 22 are also important as optical elements for absorbing radiation. Therefore, in any of the above cases, the optical thickness n·t of the specific film 10 that constitutes the detection device is 1
74 wavelength (λ5/4) or less, the resistance value Z of the two layers 21 and 22, the value of Z2, and the air gap 28
The thickness d is an important parameter.

第4〜6図は第3図の装置の放射吸収特性について上記
パラメータを変化させた場合の影響を示したものである
。第4〜6図は放射31及び32が露出面に対しほぼ垂
直で、第3図の装置の、放射と相互作用する各順次の層
が全て平行で、抵抗層21の前が自由空間になっており
、しかも空隙28も自由空間になっているものと仮定し
ているコンピュータ計算に基いてプロットしたものであ
る。反射表面層26の面積抵抗値としては2Ω/口の値
を任意に選定し、又フィルム10の屈折率nの値として
は1.8の値を任意に選定した。
4 to 6 show the effects of varying the above parameters on the radiation absorption characteristics of the device of FIG. 3. 4-6, the radiations 31 and 32 are approximately perpendicular to the exposed surface, and each successive layer of the device of FIG. 3 that interacts with the radiation is all parallel, with free space in front of the resistive layer 21. The plots are based on computer calculations assuming that the air gap 28 is also a free space. The sheet resistance value of the reflective surface layer 26 was arbitrarily selected to be 2Ω/hole, and the value of the refractive index n of the film 10 was arbitrarily selected to be 1.8.

液晶物質のフィルム10及びラングξニア−プロ2 ジェ(Langmuir Blodgett )焦電及
び/又は強誘電フィルム10のいずれの場合にもフィル
ムIOの物理的な厚さは例えば0.05μm〜0.5μ
mの範囲内の厚さとすることができる。例えば、第4及
び5図はフィルム10の物理的な厚さtを0.1μm 
(即ち光学的厚さを0.18μm)とした場合であるが
、第6図はフィルムlOの物理的な厚さtを0.5μm
(即ち、光学的厚さを0.9μm)とした場合である。
In both cases of the film 10 of liquid crystal material and the Langmuir Blodgett pyroelectric and/or ferroelectric film 10, the physical thickness of the film IO is, for example, between 0.05 μm and 0.5 μm.
The thickness can be within the range of m. For example, in FIGS. 4 and 5, the physical thickness t of the film 10 is 0.1 μm.
(In other words, the optical thickness is 0.18 μm), but in Figure 6, the physical thickness t of the film IO is 0.5 μm.
(That is, when the optical thickness is 0.9 μm).

種々のパラメータに対する値を下記に列記する。Values for various parameters are listed below.

(i)0.1μmのフィルム厚t(第4及び5図)曲線
4 a : d =2.22μm   Z+ =zz=
754Ω曲線4 b : d =2.22μm   Z
I=Z2=400Ω曲線5 a : d =1.8 u
m   Z+ =Z2=754Ω曲線5 b : d 
−3,Oum   Z+ =Zz=754Ω(ii) 
0.5 Bnのフィルム厚t(第6図)曲線6 a :
 d =1.5 、//DI   Z+ =Zz=75
4Ω曲線6 b : d=1.o μm   Z+ =
Zz=754Ω曲線6 c : d =2.5 am 
  Z+ =Zz=754Ωこれらの曲線から明らかな
ように、層21及び223 の抵抗値が754オーム、即ち、2・20 (ここに2
゜は自由空間の特性インピーダンスである)にほぼ等し
い場合に最大吸収度が100%に近づく。これは、同様
な層21に対する最適抵抗値をZ。に等しくし、しかも
裏側の導体22も抵抗性のものとする場合に、これら導
体層の抵抗値をさらに下げるようにする(EP−^−0
269161. BP−A−0272731及びGB−
A−2173038に開示されているような〉以前の1
/4波長構造の場合とは相違する。
(i) Film thickness t of 0.1 μm (Figures 4 and 5) Curve 4 a: d = 2.22 μm Z+ =zz=
754Ω curve 4 b: d = 2.22μm Z
I=Z2=400Ω curve 5 a : d = 1.8 u
m Z+ = Z2 = 754Ω curve 5 b : d
-3, Oum Z+ =Zz=754Ω(ii)
0.5 Bn film thickness t (Figure 6) curve 6a:
d=1.5, //DI Z+=Zz=75
4Ω curve 6 b: d=1. o μm Z+ =
Zz=754Ω curve 6 c: d=2.5 am
Z+ = Zz = 754 Ω It is clear from these curves that the resistance value of layers 21 and 223 is 754 Ω, that is, 2·20 (here 2
is the characteristic impedance of free space), the maximum absorption approaches 100%. This sets the optimum resistance value for a similar layer 21 to Z. If the conductor 22 on the back side is also resistive, the resistance value of these conductor layers is further reduced (EP-^-0
269161. BP-A-0272731 and GB-
〉as disclosed in A-2173038
This is different from the case of the /4 wavelength structure.

8μm〜14μmの波長帯域内における吸収度に対し、
これらの曲線から明らかなように、0.1μmの厚さの
フィルム10に対する空隙28の最適値は曲線4aの場
合(d =2.22μm )であり、又0.5μm厚さ
のフィルムに対する空隙28の最適値は曲線6aの場合
(d=1.5μm)である。従って、空隙28の最適な
厚さdはフィルムIOの厚さtに依存するが、一般に最
適な光学的厚さdは通常所定の波長範囲(本例では8μ
m〜14μm)における選択波長(λ5)の174以下
である。これは個々の誘電フィルム/層に対する最適な
光学的厚さを選4 択波長の1/4に等しくする(例えば、EP−^−02
69161゜EP−A−0272731及びGト^−2
173038に開示されているような)以前の1/4波
長構造のものにおける場合とは相違している。曲線4a
と曲線6aの双方は、フィルム10と空隙28の光学的
厚さの和(n−L+d)が、9.6μmに選定した波長
λ5の1/4に等しい場合に相当する。この9.6μm
の波長は、放射31及び32の波長λがこの選択値から
低下するにつれて反射が急激に最大値にまで増大し、又
選択値を越える波長に対しては反射が再び(通常は非常
にゆっくり)増大することからして、第4〜6図に示し
た場合の8μI11〜14μmの波長帯に対しては好適
なものである。この状況では通常λ8の波長を所定波長
範囲の172以下に選定するのが好適である。フィルム
10のスペクトル吸収特性にとっては、大抵の場合この
フィルム10の光学的厚さn−tが極めて薄いためにこ
のフィルムの影響は殆ど問題にならないけれども、通常
n−tが空隙2Bの光学的厚さdよりも(極めて薄いフ
ィルム10の場合には1桁程度も)小さくなると云うこ
とも5 考慮する必要がある。選択波長λ5を決定するに当って
は、検出素子の前方の光学素子(例えばレンズや、装置
の窓や、フィルタ)のスペクトル吸収度も第3図の構成
によるものの吸収度特性と相俟って活用して、大抵の場
合には選択波長λ9を所定の波長範囲内の値とするので
あるが、場合によっては選択波長λ5を所定の波長範囲
よりも僅かに低い値に選定することができる。第6図の
曲線6bは、8μ111〜14μmの波長範囲よりも正
に低く、4(n−t+d)が7.6μmに等しい場合の
例である。
For absorption within the wavelength band of 8 μm to 14 μm,
As is clear from these curves, the optimum value of the air gap 28 for a film 10 with a thickness of 0.1 μm is the case of curve 4a (d = 2.22 μm), and the optimum value of the air gap 28 for a film 10 with a thickness of 0.5 μm is the case of curve 4a (d = 2.22 μm). The optimum value of is for curve 6a (d=1.5 μm). Therefore, the optimum thickness d of the void 28 depends on the thickness t of the film IO, but in general the optimum optical thickness d is usually within a predetermined wavelength range (8μ in this example).
174 or less of the selected wavelength (λ5) at m to 14 μm). This makes the optimal optical thickness for each dielectric film/layer equal to 1/4 of the selected wavelength (e.g. EP-^-02
69161゜EP-A-0272731 and Gto^-2
173,038)). curve 4a
and curve 6a both correspond to the case where the sum of the optical thicknesses (n-L+d) of the film 10 and the air gap 28 is equal to 1/4 of the wavelength λ5, which is chosen to be 9.6 μm. This 9.6μm
As the wavelength λ of the radiations 31 and 32 decreases from this selected value, the reflection increases rapidly to a maximum value, and for wavelengths above the selected value the reflection again (usually very slowly) In view of this increase, it is suitable for the wavelength band of 8 μI and 11 to 14 μm as shown in FIGS. 4 to 6. In this situation, it is usually preferable to select the wavelength of λ8 to be within the predetermined wavelength range of 172 or less. For the spectral absorption characteristics of the film 10, the optical thickness nt of the film 10 is very thin in most cases, so the influence of this film hardly matters; however, usually nt is the optical thickness of the gap 2B. It is also necessary to take into account that it is smaller than d (by about an order of magnitude in the case of an extremely thin film 10). In determining the selected wavelength λ5, the spectral absorption of the optical element in front of the detection element (for example, a lens, a window of the device, or a filter) is also taken into account, together with the absorption characteristics of the configuration shown in Figure 3. In most cases, the selected wavelength λ9 is set to a value within a predetermined wavelength range, but in some cases, the selected wavelength λ5 may be selected to a value slightly lower than the predetermined wavelength range. Curve 6b in FIG. 6 is just below the wavelength range of 8μ111 to 14μm and is an example of the case where 4(nt+d) is equal to 7.6μm.

曲線4a及び6aから明らかなように、4(n・t+d
)を9.6μmの選択波長に等しく選定する場合に、波
長範囲8μI11〜14μmに亘る放射31及び32の
吸収度はほぼ最大となり、90%以上となる。
As is clear from curves 4a and 6a, 4(n・t+d
) is selected to be equal to the selected wavelength of 9.6 μm, the absorption of the radiations 31 and 32 over the wavelength range 8 μI11-14 μm is approximately maximum and amounts to more than 90%.

第4〜6図の各曲線は、各層21及び22の面積抵抗を
ほぼ2・Zo、即ち約754Ω/口に等しくする場合に
おける赤外放射31及び32の最適吸収度を示している
。実際には導体21及び22として用いる金6 属フィルムの抵抗値の安定性を考慮する必要がある。こ
の安定性は金属フィルムの堆積方法及びフィルム10の
表面及びその容積特性の関数となるが、日がたつにつれ
て金属フィルムの抵抗値が不安定となり、一般にその抵
抗値が高くなると推測される。これがため、吸収効率を
さらに高めるには抵抗値の公差を探究するのが学術的に
有利である。
Each of the curves in FIGS. 4-6 shows the optimum absorption of infrared radiation 31 and 32 when the sheet resistance of each layer 21 and 22 is approximately equal to 2.Zo, or about 754 ohms/hole. In reality, it is necessary to consider the stability of the resistance value of the metal film used as the conductors 21 and 22. Although this stability is a function of the method of depositing the metal film and the surface of the film 10 and its volumetric characteristics, it is assumed that the resistance of the metal film becomes less stable and generally increases over time. Therefore, it is academically advantageous to explore tolerances in resistance values in order to further increase absorption efficiency.

第4図の曲線4bは抵抗値2.及びZ2を754オーム
(第4a図)から400オ一ム程度の低い値(即ち、は
ぼZ0程度に低い値)にまで下げた場合の影響を示した
ものである。この曲線4bから明らかなように、吸収効
率は8μm〜14μmの波長範囲に亘り依然極めて高い
値を呈する。第6図の場合に対する抵抗値Z1及びz2
を低くすると、吸収特性は曲線6aの吸収特性に似てそ
れよりも多少低目となる。
Curve 4b in FIG. 4 has a resistance value of 2. The effect of lowering Z2 from 754 ohms (FIG. 4a) to a value as low as 400 ohms (ie, a value as low as Z0) is shown. As is clear from this curve 4b, the absorption efficiency still exhibits an extremely high value over the wavelength range of 8 μm to 14 μm. Resistance values Z1 and z2 for the case of Fig. 6
When the curve 6a is lowered, the absorption characteristic becomes similar to the absorption characteristic of curve 6a, and is slightly lower than that of curve 6a.

これがため安定性を高める観点からすると、zl及びZ
2の値は最適吸収度を呈する754オームよりも遥かに
低い値を実際には選択できる。吸収効率を高く維持する
ためには、空間に直面する抵抗層21及び22の面積抵
抗Z0と約2Z、との間の範囲内の7 値とするのが好適である。Zlの値は必ずしも常にZ2
の値と同しとする必要はない。ZlとZ2は、第12及
び13図につき後述するように例えば導体21及び22
の一方を空間に対向させ、又他方の導体22か、21を
支持層15に対面させる場合には互いに相違させるのが
有利である。
Therefore, from the viewpoint of increasing stability, zl and Z
A value of 2 can in practice be chosen much lower than 754 ohms, which provides optimum absorption. In order to maintain a high absorption efficiency, a value of 7 is preferably in the range between the sheet resistance Z0 of the resistive layers 21 and 22 facing the space and approximately 2Z. The value of Zl is not necessarily always Z2
It does not have to be the same as the value of . Zl and Z2 are for example conductors 21 and 22 as described below with respect to FIGS. 12 and 13.
If one of the conductors 22 or 21 faces the space and the other conductor 22 or 21 faces the support layer 15, it is advantageous to make them different from each other.

空隙28の厚さは薄い(一般にλ5/4以下)ため、こ
の空隙の光学的な厚さdをフィルム10の少なくとも大
面積に亘り制御するのは困難である。
Since the thickness of the void 28 is small (generally λ5/4 or less), it is difficult to control the optical thickness d of the void over at least a large area of the film 10.

これがため高い吸収効率を依然として達成する空隙厚d
の交差を探求するのが有利である。曲線5a及び5bと
曲線4aとを比較し、又[11+線6b及び6cとを比
較すると、空隙28の厚さdの変化が平均吸収度に及ぼ
す影響が判る。これらの比較から結論付けられることは
、dが最適値から約±50%程度の大きさ変化しても依
然高い吸収度を呈し、これは赤外検出装置の多くの用途
にとって容認できると云うことである。従って、第3図
の構成のものでは、空隙28そのものの光学的最大厚さ
は所定の波長範囲に対して選択した最適波長λ5の1/
4の偶数倍8 とすることができる。
This allows the void thickness d to still achieve high absorption efficiency.
It is advantageous to explore the intersection of Comparing curves 5a and 5b with curve 4a and comparing [11+ lines 6b and 6c] shows the influence that a change in the thickness d of the void 28 has on the average absorption. It can be concluded from these comparisons that even if d changes by approximately ±50% from its optimal value, it still exhibits high absorption, which is acceptable for many applications of infrared detection devices. It is. Therefore, in the configuration shown in FIG. 3, the optical maximum thickness of the gap 28 itself is 1/1/2 of the optimal wavelength λ5 selected for a predetermined wavelength range.
It can be an even multiple of 4, 8.

第4〜6図の曲線によって示す吸収度は反射層26を含
む完全な光路の吸収度に関するものである。
The absorbance shown by the curves in FIGS. 4-6 relates to the absorbance of the complete optical path including the reflective layer 26.

反射層26での放射の吸収は不所望なことであり、これ
は検出素子層10.21及び22での放射吸収に利用し
得るエネルギーを減らすからである。反射層26の抵抗
値を2オームとして任意に選定したのは、このような低
い抵抗値は実際上、例えば薄い蒸着金層を用いて容易に
達威し得るからである。コンピュータ解析によると、8
μm=14μmの波長範囲にわたる放射の2オームの層
での最大吸収度は僅か0.6%に過ぎず、4μ111〜
5μmの範囲は波長λに対する最大吸収度は約2%に上
昇する。従って、2オームの金属フィルムは波長範囲5
μm〜15μm、特に8μm〜14μmの波長帯域に対
する放射吸収度を無視し得る反射層として極めて満足に
機能する。
Absorption of radiation in the reflective layer 26 is undesirable since it reduces the energy available for absorption of radiation in the detection element layers 10.21 and 22. The resistance value of the reflective layer 26 was arbitrarily chosen to be 2 ohms because such a low resistance value can be easily achieved in practice using, for example, a thin vapor deposited gold layer. According to computer analysis, 8
The maximum absorption in a 2 ohm layer of radiation over the wavelength range μm = 14 μm is only 0.6%, 4μ111~
In the range of 5 μm, the maximum absorption for the wavelength λ increases to about 2%. Therefore, a 2 ohm metal film has a wavelength range of 5
It functions very satisfactorily as a reflective layer with negligible radiation absorption in the wavelength band of μm to 15 μm, particularly 8 μm to 14 μm.

第7図は、例えば慣例のTo−5形の装置における個別
の焦電検出素子に第3図の構造のものを用いて家庭用侵
入者検出装置として使用できるように9 する例を示ず。空隙28は基板251の凹部により形成
し、この基板の上に焦電フィルム10を取り付ける。
FIG. 7 does not show an example in which, for example, the structure shown in FIG. 3 is used as an individual pyroelectric detection element in a conventional To-5 type device so that it can be used as a home intruder detection device. The void 28 is formed by a recessed portion of the substrate 251, and the pyroelectric film 10 is attached onto this substrate.

光学的厚さがλ、/4以下のフィルム10は、例えば絶
縁セラごツタ又はガラスリング100の上にぴんと支持
しく引っ張るのではない)、このフィルム10の周辺を
リング100に接着する。家庭用侵入者検出器に対する
代表的なものでは、リング100及びフィルム10の外
径は数59メートルとすることができるが、フィルム1
0の中央部における活性検出領域を規定する放射吸収性
の導体21及び22の幅は例えば約0.5ns又はそれ
以下とすることができる。導体21及び22は方形状の
焦電検出素子を規定する例えば0.5 trm四方の方
形状とするか、又は同様な寸法の円形状とすることがで
きる。導体21及び22の双方は、例えばニッケルーク
ロム合金で構成することができ、これらの導体をフィル
ム10の各表面11及び12に直接堆積させるようにす
る。これらの導体はスパッタリング又は蒸着により十分
な厚さに堆積して、400Ω〜760Ω/口の0 範囲の面積抵抗値を呈するようにする。
A film 10 with an optical thickness of λ,/4 or less is glued around the periphery of the film 10 to the ring 100 (for example, rather than being stretched taut and supported over an insulating ceramic or glass ring 100). For a typical home intruder detector, the outer diameter of ring 100 and film 10 may be several 59 meters;
The width of the radiation-absorbing conductors 21 and 22 defining the active detection region in the center of 0 can be, for example, about 0.5 ns or less. The conductors 21 and 22 may have a rectangular shape of, for example, 0.5 trm square defining a rectangular pyroelectric detection element, or they may have a circular shape of similar dimensions. Both conductors 21 and 22 may be constructed of, for example, a nickel-chromium alloy, such that they are deposited directly on each surface 11 and 12 of film 10. These conductors are deposited by sputtering or evaporation to a sufficient thickness to exhibit sheet resistance values in the 0 range of 400 ohms to 760 ohms/hole.

フィルム10は基板251の凹部のまわりで、少なくと
もその凹部の片側の大部分に沿って延在する環状の周辺
リムによりマウント装置25に支持される。例えば、成
型プラスチック製とすることのできる基板251にはフ
ィルム10の第2表面12の全体に分配される複数個の
バンプ(隆起部)252も設けて、検出素子領域全体を
空隙28の所望な光学的厚さdで反射面26の上方に支
持する。第7図では僅か2つのバンプ252シか示して
いないが、通常はこれらのバンプ252を多数設けて、
フィルムlOの中央部における大きな活性検出領域を適
切に支持するようにする。反射面26は凹部28の底部
に金又は他の金属フィルムにより形成することができる
Film 10 is supported on mounting device 25 by an annular peripheral rim extending around a recess in substrate 251 and along at least a large portion of one side of the recess. Substrate 251, which may be made of molded plastic, for example, is also provided with a plurality of bumps 252 distributed over second surface 12 of film 10 to define the entire sensing element area as desired in air gap 28. It is supported above the reflective surface 26 with an optical thickness d. Although only two bumps 252 are shown in FIG. 7, normally a large number of these bumps 252 are provided.
Provide adequate support for the large active detection area in the center of the film IO. Reflective surface 26 may be formed of gold or other metal film at the bottom of recess 28.

基板251に配設したフィルムIOは、このフィルムが
TO−5形のキャップ261の包囲空所260内に支持
されるように、このキャップ261のヘッダー256に
取り付ける。包囲空所260には空気を入れたり、排気
したり、又は他のガスを充填させるこ 1− とができる。キャップ261は窓300を有しており、
この窓は例えば昼光フィルタとするためにゲルマニウム
窓とすることができ、この窓に検出すべき赤外放射を通
過させる。従って、窓300は8μm〜14μmの意図
した作動波長範囲の入射放射の殆ど全てを通過させる。
The film IO disposed on the substrate 251 is attached to the header 256 of the TO-5 shaped cap 261 such that the film is supported within the enclosing cavity 260 of this cap 261. The enclosed cavity 260 can be inflated, evacuated, or filled with other gases. The cap 261 has a window 300,
This window can be, for example, a germanium window for daylight filtering, through which the infrared radiation to be detected passes. Therefore, window 300 passes almost all of the incident radiation in the intended operating wavelength range of 8 μm to 14 μm.

焦電フィルタ10の温度が入射放射31からの熱エネル
ギーの吸収により局所的に変化すると、フィルム10の
その個所の両面11及び12に変化が現れる。導体21
及び22は第3図につき説明したように放射31の吸収
に係わる光学素子として機能すると共に、上記変化を検
出するキャパシタ電極としても電気的に機能する。電極
21及び22は互いに上下の位置関係で、はぼ同し広が
りをもってフィルム10により支持され、しかもこのフ
ィルムの周辺縁部から離れた所に位置する。焦電フィル
ム10内における電荷の発生はフィルムの温度変化に依
存するため、入射放射31はそれを検出するために時間
と共に変化させる必要がある。
When the temperature of the pyroelectric filter 10 changes locally due to absorption of thermal energy from the incident radiation 31, changes occur on both sides 11 and 12 of the film 10 at that location. Conductor 21
and 22 function as an optical element involved in absorbing the radiation 31 as described with reference to FIG. 3, and also function electrically as a capacitor electrode for detecting the above change. Electrodes 21 and 22 are supported by the film 10 in a superimposed and coextensive relationship with each other, and are located away from the peripheral edges of the film. Since the generation of charge within the pyroelectric film 10 depends on the temperature change of the film, the incident radiation 31 needs to vary with time in order to detect it.

これは本来検出装置を例えば侵入者検出目的に対するよ
うな、経時的に変化させないと殆ど変化す2 ることのない状況での変化に応答させる場合とすること
ができる。或いは又、検出装置を観視場面を横切って走
査したり、入射放射31をチョッピングすることによっ
ても遠戚することができる。
This may be the case when the detection device is made to respond to changes in a situation that would otherwise hardly change over time, such as for intruder detection purposes. Alternatively, this can be done by scanning the detection device across the viewing scene or by chopping the incident radiation 31.

抵抗性の電極1!21及び22との電気的な接続はフィ
ルム10の各面11及び12に比較的幅狭の導電性トラ
ック121及び122を形成して行う。これらのトラッ
ク121及び122は、それらの一端部を抵抗電極層2
1及び22に接触させ、他端部を既知の方法にてヘッダ
ー256及び電界効果トランジスタTに電気的に接続す
る。このNETはインピーダンス整合回路の一部を形成
する。FETは過電圧からこのNETのゲートを保護す
る非線形回路網りを含む回路における検出素子10.2
1.22に結合させる。なお、斯種の回路の詳細につい
ては英国特許明細書GB−^1580403を参照され
たい。この回路をヘッダー256に取り付けて、包囲空
所260内に位置させるのであるが、これを第7図に示
すには図面の空所が狭過ぎるので省略する。例えば、第
7図は導電トラック121への電気的な接続を絶縁リン
グ100の側3 に延在させる金属化トラック121により行う。所要に
応じ、導電トラック122への電気的な接続は基板25
1の側に延在する金属トラックを介して行うことができ
、この金属化トラックは反射フィルム26と一体の層と
することもできる。さらに所要に応じ、金属化トラック
は抵抗電極層22の下側に位置するバンプ252の上に
延在させて(導電トラック122を設ける代わりに)層
22への接続をすることもできる。このような接続は検
出素子アレイの個々の底部導体22にとっても有利であ
る。
Electrical connections to the resistive electrodes 1!21 and 22 are made by forming relatively narrow conductive tracks 121 and 122 on each side 11 and 12 of the film 10. These tracks 121 and 122 have one end connected to the resistive electrode layer 2.
1 and 22, and the other end is electrically connected to the header 256 and the field effect transistor T in a known manner. This NET forms part of an impedance matching circuit. The FET is a sensing element 10.2 in a circuit containing a nonlinear network that protects the gate of this NET from overvoltage.
1.22. For details of this type of circuit, please refer to British Patent Specification GB-1580403. This circuit is attached to header 256 and located within enclosing cavity 260, but this is not shown in FIG. 7 as the space in the drawing is too narrow. For example, in FIG. 7, the electrical connection to the conductive track 121 is made by a metallized track 121 extending on side 3 of the insulating ring 100. Optionally, electrical connections to conductive tracks 122 are provided by substrate 25.
This can take place via a metal track extending on one side, which metallization track can also be an integral layer with the reflective film 26. Additionally, if desired, the metallization tracks can extend over the bumps 252 located on the underside of the resistive electrode layer 22 to provide a connection to the layer 22 (instead of providing conductive tracks 122). Such a connection is also advantageous for the individual bottom conductors 22 of the sensing element array.

第8図は第3図の他の例を示し、この例ではフィルム1
0により例えば安価な赤外線カメラのイメージセンサと
して使用する焦電検出素子のアレイを形成する。このア
レイはフィルム10の上側面における共通の第1電極2
1と、フィルム10の下側面12における各検出素子に
対する個々の第2電極22とを有している。これらの電
極21及び22は例えばニッケルークロム合金製とする
ことができ、これらは十分薄<シて面積抵抗が400Ω
/ロ〜760Ω/口となるようにする。光学的厚さがλ
5/4以4 下のフィルム10を基板25のバンプ252の上に取り
付ける。この場合、バンプ252は個々の電極22に電
気的に接触し、各検出素子への電気的な接続を威す。又
、これらのバンプ252によって電極22と反射面26
との間の空隙28の光学的な厚さを所望値に維持する。
FIG. 8 shows another example of FIG. 3, in this example film 1
0 to form an array of pyroelectric detection elements used, for example, as image sensors in inexpensive infrared cameras. This array has a common first electrode 2 on the upper side of the film 10.
1 and an individual second electrode 22 for each sensing element on the underside 12 of the film 10. These electrodes 21 and 22 can be made of, for example, a nickel-chromium alloy, and are sufficiently thin to have a sheet resistance of 400Ω.
/Ro~760Ω/mouth. Optical thickness is λ
5/4 or more The lower film 10 is attached onto the bumps 252 of the substrate 25. In this case, the bumps 252 electrically contact the individual electrodes 22 and establish electrical connections to each sensing element. Also, these bumps 252 connect the electrode 22 and the reflective surface 26.
and maintains the optical thickness of the air gap 28 at a desired value.

基板251を本例では導電物質(例えばシリコン)とし
、この基板により検出素子アレイと、下側の半導体回路
基板255との間のインターフェースを形威し、断る半
導体回路基板(例えばモノシリツクシリコン集積回路)
により検出素子からの信号を処理する。従って、例えば
半導体回路基trF1.255には電界効果トランジス
タT、非線形回路網り及びスイッチングマトリックスを
設けて、アレイの個々の検出素子からの信号を順次読み
出すことができる。各検出素子と回路基板255との間
を個々に接続するために導体基板251を条溝258に
よって導電ピラー(柱)のアレイに分ける。なお、この
方法は比較的簡単な接続法である。導電ピラーのアレイ
は、基板251を回路基板255に取り(=L 4J5 る前に絶縁物質259により少なくとも条溝258の一
部にて一緒に保持して、基板ユニットを形成するように
する。この基板ユニットはその上に取り付けたフィルム
10と一緒に取り扱うことができる。
Substrate 251 is a conductive material in this example (e.g., silicon) and forms the interface between the sensing element array and the underlying semiconductor circuit board 255, which is not a semiconductor circuit board (e.g., a monolithic silicon integrated circuit). )
The signal from the detection element is processed by. Thus, for example, the semiconductor circuit board trF1.255 can be provided with a field effect transistor T, a nonlinear network and a switching matrix, so that the signals from the individual detection elements of the array can be read out sequentially. In order to make individual connections between each sensing element and circuit board 255, conductive substrate 251 is divided into an array of conductive pillars by grooves 258. Note that this method is a relatively simple connection method. The array of conductive pillars is held together by an insulating material 259 at least in part of the grooves 258 before the substrate 251 is attached to a circuit board 255 (=L 4J5 ) to form a substrate unit. The substrate unit can be handled together with the film 10 mounted thereon.

第8図の装置のマウント装置25は次のような工程で製
造することができる。先ず連続するシリコンウェハを連
続する絶縁フィルム(例えばポリイミド樹脂材料)に接
着する。次いでボリアくド樹脂フィルムにホール257
のアレイをエツチングしてシリコンウェハの個所を露出
させる。次にシリコンウェハの上側面をエツチングして
深さがdの凹部を形威してバンプ252のアレイを規定
し、これらバンプの高さを所望空隙28の深さdとする
The mounting device 25 of the device shown in FIG. 8 can be manufactured by the following steps. First, a continuous silicon wafer is bonded to a continuous insulating film (eg, polyimide resin material). Next, hole 257 is made in the boria resin film.
The array is etched to expose areas of the silicon wafer. The top side of the silicon wafer is then etched to form a recess of depth d to define an array of bumps 252, the height of which is the depth d of the desired void 28.

次いで、シリコンウェハ(バンプ252ヲ含む)の上側
エツチング面に反射面26を形成するように例えば面積
抵抗が2Ω/口の金属被膜を被着する。
Next, a metal film having, for example, a sheet resistance of 2 Ω/hole is deposited on the upper etched surface of the silicon wafer (including the bumps 252) to form a reflective surface 26.

次に、のこ引きにより条溝258を形威してシリコンウ
ェハを細条にし、導電ピラー251を形成する。
Next, the silicon wafer is cut into strips by sawing to form grooves 258 to form conductive pillars 251.

次いで、薄い電極付きの焦電フィルム10を鋼条基板2
51の上に取り付&−1、電極22を金属化バンプ6 252 と接触させる。
Next, the pyroelectric film 10 with thin electrodes is attached to the steel strip substrate 2.
51 &-1, bringing the electrode 22 into contact with the metallized bump 6 252 .

次いで、鋼条基板251の上に取り扱い易いフィルム1
0のアセンブリを回路基板255と混成させる。
Next, an easy-to-handle film 1 is placed on the steel strip substrate 251.
0 assembly with circuit board 255.

この混成取り付けは、フィルム基板アセンブリを回路基
板255の接点バッド254の上にあるハンダバンプ2
53又は他の接続バンプの上に下げて、これらの接点パ
ッド254が導電ピラー251を介して各検出素子に接
続されるようにして達成することができる。
This hybrid attachment attaches the film board assembly to the solder bumps 2 on top of the contact pads 254 of the circuit board 255.
53 or other connection bumps such that these contact pads 254 are connected to each sensing element via conductive pillars 251.

第7及び8図は焦電検出装置を示し、薄い焦電フィルム
はラングミュアープロジ工法によるか、又は例えば溶液
流延法による極めて薄いコポリマとして形成することが
できる。後者の場合にはフィルムに既知の方法で電界を
かけてポーリングする必要がある。ラングくユアーブロ
ジ工法を用いることの利点は、フィルム材を(支持体」
二に多層構造で)堆積して、フィルムを(内部発生のダ
イポールモーメントにより)自発的に分極して、フィル
ム10の平面に垂直なポーラ軸を持たせることができる
ことにある。支持体上に厚いラングごユ7 アーブロジエフィルムを成長させるために累積的な堆積
を行う場合でも、内部発生のダイポールモーメントを成
長フィルムの厚さ全体に維持させることができる。
Figures 7 and 8 show a pyroelectric detection device in which the thin pyroelectric film can be formed by the Langmuir proge process or as a very thin copolymer, for example by solution casting. In the latter case, it is necessary to apply an electric field to the film in a known manner for poling. The advantage of using the Rangku Your Blog method is that the film material (supporting material)
Second, in a multilayer structure), the film can be spontaneously polarized (by an internally generated dipole moment) to have a polar axis perpendicular to the plane of the film 10. Even when cumulative deposition is used to grow thick Languyou 7 Arbrosier films on a support, the internally generated dipole moment can be maintained throughout the thickness of the grown film.

第4〜6図の特性図は第3図に示すように第1及び第2
導体21及び22をそれぞれ入射放射31及び反射放射
32が到来する方向の空所に直面させる場合に関連する
ものである。しかし、例えば極めて薄いフィルム10か
、ラングごユアーブロジエフィルム10か、又は液晶フ
ィルム10を用いる場合には活性フィルム10を電気絶
縁支持層で支持するのが望ましい場合があり、又場合に
よってはそのようにしなければならないこともある。斯
種の支持層15は、例えばポリイミド樹脂膜又は窒化シ
リコン層とすることができる。従って、例えばラングミ
ュアーブロジェフィルム10は、このフィルムを堆積す
る前に第1導体か、又は第2導体22のいずれかを上に
形威しである絶縁支持層の上に堆積することができる。
The characteristic diagrams in Figures 4 to 6 show the first and second characteristics as shown in Figure 3.
This is relevant when the conductors 21 and 22 face a cavity in the direction in which the incident radiation 31 and the reflected radiation 32 arrive, respectively. However, it may be desirable to support the active film 10 with an electrically insulating support layer, for example when using a very thin film 10, a Lang's Brosier film 10, or a liquid crystal film 10, and in some cases. Sometimes you have to do it that way. Such a support layer 15 can be, for example, a polyimide resin film or a silicon nitride layer. Thus, for example, the Langmuir-Bloger film 10 can be deposited on an insulating support layer that forms either the first conductor or the second conductor 22 thereon before depositing the film. .

この堆積中には支持層そのものを厚目の基板(例えばガ
ラススライド)の上に支持8 させて、この支持層の剛性を一層高め、その後基板を取
り外すことができる。
During this deposition, the support layer itself can be supported 8 on a thick substrate (eg, a glass slide) to further increase the rigidity of the support layer, after which the substrate can be removed.

斯る支持層15は完成赤外線検出装置の多層構造の一部
とすることができ、従ってこの場合には入射放射31の
方向及び反射放射32の方向の第1及び第2導体21及
び22の一方を第12及び13図にそれぞれ示すように
誘電支持層15に直接後する。第12図の例での導体2
1への接続及び第13図の例での導体22への接続は、
支持層15を経る孔の個所での金属化により行うことが
できる。第12及び13図に示す素子構造のものは第7
及び8図に示したような装置に組み込むように変形する
こともできる。
Such a support layer 15 may be part of a multilayer structure of the finished infrared detection device and thus in this case one of the first and second conductors 21 and 22 in the direction of the incident radiation 31 and the direction of the reflected radiation 32. are applied directly to the dielectric support layer 15 as shown in FIGS. 12 and 13, respectively. Conductor 2 in the example of Figure 12
1 and to conductor 22 in the example of FIG.
This can be done by metallization at the location of the holes through the support layer 15. The device structure shown in FIGS. 12 and 13 is the seventh
It can also be modified so as to be incorporated into a device as shown in FIGS.

第9〜11図の特性図は誘電支持層15及び空隙28を
有している第12及び13図の検出素子に関するもので
ある。第14図は空隙28をなくした変形例に関するも
のである。これらの特性図を生成するのに用いた簡単な
コンピュータモデルでは、支持層による放射31.32
のスペクトル透過/吸収度及び支持層の屈折率は、いず
れも所定の波長範囲全体に亘り一定であるものと仮定し
た。支持層の屈折率9 (N)の値としては1.8の値を任意に選定した。
The characteristic diagrams of FIGS. 9-11 relate to the sensing element of FIGS. 12 and 13 having a dielectric support layer 15 and an air gap 28. FIG. 14 relates to a modification in which the void 28 is eliminated. The simple computer model used to generate these profiles shows that the radiation due to the support layer is 31.32
Both the spectral transmission/absorption of and the refractive index of the support layer were assumed to be constant over a given wavelength range. A value of 1.8 was arbitrarily selected as the value of the refractive index 9 (N) of the support layer.

第9〜11図及び第14図の特性をプロットするに当た
っては、次のようなパラメータを一定に維持した。
In plotting the characteristics in FIGS. 9-11 and 14, the following parameters were kept constant.

活性フィルム10の厚さt      o、1μm活性
フィルム10の屈折率     1.8導体21及び2
2の抵抗値Z754Ω 反射表面層26の抵抗値       2Ω第9図の場
合には空隙28の厚さd及び支持層15の厚さTをそれ
ぞれ次のようにした。
Thickness to of active film 10: 1 μm Refractive index of active film 10: 1.8 Conductors 21 and 2
In the case of FIG. 9, the thickness d of the void 28 and the thickness T of the support layer 15 were set as follows.

d=2.14μm T=0.1 μm 第9図の曲線9aは、支持層15を活性フィルム10の
前に設けて、頂部導体21を支持層15とフィルム10
との間に挟んだ第12図の場合に関連するものである。
d=2.14 μm T=0.1 μm Curve 9a in FIG.
This is related to the case shown in FIG. 12, which is sandwiched between .

曲線9bは、支持層15を活性フィルムIOの後方に設
けて、この支持層を反射放射32の光路内に位置させ、
後部導体22を支持層15とフィルム10との間に挟ん
だ第13図の場合に関連するものである。
Curve 9b provides a support layer 15 behind the active film IO, placing this support layer in the optical path of the reflected radiation 32;
This relates to the case of FIG. 13, in which the rear conductor 22 is sandwiched between the support layer 15 and the film 10.

曲線9aと9bとは極めて僅か横方向にずれているこ0 とが判るが、波長帯域8μm〜14μmに亘る吸収度は
極めて良好であり、薄い支持層15をフィルム10の前
方又は裏側に設けるか、或いは支持層をフィルムIOか
らな(すことは吸収度にとっては殆ど関係のないことで
ある。この場合、空隙28を含む多層構造の光学的厚さ
の和(n −t+N−T+d)は10μmの波長の1/
4に相当し、吸収度は10μmのあたりで最大となるこ
とが判る。
It can be seen that the curves 9a and 9b are slightly shifted in the lateral direction, but the absorbance over the wavelength range of 8 μm to 14 μm is extremely good. , or the support layer is made of film IO (which has little bearing on the absorbance. In this case, the sum of the optical thicknesses (n - t + N - T + d) of the multilayer structure including the voids 28 is 10 μm. 1/ of the wavelength of
4, and it can be seen that the absorbance is maximum around 10 μm.

第9図の例では支持層15の厚さを活性フィルムIOの
厚さと同じとした。しかし、フィルム10用の支持層1
5の厚さはフィルム10の厚さよりも厚くするのが望ま
しいことが屡々ある。例えば第10及び11図は、いず
れも厚さが0.5μmの支持層15を有するものについ
てプロットしたものである。支持層の厚さは、その層の
材質特性に応じてさらに厚くすることができるが、熱容
量及び支持層に横方向に沿う熱伝導を低減させるために
、支持層の厚さは最大でも約0.5μmとするのが望ま
しいとされる。
In the example of FIG. 9, the thickness of the support layer 15 is the same as the thickness of the active film IO. However, the support layer 1 for the film 10
It is often desirable that the thickness of film 5 be greater than the thickness of film 10. For example, FIGS. 10 and 11 are plots for the support layer 15 having a thickness of 0.5 μm. The thickness of the support layer can be increased further depending on the material properties of the layer, but to reduce heat capacity and heat conduction laterally along the support layer, the thickness of the support layer is at most about 0. It is said that it is desirable to set the thickness to .5 μm.

第10図は活性フィルム10の前に0.5 μm厚の支
1 持層15を設け、頂部導体21を支持層15とフィルム
IOとの間に挟んだ第12図の場合に関連するものであ
る。
FIG. 10 relates to the case of FIG. 12 in which a 0.5 μm thick support layer 15 is provided in front of the active film 10 and the top conductor 21 is sandwiched between the support layer 15 and the film IO. be.

第1O図のそれぞれの曲線10a〜10cは空隙28の
厚さdをそれぞれ次のような値とした場合のものである
The curves 10a to 10c in FIG. 1O are obtained when the thickness d of the void 28 is set to the following values.

曲線10a :  d=2.14μm 曲線10b :  d−1,50,czm曲線10c 
:  d =1.OOμm曲線10aは、厚目の前方支
持層を設けるので、これを補償するために空隙28の厚
さを薄<シない限り、波長帯域8μI11〜14μmに
亘る吸収度が劣り、特に8μmの端部ではかなり劣るこ
とを示している。この場合、多層構造の光学的厚さの和
(n −t+N−T+d)は10.3 p mの波長に
相当し、これは8μm〜14μmの範囲の下半部にある
Curve 10a: d=2.14μm Curve 10b: d-1,50,czm Curve 10c
: d=1. Since the OOμm curve 10a is provided with a thick front support layer, unless the thickness of the gap 28 is made thin to compensate for this, the absorption over the wavelength band 8μI from 11 to 14μm will be poor, especially at the edge of 8μm. This shows that it is considerably inferior. In this case, the sum of the optical thicknesses of the multilayer structure (n - t + N - T + d) corresponds to a wavelength of 10.3 pm, which is in the lower half of the range from 8 μm to 14 μm.

空隙28の厚さをかなり薄くするとく曲線10c)、8
μm=12μmの波長範囲の上半部に亘る吸収度は多少
低くなるが、吸収度は全体的に良好となる。
When the thickness of the air gap 28 is made considerably thinner, curve 10c), 8
Although the absorbance over the upper half of the wavelength range of μm=12 μm is somewhat low, the absorbance is good overall.

この場合の多層構造の光学的厚さの和(n・t+2 N−T+d)は8.3μmの波長の1/4に相当する。In this case, the sum of the optical thicknesses of the multilayer structure (n・t+2 N-T+d) corresponds to 1/4 of the wavelength of 8.3 μm.

第11図は活性フィルム10の裏側に0.5 μ111
厚の支持層15を設け、裏側導体22を支持層15とフ
ィルム10との間に挾んだ第13図の場合に関連するも
のである。この場合、支持層15は反射放射32の光路
内にあり、厚さがdの空隙28が支持層15と反射面2
6との間に存在する。この空隙28の厚さdを薄くして
、支持層15を設けることの補償をする。第11図のそ
れぞれの曲線11a〜lidは空隙28の厚さdをそれ
ぞれ次のような値とした場合のものである。
Figure 11 shows 0.5μ111 on the back side of the active film 10.
This relates to the case of FIG. 13 in which a thick support layer 15 is provided and a back conductor 22 is sandwiched between the support layer 15 and the film 10. In this case, the support layer 15 is in the optical path of the reflected radiation 32 and a gap 28 of thickness d exists between the support layer 15 and the reflective surface 2.
It exists between 6 and 6. The thickness d of this gap 28 is made thinner to compensate for the provision of the support layer 15. The curves 11a to lid in FIG. 11 are obtained when the thickness d of the void 28 is set to the following values.

曲線11a :  d =1.46μm曲線11b :
  d =1.20μm曲線11c :  d =0.
90μm曲線11d:d=0、即ち空隙がない 3つの曲線11a〜llcは、空隙の厚さdが薄くなる
につれて最大吸収度が低い波長端の方へとシフトするも
、8μI11〜14μmに亘る吸収度はいずれも良好で
ある。曲線11a及びllbの双方に対する多層構造の
光学的厚さの和(n−を十N−T+d)は8μm〜14
μmの範囲の下半部における波3 長の1/4に相当するが、曲線11cに対する多層構造
の光学的厚さの和(n −を十N−T十d)は8μm−
14μmの範囲の直く下の波長(7,92μm)の1/
4に相当する。
Curve 11a: d = 1.46 μm Curve 11b:
d = 1.20 μm curve 11c: d = 0.
90 μm curve 11d: d = 0, that is, the three curves 11a to 11c with no void, the maximum absorption shifts toward the lower wavelength end as the thickness d of the void becomes thinner, but the absorption over 8μI11 to 14 μm All grades are good. The sum of the optical thicknesses of the multilayer structure (n-10N-T+d) for both curves 11a and llb is between 8 μm and 14 μm.
Corresponding to 1/4 of the length of wave 3 in the lower half of the μm range, the sum of the optical thicknesses of the multilayer structure (n − 10 N − T 1 d) for curve 11c is 8 μm −
1/ of the wavelength just below the 14 μm range (7,92 μm)
Corresponds to 4.

曲線lidは本発明によらない場合のものである。The curve lid is for the case not according to the present invention.

この場合には反射面26を0.5μm厚の支持層の裏側
に直接設けるのであって、空隙28は存在しない。
In this case, the reflective surface 26 is provided directly on the back side of the 0.5 μm thick support layer, and no void 28 is present.

曲線lidから明らかなように、この場合の吸収度は8
μm〜14μmの波長帯域に対して極めて劣る。
As is clear from the curve lid, the absorbance in this case is 8
It is extremely inferior to the wavelength band of μm to 14 μm.

このことからして、第13図の装置には空隙28を設け
て、反射層26までの多層構造全体に亘る光学的厚さの
和がλ5の約1/4となるようにするのが重要であるこ
とが判る。しかし、第14図に示すように、第13図の
素子構造のものから空隙28をなくし、それを補償する
ために裏側支持層15の厚さを厚くすることによっても
非常に良好な吸収度を得ることができる。
For this reason, it is important to provide the air gap 28 in the device of FIG. 13 so that the sum of the optical thicknesses over the entire multilayer structure up to the reflective layer 26 is approximately 1/4 of λ5. It turns out that. However, as shown in FIG. 14, very good absorption can also be achieved by eliminating the void 28 from the device structure of FIG. 13 and increasing the thickness of the back side support layer 15 to compensate for it. Obtainable.

従って、第14図の特性はこのために第13図のものを
次のようなバラメークに変更したものである。
Therefore, the characteristics shown in FIG. 14 are obtained by changing the characteristics shown in FIG. 13 as follows.

フィルム10の厚さt   o、1 μm4 フィルム10の屈折率   1.8 支持層15の屈折率    1.8 導体21及び22の抵抗値Z754Ω 支持層15の裏面の反射層 2Ω 曲線14aの場合には支持層15の厚さTを1 、38
9μmとして、その光学的厚さを10μmのλ5の17
4(この点で吸収度がほぼ最大となる)とするが、光学
的厚さの和(N−T−1−n−t)は10.7μmの波
長の約1/4とする。曲線14bの場合には支持層15
の厚さTを1.289μmとして、その光学的厚さの和
(N −T・+n−t)をこの場合には10μmのλ5
の174 とする。しかし、曲線14a及び14bに関
する素子構造の材料の厚さを厚くすることは、検出素子
の熱容量及び検出素子への、又は検出素子からの熱伝導
を著しく高めることになるので不都合である。
Thickness to of the film 10, 1 μm4 Refractive index of the film 10 1.8 Refractive index of the support layer 15 1.8 Resistance value of the conductors 21 and 22 Z754Ω Reflective layer on the back surface of the support layer 15 2Ω In the case of curve 14a The thickness T of the support layer 15 is 1,38
Assuming 9 μm, its optical thickness is 17 of λ5 of 10 μm.
4 (at this point the absorbance is almost at its maximum), and the sum of the optical thicknesses (N-T-1-nt) is about 1/4 of the wavelength of 10.7 μm. In the case of curve 14b, support layer 15
Assuming that the thickness T of
174. However, increasing the material thickness of the element structure with respect to curves 14a and 14b is disadvantageous, since it would significantly increase the heat capacity of the sensing element and the heat conduction to and from the sensing element.

本発明により製造される殆どの赤外検出装置では、フィ
ルム10の材料及び検出素子の構成や、回路作動を、慣
例の焦電効果を利用するように、同しとなるように選定
し、自発的な分極を呈する有5 極性結晶(構造の)物質に(例えば入射赤外放射31の
吸収時に)温度変化が生ずると、この物質の両面に電荷
が発生ずるようにする。焦電物質を適当な増幅回路にキ
ャパシタとして既知の方法で(両面に電極21及び22
を設けて)配置することにより、電流又は電圧信号を発
生させ、且つ検出することができる。最も有効な焦電物
質は強誘電性でもあり、これらはそれらのキューり点遷
移温度以下の強誘電相で焦電特性を呈する。しかし、赤
外検出器は誘電定数が温度で急激に変化する。キューり
点の個所で作動する強誘電ポリマー物質を用いて既知の
方法で構成することもできる。斯種の強誘電赤外検出素
子は両面11及び12に電極を接続してコンデンサとし
て構成することもできる。
In most infrared detection devices manufactured according to the present invention, the material of the film 10, the configuration of the detection element, and the circuit operation are selected to be the same, so as to utilize the conventional pyroelectric effect, and the spontaneous When a temperature change occurs in a polar crystal (structure) material exhibiting a typical polarization (eg, upon absorption of incident infrared radiation 31), charges are generated on both sides of the material. The pyroelectric material is connected to a suitable amplifier circuit as a capacitor in a known manner (electrodes 21 and 22 on both sides).
By arranging (with) a current or voltage signal can be generated and detected. The most effective pyroelectric materials are also ferroelectric, and they exhibit pyroelectric properties in the ferroelectric phase below their cue transition temperature. However, the dielectric constant of infrared detectors changes rapidly with temperature. It can also be constructed in known manner using ferroelectric polymeric materials that actuate at the cue points. This type of ferroelectric infrared detection element can also be configured as a capacitor by connecting electrodes to both surfaces 11 and 12.

これら焦電及び強誘電ポリマタイプの双方の検出素子は
本発明に基いて製造し、且つ取付けることができる。他
のタイプの赤外検出装置、例えばポリマー液晶装置も本
発明に基いて製造することができる。
Both pyroelectric and ferroelectric polymer type sensing elements can be manufactured and installed in accordance with the present invention. Other types of infrared detection devices, such as polymer liquid crystal devices, can also be manufactured according to the invention.

本発明は上述した例のみに限定されるものでなく、幾多
の変更を加え得ること勿論である。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-mentioned examples, but can be modified in many ways.

6

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1及び2図は本発明者が発明した新規な検出装置構造
であるが本発明の特徴を有しないものの放射吸収特性を
示すグラフ、 第3図は本発明赤外検出装置の一部分を示す概略図、 第4〜6図は本発明検出装置の種々のパラメータ値に対
する放射吸収特性を示すグラフ、第7図は単一検出素子
を有する本発明検出装置の一実施例の一部を回路図で示
す断面図、第8図は検出素子のアレイを有する本発明検
出装置の他の実施例の一部分の断面図、 第9〜l1図及び第14図は活性フィルムの支持層も具
える本発明検出装置の放射吸収特性を示すグラフ、 第12及び13図はこのような支持層で支持されたフィ
ルムを有する本発明赤外検出装置の一部を示す概略図で
ある。 10・・・フィルム 11・・・フィルムの第1表面 7 12・・・フィルムの第2表面 15・・・支持層 21・・・第1導体 22・・・第2導体 25・・・マウント装置 26・・・反射面 28・・・空隙 31・・・入射放射 32・・・反射放射 100・・・ガラスリング 121、122・・・導電性トラック 251・・・基板(導電ピラー) 252・・・バンプ 253・・・ハンダバンプ 254・・・接点パッド 255・・・半導体回路基板 256・・・ヘッダー 257・・・ホール 258・・・条溝 259・・・絶縁層 8 260・・・空所 261・・・ギャップ 300・・・窓
Figures 1 and 2 are graphs showing the radiation absorption characteristics of a new detection device structure invented by the present inventor, but which does not have the features of the present invention. Figure 3 is a schematic diagram showing a part of the infrared detector of the present invention. Figures 4 to 6 are graphs showing radiation absorption characteristics for various parameter values of the detection device of the present invention, and Figure 7 is a circuit diagram of a part of an embodiment of the detection device of the present invention having a single detection element. FIG. 8 is a sectional view of a portion of another embodiment of a detection device according to the invention having an array of detection elements; FIGS. Graphs showing the radiation absorption characteristics of the device. Figures 12 and 13 are schematic diagrams showing part of an infrared detection device of the invention having a film supported by such a support layer. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Film 11... First surface 7 of film 12... Second surface of film 15... Support layer 21... First conductor 22... Second conductor 25... Mounting device 26... Reflective surface 28... Gap 31... Incident radiation 32... Reflected radiation 100... Glass rings 121, 122... Conductive track 251... Substrate (conductive pillar) 252... - Bump 253... Solder bump 254... Contact pad 255... Semiconductor circuit board 256... Header 257... Hole 258... Groove 259... Insulating layer 8 260... Vacant space 261 ...Gap 300...Window

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、温度依存特性を有するフレキシブルフィルムを具え
た多層構造を放射通路に沿って有する少なくとも1つの
検出素子を具え、該検出素子の第1及び第2電気導体を
前記フィルムの第1及び第2対向表面上にそれぞれ設け
、入射放射に対面する第1表面上の第1導体を十分な面
積抵抗を与える抵抗層で構成して所定波長範囲内の入射
放射の大部分を吸収するようにし、且つ前記フィルムの
第2表面に対面する反射器をフィルムの背後に設けてフ
ィルムを透過した放射を反射させるようにした所定波長
範囲内の赤外放射を検出する赤外検出装置において、前
記反射器を前記フィルムの第2表面上の第2導体から放
射通路に沿って離隔部により離間させ、前記第1及び第
2導体間のフィルムの光学的厚さを前記波長範囲内の選
択波長の1/4より小さくし、放射通路に沿う前記多層
構造(前記フィルム及び前記離隔部を含む)の前記反射
器までの光学的厚さの和を前記選択波長の約1/4に等
しくし、且つ前記反射器に対面する第2導体は前記波長
範囲内の反射放射の大部分を吸収するに十分な実行面積
抵抗を与える抵抗層で構成したことを特徴とする赤外検
出装置。 2、前記第1及び第2導体の一方又は双方の抵抗層を入
射放射及び反射放射のそれぞれの方向において自由空間
に直面させると共に該抵抗層は自由空間の特性インピー
ダンスであるZoと約2・Zoとの間の範囲の面積抵抗
を与えるものとしたことを特徴とする請求項1に記載の
装置。 3、前記フィルムの下方に複数個の互に離間した支持素
子を存在させてフィルムを前記反射器の上方に空隙を介
して支持し、該空隙により前記反射器と前記第2導体の
少なくとも大部分との間の前記離隔部を与え、且つこれ
ら支持素子の少くとも1つに前記第2導体に対する電気
接続をフィルムの下方にて支持したことを特徴とする請
求項1又は2に記載の装置。 4、前記第1及び第2導体の双方の抵抗層を入射放射及
び反射放射のそれぞれの方向において自由空間に直面さ
せ、第2導体の自由空間により第2導体を前記反射器か
ら離間させる空隙を形成し、且つ第1及び第2導体間の
フィルムの光学的厚さと第2導体及び反射器間の空隙の
光学的厚さの和を選択波長の約1/4にしたことを特徴
とする請求項3に記載の装置。 5、前記フィルムは最大で0.5マイクロメートルの厚
さであることを特徴とする請求項4に記載の装置。 6、前記第1及び第2導体の少なくとも1方は入射放射
及び反射放射のそれぞれの方向においてそれらの直前に
フィルムを支持する電気絶縁性支持層を具え、該支持層
が前記多層構造の1部を構成することを特徴とする請求
項1〜3の何れかに記載の装置。 7、前記支持層の厚さはフィルムの厚さより大きくする
と共に最大で0.5マイクロメートルとし、且つ前記多
層構造は前記反射器の前に空間形成空隙を含むことを特
徴とする請求項6に記載の装置。 8、前記空隙はフィルムを支持する基板に設けた凹部で
形成したことを特徴とする請求項3、4又は7に記載の
装置。 9、前記フィルムは検出素子のアレーを具え、且つ前記
反射器に、フィルムの第2表面に沿って分布するバンプ
を設けて検出素子を反射器の上方に、所望の光学的厚さ
の空隙で支持し、且つ、各検出素子が個々の第2導体を
有し、個々の第2導体に対する電気接続をそれぞれ1つ
のバンプに支持したことを特徴とする請求項3、4、7
又は8に記載の装置。 10、前記基板は導電材料で形成して検出素子のアレー
とこれら検出素子からの信号を処理する下側半導体回路
との間のインタフェースを構成し、前記基板を条溝で導
電ピラーのアレーに分割して各検出素子と回路との間の
個々の接続導体を形成し、且つ前記導電ピラーのアレー
を条溝の少なくとも一部分内の絶縁材料で互に保持した
ことを特徴とする請求項9に記載の装置。 11、前記支持層により前記第2導体と前記反射器との
間の前記離隔部を与え、前記反射器を該支持層の一表面
上の反射表面層で形成したことを特徴とする請求項6に
記載の装置。 12、前記選択波長は入射放射の吸収が前記波長範囲に
亘ってほぼ最大になるように選択され、前記波長範囲が
約8μm〜14μmであることを特徴とする請求項1〜
11の何れかに記載の装置。 13、前記温度依存フィルムは強誘電及び/又は焦電特
性を有するラングミュアーブロジェフィルムであること
を特徴とする請求項1〜12の何れかに記載の装置。
Claims: 1. At least one sensing element having a multilayer structure comprising a flexible film with temperature-dependent properties along the radiation path, the first and second electrical conductors of the sensing element being connected to the film. on first and second opposing surfaces respectively, the first conductor on the first surface facing the incident radiation comprising a resistive layer providing sufficient sheet resistance to absorb a majority of the incident radiation within a predetermined wavelength range; and a reflector facing the second surface of the film is provided behind the film to reflect the radiation transmitted through the film. , the reflector is spaced along a radiation path from a second conductor on the second surface of the film by a spacing, and an optical thickness of the film between the first and second conductors is selected within the wavelength range. and the sum of the optical thicknesses of the multilayer structure (including the film and the standoff) along the radiation path to the reflector is equal to about 1/4 of the selected wavelength. , and wherein the second conductor facing the reflector is constituted by a resistive layer that provides an effective sheet resistance sufficient to absorb most of the reflected radiation within the wavelength range. 2. A resistive layer of one or both of the first and second conductors faces free space in each direction of incident radiation and reflected radiation, and the resistive layer has a characteristic impedance of free space, Zo, of approximately 2.Zo. 2. A device according to claim 1, characterized in that it provides a sheet resistance in the range between . 3. A plurality of spaced apart support elements are present below the film to support the film above the reflector through an air gap, the air gap providing at least a major portion of the reflector and the second conductor. 3. A device according to claim 1 or 2, characterized in that the spacing is provided between the support elements and at least one of these support elements supports an electrical connection to the second conductor below the film. 4. The resistive layers of both the first and second conductors face free space in respective directions of incident and reflected radiation, and the free space of the second conductor provides an air gap separating the second conductor from the reflector. and the sum of the optical thickness of the film between the first and second conductors and the optical thickness of the gap between the second conductor and the reflector is about 1/4 of the selected wavelength. The device according to item 3. 5. The device of claim 4, wherein the film is at most 0.5 micrometers thick. 6. At least one of said first and second conductors comprises an electrically insulating support layer supporting a film immediately in front thereof in each direction of incident radiation and reflected radiation, said support layer being part of said multilayer structure. The apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a. 7. The thickness of the support layer is greater than the thickness of the film and is at most 0.5 micrometers, and the multilayer structure includes a space-forming void in front of the reflector. The device described. 8. The device according to claim 3, 4 or 7, wherein the gap is formed by a recess provided in a substrate supporting the film. 9. The film comprises an array of detection elements, and the reflector is provided with bumps distributed along the second surface of the film to place the detection elements above the reflector in a gap of desired optical thickness. and each sensing element has an individual second conductor, and the electrical connections to the individual second conductors are each supported on one bump.
or the device described in 8. 10. The substrate is formed of a conductive material to constitute an interface between the array of sensing elements and a lower semiconductor circuit for processing the signals from these sensing elements, and the substrate is divided by grooves into an array of conductive pillars. 10. A conductive conductor according to claim 9, wherein the conductive pillar array is held together by an insulating material within at least a portion of the groove. equipment. 11. Claim 6, wherein the support layer provides the separation between the second conductor and the reflector, and the reflector is formed by a reflective surface layer on one surface of the support layer. The device described in. 12. The selected wavelength is selected such that absorption of the incident radiation is substantially maximal over the wavelength range, and the wavelength range is approximately 8 μm to 14 μm.
12. The device according to any one of 11. 13. The device according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the temperature-dependent film is a Langmuir-Bloger film having ferroelectric and/or pyroelectric properties.
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