JPH05164607A - 温度補償型焦電型赤外線検出器 - Google Patents

温度補償型焦電型赤外線検出器

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JPH05164607A
JPH05164607A JP3349973A JP34997391A JPH05164607A JP H05164607 A JPH05164607 A JP H05164607A JP 3349973 A JP3349973 A JP 3349973A JP 34997391 A JP34997391 A JP 34997391A JP H05164607 A JPH05164607 A JP H05164607A
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JP
Japan
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pyroelectric element
pyroelectric
infrared
conductor
heat
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JP3349973A
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English (en)
Inventor
Shinya Nozu
真也 野津
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 焦電素子の熱伝導と熱容量を小さくした高感
度の温度補償型焦電型赤外線検出器を提供する。 【構成】 第1の焦電素子11と第2の焦電素子12とを分
極方向が向かい合わせの状態で隙間Fを介して配設す
る。第1の焦電素子11と第2の焦電素子12の対向電極
5,6を微小断面積の導電体15によって接続し、第1の
焦電素子11から第2の焦電素子12への熱伝導を小さく
し、かつ、焦電素子11,12の熱容量を小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は焦電素子を利用した温度
補償型焦電型赤外線検出器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】周知のように、焦電素子には赤外線等の
外部からの熱変化を受けると電荷を発生するという焦電
効果がある。自動ドアの開閉等に用いる赤外線検出器に
は前記焦電素子が利用され、人体から出る赤外線を焦電
素子の焦電効果を利用して検出し、この検出信号を用い
て自動ドアの開閉制御が行われている。しかしながら、
上記赤外線検出器は周囲環境の温度変化等により誤動作
し易いので、最近では、この周囲環境の温度変化に対し
て誤動作を防止する温度補償型焦電型赤外線検出器が主
流を占めつつある。
【0003】図7には従来の温度補償型焦電型赤外線検
出器の主要部の構成が示されている。同図において、赤
外線検出用の第1の焦電素子11と温度補償用の第2の焦
電素子12とは分極方向を向かい合わせにして対向配置さ
れている。第1の焦電素子11と第2の焦電素子12の対向
面18,19には電極5,6(例えば銅,銀,ニッケル,ク
ロムなど)が蒸着あるいはスパッタ、印刷等の方法で形
成され、電極5,6は互いに全面を当接させて導通接続
されている。この第1の焦電素子11と第2の焦電素子12
との間には接着剤13が注入され、第1の焦電素子11と第
2の焦電素子12とはべた付け接着されている。また、第
1の焦電素子11の上部表面16には電極7が形成され、第
2の焦電素子12の下部表面17には電極8が形成されてお
り、この電極7,8には外部引き出し端子9,10が接続
されている。そして電極7の表面上には赤外線受光部4
(黒色インク,ニッケル−クロム,黒色金など)が印
刷、蒸着等の方法により形成されている。これらの焦電
素子11,12はハーメチックシール等よりなるケース2内
に収納されており、ケース2の天井部分には赤外線受光
部4に対向させてシリコン等の赤外線透過窓3が取り付
けられている。
【0004】赤外線透過窓3から人体等からの赤外線が
入射すると、この赤外線は赤外線受光部4に吸収されて
第1の焦電素子11へ熱を伝達する。第1の焦電素子11は
この熱を焦電効果により電気信号に変換して出力する。
また、前記ケース2の周囲の温度変化等により第1の焦
電素子11と第2の焦電素子12が同時に温度変化を受けた
場合には、焦電素子11,12の分極方向を向かい合わせに
して両者11,12を接続した構成により、焦電素子11,12
にそれぞれ発生する出力は互いに相殺され、誤動作が防
止される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に焦電
型赤外線検出器の感度Rvは次の式で決まる。Rv=η
・ω・A・R(λ/G)×(1+ω2 τt2 -1/2(1
+ω2 τe2 -1/2=η・ω・A・R・λ×(G2 +ω
2 2 -1/2(1+ω2 τe2 -1/2 ここでηは素子
の放射率、ωはチョッピング周波数、Aは電極面積、R
は素子抵抗と検出回路中に含むFET(電界効果トラン
ジスタ)のチャンネル抵抗の並列抵抗値、λは焦電係
数、Gは熱拡散係数、Hは素子の熱容量、τt(=H/
G)は熱時定数、τe(=C×R)は電気時定数であ
る。これらの式において、η,ω,λ,A,R,τeは
電極面積Aが決まれば一義に決まるが、熱拡散係数Gお
よび熱時定数τt=H/Gは焦電素子11,12の支持方
法、接着方法等で大きく変化する。
【0006】ここで、熱拡散係数Gは焦電素子の熱放射
と第1の焦電素子11から第2の焦電素子12への熱伝導に
よって決まるが、上記式より感度Rvを大きくするため
には熱拡散係数Gは小さいことが必要である。焦電素子
の熱放射は素子の持つ材料持性で決まるためGを小さく
するためには第1の焦電素子11から第2の焦電素子12へ
の熱伝導を小さくしなければならない。また、素子の熱
容量Hは、素子の体積比熱と体積で決まるが、小さな入
射エネルギで大きな温度変化を得るには、熱容量が小さ
い方がよいため、上記式より感度Rvを大きくするため
にはHを小さくすることが必要である。すなわち、赤外
線検出器の感度を高めるには第1の焦電素子11から第2
の焦電素子12への熱伝導と素子11,12の熱容量を小さく
すればよいことになる。
【0007】ここで、上記概念を図7に当てはめると、
第1の焦電素子11から第2の焦電素子12への熱伝導は焦
電素子11,12のそれぞれの対向電極5,6が全面当接し
ているため、この当接部分から熱伝達され、かつ、接着
剤13が素子11,12の全面を覆う状態でべた付けされてい
るので、このべた付け部分からも熱伝達され、第1の焦
電素子11から第2の焦電素子12への熱伝導は非常に大き
いものとなる。また、熱容量的には対向電極5,6と接
着剤13の体積が大きいので、焦電素子の体積が増加した
状態となり、素子の熱容量Hは大きくなる。このため、
上記従来の構造においては、その出力感度は著しく低下
してしまうという問題がある。
【0008】そこで、本発明者は前記式を基に検討した
結果、感度の高い理想的な温度補償型焦電型赤外線検出
器を着想するに至った。図6は前記理想的な温度補償型
焦電型赤外線検出器の概念図を示したものである。すな
わち、焦電素子の熱伝導と熱容量を小さくするために、
第1の焦電素子11と第2の焦電素子12とを隙間Fを介し
て配設し、この隙間Fにより両者11,12を熱的に絶縁
し、また、前記焦電素子11,12の向かい合った電極5,
6とを熱伝導が無限小の電線14によって電気的に接続し
たものである。これにより第1の焦電素子11から第2の
焦電素子12への熱伝導はなく、また、焦電素子11の熱容
量を小さくすることができるので、焦電素子11は本来の
能力を100 %発揮することが可能となる。しかるに、前
記概念図は理想的なものであり、隙間Fに焦電素子11を
支持なしに浮かすということは量産を前提とすると非現
実的である。
【0009】本発明は、前記理想的着想を具体化するた
めになされたものであり、その目的は、素子の熱伝導と
熱容量を小さくして高感度の温度補償型焦電型赤外線検
出器を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、次のように構成されている。すなわち、赤
外線検出用の第1の焦電素子と、温度補償用の第2の焦
電素子とが分極方向を向かい合わせにして対向配置さ
れ、第1の焦電素子と第2の焦電素子の各対向面には電
極が形成され、この対向する電極が導通接続されて第1
の焦電素子と第2の焦電素子とが直列接続されて成る温
度補償型焦電型赤外線検出器において、前記第1の焦電
素子と第2の焦電素子は隙間を介して対向配置され、第
1の焦電素子と第2の焦電素子との対向する電極は微小
断面積の導電体を用いて接続されていることを特徴とし
て構成されている。
【0011】
【作用】入射した赤外線の熱を第1の焦電素子の焦電効
果によって電気信号に変換し電圧出力する。このとき、
第1の焦電素子と第2の焦電素子は隙間を介して配設さ
れ、また、第1の焦電素子と第2の焦電素子の電極同士
は微小断面積の導電体を介して接続されることで、第1
の焦電素子から第2の焦電素子への熱伝導が小さくな
り、素子の熱容量も小さくなって、赤外線の検出感度が
高められる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一の
名称部分には同一符号を付し、その詳細な重複説明は省
略する。
【0013】図1には本実施例に係る温度補償型焦電型
赤外線検出器の説明図が示されている。本実施例におい
て特徴的なことは、前記理想的な着想を具体化したもの
で第1の焦電素子から第2の焦電素子への熱伝導を小さ
く抑え、素子の熱容量を小さくするために、第1の焦電
素子と第2の焦電素子とを隙間を介して配設し、両素子
間を熱的に絶縁し、さらに微小断面積の導電体を用いて
第1の焦電素子と第2の焦電素子とを接続する構造にし
たことであり、それ以外の構成は前記従来例と同様であ
る。本実施例をより詳しく説明すれば、図1において第
1の焦電素子11と第2の焦電素子12とは隙間Fを介して
分極方向を向かい合わせて配設され、この隙間Fによ
り、第1の焦電素子11と第2の焦電素子12とは熱的に絶
縁されている。また、両焦電素子11,12の対向電極5,
6は微小断面積の導電体15によって接続され、同時に焦
電素子11は微小断面積の導電支持体20で支持されてい
る。この実施例では、図2に示すように、微小断面積の
導電体15は電極6上の中央部に1個、導電支持体20は第
2の焦電素子12上の周端側に4個設けられている。な
お、前記微小断面積の導電体15や導電支持体20は、例え
ば、導電ペーストを焦電素子12上に点状および山型状に
ごく少量盛って硬化させ、山型の頂上部分に再び僅かな
量の導電ペーストを付けることによって形成するか、あ
るいは、導電性の微小断面積の柱状体によって形成し、
これらの導電ペーストや柱状体を用いて焦電素子11,12
が接続支持されている。
【0014】この実施例によれば、赤外線透過窓3から
赤外線が入射したときに、この赤外線は赤外線受光部4
に吸収されて第1の焦電素子11に熱を伝達する。このと
き、第1の焦電素子11と第2の焦電素子12とは隙間Fを
介して対向配置することにより両者11,12間の熱的絶縁
が図られ、かつ、第1の焦電素子11と第2の焦電素子12
とが微小断面積の導電体15や導電支持体20によって支持
接続されているので、第1の焦電素子11から第2の焦電
素子12への熱伝導が小さくなり、素子の熱容量も小さく
なって、赤外線の検出感度を高めることができる。この
検出感度は導電体15の接触面積と電極5の平面積との割
合を小さくすることにより高めることができる。本発明
者はこのことを確かめるために、導電体15の前記接触面
積の割合と、焦電素子11の感度との関係を実験によって
求めた。その結果図5に示すようなグラフが得られた。
ここで、横軸には導電体15の接触面積と電極面積との比
が示され、縦軸には素子の感度が示されている。これに
より素子の高感度領域を確保するためには接触面積/電
極面積の比は30数%以下が望ましいことがわかる。
【0015】なお、本発明は上記各実施例に限定される
ことはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上
記実施例では、焦電素子11,12の対向電極5,6間に微
小断面積の導電体15を1個設け、焦電素子11,12の対向
面18,19間に導電支持体20を4個設けたが、図3の
(a),(b),(c)のように電極6上に3個,4
個,5個等の微小断面積の導電体15を設けてもよい。ま
た、図4に示すように、電極6上にリング状の微小断面
積の導電体15を設けてもよく、その数量、形状は問わな
い。この場合、導電体15の接触面積/電極面積比が30数
%以下となるように構成することになる。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、第1の焦電素子と第2
の焦電素子とを隙間を介して対向配置し、第1の焦電素
子と第2の焦電素子とを微小断面積の導電体によって接
続したので、第1の焦電素子から第2の焦電素子への熱
伝導は小さくなり、第1の焦電素子の熱容量も小さくな
るため、赤外線の検出感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係る温度補償型焦電型赤外線検出器
の主要部構成の説明図である。
【図2】同温度補償型焦電型赤外線検出器の微小断面積
導電体の配設状態の説明図である。
【図3】同温度補償型焦電型赤外線検出器の他構造の微
小断面積導電体の配置説明図である。
【図4】同温度補償型焦電型赤外線検出器のさらに他構
造の微小断面積導電体の説明図である。
【図5】温度補償型焦電型赤外線検出器の感度と電極面
積に対する微小断面積導電体の接触面積比との関係を示
すグラフである。
【図6】温度補償型焦電型赤外線検出器の理想的な概念
図である。
【図7】従来の温度補償型焦電型赤外線検出器の主要部
構成の説明図である。
【符号の説明】
3 赤外線透過窓 5 電極 11 第1の焦電素子 12 第2の焦電素子 15 微小断面積の導電体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 赤外線検出用の第1の焦電素子と、温度
    補償用の第2の焦電素子とが分極方向を向かい合わせに
    して対向配置され、第1の焦電素子と第2の焦電素子の
    各対向面には電極が形成され、この対向する電極が導通
    接続されて第1の焦電素子と第2の焦電素子とが直列接
    続されて成る温度補償型焦電型赤外線検出器において、
    前記第1の焦電素子と第2の焦電素子は隙間を介して対
    向配置され、第1の焦電素子と第2の焦電素子との対向
    する電極は微小断面積の導電体を用いて接続されている
    ことを特徴とする温度補償型焦電型赤外線検出器。
JP3349973A 1991-12-10 1991-12-10 温度補償型焦電型赤外線検出器 Pending JPH05164607A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6262418B1 (en) * 1997-10-24 2001-07-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Thermal type infrared sensing device, fabrication method for thermal type infrared sensing device, and infrared imaging system and infrared imaging apparatus
KR100363262B1 (ko) * 2001-01-18 2002-12-05 삼성전자 주식회사 초전체 전자 방출을 이용한 비냉각식 적외선 센서
CN111312316A (zh) * 2018-12-11 2020-06-19 三星电子株式会社 非易失性存储器装置和存储器系统

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