JPH08166287A

JPH08166287A - 赤外線センサおよびそのセンサを用いた赤外線センサシステム

Info

Publication number: JPH08166287A
Application number: JP30802794A
Authority: JP
Inventors: Kayoko Goto; 佳代子後藤; Tatsuo Nakayama; 達雄中山; Satoshi Ito; 聡伊藤; Satoshi Tokushige; 智徳重
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-12-13
Filing date: 1994-12-13
Publication date: 1996-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】入射した赤外線の熱を効率よく吸収して感度
および応答性を向上させる。【構成】焦電薄膜素子１の受光面２に設ける受光電極
３の受光部４は、受光面２の形状と同じにして受光面２
の全面を被覆し、受光面２に露出部分をなくし、また焦
電薄膜素子１の受光面２と対向する引き出し側には、検
出部６を有する引き出し電極５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、焦電体薄膜素子を用い
た赤外線センサ、およびその赤外線センサを用いた赤外
線画像センサシステムのような赤外線センサシステムに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】焦電体を用いた赤外線センサは、焦電体
が、赤外線を吸収して温度が上昇したり、あるいは赤外
線の入射量が減少して温度が低下したりしたときに、そ
の温度変化と焦電体自体の物性に由来する焦電係数との
積に比例した電荷が発生するいわゆる焦電効果を利用し
て温度の検出、人体の検出、火災の検出などに用いられ
ている。

【０００３】従来における焦電型赤外線センサは、焦電
体セラミックを切削して数１００μｍから数１０μｍの
厚さにした素子を電極で挟持したバルクタイプであり、
素子に入射した赤外線は、ほぼ１００％吸収されて温度
上昇に比例した電荷を発生するが、素子の厚みが大きく
て熱容量が大きいため、感度および応答性が充分でなか
った。

【０００４】そこで、素子の熱容量を小さくするため
に、焦電体を薄膜化したものが実用化され、従来におけ
る焦電薄膜型赤外線センサは、図１１に示すように構成
され、また赤外線画像センサシステムは、図１１に示す
ような構成の赤外線センサを複数接続して図１２に示す
ように構成されていた。図１１および図１２において、
１１は受光面１２を備えた焦電薄膜素子、１３は受光部
１４および引き出し部１５を有する受光電極で、その受
光部１４は焦電薄膜素子１１の受光面１２よりも小さい
面積になっているので、受光面１２の一部は、受光部１
４により被覆されることなく露出している。１６は引き
出し部１７および検出部１８を有する引き出し電極であ
る。なお、受光電極１３の受光部１４と引き出し部１５
との厚みおよび幅は同一であり、また引き出し電極１６
の引き出し部１７と検出部１８との厚みおよび幅は同一
になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】焦電体を用いて高感度
の赤外線センサを得るには、焦電体としては焦電係数が
高く、赤外線の吸収率が高いことが好ましく、さらに、
温度変化を大きくし、応答性を良くするためには、熱容
量が小さい方が好ましい。

【０００６】従来の焦電薄膜型赤外線センサにあって
は、以下に説明するような問題点があった。

【０００７】焦電薄膜素子１１の厚みは、赤外線の透過
を考慮すると２〜３μｍより薄くはできないので、受光
電極１３による赤外線の吸収率を高くしている。受光電
極１３は、金属光沢を有するように厚いと赤外線を反射
するので、赤外線の吸収透過量を多くするために１００
〜２００オングストロームと極めて薄くしている。

【０００８】しかし、焦電薄膜素子１１の受光面１２
は、受光電極１３の受光部１４により全体が被覆されな
いで一部が露出しているので、この露出している部分に
おける赤外線の吸収率が低くなって赤外線センサの感度
が悪くなるという問題点を有していた。

【０００９】また、受光電極１３の受光部１４により被
覆されていない部分が存在することで、焦電薄膜素子１
１の熱容量は、受光部１４に対応して温度が上昇する部
分のそれよりも大きくなり、その結果、温度変化が小さ
く、赤外線センサの応答性が低下するという問題点も有
していた。

【００１０】さらに、赤外線センサの感度が低下する
と、複数の焦電薄膜素子１１を接続して赤外線画像セン
サシステムを形成した場合（図１２参照）、死角が生じ
たり、あるいは画素の輪郭がぼやけた不鮮明な熱画像が
できるという問題点があった。

【００１１】本発明は、焦電係数から得られる理論感度
に比べて感度の低下がなく、良好な感度、応答性が維持
できる赤外線センサを提供することを目的としており、
さらに、死角が小さく、鮮明な熱画像が得られる赤外線
センサシステムを提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の赤外線センサにおいては、受光側の少なく
とも受光面は受光電極の受光部により被覆し、引き出し
側には引き出し電極を設けた焦電薄膜素子を備えるもの
である。

【００１３】また、受光部の形状と受光面の表面形状と
を同じにしたり、あるいは、受光部の厚みは焦電薄膜素
子のそれよりも薄く、大きさは焦電薄膜素子のそれより
も大きくし、かつ焦電薄膜素子は樹脂により被覆した
り、あるいは、受光電極を金材により形成し、受光部の
厚みを他の部分、例えば引き出し部より厚くしたり、あ
るいは、引き出し電極の形状は、引き出し側の表面形状
と同じにしたり、あるいは、受光電極に、受光部の幅よ
り狭い幅の引き出し部を設けたりすることもできる。

【００１４】さらに、本発明の赤外線センサシステムに
おいては、受光側の少なくとも受光面は受光電極の受光
部により被覆し、引き出し側には引き出し電極を設けた
焦電薄膜素子を複数個接続したものである。

【００１５】

【作用】上記のように構成された赤外線センサ、および
赤外線センサシステムでは、焦電薄膜素子の受光面は、
全てが受光電極の受光部により被覆されており、焦電薄
膜素子の熱伝導率は一般に高いので、受光電極の受光部
で吸収された赤外線による熱は、熱伝導率が高い焦電薄
膜素子に効果的に伝導され、また温度変化も大きくなっ
て、高い感度、応答性が得られる。

【００１６】また、受光部の厚みは焦電薄膜素子のそれ
より薄く、面積は焦電薄膜素子のそれよりも大きくし、
焦電薄膜素子は樹脂により被覆すると、吸収された赤外
線による熱は、焦電薄膜素子に良好に伝導され、かつ被
覆する樹脂は比熱が小さく温度上昇が大きいので、この
熱が、温度上昇が少ない焦電薄膜素子へ良好に伝導され
る。

【００１７】また、受光電極を金材により形成し、受光
部の厚みを他の部分例えば引き出し部より厚くすると、
受光電極での熱吸収率が大きくなり、焦電薄膜素子の温
度変化を大きくすることができる。

【００１８】また、引き出し電極の形状を、引き出し側
の表面形状と同じにすると、引き出し電極が、焦電薄膜
素子を透過した赤外線を効率よく反射させて受光電極お
よび焦電薄膜素子で再び吸収させ、焦電薄膜素子の温度
上昇に利用することができる。

【００１９】さらに、受光電極に受光部の幅より狭い幅
の引き出し部を設けると、受光部からの熱の移動による
損失を低減できる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して実施例について説明す
る。

【００２１】（実施例１）赤外線センサの模式断面図を
示す図１において、１は受光面２を備えた焦電薄膜素
子、３は受光部４を有する受光電極で、その受光部４は
焦電薄膜素子１の受光面２の形状と同じにして受光面２
の全面を被覆し、受光面２の露出部分をなくしている。
５は焦電薄膜素子１の受光面２と対向する面に設けた検
出部６を有する引き出し電極である。なお、焦電薄膜素
子１は、チタン酸鉛などの強誘電体により形成され、受
光電極３は、膜厚が数１，０００オングストローム以下
のＮｉＣｒなどの金属薄膜からなり、形状はフォトリソ
グラフィーによりパターニングされている。

【００２２】受光電極３の受光部４より入射した赤外線
は、一部が受光部４で吸収されて受光電極３を昇温し、
残りが透過して受光面２より焦電薄膜素子１に吸収され
てこれを昇温する。しかし、焦電薄膜素子１において
は、受光面２に対応する部分以外に熱が伝導される部分
がないので、結果的に焦電薄膜素子１の熱容量が小さく
なり、温度変化が大きくなってセンサの感度、応答性が
向上する。なお、受光電極３の熱も焦電薄膜素子１の昇
温に関与する。

【００２３】（実施例２）赤外線センサの模式断面図を
示す図２において、受光電極３の受光部４は、焦電薄膜
素子１よりも厚みが薄く、その面積が大きく構成され、
且つ焦電薄膜素子１の受光面２を被覆している。なお、
７は焦電薄膜素子１の周囲を被覆する樹脂層で、ポリア
ミド樹脂などにより構成されている。

【００２４】焦電薄膜素子１は、比熱が大きく熱伝導率
が大きいが、一方、樹脂層７は、比熱が小さく熱伝導率
が小さいので、受光電極３の受光部４により吸収された
赤外線によって、受光電極３の温度は上昇し、ついで焦
電薄膜素子１もしくは樹脂層７へ、その熱が伝導され
る。しかし、樹脂層７は比熱が小さく熱伝導率が小さい
ので、樹脂層７の温度上昇は大きくなるが、焦電薄膜素
子１は比熱が大きいので、温度上昇が少なくなって、樹
脂層７から焦電薄膜素子１への熱の移動が発生する。そ
の結果、受光電極３が吸収した赤外線による熱は、焦電
薄膜素子１に効率よく伝導されることになり、センサの
感度、応答性が向上する。

【００２５】（実施例３）赤外線センサの模式断面図を
示す図３において、受光電極３は金黒を材質として形成
され、引き出し部８を有し、受光部４の厚みは、この引
き出し部８の厚みよりも大きくしている。

【００２６】受光電極３を金黒により形成しているの
で、受光電極３における赤外線の吸収率が高くなって熱
吸収が大きくなり、その結果、その熱に関与される焦電
薄膜素子１の温度変化が大きくなって感度、応答性が上
昇する。さらに、受光電極３の引き出し部８の厚みが薄
くなっているので、受光部４以外への熱移動は小さくす
ることができ、焦電薄膜素子１への熱移動を増加させて
センサの感度、応答性を向上させることができる。

【００２７】（実施例４）赤外線センサの模式断面図を
示す図４において、引き出し電極５の形状は、焦電薄膜
素子１の引き出し側を全て被覆するように、これと同じ
形状にし、赤外線を透過吸収する薄い受光電極３の形状
は、受光側を全て被覆するようにこれと同じ形状にする
ことにより、引き出し電極５と受光電極３とは対向する
同じ形状になっている。なお、引き出し電極５の膜厚は
１，０００オングストローム以上と受光電極３のそれよ
りも厚くして赤外線の反射率を高くしている。

【００２８】引き出し電極５の厚みが大きくて金属光沢
を有すると、受光電極３および焦電薄膜素子１を透過し
た赤外線は、引き出し電極５において反射され、再び焦
電薄膜素子１および受光電極３で吸収される。しかし、
引き出し電極５の形状が受光電極３のそれと異なってい
ると、赤外線が焦電薄膜素子１を透過しても引き出し電
極５と接触することなく素通りしてしまったり、引き出
し電極５により反射されても受光電極３と接触せずに吸
収されないこともある。

【００２９】焦電薄膜素子１の受光側は全て受光電極３
により被覆し、引き出し側は引き出し電極５により全て
被覆するように形成すると、入射した赤外線は、焦電薄
膜素子１を素通りしたり、引き出し電極５により反射さ
れた赤外線が受光電極３より外れたりすることがなくな
り、焦電薄膜素子１に効率よく吸収されてセンサの感
度、応答性が向上する。

【００３０】（実施例５）赤外線センサの模式斜視図を
示す図５において、受光電極３の受光部４の形状は、焦
電薄膜素子１の受光側の形状と同一にし、引き出し部８
の幅は、受光部４の幅よりも狭くしている。

【００３１】受光電極３の受光部４により吸収された赤
外線は、受光電極３の温度を上昇させ、その熱は焦電薄
膜素子１へ伝熱されるが、受光電極３の熱伝導率が大き
いので、受光部４の熱は引き出し部８にも移動して正確
な温度に上昇しなくなる。しかし、引き出し部８の幅
が、受光部４のそれよりも小さくしているので、受光部
４より引き出し部８への熱の移動が極力抑えられ、焦電
薄膜素子１へ熱を良好に移動させることができるので、
センサの感度、応答性が向上する。

【００３２】（実施例６）複数個の焦電薄膜素子１を接
続して形成している赤外線画像センサシステムの模式断
面図を示す図６において、受光電極３の受光部４の形状
は、焦電薄膜素子１の受光側の形状と同一になってい
る。

【００３３】焦電薄膜素子１は、受光電極３により受光
側の全面で赤外線を受光し、受光電極３が関与しない余
分な熱容量部分がないので、赤外線の入射量の変化に追
随して正確に焦電薄膜素子１の温度を変化させることが
でき、その感度、応答性が向上する。また、焦電薄膜素
子１の受光側で受光した赤外線は、全て受光電極３を介
して吸収するので感度が均一となり、視野がぼやけた
り、死角が発生したりして、ぼやけた熱画像となること
もなくなる。

【００３４】（実施例７）赤外線画像センサシステムの
模式断面図を示す図７において、受光電極３は、焦電薄
膜素子１よりも厚みは薄く、その面積は大きくし、複数
個を接続した焦電薄膜素子１の周囲は樹脂層７により被
覆している。

【００３５】焦電薄膜素子１は、比熱が大きく熱伝導率
が大きいが、一方、樹脂層７は、比熱が小さく熱伝導率
が小さいので、受光電極３により吸収された赤外線によ
って、受光電極３の温度は上昇し、焦電薄膜素子１もし
くは樹脂層７への熱の伝導が行われる。しかし、樹脂層
７は比熱が小さく熱伝導率が小さいので、樹脂層７の温
度上昇は大きくなるが、焦電薄膜素子１は比熱が大きい
ので、温度上昇が少なくなって、樹脂層７から焦電薄膜
素子１へと熱が移動する。その結果、受光電極３が吸収
した赤外線による熱は、焦電薄膜素子１に効率よく伝導
されることになり、センサシステムの感度、応答性が向
上する。

【００３６】（実施例８）赤外線画像センサシステムの
模式断面図を示す図８において、複数個を接続する焦電
薄膜素子１の受光側に設ける受光電極３は金黒を材質と
して形成し、引き出し部８を有し、受光部４の厚みは、
この引き出し部８の厚みよりも大きくしている。

【００３７】受光電極３を金黒により形成しているの
で、受光電極３における赤外線の吸収率が高くなって熱
の吸収が大きくなり、その熱により温度が上昇する焦電
薄膜素子１の温度変化が大きくなって応答性が良くな
る。さらに、受光電極３の引き出し部８の厚みが薄くな
っているので、受光部４以外への熱移動は小さくするこ
とができ、焦電薄膜素子１への熱の移動を増加させてセ
ンサシステムの感度を向上させることができる。

【００３８】（実施例９）赤外線画像センサシステムの
模式断面図を示す図９において、複数個を接続する焦電
薄膜素子１に設けた引き出し電極５の形状は、引き出し
側の形状と同じにしてこれを全て被覆しており、赤外線
を透過吸収する薄い受光電極３の形状は、受光側の形状
と同じにしてこれを全て被覆しており、引き出し電極５
と受光電極３とは対向する同じ形状となつている。な
お、引き出し電極５の膜厚は１，０００オングストロー
ム以上と受光電極３のそれよりも厚くして赤外線の反射
率を良くしている。

【００３９】引き出し電極５の厚みが大きくて金属光沢
を有すると、受光電極３および焦電薄膜素子１を透過し
た赤外線は、引き出し電極５において反射され、再び焦
電薄膜素子１および受光電極３で吸収される。しかし、
引き出し電極５の形状が受光電極３のそれと異なってい
ると、赤外線が焦電薄膜素子１を透過しても引き出し電
極５と接触することなく素通りしてしまったり、引き出
し電極５により反射されても受光電極３と接触せずに吸
収されないこともある。

【００４０】焦電薄膜素子１の受光側は全て受光電極３
により被覆し、引き出し側は引き出し電極５により全て
被覆するように形成すると、入射した赤外線は、焦電薄
膜素子１を素通りしたり、引き出し電極５により反射さ
れた赤外線が受光電極３より外れたりすることがなくな
り、焦電薄膜素子１に効率よく吸収されてセンサシステ
ムの感度、応答性が向上する。

【００４１】（実施例１０）赤外線画像センサシステム
の模式斜視図を示す図１０において、受光電極３の受光
部４の形状は、複数個を接続する焦電薄膜素子１の受光
側の形状と同一にし、引き出し部８の幅は、受光部４の
幅よりも狭くしている。

【００４２】受光電極３の受光部４により吸収された赤
外線は、受光電極３の温度を上昇させ、その熱は焦電薄
膜素子１へ伝熱されるが、受光電極３の熱伝導率が大き
いので、受光部４の熱は引き出し部８にも移動して正確
な温度に上昇しなくなる。しかし、引き出し部８の幅
が、受光部４のそれよりも小さくしているので、受光部
４より引き出し部８への熱の移動が極力抑えられ、熱は
効率良く焦電薄膜素子１へ移動させることができるの
で、センサシステムの感度、応答性が向上する。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４４】赤外線センサおよび赤外線センサシステム
においては、入射した赤外線による熱が、焦電薄膜素子
に効率良く吸収され、その上、焦電薄膜素子の温度変化
も大きくなるので、その感度および応答性を向上させる
ことができ、さらに、赤外線センサシステムにおいて
は、クロストークを小さく抑えることができるので視野
がぼやけたりすることはなく、死角を小さくできるの
で、ぼやけた熱画像になることもなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における赤外線センサの模式
断面図

【図２】本発明の実施例２における赤外線センサの模式
断面図

【図３】本発明の実施例３における赤外線センサの模式
断面図

【図４】本発明の実施例４における赤外線センサの模式
断面図

【図５】本発明の実施例５における赤外線センサの模式
斜視図

【図６】本発明の実施例６における赤外線画像センサシ
ステムの模式断面図

【図７】本発明の実施例７における赤外線画像センサシ
ステムの模式断面図

【図８】本発明の実施例８における赤外線画像センサシ
ステムの模式断面図

【図９】本発明の実施例９における赤外線画像センサシ
ステムの模式断面図

【図１０】本発明の実施例１０における赤外線画像セン
サシステムの模式斜視図

【図１１】従来における赤外線センサの模式斜視図

【図１２】従来における赤外線画像センサシステムの模
式斜視図

【符号の説明】

１焦電薄膜素子２受光面３受光電極４受光部５引き出し電極７樹脂層８引き出し部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者徳重智大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受光側は少なくとも受光面を受光電極の
受光部により被覆し、引き出し側には引き出し電極を設
けた焦電薄膜素子を有する赤外線センサ。
【請求項２】受光電極の受光部の形状と、焦電薄膜素
子の受光面の表面形状とを同じにした請求項１記載の赤
外線センサ。
【請求項３】受光電極の受光部の厚みは焦電薄膜素子
のそれよりも薄く、受光部の大きさは焦電薄膜素子のそ
れよりも大きく、かつ焦電薄膜素子は樹脂により被覆し
た請求項１記載の赤外線センサ。
【請求項４】受光電極を金材により形成し、その受光
部の厚みは他の部分よりも厚くした請求項１記載の赤外
線センサ。
【請求項５】引き出し電極の形状と、焦電薄膜素子の
引き出し側の表面形状とを同じにした請求項１記載の赤
外線センサ。
【請求項６】受光電極に、その受光部の幅より狭い幅
の引き出し部を設けた請求項１記載の赤外線センサ。
【請求項７】受光側の少なくとも受光面は受光電極の
受光部により被覆し、引き出し側には引き出し電極を設
けた焦電薄膜素子を複数個接続した赤外線センサシステ
ム。
【請求項８】受光電極の受光部の形状と、焦電薄膜素
子の受光面の表面形状とを同じにした請求項７記載の赤
外線センサシステム。
【請求項９】受光電極の受光部の厚みは焦電薄膜素子
のそれよりも薄く、受光部の大きさは焦電薄膜素子のそ
れよりも大きく、かつ焦電薄膜素子は樹脂により被覆し
た請求項７記載の赤外線センサシステム。
【請求項１０】受光電極を金材により形成し、その受
光部の厚みは他の部分より厚くした請求項７記載の赤外
線センサシステム。
【請求項１１】引き出し電極の形状と、焦電薄膜素子
の引き出し側の表面形状とを同じにした請求項７記載の
赤外線センサシステム。
【請求項１２】受光電極に、その受光部の幅より狭い
幅の引き出し部を設けた請求項７記載の赤外線センサシ
ステム。