JPH1048042A - 焦電型赤外線センサ - Google Patents
焦電型赤外線センサInfo
- Publication number
- JPH1048042A JPH1048042A JP8205875A JP20587596A JPH1048042A JP H1048042 A JPH1048042 A JP H1048042A JP 8205875 A JP8205875 A JP 8205875A JP 20587596 A JP20587596 A JP 20587596A JP H1048042 A JPH1048042 A JP H1048042A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- pyroelectric
- electron
- infrared sensor
- pyroelectric body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 25
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 12
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910019653 Mg1/3Nb2/3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000006903 response to temperature Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 既存の焦電型赤外線センサのように赤外線
の入射を人為的に断続変化させてやる必要のない、強誘
電体からの電子放出現象を利用した、新しい原理に基づ
く新型の焦電型赤外線センサを提供する。 【解決手段】 焦電体１と、焦電体１をその自発分極方
向の正負両側から挟んで接触するように形成された第１
電極２及び第２電極３と、焦電体１の第１電極２側から
焦電体１外部に放出される電子を捕獲または検出する電
子検出手段４とを、内部が真空または略真空状態の真空
容器６内に備えてなり、第１電極２に電子検出手段４に
向けて電子を放出容易な電子放出部２ａを設けてあり、
真空容器６外部からの赤外線１１を内部に透過させ焦電
体１を加熱可能な構造とし、焦電体１の分極方向を変化
させるパルス電圧を第１電極２と第２電極３間に印加す
るパルス電圧印加手段１０を備える。
の入射を人為的に断続変化させてやる必要のない、強誘
電体からの電子放出現象を利用した、新しい原理に基づ
く新型の焦電型赤外線センサを提供する。 【解決手段】 焦電体１と、焦電体１をその自発分極方
向の正負両側から挟んで接触するように形成された第１
電極２及び第２電極３と、焦電体１の第１電極２側から
焦電体１外部に放出される電子を捕獲または検出する電
子検出手段４とを、内部が真空または略真空状態の真空
容器６内に備えてなり、第１電極２に電子検出手段４に
向けて電子を放出容易な電子放出部２ａを設けてあり、
真空容器６外部からの赤外線１１を内部に透過させ焦電
体１を加熱可能な構造とし、焦電体１の分極方向を変化
させるパルス電圧を第１電極２と第２電極３間に印加す
るパルス電圧印加手段１０を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、焦電型赤外線セン
サに関する。
サに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の焦電型赤外線センサとしては、焦
電効果を示す結晶体の上下両面に電極を付け、例えば上
面電極に赤外線を吸収可能な黒色体を付け、上部から赤
外線が断続的に入射すると、その赤外吸収によって生じ
る温度上昇の変化に対応した前記結晶体の自発分極が変
化し、その自発分極の変化量に比例して前記電極間の電
圧が変化し、その電圧変化を電界効果トランジスタのよ
うな高入力インピーダンスのヘッドアンプで検出するも
のがあった。
電効果を示す結晶体の上下両面に電極を付け、例えば上
面電極に赤外線を吸収可能な黒色体を付け、上部から赤
外線が断続的に入射すると、その赤外吸収によって生じ
る温度上昇の変化に対応した前記結晶体の自発分極が変
化し、その自発分極の変化量に比例して前記電極間の電
圧が変化し、その電圧変化を電界効果トランジスタのよ
うな高入力インピーダンスのヘッドアンプで検出するも
のがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
焦電効果は、原理的には温度の絶対値ではなく温度変化
によって現れるために、定常温度を測定することはでき
ず、従来の焦電型赤外線センサは、赤外線の入射を機械
的チョッパー等で人為的に断続変化させてやる必要があ
った。ところで、上記の焦電効果や圧電効果を有する強
誘電体において発生する自発分極が外部電界の変化に追
従して反転する際に、前記強誘電体より電子放出が発生
する現象が報告されている。（「生産と技術」Ｖｏｌ．
４５ Ｎｏ．４、１９９３年） 本発明は、上述した従来技術による焦電型赤外線センサ
の持つ問題点を解消すると共に、前掲の強誘電体からの
電子放出現象に着目し、焦電体の自発分極の方向の変化
によって生じる焦電体の電子放出現象を利用した、全く
新しい型の、新しい原理に基づく焦電型赤外線センサを
提供することを目的としている。
焦電効果は、原理的には温度の絶対値ではなく温度変化
によって現れるために、定常温度を測定することはでき
ず、従来の焦電型赤外線センサは、赤外線の入射を機械
的チョッパー等で人為的に断続変化させてやる必要があ
った。ところで、上記の焦電効果や圧電効果を有する強
誘電体において発生する自発分極が外部電界の変化に追
従して反転する際に、前記強誘電体より電子放出が発生
する現象が報告されている。（「生産と技術」Ｖｏｌ．
４５ Ｎｏ．４、１９９３年） 本発明は、上述した従来技術による焦電型赤外線センサ
の持つ問題点を解消すると共に、前掲の強誘電体からの
電子放出現象に着目し、焦電体の自発分極の方向の変化
によって生じる焦電体の電子放出現象を利用した、全く
新しい型の、新しい原理に基づく焦電型赤外線センサを
提供することを目的としている。
【０００４】
〔構成〕この目的を達成するための本発明による焦電型
赤外線センサの第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項１に記載した通り、焦電体と、前記焦電体をそ
の自発分極方向の正負両側から挟んで接触するように形
成された第１電極及び第２電極と、前記焦電体の前記第
１電極側から前記焦電体外部に放出される電子を捕獲ま
たは検出する電子検出手段とを、内部が真空または略真
空状態の真空容器内に備えてなり、前記第１電極に前記
電子検出手段に向けて電子を放出容易な電子放出部を設
けてあり、前記真空容器外部からの赤外線を内部に透過
させ前記焦電体を加熱可能な構造とし、前記焦電体の分
極方向を変化させるパルス電圧を前記第１電極と前記第
２電極間に印加するパルス電圧印加手段を備えた点にあ
る。
赤外線センサの第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄
の請求項１に記載した通り、焦電体と、前記焦電体をそ
の自発分極方向の正負両側から挟んで接触するように形
成された第１電極及び第２電極と、前記焦電体の前記第
１電極側から前記焦電体外部に放出される電子を捕獲ま
たは検出する電子検出手段とを、内部が真空または略真
空状態の真空容器内に備えてなり、前記第１電極に前記
電子検出手段に向けて電子を放出容易な電子放出部を設
けてあり、前記真空容器外部からの赤外線を内部に透過
させ前記焦電体を加熱可能な構造とし、前記焦電体の分
極方向を変化させるパルス電圧を前記第１電極と前記第
２電極間に印加するパルス電圧印加手段を備えた点にあ
る。
【０００５】本発明による焦電型赤外線センサの第二の
特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載した
通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記焦電体の温
度を調節可能な温度制御手段を備えた点にある。
特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項２に記載した
通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記焦電体の温
度を調節可能な温度制御手段を備えた点にある。
【０００６】本発明による焦電型赤外線センサの第三の
特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項３に記載した
通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記
第１電極が放出した電子を入射して前記電子検出手段に
向け２次電子を放出する電子増倍手段を前記真空容器内
の前記第１電極と前記電子検出手段の間に備えた点にあ
る。
特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項３に記載した
通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記
第１電極が放出した電子を入射して前記電子検出手段に
向け２次電子を放出する電子増倍手段を前記真空容器内
の前記第１電極と前記電子検出手段の間に備えた点にあ
る。
【０００７】本発明による焦電型赤外線センサの第四の
特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項４に記載した
通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記電子増倍手
段がダイノード形二次電子増倍器またはマルチチャンネ
ルプレートであり、前記電子検出手段が前記第１電極よ
り正の電圧を印加可能なコレクタ電極である点にある。
特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項４に記載した
通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記電子増倍手
段がダイノード形二次電子増倍器またはマルチチャンネ
ルプレートであり、前記電子検出手段が前記第１電極よ
り正の電圧を印加可能なコレクタ電極である点にある。
【０００８】本発明による焦電型赤外線センサの第五の
特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項５に記載した
通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記電子増倍手
段がマルチチャンネルプレートであり、前記電子検出手
段が前記マルチチャンネルプレートから放出される電子
を２次元的に検出する２次元電子検出手段である点にあ
る。
特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項５に記載した
通り、上述の第三の特徴構成に加えて、前記電子増倍手
段がマルチチャンネルプレートであり、前記電子検出手
段が前記マルチチャンネルプレートから放出される電子
を２次元的に検出する２次元電子検出手段である点にあ
る。
【０００９】本発明による焦電型赤外線センサの第六の
特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項６に記載した
通り、上述の第一、第二、第三、第四または第五の特徴
構成に加えて、前記電子放出部が前記第１電極に設けら
れた前記焦電体を露出させる露出部である点にある。
特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項６に記載した
通り、上述の第一、第二、第三、第四または第五の特徴
構成に加えて、前記電子放出部が前記第１電極に設けら
れた前記焦電体を露出させる露出部である点にある。
【００１０】本発明による焦電型赤外線センサの第七の
特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項７に記載した
通り、上述の第一、第二、第三、第四または第五の特徴
構成に加えて、前記電子放出部を構成するに、前記第１
電極が薄膜状に形成されている点にある。
特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項７に記載した
通り、上述の第一、第二、第三、第四または第五の特徴
構成に加えて、前記電子放出部を構成するに、前記第１
電極が薄膜状に形成されている点にある。
【００１１】以下に作用を説明する。第一の特徴構成に
よれば、焦電効果を示す強誘電体等の焦電体にかかる電
界を反転させてやることで、赤外吸収によって生じる温
度上昇の変化に対応した前記焦電体の自発分極の変化
が、前記第１電極から前記電子検出手段に向けて放出す
る電子放出量の変化として検出できるため、従来技術に
よる焦電型赤外線センサにおいて必要であった機械的チ
ョッパー等の赤外線の入射を人為的に断続変化させる手
段が不要となり、前記温度上昇の変化が、簡単な構成で
検出でき、更に、センサシステム全体の小型化が図れる
のである。
よれば、焦電効果を示す強誘電体等の焦電体にかかる電
界を反転させてやることで、赤外吸収によって生じる温
度上昇の変化に対応した前記焦電体の自発分極の変化
が、前記第１電極から前記電子検出手段に向けて放出す
る電子放出量の変化として検出できるため、従来技術に
よる焦電型赤外線センサにおいて必要であった機械的チ
ョッパー等の赤外線の入射を人為的に断続変化させる手
段が不要となり、前記温度上昇の変化が、簡単な構成で
検出でき、更に、センサシステム全体の小型化が図れる
のである。
【００１２】第二の特徴構成によれば、第一の特徴構成
によって実現される前記焦電型赤外線センサに使用され
る焦電体を、前記焦電体の温度変化に対する自発分極の
変化が最も顕著に現れる温度領域で使用することがで
き、前記焦電型赤外線センサの検出感度向上を図ること
ができるのである。
によって実現される前記焦電型赤外線センサに使用され
る焦電体を、前記焦電体の温度変化に対する自発分極の
変化が最も顕著に現れる温度領域で使用することがで
き、前記焦電型赤外線センサの検出感度向上を図ること
ができるのである。
【００１３】第三の特徴構成によれば、第一または第二
の特徴構成によって実現される前記焦電型赤外線センサ
の前記電子検出手段が検出する電子の数が増大するた
め、赤外線入射による単位温度上昇当たりの前記検出電
子数の変位量が大きくなり、結果として、前記焦電型赤
外線センサの検出感度の向上が図れるのである。
の特徴構成によって実現される前記焦電型赤外線センサ
の前記電子検出手段が検出する電子の数が増大するた
め、赤外線入射による単位温度上昇当たりの前記検出電
子数の変位量が大きくなり、結果として、前記焦電型赤
外線センサの検出感度の向上が図れるのである。
【００１４】第四の特徴構成によれば、微弱な可視光ま
たは紫外線を検出する既存の光電子倍増管と類似する焦
電型赤外線センサが構成でき、赤外線入射による温度上
昇を前記コレクタ電極から電流変化として検出できるの
である。
たは紫外線を検出する既存の光電子倍増管と類似する焦
電型赤外線センサが構成でき、赤外線入射による温度上
昇を前記コレクタ電極から電流変化として検出できるの
である。
【００１５】第五の特徴構成によれば、前記焦電体の分
極方向と垂直な平面内での２次元的な温度分布に対応し
た２次元分布を持って前記第１電極から放出される電子
を、前記マルチチャンネルプレートが前記２次元分布を
維持しながら、その電子数を増倍するため、前記２次元
電子検出手段が増倍された前記電子数の２次元分布を２
次元的に検出することにより前記２次元的な温度分布を
検出できるのである。結果として、焦電型の赤外線エリ
アセンサが構成できるのである。
極方向と垂直な平面内での２次元的な温度分布に対応し
た２次元分布を持って前記第１電極から放出される電子
を、前記マルチチャンネルプレートが前記２次元分布を
維持しながら、その電子数を増倍するため、前記２次元
電子検出手段が増倍された前記電子数の２次元分布を２
次元的に検出することにより前記２次元的な温度分布を
検出できるのである。結果として、焦電型の赤外線エリ
アセンサが構成できるのである。
【００１６】第六または第七の特徴構成によれば、前記
焦電体の自発分極の交流的な分極方向変化によって前記
第１電極との界面近傍に発生した電子が加速され、前記
露出部または薄膜状の前記第１電極を通して放出され、
赤外線入射による温度上昇を前記放出電子の変分として
前記電子検出手段で検出する焦電型赤外線センサが構成
できるのである。
焦電体の自発分極の交流的な分極方向変化によって前記
第１電極との界面近傍に発生した電子が加速され、前記
露出部または薄膜状の前記第１電極を通して放出され、
赤外線入射による温度上昇を前記放出電子の変分として
前記電子検出手段で検出する焦電型赤外線センサが構成
できるのである。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００１８】図１は、本発明に係る焦電型赤外線センサ
の一実施形態を模式的に示す構成図である。図１に示す
ように、真空容器６内に第１電極２、焦電体１、第２電
極３、電子増倍手段５、電子検出手段４が夫々絶縁部材
（図示せず）で相互の相対位置関係を維持するように保
持されて設けられてある。更に、前記第１電極２、前記
第２電極３、前記電子検出手段４から前記真空容器６外
に電極が引き出されて端子７、８、９が形成されてい
る。
の一実施形態を模式的に示す構成図である。図１に示す
ように、真空容器６内に第１電極２、焦電体１、第２電
極３、電子増倍手段５、電子検出手段４が夫々絶縁部材
（図示せず）で相互の相対位置関係を維持するように保
持されて設けられてある。更に、前記第１電極２、前記
第２電極３、前記電子検出手段４から前記真空容器６外
に電極が引き出されて端子７、８、９が形成されてい
る。
【００１９】前記端子８が接地され、前記端子９に正電
圧の加速電圧Ｖａが印加され、前記端子７にパルス電圧
印加手段であるパルス発生器１０が接続されている。前
記パルス発生器１０は、前記焦電体１の分極反転を周期
的に発生させる交流電界を前記第１電極２と前記第２電
極３間に印加するためのパルス電圧を発生する。図２
（イ）に示すように、前記パルス電圧は正電圧と負電圧
を一組としたダブルパルスである。前記真空容器６は一
部または全部が赤外線１１を透過する石英等の素材で形
成されており、少なくとも前記第２電極３と対向する前
記真空容器６の壁部６ａは該素材で形成されている。
圧の加速電圧Ｖａが印加され、前記端子７にパルス電圧
印加手段であるパルス発生器１０が接続されている。前
記パルス発生器１０は、前記焦電体１の分極反転を周期
的に発生させる交流電界を前記第１電極２と前記第２電
極３間に印加するためのパルス電圧を発生する。図２
（イ）に示すように、前記パルス電圧は正電圧と負電圧
を一組としたダブルパルスである。前記真空容器６は一
部または全部が赤外線１１を透過する石英等の素材で形
成されており、少なくとも前記第２電極３と対向する前
記真空容器６の壁部６ａは該素材で形成されている。
【００２０】図１に示すように、前記第１電極２、前記
焦電体１、前記第２電極３はサンドイッチ構造をしてお
り、詳しくは、前記第１電極２と前記第２電極３は厚さ
１００ｎｍの白金薄膜であり、前記焦電体１は厚さ６０
μｍのＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）薄膜である。
更に、前記第１電極２の前記電子増倍手段５側から平面
視した電極パターンは櫛歯状で、各櫛歯の間隙部が前記
焦電体１表面を露出する露出部２ａを形成し、前記第２
電極３は前記焦電体１を全面覆っている。前記露出部２
ａが電子放出部として機能する。前記電子増倍手段５は
チャネル形二次電子増倍器を多数個内蔵したマルチチャ
ネルプレート５ａで構成され、前記電子検出手段４は白
金製のコレクタ電極４ａで構成される。尚、前記マルチ
チャネルプレート５ａの入射端と出射端に夫々印加する
加速電圧は前記端子９に印加される加速電圧Ｖａ及び接
地電圧より生成される。
焦電体１、前記第２電極３はサンドイッチ構造をしてお
り、詳しくは、前記第１電極２と前記第２電極３は厚さ
１００ｎｍの白金薄膜であり、前記焦電体１は厚さ６０
μｍのＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 ）薄膜である。
更に、前記第１電極２の前記電子増倍手段５側から平面
視した電極パターンは櫛歯状で、各櫛歯の間隙部が前記
焦電体１表面を露出する露出部２ａを形成し、前記第２
電極３は前記焦電体１を全面覆っている。前記露出部２
ａが電子放出部として機能する。前記電子増倍手段５は
チャネル形二次電子増倍器を多数個内蔵したマルチチャ
ネルプレート５ａで構成され、前記電子検出手段４は白
金製のコレクタ電極４ａで構成される。尚、前記マルチ
チャネルプレート５ａの入射端と出射端に夫々印加する
加速電圧は前記端子９に印加される加速電圧Ｖａ及び接
地電圧より生成される。
【００２１】ここで、上述の「生産と技術」（Ｖｏｌ．
４５ Ｎｏ．４、１９９３年）で報告されている、前記
焦電体１からの電子放出の原理について説明する。図３
は電子放出原理を説明する説明図で、図１に示す本発明
に係る焦電型赤外線センサの内の前記第１電極２、前記
焦電体１、前記第２電極３のサンドイッチ構造部分を示
している。図３（イ）に示すように、予め何らかの方法
で前記焦電体１を上向き（前記第１電極２の方向）に分
極させておくと、その状態で前記焦電体１上面の露出部
２ａには分極を打ち消すように電子や負イオンが終端さ
れる。この状態において、図３（ロ）に示すように、立
ち上がり時間の短い負電圧パルスを前記第２電極３に印
加することにより、前記焦電体１の前記第１電極２下の
分極を急激に反転させると、前記露出部２ａ下の分極も
同様に反転し、前記焦電体１上面に負の分極が現れ、非
常に大きい電界が生じる。これにより、それまで前記焦
電体１上面に付着していた負の荷電粒子はエネルギをえ
て真空中へ放出される。例えば、２０μＣ／ｃｍ2 の分
極変化があったときの電界の変化は約２３０ＭＶ／ｃｍ
と非常に強大なものになり、電子放出は容易に起こるこ
とになる。
４５ Ｎｏ．４、１９９３年）で報告されている、前記
焦電体１からの電子放出の原理について説明する。図３
は電子放出原理を説明する説明図で、図１に示す本発明
に係る焦電型赤外線センサの内の前記第１電極２、前記
焦電体１、前記第２電極３のサンドイッチ構造部分を示
している。図３（イ）に示すように、予め何らかの方法
で前記焦電体１を上向き（前記第１電極２の方向）に分
極させておくと、その状態で前記焦電体１上面の露出部
２ａには分極を打ち消すように電子や負イオンが終端さ
れる。この状態において、図３（ロ）に示すように、立
ち上がり時間の短い負電圧パルスを前記第２電極３に印
加することにより、前記焦電体１の前記第１電極２下の
分極を急激に反転させると、前記露出部２ａ下の分極も
同様に反転し、前記焦電体１上面に負の分極が現れ、非
常に大きい電界が生じる。これにより、それまで前記焦
電体１上面に付着していた負の荷電粒子はエネルギをえ
て真空中へ放出される。例えば、２０μＣ／ｃｍ2 の分
極変化があったときの電界の変化は約２３０ＭＶ／ｃｍ
と非常に強大なものになり、電子放出は容易に起こるこ
とになる。
【００２２】本発明に係る焦電型赤外線センサの赤外線
検出の原理は、前記焦電体１からの電子放出原理に基づ
いて、前記焦電体１の前記分極変化の大きさを決定する
比誘電率が、図４に示すように、温度に依存して変化す
るため、前記焦電体１の温度が赤外線入射により上昇し
た場合、比誘電率が変化し、その結果として、電子放出
量に変化が生じ、この電子放出量の変化を検出すること
により、赤外線を検出することができるとするものであ
る。表１は、図１に示す構成に対し、赤外線１１の入射
による温度変化を観測する温度計を前記第２電極３に取
り付けた実験装置において、温度変化に対する電子放出
量の変化を測定した実験結果を示す。図２（イ）に示す
電圧波形のパルス電圧を前記端子７に印加し、表１に示
す電界強度（ピーク値）を前記第１電極２と前記第２電
極３間に発生させ、図２（ロ）に示す出力電流波形Ｉ
out を観測し、温度変化に応じて変化する検出電荷量を
確認した。尚、前記焦電体１の試料として、厚さ６０μ
ｍのＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ 0.48）Ｏ3 ）と、厚さ
８０μｍのＰＭＮ−ＰＴ（Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）−
（ＰｂＴｉＯ3 ）、組成比９：１）を使用した。前記真
空容器５内の真空度は１０ -6Torrである。
検出の原理は、前記焦電体１からの電子放出原理に基づ
いて、前記焦電体１の前記分極変化の大きさを決定する
比誘電率が、図４に示すように、温度に依存して変化す
るため、前記焦電体１の温度が赤外線入射により上昇し
た場合、比誘電率が変化し、その結果として、電子放出
量に変化が生じ、この電子放出量の変化を検出すること
により、赤外線を検出することができるとするものであ
る。表１は、図１に示す構成に対し、赤外線１１の入射
による温度変化を観測する温度計を前記第２電極３に取
り付けた実験装置において、温度変化に対する電子放出
量の変化を測定した実験結果を示す。図２（イ）に示す
電圧波形のパルス電圧を前記端子７に印加し、表１に示
す電界強度（ピーク値）を前記第１電極２と前記第２電
極３間に発生させ、図２（ロ）に示す出力電流波形Ｉ
out を観測し、温度変化に応じて変化する検出電荷量を
確認した。尚、前記焦電体１の試料として、厚さ６０μ
ｍのＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ0.52Ｔｉ 0.48）Ｏ3 ）と、厚さ
８０μｍのＰＭＮ−ＰＴ（Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）−
（ＰｂＴｉＯ3 ）、組成比９：１）を使用した。前記真
空容器５内の真空度は１０ -6Torrである。
【００２３】
【表１】
【００２４】（別実施形態）以下に他の実施形態を説明
する。図１に示す実施形態において、前記電子検出手段
４として、白金コレクタ電極４ａの代わりに、前記マル
チチャネルプレート５ａの出射端面より大きな表面を有
する蛍光体とＣＣＤ（電荷結合素子）エリアイメージセ
ンサで構成される２次元電子検出手段であるのも好まし
い実施の形態である。前記蛍光体で前記マルチチャネル
プレート５ａから放出される電子を光に変換し、その光
の強度分布を前記ＣＣＤエリアイメージセンサで２次元
的に検知するのである。前記マルチチャネルプレート５
ａの個々のチャネルから放出される電子数は前記焦電体
１から前記マルチチャネルプレート５ａの各チャネルの
入射口へ放出される電子数と正の相関があり、前記焦電
体１の前記第１電極２側表面から放出される電子数の面
内分布と前記焦電体１内の分極方向と垂直な断面間での
温度分布とが同様に正の相関があるため、前記２次元電
子検出手段の使用により前記焦電体１内の前記温度分布
が検出ができ、結果として、本発明に係る焦電型赤外線
センサを赤外線エリアセンサとして使用するのも好まし
い。
する。図１に示す実施形態において、前記電子検出手段
４として、白金コレクタ電極４ａの代わりに、前記マル
チチャネルプレート５ａの出射端面より大きな表面を有
する蛍光体とＣＣＤ（電荷結合素子）エリアイメージセ
ンサで構成される２次元電子検出手段であるのも好まし
い実施の形態である。前記蛍光体で前記マルチチャネル
プレート５ａから放出される電子を光に変換し、その光
の強度分布を前記ＣＣＤエリアイメージセンサで２次元
的に検知するのである。前記マルチチャネルプレート５
ａの個々のチャネルから放出される電子数は前記焦電体
１から前記マルチチャネルプレート５ａの各チャネルの
入射口へ放出される電子数と正の相関があり、前記焦電
体１の前記第１電極２側表面から放出される電子数の面
内分布と前記焦電体１内の分極方向と垂直な断面間での
温度分布とが同様に正の相関があるため、前記２次元電
子検出手段の使用により前記焦電体１内の前記温度分布
が検出ができ、結果として、本発明に係る焦電型赤外線
センサを赤外線エリアセンサとして使用するのも好まし
い。
【００２５】図１に示す実施形態において、前記電子増
倍手段５として、前記マルチチャネルプレート５ａの代
わりに、複数のダイノードで構成されるダイノード形二
次電子増倍器であっても構わない。尚、前記ダイノード
形二次電子増倍器の各ダイノードに印加する加速電圧は
前記端子９に印加される加速電圧Ｖａ及び接地電圧より
生成される。
倍手段５として、前記マルチチャネルプレート５ａの代
わりに、複数のダイノードで構成されるダイノード形二
次電子増倍器であっても構わない。尚、前記ダイノード
形二次電子増倍器の各ダイノードに印加する加速電圧は
前記端子９に印加される加速電圧Ｖａ及び接地電圧より
生成される。
【００２６】更に、前記電子増倍手段５は特段設けなく
ても構わない。また、前記電子増倍手段５を設けず、加
速電界制御用のグリッドを設けるのも好ましい。
ても構わない。また、前記電子増倍手段５を設けず、加
速電界制御用のグリッドを設けるのも好ましい。
【００２７】図１に示す実施形態において、前記第１電
極２の電極パターンは櫛歯状に限らず、網目状または蜂
の巣状パターンであっても構わない。また、前記電子放
出部として、前記第１電極２に前記電極パターンを形成
して前記露出部２ａを設ける代わりに、前記第１電極２
を前記焦電体１全面に設けて、且つ、薄膜状に形成する
のも好ましい。この場合、前記第１電極２側の前記焦電
体１表面近傍の電子が分極変化によって発生する強大な
電界で加速され、一部の電子が前記第１電極２を通過し
て放出される。
極２の電極パターンは櫛歯状に限らず、網目状または蜂
の巣状パターンであっても構わない。また、前記電子放
出部として、前記第１電極２に前記電極パターンを形成
して前記露出部２ａを設ける代わりに、前記第１電極２
を前記焦電体１全面に設けて、且つ、薄膜状に形成する
のも好ましい。この場合、前記第１電極２側の前記焦電
体１表面近傍の電子が分極変化によって発生する強大な
電界で加速され、一部の電子が前記第１電極２を通過し
て放出される。
【００２８】更に、前記焦電体１として使用する材料に
よって、比誘電率が単位温度変化に対して急峻に変化す
る温度領域が異なるため、材料毎に前記比誘電率の温度
微分が最大となる温度領域で作動するように、定常状態
での温度設定をするのが、高検出感度を得る上で好まし
く、その場合、ヒータ等の前記焦電体１の定常温度を調
節可能な温度制御手段を前記焦電体１に温度伝達可能な
状態で設置するのも好ましい実施の形態である。例え
ば、前記焦電体１がＰＺＴの場合は、図４に示すよう
に、定常温度の設定値は１００℃付近が望ましい。ま
た、前記焦電体１がＰＭＮ−ＰＴの場合（図４と同様の
特性データは図示していない）は、定常温度の設定は室
温付近が好ましい。
よって、比誘電率が単位温度変化に対して急峻に変化す
る温度領域が異なるため、材料毎に前記比誘電率の温度
微分が最大となる温度領域で作動するように、定常状態
での温度設定をするのが、高検出感度を得る上で好まし
く、その場合、ヒータ等の前記焦電体１の定常温度を調
節可能な温度制御手段を前記焦電体１に温度伝達可能な
状態で設置するのも好ましい実施の形態である。例え
ば、前記焦電体１がＰＺＴの場合は、図４に示すよう
に、定常温度の設定値は１００℃付近が望ましい。ま
た、前記焦電体１がＰＭＮ−ＰＴの場合（図４と同様の
特性データは図示していない）は、定常温度の設定は室
温付近が好ましい。
【００２９】前記焦電体１はＰＺＴ及びＰＭＮ−ＰＴ以
外の焦電効果を示す材料であっても構わない。また、前
記焦電体１の厚さは、一定のパルス電圧値に対して薄い
方が電界強度が大きくなり、検出電荷量が増大するた
め、検出感度向上に有効であるが、特に、本実施形態に
示す厚さに限るものでははない。
外の焦電効果を示す材料であっても構わない。また、前
記焦電体１の厚さは、一定のパルス電圧値に対して薄い
方が電界強度が大きくなり、検出電荷量が増大するた
め、検出感度向上に有効であるが、特に、本実施形態に
示す厚さに限るものでははない。
【００３０】前記パルス電圧波形及び印加電界強度は、
図２及び表１に示す実施形態に限るものではない。特
に、パルス電圧の振幅値は正負に等しくする必要はな
く、パルス幅、周期も変更可能である。
図２及び表１に示す実施形態に限るものではない。特
に、パルス電圧の振幅値は正負に等しくする必要はな
く、パルス幅、周期も変更可能である。
【００３１】前記真空容器５内の真空度は１０-6Torrよ
り低真空であっても構わない。但し、１０-2Torrから１
０-1Torrより低真空になると、放出電子が前記真空容器
５内で散乱し、検出電子量が飽和し、検出感度向上を阻
害する虞がある。
り低真空であっても構わない。但し、１０-2Torrから１
０-1Torrより低真空になると、放出電子が前記真空容器
５内で散乱し、検出電子量が飽和し、検出感度向上を阻
害する虞がある。
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
既存の焦電型赤外線センサのように赤外線の入射を機械
的チョッパー等で人為的に断続変化させてやる必要のな
い、強誘電体からの電子放出現象を利用した、全く新し
い型の、新しい原理に基づく焦電型赤外線センサを提供
できるようになった。
既存の焦電型赤外線センサのように赤外線の入射を機械
的チョッパー等で人為的に断続変化させてやる必要のな
い、強誘電体からの電子放出現象を利用した、全く新し
い型の、新しい原理に基づく焦電型赤外線センサを提供
できるようになった。
【図１】本発明に係る焦電型赤外線センサの一実施形態
を模式的に示す構成図
を模式的に示す構成図
【図２】本発明に係る焦電型赤外線センサパルスの電圧
波形図及び出力電流波形図
波形図及び出力電流波形図
【図３】本発明に係る焦電型赤外線センサの電子放出原
理を説明する説明図
理を説明する説明図
【図４】本発明に係る焦電型赤外線センサに使用可能な
ＰＺＴの比誘電率温度特性図
ＰＺＴの比誘電率温度特性図
１ 焦電体 ２ 第１電極 ２ａ 露出部 ３ 第２電極 ４ 電子検出手段 ４ａ コレクタ電極 ５ 電子増倍手段 ５ａ マルチチャンネルプレート ６ 真空容器 ７、８、９ 端子 １０ パルス電圧印加手段 １１ 赤外線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 良行 京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会 社関西新技術研究所内 (72)発明者 高木 剛 京都府京都市下京区中堂寺南町17 株式会 社関西新技術研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】 焦電体と、前記焦電体をその自発分極方
向の正負両側から挟んで接触するように形成された第１
電極及び第２電極と、前記焦電体の前記第１電極側から
前記焦電体外部に放出される電子を捕獲または検出する
電子検出手段とを、内部が真空または略真空状態の真空
容器内に備えてなり、 前記第１電極に前記電子検出手段に向けて電子を放出容
易な電子放出部を設けてあり、前記真空容器外部からの
赤外線を内部に透過させ前記焦電体を加熱可能な構造と
し、前記焦電体の分極方向を変化させるパルス電圧を前
記第１電極と前記第２電極間に印加するパルス電圧印加
手段を備えた焦電型赤外線センサ。 - 【請求項２】 前記焦電体の温度を調節可能な温度制御
手段を備えた請求項１に記載の焦電型赤外線センサ。 - 【請求項３】 前記第１電極が放出した電子を入射して
前記電子検出手段に向け２次電子を放出する電子増倍手
段を前記真空容器内の前記第１電極と前記電子検出手段
の間に備えた請求項１または２に記載の焦電型赤外線セ
ンサ。 - 【請求項４】 前記電子増倍手段がダイノード形二次電
子増倍器またはマルチチャンネルプレートであり、前記
電子検出手段が前記第１電極より正の電圧を印加可能な
コレクタ電極である請求項３に記載の焦電型赤外線セン
サ。 - 【請求項５】 前記電子増倍手段がマルチチャンネルプ
レートであり、前記電子検出手段が前記マルチチャンネ
ルプレートから放出される電子を２次元的に検出する２
次元電子検出手段である請求項３に記載の焦電型赤外線
センサ。 - 【請求項６】 前記電子放出部が前記第１電極に設けら
れた前記焦電体を露出させる露出部である請求項１、
２、３、４または５に記載の焦電型赤外線センサ。 - 【請求項７】 前記電子放出部を構成するに、前記第１
電極が薄膜状に形成されている請求項１、２、３、４ま
たは５に記載の焦電型赤外線センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8205875A JPH1048042A (ja) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | 焦電型赤外線センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8205875A JPH1048042A (ja) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | 焦電型赤外線センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1048042A true JPH1048042A (ja) | 1998-02-20 |
Family
ID=16514183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8205875A Pending JPH1048042A (ja) | 1996-08-05 | 1996-08-05 | 焦電型赤外線センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1048042A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001319565A (ja) * | 2000-05-11 | 2001-11-16 | Hamamatsu Photonics Kk | 光電陰極 |
| JP2002098587A (ja) * | 2000-09-27 | 2002-04-05 | Japan Science & Technology Corp | 高感度焦電型赤外検出方法及びその装置 |
| JP2005024202A (ja) * | 2003-07-04 | 2005-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 自動製氷機 |
| WO2006025175A1 (ja) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 表示装置 |
-
1996
- 1996-08-05 JP JP8205875A patent/JPH1048042A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001319565A (ja) * | 2000-05-11 | 2001-11-16 | Hamamatsu Photonics Kk | 光電陰極 |
| JP2002098587A (ja) * | 2000-09-27 | 2002-04-05 | Japan Science & Technology Corp | 高感度焦電型赤外検出方法及びその装置 |
| US7026618B2 (en) | 2000-09-27 | 2006-04-11 | Japan Science And Technology Corporation | Highly-sensitive, pyroelectric infrared sensing method and apparatus |
| JP2005024202A (ja) * | 2003-07-04 | 2005-01-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 自動製氷機 |
| WO2006025175A1 (ja) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 表示装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6218668B1 (en) | Coplanar interdigitated grid detector with single electrode readout | |
| JP3822239B2 (ja) | 比例マイクロカウンタを有する電離放射線検出器 | |
| EP1029427B1 (en) | A method and a device for planar beam radiography and a radiation detector | |
| IL123975A (en) | High resolution detector of high ionized particle currents | |
| TWI698905B (zh) | 光電倍增管、光電倍增管陣列、夜視設備和製造光電倍增管的方法 | |
| US4258259A (en) | Infrared detector | |
| US6556650B2 (en) | Method and a device for radiography and a radiation detector | |
| JPH1048042A (ja) | 焦電型赤外線センサ | |
| US3861199A (en) | Acoustic imaging system | |
| AU2001242943A1 (en) | A method and a device for radiography and a radiation detector | |
| Choi et al. | Epitaxially grown pyroelectric infrared sensor array for human body detection | |
| US20040099810A1 (en) | Ionising radiation detector with solid radiation conversion plate, and method for making same | |
| EP0414831B1 (en) | A dielectric bolometer | |
| Lum et al. | Lead oxide glass tubing converters for gamma detection in MWPC | |
| Ding-Quan et al. | Measurement applications based on pyroelectric properties of ferroelectric polymers | |
| JPH055291B2 (ja) | ||
| CA2189699C (en) | Three terminal ion chambers | |
| US7026618B2 (en) | Highly-sensitive, pyroelectric infrared sensing method and apparatus | |
| KR101661113B1 (ko) | 다중 광 센서 및 이를 제조하는 방법 | |
| JPH0546709B2 (ja) | ||
| US4147949A (en) | Apparatus for X-ray radiography | |
| Hashimoto et al. | Development of one-dimensional pyroelectric infrared array detector with high sensitivity | |
| US7491961B2 (en) | Scanning exposure apparatus, line light source, and image information readout system | |
| JPS6360496B2 (ja) | ||
| Hanley et al. | Evaluation of charge-injection devices for use in laue diffraction imaging |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040623 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040701 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041027 |