JPS5879122A - 焦電性赤外線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、焦電性赤外線検出器に関するも０〕であり
、更に畦ＭＩＩには、尚分子焦′亀性フィルム上に焦離
作＠部を０数１１１！ｉｌ設け、そのうちの１つの焦′
畦作動部を赤外蒜佃号恢山部とし、この佃号侠出部ζこ
生ずる電気信号を他の１つ若しくは核数の焦電作動部に
生じた′電気イ１゛号を用いて補償することにより外部
より入力されるイロ号中の温＋１ドリフトや振動による
ノイズを除去した赤外線受′Ａ：、糸子に関するもので
ある。

例えばフッ化ビニリデン、フッ化ビニル、トリフｐロエ
テＶンその他の極性単−ｉｔ体を王１戎分とする重合体
や共重合体などの高分子フィルムを成億丁れは焦電性が
付与されく）ことは知られでおり、これらの焦′屯性フ
ィルムを用いた火災検知器や侵入検知器などの赤外線検
知藷もイリ」々提乗ちイーＬでいる。しかし、一般に高
分子焦電性フィルムは、焦電性と同時に圧電性も有して
↓・す、外部倣動によっても電気信号を生じるので、夕
）部振動力杓組々大きなノイズとなる。これらのノイズ
全除去するため、例えは米国特許第３，８７７．６０８
号で（ま、１枚の尚分子焦電性フィルム上両１ａ１に電
極をイＪ゛Ｔ６焦屯作動部を俵数１面所設け、こイ’Ｌ
らの作動部の１つのみを外部よりの輻射熱が照射さＱる
赤外腓伯号検出部とし、この１ぼ号検出都に生ずるーＬ
気伯号を他の１つ若しくは複数の焦電作動部に生しる′
電気信号（こより補償し検出部に人力された輻射熱のみ
に起因する焦屯侶号のみが得られるように、検出部と他
の少なくとも１つの焦電作動部の互に異なる極性の電極
を結合した焦−素子か提案されでいる。

このような補償用の焦電作動部を設けてノイズ補償を行
なう場合は、検出用の焦電作動部と補償用の焦電作動部
との環境によるノイズの倉および質はできるたけ等しい
ことが望ましい。しかしながら、１１Ｊ記の米国特許で
は袖偵′用の焦電作動部は輻射熱に影響されない個所に
設けであるので、この点で必ずしも同−環境とは百えな
い。したがつで、焦電素子の感度を吐くし、比較的強い
輻射熱を検出する場合にζよ、１ｉｉｌ記米国特許の素
子の補償は効果があるが、焦−素子の感度を更に増＋１
］すると、まだ温度ドリフトによる大きなノイズが餡め
られる。

また、米国特許第３．４５３．１２号には、赤外線検知
器内に置かれた焦゛屯材料シートの輻射熱の入力される
箇所に２つの焦−作動部を設け、１つの作動部の受光面
側の電極はアルミニウムのような光反射性゛電極とし、
−また別の作動部の受光面′１Ｉ１１１屯極は例えは全
黒のような光吸収性゛電極としで、光吸収性の受光電極
を持つ作動部を１矢出側、光反射性の受光電極を持つ作
動部を袖１１１則として補償を行なう赤外肪検知器か提
案はれでいる。この米国特許では、焦′屯性拐料としで
例えはセラミックス類のような無機物を使用して、２つ
の無血作動部は共に輻射解の入力される′尚ハ［に１直
かれているので、内作動部の環境ζこよるノイズは更に
減少することが期待される。

ところで、発明者等（ゴ、烏分子焦蒐性フィルムを焦゛
屯性材料として用い、その上に光反射性電極および光吸
収性電極を有する２つの焦電作動部を設けた同様な焦゛
亀赤外肪検出たＪを作〕戊し、ノイズの検出を行なった
ところ、米国特Ｗｔ第３，８７７．６０８号より大巾に
ノイズを減少しｆｏることを纏めら３′した。そこで、
発明者は、更に一層ノイズの少ない赤外線検出器の開発
につき勢力をルねた結果、検出側の焦電作動部の表面電
極を透光性の電極とし、表面電極を光反射性とした袖仏
側焦嵐作動部により抽ＯＡを行なえは米国４〕４許第３
，４５５，４３２号より更に大巾にノイズが減少するこ
とを見出しでこの発明を完成した。この発明に係る焦′
嶋性赤外ｍ検出器は、同−若しくは別々の尚分子焦電性
フィルム上に、受光向側の＠極が例えばＩ　Ｔ　ＯＣ／
）如き透光性導゛屯体膜からなる透光性電極と、アルミ
ニウムのような光反射性の導電膜からなる反射性電極と
の少なくとも２個からなる焦′畦作動部を設け、この両
省が共に赤外線人躬窓の入射光通Ｍｉこめるようにし、
透光性電）Ｉ足を有する赤外１ｊＮぎ号恢出用の焦電作
動部で生じる静電荷を光反射性電極を有する補償用の′
Ｍ４．屯作動部で生じる静電荷によυ補償するよう（こ
ｗＪ仄ざイＬＣいる。

この発明に用いる透光９．嵐極としＣは、例えばｒ　’
１’　０　（酸化インジウム−酸化錫）５版化錫（＋酸
化アンテモ／）などの導電性セラミックス類の透明膜（
厚さは例えは４００〜２００　ＯＡ）または金、白金、
銀、ニッケル、クロム、アルミニウム、銅などの金属の
極く薄い（例え６：原み６０〜２００μの蒸着膜）半透
明膜が挙げられる。また、反射性ｌａ極としては、レリ
えはアルミニウム、錫、ニッケル、クロム、アンチ七ン
、鉄、その他の白色金属であって、光８透過しないノ９
さく例えは５００〜３０００Ａ）の膜である。これら’
１１ｆ　４ｉ１１（ｔま、蒸２Ｎ−、スパッタリング、
メッキなどの通常の力１人によりフィルム面に形／Ａさ
れる。これし）４ｔガ、性：ｌ、・よひ反射性□磁極の
句芒れたフィルムの畏ｌｌｌ１１（こも削同′１握４躯
が必要であるが、刈向“電極は任：１０月質の薄＋ＩＵ
とすることができる。しかし、この〕易場合２つの刈向
′電極は１川−拐質、同−ｊ厚みと１２−（表１１＋口
１１極の走によりイに号およびノイズの感度にバｔが°
Ｃないようにすることカム好ましい。込光性可４ｖ↓−
よひ反射性′屯憧が１枚の焦電性フィルム」二に設けら
れる場合は、その灼向′電極は共１ｆ１１７ｉ：１つの
゛電極とすることもできる。

なお、この発明において高分子焦電１♂トフイルムとし
で使用される高分子水制とし、（は、ポリフッ化ビニリ
デンが最適であるが、焦′【ｕ１性篩分子、例えはフッ
化ビニル、トリフロロエチＶンその他の極性単お体を土
成分とする重合体や共１１合体なども使用できる。捷た
、ここにポリフッ化ビニリデンという場合には５７ツ化
ビニリデンホモポリマーに限るものではす＜、例えばフ
ッ化ビニリデンを約５０モル受以上含有し、これと共１
合可能なコモノマー、例エバフッ化ビニル、クロロフロ
ロビニリテノ、りｒＩＩ：ｌトリフｐロエチＶン、デト
ラフロロエチＶ〕、ヘギザフロロプロビレノＩどの含フ
ッ化オフフィンなどの１袖若しくは２４■以上との共皇
合体をも包詮するものと理解さるべきである。

この発明に係る赤外線検出器（こ使用する九反射性′電
極を設けた高分子焦電性フィルムは、米国特許第３．４
５３，４３２号と同様な光吸収１生也極を高分子魚篭性
フィルム（こ封したものに比し一〇、赤外線の吸収性が
異なるので、当然吸収性゛電極を南する焦電性フィルム
を１・炙出Ｉ（（］とし、同一の反射性電極を有する焦
電性フィルムを補償側とする補償型赤外麿恢出器の方が
この究明の赤外線侠出器より後れた赤外線感度を有する
ことになる。しかしながら、吸光性電極を検出側とする
赤外線侠出器に比して、この発明に係るもののノイズは
数分の１となることが見出された。ところで、１；＆度
は４気的（こ自由に１曽１１〕すること力１−（ｖきる
ので、ノイズレベルを同一スケールとなるように両名の
」”Ｈｌ」を行なえは、当然この発明に係る赤りｔＮＭ
恢出益の方が高感涙となることが容易に埋厨δれるであ
ろう。

尚、補償用の焦′−作動部の電極とし゛ＣＣ光吸収性他
極使用した赤外線検知器に比べＣ１透光性域極を使用し
たこの発明の赤外線検出器のノイズか大巾に減少する理
由は未だ良く解明されではいないが、考えられる理由の
１つは次の通りである。

即ち、黒金などの吸光性１Ｍ、極はそのＪんし１１の温
度変化のエネルギーを悔めて鋭敏（こ吸収するのこと約
し、反射性′電極や透光性電極のエネルキー吸収は共に
それはと良くないため、かえって透光性−懐を用い反射
性電極による補償を行なった場合のノイズが少なくなっ
たものと考えられる。また、尚分子焦゛厄性フィルムは
、セラミックスに比して、憾めて薄く形成され、その上
熱伝導も悪いことは、吸光性電極を用いた時の鋭敏な感
度を一層向上させることも吸光性電極によるノイズを増
すことになると考えらイ１．る。

以下、図面の例につきこの発明を説明する。

図１および２においで、この発明に係る亦夕ｔｌｖ検出
器（１）のケース（２）の止ＩＩＪＩ（図では上／ｌ）
１而）には、例えはシリコン、ケルマニウム、ヅファイ
ヤなどの洋外瞭透過性のフィルタ（Ｓ３）を壱する透光
窓（４）が設けられ、その釉後には焦電性ポリフッ化ヒ
ニリテ／フィルム（５）を基板とする焦電系子（６）が
設けられでいる。焦電索子（６）の光入射面（フィルタ
側）は図２に示すようζこＩ’ｌｌ”（Ｊスパッタリン
グ膜より成る透光性電極（７）およびアルミニウム蒸着
膜より成る反射性電極（８）とが夫々設けられ、１だフ
ィルム表面には同じくアルミニウムの蒸着膜よりなる共
通の対向電極（９）が設けられている。この場合ＩＴＯ
膜の設けられた部分が赤外線信号検出用の焦電作動部８
１であり、また入射細電極としてアルミニウム膜が設け
られた側が補償用焦゛亀作動部Ｓｌである。透光性＠Ｌ
極（力および反射性′１１極（８）の電極はｌ・“Ｅ　
Ｔ　Ｊｆｄ　１１１器００）に結合されている。尚、（
１１）は焦電性フィルム素子の架張りングである。ｉＩ
＋　ＥＩｌｌ」冑１Ｊ器の回路は例えば図６の曲りであ
る０ν１］ち一挾出用焦電作動部Ｓ１の透ゆ」電極（力
はターミナルＴ１を経てＦＥ　Ｉｌｌのゲートに接続さ
れ、また袖慣用焦゛畦作動部Ｓ２の反射′（社）極（８
）はターミナル゛１゛４を経てアースされている。した
がって、１．Ｉ　ｌ、ｊ　Ｉｌｌのケートに（ま焦電作
動ＲＩＳＳ＋で生じた静電ｆ１丁より焦嵯作動部Ｓ２で
生じた靜亀向が差し引かれたものが人力され、ＦＤ　１
１’によりインピーダンス変換さイ’した−流がソース
側ターミナルＴ２より流出する。尚、’１．’３ＩＩ　
Ｆ　ｉうＴ　ｏ）ドＶノ側ターミナルで′１区諒に接続
δしでいる。

以上の例では、検出用および袖１賞用の両焦嵐作動都Ｓ
１およびＳｌがそれｆれ１枚の尚分子焦嶌性フィルム上
ζこ設けられでいるが、それぞれの焦電作動部は別々の
１偽分子焦−件フイルム上に設けたものをフィルタの入
射光通路に並１イすることもできる。しかし、ＳＩと８
２が同一のフィルム上（こある場合でも別のフィルム上
にある」場合でもＳｌと８２は光入射窓に平行な同一平
面上にまたこの面と光入射窓の中心線との交点に対し点
対称に配置することが好−ましい。しかし、Ｓｌと８２
を場合により同−球面上に形成さぜたり、ＳｌとＳｌの
面積を異なるようにすることもできる。

また、匝焦電倹ＩＪｊ部が１枚のフィルム上（こ設けら
れる場合、透光性電極（力と反射性東他（δ）とを共に
＠型畦極とし、図４のように組合わせることもできる。

この場合ζこは両魚篭検出部に入射する光は一層均一に
分配されるので更にノイズの減少が期待される。

更に、検出用および補償用の焦′亀作動部は必すしも１
１同１方ずつとは限らず、２個Ｈ丁以上とすることもで
さる。

更に、両焦電作動部８１とＳｌの−極（７）と（８）は
、焦′嵯作動部の焦゛峨感度力３同一の場合は同−面積
に形成されるが、焦嵯感度の異なる場合は焦′畦作動部
の焦電感度を考慮しでＳｌとＳｌとのｒｌｌ］槓比を適
当に選ぶこともできる。

また、図６の回路では内焦゛亀作動部Ｓ１とＳｌとの上
の電極は、生成した静゛屯荷が１１−に拐ち消し合うよ
うにして１．１１（ｌｉｔに直結され′Ｃいるが、Ｓｌ
とＳｌの電極より別々に取り出した′屯気情号を差動ア
ンプを用いて補償するなと任意のｆｌｔｉ偵回路全回路
ることかＩｉ］能である。

以下に、本発明の赤外線検出器を他の公知構造の赤外線
検出器と比軟１−７た実施例を２１＜すか、実施例中、
この発明に係る赤外線検出器（Ａ）と同一の熱酸性フィ
ルムと（ハ、同一のフッ化ビニリデンフィルムを成極し
でイけられた焦′屯゛１生フィルムであって、径および
辱みが一致し、また焦電ハ＆度も殆んど同等なものであ
る。

実施例 径５１１＃Ｉ、厚さ０．５　ｍ１１のシリコン製フィル
タを入射窓とする外径８龍、商さ６ｍａｒのケース内の
、フィルタとｔＪ、　５闘の間隙を隔てＣ５衣１川の透
光性′電極として、厚さ５００ＡのＩ　Ｔ　Ｏスパッタ
リング膜を、弐面の反射性−極および表向の対向電極と
して、共に厚さ１ｏｏｏＡのアルミニウム＃庸膜の付さ
れた径６龍、厚さ６μの焦電性ポリフッ化ピニリデノフ
イルムよりｌる焦電索子プ］Ｓ配置された、図１〜図６
に示したものと同様なこの発明に基づく焦′嶋性赤外紛
幾出器（〜を製作した。尚、表面の２つの電極は夫々の
電極の外周が径４關φの円の円周と一致し、中央部にＱ
、　７　ｓｕ＋の間隙を隔てて同量する半月形とし、壕
だ裏面の′亀４躯は径４−φの表面と一致する円形とし
た。

比較例１〜４ この発明の赤外線検出器の対照に用いる検出器として、
次の赤外線検出器（ｉ〜（Ｅ）を用意した。

（Ｉ３）赤外線検出器（八と同じ熱延性ポリフッ化ビニ
リデンフィルムの中央に、直径２．５　ｒａｍ、厚さ５
００λの円形のＩＴＯ膜か設けられ、表面にも同一径の
厚さｔｏ圓ｉのアルミニウム膜が設けられた検出用焦゛
屯作動部を有′ｊ−るが、補償用焦電作動部を有しない
焦゛１系子か使用され、したかって図６の配線図より８
２が省略され、゛域他（８）より直接ターミナルＴ４に
精細された以外は赤外線検出器（Ｎと同一の赤外線検出
器。

（ｑ　赤外線検出器（時と同一のｌＴＯ膜を有する焦型
素子が架張された導電性の架張リング仮面に赤外線検出
器ＦＡ）と同じ焦“重性ポリフッ化ビニリデノのり／グ
剛軍極をアルミニウム電極とする、赤外線（發出器（均
と同一の電極か１投けられた袖１１Ｊ月１の焦電素子を
有し、リンクｆａｒ′ｌＩ（フィルタ１ｌｌＵ　）に架
張された素子のリンク側の重伶と、リング開面に架張さ
れた素子のリング側の′電極とか、リングを通じで電気
的に結合され、フィルタと遠いｉｔ！Ｉの′電極がアー
ス結線ターミナルＴ４に結イ↑さイ１．た以外は赤外線
検出器（Ａｌと同一の赤外＃Ｉ検出益。

山　赤外線検出器（Ｎに使用式イシた素子の衾光性のｌ
　Ｔ　Ｏ膜の代りに、　５ＬＩＯＡのアルミニウム蒸涜
膜をＦ地とした上に約１０μの二〕−ルＩ・ブジツク膜
を蒸’ｙＭにより形成させた吸光性のイ炙出月Ｊ焦電作
動部をイＶｊ６以外は赤外線検出器（Ａｌと回−の赤外
、摩検出器。

（ｊ均　　下記仕悸の市販の焦′磁性赤外がＪ（検出ｄ
（１１，１１１，１ｖはカタログζこよる）。

１）ケース　　　　　本発明品と１１１ｉ々同一１１）
フィルタ　　　　シリコン板 １ｖ）−極ａ２．５龍φ（祠質不明） ■）補償用焦′嵯作動部は設けられでいない。

赤外線検知器（Ａ）と赤外線検知器（Ｂｌ〜（Ｄｉの１
つとを、夫々図５のように、人の出入の多い実験室の白
壁（１０１）の前にｌ　ｒｒ＋の距離をＩＩＩＡでて並
置し、ノイズ信号の比較を行なった。（、＋０２）ｌＪ
像知器（Ａ）、（１０３）は比較用検出器で共（こフィ
ルタ面が壁面に平行になるように配置されでおり、夫々
のｐＭ１１〕器（＋０４）および（，１０５）を経て多
点ｍｌ録ｉｔ　（、＋０６）に接続され、そして夫々の
検知器よりの佃号″喝尚の経時的な電圧変化がチャート
（、＋０７）にｆｊｄ録される。

図６．７．８．９は、夫々検出器（Ｎと（１３）、（Ｎ
と（ｃ＋、　（Ａ）と（Ｄ）および＾ｊと０力によるノ
イズ１目号を、壇中器の感度を同一（こして比較したチ
ャートである。

その結果、検出器（Ａｌは比較検出器（Ｌｉ＋、ｔＣ）
および（均に比して２桁前後１炭ノベルのノイズ１８号
しかなく、また比較検出器（］」の袖伯用焦嵐作動部の
…、極を全黒としたものに比しても１／４以下のノベル
のノイズ１６号であることか紹めらイ′した。

次に、赤外線検出器（八〜（１す）の感度測定全行なっ
た。赤夕１光源としてはジｉ・バンセンサーコーポＶ−
ショ／製のＩ　Ｒ，’Ｉ’Ｓ　−２０を光諒温度５００
’Ｋに設定したものを４灸出器ｉ：＋Ｊ方に配置直し、
検出器の前ζこチョッパー周期２Ｑ　Ｊ’−１ｚのチョ
ッパーを置キ、センザー出力をヒユーレットバラカード
ｍ３５８１Ａウエーブアナ２イザーを便用した時の屯圧
曲肪を求めた。

谷曲ｊシｔＩＩＩｉＩより、１・欠出器（Ａ）　０．＞
　ｌ１ｌｉｌを１００とした場合の感度比を求めると、
比較検出器（均、（Ｑ、（Ｄｉおよび（匂のＩ＋ｉは１
１０．９０、＋５（Ｊおよび＋４０であった。

【図面の簡単な説明】

図１はこの発明（こ係る赤外線検出器の断面図、図２（
ａ）および２　（１））　Ｌ［それぞれこの発明に使用
する焦電糸子の平面図およびり■面図、図３は回路図、
図４は図２の焦′畦素子の焦゛屯作動都を示す平面図、
図５は赤外線検出器の配置を示ｆ略図、図６〜９はノイ
ズ１６号を示すチャートである。 なお図面（こ用いられている符号（こおいて、（１）・
・・・・・・・・・・・赤外線検出器（５）・・・・・
・・・・・・・焦電性フィルム（６）・・・・・・・・
・・・・焦゛屯素子（７）・・・・・・・・・・・造光
性電極（８）・・・・・・・・・・・・）５ｔ、射性電
極である。 代　　理　　人　　　土　　屋　　　　　Ｊ扮図５ ■ら 昭７ フ６ ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　高分子焦′魁性フィルムの両面に′−極を有する
   焦′亀作動部を複数個所配設してなる受光素子か赤外線
   入射窓を有するケース内に設けられ、その魚篭作動部の
   少なくとも１つは赤外線入射窓の赤外融通路に配置され
   た赤外信号検出用の魚篭作動部であり、他の少なくとも
   １個所の焦電作動部に生成する静゛亀荷により、その赤
   外信号検出用焦１作動部に生成する静電荷の補償を行な
   うように配線された赤外線検出器に於て、赤外佃号検出
   用焦嵐作動部の光入射面側の電極は透光性の導電性膜か
   らなり、またその赤外信号検出用焦奄作動部の補償用の
   焦電作動部は同じく赤外線通路に配置さイｔ１そして、
   光入射面側の電極は光反射性の纒嵐性膜からなることを
   特徴とする焦電性赤外＆！検出２−４光性逼極を有する
   赤外１６号検出用焦′祇作動部と光反射性電極を有する
   補偵用焦奄作動部とは光入射窓に平行な同一面上（こ、
   月つ同面の光入射窓の中心線との交点に対し点対称に配
   置されＣいることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の焦電性赤外線検出器。 ６、透光性１１．極を有する赤外信号検出用焦’ｄ（作
   動部と光反射性電極を有する袖偵用焦嵯作動部とが同一
   の高分子焦゛−１生フィルム上に配置されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１墳また（ま第２項記載の
   焦電性赤外線検出器。 ４、透光性電極を廟する赤外信号検出用焦゛亀作動部と
   光反射性電極を有する袖イ＾用焦屯作動部力Ｓ夫々別の
   高分子焦電性フィルム上に設けしれでいることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ｆｆＣは第２項記載の焦電性
   赤外線検出器０