JPS60191053A - 焦電形赤外線検出素子 - Google Patents
焦電形赤外線検出素子Info
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- JPS60191053A JPS60191053A JP59042919A JP4291984A JPS60191053A JP S60191053 A JPS60191053 A JP S60191053A JP 59042919 A JP59042919 A JP 59042919A JP 4291984 A JP4291984 A JP 4291984A JP S60191053 A JPS60191053 A JP S60191053A
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- Japan
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- pyroelectric
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- infrared detection
- infrared
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は人体の移動、物体の有無などの検知に適する焦
電形赤外線検出素子に関する。
電形赤外線検出素子に関する。
所謂るマイクロエレクトロニクスの発達に伴ない１例え
ば赤外線検出素子（赤外線センサ）も人体の存否乃至移
動、物体の有無乃至移動を検知したり或いは非接触温度
測定などへの応用が拡大している。
ば赤外線検出素子（赤外線センサ）も人体の存否乃至移
動、物体の有無乃至移動を検知したり或いは非接触温度
測定などへの応用が拡大している。
ところでこの種赤外線検出素子としては、半導体の光伝
導や光起動電力を利用した量子形のもの。
導や光起動電力を利用した量子形のもの。
例えばＨｇ Ｃｄ ＴｅやＰｂＳを本体としたものが知
られている。この量子形赤外線検出素子は感度がよく応
答性がすぐれている反面、使用に際しては極低温に冷却
する必要があり簡易に取扱い得ないうえ赤外領域の感度
には波長依存性がある。かくしてあ− 用途も限定され、実用的にはなを問題がある。
られている。この量子形赤外線検出素子は感度がよく応
答性がすぐれている反面、使用に際しては極低温に冷却
する必要があり簡易に取扱い得ないうえ赤外領域の感度
には波長依存性がある。かくしてあ− 用途も限定され、実用的にはなを問題がある。
一方チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＴｉ ０３ ）も
しくはチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）の焦電効果を利用し
た所謂る焦電形赤外線検出素子の開発も試みられている
。
しくはチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）の焦電効果を利用し
た所謂る焦電形赤外線検出素子の開発も試みられている
。
しかしこれらＰｂ Ｚｒ Ｔｉ ０３やＰｂＴｉＯ３な
ど検出素子の本体を成す焼結体（セラミックス）は、使
用に際して特に冷却を要しないこと、波長依存性もない
ことなどの利点をもつ反面、感度など性能面に劣る不都
合さがある。即ち焦電効果を利用した赤外線検出素子に
おいては、その性能が焦電効果により発生する電圧に対
する評価指数Ｆｖに大きく影響される。
ど検出素子の本体を成す焼結体（セラミックス）は、使
用に際して特に冷却を要しないこと、波長依存性もない
ことなどの利点をもつ反面、感度など性能面に劣る不都
合さがある。即ち焦電効果を利用した赤外線検出素子に
おいては、その性能が焦電効果により発生する電圧に対
する評価指数Ｆｖに大きく影響される。
ここで評価指数Ｆｖは焦電係数Ｐ（Ｃ７ｃｍ２°Ｃ）、
定積比熱Ｃｖ（Ｊ／ｃｒｒｉ”０）、比誘電率εとした
とき。
定積比熱Ｃｖ（Ｊ／ｃｒｒｉ”０）、比誘電率εとした
とき。
で示され、赤外線検出素子の本体を成す焦電材料につい
ては、センサとしての性能面からすれば焦電係数Ｐが大
きく、定積比熱Ｃｖおよび比誘電率εが小さいことが望
まれる。
ては、センサとしての性能面からすれば焦電係数Ｐが大
きく、定積比熱Ｃｖおよび比誘電率εが小さいことが望
まれる。
しかるにＰｂＺｒＴｉＯ３の場合は、定積比熱Ｃｖ＝２
．４２ Ｊ／ｃａ３’Ｑであるが、誘′成率ε＝３８０
〜１７００と大きく、またＰＩ）ＴｉＯ３の場合は定積
比熱Ｃｖ＝３．１１Ｊ／ｃｒｎ” ’Ｑであるが、焦電
係数％： １．８ Ｘ １０−８Ｃ／ｃｍ２°Ｃで評価
指数Ｆｙ ：０．３ Ｘ １００−１ＯＣ−ａ／Ｊと値
が低く上記の如く性能的に°問題がある。特にＰｂＴｉ
０ａ焦電材料は自発分極を起こすための分極処理に当っ
ては２００ ’Ｏの高温下で６０ｋＶ／ｍ以上の電界を
印加する必要があり、この分極処理も実用面で問題にな
っている。
．４２ Ｊ／ｃａ３’Ｑであるが、誘′成率ε＝３８０
〜１７００と大きく、またＰＩ）ＴｉＯ３の場合は定積
比熱Ｃｖ＝３．１１Ｊ／ｃｒｎ” ’Ｑであるが、焦電
係数％： １．８ Ｘ １０−８Ｃ／ｃｍ２°Ｃで評価
指数Ｆｙ ：０．３ Ｘ １００−１ＯＣ−ａ／Ｊと値
が低く上記の如く性能的に°問題がある。特にＰｂＴｉ
０ａ焦電材料は自発分極を起こすための分極処理に当っ
ては２００ ’Ｏの高温下で６０ｋＶ／ｍ以上の電界を
印加する必要があり、この分極処理も実用面で問題にな
っている。
し発明の目的〕
本発明は上記の如き事情に対処して、室温で動作する高
感度の且つ風月性の高い焦電形赤外線検出素子を提供し
ようとするものである。
感度の且つ風月性の高い焦電形赤外線検出素子を提供し
ようとするものである。
本発明は一般式
％式％）
（但し式中Ｍｅ＝Ｎｂ、 Ｔａ、 Ｓｂのうちの１種以
上、Ｘ＝０．１〜０．３５の数、ｙ＝ｏ、ｏｉ〜０，１
５の数）で示される複合ペロブスカイト構造のセラミッ
ク焼結体を本体として成ることを特徴とする焦電形赤外
線検出素子である。
上、Ｘ＝０．１〜０．３５の数、ｙ＝ｏ、ｏｉ〜０，１
５の数）で示される複合ペロブスカイト構造のセラミッ
ク焼結体を本体として成ることを特徴とする焦電形赤外
線検出素子である。
しかして本件発明は、上記一般式で示される複合ペロブ
スカイト構造のものに所定量のＮｉｐ、ＭｎＱＦｅ２０
３などを添加含有せしめてなる焼結体が良好な焦電性を
示すとともに赤外線検出素子（センサ）として実用上す
ぐれた性能を備えているとの知見に基づくものである。
スカイト構造のものに所定量のＮｉｐ、ＭｎＱＦｅ２０
３などを添加含有せしめてなる焼結体が良好な焦電性を
示すとともに赤外線検出素子（センサ）として実用上す
ぐれた性能を備えているとの知見に基づくものである。
先ず（Ｐｂ１−ｘ Ｃａｘ） ［（Ｎｂ２／３ Ｎｎｌ
／３）０．０４ ”０．９６）０３となるようにＰｂＯ
，ＣａＣＯ３，ＴｉＯ２，Ｎｂ２０１１Ｊおよび。
／３）０．０４ ”０．９６）０３となるようにＰｂＯ
，ＣａＣＯ３，ＴｉＯ２，Ｎｂ２０１１Ｊおよび。
ＭｎＯを所定量それぞれ秤取し、アルミナポットミルを
用いてそれぞれ湿式混合した。これらの混合物を９００
°Ｃで２時間仮焼した後アルミナボットミルにて粉砕し
て原料粉末を調製した。次いでこれらの原料粉末をプレ
スによりシート化し、このシートから打抜き加工により
径２０朋の円板をそれぞ２０朋の薄い円板を得た。
用いてそれぞれ湿式混合した。これらの混合物を９００
°Ｃで２時間仮焼した後アルミナボットミルにて粉砕し
て原料粉末を調製した。次いでこれらの原料粉末をプレ
スによりシート化し、このシートから打抜き加工により
径２０朋の円板をそれぞ２０朋の薄い円板を得た。
れぞれ被着形成して一対の電極とした。この電極性は後
１００°Ｃのシリコーン油中に浸漬し、４０〜５ ＜）
ｋ Ｖ／ｃｒａの電圧を印加し５分間分極処理を施し
てから１００’Ｃ！、２４時間エージング処理し２次い
で精密カッタにて３×３朋片に切り出して焦電形赤外検
出素子（センサ）をそれぞれ得た。
１００°Ｃのシリコーン油中に浸漬し、４０〜５ ＜）
ｋ Ｖ／ｃｒａの電圧を印加し５分間分極処理を施し
てから１００’Ｃ！、２４時間エージング処理し２次い
で精密カッタにて３×３朋片に切り出して焦電形赤外検
出素子（センサ）をそれぞれ得た。
上記によって得た各焦電形赤外線検出素子について、そ
の検出素子の本体をなす焦電材料の組成比（ＰｂのＣａ
置換量Ｘ）と、焦電係数Ｐ、比誘電率ε、評価指数（電
圧感度）Ｆｖとの関係を測定したところ第１図に示す如
くであった。第１図において曲線け）は焦電係数Ｐを４
曲線（２）は比誘電率εを２曲線（３）は評価指数ド■
をそれぞれ示じ、また比較のためチタン酸鉛（ＰｂＴｉ
０３）の焦電係数Ｐを◎印、評価指数１゛ｖを回部で夫
々示した。
の検出素子の本体をなす焦電材料の組成比（ＰｂのＣａ
置換量Ｘ）と、焦電係数Ｐ、比誘電率ε、評価指数（電
圧感度）Ｆｖとの関係を測定したところ第１図に示す如
くであった。第１図において曲線け）は焦電係数Ｐを４
曲線（２）は比誘電率εを２曲線（３）は評価指数ド■
をそれぞれ示じ、また比較のためチタン酸鉛（ＰｂＴｉ
０３）の焦電係数Ｐを◎印、評価指数１゛ｖを回部で夫
々示した。
第１図から明らかのようにＸの値、即ちＣａによるＰｂ
の置換比が０．１〜０．３５の範囲で焦電係数Ｐは高い
値を示し、また比誘電率εは１８０〜３５０の値を示し
、この比誘電率εの値はＰｂ ＺｒＴｉ ０３の場合の
３８０より低い。さらに評価指数ＦＶもＸの値が０．１
〜０．３５で高い値を有しており、しかも第２図に示す
如くキュリ一点も２００°Ｃ以上で赤外線検出素子とし
て実用上の不都合さも全く認められなかった。
の置換比が０．１〜０．３５の範囲で焦電係数Ｐは高い
値を示し、また比誘電率εは１８０〜３５０の値を示し
、この比誘電率εの値はＰｂ ＺｒＴｉ ０３の場合の
３８０より低い。さらに評価指数ＦＶもＸの値が０．１
〜０．３５で高い値を有しており、しかも第２図に示す
如くキュリ一点も２００°Ｃ以上で赤外線検出素子とし
て実用上の不都合さも全く認められなかった。
一方上記本発明に係る焦電形赤外線検出素子について実
用面から評価したところ次の如くであった。即ち上記構
成の３×３韻片の一面側の電極を一部除去して素子面を
露出させた焦電形赤外検出素子について、第３図示の検
出回路として電圧感度［（、、、および比検出能りをそ
れぞれ測定したところ。
用面から評価したところ次の如くであった。即ち上記構
成の３×３韻片の一面側の電極を一部除去して素子面を
露出させた焦電形赤外検出素子について、第３図示の検
出回路として電圧感度［（、、、および比検出能りをそ
れぞれ測定したところ。
いずれも従来知られているチタン酸鉛（ｐｂｒｉｏ３）
を本体としてなる焦電形赤外線検出素子の場合に較べ２
０〜１００％もすぐれた性能を示した。ここ（Ｃ）の負
荷で受け４両端に発生した電圧を負荷抵抗（ｄＪ１０〜
１２にΩのｉ”ＥＴ（電界効果形トンン７スタ）のソー
スフォロアでインピーダンス変換した値と。
を本体としてなる焦電形赤外線検出素子の場合に較べ２
０〜１００％もすぐれた性能を示した。ここ（Ｃ）の負
荷で受け４両端に発生した電圧を負荷抵抗（ｄＪ１０〜
１２にΩのｉ”ＥＴ（電界効果形トンン７スタ）のソー
スフォロアでインピーダンス変換した値と。
入射赤外線のパワー値との比で表したものであるっ尚第
３図においてｔｅｌは電源端子を＋ （ｌ〕）は出力端
子を、（ｇ）はアースを示す。また比検出能りは、赤外
線検出素子（ａ）の雑音出力■Ｎ、電圧感度Ｒｙおよび
赤外線検出素子（ａ）の表面積Ａとし 次式％式％） にてめた値である。
３図においてｔｅｌは電源端子を＋ （ｌ〕）は出力端
子を、（ｇ）はアースを示す。また比検出能りは、赤外
線検出素子（ａ）の雑音出力■Ｎ、電圧感度Ｒｙおよび
赤外線検出素子（ａ）の表面積Ａとし 次式％式％） にてめた値である。
このように本発明に係る焦電形赤外検出素子は赤外線セ
ンナとして実用上重視される電圧感度Ｈｖ。
ンナとして実用上重視される電圧感度Ｈｖ。
比検出能■Ｎなどすぐれているばかりでなく９例えば９
５％相対湿度、４０°Ｃの雰囲気下にて１０００時間連
続動連続上ても特性の劣化はｂ土とんと認められず、長
時間に亘って赤外線検出素子としての機能を十分に維持
することも確詔された。
５％相対湿度、４０°Ｃの雰囲気下にて１０００時間連
続動連続上ても特性の劣化はｂ土とんと認められず、長
時間に亘って赤外線検出素子としての機能を十分に維持
することも確詔された。
尚上記においては焦電形赤外線検出素子の本体の主成分
をなす複合ペロプスカイト構造を採る（Ｐｂ Ｃａ）
（（Ｍｅ２／３ Ｍｎ１／３）Ｔｉ １０３系において
′■゛１及び（ｌｖｌｅ ２／３ Ｍ、ｎ １．／３
）の比を・一定にし、ＰｂとＣａの比を変えた例を示し
たが、′ｒ】と（Ｍｅ２／３八”１／３）の比を０．０
１〜０１５の範囲に変えた場合もほぼ同様の件１．ヒを
示した。
をなす複合ペロプスカイト構造を採る（Ｐｂ Ｃａ）
（（Ｍｅ２／３ Ｍｎ１／３）Ｔｉ １０３系において
′■゛１及び（ｌｖｌｅ ２／３ Ｍ、ｎ １．／３
）の比を・一定にし、ＰｂとＣａの比を変えた例を示し
たが、′ｒ】と（Ｍｅ２／３八”１／３）の比を０．０
１〜０１５の範囲に変えた場合もほぼ同様の件１．ヒを
示した。
本発明に係る焦電形赤外線検出素子の本体主要部を構成
する。
する。
上記一般式
％式％）
の一部をなすＰｂ （Ｍｅ ２７３ Ｍ＋ｉ ］／３
）０３は炉詰過程において、焼成温度の低下、結晶粒の
異常成長抑制に寄与する役目を果し、その組成比、即ち
上記一般式におけるｙの値は０．０１〜０．１５の範囲
内に選ぶ必要がある。その理由は００１未満では上述の
焼成温度低下などの効果がなく、また０、１５を超える
と誘電率が大きくなり７１ωぎ、実用面で、電圧に対す
るｉ゛１′価指数が低小し、赤外線センナとして性能が
良好て・ないためである。
）０３は炉詰過程において、焼成温度の低下、結晶粒の
異常成長抑制に寄与する役目を果し、その組成比、即ち
上記一般式におけるｙの値は０．０１〜０．１５の範囲
内に選ぶ必要がある。その理由は００１未満では上述の
焼成温度低下などの効果がなく、また０、１５を超える
と誘電率が大きくなり７１ωぎ、実用面で、電圧に対す
るｉ゛１′価指数が低小し、赤外線センナとして性能が
良好て・ないためである。
上記の如く７本発明によれば、一般式（ｐｂＩ−１Ｃａ
Ｘ） ［： （Ｍｅ２７３Ｍｎ 、／３）、、 ’ｔ’
ｉ、−，）０３で丞される複合ベロブスカイｔ” ｒｆ
ｌ造のセラミック焼結体を赤外線検出素子本体としてい
る。しかして前記セラミック焼結体は、大きな焦′ば係
数を有する所言円る焦１ｈ形で。
Ｘ） ［： （Ｍｅ２７３Ｍｎ 、／３）、、 ’ｔ’
ｉ、−，）０３で丞される複合ベロブスカイｔ” ｒｆ
ｌ造のセラミック焼結体を赤外線検出素子本体としてい
る。しかして前記セラミック焼結体は、大きな焦′ば係
数を有する所言円る焦１ｈ形で。
低い誘電率を有しており、赤外検出素子としてもすぐれ
た特性を係！えて（＾る。
た特性を係！えて（＾る。
即ちこの独赤外検出素子として要求でれる評価指数１・
′ｖに大きく寄与する焦電係数Ｐ （Ｃ／ｃｍ２°０）
が大こ９寸た比１？夕電率εが小ざいと云う１１テ長が
ある。
′ｖに大きく寄与する焦電係数Ｐ （Ｃ／ｃｍ２°０）
が大こ９寸た比１？夕電率εが小ざいと云う１１テ長が
ある。
しかして実用面からみでは、赤外線照射に対する心入と
しての電圧感度Ｒ１■が高く、一方雑音出力は低いので
、高い比検出能りを発揮する。換言すれレエ、高い感度
をもって、信頼性高く、赤外線を容易に検出できる、し
かも経時特性も良好で長期間に亘って所伎の赤外線検出
機能を保持発揮する。
しての電圧感度Ｒ１■が高く、一方雑音出力は低いので
、高い比検出能りを発揮する。換言すれレエ、高い感度
をもって、信頼性高く、赤外線を容易に検出できる、し
かも経時特性も良好で長期間に亘って所伎の赤外線検出
機能を保持発揮する。
かくして本発明に係る赤外線検出素子は焼結し易く−ま
た分極処ＪｊＪｉもイブ、々ｉ ｏ ｏ ’Ｃ＜“４度
の温度、４０〜５０ ｋ Ｖ／ｃｍＯ分ＩＭ ’＋’Ｌ
ｉ王で足り、製造もし易い点などと相俟って実用に好適
する焦電形赤外線検出素子と云える。
た分極処ＪｊＪｉもイブ、々ｉ ｏ ｏ ’Ｃ＜“４度
の温度、４０〜５０ ｋ Ｖ／ｃｍＯ分ＩＭ ’＋’Ｌ
ｉ王で足り、製造もし易い点などと相俟って実用に好適
する焦電形赤外線検出素子と云える。
第１図は本発明に係る焦電形赤外検出素子の一ビリにつ
いて焦′也係数、比誘電率および評価指数と組成との関
係４それぞれ示す曲ａｌ１図、第２図は同じく本発明に
係る焦電形赤外線検出素子の一例について、Ｉ［を成と
キュリーｆｇ ｔｔ’＝との関係を示すＩ′ＩＪｌＷＱ
図、第３図ｒま本発明に係る焦電形赤外線検出素子につ
いての特性測定回路図である。 （ａｌ・・・赤外線検出素子、（１）ｌ・・・赤外線、
（Ｃ）・・負峙。 （ｅｌ・・・′電源端子、（ｆ、）・・・出力端子、（
ｇ） アース代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか １名）
いて焦′也係数、比誘電率および評価指数と組成との関
係４それぞれ示す曲ａｌ１図、第２図は同じく本発明に
係る焦電形赤外線検出素子の一例について、Ｉ［を成と
キュリーｆｇ ｔｔ’＝との関係を示すＩ′ＩＪｌＷＱ
図、第３図ｒま本発明に係る焦電形赤外線検出素子につ
いての特性測定回路図である。 （ａｌ・・・赤外線検出素子、（１）ｌ・・・赤外線、
（Ｃ）・・負峙。 （ｅｌ・・・′電源端子、（ｆ、）・・・出力端子、（
ｇ） アース代理人 弁理士 則 近 憲 佑 （ほか １名）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 一般式 ％式％） （式中ＭｅはＮｂ、 Ｔａ、 Ｓｂのうちから選ばれた
少なくとも１種の元素、Ｘはｏ、ｉ〜０．３５の数値、
ｙは０．０１〜０．１５の数値） で示される複合ペロプスカイト構造のセラミック焼結体
に、対をなす電極を設けて成ることを特徴とする焦電形
赤外線検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59042919A JPS60191053A (ja) | 1984-03-08 | 1984-03-08 | 焦電形赤外線検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59042919A JPS60191053A (ja) | 1984-03-08 | 1984-03-08 | 焦電形赤外線検出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60191053A true JPS60191053A (ja) | 1985-09-28 |
Family
ID=12649424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59042919A Pending JPS60191053A (ja) | 1984-03-08 | 1984-03-08 | 焦電形赤外線検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60191053A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6085057A (en) * | 1997-02-04 | 2000-07-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Image forming device and method for transferring a toner image onto a recording medium |
-
1984
- 1984-03-08 JP JP59042919A patent/JPS60191053A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6085057A (en) * | 1997-02-04 | 2000-07-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Image forming device and method for transferring a toner image onto a recording medium |
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