JPH0510817A - 焦電アレイセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 低コストで特性のばらつきの小さい赤外線ア
レイセンサを提供する。 【構成】 焦電基材の表面に受光電極２０を複数個配置
し、その基板の裏面には電極対と対峙する位置に対極３
０を各々設けたセンサにおいて、その対極３０の面積サ
イズが受光電極２０のサイズより大きくした焦電アレイ
センサ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、赤外線、特に熱線を検
知する焦電センサの形状に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、赤外線、特に熱線を検知する焦電
センサは焦電効果を有する基板の表面に受光電極を設
け、基板裏面には受光電極と対峙する位置に対極を設
け、受光電極に赤外線を照射することにより該電極間電
位が変化することを利用して検知するものである。材料
としては硫酸グリシン系、ポリ弗化ビニリデン系、Ｌｉ
ＴａＯ3、ＰｂＴｉＯ3などの強誘電体材料が用いられ、
また、基材の形態は硫酸グリシン系、ＬｉＴａＯ3等は
結晶体が用いられ、ＰｂＴｉＯ3系は結晶の形成が困難
なことから焼結セラミックもしくは薄膜技術により形成
した薄膜を用いるのが一般的である。

【０００３】このとき、焦電出力は受光電極の面積に大
きく左右されるばかりでなく、受光電極とそれに対峙し
ている対極とが重なり合っている面積に大きく左右され
るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】薄膜センサは感度は高
いがコストと信頼性の点で問題が有り、それとは逆に、
結晶体やセラミック体は生産性および信頼性の点で優れ
ているという特徴がある。該結晶体やセラミック体を切
削・研磨加工により薄板化し、該基板表面に赤外線受光
電極を形成し、裏面に対極を形成してセンサ素子をライ
ン状に並べたアレイセンサを形成する場合、電極が互い
に対峙するように位置合わせを正確にする必要が有り、
そのため、フォトリソグラフィーによる電極パターン形
成が主に用いられており、工程としてレジスト塗布、プ
レベイク、露光、現像、ポストベイク、電極エッチン
グ、レジスト剥離の各工程によりパターン形成しなけれ
ばならず時間がかかり過ぎるという課題があった。ま
た、メタルマスクによる電極パターン形成は、工程とし
て焦電基板にメタルマスクを装着して電極形成するだけ
で電極がパターン状に形成されるので非常に低コストで
センサが提供できるが受光電極と対極との合わせ精度が
悪く、センサ検出感度に大きなばらつきを生じるという
課題が有った。

【０００５】本発明は、上述の問題に鑑みて試されたも
ので、結晶体もしくはセラミック体を用いて低コストで
信頼性が高いアレイセンサを提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、焦電効果を有
する結晶体もしくはセラミック体基材の表面に赤外線受
光部用電極を複数個ライン状に一定間隔で配置し、その
基板の裏面には電極対と対峙する位置に受光電極より広
い面積の対極を各々設けたことを特徴とするものであ
る。

【０００７】

【作用】本発明は、焦電効果を有する結晶体もしくはセ
ラミック体基材の表面に設けた赤外線受光部用電極と、
その受光電極より広い面積の対極を各々設けたことを特
徴とするものであり、これにより、電極の位置合わせを
容易にし、低コストでセンサ感度の安定した温度分布測
定装置を実現できる。

【０００８】

【実施例】

（実施例１）図１ａ，ｂ，ｃ、図２および図３ａ，ｂは
本発明の一実施例の焦電アレイセンサを説明するための
焦電体部の概略構成を示すものであって、図１ａに示す
ように切削・研磨加工により薄板化したＰｂＴｉＯ3等
からなる焦電体基板表面１１には、メタルマスクを用い
て蒸着もしくはスパッター法もしくはＣＶＤ法により受
光電極２０と電極引出部２４を複数個設ける。メタルマ
スクの基板への装着は基板の端面部を基準として位置合
わせするか、基板状のマーカにより位置合わせする。ま
た、メタルマスクは５０から１００μｍ程度の薄いＳＵ
Ｓ４３０等の材質から成る磁性材料を用いることによ
り、製膜時に焦電体基板裏面側にマグネットを配置する
ことによりマスク基材が焦電体基板から浮き上がること
を抑え、ぶれの無いパターン蒸着が可能である。

【０００９】次に、図１ｂに示すように焦電体基板裏面
１２には、同様にして、受光電極２０に各々対峙する位
置に受光電極用対極３０を設け、各々外部回路へ接続す
るための対極用引出部３４を形成する。このとき、対極
のサイズは受光電極サイズより大きくする。また、隣接
する受光電極間距離は１０から２００μｍとし、電極接
続部および電極引出部における線巾は２０−１００μｍ
が良い。図１ｃは図１ａとｂを重ねた状態を示す。

【００１０】図２には基板表面および裏面に形成した電
極の対峙状態を示す。受光電極と受光電極用対極の電極
サイズは前者が後者に較べ小さく設計する。図２におい
て焦電体基板１０と受光電極２０上に赤外線を集光する
ために設置した赤外線透過レンズ６０とチョッパー７０
との相対位置を示す。赤外線５０はチョッパー７０によ
り、断続的に入射することにより、焦電出力を得た。

【００１１】（表１）には電極のサイズと２０素子の感
度ばらつき（感度標準偏差／平均値）の関係を示す。ま
た、比較のためにフォトリソグラフィによって正確に位
置合わせをした従来のセンサの特性についても記載し
た。サイズの単位は（μｍ）である。

【００１２】

【表１】

【００１３】上述の表より明らかなように、受光電極の
サイズに較べて対極のサイズを大きくすることにより、
感度ばらつきを大幅に小さくすることができた。対極サ
イズを受光電極サイズより約４０μｍ大きく設計するこ
とで、フォトリソにより形成した電極を用いたセンサと
ほぼ同程度の精度が達成できた。

【００１４】（実施例２）図３ａ，ｂは本発明の異なる
実施例を説明するための焦電体部の概略構成を示すもの
であって、図３に示すように切削・研磨加工により薄板
化したＰｂＴｉＯ ₃等からなる焦電体基板１０の表面に
は、メタルマスクを用いて蒸着もしくはスパッター法も
しくはＣＶＤ法により受光電極２０と補償電極２１を複
数個設け、その電極は各々電極接続部２２により電気的
に接続する構造とする。さらに、焦電体基板１０の裏面
には、同様にして、受光電極２０と補償電極２１とに各
々対峙する位置に受光電極用対極３０および補償電極用
対極３１を設け、各々外部回路へ接続するための電極引
出し部３４を形成する。

【００１５】このとき、受光電極２０と補償電極２１は
同一面積であることが望ましく、かつ、受光電極用対極
３０および補償電極用対極３１のサイズは受光電極２０
および補償電極２１のサイズよりそれぞれ大きく形成す
る。また、隣接する受光電極間距離は１０から２００μ
ｍとし、受光電極２０と補償電極２１間隔、すなわち、
電極接続部２２の長さは５００μｍから２ｍｍがよい。
また、電極接続部および電極引出部における線巾は２０
−１００μｍが良い。

【００１６】次に、図４に示すように該焦電体基板１０
の受光表面前面には、赤外線選択透過窓４１を有する赤
外線選択透過基板４０を配置することにより、受光電極
２０にのみ赤外線５０が照射されるようにし、補償電極
２１に遮光状態とする。

【００１７】図５には該焦電体基板１０と赤外線選択透
過基板４０および受光電極２０上に赤外線を集光するた
めの赤外線透過レンズ６０とチョッパー７０との相対位
置を示す。当然のことながら、集光後の赤外線は赤外線
選択透過基板４０によって、補償電極２１側には照射さ
れず、受光電極２０側のみに照射されものである。ま
た、赤外線５０はチョッパー７０により、断続的に入射
することにより、焦電出力を得る。

【００１８】実際に、受光電極部および補償電極部を同
一焦電体基板上に１０個アレイ状に形成し、実施例１と
同様の電極サイズ効果を検討した結果、アレイ状の方向
の１次元の温度分布を精度良く測定することができた。

【００１９】次に、該焦電体基板１０と赤外線選択透過
基板４０と赤外線透過レンズ６０とチョッパー７０とを
回転部として一体化し、その回転部をステッピングモー
タに機械的に接続し、受光電極のアレイ状方向（長軸方
向）を縦方向として、チョッピングをかけながら、ステ
ッピングモータを駆動させ、回転部を断続的に横方向に
回転させることによりセンサおよびレンズが面している
方向を左右に走査させながら、温度分布を測定した。測
定後、電気信号処理により各方向の縦の温度分布をつな
ぎ合わせると、空間の２次元の反転温度分布が得られ
た。

【００２０】以上、本発明のセンサを用いて、空間の２
次元温度分布測定が達成できた。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、本発明は、赤外線を検知
するアレイセンサとして、焦電効果を有する結晶体もし
くはセラミック体基材の表面に、赤外線受光部用電極も
しくは補償用の電極とを複数個形成し、基板の裏面には
電極と対峙する位置に該電極より大きなサイズの対極を
各々設けた構造としたことを特徴とするものであるか
ら、基板の表面および裏面に設ける対峙した電極同士の
重なりが容易で、素子作製上の正確な位置合わせを必要
とせず、メタルマスク法により容易に電極のパターン化
が達成できることから、素子の低コスト化を可能とする
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の一実施例の焦電アレイセンサに
おける焦電体基板表面の概略図 （ｂ）同実施例における焦電体基板表面の概略図 （ｃ）同実施例における基板の表裏の電極を位置関係を
示す図

【図２】同実施例における焦電基板と測定系との相対位
置関係図

【図３】（ａ）本発明の異なる実施例の焦電アレイセン
サにおける焦電体部の分解斜視図 （ｂ）本発明の異なる実施例の焦電アレイセンサにおけ
る焦電体部の分解斜視図

【図４】同異なる実施例における焦電基板と赤外線選択
透過基板との相対位置関係図

【図５】焦電基板と測定系との相対位置関係図

【符号の説明】

１０ 焦電体基板 １１ 焦電体基板表面 １２ 焦電体基板裏面 ２０ 受光電極 ２１ 補償電極 ２２ 電極接続部 ２４ 受光電極用引出部 ２５ 受光部 ２６ 補償部 ３０ 受光電極用対極 ３１ 補償電極用対極 ３３ 補償電極用共通対極 ３４ 対極用引出部 ４０ 赤外線選択透過基板 ４１ 赤外線選択透過窓 ５０ 赤外線 ６０ 赤外線透過レンズ ７０ チョッパー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焦電効果を有する基材の表面に赤外線受
   光電極を複数個ライン状に所定間隔で配置し、前記基板
   の裏面には前記受光電極と対峙する位置に前記受光電極
   より広い面積の対極を各々設けたことを特徴とする焦電
   アレイセンサ。
2. 【請求項２】 焦電効果を有する基材の表面に赤外線受
   光電極と前記受光電極と電極接続部を介して電気的に接
   触した補償電極とを一対とした電極対を複数個ライン状
   に所定間隔で配置し、前記基板の裏面には前記受光電極
   および前記補償電極と対峙する位置に前記受光電極およ
   び前記補償電極より広い面積を有する対極を設け、前記
   対極から外部電気回路への取出用電極引出部をそれぞれ
   設けたことを特徴とする請求項１記載の焦電アレイセン
   サ。