DE3220497C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen pyroelektrischen Detektor mit einem Element aus pyroelektrischem Werkstoff, das zumindest ein Paar einander gegenüberliegender Flächen, an denen elektrische Ladungen erzeugt werden, wenn sich die Elementtemperatur ändert, und Elektroden zum Detektieren der vom Element erzeugten Ladungen enthält, die sich über zumindest eine der einander gegenüberliegenden Flächen erstrecken, bei dem ein wirksamer Oberflächenbereich vorhanden ist, der derart wirksam ist, daß zeitliche Schwankungen der Intensität einer auf jeden Teil des Oberflächenbereichs auffallenden Strahlung Schwankungen der erzeugten Ladungen hervorrufen, die von den Elektroden detektierbar sind. Die Erfindung betrifft weiter eine Verwendung und ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Detektors.

Wenn die Temperatur eines Elements aus pyroelektrischem Werkstoff sich ändert, ergibt sich eine Änderung der spontanen Polarisation des Werkstoffs entlang einer vorgegebenen Achse und demzufolge werden Ladungen an einander gegenüberliegenden Elementflächen in räumlichen Abständen entlang dieser Achse erzeugt. Diese Erscheinung wird in einem pyroelektrischen Strahlungsdetektor durch die Verwendung von Wärmeenergie aus auf den Detektor auffallender Strahlung zum Ändern der Elementtemperatur ausgenutzt. Da das Element Ladungen nur dann erzeugt, wenn sich seine Temperatur ändert und da diese Ladungen zum Abfließen neigen oder neutralisiert werden, eignet sich der Detektor zum Detektieren einer Änderung der auffallenden Strahlung. Diese Änderung kann durch eine äußere Ursache ohne Zusammenhang mit dem Detektor sprunghaft erfolgen oder der Detektor kann mit Mitteln zum Variieren der Intensität der auf den Detektor auffallenden Strahlung verbunden sein, z. B. mit einem Zerhacker, der ein Strahlungsbündel aus einer externen Quelle periodisch unterbricht und Strahlung bei einer im wesentlichen konstanten Bezugstemperatur liefert, die es ermöglicht, ein elektrisches Dauersignal aus dem Detektor zu erhalten, wenn ein Unterschied zwischen der Temperatur des Bündels und der Bezugstemperatur entsteht. Die Intensitätsvariationsfrequenz kann beispielsweise zwischen wenigen und mehreren hundert Hertz liegen.

Die Temperaturänderung des Elements läßt sich beispielsweise durch die Detektion eines Stroms detektieren, der zwischen zwei Elektroden bzw. in den Flächen des einen Paars fließt, während sich die Elementtemperatur ändert, oder durch die Detektion angesammelter Oberflächenladung (bevor sie durch Streuladungen neutralisiert ist oder abfließt) durch die Detektion eines Stroms, der zu einer Elektrode auf einer der zwei Flächen fließt, wenn das Potential der anderen der zwei Flächen auf einen vorgegebenen Wert zurückgebracht wird, und zwar mit einem Elektronenstrahl, wie er benutzt wird, wenn das Element in einer pyroelektrischen Kameraröhre verwendet wird.

Ein pyroelektrischer Detektor nach dem ersten Absatz ist aus der GB-PS 14 40 674 bekannt. Dieser Detektor enthält eine Scheibe aus pyroelektrischem Werkstoff mit Elektroden, die sich über eine jede der zwei einander gegenüberliegenden Hauptflächen erstrecken. Die Scheibe ist über eine Elektrode, die sich über die ganze Vorderfläche der Scheibe erstreckt, an einer leitenden Halterung mit einer zentralen Öffnung befestigt; die andere Elektrode erstreckt sich nur über einen Teil der Rückfläche der Scheibe und ist konzentrisch mit der Öffnungen in der Halterung. Der Detektor dient zum Detektieren von Schwankungen der Intensität der nur auf denjenigen Oberflächenbereich des Detektors auffallenden Strahlung, der von der Öffnung in der Halterung definiert wird, d. h. Schwankungen der Intensität der außerhalb dieses Bereichs auf den Detektor auffallenden Strahlung bewirken keine wesentliche Ladungserzeugung, die mit den Elektroden detektierbar ist. Dies wird durch die verhältnismäßig hohe Wärmekapazität der Halterung verursacht: Die für eine Änderung der Wärmeenergie der auffallenden Strahlung zum Hindurchdiffundieren zum Element erforderliche Zeit ist lang im Vergleich zu einer gewünschten Ansprechzeit des Detektors, sowohl für eine Einzelschrittänderung der aus einer externen Quelle ankommenden Strahlung als auch für Schwankungen, die von einem mit dem Detektor zusammenarbeitenden Zerhacker eingeführt werden, und weiter wird die Größe der Temperaturschwankung am Element viel kleiner als die an der Oberfläche der Halterung sein, auf die die Strahlung auffällt. Außerdem verursachen Schwankungen in der Intensität der auf den wirksamen Oberflächenbereich auffallenden Strahlung Temperaturschwankungen nicht nur in jenem Teil des pyroelektrischen Werkstoffs, der von den Elektroden detektierbare Ladungen erzeugt, sondern auch in dem Teil des benachbarten pyroelektrischen Werkstoffs und in dem angrenzenden Teil der Halterung, in den Wärmeenergie zu diffundieren neigt. Demzufolge wird das Ausmaß einer Schwankung der Wärmeenergie aus auffallender Strahlung, das zum Erzeugen von Ladungen beiträgt, die mit den Elektroden detektierbar sind, reduziert.

In anderen bekannten pyroelektrischen Detektoren, zum Beispiel solchen, in denen das Element auf einem dünnen Kunststoff-Film montiert ist, kann der wirksame Oberflächenbereich des Detektors im wesentlichen die gesamte Fläche einer Hauptfläche des Elements aus pyroelektrischem Werkstoff sein; die Wärmeleitfähigkeit aus dem wirksamen Oberflächenbereich kann ebenfalls niedrig sein.

Ein wichtiges Merkmal eines pyroelektrischen Detektors ist seine Rauschäquivalentleistung (Noise Equivalent Power = NEP), die als quadratischer Mittelwert der Leistung der Sinusschwankung der auf den Detektor auffallenden Strahlung definierbar ist, für den der Rauschabstand des Detektors in einer 1-Hz-Bandbreite eins ist. NEP ist von der Ansprechempfindlichkeit des Detektors abhängig, die beispielsweise in Termen des Signalstroms ausgedrückt werden kann, der vom Detektor pro Einheitsleistung der Sinusschwankung der auffallenden Strahlung erzeugt wird, und von mehreren Quellen elektrischen Rauschens abhängt, die zum Beispiel als Rauschströme ausgedrückt werden können. In der Praxis muß ein pyroelektrischer Detektor mit einem Verstärker benutzt werden, da das von Detektor erzeugte Signal nur schwach ist, und die Rauschquellen sind abwechselnd mit dem Detektor selbst oder mit dem Verstärker, oder auch mit beiden verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen pyroelektrischen Detektor der eingangs genannten Art mit einer verbesserten Rauschäquivalentleistung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Detektors, eine Verwendung und Verfahren zum Betrieb sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einem Vergleich eines erfindungsgemäßen Detektors mit einem Detektor vom bekannten Typ können zwei Möglichkeiten in Erwägung gezogen werden: Wenn angenommen wird, daß das pyroelektrische Element eine vorgegebene Bemessung aufweist, spricht der erfindungsgemäße Detektor auf Schwankungen der auf einen wesentlich größeren wirksamen Oberflächenbereich auffallenden Strahlung an, während, wenn angenommen wird, daß der wirksame Oberflächenbereich eine vorgegebene Bemessung aufweist, der erfindungsgemäße Detektor mit einem wesentlich kleineren pyroelektrischen Element ausgerüstet ist. Die erstgenannte Möglichkeit bezieht sich auf Betriebsbedingungen, bei denen eine Vergrößerung des wirksamen Oberflächenbereichs die Menge der auf den Detektor auffallenden, schwankenden Strahlung ansteigen läßt: Die NEP wird somit verbessert, da der Signalstrom größer wird. Die letztgenannte Möglichkeit bezieht sich auf einen Detektor, der auf eine Schwankung der auffallenden Strahlung an einer beliebigen Stelle eines gegebenen Bereichs ansprechen muß, zum Beispiel dort, wo ein mit dem Detektor verbundenes optisches System ankommende Strahlung aus einer speziellen externen Quelle zu einem Fleck auf dem Detektor fokussiert, wobei die Lage des Flecks vom Winkel zwischen der auffallenden Strahlung aus der Quelle und einer optischen Achse des Systems abhängig ist; die Abmessung des wirksamen Oberflächenbereichs des Detektors werden vom gewünschten Blickfeld bestimmt, in dem die externe Quelle detektierbar sein soll. Für eine derartige Situation hat eine im Rahmen der Erfindung durchgeführte theoretische Analyse eines Detektors mit Elektroden, die sich über beide Flächen des pyroelektrischen Elements erstrecken, an denen Ladungen erzeugt werden, ergeben, daß die NEP reduziert wird, wenn der pyroelektrische Werkstoff zwischen den Elektroden in seinen Abmessungen reduziert werden kann, ohne daß dabei der wirksame Oberflächenbereich des Detektors kleiner wird. Faktoren, die bei dieser Analyse relevant sind, werden beispielsweise in der Abhandlung "Pyroelectric Detectors and Materials" von S. T. Liu et al., Proc. IEEE; Vol. 66, Nr. 1 (Januar 1978) S. 14 . . . 26, betrachtet. Wie in dieser Abhandlung erwähnt, können sich Elektroden eines Detektors mit einem quaderförmigen Element aus pyroelektrischem Werkstoff auf Hauptflächen des Elements (sog. Flächenelektroden) oder auf senkrecht dazu verlaufenden Nebenflächen (sog. Randelektroden) befinden; in beiden Fällen wird davon ausgegangen, daß Strahlung auf eine Hauptfläche auffällt. Die Flächenelektrodenkonfiguration ist die gebräuchlichere und nur diese Konfiguration wird in der genannten Abhandlung näher erläutert. Das im Rahmen der Erfindung durchgeführte Studium verschiedener Rauschquellen in einem Detektor jeder Konfiguration bei der Verwendung mit einem Verstärker und das Studium der Abhängigkeit der Rauschströme vom Flächeninhalt der Elektroden und vom Abstand zwischen den Elektroden hat ergeben, daß die NEP proportional der Quadratwurzel aus der Summe mehrerer Terme ist, von denen ein Term dem Quadrat des Flächeninhalts proportional ist, ein Term dem Quadrat des Abstands proportional ist und ein Term dem Produkt des Flächeninhalts und des Abstands, d. h. des Volumens des wirksamen pyroelektrischen Werkstoffs, proportional ist. (Dieser letze Term stellt das Rauschen durch den dielektrischen Verlust (tan δ) des pyroelektrischen Werkstoffs dar, der in der Praxis die bedeutsamste Ursache von Rauscherscheinungen sein kann). Hieraus ergibt sich, daß bei einer Reduktion des Volumens des wirksamen pyroelektrischen Werkstoffs zumindest zwei von diesen drei Termen sich verringern, wodurch also auch die NEP sich verringert. Anders betrachtet, wird eine Reduzierung des Flächeninhalts einer Hauptfläche des Elements bei der Verwendung von Flächenelektroden den Flächeninhalt der Elektroden und bei der Verwendung von Randelektroden den Abstand der Elektroden verringern, wenn der Flächeninhalt der Hauptfläche durch Reduktion einer ihrer Abmessungen senkrecht zu den Ebenen der Elektrode verringert wird, oder wird den Flächeninhalt der Elektroden reduzieren, wenn der Flächeninhalt der Hauptfläche durch Reduktion einer ihrer Abmessungen parallel zu den Elektrodenebenen reduziert wird, oder wird sowohl den Abstand als auch den Flächeninhalt der Elektroden reduzieren, wenn beide Abmessungen verringert werden; in allen Fällen wird davon ausgegangen, daß die Dicke des Elements senkrecht zu den Hauptflächen, d. h. der kleinste Abstand zwischen einander gegenüberliegenden Flächen des Elements, konstant ist, und ein erfindungsgemäßer Detektor läßt sich auf diese Weise mit einem hypothetischen Detektor vom bekannten Typ vergleichen, bei dem diese Dicke gleich, jedoch der Flächeninhalt der Hauptfläche vergrößert ist, so daß das Element sich über den ganzen wirksamen Oberflächenbereich erstreckt.

Im Falle eines Targets für eine pyroelektrische Kameraröhre, wobei die erzeugte Ladung unter Verwendung eines Abtastelektronenstrahls detektiert wird, ist es wünschenswert, daß die Zeitkonstante des Strahlwiderstands multipliziert mit der Targetkapazität viel kleiner als die Halbbildabtastdauer ist, um die Ladung wirkungsvoll auslesen zu können. Bei der Weiterbildung der erfindungsgemäßen Detektors nach Anspruch 2, kann eine Reduktion des Flächeninhalts der Hauptflächen sowohl die elektrische Kapazität als auch die Wärmekapazität verringern; daher eignet sich diese Weiterbildung für die im Anspruch 12 genannte Verwendung.

Bei der Weiterbildung nach Anspruch 3 kann ein brauchbares Signal dabei im wesentlichen aus dem gesamten pyroelektrischen Werkstoff abgeleitet werden, der Wärmeenergie aus auf den wirksamen Oberflächenbereich auffallender Strahlung empfängt.

Bei den Weiterbildungen nach den Ansprüchen 4 bis 6 ist jeweils der mittlere Abstand verringert, über den die Wärmeenergie diffundieren muß, um die Temperatur des Elements zu ändern.

Die Wärmestreuungsanordnung kann, zusätzlich zu einem hohen Wärmeausbreitungsvermögen, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine niedrige Wärmekapazität haben. Die optimal erreichbaren Werte für diese Parameter, insbesondere für den zweiten und dritten, die entgegengesetzte Anforderungen sein können, können von den Abmessungen des Detektors und von seinem gewünschten Frequenzgang abhängig sein.

Bei der Weiterbildung nach Anspruch 7 wird die Wärmeenergie der auffallenden Strahlung hauptsächlich auf die Änderung der Elementtemperatur gerichtet, statt lediglich auf ein Ändern der Temperatur der Wärmestreuungsanordnung.

Die Weiterbildung nach Anspruch 8 läßt sich dadurch verwirklichen, daß alle Wege, über die Wärme aus dem wirksamen Oberflächenbereich heraus geleitet werden kann, eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen - mit Ausnahme des Weges zum Element, und dadurch, daß angrenzend an den wirksamen Oberflächenbereich ein Minimum an Wärmekapazität gebildet wird - ausgenommen dort, wo sich das Element befindet.

Die maximale Frequenz (oder die minimale Periode), mit der der Detektor brauchbar betrieben werden kann, ist vom maximalen Abstand, über den Wärmeenergie vom wirksamen Oberflächenbereich dem Element zugeführt werden muß, und vom Wärmeausbreitungsvermögen der Wärmestreuungsanordnung abhängig. Ein diesbezüglich geeignetes Betriebsverfahren ist im Anspruch 14 angegeben.

Dabei ist der Wärmediffusionsabstand wie folgt definiert:

,

worin k das Wärmeausbreitungsvermögen der Wärmestreuungsanordnung ist, das gleich der Wärmeleitfähigkeit dividiert durch die volumenspezifische Wärme ist, und ω die Winkelfrequenz der periodischen Schwankung ist, die gleich 2 π f ist, wobei f die Frequenz der periodischen Schwankung darstellt. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert, die einen Querschnitt durch einen Detektor nach dem Ausführungsbeispiel darstellt, der ein Element 1 aus pyroelektrischem Werkstoff zwischen zwei flexiblen Filmen 2 und 3 enthält. In der Figur sind die Dickenabmessungen des Elements, der flexiblen Filme, verschiedener darauf angebrachter Schichten und des dazwischenliegenden Klebstoffs (d. h. ihre Abmessungen in einer im allgemeinen vertikalen Richtung) stark vergrößert dargestellt, wodurch die Filme und die Schichten darauf mit erheblicher Krümmung gezeichnet werden mußten; die wirklichen Dickenabmessungen dieser Bauteile sind in bezug auf ihr horizontale Abmessungen so gering, daß die Struktur faktisch im wesentlichen planar ist.

Das Element 1 aus pyroelektrischem Werkstoff weist Elektroden 4 und 5 auf, die die obere und untere Fläche des Elements vollständig bedecken. Obgleich das Element 1 äußerst dünn und daher zerbrechlich ist, ist es viel weniger flexibel als die Filme 2 und 3 und kann selbsttragend sein; im Detektor wird es von zumindest einem der Filme gestützt. Die Filme 2 und 3 werden an ihren Peripherien auf einem im wesentlichen starren Ring 6 aus elektrisch isolierendem Werkstoff gespannt gehalten. Der untere Film 2 trägt eine elektrisch leitende Schicht 7, die eine elektrische Verbindung zwischen der unteren Elektrode 4 und einer weiteren elektrisch leitenden Schicht 8 bildet, die sich über den Ring 6 und die Schicht 7 an der Peripherie der Filme erstreckt, um einen Anschluß des Detektors zu bilden.

Der obere flexible Film 3 trägt mehrere Schichten: Eine Schicht 9 zum Absorbieren auffallender Strahlung im gewünschten Wellenlängenbereich, eine elektrisch leitende Wärmestreuungsschicht 10, die an die Absorptionsschicht 9 grenzt und von gleicher Abmessung wie die Schicht 9 ist, und eine elektrisch leitende Schicht 11, die eine elektrische Verbindung zwischen der oberen Elektrode 5 am Element, in diesem Fall über die elektrisch leitende Schicht 10, und einer weiteren, elektrisch leitenden Schicht 12 bildet, die sich über den Ring 6 und die Schicht 11 an der Peripherie der Filme erstreckt, um einen zweiten Anschluß des Detektors zu bilden. Eine Schicht 14 aus Klebstoff zwischen den Filmen zieht die Filme zueinander hin, wobei das Element 1 in der entsprechenden Lage gehalten wird und die Schichten 7 und 10 auf dem Film 2 bzw. 3 an die Elektroden 4 und 5 am Element 1 gedrückt werden.

Dieser Detektor ist einem Detektor ähnlich, der in der EP 41 297 A1 vorgeschlagen worden ist (mit der speziellen Ausnahme der Schichten 9, 10 und 11, die eine einzige, schmale, elektrisch leitende Schicht zur Verbindung der oberen Elektrode am Element mit einem Anschluß wie 12 an der Peripherie des flexiblen Films ersetzen), und ist nach einem Verfahren herstellbar, das dem dort beschriebenen Verfahren analog ist. Der Ring 6 kann einen Querschnitt von 1 mm² und einen Außendurchmesser von 6 mm haben. Die flexiblen Filme 2 und 3 können aus Polyimid-Kunststoff bestehen und jeweils eine Dicke von etwa 1 µm besitzen, sie können z. B. aus einer Lösung von PYRE-M.L. (Warenzeichen DuPont)-Drahtemaille vom Typ Nr. RC 5044 in N-Methyl-2-Pyrrolidon hergestellt werden; der Klebstoff 14 kann aus einer dünneren Lösung der gleichen Substanzen zusammengesetzt sein. Die Schichten 4 und 5 auf dem Element 1, die Schicht 7 auf dem Film 2 und die Schichten 9, 10 und 11 auf dem Film 3 können durch Vakuum- Niederschlag gebildet sein. Die Elektroden 4 und 5 können aus einer Nickel-Chrom-Legierung mit einer ungefähren Dicke von 30 nm bestehen, die elektrisch leitenden Schichten 7 und 11 bestehen hauptsächlich aus Gold auf einer dünnen Keimschicht aus Nickel-Chrom-Legierung mit einer Gesamtdicke von etwa 30 nm und einer Breite von etwa 50 µm, die Absorptionsschicht 9 kann aus Antimon von etwa 50 nm Dicke und die Wärmestreuungsschicht 10 aus Aluminium von etwa 0,5 µm Dicke bestehen. Die die Anschlüsse bildenden Schichten 8 und 12 können aus einem Glanzvergoldungsbad geformt werden und eine Dicke von wenigen hundert nm haben.

Das pyroelektrische Element 1 kann beispielsweise aus PLMZT (Blei-Lanthan-Mangan-Zirkonium-Titanat) bestehen und Hauptflächen von je 1 mm² mit einer senkrecht darauf stehenden Dicke von etwa 30 µm aufweisen. Die Schichten 9 und 10 auf dem oberen flexiblen Film 3 können sich über ein Viereck mit einer Seitenlänge von 2 mm erstrecken, wodurch der Detektor mit einem wirksamen Oberflächenbereich in einem Gebiet versehen ist, das das Vierfache einer Hauptfläche des Elements 1 ist. Auf die Schicht 9 auffallende Strahlung wird dabei absorbiert (eine geringe Menge kann auch vom Film 3 absorbiert werden) und die Wärmeenergie wird durch Wärmeleitung durch die Schichten 9 und 10 der oberen Hauptfläche des Elements 1 zugeführt. Im zentralen Teil des wirksamen Oberflächenbereichs, der von gleicher Abmessung wie das Element ist, verläuft die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung in einer im wesentlichen senkrecht zum Film 3 verlaufenden Richtung, während in den vom Element entfernt liegenden Teilen des Bereichs die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung über die Schichten 9 und 10 (vorwiegend über letztere, weil sie eine viel größere Wärmeleitfähigkeit besitzt) im wesentlichen entlang des wirksamen Oberflächenbereichs parallel zum Film verläuft.

Die Wärmeleitfähigkeiten der flexiblen Filme und der Schichten 7 und 11 sind niedrig, wodurch die durch Wärmeleitung abgeführte Hauptmenge an Wärmeenergie aus Strahlung, die auf diejenigen Teile des wirksamen Oberflächenbereichs auffällt, die vom Element entfernt liegen, von den Schichten 9 und 10 auf das Element statt in radialer Richtung nach außen auf den Ring 6 übertragen wird. Weiter ist die Wärmekapazität der Schicht 10 viel kleiner und sind die Wärmekapazitäten der Schicht 9 und des Films 3 im wirksamen Oberflächenbereich sehr viel kleiner als die Wärmekapazität des Elements 1. Hierdurch trägt der größte Teil der Wärmeenergie der absorbierten Strahlung zur Änderung der Elementtemperatur eher bei, als daß er lediglich die Temperatur der benachbarten Werkstoffe ändert.

Das Wärmeausbreitungsvermögen und die Wärmeleitfähigkeit der Schicht 10 sind hoch; infolgedessen kann Wärmeenergie aus Strahlung, die auf vom Element entferntliegende Teile des Oberflächenbereichs auffällt, dem Element rasch zugeführt werden. Der Detektor kann derart ausgelegt werden, daß er auf irgendwelche sprunghafte Änderungen der Intensität der auffallenden Strahlung aus externen Ursachen anspricht, z. B. auf das sprunghafte Erscheinen eines Gegenstands mit einer von der des Hintergrunds abweichenden Temperatur in seinem Blickfeld, in welchem Fall es erwünscht ist, daß die thermische Zeitkonstante des Detektors nicht viel größer als die der Zeitkonstante des Elements selbst ist. Andererseits kann ein Strahlungsbündel aus externen Quellen mit einem Zerhacker, der das Bündel periodisch unterbricht, regelmäßig moduliert werden, so daß der Detektor auf jede Differenz zwischen den Intensitäten des externen Bündels und der Strahlung aus dem Zerhacker anspricht. Die Ansprechempfindlichkeit und die NEP des Detektors gehen bei ansteigender Frequenz zurück; je besser das Wärmeausbreitungsvermögen und die Leitfähigkeit des Wärmestreuungskörpers sind, umso höher sind die Modulationsfrequenzen, bei denen sich diese Parameter des Detektors auf bestimmte Werte verschlechtern werden. Dies läßt sich genauer durch die Bedingung ausdrücken, daß der maximale Abstand, über den Wärmeenergie vom wirksamen Oberflächenbereich auf das Element übertragen werden muß, viel kleiner als der Wärmediffusionsabstand sein soll, wie er bereits erläutert wurde. Davon ausgehend, wird angenommen, daß der beschriebene Detektor vorteilhaft im Frequenzbereich bis zu etwa 200 Hz betrieben werden kann.

In einem Träger für eine pyroelektrische Kameraröhre mit einer Anordnung von mehreren Detektoren in der beschriebenen Ausführung, die je ein Element enthalten, das nur an einer seiner Hauptflächen abgestützt wird, ist es vorteilhaft, den elektrisch leitenden Werkstoff der sich im Wärmestreuungskörper befindet und der sonst dem Abtastelektronenstrahl in der Kameraröhre ausgesetzt wäre, mit einem Werkstoff zu bedecken, der eine elektrische Isolierung darstellt oder eine niedrige elektrische Leitfähigkeit hat, zum Beispiel SiO_x, worin 1 < x < 2, das im Vakuumniederschlagsverfahren gebildet wird und für zu große Ladungen die Möglichkeit bietet, abzufließen.

Claims (14)

1. Pyroelektrischer Detektor mit einem Element aus pyroelektrischem Werkstoff, das zumindest ein Paar einander gegenüberliegender Flächen, an denen elektrische Ladungen erzeugt werden, wenn sich die Elementtemperatur ändert, und Elektroden zum Detektieren der vom Element erzeugten Ladungen enthält, die sich über zumindest eine der einander gegenüberliegenden Flächen erstrecken, bei dem ein wirksamer Oberflächenbereich vorhanden ist, der derart wirksam ist, daß zeitliche Schwankungen der Intensität einer auf jeden Teil des Oberflächenbereichs auffallenden Strahlung Schwankungen der erzeugten Ladungen hervorrufen, die von den Elektroden detektierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Elements (1) aus pyroelektrischem Werkstoff wesentlich geringer ist als es das Volumen eines Elements aus proelektrischem Werkstoff wäre, das sich über den ganzen wirksamen Oberflächenbereich erstrecken würde und das eine Dicke hätte, die gleich dem kleinsten Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen wäre, und daß eine Wärmestreuungsanordnung (10) vorgesehen ist, die sich zwischen dem Element und dem wirksamen Oberflächenbereich erstreckt, und so ausgebildet ist, daß das Element mit Wärmeenergie versorgt wird, die von der auf die nicht über dem Element liegenden Teile des wirksamen Oberflächenbereichs fallenden Strahlung erzeugt wird.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Flächen Hauptflächen des Elements (1) sind, zwischen denen sich der kleinste Abstand befindet.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode sich vollständig über zumindest eine der Flächen des Elements (1) erstreckt.

4. Detektor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des wirksamen Oberflächenbereichs das Element (1) überlappt.

5. Detektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der das Element (1) überlappende Teil des wirksamen Oberflächenbereichs gleich einer Hauptfläche des Elements (1) ist.

6. Detektor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (1) in bezug auf den wirksamen Oberflächenbereich zentral angeordnet ist.

7. Detektor nach einem oder mehreren der vorangehenden Anprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmekapazität der als Wärmestreuungskörper ausgebildeten Wärmestreuungsanordnung geringer als die Wärmekapazität des Elements (1) ist.

8. Detektor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er so ausgebildet ist, daß die Wärmeenergie der im Betrieb auffallenden Strahlung durch Wärmeleitung zum größten Teil oder vollständig durch die Wärmestreuungsanordnung (10) abgeleitet wird.

9. Detektor nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmestreuungsanordnung (10) so ausgebildet und angeordnet ist, daß die Wärmeenergie der im Betrieb auffallenden Strahlung von ihr entlang des wirksamen Oberflächenbereichs dem Element (1) zugeführt wird.

10. Detektor nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen das Element (1) elastisch tragenden flexiblen Film (3), wobei die Wärmestreuungsanordnung aus einer wärmeleitenden, sich über den Film erstreckenden und von ihm unterstützten Schicht (10) besteht.

11. Detektor nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine weitere, vom Film (3) unterstützte Schicht (9), die von gleicher Abmessung wie die wärmeleitende Schicht (10) zum Absorbieren auffallender Strahlung ist.

12. Verwendung einer Anordnung von mehreren Detektoren nach Anspruch 2 oder einem auf diesen rückbezogenen Anspruch als Target für eine pyroelektrische Kameraröhre.

13. Verfahren zum Betrieb eines pyroelektrischen Detektors nach Anspruch 1, wobei eine zeitabhängige, periodische Schwankung der Intensität der auf den wirksamen Oberflächenbereichen, auffallenden Strahlung eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung dem Element (1) durch Wärmeleitung in einem Zeitintervall zugeführt wird, das kürzer als die Periode der periodischen Schwankung ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeenergie der auf die am weitesten vom Element (1) entfernten Teile des wirksamen Oberflächenbereichs auffallenden Strahlung dem Element (1) durch Wärmeleitung über einen Abstand zugeführt wird, der kürzer als der Wärmediffusionsabstand ist.