DE3633199C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen pyroelektrischen Matrix­ sensor mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patent­ anspruches 1.

Sensoren für Infrarotstrahlung sind aus der US-PS 44 04 468 und aus der nicht vorveröffentlichten DE-OS 36 16 374 bekannt. Als besonders preisgünstiges pyroelektrisches Material ist in diesen Infrarotsensoren PVDF-Folie verwendet. Diese bekannten Sensoren dienen dazu, aus einer bestimmten Richtung oder aus einem Raumwinkelbereich einfallende Infrarotstrahlung mit möglichst großer Empfindlichkeit zu detektieren.

Aus der GB-PS 13 55 783 ist ein pyroelektrischer Matrixsensor der eingangs genannten Art bekannt, der pyroelektrische Polymer-Filme als zu bestrahlendes Element enthält.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine möglichst preisgünstige Ausführungsform eines pyroelektrischen Matrixsensors der eingangs genannten Art mit punktweiser Auflösung der auf eine Fläche auftreffenden Infrarotstrahlung anzugeben.

Die voranstehende Aufgabe wird mit einem Matrixsensor mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst und weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein solcher pyroelektrischer Matrixsensor kann dazu dienen, mittels optischer Abbildung auf­ genommene Infrarotstrahlung eines Gegenstandes in der Bildebene, z. B. nach Spalten und Zeilen organisiert, punkt­ weise, d. h. in einzelne Pixel zerlegt, aufzulösen. Dieses Schema und andere Einteilungen punktweiser Auflösung einer Fläche werden hier als matrixförmig bezeichnet, ohne daß dies z. B. Rechtwinkligkeit der Aufteilung voraussetzt.

Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nachfol­ genden, anhand der Figuren gegebenen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen pyroelektrischen Matrixsensors hervor.

Fig. 1 zeigt eine in der Höhe auseinandergezogene iso­ metrische Darstellung der Zueinander-Anordnung der Körper bzw. Folien des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen pyroelektrischen Matrixsensors.

Fig. 2 zeigt den den Fig. 1 angegebenen Schnitt einer Anordnung nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt in Aufsicht das Schema des Übereinander­ liegens der jeweils zusammengehörenden Löcher der Elektroden des einen Körpers und der Elek­ troden des anderen Körpers, und zwar in senk­ rechter Aufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1 und unter Weglassung jeglicher üblicher Teile dieses Matrixsensors der Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 1 der Matrixsensor bezeichnet. Mit 2 ist der erste und mit 3 der zweite Körper bezeichnet, die z. B. PVDF-Folien sind. Mit 21 bis 27 sind die Sensor­ streifen des ersten Körpers 2 bezeichnet. Ein jeder Sensorstreifen 21 bis 27 hat jeweils eine Elektrode 121 bis 127. Mit 221 bis 227 sind Anschlußleitungen der Elektroden 121 bis 127 bezeichnet.

Im Bereich einer jeden Elektrode 121 bis 127 hat der erste Körper 2 mit 5 bezeichnete Löcher, die wie aus der Figur er­ sichtlich, bezogen auf einen jeweiligen Sensorstreifen 21 bis 27 in einer Reihe angeordnet sind. Entsprechend er­ strecken sich die Elektroden 121 bis 127 um jeweils diese Löcher 5 herum, wobei innerhalb einer jeden Elektrode 121... diese die Löcher 5 jeweils umgebenden Anteile 50 der Elek­ trode, wie dargestellt, mittels der Leitungen 51 elektrisch miteinander verbunden sind.

Der zweite Körper 3 besitzt Sensorstreifen 31 bis 36 mit Elektroden 131 bis 136, wie dies ebenfalls aus der Fig. 1 hervorgeht. Die Elektrodenflächen 6 der Elektrode 136 sind wie ersichtlich mit Leitungen 61 elektrisch miteinander ver­ bunden. Entsprechendes gilt für die Elektrodenflächen 6 der übrigen Elektroden 131... . Mit 231 bis 236 sind die Anschlüsse der Sensorstreifen 31 bis 36 bezeichnet. Die Löcher 5 und die Elektrodenflächen 6 der beiden Körper bzw. Folien 2, 3 liegen jeweils komplementär zueinander, und zwar in bezug auf die einfallende, mit punktweiser Auflösung zu detektierende Infrarotstrahlung St. Auf die gesamte Kreis­ fläche, bestehend aus jeweils einem Loch 5 und den dieses Loch umgebenden Kreisring 50 der jeweiligen Elektrode 121... 127, auftreffende Strahlung St fällt durch das Loch 50 auf die darunterliegende Folie 3, und zwar durch den Rand des Loches begrenzt, auf die jeweilige Fläche 6 einer Elektro­ de 131...136.

Mit 321 bis 327 und 331 bis 336 sind die Arbeits- bzw. Arbeitswiderstände bzw. Impedanzwandler bezeichnet.

Die Körper bzw. Folien 2 und 3 liegen vorzugsweise dicht aufeinander.

Der in Fig. 2 dargestellte Schnitt zeigt den ersten Körper 2 und den zweiten Körper 3, die sich in die Tiefe hin er­ streckenden Elektroden 121 bis 127 mit den Löchern 5 und die (quer zu den Elektroden 121 bis 127) verlaufende Elektrode 136. Der Schnitt der Fig. 2 verläuft an der vorderen Kante der Leitungen 61 der Elektrode 136, so daß nur die Anteile 6 der Elektrode 136 geschnitten sind.

Die Ausführung nach Fig. 2 besitzt eine Masseelektrode M zwischen den beiden Körpern bzw. Folien 2 und 3. Abweichend von der Ausführung nach Fig. 1 befinden sich die Elektro­ den 131...136 auf der Unterseite des Körpers bzw. der Folie 3. Durch ein jeweils darüberliegendes Loch 5 hindurchtre­ tende, zu detektierende Strahlung wird in dem Material des Körpers bzw. der Folie 3 absorbiert, so daß der pyroelektri­ sche Effekt auftritt. Bei der Ausführung nach Fig. 1 tritt der pyroelektrische Effekt in dem Körper bzw. in der Folie 3 unterhalb der Elektrodenfläche dadurch auf, daß diese Elektrodenfläche durch die auftreffende Strahlung erwärmt wird und ihre Erwärmung an das Material des Körpers bzw. der Folie 3 weitergibt.

Aus der Fig. 2 ist das Übereinanderliegen eines jeweiligen Loches und einer Elektrodenfläche 6 ersichtlich. Die Masse­ elektrode M dient bei dieser Ausführungsform als jeweilige Gegenelektrode zu den Elektroden 121...127 und 131...136. Diese Masseelektrode M dient auch zur Abschirmung gegen Übersprechen. Im übrigen kann auch die Masseelektrode M an der pyroelektrischen Wirkung bzw. am Auftreten des pyro­ elektrischen Signals beteiligt sein, nämlich indem diese Masseelektrode im Bereich unterhalb eines Loches 5 durch die auftreffende Strahlung erwärmt wird und die Wärme an das unter diesem Bereich liegende Material des Körpers bzw. der Folie 3 weiterleitet.

Fig. 3 zeigt besser erkennbar das Schema der Zueinanderan­ ordnung einer jeweiligen Elektrodenfläche 6, einer der Elektroden 131...136 und eines Loches 5 bzw. eines ein sol­ ches Loch 5 umgebenden ringförmigen Anteils 50 einer jeweiligen der Elektroden 121...127. Zur leichteren Unter­ scheidung des Flächenanteils 6 und eines ringförmigen An­ teils 50 voneinander sind die ringförmigen Anteile 50 45° schräg schraffiert und die jeweiligen Flächenanteile 6 in 135° schräg schraffiert. Die innerhalb einer der je­ weiligen Elektroden 121...127 die ringförmigen Anteile 50 miteinander verbindenden elektrischen Verbindungen 51 sind gleich den ringförmigen Anteilen 50 schraffiert. Die elektrischen Verbindungen der Flächenanteile 6 einer je­ weiligen Elektrode 131...137 (teilweise sind diese Verbin­ dungen durch die ringförmigen Anteile 50 verdeckt) sind ebenso wie die Flächenanteile 6 schraffiert.

Ein einzelnes Sensorelement, d. h. ein einzelner Punkt des Matrixsensors 1, ist somit aus jeweils einem ringförmigen Anteil 50 einer der Elektroden 121...127 und der jeweils zugehörigen Elektrodenfläche, einer der Elektroden 131...136 gebildet. Die Fläche eines ringförmigen Anteils 50 ist gleich groß wie die Fläche der zugeordneten Elektrodenfläche 6 bemessen. Dies ergibt für einen jeweili­ gen Bildpunkt im Schnittpunkt der jeweiligen Sensor-Elek­ troden 121...127 und 131...136 gleich große, koinzidierende Signale an den Anschlüssen 221...227 und 231...236.

Anstelle der Ausführung mit Löchern 5 in der Folie 2 (siehe die Figuren) genügt es, wenn die Folie 2 wenigstens an den Orten dieser Löcher für die Strahlung St durchlässig ist. Die Löcher als solche können dann entfallen. Bei fehlender Strahlungsabsorption im Material des Körpers bzw. der Folie 3 ist dafür Sorge getragen, daß die jeweilige Elektroden­ fläche 6 genügend Wärme zum Entstehen des pyroelektrischen Signals absorbiert und an das pyroelektrische Material ab­ gibt. Strahlungsdurchlässigkeit außerhalb der Orte dieser Löcher ist wegen der Belegung mit den Elektroden 121...127 irrelevant.

Claims (5)

1. Pyroelektrischer Matrixsensor zur Detektion von Infrarotstrahlung mit punktweiser Auflösung bezüglich der Matrixfläche,

• - mit zwei übereinanderliegend angeordneten flächenhaften Körpern (2, 3) aus bzw. mit Material mit pyroelektrischer Eigenschaft,
• - bei dem auf der einen Oberfläche eines jeden dieser Körper nebeneinanderliegende Sensorstreifen (21-27; 31-36) angeordnet sind, und
• - wobei die Sensorstreifen als jeweils eine streifenförmige Elektrode (121-127; 131-136) ausgebildet sind und die Streifen des einen Körpers matrixförmig kreuzweise zu denjenigen Sensorstreifen des anderen Körpes liegen,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die streifenförmigen Elektroden (221-227) der Sensorstreifen (21-27) des der Infrarotstrahlung (St) zugewandten ersten Körpers (2) ringförmige Anteile (50) mit zwischen diesen angeordneten elektrischen Verbindungen (51) umfassen,
• - daß die Sensorstreifen (21-26) des ersten Körpers (2) für den Durchtritt dieser Infrarotstrahlung Löcher (5) oder Stellen aufweisen, wenigstens an denen der erste Körper (2) strahlungsdurchlässig ist,
• - daß die ringförmigen Anteile (50) der streifenförmigen Elektroden (221-227) diese Löcher (5) bzw. diese Stellen umgeben,
• - daß die Sensorstreifen (31-36) des anderen zweiten Körpers (3) zu diesen Löchern (5) bzw. Stellen der Sensorstreifen (21-27) des ersten Körpers (2) deckend angeordnete Elektrodenflächen (6) aufweisen, wobei die Elektrodenflächen (6) bezüglich eines jeden einzelnen Sensorstreifens (31-36) dieses zweiten Körpers (3) in Richtung dieses Streifens elektrisch miteinander verbunden (61) sind und,
• - daß die Fläche des einzelnen ringförmigen Anteils (50) gleich groß wie die einzelne Elektrodenfläche (6) ist.

2. Matrixsensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die flächenhaften Körper (2, 3) Folien sind.

3. Matrixsensor nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Folie aus Polyvenylidendifluorid (PVDF) besteht.

4. Matrixsensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen den aufeinanderliegenden ersten und zweiten Körpern (2, 3) eine Masseelektrode (M) vorgesehen ist.