DE3633199C2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one thermoelectric or thermomagnetic element covered by groups H10N10/00 - H10N15/00
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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.
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