JPH0529255B2 - - Google Patents
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- JPH0529255B2 JPH0529255B2 JP62067317A JP6731787A JPH0529255B2 JP H0529255 B2 JPH0529255 B2 JP H0529255B2 JP 62067317 A JP62067317 A JP 62067317A JP 6731787 A JP6731787 A JP 6731787A JP H0529255 B2 JPH0529255 B2 JP H0529255B2
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- pyroelectric
- film
- temperature
- vinylidene fluoride
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
- G01J5/34—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using capacitors, e.g. pyroelectric capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N15/00—Thermoelectric devices without a junction of dissimilar materials; Thermomagnetic devices, e.g. using the Nernst-Ettingshausen effect
- H10N15/10—Thermoelectric devices using thermal change of the dielectric constant, e.g. working above and below the Curie point
- H10N15/15—Thermoelectric active materials
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- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
技術分野
本発明は、感度および耐熱性を改善した高分子
焦電型赤外線センサーに関する。 背景技術 一般に焦電型赤外線センサーは、自発分極を有
する焦電体の膜ないしは薄層体の両面に電極膜を
形成してなる焦電素子を感熱素子として用い、入
射する赤外線の受光量の変化に基づいて発生する
分極の温度変化により生じた電界を焦電素子の両
面に発生させ、これを適宜増幅して検出するとい
う基本的構成を有する。 このような赤外線センサーに用いられる焦電素
子を構成するために、従来より用いられてきた焦
電材料（焦電体）を、その物性定数とともに次表
１に示す。
焦電型赤外線センサーに関する。 背景技術 一般に焦電型赤外線センサーは、自発分極を有
する焦電体の膜ないしは薄層体の両面に電極膜を
形成してなる焦電素子を感熱素子として用い、入
射する赤外線の受光量の変化に基づいて発生する
分極の温度変化により生じた電界を焦電素子の両
面に発生させ、これを適宜増幅して検出するとい
う基本的構成を有する。 このような赤外線センサーに用いられる焦電素
子を構成するために、従来より用いられてきた焦
電材料（焦電体）を、その物性定数とともに次表
１に示す。
【表】
【表】
上表１を見て分るように、高分子焦電体である
ポリフツ化ビニリデン（以下しばしば「PVDF」
と略記する）は、LiTaO3をはじめとする無機系
焦電材料に比べて焦電係数λは低いが、比誘電率
εrも小さいため、電圧で信号を検出する場合にお
ける性能指数α＝λ／εr・Cv（但し、Cvは体積比
熱）は、無機材料中最高のLiTaO3に匹敵する値
を示し、焦電素子としての利用が広く期待される
ところである。しかしながら、PVDFは、安定な
使用温度の上限の目安としてのキユリー温度を示
さず、また焦電性付与のために行なわれた分極処
理の温度（通常60〜120℃）に近い温度にすると
急激に焦電性が低下するため、耐熱安定性の観点
からその普及が妨げられていた。また、耐熱安定
性に劣ることは、ある程度は高分子系焦電材料の
宿命であるところからして、その欠点を補つて余
りある感度（性能指数）の向上も望まれるところ
である。 発明の目的 したがつて本発明の目的は、感度ならびに耐熱
性の向上した高分子焦電素子を使用した焦電型赤
外線センサーを提供することにある。 発明の概要 本発明者らの研究によれば、適当な熱処理を経
て結晶化度を高めたフツ化ビニリデン系共重合体
フイルムは、昇温時に明確なキユリー点を示し且
つキユリー点近傍までその焦電性を保持し、従来
のPVDF焦電体フイルムには見られない程度の耐
熱安定性を示すだけでなく、焦電材料として使用
される低周波領域での比誘電率の著しい低下によ
り性能指数の著しい向上を示すことが見出され
た。 本発明の焦電型赤外線センサーは、このような
知見に基づくものであり、赤外線入射窓に向け
て、両面に出力取出用の電極を配設した焦電体フ
イルムを配置してなり、該焦電体フイルムが結晶
化度が60％以上であり、25℃、0.1〜10Hzの低周
波域における比誘電率が10以下であるフツ化ビニ
リデン共重合体の配向分極体からなることを特徴
とするものである。 発明の具体的説明 本発明の赤外線センサーで用いる焦電体フイル
ムは、フツ化ビニリデンを主要成分、好ましくは
37〜95モル％、特に好ましくは55〜90モル％とす
る共重合体からなり、結晶化度が60％以上、0.1
〜10Hzの低周波域における比誘電率が10以下のも
のである。更に焦電体フイルムは、昇温時に100
℃以上、特に120℃以上のキユリー温度を示すこ
とが好ましい。キユリー温度とは、昇温速度10
℃／分で昇温したときのDSC（デイフアレンシヤ
ル・スキヤニング・カロリーメータ）曲線におい
て、融点より低温側に現われる吸熱ピーク又はシ
ヨルダーである。同時に、複素比誘電率の虚部
が、−100℃〜０℃の範囲内で0.6以下であること
が好ましい。 フツ化ビニリデンと共重合させるべきコモノマ
ーは、フツ化ビニリデンと共重合可能であり、上
記結晶化度ならびに比誘電率を与える共重合体フ
イルムを形成可能なものであれば、基本的には任
意であるが、トリフツ化エチレン、フツ化ビニリ
デン、テトラフルオロエチレン、トリフツ化クロ
ロエチレンなどの含フツ素モノマーが適している
（これはフツ化ビニリデン共重合体における安定
なβ晶の形成効果が、異種成分の混入に大きく係
つているからである）。二元または三元共重合体
が適しているが、例えば、合計で40モル％程度ま
での少量成分を含むより多元の共重合体を用いる
ことも可能である。 フツ化ビニリデン共重合体には、無機質充填
剤、赤外線吸収剤、結晶核剤等の添加物を含ませ
ることもできる。 フツ化ビニリデン共重合体は、例えば0.1〜
1000μｍ程度のフイルム形態で用いられる。フイ
ルム化のためには、押出、プレス、ロール圧延等
の任意の方法が用いられるほか、キヤステイング
法が好ましく用いられる。フイルム成形体の結晶
化度を高め、比誘電率を低下するために、熱処理
することが極めて好ましい。熱処理は、フツ化ビ
ニリデン共重合体の、結晶化温度と、融点との間
で、フイルム成形体を保持することにより行なわ
れる。ここで、融点とは、昇温速度10℃／分で昇
温したときのDSC（デイフアレンシヤル・スキヤ
ニング・カロリーメータ）曲線において吸熱ピー
クを与える温度（複数あるいは最高の温度）であ
り、結晶化温度とは、降温速度10℃／分で降温し
た時のDSC曲線において、最も高温側の発熱ピ
ークを与える温度である。熱処理はできるだけ完
全な結晶化を完了させるべく、30分以上、より好
ましくは２時間以上行う。処理時間の上限は、生
産効率の観点のみより定まり、通常２日以上であ
る。 このような熱処理を通じて、結晶化度が60％以
上、より好ましくは80％以上、特に好ましくは90
％以上；25℃での比誘電率（0.1〜10Hz）が10以
下、より好ましくは９以下；好ましくは−100℃
〜０℃の温度域における複素比誘電率の虚部が
0.6以下、より好ましくは0.4以下；特に好ましく
は0.3以下のフツ化ビニリデン共重合体フイルム
が得られる。 ここで結晶化度は、Ｘ線回折パターンに、ダブ
リユー・ルーラントによる解析方法（W.
Ruland；Acta Cryst.（1961），14，1180−1185）
を適用して求めるのが便宜である。また、上述し
た−100゜〜0゜の温度域における複素比誘電率の虚
部のピークは、非結晶部分の存在によるものであ
る。また、複素比誘電率は、東洋製機社製「レオ
ログラフ・ソリツド」による測定値に基づいてい
る。 上記熱処理後、あるいは熱処理と並行して、フ
イルム成形体に電場を印加して配向分極を行う。
この条件は、ポリフツ化ビニリデン圧電体膜の製
造の際とほぼ同様であり、例えば10KV／cm以
上、絶縁破壊電圧未満の電圧を、結晶の分極反転
時間（例えば約5μsec）以上印加することにより
配向分極処理が行なわれる。 なお、上記のようにフツ化ビニリデン共重合体
フイルムに熱処理を施して結晶化度を高めること
は、圧電体分野においては、既に行われているこ
とである。特に、高周波領域においてフイルム面
に垂直方向の電気機械結合係数ktを向上した超音
波トランスジユーサ用の圧電素子材料を与えるた
めに、熱処理したフツ化ビニリデン共重合体フイ
ルムの使用が提案されている（特開昭51−23439
号公報、特開昭56−111281号公報等）。PVDFが、
優れた圧電材料であるだけでなく、有用な焦電材
料であることを考慮すれば、上述したフツ化ビニ
リデン共重合体フイルムの焦電材料としての利用
も、当然考慮されたことであろうと考えられる。
しかしながら、従来、PVDFに代わり、上記のよ
うなフツ化ビニリデン共重合体フイルムが高感度
焦電材料として実用化されている事実はない。こ
れには、次のようないくつかの理由が考えられ
る。 １ 共重合体化による焦電材料としての特性向上
が認識されなかつたこと。事実、本発明にかか
るフツ化ビニリデン共重合体からなる焦電体フ
イルムも、PVDF焦電体フイルムと比較して、
焦電係数λ（Ｃ／cm2・ｋ）だけを取り出せば、
後記実施例で示すように、特に優れるわけでは
なく、むしろ若干低い程度である。したがつ
て、誘電率も含めた性能指数レベルでの特性向
上に目が向けられなかつたことが、フツ化ビニ
リデン共重合体フイルムの焦電材料としての実
用化を阻んでいたものと推定される。 ２ 上記のようなフツ化ビニリデン共重合体フイ
ルムは、高周波特性を重んずる超音波トランス
デユーサ用素子材料として開発されたものであ
るが、高周波領域での比誘電率は、PVDFもフ
ツ化ビニリデン共重合体も大差はない（後記実
施例参照）。したがつて、結晶化を進めたフツ
化ビニリデン共重合体が、低周波域において著
しく小さい比誘電率を示すことが充分に認識さ
れなかつた。 ３ 超音波トランスデユーサー用素子材料として
の使用を考慮する場合、結晶化度の上昇は、フ
イルムの脆弱化を招く。したがつて、ktの向上
が得られる範囲内で、結晶化度の上昇は却つて
抑制する必要性がある。このため、従来のフツ
化ビニリデン系共重合体フイルムにおいては結
晶化度の向上が充分でなく、従つて本発明所定
の効果も得られなかつた。 しかしながら、本発明者等によれば、結晶化を
進めたフツ化ビニリデン共重合体フイルムは、焦
電素子で問題とされる0.1〜10Hzのような低周波
域においてPVDFの2/3以下というような顕著に
低い比誘電率を与え、これにより著しい性能改善
が得られるだけでなく、耐熱性も著しく向上する
ことを見出して本発明に到達したものである。 第１図Ａは、このようなフツ化ビニリデン共重
合体フイルムを組み込んだ本発明の赤外線センサ
ーの１実施例のいくぶん模式化した正断面であ
り、第１図Ｂはその等価回路図である。 第１図Ａを参照して、この赤外線センサーにお
いて、赤外線入射窓１ａを頂部に開口させた金属
ケース（キヤツプ）１内には、その窓部１ａに内
接してシリコン板、エチレン系樹脂膜等からなる
赤外線透過窓材２が配置される。この赤外線透過
窓材２の下方には、受光側に例えば厚さが0.001
〜1μｍのITO（インジウム−すず−オキサイド）
や、Ni−Cr等の表面電極３、逆側にITO等の透
明導電材料あるいは例えば厚さが0.01μｍ以上の
AlやNi−Cr等からなる裏面電極４を設けた、本
発明にかかる厚さが例えば0.1〜1000μｍのフツ化
ビニリデン共重合体フイルムからなる焦電素子５
が配設される。この素子５は、固定リング６に接
着剤等により接着固定され、受光側電極３は、
FET７（本例ではＮ型）のゲートと接続され、
裏面電極４はリード線８ａを通つて接地される。
素子５と並列にゲート−接地間には、抵抗Rgが
挿入される。他方、FET７のドレインは、リー
ド線８ｂを通して＋Ｖ（２〜12ボルト）の電圧源
と接続され、ソースはリード線８ｃと接続され
る。また上記各部は、リード線８ｂ，８ｃ等によ
り台板９に、接着固定されており、キヤツプの下
部は台板９と接着されて、概ね密閉構造を与えて
いる。 このような構造の赤外線センサーの作用を説明
すると、通常は入射窓１ａの前面に配置され0.1
〜10Hz程度の低周波数で回転するチヨツパ−10
の、例えば扇形の開口部を通して入射した赤外線
は、その入射光量に応じた温度変化を素子５に与
え、分極の温度変化に応じて素子両面に発生した
電界がFET７によりインピーダンス変換されて、
そのソースより出力として取り出されることにな
る。 以下、製造例により本発明を更に具体的に説明
する。 製造例 １ 重合仕込比である、フツ化ビニリデン73mol
％、トリフツ化エチレン22mol％、フツ化ビニル
5mol％とほぼ等しい組成を有するηinh（温度30℃
における濃度0.4ｇ／dlのジメチルホルムアミド
溶液として測定したインヒーレントビスコシテイ
ー）が1.23dl／ｇの共重合体を、溶融Ｔ−ダイ押
出し成形により、厚さ50μのフイルムとした。こ
のフイルムのDSC曲線（昇降温速度10℃／分）
を第２図に示すが、明確なキユリー点の存在を示
している。このフイルムを148℃で２時間熱処理
し、その後、配向分極操作を行なつた。配向分極
は、90℃で100MV／ｍの電界強度で30分行い、
その後電界を印加した状態で室温まで冷却した。
得られたフイルムのＸ線回折パターンをルーライ
ト法によりコンピユーターを用いて解析した結晶
化度は82％であつた。 製造例 ２ 重合仕込比であるフツ化ビニリデン77mol％、
トリフツ化エチレン21mol％、フツ化ビニル
2mol％とほぼ等しい組成を有するηinhが3.08の
共重合体を、ジメチルホルムアミドに溶解し、キ
ヤスト法により30μのフイルムを得た。このフイ
ルムのDSC吸熱ピークを第３図に示すが製造例
１で示したと同様に明確なキユリー点が存在す
る。 このフイルムを148℃で24時間熱処理し、製造
例１と同様の配向分極操作を行なつた。得られた
フイルムの結晶化度を製造例１と同様の方法で求
めたところ95％であつた。 上記各製造例で作成された焦電体フイルムの焦
電係数、１Hzおよび50MHzでの比誘電率、ならび
に１Hzにおける性能指数を、市販PVDF焦電体フ
イルム（呉羽化学工業製、商品面「ポリフツ化ビ
ニリデンパイロフイルム」。前記表１に記載のも
の。）のデータとともに下表２に示す。
ポリフツ化ビニリデン（以下しばしば「PVDF」
と略記する）は、LiTaO3をはじめとする無機系
焦電材料に比べて焦電係数λは低いが、比誘電率
εrも小さいため、電圧で信号を検出する場合にお
ける性能指数α＝λ／εr・Cv（但し、Cvは体積比
熱）は、無機材料中最高のLiTaO3に匹敵する値
を示し、焦電素子としての利用が広く期待される
ところである。しかしながら、PVDFは、安定な
使用温度の上限の目安としてのキユリー温度を示
さず、また焦電性付与のために行なわれた分極処
理の温度（通常60〜120℃）に近い温度にすると
急激に焦電性が低下するため、耐熱安定性の観点
からその普及が妨げられていた。また、耐熱安定
性に劣ることは、ある程度は高分子系焦電材料の
宿命であるところからして、その欠点を補つて余
りある感度（性能指数）の向上も望まれるところ
である。 発明の目的 したがつて本発明の目的は、感度ならびに耐熱
性の向上した高分子焦電素子を使用した焦電型赤
外線センサーを提供することにある。 発明の概要 本発明者らの研究によれば、適当な熱処理を経
て結晶化度を高めたフツ化ビニリデン系共重合体
フイルムは、昇温時に明確なキユリー点を示し且
つキユリー点近傍までその焦電性を保持し、従来
のPVDF焦電体フイルムには見られない程度の耐
熱安定性を示すだけでなく、焦電材料として使用
される低周波領域での比誘電率の著しい低下によ
り性能指数の著しい向上を示すことが見出され
た。 本発明の焦電型赤外線センサーは、このような
知見に基づくものであり、赤外線入射窓に向け
て、両面に出力取出用の電極を配設した焦電体フ
イルムを配置してなり、該焦電体フイルムが結晶
化度が60％以上であり、25℃、0.1〜10Hzの低周
波域における比誘電率が10以下であるフツ化ビニ
リデン共重合体の配向分極体からなることを特徴
とするものである。 発明の具体的説明 本発明の赤外線センサーで用いる焦電体フイル
ムは、フツ化ビニリデンを主要成分、好ましくは
37〜95モル％、特に好ましくは55〜90モル％とす
る共重合体からなり、結晶化度が60％以上、0.1
〜10Hzの低周波域における比誘電率が10以下のも
のである。更に焦電体フイルムは、昇温時に100
℃以上、特に120℃以上のキユリー温度を示すこ
とが好ましい。キユリー温度とは、昇温速度10
℃／分で昇温したときのDSC（デイフアレンシヤ
ル・スキヤニング・カロリーメータ）曲線におい
て、融点より低温側に現われる吸熱ピーク又はシ
ヨルダーである。同時に、複素比誘電率の虚部
が、−100℃〜０℃の範囲内で0.6以下であること
が好ましい。 フツ化ビニリデンと共重合させるべきコモノマ
ーは、フツ化ビニリデンと共重合可能であり、上
記結晶化度ならびに比誘電率を与える共重合体フ
イルムを形成可能なものであれば、基本的には任
意であるが、トリフツ化エチレン、フツ化ビニリ
デン、テトラフルオロエチレン、トリフツ化クロ
ロエチレンなどの含フツ素モノマーが適している
（これはフツ化ビニリデン共重合体における安定
なβ晶の形成効果が、異種成分の混入に大きく係
つているからである）。二元または三元共重合体
が適しているが、例えば、合計で40モル％程度ま
での少量成分を含むより多元の共重合体を用いる
ことも可能である。 フツ化ビニリデン共重合体には、無機質充填
剤、赤外線吸収剤、結晶核剤等の添加物を含ませ
ることもできる。 フツ化ビニリデン共重合体は、例えば0.1〜
1000μｍ程度のフイルム形態で用いられる。フイ
ルム化のためには、押出、プレス、ロール圧延等
の任意の方法が用いられるほか、キヤステイング
法が好ましく用いられる。フイルム成形体の結晶
化度を高め、比誘電率を低下するために、熱処理
することが極めて好ましい。熱処理は、フツ化ビ
ニリデン共重合体の、結晶化温度と、融点との間
で、フイルム成形体を保持することにより行なわ
れる。ここで、融点とは、昇温速度10℃／分で昇
温したときのDSC（デイフアレンシヤル・スキヤ
ニング・カロリーメータ）曲線において吸熱ピー
クを与える温度（複数あるいは最高の温度）であ
り、結晶化温度とは、降温速度10℃／分で降温し
た時のDSC曲線において、最も高温側の発熱ピ
ークを与える温度である。熱処理はできるだけ完
全な結晶化を完了させるべく、30分以上、より好
ましくは２時間以上行う。処理時間の上限は、生
産効率の観点のみより定まり、通常２日以上であ
る。 このような熱処理を通じて、結晶化度が60％以
上、より好ましくは80％以上、特に好ましくは90
％以上；25℃での比誘電率（0.1〜10Hz）が10以
下、より好ましくは９以下；好ましくは−100℃
〜０℃の温度域における複素比誘電率の虚部が
0.6以下、より好ましくは0.4以下；特に好ましく
は0.3以下のフツ化ビニリデン共重合体フイルム
が得られる。 ここで結晶化度は、Ｘ線回折パターンに、ダブ
リユー・ルーラントによる解析方法（W.
Ruland；Acta Cryst.（1961），14，1180−1185）
を適用して求めるのが便宜である。また、上述し
た−100゜〜0゜の温度域における複素比誘電率の虚
部のピークは、非結晶部分の存在によるものであ
る。また、複素比誘電率は、東洋製機社製「レオ
ログラフ・ソリツド」による測定値に基づいてい
る。 上記熱処理後、あるいは熱処理と並行して、フ
イルム成形体に電場を印加して配向分極を行う。
この条件は、ポリフツ化ビニリデン圧電体膜の製
造の際とほぼ同様であり、例えば10KV／cm以
上、絶縁破壊電圧未満の電圧を、結晶の分極反転
時間（例えば約5μsec）以上印加することにより
配向分極処理が行なわれる。 なお、上記のようにフツ化ビニリデン共重合体
フイルムに熱処理を施して結晶化度を高めること
は、圧電体分野においては、既に行われているこ
とである。特に、高周波領域においてフイルム面
に垂直方向の電気機械結合係数ktを向上した超音
波トランスジユーサ用の圧電素子材料を与えるた
めに、熱処理したフツ化ビニリデン共重合体フイ
ルムの使用が提案されている（特開昭51−23439
号公報、特開昭56−111281号公報等）。PVDFが、
優れた圧電材料であるだけでなく、有用な焦電材
料であることを考慮すれば、上述したフツ化ビニ
リデン共重合体フイルムの焦電材料としての利用
も、当然考慮されたことであろうと考えられる。
しかしながら、従来、PVDFに代わり、上記のよ
うなフツ化ビニリデン共重合体フイルムが高感度
焦電材料として実用化されている事実はない。こ
れには、次のようないくつかの理由が考えられ
る。 １ 共重合体化による焦電材料としての特性向上
が認識されなかつたこと。事実、本発明にかか
るフツ化ビニリデン共重合体からなる焦電体フ
イルムも、PVDF焦電体フイルムと比較して、
焦電係数λ（Ｃ／cm2・ｋ）だけを取り出せば、
後記実施例で示すように、特に優れるわけでは
なく、むしろ若干低い程度である。したがつ
て、誘電率も含めた性能指数レベルでの特性向
上に目が向けられなかつたことが、フツ化ビニ
リデン共重合体フイルムの焦電材料としての実
用化を阻んでいたものと推定される。 ２ 上記のようなフツ化ビニリデン共重合体フイ
ルムは、高周波特性を重んずる超音波トランス
デユーサ用素子材料として開発されたものであ
るが、高周波領域での比誘電率は、PVDFもフ
ツ化ビニリデン共重合体も大差はない（後記実
施例参照）。したがつて、結晶化を進めたフツ
化ビニリデン共重合体が、低周波域において著
しく小さい比誘電率を示すことが充分に認識さ
れなかつた。 ３ 超音波トランスデユーサー用素子材料として
の使用を考慮する場合、結晶化度の上昇は、フ
イルムの脆弱化を招く。したがつて、ktの向上
が得られる範囲内で、結晶化度の上昇は却つて
抑制する必要性がある。このため、従来のフツ
化ビニリデン系共重合体フイルムにおいては結
晶化度の向上が充分でなく、従つて本発明所定
の効果も得られなかつた。 しかしながら、本発明者等によれば、結晶化を
進めたフツ化ビニリデン共重合体フイルムは、焦
電素子で問題とされる0.1〜10Hzのような低周波
域においてPVDFの2/3以下というような顕著に
低い比誘電率を与え、これにより著しい性能改善
が得られるだけでなく、耐熱性も著しく向上する
ことを見出して本発明に到達したものである。 第１図Ａは、このようなフツ化ビニリデン共重
合体フイルムを組み込んだ本発明の赤外線センサ
ーの１実施例のいくぶん模式化した正断面であ
り、第１図Ｂはその等価回路図である。 第１図Ａを参照して、この赤外線センサーにお
いて、赤外線入射窓１ａを頂部に開口させた金属
ケース（キヤツプ）１内には、その窓部１ａに内
接してシリコン板、エチレン系樹脂膜等からなる
赤外線透過窓材２が配置される。この赤外線透過
窓材２の下方には、受光側に例えば厚さが0.001
〜1μｍのITO（インジウム−すず−オキサイド）
や、Ni−Cr等の表面電極３、逆側にITO等の透
明導電材料あるいは例えば厚さが0.01μｍ以上の
AlやNi−Cr等からなる裏面電極４を設けた、本
発明にかかる厚さが例えば0.1〜1000μｍのフツ化
ビニリデン共重合体フイルムからなる焦電素子５
が配設される。この素子５は、固定リング６に接
着剤等により接着固定され、受光側電極３は、
FET７（本例ではＮ型）のゲートと接続され、
裏面電極４はリード線８ａを通つて接地される。
素子５と並列にゲート−接地間には、抵抗Rgが
挿入される。他方、FET７のドレインは、リー
ド線８ｂを通して＋Ｖ（２〜12ボルト）の電圧源
と接続され、ソースはリード線８ｃと接続され
る。また上記各部は、リード線８ｂ，８ｃ等によ
り台板９に、接着固定されており、キヤツプの下
部は台板９と接着されて、概ね密閉構造を与えて
いる。 このような構造の赤外線センサーの作用を説明
すると、通常は入射窓１ａの前面に配置され0.1
〜10Hz程度の低周波数で回転するチヨツパ−10
の、例えば扇形の開口部を通して入射した赤外線
は、その入射光量に応じた温度変化を素子５に与
え、分極の温度変化に応じて素子両面に発生した
電界がFET７によりインピーダンス変換されて、
そのソースより出力として取り出されることにな
る。 以下、製造例により本発明を更に具体的に説明
する。 製造例 １ 重合仕込比である、フツ化ビニリデン73mol
％、トリフツ化エチレン22mol％、フツ化ビニル
5mol％とほぼ等しい組成を有するηinh（温度30℃
における濃度0.4ｇ／dlのジメチルホルムアミド
溶液として測定したインヒーレントビスコシテイ
ー）が1.23dl／ｇの共重合体を、溶融Ｔ−ダイ押
出し成形により、厚さ50μのフイルムとした。こ
のフイルムのDSC曲線（昇降温速度10℃／分）
を第２図に示すが、明確なキユリー点の存在を示
している。このフイルムを148℃で２時間熱処理
し、その後、配向分極操作を行なつた。配向分極
は、90℃で100MV／ｍの電界強度で30分行い、
その後電界を印加した状態で室温まで冷却した。
得られたフイルムのＸ線回折パターンをルーライ
ト法によりコンピユーターを用いて解析した結晶
化度は82％であつた。 製造例 ２ 重合仕込比であるフツ化ビニリデン77mol％、
トリフツ化エチレン21mol％、フツ化ビニル
2mol％とほぼ等しい組成を有するηinhが3.08の
共重合体を、ジメチルホルムアミドに溶解し、キ
ヤスト法により30μのフイルムを得た。このフイ
ルムのDSC吸熱ピークを第３図に示すが製造例
１で示したと同様に明確なキユリー点が存在す
る。 このフイルムを148℃で24時間熱処理し、製造
例１と同様の配向分極操作を行なつた。得られた
フイルムの結晶化度を製造例１と同様の方法で求
めたところ95％であつた。 上記各製造例で作成された焦電体フイルムの焦
電係数、１Hzおよび50MHzでの比誘電率、ならび
に１Hzにおける性能指数を、市販PVDF焦電体フ
イルム（呉羽化学工業製、商品面「ポリフツ化ビ
ニリデンパイロフイルム」。前記表１に記載のも
の。）のデータとともに下表２に示す。
【表】
上表２を見れば分る通り、本発明によるフツ化
ビニリデン共重合体からなる焦電体フイルムは、
焦電係数自体は、PVDF焦電体フイルムのそれに
比べてむしろ小さいが、低周波域での比誘電率εr
が著しく小さいため、焦電素子としての性能指数
は、40〜50％と顕著な向上を示している。 更に、第４図には、上記製造例１および比較例
の焦電体フイルムについて、レオログラフ・ソリ
ツド（東洋測機製作所(株)製）を用いて測定した複
素比誘電率の温度依存性を示す。比較例PVDFの
ε″曲線に見られる−60℃〜０℃のピークおよび
ε′の増大はフツ化ビニリデン系樹脂における非晶
質部分の分子運動を反映しているものである。こ
れに対し、本発明の製造例１の焦電体フイルム
は、特にε″のピークが0.3以下（約0.2）と顕著に
小さく結晶化度が高いことを示している。 性能試験 製造例２と同様にして作成した厚さが25μｍの
焦電体フイルムを素子５として用いて、前記第１
図Ａ，Ｂで説明した構造の赤外線センサーを構成
し、入射エネルギー密度を2.74×10-4w／cm2とし
て、チヨツパ周波数を0.16〜１Hzの範囲で変化さ
せて出力電圧を測定した。 同様の試験を前記比較例の市販PVDF焦電体フ
イルムを素子５として用いて行つた。 結果をまとめて、第５図に示す。 更に、上記のようにして形成した二種の赤外線
センサーを85℃で放置し、一定時間経過後に、再
度出力を測定する方法で耐熱性を測定した。結果
をそれぞれのセンサーの耐熱試験前の出力に対す
る比でプロツトしたのが第６図である。 第５図、第６図の結果は、本発明の赤外線セン
サーが、従来のPVDF素子を用いるものに比べ
て、感度的にも、耐熱安定性においても、著しく
改善されていることをを示す。 発明の効果 上述したように、本発明によれば、結晶化度を
高め、低周波領域での比誘電率を低下させたフツ
化ビニリデン共重合体製の焦電体フイルムを組み
込むことにより、感度ならびに耐熱性の著しく改
善された赤外線サンサーが提供される。
ビニリデン共重合体からなる焦電体フイルムは、
焦電係数自体は、PVDF焦電体フイルムのそれに
比べてむしろ小さいが、低周波域での比誘電率εr
が著しく小さいため、焦電素子としての性能指数
は、40〜50％と顕著な向上を示している。 更に、第４図には、上記製造例１および比較例
の焦電体フイルムについて、レオログラフ・ソリ
ツド（東洋測機製作所(株)製）を用いて測定した複
素比誘電率の温度依存性を示す。比較例PVDFの
ε″曲線に見られる−60℃〜０℃のピークおよび
ε′の増大はフツ化ビニリデン系樹脂における非晶
質部分の分子運動を反映しているものである。こ
れに対し、本発明の製造例１の焦電体フイルム
は、特にε″のピークが0.3以下（約0.2）と顕著に
小さく結晶化度が高いことを示している。 性能試験 製造例２と同様にして作成した厚さが25μｍの
焦電体フイルムを素子５として用いて、前記第１
図Ａ，Ｂで説明した構造の赤外線センサーを構成
し、入射エネルギー密度を2.74×10-4w／cm2とし
て、チヨツパ周波数を0.16〜１Hzの範囲で変化さ
せて出力電圧を測定した。 同様の試験を前記比較例の市販PVDF焦電体フ
イルムを素子５として用いて行つた。 結果をまとめて、第５図に示す。 更に、上記のようにして形成した二種の赤外線
センサーを85℃で放置し、一定時間経過後に、再
度出力を測定する方法で耐熱性を測定した。結果
をそれぞれのセンサーの耐熱試験前の出力に対す
る比でプロツトしたのが第６図である。 第５図、第６図の結果は、本発明の赤外線セン
サーが、従来のPVDF素子を用いるものに比べ
て、感度的にも、耐熱安定性においても、著しく
改善されていることをを示す。 発明の効果 上述したように、本発明によれば、結晶化度を
高め、低周波領域での比誘電率を低下させたフツ
化ビニリデン共重合体製の焦電体フイルムを組み
込むことにより、感度ならびに耐熱性の著しく改
善された赤外線サンサーが提供される。
第１図Ａは本発明の赤外線センサーの一実施例
の正断面図、第１図Ｂは同赤外線センサーの等価
回路図である。第２図および第３図は、それぞれ
製造例１，２により得られた焦電体フイルムの
DSCチヤート；第４図は製造例１および比較例
の焦電体フイルムの複素比誘電率の温度依存性を
示すグラフ；第５図は製造例２および比較例の素
子を組み込んだ赤外線センサーの出力特性測定結
果を示すグラフ、第６図は同じく85℃での耐熱試
験結果である。
の正断面図、第１図Ｂは同赤外線センサーの等価
回路図である。第２図および第３図は、それぞれ
製造例１，２により得られた焦電体フイルムの
DSCチヤート；第４図は製造例１および比較例
の焦電体フイルムの複素比誘電率の温度依存性を
示すグラフ；第５図は製造例２および比較例の素
子を組み込んだ赤外線センサーの出力特性測定結
果を示すグラフ、第６図は同じく85℃での耐熱試
験結果である。
１ 相異なる熱容量を持つ温接点及び冷接点を有
する温度検出素子を用いて温度の検出を行う温度
検出装置において、 上記温度検出素子の温度を検出する素子温検出
体と、この素子温検出体が検出した温度検出素子
の温度を基にして温度検出素子の温度が変化した
時の温度検出素子の出力の零位浮動量Ofを Of＝Ｆ｛T1〔（１−e-k1/c1t） −（１−e-k2/c2t）〕｝ （但し、T1；温度Ｔから変化した後の温度、
C1；温接点熱容量、C2；冷接点熱容量、Ｆ；素
子出力特性関数） なる演算式により計算する演算手段と、この演算
器によつて演算された零位浮動量補正値を上記温
度検出素子の出力に加算する加算手段とを備えた
ことを特徴とする温度検出装置。
する温度検出素子を用いて温度の検出を行う温度
検出装置において、 上記温度検出素子の温度を検出する素子温検出
体と、この素子温検出体が検出した温度検出素子
の温度を基にして温度検出素子の温度が変化した
時の温度検出素子の出力の零位浮動量Ofを Of＝Ｆ｛T1〔（１−e-k1/c1t） −（１−e-k2/c2t）〕｝ （但し、T1；温度Ｔから変化した後の温度、
C1；温接点熱容量、C2；冷接点熱容量、Ｆ；素
子出力特性関数） なる演算式により計算する演算手段と、この演算
器によつて演算された零位浮動量補正値を上記温
度検出素子の出力に加算する加算手段とを備えた
ことを特徴とする温度検出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62067317A JPS63233340A (ja) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | 焦電型赤外線センサ− |
| EP88302297A EP0283264B1 (en) | 1987-03-20 | 1988-03-16 | Pyroelectric infrared sensor |
| DE88302297T DE3884833T2 (de) | 1987-03-20 | 1988-03-16 | Pyroelektrischer Infrarotfühler. |
| US07/168,317 US4851682A (en) | 1987-03-20 | 1988-03-18 | Pyroelectric infrared sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62067317A JPS63233340A (ja) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | 焦電型赤外線センサ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63233340A JPS63233340A (ja) | 1988-09-29 |
| JPH0529255B2 true JPH0529255B2 (ja) | 1993-04-28 |
Family
ID=13341521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62067317A Granted JPS63233340A (ja) | 1987-03-20 | 1987-03-20 | 焦電型赤外線センサ− |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4851682A (ja) |
| EP (1) | EP0283264B1 (ja) |
| JP (1) | JPS63233340A (ja) |
| DE (1) | DE3884833T2 (ja) |
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| US5352895A (en) * | 1992-02-19 | 1994-10-04 | Nohmi Bosai Ltd. | Pyroelectric device |
| US5635812A (en) * | 1994-09-29 | 1997-06-03 | Motorola, Inc. | Thermal sensing polymeric capacitor |
| DE19547934A1 (de) * | 1995-12-22 | 1997-06-26 | Deutsche Telekom Ag | Verfahren zur Herstellung einer pyroelektrischen Mischung |
| JP3289677B2 (ja) | 1998-05-25 | 2002-06-10 | 株式会社村田製作所 | 赤外線センサ |
| JP2004045330A (ja) * | 2002-07-15 | 2004-02-12 | Ricoh Co Ltd | 非接触温度検知装置 |
| US7671335B2 (en) * | 2005-11-22 | 2010-03-02 | Panasonic Electric Works Co., Ltd. | Infrared detector and process for fabricating the same |
| US7960776B2 (en) * | 2006-09-27 | 2011-06-14 | Cornell Research Foundation, Inc. | Transistor with floating gate and electret |
| US8946538B2 (en) | 2009-05-14 | 2015-02-03 | The Neothermal Energy Company | Method and apparatus for generating electricity by thermally cycling an electrically polarizable material using heat from condensers |
| US8350444B2 (en) | 2009-05-14 | 2013-01-08 | The Neothermal Energy Company | Method and apparatus for conversion of heat to electrical energy using polarizable materials and an internally generated poling field |
| US8344585B2 (en) | 2009-05-14 | 2013-01-01 | The Neothermal Energy Company | Method and apparatus for conversion of heat to electrical energy using a new thermodynamic cycle |
| US8035274B2 (en) | 2009-05-14 | 2011-10-11 | The Neothermal Energy Company | Apparatus and method for ferroelectric conversion of heat to electrical energy |
| US9166139B2 (en) | 2009-05-14 | 2015-10-20 | The Neothermal Energy Company | Method for thermally cycling an object including a polarizable material |
| WO2012050906A1 (en) | 2010-09-29 | 2012-04-19 | The Neothermal Energy Company | Method and apparatus for generating electricity by thermally cycling an electrically polarizable material using heat from various sources and a vehicle comprising the apparatus |
| CN102175328B (zh) * | 2010-12-29 | 2014-03-26 | 郑州炜盛电子科技有限公司 | 双通道热释电红外传感器 |
| EP2657588B1 (en) * | 2012-04-27 | 2015-01-28 | Belenos Clean Power Holding AG | Method for obtaining a piezoelectric liner for a high pressure storage vessel |
| DE102015223362A1 (de) | 2015-11-25 | 2017-06-01 | Minimax Gmbh & Co. Kg | Explosionsgeschütztes Gehäuse für Mittel zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Strahlung |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3769096A (en) * | 1971-03-12 | 1973-10-30 | Bell Telephone Labor Inc | Pyroelectric devices |
| JPS5651379B1 (ja) * | 1971-04-07 | 1981-12-04 | ||
| JPS5123439B2 (ja) * | 1971-11-05 | 1976-07-16 | ||
| US3809920A (en) * | 1972-08-25 | 1974-05-07 | Us Navy | Polymeric pyroelectric detector |
| FR2446045A1 (fr) * | 1979-01-04 | 1980-08-01 | Thomson Csf | Transducteur piezo-electrique a element en polymere et son procede de fabrication |
| EP0118757A3 (en) * | 1983-02-10 | 1987-10-07 | Daikin Kogyo Co., Ltd. | Polymeric ferro-electric material |
| US4577132A (en) * | 1983-07-05 | 1986-03-18 | Toray Industries, Inc. | Ultrasonic transducer employing piezoelectric polymeric material |
| JPS6179124A (ja) * | 1984-09-27 | 1986-04-22 | Nok Corp | 焦電型赤外線センサ |
-
1987
- 1987-03-20 JP JP62067317A patent/JPS63233340A/ja active Granted
-
1988
- 1988-03-16 DE DE88302297T patent/DE3884833T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-03-16 EP EP88302297A patent/EP0283264B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1988-03-18 US US07/168,317 patent/US4851682A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3884833D1 (de) | 1993-11-18 |
| EP0283264A2 (en) | 1988-09-21 |
| EP0283264B1 (en) | 1993-10-13 |
| US4851682A (en) | 1989-07-25 |
| JPS63233340A (ja) | 1988-09-29 |
| DE3884833T2 (de) | 1994-02-10 |
| EP0283264A3 (en) | 1989-10-04 |
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