DE3633286A1

DE3633286A1 - MATRIX SENSOR FOR DETECTING INFRARED RADIATION

Info

Publication number: DE3633286A1
Application number: DE19863633286
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Mader; Hans Dr Meixner; Dieter Dipl Phys Stein
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1988-03-31

Abstract

Matrix sensor (1, 11) having a laminar body (2, 12) and two families (5, 6) of electrode strips (51, 52, ..., 61, 62, ...) which are aligned orthogonally with respect to one another and disposed on the opposite surfaces (3, 4). For an embodiment (12) which does not have a centre electrode, an evaluation circuit (19) is provided which has switch functions (119, 219) which have to be driven alternately. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Matrix sensor mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentan spruches 1.The present invention relates to a matrix sensor with the features of the preamble of the patent saying 1.

Sensoren für Infrarotstrahlung sind aus der US-PS 44 04 468 (79P7106US) und aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 36 16 374.0 (86P1281DE) bekannt. Besonders preisgünstig ist ein solcher Sensor, wenn als pyroelektri sches Wandlermaterial Folie aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) verwendet wird. Diese bekannten Sensoren dienen dazu, aus einer bestimmten Richtung oder aus einem Raumwinkelbereich einfallende Infrarotstrahlung mit möglichst großer Empfind lichkeit zu detektieren.Sensors for infrared radiation are from US-PS 44 04 468 (79P7106US) and from the unpublished German Patent application P 36 16 374.0 (86P1281DE) known. Especially Such a sensor is inexpensive when used as a pyroelectric nes converter material film made of polyvinylidene fluoride (PVDF) is used. These known sensors are used to a certain direction or from a solid angle range incident infrared radiation with the greatest possible sensitivity to detect.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen möglichst preisgünstigen pyroelektrischen Matrix- bzw. Bild-Sensor anzugeben, der eine punktweise Auflösung auf eine Fläche auftreffender bzw. auf eine Fläche abgebildeter Infrarot strahlung ermöglicht. 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.The object of the present invention is, if possible inexpensive pyroelectric matrix or image sensor specify the point-by-point resolution on a surface infrared or imaged on a surface radiation enables. The above task is done with a matrix sensor with the features of the claim 1 solved and further refinements and developments the invention emerge from the subclaims.

Für die vorliegende Erfindung ist von der Uberlegung aus gegangen worden, das bekannte Prinzip der Detektion von infraroter Strahlung, wie sie von Körpern ausgeht (Pyro detektion) für einen Sensor zu nutzen, der eine bildpunkt weise Detektion einer von solcher Infrarotstrahlung be strahlten Fläche ermöglicht. Eine solche Sensor-(Bild-) Fläche wird im allgemeinen über den Weg einer optischen Abbildung mit der vom Objekt ausgehenden Infrarotstrah lung bestrahlt und die Sensorfläche wird punktweise abge tastet. Das Schema der Abtastung kann nach Spalten und Zeilen, z.B. nach Art eines Fernsehbildes, erfolgen. Rechtwinklige Anordnung von Spalten und Zeilen zueinan der ist dabei eine bevorzugte, aber nicht die aus schließliche Wahl.For the present invention is based on the consideration gone, the known principle of detection of infrared radiation emanating from bodies (Pyro detection) for a sensor that uses a pixel as detection of such infrared radiation blasted area. Such a sensor (image) In general, the surface becomes optical Image with the infrared ray emanating from the object irradiation and the sensor surface is removed point by point gropes. The scheme of the scanning can be done by columns and Lines, e.g. in the manner of a television picture. Right-angled arrangement of columns and rows this is a preferred one, but not the one eventual choice.

Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der nach folgenden, anhand der Figuren gegebenen Beschreibung be vorzugter Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Matrixsensors hervor.Further explanations of the invention follow from the following description given with reference to the figures preferred embodiments of an inventive Matrix sensor.

Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Ausführungsformen erfin dungsgemäßer Matrixsensoren in isometrischer Darstellung. Figs. 1 and 2 show two embodiments according OF INVENTION dung array sensors in an isometric view.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm zum Aufladungsvorgang und die Fig. 3 shows a diagram of the charging process and the

Fig. 4a und 4b zeigen eine besondere Ausführungs form für die Elektrodenstreifen. Fig. 4a and 4b show a particular form of execution for the electrode strips.

Mit 1 ist in Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines er findungsgemäßen Matrixsensors bezeichnet. Der flache, aus gedehnte Körper 2 des Sensors 1 hat die (in der Figur) obere Oberfläche 3 und die gegenüberliegende untere Ober fläche 4. Auf der Oberfläche 3 des Körpers 2 ist eine Schar 5 von Elektrodenstreifen 51, 52, 53 ... angebracht. Diese Elektrodenstreifen sind z.B. aufgedampfte oder aufgesputterte Metallisierungsstreifen aus beispielsweise Silber, Aluminium und dgl. Eine zweite Schar 6 von Elektrodenstreifen 61, 62, 63 ... ist in entsprechender Ausgestaltung und Anbringung auf der unteren Oberfläche 4 des Körpers 2 angeordnet. Vorzugsweise sind die Elektro denstreifen der Schar 5 einerseits und die der Schar 6 andererseits jeweils parallel zueinander angeordnet. Die Elektrodenstreifen der Schar 5 sind aber im Winkel, vor zugsweise im rechten Winkel zu den Elektrodenstreifen der Schar 6 orientiert, wie dies die Fig. 1 zeigt. Die Schar 5 stellt z.B. die Zeilen und die Schar 6 die Spalten (oder umgekehrt) dar. Wie dies noch näher erläutert wird, erge ben sich die einzelnen Bildpunkte, auch als Pixel bezeich net, an den Stellen, an denen eine Überkreuzung eines Elek trodenstreifens der Schar 5 mit einem Elektrodenstreifen der Schar 6 vorliegt. Zum Beispiel ist ein solcher Bild punkt 711 für die Überkreuzung des Elektrodenstreifens 51 mit dem Elektrodenstreifen 61 herausgehoben. Weitere Bild punkte auf dem Elektrodenstreifen 51 sind mit 712, 713 ... bezeichnet. Mit 721, 731 ... sind auf den Elektrodenstrei fen 52 und 53 der Schar 5, d.h. auf der Oberfläche 3, dem Elektrodenstreifen 61 zugeordnete Bildpunkte bezeichnet. Mit St ist auf die Oberfläche 3 auftreffende Infrarotstrah lung angedeutet, wie sie z.B. bei optischer Projektion eines Gegenstandes als Bild auf der Oberfläche 3 auf trifft. 1 in FIG. 1 denotes a first embodiment of a matrix sensor according to the invention. The flat, stretched body 2 of the sensor 1 has the upper surface 3 (in the figure) and the opposite lower upper surface 4 . On the surface 3 of the body 2 , a group 5 of electrode strips 51 , 52 , 53 ... is attached. These electrode strips are, for example, vapor-deposited or sputtered-on metallization strips made of, for example, silver, aluminum and the like. A second set 6 of electrode strips 61 , 62 , 63 ... is arranged in a corresponding configuration and attachment on the lower surface 4 of the body 2 . Preferably, the electrical denstreifen the coulter 5 on the one hand and that of the coulter 6 on the other hand each arranged parallel to each other. However, the electrode strips of the blade 5 are oriented at an angle, preferably at right angles to the electrode strips of the blade 6 , as shown in FIG. 1. The group 5 represents, for example, the rows and the group 6 the columns (or vice versa). As will be explained in more detail, the individual pixels, also referred to as pixels, result at the points at which a crossover of an electrode strip occurs the share 5 with an electrode strip of the share 6 is present. For example, such an image point 711 is highlighted for the crossing of the electrode strip 51 with the electrode strip 61 . Further image points on the electrode strip 51 are designated 712, 713 ... With 721 , 731 ... fen on the electrode strips 52 and 53 of the coulter 5 , ie on the surface 3 , the electrode strips 61 assigned pixels are designated. With St on the surface 3 impinging infrared radiation is indicated, such as when an object is optically projected as an image on the surface 3 .

Mit 8 ist eine Mittelelektrode bezeichnet. Diese Mittel elektrode 8 erstreckt sich im Inneren des Körpers 2 ganz flächig parallel zu den Oberflächen 3 und 4. Bevorzugte Anordnung ist, wie dargestellt, in Mittellage. Zum Bei spiel besteht der Körper 2 aus zwei Teilkörpern, vor zugsweise Folien 21, 22, die zusammen mit der dazwischen liegenden Mittelelektrode 8 aufeinanderliegen, nämlich wie dies die Fig. 1 zeigt. Diese Mittelelektrode 8 kann z.B. aus einer Metallisierung der (der Fläche 3 gegen überliegenden) inneren Fläche des Teilkörpers (Folie) 21 bestehen. Die Metallisierung kann aber auch alternativ oder zusätzlich auf der (der Oberfläche 4 gegenüberliegen den) inneren Oberfläche des Teilkörpers (Folie) 22 vor gesehen sein. Eine Oberflächenmetallisierung hat hier den Vorteil, daß zwischen einer solchen Metallisierung und dem Material des Teilkörpers 21, 22 kein störender Luftspalt auftritt. Metallisierung der beiden einander gegenüber liegenden Flächen der Teilkörper 21 und 22 hat den Vor teil, daß die Dicke und die Materialeigenschaft einer zwischen diesen beiden Anteilen der Mittelelektrode 8 be findlichen Klebschicht in weiten Grenzen keinen störenden Einfluß hat.With 8 a center electrode is designated. This center electrode 8 extends inside the body 2 across the entire surface parallel to the surfaces 3 and 4th The preferred arrangement is, as shown, in the middle position. For example, the body 2 consists of two partial bodies, preferably foils 21 , 22 , which lie on top of one another together with the intermediate electrode 8 , namely as shown in FIG. 1. This center electrode 8 can consist, for example, of a metallization of the (opposite surface 3 ) inner surface of the partial body (foil) 21 . The metallization can alternatively or additionally be seen on the (surface 4 opposite) the inner surface of the partial body (foil) 22 before. A surface metallization has the advantage that there is no annoying air gap between such a metallization and the material of the partial body 21 , 22 . Metallization of the two opposing surfaces of the partial body 21 and 22 has the part before that the thickness and the material property of an adhesive layer between these two parts of the central electrode 8 be sensitive adhesive has no disruptive influence within wide limits.

Vorzugsweise sind die beiden Teilkörper bzw. Folien 21 und 22 des Körpers 2 aufeinandergeklebt, um den einstückigen, flächenhaften Körper 2 zu bilden.The two partial bodies or foils 21 and 22 of the body 2 are preferably glued to one another in order to form the one-piece, planar body 2 .

Die Mittelelektrode dient dazu, den Sensor an ein Bezugs potential anschließen zu können.The center electrode is used to connect the sensor to a reference potential to be able to connect.

Als Material für den Körpers 2 bzw. die Teilkörper 21 und 22 eignet sich in besonderem Maße PVDF-Folie. Geeignet sind aber auch Folien aus pyroelektrischer Keramik, Schich ten bzw. Beschichtungen aus pyroelektrischem Material und dgl. Die Verwendung von PVDF-Folie führt zu besonders preiswerten Ausführungen eines erfindungsgemäßen Sensors. Als Keramikmaterial eignet sich bevorzugt Bleititanat mit gegebenenfalls Zusätzen.PVDF film is particularly suitable as material for the body 2 or the partial bodies 21 and 22 . However, films made of pyroelectric ceramic, layers or coatings made of pyroelectric material and the like are also suitable. The use of PVDF film leads to particularly inexpensive designs of a sensor according to the invention. Lead titanate with optional additives is preferred as the ceramic material.

Mit 151, 152 ... sind elektrische Anschlüsse der Elektro denstreifen 51, 52 ... bezeichnet. Entsprechende An schlüsse für die Elektrodenstreifen 61, 62 ... sind mit 161, 162 ... bezeichnet . Mit 9 sind Auswerteschaltungen, insbesondere Verstärker bezeichnet, die jede für sich mit einer der Anschlußleitungen 151, 152 ..., 161, 162 ... verbunden sind. Damit sind die jeweiligen Elektrodenstrei fen 51, 52 ...; 61, 62 ... derart einzeln ansteuerbar, daß die Bildpunkte 711, 712, 713, ..., 721, 731, ..., einzeln ausgelesen werden können, wie dies für Matrixansteuerung bzw. -auslesung bekannt ist. Zum Beispiel ist durch gleichzeitige Ansteuerung A des mit der Leitung 161 ver bundenen Verstärkers 9,1 und des mit der Leitung 151 ver bundenen Verstärkers 9,2 das momentane Bildpunkt-Signal B 711 des Bildpunktes 711 zu entnehmen.With 151 , 152 ... electrical connections of the electrode strips 51 , 52 ... are designated. Corresponding connections to the electrode strips 61 , 62 ... are denoted by 161, 162 .... 9 with evaluation circuits, in particular amplifiers, which are each individually connected to one of the connecting lines 151 , 152 ..., 161 , 162 .... So that the respective electrode strips fen 51 , 52 ...; 61 , 62 ... individually controllable in such a way that the pixels 711 , 712 , 713 , ..., 721, 731 , ..., can be read out individually, as is known for matrix control or reading. For example, by simultaneously actuating A of the amplifier 9.1 connected to the line 161 and the amplifier 9.2 connected to the line 151, the current pixel signal B 711 of the pixel 711 can be seen.

Die Auswerteschaltungen sind z.B. Operationsverstärker, deren jeweils zweiter Eingang, wie dargestellt, auf Masse oder einem anderen gemeinsamen Referenzpotential liegt, an das auch die Mittelelektrode 8 angeschlossen ist.The evaluation circuits are, for example, operational amplifiers, the second input of which, as shown, is connected to ground or another common reference potential, to which the central electrode 8 is also connected.

Die Fig. 2 zeigt eine zur Ausführungsform 1 der Fig. 1 alternative Ausgestaltung 11 einer erfindungsgemäßen Sensormatrix. Die beiden Matrixsensoren 1 und 11 haben weitgehend übereinstimmenden technologischen Aufbau. Wesentlicher Unterschied ist jedoch, daß der Matrixsensor 11 keine Mittelelektrode 8 hat, wie dies auch aus der Fig. 2 hervorgeht. Der Matrixsensor 11 hat einen einstückigen flächenhaften Körper 12 mit den Oberflächen 3 und 4. Auf der Oberfläche 3 befinden sich die Elektroden streifen 51, 52, ... der Schar 5 und auf der Oberfläche 4 die Elektrodenstreifen 61, 62, ... der Schar 6. Die Bildpunkte 711, 712, ...; 721, 731, ..., ergeben sich so, wie dies zur Fig. 1 bereits beschrieben ist. Ent sprechendes gilt auch für die Strahlung St. FIG. 2 shows an embodiment 11 of an inventive sensor matrix that is alternative to embodiment 1 of FIG. 1. The two matrix sensors 1 and 11 have largely identical technological structures. The essential difference, however, is that the matrix sensor 11 has no central electrode 8 , as can also be seen in FIG. 2. The matrix sensor 11 has a one-piece flat body 12 with the surfaces 3 and 4 . On the surface 3 there are the electrode strips 51 , 52 , ... the coulter 5 and on the surface 4 the electrode strips 61 , 62 , ... the coulter 6 . The pixels 711 , 712 , ...; 721, 731 , ..., result as described for FIG. 1. The same applies to the radiation St.

Dem Matrixsensor 11 sind Auswerteschaltungen 19 zugeordnet, die zusätzlich zu den Auswerteschaltungen 9 noch je eine Schalterfunktion 119 oder 219 enthalten. Die Schalter funktionen 119 der Auswerteschaltungen 19 der Elektroden streifen 151, 152, ... der Schar 5 sind in gleicher Weise ausgeführt, wie die Schalterfunktionen 219 der Auswerte schaltungen 19 der Elektrodenstreifen 161, 162, ... der Schar 6. Die Ansteuerung 519 der Schalterfunktionen 119 ist so ausgebildet, daß mit ihr alle Schalterfunktionen 119 gleichzeitig (jedoch getrennt von den Schalterfunk tionen 219) getätigt werden können. Bei Schließen der Schalterfunktionen 119 werden sämtliche Elektrodenstrei 151, 152, ... der Schar 5 mit einem gemeinsamen (Referenz-) Potential, z.B. Masse verbunden. Entsprechendes gilt für die Ansteuerung 619 der Schalterfunktionen 219, mit der gleichzeitig sämtliche Elektrodenstreifen 161, 162, ... der Schar 6 mit einem solchen Potential verbunden werden können. Die offene Schalterstellung der Schalterfunktionen 119, 219 entspricht dem dauernd vorliegenden Zustand bei dem Matrixsensor 1 der Fig. 1.Evaluation circuits 19 are assigned to the matrix sensor 11 and each contain a switch function 119 or 219 in addition to the evaluation circuits 9 . The switch functions 119 of the evaluation circuits 19 of the electrode strips 151 , 152 , ... of the assembly 5 are carried out in the same way as the switch functions 219 of the evaluation circuits 19 of the electrode strips 161 , 162 , ... of the assembly 6 . The control 519 of the switch functions 119 is designed so that all switch functions 119 can be operated simultaneously (but separately from the switch functions 219 ). When the switch functions 119 are closed, all of the electrode strips 151, 152 ,... Of the blade 5 are connected to a common (reference) potential, for example ground. The same applies to the control 619 of the switch functions 219 , with which all the electrode strips 161 , 162 ,... Of the blade 6 can be connected at such a potential at the same time. The open switch position of the switch functions 119 , 219 corresponds to the permanently present state in the matrix sensor 1 of FIG. 1.

Auf die Betriebsweise zum Matrixsensor 1 ist bereits oben hingewiesen worden. In entsprechender, Zusatzmaßnahmen gemäß Fig. 3 umfassender Weise erfolgt der Betrieb des Matrixsensors 11 nach Fig. 2. In einer ersten Phase I be finden sich z.B. die Schalterfunktionen 219, in der ge schlossenen Schalterstellung. Alle Elektrodenstreifen 161, 162 ... liegen somit auf Referenzpotential (Masse). (Diese Schalterstellung ist in Fig. 2 dargestellt). In dieser Phase I befinden sich die Schalterfunktionen 119 der Elektrodenstreifen der Schar 5 jedoch in der zweiten Schalterstellung (wie in Fig. 2 dargestellt). Die einzel nen Elektrodenstreifen 151, 152, ... sind nur mit ihrer jeweils zugeordneten Auswerteschaltung 19 verbunden. Er gibt sich nun in dieser Phase I, daß ein oder mehrere Bildpunkte, z.B. der Bildpunkt 711, bestrahlt werden, so ergibt sich am Ausgang der Auswerteschaltung 19 des Elektrodenstreifens 151 ein elektrisches Ausgangssignal. Es folgt jetzt eine zweite Phase II, in der alle Schalter funktionen 119 und 219 geschlossen sind, nämlich alle Elektrodenstreifen beider Scharen auf gleiches Potential gelegt werden, d.h. kurzgeschlossen sind. Nachfolgend wird die dritte Phase III der Ansteuerung vorgenommen, nämlich die Schalterfunktionen 119 der Elektrodenstreifen der Schar 5 werden mit dem gemeinsamen Potential verbunden und die Schalterfunktionen Schar 6 sind einzeln allein mit den zugehörigen Auswerteschaltungen 19 verbunden. Man erhält dann der ersten Phase I entsprechend die Ausgangssignale an denjenigen Auswerteschaltungen 19, die den Elektroden streifen 161, 162, ... der Schar 6 zugeordnet sind.The operation of the matrix sensor 1 has already been mentioned above. Similarly, additional measures shown in Fig. 3 comprehensive manner the operation is performed of the matrix sensor 11 of FIG. 2. In a first phase I be found eg the switch functions 219, in the ge closed switch position. All electrode strips 161 , 162 ... are therefore at reference potential (ground). (This switch position is shown in Fig. 2). In this phase I, however, the switch functions 119 of the electrode strips of the blade 5 are in the second switch position (as shown in FIG. 2). The individual NEN electrode strips 151 , 152 , ... are only connected to their respective associated evaluation circuit 19 . It now occurs in phase I that one or more pixels, for example pixel 711 , are irradiated, so that an electrical output signal results at the output of the evaluation circuit 19 of the electrode strip 151 . There now follows a second phase II, in which all switch functions 119 and 219 are closed, namely all electrode strips of both groups are placed at the same potential, ie are short-circuited. The third phase III of the control is carried out subsequently, namely the switch functions 119 of the electrode strips of the array 5 are connected to the common potential and the switch functions array 6 are individually connected only to the associated evaluation circuits 19 . Are then obtained in accordance with the first phase I, the output signals of those evaluation circuits 19, the strip electrodes 161, 162, ... of the blade 6 is assigned.

Die drei voranstehend angegebenen Phasen für das Auslesen eines Bildpunktes müssen kurzzeitig aufeinanderfolgen. Alle drei Phasen müssen während des Verlaufs der durch die Einwirkung der zu detektierenden Strahlung St erfolgenden Aufladung der Kapazität des jeweiligen Bildpunktes vorge nommen werden. Die Kapazität eines jeweiligen Bildpunktes, z.B. des Bildpunktes 711, ist die elektrische Kapazität zwischen z.B. dem Elektrodenstreifen 51 und dem Elektro denstreifen 61, d.h. im wesentlichen der beiden auf den Oberflächen 3 und 4 einander gegenüberliegenden Anteilen dieser beiden sich kreuzenden Elektrodenstreifen. In der ersten Phase ändert sich durch die Einwirkung der Strah lung St auf den Bildpunkt 711 das Potential des Elektro denstreifens 51 gegenüber dem (zusammen mit den übrigen Elektrodenstreifen der Schar 6) auf Referenzpotential liegenden Elektrodenstreifen 61. Das Auslesesignal ist an der Anschlußleitung 151 zu erhalten. In der zweiten Phase, in der alle Elektrodenstreifen kurzzeitig kurzgeschlossen sind, ist somit die Kapazität des Bildpunktes 711 bei weiterer Einstrahlung St) kurzgeschlossen. In der dritten Phase III bewirkt die wieder auftretende Aufladung des Bildpunktes 711 ein (neues) Signal, jetzt an der Anschluß leitung 161, nämlich während alle Elektrodenstreifen der Schar 5 (wegen der geschlossenen Schalterfunktionen 119) auf Referenzpotential liegen. Wegen der Ansprechempfind lichkeit des für den Körper bzw. die Folie 12 beispiels weise verwendeten Polyvinylidenfluorids (PVDF-Folie) können diese drei Phasen in dieser Spanne aufeinander folgend durchgeführt werden.The three phases specified above for reading out a pixel must follow each other briefly. All three phases have to be carried out during the course of the charging of the capacitance of the respective pixel, which is caused by the action of the radiation St to be detected. The capacity of a respective pixel, for example the pixel 711 , is the electrical capacitance between, for example, the electrode strip 51 and the electrode strip 61 , that is to say essentially the two portions of these two crossing electrode strips opposite one another on the surfaces 3 and 4 . In the first phase of Strah changes by the action of lung St to the image point 711, the potential of the electric denstreifens 51 opposite the (together with the other electrode strip of the blade 6) electrode strips 61 lying on reference potential. The readout signal can be obtained on the connecting line 151 . In the second phase, in which all the electrode strips are briefly short-circuited, the capacitance of the pixel 711 is thus short-circuited with further irradiation St) . In the third phase III, the re-charging of the pixel 711 causes a (new) signal, now on the connection line 161 , namely while all the electrode strips of the array 5 (because of the closed switch functions 119 ) are at reference potential. Because of the responsiveness of the polyvinylidene fluoride (PVDF film) used as an example for the body or film 12 , these three phases can be carried out in succession in this span.

Die Fig. 3 zeigt, über der Zeit t aufgetragen, das Anstei gen der Aufladung Q durch pyroelektrische Wirkung der Strahlung St. Bis zum Ende der Phase I ist der Wert Q 1 er reicht. In der Phase II erfolgt der Kurzschluß. In der Phase III erfolgt erneute Aufladung auf den Wert Q _2. In der Figur ist noch ein zweiter Zyklus Phase I-Phase II-Phase III berück sichtigt. Der gestrichelte Kurvenanteil entspricht einer Aufladung ohne Kurzschlußphase, so wie dies bei einem Matrixsensor der Fig. 1 der Fall ist. Der Abschnitt (t ₁-t ₀) ist die Spanne der thermischen Wirkung der Strahlung St. Fig. 3 shows, plotted against the time t , the rise of the charge Q by pyroelectric effect of the radiation St. By the end of phase I, the value Q 1 is sufficient. The short circuit occurs in phase II. In phase III, recharging to the value Q ₂ takes place _. In the figure, a second cycle of phase I-phase II-phase III is also taken into account. The dashed curve portion corresponds to charging without a short-circuit phase, as is the case with a matrix sensor in FIG. 1. The section ( t ₁ - t ₀ ) is the range of the thermal effect of the radiation St.

Für die Ausführungsform nach Fig. 1 empfiehlt es sich die beiden Körper bzw. Folien 21, 22 z.B. mit Zyanacrylat-Kleber miteinander zu verbinden, wobei auf eine nur dünne Kleb schicht Wert zu legen ist. Damit erhält man eine gute thermische Kopplung dieser beiden Anteile des Körpers 2 eines Matrixsensors 1 miteinander. Ein Matrixsensor 11 nach Fig. 2 hat diesen Vorteil von vornherein, da er aus einem nur einstückigen Körper 12 besteht.For the embodiment according to FIG. 1, it is advisable to connect the two bodies or foils 21 , 22 to one another, for example using cyanoacrylate adhesive, with emphasis being placed on only a thin adhesive layer. A good thermal coupling of these two parts of the body 2 of a matrix sensor 1 is thus obtained. A matrix sensor 11 according to FIG. 2 has this advantage from the outset, since it consists of a body 12 that is only in one piece.

Zum Beispiel eignen sich PVDF-Folien mit einer Dicke von 10 µm für erfindungsgemäße Matrixsensoren. Solche dünnen Folien sprechen innerhalb von ca. 1 Sekunde auf thermische Strahlungseinwirkung einer Strahlung St an.For example, PVDF films with a thickness of 10 μm are suitable for matrix sensors according to the invention. Such thin foils respond to thermal radiation exposure to radiation St within approximately 1 second.

Zum Beispiel eignet sich ein erfindungsgemäßer Sensor in hervorragender Weise zum Verfolgen eines thermische Strah lung emittierenden Objekts, wobei durch entsprechende optische Abbildung das Objekt auf die Oberfläche des Sensors 1 bzw. 11 abgebildet wird und der jeweils ansprechende Bild punkt dem Gegenstandsort des Objekts entspricht.For example, a sensor according to the invention is excellently suited for tracking a thermal radiation-emitting object, the object being imaged on the surface of the sensor 1 or 11 by means of appropriate optical imaging and the respectively appealing image point corresponding to the object's object location.

Als Elektrodenmaterial eignet sich z.B. auf PVDF in beson derem Maße Chrom, z.B. mit einer Schichtdicke von 20 bis 100 nm. An den Anschlußstellen der Anschlußleitungen 151, 152, ..., 161, 162 ... empfiehlt es sich, eine Metallverstärkung der Chrombeschichtung, z.B. mit Aluminium, vorzusehen.Chromium is particularly suitable as the electrode material on PVDF, for example with a layer thickness of 20 to 100 nm. At the connection points of the connecting lines 151 , 152 , ..., 161, 162 ... it is advisable to reinforce the metal of the chrome coating , for example with aluminum.

Eine Verbesserung der Auflösung kann erzielt werden, indem man lateralen Wärmefluß in dem Matrixsensor unterbindet. Zum Beispiel hat PVDF sehr geringe Wärmeleitfähigkeit.An improvement in the resolution can be achieved by lateral heat flow is prevented in the matrix sensor. For example, PVDF has very low thermal conductivity.

Die Fig. 4a und 4b zeigen variierte Ausführungsformen von Elektrodenstreifen 51′ und 61′, wie sie auf den Oberflächen 3 und 4 ausgeführt sein können. Die Fig. 4 zeigt bezogen auf die Fig. 1 und 2 die Ansicht des Körpers 2 bzw. 12 von unten, um 180° um die waagerechte Achse gedreht. Die Verringerungen 51′′ und 61′′ der Breite der Elektroden streifen 51′ und 61′ vermindern die Kapazität zwischen den Elektrodenstreifen der Schar 5 und der Schar 6 (Fig. 2) bzw. zwischen diesen und der Mittelelektrode 8 (Fig. 1). Für die Ausführungsform eines Matrixsensors 1 nach Fig. 1 kann eine solche Form auch für die Mittelelektrode 8 vorteilhafter weise vorgesehen sein.'And 61', as may be performed on the surfaces 3 and 4, Fig. 4a and 4b show varied embodiments of electrode strips 51. The Fig. 4 is based on the Fig. 1 and 2, the view of the body 2 or 12 from below, rotated 180 ° about the horizontal axis. The reductions 51 '' and 61 '' of the width of the electrode strips 51 'and 61 ' reduce the capacitance between the electrode strips of the share 5 and the share 6 ( Fig. 2) or between these and the central electrode 8 ( Fig. 1) . For the embodiment of a matrix sensor 1 according to FIG. 1, such a shape can also advantageously be provided for the central electrode 8 .

Für einen Matrixsensor 2 nach Fig. 2 eignet sich für die Schalterfunktion 119 ein hochohmiger Kleinsignal-Schalter. Mit einem Widerstand größer als 1 T Ohm kann mittels dieser Schalterfunktion genügend Hochohmigkeit der einzelnen Elek trodenstreifen in der ersten Phase 1 bzw. in der dritten Phase III gesichert werden.A high-resistance small signal switch is suitable for the switch function 119 for a matrix sensor 2 according to FIG. 2. With a resistance greater than 1 T ohm, enough high resistance of the individual electrode strips can be ensured in the first phase 1 or in the third phase III using this switch function.

Ein solcher Kleinsignal-Schalter kann z.B. mit zwei Trans missions-Gattern (-gates) realisiert werden. Diese besitzen einen Einschaltwiderstand von deutlich weniger als 1 M Ohm und den erwähnten Widerstand der offenen Schalterfunktion mit einigen T Ohm.Such a small signal switch can e.g. with two trans mission gates can be realized. Own them an on resistance of significantly less than 1 M ohm and the mentioned resistance of the open switch function with some T ohms.

Voranstehend ist auf die Notwendigkeit des Umschaltens zwi schen den Phasen I bis III hingewiesen worden. Das Umschal ten der Schalterfunktionen 119 kann gemäß einer Variante mit fester Schaltfrequenz erfolgen, die von einem Oszillator vorgegeben wird. Die Schaltfrequenz wird z.B. so hoch ge wählt, daß während der Anstiegszeit (Fig. 3), die von der Wärmekapazität der Sensorelemente abhängt, vorteilhafter weise mehrmals (z.B. 3 bis 4mal) zwischen den Phasen I und (mit jeweils dazwischenliegender Phase II) umgeschaltet wird. Eine PVDF-Folie mit 10 µm Dicke besitzt z.B. eine An stiegszeit von ca. 1 Sekunde, so daß eine Schaltfrequenz zwischen 0,25 und 0,33 Hz eine zweckmäßige Bemessung ist. Vorteilhafterweise verwendet man zur Auswertung ein "intelligentes" System, wie z.B. einen µ-Rechner oder eine der Summe der Anzahl von Zeilen und Spalten entsprechende große Anzahl retriggerbarer monostabiler Multivibratoren, wobei je einer an den jeweiligen Ausgang der Verstärker 9 angeschlossen ist. Man bemißt die Haltezeit der Multi vibratoren auf ca. das 1,5-fache der Schaltzeit zwischen den Phasen, so daß Signale aus zwei aufeinanderfolgenden Messungen gleichzeitig an den Ausgängen der Verstärker 9 der Spalten und der Zeilen auftreten.Above, the need to switch between phases I to III has been pointed out. Switching over the switch functions 119 can take place according to a variant with a fixed switching frequency, which is predetermined by an oscillator. The switching frequency is selected, for example, so high that during the rise time ( FIG. 3), which depends on the heat capacity of the sensor elements, it is advantageously switched several times (for example 3 to 4 times) between phases I and (with phase II in between) . A PVDF film with a thickness of 10 µm has, for example, a rise time of approx. 1 second, so that a switching frequency between 0.25 and 0.33 Hz is an appropriate measurement. An "intelligent" system, such as a μ-computer or a large number of retriggerable monostable multivibrators corresponding to the sum of the number of rows and columns, is advantageously used for the evaluation, one of which is connected to the respective output of the amplifier 9 . One measures the holding time of the multi vibrators to about 1.5 times the switching time between the phases, so that signals from two successive measurements occur simultaneously at the outputs of the amplifiers 9 of the columns and the rows.

Alternativ zur festen Schaltfrequenz kann auch jeweils nach Überschreiten einer Signalschwelle zwischen den Phasen umgeschaltet werden. Das Signal für den Umschaltzeitpunkt erhält man folgendermaßen:As an alternative to the fixed switching frequency, the Exceeding a signal threshold between the phases can be switched. The signal for the changeover time is obtained as follows:

Im Grundzustand sind die Schalterfunktionen 119, 219 (Klein signal-Schalter bzw. Transmissionsgatter) so ausgebildet, daß sich alle Spalten auf gleichem Potential befinden. Das Auftreten einer Erwärmung im Bereich eines Bildpunktes (aufgrund des Auftreffens einer Strahlung St) erzeugt aufgrund der pyroelektrischen Wirkung eine Spannungsände rung am Ausgang des jeweiligen Verstärkers 9 der Elektro denstreifen 51, 52, .... Beim Erreichen einer vorgegebenen Schwellenspannung gibt ein dafür vorgesehener, nachgeschal teter monostabiler Multivibrator, mit einer Haltezeit, die größer als die Anstiegszeit (t ₁-t ₀ in Fig. 3) ist, ein Steuersignal zum Umschalten sämtlicher Transmissionsgatter. Nun liegen die Elektrodenstreifen der (Zeilen-)Schar 5 auf gleichem Potential und die (Spalten-) Elektrodenstreifen der Schar 6 jeder für sich an dem ihm zugeordneten Verstärker 9. Durch weitere Spannungsänderung im Bereich der von der Strahlung St getroffenen Bildpunkte kann nunmehr auch für die Elektrodenstreifen der Schar 6 das Auswertesignal aufgenommen und weiter verarbeitet werden.In the basic state, the switch functions 119 , 219 (small signal switch or transmission gate) are designed so that all columns are at the same potential. The occurrence of heating in the area of a pixel (due to the impingement of radiation St) produces a voltage change at the output of the respective amplifier 9 of the electrode strips 51 , 52 ,... Due to the pyroelectric effect. When a predetermined threshold voltage is reached, there is a provided , downstream monostable multivibrator, with a hold time that is greater than the rise time ( t ₁ - t ₀ in Fig. 3), a control signal for switching all transmission gates. The electrode strips of the (row) array 5 are now at the same potential and the (column) electrode strips of the array 6 are each individually connected to the amplifier 9 assigned to them. As a result of a further change in voltage in the area of the pixels hit by the radiation St , the evaluation signal can now also be recorded and processed for the electrode strips of the blade 6 .

Claims

1. Matrix sensor ( 1 , 11 ) with two-dimensional point-wise resolution with respect to the image area for the detection of infrared radiation characterized by

a flat body ( 2 , 12 ) made of or with material with a pyroelectric property,
- Where on the opposite surfaces of this body each a group ( 5 , 6 ) do not cross the electrode strips ( 51 , 52, ... ; 61 , 62 ... ) is seen and the electrode strips ( 51 , 52 .. .) one set ( 5 ) at an angle to the electrodes ( 61 , 62 ...) of the other set ( 6 ) are oriented and
- With each electrode strip an evaluation circuit device ( 19 ) is assigned.

2. Matrix sensor ( 1 ) according to claim 1, characterized in that in the body ( 2 ) parallel to the surfaces ( 3 , 4 ) there is a central electrode ( 8 ) ( Fig. 1).

3. Matrix sensor ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the body consists of two foils ( 21 , 22 ) and the central electrode ( 8 ) arranged between them and the foils and the central electrode are firmly connected to one another.

4. Matrix sensor ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the two foils ( 21 , 22 ) each have an electrode coating on the surface facing them and these two foils are connected to one another with these two electrode layers.

5. matrix sensor ( 11 ) according to claim 1, characterized in that the flat body ( 12 ) is free of a central electrode ( Fig. 2).

6. Matrix sensor ( 11 ) according to claim 5, characterized in that the body ( 12 ) is in one piece ( Fig. 2).

7. matrix sensor ( 11 ) according to claim 6, characterized in that the body ( 12 ) is a single film ( 12 ) ( Fig. 2).

8. Matrix sensor according to one of claims 5 to 7, characterized in that each of these evaluation circuits ( 19 ) has a switch function ( 119 , 219 ) with associated control ( A ), the switch functions ( 119 ) being designed such that in a first switch position (phase I) the individual electrode strips ( 51 , 52 ...) are connected to their respective assigned amplifiers ( 9 ) of the evaluation circuit ( 19 ) and in a second switch position (phase III) these electrode strips ( 51 , 52 , .. .) The same group ( 5 ) connected in parallel with each other and connected to a common potential, and for the switch functions ( 219 ) of the electrode strips ( 61 , 62, ... ) of the other group ( 6 ) the opposite switch position (phase III , Phase I) is provided ( Fig. 2).

9. A method of operating a matrix sensor ( 11 ) according to claim 8, characterized in that between the two phases (I, III) of the switch functions ( 119 , 219 ) a short circuit phase (II) with short circuit of all electrode strips of both groups ( 5 and 6 ) is inserted with each other.

10. Matrix sensor according to one of claims 1 to 9, characterized in that electrode strips ( 51 ', 61 ') with reductions ( 51 '', 61 '') of the strip width between adjacent pixel portions ( 711 , 712 , ...) are provided.