DE69028046T2

DE69028046T2 - Strahlungsabschirmung für thermoelektrisch gekühlte Infrarotdetektoren

Info

Publication number: DE69028046T2
Application number: DE69028046T
Authority: DE
Inventors: Russel D Granneman; William H Wellman
Original assignee: Santa Barbara Research Center
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1989-06-23
Filing date: 1990-06-06
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2010-06-07
Also published as: US4990782A; JPH0731081B2; JPH03142330A; EP0403880A2; DE69028046D1; IL94440A0; EP0403880B1; EP0403880A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor-Aufbau gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Erniedrigung der Wärmebelastung einer oberen Stufe eines thermoelektrischen Kühlers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 19. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Strahlungsabschirmung, die ungekühlte, am Gehäuse montierte Elemente einschließlich geformte reflektierende Elemente, die eine einer physikalischen Anbindung an eine kalte Stufe gleichwertige optische Wirkung erzeugen, besitzt.
Zum Beispiel sind aus der US 4 820 923 eine Vorrichtung und ein Verfahren nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 19 bekannt, worin ein Reflektor als Warmabschirmung für einen kryogen gekühlten Strahlungsdetektor eine reflektierende Oberfläche von torischer Gestalt besitzt. Die Oberfläche hat geometrische Eigenschaften, die bewirken, daß ein vom Detektor ausgehender Strahl so reflektiert wird, daß er als ein defokussierter Ring außerhalb der aktiven Detektorfläche und diese umgebend abgebildet wird. Obwohl diese Warmabschirmung eine Abschirmungswirkung bietet, die der der größeren, kryogen gekühlten Abschirmung gleichwertig ist, ist trotzdem eine (kleine) Kaltabschirmung für ein geeignetes Abschirmen von innerhalb des optischen Gesichtsfeldes des Detektors ausgehender Strahlung notwendig. Im Hinblick auf das Erfordernis eines Trägers und des Kühlens einer körperlichen Masse, was die mit kurzen Abkühlzeiten und minimalen Gleichgewichts-Wärmebelastungen verbundenen Schwierigkeiten vergrößert, wäre es vorteilhaft, einen Strahlungsdetektor vorzusehen, der keinerlei Kaltabschirmung erfordert.
Kompakte Zusammenstellungen von Hochleistungs- Infrarotdetektoren verwenden im allgemeinen irgendeine Form von Kaltabschirmung, um Strahlung auf das Detektorelement zu begrenzen, damit eine optimale, innerhalb gegebener Charakteristika des optischen Systems, von Objekt und Detektor verfügbare Leistungsfähigkeit beibehalten wird. Typischerweise sind solche Kaltabschirmungen auf der kalten Fokalebene aufgebaut, damit eine effiziente Festlegung des gewünschten Strahlkegels erzielt werden kann. Jedoch erhöht diese Technik sowohl die körperliche als auch die thermische Masse an der kryogenen Fokalebene.
Warmabschirmen unter Verwendung eines ungekühlten Reflektors ist auch in kompakten kryogenen Infrarot- Detektor-Zusammenstellungen zur Verringerung der körperlichen Größe der Kaltabschirmung eingesetzt worden. Warmabschirmungen halten Strahlung von außerhalb des Gesichtsfeldes des Detektors ab, können aber dennoch die Wärmebelastung und die thermische Masse am Kühler wegen des Erfordernisses, daß sie den Detektor auf ein kaltes Zielobjekt, typischerweise die den Detektor und/oder die Kaltabschirmung umgebende Fokalebene, abbilden, erhöhen.
Ein besonderes, mit kompakten kryogenen Zusammenstellungen, die thermoelektrisch gekühlte Detektoren verwenden, verbundenes Problem ist, daß eine kleine Erhöhung der Wärmebelastung an der kältesten Stufe oder den kältesten Stufen die Temperatur am kalten Ende und/oder die durch den Kühler dissipuerte Leistung beträchtlich erhöht. Zum Beispiel erfährt ein bekannter Typ eines thermoelektrischen Kühlers, der mit einer Kühlkörpertemperatur von 50 ºC betrieben wird, wodurch eine Temperatur der Detektorstufe von -88 ºC (185 K) erreicht wird, eine Temperaturerhöhung von etwa 0,3 ºC/mW unter Wärmebelastung. Auf diese Weise erhöht eine zusätzliche Wärmebelastung am kalten Ende von 10 mW die Detektortemperatur von 185 K auf ungefähr 188 K.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Strahlungsabschirmung für kryogen gekühlte Strahlungsdetektoren bereitzustellen, die weder die körperliche, noch die thermische Masse an der Detektorebene erhöht. Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erniedrigen der Wärmebelastung auf eine obere Stufe eines thermoelektrischen Kühlers in einem Strahlungsdetektor-Aufbau bereitzustellen.
Eine andere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Strahlungsdetektor-Aufbaus, der eine Strahlungsabschirmung für einen kryogen gekühlten Strahlungsdetektor besitzt, die einen Strahlungsübergang in die kälteste Stufe eines thermoelektrischen Kühlers beträchtlich verringert, wodurch die Temperatur des Detektors und/oder die Leistungsaufnahme des Kühlers erniedrigt wird.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, einen Strahlungsdetektor-Aufbau bereitzustellen, der eine Strahlungsabschirmung für einen kryogen gekühlten Strahlungsdetektor besitzt, welche die Robustheit und die Herstellbarkeit des gesamten Detektoraufbaus verbessert, indem die Abschirmung auf andere Strukturen als den thermoelektrischen Kühler montiert wird.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Strahlungsdetektor-Aufbau bereitzustellen, der eine Strahlungsabschirmung für einen kryogen gekühlten Strahlungsdetektor besitzt, welcher eine vor dem Detektor frei vorgebaute körperlich große Abschirmung zur Verfügung stellt und ein optimales Positionieren der kalten Blendenöf fnung relativ zum Detektor erlaubt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, Energie absorbierende Materialien innerhalb der Strahlungsabschirmung an solchen Stellen anzubringen, an denen die Temperaturen genügend niedrig sind, daß unerwünschte Selbstemission von Strahlung nicht auftritt, und an denen optische Reflexionen abgefangen werden, so daß Fremdenergie beseitigt wird und nicht durch die Wirkung einer integrierenden Kugel in die kälteste Stufe oder Detektorstufe eingekoppelt wird. Die Energie, die auf diese Weise am unerwünschten Übergang gehindert wird, schließt sowohl Energie ein, die schräg in die Kaltblende einfällt und nicht direkt auf die kälteste Stufe gerichtet ist, als auch Energie, die an der kältesten Stufe reflektiert wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Durch einen Strahlungsdetektor-Aufbau nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 19 werden die vorher genannten und andere Probleme überwunden und die Aufgaben der vorliegenden Erfindung gelöst. Der Strahlungsdetektor- Aufbau umfaßt eine ungekühlte Strahlungsabschirmung, die körperlich auf anderen Strukturen als dem thermoelektrischen Kühler befestigt ist. Die Abschirmung hat Oberflächen, die den Detektor und die kältesten Stufen des thermoelektrischen Kühlers auf die oberen und seitlichen Oberflächen von niedrigeren und relativ wärmeren Stufen abbilden, die jedoch ausreichend kalt sind, daß Selbstemission von Strahlung unbedeutend ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Strahlungsabschirmung offenbart, mit der von einem auf einer kalten (niedrigen) Temperatur gehaltenem Oberflächenbereich kommende Strahlung von dem Oberflächenbereich weg reflektiert wird. Die Strahlungsabschirmung schließt einen ersten Reflektor zum Reflektieren jeglicher von dem Oberflächenbereich kommenden Strahlung von dem Oberflächenbereich weg ein, der über dem Oberflächenbereich angeordnet wird und eine einem torischen Segment entsprechende innere Oberflächengestalt aufweist. Die Strahlungsabschirmung schließt auch, in bevorzugter aber nicht notwendiger Weise, einen zweiten, mit dem ersten Reflektor verbundenen Reflektor zum Leiten von Strahlung, die von dem Oberflächenbereich herkommt und vom ersten Reflektor reflektiert wird, von dem ersten Reflektor weg.
Die Strahlungsabschirmung schließt auch einen absorbierenden Bereich als Teil einer oder mehrerer der vorher genannten Stufen des thermoelektrischen Kühlers ein, wobei der absorbierende Bereich wärmer als die kälteste Stufe, aber noch kalt genug, ist, daß es nicht zu unerwünschter Selbstemission von Strahlung entlang des umgekehrten Weges zur kältesten Stufe kommt.
Vorzugsweise schließt der erfindungsgemäße Strahlungsdetektor-Aufbau eine Strahlungsdetektor Einrichtung, die eine Oberfläche zum Empfangen der zu detektierenden Strahlung besitzt, und einen Kühler, der einen ersten, thermisch mit dem Detektor verbundenen Endabschnitt zum Kühlen des Detektors und einen zweiten, entgegengesetzten Endabschnitt besitzt, ein. Der Aufbau kann ferner eine um den Detektor angeordnete und wenigstens teilweise die Länge des Kühlers umschließende Strahlungsabschirmung einschließen. Diese Strahlungsabschirmung enthält einen ersten Reflektor, der eine Öffnung zum Einlaß von Strahlung auf die Detektoroberfläche besitzt; dabei hat der erste Reflektor eine innere Oberfläche von einer einem torischen Segment entsprechenden Gestalt, die dem Detektor zugewandt ist, um von der Oberfläche des Detektors herrührende Strahlung von dieser Oberfläche weg zu reflektieren. In bevorzugter, aber nicht notwendiger Weise schließt die Strahlungsabschirmung einen zweiten, mit dem ersten Reflektor verbundenen Reflektor ein, um von dem ersten Reflektor reflektierte Strahlung von den ungekühlten Außenwandungen weg und zum zweiten Ende des Kühlers hin zu leiten.
Weiterhin kann der Strahlungsdetektor-Aufbau der vorliegenden Erfindung Energie absorbierende Materialien umfassen, die innerhalb der Strahlungsabschirmung an Stellen angeordnet sind, an denen die Temperaturen ausreichend niedrig sind, so daß es nicht zu unerwünschter Selbstemission von Strahlung kommt, und an denen optische Reflexionen aufgefangen werden, so daß Energie von außen beseitigt und nicht durch die Wirkung einer integrierenden Kugel in die kälteste Stufe oder die Detektorstufe eingekoppelt wird. Die Energie, die derart an einem unerwünschten Übergang gehindert wird, schließt sowohl Energie, die schräg in die Kaltblende einfällt und nicht direkt auf die kälteste Stufe auftrifft, als auch Energie, die von der kältesten Stufe reflektiert worden ist, ein.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Erniedrigung der Wärmebelastung einer oberen Stufe eines thermoelektrischen Kühlers in einem Strahlungsdetektor- Aufbau mit einem IR-Strahlungsdetektor, der thermisch an die obere Stufe des thermoelektrischen Kühlers gekoppelt ist, um den Detektor auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu kühlen, offenbart. Das Verfahren schließt die Schritte zum (a) Reflektieren von Wärmestrahlung, die vom Detektor und von einer oberen Fläche der oberen Stufe herrührt, mit einem ersten Reflektor, der eine reflektierende Oberfläche von der Gestalt eines torischen Segments besitzt, wobei die Strahlung an eine Stelle unterhalb der oberen Stufe reflektiert wird, (b) Führen der reflektierenden Wärmestrahlung dem Kühler entlang nach unten und hin zu einer wärmeren, unteren Stufe durch Reflektieren der thermischen Strahlung mit wenigstens einem zweiten Reflektor, der beabstandet von der oberen Stufe angeordnet ist und diese umgibt und ( c) Absorbieren der Wärmestrahlung an einer Stelle weg von und unterhalb der oberen Stufe. Die Strahlung wird an einer Stelle absorbiert, die eine ausreichend niedrige Temperatur aufweist, so daß eine unerwünschte thermische Emittanz entlang des umgekehrten Weges zurück zur kältesten oberen Stufe nicht auftritt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die oben angegebenen und andere Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung deutlicher gemacht, worin:
Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht einer Schnittdarstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten, an eine Zwischenstufe einer thermoelektrischen Kühlereinheit montierten Kaltabschirmung eines Strahlungsdetektors ist;
Fig. 2 eine vereinfachte Seitenansicht einer Schnittdarstellung des Aufbaus nach Fig. 1 mit einer daran angebrachten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strahlungsabschirmung ist;
Fig. 3a eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strahlungsabschirmung zeigt, die eine torisch-zylindrisch torische Geometrie zum Umlenken und Begrenzen von IR-Strahlen auf Zwischenstufen eines Kühlers aufweist;
Fig. 3b eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stahlungsabschirmung und zeigt, die eine torisch-zylindrisch-zylindrische Geometrie zum Einschließen von Strahlung innerhalb von Zonen gleicher Temperatur besitzt;
Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Abschirmung von Fig. 2 ist, die die Oberflächengeometrie des Reflektors mit dem torischen Segment und die Umlenkung von Strahlung, die von Punkten auf dem Detektor herrühren, jenseits der Kante der Detektorstufe und zu absorbierenden Oberflächen hinter dem Detektor, zeigt;
Fig. 5 das Temperatur- und das Flächenprofil eines sechsstufigen thermoelektrischen Kühlers zeigt;
Figuren 6a und 6b den herkömmlichen Ort der Kaltblende der Kaltabschirmung in Fig. 1 entlang der schmalen bzw. weiten Abmessungen des Detektors zeigen, wobei das äquivalente Gesichtsfeld (FOV) F/0,2 mal F/0,7 ist, entsprechend einem F/0,3-kreisförmigen oder 1,7-steradianen FOV; und
Figuren 7a und 7b den Ort der Kaltblende der Kaltabschirmung in Fig. 2 entlang der schmalen bzw. weiten Abmessung des Detektors zeigen, wobei das äquivalente Gesichtsfeld (FOV) F/0,5 mal F/1,3 ist, entsprechend einem F/0,7-kreisförmigen oder 1,0-steradianen FOV.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Um die durch die erfindungsgemäße Strahlungsabschirmung ermöglichten Vorteile zu verdeutlichen, wird erst auf Fig. 1, die eine vereinfachte Schnittdarstellung des thermoelektrisch gekühlten Detektoraufbaus 10 gemäß dem Stand der Technik zeigt, Bezug genommen. Der Aufbau 10 enthält eine Rückplatte oder Grundplatte 12, auf die ein Dewar-Vakuummantel 14 und ein thermoelektrischer Kühler 16 mit sechs Stufen (1-6) montiert sind. An die Sechste und kälteste Stufe des Kühlers 16 ist ein IR- Strahlungsdetektorchip 18, der ein zugehöriges Substrat 20 und eine Schaltverdrahtung 22 aufweist, angebaut. Eine elektrische Verkabelung 24 verbindet den Detektor 18 mit der dazugehörigen Elektronik (nicht dargestellt). Eine Kaltabschirmung 26 mit einer Öffnung 28, die eine Kaltblende definiert, ist an die zweite Stufe des Kühlers 16 angebaut und wird davon gekühlt. Ein Dewarfenster 30 ist relativ zu der Öffnung 28 so angeordnet, daß IR-Strahlung in den Aufbau 10 hereingelassen wird, damit sie vorn Detektor 18 aufgenommen wird. Die sechste Stufe des Kühlers und der daran angebaute Detektor 18 erreichen typischerweise eine kälteste Temperatur von ungefähr 185 K unter Bedingungen einer Umgebungstemperatur von 323 K (+50 ºC), auch wenn die genaue Temperatur für diese Erfindung nicht kritisch ist. Der Kühler 16 hat eine Gestalt, die festgelegt ist durch größere Stufen mit höherer Temperatur, angeordnet unterhalb kleineren Stufen mit niedriger Temperatur. Die sich daraus ergebende, in etwa konische Gestalt des Kühlers 16 wird von der Strahlungsabschirmung wie unten beschrieben genutzt.
Es sollte darauf hingewiesen werden, daß es nicht erforderlich ist, die Kaltabschirmung 26 an die kälteste Stufe des Kühlers 16 zu montieren, da thermisches Rauschen im Gegensatz zu Photonenrauschen die Leistungsfähigkeit des Detektors bei einer Betriebstemperatur von 185 K begrenzt. Wenn die Kaltabschirmung 26 durch Montieren an die kälteste Stufe weiter gekühlt werden soll, würde es lediglich zu einer unbedeutenden Erniedrigung im Hintergrundfluß des Detektors 18 kommen, während der Strahlungsübergang in die Kaltabschirmung hinein direkt zur kältesten Stufe erfolgen würde, wodurch die Wärmebelastung an der kältesten Stufe zunehmen und dadurch die Temperatur des Detektors 18 erhöht und die Leistungsfähigkeit verringert werden würde. Weiterhin würde das Montieren der Kaltabschirmung 26 an die kälteste Kühlerstufe die Robustheit des Aufbaus 10 nachteilig verringern.
Wendet man sich nun Fig. 2 zu, so wird dort eine vereinfachte Darstellung des Aufbaus 10 von Fig. 1 gezeigt, worin die Kaltabschirmung 26 durch die ungekühlte Strahlungsabschirmung 40 der Erfindung ersetzt ist. Es ist zu sehen, daß die Abschirmung 40 mittels Anbauvorrichtung 41 an das äußere Gehäuse des Aufbaus 10 montiert und nicht an irgendeinem Teil des Kühlers 16 befestigt ist. Ferner hat die Abschirmung 40 eine gekrümmte reflektierende obere Fläche 42, die die Gestalt eines torischen Segments besitzt und kreiszylindrische oder rechteck-quaderförmige reflektierende Seitenwände 44 zum Abbilden des Detektors 18 und der oberen Kühlerstufe auf die Oberteile und Seiten unterer und wärmerer Kühlerstufen aufweist. Dies erniedrigt vorteilhafterweise die Wärmebelastung der kältesten Stufe durch Ausschließen wärmerer Oberflächen aus seinem Gesichtsfeld. Eine Öffnung 46 legt die effektive Kaltblende für den Detektor 18 fest.
Es sollte darauf hingewiesen werden, daß Strahlung, die wie hier von der kältesten Stufe und dem Detektor weg zu einer niedrigeren Stufe oder Stufen reflektiert wird, in unbestimmter Richtung von der Öffnung 46 weg und hin zu wärmeren Stufen reflektiert wird.
Die Abschirmung 40 der Erfindung nutzt eine wichtige optische Eigenschaft torischer Reflektoren, nämlich daß torische Reflektoren einen Punkt in einen fokussierten Winkelbereich, der den Punkt umgibt, abbilden. Deshalb werden Punkte des Detektors 18 und der kältesten Kühlerstufe in den Detektor und die kälteste Stufe umgebende Ringe abgebildet. Gemäß der Erfindung werden die Ringe weiterhin jenseits der Kante des Detektors 18 und der kältesten Stufe des Kühlers und eventuell auf gekühlte absorbierende Oberfläche(n) 52b unterhalb des Detektors und der kältesten Stufe abgebildet. Ferner löst diese optische Eigenschaft torischer Reflektoren mehrere Probleme, die mit vielen konventionellen Reflektoren, die Punkte auf Punkte abbilden, verbunden sind, d.h. eine vollständige Strahlunterbrechung tritt nicht auf, wenn reflektierende Hindernisse wie etwa eine Verkabelung innerhalb des abgebildeten Ringes liegen, und ebenso werden Störabbildung und optische Kreuzkopplung nicht hervorgerufen, weil Reflexionen von Punkten des Detektors 18 nicht auf den Detektor zurück abgebildet werden.
Wie unter Bezugnahme auf Fig. 4 gesehen werden kann, wird die torische Gestalt des Reflektors 42 durch Setzen des Oberflächen erzeugenden Punktes A an oder nahe der Kante des Detektors 18 erzeugt. Dies richtet die torische Oberfläche des Reflektors 42 zum Reflektieren von Strahlen B hinter den Detektor und zu wärmeren und größeren Stufen des Kühlers 16 aus. Jeder Strahl vom Detektor 18 wird von dem Detektor weg reflektiert, da der Reflexionswinkel von der torischen Fläche gleich und entgegengesetzt dem Einfallswinkel ist, wobei diese Winkel bezüglich der Flächennormalen des Reflektors 42, die annähernd die Kante des Detektors schneidet, gemessen werden. Die Optimierung der Gestalt und des Ortes des Reflektors 42 wird vorzugsweise durch bekannte optische Strahlabtastmethoden erreicht, um die niedrigsten Flußreflexionen zur kältesten Kühlerstufe zu erzielen. Im allgemeinen erfordert dies im wesentlichen eine Streulicht-Analyse, im Gegensatz zu einer typischerweise bei Reflektoren durchgeführten Bildoptimierungsanalyse. Desweiteren wird die exakte Anordnung des torischen Drehpunktes, sowohl radial als auch in der Höhe, für eine bestimmte Anwendung am besten durch Strahlabtastmethoden bestimmt.
Da eine genaue Abbildung nicht erforderlich ist, sollte darauf hingewiesen werden, daß, während die gesamte torische Gestalt und Oberflächenbearbeitung des Reflektors wichtig sind, die Genauigkeit, mit der diese Oberfläche gebildet wird, dies nicht ist. Beispielsweise sind zufriedenstellende Reflektoren durch eine Aufeinanderfolge von Drehen, Polieren und Goldplattierungsschritten hergestellt worden.
Ein anderes Merkmal der Erfindung ist die Einschließung von Energie innerhalb verschiedener Zonen gleicher Temperatur. Dies gestattet, daß, sogar wenn Strahlen reflektierende Flächen wie etwa eine Verdrahtung treffen, die Strahlen durch die reflektierenden Seitenwandungen 44 der Strahlungsabschirmung zurück reflektiert werden, bis die Strahlen eine absorbierende Fläche treffen. Vorzugsweise sind die oberen Seitenflächen des Kühlers 16 innerhalb einer optisch reflektierenden und thermisch isolierenden Umhüllung 48 eingeschlossen. Ein geeignetes Material für die Umhüllung 48 ist ein Gold plattierter Polyimid-Kunststoff von der üblicherweise für Elektronikleitungen aus Feindraht verwendeten Art. So wird die abwärtsgerichtete Reflexion von Strahlen durch die glatten, senkrechten Seitenwände der oberen Kühlerstufe eher aufrecht erhalten, als durch die normalerweise unregelmäßigen Kühleroberflächen unterbrochen. Diese abwärts gerichtete Reflexion von Strahlen dient ferner dazu, durch die Öffnung 46 eingetretene Energie durch deren Lenken auf Absorber 52b zu beseitigen.
Der einzelne als torisches Segment ausgebildete Reflektor 42 kann leichter hergestellt werden als die unteren zylindrischen oder rechteckigen Reflektorelemente. Wenn gewünscht, und wie in Fig. 3a gezeigt, kann ein unterer torischer Reflektor 50 vorgesehen werden, um Strahlen mehr nach innen und hin zu Zwischentemperatur- Stufen zu lenken. Ferner kann es, wie in Fig. 3b und Fig. 2 gezeigt, für viele Anwendungen vorzuziehen sein, dafür zu sorgen, daß die Abschirmung 40 eng der Gestalt des Kühlers 16 folgt oder sich daran anpaßt. Für einige Anwendungen, bei denen zusätzliche Höhe gewünscht wird, können vorn Detektor (18) torische Mehrfach-Reflektoren anstatt der primären torischen Abschirmung 42 bereit gestellt werden, auf eine Art, wie im US-Patent Nr. 4 820 923 gezeigt, um Energie quer durch das zentrale Volumen des Aufbaus 10 zu lenken, so daß eine Wechselwirkung mit der unteren torischen Abschirmung vermieden wird.
Ferner werden gemäß der Erfindung bestimmte Stufen des thermoelektrischen Kühlers 16 mit einem oder mehreren Fortsätzen 52 an ihren wärmeleitenden Platten ausgestattet, um den Strahlungsübergang besser zu bewerkstelligen. Die tiefere Oberfläche 52a jeder Platte 52 ist vorzugsweise plattiert oder anderweitig behandelt, um das Reflexionsvermögen zu erhöhen und das Absorptionsvermögen zu verringern, während die obere Fläche 52b so behandelt ist, daß sie gegenüber der reflektierenden Abschirmung absorbierend ist und dadurch wirkungsvoll eine Ausgangsöffnung zum Abführen von Energie, die sonst zurück zur kältesten Stufe reflektiert werden würde, bildet. Die seitlichen Oberflächen der oberen Kühlstufe(n) sind ummantelt und wenigstens teilweise reflektierend ausgebildet, wie oben erwähnt, um das Abbilden auf die unteren absorbierenden Flächen zu verstärken und dadurch die wünschenswerte Absorption unerwünschter Energie zu erhöhen. Eine andere wünschenswerte Wirkung ist es, zu verhindern, daß die Kühlerstufen der Zwischentemperaturen heißere Oberflächen oder solche auf Gehäusetemperatur sehen; statt dessen werden diese Zwischenstufen auf sich selbst oder auf Stufen, die nur geringfügig wärmer sind als sie selbst, rückabgebildet.
Um die durch die Verwendung der Strahlungsabschirmung der Erfindung erzielten Vorteile besser abschätzen zu können, werden nun die Ergebnisse einer vergleichenden Untersuchung zwischen der herkömmlichen Kaltabschirmung 26 von Fig. 1 und dem ungekühlten Reflektor 40 von Fig. 2 angegeben.
Für diese Untersuchung wird der Kühler 16 wie in Fig. 5 gezeigt geformt und schließt an jeder Stufe typische Temperaturen und Oberflächenbereiche ein. Das Modell stellt einen typischen sechsstufigen thermoelektrischen Kühler dar, der an der kältesten Stufe eine Temperatur von ungefähr 185 K unter widrigsten Umgebungsbedingungen von +50 ºC annimmt. Das Kühlermodell betrachtet sowohl laterale als auch vertikale Oberflächenbereiche Für jede Stufe schließt der Oberflächenbereich den "Fußabdruck" einer darüber liegenden Stufe aus und schließt die Flächen von darüber und darunter befindlichen Halbseiten ein. In dem Modell wird angenommen, daß die oberste Kühlerstufe eine kreiszylindrische Form mit einem Durchmesser von 7,5 mm hat. Die Höhen der Kühlerstufen sind 2 mm und die lateralen Stufendimensionen als im Verhältnis 1,5:1 an jeder anderen Stufe zunehmend gewählt. Rechteckige oder quadratische Formen derselben Flächen würden zu gleichen Resultaten führen. Die Absorption der oberen Stufe wird so gewählt, daß sie 50 % (0,5 W/W) beträgt, was eine reflektierende Goldverdrahtung über die Hälfte der Oberfläche von sonst absorbierenden Materialien wie etwa Keramik, Klebstoff, Si oder HgCdTe erlaubt. Die wirkungsvolle Fläche der oberen Stufe beträgt 0,9 cm².
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird die herkömmliche, echte Kaltabschirmung 26 an die zweite Stufe montiert. Die Wärmebelastung der Kaltabschirmung wird durch Plattieren des Außenbereiches der Abschirmung mit Gold minimiert. Dennoch ist mit einer Außenfläche von 6 cm² und einer vorsichtig auf 3 % geschätzten Absorptionsfähigkeit der Strahlungsübergang vom äußeren Gehäuse 12 bei 323 K (+50 ºC) zur Kaltabschirmung 26 bei 277 K ungefähr 62 mW/cm² x 6,0 cm² x 0,03 W/W = 1 mW. Bei der Einkopplung in die zweite Stufe eines Kühlers, der im Betrieb 3 W dissipiert, fallen diese 11 mW Wärmebelastung nicht ins Gewicht.
Aufgrund der notwendigen Dünne der Kaltabschirmung 26 und dem folglich beträchtlichen Wärmewiderstand verursacht diese Wärmebelastung jedoch eine Erhöhung der Temperatur der Abschirmung, beispielsweise etwa 20 ºC auf eine Temperatur der Kaltabschirmung von 297 K. Diese Wärmeerhöhung ist kritisch, falls der Innenbereich der Kaltabschirmung geschwärzt und daher dazu in der Lage ist, einen beträchtlichen Fluß zu emittieren. Bei 297 K ist die Strahlungsemittanz 44 mW/cm² über den vollen Spektralbereich. Da die Abschirmung 26 die kalte Stufe umgibt, kann gezeigt werden, daß ein Fluß von 44 mW/cm²x0,9cm²x0,5W/W, oder ungefähr 20 mW, auf die kälteste Stufe einfällt.
Falls der Innenbereich der kalten Abschirmung 26 reflektierend und nicht geschwärzt ist, gibt es eine scheinbare Emittanz, da die Abschirmung Objekte, die sie einschließt, reflektiert. Dies kann als eine diffuse Emittanz aufgefaßt werden, da sie wegen Reflexionen, die keinerlei kohärente Abbildung besitzen, auftritt. Die äquivalente Abschirmungstemperatur kann niedriger sein als die tatsächliche Temperatur, da sie sowohl ein flächengewichteter als auch ein Emittanz-gewichteter Mittelwert von Objekten innerhalb des Hohlraums ist. Bei einer geschätzten Äquivalenztemperatur von 257 K und einem Reflexionsgrad der Kaltabschirmung von 97% beträgt die Strahlungsemittanz 25 mW/cm² über den vollen Spektralbereich, und auf die kälteste Stufe trifft ein Fluß von 25 mW/cm²x0,9cm²x0,97x0,5W/W, oder ungefähr 11 mW.
Ebenfalls ist für eine reflektierende Abschirmung bei einer geschätzten Temperatur von 297K und einer Emittanz von 3% die direkte Strahlstärke auf die kälteste Stufe 44 mW/cm²x0,5W/Wx0,9cm²x0,03 oder ungefähr 1 mW.
Falls die Kaltblende 28 als 0,185x0,055 Inch große Öffnung bei einer Äquivalenzhohe von 0,04 Inch über der Bildebene gewählt wird, begrenzt die Kaltblende 28 einen Raumwinkel von ungefähr 1,7 Steradian. Durch diese hindurch wird Energie innerhalb des Dewar ebenfalls auf den Detektor 18 reflektiert, da die Sperre deutlich unterhalb des Bandpaßfilters des Fensters 30 angeordnet ist. Dies kommt daher, daß das Fenster 30 und das Äußere der Kaltabschirmung reflektierend sind und weil die Geometrie im wesentlichen Reflexionen warmer Objekte innerhalb des Dewar, wie etwa das Gehäuse und die Grundplatte des Dewar, erlaubt. Bei vorsichtig geschätztem Wirkungsgrad der Reflexions-Kopplung von 70% ist die direkte Strahlstärke auf die obere Kühlerstufe von Objekten bei 323 K Umgebungstemperatur 0,7x1,7/pi x62mW/cm²x0,9cm²x0,5W/W, oder ungefähr 10mW.
Deshalb kann die gesamte strahlungsmäßige Wärmebelastung an der kältesten Stufe des Kühlers 16 auf (11 + 1 + 10) oder ungefähr 22 mW geschätzt werden.
Ohne die kalte Abschirmung 26 wäre der Detektor 18 von 323-K-Strahlung umgeben und würde einen Fluß von 62 mW/cm²x0,9cm²x0,5W/W, oder ungefähr 28 mW empfangen. So hat die komventionelle kalte Abschirmung den unerwünschten Fluß um etwa 6 mW verringert. Mit einer typischen Temperaturabhängigkeit von 3 mW/ºC bei Wärmebelastung verringert diese konventionelle kalte Abschirmung 26 die Temperaturen des Detektors 18 um etwa 2ºC im Vergleich zu einem nicht abgeschirmten Aufbau.
Wird nun auf die Strahlungsabschirmung der Erfindung, wie in den Figuren 2, 3 und 4 gezeigt, Bezug genommen, so sieht der Detektor 18 keine Temperaturen wärmer als die 231 K der Kühlerstufe 4 und erfährt so eine reflektierte Wärmebelastung von der Abschirmung von weniger als 16 mW/cm²x0,97x0,9cm²x0,5W/W, oder ungefähr 7 mW.
Wärmeleitung von der oben beschriebenen reflektierenden Umhüllung 48 bringt einen Folgeweg mit sich, durch das Trägermaterial als auch entlang des reflektierenden Films. Es kann gezeigt werden, daß die Wärmeleitfähigkeit eines Goldfilms, 700 Angström dick, 0,24 cm breit und 0,2 cm lang, etwa 3000 mW/cmKx(1/0,02 cm)x0,24cmx700 Angström x 10&supmin;&sup8; cm/Angström oder ungefähr 0,025 mW/K ist. Die Leitfähigkeit des Trägerfilms aus Polyimid-Kunststoff, 0,004 Inch dick, vollständig in Kontakt mit einer Kantenfläche von 0,05cmx0,24cm einer Stufe eines Kühlers 16, ist 1,2 mW/K x (1/0,01cm)x0,05cmx0,24cm oder ungefähr 1mW/K. Vorsichtig geschätzt ist die Wärmeleitung durch die Umhüllung 48 bestimmt nicht stärker als die des Goldfilms allein. Deshalb bringt die Goldplattierung der Seiten der oberen Stufe, mit oder ohne die wärmeisolierende Trägerumhüllung, eine vernachlässigbare Wärmebelastung von 0,025 mW/Kx46K oder etwa 1mW zusätzlich, was weitaus geringer ist, als die strahlungsmäßige Belastung, die ohne Plattierung zu erleiden wäre. Es soll darauf hingewiesen werden, daß Plattieren oder Umhüllen der Seiten des Kühlers 16 durchwegs in der in allen Berechnungen eingesetzten gesamten Absorption von 50 % der kältesten Stufe berücksichtigt wurde.
Ein gewisser unerwünschter Fluß rührt von dem nicht verschwindenden Emissionsgrad und warmen Temperatur des Reflektors 40 her. Bei einer gegebenen Reflektor-Temperatur von 323K (+50ºC) und Emissionsgrad von 3 % und mit einer Fläche der kalten Stufe von 0,9 cm² und durchschnittlicher Absorptionsfähigkeit von 80% erfährt die kalte Stufe eine zusätzliche Wärmebelastung durch Strahlung von 62 mW/cm²x 0,03W/Wx0,9cm²x0,5W/W oder etwa 1mW.
Die direkte spezifische Lichtausstrahlung von der Öffnung 46 ist wiederum 10 mW, unter der Annahme, daß die Kaltblende gegenüber der in Fig. 1 nicht geändert ist.
Auf diese Weise liefert die Erfindung eine gesamte strahlungsmäßige Wärmebelastung von ungefähr 7+1+1+10=19 mW, oder 3 mW weniger als die für den Aufbau gemäß dem Stand der Technik geschätzten 22 mW. Als Folge davon arbeitet der Detektor 18 um 1,3 K kühler als mit der Konstruktion nach dem Stand der Technik, bei gleichen Betriebsparametern des thermoelektrischen Kühlers und den gleichen Annahmen über die Reflexion an Gehäuse, Fenster, Abschirmung.
Diese niedrigere Betriebstemperatur des Detektors verbessert das minimal detektierbare Signal um 5 % auf der Basis typischer Charakteristika eines photovoltaischen Quecksilber-Cadmium-Tellurid-Detektors, und wird allein durch Anwenden der Strahlungsabschirmumg der Erfindung verwirklicht. Weil jetzt andere Merkmale der Abschirmungsauslegung verändert werden können, ist es auch möglich, andere, wie unten gezeigte Verbesserungen durchzuführen.
Wenn die zweite Stufe anstelle der eben beschriebenen vierten Stufe zum Abbilden verwendet wird, nimmt als eine Veränderung die Wärmebelastung infolge der Reflexionen an der kalten Stufe durch die Abschirmung von 7 mW auf 33 mW/cm²x0,97x0,8cm²x0,5W/W oder ungefähr 14 mW zu, aber andere Wärmebelastungen bleiben gleich. So wird die Detektortemperatur um etwa 2,3ºC zunehmen, und das minimal detektierbare Signal wird sich um 9 % verschlechtern, verglichen mit der vorhin beschriebenen besseren Betriebsweise, wiederum ohne Verändern des Ortes der Kaltblende. Diese Veränderung verschlechtert das minimal detektierbare Signal im Vergleich zur Musterbasislinie im Stand der Technik um 4 %, aber bietet immer noch eine verbesserte Robustheit des Aufbaus und andere Vorteile dieser Erfindung.
Die Anordnung und die konkave Form der in Fig. 1 gezeigten Vorderfläche der konventionellen Kaltabschirmung sind so gewählt, daß bestimmte unerwünschte Abbildungseffekte der Systemoptik vermieden werden. Die relativ geringe Höhe über dem Detektor 18 verhindert auch das Anbringen einer großen freitragenden Masse am Kühler 16, wodurch bauliche Schwierigkeiten aufgrund der Zerbrechlichkeit des Kühlers 16 vermieden werden. Jedoch kann mit der erfindungsgemäßen Abschirmung bei Umgebungstemperatur und montiert an die kompakte Dewaranordnung der Außenbereich der Abschirmung absorbierend oder diffus reflektierend gemacht werden und erzielt noch akzeptables Zurückwerfen von Bildern. Auch kann die Abschirmung 40 groß und/oder massiv ausgestaltet werden, ohne bauliche Schwierigkeiten bei der Auslegung zu bringen. Deshalb werden solche andere Formen möglich, bei denen die Öffnung 46 näher am Fenster 30 angeordnet werden kann. Das verringert den Hintergrundfluß des Detektors beträchtlich.
Wie in den Figuren 6a und 6b gezeigt, befindet sich die herkömmliche Blende nur wenige Detektorabmessungen oberhalb der Oberfläche des Detektors 18, daher ist die Blende zum Vermeiden von Vignettierung überdimensioniert. Die Blende wird wirkungsvoll F/0,2 in der langen Abmessung der Anordnung und F/0,7 in der kurzen gemacht. Noch ist das abbildende Strahlenbündel innerhalb eines F/1,5-Kegels enthalten, mit Ausnahme von Wirkungen des Pupillen- Wanderns, und die herkömmliche Blende läßt nur ein F/1,1 (240 Halbwinkel-Kegel) ohne Vignettierung zu. Aufgrund ihrer Nähe zum Detektor 18 liegt die konventionelle Blende einem großen Raumwinkel von ungefähr 1,7 Steradian gegenüber.
Falls, ohne die Dewar-Umhüllung zu verändern, die Blende wie in Figuren 7a und 7b gezeigt angeordnet wird, wird eine bessere Anpassung an die Blendenzahl des Systems erzielt. Diese Blende, bei 0,200 Inch Höhe, mißt ungefähr F/0,6 mal F/1,0 und liegt einem Äquivalenz-Raumwinkel von etwa 1,0 Steradian gegenüber. Es könnte gefolgert werden, daß die Strahlung durch die Kaltblende auf 1/1,7 oder ungefähr 0,6 des herkömmlichen Wertes verringert wird. Es ergibt sich jedoch eine größere Verbesserung, da die kleinere Beabstandung zum Fenster 30 verhindert, daß von warmen Oberflächen unterhalb des Dewars ausgestrahlte Energie die kälteste Stufe über Reflexionen am Fenster erreicht. Im allgemeinen schließen Reflexionen am Fenster große LWIR-Flüsse ein, die gut durch die typischerweise auf das Fenster 30 aufgebrachte MWIR-Filterbeschichtungen reflektiert werden. Trotzdem wird der vorhin beschriebene Reflexions-Kopplungsgrad von 70 % auf weniger als 5 % verringert. Dies bedeutet eine Wärmebelastung von weniger als 1 mW/cm², im Vergleich zu den vorherigen 10 mW/cm², für eine durch die von der Abschirmung 40 bereit gestellte wirksame Kaltblende. Diese 9 mW/cm² Verringerung der Wärmebelastung senkt die Betriebstemperatur des Detektors um weitere 3 K. Auch hängt das Photonenrauschen des Detektors von der Strahlung innerhalb des Detektorsensitiven Spektralbandes ab.
Wiederholt man die obigen Berechnungen mit Spektralband-Grenzen von 3,0 bis 4,5 Mikrometern, wobei Null bis 4,5 Mikrometer die gleichen Ergebnisse liefern, kann gezeigt werden, daß die Innerband-Strahlungsdichte des Detektors mit dem Ort der Kaltblende von Figuren 6a und 6b 1,25 10¹&sup6; pH/s cm²x 0,03W/Wx1,7 oder ungefähr 2,0 10¹&sup4; pH/s -cm² ist. Mit der abgeänderten Anordnung der Blende von Figuren 7a und 7b wird der Hintergrundfluß auf 1,2 1014 ph/s cm² verringert. Allerdings ergibt sich bei diesen Betriebstemperaturen des Detektors 18 keine wesentlich brauchbaren Verbesserungen im Photonenrauschen.
Auf diese Weise verbessert das Ändern der Höhe der Lage der Kaltblende relativ zum Detektor 18 das minimal detektierbare Signal um 12 % und beseitigt Quellen störender reflektierter Energie. Diese Verbesserung kommt zu den oben berechneten 3 % bis 4 % Vorteil aus der Verwendung der Abschirmung 40 hinzu, wodurch sich eine Gesamtverbesserung von 15 % ergibt.
Die vorhergehenden radiometrischen Analysen quantifizieren die Vorteile in der Leistungsfähigkeit der Strahlungsabschirmung der Erfindung und den Verbesserungen, die sie in der Anordnung der Kaltblende ermöglicht. Die verbesserte Detektor-Kühler-Dewar-Einheit erzielt eine Verbesserung im minimal detektierbaren Signal von etwa 15 %, zusammen mit besserer Herstellbarkeit und höherer Zuverlässigkeit.
Während die obige Beschreibung im Zusammenhang mit einer bestimmten Ausführungsform eines thermoelektrisch gekühlten Infrarot-Detektors gegeben worden ist, ist es klar, daß andere kryogekühlte Bauelemente für diese Anleitungen vorteilhaft sein können. Das schließt beispielsweise magnetische, elektromagnetische, Kernstrahlungs- oder andere Sensoren ein, bei denen Kryokühlen erforderlich ist, und für die energiebegrenzende "Kaltblenden"-Öffnungen vorteilhaft sind. Tatsächlich kann bei einem magnetischen oder Kernstrahlungs-Sensor eine Kaltblenden-Öffnung insofern nicht erforderlich sein, weil die ganze Strahlungsabschirmung für die nachzuweisende Strahlung transparent sein kann. Desweiteren arbeitet die Methode auch umgekehrt für Infrarot- oder Wärmeobjekte, die mit extern empfindlichen Systemen beobachtet werden sollen. Zum Beispiel ist die Lehre der Erfindung bei der Entwicklung von Zielobjekten zur Kalibration für Thermographie-Systeme anwendbar.
Auf der Grundlage der vorhergehenden Lehre können Fachleute Abänderungen davon durchführen. Die Erfindung darf deshalb nicht als nur auf die oben offenbarten Ausführungsformen begrenzt angesehen werden, sondern ist statt dessen durch die folgenden Ansprüche beschränkt.

Claims

1. Strahlungsdetektor-Aufbau, umfassend einen Strahlungs schild (40) zum Reflektieren von einem gekühlten Oberflächenbereich (18) herrührender Strahlung von der genannten Oberfläche (18) weg, wobei der genannte Oberflächenbereich (18) durch einen mehrstufigen thermoelektrischen Kühler (16) gekühlt wird und wobei der genannte Strahlungsschild (40) folgendes umfaßt:

ein im wesentlichen ungekühltes, relativ zu dem gekühlten Oberflächenbereich (18) angeordnetes Reflektormittel (42, 44), das zum Reflektieren jeglicher von dem gekühlten Oberflächenbereich (18) herrührender Strahlung von dem Oberflächenbereich (18) weg mindestens einen einem torischen Segment entsprechenden Bereich seiner inneren Oberflächenform besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das im wesentlichen ungekühlte Reflektormittel (42, 44) Mittel umfaßt zum Wegleiten von dem gekühlten Oberflächenbereich (18) herrührender Strahlung von dem ge kühlten Oberflächenbereich zu einer Fläche unterhalb der kältesten Stufe des thermoelektrischen Kühlers (16), wobei das im wesentlichen ungekühlte Reflektormittel (42, 44) im wesentlichen thermisch von dem thermoelektrischen Kühler (16) isoliert ist.

2. Strahlungsdetektor-Aufbau nach Anspruch 1, bei dem das im wesentlichen ungekühlte Reflektormittel (42, 44) folgendes umfaßt:

ein erstes im wesentlichen ungekühltes Reflektormittel (42), das relativ zu dem gekühlten Oberflächenbereich (18) angeordnet ist und eine einem torischen Segment entsprechende innere Oberflächenform besitzt und das zum Reflektieren jeglicher von dem gekühlten Oberflächenbereich (18) herrührenden Strahlung von dem Oberflächenbereich weg dient; und

ein zweites im wesentlichen ungekühltes Reflektormittel (44), das mit dem Reflektormittel (42) optisch verbunden ist und zum Leiten von dem gekühlten Oberflächenbereich (18) herrührender und von dem ersten Reflektormittel (42) reflektierter Strahlung weg von dem ersten Reflektormittel (42) und dem gekühlten Oberflächenbereich (18) dient.

3. Strahlungsdetektor-Aufbau nach Anspruch 2, bei dem der gekühlte Oberflächenbereich (18) einen Strahlungsdetektor einschließt und bei dem das erste Reflektormittel (42) eine Blendenöffnung (46) zum Einlassen von Strahlung zum Aufnehmen durch den genannten Strahlungsdetektor einschließt.

4. Strahlungsdetektor-Aufbau nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das zweite Reflektormittel (44) wenigstens einen kreiszylindrischen oder wenigstens einen Rechteckquader-förmigen Reflektor umfaßt.

5. Strahlungsdetektor-Aufbau nach Anspruch 2, 3 oder 4, bei dem das genannte erste Reflektormittel (42) einen Durchmesser aufweist und bei dem das zweite Reflektormittel (44) eine diagonale Abmessung besitzt, die größer ist als der Durchmesser.

6. Strahlungsdetektor-Aufbau nach einem der Ansprüche 2 bis 5, der ferner ein drittes ungekühltes Reflektormittel (50) umfaßt, das eine einem torischen Segment entsprechende Reflektoroberflächenform besitzt, wobei das zweite Reflektormittel (44) zwischen dem ersten Reflektormittel (42) und dem dritten Reflektormittel (50) angeordnet ist.

7. Strahlungsdetektor-Aufbau nach Anspruch 2, bei dem das erste Reflektormittel (42) einen Durchmesser aufweist und bei dem das zweite Reflektormittel (44) eine Vielzahl von in Reihe miteinander verbundenen kreiszylindrischen Reflektoren oder Rechteckquader-förmigen Reflektoren umfaßt, von denen einzelne eine diagonale Abmessung besitzen, die größer ist als der Durchmesser und die ebenfalls grlßer ist als die diagonale Abmessung eines angrenzenden kreiszylindrischen oder Rechteckquader-förmigen Reflektors, der zwischen den einzelnen des zweiten Reflektormittels (44) und dem ersten Reflektormittel (42) angeordnet ist.

8. Strahlungsdetektor-Aufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der gekühlte Oberflächenbereich (18) weiterhin einen Endbereich des Kühlungsmittels (16) umschließt.

9. Strahlungsdetektor-Aufbau nach Anspruch 3, bei dem der mehrstufige thermoelektrische Kühler (16) einen ersten thermisch an den Strahlungsdetektor angekoppelten Endbereich zum Kühlen des Strahlungsdetektors besitzt, wobei der mehrstufige thermoelektrische Kühler (16) weiterhin einen zweiten gegenüberliegenden Endbereich aufweit;

der Strahlungsschild (40) um den Strahlungsdetektor herum angeordnet ist und wenigstens teilweise einen Abschnitt des mehrstufigen thermoelektrischen Kühler (16) umschließt;

das zweite Reflektormittel (44) mit dem ersten Reflektormittel (42) verbunden ist um vom ersten Reflektormittel (42) reflektierte Strahlung vom ersten Reflektormittel (42) weg und zum zweiten Endbereich des mehrstufigen thermoelektrischen Kühler (16) hin zu leiten; und

Absorbermittel zum Entfernen von durch die ersten und zweiten Reflektormittel (42, 44) reflektierter Strahlung angeordnet sind.

10. Strahlungsdetektor-Aufbau nach Anspruch 9, bei dem die genannten Absorbermittel ferner zum Entfernen von durch die Apertur (46) durchgelassener, aber nicht auf den Detektor einfallender Strahlung angeordnet sind.

11. Strahlungsdetektor-Aufbau nach Anspruch 9 oder 10, bei dem der mehrstufige thermoelektrische Kühler (16) eine Vielzahl von thermisch miteinander in Reihe verbundenen Kühlstufen (1 bis 6) umfaßt, wobei die Kühlstufen (1 bis 6) vom ersten zum zweiten Ende von zunehmender Temperatur und zunehmender lateraler Abmessung sind.

12. Strahlungsdetektor-Aufbau nach Anspruch 11, bei dem wenigstens eine Stufe oder Stufen, die dem Strahlungsdetektor am nähsten und von dem Strahlungsschild (40) eingeschlossen sind, ferner eine die Stufe oder die Stufen (1 bis 6) umgebende wärmeisolierende Umhüllung (41) mit einer äußeren reflektierenden Oberfläche umfaßt.

13. Strahlungsdetektor-Aufbau nach Anspruch 10, 11 oder 12, bei dem wenigstens eine der Stufen (1 bis 6) ein im wesentlichen ebenes, sich von einer lateral angeordneten Oberfläche nach außen erstreckendes Element umfaßt, wobei das Element eine Strahlung reflektierende untere Fläche (52a), die das zweite Ende verblendet, und eine Strahlung absorbierende Fläche (52b), die das erste Ende verblendet, besitzt.

14. Strahlungsdetektor-Aufbau nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem die torische Segmentform des ersten Reflektormittels (42) im wesentlichen durch die Drehung eines Erzeugungspunktes um einen Punkt im Bereich des Umfangs des Strahlungsdetektors bestimmt ist.

15. Strahlungsdetektor-Aufbau nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem der Strahlungsschild (40) im wesentlichen von dem mehrstufigen thermoelektrischen Kühler (16) thermisch isoliert ist.

16. Strahlungsdetektor-Aufbau nach einem der Ansprüche 9 bis 15, der weiterhin ein Dewar-Gefäß zum Einschließen des Strahlungs-Detektors, des mehrstufigen thermoelektrischen Kühlers (16) und des genannten Strahlungsschilds (40) aufweist, das Dewar-Gefäß ein Fenster (30) aufweist, das so angeordnet ist, daß Strahlung zu der Blendenöffnung (46) durchgelassen wird.

17. Strahlungsdetektor-Aufbau nach einem der Ansprüche 9 bis 16, bei dem der Strahlungsdetektor einen Infrarot- Detektor umfaßt.

18. Strahlungsdetektor-Aufbau nach Anspruch 11, bei dem das Mittel zum Absorbieren wenigsten eine Oberfläche einer tieferen Stufe des Kühlers (16) umfaßt.

19. Verfahren zum Erniedrigen einer Wärmebelastung einer oberen Stufe eines thermoelektrischen Kühlers (16) in einem Strahlungsdetektor-Aufbau, der einen IR-Strahlungsdetektor besitzt, der zum Kühlen des Detektors auf eine gewünschte Betriebstemperatur thermisch an eine obere Stufe des thermoelektrischen Kühlers (16) angekoppelt ist,

gekennzeichnet durch die Schritte:

Reflektieren von dem Detektor (18) und einer oberen Fläche der oberen Stufe herrührender Wärmestrahlung, wobei die Wärmestrahlung mit einem ersten ungekühlten, eine reflektierende Oberfläche von der Form eines torischen Segments aufweisenden Reflektor (42) hin zu einer Stelle unterhalb der oberen Stufe reflektiert wird;

Leiten der reflektierten Wärmestrahlung entlang des Kühlers (16) nach unten hin zu einer wärmeren, tieferen Stufe durch Reflektieren der Wärmestrahlung mittels wenigstens einem zweiten im wesentlichen ungekühlten Reflektor (44), der von der oberen Stufe beabstandet ist und diese umgibt; und

Absorbieren der Wärmestrahlung an einer von der oberen Stufe entfernten und unterhalb davon befindlichen Stelle.

20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Schritt des Leitens ferner einen Schritt des Reflektierens der Strahlung mittels einer auf einer die obere Stufe umgebenden wärmeisolierenden Umhüllung angeordneten, reflektierenden Oberfläche umfaßt.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei dem die gewünschte Betriebstemperatur ungefähr 185 K ist.

22. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem zum Absorbieren der reflektierten Wärmestrahlung an der tieferen Stufe die tiefere Stufe mit oberen und/oder seitlichen, Wärmestrahlung absorbierenden Flächen ausgestattet ist; und

das zweite ungekühlte Reflektormittel (44) von tieferen Stufen herrührende Wärmestrahlung auf diese zurück reflektiert und so Strahlungsübergang von wärmeren Stufen zu kälteren Stufen behindert.

23. Verfahren nach Anspruch 22, das ferner einen Schritt des Leitens und Einschließens von Wärmestrahlung durch Ummanteln von Bereichen des thermoelektrischen Kühlers (16) mit einer reflektierenden Umhüllung umfaßt.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, das einen Anfangsschritt des Positionierens einer Eingangsblende 46) relativ zu dem Bestandteil und zu einem Fenster (30) umfaßt, derart, daß Reflexionen von außerhalb der ersten und zweiten Reflektormittel (42, 44) angeordneten Flächen im wesentlichen daran gehindert werden, von dem Fenster (30) weg und auf die Komponente und/oder die obere Fläche der oberen Stufe reflektiert zu werden.