JPH0541384Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、物体の温度や位置の測定等に広く
用いられている赤外線検出素子冷却装置に関する
もので更に述べると、スターリングサイクル冷凍
装置を利用した赤外線検出素子冷却装置に関する
ものである。

従来の技術 赤外線検出素子は、ゲルマニウムなど赤外線に
敏感な材料で形成されているが、この検出素子
は、極低温、例えば、77K程度まで冷却すると感
度を高くし、応答速度を速くする性質がある。

そこで、従来、赤外線検出素子は、スターリン
グサイクル冷凍装置を用いて極低温に冷却されて
いる。

この冷凍装置は、圧縮ピストンにより圧縮器内
のヘリウムガスを圧縮した後、このガスを蓄冷器
のシリンダ内に圧入し、膨脹ピストン内を通しな
がら膨張させ、気化熱により蓄冷器を極低温に冷
却するものである（昭和63年実開第32268号公報
参照）。

考案が解決しようとする課題 従来例の赤外線検出素子冷却装置では、赤外線
検出素子付蓄冷器の膨張ピストンと圧縮器の圧縮
ピストンとが駆動すると、それらは互いに別々の
振動源となる。

そのため、圧縮器と蓄冷器の振動が異なつた周
期となるので、真空室の外筒に直接影像部を設け
たり、または、該外筒にフレキシブルオプテイカ
ルガイドを介して間接に影像部を設けると、影像
部の振動周期と赤外線検出素子のそれとは一致し
なくなる。

そのため、両者は、光学的に静止した状態とな
らないので、正確な測定は不可能となる。

この考案は、上記事情に鑑み、正確な測定がで
きる赤外線検出素子冷却装置を提供することを目
的とする。

課題を解決するための手段 この考案は、スターリングサイクル冷凍装置の
真空室に内蔵した赤外線検出素子付冷却ヘツドと
蓄冷筒とを可撓導線を介して接続し、該冷却ヘツ
ドにヒータを設け、該冷却ヘツドを真空室の外筒
に固定し、該赤外線検出素子と対向する前記真空
室の壁部に窓を設け、該壁部の外側に真空シール
部を形成して前記窓を密封し、前記冷凍装置から
離して影像部を設け、フレキシブルオプテイカル
ガイドの一端を該影像部に接続し、他端を前記真
空シールド部に接続したことを特徴とする赤外線
検出素子冷却装置、により前記目的を達成しよう
とするものである。

作 用 スターリングサイクル冷凍装置を始動し圧縮ピ
ストンと膨張ピストンとを駆動させると、真空室
の外筒と蓄冷筒とが夫々異なつた周期で振動する
が、該蓄冷筒の振動は、可撓導線により吸収され
るので、冷却ヘツドに伝達されない。

そのため、冷却ヘツドに設けられた赤外線検出
素子の振動と真空室の外筒のそれとは一致する。

実施例 この考案の実施例を添付図面により説明するが
同一図面符号は、その名称も機能も同じである。

外筒１に囲まれた真空室２の中に蓄冷器３が配
設されている。この蓄冷器３は、分離した冷却ヘ
ツド８と蓄冷筒３ａとを備えており、両者８，３
ａは、可撓導線３０、例えば、銅編組線を介して
接続されている。

冷却ヘツド８は、銅製であり、且つ、固定具８
ａを介して外筒１のキヤツプ１ａに固定されてい
る。

冷却ヘツド８の下面には、冷却温度を調整する
ためのヒータ８ｂが設けられ、また、その上面に
は、赤外線検出素子９が設けられている。

この検出素子９として、例えば、波長範囲が１
〜3.8μmのゲルマニウム検出素子を用いる。

蓄冷筒３ａの内部には、ロツド６を介してクラ
ンク室４のクランク５と接続する膨張ピストン７
が設けられている。

前記検出素子９と対向するキヤツプ１ａに赤外
線の通孔１０が形成されているが、この通孔１０
は、シリコン製の窓１１により封鎖されている。

この窓１１の外側には、真空シールド部１２が
設けられ、また、該シールド部１２の中央には、
前記窓１１と対向するフレキシブルオプテイカル
ガイド１３の後端部１３ａが固定されている。こ
のガイド１３は、例えば、光フアイバであり、そ
の後端部１３ｂは、影像部１４に接続されてお
り、この影像部１４には、集光レンズ１５と干渉
ガラス板１６とが直列に配設されている。

尚、１７はクランク１８に接続する圧縮器の圧
縮ピストン、１９はクランク室４内の潤滑用油、
２２は引出線２０の引出口、を夫々示す。次に、
この実施例の作動について説明する。

被測定対象物２９、例えば、人体に対向するよ
うに影像部１４を固定し静止させる。

スターリングサイクル冷凍装置２５の回転シヤ
フト２６を回転させ圧縮ピストン１７を往復運動
させると、圧縮工程即ち圧縮器２７内のヘリウム
ガスを圧縮し蓄冷器３に圧入する工程と、吸入工
程即ち蓄冷器３のヘリウムガスを圧縮器２７内に
吸収させる工程とが繰り返される。

蓄冷器３に圧入されたヘリウムガスは、図示し
ない膨張ピストンのシリンダ下部で第１回目の膨
張を行つた後、膨張ピストン内に入り第２回目の
膨張が行われる。

そして、これらの膨張に伴うヘリウムガスの気
化熱により冷却ヘツド８が極低温、例えば、77K
になるとともに赤外線検出素子９も極低温に冷却
される。

ところで、前述のようにスターリングサイクル
冷凍装置２５の圧縮ピストン１７や膨張ピストン
等が作動すると振動が発生し、蓄冷筒３ａとキヤ
ツプ１ａとを異なる周期で振動させる。しかし、
この蓄冷筒３ａの振動は可撓導線３０により吸収
されるので、冷却ヘツド８に伝達されない。

そのため、冷却ヘツド８は、蓄冷筒３ａの振動
の影響を受けないので、常にキヤツプ１ａの振動
の周期と一致する。

従つて、赤外線検出素子９とフレキシブルオプ
テイカルガイドの後端部１３ａの振動は同期する
ので、両者９，１３ａは、光学的に静止した状態
を維持する。

また、キヤツプ１ａの振動は、フレキシブルオ
プテイカルガイド１３により吸収されるので、影
像部１４には伝達されない。

そのため、影像部１４は、振動せず静止状態を
維持する。

このような静止状態において被測定対象物の測
定が行われるので、該被測定対象物２９の発する
赤外線成分だけが干渉ガラス１６、集光レンズ１
５を介してフレキシブルオプテイカルガイド１３
の先端部１３ｂに入力しその後端部１３ａから出
力する。

そのため、赤外線検出素子９には、赤外線成分
だけが入力し、雑音成分（ノイズ成分）が入力す
ることはない。

なお、赤外線検出素子９の出力は、前置増幅器
２１で増幅された後Ａ／Ｄ変換器３１で信号変換
され、コンピータ３２により認識される。

考案の効果 この考案は、以上のように、赤外線検出素子付
冷却ヘツドと蓄冷筒とを可撓導線を介して接続
し、該冷却ヘツドを真空室の外筒に固定したの
で、蓄冷筒の振動は、可撓導線により吸収され、
冷却ヘツドに伝達される事が無い。

従つて、赤外線検出素子と真空室の外筒とは同
期して振動するため、両者は光学的に静止した状
態となるので精密な測定が可能となる。

また、スターリングサイクル冷凍装置から分離
して影像部を設け、赤外線検出素子と影像部とを
フレキシブルオプテイカルガイドを介して接続す
ると、該冷凍装置から発生する振動はフレキシブ
ルオプテイカルガイドにより吸収され、影像部に
伝達されない。

従つて、前記冷凍装置から分離されている影像
部は、振動の無い静止状態で被測定対象物を測定
するので、影像部において振動成分が発生するこ
とが無い。

それ故、赤外線検出素子には、赤外線成分のみ
が入力するので、より正確な測定をすることが出
来る。また、赤外線検出素子と対向する真空室の
壁部に窓を設け、該壁部の外側に真空シール部を
形成して前記窓を覆い、フレキシブルオプテイカ
ルガイドの他端を前記真空シール部に接続したの
で、窓の両側が真空状態となる。

そのため、破損しやすい材料で形成されている
窓を薄くしても差圧による破損事故が発生しない
ので、該窓を薄くして赤外線の透過率を良くする
ことができる。

又、影像部からの赤外線は順次、前記ガイド、
真空シール部、窓、真空室を通り空気と接触する
ことなく赤外線検出素子に到達する。

そのため、該赤外線は空気により乱反射される
ことなく赤外線検出素子で全て到達するので、検
出精度を向上させることができる。」更に冷却ヘ
ツドにヒータを設けたので、冷却温度が低すぎる
とき等にはヒータを駆動し、冷却ヘツドを温める
ことができる。

そのため赤外線検出素子を所定温度に保持する
ことができるので、精度の高い検出ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の実施例を示す一部断面正
面図、第２図は、第１図の要部拡大図である。 ３……蓄冷器、３ａ……蓄冷筒、８……冷却ヘ
ツド、９……赤外線検出素子、１３……フレキシ
ブルオプテイカルガイド、２５……スターリング
サイクル冷凍装置、３０……可撓導線。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. スターリングサイクル冷凍装置の真空室に内蔵
   した赤外線検出素子付冷却ヘツドと蓄冷筒とを可
   撓導線を介して接続し、該冷却ヘツドにヒータを
   設け、該冷却ヘツドを真空室の外筒に固定し、該
   赤外線検出素子と対向する前記真空室の壁部に窓
   を設け、該壁部の外側に真空シール部を形成して
   前記窓を密封し、前記冷凍装置から離して影像部
   を設け、フレキシブルオプテイカルガイドの一端
   を該影像部に接続し、他端を前記真空シール部に
   接続したことを特徴とする赤外線検出素子冷却装
   置。