JPH0545531U - 赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 赤外線検出装置の赤外線検知素子とキャップ
ボトム間の熱抵抗を小さくし、赤外線検知素子を効率良
く冷却できる赤外線検出装置を得る。 【構成】 赤外線検知素子１の受光部２に受光部２の材
料と熱膨張係数が近い窒化アルミやインバの裏ブタ１０
を直接受光部２に接着し、赤外線検知素子１とキャップ
ボトム９間の熱抵抗を小さくした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、赤外線を検知して信号を発生する素子を搭載するデュワと上記素 子を冷却するための冷却装置を備えた、赤外線検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図２は、従来の赤外線検出装置を示す断面図である。図において１は赤外線検 知素子であり、２は赤外線検知素子の中の光を検知する受光部、３は赤外線検知 素子からの信号を中継するためのパッケージ、４は上記赤外線検知素子１を搭載 し、断熱性を持たせるために内部を真空に保つデュワの内筒、５は内部を真空に 保つデュワの外筒、６は内筒と外筒をつなぐフランジ、７はデュワの内部を真空 に保ち信号光を透過させる窓、８は赤外線検知素子を極低温まで冷却させるクー ラ、９はデュワの内部を真空に保ち、素子からの熱をクーラに伝えるためのキャ ップボトム、１０はパッケージ３をキャップボトム９へ取付け、かつ赤外線検知 素子１をデュワに搭載するまでの保護の役目をかねた裏ブタ、１１はクーラ８に よって冷却されるコールドシールド、１２は赤外線検知素子１とパッケージ３、 パッケージ３と裏ブタ１０、裏ブタ１０とキャップボトム９、パッケージ３とコ ールドシールド１１とをそれぞれ固定し、熱を伝えるための極低温用接着剤であ る。

【０００３】 従来の赤外線検出装置は上記のように構成されており、赤外線検知素子１は常 温では熱雑音が感度に対して悪影響を与えるため、極低温に冷却する必要がある 。このため赤外線検出装置は、一端に赤外線検知素子１が接合され、もう一方の 端はクーラ８を挿入するための開口した内筒４と一端が窓７でふさがれた外筒５ 、前記内筒４と外筒５を接合するフランジ６とで密閉された二重円筒構造となっ ており、外部からの熱侵入量を低減するために内部を真空にし断熱している。こ のように構成された赤外線検出装置の内筒４にクーラ８を挿入し、赤外線検知素 子１を冷却することにより、窓７を透過する赤外線を検知する。コールドシール ド１１は赤外線検知素子１と同程度まで冷却されておりこれから放出される雑音 光は無視できるほど小さい。コールドシールド１１の開口は赤外線信号光の開口 絞りとなっており、信号光以外に常温の背景から入射する不要な雑音光を極力低 減する構造となっている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

上記のような従来の赤外線検出装置においては、次のような解決すべき課題が あった。すなわち、従来の赤外線検出装置においては赤外線検知素子１を冷却す るのに熱は極低温用接着剤１２を介してパツケージ３、裏ブタ１０、キャップボ トム９を経由してクーラ８で冷却される。この時、赤外線検知素子１とパッケー ジ３間と、パッケージ３と裏ブタ１０間の極低温用接着剤１２の断面積が小さく 、かつ極低温用接着剤１２の熱伝導率は、例えばエポキシ系接着剤は０．０００ ２Ｗ／ｍｍＫで、パッケージをアルミナとするとアルミナの熱伝導率は０．１６ Ｗ／ｍｍＫで、裏ブタを炭化珪素とすると炭化珪素の熱伝導率は０．９３Ｗ／ｍ ｍＫで、これに比べて極低温用接着剤１２の熱伝導率は大変小さい。

【０００５】 したがって従来の赤外線検出装置では、赤外線検知素子１とキャップボトム９ の間の熱抵抗は、ほとんど極低温用接着剤１２の部分を占めており、その合計は ２５Ｋ／Ｗであった。そこを通過する熱量は赤外線検知素子１の発熱と窓７から 赤外線検知素子１やパッケージ３に侵入する輻射熱であり、赤外線検知素子１の 発熱量は０．２Ｗで、輻射熱は０．１５Ｗで合計０．３５Ｗである。赤外線検知 素子１とキャップボトム９の間の温度差は熱抵抗と通過する熱量の積になり、温 度差は２５Ｋ／Ｗ×０．３５Ｗ＝８．７５Ｋ発生することになり、クーラ８は赤 外線検知素子１を所定の温度までに冷却するためには、クーラ８の冷却温度は赤 外線検知素子１の所定の冷却温度からさらに赤外線検知素子１とキャップボトム の間の温度差である８．７５Ｋよけいに冷やさなければならず、クーラ８の大き な熱負荷になっていた。

【０００６】 したがってクーラ８の熱負荷を低減させ冷却効率を向上させるためには赤外線 検知素子１とキャップボトム９間の熱抵抗を従来の１／２から１／３以下に小さ くし、温度差を小さくしなければならない。熱抵抗を小さくしようとした場合、 熱抵抗はその材料の熱伝導率と熱が通過する部分の断面積と厚さで決まる。熱抵 抗を小さくするためには、熱伝導率の大きな材料とするか、熱が通過する部分の 断面積を大きくするとか、厚さを薄くすることである。今までは極低温用接着剤 部の熱抵抗を小さくしようとした時に、極低温で使用できる接着剤が限られてい るため、材質の変更がきかず、厚さも接着強度を確保するためには、薄くするこ とができず、断面積を大きくすることが考えられた。断面積を大きくするために は、赤外線検知素子１やパッケージ３、裏ブタ１０を大きくしなければならない 。それらを大きくすることは、クーラ８で冷却しなければならない部分が、大き くなることであり、冷却される部分の熱容量が大きくなり、赤外線検知素子１が 常温から所定の冷却温度までに達する冷却時間が長くなる問題が発生する。また 、パッケージ３等が大きくなることによって輻射熱も増えクーラ８にとっては逆 効果となってしまう。

【０００７】 この考案は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、従来の赤外 線検知素子の取付け方法を変えることにより赤外線検知素子とキャップボトム間 の熱抵抗を極力少なくし、クーラの熱負荷を低減させ冷却効率の良い赤外線検出 装置を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

この考案はに係る赤外線検出装置では、赤外線検知素子の受光部に直接裏ブタ を接着することにより、赤外線検知素子とキャップボトム間の熱抵抗を小さくし 、クーラの熱負荷を低減させ、冷却効率を向上させるようにしたものである。

【０００９】

【作用】

この考案においては、赤外線検知素子の受光部に直接裏ブタを接着することに より、そこの断面積が大きく、かつ今まで熱が通過する接着部が３箇所あったと ころが２箇所となり、赤外線検知素子とキャップボトム間の熱抵抗を格段に小さ くすることができ、クーラの熱負荷を低減させ冷却効率を向上させることができ る。その結果、冷却効率の良い赤外線検出装置が得られる。

【００１０】

【実施例】

実施例１． 図１は、この考案の一実施例を示す断面図である。図において１は赤外線検知 素子、３はパッケージ、４は内筒、５は外筒、６はフランジ、７は窓、８はクー ラ、９はキャップボトム、１１はコールドシールドであり、すべて従来の装置と 同じである。裏ブタ１０はパッケージ３以外にも受光部２と極低温用接着剤１２ で接着している。この時注意しなければならない点は、受光部２や裏ブタ１０な どは、常温から極低温に冷却させるため、それぞれの部材の熱膨張係数が近いも のを選定し、発生する熱応力を極力小さくし受光部２にクラックや電気的影響を 与えないようにしなければならない。例えば受光部に白金シリコンを用いると、 それの熱膨張係数は１１×１０^７／℃であり、裏ブタ１０は熱膨張係数が１３× １０^７／℃の窒化アルミや１８×１０^７／℃のインバーを使用する。これにより 熱が通過する断面積は従来に比べて、２．４倍増加し、かつ、熱が通過する接着 部は３箇所が２箇所となるため、赤外線検知素子１とキャップボトム９の間の熱 抵抗は、２５Ｋ／Ｗ÷２．４÷１．５＝７Ｋ／Ｗになり、そこを通過する熱量は 従来と同じく０．３５Ｗであるため、赤外線検知素子１とキャップボトム９間の 温度差は７Ｋ／Ｗ×０．３５Ｗ＝２．４５Ｋと従来の８．７５Ｋに比べて１／３ 以下になり、クーラの熱負荷を低減することができる。

【００１１】 上記のように構成された赤外線検出装置では、赤外線検知素子１の熱は受光部 ２から極低温用接着剤１２を介して、裏ブタ１０、キャップボトム９を経由して クーラ８で冷却される。受光部２と裏ブタ１０の間の接着面積は従来の装置と比 べて大きく、かつ熱が通過する接着部が３箇所から２箇所になるため熱抵抗が小 さくなる。このためクーラ８の熱負荷が低減されることになり、冷却効率の良い 赤外線検出装置を得ることができる。

【００１２】

【考案の効果】

この考案により、赤外線検出素子の受光部に直接裏ブタを接着することにより 、赤外線検知素子とキャップボトム間の熱抵抗が小さくなり、赤外線検知素子と クーラとの温度差が小さくなるためクーラの熱負荷を低減させることになり、冷 却効率の良い赤外線検出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の実施例１を示す断面図である。

【図２】従来の赤外線検出装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 赤外線検知素子 ２ 受光部 ３ パッケージ ４ 内筒 ５ 外筒 ６ フランジ ７ 窓 ８ クーラ ９ キャップボトム １０ 裏ブタ １１ コールドシールド １２ 極低温用接着剤

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出すべき信号光を透過する窓を備え内
   部を真空にしたデュワと、このデュワ内に設置された赤
   外線検知素子とコールドシールド及びキャップボトム
   と、上記赤外線検知素子を搭載するパツケージと、この
   パッケージを上記キャップボトムに取り付けるための裏
   ブタと、上記赤外線検出素子を冷却するクーラとを備え
   た赤外線検出装置において、上記赤外線検知素子の受光
   部に直接上記裏ブタを接着したことを特徴とする赤外線
   検出装置。