JPH056337U - 赤外線検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷凍機によって赤外線検知素子を極低温に冷
却する赤外線検知装置において、冷凍機にかかる熱負荷
を低減する赤外線検知装置を得る。 【構成】 先端で極低温を生成するコールドフィンガ７
の先端に熱抵抗の大きいスペーサ１３を介してコールド
シールド１２を配置し、コールドシールド１２の温度を
極低温と常温の中間的温度にする。スペーサ１３は例え
ばコバールで形成されたコールドシールドの熱伝導率
（１７Ｗ／ｍＫ）より小さい熱伝導率（０．６Ｗ／ｍ
Ｋ）のガラスで形成されている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、例えば赤外線撮像装置に搭載され、例えば、ＨｇＣｄＴｅやＩｎ Ｓｂなどの極低温例えば、８０Ｋ前後に冷却して使用する赤外線検知素子を用い た赤外線検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図２は従来の赤外線検知装置を示す図で、赤外線検知装置は一般に大きく分け て、赤外線検知素子１と、前記赤外線検知素子１を真空断熱するためのデュワ２ と、前記赤外線検知素子１を極低温例えば８０Ｋ前後に冷却するための冷凍機３ とで構成される。前記冷凍機３としてはスターリングサイクルやフォードマクマ ホンサイクルを利用した冷凍機が良く用いられ、図２ではその一例としてスター リングサイクルを利用した冷凍機を示した。前記冷凍機３は、圧縮機４と低温発 生部５と連結管６で構成され、前記低温発生部５にはコールドフィンガ７と呼ば れる長い円筒状の突起が設けられており、前記コールドフィンガ７先端にて冷凍 を発生する構造となっている。

【０００３】 前記赤外線検知素子１は前記コールドフィンガ７の先端に取付けられ、例えば ８０Ｋ前後の極低温に冷却される。前記デュワ２は、前記赤外線検知素子１及び 前記コールドフィンガ７を断熱するためのもので、８の外殻と、前記外殻８に取 付けられた赤外線を透過する窓９で構成され、前記外殻８の一端は前記冷凍機３ の低温発生部５のフランジ１０に気密を保つよう接合され、前記赤外線検知素子 １および前記コールドフィンガ７に外部から熱が侵入しないよう前記外殻８の内 側が真空になっている。また、前記コールドフィンガ７の先端には、前記窓９を 透過してくる以外の赤外線が前記赤外線検知素子１に入射しないようにするため 、前記赤外線検知素子１の側方を覆うコールドシールド１２が取付けられている 。

【０００４】 次に図２に示す従来装置の動作について説明する。冷凍機３が運転を開始し、 低温発生部５のコールドフィンガ７先端にて冷凍を発生し始めると、赤外線検知 素子１は、コールドフィンガ７に熱を奪われ、温度降下し、８０Ｋ付近まで温度 降下すると、窓９から透過してくる赤外線を検知し、電気信号に変換する。デュ ワ２は、極低温に冷却された赤外線検知素子１やコールドフィンガ７を真空断熱 することによって外部から熱が侵入しないようにし、冷凍機３の負荷を低減して いる。コールドフィンガ７の先端に取付けられたコールドシールド１２は、前記 窓９を透過してくる以外の赤外線例えば外殻８の内面から放射される赤外線を遮 って赤外線検知素子１に入射しないようにし、赤外線検知素子１の雑音を低減し ている。コールドシールド１２もコールドフィンガ７の先端に取付けられている ので赤外線検知素子１とともに冷却されて低温になっているため、赤外線検知素 子１の雑音の原因となる赤外線はコールドシールド１２からは放射されない。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記のような従来装置には以下に述べるような課題があった。冷凍機によって 赤外線検知素子を極低温に冷却する場合、冷凍機は赤外線検知素子自身の電気的 発熱と、外部からふく射や熱伝導によって侵入してくる熱を吸収しなくてはなら ない。このような冷凍機にかかる熱負荷が大きければ大きいほど、より大型の冷 凍機が必要となり冷凍機の消費電力も大きくなる。ところが、従来の赤外線検知 装置ではコールドシールドがコールドフィンガ先端に取付けられているので、コ ールドシールドも極低温に冷却されることになるので、外殻の内面からコールド シールドにふく射によって侵入してくる熱量が大きい。したがって、従来装置に は、冷凍機にかかる熱負荷が大きいので、より大型の冷凍機が必要となり冷凍機 の消費電力も大きくなるという課題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

この考案に係る赤外線検知装置は、コールドシールドとコールドフィンガが先 端の間に熱抵抗の大きい材料を挿入したものである。

【０００７】

【作用】

この考案の赤外線検知装置においては、冷凍機が赤外線検知素子を極低温に冷 却する際、コールドシールドとコールドフィンガ先端の間に熱抵抗の大きい材料 が挿入されているため、従来装置ほどコールドシールドの温度は下がらない。し たがって、外殻の内面からコールドシールドにふく射によって侵入してくる熱量 は従来装置よりも小さく、従来装置より冷凍機にかかる熱負荷が小さいので、よ り小型の冷凍機で冷却可能となり冷凍機の消費電力も小さくてすむ。

【０００８】

【実施例】

実施例１． 図１はこの考案の一実施例を示す図である。図において、赤外線検知素子１と デュワ２は従来装置と同じものである。冷凍機３は、コールドフィンガ７の先端 とコールドシールド１２の間に熱抵抗の大きい、スペーサ１３を取付けた点が従 来装置と異なり、他はまったく同じ構成である。熱抵抗は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。熱抵抗を大きくするためには熱伝導率の 小さな材料とするか、熱が通過する部分の断面積を小さくするか、板厚を厚くす ることである。コールドシールド１２は一般的にはコバールなどの金属で作られ る。コバールの熱伝導率は１７Ｗ／ｍＫであり、スペーサ１３をそれに比べて例 えば熱伝導率が０．６Ｗ／ｍＫであるガラスにすることにより熱抵抗を２８倍大 きくすることが出来る。

【０００９】 上記のように構成された赤外線検知装置において、冷凍機３が運転を開始し、 低温発生部５のコールドフィンガ７先端にて冷凍を発生し始めると、赤外線検知 素子１はコールドフィンガ７に熱を奪われ、温度降下し、８０Ｋ付近まで温度降 下すると、窓９から透過してくる赤外線を検知し、電気信号に変換する点は従来 装置と同様であるが、冷凍機３が赤外線検知素子１を極低温に冷却する際、コー ルドシールド１２もコールドフィンガ７に熱を奪われ温度降下するがコールドシ ールド１２の熱は熱抵抗の大きいスペーサ１３を通過しなければならず、赤外線 検知素子１が極低温になった状態でも、コールドシールド１２には温度が高く、 従来装置ほどコールドシールド１２の温度は下がらない。冷凍機３の冷凍能力は 、赤外線検知素子１を常に極低温にたもつようにコントロールすることにより、 この状態がたもたれる。ここでコールドシールド１２は、前記窓９を透過してく る以外の赤外線、例えば外殻８の内面から放射される赤外線を遮って赤外線検知 素子１に入射しないようにするのがその役割であり、また、コールドシールド１ ２自身も、赤外線検知素子１の雑音の原因となる赤外線を放射してはならないの で、赤外線放射量が小さくなるよう冷却しなくてはならないが、赤外線検知素子 １のように極低温にまで冷却する必要はなく、例えば、２００Ｋ（約−７３℃） 程度まで冷却すれば赤外線の放射量は充分小さくなるので、コールドシールド１ ２を極低温と常温の中間的温度である２００Ｋ前後に冷却することで充分その機 能をはたすことができる。ところが、従来装置ほどコールドシールド１２の温度 は下がっていないので、外殻８の内面からコールドシールド１２にふく射によっ て侵入してくる熱量は従来装置よりも小さく、従来装置より冷凍機３にかかる熱 負荷が小さいので、より小型の冷却機で冷却可能となり冷凍機の消費電力も小さ くてすむ。

【００１０】

【考案の効果】

この考案は以上説明したとうり、コールドフィンガの先端とコールドシールド の間に熱抵抗の大きな材料を挿入するという簡単な構造によって、外殻の内面か らコールドシールドにふく射によって侵入してくる熱量が従来装置よりも小さく なり、従来装置より冷凍機にかかる熱負荷が小さくなるので、より小型の冷凍機 で冷却可能となり冷凍機の消費電力も小さくてすむという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例による赤外線検知装置を示
す断面図である。

【図２】従来の赤外線検知装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 赤外線検知素子 ３ 冷凍機 ７ コールドフィンガ ８ 外殻 ９ 窓 １２ コールドシールド １３ スペーサ

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 先端で極低温を生成するコールドフィン
   ガを有する冷凍機と、前記コールドフィンガの先端に取
   付けられ極低温に冷却して使用する赤外線検知素子と、
   前記コールドフィンガと前記赤外線検知素子の周囲を覆
   い前記コールドフィンガと前記赤外線検知素子を真空断
   熱する外殻と、前記外殻に取付けられた赤外線を透過す
   る窓と、前記窓を透過してくる以外の赤外線が前記赤外
   線検知素子に入射しないようにするために前記赤外線検
   知素子の側方を覆うコールドシールドとを備えた赤外線
   検知装置において、前記コールドフィンガの先端に熱抵
   抗の大きい材料を介して前記コールドシールドを配置し
   たことを特徴とする赤外線検知装置。