JPH09257581A - 赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 赤外線検出素子を約３０〜８０Ｋに冷却して
用いる赤外線検出装置において、冷却部での熱負荷を低
減することにより、クーラの小型化を図る。また、円筒
の剛性を増大させることにより、赤外線検出装置の高画
質化、信頼性向上を図る。 【解決手段】 第１の円筒８の内側に約３０〜８０Ｋに
冷却される第２の円筒２０を付加する。第１の円筒８と
冷却部６の間にセラミック配線板４０を配置し、円筒内
外の配線を行う。また、円筒８とフィルタ９を線膨張率
の近い材料とし、両者を接着により接合する構造とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、赤外線検出素子
を約３０Ｋ〜８０Ｋに冷却する赤外線検出装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の赤外線検出装置を示す断
面図であり、図中１は例えばステンレスからなる台、２
は台１に固定された例えばステンレスからなる外筒、３
は外筒２に保持された赤外線を透過する例えばシリコン
やゲルマニウムからなる窓、４は台１に固定された例え
ばチタン合金からなる第１の内筒、５は第１の内筒４よ
り小径の例えばチタン合金からなる第２の内筒、６は第
１の内筒４と第２の内筒５の間の例えば銅からなる円盤
であり、１から６はそれぞれ気密接合されている。７は
第２の内筒５に保持された赤外線検出素子、８は円盤６
の上に取りつけられた例えばコバールからなる第１の円
筒、９は第１の円筒８に取り付けられ、選択された波長
の赤外光線のみを透過するフィルタ、１０はフィルタ９
を固定するための例えばアルミニウムからなるプレー
ト、１１は固定用ねじ、１２は排気管、１３は赤外線検
出素子７を約３０〜８０Ｋに、円盤６を約８０〜１３０
Ｋに冷却するためのクーラの冷却棒である。１４は赤外
線検出素子７からの電気信号をデュワの外部に取り出す
ための配線、１５は第１の円筒８と絶縁された内部端
子、１６は外筒２と絶縁された外部端子で配線１４に接
続されている。１７はデュワを示している。１８は第１
の円筒８の内面に形成された例えば黒色クロムめっき等
の放射率の高い膜である。

【０００３】次に動作について説明する。一般に赤外光
線を受光する赤外線検出素子は、熱によるノイズを低減
するため約３０〜８０Ｋに冷却する必要がある。冷却に
は液体窒素やクーラを用いるが、効率よく冷却するため
には環境温度側から赤外線検出素子に冷却する熱を極力
低減（断熱）する必要がある。そのため図６に示すよう
に赤外線検出素子７はまず細長い円筒４，５の先端に取
りつけられ、環境温度にさらされている台１からの伝導
による熱の侵入を低減させている。また、対流による熱
の伝達を無くすため、赤外線検出素子７は台１と外筒２
と窓３と内筒４，５と円盤６で密閉された容器の内部に
あり、内部は排気管１２によって排気され真空に保たれ
ている。クーラの冷却棒１３は内筒４，５の内部に差し
込まれ、赤外線検出素子７を底面から約３０〜８０Ｋ
に、及び、円盤６を介して第１の円筒８とフィルタ９を
約８０〜１３０Ｋに冷却している。第１の円筒８は、内
面に形成された放射率の高い膜によりデュワ外部からの
不要な赤外光線を吸収し、且つ約８０〜１３０Ｋに冷却
され、自らの不要な赤外光線の発生を抑えている。フィ
ルタ９は赤外線検出素子７に感度のある波長の赤外線の
みを透過し、不要な赤外光線を反射すると同時に、約８
０〜１３０Ｋに冷却され、自らの不要な赤外光線の発生
を抑えている。

【０００４】窓３を通してデュワ内に入射した赤外線１
９は、赤外線検出素子７にて結像し電気信号に変換さ
れ、配線１４、内部端部１５を介し外部端子１６より外
部信号処理装置に出力され画像情報として表示される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の赤外線検出装置
は以上のように構成されているので、クーラは、赤外線
検出素子を約３０Ｋ〜８０Ｋに、円筒及びフィルタを約
８０Ｋ〜１３０Ｋに同時に冷却する必要があり、大きな
冷却能力を必要としている。冷却能力を大きくするため
にクーラの寸法、質量は増加し、赤外線カメラ等を小型
化する上での障害となっている。

【０００６】また、第１の円筒８に取り付けられた内部
端子１５は赤外線検出素子７の画素数増加に伴う配線数
の増加に対応出来ず、円筒自体の剛性を低下させる要因
となっている。フィルタ９をねじ１１で固定する構造も
円筒先端部の重量を増加させ、円筒の剛性の低下の要因
となっている。円筒の剛性が低い場合、外部からの振動
により円筒開口のふれや他部品との干渉を引き起こし、
赤外線検出装置の高画質化、信頼性を向上させるための
障害となっている。

【０００７】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたものであり、赤外線検出装置の小型化、高
画質化、信頼性向上を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明による赤外線
検出装置は、フィルタの側に開口を有し、赤外線検出素
子上に取り付けられ、第２の内筒の先端部のとほぼ同じ
温度に冷却される第２の円筒を具備した。

【０００９】第２の発明による赤外線検出装置は、第１
の円筒の内側、及び外側の表面に放射率の低い膜を形成
した。

【００１０】第３の発明による赤外線検出装置は、第２
の円筒の外側の表面に放射率の低い膜を、内側の表面に
放射率の高い膜を形成した。

【００１１】第４の発明による赤外線検出装置は、円盤
と第１の円筒の間のセラミック多層配線板を具備した。

【００１２】第５の発明による赤外線検出装置は、第１
の円筒の材料にモリブデンを、フィルタの材料にゲルマ
ニウムを使用し、両者を接着により接合した。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示す赤
外線検出装置の断面図である。図１中で、１から１７は
前記従来装置と全く同じものである。２０はフィルタの
側に開口を有し、赤外線検出素子７上に取り付けられ、
第２の内筒の先端部とほぼ同じ温度に冷却される例えば
チタン合金からなる第２の円筒である。第１の円筒８か
ら発せられる不要な赤外光線２１は第２の円筒２０にて
遮られ、赤外線検出素子７には到達しない。よって、第
１の円筒８から赤外線検出素子への不要な赤外光線の発
生を抑えるために、第１の円筒８を約８０〜１３０Ｋの
低温に冷却する必要はなくなり、約１３０〜１７０Ｋに
冷却すれば十分である。よってクーラ１３に要求される
冷却能力が低減される。

【００１４】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２を示すデュワの部分断面図であり、図において第１
の円筒８の内側及び外側の表面には、例えば金めっきや
ニッケルめっき等の放射率の低い膜３０，３１が形成さ
れている。デュワ外部から入射した不要な赤外光線３２
は第１の円筒８の内側の面にて反射するが第２の円筒２
０にて遮られ、赤外線検出素子７には到達しない。よっ
て、第１の円筒８の内側の面での不要赤外光線の反射を
抑えるために、第１の円筒８の内側の表面に放射率の高
い膜を具備する必要はなくなる。第１の円筒８の内側の
表面に放射率の低い膜を具備することにより、第１の円
筒８から放射される赤外光線が減少し、第２の円筒２０
に熱として吸収されるエネルギが減少する。また、第１
の円筒８の外側の表面に放射率の低い膜を具備すること
により、第１の円筒８にて吸収される赤外光線が減少
し、熱として吸収されるエネルギが減少する。これらよ
り、クーラ１３の熱負荷が低減され、クーラ１３の冷却
能力が小さくても赤外線検出素子７を所定の温度に冷却
することができる。

【００１５】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３を示すデュワの部分断面図であり、図において第２
の円筒２０の外側の表面には例えば金めっきやニッケル
めっき等の放射率の低い膜３３、内側の表面には例えば
黒色クロムめっき等の放射率の高い膜３４が形成されて
いる。第２の円筒２０の外側の表面に放射率の低い膜を
具備することにより、第２の円筒２０にて吸収される赤
外光線が減少し、熱として吸収されるエネルギが減少す
る。これにより、クーラ１３の熱負荷が低減され、クー
ラ１３の冷却能力が小さくても赤外線検出素子７を所定
の温度に冷却することができる。また、第２の円筒２０
の内側の表面に放射率の高い膜を具備することにより、
デュワ外部からの不要な赤外光線３５を吸収し反射を抑
えることができ、不要な赤外光線が赤外線検出素子７に
到達しない。これにより、高品質な赤外画像が得られ
る。

【００１６】実施の形態４．図４はこの発明の実施の形
態４を示すデュワの断面図であり、図において４０は円
盤６と第１の円筒８の間に配置されたセラミック多層配
線板、４１ａ及び４１ｂはセラミック配線板４０上に設
けられ、セラミック配線板４０の内部配線を介して電気
的に接続されたピンである。セラミックは金属とのろう
付けにより真空容器が構成でき、かつ多層化が容易であ
り複雑な配線を内部に形成することが出来る。赤外線検
出素子からの電気信号は、配線１４からピン４１ａを通
り、セラミック多層配線板の内部配線、ピン４１ｂ、外
部端子１６を介して、外部に取り出される。セラミック
配線板はねじ止め、接着等により、円盤６に固定されて
いる。従って、第１の円筒８に内部端子配置用に穴加工
等を施す必要が無くなり、円筒の剛性を向上させること
ができる。

【００１７】実施の形態５．図５はこの発明の実施の形
態５を示すデュワの断面図であり、図において第１の円
筒８の材料にモリブデンを、フィルタ９の材料にゲルマ
ニウムを使用し、両者を接着により接合している。常温
から８０Ｋまでの平均線膨張率はゲルマニウム３５．５
×１０^-7（１／Ｋ）、モリブデン２８×１０^-7（１／
Ｋ）であり、非常に近い。冷却時も接合部に過大な応力
が発生することがないため、接着での接合が可能であ
る。モリブデン以外の低膨張率の金属では、熱伝導率が
低いため、第１の円筒８両端の温度差が大きくなり、フ
ィルタを冷却できなくなる（熱伝導率の例 インバー：
１１．６Ｗ／ｍＫ、コバール：１０Ｗ／ｍＫ）。モリブ
デンの熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫであり、第１の円筒８
両端の温度差は小さい。従って、上記の材料の組み合せ
にて接着による接合が可能となることにより、フィルタ
を固定するためのプレート及び固定用ねじが不要とな
り、第１の円筒８が軽量化され剛性を向上させることが
できる。

【００１８】

【発明の効果】第１の発明によれば、第２の内筒の先端
部のとほぼ同じ温度に冷却される第２の円筒を具備した
ので、第１の円筒を約８０〜１３０Ｋの低温に冷却する
必要はなくなり、約１３０〜１７０Ｋに冷却すれば十分
である。それにより本発明を用いた赤外線検出装置はク
ーラの冷却能力は従来よりも小さくてすみ、従来の赤外
線検出装置に比べて消費電力が少なくなると同時に小型
で質量を小さくできる。

【００１９】また、第２の発明によれば、第１の円筒の
内側の表面に放射率の低い膜を具備したので、第１の円
筒から放射される赤外光線が減少し、第２の円筒に熱と
して吸収されるエネルギが減少する。よって、約３０〜
８０Ｋの低温部での熱負荷は小さくなる。また、第１の
円筒の外側の表面に放射率の低い膜を具備したので、第
１の円筒にて吸収される赤外光線が減少し、熱として吸
収されるエネルギが減少する。よって、約８０〜１３０
Ｋの低温部での熱負荷は小さくなる。これらより本発明
を用いた赤外線検出装置はクーラの冷却能力は従来より
も小さくてすみ、従来の赤外線検出装置に比べて消費電
力が少なくなると同時に小型で質量を小さくできる。

【００２０】第３の発明によれば、第２の円筒の外側の
表面に放射率の低い膜を具備したので、第２の円筒にて
吸収される赤外光線が減少し、熱として吸収されるエネ
ルギが減少する。よって、約３０〜８０Ｋの低温部での
熱負荷は小さくなる。それにより本発明を用いた赤外線
検出装置はクーラの冷却能率は従来よりも小さくてす
み、従来の赤外線検出装置に比べて消費電力が少なくな
ると同時に小型で質量を小さくできる。また、第２の円
筒の内側の表面に放射率の高い膜を具備したので、デュ
ワ外部からの不要な赤外光線を吸収し反射を抑えること
ができるため、不要な赤外光線が赤外線検出素子に到達
しない。それにより本発明を用いた赤外線検出装置は、
高品質な赤外画像を得ることができる。

【００２１】また、第４の発明によれば、円盤と第１の
円筒の間にセラミック多層配線板を具備したので、第１
の円筒に内部端子配置用に穴加工等を施す必要が無くな
り、第１の円筒の剛性を向上させることができる。よっ
て、外部からの振動が加わった場合でも、第１の円筒の
開口のふれや他部品との干渉を引き起こしにくくなり、
赤外線検出装置の高画質化、信頼性を向上させることが
できる。

【００２２】第５の発明によれば、第１の円筒の材料に
モリブデンを、フィルタの材料にゲルマニウムを使用
し、両者を接着により接合したので、フィルタを固定す
るためのプレート及び固定用ねじが不要となり、第１の
円筒が軽量化され剛性を向上させることができる。よっ
て、外部からの振動が加わった場合でも、第１の円筒の
開口のふれや他部品との干渉を引き起こしにくくなり、
赤外線検出装置の高画質化、信頼性を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による赤外線検出装置の実施の形態
１を示す図である。

【図２】 この発明による赤外線検出装置の実施の形態
２を示す図である。

【図３】 この発明による赤外線検出装置の実施の形態
３を示す図である。

【図４】 この発明による赤外線検出装置の実施の形態
４を示す図である。

【図５】 この発明による赤外線検出装置の実施の形態
５を示す図である。

【図６】 従来の赤外線検出装置の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 台、２ 外筒、３ 窓、４ 第１の内筒、５ 第２
の内筒、６ 円盤、７赤外線検出素子、８ 第１の円
筒、９ フィルタ、１０ プレート、１１ 固定用ね
じ、１２ 排気管、１３ クーラの冷却棒、１４ 配
線、１５ 内部端子、１６ 外部端子、１７ デュワ、
１８ 放射率の高い膜、１９ 赤外光線、２０ 第２の
円筒、２１ 赤外光線、３０ 放射率の低い膜、３１
放射率の低い膜、３２ 赤外光線、３３ 放射率の低い
膜、３４ 放射率の高い膜、３５ 赤外光線、４０ セ
ラミック配線板、４１ ピン。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外光線を透過する窓、前記窓と端部で
   封止されて接合される外筒、前記外筒のもう一方の端部
   で封止されて接合される台、前記台の中央部の穴に端部
   で封止されて接合される第１の内筒、前記第１の内筒の
   もう一方の端部に封止されて接合される円盤及び前記円
   盤のもう一方の面に封止されて接合される第２の内筒と
   により構成された真空容器と、前記第２の内筒の先端部
   に設けられた赤外線検出素子と、前記円盤に取り付けら
   れ前記窓の側に開口を有しその開口部に、選択された波
   長のみを透過するフィルタを接合してなる第１の円筒
   と、前記赤外線検出素子上に取り付けられ、前記フィル
   タの側に開口を有する第２の円筒とを具備することを特
   徴とする赤外線検出装置。
2. 【請求項２】 前記第１の円筒の内側、及び外側の表面
   に放射率の低い膜を具備することを特徴とする請求項１
   記載の赤外線検出装置。
3. 【請求項３】 前記第２の円筒の外側の表面に放射率の
   低い膜を、内側の表面に放射率の高い膜を具備すること
   を特徴とする請求項１記載の赤外線検出装置。
4. 【請求項４】 前記円盤と前記第１の円筒の間にセラミ
   ック多層配線板を具備したことを特徴とする請求項１記
   載の赤外線検出装置。
5. 【請求項５】 前記第１の円筒の材料にモリブデンを、
   前記フィルタの材料にゲルマニウムを使用することを特
   徴とする請求項１記載の赤外線検出装置。