DD218454A1 - Gesichtsfeldblende fuer gekuehlte infrarotdetektoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gesichtsfeldblende fuer gekuehlte Infrarotdetektoren in Pyro- oder Spektrometern. Ziel der Erfindung ist es, die Messgenauigkeit der gekuehlten Infrarotdetektoren zu erhoehen. Aufgabe der Erfindung ist es, die Stoerstrahlung von einem gekuehlten Infrarotdetektor fernzuhalten und dadurch eine scharfe optische Abbildung zu erzielen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass bei einer Gesichtsfeldblende mit zwei Blenden die Blenden nach aussen, z. B. kegelfoermig oder zylindrisch, gewoelbt und wenigstens die Innenflaechen der inneren Blende mit einer Schwarzschicht ueberzogen sind.

Description

Gesichtsfeldblende für gekühlte Infrarotdetektoren Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Gesichtsfeldblende fur gekühlte Infrarotdetektoren in Pyro- oder Spektrometer^

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Hochempfindliche Infrarotdetektoren werden in Kryostate eingebaut und mit verflüssigten Gasen auf Temperaturen weit unterhalb der Raumtemperatur, z. B. 77 K, abgekühlt. Aus Gründen einer guten Warmeisolation muß der Kryostat innen vollständig verspiegelt sein. Die Verspiegelung wirkt sich aber nachteilig auf die scharfe Abgrenzung der Meßstrahlung von der Störstrahlung aus. Die Meßergebnisse von Pyrometern und Infrarotbildgeraten mit gekühlten Detektoren können mit Fehlern weit über 100 % behaftet sein, wenn auf einer ungleichmäßigen warmen Objektoberfläche die Temperatur der kühleren Teilflachen gemessen werden soll. Die Meßstrahlung wird bei nicht scharfer Abbildung durch die energiereichere Störstrahlung überlagert, so daß es zu einer stark fehlerhaften Anzeige kommt.

Es ist bereits seit längerer Zeit bekannt, die Störstrahlung durch den Einbau einer ebenen Gesichtsfeldblende und eines Spektralfilters zwischen Detektor und Blende zu verringern (s. z. B. Williams, D. B.: Infrared Physics 5 /1969/ 57 pp).

Die Schwierigkeiten beim praktischen Umgang mit Infrarotdetektoren wurden bereits geschildert, Hudson, P. W. (Infrared

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System Engineering, Wiley, New York, 1969» S. 330 bzw. 347) zieht die Schlußfolgerung, nicht die vom Hersteller angegebene Detektorflache, sondern die infolge des Einfalls der Störstrahlung scheinbar größere Detektorflache durch aufwendige Verfahren meßtechnisch zu ermitteln und bei der Korrektur der Meßergebnisse zu berücksichtigen.

Trotz dieses bekannten Sachverhalts hat sich die ebene Blende bis zum heutigen Tag in der Produktion renommierter Firmen gehalten (s. z. B. Prospekt der Pa. Santa Babara Research Genter, California, USA, von 1979).

Willardson, R. K. beschreibt eine weitere Losung zur Reduzierung der Störstrahlung. Es handelt sich um den Einbau einer aus mehreren-gekühlten Filtern bestehenden Kombination zwischen zwei ebenen gekühlten Blenden. (Semiconductors and . Semimetals, Vol. 5, Infrared Detektors, Academik Press, New York, 1970, S, 69) Die Filter absorbieren Strahlung, also auch einen Teil der Störstrahlung, mit Wellenlangen außerhalb des Meßbereichs. Die Kombination ist fur Spektrometer, für Pyrometer aber nicht in ausreichendem Maße geeignet. Der Aufwand ist hoch.

Ziel der Erfindung '

Ziel der Erfindung ist es, die Meßgenauigkeit der gekühlten Infrarotdetektoren zu erhohen.

Darlegung des Wesens der Erfindung ^

Aufgabe der· Erfindung ist es, die Störstrahlung von einem gekühlten Infrarotdetektor fernzuhalten und dadurch eine scharfe optische Abbildung zu erzielen.

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß bei einer Gesichtsfeldblende mit zwei Blenden die Blenden nach

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außen, ζ. Β. kegelförmig oder zylindrisch, gewölbt und wenigstens die Innenflachen der inneren Blende mit einer Schwarzschicht überzogen sind. .

•Durch die gewölbten Blenden und ihre Oberf!ionenbeschichtung wird verhindert, daß die aus der Mehrfachreflexion stammende Störstrahlung, die die auszumessende Objektstrahlung bisher in Undefiniertem Maße vergrößert'hat, auf die empfindliche Flache des Detektors gelangen kann. ·

Ss genügt, wenn die innere Blende ausreichend gekühlt ist, (~~"' d.-h. aus gut warmeleitfahigem Material besteht und eine warmeleitfahige Verbindung zum Kuhlmitt elbehalt er hat. Für die äußere Blende sollte vorzugsweise schlecht warmeleitfahiges Material eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiel

In den Zeichnungen zeigen ,

Fig. 1 einen Querschnitt durch den unteren Teil eines Kryostat en mit erfindungsgemaß ausgebildeter Gesichtsfeldblende und

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine zweite Variante einer erfindungsgemaß ausgebildeten Gesichtsfeldblende.

Der Kryostat besteht aus einem Kuhlmittelbehalter 1 und einem äußeren Behalter 2, der den KÜnlmittelbehalter umschließt. Beide Behalter sind aus Glas gefertigt und vor der weiteren Montage zu einem Gefäß miteinander verschmolzen. Der KÜhlmittelbehalter ist mit flüssigem Stickstoff 3 gefüllt. In ^Tm ragt eine Tasche 4 hinein, die mit einem Sorptionsmittel zur Bindung der Restgase gefüllt ist. Der Infrarotdetektor 5 mit seiner empfindlichen Flache 7 ist -zusammen mit den Anschluß-' leitungen 6 auf dem Keramiksubstrat 14 montiert. Die Gesichtsfeldblende setzt sich aus zwei kegelförmig nach außen gewölbten

in j λ η π ... A (Λ Λ Q Ql

Blenden 18 und 19 zusammen. Die innere Blende 18 besteht aus Kupfer und ist mit einem warmeleitfahigen Kleber 15 auf dem .Keramiksubstrat 14 befestigt. Das Fenster 8 ist mit dem Kleber 10 auf dem äußeren Behalter gegenüber dem Detektor aufgeklebt. Die .Zuleitungen zum Detektor sind durch eine Kapillare 9» die an eine Öffnung im äußeren Behalter angeschmolzen ist (nicht dargestellt), gefuhrt. Die äußere Blende 19 besteht aus hochlegiertem Chromstahl mit schlechter Wärmeleitfähigkeit. Die äußeren Mantel- und Stirnflächen der Blenden 18 und 19 besitzen einen geringen Emissionsgrad fur Warmestrahlung mit Wellenlangen größer 1 um. Sie sind verspiegelt, ζ. Β. mit Aluminium oder Gold bedampft und poliert. Die inneren Piachen der Blenden 18 und 19 sind mit einer Schwärζschicht, d. h, einer Schicht mit einem hohen Emissionsgrad überzogen

Die Öffnungen 20 und 21 der Blenden 18 und 19 sind aufeinander und auf den Abstand zwischen ihnen und zum Detektor abgestimmt.

Der notwendige Kegelwinkel 2 , der die Heigung der Freiflächen der äußeren und inneren Blende 18 und 19 angibt, wird durch den freien Durchmesser D des Fensters 8, dem Durchmes- , sei· d der empfindlichen Flache 7, dem Durchmesser B der Öffnung 21 sowie dem Abstand b zwischen empfindlicher Flache 7 und,der dem Detektor zugewandten Rückseite des Fensters 8

bestimmt. Es gilt: .

, DB Bd '··.-

2 2 2 2

.—. + arctan —— '

a - b 2a

2et< 180°- arctan — + arctan

In einer zweiten Variante ist die äußere Blende zu einem Blendenrohr Hgewolbtn. Mit einer solchen Gesichtsfeidblende ist es möglich, das Auftreffen der Störstrahlung nicht nur nach einfacher, sondern auch nach mehrfacher Fensterruckreflexion auf der empfindlichen Detektorflache zu vermeiden, " Die Frontflache muß allerdings klein gehalten werden und der Kegelwinkel ist beizubehalten. Die äußere Blende sollte aus sehr schlecht wärmeleitendem Material bestehen, z. 3.' Glas.

Claims (2)

- 5 -Erfindungsanspruch . .

1, Gesichtsfeldblen.de für gekühlte Infrarotdetektoren mit zwei Blenden, die im Strahlengang der Infrarotstrahlung vor dem Detektor angeordnet, der Detektorgeometrie angepaßt und auf der Außenflache verspiegelt sind, gekennzeichnet dadurch, daß die Blenden nach außen, z. B. kegelförmig oder zylindrisch, gewölbt und wenigstens die Innenflachen der inneren Blende mit einer Schwarzschicht überzogen sind«

2, Gesichtsfeldblende nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die äußere Blende aus einem schlecht wärmeleitenden '

C... Material besteht.

Hierzu JSLSeiten Zeichnungen

-SJIiL 1983*101334