DE3610784C1 - Dewar-Detektoranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dewar-Detektoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dewar-Detektoranordnungen, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, sind seit einigen Jahren bekannt. Diese bekannten Ausgestaltungen weisen modulare Metall- und Glaskonstruktionen auf und enthalten eine vakuummetallisierte Dewar-Anordnung aus Glas, die üblicherweise als "Kältefinger" bezeichnet wird, eine glas/metall-abgedichtete Durchführung mit radial ausgerichteten Kontakten, ein mit Indium abgedichtetes Dewar-Fenster, eine austauschbare Evakuierungsröhre und ein reaktivierbares Gettersystem.

Aus der DE-OS 27 30 495 ist eine Dewar-Detektoranordnung bekannt, die eine Kältefingeranordnung mit einer Käl­ terfingerröhre aufweist, und an einem Ende abgeschlossen ist. Weiter weist die Kältefingeranordnung ein Kälte­ fingergehäuse auf, das sich einen wesentlichen Teil der Lange der Kältefingerröhre koaxial zu dieser erstreckt. An dem von dem abgeschlossenen Ende der Kältefingerröhre abgewandten Ende weist die Kältefingeranordnung ein Bo­ denstück auf. Das Kältefingergehäuse und die Kältefin­ gerröhre begrenzen einen evakuierten Bereich. An dem abgeschlossenen Ende der Kältefingerröhre ist ein De­ tektorfeld angeordnet. Über eine ringförmige Durchfüh­ rungsvorrichtung, die abgedichtet an dem Kältefingerge­ häuse zwischen einem Bereich hohen Vakuums und einem Bereich mit dem Umgebungsdruck montiert ist und eine Mehrzahl von Leitungsdurchführungen aufweist, die sich zwischen beiderseitigen Kontakten erstrecken, wird die elektrische Verbindung zwischen dem Detektorfeld im evakuierten Bereich und dem Normaldruckbereich herge­ stellt. Ober einen Verbindungssteckerring mit einer Mehrzahl von darauf montierten Kontaktstiften wird die elektrische Verbindung zu dem Gesamtsystem hergestellt. Über eine Mehrzahl von elektrischen Leitungen in Form von einem im Vakuum aufgedampften Leitungsmuster, bei­ spielsweise aus Gold, wird die Verbindung zwischen den Anschlüssen des Detektorfeldes und den Kontaktelementen auf der Vakuumseite der Durchführungsvorrichtung herge­ stellt.

Das abgeschlossene Ende der Kältefingerröhre umfaßt ein Fenster, das quer zur Achse der Kältefingeranordnung dem Detektorfeld gegenüberliegend, jedoch in Abstand davon, angeordnet ist.

Der Kältefinger aus Glas kann als das Herz der Dewar-De­ tektoranordnung betrachtet werden. Er ist ein zylin­ drisches, hohles Glasteil, das an einem Ende geschlossen ist, und die Infrarotdetektoranordnung trägt und zur Kühlung und thermischen Isolation des Detektors dient. Der Infrarotdetektor umfaßt ein Feld von einzelnen In­ frarotdetektorelementen. Die optische Beaufschlagung des Detektorfeldes wird gewöhnlich mittels eines oder meh­ rerer Abtastspiegel durchgeführt.

Es ist offensichtlich, daß eine derartige Anordnung ein extrem zerbrechliches Bauteil ist, das sehr schwierig herzustellen ist und dessen Herstellung hohe Kosten ver­ ursacht, insbesondere wegen der für austauschbare oder ersetzbare Bauelemente notwendigen Fertigungsgenauig­ keit. Desweiteren macht es die Struktur der Durchfüh­ rung und der Aufbau zum Kontaktieren des Goldleitermu­ sters auf der äußeren Wand des Kältefingers schwierig zuverlässige Kontakte zu schaffen. Die Schaltkreisver­ bindungen werden mittels eines Musters von sehr vielen bandar­ tigen Leitern gemacht, die durch Thermokompression mit den Leitern des Kältefingers verbunden sind. Schlauch­ artige Glas-Epoxy-Durchführungen, die Kontaktstifte ent­ halten, sind einzeln mit den Kontaktbereichen des Lei­ termusters verlötet. Diese sind wiederum einzeln mit vier flexiblen Flachbandkabeln verlötet, die die Signale vier Quadranten der herkömmlichen Modulsteckverbindung zuführen. Wieder werden die Verbindungen zwischen den Enden der Flachbandkabel und den Kontaktstiften der herkömmlichen Modulsteckverbindung einzeln verlötet.

Diese beträchtliche Anzahl von Lötverbindungen in den Signalleitungen des herkömmlichen Modulschaltkreises und der strukturelle Aufbau des Kältefingers, auf dem die Signalpfade von dem Detektor als sehr feine sich über die äußere Oberfläche des Zylindrisches Kältefingers erstreckende Goldlinien ausgebildet sind, haben zu gewissen Problemen bezüglich der Herstellung, der Herstellungskosten bei der Zuverlässigkeit und bei der Wartung geführt. Verbesserungen im Design und die Verwendung anderer Fabrikationstechniken könnten zur Losung einiger dieser genannten Probleme führen. Beispielsweise sind Techniken bekannt, durch die elektrische Verbindungen ohne die Notwendigkeit des Lötens hergestellt werden. Eine derartige Technik ist aus der US-PS 4 125 310 bekannt. Diese Patentschrift offenbart Anschlüsse für Kontakte auf gedruckten Schaltungen die eine Mehrzahl von Kupferknöpfen aufweisen, die mit einer dünnen Goldschicht überzogen sind. Eine Mehrzahl dieser auf einem Wafer montierten Kontakte einem entsprechenden Muster von Schaltkreiskontakten gegenüberliegend, wird mit diesen Zusammengeführt und so stark zusammengedrückt, daß die Goldschicht fließfähig wird und eine feste physikalische Verbindung zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen herstellt, die wiederum eine zuverlässige elektrische Verbindung darstellen. Eine solche Anordnung eignet sich zum Trennen und Lösen der Kontaktfelder, wodurch sie für die Verwendung in dem neuen Standardbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist, das zu Reparaturzwecken und/oder zum Austausch von defekten Komponenten zerlegbar ist.

Aus der US-PS 3 732 421 ist eine Kältefingeranordnung aus Metall bekannt, die sicherlich nicht so zerbrechlich ist wie eine Kältefingeranordnung aus Glas. Allerdings handelt es sich bei der aus der Druckschrift bekannten Vorrichtung um eine Detektorvorrichtung für Satelliten, bei der Wartungsfreundlichkeit und Austauschbarkeit von einzelnen Bauteilen keine solle spielt, da Satelliten kaum gewartet werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Dewar-Detektoranordnung gemäß der aus der DE-OS 27 30 495 bekannten Gattung zu schaffen, die als Standartbauteil mit geringen Kosten leicht herzustellen ist und eine vereinfachte Wartung ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Die Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine robuste Dewar-Anordnung aus Metall und einen Aufbau der elektrischen Verbindungen, durch den sowohl die Zahl der Schaltkreisverbindungen reduziert wird und sämtliche Handlötvorgänge vermieden werden. Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch Einfachheit, Haltbarkeit und einen vereinfachten Herstellungsprozeß aus und führt zu einen wesentlich verbesserten Aufbau. Das Standardbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert die Zahl der Einzelteile und die Herstellungsschritte im Vergleich zu den bekannten Anordnungen um 1/3 und die Stückkosten werden ebenfalls wesentlich reduziert.

In einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der Dewar-Zylinder, ein dreiteiliger Kältefinger aus Metall, aus einer Plattform, einem Zylinder, die mittels Hartlötung miteinander verbunden sind, um einen Teil des Kältefingers zu bilden. Der Kältefinger ist in eine Stützwand bzw. Trägerplatte eingepaßt und mit dieser mittels Laserlicht verschweißt. Durch die Verwendung eines Dewar-Zylinders aus Metall ergeben sich mehrere Vorteile. Kältefinger aus Glas sind äußerst zerbrechlich und können leicht während des Zusammenbaus beschädigt werden, während Kältefinger aus Metall bei normaler Handhabung praktisch unzerstörbar sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß problematische Glas/Metall-Abdichtung vermieden wird; statt dessen sorgt eine Laserschweißnaht für die Dauerhaftigkeit des Vakuums. Zusätzlich weist das Detektorfeld des erfindungsgemäßen Standardbauteils eine höhere Kühlleistung als die Bauteile nach dem Stand der Technik auf. Dies wird durch Verwendung von zwei unterschiedlichen Metallegierungen erreicht, wobei das Metall, aus dem die Plattform gebildet ist, ein Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit ist, um die Wärmezufuhr zu dem Detektor zu ermöglichen, während ein Metall mit niedriger thermischer Leitfähigkeit für die Zylinderwände verwendet wird, um die Zuführung von Wärme von außen zu verhindern.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden innerhalb des Vakuumbereichs des Dewars eine Mehrzahl von Flachbandkabeln verwendet, die das auf einem Glas-Dewar aufgedampfte metallische Leitermuster ersetzen, wodurch eine Vielzahl von Problemen und Nachteilen der bisherigen Konstruktion vermieden werden und gleichzeitig die Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Standardbauteils verbessert werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine ringförmige Vakuum-Durchführung verwendet, durch die die einzelnen Signale aus dem Hochvakuumbereich innerhalb des Dewars zu der auf Umgebungsdruck befindlichen Seite geführt werden, auf der die Schaltkreisverbindungen zu den Kontaktstiften des Modulsteckers weitergeführt werden.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Inhalt.

Der Gesamtaufbau des erfindungsgemäßen Standardbauteils umfaßt eine Anzahl struktureller Merkmale, die zu einem Bauteil führen, das eine erheblich verbesserte Dewar-Detektoranordnung darstellt. Diese Merkmale führen nicht nur dazu, daß die Anforderungen bei den einzelnen Herstellungsschritten zur Herstellung der verschiedenen Komponenten aus denen die Einheit aufgebaut ist, herabgesetzt werden können - insbesondere da das schwierige Verfahren des Herstellens der feinlinigen Leiter auf dem Kältefinger aus Glas vermieden wird - sondern die Ausbildung der Erfindung führt auch zu einer Reduzierung von Vibrationen und anderen mikrofonischen Störeinflüssen auf den Detektor, zu einer Reduzierung der von dem Kältegerät zu bewältigenden Wärmemenge und zu einer Verbesserung der Leistung und Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Einheit.

Eine wesentliche Verbesserung der Leistungsdaten des Detektorfeldes ist auf die neue Art und Weise der Anordnung des Feldes auf dem Ende des Kältefingers zurückzuführen. Die Plattform, die zwischen dem Detektor und der Endkappe des Kältefingers angeordnet ist, sorgt für eine verbesserte Kühlung des Detektorfeldes während gleichzeitig durch die vibrationsisolierende Montage des Kältefingers auf der Basisplatte des Standardbauteils durch den Detektor erzeugtes mikrofonisches Rauschen wesentlich reduziert wird. Die Detektorplattform, auf der der Detektor montiert ist, besteht aus Beryllium und ihre erweiterte Kontaktfläche mit der herausragenden ebenen Fläche am Ende des Kältefingers sorgt für eine verbesserte thermische Leitfähigkeit und damit für eine Ableitung der an dem Detektorfeld erzeugten Wärme, wenn der Detektor im Betrieb vorgespannt bzw. mit einer Vorspannung versorgt wird. Die erfindungsgemäße Anordnung verbessert die thermische Leitfähigkeit im Vergleich zu den bisher verwendeten Kältefingern aus Glas, da Glas ein schlechter Wärmeieiter ist, und führt zu einer merklichen Verringerung der Betriebstemperatur des Detektors, wodurch dessen Empfindlichkeit erhöht wird.

Des weiteren kann die Detektorplattform als Brückenkonstruktion angesehen werden, die durch die ebenen Oberflächen der vier Säulensegmente am Ende des Kältefingers getragen wird, die für eine weitere Isolierung des Detektorfeldes gegenüber vom Kältefinger übertragenen Vibrationen dient. Da die brückenähnliche Detektorplattform am Rande der ebenen Endkappe gestützt wird, ist der Detektor gegenüber dem "Trommelfelleffekt" in der Mitte der Kappe isoliert. Wegen des Signal/Rauschen-Verhältnisses ist es extrem wichtig, das Detektorfeld gegenüber allen Vibrationen im interessierenden Frequenzbereich soweit wie irgendwie möglich zu isolieren. Das Detektorfeld ist nicht nur ein optischer Übertrager sondern auch ein Piezoübertrager. Jegliches Biegen der Detektorelemente, beispielsweise durch Vibrationen, erzeugt eine entsprechende Änderung der Signalausgabe als hätte sich die einfallende Strahlung geändert. Das Berylliummaterial der brückenförmigen Detektorplattform hat einen Elastizitätsmodul, der sechsmal so groß ist wie der von Glas. Die brückenähnliche Detektorplattform aus Beryllium ist daher ein wesentlich besserer Träger für das Detektorfeld, als der Kältefinger aus Glas gemäß dem Stand der Technik. Zusätzlich werden durch die Art und Weise der Montage auf der Basisplatte die von dem angeschlossenen Kälteaggregat auf dem Kältefinger übertragenen Vibrationen wesentlich verringert. Das Signal/Rauschen-Verhältnis für das Detektorfeld in einem Dewar gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch die vibrationsisolierenden Montageanordnungen, wie sie bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung verwendet werden, erheblich verbessert.

Die Kombination der feinadrigen Flachbandkabel, der Durchführungen aus Keramik und die Indiumtropfenkontakte bewirken ebenfalls eine verbesserte Funktion des Detektors, ebenso eine erhöhte Zuverlässigkeit, eine vereinfachte Herstellung und eine vereinfachte Wartung. Die einzelnen Leiter in den Kabeln sorgen für eine gute elektrische Leitfähigkeit, jedoch für eine schlechte thermische Leitfähigkeit, wodurch die thermische Isolierung des Detektors verbessert und die von dem Kälteaggregat zu bewältigende Wärmemenge verringert wird. Die erfindungsgemäße Art und Weise der Verbindung der Signalleitungen reduziert die Anzahl der Verbindungen um mehr als 50% im Vergleich zu dem Detektor gemäß dem Stand der Technik. Die Schaltkreiszuverlässigkeit wird nicht nur durch die Reduzierung der Zahl der einzelnen elektrischen Verbindungen reduziert, sondern auch durch die Anwendung der Indiumtropfenkontakte.

Diese Anordnung ermöglicht in vorteilhafter Weise ein einfaches Ersetzen des Detektorfeldes, einfach indem das Bauteil auseinandergebaut, die Plattform, der Detektor und die daran befestigten Flachbandkabel entfernt und eine neue Detektoranordnung, falls nötig mit entsprechenden Modifikationen des Vorspannungswiderstands, installiert wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Infrarotdetektors in einem Dewar-Gehäuse gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Dewar-Detektoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 eine Explosionszeichnung eines Kältefingers, wie er in dem Fig. 2 gezeigten Bauteil verwendet wird.

Fig. 4 eine Explosionszeichnung zur Darstellung der Montageweise des Detektorfeldes und der Flachbandkabel auf dem Kältefinger,

Fig. 5 eine ebene Darstellung der Leitungsanschlüsse eines Flachbandkabels zur Herstellung der Verbindungen mit dem Detektor,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Teils der erfindungsgemäßen Dewar-Detektoranordnung mit dem Detektorfeld, dem Kältefinger, dem Kopfteil und den verbindenden Leiterschaltkreisen,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung, teilweise aufgebrochen, eines Teils der Anordnung gemäß Fig. 2, wobei die Teile gemäß Fig. 6 auf eine untere Stützwand montiert sind und mit einer Fensterausnehmung über den Detektorfeld, und

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung der Verbindungsanordnung mit montierten Schaltkreiskomponenten zum Einpassen von oben in das in Fig. 7 gezeigte Teil.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Dewar-Detektoranordnung 10 mit einem Dewar 12, der einen in einem äußeren Gehäuse 16 montierten Kältefinger 14 aufweist. Während der Endphase der Herstellung wird der Raum zwischen dem Kältefinger 14 und dem Gehäuse 50 über eine Röhre 18 evakuiert, die dann verschmolzen wird, und einer oder mehrere Getter 20 werden aktiviert, um den Evakuierungsprozeß zu vervollständigen. Das Gehäuse 50 aus einer Nickel-/Eisen-Legierung wird durch ein für Infrarotstrahlung transparentes Fenster 22 abgeschlossen, und ist mit einem Indiumvorpreßling mit dem Gehäuse 50 verlötet. Das Fenster 22 besteht aus Germanium und weist durch eine Antireflexbeschichtung eine Bandpaßcharakteristik im Spektralbereich zwischen 7,5 und 12,0 µm auf.

Der Kältefinger 14 ist aus einem hohlen Glaszylinder hergestellt der an dem oberen Ende abgeschlossen ist, so daß eine Plattform 24 für den Infrarotdetektor 26 bereitgestellt wird. Der Kältefinger 14 ist mit einer Schicht von 220 Leitern beschichtet, von denen drei Leiter 28 dargestellt sind. Diese Leitungen werden mit entsprechenden Elementen des Detektors 26 verbunden und erstrecken sich über die Plattform, die Kante und die äußere Zylinderfläche 30 des Kältefingers 14 nach unten. Eine nicht dargestellte Durchführung ist als ein 0,005 cm dickes Muster aus einer Nickel-/Eisen-Legierung überzogen mit einer Goldschicht ausgebildet, das zwischen zwei Anschlüssen aus der Nickel-/Eisen-Legierung in Glas eingeschmolzen ist. Es erstreckt sich über den Kältefinger 14 und wird durch einen Flansch an der Basis des Kältefingers 14 eingepaßt, wo die 220 bandartigen Leitungen durch Thermokompressionsbonden mit den Leitern 28 des Kältefingers verbunden werden. Um das zerbrechliche äußere Durchführungsmuster zu stützen werden schlauchförmige Glas-/Epoxy-Durchführungshalter 32, die eine Mehrzahl von Kontaktstiften enthalten, einzeln mit den Kontaktstellen bzw. Ösen des Musters verlötet. Die Durchführungshalter 32 werden wiederum durch eine Metallklammer 34 gehalten. Vier flexible Flachbandkabel 36, die wiederum einzeln mit den Durchführungshaltestiften verlötet sind, führen die Signale zu vier elektrischen Steckverbindungen 38, die zusammen die den Dewar 12 umgebende Modulsteckverbindung bilden. An den Spitzen der Kabel 36 bei dem Durchführungshalter 32 sind Plastikfolien aufgebondet, um Eigenspannungen infolge von Erwärmung von den Lötverbindungen zu beseitigen.

Die Detektoranordnung 26 umfaßt das Detektorfeldsubstrat und ein zugeordnetes Siliziumkälteschild und ist auf der Plattform 24 des Kältefingers aufgeklebt. Ein Metallschutzschild 42, ist an der Kältefingerplattform 24 verklebt, um die Detektorfunktion zu verbessern. Der Dewar umfaßt auch ein Paar nicht dargestellter temperaturempfindlicher Siliziumdioden, die mit einem leitenden Epoxyharz mit der Kältefingerplattform 24 verbunden sind. Jedes Segment der elektrischen Steckverbindung 38 enthält eine Mehrzahl von Kontaktstiften 44, an die die Leiter der Flachbandkabel 36 von unten angelötet sind. Jedes Segment der elektrischen Steckverbindung 38 ist mittels Schrauben 46 auf einen Rahmen montiert. Die gesamte Anordnung ist auf einer Basisplatte 48 mit einem Gehäuse 50 montiert. Die Dewar-Detektoranordnung 10 kann dann mittels sich durch die Schraubenschlitze 52 in der Basisplatte 48 erstreckende Bolzen auf ein zugeordnetes Kryoaggregat montiert werden.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Dewar-Detektoranordnung 100, die von den äußeren Abmessungen her der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik aus Fig. 1 entspricht. Die Fig. 3 bis 8 zeigen verschiedene Teile und Teilanordnungen der Dewar-De­ tektoranordnung 100. Ein Dewar 102 des Bauteiles 100 weist eine Kältefingeranordnung 104, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, mit einer Kältefingerröhre 106, die innerhalb eines Kältefingergehäuses 108 montiert ist, auf. Die Kältefingerröhre 106 ist aus Titan gefertigt und gewährleisten wegen ihrer dünnwandigen Ausführung eine verbesserte thermische Isolation des zugeordneten Detektorfeldes und auch eine verlängerte Haltbarkeit als der Kältefinger aus Glas, wie er bei den Bauteilen gemäß dem Stand der Technik verwendet wird. Ein Ring 110 und eine Endkappe 112 sind auf einem Ende der Kältefingerröhre 106 montiert. Das Kältefingergehäuse 108 weist vier umfangsseitig gleichmäßig verteilt angeordnete Fenster 114 auf und ist an seinem Bodenstück 116 mit einem Gewinde versehen. Die Fenster 114 ermöglichen den Durchtritt der Kabel von dem Detektorfeld am oberen Ende des Kältefingers zu dem Kältefingergehäuse 108.

Die Art und Weise, wie der Detektor und die Flachbandkabel montiert sind, wird am besten in den Fig. 4 und 6 dargestellt. Die Kabel 120 sind in der in Fig. 4 gezeigten Weise geformt. Jedes der Kabel 120 besteht aus einem Kabelpaar 122, 124 die jeweils 55 einzelne Leitungen beinhalten. Diese Kabel 122 und 124 sind dünne geätzte Leiterbahnen aus einer vorgerollten Folie, die stärker und dauerhafter als aufgedampfte oder beschichtete Leitungen sind. Die Kabel ersetzen die vakuummetallisierten mit Laser ausgebildeten Leiter 28 auf den Kältefinger aus Glas gemäß dem Stand der Technik, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Die Kabel 122 und 124 sind aus Stabilitätsgründen zu einem Kabelpaar 120 zusammengefaßt. Jedes der einzelnen Kabel, wie z. B. das Kabel 122, endet auf der inneren Seite in einer Ausnehmung 126, in der die Isolierung entfernt ist um den Zugriff zu den einzelnen Leitungen 132 des Kabels zu ermöglichen. Jedes der Kabel 122 umfaßt eine doppelte Schicht von isolierten Leitern und ist an dem anderen Ende durch eine Mehrzahl von Anschlußkontakten 128 abgeschlossen. Das äußere Ende des Kabels ist gesteppt bzw. aufgeweitet, um den Zugriff zu allen Anschlußkontakten 128 in beiden Schichten des Kabels zu ermöglichen und ist auch mit einen Paar von Positionierungslöchern 130 versehen.

Details der Anschlußausbildung des Kabels 122 am äußeren. Ende sind in Fig. 5 dargestellt. Jeder einzelne Leiter 132 des Kabels 122 ist mit einem Anschlußkontakt 128 mit einen Indiumtropfen versehen, durch die in einer nachfolgend beschriebenen Art und Weise ein Kontakt mit Kontaktelementen in einer zugeordneten Durchführungsvorrichtung hergestellt wird. Die Anschlußkontakte 128 können auch mit einen Goldtropfen versehen sein, der in gleicher Weise wie ein Indiumtropfen verwendet werden kann.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Kabel 120 sich von einer Position auf der Oberseite der Endkappe 112 durch einzelne Schlitze 136 zwischen erhöhten Säulensegmenten 113 abwärts entlang der Kältefingerröhre 106 innerhalb des Kältefingergehäuses 108 und aus den zugeordneten Fenstern 114 in der in Fig. 6 gezeigten Art und Weise erstrecken. Eine Detektorplattform 140 mit den Ausnehmungen 126 der Kabel 120 entsprechend angeordneten Öffnungen 142 ist auf die hervorstehenden Säulensegmente 113 der Endkappe 112 montiert, wodurch der Mittelteil der Kabel 120 überbrückt wird. Die Detektorplattform 140 ist mit einer länglichen mittigen Aussparung 144 versehen, in der eine Detektoranordnung 146 durch Kleben montiert ist. Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, wird ein Kälteschild 148 mit einer länglichen, entsprechend der Detektoranordnung 146 ausgerichteten Öffnung 150 als Abschlußkappe über der Detektoranordnung montiert und mit der Detektorplattform 140 verbunden. Die Detektoranordnung 146 weist ein Detektorfeld 152, ein Siliziumkälteschild 154 und eine Siliziumstreulichtblende 156 auf. Das Kälteschild und die Blende sind für Infrarotstrahlung in einem Bereich, auf den das Detektorfeld 152 anspricht, durchsichtig.

Mittels einer Vakuum-Durchführungsvorrichtung 160 werden die elektrischen Anschlüsse der Dewar-Detektoranordnung von der Vakuumseite auf die Umgebungsdruckseite geführt.

Die Durchführungsvorrichtung 160 ist auf einen in Fig. 3 gezeigten Ring 171 der Kältefingeranordnung 104 in der in Fig. 6 gezeigten Art und Weise montiert. Eine Steckerummantelung 172 wird über der Durchführungsvorrichtung 160 montiert und weist Ausstülpungen 174 mit Schraublöchern zur Aufnahme von Montageschrauben 176 (Fig. 2) zur Halterung des Verbindungssteckerrings 168 auf. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, werden die Kabel 122 durch die Fenster 114 geführt und erstrecken sich dann aufwärts entlang der Außenseite des Gehäuses 108 des Kältefingers, um die Verbindung mit den Kontaktelementen an der Unterseite der Verteilerplatte 164 aus Keramik durch Ausnehmungen in der Verteilerplatte hindurch herzustellen. Sie werden durch Halterungen 180 gegen Kontaktelemente an der Vakuumseite der Durchführungsvorrichtung 160 gedrückt. Die Halterungen 180, jeweils eine für ein Kabel, sind an der Vakuumseite der Durchführungsvorrichtung 160 angebracht.

Aus Fig. 6 ist zu ersehen, daß die Verbindungen zu der Detektoranordnung 146 durch direktes Verdrahten der Anschlüsse 181 des Detektorfeldes zu den freigelegten Leitungen des Kabels 120 in den Ausnehmungen 126 (siehe Fig. 4) über die länglichen Öffnungen 142 der Detektorplattform 140 erfolgt.

Fig. 7 zeigt das Teil aus Fig. 6 montiert auf einer Bodenplatte 190 mit einer Ummantelung 192 aus Metall, die teilweise aufgebrochen dargestellt ist. Eine Getteranordnung 194 und eine Evakuierungsröhre 196 sind auf der Bodenplatte 190 montiert. Der Raum zwischen der Bodenplatte 190 und der Durchführungsvorrichtung 160 aus Keramik, der von der Metallummantelung 192 umgeben ist wird evakuiert und auf dem hohen Vakuum des Dewars 102 gehalten. Die Ummantelung 192 dient sowohl als Vakuumwand als auch zum Abschirmen von elektromagnetischen Störungen von den Signalleitungen. Ein Fenster 200, ähnlich dem gemäß dem Bauteil des Standes der Technik nach Fig. 1, ist, wie ins Fig. 7 dargestellt, auf eine Fensterkappe 202 montiert. Die, Fensterkappe 202 ist ein zylindrischer Ring der auf einen oberen Montagering 204 der Kältefingeranordnung 104 aufsitzt (siehe Fig. 3).

Fig. 8 zeigt Details des Verbindungssteckerrings 168 der auf der Unterseite mit Widerstandsplatten 210 versehen ist, die eine Vorspannungsvorrichtung 212 bilden. Die Kontakt- bzw. Anschlußstifte 166 des Verbindungssteckerrings 168 erstrecken sich vollständig durch den Ring oder das Basisteil und die Widerstandsplatten 210 sind auf den sich von der Unterseite erstreckenden Kontaktstiften 166 montiert. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, stellen die sich von der Unterseite des Verbindungssteckerrings erstreckenden Kontaktstifte 166 den Kontakt zu der Durchführungsvorrichtung 160 her.

Der Verbindungssteckerring 168 wird durch die sich durch Löcher 122 erstreckenden Montageschrauben 176 auf den Vorsprüngen 174 der Steckerummantelung 172 in Position gehalten, wodurch der nach unten gerichtete Druck der Verbindungssteckerringanordnung aufrechterhalten wird.

Claims (20)

1. Dewar-Detektoranordnung zur Verwendung in Infrarot­ bildgeräten, die aufweist:

• 1. eine Kältefingeranordnung (104) aus Metall mit
  • 1.1 einer Kältefingerröhre (106), die an einem Ende mit einer separaten Endkappe (112) abgeschlossen ist,
  • 1.2 einem Kältefingergehäuse (108, 202), das sich einen wesentlichen Teil der Lange der Kältefin­ gerröhre (106) koaxial zu dieser erstreckt, und
  • 1.3 einem Bodenstück (116) an dem von der Endkappe (112) abgewandten Ende,
• 2. eine auf der separaten Endkappe (112) montierte Detektorplattform (140),
• 3. ein auf der Detektorplattform montiertes Detek­ torfeld (152) zum Empfang einfallender Strahlung und zum Umwandeln in entsprechende elektrische Signale,
• 4. eine ringförmige Vakuum-Durchführungsvorrich­ tung (160) für elektrische Leitungen zwischen einem Bereich hohen Vakuums und einem Bereich mit Umgebungsdruck mit beiderseitigen Kontakt­ elementen, wobei die Vakuum-Durchführungsvor­ richtung (160) an dem Kältefingergehäuse (108, 202) montiert ist,
• 5. ein Dewar-Gehäuse (190, 192), das mit der Va­ kuum-Durchführungsvorrichtung (160) und dem Bo­ denstück (116) der Kältefingeranordnung (104) verbunden ist,
• 6. eine Mehrzahl von elektrischen Leitungen (132) in Form von Flachbandkabeln (120) zwischen elektrischen Anschlüssen des Detektorfeldes (152) und den Kontaktelementen auf der Vakuum­ seite der Vakuum-Durchführungsvorrichtung (160), und
• 7. einen Verbindungssteckerring (168) mit einer Mehrzahl von darauf montierten Kontaktstiften (166) zur Schaffung von elektrischen Verbindun­ gen zu den internen Schaltkreisen der Dewar-De­ tektoranordnung,
• 8. wobei der Vakuumbereich durch die Kältefinger­ röhre (106), das Kältefingergehäuse (108, 202), das Bodenstück (116) der Kältefingeranordnung, die Vakuum-Durchführungsvorrichtung (160) und durch das Dewar-Gehäuse (190, 192) begrenzt wird.

2. Dewar-Detektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältefingergehäuse (108, 202) eine Gehäuseabdeckung (202) mit einem Fenster (200) umfaßt, wobei das Fenster (200) quer zur Achse der Kältefingeranordnung (104) dem Detektorfeld (152) gegenüberliegend, jedoch in Abstand davon, an­ geordnet ist.

3. Dewar-Detektoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kältefingerröhre (106) der Kältefingeranordnung (104) als ein dünnwandiger Zylinder aus Titan ausgebildet ist.

4. Dewar-Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkappe (112) eine Mehrzahl von Säulensegmenten (113) an der Peripherie der Endkappe (112) als Träger für die Detektorplattform (140) in Abstand von der Mitte der Endkappe (112) aufweist.

5. Dewar-Detektoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Säulensegmente (113) durch ebene Flächen abgeschlossen werden, die koplanar zueinander sind, und daß die der Endkappe (112) ge­ genüberliegende Flache der Detektorplattform (140) passend zu diesen koplanaren Flächen ausgebildet ist.

6. Dewar-Detektoranordnung nach Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Säulensegmente (113) im Abstand voneinander angeordnet sind, wodurch einzelne Schlitze (136) festgelegt sind, und wobei die sich über die Endkappe (112) erstreckenden Flachbandkabel (120) sich durch diese Schlitze (136) und entlang der Kältefingeranordnung (104) in den Raum zwischen der Kältefingerröhre (106) und dem Kältefingergehäuse (108, 202) erstrecken.

7. Dewar-Detektoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältefingergehäuse (108, 202) für jedes Flachbandkabel (120) Fenster (114) aufweist.

8. Dewar-Detektoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachbandkabel (120) Aus­ nehmungen (126) aufweisen, durch die auf die sich in diesem Bereich der Endkappe (112) erstreckenden elektrischen Leiter (132) der Flachbandkabel (120) zugreifbar ist und wobei die abgewandten Enden der Flachbandkabel (120) mit einer Mehrzahl von Anschlußkontakten in Form von Indiumtropfen, jeweils ein Tropfen für eine Signalleitung in dem Flachbandkabel, ver­ sehen sind, die eben angeordnet sind, um den Kontakt mit den Kontaktelementen auf der Vakuumseite der Durchführungsvorrichtung (160) herzustellen.

9. Dewar-Detektoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halterung (180) zur Befe­ stigung der Endteile der Flachbandkabel (120) um die Endteile der Flachbandkabel (120) mit genügend gros­ ser Kraft an die Anschlußkontakte in Form von In­ diumtropfen zu pressen, so daß an der Durch­ führungsvorrichtung (160) vorgesehen ist gasdichte Kontakte zwischen den Anschlußkontakten in Form von Indiumtropfen und den zugeordneten Kontakt­ elementen der Durchführungsvorrichtung (160) ent­ stehen.

10. Dewar-Detektoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gasdichten Kontakte zwischen Indiumtropfen und den zugeordneten Kontakt­ elementen der Durchführungsvorrichtung (160) durch Entfernen der Halterung (180) lösbar sind.

11. Dewar-Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktele­ mente auf der Umgebungsdruckseite der Durchfüh­ rungsvorrichtung (160) elastische Leitungselemente zur Herstellung einer lösbaren Verbindung mit den Kontaktstiften (166) des Verbindungsringsteckers (168) aufweisen.

12. Dewar-Detektoranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstifte (166) des Verbindungssteckerrings (168) sich durch diesen von einer Seite auf die andere Seite erstrecken, und daß Vorrichtungen (174, 176) zur Befestigung des Ver­ bindungssteckerrings (168) vorgesehen sind, um die inneren Enden der Kontaktstifte (166) gegen die elastischen Leitungselemente zu drücken.

13. Dewar-Detektoranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung (174, 176) eine Mehrzahl von Montageschrauben (176) aufweist, die in die Durchführungsvorrichtung (160) eingeschraubt sind, um den Verbindungssteckerring (168) in Richtung der Durchführungsvorrichtung (160) zu führen und zu halten.

14. Dewar-Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Leitungselemente einzelne leitende Gummikissen auf­ weisen.

15. Dewar-Detektoranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Kontaktelemente einzelne Indiumtropfen in in der Durchführungsvor­ richtung (160) ausgebildeten Taschen aufweisen, die mit den einzelnen Signaldurchführungen verbunden sind.

16. Dewar-Detektoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorplattform (140) ein Paar von länglichen Öffnungen (142) entsprechend den Ausnehmungen (126) in den Flachbandkabel (120) und eine längliche Aussparung (144) aufweist, die zwi­ schen den Öffnungen (142) in der Detektorplattform (140) zur Montage des Detektorfeldes (152) angeord­ net ist.

17. Dewar-Detektoranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von einzelnen mit den Leitern (132) des Flachbandkabels (120) in den Ausnehmungen (126) verbundene Anschlüsse (181) vor­ gesehen sind, die sich durch die Öffnungen (142) der Plattform (140) zur Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse des Detektorfeldes (152) erstrecken.

18. Dewar-Detektoranordnung nach Anspruch 1 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß das Dewar-Gehause (190, 192) eine ringförmige Bodenplatte (190), an der das Bodenstück (116) der Kältefingeranordnung (104) be­ festigt ist und sich im wesentlichen senkrecht davon wegerstreckt, und eine zylindrische Ummantelung (192) aufweist, die sich zwischen der Bodenplatte (190) und der Durchführungsvorrichtung (160) er­ streckt.

19. Dewar-Detektoranordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Ummantelung (192) aus Metall ist.

20. Dewar-Detektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen zylindrische Steckerummantelung (172), die an der Durchführungsvorrichtung (160) auf der Umgebungs­ druckseite montiert ist, und eine Mehrzahl von in­ neren Ausstülpungen (174) zur Aufnahme von Schrau­ benverbindungen zur Befestigung des Verbindungs­ steckerrings (168) aufweist, wobei dessen Kontakt­ stifte (166) gegen die gegenüberliegend angeordneten Kontaktelemente der Durchführungsvorrichtung (160) drücken.