JP2006112870A - 光検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却効率が向上されると共に、構造を簡素として製作が容易とされた光検出装置を提供すること。
【解決手段】 光透過性を有する乾燥多孔質ゲルＧは、熱伝導率が極めて低く、断熱性が高いものである。この乾燥多孔質ゲルＧを断熱材とし、光検出器３の入射面３ｘを、その光の入射を妨げることなく断熱材Ｇで覆う共に、冷却型光検出器５の放熱部４ｈを除くその表面を、断熱材Ｇで覆い、冷却型光検出器５を外部に対して効果的に断熱して光検出器３を冷却する。また、冷却型光検出器５を、上記乾燥多孔質ゲルＧを用いてモールド封止し、装置の構造を簡略化すると共に、冷却型光検出器５の表面に密着して乾燥多孔質ゲルＧを施工し、冷却型光検出器５の表面での隙間の形成を防止してガスの対流による熱伝達を防ぎ、冷却型光検出器５を外部に対して効果的に断熱して光検出器３を冷却する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光検出装置に関し、特に光検出装置の光検出器を冷却する固体冷却素子を備えた光検出装置に関する。

画像を撮像する撮像装置（光検出装置）として、光が透過可能な窓を有する筐体内に、光を検出する電荷結合素子（固体撮像素子；光検出器）を収容し、この電荷結合素子の温度を室温以下の一定温度に保持すべく、電荷結合素子を冷却させる固体冷却素子を備えているものがある。このような撮像装置では、冷却効率を高めるため、例えばコルクやプラスチック等を用いた断熱材に、固体冷却素子を埋め込むと共に、電荷結合素子の入射面を除くその電荷結合素子の周囲に断熱材を配置して、外部からの熱の流入を低減させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、断熱材として、例えばクーラーボックス等の保冷用の断熱ボックスに採用され、内部を視認可能とすべく、光が透過可能なモノリシックシリカエアロゲル（乾燥多孔質ゲル）を部分的に用いたものが知られている。このモノリシックシリカエアロゲルは、例えばガラス板等により上下方向から挟み込まれ、その側面部は、ステンレススチール等の金属薄板により囲まれて、これらのガラス板と金属薄板との接続部はパッキンを介して接着剤等により接合され、断熱ボックスに組み込まれて使用される（例えば、特許文献２参照）。
特開昭５４−１３９４２３号公報 実開平６−８５２７８号公報

しかしながら、特許文献１記載の撮像装置にあっては、光の入射を妨げる断熱材を、光検出器の入射面に施工できないため、この入射面から外部の熱が流入し、冷却効率が不十分であった。さらに、断熱材は単に配置されているだけであり、断熱材と光検出器及び冷却素子との間に隙間が生じ、外部と熱交換し、冷却効率が低下してしまうという問題がある。

また、特許文献２記載の断熱材にあっては、モノリシックシリカエアロゲルが部分的に設けられ、上記のように構造が複雑となっていた。また、近年、構造が簡素とされた光検出装置が求められている。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、モノリシックエアロゲルを用いることで、冷却効率が向上されると共に、構造を簡素として製作が容易とされた光検出装置を提供することを目的とする。

本発明の光検出装置は、光が入射する入射面を有する光検出器と、この光検出器と熱的に接続されて当該光検出器の熱を吸熱する吸熱部及びこの吸熱部からの熱を放熱する放熱部を有する固体冷却素子と、を備えた冷却型光検出器を具備する光検出装置において、冷却型光検出器は、その固体冷却素子の放熱部を除く表面が、光透過性を有する乾燥多孔質ゲルを用いてモールド封止されていることを特徴としている。

光透過性を有する乾燥多孔質ゲルは、熱伝導率が極めて低く、断熱性が高いものである。本発明の光検出装置によれば、光透過性を有する乾燥多孔質ゲルを断熱材とし、光検出器の入射面は、その光の入射を妨げられることなく、断熱材に覆われている共に、冷却型光検出器の放熱部を除くその表面は、断熱材に覆われているため、冷却型光検出器は外部に対して効果的に断熱されてその光検出器が冷却される。また、冷却型光検出器は、上記のように乾燥多孔質ゲルによりモールド封止されるため、装置の構造が簡略化されると共に、冷却型光検出器の表面に密着して乾燥多孔質ゲルが施工され、冷却型光検出器の表面での隙間の形成が防止されてガスの対流による熱伝達が発生せず、冷却型光検出器は外部に対して効果的に断熱されて光検出器が冷却される。

ここで、冷却型光検出器は、その固体冷却素子の放熱部を除く当該固体冷却素子及び光検出器の表面が、乾燥多孔質ゲルにより一体的にモールド封止されていると、装置の構造が一層簡略化される。

また、冷却型光検出器は、光を透過させる光透過窓を有すると共に真空とされた気密容器内に、収容されていると、筐体内での結露の発生が防止されると共に、筐体内でのガスの対流が無く、筐体外部から冷却型光検出器への熱の流入が防止され、一層冷却効率が高められる。

また、冷却型光検出器は、光を透過させる光透過窓を有すると共に不活性ガスが充填された気密容器内に、収容されていると、筐体内での結露の発生が防止される。

ここで、光検出器としては、具体的には、固体撮像素子、光電子増倍管が挙げられる。

このように本発明による光検出装置によれば、冷却型光検出器が外部に対して効果的に断熱されてその光検出器が冷却され、冷却効率が向上される。また、構造が簡素とされ、製作が容易とされる。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。図１は、本発明の第１実施形態に係る冷却型ＣＣＤカメラの内部構成を示す概略断面図、図２は、図１中の冷却型光検出器を示す概略断面図である。

図１に示す冷却型ＣＣＤカメラ（光検出装置）１０は、微弱光を検出可能なＣＣＤカメラであり、光を透過させる光透過窓１を有する気密容器２を備え、この気密容器２内に、光を検出する固体撮像素子（光検出器）であるＣＣＤ（Charge Coupled Device）３と、このＣＣＤ３を冷却する固体冷却素子４とを収容している。これらのＣＣＤ３及び固体冷却素子４は、本実施形態の冷却型光検出器５を構成し、この冷却型光検出器５、気密容器２及び、ＣＣＤ３を制御するＣＣＤ駆動回路１４は、冷却型ＣＣＤカメラ１０の外郭を成すケーシング６内に収容されている。また、このケーシング６には、光を集光する集光レンズ７が設けられている。

気密容器２は、金属等により筒状に成形され、その両端部に蓋部材８，９が溶着等により固定されている。蓋部材８は、その中央に円形の開口８ａを有し、この開口８ａを閉じるように、円盤状でガラス製の光透過窓１が設けられている。蓋部材９は、その中央に矩形の開口９ａを有し、この開口９ａには、後述する冷却ブロック１３が挿嵌され保持されている。光透過窓１及び冷却ブロック１３は、シーリング材（不図示）を介して気密容器２に気密に装着されている。さらに、蓋部材９は、上記開口９ａの周囲に開口部９ｂを有し、この開口部９ｂに、ＣＣＤ駆動回路１４に接続する信号線１１が挿通されている。この信号線１１は、シーリング材を介して気密に封止されている。そして、気密容器２は、その光透過窓１が集光レンズ７と対向するように、ケーシング６に固定されている。また、気密容器２内は気密に保たれ、窒素が封入されている。これにより、気密容器２内での結露の発生が防止されている。

ＣＣＤ３は、図２に示すように、板状を成し、一方の面が光透過窓１を透過した光が入射する入射面３ｘとされ、この入射面３ｘには、図示しない複数のフォトダイオードが配置され、入射した光を光電変換する。また、ＣＣＤ３には、上記信号線１１が接続され、この信号線１１は、気密容器２外に導出され、ＣＣＤ駆動回路１４に接続されている。ＣＣＤ３は、信号線１１を介してＣＣＤ駆動回路１４から伝送される所定の信号により所定に駆動される。

ＣＣＤ３の入射面３ｘとは反対側の面には、図１及び図２に示すように、皿状のセラミックステム１２が、熱伝導性の高い接着材により、面接触して接続され、ＣＣＤ３とセラミックステム１２とは、熱の移動が可能な構成とされている。

固体冷却素子４は、図示しない温度調節器から供給される電流によりペルチェ効果を発揮して一方の面の吸熱部で吸熱し、他方の面の放熱部が放熱するペルチェ素子で構成されている。なお、ここで言う放熱部とは、放熱面のことを言う（以下、同じ）。この固体冷却素子４は、図示の例では、冷却機能を増倍するように、３個のペルチェ素子を相互に放熱部と吸熱部が接触する向きで３段に積み重ねて構成されている。そして、この３段のペルチェ素子からなる固体冷却素子４は、最も低温側の吸熱部４ｃがセラミックステム１２の背面に熱伝導性の高い接着材により、面接触して接続され、セラミックステム１２の熱を吸熱する構成とされている。本実施形態では、この最も低温側の吸熱部４ｃが固体冷却素子４の吸熱部となる。このように、ＣＣＤ３は、セラミックステム１２を介して固体冷却素子４の吸熱部４ｃと熱的に接続され、固体冷却素子４に通電することで、ペルチェ効果が発揮され、ＣＣＤ３が冷却される。

この固体冷却素子４の最も高温側の放熱部４ｈには、図１に示すように、この放熱部４ｈを冷却する冷却ボックス１３のその伝熱面１３ａが、熱伝導性の高い接着材により、密着して固定されている。冷却ボックス１３は、箱型を成し、その内部には、伝熱面１３ａを冷却すべく冷却水が流れる経路（不図示）が形成され、この経路には、冷却水を供給する給水配管１５及び、経路を通過した冷却水を排出する排水配管１６が各々接続されている。本実施形態では、この最も高温側の放熱部４ｈが固体冷却素子４の放熱部となり、固体冷却素子４の放熱部４ｈの熱は、伝熱面１３ａを介して、経路内を流れる冷却水に伝わり、放熱部４ｈが冷やされる。

ここで、本実施形態にあっては、図１及び図２に示すように、固体冷却素子４の放熱部４ｈを除く冷却型光検出器５の表面が、光透過性を有するシリカエアロゲル（乾燥多孔質ゲル）Ｇを断熱材として、モールド封止により、光の入射面３ｘを含み一体的に覆われている。すなわち、シリカエアロゲルＧは、ＣＣＤ３の外表面、セラミックステム１２の外表面、及び固体冷却素子４の放熱部４ｈを除く外表面に密着して覆うと共に、断熱効果を所定に得るべく、所定の厚さとされている。

図３は、図２中のシリカエアロゲルＧの構造モデルを示す模式図である。このシリカエアロゲルは、直径数ｎｍのシリカ粒子により数珠状に繋がって、３次元的に結合した構造を有する極細空隙の多孔体で、密度が０．０５ｇ・ｃｍ^−３〜０．２ｇ・ｃｍ^−３、気孔率が９０％〜９６％、比表面積が５００ｍ^２・ｇ^−１〜１０００ｍ^２・ｇ^−１、孔径が数ｎｍ〜２０ｎｍであり、光を透過させると共に、熱伝導率が低く、高い断熱性を有している。

次に、このような冷却型光検出器５をシリカエアロゲルＧによりモールド封止する方法について説明する。まず、図４に示すように、成形型としての金型１７を用意する。金型１７は、角槽を成す下型１８と、冷却型光検出器５を上方から支持する上型１９とを備えている。下型１８は、シリカエアロゲルＧの前段階であるシリカ湿潤ゲルＧ１を流し込む型である。上型１９は、板状を成し、中央に開口１９ａと、その両側に冷却型光検出器５に接続されている信号線１１を挿通させる一対の開口１９ｂと、シリカ湿潤ゲルＧ１を充填する充填口（不図示）とを有している。

そして、このように構成された金型１７を用い、上型１９の開口１９ｂに信号線１１を下側から挿通し、固体冷却素子４の放熱部４ｈの周縁と上型１９の開口１９ａの周縁が重なるように位置決めして、冷却型光検出器５を逆さに吊るすように、上型１９に固定する。このとき、冷却型光検出器５は、下型１８に対して、所定の間隔を有している。次いで、上型１９を下型１８に被せ金型１８，１９同士を圧着固定する。

次に、所定の容器内で、アルコキシシランにエタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）とアンモニア水溶液（ＮＨ_３、Ｈ_２Ｏ）とを混合して、シリカ湿潤ゲルＧ１を製作する。そして、このシリカ湿潤ゲルＧ１を上型１９の充填口を通して、金型１７内に充填する。その後、室温にて数日経過すると、縮重合反応が充分に進行してシリカ湿潤ゲルＧ１は、ゲル化し、ゲル状化合物でモールド封止された冷却型光検出器５が得られる。

次に、熟成工程を行う。金型１７を離型して下型１８から、上型１９に固定され周囲にゲル状化合物が形成された冷却型光検出器５を取り出し、この冷却型光検出器５をエタノールが満たされたエージング容器２０内に入れる。これにより、ゲル状化合物のゲル構造が強化されると共に、不純物が除去される。そして、例えばテトラメチルジシラザン等を疎水化材として、ゲル状化合物に添加して、エアロゲル表面疎水化を行う。

次に、乾燥工程を行う。ゲル状化合物でモールド封止された冷却型光検出器５をエージング容器２０から取り出し、乾燥炉２２に入れて、エタノールの超臨界状態で乾燥させ、ゲル状化合物中の溶媒を蒸発させる。そして、上型１９を取り外し、シリカエアロゲルＧによりモールド封止された冷却型光検出器５を得る。この状態で、入射面３ｘを含み、放熱部４ｈを除く冷却型光検出器５の表面は、シリカエアロゲルＧにより、密着して一体的に覆われている。そして、この冷却型光検出器５を気密容器２、ケーシング６に収容して上記冷却型ＣＣＤカメラ１０が得られる。なお、冷却型光検出器５を乾燥多孔質ゲルでモールド封止する方法は上記の方法に限られるものではなく、使用する溶媒や超臨界の条件等が異なる他の方法を用いることも可能である。

このような冷却型ＣＣＤカメラ１０によれば、図１に示すように、集光レンズ７及び光透過窓１を通過した光は、シリカエアロゲルＧを透過して、ＣＣＤ３の入射面３ｘに到達し、図示しないフォトダイオードにより検知される。この時、光透過性を有するシリカエアロゲルＧを断熱材とし、ＣＣＤ３の入射面３ｘは、その光の入射を妨げられることなく、断熱材に覆われている共に、冷却型光検出器５の放熱部４ｈを除くその表面は、断熱材に覆われているため、冷却型光検出器５は外部に対して効果的に断熱されてそのＣＣＤ３が冷却されている。また、冷却型光検出器５は、このようにシリカエアロゲルＧにより一体的にモールド封止されているため、装置の構造が簡略化されると共に、冷却型光検出器５の表面に密着してシリカエアロゲルＧが施工され、冷却型光検出器５の表面での隙間の形成が防止されてガスの対流による熱伝達が発生せず、冷却型光検出器５は外部に対して効果的に断熱されてＣＣＤ３が冷却される。その結果、冷却効率の向上が図られると共に、冷却型ＣＣＤカメラ１０の製作が容易とされている。従って、ＣＣＤ３の入射面３ｘからの熱電子の発生を低減させることができる。因みに、本実施形態の固体冷却素子４によれば、冷却水の温度が２０℃の場合、固体冷却素子４の吸熱部４ｃは、放熱部４ｈに対して６０℃冷やされ、−４０℃となる。

なお、本実施形態において、結露の発生を防止すべく気密容器２内に窒素を充填する構成としているが、キセノンを始めとしたその他の不活性ガスを充填しても良く、また、結露が発生する虞のない使用条件では、不活性ガスを充填しなくても良い。また、気密容器２内を必要に応じて真空としても良い。このように気密容器２内を真空とすると、気密容器２内での結露の発生が防止されると共に、気密容器２内でのガスの対流が無く、気密容器２外部から冷却型光検出器５への熱の流入が防止され、一層冷却効率が高められる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る電子管装置を示す概略構成図である。この電子管装置（光検出装置）３０は、光を透過させる光透過窓３１を有するケーシング３６を備え、このケーシング３６内に、光を検出するヘッドオン型の光電子増倍管（光検出器）３３と、この光電子増倍管３３を冷却する固体冷却素子３４とを収容している。これらの光電子増倍管３３及び固体冷却素子３４は、本実施形態の冷却型光検出器３５を構成している。

ケーシング３６は、熱伝導性の良い金属製、好ましくはアルミニウム製のケース３８と、電気絶縁性が良くかつ断熱性の良い合成樹脂製のソケット部３９とから構成されている。

ケース３８の外形は直方体形を成し、その内部に横断面円形の空間が形成され、この空間は、光電子増倍管３３を収容する光電子増倍管収容部（以下「収容部」という）３８ａと、ソケット部３９を収容すると共にケース３８に固定するソケット固定部３８ｂとから構成されている。ソケット固定部３８ｂの内径は、段差面３８ｅを介して収容部３８ａの内径より大径とされている。この段差面３８ｅには、ソケット部３９を固定する複数のめねじ３８ｆが形成されている。また、熱伝導性の良いケース３８は放熱板の機能をも有しており、ケース３８の一方の外側面には、空冷のためのファン４３が取り付けられている。

ケース３８の光の入射方向の先端面（図示左側）３８ｈには、光透過窓３１を収容する横断面円形状の凹部３８ｃが設けられると共に、この凹部３８ｃの底部に、凹部３８ｃと収容部３８ａとを連通する横断面円形状の開口３８ｄを軸線に沿って備えている。この開口３８ｄの内径は、凹部３８ｃ及び収容部３８ａの内径より小径とされている。凹部３８ｃには、円盤状を成しガラス製の光透過窓３１が固定される。

ソケット部３９は、光電子増倍管３３を後方から保持するソケット３９ａと、このソケット３９ａに設けられた複数のソケットピン３９ｂと、このソケットピン３９ｂが貫通・固定されて後方からソケット３９ａを保持するソケットホルダー３９ｃとから構成されている。光電子増倍管３３に設けられたステムピン４２ａは、対応するソケットピン３９ｂに接続・固定され、ソケットピン３９ｂを介して外部の電圧端子或いは信号の読み出し線に接続される。

そして、ソケット部３９は、ソケット固定部３８ｂに後方から挿入されて、段差面３８ｅに、固定用リング４４を介して保持用ねじ４５により固定され、収容部３８ａは、上述した光透過窓３１及びソケット部３９により封止される。この状態で、光電子増倍管３３は、断熱性を有するソケット部３９により、ケーシング３６に対して固定され保持される。

次に、光電子増倍管３３及び固体冷却素子３４を備える冷却型光検出器３５について説明する。光電子増倍管３３は、光が入射する入射面４０ｘを有する円形の受光面板４０と、この受光面板４０を入射側に有する円筒形の金属側管４１と、この金属側管４１の入射側とは反対側に設けられ基台部となる円形のステム４２とから構成されている。受光面板４０の内側には光電面４０ａが形成され、ステム４２に、上記ステムピン４２ａが複数貫通固定されている。

固体冷却素子３４は、円環状を成す複数のペルチェ素子を相互に放熱部と吸熱部が接触する向きで多段に積み重ねて構成されている。そして、固体冷却素子３４は、その最も低温側の円環状の吸熱部３４ｃが光電子増倍管３３の入射面４０ｘと対面するように配置され、その最も高温側の円環状の放熱部３４ｈが、円環状を成すスペーサ３７を介して、ケース３８の開口３８ｄを形成する鍔部３８ｇと接するように配置される。固体冷却素子３４は、ソケット部３９及び光電子増倍管３３によるケース３８への押し付けによって保持されている。この状態で、光電子増倍管３３の光電面４０ａは、固体冷却素子３４の吸熱部３４ｃと熱的に接続され、固体冷却素子３４の放熱部３４ｈは、円環状を成すスペーサ３７を介して、ケーシング３６に熱的に接続されている。そして、固体冷却素子３４に通電することで、ペルチェ効果が発揮され、光電子増倍管３３が冷却される。固体冷却素子３４の放熱部３４ｈの熱は、ケーシング３６に伝わり、上述したファン４３により、冷却される。

ここで、本実施形態にあっては、固体冷却素子３４の放熱部３４ｈを除く、冷却型光検出器３５の表面が、光透過性を有するシリカエアロゲルＧを断熱材として、モールド封止により入射面４０ｘを含み覆われている。すなわち、収容部３８ａ、開口３８ｄ、スペーサ３７の筒孔及び固体冷却素子３４の筒孔は、シリカエアロゲルＧにより満たされ、固体冷却素子３４の放熱部３４ｈを除く外表面、光電子増倍管３３の入射面４０ｘを含む外表面は、シリカエアロゲルＧにより覆われている。

このような電子管装置３０によれば、光透過窓３１を透過した光は、シリカエアロゲルＧを透過して、光電子増倍管３３の光電面４０ａに到達し、光電面４０ａから光電変換によって電子が放出され、その電子は光電子増倍管３３内に設置された電子増倍部において増倍されて、アノード電極によって電気信号として取り出される。この電気信号は、光電子増倍管３３の所定のステムピン４２ａ及びこれに接続されたソケットピン３９ｂを経て出力される。この時、光透過性を有するシリカエアロゲルＧを断熱材とし、光電子増倍管３３の入射面４０ｘは、その光の入射を妨げられることなく、断熱材に覆われている共に、冷却型光検出器３５の放熱部３４ｈを除くその表面は、断熱材に覆われているため、冷却型光検出器３５は外部に対して効果的に断熱されてその光電子増倍管３３が冷却されている。また、冷却型光検出器３５は、シリカエアロゲルＧを用いてモールド封止されているため、装置の構造が簡略化されると共に、冷却型光検出器３５の表面に密着してシリカエアロゲルＧが施工され、冷却型光検出器３５の表面での隙間の形成が防止されてガスの対流による熱伝達が発生せず、冷却型光検出器３５は外部に対して効果的に断熱されて光電子増倍管３３が冷却されている。この光電子増倍管３３の冷却により光電面４０ａからの熱電子の発生を低減させることができる。

このように電子管装置３０では、冷却型光検出器３５は外部に対して効果的に断熱されてその光電子増倍管３３が冷却され、冷却効率の向上が図られている。また、モールド封止により電子管装置３０の構造が簡素とされ、製作が容易とされている。なお、この電子管装置３０では、光入射面４０ｘを覆うシリカエアロゲルとそれ以外を覆うシリカエアロゲルとが一体ではない。

図６は、本発明の第３実施形態に係る電子管装置５０の冷却型光検出器５５を示す概略断面図である。この第３実施形態の電子管装置（光検出装置）５０が第２実施形態の電子管装置３０と違う点は、光電子増倍管（光検出器）５３をケーシング５６に固定する方法が異なる点と、固体冷却素子５４の配置及び熱的接続方法、並びに、シリカエアロゲルＧのモールド形態が異なる点である。

具体的には、電子管装置５０は、光電子増倍管５３を固定する伝熱性支持部材５２を具備している。この伝熱性支持部材５２は、光電子増倍管５３を固定する支持突片５２ａと、固体冷却素子５４の吸熱部５４ｃに面接触して固定される固定片５２ｂとを有している。これらの支持突片５２ａ及び固定片５２ｂは、板状を成し、例えばアルミニウム合金や銅合金などの熱伝導性の高い金属材料で構成されて、互いの端面を接合して側面視Ｌ字型を成している。

伝熱性支持部材５２の支持突片５２ａには、光透過窓（不図示）を透過した光を光電子増倍管５３の入射面６０ｘを通して裏面の光電面６０ａに導くための絞孔５２ｃが開口されている。この絞孔５２ｃは、光入射窓の周囲のケーシングから発せられる背景光を遮断できる所定の直径に設定されている。この支持突片５２ａの背面側（図示右側）に、光電子増倍管５３の受光面板６０が面接触してねじ固定され、固定片５２ｂの下面が、固体冷却素子５４の吸熱部５４ｃに面接触して固定される。この状態で、光電子増倍管５３の受光面板６０が、伝熱性支持部材５２を介して、固体冷却素子５４の吸熱部５４ｃに熱的に接続される。

固体冷却素子５４は、その放熱部５４ｈがケーシング５６の内面に接触して、板バネ状の止金具６５により押圧状態で固定されている。そして、固体冷却素子５４に通電することで、光電子増倍管５３が冷却される。

ここで、光電子増倍管５３、伝熱性支持部材５２及び固体冷却素子５４が本実施形態の冷却型光検出器５５とされ、固体冷却素子５４の放熱部５４ｈを除く、冷却型光検出器５５の表面は、光透過性を有するシリカエアロゲルＧを断熱材として、モールド封止により、入射面６０ｘを含み一体的に覆われている。

このような電子管装置５０によれば、光透過窓を通過した光は、シリカエアロゲルＧを透過して、光電子増倍管５３の光電面６０ａに到達し、光電変換される。また、光電子増倍管５３は、固体冷却素子５４のペルチェ効果により、良好に冷却され、光透過性を有するシリカエアロゲルＧを断熱材とし、光電子増倍管５３の入射面６０ｘは、その光の入射を妨げられることなく、断熱材に覆われている共に、冷却型光検出器５５の放熱部５４ｈを除くその表面は、断熱材に覆われているため、冷却型光検出器５５は外部に対して効果的に断熱されてその光電子増倍管５３が冷却されている。また、冷却型光検出器５５は、シリカエアロゲルＧを用いて一体的にモールド封止されているため、装置の構造が簡略化されると共に、冷却型光検出器５５の表面に密着してシリカエアロゲルＧが施工され、冷却型光検出器５５の表面での隙間の形成が防止されてガスの対流による熱伝達が発生せず、冷却型光検出器５５は外部に対して効果的に断熱されて光電子増倍管５３が冷却されている。この光電子増倍管５３の冷却により、光電面６０ａからの熱電子の発生を低減させることができる。

このように電子管装置５０では、第１実施形態と同様に、冷却型光検出器５５は外部に対して効果的に断熱されてその光電子増倍管５３が冷却され、冷却効率の向上が図られている。また、一体的なモールド封止により電子管装置５０の構造が簡素とされ、製作が容易とされている。

図７は、本発明の第４実施形態に係る電子管装置を示す概略断面図である。この電子管装置７０は、サイドオン型の光電子増倍管７３を具備し、この光電子増倍管７３は、両端に開口を有する管７１、この管７１の一方の開口を封止する金属製の蓋部材８４ａ及び管７１の他方の開口を封止するステム７８を備え、管７１、蓋部材８４ａ及びステム７８により内部に減圧環境を提供する真空容器を形成している。管７１は円筒状の透明なガラスバルブであり、その側壁が入射面７４ｘとされてこれに入射した光を透過させる。光電子増倍管７３は管７１内に配置された検出器本体７２を備えている。また、電子管装置７０には、光電子増倍管７３を冷却する固体冷却素子９１が設けられている。

検出器本体７２は、金属製の支持基板７５を備え、この支持基板７５上に、光電陰極材料より成る光電面７４が設けられている。そして、この検出器本体７２は、管７１の側方から内部に入射した光を光電面７４で光電変換し、光電変換により発生した電子を減圧環境下で増倍して電気信号として光電子増倍管７３の外部に出力する。

光電面７４を有する支持基板７５は、蓋部材８４ａの下面に設けられた把持機構８３により、その上端部分７５ａが把持されて支持されている。これらの支持基板７５及び把持機構８３は、熱伝導性及び電気的導通性の良い材料から成形されて、支持基板７５は、蓋部材８４ａと熱的に接続されている。

固体冷却素子９１は、ペルチェ素子により構成され、その吸熱部９１ｃが蓋部材８４ａの上面に面接触して配置される。また、放熱部９１ｈの上部には、放熱フィン８９ａを有するヒートシンク８９が面接触して立設される。そして、ヒートシンク８９が蓋部材８４ａに対してねじ固定され、固体冷却素子９１が、蓋部材８４ａに押圧されて固定される。この状態で、光電子増倍管７３の光電面７４が、支持基板７５及び蓋部材８４ａを介して、固体冷却素子９１の吸熱部９１ｃに熱的に接続される。

ここで、光電子増倍管７３及び固体冷却素子９１が本実施形態の冷却型光検出器９５とされ、固体冷却素子９１の放熱部９１ｈを除く、冷却型光検出器９５の表面は、光透過性を有するシリカエアロゲルＧを断熱材として、モールド封止により、入射面７４ｘを含み一体的に覆われている。すなわち、シリカエアロゲルＧは、管７１の外表面、ステム７８の外表面、蓋部材８４ａの外表面及び固体冷却素子９１の放熱部９１ｈを除く外表面を覆っている。

このような電子管装置７０によれば、シリカエアロゲルＧを透過した光は、管７１を通過して、光電子増倍管７３の光電面７４に到達し、光電変換される。また、光電子増倍管７３は、固体冷却素子９１のペルチェ効果により、良好に冷却され、光透過性を有するシリカエアロゲルＧを断熱材とし、光電子増倍管７３の入射面７４ｘは、その光の入射を妨げられることなく、断熱材に覆われている共に、冷却型光検出器９５の放熱部９１ｈを除くその表面は、断熱材に覆われているため、冷却型光検出器９５は外部に対して効果的に断熱されてその光電子増倍管７３が冷却されている。また、冷却型光検出器９５は、シリカエアロゲルＧを用いて一体的にモールド封止されているため、装置の構造が簡略化されると共に、冷却型光検出器９５の表面に密着してシリカエアロゲルＧが施工され、冷却型光検出器９５の表面での隙間の形成が防止されてガスの対流による熱伝達が発生せず、冷却型光検出器９５は外部に対して効果的に断熱されて光電子増倍管７３が冷却されている。この光電子増倍管７３の冷却により、光電面７４からの熱電子の発生を低減させることができる。

このように電子管装置７０では、第３実施形態と同様に、冷却型光検出器９５は外部に対して効果的に断熱されてその光電子増倍管７３が冷却され、冷却効率の向上が図られている。また、一体的なモールド封止により電子管装置７０の構造が簡素とされ、製作が容易とされている。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態にあっては、光検出器として、ＣＣＤ（固体撮像素子）３及び光電子増倍管３３，５３，７３を挙げているが、その他の光検出器であっても良い。

なお、本発明は、光透過性を有する乾燥多孔質ゲル（シリカエアロゲル）が、固体冷却素子の放熱部の表面に多少かかっている場合も、固体冷却素子の放熱部を除く表面が乾燥多孔質ゲルによりモールド封止されているものとして含む。

本発明の第１実施形態に係る冷却型ＣＣＤカメラの内部構成を示す概略断面図である。 図１中の冷却型光検出器を示す概略断面図である。 図２中のシリカエアロゲルの構造モデルを示す模式図である。 図２に示す冷却型光検出器にシリカエアロゲルをモールド封止する工程を示す工程図である。 本発明の第２実施形態に係る電子管装置の内部構成を示す概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電子管装置の冷却型光検出器を示す概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る電子管装置の内部構成を示す概略断面図である。

符号の説明

１，３１…光透過窓、２…気密容器、３…ＣＣＤ（固体撮像素子；光検出器）、３ｘ，３０ｘ，６０ｘ，７４ｘ…入射面、４，３４，５４…固体冷却素子、４ｃ，３４ｃ，５４ｃ，９１ｃ…吸熱部、４ｈ，３４ｈ，５４ｈ，９１ｈ…放熱部、５，３５，５５，９５…冷却型光検出器、１０…冷却型ＣＣＤカメラ（光検出装置）、３０，５０，７０…電子管装置（光検出装置）、３３，５３，７３…光電子増倍管（光検出器）、Ｇ…シリカエアロゲル（乾燥多孔質ゲル）。

Claims (6)

1. 光が入射する入射面を有する光検出器と、この光検出器と熱的に接続されて当該光検出器の熱を吸熱する吸熱部及びこの吸熱部からの熱を放熱する放熱部を有する固体冷却素子と、を備えた冷却型光検出器を具備する光検出装置において、
   前記冷却型光検出器は、その固体冷却素子の前記放熱部を除く表面が、光透過性を有する乾燥多孔質ゲルを用いてモールド封止されていることを特徴とする光検出装置。
2. 前記冷却型光検出器は、その固体冷却素子の前記放熱部を除く当該固体冷却素子及び前記光検出器の表面が、前記乾燥多孔質ゲルにより一体的にモールド封止されていることを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
3. 前記冷却型光検出器は、光を透過させる光透過窓を有すると共に真空とされた気密容器内に、収容されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光検出装置。
4. 前記冷却型光検出器は、光を透過させる光透過窓を有すると共に不活性ガスが充填された気密容器内に、収容されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光検出装置。
5. 前記光検出器は、固体撮像素子であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光検出装置。
6. 前記光検出器は、光電子増倍管であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光検出装置。

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