JP2006177777A

JP2006177777A - 光検出器

Info

Publication number: JP2006177777A
Application number: JP2004371387A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Fukuyama; 康弘福山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: JP4639794B2

Abstract

【課題】真空容器内部での反射光である雑音光が光検出素子に入射されることを防止し、Ｓ/Ｎを向上する。
【解決手段】真空容器１０１と、真空容器１０１に設けられた開口部２６０と、開口部２６０を覆い気密封着された赤外線透過窓２５と、真空容器１０１内に収容された赤外線センサ２３と、真空容器１０１内に収容されたゲッター１０とを有する赤外線検出器１００において、シート状で円筒型で螺旋状のゲッター１０を赤外線センサ２３を取り囲んで設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば赤外線検出器等の光検出器に関する。

従来の赤外線検出器は、下記特許文献１に記載されている。
この赤外線検出器は、赤外線を検出する非冷却型の赤外線センサ（赤外線検出素子）と、この赤外線センサの温度を所定の温度にするための電子冷却素子と、電気的接続端子（気密端子）と、前記赤外線センサと前記電気的接続端子間を配線するボンディングワイヤと、前記電気的接続端子を装着するステム（ベースプレート）と、赤外線を透過する赤外線透過窓（ウインドウ）と、真空中への放出ガスを吸着するゲッターと、前記ステムに固定されるパイプと、前記パイプに接合される真空排気用チップ管とを備えている。
前記赤外線透過窓が気密封着されたキャップと、前記電気的接続端子が気密封着されたステムとが気密接合されて真空容器（パッケージ）が構成されている。この真空容器の内部は、真空状態かあるいは希ガスが充填されている。また、この真空容器の内部には、入射赤外線に対応して電気的信号を出力する前記赤外線センサが前記ステムに固定され、前記赤外線センサと前記電気的接続端子は前記ボンディングワイヤによって配線され、活性ガスを吸着する前記ゲッターが封入されている。

特開平１０−１４８５７８号公報

従来の赤外線検出器においては、下記のような問題がある。
上記のような赤外線検出器の真空容器を構成するステムとキャップは、一般的には金属材料からなり、その内側表面は光をよく反射する。
被検出物から発せられる赤外線は、レンズ等の光学系により集光され、赤外線透過窓を透過し、赤外線検出器内部に入射される。このとき、赤外線センサに入射される信号光である赤外線は、正味の信号として赤外線センサから電気信号として出力される。一方、赤外線センサの表面にて反射される赤外線も含む、赤外線センサに入射されるべきではない赤外線である雑音光は、ステムやキャップの内側表面にて反射、散乱し、赤外線センサに入射されてしまう。このような雑音光は、赤外線センサにより雑音として電気出力される。その結果、赤外線センサのＳ／Ｎが劣化する。
本発明の目的は、真空容器内部での反射光である雑音光が光検出素子に入射されることを防止し、Ｓ/Ｎを向上できる光検出器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、真空容器に設けられた開口部を覆い気密封着された光透過窓と、この真空容器内に収容された光検出素子および活性ガスを吸着するゲッターとを有する光検出器において、シート状の前記ゲッターが、前記光検出素子を取り囲んで設置されているという構成になっている。

本発明によれば、真空容器における内部反射を防止し、Ｓ/Ｎを向上できる光検出器を提供することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の説明では、光検出器として赤外線検出器を例に挙げて説明するが、赤外線検出器に限らず、真空容器内に活性ガスを吸着するゲッターを収容した構造の光検出器のすべてに適用可能である。
《実施の形態１》
図１（ａ）は本発明の実施の形態１の赤外線検出器の断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）はゲッターの全体斜視図である。なお、（ｂ）の上面図においては真空容器のキャップ部は図示省略している（図２、図３、図４においても同様）。
図において、１００は赤外線検出器、１０１は真空容器、２１はステム、２６はキャップ、２６０はキャップ２６の開口部、２５は赤外線透過窓、２５０は赤外線透過窓２５をキャップ２６に接着させ、気密封止を実現する低温ガラス材、２００は雑音光、２３は赤外線センサ、２７は赤外線センサ２３をステム２１に接着させるダイボンド材、１０はゲッター（ガス吸着素子）、２８は貫通孔、２９はガラス材、２２は電気的接続端子、２４は赤外線センサ２３の電極と電気的接続端子２２とを接続するボンディングワイヤ、２１１はステム２１の周縁部、２６１はキャップ２６の周縁部である。
ステム２１とキャップ２６により真空容器１０１が構成されている。ステム２１には、外部と電気的に接続するための電気的接続端子２２を貫通させるための貫通孔２８が設けられている。この貫通孔２８内にはガラス材２９が充填されて電気的接続端子２２との気密封止を実現している。赤外線センサ２３の上側は、開口部２６０に赤外線透過窓２５を固定したキャップ２６で覆われ、キャップ２６の周縁部２６１とステム２１の周縁部２１１とは真空中にて溶接することによって、真空容器１０１の内部の気密が保たれ、その雰囲気は真空あるいは希ガスが充填されている。このステム２１上の中央部に赤外線センサ２３がダイボンド材２７により固定され、赤外線センサ２３上の外部接続用パッドと電気的接続端子２２との間に電気配線となるボンディングワイヤ２４がワイヤボンディングされている。さらに、シート状のゲッター１０が赤外線センサ２３を取り囲むように設置されている。

ゲッター１０は、シート型ゲッターを成型して形成されている。シート型ゲッターは、ニクロムやニッケルの金属薄膜の表面に非蒸発型ゲッター粉を薄く塗布し、多孔質に焼結したもので、切断、折り曲げして成型することができる。非蒸発型のゲッターは、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）、バナジウム（Ｖ）、鉄（Ｆｅ）などからなる合金であり、活性化と呼ばれる真空中あるいは希ガス雰囲気での加熱処理を施すことにより、その吸着性能を発揮するようになる。
シート状のゲッター１０は、上記シート型ゲッターを赤外線検出器１００の真空容器１０１の内部形状に適合するように成型して形成することが可能であるので、赤外線検出器１００の真空容器１０１内部にゲッター１０を容易に封入することができる。
また、上述のようにシート型ゲッターおよびゲッター１０は多孔質構造である。一般的に、その空孔に光が入射されると、その光は内部で反射を繰り返し、最終的に光吸収されて熱に変わる。
雑音光２００は、シート型ゲッターを成型してなるゲッター１０によって吸収されるので、ゲッター１０を信号光の妨げにならないように、赤外線センサ２３を取り囲むように設置すれば、赤外線センサ２３に入射される雑音光２００を低減することができ、その結果、赤外線センサ２３のＳ／Ｎを向上することができる。

本実施の形態はその一例であり、ゲッター１０はシート型ゲッターを円筒形に成型したものである。ゲッター１０により雑音光２００の一部を吸収除去できるため、赤外線センサ２３のＳ／Ｎが向上する。本実施の形態では、ゲッター１０は図１（ｃ）に示すように螺旋状（コイル状）に形成されている。１１０は切り込みである。

このように本実施の形態は、真空容器１０１と、真空容器１０１に設けられた開口部２６０と、開口部２６０を覆い気密封着された光透過窓である赤外線透過窓２５と、真空容器１０１内に収容された光検出素子である赤外線センサ２３と、真空容器１０１内に収容されたゲッター１０とを有する光検出器である赤外線検出器１００において、ゲッター１０はシート状であり、赤外線センサ２３を取り囲んで設置されている。このような構成により、ゲッター１０の表面により、真空容器１０１内部にて雑音光２００を光吸収することができるので、赤外線センサ２３の出力する電気信号のＳ/Ｎが向上する。また、活性ガス吸着に必要不可欠なゲッター１０を雑音光２００の光吸収に用いるので、そのための専用部品を設ける必要がない。また、ゲッター１０はシート状なので、真空容器１０１の内部に容易に設置することができる。

また、真空容器１０１が、開口部２６０を有するキャップ２６と、電気的接続端子２２が気密封着されたステム２１とからなる。これにより、赤外線検出器１００を容易に組み立てることができる。
また、ゲッター１０は、金属薄板上にゲッター粉末が塗布されており、真空容器１０１の内部形状に適合する形状に成型されている。このように金属薄板上にゲッター粉末が塗布されたゲッター１０の表面は、多孔質構造であり、この多孔質構造によって雑音光２００を効率良く吸収することができる。また、ゲッター１０は真空容器１０１の内部形状に適合する形状に成型されているので、真空容器１０１の内部に容易に設置できる。
また、真空容器１０１内に設置されるゲッター１０の少なくとも赤外線センサ２３側の面には前記ゲッター粉末が塗布され、多孔質に焼結されている。このように赤外線センサ２３側の片面のみに前記ゲッター粉末を塗布することにより真空容器１０１内部の雑音光２００を光吸収できるとともに、ゲッター１０の製造コストを低減できる。もちろん、両方の面にゲッター粉末を塗布、焼結することも可能である。
また、ゲッター１０が螺旋状に形成されている。これによりパッケージである真空容器１０１に、高さの異なった数種類存在する場合でも、螺旋状のゲッター１０は高さが可変なので、１種類の形状のゲッター１０により数種類のパッケージに対応することができるとともに、赤外線センサ２３を効率良く覆うことができる。

《実施の形態２》
図２（ａ）は本発明の実施の形態２の赤外線検出器の断面図、（ｂ）は上面図である。本実施の形態では、真空容器１０１内に設置されたゲッター１０が、その平面形状が多角形状（ここでは八角形）の筒状に形成されている。これにより、ゲッター１０を真空容器１０１の内部形状に適合する形状に成型しやすい。

《実施の形態３》
図３（ａ）は本発明の実施の形態３の赤外線検出器の断面図、（ｂ）は上面図である。本実施の形態では、真空容器１０１内に設置された状態のゲッター１０が、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、円錐面の一部を成している。このような構成により図３（ｂ）に示すように、赤外線センサ２３を取り囲むゲッター１０によってキャップ２６の内側側面ばかりか内側上面を覆うことができる。すなわち、本実施の形態では、真空容器１０１が、開口部２６０を有するキャップ２６と、電気的接続端子２２が気密封着されたステム２１とからなり、ゲッター１０が、図３（ｂ）に示すようにキャップ２６の内側側面および内側上面を覆っている。本実施の形態では、図１〜図３に示した実施の形態１〜３に比較してキャップ２６の内側上面も覆うことができるので、雑音光２００をより吸収除去することができ、赤外線センサ２３のＳ／Ｎがより向上する。なお、ゲッター１０の形状は、角錐面の一部を成すように形成しても同様の効果を得ることができる。

《実施の形態４》
図４（ａ）は本発明の実施の形態４の赤外線検出器の断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）はゲッター（２枚分）の全体平面図である。本実施の形態は、真空容器１０１内に配置された状態のゲッター１０の少なくとも一辺（ここでは四辺のうち一辺）が図４（ｃ）に示すように鋸歯状になっている。１１０は切り込みである。本実施の形態では、キャップ２６の内側上面の反射面を覆うように赤外線センサ２３を取り囲み、かつ、シート型ゲッターの材料を余すとこなく効率良く使うための例である。図３に示した実施の形態３のものはシート型ゲッターから切り出した際、廃却部が多く、コスト高となる。本実施の形態では、キャップ２６の内側上面を覆うことができるので、実施の形態１、２と比較し雑音光をより吸収することができ、Ｓ/Ｎが向上するとともに、実施の形態３に比べ、シート型ゲッターを無駄無く使用することができるので、低コスト化することができる。また、本実施の形態では、ゲッター１０を鋸歯状に切断し、円筒形に丸め、鋸歯状の部位を折り曲げて収納している。この折り曲げは、真空容器１０１への組込前に加工しておいても良いし、真空容器１０１への組込時に押し込むことで折り曲げてもよい。

〈組立て方法の一例〉
次に、図４に示した実施の形態４の赤外線検出器１００の組立て方法の一例について、図５（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。図５（ａ）〜（ｅ）は、赤外線検出器１００の組立て工程断面図である。
まず、図５（ａ）に示すように、ゲッター１０を準備する。そして、ゲッター１０を、セラミック製のヒーターブロック６３に、可動爪６４を用いて密着させて固定する。
図７（ｂ）に示すように、キャップ２６の受光部には開口部２６０が設けられ、それを塞ぐように赤外線透過窓２５が低温ガラス材２５０で接着されている。そして、キャップ２６の凹部を上向きにして溶接用治具６１に固定する。
また、図７（ｃ）に示すように、ステム２１に赤外線センサ２３をダイボンド材２７にて接着する。ステム２１には、外部との電気的接続用端子２２がガラス材２９からなるハーメチックシールによって電気的絶縁と気密封止を同時に満足させつつ設けられている。赤外線センサ２３と電気的接続用端子２２とは電気配線としてのボンディングワイヤ２４で接続されている。そして、ステム２１を、赤外線センサ２３がダイボンド材２７により固定された側を下向きにして溶接用治具６２に固定する。
次に、上記の溶接用治具６１、溶接用治具６２およびヒーターブロック６３の３点を真空溶接機チャンバー内の可動ステージ（図示せず）にセットし、全体を排気する。そして、約１.３３×１０^−３Ｐａ（≒１０^−５Ｔｏｒｒ）に到達したところで、ヒーターブロック６３を加熱する。ゲッター１０を活性化するため、その温度が４００℃となるように制御して１０分間加熱する。
次に、ゲッター１０を冷却した後、図７（ｄ）に示すように、キャップ２６をヒーターブロック６３の直下に移動させ、ヒーターブロック６３の可動爪６４を緩めてゲッター１０をキャップ２６内の所定の位置に落とす。
次に、図７（ｅ）に示すように、キャップ２６をステム２１の下に移動させて、さらに上昇させ、周縁どうしを合わせて密着させる。
最後に、シーム溶接もしくは電子ビーム溶接を用いて真空チャンバー溶接機内で周縁を溶接して封止する。上記のようにして、図４に示した赤外線検出器１００が完成する。

なお、上記は図４に記載した赤外線検出器１００の作製工程を例に挙げて説明したが、図１〜３に記載のものの作製工程についてもこれに準じたものである。
このような作製工程により作製される赤外線検出器１００の内部の雰囲気は真空に保たれたものになる。赤外線検出器１００の内部の雰囲気を希ガスで充填する場合は、上記作製工程の真空溶接機チャンバー内を希ガスで満たし、同様の作製工程を経るとよい。
なお、以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

（ａ）は本発明の実施の形態１の赤外線検出器の断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）はゲッターの全体斜視図である。（ａ）は本発明の実施の形態２の赤外線検出器の断面図、（ｂ）は上面図である。（ａ）は本発明の実施の形態３の赤外線検出器の断面図、（ｂ）は上面図である。（ａ）は本発明の実施の形態４の赤外線検出器の断面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）はゲッターの全体平面図である。赤外線検出器の組立て工程断面図である。

符号の説明

１０…ゲッター
２１…ステム２２…電気的接続端子
２３…赤外線センサ２４…ボンディングワイヤ
２５…赤外線透過窓２６…キャップ
２７…ダイボンド材２８…貫通孔
２９…ガラス材
６１…溶接用治具６２…溶接用治具
６３…ヒーターブロック６４…可動爪
１００…赤外線検出器１０１…真空容器
１１０…切り込み２００…雑音光
２１１…ステムの周縁部２５０…低温ガラス材
２６０…開口部２６１…キャップの周縁部

Claims

真空容器と、
前記真空容器に設けられた開口部と、
前記開口部を覆い気密封着された光透過窓と、
前記真空容器内に収容された光検出素子と、
前記真空容器内に収容されたゲッターと
を有する光検出器において、
前記ゲッターはシート状であり、前記光検出素子を取り囲んで設置されていることを特徴とする光検出器。
前記真空容器が、前記開口部を有するキャップと、電気的接続端子が気密封着されたステムとからなることを特徴とする請求項１記載の光検出器。
前記ゲッターは、金属薄板上にゲッター粉末が塗布されており、
前記真空容器の内部形状に適合する形状に成型されていることを特徴とする請求項１記載の光検出器。
前記真空容器内に設置された状態の前記ゲッターの少なくとも前記光検出素子側の面に前記ゲッター粉末が塗布されていることを特徴とする請求項３記載の光検出器。
前記ゲッターが螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項３記載の光検出器。
前記真空容器内に設置された状態の前記ゲッターが、平面形状が多角形状の筒状であることを特徴とする請求項３記載の光検出器。
前記真空容器内に設置された状態の前記ゲッターが円錐面もしくは角錐面の一部を成していることを特徴とする請求項３記載の光検出器。
前記真空容器内に配置された状態の前記ゲッターの少なくとも一辺が鋸歯状であることを特徴とする請求項３記載の光検出器。
前記真空容器が、前記開口部を有するキャップと、電気的接続端子が気密封着されたステムとからなり、
前記ゲッターが、前記キャップの内側側面および内側上面を覆っていることを特徴とする請求項７または８記載の光検出器。