JP3164862B2 - 電子冷却型赤外線検知器 - Google Patents
電子冷却型赤外線検知器Info
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- JP3164862B2 JP3164862B2 JP32203591A JP32203591A JP3164862B2 JP 3164862 B2 JP3164862 B2 JP 3164862B2 JP 32203591 A JP32203591 A JP 32203591A JP 32203591 A JP32203591 A JP 32203591A JP 3164862 B2 JP3164862 B2 JP 3164862B2
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- Japan
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- infrared
- stage
- infrared detector
- infrared sensor
- electronic cooling
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子冷却型赤外線検知器
の改良に関する。一般に二元又は三元化合物半導体から
なる赤外線検知素子（赤外線検知用の光電変換素子）
は、所望の感度特性を得るために冷却した状態で使用さ
れる。冷却の手段としては、液体窒素や液体アルゴン
等の冷媒を用いるもの、アルゴンや窒素等の高圧ガス
を用いたジュール・トムソン冷却器によるもの、コン
プレッサを用いた冷凍機によるもの、ペルチェ効果等
を利用した電子冷却素子によるものがある。
の改良に関する。一般に二元又は三元化合物半導体から
なる赤外線検知素子（赤外線検知用の光電変換素子）
は、所望の感度特性を得るために冷却した状態で使用さ
れる。冷却の手段としては、液体窒素や液体アルゴン
等の冷媒を用いるもの、アルゴンや窒素等の高圧ガス
を用いたジュール・トムソン冷却器によるもの、コン
プレッサを用いた冷凍機によるもの、ペルチェ効果等
を利用した電子冷却素子によるものがある。
【０００２】の電子冷却素子による冷却は、、の
ように冷却源の補給を必要とせず屋外での使用性に優
れ、また、に比較して価格が安いことから、主として
民生用赤外線撮像装置に用いられている。しかし、電子
冷却素子は他の手段と比較して冷却能力が低く、熱負荷
を小さくすることが要求されている。
ように冷却源の補給を必要とせず屋外での使用性に優
れ、また、に比較して価格が安いことから、主として
民生用赤外線撮像装置に用いられている。しかし、電子
冷却素子は他の手段と比較して冷却能力が低く、熱負荷
を小さくすることが要求されている。
【０００３】
【従来の技術】従来、パッケージのベース上に電子冷却
素子を設け、この電子冷却素子上に赤外線センサを搭載
して、赤外線センサを所望の温度に冷却して感度を得る
電子冷却型赤外線検知器が知られている。
素子を設け、この電子冷却素子上に赤外線センサを搭載
して、赤外線センサを所望の温度に冷却して感度を得る
電子冷却型赤外線検知器が知られている。
【０００４】パッケージのケースに設けた赤外線透過窓
から入射した赤外線は赤外線センサにより検知され、電
気信号に変換される。赤外線センサからの信号は金から
なるボンディングワイヤ及びセラミック基板上に金パタ
ーンを形成したリード端子を通して外部に取り出され
る。
から入射した赤外線は赤外線センサにより検知され、電
気信号に変換される。赤外線センサからの信号は金から
なるボンディングワイヤ及びセラミック基板上に金パタ
ーンを形成したリード端子を通して外部に取り出され
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の電子冷却型赤外
線検知器においては、電子冷却素子を冷却性能限界に近
い状態で使用すると、ボンディングワイヤからの侵入熱
や電子冷却素子からの輻射熱により冷却性能が低下し、
赤外線センサの所定性能が得られなくなる場合があると
いう問題があった。
線検知器においては、電子冷却素子を冷却性能限界に近
い状態で使用すると、ボンディングワイヤからの侵入熱
や電子冷却素子からの輻射熱により冷却性能が低下し、
赤外線センサの所定性能が得られなくなる場合があると
いう問題があった。
【０００６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、電子冷却素子から
の熱輻射を低減させ、電子冷却素子による効率的な赤外
線センサの冷却が可能な電子冷却型赤外線検知器を提供
することである。
のであり、その目的とするところは、電子冷却素子から
の熱輻射を低減させ、電子冷却素子による効率的な赤外
線センサの冷却が可能な電子冷却型赤外線検知器を提供
することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために、パッケージのベース上に絶縁性基板
間にペルチェ効果を生ずる複数の半導体ブロックを挟ん
で構成した電子冷却素子を設け、該電子冷却素子上に赤
外線センサを搭載した電子冷却型赤外線検知器におい
て、パッケージのケースに設けられた赤外線透過窓に対
向する電子冷却素子の前記絶縁性基板表面に低輻射率の
物質を蒸着又はめっきしたことを特徴とする。
を解決するために、パッケージのベース上に絶縁性基板
間にペルチェ効果を生ずる複数の半導体ブロックを挟ん
で構成した電子冷却素子を設け、該電子冷却素子上に赤
外線センサを搭載した電子冷却型赤外線検知器におい
て、パッケージのケースに設けられた赤外線透過窓に対
向する電子冷却素子の前記絶縁性基板表面に低輻射率の
物質を蒸着又はめっきしたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】パッケージの赤外線透過窓と電子冷却素子の絶
縁性基板との間に温度差があるため、絶縁性基板から輻
射熱が発生する。本発明では、赤外線透過窓に対向する
電子冷却素子の絶縁性基板表面に低輻射率の物質を蒸着
又はめっきするようにしたので、電子冷却素子からの輻
射熱を大幅に低減でき、赤外線センサの効率的な冷却が
可能である。
縁性基板との間に温度差があるため、絶縁性基板から輻
射熱が発生する。本発明では、赤外線透過窓に対向する
電子冷却素子の絶縁性基板表面に低輻射率の物質を蒸着
又はめっきするようにしたので、電子冷却素子からの輻
射熱を大幅に低減でき、赤外線センサの効率的な冷却が
可能である。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の実施例に係る電子冷却型赤外線検
知器の部分断面図である。赤外線検知器１２は、電子冷
却素子としてのペルチェ素子１６が上面に固着されるパ
ッケージのベース１４と、ペルチェ素子１６を覆うよう
に溶接等によりベース１４上を密閉するパッケージのケ
ース１８と、ケース１８の上部に設けられたサファイア
等からなる赤外線透過窓２０とを含んでいる。
する。図１は本発明の実施例に係る電子冷却型赤外線検
知器の部分断面図である。赤外線検知器１２は、電子冷
却素子としてのペルチェ素子１６が上面に固着されるパ
ッケージのベース１４と、ペルチェ素子１６を覆うよう
に溶接等によりベース１４上を密閉するパッケージのケ
ース１８と、ケース１８の上部に設けられたサファイア
等からなる赤外線透過窓２０とを含んでいる。
【００１０】赤外線透過窓２０に対向するように赤外線
センサ２２が電子冷却素子１６上に搭載されている。２
４はケース１８を貫通するように設けられた、セラミッ
ク基板上に金パターンを形成してなるリード端子であ
り、赤外線センサ２２とリード端子２４とは金のボンデ
ィングワイヤ２６により接続されている。
センサ２２が電子冷却素子１６上に搭載されている。２
４はケース１８を貫通するように設けられた、セラミッ
ク基板上に金パターンを形成してなるリード端子であ
り、赤外線センサ２２とリード端子２４とは金のボンデ
ィングワイヤ２６により接続されている。
【００１１】ベース１４、ケース１８及び赤外線透過窓
２０により画成される空間は真空に排気されており、こ
れによりこの空間を介して赤外線センサ２２に熱が流入
しにくくなっている。
２０により画成される空間は真空に排気されており、こ
れによりこの空間を介して赤外線センサ２２に熱が流入
しにくくなっている。
【００１２】ペルチェ素子１６は、セラミックステージ
２８ａと、ペルチェ効果を有する複数の半導体ブロック
３０ａと、セラミックステージ２８ｂと、ペルチェ効果
を有する複数の半導体ブロック３０ｂと、セラミックス
テージ２８ｃと、ペルチェ効果を有する複数の半導体ブ
ロック３０ｃと、セラミックステージ２８ｄとをこの順
に下段側から積層して構成される３段構成となってい
る。
２８ａと、ペルチェ効果を有する複数の半導体ブロック
３０ａと、セラミックステージ２８ｂと、ペルチェ効果
を有する複数の半導体ブロック３０ｂと、セラミックス
テージ２８ｃと、ペルチェ効果を有する複数の半導体ブ
ロック３０ｃと、セラミックステージ２８ｄとをこの順
に下段側から積層して構成される３段構成となってい
る。
【００１３】各半導体ブロックは例えばＢｉＴｅからな
り、これらは直列に接続されて所定の方向に電流が流さ
れる。これにより各セラミックステージは段階的に冷却
され、赤外線センサ２２が固着される最上層のセラミッ
クステージ２８ｄの温度が最も低くなり、赤外線センサ
２２を所望の温度に冷却することができる。
り、これらは直列に接続されて所定の方向に電流が流さ
れる。これにより各セラミックステージは段階的に冷却
され、赤外線センサ２２が固着される最上層のセラミッ
クステージ２８ｄの温度が最も低くなり、赤外線センサ
２２を所望の温度に冷却することができる。
【００１４】図２を参照すると、ベース１４及びリード
端子２４の省略された図１に示した実施例の平面図が示
されている。セラミックステージ２８ｂ，２８ｃに形成
されたペルチェ素子１６の一対の電極３２部分を除い
て、赤外線透過窓２０に対向するセラミックステージ２
８ｂ，２８ｃ及び２８ｄ上に金３１が蒸着されている。
端子２４の省略された図１に示した実施例の平面図が示
されている。セラミックステージ２８ｂ，２８ｃに形成
されたペルチェ素子１６の一対の電極３２部分を除い
て、赤外線透過窓２０に対向するセラミックステージ２
８ｂ，２８ｃ及び２８ｄ上に金３１が蒸着されている。
【００１５】蒸着に代えてめっきにより金被膜を形成す
るようにしても良い。また、金に代えてアルミニウム等
の低輻射率の物質を採用することもできる。さらに、低
輻射率の物質の蒸着又はめっきに代えて、表面が鏡面加
工された低輻射率のテープを該当箇所に貼付するように
しても良い。
るようにしても良い。また、金に代えてアルミニウム等
の低輻射率の物質を採用することもできる。さらに、低
輻射率の物質の蒸着又はめっきに代えて、表面が鏡面加
工された低輻射率のテープを該当箇所に貼付するように
しても良い。
【００１６】図３を参照すると、本発明実施例に係る赤
外線センサ２２の平面図が示されている。赤外線センサ
２２はサファイア基板３４上にＨｇＣｄＴｅからなる多
素子型の赤外線検知素子３６を貼付して構成されてい
る。
外線センサ２２の平面図が示されている。赤外線センサ
２２はサファイア基板３４上にＨｇＣｄＴｅからなる多
素子型の赤外線検知素子３６を貼付して構成されてい
る。
【００１７】３８は各素子部分の受光窓であり、この部
分でＨｇＣｄＴｅが露出している。４０は各素子部分の
個別電極であり、４２は共通電極である。各個別電極４
０及び共通電極４２には信号取出用の金ワイヤ２６がボ
ンディング接続されている。
分でＨｇＣｄＴｅが露出している。４０は各素子部分の
個別電極であり、４２は共通電極である。各個別電極４
０及び共通電極４２には信号取出用の金ワイヤ２６がボ
ンディング接続されている。
【００１８】本実施例の赤外線センサ２２の特徴とする
ところは、赤外線透過窓２０に対向するサファイア基板
３４表面上に金の薄膜３５を蒸着又はめっきにより形成
したことである。これにより、赤外線センサ２２のサフ
ァイア基板３４からの輻射熱を大幅に低減することがで
きる。
ところは、赤外線透過窓２０に対向するサファイア基板
３４表面上に金の薄膜３５を蒸着又はめっきにより形成
したことである。これにより、赤外線センサ２２のサフ
ァイア基板３４からの輻射熱を大幅に低減することがで
きる。
【００１９】金に代えてアルミニウム等の低輻射率の物
質を蒸着又はめっきしても良く、さらに該当箇所に表面
が鏡面加工された低輻射率のテープを貼付するようにし
ても良い。
質を蒸着又はめっきしても良く、さらに該当箇所に表面
が鏡面加工された低輻射率のテープを貼付するようにし
ても良い。
【００２０】以下、本発明の有効性を立証するために、
２枚の平行平板間の輻射熱量を計算する。サファイア基
板３４の輻射率をε1 、セラミックステージの輻射率を
ε2 、高温側の面積をＳ1 、高温側の温度をＴ1 、低温
側の温度をＴ2 とすると、平行平板間の輻射熱量は次式
で与えられる。
２枚の平行平板間の輻射熱量を計算する。サファイア基
板３４の輻射率をε1 、セラミックステージの輻射率を
ε2 、高温側の面積をＳ1 、高温側の温度をＴ1 、低温
側の温度をＴ2 とすると、平行平板間の輻射熱量は次式
で与えられる。
【００２１】Ｑ＝4.88×S1×ε1 ε2 /(ε1 ＋ε2 −ε
1 ε2)〔(T1/100)4 −(T2/100)4 ］ε1 ε2/ (ε1 ＋ε
2 −ε1 ε2)＝Ａとすると、同一形状の容器の場合、そ
の輻射熱量はＡに依存する。サファイアの輻射率ε1 ＝
０．５、セラミックステージの輻射率ε2 ＝０．２８で
あるから、セラミックステージが露出した従来構成の場
合には、Ａ1 ＝０．２１９となる。
1 ε2)〔(T1/100)4 −(T2/100)4 ］ε1 ε2/ (ε1 ＋ε
2 −ε1 ε2)＝Ａとすると、同一形状の容器の場合、そ
の輻射熱量はＡに依存する。サファイアの輻射率ε1 ＝
０．５、セラミックステージの輻射率ε2 ＝０．２８で
あるから、セラミックステージが露出した従来構成の場
合には、Ａ1 ＝０．２１９となる。
【００２２】一方、金の輻射率ε2 ′＝０．０１である
から、セラミックステージ上に金を蒸着した本発明実施
例の場合には、Ａ2 ＝０．０１となる。 Ａ2/Ａ1 ≒１／２２であるから、セラミックステージ上
に金を蒸着した実施例の場合には従来構成に比較してペ
ルチェ素子からの輻射熱量を約１／２２に低減すること
ができる。
から、セラミックステージ上に金を蒸着した本発明実施
例の場合には、Ａ2 ＝０．０１となる。 Ａ2/Ａ1 ≒１／２２であるから、セラミックステージ上
に金を蒸着した実施例の場合には従来構成に比較してペ
ルチェ素子からの輻射熱量を約１／２２に低減すること
ができる。
【００２３】
【発明の効果】本発明によると、電子冷却素子からの輻
射熱量を大幅に低減することができ、電子冷却素子によ
る効率的な赤外線センサの冷却が可能になる。
射熱量を大幅に低減することができ、電子冷却素子によ
る効率的な赤外線センサの冷却が可能になる。
【図１】本発明実施例の電子冷却型赤外線検知器の部分
断面図である。
断面図である。
【図２】図１に示した実施例の平面図である。
【図３】赤外線センサの平面図である。
１２ 赤外線検知器 １４ ベース １６ ペルチェ素子 ２０ 赤外線透過窓 ２２ 赤外線センサ ２８ａ〜２８ｄ セラミックステージ ３０ａ〜３０ｃ 半導体ブロック ３１，３５ 金の蒸着膜 ３２ 電極 ３４ サファイア基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 知史 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 濱嶋 茂樹 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−33517（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−10782（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−131856（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−20881（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−23624（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−31865（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−16029（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 1/02 - 1/06 G01J 5/02 H01L 27/14 H01L 29/76 301 H01L 31/00 - 31/02 H01L 31/08 H01L 35/00 - 35/32
Claims (2)
- 【請求項１】 パッケージのベース上に絶縁性基板間に
ペルチェ効果を生ずる複数の半導体ブロックを挟んで構
成した多段電子冷却素子を設け、該多段電子冷却素子上
に赤外線センサを搭載した電子冷却型赤外線検知器にお
いて、 パッケージのケースに設けられた赤外線透過窓に対向す
る多段電子冷却素子の各段の前記絶縁性基板表面に低輻
射率の物質を蒸着又はめっきするとともに、 前記赤外線センサはサファイア基板上に多素子型赤外線
検知素子を設けて構成され、赤外線透過窓に対向する赤
外線検知素子搭載部以外の前記サファイア基板表面に低
輻射率の物質を蒸着又はめっきした ことを特徴とする電
子冷却型赤外線検知器。 - 【請求項２】 低輻射率の物質の蒸着又はめっきに代え
て当該箇所に低輻射率のテープを貼付したことを特徴と
する請求項１記載の電子冷却型赤外線検知器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32203591A JP3164862B2 (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | 電子冷却型赤外線検知器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32203591A JP3164862B2 (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | 電子冷却型赤外線検知器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157619A JPH05157619A (ja) | 1993-06-25 |
| JP3164862B2 true JP3164862B2 (ja) | 2001-05-14 |
Family
ID=18139198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32203591A Expired - Fee Related JP3164862B2 (ja) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | 電子冷却型赤外線検知器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3164862B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100370553C (zh) * | 2003-05-08 | 2008-02-20 | 松下电器产业株式会社 | 半导体激光器件 |
-
1991
- 1991-12-05 JP JP32203591A patent/JP3164862B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05157619A (ja) | 1993-06-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010220 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |