JP3287729B2 - 放射検出器 - Google Patents

放射検出器

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JP3287729B2
JP3287729B2 JP10856395A JP10856395A JP3287729B2 JP 3287729 B2 JP3287729 B2 JP 3287729B2 JP 10856395 A JP10856395 A JP 10856395A JP 10856395 A JP10856395 A JP 10856395A JP 3287729 B2 JP3287729 B2 JP 3287729B2
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pyroelectric element
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Panasonic Holdings Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、放射エネルギーを測定
するための放射検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の紫外・赤外放射の工業応用は、２
５０nmから２．５μmの波長範囲を越えてきており、特
に放電ランプやレーザの紫外・赤外での放射の特性評価
には、放射測定標準の波長範囲の拡大が重要な課題とな
っている。
【０００３】従来これらの放射照度標準は、黒体炉を使
用する方法と、熱形検出器で構成される絶対放射計が使
用される。
【０００４】しかし波長２５０ｎｍ以下の紫外波長域で
は、黒体炉の放射エネルギーが微弱となることから、絶
対放射計が使用されている。
【０００５】熱形検出器は、サーモパイルや焦電素子な
どの熱エネルギーを電気エネルギーに変換する感熱素子
に受光面として金黒蒸着層や黒色塗料を放射吸収層と
し、放射吸収層で放射エネルギーを熱エネルギーに変換
し、感熱素子で、その熱エネルギーを電気エネルギーに
変換して、放射エネルギーを検出するものである。
【０００６】したがって、熱形検出器の相対分光応答度
は、使用する放射吸収層の分光吸収率によって決定され
る。
【０００７】このため、その分光応答度に波長依存性の
ない熱形検出器を構成するためには、その分光吸収率が
波長依存性のない放射吸収材料が必要となる。
【０００８】従来この種の目的には、金を窒素雰囲気中
で蒸発させて得られる金黒が使用されているが、その分
光吸収率の波長依存性をなくすためには、金黒の層を厚
くする必要があった。
【０００９】しかしながら上記従来の構成では、金黒の
厚さが大きいと、その熱損失が大きくなるため、感度が
大きく低下する問題があった。
【００１０】また金黒を使用した熱形検出器は、可視波
長域では、その分光応答度が波長に対して一定である
が、紫外や赤外では、波長依存性が生じ、波長２５０ｎ
ｍで３％程度の外れが報告されている（「シーアイイー
パブリケーション 第６４号」(ＣＩＥ Ｐｕｂ．Ｎｏ．
６４：Determination of spectral responsivity of op
tical radiation detector))。
【００１１】この分光応答度の波長依存性を解消するた
めに、内側を黒色塗料で黒くした銅などの金属キャビテ
ィを液体ヘリウムで５Ｋまで冷却し、放射をキャビティ
内壁で繰り返し反射させ吸収し、その吸収エネルギーに
よるキャビティの温度上昇を外部に設けた熱電対で測定
する極低温放射計が開発されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、冷却のための
クライオスタットや温度制御装置等が大がかりであるこ
と、検出部であるキャビティがクライオスタット深部に
位置するため、被測定光を広がりの極めて小さいビーム
にする必要があること、結露防止のための窓を通しての
測定となるため、その透過率を精度よく測定する必要が
あるなど測定上の制約が大きいという問題があった。
【００１３】本発明は上記従来の放射検出器の課題を解
決するもので、常温での測定が可能で、分光応答度が波
長に依存せず、安定な出力が得られる熱形の放射検出器
を実現することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の本願発明は、内面の一部もしくは全部に
放射吸収層を付着させた円錐状の焦電素子を備えた放射
検出器であって、前記円錐状の焦電素子は、扇形をした
フィルム状の焦電素子の、その要から外周への両方の端
部にそれぞれ絶縁断熱樹脂またはセラミックでできた支
持板を接着し、前記それぞれの支持板をはりあわせるこ
とにより円錐形状としたものであり、円錐形状の前記焦
電素子の底面の開口部から入射した被測定光の放射を、
前記放射吸収層で熱として吸収し、その温度上昇を前記
焦電素子で電気信号に変換して前記放射のエネルギー量
を検出する放射検出器を提供する。
【００１５】
【００１６】又、請求項２の本願発明は、内面に放射吸
収層を付着させた２個以上の焦電素子で形成された円錐
状、円錐台状、角錐状、又は角錐台状の熱電変換器およ
び前記焦電素子の一部に接して前記焦電素子を固定する
支持機構とを有し、前記焦電素子を、それぞれの電気発
生の極性が同一方向と成るよう直列に電気接続し、前記
各焦電素子で形成された錐部の底面の開口部より入射し
た被測定光の放射を電気信号に変換し、そのエネルギー
量を検出する放射検出器を提供する。
【００１７】又、請求項５の本願発明は、内面に放射吸
収層を付着させた焦電素子と、前記焦電素子の一部に接
して前記焦電素子を固定する支持機構と、内面が鏡面の
鏡体とを有し、前記焦電素子と鏡体とで形成された円
錐、円錐台、角錐、又は角錐台の底面の開口部から入射
した被測定光の放射を、前記放射吸収層で熱として吸収
し、その温度上昇を前記焦電素子で電気信号に変換して
前記放射のエネルギー量を検出する放射検出器を提供す
る。
【００１８】又、請求項８の本願発明は、外面の一部又
は全部に放射吸収層を付着させた円錐状、円錐台状、角
錐状、又は角錐台状の焦電素子と、その前記焦電素子を
内側に収納し、内面の一部又は全部が鏡面の鏡筒と、そ
の鏡筒の開口部に設けられた入射アパーチャーとを備
え、前記入射アパーチャより入射した放射を、前記放射
吸収層に入射させ、その反射した放射成分を、前記鏡筒
および前記入射アパーチャにより反射させて再び前記放
射吸収層に入射させ、その繰り返しにより、前記入射し
た放射を前記放射吸収層で熱として吸収し、その温度上
昇を前記焦電素子で電気信号に変換して前記放射のエネ
ルギー量を検出する放射検出器を提供する。
【００１９】又、請求項９の本願発明は、外面の一部又
は全部に放射吸収層を付着させた円錐、円錐台、角錐、
又は角錐台状の第１の焦電素子と、その第１焦電素子を
内側に収納し、内面の一部又は全部に放射吸収層を付着
させた筒状の第２焦電素子と、その第２焦電素子の開口
部に設けられた入射アパーチャーとを備え、前記入射ア
パーチャより入射した放射を、前記放射吸収層に入射さ
せ、その反射した放射成分を、再び前記放射吸収層に入
射させ、その繰り返しにより、前記入射した放射を前記
放射吸収層で熱として吸収し、その温度上昇を前記焦電
素子で電気信号に変換して前記放射のエネルギー量を検
出する放射検出器を提供する。
【００２０】
【作用】本願発明では、上記した構成により、円錐部底
面の開口部から入射した被測定光の放射が、前記円錐内
壁の前記放射吸収層で繰り返し反射吸収され、その温度
上昇が前記焦電素子で電気信号に変換されて前記被測定
光の放射のエネルギー量が効率よく検出される。
【００２１】また、前記円錐部を複数の焦電素子で構成
し、それぞれの素子を分極方向を一致させるように直列
に電気的に接続を行なうことにより、検出器の静電容量
を低下させ、検出器の感度を向上させる。
【００２２】また、半円錐鏡体と半円錐焦電素子および
その内壁に形成した放射吸収層とで検出器を構成するこ
とにより、半円錐鏡体側に入射した放射をすべて、半円
錐焦電素子の内壁の放射吸収層に反射させ、吸収するこ
とによって、受光面である放射吸収層へ単位面積当り入
射する放射が、ほぼ倍となり、第１の発明の放射検出器
の２倍のＳ／Ｎ比を持つ検出器が実現できる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【００２４】図１は、本発明の第１の実施例の構成を示
す図で、図１（Ａ）は縦断面図、図１（Ｂ）は図１
（Ａ）の後ろ側からみた背面図、図１（Ｃ）は斜視図で
ある。
【００２５】図１において、開口部の直径φ1 を約１０
ｍｍとした入射アパーチャ１より入射した被測定光２
は、頂角θ1を３０度とした円錐状のＰＶＦ2（ポリフッ
化ビニリデン）の焦電素子３の内面に蒸着した放射吸収
層４に入射し、一部は吸収され、残りは反射し、再度放
射吸収層４に入射する。
【００２６】これを繰り返して、被測定光２は、放射吸
収層４に１００％近く吸収される。放射吸収層の分光反
射率をγ（λ）、円錐の開口部に垂直に入射した放射の
円錐内部での繰り返し反射吸収回数をｎとすれば、円錐
の実効吸収率α（λ）は、次式１で与えられる。
【００２７】
【数１】
【００２８】α（λ）＝１−γ（λ）n 従って、頂角θ1を３０度とした、円錐内部に分光反射
率がγ（λ）＜０．１の金黒放射吸収層４を塗布した場
合、ｎ＝６であるから、α（λ）＜０．９９９９９９
９、すなわち、９９．９９９９９％の実効吸収率とな
る。すなわち、応答度の波長依存性は無くなる。図１’
はそのような様子を示す、頂角３０度の内部反射モデル
を示す図である。
【００２９】焦電素子３は、フィルム厚が９μｍ、両面
にアルミを蒸着して電極としたものでフレキシブルであ
る。これを支持板５で円錐状に固定し、その支持板５を
入射アパーチャ１に固定した。すなわち、フィルム状の
焦電素子３をまず扇形に切りだし、その要から外周への
両方の端部にそれぞれ絶縁、断熱に優れた絶縁断熱樹脂
または、セラミックでできた支持板５を接着した。な
お、放射吸収層４は、焦電素子３が平面の状態で、窒素
ガス圧１〜２ｔｏｒｒの雰囲気で、金を蒸発させて製作
する。
【００３０】金黒の膜厚は１０μｍ前後で、熱伝効率の
良い放射吸収層４が得られる。なお、焦電素子３の表面
に金黒を放射吸収層４として付着させたが、他の金属を
蒸発させて形成した金属黒を付着させてもよく、また黒
色塗料を付着させてもよい。
【００３１】このように、金黒蒸着ののち、焦電素子３
の両端の支持板５をはりあわせ、放射吸収層４が内部に
位置するように円錐を形成する。
【００３２】この円錐状となった焦電素子の支持板５の
端部を入射アパーチャ１に固定することにより、図１に
示した放射検出器が構成される。また、１５は支持板５
とともに焦電素子３と入射アパーチャ１とを補助的に固
定するための補助支持板である。なお、焦電素子３の電
極は図示していない。
【００３３】放射の測定は、光チョッパ等で変調した被
測定光２を入射アパーチャ１より放射検出器内に入射さ
せ、それによる焦電素子３の電気出力を高入力インピー
ダンスのロックイン増幅器（図示せず）で、変調周波数
に同期して検出する。
【００３４】ロックイン増幅器の入力インピーダンス１
０ＭΩ、変調周波数１８．５Ｈｚで、１μV／(μW／c
m2)以上の感度が得られる。
【００３５】焦電素子の感度は、変調周波数に反比例す
るため、変調周波数を２Ｈｚ程度まで落とすと、入射ア
パーチャ１の開口面積と同一の受光面積を持つ、従来の
熱形放射検出器（サーモパイル）の２０倍近い高感度な
放射検出器が得られる。
【００３６】また、放射吸収層４は、被測定光２の反射
成分を繰り返し捕らえるため、感度の波長依存性は解消
される。
【００３７】以上のように本実施例によれば、使用する
焦電素子がフイルム状で放射検出器の形成が容易である
とともに、常温での測定が可能で、分光応答度が波長に
依存せず、かつ安定な出力が得られる熱形の放射検出器
を実現できる。
【００３８】また、図２に示す放射検出器は、本発明の
一実施例であって、熱電素子３の形状が３角柱状のもの
である。（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は後ろ側からみた背
面図、（Ｃ）は斜視図である。このような多面体でも当
然に、放射吸収層４は、被測定光２の反射成分を繰り返
し捕らえるため、感度の波長依存性は解消される。
【００３９】また、図３に示す放射検出器は、本発明の
一実施例であって、熱電素子３の形状が４角錐状のもの
である。（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は後ろ側からみた背
面図、（Ｃ）は斜視図である。このような角錐でも当然
に、放射吸収層４は、被測定光２の反射成分を繰り返し
捕らえるため、感度の波長依存性は解消される。
【００４０】また、図４に示す放射検出器は、本発明の
一実施例であって、図１に示すものからアパーチャーが
除去された状態のものである。（Ａ）は縦断面図、
（Ｂ）は後ろ側からみた背面図、（Ｃ）は斜視図であ
る。このようなアパーチャーが無いものでも当然に、放
射吸収層４は、被測定光２の反射成分を繰り返し捕らえ
るため、感度の波長依存性は解消される。
【００４１】次に、本発明の別の実施例について説明す
る。
【００４２】本実施例は、図１の実施例における円錐構
造を２つの半円錐形状の焦電素子で構成するものであ
る。
【００４３】その２つの焦電素子を電気的にそれぞれの
焦電分極の極性が同一方向と成るよう直列に接続するこ
とにより、電気的時定数が小さくなる。
【００４４】図５は、本実施例の構成を示す図で、図５
（Ａ）は縦断面図、図５（Ｂ）は後ろからみた背面図で
ある。
【００４５】図６は、本実施例の２つの焦電素子３、３
の電気的接続の模式的概略図である。
【００４６】図５において、２１は、扇形の要から外周
への両方の端部にそれぞれ板状の絶縁断熱樹脂でできた
支持板２３を接着した、フィルム状の第一焦電素子であ
る。また２２は、同様な扇の両端部に指示板２４を接着
したフィルム状の第２の焦電素子である。第一および第
二の焦電素子２１，２２の片面には第１の実施例と同様
に黒色塗料または金属黒が放射吸収層４として付着され
ている。
【００４７】第一及び第二の焦電素子２１、２２のそれ
ぞれの端部に固定された支持板２３，２４は、放射吸収
層４が内側となり、かつ焦電素子２１，２２が半円錐状
となるように第一および第二の焦電素子２１，２２を曲
げ、さらに両者を合わせて円錐状となるように、互いに
接着されている。
【００４８】第一の焦電素子２１と第二の焦電素子２２
とは図６に示すように導線によって、それぞれの焦電分
極の極性が同一方向と成るよう直列に接続し、第一の焦
電素子２１および第二の焦電素子２２からなる円錐の底
部開口より入射した被測定光２の放射を電気信号に変換
し、そのエネルギー量を検出する構成となっている。
【００４９】次に本実施例の動作を説明する。まず焦電
素子は、素子の温度変化、すなわち、微分量に対して応
答するものであるから、受光面に入射する光をチョッパ
などで変調した上で、その変調された光を焦電素子で検
出する。
【００５０】変調周波数をω、Ｒを焦電素子の内部抵抗
と素子を接続する前置増幅器６の入力抵抗から得られる
合成抵抗、Ｃを焦電素子の内部容量と素子を接続する前
置増幅器の入力容量から得られる合成容量、Ｓを円錐の
開口部の面積、Ｓ’を受光素子面積、すなわち、円錐の
内面積とし、Ｐを焦電素子の焦電係数、Ｇを素子の周囲
に対する熱コンダクタンス、Ｈを焦電素子の熱容量、素
子の熱時定数τT（＝Ｈ／Ｇ）、電気的時定数をτE（＝
ＣＲ）とすれば、焦電素子の応答度は次式２で表され
る。
【００５１】
【数２】Ｒv＝ηωＲＳＳ’Ｐ／Ｇ・（1＋ω2τT 2）
-1/2（1＋ω2τE 2）-1/2 従ってω＞１／τEのとき、焦電素子の感度Ｒvは周波数
が高いほど大きくなる。また１／τE＞ω＞１／τTのと
き、焦電素子の感度は周波数に関係なく一定となる。さ
らに１／τT＞ωのとき、焦電素子の感度は周波数の低
下に比例して増大する。したがって、本実施例の放射検
出器は、図１の実施例の放射検出器に比べて、入射光の
変調周波数に感度が依存しない周波数領域が広く、変調
周波数の変動に対して影響をうけない、安定した検出器
を構成できる。
【００５２】入射放射を１８．５Ｈzで変調して、Ｒ＝
１０8Ωの入力インピーダンスのアンプで放射検出を行
なうとき、素子の熱時定数τTは１秒以上、電気的時定
数τEも１５ｍ秒以上であり、このときω＞１／τT、１
／τEゆえ、
【００５３】
【数３】Ｒv＝ηＳＰ／ωＣVｄＣ となる。ここにＣVは、素子の体積比熱、ｄは素子の厚
さであり、
【００５４】
【数４】τT＝ＣV・Ｓ’・ｄ・Ｇ である。
【００５５】以上のことから、開口部の直径φ１を１０
mmと一定、すなわち、開口面積Ｓ’が一定である場合、
検出器の感度は素子の容量Ｃに反比例する。
【００５６】実際のデータを（表１）に示す。開口面積
を一定とし、頂角（開口角）を変えて、素子面積すなわ
ち素子容量を変えた検出器の感度を測定した。
【００５７】
【表１】
【００５８】なお、頂角９０度の検出器の繰り返し反射
吸収回数が２回となり、この繰り返し反射吸収効果が得
られる限界である。また、開口面積を一定とした場合、
頂角９０度の検出器が、素子の容量がもっとも小さくな
り、高い感度が得られる。
【００５９】図７は各種頂角の円錐の内部反射モデルを
示す。
【００６０】円錐内部での繰り返し反射吸収効果をみる
ために、１．５torrの窒素雰囲気中で厚さ４μの金黒を
付着させた検出器をその頂角を変えて製作し、実効反射
率を測定したところ、図８に示すように、繰り返し反射
吸収回数が２回の頂角９０度の検出器でも、平面の金黒
では反射率８％以下であったのが、０．７％以下に改善
される。すなわち、放射を９９．４％以上吸収出来る。
【００６１】図９は開口面積を一定とし、頂角（開口
角）を変えて、素子面積すなわち、素子容量を変えた場
合の感度の測定値を示すグラフである。
【００６２】以上の事から、本実施例によれば、図１の
放射検出器に比べ、容量が１／２であるから、感度は倍
に向上することがわかる。
【００６３】図１０は、本発明の別の実施例を示す図で
あって、熱電変換素子３が、円錐状を軸に直角方向に２
つに分割した形状を有している放射検出器である。
（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は後ろからみた背面図であ
る。この形状は、もちろん他の円錐台形状等任意の形状
を任意の数に分割してもかまわない。
【００６４】次に、本発明の別の実施例について説明す
る。図１１に示す本実施例では、図１の実施例の円錐構
造を放射吸収層を塗布した半円錐状の焦電素子と、それ
と同形状の半円錐鏡体で構成し、半円錐鏡体に入射した
光をを記半円錐状の焦電素子に反射し、被測定光を検出
する構成である。（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）はその後ろ
からみた背面図である。
【００６５】図１１に示すように、４１は図５の実施例
と同様に内面に放射吸収層を付着させた半円錐状の焦電
素子、４２は内面が鏡面の半円錐鏡体で、半円錐鏡体４
２は内面が光を反射する構造であればよい。
【００６６】４３，４４は半円錐状の焦電素子４１と半
円錐鏡体４２のそれぞれの端部に固定された支持板であ
る。支持板４３、４４は放射吸収層が内側となり、かつ
半円錐状の焦電素子４１と半円錐鏡体４２とで円錐状と
なるように、互いに接着され、その端部を入射アパーチ
ャ１に固定することにより、放射検出器を構成してい
る。
【００６７】次に本実施例の動作を説明すると、まず、
半円錐状の焦電素子４１と半円錐鏡体４２とで形成され
た円錐の底面の開口部から入射した被測定光のうち、直
接放射吸収層に入射した光はそのまま放射吸収層で熱と
して吸収され、半円錐鏡体４２に入射した光は反射され
て間接に前記放射吸収層に入射し、前記放射吸収層は直
接光と間接光を吸収しその温度上昇を前記焦電素子で電
気信号に変換して前記放射のエネルギー量を検出するも
のである。
【００６８】以上のように本実施例によれば、受光面で
ある放射吸収層へ単位面積あたり入射する放射が倍とな
るため、図１の実施例の放射検出器の二倍のＳ／Ｎを持
つ放射検出器を実現できる。
【００６９】尚、本実施例の半円錐状の焦電素子４１と
半円錐鏡体４２は、軸方向に沿って円錐を上下に分割し
た半円錐状としたが、図１２に示すように、軸方向に直
角な方向に、円錐を前後に分割し、入射アパーチャ１に
近い部分を鏡体部分とし、残りの円錐部分を放射吸収層
を内面に付着させた焦電素子としてもよい。
【００７０】以下、本発明の別の実施例について説明す
る。本実施例の構成を図１３に示す。
【００７１】図１３において、５１は入射アパーチャ、
５２は被測定光、５３は片面に黒色塗料又は金属黒を放
射吸収層５４として付着させた円錐状の焦電素子であ
る。５５は扇形のィルム状の焦電素子の要から外周への
両方の端部にそれぞれ接着した二つの絶縁断熱樹脂でで
きた支持板で、支持板５５は放射吸収層５４が外側とな
り、かつ焦電素子５３が円錐状となるように互いに接着
されている。（Ａ）はその縦断面図、（Ｂ）はその斜視
図である。
【００７２】５６は、その焦電素子の円錐構造にかぶせ
るように配置した鏡筒、５７は鏡筒５６について焦電素
子５３と反対側に配置した入射アパーチャ５１の鏡筒側
の面に形成された鏡面である。入射アパーチャ５１より
入射した放射を、放射吸収層５４に入射させ、その反射
した放射成分を、鏡筒５６および入射アパーチャ５１の
鏡面５７により反射させて再び放射吸収層５４に入射さ
せ、その繰り返しにより、前記入射した被測定光５２の
放射をすべて、放射吸収層５４で熱として吸収し、その
温度上昇を焦電素子５３で電気信号に変換して前記放射
のエネルギー量を検出する構成となっている。
【００７３】即ち本実施例の構成の特徴は、図１の実施
例の構成において、放射吸収層４が、焦電素子３によっ
て形成された円錐の外側に位置するように構成され、そ
の放射吸収層４を覆うように鏡筒５６と、入射アパーチ
ャ５１とが配置されており、かつ入射アパーチャ５１の
焦電素子５３側に対する面が鏡面５７となっていること
である。
【００７４】従って、本実施例では、入射アパーチャ５
１より入射した放射を、放射吸収層５４に入射させ、そ
の反射した放射成分を、鏡筒５６および入射アパーチャ
５１の鏡面５７により反射させ、再び放射吸収層５４に
入射させ、その繰り返しにより、前記入射した被測定光
２の放射をすべて、放射吸収層５４で熱として吸収し、
その温度上昇を焦電素子５３で電気信号に変換して前記
放射のエネルギー量を検出するので、第１の実施例と同
様に、感度の波長依存性が解消された高感度な放射検出
器が得られる。
【００７５】図１４は、本発明の別の実施例を示すもの
である。本実施例では、図１３の実施例における、鏡筒
５６の代わりに、第２の焦電素子５３’を設けたもので
ある。（Ａ）はその縦断面図、（Ｂ）はその斜視図であ
る。本実施例によっても、感度の波長依存性が解消され
た高感度な放射検出器が得られる。
【００７６】図１５は、図１３の実施例における入射ア
パーチャーを除去した実施例である。（Ａ）は縦断面
図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）は斜視図である。本実
施例によっても、感度の波長依存性が解消された高感度
な放射検出器が得られる。
【００７７】図１６は、図１５の実施例における焦電素
子５３を軸方向に直角な方向に分割された例である。
（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）はその正面図、（Ｃ）は斜視
図である。本実施例によっても、感度の波長依存性が解
消された高感度な放射検出器が得られる。
【００７８】図１７は、図１５の実施例における鏡筒５
６の形状を、円錐台形状としたものを示す。（Ａ）は縦
断面図、（Ｂ）は斜視図である。本実施例によっても、
感度の波長依存性が解消された高感度な放射検出器が得
られる。
【００７９】図１８は、図１７の実施例における焦電素
子５３の形状も、円錐台形状としたものを示す。（Ａ）
は縦断面図、（Ｂ）は斜視図である。本実施例によって
も、感度の波長依存性が解消された高感度な放射検出器
が得られる。
【００８０】なお、本発明においては、金黒の代わり
に、ＮiＰニッケル隣合金等他の放射吸収材料でも使用
可能である。
【００８１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来の熱
電対による熱形検出器と比較して１０〜１００倍高感度
であること、装置が大型化せずに放射検出器の形成が容
易なこと、焦電素子が変調された入射光を測定するもの
であるため、感度の温度ドリフトが無いことから、常温
でコンパクトかつ、高感度で感度の波長依存性のない放
射検出器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）本発明の一実施例における放射検出器の
構成を示す断面図 （Ｂ）同放射検出器の構成を示す背面図 （Ｃ）同放射検出器の構成を示す斜視図
【図２】（Ａ）本発明の一実施例における放射検出器の
構成を示す断面図 （Ｂ）同放射検出器の構成を示す背面図 （Ｃ）同放射検出器の構成を示す斜視図
【図３】（Ａ）本発明の一実施例における放射検出器の
構成を示す断面図 （Ｂ）同放射検出器の構成を示す背面図 （Ｃ）同放射検出器の構成を示す斜視図
【図４】（Ａ）本発明の一実施例における放射検出器の
構成を示す断面図 （Ｂ）同放射検出器の構成を示す背面図 （Ｃ）同放射検出器の構成を示す斜視図
【図５】（Ａ）本発明の一実施例における放射検出器の
構成を示す断面図 （Ｂ）同放射検出器の構成を示す背面図
【図６】図５の実施例における放射検出器の電気的接続
の概要図
【図７】本発明の実施例における各種頂角を有する内部
反射モデル
【図８】本発明の実施例における波長と反射率の関係を
示すグラフ
【図９】本発明の実施例における波長と反射率の関係を
示すグラフ
【図１０】（Ａ）本発明の一実施例における放射検出器
の構成を示す断面図 （Ｂ）同放射検出器の構成を示す背面図
【図１１】（Ａ）本発明の一実施例における放射検出器
の構成を示す断面図 （Ｂ）同放射検出器の構成を示す背面図
【図１２】（Ａ）本発明の一実施例における放射検出器
の構成を示す断面図 （Ｂ）同放射検出器の構成を示す背面図
【図１３】（Ａ）本発明の一実施例における放射検出器
の構成を示す断面図 （Ｂ）同放射検出器の構成を示す背面図
【図１４】（Ａ）本発明の一実施例における放射検出器
の構成を示す断面図 （Ｂ）同放射検出器の構成を示す斜視図
【図１５】（Ａ）本発明の一実施例における放射検出器
の構成を示す断面図 （Ｂ）同放射検出器の構成を示す正面図 （Ｃ）同放射検出器の構成を示す斜視図
【図１６】（Ａ）本発明の一実施例における放射検出器
の構成を示す断面図 （Ｂ）同放射検出器の構成を示す正面図 （Ｃ）同放射検出器の構成を示す斜視図
【図１７】（Ａ）本発明の一実施例における放射検出器
の構成を示す断面図 （Ｂ）同放射検出器の構成を示す斜視図
【図１８】（Ａ）本発明の一実施例における放射検出器
の構成を示す断面図 （Ｂ）同放射検出器の構成を示す斜視図
【符号の説明】
１、５１ 入射アパーチャー ２、５２ 被測定光 ３、５３ 焦電素子 ４、５４ 放射吸収層 ５、４３、４４、５５ 支持板 ６ 前置増幅器 ２１ 第１の焦電素子 ２２ 第２の焦電素子 ４１ 半円錐状の焦電素子 ４２ 半円錐鏡体 ５６ 鏡筒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−65124（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−86385（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−30863（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−96536（ＪＰ，Ｕ) 米国特許3459945（ＵＳ，Ａ) ＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ，13 ［10］，2212−2217 ＡＤＶ．ＭＡＴＥＲ．，９［３ ］（1997），ｐ230−232 ＭＯＬ．ＣＲＹＳＴ．ＬＩＱ．ＣＲＹ ＳＴ．，ＶＯＬ．283（1996），ｐ51− 56 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 3/00 - 3/52 G01J 1/00 - 1/60 G01N 21/62 - 21/74 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内面の一部もしくは全部に放射吸収層を付
    着させた円錐状の焦電素子を備えた放射検出器であっ
    て、前記円錐状の焦電素子は、扇形をしたフィルム状の
    焦電素子の、その要から外周への両方の端部にそれぞれ
    絶縁断熱樹脂またはセラミックでできた支持板を接着
    し、前記それぞれの支持板をはりあわせることにより円
    錐形状としたものであり、円錐形状の前記焦電素子の底
    面の開口部から入射した被測定光の放射を、前記放射吸
    収層で熱として吸収し、その温度上昇を前記焦電素子で
    電気信号に変換して前記放射のエネルギー量を検出する
    放射検出器。
  2. 【請求項２】内面に放射吸収層を付着させた２個以上の
    焦電素子で形成された円錐状、円錐台状、角錐状、又は
    角錐台状の熱電変換器および前記焦電素子の一部に接し
    て前記焦電素子を固定する支持機構とを有し、前記焦電
    素子を、それぞれの電気発生の極性が同一方向と成るよ
    う直列に電気接続し、前記各焦電素子で形成された錐部
    の底面の開口部より入射した被測定光の放射を電気信号
    に変換し、そのエネルギー量を検出する放射検出器。
  3. 【請求項３】前記焦電素子は、円錐、円錐台、角錐、又
    は角錐台を軸方向に所定数に分割した形状を有している
    ものである請求項２記載の放射検出器。
  4. 【請求項４】前記焦電素子は、円錐、円錐台、角錐、又
    は角錐台を軸に直角方向に所定数に分割した形状を有し
    ているものである請求項２記載の放射検出器。
  5. 【請求項５】内面に放射吸収層を付着させた焦電素子
    と、前記焦電素子の一部に接して前記焦電素子を固定す
    る支持機構と、内面が鏡面の鏡体とを有し、前記焦電素
    子と鏡体とで形成された円錐、円錐台、角錐、又は角錐
    台の底面の開口部から入射した被測定光の放射を、前記
    放射吸収層で熱として吸収し、その温度上昇を前記焦電
    素子で電気信号に変換して前記放射のエネルギー量を検
    出する放射検出器。
  6. 【請求項６】前記焦電素子又は鏡体は、円錐、円錐台、
    角錐、又は角錐台を軸方向に所定数に分割した形状を有
    しているものである請求項５記載の放射検出器。
  7. 【請求項７】前記焦電素子と鏡体とは、円錐、円錐台、
    角錐、又は角錐台を軸に直角方向に所定数に分割した形
    状を有しているものである請求項５記載の放射検出器。
  8. 【請求項８】外面の一部又は全部に放射吸収層を付着さ
    せた円錐状、円錐台状、角錐状、又は角錐台状の焦電素
    子と、その前記焦電素子を内側に収納し、内面の一部又
    は全部が鏡面の鏡筒と、その鏡筒の開口部に設けられた
    入射アパーチャーとを備え、前記入射アパーチャより入
    射した放射を、前記放射吸収層に入射させ、その反射し
    た放射成分を、前記鏡筒および前記入射アパーチャによ
    り反射させて再び前記放射吸収層に入射させ、その繰り
    返しにより、前記入射した放射を前記放射吸収層で熱と
    して吸収し、その温度上昇を前記焦電素子で電気信号に
    変換して前記放射のエネルギー量を検出する放射検出
    器。
  9. 【請求項９】外面の一部もしくは全部に放射吸収層を付
    着させた円錐状、円錐台状、角錐状、又は角錐台状の第
    １焦電素子と、その第１焦電素子を内側に収納し、内面
    の一部もしくは全部に放射吸収層を付着させた筒状の第
    ２焦電素子と、その第２焦電素子の開口部に設けられた
    入射アパーチャとを備え、前記入射アパーチャより入射
    した放射を、前記放射吸収層に入射させ、その反射した
    放射成分を、前記鏡筒および前記入射アパーチャにより
    反射させて、再び前記放射吸収層に入射させ、その繰り
    返しにより、前記放射吸収層で熱として吸収し、その温
    度上昇を前記焦電素子で電気信号に変換して 前記放射
    のエネルギー量を検出する放射検出器。
  10. 【請求項１０】前記入射アパーチャが除去されている請
    求項８又は請求項９の放射検出器。
  11. 【請求項１１】前記筒状の第２焦電素子は、円錐台、又
    は角錐台形状をしており、前記開口部の側が小さく絞ら
    れた形状をしている請求項９の放射検出器。
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