JP3335249B2 - 赤外線検知器コールド・シールドの製造方法 - Google Patents

赤外線検知器コールド・シールドの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は赤外線検知器の構成要素
であるコールド・シールドの製造方法に関し、特に実用
価値の高い3〜5ミクロン帯の赤外線検知器に適したコ
ールド・シールドの製造方法に係わるものである。
【0002】
【従来の技術】大気の透過率が大きい波長である3〜5
ミクロン帯の赤外線を検知する赤外線検知器は熱赤外線
を検知する上で実用性が高い。通常、赤外線検知器は赤
外線検知素子を真空の二重円筒容器(通常デュアと呼ば
れる)に封入し、液体窒素温度(約77K)程度の低温
に冷却して使用するが、その際、周囲から不要な赤外線
の入射を防ぐために、一般に以下に述べるようなコール
ド・シールドを設けている。
【0003】図8は赤外線検知器におけるコールド・シ
ールドの構成、機能を説明するための、検知器とその光
学系の模式図である。ガラスの二重円筒形容器1に赤外
透過窓3があり、内管2の端面に赤外検知素子4を設置
する。ガラス容器1の側面に真空排気用の細管6を設
け、容器内の空間を真空排気したのち細管6を永久封止
する。真空排気は一般に容器内壁からのガス放出を最少
にするため、高温(100℃程度)でベーキングする場
合が多い。また、図には赤外光学レンズ7、検知器周辺
に存在する常温の構成物(例えばレンズの支持筒など)
が示されている。検知器の内管2は液体窒素もしくは小
形の冷却器で冷却し、赤外検知素子4を低温に保つ。5
に示す構成要素が本発明に係わるコールド・シールドで
あり、レンズ7を通り検知素子上に集束する赤外線束
(その集束角はシータθ)とほぼ同じ立体角の開口を有
する円筒である。コールド・シールドの内壁面は下記に
述べる理由により赤外反射率の小さい、いわゆる黒化面
になっており、通常、赤外検知素子と同様に冷却され
る。
【0004】コールド・シールドの機能と、要求される
特性について説明する。
【0005】検知器を使用する際、検知器の周囲には常
温付近の温度の物体の存在が避けられない。もし、コー
ルド・シールド5がないと、真空容器1からの熱赤外線
は検知素子に入射しバックグランド赤外線となり、その
揺ぎにより検知器のノイズが増加する。内面の赤外反射
が小さいコールド・シールド5が設けてあると、真空容
器1からの赤外線や、例えば物体8からの赤外線はコー
ルド・シールドの開口から入射してもコールド・シール
ド内面で吸収され赤外検知素子に到達することがなく、
レンズ7を通過してくる赤外線だけが検知素子に到達出
来ることになる。
【0006】コールド・シールドに要求される特性は、
上記のように使用波長域で内面の赤外反射率が小さいこ
とのほか、一般的には (1)冷却のため熱伝導率の大きい材料で構成できるこ
と。
【0007】(2)冷却が容易になるよう、熱容量が小
さいこと。
【0008】(3)ガス放出が少なく、かつ真空排気時
のベーキング温度に耐えること。
【0009】(4)機械的な精度が高いこと。
【0010】(5)内面は使用波長帯域で赤外線反射率
が低く、かつ外面は反射率が高く熱の外部からの流入が
少ないこと。
【0011】上述のようなコールド・シールドを製作す
るには、例えば銅棒材から切削加工によってコールド・
シールドを形成し、外面に金めっきを施し、内面に赤外
線反射率の低い黒色塗料(例えば3M社のVELVET BLACK
(商品名))を塗布する方法が用いられてきた。
【0012】しかし、この方法では機械的切削であるた
め、コールド・シールドの肉厚を薄くすることが困難で
あり、結果的に熱容量が大きくなり、検知器の冷却に要
する時間が長くなる。また、内面黒化に黒色塗料を使用
すると有機物質を含む塗料のガス放出が非常に大きいた
め、検知器デュア内の真空度保持が困難であるという欠
点があった。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の製造方法に
よるコールド・シールドは機械的切削法であるため熱容
量が大きく、また、有機物質を含む塗料のガス放出が大
きいという欠点があった。
【0014】本発明は叙上の問題点を解消するためにな
されたもので、3〜5ミクロン帯赤外検知器への使用に
適したコールド・シールドをきわめて容易に製造する方
法を提供するものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本願に係る赤外線検知器
コールド・シールドの製造方法は、外面が赤外線検知器
コールド・シールドの内面と同型になる金属部材を有す
る電鋳型を用意する工程と、前記金属部材の外面にめっ
きにより赤外線吸収層に変換できる第一の金属層および
赤外線反射率の大なる第二の金属層を積層し被着させる
工程と、前記金属部材をエッチング除去する工程と、前
記第一の金属層の露出面を赤外線吸収層に変換させる工
程を含むものである。また、前記において第一の金属層
が銅、第二の金属層が金であることを特徴とする。さら
に、前記において赤外線吸収層を形成する工程が銅層に
化成処理を施して表面に酸化第一銅を形成することを特
徴とする。
【0016】次の本願の赤外線検知器コールド・シール
ドの製造方法は、外面が赤外線検知器コールド・シール
ドの内面と同型になる金属部材を有する電鋳型を用意す
る工程と、前記金属部材の外面にめっきにより第一の金
属層と赤外線反射率の大なる第二の金属層を積層し被着
させる工程と、前記金属部材をエッチング除去する工程
と、めっきにより赤外線吸収層形成金属層を被着し表面
を赤外線吸収層に変換させる工程と、内面をレジスト膜
で被覆し外面の前記赤外線吸収層および赤外線吸収層形
成金属層をエッチング除去する工程と、内面のレジスト
膜を除去する工程を含むものである。また、前記におい
て第一の金属層が銅またはニッケル、第二の金属層が金
であることを特徴とする。さらに、前記において赤外線
吸収層を形成する工程が銅層に化成処理を施して表面に
酸化第一銅を形成することを特徴とする。
【0017】
【作用】本発明に係るコールド・シールドは電気めっき
により極めて薄く形成されるので、熱容量が小で冷却速
度が大きく、3〜5ミクロン帯で安定した高い赤外線吸
収率をもつコールド・シールドを容易に形成できる。ま
た、第二の発明は内面の赤外線吸収率がさらに向上する
ので、赤外線検知器の性能をさらに向上できる。
【0018】
【実施例】
(実施例1)以下、本発明の一実施例につき図面を参照
して説明する。
【0019】図1に一実施例によって形成されたコール
ド・シールドを断面図で示す。このコールド・シールド
は円筒型で一端は開口部9になり、内面は赤外線吸収率
が大(反射率が小)である黒化膜の酸化第一銅層11、
外面は赤外線反射率が大である金層10でなり、筒体は
その一部に設けられている段差部12によって検知器の
冷却ステージに被せて固定し組立てられる。したがっ
て、内径は一般に高い寸法精度を必要とする。
【0020】以下、一実施例のコールド・シールドの製
造方法について図2ないし図5によって説明する。この
製造には図2(a)に示す電鋳の型を用いる。図2
(a)は組立された状態の型で、コールド・シールドの
内面形状寸法に対応するように外形が精密に加工された
アルミニウム円筒部13が、一例の弗素樹脂で形成され
ためっき阻止部材14,15に挟まれて同軸に配置さ
れ、ねじ16で相互に締結されている。したがってこの
型はめっきが進行してアルミニウム円筒部13に金属層
11が形成され(図2(b))たのち、ねじ16を外せ
ば図3に示すように解体できる。
【0021】叙上の型を用い、アルミニウム円筒部13
の外面にアルモン法として知られるアルミ表面めっき法
により亜鉛の薄膜を形成したのち、図4(a)に示すよ
うにピロ燐酸銅浴を用いて銅めっきを施し銅層(赤外線
吸収層形成金属層)11aを形成する。このめっき厚は
コールド・シールドの機械的強度が許容される0.1m
m程度とする。次に図4(b)に示すように、銅層表面
の平滑性を高めるためバフ研磨を行い、続いて約0.5
ミクロンの厚さに金めっきを施し金層10を形成する。
次いでねじ16によって型を分解し、内側に銅層、これ
に積層し外側に形成された金層からなるアルミニウム円
筒部13とする(図5(a))。次にこれを水酸化ナト
リウム溶液に浸漬して溶除する(図5(b))。このよ
うにして形成されたコールド・シールド基体を銅の黒染
化成処理剤であるエボノール・C・スペシァル(ジャパ
ン・メタルフィニシング・カンパニーの商品名)溶液に
浸漬し、100℃、5分間加熱することにより銅層11
aの露出面が酸化第一銅を主成分とする黒色被膜の赤外
線吸収層11に変換される(図5(c))。
【0022】叙上の如く製造したコールド・シールドを
InSb赤外線検知素子を装着した真空排気できる赤外
検知器デュアに装着し、これを3M社の赤外線吸収用黒
色塗料VELVET BLACK(商品名)を内面に塗着したコール
ド・シールドと比較した。その結果、バックグラウンド
赤外線による光電流はほぼ同一であり、銅の黒化膜の赤
外吸収は十分に大きいことが明らかになった。次に、封
じ切り型の赤外検知器デュアに封入し、100℃、12
時間の加熱・真空排気処理の後封止したデュア内の真空
度を数年間に亘って調べたがコールド・シールドのガス
放出による真空度の劣化は認められなかった。
【0023】(実施例2)以下、第二の発明の実施例に
つき図面を参照して説明する。
【0024】この実施例によって形成されるコールド・
シールドの形状は上記実施例1で示したコールド・シー
ルドと変わらないので、実施例1に係る図1を援用し説
明を省略する。
【0025】以下、一実施例のコールド・シールドの製
造方法について図6および図7によって説明する。この
製造に用いられる電鋳の型、およびその操作については
上記実施例1で示したところと変わらないので、実施例
1に係る図2、図3を援用し説明を省略する。
【0026】叙上の型によりアルミニウム円筒部13の
外面にアルモン法として知られるアルミ表面めっき法に
より亜鉛の薄膜を形成したのち、ピロ燐酸銅浴を用いて
銅めっきを施し銅層(コールド・シールド基体の一部)
21aを形成する。このめっき厚さはコールド・シール
ドの機械的強度が許容される0.1mm程度とする。次
に、銅層表面の平滑性を高めるためバフ研磨を行い、続
いて約0.5ミクロンの厚さに金めっきを施し金層20
を形成する(図6(a))。次いでねじ16によって型
を分解し、内側に銅層、これに積層し外側に形成された
金層からなるアルミニウム円筒部13を水酸化ナトリウ
ム溶液に浸漬して溶除する(図6(b))。このように
して形成されたコールド・シールド基体に約5ミクロン
厚さに銅めっきを施して全面に赤外線吸収層形成の銅層
22aを形成し(図6(c))たのち、銅の黒染化成処
理剤であるエボノール・C・スペシァル(ジャパン・メ
タルフィニシング・カンパニーの商品名)溶液に浸漬
し、100℃・5分間加熱することにより前記銅層22
aの露出面が酸化第一銅を主成分とする黒色被膜の赤外
線吸収層22に変換される(図6(d))。
【0027】次いで内面の保護のために耐酸レジスト2
3としてシップレー社の光レジスト、AZ1350Jを
塗着し(図7(a))ておいて塩酸に浸漬し、外面の赤
外線吸収層22を溶除し、つづいて残存する銅層22a
を硝酸で溶除する。次に、前記耐酸レジスト23をアセ
トンで溶除する(図7(b))。
【0028】叙上の如く製造したコールド・シールドを
InSb赤外線検知素子を装着した真空排気できる赤外
検知器デュアに装着し、これを3M社の赤外線吸収用黒
色塗料VELVET BLACK(商品名)を内面に塗着したコール
ド・シールドと比較した。その結果、バックグラウンド
赤外線による光電流はほぼ同一であり、銅の黒化膜の赤
外吸収は十分に大きいことが明らかになった。次に、封
じ切り型の赤外検知器デュアに封入し、100℃,12
時間の加熱・真空排気処理の後封止したデュア内の真空
度を数年間に亘って調べたがコールド・シールドのガス
放出による真空度の劣化は認められなかった。
【0029】なお、上記実施例ではコールド・シールド
基材が銅の場合について説明したが、これに限られるこ
となく、例えばニッケルなど他の金属でもよいことは勿
論である。
【0030】なお、上記実施例で説明された第二の発明
方法は赤外線検知素子に適用して第一の発明方法の場合
に比して良好な成績が得られた。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のコールド
・シールド製造方法では3〜5ミクロン帯で安定した、
高い赤外吸収膜を内面に備えたコールド・シールドが容
易に得られ、それを使用した赤外検知器の性能が向上す
ることは明らかである。
【0032】もちろん、3−5ミクロン帯外の赤外線検
知素子に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるコールド・シールドの
断面図、
【図2】(a)および(b)は本発明に用いられる電鋳
の型の構成を説明するための断面図、
【図3】本発明に用いられる電鋳の型の構成を説明する
ための断面図、
【図4】(a)および(b)は第1の発明の実施例を工
程順に示すいずれも断面図、
【図5】(a)ないし(c)は第1の発明の実施例を工
程順に示すいずれも断面図、
【図6】(a)ないし(d)は第2の発明の実施例を工
程順に示すいずれも断面図、
【図7】(a)および(b)は第2の発明の実施例を工
程順に示すいずれも断面図、
【図8】赤外線検知器におけるコールド・シールドを説
明する模式図。
【符号の説明】
1 ガラス容器 2 内管 3 赤外透過窓 4 赤外検知素子 5 コールド・シールド 6 排気用細管 7 レンズ 8 外囲物体 9 開口部 10,20 金層(外面) 11 酸化第一銅層(内面) 11a,21 銅層(内面) 12 段差部 13 アルミニウム円筒部 14,15 絶縁用円盤 16 小ネジ 22 赤外線吸収層 22a 赤外線吸収層形成の銅層 23 耐酸レジスト

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外面が赤外線検知器コールド・シールド
    の内面と同型になる金属部材を有する電鋳型を用意する
    工程と、前記金属部材の外面にめっきにより赤外線吸収
    層に変換できる第一の金属層および赤外線反射率の大な
    る第二の金属層を積層し被着させる工程と、前記金属部
    材をエッチング除去する工程と、前記第一の金属層の露
    出面を赤外線吸収層に変換させる工程を含む赤外線検知
    器コールド・シールドの製造方法。
  2. 【請求項2】 第一の金属層が銅、第二の金属層が金で
    あることを特徴とする請求項1記載の赤外線検知器コー
    ルド・シールドの製造方法。
  3. 【請求項3】 赤外線吸収層を形成する工程が銅層に化
    成処理を施して表面に酸化第一銅を形成することを特徴
    とする請求項1または請求項2記載の赤外線検知器コー
    ルド・シールドの製造方法。
  4. 【請求項4】 外面が赤外線検知器コールド・シールド
    の内面と同型になる金属部材を有する電鋳型を用意する
    工程と、前記金属部材の外面にめっきにより第一の金属
    層と赤外線反射率の大なる第二の金属層を積層し被着さ
    せる工程と、前記金属部材をエッチング除去する工程
    と、めっきにより赤外線吸収層形成金属層を被着し表面
    を赤外線吸収層に変換させる工程と、内面をレジスト膜
    で被覆し外面の前記赤外線吸収層および赤外線吸収層形
    成金属層をエッチング除去する工程と、内面のレジスト
    膜を除去する工程を含む赤外線検知器コールド・シール
    ドの製造方法。
  5. 【請求項5】 第一の金属層が銅またはニッケル、第二
    の金属層が金、赤外線吸収層形成金属層が銅であること
    を特徴とする請求項4記載の赤外線検知器コールド・シ
    ールドの製造方法。
  6. 【請求項6】赤外線吸収層を形成する工程が銅層に化成
    処理を施して表面に酸化第一銅を形成することを特徴と
    する請求項4または請求項5記載の赤外線検知器コール
    ド・シールドの製造方法。
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