JP3490467B2 - 赤外線検知器 - Google Patents
赤外線検知器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は赤外線検知器に係り、特
に冷却器により冷却された状態で動作する赤外線検知器
に関する。
に冷却器により冷却された状態で動作する赤外線検知器
に関する。
【０００２】赤外線検知器においては、冷却温度の変動
が赤外線検知器の性能を大きく左右するため、冷却温度
の変動を抑えることが必要とされている。
が赤外線検知器の性能を大きく左右するため、冷却温度
の変動を抑えることが必要とされている。
【０００３】
【従来の技術】従来、赤外線検知器に設けられた赤外線
検知素子であるフォトダイオードを冷却する手段とし
て、例えばジュール・トムソン型冷却器を用いる方法が
ある。この方法は、高圧ガス吹き出し口に設けられたオ
リフィス弁が、液化を開始したことを検出するベロー容
器の体積変化に連動して開閉を起こし、ガス供給量を調
整する仕組みのものである。
検知素子であるフォトダイオードを冷却する手段とし
て、例えばジュール・トムソン型冷却器を用いる方法が
ある。この方法は、高圧ガス吹き出し口に設けられたオ
リフィス弁が、液化を開始したことを検出するベロー容
器の体積変化に連動して開閉を起こし、ガス供給量を調
整する仕組みのものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＨｇＣｄＴｅのような
化合物半導体を材料に用いた赤外線検知素子において
は、冷却温度の変動は検知素子の性能を大きく左右す
る。その最も顕著な例として、温度分解能の劣化があ
る。例えば、温度分解能が０．１℃である赤外線検知素
子でも、冷却温度が１℃変動すると、フォトダイオード
の暗電流特性の不均一が原因で、温度分解能は０．１℃
程度劣化する。この劣化を抑えるためには、冷却温度の
変動を０．１℃以内に抑えなければならない。
化合物半導体を材料に用いた赤外線検知素子において
は、冷却温度の変動は検知素子の性能を大きく左右す
る。その最も顕著な例として、温度分解能の劣化があ
る。例えば、温度分解能が０．１℃である赤外線検知素
子でも、冷却温度が１℃変動すると、フォトダイオード
の暗電流特性の不均一が原因で、温度分解能は０．１℃
程度劣化する。この劣化を抑えるためには、冷却温度の
変動を０．１℃以内に抑えなければならない。
【０００５】しかるに、従来のジュール・トムソン型冷
却器を用いる方法では、冷却弁の開閉の特性のために、
冷却温度の変動が０．１℃以内に安定しない。このた
め、赤外線検知素子は十分な温度分解能が得られないと
いう問題点があった。
却器を用いる方法では、冷却弁の開閉の特性のために、
冷却温度の変動が０．１℃以内に安定しない。このた
め、赤外線検知素子は十分な温度分解能が得られないと
いう問題点があった。
【０００６】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、赤外線検知素子の冷却温度の変動を十分抑えること
ができ、十分な温度分解能を得ることができる赤外線検
知器を提供することを目的とする。
で、赤外線検知素子の冷却温度の変動を十分抑えること
ができ、十分な温度分解能を得ることができる赤外線検
知器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の赤外線検知器
は、赤外線検知素子を冷却する冷却手段により冷却され
た状態で動作し、赤外線を検知する赤外線検知器におい
て、赤外線検知素子の近傍に配置されており、赤外線検
知素子の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段
より供給される温度検出信号と基準電圧とに基づき、前
記基準電圧に対する前記温度検出信号の位相と反転した
位相を有する発熱制御信号を生成する発熱制御部と、発
熱制御信号に応じて赤外線検知素子を加熱する発熱体と
を有する構成とする。
は、赤外線検知素子を冷却する冷却手段により冷却され
た状態で動作し、赤外線を検知する赤外線検知器におい
て、赤外線検知素子の近傍に配置されており、赤外線検
知素子の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段
より供給される温度検出信号と基準電圧とに基づき、前
記基準電圧に対する前記温度検出信号の位相と反転した
位相を有する発熱制御信号を生成する発熱制御部と、発
熱制御信号に応じて赤外線検知素子を加熱する発熱体と
を有する構成とする。
【０００８】
【作用】本発明は、赤外線検知素子の温度を検出して、
この温度検出信号により冷却手段に起因する赤外線検知
素子の温度変動を発熱体の発熱により補正する。このた
め、赤外線検知素子の冷却温度の変動を抑えることを可
能とする。
この温度検出信号により冷却手段に起因する赤外線検知
素子の温度変動を発熱体の発熱により補正する。このた
め、赤外線検知素子の冷却温度の変動を抑えることを可
能とする。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の一実施例の平面図を示し、図
２は本発明の一実施例の側面図を示す。赤外線検知器４
の素子実装基板６上に、赤外線検知素子（フォトダイオ
ードアレイ）１４が実装され、赤外線検知素子１４の近
傍に温度検出手段である温度センサ１１が配置されてい
る。この温度センサ１１はフォトダイオードを用いてい
る。
２は本発明の一実施例の側面図を示す。赤外線検知器４
の素子実装基板６上に、赤外線検知素子（フォトダイオ
ードアレイ）１４が実装され、赤外線検知素子１４の近
傍に温度検出手段である温度センサ１１が配置されてい
る。この温度センサ１１はフォトダイオードを用いてい
る。
【００１０】また、発熱制御部である発熱制御回路１２
が温度センサ１１の近傍に配置されており、発熱体１３
が赤外線検知素子１４の近傍両脇に配置されている。ま
た、赤外線検知素子１４以外からの外光を遮蔽するため
のシールド１５が、温度センサ１１を覆うように設けら
れている。
が温度センサ１１の近傍に配置されており、発熱体１３
が赤外線検知素子１４の近傍両脇に配置されている。ま
た、赤外線検知素子１４以外からの外光を遮蔽するため
のシールド１５が、温度センサ１１を覆うように設けら
れている。
【００１１】図３は本発明を適用した赤外線検知装置を
示す図である。図３に示すように、赤外線検知装置に
は、ジュール・トムソン型冷却器本体５と圧縮ガス源６
とから構成されるジュール・トムソン型冷却器８が組み
込まれている。赤外線検知器４は、ジュール・トムソン
型冷却器本体５が組み込まれた容器２の内部に配置して
ある。
示す図である。図３に示すように、赤外線検知装置に
は、ジュール・トムソン型冷却器本体５と圧縮ガス源６
とから構成されるジュール・トムソン型冷却器８が組み
込まれている。赤外線検知器４は、ジュール・トムソン
型冷却器本体５が組み込まれた容器２の内部に配置して
ある。
【００１２】容器２は筒状の容器であり、一端に集光レ
ンズ３が設けてある。容器２の奥部であって、集光レン
ズ３に対向する部位に、赤外線検知器４が組込まれてい
る。この赤外線検知器４は、ＨｇＣｄＴｅの化合物半導
体材料よりなるフォトダイオードに信号読出し用回路が
組合わされた構成である。
ンズ３が設けてある。容器２の奥部であって、集光レン
ズ３に対向する部位に、赤外線検知器４が組込まれてい
る。この赤外線検知器４は、ＨｇＣｄＴｅの化合物半導
体材料よりなるフォトダイオードに信号読出し用回路が
組合わされた構成である。
【００１３】圧縮ガス源６からの圧縮ガスが、冷却器本
体５に供給され、噴出口７より噴出することにより、噴
出口７の付近が冷却され、赤外線検知器４は例えば８０
Ｋに冷却される。
体５に供給され、噴出口７より噴出することにより、噴
出口７の付近が冷却され、赤外線検知器４は例えば８０
Ｋに冷却される。
【００１４】上記の赤外線検知器４は温度が高くなる
と、フォトダイオード中の暗電流成分が増加してしま
う。この暗電流の増加を抑えるために、赤外線検知器４
を上記の温度に冷却している。
と、フォトダイオード中の暗電流成分が増加してしま
う。この暗電流の増加を抑えるために、赤外線検知器４
を上記の温度に冷却している。
【００１５】図４は本実施例の温度調節回路の説明図を
示す。温度調節回路は、赤外線検知器４上に設けられた
温度検出手段である温度センサ１１、発熱制御部である
発熱制御回路１２、及び発熱体１３から構成される。
示す。温度調節回路は、赤外線検知器４上に設けられた
温度検出手段である温度センサ１１、発熱制御部である
発熱制御回路１２、及び発熱体１３から構成される。
【００１６】赤外線検知器４は前記のように、ジュール
・トムソン型冷却器８により冷却される。図５は冷却器
８による冷却熱源の温度変動を示す。冷却器８は、ガス
流制御弁の開閉により、赤外線検知器４の冷却温度を制
御する。
・トムソン型冷却器８により冷却される。図５は冷却器
８による冷却熱源の温度変動を示す。冷却器８は、ガス
流制御弁の開閉により、赤外線検知器４の冷却温度を制
御する。
【００１７】従って、冷却熱源の温度（赤外線検知器４
の冷却端の温度）は、ジュール・トムソン型冷却器８の
ガス流制御弁の開閉のみに依存するため、図５に示すよ
うに、パルス状の波形となる。
の冷却端の温度）は、ジュール・トムソン型冷却器８の
ガス流制御弁の開閉のみに依存するため、図５に示すよ
うに、パルス状の波形となる。
【００１８】ところで、図６に示すように、ジュール・
トムソン型冷却器８による冷却用熱源Ｑと赤外線検知素
子１４との間には、熱抵抗Ｒ１と熱容量（実装容器内
筒、検知素子等の）Ｃ１がある。今、温度調節回路が無
い場合を考えると、赤外線検知素子１４の温度は、ジュ
ール・トムソン型冷却器８による冷却熱源Ｑの温度（赤
外線検知器４の冷却端の温度）と、上記の熱抵抗Ｒ１、
熱容量Ｃ１により定まる。
トムソン型冷却器８による冷却用熱源Ｑと赤外線検知素
子１４との間には、熱抵抗Ｒ１と熱容量（実装容器内
筒、検知素子等の）Ｃ１がある。今、温度調節回路が無
い場合を考えると、赤外線検知素子１４の温度は、ジュ
ール・トムソン型冷却器８による冷却熱源Ｑの温度（赤
外線検知器４の冷却端の温度）と、上記の熱抵抗Ｒ１、
熱容量Ｃ１により定まる。
【００１９】従って、上記の熱抵抗Ｒ１、熱容量Ｃ１が
なければ、赤外線検知素子１４の温度は、図７（Ａ）の
点線に示すようにパルス状になる。しかし、実際には、
上記の熱抵抗Ｒ１、熱容量Ｃ１のために、赤外線検知素
子１４の温度は図６（Ａ）の実線に示すように、なまり
のある波形となる。このなまりの時定数τは、上記の熱
抵抗Ｒ１、熱容量Ｃ１の値で定まる。
なければ、赤外線検知素子１４の温度は、図７（Ａ）の
点線に示すようにパルス状になる。しかし、実際には、
上記の熱抵抗Ｒ１、熱容量Ｃ１のために、赤外線検知素
子１４の温度は図６（Ａ）の実線に示すように、なまり
のある波形となる。このなまりの時定数τは、上記の熱
抵抗Ｒ１、熱容量Ｃ１の値で定まる。
【００２０】以下に、本実施例の温度調節回路の動作に
ついて説明する。温度調節回路では、温度センサ１１に
より検出した赤外線検知素子１４の温度に対応する温度
検出信号を基に、発熱体１３の発熱量の制御し、図７
（Ａ）に示す赤外線検知素子１４の温度変動を抑えるよ
うに補正する。即ち、図７（Ａ）の温度変動と逆位相で
振幅の等しい温度変動を赤外線検知素子１４に与えるよ
うに、発熱体１３の発熱量を制御する。
ついて説明する。温度調節回路では、温度センサ１１に
より検出した赤外線検知素子１４の温度に対応する温度
検出信号を基に、発熱体１３の発熱量の制御し、図７
（Ａ）に示す赤外線検知素子１４の温度変動を抑えるよ
うに補正する。即ち、図７（Ａ）の温度変動と逆位相で
振幅の等しい温度変動を赤外線検知素子１４に与えるよ
うに、発熱体１３の発熱量を制御する。
【００２１】発熱制御回路１２は、抵抗Ｒ２３、抵抗Ｒ
２２、及び演算増幅器２１で構成される増幅回路であ
る。演算増幅器３１の反転入力端子は抵抗Ｒ２３を介し
て温度センサ１１の出力端子に接続され、非反転入力端
子は固定の基準電圧を供給され、この例では接地されて
いる。
２２、及び演算増幅器２１で構成される増幅回路であ
る。演算増幅器３１の反転入力端子は抵抗Ｒ２３を介し
て温度センサ１１の出力端子に接続され、非反転入力端
子は固定の基準電圧を供給され、この例では接地されて
いる。
【００２２】温度センサ１１のフォトダイオードには、
赤外線検知素子１４の温度に比例した電流が流れる。こ
の電流は温度センサ１１中の変換回路により電圧信号に
変換されて、温度検出信号として発熱制御回路１２に供
給される。この温度検出信号は、発熱制御回路１２で反
転増幅されて、発熱制御信号として発熱体１３に供給さ
れる。発熱体１３は上記の発熱制御信号を供給されて、
発熱量を制御され、冷却器８による温度変動を補正する
温度変動を赤外線検知素子１４に与える。
赤外線検知素子１４の温度に比例した電流が流れる。こ
の電流は温度センサ１１中の変換回路により電圧信号に
変換されて、温度検出信号として発熱制御回路１２に供
給される。この温度検出信号は、発熱制御回路１２で反
転増幅されて、発熱制御信号として発熱体１３に供給さ
れる。発熱体１３は上記の発熱制御信号を供給されて、
発熱量を制御され、冷却器８による温度変動を補正する
温度変動を赤外線検知素子１４に与える。
【００２３】この温度調節回路では、温度センサ１１で
検出される赤外線検知素子１４の温度変動をなくすよう
に、発熱制御回路１２が発熱体１３の発熱量を制御す
る。
検出される赤外線検知素子１４の温度変動をなくすよう
に、発熱制御回路１２が発熱体１３の発熱量を制御す
る。
【００２４】このため、発熱体１３が赤外線検知素子１
４に与える温度変動分は、図７（Ｂ）に示すように、図
７（Ａ）に示す赤外線検知素子１４の温度変動と逆位相
で振幅がほぼ等しいものとなる。従って、赤外線検知素
子１４の温度は、図７（Ａ）に示す温度変動と、図７
（Ｂ）に示す温度変動分との和になるので、所定の設定
冷却温度にほぼ一致した値となる。
４に与える温度変動分は、図７（Ｂ）に示すように、図
７（Ａ）に示す赤外線検知素子１４の温度変動と逆位相
で振幅がほぼ等しいものとなる。従って、赤外線検知素
子１４の温度は、図７（Ａ）に示す温度変動と、図７
（Ｂ）に示す温度変動分との和になるので、所定の設定
冷却温度にほぼ一致した値となる。
【００２５】なお、設定冷却温度は、冷却器８の冷却熱
源の温度、発熱制御回路１２の増幅度（Ｒ２２／Ｒ２
３）、基準電圧等により定まる。このため、発熱制御回
路１２の増幅度（Ｒ２２／Ｒ２３）、基準電圧を調整し
て、設定冷却温度を冷却熱源の温度よりも幾分高い所定
の値に設定しておく。
源の温度、発熱制御回路１２の増幅度（Ｒ２２／Ｒ２
３）、基準電圧等により定まる。このため、発熱制御回
路１２の増幅度（Ｒ２２／Ｒ２３）、基準電圧を調整し
て、設定冷却温度を冷却熱源の温度よりも幾分高い所定
の値に設定しておく。
【００２６】図８は本実施例における赤外線検知素子１
４の温度変動を示す。温度調節回路による温度制御がな
いときは、０．１℃を越える温度変動があるのに対し
て、温度調節回路による温度制御を行ったときは、温度
変動は、０．１℃よりも十分小さくなる。
４の温度変動を示す。温度調節回路による温度制御がな
いときは、０．１℃を越える温度変動があるのに対し
て、温度調節回路による温度制御を行ったときは、温度
変動は、０．１℃よりも十分小さくなる。
【００２７】上記のように、本実施例では、赤外線検知
素子１４の温度を検出して、この検出した温度によって
冷却器８に起因する赤外線検知素子１４の温度変動を発
熱体１３の発熱により補正するため、赤外線検知素子１
４の冷却温度の変動を０．１℃以内に抑えることがで
き、十分な温度分解能を得ることができる。
素子１４の温度を検出して、この検出した温度によって
冷却器８に起因する赤外線検知素子１４の温度変動を発
熱体１３の発熱により補正するため、赤外線検知素子１
４の冷却温度の変動を０．１℃以内に抑えることがで
き、十分な温度分解能を得ることができる。
【００２８】図９は温度調節回路の別の例の説明図を示
す。図９の温度調節回路では、発熱制御回路１２の演算
増幅器２１の非反転入力端子を赤外線検知器４の外部に
出し、基準電圧を温度設定用電圧として外部から調整可
能としている。
す。図９の温度調節回路では、発熱制御回路１２の演算
増幅器２１の非反転入力端子を赤外線検知器４の外部に
出し、基準電圧を温度設定用電圧として外部から調整可
能としている。
【００２９】このため、赤外線検知素子１４の冷却温度
の設定、変更を、温度設定用電圧の調整により容易に行
うことができる。なお、赤外線検知素子１４の冷却温度
の変動を抑える効果は、図４の温度調整回路と同じであ
る。
の設定、変更を、温度設定用電圧の調整により容易に行
うことができる。なお、赤外線検知素子１４の冷却温度
の変動を抑える効果は、図４の温度調整回路と同じであ
る。
【００３０】
【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、赤外線検
知素子の温度を検出して、この温度検出信号により冷却
手段に起因する赤外線検知素子の温度変動を発熱体の発
熱により補正するため、赤外線検知素子の冷却温度の変
動を十分抑えることができ、十分な温度分解能を得るこ
とができる。
知素子の温度を検出して、この温度検出信号により冷却
手段に起因する赤外線検知素子の温度変動を発熱体の発
熱により補正するため、赤外線検知素子の冷却温度の変
動を十分抑えることができ、十分な温度分解能を得るこ
とができる。
【図１】本発明の一実施例の平面図である。
【図２】本発明の一実施例の側面図である。
【図３】本発明を適用した赤外線検知装置を示す図であ
る。
る。
【図４】温度調節回路の説明図である。
【図５】冷却熱源の温度変動を示す図である。
【図６】冷却熱源と赤外線検知素子間の熱抵抗及び熱容
量を示す図である。
量を示す図である。
【図７】赤外線検知素子の温度変動と発熱体による補正
分を示す図である。
分を示す図である。
【図８】本実施例における赤外線検知素子の温度変動を
示す図である。
示す図である。
【図９】温度調節回路の別の例の説明図である。
４ 赤外線検知器
８ ジュール・トムソン型冷却器
１１ 温度センサ
１２ 発熱制御回路
１３ 発熱体
１４ 赤外線検知素子
１５ シールド
１６ 素子実装基板
２１ 演算増幅器
フロントページの続き
(72)発明者 土肥 正二
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 平４−125426（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−221823（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−87619（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−189657（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 31/02
Claims (3)
- 【請求項１】 赤外線検知素子を冷却する冷却手段によ
り冷却された状態で動作し、赤外線を検知する赤外線検
知器において、 該赤外線検知素子の近傍に配置されており、該赤外線検
知素子の温度を検出する温度検出手段と、 該温度検出手段より供給される温度検出信号と基準電圧
とに基づき、前記基準電圧に対する前記温度検出信号の
位相と反転した位相を有する発熱制御信号を生成する発
熱制御部と、 該赤外線検知素子の近傍に配置されており、該発熱制御
信号に応じて前記赤外線検知素子を加熱する発熱体とを
有する構成としたことを特徴とする赤外線検知器。 - 【請求項２】 前記基準電圧は外部より調整可能な構成
としたことを特徴とする請求項１記載の赤外線検知器。 - 【請求項３】 前記温度検出手段は、前記赤外線検知素
子と同一の半導体材料により作られている構成としたこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２記載の赤外線検知
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21049892A JP3490467B2 (ja) | 1992-08-06 | 1992-08-06 | 赤外線検知器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21049892A JP3490467B2 (ja) | 1992-08-06 | 1992-08-06 | 赤外線検知器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0661511A JPH0661511A (ja) | 1994-03-04 |
| JP3490467B2 true JP3490467B2 (ja) | 2004-01-26 |
Family
ID=16590359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21049892A Expired - Fee Related JP3490467B2 (ja) | 1992-08-06 | 1992-08-06 | 赤外線検知器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3490467B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016213307A (ja) * | 2015-05-07 | 2016-12-15 | 新日本無線株式会社 | 反射型センサ装置及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-08-06 JP JP21049892A patent/JP3490467B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0661511A (ja) | 1994-03-04 |
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| JPH05249128A (ja) | 風速センサ |
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