JP4208775B2 - 光電信号検出器 - Google Patents
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Description
本発明は、冷却装置を備えた光電信号検出器に係り、詳細には精密な温度制御が可能な冷却装置を備えた光電信号検出器に関する。
ＩＲ（赤外線）センサーは温度に非常に敏感に反応して若干の温度偏差にも応答感度が変わり、また波長変化を起こす。したがって、正確な信号検出のためには非常に精密な温度調節が必要である。しかし、温度調節用の電子冷却モジュールが内蔵されていないＴＯ缶タイプのセンサーパッケージは別途のクーリングユニットを外装して間接冷却する方式を採用している。このように外装方式の場合はセンサーパッケージの表面とクーリングユニット間に表面の不完全な接触によって電子冷却モジュールとの熱伝逹が円滑に行われず、また温度感知用プローブも熱伝逹ブロックに間接的に固定されることによって正確な温度検出が難しい問題がある。
一例として、グルコース濃度を測定するためにグルコースに吸収の多い波長帯域と吸収の少ない波長帯域とを含む特定帯域スペクトルを発生させ、この分離された波長を生体に照射して反射または透過された光量を検出器で測定して波長別光量の吸収差を分析して、血中成分の濃度を正確に測定する。しかし、グルコース濃度変化による吸収スペクトルの変化は非常に小さい。したがって、この時に使われる検出器の温度変化によるスペクトル変化はグルコース濃度変化による吸収スペクトル影響より少なくなければならず、その結果として検出器の温度はターゲット温度に精密に制御されねばならない。
特許文献１はスペクトロフォトメータ−に利用されるＰｂＳ検出器の温度を周囲温度より低い温度に制御するための温度制御ユニットについての装置に関する発明であって、密閉されたハウジングの中に温度検出素子を近赤外線センサーの近くに付着する構造である。これは温度検出素子をセンサー隣接面に付着することによって不要な密閉ハウジングを必要とする短所がある。電子冷却モジュールの表面をセンサー下部面に接触させてセンサーとの熱的接触状態を改善したが、ＴＯ缶の温度をモニタリングする検出プローブは電子冷却モジュールの基板上に直接付着されることによって正確な温度を検出できない短所がある。
米国特許５,０４１,７２７公報
本発明が解決しようとする技術的課題は、ＴＯ缶タイプの検出器の温度を効果的に制御するための装置を提供することである。
本発明の一類型によれば、光信号を電気的信号に変換する光電変換素子を備えた光検出器と、前記光検出器が密着して配設される吸熱側第１プレートと、前記吸熱側第１プレートに対向する放熱側第２プレートと、前記第１プレートと第２プレートと間に多数配列される熱電冷却素子とからなり、前記光検出器から突出する複数のリードを、前記第１プレートから第２プレートを抜けて導出させるべく前記第１プレートと前記第２プレートに形成された複数の貫通孔を有する電子冷却素子と、前記電子冷却素子の前記第１プレートの内面に密着させて取り付けられた温度センサーと、を具備する光電信号検出器が提供される。
前記本発明の信号検出器において、前記光検出器は前記光電変換素子が内蔵されるヘッドとそれを支持するベース及び前記光電変換素子に電気的に連結されるものであって、前記ベースから延びる複数のリードを備えることが望ましい。
一方、本発明の望ましい実施例によって、前記第１プレートの内面には前記電子冷却素
子が電気的に連結される配線層が形成され、さらに望ましくは、前記温度センサーは前記
配線層に直接連結され、前記光センサーはＴＯ缶タイプである。
前記本発明の光電信号検出器において、前記ヘッドは缶タイプであることが望ましい。
また、熱抵抗の高い断熱材料で形成され、前記光検出器と前記電子冷却素子とを所定の開口部を除いて覆い、前記第２プレートをヒートシンクに密着させるようにして固定する固定部材を更に備えることが望ましい。
子が電気的に連結される配線層が形成され、さらに望ましくは、前記温度センサーは前記
配線層に直接連結され、前記光センサーはＴＯ缶タイプである。
前記本発明の光電信号検出器において、前記ヘッドは缶タイプであることが望ましい。
また、熱抵抗の高い断熱材料で形成され、前記光検出器と前記電子冷却素子とを所定の開口部を除いて覆い、前記第２プレートをヒートシンクに密着させるようにして固定する固定部材を更に備えることが望ましい。
本発明の光電信号検出器は、電子冷却装置の表面を直接ＴＯ缶タイプの光検出器のベースに当接させ、光検出器と電子冷却装置間の熱的接触状態を改善した。また、光検出器１０の温度をモニタリングする温度センサーを電子冷却装置の基板、特に第１プレートの内面に直接付着して温度センサーが一体に備えられる電子冷却装置を構成することによって正確な温度のセンシング及びそれを通した精密な温度の制御が可能になる。
前記電子冷却装置の電気的仕様及びこれに関係する要素、例えば第１、第２プレートの形状や材質、第１、第２プレート内面に形成される配線層の形態などは光検出器の熱容量及び動作条件の熱負荷によって決定される。このような、本発明による電子冷却装置は温度制御専用のワンチップ型ハイブリッド温度制御回路を設計した結果、温度精密度及び信頼性が大幅に向上した。
以下、添付された図面を参照しながら本発明による光電信号検出器の望ましい実施例を詳細に説明する。
図１は、本発明による光電信号検出器の概略的斜視図であり、図２は、図１に示された本発明による光電信号検出器の概略的断面図である。
図１ないし図３を参照すれば、ＴＯ缶タイプの光検出器１０が電子冷却装置２０上に固定されており、前記光検出器１０及び電子冷却装置２０は断熱材料で形成されたブラケット３０により保護されている。
図１は、本発明による光電信号検出器の概略的斜視図であり、図２は、図１に示された本発明による光電信号検出器の概略的断面図である。
図１ないし図３を参照すれば、ＴＯ缶タイプの光検出器１０が電子冷却装置２０上に固定されており、前記光検出器１０及び電子冷却装置２０は断熱材料で形成されたブラケット３０により保護されている。
前記光検出器１０は内部に光電変換素子が内蔵されたヘッド１１とヘッド１１の下部を支持するベース１２、そして前記ヘッド１１内の光電変換素子などに電気的に連結されるものであって前記ベース１２の下部に延びる多数のリード１３を備える。
前記電子冷却装置２０は前記ヘッド１１底部のベース１２が固定される吸熱側の第１プレート２１と放熱側の第２プレート２２及びこれら間に配置される多数の電子冷却素子２３を具備する。
前記ブラケット３０は上部のヘッド１１とヘッド下部の電子冷却素子２３とを収容し、前記ヘッド１１の上面がその上部に露出させる本体３３と、本体３３の両側に備えられるものであって、締結部品が設置される貫通孔３２が形成されるフランジ３１を具備する。
したがって、前記ブラケット３０は熱抵抗の高い断熱材料で形成されるものであって、前記ヘッド１１と電子冷却装置２３を保護し、図２に示されたようにヒートシンク４０に設置されて前記電子冷却装置２０の放熱側第２プレート２２からの熱が前記ヒートシンクに伝えられる。
前記のような構造に加えて本発明の特徴によって、前記第１プレート２１の内面に温度センサー５０が設置される。すなわち、前記温度センサー５０は前記第１プレート２１を中心として前記光検出器１０の反対側に備えられている。したがって、光検出器１０のベース１２から第１プレート２１に吸収された熱を温度センサー５０により精密に検出できるようになる。さらに、温度センサー５０が電子冷却装置２０の内部で保護されているために、第１プレート２１に伝えられた熱により感応し、外部からの熱的雑音に対して保護される。
このように温度センサー５０が電子冷却装置２０の内部に備えられ、特に電気的配線の構成が容易である第１プレート２１の内面に設置されるために、別途の配線ラインが不要である。すなわち、第１プレート２１と第２プレート２２の内面には電子冷却素子２３を電気的に連結するための配線層が形成されているが、この配線層を形成する時に前記温度センサーのための配線層を形成でき、追加的な配線層の形成やこれらを連結するためのワイヤーリングが不要となる。
図４は、本発明による光電信号検出器に適用される電子冷却素子２０の概略的斜視図であり、図５は、図４のＢ部分の拡大図である。そして、図６Ａは、第１プレート２１の内面を示した平面図であり、図６Ｂは、第２プレート２２の内面を示した平面図である。
図４に示されたように電子冷却素子２０は、熱電冷却素子２３に連結される１対の第１リード２３ａ、２３ａと温度センサー５０に連結される１対の第２リード５０ａ、５０ａとを備える。第１プレート２１に光検出器１０のリード１３が通過する貫通孔２１ａが多数形成されている。また、前記第１プレート２１の貫通孔２１ａに対応して図６Ｂに示されたように第２プレート２２に貫通孔２２ａが形成されている。前記第１プレート２１と第２プレート２２との間には熱電冷却素子２３が多数配置されている。
第１プレート２１と第２プレート２２の内面には図６Ａ及び図６Ｂに示されたように前記熱電冷却素子２３を電気的に連結する配線層２１ｂ、２２ｂが形成されている。一方、図６Ａに示されたように第１プレート２１の内面に温度センサー５０が連結される配線層２１ｃ、２１ｃが形成されている。
ここで、前記第１プレート２１及び第２プレート２２は電気的絶縁物質、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で形成される。
本発明は図面に示された実施例を参考で説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これより多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることが理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は添付された特許請求の範囲上に限って定められねばならない。
本発明は、冷却装置を備えた光電信号検出器、詳細には精密な温度制御が可能な冷却装置を備えた光電信号検出器に関わり、例えば本発明の光電信号検出器の応用分野は多様であり、温度センサーが内蔵されていない外装型ＩＲセンサーパッケージに適している。例えば、光を生体の一部に照射して透過するか反射される光を測定して体液成分の濃度を浸湿的または非浸湿的に測定するシステムに非常に効果的であり、以外に類似応用システムに応用可能である。
２０ 電子冷却装置
２１ 吸熱側の第１プレート
２１ａ、２２ａ 貫通孔
２２ 放熱側の第２プレート
２２ｂ 配線層
２３ 電子冷却素子
２３ａ 第１リード
５０ 温度センサー
５０ａ 第２リード
２１ 吸熱側の第１プレート
２１ａ、２２ａ 貫通孔
２２ 放熱側の第２プレート
２２ｂ 配線層
２３ 電子冷却素子
２３ａ 第１リード
５０ 温度センサー
５０ａ 第２リード
Claims (6)
- 光信号を電気的信号に変換する光電変換素子を備えた光検出器と、
前記光検出器が密着して配設される吸熱側第１プレートと、前記吸熱側第１プレートに対向する放熱側第２プレートと、前記第１プレートと第２プレートと間に多数配列される熱電冷却素子とからなり、前記光検出器から突出する複数のリードを、前記第１プレートから第２プレートを抜けて導出させるべく前記第１プレートと前記第２プレートに形成された複数の貫通孔を有する電子冷却素子と、
前記電子冷却素子の前記第１プレートの内面に密着させて取り付けられた温度センサーと、
を具備することを特徴とする光電信号検出器。 - 前記光検出器は前記光電変換素子が内蔵されるヘッドとそれを支持するベース及び前記光電変換素子に電気的に連結されるものであって、前記ベースから延びる複数のリードを備えることを特徴とする請求項１に記載の光電信号検出器。
- 前記第１プレートの内面には前記電子冷却素子が電気的に連結される配線層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光電信号検出器。
- 前記温度センサーは前記配線層に直接連結されることを特徴とする請求項３に記載の光電信号検出器。
- 前記光検出器はＴＯ缶タイプであることを特徴とする請求項１または２に記載の光電信号検出器。
- 熱抵抗の高い断熱材料で形成され、前記光検出器と前記電子冷却素子とを所定の開口部を除いて覆い、前記第２プレートをヒートシンクに密着させるようにして固定する固定部材を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の光電信号検出器。
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