JPH03142330A - 熱電的に冷却された赤外線検出器用放射線シールド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般的に放射線検出器用放射線シールドに関し
、特に冷部台への物理的付着の光学的に等価の効果を発
生する特殊な形の反射素子を含む素子を取付けられた冷
却されていないケースを有する放射線シールドに関する
。

［従来技術］ 高性能赤外線検出器パッケージは一般的に、光システム
、目的物および検出器の所定の特性の範囲内で最適の性
能を保持するため、検出器素子上の放Ｕ、１線を制限す
るように、冷部シールドの幾つかの形状を使用する。典
型的にこのような冷部シールドは、所望された光線円錐
形の有効な限定を確立させるための冷部焦平面上に設け
られる。しかし、この技術は低温焦平面における物理的
および熱的の同質量を増加させる。

冷却されない反射装置を使用する湿部シールドはまた、
冷部シールドの物理的な大きさを縮小するために低温赤
外線検出器パッケージにおいて使用される。湿部シール
ドは検出器の視野の外部からの放射線を遮断するが、そ
れにもかかわらずそれらは冷部標的、典型的に検出器お
よび／または冷部シールドを囲む焦平面に検出器の像を
描くという要求のため、冷却器上の熱負荷および熱的質
量を増加させる可能性がある。

［発明の解決すべき課題］ 凸型的に冷却された検出器を使用する低温パッケージと
関連する特別な問題は、最も低温の台における熱負荷の
少息の増加が冷部端の温度を著しく増加させ、および／
または冷−却器によって消費された７じ力を著しく増加
させることである。例えば、温度−８８℃（１８５Ｋ）
の検出器台を得る温度５０℃のヒートシンクによって動
作されるある既知の種類の熱電気冷却器は、はぼ０．３
℃／　ｍ　Ｗの熱負荷の下での温度上昇を経験する。し
たがって付加的な冷部端のｌｏｍＷの熱負荷は、検出器
の温度を１８５Ｋからほぼ１８８Ｋまで上昇させる。

それ故に本発明の１つの目的は、検出器平面において物
理的かまたは熱的な質量を増加させない低温学的に冷却
した放射線検出器用の放射線シールドを提供することで
ある。

本発明の別の目的は、熱電気冷却器の最も低温の台への
放射による伝送を著しく減少させ、それによって検出器
の温度を低下させ、および／または冷却器の電力消費を
減少させる低温学的に冷却された放射線検出器用の放射
線シールドを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、熱電気冷却器とは異なる構
造にシールドを取付けることによって、すべにてわたる
検出器の装置の堅牢さおよび生産可能性を改良する低温
学的に冷却された放射線検出器用の放射線シールドを提
供することである。

本発明の別の目的は、検出器の前方に片持ち支持された
物理的に大きなシールドを提供し、および検出器に関連
する冷部孔の栓が最適の位置に配置されることを可能に
する低温学的に冷却された放射線検出器用の放射線シー
ルドを捉供することである。

本発明のさらに別の目的は、光質のエネルギが排除され
および集積球効果を通して最も低温の或いは検出器の台
に結合されないように、不所望な放射線の自己放射が導
かれない程温度が十分に低くおよび光反ａＪが遮られる
位置で、放射線シールド内にエネルギ吸収材料を堤供す
ることである。

この要求されない伝送をこのように阻止するエネルギは
、斜めに冷部栓に入り最も低温の台に直接投１・１され
ないエネルギおよび最も低温の台によって反射されてき
たエネルギを含む。

［課題角ｑ決のための手段］ 前記のおよび他の問題は克服され、本発明の目的は、熱
電気冷却器とは光なる構造に物理的に取付けられた、低
温学的に冷却された放射線検出器用の冷却されない放射
線シールドによって達成される。シールドは、放射線の
自己放射が顕著ではないように十分に冷却された、より
低部の相対的により温かい冷却器台の上段と側面の表面
上に検出器および熱電気冷却器の最も低温の台の像を結
ばせる表面を有する。

本発明の１つの態様にしたがって、低温に維持された表
面領域から生じた放射線をその表面領域から外れるよう
に反射するための放射線シールドが開示される。放射線
シールドは、表面領域上に位置し、かつ表面領域から生
じる任意の放射線をその表面領域から外れるように反射
するための円環面に相応する内部表面の形を有する第１
の反射装置を含む。放射線シールドはまた、必要ではな
いが好みの問題として、表面領域から生じおよび前記第
１の反ＪＩＪ装置からその第１の反射装置を外れるよう
に反１・ｌする放射線を導くための第１の反射装置に結
合した第２の反射装置を含む。

放射線シールドはまた、１つ以上の熱電気冷却器の前記
台の一部分として吸収領域を含み、その吸収領域は最も
低温の台よりも温かいが、不所望な族８４線の自己放射
は最も低温の台への反転通路に沿って導かれない程冷却
されている。

本発明の別の態様にしたがって、検出される放射線を受
けるための表面を有する放射線検出器手段と、検出器を
冷却するための検出器に熱的に結合した第１の端部およ
び反対側の第２の端部を有する冷却器とを含む放射線検
出器装置が開示される。装置はさらに、検出器の周囲に
配置され少なくとも部分的に全長にわたって冷却器を囲
う放射線シールドを含む。この放射線シールドは、検出
器の表面への放射線の入射を可能にするための孔を有す
る第１の反射装置を含み、その第１の反射装置は円環面
に相応する内部表面形状を有し、検出器の表面から生じ
る放射線をその表面から外すように反射するための検出
器に面している。必要ではないが好みの問題として、放
射線シールドはさらに、第１の反射装置から反射された
放射線を冷却されない外部をから冷却器の第２の端に向
かって反射して導くための第１の反射装置に結合した第
２の反射装置を含む。

［実施例］ 本発明の放射線シールドによって可能になる利点を説明
するため、従来技術の熱電的に冷却された検出装置ｌＯ
の簡易化された断面図を示す第２図が最初に参照される
。装置ｌＯは、デユワ−真空容器１４および６段（１か
ら６）熱電気冷却器１Ｂが取付けられた背面板或いはシ
ャーシ１２を含む。冷却器１６の６番目の最も低温の台
には、関連した基体２０および接続線２２を有するＩＲ
放射線検出器チップ１８が取付けられている。電気ケー
ブル配線２４は検出器１８を関連した電子装置（図示さ
れていない）と結合する。冷部栓を限定する孔２８を有
する冷部シールド２Ｂは冷却器１６の第２の台に取付け
られており、それによって冷却される。デユワ−窓３０
は、検出器１８が検出するために装置ＩＯ内へＩＲ放射
を可能にするために孔２８に対応して配置される。正確
な温度は本発明にとって重要ではないが、冷却器の６番
目の台およびその上に取付けられた検出器１８は典型的
に、周囲温度が３２３Ｋ　（±５０℃）の状態の下でほ
ぼ１８５にの最低温度に達する。冷却器１Ｂは、より小
さくより低い温度の台の下にそれより大きくより高い温
度の台が位置するように限定された形を有する。結果と
して生じた台形の冷却器１６は、以下に記載されるよう
な本発明の放射線シールドによって改良される。

光子雑音よりも熱が動作温度１８５Ｋにおける検出器の
性能を左右するため、冷部シールド２Ｇが冷却器１Ｂの
最も低温の台に取付けられる必要がないことは注目すべ
きである。もし冷部シールド２Ｇが最も低温の台に取付
けられることによってさらに冷却されたならば、検出器
１８の背景放射線束のわずかな減少のみが生じ、その一
方冷部シールドへの放射線の伝送は最も低温の台に直接
導かれ鮭も低温の台の熱負荷を増加することによって、
検出器１８の温度を上昇させ性能を低下させる。さらに
冷部シールド２６を最も低温の冷却器台に取付けること
は、装置ｌＯの堅牢さを著しく減少させるであろう。

第１図を参照すると、本発明の冷却されない放射線シー
ルド４０によって冷部シールド２６が置換された第２図
の装置１０の簡易化された図が示されている。シールド
４０は取付は装置４１を介して装置ｌＯの外部ケースに
取付けられ、冷却器１８のどの部分にも接着されないこ
とが示されている。さらにシールド４０は、より低くよ
り温かい冷却器台の上部および側面上に検出器１８およ
び上方の冷却器台の像を描くための、円環面状の反射性
上部表面４２および川筋契約いは方形筒型の反射性側壁
４６を有する。これは、その視界からより温かい表面を
排除することによって最も低温の台上の熱負荷を有益に
減少する。孔４６は検出器１８のための効果的な冷部栓
を限定する。

ここで使用されているように、最も低温の台および検出
器から離れて“より低い“台へ反射されると言われる放
射線は、−殻内に孔４Ｇから離れてより温かい台へ向か
って反射されることに注意すべきである。

本発明のシールド４０は円環面状の反射装置の重要な光
学特性を開発する、すなわち円環面状の反射装置は点の
像をその点を囲む環状の範囲内に黒点を結ぶ。それ故に
、検出器１８および最も低温の冷却器台の点は、検出器
および最も低温の台を囲むリング内に像を結ぶ。本発明
にしたがって、リングはさらに検出器１８のへりおよび
冷却器の最も低温の台を越えて像を描き、結局検出器お
よび最も低温の台の下の冷却された吸収性の表面５２ｂ
上に像を描く。さらにこの円環面体の反射装置の光学特
性は、点の像を点に描く多くの通常の反射装置に関連す
る複数の問題を克服する、すなわちケーブル線のような
環１４性障害物が像を描かれたリング内に存在するとき
全体的な光線妨害は生じず、ゴースト画像および光クロ
ストークもまた検出器１８の点からの反射が検出器上で
像を描き戻されないようなところでは発生しない。

第４図を参照するとわかるように、反射装置４２の円環
面状は発生点Ａを表面上に或いは検出器１８のへりの近
くに配置することによって生じる。これは、反射光線Ｂ
の方向を反射装置４２の円環面の表面により検出器１８
の後方へおよびより温かくより大きい冷却器１６の台の
方向へ向ける。円環面の表面からの反射角が入射角と等
しく、かつ反対であり、これらの角は検出器のへりをほ
ぼ遮る反射装置′４２の表面の垂線に関してｉｌｌ定さ
れているので、検出器１８からの任意の光線は検出器か
らそれるように反８・１する。反射装置４２の形状およ
び配置を最適にすることは、最も低温の冷却器台上の最
低の放射線束反射を可能にするため、既知の光線トレー
ス技術によって行われることが好ましい。一般に、これ
は典型的に反射装置を用いて行われるような最適な画像
分析に反して迷光分析を実質上含む。さらに、円環面の
枢軸の半径方向および高さ方向の両者の正確な配置は、
光線トレース技術によって特定の適用のために最適に決
定される。

正確な画像は、要求されないため、反射装置の全体的な
円環面の形および表面の仕上げは重要である一方、表面
が契約される際の正確さは必要ではない。例えば満足す
べき反射装置は、旋盤で加工し、研磨し、全鍍金する動
作の連続によって製造される。

本発明の別の特徴は、類似した温度の異なる帯域内での
エネルギの包含である。これは、たとえ光線が配線のよ
うな反射性の表面に衝突するとしても、光線が吸収性の
表面に衝突するまで放射線シールドの反射性の側壁４４
によって光線が再反射させる。冷却器１６の上部側の表
面は、光反射性で熱絶縁性の鎧装４８内で凹まれること
が好ましい。

備装４８用の１つの適切な材料は、細線電子ケーブルに
おいて一般に使用される種類の金鍍金されたポリイミド
プラスチックである。したがって光線の下方への反射は
、標準的に不規則な冷却器の表面によって遮られること
よりもむしろ、上方の冷却器台の滑らかで垂直な側壁に
よって保持される。

この光線の下方への反対はさらに、それを吸収装置５２
ｂに導くことによって孔４Ｇを通して人ａ・ｔされたエ
ネルギを配置するために作用する。

ｊｌｌ−の円環面状反射装置４２は、より低い円筒契約
いは方形の反Ｊ１４装置と同様に容易に組み立てられる
。もし所望されるならば、第３ａ図に示されるように、
より下方の円・環面反射装置５０が光線をより内部へお
よび中間の温度の台へ向けて直射するために設けられる
。さらに第３ｂ図および第１図に示されているように、
多くの適用に対してシールド４０を冷却器１６の形状に
密接に従わせる或いは適合させることが好ましい。付加
的な高さが所望される幾つかの適用に対して、米国特許
第４゜８２０．９２３号明細書に示された方法において
より低い円環面体のシールドの干渉を防ぐための装置ｌ
Ｏの中心の容積を横断するようにエネルギを導くため、
１次円環面シールド４２ではなく多重円環面の反射装置
が設けられる。

さらに本発明にしたがって、放射線の伝送をより良く制
御するため、熱電気冷却器１６の台はそれらの熱伝導性
板に１つ以上の延長部分５２を設けられる。各板５２の
下面５２ａは鍍金されるかさもなければ反射を１曽加す
るためおよび吸収を減少するために処理されることが好
ましいが、上面５２ｂは環１４性のシールドによって検
出光を受けるために吸収性であるように処理され、それ
によってそうでなければ最も低温の台に反１・Ｉシ戻さ
れ得るエネルギの配置のための出口を効果的に契約する
。上方の冷却器台の側面は覆われ、少なくとも一部分は
下方の吸収性のある範囲上に像を結ばせるために前記の
ように反身１性にされ、それによってこの要求されない
エネルギの所望し得る吸収を改善する。

別の望ましい効果は、中間温度の冷却器台がより熱い或
いはケース温度の表面から見えることを防ぎ、その代わ
りとしてこれらの中間の台はそれら自身の上に或いはそ
れら自身よりわずかにより温かい台の上に再び像を結ば
せる。

本発明の放射線シールドの使用によって獲得される利点
をより良く認識するために、第２図の通常の冷部シール
ド２６と第１図の冷却されない反射装置４０との比較分
析の結果が与えられるであろう。

この分析に関して、冷却器１Ｇは第５図で示されるよう
にモデル化され、番台の典型的な温度および表面領域を
含む。このモデルは、周囲の状態が＋５０℃である最悪
の場合の下で最も低温の台がほぼ１８５にの温度に達す
る典型的な６段の台の熱電気冷却器を表す。この冷却器
モデルは、側面と垂直の両者の表面領域を考慮に入れて
いる。番台に関して、表面領域は上に横たわる台の“足
跡”を除外し、上下の半分の側面の領域を含む。このモ
デルにおいて、最上段の冷却器台は直径７．５ｍ＋＊の
円筒形であると仮定される。冷却器台の高さは２．０市
であり、台の側面の寸法は１つおきの台において１．５
：１の比率で増加するようになっている。方契約いは正
方形の形状である同じ領域は、同様の結果を生じさせる
。上方の台の吸収は、セラミック、接着剤Ｓｉ或いはＨ
ｇＣｄＴｅのような他の吸収性材料の表面の半分上の反
射性の金の配線を可能にする５０％（０，５Ｗ／Ｗ）で
あるようにされている。実効的な上方の台の面積は０　
、９　ｃｄである。

第２図に示されているように、従来の正しい位置にある
冷部シールド２６は冷却器１６の第２の台上に取付けら
れている。冷部シールドの熱負荷は、吸収を減少させる
ための金鍍金されたシールドの外形によって最小にされ
る。それにもかかわらず、外形の面積は６ｃ−で吸収性
は内輪に見積もって３％であり、３２３Ｋ　、（＋５０
℃）である外部ハウジング１２から２７７にである冷部
シールド２６への放射線の伝送は、はぼ６２ｍ　Ｗ　／
　ｃｄ　Ｘ　６．Ｏｃｄ　Ｘ　Ｏ，０３Ｗ　／　Ｗ＝１
１ｍＷである。動作中に３Ｗを消費する冷却器の第２段
の台に結合されて、このｌｌｍＷの熱負荷は重要ではな
い。

しかし、冷部シールド２Ｂの必要な薄さおよび結果とし
て生じる大きな熱抵抗のために、この熱負荷はシールド
温度を幾分か上昇させ、例えば冷部シールド温度がほぼ
２０℃の上昇して２９７にとなる。

もし冷部シールドの内部が暗くしであるならばこの熱の
上昇は重要であり、それ故に可成の放１・１線束を放射
することが可能になる。２９７Ｋにおいて、放射線放射
は全スペクトル帯にわたって４４ｍＷ／Ｃ−である。シ
ールド２６は冷部台を囲んでいるので、４４ｍＷ／ｃｄ
Ｘ　　Ｏ，９ｃｄＸ　　Ｏ，５Ｗ／Ｗのｈｋ射線束或い
はほぼ２０ｍ　Ｗが最も低温の台上に入Ｊｌ・ｌされる
ことが示され得る。

もし冷部シールド２６の内部が反射性であり暗くなって
いなければ、シールドは囲まれた物体を反射するためは
っきりとした放射が存在する。これは、任意の凝集性の
画像を有さない反射のため、拡散放射と考えられ得る。

空洞内の物体の面積加重された或いは放射加重された平
均値のため、等価のシールド温度は実際の温度より低く
なり得る。

等価であると概算された温度２５７におよび９７％の冷
部シールド反射において、放射線の放射は全スペクトル
帯にわたって２５ｍＷ／ｃ−であり、２５ｔｎＷ／ｃｊ
Ｘ　　Ｏ，９ｃＪｘＯ，９７Ｘ　　Ｏ，５Ｗ／Ｗ或いは
ほぼｌｌｍＷの放射線束が最も低温の台上に入射される
。

また、概算された温度２９７におよび３％の放射におけ
る反射性のシールドに関して、最も低温の台上の直接放
射は４４ｍ　Ｗ　／　ｃＪ　Ｘ　　Ｏ，５Ｗ　／　Ｗ　
Ｘ　　Ｏ，９ｃｄＸ０．０３或いはほぼ１ｍＷである。

もし冷部栓２８が画像平面上の０．０４インチの等価の
高さにおいて０．１８５Ｘ　Ｏ，０５５インチの孔であ
るならば、冷部栓２８はほぼ１．７ステラジアンの立体
角の範囲を定める。それを通してデユワ−容器内のエネ
ルギはまた、窓３０のバンドパスフィルタの真下に位置
された栓のある検出器１８の上に反射される。これは、
窓３０および冷部シールド外形が反射性であり、形状構
造がデユワ−ケースおよびベースのようなデユワ−容器
内の温かい物質の実質上の反１．１を可能にするからで
ある。内輪に見積もった７０％の反射結合係数において
、周囲温度３２３にでの物体から゛の上方の冷却器台上
の直接放射は０．７Ｘ　　１．７／　ｐ　ｉ　ｘ６２ｍ
Ｗ／ｃｊｘ　Ｏ，９ｃｄＸ　Ｏ，５Ｗ／Ｗ或いはほぼ１
０ｍ　Ｗである。

それ故に、冷却器Ｉ６の最も低温の台上の放射性熱負荷
の全体量は、（１１＋１＋ｌＯ）或いはほぼ２２ｍＷで
あると概算される。

冷部シールドがなければ、検出器１８は３２３にの放射
線によって囲まれ、６２ｍ　Ｗ　／　ｃｄ　ｘ　　０．
９ｃＪ　ＸＯ，５Ｗ／Ｗ或いはほぼ２８ｍＷの放射線束
を受けるであろう。したがって、通常の冷部シールドは
ほぼ６ｍＷの不所望な放射線束を域中しできた。典型的
な３　ｍ　Ｗ　／　”Ｃの熱負荷への温度の依存状態が
与えられ、この通常の冷部シールド２６はシールドされ
ない設計と比較して検出器１８の温度をほぼ２℃減少す
る。

第１、第３および第４図に示されているような本発明の
放射線シールドを参照すると、検出器１８では冷却器台
４の２３１により温かい温度は見られず、したがってそ
れは、シールドからの１８ｍＷ／ｃＪＸ０．９７Ｘ　　
Ｏ，９ｃｄＸ　　Ｏ，５Ｗ／Ｗ或いはほぼ７ｍＷの反射
された熱負荷を経験する。

前記反身・１性鎧装４８から、の熱伝導は、支持材料を
通りおよび反射性フィルムに沿った直列通路を含む。７
００オングストロームの厚さで０．２４ｃｍの幅で０．
２ｃｍの長さである熱伝導性の金フィルムは、はぼ３０
００ｍＷ／ｃｍＫ　Ｘ　（１／　０．２ｃｍ）　Ｘｏ、
２４ｃｍＸ７００オングストロームＸｌ０−８ｃ＋ｎ／
オングストローム或いはほぼ０．０２５ｍ　Ｗ　／　Ｋ
である。０．０５ｃｍＸ０．２４ｃ＋ｎの冷却器１Ｇの
台のへりの領域と完全に接触する厚さ　０．００４イン
チの支持ポリイミドプラスチックフィルムの伝導性は、
１．２ｍＷ／　Ｋ　Ｘ　（１１０，０１ｃｍ）　Ｘ　Ｏ
，０５ｃｍ　Ｘ　Ｏ，２４ｃ＋ｎ或いはほぼ１ｍＷ／に
である。内輪に見積もって、鎧装４８を通る熱伝導は金
フィルム単独のそれよりも確かに大きくない。

それ故に、支持する熱絶縁鎧装を備えて或いは備えずに
上方の台の側面に全鍍金をすることは、鍍金しなければ
損失を受けるであろう放射性負荷よりもはるかに少ない
０．０２５ｍ　Ｗ　／　Ｋ　Ｘ　４ＢＫ或いはほぼ１ｍ
Ｗの微小な熱負荷を加える。冷却器１６の側面に鍍金す
ること或いは鎧装することは、あらゆる計見において使
用された最も低温の台の全体的な５０％の吸収性に一貫
して考えられる。

幾分かの不所望な放射線束は、非ゼロ放射率および反対
装置４０の温かい温度からの結果として生じる。反射装
置の高温度３２３Ｋ　（＋５０℃）と３％の放射率にお
いて、および０．９０−の冷部台面積と８０％の平均吸
収率によって、冷部台は（ｉ２ｍ　Ｗ　／　ｃｄ×０．
０３Ｗ　／　Ｗ　Ｘ　　０．９ｃｄ　Ｘ　　Ｏ，５Ｗ　
／　Ｗ或いは１ｍＷの付加された放射性熱負荷を経験す
る。

孔４６からの直接的な放射は１０ｍ　Ｗであり、冷部栓
は第１図のものと変わらないと仮定する。

したがって、本発明はほぼ７　＋　１　＋　１　＋ｌＯ
１０−ｌ９或いは前記従来技術構造で概算された２２ｍ
　Ｗより３ｍＷ低い、放射性熱負荷の全体量を提供する
。それ故に、同じ熱電気冷却器動作パラメータおよび同
じケース−窓−シールドの反射の仮定に対して、検出器
１８は従来技術の検出器よりもほぼ１．３に温で動作す
る。

このより低い検出器動作温度は、典型的な光電池の水銀
カドミウムテルル化物検出器特性に基く５％の最小の検
出可能信号を改善し、それは単に本発明の放射線シール
ドを使用することによって実現される。しかし、シール
ド設計の他の点についても変形され得るので、以下に示
すように他の改善もまたなされ得る。

１つの変化として、もし第２の台が上述の第４の台の代
わりに像を結ぶために使用されるならば、シールドによ
る冷部台反射による熱負荷は７ｍＷから３３ｍＷ／ｃ１
ｉＸ０．９７Ｘ　　Ｏ，ｌｌｃｇｉＸ　　０．５Ｗ／Ｗ
或いはほぼ１４ｍ　Ｗまで増加するが、他の熱負荷は変
化しない。したがって検出器温度はほぼ２，３℃増加し
、最小の検出可能信号は前述のより良い性能の設計に関
連して再び冷部栓の位置を変えることなく、９％低下さ
せる。この変化は従来技術の模範的基準線と比較して最
小の検出可能信号を４％劣下させるが、それにもかかわ
らず、構造の改善された堅牢性および本発明の他の利点
を提供する。

第２囚に示された従来の冷部シールドの前部表向の配置
および凹状の形状は、幾分かの所望されないシステム光
学画像効果を阻止するために選択される。検出器１８上
部の比較的短い高さもまた冷却器１６上の大きな片持ち
梁支持された質量の配置を避け、それによって冷却７ｊ
１Ｂの壊れやすい構造の問題を回避する。しかし、周囲
温度でのおよびデユワ−パッケージに取付けられた本発
明のシールドによって、シールドの外部は吸収性或いは
拡散反射性にされ、許容できる画像の除去を可能にする
。また、シールド４０は構造上の設計の問題を生ぜずに
大きくおよび／またはしっかりとするようにされる。そ
れ故に、孔４６が窓３０のより近くに配置され得るので
、他の形状が可能になる。これは検出器の背景放射線束
を著しく減少する。

第６ａ図および第６ｂ図に示されるように、通常の栓は
検出器１８の表面上の検出器の寸法の数倍の位置にあり
、それ故に栓はぼかしを防ぐために大きな寸法である。

栓は効果的に、長いアレイ寸法においてＦｌｏ、２であ
り短い寸法においてＦｌｏ、７であるように作られる。

しかし、画像光線の束は瞳孔の曲がりくねる影響を除い
てＦ　／　１．５の円錐形の中に含まれ、通常の栓はぼ
かすことなしにＦ／１．１　　（半分の角２４度の円錐
形）のみを可能にする。検出器１８と近接しているため
、通常の栓はほぼ１．７ステラジアンの大きな立体角の
範囲を定める。

デユワ−エンベロープを変化させずに、もし栓が第７ａ
図および第７ｂ図に示されるように配置されるならば、
より良い適合がシステムのＦ数に対して獲得される。０
．２００インチの高さの栓はほぼＦｌｏ、６とＦ／１．
０の乗数であり、はぼ１．０ステラジアンの等価の立体
角の範囲を定める。それは冷部栓を通る放射線は１／１
．７或いは通常の数値のほぼ０．６にまで減少されるこ
とを意味する。

しかし、窓３０へより近い間隔をおくことはデユワ−容
器内の温かい表面によって放射されたエネルギが窓の反
射を通して最も低温の台に達することを阻止するので、
より大きな改善が結果として生じる。通常、窓の反射は
一般的に、典型的に窓３０に適用されるＭＷ　Ｉ　Ｒフ
ィルタ被覆によって良く反射される多量のＬＷＩＲ束を
含む。それ故に、前述の７０％の反射結合効率は５％以
下に減少される。これはシールド４０によって設けられ
た効果的な冷部栓によって可能になる放射線束に関して
、前記１０ｍＷ／ｃ−と比較して１ｍＷ／ｃｄ以下の熱
負荷を意味する。この９　ｍ　Ｗ　／　ｃ−の熱負荷の
減少は、検出器動作温度を別に３に減少させる。また、
検出器光子雑音は検出器感知スペクトル帯中の放射線に
依存する。

３．０から４．５マイクロメータ、同様の結果を与える
０から４．５マイクロメータのスペクトル帯の範囲の前
記計算を繰り返すことによって、第６ａ図および第６ｂ
図の冷部栓の位置からの帯域内の検出器の照射は、１．
２５　１０１６ｐ　ｈ　／　ｓ　ｃｊ　Ｘ　Ｏ，０３Ｗ
／ＷＸ１．７或いはほぼ２．０　１０”ｐ　ｈ　／　ｓ
　ｃｊテあることが示され得る。第７ａ図および第７ｂ
図の修正された栓の位置によって、背景の放射線束は１
．２　１０”ｐ　ｈ　／　ｓ　ｃ−にまで減少する。し
かしこれら検出器（８の動作温度において、光子雑音の
非常に有用な改善は結果として生じない。

したがって、検出器１８に関連して冷部栓の位置の高さ
を変化させることは、最小の検出し得る信号を１２％改
善し、偽値反射エネルギ源を除去する。

この改善は、シールド４０の使用から結果として生じ全
体で１５％の改善を与える前記で計算された３％から４
％の利点を累積する。

前記の放ル（線の分析は、本発明の放射線シールドおよ
び冷部栓配置において可能である改善性能の利点の量的
評価を示す。改善された検出器−冷却器−デュワー容器
の装置は、より良い生産可能性および信頼性と共に、は
ぼ１５％の最小検出可能信号の改善を達成する。

以上で熱電的に冷却された赤外線検出器の特定の実施例
との関係において説明してきたが、他の低温冷却部品も
これらの教示の利益を受けることができることは明白で
ある。これは例えば、低温学的な冷却を必要とし、また
エネルギを制限する“冷部栓”孔による利益を得る磁石
、電磁石、核放射線、或いはその他のセンサを含む。実
際、磁石或いは核放射線センサは、放射線シールド全体
が感知されるエネルギに対して透明である限りは冷部栓
孔を必要としない。さらに、技術はまた外部感知システ
ムによって観察されるべき赤外線或いは熱の物体に対し
て逆に働く。例えば、本発明の教示は熱画像システムの
ための較正標的の構造に適用可能である。

前記教示に基いて、当業者はそこへ変形を誘導する。本
発明はそれ故に、前記実施例のみに限定されると考えら
れるものではなく、本発明は請求の範囲の記載によって
のみ限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ここに装備された本発明の放射線シールドの
１実施例を有する放射線検出装置の簡易化された内部の
見える側面図である。 第２図は、熱電気冷却装置の中間の台に取付けられた冷
部シールドを有する従来技術の放射線検出装置の簡易化
された内部の見える側面図である。 第３ａ図は、ＩＲ光線を中間の冷却器台の方へ向は直し
および制限するための円環面体−円筒体一円筒体の結合
構造を有する本発明の放射線シールドの別の実施例を示
す。 第３ｂ図は、類似した温度帯域内の放射線を含むための
円環面体−円筒体一円筒体の結合構造を有する本発明の
放射線シールドのさらに別の実施例を示す。 第４図は、円環面体反射装置の表面形状、および検出器
上の地点で発生し検出器台のへりを越えて検出器の後方
の吸収性表面へ向かう光線の方向変換を図示する第２図
のシールドの一部分の拡大図である。 第５図は、６段の台の熱電気冷却器の温度および領域の
側面を示す。 第６ａ図および第６ｂ図は、等価の視野（ＦＯＶ）がＦ
ｌｏ、３の円契約いは１．７ステラジアンＦＯＶに相応
するＦｌｏ、２とＦｌｏ、７の乗数である検出器の幅の
狭いおよび広い寸法にそれぞれ沿った第１図の冷部シー
ルドの通常の冷部栓の位置を示す。 第７ａ図および第７ｂ図は、等価ＦＯＶがＦｌｏ、７の
円契約いは１．０ステラジアンＦＯＶに相応するＦｌｏ
、５とＦ／１．３の乗数である検出器の幅の狭いおよび
広い寸法にそれぞれ沿った第２図の冷部シールドの冷部
栓の位置を示す。 １０・・・検出装置、１２・・・シャーシ、１４・・・
デユワ−容器、１Ｇ・・・熱電気冷却器、１８・・・放
射線検出器、２０・・・冷却器、２２・・・接続配線、
２４・・・ケーブル配線、２６・・・冷部シールド、２
８・・・孔、３０・・・窓、４０・・・放射線シールド
、４１・・・取付は装置、４２・・・反ａ・を装置、４
６・・・孔、４８・・・鎧装、５０・・・反射装置、５
２・・・延長部分。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面領域に関連して位置され、表面領域と表面領
   域から発生する任意の放射線を表面領域から外れるよう
   に反射するための円環面に相応する内部表面形状を有す
   る第１の実質上冷却されない反射手段と、 前記第１の反射手段に光結合し、表面領域から発生した
   放射線を導き、前記第１の反射手段からの反射を第１の
   反射手段および表面領域の両者から外す第２の実質上冷
   却されない反射手段とを具備することを特徴とする冷却
   された表面領域から発生する放射線をその表面領域外へ
   反射するための放射線シールド。
2. （２）表面領域が放射線検出器を含み、第１の反射手段
   が検出器によって観察される放射線を入射させるための
   孔を含む請求項１記載の放射線シールド。
3. （３）前記第２の反射手段が、少なくとも１つの円筒形
   反射装置或いは少なくとも１つの方形筒型反射装置を含
   む請求項２記載の放射線シールド。
4. （４）前記第２の反射手段が前記第１の反射装置手段の
   直径より大きな横方向寸法を有する請求項３記載の放射
   線シールド。
5. （５）円環面に相応する反射装置の表面の形状を有する
   第３の冷却されない反射手段を具備し、前記第２の反射
   手段は前記第１の反射手段と前記第３の反射手段の間に
   挿入されている請求項１記載の放射線シールド。
6. （６）前記第２の反射手段が、前記第１の反射手段の直
   径より大きくまた第２の反射手段の個々の１つと前記第
   １の反射手段との間に配置された隣接する円筒形反射装
   置或いは方形筒型反射装置の横方向寸法より大きい横方
   向寸法を有する、複数の直列に共に結合した円筒契約い
   は方形筒型反射装置の個々の１つを含む請求項２記載の
   放射線シールド。
7. （７）表面領域が、冷却手段から実質上熱的に分離され
   た前記第２の反射装置手段によって少なくとも部分的に
   囲まれる検出器冷却手段の端部を含む請求項２記載の放
   射線シールド。
8. （８）検出される放射線を受けるための表面を有する放
   射線検出手段と、 前記検出手段を冷却するための前記検出手段に熱的に結
   合した第１の端部を有し、さらに反対側の第２の端部を
   有する冷却手段と、 前記検出手段の周囲に配置され、少なくとも部分的に前
   記冷却手段を全長にわたって囲む放射線シールド手段と
   を具備し、前記放射線シールド手段は、 前記検出手段の表面への放射線の入射を可能にする孔手
   段を含み、円環面に対応する表面の形状を有し、前記検
   出手段の表面から発生する放射線を前記検出手段の表面
   から外すように反射する前記検出装置手段と面した第１
   の反射手段と、前記第１の反射手段から反射した放射線
   を前記第１の反射装置手段から前記冷却手段の第２の端
   部に向けて反射して導くための前記第１の反射手段に結
   合した第２の反射手段と、 前記第１および第２の反射手段によって反射された放射
   線の処理のために配置された吸収手段とを具備する放射
   線検出装置。