JPH04261066A - 赤外線イメージセンサ装置 - Google Patents
赤外線イメージセンサ装置Info
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- JPH04261066A JPH04261066A JP3010417A JP1041791A JPH04261066A JP H04261066 A JPH04261066 A JP H04261066A JP 3010417 A JP3010417 A JP 3010417A JP 1041791 A JP1041791 A JP 1041791A JP H04261066 A JPH04261066 A JP H04261066A
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Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は物体から放射される赤
外線を画像情報として検出する赤外線イメージセンサ装
置に関するものである。
外線を画像情報として検出する赤外線イメージセンサ装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体シリコンのショットキー接合を利
用する赤外線の検出器はその接合バリアが低く、室温動
作は困難であり温度外乱を除去するため極低温（約８０
Ｋ の液体窒素温度）に冷却された状態で動作されなけ
ればならない。そのため赤外線を透過する窓を備え、検
出素子の極低温冷却が可能な特別な構造のデュワと呼ば
れる容器に素子本体を搭載して駆動される。図３は従来
の赤外線イメージセンサ装置の構成図であり、入射赤外
線１を透過する窓材２を気密接合２ａしたデュワ外筒３
と、これにつながる一体化されたデュワ内筒４で構成さ
れ、内部が封止切りの真空に保持されたデュワと呼ばれ
る冷却容器の内筒先端部４ａに赤外線素子１０をフレー
ム状パッケージ１１、パッケージ底板９で構成されるサ
ブパッケージを介して搭載し、その上部にコールドシー
ルド１２と呼ばれる入射赤外線の迷光遮蔽壁を設けてお
り、検出素子からの電気信号はサブパッケージのターミ
ナルを経由して内筒４の側壁に沿った内部配線８を通り
外筒３部に設けられたガラスハーメチック６の端子５に
よりデュワ外部に取り出される。
用する赤外線の検出器はその接合バリアが低く、室温動
作は困難であり温度外乱を除去するため極低温（約８０
Ｋ の液体窒素温度）に冷却された状態で動作されなけ
ればならない。そのため赤外線を透過する窓を備え、検
出素子の極低温冷却が可能な特別な構造のデュワと呼ば
れる容器に素子本体を搭載して駆動される。図３は従来
の赤外線イメージセンサ装置の構成図であり、入射赤外
線１を透過する窓材２を気密接合２ａしたデュワ外筒３
と、これにつながる一体化されたデュワ内筒４で構成さ
れ、内部が封止切りの真空に保持されたデュワと呼ばれ
る冷却容器の内筒先端部４ａに赤外線素子１０をフレー
ム状パッケージ１１、パッケージ底板９で構成されるサ
ブパッケージを介して搭載し、その上部にコールドシー
ルド１２と呼ばれる入射赤外線の迷光遮蔽壁を設けてお
り、検出素子からの電気信号はサブパッケージのターミ
ナルを経由して内筒４の側壁に沿った内部配線８を通り
外筒３部に設けられたガラスハーメチック６の端子５に
よりデュワ外部に取り出される。
【０００３】次にこのような赤外線イメージセンサ装置
の動作について説明する。赤外線透過窓２を通してデュ
ワ内に入射した赤外線は赤外線検出素子１０の裏面側表
面に結像し、ここで赤外線の強弱に応じてキャリア電荷
を生じ、この電荷を同一素子内に集積化された電荷転送
部で読み出され、パッケージ配線、デュワ内部配線８、
外部端子５を通って外部信号処理回路で画像情報として
表示されるが、この検出動作時にはデュワの冷却器挿入
空間１４にジュール・トムソン型、クローズドサイクル
型等の冷却器を挿入し、デュワ内筒の先端部４ａを通し
て検出素子１０が８０ｋ レベルに冷却されなければな
らない。以上のような赤外線イメージセンサ装置の構成
および動作から、デュワの内筒４は主として極低温で熱
伝導の小さいガラス、セラミック材または金属材で構成
されるが、内筒先端部４ａは素子サブパッケージ系９、
１０、１１との熱伝達を良くするため必ず金属材で構成
され、かつ素子の動作温度が極低温であることからデュ
ワ内筒４、その先端部４ａ、底板９、パッケージ１１、
素子１０、コールドシールド１２のそれぞれが室温から
冷却温度の範囲で熱膨張のマッチングが考慮されていな
ければならない。なお、従来例として別に特開平２−２
１４１５８号公報に示されたものである。
の動作について説明する。赤外線透過窓２を通してデュ
ワ内に入射した赤外線は赤外線検出素子１０の裏面側表
面に結像し、ここで赤外線の強弱に応じてキャリア電荷
を生じ、この電荷を同一素子内に集積化された電荷転送
部で読み出され、パッケージ配線、デュワ内部配線８、
外部端子５を通って外部信号処理回路で画像情報として
表示されるが、この検出動作時にはデュワの冷却器挿入
空間１４にジュール・トムソン型、クローズドサイクル
型等の冷却器を挿入し、デュワ内筒の先端部４ａを通し
て検出素子１０が８０ｋ レベルに冷却されなければな
らない。以上のような赤外線イメージセンサ装置の構成
および動作から、デュワの内筒４は主として極低温で熱
伝導の小さいガラス、セラミック材または金属材で構成
されるが、内筒先端部４ａは素子サブパッケージ系９、
１０、１１との熱伝達を良くするため必ず金属材で構成
され、かつ素子の動作温度が極低温であることからデュ
ワ内筒４、その先端部４ａ、底板９、パッケージ１１、
素子１０、コールドシールド１２のそれぞれが室温から
冷却温度の範囲で熱膨張のマッチングが考慮されていな
ければならない。なお、従来例として別に特開平２−２
１４１５８号公報に示されたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の赤外線イメージ
センサ装置では同部分の構成に対して、素子本体１０が
シリコンであることから、内筒４はホウケイ酸ガラス、
コージェライトセラミック、金属チタン、内筒先端部４
ａはコバール、パッケージ底板９は窒化アルミニウム、
または炭化ケイ素、パッケージ１１はアルミナ、または
ムライト、コールドシールド１２はコバールで構成され
ていた。 これらの材料は室温近傍で熱膨張係数が比較的近似して
いるが、８０ｋ の極低温では室温からの冷却収縮差が
大きく、繰り返し冷却で素子本体１０の熱応力破損をひ
き起こす原因となっていた。
センサ装置では同部分の構成に対して、素子本体１０が
シリコンであることから、内筒４はホウケイ酸ガラス、
コージェライトセラミック、金属チタン、内筒先端部４
ａはコバール、パッケージ底板９は窒化アルミニウム、
または炭化ケイ素、パッケージ１１はアルミナ、または
ムライト、コールドシールド１２はコバールで構成され
ていた。 これらの材料は室温近傍で熱膨張係数が比較的近似して
いるが、８０ｋ の極低温では室温からの冷却収縮差が
大きく、繰り返し冷却で素子本体１０の熱応力破損をひ
き起こす原因となっていた。
【０００５】この発明は上記のような室温から極低温の
繰り返し冷却サイクルに基づく素子破損を解消するため
になされたものであり、動作時の冷却に伴う素子本体の
熱応力を低減し、長期間の繰り返し動作に耐え得る赤外
線イメージセンサ装置を得ることを目的としている。
繰り返し冷却サイクルに基づく素子破損を解消するため
になされたものであり、動作時の冷却に伴う素子本体の
熱応力を低減し、長期間の繰り返し動作に耐え得る赤外
線イメージセンサ装置を得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の赤外線イメー
ジセンサ装置は、極低温に冷却されて駆動する赤外線検
出素子を内部に搭載し、素子の極低温状態を保持するデ
ュワおよび上記素子の発熱を、このデュワ壁を経た熱伝
導により取り出し放散する冷却機構を備えたものにおい
て、上記デュワ壁の少なくとも上記熱伝導部分をインバ
ー合金（３６％Ｎｉ−６４％Ｆｅ）で構成したことをを
特徴とするものである。
ジセンサ装置は、極低温に冷却されて駆動する赤外線検
出素子を内部に搭載し、素子の極低温状態を保持するデ
ュワおよび上記素子の発熱を、このデュワ壁を経た熱伝
導により取り出し放散する冷却機構を備えたものにおい
て、上記デュワ壁の少なくとも上記熱伝導部分をインバ
ー合金（３６％Ｎｉ−６４％Ｆｅ）で構成したことをを
特徴とするものである。
【０００７】
【作用】この発明においてはインバー合金を採用するこ
とにより、動作冷却時における赤外線検出素子に発生す
る熱応力を低減でき、繰り返し冷却動作を行うことによ
る素子破損を防止して、長寿命化を達成せんとするもの
である。
とにより、動作冷却時における赤外線検出素子に発生す
る熱応力を低減でき、繰り返し冷却動作を行うことによ
る素子破損を防止して、長寿命化を達成せんとするもの
である。
【０００８】
【実施例】図１はこの発明の一実施例の赤外線イメージ
センサ装置の構成図であり、図において１は入射赤外線
、２は赤外線を有効に透過する窓で、例えばゲルマニウ
ム、セレン化亜鉛等が利用される。３は検出素子搭載デ
ュワの外筒であり、２ａは窓と外筒の気密接合部である
。５ は外筒に設けられた電気信号取り出しのための外
部端子、６は端子の気密シール部であり、外筒が金属の
場合にはガラス、またはセラミックが利用される。４は
デュワの内筒であり、７は赤外線検出素子およびそのサ
ブパッケージを搭載する、インバータ合金より成るデュ
ワ壁の熱伝導部となる内筒底板である。４ｂは内筒とそ
の先端部の気密接合部である。８は内筒壁面に沿って形
成された内部配線であり、素子からの電気信号を外部端
子へ導くよう設けられている。１０は赤外線検出素子で
あり、フレーム状パッケージ１１に保持されている。１
２は入射赤外線の入射角を制限し、デュワ内の散乱光を
カットするコールドシールドであり、デュワは断熱のた
め真空１３に保持されている。１４は素子１０を動作状
態で冷却するための冷却器を挿入する挿入空間で、デュ
ワ壁の熱伝導部と共に冷却機構となる。この構造で従来
の赤外線イメージセンサ装置とこの発明の違いは内筒先
端部の構造と構成材料にあり、この発明では従来のパッ
ケージ底板９を省き、同底板と内筒先端部４ａを一体化
して形成したインバー合金より成る熱伝導部となる内筒
底板を採用した点にある。
センサ装置の構成図であり、図において１は入射赤外線
、２は赤外線を有効に透過する窓で、例えばゲルマニウ
ム、セレン化亜鉛等が利用される。３は検出素子搭載デ
ュワの外筒であり、２ａは窓と外筒の気密接合部である
。５ は外筒に設けられた電気信号取り出しのための外
部端子、６は端子の気密シール部であり、外筒が金属の
場合にはガラス、またはセラミックが利用される。４は
デュワの内筒であり、７は赤外線検出素子およびそのサ
ブパッケージを搭載する、インバータ合金より成るデュ
ワ壁の熱伝導部となる内筒底板である。４ｂは内筒とそ
の先端部の気密接合部である。８は内筒壁面に沿って形
成された内部配線であり、素子からの電気信号を外部端
子へ導くよう設けられている。１０は赤外線検出素子で
あり、フレーム状パッケージ１１に保持されている。１
２は入射赤外線の入射角を制限し、デュワ内の散乱光を
カットするコールドシールドであり、デュワは断熱のた
め真空１３に保持されている。１４は素子１０を動作状
態で冷却するための冷却器を挿入する挿入空間で、デュ
ワ壁の熱伝導部と共に冷却機構となる。この構造で従来
の赤外線イメージセンサ装置とこの発明の違いは内筒先
端部の構造と構成材料にあり、この発明では従来のパッ
ケージ底板９を省き、同底板と内筒先端部４ａを一体化
して形成したインバー合金より成る熱伝導部となる内筒
底板を採用した点にある。
【０００９】この構造と構成材料の採用は図４のこの発
明と従来例を比較する応力計算構造モデル図に示すごと
く、従来の赤外線イメージセンサ装置｛図４（ｂ）｝お
よびこの発明の装置｛図４（ａ）｝のデュワ内筒４、そ
の先端部４ａ７パッケージ底板９、パッケージ１１、素
子１０を含む赤外線イメージセンサ装置冷却部の室温
（３００Ｋ） から極低温 （８０Ｋ）の冷却における
冷却収縮応力を有限要素法による数値計算解析を行い、
特に赤外線素子表面 （図４（ａ）、（ｂ）中のＡ１、
Ｂ１、Ａ２、Ｂ２は各々表面を示す。） の応力を種々
の形状、構成材料について評価して求めた。この発明の
一実施例に係る応力計算結果の一例を、赤外線検出素子
表面の冷却時応力分布図の図５（ａ）、（ｂ）に示して
いるが、図５（ａ）は図４（ａ）、（ｂ）のＡ１、Ａ２
表面、図５（ｂ）は図４のＢ１、Ｂ２表面それぞれの冷
却時応力分布曲線を示しており、Ａ１、Ｂ１曲線はこの
発明の構造および構造材料の場合、Ａ１、Ｂ２曲線は従
来の装置の構造および構成材料の場合に対応している。 図中の応力は正が素子破損に係る引張応力、負は圧縮応
力を表す。横軸の距離は中心対称構造で表した素子半分
の中心からの距離（ｍｍ）を縦軸は赤外線検出素子表面
応力（Ｋｇ／ ｍｍ２ ）を示している。図５（ａ）の
Ａ１、Ａ２表面の冷却応力分布から明らかなごとく、従
来の構造では赤外線検出素子の上側表面で大きな引張応
力状態になるのに対して、この発明による構造と材料を
採用することにより大幅な素子表面応力低減を図ること
が可能となる
明と従来例を比較する応力計算構造モデル図に示すごと
く、従来の赤外線イメージセンサ装置｛図４（ｂ）｝お
よびこの発明の装置｛図４（ａ）｝のデュワ内筒４、そ
の先端部４ａ７パッケージ底板９、パッケージ１１、素
子１０を含む赤外線イメージセンサ装置冷却部の室温
（３００Ｋ） から極低温 （８０Ｋ）の冷却における
冷却収縮応力を有限要素法による数値計算解析を行い、
特に赤外線素子表面 （図４（ａ）、（ｂ）中のＡ１、
Ｂ１、Ａ２、Ｂ２は各々表面を示す。） の応力を種々
の形状、構成材料について評価して求めた。この発明の
一実施例に係る応力計算結果の一例を、赤外線検出素子
表面の冷却時応力分布図の図５（ａ）、（ｂ）に示して
いるが、図５（ａ）は図４（ａ）、（ｂ）のＡ１、Ａ２
表面、図５（ｂ）は図４のＢ１、Ｂ２表面それぞれの冷
却時応力分布曲線を示しており、Ａ１、Ｂ１曲線はこの
発明の構造および構造材料の場合、Ａ１、Ｂ２曲線は従
来の装置の構造および構成材料の場合に対応している。 図中の応力は正が素子破損に係る引張応力、負は圧縮応
力を表す。横軸の距離は中心対称構造で表した素子半分
の中心からの距離（ｍｍ）を縦軸は赤外線検出素子表面
応力（Ｋｇ／ ｍｍ２ ）を示している。図５（ａ）の
Ａ１、Ａ２表面の冷却応力分布から明らかなごとく、従
来の構造では赤外線検出素子の上側表面で大きな引張応
力状態になるのに対して、この発明による構造と材料を
採用することにより大幅な素子表面応力低減を図ること
が可能となる
【００１０】なお、上記実施例では内筒先端部４ａとパ
ッケージ底板９を一体化して熱伝導部となる内筒底板７
とし、かつその材質としてインバー合金を採用し、パッ
ケージ１１に赤外線検出素子１０を搭載する構造が冷却
応力低減に有効であることを示したがこの発明の他の実
施例の赤外線イメージセンサ装置の構成図の図２に示す
ごとく、表面受光型の赤外線検出素子ではインバー合金
製の内筒底板７上に赤外線検出素子１０を直接搭載する
搭載構造を採用しても、冷却応力の低減と同時に冷却効
率の改善も計り得る。
ッケージ底板９を一体化して熱伝導部となる内筒底板７
とし、かつその材質としてインバー合金を採用し、パッ
ケージ１１に赤外線検出素子１０を搭載する構造が冷却
応力低減に有効であることを示したがこの発明の他の実
施例の赤外線イメージセンサ装置の構成図の図２に示す
ごとく、表面受光型の赤外線検出素子ではインバー合金
製の内筒底板７上に赤外線検出素子１０を直接搭載する
搭載構造を採用しても、冷却応力の低減と同時に冷却効
率の改善も計り得る。
【００１１】
【発明の効果】この発明は、極低温に冷却されて駆動す
る赤外線検出素子を内部に搭載し、素子の極低温状態を
保持するデュアおよび上記素子の発熱を、このデュア壁
を経た熱伝導により取り出し放散する冷却機構を備えた
ものにおいて、上記デュワ壁の少なくとも上記熱伝導部
分をインバー合金で構成することにより、長期間の繰り
返し動作に耐え得る赤外線イメージセンサ装置を得るこ
とができる。
る赤外線検出素子を内部に搭載し、素子の極低温状態を
保持するデュアおよび上記素子の発熱を、このデュア壁
を経た熱伝導により取り出し放散する冷却機構を備えた
ものにおいて、上記デュワ壁の少なくとも上記熱伝導部
分をインバー合金で構成することにより、長期間の繰り
返し動作に耐え得る赤外線イメージセンサ装置を得るこ
とができる。
【図１】この発明の一実施例の赤外線イメージセンサ装
置の構成図である。
置の構成図である。
【図２】この発明の他の実施例の赤外線イメージセンサ
装置の構成図である。
装置の構成図である。
【図３】従来の赤外線イメージセンサ装置の構成図であ
る。
る。
【図４】この発明と従来例を比較する応力計算構造モデ
ル図である。
ル図である。
【図５】この発明と従来例を比較する赤外線検出素子表
面の冷却時応力分布図である。
面の冷却時応力分布図である。
３ デュワ外筒
４ デュワ内筒
７ デュワ熱伝導部
１０ 赤外線検出素子
１４ 冷却器挿入部
Claims (1)
- 【請求項１】 極低温に冷却されて駆動する赤外線検
出素子を内部に搭載し、素子の極低温状態を保持するデ
ュワおよび上記素子の発熱を、このデュワ壁を経た熱伝
導により取り出し放散する冷却機構を備えたものにおい
て、上記デュワ壁の少なくとも上記熱伝導部分をインバ
ー合金（３６％Ｎｉ−６４％Ｆｅ）で構成したことを特
徴とする赤外線イメージセンサ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3010417A JP2817744B2 (ja) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | 赤外線イメージセンサ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3010417A JP2817744B2 (ja) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | 赤外線イメージセンサ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04261066A true JPH04261066A (ja) | 1992-09-17 |
| JP2817744B2 JP2817744B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=11749574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3010417A Expired - Lifetime JP2817744B2 (ja) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | 赤外線イメージセンサ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2817744B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005207869A (ja) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Mitsubishi Electric Corp | 赤外線検出器 |
| US7127906B2 (en) * | 2003-06-20 | 2006-10-31 | Sagem, Sa | Cooled photosensitive cell |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62226110A (ja) * | 1986-03-28 | 1987-10-05 | Omron Tateisi Electronics Co | 光ビ−ム発生装置 |
| JPS63211772A (ja) * | 1987-02-27 | 1988-09-02 | Mitsubishi Electric Corp | 赤外線検知器 |
-
1991
- 1991-01-31 JP JP3010417A patent/JP2817744B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS62226110A (ja) * | 1986-03-28 | 1987-10-05 | Omron Tateisi Electronics Co | 光ビ−ム発生装置 |
| JPS63211772A (ja) * | 1987-02-27 | 1988-09-02 | Mitsubishi Electric Corp | 赤外線検知器 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7127906B2 (en) * | 2003-06-20 | 2006-10-31 | Sagem, Sa | Cooled photosensitive cell |
| JP2005207869A (ja) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Mitsubishi Electric Corp | 赤外線検出器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2817744B2 (ja) | 1998-10-30 |
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