JPH06258135A - Infrared ray detector - Google Patents
Infrared ray detectorInfo
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- JPH06258135A JPH06258135A JP5075429A JP7542993A JPH06258135A JP H06258135 A JPH06258135 A JP H06258135A JP 5075429 A JP5075429 A JP 5075429A JP 7542993 A JP7542993 A JP 7542993A JP H06258135 A JPH06258135 A JP H06258135A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D19/00—Arrangement or mounting of refrigeration units with respect to devices or objects to be refrigerated, e.g. infrared detectors
- F25D19/006—Thermal coupling structure or interface
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は赤外線検知器に関し、
特に赤外線検出素子を極低温に冷却して使用する赤外線
検知器に関する。This invention relates to infrared detectors,
In particular, the present invention relates to an infrared detector that cools an infrared detection element to an extremely low temperature and uses it.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図２は従来の赤外線検知器の断面図であ
る。赤外線検知器は、赤外線検出素子１０１を収容する
真空容器１０２と、赤外線検出素子１０１を極低温（−
２００度程度）に冷却するための冷却機１０３とで構成
されている。真空容器１０２は外筒１０４と内筒１０５
とからなり、外筒１０４の内壁面と内筒１０５の外壁面
とで形成される空間が真空に保たれる。外筒１０４には
被写体からの赤外線を赤外線検出素子１０１へ導く窓１
０６が設けられている。2. Description of the Related Art FIG. 2 is a sectional view of a conventional infrared detector. The infrared detector includes a vacuum container 102 accommodating the infrared detection element 101 and the infrared detection element 101 at an extremely low temperature (-
It is configured with a cooler 103 for cooling to about 200 degrees. The vacuum container 102 includes an outer cylinder 104 and an inner cylinder 105.
The space formed by the inner wall surface of the outer cylinder 104 and the outer wall surface of the inner cylinder 105 is maintained in vacuum. A window 1 for guiding infrared rays from a subject to the infrared detecting element 101 on the outer cylinder 104.
06 is provided.
【０００３】また、赤外線検出素子１０１へ被写体から
の赤外線以外の光が入射しないように、赤外線検出素子
１０１をコ−ルドシ−ルド１０９によって包囲してい
る。コ−ルドシ−ルド１０９はコールドプレート１０７
上に載置されて極低温に冷却され、コ−ルドシ−ルド１
１６自身からの赤外光放射を防いでいる。The infrared detecting element 101 is surrounded by a cold shield 109 so that light other than infrared rays from the subject does not enter the infrared detecting element 101. Cold shield 107 is cold plate 107
Placed on top and cooled to cryogenic temperature, cold shield 1
16 Prevents infrared radiation from itself.
【０００４】冷却機１０３の冷却ヘッドに当たるコ−ル
ドフィンガ１０３ａは、内筒１０５内に挿入されてい
る。コ−ルドフィンガ１０３ａの先端面１０３ｂとコー
ルドプレート１０７との間には、冷熱を赤外線検出素子
１０１へ伝えるサ−マルインタ−フェイス１１０が配置
されている。サ−マルインタ−フェイス１１０は熱伝導
率の大きい金属薄板をＳ字状に形成してなり、常時弾性
力が働く収縮状態で配置される。A cold finger 103 a, which corresponds to the cooling head of the cooler 103, is inserted in the inner cylinder 105. Between the tip surface 103b of the cold finger 103a and the cold plate 107, a thermal interface 110 for transmitting cold heat to the infrared detecting element 101 is arranged. The thermal interface 110 is formed by forming an S-shaped metal thin plate having a large thermal conductivity, and is arranged in a contracted state in which an elastic force always acts.
【０００５】冷却機１０３が作動すると、コ−ルドフィ
ンガ１０３ａの冷熱がサ−マルインタ−フェイス１１０
を介してコールドプレート１０７へ伝わり、赤外線検出
素子１０１が冷却される。赤外線検出素子１０１が８０
Ｋ前後になると、窓１０６を透過する赤外線を検知し、
電気信号に変換する。また、コ−ルドシ−ルド１０９は
冷却機１０３により赤外線検出素子１０１とともに極低
温に冷却され、コ−ルドシ−ルド１０９自身からの赤外
光放射が阻まれる。When the cooler 103 operates, the cold heat of the cold fingers 103a is transferred to the thermal interface 110.
Through the cold plate 107, and the infrared detecting element 101 is cooled. The infrared detection element 101 is 80
At around K, infrared rays transmitted through the window 106 are detected,
Convert to electrical signal. Further, the cold shield 109 is cooled to an extremely low temperature together with the infrared detecting element 101 by the cooler 103, so that the infrared radiation from the cold shield 109 itself is blocked.
【０００６】また、コ−ルドフィンガ１０３ａと内筒１
０５との熱膨脹率の違いにより、両者間の寸法は変化す
るが、サ−マルインタ−フェイス１１０の弾性作用によ
って両者間の寸法変化は吸収される。Also, the cold finger 103a and the inner cylinder 1
The difference in the coefficient of thermal expansion from the sample No. 05 changes the dimension between the two, but the elastic action of the thermal interface 110 absorbs the change in the dimension between the two.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところが、前述のよう
にコ−ルドシ−ルド１０９を赤外線検出素子１０１とと
もにコールドプレート１０７上に載置し、両者をコ−ル
ドフィンガ１０３ａにより極低温に冷却するようにした
ので、赤外線検出素子１０１だけを極低温に冷却する場
合に較べ、熱負荷が著しく大きく、冷却機１０３の冷却
能力を増大させなければならず、電力消費量が多くなる
という問題があった。However, as described above, the cold shield 109 is placed on the cold plate 107 together with the infrared detecting element 101, and both are cooled to an extremely low temperature by the cold finger 103a. Therefore, as compared with the case where only the infrared detection element 101 is cooled to an extremely low temperature, the heat load is remarkably large, the cooling capacity of the cooler 103 must be increased, and there is a problem that the power consumption increases.
【０００８】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は赤外線検出素子の性能を低下させ
ることなく、赤外線検出素子とコ−ルドシ−ルドとの冷
却に費やす電力をより少なくすることができる赤外線検
知器を提供することである。The present invention has been made in view of such circumstances, and its object is to reduce the power consumed for cooling the infrared detecting element and the cold shield without deteriorating the performance of the infrared detecting element. It is to provide an infrared detector that can do.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１に記載の発明の赤外線検知器は、真空容器内
に収容された赤外線検出素子と、この赤外線検出素子を
冷却する第１の冷却手段と、前記赤外線検出素子への不
要光の入射を阻止するコールドシールドとを備えた赤外
線検知器において、前記コールドシールドを前記赤外線
検出素子から熱的に分離し、前記コールドシールドを冷
却する第２の冷却手段を前記真空容器に設けた。In order to solve the above-mentioned problems, an infrared detector according to a first aspect of the present invention is an infrared detector housed in a vacuum container and a first infrared detector for cooling the infrared detector. In the infrared detector having a cooling means and a cold shield for preventing unwanted light from entering the infrared detection element, the cold shield is thermally separated from the infrared detection element to cool the cold shield. A second cooling means was provided in the vacuum container.
【００１０】また、請求項２に記載の発明の赤外線検知
器は、前記第２の冷却手段の冷却能力を前記第１の冷却
手段の冷却能力よりも小さくした。In the infrared detector of the second aspect of the present invention, the cooling capacity of the second cooling means is made smaller than that of the first cooling means.
【００１１】[0011]
【作用】コールドシールドは自ら赤外線放射が生じない
程度の低温に冷却されれば足りるので、互いに熱的に独
立した赤外線検出素子とコールドシールドとをそれぞれ
別個の冷却手段を用いて冷却する構成にすることによ
り、単一の冷却手段により赤外線検出素子とコールドシ
ールドとを冷却する場合に較べ、赤外線検出素子を冷却
する側の冷却手段の熱負荷が著しく小さくなり、全体と
して消費電力を抑制することができる。Since the cold shield needs only to be cooled to such a low temperature that infrared radiation does not occur by itself, the infrared detecting element and the cold shield which are thermally independent of each other are cooled by using separate cooling means. As a result, compared with the case where the infrared detecting element and the cold shield are cooled by a single cooling means, the thermal load of the cooling means on the side that cools the infrared detecting element is significantly reduced, and the power consumption can be suppressed as a whole. it can.
【００１２】[0012]
【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１３】図１はこの発明の一実施例に係る赤外線検
知器の断面図である。この赤外線検知器は、赤外線検出
素子１を収容する真空容器２と、赤外線撮像素子１を極
低温（−２００度程度）に冷却するための冷却機（第１
の冷却手段）３と、コ−ルドシ−ルド９を低温（−１０
〜０度程度）に冷却するための冷凍機（第２の冷却手
段）８とで構成されている。真空容器２は外筒４と内筒
５とからなり、外筒４の内壁面と内筒５の外壁面とで形
成される空間が真空に保たれる。外筒４には被写体から
の赤外線を赤外線検出素子１へ導く窓６が設けられてい
る。外筒４の側面には後述するコ−ルドシ−ルド９を冷
却するための冷凍機８が固定されている。外筒４の窓６
と対向する内筒５の開口端面５ａには、赤外線検出素子
１を保持し、且つ冷却機３からの冷熱を赤外線検出素子
１へ伝達するコールドプレート７が固定されている。FIG. 1 is a sectional view of an infrared detector according to an embodiment of the present invention. This infrared detector includes a vacuum container 2 accommodating an infrared detection element 1 and a cooling machine (first cooling apparatus) for cooling the infrared imaging element 1 to an extremely low temperature (about -200 degrees).
Cooling means 3) and the cold shield 9 at a low temperature (-10
And a refrigerator (second cooling means) 8 for cooling to about 0 degree. The vacuum container 2 is composed of an outer cylinder 4 and an inner cylinder 5, and the space formed by the inner wall surface of the outer cylinder 4 and the outer wall surface of the inner cylinder 5 is maintained in vacuum. The outer cylinder 4 is provided with a window 6 for guiding infrared rays from a subject to the infrared detection element 1. A refrigerator 8 for cooling a cold shield 9 described later is fixed to a side surface of the outer cylinder 4. Window 6 of outer cylinder 4
A cold plate 7 that holds the infrared detecting element 1 and that transmits cold heat from the cooler 3 to the infrared detecting element 1 is fixed to the opening end surface 5a of the inner cylinder 5 that faces the infrared detecting element 1.
【００１４】また、赤外線検出素子１へ被写体からの赤
外線以外の光が入射しないように、赤外線検出素子１を
筒状のコ−ルドシ−ルド９によって包囲している。コ−
ルドシ−ルド９は外筒４の内壁面に取り付けられた図示
しない支持部材により支持され、図１に示すように、コ
ールドプレート７から分離されている。コ−ルドシ−ル
ド９は冷凍機８により低温に冷却され、コ−ルドシ−ル
ド９自身からの赤外光放射を防いでいる。内筒５は例え
ばガラスやセラミックスなどの熱伝導率の小さい材料で
成型されている。Further, the infrared detecting element 1 is surrounded by a cylindrical cold shield 9 so that light other than infrared rays from the subject does not enter the infrared detecting element 1. Co-
The rudder shield 9 is supported by a support member (not shown) attached to the inner wall surface of the outer cylinder 4, and is separated from the cold plate 7 as shown in FIG. The cold shield 9 is cooled to a low temperature by the refrigerator 8 to prevent infrared radiation from the cold shield 9 itself. The inner cylinder 5 is molded of a material having a low thermal conductivity such as glass or ceramics.
【００１５】前記冷却機３としては例えばスターリング
サイクル式クーラ等があり、冷却機８としては例えばペ
ルチェ効果を利用した電子クーラ等がある。冷却機３の
冷却ヘッドに当たるコ−ルドフィンガ３ａは、内筒５内
に挿入されている。コ−ルドフィンガ３ａの先端面３ｂ
とコールドプレート７の底面７ｂとの間には、冷熱を赤
外線検出素子１へ伝えるサ−マルインタ−フェイス１０
が配置されている。サ−マルインタ−フェイス１０は熱
伝導率の大きい金属薄板（銅板）をＳ字状に形成してな
り、常時弾性力が働く収縮状態で配置される。The cooling machine 3 is, for example, a Stirling cycle cooler, and the cooling machine 8 is, for example, an electronic cooler utilizing the Peltier effect. The cold finger 3 a, which corresponds to the cooling head of the cooler 3, is inserted into the inner cylinder 5. Tip surface 3b of the cold finger 3a
Between the cold plate 7 and the bottom surface 7b of the cold plate 7, a thermal interface 10 for transmitting cold heat to the infrared detecting element 1 is provided.
Are arranged. The thermal interface 10 is formed by forming an S-shaped metal thin plate (copper plate) having a large thermal conductivity, and is arranged in a contracted state in which an elastic force always acts.
【００１６】冷却機３が作動すると、コ−ルドフィンガ
３ａの冷熱がサ−マルインタ−フェイス１０を介してコ
ールドプレート７へ伝わり、コールドプレート７に固定
された赤外線検出素子１は断熱構造の真空容器２内で冷
却される。コ−ルドシ−ルド９はコールドプレート７か
ら分離しており、コ−ルドフィンガ３ａの冷熱は赤外線
検出素子１にだけ伝わり、コールドプレート７へは伝わ
らない。もっとも、コールドプレート７は冷却機３と同
時に作動を開始する冷却機８によって自ら赤外線放射が
生じない程度の低温に冷却される。When the cooler 3 is operated, the cold heat of the cold finger 3a is transferred to the cold plate 7 through the thermal interface 10, and the infrared detecting element 1 fixed to the cold plate 7 is a vacuum container 2 having a heat insulating structure. Cooled inside. The cold shield 9 is separated from the cold plate 7, and the cold heat of the cold finger 3a is transmitted only to the infrared detecting element 1 and not to the cold plate 7. However, the cold plate 7 is cooled by the cooler 8 which starts to operate at the same time as the cooler 3 to such a low temperature that infrared radiation is not generated by itself.
【００１７】赤外線検出素子１が８０Ｋ前後になると、
窓６を透過する赤外線を検知し、電気信号に変換する。
また、コ−ルドフィンガ３ａと内筒５との熱膨脹率の違
いにより、両者間の寸法は変化するが、サ−マルインタ
−フェイス１０の弾性作用によって両者間の寸法変化は
吸収される。When the infrared detecting element 1 reaches around 80K,
Infrared rays passing through the window 6 are detected and converted into electric signals.
Further, the dimension between the cold finger 3a and the inner cylinder 5 changes due to the difference in the coefficient of thermal expansion between them, but the elastic action of the thermal interface 10 absorbs the dimensional change between them.
【００１８】従来赤外線検出素子１を極低温に冷却する
ためには結果的にコールドシールド９をも極低温に冷却
せざるを得なかったが、この実施例の赤外線検知器によ
れば、赤外線検出素子１を冷却機３で極低温に冷却し、
コールドシールド９を冷却機で低温に冷却するようにし
たので、冷却機３の熱負荷が著しく小さくなり、冷却機
３は大きな冷却能力を必要とせず、全体としての電力消
費量を抑制できる。また、赤外線検出素子１の使用可能
温度への到達時間を短くすることも可能である。更に、
全体の電力消費量を抑制しつつコールドシールド９の大
型化が可能になり、不要赤外線の低減効果を高めること
ができる。Conventionally, in order to cool the infrared detecting element 1 to an extremely low temperature, the cold shield 9 must be cooled to an extremely low temperature as a result. However, according to the infrared detector of this embodiment, infrared detection is possible. The element 1 is cooled to a very low temperature by the cooler 3,
Since the cold shield 9 is cooled to a low temperature by the cooler, the heat load of the cooler 3 is remarkably reduced, the cooler 3 does not need a large cooling capacity, and the power consumption as a whole can be suppressed. It is also possible to shorten the time required for the infrared detection element 1 to reach the usable temperature. Furthermore,
It is possible to increase the size of the cold shield 9 while suppressing the overall power consumption, and it is possible to enhance the effect of reducing unnecessary infrared rays.
【００１９】なお、屋外で使用する場合、電源電圧が低
下したときにはコールドシールド９への電力供給を停止
し、赤外線検出素子１へだけ電力を供給することも可能
である。When used outdoors, it is possible to stop the power supply to the cold shield 9 when the power supply voltage drops and supply power only to the infrared detection element 1.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上説明したようにこの発明の赤外線検
知器によれば、単一の冷却手段により赤外線検出素子と
コールドシールドとを冷却する場合に較べ、赤外線検出
素子を冷却する側の冷却手段の熱負荷が著しく小さくな
り、全体として消費電力を抑制することができる。ま
た、屋外で使用する場合、電源電圧が低下したときには
コールドシールドへの電力供給を停止し、赤外線検出素
子へだけ電力を供給することも可能である。As described above, according to the infrared detector of the present invention, the cooling means for cooling the infrared detecting element is cooled as compared with the case where the infrared detecting element and the cold shield are cooled by a single cooling means. The heat load of is significantly reduced, and the power consumption can be suppressed as a whole. When used outdoors, it is also possible to stop the power supply to the cold shield when the power supply voltage drops and supply power only to the infrared detection element.
【図１】図１はこの発明の一実施例に係る赤外線検知器
の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an infrared detector according to an embodiment of the present invention.
【図２】図２は従来の赤外線検知器の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a conventional infrared detector.
１ 赤外線検出素子 ２ 真空容器 ３，８ 冷却機 ３ａ コ−ルドフィンガ ４ 外筒 ５ 内筒 ９ コールドシールド 1 Infrared Detector 2 Vacuum Container 3,8 Cooler 3a Cold Finger 4 Outer Cylinder 5 Inner Cylinder 9 Cold Shield
Claims (2)
と、 この赤外線検出素子を冷却する第１の冷却手段と、 前記赤外線検出素子への不要光の入射を阻止するコール
ドシールドとを備えた赤外線検知器において、 前記コールドシールドを前記赤外線検出素子から熱的に
分離し、 前記コールドシールドを冷却する第２の冷却手段を前記
真空容器に設けたことを特徴とする赤外線検知器。1. An infrared detecting element housed in a vacuum container, a first cooling means for cooling the infrared detecting element, and a cold shield for preventing unwanted light from entering the infrared detecting element. An infrared detector, wherein the cold shield is thermally separated from the infrared detection element, and a second cooling means for cooling the cold shield is provided in the vacuum container.
１の冷却手段の冷却能力よりも小さいことを特徴とする
請求項１記載の赤外線検知器。2. The infrared detector according to claim 1, wherein the cooling capacity of the second cooling means is smaller than the cooling capacity of the first cooling means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5075429A JPH06258135A (en) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | Infrared ray detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5075429A JPH06258135A (en) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | Infrared ray detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06258135A true JPH06258135A (en) | 1994-09-16 |
Family
ID=13575971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5075429A Withdrawn JPH06258135A (en) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | Infrared ray detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06258135A (en) |
-
1993
- 1993-03-09 JP JP5075429A patent/JPH06258135A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000509 |