JPH0626926A

JPH0626926A - 赤外線検知器

Info

Publication number: JPH0626926A
Application number: JP5055569A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsuchida; 浩幸土田; Shigeki Hamashima; 茂樹濱嶋; Tomoshi Ueda; 知史上田; Yukihiro Yoshida; 幸広吉田; Koji Hirota; 耕治廣田; Noritomo Satou; 徳朋佐藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-05-12
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】自身の受光部に入射した赤外線の強度を電気
信号に変換する赤外線検知素子を備えた赤外線検知器に
関し、穴径の小さな開口部を設けたコールドアパーチャ
を用い、空間分解能の改善を図った赤外線検知器を提供
することを目的とする。【構成】自身の受光部１ａに入射した赤外線の強度を
電気信号に変換する赤外線検知素子１と、赤外線検知素
子１の受光部１ａに対応する位置に開口部２ａが形成さ
れ、赤外線検知素子１に対して所定の位置関係になるよ
うに設けられたアパーチャ２とを備え、第１の発明で
は、アパーチャ２がセラミック材から構成される。第２
の発明では、アパーチャ２の開口部２ａの壁面に、細か
な凹凸を形成し、さらにはその上に無反射膜を形成す
る。第３の発明では、アパーチャ２の開口部２ａの壁面
に、黒色メッキ膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自身の受光部に入射し
た赤外線の強度を電気信号に変換する赤外線検知素子を
備えた赤外線検知器に関し、特に受光部の前にコールド
アパーチャを設けた高感度の赤外線検知器に関する。

【０００２】赤外線検知素子の検知感度を高めるために
は、検知対象物から赤外線検知素子の受光部に入射する
赤外線の視野角をできるだけ狭めて、検知対象物以外の
背景から来る余分な輻射線を排除することが望ましい。
このため、受光部の赤外線入射側に視野角を制限するア
パーチャを配置して、背景からの輻射線を排除するよう
にしている。しかも、アパーチャ自身からの赤外線輻射
を防ぐために、冷却されたコールドアパーチャを用いて
いる。

【０００３】

【従来の技術】従来、こうしたコールドアパーチャとし
て、赤外線に対して透明なＺｎＳやＧｅ等からなるプレ
ートの表面に、赤外線に対して不透明なＡｌやＡｕ等か
らなる遮光パターンを形成したものがあった。

【０００４】また、赤外線に対して不透明な金属等から
なるプレートに赤外線を通すための開口部を設け、この
開口部の壁面に無反射膜をコーティングして、壁面での
赤外線の反射による迷光の発生を防止したものがあっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前者の透明プレートを
用いたコールドアパーチャでは、赤外線がコールドアパ
ーチャのプレートを透過して赤外線検知素子の受光部に
入射するので、透過による減衰を避けることができず、
変換効率が低いという問題があった。また、多素子型の
赤外線検知器においては、赤外線がプレート内を伝搬す
ることにより各素子間におけるクロストークが発生する
という問題もあった。さらに、パターンの接着剤とプレ
ートとの熱膨張率の違い等の関係からパターンにクラッ
クが発生するという問題もあった。

【０００６】一方、後者の開口部を設けたコールドアパ
ーチャは、こうした透明プレートを用いたコールドアパ
ーチャの問題点を解決できるが、無反射膜のコーティン
グは、特定波長の赤外線の反射だけしか防止することが
できないので、赤外線検知器の空間分解能（解像度）が
必ずしも高くないという問題があった。また、赤外線反
射を確実に抑えて、優れた空間分解能を得るには、無反
射膜を厚くコーティングする必要があり、一方、開口部
の穴径は非常に小さなものであるため、開口部が膜材に
より埋まってしまうという問題もあった。

【０００７】本発明は、このような点に鑑みてなされた
ものであり、穴径が小さな開口部を設けたコールドアパ
ーチャを用い、空間分解能の改善を図った赤外線検知器
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するために、図１に示すように、自身の受光部１ａに
入射した赤外線の強度を電気信号に変換する赤外線検知
素子１と、赤外線検知素子１の受光部１ａに対応する位
置に開口部２ａが形成され、赤外線検知素子１に対して
所定の位置関係になるように設けられたアパーチャ２と
を有した赤外線検知器が提供される。

【０００９】第１の発明では、アパーチャ２がセラミッ
ク材から構成される。第２の発明では、アパーチャ２の
開口部２ａの壁面に、細かな凹凸を形成し、さらにはそ
の上に無反射膜を形成する。

【００１０】第３の発明では、アパーチャ２の開口部２
ａの壁面に、黒色メッキ膜を形成する。

【００１１】

【作用】以上の構成により、第１の発明では、セラミッ
ク材が赤外線の透過率および反射率が低いため、アパー
チャ２は開口部２ａ以外の所で赤外線を遮断するととも
に、開口部２ａの壁面での赤外線の反射を抑制し、した
がって、空間分解能が改善される。また、無反射膜のコ
ーティングが不要であるから、微細な開口部を形成可能
である。

【００１２】第２の発明では、アパーチャ２の開口部２
ａの壁面に細かな凹凸を形成するので、入射赤外線が乱
反射され、赤外線検知素子１の受光部１ａへ到達する迷
光の量が減らせ、空間分解能が改善される。また、壁面
に細かな凹凸を形成することで、無反射膜の厚みを薄く
しても、壁面での赤外線の反射が十分抑制できて、その
結果、開口部２ａの穴径を小さくすることが可能とな
る。

【００１３】第３の発明では、黒色メッキ膜が赤外線の
反射を十分抑制できる上に、黒色メッキ膜を薄く形成で
きるので、空間分解能が改善され、且つ穴径の小さい開
口部２ａを有したアパーチャ２を実現できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２は本発明の赤外線検知器の第１実施例の全体
構成を示す断面図である。３は外筒、４は外筒３の上端
に封着されたＧｅ等からなる透光窓、６は外筒３の下端
にこの下端から外筒３の内部に挿入する形で封着された
ガラス製の内筒であり、これら外筒３、透光窓４及び内
筒６により郭成された空間は排気されて真空になってい
る。

【００１５】８は、透光窓４に対向して内筒６の端面上
に設けられている赤外線検知素子である。この赤外線検
知素子８は、その上部に複数（例えば１００個）の受光
部を有しており、各受光部は等間隔に一列に配置され
る。

【００１６】１３は、赤外線検知素子８の受光部にその
視野角外から入射する赤外線を遮光するコールドアパー
チャであり、その構成については後述する。このコール
ドアパーチャ１３は、液体窒素等を用いた図示しない冷
却装置によって冷却されている。

【００１７】赤外線検知素子８が受光した赤外線は電気
信号に変換され、この信号は容器内配線部１０および端
子１４を介して外部に取り出される。図３は図２に示し
たコールドアパーチャ１３の斜視図である。コールドア
パーチャ１３は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等のセラミッ
クからなる概略直方体形状のプレート２６から成り、等
間隔に開口部２８が形成されている。セラミック製のコ
ールドアパーチャ１３は、成形時に微細な開口部２８を
容易に形成することができる。

【００１８】図４はコールドアパーチャ１３の詳細断面
図である。コールドアパーチャ１３の開口部２８は、赤
外線検知素子８の複数の受光部８ａにそれぞれ対向する
ように形成されており、各開口部２８の形状は受光部８
ａの形状に応じて設定される。この実施例では円柱状の
開口部２８が形成されているが、角柱状の開口部として
もよい。

【００１９】図５は、コールドアパーチャ１３の素材と
して用いたセラミックの赤外線に対する透過率及び反射
率の波長特性の測定結果を示す図である。図５（Ａ）は
セラミックの透過率の波長特性を表すグラフであり、縦
軸は透過率（％）、横軸は波長（μｍ）を表している。
波長６μｍ以下の赤外線検知器の使用波長帯域において
ノイズレベルの透過率しか測定されていないことがわか
る。

【００２０】図５（Ｂ）はセラミックの反射率の波長特
性の測定結果を示すグラフであり、縦軸は反射率
（％）、横軸は波長（μｍ）を表している。波長１０μ
ｍ以上の帯域で反射率が増大しているが、波長６μｍ以
下の赤外線検知器の使用波長帯域では反射率がほぼ０％
であることがわかる。

【００２１】赤外線検知器の使用波長帯域において透過
率がほぼ０％であることから、セラミック製のプレート
に開口部を設けたものがアパーチャとして機能すること
が明らかである。また、赤外線検知器の使用波長帯域に
おいてセラミックの反射率がほぼ０％であることから、
開口部の壁面に無反射コーティングがなくとも優れた空
間分解能が得られ、したがって、無反射コーティングが
有している従来の問題点、すなわち赤外線の波長によっ
ては反射が生じてしまったり、無反射膜の厚みのために
開口部の小さな穴径が得られないという問題が解消す
る。

【００２２】図４に戻って、図中ＦＯＶで表されている
のは、受光部８ａに対する視野角であり、θで表されて
いるのは、受光部８ａが受光可能な実質的な開口角であ
る。一般的に開口角θは視野角ＦＯＶよりも大きいが、
従来の透明なプレート上に遮光パターンを形成したタイ
プのコールドアパーチャでは、パターンが受光部側に形
成されるため、開口角θと視野角ＦＯＶの差は著しく大
きかった。

【００２３】ところが本実施例では、コールドアパーチ
ャ１３に、赤外線に対して不透明なセラミックを用いて
いるので、遮光部分がプレート２６の厚み全体に及び、
したがって、受光部８ａから遠い側のプレート２６の面
で開口角θと視野角ＦＯＶとが決まり、開口角θと視野
角ＦＯＶとの差を小さくすることができる。そのため、
背景からの余分な輻射線の入射を防止でき、空間分解能
を向上できる。

【００２４】つぎに、本発明の赤外線検知器の第２実施
例を説明する。第２実施例は、コールドアパーチャの構
造を除いては第１実施例と同じである。そのため、第１
実施例と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を
省略する。

【００２５】図６は第２実施例のコールドアパーチャの
詳細断面図である。このコールドアパーチャでも、セラ
ミック製のプレート２６Ａに開口部２８Ａが形成される
が、その開口部２８Ａの壁面２８ａが、赤外線検知素子
８の受光部８ａへの入射赤外線の主軸に対して傾斜する
ようにテーパ状に形成される。開口部２８Ａの壁面２８
ａのテーパ角度は、例えば受光部８ａの視野角ＦＯＶに
一致させる。

【００２６】この第２実施例によると、第１実施例にお
ける効果に加えて、開口角θをさほど大きくすることな
しに視野角ＦＯＶの拡大が可能になる。つぎに、本発明
の赤外線検知器の第３実施例を説明する。第３実施例
も、コールドアパーチャの構造を除いては第１実施例と
同じである。そのため、第１実施例と同一構成部分には
同一符号を付し、その説明を省略する。

【００２７】図７は第３実施例のコールドアパーチャの
詳細断面図である。このコールドアパーチャでも、セラ
ミック製のプレート２６Ｂに開口部２８Ｂが形成される
が、その開口部２８Ｂの壁面２８ｂに細かな凹凸を形成
する。凹凸は図示したように蛇腹状の凹凸でもよいし、
細かな突起状の凹凸でもよい。

【００２８】この構成によると、コールドアパーチャの
開口部２８Ｂの壁面２８ｂにおいて赤外線を乱反射させ
ることができるので、図４の第１実施例のコールドアパ
ーチャと比較してさらに赤外線の反射が低減され、迷光
に起因する空間分解能の低下を効果的に防止することが
できる。

【００２９】つぎに、本発明の赤外線検知器の第４実施
例を説明する。第４実施例も、コールドアパーチャの構
造を除いては第１実施例と同じである。そのため、第１
実施例と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を
省略する。

【００３０】図８は第４実施例のコールドアパーチャの
詳細断面図である。このコールドアパーチャのプレート
２６Ｃは、素材がセラミックに限定されず、例えば金属
等から構成されてもよい。プレート２６Ｃに開口部２８
Ｃを形成し、この開口部２８Ｃの壁面に、図７の第３実
施例のコールドアパーチャにおける壁面２８ｂと同様な
凹凸を施し、加えて、開口部２８Ｃの壁面を含めたプレ
ート２６Ｃの表面に薄い無反射膜３０を施す。

【００３１】この実施例によると、開口部２８Ｃの壁面
に細かな凹凸を形成しているので、無反射膜３０の厚み
が薄く（例えば１０μｍ程度）赤外線の反射を十分抑制
できない場合でも、迷光の発生を効果的に抑制すること
ができ、迷光による空間分解能の低下を防止することが
できる。

【００３２】プレート２６Ｃの素材として金属を用いて
いる場合には、開口部２８Ｃの壁面への細かな凹凸の形
成は、プレート２６Ｃに通常のネジ加工を施すことによ
り行うことができる。例えば、開口部２８Ｃの直径が
１．５ｍｍの場合には、ピッチ０．３５ｍｍのネジ山を
形成すればよい。

【００３３】また、無反射膜３０としては、例えば黒化
塗料を用いる。黒化塗料の厚みは、赤外線の最大反射率
が１０％程度になる１０μｍ程度で十分である。無反射
膜３０の厚みを薄くできることにより、穴径の小さな開
口部２８Ｃを設けることが可能となる。

【００３４】つぎに、本発明の赤外線検知器の第５実施
例を説明する。第５実施例も、コールドアパーチャの構
造を除いては第１実施例と同じである。そのため、第１
実施例と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を
省略する。

【００３５】図９は第５実施例のコールドアパーチャの
詳細断面図である。このコールドアパーチャのプレート
２６Ｄはセラミック材で構成され、プレート２６Ｄに、
開口部２８Ｄを複数、赤外線検知素子８の複数の受光部
８ａにそれぞれ対向するように形成する。そして、この
開口部２８Ｄの壁面に黒色メッキ膜３１を設ける。この
黒色メッキ膜３１として、例えば太陽光の吸収に用いら
れる黒色ニッケルメッキ膜を用いる。黒色ニッケルメッ
キ膜の加工方法について、つぎに説明する。

【００３６】黒色ニッケルメッキ膜をプレート２６Ｄに
設けるには、まず前もって、プレート２６Ｄに穴明け加
工を行う。例えば厚みが２００μｍであるプレート２６
Ｄに穴径が１００μｍ位の開口部２８Ｄを設ける。

【００３７】つぎに、プレート２６Ｄに、下地となるニ
ッケル−クロム膜を形成する。この形成はスパッタ法等
の、微細な部分への回り込みの良い蒸着法により行う。
こうして形成されたニッケル−クロム膜の下地の上に電
解ニッケルメッキを施す。

【００３８】更にその上に黒色ニッケルメッキを施す。
以上のように加工された黒色ニッケルメッキ膜は、開口
部２８Ｄの壁面に均一に形成されるとともに、開口部２
８Ｄの穴径１００μｍに対して十分薄く形成され得る。

【００３９】図１０は黒色ニッケルメッキ膜における赤
外線の透過率および反射率を示すグラフである。図から
分かるように、この膜は、赤外線検知器によく使用され
る波長３〜５μｍの赤外線を殆ど通さず、かつその反射
を十分抑制できる。しかも、この黒色ニッケルメッキ膜
は、従来の黒化塗料に比べ、薄くても図１０の特性を得
られる特徴がある。

【００４０】したがって、第５実施例によれば、穴径の
微細な開口部に対しても、均一で薄い無反射膜を設ける
ことができ、かつ、優れた空間分解能が得られる。な
お、第５実施例では、プレート２６Ｄの素材としてセラ
ミックを用いたが、それに限定されるものではなく、プ
レート２６Ｄは例えば金属等から構成されてもよい。ま
た、黒色メッキ膜３１を黒色ニッケルメッキではなく、
黒色亜鉛メッキや黒色クロムメッキによって形成しても
よい。

【００４１】なおまた、以上説明したいずれの実施例で
も、コールドアパーチャの開口部の穴径を小さくするこ
とができるので、赤外線検知素子８の各受光部８ａの間
隔を狭くすることが可能となり、その結果、多数の受光
部を有した赤外線検知器全体としての分解能が向上す
る。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明では、
アパーチャがセラミック材から構成され、セラミック材
が赤外線の透過率および反射率が低いため、アパーチャ
は開口部以外の所で赤外線を遮断するとともに、開口部
の壁面での赤外線の反射を抑制し、したがって、空間分
解能が改善される。また、無反射膜のコーティングが不
要であるから、微細な開口部を形成可能である。

【００４３】第２の発明では、アパーチャの開口部の壁
面に、細かな凹凸を形成するので、入射赤外線が乱反射
され、赤外線検知素子の受光部へ到達する迷光の量が減
らせ、空間分解能が改善される。さらにはその上に薄い
無反射膜を形成することにより、壁面での赤外線の反射
が十分抑制できて、また、無反射膜が薄いので、開口部
の穴径を小さくすることが可能となる。

【００４４】第３の発明では、アパーチャの開口部の壁
面に、黒色メッキ膜を形成する。黒色メッキ膜が赤外線
の反射を十分抑制できる上に、黒色メッキ膜を薄く形成
できるので、空間分解能が改善され、且つ穴径の小さい
開口部を有したアパーチャを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の第１実施例の赤外線検知器の断面図で
ある。

【図３】第１実施例のコールドアパーチャの斜視図であ
る。

【図４】第１実施例のコールドアパーチャの詳細断面図
である。

【図５】セラミックの透過率及び反射率の波長特性の測
定結果を示すグラフである。

【図６】本発明の第２実施例のコールドアパーチャの詳
細断面図である。

【図７】本発明の第３実施例のコールドアパーチャの詳
細断面図である。

【図８】本発明の第４実施例のコールドアパーチャの詳
細断面図である。

【図９】本発明の第５実施例のコールドアパーチャの詳
細断面図である。

【図１０】黒色ニッケルメッキ膜の透過率及び反射率の
波長特性の測定結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１赤外線検知素子１ａ受光部２アパーチャ２ａ開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田幸広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 (72)発明者廣田耕治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 (72)発明者佐藤徳朋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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射赤外線を電気信号に変換して出力す
る赤外線検知器において、自身の受光部（１ａ）に入射した赤外線の強度を電気信
号に変換する赤外線検知素子（１）と、前記赤外線検知素子（１）の受光部（１ａ）に対応する
位置に開口部（２ａ）が形成され、前記赤外線検知素子
（１）に対して所定の位置関係になるように設けられた
セラミック材から成るアパーチャ（２）と、を有することを特徴とする赤外線検知器。
【請求項２】前記アパーチャ（２）の開口部（２ａ）
の壁面は、前記赤外線検知素子（１）の受光部（１ａ）
への入射光線の主軸に対して傾斜するようにテーパ状に
形成されている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】前記アパーチャ（２）の開口部（２ａ）
の壁面に細かな凹凸を形成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４】前記赤外線検知素子（１）の受光部（１
ａ）が複数設けられ、前記アパーチャ（２）の開口部
（２ａ）も前記複数の受光部に対応して複数設けられる
ことを特徴とする請求項１記載の赤外線検知器。
【請求項５】入射赤外線を電気信号に変換して出力す
る赤外線検知器において、自身の受光部（１ａ）に入射した赤外線の強度を電気信
号に変換する赤外線検知素子（１）と、前記赤外線検知素子（１）の受光部（１ａ）に対応する
位置に開口部（２ａ）が形成され、前記赤外線検知素子
（１）に対して所定の位置関係になるように設けられる
とともに、前記開口部（２ａ）の壁面には細かな凹凸が
形成され、さらにその上に無反射膜が形成されたアパー
チャ（２）と、を有することを特徴とする赤外線検知器。
【請求項６】前記赤外線検知素子（１）の受光部（１
ａ）が複数設けられ、前記アパーチャ（２）の開口部
（２ａ）も前記複数の受光部に対応して複数設けられる
ことを特徴とする請求項５記載の赤外線検知器。
【請求項７】入射赤外線を電気信号に変換して出力す
る赤外線検知器において、自身の受光部（１ａ）に入射した赤外線の強度を電気信
号に変換する赤外線検知素子（１）と、前記赤外線検知素子（１）の受光部（１ａ）に対応する
位置に開口部（２ａ）が形成され、前記赤外線検知素子
（１）に対して所定の位置関係になるように設けられる
とともに、前記開口部（２ａ）の壁面には黒色メッキ膜
が形成されたパーチャ（２）と、を有することを特徴とする赤外線検知器。
【請求項８】前記アパーチャ（２）の開口部（２ａ）
の壁面に形成される黒色メッキ膜は、黒色ニッケルメッ
キ膜であることを特徴とする請求項７記載の赤外線検知
器。
【請求項９】前記アパーチャ（２）の開口部（２ａ）
の壁面に形成される黒色ニッケルメッキ膜は、下地とし
て蒸着されたニッケル−クロム膜の上に電解ニッケルメ
ッキを行ない、その上に黒色ニッケルメッキを行うこと
により形成された膜であることを特徴とする請求項７記
載の赤外線検知器。