JPH0695046B2 - 一体化された検出器、ジユアー、及び低温エンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 1. 発明の分野 この発明は、赤外線検知、より詳細には、一体化された
検出器、ジュアー及び低温エンジンに関する。

2. 関連技術の説明 赤外線検知は１−15μｍの波長を持つ電磁放射線の存在
を検知するために飛翔体及び暗視システムに関連して使
用される。赤外線検出器は約77゜Kで動作するとき最も
感度が高いので、水銀カドミウムテルルなどから製造さ
れた赤外線検出器は、しばしば必要動作温度を形成かつ
維持するのに低温エンジンを要する。そのような低温エ
ンジンアッセンブリは概して、赤外線検出器が配設され
る排気ジュワーと共に使用される。ジュアーは検出器を
取囲む領域を占める熱伝導ガスを除去するために排気さ
れる。ジュアーは、ジュアーの窪み部（“冷水溜め”）
を、ヘリウムなどの冷却液が供給される低温エンジンア
ッセンブリの膨脹箱（“エキスパンダ”）に接触するよ
うに配設することによって冷却される。冷水溜めとエキ
スパンダとは、ジュアーとエキスパンダの寸法特性を変
更すべく、かつ熱膨脹特性の相違に合せるべく間隙によ
って分離されている。

エキスパンダに冷却液を供給すべく低温エンジンアッセ
ンブリは、しばしば、流体を送出線を介してエキスパン
ダに送出する圧縮機を含む。流体がエキスパンダ内で膨
脹する時、エキスパンダとジュアーの両方から熱エネル
ギを吸収し、検出器を冷却する。エキスパンダの温度は
圧縮機によって送出される流体の量に関連するので検出
器の温度は圧縮機の速度を変えることによって制御され
る。

上記の赤外線検出器アッセンブリは、水銀カドミウムテ
ルルの検出器の検知動作に要する温度レベルを形成かつ
維持することが可能であったが、エキスパンダとその環
境との間の熱伝導に点でいくつかの欠点を持っていた。
ジュアーとエキスパンダとは構造上別々なので、エキス
パンダとジュアーとの間の間隙はエキスパンダと検出器
との間の最適伝導を防止すべく絶縁体として作用した。
さらに、冷却ロスが起こる横断領域はエキスパンダの横
断領域だけでなくエキスパンダに隣接するジュアーの壁
をも含んでいた。これらの２つの特徴により、低温エン
ジンの容積は他の場合に比べて幾分大きくなければなら
なかった。

発明の摘要 電磁放射線を検出する装置が開示される。前記装置は、
電磁放射線を検出する検出器を具備する。さらに前記装
置は、前記検出器から熱エネルギを除去するエキスパン
ダ用キャップを具備する。前記検出器から熱エネルギを
除去する前記装置は前記検出器と機械的に連絡する。

図面の簡単な説明 次の明細書を読むことによってかつ図面を参照すること
によって本発明の様々な利点が明らかになる。

第１図は、本発明による一体化された検出器、ジュア
ー、低温エンジンの断面図である。

第２図は、第１図の一体化された検出器、ジュアー、低
温エンジンの分解斜視図である。

好ましい実施例の詳細な説明 図面に関して、本発明による一体化された検出器、ジュ
アー及び低温エンジン10が示される。一体化された検出
器、ジュアー及び低温エンジン10は赤外線を受けてそれ
に相応する電気信号を発生する。検出器12はサファイア
基板材の上の水銀カドミウムテルル層から形成されるが
CdTeやCdSeなどの他の適当な材料も使用される。検出器
12は熱伝導性接着剤によって検出器の型枠に固定され、
熱エネルギが検出器12から流出する。検出器型枠14はベ
リリウムから形成されるが、他の適当な材料も使用され
る。

検出器12から熱エネルギを除去して最適な検出動作を得
るべく一体化された検出器、ジュアー及び低温エンジン
10はさらに、エキスパンダアッセンブリ16を具備する
（第２図参照）。エキスパンダアッセンブリ16は、エキ
スパンダキャップ18を含み、このキャップ18は熱エネル
ギが検出器型枠14からエキスパンダ18に流れるように検
出器型枠14に機械的に連絡する。検出器型枠14はエキス
パンダキャップ18に配設された４つのキャストレーショ
ンの２つの間に配設され、熱伝導性接着剤によってエキ
スパンダキャップ18に固定される。エキスパンダキャッ
プ18は低い熱量と大きな熱伝導率を持つように円盤形で
ある。エキスパンダキャップ18は比較的大きな熱伝導率
を提供すべく好ましくはベリリウムから製造されるが他
の適当な材料も使用される。

エキスパンダアッセンブリ16はさらに、エキスパンダキ
ャップ18にろう付けされるエキスパンダチューブ20を含
む。エキスパンダチューブ20は、検出器12を冷却しヘリ
ウムなどの冷却液を圧縮機（図に示せず）から受けるた
めの冷却機構を収納する。エキスパンダチューブ20内部
の流体の膨脹のために熱エネルギがエキスパンダキャッ
プ18から引出され検出器12を冷却する。エキスパンダチ
ューブ20は、低い熱伝導率を持つように好ましくはイン
コネルから製造され、動作中の検出器の運動を最小にす
べく十分硬質である。エキスパンダチューブ20を支持す
べくハウジング22が提供される。エキスパンダハウジン
グ22はエキスパンダチューブ20にろう付けされ、低温エ
ンジン圧縮機（図に示さず）に接続される。エキスパン
ダアッセンブリ16はさらに、後述する柔軟性ケーブルを
支持するのに使用されるケーブルサポート24を含む。

赤外線検出器アレイの温度を監視すべく、２つのサーマ
ルセンサ26が後述される柔軟性ケーブルの検出器12に隣
接して配設される。サーマルセンサ26からの出力は、エ
キスパンダアッセンブリ16の温度を交互に制御する圧縮
機速度を制御するのに使用される。サーマルセンサ26の
それぞれは2N2222であるが、必要な範囲の温度変化に感
応する他の適当な温度センサも使用される。サーマルセ
ンサ26をエキスパンダキャップ18に取付けるために、サ
ーマルセンサマウント28が提供される。サーマルセンサ
26は熱伝導性接着剤によってサーマルセンサマウント28
に固定される。サーマルセンサマウント28はセラミック
から製造されるが、他の適当な材料も使用される。

検出器12と外部電子回路との間に電気的連絡を可能にす
べく、２つの柔軟性ケーブル30が提供される。柔軟性ケ
ーブル30は検出器12によって発生された信号を配電盤32
に移送可能にする。柔軟性ケーブル30の一端は金のリー
ド線を介して検出器12の伝導パッドに取付けられる。柔
軟性ケーブル30の他端は配電盤32に接続される。明瞭さ
のために図１に示された柔軟性ケーブルは45゜だけ回転
された。柔軟性ケーブル30はアクリル接着剤によってポ
リミド（polymide）を基礎とする誘電材層の間に配設さ
れた金属性伝導体柔軟性蝕刻回路を具備する。配電盤32
は、柔軟性ケーブル30によって配電盤の一面かつ配電盤
32の対向面に移送された電気信号にアクセス可能なよう
に傾斜した複数の内部伝導体を含む。複数の荷重ばね34
とねじ36が柔軟性ケーブル30を配電盤32に締付けるべく
提供される。柔軟性ケーブル30によって配電盤32に移送
された電気信号にアクセス可能にすべくコネクタ38が提
供される。コネクタ38は複数の伝導ピン40を介して配電
盤32から電気信号を受ける。伝導ピン40は配電盤32から
コネクタ38を介してコネクタ上方のアクセス可能な位置
に延長する。隔て板39が環境から配電盤32を保護すべく
提供される。検出器12を適当にバイアスすべくバイアス
抵抗板が提供され、コネクタ38に電気的に連絡する。バ
イアス抵抗板42は、正常な動作を保証すべく適当な電圧
が検出器12に移送されるように電圧分割器として機能す
る。

一体化された検出器、ジュアー及び低温エンジン10に構
造上の完全さを提供すべく一体化された検出器、ジュア
ー及び低温エンジン10はさらに、アッセンブリハウジン
グ44とマウントプレート46を具備する。アッセンブリハ
ウジング44は一体化された検出器、ジュアー及び低温エ
ンジン10のコンポーネントに構造上の支持を提供するの
に使用され、低い膨脹率の合金から製造される。しかし
ながら、他の材料も使用される。マウントプレート46は
一体化された検出器、ジュアー及び低温エンジン10を適
当な位置に固定するのに使用される。マウントプレート
46はマウントプレートがエキスパンダハウジング22とは
無関係に回転可能にするベース調整ナット48に機械的に
連絡する。Ｏリング50がマウントプレート46の回転と同
時に摩擦を提供すべくエキスパンダハウジング22とマウ
ントプレート46との間に配設される。

検出器12とエキスパンダキャップ18とを環境上分離すべ
く一体化された検出器、ジュアー及び低温エンジン10は
さらに、隔壁52とシールド54とを具備する。隔壁52はア
ッセンブリハウジング44に溶接され、排気チューブ56と
機械的に連絡する。排気チューブ56は熱分離を最大にす
べく一体化された検出器、ジュアー及び低温エンジン10
からガスを取出すのに使用される。隔壁52は更に、２つ
のゲッタ60に連絡する２つのゲッタフィードスルー58と
連絡する。ゲッタ60は一体化された検出器、ジュアー及
び低温エンジン10の内部のガスをさらに除去すべく排気
過程の間、使用される。隔壁52は真空室の側部を形成す
べくシールド54と枠64に機械的に連絡する。窓66と窓ハ
ウジング68とが真空室の頭部を形成すべく提供される。
窓66は所望の通過帯域を形成すべくゲルマニウム又は亜
鉛から製造され、到来する赤外線を検出器12に伝送すべ
く使用される。窓ハウジング68は窓66を支持し、一体化
された検出器、ジュアー及び低温エンジン10を排気すべ
く使用される。

風景以外の源から検出器12に移送される熱線の量を最小
にすべくコールドシールド70が提供され、検出器12の上
方かつ中心に配設される。コールドシールド70はエキス
パンダキャップ18の４つのキャストレーションの２つに
接続され、検出器12によって受信すべく環境からの赤外
線に対する妨げられない路を提供する開口を有する。コ
ールドシールド70は、薄い壁を有し、劣却時間を減少さ
せる比較的低い熱量を持つように大きな伝導率を持つ材
料から製造される。コールドシールド70は6061−T6アル
ミニウムから製造されるが、他の適当な材料も使用され
る。

検出器12はエキスパンダキャップ18と直接、熱連絡関係
にあるるので、検出器12は他の場合より急激に冷却され
る。さらに、ジュアーとエキスパンダとは一体化された
ユニットを形成するので冷却ロスが起こる横断領域が減
少される。この発明は特定された例に関連して説明され
た。明細書、図面、及び次の請求の範囲を吟味すれば他
の変更が当業者に明らかになる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラル，リチャード・エム アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90274 パロス・ベルデス，ビア・ロラド 7307 (56)参考文献 特開 昭57−31181（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−27075（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開115698（ＥＰ，Ａ)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁放射線を検出する検出器手段と、この
   検出器手段からの熱エネルギを除去すべくエキスパンダ
   チューブを含む除去手段と、前記検出器手段と前記除去
   手段とを環境上分離する分離手段とを具備し、前記エキ
   スパンダチューブが、エキスパンダ端部キャップに機械
   接触する冷却手段を含み、前記分離手段と前記除去手段
   とがジュアーを含む電磁放射線検出装置において、 前記エキスパンダチューブを機械的に支持するエキスパ
   ンダハウジングと、 前記エキスパンダチューブを包囲するアッセンブリハウ
   ジングと、 このアッセンブリハウジングに機械的に連絡する隔壁
   と、 をさらに具備し、 前記エキスパンダ端部キャップが前記検出器手段に直接
   的または間接的に機械接触しており、前記エキスパンダ
   チューブが前記ジュアーの一体部を形成することを特徴
   とする電磁放射線検出装置。
2. 【請求項２】前記検出器手段と前記除去手段とが、前記
   隔壁に機械的に連絡するシールドを含む手段によって環
   境上分離されていることを特徴とする請求項１記載の電
   磁放射線検出装置。
3. 【請求項３】前記分離手段と前記除去手段とが、前記シ
   ールドに機械的に連絡するフレームをさらに具備するこ
   とを特徴とする請求項２記載の電磁放射線検出装置。
4. 【請求項４】前記分離手段と前記除去手段とが、前記フ
   レームに機械的に連絡する配電盤をさらに具備すること
   を特徴とする請求項３記載の電磁放射線検出装置。
5. 【請求項５】前記分離手段と前記除去手段とが、前記ア
   ッセンブリハウジングに機械的に連絡する窓ハウジング
   をさらに具備することを特徴とする請求項２乃至４のい
   ずれかに記載の電磁放射線検出装置。
6. 【請求項６】前記分離手段と前記除去手段とが、前記窓
   ハウジングに機械的に連絡する窓をさらに具備すること
   を特徴とする請求項５記載の電磁放射線検出装置。
7. 【請求項７】前記除去手段が、エキスパンダ端部キャッ
   プ上に設けられた検出器マウントを具備し、前記検出器
   手段がこの検出器マウントに機械的に連絡することを特
   徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電磁放射線
   検出装置。