JPH0731080B2 - 赤外線検出器アセンブリー - Google Patents

赤外線検出器アセンブリー

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JPH0731080B2
JPH0731080B2 JP61505748A JP50574886A JPH0731080B2 JP H0731080 B2 JPH0731080 B2 JP H0731080B2 JP 61505748 A JP61505748 A JP 61505748A JP 50574886 A JP50574886 A JP 50574886A JP H0731080 B2 JPH0731080 B2 JP H0731080B2
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infrared detector
infrared
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サージエント，ウエツセン・ピー
マクドナルド，ジエームス・ピー
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/06—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity
    • G01J5/061—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity by controlling the temperature of the apparatus or parts thereof, e.g. using cooling means or thermostats
    • 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
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 この発明は赤外線感知の分野に関し、特には、操作のた
めに真空化を必要としない一体化赤外線検出器及びクラ
イオエンジンアセンブリーに関する。
2.関連技術の記載 赤外線検出器は、ミサイルやナイトビジョンシステムと
共に、１〜15μｍの波長を有する電磁波の存在を検知す
るために用いられる。これらの多くは約77゜Ｋで作動さ
せると最も感度が良くなるので、水銀−カドミウム−テ
ルル化物からつくられた赤外線検出器は、必要な作動温
度をつくり出し維持するためにしばしばクライオエンジ
ンアセンブリーを必要とする。このようなクライオエン
ジンアセンブリーは、典型的には、中に赤外線検出器が
置かれた、真空にされたデュワー瓶とともに用いられ
る。デュワー瓶は真空化され、そうでなければ検出器の
周りの領域を占有する気体が除去され、対流及び伝導に
よる潜在的な熱損失が最小化される。デュワー瓶は、そ
の凹部領域（「低温ウェル」）を、ヘリウムのような冷
却流体が供給されるクライオエンジンアセンブリーの膨
張室（エキスパンダー）と接触して配置されることによ
って冷却される。エキスパンダーに冷却流体を供給する
ために、クライオエンジンアセンブリーは、輪送ライン
を介してエキスパンダーに流体を配給する圧縮器を有す
る。流体がエキスパンダー中で膨張するに従って、それ
はエキスパンダー及びデュワー瓶の両方から熱エネルギ
ーを吸収し、検出器を冷却する。エキスパンダーの温度
は圧縮器に配給される流体の量に関係しているので、検
出器の温度は圧縮器のスピードを変化させることによっ
て制御することができる。
上述した赤外線検出器アセンブリーは、水銀−カドミウ
ム−テルル化物検出器の高感度作動のために必要な温度
レベルをつくり出し維持することができるが、そのデザ
インの故に材料の選択、製造方法及び密閉技術が束縛さ
れる。デュワー瓶中の真空を保つために、デュワー瓶を
構成する材料は比較的真空漏れがなく、周りの気体に対
して低い拡散性を有していなければならない。材料はま
た、デュワー瓶が真空化される間に周りの気体が材料か
ら放出される、脱気に対して耐久性を有していなければ
ならない。適当な材料を選択した後、その耐拡散性を減
少させず、また真空漏れをつくり出さない方法によって
デュワー瓶を製造しなければならない。さらに、デュワ
ー瓶中の真空を維持することを確保するために必要な密
閉技術を実施することはしばしば費用がかさみ、一般的
に真空ポンプ、漏れ検出器及び残留ガス分析装置を必要
とする。デザインからの束縛に加え、上述の赤外線検出
器アセンブリーにおいては、熱音的及び微音的問題がし
ばしば存在した。
発明の概要 従って、この発明の主たる目的は、操作のために真空化
を必要としない赤外線検出器アセンブリーを提供するこ
とである。
さらにこの発明の目的は、赤外線検出器をその上に直接
取り付けることができるエキスパンダーを有する赤外線
検出器アセンブリーを提供することである。
さらにこの発明の目的は、製造コストがより低い赤外線
検出器アセンブリーを提供することである。この点に関
連したこの発明の目的は、部品の数が減少された赤外線
検出器アセンブリーを提供することである。
また別のこの発明の目的は、比較的容易に組み立てるこ
とができる赤外線検出器アセンブリーを提供することで
ある。この点に関連したこの発明の目的は、アセンブリ
ーを真空化することなく製造することができる赤外線検
出器を提供することである。さらに関連したこの発明の
目的は、製造中の試験及び調査の量を減少させることが
できる赤外線検出器アセンブリーを提供することであ
る。
この発明のこれら及び他の目的は、赤外線信号を検出す
るためのデバイスを搭載するための装置であって、前記
デバイスを囲包するハウジング手段と、前記デバイスを
支持するための手段とを有する装置を提供することによ
って達成される。さらに、ハウジング手段と支持手段と
の間に配置された、デバイスを絶縁するための手段も提
供される。絶縁手段は、装置の真空化を必要とすること
なくデバイスが機能することを可能にするように作動可
能である。
図面の説明 この発明の種々の利点は、以下の明細書を読み、図面を
参照することによって当業者にとって明らかになるであ
ろう。
第１図はこの発明のハーネスアセンブリー及び検出器配
列アセンブリーの分解斜視図である。
第２図は低温シールド及びハーネスアセンブリーに対す
るエキスパンダーの配置を示す、エキスパンダーアセン
ブリーの斜視図である。
第３図は外部ハウジング、絶縁体、レンズセル、光学素
子マウント、窓及びファットライン（fatline）ハーネ
スアセンブリーを接続する部材の配置を示す、エキスパ
ンダーアセンブリーの分解斜視図である。
第４図は組み立てられた赤外線検出器アセンブリーの斜
視図である。
第５図は、第４図の５−５線で切断した赤外線検出器ア
センブリーの断面図である。
第６図は第５図に示されたエキスパンダーの低温チップ
の拡大断面図である。
第７図は第６図の７−７線で切断したエキスパンダーの
低温チップの拡大端面図である。
好ましい具体例の記載 図面に基づいて説明すると、赤外線源からの信号を受容
するために、赤外線検出器アセンブリー12内に位置する
赤外線検出器アレイ10が設けられている。赤外線検出器
アレイ10はサファイア基板材料上の水銀−カドミウム−
テルル化物の層から形成することができる。正しく作動
するために冷却を必要とする他の型の赤外線検出器もま
た用いることができる。このような検出器の非限定的な
例として、水銀−カドミウム−テルル化物からつくられ
る焦点面アレイを挙げることができる。赤外線検出器ア
レイ10を支持するために、エキスパンダー14と基部16と
を有するエキスパンダーアセンブリー13が設けられてい
る。赤外線検出器アレイ10はエキスパンダー14の低温チ
ップ17上に中心的に搭載され、接着剤によってそれに固
定される。検出器アレイ10を冷却するために、エキスパ
ンダー14は輸送ライン19及びコネクター20を介してクラ
イオエンジンから冷却流体を受容する。エキスパンダー
14内の流体の膨張によって、熱エネルギーがエキスパン
ダー14から奪われ、それによって検出器アレイ10が冷却
される。クライオエンジンは、スプリットサイクルスタ
ーリング冷蔵庫の一部である圧縮器21を有する。もっと
も他の適当なクライオエンジンもまた使用することがで
きることが理解されるべきである。
赤外線検出器アレイ10の温度を監視するために、２つの
温度センサー23及び24が、エキスパンダー14の低温チッ
プ17上の検出器アレイ10に隣接して配置されている。そ
れぞれの熱センサー13及び24は1N914スイッチングダイ
オードであってよい。もっとも、必要な範囲内での温度
変化を感知できず他の適当な温度センサーもまた用いる
ことができることが理解されるべきである。エキスパン
ダー14の低温チップ上に熱センサー23及び24を搭載する
ために、熱センサーマウント26が設けられ、この上に熱
センサー23及び24が導電性接着剤により固定される。熱
センサーマウント26はセラミックからつくることがで
き、接着剤によってエキスパンダーの一端に固定され
る。
赤外線検出器アレイ10によって発生された信号を伝導す
るために、検出器アレイ10は、端部30、足部32及び円形
インターフェース34を有するファインライン（finelin
e）ハーネスアセンブリーに接続されている。ファイン
ラインハーネスアセンブリー28は、アクリル系接着剤に
よって固定されたポリイミド系誘電材料の層間に配置さ
れた銅導電体を有する可撓性の食刻された回路ケーブル
を含む。ファインラインハーネスアセンブリー28中のそ
れぞれの導電体はアセンブリー28の長手方向端部から0.
10インチを超える距離だけ離れた所に位置し、0.50オー
ム以下の直流抵抗を有する。ファインラインハーネスア
センブリー28の端部30を検出器アレイ10に接続するため
に、端部30における導電体の末端35は厚さ50〜100μｍ
の金プレートでコートされている。導電体の末端35は次
に、第７図に示すように、金リードワイヤー36によって
検出器アレイ10の端子に接続される。ファインラインハ
ーネスアセンブリー28の電気的インターフェーシングを
可能にするために、ファインラインハーネスアセンブリ
ー28の円形のインターフェース34は、スズ／鉛プレート
を有する複数のはんだパッド３を有する。円形のインタ
ーフェース34のはんだパッド38は、後述するように、赤
外線検出器アセンブリー12の外側に端子を有するリード
に電気的に接続するために用いられる。ファインライン
ハーネスアセンブリー28の円形インターフェース34はま
た、エキスパンダー14を収容するのに十分な大きさの直
径を有する、中心的に位置する透孔39を有する。ファイ
ンラインハーネスアセンブリー28の足部32をエキスパン
ダー14に固定するために、ケーブル保持体40がエキスパ
ンダー14及び足部32の周りを囲包している。ケーブル保
持器40はポリイミドから成る。もっとも、他の適当な材
料を用いることができることが理解されるべきである。
赤外線検出器アレイ10によって発生された信号を赤外線
検出器アセンブリー12の外側からアクセスすることを可
能にするために、円形インターフェース44、足部46及び
長方形部分48を有するファットラインハーネスアセンブ
リーが設けられている。ファットラインハーネスアセン
ブリー42は、アクリル系接着剤によって結合されたポリ
イミド系誘電材料の２つの層の間に配置された多層銅導
電体を有する可撓性の食刻された回路ケーブルを有す
る。ファットラインハーネスアセンブリー42の円形イン
ターフェース44は、エキスパンダー14を収容するのに十
分な直径の、中心的に位置する透孔50を有する。ファッ
トラインハーネスアセンブリー42の円形インターフェー
ス44をファインラインハーネスアセンブリー28の円形イ
ンターフェース34に接続するために、円形インターフェ
ース44は複数のはんだパッド52（第１図）を有し、これ
らは円形インターフェース34の対応するはんだパッド38
に結合することができる。円形インターフェース44上の
はんだパッド52と円形インターフェース34上のはんだパ
ッド38とを電気的に接続するために、複数のフェルール
54がはんだパッド52及びはんだパッド38中の孔中に配置
されている。フェルール54は、それぞれのフェルール54
の一端の機械的変形及びそれに続くフェルール534のそ
れぞれの端部のはんだ付けによってはんだパッド38及び
52に固定される。ファットラインハーネスアセンブリー
42の外側を移動するラジオ周波数妨害をアースするため
に、銅テープ（図示せず）によって覆われたグロメット
56がファットラインハーネスアセンブリー42の一部に固
定されている。グロメット56は検出器アレイ10からの信
号を処理するための電子素子を含む電子素子ハウジング
（図示せず）に結合され、従って、ファットラインハー
ネスアセンブリー42の表面に生じるラジオ周波数妨害が
電子素子ハウジングに入る前にアースされる。グロメッ
ト56はしんちゆう合金を銅メッキすることによって形成
することができる。もっとも、他の適当な材料も用いる
ことができることが理解されるべきである。
ファットライン及びファットラインハーネスアセンブリ
ー28及び42をエキスパンダーアセンブリー13から電気的
に絶縁するために、２つの絶縁ワッシャー58及び60が設
けられている。絶縁ワッシャー58は円形インターフェー
ス34とエキスパンダーアセンブリー13の基部16との間に
位置し、絶縁ワッシャー60は円形インターフェース34に
隣接しない円形インターフェース44の表面上に位置す
る。絶縁ワッシャー58及び60はポリイミドから形成する
ことができる。もっとも、他の適当な材料を用いること
ができることも理解されるべきである。
エキスパンダー14の低温チップ17の温度を適当な作動温
度範囲内に維持するために、エキスパンダー14の低温チ
ップ17上に低温シールド62が中心的に配置され、接着剤
によってそれに結合されている。低温シールド62は、外
界から検出器アレイ10に到達する赤外線のための妨害さ
れていない経路を与える透孔64を有する。低温シールド
62はステンレススチールから形成することができるけれ
ども、他の適当な材料を用いることができることも理解
されるべきである。
検出器アレイ10及びエキスパンダー14を収容するため
に、２つのフランジ部68及び70、並びに赤外線信号が通
過する透孔72を有する外部ハウジング66が設けられてい
る。フランジ部68はエキスパンダーアセンブリー13の基
部16をネジ73によって外部ハウジング66に固定するため
に用いられる。第２のフランジ部70は、ジャイロ光学素
子アセンブリー（図示せず）上に外部ハウジング66を搭
載することを可能にする透孔74を有する。外部ハウジン
グ66は6061−T6アルミニウム合金から形成することがで
きるが、他の適当な材料を用いることができることも理
解されるべきである。
入射する赤外線信号を検出器アレイ10に集中させるため
に、光学素子マウント76とインターフェースするレンズ
セル78が外部ハウジング66の透孔72上にマウントされて
いる。レンズセル78は入射する赤外線信号の焦点を検出
器アレイ10上に結ばせるために用いられ、所望の色調整
を行なうためにゲルマニウム及び硫化亜鉛から形成され
たレンズを有する。赤外線が外部ハウジングを介して検
出器アレイに妨害されることなく通過することを可能に
するために、外部ハウジング66の透孔72上に窓／バンド
パスフィルター80がマウントされている。
エキスパンダー14を熱的に絶縁するために、エキスパン
ダー14と外部ハウジング66との間に絶縁材料82が配置さ
れている。絶縁材料82の形状は外部ハウジング66の内表
面にほぼ適合し、エキスパンダー14がその中に挿入され
ることを可能にする円筒状の透孔84を有する。エキスパ
ンダー14と外部ハウジング６との間に絶縁材料82を設け
ることによって、検出器アレイ10の温度は、そうでなけ
れば絶縁材料82によって占有される領域の真空化を要す
ることなく維持される。絶縁材料82は好ましくは、膨張
ポリスチレンのようなポリマーフォームのスリーブの形
態をとる。
ファットラインハーネスアセンブリー42の長方形部48を
電気的にインターフェースするために、長方形部48上に
位置する複数のはんだパッド90に幾何学的に対応する複
数のはんだパッド88を有する食刻された回路コネクター
86（第３図及び第４図）が設けられている。コネクター
86は、はんだパッド88から適当なインターフェース素子
92に電流を運ぶ一連の食刻された導体（図示せず）をそ
の表面上に有する。他の型の適当なコネクターも用いる
ことができる。
適当な電圧を検出器アレイ10に与えるために、コネクタ
ー96上に抵抗器ネットワーク94が配置されている。抵抗
器ネットワーク94の端末は、コネクター86のはんだパッ
ド及び長方形部48のはんだパッド90を介して延び、これ
らの間に電気的接続を与える。抵抗器ネットワーク94
は、適当な電圧がファインライン及びファットラインハ
ーネスアセンブリー28及び42を介して検出器アレイ10の
端末に与えられるように、電圧分割器として機能する。
長方形部48、コネクター86及び抵抗器ネットワーク94の
間の接続を電気的に絶縁するために、２つの絶縁パッド
96及び98が設けられている。絶縁パッド98は抵抗器ネッ
トワーク94の頂部に配置され、一方、絶縁パッド96はは
んだ付けされた長方形部48の表面に隣接して配置され
る。絶縁パッド96及び98は多室性エラストマーから形成
することができるが、他の適当な材料も用いることがで
きることが理解されるべきである。
この発明の特定の実施例に基づき記載したが、明細書、
図面及び以下の請求の範囲を研究すると、当業者にとっ
て他の修飾が明らかになるであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サージエント，ウエツセン・ピー アメリカ合衆国 カリフオルニア州 93117，ゴレタ，カセドラル・オークス・ ロード 5858 (72)発明者 マクドナルド，ジエームス・ピー アメリカ合衆国 カリフオルニア州 93111，サンタ・バーバラ，ビレッジ・レ ーン 2943 (56)参考文献 米国特許3356846（ＵＳ，Ａ) 米国特許4488414（ＵＳ，Ａ) 米国特許3999403（ＵＳ，Ａ) 米国特許4030316（ＵＳ，Ａ) 米国特許4059764（ＵＳ，Ａ)

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】赤外線を検出する検出装置と； これを収容するハウジングと； 前記ハウジングにおいて前記検出装置を機械的に支持す
    るように設けられ、かつ前記検出装置に固定された低温
    チップを具備し、流体を受容し引き続きそれが膨脹する
    際に前記検出装置を冷却する膨脹室と； この膨脹室の低温チップ上に前記検出装置を搭載する搭
    載手段と； 前記ハウジングと膨脹室との間に配された高分子フォー
    ムを備え、前記ハウジングの真空化をすること無く前記
    検出装置を機能し得るように作動可能な絶縁手段と； を有する、赤外線検出器アセンブリー
  2. 【請求項２】前記絶縁手段は、前記検出装置の温度を所
    定の範囲内に維持することを可能にする絶縁材のスリー
    ブを有する請求の範囲１項に記載の赤外線検出器アセン
    ブリー。
  3. 【請求項３】前記検出装置は、この検出装置に隣接する
    前記低温チップの領域の温度に応答する電気信号を発生
    するように作動し得る温度検知手段を有する請求の範囲
    １項に記載の赤外線検出器アセンブリー。
  4. 【請求項４】前記温度検知手段は、所定のバイアス電流
    に対して、ダイオードの温度に応答するフォワード電圧
    を有する少なくとも１つのダイオードを有する請求の範
    囲３項に記載の赤外線検出器アセンブリー。
  5. 【請求項５】赤外線を検出する検出装置と； 前記検出装置を収容するハウジングと； 前記ハウジング内において前記検出装置を機械的に支持
    するように設けられ、かつ前記検出装置に固定された低
    温チップを具備し、流体を受容し引き続きそれが膨脹す
    る際に前記検出装置を冷却する膨脹室と； 前記膨脹室に流体を供給する供給手段と； 前記検出装置に隣接する前記低温チップの領域の温度に
    応答し、前記供給手段を制御するのに用いられる電気信
    号を発生するように作動し得る、前記検出装置の温度を
    検知する検知手段と； 前記ハウジングと膨脹室との間に配された高分子フォー
    ムを備え、前記ハウジングの真空化をすること無く前記
    検出装置を機能し得るように作動可能な絶縁手段と； を有する赤外線検出器アセンブリー。
  6. 【請求項６】前記供給手段は、輸送ラインによって前記
    膨脹室に連結された圧縮器である請求の範囲第５項に記
    載の赤外線検出器アセンブリー。
  7. 【請求項７】前記検知手段は少なくとも１つのダイオー
    ドを含み、所定のバイアス電流について該ダイオードを
    横切るフォワード電圧が前記検出装置に隣接する前記低
    温チップの領域中の温度に応答する請求の範囲第６項に
    記載の赤外線検出器アセンブリー。
  8. 【請求項８】前記検出装置は、該装置の端末に適当な電
    圧を作動し得る抵抗器ネットワークを介して電子素子ハ
    ウジングに接続される請求の範囲第７項に記載の赤外線
    検出器アセンブリー。
  9. 【請求項９】前記抵抗器ネットワークは、回路ケーブル
    用コネクタ部材を介して前記検出装置に電気的に接続さ
    れている請求の範囲第８項に記載の赤外線検出器アセン
    ブリー。
  10. 【請求項１０】前記検出装置は、前記回路ケーブル用コ
    ネクタ部材の一部に搭載されたはとめを具備し、該はと
    めは、前記回路ケーブル用コネクタ部材の表面上に発生
    する、妨害するラジオ周波数信号をアースすることを特
    徴とする、請求の範囲第９項に記載の赤外線検出器アセ
    ンブリー。
  11. 【請求項１１】前記回路ケーブル用コネクタ部材は、第
    １及び第２の部分を含み、該第１の部分は前記検出装置
    と電気的に接続され検出装置からの電流を該第１の部分
    上の第１の円形インターフェースに通す少なくとも１つ
    の末端部分を有し、前記回路ケーブル用コネクタ部材の
    前記第２の部分は、前記抵抗器ネットワークと電気的に
    接続され、そこからの電流を該第２の部分上の円形イン
    ターフェースに伝え、前記第１及び第２の円形インター
    フェースはそれらの間に電流が通過することを許容する
    ように作動し得る請求の範囲第10項に記載の赤外線検出
    器アセンブリー。
  12. 【請求項１２】前記回路ケーブル用コネクタ部材は、前
    記第１及び第２の円形インターフェースの間に配置され
    た複数のフェルールを有し、それらの間の電気的導通を
    容易にする請求の範囲第11項に記載の赤外線検出器アセ
    ンブリー。
  13. 【請求項１３】前記検出装置上には、レンズセルによっ
    て赤外線信号の焦点が結ばれることを特徴としており、
    該レンズセルはゲルマニウム及び硫化亜鉛の層を含む請
    求の範囲第12項に記載の赤外線検出器アセンブリー。
  14. 【請求項１４】前記膨脹室は、これに固定される低温シ
    ールドを有し、該低温シールドは前記検出装置への熱の
    移動を低減させながら赤外線が前記検出装置に到達する
    ことを可能にする請求の範囲第13項に記載の赤外線検出
    器アセンブリー。
JP61505748A 1985-09-03 1986-04-29 赤外線検出器アセンブリー Expired - Lifetime JPH0731080B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US771948 1985-09-03
US06/771,948 US4719353A (en) 1985-09-03 1985-09-03 Integrated infrared detector and cryoengine assembly
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