JPH08193880A - 赤外線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 赤外受光素子を約３０〜１００Ｋに冷却して
用いる赤外線検出装置において、外部からの不要な赤外
光線による熱負荷を低減し、内部からの赤外線反射によ
るノイズ低減を図る。 【構成】 デュワの窓表面にフィルタ膜を具備し、コー
ルドシールド先端外周部に板形状のひさしを具備し、ひ
さしの窓側表面に放射率の高い膜、逆側表面に放射率の
低い膜を形成し、約３０〜１００Ｋに冷却した。 【効果】 フィルタ膜により外部からの不要な赤外光線
が遮断されるため、熱の侵入が低減される。内部からの
赤外光線がひさしにより遮断されて赤外線検出素子に到
達しないため、ノイズが低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は約３０〜１００Ｋに冷
却する赤外線検出装置に用いる赤外線検出素子を実装す
るデュワに関連するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来のデュワを示す断面図であ
り、図中１は赤外線検出素子、２は赤外線検出素子１を
取り付けて保持するための内筒、３は内筒２を固定する
ための台、４は窓、５は台３に固定され、かつ窓４を保
持するための外筒、６は赤外線検出素子１に取付けられ
たコールドシールド、７は排気管、８は赤外線検出素子
１を約３０〜１００Ｋに冷却するためのクーラの冷却
棒、９はレンズ、１０はレンズを保持するための鏡筒、
１１は物体、１２は物体１１から発する赤外光線、１３
は鏡筒などから発する外部不要赤外光線、１４は外筒５
または台３から発する内部不要赤外光線である。１５は
赤外線検出素子１からの電気出力をデュワの外部に取り
出すための配線、１６は台３と絶縁された端子で配線１
５に接続されている。１７はデュワを示している。図７
はコールドシールド６の詳細な構造を示した図であり、
図中２０はコールドシールド６の表面に形成された放射
率の高い膜、２１はコールドシールド６の表面に形成さ
れた放射率の低い膜となっている。

【０００３】次に動作について説明する。一般に赤外光
線を受光する赤外線検出素子は熱によるノイズを低減す
るため約３０〜１００Ｋに冷却する必要がある。冷却に
は液体窒素やクーラを用いるが、効率よく冷却するには
環境温度側から赤外線検出素子に冷却する熱を極力低減
（断熱）する必要がある。そのため図６に示すように赤
外線検出素子１はまず細長い内筒２の先端に取付られ、
環境温度にさらされている台３からの伝導による熱の流
入を低減させている。また対流による熱の伝達をなくす
ため、赤外線検出素子１は内筒２と台３と窓４と外筒５
で密閉された容器の内部にあり、内部は排気管７によっ
て排気され真空に保たれている。クーラの冷却棒８は内
筒２の内部に差し込まれ、赤外線検出素子１を底面から
約３０〜１００Ｋに冷却している。

【０００４】物体１１から発した赤外光線１２には３〜
５μｍの波長帯成分が含まれており、この成分の赤外光
線はレンズ９によって約３０〜１００Ｋに冷却された赤
外線検出素子１に結像する。赤外線検出素子１は３〜５
μｍの波長帯に受光感度があり、赤外線検出素子１に結
像した赤外光線１２は電気信号に変換され配線１５を介
して端子１６で出力され、物体１１の像情報を得ること
ができるわけである。なお赤外線検出素子１には３〜５
μｍ帯成分以外の波長帯の赤外光線も到達するが、赤外
線検出素子１は３〜５μｍ以外の波長帯では受光感度が
低いため一部は反射し残りは熱エネルギに変換される。
鏡筒１０や外筒５からも赤外光線１３、１４が発せられ
ているが、それらの赤外光線は赤外線検出素子１に入射
すると画像ノイズとなるため、コールドシールド６で赤
外線検出素子１の受光面を覆い、不要赤外光線が直接赤
外線検出素子１に照射されない構造となっている。コー
ルドシールド６の内側表面に照射された赤外光線１３
は、放射率の高い膜２０で熱として吸収されるため反射
して赤外線検出素子１に到達することはない。また外側
表面に照射された赤外光線１４は放射率の低い膜２１で
反射されるため、その赤外光線がコールドシールド６に
熱として吸収されることはない。なおコールドシールド
６は約３０〜１００Ｋに冷却されているため、その内側
表面は放射率が高いがその表面から有害な赤外光線が放
射されることはない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の赤外線検出装置
は以上のように構成されているのでコールドシールド６
にはデュワ外部から侵入する多くの赤外光線が熱となっ
て吸収される。また赤外線検出素子１では外部から侵入
する赤外光線の３〜５μｍ帯以外の波長成分が熱となっ
て吸収される。前述したように、赤外線検出素子１およ
びコールドシールド６は約３０〜１００ｋに冷却する必
要があるが、これらの不要な赤外光線の吸収による熱負
荷があるために必要以上にクーラの冷却能力を大きくし
なければならなかった。クーラの冷却能力を大きくする
とクーラの消費電力が増大しクーラの寸法・質量も増加
するため、赤外線カメラ等を小型化する上での障害とな
っていた。

【０００６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、コールドシールド６および赤外
線検出素子１に入射される赤外光線から不要な熱線とな
る波長帯を除去し、より小さなクーラの冷却能力でも赤
外線検出素子およびコールドシールドを約３０〜１００
Ｋに冷却できる赤外線検出装置を得ることを目的として
いる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の実施例１によ
る赤外線検出装置は、窓４の赤外線検出素子１側の表面
に３〜５μｍの波長帯の赤外光線が透過し、かつ３〜５
μｍ以外の波長帯が反射するフィルタ膜を形成した。

【０００８】この発明の実施例２による赤外線検出装置
は、コールドシールド６の窓４の側の開口の外周部に窓
４と略平行で外周方向に張り出した板形状のひさしを具
備した。

【０００９】この発明の実施例３による赤外線検出装置
は、ひさしの窓側の表面に放射率の高い膜を形成し、前
記表面と逆側の表面に放射率の低い膜を形成した。

【００１０】この発明の実施例４による赤外線検出装置
は、ひさしを約３０〜１００Ｋに冷却した。

【００１１】この発明の実施例５による赤外線検出装置
は、ひさしの長さＬ１を上記数１で示される長さとし
た。

【００１２】

【作用】この発明の実施例１によれば、３〜５μｍの波
長帯以外の赤外光線は窓４の赤外線検出素子１側の表面
に形成したフィルタ膜により反射されてしまうので、３
〜５μｍの波長帯以外の赤外光線がデュワ内部の赤外線
検出素子１又はコールドシールド６には到達せず熱負荷
とはならない。

【００１３】この発明の実施例２によれば、デュワ内部
の外筒５や台３から放射される不要な赤外光線の一部は
前記フィルタ膜で反射するが、コールドシールド６の外
周部に具備されたひさしにより、直接赤外線検出素子に
到達してノイズとなることはない。

【００１４】この発明の実施例３によれば、デュワ内部
の外筒５や台３から放射される不要な赤外光線の一部は
前記フィルタ膜で反射し、ひさしの窓４の側の表面に到
達するが、ひさしの窓側の表面に形成された放射率の高
い膜に吸収されるため、この赤外光線がひさし表面でさ
らに反射することはない。

【００１５】この発明の実施例４によれば、ひさしは約
３０〜１００Ｋに冷却されているので、ひさしの窓４の
側の表面に形成された放射率の高い膜からは不要な赤外
光線が放射されることはない。

【００１６】この発明の実施例５によれば、ひさしの長
さを数１により設定すれば、デュワ内部の外筒５や台３
のどの場所から不要な赤外光線が放射されても、ひさし
は最短の長さでそれらの赤外光線が直接赤外線検出素子
１に到達しないように設定される。

【００１７】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明の実施例１を示すデュワの断
面図であり、図において３１は、窓４の表面に形成さ
れ、３〜５μｍ帯の波長を透過し、それ以外の波長帯の
赤外光線を反射させるフィルタ膜である。その他は従来
の技術の説明したので省略する。次に動作について説明
する。図１において物体１１から発しレンズ９で絞られ
た赤外光線１２は窓４に到達し、さらに窓４を透過して
フィルタ膜３１に到達する。フィルタ膜３１で波長３〜
５μｍ帯の光線１２ａだけが透過し、３〜５μｍ以外の
波長帯の成分は反射されてしまうため、３〜５μｍの波
長帯以外の光線１２ｂがデュワ内部に入り込むことはな
い。同様にデュワ外部から内部に向かって進む外部不要
赤外光線１３も、窓４のフィルタ膜３１で３〜５μｍ以
外の波長帯の成分は反射されてしまうため、３〜５μｍ
の波長帯以外の光線１３ｂがデュワ内部に入り込むこと
はない。これにより赤外線検出素子１およびコールドシ
ールド６に熱として吸収されるエネルギが減少するた
め、クーラ８の熱負荷が低減され、クーラ８の冷却能力
は小さくても赤外線検出素子１を所定の温度に冷却する
ことができる。

【００１８】実施例２．図１はこの発明の実施例２を示
すデュワの断面図であり、図において３１はコールドシ
ールド６の窓４の側の開口の外周部に窓４と略平行で外
周方向に張り出した板形状のひさしである。その他は従
来の技術の項で説明したので省略する。図２はこの発明
の実施例２の動作を示す図であり、図において１４はデ
ュワ内部の外筒５または台３から放射された不要な赤外
光線、１４ａはフィルタ膜３１で透過する波長３〜５μ
ｍ帯の赤外光線、１４ｂはフィルタ膜３１で反射される
３〜５μｍ以外の波長帯の赤外光線である。図２におい
て、デュワ内部では、外筒５や台３から放射され窓４の
方向に向かう不要赤外光線１４は一部はひさし３２に到
達し、一部はフィルタ３１に到達する。ひさし３２に到
達した赤外光線１４はそこで反射または吸収され透過す
ることはない。一方フィルタ膜３１に到達した赤外光線
１４は、波長３〜５μｍ帯の赤外光線１４ａは透過する
ため窓４を透過してデュワの外部に出るが、３〜５μｍ
の波長帯以外の赤外光線１４ｂはフィルタ膜３１で反射
される。この赤外光線１４ｂは赤外線検出素子１に向か
うが、ひさし３２に遮断されて赤外線検出素子１に到達
することはない。図５のように従来のコールドシールド
６のままであると、フィルタ膜３１で反射された赤外光
線１４ｂはコールドシールド６の内側に侵入し、赤外線
検出素子１に到達して画像にノイズとして現れる。

【００１９】実施例３．図３はこの発明の実施例３を示
すデュワの部分断面図である。図においてひさし３２の
窓側の表面には放射率の高い膜２０が形成されており、
ひさし３２の窓側の表面と逆の表面には放射率の低い膜
２１が形成されている。次に動作について説明する。実
施例２の項で述べたように、外筒５や台３から放射され
窓４に向かう赤外光線１４の一部はフィルタ膜３１に到
達し、３〜５μｍ以外の波長帯の赤外光線１４ｂが反射
されてひさし３２の窓側の表面に到達する。ひさし３２
の窓側の表面には前述したように放射率の高い膜２０が
形成されているため、到達した赤外光線１４ｂは反射す
ることなく吸収される。ひさし３２の窓側の表面に放射
率の高い膜２０が形成されていない場合は、赤外光線１
４ｂはひさしの表面で一部が反射して再度フィルタ膜３
１に向かい、そして赤外光線１４ｂは再度フィルタ膜３
１で反射して赤外線検出素子１に到達し画像上にノイズ
として現れることになる。一方ひさし３２の窓側と逆の
表面には放射率の低い膜２１が形成されているため、外
筒５や台３から放射される不要な赤外光線１４が到達し
ても吸収されずに反射される。従って不要な赤外光線が
熱となって吸収されないため、熱負荷が大きくならない
ですむ。

【００２０】実施例４．図３はこの発明の実施例４を示
すデュワの部分断面図であり、図においてひさし３２は
コールドシールド６に接合され、またコールドシールド
６は赤外線検出素子１に接合されている。このとき赤外
線検出素子１は約３０〜１００Ｋに冷却されているた
め、コールドシールド６、ひさし３２も約３０〜１００
Ｋに冷却されている。前述したように、ひさし３２の窓
側の表面には放射率の高い膜２０が形成されているが、
ひさし３２は約３０〜１００Ｋに冷却されているため、
その表面から赤外線はほとんど放射されないので赤外線
検出素子１に不要な赤外線が到達して画像にノイズが発
生することはない。

【００２１】実施例５．図４はこの発明の実施例５を示
すデュワの部分断面図であり、図においてＬ１はひさし
３２の幅の長さ、Ｌ２はひさし３２と窓４のフィルタ膜
３２の間の長さ、Ｌ３はコールドシールド４の内径寸
法、Ｌ４はひさし３２と赤外線検出素子１の長さであ
る。図においてひさし３２の幅Ｌ１の半分の位置で反射
する光線で、ひさし３２の外周部と内周部ぎりぎりを通
過する光線は、コールドシールド６となす角度θが最も
小さな光線となる。この光線１４がコールドシールド６
の最も奥深く到達する光線であり、この光線１４が赤外
線検出素子１にぎりぎり到達しないようにひさし３２の
幅Ｌ１を設定する。このようにひさし３２の幅Ｌ１を決
定すれば、デュワ内部の外筒５や台３から放射されひさ
し３２で反射する光線はどんな場合でも赤外線検出素子
１に直接到達せず、ひさし３２やコールドシールド６に
到達して吸収されるかひさし３２の外に出てしまうこと
になり、Ｌ１はその条件で最も短い長さである。このＬ
１は数１で表される。

【００２２】

【発明の効果】この発明の実施例１によれば、窓４の赤
外線検出素子１の側に３〜５μｍの波長帯の赤外光線を
透過し、かつ３〜５μｍの波長帯以外の赤外光線を反射
するフィルタ膜３１を設けたので、デュワの外部から赤
外線検出素子１またはコールドシールド６に不要な赤外
光線が到達することがなく、約３０〜１００Ｋの低温部
の熱負荷は小さくなる。それにより本発明を用いた赤外
線検出装置はクーラの冷却能力は従来より小さくてもす
み、従来の赤外線検出装置に比べて消費電力が少なくな
ると同時に小型で質量を小さくできる。

【００２３】この発明の実施例２によれば、コールドシ
ールド６の先端部に半径方向に張り出した板形状のひさ
し３２を具備したので、デュワ内部からの不要赤外光線
がフィルタ膜３１で反射しても直接に赤外線検出素子１
に到達することがなく、ノイズのない良好な画像を得る
ことができる。

【００２４】この発明の実施例３によれば、ひさし３２
の物体側の表面に放射率の高い膜２０を形成したので、
フィルタ膜３１で反射した光線がひさし３２に到達して
も反射せずに吸収される。従って反射光線が赤外線検出
素子に到達することがなく、ノイズのない良好な画像を
得ることができる。また、ひさし３２の物体１１と逆側
の表面に放射率の低い膜を形成したので、ひさし３２の
物体１１と逆側の表面にデュワ内部から不要な赤外光線
が到達しても吸収されることなく反射されつため、約３
０〜１００Ｋの低温部の熱負荷は小さくなる。それによ
り本発明を用いた赤外線検出装置はクーラの冷却能力は
従来より小さくてもすみ、従来の赤外線検出装置に比べ
て消費電力が少なくなると同時に小型で質量を小さくで
きる。

【００２５】この発明の実施例４によれば、ひさし３２
を約３０〜１００Ｋに冷却したので、ひさし３２から不
要な赤外線が放射されることがなく、赤外線検出素子１
に不要な赤外線が到達することはない。従って、ノイズ
のない良好な画像を得ることができる。

【００２６】この発明の実施例５によれば、ひさし３２
の幅Ｌ１の数１の長さに設定したのでＬ１は最も短い長
さとなり、小型で質量の小さな赤外線検出装置とするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１はこの発明の実施例１および実施例２に
よる赤外線検出装置の赤外線検出素子実装部を示す断面
図である。

【図２】 図２はこの発明の実施例２による赤外線検出
装置の窓とコールドシールドの詳細を示す拡大図であ
る。

【図３】 図３は不要な赤外光線に対してこの発明の実
施例３および実施例４によるフィルタ膜とひさしの作用
を示す図である。

【図４】 図４はこの発明の実施例５による赤外線検出
装置のコールドシールド部に具備されたひさしの幅を説
明する部分図である。

【図５】 図５はこの発明の実施例１による赤外線検出
装置のコールドシールド部に具備されたひさしがない場
合を説明する部分図である。

【図６】 図６は従来の赤外線検出装置の素子実装部を
示す断面図である。

【図７】 図７は従来の赤外線検出装置のコールドシー
ルド部を詳細に示す拡大図である。

【符号の説明】

１ 赤外線検出素子、２ 内筒、３ 台、４ 窓、５
外筒、６ コールドシールド、７ 排気管、８ クーラ
冷却棒、９ レンズ、１０ レンズ鏡筒、１１物体、１
２ 赤外光線、１３ 鏡筒からの不要な赤外光線、１４
外筒からの不要な赤外光線、１５ 配線、１６ 端
子、１７ デュワ、２０ 放射率の高い膜、２１ 放射
率の低い膜、３１ フィルタ膜、３２ ひさし。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 赤外光線を透過する窓と前記窓と端部で
   封止されて接合される外筒と前記外筒のもう一方の端部
   で封止されて接合される台と前記台の中央部の穴に端部
   で封止されて接合される内筒とで構成されるデュワと、
   前記デュワ内で前記内筒のもう一方の先端部に保持され
   る赤外線検出素子と、前記窓の面の側に開口を持つ筒状
   のコールドシールドと、前記赤外線検出素子を冷却する
   ためのクーラを有する赤外線検出装置において、前記窓
   の前記赤外線検出素子側の表面に波長３〜５μｍ帯の赤
   外光線を透過し、かつ前記波長帯以外の波長の赤外光線
   を反射するフィルタ膜を形成したことを特徴とする赤外
   線検出装置。
2. 【請求項２】 前記コールドシールドの開口部の外周部
   に前記窓と略平行で前記コールドシールドの外周方向に
   張り出した板形状のひさしを具備したことを特徴とする
   請求項１記載の赤外線検出装置。
3. 【請求項３】 前記ひさしの前記窓の側の表面には放射
   率の高い膜を、また、前記ひさしの前記窓と反射側の表
   面には放射率の低い膜を具備したことを特徴とする請求
   項２記載の赤外線検出装置。
4. 【請求項４】 前記ひさしは、約３０Ｋ〜１００Ｋに冷
   却していることを特徴とする請求項２記載の赤外線検出
   装置。
5. 【請求項５】 前記板形状のひさしの幅Ｌ１は、次式で
   示されることを特徴とする請求項２記載の赤外線検出装
   置。 【数１】