JPH11258037A

JPH11258037A - 赤外線検出器

Info

Publication number: JPH11258037A
Application number: JP10065433A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Fujii; 信生藤井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】赤外線検出器において、コールドシールドを
冷却するために多くの冷熱を消費するので素子冷却に要
する時間が長かった。【解決手段】冷凍機のコールドシールドをシリンダヘ
ッドの薄板部を介して接合することにより、コールドシ
ールド温度を素子温度よりも高い温度とし、素子冷却に
要する時間を短縮した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、監視、あるい
は、温度計測に用いられる赤外線撮像装置の赤外線検出
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の赤外線検出器を示す図であ
る。図において１は冷凍機、２は外筒、３は赤外線検知
素子、４はコールドシールドを示す。冷凍機１は膨張機
５、圧縮機６で構成され、膨張機５の内部の空間と、圧
縮機６の内部の空間は連結管７を介して連通している。
膨張機５はシリンダ８、シリンダヘッド９、フランジ１
０を備える。シリンダヘッド９は、冷凍機１内部で生成
した冷熱を効率的に赤外線検知素子３に伝達するため
に、例えば鉄・コバルト合金、あるいは、鉄・ニッケル
合金等の金属で作られている。外筒２は、端子板１１、
シェル１２、排気管１３、赤外線を透過する窓１４、ゲ
ッター１５で構成される。端子板１１はフランジ１６、
フランジ１７、および、フランジ１６、フランジ１７の
内側に設けられた電気端子１８，１９と、フランジ１
６、フランジ１７の外側に設けられた電気端子２０，２
１を備える。電気端子１８，１９はそれぞれ電気端子２
０，２１と電気的に接続されている。ゲッター１５は電
気端子１９に接合されている。窓１４とシェル１２、シ
ェル１２と排気管１３、および、シェル１２とフランジ
１６はそれぞれ気密を保つように接合されている。ま
た、フランジ１７は膨張機５のフランジ１０と気密を保
つように接合されている。赤外線検知素子３は冷凍機１
のシリンダヘッド９に接合されている。赤外線検知素子
３は電気端子２２を備え、電気端子２２、および電気端
子１８に半田接合された配線基板２３を介して端子板１
１の電気端子２０に電気的に接続されている。コールド
シールド４は赤外線検知素子３に接合されている。

【０００３】次に動作について説明する。赤外線は窓１
４を通して赤外線検知素子３の表面に結像する。赤外線
検知素子３は赤外線の強弱に応じて電荷キャリアを発生
する。この電荷は赤外線検知素子３内部の集積化された
電荷転送部で読み出され、電気端子２２、配線基板２
３、電気端子１８、端子板１１、電気端子２０を経由し
て、図には示していないが、外部信号処理回路に送られ
る。温度外乱を除去するために、赤外線検知素子３はシ
リンダヘッド９を介して冷凍機１内部で生成される冷熱
により約８０Ｋに冷却されている。赤外線検知素子３を
効率的に冷却するために、膨張機５と外筒２で囲まれた
空間は真空維持され、外筒２外部の環境と真空断熱され
ている。また、赤外線検知素子３の上部に１５０Ｋ以下
の温度に冷却されたコールドシールド８を設け、反射光
等の不用な赤外線を吸収するようになっている。冷凍機
１を動作させてから赤外線検知素子３が所定の冷却温度
に冷却されるまでの時間、すなわち、冷却時間は、冷凍
機１が発生する冷熱と、シリンダヘッド９に接合されて
いる部材の熱容量および冷却温度と、外筒２あるいはフ
ランジ１０からシリンダヘッド９に流入する熱量によっ
て定められる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の赤外線検出器は
以上のように構成されており、コールドシールドは素子
冷却温度、すなわち、約８０Ｋに冷却されてしまう。従
来装置ではコールドシールドを必要温度以下まで冷却す
るために多くの冷熱が消費されてしまい、赤外線検知素
子を所定の温度に冷却するために長い時間を要してい
た。

【０００５】さらに、赤外線検知素子は膨張機のフラン
ジから輻射熱を受ける構造となっているため、輻射熱を
冷却するために多くの冷熱が消費されてしまい、赤外線
検知素子を所定の温度に冷却するために長い時間を要し
ていた。

【０００６】また、赤外線検知素子と配線基板を直接半
田接合しているため、熱影響により赤外線検知素子を損
傷し、正常な信号を出力できなくなることがあり、赤外
線検出器の信頼性を高くする上での障害となっていた。

【０００７】さらに、赤外線検知素子冷却時には、赤外
線検知素子とシリンダヘッドの線膨張係数の違いによ
り、赤外線検知素子は弓状に変形する。この変形により
赤外線検知素子が損傷し、正常な信号を出力できなくな
ることがあり、赤外線検出器の信頼性を高くする上での
障害となっていた。

【０００８】この発明はかかる課題を解決するためにな
されたものであり、赤外線検出器の冷却時間を短縮し、
また、高信頼性な赤外線検出器を得ることを目的として
いる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明による赤外線
検出器は、冷凍機のシリンダヘッドが円筒部と、円筒部
の直径よりも大きい直径をもつ円輪部と、円筒部と円輪
部の間の薄板部から構成され、円筒部に赤外線検知素子
を接合し、円輪部にコールドシールドを接合したもので
ある。

【００１０】また、第２の発明による赤外線検出器は、
冷凍機のシリンダヘッドが円筒部と、円筒部の直径より
も大きい直径をもつ円輪部と、円筒部と円輪部の間の薄
板部から構成されており、円筒部に赤外線検知素子を接
合し、円輪部にコールドシールドを接合し、薄板部にス
リットを設けたものである。

【００１１】また、第３の発明による赤外線検出器は、
冷凍機のシリンダヘッドが第１の円筒部と、第１の円筒
部の直径より小さい直径の第２の円筒部から構成されて
おり、第１の円筒部にスリットを設けた薄板状のプレー
トを接合し、第２の円筒部に赤外線検知素子を接合し、
プレートにコールドシールドを接合したものである。

【００１２】また、第４の発明による赤外線検出器は、
第３の発明による赤外線検出器のプレートの、冷凍機に
正対する面に赤外吸収率が低い膜を備えたものである。

【００１３】また、第５の発明による赤外線検出器は、
冷凍機のシリンダヘッドが第１の円筒部と、第１の円筒
部の直径より小さい直径の第２の円筒部から構成されて
おり、配線基板に接続されたピンと、ピンと電気的に導
通しているパッドと、パッドと同一面に設けられたリン
グとを備えた基板を第１の円筒部に接合し、赤外線検知
素子を第２の円筒部に接合し、かつ、コールドシールド
を基板に設けられたリングに接合したものである。

【００１４】また、第６の発明による赤外線検出器は、
第１の発明による赤外線検出器の赤外線検知素子の窓に
正対する面に、シリンダヘッドと同一材料からなる枠状
のブロックを設けたものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１を示す図である。図において、２〜３，６
〜８，１０〜２３は従来装置と全く同じものである。３
０はシリンダヘッド、３１はコールドシールド、３８は
膨張機、３９は冷凍機である。

【００１６】図２はこの発明の実施の形態１を示す詳細
図である。図において、３，２２，２３は従来装置と全
く同じものである。冷凍機３９の膨張機３８は、円筒部
３５と円輪部３６と薄板部３７とで構成されたシリンダ
ヘッド３０を備える。赤外線検知素子３は円筒部３５に
接合され、コールドシールド３１は円輪部３６に接合さ
れる。

【００１７】次に動作について説明する。この発明の実
施の形態１による赤外線検出器は従来装置と全く同様に
動作するが、コールドシールド３１はシリンダヘッド３
０の円輪部３６に取り付けられているため、円輪部３５
と円筒部３６の間の薄板部３７の熱抵抗により、赤外線
検知素子の冷却温度よりも高い温度となる。すなわち、
コールドシールドの温度を素子冷却温度よりも高くでき
るため、コールドシールド３１を冷却するための冷熱を
必要最小限とすることができ、赤外線検知素子を所定の
温度に冷却するために要する時間を短縮することができ
る。

【００１８】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２を示す詳細図である。図において、３，２２，２３
は従来装置と全く同じものである。また、コールドシー
ルド３１は実施の形態１と全く同じものである。４０は
シリンダヘッドであり、実施の形態１と同様に円筒部４
１と円輪部４２と薄板部４３とで構成されているが、薄
板部４３にはスリット４４が設けられている。配線基板
２３はスリット４４の中を通り、赤外線検知素子３の電
気端子２２に半田付けされている。

【００１９】この発明による実施の形態２の赤外線検出
器は、この発明による実施の形態１の赤外線検出器と全
く同様に動作する上、配線基板の実装が容易である。

【００２０】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形
態３を示す図である。図において、２〜３，６〜８，１
０〜２３は従来装置と全く同じものである。５０はシリ
ンダヘッド、５１はコールドシールド、５２はプレー
ト、５６は膨張機、５７は冷凍機である。

【００２１】図５はこの発明の実施の形態３を示す詳細
図である。図において、３，２２，２３は従来装置と全
く同じものである。膨張機５６は、第１の円筒部５３と
第２の円筒部５４とで構成されたシリンダヘッド５０を
備えている。また、薄板状のプレート５２はスリット５
５を備えており、第１の円筒部５３に接合される。コー
ルドシールド５１はプレート５２に接合される。また、
配線基板２３はスリット５５を介して赤外線検知素子３
の電気端子２２に半田付けされる。

【００２２】この発明の実施の形態３の赤外線検出器
は、従来装置と全く同様に動作するが、コールドシール
ド５１は、シリンダヘッド５０の第１の円筒部に取り付
けられたプレート５２を介してシリンダヘッド５０に接
合されているため、プレート５２の熱抵抗により、赤外
線検知素子３の冷却温度よりも高い温度となる。すなわ
ち、特殊なシリンダヘッドをもつ冷凍機を使用すること
なく、コールドシールドの温度を素子冷却温度よりも高
くし、コールドシールド５１を冷却するための冷熱を必
要最小限とすることができ、赤外線検知素子を所定の温
度に要する時間を短縮することができる。

【００２３】実施の形態４．図６はこの発明の実施の形
態４を示す詳細図である。図において、３，７，１０，
２２，２３は従来装置と全く同じものである。また、５
０，５１，５３〜５７はこの発明の実施の形態３と全く
同じものである。プレート６０はこの発明の実施の形態
３のプレート５２と同様の形状をもつが、プレート６０
の冷凍機５７のフランジ１０に正対する面には、例えば
金メッキあるいはニッケルめっき等の赤外線吸収率が低
い膜６１が設けられている。

【００２４】この発明による実施の形態４の赤外線検出
器は、この発明による実施の形態３の赤外線検出器と全
く同様に動作し、さらに、プレート６０の冷凍機５７の
フランジ１０に正対する面に赤外吸収率が低い膜６１を
備えているので、フランジ１０からの輻射熱量を低減で
き、赤外線検知素子を所定の温度に冷却するために要す
る時間をさらに低減することができる。

【００２５】実施の形態５．図７はこの発明の実施の形
態５を示す詳細図である。図において、３，２２，２３
は従来装置と全く同じものである。また、５０，５１，
５３，５４はこの発明の実施の形態３と全く同じもので
ある。７０は中空円盤状の例えばセラミック等で作られ
た基板であり、基板７０の内径部分にはシリンダヘッド
５０との接合面を形成する金属性のガイド７１を備えて
いる。また、基板７０は表面にパッド７２、裏面にピン
７３を備えている。基板７０のパッド７２が設けられた
面にはリング７４が設けられ、コールドシールド５１が
接合される。パッド７２とピン７３は例えばニッケルめ
っき、および、金めっき等で形成されたパターン７５に
より電気的に導通している。基板７０のリング７１はシ
リンダヘッド５０と接合され、ピン７３は配線基板２３
と半田接合される。また、赤外線検知素子３の電気端子
２２とセラミック配線板７０のボンディングパッド７１
は、図には示していないが、例えばボンディングワイヤ
等により電気的に導通している。

【００２６】この発明による実施の形態５の赤外線検出
器は、従来装置と全く同様に動作するが、赤外線検知素
子３の電気端子２２を半田接合していないため、半田接
合工程において熱影響による赤外線検知素子の損傷がな
く、正常な信号を出力できなくなることがない。

【００２７】実施の形態６．図８はこの発明の実施の形
態６を示す詳細図である。図において、３，５，２２，
２３は従来装置と全く同じものである。また、３０，３
１，３８はこの発明の実施の形態１と全く同じものであ
る。８０はシリンダヘッド３０と同じ材質、すなわち、
例えば鉄・コバルト合金、あるいは、鉄・ニッケル合金
等の金属で作られた枠状のブロックであり、赤外線検知
素子３の外縁部分に取り付けられる。

【００２８】前記のように構成された赤外線検出器はこ
の発明の実施の形態１と全く同様に動作するが、赤外線
検知素子の上面と下面を例えば鉄・コバルト合金、ある
いは、鉄・ニッケル合金等の同じ材料で作られた部材で
挟み込む構造であるため、赤外線検知素子冷却時におい
ても赤外線検知素子の弓状の変形は小さく、赤外線検知
素子が損傷することはない。

【００２９】

【発明の効果】第１の発明によれば、コールドシールド
３１はシリンダヘッド３０の円輪部３６に取り付けられ
ているため、円輪部３５と円筒部３６の間の熱抵抗によ
り、シリンダヘッド３０の円筒部３６に取り付けられて
いる赤外線検知素子３の冷却温度よりも高い温度とな
る。すなわち、コールドシールド３１を最小限の冷熱で
冷却できるので、赤外線検知素子を所定の温度に冷却す
るために要する時間を低減することができる。

【００３０】また、第２の発明によれば、配線基板の実
装を簡素化した上で、第１の発明による赤外線検出器と
全く同様の効果を得ることができる。

【００３１】また、第３の発明によれば、コールドシー
ルド５１はプレート５２を介してシリンダヘッド５０に
接合されているので、プレート５２の熱抵抗により、赤
外線検知素子の冷却温度よりも高い温度に維持される。
すなわち、特殊なシリンダヘッドをもつ冷凍機を使用す
ることなく、コールドシールド５１を冷却するための冷
熱を必要最小限とし、赤外線検知素子を所定の温度に冷
却するために要する時間を短縮することができる。

【００３２】また、第４の発明によれば、プレート６０
の膨張機５のフランジ１０に正対する面に赤外吸収率が
低い膜６１を備えているので、フランジ１０からの輻射
熱量を低減でき、赤外線検知素子を所定の温度に冷却す
るために要する時間をさらに短縮することができる。

【００３３】また、第５の発明によれば、赤外線検出器
は第３の発明による赤外線検出器と全く同様に動作する
が、赤外線検知素子３の電気端子２２が半田接合してい
ないため、熱影響により赤外線検知素子を損傷により正
常な信号を出力できなくなることがなく、高信頼性の赤
外線検出器を得ることができる。

【００３４】また、第６の発明によれば、赤外線検知素
子は上面と下面を同じ材料で作られた部材で挟み込まれ
る構造となるため、赤外線検知素子冷却時においても赤
外線検知素子の弓状の変形は小さいので、赤外線検知素
子が損傷することはなく、高信頼性の赤外線検出器を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１を示す図である。

【図２】この発明の実施の形態１を示す詳細図であ
る。

【図３】この発明の実施の形態２を示す詳細図であ
る。

【図４】この発明の実施の形態３を示す図である。

【図５】この発明の実施の形態３を示す詳細図であ
る。

【図６】この発明の実施の形態４を示す詳細図であ
る。

【図７】この発明の実施の形態５を示す詳細図であ
る。

【図８】この発明の実施の形態６を示す詳細図であ
る。

【図９】従来の赤外線検出器を示す図である。

【符号の説明】

１冷凍機、２外筒、３赤外線検知素子、４コー
ルドシールド、５膨張機、６圧縮機、７連結管、
８シリンダ、９シリンダヘッド、１０フランジ、
１１端子板、１２シェル、１３排気管、１４
窓、１５ゲッター、１６フランジ、１７フラン
ジ、１８電気端子、１９電気端子、２０電気端子、
２１電気端子、２２電気端子、２３配線基板、３
０シリンダヘッド、３１コールドシールド、３５
円筒部、３６円輪部、３７薄板部、３８膨張機、
３９冷凍機、４０シリンダヘッド、４１円筒部、
４２円輪部、４３薄板部、４４スリット、５０シ
リンダヘッド、５１コールドシールド、５２プレー
ト、５３第１の円筒部、５４第２の円筒部、５５
スリット、５６膨張機、５７冷凍機、６０プレー
ト、６１赤外線吸収率が低い膜、７０基板、７１
ガイド、７２パッド、７３ピン、７４リング、７５
パターン、８０ブロック。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒部、この円筒部の直径より直径が大
きい円輪部、および、この円輪部と前記円筒部との間の
薄板部からなるシリンダヘッドを備えた冷凍機と、前記
シリンダヘッドの前記円筒部に接合され、赤外線を電気
信号に変換する赤外線検知素子と、前記冷凍機に気密接
合され、前記赤外線検知素子を覆う外筒と、この外筒に
気密接合され、前記赤外線検知素子に赤外線を入射する
窓と、前記シリンダヘッドの前記円輪部に接合され、不
用な赤外線を吸収するコールドシールドと、前記外筒に
設けられ、外筒の内部から外部へ前記赤外線素子の信号
を出力する配線板と、この配線板、および、前記赤外線
検知素子を電気的に接続する配線基板とで構成された赤
外線検出器。
【請求項２】前記シリンダヘッドの前記薄板部にスリ
ットを設けたことを特徴とする請求項１記載の赤外線検
出器。
【請求項３】第１の円筒部、および、この第１の円筒
部の直径より小さい直径の第２の円筒部からなるシリン
ダヘッドを備えた冷凍機と、前記シリンダヘッドの前記
第２の円筒部に接合され、赤外線を電気信号に変換する
赤外線検知素子と、前記冷凍機に気密接合され、前記赤
外線検知素子を覆う外筒と、この外筒に気密接合され、
前記赤外線検知素子に赤外線を入射する窓と、前記シリ
ンダヘッドの前記第１の円筒部に接合され、スリットを
備えた薄板状のプレートと、このプレートに接合され、
不用な赤外線を吸収するコールドシールドと、前記外筒
に設けられ、外筒の内部から外部へ前記赤外線素子の信
号を出力する配線板と、この配線板、および、前記赤外
線検知素子を電気的に接続する配線基板とで構成された
赤外線検出器。
【請求項４】前記プレートの前記冷凍機に正対する面
に赤外線吸収率が低い膜を備えたことを特徴とする請求
項３記載の赤外線検出器。
【請求項５】第１の円筒部、および、この第１の円筒
部の直径より小さい直径の第２の円筒部からなるシリン
ダヘッドを備えた冷凍機と、前記シリンダヘッドの前記
第２の円筒部に接合され、赤外線を電気信号に変換する
赤外線検知素子と、前記冷凍機に気密接合され、前記赤
外線検知素子を覆う外筒と、この外筒に気密接合され、
前記赤外線検知素子に赤外線を入射する窓と、前記外筒
に設けられ、外筒の内部から外部へ前記赤外線素子の信
号を出力する配線板と、この配線板、および、前記赤外
線検知素子を電気的に接続する配線基板と、前記シリン
ダヘッドの前記第１の円筒部に接合され、前記配線基板
と電気的に導通しているピン、このピンと電気的に導通
しているパッド、および、このパッドが設けられている
面に設けられたリングを備えた基板と、この基板の前記
リングに接合され、不用な赤外線を吸収するコールドシ
ールドとで構成された赤外線検出器。
【請求項６】前記赤外線検知素子の前記窓に正対する
面に、前記シリンダヘッドと同一材料からなる枠状のブ
ロックを接合したことを特徴とする請求項１記載の赤外
線検出器。