JPS586136B2 - コウデンソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は１個以上の光電素子を具える光電装置、特にこ
れに限定されるものではないが、複数個の検出素子を具
え低温で動作する赤外検出セル（インフラレッド デイ
テクタセル）の如き赤外放射線検出器に関する。

例えば、赤外検出セルの如き光電装置は既知であり、こ
れらは冷却媒質用溜または他の冷却装置を受けるハウジ
ングを形成する内側ジャケットと、この内側ジャケット
と相俟って真空室を形成する外側ジャケットとを有する
真空フラスコ（ジュワーフラスコ）を以って構成され、
前記真空室内の内側ジャケットの端壁上に少なくとも１
個の光電素子を塔載し、前記外側ジャケットの隣接端壁
に光電素子の動作範囲内の波長の放射線を透す窓を設け
ている。

これら装置においては真空室の作用により１個以上の素
子を周囲から熱的に、または任意の汚染物から絶縁する
。

斯様な装置を構成する場合に生ずる問題は、真空室中の
内側ジャケットの端壁上に塔載した１個以上の光電素子
に引込導線を形成することにある。

この場合、相互に絶縁する必要のある引込導線をシール
して真空室内に通す必要がある。

例えば、引込導線をジャケットの壁のガラス部分を経て
通す場合には完全なガラス対金属シールが要求される。

内側ジャケットをガラス管状部材とし、引込導線を真空
室内のガラス部材の外部表面上に設けて、これら導線を
装置の基部において引き出すようにした構造のものもあ
る。

これら構造では、真空室内に引込導線を設けるという構
造上の要請により装置の組立が困難となり、更には内側
ガラス部材の外側表面上に引込導線を設けることにより
装置の全体の大きさを許容制限内に押えることが困難と
なるきいう欠点が生ずる。

このことは、複数個の光電素子を有しかつ多数の引込導
線を有する装置、例えば、閉空間部内に検出器アレイを
取り付けてある赤外検出セルの場合において特に問題と
なる。

更に光電素子と装置の基部における接続端子例えばピン
ー基部構成部との間に任意１個の引込導線が延在する場
合、数個の異なる線部材を設け、かつその隣接部材間に
おいて接続を形成する必要がある。

例えば、ある従来装置においては、素子およびピンー基
部間において各引込導線を３つの異なる線部材を以って
構成し、これらの隣接する線部材間に接続を形成してい
る。

引込導線をある構造のいくつかの相互接続部材を以って
構成するかどうかは装置の組立方法によってほぼ決まる
。

同様に、この問題は非常に多数の引込導線を多素子装置
に必要とする場合に、更に厳しいものとなる。

これらの欠点を除去せんとするために、従来より引込導
線の長さのほぼ全体の部分が真空室内に存在しないよう
にした装置構造が提案されている。

第１図は、低温で動作する多素子赤外検出セルを以って
構成した従来装置の断面図を示す。

本装置を精密中ぐりを有する無水珪酸ガラスの内側管状
部材１を具え、この部材の閉鎖部２により、中間キヤリ
アフレート４上に位置した複数個の検出素子を支持する
面を、形成する。

部材１は二重壁構造の排気シールされたコディアル（Ｋ
ｏｄｉａｌ）ガラスの外側部材内に嵌合する。

外側部材を内壁５および同心円の外壁６を以って構成し
、内外両壁を下端において、環状部材７により結合する
。

外壁６の上端部に合成サファイアの窓８を形成し、内壁
５の上端に合成サファイアの窓９を更に形成する。

窓８および９を互いにかつ検出素子３の上面に対して平
行にする。

線１０の形態の引込導線を検出素子３の電極に接続し、
内側管状部材１の外面に沿って、前記外面と二重壁構造
の外側部材の内壁５の隣接面との間に導出する。

線１０を二重壁構造部材の環状部材７に固定された塔載
用基部上のピン１１に接続する。

本構造によれば、二重壁真空室の外側に引込導線を設け
て各引込導線に対する複数個の接続線部材を必要としな
いけれども、本構造においては内側管状部材１の外面と
外側の二重壁構造部材の内壁５の隣接面との間に線を配
設する場合には、各線と、これら線が存在する隣接面間
に適当なシールを用いて容易に組立できる構体との間の
相互の絶縁を十分に行うためには特殊な手段が必要とな
る欠点がある。

１実施例においては、内側管状部材１の外面に切溝を形
成してここに線をはめ、内側管状部材１を押し込んで内
壁５に嵌合させることができる。

他の実施例においては、内側管状部材１の外面と内壁５
の面との間に、プラスチック材料の中間薄層を設け、こ
れに接着剤を用いて線を固定する。

ビンー基部内に充填材料１２を設け、これを内側管状部
材１および二重壁構造の外側部材の内壁５間の小空間に
延在させる。

実際には、このようにして形成したシールでは十分では
ない。

その理由は支持表面２および窓９間の素子が配置される
部分には例えば、窒素雰囲気が充満されているが、水蒸
気がチャンネルに沿って線の外周を伝わって流れ、この
水蒸気が素子上に凝縮して装置の性能を低下させてしま
うからである。

本発明によれば、１個以上の光電素子と、１端において
閉鎖され前記各素子に対する支持面を形成した内側管状
部材と、該内側管状部材の外側に延在しかつ該内側管状
部材の閉鎖端部に隣接する側の端部に窓部材を有する外
側管状部材とを具え、前記内および外両管状部材を、前
記支持面および前記窓部材から離間した側の部分におい
て互いに結合して前記各素子に対する閉空間部を形成し
、更に他に、複数個の金属線を以って構成した前記各素
子用引込導線を具える赤外放射線検出器において、前記
引込導線を前記内側管状部材の壁中に埋込んであり、前
記金属線を前記支持面から前記内側管状部材の開口端へ
と前記内側管状部材の壁中に延在させて前記金属線を該
開口端の壁から導出させてあり、さらに前記内側管状部
材をガラス製としおよび該内側管状部材の壁の外面上の
前記閉鎖端部から離れた側の位置に金属シール管を固定
してあり、さらにまた前記外側管状部材をガラス製とし
および該外側管状部材の前記窓部材から離れた側の端部
に別の金属シール管を固定してあり、該別の金属シール
管を前記内側管状部材上の前記金属シール管に接合させ
てあることを特徴とする。

内側管状ガラス部材の壁内に引込導線を埋設封入するこ
とにより、以下説明する如く、構成上の特徴、装置の組
立、装置の性能および信頼性等に関して種々の利益を奏
することができる。

構造上の観点からすれば、前記埋設封入引込導線により
装置の全体の大きさを許容限界内に維持することができ
、特に複数個の線を適当な間隔で配置し、所定の大きさ
の内側管状部材の壁内において相互に絶縁するよう構成
する場合には、前記複数個の引込導線を有する多素子装
置に対して有効的となる。

装置の組立を第１図に示す従来構造よりも比較的に筒単
にすることができ、隣接する面間に線を有効的なシール
を用いて設けるため生ずる問題を回避することができる
。

さらに内側管状部材の着脱の際に引込導線を損傷するお
それはない。

また、既に説明した如く、引込導線の主要部を封入部の
外部へ導出してデザインおよび組立に関して多くの利益
を奏するように構成することができる。

内側管状ガラス部材の壁内に線を埋設封入することによ
り、内外両管状部材と支持面および窓部材から離れた側
の前記部材を経る接続手段とを種々の構造にすることが
できる。

これがため、二重壁構造の内または外側部材を設ける必
要がない。

一般に線の直径を選定する場合には、熱伝導率を低くす
るためには直径を小さく、また直列抵抗を小さくするた
めには直径を大とするということを考慮して所望の如く
選定する必要がある。

しかしながら、所定の直径の線を所定の壁厚および直径
の内側管状ガラス部材の壁内に埋設封入する場合におけ
るその容易さが問題となる。

引込導線の各々を複数個の相互接続線部材を以って必ら
ずしも構成する必要はないが、これら引込導線を設置す
ることにより生ずる利益を本発明による装置の構造にお
いても奏することができる。

各線と各素子上の電極との間には種々の接続形態が可能
である。

埋設封入された線を内側管状部材の支持面内またはこの
面に隣接する壁の１端から導出して、この導出部を素子
上の電極と接触させる。

しかしながら、好適な実施例においては、封入された線
を内側管状部材の支持面において終端させ、支持面の周
囲に隣接する接続部材を形成し、更に例えば線の如き導
電性接続部を前記接続部材および素子上の電極間に配置
する。

斯る場合に、支持面と封入された線の端部とを一緒に平
坦になるように研磨して支持面とほぼ同一平面の接続部
材を形成し、よって接続パッドを形成する。

接続部材に対して熱圧縮ボンデイング（ｔｈｅｒ−ｍｏ
ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｂｏｎｄｉｎｇ）線を接続
して、この線を更に素子上の電極に接続する。

研磨された面において接続部材を形成する線の端部に、
この研磨に続いて、例えば金を電気メッキする。

素子を支持面上に受部材を介して塔載し、これがため装
置が赤外検出器である場合には、この構造は有益となる
。

その理由は受部材は熱を素子から冷却媒質または内側部
材内に設けられた冷却装置としての熱溜に伝達されるか
らである。

斯様な受部材をセラミック板とし、これを支持面上に配
設する。

素子を支持するセラミック板の表面上に例えば、スクリ
ーンプリンテイングまたはスパッタリングによって形成
した複数個の導電性接続細条を設け、該接続細条により
素子上の電極および支持面に露出した線の端部における
接続部材間の接続通路の１部分を形相する。

既知の各種の方法においては、電極および接続細条間に
例えば熱圧縮ボンデイング線によって接続部を形成する
。

同様に線を露出線端部の接続部材に熱圧縮結合し、更に
接続細条に結合するか、または斯様な細条が無い場合に
は、直接素子の電極に結合することができる。

内側管状部材およびその閉鎖端部を単一ガラス部材で形
成するこきができる。

また、この閉鎖端部を最初、例えばガラス板の如き個別
部材を以って構成し、この場合、管壁中に線を埋設封入
した後に引続いて円筒状ガラス管の端面に前記部材をシ
ールする。

内側管状部材の１端における支持面の区域を、内側管状
部材の隣接する部分の全断面区域よりも犬とすることが
できる。

この管に周囲膨大部を設けて支持面と線端部とを研磨し
て平坦にする場合に線端部が管壁から離脱するのを防止
することができる。

これがため、研磨中に生ずる表面端縁のチツピング（ｃ
ｈｉｐｐｉｎｇ）が、線端部が埋設されている区域にま
で拡がらないようにする必要がある。

更に、熱圧縮ボンデイングを支持面と同一面をなす線端
部に接点を形成するための手段として用いる場合には、
形成されるガラス支持面の端縁から前記周囲膨大部によ
り、線を有効的に離間させてボンデイング工具によって
圧力が加えられている場合に、ガラスの端縁がひび割れ
てしまうのを防止することができる。

この周囲膨大部を前記部材の壁中に線を埋設した後に続
いて内側管状部材の端部に溶融形成した環状ガラスリン
グによって形成する。

内側管状部材をガラスとする場合には、金属シール管を
内側管状部材の壁の外面上の閉鎖端部から離れた側の位
置に固定し、内側管状部材の開口端において壁から導出
した封入線を金属シール管の内側に位置させる。

斯様な構造において、外側管状部材の壁をガラスとしお
よび別の金属シール管を外側管状部材の窓部材から離れ
た側の端部に固定し、該金属シール管を例えば、溶接接
合によって、内側管状部材の金属シール管に接合する。

内側管状部材の壁の表面上に固定した金属シール管の前
記部分内に線の導出部分を埋設するための充填材料を充
填して設ける。

線のこの導出部分の各々に絶縁材料より成るスリーブを
設ける。

内側および外側管状部材を金属シール管を経て上述した
如く接合する方法は１例にすぎず、他にも種々の接続方
法がある。

しかしながら、金属シール管を有する前記好適形状にお
いては、これら部材および最終接続部を組立た後に素子
を新しいものに取換えたりまたは通常はシールされてい
る封入部内に位置した装置の部分に別の接続部を形成し
たい場合に、内側および外側の両管状部材を離脱させる
ことができる。

斯様な構成は、ある素子または素子のある内部接続部の
故障により装置の動作が停止してしまうようなセルの場
合に特に好適であり、更に、全装置を交換する場合より
も故障を修理する場合の方が安価にすむという経済的利
益を奏する。

内側管状部材を全長にわたってほぼ均一の内径を有する
円筒ガラス管を以って構成する。

斯様な所謂“精密中ぐり”管は、装置を低温で動作する
赤外検出セルとする場合に、所望なものとなる。

その理由は、液体冷却媒質を用いる冷却装置の円筒ヘッ
ドを内側管状部材に挿入させることができるからである
。

しかし、他の冷却部材、例えば、シュールーケルビンま
たはライテンフロストクーラーを低温で動作する装置に
使用することができ、この場合には内側管状部材に精密
中ぐりを設ける必要性がなくなる。

光電装置の特性およびその適用状態に応じて、内側およ
び外側の両管状部材間の閉空間部を排気シ、不活性ガス
雰囲気を満たしまたは部分的に熱絶縁材料を満たすこと
もできる。

閉空間部を排気する場合にはゲツター材料を入れても良
い。

本発明による装置を例えば、内側管状部材の壁中に封入
された２個の線のみを有する唯一の光電素子を以って構
成するが、本構成による利益は更に多数の引込導線を必
要とする複数個の光電素子を以って装置を構成する場合
にも更に重大となる。

装置を複数個の素子を以って構成する場合には、これら
素子を支持面上に中間部材を経て素子を単一列に配置し
た１次元配列または素子を複数列に配置した２次元配列
として好ましくは塔載することができる。

しかし、必らずしも素子を直線的パターンとして配列す
る必要はない。

これら素子を環状または他の任意所望パターンに配列す
ることもできる。

複数個の素子を有する装置においては、内側管状部材の
壁中に封入された線を前記壁中を経て、管軸にほぼ平行
にかつほぼ均一距離だけ離間して延在させることができ
る。

内側管状部材の壁の閉鎖端から離れた側の端面から導出
されている封入線を装置の外部へ直接導くので、これら
線を他の回路構成成分に容易に接続させることができる
。

更に、ピンー基部を設け、かつ線の導出部分をこのピン
に固定することができる。

放射線しやへい装置を設けて窓を経て入射する以外の方
向からの素子へ入射する放射線をさえぎるようにするこ
とが有益である。

このように、例えば外側管状部材をガラスとする場合に
は、しやへい装置を外側部材に設ける必要がある。

可視光に感応する装置の場合には外側管状部材の全体を
ガラスで形成する。

赤外感応装置の場合には、窓部材を合成サファイア、珪
素またはゲルマニウムで形成する。

ある装置の場合には、放射線しやへい装置を閉空間部内
側および外側の両管状部材間に設ける。

この場合、しやへい装置を低放出性陽極酸化アルミナを
以って構成し、これに中央開口部を設け、この装置を支
持面または支持面上のセラミック塔載板上に設ける。

以下、図面につき本発明を説明する。

第２および３図に示す赤外検出セルにガラス管２１を以
って構成した内側管状部材を設ける。

管２１をその１端において、支持面２３を形成するガラ
ス端部材２２で閉鎖する。

内側管状部材２１２２をガラス管２６を以って構成する
外側管状部材内に延在させる。

管２６の上端を珪素の窓部材２７で閉鎖する。

管２１の閉鎖端２２および支持面２３から離れた側の端
部に、鉄−ニツケル−コバルト合金から成る金属シール
管２８を管壁の外面に、ガラス対金属シールで、固定す
る。

シール管２８に搭載フランジ２９および周囲溶接フラン
ジ３０とを設ける。

管２６の窓部材２７から離れた側の端部に鉄−ニツケル
−コバルト合金から成る金属シール管３１をガラス対金
属シールを用いて管壁の端面に固定する。

シール管３１に溶接フランジ３２を設け、これをシール
管２８上のフランジ３０に溶接する。

内側管状部材２１，２２の組体と、外側管状部材および
窓部材２６．２７と接続シール管２８，３１とにより閉
空間部３６を形成する。

管２６の側壁中に、閉空間部３６を排気した後にシール
したポンプステムを設ける。

また、管２６の側壁中に金属ピン３４をシールしてバリ
ウムゲツター材料が設けられたスターラツプ３５を支持
する。

内側管状部材２１の壁中に１２０個の線４１を設け、こ
れらを壁のガラス内に埋設封入する。

ニロ ケー（ＮＩＬＯ Ｋ）（商品名）として入手でき
る材料から成るこれら線の直径を０．１５ｍｍとし、管
２１の壁中を管軸に平行に均一に離間して延在させる。

線４１をこの管壁の長手方向に沿って延在させ、かつ管
壁の下端の端面４３を経て導出させる。

線の導出部をシール管の下側部分で囲み、このシール管
内において、線を珪素ゴムのようなポツテイング（ｐｏ
ｔｔｉｎｇ）化合物から成る環状部材４４によって、相
互に離間保持する。

更に、線の導出部の各々に絶縁材料から成るスリーブ４
５をはめ込む。

これらスリーブを有する線を種々の既知装置を用いて、
セルを用いる装置の他部分に接続することができる。

第２および３図に示すセルの場合には内側管状部材２１
および２２内の空間４６に冷却装置を挿入することがで
きる。

例えば、液体冷媒ジュールーケルビン冷却装置、または
ランデンフロストクーラーの如き、使用冷却方法により
、管２１に内部精密中ぐりを形成する場合もあり、また
形成しない場合もある。

線４１を管壁２１の上端の支持面２３内で終端させる。

支持面と線の端部とを一緒に研磨して平坦面を形成する
ので線の端部面は支持面２３と同一平面となり、更に接
続部材５１を形成する。

線のこれら端面に無電解メッキによって金の薄層を形成
する。

支持面２３上にアルミナ板５２を設置する。

板５２の上面に６個のアンチモン化インジウム部材５３
を互いに離間して一列に配置するが、これらを接着剤で
板５２の面に貼付ける。

アンチモン化インジウムの各部材５３を基部から突出す
る６個のフインガ部を有する櫛歯状構造とする。

これらフインガ部の端部上に電極層５７を蒸着して形成
する。

各櫛歯状構造の基部上に共通電極層５８を蒸着して形成
する。

従って各櫛歯状構造には６個の検出区域を設ける。

図を明確にするために、電極層５７および５８から線の
端部の接続部材５１への電気接続部を６個の部材５３の
うちの１個に対してのみ示す。

これら電気接続部をアルミナ板の表面上に、スクリーン
プリンテイングまたはスパッタリングによって形成した
金製細条５９から成るパターンとする。

線６０を細条５９の内側端部と櫛歯状構造上の電極との
間に接続する。

この場合、接続部を例えば熱圧縮ボンドで形成する。

同様に、線６２を金製の細条５９の外側端部と表面２３
と同一平面をなす線の端部によって形成した接続部材５
１との間に接続する。

第３図は図示的に示したものであり、線４１を検出素子
に接続する接続部を示すための図である。

金製の細条５９のパターンを図示のパターンとは異なる
形状に形成することもできる。

更に、アンチモン化インジウム部材５３の個数および位
置を著しく異なるようにすることもでき、図示の実施例
においては一定数の線の端部接続部材（全体で１２０個
）のみを利用した場合を示す。

上述した如き構造を使用する一層複雑な配列の場合には
、電極接続部の総数を１２０個以上としなければ個別の
検出区域の総数を増加させることができる。

また、本発明は幾多の変形および変更が可能である。

この場合、例えば、内側管状部材の直径、および内側管
状部材の壁中に埋設した線の個数を夫々異なった値およ
び個数とすることもできる。

第４図は、第２および３図に示した赤外検出セルを変形
した赤外検出セルの一部を示す垂直断面図であり、図中
対応する部分には同一符号を附して示す。

本セルにおいては、内側管状部材２１，２２の閉鎖部２
２の支持面２３の区域を管２１の隣接する断面区域より
も大きくする。

これは管の端部上に環状ガラスリングをシールして周囲
部分６３を形成することにより得られる。

部分６３により、表面２３を研磨する間に線４１の端部
がガラスから離脱しないようにし、更には端部がクリツ
ピングされても有害とはならないようにする。

更に、露出された線の近くの周囲における支持面２３の
区域を有効的に増大させることにより、これら線の端部
によって形成される接続部材５１に対する熱圧縮ポンデ
イングを行う場合に役立つ。

その理由は、ひび割れの危険を減少させることができる
からである。

支持面２３の外周上に中央開口部６４を有する放射線し
やへい部材６３を塔載する。

検出素子の材料をアンチモン化インジウムとは別の、例
えばテルル化水銀カドミウムとすることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の低温で動作する多素子赤外検出セルを具
える装置の略線的断面図、第２図は本発明による赤外放
射線検出器特に低温で動作する多素子赤外検出セルの１
例を示す断面図、第３図は第２図に示す光電電池の内側
管状部材の支持面上に中間セラミック部材を介して塔載
した一列に配列した検出素子を示す平面図、第４図は第
２および第３図に示す赤外放射線検出器の変形例を示す
部分断面図である。 ２１・・・・・・内側管状部材、２２・・・・・・閉鎖
端部材、２３・・・・・・支持面、２６・・・・・・外
側管状部材、２７・・・・・・窓部材、２８・・・・・
・金属シール管、２９・・・・・・塔載フランジ、３０
・・・・・・周囲溶接フランジ、３１・・・・・・金属
シール管、３２・・・・・・溶接フランジ、３４・・・
・・・金属ピン、３５・・・・・・スターラップ、３６
・・・・・・閉空間部、４１・・・・・・線、４３・・
・・・・端面、４４・・・・・・環状部材、４５・・・
・・・スリーブ、４６・・・・・・空間、５１・・・・
・・接続部材、５２・・・・・・アルミナ板、５３・・
・・・・アンチモン化インジウム部材、５７・・・・・
・電極層、５８・・・・・・共通電極層、５９・・・・
・・金製細条、６０・・・・・・線、６２・・・・・・
線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ １個以上の光電素子と、１端において閉鎖され前記
   各素子に対する支持面を形成した内側管状部材と、該内
   側管状部材の外側に延在しかつ該内側管状部材の閉鎖端
   部に隣接する側の端部に窓部材を有する外側管状部材と
   を具え、前記内および外両管状部材を、前記支持面およ
   び前記窓部材から離間した側の部分において互いに結合
   して前記各素子に対する閉空間部を形成し、更に他に、
   複数個の金属線を以って構成した前記各素子用引込導線
   を具える赤外放射線検出器において、前記引込導線４１
   を前記内側管状部材２１の壁中に埋込んであり、前記金
   属線を前記支持面２３から前記内側管状部材２１の開口
   端へと前記内側管状部材の壁中に延在させて前記金属線
   を該開口端の壁から導出させてあり、さらに前記内側管
   状部材をガラス製としおよび該内側管状部材の壁の外面
   上の前記閉鎖端部から離れた側の位置に金属シール管２
   ８を固定してあり、さらにまた前記外側管状部材２６を
   ガラス製としおよび該外側管状部材の前記窓部材から離
   れた側の端部に別の金属シール管３１を固定してあり、
   該別の金属シール管３１を前記内側管状部材２１上の前
   記金属シール管２８に接合させてあることを特徴とする
   赤外放射線検出器。