JPS6055007B2 - 赤外線検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は赤外線検知装置とくに光量子型赤外線検知素子
を使用する赤外線検知装置に関するものである。

狭いエネルギー間隙を有する半導体を赤外線に対する光
電変換素子として使用する赤外線検知素子は、光量子型
赤外線検知器と呼ばれ、通常常温よりはるかに低い温度
に冷却して使用する。

上記光量子型赤外線検知器の冷却手段として最近はペル
チエ効果を利用した固体熱電素子（以下ペルチエ効果素
子と言う）を使用するものが多くなつてきている。その
主な理由は冷却部が固体であるため、液体窒素等の液状
冷媒を使用する型の検知器に比し小型であるだけでなく
検知器のゆれや傾斜に際し液の流出等の不都合を生じな
いからである。ただしペルチエ効果素子は一種の固体熱
ポンプであつて、被冷却体の熱エネルギーを吸収して外
部へ放散させることによつて冷却を行うとともに、若干
の自己発熱もあるので、大面積の放熱板に取付けて使用
する必要がある。一方赤外線検知装置は一般に観測の対
象となる赤外線放射物体（以下観測対象物という）から
の放射を断続する光チョッパを具えており、比較的廉価
な機種においては上記光チョッパを基準放射源として流
用する。

すなわちこのような機種は光チョッパの遮光板からの放
射と観測対象物からの・放射とを交互に赤外線検知器に
入射させ、光チョッパの遮光板の温度を基準として観測
対象の温度を測定するように構成されている。しかるに
上記光チョッパは種々の原因により常に温度が変動し易
い。

温度変動の原因としてまず・挙けられるのは赤外線検知
装置外囲の気温変動であるが、たとえ病院内等エア・コ
ンディショニングを施した場所で該検知装置を使用する
場合にも放熱板や光チョッパ駆動用モータ等の発生する
熱のため光チョッパの遮光板（以下チョッパブレードと
いう）の温度は徐々に上昇する傾向がある。このような
チョッパブレードの温度変化は通常適確な予測が困難で
あつて、結果として対象物の温度測定値に誤差を生じさ
せる原因となる不都合がある。そこで本発明者は以前に
特願昭５２−１０５３５５号により、光チョッパよりも
前方（観測対象物側）に補助放射源を設けた赤外線検知
装置を提案した。

この先願の装置においては補助放射源は透孔を有する金
属板であつて、常に外界とほぼ等しい温度にあり、該金
属板の主として透孔近傍部分からの放射パワーが観測対
象物から来る放射パワーとともに赤外線検知器に入射す
る。それゆえ外界の温度が上昇すれは観測対象物とは無
関係に上記補助放射源からの入射パワーが増大するため
チョッパブレードの温度上昇に基因する測定誤差の一半
は前記の補助放射源からの入射パワー増大分により補正
されて減殺される。しかしながらペルチエ効果素子を主
体とする冷却器を用いる赤外線検知装置においては上記
素子に取り付ける放熱板の発熱が著しく、チョッパブレ
ードはこの影響を受けるが、補助放射源は上記放熱板と
の距離が遠いため上述した放熱板の発熱の影響を比較的
に受け難い。

これに基因して上記補助放射源による観測誤差の補正が
不充分となることを本発明者は見出した。本発明は前述
の点に鑑みなされたもので、光チョッパの前方に透光窓
を有する補助放射源を設け該補助放射源の温度を放熱体
の温度と関連させて制御し、以つてチョッパブレードに
基因する測定誤差を完全に補正する新規なる赤外線装置
を提供するものである。

以下図面を用いて本発明の実施例につき詳細に説明する
。

第１図は本発明の赤外線検知装置の一実施例を簡略系統
図として示したもので、赤外線検知素子Ｄは光量子型で
あつて、パワートランジスタのケースとほ〜同型の窓付
きケース１内に光電変換素子のチップが冷却用のペルチ
エ効果素子とともに組み込まれている。

該窓付きケース１はフランジ部２において放熱板３に取
付けられていて、ペルチエ効果素子から放出される熱は
上記放熱板３を通じて外部へ放散される。ＣＨは光チョ
ッパで、本実施例では光チョッパＣＨは半円形のチョッ
パブレード４を有し、回転周期のほぼ１１２の時間だけ
外来光を遮断するものとした。なお回転のための駆動機
構は省略した。上記光チョッパ４と結像用光学系たとえ
ばレンズ５との間に補助放射源ＨＳが設置されている。
本実施例においては該補助放射源ＨＳは中央に透孔６を
有する金属板であつて、不要の反射等を防ぐために黒色
塗装が施されており、さらにその一部にヒータ７が設け
られている。ヒータ７は補助放射源ＵＳの温度を調節す
るために設けられたもので、その役割については後に詳
述する。８はヒータ７に対する通電用端子であつて、ヒ
ータ７の発熱量は上記通電用端子８に接続されているヒ
ータ電力制御回路９（以下単に制御回路と言う）によつ
て制御される。

１０は温度検出素子で、放熱板３の温度に対応する電圧
を発生する。

制御回路９は温度検出素子１０の出力電圧に応じてヒー
タ７の電力を制御するので、上記温度検出素子１０は制
御回路９の一部分とも見做し得るが、便宜上両者を別個
に示した。つぎに第１図に示した装置の動作について説
明する。

図示の装置の動作中外部の気温が上昇したと仮定する。

このときチョッパ４の温度も上昇するがこのままでは観
測対象物の温度が見掛け上低くなる方向の測定誤差を生
ずる。そこで本実施例においては補助放射源ＵＳとして
透孔６を有する金属板をレンズ５と光チョッパＣＨ間に
設置し、補助放射源ＨＳの放射パワーを観測対象物から
来る放射パワーに重畳させて赤外線検知器Ｄに入射させ
るとともに補助放射源ＨＳの温度を、放熱板３の温度を
基準として制御する。

このようにすれば補助放射源ＨＳの温度を、放熱板３の
温度を基準としてとして制御することができるから、制
御回路９の伝達関数の選択により最適な値に補助放射源
ＵＳの温度を設定するとが可能となり、本明細書のはじ
めの部分において述べた、補助放射源ＨＳがチョッパブ
レード４よりも放熱板３から遠いことに基因する補正不
充分を完全に防止することができる。第１図の実施例に
おいては理解の便宜のためにヒータ７を赤外線検知素子
および放熱板３とは独立させて設けたが、該赤外線検知
素子Ｄ内のベルチエ効果素子に流す動作電流の一部また
は全部を利用して補助放射源ＨＳの温度を制御してもよ
い。

たとえば前記ペルチエ効果素子の電流をトランジスタで
制御する場合には該トランジスタを補助放射源ＵＳに取
付けるか、または上記電流をヒータまたは抵抗器に流し
て発生するジュール熱で補助放射源ＨＳの温度を制御す
る等の手段を用いてもよい。さて第１図の実施例装置に
おいては放熱板３と補助放射源ＨＳとの間には直接の熱
伝導がきわめて少ない。

しかしながら上記両者の温度変化はなるべく密接に相伴
つて起こることが好ましいので、この観点からは両者の
間の熱伝導を良好にすることもまた測定誤差を減少せし
める上に有効である。本明細書における第２の発明は上
述の観点からなされたもので、その一実施例を第２図に
示した。本図において第１図と同等の部分には同一符号
を付した。本第２図において、補助放射源ＨＳＡは平板
状でなく１コョ字状の断面を持ち、放熱板３の側面にね
じ止めされている。

しかしてこの補助放射源ＨＳＡは高熱伝導率の金属たと
えば銅またはアルミニウム等から成つているので、放熱
板３の熱は伝導によつて補助放射源ＨＳＡに流れるため
、放熱板３、補助放射源ＨＳＡ両者の温度はほぼ平行し
て変動する。本実施例ではチョッパＣＨは側方を補助放
射源ＨＳＡの延長部分で囲まれた形となつているから、
そのブレード４の温度は放熱板３および補助放射源ＵＳ
Ａ両者の温度によく追従して変化する。したがつて第１
図の場合のように放熱板の温度を検出して補助放射源の
温度を制御する必要は一般にないが、もちろん条件いか
んによつて補助放射源の温度を制御し得るようにすれば
さらに便利である。とくに、チョッパからの放射パワー
と補助熱源からのそれとが同量赤外線検知素子に入射す
るようにし得れば、観測対象物から入射するパワーに直
接比例する電気信号が得られる。すなわち赤外線検知素
子の出力を交流増幅器で増幅したとき得られる信号の振
幅をＶ１赤外線検知素子に入射する放射パワー中被観測
体からのものをＷ。

、チョッパブレードからのものをＷ１、補助放射源から
のものをＷ２とすれば、が成立する。

ただしＫは比例定数である。そこでもしＷ１＝Ｗ２が成
立すれば、上の（１）式からとなることがわかる。した
がつて増幅後の電気信号の振幅Ｖは直接観測対象物の放
射パワーに比例し、チョッパ温度に影響されなくなる。
第２図に示すように、補助放射源ＨＳＡと放熱板３とで
チョッパブレード４を取り囲むようにすれば近似的にＷ
１＝Ｗ２とすることが可能であり、（２）式が完全には
成立しないとしてもチョッパの温度変動の影響を大幅に
減少させることができる。以上の説明ではペルチエ効果
素子は大面積の放熱板に取付けられているものとしたが
、ひだ付きの放熱ブロック等に取付けられている場合で
も同様の効果が得られることはいうまでもない。

以上説明した本発明に係る赤外線検知装置は、補助放射
源を付設ししかもその温度をペルチエ効果素子の放熱体
の温度と関連して制御するようにしたためチョッパブレ
ードの温度の変化に基因する温度測定値の誤差から免れ
ることができる。さらにチョッパブレードから赤外線検
知素子に入射する放射パワーと、補助放射源から入射す
るパワーとを等しくしたときは観測対象物から入射する
放射パワーに直接比例する電気信号が得られるという優
れた利点がある。ゆえに放射温度計のみならす赤外線映
像装置等に適用してきわめて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る赤外線検知装置の一実施例を示す
簡略系統図、第２図は本発明の他の一実施例を示す簡略
系統図である。 Ｄ：赤外線検知素子、１：赤外線検知素子のケース、２
：フランジ部、３：放熱板、ＣＨ：チヨツパ、４：チヨ
ツパブレード、５：レンズ、ＨＳおよびＨＳＡ：補助放
射源、６：透孔、７：ヒータ、８：ヒータの通電用端子
、９：制御回路、１０：温度検出素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 観測対象物の実像を結ぶ結像用光学系と、該光学系
   の結像面に設けられ、熱ポンプ型冷却器により冷却され
   る赤外線検知素子と、上記冷却器の放出する熱を外界に
   放散する放熱体と、上記赤外線検知素子に入射する結像
   光を断続する光チョッパと、該光チョッパと上記光学系
   との間の光路上に設けられ結像光の透過窓を有する補助
   放射源と、該補助放射源の温度を上記放熱体の温度に追
   従して変化させる補助放熱源の温度制御手段とを具備し
   たことを特徴とする赤外線検知装置。 ２ 観測対象の実像を結ぶ結像用光学系と、該光学系の
   結像面に設けられ、熱ポンプ型冷却器により冷却される
   赤外線検知素子と、上記冷却器の放出する熱を外界に放
   散するための放熱体と、上記赤外線検知素子に入射する
   結像光を断続する光チョッパと、該光チョッパと上記光
   学系との間の光路上に設けられ、結像光の透過窓を有す
   る補助放射源とを具備し、該補助放射源は高熱伝導率の
   部材を介して上記放熱体に熱的に結合されていることを
   特徴とする赤外線検知装置。