JPS61239210A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ｑ個の放射感知素子から成るｐ列のマトリッ
クスであって１個の放射感知素子の寸法に比べて大きな
表面領域を有すると共にｐ×ｑ個の出力信号を作成する
マトリックスと、所望のスペクトル感知域において透明
であって、観察される被写体から発する有用な放射光を
前記感知素子に伝播する冷却された光ファイバのバンド
ルとを具え、放射光を電子信号に変換する光電変換装置
に関するものである。

このような光電変換装置においては、背景の温度が高く
背景から検出器の感度波長域にある放射光が放射される
場合、検出器又は感知装置の視野を規制する必要がある
。このような場合不所望な背景からの光束によってノイ
ズ及び検出器から出力されるｄ、ｃ信号が背景温度の関
数として増大する不都合が生じてしまう。

この不所望な光束に対処する簡単な方法は、検出器の前
面に低温シールドを配置し、不所望な光束が入射する立
体角を規制して被写体から放射する放射光と対応する有
用な値を作成することである。

検出器が複数の検出素子を有する場合、低温シールドを
用いても各検出素子の視野を別の方法で規制する必要が
ある。この低温シールドによって規制される角度は、各
検出素子の低温シールドに対する相対位置に応じて定ま
る。

本発明は、矩形領域に亘って分布する複数の素子からな
るマトリックスを一般的に有する焦点面アレイ検出器に
特に関するものである。低温シールドに対して特定の位
置を占める各感知素子は、別の素子によって受光される
光束とは異なる光束をそれぞれ受光する。受光される光
束の一部は有用な光束（通常対物レンズから発する中心
光束）であり、それ以外の部分は背景光束（通常対物レ
ンズのマウントから発し角度を有する光束）である。

この作用は検出器の素子の感度や振幅に影響を及ぼし、
又これらの素子と検出器に生じた電荷を処理するための
回路との結合にも影響を及ぼすことになる。対物レンズ
のマウントから発した光束はこのマウントの温度の関数
となるから、この影響を補正して直接入射する光束に対
して全ての検出素子を均一に応答させねばならない。

上述した光束が光ファイバのバンドルの一端で受光され
他端が本明細書の冒頭部で述べた検出器に結合ささてい
れば、補正を行うことができる。

ファイバの受光角に等しい立体角で入射する被写体から
発する放射光は検出器の各感知素子で受光され、一方背
景部分から発し入射角がファイバの受光角より大きい不
所望な光束は光ファイバのクラッドで吸収される。

特願昭５８−４３６７３号公報には、光ファイバのバン
ドルの一端がショットキーバリヤー光検出器を有する検
出素子と接触しているこの種の装置が開示されている。

この装置の検出器アレイは、放射光の入射面と対向する
表面に複数の電極が配置され、冷却されねばならず、検
出器を液体窒素内に浸漬することにより冷却を行ってい
る。この光ファイバの機能は他端で受光される光束を伝
送すると共に検出器と光ファイバとの接触点及び光ファ
イバと冷却液体との間の接触点を介して検出器を均一に
冷却することである。従って、この装置は視野を規制す
るように機能せず、しかも特に後側表面が露出し冷媒中
に浸漬する作業が必要となるショットキーバリヤー検出
器に関するものである。

このため、一端が外部雰囲気温度中にあり他端が冷媒中
にある著しく長いファイババンドルを用いる必要がある
。この結果、冷却液体が実質的に消失する不都合が生じ
てしまう。

本発明による光電変換装置は、検出器マトリックスの視
野を規制すると共に視野を一様なものとするように作用
する。本発明は浸漬することなく通常の方法で冷却され
る全ての型式の検出器に関するものである。

本発明は明細書冒頭部分の光電変換装置において、前記
光ファイババンドルが、複数の面のうちの１個の面が低
温支持部材に接続される薄いファイバプレートを有し、
前記複数の素子から成るマトリックスが低熱伝導率の周
囲部材の内側で前記低温支持部材に装着され、前記ファ
イバプレートが前記スペクトル域に対して透明なカバー
に対向配置され、放射を受光する各感知素子の均一な立
体角がファイバの受光角と等しくなるように構成したこ
とをｖｆ徴とするものである。

光ファイバに入射した放射光がコアとクラッドとの間で
もはや全反射せず種々のファイバが相互に結合されてフ
ァイバアレイを形成するための材料によって吸収されて
しまう角度を超える最大受光角を光ファイバが有するこ
とは既知である。このファイバ結合部材の屈折率をｎｏ
＋　コアの屈折率をｎｌ’＋　クラッドの屈折率をｎ２
とすれば、受光角Ｕは次式で定まる。

ｎｏ　５１ｎｕ＝　　（ｎ＋”　ｎｚ”）　’Ａファイ
バアレイは冷却されるので、一層大きな角度の光線によ
るエネルギー分布は無視さ、ファイバアレイは全ての検
出素子に対して同一の角度を画成する低温シールドとし
て機能する。

ファイバアレイの入射側に対物レンズを配置し、この対
物レンズの出射瞳を無限遠に位置させると共にその開口
をファイバの開口と等しいか又はそれ以上に大きくすれ
ば、測定すべき放射光を放射する被写体から発した光線
だけが検出器に入射することになる。

従って、検出素子の位置に依存したりマウントの温度に
依存する不所望な光束の変化によるような欠点および不
所望な光束によって生ずるノイズが軽減されることにな
る。

以下図面に基づき本発明の詳細な説明する。

第１図は１個の検出器のある感知素子（例えば素子１．
１６及び３２）に対する実際の立体角Ω８を示す。これ
らの立体角は、焦点面Ｆ内に配置した検出器から距離Ｚ
の位置に配置した低温シールド已によって規制される。

これらの素子は立体角Ω□、ΩＲＩ＆及びΩＲ３□にそ
れぞれ対応している。

この第１図には各素子のを効な視野Ｕも図示する。

本例では低温シールドＥは３２　Ｘ　３２個の検出器素
子から構成されるマトリックスから５１の位置に配置さ
れ、これら素子は５０μｍの幅を有し互いに５０μｍだ
け離間している。このマトリックスがｆナンバーＦ／４
を存する開放光学系の焦点に配置されている場合、素子
の位置に応じて０．４９〜０．６２ステラジアンの範囲
で変化する実際の立体角かえられ、この結果有効視野は
０．０５ステラジアンとなる。

第２図に示す本発明による装置は光ファイバから成る薄
いプレート１を有し、この薄いプレート１が低温支持部
材２に装着され、低温支持部材２上に検出器４が取り付
けられており、光ファイバは検出器４と当接し又は検出
器４かられずかな距離だけ離間している。

支持部材２は、カバー５によって前面が閉じている周囲
部材３の一部分を形成する。

ファイバアレイ及びカバー５は所望の伝播スペクトル域
において透明であり、装置のスペクトル感度を特定の使
用条件に適合させるように選択することができる。この
構成により光ファイバを低温シールドとして使用するこ
とができ、背景光束が減少し検出器の感度が改善される
。

周囲部材３及びカバー５によって囲まれる空間６は真空
とするか又は低熱伝導率のガスで充填される。

検出器４の支持部材として作用する周囲部材３の支持部
材２は凹部７を画成し、その内壁は任意の方法によって
、例えば液体窒素のような冷媒に直接接触させたり、開
回路中でのガスの流通、閉回路中で冷却機を用いたりし
て冷却される。

空間６内に配置した検出器４は、ｑ個の素子から成るｐ
列のマトリックスを有している。光フアイバアレイは入
射ビームと検出器４との間に配置されているので、各素
子で受光される光線は光ファイバの受光角と対応する立
体角Ω１中に位置している。これらｑ個の素子から成る
ｐ列のマトリックスから検出器の機能としてｐ×ｑ個の
出力信号が形成される。検出器の機能とば別にｐ×ｑ個
の出力信号を多重出力して単一の出力を形成することが
必要な場合には、ハイブリッド構造を用いたり２次発生
赤外線検出器におけるモノリシック検出器構造を用いて
これら２種の機能を結合することができる。

第３図、第４図及び第５図に冷却した光ファイバを用い
て各検出素子に対する有効な視野Ω工を画成する例を示
す。これらの線図は、上述した特徴を有するマトリック
ス及び光学装置に関するものである。各ファイバアレイ
はクラッド（−−−−−−−−−−−ｑ、、−＋　、ｑ
、、、（ｌｎ−＋−−−−−−−）が設けされると共に
樹脂製のカプセル部材により相互接続されるか又は第３
図及び第４図に示すように互いに溶着されたファイバ本
体（−−−−−−・ｆ　ｎ−１＊　　ｆ　ｎ　＋　　ｆ
　ｎ＋１　’−’）を有し、コアガラス及び外側ガラス
を有する各ファイバは単一の検出器素子と協働している
ことを明記すべきである。

第３図では検出素子−・・−・ｅｎ−１＋　　ｅｎ　＋
　　ｅｎ＋１−−−−一−−は対応するファイバと接触
しているが、これに対して第４図においては各検出器は
ファイバから距離ｄだけ離間している。

１本の光ファイバを検出器の各素子と協働させる場合に
は、光ファイバを検出素子に対して正確に位置決めする
必要がある。この問題は検出素子の寸法に比べて小さい
寸法の赤外線光ファイバを用いることにより解消するこ
とができる。第５図に示す例では各検出素子はに個のフ
ァイバｆ、と協働している。これらのファイバも相互接
続され、検出器と接触しまたは離間し適切に冷却される
アレイを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は低温シールドから距離Ｚの位置の焦点面内に配
置した検出器に対する立体角を示す線図、第２図は本発
明による検出器マトリックスの視野を規制する装置の構
成を示す線図、 第３図は検出器が光ファイバと対向配置されて各検出素
子が１個の光ファイバと協働する本発明による装置の第
１実施例の構成を示す線図、第４図は検出器が光ファイ
バから距離ｄだけ離間し各検出素子が１個の光ファイバ
と協働する本発明による装置の第２実施例の構成を示す
線図、第５図は光ファイバが検出素子と対向又は離間し
て配置された検出器の各検出素子かに個の光ファイバと
協働する本発明による装置の第３実施例の構成を示す線
図である。 １・・・プレート　　　　　２・・・支持部材３・・・
周囲部材　　　　　４・・・検出器５・・・カバー　　
　　　　６・・・空間７・・・凹部 ０１％−ＩＩ　ｅＩ’ｌｌ　’！　＋１４１・・・検出
素子ｆ　ｎ−１＋　ｆ　Ｉ’ｌｌ　ｆ　ｎ４１　・・・
光ファイバｇ　ｎ−１＋　ｇ　ＩＩＩ　ｇ　ｆｉｅｌ・
・・クラッドΩ１・・・視野 ■・・・カプセル部材 ＦＩＧ、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ｑ個の放射感知素子から成るｐ列のマトリックスで
   あって、１個の放射感知素子の寸法に比べて大きな表面
   領域を有すると共にｐ×ｑ個の出力信号を作成するマト
   リックスと、所望のスペクトル感知域において透明であ
   って、観察される被写体から発する有用な放射光を前記
   感知素子に伝播する冷却された光ファイバのバンドルと
   を具え、放射光を電子信号に変換する光電変換装置にお
   いて、前記光ファイババンドルが、複数の面のうちの１
   個の面が低温支持部材に接続される薄いファイバプレー
   トを有し、前記複数の素子から成るマトリックスが低熱
   伝導率の周囲部材の内側で前記低温支持部材に装着され
   、前記ファイバプレートが前記スペクトル域に対して透
   明なカバーに対向配置され、放射を受光する各感知素子
   の均一な立体角がファイバの受光角と等しくなるように
   構成したことを特徴とする光電変換装置。 ２、前記周囲部材が真空状態とされていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の光電変換装置。 ３、前記周囲部材が低熱伝導率のガスで充填されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光電変換
   装置。 ４、前記検出器がｐ×ｑ個の信号を出力する検出機能に
   加えて、この検出器がｐ×ｑ個の信号出力を多重出力す
   る機能を達成して１個の単一出力を形成するように構成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項
   のいずれか１に記載の光電変換装置。 ５、前記検出素子の各々が、前記ファイバアレイプレー
   トの１個の単一光ファイバと協働するように構成したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項のいず
   れか１に記載の光電変換装置。 ６、前記検出素子の各々が、前記ファイバプレートの複
   数の光ファイバと協働するように構成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか１に記
   載の光電変換装置。 ７、前記光ファイバのスペクトロ伝播域が特定の使用条
   件に適合され、入射信号が濾波され及び／又は検出器の
   感度が低温フィルタを使用することにより改善されるよ
   うに構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項か
   ら第６項のいずれか１に記載の光電変換装置。