JPS62228921A - 赤外線検出器 - 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、特にコンパクトな寸法と軽い重量だけでなく
急速な冷却特性を有するハウジングをそなえた赤外線検
出器に関するものである。

出願公開された英国特許出願第２１４７７３９号には、
ハウジングを有する赤外線検出器が記載されている。冷
却素子はハウジングの第２部分に入れられて検出器の動
作中検出器素子を冷却する。

ハウジングの正面の赤外線透過装置が赤外線を検出器素
子に通す。冷却素子が収められた第２部分は低い熱伝導
率と熱容量を有し、この場合、検出素子と赤外線透過窓
とが取付けられた第１部分の後方に位置される。このよ
うな装置は普通実際的なものである。けれども、ケーシ
ングは次のように設計される、すなわち、検出器素子は
極めて象、速に例えば２〜３秒以内に冷却可能で、検出
器は、冷却された動作状態が余り長い時間例えば最大で
も５分以上維持される必要のない状態で使用されるよう
に設計される。

本発明は、ハシジングと、このハウジングの第１部分に
取付けられた少なくとも１つの赤外線検出器素子と、検
出器の動作中検出器素子を冷却するだめにハウジングの
第２部分に入れられた冷却素子と、赤外線を検出器素子
に通すためのハウジングの正面の赤外線透過装置とを有
する赤外線検出器において、冷却素子は、ハウジングの
正面に向って該ハウジングの第１部分から延在するハウ
ジングの第２部分と第３部分の間に入れられ、ハウジン
グの第３部分は、そこを経て赤外線をハウジングの正面
から赤外線検出器素子に通すように、検出器素子の正面
で赤外線透過性であることを特徴とするものである。

本発明は、冷却素子と、検出器素子からハウジングの正
面に向って延在するハウジングの中空または赤外線透過
性の第３部分との配置によって、スペースの節約および
重量の軽減だけでなく急速冷却および検出器の光効率に
対して幾つかの重要な利点を供するコンパクトなハウジ
ングを得ることができるというＬ’２　識に基いたもの
である。この場合ハウジングの第３部分は、中空で、第
１部分および赤外線透過装置と共に囲いの一部を形成し
、入射赤外線を検出器素子の方に向ける働きをし、検出
器の電気接続部を支持しく例えば赤外線を指向させる反
射パターンの一部として）、第２および第３部分の間に
入れられた冷却素子によって動作中にやはり冷却可能な
レンズおよび／または窓および／またはフィルタを支持
することができる。

以下本発明を図面を参照して更に詳しく説明する。

図面は模型的なもので寸法比は無視しである。

図面の便宜上また見易くするために、寸法および割合は
誇張もしく、は縮小しである。なお図の実施例中対応す
る部分には同一符号を用いである。

第１図の赤外線検出器はハウジング１を有し、このハウ
ジング内に赤外線検出器素子２と冷却素子３が入れられ
ている。検出さるべき赤外線５０は、ハウジングｌの正
面例えばゲルマニウムの赤外線透過性の窓１５を経て検
出器素子２に入射する。本発明によれば、冷却素子３は
、検出器素子２が取付けられた第１部分１１からハウジ
ング１の正面に向って延在する第２部分１２と第３部分
１３との間に入れられる。ハウジング１の第３部分１３
は検出器素子２の正面で中空の形を有し、ここを経て赤
外線を窓１５より検出器素子２に通す。冷却素子３が入
れられる第２部分１２は中空の第３部分の周りに同心的
に位置する。

第１図の検出器では、検出素子２で検出される赤外線５
０の波長において、中空の第３部分１３の全内面の少な
くとも大部分が高い反射性を有する反射部分１８と１９
で、したがって入射した赤外線５０を検出器素子２に向
ける光パイプとして働く。この目的に対しては、第３部
分１３の反射性中空部がハウジングの第１部分から正面
に向って広がるのが有利である。したがって、ハウジン
グｌの中空の第３部分１３と第２部分の対向面とは第１
図に示すように一般に円錐形を有する。

冷却素子３は検出器の設計に適した任意の公知の形のも
のでよい。第１図に示すように、ハウジング１の中空の
第３部分１３は、ジュール・トムソン冷却器の金属配管
３１のらせんコイルが巻かれた截頭円錐状の心として働
く。圧縮流体（例えばアルゴンまたは乾燥空気）のボト
ル３０が電気的に作動されるガス流弁３４を経てコイル
状の配管３１の一端と連結される。この配管３１の反対
の端にはオリフィス３２があり、このオリフィスから、
圧縮流体が、検出器素子２の取付けられたハウジングの
第１部分１１に隣接したスペース２０内に膨張する。こ
の圧縮流体のオリフィス３２よりの膨張は、ジュール・
トムソン効果によって流体の急激な冷却（すなわち検出
器素子２の冷却）をもたらす。

スペース２０内に膨張した後、冷却された流体はハウジ
ングの第２部分１２と第３部分１３の間で配管３１の外
側を流れて戻り、オリフィス３２の上流の配管内の圧縮
流体を予冷する。この再生冷却効果は冷却剤の温度を急
速に下げるので、例えばアルゴンまたは空気のような冷
却剤はオリフィス３２からの膨張に先だってコイル状の
配管３１内で液化される。配管３１と流通冷却剤間の熱
交換を増すために、配管３１の外面は金属ひれを有する
のが普通である。再生冷却効果をよくするために、超絶
縁材料（例えばポリイミドや酸化アルミニウム）の積層
箔３５が存してもよい。

このようにして検出器素子２はその動作温度例えば１０
０’に以下または少なくとも１２０°に以下に急、速に
冷却される。検出器は、１秒より短かい冷却時間と例え
ば１〜５分の最大動作時間を有するように設計すること
ができる。

ハウジングの正面には、膨張した冷却剤の少なくとも幾
らかを窓１５の正面上に通ずための通気穴３６を該窓１
５の近くで設け、凝縮により窓が曇るのを防ぐようにす
るのが好ましい。前記の通気穴３６は、ハウジングの第
２部分１２の正面と結合され且つ冷却素子３と第３部分
１３をハウジング１内にクランプするクリップ装置の一
部を形成する保持板６１に形成することができる。

第１図に示すように、ハウジングｌの第３部分１３は、
冷却素子３のコイル状金属配管３１の心となるだけでな
く、第１部分１１および正面の窓１５と共に囲いを形成
する。第１図の検出器素子２はこの囲いの中に設けられ
ている。ハウジングの第３部分１３がこのように複数の
機能を果す結果、検出器のハウジング１の正面とボトル
３０間の距離を著しく減少できまた検出器の重量も軽減
できるコンパクトな場所を取らない装置が得られる。し
たがって検出器のハウジング１を第１図に示すようにボ
トル３０上に直接取付けることもできる。更に、冷却素
子により冷却されるに必要な熱容量は、極めて急速な冷
却時間を得るように減少することができる。第１図では
、検出器素子２と冷却素子３の両方のハウジングは、第
２部分１２と第１部分１１と正面の窓１５を有する第３
部分だけより成る。

前記の部分１２．１１および１３は成形プラスチック材
料で形成することができる。もっとも、第２部分１２は
その周囲に発泡ポリウレタンまたはその他の熱絶縁のよ
い材料のジャケットを有するのが好ましい。検出器素子
２が取付けられる第１部分１１は、検出器素子２に対す
る接続部を有する回路基板として形成するのが好ましい
。

検出器素子２は、例えば出願公開された英国特許出願第
１５５９４７４号に記載されたと同様な技術を用いて、
公知の方法で第１部分（基板）１１上に取付けることが
できる。このようにして、例えば金電極を有する不活性
化カドミウム水銀テルル化物より成るものでもよい検出
器素子２を絶縁性エポキシ接着剤の層によって第１部分
に固定することができる。検出器素子２の縁にデポジッ
トされた金属接続部は、電極を第１部分１１上の導体と
接続することができる。この第１部分１１は接着剤によ
って中空の第３部分の一端に固定することができる。中
空の第３部分１３の内面の少なくとも反射部分１８と１
９は、導電層パターン（例えば金）によってこの内面に
形成され、検出器素子２に対して別々の電気接続部をつ
くる。前記の部分１８と１９は、導電層パターンにある
ギャップ１７によって互に絶縁されている。第１部分１
１上の導体は、はんだまたは導電性エポキシ樹脂によっ
て中空の第３部分の導電層パターンより成る反射部分１
８と１９に接続することができる。ハウジングの第２部
分の外側の外部接続２８と２９は、第３部分の突起上の
反射部分１８と１９の印刷リード延長部として形成する
ことができるが、第１図にはその一方の２９だけが示さ
れている。

冷却素子３の心を形成する中空の第３部分１３はまたコ
ールドフィルタ２５を支持するためにも用いられる。こ
のようなフィルタは、赤外線波長を選択的に例えば１０
．６＋０．３μｍの範囲の波長を検出器に通すのに用い
られる。前記のフィルタ２５は中空の第３部分１３内に
（例えばエポキシにより）取付けられ、これによってこ
の部分に熱的に結合され、検出器の動作時冷却素子によ
りフィルタ２５の冷却を可能にする。第１図に示すよう
に、窓１５はこのフィルタの正面で中空の第３部分１３
に取付けられている。

第１図において、ひれを設けた配管３１のらせん状コイ
ルは、第２部分１２の外側の成る長さのひれのない配管
３８によってガス流弁３４と連結されている。けれども
この配管３８は第２部分１２の溝の中に入れてもよく、
場合によっては第２部分１２と第３部分１３の間のスペ
ースに入れてもよい。

多くの変形が可能である。第１図において検出器素子２
を第１部分の反対側（すなわち冷却素子側）に設け、冷
却剤がオリフィス３２より膨張するスペース２０内に位
置するようにしてもよい。

このような配置では検出器素子２の直接な冷却が可能な
ので、更に急、速な冷却が可能となる。第２図は、検出
器素子２の取付けられた第１部分１１を形成する回路基
板がハウジング１の第２部分１２のくぼみ内に取付けら
れた変形を示す。本発明者は、カドミウム水銀テルル化
物の検出器素子２（前述の英国特許出願１５５９４４７
４号および同じく第１５６８９８５号に記載されたよう
な）に与えられた通常の不活性化は、最大動作時間の短
かい（例えば最大３分）検出器の冷却スペース２０内に
位置された検出器素子に適当な周囲に対する保護を与え
ることを見出した。けれども、例えばプラスチック材料
より成る透明な保護膜を検出器素子２上場合によっては
第１部分１１上の導体にも付は加えることもできる。

第２図の検出器において、第２部分１２の本体部６０は
、例えばプラスチック材料の壁部６２゜６３および６４
の中に入れられた発泡ポリウレタンより成るものでもよ
い。この場合、外部接続部２８と２９は、壁部６４と本
体部６０を通って延在して第１部分１１上の導体とはん
だまたはエポキシ樹脂によって直接に接続される絶縁リ
ードまたはピンとして形成することができる。第２図に
示すように、前記の導体は、外部接続部２８と２９への
接続が第１部分１１の背面にあるように、第１部分を貫
通して導かれてもよい。若し所望ならば、第１部分１１
の背面の大部分を、これ等部分が放射線５０の波長にお
いて高い反射性となるように被覆し、反射光線が検出器
素子２に集中するうように凹面とすることもできる。

正面の窓１５だけでなく、ジュール・トムソン冷却素子
３の心を形成する中空の第３部分の内側の端面に追加的
な窓６５がある。中空の第３部分の空洞の全内面は、特
定の用途に応じて高い反射性または高い吸収性とするこ
とができる。冷却素子３と第３部分１３は、ばね力を受
けた把持板６１によって第２部分に確りと固定され、こ
の把持板は、壁部６４の前面のフランジにクランプされ
る。これ等の部材は第２図には離して示しである。

ジュール・トムソン冷却素子３は、ひれを付けた金属配
管３１を用いる代りに、ハウジング１の第２部分１２と
第３部分１３の相対する面間に溝付中間部材４６を設け
ることにより形成することもできる。第３図はこのよう
な実施例を示す。前記の部材４６は、配管３８、ねじを
切った取付部４８、ひれを有する配管３１の孔に相当す
る狭い溝４３、この狭い溝４３の端でオリフィス３２か
ら冷却剤が膨張するスペース２０および膨張した冷却剤
を通す広い溝４２によって冷却剤ボトルと連結されるこ
とかできる。前記の広い溝４２と狭い溝４３は、再生冷
却のためにその間に良好な熱交換を有するように配設さ
れる。狭い溝４３は、溝付中間部材４６と結合された中
空の第３部分１３によってシールされている。広い溝は
、同様に、第２部分１２の内面を形成してもよい円錐板
４１によって密閉される。このようにして第３部分１３
と円錐板４１は冷却素子３の一部を形成する。図面を見
やすくするために第３図の種々の部分は離して示しであ
る。

ハウジングの第２部分の本体部は、ハウジングの外部と
検出器素子２および冷却素子３の両者との間に良好な熱
絶縁を与えるために、１つまたはそれ以上の熱絶縁体４
０（例えば発泡ポリウレタン）で形成することもできる
。超然絶縁材料の積層７ｒ３３５が円錐板４１と熱絶縁
体４０との間にあってもよい。ハウジング１の中空の第
３部分にシールされたこの溝付部材４６の配置は、第３
部分の極めて効率のよい冷却を可能にする。このことは
、若し中空の第３部分１３の内面が検出器素子２で検出
される波長においてそれ程反射性でなくまたは更には吸
収性でもなければ、フィルタ２５の冷却および前記の内
面の放射率の低減に対して特に有利である。けれども、
第３図の検出器の中空の第３部分１３の内面が高い反射
性で放射線５０に対する光パイプを形成するのが特に有
利である。

図面には円錐形を示したが、結物その他の３次元弯曲或
はまた例えば円筒状も可能であることは云うまでもない
。ハウジングの赤外線透過性の第３部分を中空部材とし
て形成するのが特に都合がよい。けれども、成る用途に
対しては、熱伝導の低い赤外線透過材料例えば特別なプ
ラスチック材料またはゲルマニウムの中実の第３部分を
有するものでもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の赤外線検出器の一部の断面図、第２図
は別の実施例の同様断面図 第３図は更に別の実施例の同様断面図である。 １・・・ハウジング　　　　２・・・検出器素子３・・
・冷却素子　　　　　１１・・・第１部分１２・・・第
２部分　　　　　１３・・・第３部分１５．６５・・・
窓　　　　　　１７・・・ギャップ１８、１９・・・反
射部分　　　２０・・・スペース２５・・・フィルタ　
　　　　２８．２９・・・外部接続部３０・・・冷却剤
ボトル　　　３１．３８・・・配管３２・・・オリフィ
ス　　　　３５・・・積層箔３６・・・通気穴　　　　
　　４０・・・熱絶縁体４１・・・円錐板　　　　　　
４２．４３・・・溝４６・・・溝付中間部材　　　６０
・・・本体部６１・・・保持板　　　　　　６３．６４
・・・壁部特許出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス
・フルーイランペンファプリケン Ｆｉｇ、３゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ハウジングと、このハウジングの第１部分に取付け
   られた少なくとも１つの赤外線検出器素子と、検出器の
   動作中検出器素子を冷却するためにハウジングの第２部
   分に入れられた冷却素子と、赤外線を検出器素子に通す
   ためのハウジングの正面の赤外線透過装置とを有する赤
   外線検出器において、冷却素子は、ハウジングの正面に
   向って該ハウジングの第１部分から延在するハウジング
   の第２部分と第３部分の間に入れられ、ハウジングの第
   ３部分は、そこを経て赤外線をハウジングの正面から赤
   外線検出器素子に通すように、検出器素子の正面で赤外
   線透過性であることを特徴とする赤外線検出器。 ２、ハウジングの第３部分は中空の形を有し、赤外線波
   長または検出器で検出される放射線の波長において、ハ
   ウジングの中空の第３部分の全内面の少なくとも大部分
   が入射赤外線を検出器に向けるように反射性である特許
   請求の範囲第１項記載の赤外線検出器。 ３、第３部分の反射性の中空部は、ハウジングの第１部
   分から正面に向って広がる特許請求の範囲第２項記載の
   赤外線検出器。 ４、ハウジングの中空の第３部分と第２部分の対向面は
   共に円錐形である特許請求の範囲第３項記載の赤外線検
   出器。 ５、ハウジングの第３部分は、ハウジングの第１部分お
   よび赤外線透過装置と囲いを形成する中空の形を有し、
   検出器素子がこの囲いの中に位置する特許請求の範囲第
   １項から第４項の何れか１項記載の赤外線検出器。 ６、検出器素子の電気接続がハウジングの第３部分によ
   って行われる特許請求の範囲第１項から第５項の何れか
   １項記載の赤外線検出器。 ７、ハウジングの第３部分は中空の形を有し、検出器素
   子に対する電気接続部は、ハウジングのこの中空の第３
   部分の内面の電導層パターンより成る特許請求の範囲第
   ６項記載の赤外線検出器。 ８、導電層パターンは、内面の反射性部分の少なくとも
   一部を形成する特許請求の範囲第７項記載の赤外線検出
   器。 ９、ハウジングの第３部分は中空の形を有し、選択的に
   赤外線を透過するフィルタが前記のハウジングの中空の
   第３部分内に熱結合的に取付けられ、検出器の動作中冷
   却素子によるフィルタの冷却を可能にした特許請求の範
   囲第１項から第８項の何れか１項記載の赤外線検出器。 １０、ハウジングの赤外線透過窓は、ハウジングの正面
   で第３部分に取付けられた特許請求の範囲第１項から第
   ９項の何れか１項記載の赤外線検出器。 １１、冷却素子は、冷却剤をハウジングの第１部分の近
   くのスペース内に膨張させるようにしたジュール・トム
   ソンタイプであり、通気 穴が、冷却剤を赤外線透過装置上に出すために、赤外線
   透過装置に隣接してハウジングの正面にある特許請求の
   範囲第１項から第１０項の何れか１項記載の赤外線検出
   器。 １２、冷却素子は、ジュール・トムソンタイプであり、
   ジュール・トムソン冷却素子の溝を形成するために、ハ
   ウジングの第２部分と第３部分の対向面の間に溝付中間
   部材が設けられた特許請求の範囲第１項から第１１項の
   いずれか１項記載の赤外線検出器。 １３、少なくともハウジングの第３部分は、溝付中空部
   材の溝をシールすることにより、ジュール・トムソン冷
   却素子の一部を形成する特許請求の範囲第１２項記載の
   赤外線検出器。 １４、ハウジングの第２部分は、ハウジングの外側と検
   出器素子および冷却素子の両者との間を熱絶縁する１つ
   またはそれ以上の熱絶縁体を有する特許請求の範囲第１
   項から第１３項の何れか１項記載の赤外線検出器。