JPS63500745A - 赤外線検出器アセンブリー - 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】 一体化赤外線検出器及びクライオエンジンアセンブリーこの発明は赤外線感知の 分野に関し、特には、操作のために真空化を必要としない一体化赤外線検出器及 びクライオエンジンアセンブリーに関する。

２、関連技術の記載 赤外線検出器は、ミサイルやナイトビジョンシステムと共に、１〜１５４ｒｓの 波長を有する電磁波の存在を検知するために用いられる。これらの多くは約７７ °にで作動させると最も感度か良くなるのて、水銀−カドミウム−テルル化物か らつくられた赤外線検出器は、必要な作動温度をつくり出し維持するためにしば しばクライオエンジンアセンブリーを必要とする。このようなりライオエンジン アセンブリーは、典型的には、中に赤外線検出器が置かれた、真空にされたデユ ワ−瓶とともに用いられる。デユワ−瓶は真空化され、そうでなければ検出器の 周りの領域を占有する気体が除去され、対流及び伝導による潜在的な熱損失が最 小化される。デユワ−瓶は、その凹部領域（「低温ウェル」）を、ヘリウムのよ うな冷却流体か供給されるクライオエンジンアセンブリーの膨張室（エキスパン ダー）と接触して配置されることによって冷却される。エキスパンダーに冷却流 体を供給するために、クライオエンジンアセンブリーは、輸送ラインを介してエ キスパンダーに流体を配給する圧縮器を有する。流体がエキスパンター中て膨張 するに従って、それはエキスパンダー及びデユワ−瓶の両方から熱エネルギーを 吸収し、検出器を冷却する。エキスパンダーの温度は圧縮器に配給される流体の 蛙にＩＪ係しているので、検出器の温度は圧１ｇ器のスピードを変化させること によって制御することができる。

」；述した赤外線検出器アセンブリーは、水銀−カドミウムーテルル化物検出器 の高感度作動のために必要な温度レベルをつくり出し維持することができるが、 そのデザインの故に材料の選択、ｔｊＥｌ造方法及び密閉技術が束縛される。デ ユワ−瓶中の真空を保つために、デユワ−瓶を構成する材ネ４は比較的真空漏れ がなく０周りの気体に対して低い拡散性を有していなければならない、材料はま た。デユワ−瓶が真空化される間に周りの気体が材料から放出される。脱気に幻 して耐久性を有していなければならない、適当な材料を選択した後、そのｔｌＮ Ｉｆ；ｆｉ性を減少させず７また真′９！漏れをつくり出さない方法によつてデ ユワ−瓶を製造しなければならない、さらに。

デユワ−瓶中の真空を維持することを確保するために必要な密閉技術を実施する ことはしばしば費用かかさみ。

一般的に真空ポンプ、漏れ検出器及び残留ガス分析装置を必要とする。デザイン からの束縛に加え、」：述の赤外線検出器アセンブリーにおいては、熱音的及び 微音的問題がしばしば存在した。

λ」Ｌの−ＩＬλ 従って、この発明の主たる目的は、操作のために真空化を必要としない赤外線検 出器アセンブリーを提供することである。

さらにこの発明の目的は、赤外線検出器をその上に１１７接取り付けることがで きるエキスパンダーをイ（する赤外線検出器アセンブリーを提供することである 。

さらにこの発明の［目的は、製造コストがより低い赤外線検出器アセンブリーを 提供することである。この点に関連したこの発明の目的は１部品の数が減少され た赤外線検出器アセンブリーを提供することである。

また別のこの発明の目的は、比較的容易に組み立てることがてきる赤外線検出器 アセンブリーを提供することである。この点に関連したこの発明の目的は、アセ ンブリーを真空化することなく製造することかてきる赤外線検出器を提供するこ とである。さらに関連したこの発明の目的は、製造中の試験及び調査の鼠を減少 させることができる赤外線検出器アセンブリーを提供することである。

この発明のこれら及び他の目的は、赤外線信号を検出するためのデバイスを搭載 するための装置であって。

前記デバイスを囲包するハウジング手段と、前記デバイスを支持するための手段 とを有するｋｔ　１２１を提供することによって達成される。さらに、ハウジン グ手段と支持１段との間に配置された。デバイスを絶縁するための手段も提供さ れる。絶縁手段は、装置の真空化を必要とすることなくデバイスが機能すること を可能にするように作動可能である。

図面の説明 この発明の種々の利点は、以下の明細書を読み１図面を参照することによ）て当 業者にとって明らかになるであろう。

第１図はこの発明のハーネスアセンブリー及び検出器配列アセンブリーの分解斜 視図である。

！！Ｒ２［２１は低温シールド及びハーネスアセンブリーに対するエキスパンダ ーの配置を示す、エキスパンダーアセンブリーの斜視図である。

第３閏は外部ハウジング、絶縁体、レンズセル、光学素子マウント、窓及びファ ツトライン（ｒａｔｌｉｎｅ）ハーネスアセンブリーを接続する部材の配置を示 す、エキスパンダーアセンブリーの分解斜視図である。

第４図は組み立てられた赤外線検出器アセンブリーの斜視図である。

第５図は、第４図の５−５線て切断した赤外線検出器アセンブリーの断面図であ る。

第６図は第５図に示されたエキスパンダーの低温チップの拡大断面図である。

第７図は第６ＵＡの７−７線で切断したエキスパンダーの低温チ・ンブの拡大端 面図である。

ｔましい具体例の記載 図面に基づいて説明すると、赤外線源からの信号を受容するために、赤外線検出 器アセンブリー１２内に位ｔする赤外線検出器アレイ１０か設けられている。赤 外線検出器アレイｌＯはサファイア基板材ネ４上の水銀−カドミウム−テルル化 物の暦から形成することができる。

正しく作動するために冷却を必要とする他の型の赤外線検出器もまた用いること がてきる。このような検出器の非限定的な例として、水銀−カドミウム−テルル 化物からつくられる焦点面アレイを挙げることができる。赤外線検出器アレイｌ Ｏを支持するために、エキスパンダー１４と基部１６とを有するエキスパンダー アセンブリー１３が設けられている。赤外線検出器アレイｌＯはエキスパンダー １４の低温チップ１７上に中心的に搭載され、接着剤によってそれに固定される 。検出器アレイ１０を冷却するために、エキスパンダー１４は輸送ライン１９及 びコネクター２０を介してクライオエンジンから冷却流体を受容する。エキスパ ンダー１４内の流体の膨張によりて、Ｆ８エネルギーがエキスパンダー１４から 奪われ、それによって検出器アレイ１０が冷却される。

クライオエンジは、スプリットサイクルスターリング冷蔵庫の一部である圧縮器 ２１をイずする。もつとも他の適当なりライオエンジンもまた使用することがで きることが理解されるべきである。

赤外線検出器アレイ１０の温度を監視するために。

２つの温度センサー２３及び２４か、エキスパンダーｌ４の低温チップ１７上の 検出器アレイ１０に隣接して配にされている。それぞれの熱センサ−１３及び２ ４はｌＮ９１４スイツチングダイオードてあってよい。もっとも、必要な範囲内 ての温度変化を感知できず他の適当な温度センサーもまた用いることかてきるこ とか理解されるべきである。エキスパンダー１４の低温チップ上に熱センサ−２ ３及び２４を搭載するために、熱センサ−マウント２６か設けられ、この上に熱 センサ−２３及び２４か導電性接着剤により固定される。熱センサ−マウント２ ６はセラミックからつくることがてき、接着剤によってエキスパンダーの一端に 固定される。

赤外線検出器アレイ１０によって発生された信号を伝導するために、検出器アレ イ１０は、端部３０、足部３２及び円形インターフェース３４を有するファイン ライン（ｆｉｎｅｌｉｎｅ）ハーネスアセンフリーに接続されている。ファイン ラインハーネスアセンフリー２８は、アクリル系接着剤によって固定されたポリ イミド系誘電材料の層間に配置された銅導電体を有する可撓性の食刻された回路 ケーブルを含む。ファインラインハーネスアセンブリー２８中のそれぞれの導電 体はアセンブリー２８の長手方向端部か６０．１０インチを超える距離たけ摩れ た所に位置し、０．５０オーム以下の直流抵抗を有する。ファインラインハーネ スアセンブリー２８の端部３０を検出器アレイ１０に接続するために、端部３０ における導電体の末端３５は厚さ５０〜１００　ｇｍの金プレートてコートされ ている。導電体の末端３５は次に、第７図に示すように、余り一トワイヤー３６ によって検出器アレイ１０の端子に接続される。ファインラインハーネスアセン ブリー２８の電気的インターフェーシングを可能にするために、ファインライン ハーネスアセンブリー２８の円形のインターフェース３４は、スズ／ｖｊプレー トを有する複数のはんだバッド３を有する。円形のインターフェース３４のはん たパット３８は、後述するように、赤外線検出器アセンブリー１２の外側に端子 を有するリートに電気的に接続するために用いられる。ファインラインハーネス アセンブリー２８の円形インターフェース３４はまた、エキスパンダー１４を収 容するのに十分な大きさの直径を有する、中心的に位置する透孔３９を有する。

ファインラインハーネスアセンブリー２８の足部３２をエキスパンダー１４に固 定するために、ケーブル保持体４０かエキスパンダー１４及び足部３２の周りを 囲包している。ケーブル保持器４０はポリイミドから成る。もっとも、他の適当 な材料を用いることがてきることが理解されるべきである。

赤外線検出器アレイ１０によって発生された信号を赤外線検出器アセンブリー１ ２の外側からアクセスすることを可能にするために、円形インターフェース４４ ゜足部４６及び長方形部分４８を有するファツトラインハーネスアセンブリーが 設けられている。ファツトラインハーネスアセンブリー４２は、アクリル系接着 剤によって結合されたポリイミド系誘電材料の２つの層の間に配置された多層銅 導電体を有する可撓性の食刻された回路ケーブルを有する。ファツトラインハー ネスアセンブリー４２の円形インターフェース４４は、エキスパンダー１４を収 容するのに十分な直径の、中心的に位置する透孔５０を有する。ファツトライン ハーネスアセンブリー４２の円形インターフェース４４をファインラインハーネ スアセンブリー２８の円形インターフェース３４に接続するために、円形インタ ーフェース４４は複数のはんだバッド５２（第１図）を有し、これらは円形イン ターフェース３４の対応するはんだパッド３８に結合することがてきる。円形イ ンターフェース４４上のはんだバッド５２と円形インターフェース３４上のはん だバット３８とを電気的に接続するために、複数のフェルール５４かはんだパッ ド５２及びはんたパッド３８中の孔中に配置されている。フェルール５４は、そ れぞれのフェルール５４の一端の機械的変形及びそれに続くフェルール５３４の それぞれの端部のはんだ付けによってはんだパッド３８及び５２に固定される。

ファツトラインハーネスアセンブリー４２の外側を移動するラジオ周波数妨害を アースするために、銅テープ（図示せず）によって覆われたグロメット５６かフ ァツトラインハーネスアセンブリー４２の一部に固定されている。グロメット５ ６は検出器アレイｌＯからの信号を処理するための電子素子を含む電子素子ハウ シング（図示せず）に結合され、従って、ファツトラインハーネスアセンブリー ４２の表面に生じるラジオ周波数妨害か電子素子ハウシングに入る前にアースさ れる。グロメット５６はしんちゅう合金を銅メッキすることによって形成するこ とがてきる。

もっとも、他の適当な材料も用いることかできることが理解されるべきである。

ファツトライン及びファインラインハーネスアセンブリー２８及び４２をエキス パンダーアセンブリー１３から電気的に絶縁するために、２つの絶縁ワッシャー ５８及び６０か設けられている。絶縁ワッシャー５８は円形インターフェース３ ４とエキスパンダーアセンブリー１３の基部１６との間に位置し、絶縁ワッシャ ー６０は円形インターフェース３４に隣接しない円形インターフェース４４の表 面上に位置する。絶縁ワッシャー５８及び６０はポリイミドから形成することか てきる。

もっとも、他の適当な材料を用いることかてきることも理解されるべきである。

エキスパンダー１４の低温チップ１７の温度を適当な作動温度範囲内に維持する ために、エキスパンダー１４の低温チップ１７上に低温シールトロ２が中心的に 配置され、接着剤によってそれに結合されている。低温シールド６２は、外界か ら検出器アレイ１０に到達する赤外線のための妨害されていない経路を与える透 孔６４を有する。低温シールド６２はステンレススチールから形成することがて きるけれども、他の適当な材料を用いることかできることも理解されるべきであ る。

検出器アレイ１０及びエキスパンダー１４を収容するために、２つのフランジ部 ６８及び７０．並びに赤外線信号か通過する透孔７２を有する外部ハウジング６ ６が設けられている。フランジ部６８はエキスパンダーアセンブリー１３の基部 １６をネジ７３によって外部ハウシング６６に固定するために用いられる。第２ のフランジ部７０は、ジャイロ光学素子アセンブリー（図示せず）上に外部ハウ ジング６６を搭載することを可能にする透孔７４を有する。外部ハウジング６６ は６０６１−７６アルミニウム合金から形成することができるか、他の適当なｔ Ｊ料を用いることがてきることも理解されるべきである。

入射する赤外線信号を検出器アレイ１０に集中させるために、光学素子マウント ７６とインターフェースするレンズセルフ８か外部ハウジング６６の透孔７２上 にマウントされている。レンズセルフ８は入射する赤外線信号の焦点を検出器ア レイ１０上に結ばせるために用いられ、所望の色調整を行なうためにゲルマニウ ム及び硫化亜鉛から形成されたＩノンズを有する。赤外線が外部ハウシングを介 して検出器アレイに妨害されることなく通過することを可能にするために、外部 ハウジング６６の透孔７２上に窓／ハシ１〜パスフイルター８０かマウントされ ている。

エキスパンター１４を熱的に絶縁するために、エキスパンダー１４と外部ハウシ ング６６との間に絶縁材料８２が配置されている。絶縁材料８２の形状は外部ハ ウシング６６の内表面にほぼ適合し、エキスパンダー１４かその中に挿入される ことを可能にする円筒状の透孔８４を有する。エキスパンダー１４と外部ハウシ ング６との間に絶縁材料８２を設けることによって、検出器アレイ１０の温度は 、そうでなければ絶縁材料８２によって占有される領域の真空化を要することな く維持される。

絶縁材料８２は好ましくは、膨張ポリスチレンのようなポリマーフオームのスリ ーブの形態をとる。

ファツトラインハーネスアセンフリー４２の長方形部４８を電気的にインターフ ェースするために、長方形部４８上に位置する複数のはんだバット９０に幾何学 的に対応する複数のはんだバッド８８を有する食刻された回路コネクター８６（ 第３図及び第４図）が設けられている。コネクター８６は、はんだバット８８か ら適当なインターフェース素子９２に電流を運ぶ一連の食刻された導体（図示せ ず）をその表面上に有する。他の型の適当なコネクターも用いることがてきる。

適当な電圧を検出器アレイｌＯに与えるために、コネクター９６上に抵抗器ネッ トワーク９４か配置されている。抵抗器ネットワーク９４の端末は、コネクター ８６のはんだバット及び長方形部４８のはんだバット９０を介して延び、これら の間に電気的接続を与える。

抵抗器ネットワーク９４は、適当な電圧かファインライン及びファツトラインハ ーネスアセンブリー２８及び４２を介して検出器アレイ１０の端末に与えられる ように、電圧分割器として機能する。長方形部４８、コネクター８６及び抵抗器 ネットワーク９４の間の接続を電気的に絶縁するために、２つの絶縁バット９６ 及び９８か設けられている。絶縁バット９８は抵抗器ネットワーク９４の頂部に 配置され、一方、絶縁パッド９６ははんだ付けされた長方形部４８の表面に隣接 して配置される。

絶縁バット９６及び９８は多室性エラストマーから形成することかてきるが、他 の適当な材料も用いることができることか理解されるべきである。

この発明の特定の実施例に基づき記載したか、明細書、図面及び以下の請求の範 囲を研究すると、当業者にとって他の修飾か明らかになるであろう。

閑　消　呵　存　卸　つな− ＋ｍ−−−Ｉ１．−＋ａｅ＊＋ｈ−ｈ−ｓ＊、Ｐｃ’ｒ／ＵＳ　８６１０ＯＥＩ Ｉ３９　−２−ＡＩＪＮＥＸ　Ｔｏ　↓五Ｅ　１１ｆｒＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　 ５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲτ０ＮＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣＡＴ ＩＯＮ　Ｎｏ、　ＰＣＴ７ＵＳ　８６１００８８９　（ＳＡ　１４９４２）ｔＪ Ｓ−Ａ−４４８８４１４１８／１２／８４　ＥＰ−Ａ−０１３６６８７１０１０ ４／８５ＵＳ−Ａ−３９９９４０３２８／１２／７６　ＮｏｎｅＵＳ−八−４０ ３０３１６２１１０６／７７　ＮｏｎｅｔＪＳ−Ａ−４０５９７６４２２／１１ ／７７　ＮｏｎａＵＳ−八−４０２４７２７２４１０Ｓ／７７　ＵＳ−Ａ−Ｂ４ ４７４ニア　２８１０１／７５

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．赤外線信号を検出するための装置を搭載するための装置であって、 前記検出装置を収容するハウジング手段と、該ハウジング手段中で前記検出装置 を支持するための手段と、前記ハウジング手段と前記支持手段の間に配置された 絶縁手段とを有し、前記絶縁手段は、装置を真空化することなく前記検出装置が 機能し得るように作動し得る装置。
2. ２．前記絶縁手段は、前記検出装置の温度を所定の範囲内に維持することを可能 にする絶縁材料のスリーブを含む請求の範囲第１項記載の装置。
3. ３．前記絶縁手段は重合フオームを含む請求の範囲第２項記載の装置。
4. ４．前記支持手段はクライオエンジンアセンブリーのエキスパンダーを含み、前 記検出装置は前記エキスパンダーの低温チップ上に搭載される請求の範囲第１項 記載の装置。
5. ５．前記装置は前記検出装置の温度を検知するための手段をさらに有し、該検知 手段は、前記検出装置に隣接する低温チップの領域の温度に応答する電気信号を 発生するように作動し得る請求の範囲第１項記載の装置。
6. ６．前記検知手段は、所定のバイアス電流に対して、ダイオードの温度に応答す るフォワード電圧を有する少なくとも１つのダイオードを有する請求の範囲第５ 項記載の装置。
7. ７．赤外線信号を検出するための装置を搭載するための装置であって、 前記検出装置を収容するハウジング手段と、該ハウジング手段中で前記検出装置 を支持するための手段とを有し、該支持手段は流体の膨張によって前記検出装置 の冷却を可能にするように作動し得る装置。
8. ８．前記支持手段は、クライオエンジンからの流体が供給されるエキスパンダー である請求の範囲第７項記載の装置。
9. ９．前記検出装置は接着剤によって前記エキスパンダーの低温チップに固定され る請求の範囲第８項記載の装置。
10. １０．赤外線信号を検出するための装置を搭載するための装置であって、 前記検出装置を収容するハウジング手段と、該ハウジング手段中に配置され、前 記検出装置に機械的な支持を与えるエキスパンダーであって、その上に前記検出 装置が固定される低温チップを有し、流体を受容し引き続きそれが膨張する際に 前記検出手段を冷却するように作動し得るものと、 前記流体を前記エキスパンダーに供給するための手段と、 前記検出装置の温度を検知するための手段であって、前記検出装置に隣接する前 記低温チップの領域の湿度に応答し、前記流体を供給するための手段を制御する ために用いられる電気信号を発生するように作動し得るものと、 前記エキスパンダーと前記ハウジング手段の間に配置された絶縁材料とを有する 装置。
11. １１．流体を供給する前記手段は、輸送ラインによって前記エキスパンダーに連 結された圧縮器である請求の範囲第１０項記載の装置。
12. １２．前記絶縁材料は重合フォームを含む請求の範囲第１１項記載の装置。
13. １３．前記検知手段は少なくとも１つのダイオードを含み、所定のバイアス電流 について該ダイオードを横切るフォワード電圧が前記検出装置に隣接する前記低 温チップの領域中の温度に応答する請求の範囲第１２項記載の装置。
14. １４．前記検出装置は、該装置の端末に適当な電圧を与えるように作動し得る抵 抗器ネットワークを介して電子素子ハウジングに接続される請求の範囲第１３項 記載の装置。
15. １５．前記抵抗器ネットワークは、食刻された回路ケーブルハーネスアセンブリ ーを介して前記検出装置の電気的に接続されている請求の範囲第１４項記載の装 置。
16. １６．前記装置は前記食刻された回路ケーブルハーネスアセンブリーの部分上に 搭載されたグロメットをさらに含み、該グロメットは、前記食刻された回路ケー ブルハーネスアセンブリーの表面上に発生するラジオ周波数妨害であって、アー スされなければ前記検出装置の作動を妨害するかもしれないものをアースするよ うに作動し得る請求の範囲第１５項記載の装置。
17. １７．前記食刻された回路ケーブルハーネスアセンブリーは第１及び第２の部分 を含み、該第１の部分は前記検出装置と電気的に接続され検出装置からの電流を 該第１の部分上の第１の円形インターフェースに通す少なくとも１つの末端部分 を有し、前記食刻回路ケーブルハーネスアセンブリーの前記第２の部分は、前記 抵抗器ネットワークと電気的に接続され、そこからの電流を該第２の部分上の第 ２の円形インターフェースに伝え、前記第１及び第２の円形インターフェースは それらの間に電流が通過することを許容するように作動し得る請求の範囲第１６ 項記載の装置。
18. １８．前記食刻された回路ケーブルハーネスアセンブリーは前記第１及び第２の 円形インターフェースの間に配置された複数のフェルールをさらに有し、それら の間の電気的導通を容易にする請求の範囲第１７項記載の装置。
19. １９．前記装置は赤外線信号の焦点を前記検出装置上に結ばせるレンズセルを含 み、該レンズセルはゲルマニウム及び硫化亜鉛の層を含む請求の範囲第１８項記 載の装置。
20. ２０．前記装置は、前記エキスパンダーに固定される低温シールドをさらに含み 、該低温シールドは前記検出装置への熱の移動を低減させながら赤外線が前記検 出装置に到達することを可能にする請求の範囲第１９項記載の装置。