JP3764565B2

JP3764565B2 - 熱型赤外線検出器

Info

Publication number: JP3764565B2
Application number: JP25430997A
Authority: JP
Inventors: 克昭小椋; 秀次高田
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1997-09-02
Filing date: 1997-09-02
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2017-09-02
Also published as: JPH1183633A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、キャンとステムとよりなる容器内にサーモパイルよりなる感温素子を設けた熱型赤外線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体の温度を非接触で測定する温度測定装置の一つに、導電体で形成された容器内にサーモパイルよりなる感温素子を設けた熱型赤外線検出器がある。この熱型赤外線検出器は、図４に示すように、二種の熱電材料を接続した複数の熱電対を直列に接続したサーモパイルよりなる感温素子５１を設け、この感温素子５１の冷接合部をヒートシンク５２に熱的に接続するとともに、容器５３の底面部５３ａに絶縁部材５４を介して支持される正リードピン５５および負リードピン５６とで絶縁状態で支持されるヒートシンク５７を設け、接地リードピン５８をハンダ５８ａを介して導電体の前記容器５３に設け、この容器５３に、例えば、フッ化カルシウムで構成される赤外線透過性窓５９を接着して、感温素子５１の温接合部において測定対象である物体から放射されている赤外線を検出するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のように構成した従来の熱型赤外線検出器においては、入射赤外線Ａにより赤外線透過性窓５９から発生する熱を逃がし切れないから、この熱によって放射される赤外線も、赤外線透過性窓５９を透過した赤外線とともに検出される。よって、出力誤差が大きく、また、視野特性が悪かった。
【０００４】
更に、赤外線透過性窓５９はフッ化カルシウムで構成されているから、赤外線透過性窓５９と容器５３とが電気的に結合されず、赤外線透過性窓５９と容器５３との間に電気的導通が無く、そのため、電磁気に対するシールド性が悪く、電気的なノイズを受け易かった。したがって、長期間にわたって安定に動作する熱型赤外線検出器を得ることができなかった。
【０００５】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、入射赤外線により赤外線透過性窓から発生する熱を効率よく逃がすことができるとともに、電気的なノイズを受け難い熱型赤外線検出器を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、第１の赤外線透過性窓が電気的導通可能に結合されたキャンと、電気的に絶縁された状態で上下に貫設された信号取り出し用のリードピンを有するステムとからなる容器内に、上下２つのヒートシンクに挟まれた状態で、サーモパイルよりなる感温素子がその冷接合部を前記両ヒートシンクと熱的に結合するようにして配置されてなる熱型赤外線検出器において、前記ステムは銅製であるとともに、下側のヒートシンクは銅製で椀状に形成され、この椀状下側のヒートシンクを伏せた状態にしてその側部の開放側下端部が前記ステムの上面に良熱伝導性接着剤により固着され、かつ、上側のヒートシンクは銅製でその中央部に穴を有するドーナツ状に形成され、この上側のヒートシンクの上面には、良熱伝導性半導体を母材とし、この母材の両面に前記第１の赤外線透過性窓を通過した入射赤外線のうち、特定波長の赤外光のみを透過させて感温素子の受光部に至らせる波長選択性多層膜を形成している第２の赤外線透過性窓が前記上側のヒートシンクの中央部の穴を覆う状態で良熱伝導性接着剤により固着され、さらに、少なくとも前記下側のヒートシンクおよびリードピンを熱的に結合したことを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細について図を参照しながら説明する。
【０００８】
図１〜図３は、この発明の第１の実施形態を示し、まず、図１において、１は下部側が開放された筒状のキャン２と、このキャン２の下方開口側を閉塞する板状のステム３とからなる容器で、両者２，３は、例えば圧接（または溶接）によって接合され、これにより容器１が封止されている。
【０００９】
前記キャン２は、例えば厚さ０．３ｍｍ程度の銅板をプレス加工によりハット状に形成したもので、その外面は鏡面あるいは光沢めっきが施されている。そして、このキャン２の上面中央部には、当該部分を適宜の大きさだけ矩形状に切除して形成された開口に、シリコン、ゲルマニウム等の熱伝導性が良好な半導体を母材とする赤外線透過性窓（第１の赤外線透過性窓）４が、前記母材の両面にコーティング膜を有する状態で、はんだａ付けすることにより形成されている。そして、半導体を母材としているので、電気伝導性が良好である。なお、５はキャン２の開放下端部に形成される鍔部である。
【００１０】
前記ステム３は、例えば厚さ１ｍｍ程度の銅板からなる。そして、このステム３には、２本の信号取り出し用のリードピン６が貫設され、その貫通部７はリードピン６とステム３を電気的に絶縁するためにガラス溶着が施されている。ｂはそのガラス溶着部である。また、８はステム３の下面に適宜の手法で固着されるアース用リードピンである。
【００１１】
９は感温素子で、図２、図３に示すように、二種の熱電材料１０，１１を接続した複数の熱電対を直列に接続したサーモパイルよりなり、例えばポリエチレン系樹脂よりなる薄い絶縁基板１２上に、冷接合部１３が外側に、温接合部１４が内側にそれぞれ位置するように形成されてなるものである。１５は信号取り出しリードである。そして、感温素子９の温接合部１４を含む絶縁基板１２上の領域には、感温素子９の受光部Ｒが形成されている。この受光部Ｒは、例えば、金黒あるいは銀黒の蒸着膜で構成される。
【００１２】
１６は前記感温素子９を保持する下側のヒートシンクで、例えば厚さ０．４ｍｍ程度の銅板をプレス加工によって底部に穴１６ａを有する状態で椀状に形成し、これを伏せた状態にしてステム３の上面に当接載置したもので、その側部１７の開放側下端部はエポキシ樹脂など熱伝導性に優れた接着剤１８によって固着されている。そして、このヒートシンク１６の上部平面部１９上に、絶縁基板１２上に形成された感温素子９が穴１６ａを覆う状態で載置される。
【００１３】
２０は、前記第１の赤外線透過性窓４を透過した赤外線を透過させる第２の赤外線透過性窓で、シリコン、ゲルマニウム等の熱伝導性が良好な半導体を母材とし、この母材の両面に波長選択性多層膜を形成して構成されている。これにより、第２の赤外線透過性窓２０を特定波長の赤外光のみが透過する。第２の赤外線透過性窓２０は、例えば、８μｍカットオンフィルタである。
【００１４】
２１は前記第２の赤外線透過性窓２０を前記第１の赤外線透過性窓４に臨むようにして保持する上側のヒートシンクで、銅よりなり、ドーナツ状に形成されている。第２の赤外線透過性窓２０は上側のヒートシンク２１の上面ｃに熱伝導性接着剤（例えば、エポキシ樹脂）によって固着されている。
【００１５】
そして、感温素子９は、上下２つのヒートシンク２１，１６に挟まれた状態で冷接合部１３を両ヒートシンク２１，１６と熱的に結合するようにして配置されている。つまり、感温素子９はそれの上側を上側のヒートシンク２１の底部内環状面２１ａに密着するようにして固着され、底部内環状面２１ａから下方へ至る段差ｍを介して底部外環状面２１ｂに絶縁基板１２がヒートシンク１６の上部平面部１９とにより密着している。
【００１６】
更に、上側のヒートシンク２１の穴２２の径Ｄが、感温素子９の受光部Ｒの径ｄの１．５倍以下に設定されている。
【００１７】
而して、第１の赤外線透過性窓４を通過した入射赤外線のうち、特定波長の赤外光のみが第２の赤外線透過性窓２０を透過して受光部Ｒに至る。この際、入射赤外線による第２の赤外線透過性窓２０の発生する熱を上下２つのヒートシンク２１，１６に効率良く逃がすことができ、前記熱によって放射される赤外線が無くなるので、入射赤外線のうち第２の赤外線透過性窓２０を透過した特定波長の赤外光だけに感温素子９が感応する。よって、視野特性の良好な熱型赤外線検出器を得ることができる。
【００１８】
また、第１の赤外線透過性窓４の母材であるシリコン、ゲルマニウム等の半導体と導電体の容器１がハンダａを介して電気的に結合されるので、電磁気に対するシールド性を向上でき、電気的なノイズを受けることはない。よって、長期間にわたって安定に動作する熱型赤外線検出器を得ることができる。
【００１９】
また、下側のヒートシンク１６およびリードピン６は熱的に結合されている。
【００２０】
【００２１】
この発明は、上述の実施例に限られるものではなく、種々の変形して実施することができる。例えば、キャン２をアルミニウムやフェルニコなどの鉄系合金で形成してあってもよい。
【００２２】
また、ヒートシンク１６，３０の表面に厚さ数μｍ程度の電気的絶縁コーティングを施すようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
この発明は、上下２つのヒートシンクと２つの赤外線透過性窓とを熱的に結合して入射赤外線による第２の赤外線透過性窓の発生する熱を上下２つのヒートシンクに効率良く逃がすことができ、第２の赤外線透過性窓の発生する熱によって放射される赤外線の感温素子への入射を防止できる。
【００２４】
このように感温素子は、物体から放射されている赤外線のうち、第１の赤外線透過性窓から第２の赤外線透過性窓を透過してきた赤外線だけに感応するため、出力誤差を軽減でき、かつ、視野特性の良好な熱型赤外線検出器を得ることができる。
【００２５】
また、第１の赤外線透過性窓の母材である半導体と導電体の容器が電気的に結合されるので、電磁気に対するシールド性を向上でき、電気的なノイズを受けることはない。よって、長期間にわたって安定に動作する熱型赤外線検出器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の熱型赤外線検出器の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】前記熱型赤外線検出器の分解斜視図である。
【図３】前記熱型赤外線検出器で用いる感温素子の構成を概略的に示す平面図である。
【図４】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…容器、２…キャン、３…ステム、４，２０…赤外線透過性窓、６…リードピン、９…感温素子、１３…冷接合部、１６，２１…ヒートシンク、２２…穴、Ｒ…感温素子の受光部。

Claims

第１の赤外線透過性窓が電気的導通可能に結合されたキャンと、電気的に絶縁された状態で上下に貫設された信号取り出し用のリードピンを有するステムとからなる容器内に、上下２つのヒートシンクに挟まれた状態で、サーモパイルよりなる感温素子がその冷接合部を前記両ヒートシンクと熱的に結合するようにして配置されてなる熱型赤外線検出器において、前記ステムは銅製であるとともに、下側のヒートシンクは銅製で椀状に形成され、この椀状下側のヒートシンクを伏せた状態にしてその側部の開放側下端部が前記ステムの上面に良熱伝導性接着剤により固着され、かつ、上側のヒートシンクは銅製でその中央部に穴を有するドーナツ状に形成され、この上側のヒートシンクの上面には、良熱伝導性半導体を母材とし、この母材の両面に前記第１の赤外線透過性窓を通過した入射赤外線のうち、特定波長の赤外光のみを透過させて感温素子の受光部に至らせる波長選択性多層膜を形成している第２の赤外線透過性窓が前記上側のヒートシンクの中央部の穴を覆う状態で良熱伝導性接着剤により固着され、さらに、少なくとも前記下側のヒートシンクおよびリードピンを熱的に結合したことを特徴とする熱型赤外線検出器。
前記第１の赤外線透過性窓とキャンがハンダで接合され、前記キャンとステムは圧接または溶接によって接合され、前記下側のヒートシンクおよびステムを熱的に結合している請求項１に記載の熱型赤外線検出器。
前記上側のヒートシンクの穴の径が、前記感温素子の受光部の径の１．５倍以下に設定されている請求項１または請求項２に記載の熱型赤外線検出器。
前記第１の赤外線透過性窓は、半導体を母材とし、その母材の両面に赤外線を透過するコーティング膜を形成して構成されている請求項１〜請求項３のいずれかに記載の熱型赤外線検出器。