DE3783144T2

DE3783144T2 - Infrarotdetektor.

Info

Publication number: DE3783144T2
Application number: DE8787301053T
Authority: DE
Inventors: Junjiro Goto; Tetsuya Kochi; Tohru Maekawa; Hiroshi Takigawa; Satoshi Ueda
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1986-02-07
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1993-04-22
Anticipated expiration: 2007-02-07
Also published as: DE3783144D1; EP0232184A3; JPH0453369B2; EP0232184B1; US4795907A; JPS62201325A; EP0232184A2; KR870008175A; KR900005916B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Infrarotdetektor, insbesondere die Struktur eines kalten Schirms für eine Infrarotdetektor-Anordnung.
Infrarotbilder werden durch einen Infrarotdetektor eines abbildenden Systems detektiert. Der Infrarotdetektor enthält eine Infrarotdetektor-Anordnung und eine Infrarot abschirmende Anordnung, die Infrarotstrahlung (nachstehend "Infrarot" genannt) absorbiert und vollständig gekühlt ist, so daß die abschirmende Vorrichtung nicht zu einer Infrarot abstrahlenden Quelle wird. Da die Infrarot abschirmende Anordnung gekühlt wird, ist sie als ein kalter Schirm bekannt.
Der kalte Schirm schließt unnötiges und unerwünschtes Infrarot aus und läßt notwendiges und erwünschtes, zu detektierendes Infrarot durch den kalten Schirm hindurchgehen, wodurch das zu detektierende Infrarotbild durch die Detektor-Anordnung akkurat detektiert wird. Herkömmlicherweise wird Infrarot, das durch eine Elektrode eines in einer Anordnung enthaltenen Detektorelements reflektiert wird, durch optische Teile reflektiert und trifft dann manchmal auf die detektierende Fläche auf. Dadurch ist die Detektionsgenauigkeit für das Infrarot herabgesetzt. Dieses Phänomen ist bekannt als optisches Nebensprechen.
Die JP-A-60 198774 desselben Anmelders offenbart einen Infrarotstrahl-Detektor, der die Merkmale des Oberbegriffs des beigefügten Anspruchs 1 hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Infrarotdetektor vorgesehen, der enthält: einen kalten Schirm, der einen oder mehrere erste und einen oder mehrere zweite nebeneinander angeordnete Teile hat, wobei der oder jeder erste Teil ein Licht abschirmender Teil ist, der ein aus einem für Infrarot durchlässigen Material hergestelltes Substrat und eine Infrarot absorbierende Schicht enthält, die auf einer seitlichen Oberfläche des Substrats gebildet ist; und wobei der oder jeder zweite Teil ein das genannte Substrat enthaltender Öffnungs-Teil ist; und
eine Infrarotdetektor-Anordnung mit einer detektierenden Fläche, die dem oder jedem Öffnungs-Teil des benannten kalten Schirms gegenüberliegend angeordnet ist;
dadurch gekennzeichnet, daß:
der oder jeder erste Teil aus einer Infrarot absorbierenden Schicht, einer aus für Infrarot durchlässigem Material hergestellten dielektrischen Schicht und einer auf der dielektrischen Schicht gebildeten Infrarot reflektierenden Schicht besteht; und daß der oder jeder zweite Teil ein Bereich der genannten dielektrischen Schicht ist und auf der genannten Oberfläche des Substrats geformt ist; wobei die folgenden Gleichungen erfüllt sind:
n3 = n1 und n3 x d1 = λ/4,
wobei λ die Wellenlänge der zu detektierenden Infrarotstrahlung, n1 der Brechungsindex des genannten Substrats, n3 der Brechungsindex der genannten dielektrischen Schicht und d1 die Dicke der genannten dielektrischen Schicht ist.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Infrarotdetektor eines abbildenden Systems, mit dem ein Infrarotbild akkurat detektiert werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Infrarotdetektor mit einem kalten Schirm, bei dem in dem kalten Schirm absorbierte Infrarotstrahlen von diesem nicht abgestrahlt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Infrarotdetektor, der Öffnungen in einem kalten Schirm hat, durch die nur notwendige und erwünschte Infrarotstrahlen hindurchgehen können.
Als ein Beispiel wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
Fig. 1 ein schematischer Querschnitt eines früher vorgeschlagenen Infrarotdetektors ist,
Fig. 2 ein teilweise vergrößerter Querschnitt von Fig. 1 ist;
Fig. 3 ein schematischer Querschnitt eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 4 ein Querschnitt eines kalten Schirms aus Fig. 3 ist,
Fig. 5 ein Grundriß eines auf einer Detektor-Anordnung vorgesehenen kalten Schirms ist und
Fig. 6 ein Querschnitt entlang einer Linie A-A' von Fig. 5 ist.
Bevor die vorliegende Erfindung beschrieben wird, wird der Stand der Technik ausführlich beschrieben.
Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt eines früher vorgeschlagenen Infrarotdetektors. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist eine Infrarotdetektor-Anordnung 2, die ein Infrarotbild detektiert, auf einem kalten Sockel 1 angeordnet, der beispielsweise mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird. Weiterhin ist ein kalter Schirm 3 auch auf dem kalten Sockel 1 angeordnet, so daß unnötige und unerwünschte Infrarotstrahlen abgeschirmt werden und notwendige und erwünschte Infrarotstrahlen hindurchgelassen werden und das Infrarot auf die Detektor-Anordnung 2 geleitet wird.
Der kalte Schirm 3 ist aus Aluminium hergestellt, das eine beispielsweise schwarze Oberfläche hat. Der kalte Schirm 3 absorbiert das Infrarot (infrarote Strahlung) und wird durch eine an dem kalten Sockel 1 befindliche Kühlvorrichtung (nicht gezeigt) vollständig gekühlt, so daß der kalte Schirm 3 nicht zu einer Infrarot abstrahlenden Quelle wird.
Somit schließt der kalte Schirm 3 unnötiges und unerwünschtes Infrarot aus. Andererseits wird eine akkurate Detektion des Infrarotbildes erreicht, indem auf die Detektor-Anordnung nur Infrarot geleitet wird, das durch eine Öffnung des kalten Schirms hindurchgelassen wird.
Wie in Fig. 2 gezeigt, treffen Infrarotstrahlen 8 direkt auf eine Detektionsfläche 4 auf, und Infrarotstrahlen, die durch ein Fenster 7 auf die Detektor-Anordnung 2 auftreffen, werden durch die Detektionsfläche 4 detektiert. Jedoch werden Infrarotstrahlen 9, die auf die Elektroden 6 auftreffen, durch die Elektroden 6 reflektiert, so daß die reflektierten Infrarotstrahlen durch das Fenster 7 reflektiert werden, usw. und oft beispielsweise auf eine andere Detektionsfläche 5 auftreffen, wodurch die Genauigkeit der Infrarotdetektion herabgesetzt ist.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist ein Infrarotdetektor, der einen kalten Schirm 20 und eine Infrarotdetektor-Anordnung enthält, auf dem kalten Sockel 1 angeordnet, und Abstandshalter 25 befinden sich zwischen dein kalten Schirm und der Infrarotdetektor-Anordnung 21.
Der in Fig. 3 gezeigte Teil des kalten Schirms wird anhand von Fig. 4 erläutert.
Ein Licht (nämlich Infrarot) abschirmender Teil 16 des kalten Schirms besteht aus fünf Schichten, nämlich einer dielektrischen Schicht 14, einem Substrat 10, einer auf einer Oberfläche des Substrats 10 gebildeten dielektrischen Schicht 12, und einer auf der dielektrischen Schicht 12 gebildeten Infrarot reflektierenden Schicht 13. Das Substrat 10 ist aus einem für Infrarot durchlässigen Material, z.B. ZnS, ZnSe, und Ge, usw. und die Infrarot absorbierende Schicht 11 ist beispielsweise aus Cr oder Ni, usw. hergestellt. Die dielektrische Schicht ist z.B. aus CeF&sub3; oder PbF&sub2;, usw. hergestellt. Die Infrarot reflektierende Schicht 13 ist aus einem Metall, wie z.B. Al oder Au, usw. hergestellt.
Der Licht abschirmende Teil 16 des kalten Schirms eliminiert wirksam Infrarotstrahlen, indem er sie absorbiert und eine destruktive Interferenz verursacht, wenn sie auf den Teil 16 auftreffen.
Die vorliegende Erfindung ist sogar ohne die dielektrische Schicht 14 effektiv.
Ein Öffnungs-Teil (durchlässiger Teil) 15 des kalten Schirms besteht aus drei Schichten, nämlich der dielektrischen Schicht 14, dem Substrat 10 und der dielektrischen Schicht 12.
Darauf von oben auftreffende Infrarotstrahlen werden wirksam durch den Öffnungs-Teil 15 des kalten Schirms hindurchgelassen, so daß sie zu einer Detektionsfläche (nicht gezeigt) geleitet werden.
Die Wirkungen dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung werden erläutert werden.
Da der Öffnungs-Teil 15 des kalten Schirms durch das Substrat 10, das aus einem für Infrarot durchlässigen Material 12 hergestellt ist, und die dielektrische Schicht 2 gebildet ist, die einen geeigneten Brechungsindex haben, um die Eigenschaft einer guten optischen Durchlässigkeit zu ergeben, können die auf den Öffnungs-Teil 15 auftreffenden Infrarotstrahlen wirksam zu einer Detektionsfläche geleitet werden.
Die Wellenlänge des auf den Öffnungs-Teil auftreffenden Infrarots sei λ, der Brechungsindex des Substrats 10 sei n1 und der der dielektrischen Schichten 12 und 14 sei n3. Weiterhin sei die Dicke jeder dielektrischen Schicht d1. Wie bekannt, ist die optimale Durchlässigkeit dann verwirklicht, wenn die Gleichungen n3 = n1 und n3 x d1 = λ/4 erfüllt sind. Daher geht der größte Teil des auf einen Öffnungs-Teil auftreffenden Infrarots durch den Öffnungs-Teil einer Struktur hindurch und erreicht eine Detektionsfläche, wenn die Struktur solche Bedingungen erfüllt.
Ein Teil des auf den Licht abschirmenden Teils 16 auftreffenden Infrarots 17 wird an der Grenzfläche zwischen dem Substrat 10 und der Infrarot absorbierenden Schicht 11 aufgrund der Differenz zwischen deren Brechungsindizes n1 und n2 reflektiert. Der Teil des an der Grenzfläche reflektierten Infrarots ist in Fig. 4 mit 18 bezeichnet.
Ein Teil des verbleibenden Infrarots, das nicht an der Grenzfläche reflektiert wurde, wird in der Infrarot absorbierenden Schicht 11 absorbiert, und der Rest geht hindurch in die dielektrische Schicht 12 hinein und erreicht die Infrarot reflektierende Schicht 13.
Dieses an der Grenzfläche der Infrarot reflektierenden Schicht 13 reflektierte Infrarot geht wieder durch die dielektrische Schicht 12 hindurch und wird durch die Infrarot absorbierende Schicht 11 teilweise absorbiert, wobei der Rest von der Infrarot absorbierenden Schicht 11 abgestrahlt wird. Das abgestrahlte Infrarot ist mit 19 bezeichnet.
Indem man die Intensität des Infrarot 18 und des Infrarot 19 gleich macht und gleichzeitig für eine Phasenumkehr zwischen dem Infrarot 18 und dem Infrarot 19 sorgt, löschen sich das Infrarot 18 und das Infrarot 19 gegenseitig aus und somit wird die Abstrahlung von Infrarot von dem Licht abschirmenden Teil 16 verhindert.
Die Regelung der Intensität des Infrarots 18 und des Infrarots 19 kann durch Auswahl des Materials und der Dicke der Infrarot absorbierenden Schicht 11 bewerkstelligt werden. Weiterhin kann die Regelung der Phasendifferenz zwischen dem Infrarot 18 und dem Infrarot 19 durch Einstellen der Dicke der dielektrischen Schicht 12 bewerkstelligt werden.
Insbesondere, wenn zwischen den Brechungsindizes n1 des Substrats 10, n2 der absorbierenden Schicht 11, n3 der dielektrischen Schicht 12 und n4 der reflektierenden Schicht 13 die Beziehungen n < n2 , n3 < n4 bestehen, wird die Phase des auf die Infrarot absorbierende Schicht 11 und die des auf die Infrarot reflektierende Schicht 13 auftreffenden Lichts umgekehrt, und keine von beiden Phasen wird umgekehrt, wenn die Beziehungen n1 > n2 , n3 > n4 bestehen. Somit entspricht die Dicke der dielektrischen Schicht 12, die die Phasenumkehr zwischen dem Infrarot 18 und dem Infrarot 19 entstehen läßt, derjenigen Schichtdicke d1 (n3 x d1 = λ/4), die die optimale Durchlässigkeit an dem obengenannten Öffnungs-Teil 15 des kalten Schirms hat. Da also die Dicke der dielektrischen Schichten im Öffnungs-Teil und im Licht empfangenden Teil 16 gleich gemacht werden kann, kann der kalte Schirm vorteilhaft hergestellt werden.
Wenn Infrarot mit einer Wellenlänge von 10um detektiert wird, wird eine dielektrische Schicht mit ungefähr 1,7 um, die aus der Gleichung n3 x d1 = λ/4 berechnet ist, verwendet, um die Bedingung für optimale Infrarot-Auslöschung zu ergeben. In diesem Falle werden beispielsweise ein Substrat 10 aus ZnS mit einer Dicke von 200 bis 500 um, eine absorbierende Schicht aus Cr mit einer Dicke von etwa 0,05 um und eine absorbierende Schicht 13 aus Al mit einer Dicke von etwa 1 um verwendet.
Fig. 5 zeigt einen Grundriß eines auf einer erfindungsgemäßen Detektor-Anordnung vorgesehenen kalten Schirms, und Fig. 6 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-A' von Fig. 5.
Wie in Fig. 5 gezeigt, schirmt der Licht abschirmende Teil 16 des kalten Schirms 20 alle Teile außer der Detektionsfläche 22 ab. Der Öffnungs-Teil 15 in dem kalten Schirm 20 ist genau oberhalb der Detektionsfläche 22 vorgesehen. Somit wird auf den Öffnungs-Teil 15 auftreffendes Infrarot nur zu der genau unter dem Öffnungs-Teil 15 befindlichen Detektionsfläche 22 geleitet. Andererseits entsteht das Problem, daß unerwünschtes Infrarot wegen Reflexion an der Elektrode 23 eine andere Detektionsfläche erreicht, usw., wie es für Anordnungen nach dem Stand der Technik erläutert wurde, hier nicht, da Infrarot, das auf den Licht abschirmenden Teil 16 trifft, durch die absorbierende Wirkung des Licht abschirmenden Teils 16 und die von diesem bewirkte Interferenz eliminiert wird.

Claims

1. Infrarotdetektor, enthaltend:

einen kalten Schirm (20), der einen oder mehrere erste und einen oder mehrere zweite nebeneinander angeordnete Teile (15, 16) hat, wobei der oder jeder erste Teil ein Licht abschirmender Teil (16) ist, der ein aus einem für Infrarot durchlässigem Material hergestelltes Substrat (10) und eine Infrarot absorbierende Schicht (11) enthält, die auf einer seitlichen Oberfläche des Substrats gebildet ist; und wobei der oder jeder zweite Teil ein das genannte Substrat enthaltender Öffnungs-Teil (15) ist; und

eine Infrarotdetektor-Anordnung (21) mit einer detektierenden Fläche (22), die dem oder jedem Öffnungs-Teil (15) des benannten kalten Schirms (20) gegenüberliegend angeordnet ist;

dadurch gekennzeichnet, daß:

der oder jeder erste Teil (16) aus einer Infrarot absorbierenden Schicht (11), einer aus für Infrarot durchlässigem Material hergestellten dielektrischen Schicht (12) und aus einer auf der dielektrischen Schicht (12) gebildeten Infrarot reflektierenden Schicht (13) besteht; und daß der oder jeder zweite Teil (15) ein Bereich der genannten dielektrischen Schicht (12) ist und auf der genannten Oberfläche des Substrats (10) geformt ist; wobei die folgenden Gleichungen erfüllt sind:

n3 = n1 und n3 x d1 = λ/4,

wobei λ die Wellenlänge der zu detektierenden Infrarotstrahlung, n1 der Brechungsindex des genannten Substrats (10), n3 der Brechungsindex der genannten dielektrischen Schicht (12) und d1 die Dicke der genannten dielektrischen Schicht (12) ist.

2. Infrarotdetektor nach Anspruch 1, bei dem eine weitere dielektrische Schicht (14) auf derjenigen Oberfläche des genannten Substrats (10) gebildet ist, die der Oberfläche gegenüberliegt, auf der die Infrarot absorbierende Schicht (11), die dielektrische Schicht (12) und die Infrarot reflektierende Schicht (13) gebildet sind.

3. Infrarotdetektor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der für Infrarotstrahlung geltende Brechungsindex der dielektrischen Schichten (12, 14) kleiner ist als der Brechungsindex des Substrats (10) und gleichzeitig größer als 1.

4. Infrarotdetektor nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem eine Infrarot absorbierende Schicht (11) aus Cr oder Ni besteht.

5. Infrarotdetektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die dielektrischen Schichten (12, 14) aus CeF&sub3; oder PbF&sub2; bestehen.

6. Infrarotdetektor nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem an der Infrarot absorbierenden Schicht (11) reflektierte Infrarotstrahlen und an der Infrarot reflektierenden Schicht (13) reflektierte Infrarotstrahlen durch destruktive Interferenz gegenseitig ausgelöscht werden.