JPS5839294B2 - netsu energy okelsouchi - Google Patents
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- JPS5839294B2 JPS5839294B2 JP49072201A JP7220174A JPS5839294B2 JP S5839294 B2 JPS5839294 B2 JP S5839294B2 JP 49072201 A JP49072201 A JP 49072201A JP 7220174 A JP7220174 A JP 7220174A JP S5839294 B2 JPS5839294 B2 JP S5839294B2
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Classifications
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-
- G—PHYSICS
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- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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-
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は熱エネルギー検出装置、さらに詳しくは赤外線
を受ける装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to thermal energy detection devices, and more particularly to devices that receive infrared radiation.
従来の赤外線を受ける装置は冷却装置の冷却指上に検出
装置が永久的に据え付けてあり、冷却装置は開放サイク
ルまたは閉鎖サイクル冷却システムであった。Conventional infrared receiving devices have a detection device permanently mounted on the cooling fingers of a cooling device, and the cooling device has been an open cycle or closed cycle cooling system.
上述した装置を赤外線を受ける装置に使用すると多くの
問題をもたらした。The use of the devices described above in devices receiving infrared radiation has led to a number of problems.
これらの問題はこのような従来技術によるシステムの信
頼性、維持管理、電力、熱放散および重量から生ずる。These problems arise from the reliability, maintenance, power, heat dissipation, and weight of such prior art systems.
例えば従来システムの信頼性は検出装置よりも冷却装置
の破損までの平均時間に依存していた。For example, the reliability of conventional systems depended more on the average time to failure of the cooling equipment than on the detection equipment.
従って冷却装置を改良すると赤外線を受ける装置の寿命
も増加する。Therefore, improving the cooling system will also increase the lifespan of the equipment receiving the infrared radiation.
別の例では、検出装置を永久的に冷却装置に取付けた赤
外線を受ける装置の維持管理は装置全体を修理に出す必
要があった。In another example, maintenance of an infrared receiving device in which the detection device was permanently attached to a cooling device required that the entire device be sent for repair.
従ってモジュール構造体では部品の交換が可能であり、
実質的に装置の維持管理および修理が節減される。Therefore, in a modular structure, parts can be replaced,
Substantial equipment maintenance and repair savings are achieved.
従って本発明の目的は改良され高信頼性があり製造費の
安い熱エネルギーを受ける装置を得ることである。SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide an improved, reliable and inexpensive device for receiving thermal energy.
本発明の別の目的は維持管理および修理が容易で経済的
なモジュール型熱エネルギーを受ける装置を得ることで
ある。Another object of the invention is to provide a modular thermal energy receiving device that is easy and economical to maintain and repair.
本発明のさらに別の目的は熱エネルギーを受ける装置の
検出装置−真空モジュール用の効率的冷却システムを得
ることである。Yet another object of the invention is to obtain an efficient cooling system for a detection device-vacuum module of a device subject to thermal energy.
本発明のさらに別の目的は交換のために冷却システムか
ら容易に脱着できる赤外線を受けるための検出装置−真
空モジュールを得ることである。Yet another object of the invention is to provide a detection device-vacuum module for receiving infrared radiation that can be easily detached from the cooling system for replacement.
本発明のさらに別の目的は熱エネルギーを受ける装置の
検出装置−真空モジュールと冷却装置の間の熱移動効率
を高める熱移動機構を得ることである。Yet another object of the present invention is to provide a heat transfer mechanism that increases the heat transfer efficiency between the detection device--the vacuum module and the cooling device of a device receiving thermal energy.
本発明の上述した目的および他の目的は４個の離隔また
は独立したモジュール即ちクライオゲンによる冷却装置
、光学的走査装置、検出装置−真空モジュールおよび電
気−光学モジュールで構成されるモジュール型熱エネル
ギーを受ける装置を得ることによって遂行できる。The above-mentioned and other objects of the present invention are directed to a modular thermal energy receiving system consisting of four separate or independent modules: a cryogen cooling system, an optical scanning system, a detection system-vacuum module, and an electro-optical module. This can be accomplished by acquiring the equipment.
例えばクライオゲンによる冷却装置はジュールトムソン
冷却装置またはクライオスタットまたは１９６７年８月
８日に特許された米国特許第３，３３４，４９１号に開
示されているような閉サイクル冷却装置のいづれでもよ
い。For example, the cryogenic cooling system may be either a Joule-Thomson cooling system or cryostat, or a closed cycle cooling system such as that disclosed in U.S. Pat. No. 3,334,491, issued Aug. 8, 1967.
この特許に開示された冷却装置は変形されて新規な特徴
例えば偏心駆動機構およびコンプレッサと冷却チャンバ
の間のクライオゲンライン配置を変形して冷却装置の冷
却効率および信頼性を改良してきた。The cooling system disclosed in this patent has been modified with novel features such as the eccentric drive mechanism and the cryogen line arrangement between the compressor and the cooling chamber to improve the cooling efficiency and reliability of the cooling system.
新規な熱移動機構は冷却装置と検出装置モジュールの間
に設けてあって、検出装置−真空モジュールに備えた検
出装置を効率的に冷却する。A novel heat transfer mechanism is provided between the cooling device and the detector module to efficiently cool the detector in the detector-vacuum module.
脱着できる検出装置−真空モジュールは冷却装置のクラ
イオスタットまたは冷却指と組になった冷却部材を包含
している。The removable sensing device-vacuum module includes a cooling member associated with a cryostat or cooling finger of the cooling device.
この冷却部材はデユワ（ｄｅｗａｒ）真空チャンバの内
壁を形成味そこをエツチングした電気リードを持ち検出
装置の検出器を多ピン出口へ接続して電気−光学モジュ
ールのコネクタとする。The cooling member forms the inner wall of the dewar vacuum chamber and has electrical leads etched therein to connect the detector of the detection device to the multi-pin outlet to serve as a connector for the electro-optical module.
この電気−光学モジュールは例えば１９７０年１２月■
４日出願の米国特許出願第０９７．７５３号に開示され
、共同譲受人のテキサスインストルメントインコーホレ
ーテッドに譲渡されている。For example, this electro-optical module was released in December 1970.
No. 097.753, filed on April 4, and assigned to co-assignee Texas Instruments Incorporated.
本発明の他の目的および特徴は以下の詳細な説明を添付
図面を参照して読めばさらに容易に明らかとなろう。Other objects and features of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.
さて図面を参照すると熱放射線を受ける装置１０が第１
図にブロック線図として図示してあって主構成要素の作
動関係を示しである。Now referring to the drawings, the device 10 for receiving thermal radiation is the first
The figure is illustrated as a block diagram to show the operational relationship of the main components.
熱放射線を受ける装置１０（第１，２図）は光学走査装
置１１、検出装置１２、電気−光学装置１４、真空モジ
ュール１６および冷却装置１８で構成されている。The device 10 (FIGS. 1 and 2) for receiving thermal radiation consists of an optical scanning device 11, a detection device 12, an electro-optical device 14, a vacuum module 16 and a cooling device 18.
検出装置１２は光学走査装置１１によって走査される入
射する熱エネルギーの経路にあって、これに応答してそ
こに入射する熱エネルギ像を表わす電気信号を作る。Detection device 12 is in the path of the incident thermal energy scanned by optical scanning device 11 and responsively produces an electrical signal representative of an image of the incident thermal energy.
検出装置１２の電気的信号は処理され数多くの電気−光
学システム１４のうちの選択された１個に表示される。The electrical signal of the detection device 12 is processed and displayed on a selected one of a number of electro-optical systems 14.
適当な電気−光学表示システムの例は前に引用した１９
７０年１２月１４日出願の米国特許出願第０９７．７５
３号のシステムである。Examples of suitable electro-optical display systems are cited above.
U.S. Patent Application No. 097.75 filed December 14, 1970
This is the No. 3 system.
検出装置１２は検出装置真空モジュール１６内で冷却さ
れるため設けである。The detection device 12 is provided to be cooled within the detection device vacuum module 16.
検出装置−真空モジュールの検出器または検出装置１２
は適当な冷却装置例えば冷却装置１８またはクライオス
タット１８（第８図）によって冷却される。Detection device - vacuum module detector or detection device 12
is cooled by a suitable cooling device, such as cooling device 18 or cryostat 18 (FIG. 8).
冷却装置１８（第１，２図）は十分な冷却容量を持って
検出装置をその作動温度に冷却しなければならない。The cooling system 18 (FIGS. 1 and 2) must have sufficient cooling capacity to cool the sensing device to its operating temperature.
これから述べるシステムは特に赤外線検出装置例えばチ
ル５化水銀カドミウム検出装置を約７７°Ｋまたはそれ
以下の温度に冷却するのに適している。The system to be described is particularly suitable for cooling infrared detection devices, such as chilled mercury cadmium pentide detection devices, to temperatures of about 77°K or less.
本発明の好ましい実施例においては、熱エネルギー検出
装置１２は閉サイクル冷却装置例えばステイアリングサ
イクル冷却装置（ｓｔｉｒｌｉｎｇ Ｃｙｃｌｅ Ｃｏ
ｏｌｅｒ）２０ （第３図）によって冷却される。In a preferred embodiment of the invention, thermal energy sensing device 12 is installed in a closed cycle refrigerator, such as a stirring cycle refrigerator.
20 (FIG. 3).
この冷却システムは２個の主構成要素即ちコンプレッサ
２２と冷却ヘッド２４で構成される。The cooling system consists of two main components: a compressor 22 and a cooling head 24.
主構成要素はモーフ２８によって駆動される共通駆動機
構２６によって相互接続されている。The main components are interconnected by a common drive mechanism 26 driven by a morph 28.
囲い３０に取付けた冷却ヘッドを除いて、すべての構成
素子はハウジング３０の中に設置しである。All components are located within the housing 30, except for the cooling head, which is mounted in the enclosure 30.
ヘリウムのような作用流体すなわちクライオゲンはコン
プレッサと冷却ヘッドの間をこれから述べるように自由
に流れる。A working fluid such as helium, or cryogen, flows freely between the compressor and the cooling head as will be described.
即ちクライオゲ゛ンシステムにはクライオゲンの流れを
制御するバルブは包含されていない。That is, the cryogen system does not include a valve to control the flow of cryogen.
コンプレッサ２２は単ピストンの空冷、乾式潤滑剤ユニ
ットが好ましい。Compressor 22 is preferably a single-piston, air-cooled, dry lubricant unit.
冷却ヘッド２４（第３図）は再生器−交換器３２および
再生器−交換器３２の集積部として形成された環３４で
構成される。The cooling head 24 (FIG. 3) is comprised of a regenerator-exchanger 32 and an annulus 34 formed as a collection of regenerator-exchangers 32.
モーフ２８（第４図）は例えば約１／２０馬力の交流ま
たは直流電動モーフで、ボールベアリング３８内に設置
した駆動シャフト３６を回転する。Morph 28 (FIG. 4) is, for example, an approximately 1/20 horsepower AC or DC electric morph that rotates a drive shaft 36 mounted within a ball bearing 38.
駆動シャフト３６は平歯車４０，４２で構成される歯車
減速機に接続されている。The drive shaft 36 is connected to a gear reducer comprised of spur gears 40,42.
平歯車４０は駆動小歯車４０であり他の平歯車４２は被
駆動歯車である。The spur gear 40 is a driving small gear 40, and the other spur gears 42 are driven gears.
この被駆動歯車４２はボールベアリング４６に軸受され
た出力シャフト４４に設渡しである。This driven gear 42 is connected to an output shaft 44 which is supported by a ball bearing 46.
約１５０Ｏｒｐｍで駆動される出力シャフト４４はその
上にマスクピストン接続ロッド５２の結合ベアリング面
５０を設けた偏心カム４８（第３図）を持っている。The output shaft 44, which is driven at about 150 Orpm, has an eccentric cam 48 (FIG. 3) having a mating bearing surface 50 for a mask piston connecting rod 52 thereon.
マスクピストンロッド５２（第３図）はピストンのスカ
ートを通り抜けるピン５６によってコンプレッサピスト
ン５４に接続されている。A mask piston rod 52 (FIG. 3) is connected to a compressor piston 54 by a pin 56 that passes through the skirt of the piston.
コンプレッサピストン５４は約２．５４傭ノ直径を持っ
ていてハウジング３０の内に形成した圧縮シリンダ５８
に取り付けである。Compressor piston 54 has a diameter of approximately 2.5 mm and is formed within a compression cylinder 58 within housing 30.
It is attached to.
円形突起６０はそのロッド部に対し直角にある、マスク
ロンド５２−その直径は約２．５４ｃｆｆＬ−の眼に形
成されている。A circular protrusion 60 is formed at a right angle to the rod portion of the mask rond 52, the diameter of which is approximately 2.54 cffL.
補助またはスレーブロッド６２は一端がピン６４によっ
て円形突起６０に転回できるよう接続され、他端は直径
約１．２７ｃｒｆＬであってシリンダまたは冷却指７０
に設けた再生器−交換器３２の耳６６に転回できるよう
接続されている。An auxiliary or slave rod 62 is pivotally connected at one end to a circular projection 60 by a pin 64 and has a diameter of approximately 1.27 crfL at the other end and is connected to a cylinder or cooling finger 70.
The regenerator-exchanger 32 is rotatably connected to the ear 66 of the regenerator-exchanger 32 located in the regenerator-exchanger 32 .
この偏心駆動機構は上に述べた大きさのピストンおよび
再生器−交換器を駆動するときクランク軸にノーフォー
スカップリングを作り、マスクロンドはクランク上にロ
ンド回転に抵抗するがベアリングに負荷をかけない広い
ベアリング席を設ける。This eccentric drive mechanism creates a no-force coupling on the crankshaft when driving a piston and regenerator-exchanger of the dimensions mentioned above, and the mask rond resists rond rotation on the crank but loads the bearings. Provide a wide bearing seat.
この装置は実質的に冷却装置の信頼性を増すことがわか
った。This device has been found to substantially increase the reliability of the cooling system.
再生器−交換器３２は熱交換器７４例えば複数（約８５
０）の細かい（約３２５〜４００ ）メツシュの金属（
ステンレス）網を包含する交換器シリンダ７２を包含す
る。The regenerator-exchanger 32 includes a plurality of heat exchangers 74, e.g.
0) fine (approx. 325-400) mesh metal (
The exchanger cylinder 72 includes a stainless steel mesh.
交換器シリンダ７２は直径が約１．２７ｃｍでプラスチ
ック例えばレキサン（Ｌｅｘａｎ）またはガラス繊維で
できている。Exchanger cylinder 72 is approximately 1.27 cm in diameter and is made of plastic, such as Lexan, or fiberglass.
環３４はシリンダ７２の周縁耳ベアリング端に隣接して
形成される。Ring 34 is formed adjacent the peripheral ear bearing end of cylinder 72 .
環３４は往復運動する再生器−交換器の部分として形成
されるので浮き環（ｆｌｏａｔｉｎｇ ａｎｎｕｌｕｓ
）といわれる。The annulus 34 is formed as part of a reciprocating regenerator-exchanger and is therefore a floating annulus.
).
複数の柱７８は環３４の底に設は熱交換器７４への通路
を作る。A plurality of posts 78 are installed at the bottom of the annulus 34 to create a passageway to the heat exchanger 74.
シリンダ７２は環３４の他端に複数の柱８０を持ってい
る。The cylinder 72 has a plurality of posts 80 at the other end of the ring 34.
これらの柱はシリンダ７２と指形冷却器７０の内部の間
の空間で限定される冷却チャンバ８２へ通ずる通路を作
る。These columns create a passageway to a cooling chamber 82 defined by the space between cylinder 72 and the interior of finger cooler 70 .
シリンダ７２の環３４は冷却チャンバ８２および偏心駆
動機構チャンバから、環３４の上、下で冷却指７０の内
部と密封結合する一組のシール８４，８６−例工ばバル
シールズ（スプリングを入れたテフロン）の商標で販売
されているーで密封されている。The ring 34 of the cylinder 72 is connected to a cooling chamber 82 and an eccentric drive chamber by a pair of seals 84, 86, such as Balseals (spring-loaded Teflon ) and is sold under the trademark - sealed.
これらのシール８４．８６は再生器−交換器の軸運動ガ
イドの働きもする。These seals 84,86 also act as axial movement guides for the regenerator-exchanger.
浮き環はそこに設置した往復する熱交換器を備えた静止
シリンダを使用するシステムの「死容積」を除去する。The floating ring eliminates "dead volume" in systems that use a stationary cylinder with a reciprocating heat exchanger installed therein.
死容積は環３４のそれだけである。The only dead volume is that of ring 34.
環の最少容積はそこで許容される圧力降下によって決る
。The minimum volume of the annulus is determined by the pressure drop allowed therein.
冷却指７０は外側に伸びるフランジ８８と開放端８９で
決まる下部を持っている。Cooling finger 70 has a lower portion defined by an outwardly extending flange 88 and an open end 89.
開放端８９はハウジング３０内にある孔に位置している
。Open end 89 is located in a hole within housing 30.
シール環９０は冷却指７０とハウジング３０の間の空間
を密封して偏心駆動機構２６を包含するハウジング３０
の部分からクライオゲンが逃げるのを防止する。The seal ring 90 seals the space between the cooling finger 70 and the housing 30 and closes the housing 30 containing the eccentric drive mechanism 26.
Prevents cryogen from escaping from the area.
保持部材９４はハウジング３０に取付けた下部フランジ
９６と冷却指のフランジ８８が位置する環状凹部１００
を持つ上部フランジ９８を持っている。The retaining member 94 has an annular recess 100 in which a lower flange 96 attached to the housing 30 and a cooling finger flange 88 are located.
It has an upper flange 98 with a .
冷却指７０は再生器−交換器３２の環３４に通ずる複数
の柱１０４を持つマニホールド１０２を持っている。Cooling finger 70 has a manifold 102 with a plurality of posts 104 that communicate with ring 34 of regenerator-exchanger 32 .
マニホールド１０２は圧縮シリンダ５８に開いたハウジ
ング３０の空冷された通路１０６に通じている。Manifold 102 communicates with an air-cooled passageway 106 in housing 30 that opens into compression cylinder 58 .
圧縮シリンダ５８、ハウジングの通路１０６、冷却指の
マニホールド１０２、再生器−交換器の環３４、シリン
ダ７２および冷却チャンバ８２の容積は適当なりライオ
ゲン例えばヘリウムで充満されるクライオゲンラインを
形成する。The volumes of compression cylinder 58, housing passageway 106, cooling finger manifold 102, regenerator-exchanger ring 34, cylinder 72, and cooling chamber 82 form a cryogen line filled with suitable lyogen, such as helium.
動作においては、再生器−交換器３２および偏心駆動機
構２６に接続された圧縮ピストン５４は切断軸に沿って
互に９０°位相がずれて動作する。In operation, the regenerator-exchanger 32 and the compression pistons 54 connected to the eccentric drive mechanism 26 operate 90 degrees out of phase with each other along the cutting axis.
こうして再生器−交換器３２は往復するので冷却チャン
バ８２の容積は減少し、次に述べる１作動冷却サイクル
に従って増加する。Thus, as the regenerator-exchanger 32 reciprocates, the volume of the cooling chamber 82 decreases and increases according to one operating cooling cycle as described below.
冷却サイクルは第５図を参照するとよく理解されよう。The cooling cycle may be best understood with reference to FIG.
図でＡ、Ｂ、ＣおよびＤは再生器−交換器３２の位置お
よび圧縮ピストンの位置を示し次のように表わせる。In the figure, A, B, C and D indicate the position of the regenerator-exchanger 32 and the position of the compression piston, which can be expressed as follows.
即ち位置Ａ、Ｂはそれぞれ再生器−交換器およびコンプ
レッサピストンの上死点の位置を表わし、位置Ｃ，Ｄは
それぞれ再生量交換器３２およびコンプレッサピストン
の下死点を表わしている。That is, positions A and B represent the top dead center positions of the regenerator-exchanger and compressor piston, respectively, and positions C and D represent the regeneration exchanger 32 and the bottom dead center of the compressor piston, respectively.
ステイアリングサイクルにおいては再生器−交換器を通
って流れるクライオゲンはそれが再生器の冷端（ｃｏｌ
ｄｅｒ ｅｎｄ）から温端（ｈｏｔｔｅｒ ｅｎｄ）へ
流れる間に再生器の本体から熱を吸収し、それが温端か
ら冷端へ流れる間には再生器本体に熱を与えることが知
られている。In the steering cycle, the cryogen flowing through the regenerator-exchanger is connected to the cold end (col) of the regenerator.
It is known to absorb heat from the regenerator body while flowing from the hotter end to the hotter end, and to impart heat to the regenerator body while it flows from the hotter end to the colder end.
また再生器−交換器を通過する時および冷却チャンバ巴
で膨張する間はクライオゲンは冷却され密度が高くなっ
ていることも知られている。It is also known that the cryogen is cooled and becomes more dense during its passage through the regenerator-exchanger and during its expansion in the cooling chamber.
こうして位置Ａにおいて再生器−交換器３２は上死点に
達し、コンプレッサーピストン５４はシリンダ５８の中
で圧縮工程の中間点に達している。Thus, at position A, the regenerator-exchanger 32 has reached top dead center and the compressor piston 54 has reached the midpoint of the compression stroke in the cylinder 58.
この点においてクライオゲンの圧力はその最大値に近づ
いており、冷却チャンバの容積は最少値から増加してい
る。At this point the cryogen pressure is approaching its maximum value and the cooling chamber volume has increased from its minimum value.
再生器本体はクライオゲンから熱を吸収している。The regenerator body absorbs heat from the cryogen.
位置Ｂにおいては、再生器−交換器３２は冷却チャンバ
に流れるクライオゲンを引き上げ、冷却チャンバの容積
はその最大値の半分に増加する。In position B, the regenerator-exchanger 32 pulls up the cryogen flowing into the cooling chamber, and the volume of the cooling chamber increases to half its maximum value.
コンプレッサーのピストン５４は上死点に達しその上方
への工程を完遂する。The compressor piston 54 reaches top dead center and completes its upward stroke.
クライオゲンはその最大圧力点を通過し圧力は中間値に
戻る。The cryogen passes through its maximum pressure point and the pressure returns to an intermediate value.
Ｃ点においては再生器−交換器３２は下死点にあり、圧
縮ピストン５４は圧縮シリンダ５８の中間点まで降下し
ている。At point C, the regenerator-exchanger 32 is at bottom dead center and the compression piston 54 has descended to the midpoint of the compression cylinder 58.
クライオゲンの圧力はさらに減少し、冷却チャンバはそ
の最大容積となっている。The cryogen pressure is further reduced and the cooling chamber is at its maximum volume.
この点におけるクライオゲンはその膨張を完了しようと
しており、その流れは再生器本体を通って熱を集めて圧
縮シリンダ５８へ戻るところである。The cryogen at this point is about to complete its expansion and the flow is returning to the compression cylinder 58 collecting heat through the regenerator body.
Ｄ点においては再生器−交換器は上方に移動し、冷却チ
ャンバ８２の体積は半分になり、コンプレッサピストン
は下死点に達している。At point D, the regenerator-exchanger has moved upward, the volume of cooling chamber 82 has been halved, and the compressor piston has reached bottom dead center.
この点ではクライオゲンはその最低圧力点を通過し、そ
の圧力は上昇している。At this point the cryogen has passed its lowest pressure point and its pressure is increasing.
即ち冷却チャンバの容積はその最大容積を通過し、その
容積はその最大容積の約−に減少している。That is, the volume of the cooling chamber has passed through its maximum volume and its volume has decreased to approximately - its maximum volume.
クライオゲンは圧縮され、圧縮シリンダ５８から流れ出
ている。The cryogen is compressed and flows out of the compression cylinder 58.
再生器−交換器がその位置をＡ点に戻したときサイクル
は完了する。The cycle is complete when the regenerator-exchanger returns its position to point A.
クライオゲンの圧縮熱はハウジング３０を通って放散さ
れ、クライオゲンは任意の温度で冷却チャンバ８２へ行
く途中再生器に入りそこで冷却温度に達し、再生器本体
を通って戻るとき、それは熱を集め、任意の温度で再生
器を出て、別のサイクル用に圧縮シリンダに再び入るこ
とは理解されよう。The heat of compression of the cryogen is dissipated through the housing 30, the cryogen enters the regenerator at any temperature on its way to the cooling chamber 82 where it reaches the cooling temperature, and as it returns through the regenerator body it collects heat and It will be appreciated that the regenerator exits the regenerator at a temperature of 0 and re-enters the compression cylinder for another cycle.
すでに述べたように指冷指７０は冷却器によってそこか
ら熱をとられて冷却される。As already mentioned, the cooling finger 70 is cooled by removing heat therefrom by the cooler.
従来は検出装置を冷却指７０の外壁に直接取り付け、そ
こにデユワを形成した。Conventionally, a detection device was attached directly to the outer wall of the cooling finger 70, and a dewar was formed there.
しかし維持管理の能力を改善するために冷却指７０から
脱着できる検出装置−真空モジュール１６を使用する。However, to improve maintenance capabilities, a detection device-vacuum module 16 is used that is removable from the cooling finger 70.
冷却能力の損失を緩和するために冷却指７０は熱移動機
構１１０（第６図）を備えている。To alleviate the loss of cooling capacity, the cooling finger 70 includes a heat transfer mechanism 110 (FIG. 6).
この熱移動機構は旧型断面を持つ結合部材１１２を包含
している。The heat transfer mechanism includes a coupling member 112 with a legacy cross-section.
この結合部材１１２の下部は冷却指７０を配置したあと
、その上に例えばブレイジングによって配置、固定する
。After the cooling finger 70 is placed on the lower part of the coupling member 112, the cooling finger 70 is placed and fixed thereon by, for example, brazing.
結合部材の上部は開いており、フランジ部材１１６の付
属部分と共に巻きスプリング１１４が位置する。The upper part of the coupling member is open, in which the wrap spring 114 is located along with the attached portion of the flange member 116.
スプリング１１４はフランジ部材１１６を検出装置−真
空モジ１−ル−１６８若合させる。The spring 114 brings the flange member 116 together with the sensing device-vacuum module 1-rule-168.
熱移動機構は熱伝導係数の高い物質例、ｆｆｌ銀充填シ
リコングリースで被覆するか、フランジ部材１１６は第
６図に点線で示した熱伝導金属の可撓性熱移動帯１１８
を包含している。The heat transfer mechanism may be coated with a material having a high coefficient of thermal conductivity, such as ffl silver-filled silicone grease, or the flange member 116 may be a flexible heat transfer band 118 of a thermally conductive metal, shown in dotted lines in FIG.
It includes.
熱伝導金属可撓帯１１８は一端がフランジ部材１１６に
他端が結合部材１１２を横切る部材に取り付けてあって
、もしこの横切る部材が第６図のように切断しであると
きは指形冷却器７０の端に付ける。A thermally conductive metal flexible band 118 is attached at one end to the flange member 116 and at the other end to a member that traverses the coupling member 112, and if the traverse member is cut as shown in FIG. Attach it to the end of 70.
熱移動機構１１０の別の配列ではフランジ部材１１６を
結合部材にして、結合部材１１２を除去する。Another arrangement of heat transfer mechanism 110 uses flange member 116 as a coupling member and eliminates coupling member 112.
このフランジ部材１１６は冷却指の上に指し込んでその
間をスプリング１１４でとめる。This flange member 116 is inserted over the cooling finger and is fixed between them by a spring 114.
検出装置−真空モジュール１６（第１図）はシリンダオ
たは第２冷却指１２０を包含している。The detection device-vacuum module 16 (FIG. 1) includes a cylinder or second cooling finger 120.
シリンダ１２０は適当な絶縁材料例えばコーニンググラ
ス第７０５２番として市販されている硬質ガラスででき
た壁１２２と適当な金属またはガラスでできた開放端１
２６と閉端１２４をもっている。The cylinder 120 has walls 122 made of a suitable insulating material, such as hard glass commercially available as Corning Glass No. 7052, and an open end 1 made of a suitable metal or glass.
26 and a closed end 124.
金属端１２４はガラスと膨張係数が一致する合金例えば
コバール（Ｋｏｖａｒ）の商標で市販されている合金で
作っである。The metal end 124 is made of an alloy having a coefficient of expansion matching that of glass, such as an alloy commercially available under the trademark Kovar.
コーニンググラス第７０５２番とコバールの組合せは、
膨張温度係数が一致しているので好ましい。The combination of Corning Glass No. 7052 and Kovar is
This is preferable because the expansion temperature coefficients are the same.
シリンダの開放端は例えばコバール合金で作った金属環
１２６によって形成される。The open end of the cylinder is formed by a metal ring 126 made of Kovar alloy, for example.
金属環１２６は下部フランジ１３０を持つおよび上部支
持フランジ１３２を持つアダプタ１２８に取り付ける。Metal ring 126 attaches to adapter 128 having a lower flange 130 and an upper support flange 132.
下部フランジ１３０はＣリング１３４およびネジまたは
ボルト１３６のようなファスナを受けて冷却指保持部材
９４の上部フランジ９８へ取付けられる。Lower flange 130 receives fasteners such as C-rings 134 and screws or bolts 136 to attach to upper flange 98 of cooling finger retention member 94 .
検出装置１２は適当な結合材例えばエポキシでシリンダ
１２０の金属端１２４に付けたマウント１３８へ取り付
ける。The sensing device 12 is attached to a mount 138 attached to the metal end 124 of the cylinder 120 with a suitable bonding material such as epoxy.
複数のり一ド１４０（１８０個の素子を使った検出装置
では２２０個）は検出装置１２をリード１４４の複数リ
ード端子１４２へ接続している。A plurality of glues 140 (220 for a 180 element detector) connect the detector 12 to a multi-lead terminal 142 of a lead 144 .
リード端子１４２は金属端１２４に取り付けた絶縁材料
上に形成され、リード１４０は適当な技術例えばポール
ボンディングによって取り付ける。Lead terminals 142 are formed on an insulating material attached to metal ends 124, and leads 140 are attached by any suitable technique, such as pole bonding.
リード１４４はシリンダ１２０のガラス壁１２２の上に
金属化するのが好ましく、これらは平環状ディスク１４
８に形成したリードパターン１４６の端に接続する。The leads 144 are preferably metallized on the glass wall 122 of the cylinder 120 and these are connected to the flat annular disc 14.
It is connected to the end of the lead pattern 146 formed in 8.
ディスク１４８は絶縁材料例えばセラミック材料で形成
する。Disk 148 is formed from an insulating material, such as a ceramic material.
環状ディスク１４８はシリンダ１２０を囲み、上部支持
フランジ１３２で支持される。An annular disk 148 surrounds the cylinder 120 and is supported on the upper support flange 132.
リードパターン１４６はリードパターンをセラミック環
１４８の上に金属化して形成する。Lead pattern 146 is formed by metallizing the lead pattern onto ceramic ring 148 .
リードパターン１４６はリード１４４に接続されたのと
反対の端に複数の端子−この端子はセラミック環１４８
にある孔に設置された導体柱１５０に接続されている−
を包含している。Lead pattern 146 has a plurality of terminals at the opposite end connected to lead 144 - this terminal is connected to ceramic ring 148 .
It is connected to a conductor column 150 installed in a hole in -
It includes.
この柱１５０はセラミック環１４８の上方および下方に
伸びている。The pillars 150 extend above and below the ceramic ring 148.
例えば４個のバイアスパック１５２を設けると、各パッ
クは導体柱１５０の下端に接続された４５個の抵抗１５
４を持つ。For example, if four bias packs 152 are provided, each pack has 45 resistors 15 connected to the lower end of the conductor column 150.
Has 4.
柱１５０の下端はまた対応する番号のリードに増付けら
れ、これらのリードはｒＨＪフィルム１５６上に形成さ
れ他端は検出装置−真空モジュール１６の電気入力端子
用に容器１５７に付取りである。The lower end of the post 150 is also appended with correspondingly numbered leads that are formed on the rHJ film 156 and the other end is attached to the enclosure 157 for the electrical input terminal of the detector-vacuum module 16.
容器１５７はブラケットとガスセット１６０で支持され
ている。Container 157 is supported by a bracket and gas set 160.
赤外線を受ける装置の出力端子に接続される電気入力端
子１５８は電気−光学パッケージ１４に取付けられ、バ
イアス電源から検出回路用バイアスを供給し、検出装置
１２のバイアスされた出力を受ける。An electrical input terminal 158 connected to the output terminal of the device receiving the infrared radiation is attached to the electro-optical package 14 and provides bias for the detection circuit from a bias power supply and receives the biased output of the detection device 12.
検出装置１２はアダプタ１７０のフランジに固定した開
放端を持つシリンダ１６６によって囲まれている。Detection device 12 is surrounded by a cylinder 166 with an open end secured to the flange of adapter 170.
アダプタの他端を支持材１１２に取付はアダプタ１７０
をセラミック環１４８に封入してシリンダ１２０と１６
６の間に真空チャンバ１７４を形成する。The other end of the adapter is attached to the support member 112 using the adapter 170.
is sealed in a ceramic ring 148 to form cylinders 120 and 16.
A vacuum chamber 174 is formed between 6 and 6.
ピンチチューブ１７５は真空チャンバ１７４の中を真空
にするのに使用する。Pinch tube 175 is used to create a vacuum within vacuum chamber 174.
真空チャンバはシリンダ１６６に設置したゲッタ１７６
を備えている。The vacuum chamber is a getter 176 installed in the cylinder 166.
It is equipped with
活性ゲッタ１７６は電源（図示してない）に接続され真
空チャンバを真空に保つためにバイアスされる。Active getter 176 is connected to a power source (not shown) and biased to maintain a vacuum in the vacuum chamber.
ゲッタ１７６例えば５ＡＥＳ＃Ｉ”蒸発性活性ゲッタ材
料は検出器−真空モジュール１６の寿命を実質的に伸ば
す。Getter 176 eg 5AES#I'' vaporizable active getter material substantially extends the lifetime of detector-vacuum module 16.
シールド１７８はシリンダの壁１２０の実質的部分を取
り巻きゲッタ１７６の作用から冷却指およびシリンダ１
２２を保護し支持部材１７２に設けられたデユワの温熱
漏洩を減らす。A shield 178 surrounds a substantial portion of the cylinder wall 120 and protects the cooling fingers and cylinder 1 from the action of the getter 176.
22 and reduce thermal leakage of the dewar provided on the support member 172.
囲い１３０は検出装置−真空モジュールの構成要素を包
含している。Enclosure 130 contains the components of the detection device-vacuum module.
囲い１８０は内側に伸びるフランジ１８２を持っていて
、それに保持部材１８３が回転フランジ１３０に通ずる
ネジ１８４によって取付けである。The enclosure 180 has an inwardly extending flange 182 to which a retaining member 183 is attached by screws 184 leading to the rotating flange 130.
フランジ１３０の回転は検出装置を光学的走査装置１１
に位置的に調整して視野を正しく走査するのを可能にす
る。Rotation of the flange 130 moves the detection device to the optical scanning device 11.
positional adjustment to allow correct scanning of the field of view.
検出装置１２の検出器のバイアスされた出力は電気〜光
学システム１４に供給される。The biased output of the detector of detection device 12 is provided to electro-optical system 14 .
この電気−光学システム１４は所望する表示の型式によ
って決るか、当業者には多くのシステムが公知である。The electro-optical system 14 depends on the type of display desired, and many systems are known to those skilled in the art.
適当な電気−光学システムは前に引用した、１９７０年
１２月１４日出願、米国特許出願第０９７、７５３号に
示されている。A suitable electro-optical system is shown in US patent application Ser. No. 097,753, filed Dec. 14, 1970, cited above.
本発明の別の実施例においては、該冷却装置を適当なり
ライオスフット例えば第８図に図示したジュール・トム
ソン（Ｊｏｕｌｅ −Ｔｈｏｍｓｏｎ）クライオスタッ
ト１８′に置換える。In another embodiment of the invention, the cooling device is replaced with a suitable Lyosfoot, such as the Joule-Thomson cryostat 18' shown in FIG.
互換性システムを得るため、即ち冷却装置でもまたクラ
イオスタットでも該検出装置−真空モジュールと使用で
きるシステムを得るためにこの検出装置−真空モジュー
ルは冷却装置の冷却指７０またはクライオスタット用ア
ダプタ（第８図）を受けるよう設計する。In order to obtain a compatible system, i.e. that can be used with the detection device-vacuum module both in the cooling device and also in the cryostat, this detection device-vacuum module can be connected to the cooling finger 70 of the cooling device or to the adapter for the cryostat (FIG. 8). Designed to receive.
アダプタ１８６は適当な材料例えばスクイロフォーム（
ｓｔｙｒｏｆｏａｍ）の商品名で市販されている膨張合
成樹脂材料で作る。Adapter 186 is made of a suitable material such as Squirofoam (
It is made from an expanding synthetic resin material commercially available under the trade name Styrofoam.
クライオスタットを作動するためには、クライオゲンが
クライオスタットの壁に近接して通過することが必須で
ある。In order to operate the cryostat, it is essential that the cryogen pass close to the walls of the cryostat.
アダプタ１８６はクライオスタットが正しく作動するに
必要な検出装置−真空モジュールのシリンダ１２０とク
ライオスタット１８の間の空間を占める。The adapter 186 occupies the space between the sensing device-vacuum module cylinder 120 and the cryostat 18 that is necessary for the cryostat to operate properly.
赤外線を受ける装置１０の作動においては、冷却装置１
８は活性化され検出装置１２をその作動温度にまで冷却
する。In operation of the device 10 for receiving infrared radiation, the cooling device 1
8 is activated and cools the detection device 12 to its operating temperature.
次に赤外線を受ける装置１０を所望の視野即ち視野の物
体から出た赤外線エネルギーが検出装置１２の検出器に
入るよう向ける。The infrared receiving device 10 is then directed so that the infrared energy emanating from objects in the desired field of view enters the detector of the detection device 12.
この検出装置は赤外線エネルギの強度に対応する電気信
号を作る。This detection device produces an electrical signal that corresponds to the intensity of the infrared energy.
これらの電気信号は標準バイアスによってバイアスされ
、電気−光学システム１４で処理するに適した強さの信
号を得る。These electrical signals are biased by standard biases to obtain signals of suitable strength for processing by electro-optical system 14.
処理は信号の増幅およびそれを発光ダイオードに加えて
テレビで受像され、スクリーン上に表示されまたは所望
によって直接見える可視光信号を作る。Processing amplifies the signal and applies it to a light emitting diode to create a visible light signal that can be received by a television, displayed on a screen, or viewed directly as desired.
本発明のいくつかの実施例をこ＼に説明してきたが、図
示し説明してきた装置の細部をいろいろに変形すること
は本発明の範囲から逸脱せずに行えることは当業者によ
って明らかであろう。While several embodiments of the invention have been described herein, it will be apparent to those skilled in the art that various changes may be made in the details of the apparatus as shown and described without departing from the scope of the invention. Dew.
第１図は本発明の主体を構成する熱エネルギーを受ける
装置のブロック線図。
第２図は本発明の実施例による赤外線を受ける装置の等
殉国である。
第３図は冷却装置の偏心駆動機構およびクライオゲン流
通システムを示す部分断面図である。
第４図は冷却装置の偏心駆動機構用モータ駆動機構を表
わす部分断面図である。
第５図は冷却装置の作動サイクルの過程である。
第６図の冷却指および検出装置−真空モジュールへの熱
移動機構の詳細関係を示す赤外線受信装置の部分図であ
る。
第７図は検出装置−真空モジュールの部分の関係を示す
部分断面図である。
第８図は本発明のクライオスタットおよびアダプタの抽
出図である。
１０・・・・・・赤外線を受ける装置、１１・・・・・
・光学走査装置、１２・・・・・・検出装置、１４・・
・・・・電気−光学装置、１６・・・・・・真空モジュ
ール、１８・・・・・・冷却装置。FIG. 1 is a block diagram of a device for receiving thermal energy, which constitutes the main body of the present invention. FIG. 2 is an illustration of an apparatus for receiving infrared rays according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing the eccentric drive mechanism and cryogen distribution system of the cooling device. FIG. 4 is a partial sectional view showing the motor drive mechanism for the eccentric drive mechanism of the cooling device. FIG. 5 shows the process of the operating cycle of the cooling device. FIG. 7 is a partial view of the infrared receiving device showing the detailed relationship of the heat transfer mechanism to the cooling finger and detection device-vacuum module of FIG. 6; FIG. 7 is a partial sectional view showing the relationship between the detection device and the vacuum module. FIG. 8 is an extracted diagram of the cryostat and adapter of the present invention. 10... Device for receiving infrared rays, 11...
・Optical scanning device, 12...Detection device, 14...
. . . Electro-optical device, 16 . . . Vacuum module, 18 . . . Cooling device.
Claims (1)
射赤外線エネルギに応答して電気信号を発生する検出器
、該検出器をその動作温度に冷却するための冷却装置、
前記検出器を冷却装置に連結する装着機構、および前記
検出器からの電気信号を該電気信号を利用する外部回路
に供給するため処理する信号処理回路を含む、赤外線を
受ける装置において、前記冷却装置を構成する冷却機は
再生交換器を収納する管状部材を有し、前記検出器は検
出器−真空モジュール内に装着され、該検出器、−真空
モジュールを前記再生交換器の収納された前記管状部材
に着脱自在に装着する連結機構を有することを特徴とす
る赤外線を受ける装置。1 an optical system for focusing infrared energy, a detector for generating an electrical signal in response to the incident infrared energy, a cooling device for cooling the detector to its operating temperature;
An apparatus for receiving infrared rays, comprising a mounting mechanism coupling the detector to a cooling device, and a signal processing circuit processing an electrical signal from the detector for supplying the electrical signal to an external circuit that utilizes the electrical signal, the cooling device The cooler has a tubular member housing a regeneration exchanger, and the detector is mounted in a detector-vacuum module, and the detector-vacuum module is connected to the tubular member housing the regeneration exchanger. A device for receiving infrared rays, characterized by having a connecting mechanism that is detachably attached to a member.
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