一種emccd相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種EMCCD相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏裝置，其核心是：在EMCCD相機(jī)致冷系統(tǒng)中，設(shè)計一個較低溫的冷屏，用該冷屏將EMCCD等被冷卻器件包圍起來，減少致冷時EMCCD與周邊環(huán)境的溫差，從而減少EMCCD與周邊環(huán)境的換熱量。其實現(xiàn)結(jié)構(gòu)包括：熱沉、一級熱電制冷器、N級熱電制冷器（N=2,3,4）、外殼、冷屏、EMCCD以及冷指。冷屏與一級熱電制冷器冷端相連，依靠一級熱電制冷器冷卻冷屏。設(shè)計冷屏能夠有效減少，致冷時由外界進(jìn)入EMCCD的熱量，從而對減少致冷系統(tǒng)負(fù)載，降低EMCCD致冷系統(tǒng)最低致冷溫度有積極的意義。在非真空絕熱的致冷系統(tǒng)中，效果更為明顯。
【專利說明】一種EMCCD相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電探測【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種電子倍增電荷耦合器件(ElectronMultiplication Charge Coupled Device, EMCCD)相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]EMCXD具有高靈敏度與高幀頻兩個特點，在天文觀測、生物醫(yī)學(xué)、科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。影響EMCCD信噪比的兩個關(guān)鍵因素:暗電流噪聲與電子倍增增益，均與EMCCD的工作溫度相關(guān)。EMCCD的工作溫度愈低，其暗電流噪聲愈小，其電子倍增增益愈大，從而其信噪比愈高。因此，對EMCCD致冷能極大提升其性能，致冷系統(tǒng)是高性能EMCXD相機(jī)必不可少的組成部分。
[0003]當(dāng)前EMCCD相機(jī)致冷系統(tǒng)多使用熱電制冷器作為其冷源。熱電制冷器是基于帕爾貼效應(yīng)的一種小型制冷器，優(yōu)點是:體積小、使用方便、可靠性高，但是也存在效率低、制冷溫差有限、制冷量小等不足。而熱電制冷器工作時，冷端負(fù)載越小，制冷效果越好。為充分利用熱電制冷器的制冷量，增大制冷溫差，在設(shè)計致冷系統(tǒng)時，應(yīng)盡可能減少致冷時由外界進(jìn)入EMCCD的熱量。EMCCD與外界換熱量越小，致冷系統(tǒng)致冷效果越好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]以減少EMCCD與外界環(huán)境換熱量為目的，本發(fā)明公開了一種EMCCD相機(jī)致冷系統(tǒng)中的冷屏裝置，通過設(shè)計冷屏，能夠減少外界進(jìn)入EMCCD的熱量。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種EMCXD相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏裝置，包括:熱沉、一級熱電制冷器、N級熱電制冷器、外殼、冷屏、EMCCD以及冷指。N=2，3，4，熱沉安裝在外殼外部底面，其余部件均位于外殼內(nèi)。一級熱電制冷器安裝在外殼內(nèi)部與熱沉對應(yīng)的位置，其熱端貼在外殼腔壁上，冷端與冷屏以及N級熱電制冷器熱端相連。冷屏將N級熱電制冷器、EMCCD以及冷指等低溫部件包圍起來。冷指處于N級熱電制冷器3冷端與EMCCD之間，充當(dāng)兩者間熱量傳遞的橋梁。
[0007]進(jìn)一步的，一級熱電制冷器與N級熱電制冷器堆疊而成的多級熱電制冷器，其中一級熱電制冷器的冷端與N級熱電制冷器的熱端相連，一級熱電制冷器冷端尺寸大于N級熱電制冷器熱端尺寸。同時，一級熱電制冷器致冷時冷端溫度，低于不與之相連時冷屏自身溫度。
[0008]進(jìn)一步的，冷屏的材質(zhì)為紫銅，表面鍍銀處理。
[0009]進(jìn)一步的,冷屏外表面與外殼內(nèi)表面間距為4_6mm。
[0010]本發(fā)明的原理在于:
[0011 ] 一種EMCXD相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏裝置，其核心思想是:在EMCXD相機(jī)致冷系統(tǒng)中，設(shè)計一個較低溫的冷屏，用該冷屏將EMCCD等被冷卻器件包圍起來，減少致冷時EMCCD與周邊環(huán)境的溫差，從而減少EMCCD與周邊環(huán)境的換熱量。其實現(xiàn)結(jié)構(gòu)包括:熱沉、一級熱電制冷器、N級熱電制冷器(N=2，3，4)、外殼、冷屏、EMCXD以及冷指。冷屏與一級熱電制冷器冷端相連，依靠一級熱電制冷器冷卻冷屏。設(shè)計冷屏能夠有效減少，致冷時由外界進(jìn)入EMCCD的熱量，從而對減少致冷系統(tǒng)負(fù)載，降低EMCCD致冷系統(tǒng)最低致冷溫度有積極的意義。在非真空絕熱的致冷系統(tǒng)中，效果更為明顯。試驗證明，在使用惰性氣體絕熱的EMCCD相機(jī)致冷系統(tǒng)中，通過設(shè)計冷屏，使外界進(jìn)入EMCCD的熱量較原來減少了 25%。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013](I)、本發(fā)明提出的EMCXD相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏設(shè)計技術(shù)，通過在EMCXD與外殼間設(shè)置一低溫冷屏，能有效減少致冷系統(tǒng)工作時，EMCCD與周邊環(huán)境的換熱，進(jìn)一步降低致冷系統(tǒng)的最低致冷溫度。
[0014](2)、本發(fā)明提出的EMCCD相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏設(shè)計技術(shù)，通過在冷屏上鍍銀，能將環(huán)境福射反射回去，減少一級熱電制冷器上的負(fù)載。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明提出的一種EMCCD相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏裝置EMCCD相機(jī)制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中I為熱沉，2為一級熱電制冷器，3為N級熱電制冷器(N=2，3，4)，4為外殼，5為冷屏，6為EM(XD，7為冷指。
[0016]圖2為EMCXD與外界環(huán)境換熱熱網(wǎng)絡(luò)圖。Tamb為環(huán)境溫度，T1為冷屏溫度，Tccd為EMCCD致冷后溫度，R1為冷屏與外殼間熱阻，R2為EMCCD與冷屏間熱阻，Q1為由外殼進(jìn)入冷屏熱流量，Q2為由冷屏進(jìn)入EMCCD熱流量，Q3為一級熱電制冷器從冷屏帶走的熱量
[0017]圖3為冷屏結(jié)構(gòu)及安裝示意圖。2為一級熱電制冷器，3為N級熱電制冷器(N=2, 3，4)，5a為冷屏主體，5b為冷屏上蓋，6為EMCXD，7為冷指。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖以及具體實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0019]一種EMCXD相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏裝置，其實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:熱沉1、一級熱電制冷器2、N級熱電制冷器(N=2，3，4) 3、外殼4、冷屏5、EMCXD6以及冷指7。熱沉I安裝在外殼4外部底面,其余部件均位于外殼4內(nèi)。一級熱電制冷器2安裝在外殼4內(nèi)部與熱沉I對應(yīng)的位置，其熱端貼在外殼4腔壁上，冷端與冷屏5以及N級熱電制冷器3熱端相連。冷屏5將N級熱電制冷器3、EMCXD6以及冷指7等低溫部件包圍起來。冷指7處于N級熱電制冷器3冷端與EMCCD6之間，充當(dāng)兩者間熱量傳遞的橋梁。
[0020]EMCCD相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏設(shè)計技術(shù)使用一級熱電制冷器2與N級熱電制冷器3堆疊而成的多級熱電制冷器，其中一級熱電制冷器2的冷端與N級熱電制冷器3的熱端相連，一級熱電制冷器2冷端尺寸大于N級熱電制冷器3熱端尺寸。同時，一級熱電制冷器2致冷時冷端溫度，低于不與之相連時冷屏自身溫度。
[0021 ] EMCXD相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏設(shè)計技術(shù)要求冷屏包圍EMCXD等元器件，為便于EMCXD等器件的安裝，冷屏須分成兩個部分。如圖3所示，冷屏被分成冷屏主體5a與冷屏上蓋5b，在冷屏內(nèi)部器件安裝妥善后，此兩者使用螺釘緊固連接，要求保證兩者間良好的熱接觸。
[0022]為使N級熱電制冷器3熱端與一級熱電制冷器2冷端相連，冷屏主體5a底面有開孔，如圖中A處所示，開孔邊緣與一級熱電制冷器2冷端邊緣相連，也要求保證良好的熱接觸。[0023]冷屏在圖示B、C兩處也有開孔，其作用分別是EMCXD信號線出口與光信號入口。
[0024]冷屏使用紫銅為制作材料，目的是保證冷屏溫度的均勻性。表面鍍銀處理，目的是提供良好的防輻射能力。
[0025]EMCCD相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏設(shè)計技術(shù)要求冷屏5外表面與外殼4內(nèi)表面間距為4-6_。EMCCD相機(jī)致冷系統(tǒng)的熱網(wǎng)絡(luò)圖如圖2所示，當(dāng)冷屏不與一級熱電制冷器2冷端相連時，各換熱量Qp Q2、Q3及T1分別滿足:
【權(quán)利要求】
1.一種EMC⑶相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏裝置，其特征在于，包括:熱沉(I)、一級熱電制冷器(2)、N級熱電制冷器(3)、外殼(4)、冷屏(5)、EMCCD (6)以及冷指(7)，其中N=2，3，4，熱沉(I)安裝在外殼(4)外部底面，其余部件均位于外殼(4)內(nèi)，一級熱電制冷器(2)安裝在外殼(4)內(nèi)部與熱沉(I)對應(yīng)的位置，其熱端貼在外殼(4)腔壁上，冷端與冷屏(5)以及N級熱電制冷器(3 )熱端相連，冷屏(5 )將N級熱電制冷器(3 )、EMCXD (6 )以及冷指(7 )低溫部件包圍起來，冷指(7)處于N級熱電制冷器(3)冷端與EMCXD (6)之間，充當(dāng)兩者間熱量傳遞的橋梁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的EMCCD相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏裝置，其特征在于:一級熱電制冷器(2)與N級熱電制冷器(3)堆疊而成的多級熱電制冷器，一級熱電制冷器的冷端與N級熱電制冷器的熱端相連，一級熱電制冷器(2 )冷端尺寸大于N級熱電制冷器(3 )熱端尺寸，同時，一級熱電制冷器(2)致冷時冷端溫度，低于不與之相連時冷屏自身溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的EMCCD相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏裝置，其特征在于:冷屏(5)的材質(zhì)為紫銅，表面鍍銀處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的EMCCD相機(jī)致冷系統(tǒng)冷屏裝置，其特征在于:冷屏(5)外表面與外殼(4)內(nèi)表面間距為4_6mm。
【文檔編號】H04N5/372GK103644676SQ201310646743
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】何凱, 馬文禮, 王明富, 黃龍 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所