[发明专利]天文望远镜CCD相机的强制冷装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种冷却方法与设备，具体涉及一种天文望远镜CCD相机的强制冷装置。

背景技术

天文观测的对象是非常暗弱的天体，对所用CCD要求比较高，天文观测上使用的CCD探测器代表了CCD应用领域的最高水平（高灵敏度和大视场）。近年来，随着大规模、超大规模集成电路工艺的发展，CCD研制水平和CCD芯片的成品率不断提高，CCD相机正向大靶面、高帧频方向发展。CCD相机的接口技术正在从通用接口向专业接口，低速接口向高速接口超高速接口方向发展。面阵CCD的像元数最高已达  10Kx10K，像元尺寸己做到7um以下，为了获得更大靶面，CCD的拼接技术也被采用。

由于天文领域里用的CCD相机都要求高灵敏度，通常都要对CCD芯片和前置放大器进行制冷，以抑制热噪声，一般的制冷方式有以下几种，浅度制冷的TE方式（可以制冷到比环境温度低40℃左右），深度制冷的液氮和压缩机制冷方式（可制冷到零下120℃左右），由于CCD芯片本身的特点，在-60℃时它的热噪声衰减特别快，也就是说如果能把CCD芯片制冷到-60℃左右，它的热噪声的影响就非常小，但要把温度制冷到-60℃以下，传统的液氮和压缩机制冷方式是可以的，但是都有他们的不足。液氮使用时要经常补充（使用时挥发掉了），压缩机制冷一次性投入比较高，而且工作时还有噪声和振动，而TE制冷又达不到-60℃的要求。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种天文望远镜CCD相机的强制冷装置。该装置采用液体循环的方式对CCD芯片及前置放大器进行制冷，CCD芯片背面装有液体循环散热器，该装置的噪音与震动非常小，不会影响天文望远镜的工作，不仅能够解决天文望远镜的CCD相机的制冷问题；也解决了制冷设备的噪音与震动会影响观测工作和图像质量的问题。

完成上述发明任务的方案是：一种天文望远镜CCD相机的强制冷装置，在CCD相机的CCD芯片上设有散热板，其特征在于，所述的散热板采用循环散热板，该循环散热板中充满循环流动的冷却液；同时，在与天文望远镜观测室隔离的地方，设置有空调压缩机，所述循环散热板中的冷却液通过提升泵及管道与所述的空调压缩机连接。

换言之，本发明是采用对CCD芯片强制冷的方法，具体做法是用空调压缩机将制冷液制冷，再将冷却液输送CCD芯片的循环散热板上，就是循环冷却方法，这是因为CCD相机安装在很高的观测塔里，如果直接把制冷设备安装在观测室里，压缩机的震动会影响图像质量，而且噪音也很大，就必须将强制冷装置安装在离观测室较远的地方，也就是观测室下面的地面上，将冷却液用提升泵将液体提升到20米的高度不断循环对CCD相机进行制冷。

本发明有以下优化方案：

1、所述CCD芯片散热面与循环散热器面必须是无缝隙的机械连接并用导热硅脂填充。

CCD芯片在工作过程中要达到很好的散热效果，芯片必须紧贴在散热器上，在设计上，散热器与CCD芯片的散热面接触必须相当平整，具体做法是将芯片安装好以后，在将散热器固定牢靠，将CCD芯片背面与散热器面机械硬连接，在将所有的固定螺丝固定好，整个安装过程结束。

2、所述循环散热板中的冷却液采用无水乙醇。

CCD相机强制冷装置在工作时，要求冷却液制冷到摄氏-8℃至-10℃，如果用普通的自来水就结冰，无法循环，所以必须采用低冰点的液体，汽车的冷却液是-40℃，但这种液体会对相机产生腐蚀作用，通过研究，无水乙醇的冰点是-117℃而且无腐蚀作用，且易挥发不会附着在相机上，且制冷效果比其他低温液体的效果好得多。

本发明的天文望远镜CCD相机的强制冷装置中的主要振动源设置在远离天文望远镜的观测室，在有效制冷的同时，其噪音与震动不会影响天文望远镜的工作，不仅解决了天文望远镜的CCD相机的制冷问题；也解决了制冷设备的噪音与震动会影响观测工作和图像质量的问题。

具体实施方式

实施例1，天文望远镜CCD相机的强制冷装置，在CCD相机的CCD芯片上设有循环散热板，该循环散热板中充满循环流动的冷却液；同时，在与天文望远镜观测室隔离的地方，设置有空调压缩机，所述循环散热板中的冷却液通过提升泵及管道与所述的空调压缩机连接。所述CCD芯片与所述循环散热板之间为无缝隙的机械连接。所述循环散热板中的冷却液采用无水乙醇。