[发明专利]一种能稳定控制温度的光谱测量CCD模块

说明书

技术领域

本发明涉及光学检测、分析领域，具体地，涉及一种能稳定控制温度的光谱测量CCD模块。

背景技术

CCD，英文全称：Charge-coupledDevice，中文全称：电荷耦合元件，可以称为CCD图像传感器，也叫图像控制器。从功能上划分，包括线阵CCD和面阵CCD两大类。

灵敏度、分辨率、信噪比和基线稳定性等是光谱仪器的重要技术性能指标，在以CCD尤其是线阵CCD为接收器的光谱测量装置或仪器中，由于CCD像元高度有限，光谱成像面上很大一部分的光能量并不能被CCD光敏面接收，从而制约了光谱仪对弱光信号的探测能力，即灵敏度不高。

另一方面，CCD的工作温度直接影响信号噪声和基线的稳定性，温度越低，噪声越小，输出信号的大小随温度变化显著，因此，在高精度的光谱测量应用中，必须对CCD进行制冷和恒温控制，使得光谱信号保持稳定。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种能稳定控制温度的光谱测量CCD模块，其将CCD及制冷控温单元，实现稳定控制温度以减小噪声和信号漂移；进一步与具有校正像差和会聚能量功能的光学校正单元集成，显著提高探测光谱的灵敏度和分辨率。

为实现以上目的，本发明提供一种能稳定控制温度的光谱测量CCD模块，包括：起密封和散热作用的散热盒，以及光学校准单元；其中：所述散热盒的底部成梳状片型结构以增大表面积，以利于散热；散热盒内中心由底部向上依次放置的半导体制冷片、导热块、温度传感器和CCD，所述温度传感器埋入导热块内部；所述散热盒的侧面开有出线孔，所述半导体制冷片、温度传感器和CCD的接线均从该出线孔引出。

优选地，所述散热盒内四周填充有绝热材料。

更优选地，所述散热盒的材料选用铝合金或者铜；优选铝合金。

优选地，所述半导体制冷片、导热块、温度传感器和CCD之间各接触面均通过导热硅胶亲密接触。

优选地，所述导热块的材料选用导热性能良好的紫铜或者铝合金；优选紫铜。

优选地，所述温度传感器选用热敏电阻。

优选地，所述光学校准单元包括常规的柱面镜，或者非常规柱面镜。

更优选地，所述非常规柱面镜是曲率不变厚度渐变的渐变厚度柱面镜，或者是厚度不变曲率渐变的渐变曲率柱面镜，或者是双胶合柱面镜，目的是将影响灵敏度的沿着光谱高度方向的会聚位置与影响分辨率的沿着光谱宽度方向的聚焦位置均调节至CCD像元所在的位置上。

本发明采用CCD与散热盒构成的制冷控温单元，实现稳定控制温度以减小噪声和信号漂移，显著提高探测光谱的灵敏度和分辨率。

另一方面，根据光谱仪器原理，复合光经狭缝进入单色器，由准直镜准直变成平行光，然后由光栅或棱镜色散，色散后光经过聚焦镜会聚，不同波长光最终成像在CCD的不同像元位置上，由于狭缝具有一定高度加上光学系统存在像差，对应的光谱带具有一定的高度，当采用线阵CCD接收信号时，由于像元高度所限，往往只能接收其中一部分光谱能量，结果导致光谱仪的探测灵敏度低，无法测量比较弱的光谱信号。采用一般聚光镜的方法虽然可以提高探测灵敏度，但与此同时光谱分辨率将下降。本发明采用具有像差校正和能量会聚功能的光学校准单元(柱面镜，或者非常规柱面镜)能很好的解决这一问题。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提出一种将CCD与制冷控温单元、具有像差校正和能量会聚功能的光学校正单元有机结合起来的多功能CCD模块设计方法和模块结构，不但能增强光谱探测灵敏度，又能保持较高的光谱分辨率；

本发明中，由起密封和散热作用的散热盒，盒内由底部向上依次放置的半导体制冷片、导热块、温度传感器和CCD，以及固定于散热盒上端透光窗口的光学校准单元组成的封闭CCD制冷结构紧凑，不需要抽真空处理，就能满足CCD的均匀制冷需求，该结构可以有效隔绝湿气，既能减少CCD与外界的热交换，又能降低CCD因潮湿而导致的CCD表面结雾、结霜的影响。

进一步的，本发明光学校准单元可以有效提高光谱仪的探测灵敏度，同时保持较高的光谱分辨率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例结构示意图；

图中：散热盒1，半导体制冷片2，导热块3，温度传感器4，CCD5，绝热材料6，出线孔7，光学校准单元8；

图2为本发明一实施例光谱线在子午线和弧矢面聚焦成像图；