CN110197818A - 一种可见光成像芯片制冷散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种航空光学成像设备的制冷散热装置，具体涉及一种可见光成像芯片制冷散热装置；解决了现有可见光成像芯片装置制冷效果差，导致可见光成像芯片在弱光环境下，成像噪声大且像质急剧下降，使得相机在弱光等特殊工作环境下适应性较差的技术问题。该装置包括用于放置可见光成像芯片的真空腔体、设置在真空腔体内部的半导体组、套在真空腔体侧面的口字形成像电路板和与真空腔体外底面接触的散热系统；真空腔体包括透明窗口玻璃、前面板、腔体本体、设置在腔体本体侧壁的抽气阀和设置在腔体本体侧面且连通至腔体本体内的多个转接引针；前面板上设置腔体窗口；透明窗口玻璃密封设置在腔体窗口上；真空腔体的真空度大于等于1.0×10‑1Pa。
Description
技术领域
本发明涉及一种航空光学成像设备的制冷散热装置，具体涉及一种可见光成像芯片制冷散热装置。
背景技术
随着无人机在各个领域的广泛应用，人们对航空光学成像设备的需求也不断加大，尤其是对弱光等特殊环境下可进行清晰成像的设备的需求更为迫切。现有可见光成像芯片制冷装置分为两种，其中一种采用半导体(TEC)进行制冷，另一种采用密封腔体充氮气进行制冷，但这两种装置的制冷效果均较差，导致可见光成像芯片在弱光环境下，成像噪声大且像质急剧下降，使得相机在弱光等特殊工作环境下的适应性较差。
发明内容
为了解决现有可见光成像芯片装置制冷效果差，导致可见光成像芯片在弱光环境下，成像噪声大且像质急剧下降，使得相机在弱光等特殊工作环境下适应性较差的技术问题，本发明提供了一种可见光成像芯片制冷散热装置。
本发明的技术解决方案是：
一种可见光成像芯片制冷散热装置，其特殊之处在于：
包括用于放置可见光成像芯片的真空腔体、设置在真空腔体内部的半导体组、套在真空腔体侧面的口字形成像电路板和与真空腔体外底面接触的散热系统；
所述真空腔体包括透明窗口玻璃、前面板、腔体本体、设置在腔体本体侧壁的抽气阀和设置在腔体本体侧面且连通至腔体本体内的多个转接引针；所述前面板上设置腔体窗口；所述透明窗口玻璃密封设置在腔体窗口上；
所述真空腔体的真空度大于等于1.0×10-1Pa；
所述成像电路板通过所述转接引针与可见光成像芯片的管脚连接；
所述半导体组的冷端与可见光成像芯片的背面接触，其热端固定在真空腔体的内底面，真空腔体的外底面与散热系统接触。
进一步地，为了提高散热系统的散热效果，所述散热系统包括导热管、散热片和设置在散热片末端的散热风机；所述导热管的冷端与真空腔体的外底面接触，导热管的热端与散热片接触；所述散热风机的出风口正对散热片。
进一步地，所述半导体组包括第一级半导体、第二级半导体和第三级半导体；
所述第一级半导体的冷端与可见光成像芯片的背面接触，第一级半导体的热端与所述第二级半导体的冷端接触；所述第二级半导体的热端与所述第三级半导体的冷端接触；第三级半导体热端固定在真空腔体的内底面。
进一步地，为了密封效果更好，所述透明窗口玻璃与所述腔体窗口的接触部位均镀金，且所述透明窗口玻璃密封设置在腔体窗口上。
进一步地，为了提高导热性，所述真空腔体的底板与导热管的接触面设有导热硅脂层。
进一步地，所述第一级半导体、第二级半导体和第三级半导体的面积依次增大。
进一步地，所述半导体组的中心与可见光成像芯片的中心重合。
本发明相比现有技术的有益效果是：
1、本发明将可见光相机的可见光成像芯片与半导体组封装在真空腔体中，进行芯片制冷和漏热保护，以隔绝外部热量传导和辐射到可见光成像芯片上，可以对可见光成像芯片进行有效制冷，以保证其在弱光环境下具有极小的噪声和优良的像质。
2、本发明不仅使相机在充足光照条件下，而且在弱光条件下也具有非常好的成像效果，扩展了可见光相机在航空摄影、地理测绘、环境监测等领域的使用边界条件。
3、本发明中的半导体组包括第一级半导体、第二级半导体和第三级半导体，每一级半导体均可以制冷25°以上，三级制冷可满足优于70℃的温差要求。
4、本发明中的前面板上设置腔体窗口，腔体窗口内设置透明窗口玻璃，透明窗口玻璃与所述腔体窗口的接触部位均进行镀金处理，且所述透明窗口玻璃精密焊接在所述腔体窗口上，具有较好的密封效果，提高了装置的制冷效率。
5、本发明中的真空腔体四周通过转接引针将腔体内可见光成像芯片的管脚接到外边，成像电路板与真空腔体四周的转接引针焊接就可以实现与内部芯片的信号传输，安装更方便。
6、本发明中的成像电路板为口字形，可直接套设在真空腔体上，节省安装空间。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图；
附图标记为：
1-真空腔体，101-前面板，102-腔体本体，103-抽气阀，104-转接引针，105-透明窗口玻璃，106-腔体窗口，2-半导体组，201-第一级半导体，202-第二级半导体，203-第三级半导体，3-成像电路板，4-散热系统，401-散热片，402-散热风机，403-导热管，5-可见光成像芯片。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。
参照图1，该可见光成像芯片制冷散热装置包括用于放置可见光成像芯片5的真空腔体1、设置在真空腔体1内部的半导体组2、套在真空腔体1侧面的成像电路板3和与真空腔体1外底面接触的散热系统4。
真空腔体1包括透明窗口玻璃105、前面板101、腔体本体102、设置在腔体本体102侧壁的抽气阀103和设置在腔体本体102侧面且连通至腔体本体102内的多个转接引针104。前面板101上设置腔体窗口106，为了密封性更好，透明窗口玻璃105与腔体窗口106的接触部位均镀金处理，且透明窗口玻璃105密封焊接在腔体窗口106上。真空腔体1的真空度大于等于1.0×10-1Pa。
可见光成像芯片5的管脚通过转接引针104接到真空腔体1的外部，并插装焊接在成像电路板3上。
半导体组2包括沿真空腔体1的轴向依次设置的第一级半导体201、第二级半导体202和第三级半导体203，其中第一级半导体201位于真空腔体1的口部；第三级半导体203位于在真空腔体1的底部。第一级半导体201的冷端与可见光成像芯片5的背面粘接，第一级半导体201的热端粘接第二级半导体202的冷端；第二级半导体202的热端粘接第三级半导体203的冷端；第三级半导体203热端固定在真空腔体1的底板内底面，真空腔体1的外底面与散热系统4)接触。
散热系统4包括导热管403、散热片401和设置在散热片401末端的散热风机402。导热管403的冷端与真空腔体1的外底面接触，导热管403的热端与散热片401接触；散热风机402的出风口正对散热片401。为了提高导热性，本实施例中的真空腔体1的底板与导热管403的接触面还设有导热硅脂层。
该装置的工作原理如下：
工作过程中，第一级半导体201的冷端与可见光成像芯片5的背面直接接触，将可见光成像芯片5的热量传递到第二级半导体202的冷端，第二级半导体202的热端再将热量传递到第三级半导体203的冷端，第三级半导体203的热端再将热量传递到导热管403，导热管403再将热量传递到散热片401，并通过散热风机402进行热量的快速对流进行散热，并且通过真空腔体1对可见光成像芯片5进行真空密封，隔绝外部热传导和热辐射，从而实现对可见光成像芯片5的制冷。
该装置的制作方法包括以下步骤：
步骤1)将可见光成像芯片5粘接在半导体组2中第一级半导体201的冷端上，确保可见光成像芯片5的中心与半导体组2的中心重合；
步骤2)将粘接为一体的可见光成像芯片5和半导体组2固定在真空腔体1的底板上，确保半导体组2的热端与真空腔体1的底板充分接触；
步骤3)将可见光成像芯片5的管脚通过导线与相应的转接引针104焊接；
步骤4)对透明窗口玻璃105和腔体窗口106的接触部位均进行镀金处理，
并将前面板101和透明窗口玻璃105进行焊接，保证焊接处密封良好；
步骤5)将焊接后的前面板101安装在真空腔体1上；
步骤6)安装成像电路板3，并将转接引针104焊接在成像电路板3上；
步骤7)通过抽气阀103对真空腔体1进行抽真空，真空度满足要求后，焊接密封抽气阀103口部；
步骤8)安装导热管403，在真空腔体1的底板与导热管403的接触面抹涂导热硅脂层，导热管403的一端连接真空腔体1的底板外侧，另一端连接散热系统4。
以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种可见光成像芯片制冷散热装置，其特征在于：
包括用于放置可见光成像芯片(5)的真空腔体(1)、设置在真空腔体(1)内部的半导体组(2)、套在真空腔体(1)侧面的口字形成像电路板(3)和与真空腔体(1)外底面接触的散热系统(4)；
所述真空腔体(1)包括透明窗口玻璃(105)、前面板(101)、腔体本体(102)、设置在腔体本体(102)侧壁的抽气阀(103)和设置在腔体本体(102)侧面且连通至腔体本体(102)内的多个转接引针(104)；所述前面板(101)上设置腔体窗口(106)；所述透明窗口玻璃(105)密封设置在腔体窗口(106)上；
所述真空腔体(1)的真空度大于等于1.0×10-1Pa；
所述成像电路板(3)通过所述转接引针(104)与可见光成像芯片(5)的管脚连接；
所述半导体组(2)的冷端与可见光成像芯片(5)的背面接触，其热端固定在真空腔体(1)的内底面，真空腔体(1)的外底面与散热系统(4)接触。
2.根据权利要求1所述的一种可见光成像芯片制冷散热装置，其特征在于：所述散热系统(4)包括导热管(403)、散热片(401)和设置在散热片(401)末端的散热风机(402)；所述导热管(403)的冷端与真空腔体(1)的外底面接触，导热管(403)的热端与散热片(401)接触；所述散热风机(402)的出风口正对散热片(401)。
3.根据权利要求1或2所述的一种可见光成像芯片制冷散热装置，其特征在于：所述半导体组(2)包括第一级半导体(201)、第二级半导体(202)和第三级半导体(203)；
所述第一级半导体(201)的冷端与可见光成像芯片(5)的背面接触，第一级半导体(201)的热端与所述第二级半导体(202)的冷端接触；所述第二级半导体(202)的热端与所述第三级半导体(203)的冷端接触；第三级半导体(203)热端固定在真空腔体(1)的内底面。
4.根据权利要求3所述的一种可见光成像芯片制冷散热装置，其特征在于：所述透明窗口玻璃(105)与所述腔体窗口(106)的接触部位均镀金，且所述透明窗口玻璃(105)密封设置在腔体窗口(106)上。
5.根据权利要求2所述的一种可见光成像芯片制冷散热装置，其特征在于：所述真空腔体(1)的底板与导热管(403)的接触面设有导热硅脂层。
6.根据权利要求3所述的一种可见光成像芯片制冷散热装置，其特征在于：所述第一级半导体(201)、第二级半导体(202)和第三级半导体(203)的面积依次增大。
7.根据权利要求6所述的一种可见光成像芯片制冷散热装置，其特征在于：所述半导体组(2)的中心与可见光成像芯片(5)的中心重合。
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