CN208424574U - 一种相机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开一种相机,其包括图像传感器(100)、TEC模块(200)和壳体,所述壳体具有内腔,所述TEC模块(200)设置在所述内腔中、且将所述内腔隔成制冷腔(600)和散热腔,所述图像传感器(100)设置在所述制冷腔(600)中,所述TEC模块(200)包括冷端构件(230),所述冷端构件(230)位于所述制冷腔(600)内、且与所述图像传感器(100)接触,所述制冷腔(600)内填充有惰性气体。上述方案能解决目前相机的制冷装置存在制冷效率较低的问题。

Description

一种相机
技术领域
本实用新型涉及相机技术领域,尤其涉及一种相机。
背景技术
为了提高拍摄质量,目前的相机通常配备有制冷装置,制冷装置能够使得相机的图像传感器在温度较低的环境中进行工作,从而能够减少暗电流的产生,进而能提高长时间弱光拍摄图像的信噪比,最终能够拍摄出较为理想的荧光或化学发光图案。
目前的制冷装置在对相机制冷的过程中,制冷对象为相机整体,这导致分摊到图像传感器上的制冷量不足。很显然,目前的整机制冷方式存在制冷效率较低的问题,最终不但会导致能耗增大,最重要的是,还会导致图像传感器获取的图像质量较差,无法满足要求。
实用新型内容
本实用新型公开一种相机,以解决目前的相机的制冷装置存在制冷效率较低的问题。
为了解决上述问题,本实用新型采用下述技术方案:
一种相机,包括图像传感器、TEC模块和壳体,所述壳体具有内腔,所述TEC模块设置在所述内腔中、且将所述内腔隔成制冷腔和散热腔,所述图像传感器设置在所述制冷腔中,所述TEC模块包括冷端构件,所述冷端构件位于所述制冷腔内、且与所述图像传感器接触,所述制冷腔内填充有惰性气体。
本实用新型采用的技术方案能够达到以下有益效果:
本实用新型公开的相机中,TEC模块为相机中的制冷模块,TEC模块将壳体的内腔隔成制冷腔和散热腔,图像传感器设置在制冷腔中,进而由TEC模块专门对其进行制冷。此种装配结构下,TEC模块能够针对性地对制冷腔内的图像传感器进行单独制冷,无需为相机的整机进行制冷,TEC模块的制冷量能够较为集中地施加在图像传感器上,与此同时,惰性气体的热交换作用较差,可以减少制冷腔与壳体之间的热交换,从而减小制冷量的损失。可见,本实用新型公开的相机的制冷装置制冷效率较高。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解,构成本实用新型的一部分,本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
图1为本实用新型实施例公开的相机的部分结构示意图;
图2为图1所示的结构的剖视图;
图3为图1所示的结构的爆炸示意图;
图4为图2中部分结构示意图;
图5为本实用新型实施例中第一电路板与第二电路板的连接示意图;
图6为本实用新型实施例中第一电路板的结构示意图。
附图标记说明:
100-图像传感器、200-TEC模块、210-TEC本体、220-热端构件、221-散热齿、230-冷端构件、300-第一电路板、310-内框、320-外框、330-柔性电路板、400-前盖、410-转接环、420-滤光片、500-支撑板、600-制冷腔、700-第二电路板、800-电转接件、810-第一板对板连接器、820-第二板对板连接器、900-防尘腔;
a-密封圈、b-密封圈。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
以下结合附图,详细说明本实用新型各个实施例公开的技术方案。
请参考图1-图6,本实用新型实施例公开一种相机,所公开的相机包括图像传感器100、TEC模块200和壳体。
壳体具有内腔,TEC模块200设置在壳体的内腔中、且将内腔隔成制冷腔600和散热腔(图中未示出)。TEC模块200为相机的制冷装置,TEC(Thermo Electric Cooler)模块200,是一种利用半导体材料的珀尔帖效应制成的半导体制冷器。TEC模块200为公知设备。TEC模块200在工作的过程中,其一端吸热,另一端放热。本实施例中,TEC模块200吸热的一端用于实现制冷腔600的制冷,TEC模块200放热的一端则向散热腔放热,最终由散热腔实现散热。
TEC模块200通常包括TEC本体210和分别设置在TEC本体210两端的热端构件220和冷端构件230。TEC本体210是TEC模块200的主体部件,TEC本体210由两种半导体材料制成的电偶。热端构件220为设置在TEC本体210放热的一端,以进行放热。为了提高散热效率,热端构件220可以设置有散热齿221,散热齿221能提高热端构件220的散热面积。冷端构件230为设置在TEC本体210吸热的一端,以进行吸热。为了提高换热效率,热端构件220和冷端构件230均可以采用换热效率较高的结构或材料成型。
图像传感器100为相机的图像采集部件,也是相机中需要在低温环境中工作的器件,图像传感器100设置在制冷腔600中。冷端构件230位于制冷腔600内、且与图像传感器100接触。冷端构件230直接与图像传感器100接触,进而能对图像传感器100实施冷却。本实施例中,制冷腔600内可以填充有惰性气体,例如氮气、氦气等,惰性气体的热交换作用较差,进而能够较好地保持制冷腔600内的低温环境。
本实用新型公开的相机中,TEC模块200为相机中的制冷模块,TEC模块200将壳体的内腔隔成制冷腔600和散热腔,图像传感器100设置在制冷腔600中、且直接与冷端构件230接触,最终能由TEC模块200专门对其进行制冷。此种装配结构下,TEC模块200能够针对性地对制冷腔600内的图像传感器100进行单独制冷,无需为相机的整机进行制冷,TEC模块200的制冷量能够较为集中地施加在图像传感器100上,与此同时,惰性气体的热交换作用较差,可以减少制冷腔600与壳体之间的热交换,从而减小制冷量的损失。可见,本实用新型公开的相机能提高制冷装置的制冷效率。
相比于目前通过抽真空来防冷凝的方式而言,填充惰性气体具有更方便高效、成本较低、维护简单、密封难度较低等优势。
需要说明的是,将图像传感器100设置在制冷腔600内,专门为其进行制冷,能提高对其制冷的效率,同时,TEC模块200的冷端构件230直接与图像传感器100接触,这又能进一步提高对图像传感器100的制冷效率。
图像传感器100可以通过第一电路板300实现在制冷腔600内的安装。第一电路板300设置在制冷腔600中,图像传感器100安装在第一电路板300上。第一电路板300不但为图像传感器100提供安装基础,而且还能为图像传感器100供电。
在工作的过程中,热端构件220会放热,冷端构件230会吸热。通常情况下,图像传感器100的一侧为感应侧,另一侧为安装侧。如上文所述,图像传感器100安装在第一电路板300上,图像传感器100的安装侧连接在第一电路板300上。在工作的过程中,冷端构件230吸热会使得制冷腔600的温度下降,进而实现对图像传感器100的制冷。
为了进一步提高制冷及散热效果,优选的方案中,TEC本体210与冷端构件230以及TEC本体210与热端构件220之间均可以设置有导热性能良好的导热件。一种具体的实施方式中,导热件可以为印刷成形的导热硅脂层。
在实际的组装过程中,冷端构件230和热端构件220的体积较大,为了使得两者更好地与TEC本体210的连接,优选的方案中,冷端构件230与热端构件220之间可以通过螺钉锁紧,即TEC本体210被夹紧固定在冷端构件230与热端构件220之间。
具体的,冷端构件230与热端构件220之间可以采用由绝热材料制成的绝热螺钉连接,绝热螺钉能减少冷端构件230与热端构件220之间的热交互。一种具体的实施方式中,绝热材料可以是尼龙材料。绝热螺钉与冷端构件230的连接孔和热端构件220的连接孔之间均可以设置绝热材料,以进一步减少热交换。
为了进一步提高对图像传感器100的制冷效率,优选的方案中,第一电路板300可以开设有穿孔,TEC模块200的冷端构件230可以穿过穿孔、且与图像传感器100接触。此种情况下,冷端构件230不影响第一电路板300与图像传感器100连接的前提下,能够实现冷端构件230与图像传感器100的直接接触,这无疑能提高对图像传感器100的制冷效率。
能够满足上文所述要求的第一电路板300的具体结构有多种。请参考图6,一种具体的实施方式中,第一电路板300可以包括内框310和围绕内框310设置、且与之电连接的外框320。图像传感器100安装在内框310上,冷端构件230穿过内框310的中心孔、且与图像传感器100接触。内框310的中心孔即为上文所述的穿孔。内框310与外框320电连接,外框320与主控板组件电连接,图像传感器100安装在内框310上,可以依次通过内框310和外框320实现与主控板组件之间的电连接。
在安装电子元器件的过程中,内框310可以设置图像传感器100和一些必要、且功率较小的电子元器件,外框320上可以布设一些必要、且功率较大的电子元器件。此种设置方式能够使得冷端构件230将冷量输送给内框310,避免输送给不必要的外框320,很显然,这无疑能进一步提高TEC模块200的制冷效率。当然,此种情况下,在图像传感器100的冷量需求确定的前提下,TEC模块200的功耗会降低,设计人员可以为相机配置功率较小的TEC模块200实施制冷。当然,此种结构下,若采用较大功率的TEC模块200进行制冷,则能够达到更低的制冷温度,进而满足用户的特殊应用或功率更高的图像传感器100的设计需求。
可见,上述结构的第一电路板300能够为电子元器件的布设提供条件,进而能使得TEC模块200的制冷损耗进一步降低,相应地,较大程度地提高制冷效率。
为了追求较为极致的制冷效果,内框310上可以只设置图像传感器100,而不设置其他电子元器件。为了提高设置的稳定性,图像传感器100可以通过支撑板500设置在内框310上,支撑板500可以作为主要机械支撑,内框310与支撑板500固定连接,图像传感器100安装在支撑板500上,同时与内框310电连接。当然,支撑板500上也需要设置供冷端构件230穿过的穿孔,以方便冷端构件230直接与图像传感器100接触。
为了较好地适应安装环境,优选的方案中,内框310与外框320之间可以通过柔性电路板330或柔性线缆电连接。柔性电路板330或柔性线缆具有较好的变形性能,能够较好地使得内框310与外框320之间的变形达到灵活适应安装环境的目的。内框310与外框320之间可以设置隔热材料,隔热材料能够降低外框320对内框310的热影响。
相机可以包括主控板组件,主控板组件为相机的主控部分,主控板组件在工作的过程中会产生较多的热。主控板组件设置在散热腔中、且与图像传感器100电连接,进而实现对图像传感器100供电及控制。
主控板组件在工作的过程中会产生较多的热。主控板组件可以布设在壳体的内腔的多个部位,例如主控板组件设置在制冷腔600中,也可以设置在散热腔中。由于主控板组件工作的过程中会产生较多的热,若与图像传感器100共处制冷腔600,会影响对图像传感器100的制冷效果。基于此,主控板组件设置在散热腔中、且与图像传感器100电连接,进而实现对图像传感器100供电及控制。此种情况下,主控板组件布设在散热腔内,能够降低其对制冷腔的影响。主控板组件位于散热腔中,而图像传感器100可以设置在制冷腔600中,两者需要通过电转接件实现电连接。电转接件800可以自制冷腔600穿入散热腔之后,与主控板组件电连接。
主控板组件可以包括第二电路板700,相机的一些较大功率的电子器件可以布设在第二电路板700,由于第二电路板700位于制冷腔600之外,因此能够避免这些较大功率器件对制冷工作的影响,当然,也避免了TEC模块200对一些不必要的电子器件进行制冷,这无疑能降低制冷功耗。本实施例公开的相机采用在不同空间的电路板上布设电子器件,有利于为提高制冷效率实行较为有规划的布局。
第二电路板700可以通过自制冷腔600穿入散热腔的电转接件800与第一电路板300电连接。电转接件800能够实现分别位于制冷腔600和散热腔的主控板组件与第一电路板300之间的电连接。一种具体的实施方式中,图像传感器100安装在第一电路板300上,第一电路板300通过电转接件800与第二电路板700电连接,最终实现图像传感器100与主控板组件之间的电连接。
一种具体的实施方式中,电转接件800与第一电路板300之间通过第一板对板连接器810相连,电转接件800与第二电路板700可以通过第二板对板连接器820相连。第一板对板连接器810和第二板对板连接器820能够实现第一电路板300和第二电路板700之间的电连接及信号连接,同时能够提高第一电路板300与第二电路板700之间连接的稳定性。
优选的方案中,第一板对板连接器810和第二板对板连接器820可以错位设置在电转接件800的两侧。第一板对板连接器810和第二板对板连接器820的错位分布,有利于对电转接件800的密封,进而更容易实现制冷腔600与散热腔之间的密封隔离。
本实用新型实施例中,具体的,前盖400上安装有转接环410,转接环410与图像传感器100相对的镜筒内安装有滤光片420。滤光片420、转接环410、第一电路板300、前盖400和TEC模块200可以围成制冷腔600。上述相连接的两个部件之间可以通过密封圈和密封胶密封连接,进而确保制冷腔600的密封。当然,相机形成制冷腔600的方式有多种,在不影响各相机各部件正常工作的前提下,还可以采用更多或较少的部件来形成制冷腔600。
为了进一步缓解冷凝现象,优选的方案中,制冷腔600内可以设置分子筛,分子筛具有较好的吸水性能。分子筛能够解决长期密封中难以避免的微量泄漏引起的冷凝问题。具体的,可以在制冷腔600内采用压板固定一定量的分子筛,这能使得制冷腔600的密封时间得以延长。
相机,特别是工业相机对成像面和图像传感器100的保护玻璃表面的清洁度要求非常高,常规的图像传感器的保护玻璃表面即便有微米级的落灰也会对成像产生影响。为了满足此种需求,相机内需要防尘的器件可以采用方便除尘及方便防尘的电子元器件,具体的,图像传感器100和滤光片420可以采用业内常用的光学器件除尘方式,例如采用无尘纸或超声波清洗的方式。
一种具体的实施方式中,滤光片420、转接环410、前盖400和图像传感器100可以围成防尘腔900,防尘腔900是制冷腔600的一部分。上述部件能够将受灰尘影响较大的部件围成防尘腔900,上述部件也较容易除尘。具体的,图像传感器100与前盖400之间可以采用点胶密封,点胶位置可以在图像传感器100的保护玻璃的外围一周上。
本实施例中,制冷腔600的密封是设计的关键之一,一旦密封失效,凝结的水珠可能会导致相机的内部电路短路,甚至会烧毁贵重的图像传感器100,本实施例公开的相机可以以真空密封标准为密封准则,在关键位置可以采用密封圈和点密封胶双重密封方式实现密封。
滤光片420装配到转接环410的过程中两者之间可以点密封胶进行密封。电转接件800可以通过螺钉固定在热端构件220上,分别在电转接件800两侧的第一板对板连接器810和第二板对板连接器820周围的点胶槽内灌满密封胶。
热端构件220与前盖400之间可以采用灌胶方式密封,转接环410与前盖400之间可以采用点胶的方式实现密封。当然,转接环410还可以通过密封圈a实现与前盖400之间的密封。前盖400与TEC模块200之间还可以通过密封圈b实现密封。
相机通常包括航空插头。航空插头与后盖上的航空插头通孔之间可以依靠航空插头自身的结构实现密封以进行防尘。
本实用新型上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同,各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾,均可以组合形成更优的实施例,考虑到行文简洁,在此则不再赘述。
以上所述仅为本实用新型的实施例而已,并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种相机,其特征在于,包括图像传感器(100)、TEC模块(200)和壳体,所述壳体具有内腔,所述TEC模块(200)设置在所述内腔中、且将所述内腔隔成制冷腔(600)和散热腔,所述图像传感器(100)设置在所述制冷腔(600)中,所述TEC模块(200)包括冷端构件(230),所述冷端构件(230)位于所述制冷腔(600)内、且与所述图像传感器(100)接触,所述制冷腔(600)内填充有惰性气体。
2.根据权利要求1所述的相机,其特征在于,所述制冷腔(600)内设置有第一电路板(300),所述图像传感器(100)安装在所述第一电路板(300)上,所述第一电路板(300)上开设有穿孔,所述冷端构件(230)穿过所述第一电路板(300)的穿孔、且与所述图像传感器(100)接触。
3.根据权利要求2所述的相机,其特征在于,所述相机还包括主控板组件,所述主控板组件与所述第一电路板(300)电连接,所述主控板组件设置在所述散热腔中。
4.根据权利要求3所述的相机,其特征在于,所述主控板组件包括第二电路板(700),所述第一电路板(300)与所述第二电路板(700)通过电转接件(800)相连,所述电转接件(800)与所述第一电路板(300)通过第一板对板连接器(810)相连,所述电转接件(800)与所述第二电路板(700)通过第二板对板连接器(820)相连,所述第一板对板连接器(810)与所述第二板对板连接器(820)分别错位设置在所述电转接件(800)的两侧。
5.根据权利要求2所述的相机,其特征在于,所述第一电路板(300)包括内框(310)和围绕所述内框(310)设置、且与之相连的外框(320),所述图像传感器(100)安装在所述内框(310)上,所述冷端构件(230)穿过所述内框(310)的中心孔、且与所述图像传感器(100)接触,所述中心孔为所述穿孔。
6.根据权利要求5所述的相机,其特征在于,所述内框(310)与所述外框(320)之间通过柔性电路板(330)电连接。
7.根据权利要求5所述的相机,其特征在于,所述内框(310)与所述外框(320)之间填充有隔热材料。
8.根据权利要求1所述的相机,其特征在于,所述TEC模块(200)包括TEC本体(210)和分别设置在所述TEC本体(210)一端的所述冷端构件(230),所述TEC本体(210)与所述冷端构件(230)之间设置有导热件。
9.根据权利要求1所述的相机,其特征在于,所述制冷腔(600)内设置有分子筛。
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