上一期我們講到科學(xué)相機(jī)的成像原理及其散熱的重要性，這一期，我們探討另外一個(gè)問(wèn)

題：相機(jī)制冷是不是溫度越低就越好？

目前市面上常見(jiàn)的 CCD 和 SCMOS 科學(xué)相機(jī)多為制冷相機(jī)，具體的制冷溫度在各個(gè)生產(chǎn)

廠家和相機(jī)型號(hào)之間各有不同。大家或許要問(wèn)，為什么制冷溫度會(huì)設(shè)計(jì)得不一樣？制冷對(duì)圖

像信噪比有很大影響么？本期真我們就來(lái)給大家詳細(xì)說(shuō)說(shuō)這個(gè)問(wèn)題。

首先，我們還是要從對(duì)成像質(zhì)量影響最大的 SNR 信噪比公式入手：

在上一期中我們提到暗電流是受溫度影響的，溫度每下降 7℃，暗電流可降低 50%。那

么一定會(huì)有人覺(jué)得，溫度越低暗電流越小，如果其他條件相同，那肯定信噪比也越好啊！真

的是這樣么？

讓我們用事實(shí)說(shuō)話，做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)來(lái)檢測(cè)制冷溫度對(duì)信噪比的影響吧！

假設(shè)兩種科學(xué)相機(jī)使用同樣的背照式芯片，因?yàn)樗鼈兊牧孔有屎拖裨叽缡窍嗤模?/p>

所以收集到的信號(hào)相同，散粒噪聲也相同。讀出噪聲均為 1.6e-。不同的是，Teledyne

Photometrics Prime 95B 制冷溫度=-25℃,暗電流=0.3e-/p/s，而另外一款相機(jī)的制冷溫

度=-45℃，暗電流=0.2e-/p/s。

接下來(lái)讓我們分別比較信號(hào)為 100 個(gè)電子（即：中等光照條件）和 10 個(gè)電子（即：弱

光條件）的情況：

一、當(dāng)光信號(hào)強(qiáng)度=100個(gè)電子時(shí)，在 10，30，100，200，500 和 1000ms 的曝光時(shí)

間下，根據(jù)信噪比公式，代入具體數(shù)值，我們可以算出：

* 上述計(jì)算結(jié)果表明，兩者的信噪比在長(zhǎng)達(dá) 1000ms 的曝光時(shí)間內(nèi)完全沒(méi)有差別！

二、那么，我們?cè)賮?lái)看看在噪聲影響相對(duì)較大的弱光條件下，情況又如何呢？

當(dāng)光信號(hào)強(qiáng)度=10個(gè)電子時(shí)，不同曝光時(shí)間下的信噪比分別為：

*上述計(jì)算結(jié)果表明，Prime 95B 和另一臺(tái)相機(jī)的信噪比仍然幾乎相同！即使是在

長(zhǎng)達(dá) 1s（1000ms）的曝光時(shí)間下，兩者暗電流的差別也只有 0.1e-，信噪比差別

僅為 0.01。

從上面的比較可以看出，在不同的光照條件（信號(hào)強(qiáng)度）下，相機(jī)在-25℃和-45℃的

信噪比基本上是一樣的！盡管兩種相機(jī)的制冷溫度相差了 20℃，但由于暗電流已經(jīng)降到了一

個(gè)非常小的數(shù)值（上述實(shí)驗(yàn)中分別降低到了 0.3e-/p/s 和 0.2e-/p/s），無(wú)論是強(qiáng)光還是弱光

條件下，對(duì)于信噪比的貢獻(xiàn)都非常微弱，甚至可以忽略不計(jì)。因此，暗電流的大小才是我們

需要關(guān)心的重點(diǎn)，而不是制冷溫度越低越好。

總結(jié)一下：

1、 相機(jī)制冷最重要的作用就是降低暗電流，對(duì)于一些需要長(zhǎng)時(shí)間曝光的應(yīng)用（如：化

學(xué)發(fā)光，通常需要幾十秒甚至幾分鐘的曝光時(shí)間），暗電流越低越好。

2、 一般來(lái)說(shuō)，-25℃左右的制冷溫度已經(jīng)能夠滿足絕大部分應(yīng)用需求。

深度制冷除了需要更為復(fù)雜的制冷設(shè)備，還會(huì)增加成本和發(fā)生故障的可能性，合適

的才是最好的！

世界著名的科學(xué)相機(jī)制造商 Teledyne Photometrics 推薦使用 Koolance 生產(chǎn)的專業(yè)級(jí)

水冷散熱器進(jìn)行散熱，適用的型號(hào)有：EX2-755、EX2-1055、EXT-440CU、EXC-900 等

（Koolance 中國(guó)經(jīng)銷商網(wǎng)址：www.koolance.com.cn ）。

Koolance Inc.公司 2000 年成立于美國(guó)，是一家獲得 ISO 9001 質(zhì)量管理體系和 ISO

14001 環(huán)境管理體系雙認(rèn)證的“液冷”散熱產(chǎn)品專業(yè)制造商，專為科學(xué)相機(jī)、工業(yè)相機(jī)等專

業(yè)設(shè)備量提供散熱方案，能充分滿足各種相機(jī)的制冷要求，并且操作簡(jiǎn)單、方便可靠，是科

研工作者的得力助手、助攻神器！

相機(jī)與水冷散熱設(shè)備連接示意圖：

下面以 Koolance EXT-440CU 配合 TELEDYNE Photomettircs Prime 95B 相機(jī)使用為

例，詳細(xì)講解一下怎么進(jìn)行連接：

Koolance EXT-440CU 是一套緊湊型的液體冷卻系統(tǒng)，其冷卻功率達(dá)到 400W

(1365BTU / hr)，ΔT=25°C 液體-環(huán)境溫度差@ 4.5LPM。專門用于對(duì)相機(jī)的 CCD 芯片進(jìn)行

降溫、降噪，是 CCD 探測(cè)器的重要組成部分，特別適用于：干涉儀、微弱信號(hào) CCD 探測(cè)器

等科學(xué)相機(jī)。只需添加水管、接頭和冷卻液，然后連接到科學(xué)相機(jī)的進(jìn)水口和出水口上即可。

1、Prim95B 的背面設(shè)有水冷專用接口（出水口 OUT/進(jìn)水口 IN）：

2、Koolance EXT-440CU 散熱器：

3、EXT-440CU 散熱器的背面也標(biāo)有進(jìn)水口 Inlet 和出水口 Outlet, 連接方式如下：

(1) 把 Koolance EXT-440CU 的出水管(Coolant Outlet)連接到 Prime95B 的進(jìn)水口（IN）；

(2) 把 Koolance EXT-440CU 的進(jìn)水管(Coolant Inlet)連接到 Prime95B 的出水口（OUT）。

4、Koolance EXT-440CU 散熱器的詳細(xì)配置及規(guī)格：

（1）散熱風(fēng)扇：根據(jù)溫度自動(dòng)調(diào)速，也可選用手動(dòng)調(diào)速（共有 10 個(gè)檔位可選）。

（2）水泵：手動(dòng)調(diào)速，共 10 個(gè)檔位可選，最高流量 4.5LPM（1.2GPM）。

（3）警報(bào)：可根據(jù)機(jī)器自帶的 3 個(gè)溫度傳感器設(shè)置聲音警報(bào)。

（4）繼電器：可根據(jù)溫度設(shè)定繼電器的觸發(fā)。

（5）電源輸入：12VDC（通過(guò)計(jì)算機(jī) Molex 插頭），或 110 / 220VAC（需另加單獨(dú)的變壓器）。

（6）儲(chǔ)水箱容量：157 毫升（5.3 盎司）

（7）機(jī)器背面接頭的螺牙類型：G 1/4 BSPP 螺牙。

審核編輯 黃宇