Photon etc红外相机深度冷却的原理

本文介绍Photon etc红外相机深度冷却的原理，他们追求高灵敏度的红外相机。Photon etc认为照相机，特别是在短波红外（SWIR）区域使用的相机，暗电流是影响它科研成像的关键参数，想要研发出性价比高的红外相机，就必须在探测器冷却上选择好的解决方案！

冷却对于科研级相机的成像来说至关重要，相机内的InGaAs传感器的暗电流户随着温度上升而上升，大概每增加10˚C暗电流就会增加三倍，暗电流的增加会让相机传感器变得不灵敏，必须稳定相机探测器的温度才能获得强劲的灵敏度和动态范围

相机冷却有多种技术可供选择，每种技术都有一定的优点和缺点。Photon etc的产品几乎都采用了四级热电（TE4）风冷系统，以提高效率。

以下介绍三种的冷却方式：

TEC半导体冷却：

TEC半导体冷却的原理非常简单，给热电偶通上电流，它的有一端就会放出热量，而另一端会吸走热量，珀尔帖功率越高，则吸走热量的那一端就会越冷。利用的是珀尔帖效应，这种科学效应吸走热量的那一端可以达到零下的摄氏度，这个原理最广泛的应用在饮水机上面，自动制冷水以及制热水，现在也被慢慢的在科研领域使用起来

↑利用珀尔帖效应产生热量的热电装置示意图

斯特林冷却器：

斯特林冷却器又称ST制冷器，是一种电力驱动的制冷机，体积较小，内含气体和活塞，制冷原理是绝热膨胀，缺点是噪声较大，寿命较短，搭配相机使用时，它并不是一个独立的系统。

↑斯特林冷却器示意图

液氮冷却：

相机的探测器也可以用液氮冷却，液氮是指液态的氮气，在气化时会大量吸热，普遍用于快速冷冻、冷冻麻醉，当然也开始在科研领域使用在需要冷却的环境，这种冷却方式最低可以冷却到-147℃，不会产生任何噪声，缺点是需要日常维护，需要时不时的加入液氮，液氮不属于危险品，但是需要掌握相关知识的人操作。

三种冷却方案的优点：

每种冷却方法都有其优点和缺点，应用环境将决定什么是最好的方法。

液氮冷却较好的应用条件是：需要快速冷却，无振动，无噪音，初始成本较低，需要长时间使用的冷却环境，并且有人可以添加液氮。

斯特林冷却，ST冷却器较好的应用条件是：需要低暗电流或低功耗，不在乎振动和使用寿命。

TE冷却适应的应用条件是：需要耐用和免日常维护，无振动，低暗电流，小尺寸

Photon etc相机的冷却方式与其他竞争对手的性价比对比：

下图显示了Photon etc的InGaAs相机传感器冷却与市场上其他传感器冷却之间的比较，图里显示了不同SWIR传感器的每像素暗电流随各自冷却温度的变化，价格和散热方法也有标注，与竞争对手相比，Photon etc的相机冷却提供了很好的性价比，

对比总结：

TE制冷的主要优势

-冷却空气系统

-紧凑型

-无活动部件

-可靠

-寿命长

-无需维护

-低暗电流

-高信噪比

TE冷却最适合用于科研或者工业应用的成像系统，这种冷却系统比其他可用的冷却技术更可靠、更简单、成本更低。TE4冷却的ZephIR InGaAs和HgCdTe是先进科学研究和广泛工业应用的理想相机。它们非常适用于高光谱显微镜、快速宽带成像、线扫描系统、工业分类和质量控制。

合适的冷却方法在很大程度上取决于应用。TE4风冷系统最适合于工业应用和高要求的科学成像。这种冷却系统比其他可用的冷却技术更可靠、更简单、成本更低。TE4冷却的ZephIR InGaAs和HgCdTe是先进科学研究和广泛工业应用的理想相机。它们非常适用于高光谱显微镜、快速宽带成像、线扫描系统、工业分类和质量控制，从而拓宽了光子etc的科学解决方案到SWIR光谱窗口的范围。