Koolance 散热器在科学相机中的应用（二）

上一期我们讲到科学相机的成像原理及其散热的重要性，这一期，我们探讨另外一个问

题：相机制冷是不是温度越低就越好？

目前市面上常见的 CCD 和 SCMOS 科学相机多为制冷相机，具体的制冷温度在各个生产

厂家和相机型号之间各有不同。大家或许要问，为什么制冷温度会设计得不一样？制冷对图

像信噪比有很大影响么？本期真我们就来给大家详细说说这个问题。

首先，我们还是要从对成像质量影响最大的 SNR 信噪比公式入手：

在上一期中我们提到暗电流是受温度影响的，温度每下降 7℃，暗电流可降低 50%。那

么一定会有人觉得，温度越低暗电流越小，如果其他条件相同，那肯定信噪比也越好啊！真

的是这样么？

让我们用事实说话，做一个小实验来检测制冷温度对信噪比的影响吧！

假设两种科学相机使用同样的背照式芯片，因为它们的量子效率和像元尺寸是相同的，

所以收集到的信号相同，散粒噪声也相同。读出噪声均为 1.6e-。不同的是，Teledyne

Photometrics Prime 95B 制冷温度=-25℃,暗电流=0.3e-/p/s，而另外一款相机的制冷温

度=-45℃，暗电流=0.2e-/p/s。

接下来让我们分别比较信号为 100 个电子（即：中等光照条件）和 10 个电子（即：弱

光条件）的情况：

一、当光信号强度=100个电子时，在 10，30，100，200，500 和 1000ms 的曝光时

间下，根据信噪比公式，代入具体数值，我们可以算出：

* 上述计算结果表明，两者的信噪比在长达 1000ms 的曝光时间内完全没有差别！

二、那么，我们再来看看在噪声影响相对较大的弱光条件下，情况又如何呢？

当光信号强度=10个电子时，不同曝光时间下的信噪比分别为：

*上述计算结果表明，Prime 95B 和另一台相机的信噪比仍然几乎相同！即使是在

长达 1s（1000ms）的曝光时间下，两者暗电流的差别也只有 0.1e-，信噪比差别

仅为 0.01。

从上面的比较可以看出，在不同的光照条件（信号强度）下，相机在-25℃和-45℃的

信噪比基本上是一样的！尽管两种相机的制冷温度相差了 20℃，但由于暗电流已经降到了一

个非常小的数值（上述实验中分别降低到了 0.3e-/p/s 和 0.2e-/p/s），无论是强光还是弱光

条件下，对于信噪比的贡献都非常微弱，甚至可以忽略不计。因此，暗电流的大小才是我们

需要关心的重点，而不是制冷温度越低越好。

总结一下：

1、 相机制冷最重要的作用就是降低暗电流，对于一些需要长时间曝光的应用（如：化

学发光，通常需要几十秒甚至几分钟的曝光时间），暗电流越低越好。

2、 一般来说，-25℃左右的制冷温度已经能够满足绝大部分应用需求。

深度制冷除了需要更为复杂的制冷设备，还会增加成本和发生故障的可能性，合适

的才是最好的！

世界著名的科学相机制造商 Teledyne Photometrics 推荐使用 Koolance 生产的专业级

水冷散热器进行散热，适用的型号有：EX2-755、EX2-1055、EXT-440CU、EXC-900 等

（Koolance 中国经销商网址：www.koolance.com.cn ）。

Koolance Inc.公司 2000 年成立于美国，是一家获得 ISO 9001 质量管理体系和 ISO

14001 环境管理体系双认证的“液冷”散热产品专业制造商，专为科学相机、工业相机等专

业设备量提供散热方案，能充分满足各种相机的制冷要求，并且操作简单、方便可靠，是科

研工作者的得力助手、助攻神器！

相机与水冷散热设备连接示意图：

下面以 Koolance EXT-440CU 配合 TELEDYNE Photomettircs Prime 95B 相机使用为

例，详细讲解一下怎么进行连接：

Koolance EXT-440CU 是一套紧凑型的液体冷却系统，其冷却功率达到 400W

(1365BTU / hr)，ΔT=25°C 液体-环境温度差@ 4.5LPM。专门用于对相机的 CCD 芯片进行

降温、降噪，是 CCD 探测器的重要组成部分，特别适用于：干涉仪、微弱信号 CCD 探测器

等科学相机。只需添加水管、接头和冷却液，然后连接到科学相机的进水口和出水口上即可。

1、Prim95B 的背面设有水冷专用接口（出水口 OUT/进水口 IN）：

2、Koolance EXT-440CU 散热器：

3、EXT-440CU 散热器的背面也标有进水口 Inlet 和出水口 Outlet, 连接方式如下：

(1) 把 Koolance EXT-440CU 的出水管(Coolant Outlet)连接到 Prime95B 的进水口（IN）；

(2) 把 Koolance EXT-440CU 的进水管(Coolant Inlet)连接到 Prime95B 的出水口（OUT）。

4、Koolance EXT-440CU 散热器的详细配置及规格：

（1）散热风扇：根据温度自动调速，也可选用手动调速（共有 10 个档位可选）。

（2）水泵：手动调速，共 10 个档位可选，最高流量 4.5LPM（1.2GPM）。

（3）警报：可根据机器自带的 3 个温度传感器设置声音警报。

（4）继电器：可根据温度设定继电器的触发。

（5）电源输入：12VDC（通过计算机 Molex 插头），或 110 / 220VAC（需另加单独的变压器）。

（6）储水箱容量：157 毫升（5.3 盎司）

（7）机器背面接头的螺牙类型：G 1/4 BSPP 螺牙。

审核编辑 黄宇