哈里.谢顿 发表于 2020-10-6 10:10

ZT：Vosskuhler COOL-1300HD 冷冻CCD相机拆解

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本文为李老师(BI4LBK)原创，拆解于2020年10月并整理成文

​​最近捡到一个冷冻CCD相机，这里对它进行拆解，来了解一些内部结构。所谓冷冻CCD相机，就是使用低噪声CCD传感器，并利用TEC制冷器降低CCD的工作温度，使得CCD的暗电流（热噪声）大幅度下降，从而可以适合弱光摄影用途，例如天文摄影，X光增感屏摄影，生物荧光显微镜拍摄，以及其他需要长时间曝光的场合。
正文：      
本次拆解的是Vosskuhler COOL-1300HD冷冻CCD相机，德国企业制造的产品，其手册列出的关键参数如下：
http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9prtw9hj20o00c2n38.jpg       从特性参数里可以看到CCD的工作温度约-20摄氏度。http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9qge5kgj212w0pxqv5.jpg​
相机整体基本上是一个圆柱形，这是镜头螺口一侧，这个东西体积不大但重量不轻，大约有2kg。http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9r5i5bvj212w0pxu0x.jpg侧面的铭牌，可以看出这个相机是2003年生产的。
http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9ru6vtzj212w0pxqv5.jpg​相机后部，控制和数字图像输出接口，以及一些指示灯。IOD,FOUT,EXP指示相机的拍摄和曝光状态，ST应该是调节恒温电路工作温度的。>250k指示灯提示CCD温度高于-20度，制冷正常工作时该指示灯会熄灭。http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9rzuxylj212w0pxqv5.jpg​侧面的散热风扇http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9s7hkgoj212w0px4qq.jpg​拆开底盖，分离接口板和CCD驱动板http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9sga275j212w0pxe82.jpg​接口板的背面http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9sn6kuuj212w0pxe82.jpg​接口板正面http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9uxsysvj212w0px1ky.jpg​​该相机实际上是利用的CCD-1300非制冷相机的电路板，因此内部多了一些飞线，直接加上了制冷相关的功能，比如这个指示灯。http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9v41slbj212w0pxb2a.jpg​继续向下看是CCD驱动板。http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9v97lzbj212w0pxu0x.jpg​拆掉风扇，从侧面伸进去撬棒，把CCD驱动板顶起来就可以分离下来http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9vfrlsjj212w0pxb2a.jpg​​分离CCD驱动板，这里的插针直接连接到CCD上，全部是气密结构的。
http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9wdfua5j212w0pxe82.jpg​​CCD驱动板正面http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9wht3rgj212w0pxhdu.jpg​CCD驱动板背面http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9wrcy5jj212w0px1ky.jpg​这个时候就可以抽出CCD和制冷组件了，这是整体的样子，夹在中间的是TEC制冷器控制板。
http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9wwi9vrj212w0px1ky.jpg​前面的玻璃窗口，直接依靠前壳压在这里，保持腔体内干燥，防止结露。http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9x5y021j212w0pxu0x.jpg​侧面，前面散热片部分是一种比较硬的金属，外表面镀金。我认为有可能是可伐合金的（因为需要做气密连接）。后面是散热片部分纯铜的。http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9xaf184j212w0px4qq.jpg​CCD的连接器，以及拧下这四个螺丝就可以分离纯铜部分的散热片http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9y8vam1j212w0px4qq.jpg​分离散热片，可以看到TEC驱动电路了。http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9yfa0p0j212w0pxu0x.jpg​厚实的散热片。http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9yr5jzej212w0px7wi.jpg​TEC和温度传感器的连接同样是通过气密引脚从腔体侧面连接到板子上http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9yy4gd7j212w0pxb2a.jpg​腔体一侧还有一个抽气管，顶部涂胶水的螺丝是一个阀门。应该可以把腔体内部抽真空http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9z9he70j212w0px7wi.jpg​TEC和温度传感器的引脚。http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9zdcvv9j212w0px7wi.jpg​将引脚解焊，分离TEC控制板。http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9zj1k40j212w0pxqv5.jpg​剩下的就是金光闪闪的腔体部分，整体都做了镀金处理，应该是提高表面反射率，降低热损耗的http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjf9zrum5yj212w0px4qq.jpg​http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjfa5dlrqvj212w0px4qq.jpg​环状的TEC驱动电路http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjfa5no4jrj212w0px7wi.jpg​正面http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjfa02v08bj212w0px7wi.jpg​正面http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjfa5z1d9oj212w0px1ky.jpg​背面
http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjfa6e8qh3j212w0px4qq.jpg​背面http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjfa14e2wuj212w0px7wi.jpg​背面http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjfa6nrg1kj212w0px7wi.jpgCCD部分，CCD靠两个螺丝紧固在导热板上，并使用两块PCB把引脚延长到底部的连接器上。http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjfa6tbwboj212w0pxnpd.jpg​CCD和延长板http://wx3.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjfa70diyvj212w0pxu0x.jpg​CCD是SONY ICX085，同系列性能最好的是ICX285，也广泛的用于冷冻CCD相机上。http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjfa74oztzj212w0pxnpd.jpg​CCD延长板，以及奇怪的走线。关于这些走线，我的朋友认为有可能是增加热阻的，或者降低应力的，防止在频繁的温度交替下走线被拉断。http://wx2.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjfa7ljc2mj212w0pxb2a.jpg​拆掉CCD以后腔体内部的样子，蓝线是温度传感器。http://wx4.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjfa7sn6bnj212w0px4qq.jpg​http://wx1.sinaimg.cn/large/7406e5bcgy1gjfa7xqlkpj212w0pxx6p.jpg​由于导热板，TEC制冷器均是导热硅胶粘接的，非常紧密，无法再分开了。因此只能从侧面看一看，其中包括了温度传感器，以及两级TEC制冷器用于增大温差。-完-73BI4LBK

liwangli1983 发表于 2020-10-6 11:13

我记得红外空空导弹的导引头也是有预冷的

midearth 发表于 2020-10-6 11:33

暗影翔 发表于 2020-10-6 15:30

midearth 发表于 2020-10-6 11:33
好文! 冷冻CCD太tm贵了

1个多少钱？20万美刀？

win8 发表于 2020-10-6 16:06

这ccd工作在低温环境，镜头也得抽真空冲惰性气体吧？

宏 发表于 2020-10-6 16:54

KOGmk2 发表于 2020-10-6 17:34

liwangli1983 发表于 2020-10-6 11:13
我记得红外空空导弹的导引头也是有预冷的

那个是靠气罐的,坚持几分钟就够了......没打出去是要换气罐的

droople 发表于 2020-10-6 18:12

暗影翔 发表于 2020-10-06 15:30:10
1个多少钱？20万美刀？ebay卖249美金

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rei402 发表于 2020-10-6 20:26

这个看起来像化学发光成像仪里的……

greataxe_02 发表于 2020-10-6 21:05

这个制冷部件是什么原理，能冷到零下20度？

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瞌睡的松鼠 发表于 2020-10-7 08:29

越看越像化学发光成像仪的零件

宏 发表于 2020-10-7 09:35

华蝶风雪 发表于 2020-10-7 09:49

本帖最后由 华蝶风雪 于 2020-10-7 09:50 编辑

greataxe_02 发表于 2020-10-6 21:05
这个制冷部件是什么原理，能冷到零下20度？

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就制冷片

比亚迪 发表于 2020-10-7 13:38

我想起我近期我们单位安装的超星光级夜视监控球机，通电之后里面居然也有沙沙响的风扇声，我还纳闷IP67全封闭的球机怎么会有风扇，看了楼主的贴子，估计八成也是冷冻CCD吧，这球机尺寸非常大，跟篮球差不多大，比一般的球机大很多，估计也是为了放下这一套冷冻CCD的散热部件吧

orecheng 发表于 2020-10-7 20:50

发现手机丢冰箱再拿出来拍夜景,噪点少好多

droople 发表于 2020-10-7 21:00

引用第14楼orecheng于2020-10-07 20:50发表的:
发现手机丢冰箱再拿出来拍夜景,噪点少好多

@orecheng
不怕镜头起雾吗？

----发送自 Xiaomi POCO F2 Pro,Android 10

wuuuuuud 发表于 2020-10-7 23:21

宏 发表于 2020-10-7 09:35
那个-20不是到零下20度，而是在环境温度下减20度，比如环境温度25度就可以制冷到5度 ...

那个-250k的指示灯不就没意义了
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