一种高热稳定性轻小型集成面阵焦面系统的制作方法

本发明属于空间光学遥感器，特别是一种高热稳定性轻小型集成面阵焦面系统。

背景技术：

1、随着cmos图像传感器成像技术的进步及其电路的高度集成，面阵cmos相机越来越向轻小型化发展，焦面系统多采用机电一体化设计，实现相机系统的高集成性。一般情况下，在单台cmos相机中，焦面系统由热变形产生的离焦现象可以通过调焦系统校正。当需要多个cmos传感器拼接使用以满足相机视场需求时，热变形引起的不仅仅是离焦，还对整个焦面系统的共面精度、拼接稳定精度以及图像位置精度都将产生影响。这时，对焦面的热稳定性就有了很高的要求，需要提出一种新的解决方案。

2、经查阅相关文献，目前cmos成像技术及电子学应用相关资料较多，但是cmos相机系统高热稳定性方面的资料甚少。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高热稳定性轻小型集成面阵焦面系统，采用分体式结构设计，通过隔绝热传导和减少热辐射，实现cmos焦面系统的高热稳定性。本发明能够解决轻小型面阵焦面控温和位置稳定性问题，实现多个焦面拼接使用时的拼接稳定性，能够实现工业轻小型面阵在定量化遥感中的应用。

2、本发明的技术解决方案是：

3、一种高热稳定性轻小型集成面阵焦面系统，包括：控温组件、分层盒体、隔热垫、焦面电路板、cmos传感器和成像相关电路板；

4、隔热垫用于将分层盒体分隔为上部和下部两个部分，对上部和下部中的不同电路板起到隔热作用；

5、分层盒体的上部设置有成像相关电路板；

6、分层盒体的下部设置有焦面电路板和cmos传感器；cmos传感器插装在焦面电路板上；

7、控温组件分别用于对分层盒体和cmos传感器进行散热控温。

8、优选地，隔热垫的材料为聚酰亚胺。

9、优选地，分层盒体包括：成像相关电路结构框和焦面电路结构框；

10、成像相关电路结构框作为分层盒体的上部，内部固定安装有成像相关电路板；

11、焦面电路结构框作为分层盒体的下部，内部固定安装有分层盒体和cmos传感器。

12、优选地，焦面电路结构框的材料为钛合金；成像相关电路结构框的材料为铝合金。

13、优选地，控温组件包括：cmos控温热管和cmos导热结构；

14、cmos传感器的插针阵列排布形成环形结构；焦面电路板上对应插针所形成的环形结构区域加工有开口，开口用于使得cmos传感器的背面暴露，并与cmos导热结构固定连接，cmos导热结构用于将cmos传感器工作产生的热量传导至cmos控温热管；

15、cmos导热结构的部分伸出分层盒体，并接触cmos控温热管。

16、优选地，cmos导热结构的材料为铜；cmos控温热管和cmos导热结构之间通过卡箍连接固定；cmos控温热管和成像相关电路结构框之间不接触。

17、优选地，控温组件还包括：盒体控温热管；

18、盒体控温热管用于对成像相关电路结构框进行散热；

19、盒体控温热管通过卡箍固定安装在成像相关电路结构框的外侧。

20、与现有技术相比，本发明的优点主要体现在以下几个方面：

21、(1)本发明将实现一体化盒体分体为两个盒体结构串联，同时将cmos传感器所在电路板与成像相关电路板的结构盒体隔热安装，以减少热传导带来的温度影响；

22、(2)本发明中的cmos传感器与焦面盒体结构分别控温并使用不同结构材料与电路板热膨胀匹配，实现焦面温度及位置的热稳定性；

23、(3)本发明设计关于cmos传感器的高导热材料的导热结构件导出热量，实现有限接触面积下高效导热，降低内部其他电路板热源辐射的影响。

24、(4)本发明经试验验证拼接盒体温度变化稳定在1.5℃范围内，满足相机成像稳定性要求。

技术特征：

1.一种高热稳定性轻小型集成面阵焦面系统，其特征在于，包括：控温组件、分层盒体、隔热垫(1)、焦面电路板(2)、cmos传感器(3)和成像相关电路板(4)；

2.根据权利要求1所述的一种高热稳定性轻小型集成面阵焦面系统，其特征在于，隔热垫(1)的材料为聚酰亚胺。

3.根据权利要求2所述的一种高热稳定性轻小型集成面阵焦面系统，其特征在于，分层盒体包括：成像相关电路结构框(51)和焦面电路结构框(52)；

4.根据权利要求3所述的一种高热稳定性轻小型集成面阵焦面系统，其特征在于，焦面电路结构框(52)的材料为钛合金；成像相关电路结构框(51)的材料为铝合金。

5.根据权利要求4所述的一种高热稳定性轻小型集成面阵焦面系统，其特征在于，控温组件包括：cmos控温热管(61)和cmos导热结构(62)；

6.根据权利要求5所述的一种高热稳定性轻小型集成面阵焦面系统，其特征在于，cmos导热结构(62)的材料为铜；cmos控温热管(61)和cmos导热结构(62)之间通过卡箍连接固定；cmos控温热管(61)和成像相关电路结构框(51)之间不接触。

7.根据权利要求5或6所述的一种高热稳定性轻小型集成面阵焦面系统，其特征在于，控温组件还包括：盒体控温热管(63)；

技术总结
本发明一种高热稳定性轻小型集成面阵焦面系统，其中CMOS传感器安装于焦面电路板。将焦面电路板及其相关成像电路板分别与结构框装配，结构框之间隔热安装，实现盒体结构串联。CMOS传感器与焦面盒体分别控温，传感器由导热结构将热引出结构盒体，实施热控措施；焦面盒体在盒体外壁上实施热控措施。同时，两部分结构框采用不同结构材料，以适应电路板由于热膨胀带来的位移变化，从而保证传感器的位置精度。本发明能够解决轻小型面阵焦面控温和位置稳定性问题，实现多个焦面拼接使用时的拼接稳定性，能够实现工业轻小型面阵在定量化遥感中的应用。

技术研发人员：窦莲英,吴俊,汤天瑾,姜宏佳,丁铠铖,罗廷云,王磊,姜彦辉
受保护的技术使用者：北京空间机电研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17