滨松单光子 qcmos C15550-22UP 相机CoolingControl 水冷功能介绍

 

目录

滨松 C15550-22UP 相机CoolingControl功能介绍 3

1 什么是 CoolingControl？ 3

1.1 CoolingControl简介 3

2 制冷原理与制冷方式 3

2.1 帕尔贴（Peltier）制冷原理 3

2.2 风冷（Forced-air Cooled，默认方式） 4

2.3 水冷（Water Cooled，选配） 4

3 关键参数 5

3.1 核心参数 5

3.2 制冷模式（CoolerMode） 5

4 制冷在相机中的位置 5

5 制冷性能指标 6

5.1 可达制冷温度 6

5.2 暗电流与温度 6

5.3 结露（Condensation）防护 6

6 实际应用场景 6

6.1 场景 1：长曝光与弱光成像 6

6.2 场景 2：追求最低暗电流（Max 制冷） 6

6.3 场景 3：需要高温度稳定性 7

7 重要注意事项 7

7.1 风冷下 CoolerMode 灰置是正常的 7

7.2 制冷方式切换需重启相机 7

7.3 水冷必须先开水机、再开制冷 7

7.4 水质与流量要求 7

7.5 注意结露防护 7

7.6 关机顺序与散热通风 7

8 在ImgGrab中如何配置 8

9 总结 9

滨松 C15550-22UP 相机CoolingControl功能介绍

什么是 CoolingControl？

CoolingControl简介

CoolingControl 是滨松 C15550-22UP 相机 GenICam 特性集中用于“制冷控制”的功能类别。它负责管理相机对图像传感器的半导体制冷（帕尔贴制冷）。

C15550-22UP 采用帕尔贴（Peltier，热电制冷器）对 qCMOS 图像传感器进行降温。降低传感器温度可以显著抑制暗电流（Dark Current）与热噪声，从而实现长曝光成像、弱光成像与更高的定量精度。这也是该相机能做到 0.006 e⁻/pixel/s 超低暗电流的关键。

CoolingControl 类别下包含两个特性：

• CoolerSelector（Cooler Selector）：选择要操作的制冷器，本相机为 Peltier

• CoolerMode（Cooler Mode）：设定制冷器的工作模式，取值 Off / On(Mode1) / Max(Mode2)

关键特点：

• 制冷器件为帕尔贴（Peltier）：冷面贴合传感器吸热，热面由风扇（风冷）或循环水（水冷）散热

• 两种制冷方式：风冷（Forced-air cooled，出厂默认）/ 水冷（Water cooled，选配循环水机）

• 三种制冷模式：Off / On（Mode1）/ Max（Mode2）——仅在水冷方式下可设置

• 最低可达温度：风冷或常规水冷约 -20 °C；水冷 Max 制冷可达 -35 °C（典型值）

• 制冷方式（Air/Water）的切换需通过 DCAM Configurator 设置，并重启相机后生效

制冷原理与制冷方式

C15550-22UP 的制冷系统由帕尔贴元件 + 散热方式组成，散热方式分为风冷与水冷两种。

帕尔贴（Peltier）制冷原理

帕尔贴元件通电后，一面吸热（冷面）、一面放热（热面）。CMOS 图像传感器安装在冷面一侧，通过冷面吸热实现降温；热面产生的热量必须被及时带走，否则制冷效率会下降。

相机内部设有热保护电路：当相机内部温度异常升高时，保护电路会自动切断帕尔贴元件的供电，以保护制冷器件；温度恢复正常后可重新工作。

风冷（Forced-air Cooled，默认方式）

帕尔贴的热面由相机内置风扇散热。相机上电后风扇即开始旋转，制冷随之启动，无需外接任何设备。

• 制冷温度：环境温度 +25 °C 时，传感器可降至约 -20 °C

• 优点：开箱即用，安装简单，适合常规成像

• 限制：在风冷方式下，CoolerSelector 与 CoolerMode 的访问模式为“Not Available”，即在 ImgGrab 中显示为灰置、不可设置

水冷（Water Cooled，选配）

帕尔贴的热面改由选配的循环水机（Circulating water cooler）带走热量。水冷的散热效率更高、温度更稳定，并可达更低的传感器温度。

• 制冷温度：水温/环境 +25 °C 时约 -20 °C；Max 制冷（水温/环境 +20 °C）时可达 -35 °C（典型值）

• 仅给相机上电不会启动制冷：必须先启动循环水机、确认水路正常后，再从软件开启相机制冷

• 推荐循环水温 25 °C，保持约 0.45 L/min 的流量；相机运行过程中不得停止循环水机

• 建议使用软水，不可使用纯水或硬水（易造成水路腐蚀、结垢、流量下降或堵塞）

• 只有切换到水冷方式后，CoolerMode 才可设置为 Off / On / Max

图 1 水冷机与滨松 C15550-22UP相机连接示意图

关键参数

核心参数

参数	含义	取值范围	默认值
Cooler Selector（CoolerSelector）	选择要操作的制冷器	Peltier	Peltier
Cooler Mode（CoolerMode）	设定制冷器的工作模式	Off / On(Mode1) / Max(Mode2)	Off

注意：CoolerSelector 是一个“选择器”，CoolerMode 的取值会随所选制冷器联动；改变 CoolerSelector 时，CoolerMode 的当前值会失效并刷新。

制冷模式（CoolerMode）

GenICam 值	显示名	说明
Off（0）	Off	关闭制冷，传感器不主动降温
Mode1（1）	On	常规制冷，可达约 -20 °C
Mode2（2）	Max	最大制冷，可达约 -35 °C（需水冷，水温/环境 +20 °C）

说明：GenICam 中的枚举名为 Mode1 / Mode2，在软件界面上的显示名分别为 Mode1 / Mode2。因此在水冷方式下，ImgGrab 的 CoolerMode 下拉中通常显示为 Off / Mode1 / Mode2。

重要提示：

• 制冷方式（Air / Water）不能在 ImgGrab 的 CoolingControl 中直接切换，需使用 DCAM Configurator 设置 Cooler Type，并重启相机后生效。

• 只有在水冷方式下，才能通过 CoolerMode 在 Off / Mode1 / Mode2 之间切换。

制冷在相机中的位置

制冷系统直接作用于图像传感器，其热流链路与成像质量的关系如下：

设定 CoolerMode → 帕尔贴通电制冷 → 传感器温度下降（DeviceTemperature 回读） → 暗电流与热噪声降低 → 长曝光 / 弱光成像的信噪比提升

热面散热路径决定了可达到的最低传感器温度：

• 风冷：内置风扇强制风冷，最低约 -20 °C

• 水冷：循环水机带走热量，常规约 -20 °C，Max 制冷可达 -35 °C

制冷性能指标

可达制冷温度

制冷方式	条件	可达温度
风冷 Forced-air cooled	环境温度 +25 °C	-20 °C
水冷 Water cooled	水温 +25 °C，环境 +25 °C	-20 °C
水冷 Max 制冷	水温 +20 °C，环境 +20 °C	-35 °C（典型值）

暗电流与温度

制冷到 -35 °C（Max 制冷）时，暗电流可低至约 0.006 e⁻/pixel/s，使相机非常适合长曝光成像与测量。传感器温度越低、越稳定，暗电流越小，图像的定量重复性越好。

结露（Condensation）防护

水冷时，如果环境温度与环境湿度偏高，相机表面及内部容易结露。应在不会发生结露的环境下使用，并参考手册中“环境温度—环境湿度”关系图；水冷 Max 制冷（水温 20 °C）时结露风险更高，需更加注意环境温湿度控制。

实际应用场景

场景 1：长曝光与弱光成像

设置：制冷方式=水冷，CoolerMode=On（或 Max）

效果：传感器降温后暗电流大幅下降，长时间曝光下背景噪声更低。

适用：天文幸运成像、单分子荧光、生物发光成像等弱光、长曝光应用。

场景 2：追求最低暗电流（Max 制冷）

设置：制冷方式=水冷（水温/环境 +20 °C），CoolerMode=Max（Mode2）

效果：传感器可降至约 -35 °C，暗电流约 0.006 e⁻/pixel/s。

适用：需要极低下限噪声的定量测量、超长曝光应用。

场景 3：需要高温度稳定性

设置：制冷方式=水冷，CoolerMode=On

效果：水冷比风冷的传感器温度更稳定，适合长时间连续定量采集。

适用：对温度漂移敏感的长时间实验；风冷则适合常规、无需极低温度的场景。

重要注意事项

风冷下 CoolerMode 灰置是正常的

制冷方式为风冷（Forced Air Cooling）时，CoolerSelector 与 CoolerMode 的访问模式为 Not Available，在 ImgGrab 中显示为灰色不可设置。这不是故障，需切换到水冷方式后才能设置。

制冷方式切换需重启相机

Air / Water 制冷方式不能在 ImgGrab 的 CoolingControl 中直接切换，需打开 DCAM Configurator，在 Hardware 中将 Cooler Type 切换为 Water（或 Air），切换后必须重启相机才能生效；切回同理。

水冷必须先开水机、再开制冷

正确顺序：启动循环水机 → 确认水流正常（约 0.45 L/min）→ 在软件中开启相机制冷。相机运行过程中不得停止循环水机，否则制冷会失效甚至触发过热保护。

水质与流量要求

推荐使用软水，不可使用纯水或硬水（易腐蚀、结垢、堵塞水路）。推荐水温 25 °C，流量约 0.45 L/min；当软管无法维持该流量时应及时更换。

注意结露防护

水冷且环境温湿度偏高时易结露，应在不结露的环境下使用，必要时参考手册的温湿度关系图。

关机顺序与散热通风

关机时先在软件中关闭相机制冷，再关闭循环水机（水冷时）。风冷使用时不要遮挡相机通风口，保证散热气流正常。

在ImgGrab中如何配置

前提：制冷方式（风冷/水冷）由 DCAM Configurator 决定；CoolingControl 仅负责在水冷方式下设置制冷模式。

第 1 步：切换制冷方式（DCAM Configurator）

1. 打开 DCAM Configurator

2. 打开 Hardware（硬件）选项

3. 将 Cooler Type 由 Air 切换为 Water（水冷）

4. 按提示重启相机使设置生效（切回风冷重复以上步骤）

第 2 步：设置制冷模式（ImgGrab，水冷方式下）

1. 打开 ImgGrab，连接相机

2. 展开 Cooling Control 功能组

3. Cooler Selector → Peltier

4. Cooler Mode → Off / Mode1/ Mode2，按需选择

：

第 3 步：水冷操作

1. 先开启循环水机，确认水流正常（约 0.45 L/min，水温 25 °C）

2. 再在软件中开启相机制冷（CoolerMode = Model1/ Model2）

3. 运行中不要停止循环水机；关机时先关制冷、再关水机

提示：风冷方式下 CoolerMode 为灰色不可设置，属正常现象；需先切换到水冷方式。

总结

项目	说明
本质	基于帕尔贴（Peltier）的图像传感器制冷控制
功能类别	GenICam CoolingControl（Cooling Control，Beginner）
核心参数	CoolerSelector（Peltier）、CoolerMode（Off / Model1/ Model2）
制冷方式	风冷（默认，约 -20 °C）/ 水冷（选配，约 -20 °C，Max 可达 -35 °C）
关键约束	风冷下 CoolerMode 不可用；制冷方式切换需 DCAM Configurator 并重启相机
制冷收益	降低暗电流（-35 °C 时约 0.006 e⁻/pixel/s），提升长曝光 / 弱光成像质量
典型应用	天文、单分子荧光、生物发光、长曝光定量测量

CoolingControl 是一个容易被忽视、但对成像质量影响很大的功能——它通过帕尔贴制冷降低传感器温度，从而大幅抑制暗电流与热噪声。理解“风冷 / 水冷方式”与“Off / Model1/ Model2模式”的关系，并掌握 DCAM Configurator 切换 + ImgGrab 设置的正确流程，是用好该功能的关键。