科研级深度制冷极紫外、X射线CCD 相机传感器清洗：高风险任务的完美交付 ​

点击蓝字

关注我们

自1969年，威拉德·博伊尔（Willard Boyle）和乔治·史密斯（George E. Smith）发明的了 CCD（Charge coupled device）以来， 基于CCD传感器的相机得到广泛应用，无论在基础研究还是日常生活用都能见到它的身影，它极大的拓展的人类的认知世界能力，使得我们可以探索宇宙的奥秘，微观细胞的结构，并可以随时记录生活。从应用场景来说，CCD相机大概可以分为消费级，工业级和科研级。

今天我们的服务对象为一台由greateyes公司生产的科研级、深度制冷、高灵敏度、极紫外/X射线、全帧CCD相机，如下图1。

图 1 （左）greateyes公司LOTTE 光谱系列相机头，

（右）用户真空和空气侧的水与电的馈通

顾名思义，‘科研级’的产品主要就是满足科学研究的需求，在物理光学领域，追求更高的时间分辨和的空间分辨是一个主要的追求方向，也就意味着所需要探测的光信号是极其微弱的。这也就是“深度制冷、高灵敏度、全帧CCD极紫外”等定语的意义。由于大多数材料、甚至空气都会对极紫外、软X射线光强吸收，所以greateyes公司的LOTTE系列相机没有提供用于传感器保护和密闭环境的窗口，同时为了获得最大的探测灵活性，使用时整个相机头可以放置于真空腔体之中。

那么在真空环境之中，我们面临的污染源有哪些呢？

• 湿气/冰

  当低温的 CCD 表面暴露在空气中时，大气中的湿气会在传感器上凝结并冻结，形成霜或冰。这可能会损坏 CCD 的表面或键合线。

• 排气

  非真空设计的材料，会随着时间的推移释放出滞留的气体（排气），从而污染 CCD。

• 灰尘和颗粒物

  灰尘和其他空气中的颗粒物可能会沉积在 CCD 上，尤其是在组装或维护过程中。 

• 有机污染物

  某些材料，例如某些塑料或粘合剂或被激发的样品，会释放挥发性有机化合物，这些化合物会凝结在 CCD 表面。

• 油污或腐蚀

  在某些情况下，污染物可能会进入冷却系统（例如，由于液冷系统中的气缸盖垫片故障），导致油污或锈蚀污染。

上述的任意一种污染，都会严重干扰成像结果，导致图像出现杂散光、伪影、信噪比下降或分辨率损失，严重的情况，甚至会导致相机损坏。因此，专业、无损伤的清洁工作，不仅是技术挑战，更是科研设备可靠运行的保障。

图2.1 客户拍摄反馈污染情况                 图2.2 清洁完成后拍摄

为了保证在清洗中未对相机造成额外的影响，我们对相机的性能进行了评估，如下图3.1 和3.2清晰前后的成像效果对比。

图3.1 清洁前采集数据结果              图3.2 清洁后采集数据结果

客户对设备清洗效果表示高度认可。经处理后，设备性能参数显著改善，数据误差率大幅降低。客户反馈我司服务响应及时、流程高效，成功解决了污染难题。同时，客户特别指出，我方提供的专业维护建议与后续保障措施，为其设备的高效稳定运行提供了系统化的支持，验证了本次服务的综合价值。

2025 年上半年，我们的客户在测试大量实验样品的过程中，发现其大靶面极紫外、X射线CCD相机的传感器表面沉积了大量实验样品残留物，这些残留物如同顽固的污渍，严重影响了设备性能和数据采集的准确性。为了确保设备能够正常运行，客户委托我们进行深度清洗，一场与微观污染物的战斗就此拉开帷幕。

        此次清洁工作的难度极大，风险颇高。大靶面极紫外、X射线CCD相机的传感器极为精密，任何微小的划痕或损伤都可能导致传感器相应像素位置的响应线性度恶化，坏像素增多，甚至使整块芯片报废。传感器四周 bonding wire 非常密集且微小敏感，任何不当的碰触都可能使 bonding wire 断裂，使设备无法正常工作，开机短路甚至报废。

而传感器表面的实验样品残留物不仅量大，还与传感器表面紧密结合，清洁前需要根据客户实验环境和样品种类对污染物进行分类判断，清洁时既要彻底清除残留物，又要确保传感器不受丝毫损伤，不碰触四周 bonding wire，这对清洁技术和操作精度都是极大的考验。

图4 bonding wire细节图

• 清洗前设备状态

检查发现，传感器表面沉积了大量实验样品残留物，这些污染物如同一层厚厚的灰尘，严重影响了传感器的灵敏度和数据采集的准确性。

• 清洗过程

接到需求后，我们迅速安排专业工程师上门。工程师凭借丰富的经验和对设备结构的精准掌握，安全地完成了探测器的拆卸工作，随后将需要清洁的相机安全取送回我们的专业清洁实验室，每一步都小心翼翼，如同在微观世界中行走的探险者，确保设备的安全与完整。

我们根据传感器的材质、污染程度和设备特性，制定了详细的清洗方案。采用专业设备和原厂提供的专用清洁液，确保清洗过程安全高效，如同为传感器量身定制专属清洁方案。

• 清洗步骤

 （1）设备拆卸：专业工程师现场拆卸设备，安全取出 CCD 相机，专人安全箱取送，每一个动作都精准无误，仿佛在进行一场精密的手术。

（2）检查：传感器表面显微检查，记录污染状态，可见传感器表面受到不同程度的污染，这些污染如同一个个隐形的敌人，等待着我们去清除。

图5 试验室检查记录

（3）预处理：使用专用工具去除表面松散的灰尘和污渍，为传感器进行一次初步的清洁洗礼，去除表面的浮尘。

（4）深度清洁：采用微米级精度喷头，结合原厂清洁液，去除顽固的实验样品残留物，如同用一把无形的刷子，将每一个角落的污渍都清扫干净。

（5）检测：使用专业设备进行全面检测，确保传感器性能恢复到最佳状态，仿佛在为传感器进行一次全面的体检，确保其健康无损。

greateyes 公司生产的科研级、深度制冷、高灵敏度、极紫外、X射线全帧CCD相机-LOTTE系列，为了保证高达10-9 mbar的超高真空兼容度，在原材料选择，和生产环境的清洁程度及工艺都进行了严格的控制，由于优异的电子学和制冷设计，使得相机具有低至-80度的制冷温度和极低的读出噪声。它是真空紫外、极紫外、X射线探测的理想选择，可以应用于光谱、散射、成像等应用。

用户在使用这样类型的相机时应该注意什么？

❗高灵敏度弱光探测科学级CCD，请勿将其长时间对准强光物体（如太阳，激光），否则可能损伤图像传感器，对其性能造成不可恢复影响。

❗相机主体较重，取出相机时应特别小心，以防相机跌落损坏相机！相机传感器边缘有非常纤细的导线，极轻微的触碰也可能碰断导线！转移、储存相机时，请一定要安装上随相机提供的保护面板！

❗破坏真空腔室真空前，请在相机温度回到室温之后进行，否则温度过低会导致相机传感器表面结露进而损坏相机！

❗相机传感器直通真空，通常会冷却到很低的温度，真空泵或其它设备产生的油脂等很容易凝结在传感器表面上，在图像上形成伪影！

❗即使传感器温度回到室温，这些凝结物可能依然存在。这些凝结物可能严重破坏传感器，一旦出现这种情况时，请立即关闭相机电源，停止使用相机！！联系我公司处理！

如果相机传感器发生了污染，不要着急直接擦拭清洗，请务必联系专业人员或联系我们，以免对相机造成不可避免的损坏。

greateyes 成立于2008年，以德国柏林洪堡大学的技术为基础，迅速发展成为国际知名的先进探测器生产 企业。如今，其科研与工业客户群体己遍布多个国家。greateyes开发、生产并销售高性能科学级CCD相机。其作为精确探测器，广泛应用于成像与谱学应用领域。

北京众星联恒科技有限公司 作为 greateyes 公司中国区授权总代理商，为中国客户提供 greateyes 所有产品专业的售前咨询，销售及完整的售后服务。

欢迎各位对 CCD 相机感兴趣的老师随时联系我们！