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自1969年，威拉德·博伊爾（Willard Boyle）和喬治·史密斯（George E. Smith）發(fā)明的了 CCD（Charge coupled device）以來， 基于CCD傳感器的相機得到廣泛應(yīng)用，無論在基礎(chǔ)研究還是日常生活用都能見到它的身影，它極大的拓展的人類的認(rèn)知世界能力，使得我們可以探索宇宙的奧秘，微觀細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，并可以隨時記錄生活。從應(yīng)用場景來說，CCD相機大概可以分為消費級，工業(yè)級和科研級。

今天我們的服務(wù)對象為一臺由greateyes公司生產(chǎn)的科研級、深度制冷、高靈敏度、極紫外/X射線、全幀CCD相機，如下圖1。

圖 1 （左）greateyes公司LOTTE 光譜系列相機頭，

（右）用戶真空和空氣側(cè)的水與電的饋通

顧名思義，‘科研級’的產(chǎn)品主要就是滿足科學(xué)研究的需求，在物理光學(xué)領(lǐng)域，追求更高的時間分辨和的空間分辨是一個主要的追求方向，也就意味著所需要探測的光信號是極其微弱的。這也就是“深度制冷、高靈敏度、全幀CCD極紫外”等定語的意義。由于大多數(shù)材料、甚至空氣都會對極紫外、軟X射線光強吸收，所以greateyes公司的LOTTE系列相機沒有提供用于傳感器保護和密閉環(huán)境的窗口，同時為了獲得最大的探測靈活性，使用時整個相機頭可以放置于真空腔體之中。

那么在真空環(huán)境之中，我們面臨的污染源有哪些呢？

• 濕氣/冰

  當(dāng)?shù)蜏氐?CCD 表面暴露在空氣中時，大氣中的濕氣會在傳感器上凝結(jié)并凍結(jié)，形成霜或冰。這可能會損壞 CCD 的表面或鍵合線。

• 排氣

  非真空設(shè)計的材料，會隨著時間的推移釋放出滯留的氣體（排氣），從而污染 CCD。

• 灰塵和顆粒物

  灰塵和其他空氣中的顆粒物可能會沉積在 CCD 上，尤其是在組裝或維護過程中。 

• 有機污染物

  某些材料，例如某些塑料或粘合劑或被激發(fā)的樣品，會釋放揮發(fā)性有機化合物，這些化合物會凝結(jié)在 CCD 表面。

• 油污或腐蝕

  在某些情況下，污染物可能會進入冷卻系統(tǒng)（例如，由于液冷系統(tǒng)中的氣缸蓋墊片故障），導(dǎo)致油污或銹蝕污染。

上述的任意一種污染，都會嚴(yán)重干擾成像結(jié)果，導(dǎo)致圖像出現(xiàn)雜散光、偽影、信噪比下降或分辨率損失，嚴(yán)重的情況，甚至?xí)?dǎo)致相機損壞。因此，專業(yè)、無損傷的清潔工作，不僅是技術(shù)挑戰(zhàn)，更是科研設(shè)備可靠運行的保障。

圖2.1 客戶拍攝反饋污染情況                 圖2.2 清潔完成后拍攝

為了保證在清洗中未對相機造成額外的影響，我們對相機的性能進行了評估，如下圖3.1 和3.2清晰前后的成像效果對比。

圖3.1 清潔前采集數(shù)據(jù)結(jié)果              圖3.2 清潔后采集數(shù)據(jù)結(jié)果

客戶對設(shè)備清洗效果表示高度認(rèn)可。經(jīng)處理后，設(shè)備性能參數(shù)顯著改善，數(shù)據(jù)誤差率大幅降低?？蛻舴答佄宜痉?wù)響應(yīng)及時、流程高效，成功解決了污染難題。同時，客戶特別指出，我方提供的專業(yè)維護建議與后續(xù)保障措施，為其設(shè)備的高效穩(wěn)定運行提供了系統(tǒng)化的支持，驗證了本次服務(wù)的綜合價值。

2025 年上半年，我們的客戶在測試大量實驗樣品的過程中，發(fā)現(xiàn)其大靶面極紫外、X射線CCD相機的傳感器表面沉積了大量實驗樣品殘留物，這些殘留物如同頑固的污漬，嚴(yán)重影響了設(shè)備性能和數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。為了確保設(shè)備能夠正常運行，客戶委托我們進行深度清洗，一場與微觀污染物的戰(zhàn)斗就此拉開帷幕。

        此次清潔工作的難度極大，風(fēng)險頗高。大靶面極紫外、X射線CCD相機的傳感器極為精密，任何微小的劃痕或損傷都可能導(dǎo)致傳感器相應(yīng)像素位置的響應(yīng)線性度惡化，壞像素增多，甚至使整塊芯片報廢。傳感器四周 bonding wire 非常密集且微小敏感，任何不當(dāng)?shù)呐鲇|都可能使 bonding wire 斷裂，使設(shè)備無法正常工作，開機短路甚至報廢。

而傳感器表面的實驗樣品殘留物不僅量大，還與傳感器表面緊密結(jié)合，清潔前需要根據(jù)客戶實驗環(huán)境和樣品種類對污染物進行分類判斷，清潔時既要徹底清除殘留物，又要確保傳感器不受絲毫損傷，不碰觸四周 bonding wire，這對清潔技術(shù)和操作精度都是極大的考驗。

圖4 bonding wire細(xì)節(jié)圖

• 清洗前設(shè)備狀態(tài)

檢查發(fā)現(xiàn)，傳感器表面沉積了大量實驗樣品殘留物，這些污染物如同一層厚厚的灰塵，嚴(yán)重影響了傳感器的靈敏度和數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。

• 清洗過程

接到需求后，我們迅速安排專業(yè)工程師上門。工程師憑借豐富的經(jīng)驗和對設(shè)備結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)掌握，安全地完成了探測器的拆卸工作，隨后將需要清潔的相機安全取送回我們的專業(yè)清潔實驗室，每一步都小心翼翼，如同在微觀世界中行走的探險者，確保設(shè)備的安全與完整。

我們根據(jù)傳感器的材質(zhì)、污染程度和設(shè)備特性，制定了詳細(xì)的清洗方案。采用專業(yè)設(shè)備和原廠提供的專用清潔液，確保清洗過程安全高效，如同為傳感器量身定制專屬清潔方案。

• 清洗步驟

 （1）設(shè)備拆卸：專業(yè)工程師現(xiàn)場拆卸設(shè)備，安全取出 CCD 相機，專人安全箱取送，每一個動作都精準(zhǔn)無誤，仿佛在進行一場精密的手術(shù)。

（2）檢查：傳感器表面顯微檢查，記錄污染狀態(tài)，可見傳感器表面受到不同程度的污染，這些污染如同一個個隱形的敵人，等待著我們?nèi)デ宄?/span>

圖5 試驗室檢查記錄

（3）預(yù)處理：使用專用工具去除表面松散的灰塵和污漬，為傳感器進行一次初步的清潔洗禮，去除表面的浮塵。

（4）深度清潔：采用微米級精度噴頭，結(jié)合原廠清潔液，去除頑固的實驗樣品殘留物，如同用一把無形的刷子，將每一個角落的污漬都清掃干凈。

（5）檢測：使用專業(yè)設(shè)備進行全面檢測，確保傳感器性能恢復(fù)到最佳狀態(tài)，仿佛在為傳感器進行一次全面的體檢，確保其健康無損。

greateyes 公司生產(chǎn)的科研級、深度制冷、高靈敏度、極紫外、X射線全幀CCD相機-LOTTE系列，為了保證高達10-9 mbar的超高真空兼容度，在原材料選擇，和生產(chǎn)環(huán)境的清潔程度及工藝都進行了嚴(yán)格的控制，由于優(yōu)異的電子學(xué)和制冷設(shè)計，使得相機具有低至-80度的制冷溫度和極低的讀出噪聲。它是真空紫外、極紫外、X射線探測的理想選擇，可以應(yīng)用于光譜、散射、成像等應(yīng)用。

用戶在使用這樣類型的相機時應(yīng)該注意什么？

?高靈敏度弱光探測科學(xué)級CCD，請勿將其長時間對準(zhǔn)強光物體（如太陽，激光），否則可能損傷圖像傳感器，對其性能造成不可恢復(fù)影響。

?相機主體較重，取出相機時應(yīng)特別小心，以防相機跌落損壞相機！相機傳感器邊緣有非常纖細(xì)的導(dǎo)線，極輕微的觸碰也可能碰斷導(dǎo)線！轉(zhuǎn)移、儲存相機時，請一定要安裝上隨相機提供的保護面板！

?破壞真空腔室真空前，請在相機溫度回到室溫之后進行，否則溫度過低會導(dǎo)致相機傳感器表面結(jié)露進而損壞相機！

?相機傳感器直通真空，通常會冷卻到很低的溫度，真空泵或其它設(shè)備產(chǎn)生的油脂等很容易凝結(jié)在傳感器表面上，在圖像上形成偽影！

?即使傳感器溫度回到室溫，這些凝結(jié)物可能依然存在。這些凝結(jié)物可能嚴(yán)重破壞傳感器，一旦出現(xiàn)這種情況時，請立即關(guān)閉相機電源，停止使用相機！！聯(lián)系我公司處理！

如果相機傳感器發(fā)生了污染，不要著急直接擦拭清洗，請務(wù)必聯(lián)系專業(yè)人員或聯(lián)系我們，以免對相機造成不可避免的損壞。

greateyes 成立于2008年，以德國柏林洪堡大學(xué)的技術(shù)為基礎(chǔ)，迅速發(fā)展成為國際知名的先進探測器生產(chǎn) 企業(yè)。如今，其科研與工業(yè)客戶群體己遍布多個國家。greateyes開發(fā)、生產(chǎn)并銷售高性能科學(xué)級CCD相機。其作為精確探測器，廣泛應(yīng)用于成像與譜學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。

北京眾星聯(lián)恒科技有限公司 作為 greateyes 公司中國區(qū)授權(quán)總代理商，為中國客戶提供 greateyes 所有產(chǎn)品專業(yè)的售前咨詢，銷售及完整的售后服務(wù)。

歡迎各位對 CCD 相機感興趣的老師隨時聯(lián)系我們！