本实用新型专利技术涉及一种提高CCD分辨率的装置，包括CCD探测器，所述CCD探测器包括一芯片、与该芯片配合的窗口以及具有冷却传输部件和冷却部件的功能性部件，所述芯片与所述窗口成一倾斜角度。本实用新型专利技术能够实现CCD探测器对入射X射线实际空间分辨率的成倍提升，并显著提高了单一方向的X射线探测能力。另外，本实用新型专利技术能够最优匹配二次光聚焦的焦平面，避免芯片远离光斑中心的部分失焦，进而实现对空间分辨率动态的最优调整。同时，本实用新型专利技术结构简单、兼容性好、成本低、操作便捷。操作便捷。操作便捷。
【技术实现步骤摘要】
一种提高CCD分辨率的装置
[0001]本技术涉及X射线光学探测
，更具体地涉及一种提高CCD分辨率的装置。
技术介绍
[0002]CCD探测器由于其高分辨率、高灵敏性、小体积、低功耗等诸多优势，在遥感测绘、空间探测及物质科学研究等领域得到了广泛的应用。并且CCD探测技术使用范围广，从红外、可见光、极紫外、软X射线到高能射线探测领域都占有一席之地。
[0003]在物质和生命科学的研究领域，软X射线的特殊能量范围使其在科学
必不可少。特别是近年来高相干、高亮度的同步辐射光源的发展，使基于软X射线的光谱学及成像技术得到了飞速发展，在高分辨成像、物质电子结构及元激发的研究等领域受到极大关注。
[0004]CCD探测器是目前应用于相关软X射线谱学探测研究中的关键部件。在现有的CCD探测器传感芯片单元中，由于每个像素单元都需要配备相应的电子学部件，如电荷读取及复位等，当前先进的制程工艺下能设计加工出的软X射线直接探测光谱CCD传感器的最小物理像素尺寸约10 μm。由于通用的CCD探测器使软X射线垂直照射CCD芯片以实现直接光电转换探测，因此，目前技术中提高CCD探测器实际空间分辨率的方法主要集中在减小CCD传感器的物理像素单元尺寸，以提升光电转换效率等电子学设计方面。例如，优化每个物理像素的电子学传输路径及通道设计，具体地，设计相邻通道实现相反的电荷传输读取，可将最小物理像素尺寸减小至5μm，从而将相应的CCD分辨率提升一倍。然而，面对日益增长的高分辨软X射线谱学探测的需求，在目前的设计、加工生产水平下，难以进一步提升CCD探测器的实际空间分辨率。
[0005]另外，现有技术中CCD探测器用于同步辐射软X射线非弹性共振散射光的探测时，在探测器前端的散射谱仪中，软X射线激发材料散射出的二次光通过光栅进行分光和聚焦后，焦平面常常与垂直面（90度）有较大夹角，造成了常规竖直放置的CCD芯片与实际要探测的光的焦平面不匹配，造成芯片上远离光斑中心的部分失焦而使实际分辨率变差。
技术实现思路
[0006]为解决上述问题，本技术提供一种提高CCD分辨率的装置，能够成倍提升CCD探测器的实际空间分辨率。
[0007]本技术提供的一种提高CCD分辨率的装置，包括CCD探测器，所述CCD探测器包括一芯片、与该芯片配合的窗口以及具有冷却传输部件和冷却部件的功能性部件，所述芯片与所述窗口成一倾斜角度。
[0008]所述倾斜角度大于等于0
°
且小于90
°
。
[0009]所述提高CCD分辨率的装置还包括一精密运动部件，该精密运动部件与所述CCD探测器固定连接。
[0010]所述精密运动部件与所述CCD探测器之间为焊接、螺钉连接或螺栓连接。
[0011]所述精密运动部件为并联集成的多自由度精密运动调节结构。
[0012]所述精密运动部件为串联集成的多自由度精密运动调节结构。
[0013]所述提高CCD分辨率的装置还包括一连接软管，该连接软管与所述窗口固定连接。
[0014]所述连接软管为真空波纹管。
[0015]所述功能性部件包括支撑所述芯片的冷却传输部件，所述冷却传输部件与一冷却部件密封连接。
[0016]所述功能性部件还包括电子学传输及控制部件，所述电子学传输及控制部件与所述芯片通过电路密封连接。
[0017]本技术通过倾角设计的芯片，实现CCD探测器对入射X射线实际空间分辨率的成倍提升，并显著提高了单一方向的X射线探测能力。另外，本技术能够通过调节精密运动部件，来调节入射X射线与CCD传感器芯片的倾角，最优匹配二次光聚焦的焦平面，避免芯片远离光斑中心的部分失焦，进而实现对空间分辨率动态的最优调整。同时，本技术结构简单、兼容性好、成本低、操作便捷。
附图说明
[0018]图1是按照本技术的提高CCD分辨率的装置结构示意图。
[0019]图2是按照本技术的提高CCD分辨率的装置提升分辨率的原理图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图，给出本技术的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本技术的功能、特点。
[0021]如图1所示，本技术的提高CCD分辨率的装置，包括CCD探测器1、精密运动部件2以及连接软管3，且精密运动部件2和连接软管3均与CCD探测器1固定连接。
[0022]CCD探测器1包括芯片11、冷却传输部件12、窗口13、冷却部件14以及电子学传输及控制部件15。其中，窗口13用于真空密封和透光，芯片11设计为与窗口13成一定的倾角，该倾角大于等于0
°
且小于90
°
，冷却传输部件12、冷却部件14以及电子学传输及控制部件15则均为配合芯片11的功能性部件。冷却传输部件12用于支撑芯片11，并为芯片11的高性能工作提供低温制冷。芯片11的高性能工作通常是在液氮环境中，同时受到X射线的照射及电子学组件发热的影响，进行液氮的制冷传导必不可少，并且为了保证内部空间的有效利用，支撑和制冷传导组件实现功能化整合。冷却部件14与冷却传输部件12密封连接，为制冷传导组件提供液氮，相当于一个液氮的内部循环容器。电子学传输及控制部件15为芯片11的电子学连接和信号输出调节控制单元，与芯片11通过电路密封连接。由于芯片11倾斜设计，上述各功能性部件均需做适应性设计，以保证整体结构及功能运行。
[0023]倾角设计的芯片11相比于无倾角的设计，会导致接收到的有效光子数减少。因此一般情况下可能需要增大芯片的面积，但增大芯片面积的成本远小于现有技术中减小CCD探测器的物理像素单元尺寸，因此在实际的一些应用场景中，倾角设计带来的分辨率提升是低成本且高效的。
[0024]本技术的装置提高CCD分辨率的原理如图2所示。其中，α为入射X射线与芯片
11的掠入射角，CCD探测器的固有分辨率由芯片11的像素尺寸L决定，则本技术的实际探测空间分辨率为R=L*sinα，式中，0
°
<α<90
°
。可以明显看出，分辨率提升了1/sinα倍。理论上，角度α越小，分辨率提高的倍数越高。但在具体使用中，由于探测器芯片11倾斜设计，其接收到的有效光子数减少，也就是说，α越小，实际探测到的光子数越少。同时，过小的α也会导致光斑反向远离二次光聚焦的焦平面而使分辨率下降。
[0025]精密运动部件2与CCD探测器1刚性连接，例如通过刚性螺钉、刚性螺栓或焊接组件。精密运动部件2可以是并联或串联集成的多自由度精密运动调节结构，可通过电机或手动调节支载CCD探测器1进行多自由度的精密运动，包括调节CCD探测器1整体与入射X射线的角度和方位。由于芯片11在CCD探测器1内成固定角度，若CCD探测器1整体与入射X射线的角度发生改变，芯片11与入射X射线的掠入射角α也会发生改变。因而，可以通过精密运动部件2动态调节芯片11本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提高CCD分辨率的装置，包括CCD探测器，所述CCD探测器包括一芯片、与该芯片配合的窗口以及具有冷却传输部件和冷却部件的功能性部件，其特征在于，所述芯片与所述窗口成一倾斜角度。2.根据权利要求1所述的提高CCD分辨率的装置，其特征在于，所述倾斜角度大于等于0
°
且小于90
°
。3.根据权利要求1所述的提高CCD分辨率的装置，其特征在于，还包括一精密运动部件，该精密运动部件与所述CCD探测器固定连接。4.根据权利要求3所述的提高CCD分辨率的装置，其特征在于，所述精密运动部件与所述CCD探测器之间为焊接、螺钉连接或螺栓连接。5.根据权利要求3所述的提高CCD分辨率的装置，其特征在于，所述精密运动部...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱大明，黄耀波，王勇，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：新型
国别省市：
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