CN102954809B - 检测器设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种检测器设备，检测器设备被设计用于接收光和产生电信号，检测器设备具有壳体和配置在壳体内的检测器。可以提供：冷却部件配置在壳体内，且延伸通过冷却部件的光路被限定用于待检测的光；和/或冷却部件配置在壳体内，冷却部件被设计作为导热的电绝缘中间元件；和/或冷却部件配置在壳体内，冷却部件与检测器的光传感器(特别是光阴极)直接接触，和/或与承载光传感器(特别是光阴极)的(特别地透明的)衬底直接接触。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测器设备，检测器设备被设计用于接收光和产生电信号，检测器设备具有壳体和配置在壳体内的检测器。
背景技术
开始描述的类型的检测器设备经常表现出引起噪声的随温度变化的暗电流。通过冷却可以降低暗电流。
德国专利申请DE 10 2009 036 066 A1公开了一种光电检测器，光电检测器包括导热地连接至检测器的冷却设备，即帕尔贴元件。为了防止冷凝水在光电检测器的表面上形成，传感器被设置用于确定环境空气湿度和环境露点温度的瞬时值。传感器连接至根据该值控制冷却设备的控制单元。有利地，该光电检测器没有完全免除冷却。然而，不利地，实际冷却能力限于较低水平，即没有冷凝水形成的水平。因此，没有有效地防止检测器噪声。
相同的申请提及另一种检测器设备，其中检测器和冷却设备(典型地帕尔贴元件)一起被封装入填充有干燥气体或者被抽空的气密的壳体。在该设备的情况下，余热可以被传递到导热地连接至冷却设备的热沉，和/或可以用于加热其他部件，例如壳体的入口孔。然而，该检测器设备被认为是不利的，由于昂贵的气密封装。
在实践中，实际上发现了其他缺点与该检测器设备相关联。特别地，冷却经常不是非常有效的。此外，当检测器必须处于与壳体不同的电势水平时，冷却被证明是特别有问题的。在这样的情况下，帕尔贴元件不能容易地配置在壳体与检测器之间。当光电子将在检测器内被加速时，这样的电势差通常是必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种使更有效的冷却成为可能的检测器设备，特别是同样当使用处于与壳体不同的电势水平的检测器时。
该目的通过检测器设备实现，检测器设备的特征在于：
a.冷却部件配置在所述壳体内，且延伸通过所述冷却部件的光路被限定用于待检测的光；和/或
b.冷却部件配置在所述壳体内，所述冷却部件被设计作为导热的电绝缘中间元件；和/或
c.冷却部件配置在所述壳体内，所述冷却部件与所述检测器的光传感器(特别是光阴极)直接接触，和/或与承载光传感器(特别是光阴极)的(特别地透明的)衬底直接接触。
在一个特别有利的特定实施例中，在壳体内设置另一冷却部件。特别地，有利地，可以设置与所述冷却部件导热接触的另一冷却部件。
关于另一冷却部件，有利地，提供：延伸通过所述另一冷却部件的光路被限定用于待检测的光。
为了使用于待检测的光的光路能够延伸通过冷却部件和/或另一冷却部件，冷却部件和/或另一冷却部件的特征可以为通道，特别是通孔。然而，也可以提供：冷却部件和/或另一冷却部件具有两部件或多部件的设计，该部件相互地配置，以允许留有中间空间，用于待检测的光的光路通过该中间空间延伸。
有利地，所述另一冷却部件也可以被设计作为导热的电绝缘中间元件。特别地，如在此处随后将详细描述的，所述另一冷却部件可以被设计作为被动冷却部件，特别是作为被配置在检测器与主动冷却部件(或帕尔贴元件)之间的散热环。
在一个有利的实施例中，另一冷却部件可以被配置得与检测器的光传感器(例如光阴极)直接接触。可选地或另外地，也可以提供：另一冷却部件与承载光传感器(例如光阴极)的衬底直接接触。
特别有效的冷却通过冷却部件和/或另一冷却部件与检测器的光传感器和/或与承载光传感器的衬底的直接接触而实现。特别地，这样的实施例的优点是：仅仅冷却实际上表现出随温度变化的噪声特性的部件。
此外，有利地，这样的实施例需要低得多的冷却能力；当冷却部件和/或另一冷却部件被设计作为主动冷却部件(例如作为帕尔贴元件)时这是特别有利的。在冷却部件和/或另一冷却部件被设计作为主动冷却部件的情况下，有利地，发生需要向外传递的较少的余热。
如已经提及的，有利地，所述冷却部件和/或所述另一冷却部件可以被设计作为主动冷却部件，特别是作为帕尔贴元件或作为热泵或作为热管。在一个特别有利的实施例中，冷却部件被设计作为环状的帕尔贴元件。有利地，这样的实施例使用于待检测的光的光路能够延伸通过环的中心，这样在通过环状的帕尔贴元件时，光路大体与环状的帕尔贴元件的旋转对称轴同轴地被配置。
在一个特别有利的变型例中，所述冷却部件和/或所述另一冷却部件被配置以允许来自所述冷却部件和/或所述另一冷却部件的余热加热所述壳体的至少一个入口孔和/或所述壳体的入口光学部件。这样的设计的特别的优点是：冷凝水不停留在入口孔的表面上或者入口光学部件(例如透镜或多个透镜的阵列)的表面上。特别地通过利用余热将入口孔或入口光学部件的表面的温度保持在高于露点，确保该优点。
很有利地，可以提供：所述冷却部件和/或所述另一冷却部件被设计作为被动冷却部件，热流动通过所述被动冷却部件发生。被动冷却部件和/或另一被动冷却部件的特征为良好的导热率是特别有利的，以便保证快速的热传递。就此而言，有利地，可以提供：所述冷却部件和/或所述另一冷却部件的特征为大于1W/mK、特别是大于10W/mK、特别是大于100W/mK、最特别是大于500W/mK的导热率。
在一个特别有利的变型例中，被动冷却部件和/或另一被动冷却部件被成形和形成大小尺寸，以允许它在最大可能的面积上精确配合在检测器设备的待冷却的部件上、特别是在光传感器和/或承载光传感器的衬底上。这使特别有效的冷却可实现。如果冷却部件被设计作为主动冷却部件和/或如果另一冷却部件被设计作为另一主动冷却部件，同样类似地适用。然而，优选地，冷却部件或另一冷却部件始终以这样的方式形成：该方式不会例如由于光路的渐晕(vignette)而不利地降低检测器和/或检测器的部件的功能。
在特别地当检测器和/或检测器的部件处于与壳体不同的电势水平时可以使用的一个特别有利的实施例中，冷却部件和/或另一冷却部件被设计为主要电绝缘的。特别地，可以提供：所述冷却部件和/或所述另一冷却部件的特征为小于10-7S/m、特别是小于10-8S/m的导电率。
这样的变型例具有以下特别的优点：检测器可以经由冷却部件或另一冷却部件与壳体机械接触，而检测器仍然至少在允许它在必要的电势水平下被操作的程度上是电绝缘的。例如，可以提供：检测器具有用于加速由光阴极产生的电子的加速设备，被加速的电子可以指向例如雪崩二极管。可选地，也可以提供：检测器包括次级电子倍增器。就此而言，可能发生在检测器和/或检测器的部件与壳体之间必须有几千伏的电压差的情况。
特别地，为了能够禁受住这样的电压差，检测器的一个特定的实施例提供：所述冷却部件和/或所述另一冷却部件至少部分地由电绝缘和导热材料制成，特别地由氮化硼、氮化铝、氧化铝、金刚石、合成金刚石、或者所述材料的组合制成。一方面，这些物质的特征为高导热率，另一方面，这些物质的特征为非常低的导电率。此外，得到以下优点：例如通过研磨、车削或碾磨可简单地和精确地加工这些材料。
一个特别有利的变型例提供：所述冷却部件和/或所述另一冷却部件的特征为至少一个圆周凸起和/或至少一个圆周凹槽，特别地以增加对漏电的耐受性。这样的变型例具有以下特别的优点：沿着冷却部件或另一冷却部件的表面的漏电距离被延长，这样至少降低电击穿的风险。
有利地，所述冷却部件和/或所述另一冷却部件被配置为大体环状的或圆柱状的。如已经提及的，这提供了以下特别的优点：为了有效冷却，有利地，使冷却部件或另一冷却部件与例如光传感器或承载光传感器的衬底接触；且另一方面，提供了以下另一优点：开口被设置用于待检测的光的光路。
在特别有效和可靠地工作的实施例中，所述冷却部件和所述另一冷却部件热串联。特别地，很有利地，可以提供：冷却部件被设计作为被动冷却部件，例如作为氮化硼环，且冷却部件与光传感器和/或与承载光传感器的衬底直接接触。
此外，有利地，可以提供：所述冷却部件与被设计作为主动冷却部件(例如作为环状的帕尔贴元件)的另一冷却部件热接触。
优选地，环状的冷却部件和环状的另一冷却部件相互同轴地设置，用于待检测的光的光路沿着冷却部件和另一冷却部件的旋转对称轴线延伸。此外，有利地，可以提供：另一主动冷却部件(或帕尔贴元件)的热侧与壳体的入口孔或入口光学部件接触。这样的配置的特征是：检测器的光传感器可以被特别有效地冷却，因为从光传感器或其衬底经由被动冷却部件到主动冷却部件发生直接热传递。此外，有利地，来自主动冷却部件的余热用于防止冷凝水在入口孔或入口光学部件上形成。如果在这种配置中使用大体电绝缘的材料(例如氮化硼)作为冷却部件，那么很有利地这使检测器在与壳体的电势水平不同的电势水平下被操作。
特别地为了避免冷凝水形成，有利地，可以提供：所述壳体是气密的；和/或在所述壳体中存在真空。例如，也可以提供：气密的壳体填充有气体，优选地，露点特别低的干燥气体。例如，将干燥剂引入壳体中可能是有利的。这用于除去仍然存在的任何残留水分的目的，或者用于吸收进入的水分的目的。
很有利地，根据本发明的检测器设备可以与显微镜、特别是扫描显微镜或共焦扫描显微镜一起使用，或者用于显微镜、特别是扫描显微镜或共焦扫描显微镜。共焦扫描显微镜的一个特别有利的实施例的特征为多个根据本发明的检测器设备。例如，可以提供：不同的检测光谱区被分配给和/或可被分配给各个检测器设备。
本发明的进一步目的、优点、特征、和可能的应用可以从以下参考附图的示例性实施例的描述而得到。就此而言，所描述和/或图解的所有特征，单独地或以任何有用的组合，构成本发明的主题，不管它们以哪种方式组合在权利要求或其前述的说明书中。
附图说明
在附图中：
图1示意性地示出根据本发明的检测器设备；和
图2示意性地示出根据本发明的另一检测器设备。
部件列表：
1-检测器设备 2-待检测的光 3-电输出端 4-壳体 5-检测器 6-光传感器 7-衬底 8-光阴极 9-入口光学部件 10-雪崩二极管 11-冷却部件 12-中间元件 13-另一冷却部件 14-帕尔贴元件
具体实施方式
图1示出检测器设备1，检测器设备1被设计用于接收光2和在电输出端3产生可用的电信号。检测器设备1具有壳体4，检测器5位于壳体4内。
检测器5的特征为光传感器6，即配置在衬底7上且在透射系统中被操作的光阴极8。这是指光阴极8在它的朝向壳体4的入口光学部件9的一侧接收待检测的光2，且在朝向远离壳体4的入口光学部件9的一侧发射光电子。
光阴极8及其衬底7处于-8000V的电势水平，而壳体4处于0V的电势水平。
此外，检测器5的特征为处于-400V的电势水平的雪崩二极管10。由光阴极8产生的光电子响应在光阴极8与雪崩二极管10之间存在的电势差，且撞击经由电输出端3输出电信号的雪崩二极管10。
在壳体4内，检测器设备1具有被设计作为被动冷却部件的冷却部件11。具体地，冷却部件11被设计作为导热的电绝缘中间元件12。中间元件12具有环状的形状，中间元件的中心轴线与待检测的光2的光路同轴地延伸。
此外，在壳体4内，检测器设备1具有被设计作为环状的帕尔贴元件14的另一冷却部件13。环状的帕尔贴元件14与环状的中间元件12同轴地配置。
环状的帕尔贴元件14与中间元件12导热接触。中间元件12与衬底7导热接触。
通过导热的电绝缘中间元件12，冷却能力可以非常有效地被利用，以冷却衬底7和光阴极8。此外，提供：环状的帕尔贴元件14的发热侧朝向壳体4和入口光学部件9。以这种方式，入口光学部件9被再一次加热，由此防止冷凝水的任何沉积。在检测器5、中间元件12和环状的帕尔贴元件14与壳体4之间的剩余中间空间填充有热绝缘和电绝缘填充化合物。在入口光学部件9与光阴极8之间的区域填充有干燥气体。
图2示出了另一检测器设备，其中中间元件12与光传感器6直接导热接触。
Claims (26)
1.一种检测器设备(1)，所述检测器设备(1)被设计用于接收光(2)和产生电信号，所述检测器设备(1)包括壳体(4)和配置在所述壳体(4)内的检测器(5)，其中所述检测器(5)和所述壳体(4)之间具有至少几千伏的电压差，并且其中，
a.冷却部件(11)配置在所述壳体(4)内，且延伸通过所述冷却部件(11)的光路被限定用于待检测的光(2)；和/或
b.冷却部件(11)配置在所述壳体(4)内，所述冷却部件(11)被设计作为导热的电绝缘中间元件(12)；和/或
c.冷却部件(11)配置在所述壳体(4)内，所述冷却部件(11)与所述检测器(5)的光传感器(6)直接接触，和/或与承载光传感器(6)的衬底(7)直接接触。
2.根据权利要求1所述的检测器设备(1)，其中所述光传感器(6)为光阴极(8)。
3.根据权利要求1所述的检测器设备(1)，其中另一冷却部件(13)设置在所述壳体(4)内；和/或设置与所述冷却部件(11)导热接触的另一冷却部件(13)。
4.根据权利要求3所述的检测器设备(1)，其中
a.延伸通过所述另一冷却部件(13)的光路被限定用于待检测的光(2)；和/或
b.所述另一冷却部件(13)被设计作为导热的电绝缘中间元件(12)；和/或
c.所述另一冷却部件(13)与所述检测器(5)的光传感器(6)直接接触，和/或与承载所述光传感器(6)的衬底(7)直接接触。
5.根据权利要求3所述的检测器设备(1)，其中所述冷却部件(11)和/或所述另一冷却部件(13)被设计作为主动冷却部件(11)。
6.根据权利要求5所述的检测器设备(1)，其中所述主动冷却部件(11)构造为帕尔贴元件(14)或热泵或热管。
7.根据权利要求5所述的检测器设备(1)，其中所述冷却部件(11)和/或所述另一冷却部件(13)被配置以允许来自所述冷却部件(11)和/或所述另一冷却部件(13)的余热加热所述壳体(4)的至少一个入口孔和/或所述壳体(4)的入口光学部件。
8.根据权利要求3所述的检测器设备(1)，其中所述冷却部件(11)和/或所述另一冷却部件(13)被设计作为被动冷却部件(11)，热流动通过所述被动冷却部件(11)发生。
9.根据权利要求8所述的检测器设备(1)，其中所述冷却部件(11)和/或所述另一冷却部件(13)至少部分地由电绝缘和导热材料制成。
10.根据权利要求9所述的检测器设备(1)，其中所述冷却部件(11)和/或所述另一冷却部件(13)至少部分地由氮化硼、氮化铝、氧化铝、金刚石、合成金刚石、或者所述材料的组合制成。
11.根据权利要求8所述的检测器设备(1)，其中所述冷却部件(11)和/或所述另一冷却部件(13)的特征为大于1W/mK的导热率。
12.根据权利要求11所述的检测器设备(1)，其中所述冷却部件(11)和/或所述另一冷却部件(13)的特征为大于10W/mK的导热率。
13.根据权利要求12所述的检测器设备(1)，其中所述冷却部件(11)和/或所述另一冷却部件(13)的特征为大于100W/mK的导热率。
14.根据权利要求13所述的检测器设备(1)，其中所述冷却部件(11)和/或所述另一冷却部件(13)的特征为大于500W/mK的导热率。
15.根据权利要求8所述的检测器设备(1)，其中所述冷却部件(11)和/或所述另一冷却部件(13)的特征为小于10-7S/m的导电率。
16.根据权利要求15所述的检测器设备(1)，其中所述冷却部件(11)和/或所述另一冷却部件(13)的特征为小于10-8S/m的导电率。
17.根据权利要求3所述的检测器设备(1)，其中所述冷却部件(11)和/或所述另一冷却部件(13)的特征为至少一个圆周凸起和/或至少一个圆周凹槽，特别地以增加对漏电的耐受性。
18.根据权利要求3所述的检测器设备(1)，其中所述冷却部件(11)和/或所述另一冷却部件(13)被配置为大体环状的或圆柱状的。
19.根据权利要求3所述的检测器设备(1)，其中所述冷却部件(11)和所述另一冷却部件(13)热串联。
20.根据权利要求1所述的检测器设备(1)，其中所述壳体(4)是气密的。
21.根据权利要求1所述的检测器设备(1)，其中在所述壳体(4)中存在真空。
22.根据权利要求1所述的检测器设备(1)，其中在所述检测器(5)与所述壳体(4)之间存在电势差。
23.根据权利要求1所述的检测器设备(1)，其中所述检测器设备(1)包括光传感器(6)。
24.根据权利要求1所述的检测器设备(1)，其中所述检测器设备(1)包括光传感器(6)，所述检测器设备(1)具有位于所述光传感器(6)下游的电子加速器和/或电子倍增器。
25.一种光学设备，具有至少一个根据权利要求1至24中的任一项所述的检测器设备(1)。
26.根据权利要求25所述的光学设备，其中所述光学设备为显微镜、扫描显微镜或共焦扫描显微镜。
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