一種陣列晶體模塊及其加工方法
【專利摘要】一種陣列晶體模塊，陣列晶體模塊包括若干單元晶體條，陣列晶體模塊的外觀立體形狀為錐形臺或為直四棱柱與錐形臺的結(jié)合，錐形臺用以與光電器件耦合，錐形臺包括與光電器件耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，第一底面的面積小于第一頂面的面積。一種陣列晶體模塊的加工方法，其包括：對晶體條胚進(jìn)行加工得到單元晶體條，根據(jù)設(shè)定的傾角以及其直四棱柱部分的厚度，進(jìn)行模具切割得到錐形臺或直四棱柱與錐形臺相結(jié)合的單元晶體條，進(jìn)行組裝接合形成陣列晶體模塊。本發(fā)明能夠在保證探測效率的前提下，解決因光電轉(zhuǎn)換器件有效探測面積小于封裝面積而帶來的晶體光輸出損失的問題。保證了探測器的靈敏度和性能。
【專利說明】一種陣列晶體模塊及其加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及正電子發(fā)射斷層成像設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種陣列晶體模塊及其加工方法。

【背景技術(shù)】
[0002]閃爍晶體是能夠?qū)射線粒子、Y射線粒子轉(zhuǎn)換成可見光光子的物質(zhì)，常見的有BGO、Nal (Tl)、Csl (ΤΙ)、LS0/LYS0、PWO等，它們通常具有對放射線吸收能力強(qiáng)、光輸出量較大、輸出光子數(shù)與所吸收的射線能量成線性關(guān)系等特性。
[0003]閃爍晶體常與光電轉(zhuǎn)換器件組成探測器，應(yīng)用于核醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、海關(guān)安檢，地質(zhì)勘探等領(lǐng)域。這種探測器中，閃爍晶體吸收射線能量，并產(chǎn)生與該能量對應(yīng)的一定數(shù)量的可見光光子，光電器件用于接受該批次光子并轉(zhuǎn)換成電信號，后續(xù)電路通過對電信號的分析獲取射線的能量、時間等信息。電信號的信噪比與光電器件接受到的光子數(shù)直接相關(guān)，也直接影響了探測器的性能。這類探測器在設(shè)計希望能夠?qū)㈤W爍晶體中所形成的光子都接受并轉(zhuǎn)換為電信號，以提高探測器的性能。
[0004]在正電子發(fā)射斷層成像(PositronEmiss1nTomography,簡稱PET)中，更多的閃爍晶體輸出光進(jìn)入光電器件中，能夠提高系統(tǒng)對Y光子能量信息的獲取精度，從而提高成像質(zhì)量。因此，尋求使閃爍晶體輸出光盡可能進(jìn)入光電器件的方法或者探測結(jié)構(gòu)，對于提升PET系統(tǒng)性能有重要意義。
[0005]針對實際應(yīng)用，光電轉(zhuǎn)換器通常排布在一起，構(gòu)成大探測面積的陣列光電轉(zhuǎn)換面，目前常見的有硅光電倍增器、雪崩光電二極管、光電倍增器等。這類光電器件，光電接受面相對于整體表面要小，在構(gòu)成陣列光電轉(zhuǎn)換面時，探測面中存在光電探測死區(qū)，使得光電探測面不連續(xù)，部分區(qū)域無法接受光子。例如，圖1中一 3x3mm2有效工作區(qū)域100的硅光電倍增器，其整體封裝表面200通常達(dá)到4x4mm2。當(dāng)使用這一光電器件組成光電轉(zhuǎn)換陣列時，所形成的陣列光電探測面是不連續(xù)的，之間隔有封裝死區(qū)。因此，在設(shè)計針對此類光電轉(zhuǎn)換陣列的探測器結(jié)構(gòu)時，如果采用單個晶體對多個光電器件的耦合方式，會導(dǎo)致晶體條中形成的部分可見光光子到達(dá)封裝死區(qū)而無法形成有效的電信號，進(jìn)而帶來探測器性能的下降。
[0006]有鑒于此，實際應(yīng)用中通常將晶體條與光電器件一對一耦合，并排列構(gòu)成陣列，通過檢測光電器件的輸出信號實現(xiàn)高能粒子的相關(guān)信息的獲取。目前，針對上述使用情況陣列晶體的構(gòu)成方式主要分為兩種:
[0007]—種是采用與光電器件封裝尺寸一致的晶體條構(gòu)成陣列晶體。如圖2所示，該陣列晶體中單根晶體條300的尺寸與單個光電器件400的整體尺寸保持一致，設(shè)有有效探測區(qū)域500。這種晶體忽略了光電探測器的探測死區(qū)，使得晶體中所形成的部分光子無法被光電器件所接受，性能有所下降。但這種探測器因晶體條與晶體條之間的間隙較小，用于探測聞能粒子的閃爍晶體的體積較大，探測效率聞。
[0008]另一種是使用與光電器件600的有效探測區(qū)域700相同尺寸的晶體條800耦合方式，如圖3所示。該方式下晶體條的光輸出面與光電器件有效探測區(qū)域700完美耦合，不存在光電器件探測死區(qū)帶來的性能下降的問題。但晶體條與晶體條之間的間隔較大，用于探測高能粒子的閃爍晶體的體積較小，探測效率低。
[0009]因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種改良結(jié)構(gòu)的陣列晶體模塊，以克服上述缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種能在保證探測效率的前提下有效解決晶體光輸出損失問題的陣列晶體模塊及其加工方法。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0012]一種陣列晶體模塊，用以與光電器件耦合，所述陣列晶體模塊包括若干單元晶體條，陣列晶體模塊的外觀立體形狀為錐形臺或者為一多邊體與錐形臺的結(jié)合，所述錐形臺用以與光電器件耦合，所述錐形臺包括與光電器件耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述第一底面的面積小于第一頂面的面積。
[0013]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，所述多邊體為直四棱柱或六棱柱或三棱柱。
[0014]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，所述各單元晶體條的錐形臺在與光電器件耦合的一端設(shè)有斜邊，所述相鄰兩個單元晶體條的錐形臺之間形成開口朝向光電器件的倒“V”型。
[0015]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，當(dāng)所述各單元晶體條的外觀立體形狀僅為錐形臺時，所述第一頂面與第一底面相互平行。
[0016]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，當(dāng)所述各單元晶體條的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺的結(jié)合時，所述多邊體與錐形臺為一體式結(jié)構(gòu)。
[0017]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，當(dāng)所述各單元晶體條的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺的結(jié)合時，所述單元晶體條由多邊體晶體條與錐形臺晶體條耦合而成。
[0018]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，所述多邊體晶體條與錐形臺晶體條之間通過光導(dǎo)或玻璃或晶體進(jìn)行耦合。
[0019]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，所述若干單元晶體條組合構(gòu)成一多邊體晶體單元和一錐形臺晶體單元，所述陣列晶體模塊由多邊體晶體單元和錐形臺晶體單元耦合而成，所述錐形臺晶體單元包括用于與光電器件耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述多邊體晶體單元包括用于與第一頂面耦合的第二底面以及與第二底面相對的第二頂面。
[0020]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，所述多邊體晶體單元和錐形臺晶體單元各自耦合面的形狀與面積完全相同。
[0021]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，所述第二底面與第一頂面之間采用光學(xué)膠水直接耦合。
[0022]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，所述第二底面與第一頂面之間通過光導(dǎo)或玻璃或晶體材料進(jìn)行耦合。
[0023]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，所述第一頂面與第二底面的尺寸和形狀完全一致。
[0024]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，所述第一頂面與第二底面的形狀一致，所述第二底面的面積小于第一頂面的面積。
[0025]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，所述第一底面與第二頂面相互平行。
[0026]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，所述錐型臺晶體單元能由錐型臺玻璃單元或者錐型臺光導(dǎo)單元替換。
[0027]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，在采用單元晶體條構(gòu)成陣列晶體時，晶體條相連的面之間全部涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理。
[0028]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊中，在采用單元晶體條構(gòu)成陣列晶體時，所述晶體條相連的面之間一部分區(qū)域涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理，所述晶體條相連的面之間剩余其他部分區(qū)域形成開窗部，使得所述其中一個單元晶體條的一部分可見光光子會通過開窗部進(jìn)入到另一個單元晶體條中。
[0029]一種陣列晶體模塊的加工方法，其包括如下步驟:
[0030]S1:對各個晶體條胚進(jìn)行加工，得到單元晶體條或單元晶體條列；
[0031]S2:確定晶體的傾角以及其多邊體部分的厚度；
[0032]S3:根據(jù)傾角角度設(shè)定對各個單元晶體條或單元晶體條列進(jìn)行模具切割，得到外觀立體形狀為錐形臺或者為多邊體與錐形臺相結(jié)合的單元晶體條或單元晶體條列；
[0033]S4:把切割后的單元晶體條或單元晶體條列相互接合起來，形成陣列晶體模塊。
[0034]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊的加工方法中，所述步驟S2中，是根據(jù)使用的光電器件的特征以及對探測器預(yù)定性能指標(biāo)的設(shè)定，來確定晶體的傾角以及其直四棱柱部分的厚度。
[0035]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊的加工方法中，所述步驟S2中，所述多邊體為直四棱柱或六棱柱或三棱柱。
[0036]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊的加工方法中，所述步驟S3中，當(dāng)單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀僅為錐形臺時，所述錐形臺包括與光電器件耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述第一底面的面積小于第一頂面的面積，所述第一頂面與第一底面相互平行。
[0037]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊的加工方法中，所述步驟S3中，當(dāng)單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺相結(jié)合時，通過模具切割出一體成型結(jié)構(gòu)的單元晶體條或單元晶體條列。
[0038]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊的加工方法中，所述步驟S3中，當(dāng)單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺相結(jié)合時，通過模具切割出分體結(jié)構(gòu)的單元晶體條或單元晶體條列，然后將多邊體與錐形臺相互耦合。
[0039]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊的加工方法中，所述錐形臺包括與光電器件耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述多邊體設(shè)有與錐形臺耦合的第二底面以及與第二底面相對的第二頂面，所述第一底面與第二頂面相互平行。
[0040]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊的加工方法中，所述步驟S3中，當(dāng)所述各單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺的結(jié)合時，所述錐型臺能用玻璃或者光導(dǎo)替換。
[0041]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊的加工方法中，所述步驟S3中，當(dāng)所述各單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺的結(jié)合時，所述多邊體與錐形臺之間設(shè)有便于兩者之間相互耦合的光學(xué)膠水或光導(dǎo)或玻璃。
[0042]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊的加工方法中，所述步驟S4中，在將單元晶體條或單元晶體條列相互接合起來時，通過在晶體條相連的面之間全部涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理。
[0043]優(yōu)選的，在上述陣列晶體模塊的加工方法中，所述步驟S4中，在將單元晶體條或單元晶體條列相互接合起來時，通過在晶體條相連的面之間一部分區(qū)域涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理，所述晶體條相連的面之間剩余其他部分區(qū)域形成一開窗部，使得所述其中一個單元晶體條的一部分可見光光子會通過開窗部進(jìn)入到另一個單元晶體條中。
[0044]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例的陣列晶體模塊，通過錐形臺設(shè)計，可以使晶體原本會損失在光電耦合面上的光經(jīng)過反射進(jìn)入光電器件，減小了晶體的光輸出面使之與光電器件的有效面相符，既保證了探測器的探測效率不會受到很大影響，也提高了進(jìn)入光電器件的光子數(shù)量，有效地解決因光電轉(zhuǎn)換器件有效面積小于封裝面積而帶來的晶體光輸出損失的問題，從而保證了探測器的靈敏度與能量信息獲取精度，優(yōu)化系統(tǒng)性能，同時，通過改進(jìn)新型陣列晶體中晶體條之間的接合方式，引入開窗部的設(shè)計，使得受激的單元晶體條的可見光光子會有一部分進(jìn)入到相鄰的單元晶體條中，進(jìn)而被其對應(yīng)的光電器件探測到，這樣，根據(jù)相鄰光電器件產(chǎn)生的信號，就可以獲取受激的單元晶體條的能量沉積信息；本發(fā)明實施例的陣列晶體模塊的加工方法能夠?qū)﹂W爍晶體實現(xiàn)高精度切割與加工，并組裝成擁有上述結(jié)構(gòu)的陣列晶體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的有關(guān)本發(fā)明的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0046]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種硅光電倍增器的有效探測區(qū)域與外圍封裝的對比示意圖；
[0047]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中采用傳統(tǒng)陣列晶體與光電器件耦合的示意圖；
[0048]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中采用離散晶體條與光電器件耦合的示意圖；
[0049]圖4為本發(fā)明陣列晶體模塊與光電器件耦合的示意圖；
[0050]圖5為本發(fā)明陣列晶體模塊的立體示意圖；
[0051]圖6為本發(fā)明陣列晶體模塊開窗部位的示意圖；
[0052]圖7為本發(fā)明陣列晶體模塊的加工方法的流程示意圖；
[0053]圖8為本發(fā)明陣列晶體模塊中錐形臺的平面圖。

【具體實施方式】
[0054]本發(fā)明公開了一種陣列晶體模塊，該陣列晶體模塊能夠在保證探測效率的前提下，解決因光電轉(zhuǎn)換器件有效探測面積小于封裝面積而帶來的晶體光輸出損失的問題，保證了探測器的靈敏度和性能。
[0055]該陣列晶體模塊，用以與光電器件耦合，所述陣列晶體模塊包括若干單元晶體條，陣列晶體模塊的外觀立體形狀為錐形臺或者為一多邊體與錐形臺的結(jié)合，所述錐形臺用以與光電器件稱合，所述錐形臺包括與光電器件稱合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述第一底面的面積小于第一頂面的面積。
[0056]所述多邊體為直四棱柱或六棱柱或三棱柱等其他形狀。
[0057]所述各單元晶體條的錐形臺在與光電器件耦合的一端設(shè)有斜邊，所述相鄰兩個單元晶體條的錐形臺之間形成開口朝向光電器件的倒“V”型。
[0058]當(dāng)所述各單元晶體條的外觀立體形狀僅為錐形臺時，所述第一頂面與第一底面相互平行。
[0059]當(dāng)所述各單元晶體條的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺的結(jié)合時，所述多邊體與錐形臺可以為一體式結(jié)構(gòu)，也可以為分體式結(jié)構(gòu)。
[0060]當(dāng)所述多邊體與錐形臺為分體式結(jié)構(gòu)時，所述多邊體與錐形臺可以是由單個晶體條耦合而成，即由單個多邊體晶體條與單個錐形臺晶體條耦合而成，最后將耦合后的晶體條組裝組成陣列晶體模塊。所述多邊體晶體條與錐形臺晶體條之間通過光導(dǎo)或玻璃或晶體進(jìn)行耦合。
[0061]當(dāng)然，也可以先用若干單元晶體條組合構(gòu)成一多邊體晶體單元和一錐形臺晶體單元，然后再將多邊體晶體單元和錐形臺晶體單元耦合。所述錐形臺晶體單元包括用于與光電器件耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述多邊體晶體單元包括用于與第一頂面耦合的第二底面以及與第二底面相對的第二頂面。所述第二底面與第一頂面之間可以采用光學(xué)膠水直接耦合。所述第二底面與第一頂面之間除了光學(xué)膠水外，還可以通過光導(dǎo)或玻璃或晶體等其他材料進(jìn)行耦合。所述第一頂面與第二底面的尺寸和形狀可以完全一致。所述第一頂面與第二底面的尺寸和形狀也可以部分一致，比如所述第一頂面與第二底面的形狀一致，所述第二底面的面積小于第一頂面的面積。所述第一底面與第二頂面相互平行。
[0062]所述多邊體晶體單元和錐形臺晶體單元各自耦合面的形狀與面積完全相同。
[0063]所述錐型臺晶體單元可以由錐型臺玻璃單元或者錐型臺光導(dǎo)單元替換。
[0064]在采用單元晶體條構(gòu)成陣列晶體時，晶體條相連的面之間可以全部涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理。
[0065]當(dāng)然，在采用單元晶體條構(gòu)成陣列晶體時，所述晶體條相連的面之間可以一部分區(qū)域涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理，所述晶體條相連的面之間剩余其他部分區(qū)域形成開窗部，使得所述其中一個單元晶體條的一部分可見光光子會通過開窗部進(jìn)入到另一個單元晶體條中。
[0066]本發(fā)明還公開了一種陣列晶體模塊的加工方法，其包括如下步驟:
[0067]S1:對各個晶體條胚進(jìn)行加工，得到單元晶體條或單元晶體條列；
[0068]S2:確定晶體的傾角以及其多邊體部分的厚度；
[0069]S3:根據(jù)傾角角度設(shè)定對各個單元晶體條或單元晶體條列進(jìn)行模具切割，得到外觀立體形狀為錐形臺或者為多邊體與錐形臺相結(jié)合的單元晶體條或單元晶體條列；
[0070]S4:把切割后的單元晶體條或單元晶體條列相互接合起來，形成陣列晶體模塊。
[0071]所述步驟S2中，是根據(jù)使用的光電器件的特征以及對探測器預(yù)定性能指標(biāo)的設(shè)定，來確定晶體的傾角以及其直四棱柱部分的厚度。
[0072]所述步驟S2中，所述多邊體為直四棱柱或六棱柱或三棱柱。
[0073]所述步驟S3中，當(dāng)單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀僅為錐形臺時，所述錐形臺包括與光電器件耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述第一底面的面積小于第一頂面的面積，所述第一頂面與第一底面相互平行。
[0074]所述步驟S3中，當(dāng)單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺相結(jié)合時，通過模具切割出一體成型結(jié)構(gòu)的單元晶體條或單元晶體條列。
[0075]所述步驟S3中，當(dāng)單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺相結(jié)合時，通過模具切割出分體結(jié)構(gòu)的單元晶體條或單元晶體條列，然后將多邊體與錐形臺相互耦合。
[0076]所述錐形臺包括與光電器件耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述多邊體設(shè)有與錐形臺耦合的第二底面以及與第二底面相對的第二頂面，所述第一底面與第二頂面相互平行。
[0077]所述步驟S3中，當(dāng)所述各單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺的結(jié)合時，所述錐型臺能用玻璃或者光導(dǎo)替換。
[0078]所述步驟S3中，當(dāng)所述各單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺的結(jié)合時，所述多邊體與錐形臺之間設(shè)有便于兩者之間相互耦合的光學(xué)膠水或光導(dǎo)或玻璃。
[0079]所述步驟S4中，在將單元晶體條或單元晶體條列相互接合起來時，通過在晶體條相連的面之間全部涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理。
[0080]所述步驟S4中，在將單元晶體條或單元晶體條列相互接合起來時，通過在晶體條相連的面之間一部分區(qū)域涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理，所述晶體條相連的面之間剩余其他部分區(qū)域形成一開窗部，使得所述其中一個單元晶體條的一部分可見光光子會通過開窗部進(jìn)入到另一個單元晶體條中。
[0081]由于所述多邊體可以為直四棱柱或六棱柱或三棱柱等其他形狀，任何模具可切割的形狀都是本發(fā)明保護(hù)范圍可囊括的范圍。且直四棱柱或六棱柱或三棱柱等其他形狀對本發(fā)明晶體模塊及其加工方法的步驟是相同的，下面將以多邊體中的直四棱柱為例，并結(jié)合具體的附圖對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0082]如圖4及圖5所示，本發(fā)明公開的陣列晶體模塊用以與光電器件耦合，所述陣列晶體模塊包括若干單元晶體條10，各單元晶體條10的外觀立體形狀為單獨的錐形臺12的形狀，或者為直四棱柱11與錐形臺12的結(jié)合的形狀。錐形臺12用以與光電器件20耦合。本發(fā)明附圖中顯示的是直四棱柱與錐形臺相結(jié)合的一種實施例。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不因為附圖而限縮，單獨錐形臺或者任何多邊形與錐形臺結(jié)合的其他技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0083]如圖4所示，錐形臺12同光電器件20的耦合端采用傾角設(shè)計，即各單元晶體條10的錐形臺12設(shè)有構(gòu)成所述傾角設(shè)計的斜邊121，斜邊121設(shè)于各單元晶體條的錐形臺與光電器件耦合的一端。所述相鄰兩個單元晶體條的錐形臺之間形成開口朝向光電器件的倒“V”型。通過采用傾角設(shè)計，根據(jù)光電器件特性進(jìn)行傾角角度設(shè)定，可以使晶體原本會損失在光電稱合面30上的光經(jīng)過反射進(jìn)入光電器件20,減小了晶體的光輸出面使之與光電器件20的有效面相符，既保證了探測器的探測效率不會受到很大影響，也提高了進(jìn)入光電器件20的光子數(shù)量。
[0084]錐形臺12包括與光電器件20耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述第一底面的面積小于第一頂面的面積。當(dāng)所述各單元晶體條的外觀立體形狀僅為錐形臺時，所述第一頂面與第一底面相互平行。所述第一頂面與第一底面為矩形或圓形或橢圓形或正六邊形，正五邊形等多邊形。只要是工藝可以切割成的形狀，且滿足第一頂面(靠向探測源的一面)面積大于第一底面(靠向光電器件的一面)面積的即可。
[0085]當(dāng)所述各單元晶體條10的外觀立體形狀為直四棱柱11與錐形臺12的結(jié)合時，直四棱柱11與錐形臺12可以設(shè)置為一體式結(jié)構(gòu)，也可以設(shè)置為分體式結(jié)構(gòu)。
[0086]當(dāng)直四棱柱11與錐形臺12為分體式結(jié)構(gòu)時，單元晶體條由直四棱柱晶體條與錐形臺晶體條耦合而成，然后再將各個耦合后的單元晶體條進(jìn)行組合，進(jìn)而構(gòu)成陣列晶體模塊。多邊體晶體條與錐形臺晶體條之間通過光導(dǎo)或玻璃或晶體進(jìn)行耦合
[0087]當(dāng)直四棱柱11與錐形臺12為分體式結(jié)構(gòu)時，可以先將若干單元晶體條組合構(gòu)成一直四棱柱晶體單元和一錐形臺晶體單元，然后將直四棱柱晶體單元和錐形臺晶體單元耦合構(gòu)成陣列晶體模塊。所述錐形臺晶體單元包括用于與光電器件耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述直四棱柱晶體單元包括用于與第一頂面耦合的第二底面以及與第二底面相對的第二頂面。
[0088]所述直四棱柱晶體單元和錐形臺晶體單元各自耦合面的形狀與面積完全相同。所述第二底面與第一頂面之間采用光學(xué)膠水直接耦合。所述第二底面與第一頂面之間通過光導(dǎo)或玻璃或晶體材料進(jìn)行耦合。所述第一頂面與第二底面的尺寸和形狀可以完全一致。所述第一頂面與第二底面的尺寸和形狀可以部分一致，比如第一頂面與第二底面的形狀一致，而第二底面的面積小于第一頂面的面積。所述第一底面與第二頂面相互平行。所述錐型臺晶體單元能由錐型臺玻璃單元或者錐型臺光導(dǎo)單元替換
[0089]在采用單元晶體條10構(gòu)成陣列晶體時，晶體條相連的面之間全部涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理。
[0090]當(dāng)然還有另一種方式，即在采用單元晶體條10構(gòu)成陣列晶體時，所述晶體條相連的面之間一部分區(qū)域涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理，所述晶體條相連的面之間剩余其他部分區(qū)域形成開窗部40，使得所述其中一個單元晶體條的一部分可見光光子會通過開窗部40進(jìn)入到另一個單元晶體條中。通過改進(jìn)新型陣列晶體中晶體條之間的接合方式，引入開窗部40的設(shè)計，使得受激的單元晶體條10的可見光光子會有一部分進(jìn)入到相鄰的單元晶體條10中，進(jìn)而被其對應(yīng)的光電器件20探測到，這樣，根據(jù)相鄰光電器件產(chǎn)生的信號，就可以獲取受激的單元晶體條的能量沉積信息。
[0091]當(dāng)直四棱柱11與錐形臺12為一體式結(jié)構(gòu)時，第一頂面與第一底面重合為一個面。
[0092]當(dāng)直四棱柱11與錐形臺12為分體式結(jié)構(gòu)時，第一頂面與第一底面為分離的兩個面。
[0093]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例的陣列晶體模塊，通過采用傾角設(shè)計，可以使晶體原本會損失在光電耦合面上的光經(jīng)過反射進(jìn)入光電器件，減小了晶體的光輸出面使之與光電器件的有效面相符，既保證了探測器的探測效率不會受到很大影響，也提高了進(jìn)入光電器件的光子數(shù)量，有效地解決因光電轉(zhuǎn)換器件有效面積小于封裝面積而帶來的晶體光輸出損失的問題，從而保證了探測器的靈敏度與能量信息獲取精度，優(yōu)化系統(tǒng)性能，同時，通過改進(jìn)新型陣列晶體中晶體條之間的接合方式，引入開窗部的設(shè)計，使得受激的單元晶體條的可見光光子會有一部分進(jìn)入到相鄰的單元晶體條中，進(jìn)而被其對應(yīng)的光電器件探測到，這樣，根據(jù)相鄰光電器件產(chǎn)生的信號，就可以獲取受激的單元晶體條的能量沉積信肩、Ο
[0094]如圖7所示，本發(fā)明公開的陣列晶體模塊的加工方法，其包括如下步驟:
[0095]S1:對各個晶體條胚進(jìn)行加工，得到單元晶體條或單元晶體條列；
[0096]S2:確定晶體的傾角以及其多邊體部分的厚度；
[0097]S3:根據(jù)傾角角度設(shè)定對各個單元晶體條或單元晶體條列進(jìn)行模具切割，得到外觀立體形狀為錐形臺或者為多邊體與錐形臺相結(jié)合的單元晶體條或單元晶體條列；
[0098]S4:把切割后的單元晶體條或單元晶體條列相互接合起來，形成陣列晶體模塊。
[0099]在設(shè)計步驟S2中的傾角角度及直四棱柱厚度時，需要從光電器件的固有特征及對探測器的預(yù)設(shè)指標(biāo)來考慮。對于光電器件而言，主要需要獲取其有效工作區(qū)域面積與整體封裝區(qū)域面積的信息，如果有效探測面積與其封裝面積的比值越小，則晶體的傾角需要設(shè)定的相對大一些。另外，光電器件的表面與其實際光電轉(zhuǎn)換面之間的距離、線性工作區(qū)間等特性也會對設(shè)計有少許影響。從探測器的預(yù)設(shè)指標(biāo)來看，需要弄清楚目標(biāo)探測器的性能突出點在哪。對于閃爍晶體探測器而言，重要指標(biāo)有能量分辨率，時間分辨率，靈敏度等，能量分辨率表征探測器對于探測到的射線能量的獲取精度，時間分辨率表征探測器對于探測到的射線的具體時間的標(biāo)定精度，靈敏度代表探測器對于一定能量的射線有多少探測效率。如果追求高能量分辨率，那么需要讓晶體的輸出光光子數(shù)目變大，則晶體傾角不能設(shè)的太大；如果追求高時間分辨率，那么需要讓晶體對光電器件的第一批輸出光子數(shù)目變大，那么需要限制晶體厚度及傾角；如果追求高靈敏度，那么需要設(shè)定較大的傾角和較厚的直四棱柱部分。
[0100]所述步驟S2中，是根據(jù)使用的光電器件的特征以及對探測器預(yù)定性能指標(biāo)的設(shè)定，來確定晶體的傾角以及其直四棱柱部分的厚度。
[0101]所述步驟S2中，所述多邊體為直四棱柱或六棱柱或三棱柱。
[0102]所述步驟S3中，當(dāng)單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀僅為錐形臺時，所述錐形臺包括與光電器件耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述第一底面的面積小于第一頂面的面積，所述第一頂面與第一底面相互平行。
[0103]所述步驟S3中，當(dāng)單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺相結(jié)合時，通過模具切割出一體成型結(jié)構(gòu)的單元晶體條或單元晶體條列。
[0104]所述步驟S3中，當(dāng)單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺相結(jié)合時，通過模具切割出分體結(jié)構(gòu)的單元晶體條或單元晶體條列，然后將多邊體與錐形臺相互耦合。所述錐形臺包括與光電器件耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述直四棱柱設(shè)有與錐形臺銜接的第二底面以及與第二底面相對的第二頂面，所述第一底面與第二頂面平行。
[0105]所述步驟S3中，當(dāng)所述各單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為直四棱柱與錐形臺的結(jié)合時，所述錐型臺能用玻璃或者光導(dǎo)替換。
[0106]所述步驟S3中，當(dāng)所述各單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為直四棱柱與錐形臺的結(jié)合時，所述直四棱柱與錐形臺之間設(shè)有便于兩者之間相互耦合的光學(xué)膠水或光導(dǎo)或玻璃。
[0107]所述步驟S4中，在將單元晶體條或單元晶體條列相互接合起來時,通過在晶體條相連的面之間全部涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理。
[0108]所述步驟S4中，在將單元晶體條或單元晶體條列相互接合起來時，通過在晶體條相連的面之間一部分區(qū)域涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理，所述晶體條相連的面之間剩余其他部分區(qū)域形成一開窗部，使得所述其中一個單元晶體條的一部分可見光光子會通過開窗部進(jìn)入到另一個單元晶體條中。
[0109]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例的陣列晶體模塊的加工方法能夠?qū)﹂W爍晶體實現(xiàn)高精度切割與加工，并組裝成擁有上述結(jié)構(gòu)的陣列晶體；該加工方法能夠?qū)﹂W爍晶體實現(xiàn)高精度切割與加工，并組裝成擁有上述結(jié)構(gòu)的陣列晶體。
[0110]下面將仍舊以直四棱柱為例，結(jié)合幾個具體的實施例來說明本發(fā)明的傾角及直四棱柱部分的厚度設(shè)計。
[0111]實施例一:
[0112]設(shè)計一個臨床PET探測器，使用的光電器件封裝表面面積為4x4mm2，有效工作面積為3x3mm2，預(yù)定探測器以追求高時間分辨率為目的。目前商用臨床PET使用常用的LYS0晶體通常厚度在20?35mm之間，太小了靈敏度太低無法滿足探測要求，太大了晶體太厚導(dǎo)致可見光光子在晶體中傳輸損失過大，能量分辨率和時間分辨率都會下降，這里因為探測器追求高時間性能，把晶體總體厚度設(shè)定為20mm?22mm。同時，為了保證整塊晶體對于511KeV (PET需要探測的射線能量)射線的靈敏度，直四棱柱厚度一般設(shè)定在10?17mm。則晶體錐形臺部分厚度=總厚度-直四棱柱厚度=3?12_，錐形臺的較大底面需要與光電器件封裝表面相符為4x4mm2，較小底面與光電器件有效面積相符為3x3mm2。如圖8所示，可以計算出:傾角=arctan (錐形臺厚度/ (光電器件封裝表面邊長-光電器件光電面邊長))，在4度到18度之間。
[0113]實施例二:
[0114]設(shè)計一個核輻射探測器，使用光電器件封裝表面面積為6x6mm2，有效工作面積為3x3mm2，預(yù)定探測器追求高靈敏度。為了提高探測器對高能射線的探測效率，晶體的總厚度設(shè)置到38?40mm，直四棱柱的厚度設(shè)定到30?35mm。同理可以計算出:傾角在17度到45度。
[0115]由此可以推斷光電器件的特征對晶體傾角及直四棱柱厚度的影響:
[0116]光電器件的有效探測面積與其封裝面積的比值越小，則晶體傾角會越大，直四棱柱厚度=晶體總厚度-錐形臺部分厚度，而錐形臺部分厚度和晶體傾角成反相關(guān)。
[0117]本發(fā)明探測器預(yù)定性能指標(biāo)對晶體傾角及直四棱柱厚度的影響:
[0118]如果探測器要求能量分辨率高，光輸出大，那么晶體傾角需要減小，減少被傾斜面反射而消耗的光；如果探測器要求靈敏度高，那么晶體的總體厚度需要增加，直四棱柱厚度也可以增加。在同時要求這兩點時，晶體的傾角范圍在2度到15度之間，直四棱柱厚度在10到30mm之間。
[0119]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0120]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種陣列晶體模塊，用以與光電器件耦合，所述陣列晶體模塊包括若干單元晶體條，其特征在于:所述陣列晶體模塊的外觀立體形狀為錐形臺或者為一多邊體與錐形臺的結(jié)合，所述錐形臺用以與光電器件耦合，所述錐形臺包括與光電器件耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述第一底面的面積小于第一頂面的面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列晶體模塊，其特征在于:所述多邊體為直四棱柱或六棱柱或三棱柱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列晶體模塊，其特征在于:所述各單元晶體條的錐形臺在與光電器件耦合的一端設(shè)有斜邊，所述相鄰兩個單元晶體條的錐形臺之間形成開口朝向光電器件的倒“V”型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列晶體模塊，其特征在于:當(dāng)所述各單元晶體條的外觀立體形狀僅為錐形臺時，所述第一頂面與第一底面相互平行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列晶體模塊，其特征在于:當(dāng)所述各單元晶體條的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺的結(jié)合時，所述多邊體與錐形臺為一體式結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列晶體模塊，其特征在于:當(dāng)所述各單元晶體條的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺的結(jié)合時，所述單元晶體條由多邊體晶體條與錐形臺晶體條耦合--? 。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陣列晶體模塊，其特征在于:所述多邊體晶體條與錐形臺晶體條之間通過光導(dǎo)或玻璃或晶體進(jìn)行耦合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列晶體模塊，其特征在于:所述若干單元晶體條組合構(gòu)成一多邊體晶體單元和一錐形臺晶體單元，所述陣列晶體模塊由多邊體晶體單元和錐形臺晶體單元耦合而成，所述錐形臺晶體單元包括用于與光電器件耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述多邊體晶體單元包括用于與第一頂面耦合的第二底面以及與第二底面相對的第二頂面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陣列晶體模塊，其特征在于:所述多邊體晶體單元和錐形臺晶體單元各自耦合面的形狀與面積完全相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陣列晶體模塊，其特征在于:所述第二底面與第一頂面之間采用光學(xué)膠水直接耦合。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陣列晶體模塊，其特征在于:所述第二底面與第一頂面之間通過光導(dǎo)或玻璃或晶體材料進(jìn)行耦合。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陣列晶體模塊，其特征在于:所述第一頂面與第二底面的尺寸和形狀完全一致。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陣列晶體模塊，其特征在于:所述第一頂面與第二底面的形狀一致，所述第二底面的面積小于第一頂面的面積。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陣列晶體模塊，其特征在于:所述第一底面與第二頂面相互平行。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的陣列晶體模塊，其特征在于:所述錐型臺晶體單元能由錐型臺玻璃單元或者錐型臺光導(dǎo)單元替換。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列晶體模塊，其特征在于:在采用單元晶體條構(gòu)成陣列晶體時，晶體條相連的面之間全部涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列晶體模塊，其特征在于:在采用單元晶體條構(gòu)成陣列晶體時，所述晶體條相連的面之間一部分區(qū)域涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理，所述晶體條相連的面之間剩余其他部分區(qū)域形成開窗部，使得所述其中一個單元晶體條的一部分可見光光子會通過開窗部進(jìn)入到另一個單元晶體條中。
18.一種陣列晶體模塊的加工方法，其特征在于:包括如下步驟: 51:對各個晶體條胚進(jìn)行加工,得到單元晶體條或單元晶體條列； 52:確定晶體的傾角以及其多邊體部分的厚度； 53:根據(jù)傾角角度設(shè)定對各個單元晶體條或單元晶體條列進(jìn)行模具切割，得到外觀立體形狀為錐形臺或者為多邊體與錐形臺相結(jié)合的單元晶體條或單元晶體條列； S4:把切割后的單元晶體條或單元晶體條列相互接合起來，形成陣列晶體模塊。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的陣列晶體模塊，其特征在于:所述步驟S2中，是根據(jù)使用的光電器件的特征以及對探測器預(yù)定性能指標(biāo)的設(shè)定，來確定晶體的傾角以及其直四棱柱部分的厚度。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的陣列晶體模塊，其特征在于:所述步驟S2中，所述多邊體為直四棱柱或六棱柱或三棱柱。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的陣列晶體模塊的加工方法，其特征在于:所述步驟S3中，當(dāng)單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀僅為錐形臺時，所述錐形臺包括與光電器件耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述第一底面的面積小于第一頂面的面積，所述第一頂面與第一底面相互平行。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的陣列晶體模塊的加工方法，其特征在于:所述步驟S3中，當(dāng)單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺相結(jié)合時，通過模具切割出一體成型結(jié)構(gòu)的單元晶體條或單元晶體條列。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的陣列晶體模塊的加工方法，其特征在于:所述步驟S3中，當(dāng)單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺相結(jié)合時，通過模具切割出分體結(jié)構(gòu)的單元晶體條或單元晶體條列，然后將多邊體與錐形臺相互耦合。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的陣列晶體模塊的加工方法，其特征在于:所述錐形臺包括與光電器件耦合的第一底面以及與第一底面相對的第一頂面，所述多邊體設(shè)有與錐形臺耦合的第二底面以及與第二底面相對的第二頂面，所述第一底面與第二頂面相互平行。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的陣列晶體模塊的加工方法，其特征在于:所述步驟S3中，當(dāng)所述各單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺的結(jié)合時，所述錐型臺能用玻璃或者光導(dǎo)替換。
26.根據(jù)權(quán)利要求18所述的陣列晶體模塊的加工方法，其特征在于:所述步驟S3中，當(dāng)所述各單元晶體條或單元晶體條列的外觀立體形狀為多邊體與錐形臺的結(jié)合時，所述多邊體與錐形臺之間設(shè)有便于兩者之間相互耦合的光學(xué)膠水或光導(dǎo)或玻璃。
27.根據(jù)權(quán)利要求18所述的陣列晶體模塊的加工方法，其特征在于:所述步驟S4中，在將單元晶體條或單元晶體條列相互接合起來時，通過在晶體條相連的面之間全部涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理。
28.根據(jù)權(quán)利要求18所述的陣列晶體模塊的加工方法，其特征在于:所述步驟S4中，在將單元晶體條或單元晶體條列相互接合起來時，通過在晶體條相連的面之間一部分區(qū)域涂上光反射材料進(jìn)行光隔離處理，所述晶體條相連的面之間剩余其他部分區(qū)域形成一開窗部，使得所述其中一個單元晶體條的一部分可見光光子會通過開窗部進(jìn)入到另一個單元晶體條中。
【文檔編號】G01T1/202GK104422950SQ201310426359
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月8日
【發(fā)明者】謝慶國, 曾晨, 奚道明 申請人:蘇州瑞派寧科技有限公司