用于深槽淺切口像素化的系統(tǒng)、方法和設(shè)備的制作方法
【專利摘要】成像陣列可以包括形成陣列的多個成像像素，所述陣列具有高能量端、光出射端和軸，并且每個像素具有與所述軸正交的像素寬度PW；多個隔片，所述多個隔片位于所述陣列中，使得在所述成像像素的相鄰像素之間有隔片，并且每個所述隔片在軸向方向上具有深度D；高寬比PW：D小于0.2。
【專利說明】用于深槽淺切口像素化的系統(tǒng)、方法和設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及成像陣列，并且具體地涉及使用深槽、淺切口像素化的成像陣列的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]閃爍檢測器通常用來檢測不容易被傳統(tǒng)的光檢測器檢測到的高能量發(fā)射，諸如高能光子、電子或α粒子。閃爍器或閃爍晶體吸收高能量發(fā)射并將能量轉(zhuǎn)換成光脈沖。光可以用光檢測器(諸如光電二極管、電荷耦合檢測器(CCD)或光電倍增管)轉(zhuǎn)換成電子(即電子流)。閃爍檢測器可以用在各行各業(yè)和各種應(yīng)用中，包括醫(yī)學(xué)(例如產(chǎn)生內(nèi)部器官的圖像)、地理(例如測量地球的放射性)、檢查(例如非破壞性、非侵入性檢驗(yàn))、研究(例如測量光子和粒子的能量)和保健物理(例如監(jiān)測環(huán)境中影響人類的輻射)。
[0003]閃爍檢測器通常包括一個大的晶體或大量的排列成陣列的小晶體。許多掃描儀器包括由閃爍晶體的像素陣列組成的閃爍檢測器。陣列可以包括可以排列成行和列的許多閃爍像素。像素可以被定位成彼此平行，并且用粘合劑(諸如環(huán)氧基樹脂)保持就位。所述陣列可以位于成像裝置中，使得陣列的一端(高能量端)接收激發(fā)能量，相對的一端(光發(fā)射端)向光檢測器發(fā)射所產(chǎn)生的光。離開出射端的光可以與特定像素的特定閃爍事件相關(guān)，這個光可以用來構(gòu)造沖擊陣列的高能量端的激發(fā)能量的圖案。
[0004]閃爍器陣列中的像素通過分隔物或隔片彼此物理隔開。例如，像素和隔片與中心的X射線軸大致對齊，并平行于中心的X射線軸。這些裝置的幾何形狀通常產(chǎn)生以在邊緣的斜角要大于中心的斜角撞擊陣列的X射線。由于關(guān)于原始X射線的軸向方向的康普頓(Compton)散射，x射線的有角度的軌跡導(dǎo)致更多的能量在像素之間共享。
[0005]可以用薄的圓形碳化物鋸條形成像素之間的隔片。刀片厚度約0.3到0.4mm。由于用旋轉(zhuǎn)的鋸條形成槽的動態(tài)特性，更深的隔片本質(zhì)上要求更大的寬度。這造成更寬的隔片和更大的像素，降低陣列圖像的分辨率。使用刀片的深切割引起摩擦增加，冷卻劑在刀片的一側(cè)上拖曳，刀片路徑游移。這些因素可以造成斷開的或斷裂的像素或未對齊的隔片。隨著切口深度增大，刀片的更多部分與晶體接觸，增大了晶體斷裂的風(fēng)險。因此，成像陣列設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)是持續(xù)受關(guān)注的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]用于成像陣列的系統(tǒng)、方法和設(shè)備的實(shí)施例可以包括形成陣列的多個成像像素，所述陣列具有:高能量端、光出射端和軸，并且每個像素具有與所述軸正交的像素寬度PW ；多個隔片，所述多個隔片位于所述陣列中，使得在所述成像像素的相鄰像素之間有隔片，并且每個所述隔片具有軸向方向上的深度D，高寬比PW:0小于0.2。在其它實(shí)施例中，機(jī)器可以包括:用于發(fā)射能量的輻射能量源；包括在本文其它地方描述的實(shí)施例的成像陣列；用于顯示來自光出射端的圖像的輸出裝置；和耦連到輻射能量源和輸出裝置的用戶界面。
[0007]結(jié)合所附權(quán)利要求和附圖考慮下文的詳細(xì)描述，這些實(shí)施例的前述和其它目的和優(yōu)點(diǎn)對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯然的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]所以為能夠更加詳細(xì)地理解實(shí)現(xiàn)這些實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)的方式，可以參照在附圖中圖示的其實(shí)施例的更加具體的描述。然而，附圖只圖示一些實(shí)施例，因此，這些實(shí)施例不認(rèn)為是對范圍的限制，原因是可能有其它等同有效的實(shí)施例。
[0009]圖1是閃爍陣列的實(shí)施例的示意等距視圖；
[0010]圖2是陣列的實(shí)施例的截面頂視圖；
[0011]圖3和圖4是在制造過程中陣列的另一實(shí)施例的側(cè)面和端部視圖。
[0012]在不同圖中使用相同的附圖標(biāo)記指示相似或相同的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0013]閃爍檢測器通常用來檢測相對高能量的光子、電子或α粒子，其中高能量是IKeV或更高，包括Y射線、α粒子和β粒子。可以認(rèn)識到這些光子、電子或α粒子不可能容易地由傳統(tǒng)的光檢測器檢測到，光檢測器例如可能對波長為200nm或更長(包括200nm到SOOnm)的光子敏感。閃爍器或閃爍晶體、陶瓷或塑料吸收激發(fā)波或粒子，并將波或粒子的能量轉(zhuǎn)換成光脈沖。光可以使用光檢測器(諸如光電二極管、電荷耦合檢測器(CCD)或光電倍增管)轉(zhuǎn)換成電子(即電子電流)。
[0014]如本文中使用的詞語“高能量表面”或“高能量端”表示閃爍陣列的表面或高能量光子、電子或α粒子首先進(jìn)入的像素?！皺z測光”是可以由光檢測器檢測的由閃爍器輸出的光。檢測光具有范圍在200到700nm范圍的波長?！肮鈾z測器”將閃爍晶體發(fā)射的檢測光轉(zhuǎn)換成電信號。詞語“光耦合的”指至少一個耦合元件適于直接地或間接地將光傳播到另一率禹合元件。
[0015]詞語“閃爍器”指響應(yīng)于高能量光子、電子或α粒子而發(fā)射光(“閃爍光”)的材料，這里，高能量是IKeV或更高(“激發(fā)能量”)。此激發(fā)能量包括入射到其上的Y射線、α粒子和β粒子。已知的閃爍器包括諸如陶瓷、晶體和聚合物材料的閃爍器?！伴W爍晶體”是主要由非有機(jī)晶體制成的閃爍器?！伴W爍像素”是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，包括分別與一個或更多個光檢測器相關(guān)聯(lián)的各個閃爍器。
[0016]多個閃爍像素能夠被關(guān)聯(lián)在一起，形成“閃爍陣列”。該陣列可以與一個或更多個光檢測器關(guān)聯(lián)。來自每個像素的檢測光能夠被獨(dú)立地檢測。像素可以彼此隔開，并且通過共同的基底結(jié)合。如本文中使用的“粘合劑”是一種可以用來將陣列中的獨(dú)立像素結(jié)合在一起或保持像素之間的間隔的材料?！皵U(kuò)散(diffuse)”反射材料在多個方向上反射特定的可見光射線。“光譜(specular)”反射材料在一個方向上反射可見光的特定射線。如果一種材料允許超過50%的沖擊該材料的可見光通過，則該材料對可見光是“透明的”。如果一種材料阻擋80%或更多的沖擊該材料的可見光，則該材料是“不透明的”。
[0017]閃爍檢測器可以用在各行各業(yè)和各種應(yīng)用中，包括醫(yī)學(xué)(例如產(chǎn)生內(nèi)部器官的圖像)、地理(例如測量地球的放射性)、檢查(例如非破壞性、非侵入性檢驗(yàn))、研究(例如測量光子和粒子的能量)和保健物理(例如監(jiān)測環(huán)境中影響人類的輻射)。
[0018]醫(yī)療裝置可以包括正電子發(fā)射斷層掃描器、Y攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)斷層掃描器和放射免疫測定應(yīng)用。地理裝置可以包括測井檢測器。檢查裝置可以包括輻射檢測器，諸如熱中子激活分析檢測器、行李掃描器、厚度計(jì)、液面計(jì)、或?yàn)橹鲃友b置或?yàn)楸粍友b置的安全與清單核查、或?yàn)橹鲃踊驗(yàn)楸粍友b置的光譜學(xué)裝置(放射性同位元素標(biāo)識裝置)、或?yàn)橹鲃踊驗(yàn)楸粍拥目傆?jì)數(shù)器。研究裝置可以包括分光計(jì)和熱量計(jì)。保健物理應(yīng)用可以包括洗衣房監(jiān)控和區(qū)域監(jiān)控。
[0019]閃爍陣列通常由以行和列排列以產(chǎn)生陣列的一組閃爍像素組成。閃爍像素可為無機(jī)的或有機(jī)的。無機(jī)閃爍像素的例子可包括晶體，如鉈摻雜的碘化鈉(NaI(Tl))和鉈摻雜的碘化銫(CsI (Tl))。閃爍晶體的另外的例子可包括氟化鋇、鈽摻雜的氯化鑭(LaCl3(Ce))、鍺酸鉍(Bi4Ge3O12)、鈽摻雜的釔鋁石榴石(Ce:YAG)、鈽摻雜的溴化鑭(LaBr3 (Ce))、碘化镥(LuI3)、鎢酸鈣(CaWO4)、鎢酸鎘(CdWO4)、鎢酸鉛(PbWO4)、鎢酸鋅(ZnWO4)和氧代正娃酸镥(lutetium oxyorthosilicate) (Lu2SiO5),以及鈽摻雜的氧代正娃酸f乙镥(LuuYa2SiO5(Ce)) (LYSO)。閃爍體也可包括無機(jī)陶瓷，如鋱摻雜的硫氧化釓(GOS(Tb))和銪摻雜的氧化镥(Lu2O3(Eu))15另外，有機(jī)閃爍體的例子可包括具有存在于PVT中的有機(jī)氟石的聚乙烯基甲苯(PVT)，以及其他聚合物材料。例如，一種應(yīng)用可包括吸水材料，如Nal。
[0020]陣列可以包括任何數(shù)目的閃爍像素，像素可以由例如晶體或聚合物材料制成。如圖1的示意圖所示，成像(例如閃爍)像素101的深度D大于像素101的寬度PW和/或高度H。陣列可以與成像裝置關(guān)聯(lián)地設(shè)置，使得陣列的高能量端103朝向激發(fā)能量源。光出射端105可以與光檢測器關(guān)聯(lián)，這樣可以檢測由閃爍事件引起的光。
[0021]每個單獨(dú)的像素可以具有一個或多個與其關(guān)聯(lián)的光檢測器。像素之間的空間107可以由反射性不透明材料占據(jù)，該反射性不透明材料被設(shè)計(jì)成將光引導(dǎo)到陣列的光出射端105，同時最小化像素之間的串?dāng)_。以此方式，在特定的像素中產(chǎn)生的光可以由與該同一像素關(guān)聯(lián)的光檢測器或與該像素關(guān)聯(lián)的光檢測器的一部分檢測。
[0022]圖2提供了顯示五個像素的位置的閃爍陣列的截面圖。如所示，高能量端103在圖的上面，光退出窗口 111在底部，不過可見光還可以從高能量端103退出。像素101、101a、IOlb和IOlc包括在將相鄰像素隔開的空間107中形成的隔片或反射屏蔽113(圖1)。如果激發(fā)能量沿與像素的深度平行的路徑(方向X1)進(jìn)入閃爍陣列，則所產(chǎn)生的閃爍事件會發(fā)生在像素IOlb中，而與事件發(fā)生在像素內(nèi)的深度無關(guān)。然而，如果激發(fā)能量以一角度(方向X2)進(jìn)入陣列，則所產(chǎn)生的閃爍事件可以發(fā)生在任一像素101c、101b或IOla中，這取決于閃爍之前激發(fā)能量在陣列中穿透多遠(yuǎn)距離。如果產(chǎn)生的閃爍事件發(fā)生在像素IOlb或IOla中，則所產(chǎn)生的光會被檢測，如同出現(xiàn)在IOlb或IOla中，而不是出現(xiàn)在像素IOlc中，第一像素被激發(fā)能量穿透。這些視差效應(yīng)可以引起重構(gòu)圖像中的畸變。
[0023]陣列還具有軸中心109和邊界115。在一些實(shí)施例中，提供輸出裝置104(諸如光學(xué)窗口)以顯示來自光出射端111的圖像。用戶界面106可以耦連到輻射能量源102和輸出裝置104。在一些實(shí)施例中，在獲取圖像之后可以進(jìn)行計(jì)算，諸如平場處理或斷層掃描重構(gòu)，這是為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的。
[0024]在一些實(shí)施例中，成像陣列包括形成陣列的多個像素。陣列具有高能量端103、光出射端105和軸109。每個像素具有與軸109正交的像素寬度PW。隔片113位于陣列中，使得在成像像素101的相鄰像素之間有隔片。每個隔片113的實(shí)施例具有軸向方向的深度D，高寬比PW:D小于0.15。在其它實(shí)施例中，高寬比為約0.1到0.067。例如，PW可以為約1mm，包括陣列的圓周邊界的像素，或者PW可以為約2mm，包括陣列的圓周邊界的像素。
[0025]槽107和隔片113可以在軸向上完全延伸通過像素，并在光出射端105進(jìn)入光學(xué)窗口 111 (圖2)中。替代性地，槽107和隔片113中的至少一些并不在軸向上完全延伸通過像素101。例如，參見圖4。每個隔片可以具有與軸正交的隔片寬度SW，并為約0.2mm。
[0026]陣列的表面面積在一些實(shí)施例中可以在約4cm2到約8cm2的范圍內(nèi)，在其它實(shí)施例中，可以為約193cm2到約930cm2或者更多，這取決于用來制造陣列的機(jī)器。像素之間的每個隔片的實(shí)施例可以具有鄰近光出射端的底部，如所示，底部是輻射式的。而且，每個隔片可以具有大約為SW的一半的底部半徑。
[0027]下面的表將傳統(tǒng)陣列(在空白行中)與陰影行中的陣列的實(shí)施例進(jìn)行了比較。
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種成像陣列，包括: 形成陣列的多個成像像素，所述陣列具有高能量端、光出射端和軸，并且每個像素具有與所述軸正交的像素寬度PW ； 多個隔片，所述多個隔片位于所述陣列中，使得在所述成像像素的相鄰像素之間有隔片，并且每個所述隔片在軸向方向上具有深度D，使得高寬比定義為PW:D ;其中對于不超過約2mm的PW，所述高寬比小于0.2 ;或?qū)τ谥辽偌s3mm的PW，所述高寬比小于0.15。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像陣列，其中，對于不超過約2mm的PW，所述高寬比小于約0.18、小于約0.16、小于約0.14、小于約0.12、小于約0.10、小于約0.09、小于約0.08或者小于約0.07。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像陣列，其中，對于至少約3mm的PW，所述高寬比小于約0.14、小于約0.13、小于約0.12、小于約0.11、小于約0.10、小于約0.09或者小于約0.08。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像陣列，其中，所述隔片在軸向上完全延伸通過所述像素并在所述光出射端進(jìn)入光學(xué)窗口中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像陣列，其中，所述隔片中的至少一些隔片在軸向上不完全延伸通過所述像素。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像陣列，其中，每個所述隔片具有基本上正交于所述軸的隔片寬度SW，所述隔片寬度SW在約0.1mm到約0.3mm的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成像陣列，其中，Sff為約0.2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像陣列，其中，所述陣列的表面面積在約4cm2到約Scm2的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像陣列，其中，PW對于每個像素是相同的，并且在約Imm到約4_，包括在所述陣列的邊界的像素。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像陣列，其中，像素之間的每個隔片具有鄰近所述光出射端的底部，并且所述底部形狀為圓柱形。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成像陣列，其中，每個所述隔片具有基本上正交于所述軸的隔片寬度SW和基本上為扁平的壁。
12.—種機(jī)器,包括: 輻射能量源，所述輻射能量源用于發(fā)射能量； 成像陣列，所述成像陣列包括: 形成陣列的多個成像像素，所述陣列具有高能量端、光出射端和軸，并且每個像素具有與所述軸正交的像素寬度PW ； 多個隔片，所述多個隔片位于所述陣列中，使得在所述成像像素的相鄰像素之間有隔片，并且每個所述隔片在軸向方向上具有深度D，使得高寬比定義為PW:D ;其中對于不超過約2mm的PW，所述高寬比小于0.2 ;或?qū)τ谥辽偌s3mm的PW，所述高寬比小于0.15 ； 輸出裝置，所述輸出裝置用于顯示來自所述光出射端的圖像；以及 用戶界面，所述用戶界面耦連到所述輻射能量源和輸出裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器，其中，對于不超過約2mm的PW，所述高寬比小于約. 0.18、小于約0.16、小于約0.14、小于約0.12、小于約0.10、小于約0.09、小于約0.08或者小于約0.07。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器，其中，對于至少約3mm的PW，所述高寬比小于約0.14、小于約0.13、小于約0.12、小于約0.11、小于約0.10、小于約0.09或者小于約0.08。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器，其中，所述隔片在軸向上完全延伸通過所述像素并在所述光出射端進(jìn)入到光學(xué)窗口中。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器，其中，所述隔片中的至少一些隔片在軸向上不完全延伸通過所述像素。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器，其中，每個所述隔片具有基本上正交于所述軸的隔片寬度SW，所述隔片寬度SW約0.1mm到約0.3mm。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的機(jī)器，其中，Sff為約0.2mm。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器，其中，所述陣列的表面面積在約4cm2到約Scm2的范圍內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器，其中，PW對于每個像素是相同的，并且在約Imm到約4mm,包括在所述陣列的邊界的像素。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器，其中，像素之間的每個所述隔片具有鄰近所述光出射端的底部，并且所述底部形狀為圓柱形。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器，其中，每個所述隔片具有基本上正交于所述軸的隔片寬度SW和基本上為扁平的壁。
23.一種位置敏感光傳感器(PSPS)，包括: 陣列，所述陣列具有二維光敏元件，所述二維光敏元件被配置成確定光子的χ-y位置；所述陣列包括: 多個成像像素，所述多個成像像素具有高能量端、光出射端和軸，并且每個像素具有與所述軸正交的像素寬度PW; 多個隔片，所述多個隔片位于所述成像像素的相鄰像素之間，并且每個所述隔片在軸向方向上具有深度D，使得高寬比定義為PW:D ;其中 對于不超過約2mm的PW，所述高寬比小于0.2 ;或 對于至少約3mm的PW，所述高寬比小于0.15。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的PSPS，其中，所述PSPS是硅基光電倍增器(SiPM)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的PSPS，其中，所述PSPS是具有多個陽極的位置敏感光電倍增器(PSPMT)。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的PSPS，其中，對于不超過約2mm的PW，所述高寬比小于約0.18、小于約0.16、小于約0.14、小于約0.12、小于約0.10、小于約0.09、小于約0.08或者小于約0.07。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的PSPS，其中，其中，對于至少約3mm的PW，所述高寬比小于約0.14、小于約0.13、小于約0.12、小于約0.11、小于約0.10、小于約0.09或者小于約0.08。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的PSPS，其中，所述隔片在軸向上完全延伸通過像素并在所述光出射端進(jìn)入到光學(xué)窗口中。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的PSPS，其中，所述隔片中的至少一些隔片在軸向上不完全延伸通過所述像素。
30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的PSPS，其中，每個所述隔片具有基本上正交于所述軸的隔片寬度SW，所述隔片寬度SW在約0.1mm到約0.3mm的范圍內(nèi)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的PSPS，其中，Sff為約0.2mm。
32.根據(jù)權(quán)利要求23所述的PSPS，其中，所述陣列的表面面積在約4cm2到約Scm2的范圍內(nèi)。
33.根據(jù)權(quán)利要求23所述的PSPS，其中，PW對于每個像素是相同的，并且在約Imm到約4mm，包括在所述陣列的邊界的像素。
34.根據(jù)權(quán)利要求23所述的PSPS，其中，像素之間的每個隔片具有鄰近所述光出射端的底部，并且所述底部形狀為圓柱形。
35.根據(jù)權(quán)利要求23所述的PSPS，其中，每個所述隔片具有基本上正交于所述軸的隔片寬度SW和基本 上為扁平的壁。
【文檔編號】A61B6/00GK103842848SQ201280048228
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月30日
【發(fā)明者】T·A·塞爾夫 申請人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司