專利名稱：輻射探測器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適合用于輻射CT裝置、特別是X射線CT裝置的多 通道陣列輻射探測器，特別涉及該輻射探測器的閃爍器的結構。
背景技術：
輻射CT裝置，與用MRI或PET( Positron Emission Tomography (正電子發(fā)射層析X射線攝影法))的情形比較，能夠在較短時間內 得到層析X射線照片。為了通過進一步擴展其特征以提供高清晰度和 高分辨率圖像，已經在逐漸使用具有多通道陣列結構的輻射探測器。 在輻射CT裝置中，將多個輻射探測器放置在輻射源的相對于要被拍 攝物體的對面并形成弧形。對于單通道陣列輻射裝置，在每個輻射探 測器中，在長度方向或寬度方向安排了 8或16個輻射探測元件。對 于多通道陣列輻射裝置，以成點陣的方式，例如，分別在長度方向和 寬度方向上安排了 64和16個輻射探測元件。通過用將輻射探測元件 安排在m條直線上的m個多通道陣列輻射裝置代替將輻射探測元件 安排在l條直線上的單通道陣列輻射裝置，能夠縮短探測時間，并能 夠提供高分辨率和高清晰度的層析X射線照片。因為在多通道陣列輻射裝置中，對于l個輻射探測器，例如，將 1024個輻射探測元件安排成16列乘64行，所以所用的輻射探測元件 的尺寸變小。而且，相鄰的輻射探測元件之間的間隙變小。因此，每 個輻射探測元件的閃爍器元件變小，導致相鄰的閃爍器元件之間的間 隙變小。在多通道陣列輻射裝置中，因為單個輻射探測元件變小，所以為 了防止由閃爍器元件閃爍的光通過閃爍器元件的側表面發(fā)射出去，并 防止輸出降低，需要將具有高光反射率的光反射材料配置在閃爍器元件的側表面。另外，為了防止因為通過了相鄰的閃爍器元件的輻射進 入另一個閃爍器元件而使圖像變寬，并且提供高清晰度的圖像，需要 提供接近閃爍器元件的側表面的輻射屏蔽材料。因為閃爍器元件變小，所以相鄰的閃爍器元件之間的間隙小，很 難將輻射屏蔽片插入配置在閃爍器元件側表面上的光反射材料之間。在輻射探測器中，將由重金屬元素如鵠或鉬制成的輻射屏蔽片插 入閃爍器元件之間，以防止串擾。另外，用充填在閃爍器元件和輻射 屏蔽片之間的光反射材料來增大探測效率，這是因為，在由閃爍器元 件閃爍的光中，在閃爍器元件周圍泄漏的光返回到了閃爍器元件中之 故。作為光反射材料，通常使用混合了白色顏料如氧化鈦粉末的樹脂如環(huán)氧樹脂和聚脂，并且光反射材料具有約90%的光反射率。然而， 如果由閃爍器元件閃爍的光從閃爍器元件側表面發(fā)射進入光反射材 料，則被包含在光反射材料中的樹脂衰減。由于這種衰減，輻射探測 器的靈敏度降低，因此，為了補償該衰減，需要用具有高反射率的白 色顏料。另外，因為本身是混合了白色顏料的樹脂的光反射材料相當厚， 至少為10(Him，所以輻射屏蔽片以光反射材料的厚度從閃爍器元件的 側表面分開。因為輻射屏蔽片從閃爍器元件的側表面分開，所以有時 候，以低角度(相對于閃爍器元件的側表面的小角度)入射的輻射可 以被輻射屏蔽片屏蔽，但是只通過光反射材料的輻射會進入閃爍器元 件中。如果為了屏蔽以低角度入射的輻射，使用厚度接近閃爍器元件之 間的間隙的重金屬元素片制成的輻射屏蔽片，則光反射材料的厚度應 該薄，這樣，輻射屏蔽片的變形不能夠被光反射材料吸收。因此，通 過將閃爍器元件以高精度通過小間隙安排在長度方向和寬度方向上 來將閃爍器元件組裝起來是困難的。當如多通道陣列輻射探測器那 樣，閃爍器元件之間的間隙寬度狹窄時，這個問題就變得顯著了。在專利文獻1到4中提出了用混合了重金屬元素粉末的樹脂作為輻射屏蔽材料，以代替重金屬片。用混合了重金屬元素粉末的樹脂作 為輻射屏蔽材料充填在輻射探測器的閃爍器元件之間的想法導致了 本發(fā)明。專利文獻1:日本特開平5-254789號公報 專利文獻2:日本特開平8-122492號公報 專利文獻3:日本特開2002-365393號公報 專利文獻4:日本特開2003-28986號公報發(fā)明內容本發(fā)明的一個目的是提供在閃爍器元件之間具有非常小的間隙 并適合于用于輻射CT裝置的多通道陣列輻射探測器的輻射探測器構 造。本發(fā)明的另 一個目的是提供在閃爍器元件之間的間隙中充填輻 射屏蔽材料，并非常接近于閃爍器元件的側表面以便減少通過閃爍器 元件的側表面入射的輻射的輻射探測器。另外，本發(fā)明提供將對由閃爍器元件閃爍的光具有高光反射效率 的光反射材料層安排在閃爍器元件的側表面上以便增大對輻射的探 測效率的輻射探測器。另外，本發(fā)明提供以高精度將閃爍器元件安排在探測器中的輻射 探測器的制造方法。根據本發(fā)明的輻射探測器包括具有在平面上安排在長度方向和寬度方向上的多個半導體光探測元件的半導體光探測元件陣列；安排在半導體光探測元件陣列上的多個閃爍器元件，使每個閃爍器元件的底部固定在多個半導體光探測元件中的每一個上；涂敷在每個閃爍器元件的與底部對置的頂部上的第1光反射材料層；覆蓋在每個閃爍器元件的側表面上、由金屬層組成的第2光反射材料層；和由樹脂和混合在樹脂中的重金屬元素的粒子組成的輻射屏蔽材料層，該輻射屏蔽材料層充填在相鄰的第2光反射材料層之間，該相 鄰的第2光反射材料層覆蓋在彼此相鄰的閃爍器元件的側表面上。在本發(fā)明的輻射探測器中，第2光反射材料層優(yōu)選是由金、銀、 銅、鋁或它們的合金制成的。另外，第2光反射材料層的厚度優(yōu)選為 0.05|iim到5nm。另外，優(yōu)選通過濺射或蒸鍍在閃爍器元件的側表面 上形成第2光反射材料層。另外，第2光反射材料層優(yōu)選具有對可見 輻射大于88%的光反射率。在本發(fā)明的輻射探測器中，輻射屏蔽材料層包括本質上90wt.% 或更多的重金屬元素粒子，而其余為樹脂，所述重金屬元素是從周期 表中的從Nb到Bi中選出的。另外，優(yōu)選的是，插入在覆蓋彼此相鄰 的閃爍器元件的側表面的2個相鄰的第2光反射材料層之間的輻射屏 蔽材料層的區(qū)域包含重金屬元素粒子，這些粒子由直徑為2個相鄰的 第2光反射材料層之間的間隙寬度的+/-3|^1內的至少3個重金屬元素 粒子和直徑小于這至少3個重金屬元素粒子的其它重金屬元素粒子組 成。在本發(fā)明的輻射探測器中，第1光反射材料層可以是混合了氧化 鈦粉末的樹脂。根據本發(fā)明的制造輻射探測器的方法包含下列步驟提供具有在平面上安排在長度方向和寬度方向上的多個半導體 光探測元件的半導體光探測元件陣列和厚度相當于配置在半導體光 探測元件陣列中的半導體光探測元件的長度和寬度尺寸中的一個、長 度大于半導體光探測元件的長度和寬度尺寸中的另一個且寬度大于 要完成的閃爍器元件的高度的多個閃爍器板；將金、銀、銅、鋁或它們的合金濺射或蒸鍍在閃爍器板的兩個側 面上，以在該兩個側面上形成厚度為0.05nm到5pm的第2光反射材料層；將由混合了重金屬元素粒子的樹脂組成的輻射屏蔽材料涂敷在形成在閃爍器板的兩個側面上的第2光反射材料層中的一個上；將涂敷有輻射屏蔽材料的閃爍器板以使閃爍器板與輻射屏蔽材 料交替的方式堆積，并固化輻射屏蔽材料，以形成輻射屏蔽材料層并的一個的閃爍器^塊;" ''將閃爍器模塊切成切出片，其長度相當于半導體光探測元件的長 度和寬度尺寸中的另一個，其寬度比要完成的閃爍器元件的高度大；將金、銀、銅、鋁或它們的合金濺射或蒸鍍在由閃爍器模塊制成 的切出片的兩個切割面上，在兩個切割面都上形成另一個厚度為 0.05pm到5pm的第2光反射材料層；將由混合了重金屬元素粒子的樹脂組成的輻射屏蔽材料涂敷在 形成在切出片的兩個切割面上的所述另一個第2光反射材料層中的一 個上；將涂敷有輻射屏蔽材料的切出片以使切出片與輻射屏蔽材料交 替的方式堆積，并固化輻射屏蔽材料，以形成輻射屏蔽材料層并形成 長度相當于半導體光探測元件陣列的長度和寬度尺寸中的另 一個的 閃爍器元件塊；和將閃爍器元件塊的兩個端面(頂面和底面)拋光到要完成的閃爍 器元件的高度，并將閃爍器元件塊的經過拋光的端面中的一個固定在 半導體光探測元件陣列上，使得每一個閃爍器元件面對每一個半導體 光探測元件。制造輻射探測器的方法可以進一 步包含下列步驟 在將閃爍器元件塊的兩個端面拋光后，將由與氧化鈦粉末混合的 樹脂組成的第2光反射材料涂敷在閃爍器元件塊的除了粘附在半導體 光探測元件陣列上并固化第2光反射材料以形成第2光反射材料層的 面以外的其他面上。在入射到閃爍器元件的輻射中，有通過閃爍器元件頂面入射的輻 射和通過閃爍器元件側表面入射的輻射。優(yōu)選的是，閃爍器元件只接 收通過閃爍器元件頂面入射的輻射，而在閃爍器元件側表面上形成輻 射屏蔽材料層以便防止輻射通過側表面進來。通過閃爍器元件側表面進入閃爍器元件的輻射能夠分成通過與該閃爍器元件相鄰的另一個 閃爍器元件而進入閃爍器元件并在其中引起閃爍的輻射和通過在閃 爍器元件和輻射屏蔽材料之間形成的光反射層進入閃爍器元件的輻 射。通常將由通過相鄰的閃爍器元件并進入閃爍器元件產生閃爍的輻 射引起的在閃爍器元件中的閃爍增量稱為"串擾"。這里將從光反射層 的頂面通過閃爍器側表面進入的輻射稱為"以低角度入射的輻射"。通過閃爍器元件側表面進入的任何輻射傾向于加寬CT裝置的光圖像并 損害光圖像中的高清晰度和高分辨率?？梢詫⒅芷诒碇械膹腘b到Bi的固體金屬元素用作在本發(fā)明的 輻射探測器中包含在輻射屏蔽材料層中的重金屬元素粒子，因為它們 具有大的輻射屏蔽效應，特別是Nb、 Mo、 Ag、 Sn、 Sb、 W、 Au、 Pb和Bi是適合的。因為輻射屏蔽材料層是90wt.y?；蚋嗟闹亟饘僭?素粒子混合在其余的樹脂、即熱塑性樹脂或熱固性樹脂中的混合物， 所以由于包含的重金屬元素粒子使通過輻射屏蔽材料層的輻射衰減 90%或更多，能夠減少由通過相鄰的閃爍器元件進入的輻射引起的串 擾。配置在閃爍器元件側表面和輻射屏蔽材料層之間的光反射材料 層在本發(fā)明的輻射探測器中具有0.05pm到5pm的厚度，與白色顏料 如氧化鈦粉末和樹脂的混合物的常規(guī)的光反射材料相比較非常薄。因 此，將輻射屏蔽材料層配置在非常接近閃爍器元件側表面的地方以便 防止以低角度入射的輻射。因為在本發(fā)明的輻射探測器中通過閃爍器 元件側表面進入的輻射被屏蔽，所以用本發(fā)明的輻射探測器的輻射 CT裝置能夠提供具有高分辨率的高清晰度的光圖像。包含在輻射屏蔽材料層中的重金屬元素粒子是較粗的粒子和較 細的粒子的混合物，優(yōu)選對于閃爍器元件存在至少3個較粗的粒子。 當較粗的重金屬元素粒子具有在2個相鄰的第2光反射材料層之間的 間隙寬度的+A3nm內的直徑時，能夠保持間隙寬度均勻。具有0.05fim到5pm的厚度的第2光反射材料層由金、銀、銅、 鋁或它們的合金制成，通過蒸鍍或濺射形成在閃爍器元件的側表面上。因為將第2光反射材料層直接形成在閃爍器元件的側表面上，所 以從閃爍器元件的側表面發(fā)射的光不被傳統(tǒng)地包含在常規(guī)的光反射 材料層中的樹脂吸收和衰減，甚至當第2光反射材料層具有小于90% 的光反射率時，也足以滿足對質量的要求。當光反射率大于88%時是 有用的。因為通過蒸鍍或賊射形成第2光反射材料層，所以能夠精確地控 制它的厚度。能夠精確地控制第2光反射材料層的厚度；并且，此外因為對于 一個閃爍器元件輻射屏蔽材料層的厚度能夠由包含在輻射屏蔽材料 層中的至少3個較粗的重金屬元素粒子的直徑決定，所以能夠制造本 發(fā)明的輻射探測裝置使其具有在閃爍器元件之間希望的精確間隙寬 度。因此，我們能夠提供以適當精度在長度方向和寬度方向上安排了 多個閃爍器元件的輻射探測裝置。在本發(fā)明的輻射探測器中，形成在閃爍器元件側表面上的光探測 材料層的厚度是薄而精確的。另外，因為能夠精確地控制配置在相鄰 光反射材料層之間的輻射屏蔽材料層的厚度，所以輻射探測器具有適 合于用于輻射CT的多通道輻射探測器的結構，其閃爍器元件的間隙 小。另外，因為本發(fā)明的輻射探測器具有形成在閃爍器元件側表面上 的非常薄的光反射材料層，并且因為將輻射屏蔽材料層配置在非常接 近閃爍器元件側表面的地方，所以能夠減少串擾和以低角度入射的輻 射兩者，能夠提供具有高分辨率的高清晰度的CT光圖像。另夕卜，因為將具有高光反射率的金屬光反射材料層直接形成在閃 爍器元件的側表面上，所以增強了輻射探測器的靈敏度。另外，因為能夠精確地控制光反射材料層和形成在閃爍器元件之 間的輻射屏蔽層的厚度，所以能夠根據用于制造本發(fā)明的輻射探測器 的方法以點陣的方式將閃爍器元件安排在長度方向和寬度方向上。


圖l是表示根據本發(fā)明的實施例1的輻射探測器的平面視圖，它 表示除去了第l光反射材料層的輻射探測器的頂部平面視2是圖1所示的本發(fā)明的實施例1的輻射探測器的部分放大了的頂部平面視3是圖2所示的輻射探測器的放大了的縱向剖面視4是表示不同的光反射材料層的光反射率對光波長的關系的曲線5是用于探測以低角度入射的輻射的裝置的解釋性的視圖，其 中圖5A表示用于只探測以低角度入射的輻射的裝置，圖5B表示用于 探測從閃爍器元件的頂部入射的輻射和以低角度入射的輻射兩者的 裝置圖6是表示由以低角度入射的輻射產生的輸出比對第2光反射材 料層厚度的關系的曲線7是表示圖1所示的本發(fā)明的實施例1的輻射探測器的制造過 程的解釋性的視圖，其中，圖7A是閃爍器板的透視圖，圖7B是表示 具有涂敷在第2光反射材料層上的第l輻射屏蔽材料層的閃爍器板的 透視圖，圖7C是表示通過在第2光反射材料層中的一個上堆積涂敷 了輻射屏蔽材料的閃爍器平板制成的閃爍器模塊的透視圖，圖7D是 表示閃爍器模塊的切片方向的解釋性的透視圖，圖7E是通過對閃爍 器模塊進行切片制成的切出片的透視圖，圖7F是具有形成在2邊上 的第2光反射材料層和具有涂敷在1邊上的第2輻射屏蔽材料的切出 片的透視圖，圖7G是通過堆積具有涂敷了第2輻射屏蔽材料的切出 片形成的閃爍器元件模塊的透視圖，圖7H是具有第1光反射材料層 的透明度的輻射探測器的透視圖，該輻射探測器是通過將圖7G所示 的閃爍器元件塊接合到半導體光探測元件陣列上和用第1光反射材料 涂敷閃爍器元件模塊周圍的表面制成的。
具體實施方式
下面參照附圖，詳細地描述本發(fā)明的實施例的輻射探測器。圖l到圖3表示本發(fā)明的實施例1的輻射探測器，即，圖l是具有除去了 頂部的第1光反射材料層的輻射探測器的頂部平面視圖，圖2是圖1 所示的輻射探測器的部分放大了的頂部平面視圖，圖3是輻射探測器 的部分放大了的縱向剖面視圖。圖4是不同的光反射材料層的光反射 率對光波長的關系的曲線圖。圖5是對于具有混合了重金屬元素粒子 的樹脂的輻射屏蔽材料層的輻射探測器，以低角度入射的輻射的裝置 的解釋性的視圖，圖6是表示由以低角度入射的輻射產生的輸出比對 由圖5所示的用于探測以低角度入射的輻射的裝置測量得到的第2光 反射材料層厚度的關系的曲線圖。圖7是將在實施例1中描迷的本發(fā) 明的輻射探測器的制造過程的解釋性的視圖。實施例1參照圖1到3，本發(fā)明的輻射探測器100具有半導體光探測元件 陣列10,該半導體光探測元件陣列10具有在長度方向和寬度方向上 安排在平面上的半導體光探測元件15。輻射探測器100具有，例如， 長度尺寸75mm和寬度尺寸23mm，其中以點陣的方式將1024個半 導體光探測元件15安排在長度方向64列和寬度方向16行上。在半 導體光探測元件陣列10上，安排了多個閃爍器元件22，每個閃爍器 元件22的底面24粘合在每個半導體光探測元件15上。閃爍器元件 22由Gd202S:Pr (Ce, F)制成，主要閃爍具有波長512nm的光。因 為一對一地安排閃爍器元件22和半導體光探測元件15，將1024個閃 爍器元件以點陣的方式安排在長度方向64列和寬度方向16行上。這 里，閃爍器元件具有長度尺寸1.07mm和寬度尺寸1.14mm，閃爍器 元件之間的間隙具有長度尺寸約10(Him和寬度尺寸297nm,閃爍器 元件具有高度1.5mm。閃爍器元件22的、與底面24對置的頂面26被由混合了氧化鈦 粉末的聚脂樹脂組成的第1光反射材料層30所覆蓋。每個閃爍器元 件22的側表面28被由通過濺射形成的厚度2pm的純鋁組成的第2 光反射材料層40所覆蓋。第2光反射材料層40對可見輻射的光反射率約為90%。在配置在閃爍器元件22的側表面28上的第2光反射材料層40 之間，充填混合了重金屬元素粒子(例如鈮粒子)的聚脂樹脂作為輻 射屏蔽材料層50。這里，將沿輻射探測器100的長度方向延伸的輻射 屏蔽材料層50稱為第1輻射屏蔽材料層50a，將沿輻射探測器100的 寬度方向延伸的輻射屏蔽材料層50稱為第2輻射屏蔽材料層50b。第1輻射屏蔽材料層50a的尺寸為長度75mmx厚度293pmx高 度1.5mm。第l輻射屏蔽材料層50a的每l層，約10mg的聚脂樹脂 與l卯mg的鈮粒子混合，即，用總共320個鈮粒子(39mg)和直徑 小于前述鈮粒子的151mg的鈮粒子，使對于每個閃爍器元件存在具有 直徑290nm到296nm的5個鈮粒子52，在第1輻射屏蔽材料層中鈮 粒子的含量為93wt.。/。到96wt.%。第2輻射屏蔽材料層50b的尺寸為長度23mmx厚度96nmx高度 1.5mm。第2輻射屏蔽材料層50b的每l層，約l.lmg的聚脂樹脂與 20.6mg的鈮粒子混合，即，用總共80個鈮粒子(0.36mg)和直徑小 于上述鈮粒子的20.24mg的鈮粒子，使對于每個閃爍器元件存在具有 直徑93|nin到99jtm的5個鈮粒子52，在第2輻射屏蔽材料層中鈮粒 子的含量為93wt.。/。到96wt.%。在輻射屏蔽材料層中，在樹脂中包含著90wt。/。或更多的重金屬 粒子。因為鈮的比重是8.56,聚脂樹脂的比重約是1.5，當在聚脂樹 脂中包含著90wt.。/?；蚋嗟拟壛Ｗ訒r，鈮粒子的體積比約為60%。 因此，由于所包含重金屬元素粒子使通過輻射屏蔽材料層的輻射衰減 90%或更多，從而使串擾減少。在輻射屏蔽材料層中盡可能多地包含重金屬元素粒子會增強屏 蔽輻射的效果。然而，優(yōu)選包含至少lwt.。/。的樹脂。如果樹脂的含量 小于lwt.%，則難以將輻射屏蔽材料涂敷在第2光反射層上。對于包含在輻射屏蔽材料層中的重金屬元素粒子，優(yōu)選是較粗粒 子和較細粒子的混合物，而不用均勻大小的粒子。在重金屬元素粒子 中，優(yōu)選對于1個閃爍器元件存在至少3個較粗粒子。重金屬元素粒子優(yōu)選具有直徑在比相鄰的第2光反射材料層之間的間隙寬度小2jun 以內的范圍內。在相鄰的閃爍器元件的第2光反射材料層之間存在至 少3個較粗粒子能夠保證得到閃爍器元件之間的間隙寬度均勻。另夕卜， 其余的重金屬元素粒子具有比較粗的重金屬元素粒子小的直徑，因 此，其余的重金屬元素粒子處于較粗的重金屬元素粒子之間的間隙 中，以增大輻射屏蔽效果。在本發(fā)明的輻射探測裝置中，將薄的金屬光反射材料層配置在閃 爍器元件的側表面上，將混合了重金屬元素粒子的輻射屏蔽材料層配 置在相鄰的光反射材料層之間。優(yōu)選的是，光反射材料層由金、銀、 銅、鋁或它們的合金制成并且具有0.05pm到5jim的厚度。因為光反 射材料層具有這樣薄的厚度，所以能夠將輻射屏蔽材料層配置在非常 接近于閃爍器元件的側表面的地方，導致對以低角度入射的輻射也具 有大的屏蔽效果。在構成金屬光反射材料層的金、銀、銅、鋁或它們的合金中除了吸收效果的元素。因此，光反射材料層也起輻射屏蔽材料的作用。因 為即便材料的輻射屏蔽效率低，光反射材料層的厚度也薄，所以能夠 將混合了重金屬元素粒子的輻射屏蔽材料層配置在非常接近閃爍器 元件的地方，因此，能夠屏蔽以低角度入射的輻射。另外，如下面描述的那樣，因為金、銀、銅、鋁或它們的合金構 成的光反射材料層對可見輻射的光反射率大于88%,所以在由閃爍器 元件閃爍的光中，從閃爍器元件側表面發(fā)射到外面的光的88%以上回 到閃爍器元件中，進入到半導體光探測元件中以變換成電信號。如上面描述的那樣，本發(fā)明的輻射探測器具有大的由屏蔽輻射材 料屏蔽干擾的輻射的能力和小的串擾。另外，由于在閃爍器元件的側 表面上光反射材料層的高光反射效率。因而具有高的信號輸出。因此， 將本發(fā)明的輻射探測器用于輻射CT能夠得到具有高分辨率的高清晰 度的圖像。另外，因為通過蒸鍍或濺射形成光反射材料層，所以能夠得到光反射材料層的精確厚度。此外，因為用較粗的重金屬元素粒子的直徑 控制輻射屏蔽材料層的厚度，所以能夠得到精確的輻射屏蔽材料層的 厚度。因此，能夠精確地制造閃爍器元件之間的間隙寬度。實施例2研究了可以用于本發(fā)明的輻射探測器的第2光反射材料層的光 反射率。在圖4中表示了當將金、銀、銅、鋁或Al-50wt.%Ag的蒸鍍 膜用作第2光反射材料層時和當光反射材料層在聚脂樹脂中以3:1的 重量比包含氧化鈦粉末(平均粒子大小:0.3jum)時的光反射率對光波 長的關系。在金屬光反射材料層的情形中，它由真空蒸鍍形成，使它 的厚度為ljun。此外，當真空蒸鍍Al-50wt.%Ag時，因為金屬的蒸 氣壓，Ag蒸鍍在閃爍器元件表面上的速度比Al快，因此，當從閃爍 器元件側觀看光反射材料層時，蒸鍍膜與Ag層相同。此外，將由混 合了氧化鈦粉末的聚脂樹脂組成的光反射材料的厚度設定為100fim。作為用于閃爍器元件的閃爍器材料，包括CdW04(有時稱為 CWO ) 、 Gd202S:Pr ( Ce, F )(有時稱為GOS )和(Y， Gd ) 203:Eu (有時稱為YGO )，由閃爍器材料閃爍的閃爍光的波長分別為460nm、 512nm和610nm，閃爍光是可見輻射。由金、銀、銅、鋁或它們的合 金制成的薄膜具有對波長范圍380nm到770nm內的可見輻射大于 88%的光反射率。因為金和銅的光反射率由于它們的顏色而對具有波 長小于600nm的光急劇地減少，所以對于金和銅來說必須與閃爍 600nm或更長的閃爍光的閃爍器材料結合起來使用。即使對由混合了氧化鈦粉末的聚脂樹脂制成的光反射材料，當它 的厚度為lOOjim時，光反射率也大于90%。然而，因為進入聚脂樹 脂的閃爍光被吸收和衰減，返回光的量不能夠只用光反射率來計算。 另外，當由混合了氧化鈦粉末的聚脂樹脂的膜厚度小于lOOpm時，該 膜不能夠形成均勻的厚度。如果在閃爍器元件之間的間隙寬度為 100nm，如在實施例1中描述的輻射探測器那樣，不能夠形成厚度大 于lOOnm的光反射材料層。相反地，如果將用于本發(fā)明的金屬光反射材料層的第2光反射材 料層的厚度設定為大于0.5nm，則能夠形成具有均勻厚度的第2光反 射材料層。實施例3在本發(fā)明的輻射探測器中，隨著形成在閃爍器元件側表面上的第 2光反射材料層的厚度增加，以低角度入射的輻射量增加。為了測量 以低角度入射的輻射量，如圖5A所示，在輻射探測器的閃爍器元件 22的頂面26上加上厚約200jiim的金屬鉛板60，從上方向上面輻射X 射線，測量輻射探測器的輸出V。下一步，如圖5B所示，從輻射探 測器的閃爍器元件22的頂面26上除去金屬鉛板60,并從上方向上面 輻射相同強度的X射線，并測量輻射探測器的輸出V。。在圖5B的探 測器中，測量了作為進入閃爍器元件22的頂面的X射線的強度和通 過附著在閃爍器元件22側表面上的第2光反射材料層40進入閃爍器 元件22的X射線的強度之和的輸出V。。在圖5A的探測器中，因為 從頂面進入閃爍器元件22的X射線被金屬鉛板屏蔽，測量作為通過 附著在閃爍器元件22側表面上的第2光反射材料層40進入閃爍器元 件22的以低角度入射的X射線的強度的輸出V。在圖6中，表示了由以低角度入射的輻射產生的輸出比(輸出V 對輸出V。的百分數)對第2光反射材料層厚度(fim)的關系。如從 圖6可以看到的那樣，當第2光反射材料層的厚度增加時，由以低角 度入射的輻射產生的輸出增加；然而，如果第2光反射材料層的厚度 等于或小于5nm，則由以低角度入射的輻射產生的輸出小于2%。所 以，顯然第2光反射材料層的厚度應該等于或小于5nm。另外，如果 將第2光反射材料層的厚度設定為小于3nm，則能夠使由以低角度入 射的輻射產生的輸出等于或小于1%;然而，當通過濺射或蒸鍍形成 金屬光反射材料層時，因為與薄膜形成時間的關系，厚度最好小于 2jrni。當通過濺射或蒸鍍形成金屬光反射材料層時，如果厚度大于 0.05nm,則能夠形成均勻厚度的金屬膜，當厚度大于0.05nm時光反射率沒有大的變化。所以將第2光反射材料層的厚度設定為0.05nm 至'j 5nm，最好為0.05pm至'3|tim。實施例4在實施例1中描述的輻射探測器是通過下述的過程制造的。制備 具有長度尺寸75mm和寬度尺寸23mm的半導體光探測元件陣列10。 在陣列10中，如圖1到3所示，將1024個半導體光探測元件15在 一個平面安排為長度方向64列和寬度方向16行。該半導體光探測元 件15具有約1.07mm的長度尺寸和約1.14mm的寬度尺寸，半導體光 探測元件之間的間隙具有約100pm的長度尺寸和約297jnm的寬度尺 寸。制備如圖7A所示的由Gd202S:Pr (Ce， F)制成的16個閃爍器 平板20 (厚1.14mm)，通過濺射在閃爍器平板的兩個表面上形成厚 度為2nm的鋁膜，制造其兩個表面具有第2光反射材料層40的閃爍 器平板20 (參照圖7B)。此外，約為1.14mm的閃爍器平板20的厚 度等于半導體光探測元件陣列10所具有的每個半導體光探測元件的寬度尺寸。在具有第2光反射材料層40的16個閃爍器平板20中的每一個 的第2光反射材料層40的一個上，均勻地涂敷著第1輻射屏蔽材料 50a'，該第1輻射屏蔽材料50a'是混合了約95wt.y。的鈮粒子的聚脂樹 脂。第1輻射屏蔽材料50a'以重量比39:151包含具有直徑290nm到 296nm的鈮粒子和具有較小直徑的鈮粒子。如圖7C所示，通過將16個涂敷了第1輻射屏蔽材料50a'的閃 爍器平板20與第1輻射屏蔽材料50a'交替地堆積，并將它們在80。C 加熱2小時以固化聚脂樹脂，形成閃爍器模塊20a。閃爍器模塊20a 具有輻射屏蔽材料層50a,該輻射屏蔽材料層50a是經過固化的第1 輻射屏蔽材料50a'且厚度約為293jim，處在閃爍器平板20的第2光 反射材料層40之間；并且閃爍器模塊20a具有約23mm的厚度，這 是與半導體光探測元件陣列10的寬度尺寸基本相同的尺寸。如圖7D所示，通過在寬度方向將閃爍器模塊20a切割成切出片 (sliced plate )，使得切出片的厚度成為半導體光探測元件15的長度 尺寸(約1.07mm)。另外，如圖7D所示，通過在與上述的切割方向 垂直的方向中切割切出片，制成切出塊20b，它的尺寸(約2mm)大 于完成的閃爍器元件22的高度(1.5mm)。此外，在圖7D中，切割 線由2點劃線表示。這里，在將閃爍器模塊20a切割成厚度等于半導體光探測元件 15的長度尺寸的切出片后，制成切出塊20b,它的尺寸大于完成的閃 爍器元件22的高度；然而，通過使次序相反，在將閃爍器模塊20a 切割成尺寸大于制成的閃爍器元件22的高度的切出片后，可以制成 切出塊20b，它的尺寸等于半導體光探測元件15的長度尺寸。以這種方式，對于制造出的每個輻射探測裝置制備64個切出塊 20b (參照圖7E)。通過將鋁濺射在切出薄片20b的2個端面(面 積:23mmx2mm)上(這2個端面之間的距離(約1.07mm )等于半導 體光探測元件15的長度尺寸)，形成厚度為2pm的由鋁制成的第2 光反射材料層40 (參照圖7F )。在每個切出薄片20b上的由鋁制成的第2光反射材料層40中的 一個上，均勻地涂敷著第2輻射屏蔽材料50b'(請參照圖7F),該 第2輻射屏蔽材料50b'是混合了約95wt。/。的鈮粒子的聚脂樹脂。第2 輻射屏蔽材料50b'以混合重量比36:2024包含直徑93jim到99nm的 鈮粒子和直徑較小的鈮粒子。如圖7G所示，通過將64個涂敷了第2輻射屏蔽材料50b'的切 出薄片20b與第2輻射屏蔽材料50b'交替地堆積并將它們在80。C加 熱2小時，形成閃爍器模塊20c。閃爍器模塊20c具有厚度約為96)Lim 的輻射屏蔽材料層50b，它是通過固化第2輻射屏蔽材料50b'制成的， 插入在切出薄片20b上的第2光反射材料層40之間；該閃爍器模塊 20c具有約75mm的總長度和與半導體光探測元件陣列10的寬度尺寸 基本相同的寬度尺寸。拋光閃爍器元件塊20c的兩個端面，制成的閃爍器元件的高度為1.5mm,并用環(huán)氧樹脂將閃爍器元件塊20c的經過拋光的端面中的一 個粘附在半導體光探測元件陣列10上，使得每一個閃爍器元件22面 對每一個半導體光探測元件15。通過將第1光反射材料(該第1光反射材料是以3:1的重量比混 合了氧化鈦粉末(平均粒子大小:0.3nm)的聚脂樹脂)涂敷在不面對 半導體光探測元件陣列10的閃爍器元件塊20c的所有的面(包括頂 面)上，并固化第1光反射材料，得到具有第1光反射材料層30的 輻射探測器IOO (參照圖7H)。本發(fā)明的輻射探測器適合于得到具有高分辨率的高清晰度的光 圖像，本發(fā)明的輻射探測器能夠用作對于輻射CT裝置，特別是X射 線CT裝置的多通道陣列輻射探測器。
權利要求
1.一種輻射探測器，包括具有在平面上安排在長度方向和寬度方向上的多個半導體光探測元件的半導體光探測元件陣列；安排在半導體光探測元件陣列上的多個閃爍器元件，使每個閃爍器元件的底部固定在多個半導體光探測元件中的每一個上；涂敷在每個閃爍器元件的與底部對置的頂部上的第1光反射材料層；覆蓋在每個閃爍器元件的側表面上、由金屬層組成的第2光反射材料層；和由樹脂和混合在樹脂中的重金屬元素的粒子組成的輻射屏蔽材料層，該輻射屏蔽材料層充填在相鄰的第2光反射材料層之間，該相鄰的第2光反射材料層覆蓋在彼此相鄰的閃爍器元件的側表面上。
2.根據權利要求1所述的輻射探測器，其中，第2光反射材料 層由金、銀、銅、鋁或它們的合金制成。
3. 根據權利要求2所述的輻射探測器，其中，第2光反射材料 層的厚度為0.05pm到5nm。
4. 根據權利要求3所述的輻射探測器，其中，第2光反射材料 層是通過濺射或蒸鍍在閃爍器元件的側表面上形成的。
5. 根據權利要求4所述的輻射探測器，其中，第2光反射材料 層具有對可見輻射大于88%的光反射率。
6. 根據權利要求1所述的輻射探測器，其中，輻射屏蔽材料層 包括本質上90wt.。/?；蚋嗟闹亟饘僭亓Ｗ?，其余為樹脂，所述重 金屬元素是從周期表中的從Nb到Bi中選出的。
7. 根據權利要求6所述的輻射探測器，其中，夾在覆蓋彼此相 鄰的閃爍器元件的側表面的2個相鄰的第2光反射材料層之間的輻射 屏蔽材料層的區(qū)域包含重金屬元素粒子，這些粒子由直徑為2個相鄰 的第2光反射材料層之間的間隙寬度的+/-3]^111內的至少3個重金屬元素粒子和其余直徑小于該至少3個重金屬元素粒子的重金屬元素粒子 組成。
8. 根據權利要求3所述的輻射探測器，其中，輻射屏蔽材料層 包括本質上90wt,/。或更多的重金屬元素粒子，其余為樹脂，所述重 金屬元素是從周期表中的從Nb到Bi中選出的。
9. 根據權利要求8所述的輻射探測器，其中，夾在覆蓋彼此相 鄰的閃爍器元件的側表面的2個相鄰的第2光反射材料層之間的輻射 屏蔽材料層的區(qū)域包含重金屬元素粒子，這些粒子由直徑為2個相鄰 的第2光反射材料層之間的間隙寬度的+A3nm內的至少3個重金屬元 素粒子和其余直徑小于該至少3個重金屬元素粒子的重金屬元素粒子 組成。
10. 根據權利要求l所述的輻射探測器，其中，第l光反射材料 層是混合了氧化鈦粉末的樹脂。
11. 一種制造輻射探測器的方法，包含下列步驟 提供具有在平面上安排在長度方向和寬度方向上的多個半導體光探測元件的半導體光探測元件陣列和厚度相當于配置在半導體光 探測元件陣列中的半導體光探測元件的長度和寬度尺寸中的一個、長 度大于所述半導體光探測元件的長度和寬度尺寸中的另 一個且寬度 大于要完成的閃爍器元件的高度的多個閃爍器板；將金、銀、銅、鋁或它們的合金濺射或蒸鍍在閃爍器板的兩個側 面上，以在該兩個側面上形成厚度為0.05nm到5jim的第2光反射材料層；將由混合了重金屬元素粒子的樹脂組成的輻射屏蔽材料涂敷在形成在閃爍器板的兩個側面上的第2光反射材料層中的一個上；將涂敷有輻射屏蔽材料的閃爍器板以使閃爍器板與輻射屏蔽材料交替的方式堆積，并固化輻射屏蔽材料，以形成輻射屏蔽材料層并形成厚度相當于半導體光探測元件陣列中的長度和寬度尺寸中的一個的閃爍器模塊；將閃爍器模塊切成切出片，其長度相當于半導體光探測元件的長度和寬度尺寸中的另一個，其寬度比要完成的閃爍器元件的高度大； 將金、銀、銅、鋁或它們的合金濺射或蒸鍍在由閃爍器模塊制成 的切出片的兩個切割面上，以在兩個切割面上都形成另一個厚度為0.05pm到5pm的第2光反射材料層；將由混合了重金屬元素粒子的樹脂組成的輻射屏蔽材料涂敷在 形成在切出片的兩個切割面上的所述另一個第2光反射材料層中的一個上；將涂敷有輻射屏蔽材料的切出片以使切出片與輻射屏蔽材料交 替的方式堆積，并固化輻射屏蔽材料，以形成輻射屏蔽材料層并形成 長度相當于半導體光探測元件陣列的長度和寬度尺寸中的另 一個的 閃爍器元件塊；和將閃爍器元件塊的兩個端面(頂面和底面)拋光到要完成的閃爍 器元件的高度，并將閃爍器元件塊的經過拋光的端面中的一個固定在 半導體光探測元件陣列上，使得每一個閃爍器元件面對每一個半導體 光探測元件。
12.根據權利要求11所述的制造輻射探測器的方法，還包括下 列步驟在將閃爍器元件塊的兩個端面拋光后，將由與氧化鈦粉末混合的樹脂組成的第2光反射材料涂敷在閃爍器元件塊的除了粘附在半導體 光探測元件陣列上并固化第2光反射材料以形成第2光反射材料層的面以外的其他面上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠提供高清晰度和高分辨率CT光圖像的多通道陣列輻射探測器。輻射探測器具有在長度方向和寬度方向安排成點陣的半導體光探測元件和與它們一對一地安排的閃爍器元件。該閃爍器元件具有在閃爍器元件的側表面形成的薄的金屬光反射材料層、和由混合了充填在鄰接的金屬光反射材料層之間的重金屬元素粒子的樹脂組成的輻射屏蔽層。
文檔編號G01T1/20GK101248371SQ200680031189
公開日2008年8月20日 申請日期2006年3月13日 優(yōu)先權日2006年3月13日
發(fā)明者古市真治, 新田英雄 申請人:日立金屬株式會社