(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のユニット結晶ストリップを含み、光電デバイスとカップリングするためのアレイ結晶モジュールであって、
前記アレイ結晶モジュールの外観の立体的形状は、光電デバイスとカップリングするための多角形体と錐状台との組み合わせであり、前記錐状台は、光電デバイスとカップリングする第１の底面と、第１の底面と対向する第１の頂面とを備え、前記第１の底面の面積が第１の頂面の面積より小さく、各前記ユニット結晶ストリップの外観の立体的形状は多角形体と錐状台の組み合わせとされ、前記ユニット結晶ストリップは多角形結晶ストリップと錐状台結晶ストリップとがカップリングしてなり、各前記ユニット結晶ストリップの錐状台の光電デバイスとカップリングする一方端に斜辺が設けられ、隣り合う２つの前記ユニット結晶ストリップの錐状台の間に、光電デバイスに向けて開口する逆「Ｖ」字状が形成されていることを特徴とするアレイ結晶モジュール。
【請求項２】
前記多角形体は、直四角柱又は六角柱又は三角柱であることを特徴とする請求項１に記載のアレイ結晶モジュール。
【請求項３】
前記多角形結晶ストリップと前記錐状台結晶ストリップとの間は、ライトガイド又はガラスによりカップリングされることを特徴とする請求項１に記載のアレイ結晶モジュール。
【請求項４】
前記複数のユニット結晶ストリップを組み合わせて多角形体結晶ユニットと錐状台結晶ユニットを構成し、前記アレイ結晶モジュールは、第１の頂面とカップリングする第２の底面と、第２の底面と対向する第２の頂面とを含む多角形体結晶ユニットと、光電デバイスとカップリングする第１の底面と、第１の底面と対向する第１の頂面とを含む錐状台結晶ユニットとがカップリングして構成されることを特徴とする請求項１に記載のアレイ結晶モジュール。
【請求項５】
前記多角形体結晶ユニットと前記錐状台結晶ユニットの各々のカップリング面の形状及び面積が完全に同じであることを特徴とする請求項４に記載のアレイ結晶モジュール。
【請求項６】
前記第２の底面と前記第１の頂面の間は、光学接着剤により直接にカップリングされることを特徴とする請求項４に記載のアレイ結晶モジュール。
【請求項７】
前記第２の底面と前記第１の頂面との間は、ライトガイド又はガラスによりカップリングされることを特徴とする請求項４に記載のアレイ結晶モジュール。
【請求項８】
前記第１の頂面と前記第２の底面のサイズ及び形状が完全に一致していることを特徴とする請求項４に記載のアレイ結晶モジュール。
【請求項９】
前記第１の頂面と前記第２の底面の形状が一致し、前記第２の底面の面積が前記第１の頂面の面積より小さいことを特徴とする請求項４に記載のアレイ結晶モジュール。
【請求項１０】
前記第１の底面と前記第２の頂面とが互いに平行していることを特徴とする請求項４に記載のアレイ結晶モジュール。
【請求項１１】
ユニット結晶ストリップを用いてアレイ結晶を構成し、結晶ストリップ同士が繋がる面の間に全て光反射材を塗布し光遮蔽処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のアレイ結晶モジュール。
【請求項１２】
ユニット結晶ストリップを用いてアレイ結晶を構成し、前記結晶ストリップ同士が繋がる面の間の一部の領域に光反射材を塗布し光遮蔽処理を行い、前記結晶ストリップ同士が繋がる面の間の他の部分の領域に窓部を開けることにより、そのうちの１つのユニット結晶ストリップの一部の可視光のフォトンが窓部を介して別の１つのユニット結晶ストリップの中に入射するようになることを特徴とする請求項１に記載のアレイ結晶モジュール。
【請求項１３】
アレイ結晶モジュールの加工方法であって、
各結晶ストリップブランクを加工して、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を取得するステップＳ１と、
ダイ切断後のユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の傾斜角及び多角形体の厚みを特定するステップＳ２と、
傾斜角の設定に応じて各ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列に対してダイ切断し、外観の立体的形状が多角形体と錐状台との組み合わせであるユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を取得するステップＳ３と、
切断されたユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を互いに接合して、アレイ結晶モジュールを形成することによって、各前記ユニット結晶ストリップの錐状台の光電デバイスとカップリングする一方端に斜辺が設けられ、隣り合う２つの前記ユニット結晶ストリップの錐状台の間に、光電デバイスに向けて開口する逆「Ｖ」字状が形成されているステップＳ４と、
を含み、
前記ステップＳ３において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の外観の立体的形状は、多角形体と錐状台との組み合わせとされ、ダイ切断することにより、別体に成形された構造をもつユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を得て、その後、多角形体と錐状台とを互いにカップリングさせることを特徴とするアレイ結晶モジュールの加工方法。
【請求項１４】
前記ステップＳ２において、使用した光電デバイスの特徴及び検出器の所定の性能指標への設定に応じて、ダイ切断後のユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の傾斜角及び直四角柱の厚みを特定することを特徴とする請求項１３に記載のアレイ結晶モジュールの加工方法。
【請求項１５】
前記ステップＳ２において、前記多角形体は直四角柱又は六角柱又は三角柱であることを特徴とする請求項１３に記載のアレイ結晶モジュールの加工方法。
【請求項１６】
前記錐状台は光電デバイスとカップリングする第１の底面及び第１の底面と対向する第１の頂面を含み、前記多角形体に、錐状台とカップリングする第２の底面及び第２の底面と対向する第２の頂面を設け、前記第１の底面と第２の頂面とが互いに平行していることを特徴とする請求項１３に記載のアレイ結晶モジュールの加工方法。
【請求項１７】
前記ステップＳ３において、各前記ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の外観の立体的形状は、多角形体と錐状台との組み合わせとされ、前記多角形体と錐状台との間に、両者間を互いにカップリングし易い光学接着剤又はライトガイド又はガラスを設けることを特徴とする請求項１３に記載のアレイ結晶モジュールの加工方法。
【請求項１８】
前記ステップＳ４において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を互いに接合するとき、結晶ストリップが繋がる面の間に全て光反射材を塗布し光遮蔽処理を行うことを特徴とする請求項１３に記載のアレイ結晶モジュールの加工方法。
【請求項１９】
前記ステップＳ４において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を互いに接合するとき、結晶ストリップ同士が繋がる面の間の一部の領域に光反射材を塗布し光遮蔽処理を行い、前記結晶ストリップ同士が繋がる面の間の他の部分の領域に窓部を開けることにより、そのうちの１つのユニット結晶ストリップの一部の可視光のフォトンが窓部を介して別の１つのユニット結晶ストリップの中に入射するようになることを特徴とする請求項１３に記載のアレイ結晶モジュールの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１３年０９月０８日に中国特許庁へ提出し、出願番号が２０１３１０４２６３５９．０、発明の名称が「アレイ結晶モジュール及びその加工方法」である中国特許出願の優先権を主張し、そのすべての内容は、引用によって本出願の中に組み入れられる。
【０００２】
本発明は、ポジトロン放射断層撮影機器の分野に関し、特にアレイ結晶モジュール及びその加工方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
シンチレータ結晶体は、Ｘ線粒子、γ線粒子を可視光のフォトンに変換可能な物質であり、主にＢＧＯ、ＮａＩ（Ｔ１）、ＣｓＩ（Ｔ１）、ＬＳＯ／ＬＹＳＯ、ＰＷＯなどが挙げられ、通常、放射線への吸収能力が強く、光出力量が大きく、出力フォトン数と吸収された射線エネルギーとがリニア関係にあるなどの特性を有する。
【０００４】
シンチレータ結晶体は常に光電変換器と組み合わせて検出器を構成し、核医学、環境監視、税関検査、地質調査などの分野に使用される。このような検出器において、シンチレータ結晶体は射線エネルギーを吸収すると共に、このエネルギーと対応する所定数の可視光のフォトンを発生し、光電デバイスはこのバッチのフォトンを受信し電気信号に変換し、後続回路は電気信号への解析により射線のエネルギーや時間などの情報を取得する。電気信号の信号対雑音比（ＳＮ比）は、光電デバイスが受信したフォトン数と直接的に係っており、検出器の性能にも直接に影響を与え得る。この検出器は、設計する時に、シンチレータ結晶体の中に形成されたフォトンを全部受信し電気的信号に変換することにより、検出器の性能を向上させることが望まれている。
【０００５】
ポジトロン放射断層撮影（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＰＥＴと略称）において、より多くのシンチレータ結晶体の出力光が光電デバイスに入射され、システムのγフォトンエネルギー情報への取得精度を向上させることができるため、画像形成品質を高めることができる。したがって、シンチレータ結晶体の出力光を光電デバイスに最大程度に入射させる方法又は検出構造を見つけるのは、ＰＥＴシステムの性能向上に対して大切な役割を果たしている。
【０００６】
実際の使用上に、光電変換デバイスは常に一体に配置され、大きな検出面積を有するアレイ光電変換面が構成され、通常に、有機シリコン光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード、光電増倍管などがよくある。このような光電変換デバイスは、光電変換受光面が全表面に対して小さいため、アレイ光電変換受光面を構成する際に、検出面の中に光電検出死角が存在しているため、光電検出面が不連続となり、部分的な領域ではフォトンを受けることができなくなる。例えば、図１は、３×３ｍｍ２の有効な作業領域１００のシリコン光電増倍管を示し、その全体のパッケージ面２００は通常に４×４ｍｍ２にも達する。この光電デバイスを用いて光電変換アレイを構成する際に、形成されたアレイ光電検出面が不連続的であって、その間にパッケージ死角により隔てられている。そのため、このような光電変換アレイに対する検出器の構造を設計する際に、単一の結晶体に複数の光電デバイスをカップリングさせる方式を採用したら、結晶ストリップの中に形成された一部の可視光のフォトンがパッケージ死角に到達して有効な電気信号を形成することができないため、さらに検出器の性能が低下する原因となる。
【０００７】
こうした状況に鑑みて、実際の使用時に、通常に結晶ストリップと光電デバイスとを一対一にカップリングさせると共に、アレイとして並べて構成する。光電デバイスの出力信号を検出することにより、高エネルギー粒子の関連情報を取得することを実現する。現在、前記使用状況に対して、アレイ結晶の構成方式は主に以下の２つに分けられる。
【０００８】
一つは、光電デバイスのパッケージサイズと一致する結晶ストリップを用いてアレイ結晶を構成する。図２に示すように、このアレイ結晶のうちの１本の結晶ストリップ３００のサイズを単一の光電デバイス４００全体のサイズと一致させ、有効な検出領域５００を設ける。この結晶体は光電検出器の検出死角が無視されているため、結晶体の中に形成された一部のフォトンは光電デバイスによって受けられず、性能も低下することになる。しかし、この検出器は、結晶ストリップ同士間の隙間が小さく、高エネルギー粒子を検出するためのシンチレータ結晶体の体積が大きいため、検出効率が高い。
【０００９】
もう一つは、光電デバイス６００の有効な検出領域７００と同サイズの結晶ストリップ８００のカップリング方式を用いる。図３に示すように、この方式を採用する場合、結晶ストリップの光出力面と光電デバイスの有効な検出領域７００とが見事にカップリングし、光電デバイスの検出死角による性能の低下などは発生しない。しかし、結晶ストリップ同士間の隙間が大きく、高エネルギー粒子を検出するためのシンチレータ結晶体の体積が小さいため、検出効率が低い。
【００１０】
従って、前記技術的課題に対して、前記欠陥を解消すべく、構造が改良されたアレイ結晶モジュールを提供する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
こうした状況に鑑みて、本発明は、検出効率を確保するとともに、結晶光出力のロスという問題を効果的に解決することができるアレイ結晶モジュール及びその加工方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明は以下の技術案を提供する。
【００１３】
複数のユニット結晶ストリップを含み、光電デバイスとカップリングするためのアレイ結晶モジュールであって、前記アレイ結晶モジュールの外観の立体的形状は、光電デバイスとカップリングするための錐状台または多角形体と錐状台との組み合わせであり、前記錐状台は、光電デバイスとカップリングする第１の底面と、第１の底面と対向する第１の頂面とを備え、前記第１の底面の面積が第１の頂面の面積より小さい。
【００１４】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、前記多角形体は、直四角柱又は六角柱又は三角柱である。
【００１５】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、各前記ユニット結晶ストリップの錐状台の光電デバイスとカップリングする一方端に斜辺が設けられ、前記隣り合う２つのユニット結晶ストリップの錐状台の間に、光電デバイスに向けて開口する逆「Ｖ」字状が形成されている。
【００１６】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、各前記ユニット結晶ストリップの外観の立体的形状は錐状台のみとされた場合に、前記第１の頂面は第１の底面と互いに平行している。
【００１７】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、各前記ユニット結晶ストリップの外観の立体的形状は多角形体と錐状台の組み合わせとされた場合に、前記多角形体と前記錐状台とが一体的な構造とされた。
【００１８】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、各前記ユニット結晶ストリップの外観の立体的形状は多角形体と錐状台の組み合わせとされた場合に、前記ユニット結晶ストリップは多角形結晶ストリップと錐状台結晶ストリップとがカップリングしてなる。
【００１９】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、前記多角形体結晶ストリップと前記錐状台ストリップとの間は、ライトガイド又はガラス又は結晶体によりカップリングされる。
【００２０】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、前記複数のユニット結晶ストリップを組み合わせて多角形体結晶ユニットと錐状台結晶ユニットを構成し、前記アレイ結晶モジュールは、第１の頂面とカップリングする第２の底面と、第２の底面と対向する第２の頂面とを含む多角形体結晶ユニットと、光電デバイスとカップリングする第１の底面と、第１の底面と対向する第１の頂面とを含む錐状台結晶ユニットとがカップリングして構成される。
【００２１】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、前記多角形体結晶ユニットと前記錐状台結晶ユニットの各々のカップリング面の形状及び面積が完全に同じである。
【００２２】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、前記第２の底面と前記第１の頂面の間は、光学接着剤により直接にカップリングされる。
【００２３】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、前記第２の底面と前記第１の頂面との間は、ライトガイド又はガラス又は結晶材によりカップリングされる。
【００２４】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、前記第１の頂面と前記第２の底面のサイズ及び形状が完全に一致している。
【００２５】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、前記第１の頂面と前記第２の底面の形状が一致し、前記第２の底面の面積が前記第１の底面の面積より小さい。
【００２６】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、前記第１の底面と前記第２の頂面とが互いに平行している。
【００２７】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、前記錐状台結晶ユニットは、錐状台ガラスユニットまたは錐状台ライトガイドユニットによって置き換え可能である。
【００２８】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、ユニット結晶ストリップを用いてアレイ結晶を構成する場合に、結晶ストリップ同士が繋がる面の間に全て光反射材を塗布し光遮蔽処理を行う。
【００２９】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールにおいて、ユニット結晶ストリップを用いてアレイ結晶を構成する場合に、前記結晶ストリップ同士が繋がる面の間の一部の領域に光反射材を塗布し光遮蔽処理を行い、前記結晶ストリップ同士が繋がる面の間の他の部分の領域に窓部を開けることにより、そのうちの１つのユニット結晶ストリップの一部の可視光のフォトンが窓部を介して別の１つのユニット結晶ストリップの中に入射するようになる。
【００３０】
アレイ結晶モジュールの加工方法であって、
各結晶ストリップブランクを加工して、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を取得するステップＳ１と、
結晶体の傾斜角及びその多角形体の厚みを特定するステップＳ２と、
傾斜角の設定に応じて各ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列に対してダイ切断し、外観の立体的形状が錐状台または多角形体と錐状台との組み合わせであるユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を取得するステップＳ３と、
切断されたユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を互いに接合して、アレイ結晶モジュールを形成するステップＳ４と、
を含むアレイ結晶モジュールの加工方法。
【００３１】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールの加工方法において、前記ステップＳ２において、使用した光電デバイスの特徴及び検出器の所定の性能指標への設定に応じて、結晶体の傾斜角及びその直四角柱の厚みを特定する。
【００３２】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールの加工方法において、前記ステップＳ２において、前記多角形体は直四角柱又は六角柱又は三角柱である。
【００３３】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールの加工方法において、前記ステップ３において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の外観の立体的形状は錐状台のみとされた場合に、前記錐状台は、光電デバイスとカップリングする第１の底面と、第１の底面と対向する第１の頂面とを含み、前記第１の底面の面積が第１の頂面の面積より小さく、前記第１の頂面と第１の底面とが互いに平行している。
【００３４】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールの加工方法において、前記ステップＳ３において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の外観の立体的形状は、多角形体と錐状台との組み合わせとされた場合に、ダイ切断することにより、一体的に成形された構造をもつユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を得る。
【００３５】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールの加工方法において、前記ステップＳ３において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の外観の立体的形状は、多角形体と錐状台との組み合わせとされた場合に、ダイ切断することにより、別体に成形された構造をもつユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を得、その後、多角形体と錐状台とを互いにカップリングさせる。
【００３６】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールの加工方法において、前記錐状台は光電デバイスとカップリングする第１の底面及び第１の底面と対向する第１の頂面を含み、前記多角形体に、錐状台とカップリングする第２の底面及び第２の底面と対向する第２の頂面を設け、前記第１の底面と第２の頂面とが互いに平行している。
【００３７】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールの加工方法において、前記ステップＳ３において、各前記ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の外観の立体的形状は、多角形体と錐状台との組み合わせとされた場合に、前記錐状台はガラス又はライトガイドにより置き換え可能である。
【００３８】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールの加工方法において、前記ステップＳ３において、各前記ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の外観の立体的形状は、多角形体と錐状台との組み合わせとされた場合に、前記多角形体と錐状台との間に、両者間を互いにカップリングし易い光学接着剤又はライトガイド又はガラスを設ける。
【００３９】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールの加工方法において、前記ステップＳ４において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を互いに接合するとき、結晶ストリップが繋がる面の間に全て光反射材を塗布し光遮蔽処理を行う。
【００４０】
好ましくは、前記アレイ結晶モジュールの加工方法において、前記ステップＳ４において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を互いに接合するとき、結晶ストリップ同士が繋がる面の間の一部の領域に光反射材を塗布し光遮蔽処理を行い、前記結晶ストリップ同士が繋がる面の間の他の部分の領域に窓部を開けることにより、そのうちの１つのユニット結晶ストリップの一部の可視光のフォトンが窓部を介して別の１つのユニット結晶ストリップの中に入射するようになる。
【発明の効果】
【００４１】
前記技術案から見出せるように、本発明の実施例のアレイ結晶モジュールは、錐状台を設計することにより、結晶体が本来に光電カップリング面において損失したはずの光を反射し光電デバイスに進入させるため、結晶体の光出力面を減少して光電デバイスの有効面と一致させるようにし、その結果、検出器による検出効率が大いに影響されないように確保すると共に、光電デバイスに進入できるフォトン数も高められるため、光電変換デバイスの有効面積がパッケージ面積より小さいことによる結晶光出力のロスという問題を効果的に解決することができ、検出器の感度及びエネルギー情報の取得精度を確保しシステムの性能を最適化することができる。また、新型アレイ結晶中の結晶ストリップ間の接合方式を改良し、窓部を開設する設計を行うことにより、励起されたユニット結晶ストリップの可視光のフォトンの一部を隣り合うユニット結晶ストリップの中に進入させ、さらに対応する光電デバイスから検出することができる。こうして、隣り合う光電デバイス中に発生した信号さえ通じれば、励起されたユニット結晶ストリップのエネルギー蓄積情報を取得することができる。本発明の実施例に開示されるアレイ結晶モジュールの加工方法は、シンチレータ結晶体を精度よく切断及び加工すると共に、前記構造をもつアレイ結晶体を組み立てることが可能となる。
【００４２】
本発明の実施例又は既存技術の中の技術案をより明確に説明すべく、以下で、実施例又は既存技術を述べるのに使用される図面について簡単に紹介する。明らかなように、以下で述べる本発明の図面は、本発明の幾つかの実施例に過ぎず、当業者にとって進歩性に値する労働を必要としない前提で、これらの図面によって他の図面を取得することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】既存技術の中にシリコン光電子増倍管の有効な検出領域と外周パッケージ領域の対比を示す模式図である。
【図２】既存技術の中に従来のアレイ結晶体を用いて光電デバイスとカップリングさせる模式図である。
【図３】既存技術の中に離散結晶ストリップを用いて光電デバイスとカップリングさせる模式図である。
【図４】本発明のアレイ結晶モジュールと光電デバイスとをカップリングさせる模式図である。
【図５】本発明のアレイ結晶モジュールの立体模式図である。
【図６】本発明のアレイ結晶モジュールの窓部の模式図である。
【図７】本発明のアレイ結晶モジュールの加工方法のプロセス模式図である。
【図８】本発明のアレイ結晶モジュールの錐状台の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明はアレイ結晶モジュールを提供する。該アレイ結晶モジュールは検出効率を確保した上で、光電変換デバイスの有効な検出面積がパッケージ面積より小さいことによる結晶光出力のロスという問題を解決することができるため、検出器の感度及び機能を確保することが可能となる。
【００４５】
光電デバイスとカップリングするためのアレイ結晶モジュールであって、複数のユニット結晶ストリップを含み、前記アレイ結晶モジュールの外観の立体的形状は、光電デバイスとカップリングするための錐状台または多角形体と錐状台との組み合わせであり、前記錐状台は、光電デバイスとカップリングする第１の底面と、第１の底面と対向する第１の頂面とを備え、前記第１の底面の面積が第１の頂面の面積より小さい。
【００４６】
前記多角形体は、直四角柱又は六角柱又は三角柱など他の形状である。
【００４７】
各前記ユニット結晶ストリップの錐状台の光電デバイスとカップリングする一方端に斜辺が設けられ、前記隣り合う２つのユニット結晶ストリップの錐状台の間に、光電デバイスに向けて開口する逆「Ｖ」字状が形成されている。
【００４８】
各前記ユニット結晶ストリップの外観の立体的形状は錐状台のみとされた場合に、前記第１の頂面は第１の底面と互いに平行している。
【００４９】
各前記ユニット結晶ストリップの外観の立体的形状は多角形体と錐状台の組み合わせとされた場合に、前記多角形体と前記錐状台とが一体的な構造とされてもよいし、別体的な構造とされてもよい。
【００５０】
前記多角形体と錐状台は別体的な構造とされた場合に、前記多角形体と錐状台は単一の結晶ストリップがカップリングし、即ち単一の多角形体結晶ストリップと単一の錐状台結晶ストリップとがカップリングしてなるものであってもよく、最後に、カップリングされた結晶ストリップを組み立ててアレイ結晶モジュールを構成する。前記多角形体結晶ストリップと錐状台結晶ストリップとの間はライトガイド又はガラス又は結晶体によりカップリングされる。
【００５１】
当然ながら、まず、複数のユニット結晶ストリップを組み合せて多角形体結晶ユニットと錐状台結晶ユニットを構成し、その後、多角形体結晶ユニットと錐状台結晶ユニットとをカップリングさせるようにしてもよい。前記錐状台結晶ユニットは、光電デバイスとカップリングする第１の底面と、第１の底面と対向する第１の頂面とを含み、前記多角形体結晶ユニットは、第１の頂面とカップリングする第２の底面と、第２の底面と対向する第２の頂面とを含む。前記第２の底面と前記第１の頂面との間は光学接着剤により直接的にカップリングされる。前記第２の底面と前記第１の頂面との間に、光学接着剤に加え、ライトガイド又はガラス又は結晶体など他の材料によりカップリングされることも可能である。前記第１の頂面と前記第２の底面のサイズ及び形状が完全に同じであってもよい。前記第１の頂面と前記第２の底面のサイズ及び形状が部分的に一致し、例えば前記第１の頂面と前記第２の底面の形状が一致し、前記第２の底面の面積が前記第１の頂面の面積より小さく設定されてもよい。前記第１の底面と前記第２の頂面とが互いに平行している。
【００５２】
前記多角形体結晶ユニットと錐状台結晶ユニットの各々のカップリング面の形状及び面積が完全に同じである。
【００５３】
前記錐状台結晶ユニットは、錐状台ガラスユニットまたは錐状台ライトガイドユニットによって置き換え可能である。
【００５４】
ユニット結晶ストリップを用いてアレイ結晶を構成する場合に、結晶ストリップ同士が繋がる面の間に全て光反射材を塗布し光遮蔽処理を行うことができる。
【００５５】
当然ながら、ユニット結晶ストリップを用いてアレイ結晶を構成する場合に、前記結晶ストリップ同士が繋がる面の間の一部の領域に光反射材を塗布し光遮蔽処理を行い、前記結晶ストリップ同士が繋がる面の間の他の部分の領域に窓部を開けることもでき、これにより、そのうちの１つのユニット結晶ストリップの一部の可視光のフォトンが窓部を介して別の１つのユニット結晶ストリップの中に入射するようになる。
【００５６】
本発明は、さらに、以下のステップを含むアレイ結晶モジュールの加工方法を提供する。
Ｓ１：各結晶ストリップブランクを加工してユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を取得する；
Ｓ２：結晶体の傾斜角及びその多角形体の厚みを特定する；
Ｓ３：傾斜角の設定に応じて各ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列に対してダイ切断し、外観の立体的形状が錐状台または多角形体と錐状台との組み合わせであるユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を取得する；
Ｓ４：切断されたユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を互いに接合してアレイ結晶モジュールを形成する。
【００５７】
前記ステップＳ２において、使用した光電デバイスの特徴及び検出器の所定の性能指標への設定に応じて、結晶体の傾斜角及びその直四角柱の厚みを特定する。
【００５８】
前記ステップＳ２において、前記多角形体は直四角柱又は六角柱又は三角柱である。
【００５９】
前記ステップ３において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の外観の立体的形状は錐状台のみとされた場合に、前記錐状台は、光電デバイスとカップリングする第１の底面と、第１の底面と対向する第１の頂面とを含み、前記第１の底面の面積が第１の頂面の面積より小さく、前記第１の頂面と第１の底面とが互いに平行している。
【００６０】
前記ステップＳ３において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の外観の立体的形状は、多角形体と錐状台との組み合わせとされた場合に、ダイ切断することにより、一体的に成形された構造をもつユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を得る。
【００６１】
前記ステップＳ３において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の外観の立体的形状は多角形体と錐状台との組み合わせとされた場合に、ダイ切断することにより、別体に成形された構造をもつユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を得、その後、多角形体と錐状台とを互いにカップリングさせる。
【００６２】
前記錐状台は光電デバイスとカップリングする第１の底面及び第１の底面と対向する第１の頂面とを含み、前記多角形体に、錐状台とカップリングする第２の底面及び第２の底面と対向する第２の頂面を設け、前記第１の底面と第２の頂面とが互いに平行している。
【００６３】
前記ステップＳ３において、各前記ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の外観の立体的形状は、多角形体と錐状台との組み合わせとされた場合に、前記錐状台はガラス又はライトガイドにより置き換え可能である。
【００６４】
前記ステップＳ３において、各前記ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の外観の立体的形状は、多角形体と錐状台との組み合わせとされた場合に、前記多角形体と錐状台との間に、両者間を互いにカップリングさせるための光学接着剤又はライトガイド又はガラスを設ける。
【００６５】
前記ステップＳ４において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を互いに接合するとき、結晶ストリップが繋がる面の間に全て光反射材を塗布し光遮蔽処理を行う。
【００６６】
前記ステップＳ４において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を互いに接合するとき、結晶ストリップ同士が繋がる面の間の一部の領域に光反射材を塗布し光遮蔽処理を行い、結晶ストリップ同士が繋がる面の間の他の部分の領域に窓部を開けることにより、そのうちの１つのユニット結晶ストリップの一部の可視光のフォトンが窓部を介して別の１つのユニット結晶ストリップの中に入射するようになる。
【００６７】
前記多角形体は直四角柱又は六角柱又は三角柱など他の形状とされてもよいため、金型で切断できるいずれかの形状も、本発明の保護範囲内に含まれる。また、直四角柱又は六角柱又は三角柱など他の形状に対する本発明の結晶モジュール及びその加工方法のステップが同じである。以下で、多角形体のうちの直四角柱を例として、具体的な図面を参照しながら本発明の実施例における技術案について詳しく説明する。明らかなように、ここで記述される実施例は、本発明の一部の実施例に過ぎず、すべての実施例ではない。本発明の実施例に基づいて、当業者は進歩性に値する労働を必要としない前提で取得できるすべての他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に該当するものとする。
【００６８】
図４及び図５に示すように、本発明に開示するアレイ結晶モジュールは、光電デバイスとカップリングするために用いられ、前記アレイ結晶モジュールは、複数のユニット結晶ストリップ１０を含み、各ユニット結晶ストリップ１０の外観の立体的形状は、光電デバイス２０とカップリングするための単一の錐状台１２の形状、若しくは直四角柱１１と錐状台１２とが組み合わせた形状である。本発明の図面には、直四角柱と錐状台とが組み合せる一の実施例が示される。本発明の保護範囲は図面により制限及び縮小されることは無く、単一の錐状台又は任意の多角形体と錐状台とが組み合せた他の技術案は、本発明の保護範囲内に該当するものとする。
【００６９】
図４に示すように、錐状台１２と光電デバイス２０とのカップリング端は傾斜角をなすように設計され、即ち各ユニット結晶ストリップ１０の錐状台１２に、前記傾斜角の設計がなされた斜辺１２１が設けられ、斜辺１２１は各ユニット結晶ストリップの錐状台と光電デバイスとがカップリングする一方端に設けられている。前記隣り合う２つのユニット結晶ストリップの錐状台の間に、光電デバイスに向けて開口する逆「Ｖ」字状が形成されている。傾斜角の設計を用い、光電デバイスの特性に応じて傾斜角度の設定を行うことにより、結晶体が本来に光電カップリング面３０において損失したはずの光を反射し光電デバイス２０に進入させるため、結晶体の光出力面を減少して光電デバイス２０の有効面と一致させるようにし、これにより、検出器による検出効率が大いに影響されないように確保すると共に、光電デバイス２０に進入できるフォトン数も高められる。
【００７０】
錐状台１２は、光電デバイス２０とカップリングする第１の底面と、第１の底面と対向する第１の頂面とを備え、前記第１の底面の面積が第１の頂面の面積より小さい。各前記ユニット結晶ストリップの外観の立体的形状は錐状台のみとされた場合に、前記第１の頂面は第１の底面と互いに平行している。前記第１の頂面と前記第１の底面は、矩形や円形や楕円形や正六角形又は正五角形などの多角形である。工程で切断できる形状で、かつ第１の頂面（検出先寄りの一面）の面積が第１の底面（光電デバイス寄りの一面）の面積より大きい条件を満足するものであればよい。
【００７１】
各前記ユニット結晶ストリップ１０の外観の立体的形状は、直四角柱１１と錐状台１２の組み合わせとされた場合に、直四角柱１１と錐状台１２とが一体的な構造とされてもよいし、別体的な構造とされてもよい。
【００７２】
直四角柱１１と錐状台１２は別体的な構造とされた場合に、ユニット結晶ストリップは、直四角柱結晶ストリップと錐状台結晶ストリップとがカップリングしてなり、その後、カップリングされたユニット結晶ストリップの各々を組み合せてアレイ結晶モジュールを構成する。多角形体結晶ストリップと錐状台結晶ストリップとの間はライトガイド又はガラス又は結晶体によりカップリングされる。
【００７３】
直四角柱１１と錐状台１２は別体的な構造とされた場合に、まず、複数のユニット結晶ストリップを組み合せて直四角柱結晶ユニットと錐状台結晶ユニットを構成し、その後、直四角柱結晶ユニットと錐状台結晶ユニットをカップリングしてアレイ結晶モジュールを構成することができる。前記錐状台結晶ユニットは、光電デバイスとカップリングする第１の底面と、第１の底面と対向する第１の頂面とを含み、前記直四角柱結晶ユニットは、第１の頂面とカップリングするための第２の底面と、第２の底面と対向する第２の頂面とを含む。
【００７４】
各前記直四角柱結晶ユニットと錐状台結晶ユニットのカップリング面の形状及び面積が完全に同じである。前記第２の底面と第１の頂面との間は光学接着剤により直接的にカップリングされる。前記第２の底面と前記第１の頂面との間はライトガイド又はガラス又は結晶材によりカップリングされる。前記第１の頂面と第２の底面のサイズ及び形状が完全に同じであってもよい。前記第１の頂面と第２の底面のサイズ及び形状が部分的に一致し、例えば前記第１の頂面と第２の底面の形状が一致し、前記第２の底面の面積が第１の頂面の面積より小さく設定されてもよい。前記第１の底面と第２の頂面とが互いに平行している。前記錐状台結晶ユニットは、錐状台ガラスユニットまたは錐状台ライトガイドユニットによって置き換え可能である。
【００７５】
ユニット結晶ストリップ１０を用いてアレイ結晶を構成する場合に、結晶ストリップ同士が繋がる面の間に光反射材を塗布し光遮蔽処理を行う。
【００７６】
当然ながら、別種の方式もあり、すなわち、ユニット結晶ストリップ１０を用いてアレイ結晶を構成する場合に、前記結晶ストリップ同士が繋がる面の間の一部の領域に光反射材を塗布し光遮蔽処理を行い、前記結晶ストリップ同士が繋がる面の間の他の部分の領域に窓部４０を開けることにより、そのうちの１つのユニット結晶ストリップの一部の可視光のフォトンが窓部４０を介して別の１つのユニット結晶ストリップの中に入射するようになる。新規アレイ結晶体中の結晶ストリップの間の接合方式を改良し、窓部４０を開設することにより、励起されたユニット結晶ストリップ１０の可視光のフォトンの一部を隣り合うユニット結晶ストリップ１０内に進入させ、対応する光電デバイス２０に検出させる。これにより、隣り合う光電デバイス中に生じた信号さえ通じれば、励起されたユニット結晶ストリップのエネルギー蓄積情報を取得することができる。
【００７７】
直四角柱１１と錐状台１２とは一体的な構造とされた場合に、第１の頂面と第１の底面とは同一面となるように重なっている。
【００７８】
直四角柱１１と錐状台１２とは別体の構造とされた場合に、第１の頂面と第１の底面とは離間した２つの面である。
【００７９】
前記技術案により見出せるように、本発明の実施例におけるアレイ結晶モジュールは、傾斜角を設ける設計によって、結晶体が本来に光電カップリング面において損失したはずの光を反射し光電デバイスに進入させるため、結晶体の光出力面を減少して光電デバイスの有効面と一致させるようにし、これにより、検出器による検出効率が大いに左右されないように確保すると共に、光電デバイスに進入できるフォトン数も高められ、光電変換デバイスの有効面積がパッケージ面積より小さいことによる結晶光出力のロスという問題を効果的に解決することができ、検出器の感度及びエネルギー情報の取得精度を確保しシステムの性能を最適化することができる。また、新型アレイ結晶中の結晶ストリップ間の接合方式を改良し、窓部を開設する設計を行うことにより、励起されたユニット結晶ストリップの可視光のフォトンの一部を隣り合うユニット結晶ストリップの中に進入させ、さらに対応する光電デバイスによって検出することができる。こうして、隣り合う光電デバイス中に生じた信号さえ通じれば、励起されたユニット結晶ストリップのエネルギー蓄積情報を取得することができる。
【００８０】
図７に示すように、本発明が提供するアレイ結晶モジュールの加工方法において、次のステップを含む。
Ｓ１：各結晶ストリップブランクを加工してユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を取得する；
Ｓ２：結晶体の傾斜角及びその多角形体の厚みを特定する；
Ｓ３：傾斜角の設定に応じて各ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列に対してダイ切断し、外観の立体的形状が錐状台または多角形体と錐状台との組み合わせであるユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を取得する；
Ｓ４：切断されたユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を互いに接合してアレイ結晶モジュールを形成する。
【００８１】
ステップＳ２中の傾斜角度及び直四角柱の厚みを設計する際に、光電デバイスの固有特性及び検出器の所定の指標から考慮しなければならない。光電デバイスについて、主として、その有効な作業領域の面積と全体のパッケージ領域の面積に関する情報を取得する必要がある。パッケージ面積に対する有効な検出面積の比が小さくなるほど、結晶体の傾斜角を比較的大きく設定する必要がある。また、光電デバイスの表面と実際の光電変換面との間の距離や、リニア作業区間などの特性も設計に対して多少の影響を与え得る。検出器の所定の指標から言えば、目標検出器の性能がどの面に優れているかについて見分ける必要がある。シンチレータ検出器について、重要な指標として、エネルギー分解能や時間分解能及び感度などが含まれる。エネルギー分解能は、検出した射線エネルギーに対する検出器の取得精度を表し、時間分解能は、検出した射線の具体的な時間に対する検出器の校正精度を表し、感度とは、所定のエネルギーをもつ射線に対してどれほどの検出効率があるかを表している。高エネルギー分解能が求められると、結晶体の出力光のフォトン数を多くする必要があり、この場合に、結晶体の傾斜角を余りにも大きく設定することができない。高時間分解能が求められると、結晶体の光電デバイスへの第１バッチの出力光のフォトン数を多くする必要があり、この場合に、結晶体の厚みや傾斜角について制限する必要がある。高感度が求められると、傾斜角を大きく、直四角柱を厚く設定する必要がある。
【００８２】
前記ステップＳ２において、使用した光電デバイスの特徴及び検出器の所定の性能指標への設定に応じて、結晶体の傾斜角及びその直四角柱の厚みを特定する。
【００８３】
前記ステップＳ２において、前記多角形体は直四角柱又は六角柱又は三角柱である。
【００８４】
前記ステップ３において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の外観の立体的形状は錐状台のみとされた場合に、前記錐状台は、光電デバイスとカップリングする第１の底面と、第１の底面と対向する第１の頂面とを含み、前記第１の底面の面積が第１の頂面の面積より小さく、前記第１の頂面と第１の底面とが互いに平行している。
【００８５】
前記ステップＳ３において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の外観の立体的形状は多角形体と錐状台との組み合わせとされた場合に、ダイ切断することにより、一体的に成形された構造をもつユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を得る。
【００８６】
前記ステップＳ３において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の外観の立体的形状は多角形体と錐状台との組み合わせとされた場合に、ダイ切断することにより、別体に成形された構造をもつユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を得、その後、多角形体と錐状台とを互いにカップリングさせる。前記錐状台は光電デバイスとカップリングする第１の底面及び第１の底面と対向する第１の頂面とを含み、前記直四角柱に、錐状台とカップリングする第２の底面及び第２の底面と対向する第２の頂面を設け、前記第１の底面と第２の頂面とが互いに平行している。
【００８７】
前記ステップＳ３において、前記ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の各々の外観の立体的形状は直四角柱と錐状台との組み合わせとされた場合に、前記錐状台はガラス又はライトガイドにより置き換え可能である。
【００８８】
前記ステップＳ３において、前記ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列の各々の外観の立体的形状は直四角柱と錐状台との組み合わせとされた場合に、前記直四角柱と錐状台との間に、両者間を互いにカップリングさせるための光学接着剤又はライトガイド又はガラスを設ける。
【００８９】
前記ステップＳ４において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を互いに接合するとき、結晶ストリップが繋がる面の間に光反射材を塗布し光遮蔽処理を行う。
【００９０】
前記ステップＳ４において、ユニット結晶ストリップ又はユニット結晶ストリップ列を互いに接合するとき、結晶ストリップ同士が繋がる面の間の一部の領域に光反射材を塗布し光遮蔽処理を行い、結晶ストリップ同士が繋がる面の間の他の部分の領域に窓部を開け、これにより、そのうちの１つのユニット結晶ストリップの一部の可視光のフォトンが窓部を介して別の１つのユニット結晶ストリップの中に入射するようになる。
【００９１】
前記技術案から見出せるように、本発明の実施例に開示されるアレイ結晶モジュールの加工方法は、シンチレータ結晶体を精度よく切断及び加工すると共に、前記構造をもつアレイ結晶体を組み立てることが可能となる。この加工方法は、シンチレータ結晶体を精度よく切断及び加工すると共に、前記構造をもつアレイ結晶体を組み立てることが可能となる。
【００９２】
以下で、直四角柱を例として、幾つかの具体的な実施例を用いて本発明の傾斜角及び直四角柱の厚みの設計について説明する。
【実施例１】
【００９３】
臨床ＰＥＴ検出器を設け、用いられる光電デバイスのパッケージ表面積を４×４ｍｍ２とし、有効な作業面積を３×３ｍｍ２とし、高時間分解能を求めることを目的とするように検出器を設定する。従来の商業用臨床ＰＥＴが用いる通常のＬＹＳＯ結晶体の厚みが２０〜３５ｍｍにあり、これ以上小さく設定したら、感度が低すぎるため、検出の要求を満足することができない一方、余りにも大きく設定したら、結晶体が厚すぎるため、可視光のフォトンの結晶体での伝送ロスが大きくなり、エネルギー分解能と時間分解能が共に低下することになる。ここで、検出器は高時間分解能を求めているから、結晶体全体の厚みを２０ｍｍ〜２２ｍｍと設定する。これと同時に、結晶体全体の５１１ＫｅＶ（ＰＥＴが検出すべき射線エネルギー）射線に対する感度を確保するために、直四角柱の厚みを一般的に１０〜１７ｍｍとする。そうすると、結晶体の錐状台厚み＝総合厚み−直四角柱の厚み＝３〜１２ｍｍとなり、錐状台の大きい底面を、光電デバイスのパッケージ表面と合致させるように４×４ｍｍ２とし、小さい底面を光電デバイスの有効な作業面積と合致させるように３×３ｍｍ２とする必要がある。図８に示すように、計算した結果、傾斜角＝ａｒｃｔａｎ（錐状台の厚み／（光電デバイスのパッケージ表面の辺長−光電デバイスの光電面の辺長））は４度〜１８度の間にあることが得られる。
【実施例２】
【００９４】
核放射線検出器を設け、光電デバイスのパッケージ表面積を６×６ｍｍ２とし、有効な作業面積を３×３ｍｍ２とし、高い感度を求めることを目的とするように検出器を設定する。高いエネルギー射線に対する検出器の検出効率を高めるために、結晶体の総合的な厚みを３８〜４０ｍｍとし、直四角柱の厚みを３０〜３５ｍｍとする。以上と同様に、傾斜角は１７度〜４５度であることが得られる。
【００９５】
これによって、光電デバイスの特徴による結晶体の傾斜角及び直四角柱の厚みへの影響を推定することが可能となる。
【００９６】
光電デバイスのパッケージ面積に対する有効な検出面積の比が小さいほど、結晶体の傾斜角が大きくなり、直四角柱の厚み＝結晶体の総合的な厚み−錐状台の厚みとなる。ここで、錐状台の厚みは結晶体の傾斜角と逆相関関係にある。
【００９７】
［本発明の検出器の所定の性能指標による、結晶体の傾斜角及び直四角柱の厚みへの影響について］
検出器は高エネルギー分解能を求めるなら、光出力が大きいため、結晶体の傾斜角を小さく設定し、傾斜面によって反射されて消費された光を低減させる必要がある。一方、検出器は高い感度を求めるなら、結晶体の総合的な厚みを増加し、直四角柱の厚みも増加させてもよい。以上の２点を同時に求める場合に、結晶体の傾斜角の範囲を２度〜１５度とし、直四角柱の厚みを１０〜３０ｍｍとする。
【００９８】
当業者にとって、この発明は、前記例示的な実施形態に限定されないことが理解されるべきである。本発明の趣旨及び基本的な特徴から逸脱することなく、他の具体的な形態で本発明を実施できることは、当業者には明白であろう。実施例を例示的且つ非限定的なものと理解され、本発明の範囲は、明細書ではなく添付された請求項により制限されるものである。よって、請求項の同等な要件の意味及び範囲内での種々の変更は、本出願の範囲内に含まれるべきであることは意図されるべきである。請求項中のいずれかの図面標記は、係る請求項を限定するものとして理解されるべきではない。
【００９９】
なお、本明細書は実施形態に基づいて記載されているが、各実施形態に１つの独立した技術案のみ含まれるものではないことは、理解されるべきである。このような明細書の記述方式は明瞭を目的とするだけである。当業者は明細書を全体とし、各実施例中の技術案を適当に組み合せて、当業者であれば理解できる他の実施形態を形成すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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