CN102216806A - 光谱成像检测器 - Google Patents

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CN102216806A CN2009801459303A CN200980145930A CN102216806A CN 102216806 A CN102216806 A CN 102216806A CN 2009801459303 A CN2009801459303 A CN 2009801459303A CN 200980145930 A CN200980145930 A CN 200980145930A CN 102216806 A CN102216806 A CN 102216806A
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Abstract

一种包括光电二极管阵列(122)的一维多元件光电检测器(120)，所述光电二极管阵列(122)具有第一上部行光电二极管像素和第二下部行光电二极管像素。光电二极管阵列(122)是所述光电检测器(120)的一部分。闪烁器阵列(126)包括第一上部行闪烁器像素和第二下部行闪烁器像素。第一上部行闪烁器像素和第二下部行闪烁器像素分别与第一上部行光电二极管像素和第二下部行光电二极管像素光耦合。光电检测器(120)也包括读取电子装置(124)，所述读取电子装置也是所述光电检测器(120)的一部分。电迹线(512)将光电二极管像素与读取电子装置(124)互连。

Description

光谱成像检测器
技术领域
以下大体地涉及光谱成像检测器。尽管此处与计算机断层成像(CT)相关地进行了描述，它也可修改地用于其它医学以及非医学成像应用。
背景技术
计算机断层成像(CT)扫描器一般地包括安装在可转动机架上的X射线管，所述可转动机架与包括一行或多行检测器像素的检测器阵列相对。X射线管绕位于X射线管与检测器阵列之间的检查区域转动，并发出横穿检查区域和置于其中的对象或受体的多色辐射。检测器阵列检测横穿检查区域的辐射，并产生指示检查区域和置于其中的对象或受体的信号或投影数据。
重建器处理投影数据并产生指示检查区域和置于其中的对象或受体的体积图像数据。体积图像数据可经处理以产生包括对象或受体所扫描部分的一个或多个图像。所致图像包括典型地以与相对放射强度对应的灰度值表示的像素。这种信息反映所扫描受体和/或对象的衰减特性，并一般地显示如患者内解剖结构、非活动对象内物理结构等结构。
由于受体和/或对象所吸收辐射由横穿其间的光子能量决定，所检测辐射也包括光谱信息。这种光谱信息可提供附加信息，如指示受体和/或对象的组织和/或材料的元素或材料成分(例如原子序数)的信息。但由于检测器阵列所输出的信号在能量光谱上累积的能量通量成比例，常规CT其投影数据不反映光谱特性。
在光谱CT中，光谱信息利于提供更多信息，如指示元素或材料成分的信息。一种获得光谱信息的技术是使用双层面检测器。这种检测器一般地包括电路板，所述电路板具有侧面安装的光电传感器阵列固连于此。光电传感器阵列包括在入射辐射方向分别相互偏移的上部与下部像素行。具有在入射辐射方向相互偏移的对应上部与下部像素行的闪烁器阵列固连到光电传感器阵列。光电传感器与闪烁器阵列相耦合使得一行中闪烁器像素与对应行中的对应光电传感器像素光耦合。
如上所述，辐射吸收由光子能量决定。即，相对于在被吸收至更大深度之前穿过闪烁器行进更远的更高能量光子，更低能量光子在被吸收之前在闪烁器阵列中将行进更短距离或更浅深度。如此，更低能量光子被吸收在上部闪烁器行中，而横穿通过上部闪烁行的更高能量光子被吸收在更低闪烁行中。通过在两行之间安置滤波器可进一步增大能量间隔。
不利地，光电传感器阵列所产生信号须发送到电路板，并由此至发送到常处于远离电路板的处理电子设备。如此须使用将增加噪声和/或此外将从检测器传出的信号降质的高密度互连。其结果，覆盖区可较大并将增加检测器总成本。
发明内容
本申请各方面解决上述以及其它问题。
在一个方面，一种一维多元件光电检测器包括光电二极管阵列，所述光电二极管阵列包括第一上部行光电二极管像素和第二下部行光电二极管像素。所述光电二极管阵列是所述光电检测器的一部分。闪烁器阵列包括第一上部行闪烁器像素和第二下部行闪烁器像素。所述第一上部行闪烁器像素和所述第二下部行闪烁器像素分别与所述第一上部行光电二极管像素和第二下部行光电二极管像素光耦合。光电检测器还包括读取电子装置，所述读取电子装置也是所述光电检测器的一部分。电迹线将所述光电二极管像素和所述读取电子装置互连。
在另一方面，一种检测器模块包括多个薄片模块。每一薄片模块包括多个支承结构以及多个一维多元件光电检测器。每个一维多元件光电检测器包括具有读取电子装置的读取区域以及具有光电二极管阵列的光敏区域，所述光电二极管阵列具有多个层叠行的光电二极管像素。闪烁器阵列与所述光电二极管阵列光耦合。
在另一方面，一种成像系统包括从焦点发出辐射的源(110)以及检测所述辐射并产生指示所述辐射的信号的检测器阵列。所述检测器阵列包括沿横轴层叠并沿纵轴延伸的多个薄片模块。每一薄片模块包括连续地排列的多个一维多元件光电检测器。每个一维多元件光电检测器包括读取电子装置和具有至少第一上部行光电二极管像素和第二下部行光电二极管像素的光电二极管阵列。闪烁器阵列具有至少第一上部行闪烁器像素和第二下部行闪烁器像素。所述第一上部行闪烁器像素和所述第二下部行闪烁器像素分别与所述第一上部行光电二极管像素和第二下部行光电二极管像素光耦合。成像系统还包括多个支承结构，每个支承结构支承所述多个光电检测器中的对应一个。
附图说明
本发明可采用多种元件和元件布置以及多种步骤与步骤安排的形式。所述附图仅用于说明优选实施例，而不应视为限制本发明。
图1显示示例性成像系统。
图2(A)显示成像系统的检测器阵列的检测器模块的俯视图。
图2(B)与图2(C)显示示例性薄片模块以及固连于其上的多个一维检测器模块。
图3显示示例性一维检测器模块的侧视图。
图4显示示例性闪烁器阵列的正视图。
图5(A)与图5(B)显示示例性一维检测器模块的正视图，没有闪烁器阵列固连其上。
图6显示随着闪烁器像素深度与光子能量变化的示例性检测器响应。
图7显示具有沿x轴聚焦的隔板的抗散射栅格。
图8显示具有沿z轴聚焦的隔板的抗散射栅格。
图9显示具有交替错列薄片模块的示例性检测器模块的俯视图。
图10显示具有固连其上的柱状闪烁器阵列的示例性一维检测器模块。
图11显示示例性检测器阵列，所述检测器阵列包括在焦点聚焦的多个薄片模块。
图12显示示例性双侧多元件光电检测器。
图13显示包括多个层叠的双侧多元件光电检测器的示例性检测器模块。
图14显示共用闪烁器阵列的一对多元件光电检测器的实例。
图15、图16与图17显示双侧一维多元件光电检测器的多种非限制实施例。
图18显示I/O触点与读取电子装置之间示例性连接。
图19、图20、图21与图22显示用于装配双侧单ASIC一维多元件光电检测器的非限制示例性方法。
图23与图24显示示例性对齐板。
图25与图26显示安装到印制电路板上的光电检测器的非限制实施例。
具体实施方式
以下大体地涉及由若干层叠的一维薄片模块形成的二维检测器阵列，其中薄片模块包括多个一维多元件光电检测器，且一维多元件光电检测器包括光电二极管区域(其上有多维光电二极管阵列)和读取区域(其上有读取电子装置)。在一种情况下，至少相对于光电二极管阵列安装到承载读取电子装置的单独电路板上的检测器配置，同一基板上均具有光电二极管区域和读取区域部分可减小检测器阵列的总成本、互连密度与覆盖区，可增加其检测器的可靠性和剂量效率。光谱信息可通过沿闪烁器阵列深度方向测量X射线吸收而获得，而常规CT测量可由将同一射线路径中检测器输出加和而获得。
首先参见图1，显示了成像系统或CT扫描器100。扫描器100包括固定机架102与转动机架104，所述转动机架由固定机架102可转动地支承。转动机架104绕纵轴或z轴108在检查区域106周围转动。
如X射线管等的辐射源110由转动机架104支承并随之转动，并且发出辐射。源准直器112将发出辐射校准以形成大体为锥形、扇形、楔形或其它形状的横穿检查区域106的辐射束。
辐射敏感检测器阵列114固连到转动机架104，并在检查区域106相对处与辐射源110对向形成成角弧形。所述检测器阵列114包括沿轴向或x轴层叠的多个检测器模块116。如图所示，检测器模块116包括沿x轴方向层叠的多个薄片模块118。
如以下更详细描述，薄片模块118沿z轴方向延伸，并包括固连到支承结构128的至少一个一维多元件光电检测器120。一维多元件光电检测器120包括光电二极管区域，所述光电二极管区域具有多元件光电二极管阵列122以及与光电二极管阵列122光耦合的二维闪烁器阵列126，以及具有如集成电路、专用集成电路(ASIC)等读取电子装置124的读取区域。如上所述，一维多元件光电检测器120配置为包括光电二极管阵列122和读取电子装置124。在一种情况下，这可认为是将光电二极管阵列122延伸以包括非光敏区域，并且将读取电子装置124并入光电二极管阵列122的延伸区域。
一维多元件光电检测器120也包括顶部与底部密封130、132。顶部密封130与闪烁器126面向入射辐射的一侧结合。底部密封132与闪烁器126的相对一侧结合。密封130、132其一或两者可包括如涂漆、薄膜或其它涂层等反射材料，由于反射材料将从光电二极管阵列122离开的光子重新导向光电二极管阵列122，相对于密封130、132不包括反射材料的配置，这可提高功效。
检测器阵列114检测辐射源110所发射并且横穿检查区域106的光子，并产生指示所检测辐射的信号或投影数据。光谱信息可通过测量沿闪烁器阵列126深度的X射线吸收而获得，常规CT测量通过将多元件光电二极管阵列122在同一射线路径的元件输出加和而进行。
抗散射栅格134置于检测器阵列114与入射辐射之间。所显示的抗散射栅格134为包括多个通道的一体式抗散射栅格，所述通道可使辐射通过闪烁器阵列126传输，而阻止大量散射辐射到达闪烁器阵列126。抗散射栅格134的单个通道可以一维或二维聚焦在焦点，如以下更详细所述。此处可也考虑多片式抗散射栅格。
重建器136使用光谱或常规重建算法重建信号或投影数据，并产生指示检查区域106的体积图像数据。可从体积图像数据产生一个或多个光谱或常规图像。
如床台等支承138可支承检查区域106中对象或受体。支承138可与转动机架104的转动协同地沿z轴移动，以有助于螺旋、轴向或其它所需扫描轨线。
通用计算系统用作操作者控制台140，所述控制台包括如显示器和/或打印机等可人工读取的输出设备以及如键盘和/或鼠标等输入设备。控制台140上的软件可使操作者控制系统100运行，例如，通过允许操作者选择光谱或常规扫描规程、开始/终止扫描、查看和/或操作体积图像数据、和/或此外与系统100交互作用。
检测器模块116结合图2至图5进一步被描述。
首先参见图2(A)，显示检测器模块116的俯视图。如所示，单个薄片模块118沿z轴大体对齐并且互相平行地延伸。薄片模块118对齐使得邻近一维多元件光电检测器120上的多元件光电二极管阵列122与闪烁器阵列126大体沿x轴对齐。示例性检测器模块116可包括1至256个薄片模块118，如8个、16个、24个、32个等薄片模块。
图2(B)显示示例性模块118的正视图。在该实例中，多个一维多元件光电检测器120沿z轴方向接续地或连续地固连到或安装在支承结构128上。支承结构128包括多个通孔或无材料部位202。在一种情况下，支承结构128包括与一维多元件光电检测器120的热膨胀系数匹配的材料。
一维多元件光电检测器120经由非光敏节段与支承结构128的后侧连接或与其固连，而非光敏节段中的对应读取电子装置124伸入各无材料部位202。为明晰目的，图2(C)显示图2(B)的薄片模块118的剖视图。一维多元件光电检测器120的非光敏节段可黏附地粘合到支承结构128。
图3至图6显示了示例性一维多元件光电检测器120。
图3显示其上附连闪烁器阵列126的一维多元件光电检测器120的侧视图。在该实例中，闪烁器阵列126为包括多个或多行闪烁器像素的结构化闪烁器阵列。为说明目的显示四行；但预计也可采用更多或更少行。如以下更详细描述，闪烁器像素在它们的形状(例如深度等)上被结构化，影响能量间隔与X射线统计量。
闪烁器阵列126的结构化像素被固连到光电二极管阵列122，使得闪烁器阵列126的单个像素与光电二极管阵列122的单个像素大体对齐并与之光耦合。如涂漆、薄膜、涂层等反射材料可放置在未固连到光电二极管阵列122的闪烁器像素各侧中的一侧或多侧。相对于未采用反射材料的配置，由于远离光电二极管阵列122方向运动的光被重新导向光电二极管阵列122，这可提高检测效率。如所显示，闪烁器阵列126比读取电子装置124在x轴方向延伸更多，由此禁止X射线冲击并破坏读取电子装置124。
图4显示用于图3所示一维多元件光电检测器120的示例性结构化闪烁器阵列126。在该实例中，闪烁器包括M列402×N行404闪烁器像素，其中M与N对应于像素化区域(下图5)中光电二极管像素的数量，并且形成闪烁器像素阵列126。为说明目的仅显示四行，并非限制本发明。像素可由多种材料或辐射物制成，如碘化铯(CsI)、硒化锌(ZnSe)、掺碲硒化锌(ZnSe:Te)、钨酸镉(CdWO4或CWO)、钆氧硫化物(GOS)和/或其它适用的辐射物。
在所述实施例中，像素被结构化并且大体为多面体形状(如立方体形状)，其长度或深度沿远离入射辐射移动的方向随每一行404而增加。例如，各自深度可从0.1mm变化至10mm。例如，在一种情况下，像素深度可分别为0.35mm、0.65mm、1.00mm与2.50mm。更一般地，图像重建处理要求可确定闪烁器行的合适厚度，由此确定其相对吸收量。
改变各行闪烁器的深度可便于对每一行中X射线吸收数目加以平衡或均衡，因为横穿每一行的X射线数目因X射线在前一行被吸收而减少。附加地或替代地，行与行之间不同辐射体材料可便于对每一行中X射线吸收数目加以平衡或均衡。一般地，各行的几何性质和/或材料选择为使得最接近入射辐射的行对具有相对最低能量的X辐射响应，而最远离入射辐射的行对具有相对最高能量的X射线辐射响应。
在一种情况下，闪烁器像素的一个或多个中间行可用作能量间隔的“滤波器”。通过使用这样一行闪烁器像素，其相关联信号可与来自其它内联和/或另外使用的像素的信号组合，使得辐射剂量未被损耗，而替代地有助于信号。换言之，光电检测器可使常规CT进行多重能量检测，而闪烁器层之间“无损耗”能量间隔。相反，通过配置有滤波器的光谱系统，光子被废弃，相对于此处所述实施例将降低效率。
图5A与图5B分别显示一维多元件光电检测器120(没有闪烁器阵列126)分别由x轴与z轴方向所得的视图。在该实例中，一维多元件光电检测器120为具有光敏或像素化区域504以及非光敏或非像素化区域506的薄矩形切片。所述切片以及两区域504、506的适用材料包括但不限于硅，所述切片的适用厚度范围从约30至150微米。此外，在一维多元件光电检测器120上具有两区域504、506可有助于减小检测器阵列总成本与覆盖区，并提高可靠性、互连密度以及剂量效率。在一种情况下，硅表面上更高电气互连密度允许深度方向有更多行光电二极管。
在该实例中，像素化区域504被像素化成具有M列508×N行510光电二极管像素，并形成M×N光电二极管阵列122。在所述实施例中，M＝32且N＝4。在其它实施例中，M可从1变化至256而N可从1变化至32。应认识到所提供的所述尺寸是用于说明目的而并非限制。即，在其它实施例中像素化区域可包括更多或更少像素行或列。可在一维多元件光电检测器120上经由CMOS或其它处理形成光电二极管阵列122。
所述光电二极管像素的尺寸沿y方向其厚度或深度增加。在所述情况下，光电二极管像素配置为具有一定深度，所述深度与结构化闪烁器像素的深度对应，且如上所述，这种闪烁器像素的深度基于所关注的能量间隔、像素材料等选择。在其它实施例中，光电二极管像素深度可以其它方式选择。
在所述实例中，光电二极管像素为前部照射光电(FIP)二极管。非像素化区域506包括导电的电迹线512，所述迹线将每一光电二极管像素与结合垫以及读取区域互连。在一种情况下，在光电检测器120表面上形成迹线512。例如，如果光电检测器120包括硅，可使用多种硅处理技术在硅上形成迹线512。也可在内部硅层上形成迹线512。读取电子装置124机械地安装在非像素化区域506中的硅之上，且经由焊接凸块、电缆接合和/或其它方式与结合垫电气连接。通过使读取电子装置与光电检测器120材料(例如玻璃与硅)匹配，可减小热膨胀效应。读取电子装置124在x轴方向从一维多元件光电检测器120延伸。
在所述实例中，128通道ASIC 124或其它读取电子装置124可对32×4光电二极管像素中的每个提供通道。256通道ASIC 124可提供附加通道，其用于放大信号、将模拟信号转换为数字信号、发送信号、冗余、相关复式采样、脉冲X射线校正、余辉校正、坏像素修正和/或其它功能。例如，ASIC 124中的某些通道可用于脉冲X射线CT，其可用于解算时间相关的采样问题。在另一情况下，ASIC可执行传感和/或校正算法，用于遮蔽抗散射栅格134。当然，预计也可具有或多或少其它数量通道的ASIC。
图6显示了对图2至图5所示一维多元件光电检测器120的示例性光谱响应。在该实例中，像素包括碘化铯(CsI)。如上所述，所述一维多元件光电检测器120的光电二极管与闪烁器像素的深度随着到入射辐射的距离的变化而增加。对于图6中的曲线，像素深度分别为0.35mm、0.65mm、1.00mm与2.50mm。扫描参数包括：120kVp，2.5mm AL，1.2mmTI，10cm水中通路，以及骨的0至9.0mm(步长1.0mm)。
第一轴602代表检测器响应(或检测数量)，而第二轴604代表单位为keV的光子能量。第一组曲线606代表对于步长1mm的0至9mm的骨对与最接近入射辐射的检测器像素行所对应的闪烁器像素行的响应。第二组曲线608代表对于步长1mm的0至9mm的骨对下一行检测器像素的响应。第三组曲线610代表仍然对于步长1mm的0至9mm的骨对下一行检测器像素的响应。第四组曲线612代表对于步长1mm的0至9mm的骨对最远离入射辐射的检测器像素行的响应。
如图6所示，如图2至图5所示一维多元件光电检测器120的配置可允许所检测光子的能量间隔而不会废弃任一光子。例如，来自曲线组606的上部像素行主要检测平均能量值约为60keV的更低能量光子。来自曲线组608的下一行像素主要检测平均能量值约为70keV的光子。许多这些光子包括横穿上部像素行的更高能量光子。来自曲线组610的下一行像素主要检测平均能量值约为85keV的光子。许多这些光子包括横穿第二像素行的更高能量光子。来自曲线组612的最后像素行主要检测平均能量值约为100keV的光子。许多这些光子包括横穿第三像素行的更高能量光子。由于每一像素行的平均能量不同，像素行允许能量间隔。此外，与闪烁器行之间使用滤波器的配置不同，由于各行闪烁器像素被层叠而其间没有任何滤波器，所描述的实例包括连续闪烁器。如此，光子不会被滤除。相反，横穿一层的光子由更低层所检测或吸收。
如以上简述，抗散射栅格134可以一维或二维聚焦。图7显示沿z轴方向延伸的抗散射栅格134的单个栅格隔板或元件702其中一个或多个在焦点704聚焦的实例。在图8中，沿x轴方向延伸的抗散射栅格134的一个或多个单个栅格隔板或元件802在焦点704聚焦。相对于抗散射栅格134均未在焦点704聚焦的配置，由于更多传输(非散射的)辐射更可能横穿隔板并冲击闪烁器，将抗散射栅格134中的任一或两者聚焦可提高剂量效率和/或降低噪声。
描述变更和/或其它实施例。
在所述实施例中，读取电子装置124为机械地安装在一维多元件光电检测器120的非像素化区域506的分立元件。在另一实施例中，读取电子装置124可由互补金属氧化物半导体(CMOS)或其它技术形成为一维多元件光电检测器120的非像素化区域506的一部分。
如与图2(A)相关所述，在所述实施例中检测器模块116中的薄片模块118沿x轴大体相互对齐。在另一实施例中，检测器模块116中的至少一个薄片模块118相对于检测器模块116中的至少一个薄片模块118沿x轴可为错列的。例如，图9显示一个实例，其中交替的薄片模块118在z轴方向为错列或相互偏移半个闪烁器像素。这种偏移可增加z轴采样率。采用该配置，抗散射栅格隔板在z轴方向同样为错列的。
在以上所述实施例中，闪烁器阵列126中的闪烁器像素大体为立方体形状。如图10所示，在另一实例中替代地使用柱状闪烁器阵列1002。柱状闪烁器阵列1002包括管状或导管形的闪烁器像素1004的阵列，所述闪烁器像素阵列与一维多元件光电检测器120的光电二极管阵列区域光耦合。这种闪烁器可为0.25mm至2.50mm厚。与上述立方体形状的闪烁器像素不同，柱状闪烁器阵列1002的像素尺寸无须结构化或以高公差对齐。此外，使用柱状闪烁器允许更多灵活性，以通过电切换或其它手段改变光电二极管像素活性区域。
在另一实施例中，一个或多个中间闪烁器层或滤波器可置于闪烁器像素行1004之间，以选择性地对光子滤波。这可增大能量间隔。
如上所述，抗散射隔板702、802可在焦点704以一维或二维聚焦。附加地或替代地，检测器阵列114的单个薄片模块118可以焦点704聚焦。这相关地示于图11。如图11所示，在检测器阵列114的中间部位1104周围的范围1102内的薄片模块118在焦点704聚焦且大体竖直或平行于从焦点704延伸穿过检测器阵列114的虚线1106，并与x轴和检测器阵列114垂直相交。远离中间部位1104的薄片模块118朝向虚线1106倾斜，其方式使薄片模块118以焦点704聚焦。
图12与图13显示检测器120为双侧一维多元件光电检测器的另一实施例，所述检测器具有第一与第二多元件光电二极管阵列1221、1222，以及对应的第一与第二二维闪烁器阵列1261、1262。在该实例中，所描述的闪烁器阵列1261、1262为柱状闪烁器阵列。在其它实施例中，双侧一维多元件光电检测器120包括结构化或其它闪烁器阵列126。柱状闪烁器材料可直接沉积在光电二极管区域两侧。在所述实施例中，可使用两个闪烁器半厚度层。
图13显示在检测器模块116的一部分中层叠在一起的多个双侧一维多元件光电检测器120。邻近的二维闪烁器阵列1261、1262可经由粘合剂粘合在一起，而反射材料可涂覆在闪烁器阵列1261、1262不面向多元件光电二极管阵列1221、1222的一侧。单个或分立的ASIC 124(未图示)可与每一检测器120一起使用。如其它实施例所述，ASIC可固连到或形成为检测器120的部分。此外如此处所述，邻近薄片模块118可为交替错列的。
图14显示两个一维多元件光电检测器1201、1202共用闪烁器阵列126的另一实施例。相对于仅有一个一维多元件光电检测器120的配置，由于直接沿x轴两侧检测光线，而不是将入射在这些侧面其中一个的光反射到另一侧，这可改善统计。如此处所述其它实施例，共用闪烁器阵列126的两组或更多组一维多元件光电检测器1201、1202在检测器模块116中无论错列与否均可层叠在一起。
采用该配置，一维多元件光电检测器1201、1202两者均可为积分检测器，均可为计数检测器，或者一维多元件光电检测器1201、1202中的一个可为积分检测器而另一个为计数检测器。在后一情况下，系统100可配置为在积分或计数模式下运行。在一种情况下，扫描规程可确定特定模式。在另一情况下，任一时刻模式可为X射线通量的函数，若X射线通量改变时也可交替为不同模式。
以上图13描述双侧一维多元件光电检测器120。图15、图16与图17显示双侧一维多元件光电检测器120的多种非限制实施例。尽管图15、图16与图17所示实施例包括结构化闪烁器，应理解此处替代地可使用柱状闪烁器。此外，如此处所述，所描述的光敏行和/或列数量为示例目的而并非限制。
在图15中，双侧一维多元件光电检测器120包括相互背靠背紧接的两个双侧一维多元件光电检测器1201和1202。检测器1201包括光敏区域5041与非光敏区域5061。光敏区域5041包括多元件光电二极管阵列1221，而非光敏区域5061包括读取电子装置1241。二维闪烁器阵列1261与光电二极管阵列1221光耦合。检测器1202被类似结构化。
如此处所述，检测器1201和1202可为硅基。在一种情况下，硅基检测器1201和1202可通过硅-硅共价键耦合。这可包括将检测器1201和1202的背侧相互紧接并适当地加热检测器1201和1202，使检测器1201和1202之间形成硅-硅共价键。在另一实施例中，如环氧树脂等粘合剂用于将检测器1201和1202结合在一起。在又一实施例中，检测器1201和1202可分别包括便于将检测器1201和1202结合在一起的互补特征(例如凸出部与对应凹部)。在再一实施例中，检测器1201和1202背靠背放在一起而没有任一附加固定机构。
所描述的实施例也包括互连或输入/输出(I/O)触点15021与15022。在光电检测器1201和1202上形成的导电迹线(不可见)从读取电子装置1241和1242发送数据至检测器1201和1202处，和/或从检测器1201和1202处至读取电子装置1241和1242。触点1502可涂覆铜，也便于消散热量。导电迹线可为硅基并在检测器1201和1202的硅中形成。如上所述，读取电子装置1241和1242也可为硅基，这可使检测器1201和1202与读取电子装置1241和1242的热膨胀系数相匹配，这可减轻具有不同热膨胀系数的材料之间的热膨胀效应。如以下更详细所述，检测器1201和1202的至少一部分可用封装物1504进行封装。
在图16中，双侧一维多元件光电检测器120包括单个基体1600，如与图15相关所述，所述基体在两侧均具有光敏区域5041和5042与非光敏区域5061和5062。同样，检测器120包括分别在光敏区域5041和5042内的多元件光电二极管阵列1221和1222，且闪烁器阵列1261和1262分别与光电二极管阵列1221和1222光耦合。读取电子装置1241和1242分别位于非光敏区域5061和5062内。注意在该实施例中，检测器120每一侧包括对应读取电子装置1241或1242。I/O触点15021和15022发送数据到读取电子装置1241和1242和/或从读取电子装置1241和1242发送数据。
图17中检测器120大体与图16中检测器120相似。一项不同是图17中检测器120配置为具有共用的读取电子装置124。另一不同是检测器120包括一个或多个成通孔的硅过孔1702，用于从检测器120一侧上的光电二极管阵列1221发送信号到读取电子装置124，所述读取设备与检测器120的另一侧接合。当然，来自光电二极管阵列1222的信号也发送到读取电子装置124，所述光电二极管阵列1222与读取电子装置124位于同一侧。可使用模拟开关以选择性地将光电二极管层与读取电子装置输入进行电气连接。
在图15至图17中，检测器基体120中形成的导电迹线在读取电子装置124与I/O触点1502之间发送信号。在图18中，I/O触点1502通过焊剂、导电环氧树脂等直接与读取电子装置124连接。
图19、图20、图21与图22显示了装配双侧单个ASIC一维多元件光电检测器120的非限制实例方法。首先参见图19，在1900，读取电子装置124与I/O导电触点1502固连到检测器120，且在检测器120上形成导电过孔1702。在所述实施例中，将读取电子装置124焊接到非光敏区域506。同样，在所述实施例中将包括多个单列直插封装(SIP)插脚的I/O导电触点1502焊接到检测器120上的导电焊盘。图19也显示光敏区域5041和5042。
转至图20，在2000，封装检测器120的子部分。这包括以诸如非导电封装物2002(例如塑料等)等封装物将非光敏区域506(包括过孔1702、读取电子装置124、以及固连到检测器120的I/O1502的部位)进行封装。在封装检测器120之前，可首先测试检测器120。在图21中，在2100，闪烁器阵列1261和1262固连到多元件光电二极管阵列1221和1222。反射涂层可涂覆在闪烁器阵列1261和1262上。在一替代实施例中，反射涂层也可用作封装物。在该实施例中，反射涂层和封装物可同时或单独施加。
在图22中，在2200，光电检测器120被固连到二维(2)聚焦的抗散射栅格(ASG)2202。在所述实施例中，多个光电检测器120固连到单块聚焦的2D ASG 2202。如此处所述，这可包括将多个检测器120组装成子模块，并将多个子模块组装成与ASG 2202对齐的模块。在一种情况下，对齐板用于将光电检测器120与ASG 2202对齐。图23与图24显示了示例性的对齐板2300。在所述实施例中，对齐板2300为碳纤维切片。在其它实施例中，对齐板2300可包括其它材料。
图23显示将ASG 2202对齐的对齐板2300的第一侧2302。在该所述实施例中，第一侧2302包括一个或多个对齐的准标或特征2304，所述准标或特征可在对齐板2300表面上压印、机加工或以其它方式制成。在一种情况下，所述特征由低密度、低“Z”材料2306制成。注意仅ASG的一部分需配装在所述特征中。图24显示将检测器120对齐的对齐板2300的第二侧2402。在该所述实施例中，第二侧2402包括一个或多个准标或突出的对齐特征2404，所述特征可沉积或设设置成与检测器120上的配合槽或其它特征相匹配。
图25与图26分别显示安装到印制电路板(PCB)2500的光电检测器120的非限制实施例。在图25中，I/O导电触点1502通过焊接头2502安装到PCB 2500。为改善传热，触点1502可镀铜。将触点1502保持到读取电子装置124的焊接头一般比热环氧树脂导热性更佳。在图26中，将数据从读取电子装置124发出和/或发送到所述读取电子装置的触点1502被焊接至固连到散热片2602的蚀刻铜片2600。
本发明已参考多种实施例加以描述。通过阅读本说明书可进行其它更改和变更。本发明应视为包括在附属权利要求或等同物范围内的所有这种更改和变更。

Claims (42)

1.一种一维多元件光电检测器(120)，包括：
光电二极管阵列(122)，所述光电二极管阵列包括第一上部行光电二极管像素和第二下部行光电二极管像素，其中所述光电二极管阵列(122)是所述光电检测器(120)的一部分；
闪烁器阵列(126)，所述闪烁器阵列包括第一上部行闪烁器像素和第二下部行闪烁器像素，其中所述第一上部行闪烁器像素和所述第二下部行闪烁器像素分别与所述第一上部行光电二极管像素和第二下部行光电二极管像素光耦合；
读取电子装置(124)，其中所述读取电子装置(124)是所述光电检测器(120)的一部分；以及
将所述光电二极管像素和所述读取电子装置(124)互连的电迹线(512)。
2.如权利要求1所述的光电检测器(120)，其特征在于，所述光电检测器(120)包括光敏区域(504)与非光敏区域(506)，其中，所述光电二极管阵列(122)是光敏区域(504)的一部分，所述读取电子装置(124)是非光敏区域(506)的一部分。
3.如权利要求2所述的光电检测器(120)，其特征在于，所述光敏区域(504)和所述非光敏区域(506)是所述光电检测器(120)的同一硅基板的不同区域。
4.如权利要求3所述的光电检测器(120)，其特征在于，所述非光敏区域(506)与所述硅基板的延伸区域对应。
5.如权利要求1至4任一所述的光电检测器(120)，其特征在于，所述闪烁器阵列(126)包括多个结构化的闪烁器像素。
6.如权利要求1至4任一所述的光电检测器(120)，其特征在于，所述闪烁器阵列(126)包括柱状闪烁器像素(1004)的阵列。
7.如权利要求6所述的光电检测器(120)，其特征在于，所述柱状闪烁器像素(1004)是非结构化的管状闪烁器像素。
8.如权利要求1至7任一所述的光电检测器(120)，其特征在于，所述光电检测器(120)被配置成用于光谱成像。
9.如权利要求8所述的光电检测器(120)，其特征在于，还包括：第二光电二极管阵列(122)；第二闪烁器阵列(126)；第二读取电子装置(124)；以及第二电迹线，其中，所述闪烁器阵列(126)与所述第二闪烁器阵列(126)是同一第二闪烁器阵列(126)。
10.如权利要求1至9任一所述的光电检测器(120)，其特征在于，还包括设置在所述第一上部行闪烁器像素和所述第二下部行闪烁器像素之间的至少一个中间行闪烁器像素，其中所述中间行闪烁器像素用作用于能量间隔的滤波器。
11.如权利要求10所述的光电检测器(120)，其特征在于，还包括与所述至少一个中间行闪烁器像素光耦合的至少一个中间行光电二极管像素。
12.如权利要求11所述的光电检测器(120)，其特征在于，来自所述至少一个中间行光电二极管像素的信号与来自其它行闪烁器像素的信号组合。
13.如权利要求1至12任一所述的光电检测器(120)，其特征在于，所述光电检测器(120)是双侧的。
14.如权利要求13所述的光电检测器(120)，其特征在于，所述双侧光电检测器(120)包括两个背靠背接合的一维多元件光电检测器(120)。
15.如权利要求14所述的光电检测器(120)，其特征在于，所述两个一维多元件光电检测器(120)通过硅-硅共价键接合。
16.如权利要求14所述的光电检测器(120)，其特征在于，所述双侧光电检测器(120)包括具有第一和第二相反侧以及在每一侧上的光敏区域(504)和非光敏区域(506)的单个光电检测器(120)。
17.如权利要求1至18任一所述的光电检测器(120)，其特征在于，所述光电检测器(120)与二维抗散射栅格接合。
18.如权利要求1至18任一所述的光电检测器(120)，其特征在于，所述光电检测器(120)以及多个其它光电检测器(120)被安装在检测器模块(116)的薄片模块(118)中。
19.一种检测器模块(116)，包括：
多个薄片模块(118)，每一薄片模块(118)包括：
多个支承结构(128)；以及
多个一维多元件光电检测器(120)，每个一维多元件光电检测器(120)包括：
具有读取电子装置(124)的读取区域；以及
具有光电二极管阵列(122)的光敏区域(504)，所述
光电二极管阵列具有多个层叠行的光电二极管像素，其中闪烁器阵列(126)与所述光电二极管阵列(122)光耦合；
其中，所述多个支承结构(128)中的每个支承所述多个一维多元件光电检测器(120)中的对应一个。
20.如权利要求19所述的检测器模块(116)，其特征在于，所述多个一维多元件光电检测器(120)平行地对齐。
21.如权利要求19所述的检测器模块(116)，其特征在于，所述多个一维多元件光电检测器(120)中的交替器件是相互错列的。
22.如权利要求19至21任一所述的检测器模块(116)，其特征在于，所述一维多元件光电检测器(120)固连到所述支承结构(128)的后侧。
23.如权利要求19至22任一所述的检测器模块(116)，其特征在于，所述读取电子装置(124)实体地安装到读取区域。
24.如权利要求19至22任一所述的检测器模块(116)，其特征在于，所述读取电子装置(124)是所述读取区域的一部分。
25.如权利要求19至24任一所述的检测器模块(116)，其特征在于，所述光敏区域(504)和读取区域(506)是所述光电检测器(120)的同一硅基板的不同区域。
26.如权利要求19至25任一所述的检测器模块(116)，其特征在于，所述多个一维多元件光电检测器(120)中的至少一个是双侧的。
27.如权利要求26所述的检测器模块(116)，其特征在于，所述双侧光电检测器(120)包括两个背靠背接合的一维多元件光电检测器(120)。
28.如权利要求26所述的检测器模块(116)，其特征在于，所述双侧光电检测器(120)包括具有第一和第二相反侧以及在每一侧上的光敏区域(504)和非光敏区域(506)的单个光电检测器(120)。
29.如权利要求28所述的检测器模块(116)，其特征在于，所述双侧光电检测器(120)共用同一读取电子装置(124)。
30.如权利要求28所述的检测器模块(116)，其特征在于，所述双侧光电检测器(120)的每侧包括对应的读取电子装置(124)。
31.如权利要求19至30任一所述的检测器模块(116)，其特征在于，所述光电检测器(120)被配置成用于光谱成像。
32.一种成像系统(100)，包括：
从焦点(704)发出辐射的源(110)；以及
检测所述辐射并产生指示所述辐射的信号的检测器阵列(114)，所述检测器阵列(114)包括沿横轴层叠并沿纵轴延伸的多个薄片模块(118)，每一薄片模块(118)包括：
连续地排列的多个一维多元件光电检测器(120)，每个一维多元件光电检测器(120)包括：
读取电子装置(124)；
具有至少第一上部行光电二极管像素和第二下部行光电二极管像素的光电二极管阵列(122)；以及
具有至少第一上部行闪烁器像素和第二下部行闪烁器像素的闪烁器阵列(126)，其中所述第一上部行闪烁器像素和所述第二下部行闪烁器像素分别与所述第一上部行光电二极管像素和第二下部行光电二极管像素光耦合；以及
多个支承结构(128)，每个支承结构(128)支承所述多个光电检测器(120)中的对应一个。
33.如权利要求32所述的成像系统(100)，其特征在于，所述薄片模块(118)以焦点(704)聚焦。
34.如权利要求32至33任一所述的成像系统(100)，其特征在于，还包括固连到所述检测器阵列(114)的抗散射栅格(134)，其中所述抗散射栅格(134)包括以焦点(704)聚焦的隔板(702、802)。
35.如权利要求34所述的成像系统(100)，其特征在于，所述隔板(702)被沿横轴聚焦。
36.如权利要求34至35任一所述的成像系统(100)，其特征在于，所述隔板(802)被沿纵轴聚焦。
37.如权利要求32至36任一所述的成像系统(100)，其特征在于，所述一维多元件光电检测器(120)中的至少一个是双侧的。
38.如权利要求37所述的成像系统(100)，其特征在于，所述双侧光电检测器(120)包括两个背靠背接合的一维多元件光电检测器(120)。
39.如权利要求37所述的成像系统(100)，其特征在于，所述双侧光电检测器(120)包括具有第一和第二相反侧以及在每一侧上的光敏区域(504)和非光敏区域(506)的单个光电检测器(120)。
40.如权利要求32至39任一所述的成像系统(100)，其特征在于，所述多个检测器(120)与二维抗散射栅格接合。
41.如权利要求40所述的成像系统(100)，其特征在于，所述多个检测器(120)使用对齐板(2300)与所述二维抗散射栅格(2202)接合。
42.如权利要求41所述的成像系统(100)，其特征在于，所述对齐板(2300)包括第一侧(2302)和相反的第二侧(2402)，所述第一侧具有用于使所述二维抗散射栅格(2202)对齐的至少一个特征(2304)，所述第二侧具有用于使所述检测器(120)对齐的至少一个特征(2404)。
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