CN104422950B - 一种阵列晶体模块及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种阵列晶体模块，阵列晶体模块包括若干单元晶体条，阵列晶体模块的外观立体形状为锥形台或为直四棱柱与锥形台的结合，锥形台用以与光电器件耦合，锥形台包括与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，第一底面的面积小于第一顶面的面积。一种阵列晶体模块的加工方法，其包括：对晶体条胚进行加工得到单元晶体条，根据设定的倾角以及其直四棱柱部分的厚度，进行模具切割得到锥形台或直四棱柱与锥形台相结合的单元晶体条，进行组装接合形成阵列晶体模块。本发明能够在保证探测效率的前提下，解决因光电转换器件有效探测面积小于封装面积而带来的晶体光输出损失的问题。保证了探测器的灵敏度和性能。
Description
技术领域
本发明涉及正电子发射断层成像设备领域，尤其涉及一种阵列晶体模块及其加工方法。
背景技术
闪烁晶体是能够将X射线粒子、γ射线粒子转换成可见光光子的物质，常见的有BGO、NaI(T1)、CsI(T1)、LSO/LYSO、PWO等，它们通常具有对放射线吸收能力强、光输出量较大、输出光子数与所吸收的射线能量成线性关系等特性。
闪烁晶体常与光电转换器件组成探测器，应用于核医学、环境监测、海关安检，地质勘探等领域。这种探测器中，闪烁晶体吸收射线能量，并产生与该能量对应的一定数量的可见光光子，光电器件用于接受该批次光子并转换成电信号，后续电路通过对电信号的分析获取射线的能量、时间等信息。电信号的信噪比与光电器件接受到的光子数直接相关，也直接影响了探测器的性能。这类探测器在设计希望能够将闪烁晶体中所形成的光子都接受并转换为电信号，以提高探测器的性能。
在正电子发射断层成像（PositronEmissionTomography，简称PET）中，更多的闪烁晶体输出光进入光电器件中，能够提高系统对γ光子能量信息的获取精度，从而提高成像质量。因此，寻求使闪烁晶体输出光尽可能进入光电器件的方法或者探测结构，对于提升PET系统性能有重要意义。
针对实际应用，光电转换器通常排布在一起，构成大探测面积的阵列光电转换面，目前常见的有硅光电倍增器、雪崩光电二极管、光电倍增器等。这类光电器件，光电接受面相对于整体表面要小，在构成阵列光电转换面时，探测面中存在光电探测死区，使得光电探测面不连续，部分区域无法接受光子。例如，图1中一3x3mm2有效工作区域100的硅光电倍增器，其整体封装表面200通常达到4x4mm2。当使用这一光电器件组成光电转换阵列时，所形成的阵列光电探测面是不连续的，之间隔有封装死区。因此，在设计针对此类光电转换阵列的探测器结构时，如果采用单个晶体对多个光电器件的耦合方式，会导致晶体条中形成的部分可见光光子到达封装死区而无法形成有效的电信号，进而带来探测器性能的下降。
有鉴于此，实际应用中通常将晶体条与光电器件一对一耦合，并排列构成阵列，通过检测光电器件的输出信号实现高能粒子的相关信息的获取。目前，针对上述使用情况阵列晶体的构成方式主要分为两种：
一种是采用与光电器件封装尺寸一致的晶体条构成阵列晶体。如图2所示，该阵列晶体中单根晶体条300的尺寸与单个光电器件400的整体尺寸保持一致，设有有效探测区域500。这种晶体忽略了光电探测器的探测死区，使得晶体中所形成的部分光子无法被光电器件所接受，性能有所下降。但这种探测器因晶体条与晶体条之间的间隙较小，用于探测高能粒子的闪烁晶体的体积较大，探测效率高。
另一种是使用与光电器件600的有效探测区域700相同尺寸的晶体条800耦合方式，如图3所示。该方式下晶体条的光输出面与光电器件有效探测区域700完美耦合，不存在光电器件探测死区带来的性能下降的问题。但晶体条与晶体条之间的间隔较大，用于探测高能粒子的闪烁晶体的体积较小，探测效率低。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种改良结构的阵列晶体模块，以克服上述缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能在保证探测效率的前提下有效解决晶体光输出损失问题的阵列晶体模块及其加工方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种阵列晶体模块，用以与光电器件耦合，所述阵列晶体模块包括若干单元晶体条，阵列晶体模块的外观立体形状为锥形台或者为一多边体与锥形台的结合，所述锥形台用以与光电器件耦合，所述锥形台包括与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述第一底面的面积小于第一顶面的面积。
优选的，在上述阵列晶体模块中，所述多边体为直四棱柱或六棱柱或三棱柱。
优选的，在上述阵列晶体模块中，所述各单元晶体条的锥形台在与光电器件耦合的一端设有斜边，所述相邻两个单元晶体条的锥形台之间形成开口朝向光电器件的倒“V”型。
优选的，在上述阵列晶体模块中，当所述各单元晶体条的外观立体形状仅为锥形台时，所述第一顶面与第一底面相互平行。
优选的，在上述阵列晶体模块中，当所述各单元晶体条的外观立体形状为多边体与锥形台的结合时，所述多边体与锥形台为一体式结构。
优选的，在上述阵列晶体模块中，当所述各单元晶体条的外观立体形状为多边体与锥形台的结合时，所述单元晶体条由多边体晶体条与锥形台晶体条耦合而成。
优选的，在上述阵列晶体模块中，所述多边体晶体条与锥形台晶体条之间通过光导或玻璃或晶体进行耦合。
优选的，在上述阵列晶体模块中，所述若干单元晶体条组合构成一多边体晶体单元和一锥形台晶体单元，所述阵列晶体模块由多边体晶体单元和锥形台晶体单元耦合而成，所述锥形台晶体单元包括用于与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述多边体晶体单元包括用于与第一顶面耦合的第二底面以及与第二底面相对的第二顶面。
优选的，在上述阵列晶体模块中，所述多边体晶体单元和锥形台晶体单元各自耦合面的形状与面积完全相同。
优选的，在上述阵列晶体模块中，所述第二底面与第一顶面之间采用光学胶水直接耦合。
优选的，在上述阵列晶体模块中，所述第二底面与第一顶面之间通过光导或玻璃或晶体材料进行耦合。
优选的，在上述阵列晶体模块中，所述第一顶面与第二底面的尺寸和形状完全一致。
优选的，在上述阵列晶体模块中，所述第一顶面与第二底面的形状一致，所述第二底面的面积小于第一顶面的面积。
优选的，在上述阵列晶体模块中，所述第一底面与第二顶面相互平行。
优选的，在上述阵列晶体模块中，所述锥型台晶体单元能由锥型台玻璃单元或者锥型台光导单元替换。
优选的，在上述阵列晶体模块中，在采用单元晶体条构成阵列晶体时，晶体条相连的面之间全部涂上光反射材料进行光隔离处理。
优选的，在上述阵列晶体模块中，在采用单元晶体条构成阵列晶体时，所述晶体条相连的面之间一部分区域涂上光反射材料进行光隔离处理，所述晶体条相连的面之间剩余其他部分区域形成开窗部，使得所述其中一个单元晶体条的一部分可见光光子会通过开窗部进入到另一个单元晶体条中。
一种阵列晶体模块的加工方法，其包括如下步骤：
S1：对各个晶体条胚进行加工，得到单元晶体条或单元晶体条列；
S2：确定晶体的倾角以及其多边体部分的厚度；
S3：根据倾角角度设定对各个单元晶体条或单元晶体条列进行模具切割，得到外观立体形状为锥形台或者为多边体与锥形台相结合的单元晶体条或单元晶体条列；
S4：把切割后的单元晶体条或单元晶体条列相互接合起来，形成阵列晶体模块。
优选的，在上述阵列晶体模块的加工方法中，所述步骤S2中，是根据使用的光电器件的特征以及对探测器预定性能指标的设定，来确定晶体的倾角以及其直四棱柱部分的厚度。
优选的，在上述阵列晶体模块的加工方法中，所述步骤S2中，所述多边体为直四棱柱或六棱柱或三棱柱。
优选的，在上述阵列晶体模块的加工方法中，所述步骤S3中，当单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状仅为锥形台时，所述锥形台包括与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述第一底面的面积小于第一顶面的面积，所述第一顶面与第一底面相互平行。
优选的，在上述阵列晶体模块的加工方法中，所述步骤S3中，当单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为多边体与锥形台相结合时，通过模具切割出一体成型结构的单元晶体条或单元晶体条列。
优选的，在上述阵列晶体模块的加工方法中，所述步骤S3中，当单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为多边体与锥形台相结合时，通过模具切割出分体结构的单元晶体条或单元晶体条列，然后将多边体与锥形台相互耦合。
优选的，在上述阵列晶体模块的加工方法中，所述锥形台包括与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述多边体设有与锥形台耦合的第二底面以及与第二底面相对的第二顶面，所述第一底面与第二顶面相互平行。
优选的，在上述阵列晶体模块的加工方法中，所述步骤S3中，当所述各单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为多边体与锥形台的结合时，所述锥型台能用玻璃或者光导替换。
优选的，在上述阵列晶体模块的加工方法中，所述步骤S3中，当所述各单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为多边体与锥形台的结合时，所述多边体与锥形台之间设有便于两者之间相互耦合的光学胶水或光导或玻璃。
优选的，在上述阵列晶体模块的加工方法中，所述步骤S4中，在将单元晶体条或单元晶体条列相互接合起来时，通过在晶体条相连的面之间全部涂上光反射材料进行光隔离处理。
优选的，在上述阵列晶体模块的加工方法中，所述步骤S4中，在将单元晶体条或单元晶体条列相互接合起来时，通过在晶体条相连的面之间一部分区域涂上光反射材料进行光隔离处理，所述晶体条相连的面之间剩余其他部分区域形成一开窗部，使得所述其中一个单元晶体条的一部分可见光光子会通过开窗部进入到另一个单元晶体条中。
从上述技术方案可以看出，本发明实施例的阵列晶体模块，通过锥形台设计，可以使晶体原本会损失在光电耦合面上的光经过反射进入光电器件，减小了晶体的光输出面使之与光电器件的有效面相符，既保证了探测器的探测效率不会受到很大影响，也提高了进入光电器件的光子数量，有效地解决因光电转换器件有效面积小于封装面积而带来的晶体光输出损失的问题，从而保证了探测器的灵敏度与能量信息获取精度，优化系统性能，同时，通过改进新型阵列晶体中晶体条之间的接合方式，引入开窗部的设计，使得受激的单元晶体条的可见光光子会有一部分进入到相邻的单元晶体条中，进而被其对应的光电器件探测到，这样，根据相邻光电器件产生的信号，就可以获取受激的单元晶体条的能量沉积信息；本发明实施例的阵列晶体模块的加工方法能够对闪烁晶体实现高精度切割与加工，并组装成拥有上述结构的阵列晶体。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中一种硅光电倍增器的有效探测区域与外围封装的对比示意图；
图2为现有技术中采用传统阵列晶体与光电器件耦合的示意图；
图3为现有技术中采用离散晶体条与光电器件耦合的示意图；
图4为本发明阵列晶体模块与光电器件耦合的示意图；
图5为本发明阵列晶体模块的立体示意图；
图6为本发明阵列晶体模块开窗部位的示意图；
图7为本发明阵列晶体模块的加工方法的流程示意图；
图8为本发明阵列晶体模块中锥形台的平面图。
具体实施方式
本发明公开了一种阵列晶体模块，该阵列晶体模块能够在保证探测效率的前提下，解决因光电转换器件有效探测面积小于封装面积而带来的晶体光输出损失的问题，保证了探测器的灵敏度和性能。
该阵列晶体模块，用以与光电器件耦合，所述阵列晶体模块包括若干单元晶体条，阵列晶体模块的外观立体形状为锥形台或者为一多边体与锥形台的结合，所述锥形台用以与光电器件耦合，所述锥形台包括与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述第一底面的面积小于第一顶面的面积。
所述多边体为直四棱柱或六棱柱或三棱柱等其他形状。
所述各单元晶体条的锥形台在与光电器件耦合的一端设有斜边，所述相邻两个单元晶体条的锥形台之间形成开口朝向光电器件的倒“V”型。
当所述各单元晶体条的外观立体形状仅为锥形台时，所述第一顶面与第一底面相互平行。
当所述各单元晶体条的外观立体形状为多边体与锥形台的结合时，所述多边体与锥形台可以为一体式结构，也可以为分体式结构。
当所述多边体与锥形台为分体式结构时，所述多边体与锥形台可以是由单个晶体条耦合而成，即由单个多边体晶体条与单个锥形台晶体条耦合而成，最后将耦合后的晶体条组装组成阵列晶体模块。所述多边体晶体条与锥形台晶体条之间通过光导或玻璃或晶体进行耦合。
当然，也可以先用若干单元晶体条组合构成一多边体晶体单元和一锥形台晶体单元，然后再将多边体晶体单元和锥形台晶体单元耦合。所述锥形台晶体单元包括用于与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述多边体晶体单元包括用于与第一顶面耦合的第二底面以及与第二底面相对的第二顶面。所述第二底面与第一顶面之间可以采用光学胶水直接耦合。所述第二底面与第一顶面之间除了光学胶水外，还可以通过光导或玻璃或晶体等其他材料进行耦合。所述第一顶面与第二底面的尺寸和形状可以完全一致。所述第一顶面与第二底面的尺寸和形状也可以部分一致，比如所述第一顶面与第二底面的形状一致，所述第二底面的面积小于第一顶面的面积。所述第一底面与第二顶面相互平行。
所述多边体晶体单元和锥形台晶体单元各自耦合面的形状与面积完全相同。
所述锥型台晶体单元可以由锥型台玻璃单元或者锥型台光导单元替换。
在采用单元晶体条构成阵列晶体时，晶体条相连的面之间可以全部涂上光反射材料进行光隔离处理。
当然，在采用单元晶体条构成阵列晶体时，所述晶体条相连的面之间可以一部分区域涂上光反射材料进行光隔离处理，所述晶体条相连的面之间剩余其他部分区域形成开窗部，使得所述其中一个单元晶体条的一部分可见光光子会通过开窗部进入到另一个单元晶体条中。
本发明还公开了一种阵列晶体模块的加工方法，其包括如下步骤：
S1：对各个晶体条胚进行加工，得到单元晶体条或单元晶体条列；
S2：确定晶体的倾角以及其多边体部分的厚度；
S3：根据倾角角度设定对各个单元晶体条或单元晶体条列进行模具切割，得到外观立体形状为锥形台或者为多边体与锥形台相结合的单元晶体条或单元晶体条列；
S4：把切割后的单元晶体条或单元晶体条列相互接合起来，形成阵列晶体模块。
所述步骤S2中，是根据使用的光电器件的特征以及对探测器预定性能指标的设定，来确定晶体的倾角以及其直四棱柱部分的厚度。
所述步骤S2中，所述多边体为直四棱柱或六棱柱或三棱柱。
所述步骤S3中，当单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状仅为锥形台时，所述锥形台包括与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述第一底面的面积小于第一顶面的面积，所述第一顶面与第一底面相互平行。
所述步骤S3中，当单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为多边体与锥形台相结合时，通过模具切割出一体成型结构的单元晶体条或单元晶体条列。
所述步骤S3中，当单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为多边体与锥形台相结合时，通过模具切割出分体结构的单元晶体条或单元晶体条列，然后将多边体与锥形台相互耦合。
所述锥形台包括与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述多边体设有与锥形台耦合的第二底面以及与第二底面相对的第二顶面，所述第一底面与第二顶面相互平行。
所述步骤S3中，当所述各单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为多边体与锥形台的结合时，所述锥型台能用玻璃或者光导替换。
所述步骤S3中，当所述各单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为多边体与锥形台的结合时，所述多边体与锥形台之间设有便于两者之间相互耦合的光学胶水或光导或玻璃。
所述步骤S4中，在将单元晶体条或单元晶体条列相互接合起来时，通过在晶体条相连的面之间全部涂上光反射材料进行光隔离处理。
所述步骤S4中，在将单元晶体条或单元晶体条列相互接合起来时，通过在晶体条相连的面之间一部分区域涂上光反射材料进行光隔离处理，所述晶体条相连的面之间剩余其他部分区域形成一开窗部，使得所述其中一个单元晶体条的一部分可见光光子会通过开窗部进入到另一个单元晶体条中。
由于所述多边体可以为直四棱柱或六棱柱或三棱柱等其他形状，任何模具可切割的形状都是本发明保护范围可囊括的范围。且直四棱柱或六棱柱或三棱柱等其他形状对本发明晶体模块及其加工方法的步骤是相同的，下面将以多边体中的直四棱柱为例，并结合具体的附图对本发明实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图4及图5所示，本发明公开的阵列晶体模块用以与光电器件耦合，所述阵列晶体模块包括若干单元晶体条10，各单元晶体条10的外观立体形状为单独的锥形台12的形状，或者为直四棱柱11与锥形台12的结合的形状。锥形台12用以与光电器件20耦合。本发明附图中显示的是直四棱柱与锥形台相结合的一种实施例。本发明的保护范围并不因为附图而限缩，单独锥形台或者任何多边形与锥形台结合的其他技术方案均在本发明的保护范围之内。
如图4所示，锥形台12同光电器件20的耦合端采用倾角设计，即各单元晶体条10的锥形台12设有构成所述倾角设计的斜边121，斜边121设于各单元晶体条的锥形台与光电器件耦合的一端。所述相邻两个单元晶体条的锥形台之间形成开口朝向光电器件的倒“V”型。通过采用倾角设计，根据光电器件特性进行倾角角度设定，可以使晶体原本会损失在光电耦合面30上的光经过反射进入光电器件20，减小了晶体的光输出面使之与光电器件20的有效面相符，既保证了探测器的探测效率不会受到很大影响，也提高了进入光电器件20的光子数量。
锥形台12包括与光电器件20耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述第一底面的面积小于第一顶面的面积。当所述各单元晶体条的外观立体形状仅为锥形台时，所述第一顶面与第一底面相互平行。所述第一顶面与第一底面为矩形或圆形或椭圆形或正六边形，正五边形等多边形。只要是工艺可以切割成的形状，且满足第一顶面（靠向探测源的一面）面积大于第一底面（靠向光电器件的一面）面积的即可。
当所述各单元晶体条10的外观立体形状为直四棱柱11与锥形台12的结合时，直四棱柱11与锥形台12可以设置为一体式结构，也可以设置为分体式结构。
当直四棱柱11与锥形台12为分体式结构时，单元晶体条由直四棱柱晶体条与锥形台晶体条耦合而成，然后再将各个耦合后的单元晶体条进行组合，进而构成阵列晶体模块。多边体晶体条与锥形台晶体条之间通过光导或玻璃或晶体进行耦合
当直四棱柱11与锥形台12为分体式结构时，可以先将若干单元晶体条组合构成一直四棱柱晶体单元和一锥形台晶体单元，然后将直四棱柱晶体单元和锥形台晶体单元耦合构成阵列晶体模块。所述锥形台晶体单元包括用于与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述直四棱柱晶体单元包括用于与第一顶面耦合的第二底面以及与第二底面相对的第二顶面。
所述直四棱柱晶体单元和锥形台晶体单元各自耦合面的形状与面积完全相同。所述第二底面与第一顶面之间采用光学胶水直接耦合。所述第二底面与第一顶面之间通过光导或玻璃或晶体材料进行耦合。所述第一顶面与第二底面的尺寸和形状可以完全一致。所述第一顶面与第二底面的尺寸和形状可以部分一致，比如第一顶面与第二底面的形状一致，而第二底面的面积小于第一顶面的面积。所述第一底面与第二顶面相互平行。所述锥型台晶体单元能由锥型台玻璃单元或者锥型台光导单元替换
在采用单元晶体条10构成阵列晶体时，晶体条相连的面之间全部涂上光反射材料进行光隔离处理。
当然还有另一种方式，即在采用单元晶体条10构成阵列晶体时，所述晶体条相连的面之间一部分区域涂上光反射材料进行光隔离处理，所述晶体条相连的面之间剩余其他部分区域形成开窗部40，使得所述其中一个单元晶体条的一部分可见光光子会通过开窗部40进入到另一个单元晶体条中。通过改进新型阵列晶体中晶体条之间的接合方式，引入开窗部40的设计，使得受激的单元晶体条10的可见光光子会有一部分进入到相邻的单元晶体条10中，进而被其对应的光电器件20探测到，这样，根据相邻光电器件产生的信号，就可以获取受激的单元晶体条的能量沉积信息。
当直四棱柱11与锥形台12为一体式结构时，第一顶面与第一底面重合为一个面。
当直四棱柱11与锥形台12为分体式结构时，第一顶面与第一底面为分离的两个面。
从上述技术方案可以看出，本发明实施例的阵列晶体模块，通过采用倾角设计，可以使晶体原本会损失在光电耦合面上的光经过反射进入光电器件，减小了晶体的光输出面使之与光电器件的有效面相符，既保证了探测器的探测效率不会受到很大影响，也提高了进入光电器件的光子数量，有效地解决因光电转换器件有效面积小于封装面积而带来的晶体光输出损失的问题，从而保证了探测器的灵敏度与能量信息获取精度，优化系统性能，同时，通过改进新型阵列晶体中晶体条之间的接合方式，引入开窗部的设计，使得受激的单元晶体条的可见光光子会有一部分进入到相邻的单元晶体条中，进而被其对应的光电器件探测到，这样，根据相邻光电器件产生的信号，就可以获取受激的单元晶体条的能量沉积信息。
如图7所示，本发明公开的阵列晶体模块的加工方法，其包括如下步骤：
S1：对各个晶体条胚进行加工，得到单元晶体条或单元晶体条列；
S2：确定晶体的倾角以及其多边体部分的厚度；
S3：根据倾角角度设定对各个单元晶体条或单元晶体条列进行模具切割，得到外观立体形状为锥形台或者为多边体与锥形台相结合的单元晶体条或单元晶体条列；
S4：把切割后的单元晶体条或单元晶体条列相互接合起来，形成阵列晶体模块。
在设计步骤S2中的倾角角度及直四棱柱厚度时，需要从光电器件的固有特征及对探测器的预设指标来考虑。对于光电器件而言，主要需要获取其有效工作区域面积与整体封装区域面积的信息，如果有效探测面积与其封装面积的比值越小，则晶体的倾角需要设定的相对大一些。另外，光电器件的表面与其实际光电转换面之间的距离、线性工作区间等特性也会对设计有少许影响。从探测器的预设指标来看，需要弄清楚目标探测器的性能突出点在哪。对于闪烁晶体探测器而言，重要指标有能量分辨率，时间分辨率，灵敏度等，能量分辨率表征探测器对于探测到的射线能量的获取精度，时间分辨率表征探测器对于探测到的射线的具体时间的标定精度，灵敏度代表探测器对于一定能量的射线有多少探测效率。如果追求高能量分辨率，那么需要让晶体的输出光光子数目变大，则晶体倾角不能设的太大；如果追求高时间分辨率，那么需要让晶体对光电器件的第一批输出光子数目变大，那么需要限制晶体厚度及倾角；如果追求高灵敏度，那么需要设定较大的倾角和较厚的直四棱柱部分。
所述步骤S2中，是根据使用的光电器件的特征以及对探测器预定性能指标的设定，来确定晶体的倾角以及其直四棱柱部分的厚度。
所述步骤S2中，所述多边体为直四棱柱或六棱柱或三棱柱。
所述步骤S3中，当单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状仅为锥形台时，所述锥形台包括与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述第一底面的面积小于第一顶面的面积，所述第一顶面与第一底面相互平行。
所述步骤S3中，当单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为多边体与锥形台相结合时，通过模具切割出一体成型结构的单元晶体条或单元晶体条列。
所述步骤S3中，当单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为多边体与锥形台相结合时，通过模具切割出分体结构的单元晶体条或单元晶体条列，然后将多边体与锥形台相互耦合。所述锥形台包括与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述直四棱柱设有与锥形台衔接的第二底面以及与第二底面相对的第二顶面，所述第一底面与第二顶面平行。
所述步骤S3中，当所述各单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为直四棱柱与锥形台的结合时，所述锥型台能用玻璃或者光导替换。
所述步骤S3中，当所述各单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为直四棱柱与锥形台的结合时，所述直四棱柱与锥形台之间设有便于两者之间相互耦合的光学胶水或光导或玻璃。
所述步骤S4中，在将单元晶体条或单元晶体条列相互接合起来时，通过在晶体条相连的面之间全部涂上光反射材料进行光隔离处理。
所述步骤S4中，在将单元晶体条或单元晶体条列相互接合起来时，通过在晶体条相连的面之间一部分区域涂上光反射材料进行光隔离处理，所述晶体条相连的面之间剩余其他部分区域形成一开窗部，使得所述其中一个单元晶体条的一部分可见光光子会通过开窗部进入到另一个单元晶体条中。
从上述技术方案可以看出，本发明实施例的阵列晶体模块的加工方法能够对闪烁晶体实现高精度切割与加工，并组装成拥有上述结构的阵列晶体；该加工方法能够对闪烁晶体实现高精度切割与加工，并组装成拥有上述结构的阵列晶体。
下面将仍旧以直四棱柱为例，结合几个具体的实施例来说明本发明的倾角及直四棱柱部分的厚度设计。
实施例一：
设计一个临床PET探测器，使用的光电器件封装表面面积为4x4mm2，有效工作面积为3x3mm2，预定探测器以追求高时间分辨率为目的。目前商用临床PET使用常用的LYSO晶体通常厚度在20～35mm之间，太小了灵敏度太低无法满足探测要求，太大了晶体太厚导致可见光光子在晶体中传输损失过大，能量分辨率和时间分辨率都会下降，这里因为探测器追求高时间性能，把晶体总体厚度设定为20mm～22mm。同时，为了保证整块晶体对于511KeV（PET需要探测的射线能量）射线的灵敏度，直四棱柱厚度一般设定在10～17mm。则晶体锥形台部分厚度=总厚度-直四棱柱厚度=3～12mm，锥形台的较大底面需要与光电器件封装表面相符为4x4mm2，较小底面与光电器件有效面积相符为3x3mm2。如图8所示，可以计算出：倾角=arctan（锥形台厚度/（光电器件封装表面边长-光电器件光电面边长）），在4度到18度之间。
实施例二：
设计一个核辐射探测器，使用光电器件封装表面面积为6x6mm2，有效工作面积为3x3mm2，预定探测器追求高灵敏度。为了提高探测器对高能射线的探测效率，晶体的总厚度设置到38～40mm，直四棱柱的厚度设定到30～35mm。同理可以计算出：倾角在17度到45度。
由此可以推断光电器件的特征对晶体倾角及直四棱柱厚度的影响：
光电器件的有效探测面积与其封装面积的比值越小，则晶体倾角会越大，直四棱柱厚度=晶体总厚度-锥形台部分厚度，而锥形台部分厚度和晶体倾角成反相关。
本发明探测器预定性能指标对晶体倾角及直四棱柱厚度的影响：
如果探测器要求能量分辨率高，光输出大，那么晶体倾角需要减小，减少被倾斜面反射而消耗的光；如果探测器要求灵敏度高，那么晶体的总体厚度需要增加，直四棱柱厚度也可以增加。在同时要求这两点时，晶体的倾角范围在2度到15度之间，直四棱柱厚度在10到30mm之间。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (27)
1.一种阵列晶体模块，用以与光电器件耦合，所述阵列晶体模块包括若干单元晶体条，其特征在于：所述阵列晶体模块的单元晶体条的外观立体形状为锥形台或者为一多边体与锥形台的结合，所述锥形台用以与光电器件耦合，所述锥形台包括与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述第一底面的面积小于第一顶面的面积；所述各单元晶体条的锥形台在与光电器件耦合的一端设有斜边，所述相邻两个单元晶体条的锥形台之间形成开口朝向光电器件的倒“V”型。
2.根据权利要求1所述的阵列晶体模块，其特征在于：所述多边体为直四棱柱或六棱柱或三棱柱。
3.根据权利要求1所述的阵列晶体模块，其特征在于：当所述各单元晶体条的外观立体形状仅为锥形台时，所述第一顶面与第一底面相互平行。
4.根据权利要求1所述的阵列晶体模块，其特征在于：当所述各单元晶体条的外观立体形状为多边体与锥形台的结合时，所述多边体与锥形台为一体式结构。
5.根据权利要求1所述的阵列晶体模块，其特征在于：当所述各单元晶体条的外观立体形状为多边体与锥形台的结合时，所述单元晶体条由多边体晶体条与锥形台晶体条耦合而成。
6.根据权利要求5所述的阵列晶体模块，其特征在于：所述多边体晶体条与锥形台晶体条之间通过光导或玻璃或晶体进行耦合。
7.根据权利要求1所述的阵列晶体模块，其特征在于：所述若干单元晶体条组合构成一多边体晶体单元和一锥形台晶体单元，所述阵列晶体模块由多边体晶体单元和锥形台晶体单元耦合而成，所述锥形台晶体单元包括用于与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述多边体晶体单元包括用于与第一顶面耦合的第二底面以及与第二底面相对的第二顶面。
8.根据权利要求7所述的阵列晶体模块，其特征在于：所述多边体晶体单元和锥形台晶体单元各自耦合面的形状与面积完全相同。
9.根据权利要求7所述的阵列晶体模块，其特征在于：所述第二底面与第一顶面之间采用光学胶水直接耦合。
10.根据权利要求7所述的阵列晶体模块，其特征在于：所述第二底面与第一顶面之间通过光导或玻璃或晶体材料进行耦合。
11.根据权利要求7所述的阵列晶体模块，其特征在于：所述第一顶面与第二底面的尺寸和形状完全一致。
12.根据权利要求7所述的阵列晶体模块，其特征在于：所述第一顶面与第二底面的形状一致，所述第二底面的面积小于第一顶面的面积。
13.根据权利要求7所述的阵列晶体模块，其特征在于：所述第一底面与第二顶面相互平行。
14.根据权利要求7所述的阵列晶体模块，其特征在于：所述锥形台晶体单元能由锥形台玻璃单元或者锥形台光导单元替换。
15.根据权利要求1所述的阵列晶体模块，其特征在于：在采用单元晶体条构成阵列晶体时，晶体条相连的面之间全部涂上光反射材料进行光隔离处理。
16.根据权利要求1所述的阵列晶体模块，其特征在于：在采用单元晶体条构成阵列晶体时，所述晶体条相连的面之间一部分区域涂上光反射材料进行光隔离处理，所述晶体条相连的面之间剩余其他部分区域形成开窗部，使得所述其中一个单元晶体条的一部分可见光光子会通过开窗部进入到另一个单元晶体条中。
17.一种阵列晶体模块的加工方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：对各个晶体条胚进行加工，得到单元晶体条或单元晶体条列；
S2：确定晶体的倾角以及其多边体部分的厚度；
S3：根据倾角角度设定对各个单元晶体条或单元晶体条列进行模具切割，得到外观立体形状为锥形台或者为多边体与锥形台相结合的单元晶体条或单元晶体条列，其中，所述各单元晶体条的锥形台在与光电器件耦合的一端设有斜边，所述相邻两个单元晶体条的锥形台之间形成开口朝向光电器件的倒“V”型；
S4：把切割后的单元晶体条或单元晶体条列相互接合起来，形成阵列晶体模块。
18.根据权利要求17所述的阵列晶体模块的加工方法，其特征在于：所述步骤S2中，是根据使用的光电器件的特征以及对探测器预定性能指标的设定，来确定晶体的倾角以及其直四棱柱部分的厚度。
19.根据权利要求17所述的阵列晶体模块的加工方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述多边体为直四棱柱或六棱柱或三棱柱。
20.根据权利要求17所述的阵列晶体模块的加工方法，其特征在于：所述步骤S3中，当单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状仅为锥形台时，所述锥形台包括与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述第一底面的面积小于第一顶面的面积，所述第一顶面与第一底面相互平行。
21.根据权利要求17所述的阵列晶体模块的加工方法，其特征在于：所述步骤S3中，当单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为多边体与锥形台相结合时，通过模具切割出一体成型结构的单元晶体条或单元晶体条列。
22.根据权利要求17所述的阵列晶体模块的加工方法，其特征在于：所述步骤S3中，当单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为多边体与锥形台相结合时，通过模具切割出分体结构的单元晶体条或单元晶体条列，然后将多边体与锥形台相互耦合。
23.根据权利要求22所述的阵列晶体模块的加工方法，其特征在于：所述锥形台包括与光电器件耦合的第一底面以及与第一底面相对的第一顶面，所述多边体设有与锥形台耦合的第二底面以及与第二底面相对的第二顶面，所述第一底面与第二顶面相互平行。
24.根据权利要求17所述的阵列晶体模块的加工方法，其特征在于：所述步骤S3中，当所述各单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为多边体与锥形台的结合时，所述锥形台能用玻璃或者光导替换。
25.根据权利要求17所述的阵列晶体模块的加工方法，其特征在于：所述步骤S3中，当所述各单元晶体条或单元晶体条列的外观立体形状为多边体与锥形台的结合时，所述多边体与锥形台之间设有便于两者之间相互耦合的光学胶水或光导或玻璃。
26.根据权利要求17所述的阵列晶体模块的加工方法，其特征在于：所述步骤S4中，在将单元晶体条或单元晶体条列相互接合起来时，通过在晶体条相连的面之间全部涂上光反射材料进行光隔离处理。
27.根据权利要求17所述的阵列晶体模块的加工方法，其特征在于：所述步骤S4中，在将单元晶体条或单元晶体条列相互接合起来时，通过在晶体条相连的面之间一部分区域涂上光反射材料进行光隔离处理，所述晶体条相连的面之间剩余其他部分区域形成一开窗部，使得所述其中一个单元晶体条的一部分可见光光子会通过开窗部进入到另一个单元晶体条中。
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