CN116247066B - X射线探测器和探测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种X射线探测器和探测方法，本申请一实施例的X射线探测器包括：基板；设置在基板第一表面上的堆叠结构，其中，堆叠结构包括层叠设置的多层光电二极管阵列单元，每层光电二极管阵列单元之间由粘接层隔离。本申请提供的实施例的X射线探测器通过在基板上设置由多层光电二极管阵列单元构成的堆叠结构，使得能够降低X射线使用剂量，提高对物质或生物组织的分辨能力，同时降低了产品成本，具有广阔的应用前景。

Description

X射线探测器和探测方法

技术领域

本申请涉及光电技术领域，特别是涉及一种X射线探测器和探测方法。

背景技术

X射线探测器被广泛应用于医疗、安检、工业检测等领域，其中工业检测包括如食品/药品检测、烟草检测、矿石分选、金属探伤等具体领域，通过将射线源发出的X射线在穿透被检目标后对包含被检目标信息的X射线进行光到电的转换来重建图像，从而获取被检目标的信息。

常见的X射线探测系统的结构如图1a、1b、2a和2b所示。上述射线检测系统中，射线源101和探测器103安装在机架上，其中，图1a和图1b为以闪烁体和一个光电二极管阵列组合进行探测的结构和探测原理图，图2a和图2b为以新型X射线转换材料进行探测的结构和探测原理图。射线源11释放的X射线穿透被检目标12后，被探测器13接收，如图1a和1b所示，准直器13-1将大多数散射线吸收，闪烁体13-2吸收携带被检目标信息的X射线并将其转换为光信号，光电二极管阵列13-3吸收光信号并转换为电荷信号，电荷信号进而通过电路板13-4进行转换，具体原理为电荷通过与积分器并联的电容进行积分并形成电压，再通过模数转换芯片或等效电路转换成对应射线能量的数字信号量。其主要特征是各种能级的X射线被闪烁体吸收并产生对应不同能级及X光强度的可见光光子数量，可见光又被光电二极管阵列13-3转换成等比例的电荷数并最终通过电路进行量化。这种探测器虽然成本低，但电子学噪声高，同时由于积分式探测器的闪烁体把很多携带被检目标的不同能级的信息通过积分的形式转换为相对单一的波长光进行输出，湮没了很多的物质性质的信息。同时，为了获取更高清的图像，常常需要的X射线剂量比较大。

然而，针对图1a和图1b的缺点，图2a和图2b为一种新型结构，其将闪烁体和光电二极管阵列替换为新型转换材料14-2，常见为CdTe、CdZnTe、纯Si、化合物半导体等，其可以将X射线的每一个对应不同能量的X射线光子转换成不同高度的电荷脉冲，这些脉冲在时间方向上随机到达。电荷脉冲经过电路板14上的脉冲信号处理电路或者芯片14-3，如图2b所示，对某个时刻到来的电荷脉冲依次进行信号波形调理，并将其按照能量级别(T1、T2、…、Tn)，分别进行计数或者对脉冲峰值保持后的电压进行模数量化计数，计数的多少代表了这个能量阈值范围内的射线强度，最后通过图像算法分别对不同能量阈值内的数据进行处理并进行图像重建。

通过设计新型的X射线探测器(又称光子计数探测器)14，可以大幅度的降低系统的电子学系统噪声，提高图像的空间分辨率和对比度噪声比，提高小信号情况下的图像分辨能力，由于对X射线连续能量谱进行了划分并单独进行图像重建，通过不同能级的射线穿过被检目标后携带的不同能级的被检目标的信息，可以提高被检目标物质的识别能力，同时X射线检查设备使用的剂量也可以得到降低，在医疗应用中通过K边缘成像，减少造影剂的需求，提高软组织的对比度。然而，新型转换材料14-2存在价格昂贵的问题。

因此，需要提供一种能够以更低的成本实现在低X射线辐射条件下具有更高成像质量的X射线探测器。

发明内容

为了解决上述问题至少之一，本申请提供一种X射线探测器，包括：

基板；

设置在基板第一表面上的堆叠结构，

其中，堆叠结构包括层叠设置的多层光电二极管阵列单元，每层光电二极管阵列单元之间由粘接层隔离。

在一些可选的实施例中，光电二极管阵列单元包括：

衬底；

形成在衬底第一侧上的阵列排布的感测像素和与感测像素一一对应电连接的多个第一电极；

形成在衬底第二侧上的第二电极，第二侧与第一侧相对。

在一些可选的实施例中，还包括：准直片，设置在相邻两层光电二极管阵列单元之间，准直片的材料为高原子序数材料。

在一些可选的实施例中，粘接层包括：第一粘接层和第二粘接层，

每两层光电二极管阵列单元之间包括一个层叠结构，

在远离基板的第一表面的方向上，层叠结构包括依次层叠设置的第一粘接层、准直片、以及第二粘接层，

其中，第一粘接层为绝缘材料，第二粘接层为导电材料。

在一些可选的实施例中，第一粘接层和第二粘接层中包括多个具有预设直径的支撑球或者预设厚度的支撑片，支撑球和支撑片为绝缘材料；或者

粘接层还包括：第三粘接层，其中，在远离基板的第一表面的方向上，层叠结构包括依次层叠设置的第一粘接层、支撑板、第三粘接层、准直片、以及第二粘接层。

在一些可选的实施例中，堆叠结构包括：朝向被检目标的探测面，探测面与第一表面垂直，

其中，准直片延长超过探测面。

在一些可选的实施例中，准直片包括：延长超过探测面的第一子部、与光电二极管阵列单元重叠的第二子部、以及延长超过探测面的相对面的第三子部，

第二子部包括多个镂空开口。

在一些可选的实施例中，

X射线探测器还包括设置在基板上的计数式电路芯片，以将光电二极管阵列单元转换的电荷信号进行量化计数，

或者

基板包括第一基板和第二基板，X射线探测器还包括：柔性电路板和计数式电路芯片，计数式电路芯片将光电二极管阵列单元转换的电荷信号进行量化计数，

其中，堆叠结构位于第一基板上，计数式电路芯片位于第二基板上，

柔性电路板的第一端与第一基板电连接，第二端与第二基板电连接。

在一些可选的实施例中，基板还包括：多个第一焊盘和至少一个第二焊盘，

第一焊盘与多个光电二极管阵列单元中每一个的第一电极一一对应电连接，第一焊盘的数量与多个光电二极管阵列的第一电极数量总和相等，

第二焊盘与光电二极管阵列单元的第二电极对应连接。

在一些可选的实施例中，

第一焊盘和第二焊盘通过电极引线与第一电极和第二电极电连接；或者

准直片通过导电粘接层与光电二极管阵列单元的第二电极电连接，准直片包括与光电二极管阵列单元粘接的准直部和自准直部延伸出的延伸部，

延伸部为弯折金属杆，并通过插接到基板的插口中将第二焊盘与第二电极电连接。

在一些可选的实施例中，

粘接层还包括第三粘接层，

层叠结构还包括：设置在第一粘接层靠近基板侧的等势电极片和设置在等势电极片靠近基板侧的第三粘接层，第三粘接层为绝缘材料。

本申请第二方面提供一种利用上文所述的X射线探测器的探测方法，包括：

光电二极管阵列单元接收X射线，并将X射线转换为电荷信号，以通过光子计数对电荷信号进行量化计数从而对被探测物体进行图像重建。

本申请的有益效果如下：

本申请针对现有的问题，制定一种X射线探测器和探测方法，通过提供由多层光电二极管阵列单元层叠形成的堆叠结构，能够有效改善单层光电二极管阵列单元对X射线检测效率不足，同时提高在检测移动方向上的扫描速度，提高图像空间分辨率和物质分辨能力，不必再需要大剂量X射线和闪烁体的配合，同时可以显著降低电子噪声；另外，通过采用层叠的光电二极管阵列单元作为X射线直接转换材料将X射线转换为电荷信号，可以有效降低成本，具有广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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1a和图1b示出现有技术X射线探测系统的示意性结构图和探测原理；

图2a和图2b示出现有技术另一X射线探测系统的示意性结构图和探测原理；

图3a示出根据本申请实施例的X射线探测器的示例性结构图；

图3b示出图3a实施例的X射线探测器沿Y方向的俯视图；

图4示出根据本申请实施例的X射线探测器的示例性结构图；

图5示出根据本申请另一实施例的X射线探测器中光电二极管阵列单元的示例性剖视图；

图6示出图5所示光电二极管阵列单元的示例性俯视图；

图7示出根据本申请另一实施例的光电二极管阵列单元的示例性俯视图；

图8示出根据本申请一实施例的准直片的示例性俯视图；

图9示出根据本申请一实施例的X射线探测器的示例性俯视图；

图10示出根据本申请一实施例的X射线探测器的示例性结构图；

图11示出根据本申请一实施例的X射线探测器的示例性俯视图；

图12示出图11所示实施例的X射线探测器中准直片的示例性俯视图；

图13示出根据本申请另一实施例的X射线探测器的示例性结构图；以及

图14示出根据本申请另一实施例的X射线探测器的示例性结构图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请，下面结合优选实施例和附图对本申请做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本申请的保护范围。

为了解决以上问题至少之一，参照图3a所示，本申请的一个实施例提供了一种X射线探测器，包括：

基板200；

设置在基板第一表面上的堆叠结构300，

其中，堆叠结构300包括层叠设置的多层光电二极管阵列单元301，每层光电二极管阵列单元301之间由粘接层302隔离。

在本实施例中，通过提供由多层光电二极管阵列单元层叠形成的堆叠结构，能够有效改善单层光电二极管阵列单元对X射线检测效率不足，同时提高在检测移动方向上的扫描速度，提高图像空间分辨率和物质分辨能力，不必再需要大剂量X射线和闪烁体的配合，同时可以显著降低电子噪声；另外，通过采用层叠的光电二极管阵列单元作为X射线直接转换材料将X射线转换为电荷信号，可以有效降低成本。

在一个具体的实施例中，参照图3a所示，X射线探测器包括基板200和设置在基板200第一表面上的堆叠结构300。该基板200可以为电路板，基板200的材料例如可以为FR4或者陶瓷基或者其他形式的基板材料，该基板200也可以为一层或多层电路板，本申请不作限制，基板200用于提供支撑和信号连通功能。如图中所示，基板200中还设置有至少一个安装孔201，以将X射线探测器固定安装在需要安装该X射线探测器的机架上。

具体地，堆叠结构300包括：层叠设置的多层光电二极管阵列单元301，每层光电二极管阵列单元301之间由粘接层302隔离。

需要说明的是，因为光电二极管阵列单元通常为通过在硅基或者其他衬底上利用半导体工艺形成的半导体器件阵列，从而单层光电二极管阵列单元厚度很小，使得现有技术中只能够利用单层光电二极管阵列中远离基板第一表面一侧作为接收X射线的接收面，从而X射线的接收效率低，扫描速度慢，且需要大剂量的X射线照射被探测物体且同时需要闪烁体进行信号转换才能够得到足量的检测信号。

在本申请中，通过层叠设置的多层光电二极管阵列单元301作为X射线直接转换材料，能够利用层叠的厚度，提高X射线的接收率，提高检测精度。较为优选地，通过利用多层光电二极管阵列单元301层叠形成层叠结构，从而能够以堆叠结构300与基板200的第一表面垂直的面(即，堆叠结构的厚度构成的面)作为朝向被检目标的探测面。

另外，参照图3b所示，探测时在垂直于第一表面的Z方向上移动被检目标或者X射线探测器，则可以利用每一层光电二极管阵列单元在Y方向的不同接收深度上采集不同的信息，同一时间得到更丰富的图像信息，因此在Z方向上能够提高扫描速度，且层数越多，扫描速度越高，另外，在相同射线源条件下，层叠结构也可以降低X射线的使用剂量。

不过还需要说明的是，本申请并不旨在限制X射线探测器中包括的堆叠结构的数量，当垂直于基板200第一表面的面为探测面时，例如图3a和图3b所示的X轴和Z轴构成的平面作为探测面，也不旨在限制探测面中每一层光电二极管阵列单元301的侧面是否相互齐平。参照图4所示，X射线探测器包括设置在基板200上的2个堆叠结构，且每个堆叠结构中构成探测面的光电二极管阵列单元301的侧面不齐平，即阶梯状。当然，图4只是示例性的，本申请的X射线探测器中可以包括任意数量的堆叠结构300，每个堆叠结构300中的光电二极管阵列单元301的层数不限，每个堆叠结构300中构成探测面的每层光电二极管阵列单元301的侧面可以齐平也可以不齐平，在此不再赘述。

但是，需要特别说明的是，当将各层光电二极管阵列单元301的上端面(探测面)和下端面均设置为不齐平时，即，阶梯状，这样设置能够使用成批量的同一尺寸的光电二极管阵列单元，从而能够批量制作，降低工艺成本。

下面进一步具体描述每层光电二极管阵列单元301的结构特征。

参照图5和图6所示，光电二极管阵列单元301包括：衬底311，衬底311可以为硅基衬底或者锗基衬底等；形成在衬底311第一侧上的阵列排布的感测像素321和与感测像素321一一对应电连接的多个第一电极331；以及形成在衬底311第二侧上的第二电极341，第二侧与第一侧相对，因此，光电二极管阵列单元301上的光电二极管阵列为基于半导体材料工艺的光电二极管阵列。从图中可以看出，Z方向和Y方向构成的面为该示例中光电二极管阵列单元301的探测面，X方向和Y方向构成的面为光电二极管阵列单元301平行于基板200第一表面的侧面。

具体地，在该示例中，参照图5和图6所示，第一电极331和第二电极341分别位于光电二极管阵列单元301中相对的两侧，第一电极331和感测像素321位于同一侧并一一对应电连接，第二电极341位于第二侧并整面覆盖。可选地，第一电极331为阳极且第二电极341为阴极；或者第一电极331为阴极且第二电极341为阳极。在该示例中，Y方向为垂直于探测面Z的深度方向，延Y方向的感测像素321的列数决定了可以接收最大深度为多少的X射线信息，或称为决定了能级数，延X方向的感测像素321的行数决定了可以接收X射线的广度，本领域技术人员可以理解，当以导线分别接出每个第一电极331和第二电极341时，则能够得到每个感测像素对应位置X射线信息光电转换后的电荷信号。

本领域技术人员可以理解，每一层光电二极管阵列单元301中延Y方向的感测像素321的列数越多，延X方向的感测像素321的行数越多，则感测精度相对越大。不过可选地，当个别产品对精度要求不高时，参照图7所示，也可以设置一列感测像素321，或者也可以仅设置一行感测像素(未示出)。另外可选地，参照图7所示，在另一些示例中，提供另一种形式的第二电极341-1，第二电极341-1可以设置在第一电极331的同一侧，在此不再赘述。

为了吸收X射线穿过被检目标后的散射线，较为优选地，继续参照图3a所示，X射线探测器还包括准直片303。准直片303设置在相邻两层光电二极管阵列单元301之间，为了提供良好的散射线吸收效果，准直片303的材料为高原子序数材料，例如，钨、钼、铅等金属片。

在本示例中，之所以将准直片303设置为金属片，是为了提供光电二极管阵列单元301第二侧的电信号通路。

具体地，继续参照图3a所示，因为本申请实施例中的光电二极管阵列单元301形成层叠的堆叠结构300，为了将每层光电二极管阵列单元301第一侧中各第一电极331的电信号采集出来，各层光电二极管阵列单元301中的第一电极区域中的第一电极在基板200上的正投影互不交叠。而另一方面，因为第二电极341设置在衬底311的第二侧，为了采集出每层光电二极管阵列单元301中第二电极341的电信号，考虑通过准直片303形成电信号通路。具体地，准直片303与对应的光电二极管阵列单元301的第一侧电连接，每个准直片303包括焊盘，准直片303设置焊盘的区域延伸超过与之电连接的光电二极管阵列单元301的相应侧，则只要通过引线与该焊盘电连接，则相当于与对应光电二极管阵列单元301的第二电极341电连接，焊盘353的材料可以为金、铝、铜等，可以采用绑定(bonding)或者焊接的方式与准直片303表面连接。不过本领域技术人员应理解，各光电二极管阵列单元301之间应是电隔离的。

进一步具体地，继续参照图3a所示，粘接层302包括：第一粘接层312和第二粘接层322。此外，每两层光电二极管阵列单元301之间包括一个层叠结构。在远离基板200的第一表面的方向上，层叠结构包括依次层叠设置的第一粘接层312、准直片303、以及第二粘接层322。其中，第一粘接层312为绝缘材料，第二粘接层322为导电材料，例如第一粘接层312可以为有机硅粘接剂，第二粘接层322可以为导电银胶，当然具体材料本申请不作限制，只要保证第一粘接层312不导电，第二粘接层322导电即可。

为了控制准直片303与其相邻右侧(即靠近所述基板一侧相邻)的光电二极管阵列单元301之间形成的耦合电容，可选地，第一粘接层312中包括多个具有预设直径的支撑球332，支撑球332也为绝缘材料。当然，支撑球332也可以替换为具有一定厚度的绝缘材料的支撑片，作用类似。或者进一步可选地，粘接层302还包括另一粘接层，此时，在远离基板200的第一表面的方向上，层叠结构包括依次层叠设置的该另一粘接层、支撑板、第一粘接层312、准直片303、以及第二粘接层322，其中，支撑板为低介电常数材料，例如工程塑料等，可以通过设置低介电常数材料的支撑板，能够在控制准直片303与其右侧的光电二极管阵列单元301之间的耦合电容值一致的情况下，减少二者之间的耦合电容的容值。

在一些可选的实施例中，继续参照图3a所示，当堆叠结构300的探测面为与基板200的第一表面垂直的面，例如图3a和图3b所示的X轴和Z轴构成的平面作为探测面时，准直片303延长超过该探测面。通过该设置，能够提高准直片303对散射光的吸收率，避免噪声信号。参照图3a所示，准直片303延长超过探测面的距离为H，不过本申请不限制H具体的距离，当H越大时吸收散射光的效果越好，不过距离越大则使得探测面距离被检目标距离越大，在探测空间有限的领域，需要折中处理。

在另一些可选的实施例中，为了降低准直片与其相邻右侧(即靠近所述基板一侧相邻)的光电二极管阵列单元301之间形成的耦合电容，准直片不是完整的金属片。参照图8所示，准直片303-1延长超过探测面的第一子部323、与光电二极管阵列单元301重叠的第二子部333、以及延长超过探测面的相对面的第三子部343，第二子部333包括多个镂空开口。图中还示出了准直片303-1上设置的焊盘353，焊盘353的材料可以为金、铝、铜等，焊盘353可以采用绑定(bonding)或者焊接的方式与准直片303-1表面连接。其中，该准直片303-1的材料仍为高原子序数材料，例如钨、钼、铅等金属。通过该设置，既可以利用准直片303-1的导电特性将光电二极管阵列单元的第二电极341的电信号引出，并且利用延伸超过探测面的第一子部323充分吸收散射线，同时，因为设置镂空开口的第二子部333，使得降低了与光电二极管阵列单元301重叠的部分的金属面积，从而降低了准直片303-1与其相邻右侧的光电二极管阵列单元301之间的耦合电容。

为了将各个光电二极管阵列单元301中每个感测像素感测X射线后光电转换成的电荷信号顺利引出，参照图9所示，基板200还包括：多个第一焊盘204和至少一个第二焊盘205。第一焊盘204与多个光电二极管阵列单元301中每一个的第一电极331一一对应电连接，第一焊盘204的数量与多个光电二极管阵列301的第一电极331数量总和相等；第二焊盘205与光电二极管阵列单元301的第二电极341对应连接。具体到本示例中，参照图9所示，第二焊盘205的数量与光电二极管阵列单元301的数量相等，即，每个第二焊盘对应连接至一个光电二极管阵列单元的第二电极341，其中为了俯视图简略，在图9中仅示出最后一排第一电极及与其连接的第一焊盘204。但是本领域技术人员应理解，图9所示的示例并不是限制性的，在实际应用中所有光电二极管阵列单元的第二电极341也可能作为阴极均接入同一低电平电位，这种情况下，可以仅设置一个尺寸相对更大的第二焊盘，并且每个光电二极管阵列单元的第二电极均电连接至该焊盘，在此不再赘述。

具体到本示例，结合图3a、图6和图9所示，X射线探测器包括4层光电二极管阵列单元301，每层光电二极管阵列单元301包括4行×8列感测像素，则X探测器共包括32×4总数128个第一电极331，则基板200包括128个第一焊盘；另外，包括4个第二焊盘205，其中第四个第二焊盘205应被第四层光电二极管阵列单元301覆盖。通过该设置，能够将每一个感测像素感测后转换的电荷信号均引出到基板200的相应电路信号端。

需要说明的是，在图3a所示的示例中，最靠近基板200的一层光电二极管阵列单元301与基板200之间并没有再设置粘接层302和准直片303组成的层叠结构。这是因为可以通过在基板200中直接设置布线与对应光电二极管阵列单元301的焊盘直接连接，并且在将该层光电二极管阵列单元设置在基板200上时将第二电极341与该第二焊盘直接覆盖并电连接，则能够形成电连接关系，从而省略一个层叠结构。当然，这并不是限定性的，如果有需要，在基板200上也可以多形成一个层叠结构，在此不再赘述。

在一些可选的实施例中，结合图3a和图9所示，第一焊盘204和第二焊盘205通过电极引线304与第一电极和第二电极电连接，当然，最靠近基板200的光电二极管阵列单元301的第二电极341通过设置在基板200上的电极引线304与第二焊盘205电连接。电极引线304的材料可以为铝、铜、金等。

在另一些可选的实施例中，结合图10、图11和图12所示，准直片303-2通过导电粘接层与光电二极管阵列单元301的第二电极341电连接，准直片303-2包括与光电二极管阵列单元301粘接的准直部和自准直部延伸出的延伸部313，该延伸部313为弯折金属杆并通过插接到基板200的插口中将第二焊盘与第二电极341电连接。本领域技术人员可以理解，最靠近基板200的第二电极可以通过直接布线到相应的插口形成电连接而与第二焊盘电连接，在此不再赘述。当然，这并不是限定性的，如果有需要，在基板200上也可以多形成一个层叠结构，在此不再赘述。

在一些可选的实施例中，参照图3a、图10、图13所示，X射线探测器还包括设置在基板200上的计数式电路芯片203，以将光电二极管阵列单元转换的电荷信号进行量化计数，当然，这里计数式电路芯片203并不局限于封装的芯片，计数式电路也是可以的。具体地，光电二极管阵列单元301将接收的X射线直接光电转换为电荷信号，该电荷信号为电荷脉冲信号；计数式电路或芯片203可以对接收到各个电荷脉冲信号进行信号波形调理，并将其按照能量级别(T1、T2、…、Tn，n为正整数)分别进行量化计数或者对电荷脉冲信号峰值进行保持后的电压进行模数量化计数，计数的多少代表了这个能量阈值范围内的射线强度。之后，计数式电路芯片203通过将计数得到的数据利用基板200上的连接器202传输至其连接的上位机，上位机通过图像算法分别对不同能量阈值内的数据进行处理并完成图像重建，得到被检目标的探测图像。当然，计数式电路芯片203也可以仅具有量化计数功能，基板200上包括其它对电荷信号进行信号波形调理的电路，处理后再输入计数式电路芯片203，在此不再赘述。

通过以上设置，X射线探测器不但具备了以层叠设置的光电二极管阵列单元实现小剂量X辐射条件下以更低成本和更高扫描速度进行X射线探测的功能，同时，借助并利用层叠设置的光电二极管阵列单元直接将X射线转换为电荷信号的特点，该电荷信号为电荷脉冲信号，将层叠设置的光电二极管阵列单元构成的堆叠模组与计数式电路芯片相结合，形成了以低成本、低剂量实现了光子计数探测器，提高了图像的空间分辨率和对比度噪声比，并借助于堆叠结构优势进一步提高了扫描速度，具有广阔的应用前景。

当X射线探测器包括计数式电路芯片203时，为了避免计数式电路芯片203处于X射线穿过的路径上，进而避免对计数式电路芯片203造成辐射损伤，优选地，参照图10和图13所示，基板200包括第一基板210和第二基板220，X射线探测器还包括：柔性电路板230，其中，堆叠结构300位于第一基板210上，计数式电路芯片203位于第二基板220上，柔性电路板230的第一端与第一基板210电连接，第二端与第二基板220电连接。

当然，以上计数式电路芯片也可以不包括在X射线探测器中，例如连接器可以直接接收光电二极管阵列单元301转换的电荷信号，并将接收的电荷信号均传输至上位机进行量化计数，同样可以实现以上功能。

在另一些可选的实施例中，参照图14所示，粘接层302还包括第三粘接层342。具体地，层叠结构还包括：设置在第一粘接层312靠近基板侧的等势电极片352和设置在等势电极片352靠近基板侧的第三粘接层342，第三粘接层342为绝缘材料。

在实际应用中，为了增加X射线探测器对X射线的响应，通常会在第一电极331和第二电极341之间施加偏压，施加的偏压数值跟光电二极管阵列单元301使用的衬底相关。假定衬底311为N型衬底，并假定光电二极管阵列单元301左侧的第一电极为阳极，电势为Va(该电势为各第一电极的等效电势)，则光电二极管阵列单元301右侧的第二电极为阴极，电势为Vb，Va<Vb；假设光电二极管阵列单元301使用P型衬底，假设光电二极管阵列单元301左侧的第一电极为阴极，电势为Va，则光电二极管阵列单元301右侧的第二电极为阳极，电势为Vb，Va>Vb。因为准直片303通过导电的第二粘接层322与光电二极管阵列单元301的第二电极电连接，所以其电势也为Vb，那么准直片303与右侧的光电二极管阵列单元301就会形成电势差，这个电势差形成的电场会影响右侧光电二极管阵列单元301的性能。

本实施例中，为了消除这个电场，通过增加等势电极片352，在使用中只要将等势电极片352的电势设置为Vc并通过电性连接使得Vc＝Va，则消除了的等势电极片352与右侧光电二极管阵列单元301的左侧表面之间的电场。除去第三粘接层342之外，还可以增加塑料支撑片等介电层，本领域技术人员可以根据需要适当增设，在此不再赘述。

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种利用上文实施例所述的X射线探测器的探测方法，包括：

光电二极管阵列单元接收X射线，并将X射线转换为电信号，以通过光子计数对电荷信号进行量化计数从而对被探测物体进行图像重建。

通过以上设置，利用光电二极管阵列单元构成的堆叠结构直接将X射线转换为电荷信号，并将电荷信号通过光子计数对其进行量化计数，再传输到上位机上进行图像重建，通过以上过程形成的被探测物体的图像具备空间分辨率高且对比度噪声比高，而使用的X射线剂量大幅减小，而产品探测成本低，电子学系统噪声低，具有广泛的应用前景。

本申请针对现有的问题，制定一种X射线探测器和探测方法，通过提供由多层光电二极管阵列单元层叠形成的堆叠结构，能够有效改善单层光电二极管阵列单元对X射线检测效率不足，同时提高在检测移动方向上的扫描速度，提高图像空间分辨率和物质分辨能力，不必再需要大剂量X射线和闪烁体的配合，同时可以显著降低电子噪声；另外，通过采用层叠的光电二极管阵列单元作为X射线直接转换材料将X射线转换为电荷信号，可以有效降低成本，具有广阔的应用前景。

显然，本申请的上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非是对本申请的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本申请的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之列。

Claims (12)

1.一种X射线探测器，其特征在于，包括：

基板；

设置在所述基板第一表面上的堆叠结构；

设置在相邻两层光电二极管阵列单元之间的准直片，

其中，所述堆叠结构包括层叠设置的多层光电二极管阵列单元，每层光电二极管阵列单元之间由粘接层隔离，并且所述堆叠结构包括：朝向被检目标的探测面，所述探测面与所述第一表面垂直，

所述准直片通过导电粘接层与所述光电二极管阵列单元的第二电极电连接，所述准直片包括与所述光电二极管阵列单元粘接的准直部和自所述准直部延伸出的延伸部，

所述延伸部为弯折金属杆，并通过插接到所述基板的插口中将第二焊盘与所述第二电极电连接。

2.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于，所述光电二极管阵列单元包括：

衬底；

形成在所述衬底第一侧上的阵列排布的感测像素和与所述感测像素一一对应电连接的多个第一电极；

形成在所述衬底第二侧上的第二电极，所述第二侧与所述第一侧相对。

3.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于，所述准直片的材料为高原子序数材料。

4.根据权利要求3所述的X射线探测器，其特征在于，所述粘接层包括：第一粘接层和第二粘接层，

每两层所述光电二极管阵列单元之间包括一个层叠结构，

在远离所述基板的所述第一表面的方向上，所述层叠结构包括依次层叠设置的所述第一粘接层、所述准直片、以及所述第二粘接层，

其中，所述第一粘接层为绝缘材料，所述第二粘接层为导电材料。

5.根据权利要求4所述的X射线探测器，其特征在于，

所述第一粘接层和第二粘接层中包括多个具有预设直径的支撑球或者预设厚度的支撑片，所述支撑球和所述支撑片为绝缘材料；

或者

所述粘接层还包括：第三粘接层，其中，在远离所述基板的所述第一表面的方向上，所述层叠结构包括依次层叠设置的所述第三粘接层、支撑板、所述第一粘接层、所述准直片、以及所述第二粘接层。

6.根据权利要求3所述的X射线探测器，其特征在于，

其中，所述准直片延长超过所述探测面。

7.根据权利要求6所述的X射线探测器，其特征在于，所述准直片包括：延长超过所述探测面的第一子部、与所述光电二极管阵列单元重叠的第二子部、以及延长超过所述探测面的相对面的第三子部，

所述第二子部包括多个镂空开口。

8.根据权利要求2所述的X射线探测器，其特征在于，

还包括设置在所述基板上的计数式电路芯片，以将所述光电二极管阵列单元转换的电荷信号进行量化计数，

或者

所述基板包括第一基板和第二基板，所述X射线探测器还包括：柔性电路板和计数式电路芯片，所述计数式电路芯片将所述光电二极管阵列单元转换的电荷信号进行量化计数，

其中，所述堆叠结构位于所述第一基板上，所述计数式电路芯片位于所述第二基板上，

所述柔性电路板的第一端与所述第一基板电连接，第二端与所述第二基板电连接。

9.根据权利要求2所述的X射线探测器，其特征在于，所述基板还包括：多个第一焊盘和至少一个第二焊盘，

所述第一焊盘与所述多层光电二极管阵列单元中每一层的第一电极一一对应电连接，所述第一焊盘的数量与所述多层光电二极管阵列单元的第一电极数量总和相等，

所述第二焊盘与所述光电二极管阵列单元的第二电极对应连接。

10.根据权利要求4所述的X射线探测器，其特征在于，

所述粘接层还包括第三粘接层，

所述层叠结构还包括：设置在所述第一粘接层靠近所述基板侧的等势电极片和设置在所述等势电极片靠近所述基板侧的所述第三粘接层，所述第三粘接层为绝缘材料。

11.一种X射线探测器，其特征在于，包括：

基板；

设置在所述基板第一表面上的堆叠结构；

设置在相邻两层光电二极管阵列单元之间的准直片，

其中，所述堆叠结构包括层叠设置的多层光电二极管阵列单元，每层光电二极管阵列单元之间由粘接层隔离，并且所述堆叠结构包括：朝向被检目标的探测面，所述探测面与所述第一表面垂直，

所述准直片通过导电粘接层与所述光电二极管阵列单元的第二电极电连接，

各层所述光电二极管阵列单元呈阶梯状，阶梯表面露出各层所述准直片，通过电极引线将所述基板上的第二焊盘与所述露出的各层准直片电连接。

12.一种利用权利要求1-11中任一项所述的X射线探测器的探测方法，其特征在于，包括：

所述光电二极管阵列单元接收X射线，并将所述X射线转换为电荷信号，以通过光子计数对所述电荷信号进行量化计数从而对被探测物体进行图像重建。