CN209784548U - 一种探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种探测器。该探测器包括至少一个探测单元，每一探测单元包括闪烁体、连接部、光电转换单元和反射层，闪烁体的出光面通过连接部与光电转换单元连接，反射层包覆闪烁体的其他表面。通过反射层反射射到闪烁体其他表面的可见光，使得反射的可见光部分反射至出光面，从而提高了出光面的出光效率，进而光电转换单元转换输出的电信号增强，从而可以提高探测器输出的探测信号的强度，进而提高探测器的探测精度和使用范围。

Description

一种探测器

技术领域

本实用新型实施例涉及探测技术领域，尤其涉及一种探测器。

背景技术

包含闪烁体的探测器常被设计用来吸收X射线高能粒子或光子的能量并发出荧光或磷光等可见光。闪烁体其中一端衔接光电倍增管或光电二极管，将可见光转换为电信号。

闪烁体在接收外界射入的射线后，射线在闪烁体内产生能量沉积并各向同性的发出荧光。荧光在闪烁体内传播时，部分荧光到达与光电倍增管或光电二极管衔接的界面，并在界面上产生折射，然后到达光电倍增管或光电二极管产生电信号。但是光电倍增管或光电二极管一般设置在闪烁体的一端，可见光具有各向同性的特点，因此在闪烁体的其他表面同样会射出荧光，光电倍增管或光电二极管收集的荧光比较少，导致探测器输出的探测信号强度小。

实用新型内容

本实用新型提供一种探测器，以提高探测器输出的探测信号的强度，从而提高探测器的探测精度和使用范围。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种探测器，包括至少一个探测单元，每一所述探测单元包括闪烁体、连接部和光电转换单元，还包括反射层；

所述闪烁体的出光面通过所述连接部与所述光电转换单元连接，所述反射层包覆所述闪烁体的所述出光面之外的全部或部分其他表面。

具体地，所述闪烁体与所述反射层接触的表面形成光反面，所述光反面与所述闪烁体的出光面相对设置，用于将所述闪烁体内的到达所述光反面的至少部分光反射至所述光电转换单元。

具体地，所述光反面为向远离所述光电转换单元的方向凸起的凸面。

具体地，所述光反面为锥面或球面。

具体地，所述锥面为棱锥面，所述棱锥面所对应的棱椎体的底面的垂线，与所述棱锥面的各面之间的夹角为大于或等于30°且小于或等于60°。

具体地，所述锥面为圆锥面，所述圆锥面所对应的圆椎体的底面的垂线，与所述圆锥面的母线之间的夹角为大于或等于30°且小于或等于60°。

具体地，所述反射层的厚度为大于或等于150um且小于或等于200um。

具体地，所述连接部为光学耦合胶或硅油。

具体地，所述光电转换单元为光电倍增管或光电二极管，所述闪烁体的出光面覆盖所述光电转换单元的有效区。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种探测器，包括复数个探测单元，所述探测单元排列形成阵列结构，所述探测单元包括闪烁体、光电转换单元及反射层；所述闪烁体具有相对布置的出光面、顶面及周面，所述闪烁体的出光面与所述光电转换单元之间光耦合，所述反射层包覆所述闪烁体的周面和顶面，且所述闪烁体的顶面被配置成可与对应的反射层相结合后形成光反面。

本实用新型通过实施例的技术方案，探测器包括至少一个探测单元，每一探测单元包括闪烁体、连接部、光电转换单元和反射层，闪烁体的出光面通过连接部与光电转换单元连接，反射层包覆闪烁体的其他表面。通过反射层反射射到闪烁体其他表面的可见光，使得反射的部分可见光反射至出光面，即更多的可见光可到达出光面，从而提高了出光面的出光效率，进而光电转换单元转换输出的电信号增强，从而可以提高探测器输出的探测信号的强度，进而提高探测器的探测精度和使用范围。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种探测器的剖面结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种探测单元的剖面结构示意图；

图3为图2提供的闪烁体内对应的可见光穿过出光面的角度范围示意图；

图4为图2提供的探测单元的一路光线传播示意图；

图5为本实用新型实施例提供的另一种探测单元的剖面结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的另一种探测单元的剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1为本实用新型实施例提供的一种探测器的剖面结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的一种探测单元的剖面结构示意图，如图1和图2所示，该探测器包括至少一个探测单元00，每一探测单元00包括闪烁体10、连接部30、光电转换单元40和反射层20。闪烁体10的出光面11通过连接部30与光电转换单元40连接，反射层20包覆闪烁体10的出光面11之外的全部或部分其他表面。

具体地，如图1所示，探测器包括多个探测单元00，多个探测单元00可以阵列分布，每个探测单元00中的闪烁体10的其他表面均包覆有反射层20。图1仅是示例性地示出了探测器包括三个探测单元00。

出光面11是闪烁体10的表面的一部分，闪烁体10的其他表面与出光面11组合恰好形成闪烁体10的表面。闪烁体10的形状可以有多种，一般情况下，闪烁体10为规则的形状，示例性地，可以为长方体或圆柱体。本实用新型以闪烁体10为长方体为例进行说明。如图2所示，长方体的底面为出光面11，长方体的周面和顶面即为其他表面。高能粒子或光子从闪烁体10远离出光面11的一侧射入闪烁体10，如图2中的A方向。闪烁体10吸收高能粒子或光子的能量并发出荧光或磷光等可见光。闪烁体10发出的可见光具有各向同性，因此闪烁体10发出的可见光只有部分直接入射至出光面11，如图2中的B方向的可见光直接入射至出光面11。而闪烁体10其他方向的可见光射到闪烁体10的其他表面，反射层20包覆在闪烁体10的其他表面。反射层20具有反射可见光的作用，例如可以是氧化镁、二氧化钛、铝箔等薄膜。因此闪烁体10的其他表面上的可见光被反射层20反射，通过反射层20的反射可以使得部分可见光反射至出光面11，从而提高了出光面11的出光效率。射至出光面11的可见光通过连接部30至光电转换单元40，光电转换单元40将接收到的可见光转换为电信号，因电信号的大小与接收到的可见光的强度成正相关，因此当出光面11的出光效率提高时，光电转换单元40转换输出的电信号增强，从而可以提高探测器输出的探测信号的强度，进而提高探测器的探测精度和使用范围。

需要说明的是，连接部30具有高透光率，避免出光面11射出的可见光在连接部30处损耗严重。

本实用新型实施例的技术方案，探测器包括至少一个探测单元，每一探测单元包括闪烁体、连接部、光电转换单元和反射层，闪烁体的出光面通过连接部与光电转换单元连接，反射层包覆闪烁体的其他表面。通过反射层反射射到闪烁体其他表面的可见光，使得反射的可见光部分反射至出光面，从而提高了出光面的出光效率，进而光电转换单元转换输出的电信号增强，从而可以提高探测器输出的探测信号的强度，进而提高探测器的探测精度和使用范围。

在上述技术方案的基础上，反射层用于反射射到闪烁体其他表面的可见光，因此反射层具有一定的涂覆厚度。示例性地，反射层的厚度可以为大于或等于150um且小于或等于200um。优选地，反射层的厚度为175um，既可以实现反射层的反射作用，又可以避免反射层太厚，降低闪烁体所占探测器的几何效率。

在上述各技术方案的基础上，连接部可以为光学耦合胶或硅油。

具体地，闪烁体和光电转换单元接触的界面(即闪烁体的出光面)存在空气，为了尽量减小光线在出光面发生全反射，可以在闪烁体与光电转换单元之间增加连接部，从而减少光在出光面处发生全反射。示例性地，连接部可以为一层耦合剂，例如光学耦合胶或硅油。并且，光学耦合胶或硅油等具有高透光率，可以减少连接部吸收光线。

需要说明的是，连接部还可以是其他的耦合剂，此处的光学耦合胶和硅油仅是一种示例，而不是限定。

在上述各技术方案的基础上，继续参考图1和图2，光电转换单元40可以为光电倍增管或光电二极管，闪烁体10的出光面11覆盖光电转换单元40的有效41区。

具体地，光电转换单元40可以将光信号转换为电信号，因此光电转换单元40可以为光电倍增管或光电二极管。以光电倍增管为例，光电倍增管的光阴极通过连接部30与闪烁体10的出光面11连接。当闪烁体10的出光面11射出的可见光通过连接部30进入到光电倍增管的光阴极时，光电倍增管的光阴极会发生光电效应，打出光电子，光电子受到光电倍增管中打拿级之间强电场的作用加速运动并轰击下一打拿级，打出更多的光电子，由此实现光电子的倍增，直到最终到达阳极并在输出回路中产生电信号。

另外，当光电转换单元40为光电二极管时，光电二极管的阳极通过连接部30与闪烁体10的出光面11连接，其同样可以实现将闪烁体10的出光面11射出的光转换为电信号，具体工作过程为现有技术，此处不再赘述。

需要说明的是，光电转换单元40的有效区41即为光电转换单元40可以将光进行有效的转换为电的接收区域。示例性地，当光电转换单元40为光电倍增管时，有效区41可以为光阴极的横截面积对应的区域。为了充分利用光电转换单元40将光转换为电的作用，可以将闪烁体10的出光面11覆盖光电转换单元40的有效区41。

在上述各技术方案的基础上，闪烁体与反射层接触的表面形成光反面，光反面与闪烁体的出光面相对设置，用于将闪烁体内的到达光反面的至少部分光反射至光电转换单元。

具体地，在闪烁体的其他表面包覆反射层后，其他表面的部分可见光可以反射至出光面。又因闪烁体和连接部的折射率不同，通常，闪烁体的折射率大于连接部的折射率，因此可见光在出光面处会发生全反射，使得反射至出光面的部分可见光无法穿过出光面进入光电转换单元。示例性地，常见的闪烁体材料为硫氧化钆，其折射率为2.4左右，连接部可以是光学耦合胶，其折射率为1.5左右。根据折射定律计算可知：当入射可见光与界面法线夹角(即入射角)超过38.68度时，将发生全反射。因此，入射至出光面具有较大入射角(本实例中大于或等于38.68度)的可见光无法穿过出光面进入光电转换单元。图3为图2提供的闪烁体内对应的可见光穿过出光面的角度范围示意图，如图3所示，以闪烁体的折射率为2.4，连接部的折射率为1.5为例进行说明，当入射可见光发生全反射时的入射角为38.68度时，在闪烁体10内，可见光到达出光面的入射角的范围在第一角度范围101和第三角度范围103内时可通过出光面射入至光电转换单元，可见光到达出光面的入射角的范围在第二角度范围102和第四角度104内时在出光面处发生全反射，无法穿过出光面进入光电转换单元。

需要说明的是，发生全反射的入射角随着闪烁体和连接部的折射率改变而改变，因此，当闪烁体和/或连接部的材料改变时，可见光穿过出光面的角度范围也会发生改变，图3仅是一种示例，而不是限定。另外，闪烁体为三维结构，因此，闪烁体内的第一区域101和第三区域103为三维圆锥，可以使得第一角度范围101和第三角度范围103内的可见光与界面法线的夹角不超过全反射角。

当闪烁体包括光反面时，光反面与闪烁体的出光面相对设置，可以将闪烁体内的到达光反面的至少部分光反射至光电转换单元。

具体地，图4为图2提供的探测单元的一路光线传播示意图，如图4所示，闪烁体10的光反面12与出光面11相对设置，并且光反面12与出光面11平行时，光反面12可以将射至光反面12上的部分光线反射至光电转换单元40，提高了闪烁体10出光面11的出光效率。但是光反面12的法线方向垂直于出光面11，光线L经闪烁体10的其他表面多次反射至与出光面11相对的一面，并且再次需要多次反射最终可能以入射角比较大的情况射至出光面11。此时光线L经过多次反射后能量损耗比较多，同时光线L射至出光面11时发生全反射的概率比较大。

本实用新型实施例还可以提供另一种探测单元，光反面可以改变到达光反面的至少部分可见光的光线方向，从而可以使得至少部分可见光在光反面经反射层反射后射至出光面上的入射角比较小，从而降低了可见光在出光面发生全反射的几率，进而增加了闪烁体内到达光反面的光反射至光电转换单元的概率，进一步地提高了闪烁体出光面的出光效率，进而光电转换单元转换输出的电信号增强，从而可以提高探测器输出的探测信号的强度，进而提高探测器的探测精度和使用范围。

示例性地，光反面可以为向远离光电转换单元的方向凸起的凸面。光反面为向远离光电转换单元的方向凸起的凸面，因此光反面的多条法线方向为在靠近光电转换单元的方向上聚焦。当可见光射到光反面上时，通过反射层的反射作用，使光反面上的可见光聚焦反射，从而使得光反面上的光反射至出光面时入射角比较小，降低了可见光在出光面处发生全反射的几率，增加了光反面上的可见光反射至光电转换单元的概率，进一步地提高了闪烁体出光面的出光效率，同时，光线射至出光面的反射次数比较少，因此可以减少因发生反射可将光的能量的消耗。

具体地，图5为本实用新型实施例提供的另一种探测单元的剖面结构示意图，如图5所示，闪烁体10内的一条光线L经闪烁体10的其他表面反射后射至光反面12，因光反面12的法线方向向闪烁体10的中心方向聚焦，因此经光反面12反射的可见光射至出光面11的入射角a比较小，从而降低了可见光在出光面11处发生全反射的几率，增加了光反面12上的可见光反射至光电转换单元40的概率，进一步地提高了闪烁体出光面的出光效率，同时提高了出光面的出光能量。

在上述技术方案的基础上，光反面12可以为球面。如图5所示，当光反面12为球面时，球面向远离光电转换单元40的方向凸起，因此，球面的多条法线方向为向球心的方向，即多条法线方向向闪烁体10的中心方向聚焦，因此经光反面12反射的可见光射至出光面11的入射角a比较小，从而降低了可见光在出光面11处发生全反射的几率，增加了光反面12上的可见光反射至光电转换单元40的概率，进一步地提高了闪烁体出光面的出光效率，同时提高了出光面的出光能量。

图6为本实用新型实施例提供的另一种探测单元的剖面结构示意图，如图6所示，光反面12还可以为锥面。

具体地，如图6所示，当光反面12为锥面时，锥面的顶点O到出光面11的距离相对于锥面的其他点到出光面11的距离最大。此时锥面上的多条法线方向为向闪烁体10的中心方向聚焦，因此经光反面12反射的可见光射至出光面11的入射角a比较小，从而降低了可见光在出光面11处发生全反射的几率，增加了光反面12上的可见光反射至光电转换单元40的概率，进一步地提高了闪烁体出光面的出光效率，同时提高了出光面的出光能量。

示例性地，锥面可以为棱锥面。而为了实现光反面可以将到达光反面的可见光更多的反射至光电转换单元，棱锥面对应的棱锥体的底面的垂线与棱锥面的各面之间的夹角可以为大于或等于30°且小于或等于60°。优选地，棱锥面对应的棱锥体的底面的垂线与棱锥面的各面之间的夹角可以为45°。通过设置棱锥面对应的棱锥体的底面的垂线与棱锥面的各面之间的夹角为45°，不同的棱锥面之间的夹角为90°，当可见光照射到某一棱锥面时，通过不同的棱锥面可以使照射到棱锥面的可见光以平行的方向反射至闪烁体的其他表面，经过多次反射最终可以反射至出光面，从而可以提高出光面的出光效率。

另外，棱锥面可以为正棱锥面，此时棱锥面对应的棱锥体的底面的垂线与棱锥面的各面之间的夹角的角度相等，从而可以使得棱锥面对闪烁体内的三维可见光均匀的反射。

又或者，锥面可以为圆锥面。而为了实现光反面可以将到达光反面的可见光更多的反射至光电转换单元，圆锥面对应的圆锥体的底面的垂线与圆锥面的母线之间的夹角同样可以为大于或等于30°且小于或等于60°，优选地，可以为45°。其效果与锥面为棱锥面时的效果相同，此处不再赘述。

本实用新型实施例还可以提供另一种探测器，继续参考图1和图4，示例性地，探测器包括复数个探测单元00，探测单元00排列形成阵列结构，探测单元00包括闪烁体10、光电转换单元40及反射层20。闪烁体10具有相对布置的出光面11、顶面14及周面13，闪烁体10的出光面11与光电转换单元40之间光耦合，反射层20包覆闪烁体10的周面13和顶面14，且闪烁体10的顶面14被配置成可与对应的反射层20相结合后形成光反面12。

通过闪烁体10的顶面14及周面13设置反射层20，可以使得照射到顶面14及周面13的可见光至少部分反射至出光面11，从而提高了出光面11的出光效率。射至出光面11的可见光通过连接部30至光电转换单元40，光电转换单元40将接收到的可见光转换为电信号，因电信号的大小与接收到的可见光的强度成正相关，因此当出光面11的出光效率提高时，光电转换单元40转换输出的电信号增强，从而可以提高探测器输出的探测信号的强度，进而提高探测器的探测精度和使用范围。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种探测器，包括至少一个探测单元，每一所述探测单元包括闪烁体、连接部和光电转换单元，其特征在于，还包括反射层；

所述闪烁体的出光面通过所述连接部与所述光电转换单元连接，所述反射层包覆所述闪烁体的所述出光面之外的全部或部分其他表面；

所述闪烁体与所述反射层接触的表面形成光反面，所述光反面与所述闪烁体的出光面相对设置，用于将所述闪烁体内的到达所述光反面的至少部分光反射至所述光电转换单元。

2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述光反面为向远离所述光电转换单元的方向凸起的凸面。

3.根据权利要求2所述的探测器，其特征在于，所述光反面为锥面或球面。

4.根据权利要求3所述的探测器，其特征在于，所述锥面为棱锥面，所述棱锥面所对应的棱椎体的底面的垂线，与所述棱锥面的各面之间的夹角为大于或等于30°且小于或等于60°。

5.根据权利要求3所述的探测器，其特征在于，所述锥面为圆锥面，所述圆锥面所对应的圆椎体的底面的垂线，与所述圆锥面的母线之间的夹角为大于或等于30°且小于或等于60°。

6.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述反射层的厚度为大于或等于150um且小于或等于200um。

7.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述连接部为光学耦合胶或硅油。

8.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述光电转换单元为光电倍增管或光电二极管，所述闪烁体的出光面覆盖所述光电转换单元的有效区。

9.一种探测器，包括复数个探测单元，所述探测单元排列形成阵列结构，其特征在于，所述探测单元包括闪烁体、光电转换单元及反射层；所述闪烁体具有相对布置的出光面、顶面及周面，所述闪烁体的出光面与所述光电转换单元之间光耦合，所述反射层包覆所述闪烁体的周面和顶面，且所述闪烁体的顶面被配置成可与对应的反射层相结合后形成光反面。