RU2581721C2 - Детектор излучения с фотодетекторами - Google Patents

Детектор излучения с фотодетекторами Download PDF

Info

Publication number
RU2581721C2
RU2581721C2 RU2013132539/28A RU2013132539A RU2581721C2 RU 2581721 C2 RU2581721 C2 RU 2581721C2 RU 2013132539/28 A RU2013132539/28 A RU 2013132539/28A RU 2013132539 A RU2013132539 A RU 2013132539A RU 2581721 C2 RU2581721 C2 RU 2581721C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
scintillator
radiation detector
photodetectors
photons
radiation
Prior art date
Application number
RU2013132539/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013132539A (ru
Inventor
Гереон ФОГТМАЙЕР
Original Assignee
Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. filed Critical Конинклейке Филипс Электроникс Н.В.
Publication of RU2013132539A publication Critical patent/RU2013132539A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2581721C2 publication Critical patent/RU2581721C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2006—Measuring radiation intensity with scintillation detectors using a combination of a scintillator and photodetector which measures the means radiation intensity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2008—Measuring radiation intensity with scintillation detectors using a combination of different types of scintillation detectors, e.g. phoswich

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Изобретение относится к детектору излучения для детектирования фотонов высокой энергии. Детектор излучения для детектирования излучения высокой энергии содержит: сцинтилляторную группу с двумя сцинтилляторными элементами для преобразования первичных фотонов падающего излучения во вторичные фотоны согласно характеристическому спектру испускания, причем верхний из сцинтилляторных элементов расположен наверху, а нижний из сцинтилляторных элементов расположен внизу детектора излучения; два органических фотодетектора для преобразования упомянутых вторичных фотонов в электрические сигналы, причем упомянутые фотодетекторы обладают различными спектрами поглощения без перекрытия и могут быть считаны по отдельности, при этом упомянутые фотодетекторы расположены под верхним сцинтилляторным элементом и над нижним сцинтилляторным элементом соответственно. Технический результат - повышение пространственного разрешения детектора излучения. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к детектору излучения для детектирования фотонов высокой энергии, причем упомянутый детектор излучения содержит сцинтилляторы и фотодетекторы. Кроме того, оно относится к устройству для исследования с таким детектором излучения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Детекторы излучения для детектирования падающих γ- или рентгеновских лучей, среди прочего, используются в применениях медицинского формирования изображения, например, в рентгеновских компьютерных томографах. Из US 2008/142721 Al известен конкретный детектор излучения, который содержит материал сцинтиллятора, в котором падающие рентгеновские лучи преобразуются в свет (видимый), в котором упомянутый свет затем детектируется органическим фотодетектором. Органический фотодетектор используют в качестве рентабельной альтернативы стандартным неорганическим полупроводниковым фотодетекторам.
В US 2008/315106 A1 раскрыт детектор излучения с батареей, включающей первый сцинтиллятор, второй сцинтиллятор, первый фотодетектор и второй фотодетектор. После поглощения рентгеновских лучей первый сцинтиллятор испускает свет с первой, относительно более протяженной длиной волны, а второй сцинтиллятор испускает свет со второй, относительно более короткой длиной волны. Первый фотодиод имеет граничную величину длинной волны, лежащую между упомянутыми первой и второй длинами волн. Поэтому он поглощает по существу только вторую длину волны, позволяя первой длине волны проходить ко второму фотодетектору.
US 2002/017612 A1 раскрывает органические фотодетекторы с переключаемой фоточувствительностью, содержащие материалы, такие как P3HT, PCBM, PEDT и PSS.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ввиду данного уровня техники задачей настоящего изобретения являлось обеспечение альтернативного средства для детектирования излучения, причем является предпочтительным, чтобы упомянутое средство обладало повышенными характеристиками различения характеристик излучения.
Эта задача достигается посредством детектора излучения по пункту 1 и устройства по пункту 12. Предпочтительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение, согласно своему первому аспекту, относится к детектору излучения для детектирования падающего излучения высокой энергии, например фотонов (рентгеновских или γ-) с энергией, более высокой, чем примерно 100 эВ. Детектор содержит следующие компоненты:
a) сцинтилляторную группу, содержащую по меньшей мере один сциниилляторный элемент, причем упомянутая группа (а также элемент) служит для преобразования первичных фотонов падающего излучения во вторичные фотоны согласно характеристическому спектру испускания. Относительно используемой терминологии термин «сцинтилляторный элемент» должен означать пространственную и/или физическую единицу, неразъемный компонент, тогда как термин «сцинтилляторная группа» может содержать множество таких компонентов, которые могут быть расположены в различных местоположениях. Как известно специалистам в данной области техники, длина волны вторичных фотонов, генерируемых в сцинтилляторном элементе, зависит в первую очередь от материала сцинтиллятора, тогда как количество генерируемых вторичных фотонов (т.е. интенсивность) связано с энергией, привносимой падающим первичным фотоном. Для многих известных материалов сцинтилляторов вторичные фотоны принадлежат видимой области спектра или соседним УФ- или ИК-областям.
b) по меньшей мере два фотодетектора для преобразования вышеупомянутых вторичных фотонов в электрические сигналы, причем фотодетекторы обладают различными спектрами поглощения и могут быть считаны по отдельности. Термин «спектр поглощения» фотодетектора описывает вероятность того, что фотон (вторичный) будет поглощаться, в зависимости от длины волны этого фотона. Более того, считывание фотодетектора включает в себя обнаружение генерируемых в нем электрических сигналов, например, с помощью электродов, к которым приложено напряжение.
При использовании по меньшей мере двух фотодетекторов с различными спектрами поглощения описанный детектор излучения позволяет собирать больше информации о падающих первичных фотонах. Это будет более подробно разъяснено ниже применительно к предпочтительным вариантам осуществления изобретения.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения полный спектр испускания сцинтилляторной группы содержит по меньшей мере два максимума. Относительная интенсивность вторичных фотонов при максимальных длинах волн может затем обеспечить дополнительную информацию о падающем излучении, например об энергии (длине волны) первичных фотонов.
В дальнейшем развитии вышеупомянутого варианта осуществления спектры поглощения различных фотодетекторов оптимизированы применительно к различным упомянутым максимумам спектра испускания. Эффективность преобразования и/или коэффициент поглощения одного фотодетектора может быть максимальным, например, для вторичных фотонов, имеющих длину волны максимума испускания первого сцинтиллятора, тогда как коэффициент преобразования другого фотодетектора максимален для вторичных фотонов со вторым максимумом испускания. Электрические сигналы, поступающие с таких фотодетекторов, будут затем позволять делать прогноз (вероятный) о длине волны соответствующего вторичного фотона, что, в свою очередь, обеспечивает информацию о соответствующем первичном фотоне.
Фотодетекторы реализованы в виде органических фотодетекторов. Как известно специалистам в данной области техники, органический фотодетектор содержит по меньшей мере одну область или слой с органическим материалом, который генерирует подвижные электрические заряды (обычно электронно-дырочные пары) за счет поглощения падающих фотонов. Генерированные заряды затем могут детектироваться электродами, к которым приложено подходящее напряжение. Преимущество органических фотодетекторов состоит в том, что их производство может быть рентабельным. Более того, их характеристики поглощения можно настраивать в широком диапазоне, например, путем использования подходящей смеси различных органических материалов. Это позволяет осуществлять, например, вышеупомянутую оптимизацию применительно к максимумам испускания сцинтилляторной группы.
Вышеупомянутые органические фотодетекторы могут, как правило, содержать любой органический материал, который подходит для поглощения падающих (вторичных) фотонов и преобразования их в электрический сигнал, и/или который может поддерживать этот процесс в качестве материала для переноса дырок или электронов, или в качестве легирующей примеси. В качестве примера, органический фотодетектор может содержать по меньшей мере один органический материал, выбранный из группы, состоящей из:
PEDOT (поли(3,4-этилендиокситиофена),
PSS (поли(стиролсульфоната)),
P3HT (поли 3-гексилтиофена),
PCBM (6,6-фенил-метилового эфира C61-масляной кислоты),
C60,
ZnPc (фталоцианина цинка),
MeO-TPD (н,н,н',н'-тетракис(4-метоксифенил)-бензидина),
p-NPB (н,н'-бис(1-нафтил)-н,н'-дифенил-l, r-бифенил-4,4'-диамина),
TTN,
F4TCNQ (2,3,5,6-тетрафторо-7,7,8,8-тетрацианохинодиметана),
DCV5T (бис(2,2-дициаоновинил)-квинкотиофена),
производных или модификаций вышеупомянутых веществ.
Другие подходящие органические материалы могут быть обнаружены в литературе (например, Ch. J. Brabec et al. «Plastic Solar Cells», Adv. Funct. Matter, 2001, 11, No. L, pages 15-26).
Сцинтилляторная группа и сцинтилляторный элемент (элементы) могут, как правило, содержать любой материал, который может с желаемой эффективностью преобразовывать падающие первичные фотоны в энергетическом диапазоне, представляющем интерес, во вторичные фотоны. Например, сцинтилляторная группа или элемент (элементы) содержат по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из CsI, GOS (Gd2O2S), CWO (CdWO4)и SrI2.
Согласно другому варианту осуществления изобретения сцинтилляторная группа содержит по меньшей мере два материала с различными спектрами испускания. Такое сочетание двух или более сцинтилляторных материалов можно использовать, например, для обеспечения вышеупомянутых характеристик испускания по меньшей мере с двумя максимумами. При использовании подходящих относительных количеств сцинтилляторных материалов результирующий спектр испускания может быть отрегулирован в широком диапазоне.
В вышеупомянутом варианте осуществления два различных сцинтилляторных материала могут быть гомогенно распределены в одном сцинтилляторном элементе при условии, что это технически выполнимо (материалы, например, должны быть химически совместимы, для обеспечения смешивания). Однако в предпочтительном варианте осуществления изобретения различные сцинтилляторные материалы распределены не гомогенно в пределах сцинтилляторной группы и/или в пределах сцинтилляторного элемента. Различные области сцинтилляторной группы (или одиночного сцинтилляторного элемент) будут затем содержать различные относительные количества двух сцинтилляторных материалов и поэтому будут обладать различными спектрами испускания. Это можно использовать, чтобы сделать вывод о местоположении в детекторе, в котором был преобразован падающий первичный фотон, поскольку один и тот же первичный фотон будет давать в результате различные спектры испускания вторичных фотонов в упомянутых различных областях. Таким образом, например, становится возможным повысить пространственное разрешение детектора.
В вышеупомянутом варианте осуществления с не гомогенным распределением различных сцинтилляторных материалов может существовать (по меньшей мере) одно заданное направление, вдоль которого относительное количество одного сцинтилляторного материала повышается монотонно. Поэтому локальный спектр испускания такого сцинтилляторного элемента будет изменяться вдоль этого направления. Повышение относительного количества сцинтилляторного материала будет, как правило, дискретным, в соответствии с переходом между двумя блоками различных сцинтилляторных материалов. Если два сцинтилляторных материала могут быть перемешаны, также может быть возможным непрерывное повышение концентрации одного сцинтилляторного материала (т.е. градиента).
В предпочтительном варианте осуществления вышеупомянутое направление, вдоль которого относительное количество одного сцинтилляторного материала монотонно повышается, может быть по существу параллельным или перпендикулярным номинальному направлению падения первичных фотонов. Термин «номинальное направление падения» задается конструкцией детектора излучения (с его экранирующими элементами, кожухом и т.д.). Он обычно соответствует оси наибольшей чувствительности и/или оси симметрии детектора излучения. При использовании одно- или двухмерного массива сцинтилляторных групп с соответствующими фотодетекторами этот массив, как правило, располагается перпендикулярно «номинальному направлению падения».
Если направление, вдоль которого относительное количество одного сцинтилляторного материала повышается монотонно, по существу параллельно номинальному направлению падения, становится возможным спрогнозировать глубину, на которой падающий первичный фотон будет преобразован во вторичные фотоны. Поскольку высокоэнергетические первичные фотоны обычно преобразуются на большей глубине в пределах детектора, чем низкоэнергетические первичные фотоны, глубина преобразования может обеспечить дополнительную информацию об энергии первичных фотонов. Если упомянутое направление по существу перпендикулярно номинальному направлению падения, результирующее испускание вторичных фотонов будет содержать информацию, которая может быть использована для повышения пространственного разрешения детектора излучения.
Является предпочтительным, чтобы сцинтилляторная группа могла содержать по меньшей мере два сцинтилляторных элемента с различными спектрами испускания. Как разъяснялось выше, такие сцинтилляторные элементы могут быть воплощены, например, путем их составления из различных сцинтилляторных материалов.
Является предпочтительным, чтобы вышеупомянутые сцинтилляторные элементы с различными спектрами испускания были расположены друг за другом в номинальном направлении падения первичных фотонов. Таким образом, формируется батарея сцинтилляторных элементов, причем первичные фотоны с высокой энергией, как правило, будут преобразовываться в батарее на более глубоком уровне, чем низкоэнергетические фотоны.
Согласно другому варианту осуществления фотодетекторы расположены друг за другом в номинальном направлении падения первичных фотонов. При таком послойном размещении каждый из фотодетекторов генерирует сигнал для того же пространственного местоположения результирующего изображения, т.е. для того же пикселя. Послойное размещение фотодетекторов, в частности, может сочетаться с вышеупомянутым послойным размещением сцинтилляторных элементов. Наиболее предпочтительным является, чтобы каждый фотодетектор был расположен ближе всего к «своему» сцинтилляторному элементу, т.е. к сцинтилляторному элементу с подходящим спектром испускания.
Детектор излучения может дополнительно содержать (необязательно)по меньшей мере один отражающий слой, который отражает вторичные фотоны. Наиболее предпочтительно, этот отражающий слой является прозрачным для падающих первичных фотонов. Отражающий слой помогает избежать потери вторичных фотонов и, таким образом, повысить чувствительность детектора излучения.
Согласно другому варианту осуществления детектор излучения содержит подложку с электропроводами для приведения в контакт фотодетекторов. Подложка может содержать, например, полупроводниковый материал и служить в качестве механического носителя других компонентов. Более того, подложка может содержать (необязательно) некоторые (простые) цепи для (предварительной) обработки сигналов.
Изобретение дополнительно относится к исследовательскому устройству для исследования объекта (например, пациента) с помощью излучения, причем упомянутое устройство содержит детектор излучения вида, описанного выше. Исследовательское устройство можно, в частности, применять в качестве устройства для исследования багажа, устройства для тестирования материала, устройства для научного анализа материала, или устройства для медицинского применения. Исследовательское устройство может быть выбрано в основном из группы, состоящей из рентгеновского устройства (например, флуороскопического устройства, спектрального рентгеновского устройства), системы формирования изображения для компьютерной томографии (КТ) (например, системы подсчета фотонов и/или системы формирования изображения спектральной КТ), системы формирования изображения компьютерной томографии с когерентным рассеянием (CSCT), системы формирования изображения позитронно-эмиссионной томографии (PET) и системы формирования изображения компьютерной томографии однофотонного испускания (SPECT). Следует отметить, что некоторые из этих применений требуют, чтобы фотодетекторы обладали определенными характеристиками (например, чтобы они были достаточно быстродействующими, в случае применений для подсчета фотонов).
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Эти и другие аспекты изобретения поясняются со ссылкой на вариант(ы) осуществления, описанный(е) в дальнейшем. Эти варианты осуществления будут описаны в качестве примера с помощью прилагаемых чертежей, на которых:
Фиг.1 схематично показывает вид сбоку детектора излучения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, в котором слои расположены симметрично по отношению к подложке;
Фиг.2 схематично показывает вид сбоку детектора излучения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, в котором слои уложены друг за другом выше подложки.
Одинаковые ссылочные позиции или ссылочные позиции, отличающиеся тем, что они кратны 100, обозначают на чертежах идентичные или сходные компоненты.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг.1 показывает схематичное поперечное сечение детектора 100 излучения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Детектор 100 излучения служит для детектирования падающего рентгеновского излучения, которое отображено на чертеже в виде первичного фотона X с пониженной энергией и первичного фотона X' с повышенной энергией. Рентгеновское излучение по существу параллельно номинальному направлению падения, что соответствует наблюдению в направлении детектора излучения (z-направлению).
Детектор 100 излучения содержит сцинтилляторную группу, которая состоит из двух сцинтилляторных элементов 120a и 120b, которые расположены, соответственно, наверху и внизу детектора излучения. В сцинтилляторных элементах 120a, 120b падающие первичные фотоны X, X' взаимодействуют со сцинтилляторным материалом, с преобразованием, таким образом, их энергии в разряд из (нескольких) вторичных фотонов λ, λ'.
Направо от каждого сцинтилляторного элемента 120a, 120b схематично представлен соответствующий спектр испускания. Он отображает интенсивность Ia, Ib генерированных вторичных фотонов λ, λ', в зависимости от их длины волны λ. Спектр испускания каждого отдельного сцинтилляторного элемента 120a и 120b обычно имеет один более или менее острый максимум при характеристической длине волны, соответственно λa и λb. Высота этих максимумов обычно зависит от энергии, которая была выделена преобразованным первичным фотоном.
Два сцинтилляторных элемента 120a, 120b состоят из различных сцинтилляторных материалов. Соответствующие спектры испускания, которые, таким образом, отличны друг от друга, имеют максимумы испускания при различных длинах волн λa ≠ λb. Поэтому первичные фотоны X, которые преобразуются в верхнем сцинтилляторном элементе 120a, будут генерировать вторичные фотоны λ, распределенные вокруг первой длины волны λa, тогда как первичные фотоны X', преобразуемые в нижнем сцинтилляторном элементе 120b, будут генерировать вторичные фотоны λ', распределенные вокруг второй длины волны λb.
Ниже верхнего сцинтилляторного элемента 120a (если смотреть в номинальном направлении падения) и выше нижнего сцинтилляторного элемента 120b детектор 100 излучения содержит, соответственно, два органических фотодетектора 130a и 130b. Как известно специалистам в данной области техники, органический фотодетектор 130a (130b) содержит органический слой 131a (131b), в котором падающие вторичные фотоны λ (λ') преобразуются в электрические сигналы, а именно в подвижные электрические заряды. Органические материалы могут содержать, например, PEDOT:PSS, P3HT:PCBM, ZnPc и/или C60, и они могут быть нанесены путем нанесения покрытия центрифугированием, скребком-лопаткой, или путем нанесения покрытия распылением. Два электрода 132a и 133a (132b, 133b) расположены на противоположных сторонах органического слоя 131a (131b). При приложении к ним напряжений генерируемые заряды накапливаются и, таким образом, приводят к электрическому (зарядовому) сигналу в линиях, которые соединяют электроды со считывающим модулем 140. Этот электрический сигнал может быть оценен, например подсчитан и/или интегрирован, причем интегрирование обеспечивает информацию о полной энергии, привносимой падающим первичным фотоном X (Χ').
Направо от каждого фотодетектора 130a, 130b схематично показан спектр поглощения этого органического фотодетектора, представленный коэффициентом поглощения μa, μb, в зависимости от длины волны λ падающих вторичных фотонов (коэффициент поглощения μ обычно задается в виде константы, характеризующей экспоненциальное понижение интенсивности света I(z) после прохождения расстояния z сквозь рассматриваемый материал согласно формуле I(z) = Ι0exp(-μz). Спектры поглощения двух фотодетекторов 130a, 130b являются различными, проявляя максимум при различных длинах волн, соответственно λa и λb. Следовательно, спектр поглощения верхнего фотодетектора 130a совпадает со спектром испускания верхнего сцинтилляторного элемента 120a, тогда как спектр поглощения нижнего фотодетектора 130b совпадает со спектром испускания нижнего сцинтилляторного элемента 120b. Наряду с пространственным соседством сцинтилляторных элементов и фотодетекторов такое совпадение максимумов испускания и поглощения является причиной, по которой верхний фотодетектор 130a главным образом детектирует вторичные фотоны λ, возникающие в верхнем сцинтилляторном элементе 120a, тогда как нижний фотодетектор 130b главным образом детектирует вторичные фотоны λ', возникающие в нижнем сцинтилляторном элементе 120b. Эта связь является особо тесной, если два спектра поглощения фотодетекторов 120a, 120b имеют небольшое перекрывание или отсутствие такового, и/или спектры испускания сцинтилляторных элементов 120a, 120b имеют небольшое перекрывание или отсутствие такового.
Фотодетекторы 130a, 130b расположены на противоположных сторонах подложки 110, например, полупроводникового материала, такого как кремний. Подложка 110 служит в качестве механического носителя и обеспечивает электропровода, которые контактируют с электродами 132a, 133a, 132b, 133b фотодетекторов 130a, 130b. Предпочтительным образом электрические линии в батарее фотодетекторов и сцинтилляторных элементах являются прозрачными для предотвращения поглощения вторичных фотонов λ, λ'. Они могут быть изготовлены, например, из ITO (indium tin oxide, оксида индия и олова). Кроме того, подложка 110 должна быть прозрачной для первичных фотонов X, X'.
Более того, отражающие слои 121a и 121b могут быть предпочтительно расположены снаружи сцинтилляторных элементов, соответственно 130a и 130b, для отражения вторичных фотонов λ, λ' назад в детектор. По меньшей мере верхний отражающий слой 121a должен быть, безусловно, прозрачным, для первичных фотонов X, X'.
Фиг.2 схематично иллюстрирует детектор излучения 200 согласно второму варианту осуществления изобретения. Отличие от первого детектора 100 излучения состоит в том, что все компоненты расположены на одной стороне подложки 210. Точнее говоря, детектор излучения 200 содержит, сверху вниз:
- первый отражающий слой 221a;
- первый сцинтилляторный элемент 220a, обладающий первым спектром испускания;
- второй сцинтилляторный элемент 220b, обладающий вторым спектром испускания, отличным от первого спектра;
- первый фотодетектор 230a, обладающий первым спектром поглощения, который совпадает с первым спектром испускания;
- второй фотодетектор 230b, обладающий вторым спектром поглощения, который совпадает со вторым спектром испускания;
- подложку 210;
- второй отражающий слой 221b (необязательный).
Функциональные возможности упомянутых компонентов по существу являются теми же, что и для первого детектора излучения согласно Фиг.1, и поэтому их можно повторно не разъяснять.
Также в контексте настоящего изобретения может быть применена известная технология производства для органических солнечных батарей и/или для органических светоизлучающих диодов (OLED). Однако следует отметить, что на Фиг.1 и 2 показана только одна ячейка или пиксель из большого массива пикселей, простирающегося в x- и y-направлении. Такая структура массива может быть получена, например, с помощью технологий печатания, а также с помощью (лазерных) технологий структуризации, с использованием масок и соединительных линейных цепочек, на которые должны быть осаждены требуемые материалы, соответствующие материалу батареи. Особое внимание следует уделить стойкости к излучению для различных материалов.
Важным преимуществом используемых органических материалов в фотодетекторах является возможность использования различных конверсионных материалов в сцинтилляторной группе, которая обладает различными коэффициентами преобразованиями при определенной длине волны. Таким образом, является возможным оптимизировать спектр поглощения материала фотодетектора со спектром испускания сцинтилляторного материала в системе преобразователя частоты рентгеновского излучения. Чувствительность повышается при использовании различных органических конверсионных материалов в структуре двойного или даже тройного слоя, где могут быть использованы несколько максимумов испускания сцинтиллятора (например, энергия рентгеновского излучения). Измерения с использованием описанных конструкций детектора показывают для заданной длины волн более высокую эффективность, по сравнению с кремниевыми эталонными диодами.
Дополнительно, следует отметить, что описанные варианты осуществления можно модифицировать несколькими способами. Электроды 232a, 233a, 233b (или 132a, 133a, 132b, 133b) фотодетекторов могут быть расположены, например, на других сторонах органических слоев, в частности на их боковых сторонах. Более того, непрерывное распределение двух различных сцинтилляторных материалов в одном сцинтилляторном элементе может быть использовано вместо полного разделения сцинтилляторных материалов по двум сцинтилляторным элементам 220a, 220b (120a, 120b). Такое непрерывное распределение может быть, в частности, не гомогенным и, например, может иметь градиент концентраций одного материала в заданном направлении.
Кроме того, возможно любое другое количество сцинтилляторных элементов и/или фотодетекторов. Расположение двух или более различных сцинтилляторных элементов и/или фотодетекторов может быть дополнительно, или в качестве альтернативы, иметь место в направлении, перпендикулярном номинальному направлению падения (т.е. в x- или y-направлении). В этом случае различные характеристики испускания и/или поглощения могут обеспечить дополнительную информацию о пространственном положении падающих первичных фотонов X, X'.
В заключение, изобретение относится к детектору излучения, содержащему сцинтилляторную группу, например, с двумя сцинтилляторными элементами для преобразования падающих первичных фотонов во вторичные фотоны согласно характеристическому спектру испускания. Более того, детектор содержит по меньшей мере два фотодетектора для преобразования упомянутых вторичных фотонов в электрические сигналы, причем упомянутые фотодетекторы обладают различными спектрами поглощения и могут быть считаны по отдельности. Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения фотодетекторы представляют собой органические фотодетекторы. Сцинтилляторные элементы и фотодетекторы предпочтительно расположены в батарее друг за другом. Благодаря наличию по меньшей мере двух фотодетекторов можно собирать дополнительную информацию о падающем первичном излучении. Основным признаком изобретения является совпадение различных спектров и выбор правильного органического материала для формирования оптимизированной системы с высокой эффективностью и низкой стоимостью. Это позволяет создать многослойную конструкцию, предназначенную для обнаружения энергии кратных волн.
Наконец, следует указать, что в настоящей заявке термин «содержит» не исключает наличия других элементов или этапов, а использование единственного числа не исключает множественности, и что одиночный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких устройств. Изобретению присущ каждый и всякий новый характеристический признак, а также каждое и всякое сочетание характеристических признаков. Более того, ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие его объем.

Claims (12)

1. Детектор излучения (100) для детектирования излучения (X, X′) высокой энергии, содержащий:
сцинтилляторную группу с двумя сцинтилляторными элементами (120а, 120b) для преобразования первичных фотонов (X, X) падающего излучения во вторичные фотоны (λ, λ′) согласно характеристическому спектру испускания, причем верхний из сцинтилляторных элементов (120а) расположен наверху, а нижний из сцинтилляторных элементов (120b) расположен внизу детектора излучения;
два органических фотодетектора (130а, 130b) для преобразования упомянутых вторичных фотонов в электрические сигналы, причем упомянутые фотодетекторы обладают различными спектрами поглощения без перекрытия и могут быть считаны по отдельности, при этом упомянутые фотодетекторы расположены под верхним сцинтилляторным элементом (120а) и над нижним сцинтилляторным элементом (120b) соответственно.
2. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что спектр испускания сцинтилляторной группы содержит по меньшей мере два максимума.
3. Детектор излучения (100) по п. 2, отличающийся тем, что спектры поглощения различных фотодетекторов (130а, 130b) являются оптимизированными по отношению к различным максимумам спектра испускания.
4. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из органических фотодетекторов (130а, 130b) содержит органический материал, выбранный из группы, состоящей из PEDOT, PSS, Р3НТ, РСВМ, С60, ZnPc, MeO-TPD, p-NPB, TTN, F4TCNQ, DCV5T и их производных или модификаций.
5. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что сцинтилляторная группа содержит по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из CsI, GOS, CWO и SrI2.
6. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что сцинтилляторная группа содержит по меньшей мере два материала с различными спектрами испускания.
7. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что сцинтилляторная группа содержит по меньшей мере два сцинтилляторных элемента (120а, 120b) с различными спектрами испускания.
8. Детектор излучения (100) по п. 7, отличающийся тем, что сцинтилляторные элементы (120а, 120b) расположены друг за другом в номинальном направлении падения (z) первичных фотонов (X, X).
9. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что фотодетекторы (130а, 130b) расположены друг за другом в номинальном направлении падения (z) первичных фотонов (X, X).
10. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере один отражающий слой (121а, 121b), который отражает вторичные фотоны (λ, λ).
11. Детектор излучения (100) по п. 1, отличающийся тем, что он содержит подложку (110) с электрическими линиями для контактирования с фотодетекторами (130а, 130b).
12. Исследовательское устройство, в частности рентгеновский компьютерный томограф с разрешением по энергиям или рентгеновское устройство, содержащее детектор излучения (100) по п. 1.
RU2013132539/28A 2010-12-13 2011-12-12 Детектор излучения с фотодетекторами RU2581721C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10194668.9 2010-12-13
EP10194668 2010-12-13
PCT/IB2011/055596 WO2012080927A2 (en) 2010-12-13 2011-12-12 Radiation detector with photodetectors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013132539A RU2013132539A (ru) 2015-01-20
RU2581721C2 true RU2581721C2 (ru) 2016-04-20

Family

ID=45446129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013132539/28A RU2581721C2 (ru) 2010-12-13 2011-12-12 Детектор излучения с фотодетекторами

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9354328B2 (ru)
EP (1) EP2652525B1 (ru)
CN (1) CN103261913B (ru)
BR (1) BR112013014570A2 (ru)
RU (1) RU2581721C2 (ru)
WO (1) WO2012080927A2 (ru)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10532228B2 (en) * 2010-04-16 2020-01-14 Maureen Petterson Multi-color charged particle detector apparatus and method of use thereof
US10898732B2 (en) * 2010-04-16 2021-01-26 Maureen Petterson Multi-color charged particle detector apparatus and method of use thereof
EP3069170B1 (en) 2013-11-15 2020-04-15 Koninklijke Philips N.V. Double-sided organic photodetector on flexible substrate
CN105242322A (zh) * 2014-06-25 2016-01-13 清华大学 探测器装置、双能ct系统和使用该系统的检测方法
JP6739423B2 (ja) 2014-09-25 2020-08-12 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 光を発生させるセラミック材料
US9833202B2 (en) 2014-12-05 2017-12-05 Koninklijke Philips N.V. System for generating spectral computed tomography projection data
CN104614754B (zh) * 2015-01-26 2017-08-25 苏州瑞派宁科技有限公司 组合闪烁晶体、组合闪烁探测器及辐射探测设备
US11156727B2 (en) * 2015-10-02 2021-10-26 Varian Medical Systems, Inc. High DQE imaging device
WO2017080728A1 (de) * 2015-11-11 2017-05-18 Siemens Healthcare Gmbh Detektorelement zur erfassung von einfallender röntgenstrahlung
DE102016205818A1 (de) * 2016-04-07 2017-10-12 Siemens Healthcare Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Detektieren von Röntgenstrahlung
EP3619553A1 (en) 2017-05-01 2020-03-11 Koninklijke Philips N.V. Multi-layer radiation detector
US9864074B1 (en) * 2017-05-15 2018-01-09 David Edward Newman Directional particle detector with shield and scintillators
US11000701B2 (en) * 2017-08-01 2021-05-11 Varex Imaging Corporation Dual-layer detector for soft tissue motion tracking
JP2020529607A (ja) * 2017-08-03 2020-10-08 ザ・リサーチ・ファウンデーション・フォー・ザ・ステイト・ユニヴァーシティ・オブ・ニューヨーク 非対称反射スクリーンによるデュアルスクリーンデジタル放射線撮像
US10444385B1 (en) 2018-08-01 2019-10-15 David Edward Newman Shieldless detector with one-dimensional directionality
US10401506B1 (en) 2017-11-19 2019-09-03 David Edward Newman System for detecting and locating radioactive sources
US10330804B1 (en) 2018-02-04 2019-06-25 David Edward Newman One-dimensional directional particle detector
US10416322B1 (en) 2018-02-04 2019-09-17 David Edward Newman One-dimensional directional shieldless particle detector
US10267931B1 (en) * 2018-02-06 2019-04-23 Siemens Medical Solutions Usa, Inc. Radiation detector capable of measuring depth-of-interaction
US11802979B2 (en) 2018-05-23 2023-10-31 The Research Foundation For The State University Of New York Flat panel x-ray imager with scintillating glass substrate
EP3605151A1 (en) 2018-08-01 2020-02-05 Koninklijke Philips N.V. Photon counting detector
DE102018119710A1 (de) * 2018-08-14 2020-02-20 Universität Leipzig Vorrichtung und verfahren zur bestimmung einer wellenlänge einer strahlung
EP3835829A1 (en) * 2019-12-09 2021-06-16 Koninklijke Philips N.V. X-ray detector
US11762108B2 (en) * 2020-01-21 2023-09-19 LightSpin Technologies Inc. Modular pet detector comprising a plurality of modular one-dimensional arrays of monolithic detector sub-modules
EP3985416A1 (en) * 2020-10-15 2022-04-20 Koninklijke Philips N.V. Combined imaging detector and imaging system
CN112285758B (zh) * 2020-10-20 2023-04-21 南华大学 一种核辐射场探头、探测器和探测系统
CN112736201A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 奕瑞影像科技（太仓）有限公司 间接型平板探测器及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02159075A (ja) * 1988-12-12 1990-06-19 Sharp Corp 積層型光検出器
RU2384866C2 (ru) * 2005-04-22 2010-03-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Сканер позитронно-эмиссионной томографии и магнитно-резонансной визуализации со способностью определения времени полета

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5138167A (en) * 1991-01-23 1992-08-11 University Of Alabama - Birmingham Split energy radiation detection
JP3717530B2 (ja) * 1993-07-14 2005-11-16 富士写真フイルム株式会社 放射線画像検出器
US5606638A (en) 1995-12-26 1997-02-25 Nanoptics Incorporated Organic scintillator systems and optical fibers containing polycyclic aromatic compounds
DE19711927A1 (de) * 1997-03-21 1998-09-24 Siemens Ag Energieselektive Detektoranordnung
CN1295721A (zh) 1998-02-02 2001-05-16 优尼爱克斯公司 可切换感光灵敏度的有机二极管
DE102004026618A1 (de) 2004-06-01 2005-12-29 Siemens Ag Röntgendetektor
US20060067472A1 (en) * 2004-09-30 2006-03-30 Possin George E Method and apparatus for measuring X-ray energy
DE102005037289A1 (de) 2005-08-08 2007-02-22 Siemens Ag Fotodetektor, Röntgenstrahlenflachbilddetektor und Verfahren zur Herstellung dergleichen
JP2007101256A (ja) * 2005-09-30 2007-04-19 Fujifilm Corp Ｘ線撮像装置及びｘ線ｃｔ装置
EP1946149A2 (en) 2005-10-05 2008-07-23 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multiple layer detector for spectral computed tomography imaging
US7482602B2 (en) * 2005-11-16 2009-01-27 Konica Minolta Medical & Graphic, Inc. Scintillator plate for radiation and production method of the same
DE102006015043A1 (de) 2006-03-31 2007-10-11 Siemens Ag Verfahren zum Verkapseln eines organischen photoaktiven Bauteils und Verkapselung eines photoaktiven elektronischen Bauteils
US7569832B2 (en) * 2006-07-14 2009-08-04 Carestream Health, Inc. Dual-screen digital radiographic imaging detector array
US7573040B2 (en) * 2007-03-23 2009-08-11 General Electric Company Energy discriminating detector different materials direct conversion layers
US7956332B2 (en) 2008-10-29 2011-06-07 General Electric Company Multi-layer radiation detector assembly

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02159075A (ja) * 1988-12-12 1990-06-19 Sharp Corp 積層型光検出器
RU2384866C2 (ru) * 2005-04-22 2010-03-20 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Сканер позитронно-эмиссионной томографии и магнитно-резонансной визуализации со способностью определения времени полета

Also Published As

Publication number Publication date
US20130256538A1 (en) 2013-10-03
EP2652525B1 (en) 2016-09-21
BR112013014570A2 (pt) 2017-07-04
CN103261913B (zh) 2016-09-21
WO2012080927A2 (en) 2012-06-21
CN103261913A (zh) 2013-08-21
US9354328B2 (en) 2016-05-31
RU2013132539A (ru) 2015-01-20
WO2012080927A3 (en) 2012-11-15
EP2652525A2 (en) 2013-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2581721C2 (ru) Детектор излучения с фотодетекторами
US7956332B2 (en) Multi-layer radiation detector assembly
US8637831B2 (en) Hybrid organic photodiode
CN103562746B (zh) 电离辐射探测
US11275187B2 (en) Detector array for a radiation system, and related system
CN107850676A (zh) 基于量子点的成像探测器
US20170115405A1 (en) X-ray detector and/or gamma detector with light bias
RU2014149203A (ru) Многослойная горизонтальная матрица детекторов для компьютерной томографии (кт), по меньшей мере, с одним тонким слоем матрицы фотодатчиков, расположенным, по меньшей мере, между двумя слоями матрицы сцинтилляторов
CN108369282B (zh) 用于检测入射的x射线的探测器元件
KR20090109061A (ko) 방사선 촬영 장치
CN106255900A (zh) 用于成像模式的探测器阵列
KR20140001968A (ko) 반사 능력을 포함하는 고성능 라디오그래픽 영상 어레이를 위한 장치 및 방법
CN109891269A (zh) 具有整体通孔互连件的辐射探测器闪烁体
EP2428820A2 (en) Silicon photomultiplier and radiation detector
JP2021536580A (ja) マルチピース単層放射線検出器
KR101653440B1 (ko) 동일 평면 상의 전극 구조 기반 x선 영상 검출용 유기 소자 및 그 제조 방법
CN217588958U (zh) 光电二极管及其阵列、放射性探测器及其阵列及检测装置
EP3850399A1 (en) Dual-sensor subpixel radiation detector
US10566558B2 (en) Photodetection element and photodetector
CN116031271B (zh) 一种伪三能探测器及其制备方法
CN110869812B (zh) 直接转换辐射探测
Elshahat Properties of thin film radiation detectors and their application to dosimetry and quality assurance in x-ray imaging
Ikhlef et al. Volume CT (VCT) enabled by a novel diode technology