TWI655452B - 可辨識ｘ光能量之影像偵測裝置 - Google Patents
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Abstract
一種可辨識X光能量之影像偵測裝置，包括閃爍晶體層、光偵檢層以及光學層。閃爍晶體層包含複數個閃爍晶體。光偵檢層包含複數個光偵檢元件。光學層配置於閃爍晶體層與光偵檢層之間，光學層包括複數個光學單元，各光學單元分別具有不同的透光率。閃爍晶體用以將不同能量之X光射線轉換為閃爍光，各閃爍光入射至相對應的各光學單元時，依據各光學單元的透光率，以決定各閃爍光是否通過相對應的光學單元，光偵檢元件用以偵測通過相對應之各光學單元之閃爍光，以區分X光射線之能量。
Description
本發明是有關於一種影像偵測裝置，且特別是有關於一種可辨識X光能量之影像偵測裝置。
X光偵檢器常用於醫療影像設備、機場安檢、工業非破壞性檢測等，而習用X光偵檢器係以偵測X光強弱關係之影像，僅能提供待測物幾何結構資訊，無法得知待測物的材質資訊。有業者開發出可辨識X光射線能量之裝置，可藉由不同材質的物體對特定能量X光射線的吸收程度強弱差之物理特性，來得知待測物的材質資訊。
現有可辨識X光射線能量之習用技術，主要是以光子計數(Photon counting)與分層晶體技術為主。Photon counting技術是以在X光照射時間內的每個X光射線，被偵檢器轉換為電脈衝訊號，電脈衝訊號大小與能量大小相關，在透過電子端設置比較器，比較器藉由門檻值來區分電脈衝訊號大小，雖可依使用者需求調整門檻值來獲取需要的能量區段，但相對應需增加電路元件，此舉不僅造成電路製程的困難度或複雜度提升，成本也相對提升。分層晶體技術是採用多層閃爍晶體結構，即堆疊多個不同厚度之閃爍晶體，藉由X光能量與閃爍晶體作用深度存在相依性之物理特性，使得較弱能量之X光射線會於淺層之閃爍晶體作用，而較強能量之X光
射線會於深層之閃爍晶體作用，藉由上述物理特性依不同能量區間設計製作不同厚度之晶體層，因而需使用較多的光電元件與較複雜的製程，進而導致成本相對提升。
本發明提供一種可辨識X光能量之影像偵測裝置，以實現低成本並達到區分能量X光影像的目的。
本發明之一實施例提出一種可辨識X光能量之影像偵測裝置，包括一閃爍晶體層、一光偵檢層以及一光學層。閃爍晶體層包含複數個閃爍晶體，其中複數個X光射線入射至各閃爍晶體，各閃爍晶體用以將相對應的具不同能量之各X光射線轉換為閃爍光。光偵檢層包含複數個光偵檢元件。光學層配置於閃爍晶體層與光偵檢層之間，光學層包括複數個光學單元，各光學單元分別具有不同的透光率，各閃爍光入射至相對應的各光學單元時，依據各光學單元的透光率，以決定各閃爍光是否通過相對應的各光學單元，各光偵檢元件用以偵測通過相對應之各光學單元之閃爍光，以區分各X光射線之能量。
在一實施例中，上述各閃爍光的光子數目與各X光射線之能量呈正相關。
在一實施例中，上述各閃爍晶體係以矩陣排列形成閃爍晶體層。
在一實施例中，上述各光學單元係以矩陣排列形成光學層。
在一實施例中，上述各光偵檢元件係以矩陣排列形成光偵檢層。
在一實施例中，上述各閃爍晶體包含固態閃爍材料。
基於上述，本發明提出一種可辨識X光能量之影像偵測裝置，藉由不同X光能量產生之各閃爍光入射至相對應的各光學單元時，依據各光學單元的透光率，以決定各閃爍光是否通過相對應的光學單元，而各光偵檢元件偵測通過對應之光學單元之閃爍光，以區分X光射線之能量，來達到具X光射線能量資訊之X光影像
為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
1‧‧‧可辨識X光能量之影像偵測裝置
11‧‧‧閃爍晶體層
110‧‧‧閃爍晶體
112‧‧‧第一閃爍晶體
114‧‧‧第二閃爍晶體
116‧‧‧第三閃爍晶體
118‧‧‧第四閃爍晶體
12‧‧‧光偵檢層
120‧‧‧光偵檢元件
122‧‧‧第一光偵檢元件
124‧‧‧第二光偵檢元件
126‧‧‧第三光偵檢元件
128‧‧‧第四光偵檢元件
13‧‧‧光學層
130‧‧‧光學單元
132‧‧‧第一光學單元
134‧‧‧第二光學單元
136‧‧‧第三光學單元
138‧‧‧第四光學單元
2‧‧‧X光射線
21‧‧‧第一X光射線
22‧‧‧第二X光射線
23‧‧‧第三X光射線
24‧‧‧第四X光射線
A‧‧‧區域
E1‧‧‧第一能量區段
E2‧‧‧第二能量區段
E3‧‧‧第三能量區段
E4‧‧‧第四能量區段
X‧‧‧第二方向
Y‧‧‧第三方向
Z‧‧‧第一方向
圖1為本發明可辨識X光能量之影像偵測裝置的示意圖。
圖2為圖1中區域A的示意圖。
圖3為本發明一實施例能量的示意圖。
以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此限制本發明的保護範圍。
圖1為本發明可辨識X光能量之影像偵測裝置的示意圖。圖2為圖1中區域A的示意圖。圖3為本發明一實施例能量的示意圖，其中圖3中的橫軸代表X光射線能量(Energy)，縱軸代表X光射線計數(Counts)。請先參閱圖1，本實施例的可辨識X光能量之影像偵測裝置1包括一閃爍晶體層11、一光偵檢層12以及一光學層13。閃爍晶體層11包括複數個閃爍晶體110，各
閃爍晶體110由固態閃爍材料所製成，且本發明的閃爍晶體110可採用單一(同一種)閃爍晶體材料所製成，閃爍晶體110用以將不同能量之X光射線2轉換為閃爍光。以圖1為例，於第一方向Z上，閃爍晶體層11為一單層結構，於第二方向X與第三方向Y所構成的平面上，各閃爍晶體110係以矩陣排列成閃爍晶體層11，然本發明不對閃爍晶體110之排列方式加以限制，在其他實施例中，各閃爍晶體110可以蜂巢狀、多個晶體有序或多個晶體無序等排列形成閃爍晶體層11，其中第一方向Z、第二方向X與第三方向Y係彼此垂直。
在本實施例中，於第一方向Z上，光偵檢層12與閃爍晶體層11為相對配置，光偵檢層12包含複數個光偵檢元件120，各光偵檢元件120為光二極體(photodiode)而作為光電轉換元件，各光偵檢元件120用以將接收到的光訊號轉換為電訊號，由圖1可知，於第一方向Z上，光偵檢層12為一單層結構，於第二方向X與第三方向Y所構成的平面上，各光偵檢元件120係以矩陣排列形成光偵檢層12。於第一方向Z上，光學層13配置於閃爍晶體層11與光偵檢層12之間，光學層13可利用印刷、鍍膜或噴塗等方式製成，光學層13包括複數個光學單元130。由圖1可知，於第一方向Z上，光學層13為一單層結構，於第二方向X與第三方向Y所構成的平面上，各光學單元130係以矩陣排列形成可見光光學層13，各光學單元130係包含半透明的光學吸收元件，其具透光與吸光特性，而本實施例之光學單元130分別具有不同的透光率(transmittance)，光學層13包括複數個光學單元130，這些光學單元130中至少具有一透光結構與一具不同透光率之吸光結構。
請參閱圖2，在本實施例中，於第二方向X與第三方向Y所構
成的平面上，閃爍晶體層11包括第一閃爍晶體112、第二閃爍晶體114、第三閃爍晶體116以及第四閃爍晶體118，第一閃爍晶體112、第二閃爍晶體114、第三閃爍晶體116與第四閃爍晶體118排列成一2X2的矩陣。於第二方向X與第三方向Y所構成的平面上，光學層13包括第一光學單元132、第二光學單元134、第三光學單元136以及第四光學單元138，第一光學單元132、第二光學單元134、第三光學單元136與第四光學單元138排列成一2X2的矩陣，且本實施例的第一光學單元132為透光區塊，即透光率100%，而第二光學單元134、第三光學單元136與第四光學單元138分別具有不同光吸收程度的區塊，第二光學單元134吸收程度最弱，第三光學單元136吸收程度居中，第四光學單元138吸收程度最強，換言之，本實施例之光學層13包含一透光結構(如第一光學單元132)與其他三個具不同透光率之吸光結構(如第二光學單元134、第三光學單元136與第四光學單元138)。在其他實施例中，可端視實際情況來調整透光結構及吸光結構的數目。此外，於第一方向Z上，第一光學單元132的位置對應於第一閃爍晶體112的位置，第二光學單元134的位置對應於第二閃爍晶體114的位置，第三光學單元136的位置對應於第三閃爍晶體116的位置，第四光學單元138的位置對應於第四閃爍晶體118的位置。
在本實施例中，於第二方向X與第三方向Y所構成的平面上，光偵檢層12包括第一光偵檢元件122、第二光偵檢元件124、第三光偵檢元件126以及第四光偵檢元件128，第一光偵檢元件122、第二光偵檢元件124、第三光偵檢元件126與第四光偵檢元件128排列成一2X2的矩陣，且於第一方向Z上，第一光偵檢元件122的位置對應於第一光學單元132的位置，
第二光偵檢元件124的位置對應於第二光學單元134的位置，第三光偵檢元件126的位置對應於第三光學單元136的位置，第四光偵檢元件128的位置對應於第四光學單元138的位置。
在本實施例中，如圖1所示之不同能量之X光射線2能入射至閃爍晶體層11，X光射線2會與閃爍晶體層11作用，並產生不同光子數目的閃爍光，各閃爍光的光子數目與各X光射線之能量呈正相關，換言之，X光射線能量越強，閃爍光的光子數目越多，反之，X光射線能量越弱，閃爍光的光子數目越少。此外，光子進入光學層13時，一定量之光子數目被吸收，使得特定能量以下之X光射線2所產生之閃爍光會被全部吸收而不穿透光學層13，而特定能量以上之X光射線2造成之閃爍光會被部分吸收，而部分能量可穿透光學層13並被光偵檢層12偵測。
在本實施例中，X光射線2包含一第一X光射線21、一第二X光射線22、一第三X光射線23以及一第四X光射線24，第一X光射線21之能量區段可對應到如圖3所示的第一能量區段E1，第二X光射線22之能量區段可對應到如圖3所示的第二能量區段E2，第三X光射線23之能量區段可對應到如圖3所示的第三能量區段E3，第四X光射線24之能量區段可對應到如圖3所示的第四能量區段E4。在上述的配置之下，由於第一光學單元132、第二光學單元134、第三光學單元136與第四光學單元138分別具有不同的透光率，當X光射線2入射至第一閃爍晶體112並產生閃爍光至第一光學單元132，第一光學單元132為透光率100%的透光區塊，因此，第一X光射線21、第二X光射線22、第三X光射線23以及第四X光射線24分別所對應到的第一能量區段E1、第二能量區段E2、第三能量區段E3以及第四能量區段E4所產
生之閃爍光均能穿透第一光學單元132，並被第一光偵檢元件122所偵測以得到第一X光訊號數目，第一X光訊號數目包括第一能量區段E1、第二能量區段E2、第三能量區段E3以及第四能量區段E4。當X光射線2入射至第二閃爍晶體114並產生閃爍光至第二光學單元134，第二光學單元134吸收程度最弱，第一X光射線21所對應的第一能量區段E1所產生之閃爍光會被第二光學單元134吸收，因此，第二X光射線22、第三X光射線23以及第四X光射線24分別所對應到的第二能量區段E2、第三能量區段E3以及第四能量區段E4所產生之閃爍光能穿透第二光學單元134，並被第二光偵檢元件124所偵測以得到第二X光訊號數目，第二X光訊號數目包括第二能量區段E2、第三能量區段E3以及第四能量區段E4。當X光射線2入射至第三閃爍晶體116並產生閃爍光至第三光學單元136，第三光學單元136吸收程度較第二光學單元134吸收程度好，第一X光射線21所對應的第一能量區段E1與第二X光射線22所對應的第二能量區段E2所產生之閃爍光分別會被第三光學單元136吸收，因此，第三X光射線23與第四X光射線24分別所對應到的第三能量區段E3以及第四能量區段E4所產生之閃爍光能穿透第三光學單元136，並被第三光偵檢元件126所偵測以得到第三X光訊號數目，第三X光訊號數目包括第三能量區段E3以及第四能量區段E4。當X光射線2入射至第四閃爍晶體118並產生閃爍光至第四光學單元138，由於第四光學單元138較第二光學單元134與第三光學單元136的吸收程度強，第一X光射線21所對應的第一能量區段E1、第二X光射線22所對應的第二能量區段E2與第三X光射線23所對應的第三能量區段E3所產生之閃爍光分別會被第四光學單元138吸收，因此，第四X光射線24所對應到的能量區段E4所產生之閃爍光能穿透第四光學單元
138，並被第四光偵檢元件128所偵測以得到第四X光訊號數目，第四X光訊號數目為第四能量區段E4，故第四能量區段E4的訊號數目為第四X光訊號數目，並可由第四X光訊號數目與第三X光訊號數目推算出第三能量區段E3的訊號數目，接著，得到第三能量區段E3的訊號數目後，可由第四X光訊號數目、第三X光訊號數目與第二X光訊號數目推算出第二能量區段E2的訊號數目，最後，可經由第一X光訊號數目、第二X光訊號數目、第三X光訊號數目與第四X光訊號數目的關係來推出第一能量區段E1的訊號數目。因此可推算出第一能量區段E1、第二能量區段E2、第三能量區段E3與第四能量區段E4個別的訊號數目，進而可取得X光射線2中相對應的第一X光射線21、第二X光射線22、第三X光射線23以及第四X光射線24之能量區段，以區分X光射線之能量，來達到具X光射線2之能量資訊之X光影像。
綜上所述，本發明提出一種可辨識X光能量之影像偵測裝置，藉由不同X光能量產生之各閃爍光入射至相對應的各光學單元時，依據各光學單元的透光率，以決定各閃爍光是否通過相對應的各光學單元，而各光偵檢元件偵測通過對應之各光學單元之閃爍光，以區分X光射線之能量，來達到具X光射線能量資訊之X光影像。
再者，本發明有別於其他習用技術，本發明不需要利用昂貴的電子電路系統、切割製作特定厚度的多層閃爍晶體或採用多種不同材質的閃爍晶體去辨別能量，本發明係採用光學層去辨別能量，光學層可利用印刷、鍍膜或噴塗等方式製成，故可降低製作成本。
此外，本發明並非藉由電子電路系統去辨別能量，故不需相對應增加電路元件，也不會需製造精密電子電路，可降低本發明的製作成
本與製造困難度與複雜度。
另外，本發明並非藉由閃爍晶體去辨別能量，故不需設計多種不同材質的閃爍晶體去辨別能量，也不需設計多層閃爍晶體去辨識能量，此舉可以本發明的製作成本與製造困難度與複雜度。
此外，本發明並非採用電子電路系統、切割製作特定厚度的多層閃爍晶體或採用多種不同材質的閃爍晶體去辨別能量，故使得閃爍晶體可為單層結構，且不需額外設計電子電路，此舉均可降低整體可辨識X光能量之影像偵測裝置的厚度，並降低可辨識X光能量之影像偵測裝置之重量，故本發明具有輕量與體積小的優勢，亦可便於攜帶，而可作為攜帶型偵檢裝置之應用。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (6)
- 一種可辨識X光能量之影像偵測裝置，包括：一閃爍晶體層，包含複數個閃爍晶體，其中複數個X光射線入射至各該閃爍晶體，各該閃爍晶體用以將相對應的具不同能量之各該X光射線轉換為一閃爍光；一光偵檢層，包含複數個光偵檢元件；以及一光學層，配置於該閃爍晶體層與該光偵檢層之間，該光學層包括複數個光學單元，各該光學單元分別具有不同的透光率，其中各該閃爍晶體轉換之該閃爍光入射至相對應的各該光學單元時，依據各該光學單元的該透光率，以決定各該閃爍晶體轉換之該閃爍光是否通過相對應的各該光學單元，各該光偵檢元件用以偵測通過相對應之各該光學單元之該閃爍光，以區分各該X光射線之能量。
- 如申請專利範圍第1項所述之可辨識X光能量之影像偵測裝置，其中各該閃爍光的光子數目與各該X光射線之能量呈正相關。
- 如申請專利範圍第1項所述之可辨識X光能量之影像偵測裝置，其中各該閃爍晶體係以矩陣排列形成該閃爍晶體層。
- 如申請專利範圍第1項所述之可辨識X光能量之影像偵測裝置，其中各該光學單元係以矩陣排列形成該光學層。
- 如申請專利範圍第1項所述之可辨識X光能量之影像偵測裝置，其中各該光偵檢元件係以矩陣排列形成該光偵檢層。
- 如申請專利範圍第1項所述之可辨識X光能量之影像偵測裝置，其中各該閃爍晶體包含固態閃爍材料。
Priority Applications (2)
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