本发明涉及辐射探测器和使用这种辐射探测器的成像装置。
背景技术：
用于谱ct的能量分辨光子计数探测器利用直接转换传感器材料，例如，cdte或czt。这些传感器材料是需要高电压偏置(例如300v/mm)以确保体积内的均匀电场的半导体化合物。如在常规ct中一样，谱ct探测器将需要提供大的覆盖范围。为此，谱ct探测器还必须能够在所有侧面上拼贴，最终允许将探测器区延伸到任何期望的尺寸。
使谱ct探测器单元能在四个侧面上拼贴不能单独解决影响扩展探测器区的能力的所有问题。与常规探测器的情况相反，探测器的顶侧还需要偏置，即必须将偏置电压施加到每个片块或探测器单元。针对有限覆盖范围探测器，可以例如通过去耦合电容器通过小线缆将高电压带入阴极。然而，对于大型探测器而言，由于线缆解决方案通常需要焊接(即影响可维护性)并且会干扰撞击x射线谱，所以不能用线缆解决方案来分布高电压。
us2001/035497a1公开了一种具有半导体探测部件的辐射探测器，其每侧上具有电极，所述电极连接到放置在平台上的读出电子电路。us2008/175347a1公开了一种具有防散射组件的直接转换辐射探测器。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种辐射探测器和使用这种辐射探测器的成像装置，其具有简单的结构以容易地将所需的高电压分布到多个探测器模块。
在本发明的第一方面中，提供了一种辐射探测器，其包括：
-多个探测器模块，其彼此相邻布置，每个探测器模块包括：
传感器层，其用于将入射辐射转换成电荷，
第一电极，其沉积在传感器层面向入射辐射的第一表面上，
第二电极，其沉积在传感器层的与第一表面相对的第二表面上，
读出电子器件，其与所述第二电极电接触，以及
载体，其用于承载传感器层和读出电子器件，
-导电性导电层，以及
-防散射布置，
其中，所述导电层和所述防散射布置被布置在彼此的顶部上并且在面向入射辐射的一侧覆盖多个探测器模块。
在本发明的另一方面中，呈现了一种成像装置，包括如本文所公开的辐射探测器，以用于响应于来自成像对象内或成像对象外部的辐射源的辐射发射而探测来自成像对象的辐射。
导电层被布置在防散射布置与多个探测器模块之间并且包括导电性机械可压缩阻尼层。
本发明的优选实施例在从属权利要求中限定。应该理解的是，所要求保护的成像装置具有与所要求保护的辐射探测器(特别是如从属权利要求中所定义的并且如本文所公开的)相似和/或相同的优选实施例。
本发明基于这样的想法，即使用公共导电元件(即公共导电层)来直接或间接(经由防散射布置)接触子组的第一电极，或者优选每个探测器模块(即每个片块)。因此，防散射布置和公共导电元件的组合因此优选覆盖一组探测器模块或所有探测器模块的第一电极。公共导电元件充当电压分布器。这防止了需要来自探测器侧的任何额外的复杂布线，即，在第一电极之间不需要单独的耦合元件或缆线。
阻尼层确保了贯穿辐射探测器的均匀接触压力，并确保一定程度的不平坦不会损害与每单个探测器模块的适当高压接触。
优选地，导电层在面向入射辐射的一侧覆盖多个探测器模块，并且防散射布置被布置在导电层面向入射辐射的一侧。在另一个实施例中，防散射布置在面向入射辐射的一侧覆盖多个探测器模块，并且导电层被布置在导电层面向入射辐射的一侧。
第一电极可以优选充当阴极，而第二电极可以优选充当阳极。然而，在其他实施例中，第一电极可以充当阳极，而第二电极充当阴极，即公共电极是阳极并且阴极是结构化的，在空穴收集探测器(例如，p型硅)被使用的情况下情况尤其如此。
导电层本身可以充当用于将高电压分布到探测器模块的公共导电元件，为此目的，导电层包括用于接收电压的端子。在其他实施例中，高电压从(外部)电压源提供到辐射探测器的不同层并且传导通过辐射探测器内的导电层。
存在用于实施阻尼层的不同实施例。在一个实施例中，阻尼层包括导电片或泡沫。这种片或泡沫提供了确保均匀接触压力的期望特征。
阻尼层可以由ni、au、ag和cu或金属网带或导电聚合物或泡沫或织物或弹性体互连件(例如碳弹性体、金属弹性体、pet，例如具有嵌入导体如碳或金属)制成。传导优选仅在z轴(厚度)上，即金属通常是导电“棒”。典型使用是lcd接触、mems等。
在另一个实施例中，阻尼层包括多个弹簧元件，所述弹簧元件可以机械地固定到防散射布置。这为提供了用于提供均匀的接触压力的另一种机械上简单的解决方案。
在另一个实施例中，防散射布置由导电材料制成。因此，其可以优选地充当用于将高电压分布给探测器模块的公共导电元件，为此目的，防散射布置优选地包括用于接收电压的端子。
辐射探测器还可以包括被布置在阻尼层和防散射布置之间的导电分布层。而且，该分布层可以优选充当用于将高电压分布给探测器模块的公共导电元件，为此，分布层包括用于接收电压的端子。导电分布层也可以充当导电层，并且阻尼层也可以被省略。
此外，辐射探测器还可以包括布置在分布层和防散射布置之间的绝缘层。该绝缘层确保防散射布置不与充当公共导电元件的层电接触。
探测器模块优选被构造为可单独移除。因此，在模块损坏的情况下，可以轻松更换模块，并且模块也可以比单个大型探测器更容易制造。
在实际的实施方式中，导电层具有在50μm和10mm范围内，尤其是在100μm和2mm的范围内的厚度。
辐射探测器优选用于探测x射线或伽玛射线。辐射可以由布置在成像对象外部的辐射源(诸如，x射线源或伽马射线源)或布置在成像对象内的辐射源(例如插入成像对象中的放射性同位素或探针)发射。成像装置因此可以例如可以是x射线装置、ct装置、pet装置、spect装置等。除了辐射探测器之外，所公开的成像装置因此还可以包括用于发射通过成像对象的辐射的辐射源。
附图说明
参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些和其它方面将显而易见并得到阐明。在以下附图中：
图1示出了根据本发明的辐射探测器的第一实施例的分解透视图，
图2示出了根据本发明的辐射探测器的第二实施例的分解透视图，
图3示出了根据本发明的辐射探测器的第三实施例的分解透视图，
图4示出了根据本发明的辐射探测器的第四实施例的分解透视图，
图5示出了根据本发明的辐射探测器的第五实施例的分解透视图，并且
图6示出了根据本发明的辐射探测器的第六实施例的分解透视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的辐射探测器1的第一实施例的分解透视图。大型辐射探测器1包括多个片块(即探测器模块)10、20，其中，仅示出了两个相邻片块。每个片块10、20包括一个或多个直接转换器传感器11、21、一个或多个asic12、22(即，读出电子器件，例如能量分辨光子计数电子器件)和用于安装(即承载)传感器11、21和asic12、22的基板13、23(即，载体)。直接转换器传感器11、21中的每个包括：用于将入射辐射转换为电荷的传感器层14、24；沉积在传感器层14、24的面向入射辐射100(例如，x射线辐射或伽玛辐射)的第一表面上的第一电极15、25；以及沉积在传感器层14、24的与第一表面相对的第二表面上的第二电极16、26。没有描绘与第二电极16、26电接触的asic12、22同直接转换器传感器11、21之间的第二级互连的更多细节。第二电极由此可以包括一个电极或布置在阵列中的多个电极。
在该实施例中，第一电极15、25充当阴极并且第二电极16、26充当阳极。存在其他实施例，其中，第一电极15、25充当阳极并且第二电极16、26充当阴极。在每个片块10、20的顶部上布置有公共导电阻尼层30，阻尼层30在该实施例中充当导电层并且在面向入射辐射100的一侧上覆盖多个片块10、20。在该实施例中，阻尼层30被配置为导电片或泡沫并且与充当阴极的第一电极15、25电接触。导电阻尼层30优选是机械可压缩的并且在片块10、20的全部或者子集之间共享。
在阻尼层30的顶部，面向入射辐射100布置有防散射布置40，尤其是一维或-如描绘的-二维防散射光栅(asg)。在该实施例中，防散射布置40由导电材料制成，并因此建立与导电阻尼层30的电接触。防散射布置40还电连接到高压电源200，对此，其优选包括用于接收来自电源200的电压的端子41。
辐射探测器1的该布置使得由电源200提供的偏置电压有效地分布给每一单个片块10、20。
由于防散射光栅通常由低电阻率金属(例如w(钨))制成，因此即使使用单个接触点，从高电压200到阻尼层30的串联电阻可以在非常大的区内保持非常低。可以发现用作阻尼层30的导电片具有相当低的方块电阻(<0.2欧姆/平方)。由于防散射光栅40的接触按定义在每一单个片块10、20的顶部上，因此每片块的串联电阻也保持相当低。换言之，低电阻防散射光栅40用于分布高电压，而稍微更高电阻的导电片30将仅局部影响每个片块10、20。以这种方式确保大区上的均匀高压分布。
尽管图1仅示范性地示出了共享单个公共阻尼层30的两个片块10、20，但是应当理解，其可以缩放到片块的任何面积和数量。实际上，阻尼层30可以在有限数量的片块之间共享，以便于维修，即，替换片块不需要移除覆盖整组片块10、20的阻尼层30。阻尼层30因此可以具有多个的形式因子，范围从每辐射探测器的单个导电片到例如，每行或每列片块具有一个片。
由于诸如czt的直接转换材料对过度压力脆性敏感，因此可压缩导电片优选用作阻尼层30，以避免防散射光栅40的薄片直接且准时地接触传感器层14、24的第一电极15、25(阴极)(尽管在其他实施例中这通常是可能的)。可压缩导电片还将补偿探测器模块10、20的高度上的小的差异。这种导电片可以具有不同的厚度(例如1mm)并且可以在-40至+70℃的温度下操作。这种片的范例可以在多个供应商处获得(例如具有ni/cu网格的lairdtechnologies)。如果认为ni/cu网格的吸收率太高，则可以以与防散射光栅40相同的间距使用具有导电沟槽或棒的弹性体互连型的材料。尽管这可能在对齐上带来一些困难，但是100μm范围内的导电沟槽是可用的，这将移除有效传感器像素顶部上的任何x射线吸收可能性。导电片的另一个范例是导电聚合物泡沫，例如，如通常用于电子工业中，以保护敏感集成电路在运输期间免受放电影响(例如由vermason供应)。
图2示出了根据本发明的辐射探测器2的第二实施例的分解透视图。在该实施例中，导电分布层50被布置在阻尼层30(充当导电层)和防散射布置40之间。针对良好电接触的例如铝制薄金属箔或电镀金属片可以放置在阻尼层30的顶部上，以提供针对由电源200经由端子51提供的高电压的低电阻分布层50。该金属片可以由多种材料或薄膜电镀金属(例如al、cu、zn、ag、mg、ti、合金、ito(tco等)、碳(例如纳米管、石墨烯)或金属微结构)制成。轻金属薄层对探测到的辐射谱仅具有小的影响。
任选地，如该实施例所示，分布层50覆盖有绝缘层60(即，被布置在分布层50和防散射光栅40之间)，使得防散射光栅40不连接到高电压，如果这是期望的，或者甚至可以为了电气安全目的而接地。
如果防散射光栅40本身是以拼贴方式制成的，即由小块或子光栅组成，则使用大面积薄金属箔作为分布层50也是有利的。对于这样的小块，通过防散射光栅的高电压的分布更加困难，并且需要用于将块或子光栅互连的额外的模块。
此外，在实施例中，防散射光栅40可以布置成与探测器单元10、20直接接触，使得不需要中间层(例如阻尼层)。
如果防散射光栅40被拼贴，则其可以再次与探测器单元10、20直接接触以确保防散射光栅40和探测器单元10、20的正确对准。在这种情况下，阻尼层30可以布置在防散射光栅40的顶部上，从而实现高电压的分布。
在辐射探测器2的第二实施例中，阻尼层30(例如图1中所示的导电泡沫)并非严格必要的，如图3所图示的，图3示出了根据本发明的辐射探测器3的第三实施例的分解透视图。因此，在该实施例中，分布层50与片块10、20的第一电极15、25之间存在直接接触。然而，如第二实施例中所提供的阻尼层30的使用有益于确保贯穿整个辐射探测器的均匀接触压力，并确保一定程度的不均匀性不会损害对每一单个片块的适当的高压接触。
图4示出了根据本发明的辐射探测器4的第四实施例的分解透视图。在该实施例中，导电阻尼层30(优选采取导电泡沫的形式)本身被用作导电层并且用于经由端子31来分布由外部电压源提供的高电压。因此防散射光栅40不需要电连接到高压电源并且也不需要导电。
由于czt传感器通常呈现低暗电流并且每片块的最大光电流也相当低(例如，20μa/片块)，所以片(作为阻尼层)可能具有足够低的电阻以满足要求(例如形成可压缩金属网格的片)。额外的措施，例如可以采用沿阻尼层30的侧面的多个触点31以确保高电压跨整个片块组保持合理均匀以避免辐射探测器的位置相关性能，因为例如在高电压最低的那些位置中czt瞬态响应可能会较慢。
通过观察脉冲高度谱的劣化，可以容易地评估导电层和第一电极(阴极)之间的高电压接触的质量。随时间的压缩谱可以指示与阴极的高电阻接触。然而，传感器体积电阻率非常高，使得主要潜在问题不是与阴极本身的接触电阻，而是跨导电层(即分别地，第一、第二和第四实施例中的阻尼层3和第三实施例中的分布层50)的电压分布。对此，使用防散射光栅40或分布层50的高压分布可以是优选的实施方式。
防散射布置40优选地被构造为大面积防散射光栅。这种光栅可以例如由激光烧结制成，并可用作若干探测器片块的载体。作为阻尼层的导电泡沫是电接口的一种选择，即作为导电层。
图5示出了根据本发明的辐射探测器5的第五实施例的分解透视图。根据该实施例，电弹簧触点33被设置为阻尼层32(也充当导电层)。弹簧触点优选地布置(特别是机械固定)在防散射光栅43的下表面处并且接触片块10、11。可以使用激光烧结技术来实现在防散射光栅的专门位置处的电子弹簧触点的定制生产，其允许与每个片块的个体(多个)电接触。
图6示出了根据本发明的辐射探测器6的第六实施例的分解透视图。在该实施例中，防散射布置40直接覆盖多个探测器模块10、20，并且导电层30布置在导电层的面向入射辐射100的一侧。电压被提供给导电层30并且经由(导电)防散射布置40从导电层30分布到探测器模块10、20。以此方式可以确保防散射布置40和探测器模块10、20的适当对准。
在又一个实施例中，甚至可以完全省略防散射布置40，使得导电层30与探测器元件直接接触，接收来自电压源200的电压并且将接收到的电压分布到探测器元件10、20。这样的实施例可以例如可用于医学应用，如谱x射线或光子计数/谱乳房摄影，其中，实际探测器通常没有防散射光栅，并且防散射光栅是任选的，并且将由医师根据他认为合适的方式添加。同样在这样的应用中，探测器可以被分裂成更小的模块(片块)，并且可以如本文所公开的那样实现电压分布。
本发明特别适用于大面积谱ct探测器，但也适用于无损测试(ndt)、行李检查或任何其他成像设备和在大区上使用直接转换辐射探测器的模态。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述被认为是说明性或示范性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的本发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。
在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以履行权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。