CN110764182B - 一种用于闪烁体探测器的光导制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于闪烁体探测器的光导制作方法，包括以下步骤：选取块状光导；确定块状光导的光通道结构；根据光通道结构中第一方向的光通道信息，按照第一方向对块状光导的第一表面进行切割，得到第一光导结构；在第一光导结构中的每一个切割槽中形成反射层；根据光通道结构中第二方向的光通道信息，按照第二方向对具有反射层的第一光导结构进行切割，得到第二光导结构；在第二光导结构中的每一个切割槽中形成反射层，得到用于闪烁体探测器的光导。该方法避免后续的抛光和拼接过程，降低加工难度，提高了加工精度和效率。可以采用工业化方式实现，加工的一致性和均匀性得到保证，提高了生产工艺标准化，有效降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术，特别是一种用于闪烁体探测器的光导制作方法及光导、闪烁体探测器。
背景技术
闪烁体探测器已经有100多年的历史，是一种使用非常广泛、技术相当成熟的探测器，其由闪烁体、光导、光敏元件、电子学和电源系统组成。闪烁体探测器是利用一些材料在受到辐射时会产生荧光的原理，将这些荧光输入到光电转换器件放大处理，通过电子学和软件对电信号的分析就能得到辐射事例的信息。我们一般称受到射线照射而发光的物质为闪烁体，光敏元件对闪烁体受到射线照射而发出的光进行光电信号转换。通过改变闪烁体和光电转换器的组合，闪烁探测器可满足快时间响应，高探测效率，大面积灵敏，高能量分辨，高位置分辨等不同物理需求，即能测粒子的能量，又能测粒子的数量，应用十分广泛。
为了节约、降低电子学读出成本，大量闪烁体仅使用少量光敏探测器来测量，这就需要通过光导将几十甚至上百根闪烁体与少量光敏元件连接，通过光导内部特殊设计的反射结构，让不同闪烁体发出的光以不同权重比例进入到几个光敏探测器中。所以光导是该类闪烁体探测器的核心部件。
光导传统的制作方法是根据闪烁体数目以及探测器位置切割出对应数量的光通道，如196个闪烁体用全覆盖的64路光敏探测器进行测量的话，大概光导只用加工8刀，但这个探测器价格是单路光敏探测器的10倍，时间分辨比单路光敏探测器差很多，若采用多个单路光敏探测器，则光导要加工20刀。由于探测器成本远大于光导成本，所以在不增加探测器成本的前提下，增加光导加工复杂度可以平衡成本和性能的关系，即成本低而性能相对高。
现有的光导加工方法，是先将光导根据所需光通道数量进行切割成若干个较小的光导体，对所述光导体进行表面加工、涂敷反射材料，再进行拼接，最后外封反射层。然而，由于每一次切割所形成的光导体其尺寸大小不一，拼接时，为保证拼接面平整，每个拼接面都需要重新抛光；在这过程中存在不可避免的错误损坏率，因此工作量巨大，工时消耗长，生产成本高。
综上所述现有光导加工技术有以下缺点和难点：
1、每次切割形成的光导体尺寸、外形不同，加工工作量大，工时较长；
2、探测器面积不变情况下，随着闪烁体尺寸越小，所需加工的光通道数量大幅增加，加工精度越高，难度越高，工时消耗越大；
3、大量工艺手工操作，均匀性、一致性难以控制；
4、拼接完成后，还要在精确控制光通道尺寸的情况下，进行抛光、外封反射层等，该过程若发生失误，之前的工作全部报废。
因此，现有的光导制作方法比较复杂，工作量大，加工难度大，设计和生产成本高，加工制造周期长，生产流程和工艺较难形成标准化。
本发明的光导制作方法能有效解决以上问题，提高生产效率。
发明内容
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种用于闪烁体探测器的光导制作方法。
为了达到上述目的，本发明的闪烁体探测器的光导制作方法，包括以下步骤：
步骤一、选取适于所述闪烁体探测器中闪烁体阵列的块状光导，其具有第一表面、第二表面及所述第一表面和第二表面之间的厚度T，所述块状光导的结构与所述闪烁体阵列的结构匹配；
步骤二、根据所述闪烁体探测器中探测器的数量、闪烁体阵列的结构和所述块状光导的结构，确定所述块状光导的光通道结构；
步骤三、根据所述光通道结构中第一方向的光通道信息，按照第一方向对所述块状光导的第一表面进行切割，得到第一光导结构，所述第一光导结构中的每一个切割槽的深度小于所述块状光导的厚度T；
步骤四、在所述第一光导结构中的每一个切割槽中形成反射层，得到具有反射层的第一光导结构；
步骤五、根据所述光通道结构中第二方向的光通道信息，按照第二方向在所述第一表面对具有反射层的第一光导结构进行切割，得到第二光导结构，所述第二光导结构中的每一个切割槽的深度小于所述块状光导的厚度T；
需要明确的是，每一次切割所形成的切割槽其深度都小于所述块状光导的厚度T，也就是每一次切割都是非完全切割，不会将所述块状光导切断从而形成尺寸更小的光导块，避免了后续的拼接工序，以及为了拼接所需要的抛光、光导表面保护等工序，降低了加工难度。
步骤六、在所述第二光导结构中的每一个切割槽中形成反射层，得到用于闪烁体探测器的光导。
其中，所述第一表面为光导面向闪烁体阵列的表面，所述第二表面为光导面向探测器的表面，第一表面和第二表面相互平行。
进一步的，在所述步骤一中，加工任一光导，使其第一表面与对应的所述闪烁体阵列的表面等大，得到光导块；
对所述光导块进行抛光处理，得到所述块状光导。
进一步的，所述步骤二中的光通道结构为对称型的光通道结构。
进一步的，所述步骤三中的第一方向为水平方向。
进一步的，步骤四或步骤六包括采用注胶或混胶的方式在每一个切割槽内填充反射材料，形成反射层；并固化所述反射层。
进一步的，步骤四或步骤六包括采用镀膜的方式在每一个切割槽内形成反射层。
进一步的，步骤五中的第二方向与所述第一方向垂直。
进一步的，所述方法还包括对所述步骤六中形成反射层之后的第二光导结构进行表面处理，得到用于闪烁体探测器的光导。所述表面处理的范围包括：所述块状光导除所述第一表面和第二表面之外的四个周面，以及所述第二表面中未被探测器所覆盖的地方
本发明还提供了一种采用上述方法制作的光导，该光导位于闪烁体阵列和探测器之间。
本发明还提供了一种闪烁体探测器，包括闪烁体、光导和探测器，所述闪烁体和探测器之间设置有由上述方法制作的光导。
本发明的有益效果是：每一次在块状光导的第一表面上进行切割都并非将该块状光导完全切断，因此不会形成尺寸更小的、大小不一的块状光导，避免后续需要最终的抛光和拼接这一复杂的加工过程，降低加工难度，提高了加工精度和效率；由于形成反射层的材料在加工过程中是流动或半流动的状态，按照第一方向在块状光导上形成切割槽以后，即对该切割槽形成反射层并固化，再进行第二方向的切割，可以有效减少由于切割槽狭窄、切割槽交叉处发生的堵塞和气泡问题；由于不形成尺寸更小的零碎的光导块，在采用镀膜形成反射层时，极大减少光导块表面保护的工作量。
本发明的技术方案大大降低了劳动人力和时间消耗，减少了工艺中手工制作的成分，可以采用工业化方式实现，光导加工的一致性和均匀性得到保证，提高了生产工艺的标准化，可以有效降低生产成本。
附图说明
图1为现有技术中8x8闪烁体阵列使用的光导结构示意图；
图2为本发明8x8闪烁体阵列使用的光导的制作过程示意图；
图3为本发明所述光导制作方法的流程图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例一
本发明的用于闪烁体探测器的光导制作方法，包括以下步骤：
S101、选取适于所述闪烁体探测器中闪烁体阵列的块状光导1，其具有第一表面、第二表面及所述第一表面和第二表面之间的厚度T，所述块状光导的结构与所述闪烁体阵列的结构匹配；
其中，所述第一表面为光导面向闪烁体阵列的表面，所述第二表面为光导面向探测器的表面，第一表面和第二表面相互平行。
所述块状光导可以为正方体或长方体，也可以为锥形光导，锥形光导主要用于探测器远大于闪烁体阵列，或者闪烁体阵列远大于探测器的情况，所述块状光导面向所述闪烁体阵列的第一表面与所述闪烁体阵列对应的表面等大，面向探测器的第二表面与探测器对应的表面等大。
S102、根据所述闪烁体探测器中探测器的数量、闪烁体阵列的结构和所述块状光导的结构，确定所述块状光导的光通道结构；
一般而言，会采取对称的光通道结构，以利于后续切割槽的加工。
S103、根据所述光通道结构中第一方向的光通道信息，按照第一方向对所述块状光导的第一表面进行切割，得到第一光导结构，所述第一光导结构中的每一个切割槽的深度小于所述块状光导的厚度T；
优选地，槽宽与所述闪烁体阵列中的反射层等宽或略宽。一般而言，光导上的切割槽与所述闪烁体阵列上的反射层是对应的，那么反射层越薄，切割槽越窄，光通道上不能导光的死区越少，探测效率越高。因此，优选槽宽与所述闪烁体阵列中的反射层等宽或略宽，以尽量不影响探测效率。
S104、在所述第一光导结构中的每一个切割槽中形成反射层。
S105、根据所述光通道结构中第二方向的光通道信息，按照第二方向在所述第一表面对具有反射层的第一光导结构进行切割，得到第二光导结构，所述第二光导结构中的每一个切割槽的深度小于所述块状光导的厚度T；
需要明确的是，每一次切割所形成的切割槽其深度都小于所述块状光导的厚度T，也就是每一次切割都是非完全切割，不会将所述块状光导切断从而形成尺寸更小的光导块，避免了后续的拼接工序，以及为了拼接所需要的抛光、光导表面保护等工序，降低了加工难度。
S106、在所述第二光导结构中的每一个切割槽中形成反射层，得到用于闪烁体探测器的光导；
优选地，在所述步骤S104、S106中，形成反射层的方式可以为注胶或混胶。
上述实施例中，每一次在块状光导的第一表面上进行切割都并非将该块状光导完全切断，因此不会形成尺寸更小的、大小不一的块状光导，避免后续复杂的加工过程，降低加工难度，提高了加工精度和效率。
实施例二
请参阅图2、3，本发明的用于闪烁体探测器的光导制作方法，以8x8闪烁体阵列所使用的光导制作为例，包括以下步骤：
S201、选取适于所述闪烁体探测器中闪烁体阵列的块状光导1，所述适于，是指块状光导1与所述闪烁体两者之间相对的表面基本等大；
所述块状光导1具有第一表面、第二表面及所述第一表面和第二表面之间的厚度T，所述块状光导的结构与所述闪烁体阵列的结构匹配；其中，所述第一表面为所述块状光导面向闪烁体阵列的表面，所述第二表面为所述块状光导面向探测器的表面，第一表面和第二表面相互平行。对该块状光导1进行抛光处理。
S202、确定所述块状光导的光通道结构，如图2所示，该光通道结构为对称结构。
S203、根据所述光通道结构中第一方向的光通道信息，按照第一方向对所述块状光导的所述第一表面进行切割，得到具有4条相互平行的切割槽的第一光导结构，所述切割为非完全切割，即所形成的每一个切割槽的深度小于所述块状光导的厚度T，这样不会将所述块状光导分割为尺寸更小的、大小不一的光导块，避免后续拼接工序，以及为了拼接所必须的抛光和表面保护等工作。
S204、在所述第一光导结构中的每一个切割槽中，采用注胶或混胶的方式形成反射层并固化，得到具有反射层的第一光导结构，反射层固化后其高度应使得所述第一表面仍为平面，而不会由于切割槽的存在，导致第一表面在该切割槽的位置处出现凹陷。
可以确定的是，除了上述注胶或混胶的方式，还可以采用镀膜的方式形成反射层，以减少等待反射材料固化的时间，提高生产率。
S205、根据所述光通道结构中第二方向的光通道信息，将所述第一光导结构在水平方向上旋转90度，然后按照第二方向在所述第一表面对具有反射层的第一光导结构进行第二次切割，得到具有4条相互平行的切割槽的第二光导结构，第二次切割形成的切割槽经过所述步骤S203形成的切割槽，且二者为正交关系。同样地，所述切割为非完全切割，这样形成的每一个切割槽的深度都小于所述块状光导的厚度T。
优选地，所述步骤S203和S205中，每一次切割所形成的每一个切割槽的槽宽度与对应的闪烁体阵列中的反射层匹配。一般情况光导上的切割槽与所述闪烁体阵列上的反射层是对应的，粘接时两者对位良好会重合上；切割槽宽度一般由刀片厚度和内填反射材料厚度决定，所述闪烁体阵列反射层厚度由工艺材料和设计决定，这些反射层都是越薄越好，切割槽则是越窄越好，这样光通道上不能导光的死区越少，探测效率越高。目前工艺来说一般是位于光导上的切割槽会更宽一点。
优选地，所述步骤S203和S205中所形成的切割槽其深度基本相同，或者不相同。
S206、与步骤S204相同，在所述第二光导结构中的每一个切割槽中，采用注胶或混胶的方式形成反射层并固化，反射层固化后其高度同样应使得所述第一表面仍为平面，而不会由于切割槽的存在，导致第一表面在该切割槽的位置处出现凹陷形成反射层。
同样地，为提高生产率，也可以采用镀膜的方式形成反射层，以减少等待反射材料固化的时间，
最后，对所述块状光导1除第一表面、第二表面以及没有覆盖探测器的表面进行反射材料的镀膜或包裹处理，以形成反射层，并得到用于闪烁体探测器的光导。
本实施例中，由于形成反射层的材料在加工过程中是流动或半流动的状态，按照第一方向在块状光导上形成切割槽，即对该切割槽形成反射层并固化后，再进行第二方向的切割，可以有效减少由于切割槽狭窄、切割槽交叉处发生的堵塞和气泡问题。
实施例三
本发明还提供了一种采用上述实施例一、实施例二所述方法制作的光导，该光导位于闪烁体阵列和探测器之间。
本发明还提供了一种闪烁体探测器，包括闪烁体、光导和探测器，所述闪烁体和探测器之间设置有由上述方法制作的光导。
本发明的技术方案大大降低了劳动人力和时间消耗，减少了工艺中手工制作的成分，可以采用工业化方式实现，光导加工的一致性和均匀性得到保证，提高了生产工艺的标准化，可以有效降低生产成本。
尽管已经示出和描述了本发明的发明，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些发明进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种用于闪烁体探测器的光导制作方法，其特征在于，包括：
步骤一、选取适于所述闪烁体探测器中闪烁体阵列的块状光导，其具有第一表面、第二表面及所述第一表面和第二表面之间的厚度T，所述块状光导的结构与所述闪烁体阵列的结构匹配；
步骤二、根据所述闪烁体探测器中探测器的数量、闪烁体阵列的结构和所述块状光导的结构，确定所述块状光导的光通道结构；
步骤三、根据所述光通道结构中第一方向的光通道信息，按照第一方向对所述块状光导的第一表面进行切割，得到第一光导结构，所述第一光导结构中的每一个切割槽的深度小于所述块状光导的厚度T；
槽宽与所述闪烁体阵列中的反射层等宽；
步骤四、在所述第一光导结构中的每一个切割槽中采用注胶、混胶或镀膜的方式在每一个切割槽内填充反射材料，形成反射层；
并固化所述反射层，得到具有反射层的第一光导结构；
步骤五、根据所述光通道结构中第二方向的光通道信息，按照第二方向在所述第一表面对具有反射层的第一光导结构进行切割，得到第二光导结构，所述第二光导结构中的每一个切割槽的深度小于所述块状光导的厚度T；所述第二方向与所述第一方向垂直；
步骤六、在所述第二光导结构中的每一个切割槽中采用注胶、混胶或镀膜的方式在每一个切割槽内填充反射材料，形成反射层；
并固化所述反射层，得到用于闪烁体探测器的光导；
步骤一至步骤六所述的每一次切割都是非完全切割。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一包括：
加工任一光导，使其第一表面与对应的所述闪烁体阵列的表面等大，得到光导块；
对所述光导块进行抛光处理，得到所述块状光导。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中的光通道结构为对称型的光通道结构。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中的第一方向为水平方向。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述步骤六中形成反射层之后的第二光导结构进行表面处理，得到用于闪烁体探测器的光导，所述表面处理的范围包括：所述块状光导除所述第一表面和第二表面之外的四个周面，以及所述第二表面中未被探测器所覆盖的地方。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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