專利名稱:桿狀固體閃爍器的反光被覆層的制作方法
本發(fā)明涉及到桿狀固體閃爍器，更具體地說，涉及到桿狀固體閃爍器的被覆層，這種被覆層被用來改善閃爍器的光輸出。
雖然本發(fā)明有著更為廣泛的用途，但為具體起見，將就計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描(CT)裝置的場合來描述本發(fā)明。
在計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描術(shù)中使用一有穿透力的輻射束，使之穿過要研究的物體并落在一閃爍檢測器陣列上。每一閃爍檢測器包括一種當(dāng)穿透輻射打于其上時(shí)能發(fā)光的材料以及一個(gè)能產(chǎn)生與接收光有關(guān)的電信號的光檢測器。從閃爍檢測器陣列來的電信號經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，以形成被研究物體這一部分的圖象。
當(dāng)被研究物體是有生命的人體的一部分時(shí)，因?yàn)樘岣唛W爍檢測器的靈敏度就可用降低了的輻照量來完成給定的研究，所以閃爍檢測器的靈敏度特別重要。
早期用氣體和光電倍增管的閃爍檢測器已經(jīng)讓位于用固體光檢測器的固體閃爍器?，F(xiàn)代的固體閃爍檢測器。諸如在美國專利第4，491，732號和第4，525，628號中所述的那樣(這些專利所披露的內(nèi)容在此處用作為背景參考資料)，使用一種合適的單晶或多晶閃爍材料制成的平行六面體桿，此閃爍材料與一光檢測器諸如光電二極管，正-本-負(fù)(PIN)二極管或光敏電阻有著光的耦合。在參考專利中敘述了幾種適合用作閃爍桿和光檢測器的材料，個(gè)別已被使用的材料對本發(fā)明不起限制作用。
這些在檢測器陣列中的桿狀閃爍器互相緊密地排列在一起，成為一個(gè)用以接收輻照的面，稱為“前表面”。為了檢測在一個(gè)桿狀閃爍器中發(fā)射出的光，這些光被傳送到一個(gè)稱為“后表面”的與前表面相對的面。光發(fā)射可以發(fā)生在被輻照體積內(nèi)的任何地方，而光可向任何方向傳播。結(jié)果，發(fā)射光有很大的可能性向著不是后表面的其它面進(jìn)行。
桿狀閃爍器通常是透明的，在專利中，例如在美國專利第4，535，243號、3，857，036號、4，110，621號中，所示出的一種促使輻照光到達(dá)后表面的技術(shù)包括在桿狀閃爍器的一些面上設(shè)置鏡面反射器。因而，照射在任何一個(gè)鏡面上的光被反射回桿內(nèi)。最后，一些反射光到達(dá)后表面并被檢測出。在此過程中，發(fā)生了幾類損失，使得光輸出低于所希量。首先，在靠近反光鏡面法線方向入射的光在到達(dá)后表面以前要經(jīng)過多次反射。良好的反光體，例如銀，只能反射95%的入射光，而其余的光均被吸收。因此，每次反射約損失5%的光。經(jīng)過桿表面多次反射后，剩下的光極微。此外，實(shí)用的閃爍器材料并不是理想透明的。結(jié)果，光線在桿的一些面之間反射，每次通過桿的渡越過程中會被吸收掉一些。
一種減少在桿狀閃爍器內(nèi)反射次數(shù)的技術(shù)是用一種漫反射器，例如二氧化鈦涂層，來代替反光鏡面。如眾所周知，二氧化鈦起著光散射器而不是光反射的作用。例如，射到二氧化鈦上的光線通常是以余弦分布再發(fā)射出去。因此，撞擊能量有大得多的部分以淺的角度被導(dǎo)回桿內(nèi)，此淺角度對于使光能以較少的次數(shù)與其它面相互作用即可到達(dá)后表面是有效的。漫射器依靠高折射率粒子對光的散射而不是反射。因而，要把大部分的光返轉(zhuǎn)回桿狀閃爍器內(nèi)，就需要相對厚的被覆層。還有，現(xiàn)代的閃爍器陣列中的桿狀閃爍器是緊密地排列的，相互之間沒有分隔器，而是把閃爍桿表面的被覆層制成基本上是不透明的來抑制桿狀閃爍器之間的相互光學(xué)干擾。這樣做也需要一相對厚的在0.0014英寸量級的涂層。用不透明材料，例如金屬，制成的被覆層可以改善不透明度。
涂層厚度的均勻性對陣列的性能是很關(guān)鍵的。為了獲得均勻的厚度，在應(yīng)用此不透明層以前，用磨料以手工來完成此涂層。這種手工損傷是很化時(shí)間的，而且有損傷產(chǎn)品的危險(xiǎn)，從而增大了報(bào)廢率。
本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種桿狀閃爍器和一種克服現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)的被覆層。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是要提供一種有著改進(jìn)了導(dǎo)光到收集面性能，用于桿狀閃爍器的被覆層。
本發(fā)明更進(jìn)一步的目的是要提供一種用于被覆閃爍器的薄膜，這種薄膜改進(jìn)了桿狀閃爍器的光輸出。
本發(fā)明更進(jìn)一步的目的是要提供一種把桿狀閃爍器進(jìn)行可反光的被覆的方法。
簡要地說，本發(fā)明提供了一種用于被覆在桿狀閃爍檢測器外面的多層膜。此被覆層包括一用于粘貼在閃爍桿外表面上的壓敏膠粘層，此壓敏膠粘層中包含有一定量的光漫射材料。一透明塑料層把膠粘層和鏡面反光層分開。在該鏡面反光層的頂部設(shè)置有一保護(hù)層。光漫射材料和鏡面反光層一起把光留駐在桿內(nèi)，把光以隨機(jī)的方向?qū)霔U內(nèi)，阻斷相鄰桿之間光的相互干擾。由單片薄膜構(gòu)成的預(yù)制件可用來覆蓋桿的五個(gè)面。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案提供了一種用于閃爍桿的被覆層，它包括一用于粘貼到閃爍桿表面上去的膠粘層，一在此膠粘層外面的鏡面反光層以及一在此鏡面反光層外面的保護(hù)層;此膠粘層包括含有一定量的光漫射材料在內(nèi)，基本上為透明的膠粘物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征所提供的用于被覆閃爍桿的反光薄膜包括一用于粘貼到閃爍桿表面上去的膠粘層，一在此膠粘層外面的鏡面反光層，一在此鏡面反光層外面的保護(hù)層以及在膠粘層內(nèi)面的脫離層，此膠粘層包括含有一定量光漫反射物質(zhì)在內(nèi)，基本上為透明的膠粘物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明更進(jìn)一步的特征提供了一種用于閃爍檢測器的閃爍桿，它包括一以固體閃爍材料制成、基本上為平行六面體的桿;在此桿至少一表面上的-反光被覆層，該反光被覆層包括一膠粘層，此膠粘層含有一定量的光漫射物質(zhì)在內(nèi)并粘著在至少一表面上;一在此膠粘層外表面上的透明塑料層;一在此透明塑料層外表面上的鏡面反光層。
根據(jù)本發(fā)明的更進(jìn)一步的特征提供了一種用于閃爍桿反光層的預(yù)制件，它包括一多層膜，此多層膜具有一含有一定量光漫射物質(zhì)的膠粘層，在此膠粘層上的透明塑料層，一在此透明塑料層上的鏡面反光層，一在此鏡面反光層上的保護(hù)層。此多層膜的形狀與閃爍桿的至少兩個(gè)相鄰的表面吻合。
根據(jù)本發(fā)明更進(jìn)一步的特征提供了一種在一閃爍桿表面設(shè)置一反光層的方法，此方法包括把一定量的光漫反射材料混合入一種透明的壓敏膠內(nèi)，把此壓敏膠涂敷在一透明的塑料層上，在此透明塑料層和一保護(hù)層之間形成一鏡面反光層，把壓敏膠一面粘貼在閃爍桿的一面上。
在結(jié)合附圖閱讀下面描述后，上述和其它本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得十分明顯。在這些附圖中，同樣的參考數(shù)號表示同一元件。
圖1是運(yùn)用閃爍檢測器陣列的計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描機(jī)的示意圖。
圖2是沿圖1中的Ⅱ-Ⅱ線所取的斷面圖。
圖3是圖1陣列一部分的透視圖，為揭示細(xì)節(jié)起見略去了某些部件。
圖4是取自圖2中Ⅳ-Ⅳ方向、表示具有鏡面反光被覆層的桿狀閃爍器的端示圖，圖中還示出了多次反射光線。
圖5是相應(yīng)于圖4中所示閃爍桿的端視圖，圖中示出了光從一個(gè)面上的漫反射。
圖6是沿圖2的Ⅵ-Ⅵ線所取閃爍桿和反光被覆層的斷面圖。
圖7是用于桿狀閃爍器包括有一脫離層的反光薄膜的斷面圖。
圖8是一閃爍桿和用以被覆此閃爍桿五個(gè)面的反光薄膜預(yù)制件的透視圖。
參閱圖1，圖中的數(shù)號10概括地表示一個(gè)可應(yīng)用本發(fā)明的計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描成象系統(tǒng)。X射線源12和瞄準(zhǔn)器14一起形成一扇形的射線束，此束在射向閃爍檢測器陣列20的途中穿過患者窗孔18，在此窗孔中的患者22有選擇地吸收通過此孔的X射線，從而改變了閃爍檢測器陣列20中一些個(gè)別閃爍檢測器的輸出。X射線源12和閃爍檢測器陣列20兩者中至少之一要圍繞著患者22轉(zhuǎn)動，以產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)點(diǎn)。閃爍檢測器陣列20中的所有閃爍器的輸出加到計(jì)算機(jī)24，在其中用熟知的方法來分析這些大量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，以合成出一幅顯示于顯示器件25上，例如陰極射線管上的圖象。
現(xiàn)參閱圖2，圖中示出了閃爍檢測器陣列20中的單個(gè)閃爍器小室26。支座28和30包含許多溝槽，每一相向的溝槽對內(nèi)容納一塊射束準(zhǔn)直隔板34的兩端，射束準(zhǔn)直隔板34是由致密材料，例如鎢，所制成的。支撐板36包括附著在它前表面上的檢測二極管38以及在檢測二極管38前部并與之對準(zhǔn)的桿狀閃爍器40。
現(xiàn)參閱圖3，為清楚起見，支座38沒有圖出，一些鄰接的桿狀閃爍器40和伴隨著它們的檢測二極管38緊密地疊置在支撐板36上，以形成一檢測器組件42。每一射束準(zhǔn)直隔板34與一對鄰接的桿狀閃爍器40之間的界面對齊。每一對相鄰的射束準(zhǔn)直隔板34限定出一個(gè)檢測器通道44。
由圖2中以平行的箭頭標(biāo)出的X射線通過檢測器通道44射到閃爍器40的前表面46，光從桿狀閃爍器40內(nèi)部發(fā)射出來，穿過它的后表面48到達(dá)檢測二極管38。前表面46和后表面48之間的距離要相當(dāng)大，以不但保證桿狀閃爍器與輻射線有充分的相互作用，而且吸收足夠百分率的X射線來保護(hù)檢測二極管38。因而，從前表面46附近發(fā)出的光在被檢測前，必須設(shè)法在桿狀閃爍器40中通過相當(dāng)大的距離。
現(xiàn)參閱圖4的桿狀閃爍器40的頂視圖，圖中對側(cè)壁52被鏡面反光層所覆蓋的情況下作了解說，一個(gè)從位置50處發(fā)出且在側(cè)壁52一個(gè)面的法線方向附近射向此面的光量子被鏡象地反射向側(cè)壁52的另一相對面，以基本上相同的入射角打在此相對面上。如此眾多的反射導(dǎo)致如下結(jié)果當(dāng)光到達(dá)后表面、傳送至檢測二極管38之前，每次反射的損失和沿途的吸收基本上耗盡了所有的光。
圖5示出了一種與圖4類似的結(jié)構(gòu)，只是側(cè)壁52上不用鏡面反光裝置，而是設(shè)置了一種漫反射裝置。從位置50處射到側(cè)壁52上的光，大體上以隨機(jī)的方向被再發(fā)射出去。結(jié)果，漫反射光有著較大的到達(dá)后表面的幾率。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在桿狀閃爍器的五個(gè)側(cè)面上涂覆有漫反射層。為了在它的外表面(此表面緊挨著檢測器組件42中的下一個(gè)桿狀閃爍器40)中實(shí)現(xiàn)98%的光衰減，涂層要足夠厚且含有足夠多的折射粒子。通常包括不透明的涂層或金屬包層，以阻斷光向外傳送到鄰接的桿狀閃爍器40，減輕了光的相互干擾。
現(xiàn)參閱圖6，反光薄膜54配置在一個(gè)表面上，例如桿狀閃爍器40的側(cè)壁52上。反光薄膜54包括一膠粘層56，膠粘層56包括小重量百分比的光漫射粒子，例如二氧化鈦。膠粘層56上配置有具有適當(dāng)?shù)驼凵渎实耐该魉芰蠈?8。在透明層58之上的鏡面反光層60把任何已經(jīng)穿過膠粘層56和透明層58的光向側(cè)壁52反射回去。保護(hù)層62位于鏡面反光層60的頂部。當(dāng)把桿狀閃爍器40組裝成檢測器組件42時(shí)，保護(hù)層62的外表面緊挨著相鄰桿狀閃爍器40上的反光薄膜54的相應(yīng)外表面(未示出)。
膠粘層56是混合有光漫射粒子的任何合適的透明壓敏膠。在此較佳實(shí)施方案中，膠粘層56是一層透明的聚丙烯壓敏膠，膠中均勻地調(diào)配有重量百分比約為百分之十到三十的二氧化鈦。此二氧化鈦含量不足以把通過它的光完全衰減掉。因而有賴于鏡面反光層60把通過膠粘層56的光向側(cè)壁52反射回去。
在膠粘層56中二氧化鈦的最大含量受制于二氧化鈦對膠粘層56粘性的影響。當(dāng)在膠粘層56的原材料中加入更多的二氧化鈦時(shí)，混合物變得更為粘稠，更不易散開成一均勻的薄層。此外，膠的粘性或膠著在側(cè)壁52上的能力會下降。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)膠粘層56中的重量百分?jǐn)?shù)從約10%到30%，最好約20%，是較優(yōu)選值。此優(yōu)選值可給出足夠的光漫射并保持其機(jī)械性能。膠粘層56的厚度最好為0.0005英寸，公差約在10%以內(nèi)。膠粘層56的厚度與它的二氧化鈦含量百分比可以折衷考慮，以獲得類似的結(jié)果。
透明層58是一透明的塑料層，而最好為透明的聚丙烯材料，這種聚丙烯材料的折射率至少要象用來作膠粘層56中粘結(jié)劑的塑料的折射率那樣低。透明層58的厚度最好約為0.0001英寸，公差約在10%以內(nèi)。透明層58的折射率增強(qiáng)了鏡面反光層的作用。
可以用任何常用的技術(shù)來使用膠粘層56和透明層58。例如，下面任一種方法均合用滾動涂覆、刮漿、絲網(wǎng)印刷、火焰噴涂、液體噴涂、燒結(jié)、蒸發(fā)沉積、旋轉(zhuǎn)涂覆，粉末涂覆。所選用的涂覆工藝過程必須要能產(chǎn)生有著所需均勻性的薄層。
鏡面反光層60的材料以金屬為宜，最好是銀?？梢杂媒鸹蜾X，但可能減小光輸出。
保護(hù)層62的材料最好是聚酯，其厚度約為0.0005英寸，公差約在10%以內(nèi)。
反光薄膜54的總厚度約為0.0011英寸，公差約為10%。這是比用現(xiàn)有技術(shù)方法可得到的為薄的層，且改進(jìn)了均勻性和重復(fù)性。還有，相鄰桿狀閃爍器40之間實(shí)質(zhì)上完全沒有光的相互干擾。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，鏡面反光層60是覆蓋在透明層58的表面上的，這樣一種產(chǎn)品是市場上可以買到的，并且可以滿意地工作。然而，我們已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反光膜54圍繞著桿狀閃爍器40的一些轉(zhuǎn)角包裹時(shí)，設(shè)置在彎曲處外表面的鏡面反光層60會在這些轉(zhuǎn)角的附近開裂，從而降低了反光能力。
在一個(gè)改進(jìn)的實(shí)施方案中，在把透明層58和膠粘層覆到鏡面反光層60上之前，以常用的方法，例如用濺散的方法，把鏡面反光層60涂覆在保護(hù)層62的內(nèi)表面。在使用這種結(jié)構(gòu)后，鏡面反光層60就處于這些轉(zhuǎn)角處彎曲部分的內(nèi)側(cè)，從而避免了開裂。
如眾所周知的那樣，當(dāng)在一個(gè)拋光表面外側(cè)的折射率小于此面內(nèi)側(cè)材料的折射率時(shí)，低掠(大入射角)的入射光會在此拋光面處發(fā)生全內(nèi)反射。因此，可以把側(cè)壁拋光，以改善光輸出。
現(xiàn)參考圖7，直到做好使用準(zhǔn)備、打算用于桿狀閃爍器40為止，膠粘層56的表面一直覆蓋以常用的脫離層66，以防止灰塵并使之不致由此喪失粘性。脫離層66可以是例如一種以硅材料處理過的紙，以防止和膠粘層56粘得太牢。
現(xiàn)參閱圖8，反光膜54可以切成與要粘上去的桿狀閃爍器40的五個(gè)面吻合的預(yù)制件68。預(yù)制件68每一端的凹槽被切成只剩下一個(gè)突片70。預(yù)制件68的主體圍繞著前表面46和兩側(cè)壁52而包裹，而兩個(gè)突片70彎曲過去粘牢在桿狀閃爍器40的兩端面72上。另一種辦法是不要突片70，而單獨(dú)處理兩個(gè)端面72，例如，粘上單獨(dú)的反光膜54的小片。端面72也可用現(xiàn)有技術(shù)中涂一層材料的方法來處理，這是因?yàn)楹穸群途鶆蛐栽谶@些位置處不太重要，而在相鄰的桿狀閃爍器40的端面之間也不存在光的相互干擾問題。
使用“膠粘層56”這樣的稱呼不應(yīng)排除在此層中使用壓敏膠以外的材料。舉例來說，膠粘層56可以包括一種能固化的物質(zhì)，這種能固化的物質(zhì)可以用任何常用的方法固化，使之固著支桿狀閃爍器40上。此外，也可以用一過渡層來提供所需的附著力。根據(jù)前面披露的內(nèi)容，在這些變通方案中應(yīng)該使用有適當(dāng)光學(xué)性質(zhì)的材料。
我們已經(jīng)參照附圖描述了本發(fā)明的一些較佳實(shí)施方案。要明白的是本發(fā)明并不限于這些明確的實(shí)施方案，而所屬領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人員可以完成各種各樣的變動與改型，而沒有脫離如所附權(quán)利要求
內(nèi)限定的本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種用于閃爍桿的反光被覆層，它包括用于附著在所述閃爍桿表面的膠粘層，所述膠粘層包括一種實(shí)質(zhì)上透明的膠粘材料，所述透明的膠粘材料含有預(yù)定量的光漫射物質(zhì)；在所述膠粘層外面的鏡面反光層；在所述鏡面反光層外面的保護(hù)層。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求
1的反光被覆層，其中，所述鏡面反光層覆蓋在所述保護(hù)層的內(nèi)面。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求
1的反光被覆層，它還包括在所述膠粘層和所述鏡面反光層之間的透明層。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求
3的反光被覆層，其中，所述鏡面反光層覆蓋在所述保護(hù)層內(nèi)面。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求
3的反光被覆層，其中，所述鏡面反光層覆蓋在所述透明層的外面。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求
1的反光被覆層，其中，所述透明材料是一種膠粘材料，而所述膠粘材料的折射率實(shí)質(zhì)上低于所述閃爍桿的折射率。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求
6的反光被覆層，它還包括在所述膠粘層和所述鏡面反光層之間的透明層，所述膠粘材料和所述透明層的折射率均低于所述閃爍桿的折射率。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求
1的反光被覆層，其中，所述預(yù)定量是在所述膠粘層重量的百分之十到百分之三十之間。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求
1的反光被覆層，其中，所述鏡面反光層的材料是銀。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求
1的反光被覆層，其中，所述透明材料是一種壓敏膠。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求
1的反光被覆層，其中，所述透明材料是一種可固化材料，所述可固化材料能固化成與所述閃爍桿的所述表面相連結(jié)。
專利摘要
一種用于被覆在桿狀閃爍檢測器外面的多層膜包括一含有一定百分?jǐn)?shù)的光漫射物質(zhì)的壓膠粘層，此膠粘層用來粘貼在桿的外表面。一透明塑料層把膠粘層與鏡面反光層隔開。在此鏡面反光層的頂部設(shè)置有一保護(hù)層。光漫射物質(zhì)和鏡面反光層一起把光留駐在桿內(nèi)，把光導(dǎo)至桿內(nèi)的隨機(jī)方向并阻止相鄰桿之間光的相互干擾。由一單片多層膜構(gòu)成的一個(gè)預(yù)制件可用來被覆桿的五個(gè)表面。
文檔編號G01T1/00GK87104468SQ87104468
公開日1988年2月3日 申請日期1987年6月29日
發(fā)明者奧古斯塔·奧托·安格勒爾特, 羅伯特·約瑟夫·里昂斯, 查爾斯·弗萊德里克·馬克思 申請人:通用電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan