СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРИРОВАННОГО СЦИНТИЛЛЯТОРА НА ПОВЕРХНОСТИ ПИКСЕЛИРОВАННОГО ФОТОПРИЕМНИКА (ВАРИАНТЫ) И СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЙ ДЕТЕКТОР, ПОЛУЧЕНННЫЙ ДАННЫМ СПОСОБОМ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2014 года по МПК G01T1/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Предлагаемая группа изобретений относится к способам нанесения люминесцентных покрытий на экраны, с помощью которых регистрируется и/или преобразуется изображение, в частности к способам формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности фотоприемника, предназначенного для регистрации рентгеновского или гамма-излучения, в дальнейшем именуемые как регистрируемое излучение, а также к устройствам получения рентгеновского изображения или изображения, полученного при регистрации гамма-излучения, в частности к устройствам для рентгеновской маммографии и томосинтеза.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для построения цифровых рентгеновских детекторов, в том числе в маммографии, применяются т.н. «плоскопанельные» детекторы видимого изображения, которые регистрируют конвертированное рентгеновское изображение («тень») исследуемого объекта. Такие детекторы на плоских панелях, представляют собой полноформатный пространственный (матричный) сенсор изображения с масштабом преобразования 1:1.

Непосредственно фотодетектор обладает высокой чувствительностью в диапазоне длин волн видимого света (в пределах около 400-700 нм), но к рентгеновскому излучению, как правило, нечувствителен. Соответственно, для конвертирования рентгеновского изображения в видимое применяются т.н. сцинтилляционные экраны (сцинтилляторы), которые строятся на базе люминофорных покрытий различной эффективности и рассеивающих характеристик. Такой экран физически апплицируется (пристыковывается) к фотоприемнику, образуя стек преобразования «изображение - электрический сигнал». Сигнал, в свою очередь, преобразуется в цифровую форму и передается на обработку и визуализацию.

Существенной проблемой стека «экран-фотоприемник» является оптическое рассеяние, приводящее к засветке частичных зон изображения (пикселов) светом соседних зон. Уровень такой паразитной засветки определяется такими факторами, как:

- характеристики направленности светимости экрана (апертура);

- расстояние между поверхностями экрана и фотоприемника в стеке.

Также, дополнительное снижение контраста вызывается внутренними переотражениями в сцинтилляторе.

Одной из технически сложных и технологически трудоемких задач является точное совмещение структуры матричного фотоприемника со структурой, разбитой на пиксельные зоны, сцинтилляционного экрана. Оборудование, необходимое для задач такого совмещения, и стоимость его амортизации значительно повышают себестоимость продукта, построенного на структурированных люминофорах.

Также, формирование специализированных перегородок в сцинтилляторе является дорогим и крайне высокотехнологичным процессом, требующим использования дорогого оборудования и квалифицированного персонала.

Из уровня техники известен детектор со структурированной формой сцинтиллятора, и способ нанесения указанного сцинтиллятора на поверхность фотоприемника методом шелкографической печати (JP 2002-139568, CANON KK, G01T 1/20, опубл. 17.05.02, прототип). Недостатком известного способа является то, что он требует предварительного изготовления сетки, согласованной с размерами пикселей фотоприемника и, следовательно, прецизионной процедуры совмещения при процессе нанесения люминофора. Данное изобретение фактически ограничивает минимальный размер пикселя, наносимого на фотоприемник, 150-200 мкм, соответствующего ограничению разрешению шелкографического процесса. В целом, способы печати, описанные в вышеупомянутом патенте, являются т.н. интегральными, т.е. направленными на получение структурной матрицы сцинтиллятора в едином цикле без возможности формирования каждого (или одного) элемента структуры отдельно.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Общей задачей группы изобретений и требуемым техническим результатом, достигаемым при использовании группы изобретений, является разработка нового способа формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприемника и сцинтилляционный детектор, полученный данным способом, а также повышение технологичности при одновременном расширении области применения.

Поставленная задача и требуемый технический результат при использовании группы изобретений достигаются тем, что способ (вариант 1) формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприемника, в котором, согласно изобретению, формируют, по меньше мере, один структурный элемент непосредственно на поверхности фотоприемника, материал которого наносят посредством двухкоординатного или трехкоординатного устройства дискретного нанесения жидких или гетерогенных веществ. При этом используют устройство, содержащее, по меньшей мере, одну печатающую головку, согласованную со строением пикселей фотоприемника, каждый из которых имеет фоточувствительную зону.

В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что в процессе нанесения формируют гетерогенные по высоте структурные элементы.

В еще одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что материал каждого из структурных элементов наносят, по меньшей мере, за один проход печатающей головки или дискретного (то есть позволяющего формировать минимальную часть изображения отдельно, а не все полностью) печатающего устройства.

В еще одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что регулируют количество наносимого материала и формируют сцинтилляционные структурные элементы, предпочтительно, на чувствительной зоне пикселя, при этом используют материал, включающий, по меньшей мере, одну люминофорную композицию.

В еще одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что в процессе нанесения формируют полусферическую, параболическую, цилиндрическую, форму усеченной пирамиды и, в общем случае, кусочно-непрерывную поверхность второго или большего порядка или комбинированную форму элементов.

В еще одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что используют печатающую головку с соплом по форме, согласованной со строением пикселей фотоприемника.

В еще одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что дополнительно формируют структурные элементы из, по меньшей мере, одного материала, поглощающего регистрируемое излучение, между чувствительными зонами пикселей.

В еще одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что наносят материал, поглощающий регистрируемое излучение, после формирования сцинтилляционных структурных элементов или наносят материал сцинтиляционных структурных элементов после формирования структурных элементов из материала, поглощающего регистрируемое излучение, или наносят поочередно материал сцинтилляционных структурных элементов и материал, поглощающий регистрируемое излучение.

В еще одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что каждый структурный элемент или, по меньшей мере, их часть формируют отдельно от других.

В еще одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что поверхность сцинтиллятора, предпочтительно поверхность сцинтилляционных структурных элементов, покрывают, по меньшей мере, одним слоем отражающего покрытия.

В еще одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что формируют структурные элементы, имеющие локально отличающиеся оптико-физические параметры по плоскости всего фотоприемника для компенсации нелинейности и неоднородности чувствительности выходного сигнала фотоприемника.

Поставленная задача и требуемый технический результат при использовании группы изобретений также достигаются тем, что сцинтилляционный детектор (вариант 1) содержит, по меньшей мере, один фотоприемник с матрицей пикселей, каждый из которых имеет фоточувствительную зону, и сцинтиллятор, содержащий, по меньшей мере, один структурный элемент, выполненный предложенным способом по 1 варианту.

Поставленная задача и требуемый технический результат при использовании группы изобретений также достигаются тем, что способ (вариант 2) формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприемника, в котором, согласно изобретению, формируют, по меньше мере, один структурный элемент непосредственно на поверхности фотоприемника, предварительно сегментированной гидрофобным изолирующим покрытием, соответствующим межпиксельным нечувствительным зонам, таким образом, что геометрические очертания нанесения материала структурного элемента формируются под действием сил поверхностного натяжения границы гидрофобно-гидрофильного участков поверхности фотоприемника.

В дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что дополнительно наносят гидрофильный материал на чувствительные зоны пикселей.

В еще одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что нанесение материла структурного элемента осуществляют путем погружения фотоприемника в указанный материал или путем залива поверхности фотоприемника указанным материалом, обеспечивающих согласованную высадку (седиментацию) люминофорного материала на поверхность фотоприемника, или посредством двухкоординатного или трехкоординатного устройства дискретного нанесения жидких или гетерогенных веществ, при этом в качестве материала элемента фотоприемника используют, по меньшей мере, одну люминофорную композицию.

В еще одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что дополнительно формируют структурные элементы из, по меньшей мере, одного материала, поглощающего регистрируемое излучение, предпочтительно между чувствительными зонами пикселей, причем для их формирования используют двухкоординатное или трехкоординатное устройство дискретного нанесения однородных жидких или гетерогенных веществ, содержащее, по меньшей мере, одну печатающую головку, согласованную со строением пикселей фотоприемника, каждый из которых имеет фоточувствительную зону.

В еще одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что каждый структурный элемент формируют или, по меньшей мере, их часть формируют отдельно от других.

В еще одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что поверхность сцинтиллятора, предпочтительно, поверхность сцинтилляционных структурных элементов покрывают, по меньшей мере, одним слоем отражающего покрытия.

В еще одном дополнительном аспекте изобретение характеризуется тем, что формируют структурные элементы, имеющие локально отличающиеся оптико-физические параметры по плоскости всего фотоприемника для компенсации нелинейности и неоднородности чувствительности выходного сигнала фотоприемника.

Поставленная задача и требуемый технический результат при использовании группы изобретений также достигаются тем, что сцинтилляционный детектор (вариант 2) содержит, по меньшей мере, один фотоприемник с матрицей пикселей, каждый из которых имеет фоточувствительную зону, и сцинтиллятор, содержащий, по меньшей мере, один структурный элемент, выполненный предложенным способом по 2 варианту.

Отличительной особенностью предлагаемой группы изобретений является новый способ формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприемника, в котором, в частности, используют двухкоординатное или трехкоординатное устройство дискретного нанесения однородных жидких или гетерогенных веществ для нанесения непосредственно на поверхности фотоприемника материала, по меньшей мере, одного элемента структуры сцинтиллятора, что повышает технологичность предложенного способа, позволяющего формировать множество различных конструкций сцинтиллятора, структурные элементы различной формы с различной гетерогенной структурой, а также наносить и совмещать сцинтилляционные структуры на непериодических или разноразмерных фотоприемных матрицах, одновременно расширяя тем самым область его применения. Основным преимуществом предлагаемого способа является возможность перманентного устранения необходимости точного совмещения пикселированных сцинтиллирующих структур с матрицей фотодетекторов. Совмещение структуры сцинтиллятора и матрицы фотодетектора осуществляется непосредственно во время формирования сцинтилляционного экрана, что позволяет повысить технологичность формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприемника. Полученный предложенным способом сцинтиллятор выполнен в виде структурированной совокупности изолированных друг от друга элементов, сформированных на поверхности фоточувствительной зоны пиксела фотоприемника. Локальное и изолированное расположение каждого сцинтилляционного элемента относительно других сцинтилляционных элементов обеспечивает их оптическое разделение на уровне сцинтиллятора, даже на пикселях малого размера, что в свою очередь позволяет избежать попадания световых квантов из одной чувствительной зоны пиксела фотоприемника в другой соседний, т.е. позволяет устранить эффект рассеивания между соседними пикселами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг.1 изображен общий вид структуры сцинтиллятора и ее ориентация по отношению к фотоприемнику и источнику регистрируемого излучения.

На Фиг.2 изображен фрагмент элемента сцинтиллятора и ход переотражения лучей внутри него.

На Фиг.3 изображен процесс формирования структуры сцинтиллятора (снизу-вверх), где A - формирование первого слоя люминофора; B - начало нанесения материала перегородок; C - нанесение второго слоя люминофора и материала перегородок; D - нанесение третьего слоя люминофора и перегородок; E - конечный вид структурированного сцинтилляционного покрытия (поперечный разрез).

На Фиг.4 изображены различные варианты формы (А) и состава (В) элементов сцинтиллятора.

На Фиг.5 изображено перемещение печатающей головки над поверхностью фотоприемника в процессе нанесения материала сцинтиллятора.

На Фиг.6 изображен способ формирования структуры люминофора путем селекции поверхности матричного фотоприемника на гидрофобные и гидрофильные зоны.

На Фиг.7 изображена схема формирования сцинтиллятора на основе, размеченной гидрофобной сеткой.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемый способ по 1 и 2 вариантам включает в себя процессы нанесения (печати) дискретным способом, позволяющим формировать каждый элемент структуры сцинтиллятора (или только один или группу) отдельно. Такой способ можно обозначить как дискретный (или цифровой), как не требующий предварительного изготовления шаблонов или масок. Одним из основных преимуществ предлагаемого способа по 1 и 2 вариантам, повышающим его технологичность, является возможность перманентного устранения необходимости точного совмещения пикселированных сцинтиллирующих структур с матрицей фотодетекторов. Совмещение структуры сцинтиллятора и матрицы фотодетектора осуществляется непосредственно во время формирования сцинтилляционного экрана.

На Фиг.1 изображен общий вид структуры сцинтиллятора, полученной предлагаемым способом по 1 варианту, и ее ориентация по отношению к источнику 1 регистрируемого излучения и пикселированному фотоприемнику 2.

Сцинтиллятор по 1 варианту содержит совокупность сцинтилляционных структурных элементов 3, на основе материала представляющего собой люминофорную композицию 4. Такой детектор обладает повышенным контрастом получаемого изображения из-за отсутствия эффекта рассеивания между соседними пикселами матричного фотоприемника 2 за счет физической изоляции соседних пикселей (на чертежах не показано) фоточувствительной зоны 5 (Фиг.2) на уровне сцинтилляционного покрытия, а именно люминофора 4. Действительно, свет, производимый люминофором 4, будет достигать только зоны «своего» пиксела и не попадет в соседний. Фоточувствительная зона 5 матричного фотоприемника расположена на подложке 6 (основе). Сцинтиллятор по 1 варианту может содержать дополнительные перегородки 7 (Фиг.3), выполненные из материала, поглощающего регистрируемое излучение и отражающего видимый свет. Наличие перегородок 7 будет дополнительно способствовать тому, что свет, производимый люминофором 4, (Фиг.2) будет достигать только зоны «своего» пиксела (на чертежах не показано) и не попадет в соседнюю, тем самым дополнительно способствуя повышению контраста получаемого изображения. Например, при регистрации рентгеновского излучения или гамма-излучения перегородки 7 будут способствовать дополнительному поглощению соответствующего излучения в межпиксельных промежутках, уменьшая тем самым его рассеяние на уровне сцинтиллятора в целом.

Для формирования такой структуры стека сцинтиллятора по 1 варианту используется промышленный принтер высокого разрешения, позволяющий печатать микроструктуры специальными чернилами, например чернилами 8 на основе люминофорной композиции и/или чернилами 9 на основе материала, поглощающего регистрируемое излучение (Фиг.3). Такие чернила, как правило, изготавливаются из полимерного связующего вещества и наноразмерных материалов, составляющих активную основу преобразователя регистрируемого излучения в видимое, и представляют собой суспензию или коллоидный раствор люминофора в связующем.

Процесс создания стека по 1 варианту состоит из нескольких циклов. В первом цикле формируют специальной формы сцинтилляционные структуры, например усеченной пирамиды 10, параболической 11 (Фиг.4А), конической 12, полусферы 13 или комбинированной формы (на чертежах не показано). Для данной задачи используется один и более проходов печатающей головки 14 (Фиг.3) над фоточувствительной зоной 5 матричного фотоприемника 2.

Во втором цикле между пикселами (на чертежах не показано) формируют перегородки 7 из чернил 9 на основе материала, поглощающего регистрируемое излучение и отражающее видимое излучение. Такие перегородки 7 также наносятся методом воздушно-аэрозольной, дисперсионной или струйной печати или аналогичными известными дискретной методами. Дополнительное поглощение регистрируемого излучения в межпиксельных промежутках уменьшает степень его рассеяния на плоскости сцинтилляционного экрана в целом.

В зависимости от параметров чернил, в частности их вязкости и технологических потребностей, первый и второй циклы, т.е. операции нанесения сцинтилляционных структурных элементов и перегородок соответственно, могут меняться местами или производиться поочередно при послойном нанесении соответствующих материалов. Например, если вязкость чернил 8 люминофора больше, чем вязкость чернил 9 материала перегородок, то сначала полностью наносятся чернила 8 на основе люминофора, а затем чернила 9 перегородок (на чертежах не показано). В другом случае, если вязкость чернил 9 выше вязкости чернил 8, наоборот, сначала будут полностью наноситься чернила 9 перегородок, а затем уже чернила 8 сцинтилляционных элементов (на чертежах не показано). При одинаковой вязкости обоих чернил 8 и 9, их нанесение будет чередоваться (Фиг.3A-E).

На дополнительном (опциональном) цикле наносится отражающее покрытие, которое в свою очередь может быть металлическим или/и однослойным или многослойным диэлектрическим (на чертежах не показано). Данное покрытие позволяет увеличить эффективность сцинтиллятора за счет уменьшения потерь излучения каждой сцинтиллирующей частицы, как Ламбертовского источника.

Другой возможностью выполнения по 1 варианту указанного сцинтилляционного фотодетектора является модификация дискретного нанесения люминофора специализированным принтером с профилированной печатающей головкой 15 (Фиг.5), имеющей сопло-фильеру по форме, согласованную с пиксельной структурой 16 фотоприемника для однопроходного формирования структурного элемента 3 или 7. При этом головка 14 может иметь положение 15 между пикселами 17 чувствительной зоны 5 фотоприемника и положение 18 над пикселом 17 чувствительной зоны 5 фотоприемника (Фиг.5). На Фиг.5 позиция 19 отображает направление нанесения материала 8 люминофора. Направление перемещения головки может быть двухкоординатным 20 или трехкоординатным (на чертежах не показано). Двухкоординатное перемещение и, соответственно, устройство используются для нанесения сцинтиллятора на плоскую поверхность фотоприемника. Трехкоординатное устройство используется, соответственно, для рельефных поверхностей. Это связано с тем, что при нанесении сцинтилляционной структуры расстояние между соплом печатающей головки и поверхностью нанесения, предпочтительно, должно быть фиксированным. Соответственно, трехкоординатное устройство может сохранять данное расстояние, регулируя положение головки по высоте в соответствии с рельефом поверхности.

В частности, при получении структурных элементов посредством дискретной жидкостной печати по 1 варианту может быть использован принтер с трехкоординатным движением записывающей головки для более точного контроля момента соприкосновения капли наносимой суспензии с плоскостью фотоприемной матрицы, поскольку в процессе образования и полета капли к плоскости нанесения в физико-химических свойствах вещества капли могут происходить изменения. В частности, испарение связующего вещества (биндера), входящего в состав люминофорной композиции, приводит к изменению вязкости композита и, следовательно, области растекания капли. Регулирование по третьей координате положения печатающей головки, таким образом, приводит к большей гибкости в технологических возможностях предлагаемого способа по 1 варианту, расширяя область применения и устройств, изготовленных по данной технологии.

Кроме того, путем регулирования степени дозирования материала чернил, вида чернил, их вязкости и скорости истечения из сопла-фильеры достигается нужная конфигурация 21 профиля люминофора по глубине (Фиг.4B), содержащая разные люминофорные композиции.

На Фиг.4B изображено три различных люминофорных композиции.

Вторым вариантом формирования пикселированной структуры люминофорного покрытия является двух- или более этапный процесс, в ходе которого между зонами отдельных фоточувствительных пикселов наносят методом дискретной цифровой печати (описанным выше) материал 22 гидрофобного покрытия для разделения фоточувствительной зоны матричного фотоприемника 5 гидрофобными защитными полосами 23 на пиксельные зоны (Фиг.6). Активные (фоточувствительные) зоны пикселов могут быть при этом покрыты гидрофильным веществом (на чертежах не показано). После этого фотоприемник вводится в контакт с материалом 8 люминофора (раствором-суспензией люминофора), например, погружением или наливом. Компонент данного раствора (люминофор 4) осаждается только на зонах, которые не обработаны гидрофобным веществом. В итоге пикселированная структура формируется сразу на всей поверхности за счет различных эффектов поверхностного натяжения (наподобие образования капель воды на маслянистых поверхностях), что обеспечивает повышение технологичности при одновременном расширении области применения.

Другой важной особенностью данного способа изготовления детекторов проникающего излучения по 2 варианту является, как уже было указано выше, возможность изменения свойств сцинтиллятора по глубине структуры 21 люминофора, например, в поверхностных (по направлению проникновения рентгеновских или гамма-лучей) слоях структурированного люминофора могут быть нанесены слои с одним спектром (эффективностью) люминесценции, а в глубинных - с другим (рис.5B). Возможно также нанесение специальных слоев рентгенопоглотителя непосредственно на фотоприемную матрицу с последующим нанесением люминесцирующих слоев.

В процессе нанесения сцинтилляционной структуры по 2 варианту возможно изменение формы отдельных структурных элементов люминофора для оптимизации световой эффективности и минимизации расхода материала сцинтиллятора в процессе нанесения (рис.5A).

Созданный предложенным по 1 и 2 вариантам способом стек «сцинтиллятор-фотоприемник» корпусируется. Предложенный сцинтилляционный детектор может быть соединен с электронными схемами обработки и управления и помещен в корпус (на чертежах не показано). В качестве электронных схем обработки и управления сцинтилляционный детектор дополнительно может содержать, по меньшей мере, один блок питания и/или, по меньшей мере, один блок охлаждения и/или, по меньшей мере, один блок управления и передачи цифровой и/или, по меньшей мере, один блок аналоговой информации или их любую возможную комбинацию.

Как правило, одной из технически сложных задач является точное совмещение пикселей 17 фотоприемника 2 со структурой сцинтиллятора. Оборудование, необходимое для задач такого совмещения, и стоимость его амортизации значительно повышают себестоимость продукта, построенного на структурированных сцинтилляторах. Одним из основных преимуществ новой конструкции предлагаемого способа формирования сцинтиллятора и полученного предложенным способом сцинтилляционного детектора является возможность перманентного устранения необходимости точного совмещения совокупности структурных элементов 3 и 7 с матрицей пикселей 17 фотоприемника 2. Совмещение совокупности структурных элементов 3, 7 и матрицы пикселей 17 фотоприемника 1 осуществляется непосредственно во время формирования структурных элементов 3, 7.

Предлагаемый способ формирования сцинтиллятора по 1 и 2 вариантам и сцинтилляционный детектор по 1 и 2 вариантам, полученный соответственно предложенным способом, могут найти применение в маммографических (предназначенных для лучевого исследования женской молочной железы) и рентгенографических системах, а также в системах рентгеновской и гамма-лучевой дефектоскопии, системах регистрации высокоэнергетических частиц в установках, предназначенных для научных исследований. Использование предложенной группы изобретений позволяет достигать улучшения контраста получаемого изображения и, соответственно, лучших диагностических качеств снимка. Предпочтительной областью применения группы изобретений является маммография. Смежными областями применения рентгенография и флюороскопия.

В приведенных ниже примерах представлено получение различных сцинтилляционных структур на фоточувствительной поверхности фотоприемника в соответствии с предложенным в формуле изобретения способом по 1 и 2 вариантам.

Пример 1. Получение по 1 варианту структуры сферической и пирамидальной форм с указанием их характеристик.

Для проверки возможности формирования структур регулируемой (контролируемой) формы мы можем рассмотреть пример печати на кремнии, с пассивацией Si₃N₄. Печать осуществляется на принтере Aerosoljet 300 (OptomecInc., USA) или другой системе, ориентированной на применение в производстве по технологиям печатной электроники. Материалом (люминофором), наносимым на кремний, служит композит редкоземельных окислов (Gd₂O₃, Y₂O₃, Tb₄O₇). Указанный композит подготавливается до вида суспензии со связующим веществом (биндером) класса поливиниловых спиртов (ПВС). Процентное соотношение материала люминофора в суспензии колеблется в диапазоне 40-60%, образуя тем самым коллоидный раствор вязкостью 200-300 Па·с. Далее, каждый элемент структуры (например, полусферический) формируется с изменяемым временем и фазой включения печатающей головки при проходе над зоной построения структуры. В общем случае эти значения, при программировании принтера, будут иметь вид:

$$\varphi ={\varphi }_0+\left(R-\frac{R}{\tan \left(\arcsin \left(\frac{n}{N}\right)\right)}\right)$$

$$t=2\left(\frac{R}{\tan \left(\arcsin \left(\frac{n}{N}\right)\right)}\right):V$$

где φ - фаза открытия сопла печатающей головки, φ₀ - начальная позиция печати одной структуры, совпадающая с краевой зоной пиксела, N - количество проходов, за которое печатается структура, n - номер прохода, R - радиус формируемой полусферы; t - время печати, V - скорость перемещения печатающей головки. Каждый проход, предпочтительно, дополнительно предваряется коротким (единицы секунд и более) периодом инфракрасной сушки нанесенного слоя, что нужно для полимеризации биндера.

Пример 2. Получение по 1 варианту гетерогенной структуры сферической и пирамидальной форм.

В данном примере описано гетерогенное нанесение структурных элементов люминофора на поверхность фотоприемника для обеспечения лучшего согласования параметров активных слоев. Получение структурных элементов осуществляется аналогичным послойным способом, описанным в примере 1. При этом гетерогенность достигается сменой состава композиции или количества биндера в составе. Таким образом, от слоя к слою физико-химические свойства структурных элементов будут плавно изменяться, например при нанесении первых слоев в состав могут быть добавлены вещества, обеспечивающие наилучшую адгезию композита к поверхности кремния с пассивационным слоем Si₃N₄. В другом варианте глубинные слои композита могут содержать люминофор с максимальным поглощением рентгеновского излучения для обеспечения защиты собственно кремниевой интегральной схемы фотоприемника от паразитного облучения рентгеновскими лучами.

Пример 3. Пример формирования сцинтиллятора по 2 варианту на основе, размеченной гидрофобной сеткой.

Нанесение гидрофобного покрытия производится посредством способа дискретной цифровой печати с использованием принтера, описанного в примере 1, причем никаких особенных изменений по сравнению со стандартными печатающими головками коммерческих жидкостных принтеров не требуется, поскольку сам материал гидрофобного покрытия представляет из себя истинный раствор, который может содержать нанометровые частицы. После нанесения рисунка структуры разделительных полосок 23 (Фиг.7) можно приступать к нанесению собственно люминофора, при этом под действием сил поверхностного натяжения краевой угол капли люминофорной жидкой композиции значительно уменьшается. На Фиг.7 изображен вид капли 24a люминофора при нанесении без гидрофобного покрытия, из которой формируется соответствующий структурный элемент 4a (Фиг.A), и вид капли 24b с границами по гидрофобному покрытию 23, из которой формируется соответствующий структурный элемент 4b (Фиг.B). В результате количество вещества люминофора, способное удерживаться в пределах площади пикселя фотоприемной матрицы, значительно возрастает. Это позволяет, с одной стороны, увеличить толщину слоя люминофора, а с другой - получить более четкое разделение пикселей в структурированном слое люминофора (Фиг.7B). В лучшем варианте этого процесса нанесение люминофора производится за один проход печатающей головки.

Нанесение гидрофильного покрытия в областях, где должен находиться люминесцирующий структурный элемент повышает адгезию, и в конечном итоге срок службы предложенного детектора, с другой стороны, нанесение гидрофобного покрытия в областях границы пикселей фоточувствительной зоны 5 (Фиг.7B) кремниевой фотоприемной матрицы способствует лучшему разделению областей структурированного люминофора.

Таким образом, совмещение структуры сцинтиллятора и матрицы фотодетектора осуществляется непосредственно во время формирования сцинтилляционного экрана, что повышает его технологичность. Предложенный способ по 1 и 2 вариантам позволяет формировать множество различных конструкций сцинтиллятора, структурные элементы различной формы и различной гетерогенной структуры, наносить и совмещать сцинтилляционные структуры на непериодических или разно-размерных фотоприемных матрицах, тем самым позволяя одновременно расширить область его применения.

Сцинтилляционный детектор по 1 и 2 вариантам, полученный предложенными способами соответственно, представляет из себя новый тип сцинтилляционных детекторов, основной чертой которых является высокий контраст получаемого изображения за счет структурирования сцинтиллятора, наносимого на поверхность пикселированного фотоприемника способом по 1 или 2 вариантам. Предлагаемый детектор по 1 и 2 вариантам обладает повышенным контрастом получаемого изображения из-за отсутствия эффекта рассеивания между соседними пикселами фотоприемника, обеспечиваемого физической изоляцией соседних чувствительных зон на уровне сцинтиллятора таким образом, что свет, производимый сцинтилляционным элементом, будет достигать только зоны «своего» пиксела и не попадет в соседний.

Данная группа изобретений не ограничена описанными вариантами осуществления, а, наоборот, она охватывает различные модификации и варианты в рамках сущности и объема предлагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к способам нанесения люминесцентных покрытий на экраны, с помощью которых регистрируется и/или преобразуется изображение, в частности к способам формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности фотоприемника, предназначенного для регистрации рентгеновского или гамма-излучения. Сущность изобретения заключается в том, что в способе формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприёмника формируют, по меньшей мере, один структурный элемент непосредственно на фоточувствительной зоне поверхности фотоприёмника, материал которого наносят посредством двухкоординатного или трёхкоординатного устройства дискретного нанесения однородных жидких или гетерогенных веществ. Технический результат - повышение технологичности при одновременном расширении области применения. 4 н. и 27 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприёмника, отличающийся тем, что формируют, по меньшей мере, один структурный элемент непосредственно на фоточувствительной зоне поверхности фотоприёмника, материал которого наносят посредством двухкоординатного или трёхкоординатного устройства дискретного нанесения однородных жидких или гетерогенных веществ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют устройство, содержащее, по меньшей мере, одну печатающую головку, согласованную со строением пикселей фотоприёмника, каждый из которых имеет фоточувствительную зону.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе нанесения формируют гетерогенные по высоте структурные элементы.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что весь материал каждого из структурных элементов наносят за один проход печатающей головки.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулируют количество наносимого материала.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют сцинтилляционные структурные элементы, предпочтительно, на чувствительной зоне пикселя.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что используют материал, включающий, по меньшей мере, одну люминофорную композицию.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что в процессе нанесения формируют полусферическую, параболическую, цилиндрическую, форму усечённой пирамиды и, в общем случае, кусочно-непрерывную поверхность второго или большего порядка или комбинированную форму элементов.

9. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют печатающую головку с соплом по форме, согласованной со строением пикселей фотоприёмника.

10. Способ по п.6, отличающийся тем, что дополнительно формируют структурные элементы из, по меньшей мере, одного материала, поглощающего регистрируемое излучение, предпочтительно между чувствительными зонами пикселей.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что материал, поглощающий регистрируемое излучение, наносят после формирования сцинтилляционных структурных элементов.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что материал сцинтиляционных структурных элементов наносят после формирования структурных элементов из материала, поглощающего регистрируемое излучение.

13. Способ по п.10, отличающийся тем, что материал сцинтилляционных структурных элементов и материал, поглощающий регистрируемое излучение, наносят поочерёдно.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждый структурный элемент формируют отдельно от других.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть структурных элементов формируют отдельно от других.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверхность сцинтиллятора, предпочтительно поверхность сцинтилляционных структурных элементов, дополнительно покрывают, по меньшей мере, одним слоем отражающего покрытия.

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что, формируют структурные элементы, имеющие локально отличающиеся оптико-физические параметры по плоскости всего фотоприемника для компенсации нелинейности и неоднородности чувствительности выходного сигнала фотоприемника.

18. Сцинтилляционный детектор, содержащий, по меньшей мере, один фотоприёмник с матрицей пикселей, каждый из которых имеет фоточувствительную зону, и сцинтиллятор, содержащий, по меньшей мере, один структурный элемент, выполненный по любому из пп. 1-17.

19. Способ формирования структурированного сцинтиллятора на поверхности пикселированного фотоприёмника, отличающийся тем, что формируют, по меньше мере, один структурный элемент непосредственно на поверхности фотоприёмника, предварительно сегментированной гидрофобным изолирующим покрытием, соответствующим межпиксельным нечувствительным зонам, таким образом, что геометрические очертания нанесения материала структурного элемента формируются под действием сил поверхностного натяжения границы гидрофобно-гидрофильных участков поверхности фотоприемника.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что дополнительно наносят гидрофильный материал на чувствительные зоны пикселей.

21. Способ по п.19, отличающийся тем, что в качестве материала структурного элемента фотоприёмника используют, по меньшей мере, одну люминофорную композицию.

22. Способ по п.19, отличающийся тем, что нанесение материла структурного элемента осуществляют путем погружения фотоприёмника в коллоидный раствор или суспензию указанного материала, обеспечивающего согласованную высадку (седиментацию) люминофорного материала на поверхность фотоприёмника.

23. Способ по п.19, отличающийся тем, что нанесение материала структурного элемента осуществляют путём залива поверхности фотоприёмника указанным материалом, обеспечивающим согласованную высадку (седиментацию) люминофорного материала на поверхность фотоприёмника.

24. Способ по п.19, отличающийся тем, что нанесение материала структурного элемента осуществляют посредством двухкоординатного или трёхкоординатного устройства дискретного нанесения однородных жидких или гетерогенных веществ.

25. Способ по п.19, отличающийся тем, что дополнительно формируют структурные элементы из, по меньшей мере, одного материала, поглощающего регистрируемое излучение, предпочтительно между чувствительными зонами пикселей.

26. Способ по п.25, отличающийся тем, что для формирования структурных элементов используют двухкоординатное или трёхкоординатное устройство дискретного нанесения жидких или гетерогенных веществ, содержащее, по меньшей мере, одну печатающую головку, согласованную со строением пикселей фотоприёмника, каждый из которых имеет фоточувствительную зону.

27. Способ по п.19, отличающийся тем, что каждый структурный элемент формируют отдельно от других.

28. Способ по п.19, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть структурных элементов формируют отдельно от других.

29. Способ по п.19, отличающийся тем, что поверхность сцинтиллятора, предпочтительно, поверхность сцинтилляционных структурных элементов, дополнительно покрывают, по меньшей мере, одним слоем отражающего покрытия.

30. Способ по п.19, отличающийся тем, что формируют структурные элементы, имеющие локально отличающиеся оптико-физические параметры по плоскости всего фотоприемника для компенсации нелинейности и неоднородности чувствительности выходного сигнала фотоприемника.

31. Сцинтилляционный детектор, содержащий, по меньшей мере, один фотоприёмник с матрицей пикселей, каждый из которых имеет фоточувствительную зону, и сцинтиллятор, содержащий, по меньшей мере, один структурный элемент, выполненный по любому из пп. 19-30.