专利名称：一种锥形光导模块及其加工方法
技术领域：
本发明涉及光导模块的设计方法和加工方法，主要应用于影像核医学诊断、高能粒子探测等领域。
背景技术：
光导是指一种能够把可见光光子从光子产生或到达的位置高质量的导向到需要接收光子的位置或部件的结构件。由于光导的导光能力非常强，能同时传播大量信息，常用于光缆通讯、医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等许多方面。在γ相机、正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography，以下简称 PET)和计算机断层成像(Computed Tomography,以下简称CT)等的关键部件中，通常希望采用大接收面积的闪烁晶体模块来扩大闪烁晶体阻滞高能粒子的范围，以增加单位时间内其接收的高能粒子数目，提高系统灵敏度，并减小数据采集缺失角度，提高图像重建质量 (Sara St James, Yongfeng Yang, Spencer L Bowenj Jinyi Qi and Simon R Cherry, "Simulation study of spatial resolution and sensitivity for the tapered depth of interaction PET detectors for small animal imaging, ” Physics in Medicine and Biology, vol. 55，pp. N63-N74, 2010)。然而，当闪烁晶体模块与光电转换器件耦合面的面积大于光电转换器件有效探测面积时，部分闪烁晶体模块由于与光电转换器件的非有效探测面积耦合，使得其输出的光信号不能有效地被光电转换器件接收，造成数据采集缺失， 会降低系统灵敏度，并使得重建图像的质量下降。为了解决该问题，通常利用光导纤维或者光锥将闪烁晶体模块与光电转换器件耦合，使得所有闪烁晶体模块的输出光信号能够传输到光电转换器件的有效探测面上。然而， 由于玻璃纤维过细，在与闪烁晶体耦合的时候，很多光子无法有效的进入玻璃纤维内；而且进入玻璃纤维内的光子也由于玻璃纤维过细，而在其中进行多次反射或折射而损失；同时， 高传输率的玻璃纤维造价过高，这些都限制了由玻璃纤维构成的光导无法在医疗仪器中应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锥形光导模块及其加工方法，该锥形光导模块能够有效解决大尺寸晶体模块与光电转换器件直接耦合所存在的数据采集缺失问题，从而提高系统灵敏度和图像重建质量；该加工方法能够对光导实现高精度切割和加工，克服现有不规则形状光导模块的加工难问题，获得高精度的锥形光导模块。为达到上述目的，本发明采用的第一种技术方案是一种锥形光导模块，所述光导模块外观立体形状为锥形台，锥形台的顶面与底面相互平行，顶面为矩形，顶面面积大于底面面积；在平行于顶面的横截面上，所述光导模块由阵列的mXn个玻璃条拼接粘合构成， 其中，m为顶面长度方向的玻璃条个数，m大于或等于l，m为整数，η为顶面宽度方向的玻璃条个数，η大于或等于1，η为整数，m和η不同时为1，每个玻璃条的顶面与构成光导模块的锥形台的顶面在同一平面上。为达到上述目的，本发明采用的第二种技术方案是一种锥形光导模块的加工方法，该加工方法可以分三大步骤实现
(1)根据所需锥形光导模块的具体尺寸，计算得到锥形光导模块的非平行相对侧面的夹角，并根据锥形光导模块所含玻璃条的数目，计算出每个玻璃条的非平行相对侧面的夹角和每个玻璃条的各面尺寸；
(2)对各个玻璃条胚进行加工，得到玻璃条或玻璃条列；
(3)对加工得到的玻璃条或玻璃条列进行组装并加工得到所需锥形光导模块。为达到上述目的，本发明采用的第三种技术方案是一种锥形光导模块的加工方法，先根据本发明中第二种技术方案加工得到底面为矩形的锥形光导模块，然后通过后期打磨锥形光导模块的侧面获得底面为圆形，或椭圆形，或其它不规则形状的锥形光导模块。上述技术方案中的有关内容解释如下
1、上述方案中，所述锥形台的底面为矩形；在构成锥形光导模块的mXn个玻璃条中， 每个玻璃条的顶面和底面均为矩形，每个玻璃条的底面与构成光导模块的锥形台的底面在同一平面上。2、上述方案中，所述玻璃条之间的顶面长度相等，顶面宽度相等，玻璃条之间的底面长度相等，底面宽度相等。3、上述方案中，在构成锥形光导模块的顶面长度或/和顶面宽度方向上，玻璃条至少存在一对非平行相对侧面，每一对非平行相对侧面在空间形成夹角，玻璃条之间在同一方向上的夹角相等。4、上述方案中，所述锥形台的底面为圆形，或椭圆形，或除矩形外的其它多边形。5、上述方案中，“每个玻璃条的顶面和底面均为矩形”的意思是指玻璃条的立体形状为棱台或棱柱。6、上述方案中，对各个玻璃条胚进行加工，得到玻璃条或玻璃条列是指以玻璃条胚一个侧面为基面，对其相对侧面进行切割，使得该基面与其相对侧面的夹角等于计算出的对应夹角值；然后对玻璃条基面相邻的两侧面进行加工，使得该相对侧面的夹角等于计算出的对应夹角值，或者是将加工得到的玻璃条按次序排成一列，使得相邻玻璃条基面所对应侧面相互耦合，然后对玻璃条列中各个玻璃条基面相邻的两个侧面进行加工，使得该相对侧面的夹角等于计算出的对应夹角值。7、上述方案中，对加工得到的玻璃条或玻璃条列进行组装并加工得到所需锥形光导模块是指将加工得到的各玻璃条或者玻璃条列按次序组装成玻璃条阵列，并根据锥形光导模块的尺寸，对玻璃条阵列顶面和底面进行打磨，使其变成顶面与底面平行的平面，从而获得所需的锥形光导模块。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果本发明通过设计一种实现大面积光导与光电转换器件耦合的锥形光导模块，能够在不影响系统的能量分辨率和时间分辨率的情况下，提高医学成像系统的灵敏度，减小数据采集缺失问题，提高系统的成像质量；该锥形光导模块加工方法操作简单、易实现，能够高精度、准确地切割、 加工获得锥形光导模块。
图1为本发明锥形光导模块形状示意图。图2为本发明锥形光导模块设计定义图示。图3为本发明锥形光导模块的加工方法流程图。图4为本发明锥形光导模块示意图一。图5为本发明锥形光导模块示意图二。图6为本发明锥形光导模块的加工方法示意图。图中，1、Top_A ；2、Top_B ；3、Top_C ；4、Top_D ；5、Top_length ；6、Top_width ；7、 Bottom_A；8、Bottom_B ；9、Bottom_C ；10、Bottom_D ；ll、Bottom_length ； 12、Bottom_width ； 13、height。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述 实施例一一种锥形光导模块
如图1 (a)所示，一种锥形光导模块，所述锥形光导模块外观立体形状为锥形台，锥形台的顶面与底面相互平行，顶面和底面均为矩形，顶面面积大于底面面积。如图2所示，定义锥形光导模块顶面长度为Top_length5、宽度为Top_width6，底面长度为Bottom_ Iengthl 1、宽度为 Bottom_widthl2，顶面与底面间距为 height 13，Top_length5、Top_ width6、Bottom_lengthll、Bottom_widthl2 以及 heightl3 均大于零。如图 4 所示，锥形光导模块由4X3个玻璃条组成的阵列构成，其中，4为在长度方向的玻璃条个数，3为在宽度方向的玻璃条个数。玻璃条之间拼接粘合构成一个整体，每个玻璃条的顶面和底面与构成锥形光导模块的锥形台的顶面在同一平面上。每个玻璃条的顶面和底面均为矩形，且玻璃条之间的顶面长度相等，顶面宽度相等，玻璃条之间的底面长度相等，底面宽度相等。这样，每个玻璃条顶面长度为C_T_1 U=TopJength/m，顶面宽度为C_T_Wij=T0p_Width/n，底面长度为 C_B_1 U=BottomJength/m，底面宽度为 C—B—WifBottom—width/n，高度为 height，其中，i、j为玻璃条在长度和宽度方向上的序号，i=l，…，4，j=l，…，3。实施例二 一种锥形光导模块
如图1 (b)所示，一种锥形光导模块，所述锥形光导模块外观立体形状为锥形台，锥形台的顶面与底面相互平行，顶面和底面均为矩形，顶面面积大于底面面积。如图2所示，定义锥形光导模块顶面长度为Top_length5、宽度为Top_width6，底面长度为Bottom_ Iengthl 1、宽度为 Bottom_widthl2，顶面与底面间距为 height 13，Top_length5、Top_ width6、Bottom_lengthll、Bottom_widthl2 以及 heightl3 均大于零。如图 5 所示，锥形光导模块由12X6个玻璃条组成的阵列构成，其中，12为在长度方向的玻璃条个数，6为在宽度方向的玻璃条个数。玻璃条之间拼接粘合构成一个整体，每个玻璃条的顶面和底面与构成光导模块的锥形台的顶面在同一平面上。中间4X4个玻璃条的底面长度与宽度与其顶面的长度与宽度分别相等。左侧4X6和右侧4X6个玻璃条均采用底面长度相等的设计方式。实施例三一种锥形光导模块
如图1 (a)、(b)和图6所示，一种锥形光导模块，所述锥形光导模块外观立体形状为锥形台，锥形台的顶面与底面相互平行，顶面和底面均为矩形，顶面面积大于底面面积。如图2所示，顺时针定义锥形光导模块顶面四个顶点为Top_Al、Top_B2、Top_C3、Top_D4，底面对应的四个顶点为 Bottom_A7、Bottom_B8、Bottom_C9> Bottom_D10，其中，顶点 Top_X 与 Bottom_X构成锥形光导模块的一条侧棱，X=A、B、C、D，顶点"Top—AlJop—B〗所在直线方向为长度方向，顶点Top_B2、Top_C3所在直线方向为宽度方向，锥形光导模块顶面长度为Top_ length5、宽度为 Top_width6，底面长度为 Bottom_lengthll、宽度为 Bottom_widthl2，顶面 ^/ !heightl3, Top_length5> Top_width6> Bottom_lengthll> Bottom_widthl2> heighl3均大于零。锥形光导模块由8X6个玻璃条组成的阵列构成，其中，8为在长度方向的玻璃条个数，6为在宽度方向的玻璃条个数。假定顶点Top_Al、BOttOm_A7、BOttOm_D10、 Top_D4构成的锥形光导模块侧面与其相对的由顶点Top_B2、Bottom_B8、Bottom_C9、Top_ C3构成的锥形光导模块侧面不平行，两个侧面的夹角为40°，每个玻璃条宽度方向上的底面/顶面边所在的相对侧面间的夹角均为5°。顶点Top_Al、Bottom_A7、Bottom_B8、Top_ B2构成的锥形光导模块侧面与其相对的由顶点Top_D4、Bottom_D10、Bottom_C9、Top_C3构成的锥形光导模块侧面成夹角，两个侧面的夹角也为30°，每个玻璃条长度方向上的底面 /顶面边所在的相对侧面间的夹角可以均为5°。实施例四一种锥形光导模块的加工方法
如图3和图6所示，一种锥形光导模块的加工方法，包含以下步骤
第一步，根据实施例三所述锥形光导模块的具体尺寸，计算得到锥形光导模块的非平行相对侧面的夹角；并根据锥形光导模块所含玻璃条的阵列数，计算出每个玻璃条的非平行相对侧面的夹角和每个玻璃条的各面尺寸；
第二步，对一批玻璃条胚进行加工得到所需的各个玻璃条，具体方法如下
(1)以玻璃条胚一个侧面为基面，对其相对侧面进行切割，使得该基面与其相对侧面的夹角等于第一步中计算出的对应夹角值；
(2)将加工得到的玻璃条按次序排成一列，使得相邻玻璃条基面所在的侧面相互耦合， 然后对玻璃条列中各个玻璃条基面相邻的两个侧面进行加工，使得该相对侧面的夹角等于第一步中计算出的对应夹角值；；
第三步，将第二步加工得到的各玻璃条列按次序组装成玻璃条阵列，并根据锥形光导模块的尺寸，对玻璃条阵列顶面和底面进行打磨，使其变成顶面与底面平行的光滑平面，从而获得所需的锥形光导模块。图6由a、b、C、d、e、f六个图构成，它是锥形光导模块加工步骤图，该加工步骤具体针对实施例三。锥形光导模块中由顶点I1OP-Al、Bottom_A7、Bottom_D10、Top_D4构成的锥形光导模块侧面与其相对的由顶点Top_B2、Bottom_B8> Bottom_C9、Top_C3构成的锥形光导模块的夹角为40°，由顶点T0p_Al、B0tt0m_A7、B0tt0m_B8、T0p_B2构成的锥形光导模块侧面与其相对的由顶点！"opJ^jottonuCLBottonuDKKTop—DA构成的锥形光导模块的夹角为30°，玻璃条阵列数为8X6，则，每个玻璃条在长度方向平面上的夹角为40° /8=5°， 在宽度方向平面上的夹角为30° /6=5°，如图6 (b)所示，对一批玻璃条胚按照此尺寸加工，得到足够数量的玻璃条；在长度方向上组装8个已加工的玻璃条，组装示意图如图6(c) 所示的扇形模块；组装6个如图6 (c)所示的扇形模块，并将这6个扇形模块在宽度方向进行组装，组装示意图如图6 (d)所示的玻璃阵列；根据锥形光导模块的尺寸，对组装完成的玻璃阵列顶面和底面进行打磨，得到如图6 (e)所示的锥形光导模块。实施例五一种锥形光导模块的加工方法
如图1和图3所示，一种锥形光导模块的加工方法，其特征在于先根据实施例一至四之一的技术方案加工得到底面为矩形的锥形光导模块，然后通过后期打磨锥形光导模块的侧面获得底面为圆形，或椭圆形，或除矩形外的其它多边形的锥形光导模块。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种锥形光导模块，其特征在于所述锥形光导模块外观立体形状为锥形台，锥形台的顶面与底面相互平行，顶面为矩形，顶面面积大于底面面积；在平行于顶面的横截面上，所述光导模块由阵列的mXn个玻璃条拼接粘合构成，其中，m为顶面长度方向的玻璃条个数，m大于或等于1，m为整数，η为顶面宽度方向的玻璃条个数，η大于或等于1，η为整数，m和η不同时为1，每个玻璃条的顶面与构成锥形光导模块的锥形台的顶面在同一平面上。
2.根据权利要求1所述的锥形光导模块，其特征在于所述锥形台的底面为矩形；在构成锥形光导模块的mXn个玻璃条中，每个玻璃条的顶面和底面均为矩形，且每个玻璃条的底面与构成锥形光导模块的锥形台的底面在同一平面上。
3.根据权利要求2所述的锥形光导模块，其特征在于所述玻璃条之间的顶面长度相等，顶面宽度相等，玻璃条之间的底面长度相等，底面宽度相等。
4.根据权利要求2所述的锥形光导模块，其特征在于所述玻璃条中间的sXt个玻璃条的底面长度等于顶面长度，底面宽度等于顶面宽度，s为顶面长度方向的玻璃条个数，s 大于或等于1，同时小于或等于m，s为整数，t为顶面宽度方向的玻璃条个数，t大于或等于 1，同时小于或等于n，t为整数，且s和t不同时等于各自方向上玻璃条个数的最大值。
5.根据权利要求2所述的锥形光导模块，其特征在于在构成锥形光导模块的顶面长度或/和顶面宽度方向上，玻璃条至少存在一对非平行相对侧面，每一对非平行相对侧面在空间形成夹角，玻璃条之间在同一方向上的夹角相等。
6.根据权利要求1所述的锥形光导模块，其特征在于所述锥形台的底面为圆形、椭圆形，或除矩形外的其它多边形。
7.—种锥形光导模块的加工方法，其特征在于包含以下步骤第一步，根据权利要求4所述锥形光导模块的具体尺寸，计算得到锥形光导模块的非平行相对侧面的夹角；并根据光导模块所含玻璃条的数目，计算出每个玻璃条的非平行相对侧面的夹角和每个玻璃条的各面尺寸；第二步，对各个玻璃条胚进行加工得到所需的玻璃条或玻璃条列；第三步，将第二步加工得到的各玻璃条或玻璃条列按次序组装成玻璃条阵列，并根据锥形光导模块的尺寸，对玻璃条阵列顶面和底面进行打磨，使其变成顶面与底面平行的光滑平面，从而获得所需的锥形光导模块。
8.根据权利要求7所述的一种锥形光导模块的加工方法，其特征在权利要求7中第二步对各个玻璃条胚进行加工得到所需的各个玻璃条，具体方法如下(1)以玻璃条胚一个侧面为基面，对其相对侧面进行切割，使得该基面与其相对侧面的夹角等于第一步中计算出的对应夹角值；(2)对玻璃条基面相邻的两侧面进行加工，使得该相对侧面的夹角等于权利要求第一步中计算出的对应夹角值。
9.根据权利要求7所述的一种锥形光导模块的加工方法，其特征在权利要求7中第二步对一批玻璃条胚进行加工得到所需的各个玻璃条列，具体方法如下(1)以玻璃条胚一个侧面为基面，对其相对侧面进行切割，使得该基面与其相对侧面的夹角等于第一步计算出的对应夹角值；(2)将加工得到的玻璃条按次序排成一列，使得相邻玻璃条基面所在的侧面相互耦合，然后对玻璃条列中各个玻璃条基面相邻的两个侧面进行加工，使得该相对侧面的夹角等于权利要求第一步计算出的对应夹角值。
10.根据权利要求7所述的一种锥形光导模块的加工方法，其特征在于所述第三步加工得到的各玻璃条或者玻璃条列按次序组装成玻璃条阵列，并根据锥形光导模块的尺寸， 对玻璃条阵列顶面和底面进行打磨，使其变成顶面与底面平行的平面，从而获得所需的锥形光导模块。
11.根据权利要求7所述的一种锥形光导模块的加工方法，其特征在于先根据权利要求3至6之一的技术方案加工得到底面为矩形的锥形光导模块，然后通过后期打磨锥形光导模块的侧面获得底面为圆形，或椭圆形，或除矩形外的其它多边形的锥形光导模块。
全文摘要
一种锥形光导模块，所述光导模块外观立体形状为锥形台，锥形台的顶面与底面相互平行，顶面为矩形，顶面面积大于底面面积。所述光导模块由m×n个玻璃条拼接粘合构成。该加工方法根据锥形光导模块的尺寸和所含玻璃条的阵列数，计算各个玻璃条的尺寸，通过对一批玻璃条胚体加工得到的玻璃条组装、打磨，并加工为所需的锥形光导模块。本发明通过设计一种实现大面积闪烁晶体与光电转换器件耦合的锥形光导模块，能够有效提高医学成像系统的灵敏度，减小数据采集缺失问题，提高系统的成像质量。
文档编号G02B6/00GK102331599SQ20111030385
公开日2012年1月25日 申请日期2011年10月10日 优先权日2011年10月10日
发明者刘晶晶, 朱俊, 王璐瑶, 谢庆国 申请人:武汉旧邦科技有限公司