JP2012177579A - X線センサ、および、そのx線センサを用いたx線診断装置、および、x線センサの真空状態維持方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】活性金属膜を本体ケース内に設け、この活性金属膜より本体ケース内の真空度合いを検知することが可能となるので、X線センサの本体ケース内の真空維持部材を適切に活性化することができるため、本体ケース内の真空維持部材の寿命を長くすることができる。
【解決手段】真空密封された本体ケースと、この本体ケースのX線入射面の内面と対向して順次設けられたターゲット部、電子源と、を備え、前記本体ケース内には、真空維持部材と、この真空維持部材の活性化手段と、前記本体ケース内の真空度合いを検知する活性金属膜と、この活性金属膜からの真空度合いを判定して前記真空維持部材の活性化手段を制御し、前記真空維持部材を活性化する制御部と、を設けたX線センサ。
【選択図】図4

Description

本発明は、X線センサ、およびそのX線センサを用いたX線診断装置、およびX線センサの真空状態維持方法に関する。
本発明のX線センサの構成に類似したものとして、内部を真空に維持した電界放出型画像表示装置があり、その構成は以下のようになっていた。
すなわち、電子放出素子が主面上に行列状に配列して形成されたリア基板と、上記電子放出素子に電子を放出させる電界を印加するための引き出し電極と、上記リア基板の主面に対向して配置され、上記電子放出素子から放出された電子の照射を受けて発光する蛍光体が該リア基板の主面に対向する主面上に上記電子放出素子と対向配置されているフロント基板と、上記リア基板と上記フロント基板との間に気密に介装され、上記電子放出素子および上記蛍光体の形成領域を囲繞する枠体と、を備え、上記リア基板、上記フロント基板および上記枠体により構成される気密空間内が真空雰囲気にされている構成であって、上記電子放出素子および上記蛍光体の形成領域を避けて上記気密空間内に配設され、該気密空間内のガスを吸着する非蒸発ゲッターと、上記非蒸発ゲッターを加熱して該非蒸発ゲッターを活性化するゲッター加熱手段と、上記ゲッター加熱手段への通電を制御する制御手段と、上記電子放出素子からの放出電流を計測する電流計測手段を更に備え、上記制御手段は、上記引き出し電極に所定の電圧を印加するとともに、上記電流計測手段により放出電流を計測し、その電流計測値が基準電流値より小さい場合に、上記ゲッター加熱手段に通電して上記非蒸発ゲッターを活性化させる構成となっていた(下記特許文献1)。
特開2007−012557号公報
従来のX線センサの課題は、本体ケースの真空を維持するための真空維持部材(例えばゲッター)を、適切に活性化できないことであった。
すなわち、真空維持部材を適切に活性化するためには、本体ケース内の真空度合いが所定の基準を満たさなくなるタイミングで、活性化を行うことが重要となるが、その真空度合いを検知する方法としては、電子放出素子(例えば、X線センサにおける電子源)からの放出電流を計測し、この放出電流値によって検知する方法があるが、この場合、放出電流の値が、電子放出素子の電極の劣化度合いによるばらつきが大きく影響するので、本体ケース内の真空度合いを正確に検知できないので、その結果、真空度を保持するために、真空維持部材(例えばゲッター)を、頻繁に活性化することとなり、本体ケース内の真空維持部材の寿命が短くなってしまうのであった。
そこで本発明は、X線センサの本体ケース内の真空維持部材の寿命を長くすることを目的とするものである。
上記した目的を達成するために本発明にかかるX線センサは、真空密封された本体ケースと、この本体ケースのX線入射面の内面と対向して順次設けられたターゲット部、電子源と、を備え、前記本体ケース内には、真空維持部材と、この真空維持部材の活性化手段と、前記本体ケース内の真空度合いを検知する活性金属膜と、この活性金属膜からの真空度合いを判定して前記真空維持部材の活性化手段を制御し、前記真空維持部材を活性化する制御部と、を設け、これにより所期の目的を達成するものである。
以上のように本発明は、真空密封された本体ケースと、この本体ケースのX線入射面の内面と対向して順次設けられたターゲット部、電子源と、を備え、前記本体ケース内には、真空維持部材と、この真空維持部材の活性化手段と、前記本体ケース内の真空度合いを検知する活性金属膜と、この活性金属膜からの真空度合いを判定して前記真空維持部材の活性化手段を制御し、前記真空維持部材を活性化する制御部と、を設けたものであるので、X線センサの本体ケース内の真空維持部材の寿命を長くすることができる。
すなわち、本発明においては、活性金属膜を本体ケース内に設け、この活性金属膜より本体ケース内の真空度合いを検知することが可能となるので、X線センサの本体ケース内の真空維持部材を適切に活性化することができるため、本体ケース内の真空維持部材の寿命を長くすることができるのである。
本発明の実施の形態にかかるX線診断装置の構成図 本発明の実施の形態にかかるX線診断装置のブロック図 本発明の実施の形態にかかるX線センサの外観を示す斜視図 本発明の実施の形態にかかるX線センサの真空維持機構のブロック図 本発明の実施の形態にかかるX線センサの光導電性膜の構成図 本発明の実施の形態にかかるX線センサの制御ブロック図 本発明の実施の形態にかかるX線センサの他の真空維持機構のブロック図 本発明の実施の形態にかかるX線センサの真空維持機構の動作フロー図
以下、本発明にかかるX線センサ、およびそのX線センサを用いたX線診断装置の実施の一形態について、添付図面を交えて説明する。なお添付図面は、理解を容易にするために模式的な図を示している。
まず、この実施の形態にかかるX線診断装置の全体構成について、図1および図2を用いて説明する。
図1は本発明の実施の形態にかかるX線診断装置の構成図である。図1に示すように、X線診断装置は、X線源1と、X線源1から所定の間隔をおいて対向配置されるX線センサ2とを備え、X線源1から放射したX線を撮像対象者3に照射し、その撮像対象者3を通過したX線をX線センサ2に入射させることにより、撮像対象者3の内部の状態を目視可能とするものである。
具体的には、側面視したときの形状が略半円状のアーム4の一端にX線源1が設けられ、該アーム4の他端にX線センサ2が設けられている。このようにしてX線源1とX線センサ2が所定の間隔をおいて対向配置されている。したがってアーム4によって、ベット5に横たわった撮像対象者3を挟んでX線源1とX線センサ2とを対向配置させることができるので、X線源1から放射されて撮影対象者3を通過したX線を、X線センサ2で検出することができる。
アーム4は、装置本体6に回動自在に取り付けられている。装置本体6は、アーム4を回動させる駆動装置(図示せず)を内蔵している。このようにすることで、撮像対象者3の内部の状態を様々な角度から目視することが可能となる。
図2は本発明の実施の形態にかかるX線診断装置のブロック図である。
図2に示すように、X線源1はX線制御部7に接続されており、X線制御部7はコントローラ8に接続されている。コントローラ8は、X線診断装置全体の動作を統括的に制御するものである。X線制御部7は、コントローラ8からの指令信号に従って、X線源1によるX線の放射動作やX線の照射量を制御する。
X線センサ2は画像処理部9に接続されている。画像処理部9は、X線センサ2から取り出された電気信号(光電変換信号)を検出して画像処理する。画像処理部9により処理された信号はコントローラ8に送信される。コントローラ8は、X線センサ2が検出したX線の光量(強度)に基づく画像、すなわち撮像対象者3の内部の状態を表示する画像をモニタ10に映し出す。
またX線センサ2は、電子源制御部11にも接続されている。この電子源制御部11もコントローラ8に接続されている。電子源制御部11は、コントローラ8からの指令信号に従って、後述する電子源による電子線の照射動作や電子線の照射量を制御する。
装置本体6に内蔵されているアーム4を回動させる駆動装置(図示せず)は移動制御部13に接続されており、移動制御部13はコントローラ8に接続されている。移動制御部13は、コントローラ8からの指令信号に従って、アーム4の回動動作を制御する。
コントローラ8には、さらに入力部14が接続されている。コントローラ8は、入力部14から入力された指令に従って、X線診断装置全体の動作を統括的に制御する。
続いて、この実施の形態にかかるX線センサ2について、図3ないし図6を用いて説明する。図3は本発明の実施の形態にかかるX線センサの外観を示す斜視図であり、図4は本発明の実施の形態にかかるX線センサの断面図であり、図5は本発明の実施の形態にかかるX線センサの光導電性膜の構成図であり、図6は本発明の実施の形態にかかるX線センサの制御ブロック図である。
図3および図4に示すように、X線センサ2は、平面視したときの形状が矩形状の取り付け基板15を備える。また図4に示すように、取り付け基板15の主面上には、同じく矩形状の電子源16が設けられており、その電子源16の上部には、ターゲット部12が配置されている。
ターゲット部12の構成としては、X線入射面側より、透光性基板17と、透光性基板17のX線入射面とは反対側の面には透光性電極が形成されていて、その透光性基板17の透光性電極が形成されている面上に光導電性膜18を設けたものとなっている。
より詳しくは、透光性基板17は、X線が入射される面(X線入射面)とは反対側の面が電子源16に向くように、取り付け基板15に対して対向配置されている。図示しないが、透光性基板17のX線入射面とは反対側の面には透光性電極が形成されていて、その透光性基板17の透光性電極が形成されている面上に光導電性膜18が設けられている。
さらに図3および図4に示すように、取り付け基板15の主面上において、電子源16とターゲット部12(透光性基板17および光導電性膜18で構成)は、側壁19によって四方を囲まれた状態となっており、その結果、電子源16とターゲット部は、取り付け基板15を底面とし、側壁19を側面とした本体ケース19a内に配置された構成となっている。
この本体ケース19a上部の開口した部分を蓋体である本体ケースのカバー20で覆うのであるが、このカバー20は、ターゲット部12と電子源16によってX線の照射エネルギーを光電変換可能とするために、容器内を真空密封するように構成されている。
図5に示すように、ターゲット部12の光導電性膜18は、透光性基板17の透光性電極21が形成されている面上に順次設けられた正孔注入阻止層22と、電界緩和層23と、X線や可視光などの照射によって発生した正孔をトラップする正孔トラップ層24と、電荷増倍機能を持つ光導電性の感度層25と、電子注入阻止層26とからなる。したがって、透光性基板17は、電子注入阻止層26が電子源16に向くように、取り付け基板15に対して対向配置される。これにより、電子源16は光導電性膜18の電子注入阻止層26側の面に向けて電子線を照射することができる。
ここで、透光性電極21には酸化インジウム・スズ(ITO)や酸化スズなどが使用される。また、正孔注入阻止層22には酸化セリウム(CeO)が、電界緩和層23には非晶質セレン(a−Se)が、正孔トラップ層24には非晶質セレン(a−Se)とフッ化リチウム(LiF)が、感度層25には非晶質セレン(a−Se)が、電子注入阻止層26には硫化アンチモン(Sb)がそれぞれ使用される。
光導電性膜18に電界緩和層23と正孔トラップ層24が設けられているのは、正孔注入阻止層22などにキズや膜厚ムラが発生している場合でも、それによる白キズの発生を抑えることができるようにするためである。
すなわち、正孔注入阻止層22などにキズや膜厚ムラが発生している状態では、X線が照射されていない時でも透光性電極21に接続される高圧電源から正孔が常時流入し、その流入した正孔が光導電性膜18の内部電界により加速・増倍して白キズとして現れてしまう。この問題に対して、透光性電極21と感度層25との間に正孔トラップ層24を設けることにより、正孔トラップ層24で正孔をトラップさせて、透光性電極21と正孔トラップ層24との間の電界を緩和させることができる。したがって、正孔注入阻止層22などにキズや膜厚ムラがある場合でも、高圧電源から流入した正孔が感度層25へ到達することを防止して、白キズを低減することができる。
さらに、正孔注入阻止層22と正孔トラップ層24との間に配置された電界緩和層23により、透光性電極21と正孔トラップ層24との間の電界緩和領域を広げることができる。したがって、この電界緩和層23により、白キズの発生をより抑えることができる。また、この実施の形態では、電界緩和層23の厚みを、透光性電極21と正孔注入阻止層22とからなる層の厚みよりも厚くして、可視光用途のセンサの電界緩和層の厚み(30nm程度)よりも厚くしている。これにより、可視光用途のセンサよりも電界緩和効果を効果的に発揮させることができる。なお、可視光用途のセンサにおいても、透光性電極には酸化インジウム・スズ(ITO)や酸化スズなどが使用され、正孔注入阻止層には酸化セリウム(CeO2)が使用され、電界緩和層には非晶質セレン(a−Se)が使用され、正孔トラップ層には非晶質セレン(a−Se)とフッ化リチウム(LiF)が使用され、感度層には非晶質セレン(a−Se)が使用され、電子注入阻止層には硫化アンチモン(Sb2S3)が使用される。
図6に示すように、電子源16には、電子線を照射するための電圧Vdが供給される。さらに電子源16は、電子源制御部11に含まれるX走査ドライバ27とY走査ドライバ28に接続している。したがって、電子源16は、X走査ドライバ27とY走査ドライバ28により、光導電性膜18の電子注入阻止層26側の面に電子線を走査する。
またX線センサ2は、図6に示すように、複数の開口が設けられたメッシュ29を備えてもよい。メッシュ29は、電子源16から照射される電子線を加速させたり、集束させたり、余剰電子を回収するために設けられる中間電極であり、電子源制御部11に含まれるメッシュ電圧印可部30に接続している。メッシュ電圧印可部30はメッシュ29に正電圧(メッシュ電圧)Vmeshを印可する。メッシュ29は、公知の金属材料、合金、半導体材料等で形成することができる。
透光性電極21は、高電圧Vharpを供給する高電圧源31に接続している。この高電圧Vharpにより、光導電性膜18の感度層25に高電界がかかる。さらに透光性電極21は画像処理部9に接続している。画像処理部9は、上述したように、透光性電極21から取り出された光電変換信号を検出して画像処理する。光電変換信号のレベルは、透光性基板17のX線入射面に入射される光の光量(強度)に応じて変化する。
図4に本発明の好適な実施例を示す。図4に示すように、本構成には真空維持部材31、真空維持部材の活性化手段32、活性金属膜33、モニター34及び真空制御部35が設置される。真空維持部材31は、ゲッターとも呼ばれ、ゲッターは、気体分子を固体表面に非可逆的に主として化学結合で吸着する物質で、これにより気相から気体を排気する作用を持つ。ゲッターの排気作用は低いので、高い圧力雰囲気ではその効果は目立たないが、高真空領域の圧力での効果は著しく、高真空を維持する手段として手段として多用される。このゲッターは、蒸発型ゲッターと非蒸発型ゲッターがあるが、ガス吸着能力や繰り返し使用の観点から、現在は非蒸発型ゲッターが主流となっている。非蒸発ゲッターは、ゲッター表面への気体吸着とゲッターバルク中への拡散現象を利用して排気を行う。気体に対する排気速度は、バルク内への拡散速度によって決まるため、非蒸発型ゲッターは適宜高温に加熱して拡散速度を回復させている。不活性ガスに対する吸着力は低いので、一般には排気速度が遅い。また、表面積を有効に増すための工夫として、円筒状等に成型されることが多い。
真空維持部材の活性化32、つまりゲッターの活性化は、通電加熱方式と、誘電加熱方式がある。通電加熱方式は、図4のようにゲッターにリード線を設置してゲッターに電流を流し、抵抗過熱により、ゲッターを加熱活性化する方法である。一方、誘電加熱方式は、図示しないが、高周波交流電界中に被加熱物を置き、
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の作用による被加熱物自体の発熱によって昇温目的を達する加熱方式である。誘電過熱方式は、周囲に金属部材が存在すると放電等の危険性があるため、一般的には通電加熱方式が主流であるが、本発明においては通電加熱に限るものではない。
また、活性金属膜33は、バリウム、ジルコニウム、チタン等の素材から構成されるもので、気体吸着作用があり、吸着に比例して光の反射率、透過率及び色純度が変化する1族、2族、4族元素もしくはこれらの混合物が特に好適である。この活性金属膜の形成方法は、蒸着や昇華等があり、その反射率や透過率を測定するために、成膜基材となる本体ケースにはガラスや石英等透明材料を使用することが望ましい。
また、この活性金属膜33は、前述の通りガス吸着により反射率等変化していくものであるが、一定の吸着量でその変化は飽和する。したがって、図7のように、本体ケース内に、複数の活性金属膜のターゲット材36と、このターゲット材36を蒸発または昇華させて、活性金属膜33を形成する活性金属膜33の蒸着(昇華)手段を設けることにより、継続的に変化をモニターすることができる。
また、モニター34は、活性金属膜33の色変化を観察するもので、観察した色変化を数値化して真空制御部35に伝達する役割を有する。したがって、モニター34は、活性金属膜33の反射率、透過率及び色純度等を測定する機能を有するものである。
また、真空制御部35は、図8に示すように、モニター部34と連動し、活性金属膜33の反射率、透過率及び色純度等が所定の値を超えた場合に、真空度が基準値より悪化したと判断して、真空維持部材活性化手段32に信号を送り、真空維持部材31を活性化する。所定の時間活性化した後は、活性化終了の信号を真空維持部材活性化手段32に送り、活性化を終了させる。真空度と活性金属膜33の変色との関係は、事前に実験を行うことにより相関関係を把握し、検量線を作成することなどにより一致させることができる。また、当然のことながら、モニター34によるモニタリングの結果、真空度が所定値以内であると判断された場合は、活性化手段32を起動させずに、そのまま終了する。また、図7のように、モニター34による数値が一定期間変化しない場合は、活性金属膜のガス吸着が飽和していると判断して、前記の活性金属膜33のターゲット材と、ターゲット材を蒸発または昇華させて新たな活性金属膜33を形成する活性金属膜33の蒸着(昇華)手段37を動作させて、活性金属膜33を作成し、継続的に真空度をモニターできるように制御することもできる。
従来の電子放出素子の放出電流値によって、真空度を間接的に検知する方法では、放出電流の値が、電子放出素子の電極の劣化度合いに大きく依存し、本体ケース内の真空度合いを正確に検知できなかった。しかしながら、本発明によれば、活性金属膜33の変化により、内部の真空度を直接的に検知することができるため、真空度の正確な評価が可能となる。この結果、真空維持部材(例えばゲッター)31の活性化を適切なタイミングで実施することができるようになり、真空維持部材31の不必要な消耗を防ぐことができるため、従来課題となっていた真空維持部材31の寿命を改善させることができる。
以上のように本発明は、真空密封された本体ケースと、この本体ケースのX線入射面の内面と対向して順次設けられたターゲット部、電子源と、を備え、前記本体ケース内には、真空維持部材と、この真空維持部材の活性化手段と、前記本体ケース内の真空度合いを検知する活性金属膜と、この活性金属膜からの真空度合いを判定して前記真空維持部材の活性化手段を制御し、前記真空維持部材を活性化する制御部と、を設けたものであるので、X線センサの本体ケース内の真空維持部材の寿命を長くすることができる。
すなわち、本発明においては、活性金属膜を本体ケース内に設け、この活性金属膜より本体ケース内の真空度合いを検知することが可能となるので、X線センサの本体ケース内の真空維持部材を適切に活性化することができるため、本体ケース内の真空維持部材の寿命を長くすることができるのである。
したがって、本発明にかかるX線センサ、そのX線センサの検査方法、およびそのX線センサを用いたX線診断装置は、X線を用いて検査対象体の内部状態を観察するための機器に有用である。
1 X線源
2 X線センサ
3 撮像対象者
4 アーム
5 ベッド
6 装置本体
7 X線制御部
8 コントローラ
9 画像処理部
10 モニタ
11 電子源制御部
12 ターゲット部
13 移動制御部
14 入力部
15 取り付け基板
16 電子源
17 透光性基板
18 光導電性膜
19 側壁
19a 本体ケース
20 カバー
21 透光性電極
22 正孔注入阻止層
23 電界緩和層
24 正孔トラップ層
25 感度層
26 電子注入阻止層
27 X走査ドライバ
28 Y走査ドライバ
29 メッシュ
30 メッシュ電圧印可部
31 真空維持部材
32 真空維持部材の活性化手段
33 活性金属膜
34 モニター
35 真空制御部
36 活性金属膜のターゲット材
37 蒸着(昇華)手段

Claims (7)

  1. 真空密封された本体ケースと、
    この本体ケースのX線入射面の内面と対向して順次設けられたターゲット部、電子源と、を備え、前記本体ケース内には、真空維持部材と、この真空維持部材の活性化手段と、前記本体ケース内の真空度合いを検知する活性金属膜と、この活性金属膜からの真空度合いを判定して前記真空維持部材の活性化手段を制御し、前記真空維持部材を活性化する制御部と、を設けたX線センサ。
  2. 前記活性金属膜のターゲット材と、前記ターゲット材を蒸発または昇華させて、前記活性金属膜を形成する前記活性金属膜ターゲット材の蒸着または昇華手段を有することを特徴とする請求項1記載のX線センサ。
  3. 前記活性金属膜のターゲット材とその蒸着または昇華手段を2個以上有することを特徴とする請求項1記載のX線センサ。
  4. 前記活性金属膜の構成材料が1族、2族、4族元素もしくはこれらの混合物であることを特徴とする請求項1記載のX線センサ。
  5. X線源と、このX線源から所定の間隔をおいて対向配置されたX線センサとを備え、前記X線センサとして、請求項1から4のいずれか一つに記載のX線センサを用いたことを特徴とするX線診断装置。
  6. 請求項1から4のいずれか一つに記載のX線センサの本体ケース内を真空に維持する方法であって、
    X線センサの本体ケース内に設けた活性金属膜の色をモニターして、本体ケース内の真空度合いを判定する第1の工程と、
    この本体ケース内での真空度合いが所定の値以下となった場合には、真空維持部材の活性手段を制御し、本体ケース内の真空維持部材を活性化する第2の工程と、を備えたX線センサの真空状態維持方法。
  7. 前記活性金属膜の色をモニターする方法が、前記活性金属膜の反射率、透過率、色純度もしくはこれらの組合せたものによることを特徴とする請求項6記載のX線センサの真空状態維持方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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