(57)【要約】【課題】前段のデジタルフィルタの時定数とその入力信号とのフィッティングのずれに起因してフィルタ出力であるバイポーラ波形に歪みが生じた場合でも、ピークの誤検出を防止する。【解決手段】第１ピーク認識部１０において比較部１８は、負の最小値を検出した後に検出された正の最大値が、上記負の最小値に所定の係数αを乗じた値以上である場合に出力を「１」とし、ＡＮＤ回路１９はピーク検出信号を出す。これにより、大きい信号波形の後のノイズ信号をピークとして検出すること回避する。一方、第２ピーク認識部２０において比較部２４は正の最大値の位置からセンター値に戻る迄の時間が時間閾値β未満である場合出力を「１」とし、ＡＮＤ回路２５はピーク検出信号を出す。これにより、第１ピーク認識部１０で検出できない小さな正規のピークを検出することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指数関数に近似される波形形状をもつパルス信号をデジタルフィルタにより処理して得られたバイポーラ波形形状の信号を入力信号とし、該信号の正ピーク部分を検出するパルス計測用信号処理装置において、
a)前記入力信号に対し負の最小値を検出したあとに最初に検出された正の最大値が、前記負の最小値の絶対値に所定の係数を乗じた閾値以上であるか否かを判定し、該閾値以上である場合にその正の最大値をピークとして認識する第１ピーク認識手段と、
b)前記入力信号に対し正の最大値の発生時点から該信号がセンター値に戻るまでの時間が所定の時間以内であるか否かを判定し、該所定時間以内である場合にその正の最大値をピークとして認識する第２ピーク認識手段と、
c)前記第１及び第２ピーク認識手段のいずれかでピークが認識されたときにピークと認識する論理演算手段と、
を備えることを特徴とするパルス計測用信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線マイクロアナライザ、蛍光Ｘ線分析装置等の分析装置において、パルス性の検出信号を計数するためのパルス計測用信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長分散型蛍光Ｘ線分析装置等のＸ線分析装置では、一次Ｘ線、電子線などによる励起を受けて試料から放出されたＸ線量子を計数するＸ線検出装置が利用されている。図４はこうしたＸ線検出装置の一例を示すブロック構成図である（例えば特許文献１など参照）。
【０００３】
Ｘ線検出器１はＸ線量子が入射する毎に電圧パルス信号を出力し、このパルス信号はプリアンプ２で増幅された後に、Ａ／Ｄ変換器３にて所定のサンプリング周期でサンプリングされデジタル化される。図４中に示すようなデジタル化された指数関数近似のパルス信号波形は、デジタルフィルタ４にてフィルタリング処理されることにより略正負対称のバイポーラ波形に整形される。ピーク検出部５はこのバイポーラ波形状のパルス信号の正ピーク部分を検出し、正ピークの最大値をピーク値として保持して、信号がセンター値（典型的には０）に戻ったときに、その時点で保持していた値を波高値として検出する。計数部６はこの波高値に応じて正ピーク部分を弁別し、それぞれを独立的に並列に計数し波高分布データを作成してヒストグラムメモリ７に格納する。これにより、入射したＸ線量子に対応したヒストグラム（波高分布）データを得ることができる。
【０００４】
上記のデジタルフィルタ４としては例えば、特許文献２、３などに開示されたｎ回差分構成のものが利用される。図５はデジタルフィルタ４から出力されるバイポーラ波形の一例である。デジタルフィルタ４の時定数等の特性を決めるパラメータが適切にフィッティングされている場合には、図５（ａ）に示すような良好な形状のバイポーラ波形が出力される。ところが、上記フィッティングがずれてくると、図５（ｂ）に示すようにバイポーラ波形の負側の波形の後にさらに正側へのオーバーシュートが発生してしまうことがある。
【０００５】
一般に、デジタルフィルタ４のフィッティングは初期的には適切に行われているが、Ｘ線検出器１やプリアンプ２などのアナログ回路の特性が経時変化を生じると、電圧パルス信号の波形形状が変化してしまい、上記フィッティングがずれて来ることがある。図５（ｂ）のようなオーバーシュートが発生した場合、ピーク検出部５においてそのオーバーシュート箇所を偽ピークとして検出してしまい、実際に入射したＸ線量子の個数よりも大きな計数値を出力してしまうおそれがある。
【０００６】
図６は、デジタルフィルタ４のフィッティングがずれた状態でのピーク誤検出の状況をシミュレーションした結果であり、ピーク値（チャンネルｃｈで示す）を横軸、検出数を縦軸としたヒストグラムである。図中、１２８ｃｈに生じている検出値のピークは電圧パルス信号に由来する本来の正ピーク部分を計数した結果であるが、２０〜３０ｃｈ付近に発生している検出値のピークは上述したような原因によるオーバーシュートを誤検出したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２６４９２６号公報
【特許文献２】特開２００８−２９２０号公報
【特許文献３】特開２００９−２２９１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、入力信号である電圧パルス信号波形に対するデジタルフィルタの特性のフィッティングのずれ等に起因して、該デジタルフィルタの出力であるバイポーラ波形に歪みがある場合でも、偽ピークの検出を防止し、本来のピーク部分のみを正確に捉えて計数することができるパルス計測用信号処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために成された本発明は、指数関数に近似される波形形状をもつパルス信号をデジタルフィルタにより処理して得られたバイポーラ波形形状の信号を入力信号とし、該信号の正ピーク部分を検出するパルス計測用信号処理装置において、
a)前記入力信号に対し負の最小値を検出したあとに最初に検出された正の最大値が、前記負の最小値の絶対値に所定の係数を乗じた閾値以上であるか否かを判定し、該閾値以上である場合にその正の最大値をピークとして認識する第１ピーク認識手段と、
b)前記入力信号に対し正の最大値の発生時点から該信号がセンター値に戻るまでの時間が所定の時間以内であるか否かを判定し、該所定時間以内である場合にその正の最大値をピークとして認識する第２ピーク認識手段と、
c)前記第１及び第２ピーク認識手段のいずれかでピークが認識されたときにピークと認識する論理演算手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１０】
なお、上記所定の係数及び所定の時間は予め適宜に定められる。例えば、所定の係数αは０＜α＜１であるが、１に近いほど偽ピークを排除する効果は高いものの、逆に正当なピークも排除してしまう可能性が高まる。反対に、０に近いほど偽ピークを排除する効果は低くなる。したがって、デジタルフィルタの特性のフィッティングずれに起因する偽ピークの高さをどの程度見積もるか等により、係数αを定める必要がある。一例として０．５と設定することができる。一方、所定の時間βも、デジタルフィルタの特性に左右されるバイポーラ波形の正ピーク部の立下り時間などに応じて適切に定められる。
【００１１】
本発明に係るパルス計測用信号処理装置において、第１ピーク認識手段は、バイポーラ波形形状の入力信号に対し、負の最小値を検出したあとに最初に検出された正の最大値が、前記負の最小値の絶対値に所定の係数を乗じた閾値以上であるか否かを判定する。そして、上記正の最大値が閾値以上である場合にはその正の最大値をピークとして認識し、閾値未満であればノイズ（例えばバイポーラ波形直後のオーバーシュートによる正側の凸部）による偽ピークとみなす。所定の係数αを適切に設定すれば、偽ピークを確実に排除できるものの、波高値が小さな正当なピークも排除される傾向にある。
【００１２】
一方、第２ピーク認識手段は、バイポーラ波形形状の入力信号に対し、正の最大値の発生時点から該信号がセンター値（通常０）に戻るまでの時間（つまり正ピーク部分の裾部の時間）が所定の時間以内であるか否かを判定する。そして、その正ピーク部分の裾部の時間が所定の時間以内である場合にその正の最大値をピークとして認識し、所定の時間よりも長ければノイズによる偽ピークとみなす。バイポーラ波形直後のオーバーシュートによる正側の凸部は値の減少速度が遅く、センター値に戻るまでの時間が掛かるため、上記のような識別が可能である。この方法では、波高値が小さな正当なピークを確実に認識するとができるものの、波高値が高い正当なピークに対する検出漏れが起こる傾向にある。
【００１３】
上述のように第１及び第２ピーク識別手段は正当なピークの検出に関し相補的であるから、論理演算手段により、第１及び第２ピーク認識手段のいずれかでピークが認識されたときにピークと認識することにより、偽ピークを確実に排除しつつ、正当なピークを漏れなく確実に検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るパルス計測用信号処理装置によれば、指数関数近似の波形形状をもつパルス信号に対するデジタルフィルタの特性のフィッティングずれ等の要因により、バイポーラ波形状信号に歪みが生じた場合でも、その歪みによる偽ピークを検出することなく、正当なピークを確実に検出することができる。それにより、パルス信号の計数の精度を上げ、ひいては分析精度を向上させることができる。また、デジタルフィルタの入力信号の波形形状が前段の回路の経時変化等によって変化を生じた場合でも、適切なフィッティングを維持するためにデジタルフィルタのパラメータを変更する必要がない。そのため、デジタルフィルタの再調整のための回路が不要になり、ユーザの負担も軽減される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例であるパルス計測用信号処理装置のピーク検出部の回路構成図。
【図２】本実施例のピーク検出部における動作を説明するための波形図。
【図３】本発明に係るパルス計測用信号処理装置の効果を説明するためのシミュレーション結果を示すヒストグラム。
【図４】一般的なＸ線検出装置の一例を示すブロック構成図。
【図５】図４に示したＸ線検出装置におけるデジタルフィルタ出力波形の一例を示す図。
【図６】デジタルフィルタのフィッティングがずれた状態でのピーク誤検出の状況をシミュレーションした結果を示すヒストグラム。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係るパルス計測用信号処理装置の一実施例について、図１及び図２を参照して説明する。図１は本実施例によるパルス計測用信号処理装置におけるピーク検出部の回路構成図、図２はこのピーク検出部の動作を説明するための波形図である。
【００１７】
図１において、このピーク検出部には、図５に示したようなバイポーラ波形形状のデジタルフィルタ出力データがデータバス１１を通して入力される。１以上検出部３０はデータバス１１を通して入力されるデータが実質的に正であるときに「１」を出力し、−１以下検出部３１はその入力データが実質的に負であるときに「１」を出力し、ＲＳフリップフロップ（ＲＳ−ＦＦ）３２の正転（Ｑ）出力は前者のパルスにより「１」になり、後者のパルスにより「０」になる。したがって、ＲＳ−ＦＦ３２の正転出力は、入力データがセンター値０を挟んで正であるときに「１」となり負であるときに「０」となる。ＲＳ−ＦＦ３２の反転（Ｑバー）出力はそのインバースである。このＲＳ−ＦＦ３２の正転出力は正ピーク検出回路有効信号、反転出力は負ピーク検出回路有効信号である。立下り検出部３４は正転出力の立下りエッジを検出して所定幅のパルス信号を出すから、入力データが正値から負値に転じる（センター値を通過する）ときにパルス信号を出す。一方、立上り検出部３５は正転出力の立上りエッジを検出して所定幅のパルス信号を出すから、入力データが負値から正値に転じる（センター値を通過する）ときにパルス信号を出す。
【００１８】
本発明における第１ピーク認識手段に相当する第１ピーク認識部１０は、正ピーク検出回路有効信号の入力期間中にデータバス１１を通して入力されるデータの正ピークのピークトップを検出してその値（最大値）を保持する正ピーク検出部１２と、負ピーク検出回路有効信号の入力期間中に同じ入力データの負ピークのピークトップを検出してその値（最小値）を保持する負ピーク検出部１３と、正ピーク検出部１２の出力である最大値データを入力データが正値から負値に転じるタイミングでラッチする正側ラッチ回路１４と、負ピーク検出部１３の出力である最小値データを入力データが負値から正値に転じるタイミングでラッチする負側ラッチ回路１５と、負側ラッチ回路１５に保持された最小値の絶対値をとる絶対値化部１６と、その絶対値に予め決められた係数αを乗じる乗算部１７と、正側ラッチ回路１４に保持された最大値と上記乗算結果とを比較し、最大値とが乗算値以上であるときに「１」を出力する比較部１８と、その比較結果を一方の入力とし立上り検出部３５の出力パルスを他方の入力とするＡＮＤ回路１９と、を含む。
【００１９】
本発明における第２ピーク認識手段に相当する第２ピーク認識部２０は、正ピーク検出回路有効信号の入力期間中に正ピーク検出部１２における最大値の格納と同タイミングで時間を格納する正ピーク時間格納部２１と、正ピーク検出回路有効信号の入力期間中に入力データが正値から負値に転じるタイミングで時間を格納するセンター値時間格納部２２と、センター値時間格納部２２に格納した時間から正ピーク時間格納部２１に格納した時間を差し引くことで、入力データが最大値となった時点からセンター値未満になるまでの所要時間を算出する減算部２３と、算出された所要時間と予め設定された時間閾値βとを比較し、所要時間が時間閾値βよりも短いときに「１」を出力する比較部２４と、その比較結果を一方の入力とし立上り検出部３５の出力パルスを他方の入力とするＡＮＤ回路２５と、を含む。
【００２０】
そして、２つのＡＮＤ回路１９、２５の出力はＯＲ回路２７を通して論理和され、ヒストグラムメモリ７が付設された計数部６に入力されるとともに、正側ラッチ回路１４に保持されている最大値データをラッチするラッチ回路２６のイネーブル端子に入力される。即ち、ＯＲ回路２７の出力がこのピーク検出部における最終的なピーク検出に対応したパルス信号である。
【００２１】
次に、図２を参照して、上記構成のピーク検出部におけるピーク検出動作を説明する。
いま図２（ａ）に示したような波形信号をデジタル化したデータが時間経過に伴い入力される場合を考える。時刻t1〜t2の期間にはＲＳ−ＦＦ３２の反転出力は「１」であり、負ピーク検出部１３はこの期間に最小値を検出するから、時刻t2付近のタイミングで負側ラッチ回路１５にピーク(i)のピークトップ値が保持される。このときの値を−Ｐであるとする。その直後の時刻t3〜t4の期間にはＲＳ−ＦＦ３２の正転出力は「１」であり、正ピーク検出部１２はこの期間に最大値を検出するから、時刻t4付近のタイミングで正側ラッチ回路１４にピーク(ii)のピークトップ値が保持される。このときの値をＱとする。
【００２２】
絶対値化部１６の出力であるＰに乗算部１７で係数αが乗じられるから、比較部１８ではＱがα・Ｐ以上であるか否かが判定される。いま、α＝１／２であるとすると、Ｑ≧Ｐ／２であれば比較部１８の出力は「１」になるから、次にデータが負値から正値に転じるとき、つまり立上り検出部３５から時刻t5付近に生成されるパルス信号がＡＮＤ回路１９から出力され、これがＯＲ回路２７を通してピーク検出信号として計数部６に入力される。計数部６はこのピーク検出信号によりピーク(ii）のピークトップ値をラッチ回路２６から読み込む。
【００２３】
図２（ａ）の例では、正ピーク部分(ii）と負ピーク部分(iii)を一対とするバイポーラ波形の直後に、前段のデジタルフィルタのフィッティングずれの影響と考えられる小さなピーク(iv)が現れている。正ピーク検出部１２ではこのピーク(iv)の最大値も検出され、その最大値は正側ラッチ回路１４に保持される。しかしながら、比較部１８においてこのときの最大値と比較される値は、その直前の負ピーク(iii)の最小値を絶対値化し、それに係数αを乗じたものであるため、通常、比較部１８の出力が「１」になることはあり得ない。何故なら、負ピーク(iii)の最小値を絶対値化した値が小さい場合には、ピーク(iv)の最大値も小さくなるためである。したがって、第１ピーク認識部１０において偽ピークであるピーク(iv)はピークとして認識されることはない。
【００２４】
一方、バイポーラ波形を構成する正ピーク部分の波高値は複数種類が存在するため、高い波高値のバイポーラ波形に対応したデータの直後に低い波高値のバイポーラ波形に対応したデータが入力された場合、後者を偽ピークであると誤って識別し、ＡＮＤ回路１９からはピーク検出のパルス信号が出されない場合がある。その場合には、第２ピーク認識部２０が機能することになる。
【００２５】
いま図２（ｂ）に示したような波形信号をデジタル化したデータが時間経過に伴い入力される場合を考える。第２ピーク認識部２０において、正ピーク時間格納部２１はピーク(i)の最大値が現れた時刻t1を格納し、センター値時間格納部２２はピーク(i)が終わって信号がセンター値を通過する時刻t2を格納する。したがって、減算部２３の出力はt2−t1＝T1となり、正ピーク(i)の最大値からセンター値未満になるまでの所要時間が得られる。比較部２４はこの所要時間T1が時間閾値βと比較され、T1＜βであれば、比較部２４の出力は「１」になるから、次にデータが負値から正値に転じるとき、つまり立上り検出部３５から時刻t3付近に生成されるパルス信号がＡＮＤ回路２５から出力され、これがＯＲ回路２７を通してピーク検出信号として計数部６に入力される。計数部６はこのピーク検出信号によりピーク(ii）のピークトップ値をラッチ回路２６から読み込む。
【００２６】
通常、デジタルフィルタから出力されるバイポーラ波形の正ピーク部分の最大値からセンター値未満になるまでの所要時間は十分に短い。また、上記の第２ピーク認識部２０におけるピーク検出ではピークの値の大小は問わないから、第１ピーク認識部１０で検出されないような波高値の小さなピークであっても、元の電圧パルス信号に対応したバイポーラ波形であれば確実にピーク検出が行われる。
【００２７】
一方、図２（ｂ）の例でも、正ピーク部分(i）と負ピーク部分(ii)を一対とするバイポーラ波形の直後に、前段のデジタルフィルタのフィッティングずれの影響と考えられるピーク(iii)が現れている。一般に、デジタルフィルタの影響によるオーバーシュートが生じた場合、それがセンター値に戻るまでには、正当なバイポーラ波形の正ピーク部の最大値がセンター値に戻るまでの所要時間に比べて十分に長い時間が掛かる。図２（ｂ）の例では、ピーク(iii)に対応して減算部２３で求まる時間はT2＝t5−t4である。したがって、時間閾値βを適切に設定しておきさえすれば、デジタルフィルタの影響によるオーバーシュートに由来するピークに対しては比較部２４の出力は「０」を維持し、次にデータが負値から正値に転じるとき、つまり立上り検出部３５から時刻t5付近に生成されるパルス信号はＡＮＤ回路２５で遮断され、ピーク検出信号は出力されない。
【００２８】
以上のようにして上記構成のピーク検出部によれば、バイポーラ波形の正規の正ピーク部分が存在した場合には、第１ピーク認識部１０又は第２ピーク認識部２０の少なくとも一方からピーク検出信号が出される。したがって、ＯＲ回路２７から計数部６に対して検出漏れのないピーク検出信号を送ることができる。一方、前段のデジタルフィルタのフィッティングずれの影響などによる偽ピークは第１ピーク認識部１０及び第２ピーク認識部２０のいずれでも除去される（検出されない）ので、ＯＲ回路２７から計数部６に対して偽ピークによる過剰なピーク検出信号の出力を回避することができる。
【実施例】
【００２９】
本実施例におけるピーク検出部における偽ピーク排除の効果を検証するためにシミュレーション計算を行った。以下の表１がシミュレーションの条件である。表中に示したように、デジタルフィルタの時定数が理想的には０．９１であるのに対し、０．９７と大きいほうに０．０６だけずれた状態を想定しており、これにより上述したようにデジタルフィルタ出力であるバイポーラ波形の直後にオーバーシュートが発生する。
【００３０】
【表１】
2011252738.tif 000003
【００３１】
図３は図６と同様に、ピーク値（チャンネルｃｈ）を横軸、検出数を縦軸としたヒストグラムであり、本発明の構成と従来の構成とを対比して示している。両者を比較すれば、従来の構成において２０〜５０ｃｈで出ている偽ピークの計数値が本発明ではほぼ完全に除去されていることが分かる。表２は検出率の比較結果である。
【００３２】
【表２】
2011252738.tif 000004
【００３３】
ここでは、デジタルフィルタの時定数が０．９７、０．９１、０．８５の３種類である場合について理論値、従来方法による検出率、及び本発明による検出率、を示している。本発明によれば、時定数が大きい場合でも偽ピークを排除しているために理論値にほぼ近い検出率が達成できることが分かる。なお、時定数が理想値である場合や小さい場合には、もともと偽ピークは発生しないため、本発明でも従来の構成でも検出率には差が生じない。
したがって、以上の結果から、デジタルフィルタの時定数が大きいほうにずれてしまった場合でも、本発明によれば、偽ピークを排除して正確なピーク検出が可能であることが確認できる。
【００３４】
なお、上記実施例は一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変形や修正を行うことができることは明らかである。
【符号の説明】
【００３５】
１…Ｘ線検出器
２…プリアンプ
３…Ａ／Ｄ変換器
４…デジタルフィルタ
５…ピーク検出部
６…計数部
７…ヒストグラムメモリ
１０…第１ピーク認識部
１１…データバス
１２…正ピーク検出部
１３…負ピーク検出部
１４…正側ラッチ回路
１５…負側ラッチ回路
１６…絶対値化部
１７…乗算部
１８、２４…比較部
１９、２５…ＡＮＤ回路
２０…第２ピーク認識部
２１…正ピーク時間格納部
２２…センター値時間格納部
２３…減算部
２５…比較部
２６…ラッチ回路
２７…ＯＲ回路
３０…１以上検出部
３１…−１以下検出部
３２…ＲＳフリップフロップ（ＲＳ−ＦＦ）
３４…立下り検出部
３５…立上り検出部
【図１】
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【図２】
2011252738.tif 000006
【図３】
2011252738.tif 000007
【図４】
2011252738.tif 000008
【図５】
2011252738.tif 000009
【図６】
2011252738.tif 000010