(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を検出するＸ線センサと、
前記Ｘ線センサで検出されたＸ線を増幅し且つ１ステップの波高値が入射Ｘ線のエネルギーに相当する階段波を出力する前置増幅器と、
前記前置増幅器で増幅された信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換器と、
前記ＡＤ変換器で変換されたディジタル信号を差動信号に変換して出力するディジタル処理回路と、
を備え、
前記ＡＤ変換器と前記ディジタル処理回路とを前記前置増幅器の基板と同一基板に搭載し、前記ＡＤ変換器と前記ディジタル処理回路とからのノイズが前記前置増幅器に回り込まないように、前記前置増幅器の出力信号を差動増幅して差動増幅信号を出力する差動レシーバと、前記差動レシーバからの差動増幅信号の低域周波数を通過させる第１の低域フィルタと、前記ディジタル処理回路からの信号の低域周波数を通過させる第２の低域フィルタを設けたことを特徴とするＸ線検出器。
【請求項２】
互いに１８０°位相が異なる差動クロック信号を発生し、該差動クロック信号をサンプリング用クロックとして前記ＡＤ変換器に出力するクロック発生器を備えることを特徴とする請求項１記載のＸ線検出器。
【請求項３】
前記差動レシーバにおいて、利得Ｇと帯域幅Ｂとの積が１．６ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のＸ線検出器。
【請求項４】
前記クロック発生器の差動クロック信号の発振周波数が３．２ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のＸ線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線分析装置等に用いられるＸ線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来のＸ線分析装置の構成図である。図４に示すＸ線分析装置は、Ｘ線センサ１、前置増幅器２、ケーブル４、差動増幅器５、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）６を有している。
【０００３】
Ｘ線センサ１は、入射されたＸ線をＸ線変換層（半導体層）により電荷情報に変換し、変換された電荷情報を読み出すことでＸ線を検出する。前置増幅器２は、低ノイズ用のＪＦＥＴ（ジャンクションＦＥＴ）２１とフィードバックキャパシタ２２とアンプ２３とで構成され、Ｘ線センサ１からの微小なアナログ信号を増幅する。
【０００４】
増幅されたアナログ信号は、図５（ａ）に示すような階段波形となっており、図５（ｂ）の拡大図に示すように、１ステップの波高値ｗｈが入射Ｘ線のエネルギーに相当する。弁別回路８は、前置増幅器２の出力が所定値を超えたときにトランジスタＴｒ１をオンさせる。このため、ＪＦＥＴ２１のゲートがグランドＧＮＤに接続されるので、階段波形は、最も低い値に戻る。
【０００５】
さらに、前置増幅器２からのアナログ信号は、ケーブル４、差動増幅器５を介してＡＤ変換器６に送られ、ＡＤ変換器６によりディジタル信号に変換される。Ｘ線センサ１及び前置増幅器２（以下、Ｘ線検出部という）は、インピーダンスが高いため、放射ノイズの影響を受けやすい。また、ケーブル４は、アンテナとなるため、放射ノイズを拾い、前置増幅器２の内部雑音増加やアナログ信号波形の劣化となる。
【０００６】
そこで、放射ノイズを低減する方法として、以下の２つの方法が開示されている。第１の方法は、Ｘ線検出部を図４に示すようにシールド部７により電気的にシールドする。一般的には、接地された金属製のシールド材でアンテナ部を密閉することにより、電気的なノイズを低減できる。また、特許文献１に記載されているように、シールド材にポリアミドと銀とを折り合わせた導電性繊維を用いることにより、よりシールド効果が上げることができる。
【０００７】
また、特許文献２に記載されているように、パーマロイなどに代表される透磁性物質で形成された磁気シールドを用いることにより、磁気的なノイズを低減できる。
【０００８】
第２の方法は、図４に示すように、ケーブル４に同軸ケーブルを用い、ＡＤ変換基板９の入力部を差動増幅器５で構成し、放射ノイズを低減することができる。
【０００９】
なお、その他の従来技術として、特許文献３が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１１６６３３号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９６５８号公報
【特許文献３】特許第３３０４８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ケーブル４のＧＮＤ線で発生した放射ノイズを拾うことで発生したノイズ電流は、図４に示すノイズ経路より前置増幅器２のＳＧＮＤ（シグナルグランド）に流れて、前置増幅器２の内部雑音になり、分解能が低下する。
【００１２】
また、ＳＧＮＤ線と電源ＧＮＤ、もしくはＦＧＮＤ間でＧＮＤループが形成され、外部変動磁場の影響によりノイズ電流が発生し、アナログ信号の波形が劣化する。このため、ノイズ電流の影響を軽減するために、信号ゲインを大きくする対策が考えられる。
【００１３】
しかし、アナログ信号の振幅は、ＡＤ変換器６の最大入力定格によって制限されているが、ＡＤ変換器６の低消費電力化及び高速化によって最大入力定格はあまり大きくとれないため、アナログ信号の振幅値も大きくとれない。このため、Ｘ線取得効率が低下する。
【００１４】
本発明の課題は、放射ノイズ耐性と外部変動磁場に対する耐性とを向上することができるＸ線検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るＸ線検出器は、上記課題を解決するために、Ｘ線を検出するＸ線センサと、前記Ｘ線センサで検出されたＸ線を増幅し且つ１ステップの波高値が入射Ｘ線のエネルギーに相当する階段波を出力する前置増幅器と、前記前置増幅器で増幅された信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器で変換されたディジタル信号を差動信号に変換して出力するディジタル処理回路とを備え、前記ＡＤ変換器と前記ディジタル処理回路とを前記前置増幅器の基板と同一基板に搭載し、前記ＡＤ変換器と前記ディジタル処理回路とからのノイズが前記前置増幅器に回り込まないように、前記前置増幅器の出力信号を差動増幅して差動増幅信号を出力する差動レシーバと、前記差動レシーバからの差動増幅信号の低域周波数を通過させる第１の低域フィルタと、前記ディジタル処理回路からの信号の低域周波数を通過させる第２の低域フィルタを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ディジタル処理回路を用い、出力信号の形式が差動型であるため、従来のケーブルにＳＧＮＤ線が不要となる。このため、前置増幅器に影響を及ぼすノイズ経路がなくなり、放射ノイズ耐性が向上する。また、Ｘ線検出器と外部の計測システムとの間に不要なＧＮＤループがなくなり、外部変動磁場に対する耐性が向上する。また、ＡＤ変換器とディジタル処理回路とを前置増幅器の基板と同一基板に搭載し、前置増幅器の出力信号を差動増幅して差動増幅信号を出力する差動レシーバと、差動レシーバからの差動増幅信号の低域周波数を通過させる第１の低域フィルタと、ディジタル処理回路からの信号の低域周波数を通過させる第２の低域フィルタを設けたので、ＡＤ変換器とディジタル処理回路とからのノイズが前置増幅器に回り込まないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１のＸ線検出器の構成図である。
【図２】実施例１のＸ線検出器内のクロック発生器の構成図である。
【図３】図２に示すクロック発生器から出力される差動クロック信号を示す図である。
【図４】従来のＸ線検出器の構成図である。
【図５】従来のＸ線検出器内の前置増幅器の出力波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明のＸ線検出器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、実施例１のＸ線検出器の構成図である。図１に示す実施例１のＸ線検出器は、例えば、エネルギー型蛍光Ｘ線分析装置に用いられ、Ｘ線センサ１、前置増幅器１０、差動レシーバ１１、ＬＰＦ１２、クロック発生器１３、ディジタル処理回路１４、フィルタ１５Ａ，１５ａ〜１５ｄを有している。
【００２０】
Ｘ線センサ１は、Ｘ線を検出する。前置増幅器１０は、低ノイズ用のＪＦＥＴ２１とフィードバックキャパシタ２２とアンプ２３とで構成され、Ｘ線センサ１からの微小なアナログ信号を増幅し且つ１ステップの波高値が入射Ｘ線のエネルギーに相当する階段波を出力する。弁別回路８は、前置増幅器１０の出力が所定値を超えたときにトランジスタＴｒ１をオンさせる。
【００２１】
差動レシーバ１１は、一方の入力端子が前置増幅器１０の出力端子に接続され、他方の入力端子がＳＧＮＤに接続され、前置増幅器１０の出力信号を差動増幅する。差動レシーバ１１のＳＧＮＤはＪＦＥＴ２１のソース端子のＳＧＮＤに接続されている。
【００２２】
ＬＰＦ１２は、低域周波数を通過させる低域フィルタであり、差動レシーバ１１からの差動信号を低域フィルタリングする。クロック発生器１３は、互いに１８０°位相が異なる差動クロック信号を発生し、該差動クロック信号をサンプリング用クロックとしてフィルタ１５Ａを介してＡＤ変換器６に出力する。
【００２３】
ＡＤ変換器６は、ＬＰＦ１２を介する差動レシーバ１１で差動増幅された信号をクロック発生器１３からのサンプリングクロックでサンプリングすることにより、ディジタル信号に変換する。ディジタル処理回路１４は、ＡＤ変換器６で変換されたディジタル信号を差動信号に変換してフィルタ１５ａ〜１５ｄを介してシリアル伝送する。
【００２４】
図２は、実施例１のＸ線検出器内のクロック発生器の構成図である。図２に示すクロック発生器１３において、トランジスタＱ１のゲートとトランジスタＱ２のゲートとがダイオードを介して接続され、この接続点に入力端子ＩＮ１が接続され、トランジスタＱ１のエミッタとトランジスタＱ２のエミッタとが接続され、この接続点に出力端子ＣＬＫ１が接続されている。（ダイオードがないとトランジスタがＯＮＯＦＦ動作しないため）
トランジスタＱ３のゲートとトランジスタＱ４のゲートとがダイオードを介して接続され、この接続点に入力端子ＩＮ２が接続され、トランジスタＱ３のエミッタとトランジスタＱ４のエミッタとが接続され、この接続点に出力端子ＣＬＫ２が接続されている。入力端子ＩＮ１と入力端子ＩＮ２とに交互にオン／オフ信号が入力されることにより、出力端子ＣＬＫ１と出力端子ＣＬＫ２とに互いに１８０°位相が異なる差動クロック信号が出力される。
【００２５】
このように構成された実施例１のＸ線検出器によれば、Ｘ線センサ１で検出された微小信号は、前置増幅器１０により増幅される。増幅された信号は、差動レシーバ１１、ＬＰＦ１２を介してＡＤ変換器６によりディジタル信号に変換される。変換されたディジタル信号は、ディジタル処理回路１４により差動信号に変換されて外部にシリアル伝送される。
【００２６】
即ち、ディジタル処理回路１４を用い、出力信号の形式が差動型であるため、従来のケーブル４にＳＧＮＤ線が不要となる。このため、前置増幅器１０に影響を及ぼすノイズ経路がなくなり、放射ノイズ耐性が向上する。また、Ｘ線検出器と外部の計測システムとの間に不要なＧＮＤループがなくなり、外部変動磁場に対する耐性が向上する。
【００２７】
また、弁別回路８、前置増幅器１０、差動レシーバ１１、ＬＰＦ１２、クロック発生器１３、ＡＤ変換器６、ディジタル処理回路１４及びフィルタ１５Ａ，１５ａ〜１５ｄをシールド部１６によりシールドしているので、外部の放射ノイズの侵入を阻止することができる。
【００２８】
また、出力形式のディジタル化に伴い、ＡＤ変換器６、ディジタル処理回路１４を前置増幅器１０の基板と同一基板に搭載するため、ＡＤ変換器６及びディジタル処理回路１４の各ノイズ源からノイズが前置増幅器１０に回り込み、分解能などの性能が悪化するおそれがある。
【００２９】
このため、各ノイズ源から前置増幅器１０に回り込みを防止するために、実施例１では、差動レシーバ１１、ＬＰＦ１２、クロック発生器１３、フィルタ１５ａ〜１５ｄを設けている。
【００３０】
差動レシーバ１１は、ＡＤ変換器６と前置増幅器１０との間のバッファとして機能し、ＡＤ変換器６で発生したノイズの前置増幅器１０への逆流を防止し、また、コモンモードノイズを除去する。これにより、ＡＤ変換器６やディジタル処理回路１４で発生したノイズがＳＧＮＤからＪＦＥＴ２１経由で前置増幅器１０の内部雑音となる影響を軽減することができる。
【００３１】
クロック発生器１３は、差動クロック信号を出力する差動出力型を用いているので、ＡＤ変換器６で発生するノイズを低減することができる。また、ＡＤ変換器６の入力部にＬＰＦ１２を設けているので、ＡＤ変換器６で発生するノイズの前置増幅器１０への逆流を防止することができる。  
また、ディジタル処理回路１４の出力側にはコイルなどのフィルタ１５ａ〜１５ｄが設けられているので、出力信号線で発生する放射ノイズを低減することができる。これにより、前置増幅器１０への放射ノイズの回り込みを抑制することができる。
【００３２】
さらに、Ｘ線検出器の波形整形時間τは、図５（ｂ）に示す１ステップの波高値ｗｈの最小値から最大値までに要する時間よりも僅かに大きい時間であり、具体的には０．１μｓ以上である。この波形整形時間を網羅するためには、前置増幅器１０から出力されるＸ線信号の帯域幅Ｗ＝（２πτ）−１から１．６ＭＨｚ以上となる。このため、差動レシーバ１１の信号の利得Ｇと帯域幅Ｂとの積（ＧＢ積）は、１．６ＭＨｚ以上のものを用いる。また、クロック発生器１３のサンプリング用クロックとしての差動クロック信号は、ナイキストのサンプリング定理から３．２ＭＨｚ以上の周波数を用いる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係るＸ線検出器は、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置等に利用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１  Ｘ線センサ
２，１０  前置増幅器  
４  ケーブル  
５  差動増幅器
６  ＡＤ変換器
７，１６  シールド部
８  弁別回路
９  ＡＤ変換基板
１１  差動レシーバ
１２  ＬＰＦ
１３  クロック発生器
１４  ディジタル処理回路
１５Ａ，１５ａ〜１５ｄ  フィルタ
１８  グランド線
２１  ＪＦＥＴ
２２  フィードバックキャパシタ
２３  アンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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