(57)【要約】  小型の回路基板上に集積化でき、簡単、安価でポータブル化が容易な波形弁別装置を提供する。被測定パルスの波形を入力し、電気信号に変換する波形検出器（１２）と、電気信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大するアナログ増幅器（１３）と、電気信号の立ち上がり及び立ち下がり期間において、電気信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換器（１４）と、デジタルデータを用いて、立ち上がり期間の特徴量を第１座標軸上の点として計算し、立ち下がり期間の特徴量を第２座標軸上の点として計算し、第１座標軸上の点及び第２座標軸上の点の組を座標点として、弁別平面に、座標点をプロットする信号処理回路（１５）とを備え、座標点のプロット位置から、被測定パルスが第１波形、或いは第１波形とは異なる第２波形であるのかを弁別する波形弁別装置。
2015128905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定パルスの波形を入力し、前記被測定パルスの物理量を電気信号に変換する波形検出器と、
前記電気信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大して増幅するアナログ増幅器と、
前記電気信号の立ち上がり期間及び立ち下がり期間において、増幅された前記電気信号を標本化してデジタルデータに変換するＡＤ変換器と、
前記デジタルデータを用いて、前記立ち上がり期間の特徴量を第１座標軸上の点として計算し、前記立ち下がり期間の特徴量を第２座標軸上の点として計算し、更に、前記第１座標軸上の点及び前記第２座標軸上の点の組を座標点として、前記第１座標軸と前記第２座標軸が定義する弁別平面に前記座標点をプロットする信号処理回路と、
を備え、前記座標点のプロット位置から、前記被測定パルスが第１波形、或いは前記第１波形とは異なる第２波形であるのか弁別することを特徴とする波形弁別装置。
【請求項２】
中性子線とガンマ線とで発光特性が異なり、前記中性子線及び前記ガンマ線を光に変換する放射線−光変換素子を更に含み、
前記波形検出器は、前記光を電気信号に変換する光検出器であることを特徴とする請求項１に記載の波形弁別装置。
【請求項３】
前記放射線−光変換素子は、ＣｓＬｉＹＣｌ，ＬｉＣａＡｌＦ6，ＬｉＦ／ＺｎＳ，ＬｉＢａＦ3，Ｌｉ6Ｇｄ（ＢＯ3）3のいずれかを材料とするシンチレータであることを特徴とする請求項２に記載の波形弁別装置。
【請求項４】
前記波形検出器は、波長１９０〜４５０ｎｍの光を電気信号に変換する光検出器でることを特徴とする請求項２又は３に記載の波形弁別装置。
【請求項５】
前記光検出器は、光電子増倍管、半導体フォトダイオード、フォトダイオードアレイ、ガイガーモード並列読み出しＡＰＤピクセルアレイのいずれかであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の波形弁別装置。
【請求項６】
前記光検出器は光電子増倍管であり、該光電子増倍管の信号出力端子と基準電位点端子が、各々前記アナログ増幅器の入力端子と接地間に接続され、更にアナログ増幅器の入力端子と接地間に５ｋΩ以上の入力抵抗が接続されていることを特徴とする請求項５に記載の波形弁別装置。
【請求項７】
前記アナログ増幅器は、前記電気信号の立ち下がり時間が２μ秒以上になるように、前記電気信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の波形弁別装置。
【請求項８】
前記信号処理回路は、予め波形が既知の校正用物理量を前記波形検出器に入力することによって、前記弁別平面上に定めた弁別用の窓部の内部に前記座標点のプロット位置が存在するか否かを判定する波形弁別判定回路を含むことを特徴とする請求項７に記載の波形弁別装置。
【請求項９】
前記波形弁別判定回路は、立ち下がり期間の特徴量の下限識別値、立ち下がり期間の特徴量の上限識別値、立ち上がり期間の特徴量の下限識別値及び立ち上がり期間の特徴量の上限識別値で囲まれた矩形の領域を前記弁別用の窓部とすることを特徴とする請求項８に記載の波形弁別装置。
【請求項１０】
前記波形弁別判定回路は、前記弁別用の窓部の内部に前記座標点のプロット位置が存在しない判定された場合、前記被測定パルスが前記第１波形であると判別し、
前記弁別用の窓部の内部に前記座標点のプロット位置が存在すると判定された場合、前記被測定パルスが弁別用線形方程式を表す直線よりも第２座標軸側の領域に存在するか否かを判定することを特徴とする請求項８又は９に記載の波形弁別装置。
【請求項１１】
前記信号処理回路は、前記立ち上がり期間の互いに連続する２つの前記デジタルデータの差分値を計算する差分値計算回路を更に含むことを特徴とする請求項９〜１０のいずれか１項に記載の波形弁別装置。
【請求項１２】
前記信号処理回路は、前記差分値を積算して前記立ち上がり期間の特徴量を決定計算する差分値積算回路を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の波形弁別装置。
【請求項１３】
前記信号処理回路は、前記立ち上がり期間のピーク値と前記立ち下がり期間の前記デジタルデータの差分により、前記立ち下がり期間の減衰量を計算する減衰量計算回路を更に含むこことを特徴とする請求項１２に記載の波形弁別装置。
【請求項１４】
前記差分値計算回路は、前記立ち下がり期間の互いに連続する２つの前記減衰量の差分値を計算することを特徴とする請求項１３に記載の波形弁別装置。
【請求項１５】
前記差分値積算回路は、前記減衰量の差分値を積算して前記立ち下がり期間の特徴量を決定することを特徴とする請求項１４に記載の波形弁別装置。
【請求項１６】
被測定パルスの波形を入力し、前記被測定パルスの物理量を電気信号に変換するステップと、
前記電気信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大して増幅するステップと、
前記電気信号の立ち上がり期間及び立ち下がり期間において、増幅された前記電気信号を標本化してデジタルデータに変換するステップと、
前記デジタルデータを用いて、前記立ち上がり期間の特徴量を第１座標軸上の点として計算し、前記立ち下がり期間の特徴量を第２座標軸上の点として計算するステップと、
前記第１座標軸上の点及び前記第２座標軸上の点の組を座標点として、前記第１座標軸と前記第２座標軸が定義する弁別平面に、前記座標点をプロットするステップと、
前記座標点のプロット位置から、前記被測定パルスが第１波形、或いは前記第１波形とは異なる第２波形であるのか弁別するステップと、
を含むことを特徴とする波形弁別方法。
【請求項１７】
前記弁別するステップでは、予め波形が既知の校正用物理量を入力して測定することによって、前記弁別平面上に定めた弁別用の窓部の内部に前記座標点のプロット位置が存在するか否かを判定することにより、前記第１波形と前記第２波形が弁別されることを特徴とする請求項１６に記載の波形弁別方法。
【請求項１８】
前記弁別用の窓部は立ち下がり期間の特徴量の下限識別値、立ち下がり期間の特徴量の上限識別値、立ち上がり期間の特徴量の下限識別値及び立ち上がり期間の特徴量の上限識別値で囲まれた矩形の領域であることを特徴とする請求項１７に記載の波形弁別方法。
【請求項１９】
前記弁別用の窓部の内部に前記座標点のプロット位置が存在しない判定された場合、前記被測定パルスが前記第１波形であると判別し、
前記弁別用の窓部の内部に前記座標点のプロット位置が存在すると判定された場合、前記被測定パルスが弁別用線形方程式を表す直線よりも第２座標軸側の領域に存在するか否かを判定することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の波形弁別方法。
【請求項２０】
前記立ち上がり期間の特徴量を計算するステップは、前記立ち上がり期間の互いに連続する２つの前記デジタルデータの差分値を計算する段階を含むことを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の波形弁別方法。
【請求項２１】
前記立ち上がり期間の特徴量を計算するステップは、前記差分値を積算して前記立ち上がり期間の特徴量を決定する段階を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の波形弁別方法。
【請求項２２】
互いに連続する２つの前記差分値を比較することにより、前記立ち上がり期間のピーク値を決定することを特徴とする請求項２１に記載の波形弁別方法。
【請求項２３】
前記立ち下がり期間の特徴量を計算するステップは、前記立ち上がり期間のピーク値と前記立ち下がり期間の前記デジタルデータとの差分により、前記立ち下がり期間の減衰量を計算する段階を含むことを特徴とする請求項２２に記載の波形弁別方法。
【請求項２４】
前記立ち下がり期間の特徴量を計算するステップは、前記立ち下がり期間の互いに連続する２つの前記減衰量の差分値を計算する段階を含むことを特徴とする請求項２３に記載の波形弁別方法。
【請求項２５】
前記立ち下がり期間の特徴量を計算するステップは、前記減衰量の差分値を積算して前記立ち下がり期間の特徴量を決定する段階を更に含むことを特徴とする請求項２４に記載の波形弁別方法。
【請求項２６】
波形検出器に被測定パルスの波形を入力させ、前記被測定パルスの物理量を電気信号に変換させる命令と、
アナログ増幅器に前記電気信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大して増幅させる命令と、
ＡＤ変換器に前記電気信号の立ち上がり期間及び立ち下がり期間において、増幅された前記電気信号を標本化してデジタルデータに変換させる命令と、
信号処理回路の差分値計算回路、減衰量計算回路及び差分値積算回路を互いに連携させ、前記デジタルデータを用いて、前記立ち上がり期間の特徴量を第１座標軸上の点として計算させ、前記立ち下がり期間の特徴量を第２座標軸上の点として計算させる命令と、
前記信号処理回路の２次元座標プロット回路に、前記第１座標軸上の点及び前記第２座標軸上の点の組を座標点として、前記第１座標軸と前記第２座標軸が定義する弁別平面に、前記座標点をプロットさせる命令と、
前記信号処理回路の波形弁別判定回路に、前記座標点のプロット位置から、前記被測定パルスが第１波形、或いは前記第１波形とは異なる第２波形であるのか弁別させる命令と、
を含む一連の命令を制御回路に実行させることを特徴とする波形弁別プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は互いに波形の異なる２つのパルス波形を弁別する波形弁別装置に係り、特に、例えばガンマ線と中性子線がシンチレータに入射した場合のような、立ち上がり特性と立ち下がり特性がそれぞれ異なる２つのパルス波形の物理量を原因とする電気信号を弁別する波形弁別装置、波形弁別方法及び波形弁別プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガンマ線と中性子線がシンチレータに入射し、シンチレータ内でそれぞれ異なる波形の光を発生する場合のように、互いに相似形をなす第１波形を有する任意の強度のパルスが任意のタイミングで発生して一群の集合を構成し、第１波形とは異なるが、互いに相似形をなす第２波形を有する任意の強度のパルスが任意のタイミングで発生して一群の集合を構成する場合がある。
即ち、シンチレータの出力として、ガンマ線が入力されたことに起因する第１波形の光信号が任意の強度で任意のタイミングで発生して一群の光信号の集合を構成し、この一群の光信号を入力した光検出器が、第１波形に対応した第１の電気信号を逐次出力し、中性子線が入力されたことに起因する第２波形の光信号が任意の強度で任意のタイミングで発生して一群の光信号の集合を構成し、この一群の光信号を入力した光検出器が、第２波形に対応した第２の電気信号を逐次出力するような状況（環境）において、第１波形と、第１波形とは異なる第２波形を弁別したい場合がある。【０００３】
Ｃｅを添加したＬｉＣａＡｌＦ6結晶からなるシンチレータにガンマ線と中性子線が同時に入射した場合、シンチレータからは、ガンマ線に固有な波形の発光と中性子線に固有な波形の発光が発生することが知られている。このため、シンチレータからの２種類の発光を光電子増倍管で電気信号に変換し、光電子増倍管の出力を電荷感応型前置増幅器と波形整形増幅器（シェイピングアンプ）で増幅して２入力マルチチャネルアナライザ（ＭＣＡ）で分析するシステムが提案されている（非特許文献１参照。）。【０００４】
非特許文献１に記載の発明においては、波形整形増幅器の出力を波高値観測用出力と立ち上がり時間観測用出力に分岐し、波高値観測用出力を直接２入力ＭＣＡの一方の入力端子に入力し、立ち上がり時間観測用出力をパルス波形分析装置に入力している。そしてパルス波形分析装置から立ち上がり時間の１０％と９０％のタイミングの２つの信号を出力し、この２つの信号を時間／振幅変換器に入力し、時間／振幅変換器によって、２つの信号の時間差をパルスの振幅に変換し、時間／振幅変換器の出力を２入力ＭＣＡの他方の入力端子に入力するという、極めて複雑かつ大型で高価なシステム構成を用いている。【０００５】
非特許文献１に記載されている発明では、非特許文献１の図３に示されるようにガンマ線と中性子線の立ち上がり時間（Rise Time）とその波高値（Pulse Height）を座標面にプロットすることによって、ガンマ線と中性子線を分離して表示している。しかしながら、非特許文献１に記載されている発明では、非特許文献１の図３に示されるように、放射線の発生源としてのカルフォルニウム２５２（252Ｃｆ）から同時に放射される中性子とガンマ線により両者の波形が波高値軸でも時間軸でも重なっている。
この理由は、非特許文献１の図１に示される電荷感応型前置増幅器の過渡特性（スルーレート）に起因する遅延によって高速な入力信号波高値が大きい信号は立上時間も大きくなってしまうためである。このため、非特許文献１に記載されている発明では、入射するガンマ線のエネルギーが中性子のエネルギー以上の場合、弁別が不可能となり、計数誤差を生じる。【０００６】
又、非特許文献１に記載されている発明が用いている測定システムでは、非特許文献１の図５に記載された２次元分布図において、本来抽出したい中性子を抽出する矩形の計数関心領域（ＲＯＩ)Ａの範囲内に、非測定対象であるガンマ線を抽出して抑制するための矩形の計数関心領域Ｂが設定されている。非特許文献１に記載されている発明では、計数関心領域Ａの領域内となる座標面において、計数関心領域Ｂの領域設定を、２次元分布図上でのデータのプロットを見ながら行う手動調整で行っており、誤差を少なくするためには人間の注意力と工夫が必要になる。しかし、非特許文献１の図５に示されるように、ガンマ線のプロット軌跡は非線形であり、中性子によるプロットとの分離を正確に実施することは困難である。【０００７】
即ち、非特許文献１に記載の発明のようなデスクトップサイズのＭＣＡを用いた大型で高価かつ複雑なシステム構成を用いたとしても、従来の技術によっては、ランダムにそれぞれ独立なイベントとして入射するガンマ線と中性子線とを、それぞれの線量がリアルタイムで計数できるように、それぞれの入力波形を弁別することはできない。又、ガンマ線と中性子線の線量をリアルタイムで正確に測定することはできない。
又、非特許文献１では、ガンマ線と中性子線による入力信号が、短い時間間隔内で入射する場合への対応は考慮されておらず、パルス波形分析装置の時定数よりも短い時間間隔内でガンマ線と中性子線による入力信号があった場合にパイルアップを起こすことから、正確なエネルギーが計測できなくなり、精度が下がる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】山崎淳  他１１名著、「Ｃｅ：ＬｉＣａＡｌＦ６シンチレータを用いたパルス波形の弁別を基礎とした中性子／ガンマ線弁別(Neutron-gamma discrimination based on pulse shape discrimination in a Ce:LiCaAlF6 scintillator)」、 ニュークリア・インスツルメンツ・イン・フィジックス・リサーチ、Ａ６５２、２０１１年、ｐ．４３５−４３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記事情を鑑み、本発明は、小型の回路基板上に集積化できるような簡単かつ安価な構成によって、ポータブル化が容易な波形弁別装置、波形弁別方法及び波形弁別プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明者らは、一例として、第１波形を有する任意の強度の物理量のパルスとして、ガンマ線がシンチレータに入射した際の発光による電流波形を、第２波形を有する任意の強度の物理量のパルスとして中性子がシンチレータに入射した際の発光による電流波形に着目した。
即ち、例示的な検討例ではあるが、ガンマ線と中性子とが、同時又は一方がシンチレータに入射した際の発光による電流波形を比較すると、ガンマ線については、立ち上がり部の信号強度と立ち下がり部の減衰強度が線形比例すること、中性子については、非線形関係となる物理現象を応用して、第１波形と第２波形を有する任意の強度の物理量を正確に分離して計数する波形弁別装置、波形弁別方法及び波形弁別プログラムを見いだした。【００１１】
本発明の第１の態様は、(a)被測定パルスの波形を入力し、被測定パルスの物理量を電気信号に変換する波形検出器と、(b)電気信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大して増幅するアナログ増幅器と、(c)電気信号の立ち上がり期間及び立ち下がり期間において、増幅された電気信号を標本化してデジタルデータに変換するＡＤ変換器と、(d)デジタルデータを用いて、立ち上がり期間の特徴量を第１座標軸上の点として計算し、立ち下がり期間の特徴量を第２座標軸上の点として計算し、更に、第１座標軸上の点及び第２座標軸上の点の組を座標点として、第１座標軸と第２座標軸が定義する弁別平面に、座標点をプロットする信号処理回路とを備える波形弁別装置であることを要旨とする。第１の態様に係る波形弁別装置は、座標点のプロット位置から、被測定パルスが第１波形、或いは第１波形とは異なる第２波形であるのかを弁別する。【００１２】
本発明の第２の態様は、(a)被測定パルスの波形を入力し、被測定パルスの物理量を電気信号に変換するステップと、(b)電気信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大して増幅するステップと、(c)電気信号の立ち上がり期間及び立ち下がり期間において、増幅された電気信号を標本化してデジタルデータに変換するステップと、(d)デジタルデータを用いて、立ち上がり期間の特徴量を第１座標軸上の点として計算し、立ち下がり期間の特徴量を第２座標軸上の点として計算するステップと、(e)第１座標軸上の点及び第２座標軸上の点の組を座標点として、第１座標軸と第２座標軸が定義する弁別平面に、座標点をプロットするステップと、(f)座標点のプロット位置から、被測定パルスが第１波形、或いは第１波形とは異なる第２波形であるのか弁別するステップとを含む波形弁別方法であることを要旨とする。【００１３】
本発明の第２の態様で述べた波形弁別方法を実現するためのコンピュータソフトウェアプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に保存し、この記録媒体をコンピュータシステムによって読み込ませることにより、本発明の波形弁別方法を実行することができる。
即ち、本発明の第３の態様は、(a)波形検出器に被測定パルスの波形を入力させ、被測定パルスの物理量を電気信号に変換させる命令と、(b)アナログ増幅器に電気信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大して増幅させる命令と、(c)ＡＤ変換器に電気信号の立ち上がり期間及び立ち下がり期間において、増幅された電気信号を標本化してデジタルデータに変換させる命令と、(d)信号処理回路の差分値計算回路、減衰量計算回路及び差分値積算回路を互いに連携させ、デジタルデータを用いて、立ち上がり期間の特徴量を第１座標軸上の点として計算させ、立ち下がり期間の特徴量を第２座標軸上の点として計算させる命令と、(e)信号処理回路の２次元座標プロット回路に、第１座標軸上の点及び第２座標軸上の点の組を座標点として、第１座標軸と第２座標軸が定義する弁別平面に、座標点をプロットさせる命令と、(f)信号処理回路の波形弁別判定回路に、座標点のプロット位置から、被測定パルスが第１波形、或いは第１波形とは異なる第２波形であるのか弁別させる命令とを含む一連の命令を制御回路に実行させる波形弁別プログラムであることを要旨とする。【００１４】
ここで、「記録媒体」とは、例えばコンピュータの外部メモリ装置、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープなどのプログラムを記録することができるような媒体などを意味する。具体的には、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ，ＭＯディスク、カセットテープ、オープンリールテープなどが「記録媒体」に含まれる。第１の態様に係る波形弁別装置は、装置サイズを小型化することが可能であり、小型化の設計にさいしては、マイクロコントローラユニット（MCU）等の機器組み込み用プロセッサで、第３の態様に係る波形弁別プログラムを格納する記録媒体等の構成を実現することができる。ＭＣＵは当初、搭載メモリの少なさからアセンブリ言語でのみプログラムが組まれていたが、メモリ量やＣＰＵの処理能力が向上すると、開発効率の観点からＣ言語が使われるようになった。ＢＡＳＩＣ言語インタプリタなどの言語処理系が予めＲＯＭに書き込まれた半完成製品も存在し、第３の態様に係る波形弁別プログラムを格納する記録媒体等を実現することが可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、小型の回路基板上に集積化できるような簡単かつ安価な構成によって、ポータブル化が容易な波形弁別装置、波形弁別方法及び波形弁別プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る波形弁別装置の主要部の概略を説明する模式的なブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に係る波形弁別装置に用いられるアナログ増幅器の一例を、より具体的に説明する図である。
【図３】第１の実施の形態に係る波形弁別装置の物理的な実装構造の主要部の概略を、筐体の側壁を透明にして模式的に説明する立体図である。
【図４】図４(a)は、光検出器としての光電子増倍管の出力を５０Ωで終端した場合において、ガンマ線がシンチレータに入射した際に、シンチレータから出射した第１波形の光が光電子増倍管に入射したことによる、光電子増倍管の出力としての第１の電気信号をオシロスコープで観測したパルス波形を示す図である。図４(ｂ)は、光電子増倍管の出力を５０ｋΩで終端した場合において、図４(a)に示した第１の電気信号をオシロスコープで観測したパルス波形を示す図である。
【図５】図４(a)の第１の電気信号のV部で示したパルス波形を時間軸を拡大して示す図であるが、比較のために第２の電気信号のパルス波形も第１の電気信号と時間軸を共通にして示している。
【図６】図６（ａ）は、図５と同様に、図４(a)のV部を時間軸を拡大して示す図で、図６（ｂ）は、比較のために第２の電気信号のパルス波形を、図６（ａ）と時間軸を共通にして示す図である。
【図７】図７（ａ）は、第１の実施の形態に係る波形弁別装置のアナログ増幅器の出力波形を示し、図７（ｂ）は、ＡＤ変換器が図７（ａ）の波形をデジタイズが可能な信号に変換している状態を概念的な理解を補助する模式図である。
【図８】ＡＤ変換器が出力したデジタルデータに対して、図９及び図１０の処理を実行し、立ち上がり期間の特徴量及び立ち下がり期間の特徴量を計算する場合の、演算の内容や前提とする定義を説明するための模式図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る波形弁別方法の基本となる２次元分布の作成方法の一例を説明する概念的なフローチャートである。
【図１０】図９に続く第１の実施の形態に係る２次元分布の作成方法を説明する概念的なフローチャートである。
【図１１】立ち上がり期間の特徴量を第１座標軸上の点、立ち下がり期間の特徴量第２座標軸上の点として、第１座標軸と第２座標軸が定義する弁別平面にプロットすると、ガンマ線（第１波形）と中性子線（第２波形）の分布領域が局在し、分類整理できることを説明する図である。
【図１２】第１の実施の形態に係る波形弁別方法に用いる弁別用の窓部と、弁別用線形方程式を表す直線を説明する図である。
【図１３】第１の実施の形態に係る波形弁別装置を構成する信号処理回路の内部構造を、論理的なハードウェア資源の組み合わせとして概念的に説明する図である。
【図１４】第１の実施の形態に係る波形弁別方法によれば、光検出器の出力としての電気信号の立ち下がり波形に対し、次のパルス信号の立ち上がり波形が重畳するパイルアップが発生した場合でも正しい波高値を取得ができることを説明する図で、ＡＤ変換器における処理の状態を概念的に説明する模式図である。
【図１５】第１の実施の形態に係る波形弁別方法における弁別用の窓部と、弁別用線形方程式を表す直線を用いた処理の流れを説明する概念的なフローチャートである。
【図１６】第１の実施の形態に係る波形弁別方法に用いられる弁別用の窓部と、弁別用線形方程式を表す直線の決定方法を説明する概念的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
又、以下に示す第１の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材料、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１８】
（波形弁別装置の構成）
本発明の第１の実施の形態に係る波形弁別装置は、図１に示すように、被測定パルスの波形を入力し、被測定パルスの物理量を電気信号に変換する波形検出器１２と、波形検出器１２に接続され、電気信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大して増幅するアナログ増幅器１３と、アナログ増幅器１３に接続され、電気信号の立ち上がり期間及び立ち下がり期間において、増幅された電気信号を標本化してデジタルデータに変換するＡＤ変換器１４と、ＡＤ変換器１４に接続され、デジタルデータを用いて、立ち上がり期間の特徴量を第１座標軸上の点として計算し、立ち下がり期間の特徴量を第２座標軸上の点として計算し、更に、第１座標軸上の点及び第２座標軸上の点の組を座標点として、第１座標軸と第２座標軸が定義する弁別平面に、座標点をプロットする信号処理回路１５と、信号処理回路１５に接続された表示装置１６及びデータ記憶装置１８と、波形検出器１２、アナログ増幅器１３、ＡＤ変換器１４、信号処理回路１５及び表示装置１６に接続された制御回路１７と、制御回路１７に接続されたプログラム記憶装置１９とを備える。
【００１９】
なお、図１にはデータ記憶装置１８及びプログラム記憶装置１９が、便宜上、それぞれ単独のハードウェア資源であるかのように図示されているが、現実の物理的ハードウェア資源としては、データ記憶装置１８及びプログラム記憶装置１９が、それぞれ、機能及び規模を異にする複数の記憶装置の集合として構成されている構成を否定するものではない。例えば、データ記憶装置１８は、複数のレジスタ、複数のキャッシュメモリ、主記憶装置、補助記憶装置を含む一群の内から適宜選択された任意の組み合わせとすることも可能である。又、キャッシュメモリは１次キャッシュメモリと２次キャッシュメモリの組み合わせとしてもよく、更に３次キャッシュメモリを備えるヒエラルキーを有しても構わない。
【００２０】
図１に示す波形検出器１２は、被測定パルスとしての第１波形を有する任意の強度のパルスが任意のタイミングで発生して一群の集合を構成した第１のパルス群に含まれる少なくとも１つのパルスを入力し、第１波形に対応した第１の電気信号を逐次出力し、他の被測定パルスとして、第１波形とは異なる第２波形を有する任意の強度のパルスが任意のタイミングで発生して一群の集合を構成した第２のパルス群に含まれる少なくとも１つのパルスを入力し、第２波形に対応した第２の電気信号を逐次出力する。
【００２１】
アナログ増幅器１３は、第１及び第２の電気信号の少なくとも一方を、波形検出器１２から弁別対象信号として入力し、弁別対象信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大するように弁別対象信号の波形を増幅する。アナログ増幅器１３は、被測定パルスとしての第１波形がナノ秒レベルの半値幅のパルスであっても、立ち下がり時間を２μ秒程度以上の長さにとなるように過渡応答特性を示す波形を時間軸に沿って拡大することが好ましい。立ち下がり時間がマイクロ秒レベルになると、ＡＤ変換器１４がデジタルデータを取得するためのサンプリング間隔を長くすることができるので、非常に安価かつ簡単なＡＤ変換器１４が採用可能となる。そして、ＡＤ変換器１４は、弁別対象信号の立ち上がり期間及び立ち下がり期間において、増幅された弁別対象信号を標本化し、それぞれ一定間隔の離散的データを生成し、この離散的データをデジタルデータに変換する。
【００２２】
ＡＤ変換器１４が標本化して生成した離散的なデジタルデータを、信号処理回路１５のデータ取込回路１６２（図１３参照。）が、ＡＤ変換器１４から順次読み込み、データ記憶装置１８に一時的に格納する。更に、信号処理回路１５は、データ記憶装置１８に格納されたデジタルデータを読み出し、立ち下がり期間の特徴量Ｄfを第２座標軸上の点として計算し、立ち上がり期間の特徴量Ｕfを第１座標軸に直交する第１座標軸上の点として計算する。そして、第１座標軸上の点及び第２座標軸上の点の組（Ｕf，Ｄf）を座標点として、図１１に示すように、信号処理回路１５は座標点（Ｕf，Ｄf）を、ＡＤ変換器１４による過渡応答波形の標本化の処理の進行とともに、第１座標軸と第２座標軸が定義する弁別平面にリアルタイムで自動的にプロットする。座標点（Ｕf，Ｄf）を図１１に示す弁別平面にリアルタイムでプロットしているので、データ記憶装置１８は、ＡＤ変換器１４が出力するデジタルデータを一時的に記憶するレジスタとして機能している。
【００２３】
図１１及びこの図１１に続く図１２では、第２座標軸をＸ軸方向としているが、立ち下がり期間の特徴量Ｄfの値は、Ｘ軸方向の右側に進むに従い大きくなる値としてプロットされている。一方、図１１及び図１２では、第１座標軸をＹ軸として表示しているが、立ち上がり期間の特徴量Ｕfの値は、Ｙ軸方向の上側に進むに従い小さくなり、Ｙ軸方向の下側に進むに従い大きくなる値としてプロットされているので、第１座標軸と第２座標軸が定義する弁別平面は第３象限のデカルト座標として定義されている。なお、図１１及び図１２では、第１座標軸をＹ軸、第２座標軸をＸ軸として表示しているが、例示に過ぎず、Ｘ軸とＹ軸のいずれを第１座標軸として選択し、残るいずれを第２座標軸として選択するかは適宜決めてよい。
【００２４】
信号処理回路１５の論理的なハードウェア資源の構成は図１３のように表現される。信号処理回路１５は、マイクロチップとして実装されたマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等が使用可能である。又、信号処理回路１５として、算術演算機能を強化し信号処理に特化したデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）や、メモリや周辺回路を搭載し組込み機器制御を目的としたマイクロコントローラ（マイコン）等を用いてもよい。或いは、現在の汎用コンピュータのメインＣＰＵを信号処理回路１５に用いてもよい。
第１の実施の形態に係る波形弁別装置は、図１１に示す弁別平面上の座標点の分布位置から、弁別対象信号が第１波形を発生源とするのか、或いは第２波形を発生源とするのかをリアルタイムで自動的に弁別することができる。特に、図１１に示す弁別平面に対し、図１２に示すように、弁別用の窓部及び弁別用線形方程式を定義することにより、弁別対象信号が第１波形を発生源とするのか、或いは第２波形を発生源とするのかを、コンピュータソフトウェアの処理にしたがって、リアルタイムで自動的に弁別することができる。
【００２５】
図２及び図３に示す構成は、第１の実施の形態に係る波形弁別装置の具体的応用例に係り、被測定パルスとしての第１波形がガンマ線に固有な放射線−光変換素子１１からの発光波形、他の被測定パルスとしての第２波形が中性子線に固有な放射線−光変換素子１１からの発光波形の場合である。即ち、以後の説明では、第１波形が、ガンマ線が放射線−光変換素子１１に入力されたことに起因する放射線−光変換素子１１からの発光波形、第２波形が、中性子線が放射線−光変換素子１１に入力されたことに起因する放射線−光変換素子１１からの発光波形として例示的に説明する。
即ち、第１の実施の形態に係る波形弁別装置は、図２及び図３に示すように、中性子線及びガンマ線を光に変換する放射線−光変換素子１１と、放射線−光変換素子１１に接続された放射線−光変換素子１１の発光する光を電気信号に変換する光検出器１２ａとを備えている。中性子線及びガンマ線をそれぞれ過渡応答特性の波形が異なる物理量である光に変換する放射線−光変換素子１１としては、表１に示すようなＣｓＬｉＹＣｌ，ＬｉＣａＡｌＦ6，ＬｉＦ／ＺｎＳ，ＬｉＢａＦ3，Ｌｉ6Ｇｄ（ＢＯ3）3等を使用することが可能である。  
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１に示すように、より強い発光のためには発光中心となる元素、例えばＹ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｅｕ，ＴｂやＭｎなどをＣｓＬｉＹＣｌ，ＬｉＣａＡｌＦ6，ＬｉＦ／ＺｎＳ，ＬｉＢａＦ3，Ｌｉ6Ｇｄ（ＢＯ3）3等シンチレータ材料に添加するのが好ましい。例えば、Ｃｅを添加したＬｉＣａＡｌＦ6を放射線−光変換素子１１とする場合は、図５に示すように、放射線−光変換素子１１からの発光の過渡応答特性は、ガンマ線（第１波形）と中性子線（第２波形）とで、立ち上がり特性及び立ち下がり特性がそれぞれ異なる。
図５において、ガンマ線（第１波形）での発光は、数ナノ秒程度の非常に発光時間の短い発光と、先端の鋭いピークに続くブロードな発光をしている。一方、中性子線（第２波形）の発光は、図５に示すように、数百ナノ秒以下程度の比較的発光時間の長い発光に特徴がある。ガンマ線（第１波形）での発光はチェレンコフ発光であると言われている。
【００２８】
表１に示すように、ＣｓＬｉＹＣｌ，ＬｉＣａＡｌＦ6，ＬｉＦ／ＺｎＳ，ＬｉＢａＦ3，Ｌｉ6Ｇｄ（ＢＯ3）3等のシンチレータは、波長１９０〜４５０ｎｍ程度の光を発光するので、放射線−光変換素子１１の発光する光を電気信号に変換する光検出器１２ａとしては、波長１９０〜４５０ｎｍ程度の光を電気信号に変換できる光電子増倍管（ＰＭＴ）、半導体フォトダイオード、フォトダイオードアレイ、ガイガーモード並列読み出しＡＰＤピクセルアレイ等が使用可能である。光検出器１２ａには、第１波形のパルスを入力して第１波形に対応した第１の電気信号が出力され、第２波形のパルスを入力して第２波形に対応した第２の電気信号を出力する特性が要求され、光検出器１２ａの入力と出力に線形性が保たれるデバイス性能が理想である。
【００２９】
図３に示すように、放射線−光変換素子１１は、光検出器１２ａの窓部に貼り付けられ、光検出器１２ａは、筐体２１の上部突出部として構成されている。筐体２１の内部には、光検出器１２ａの出力にケーブル３１ａ，３１ｂを介して接続された回路基板２３と、回路基板２３に搭載され、回路基板２３中の埋め込配線又は表面配線を介して、ケーブル３１ａ，３１ｂに電気的に接続されるアナログ増幅器１３及び高圧電源２２と、回路基板２３にケーブル３２ａ，３２ｂ、３２ｃを介して接続された回路基板２４と、回路基板２４に搭載され、回路基板２４中の埋め込配線又は表面配線を介して、ケーブル３２ａ，３２ｂ、３２ｃに電気的に接続されるＡＤ変換器１４及び信号処理回路１５が内蔵されている。
【００３０】
図３においては、筐体２１は例示的に直方体の形状をなし、筐体２１の１側面の上部には表示装置１６が取り付けられている。筐体２１の形状は、直方体の形状に限定されるものではなく、円筒形等の他の形状でもよく、円筒形の筐体２１であれば、筐体２１の円周面の一部を平坦にして、表示装置１６を埋め込む構造や、一部が筐体２１の円周面から突出するようなトポロジーで取り付けても構わない。
筐体２１の底面には信号処理回路１５の条件を設定する調整つまみ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄが設けられている。筐体２１の底面には孔が設けられ、この孔から、信号処理回路１５に回路基板２４中の埋め込配線又は表面配線を介して接続される通信用ケーブル３３が筐体２１の外部に導かれている。
【００３１】
図３には図示を省略しているが、図１のデータ記憶装置１８及びプログラム記憶装置１９を含むシステム構成は例示に過ぎず、データ記憶装置１８が図３に示したＡＤ変換器１４や信号処理回路１５等の内部構造として存在してもよく、信号処理回路１５の内部メモリとして一部の記憶装置の機能をレジスタ等の形態で分散させ、残余の機能を回路基板２４上に実装される外部メモリにおいて実行させるように、物理的な構造としては、データ記憶装置１８を分散配置してもよい。或いは、回路基板２４上に実装される外部メモリのみをデータ記憶装置１８として備えるような物理的な構成でもよく、通信用ケーブル３３を介して接続された筐体２１の外部に配置されたデータ記憶装置１８を含んでもよい。
【００３２】
同様に、図１のプログラム記憶装置１９についても、信号処理回路１５や制御回路１７等の内部構造として存在してもよく、信号処理回路１５や制御回路１７の内部メモリとしての記憶装置と、外部メモリとしての記憶装置の両方を含むように構成してもよく、外部メモリのみの構成として存在する記憶装置でもよい。
更に、図１の制御回路１７についても、その少なくとも一部の機能を分散させることにより、現実の物理的な構造として制御回路１７を筐体２１の内部構造として存在させてもよい。場合によっては、制御回路１７を信号処理回路１５の内部構造として構成することや、逆に、制御回路１７の内部構造に信号処理回路１５やＡＤ変換器１４を機能ブロック等の形で集積化するような種々の物理的な構造を実現してもよい。
【００３３】
図３に例示したように、第１の実施の形態に係る波形弁別装置は、簡単な構成であるので、装置サイズを小型化することが可能であり、マイクロコントローラユニット（MCU）等の機器組み込み用プロセッサで実現することができる。ＭＣＵは、図１に示したアナログ増幅器１３、ＡＤ変換器１４、信号処理回路１５及び制御回路１７等を含むコンピュータシステムを１つの集積回路に組み込んだものである。ＭＣＵは、自己充足性と低価格性を重視したタイプのマイクロプロセッサと言え、半導体の１チップのみでコンピュータとして機能させるということが可能である。ＭＣＵで構成すれば、汎用ＣＰＵと比較した場合に周辺部品が少なくて済むため、第１の実施の形態に係る波形弁別装置をコンパクトに組み立てるのが容易である。
【００３４】
図２に示すように、光検出器１２ａの出力側にはアナログ増幅器１３の入力端子Ｉが、光検出器１２ａの信号出力端子と基準電位点端子が、各々アナログ増幅器１３の入力端子Ｉと接地間に接続されるような構成で、接続されている。アナログ増幅器１３の入力端子Ｉはアナログ増幅器１３の入力段を構成する第１オペアンプＵ１の非反転入力端子に接続され、アナログ増幅器１３の入力端子Ｉと接地間には入力抵抗Ｒ１が接続されている。入力端子Ｉと光検出器１２ａの出力電流の基準電位とする回路の接地間に接続される入力抵抗Ｒ１の値は、５ｋΩ以上が好ましく、例えば、Ｒ１＝５０ｋΩ〜１ＭΩ程度の大きな値とすること好ましい。通常、アナログ増幅器として用いるオペアンプの入力抵抗（Ｉｍｐ）は、１０Ｍオーム乃至１ＴΩであるので、入力抵抗Ｒ１の最大値は、アナログ増幅器１３の入力段を構成する第１オペアンプＵ１の入力抵抗を考慮して決めればよい。第１オペアンプＵ１の反転入力端子がバイアス補償抵抗Ｒ６を介して接地されている。第１オペアンプＵ１の反転入力端子は更に帰還抵抗Ｒ５を介して第１オペアンプＵ１の出力端子に接続されている。第１オペアンプＵ１の出力端子は更に、伝送抵抗Ｒ２を介して第２オペアンプＵ２の反転入力端子に接続され、第２オペアンプＵ２の反転入力端子は、帰還抵抗Ｒ３を介して第２オペアンプＵ２の出力端子に接続されている。
【００３５】
第２オペアンプＵ２の出力端子は更に、伝送抵抗Ｒ４を介してアナログ増幅器１３の出力段を構成する第３オペアンプＵ３の非反転入力端子に接続され、第３ペアンプＵ２の反転入力端子は第３オペアンプＵ３の出力端子に直結され、第３オペアンプＵ３の出力端子がアナログ増幅器１３の出力端子Oを構成している。
図２に示すようなアナログ増幅器１３の回路を構成することで、第１の実施の形態に係る波形弁別装置では、放射線−光変換素子１１で変換された光を光検出器１２ａで第１又は第２の電気信号に逐次変換し、アナログ増幅器１３にて、第１又は第２の電気信号を、対応する第１又は第２の電圧信号への変換と増幅を行うことができる。
【００３６】
図２においては、入力抵抗Ｒ１の値を、例えば、５０ｋΩ程度の大きな値に設定することにより、光検出器１２ａの出力端子間容量Ｃｐとアナログ増幅器１３の入力抵抗Ｒ１による減衰時定数τ＝Ｒ１・Ｃｐの値を大きな値として、過渡応答波形を時間軸に沿って拡大し、本来弁別したい第２波形（中性子線）と第１波形（ガンマ線）の高周波成分を低周波数帯シフトさせることができる。
図４(a)は、光検出器１２ａの出力を５０Ωで終端した場合において、第１波形（ガンマ線）の光が光検出器１２ａに入射したことにより光検出器１２ａから出力される第１の電気信号のパルス波形である。光検出器１２ａの出力を５０ｋΩで終端した場合は、５０Ωで終端した場合に比して、図４（ｂ）に示すように１０００倍程度に過渡応答波形が時間軸方向に拡大されることが分かる。
【００３７】
図５は、図４(a)の第１の電気信号のV部で示したパルス波形を時間軸を拡大して示す図であるが、比較のために第２の電気信号のパルス波形も時間軸を共通にして示している。図５は、Ｃｅを添加したＬｉＣａＡｌＦ6結晶を放射線−光変換素子（シンチレータ）１１として用い、放射線−光変換素子１１からの発光を光検出器（光電子増倍管）１２ａで検出した場合の第１及び第２の電気信号のパルス波形を示す。
図６（ａ）は、図５と同様に、図４(a)の第１の電気信号のV部で示したパルス波形を時間軸を拡大して示す図である。図６（ａ）に示すように第１波形（ガンマ線）は、半値幅４ｎｓ程度の急峻な立ち上がり／立ち下がり特性を示す尖塔部分と、この尖塔部分が立ち上がったのち再び緩やかな立ち上がり／立ち下がり特性を示す丘状部分の２つの部分を有することが分かる。図６（ｂ）は、図６（ａ）との比較のために、第２の電気信号のパルス波形を、図６（ａ）と時間軸を共通にして示しているが、第２の電気信号には、図６（ａ）に示すような急峻な立ち上がり／立ち下がり特性を示す尖塔部分が存在しないことが分かる。
【００３８】
第１の実施の形態に係る波形弁別装置では、アナログ増幅器１３の入力抵抗Ｒ１の値を５０ｋΩ程度の大きな値に設定して減衰時定数τ＝Ｒ１・Ｃpの値を大きな値としているので、アナログ増幅器１３は、図４(a)の第１の電気信号の過渡応答波形を、図７（ａ）に示すように立ち下がり時間が２μ秒程度以上となるように時間軸に沿って拡大する。即ち、アナログ増幅器１３は、汎用のＡＤ変換器１４が図７（ｂ）に示すようなデジタイズが可能な信号に、第１及び第２の電気信号の少なくとも一方を変換する。
ＡＤ変換器１４は、第１及び第２の電気信号の波高値だけでなく減衰時間の違いを取得することで、ＡＤ変換器１４に接続された信号処理回路１５が、図９及び図１０に示すフローチャートにしたがって、図１２に示すような弁別平面の上に座標点を逐次生成し、２次元分布が作成される。第１座標軸と第２座標軸が定義する２軸間の相関の違いから、図１２に示すように２次元分布の領域が決定され、第１波形（ガンマ線）と第２波形（中性子線）の立ち上がり特性及び立ち下がり特性の違いが判断できるので、第１波形（ガンマ線）と第２波形（中性子線）とを弁別することが可能となる。
【００３９】
図１３に論理的なハードウェア資源の構成を示すように、第１の実施の形態に係る波形弁別装置の信号処理回路１５は、図９及び図１０に示す処理を実行するに先立ち、校正用の波形を波形検出器１２に入力させて、波形の弁別に必要な窓部境界条件を決定する窓部境界条件決定回路１５１、同様に、図９及び図１０に示す処理を実行するに先立ち、校正用の波形を波形検出器１２に入力させて、波形の弁別に必要な線形方程式を決定する線形方程式決定回路１５２と、ＡＤ変換器１４が生成した一定間隔の離散的データの互いに連続する２値間の差分を計算する差分値積算回路１５３と、弁別対象信号の立ち下がり期間において、弁別対象信号の立ち上がり期間において実現された波形のピーク値からの減衰量を計算する減衰量計算回路１５４と、差分値積算回路１５３が出力した差分値を積算する差分値積算回路１５５と、図９及び図１０に示すフローチャートの処理にしたがって得られた座標値を２次元空間にプロットする２次元座標プロット回路１５６と、図９及び図１０に示すフローチャートの処理に伴う演算の進行を判定し、分岐の方向を決定する演算進行判定回路１５７と、２次元空間にプロットされた座標点の分布から波形を弁別して判定する波形弁別判定回路１５８と、波形弁別判定回路１５８が判定した波形点を累積する波形点累積回路１５９と、波形点累積回路１５９が計数した累積数を表示するように命令する累積数表示命令回路１６０と、図１のプログラム記憶装置１９に格納された実行すべき命令を信号処理回路１５がどこまで実行したか、或いは信号処理回路１５が、現在実行しているプログラム記憶装置１９上のアドレスを記憶するプログラムカウンタ１６１と、ＡＤ変換器１４からデータを取込むデータ取込回路１６２と、弁別対象信号のピーク値を決定するピーク値決定回路１６３とを機能ブロックとして備える。
【００４０】
図１３に示すように、窓部境界条件決定回路１５１、線形方程式決定回路１５２、差分値積算回路１５３、減衰量計算回路１５４、差分値積算回路１５５、２次元座標プロット回路１５６、演算進行判定回路１５７、波形弁別判定回路１５８、波形点累積回路１５９、累積数表示命令回路１６０、プログラムカウンタ１６１、データ取込回路１６２、ピーク値決定回路１６３は、データバス１６４を介して互いに接続されている。図１３に示す窓部境界条件決定回路１５１、線形方程式決定回路１５２、差分値積算回路１５３、減衰量計算回路１５４、差分値積算回路１５５、２次元座標プロット回路１５６、演算進行判定回路１５７、波形弁別判定回路１５８、波形点累積回路１５９、累積数表示命令回路１６０、プログラムカウンタ１６１、データ取込回路１６２、ピーク値決定回路１６３は、論理的な機能に着目したハードウェア資源を形式的に表現しているのであって、必ずしも、半導体チップ上に物理的な領域としてそれぞれ独立して存在する機能ブロックを意味するものではないが、現実に存在する構成を否定するものでもない。
【００４１】
図１及び図１３では図示を省略しているが、第１の実施の形態に係る波形弁別装置は、操作者からのデータや命令などの入力を受け付ける入力装置、分別結果を出力する出力装置等を更に備えるようにしてもよい。入力装置はキーボード、マウス、ライトペン又はフレキシブルディスク装置などで構成される。入力装置より波形弁別の実行者は、入出力データを指定したり、波形弁別に必要な個別の数値や許容誤差の値及び誤差の程度を設定したりすることができる。更に、入力装置より出力データの形態等の解析パラメータを設定することも可能で、又、演算の実行や中止等の指示の入力も可能である。又出力装置及び表示装置１６は、それぞれプリンタ装置及びディスプレイ装置等により構成してもよい。
【００４２】
第１の実施の形態に係る波形弁別装置によれば、図１〜図３及び図１３に示したような簡単かつ安価なハードウェア資源で実現可能であるので、波形弁別装置の主要部を小型の回路基板上に集積化して、波形弁別装置の全体の構造を小型化できるので、波形弁別装置のポータブル化が容易であるという効果を奏することができる。
特に、放射線計測応用の分野においては、非特許文献１に記載の発明のシステム構成では、このシステム構成に用いられていた電荷感応型前置増幅器の過渡特性（スルーレート）に起因する計数誤差の問題があった。第１の実施の形態に係る波形弁別装置によれば、電荷感応型前置増幅器に起因した計数誤差の問題を回避することができるという顕著な効果を奏することができる。
【００４３】
（２次元分布の作成）
図９〜図１３を用いて、本発明の第１の実施の形態に係る波形弁別方法の基本となる２次元分布の作成方法を説明する。なお、以下に述べる２次元分布の作成方法は、一例であり、特許請求の範囲に記載した趣旨の範囲内であれば、この変形例を含めて、これ以外の種々の２次元分布の作成方法が実現可能であることは勿論である。
図９のステップＳ１０１において、図１３に示した信号処理回路１５の窓部境界条件決定回路１５１が弁別窓部境界条件を決定し、プログラムカウンタ１６１がプログラム記憶装置１９から次に読み出す命令のアドレスをカウントして、ステップＳ１０２に信号処理回路１５の処理を進める。図９のステップＳ１０２において、図１３に示した信号処理回路１５の線形方程式決定回路１５２が弁別用線形方程式を決定し、プログラムカウンタ１６１がステップＳ１０３に信号処理回路１５の処理を進める。
【００４４】
ステップＳ１０３において、図１３に示した信号処理回路１５の演算進行判定回路１５７が立ち上がり期間の特徴量Ｕｓをリセットし、特徴量Ｕｓ＝０の値を図１３に示したデータ記憶装置１８に格納する。その後、プログラムカウンタ１６１によってステップＳ１０４に信号処理回路１５の処理が進む。ステップＳ１０４において、演算進行判定回路１５７が弁別対象信号の標本値Ｕjをデータ記憶装置１８から読み出し、標本値Ｕjが立ち上がり期間の特徴量の下限識別値ＬＬＤ（Ｕ）より大きいか否かを判定する。図８の例ではｊ＝ｍ−１として、標本値Ｕmが立ち上がり期間の特徴量の下限識別値ＬＬＤ（Ｕ）より大きいか否かを判定する。
【００４５】
図９及び図１０のフローチャートに示した信号処理回路１５の動作は、第１のパルス群に含まれるパルス又は第２のパルス群に含まれるパルスが任意のタイミングで波形検出器１２に入力され、第１及び第２の電気信号の少なくとも一方が、波形検出器１２から弁別対象信号として任意のタイミングで出力されることによりリアルタイムで進行するので、ステップＳ１０４における演算進行判定回路１５７がデータ記憶装置１８に格納された標本値Ｕjを読み出す処理は、データ記憶装置１８を介さずに、ＡＤ変換器１４の出力を直接、演算進行判定回路１５７が取り込むようにしてもよい。
【００４６】
ステップＳ１０４で、標本値Ｕjが立ち上がり期間の特徴量の下限識別値ＬＬＤ（Ｕ）より大きいと判断された場合は、ステップＳ１０５に進み、図１３に示したデータ記憶装置１８に格納する。データ記憶装置１８としては、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）のレジスタ等が使用可能である。ステップＳ１０５では更に、差分値積算回路１５３が、データ記憶装置１８に格納された標本値Ｕj+1を読み出してステップＳ１０６に進む。上述したとおり、信号処理回路１５の動作は、測定と同時にリアルタイムで進行するので、ステップＳ１０５におけるデータ記憶装置１８に格納された標本値Ｕj+1を差分値積算回路１５３が読み出す処理は、データ記憶装置１８を介さずに、波形検出器１２が第１波形又は第２波形を測定したタイミングに対応して、ＡＤ変換器１４から差分値積算回路１５３に標本値Ｕj+1が直接取り込まれるようにできる。
【００４７】
ステップＳ１０４で、標本値Ｕjが立ち上がり期間の特徴量の下限識別値ＬＬＤ（Ｕ）より大きくないと判断された場合は、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、データ記憶装置１８に格納された次の標本値Ｕj+1を新たな標本値Ｕjに置き換え、この新たな標本値Ｕjを演算進行判定回路１５７が取り込み、信号処理回路１５の処理はステップＳ１０４に戻る。
ステップＳ１０６では差分値積算回路１５３が、データ記憶装置１８に格納された標本値Ｕjを読み出し、差分値ΔＵj+1,j＝Ｕj+1−Ｕjを計算し、計算結果を演算進行判定回路１５７に出力する。図８のｊ＝ｍの例では、差分値ΔＵm+1,m＝Ｕm+1−Ｕmを計算し、計算結果を演算進行判定回路１５７に出力する。ステップＳ１０６において、演算進行判定回路１５７は、差分値ΔＵj+1,jが立ち上がり期間の特徴量の下限識別値ＬＬＤ（Ｕ）より大きいか否かを判定する。
【００４８】
ステップＳ１０６で、弁別対象信号の差分値ΔＵj+1,jが立ち上がり期間の特徴量の下限識別値ＬＬＤ（Ｕ）より大きいと判断された場合は、ステップＳ１１１に進み、標本値Ｕj+1及び差分値ΔＵj+1,jをデータ記憶装置１８に格納する。ステップＳ１１１では更に、差分値積算回路１５３が、データ記憶装置１８に格納された標本値Ｕj+2を読み出してステップＳ１１２に進む。信号処理回路１５の動作は、測定と同時にリアルタイムで進行するので、ステップＳ１１１におけるデータ記憶装置１８に格納された標本値Ｕj+2を差分値積算回路１５３が読み出す処理は、データ記憶装置１８を介さずに、第１波形又は第２波形が測定されたタイミングに対応して、ＡＤ変換器１４から差分値積算回路１５３に標本値Ｕj+1が直接取り込まれるようにできる。
【００４９】
ステップＳ１０６で、差分値ΔＵj+1,jが立ち上がり期間の特徴量の下限識別値ＬＬＤ（Ｕ）より大きくないと判断された場合は、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、データ記憶装置１８に格納された次の標本値Uj+2を新たな標本値Ｕj+1に置き換え、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、データ記憶装置１８に格納された標本値Ｕj+1を標本値Ｕjに置き換え、この新たな標本値Ｕjを演算進行判定回路１５７に取り込ませて、ステップＳ１０４に戻る。
【００５０】
ステップＳ１１２で、差分値積算回路１５３が、データ記憶装置１８に格納された標本値Ｕj+1を読み出し、差分値ΔＵj+2,j+1＝Ｕj+2−Ｕj+1を計算し、計算結果を演算進行判定回路１５７に出力する。ステップＳ１１２において、演算進行判定回路１５７は、データ記憶装置１８に格納された差分値ΔＵj+1,jを読み出し、差分値積算回路１５３が出力した差分値ΔＵj+2,j+1が、差分値ΔＵj+1,jより大きいか、又は差分値ΔＵj+2,j+1が正の値であるか否かを判定する。ステップＳ１１２で、差分値ΔＵj+2,j+1が差分値ΔＵj+1,jより大きい又は差分値ΔＵj+2,j+1が正の値であるのいずれかの条件を満足した場合は、差分値ΔＵj+2,j+1を信号処理回路１５の差分値積算回路１５３に出力して、ステップＳ１１３に進む。一方、ステップＳ１１２で、差分値ΔＵj+2,j+1が差分値ΔＵj+1,jより大きい又は差分値ΔＵj+2,j+1が正の値であるのいずれの条件をも満足しない場合は、差分値ΔＵj+2,j+1及び差分値ΔＵj+1,jを、差分値積算回路１５３に並列又は順次出力して、ステップＳ１２１に進む。
【００５１】
ステップＳ１１３では、信号処理回路１５の差分値積算回路１５３が、特徴量Ｕｓ及び差分値ΔＵj+1,jをデータ記憶装置１８から読み出し、Ｕｓ＋ΔＵj+1,j＋ΔＵj+2,j+1の値を計算し、計算結果を新たなＵｓとしてステップＳ１１４に進む。
ステップＳ１１４では、差分値積算回路１５３が、新たな特徴量Ｕｓの値（＝Ｕｓ＋ΔＵj+1,j＋ΔＵj+2 ,j+1）及び標本値Ｕj+2をデータ記憶装置１８に格納する。ステップＳ１１４では、プログラムカウンタ１６１がプログラム記憶装置１９から次に読み出す命令のアドレスをｊ＋２からｊ＋１に戻し、更にデータ記憶装置１８に格納された次の標本値Ｕj+1のアドレスを新たな標本値Ｕjのアドレスに置き換え、新たな標本値Ｕj+1を演算進行判定回路１５７がデータ記憶装置１８から読み出し、ステップＳ１０６に戻る。
【００５２】
ステップＳ１２１では、差分値積算回路１５３が、特徴量Ｕｓをデータ記憶装置１８から読み出し、Ｕｓ＋ΔＵj+1,j＋ΔＵj+2,j+1の値を第１座標軸の値Ｕｆとして計算し、ステップＳ１２２に進む。ステップＳ１２２では、信号処理回路１５のピーク値決定回路１６３が、データ記憶装置１８に格納された標本値Ｕj+1及び標本値Uj+2を読み出し、標本値Ｕj+1と標本値Ｕj+2の大きさを比較する。ピーク値決定回路１６３がＵj+2＞Ｕj+1と判断した場合は、標本値Ｕj+2の値をピーク値Ｕpと判断し、ピーク値Ｕp＝Ｕj+2の値と、差分値積算回路１５３が決定した第１座標軸の値Ｕｆをデータ記憶装置１８に格納し、ステップＳ２０１に進む。ピーク値決定回路１６３がＵj+2＜Ｕj+1と判断した場合は、標本値Ｕj+1の値をピーク値Ｕpと判断し、ピーク値Ｕp＝Ｕj+1の値をデータ記憶装置１８に格納する。更に、差分値積算回路１５３は、ステップＳ１２１で決定した第１座標軸の値ＵｆをＵｆ＝Ｕｓ＋ΔＵj+1,jと補正して、補正したＵｆの値をデータ記憶装置１８に格納し、ステップＳ２０１に進む。
【００５３】
図１０のステップＳ２０１において、演算進行判定回路１５７が立ち下がり期間の特徴量Ｄｓをリセットし、特徴量Ｄｓ＝０の値をデータ記憶装置１８に格納する。その後、プログラムカウンタ１６１がプログラム記憶装置１９から次に読み出す命令のアドレスをカウントして、ステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２において、減衰量計算回路１５４が標本値Ｄjとピーク値Ｕpをデータ記憶装置１８から読み出し、減衰量Ｄdj＝Ｕp−Ｄjを計算し、減衰量Ｄdjを演算進行判定回路１５７に出力する。図８には、例としてｊ＝ｎの場合についての定義が示され、減衰量Ｄdn＝Ｕp−Ｄnが、ピーク値Ｕp＝Ｕmaxに対して計算されることが示されている。
【００５４】
なお、信号処理回路１５の動作は、波形検出器１２による測定と同時にリアルタイムで進行するので、ステップＳ２０２におけるデータ記憶装置１８に格納された標本値Ｄjを減衰量計算回路１５４が読み出す処理は、データ記憶装置１８を介さずに、第１波形又は第２波形が測定されたタイミングに対応して、ＡＤ変換器１４から減衰量計算回路１５４に標本値Ｄjが直接取り込まれるようにできる。
演算進行判定回路１５７は、ステップＳ２０２において、減衰量Ｄdjが立ち下がり期間の特徴量の下限識別値ＬＬＤ（Ｄ）より大きいか否かを判定する。ステップＳ２０２で、減衰量Ｄdjが立ち下がり期間の特徴量の下限識別値ＬＬＤ（Ｄ）より大きいと判断された場合は、ステップＳ２０３に進み、減衰量Ｄdjをデータ記憶装置１８に格納する。
【００５５】
ステップＳ２０３では更に、減衰量計算回路１５４が標本値Ｄj+1とピーク値Ｕpをデータ記憶装置１８から読み出し、減衰量Ｄdj+1＝Ｕp−Ｄj+1を計算し、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０３におけるデータ記憶装置１８に格納された標本値Ｄj+1を減衰量計算回路１５４が読み出す処理は、データ記憶装置１８を介さずに、第１波形又は第２波形が測定されたタイミングに対応して、ＡＤ変換器１４から減衰量計算回路１５４に標本値Ｄj+1が直接取り込まれるようにできる。
ステップＳ２０２で、減衰量Ｄdjが立ち下がり期間の特徴量の下限識別値ＬＬＤ（Ｄ）より大きくないと判断された場合は、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、データ記憶装置１８に格納された次の標本値Ｄj+1を新たな標本値Ｄjに置き換え、この新たな標本値Ｄjを減衰量計算回路１５４が取り込み、信号処理回路１５の処理はステップＳ２０２に戻る。
【００５６】
ステップＳ２０４では差分値積算回路１５３が、データ記憶装置１８に格納された減衰量Ｄdjを読み出し、減衰量の差分値ΔＤj+1,j＝Ｄdj+1−Ｄdjを計算し、計算結果を演算進行判定回路１５７に出力する。ステップＳ２０４において、演算進行判定回路１５７は、減衰量の差分値ΔＤj+1,jが立ち下がり期間の特徴量の下限識別値ＬＬＤ（Ｄ）より大きいか否か、又は減衰量Ｄdj+1が減衰量Ｄdjより大きいか否か、を判定する。
ステップＳ２０４で、減衰量の差分値ΔＤj+1,jが立ち下がり期間の特徴量の下限識別値ＬＬＤ（Ｄ）より大きいと判断、又は減衰量Ｄdj+1が減衰量Ｄdjより大きいと判断された場合は、ステップＳ２１１に進み、減衰量Ｄdj+1及び減衰量の差分値ΔＤj+1,jをデータ記憶装置１８に格納する。ステップＳ２１１では更に、減衰量計算回路１５４が標本値Ｄj+2とピーク値Ｄpをデータ記憶装置１８から読み出し、減衰量Ｄdj+2＝Ｕp−Ｄj+2を計算し、ステップＳ２１２に進む。ステップＳ２１１におけるデータ記憶装置１８に格納された標本値Ｄj+2を減衰量計算回路１５４が読み出す処理は、第１波形又は第２波形が測定されたタイミングでＡＤ変換器１４から減衰量計算回路１５４に標本値Ｄj+2が、データ記憶装置１８を介さずに直接取り込まれるようにすることもできる。
【００５７】
ステップＳ２０４で、減衰量の差分値ΔＤj+1,jが立ち下がり期間の特徴量の下限識別値ＬＬＤ（Ｄ）より大きくないと判断、又は減衰量Ｄdj+1が減衰量Ｄdjより大きくないと判断された場合は、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、データ記憶装置１８に格納された次の標本値Ｄj+２を新たな標本値Ｄj+1に置き換え、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、データ記憶装置１８に格納された標本値Ｄj+1を標本値Ｄjに置き換え、この新たな標本値Ｄjを減衰量計算回路１５４に取り込ませて、ステップＳ２０２に戻る。
ステップＳ２１２では、差分値積算回路１５３が、減衰量の差分値ΔＤj+2,j＝Ｄdj+2−Ｄdj+1を計算し、減衰量の差分値ΔＤj+2,j+1が減衰量の差分値ΔＤj+1,jより大きいか否か、又は減衰量Ｄdj+2が減衰量Ｄdj+1より大きいか否かを判定する。ステップＳ２１２で、減衰量の差分値ΔＤj+2,j+1が減衰量の差分値ΔＤj+1,jより大きい又は減衰量Ｄdj+2が減衰量Ｄdj+1より大きいか、のいずれかの条件を満足した場合は、減衰量の差分値ΔＤj+2,j+1を差分値積算回路１５３に出力して、ステップＳ２１３に進む。
【００５８】
一方、ステップＳ２１２で、減衰量の差分値ΔＤj+2,j+1が減衰量の差分値ΔＤj+1,jより大きい又は減衰量Ｄdj+2が減衰量Ｄdj+1より大きいか、のいずれの条件をも満足しない場合は、減衰量の差分値ΔＤj+2,j+1及びΔＤj+1,jを差分値積算回路１５３に並列又は順次出力して、ステップＳ２２１に進む。
ステップＳ２１３では、差分値積算回路１５３が、特徴量Ｄｓ及び減衰量の差分値ΔＤj+1,jをデータ記憶装置１８から読み出し、Ｄｓ＋ΔＤj+1,j＋ΔＤj+2,j+1の値を計算し、計算結果を新たなＤｓとしてステップＳ２１４に進む。ステップＳ２１４では、差分値積算回路１５３が、新たな特徴量Ｄｓの値（＝Ｄｓ＋ΔＤj+1,j＋ΔＤj+2,j+1）及び減衰量Ｄdj+2をデータ記憶装置１８に格納する。ステップＳ２１４では、プログラムカウンタ１６１がプログラム記憶装置１９から次に読み出す命令のアドレスをｊ＋２からｊ＋１に戻し、更にデータ記憶装置１８に格納された次の減衰量Ｄdj+1のアドレスを新たな減衰量Ｄdjのアドレスに置き換え、新たな標本値Ｄj+1を減衰量計算回路１５４がデータ記憶装置１８から読み出し、ステップＳ２０４に戻る。
【００５９】
ステップＳ２２１では、差分値積算回路１５３が、特徴量Ｄｓをデータ記憶装置１８から読み出し、Ｄｓ＋ΔＤj+1,j＋ΔＤj+2,j+1の値を第２座標軸の値Ｄｆとして計算し、第２座標軸の値Ｄｆをデータ記憶装置１８に格納して、ステップＳ２２２に進む。
ステップＳ２２２では、信号処理回路１５の２次元座標プロット回路１５６が、第２座標軸の値Ｄｆと第１座標軸の値Ｕｆとの組からなる座標（Ｕf，Ｄf）を示す点を、図１２に示したような、第１座標軸と第２座標軸が定義する弁別平面にプロットする。座標（Ｕf，Ｄf）が弁別平面にプロットされたら、ステップＳ１０３に戻り、立ち上がり期間の特徴量Ｕｓをリセットする。ステップＳ１０３に戻ると、プログラムカウンタ１６１が信号処理回路１５が、クロック信号に同期させて、図９及び図１０に示すフローチャートに示された処理を時々刻々を実行させる。次の第１のパルス群に含まれるパルス又は第２のパルス群に含まれるパルスが波形検出器１２に入力され、第１及び第２の電気信号の少なくとも一方が、波形検出器１２から弁別対象信号として出力されることにより、２次元座標プロット回路１５６が、第１座標軸の値Ｕｆと第２座標軸の値Ｄｆとの組からなる座標（Ｕf，Ｄf）を示す新たな点を、図１２に示したような、第１座標軸と第２座標軸が定義する弁別平面にプロットする。
【００６０】
第１の実施の形態に係る波形弁別方法によれば、パルス波形の立ち下がり期間において信号強度がベースラインに落ちる前に、ガンマ線や中性子線の放射線−光変換素子１１に対する入力があり、図１４に示すように、光検出器１２ａから出力される電気信号の立ち下がり波形に対し、次のパルス信号の立ち上がり波形が重畳するパイルアップが発生した場合も正しい波高値を取ることができる。
即ち、パイルアップが発生し、ステップＳ２１２で減衰量Ｄdj+2が減衰量Ｄdj+1より小さいと判断された場合は、ステップＳ２２１及びステップＳ２２２を経由してステップＳ１０３に戻る。図１４に示すようなパイルアップが発生した場合は、ステップＳ１０３において、演算進行判定回路１５７が立ち上がり期間の特徴量Ｕｓをリセットし（Ｕｓ＝０）、ステップＳ１０４に信号処理回路１５の処理が進むことによりパイルアップ箇所の波形が測定できる。
【００６１】
図１４では、立ち下がり波形に対し、２箇所でパイルアップが発生した場合が示されているが、パイルアップが発生すると、その都度、ステップＳ２１２で、パイルアップが発生したと判断できるので、ステップＳ２２１及びステップＳ２２２を経由してステップＳ１０３に戻り、ステップＳ１０３において、演算進行判定回路１５７が立ち上がり期間の特徴量Ｕｓをリセットし（Ｕｓ＝０）、ステップＳ１０４以降の一連のステップが実行されることにより、連続したパイルアップが発生した場合であっても正しい波形を計測することができる。
【００６２】
既に述べたとおり、第１の実施の形態に係る波形弁別装置の特徴の一つは、図１に示したアナログ増幅器１３が、波形検出器１２から出力される弁別対象信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大するように増幅することにある。弁別対象信号の立ち下がり時間を時間軸に沿って拡大することにより、ＡＤ変換器１４がデジタルデータを取得するためのサンプリング間隔を長くすることができるので、第１の実施の形態に係る波形弁別装置によれば、非常に安価かつ簡単なＡＤ変換器１４が採用可能となる。しかしながら、立ち下がり時間を時間軸に沿ってあまり拡大しすぎると、被測定パルスの物理量の特性によっては、図１４に示すようなパイルアップの確率が高くなり、パイルアップの間隔が短くなりすぎて、波形弁別に必要な標本値がとれなくなり精度が低下する恐れもある。したがって、図２に示したアナログ増幅器１３の入力端子Ｉと接地間に接続する入力抵抗Ｒ１の値は、５ｋΩ〜１ＭΩ程度範囲内で、被測定パルスの物理量の特性に合わせて適宜選択し、最適値に調整すればよい。この入力抵抗Ｒ１の値の調整は、図３に示した筐体２１の底面に設けられた調整つまみ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄと同様な入力抵抗調整つまみを更に設け、入力抵抗Ｒ１の値を可変にして、被測定パルスの物理量の特性をみながら調整するようにして、汎用性を高めるようにしてもよい。
そして、第１の実施の形態に係る波形弁別方法を実現するための波形弁別装置の構成は、図１〜図３及び図１３に示したような簡単かつ安価なハードウェア資源を基礎としているので、結果として、測定に必要な費用も安価にできる。又、測定に用いる波形弁別装置を小型の回路基板上に集積化してポータブル化が容易であるので、作業性が向上するという顕著な効果を奏することができる。
【００６３】
（パルスの波形の弁別）
信号処理回路１５の波形点累積回路１５９は、図１０のステップＳ２２２から図９のステップＳ１０３に戻る帰還ループを、信号処理回路１５を駆動する電源が入っている限り、継続的に繰り返す。図９及び図１０に示す一連のフローに沿ったループの繰り返しに応じて、新たな点が弁別平面上に逐次累積されるので、弁別平面には多数の座標点が、第１のパルス群に含まれるパルスの波形であるのか、又は第２のパルス群に含まれるパルスの波形であるのかに依拠して、局在してプロットされる。図１２に示すように、弁別平面上に複数の座標点が局在した領域に分布するので、図１５に示すフローチャートにしたがって、局在した領域を分類し、解析することにより、第１のパルス群に含まれるパルスの波形であるのか、第２のパルス群に含まれるパルスの波形であるのかが、弁別できる。  
【００６４】
先ず、図１５のステップＳ３０１において、図１３に示した信号処理回路１５の波形弁別判定回路１５８が座標点の位置が弁別用の窓部の内部に位置するか否かを判定する。弁別用の窓部は図１２においては、第２座標軸であるＸ軸に沿って立ち下がり期間の特徴量Ｄｆの下限識別値ＬＬＤ（Ｄ）と立ち下がり期間の特徴量Ｄｆの上限識別値ＵＬＤ（Ｄ）が定められ、第１座標軸であるＹ軸に沿って立ち上がり期間の特徴量Ｕｆの下限識別値ＬＬＤ（Ｕ）と立ち上がり期間の特徴量Ｕｆの上限識別値ＵＬＤ（Ｕ）が定められる。これらの下限識別値ＬＬＤ（Ｄ）、上限識別値ＵＬＤ（Ｄ）、下限識別値ＬＬＤ（Ｕ）及び上限識別値ＵＬＤ（Ｕ）は、それぞれ図１６に示す手順で予め決定しておき、それぞれデータ記憶装置１８に格納しておき、窓部の位置を決定する際にデータ記憶装置１８から読み出せばよい。即ち、図１２においては、データ記憶装置１８に格納されたデータをそれぞれ用いて、第２座標軸に垂直で、第２座標軸に対する切片がＬＬＤ（Ｄ）とＵＬＤ（Ｄ）の２本の平行な直線（縦線）と、第１座標軸に垂直で、第１座標軸に対する切片が値ＬＬＤ（Ｕ）とＵＬＤ（Ｕ）である２本の平行な直線（水平線）で囲まれる矩形領域で弁別用の窓部が定義される。
【００６５】
ステップＳ３０１においては、第１座標軸の値Ｕｆと第２座標軸の値Ｄｆとの組で定義される座標点（Ｕf，Ｄf）の分布が、弁別用の窓部の内部に位置するか否かを波形弁別判定回路１５８が判断する。ステップＳ３０１で座標点（Ｕf，Ｄf）の分布が、弁別用の窓部の内部に位置しないと判断された場合は、波形弁別判定回路１５８は、ステップＳ３０４において、波形検出器１２から出力された弁別対象信号が第１波形を発生源とする信号であると判断する。一方、ステップＳ３０１において、座標点（Ｕf，Ｄf）の分布が、弁別用の窓部の内部に位置すると判断された場合は、ステップＳ３０２に進む。
ステップＳ３０２においては、第１座標軸の値Ｕｆと第２座標軸の値Ｄｆとの組で定義される座標点（Ｕf，Ｄf）の分布が、弁別用線形方程式を表す直線よりも第２座標軸側の領域に存在するか否かを波形弁別判定回路１５８が判断する。弁別用線形方程式は図１２に示すように傾きａ、第１座標軸の切片ｂの１次関数で表現される。
【００６６】
これらの弁別用線形方程式の傾きａ及び切片ｂの値は、それぞれ、図１６に示す手順で予め決定しておき、データ記憶装置１８に格納しておき、窓部の位置を決定する際にデータ記憶装置１８から読み出せばよい。即ち、図１２においては、データ記憶装置１８に格納された傾きａ及び切片ｂの値を用いて、弁別用線形方程式が弁別平面上に定義される。
ステップＳ３０１で座標点（Ｕf，Ｄf）の分布が、弁別用線形方程式を表す直線よりも第２座標軸側に位置しないと判断された場合は、波形弁別判定回路１５８は、ステップＳ３０４において、波形検出器１２から出力された弁別対象信号が第１波形を発生源とする信号であると判断する。一方、ステップＳ３０１において、座標点（Ｕf，Ｄf）の分布が、弁別用線形方程式を表す直線よりも第２座標軸側に位置すると判断された場合は、ステップＳ３０３に進み、波形弁別判定回路１５８は、波形検出器１２から出力された弁別対象信号が第２波形を発生源とする信号であると判断する。
【００６７】
このように、図１５に示すフローチャートにしたがって、第１のパルス群に含まれるパルスの波形であるのか、第２のパルス群に含まれるパルスの波形であるのかを座標点（Ｕf，Ｄf）の分布位置によって弁別することにより、波形点累積回路１５９は、第１波形に対応した座標の累積数及び第１波形に対応した座標の累積数をそれぞれ計数することができる。
波形点累積回路１５９が累積し、計数した第１波形及び第２波形にそれぞれ対応した座標の累積数は、信号処理回路１５の累積数表示命令回路１６０が、図１及び図３に示す表示装置１６に対し、表示命令及び表示に必要なデータを送信することによって、表示装置１６に表示させることができる。
【００６８】
（弁別用窓部及び弁別用線形方程式の決定）
本発明者らは、一例としてガンマ線と中性子線の波形を互いに分離する第１の実施の形態に係る波形弁別方法の応用において、図１１に示すように、ガンマ線の立ち上がり特徴量Ｕfとガンマ線の立ち下がり特徴量Ｄfとが線形比例することを見いだした。一方、図１１に示すように、中性子線の立ち上がり特徴量Ｕfとガンマ線の立ち下がり特徴量Ｄfとの間にも、ガンマ線の場合に比すと弱いが、その座標点の分布領域のトポロジーには同様な線形比例の関係が認められることを見いだした。ガンマ線の立ち上がり特徴量Ｕfと立ち下がり特徴量Ｄfとの強い線形比例関係を、予め弁別用線形方程式Ｕf＝ａＤf＋ｂとして求めておくことにより、第１波形と第２波形とが正確に弁別できる。
【００６９】
先ず、図１６のステップＳ４０１において、波形が既知の校正用となる第２のパルス群に含まれるパルスを波形検出器１２に入力させる。波形検出器１２から出力される第２の電気信号は逐次、波形検出器１２から弁別対象信号として出力され、アナログ増幅器１３が弁別対象信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大し、ＡＤ変換器１４が増幅された弁別対象信号を標本化し、デジタルデータに変換する。ステップＳ４０１では、図１３に示した信号処理回路１５の窓部境界条件決定回路１５１に、このようにして校正用第２波形を発生源とするデジタルデータがリアルタイムで逐次、複数個入力され、複数の校正用第２波形が計測されると、ステップＳ４０２に進む。
【００７０】
ステップＳ４０２において、窓部境界条件決定回路１５１は、複数の校正用第２波形にそれぞれ対応して波形検出器１２から出力された複数の第２の電気信号について、その立ち上がり期間のピーク値を、ＡＤ変換器１４が逐次変換したデジタルデータを用いて、統計処理により探索し、ステップＳ４０３に進む。
ステップＳ４０２において探索された立ち上がり期間のピーク値を用いて、ステップＳ４０３では、窓部境界条件決定回路１５１が、立ち下がり期間の特徴量Ｄｆの下限識別値ＬＬＤ（Ｄ）、立ち下がり期間の特徴量Ｄｆの上限識別値ＵＬＤ（Ｄ）、立ち上がり期間の特徴量Ｕｆの下限識別値ＬＬＤ（Ｕ）及び立ち上がり期間の特徴量Ｕｆの上限識別値ＵＬＤ（Ｕ）を決定する。ステップＳ４０３において決定されたＬＬＤ（Ｄ），ＵＬＤ（Ｄ），ＬＬＤ（Ｕ）及びＵＬＤ（Ｕ）の値は、ステップＳ４０４において、データ記憶装置１８に格納される。
【００７１】
その後、プログラムカウンタ１６１によって信号処理回路１５の処理がステップＳ４１１に進む。ステップＳ４１１において、波形が既知の校正用となる第１のパルス群に含まれるパルスを波形検出器１２に入力させ、複数の校正用第１波形が計測される。ステップＳ４１２において、波形検出器１２から出力される第１の電気信号は逐次、波形検出器１２から弁別対象信号として出力され、アナログ増幅器１３が弁別対象信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大し、ＡＤ変換器１４が増幅された弁別対象信号を標本化し、デジタルデータに変換する。そして図９及び図１０に示したフローチャートにしたがって、ステップＳ４１２において、立ち上がり特徴量Ｕf、立ち下がり特徴量Ｄfがそれぞれ算出される。  
【００７２】
更に、図９及び図１０に示したフローチャートにしたがって、ステップＳ４１３において、座標点（立ち上がり特徴量Ｕf、立ち下がり特徴量Ｄf）がそれぞれ算出され、図１１に示したのと同様に、複数個の座標点が弁別平面にプロットされる。その後、プログラムカウンタ１６１によって信号処理回路１５の処理がステップＳ４１４に進む。ステップＳ４１４において、信号処理回路１５の線形方程式決定回路１５２が、弁別平面上にプロットされた座標点の分布から弁別用線形方程式Ｕ＝ａＤ＋ｂの平均傾きａを算出する。
その後、プログラムカウンタ１６１によって信号処理回路１５の処理がステップＳ４１５に進む。ステップＳ４１５において、線形方程式決定回路１５２が、弁別用線形方程式の切片ｂを決定する。線形方程式決定回路１５２は、ステップＳ４１６において、弁別用線形方程式Ｕ＝ａＤ＋ｂの平均傾きａ及び切片ｂの値をデータ記憶装置１８に格納する。
【００７３】
（波形弁別プログラム）
図９、図１０，図１５及び図１６に示した一連の波形弁別の操作は、図９、図１０，図１５及び図１６と等価なアルゴリズムを実行させるプログラムにより、図１に示した波形弁別装置を制御して実行できる。この波形弁別プログラムは、図１に示したプログラム記憶装置１９に記憶させればよい。又、この波形弁別プログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に保存し、この記録媒体をプログラム記憶装置１９に読み込ませることにより、第１の実施の形態に係る一連の波形弁別の操作を実行することができる。
ここで、「コンピュータ読取り可能な記録媒体」とは、例えばマイクロプロセッサの外部メモリ装置、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープなどの種々のプログラムを記録することができるような媒体であれば構わない。具体的には、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ，ＭＯディスク、カセットテープ、オープンリールテープなどが「コンピュータ読取り可能な記録媒体」に含まれる。
【００７４】
即ち、第１の実施の形態に係る波形弁別プログラムは：
(a)波形検出器１２に被測定パルスの波形を入力させ、被測定パルスの物理量を電気信号に変換させる命令；
(b)アナログ増幅器１３に電気信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大して増幅させる命令；
(c)ＡＤ変換器１４に電気信号の立ち上がり期間及び立ち下がり期間において、増幅された電気信号を標本化してデジタルデータに変換させる命令；
(d)信号処理回路１５の差分値計算回路１５３、減衰量計算回路１５４及び差分値積算回路１５５を互いに連携させ、デジタルデータを用いて、立ち上がり期間の特徴量Ｕfを第１座標軸上の点として計算させ、立ち下がり期間の特徴量Ｄfを第２座標軸上の点として計算させる命令；
(e)信号処理回路１５の２次元座標プロット回路１５６に、第１座標軸上の点及び第２座標軸上の点の組を座標点として、第１座標軸と第２座標軸が定義する弁別平面に、座標点をプロットさせる命令；
(f)信号処理回路１５の波形弁別判定回路１５８に、座標点のプロット位置から、被測定パルスが第１波形、或いは第１波形とは異なる第２波形であるのか弁別させる命令等を含む一連の命令を、図１に示した制御回路１７に実行させる波形弁別プログラムである。
【００７５】
第１の実施の形態に係る波形弁別装置の制御回路１７や信号処理回路１５は、例えばフレキシブルディスク装置（フレキシブルディスクドライブ）及び光ディスク装置（光ディスクドライブ）を内蔵若しくは外部接続するように構成できる。フレキシブルディスクドライブに対してはフレキシブルディスクを、又光ディスクドライブに対してはＣＤ−ＲＯＭをその挿入口から挿入し、所定の読み出し操作を行うことにより、これらの記録媒体に格納された波形弁別プログラムを波形弁別装置を構成するプログラム記憶装置１９にインストールすることができる。更に、インターネット等の情報処理ネットワークを介して、この波形弁別プログラムをプログラム記憶装置１９に格納することが可能である。
【００７６】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
既に述べた第１の実施の形態の説明においては、第１波形がガンマ線に固有な放射線−光変換素子１１からの発光波形、第２波形が中性子線に固有な放射線−光変換素子１１からの発光波形の場合において、波形検出器１２が第１波形の光パルスを入力して第１の電気信号を出力し、第２波形の光パルスを入力して第２の電気信号を出力する光検出器である場合について例示的に説明したが、第１の実施の形態の説明に限定されるものではない。例えば、波形検出器１２が第１波形を有する音波を入力して第１の電気信号を出力し、第２波形を有する音波を入力して第２の電気信号を出力する音響電気変換素子であっても構わない。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、互いに波形の異なる２つのパルス波形を弁別する波形弁別装置、波形弁別方法及び波形弁別プログラムであって、例えば、原子力発電等に用いられる自然界には存在しない放射性物質から生じるガンマ線と中性子を正確に分離するために利用することができる。又、例えば超音波探傷において伝播時間による計測では見いだせない異物質によるエコーを互いに波形の異なる２つのエコーパルス波形を弁別する手段を提供して明確に分離する産業上の利用価値がある。
【符号の説明】
【００７８】
１１…光変換素子
１２…波形検出器
１２ａ…光検出器
１３…アナログ増幅器
１４…ＡＤ変換器
１５…信号処理回路
１６…表示装置
１７…制御回路
１８…データ記憶装置
１９…プログラム記憶装置
２１…筐体
２２…高圧電源
２３…回路基板
２４…回路基板
３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ…ケーブル
３３…通信用ケーブル
１５１…窓部境界条件決定回路
１５２…線形方程式決定回路
１５３…差分値積算回路
１５４…減衰量計算回路
１５５…差分値積算回路
１５６…２次元座標プロット回路
１５７…演算進行判定回路
１５８…波形弁別判定回路
１５９…波形点累積回路
１６０…累積数表示命令回路
１６１…プログラムカウンタ
１６２…データ取込回路
１６３…ピーク値決定回路
１６４…データバス
【図１】
2015128905.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2015128905.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月5日(2015.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定パルスの波形を入力し、前記被測定パルスの物理量を電気信号に変換する波形検出器と、
前記電気信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大して増幅するアナログ増幅器と、
前記電気信号の立ち上がり期間及び立ち下がり期間において、増幅された前記電気信号を標本化してデジタルデータに変換するＡＤ変換器と、
前記立ち上がり期間の互いに連続する２つの前記デジタルデータの差分値を計算することにより前記立ち上がり期間の特徴量を第１座標軸上の点として計算し、前記立ち下がり期間の特徴量を第２座標軸上の点として計算し、更に、前記第１座標軸上の点及び前記第２座標軸上の点の組を座標点として、前記第１座標軸と前記第２座標軸が定義する弁別平面に前記座標点をプロットする信号処理回路と、
を備え、前記座標点のプロット位置から、前記被測定パルスが第１波形、或いは前記第１波形とは異なる第２波形であるのか弁別することを特徴とする波形弁別装置。
【請求項２】
中性子線とガンマ線とで発光特性が異なり、前記中性子線及び前記ガンマ線を光に変換する放射線−光変換素子を更に含み、
前記波形検出器は、前記光を電気信号に変換する光検出器であることを特徴とする請求項１に記載の波形弁別装置。
【請求項３】
前記放射線−光変換素子は、ＣｓＬｉＹＣｌ，ＬｉＣａＡｌＦ６，ＬｉＦ／ＺｎＳ，ＬｉＢａＦ３，Ｌｉ６Ｇｄ（ＢＯ３）３のいずれかを材料とするシンチレータであることを特徴とする請求項２に記載の波形弁別装置。
【請求項４】
前記波形検出器は、波長１９０〜４５０ｎｍの光を電気信号に変換する光検出器でることを特徴とする請求項２又は３に記載の波形弁別装置。
【請求項５】
前記光検出器は、光電子増倍管、半導体フォトダイオード、フォトダイオードアレイ、ガイガーモード並列読み出しＡＰＤピクセルアレイのいずれかであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の波形弁別装置。
【請求項６】
前記光検出器は光電子増倍管であり、該光電子増倍管の信号出力端子と基準電位点端子が、各々前記アナログ増幅器の入力端子と接地間に接続され、更にアナログ増幅器の入力端子と接地間に５ｋΩ以上の入力抵抗が接続されていることを特徴とする請求項５に記載の波形弁別装置。
【請求項７】
前記アナログ増幅器は、前記電気信号の立ち下がり時間が２μ秒以上になるように、前記電気信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の波形弁別装置。
【請求項８】
前記信号処理回路は、予め波形が既知の校正用物理量を前記波形検出器に入力することによって、前記弁別平面上に定めた弁別用の窓部の内部に前記座標点のプロット位置が存在するか否かを判定する波形弁別判定回路を含むことを特徴とする請求項７に記載の波形弁別装置。
【請求項９】
前記波形弁別判定回路は、立ち下がり期間の特徴量の下限識別値、立ち下がり期間の特徴量の上限識別値、立ち上がり期間の特徴量の下限識別値及び立ち上がり期間の特徴量の上限識別値で囲まれた矩形の領域を前記弁別用の窓部とすることを特徴とする請求項８に記載の波形弁別装置。
【請求項１０】
前記波形弁別判定回路は、前記弁別用の窓部の内部に前記座標点のプロット位置が存在しない判定された場合、前記被測定パルスが前記第１波形であると判別し、
前記弁別用の窓部の内部に前記座標点のプロット位置が存在すると判定された場合、前記被測定パルスが弁別用線形方程式を表す直線よりも第２座標軸側の領域に存在するか否かを判定することを特徴とする請求項８又は９に記載の波形弁別装置。
【請求項１１】
前記信号処理回路は、差分値計算回路を更に含み、前記差分値の計算を前記差分値計算回路で実行することを特徴とする請求項９〜１０のいずれか１項に記載の波形弁別装置。
【請求項１２】
前記信号処理回路は、前記差分値を積算して前記立ち上がり期間の特徴量を決定計算する差分値積算回路を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の波形弁別装置。
【請求項１３】
前記信号処理回路は、前記立ち上がり期間のピーク値と前記立ち下がり期間の前記デジタルデータの差分により、前記立ち下がり期間の減衰量を計算する減衰量計算回路を更に含むこことを特徴とする請求項１２に記載の波形弁別装置。
【請求項１４】
前記差分値計算回路は、前記立ち下がり期間の互いに連続する２つの前記減衰量の差分値を計算することを特徴とする請求項１３に記載の波形弁別装置。
【請求項１５】
前記差分値積算回路は、前記減衰量の差分値を積算して前記立ち下がり期間の特徴量を決定することを特徴とする請求項１４に記載の波形弁別装置。
【請求項１６】
被測定パルスの波形を入力し、前記被測定パルスの物理量を電気信号に変換するステップと、
前記電気信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大して増幅するステップと、
前記電気信号の立ち上がり期間及び立ち下がり期間において、増幅された前記電気信号を標本化してデジタルデータに変換するステップと、
前記デジタルデータを用いて、前記立ち上がり期間の特徴量を第１座標軸上の点として計算し、前記立ち下がり期間の特徴量を第２座標軸上の点として計算するステップと、
前記第１座標軸上の点及び前記第２座標軸上の点の組を座標点として、前記第１座標軸と前記第２座標軸が定義する弁別平面に、前記座標点をプロットするステップと、
前記座標点のプロット位置から、前記被測定パルスが第１波形、或いは前記第１波形とは異なる第２波形であるのか弁別するステップと、
を含み、前記立ち上がり期間の特徴量を計算するステップは、前記立ち上がり期間の互いに連続する２つの前記デジタルデータの差分値を計算する段階を含むことを特徴とする波形弁別方法。
【請求項１７】
前記弁別するステップでは、予め波形が既知の校正用物理量を入力して測定することによって、前記弁別平面上に定めた弁別用の窓部の内部に前記座標点のプロット位置が存在するか否かを判定することにより、前記第１波形と前記第２波形が弁別されることを特徴とする請求項１６に記載の波形弁別方法。
【請求項１８】
前記弁別用の窓部は立ち下がり期間の特徴量の下限識別値、立ち下がり期間の特徴量の上限識別値、立ち上がり期間の特徴量の下限識別値及び立ち上がり期間の特徴量の上限識別値で囲まれた矩形の領域であることを特徴とする請求項１７に記載の波形弁別方法。
【請求項１９】
前記弁別用の窓部の内部に前記座標点のプロット位置が存在しない判定された場合、前記被測定パルスが前記第１波形であると判別し、
前記弁別用の窓部の内部に前記座標点のプロット位置が存在すると判定された場合、前記被測定パルスが弁別用線形方程式を表す直線よりも第２座標軸側の領域に存在するか否かを判定することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の波形弁別方法。
【請求項２０】
（削除）
【請求項２１】
前記立ち上がり期間の特徴量を計算するステップは、前記差分値を積算して前記立ち上がり期間の特徴量を決定する段階を更に含むことを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の波形弁別方法。
【請求項２２】
互いに連続する２つの前記差分値を比較することにより、前記立ち上がり期間のピーク値を決定することを特徴とする請求項２１に記載の波形弁別方法。
【請求項２３】
前記立ち下がり期間の特徴量を計算するステップは、前記立ち上がり期間のピーク値と前記立ち下がり期間の前記デジタルデータとの差分により、前記立ち下がり期間の減衰量を計算する段階を含むことを特徴とする請求項２２に記載の波形弁別方法。
【請求項２４】
前記立ち下がり期間の特徴量を計算するステップは、前記立ち下がり期間の互いに連続する２つの前記減衰量の差分値を計算する段階を含むことを特徴とする請求項２３に記載の波形弁別方法。
【請求項２５】
前記立ち下がり期間の特徴量を計算するステップは、前記減衰量の差分値を積算して前記立ち下がり期間の特徴量を決定する段階を更に含むことを特徴とする請求項２４に記載の波形弁別方法。
【請求項２６】
波形検出器に被測定パルスの波形を入力させ、前記被測定パルスの物理量を電気信号に変換させる命令と、
アナログ増幅器に前記電気信号の過渡応答波形を時間軸に沿って拡大して増幅させる命令と、
ＡＤ変換器に前記電気信号の立ち上がり期間及び立ち下がり期間において、増幅された前記電気信号を標本化してデジタルデータに変換させる命令と、
信号処理回路の差分値計算回路、減衰量計算回路及び差分値積算回路を互いに連携させ、前記差分値計算回路に前記立ち上がり期間の互いに連続する２つの前記デジタルデータの差分値を計算させることにより前記立ち上がり期間の特徴量を第１座標軸上の点として計算させ、前記立ち下がり期間の特徴量を第２座標軸上の点として計算させる命令と、
前記信号処理回路の２次元座標プロット回路に、前記第１座標軸上の点及び前記第２座標軸上の点の組を座標点として、前記第１座標軸と前記第２座標軸が定義する弁別平面に、前記座標点をプロットさせる命令と、
前記信号処理回路の波形弁別判定回路に、前記座標点のプロット位置から、前記被測定パルスが第１波形、或いは前記第１波形とは異なる第２波形であるのか弁別させる命令と、
を含む一連の命令を制御回路に実行させることを特徴とする波形弁別プログラム。
【国際調査報告】
2015128905.tif 000020
2015128905.tif 000021
2015128905.tif 000022
2015128905.tif 000023