(57)【要約】【課題】  優れたパルス分離特性と波高値再現性を有するだけでなく、計数計測及び波高値計測のいずれにも容易に適応できるパルス計測用デジタルフィルタを提供する。【解決手段】  デジタルフィルタは、２つの移動平均型デジタルフィルタを有し、パルス信号立上がり領域でパルス信号波高値に比例した強度の信号を出力する一方、指数関数的に減衰するパルス信号領域では２つのデジタルフィルタの出力差が略０となるように動作する。具体的には、パルス信号の前方にＬ個のデータの移動平均を取ったＳｌ、後方にＮ個のデータの移動平均を取ったＳｎ、その間に計算されないＭ個のデータの領域があるとし、Ｓｌ−Ｓｎ≒０となるように動作する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線検出器や放射線検出器からの一般的出力信号である指数関数的に減衰するパルス信号を処理するデジタルフィルタにおいて、
パルス信号立上がり領域でパルス信号波高値に比例した強度の信号を出力し、指数関数的に減衰するパルス信号領域では出力が略０となるように動作することを特徴とするパルス計測用デジタルフィルタ。
【請求項２】
２つの移動平均型デジタルフィルタを有し、パルス信号の指数関数的に減衰する割合（時定数）に対応した移動平均フィルタサイズの組合せとすることで、２つのデジタルフィルタの出力差が略０となるように動作することを特徴とする請求項１記載のパルス計測用デジタルフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Ｘ線や放射線を利用した各種分析装置、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）、Ｘ線回折装置、イオン後方散乱装置、放射線応用計測装置などに使用するパルス計測用デジタルフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記様々な装置でパルス計測を行う場合、アナログフィルタによりパルス波形を整形したり、アナログ／デジタル変換後のデジタル信号をソフト的に補正・補間計算したりする方法などが利用されている。
【０００３】
例えば波高値計測では、パルス信号波形に対して波高値が一定レベル幅内にあるパルス信号だけを数えるようにしている。このような場合、その一定レベル幅内に波高値があれば計測されるが、波高値が一定レベル幅を超えている場合は計測されないという問題がある。
【０００４】
そのようなパルス計測に関連する技術として、光電変換されたバーコード読み取り信号よりなるアナログ信号を波形整形した上で、予め設定してあるしきい値と比較することにより、アナログ信号に対応した２値のデジタル信号を生成する場合、アナログ信号波形における立上り開始点と立上り終了点、及び立下り開始点と立下り終了点を検出し、立上り／立下り開始点と終了点との間の変極点（中点）を求め、この２つの変極点間をデジタル信号波形とみなす２値化処理技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２９３８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
多くのＸ線検出器や放射線検出器では、その出力信号は指数関数的に減衰するパルス信号である。パルス計測では、この指数関数的に減衰するパルス信号を用いて計数計測や波高値計測を行っているが、パルス波形形状が計数計測や波高値計測にとって適当なものではないため、目的に応じたフィルタの使用やデータ処理を行っている。
【０００６】
本発明は、そのような実情に鑑みてなされたもので、優れたパルス分離特性と波高値再現性を有するだけでなく、計数計測及び波高値計測のいずれにも容易に適応できるパルス計測用デジタルフィルタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、この発明のパルス計測用デジタルフィルタは、Ｘ線検出器や放射線検出器からの一般的出力信号である指数関数的に減衰するパルス信号を処理するデジタルフィルタにおいて、パルス信号立上がり領域でパルス信号波高値に比例した強度の信号を出力し、指数関数的に減衰するパルス信号領域では出力が略０となるように動作することを特徴とする。
【０００８】
このデジタルフィルタでは、ソフトウェア的手段による補正・補間を用いていないので、パルス波高値を正しく出力することができる。また、デジタル的にパルス波形整形するため、パルス分離特性がアナログ方式より優れている。
【０００９】
このデジタルフィルタは、具体的には、２つの移動平均型デジタルフィルタを有し、パルス信号の指数関数的に減衰する割合（時定数）に対応した移動平均フィルタサイズの組合せとすることで、２つのデジタルフィルタの出力差が略０となるように動作することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、優れたパルス分離特性と波高値再現性を有し、計数計測や波高値計測に最適である。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、パルス信号の指数関数的に減衰する割合（時定数）に対応した移動平均フィルタサイズの組合せとすることで、２つの移動平均型デジタルフィルタの出力差が略０となるように動作することにより、柔軟なフィルタ構成が可能である。すなわち、計数計測用途には前方及び後方のデータ個数の小さな組合せとし、波高値計測用途にはノイズ除去性能の高い前方及び後方のデータ個数の大きな組合せとするなど、用途に応じて容易に適応可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、実施の形態により、この発明を更に詳細に説明する。
【００１３】
まず、一般的なＸ線検出器回路を図１に示す。この回路では、Ｘ線検出器１に増幅器２が接続されるとともに、増幅器２にコンデンサ３と抵抗４が並列に接続されている。多くの放射線検出器回路も同様な構成である。
【００１４】
このような検出器回路の出力信号は、図１に示すように急峻な立上りｖ後、時定数τ（＝Ｃｆ・Ｒｆ）で指数関数的に減衰する波形形状を呈している。
【００１５】
パルス計数計測では、図１に示したような波形のパルス信号の単位時間当たりの数を計測するわけであるが、このときに問題となるのがパルス信号の重なりによる誤計数である。一方、検出器に入射した放射線強度を信号強度より計測する場合は、パルス信号の波高値が測定できるのは波形上一瞬であるため、フィルタ処理により滑らかな波形形状とし、且つパルス信号の重なりの影響を少なくするようなフィルタ定数としている。
【００１６】
このような問題に対し、パルス信号の指数関数的に減衰する領域でフィルタ出力が略０となり、パルス信号の立上り領域で波高値に比例した強度の信号を出力するフィルタがあれば解決することができるわけである。
【００１７】
指数関数的に減衰する信号はデジタル信号としては時定数に対応した係数ａのべき乗として表せる。今、デジタル信号のサンプリング周期をｔｓとして、信号の時定数をτとすると、次式１の関係がある。
【００１８】
【数１】
2007235498.tif 000003
【００１９】
図２に示すように、２つの移動平均型デジタルフィルタを組み合わせる。すなわち、前方にＬ個のデータの移動平均を取るもの（Ｓｌ）、後方にＮ個のデータの移動平均を取るもの（Ｓｎ）、ＳｌとＳｎとの間に計算されないＭ個のデータの領域があるとする。
【００２０】
このとき、Ｓｌ、Ｓｎは等比数列和により次式２で計算される。
【００２１】
【数２】
2007235498.tif 000004
【００２２】
この数式２において、（１）式のｆ(ａ，ＬＭＮ)が０近傍の値の略０となるようなａ，Ｌ，Ｍ，Ｎの組合せが存在すれば、フィルタ出力が指数関数的に減衰する領域で略０となる。
【００２３】
ここで、ａ＝０．９６、Ｍ＝５とし、ｆ(ａ，ＬＭＮ)を計算した結果を図３に示す。図３から、ｆ(ａ，ＬＭＮ)を略０とする複数のＬ、Ｎの組合せが存在することが分かる。従って、計数計測や波高値計測の目的に応じたＬ、Ｎを選択してフィルタを構成すれば、２つの移動平均型フィルタの差は略０とすることができる。
【００２４】
ａやＭが他の値の場合は、ｆ(ａ，ＬＭＮ)を計算し、ｆ(ａ，ＬＭＮ)が略０となるＬ、Ｍの組合せを求めるようにする。
【００２５】
次に、Ｌの領域だけがパルス信号内にあり、Ｍ、Ｎの領域はパルス信号外であるとき、Ｓｌ≠０、Ｓｎ＝０であるので、Ｓｌを求めると次式３となる。ここで、ｙ０はパルス信号の波高値である。
【００２６】
【数３】
2007235498.tif 000005
【００２７】
この数式３から、フィルタ出力をｙ０＝１としたＳｌ０を正規化係数として用いることで、波高値ｙ０がパルス信号の立上り領域でのフィルタ出力となる。
【００２８】
以上の結果から求めるデジタルフィルタの伝達関数を求めると、移動平均型の組合せなので次式４となる。
【００２９】
【数４】
2007235498.tif 000006
【００３０】
この数式４において、（２）式を上記の正規化係数で割って最終的な伝達関数は次式５となる。
【００３１】
【数５】
2007235498.tif 000007
【００３２】
次に、実施形態に係るパルス計測用デジタルフィルタの基本的構造において、フィルタシグナルフロー図を図４に示す。但し、図４では正規化は示していない。また、図４の“ｚ−１”は“ｚ−１”を意味する。
【００３３】
図４において、Ｌ個のレジスタ１１にＳｌに係る入力信号、Ｍ個のレジスタ１２に計算されない入力信号、Ｎ個のレジスタ１３にＳｎに係る入力信号がそれぞれ格納される。加算器１４によりＬ個のデータの移動平均Ｓｌの値が計算されるとともに、加算器１５によりＮ個のデータの移動平均Ｓｎの値が計算され、両者の値が加算器１６により加算され、更にその値に加算器１７により１つ前の出力信号が加算される。
【００３４】
ここで、ａ＝０．９７（τ＝３０）、Ｍ＝０という条件に対し、ｆ(ａ，ＬＭＮ) ≒０となるＬ＝６、Ｎ＝５での計算結果例を図５に示す。図５において、入力信号はτ＝３０で、３つのパルス信号のそれぞれの波高値は２、１、１であり、そのときの実施形態のデジタルフィルタの出力信号を示す。
【００３５】
図中、点線が入力信号を表し、実線が出力信号を表す。入力信号は指数関数的に減衰する領域で重なり合っている。このため、単純に入力信号を見ても、それぞれの波高値が２、１、１であることは判断できないが、実施形態のデジタルフィルタでは、指数関数的に減衰する領域が略０となるように動作するため、パルスは分離され、波高値は正確に出力される。
【００３６】
ところで、パルス信号の立上りが図５のように急峻である場合は、Ｍ＝０でもよいが、パルス信号の立上りが急峻でない場合は、Ｍを計算過程で取り込むのがよい。今、立上り時間が５であるとすると、この立上り時間分がＭとなる。
【００３７】
ａ＝０．９７、Ｍ＝５では、Ｌ＝４、Ｎ＝３でｆ(ａ，ＬＭＮ) ≒０となる。この計算結果を図６に示す。Ｍを入力信号の立上り時間（５）とすることで、パルス信号の立上り部の影響が除去され、フィルタ出力は波高値を正しく出力することになる。
【００３８】
但し、この場合、Ｌ＋Ｍ＋Ｎの値が上記計算例より大きくなるため、その分、パルス分離特性は劣化するが、この点も含めて処理速度や雑音特性等も勘案して計測用途に応じたフィルタ構成をＬ、Ｍ、Ｎの組合せから選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】一般的なＸ線検出器回路を示す図である。
【図２】実施形態のパルス計測用デジタルフィルタにおいて、２つの移動平均型デジタルフィルタの組み合わせ方を表し、前方にＬ個のデータの移動平均を取るもの（Ｓｌ）、後方にＮ個のデータの移動平均を取るもの（Ｓｎ）、ＳｌとＳｎとの間に計算されないＭ個のデータの領域がある場合の説明図である。
【図３】同パルス計測用デジタルフィルタにおいて、ａ＝０．９６、Ｍ＝５とし、ｆ(ａ，ＬＭＮ)を計算した結果を示す図である。
【図４】同パルス計測用デジタルフィルタにおいて、その基本的構造のフィルタシグナルフロー図である。
【図５】同パルス計測用デジタルフィルタにおいて、ａ＝０．９７（τ＝３０）、Ｍ＝０という条件に対し、ｆ(ａ，ＬＭＮ) ≒０となるＬ＝６、Ｎ＝５での計算結果例を示す図である。
【図６】同パルス計測用デジタルフィルタにおいて、ａ＝０．９７（τ＝３０）、Ｍ＝５という条件に対し、ｆ(ａ，ＬＭＮ) ≒０となるＬ＝４、Ｎ＝３での計算結果例を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１，１２，１３    レジスタ
１４，１５          加算器
１６，１７          加算器
【図１】
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【図２】
2007235498.tif 000009
【図３】
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【図４】
2007235498.tif 000011
【図５】
2007235498.tif 000012
【図６】
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