(57)【要約】【課題】簡単な構成、調整で、ＳＮ比の高い、Ｘ線検出器に入射したＸ線のエネルギーに正確に応じた波高の信号を出力できるＸ線検出信号処理装置および方法を提供する。【解決手段】プリアンプからの信号を高速ＡＤコンバーター１で高速ＡＤ変換してから、デジタル信号処理部２において、デジタルベースで、プリアンプでの微分時定数で減衰する成分による影響を除去するための処理を行う。デジタル信号処理部２内のイベント検出部３では、高速ＡＤコンバーター１からの信号を高速整形用のフィルター関数を用いて所定の整形時間にわたって平滑化し、その平滑化した信号が所定の域値を超えて最大値となるタイミングをイベント情報として検出するとともに、そのイベント情報を高速ＡＤコンバーター１からの信号に付加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線検出器から発せられプリアンプを経た信号が入力され、前記Ｘ線検出器に入射したＸ線のエネルギーに応じた波高の信号を出力するＸ線検出信号処理装置であって、
前記プリアンプからの信号を高速ＡＤ変換する高速ＡＤコンバーターと、
その高速ＡＤコンバーターからの信号を処理するデジタル信号処理部とを備え、
そのデジタル信号処理部が、
前記高速ＡＤコンバーターからの信号を高速整形用のフィルター関数を用いて所定の整形時間にわたって平滑化し、その平滑化した信号が所定の域値を超えて最大値となるタイミングをイベント情報として検出するとともに、そのイベント情報を前記高速ＡＤコンバーターからの信号に付加するイベント検出部と、
そのイベント検出部からの信号を順次記憶するメモリー部と、
イベント処理部とを有し、
そのイベント処理部が、
前記イベント検出部からイベント情報が付加された信号を受け取ると、イベント到達によるイベント処理を開始し、前記イベント検出部からの信号および前記メモリー部から順次遡って読み出される信号を、それら両信号の収束値、前記イベント検出部からの信号が前記プリアンプでの微分時定数により減衰する量を打ち消すための減衰波形補正係数、および前記メモリー部から順次遡って読み出される信号が前記プリアンプでの微分時定数により増加する量を打ち消すための増加波形補正係数に基づいて前記所定の整形時間にわたって平滑化し、平滑化した前記イベント検出部からの信号から平滑化した前記メモリー部から順次遡って読み出される信号を差し引いた信号をイベントに対する信号として求めて、前記イベント到達によるイベント処理を終了し、
前記イベント到達によるイベント処理を終了すると、前記イベント検出部から次のイベント情報が付加された信号を受け取るまで、前記イベント到達によるイベント処理と同様の処理を続け、隣り合う平滑化した前記イベント検出部からの信号およびその差から得られる勾配に基づいて、前記両信号の収束値を求めるとともに、平滑化した前記イベント検出部からの信号から平滑化した前記メモリー部から順次遡って読み出される信号を差し引いた信号に基づいて、前記Ｘ線検出器にＸ線が入射しない場合の出力値であるエネルギーゼロ値を求め、
そのエネルギーゼロ値を前記イベントに対する信号から差し引いた信号を、前記Ｘ線検出器に入射したＸ線のエネルギーに応じた波高の信号として出力するＸ線検出信号処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線検出信号処理装置において、
前記プリアンプからの信号のレベルを前記高速ＡＤコンバーターの入力範囲に収まるように調整する入力調整部を備えたＸ線検出信号処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＸ線検出信号処理装置を用いて、Ｘ線検出器から発せられプリアンプを経た信号を処理して、前記Ｘ線検出器に入射したＸ線のエネルギーに応じた波高の信号を出力するＸ線検出信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線検出器から発せられプリアンプを経た信号が入力され、前記Ｘ線検出器に入射したＸ線のエネルギーに応じた波高の信号を出力するＸ線検出信号処理装置およびそのＸ線検出信号処理装置を用いるＸ線検出信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば蛍光Ｘ線分析において、Ｘ線検出器から発せられた信号は、直流成分を除去するためにレジスターフィードバックタイプまたはパルスリセットタイプのプリアンプで微分されるので、微分時定数で減衰する成分が含まれている。このようなアナログ信号をそのままデジタル信号に変換して波高分析器に送ると、ゲインやベースラインが変動するため、アナログ信号処理装置において、微分時定数で減衰する成分による影響を除去するための処理を行ってからデジタル信号に変換し、波高分析器に送っている（非特許文献１、２参照）。ここで、微分時定数で減衰する成分による影響としては、微分時定数で減衰する信号の収束値の変動による最終的なゲインの変動と、微分時定数そのものの変動による最終的なベースラインの変動がある。また、同様の処理をデジタルベースで行うデジタル信号処理装置もある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０８３８０２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】合志陽一・佐藤公隆編，日本分光学会測定法シリーズ１８，「エネルギー分散型Ｘ線分析  半導体検出器の使い方」，初版，株式会社学会出版センター，１９８９年６月３０日，ｐ．３０−３３
【非特許文献２】ヘルムース・スピーラー（Helmuth Spieler ）著，半導体科学技術シリーズ（SERIES ON SEMICONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY）１２，「半導体検出システム（Semiconductor Detector Systems）」，（米国），オックスフォード大学出版株式会社（Oxford University Press Inc.），２００９年，ｐ．１７５−１７９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述のアナログ信号処理装置は、数百点の部品を要する複雑な構成になり、また複雑な調整をも要する。一方、上述のデジタル信号処理装置では、構成は簡単になるものの、微分時定数そのものの変動による最終的なベースラインの変動を十分に除去できない。
【０００６】
本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成、調整で、ＳＮ比の高い、Ｘ線検出器に入射したＸ線のエネルギーに正確に応じた波高の信号を出力できるＸ線検出信号処理装置および方法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】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の第１構成のＸ線検出信号処理装置は、Ｘ線検出器から発せられプリアンプを経た信号が入力され、前記Ｘ線検出器に入射したＸ線のエネルギーに応じた波高の信号を出力する装置であって、前記プリアンプからの信号を高速ＡＤ変換する高速ＡＤコンバーターと、その高速ＡＤコンバーターからの信号を処理するデジタル信号処理部とを備えている。そして、そのデジタル信号処理部が、前記高速ＡＤコンバーターからの信号を高速整形用のフィルター関数を用いて所定の整形時間にわたって平滑化し、その平滑化した信号が所定の域値を超えて最大値となるタイミングをイベント情報として検出するとともに、そのイベント情報を前記高速ＡＤコンバーターからの信号に付加するイベント検出部と、そのイベント検出部からの信号を順次記憶するメモリー部と、イベント処理部とを有している。
【０００８】
このイベント処理部は、前記イベント検出部からイベント情報が付加された信号を受け取ると、イベント到達によるイベント処理を開始し、前記イベント検出部からの信号および前記メモリー部から順次遡って読み出される信号を、それら両信号の収束値、前記イベント検出部からの信号が前記プリアンプでの微分時定数により減衰する量を打ち消すための減衰波形補正係数、および前記メモリー部から順次遡って読み出される信号が前記プリアンプでの微分時定数により増加する量を打ち消すための増加波形補正係数に基づいて前記所定の整形時間にわたって平滑化し、平滑化した前記イベント検出部からの信号から平滑化した前記メモリー部から順次遡って読み出される信号を差し引いた信号をイベントに対する信号として求めて、前記イベント到達によるイベント処理を終了する。
【０００９】
さらに、イベント処理部は、前記イベント到達によるイベント処理を終了すると、前記イベント検出部から次のイベント情報が付加された信号を受け取るまで、前記イベント到達によるイベント処理と同様の処理を続け、隣り合う平滑化した前記イベント検出部からの信号およびその差から得られる勾配に基づいて、前記両信号の収束値を求めるとともに、平滑化した前記イベント検出部からの信号から平滑化した前記メモリー部から順次遡って読み出される信号を差し引いた信号に基づいて、前記Ｘ線検出器にＸ線が入射しない場合の出力値であるエネルギーゼロ値を求め、そのエネルギーゼロ値を前記イベントに対する信号から差し引いた信号を、前記Ｘ線検出器に入射したＸ線のエネルギーに応じた波高の信号として出力する。
【００１０】
第１構成のＸ線検出信号処理装置では、プリアンプからの信号を高速ＡＤコンバーターで高速ＡＤ変換してから、デジタル信号処理部において、デジタルベースで、微分時定数で減衰する成分による影響を除去するための処理を行う。デジタル信号処理部は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array ）とファームウェアまたはＤＳＰ（Digital Signal Processor）とプログラムによって構成できるので、第１構成のＸ線検出信号処理装置によれば、簡単な構成、調整で、ＳＮ比の高い、Ｘ線検出器に入射したＸ線のエネルギーに正確に応じた波高の信号を出力できる。第１構成のＸ線検出信号処理装置においては、プリアンプからの信号のレベルを高速ＡＤコンバーターの入力範囲に収まるように調整する入力調整部を備えることが好ましい。
【００１１】
本発明の第２構成のＸ線検出信号処理方法は、第１構成のＸ線検出信号処理装置を用いて、Ｘ線検出器から発せられプリアンプを経た信号を処理して、前記Ｘ線検出器に入射したＸ線のエネルギーに応じた波高の信号を出力するＸ線検出信号処理方法である。第２構成のＸ線検出信号処理方法によっても、第１構成のＸ線検出信号処理装置と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態のＸ線検出信号処理装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態のＸ線検出信号処理装置について、図にしたがって説明する。図１に示すように、この装置は、Ｘ線検出器から発せられプリアンプを経た信号が入力され、Ｘ線検出器に入射したＸ線のエネルギーに応じた波高の信号を出力する装置であって、プリアンプからの信号を高速ＡＤ変換する高速ＡＤコンバーター１と、その高速ＡＤコンバーター１からの信号を処理するデジタル信号処理部２とを備えている。ここで、この装置においては、プリアンプからの信号のレベルを、高速ＡＤコンバーター１の入力範囲に収まるように調整する入力調整部６を高速ＡＤコンバーター１の前に備えているので、プリアンプからの信号は、入力調整部６を経由して高速ＡＤコンバーター１に入力される。入力調整部６でのレベル調整は、高速ＡＤコンバーター１への入力電圧を検出しフィードバックして行ってもよいし、ＡＤ変換後の値を検出しフィードバックして行ってもよい。また、高速ＡＤコンバーター１は、後述するイベント到達によるステップ変化を検出できる一定のスピード、例えば４０MHz 程度で繰り返しＡＤ変換を行ってデータを送出する。
【００１４】
デジタル信号処理部２は、イベント検出部３と、メモリー部４と、イベント処理部５とを有している。イベント検出部３は、高速ＡＤコンバーター１からの信号を高速整形用のフィルター関数を用いて所定の整形時間にわたって平滑化し、その平滑化した信号が所定の域値を超えて最大値となるタイミングをイベント情報として検出するとともに、そのイベント情報を高速ＡＤコンバーター１からの信号に付加する。メモリー部４は、イベント検出部３からの信号を順次記憶する。
【００１５】
イベント処理部５は、イベント検出部３からイベント情報が付加された信号を受け取ると、イベント到達によるイベント処理を開始し、イベント検出部３からの信号およびメモリー部４から順次遡って読み出される信号を、それら両信号の収束値、イベント検出部３からの信号がプリアンプでの微分時定数により減衰する量を打ち消すための減衰波形補正係数、およびメモリー部４から順次遡って読み出される信号がプリアンプでの微分時定数により増加する量を打ち消すための増加波形補正係数に基づいて前記所定の整形時間にわたって平滑化し、平滑化したイベント検出部３からの信号から平滑化したメモリー部４から順次遡って読み出される信号を差し引いた信号をイベントに対する信号として求めて、前記イベント到達によるイベント処理を終了する。
【００１６】
さらに、イベント処理部５は、前記イベント到達によるイベント処理を終了すると、イベント検出部３から次のイベント情報が付加された信号を受け取るまで、前記イベント到達によるイベント処理と同様の処理を続け、隣り合う平滑化したイベント検出部３からの信号およびその差から得られる勾配に基づいて、前記両信号の収束値を求めるとともに、平滑化したイベント検出部３からの信号から平滑化したメモリー部４から順次遡って読み出される信号を差し引いた信号に基づいて、Ｘ線検出器にＸ線が入射しない場合の出力値であるエネルギーゼロ値を求め、そのエネルギーゼロ値を前記イベントに対する信号から差し引いた信号を、Ｘ線検出器に入射したＸ線のエネルギーに応じた波高の信号として出力する。
【００１７】
次に、この装置のデジタル信号処理部２の動作について、数式にしたがって説明する。高速ＡＤコンバーター１からの信号は、デジタル信号処理部２のイベント検出部３における多段のシフトレジスターを経て最終段から信号Ｕｉ として出力される。一方、シフトレジスターの各段からの信号Ａｉ については、次式（１）により、平滑化処理を行って、イベント到達すなわちＸ線検出信号の到来を検出する。
【００１８】
【数１】
2012168124.tif 000003
【００１９】
ここで、Ｆは、入力信号Ａｉを所定の整形時間（数１０nsec程度）で高速に整形することにより平滑化した信号で、Ｃｎ は、高速整形用のフィルター関数である。イベント検出部３は、平滑化した信号Ｆが所定の域値ｄを超えて最大値となるタイミングをイベント情報として検出するとともに、そのイベント情報を高速ＡＤコンバーター１からの信号に付加して、つまり前記信号Ｕｉ に付加して出力する。
【００２０】
イベント検出部３からの信号Ｕｉは、メモリー部４に順次記憶され、書き込みアドレスは、ｍからｍ＋１へ１ずつ増えていく。このとき、信号Ｕｉ にイベント情報が付加されている場合、つまり信号Ｕｉ の中のイベント情報がTrueである場合には、イベント処理部５において後述するイベント到達によるイベント処理が起動される。そのイベント到達によるイベント処理が終了すると、次のイベント情報が付加された信号Ｕｉ が到来するまで、同様のイベント処理が連続して起動されることにより、後述するGet_Zeroの処理が行われる。
【００２１】
イベント処理部５は、イベント検出部３からイベント情報が付加された信号Ｕｉを受け取ると、イベント到達によるイベント処理を開始し、次式（２）、（３）により、イベント検出部３からの信号Ｕｉ およびメモリー部４から順次遡って読み出される信号Ｖｉ（読み出すアドレスは、ｍ−１，ｍ−２，ｍ−３…と変化する）を、それら両信号の収束値P_Zero、イベント検出部３からの信号Ｕｉがプリアンプでの微分時定数により減衰する量を打ち消すための減衰波形補正係数Ｆｉ 、およびメモリー部４から順次遡って読み出される信号Ｖｉがプリアンプでの微分時定数により増加する量を打ち消すための増加波形補正係数Ｇｉ に基づいて前記所定の整形時間にわたって平滑化する。
【００２２】
【数２】
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【００２３】
【数３】
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【００２４】
ここで、減衰波形補正係数Ｆｉおよび増加波形補正係数Ｇｉ は、プリアンプでの微分時定数Tto とイベント処理部５に送り込まれるデータの間隔（前記所定の整形時間に依存する）の関数であるが、いずれも指数関数で、減衰波形補正係数Ｆｉは増加関数、増加波形補正係数Ｇｉ は減少関数になり、これらはあらかじめ計算しておくことが可能である。さらに、これらの指数関数に、一般的に平滑化に用いられる関数（例えば、台形波形、Gaussian波形）を掛け合わせることにより、よりＳＮ比に優れた補正係数を作成できる。
【００２５】
そして、次式（４）により、平滑化したイベント検出部３からの信号SAから平滑化したメモリー部４から順次遡って読み出される信号SBを差し引いた信号SEをイベントに対する信号SEとして求めて、前記イベント到達によるイベント処理を終了する。
【００２６】
【数４】
2012168124.tif 000006
【００２７】
なお、イベント処理部５は、最終的に、次式（５）により、後述するエネルギーゼロ値B_Zeroをイベントに対する信号SEから差し引いた信号SEo を、Ｘ線検出器に入射したＸ線のエネルギーに応じた波高の信号SEo として出力する。
【００２８】
【数５】
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【００２９】
イベント処理部５は、前記イベント到達によるイベント処理を終了すると、イベント検出部３から次のイベント情報が付加された信号を受け取るまで、前記イベント到達によるイベント処理と同様の処理を続けることにより、Get_Zeroの処理を行う。詳細には、隣り合う平滑化したイベント検出部３からの信号SAb ，SAa およびその差から得られる勾配に基づいて、次式（６）により微分時定数Tto 経過後の値Zpを得て、平滑化（例えば指数平滑化）処理を行なうことにより、前記両信号の収束値P_Zeroを求める。
【００３０】
【数６】
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【００３１】
また、次式（７）により、平滑化したイベント検出部３からの信号SAから平滑化したメモリー部４から順次遡って読み出される信号SBを差し引いた信号Zbを得て、平滑化（例えば指数平滑化）処理を行なうことにより、Ｘ線検出器にＸ線が入射しない場合の出力値であるエネルギーゼロ値B_Zeroを求める。
【００３２】
【数７】
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【００３３】
以上のように、本実施形態のＸ線検出信号処理装置では、プリアンプからの信号を高速ＡＤコンバーター１で高速ＡＤ変換してから、デジタル信号処理部２において、デジタルベースで、微分時定数で減衰する成分による影響を除去するための処理を行う。デジタル信号処理部２は、ＦＰＧＡとファームウェアまたはＤＳＰとプログラムによって構成できるので、本実施形態のＸ線検出信号処理装置によれば、簡単な構成、調整で、ＳＮ比の高い、Ｘ線検出器に入射したＸ線のエネルギーに正確に応じた波高の信号を出力できる。また、デジタル信号処理部２を構成するＦＰＧＡに、多重波高分析器を組み込むことも可能である。
【００３４】
なお、本実施形態のＸ線検出信号処理装置を上述したように動作させることにより、Ｘ線検出器から発せられプリアンプを経た信号を処理して、Ｘ線検出器に入射したＸ線のエネルギーに応じた波高の信号を出力するＸ線検出信号処理方法も本発明に含まれる。このＸ線検出信号処理方法によっても、上述したのと同様の作用効果が得られる。
【符号の説明】
【００３５】
１  高速ＡＤコンバーター
２  デジタル信号処理部
３  イベント検出部
４  メモリー部
５  イベント処理部
６  入力調整部
【図１】
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