(57)【要約】【課題】温度補正を行なわなくても、逆対数変換した際に得られる出力信号が線形性を保つことができる対数／逆対数変換回路を提供する。【解決手段】対数変換回路１の電流帰還用トランジスタＴＲ２を通過した電流信号Ｉｉｎを逆対数変換回路２に入力し、電流／電圧変換回路３でこの電流信号Ｉｉｎをこれに対応した電圧値に変換した後、引算回路４で電流／電圧変換回路３の出力電圧と予め設定された基準電圧との差分を出力する構成とし、かつ引算回路４はその差分出力が電流信号Ｉｉｎに比例した線形性をもつように回路定数を設定している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される電流信号を対数変換して出力する対数変換回路と、この対数変換回路を通過した電流信号を逆対数変換して出力する逆対数変換回路とを備え、
上記対数変換回路は、演算増幅器を備え、この演算増幅器には上記電流信号が入力される一方の反転入力端子の前段に入力抵抗が接続されるとともに、当該一方の反転入力端子と出力端子との間に対数変換用素子と電流帰還用素子とが直列に接続されて構成され、
上記逆対数変換回路は、上記電流帰還用素子を通過した電流信号を入力してこの電流信号をこれに対応した電圧値に変換する電流／電圧変換回路と、この電流／電圧変換回路の出力電圧と予め設定された基準電圧との差分を出力する引算回路とからなり、上記引算回路はその差分出力が上記電流信号に比例した線形性をもつように回路定数が設定されている対数／逆対数変換回路。
【請求項２】
上記対数変換回路の上記対数変換用素子の出力側には、非反転増幅回路が接続され、この非反転増幅回路は、演算増幅器の一方の反転入力端子と出力端子との間に一方向通電素子が接続されるとともに、上記反転入力端子と上記一方向通電素子との接続点に定電流源回路が接続されている請求項１に記載の対数／逆対数変換回路。
【請求項３】
上記対数変換回路に入力される上記電流信号が逆極性の場合には、これに応じて上記対数変換用素子と電流帰還用素子は逆極性のものに設定されるとともに、上記基準電圧も逆極性に設定されている請求項１に記載の対数／逆対数変換回路。
【請求項４】
上記対数変換回路の上記対数変換用素子の出力側には、非反転増幅回路が接続され、この非反転増幅回路は、演算増幅器の一方の反転入力端子と出力端子との間に一方向通電素子が接続されるとともに、上記反転入力端子と上記一方向通電素子との接続点に定電流源回路が接続されている請求項３に記載の対数／逆対数変換回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば放射線計測等において、放射線を検出するパルス系検出器から出力される電流信号に対して対数変換および逆対数変換を行なう対数／逆対数変換回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中性子などの放射線を検出する比例計数管などの検出器からは、放射線強度に応じたパルス数をもつパルス信号が出力されるので、このパルス信号を前段増幅器等で増幅した後、周波数／電流変換器でパルス信号のパルス数に応じた電流信号に変換して出力する。そして、このような電流信号をさらに処理するための信号処理回路として、例えば図５に示すように、演算増幅器やトランジスタを組み合わせ、トランジスタによる対数特性や逆対数特性を利用して対数／逆対数変換回路を構成したものがある（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００３】
ここに、対数変換回路を設けるのは、パルス系検出器から出力されるパルス数は、１００ｃｐｓ〜１０６ｃｐｓ程度の範囲の広いタイナミックレンジをもつため、対数変換により信号圧縮して後段の信号処理を容易にする必要があるためである。また、対数変換回路で対数変換した後の出力信号に対して逆対数変換回路により逆対数変換を行うのは、その出力信号の一部のレンジ範囲の利得を調整してその特性を詳細に観察する必要が生じるためである。
【０００４】
図５に示した対数／逆対数変換回路についてさらに詳細に説明すると、対数変換回路１００は、入力抵抗Ｒｉｎ、演算増幅器１０１、コンデンサＣ、対数変換用トランジスタＴＲ１、および帰還抵抗Ｒ１２からなる。そして、この対数変換回路１００の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、次式で与えられる。
【０００５】
Ｖｏｕｔ１＝（ＫＴ／ｑ）・ｌｎ（Ｉｒ／Ｉｉｎ）              ・・・（１）
【０００６】
ここに、Ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電荷、Ｉｉｎは一点鎖線で示すように入力抵抗Ｒｉｎを経由して対数変換用トランジスタＴＲ１に流れる電流、Ｉｒは対数変換用トランジスタＴＲ１のコレクタ・ベース間の遮断電流である。
【０００７】
そして、対数変換回路１００で対数変換された後の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、演算増幅器５０１からなるバッファ回路５００を介して対数変換後の検出信号として出力される。
【０００８】
また、逆対数変換回路２００は、逆対数変換用トランジスタＴＲ４、演算増幅器２０１、帰還抵抗Ｒｆ、温度補正用の可変抵抗Ｒ１３、および分圧抵抗Ｒ１４からなる。そして、この逆対数変換回路２００の出力電圧Ｖｏｕｔ２は、次の（２）式で与えられる。
【０００９】
Ｖｏｕｔ２＝Ｉｉｎ＊・Ｒｆ・ｅｘｐ｛ＶＲＥＦ・（ｑ／ＫＴ）・Ｒ１３／（Ｒ１３＋Ｒ１４｝                                                ・・・（２）
【００１０】
ここに、Ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電荷、Ｉｉｎ＊は一点鎖線で示すように対数変換用トランジスタＴＲ１に流れる電流Ｉｉｎに伴って帰還抵抗Ｒｆを経由して流れる電流、ＶＲＥＦは分圧抵抗Ｒ１４に加わる基準電圧である。
【００１１】
ここで、（１）、（２）式には絶対温度Ｔの項を含むので、対数変換回路１００の出力電圧Ｖｏｕｔ１と逆対数変換回路２００の出力電圧Ｖｏｕｔ２は共に温度の影響を受ける。特に、逆対数変換回路２００の出力電圧Ｖｏｕｔ２が温度の影響を受けると線形性が保てなくなり、検出精度に悪影響を及ぼす。
【００１２】
そのため、図５に示した従来回路では、対数変換回路１００の温度特性によりその出力電圧Ｖｏｕｔ１が変動する場合、帰還抵抗Ｒｆを経由して流れる電流信号Ｉｉｎ＊が対数変換用トランジスタＴＲ１に流れる電流信号Ｉｉｎに一致するように可変抵抗Ｒ１３の抵抗値を調整することにより、逆対数変換回路２の出力電圧Ｖｏｕｔ２が線形性を保つように温度補正を施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】実公平２−６３４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
このように、従来の対数／逆対数変換回路は、トランジスタ等の対数／逆対数特性を用いて構成されているため、特に対数変換後に逆対数変換回路で逆対数変換した際に得られる出力信号について、線形性を保つためには常に温度補正を行なう必要があり、このため余分な補正の手間と労力を要するという課題があった。
【００１５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、温度補正を行なわなくても、逆対数変換回路で逆対数変換した際に得られる出力信号が線形性を保つことができる対数／逆対数変換回路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】
【００１６】
この発明に係る対数／逆対数変換回路は、入力される電流信号を対数変換して出力する対数変換回路と、この対数変換回路を通過した電流信号を逆対数変換して出力する逆対数変換回路とを備え、
上記対数変換回路は、演算増幅器を備え、この演算増幅器には上記電流信号が入力される一方の反転入力端子の前段に入力抵抗が接続されるとともに、当該一方の反転入力端子と出力端子との間に対数変換用素子と電流帰還用素子とが直列に接続されて構成され、
上記逆対数変換回路は、上記電流帰還用素子を通過した電流信号を入力してこの電流信号をこれに対応した電圧値に変換する電流／電圧変換回路と、この電流／電圧変換回路の出力電圧と予め設定された基準電圧との差分を出力する引算回路とからなり、上記引算回路はその差分出力が上記電流信号に比例した線形性をもつように回路定数が設定されている。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の対数／逆対数変換回路によれば、入力される電流信号を逆対数変換回路で逆対数変換する際、温度補正を行なわなくても、逆対数変換後の出力信号が線形性を保つことができるので、従来のような余分な温度補正の手間と労力を削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１における対数／逆対数変換回路の構成を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態２における対数／逆対数変換回路の構成を示す回路図である。
【図３】この発明の実施の形態３における対数／逆対数変換回路の構成を示す回路図である。
【図４】この発明の実施の形態４における対数／逆対数変換回路の構成を示す回路図である。
【図５】従来の対数／逆対数変換回路の構成の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における対数／逆対数変換回路の構成を示す回路図である。
【００２０】
この実施の形態１の対数／逆対数変換回路は、放射線検出器等から出力されるパルス信号がパルス数に応じた電流値に変換された後、その変換された電流信号（ここでは特に正極性の電流信号）を入力して対数変換して出力する対数変換回路１と、この対数変換回路１を通過した電流信号を逆対数変換して出力する逆対数変換回路２とを備える。
【００２１】
対数変換回路１は、演算増幅器１１を備える。この演算増幅器１１は、電流信号が入力される反転入力端子の前段に入力抵抗Ｒｉｎが接続されるとともに、当該反転入力端子と出力端子との間に対数変換用素子としてのＮＰＮ型のトランジスタＴＲ１と、電流帰還用素子としてＰＮＰ型のトランジスタＴＲ２とが直列に接続されて構成されている。なお、ここでは対数変換用素子としてトランジスタＴＲ１を使用しているが、これに限らずダイオードを使用することも可能である。
【００２２】
一方、逆対数変換回路２は、トランジスタＴＲ２を通過した電流信号を入力してこの電流信号をこれに対応した電圧値に変換する電流／電圧変換回路３と、この電流／電圧変換回路３の出力電圧と予め設定された基準電圧との差分を出力する引算回路４とからなる。
【００２３】
この場合の電流／電圧変換回路３は、演算増幅器３１を備える。そして、この演算増幅器３１の反転入力端子に対数変換回路１のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２を通過した電流信号Ｉｉｎが入力されるとともに、反転入力端子と出力端子との間に電流帰還抵抗Ｒｆが接続されている。また、演算増幅器３１の非反転入力端子に基準電圧源（−ＶＲＥＦ）が接続されている。
【００２４】
また、引算回路４は、演算増幅器４１を備える。そして、この演算増幅器４１の反転入力端子に入力抵抗Ｒ１を介して電流／電圧変換回路３の出力端子が接続されるとともに、反転入力端子と出力端子との間に抵抗Ｒ２が接続されている。さらに、演算増幅器４１の非反転入力端子には入力抵抗Ｒ３を介して上記の基準電圧源（−ＶＲＥＦ）が接続されるとともに、入力抵抗Ｒ３と演算増幅器４１の非反転入力端子との間に分圧抵抗Ｒ４が接続されている。
【００２５】
また、対数変換回路１の両トランジスタＴＲ１，ＴＲ２の接続点には演算増幅器５１からなる非反転増幅回路、特にここでは利得が１の電圧フォロアとなるバッファ回路５が接続されている。
【００２６】
次に、上記構成を有する対数／逆対数変換回路の動作について説明する。
放射線検出器等から入力される正極性の電流信号Ｉｉｎは、入力抵抗Ｒｉｎを介して対数変換回路１の演算増幅器１１の反転入力端子を経由してトランジスタＴＲ１に流れることにより、トランジスタＴＲ１によるベース・エミッタ特性による対数変換電圧を出力する。この対数変換後の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、前述の（１）式で与えられる。そして、この対数変換回路１で対数変換された後の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、バッファ回路５を介して出力される。
【００２７】
また、対数変換回路１のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２を経由した正極性の電流信号Ｉｉｎは、逆対数変換回路２に流れ込む。ここで、電流／電圧変換回路３において、演算増幅器３１の出力電圧をＶｏｕｔ３とすると、この出力電圧Ｖｏｕｔ３は、次式で与えられる。
Ｖｏｕｔ３＝−Ｉｉｎ・Ｒｆ−ＶＲＥＦ              ・・・（３）
【００２８】
この電流／電圧変換回路３の出力電圧Ｖｏｕｔ３は、入力抵抗Ｒ１を介して引算回路４の演算増幅器４１の反転入力端子に加わる。また、基準電圧源（−ＶＲＥＦ）は入力抵抗Ｒ３を介して演算増幅器４１の非反転入力端子に加わる。したがって、引算回路４の出力電圧をＶｏｕｔ４とすると、この出力電圧Ｖｏｕｔ４は、次式で与えられる。
Ｖｏｕｔ４＝−（Ｒ２／Ｒ１）・Ｖｏｕｔ３−（Ｒ４／Ｒ３）・ＶＲＥＦ・・・（４）
【００２９】
上記（４）式に（３）式を代入すれば、
Ｖｏｕｔ４＝−（Ｒ２／Ｒ１）・（−Ｉｉｎ・Ｒｆ−ＶＲＥＦ）−（Ｒ４／Ｒ３）・ＶＲＥＦ                                                            ・・・（５）
【００３０】
ここで、引算回路４の回路定数を決める各抵抗Ｒ１〜Ｒ４について、Ｒ１＝Ｒ３、Ｒ２＝Ｒ４となるように予め設定しておくと、上記（５）式は次のようになる。
Ｖｏｕｔ４＝−（Ｒ２／Ｒ１）・（−Ｉｉｎ・Ｒｆ−ＶＲＥＦ）−（Ｒ２／Ｒ１）ＶＲＥＦ
＝（Ｒ２／Ｒ１）・Ｉｉｎ・Ｒｆ                  ・・・（６）
【００３１】
つまり、図５に示した従来技術の回路では、逆対数変換した出力電圧Ｖｏｕｔ２は、（２）式に示したように、温度Ｔの項を含むのに対して、この実施の形態１では、引算回路４の差分出力Ｖｏｕｔ４は、（６）式に示されように温度の項を含まず、電流信号Ｉｉｎに比例した線形性をもつことになる。
【００３２】
したがって、逆対数変換後の出力電圧Ｖｏｕｔ４は、温度補正を行なわなくても常に線形性を保つことができる。そのため、従来のような余分な温度補正の手間と労力を削減することが可能となり、精度良い検出結果が得られる。
【００３３】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２における対数／逆対数変換回路の構成を示す回路図であり、図１に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
【００３４】
この実施の形態２の特徴は、対数変換回路１の両トランジスタＴＲ１，ＴＲ２の接続点に接続された、非反転増幅回路５の構成が実施の形態１の場合と異なっていることである。
【００３５】
すなわち、この非反転増幅回路５は、演算増幅器５１を備える。そして、この演算増幅器５１の一方の反転入力端子と出力端子との間に電流帰還用の一方向通電素子としてのＮＰＮ型のトランジスタＴＲ３が接続されるとともに、反転入力端子とトランジスタＴＲ３との接続点に定電流源回路５２が接続されている。この場合の定電流源回路５２は、ここでは例えば１０−６Ａの定電流が流れるように設定されている。
なお、非反転増幅回路５にトランジスタＴＲ３を使用しているが、トランジスタに代えてダイオードを使用することも可能である。
【００３６】
ここで、対数変換回路１の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、前述の（１）式で与えられる。また、対数変換用トランジスタＴＲ１と電流帰還用のトランジスタＴＲ３のコレクタ・ベース間の遮断電流Ｉｒが共に同じになるように特性を予め揃えておけば、非反転増幅回路５の出力電圧Ｖｏｕｔ５は、次式となる。
Ｖｏｕｔ５＝Ｖｏｕｔ１−（ＫＴ／ｑ）・ｌｎ（Ｉｒ／１０−６）
＝（ＫＴ／ｑ）・ｌｎ（Ｉｒ／Ｉｉｎ）−（ＫＴ／ｑ）・ｌｎ（Ｉｒ／１０−６）
＝（ＫＴ／ｑ）・ｌｎ（１０−６／Ｉｉｎ）                ・・・（７）
【００３７】
上記（７）式から分かるように、対数変換用トランジスタＴＲ１と電流帰還用のトランジスタＴＲ３のコレクタ・ベース間の遮断電流Ｉｒが共に同じなるように特性を合わせると、遮断電流Ｉｒの項を含まなくなって固定値１０−６となる。このため、対数変換された出力電圧Ｖｏｕｔ５の精度が対数変換回路１のトランジスタＴＲ１，ＴＲ２の特性ばらつきに影響されなくなり、精度良い対数変換された出力電圧Ｖｏｕｔ５が得られる。
その他の構成および作用効果は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３８】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３における対数／逆対数変換回路の構成を示す回路図であり、図１に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
【００３９】
上記の実施の形態１、２においては、放射線検出器等からの電流信号Ｉｉｎが正極性の場合であるが、電流信号の極性が逆の場合、すなわち負極性の電流信号が入力される場合には、これに応じて対数変換用素子と電流帰還用素子としてのトランジスタＴＲ１，ＴＲ２は実施の形態１と逆極性のものが使用されている。
【００４０】
すなわち、実施の形態１、２では対数変換用素子としてのトランジスタＴＲ１はＮＰＮ型が、また電流帰還用素子としてのトランジスタＴＲ２はＰＮＰ型が使用されているが、この実施の形態３では、対数変換用素子としてのトランジスタＴＲ１はＰＮＰ型、電流帰還用素子としてのトランジスタＴＲ２はＮＰＮ型のものが使用されている。
【００４１】
さらに、逆対数変換回路２に使用している基準電圧源も、実施の形態１、２では−ＶＲＥＦに設定されているが、この実施の形態３ではその逆に＋ＶＲＥＦに設定されている。
【００４２】
この構成により、放射線検出器等からの電流信号Ｉｉｎが負極性の場合であっても、実施の形態１と同様に、逆対数変換回路２で逆対数変換して得られる出力電圧Ｖｏｕｔ４は温度補正を行う必要がなく、常に線形性を保つことができる。そのため、従来のような余分な温度補正の手間と労力を削減することが可能となり、精度良い検出結果が得られる。
その他の構成および作用効果は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４３】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４における対数／逆対数変換回路の構成を示す回路図であり、図３に示した実施の形態３と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。
【００４４】
この実施の形態４の構成は、基本的には実施の形態３の場合と同様、放射線検出器等からの電流信号Ｉｉｎが負極性の場合に対応できるようにしたものであるが、実施の形態４の特徴は、対数変換回路１の両トランジスタＴＲ１，ＴＲ２の接続点に接続された、非反転増幅回路５の構成が実施の形態３の場合と異なり、実施の形態２（図２）と同じ構成となっていることである。
【００４５】
したがって、この実施の形態４の場合には、入力される電流信号Ｉｉｎが負極性の場合でも、逆対数変換回路２で逆対数変換して得られる出力電圧Ｖｏｕｔ４は温度補正を行う必要がなく、また、対数変換された出力電圧Ｖｏｕｔ５の精度が両トランジスタＴＲ１，ＴＲ２の特性ばらつきに影響されなくなる。
その他の構成および作用効果は実施の形態３の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  対数変換回路、２  逆対数変換回路、３  電流／電圧変換回路、４  引算回路、
５  非反転増幅回路、５１  トランジスタ（一方向通電素子）、５２  定電流源回路、
Ｒｉｎ  入力抵抗、ＴＲ１  トランジスタ（対数変換用素子）、
ＴＲ２  トランジスタ（電流帰還用素子）、ＶＲＥＦ  基準電圧源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2013096851.tif 000006
【図５】
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