JP2007256251A - データ収集処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ａ／Ｄ変換器を用いたデータ収集処理装置において、Ａ／Ｄ変換器のビット数を増やすことなく高ダイナミックレンジでの測定を実現すると共に、複雑な演算処理回路を使用せずに、非線形スケールデータをリニアスケールへ変換し、非線形スケールで得られたサンプリングデータの積算処理を可能としたデータ収集処理装置を提供する。
【解決手段】ＡＤＣ方式のデータ収集処理装置において、Ａ／Ｄ変換器２０１の前段にログアンプ２００を設け、この非線形な入出力特性を持つログアンプ２００で増幅された信号をＡ／Ｄ変換し、非線形な特性に変換された電圧値データを逆ログ変換用のテーブルメモリ２０２に従ってリニアなスケールのデータに再変換しながらデータの積算処理を行う。また、ログアンプ２００に既知の電圧値を入力して測定を行い、その電圧値とＡ／Ｄ変換後の電圧値データを格納することでテーブルメモリのキャリブレーションを行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）を用いた計測装置用のデータ収集処理装置に関し、特に、飛行時間測定型の質量分析装置に適用して有効な技術に関する。

例えば、Ａ／Ｄ変換器を用いた計測装置の一例としての、飛行時間測定型の質量分析装置（ＴＯＦ−ＭＳ：Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）は、試料をイオン化して一定電圧で加速させ、その質量および電荷に応じた飛行時間と信号強度を測定することで試料に含まれる成分を分析する装置である。このＴＯＦ−ＭＳでは、一度に検出されたイオンの個数に応じて検出信号の波形が異なるため、その検出信号を定量的に計測するためにＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）方式のデータ収集処理装置が一般的に使用される。ＡＤＣ方式のデータ収集処理装置は、Ａ／Ｄ変換器を使用し、アナログ信号であるイオン検出信号を一定周期でサンプリングして、その時間データと電圧値を示すデジタルデータを収集する装置である。

近年の質量分析装置では、イオン検出部の高感度化に伴い、測定すべきイオン信号の強度差が大きくなってきている。そのため、広い電圧範囲を高速・高精度でサンプリングできるＡ／Ｄ変換器が要求されている。しかし、現在市販されている高速（１〜２Ｇｓｐｓ）なＡ／Ｄ変換器は有効ビット数が８〜１０ビット程度しかないため、検出信号の強度が数十倍以上も変化するような測定においてはダイナミックレンジ（信号強度分解能）が不足し、測定感度（Ｓ／Ｎ比）が大きく劣化してしまうといった問題があった。

一般的に、極めて高いダイナミックレンジを実現するためには、複数のＡ／Ｄ変換器を用いて、このような問題を解決することになるが、複数のＡ／Ｄ変換器を使用する場合は、高速ハードウエアの設計工数、部材費等が増大し、コスト高、開発期間の長期化が問題となる。

ＴＯＦ−ＭＳのように測定毎に検出信号波形が必ずしも一定にならない装置では、検出信号の測定感度（Ｓ／Ｎ比）を向上させるために統計的なデータ処理が必要となり、具体的には複数回の測定を実施し、測定データの積算処理を行う必要がある。

１台のＡ／Ｄ変換器でビット数を増やすことなく解決する方法としては、Ａ／Ｄ変換器の前段に非線形なゲイン特性を持ったアンプを設けることでダイナミックレンジを大きくすることが考えられる。

しかし、非線形アンプによって広いダイナミックレンジでの測定は実現できるものの、得られた測定データはリニア（線形）なスケールのデータでは無いため、単純に取得したデータの積算処理ができず、ＴＯＦ−ＭＳ等の積算処理が必要なデータ収集処理装置には適用することができない。

そこで、本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するものであり、その目的は、Ａ／Ｄ変換器を用いたデータ収集処理装置において、Ａ／Ｄ変換器の前段に非線形アンプを使用することで、Ａ／Ｄ変換器のビット数を増やすことなく高ダイナミックレンジでの測定を実現すると共に、逆ログ変換用のテーブルメモリを用いることで、複雑な演算処理回路を使用せずに、非線形スケールデータをリニアスケールへ変換し、非線形スケールで得られたサンプリングデータの積算処理を可能としたＡＤＣ方式のデータ収集処理装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

前記目的を達成するために、本発明の１つ目の実現手段は、ＡＤＣ方式のデータ収集処理装置において、Ａ／Ｄ変換器の前段にログアンプを設け、この非線形な入出力特性を持つログアンプで増幅された信号をＡ／Ｄ変換し、非線形な特性に変換された電圧値データを逆ログ変換用のテーブルメモリに従ってリニアなスケールのデータに再変換しながらデータの積算処理を行うものである。

さらに、ログアンプと並列にリニアなゲイン特性を持ったゲイン調整回路を設け、測定対象によって、使用するアンプを切り替えてデータの積算処理を行うものである。

次に、２つ目の実現手段は、ログアンプに既知の電圧値を入力して測定を行い、その設定電圧値とＡ／Ｄ変換後の電圧値データをテーブルメモリに格納することで逆ログ変換に使用するテーブルメモリのキャリブレーションを行うものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

本発明によれば、ＴＯＦ−ＭＳ等の分析装置に使用されるＡＤＣ方式のデータ収集処理装置において、Ａ／Ｄ変換器の前段にログアンプを使用することで、Ａ／Ｄ変換器のビット数を増やすことなく高ダイナミックレンジでの測定を実現すると共に、逆ログ変換用のテーブルメモリを用いることで、複雑な演算処理回路を使用せずに、非線形スケールデータをリニアスケールへ変換し、非線形スケールで得られたサンプリングデータの積算処理を可能としたＡＤＣ方式のデータ収集処理装置を提供することができる。

さらに、ログアンプと並列にリニアなゲイン特性を持ったゲイン調整回路を設けており、測定対象によって切り替えて使用できるため、高ダイナミックレンジの測定または高精度の測定が可能なＡＤＣ方式のデータ収集処理装置を提供することができる。

さらに、ログアンプと並列にリニアなゲイン特性を持ったゲイン調整回路を設けており、簡易な構成で切り替えて使用できるため、単一の装置で高ダイナミックレンジの測定または高精度の測定が可能である。

さらに、ログアンプと並列にリニアなゲイン特性を持ったゲイン調整回路を設けており、測定対象によって切り替えて使用できるため、単一の装置で高ダイナミックレンジの測定または高精度の測定が可能であり、１台２役のため装置の低価格および小型化を実現できる。

さらに、線形ゲイン特性のアンプを備えており、入力信号の絶対電圧値を測定することができるため、外部信号発生器が持つゲイン特性のキャリブレーションに使用することもできる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
まず、図１により、本発明のデータ収集処理装置が適用される質量分析装置（ＴＯＦ−ＭＳ）について、その構成および動作の概要を説明する。図１は、質量分析装置の構成および動作の概要を示す。

質量分析装置１は、分析される試料をイオン化する導入部１０１と、イオン化された試料に電圧を印加して加速させ、検出器に向けてイオンを飛行させるＴＯＦ部１０２と、飛行してきたイオンを検出する検出器１０３と、イオンを加速させるタイミングを決定するイオン打出し信号１０４ａを発生するイオン打出し信号発生器１０４などから構成される。

この質量分析装置１には、検出器１０３から発生されるイオン検出信号１ａの電圧値および飛行時間を測定・収集するためのデータ収集処理装置２と、このデータ収集処理装置２を制御し、取得したデータ２ａを解析処理するためのＣＰＵ３と、その測定結果および解析結果４ａを表示し、ユーザが装置制御を行うための入出力装置４などが接続されている。

この質量分析装置１では、分析される試料が、導入部１０１にてイオン化され、測定開始信号２ｂと同時にＴＯＦ部１０２に送り込まれる。ＴＯＦ部１０２に入ったイオンは、イオン打出し信号１０４ａのタイミングで電圧を印加されて、真空状態のＴＯＦ部１０２の内部を図中の矢印のような軌道で飛行する。イオンが検出器１０３に到達（衝突）すると、検出器１０３からは図中に示すような片側の極性に大きく強度を持ったイオン検出信号１ａが出力される。

イオン検出信号１ａはデータ収集処理装置２に入力されてそのデータが収集される。また、質量分析装置１では毎回の測定で検出される信号波形が必ずしも一定にならないため、統計的なデータ処理が必要となり、具体的には複数回の測定を実施し、全てのデータを積算処理することによってイオン検出信号の測定感度（Ｓ／Ｎ比）を向上させる。ここでは、１回の打ち出し動作によって飛行したイオンについての測定をＴＯＦスキャンと呼び、そのＴＯＦスキャンを複数回繰り返して行う測定をＴＯＦ測定と呼ぶことにする。

ＴＯＦ測定が終了し、データ収集処理装置２で収集された積算データ２ａはＣＰＵ３を介して入出力装置４に出力される。測定結果は図中に示したようなマススペクトル４ａとして表示され、ユーザは個々のスペクトルの強度（電圧値）およびその時間（質量）から試料に含まれる成分解析を行うことができる。

次に、図２により、本実施の形態１におけるデータ収集処理装置の構成の一例を説明する。図２は、データ収集処理装置の構成を示す。

本実施の形態１であるデータ収集処理装置２は、質量分析装置１からのイオン検出信号１ａを増幅するためのログアンプ２００と、ログアンプ２００からの出力波形２００ａをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２０１と、Ａ／Ｄ変換器２０１の出力値２０１ａに従ってデータ変換を行うテーブルメモリ２０２と、測定データ２０２ａの積算処理を行い、その結果をメモリに格納する積算メモリ回路２０３とで構成される。

また、図２では省略しているが、Ａ／Ｄ変換器２０１は差動信号入力タイプが一般的であり、シングル入力にすることも可能である。またシングル入力時は、反転入力側の端子にＤＣ電圧を与えることで、入力信号の基準電圧をオフセットさせることもできるものとする。また、データ収集処理装置２の内部にはクロック発生器を搭載しており、Ａ／Ｄ変換器２０１およびテーブルメモリ２０２、積算メモリ回路２０３はクロック発生器からのマスタクロックに同期して動作しているものとする。

次に、図３により、本実施の形態１におけるデータ収集処理装置の動作の概要を説明する。図３は、ログアンプの入力電圧と出力電圧の関係の一例を示す。

測定が開始されると、質量分析装置１からのイオン検出信号１ａはログアンプ２００に入力され、信号はログアンプ２００の持つ非線形の入出力特性（図３）に従って増幅される。ログアンプ２００の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔの関係は、
Ｖｏｕｔ＝ｋ・Ｌｏｇ（Ｖｉｎ）・・・・（式１）
（式１）で表される。

図３に示す入出力特性で増幅されたイオン検出信号１ａはＡ／Ｄ変換器２０１にて、ある一定の時間周期でサンプリングされ、各時間での電圧値データ２０１ａに変換される。この電圧値データはＡ／Ｄ変換器２０１が持つ階調値で表され、例えば８ビットのＡ／Ｄ変換器を使用した場合、各サンプリング時間毎に０〜２５５（１０進数）の値が出力される。従来のデータ収集処理装置では、このＡ／Ｄ変換後のデータをそのまま積算処理するが、本実施の形態１におけるＡ／Ｄ変換後のデータ２０１ａはログアンプ２００で増幅された非線形な値のため、そのまま積算処理することはできない。

そこで、本実施の形態１では、Ａ／Ｄ変換器２０１からの電圧値データ２０１ａをテーブルメモリ２０２によって逆ログ（リニア）変換する。テーブルメモリ２０２にはあらかじめ測定前にログアンプ２００の特性から逆算した逆ログ変換用の電圧値データを格納しておき、Ａ／Ｄ変換器２０１からの電圧値データ２０１ａをアドレスとしてメモリの内容を読み出すだけで、ログアンプ２００で増幅する前のリニアな特性を持った電圧値データを出力することができる。

次に、図４により、本実施の形態１で使用するテーブルメモリの内容の一例を説明する。図４は、テーブルメモリの内容（入力電圧と出力電圧の関係）の一例を示す。

テーブルメモリ２０２では、メモリのアドレス範囲は使用するＡ／Ｄ変換器２０１の階調数（ビット数）と同じ数とし、図４では８ビットのＡ／Ｄ変換器を想定し、０〜２５５までのアドレスが用意されている。テーブルメモリ２０２は、ＣＰＵ３によって書き換えが可能であり、各アドレスには図３と逆の特性を示す電圧値データがあらかじめ格納されており、入力されるＡ／Ｄ変換器２０１の出力階調によって出力電圧値が決まる。

つまり、測定時にはＡ／Ｄ変換器２０１からの入力データを、アドレスＡＤＲ（０〜２５５番地）としてメモリデータを読み出すことで、計算処理を必要とせずにログアンプ２００で増幅する前の入力電圧値が得られる。例えば、図４に示すテーブルメモリでは、電圧値データ２０１ａとして“２５５（１０進数）”を受信した場合、そのアドレスに格納されている“２０００”［ｍＶ］が出力される。このように逆ログ変換されて読み出された電圧値は、ログアンプ２００で増幅される前のリニアなスケールの電圧値であるため積算処理が可能となる。

次に、テーブルメモリ２０２でリニア変換された電圧値データは積算メモリ回路２０３に入力され、積算メモリに格納される。すでに積算メモリにデータが格納されている場合は、一旦積算メモリの内容を読み出し、現在の電圧値データを加算してから再度積算メモリに格納していく。ここで、１回分のイオン信号のサンプリングデータを全て収集するとＴＯＦスキャンは終了となる。さらに、ＴＯＦスキャンはユーザによって決められた回数だけ繰り返すことができ、全てのＴＯＦスキャン回数を実施した場合にＴＯＦ測定が終了となる。

以上のように、本実施の形態１のデータ収集処理装置２によれば、Ａ／Ｄ変換器２０１の前段に非線形の入出力特性を持つログアンプ２００を用いることで、Ａ／Ｄ変換器２０１のビット数を増やすことなく高ダイナミックレンジでの測定を実現し、また、ログアンプ２００で増幅された信号２００ａをあらかじめ生成しておいたテーブルメモリ２０２を用いた逆ログ変換処理によって、リニアなスケールの値に変換することでデータの積算処理が可能となるため、高ダイナミックレンジでの測定と同時にデータ積算処理による測定の高感度化を実現したＡＤＣ方式のデータ収集処理装置を提供できる。

なお、本実施の形態１のデータ収集処理装置が用いる上記データ処理方法は、ＴＯＦ−ＭＳ以外の計測装置のデータ処理方法としても適用可能である。

（実施の形態２）
次に、図５を参照しながら、本発明の実施の形態２におけるデータ収集処理装置の構成およびデータ処理方法について説明する。図５は、データ収集処理装置の構成を示す。

本実施の形態２のデータ収集処理装置１２では、前記実施の形態１の構成に加え、ログアンプ２００の前段にゲイン調整回路２０４を備えることを特徴としており、その他の部分については前記実施の形態１の構成と同様である。

前記実施の形態１において、ログアンプ２００の入出力特性（図３）について説明したが、ログアンプの入力電圧範囲の下限に近い部分では、入力電圧に対してゲインが急激に変化するため、入力電圧のわずかな変化でゲインが大きく変化し、出力電圧のばらつきが大きくなる。逆に入力電圧範囲の上限に近い部分では、入力電圧に対するゲインの変化が小さいため、出力電圧は安定するが、逆ログ変換時に入力電圧のわずかな変化で出力電圧が大きく変化してしまう。

そこで、本実施の形態２では、図５に示すようにログアンプ２００の前段にゲイン調整回路２０４を設け、ログアンプ２００の入力電圧を調整可能にすることで、ログアンプ２００の持つ入出力特性の任意の範囲を使うことができるため、例えば、ログアンプ２００のゲインばらつきの小さい範囲を選択することができる。

本実施の形態２において、ＴＯＦ測定が開始されると質量分析装置１からのイオン検出信号１ａはゲイン調整回路２０４に入力される。ゲイン調整回路２０４はＣＰＵ３で制御されており、ユーザが設定する任意のゲイン量で入力信号を増幅することができる。この時ＣＰＵ３は、ゲイン調整回路２０４からの出力信号２０４ａが、ログアンプ２００の持つ入力電圧の範囲内で調整を行い、また、ログアンプ２００の出力がＡ／Ｄ変換器２０１の入力電圧範囲を超えないようにゲイン調整を行う。

ゲイン調整回路２０４で振幅調整された信号２０４ａはログアンプ２００に入力され、ログアンプ２００の持つ非線形の入出力特性に従って増幅される。増幅されたイオン検出信号２００ａは、前記実施の形態１と同様にＡ／Ｄ変換器２０１でサンプリングされ、テーブルメモリ２０２で逆ログ（リニア）変換されてから積算メモリ回路２０３で積算処理される。

以上のように、本実施の形態２のデータ収集処理装置１２によれば、ログアンプ２００の前段に設けたゲイン調整回路２０４によって、ログアンプ２００の入力電圧を調整することによって、ログアンプ２００が持つ入出力特性の使用範囲を、任意の範囲に調整することができるため、前記実施の形態１で説明した効果に加え、さらに測定の高精度化を実現したＡＤＣ方式のデータ収集処理装置を提供できる。

（実施の形態３）
次に、図６を参照しながら、本発明の実施の形態３におけるデータ収集処理装置の構成およびデータ処理方法について説明する。図６は、データ収集処理装置の構成を示す。

本実施の形態３のデータ収集処理装置２２は、前記実施の形態１および２の構成に加え、キャリブレーション時にＡ／Ｄ変換器２０１から送られてきたデジタルデータ２０１ａの中から最大値を検出できるピーク値検出回路２０５と、キャリブレーション時にＣＰＵ３からデータ３ｃを書き込み可能なテーブルメモリ２０７と、テーブルメモリ２０７の入力データ経路を選択する内部信号選択器２０６と、データ収集処理装置２２とは別の信号入力装置として任意波形発生器５と、データ収集処理装置２２の入力信号を切り替える外部信号選択器６とを備えることを特徴としている。

その他の部分の構成については前記実施の形態１および２と同様である。なお、図６に示した任意波形発生器５は、出力信号の周期、波形の種類（正弦波、矩形波など）、電圧値（実効値または最大値）を設定できる波形発生器であり、ひとつの装置を限定したものではない。

また、本実施の形態３におけるテーブルメモリ２０７は、キャリブレーションによって書き換えが行われるが、前記実施の形態１および２と同様にＣＰＵ３から直接データを書き込むことも可能なメモリとする。

前記実施の形態１および２で使用するテーブルメモリ２０２にはあらかじめログアンプ２００の特性から求めた逆ログ変換用の電圧値データを格納していたが、実施の形態３では実際の測定の前に、ログアンプ２００を通して既知の波形の測定を行うことで逆ログ変換用のテーブルメモリ２０７を生成するためのキャリブレーションを行う。

本キャリブレーションはＴＯＦ測定の前に実施され、外部装置から発生される既知の電圧値を持った信号を使用して、ログアンプ２００の入出力特性を測定し、ログアンプ２００で増幅される前後の電圧値データから逆ログ変換用の変換テーブルを生成することができる。

本実施の形態３におけるキャリブレーション時のデータ処理の流れを、図７のフローチャートを用いて説明する。図７は、テーブルメモリのキャリブレーションの処理フローを示す。

キャリブレーションを開始すると、まず、ＣＰＵ３は装置の外部にある外部信号選択器６を制御し、データ収集処理装置２２の入力を外部の任意波形発生器５からの信号経路ｂに切り替える。同時に、データ収集処理装置２２の内部信号選択器２０６をピーク値検出回路２０５からの信号が入力されるようにｂ側に切り替える（処理７００）。次に、本キャリブレーションでは、Ａ／Ｄ変換器２０１はシングル入力とし、反転入力側の端子にオフセット電圧（ＤＣ電圧）を与えて、ＴＯＦスキャンを１回行い、信号未入力時のＡ／Ｄ変換器２０１の出力電圧値（階調値）が０〔Ｖ〕になるまでオフセット電圧の調整を繰り返す（処理７０１）。

次に、ＣＰＵ３は、任意波形発生器５を制御し、既知の電圧値を持った信号５ａ（本実施の形態では単一周波数の正弦波とする）を発生させ、データ収集処理装置２２に入力する（処理７０２）。また、ＣＰＵ３は任意波形発生器５に設定した正弦波５ａの最大電圧値データ３ｃをデータ収集処理装置２２内のテーブルメモリ２０７に送信する（処理７０３）。

次に、ＣＰＵ３はキャリブレーション用のＴＯＦスキャンを開始する（処理７０４）。データ収集処理装置２２に入力された正弦波６ａはログアンプ２００で増幅され、Ａ／Ｄ変換器２０１でサンプリングされる（処理７０５）。Ａ／Ｄ変換器２０１からのデジタルデータ（階調値）２０１ａを受信したピーク値検出回路２０５は、ＴＯＦスキャンが終了するまでに受信した全てのデータの中から最大電圧値を示すデジタルデータを検出する（処理７０６）。

ＴＯＦスキャン終了後（処理７０７）、テーブルメモリ２０７は、ピーク値検出回路２０５からの最大電圧値データ２０５ａをアドレスとし、そのアドレスにはＣＰＵ３から送られてきた電圧値データ３ｃを格納する（処理７０８）。

本キャリブレーションでは、テーブルメモリ２０７の全アドレスのデータが取得できるまで、任意波形発生器５から発生させる正弦波５ａの電圧値を変更しながら（処理７１１）、処理７０２〜７０８を繰り返す。

但し、通常測定時に測定する波形の電圧値の範囲が分かっており、テーブルメモリ２０７の全アドレスにデータが入っている必要が無いことが分かっている場合は、ＣＰＵ３がメモリの内容を確認しながらキャリブレーション終了判定を行っても良い。

また、上記フローでは、キャリブレーション時のＴＯＦスキャン回数を１回としたが、Ｎ回測定として積算メモリに格納された積算最大電圧値データから平均値を求めることで、最大電圧値測定の精度を高めることができる。

テーブルメモリ２０７の全アドレスにデータが書き込まれ、キャリブレーションが終了すると（処理７０９）、ＣＰＵ３は外部信号選択器６および内部信号選択器２０６をａ側に切り替え、データ収集処理装置２２の入力信号は質量分析装置１からの信号とし、また、テーブルメモリ２０７の入力データ経路はＡ／Ｄ変換器２０１からの信号として（処理７１０）、続けて、前記実施の形態１および２と同様のＴＯＦ測定を実施することができる。

以上のように、本実施の形態３におけるデータ収集処理装置２２によれば、外部装置から発生される既知の電圧値を持った信号を使用して、ログアンプ２００の入出力特性を測定し、ログアンプ２００で増幅される前後の電圧値データを取得することによって、本データ収集処理装置２２内で使用しているログアンプ２００の実特性を基にした逆ログ変換用の変換テーブルを生成することが可能となり、さらに高精度の測定が可能となる。

なお、本実施の形態３におけるキャリブレーションでは、テーブルメモリ２０７の全アドレスのデータを取得する手法を説明をしたが、ログアンプ２００の持つ入出力特性のうち、数点の入出力電圧をキャリブレーションで取得し、その数点のデータからＣＰＵ３で補間処理を行い、その処理で計算された電圧値をテーブルメモリ２０７に直接書き込むようにしても良い。

また、上記キャリブレーションは各測定毎に実施しても良いし、一度取得したテーブルメモリの内容はキャリブレーションデータとしてＣＰＵ内に保存しておき、測定前にそのキャリブレーションデータをロードすることも可能である。

また、図６では信号経路の切り替え制御をＣＰＵ３で行っているが、図８のように、データ収集処理装置３２内に備えた制御回路２０８によって切り替え制御を行っても良い。

また、図６および図８では入力信号の経路を切り替えるために外部信号選択器６を使用しているが、手動でケーブルをつなぎ変えても良い。

（実施の形態４）
次に、図９を参照しながら、本発明の実施の形態４におけるデータ収集処理装置の構成およびデータ処理方法について説明する。

図９はデータ収集処理装置の信号入力部からテーブルメモリまでの構成を示す。

本実施の形態４のデータ収集処理装置４２では、Ａ／Ｄ変換器２０１の前段に並列に構成されたログアンプ２００とゲイン調整回路２０９を備え、２種類のアンプを切り替えるための切り替え回路２１０と，Ａ／Ｄ変換後の電圧値データ２０１ａの経路を切り替えるための切り替え回路２１１を備えていることを特徴としている。その他の部分の構成については前記実施の形態１〜３と同様である。

ゲイン調整回路２０９は、リニアなゲイン特性を持ったアンプであり、制御回路２０８からのゲイン設定信号２０８ｃによって任意のゲイン量を設定することができる。ゲイン調整回路２０９とログアンプ２００はＡ／Ｄ変換器２０１の前段に、並列に構成されており、それぞれの出力は切り替え回路２１０に入力されている。切り替え回路２１０は、制御回路２０８からの切り替え信号２０８ｄによって使用するアンプを切り替えることができる。

同様に、切り替え回路２１１は、制御回路２０８からの切り替え信号２０８ｄによって、Ａ／Ｄ変換後の電圧値データをテーブルメモリ２０７に入力するか、そのまま積算メモリ回路に入力するかを切り替えることができる。

ここで、ログアンプ２００が選択された場合、実施の形態１〜３で説明したように、ログアンプ２００の特性を基に生成された逆ログ変換用のテーブルメモリ２０７を使って電圧値の変換（逆ログ変換モード）を行う。

一方、ゲイン調整回路２０９が選択された場合は、制御回路２０８から出力されるアンプ選択信号２０８ｄによって、逆ログ変換テーブルは使用せずに入力電圧値をそのまま出力するモード（スルーモード）が選択される。なお、図９では電圧値データを直接積算メモリ回路へ入力する経路を設けているが、入力値と出力値が等しいテーブルメモリを使用しても良い。

また、テーブルメモリ２０７のキャリブレーションに使用する任意波形発生器５の出力は理想的には“設定電圧２０８ｂ＝出力電圧５ａ”であるが、実際は発生器自身の誤差やケーブル等の損失により設定電圧と出力電圧に誤差が生じる。テーブルメモリ２０７に格納される変換電圧の絶対値に精度が要求される場合などは、任意波形発生器自身の出力特性も補正する必要がある。

そこで、実施の形態４では、ゲイン調整回路２０９のゲインを１倍に設定し、任意波形発生器５の出力信号５ａの振幅を可変しながら絶対電圧値を測定することで、任意波形発生器５のゲイン（入出力）特性を得ることができる。実施の形態３で説明した逆ログ変換用テーブルメモリのキャリブレーション時には、このゲイン特性を基に補正した電圧値を設定することで、より高精度なキャリブレーションを行うことができる。

このように、本実施の形態４によれば、非線形のゲイン特性を持つログアンプ２００と、リニア特性を持ったゲイン調整回路２０９とを並列に備えているため、ログアンプ２００を用いた高ダイナミックレンジのデータ積算処理と、ゲイン調整回路２０９を用いた高精度なデータ積算処理を、測定対象によって切り替えて使用することができる。

さらに、ゲイン特性の異なるアンプを切り替えて使用できることによって、単一の装置で、高ダイナミックレンジの測定または高精度の測定が可能となる。

また、ゲイン調整回路２０９を使用した測定によって、テーブルメモリ２０７のキャリブレーションに用いる外部の任意波形発生器５が持つゲイン特性のキャリブレーションも行うことができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

本発明は、Ａ／Ｄ変換器を用いた計測装置用のデータ収集処理装置に適用し、特にＴＯＦ−ＭＳ等の分析装置に使用されるＡＤＣ方式のデータ収集処理装置に有効である。

本発明のデータ収集処理装置が適用される質量分析装置の構成および動作の概要を示す図である。 本発明の実施の形態１の質量分析装置において、データ収集処理装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１の質量分析装置において、ログアンプの入力電圧と出力電圧の関係を示す図である。 本発明の実施の形態１の質量分析装置において、テーブルメモリの内容（入力電圧と出力電圧の関係）を示す図である。 本発明の実施の形態２の質量分析装置において、データ収集処理装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３の質量分析装置において、データ収集処理装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３の質量分析装置において、テーブルメモリのキャリブレーションの処理フローを示す図である。 本発明の実施の形態３の質量分析装置において、データ収集処理装置の構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態４の質量分析装置において、データ収集処理装置の信号入力部からテーブルメモリまでの構成を示す図である。

符号の説明

１…質量分析装置、２，１２，２２，３２，４２…データ収集処理装置、３…ＣＰＵ、４…入出力装置、５…任意波形発生器、６…外部信号選択器、１０１…導入部、１０２…ＴＯＦ部、１０３…検出器、１０４…イオン打出し信号発生器、２００…ログアンプ、２０１…Ａ／Ｄ変換器、２０２，２０７…テーブルメモリ、２０３…積算メモリ回路、２０４…ゲイン調整回路、２０５…ピーク値検出回路、２０６…内部信号選択器、２０８…制御回路、２０９…ゲイン調整回路、２１０，２１１…切り替え回路。

Claims (7)

1. Ａ／Ｄ変換器を用いたデータ収集処理装置であって、
   入力されるアナログ信号を非線形の入出力特性で増幅するログアンプと、
   前記ログアンプからの出力信号をサンプリングするＡ／Ｄ変換器と、
   前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータをリニアなスケールのデータに逆ログ変換するテーブルメモリと、
   前記リニアなスケールに変換されたデータを積算しながら格納する積算メモリ回路と、
   を有することを特徴とするデータ収集処理装置。
2. 請求項１に記載のデータ収集処理装置において、
   前記ログアンプの前段に、入力信号のゲインを調整できるゲイン調整回路をさらに有することを特徴とするデータ収集処理装置。
3. 請求項１に記載のデータ収集処理装置において、
   前記Ａ／Ｄ変換器の前段に、前記ログアンプと並列にリニアなゲイン特性を持ったゲイン調整回路と、第１の切り替え回路をさらに有し、
   前記テーブルメモリの後段に、第２の切り替え回路をさらに有し、
   前記ログアンプまたは前記ゲイン調整回路に切り替えることを特徴とするデータ収集処理装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のデータ収集処理装置において、
   前記ログアンプに既知の電圧値を入力して測定を行い、その設定電圧値とＡ／Ｄ変換後の電圧値データを前記テーブルメモリに格納可能であることを特徴とするデータ収集処理装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のデータ収集処理装置において、
   前記データ収集処理装置を制御しているＣＰＵによって前記テーブルメモリのデータを任意の値に書き換え可能であることを特徴とするデータ収集処理装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のデータ収集処理装置において、
   前記データ収集処理装置は、飛行時間測定型の質量分析装置に用いられることを特徴とするデータ収集処理装置。
7. 請求項６に記載のデータ収集処理装置において、
   前記飛行時間測定型の質量分析装置は、分析される試料をイオン化する導入部と、イオン化された試料に電圧を印加して加速させ、検出器に向けてイオンを飛行させるＴＯＦ部と、飛行してきたイオンを検出する検出器と、イオンを加速させるタイミングを決定するイオン打出し信号を発生するイオン打出し信号発生器と、を有することを特徴とするデータ収集処理装置。

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