JP2023058238A - 放射線検出装置および試料分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズとＸ線信号を効果的に判別することができる放射線検出装置を提供する。【解決手段】放射線検出装置は、放射線を検出する検出器と、検出器の出力信号を微分して第１パルス信号に変換する第１微分フィルターと、第１微分フィルターよりも大きい時定数を有し、検出器の出力信号を微分して第２パルス信号に変換する第２微分フィルターと、第１パルス信号のピークのタイミングと第２パルス信号のピークのタイミングの差に基づいて、ノイズを検知するノイズ検知部と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、放射線検出装置および試料分析装置に関する。

放射線検出装置は、Ｘ線やγ線等の放射線を検出するための装置である。放射線検出装置として、Ｘ線を検出するためのＸ線検出装置が知られている。

Ｘ線検出装置としては、エネルギー分散型Ｘ線検出装置（Energy Dispersive X-ray
Spectroscopy、ＥＤＳ）や、波長分散型Ｘ線検出装置（Wavelength－Dispersive X-ray Spectroscopy、ＷＤＳ）が知られている。

エネルギー分散型Ｘ線検出装置は、試料から放出されたＸ線を半導体検出器で検出し、電気信号に変えて分光分析する。このようなＸ線検出装置では、ノイズがＸ線による信号と判断され、試料に含まれない元素に対応するピークが観測されるという問題がある。

例えば、特許文献１には、Ｘ線検出器が出力した階段波を微分フィルターで微分して得られたパルス信号において、ノイズのピークの幅がＸ線信号のピークの幅よりも小さいことを利用してノイズを検出するノイズイベント検出部を備えたＸ線検出装置が開示されている。

特開２０１４－１６９８７７号公報

Ｘ線検出装置では、ノイズとＸ線信号を効果的に判別することが望まれている。特に低エネルギーのＸ線は、検出効率が悪く小さいピークしか得られない場合が多い。そのため、Ｘ線スペクトルにおいて、低エネルギーのＸ線のピークがノイズのピークと重なってピークとして識別できない場合がある。

本発明に係る放射線検出装置の一態様は、
放射線を検出する検出器と、
前記検出器の出力信号を微分して第１パルス信号に変換する第１微分フィルターと、
前記第１微分フィルターよりも大きい時定数を有し、前記検出器の出力信号を微分して第２パルス信号に変換する第２微分フィルターと、
前記第１パルス信号のピークのタイミングと前記第２パルス信号のピークのタイミングの差に基づいて、ノイズを検知するノイズ検知部と、
を含む。

このような放射線検出装置では、ノイズ検知部が第１パルス信号のピークのタイミングと第２パルス信号のピークのタイミングの差に基づいてノイズを検知するため、ノイズとＸ線信号を効果的に判別できる。

本発明に係る放射線検出装置の一態様は、
放射線を検出する検出器と、
前記検出器の出力信号を微分して第１パルス信号に変換する第１微分フィルターと、
前記第１微分フィルターよりも大きい時定数を有し、前記検出器の出力信号を微分して第２パルス信号に変換する第２微分フィルターと、
前記第１パルス信号のピーク強度と前記第２パルス信号のピーク強度に基づいて、ノイズを検知するノイズ検知部と、
を含む。

このような放射線検出装置では、ノイズ検知部が第１パルス信号のピーク強度と第２パルス信号のピーク強度に基づいてノイズを検知するため、ノイズとＸ線信号を効果的に判別できる。

本発明に係る試料分析装置の一態様は、
上記放射線検出装置を含む。

第１実施形態に係るＸ線検出装置の構成を示す図。 Ｘ線検出器の出力信号の一例を模式的に示す図 メインパルス信号の一例を模式的に示す図。 第１パルス信号の一例を模式的に示す図。 第２パルス信号の一例を模式的に示す図。 イベント検知部の処理を説明するための図。 波高値検出部の処理を説明するための図。 時定数の異なる３つの微分フィルターの出力信号を示す図。 時定数の異なる３つの微分フィルターの出力信号を示す図。 ノイズ検知部の処理を説明するための図。 ノイズ検知部の処理を説明するための図。 ピークタイミング検知部の処理を説明するための図。 Ｘ線検出装置の信号処理回路の処理を説明するための図。 Ｘ線検出装置で取得したＸ線スペクトル。 第２実施形態に係るＸ線検出装置の構成を示す図。 時定数の異なる３つの微分フィルターの出力信号を示す図。 時定数の異なる３つの微分フィルターの出力信号を示す図。 ノイズ検知部の処理を説明するための図。 ノイズ検知部の処理を説明するための図。 ピーク強度比較部の処理を説明するための図。 Ｘ線検出装置の信号処理回路の処理を説明するための図。 第３実施形態に係るＸ線検出装置の構成を示す図。 第４実施形態に係る試料分析装置の構成を示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１． 第１実施形態
１．１． Ｘ線検出装置の構成
まず、第１実施形態に係るＸ線検出装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係るＸ線検出装置１００の構成を示す図である。

Ｘ線検出装置１００は、図１に示すように、Ｘ線検出器２と、信号処理回路４と、スペ
クトル生成処理部６と、を含む。

Ｘ線検出器２は、Ｘ線を検出する。Ｘ線検出器２は、エネルギー分散型の検出器である。Ｘ線検出器２は、例えば、Ｓｉ（Ｌｉ）検出器、シリコンドリフト検出器（Silicon Drift Detector、ＳＤＤ）等の半導体検出器である。Ｘ線検出器２の出力は、例えば、増幅器で増幅されて出力される。

図２は、Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２の一例を模式的に示す図である。なお、図２では、縦方向（高さ方向）がＸ線のエネルギーに対応し、横方向が時間に対応している。

Ｘ線検出器２は、Ｘ線を検出して、Ｘ線のエネルギーに相当する高さの段差を有する階段波を出力する。図２に示す例では、Ｘ線検出器２は、高さＨ１に相当するエネルギーを持つＸ線、および高さＨ２に相当するエネルギーを持つＸ線をこの順で検出して、高さＨ１の段差および高さＨ２の段差を有する出力信号Ｓ２を出力する。

Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２は、図１に示すように、信号処理回路４に入力される。Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２は、メインフィルター１０、イベント検知フィルター２０、およびノイズ検知フィルター３０に入力される。

信号処理回路４は、メインフィルター１０と、波高値検出部１２と、イベント検知フィルター２０（第１微分フィルターの一例）と、ノイズ検知フィルター３０（第２微分フィルターの一例）と、イベント検知部４０と、ノイズ検知部５０と、を含む。

メインフィルター１０は、Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２を微分（１次微分）して、メインパルス信号Ｓ１０に変換する。メインパルス信号Ｓ１０は、出力信号Ｓ２の段差の高さに応じた高さ（波高値）のピークを有するパルス信号である。

図３は、メインパルス信号Ｓ１０の一例を模式的に示す図である。

図３に示すメインパルス信号Ｓ１０のピークＰ１の波高値Ｐ１ｍａｘは、図２に示す出力信号Ｓ２の段差の高さＨ１に対応している。また、図３に示すメインパルス信号Ｓ１０のピークＰ２の波高値Ｐ２ｍａｘは、図２に示す出力信号Ｓ２の段差の高さＨ２に対応している。メインフィルター１０は、時定数（微分時定数）Ｔを有する微分フィルターである。

イベント検知フィルター２０は、Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２を微分（１次微分）して、第１パルス信号Ｓ２０に変換する。第１パルス信号Ｓ２０は、出力信号Ｓ２の段差の高さに応じた高さ（波高値）のピークを有するパルス信号である。

図４は、第１パルス信号Ｓ２０の一例を模式的に示す図である。

図４に示す第１パルス信号Ｓ２０のピークＡ１の波高値Ａ１ｍａｘは、図２に示す出力信号Ｓ２の段差の高さＨ１に対応している。また、図４に示す第１パルス信号Ｓ２０のピークＡ２の波高値Ａ２ｍａｘは、図２に示す出力信号Ｓ２の段差の高さＨ２に対応している。イベント検知フィルター２０は、メインフィルター１０の時定数Ｔよりも小さい時定数Ｔｉを有する微分フィルターである。

ノイズ検知フィルター３０は、Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２を微分（１次微分）して、第２パルス信号Ｓ３０に変換する。第２パルス信号Ｓ３０は、出力信号Ｓ２の段差の高さに応じた高さ（波高値）のピークを有するパルス信号である。

図５は、第２パルス信号Ｓ３０の一例を模式的に示す図である。

図５に示す第２パルス信号Ｓ３０のパルスＢ１の波高値Ｂ１ｍａｘは、図２に示す出力信号Ｓ２の段差の高さＨ１に対応している。また、図５に示す第２パルス信号Ｓ３０のパルスＢ２の波高値Ｂ２ｍａｘは、図２に示す出力信号Ｓ２の段差の高さＨ２に対応している。ノイズ検知フィルター３０は、メインフィルター１０の時定数Ｔよりも小さく、イベント検知フィルター２０の時定数Ｔｉよりも大きい時定数Ｔｎを有する微分フィルターである。

イベント検知部４０は、Ｘ線検出器２でＸ線が検出されるごとに１つのイベント信号を発生させる。イベント検知部４０は、第１パルス信号Ｓ２０が閾値を超えるとイベント信号Ｓ４０を発生させる。イベント検知部４０は、比較器４２と、立ち上がり検出部４４と、を含む。

比較器４２は、第１パルス信号Ｓ２０と基準信号（閾値ＴＨ２）を比較する。立ち上がり検出部４４は、比較器４２の出力信号の立ち上がりを検出する。

図６は、イベント検知部４０の処理を説明するための図である。

比較器４２は、第１パルス信号Ｓ２０が閾値ＴＨ２を超えた場合に「Ｈｉｇｈ」レベルとなり、第１パルス信号Ｓ２０が閾値ＴＨ２以下のときに「Ｌｏｗ」レベルとなる出力信号Ｓ４２を出力する。閾値ＴＨ２は、任意の値に設定可能である。

立ち上がり検出部４４は、比較器４２の出力信号Ｓ４２の立ち上がりを検出する。立ち上がり検出部４４は、図６に示すように、比較器４２の出力信号Ｓ４２が立ち上がるとイベント信号Ｓ４０を発生させる。イベント信号Ｓ４０は、例えば、所定のパルス信号である。図６に示す例では、立ち上がり検出部４４は、ピークＡ１に対応するイベント信号Ｓ４０－１、およびピークＡ２に対応するイベント信号Ｓ４０－２を発生させる。

波高値検出部１２は、イベント信号Ｓ４０に基づいて、メインパルス信号Ｓ１０の波高値の検出を開始し、メインパルス信号Ｓ１０の波高値の情報を含む検出信号Ｓ１２を出力する。

図７は、波高値検出部１２の処理を説明するための図である。

波高値検出部１２は、図７に示すように、イベント信号Ｓ４０が入力されると、メインパルス信号Ｓ１０の波高値の検出を開始する。波高値検出部１２は、検出を開始してから検出時間Ｌ１内におけるメインパルス信号Ｓ１０の波高値（最大値）を検出する。検出時間Ｌ１は、メインフィルター１０の時定数Ｔに応じて設定される。図７に示す例では、１つ目のイベント信号Ｓ４０－１が発生したときに、波高値検出部１２は、ピークＰ１の波高値Ｐ１ｍａｘの検出を開始し、２つ目のイベント信号Ｓ４０－２が発生したときに、ピークＰ２の波高値Ｐ２ｍａｘの検出を開始する。

ノイズ検知部５０は、ノイズを検知する。すなわち、ノイズ検知部５０では、ノイズとＸ線信号を識別する。

図６に示すように、イベント検知部４０では、閾値ＴＨ２を超えるとイベント信号Ｓ４０を発生させる。第１パルス信号Ｓ２０の波高値は、Ｘ線のエネルギーの大きさに比例するため、例えば１００ｅＶ以下の低エネルギーのＸ線を検出するためには、閾値ＴＨ２を
低く設定する必要がある。しかしながら、閾値ＴＨ２を低く設定すると、ノイズも閾値ＴＨ２を超えてしまうため、イベント検知部４０ではノイズまでイベントとして検知してしまう。そのため、Ｘ線検出装置１００では、ノイズ検知部５０において、ノイズを検知する。以下、ノイズを検知する手法について説明する。

図８および図９は、時定数の異なる３つの微分フィルターの出力信号を示す図である。ここでは、時定数が３μｓの微分フィルター、時定数が９μｓの微分フィルター、時定数が１２．８μｓの微分フィルターを用いた。なお、図８は、Ｘ線信号を微分した結果であり、図９は、ノイズを微分した結果である。

図８に示すように、Ｘ線信号を微分した場合、微分フィルターの出力信号のピークのタイミングの差は、微分フィルターの時定数の差に一致する。例えば、時定数が３μｓの微分フィルターのピークのタイミングと時定数が９μｓの微分フィルターのピークのタイミングの差は、６μｓである。また、時定数が３μｓの微分フィルターのピークのタイミングと時定数が１２．８μｓの微分フィルターのピークのタイミングの差は、９．８μｓである。

これに対して、図９に示すように、ノイズを微分した場合、微分フィルターの出力信号のピークのタイミングの差は、微分フィルターの時定数の差からずれる場合がある。

このように、ノイズとＸ線信号とは、時定数の異なる微分フィルターの出力信号のピークのタイミングの差によって判別できる。

ノイズ検知部５０では、イベント信号Ｓ４０が発生したタイミングを起点として、第１パルス信号Ｓ２０のピークのタイミングおよび第２パルス信号Ｓ３０のピークのタイミングを計測する。そして、ノイズ検知部５０は、第１パルス信号Ｓ２０のピークのタイミングと第２パルス信号Ｓ３０のピークのタイミングの差と、イベント検知フィルター２０の時定数とノイズ検知フィルター３０の時定数の差に基づいて、ノイズを検知する。

ノイズ検知部５０は、図１に示すように、ピークホールド回路５２ａと、ピークホールド回路５２ｂと、メモリ５３ａと、メモリ５３ｂと、タイムカウンター５４と、ピークタイミング検知部５６と、ノイズ除去処理部５８と、を含む。

図１０および図１１は、ノイズ検知部５０の処理を説明するための図である。なお、図１０は、Ｘ線信号の処理を示し、図１１は、ノイズの処理を示している。

イベント検知フィルター２０は、Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２を微分して第１パルス信号Ｓ２０に変換する。

ピークホールド回路５２ａは、第１パルス信号Ｓ２０が閾値ＴＨ２を超えてイベント信号Ｓ４０が発生したタイミングで、第１パルス信号Ｓ２０のピーク（最大値）の検出を開始する。タイムカウンター５４は、イベント信号Ｓ４０が発生したときから第１パルス信号Ｓ２０のピークが検出されるまでの時間の計測を開始する。メモリ５３ａには、タイムカウンター５４で計測された第１パルス信号Ｓ２０のピーク（最大値）のタイミングＴ０、すなわち、第１パルス信号Ｓ２０が閾値ＴＨ２を超えてから第１パルス信号Ｓ２０のピークが検出されるまでの時間が記憶される。

ピークホールド回路５２ｂは、第１パルス信号Ｓ２０が閾値ＴＨ２を超えてイベント信号Ｓ４０が発生したタイミングで、第２パルス信号Ｓ３０のピーク（最大値）の検出を開始する。タイムカウンター５４は、イベント信号Ｓ４０が発生したときからピークが検出
されるまでの時間の計測を開始する。メモリ５３ｂには、タイムカウンター５４で計測された第２パルス信号Ｓ３０のピーク（最大値）のタイミングＴ１、すなわち、第１パルス信号Ｓ２０が閾値ＴＨ２を超えてから第２パルス信号Ｓ３０のピークが検出されるまでの時間が記憶される。

図１２は、ピークタイミング検知部５６の処理を説明するための図である。

イベント検知フィルター２０の時定数をＴｉとし、ノイズ検知フィルター３０の時定数をＴｎとする。このとき、Ｘ線信号の場合、タイミングＴ１とタイミングＴ０の差Ｔ１－Ｔ０の値は、時定数Ｔｎと時定数Ｔｉの差Ｔｎ－Ｔｉの値とほぼ一致する。これに対して、ノイズの場合、差Ｔｉ－Ｔ０の値は、必ずしも差Ｔｎ－Ｔｉの値と一致しない。

そのため、差Ｔｎ－Ｔｉを基準として一定の範囲±ａを設定し、その範囲から外れたイベントはノイズであると判断する。すなわち、ピークタイミング検知部５６は、差Ｔ１－Ｔ０が（Ｔｎ－Ｔｉ）－ａ以上（Ｔｎ－Ｔｉ）＋ａ以下の範囲に含まれているか否かを判定する。ピークタイミング検知部５６は、差Ｔ１－Ｔ０がこの範囲に含まれていると判定した場合には、ノイズイベント信号Ｓ５６を出力しない。また、ピークタイミング検知部５６は、差Ｔ１－Ｔ０がこの範囲に含まれていないと判定した場合には、ノイズイベント信号Ｓ５６を出力する。ノイズイベント信号Ｓ５６は、イベントがノイズによって発生したことを特定するための信号である。

なお、許容範囲を決めるａの値は、適宜設定可能である。ａの値が小さいほどノイズを判別することができるが、ａの値が小さすぎると、Ｘ線信号もノイズと判定してしまう可能性が高くなる。

ノイズ除去処理部５８は、ピークタイミング検知部５６がノイズイベント信号Ｓ５６を出力しない場合には、波高値検出部１２で検出された波高値の情報を含む検出信号Ｓ１２をスペクトル生成処理部６に出力する。ノイズ除去処理部５８は、ピークタイミング検知部５６がノイズイベント信号Ｓ５６を出力した場合には、波高値検出部１２で検出された波高値の情報を含む検出信号Ｓ１２をスペクトル生成処理部６に出力しない。

スペクトル生成処理部６は、波高値の情報を含む検出信号Ｓ１２が入力されると、該波高値の値に応じて弁別してそれぞれ計数し、横軸が波高値、すなわち、Ｘ線のエネルギー、縦軸がカウント数となるＸ線スペクトル（エネルギースペクトル、波高分布図）を作成する。スペクトル生成処理部６の機能は、例えば、パーソナルコンピューター（ＰＣ）等で実現することができる。

なお、上記では、信号処理回路４が１つのノイズ検知フィルター３０を有している場合について説明したが、信号処理回路４が互いに時定数の異なる複数のノイズ検知フィルター３０を有していてもよい。この場合、ノイズ検知部５０では、各ノイズ検知フィルター３０ごとに、第１パルス信号Ｓ２０のピークのタイミングと第２パルス信号Ｓ３０のピークのタイミングとの差を計算してノイズを検知してもよい。

１．２． Ｘ線検出装置の動作
図１３は、Ｘ線検出装置１００の信号処理回路４の処理を説明するための図である。

Ｘ線検出器２にＸ線が入射すると、Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２には、Ｘ線のエネルギーに応じた段差が現れる。

メインフィルター１０、イベント検知フィルター２０、およびノイズ検知フィルター３
０は、それぞれ出力信号Ｓ２を微分する。これにより、メインパルス信号Ｓ１０にはピークＰ１０が現れ、第１パルス信号Ｓ２０にはピークＰ１１が現れ、第２パルス信号Ｓ３０にはピークＰ１２が現れる。

イベント検知部４０では、第１パルス信号Ｓ２０の強度が閾値ＴＨ２を超えて時刻ｔ１にイベント信号Ｓ４０ａが発生する。イベント信号Ｓ４０ａが発生したタイミングで、ピークホールド回路５２ａが第１パルス信号Ｓ２０の最大値の検出を開始し、ピークホールド回路５２ｂが第２パルス信号Ｓ３０の最大値の検出を開始し、タイムカウンター５４が、最大値が検出されるタイミングの計測を開始する。メモリ５３ａには、タイムカウンター５４で計測された第１パルス信号Ｓ２０のピーク（最大値）のタイミングＴ０が記憶され、メモリ５３ｂには第２パルス信号Ｓ３０のピーク（最大値）のタイミングＴ１が記憶される。

ピークタイミング検知部５６は、タイミングＴ１とタイミングＴ０の差を計算し、差Ｔ１－Ｔ０が（Ｔｎ－Ｔｉ）－ａ以上（Ｔｎ－Ｔｉ）＋ａ以下の範囲に含まれているか否かを判定する。時刻ｔ１に発生したイベントでは、差Ｔ１－Ｔ０がこの範囲に含まれているため、ピークタイミング検知部５６は、ノイズイベント信号Ｓ５６を出力しない。

波高値検出部１２は、イベント信号Ｓ４０ａが発生したタイミングで、メインパルス信号Ｓ１０の波高値の検出を開始し、検出時間Ｌ１だけ波高値の検出を行い、メインパルス信号Ｓ１０の波高値Ｐ１０ｍａｘの情報を含む検出信号Ｓ１２を出力する。ノイズ除去処理部５８は、ノイズイベント信号Ｓ５６が入力されないため、波高値Ｐ１０ｍａｘの情報を含む検出信号Ｓ１２をスペクトル生成処理部６に出力する。これにより、スペクトル生成処理部６に、ピークＰ１０の波高値Ｐ１０ｍａｘの情報が送られる。

次に、Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２にノイズが生じた場合の動作について説明する。メインフィルター１０、イベント検知フィルター２０、およびノイズ検知フィルター３０は、それぞれ出力信号Ｓ２を微分する。これにより、メインパルス信号Ｓ１０にはピークＰ２０が現れ、第１パルス信号Ｓ２０にはピークＰ２１が現れ、第２パルス信号Ｓ３０にはピークＰ２２が現れる。

イベント検知部４０では、第１パルス信号Ｓ２０の強度が閾値ＴＨ２を超えて、時刻ｔ２にイベント信号Ｓ４０ｂが発生する。イベント信号Ｓ４０ｂが発生したタイミングで、ピークホールド回路５２ａが第１パルス信号Ｓ２０の最大値の検出を開始し、ピークホールド回路５２ｂが第２パルス信号Ｓ３０の最大値の検出を開始し、タイムカウンター５４が、最大値が検出されるタイミングの計測を開始する。メモリ５３ａには、タイムカウンター５４で計測された第１パルス信号Ｓ２０のピークのタイミングＴ０が記憶され、メモリ５３ｂには第２パルス信号Ｓ３０のピークのタイミングＴ１が記憶される。

ピークタイミング検知部５６は、差Ｔ１－Ｔ０を計算し、差Ｔ１－Ｔ０が（Ｔｎ－Ｔｉ）－ａ以上（Ｔｎ－Ｔｉ）＋ａ以下の範囲に含まれているか否かを判定する。時刻ｔ２に発生したイベントでは、差Ｔ１－Ｔ０がこの範囲に含まれないため、ピークタイミング検知部５６は、ノイズイベント信号Ｓ５６を出力する。

波高値検出部１２は、イベント信号Ｓ４０ｂが発生したタイミングで、メインパルス信号Ｓ１０の波高値の検出を開始し、検出時間Ｌ１だけ波高値の検出を行い、メインパルス信号Ｓ１０の波高値Ｐ２０ｍａｘの情報を含む検出信号Ｓ１２を出力する。ノイズ除去処理部５８には、ノイズイベント信号Ｓ５６が入力されるため、ノイズ除去処理部５８は、検出信号Ｓ１２をスペクトル生成処理部６に出力しない。したがって、スペクトル生成処理部６に、ピークＰ２０の波高値Ｐ２０ｍａｘの情報が送られない。

時刻ｔ３に発生したイベントについても同様の処理が行われ、メインフィルター１０、イベント検知フィルター２０、およびノイズ検知フィルター３０は、それぞれ出力信号Ｓ２を微分する。これにより、メインパルス信号Ｓ１０にはピークＰ３０が現れ、第１パルス信号Ｓ２０にはピークＰ３１が現れ、第２パルス信号Ｓ３０にはピークＰ３２が現れる。時刻ｔ３に発生したイベント（イベント信号Ｓ４０ｃ）では、差Ｔ１－Ｔ０が（Ｔｎ－Ｔｉ）－ａ以上（Ｔｎ－Ｔｉ）＋ａ以下の範囲に含まれているため、ピークタイミング検知部５６は、ノイズイベント信号Ｓ５６を出力しない。そのため、スペクトル生成処理部６に、ピークＰ３０の波高値Ｐ３０ｍａｘの情報が送られる。

上述した処理を繰り返すことにより、スペクトル生成処理部６には、ノイズ検知部５０でＸ線信号によって生じたイベントと判定された場合のみ、信号処理回路４から波高値の情報が送られる。これにより、スペクトル生成処理部６では、ノイズの影響が低減されたスペクトルを生成できる。

１．３． 効果
Ｘ線検出装置１００は、Ｘ線検出器２と、Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２を微分して第１パルス信号Ｓ２０に変換するイベント検知フィルター２０と、イベント検知フィルター２０よりも大きい時定数を有し、Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２を微分して第２パルス信号Ｓ３０に変換するノイズ検知フィルター３０と、第１パルス信号Ｓ２０のピークのタイミングＴ０と第２パルス信号Ｓ３０のピークのタイミングＴ１との差Ｔ１－Ｔ０に基づいてノイズを検知するノイズ検知部５０と、を含む。そのため、Ｘ線検出装置１００では、ノイズとＸ線信号を効果的に判別できる。

例えば、エネルギーの低いＸ線を検出する場合、イベント検知フィルター２０において図６に示す閾値ＴＨ２を低く設定しなければならない。しかしながら、閾値ＴＨ２を低く設定すると、イベント検知フィルター２０では、小さなノイズでもイベントとして検知してしまう。そのため、Ｘ線検出装置１００では、ノイズ検知部５０が差Ｔ１－Ｔ０に基づいてノイズを検知する。この結果、閾値ＴＨ２を低く設定しても、Ｘ線スペクトルにおいてノイズの影響を低減できる。

図１４は、Ｘ線検出装置１００で取得したＸ線スペクトルである。図１４には、Ｘ線検出装置１００で取得したＸ線スペクトルを実線で示している。図１４には、比較例として、ノイズ検知部５０を有さないＸ線検出装置で得られたＸ線スペクトルを破線で示している。

図１４に示すように、Ｘ線検出装置１００では、低エネルギーに現れるノイズに起因するピークを低減できる。したがって、Ｘ線検出装置１００では、低エネルギーのＸ線ピークを識別しやすくでき、低エネルギーのＸ線の感度を向上できる。

Ｘ線検出装置１００では、ノイズ検知部５０は、第１パルス信号Ｓ２０のピークのタイミングＴ０と第２パルス信号Ｓ３０のピークのタイミングＴ１との差Ｔ１－Ｔ０と、イベント検知フィルター２０の時定数Ｔｉとノイズ検知フィルター３０の時定数Ｔｎの差Ｔｎ－Ｔｉを比較して、ノイズを検知する。上述したように、Ｘ線信号の場合、差Ｔ１－Ｔ０は差Ｔｎ－Ｔｉとほぼ一致し、ノイズの場合、差Ｔ１－Ｔ０は差Ｔｎ－Ｔｉは一致しない。したがって、ノイズ検知部５０では、ノイズを正確に検知できる。

２． 第２実施形態
２．１． Ｘ線検出装置の構成
次に、第２実施形態に係るＸ線検出装置について、図面を参照しながら説明する。図１
５は、第２実施形態に係るＸ線検出装置２００の構成を示す図である。以下、第２実施形態に係るＸ線検出装置２００において、第１実施形態に係るＸ線検出装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

上述したＸ線検出装置１００では、ノイズ検知部５０は、第１パルス信号Ｓ２０のピークのタイミングＴ０と第２パルス信号Ｓ３０のピークのタイミングＴ１の差Ｔ１－Ｔ０に基づいてノイズを検知した。

これに対して、Ｘ線検出装置２００では、ノイズ検知部５０は、第１パルス信号Ｓ２０のピーク強度と第２パルス信号Ｓ３０のピーク強度に基づいてノイズを検知する。

まず、ノイズ検知部５０において、ノイズを検知する手法について説明する。図１６および図１７は、時定数の異なる３つの微分フィルターの出力信号を示す図である。ここでは、時定数がＴＡの微分フィルター、時定数がＴＢの微分フィルター、時定数がＴＣの微分フィルターを用いた。ただし、ＴＡ＜ＴＢ＜ＴＣである。なお、図１６は、Ｘ線信号を微分した結果であり、図１７は、ノイズを微分した結果である。

図１６に示すように、Ｘ線信号を微分した場合、微分フィルターの出力信号のピーク強度は、時定数の大きさによらずほぼ一定となる。これに対して、図１７に示すように、ノイズを微分した場合、微分フィルターの出力信号のピーク強度は、時定数の大きさに応じて変化する。具体的には、ピーク強度は、時定数が大きくなるほど低くなる傾向がある。

このように、ノイズとＸ線信号は、時定数の異なる微分フィルターの出力信号のピーク強度によって判別できる。

ノイズ検知部５０は、第１パルス信号Ｓ２０のピーク強度と第２パルス信号Ｓ３０のピーク強度に基づいて、ノイズを検知する。

ノイズ検知部５０は、図１５に示すように、ピークホールド回路５２ａと、ピークホールド回路５２ｂと、ピーク強度比較部５９と、ノイズ除去処理部５８と、を含む。

図１８および図１９は、ノイズ検知部５０の処理を説明するための図である。なお、図１８は、Ｘ線信号の処理を示し、図１９は、ノイズの処理を示している。

イベント検知フィルター２０は、図１８および図１９に示すように、Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２を微分して第１パルス信号Ｓ２０に変換する。

ピークホールド回路５２ａは、第１パルス信号Ｓ２０が閾値ＴＨ２を超えてイベント信号Ｓ４０が発生したタイミングで、第１パルス信号Ｓ２０のピーク強度（最大値）の検出を開始する。ピークホールド回路５２ａは、一定期間、第１パルス信号Ｓ２０のピーク強度α０の情報を出力する。

ピークホールド回路５２ｂは、第１パルス信号Ｓ２０が閾値ＴＨ２を超えてイベント信号Ｓ４０が発生したタイミングで、第２パルス信号Ｓ３０のピーク強度（最大値）の検出を開始する。ピークホールド回路５２ｂは、一定期間、第２パルス信号Ｓ３０のピーク強度α１の情報を出力する。図１８に示すＸ線信号の場合、第１パルス信号Ｓ２０のピーク強度α１と第２パルス信号Ｓ３０のピーク強度α０との強度比α１／α０は、約１となる。図１９に示すノイズの場合、強度比α１／α０は、１よりも小さくなる。

図２０は、ピーク強度比較部５９の処理を説明するための図である。

ピーク強度比較部５９は、第１パルス信号Ｓ２０のピーク強度α０に対する第２パルス信号Ｓ３０のピーク強度α１の強度比α１／α０を計算し、強度比α１／α０と閾値Ｄを比較する。ピーク強度比較部５９は、強度比α１／α０が閾値Ｄ未満の場合にノイズイベント信号Ｓ５９を出力し、比α１／α０が閾値Ｄ以上の場合にノイズイベント信号Ｓ５９を出力しない。

なお、閾値Ｄは、適宜設定可能である。閾値Ｄの値が大きいほどノイズを判別することができるが、閾値Ｄの値が大きすぎると、Ｘ線信号もノイズと判定してしまう可能性が高くなる。

上記では、信号処理回路４が１つのノイズ検知フィルター３０を有している場合について説明したが、信号処理回路４が互いに時定数の異なる複数のノイズ検知フィルター３０を有していてもよい。この場合、ノイズ検知部５０では、各ノイズ検知フィルター３０ごとに、第１パルス信号Ｓ２０のピーク強度α０と第２パルス信号Ｓ３０のピーク強度α１との強度比α１／α０を計算してノイズを検知してもよい。

２．２． Ｘ線検出装置の動作
図２１は、Ｘ線検出装置２００の信号処理回路４の処理を説明するための図である。

Ｘ線検出器２にＸ線が入射すると、Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２には、Ｘ線のエネルギーに応じた段差が現れる。

メインフィルター１０、イベント検知フィルター２０、およびノイズ検知フィルター３０は、それぞれ出力信号Ｓ２を微分する。これにより、メインパルス信号Ｓ１０にはピークＰ１０が現れ、第１パルス信号Ｓ２０にはピークＰ１１が現れ、第２パルス信号Ｓ３０にはピークＰ１２が現れる。

イベント検知部４０では、第１パルス信号Ｓ２０の強度が閾値ＴＨ２を超えて時刻ｔ１にイベント信号Ｓ４０ａが発生する。イベント信号Ｓ４０ａが発生したタイミングで、ピークホールド回路５２ａが第１パルス信号Ｓ２０のピーク強度（最大値）α０の検出を開始し、ピークホールド回路５２ｂが第２パルス信号Ｓ３０のピーク強度α１の検出を開始する。ピークホールド回路５２ａは、一定期間、ピーク強度α０の情報を出力し、ピークホールド回路５２ｂは、一定期間、ピーク強度α１の情報を出力する。

ピーク強度比較部５９は、第１パルス信号Ｓ２０のピーク強度α０に対する第２パルス信号Ｓ３０のピーク強度α１の強度比α１／α０を計算し、強度比α１／α０の値と閾値Ｄを比較する。時刻ｔ１に発生したイベントでは、強度比α１／α０は閾値Ｄ以上であるため、ピーク強度比較部５９は、ノイズイベント信号Ｓ５９を出力しない。

波高値検出部１２は、イベント信号Ｓ４０ａが発生したタイミングで、メインパルス信号Ｓ１０の波高値の検出を開始し、メインパルス信号Ｓ１０の波高値Ｐ１０ｍａｘの情報を含む検出信号Ｓ１２を出力する。ノイズ除去処理部５８は、ノイズイベント信号Ｓ５９が入力されないため、波高値Ｐ１０ｍａｘの情報を含む検出信号Ｓ１２をスペクトル生成処理部６に出力する。これにより、スペクトル生成処理部６に、ピークＰ１０の波高値Ｐ１０ｍａｘの情報が送られる。

次に、Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２にノイズが生じた場合の動作について説明する。メインフィルター１０、イベント検知フィルター２０、およびノイズ検知フィルター３０は、それぞれ出力信号Ｓ２を微分する。これにより、メインパルス信号Ｓ１０にはピークＰ
２０が現れ、第１パルス信号Ｓ２０にはピークＰ２１が現れ、第２パルス信号Ｓ３０にはピークＰ２２が現れる。

イベント検知部４０では、第１パルス信号Ｓ２０の強度が閾値ＴＨ２を超えて時刻ｔ２にイベント信号Ｓ４０ｂが発生する。イベント信号Ｓ４０ｂが発生したタイミングで、ピークホールド回路５２ａが第１パルス信号Ｓ２０のピーク強度α０の検出を開始し、ピークホールド回路５２ｂが第２パルス信号Ｓ３０のピーク強度α１の検出を開始する。

ピーク強度比較部５９は、強度比α１／α０を計算し、強度比α１／α０の値と閾値Ｄを比較する。時刻ｔ２に発生したイベントでは、強度比α１／α０は閾値Ｄ未満であるため、ピーク強度比較部５９は、ノイズイベント信号Ｓ５９を出力する。

波高値検出部１２は、イベント信号Ｓ４０ｂが発生したタイミングで、メインパルス信号Ｓ１０の波高値の検出を開始し、メインパルス信号Ｓ１０の波高値Ｐ２０ｍａｘの情報を含む検出信号Ｓ１２を出力する。ノイズ除去処理部５８には、ノイズイベント信号Ｓ５９が入力されるため、ノイズ除去処理部５８は、検出信号Ｓ１２をスペクトル生成処理部６に出力しない。したがって、スペクトル生成処理部６に、ピークＰ２０の波高値Ｐ２０ｍａｘの情報が送られない。

時刻ｔ３に発生したイベントについても同様の処理が行われ、メインフィルター１０、イベント検知フィルター２０、およびノイズ検知フィルター３０は、それぞれ出力信号Ｓ２を微分する。これにより、メインパルス信号Ｓ１０にはピークＰ３０が現れ、第１パルス信号Ｓ２０にはピークＰ３１が現れ、第２パルス信号Ｓ３０にはピークＰ３２が現れる。時刻ｔ３に発生したイベントでは、強度比α１／α０は閾値Ｄ以上であるため、ピーク強度比較部５９は、ノイズイベント信号Ｓ５９を出力しない。そのため、スペクトル生成処理部６に、ピークＰ３０の波高値Ｐ３０ｍａｘの情報が送られる。

上述した処理を繰り返すことにより、スペクトル生成処理部６には、ノイズ検知部５０でＸ線信号によって生じたイベントと判定された場合のみ、信号処理回路４から波高値の情報が送られる。これにより、スペクトル生成処理部６では、ノイズの影響が低減されたスペクトルを生成できる。

２．３． 効果
Ｘ線検出装置２００は、Ｘ線検出器２と、Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２を微分して第１パルス信号Ｓ２０に変換するイベント検知フィルター２０と、イベント検知フィルター２０よりも大きい時定数を有し、Ｘ線検出器２の出力信号Ｓ２を微分して第２パルス信号Ｓ３０に変換するノイズ検知フィルター３０と、第１パルス信号Ｓ２０のピーク強度α０と第２パルス信号Ｓ３０のピーク強度α１に基づいて、ノイズを検知するノイズ検知部５０と、を含む。そのため、Ｘ線検出装置２００では、Ｘ線検出装置１００と同様に、ノイズとＸ線信号を効果的に判別できる。

３． 第３実施形態
次に、第３実施形態に係るＸ線検出装置について、図面を参照しながら説明する。図２２は、第３実施形態に係るＸ線検出装置３００の構成を示す図である。以下、第３実施形態に係るＸ線検出装置３００において、第１実施形態に係るＸ線検出装置１００および第２実施形態に係るＸ線検出装置２００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

Ｘ線検出装置３００では、ノイズ検知部５０は、第１パルス信号Ｓ２０のピークのタイミングＴ０と第２パルス信号Ｓ３０のピークのタイミングＴ１の差Ｔ１－Ｔ０に基づいて
ノイズを検知し、かつ、第１パルス信号Ｓ２０のピーク強度α０に対する第２パルス信号Ｓ３０のピーク強度α１の強度比α１／α０に基づいてノイズを検知する。

ノイズ検知部５０は、図２２に示すように、ピークホールド回路５２ａと、ピークホールド回路５２ｂと、メモリ５３ａと、メモリ５３ｂと、タイムカウンター５４と、ピークタイミング検知部５６と、ノイズ除去処理部５８と、ピーク強度比較部５９と、を含む。

Ｘ線検出装置３００では、ピークホールド回路５２ａは、検出したピーク強度（最大値）の情報を、メモリ５３ａとピーク強度比較部５９に送る。また、ピークホールド回路５２ｂは、検出したピーク強度の情報を、メモリ５３ｂとピーク強度比較部５９に送る。

ノイズ除去処理部５８は、ピークタイミング検知部５６から出力されたノイズイベント信号Ｓ５６およびピーク強度比較部５９から出力されたノイズイベント信号Ｓ５９を受け付ける。ノイズ除去処理部５８は、ノイズイベント信号Ｓ５６およびノイズイベント信号Ｓ５９に基づいて、検出信号Ｓ１２をスペクトル生成処理部６に出力するか否かを判断する。

例えば、ノイズ除去処理部５８は、ノイズイベント信号Ｓ５６およびノイズイベント信号Ｓ５９のうちの少なくとも一方が入力された場合に、ノイズと判定し検出信号Ｓ１２を出力しなくてもよい。また、例えば、ノイズ除去処理部５８は、ノイズイベント信号Ｓ５６およびノイズイベント信号Ｓ５９の両方が入力された場合に、ノイズと判定し検出信号Ｓ１２を出力しなくてもよい。

Ｘ線検出装置３００では、Ｘ線検出装置１００およびＸ線検出装置２００と同様に、ノイズとＸ線信号を効果的に判別できる。

４． 第４実施形態
次に、第４実施形態に係る試料分析装置４００について、図面を参照しながら説明する。図２３は、第４実施形態に係る試料分析装置４００の構成を示す図である。

試料分析装置４００は、蛍光Ｘ線分析法による分析を行うための装置である。蛍光Ｘ線分析法とは、試料Ｓに一次Ｘ線を照射し、一次Ｘ線の照射により試料Ｓから放射される二次Ｘ線を検出することで、試料Ｓの分析を行う手法である。

試料分析装置４００は、図２３に示すように、Ｘ線管４０２と、フィルター４０３と、一次Ｘ線コリメーター４０４と、試料支持板４０５と、二次Ｘ線コリメーター４０６と、Ｘ線検出装置１００と、を含む。

Ｘ線管４０２は、一次Ｘ線を発生させる。Ｘ線管４０２では、試料Ｓの材質や分析対象元素に応じて、管電圧および管電流が設定される。Ｘ線管４０２で発生したＸ線は、フィルター４０３および一次Ｘ線コリメーター４０４を介して、試料Ｓに照射される。

フィルター４０３を通してＸ線を試料Ｓに照射することで、フィルター４０３に連続Ｘ線や特性Ｘ線の一部を吸収させることができ、それらの成分を除去することができる。試料分析装置４００は、複数のフィルター４０３を備えており、複数のフィルター４０３は互いに低減できるエネルギー帯域が異なっていてもよい。測定対象元素に応じて複数のフィルター４０３から測定に用いられるフィルター４０３が選択される。

一次Ｘ線コリメーター４０４は、試料Ｓに照射されるＸ線の照射領域を制限する。一次Ｘ線コリメーター４０４によって、照射領域の大きさを選択することができる。

試料支持板４０５は、試料Ｓを支持している。試料支持板４０５には、開口が形成されており、当該開口を介して、一次Ｘ線が試料Ｓに照射される。

二次Ｘ線コリメーター４０６は、試料Ｓから放射された二次Ｘ線の取得領域を制限する。二次Ｘ線コリメーター４０６を用いることで、目的の二次Ｘ線をＸ線検出装置１００で効率よく検出することができる。ここで、二次Ｘ線とは、試料Ｓに一次Ｘ線を照射した際に、試料Ｓから放射されるＸ線をいう。

Ｘ線検出装置１００は、試料Ｓから放射された二次Ｘ線を検出する。Ｘ線検出装置１００は、二次Ｘ線の検出結果に基づいて、Ｘ線スペクトルを生成する。

試料分析装置４００では、Ｘ線検出装置１００を含むため、ノイズの影響を低減でき、低エネルギーのＸ線の感度を向上できる。

なお、ここでは、本発明に係る試料分析装置が、Ｘ線を照射して試料からＸ線を発生させ、発生したＸ線を本発明に係る放射線検出装置で検出する蛍光Ｘ線分析装置である場合について説明したが、本発明に係る試料分析装置は、電子線やイオン等を照射して試料からＸ線やガンマ線を発生させ、発生したＸ線やガンマ線を本発明に係る放射線検出装置で検出する装置であってもよい。例えば、本発明に係る試料分析装置は、本発明に係る放射線検出装置を搭載した透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、および走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の電子顕微鏡、電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）等であってもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成である。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

２…Ｘ線検出器、４…信号処理回路、６…スペクトル生成処理部、１０…メインフィルター、１２…波高値検出部、２０…イベント検知フィルター、３０…ノイズ検知フィルター、４０…イベント検知部、４２…比較器、４４…立ち上がり検出部、５０…ノイズ検知部、５２ａ…ピークホールド回路、５２ｂ…ピークホールド回路、５３ａ…メモリ、５３ｂ…メモリ、５４…タイムカウンター、５６…ピークタイミング検知部、５８…ノイズ除去処理部、５９…ピーク強度比較部、１００…Ｘ線検出装置、２００…Ｘ線検出装置、３００…Ｘ線検出装置、４００…試料分析装置、４０２…Ｘ線管、４０３…フィルター、４０４…一次Ｘ線コリメーター、４０５…試料支持板、４０６…二次Ｘ線コリメーター

Claims (8)

1. 放射線を検出する検出器と、
   前記検出器の出力信号を微分して第１パルス信号に変換する第１微分フィルターと、
   前記第１微分フィルターよりも大きい時定数を有し、前記検出器の出力信号を微分して第２パルス信号に変換する第２微分フィルターと、
   前記第１パルス信号のピークのタイミングと前記第２パルス信号のピークのタイミングの差に基づいて、ノイズを検知するノイズ検知部と、
   を含む、放射線検出装置。
2. 請求項１において、
   前記ノイズ検知部は、前記第１パルス信号のピークのタイミングと前記第２パルス信号のピークのタイミングとの差と、前記第１微分フィルターの時定数と前記第２微分フィルターの時定数の差を比較して、ノイズを検知する、放射線検出装置。
3. 請求項１または２において、
   前記ノイズ検知部は、さらに、前記第１パルス信号のピーク強度と前記第２パルス信号のピーク強度に基づいて、ノイズを検知する、放射線検出装置。
4. 放射線を検出する検出器と、
   前記検出器の出力信号を微分して第１パルス信号に変換する第１微分フィルターと、
   前記第１微分フィルターよりも大きい時定数を有し、前記検出器の出力信号を微分して第２パルス信号に変換する第２微分フィルターと、
   前記第１パルス信号のピーク強度と前記第２パルス信号のピーク強度に基づいて、ノイズを検知するノイズ検知部と、
   を含む、放射線検出装置。
5. 請求項４において、
   前記ノイズ検知部は、
   前記第１パルス信号のピーク強度と前記第２パルス信号のピーク強度の比に基づいて、ノイズを検知する、放射線検出装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
   前記第１微分フィルターおよび前記第２微分フィルターよりも大きい時定数を有し、前記検出器の出力信号を微分してメインパルス信号を出力するメインフィルターと、
   前記第１パルス信号に基づいて、イベント信号を出力するイベント検知部と、
   前記イベント信号に基づいて前記メインパルス信号の波高値の検出を開始し、前記波高値の情報を含む信号を出力する波高値検出部と、
   を含む、放射線検出装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項において、
   前記検出器の出力信号は、前記放射線のエネルギーに相当する高さの段差を有する階段波である、放射線検出装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の放射線検出装置を含む、試料分析装置。

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