JP3552744B2 - 放射線解析装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、アナログ検出器信号を発生する放射線検出器、このアナログ検出器信号をディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器、および、この放射線のパルス波高分布を表すカウント値を記憶するメモリ手段を具える放射線解析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような種類の放射線解析装置はドイツ国公開特許第DE 37 21 101号明細書から知られている。既知の放射線解析装置は、アナログ−ディジタル変換器を具えるパルス波高解析器と、放射線検出器により発生されたアナログ検出信号をパルス波高分布に変換する記憶回路とを一体化した検出器読取回路を具えている。
アナログ−ディジタル変換器からのディジタル信号はパルス波高分布を形成するよう記憶回路に供給される。記憶回路に形成されたこのパルス波高分布は陰極線管上に表示される。アナログ−ディジタル変換器は必然的に放射線検出器により発生されたアナログ信号の理想的変換から偏移した、ある程度の微分非線形性を有している。既知の放射線解析装置において、アナログ−ディジタル変換器の微分非線形性により生じるエラーは陰極線管上に表示されるパルス波高分布に持ち込まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特に、本発明の目的は、アナログ−ディジタル変換器の微分非線形性により誘起されるエラーを補正したパルス波高分布を生成する放射線解析装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
このことは、本発明による放射線解析装置が、上記のディジタル信号に基づき、且つアナログ−ディジタル変換器の変換エラーを表す補正信号に基づいて上記のカウント値を計算する補正手段を具えることによって達成される。
【０００５】
放射線が放射線検出器に入射すると、電子的な検出器信号が発生する。この検出器信号はディジタル信号の振幅値に変換され、これが記憶回路に供給され、記憶回路で一連の検出器信号からカウント値が形成される。このカウント値はパルス波高分布、すなわち所定のレンジの値を有する振幅値の生起に対応するカウントの値を構成する。微分非線形性によりパルス波高分布に誘起されるエラーは、用いたアナログ−ディジタル変換器のみに依存し、且つＸ線検出器により検出された放射線の強度およびエネルギー分布には殆ど依存しない。従って、理想的パルス波高分布が既知の任意の検出器信号に対して知られている場合には、理想的パルス波高分布のカウント値とディジタル振幅から形成されたカウント値との比較により、補正数値を確立することができる。この補正数は、補正されたパルス波高分布を構成する補正されたカウント値の計算により検出器信号から形成されるパルス波高分布の補正に、引き続き用いられる。
【０００６】
本発明による放射線解析装置の好ましい実施例は、補正手段が上記のディジタル信号から導かれたカウント値を補正信号で乗算する乗算手段を具えることを特徴としている。
【０００７】
本発明による放射線解析装置の本実施例では、パルス波高分布は、多重チャネルメモリと一体化している多重チャネル解析器の形を持つ記憶回路によるディジタル信号の振幅値から形成されている。多重チャネルメモリの１つのチャネル番号は、１つのディジタル信号の振幅値の狭いレンジに対応している。多重チャネル解析器に１つのディジタル信号の振幅値を与えることは、多重チャネルメモリの対応するチャネルに記憶されたカウント値を１単位だけ増大するという効果を有する。すなわち、対応チャネルはディジタル信号の振幅値に対応している。従って、多重チャネルメモリの１つのチャネル番号は、放射線検出器により検出される放射線量子のエネルギーの１つの狭いレンジに対応している。
【０００８】
アナログ−ディジタル変換器への一連の検出器信号の供給は、多重チャネルメモリにおけるカウント値を形成する。多重チャネルメモリにそのように形成されたパルス波高分布は、アナログ−ディジタル変換器の微分非線形性に基づくエラーを含んでいる。補正数を用いる計算により、多重チャネルメモリからのカウント値は、この微分非線形性に基づくエラーを含まない補正済パルス波高分布を構成する補正済カウント値にすることができる。補正済パルス波高分布は、例えば記録装置により記録されるか、あるいは表示装置により表示される。
【０００９】
本発明による放射線解析装置の更に好ましい実施例は、補正手段が上記のディジタル信号を補正信号で乗算する乗算手段を具えることを特徴としている。
【００１０】
エラーを含むカウント値を補正する代わりに、放射線解析装置の本実施例の多重チャネルメモリから、補正済パルス波高スペクトルが得られる。アナログ−ディジタル変換器の微分非線形性に基づくディジタル信号の振幅値のエラーは、上記のディジタル信号の振幅値と補正数からの補正済ディジタル信号の振幅値の計算により補正される。それに応じて、多重チャネルメモリへのこの補正済ディジタル信号の供給は、多重チャネルメモリの各チャネルの補正済カウント値を形成し、これにより、補正済パルス波高スペクトルを形成する。
【００１１】
本発明による放射線解析装置の更に好ましい実施例は、補正手段が補正信号の振幅値を記憶するメモリ装置を具えることを特徴としている。
【００１２】
検出器信号に依存しない補正数は、パルス波高分布と、既知の検出器信号に対応する既知の理想的パルス波高分布との比較により決定される。従って、決定された補正数の値はメモリ装置に記憶され、且つこのメモリ装置から供給されることが好適である。
【００１３】
本発明による放射線解析装置の更に好ましい実施例は、補正数の値が、アナログ−ディジタル変換器に所定の形状の制御・測定信号を供給し、その結果生じたパルス波高分布と、上記の既知の信号に対応する理想的パルス波高分布とを比較することにより得られる値であることを特徴としている。
【００１４】
パルス波高分布を補正する補正数は検出器信号には依存しない。従って、補正数は、ある範囲の振幅値を有する所定の形状の制御・測定検出器信号をアナログ−ディジタル変換器に供給することにより得られる。この既知の制御・測定検出器信号から、較正パルス波高分布を構成する較正パルスカウント値が記憶回路で形成される。この既知の制御・測定検出器信号は、理想的カウント値により形成される既知の理想的パルス波高スペクトルに対応する。この制御・測定検出器信号に対応する既知の較正パルス波高スペクトルの補正のために得られた補正数は、本発明による放射線解析装置により放射線解析を遂行する場合に得られる、制御・測定検出器信号の振幅値のレンジの振幅値を有する任意の検出器信号の補正に同程度に有効である。
【００１５】
本発明による放射線解析装置の更に好ましい実施例は、制御・測定信号が鋸歯状信号であることを特徴としている。
【００１６】
適切な組の補正数を得るために、制御・測定検出器信号は、対応するレンジの振幅値と、比較的単純な理想的パルス波高分布を持つべきである。鋸歯形状を有する信号はこれらの条件を満足し、従って制御・測定検出器信号として使用するのに特に適している。
【００１７】
本発明による放射線解析装置が、アナログ−ディジタル変換器の微分非線形性により誘起されるエラーを補正したパルス波高分布を生成する補正を遂行する種々の機能は、上記の装置に連結された適当にプログラムされた計算機により実行されることが望ましい。
【００１８】
【実施例】
本発明の上記の態様および他の態様は今後記載される実施例および添付図面を参照して明らかにされる。
図１は本発明による放射線解析装置の一実施例を示している。実際には、放射線解析装置として、図１にはＸ線解析装置が示されている。
【００１９】
図１に示されたＸ線解析装置は、Ｘ線源１、サンプルホルダ２、コリメータ３と４、解析用結晶５およびＸ線検出器６を具えている。Ｘ線検出器６は例えばガス電離検出器である。Ｘ線ビーム７はサンプル８上に入射し、かつサンプルにより射出されるＸ線蛍光を生起する。蛍光Ｘ線ビーム９はコリメータ３を経て解析用結晶５の表面10に入射され、そこからブラグ反射により反射されたＸ線ビーム11がコリメータ４を経てＸ線検出器６に到達する。駆動モータ12と伝達装置13により、解析用結晶は図面の平面に垂直な軸の周りに随意に回転される。この回転により、Ｘ線検出器に入射するＸ線ビームのエネルギは狭いレンジ内に選択される。伝達装置14を介して作用するモータ12は図面の平面に垂直な軸の周りに、結晶の回転に整合する検出器の回転を生じる。この回転に基づき、検出器は円弧15に沿って移動する。
【００２０】
検出器により発生されたアナログ検出器信号は利得制御回路16により制御される。引き続いて上記の検出器信号はアナログ−ディジタル変換器17によりディジタル信号の振幅値に変換される。検出器により発生された検出器信号の振幅値は、検出器に入射するＸ線フォトンのエネルギ分布に対応する。このように、検出器により発生された振幅値の発生の分布は検出器に入射するＸ線フォトンのエネルギ分布に対応する。信号の振幅のこの発生分布は、以後パルス波高分布として引用され、それは例えばヒストグラムの形でモニタ31の陰極線管上に表示される。放射線検出器６により発生されたアナログ検出器信号は、後に説明する検出器読取回路手段18により処理される。
【００２１】
検出器読取回路の高速動作を達成するために、アナログ−ディジタル変換器17はフラッシュＡＤＣ（Flash-ＡＤＣ）とする。多重チャネル解析器の一部である多重チャネルメモリ19の形の記憶回路は、検出器により発生された検出器信号をパルス波高分布に変換するために具えられている。多重チャネルメモリの１つのチャネル番号は、検出器により発生された検出器信号の振幅値の１つの狭いレンジに対応している。このレンジの幅は、Ｘ線解析の実行に対応するＸ線エネルギのレンジの所定の幅と、多重チャネルメモリのチャネルの数との割合により決定される。多重チャネルメモリへの１つのディジタル信号の供給は、多重チャネルメモリの対応するチャネルに記憶された値が１単位だけ増大するという効果を有し、該対応チャネルは検出器により発生された検出器信号の振幅値に対応している。アナログ−ディジタル変換器への一連の検出器信号の供給は多重チャネルメモリのカウント値を形成する。それに応じて、多重チャネルメモリの１つのチャネル番号は、Ｘ線検出器により検出されたＸ線フォトンのエネルギの値の狭いレンジの１つに対応する。
【００２２】
フラッシュＡＤＣが必然的にある程度の微分非直線特性を有しているから、多重チャネルメモリ19により記憶されたパルス波高分布に摂動が持ち込まれる。全く固有の微分非線形性に基づくこのような摂動は、本発明による放射線解析装置では補正される。アナログ−ディジタル変換器の微分線形性あるいは相補的な微分非線形性の程度が、アナログ−ディジタル変換器への既知のテストパルスの印加により測定できることは、それ自身、米国特許第4,352,160 号明細書から知られている。本発明による放射線解析装置においても類似の方法を用いるが、本発明では、単にアナログ−ディジタル変換器を解析するのではなく、多重チャネルメモリにより記憶されたパルス波高分布を較正し、引き続いて補正する。
【００２３】
補正のために、フラッシュＡＤＣの制御・測定の遂行により得られる補正数が用いられる。検出器読取回路手段の較正は、これが放射線解析装置から分離されているときでも、あるいはそれに接続されているときでも、いずれでも遂行できる。較正はフラッシュＡＤＣにアナログ制御・測定鋸歯状信号を与えることにより実行される。この制御・測定鋸歯状信号は、フラッシュＡＤＣのレンジで正確に線形であり、フラッシュＡＤＣにより、高いクロツク周波数でディジタル制御・測定信号に変換される。特に、鋸歯状信号は、フラッシュＡＤＣのレンジが制御・測定鋸歯状信号の最大振幅値と最小振幅値の間の間隔内に充分含まれるよう選ばれる。従って、多重チャネルメモリにディジタル制御・測定信号を供給する場合、カウント値のかなりの数は、アンダーフローチャネルとオーバーフローチャネルに供給され、制御・測定鋸歯状信号の中間レンジに対応するカウント値が中間チャネルに供給され、ここでパルス波高分布が形成される。その結果、正確な線形性を有する制御・測定鋸歯状信号の部分が較正のために採用される。
【００２４】
理想的には、フラッシュＡＤＣに制御・測定鋸歯状信号を供給する場合に、等しい数のカウント値が多重チャネルメモリの中間チャネルに供給される。アンダーフローチャネルが＃０であり、オーバーフローチャネルが＃255 である２５６チャネル多重チャネルメモリに対して、カウント値Ｎ'c の理想数は、
【数１】

により与えられる。ここでＮc(i)は、多重チャネルメモリ手段にディジタル制御・ 測定信号を供給した後に、チャネル＃ｉで得られるカウント値の数である。各チャネルの補正因数ｃ(i) は、
【数２】

として得られる。多重チャネルメモリの各チャネルの較正因数は、特にプログラマブルメモリであるメモリ装置20に記憶される。
【００２５】
放射線解析が実行され、且つパルス波高分布が多重チャネルメモリ19に記憶される場合、メモリ装置20に記憶された補正因数は、モニタ31あるいは記録装置32に補正パルス波高分布を供給するために用いられる。その目的で、多重チャネルメモリ19の連続チャネルの読出しとメモリ装置20からの対応する補正因数の読出しのために、読出制御回路21が設けられている。従って、制御回路21とメモリ装置20は補正数を与える手段を形成する。チャネル＃ｉから読出されたカウント値の数は、たとえばＮm(i)は同じチャネルの対応補正因数ｃ(i) とともに乗算手段22の形をした計算手段に供給される。この乗算手段により、カウント値Ｎd(i)の補正数は、
【数３】

により計算される。
【００２６】
最後に、カウント値の補正数は補正済パルス波高分布を形成し、これは放射線解析装置に接続された計算機のモニタ等のモニタ31あるいは記録装置32に供給される。補正数の記憶、乗算および読出し制御の機能は、ボックス24に個別の装置として図示したように、そのためにプログラムされた計算機の機能に結合できる。
【００２７】
図２は、本発明による放射線解析装置の他の実施例を示している。本発明による放射線解析装置の図２に示されたような代替実施例においては、フラッシュＡＤＣ17からのディジタル信号が乗算手段23により個別に対応する補正因数と乗算されるように乗算が遂行される。そのような方法で、多重チャネルメモリ19の対応チャネルの内容は、単位量ではなくむしろ部分量だけ増大し、多重チャネルメモリに補正済パルス波高分布を形成する。多重チャネルメモリ19の読出しに基づいて、補正済パルス波高分布がモニタ31あるいは記録装置32に供給される。補正数の記憶、乗算および読出し制御の機能は、ボックス25に個別の装置として図示したように、そのためにプログラムされた計算機の機能に結合できる。
【００２８】
図３は、本発明による放射線解析装置に使用するアナログ−ディジタル変換器の微分非線形性を示している。特に、チャネル＃20から＃90に対して、アナログ−ディジタル変換器17の理想的な動作からの相対偏移が示されている。
【００２９】
図４ａは、図３に示されたアナログ−ディジタル変換器の微分非線形性に基づく偏移を含むパルス波高分布の一例を示しており、上記のパルス波高分布はガウス形パルス波高分布を有する検出器信号によるものである。ガウス形パルス波高分布を有する検出器信号が、アナログ−ディジタル変換器の微分非線形性の補正手段を欠く検出器読取回路に供給された場合、歪んだ波高分布が得られる。図４ａから明らかなように、ガウス特性からの強い偏移は図３に示された強い相対偏移を有するチャネルに存在する。
【００３０】
図４ｂは、本発明による放射線解析装置により、図３に示されたアナログ−ディジタル変換器の微分非線形性に基づく偏移が除去された、上記の検出器信号によるパルス波高分布の一例を示している。図４ｂから明らかなように、本発明による放射線解析装置の検出器読出回路は、アナログ−ディジタル変換器17の微分非線形性から補正されたカウント値を含む正しいパルス波高分布を生成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による放射線解析装置の一実施例を示す図である。
【図２】図２は本発明による放射線解析装置の別の実施例を示す図である。
【図３】図３は本発明による放射線解析装置に使用するアナログ−ディジタル変換器の微分非線形性を示す図である。
【図４】図４は波高分布を示す図であり、図４ａは図３に示されたアナログ−ディジタル変換器の微分非線形性に基づく偏移を含むパルス波高分布の一例を示す図、図４ｂは本発明による放射線解析装置により生成されたパルス波高分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ Ｘ線源
２ サンプルホルダ
３、４ コリメータ
５ 解析用結晶
６ Ｘ線検出器
７ Ｘ線ビーム
８ サンプル
９ 蛍光Ｘ線ビーム
10 表面
11 Ｘ線ビーム
12 駆動モータ
13、14 伝達装置
15 円弧
16 利得制御回路
17 アナログ−ディジタル変換器
18 検出器読取回路手段
19 多重チャネルメモリ
20 メモリ装置
21 読出制御回路
22、23 乗算手段
24、25 ボックス
31 モニタ
32 記録装置

Claims (7)

1. 放射線によって発生されるパルスの波高分布を生成する放射線解析装置であって、
   検出器パルス形式のアナログ検出器信号を発生する放射線検出器と、
   前記アナログ検出器信号を、前記検出器パルスの波高を表わす振幅値を有するディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器と、
   前記パルスの波高分布を表わすカウント値を記憶するメモリ手段と、
   前記ディジタル信号にもとづいて、前記ディジタル信号から導出したカウント値を補正して真のカウント値を計算する補正手段と
   を具えた放射線解析装置において、
   前記メモリ手段に、前記ディジタル信号の振幅値の異なる範囲に対応する個別のチャネルを設けて、検出器パルスが発生する毎に、前記ディジタル信号の振幅値が存在する範囲に対応するチャネルの内容を、１つの増分単位だけ増加させて、これにより、チャネル毎に記憶するカウント値を生成して、
   前記補正手段を、前記チャネル毎に個別の振幅値を有する補正信号にもとづいて、前記チャネル毎に補正カウント値を計算するように構成して、前記補正信号が、当該チャネルに関係する前記アナログ−ディジタル変換器の変換エラーを表わすことを特徴とする放射線解析装置
2. 前記補正信号を、前記アナログ−ディジタル変換器に供給するアナログ較正信号に対する応答として、前記アナログ−ディジタル変換器の出力から得ることを特徴とする請求項１に記載の放射線解析装置。
3. 前記補正手段が、前記ディジタル信号から導出したカウント値に前記補正信号を乗算する乗算手段を具えていることを特徴とする請求項１に記載の放射線解析装置。
4. 前記補正手段が、前記ディジタル信号に前記補正信号を乗算する乗算手段を具えることを特徴とする請求項１に記載の放射線解析装置。
5. 前記補正手段が、前記補正信号の振幅値を記憶するメモリ装置を具えていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の放射線解析装置。
6. 前記アナログ−ディジタル変換器に所定形状の制御・測定信号を供給して、その結果生じたパルス波高分布を、前記制御・測定信号に対応する理想的なパルス波高分布と比較することによって、前記補正信号の振幅を得ることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の放射線解析装置。
7. 前記制御・測定信号が鋸歯状信号であることを特徴とする請求項６に記載の放射線解析装置。

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