JP4229753B2 - 放射線計測装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＤ変換手段の最大入力範囲内でプリアンプのリセット操作を行って、半導体検出器で放射線の発生を検出しプリアンプを通して出力される放射線のエネルギーに比例した波高値を持つ階段波信号より放射線計測を行う放射線計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来のアナログ処理形放射線計測装置の構成例を示す図、図５は従来のデジタル処理形放射線計測装置の構成例を示す図、図６はプリアンプのリセット操作を説明するための図である。図中、１１は半導体検出器、１２はプリアンプ、１３はアナログパルスプロセッサ、１４、１６はＡＤ変換器、１５は増幅器、１７はデジタル波形成形部、１８はリセット回路、１９はイベント検出・制御回路を示す。
【０００３】
エネルギー分散型Ｘ線分析装置では、電子ビームあるいはＸ線を試料に照射することにより、試料から出る特性Ｘ線のエネルギーを計測して、その試料の元素分析が行われる。この特性Ｘ線のエネルギーを計測するための放射線計測においては、図４に示すように放射線の発生を半導体検出器１１で検出し、チャージセンシティブアンプ（以後プリアンプと記述）１２を用いて電気信号に変換することが行われており、プリアンプ１２では入射した放射線のエネルギーに比例した波高値をもつ階段波信号Ａを出力している。従来この階段波信号Ａは、アナログパルスプロセッサ１３により階段波信号Ａの波高値に相当する単独パルスＢに成形され、放射線用のＡＤ変換器１４でパルスＢのピーク値を計測（ＡＤ変換）していた。
【０００４】
しかし近年、従来図４に示すようにアナログ的に処理していた波形成形等をデジタル処理するようになり、図５に示すようにプリアンプ１２からの階段波信号Ａをさらに増幅器１５で増幅し、その階段波信号ＢをＡＤ変換器１６で直接ＡＤ変換し、デジタル波形成形部１７でＤＳＰ等によりデジタル処理して、イベント検出・制御回路１９によるイベントの検出に基づき波高値を計測する方法が一般的になってきている。但しこの方法はプリアンプ１２からの階段波信号Ａを増幅器１５で直接増幅して、その増幅した階段波信号ＢについてＡＤ変換器１６の最大入力範囲を越えないようにＡＤ変換を行うため、１リセット周期における階段波信号の段数が限られてしまい、リセット回路１８からプリアンプ１２に対してディスチャージ、すなわちリセット操作が頻繁に発生することになる。
【０００５】
また、プリアンプ１２のディスチャージでは、図６のＸ部に示すようにリセット信号の立ち上がり、立下がりエッジでチャージコンデンサ周辺への飛びつき等が発生してチャタリングを生じたりする。このためリセット時には、成形波のプロセスタイムに数μ秒の余裕を持たせ、その期間のパルスプロセッサは計測をインヒビットして誤った情報を出力しないようにしている。
【０００６】
この計測をインヒビットする時間は、最も長い成形時定数のプロセスタイムに合わせて設定されているのが一般的であり、例えば１μｓｅｃ、２μｓｅｃ、４μｓｅｃ、８μｓｅｃ、１６μｓｅｃ、３２μｓｅｃ、６４μｓｅｃ、１２８μｓｅｃの８個の成形時定数のプロセスタイムが選択できるパルスプロセッサであれば、インヒビット時間は１２８μｓｅｃ＋αとなる。ここでα時間は、半導体検出器１１とプリアンプ１２の仕様で決まるが、一般的には数μｓｅｃ程度である。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２２１４５８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように放射線計測において、デジタル処理により波高計測を行う場合にはプリアンプからの階段波信号を直接増幅してＡＤ変換を行うため、１リセット周期における階段波信号の段数が限られてしまい、プリアンプに対してディスチャージ、すなわちリセット操作が頻繁に発生することになる。
【０００９】
また、プリアンプのディスチャージはリセット信号の立ち上がり、立ち下がりエッジでチャージコンデンサ周辺への飛びつき等が発生してチャタリングを生じさせたりするため、リセット時には成形波のプロセスタイムに数μ秒の余裕を持たせて、パルスプロセッサの計測をインヒビットして誤った情報を出力しないようにしている。
【００１０】
その結果、リセット操作、すなわちプリアンプのリセット時だけでも約１３０μｓｅｃ程度がデットタイムとなって計数率を低下させることになる。そして計数効率の低下は、リセット周期が短い場合、例えば数百μｓｅｃ〜数ｍｓｅｃの場合に顕著になる。特に１μｓｅｃや２μｓｅｃの高計数率対応成形時定数の場合には、リセット時の大きなデットタイムは計数効率を著しく低下させることになる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、リセット時のデッドタイムを必要最小限に抑え、リセット時のデットタイムによる計数効率の低下を防ぐようにするものである。
【００１２】
そのために本発明は、放射線のエネルギーに比例した波高値を持つ階段波信号を出力するプリアンプ、前記階段波信号をデジタル値に変換するＡＤ変換手段、前記ＡＤ変換手段の出力を選択された成形時定数に基づきデジタル成形波出力に波形成形する成形時定数の切り替え可能なデジタル成形手段、前記デジタル成形波出力のピーク検出を行うピーク検出手段を備え、前記ＡＤ変換手段の最大出力範囲内で前記プリアンプのリセット操作を行って、半導体検出器で放射線の発生を検出し前記プリアンプを通して出力される放射線のエネルギーに比例した波高値を持つ階段波信号より放射線計測を行う放射線計測装置において、前記リセット時に、前記選択された成形時定数に一定の余裕時間を加算した時間幅のインヒビット信号を出力する手段を設け、該インヒビット信号により前記計測のインヒビットを制御するように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る放射線計測装置の実施の形態を示す図であり、１は増幅器、２はＡＤ変換器、３はデジタル成形部、４はパイルアップ＆ピーク検出部、５はリセット回路、６はイベント検出部、７はイベント制御部、８はインヒビット制御部、Ｓi は入力信号、Ｓo は出力信号、Ｓr はリセット信号、Ｓh はインヒビット信号、Ｓs は成形時定数切り替え信号、Ｓd はデジタル成形波出力である。
【００１４】
図１において、入力信号Ｓi は、半導体検出器からプリアンプを通して増幅器１に入力されてＡＤ変換器２でデジタル値に変換され、デジタル成形部３において成形時定数切り替え信号Ｓs にしたがってデジタル成形波出力Ｓd に波形成形され、パイルアップ＆ピーク検出部４でピークが検出されて結果Ｓo が出力され、放射線計測が行われる。さらに、増幅器１で増幅された入力信号は、リセット回路５に送られてＡＤ変換器２の最大入力範囲を越えないように、最大入力範囲内でプリアンプのリセット信号Ｓr を出力する。
【００１５】
また、入力信号Ｓi は、イベント検出部６に入力されてＸ線の発生（イベントの発生）が検出される。インヒビット制御部８は、リセット信号Ｓr をトリガとして、成形時定数切り替え信号Ｓs に基づき選択された成形時定数のプロセスタイムに応じ一定の余裕時間を加算した時間幅のインヒビット信号Ｓh をイベント制御部７に出力する。イベント制御部７は、イベント検出信号が複数の場合優先順位を決定し、さらに入力されたインヒビット信号Ｓh と論理積をとってパイルアップ＆ピーク検出部４に出力する。パイルアップ＆ピーク検出部４はイベント制御部７からの信号を受け、パイルアップ処理とピーク検出を行う。
【００１６】
図２はデジタル成形波とリセット信号、並びにインヒビット信号のタイミングを示す図、図３は成形時定数のプロセスタイムに対応してインヒビット信号幅が変化する様子を示す図であり、（ａ）は成形時定数のプロセスタイムが１μｓｅｃ、（ｂ）は２μｓｅｃ、（ｃ）は４μｓｅｃ、（ｄ）は８μｓｅｃ、（ｅ）は１６μｓｅｃ、（ｆ）は３２μｓｅｃにおけるデジタル成形波とインヒビット信号を想定している。
【００１７】
リセット回路５は、増幅器１で増幅された入力信号がＡＤ変換器２の最大入力範囲を越えるレベルに達する前にリセット信号Ｓr を出力すると、図２に示すように成形時定数のプロセスタイムに応じ数μ秒の余裕を持たせた幅のインヒビット信号Ｓh をインヒビット制御部８が出力する。このことにより、図３に示すように（ａ）の１μｓｅｃ、（ｂ）の２μｓｅｃ、（ｃ）の４μｓｅｃ、（ｄ）の８μｓｅｃ、（ｅ）の１６μｓｅｃ、（ｆ）の３２μｓｅｃなど、多数の成形時定数のプロセスタイムが選択可能な場合にも、それぞれの成形時定数に対応して成形後のプロセスタイムに数μ秒の余裕を持たせただけで誤った情報を出力しないようにすることができる。
【００１８】
つまり、従来は、全ての場合に、（ｆ）の３２μｓｅｃに合わせた幅のインヒビット信号Ｓh が用いられ、図３に示す（ａ）〜（ｅ）においてリセット時の大きなデッドタイムが発生し、計数効率を著しく低下させていたが、このような問題が解消される。
【００１９】
このように本実施形態では、インヒビット制御部８において、リセット回路５から出力されるリセット信号Ｓr をトリガとして、成形時定数切り替え信号Ｓs に基づき、選択された成形時定数のプロセスタイムに応じて数μ秒の余裕を持たせた幅のインヒビット信号Ｓh をイベント制御部７に出力するので、リセット時のデットタイムを成形時定数のプロセスタイム＋数μ秒に抑えることができ、計数効率の低下を防ぐことができる。
【００２０】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、１μｓｅｃ〜３２μｓｅｃにおけるデジタル成形波とインヒビット信号を想定して説明したが、成形時定数のプロセスタイムが６４μｓｅｃ、１２８μｓｅｃ、或いは他の成形時定数のプロセスタイムにあっても同様にインヒビット信号幅が成形時定数のプロセスタイムに応じて制御されることはいうまでもない。
【００２１】
また、上記実施の形態では、インヒビット制御部８から、リセット信号Ｓr をトリガとして、成形時定数切り替え信号Ｓs に基づき、選択された成形時定数のプロセスタイムに応じた幅のインヒビット信号Ｓh をイベント制御部７に出力するように構成したが、ＡＤ変換器の最大入力範囲内でプリアンプをリセットする時に、デジタル成形波出力に波形成形するために選択された成形時定数のプロセスタイムに一定の余裕時間を加算した時間幅のインヒビット信号によりＡＤ変換器２、デジタル成形部３を制御して放射線計測を制御するように構成してもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、階段波信号をデジタル値に変換するＡＤ変換手段、ＡＤ変換手段の出力を選択された成形時定数に基づきデジタル成形波出力に波形成形する成形時定数の切り替え可能なデジタル成形手段、デジタル成形波出力のピーク検出を行うピーク検出手段を備え、ＡＤ変換手段の最大入力範囲内でプリアンプのリセット操作を行って、半導体検出器で放射線の発生を検出しプリアンプを通して出力される放射線のエネルギーに比例した波高値を持つ階段波信号より放射線計測を行う放射線計測装置において、リセット時に、選択された成形時定数のプロセスタイムに一定の余裕時間を加算した時間幅のインヒビット信号を出力する手段を設け、該インヒビット信号により放射線計測を制御するので、プリアンプのリセット時において、従来は計測をインヒビットする時間が最も長い成形波のプロセスタイムに合わせて設定されていたのを、選択された成形時定数のプロセスタイムに応じたインヒビット時間とすることができ、リセット時におけるデットタイムを短縮し、これにより計数率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る放射線計測装置の実施の形態を示す図である。
【図２】 デジタル成形波とリセット信号、並びにインヒビット信号のタイミングを示す図である。
【図３】 成形時定数のプロセスタイムに対応してインヒビット信号幅が変化する様子を示す図である。
【図４】 従来のアナログ処理形放射線計測装置の構成例を示す図である。
【図５】 従来のデジタル処理形放射線計測装置の構成例を示す図である。
【図６】 プリアンプのリセット操作を説明するための図である。
【符号の説明】
１…増幅器、２…ＡＤ変換器、３…デジタル成形部、４…パイルアップ＆ピーク検出部、５…リセット回路、６…イベント検出部、７…イベント制御部、８…インヒビット制御部、Ｓi …入力信号、Ｓo …出力信号、Ｓr …リセット信号、Ｓh …インヒビット信号、Ｓs は成形時定数切り替え信号、Ｓd …デジタル成形波出力

Claims (1)

1. 放射線のエネルギーに比例した波高値を持つ階段波信号を出力するプリアンプ、前記階段波信号をデジタル値に変換するＡＤ変換手段、前記ＡＤ変換手段の出力を選択された成形時定数に基づきデジタル成形波出力に波形成形する成形時定数の切り替え可能なデジタル成形手段、前記デジタル成形波出力のピーク検出を行うピーク検出手段を備え、前記ＡＤ変換手段の最大出力範囲内で前記プリアンプのリセット操作を行って、半導体検出器で放射線の発生を検出し前記プリアンプを通して出力される放射線のエネルギーに比例した波高値を持つ階段波信号より放射線計測を行う放射線計測装置において、前記リセット時に、前記選択された成形時定数に一定の余裕時間を加算した時間幅のインヒビット信号を出力する手段を設け、該インヒビット信号により前記計測のインヒビットを制御するように構成したことを特徴とする放射線計測装置。

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