JP5973832B2 - 増幅器及び放射線検出器 - Google Patents
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Description
本発明は、放射線検出器に関し、より詳しくは、放射線検出素子から出力された電荷信号を電圧信号へ変換する増幅器、及びその増幅器を備えた放射線検出器に関する。
Ｘ線等の放射線を検出する放射線検出器は、ＳＤＤ（Silicon Drift Detector）等の放射線検出素子を備える。放射線検出素子は、検出した放射線に応じた電荷信号を出力し、電荷信号はプリアンプによって電圧信号に変換され、更に電圧信号は増幅され、増幅された電圧信号に基づいてスペクトル生成等の信号処理が行われる。
図２は、従来の放射線検出器のプリアンプの回路図である。増幅回路３１に並列に、帰還用のキャパシタ３３と常開のスイッチ３４とが夫々接続されている。放射線検出素子からプリアンプへ電荷信号が入力される都度、キャパシタ３３には電荷が溜まっていくので、プリアンプが出力する電圧信号の値は上昇をし続けることになる。そこで、電圧信号が所定の値に達した場合にスイッチ３４を閉じることにより、キャパシタ３３に溜まった電荷を放電させるリセットを行う必要がある。リセット中は放射線検出ができない不感時間となる。不感時間を短くするためには、リセットに必要なリセット時間を短くする必要がある。特許文献１には、増幅回路においてリセット時間を短くするための技術が開示されている。
従来のプリアンプにおいてリセットを行った場合、増幅回路３１の入力端と出力端とが短絡される。増幅回路３１の入力端と出力端とが短絡された状態では、ループ利得が大きくなり、発振が発生し易い。従来、リセット時の発振を防止するために、増幅回路３１内に補償容量を備えることが行われていた。補償容量を大きくすると位相余裕が大きくなり、発振が発生し難くなる。しかしながら、補償容量を大きくすると、増幅回路３１の処理速度が遅くなる。このため、プリアンプが出力する電圧信号の立ち上がり時間及びリセット時間が長くなるという問題がある。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、回路の構成を改善することにより、発振の発生を抑制しながらも信号の立ち上がり時間及びリセット時間を短くすることができる増幅器及び放射線検出器を提供することにある。
本発明に係る増幅器は、第１増幅回路と、該第１増幅回路の入力端及び出力端の間に接続されたキャパシタと、該キャパシタを放電させるためのスイッチとを備える増幅器において、１倍よりも小さい正の利得を有する第２増幅回路を備え、該第２増幅回路の入力端が前記第１増幅回路の出力端に接続され、前記第２増幅回路の出力端と前記第１増幅回路の入力端との間に前記スイッチが接続されており、前記第１増幅回路の入力端に信号が入力され、前記第１増幅回路の出力端から外部へ信号を出力するようにしてあることを特徴とする。
本発明に係る放射線検出器は、放射線検出時に電荷信号を発生する放射線検出素子と、該放射線検出素子が発生した電荷信号を入力され、入力された電荷信号を電圧信号に変換する本発明に係る増幅器とを備えることを特徴とする。
本発明においては、放射線検出器のプリアンプに用いられる増幅器は、信号の入出力が行われる第１増幅回路と、第１増幅回路に並列に接続されたキャパシタと、１倍より小さい正の利得を有する第２増幅回路とを備え、第２増幅回路は、第１増幅回路の入力端及び出力端の間にスイッチを介して接続されている。スイッチが閉じるとき、リセットが行われると共に、第１増幅回路から出力された信号が第２増幅回路で増幅されて再度第１増幅回路へ入力される。第２増幅回路の利得が１倍より小さいので、リセット時のループ利得は第１増幅回路のみを使用する場合のループ利得よりも小さくなり、発振が発生し難くなる。従って、第１増幅回路内の補償容量を従来よりも小さくすることができ、その結果、信号の立ち上がり時間及びリセット時間を短くすることができる。
本発明にあっては、放射線検出器のプリアンプに用いられる増幅器は、増幅回路内の補償容量を大きくせずとも、リセット時の発振の発生を抑制することができる。従って、発振の発生を抑制しながらも、増幅回路内の補償容量を従来よりも小さくして、放射線検出器のプリアンプの信号の立ち上がり時間及びリセット時間を短くすることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
図１は、本発明の放射線検出器の模式的回路図である。放射線検出器は、Ｘ線等の放射線を検出するための放射線検出素子２を備えている。放射線検出素子２は、ＳＤＤ等の半導体検出素子である。放射線検出素子２は、放射線が入射した場合に、放射線のエネルギーに比例した電荷信号を発生する。放射線検出素子２の出力端には、プリアンプ１が接続されている。プリアンプ１は本発明の増幅器である。放射線検出素子２からは電荷信号が出力され、プリアンプ１は、放射線検出素子２からの電荷信号を、放射線のエネルギーに比例した電圧信号に変換する。プリアンプ１の出力端には、放射線検出器の出力端が接続されている。
図１は、本発明の放射線検出器の模式的回路図である。放射線検出器は、Ｘ線等の放射線を検出するための放射線検出素子２を備えている。放射線検出素子２は、ＳＤＤ等の半導体検出素子である。放射線検出素子２は、放射線が入射した場合に、放射線のエネルギーに比例した電荷信号を発生する。放射線検出素子２の出力端には、プリアンプ１が接続されている。プリアンプ１は本発明の増幅器である。放射線検出素子２からは電荷信号が出力され、プリアンプ１は、放射線検出素子２からの電荷信号を、放射線のエネルギーに比例した電圧信号に変換する。プリアンプ１の出力端には、放射線検出器の出力端が接続されている。
放射線検出器は、例えば、Ｘ線検出装置に備えられ、放射線検出器の出力端はＸ線検出装置内でアンプを介して信号処理部に接続される。放射線検出器が出力した電圧信号は、アンプで増幅され、信号処理部で処理される。例えば、信号処理部は、各値の電圧信号をカウントし、検出したＸ線のスペクトルを取得する処理を行う。また例えば、放射線検出器は、蛍光Ｘ線分析装置に備えられる。蛍光Ｘ線分析装置は、試料からの蛍光Ｘ線を検出し、試料の蛍光Ｘ線分析を行う。
プリアンプ１は、第１増幅回路１１を備えている。放射線検出素子２から第１増幅回路１１の入力端へ電荷信号が入力され、第１増幅回路１１の出力端からプリアンプ１外へ電圧信号が出力される。第１増幅回路１１に並列に、帰還用のキャパシタ１３が接続されている。即ち、キャパシタ１３は第１増幅回路１１の入力端と出力端との間に接続されている。プリアンプ１は、更に、第２増幅回路１２を備えている。第２増幅回路１２は、１倍よりも小さい正の利得を有している。第２増幅回路１２の入力端は第１増幅回路１１の出力端に接続されており、第２増幅回路１２の出力端は常開のスイッチ１４を介して第１増幅回路１１の入力端に接続されている。
スイッチ１４が開放されている状態では、第２増幅回路１２は第１増幅回路１１から電気的に分離されている。この状態では、プリアンプ１の利得は第１増幅回路１１単独の利得と同一であり、第１増幅回路１１からプリアンプ１外へ電圧信号が出力される。
スイッチ１４が閉状態になったとき、第２増幅回路１２の出力端は第１増幅回路１１の入力端に接続される。この状態では、キャパシタ１３の両端は、第２増幅回路１２及びスイッチ１４を介して接続される。キャパシタ１３に溜まった電荷は、第２増幅回路１２及びスイッチ１４を通じて放電される。このようにして、リセットが行われる。リセットの最中、第１増幅回路１１から出力された信号は、第２増幅回路１２及びスイッチ１４を通じて第１増幅回路１１へ再入力される。このとき、プリアンプ１の回路全体の利得は、第１増幅回路１１の利得と第２増幅回路１２の利得とを掛け合わせたものとなる。第２増幅回路１２の利得は１倍よりも小さい正の利得であるので、プリアンプ１の回路全体のループ利得は第１増幅回路１１のみを使用した場合のループ利得よりも小さくなる。
リセットの最中に、プリアンプ１のループ利得は第１増幅回路１１のみを使用した場合のループ利得よりも小さくなるので、位相余裕が大きくなり、リセット時に発振が発生し難い。このため、プリアンプ１は、第１増幅回路１１内の補償容量を大きくせずとも、リセット時の発振の発生を抑制することができる。従って、プリアンプ１は、リセット時の発振の発生を抑制しながらも、第１増幅回路１１の補償容量を従来よりも小さくすることができる。第１増幅回路１１の補償容量が従来よりも小さくなることによって、第１増幅回路１１の処理速度が従来よりも速くなり、プリアンプ１が出力する電圧信号の立ち上がり時間及びリセット時間を従来よりも短くすることができる。このように、本発明のプリアンプ１は、発振の発生を抑制しながらも、電圧信号の立ち上がり時間及びリセット時間を従来よりも短くすることが可能となる。電圧信号の立ち上がり時間及びリセット時間が短くなった結果、プリアンプ１を備える放射線検出器では、放射線検出の不感時間が短くなり、より効率的な放射線検出が可能となる。
なお、図１に示したプリアンプ１の回路構成はプリアンプ１の最小構成であり、プリアンプ１はその他の回路素子を含んだ形態であってもよい。また、プリアンプ１は、集積回路で構成されていてもよい。また、本実施の形態においては、放射線検出素子として半導体検出素子を用いた例を示したが、本発明の放射線検出器は、検出した放射線に応じた電荷信号を出力する素子であればその他の放射線検出素子を用いた形態であってもよい。
１ プリアンプ（増幅器）
１１ 第１増幅回路
１２ 第２増幅回路
１３ キャパシタ
１４ スイッチ
２ 放射線検出素子
１１ 第１増幅回路
１２ 第２増幅回路
１３ キャパシタ
１４ スイッチ
２ 放射線検出素子
Claims (2)
- 第１増幅回路と、該第１増幅回路の入力端及び出力端の間に接続されたキャパシタと、該キャパシタを放電させるためのスイッチとを備える増幅器において、
１倍よりも小さい正の利得を有する第２増幅回路を備え、
該第２増幅回路の入力端が前記第１増幅回路の出力端に接続され、
前記第２増幅回路の出力端と前記第１増幅回路の入力端との間に前記スイッチが接続されており、
前記第１増幅回路の入力端に信号が入力され、前記第１増幅回路の出力端から外部へ信号を出力するようにしてあること
を特徴とする増幅器。 - 放射線検出時に電荷信号を発生する放射線検出素子と、
該放射線検出素子が発生した電荷信号を入力され、入力された電荷信号を電圧信号に変換する請求項１に記載の増幅器と
を備えることを特徴とする放射線検出器。
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