JP7400643B2

JP7400643B2 - Ｘ線分析装置、ｘ線分析用信号処理装置およびｘ線分析方法

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Publication number: JP7400643B2
Application number: JP2020114763A
Authority: JP
Inventors: 直也上田; 佑多齋藤
Original assignee: Shimadzu Corp
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Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2020-07-02
Publication date: 2023-12-19
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Description

本開示は、Ｘ線分析装置、Ｘ線分析用信号処理装置およびＸ線分析方法に関する。

Ｘ線分析装置は、固体、粉体または液体の試料に励起Ｘ線（一次Ｘ線）を照射し、照射した一次Ｘ線により励起されて放出される蛍光Ｘ線を分光器で検出することによって、その試料に含まれる元素の定性分析または定量分析を行なうものである。このようなＸ線分析装置としては、波長分散型蛍光Ｘ線分析装置と、エネルギ分散型蛍光Ｘ線分析装置とがある。

波長分散型蛍光Ｘ線分析装置は、分光結晶とスリットとを組み合わせたＸ線分光器により特定波長の蛍光Ｘ線を選別した上で検出器により検出する構成を有する。一方、エネルギ分散型蛍光Ｘ線分析装置は、こうした波長選別を行なわずに蛍光Ｘ線を直接半導体検出器等で検出し、その後の出力信号を波長λ（つまりＸ線エネルギＥ）ごとに分離する処理を行なうように構成される。したがって、蛍光Ｘ線スペクトルを作成する場合、波長分散型蛍光Ｘ線分析装置では波長走査を行なう必要があるのに対し、エネルギ分散型蛍光Ｘ線分析装置では多数の波長の情報が同時に得られるため、短時間で蛍光Ｘ線スペクトルを取得できる。

特開２０１５－２１９５７号公報（特許文献１）は、エネルギ分散型蛍光Ｘ線分析装置を開示する。エネルギ分散型蛍光Ｘ線分析装置は、Ｘ線検出器で検出された階段波を微分波に変換する微分回路と、微分波を台形波または三角波に変換するデジタルフィルタと、台形波または三角波におけるピークの波高値を分別して計数するピーク検出器とを有する。

特開２０１５－２１９５７号公報

特許文献１に記載されるＸ線分析装置によれば、階段波を微分波に変換することで、ダイナミックレンジを広くとれるため、分解能を高めることができる。そして、デジタルフィルタによって微分波を台形波または三角波に変換する変換処理を行なうことで、ピーク検出器においてピークの波高値を正確に算出することができる。

しかしながら、三角波または台形波への変換処理を行なう場合には、ある程度の時間を積分することが求められるので、短時間に多くの微分波が入力されるような場合に変換された波形が重なり、それぞれの微分波に対応する波高値を正確に算出できない場合がある。そのため、高い計数率を確保できない場合がある。

本開示の目的は、微分波を波形変換するフィルタを有するＸ線分析装置において、高い計数率を確保することである。

本開示のＸ線分析装置は、Ｘ線を検出するＸ線検出器と、Ｘ線検出器で検出された階段波を微分波に変換する微分回路と、微分波を入力波形として複数回の差分処理を行なうことによってピークを有する第１出力波形に変換する第１フィルタと、第１出力波形におけるピークの波高値を計数するピーク検出器とを備える。差分処理は、入力波形を遅延させる遅延処理と、遅延処理が行なわれた入力波形に対して係数を乗ずる乗算処理と、入力波形から乗算処理が行なわれた入力波形を減算する減算処理とを含む。

上記のＸ線分析装置において、差分処理による第１出力波形に変換する処理速度は、微分波におけるピークが立ち上がるまでの期間で決定される。そのため、三角波または台形波に変換する場合と比較して短時間で第１出力波形に変換することが可能となる。その結果、短時間に多くの微分波が入力されるような場合にもそれぞれの微分波に対応する波高値を正確に算出することができる。したがって、このＸ線分析装置によれば、高い計数率を確保することができる。

本実施の形態に係るＸ線分析装置の構成例を示す図である。微分波から台形波への変換処理について説明するための図である。台形波の重なりの一例について説明するための図である。２回差分フィルタの構成の一例を示す図である。２回差分フィルタの動作の一例を説明するための波形図である。信号処理装置において実行される処理の一例を示すフローチャートである。微分波と２回差分フィルタの出力波形との変化の一例を示すタイミングチャートである。第２の実施の形態のＸ線分析装置１において実行される処理の一例を示すフローチャートである。

以下に、本実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さないものとする。

［第１の実施の形態］
＜Ｘ線分析装置１の構成について＞
図１は、本実施の形態に係るＸ線分析装置１の構成例を示す図である。本実施の形態に係るＸ線分析装置１は、エネルギ分散型蛍光Ｘ線分析装置である。図１に示すように、Ｘ線分析装置１は、Ｘ線管球１０と、エネルギ分散型分光器（以下、Ｘ線検出器と記載する）１２と、プリアンプ１４と、微分回路１６と、アンプ１８と、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）２０と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０と、Ｘ線分析用信号処理装置（以下、単に信号処理装置と記載する）４０とを備える。

Ｘ線管球１０は、１次Ｘ線を試料Ｓに出射する。Ｘ線管球１０は、たとえば、陽極であるターゲットと、陰極であるフィラメントと、ターゲットおよびフィラメントを収容する筐体とを有する。ターゲットに高電圧を印加するとともに、フィラメントに低電圧を印可すると、フィラメントから放射された熱電子がターゲットの端面に衝突し、当該端面にて１次Ｘ線を発生させる。ターゲットの端面で発生した１次Ｘ線は試料Ｓに出射される。１次Ｘ線が試料Ｓに照射されると、１次Ｘ線により励起された蛍光Ｘ線が試料Ｓから放出され、Ｘ線検出器１２に入射される。

Ｘ線検出器１２は、予め定められた波長域の蛍光Ｘ線の強度を検出する。Ｘ線検出器１２は、筐体内部に配置され、上記波長域の蛍光Ｘ線の強度を検出する検出素子を有する。検出素子は、たとえば、リチウムドリフト型Ｓｉ半導体素子である。

Ｘ線検出器１２の出力信号はプリアンプ１４で増幅される。プリアンプ１４により出力信号は階段波状の信号となる。階段波状の信号の各段が蛍光Ｘ線を検出していることを示している。各段の高さが波長λ、すなわちＸ線エネルギＥを表している。

プリアンプ１４で増幅された出力信号は、微分回路１６に送られる。微分回路１６は、コンデンサＣおよび抵抗Ｒによって構成され、階段波を次式（１）で表す微分波に変換する。階段波を微分波に変換することで、ダイナミックレンジを広くとることができ、結果的に高分解能を得ることができる。微分波はアンプ１８で増幅され、ＡＤＣ２０に送られる。

ただし、τ（＝ＲＣ）は時定数、Ｔはサンプリング周期、ｎはサンプル数、ａは（ｅｘｐ（－Ｔ／τ））である。

ＡＤＣ２０は、アナログ信号である微分波を所定のサンプリング周期でサンプリングしてデジタル信号（以下、微分波デジタル信号と記載する）に変換する。微分波デジタル信号は、信号処理装置４０に入力される。

信号処理装置４０は、一般的に、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）をはじめとするロジックデバイスによって構成される。

本実施の形態において信号処理装置４０は、オフセット補正部４４と、波形変換部４６と、ベースライン補正部４８と、ゲイン／オフセット調整部５０と、ピーク検出器５２と、ヒストグラムメモリ５４とを含む。

オフセット補正部４４は、ＡＤＣ２０から与えられる微分波デジタル信号のオフセット補正を行ない、補正後の微分波デジタル信号を波形変換部４６に出力する。

波形変換部４６は、補正後の微分波デジタル信号をピークを有する所定の出力波形に変換する。波形変換部４６の出力波形の詳細については後述する。

波形変換部４６において生成された出力波形は、ベースライン補正部４８およびゲイン／オフセット調整部５０によってベースラインおよびゲインが調整された後、ピーク検出器５２に入力される。

ピーク検出器５２は、出力波形におけるピークを検出して各ピークの波高値（ピークトップ値）を取得する。ピーク検出器５２は、ピーク毎にピークトップ値に応じたＸ線エネルギＥの計数値をインクリメントして、ヒストグラムメモリ５４に格納する。

ＣＰＵ３０は、ヒストグラムメモリ５４に格納された計数値に基づいて、波高分布図（エネルギスペクトルヒストグラム）を作成する。波高分布図は横軸に蛍光Ｘ線エネルギＥを示し、縦軸に元素の含有量（強度）を示す。波高分布図では、試料Ｓ中に含まれる元素から放出される蛍光Ｘ線のエネルギＥに対応する位置に各元素固有のピークが現れる。ＣＰＵ３０は、このピークの出現位置およびそのＸ線強度値などに基づいて、含有元素の定性分析および定量分析を行なう。

＜波形変換部４６の構成例について＞
本実施の形態において、波形変換部４６は、台形波変換フィルタ４６ａを含む。台形波変換フィルタ４６ａは、オフセット補正部４４によって補正された微分波を式（２）で示される台形波に変換するように構成されるデジタルフィルタである。

ここで、式（２）に示されるＭは、台形波の上底の時間に相当し、式（２）で示されるＮは、台形波の立ち上がり時間および立ち下がり時間を示す。

図２は、微分波から台形波への変換処理について説明するための図である。図２の左側に示される微分波は、台形波変換フィルタ４６ａにおいて、図２の右側に示されるように、立ち上がり時間および立ち下がり時間がいずれもＮであって、上底の時間がＭとなる台形波に変換されることとなる。

たとえば、波形変換部４６として台形波変換フィルタ４６ａのみを有する場合には、以下のような課題が生じる。

すなわち、台形波への変換処理を行なう場合には、ある程度の時間を積分することが求められるので、短時間に多くの微分波が入力されるような場合に変換された台形波が重なり、それぞれの微分波に対応する波高値を正確に算出できない場合がある。

図３は、台形波の重なりの一例について説明するための図である。図３に示すように、たとえば、時間Ｔ（０）において、１つの微分波が台形波変換フィルタ４６ａに入力される場合には、入力された微分波に対応する台形波が出力される。このとき、出力される台形波は、信号が立ち上がる区間と、信号が上底に相当する値で維持する区間と、信号が立ち下がる区間とを有する。これに対して、時間Ｔ（１）において、短時間に２つの微分波が台形波変換フィルタ４６ａに入力された場合には、入力された２つの微分波に対応する２つの台形波が重なって出力される。このとき、出力される台形波は、１つ目の微分波に対応する台形波の信号が立ち上がる区間と、信号が上底に相当する値で維持する区間と、２つ目の微分波に対応する台形波の信号が上底に相当する値で維持する区間と、信号が立ち下がる区間とを有する。このように、台形波が重なることによって１つ目の微分波に対応する台形波と、２つ目の微分に対応する台形波とを区別できない場合には、２つの台形波についての波高値を正確に算出できない場合がある。そのため、高い計数率を確保できない場合がある。

そこで、本実施の形態においては、図１に示すように、波形変換部４６は、台形波変換フィルタ４６ａに加えて、２回差分フィルタ４６ｂと、選択部４７とをさらに含むものとする。２回差分フィルタ４６ｂは、微分波を入力波形として２回の差分処理を行なうことによってピークを有する所定の出力波形に変換する。なお、この差分処理は、入力波形を遅延させる遅延処理と、遅延処理が行なわれた入力波形に対して係数を乗ずる乗算処理と、入力波形から乗算処理が行なわれた入力波形を減算する減算処理とを含む。

このようにすると、差分処理により所定の出力波形に変換する処理速度は、微分波におけるピークが立ち上がるまでの期間で決定されるため、台形波に変換する場合と比較して短時間で所定の出力波形に変換することが可能となる。そのため、短時間に多くの微分波が入力されるような場合にもそれぞれの微分波に対応する波高値を正確に算出することができる。

＜２回差分フィルタ４６ｂの構成について＞
以下、２回差分フィルタ４６ｂの構成の一例について説明する。２回差分フィルタ４６ｂは、上述したように、微分波に対して２回の差分処理を行なうことにより微分波を以下の式（３）で示されるピークを有する所定の出力波形に変換するデジタルフィルタである。

ここで、式（３）に示されるＬおよびＭ’は、いずれも差分処理における遅延時間を示す。本実施の形態において遅延時間であるＬおよびＭ’は、たとえば、同じ値であるものとして説明するが異なる値であってもよい。なお、遅延時間であるＬおよびＭ’は、たとえば、いずれも微分波において信号の立ち上がり開始時点からピークまでの期間を示す。ｋ_Ｍ’は、Ｚ^－１Ｍ’に乗算される所定の係数である。なお、Ｚ^－Ｌに乗算される所定の係数は、１であるものとする。

図４は、２回差分フィルタ４６ｂの構成の一例を示す図である。図４に示すように、２回差分フィルタ４６ｂは、シフトレジスタ１００，１０４と、加算器１０２，１０８と、乗算器１０６とを含む。

シフトレジスタ１００は、オフセット補正部４４から入力される微分波と、遅延時間Ｌとを用いて入力された微分波をＬだけ遅延させる遅延処理を行ない、遅延させた波形を加算器１０２に出力する。遅延時間Ｌは、たとえば、微分波のピークの位置の高さを１とした場合、ピークの位置から高さがａ^Ｌとなるまでの時間である。

加算器１０２は、オフセット補正部４４から入力される微分波に、シフトレジスタ１００から入力される波形を反転させて加算する加算処理を行なう。

シフトレジスタ１０４は、加算器１０２から入力される波形と、遅延時間Ｍ’とを用いて加算器１０２から入力される波形をＭ’だけ遅延させた波形を乗算器１０６に出力する。遅延時間Ｍ’は、たとえば、遅延時間Ｌと同じ時間である。

乗算器１０６は、シフトレジスタ１０４から入力される波形と、係数ｋ_Ｍ’とを乗算する乗算処理を行なう。係数ｋ_Ｍ’は、たとえば、０よりも大きく、かつ、１よりも小さい、予め定められた値である。本実施の形態においては、たとえば、ａ^Ｌである。

加算器１０８は、加算器１０２から入力される波形に、乗算器１０６から入力される波形を反転させて加算する加算処理を行なう。

このような構成を有する２回差分フィルタ４６ｂの動作によって２回差分フィルタ４６ｂに入力される微分波は、図５に示すように所定の出力波形に変換される。

図５は、２回差分フィルタ４６ｂの動作の一例を示す図である。図５の（Ａ）のＬＮ１は、２回差分フィルタ４６ｂに入力される微分波を示す。図５の（Ｂ）のＬＮ２は、加算器１０２において微分波に加算される波形を示す。図５の（Ｃ）のＬＮ３は、加算器１０２から加算器１０８に入力される波形を示す。図５の（Ｄ）のＬＮ４は、加算器１０８において加算器１０２から入力される波形に加算される波形を示す。図５の（Ｅ）のＬＮ５は、加算器１０８から出力される波形を示す。

たとえば、２回差分フィルタ４６ｂに対して、図５（Ａ）のＬＮ１に示すような微分波が入力されると、２回差分フィルタ４６ｂに入力される微分波は、シフトレジスタ１００と加算器１０２との各々に入力される。

シフトレジスタ１００における遅延処理によって遅延された波形は、加算器１０２において、図５（Ｂ）のＬＮ２に示すように反転されて、図５（Ａ）のＬＮ１に示す微分波に加算される。

そのため、加算器１０２からは、図５（Ｃ）のＬＮ３に示す波形が出力され、シフトレジスタ１０４および加算器１０８の各々に入力される。このとき、図５（Ａ）のＬＮ１において、ピーク位置における高さが１であって、ピーク位置からＬだけ後の時点の高さがａ^Ｌである場合、図５（Ｃ）のＬＮ３の負方向のピーク位置における高さは、１－ａ^Ｌとなる。

シフトレジスタ１０４における遅延処理によって遅延された波形は、乗算器１０６における乗算処理によって係数ｋ_Ｍ’を乗算され、図５（Ｄ）のＬＮ４に示すような反転された波形が加算器１０８に入力される。

加算器１０８における加算処理によって図５（Ｅ）のＬＮ５に示す波形が生成され、２回差分フィルタ４６ｂの出力波形として出力される。

このとき、図５（Ｃ）の波形がＭ（＝Ｌ）だけ遅延され、係数ｋ_Ｍ’（＝ａ^Ｌ）が乗算され、かつ、反転させることによって図５（Ｄ）のＬＮ４の波形となり、図５（Ｃ）のＬＮ３の波形の負方向のピーク位置と図５（Ｄ）のＬＮ４の波形の負方向のピーク位置とが一致する。このとき、図５（Ｄ）のＬＮ４の負方向のピーク位置の高さがａ^Ｌであって、図５（Ｃ）のＬＮ３の負方向のピーク位置の高さが１－ａ^Ｌであるため、加算器１０８における加算処理によって生成された図５（Ｅ）のＬＮ５の波形における負方向のピーク位置の高さは、正方向のピーク位置の高さと同じ１となる。

なお、加算器１０２における加算処理は、入力波形から遅延波形（Ｌ）を減算する減算処理に相当する。また、加算器１０８における加算処理は、加算器１０２から出力された波形から乗算器１０６から出力された波形を減算する減算処理に相当する。

＜選択部４７の構成について＞
選択部４７は、モード選択情報を用いて台形波変換フィルタ４６ａの出力波形と、２回差分フィルタ４６ｂの出力波形とのうちのいずれかを選択する。選択部４７は、たとえば、ユーザによって選択されたモードに対応した出力波形を選択する。モードとしては、たとえば、高分解能モードと、高計数モードとが含まれる。高分解能モードは、分解能が高い台形波変換フィルタ４６ａを用いて波高値を検出するモードである。高計数モードは、計数率の高い微分波に対して波高値を正確に検出するモードである。モード選択情報は、ユーザによって選択されたモードの情報を含む。選択部４７は、モード選択情報に従って選択されたモードに対応する出力波形をベースライン補正部４８に出力する。

選択部４７は、たとえば、高計数モードが選択される場合には、２回差分フィルタ４６ｂからの出力波形のみをベースライン補正部４８に入力する。一方、選択部４７は、たとえば、高分解能モードが選択される場合には、台形波変換フィルタ４６ａからの出力波形のみをベースライン補正部４８に入力する。

＜波高値の取得について＞
上述したとおり、波形変換部４６において生成された出力波形は、ベースライン補正部４８およびゲイン／オフセット調整部５０によってベースラインおよびゲインが調整された後、ピーク検出器５２に入力される。

ピーク検出器５２は、出力波形におけるピークを検出してピークの波高値（ピークトップ値）を取得する。波形変換部４６において生成された出力波形が台形波である場合には、ピーク検出器５２は、ベースラインから台形波の上底までの高さをピークの波高値として取得する。波形変換部４６において生成された出力波形が、図５（Ｅ）のＬＮ５に示す波形である場合には、ベースラインから正方向のピーク位置および負方向のピーク位置のうちの少なくともいずれかまでの高さをピークの波高値として取得する。本実施の形態において、ピーク検出器５２は、たとえば、正方向のピーク位置の高さを波高値として取得するものとする。

＜Ｘ線分析装置１による一連の処理内容について＞
以下にＸ線分析装置１による一連の処理内容について図６を用いて説明する。図６は、Ｘ線分析装置１において実行される処理の一例を示すフローチャートである。

図６に示すように、ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１０にて、Ｘ線分析装置１は、蛍光Ｘ線の強度を階段波として検出する。Ｓ２０にて、Ｘ線分析装置１は、階段波を微分波に変換する。Ｓ３０にて、Ｘ線分析装置１は、微分波デジタル信号に変換する。

Ｓ４０にて、Ｘ線分析装置１は、ＡＤＣ２０から入力される微分波デジタル信号に対してオフセット補正を実行する。

Ｓ５０にて、Ｘ線分析装置１は、波形変換処理を実行する。Ｘ線分析装置１は、オフセット補正された微分波デジタル信号を台形波変換フィルタ４６ａを用いて台形波に変換する処理と、２回差分フィルタ４６ｂを用いて所定の出力波形に変換する処理とを実行する。

Ｓ６０にて、Ｘ線分析装置１は、選択処理を実行する。Ｘ線分析装置１は、選択部４７に入力されたモード選択情報から高分解モードと高計数モードとのうちのいずれのモードが選択されているかを特定し、特定されたモードに対応する出力波形をベースライン補正の対象とする。

Ｓ７０にて、Ｘ線分析装置１は、特定されたモードに対応する出力波形のベースラインを補正する。Ｓ８０にて、Ｘ線分析装置１は、ベースラインが補正された出力波形のゲインまたはオフセットを調整する。

Ｓ９０にて、Ｘ線分析装置１は、調整後の出力波形のピークの波高値を検出する。なお、ピークの波高値の検出については上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

Ｓ１００にて、Ｘ線分析装置１は、ヒストグラムメモリ５４に格納された計数値を更新する。Ｘ線分析装置１は、ヒストグラムメモリ５４に格納された計数値のうちの検出された波高値に対応する計数値をインクリメントすることによって更新する。Ｓ１１０にて、Ｘ線分析装置１は、波高分布図を作成する。

＜Ｘ線分析装置１の動作について＞
以上のように説明したＸ線分析装置１の動作について説明する。たとえば、ユーザが高計数モードを選択している場合を想定する。この場合、選択部４７に入力されるモード選択情報には、高計数モードが選択されていることを示す情報が含まれる。

微分回路１６において階段波から微分波に変換された波形は、ＡＤＣ２０において微分波デジタル信号に変換される。ＡＤＣ２０から出力される微分波デジタル信号に対して、オフセット補正部４４によるオフセット補正が行なわれる。

そして、オフセット補正部４４により補正された微分波デジタル信号は、台形波変換フィルタ４６ａおよび２回差分フィルタ４６ｂの各々に出力される。台形波変換フィルタ４６ａは、オフセット補正部４４からの補正された微分波を台形波に変換して選択部４７に出力する。一方、２回差分フィルタ４６ｂは、オフセット補正部４４からの補正された微分波を図５（Ｅ）のＬＮ５に示す所定の出力波形に変換して選択部４７に出力する。

選択部４７は、台形波と所定の出力波形とのうち入力されたモード選択情報にしたがって所定の出力波形を選択してベースライン補正部４８に出力する。選択部４７から出力された所定の出力波形は、ベースライン補正部４８およびゲイン／オフセット調整部５０によってベースラインおよびゲインが調整された後にピーク検出器５２に入力される。ピーク検出器５２は、所定の出力波形の正方向のピーク位置の波高値をピークの波高値として取得する。

図７は、微分波と２回差分フィルタ４６ｂの出力波形との変化の一例を示すタイミングチャートである。図７のＬＮ６は、微分波の波高値の時間変化を示す。図７のＬＮ７は、２回差分フィルタ４６ｂの出力波形の時間変化を示す。図７のＬＮ６に示すように、時間Ｔ（２）および時間Ｔ（３）の各々において立ち上がる微分波が入力されると、時間Ｔ（２）と時間Ｔ（３）との間、および、時間Ｔ（２）と時間Ｔ（４）との間に、図７のＬＮ７に示すように正方向と負方向とにそれぞれピークを有する所定の出力波形が２回差分フィルタ４６ｂからそれぞれ出力される。さらに、図７のＬＮ６に示すように、時間Ｔ（４）において立ち上がる１つ目の微分波が入力された後に、１つめの微分波がベースラインまで立ち下がる前に２つ目の微分波が入力されるような場合にも、図７のＬＮ７に示すように、時間Ｔ（４）以降において、正方向と負方向とにそれぞれピークを有する所定の出力波形が２回差分フィルタ４６ｂから連続して出力される。そのため、短時間に２つの微分波が入力される場合にもそれぞれに対応する所定の出力波形のピークの波高値の取得が可能となる。

ピーク検出器５２は、取得した波高値を用いてヒストグラムメモリ５４に格納されたデータを更新する。具体的には、ピーク検出器５２は、取得した波高値に対応する計数値をインクリメントする。ＣＰＵ３０は、信号処理装置４０から出力される計数値に基づいて、波高分布図を作成する。

次に、ユーザが高分解能モードを選択している場合を想定する。この場合、選択部４７に入力されるモード選択情報には、高分解能モードが選択されていることを示す情報が含まれる。

選択部４７は、台形波と所定の出力波形とのうち入力されたモード選択情報にしたがって台形波を選択してベースライン補正部４８に出力する。選択部４７から出力された台形波は、ベースライン補正部４８およびゲイン／オフセット調整部５０によってベースラインおよびゲインが調整された後にピーク検出器５２に入力される。ピーク検出器５２は、台形波の上底までの高さをピークの波高値として取得し、取得した波高値を用いてヒストグラムメモリ５４に格納されたデータを更新する。

＜作用効果について＞
以上のようにして、この実施の形態によれば、選択部４７によって２回差分フィルタ４６ｂの出力波形が選択される場合において、台形波変換フィルタ４６ａを用いて台形波に変換する場合と比較して短時間で所定の出力波形への変換処理を行なうことが可能となる。これは、微分波を２回差分フィルタ４６ｂによって図５（Ｅ）に示す出力波形に変換する処理速度は、微分波におけるピークが立ち上がるまでの期間で決定されるためである。そのため、短時間に多くの微分波が入力されるような場合にも波高値を正確に算出することができる。したがって、高い計数率を確保することができる。

さらに、この実施の形態によれば、台形波変換フィルタ４６ａが選択される場合には、高い分解能で微分波に対応する波高値を算出することができる。さらに、この実施の形態によれば、ユーザは、使用環境または分析対象等に応じて台形波変換フィルタ４６ａの出力波形と、２回差分フィルタ４６ｂの出力波形とのうちのいずれかを選択することができる。

＜変形例について＞
以下、変形例について説明する。

上述の信号処理装置４０において、波形変換部４６は、微分波を台形波に変換する台形波変換フィルタ４６ａを有するものとして説明したが、波形変換部４６は、台形波変換フィルタ４６ａに代えて微分波を三角波に変換する三角波変換フィルタを有するようにしてもよい。あるいは、波形変換部４６は、台形波変換フィルタ４６ａおよび選択部４７を省略し、２回差分フィルタ４６ｂのみを有する構成としてもよい。あるいは、波形変換部４６は、台形波変換フィルタ４６ａと２回差分フィルタ４６ｂに加えて微分波を三角波に変換する三角波変換フィルタあるいは差分処理と異なる変換処理によって微分波を所定の出力波形に変換するフィルタを有するようにしてもよい。

さらに上述の信号処理装置４０において、波形変換部４６は、微分波に対して２回の差分処理を行なう２回差分フィルタ４６ｂを有するものとして説明したが、たとえば、２回差分フィルタ４６ｂに代えて微分波に対して３回以上の複数回の差分処理を行なうフィルタを有するようにしてもよい。

なお、上記した変形例は、その全部または一部を適宜組み合わせて実施してもよい。
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態のＸ線分析装置１は、ピーク検出器５２の機能が異なる点を除き、第１の実施の形態のＸ線分析装置１と同様のハードウェア構成を有する。そのため、ピーク検出器５２以外についてその詳細な説明は繰り返さない。

＜波高値の取得について＞
本実施の形態におけるピーク検出器５２は、出力波形におけるピークを検出してピークの波高値（ピークトップ値）を取得する。波形変換部４６において生成された出力波形が台形波である場合には、ピーク検出器５２は、ベースラインから台形波の上底までの高さをピークの波高値として取得する。波形変換部４６において生成された出力波形が、図５（Ｅ）のＬＮ５に示す波形である場合には、ピーク検出器５２は、ベースラインから正方向のピーク位置と負方向のピーク位置とを用いて波高値を取得する。本実施の形態において、ピーク検出器５２は、たとえば、ベースラインを基準とした正方向のピークの大きさとベースラインを基準とした負方向のピークの大きさとの平均値を波高値として取得するものとする。

＜Ｘ線分析装置１による一連の処理内容について＞
以下にＸ線分析装置１による一連の処理内容について図８を用いて説明する。図８は、第２の実施の形態のＸ線分析装置１において実行される処理の一例を示すフローチャートである。図８のフローチャートに示す処理は、図６のフローチャートに示す処理と比較して、Ｓ９０の処理に代えてＳ２００の処理が実行される点が異なる。Ｓ２００の処理以外の処理は同じ処理内容であり、同じステップ番号が付与される。そのため、それらの処理についての詳細な説明は繰り返さない。

Ｓ２００にて、Ｘ線分析装置１は、調整後の出力波形のピークの波高値を検出する。すなわち、Ｘ線分析装置１は、波形変換部４６において生成された出力波形が台形波である場合には、ベースラインから台形波の上底までの高さをピークの波高値として取得する。波形変換部４６において生成された出力波形が、２回差分フィルタを用いた出力波形（すなわち、図５（Ｅ）のＬＮ５に示す波形）である場合には、Ｘ線分析装置１は、正方向のピーク位置の大きさ（絶対値）および負方向のピーク位置の大きさ（絶対値）の平均値を波高値として取得する。

選択部４７は、台形波と所定の出力波形とのうち入力されたモード選択情報にしたがって所定の出力波形を選択してベースライン補正部４８に出力する。選択部４７から出力された所定の出力波形は、ベースライン補正部４８およびゲイン／オフセット調整部５０によってベースラインおよびゲインが調整された後にピーク検出器５２に入力される。ピーク検出器５２は、所定の出力波形の正方向のピーク位置の大きさと、負方向のピーク位置の大きさとの平均値を波高値として取得する。

微分波と２回差分フィルタ４６ｂの出力波形との変化は、上述の第１の実施の形態において図７を用いて説明したとおりである。そのため、その詳細な説明は、繰り返さない。

なお、ユーザが高分解能モードを選択している場合のＸ線分析装置１の動作については、上述の第１の実施の形態において説明したＸ線分析装置１の動作と同様である。そのため、その詳細な説明は繰り返さない。
＜作用効果について＞
以上のようにして、この実施の形態によれば、上述の第１の実施の形態における作用効果に加えて、選択部４７によって２回差分フィルタ４６ｂの出力波形が選択される場合には、正方向のピークの大きさと負方向のピークの大きさとの平均値を波高値として計数することによって、正方向のピークおよび負方向のピークのうちのいずれかを波高値として計数する場合と比較して、積算回数が２倍となる。そのため、ノイズ等により入力波形に変動が生じた場合でも平均化によりその変動の影響を低減し、分解能を向上させることができる。

＜変形例について＞
以下、変形例について説明する。

なお、上記した変形例は、その全部または一部を適宜組み合わせて実施してもよい。
［態様］
上述した複数の例示的な実施の形態およびその変形例は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（第１項）一態様に係るＸ線分析装置は、Ｘ線を検出するＸ線検出器と、Ｘ線検出器で検出された階段波を微分波に変換する微分回路と、微分波を入力波形として複数回の差分処理を行なうことによってピークを有する第１出力波形に変換する第１フィルタと、第１出力波形におけるピークの波高値を計数するピーク検出器とを備える。差分処理は、入力波形を遅延させる遅延処理と、遅延処理が行なわれた入力波形に対して係数を乗ずる乗算処理と、入力波形から乗算処理が行なわれた入力波形を減算する減算処理とを含む。

第１項に記載のＸ線分析装置において、差分処理による第１出力波形に変換する処理速度は、微分波におけるピークが立ち上がるまでの期間で決定される。そのため、三角波または台形波に変換する場合と比較して短時間で第１出力波形に変換することが可能となる。その結果、短時間に多くの微分波が入力されるような場合にもそれぞれの微分波に対応する波高値を正確に算出することができる。したがって、このＸ線分析装置によれば、高い計数率を確保することができる。

（第２項）第１項に記載のＸ線分析装置は、微分波を台形波または三角波を有する第２出力波形に変換する第２フィルタと、第１出力波形と第２出力波形とのうちのいずれかを選択する選択部とをさらに備える。ピーク検出器は、選択部によって選択された波形の波高値を計数する。

第２項に記載のＸ線分析装置によれば、たとえば、第１フィルタが選択される場合には、短時間に多くの微分波が入力されるときにそれぞれの微分波に対応する波高値を正確に算出することができる。さらに、第２フィルタが選択される場合には、高い分解能で微分波に対応する波高値を算出することができる。

（第３項）第２項に記載のＸ線分析装置において、選択部は、ユーザからの選択指示にしたがって第１出力波形と第２出力波形とのうちのいずれかを選択する。

第３項に記載のＸ線分析装置によれば、ユーザは、使用環境または分析対象等に応じて出力波形を選択することができる。

（第４項）第１項から第３項のいずれか１項に記載のＸ線分析装置において、第１フィルタは、微分波に対して２回の差分処理を行なうことによって第１出力波形に変換する。

第４項に記載のＸ線分析装置によれば、短時間に多くの微分波が入力されるような場合にも２回の差分処理によってそれぞれの微分波に対応する波高値を正確に算出することができる。

（第５項）第１項から第４項のいずれか１項に記載のＸ線分析装置において、ピーク検出器は、第１出力波形における正方向の第１ピークの大きさと、第１出力波形における負方向の第２ピークの大きさとの平均値を波高値として計数する。

第５項に記載のＸ線分析装置によれば、正方向の第１ピークの大きさと負方向の第２ピークの大きさとの平均値を波高値として計数することによってノイズによる波高値の変動の影響を平均化により低減し、分解能を向上させることができる。

（第６項）一態様に係るＸ線分析用信号処理装置は、Ｘ線検出器で検出された階段波が微分回路を用いて変換される微分波を入力波形として複数回の差分処理を行なうことによってピークを有する第１出力波形に変換するフィルタと、第１出力波形におけるピークの波高値を計数するピーク検出器とを備える。差分処理は、入力波形を遅延させる遅延処理と、遅延処理が行なわれた入力波形に対して係数を乗ずる乗算処理と、入力波形から乗算処理が行なわれた入力波形を減算する減算処理とを含む。

（第７項）一態様に係るＸ線分析方法は、Ｘ線検出器で検出された階段波を微分波に変換するステップと、微分波を入力波形として、入力波形を遅延させる遅延処理と、遅延処理が行なわれた入力波形に対して係数を乗ずる乗算処理と、入力波形から乗算処理が行なわれた入力波形を減算する減算処理とを含む差分処理を複数回行なうことによってピークを有する第１出力波形に変換するステップと、第１出力波形におけるピークの波高値を計数するステップとを含む。

第６項に記載のＸ線分析用信号処理装置および第７項に記載のＸ線分析方法によれば、高い計数率を確保することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１エネルギ分散型蛍光Ｘ線分析装置、１０Ｘ線管球、１２検出器、１４プリアンプ、１６微分回路、１８アンプ、２０ＡＤＣ、３０ＣＰＵ、４０信号処理装置、４４オフセット補正部、４６波形変換部、４６ａ台形波変換フィルタ、４６ｂ２回差分フィルタ、４７選択部、４８ベースライン補正部、５０オフセット調整部、５２ピーク検出器、５４ヒストグラムメモリ、１００，１０４シフトレジスタ、１０２，１０８加算器、１０６乗算器。

Claims

Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
前記Ｘ線検出器で検出された階段波を微分波に変換する微分回路と、
前記微分波を入力波形として複数回の差分処理を行なうことによってピークを有する第１出力波形に変換する第１フィルタと、
前記微分波を台形波または三角波を有する第２出力波形に変換する第２フィルタと、
前記第１出力波形と前記第２出力波形とのうちのいずれかを選択する選択部と、
前記選択部によって選択された波形における前記ピークの波高値を計数するピーク検出器とを備え、
前記差分処理は、前記入力波形を遅延させる遅延処理と、前記遅延処理が行なわれた前記入力波形に対して係数を乗ずる乗算処理と、前記入力波形から前記乗算処理が行なわれた前記入力波形を減算する減算処理とを含む、Ｘ線分析装置。
前記選択部は、ユーザからの選択指示にしたがって前記第１出力波形と前記第２出力波形とのうちのいずれかを選択する、請求項１に記載のＸ線分析装置。
前記第１フィルタは、前記微分波に対して２回の前記差分処理を行なうことによって前記第１出力波形に変換する、請求項１または２に記載のＸ線分析装置。
前記ピーク検出器は、前記第１出力波形における正方向の第１ピークの大きさと、前記第１出力波形における負方向の第２ピークの大きさとの平均値を前記波高値として計数する、請求項１～３のいずれかに記載のＸ線分析装置。
Ｘ線検出器で検出された階段波が微分回路を用いて変換される微分波を入力波形として複数回の差分処理を行なうことによってピークを有する第１出力波形に変換する第１フィルタと、
前記微分波を台形波または三角波を有する第２出力波形に変換する第２フィルタと、
前記第１出力波形と前記第２出力波形とのうちのいずれかを選択する選択部と、
前記選択部によって選択された波形における前記ピークの波高値を計数するピーク検出器とを備え、
前記差分処理は、前記入力波形を遅延させる遅延処理と、前記遅延処理が行なわれた前記入力波形に対して係数を乗ずる乗算処理と、前記入力波形から前記乗算処理が行なわれた前記入力波形を減算する減算処理とを含む、Ｘ線分析用信号処理装置。
Ｘ線検出器で検出された階段波を微分波に変換するステップと、
前記微分波を入力波形として、前記入力波形を遅延させる遅延処理と、前記遅延処理が行なわれた前記入力波形に対して係数を乗ずる乗算処理と、前記入力波形から前記乗算処理が行なわれた前記入力波形を減算する減算処理とを含む差分処理を複数回行なうことによってピークを有する第１出力波形に変換するステップと、
前記微分波を台形波または三角波を有する第２出力波形に変換するステップと、
前記第１出力波形と前記第２出力波形とのうちのいずれかを選択するステップと、
選択された波形における前記ピークの波高値を計数するステップとを含む、Ｘ線分析方法。