JPH02102462A - パルス頻度検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＸ線等の光パルスの頻度を検出する回路の改良
に関するものである。

（従来の技術〕 医療用その他に用いられるＸ線装置、産業用非破壊検査
装置等ではＸ線の検出装置が設けられている。従来から
用いられてきたＸ線検出方式にはフォトンカウンティン
グ方式（時間相関単一光子計数方式）とよばれるものが
あり、この方式は、入射したＸ線フォトンの数を計数し
、この計数値により濃淡画像を得ようとするものである
。この手法は、計測されたデータが、理論的に予測され
る統計的なゆらぎ以外の誤差を含まない点が特に優れて
おり、原理的にはＳ／Ｎを無限大にすることができる。

第４図は上記方式によるパルス頻度検出回路を示してお
り、Ｘ線（１）を検出する検出器（２）の出力側が電圧
増幅器（３）に接続されている。この電圧増幅器（３）
の出力側にはノイズを除去するための波形整形フィルタ
（４）が接続されるとともに、該電圧増幅器（３）には
コンデンサ（５）が並列接続されている。波形整形フィ
ルタ（４）の出力側は電圧比較器（６）の一方の入力と
接続され、該電圧比較器（６）の他方の入力には外部電
圧源（７）が接続されている。また、この電圧比較器（
６）の出力側にはカウンタ（８）が接続されている。

次に動作について説明する。Ｘ線（１）のＸ線フォトン
１個を検出した検出器（２）から１個のパルス信号が電
圧増幅器（３）に人力すると、この電圧増幅器（３）は
このパルス信号（１パルス）を増幅させて出力する。こ
の出力信号は、波形整形フィルタ（４）によりノイズを
除去された後、電圧比較器（６）により外部電圧源（７
）のしきい値（Ｖｒａｒ）と比較され、該出力信号がこ
のしきい値になるとカウンタ（８）に信号を出力し、こ
れによりカウンタ（８）はＸ線フォトン数を「１」　と
計数する。上記動作を繰り返してパルス頻度を検出する
ことによりＸ線フォトンの数を計数し、該計数値により
濃淡画像を形成するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記回路を用いて高階調な画像を得るた
めには、かなり多数のＸ線フォトンを計数しなければな
らず、特に動画像を撮像する場合のように計測時間に制
限がある場合には、単位時間当りのカウント数を大幅に
増加させる必要があり、検出器（２）及び信号処理回路
に大ぎな負担がかかることになる。例えば１００階調の
画像を１ｏｎｓの撮像時間で得ようとする場合、約１０
５個のＸ線フォトンをこの時間内に計数しなければなら
ない。即ち平均１００ｎｓに１回の高速カウントが必要
になり、これは検出器（２）の応答速度又はその後段の
アナログ回路の周波数特性を考慮するとかなり厳しいも
のとなっている。

さらに、画像分解能（階調数）を１桁向上させようとす
れば、フォトンのカウントレートを２桁上げる必要があ
り、そのため上記従来の回路では、動画像の高階調化は
非常に困難であった。

本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、
時間当りのパルス信号数が大きい場合でもパルス頻度を
精度良く測定できるパルス頻度検出回路を得ることを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るパルス頻度検出回路は、コンデンサとスイ
ッチとに並列接続され、入力されたパルス信号数に応じ
た電圧を出力する電圧増幅器と、この電圧増幅器の出力
側に接続され、該電圧増幅器の出力値が所定値になると
上記スイッチを一時的に没入させる信号を出力する電圧
比較器と、この電圧比較器の出力側に接続され、該電圧
比較器の出力信号を計数するカウンタとを備えたもので
ある。

（作用〕 従来は波形を１つづつ分離して計数していたが、本発明
においては、電荷電圧変換器に並列接続されたスイッチ
のオン、オフ動作により、電圧増幅器に入力されるパル
ス信号の信号数に応じた強さの電圧を該電圧増幅器から
出力させることができる。これにより、電圧比較器及び
カウンタの動作回数を大幅に減少させることができる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を第１〜３図に基づいて説明する
。第１図に示すように、Ｘ線（１）を検出する検出器（
２）の出力側が電圧増幅器（３）に接続されている。こ
の電圧増幅器（３）は、人力されたパルス信号数に応じ
た強さの電圧を出力するようになっており、またコンデ
ンサ（５）とスイッチ（２１）とがこの電圧増幅器（３
）に並列接続されている。該電圧増幅器（３）とコンデ
ンサ（５）とにより、検出器（２）より出される電荷を
電圧信号に変換する電荷電圧変換器（２２）を構成して
いる。上記スイッチ（２１）としてこの実施例ではアナ
ログスイッチを用いている。電圧増幅器（３）の出力側
には、該電圧増幅器（３）の出力値が所定値になるとス
イッチ（２１）を−時的に投入させる信号を出力する電
圧比較器（２３）が接続されており、この実施例では上
記所定値を設定するために、一方の人力（２４）には電
圧増幅器（３）を接続し、他方の人力（２５）には外部
電圧源（２６）を接続している。電圧比較器（２３）の
出力側は、スイッチ（２１）を動作させるために該スイ
ッチ（２１）の制御入力に接続され、また、該電圧比較
器（２３）の出力信号を計数するカウンタ（８）にも接
続されている。この実施例ではカウンタ（８）としてバ
イナリ−カウンタが用いられている。

次に動作について説明する。第２図はＸ線フォトン１個
に対する電荷電圧変換器（２２）の応答を示す図で、時
間をｔとし、電荷電圧変換器（２２）の出力をｕ　（ｔ
）とすると、図示するように、１個のＸ線フォトンが入
射すると、変換器（２２）の出力は一旦Ｓｏとなった後
、下記（１）式で示す曲線のように漸減していく。

−ユー ｕ　（ｔ）　　＝　Ｓｏｅ　”　　　　　　　　　　　
　　　・・・（１）但しＳｏ、では定数 従来はこの第２図に示すようなＸ線フォトン１個に対す
る変換器（２２）の出力の変化の回数をそのままカウン
トしていたためカウント回数が非常に多くなっていた。

これに対して本実施例においては、波形を１つ１つ分離
せず第３図（ａ）に示すように、多数個（例えば１００
〜２００個）のＸ線フォトンの入射によって生じる変換
器（２２）の出力の波形（３１）が所定値りになると、
電圧比較器（２３）の出口信号が反転するように構成し
ている。

まず初期状態として電荷電圧変換器（２２）の出力がｕ
（０）＝Ｏ１電圧比較器（２３）の出力が「Ｌ（又は０
）」、スイッチ（２１）はオフと仮定する。この状態の
検出回路にＸ線フォトンが単位時間にＸ個入射したとす
ると、変換器出力ｕ　（ｔ）は（２）式に従って変化し
、これが上記波形（３１）を形成する。

工Ｌ ｕ（ｔ）　　＝ｕｏ（ｘ）’　　（ｔ−ｅＴ：）　　　
　　・（２）ｕ　（ｔ）は時間ｔとともに単調に増加し
、やがて電圧比較器（２３）の所定のしきい値ｖ、、ｒ
＝　ｈをこえる。この時刻を１＝１０とする。すると、
第３図（ｂ）に示すように、電圧比較器（２３）の出力
は「Ｌ（又はＯ）ＪからｒＨ（又は１）」となり、これ
によりスイッチ（２１）が−時的にオンし、コンデンサ
（５）は急速に放電され、ｕ　（ｔ）はｕ（ｔ）＝Ｏと
なる。この時電圧比較器（２３）の出力は再びｒｌ、Ｊ
に戻るとともに、カウンタ（８）にカウント「１」が記
録される。以下ｕ（ｔ）＝ｈとなる毎に、この動作が繰
り返され、この電圧比較器（２３）の動作回数が最終的
なカウント数としてカウンタ（８）に記録されることと
なる。

即ち入射フォトンの頻度Ｘと出力カウント数２との関係
は（３）式で与えられる。

ｚ　＝　１　／　ｔ　０　　　　　　　　　　　　　・
・・（３）但しｔ。は（１）式のｔに七〇を代入した下
記（４）式の解である。

したがって本実施例においては、高階調なＸ線画像を比
較的低速なシステム（センサ、信号処理回路）を用いて
撮像することができることとなる。

また本実施例においては単位時間に入射するＸ線量が比
較的大きい系において、その入射Ｘ線の線量を精度良く
測定でき、しかも、システムの構成要素は比較的低速で
良い。さらに回路の動作回数が少ないため低消費電力で
あり、しかも、回路構成も単純である。

このように本発明は、回路構成が単純であることもその
特徴とするため、アレイセンサ用回路、又はもう少し拡
張して２次云平面アレイセンサ用回路としても有効であ
る。

なお、上記実施例はＸ線の場合について述べたが、他の
光パルス、例えば可視光線、赤外線、レーザ光等であっ
てもよい。

（発明の効果） 本発明は以上説明したとおり、電圧増幅器にコンデンサ
とスイッチを並列接続し、複数のパルス信号が入力して
該電圧増幅器の出力値が所定値になると電圧比較器の出
力信号が反転して上記スイッチを一時的に投入させる構
成にしたことから、上記電圧比較器及びカウンタ等の動
作回数を大幅に減少させることができることとなり、パ
ルス信号数が大きくてもパルス頻度を精度よく測定する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜，３図は本発明の一実施例を示す図で、第１図は
回路図、第２図はＸ線フォトン１個に対する電荷電圧変
換器の応答を示すグラフ、第３図は多数のＸ線フォトン
に対する実施例回路の応答例を示すグラフ、第４図は従
来のパルス頻度検出回路を示す回路図で第１図相当図で
ある。 ・・・電圧増幅器、 ・・・コンデンサ、 ・・・カウンタ、 ２１）・・・スイッチ、 ２３）・・・電圧比較器。 なお、 各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コンデンサとスイッチとに並列接続され、入力されたパ
   ルス信号数に応じた電圧を出力する電圧増幅器と、この
   電圧増幅器の出力側に接続され、該電圧増幅器の出力値
   が所定値になると上記スイッチを一時的に投入させる信
   号を出力する電圧比較器と、この電圧比較器の出力側に
   接続され、該電圧比較器の出力信号を計数するカウンタ
   とを備えたことを特徴とするパルス頻度検出回路。