WO2014185214A1 - 信号パルス検出装置、質量分析装置、および信号パルス検出方法 - Google Patents

信号パルス検出装置、質量分析装置、および信号パルス検出方法 Download PDF

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WO2014185214A1
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WO
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signal pulse
output
sampling
interpolation
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PCT/JP2014/060962
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琢真 西元
康 照井
富士夫 大西
幕内　雅巳
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/025—Detectors specially adapted to particle spectrometers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/0027—Methods for using particle spectrometers
    • H01J49/0036—Step by step routines describing the handling of the data generated during a measurement

Definitions

  • the present invention relates to a signal pulse detector, a mass spectrometer, and a signal pulse detection method, and more particularly to a technique for detecting a light amount from a detection signal converted by a photoelectron amplifier tube.
  • the sample In the industrial material field, environmental field, pharmaceutical field, or bio field, the sample is irradiated with light for analysis of the components contained in the sample, and the transmitted light, scattered light, or fluorescence generated from the sample by light irradiation is emitted. It is detected and measured by a light quantity detector.
  • a semiconductor wafer is irradiated with light and the transmitted light or reflected light is measured.
  • a laser is irradiated into the atmosphere and the scattered light is measured.
  • JP 2012-37267 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-37851
  • two or more photons are input to the photodetector by performing threshold processing after analog / digital conversion of the signal pulse and calculating the light amount from the pulse area in the weak light amount detection. Even when the photon is detected, the number of photons is detected without omission.
  • the detection result of the signal pulse wave height varies depending on the sampling timing of analog / digital conversion of the signal pulse.
  • a signal pulse that is an acquisition target is erroneously removed in threshold processing, and detection loss occurs.
  • the signal pulse area also fluctuates, there is a problem that the light amount detection accuracy deteriorates.
  • FIG. 15 shows threshold processing of two signal pulses 1100 and 1101 having the same waveform that greatly exceed the threshold, and two signal pulses 1102 and 1103 having the same waveform as the threshold.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example in which a signal pulse area is obtained. Further, black circles in the figure indicate sampling data obtained by the A / D converter.
  • the signal pulse 1102 and the signal pulse 1103 are compared, the signal pulse 1102 is acquired as a signal because the detected wave height, that is, the sampling data exceeds the threshold value.
  • the wave height exceeds the threshold value, but is detected because the detected wave height, that is, the sampling data is lower than the threshold value. Become.
  • the detection result of the signal pulse wave height varies depending on the sampling timing of A / D conversion. For this reason, the detection accuracy of the light amount is deteriorated due to the detection failure of the signal pulse in the threshold processing and the fluctuation of the signal pulse area.
  • the signal pulse output from the photodetector is A / D converted by a multi-value processing circuit, and threshold processing is performed.
  • the arithmetic unit calculates the photon quantity by counting signal pulses exceeding the threshold value.
  • the multi-value processing circuit detects the amount of light contained in one signal pulse from the wave height of the signal pulse by having a plurality of threshold values.
  • the signal pulse detection device has the following characteristics.
  • the signal pulse detection device includes an amplifier, an A / D converter, a data interpolator, a threshold value processor, and a light amount calculator.
  • the amplifier amplifies the signal pulse output from the photodetector, and the A / D converter samples the signal pulse amplified by the amplifier.
  • the data interpolator generates interpolation data for interpolating the sampling data sampled by the A / D converter.
  • the threshold value processor compares the interpolation data and the threshold value output from the data interpolator and the sampling data and the threshold value, respectively, and removes data less than the threshold value.
  • the amount of light is calculated from the interpolation data and sampling data output from the processor.
  • a mass spectrometer outputs an ion source that ionizes a sample, a mass analyzer that separates ions ionized by the ion source, and photons according to the ions separated by the mass analyzer
  • An ion-to-light converter a photodetector for converting photons output from the ion-to-light converter into signal pulses, and a signal pulse detector for calculating the light quantity from the signal pulses output from the photodetector And having.
  • the signal pulse detection unit includes an amplifier, an A / D converter, a data interpolator, a threshold value processor, and a light amount calculator.
  • the amplifier amplifies the signal pulse output from the photodetector, and the A / D converter samples the signal pulse amplified by the amplifier.
  • the data interpolator generates interpolation data for interpolating the sampling data sampled by the A / D converter.
  • the threshold value processor compares the interpolation data and the threshold value output from the data interpolator and the sampling data and the threshold value, respectively, and removes data less than the threshold value.
  • the amount of light is calculated from the interpolation data and sampling data output from the processor.
  • the signal pulse detection method includes the following steps.
  • the interpolation data and the threshold value output from the data interpolator, and the sampling data and the threshold value are respectively compared, and data less than the threshold value is removed.
  • the light quantity calculator calculates the light quantity from the interpolation data and sampling data output from the threshold processor.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a configuration of a mass spectrometer according to Embodiment 1.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows the operation example of the signal pulse detector provided in the mass spectrometer of FIG. It is explanatory drawing which showed an example of a structure in the data interpolator of FIG. 2, and an operation example. It is explanatory drawing which showed an example of the structure in the threshold value processor of FIG. 2, and an operation example. It is explanatory drawing which showed an example of a structure in the light quantity calculator of FIG. 2, and an operation example. It is explanatory drawing which showed the other example of the structure in the light quantity calculator of FIG. 2, and the operation example.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of a signal pulse detector provided in a mass spectrometer according to Embodiment 2.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a comparative example of data formats of the signal pulse detector of FIG. 2 and the signal pulse detector of FIG. 8 in the first embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example of a signal pulse detector according to a third embodiment.
  • the constituent elements are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.
  • the first outline of the present invention is a signal pulse detector (signal pulse detector 101).
  • This signal pulse detector includes an amplifier (amplifier 106), an A / D converter (A / D converter 107), a data interpolator (data interpolator 108), and a threshold processor (threshold processor 109). And a light quantity calculator (light quantity calculator 110).
  • the amplifier amplifies the signal pulse output from the photodetector (photodetector 105).
  • the A / D converter samples the signal pulse amplified by the amplifier.
  • the data interpolator generates interpolation data for interpolating the sampling data sampled by the A / D converter.
  • the threshold processor compares the interpolation data output from the data interpolator with the threshold value, and the sampling data and the threshold value, and removes data below the threshold value.
  • the light quantity calculator calculates the light quantity from the interpolation data and sampling data output from the threshold processor.
  • the second outline of the present invention is a mass spectrometer (mass spectrometer 100).
  • the mass spectrometer includes an ion source (ion source 102), a mass analyzer (mass analyzer 103), an ion-light converter (ion-light converter 104), a photodetector (photodetector 105), and a signal. It has a pulse detector (signal pulse detector 101).
  • the ion source ionizes the sample.
  • the mass analyzer separates ions ionized by the ion source.
  • the ion-light converter outputs photons according to the ions separated by the mass analyzer.
  • the photodetector converts the photons output from the ion-light converter into signal pulses.
  • the signal pulse detector calculates the amount of light from the signal pulse output from the photodetector.
  • the signal pulse detection unit includes an amplifier (amplifier 106), an A / D converter (A / D converter 107), a data interpolator (data interpolator 108), and a threshold processor (threshold processor 109). And a light quantity calculator (light quantity calculator 110).
  • the amplifier amplifies the signal pulse output from the photodetector.
  • the A / D converter samples the signal pulse amplified by the amplifier.
  • the data interpolator generates interpolation data for interpolating the sampling data sampled by the A / D converter.
  • the threshold processor compares the interpolation data output from the data interpolator with the threshold value, and the sampling data and the threshold value, and removes data below the threshold value.
  • the light quantity calculator calculates the light quantity from the interpolation data and sampling data output from the threshold processor.
  • the third outline of the present invention is a signal pulse detection method.
  • This signal pulse detection method has the following first to fifth steps.
  • the first step is a step of amplifying a signal pulse output from the photodetector (photodetector 105) by an amplifier (amplifier 106).
  • the signal pulse amplified by the amplifier is sampled by the A / D converter (A / D converter 107).
  • the third step is a step of generating interpolation data for interpolating the sampling data sampled by the A / D converter by the data interpolator (data interpolator 108).
  • the threshold value processor (threshold value processor 109) compares the interpolation data and the threshold value output from the data interpolator and the sampling data and the threshold value, respectively. This is a step of removing the data.
  • the fifth step is a step of calculating the light amount from the interpolation data and the sampling data output from the threshold processor by the light amount calculator (light amount calculator 110).
  • the signal pulse output from the photodetector is A / D converted and the peak of the signal pulse waveform is interpolated in the weak light amount detection related to the mass spectrometer that detects a trace amount of contained components.
  • the signal pulse whose wave height is below the threshold value is removed, and the light amount is calculated from the signal pulse after the threshold processing.
  • the detection accuracy of the light amount can be improved by suppressing the detection loss of the signal pulse and the fluctuation of the calculation result of the signal pulse area. It is to improve.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the mass spectrometer according to the first embodiment.
  • the mass spectrometer 100 converts the substance into fine ions at the atomic and molecular level by various ionization methods, and measures the mass number and number to identify and quantify the substance. As shown in FIG. 1, the mass spectrometer 100 includes a signal pulse detector 101, an ion source 102, a mass analyzer 103, an ion-light converter 104, and a photodetector 105.
  • the ion source 102 ionizes the sample.
  • the mass analyzer 103 separates ions ionized by the ion source 102 and inputs them to the ion-light converter 104.
  • the ion-light converter 104 outputs photons according to the input ions.
  • a scintillator is used for the ion-light converter 104.
  • Photons output from the ion-light converter 104 are incident on the photodetector 105.
  • the photodetector 105 converts incident photons into electrical signals.
  • a photon counting photomultiplier tube that outputs one electrical signal pulse for one incident photon is used for the photodetector 105.
  • the signal pulse detector 101 includes an amplifier 106, an A / D converter 107, a data interpolator 108, a threshold value processor 109, a light amount calculator 110, and an input / output device 111.
  • the amplifier 106 amplifies the signal pulse output from the photodetector 105.
  • the A / D converter 107 samples the signal pulse output from the amplifier 106 and outputs it as digital data.
  • the data interpolator 108 interpolates the peak of the signal pulse converted into a digital value by the A / D converter 107.
  • the threshold value processor 109 removes a signal pulse in which the pulse height of the signal pulse interpolated by the data interpolator 108 is less than or equal to the threshold value.
  • the light quantity calculator 110 calculates the light quantity from the signal pulse data output from the threshold processor 109.
  • the input / output device 111 inputs / outputs various data such as setting data.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing an operation example of the signal pulse detector 101 provided in the mass spectrometer 100 of FIG.
  • the output signal of the photodetector 105 is amplified by the amplifier 106 and then input to the A / D converter 107.
  • the A / D converter 107 samples the output signal from the amplifier 106, converts it into digital data, and outputs it as sampling data as shown on the upper left side of FIG.
  • the data interpolator 108 When the sampling data of the A / D converter 107 is input, the data interpolator 108 outputs the sampling data and the calculated interpolation data as sampling data / interpolation data.
  • the interpolation data is data obtained by calculating signal data existing between consecutive sampling data based on the sampling data as shown in the upper center portion of FIG.
  • n-point interpolation data Z 15,1 to Z 15, n are data between sampling data Z 15 and sampling data Z 14 as shown in the lower side of FIG. It is calculated and added as a column.
  • interpolation data calculation methods many methods such as upsampling interpolation, Lagrangian interpolation, spline interpolation, or linear interpolation are known as interpolation data calculation methods, and any calculation method may be used in this embodiment.
  • the sampling data / interpolation data output from the data interpolator 108 is input to the threshold value processor 109.
  • the threshold value processor 109 compares the sampling data / interpolated data with the threshold value. Then, as shown on the upper right side of FIG. 2, sampling data / interpolation data less than the threshold is replaced with a reference value, and sampling / interpolation data greater than the threshold is output to the light quantity calculator 110.
  • the threshold value in the threshold value processor 109 is set by the input / output device 111, for example.
  • Reference value data which is control data output from the input / output device 111, is input to the light amount calculator 110, and the light amount is calculated from sampling data / interpolation data output from the threshold processor 109.
  • the light amount calculation result calculated by the light amount calculator 110 is output to the input / output device 111.
  • the input / output device 111 counts signal pulses based on the calculation result of the light quantity calculator 110.
  • the calculation method may be a photon counting method in which one signal pulse is counted as one photon.
  • one photon is stored on the basis of the area of the signal pulse when one photon stored in advance is incident.
  • the number of photons contained in the signal pulse may be obtained.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the configuration and operation example of the data interpolator 108 of FIG.
  • FIG. 3 shows an example in which the data interpolator 108 is configured as a data interpolator based on an upsampling method.
  • the up-sampling data interpolator 108 has an up-sampler 301 and a low-pass filter 302 as shown in FIG.
  • the upsampler 301 inserts '0' data in parallel with the input sampling data shown on the upper left side of FIG.
  • the data interpolation number N is n
  • n “0” data strings are inserted in parallel.
  • the number of data interpolations N is 1, for example, one “0” is inserted as shown in the upper central part of FIG.
  • the low-pass filter 302 performs an anti-imaging filtering process for removing an image component generated when the upsampler 301 inserts “0” data. By the filtering process of the low-pass filter 302, interpolation data is calculated for the series inserted in parallel by the upsampler 301.
  • the number of interpolation data data strings is n
  • n pieces of interpolation data are added between the sampling data and output as sampling data / interpolation data.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the configuration and an operation example in the threshold processor 109 of FIG.
  • the threshold value processor 109 has m comparators 401 and m selectors 402, respectively.
  • m is n + 1 when the data interpolation number N is n.
  • a threshold value is connected to one input unit of the comparator 401 so as to be inputted.
  • the other input unit of the comparator 401 is connected so that sampling data and interpolation data composed of n data strings inserted in parallel are input.
  • the threshold value processor 109 is provided with two comparators 401.
  • One comparator 401 receives sampling data, and the other comparator 401 receives one piece of interpolation data.
  • These m comparators 401 compare the sampling data and interpolation data input from the data interpolator 108 of FIG. 3 with threshold values for each data string, and output the comparison result to the selector 402.
  • Sampling data and interpolation data composed of n data strings inserted in parallel are input to one input section of the m selectors 402, respectively. Further, the other input units of the m selectors 402 are connected so that the reference value data is input thereto.
  • the reference value data is set by the input / output device 111 in FIG.
  • the comparison results output from the m comparators 401 are connected to the control terminals of the m selectors 402, respectively.
  • These selectors 402 select and output signals input to either one of the input units or the other input unit based on the comparison result of the comparator 401.
  • the m selectors 402 are the reference values input to the other input unit when the m comparators 401 respectively determine that the input sampling data or interpolation data is less than the threshold value. Output data.
  • the comparator 401 determines that the input sampling data or interpolation data is equal to or greater than the threshold value, the sampling data or interpolation data input to one input unit is output.
  • the threshold value and the reference value data may be set by the user using the input / output device 111 as described above, or may be calculated from the measurement result.
  • the noise signal removed by threshold processing is a detection signal when no light is incident on the photodetector.
  • the threshold value and the reference value are obtained from this result. First, a noise signal at the time of no light is acquired, and an average value m and variation ⁇ are calculated.
  • the threshold value processor 109 compares the sampling data / interpolation data output from the data interpolator 108 with the threshold value, and outputs the data less than the threshold value with the reference value. Further, data exceeding the threshold is output as sampling or interpolation data as it is.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the configuration and an operation example in the light quantity calculator 110 of FIG.
  • the light quantity calculator 110 shown in FIG. 5A is a light quantity calculator using a photon counting method.
  • the light quantity calculator 110 according to this photon counting method includes a plurality of pulse detectors 501, a delay unit 502, and an adder 503.
  • the number of pulse detectors 501 is m, which is the same number as the comparator 401.
  • the pulse detector 501 receives sampling and interpolation data output from the threshold processor 109 of FIG.
  • the reference value data is input to the first input section of the pulse detector 501.
  • the second input unit of these pulse detectors 501 receives the delayed interpolation data output from the delay unit 502, the sampling data, and the interpolation data composed of n ⁇ 1 data strings inserted in parallel. Connected so that.
  • the third input unit of the pulse detector 501 is connected so that sampling data and interpolation data composed of n data strings inserted in parallel are input.
  • delayed interpolation data output from the delay unit 502 is input to the second input unit of the first pulse detector 501, and is input to the third input unit of the pulse detector 501. Are connected to receive sampling data.
  • Sampling data is input to the second input unit of the second pulse detector 501, and the first interpolation among n pieces of interpolation data is input to the third input unit of the pulse detector 501. It is connected so that each data can be input.
  • the first interpolation data is input to the second input unit of the third pulse detector 501, and 2 bits are input to the third input unit of the pulse detector 501. It is connected so that the first interpolation data is input.
  • the (n ⁇ 1) th interpolation data is input to the second input section of the mth pulse detector 501, and the nth interpolation data is input to the third input section of the pulse detector 501. Connected for data entry. These pulse detectors 501 determine the presence or absence of a signal pulse from the two input data.
  • the delay unit 502 is connected so that the final series of interpolation data, that is, the nth interpolation data is input.
  • the delay unit 502 delays the input n-th interpolation data and outputs it to the first pulse detector 501.
  • the interpolation data and the sampling data can be compared by the first pulse detector 501.
  • FIG. 5B is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the pulse detector 501.
  • the pulse detector 501 includes comparators 510 and 511 and an AND circuit 512 as shown in the figure.
  • the comparator 510 determines whether or not the reference data input to the first input unit and the input data input to the second input unit are the same data. , '1' is output.
  • the input data is sampling or interpolation data.
  • the comparator 511 compares the reference data input to the first input unit with the input data input to the third input unit, and the input data input to the third input unit is the first input. When it is larger than the reference data input to the part, “1” is output. Again, the input data is sampling or interpolation data.
  • the logical product circuit 512 calculates and outputs the logical product of the comparison result of the comparator 510 and the comparison result of the comparator 511.
  • the pulse detector 501 is only when the input data input to the second input unit is the same as the reference value data and the input data input to the third input unit is larger than the reference value data. 1 ′ is output to the adder 503. Only the pulse detector 501 that satisfies this condition outputs "1". The adder 503 adds the output results of the pulse detector 501 and outputs the total value.
  • FIG. 5C is an explanatory diagram showing the relationship between sampling / interpolation data and output results. Sampling / interpolation data shown in the upper part of FIG. When the input data input to the second input unit is the same as the reference value data and the input data input to the third input unit is greater than the reference value data, the light quantity calculator 110 is' 1 'Is output. Then, “1” is output to the input / output device 111 of FIG. 1 via the adder 503.
  • the input / output device 111 counts signal pulses by determining whether the signal output from the adder 503 is present ('1') / not present ('0').
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing another example and operation example of the configuration of the light quantity calculator 110 of FIG.
  • the light quantity calculator 110 shown in FIG. 6A is a light quantity calculator based on a signal pulse area method.
  • the light quantity calculator 110 using the signal pulse area method includes a plurality of comparators 601, a plurality of selectors 602, an adder 603, and a pulse area calculator 604.
  • control terminals of the m selectors 602 are connected so that the comparison results from the comparators 601 are respectively input.
  • Sampling data and interpolation data composed of n data strings inserted in parallel are respectively input to one input unit of the selector 602, and an input / output device is input to the other input unit of the selector 602.
  • the data output from 111 is connected so that “0” is input.
  • the output units of these selectors 602 are connected to the input unit of the adder 603, and the addition result of the adder 603 is connected to the pulse area calculator 604.
  • the comparator 601 compares the reference value data with the input sampling data or interpolation data, and outputs the comparison result to the selector 602.
  • the selector 602 outputs “0” when the reference value data is equal to the sampling data or the interpolation data.
  • the input sampling data or interpolation data is output.
  • the adder 603 outputs the total value of the data values input from the selector 602.
  • the pulse area calculator 604 calculates and outputs the pulse area based on the addition result output from the adder 603.
  • FIG. 6B is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the pulse area calculator 604.
  • the pulse area calculator 604 includes an adder 605, an output controller 606, a delay unit 607, and a pulse detector 608 as shown in the figure.
  • the pulse detector 608 is connected so that the addition result output from the adder 603, the addition result immediately before output from the adder 603 delayed by the delay unit 607, and “0” are input thereto. Yes.
  • the pulse detector 608 has data “0” for the earlier data and “0” for the later data. If it is larger, it is determined that one signal pulse has ended, and “1” is output.
  • the output unit of the pulse detector 608 is connected to the input unit of the adder 605 and the input unit of the output controller 606, respectively.
  • the adder 605 is connected so that the addition result output from the adder 603 and the output signal of the output controller 606 are input thereto.
  • the output controller 606 outputs the data output from the adder 605 to the adder 605 as it is when the output signal from the pulse detector 608 is “0”. For this reason, the adder 605 cumulatively adds the input data when the output of the pulse detector 608 is “0”. Further, the output result of the pulse area calculator 604 is set to zero.
  • the output controller 606 When “1” is input from the pulse detector 608, the output controller 606 outputs the cumulative addition result input from the adder 605 as the result of the pulse area calculator 604. At the same time, the adder 605 is cleared to “0”.
  • FIG. 6C is an explanatory diagram showing the relationship between the signal pulse input to the light quantity calculator 110 and the output data.
  • sampling data / interpolation data shown in the upper part of FIG. 6C outputted from the threshold processor 109 is sampled as shown in the central part of FIG. 6C outputted from the threshold processor 109.
  • Data values are calculated for each data and interpolation data. Then, by adding the calculated data values, the area of the pulse is calculated as shown in the lower part of FIG.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of calculating the detection accuracy of the signal pulse by the signal pulse detector 101 of FIG.
  • FIG. 7A shows an example of an ideal signal pulse waveform used for calculation of detection accuracy.
  • the rising edge of the signal pulse increases in proportion to time, and the falling edge is attenuated by an exponential function.
  • FIG. 7B shows an example of data obtained by sampling the signal pulse waveform shown in FIG. 7A by the A / D converter 107 in FIG. 2, and sampling data obtained by shifting the sampling timing.
  • the signal pulse wave height varies by about 22% and the area varies by about 13%.
  • FIG. 7 (c) shows an example of data obtained by interpolating the sampling data of FIG. 7 (b) by the upsampler method.
  • the fluctuation of the wave height is about 11% and the area is about 5%.
  • the fluctuation of the wave height and the area is reduced to 1/2. Reduced to below the extent.
  • the interpolation processing by the signal pulse detector 101 of FIG. 2 can reduce the fluctuation of the detection result of the signal pulse wave height and the area depending on the sampling timing.
  • the threshold value and the pulse height of the signal pulse can be accurately compared in the threshold value processing after the interpolation processing, and the light amount calculator 110 after the threshold processing accurately calculates the light amount. It is possible to calculate.
  • the light amount detection accuracy can be improved as the data interpolation number N increases.
  • the number of data interpolations N increases, not only the number of data increases, but also the circuit scale of the light amount calculator 110 for calculating the light amount from the sampling data / interpolation data increases.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of a signal pulse detector provided in the mass spectrometer according to the second embodiment. It should be noted that here, in order to avoid complicated description, description of components having the same reference numerals as those in the first embodiment is omitted.
  • the signal pulse detector 101 includes an amplifier 106, an A / D converter 107, a data interpolator 108, a threshold value processor 109, a newly added data compressor 800, and a light amount calculator. 110 and an input / output device 111.
  • the data compressor 800 is provided between the threshold value processor 109 and the light amount calculator 110.
  • the data compressor 800 detects the peak data having the highest data value from the sampling data output from the threshold processor 109 and the interpolation data, and inserts the detected peak data into the sampling data.
  • time information of the inserted peak data is added and output to the light quantity calculator 110. With these operations, the amount of data can be compressed and the calculation scale of the light amount calculator 110 can be reduced.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration example and an operation example of the data compressor 800 of FIG.
  • the upper part of FIG. 9 shows a configuration example of the data compressor 800.
  • the data compressor 800 has a peak inserter 900 and a time axis generator 901.
  • the input unit of the peak inserter 900 is connected so that the sampling / interpolation data output from the threshold processor 109 is input.
  • a light amount calculator 110 is connected to the output section of the peak inserter 900.
  • an input part of the time axis generator 901 is connected to the insertion position information output part of the peak inserter 900, and a light quantity calculator 110 is connected to the output part of the time axis generator 901.
  • the lower part of FIG. 9 shows an example of data in the signal pulse detector 101.
  • data D1 which is sampling data input to the data interpolator 108
  • data D2 after thresholding processed by the thresholding unit 109
  • Data D3 after peak insertion output from the peak inserter 900 and data D4 after time axis addition output from the time axis generator 901 are shown.
  • Data D1 is input to the data interpolator 108 as sampling data.
  • the data D1 is subjected to generation of interpolation data by the data interpolator 108 and threshold processing by the threshold processing unit 109, and the threshold processing 109 outputs data D2 after the threshold processing. .
  • the peak inserter 900 detects peak data for each signal pulse section from the data D2 output from the threshold processor 109, and inserts the detected peak data as data D3.
  • the peak data is inserted into the sampling data string.
  • the sampling data string after the threshold processing there is always one or more reference value data before and after the signal pulse interval.
  • One piece of this reference value data is deleted and one piece of peak data is inserted. As a result, an increase in data amount can be suppressed.
  • the time axis generator 901 generates time information of each sampling data based on the insertion position information output from the peak inserter 900.
  • the time axis generator 901 counts up the number of sampling data acquired after the signal pulse detector 101 starts measurement, and if no peak data is inserted in the peak inserter 900, the time axis generator 901 adds A / A result obtained by multiplying the sampling period Ts of the D converter 107 is output.
  • time information T of the peak data inserted is calculated by the following equation.
  • CNT is count-up data of sampling data immediately before peak data insertion
  • N is the number of data interpolations
  • m is the column number of the interpolation data in which the peak data existed.
  • the data compressor 800 outputs data D4 composed of two rows of data of the peak inserter 900 and the time axis generator 901 to the light quantity calculator 110.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a comparative example of the data format of the signal pulse detector of FIG. 2 in the first embodiment and the signal pulse detector of FIG.
  • FIG. 10A shows an example of a data format input to the light quantity calculator 110 in FIG. 1
  • FIG. 10B shows a data format input to the light quantity calculator 110 in FIG. An example is shown.
  • the data interpolation number N is 2 in any case.
  • black circles in the figure indicate sampling data, and black triangles indicate interpolation data.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of calculating the detection accuracy of the signal pulse by the signal pulse detector 101 of FIG.
  • the ideal signal pulse waveform shown in FIG. 7A is used for the calculation, and the data interpolation number N is 2.
  • the fluctuation of the signal pulse wave height depending on the sampling timing is about 11%
  • the fluctuation of the area is about 5%
  • the detection accuracy comparable to that of the first embodiment can be achieved. I understand.
  • the data compressor 800 detects peak data from the sampling data input from the threshold processor 109 and the interpolation data, inserts the peak data into the sampling data, and time information of the inserted peak data And output to the light quantity calculator.
  • the number of data columns output to the light quantity calculator 110 can be suppressed to only two columns without degrading the detection accuracy. That is, the amount of data output to the light amount calculator 110 can be compressed, and the calculation scale of the light amount calculator 110 can be reduced.
  • the output signal level of the photodetector 105 in FIG. 1 usually varies greatly depending on the intensity and wavelength of incident light. For example, in the case of a photomultiplier tube, since the detection sensitivity varies greatly depending on the wavelength, the output signal level changes by about three orders of magnitude due to the change in wavelength. Further, the intensity of light output from the ion-light converter 104 in FIG. 1 also varies depending on the concentration of the measurement target.
  • an input signal level range in which an analog signal can be accurately converted into digital data is determined. That is, in order to accurately detect the output signal of the photodetector 105 whose level varies over a wide range, it is necessary to adjust the gain of the amplifier to match the signal level that can be input to the A / D converter.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a signal pulse detector according to the third embodiment.
  • the description of the components having the same reference numerals as those of the second embodiment is omitted.
  • the signal pulse detector 101 is different from FIG. 8 in that a variable gain amplifier 106a is provided instead of the amplifier 106, and a gain controller 112 is newly added.
  • the other A / D converter 107, data interpolator 108, threshold value processor 109, data compressor 800, light quantity calculator 110, and input / output device 111 have the same configuration as in FIG.
  • the gain controller 112 sets an appropriate gain of the variable gain amplifier 106a from the peak data of the signal pulse input from the data compressor 800.
  • a target input signal level Da and an initial gain value G0 of the variable gain amplifier 106a are set through the input / output device 111, respectively.
  • the gain controller 112 calculates a gain error ratio Ra that is a ratio between the peak data Dp of the signal pulse input from the data compressor 800 and the target signal level Da.
  • the gain value G1 obtained by the following equation is set in the variable gain amplifier 106a.
  • the gain controller 112 outputs the gain error ratio Ra to the data interpolator 108.
  • the data interpolator 108 inputs from the A / D converter 107 in order to return the sampling data of the signal pulse gain-multiplied by the variable gain amplifier 106a to the sampling data before being gain-multiplied by the variable gain amplifier 106a.
  • the sampled data is multiplied by the gain error ratio Ra.
  • variable gain amplifier 106 a By adjusting the gain of the variable gain amplifier 106 a using the interpolated peak data, even if the signal pulse output from the photodetector 105 and the sampling timing of the A / D converter 107 are asynchronous, the signal It is possible to adjust the gain with high accuracy by suppressing fluctuation of the pulse height.
  • the level of the signal pulse input to the A / D converter 107 can be accurately adjusted in accordance with the strength of the output signal of the photodetector 105, and the signal pulse detector 101 having a wide dynamic range is realized. be able to.
  • the signal pulse detector 101 can be applied to apparatuses other than the mass spectrometer 100.
  • the device only needs to convert a photon generated from a detection target into a pulse of an electric signal by a photomultiplier tube (PMT), and can be applied to, for example, a spectrophotometer or an electron microscope. it can.
  • PMT photomultiplier tube
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of a spectrophotometer configured using the signal pulse detector 101 according to the fourth embodiment.
  • the spectrophotometer 113 includes a light source 114, a spectroscope 115, a sample chamber 116, a photodetector 105, and a signal pulse detector 101, as shown in FIG.
  • the spectrophotometer 113 white light generated by the light source 114 is incident on the spectroscope 115.
  • the spectroscope 115 takes out desired monochromatic light from the inputted white light and outputs it to the sample chamber 116.
  • a sample to be measured is installed, and monochromatic light is incident on the sample, and the transmitted light is incident on the photodetector 105.
  • the photodetector 105 converts the incident light into an electrical signal.
  • the signal pulse output from the photodetector 105 is input to the signal pulse detector 101.
  • the operation of the signal pulse detector 101 is the same as that in the first embodiment.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of an electron microscope configured using the signal pulse detector 101 according to the fourth embodiment.
  • the electron microscope 121 includes an electron gun 117, an electric field lens 118, a secondary electron light converter 119, a photodetector 105, and a signal pulse detector 101.
  • the electron microscope 121 scans the surface of the sample 120 by narrowing the electron beam generated by the electron gun 117 with the electric field lens 118.
  • the secondary electrons generated from the surface of the sample 120 are converted into light by the secondary electron light converter 119 by irradiation of the electron beam generated by the electron gun 117.
  • the light converted by the secondary electron light converter 119 is converted into an electric signal by the photodetector 105.
  • the signal pulse output from the photodetector 105 is input to the signal pulse detector 101.
  • the operation of the signal pulse detector 101 is the same as that in the first embodiment.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. .

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Abstract

　光検出器が出力する信号パルスとＡ／Ｄ変換のタイミングが非同期であっても、信号パルスの検出抜けと信号パルス面積の検出精度の劣化を低減させる。信号パルス検出器１０１は、アンプ１０６、Ａ／Ｄ変換器１０７、データ補間器１０８、しきい値処理器１０９、および光量算出器１１０を有する。アンプ１０６は、光検出器１０５が出力する信号パルスを増幅する。Ａ／Ｄ変換器１０７は、アンプ１０６が増幅した信号パルスをサンプリングする。データ補間器１０８は、Ａ／Ｄ変換器１０７がサンプリングしたサンプリングデータを補間する補間データを生成する。しきい値処理器１０９は、データ補間器１０８から出力される補間データ、およびサンプリングデータとしきい値とをそれぞれ比較し、しきい値未満のデータを除去する。光量算出器１１０は、しきい値処理器１０９から出力される補間データとサンプリングデータとから光量を算出する。

Description

信号パルス検出装置、質量分析装置、および信号パルス検出方法
　本発明は、信号パルス検出装置、質量分析装置、および信号パルス検出方法に関し、特に、光電子増幅管によって変換された検出信号から光量を検出する技術に関する。
　工業材料分野、環境分野、製薬分野、またはバイオ分野などにおいては、試料の含有成分分析のために、試料に光を照射し、その透過光や散乱光、あるいは光照射により試料から発生する蛍光を光量検出装置にて検出して測定している。
　例えば半導体検査装置では、半導体ウェハに光を照射し、その透過光あるいは反射光を測定している。また、大気中に浮遊するエアロゾルの測定では、大気中にレーザを照射し、その散乱光を測定している。
　この種の光量検出技術においては、例えば微弱光量から強光量まで広いダイナミックレンジで測定する技術（例えば、特許文献１参照）や、高計数率においても波形歪みの少ない高精度の測定を行う技術（例えば特許文献２参照）などが知られている。
特開２０１２－３７２６７号公報 特開平１１－３７８５１号公報
　ところが、上記のような光量検出技術では、次のような問題点があることが本発明者により見い出された。
　前述した特許文献１は、微弱な光量検出において、信号パルスをアナログ／デジタル変換した後、しきい値処理し、パルス面積から光量を算出することで、２つ以上の光子が光検出器に入力された場合でも光子数を漏れなく検出するものである。
　しかし、この検出技術では、信号パルスのアナログ／デジタル変換のサンプリングタイミングに依存して、信号パルス波高の検出結果が変動してしまう。これにより、しきい値処理において取得対象である信号パルスを誤って除去し、検出抜けが発生してしまうという問題がある。加えて、信号パルス面積も変動するために、光量の検出精度が劣化するという課題がある。
　ここで、図１５を用いて、前記課題を詳細に説明する。
　この図１５は、しきい値を大きく超える波高を持つ２つの同波形の信号パルス１１００、１１０１と、しきい値と同等の波高を持つ２つの同波形の信号パルス１１０２、１１０３をしきい値処理し、信号パルス面積を求めた例を示した説明図である。また、図中の黒丸は、Ａ／Ｄ変換器によるサンプリングデータを示している。
　しきい値処理後の信号パルス１１００と信号パルス１１０１とを比較すると、図１５の（１）に示すように、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器のサンプリングタイミングが異なると、同じ信号パルスでも検出する波高が異なっている。
　また、信号パルス１１０２と信号パルス１１０３とを比較した場合、信号パルス１１０２では、検出した波高、すなわちサンプリングデータがしきい値を超えているために信号として取得される。
　一方、信号パルス１１０３では、図１５（２）のように、波高は、しきい値を超えているが、検出した波高、すなわちサンプリングデータがしきい値より低いために、除去されてしまうことになる。
　加えて、Ａ／Ｄ変換後の信号パルス１１００と信号パルス１１０１との信号パルス面積を比較すると、図１５（３）のように、サンプリングタイミングの違いによって、面積も異なっている。
　すなわち、Ａ／Ｄ変換のサンプリングタイミングに依存して、信号パルス波高の検出結果が変動してしまうことになる。このため、しきい値処理での信号パルスの検出抜けと、信号パルス面積の変動により光量の検出精度が劣化してしまうことになる。
　また、前記した特許文献２は、光検出器が出力する信号パルスを多値化処理回路にてＡ／Ｄ変換し、しきい値処理を実施する。演算部では、しきい値を超えた信号パルスをカウントして光子量を算出する。多値化処理回路は、複数のしきい値を持つことで信号パルスの波高から１つの信号パルスに含まれる光量を検出する。
　このような検出技術では、演算部と多値化処理回路との動作を同期装置で光源と同期させる必要がある。しかし、微弱な光量を検出する場合、光検出器が出力する信号パルスは確率的となるため光源と信号パルスが非同期となる。従って、信号パルスと光検出器とを同期させることができない。
　本発明の目的は、微弱な光量検出において、光検出器が出力する信号パルスとＡ／Ｄ変換のタイミングが非同期であっても、信号パルスの検出抜けと信号パルス面積の検出精度の劣化を低減させることのできる技術を提供することにある。
　本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
　一実施の形態による信号パルス検出装置は、以下のような特徴を有するものである。
　信号パルス検出装置は、増幅器と、Ａ／Ｄ変換器と、データ補間器と、しきい値処理器と、光量算出器と、を有する。
　増幅器は、光検出器から出力される信号パルスを増幅し、Ａ／Ｄ変換器は、増幅器が増幅した信号パルスをサンプリングする。データ補間器は、Ａ／Ｄ変換器がサンプリングしたサンプリングデータを補間する補間データを生成する。
　しきい値処理器は、データ補間器から出力される補間データとしきい値、およびサンプリングデータとしきい値とをそれぞれ比較し、しきい値未満のデータを除去し、光量算出器は、しきい値処理器から出力される補間データとサンプリングデータとから光量を算出する。
　また、一実施の形態による質量分析装置は、試料をイオン化するイオン源と、該イオン源によってイオン化されたイオンを分離する質量分析器と、該質量分析器が分離したイオンに応じて光子を出力するイオン－光変換器と、該イオン－光変換器から出力された光子を信号パルスに変換する光検出器と、該光検出器から出力される信号パルスから、光量を算出する信号パルス検出部と、を有する。
　信号パルス検出部は、増幅器と、Ａ／Ｄ変換器と、データ補間器と、しきい値処理器と、光量算出器と、を有する。増幅器は、光検出器から出力される信号パルスを増幅し、Ａ／Ｄ変換器は、増幅器が増幅した信号パルスをサンプリングする。データ補間器は、Ａ／Ｄ変換器がサンプリングしたサンプリングデータを補間する補間データを生成する。
　しきい値処理器は、データ補間器から出力される補間データとしきい値、およびサンプリングデータとしきい値とをそれぞれ比較し、しきい値未満のデータを除去し、光量算出器は、しきい値処理器から出力される補間データとサンプリングデータとから光量を算出する。
　また、一実施の形態による信号パルス検出方法は、以下のステップを有する。
　光検出器から出力される信号パルスを増幅器によって増幅するステップと、増幅器が増幅した信号パルスをＡ／Ｄ変換器によってサンプリングするステップと、Ａ／Ｄ変換器がサンプリングしたサンプリングデータを補間する補間データをデータ補間器によって生成するステップである。
　しきい値処理器において、データ補間器から出力される補間データとしきい値、およびサンプリングデータとしきい値とをそれぞれ比較し、しきい値未満のデータを除去するステップである。光量算出器によって、しきい値処理器から出力される補間データとサンプリングデータとから光量を算出するステップである。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
　高精度な信号検出を実現することができる。
実施の形態１による質量分析装置における構成の一例を示す説明図である。 図１の質量分析装置に設けられた信号パルス検出器の動作例を示す説明図である。 図２のデータ補間器における構成の一例、および動作例を示した説明図である。 図２のしきい値処理器における構成の一例、および動作例を示した説明図である。 図２の光量算出器における構成の一例、および動作例を示した説明図である。 図２の光量算出器における構成の他の例、および動作例を示した説明図である。 図２の信号パルス検出器による信号パルスの検出精度を計算した一例を示す説明図である。 実施の形態２による質量分析装置に設けられた信号パルス検出器の一例を示す説明図である。 図８のデータ圧縮器の構成例、および動作例を示した説明図である。 実施の形態１における図２の信号パルス検出器と、図８の信号パルス検出器とのデータ形式の比較例を示す説明図である。 図８の信号パルス検出器による信号パルスの検出精度を計算した一例を示す説明図である。 実施の形態３による信号パルス検出器の一例を示す説明図である。 実施の形態４による信号パルス検出器を用いて構成された分光光度計の一例を示す説明図である。 実施の形態４による信号パルス検出器を用いて構成された電子顕微鏡の一例を示す説明図である。 本発明者の検討によるしきい値を大きく超える波高を持つ２つの同波形の信号パルスと、しきい値と同等の波高を持つ２つの同波形の信号パルスをしきい値処理し、信号パルス面積を求めた例を示した説明図である。
　以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
　また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
　さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
　同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
　また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。
　（実施の形態１）
　〈発明の概要〉
　本発明の第１の概要は、信号パルス検出装置（信号パルス検出器１０１）である。この信号パルス検出装置は、増幅器（アンプ１０６）、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換器１０７）、データ補間器（データ補間器１０８）、しきい値処理器（しきい値処理器１０９）、および光量算出器（光量算出器１１０）を有する。
　増幅器は、光検出器（光検出器１０５）から出力される信号パルスを増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、増幅器が増幅した信号パルスをサンプリングする。データ補間器は、Ａ／Ｄ変換器がサンプリングしたサンプリングデータを補間する補間データを生成する。
　しきい値処理器は、データ補間器から出力される補間データとしきい値、およびサンプリングデータとしきい値とをそれぞれ比較し、しきい値未満のデータを除去する。光量算出器は、しきい値処理器から出力される補間データとサンプリングデータとから光量を算出する。
　本発明の第２の概要は、質量分析装置（質量分析装置１００）である。この質量分析装置は、イオン源（イオン源１０２）、質量分析器（質量分析器１０３）、イオン－光変換器（イオン－光変換器１０４）、光検出器（光検出器１０５）、および信号パルス検出部（信号パルス検出器１０１）を有する。
　イオン源は、試料をイオン化する。質量分析器は、イオン源によってイオン化されたイオンを分離する。イオン－光変換器は、質量分析器が分離したイオンに応じて光子を出力する。
　光検出器は、イオン－光変換器から出力された光子を信号パルスに変換する。信号パルス検出部は、光検出器から出力される信号パルスから、光量を算出する。
　また、信号パルス検出部は増幅器（アンプ１０６）、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換器１０７）、データ補間器（データ補間器１０８）、しきい値処理器（しきい値処理器１０９）、および光量算出器（光量算出器１１０）を有する。
　増幅器は、光検出器から出力される信号パルスを増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、増幅器が増幅した信号パルスをサンプリングする。データ補間器は、Ａ／Ｄ変換器がサンプリングしたサンプリングデータを補間する補間データを生成する。
　しきい値処理器は、データ補間器から出力される補間データとしきい値、およびサンプリングデータとしきい値とをそれぞれ比較し、しきい値未満のデータを除去する。光量算出器は、しきい値処理器から出力される補間データとサンプリングデータとから光量を算出する。
　本発明の第３の概要は、信号パルス検出方法である。この信号パルス検出方法は、以下の第１～第５のステップを有する。
　第１のステップは、光検出器（光検出器１０５）から出力される信号パルスを増幅器（アンプ１０６）によって増幅するステップである。第２のステップは、増幅器が増幅した信号パルスをＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換器１０７）によってサンプリングするステップである。
　第３のステップは、Ａ／Ｄ変換器がサンプリングしたサンプリングデータを補間する補間データをデータ補間器（データ補間器１０８）によって生成するステップである。第４のステップは、しきい値処理器（しきい値処理器１０９）において、データ補間器から出力される補間データとしきい値、およびサンプリングデータとしきい値とをそれぞれ比較し、しきい値未満のデータを除去するステップである。
　第５のステップは、光量算出器（光量算出器１１０）によって、しきい値処理器から出力される補間データとサンプリングデータとから光量を算出するステップである。
　以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。
　〈概要〉
　本実施の形態１では、より微量な含有成分を検出する質量分析装置に関した微弱な光量検出において、光検出器が出力する信号パルスをＡ／Ｄ変換し、信号パルス波形のピークを補間した後、波高がしきい値以下の信号パルスを除去し、しきい値処理後の信号パルスから光量を算出する。
　これによって、光検出器が出力する信号パルスとＡ／Ｄ変換のタイミングが非同期であっても、信号パルスの検出抜けと信号パルス面積の演算結果の変動を抑制することで、光量の検出精度を向上させるものである。
　〈質量分析装置の構成例〉
　図１は、本実施の形態１による質量分析装置における構成の一例を示す説明図である。
　質量分析装置１００は、各種のイオン化法で物質を原子、分子レベルの微細なイオンにし、その質量数と数を測定することにより、物質の同定や定量などを行う。質量分析装置１００は、図１に示すように、信号パルス検出器１０１、イオン源１０２、質量分析器１０３、イオン－光変換器１０４、および光検出器１０５を有する。
　イオン源１０２は、試料をイオン化する。質量分析器１０３は、イオン源１０２によってイオン化されたイオンを分離し、イオン－光変換器１０４に入力する。
　イオン－光変換器１０４は、入力されたイオンに応じて光子を出力する。例えば、イオン－光変換器１０４には、シンチレータが用いられる。光検出器１０５には、イオン－光変換器１０４から出力された光子が入射される。
　光検出器１０５は、入射された光子を電気信号に変換する。例えば、光検出器１０５には、入射した１つの光子に対して１つの電気的な信号パルスを出力するフォトンカウンティング用光電子増倍管が用いられる。
　〈信号パルス検出装置の構成例〉
　信号パルス検出器１０１は、アンプ１０６、Ａ／Ｄ変換器１０７、データ補間器１０８、しきい値処理器１０９、光量算出器１１０、および入出力装置１１１を有する。
　アンプ１０６は、光検出器１０５から出力される信号パルスを増幅する。Ａ／Ｄ変換器１０７は、アンプ１０６から出力された信号パルスをサンプリングしてデジタルデータとして出力する。
　データ補間器１０８は、Ａ／Ｄ変換器１０７によってデジタル値に変換した信号パルスのピークを補間する。しきい値処理器１０９は、データ補間器１０８によって補間された信号パルスの波高がしきい値以下となる信号パルスを除去する。
　光量算出器１１０は、しきい値処理器１０９から出力された信号パルスデータから光量を算出する。入出力装置１１１は、設定データなどの各種データを入出力する。
　〈信号パルス検出器の動作例〉
　図２は、図１の質量分析装置１００に設けられた信号パルス検出器１０１の動作例を示す説明図である。
　光検出器１０５の出力信号は、アンプ１０６によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１０７に入力される。Ａ／Ｄ変換器１０７は、アンプ１０６からの出力信号をサンプリングしてデジタルデータに変換し、図２の上方左側に示すようにサンプリングデータとして出力する。
　データ補間器１０８は、Ａ／Ｄ変換器１０７のサンプリングデータが入力されると、該サンプリングデータと算出した補間データとをサンプリングデータ／補間データとして出力する。補間データは、図２の上方中央部に示すようにサンプリングデータに基づいて連続したサンプリングデータの間に存在する信号データを計算したデータである。
　補間データ数Ｎがｎ個の場合、図２の下側に示すように、サンプリングデータＺ15とサンプリングデータＺ14の間には、ｎ点の補間データＺ15,1～Ｚ15,nがデータ列として算出されて付加されることになる。
　補間データ数Ｎが３個の場合、サンプリングデータＺ15とサンプリングデータＺ14の間には、３点の補間データＺ15,1，Ｚ15,2，Ｚ15,3がデータ列として算出されて付加されることになる。
　また、補間データの計算方法としては、アップサンプリング補間、ラグランジュ補間、スプライン補間、あるいは線形補間など多数の方式が知られており、本実施の形態では、いずれの計算方法を利用してもよい。
　データ補間器１０８から出力されたサンプリングデータ／補間データは、しきい値処理器１０９に入力される。しきい値処理器１０９は、サンプリングデータ／補間データとしきい値とを比較する。そして、図２の上方右側に示すように、しきい値未満のサンプリングデータ／補間データを基準値に置き換え、しきい値以上のサンプリング／補間データを光量算出器１１０に出力する。しきい値処理器１０９におけるしきい値は、例えば入出力装置１１１によって設定される。
　光量算出器１１０には、入出力装置１１１から出力される制御データである基準値データが入力されており、しきい値処理器１０９が出力するサンプリングデータ／補間データから光量を算出する。
　光量算出器１１０が算出した光量の算出結果は、入出力装置１１１に出力される。入出力装置１１１では、光量算出器１１０の算出結果に基づいて、信号パルスのカウンティングを行う。ここで、算出方法は、１つの信号パルスを１つの光子としてカウントするフォトンカウンティング方法などでよい。
　あるいは複数の光子が短時間に入射し、複数の信号パルスが重畳した場合にも対応するため、予め記憶していた光子が１個入射したときの信号パルスの面積を基準にして、１個の信号パルスに含まれる光子数を求めるようにしてもよい。
　〈データ補間器構成例、および動作例〉
　図３は、図２のデータ補間器１０８における構成の一例、および動作例を示した説明図である。この図３では、データ補間器１０８がアップサンプリング方式によるデータ補間器として構成された例を示している。
　アップサンプリング方式のデータ補間器１０８は、図３に示すように、アップサンプラ３０１、および低域通過フィルタ３０２を有する。
　アップサンプラ３０１は、図３の上方の左側に示す入力されたサンプリングデータに並列に’０’データを挿入する。データ補間数Ｎがｎ個の場合、ｎ列の’０’データ列を並列に挿入する。データ補間数Ｎが、例えば１個の場合には、図３の上方の中央部に示すように、１個の’０’が挿入される。
　低域通過フィルタ３０２は、アップサンプラ３０１が’０’データを挿入したことにより発生したイメージ成分を除去するアンチイメージングフィルタリング処理を実施する。この低域通過フィルタ３０２のフィルタリング処理により、アップサンプラ３０１にて並列挿入した系列に補間データが演算される。
　前述したように、データ補間数Ｎが１個の場合には、図３の上方の右側に示すように、補間データのデータ列は１個となり、各サンプリングデータの間に１個の補間データが付与され、サンプリングデータ／補間データとして出力される。
　また、データ補間数Ｎがｎ個の場合には、補間データのデータ列がｎ個となり、各サンプリングデータの間にｎ個の補間データが付与され、サンプリングデータ／補間データとして出力される。
　〈しきい値処理器の構成例、および動作例〉
　図４は、図２のしきい値処理器１０９における構成の一例、および動作例を示した説明図である。
　しきい値処理器１０９は、図４に示すように、ｍ個の比較器４０１、およびｍ個の選択器４０２をそれぞれ有する。ここで、ｍは、データ補間数Ｎがｎ個の場合、ｎ＋１となる。
　比較器４０１の一方の入力部には、しきい値がそれぞれ入力されるように接続されている。比較器４０１の他方の入力部には、サンプリングデータ、および並列挿入されたｎ個のデータ列からなる補間データがそれぞれ入力されるように接続されている。
　例えば、図４の上方左側に示すように、データ補間数Ｎが１個の場合、しきい値処理器１０９には、２個の比較器４０１が設けられる。そして、一方の比較器４０１には、サンプリングデータが入力され、もう１つの比較器４０１には、１個の補間データが入力されることになる。
　これらｍ個の比較器４０１は、図３のデータ補間器１０８から入力されるサンプリングデータ、および補間データをデータ列毎にしきい値と比較し、その比較結果を選択器４０２に出力する。
　ｍ個の選択器４０２の一方の入力部には、サンプリングデータ、および並列挿入されたｎ個のデータ列からなる補間データがそれぞれ入力される。また、ｍ個の選択器４０２の他方の入力部には、基準値データがそれぞれ入力されるように接続されている。
　この基準値データは、図１の入出力装置１１１などによって設定される。ｍ個の選択器４０２の制御端子には、ｍ個の比較器４０１から出力される比較結果がそれぞれ入力されるように接続されている。
　これら選択器４０２は、比較器４０１の比較結果に基づいて、一方の入力部、または他方の入力部のいずれかに入力される信号を選択してそれぞれ出力する。
　ｍ個の選択器４０２は、入力されたサンプリングデータ、あるいは補間データがしきい値未満であると、ｍ個の比較器４０１がそれぞれ判定した場合には、他方の入力部に入力された基準値データを出力する。
　一方、入力されたサンプリングデータ、あるいは補間データがしきい値以上であると、比較器４０１が判定した場合には、一方の入力部に入力されたサンプリングデータ、または補間データを出力する。
　なお、しきい値と基準値データは、前述したように、入出力装置１１１を用いてユーザが設定してもよいし、あるいは測定結果から算出してもよい。測定結果から算出する場合、例えば、しきい値処理により除去するノイズ信号は、光検出器に光が入射されていない無光時の検出信号であることから、事前に無光時のノイズ信号を取得し、この結果からしきい値および基準値を決定する。まず、無光時のノイズ信号を取得し、その平均値ｍおよびばらつきσを計算する。
　しきい値処理のためのしきい値Ｖｔｈは、平均値ｍとばらつきσから、Ｖｔｈ＝ｍ＋３σと決定する。また基準値Ｖｂａｓｅはノイズ信号の平均値ｍから、Ｖｂａｓｅ＝ｍとする。
　このように、しきい値処理器１０９は、データ補間器１０８から出力されるサンプリングデータ／補間データとしきい値とを比較し、しきい値未満のデータを基準値に置き換えて出力する。また、しきい値以上のデータは、そのままサンプリング、または補間データとして出力する。
　〈光量算出器の構成例、および動作例〉
　図５は、図２の光量算出器１１０における構成の一例、および動作例を示した説明図である。
　図５（ａ）に示す光量算出器１１０は、フォトンカウンティング方法による光量算出器である。このフォトンカウンティング方法による光量算出器１１０は、複数のパルス検出器５０１、遅延器５０２、および加算器５０３を有する。
　パルス検出器５０１の数は、比較器４０１と同じ数のｍ個である。これらパルス検出器５０１には、図４のしきい値処理器１０９から出力されるサンプリング、および補間データが入力される。
　これらパルス検出器５０１の第１の入力部には、基準値データがそれぞれ入力されている。これらパルス検出器５０１の第２の入力部には、遅延器５０２から出力される遅延された補間データ、サンプリングデータ、および並列挿入されたｎ－１個のデータ列からなる補間データがそれぞれ入力されるように接続されている。また、パルス検出器５０１の第３の入力部には、サンプリングデータ、および並列挿入されたｎ個のデータ列からなる補間データがそれぞれ入力されるように接続されている。
　具体的には、１個目のパルス検出器５０１の第２の入力部には、遅延器５０２から出力される遅延された補間データが入力され、該パルス検出器５０１の第３の入力部には、サンプリングデータが入力されるように接続されている。
　２つ目のパルス検出器５０１の第２の入力部には、サンプリングデータが入力され、該パルス検出器５０１の第３の入力部には、ｎ個の補間データのうち、１つ目の補間データがそれぞれ入力されるように接続されている。
　３つ目のパルス検出器５０１の第２の入力部には、ｎ個の補間データのうち、１個目の補間データが入力され、該パルス検出器５０１の第３の入力部には、２個目の補間データが入力されるように接続されている。
　そして、ｍ個目のパルス検出器５０１の第２の入力部には、ｎ－１個目の補間データが入力され、該パルス検出器５０１の第３の入力部には、ｎ個目の補間データが入力されるように接続されている。これらパルス検出器５０１は、入力された２つのデータから信号パルスの有無を判定する。
　遅延器５０２には、最終系列の補間データ、すなわちｎ個目の補間データが入力されるように接続されている。遅延器５０２には、入力されたｎ個目の補間データを遅延させて１個目のパルス検出器５０１に出力する。
　このように、最終系列の補間データを遅延させることによって、該補間データとサンプリングデータとを１個目のパルス検出器５０１によって比較することができる。
　図５（ｂ）は、パルス検出器５０１の構成の一例を示す説明図である。
　パルス検出器５０１は、図示するように、比較器５１０，５１１、および論理積回路５１２を有する。比較器５１０は、第１の入力部に入力される基準データと第２の入力部に入力される入力データとが同じデータであるか否かを判定し、同じであると判定した際に例えば、’１’を出力する。ここで、入力データは、サンプリング、または補間データである。
　比較器５１１は、第１の入力部に入力される基準データと第３の入力部に入力される入力データとを比較し、第３の入力部に入力される入力データが、第１の入力部に入力される基準データよりも大きい場合に’１’を出力する。ここでも、入力データは、サンプリング、または補間データである。論理積回路５１２は、比較器５１０の比較結果と比較器５１１の比較結果との論理積をとって出力する。
　パルス検出器５０１は、第２の入力部に入力された入力データが基準値データと同じであり、かつ第３の入力部に入力された入力データが基準値データよりも大きい場合にのみ、’１’を加算器５０３に出力する。この条件を満たしたパルス検出器５０１のみが’１’を出力することになる。加算器５０３には、パルス検出器５０１の出力結果を加算し、合計値を出力する。
　図５（ｃ）は、サンプリング／補間データと出力結果との関係を示す説明図である。図５（ｃ）上方に示すサンプリング／補間データが光量算出器１１０に入力される。光量算出器１１０は、第２の入力部に入力された入力データが基準値データと同じであり、かつ第３の入力部に入力された入力データが基準値データよりも大きい場合に、’１’を出力する。そして、加算器５０３を介して’１’が、図１の入出力装置１１１に出力される。
　そして、入出力装置１１１は、加算器５０３から出力される信号の有（’１’）／無（’０’）を判定することにより、信号パルスのカウンティングを行う。
　〈光量算出器の他の構成例、および動作例〉
　図６は、図２の光量算出器１１０における構成の他の例、および動作例を示した説明図である。
　この図６（ａ）に示す光量算出器１１０は、信号パルス面積方法による光量算出器である。信号パルス面積方法による光量算出器１１０は、複数の比較器６０１、複数の選択器６０２、加算器６０３、およびパルス面積演算器６０４を有する。
　比較器６０１、および選択器６０２は、それぞれｍ個（＝ｎ＋１）の数が設けられている。ｍ個の比較器６０１の一方の入力部には、サンプリングデータ、および並列挿入されたｎ個のデータ列からなる補間データがそれぞれ入力されている。この比較器６０１の他方の入力部には、基準値データがそれぞれ入力されている。
　また、ｍ個の選択器６０２の制御端子には、比較器６０１からの比較結果がそれぞれ入力されるように接続されている。選択器６０２の一方の入力部には、サンプリングデータ、および並列挿入されたｎ個のデータ列からなる補間データがそれぞれ入力されており、該選択器６０２の他方の入力部には、入出力装置１１１から出力されるデータである’０’がそれぞれ入力されるように接続されている。
　これら選択器６０２の出力部は、加算器６０３の入力部にそれぞれ接続されており、該加算器６０３の加算結果はパルス面積演算器６０４に入力されるように接続されている。
　比較器６０１は、基準値データと入力されるサンプリングデータ、または補間データとをそれぞれ比較し、比較結果を選択器６０２に出力する。選択器６０２は、基準値データとサンプリングデータ、または補間データとが等しい場合、’０’をそれぞれ出力する。
　また、サンプリングデータ、または補間データが、基準値以上の場合には、入力されたサンプリングデータ、または補間データを出力する。加算器６０３は、選択器６０２から入力されたデータ値の合計値を出力する。
　パルス面積演算器６０４は、加算器６０３から出力される加算結果に基づいて、パルス面積を演算して出力する。
　図６（ｂ）は、パルス面積演算器６０４の構成の一例を示す説明図である。
　パルス面積演算器６０４は、図示するように、加算器６０５、出力制御器６０６、遅延器６０７、およびパルス検出器６０８を有する。パルス検出器６０８には、加算器６０３から出力される加算結果、遅延器６０７によって遅延された加算器６０３から出力される直前の加算結果、および’０’がそれぞれ入力されるように接続されている。
　パルス検出器６０８は、加算器６０３から出力される加算結と、遅延された直前の加算結果のうち、時間が早い方のデータが’０’であり、時間が遅い方のデータが’０’より大きい場合、１個の信号パルスの終了と判定し、’１’を出力する。
　パルス検出器６０８の出力部には、加算器６０５の入力部、および出力制御器６０６の入力部にそれぞれ接続されている。加算器６０５には、加算器６０３から出力される加算結果、および出力制御器６０６の出力信号がそれぞれ入力されるように接続されている。
　出力制御器６０６は、パルス検出器６０８からの出力信号が’０’の場合、加算器６０５から出力されるデータをそのまま加算器６０５へ出力する。このため、加算器６０５は、パルス検出器６０８の出力が’０’の状態のとき、入力データを累積加算していく。また、パルス面積演算器６０４の出力結果をゼロにする。
　パルス検出器６０８から’１’が入力されると、出力制御器６０６は、加算器６０５から入力される累積加算結果をパルス面積演算器６０４の結果として出力する。これと同時に、加算器６０５は、’０’にクリアされる。
　図６（ｃ）は、光量算出器１１０に入力される信号パルスと出力データの関係を示す説明図である。
　しきい値処理器１０９から出力された図６（ｃ）の上方に示すサンプリングデータ／補間データは、しきい値処理器１０９から出力された図６（ｃ）の中央部に示すように、サンプリングデータ、および補間データ毎にデータ値がそれぞれ算出される。そして、算出されたデータ値を加算することにより、図６（ｃ）の下方に示すように、パルスの面積を算出する。
　以上から、信号パルス毎の面積を取得することが可能となる。
　〈信号パルスの検出精度〉
　図７は、図２の信号パルス検出器１０１による信号パルスの検出精度を計算した一例を示す説明図である。
　図７（ａ）は、検出精度の計算に用いた理想的な信号パルス波形の例を示している。信号パルスの立ち上りは、時間に対して比例して増加し、立ち下りは、指数関数で減衰している。
　図７（ｂ）は、図７（ａ）に示した信号パルス波形を図２のＡ／Ｄ変換器１０７によってサンプリングしたデータの一例を示したものであり、サンプリングのタイミングをシフトさせたサンプリングデータを重ねて表示している。このとき、図示するように、サンプリングタイミングに依存して信号パルス波高が２２％程度、面積が１３％程度変動している。
　図７（ｃ）は、図７（ｂ）のサンプリングデータをアップサンプラ方式によって補間したデータの一例を示している。図７（ｃ）においては、データ補間数Ｎをｎ＝２として補間処理したデータ例を示している。
　このとき、図７（ｃ）に示すように、波高の変動が１１％程度、面積が５％程度の変動となっており、補間処理を行うことによって、波高、および面積の変動が１／２程度以下に低減されている。
　すなわち、図２の信号パルス検出器１０１による補間処理によって、サンプリングのタイミングに依存した信号パルスの波高、および面積の検出結果の変動を低減することができる。
　これにより、補間処理後のしきい値処理にて、しきい値と信号パルスの波高とを正確に比較することができ、また、しきい値処理後の光量算出器１１０にて正確に光量を算出することが可能となる。
　以上より、Ａ／Ｄ変換器１０７によってサンプリングされた信号パルスのピークを補間した後にしきい値処理し、光量を算出することによって、図１の光検出器１０５が出力する信号パルスとＡ／Ｄ変換器１０７のサンプリングタイミングが非同期であっても、信号パルスのピークと波形面積の変動を抑制することができる。すなわち、信号パルスの検出抜けを抑制し、光量の検出精度を向上させることが可能となる。
　（実施の形態２）
　〈概要〉
　前記実施の形態１の信号パルス検出器１０１では、データ補間数Ｎが多くなるほど、光量の検出精度を向上させることができる。しかし、データ補間数Ｎが多くなれば、データ数が増大するだけでなく、サンプリングデータ／補間データから光量を算出する光量算出器１１０などの回路規模が増大してしまうことになる。
　そこで、本実施の形態２では、データ補間数Ｎの数が少なくても、光量の検出精度を向上させる技術について説明する。
　〈信号パルス検出器の構成例〉
　図８は、本実施の形態２による質量分析装置に設けられた信号パルス検出器の一例を示す説明図である。なお、ここでは、説明が煩雑になることを避けるため、前記実施の形態１と同一の符号をつけた構成要素についての説明は省略する。
　信号パルス検出器１０１は、図８に示したように、アンプ１０６、Ａ／Ｄ変換器１０７、データ補間器１０８、しきい値処理器１０９、新たに追加されたデータ圧縮器８００、光量算出器１１０、および入出力装置１１１を有する。
　データ圧縮器８００は、しきい値処理器１０９と光量算出器１１０との間に設けられている。このデータ圧縮器８００は、しきい値処理器１０９から出力されたサンプリングデータ、および補間データのうち、最もデータ値が高いピークデータを検出し、サンプリングデータに検出したピークデータを挿入する。また、挿入したピークデータの時間情報を付加して、光量算出器１１０に出力する。これらの動作により、データ量を圧縮し、光量算出器１１０の演算規模を低減することができる。
　〈データ圧縮器の構成例、および動作例〉
　続いて、データ圧縮器８００の動作について説明する。
　図９は、図８のデータ圧縮器８００の構成例、および動作例を示した説明図である。図９の上方は、データ圧縮器８００の構成例を示している。
　データ圧縮器８００は、ピーク挿入器９００、および時間軸生成器９０１を有する。ピーク挿入器９００の入力部には、しきい値処理器１０９から出力されるサンプリング／補間データが入力されるように接続されている。ピーク挿入器９００の出力部には、光量算出器１１０が接続されている。
　また、ピーク挿入器９００の挿入位置情報出力部には、時間軸生成器９０１の入力部が接続されており、時間軸生成器９０１の出力部には、光量算出器１１０が接続されている。
　また、図９の下方は、信号パルス検出器１０１におけるデータ例を示している。この図９の下方において、上方から下方にかけては、データ補間器１０８に入力されるサンプリングデータであるデータＤ１、しきい値処理器１０９によってしきい値処理されたしきい値処理後のデータＤ２、ピーク挿入器９００から出力されるピーク挿入後のデータＤ３、および時間軸生成器９０１から出力される時間軸付加後のデータＤ４をそれぞれ示している。
　データ補間器１０８にサンプリングデータとしてデータＤ１が入力される。データＤ１は、データ補間器１０８による補間データの生成、およびしきい値処理器１０９によるしきい値処理が行われ、該しきい値処理器１０９からしきい値処理後のデータＤ２が出力される。
　ピーク挿入器９００は、しきい値処理器１０９から出力されたデータＤ２から、信号パルス区間毎にピークデータを検出し、データＤ３のように検出したピークデータを挿入する。
　検出したピークデータが補間データであった場合には、該ピークデータをサンプリングデータ列に挿入する。ここで、しきい値処理後のサンプリングデータ列は、信号パルス区間の前後に必ず１データ以上の基準値データが存在する。この基準値データを１個削除し、ピークデータを１個挿入する。これにより、データ量の増加を抑制することが可能になる。
　時間軸生成器９０１は、ピーク挿入器９００から出力される挿入位置情報に基づいて、各サンプリングデータの時間情報を生成する。この時間軸生成器９０１は、信号パルス検出器１０１が測定を開始してから取得したサンプリングデータの数をカウントアップし、ピーク挿入器９００でのピークデータ挿入がない場合、 該カウントアップデータにＡ／Ｄ変換器１０７のサンプリング周期Ｔｓを乗算した結果を出力する。ピークデータの挿入がある場合には、以下の式にて挿入したピークデータの時間情報Ｔを算出する。
　　　　　Ｔ＝｛ＣＮＴ＋（ｍ／Ｎ）×Ｔｓ｝　　　　　　（式１）
　ここで、ＣＮＴは、ピークデータ挿入直前のサンプリングデータのカウントアップデータであり、Ｎは、データ補間数であり、ｍは、ピークデータが存在した補間データの列番号である。データ圧縮器８００は、ピーク挿入器９００と時間軸生成器９０１の２列のデータからなるデータＤ４を光量算出器１１０へ出力する。
　このように、信号パルス毎におけるサンプリングと１つのピークデータとが光量算出器１１０に出力されるだけであるので、光量算出器１１０における演算能力を小さくすることができ、回路規模を小さくすることが可能となる。
　〈データ形式の比較例〉
　図１０は、前記実施の形態１における図２の信号パルス検出器と、図８の信号パルス検出器とのデータ形式の比較例を示す説明図である。
　図１０（ａ）は、図１の光量算出器１１０に入力されるデータ形式の一例を示したものであり、図１０（ｂ）は、図８の光量算出器１１０に入力されるデータ形式の一例を示したものである。この図１０では、いずれの場合もデータ補間数Ｎを２としている。また、図中の黒丸は、サンプリングデータを示し、黒三角は、補間データを示している。
　ここで、最初の信号パルスに注目すると、図１０（ａ）に示す光量算出器１１０に入力されるデータの場合には、しきい値とサンプリングデータとの間、および各サンプリングデータの間には、１つの補間データがそれぞれ付加されている。
　一方、図１０（ｂ）に示す光量算出器１１０に入力されるデータの場合には、サンプリングデータにピークデータとなった補間データのみ付加されて出力されることになるので、光量算出器１１０に入力されるデータ量が大幅に低減されていることがわかる。
　〈信号パルスの検出精度〉
　図１１は、図８の信号パルス検出器１０１による信号パルスの検出精度を計算した一例を示す説明図である。計算には、図７（ａ）に示した理想的な信号パルス波形を用いており、データ補間数Ｎは２としている。
　図１１に示すように、サンプリングタイミングに依存した信号パルス波高の変動は、１１％程度であり、面積の変動は５％程度であり、前記実施の形態１と同程度の検出精度を達成できることが判る。
　このように、データ圧縮器８００は、しきい値処理器１０９から入力されたサンプリングデータ、および補間データからピークデータを検出し、サンプリングデータにピークデータを挿入し、該挿入したピークデータの時間情報を付加して、光量算出器に出力する。
　以上によって、データ補間数Ｎが２以上であっても、検出精度を劣化させることなく、光量算出器１１０に出力されるデータ列数を２列のみに抑制できる。すなわち、光量算出器１１０に出力するデータ量を圧縮し、該光量算出器１１０の演算規模を低減することが可能となる。
　（実施の形態３）
　〈概要〉
　図１の光検出器１０５の出力信号レベルは、通常、入射光の強度と波長により大きく異なる。例えば、光電子増倍管の場合には、波長により検出感度が大きく異なるため、波長の変化で出力信号レベルが３桁程度変化する。また、測定対象の濃度によって、図１のイオン－光変換器１０４が出力する光の強度も変動する。
　一方、Ａ／Ｄ変換器１０７では、精度よくアナログ信号をデジタルデータに変換できる入力信号レベルの範囲が決まっている。すなわち、広範囲に渡ってレベルが変動する光検出器１０５の出力信号を精度よく検出するためには、アンプの利得を調整してＡ／Ｄ変換器に入力可能な信号レベルに合わせる必要がある。
　そこで、本実施の形態３では、アンプの利得を調整してＡ／Ｄ変換器に入力可能な信号レベルに合わせる技術について説明する。
　〈信号パルス検出装置の構成例〉
　図１２は、実施の形態３による信号パルス検出器の一例を示す説明図である。なお、ここでも、上記の説明と同様に、説明が煩雑になることを避けるため、前記実施の形態２と同一の符号をつけた構成要素についての説明は省略する。
　信号パルス検出器１０１は、図１２に示すように、アンプ１０６の代わりに可変利得アンプ１０６ａが設けられ、利得制御器１１２が新たに追加された点が図８と異なっている。その他のＡ／Ｄ変換器１０７、データ補間器１０８、しきい値処理器１０９、データ圧縮器８００、光量算出器１１０、および入出力装置１１１については、図８と同様の構成となっている。
　利得制御器１１２は、データ圧縮器８００から入力された信号パルスのピークデータから適切な可変利得アンプ１０６ａのゲインを設定する。
　〈利得制御器による利得制御例〉
　以下、利得の制御技術の一例を説明する。
　利得制御器１１２には、入出力装置１１１を介して目標の入力信号レベルＤａと、可変利得アンプ１０６ａの初期ゲイン値Ｇ０とをそれぞれ設定しておく。利得制御器１１２は、信号パルスの測定中、データ圧縮器８００から入力される信号パルスのピークデータＤｐと目標の信号レベルＤａとの比であるゲイン誤差比Ｒａを計算する。
　　　　Ｒａ＝Ｄｐ／Ｄａ　　　　（式２）
　計算したゲイン誤差比Ｒａと初期ゲイン値Ｇ０から、以下の式で求めたゲイン値Ｇ１を可変利得アンプ１０６ａに設定する。
　　　　Ｇ１＝Ｇ０／Ｒａ　　　　（式３）
　また、同時に利得制御器１１２は、ゲイン誤差比Ｒａをデータ補間器１０８に出力する。データ補間器１０８は、可変利得アンプ１０６ａにてゲイン倍された信号パルスのサンプリングデータを該可変利得アンプ１０６ａにてゲイン倍される前のサンプリングデータに戻すために、Ａ／Ｄ変換器１０７から入力されるサンプリングデータにゲイン誤差比Ｒａを乗算する。
　ここで、補間したピークデータを用いて可変利得アンプ１０６ａの利得を調整することで、光検出器１０５が出力する信号パルスとＡ／Ｄ変換器１０７のサンプリングタイミングとが非同期であっても、信号パルスの波高変動を抑制して、精度よく利得を調整することが可能となる。
　すなわち、光検出器１０５の出力信号の強弱に合わせて、Ａ／Ｄ変換器１０７に入力する信号パルスのレベルを精度よく調整することが可能となり、広いダイナミックレンジの信号パルス検出器１０１を実現することができる。
　（実施の形態４）
　〈概要〉
　前記実施の形態１では、信号パルス検出器１０１を質量分析装置１００に用いた構成について記載したが、該信号パルス検出器１０１は、質量分析装置１００以外の装置においても適用が可能である。この場合、装置は、光電子増幅管（ＰＭＴ：PhotoMultiplier Tube）によって、検出対象から発生した光子を電気信号のパルスに変換するものであればよく、例えば分光光度計や電子顕微鏡などに適用することができる。
　〈分光光度計の構成例〉
　図１３は、実施の形態４による信号パルス検出器１０１を用いて構成された分光光度計の一例を示す説明図である。
　分光光度計１１３は、図１３に示すように、光源１１４、分光器１１５、試料室１１６、光検出器１０５、および信号パルス検出器１０１を有する。
　分光光度計１１３では、光源１１４にて生成した白色光を分光器１１５へ入射する。分光器１１５は、入力された白色光から所望の単色光を取り出し、試料室１１６へ出力する。
　試料室１１６には、測定対象である試料が設置されており、その試料へ単色光を入射し、その透過光を光検出器１０５に入射する。光検出器１０５では、入射した光を電気信号に変換する。
　光検出器１０５から出力された信号パルスは、信号パルス検出器１０１に入力される。この信号パルス検出器１０１の動作については、前記実施の形態１と同様である。
　〈電子顕微鏡の構成例〉
　図１４は、本実施の形態４による信号パルス検出器１０１を用いて構成された電子顕微鏡の一例を示す説明図である。
　電子顕微鏡１２１は、電子銃１１７、電場レンズ１１８、２次電子光変換器１１９、光検出器１０５、および信号パルス検出器１０１を有する。
　電子顕微鏡１２１は、電子銃１１７によって生成された電子線を電場レンズ１１８にて細く絞り、試料１２０の表面を走査する。
　電子銃１１７が生成した電子線の照射により、試料１２０の表面から発生した２次電子を２次電子光変換器１１９によって光に変換する。そして、２次電子光変換器１１９が変換した光を光検出器１０５にて電気信号に変換する。
　光検出器１０５から出力された信号パルスは、信号パルス検出器１０１に入力される。この信号パルス検出器１０１の動作については、前記実施の形態１と同様である。
　以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
　なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
　また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
１００　質量分析装置
１０１　信号パルス検出器
１０２　イオン源
１０３　質量分析器
１０４　イオン－光変換器
１０５　光検出器
１０６　アンプ
１０６ａ　可変利得アンプ
１０７　Ａ／Ｄ変換器
１０８　データ補間器
１０９　しきい値処理器
１１０　光量算出器
１１１　入出力装置
１１２　利得制御器
１１３　分光光度計
１１４　光源
１１５　分光器
１１６　試料室
１１７　電子銃
１１８　電場レンズ
１１９　２次電子光変換器
１２０　試料
１２１　電子顕微鏡
３０１　アップサンプラ
３０２　低域通過フィルタ
４０１　比較器
４０２　選択器
５０１　パルス検出器
５０２　遅延器
５０３　加算器
５０５　加算器
５１０　比較器
５１１　比較器
５１２　論理積回路
６０１　比較器
６０２　選択器
６０３　加算器
６０４　パルス面積演算器
６０５　加算器
６０６　出力制御器
６０７　遅延器
６０８　パルス検出器
８００　データ圧縮器
９００　ピーク挿入器
９０１　時間軸生成器

Claims (15)

  1. 　光検出器から出力される信号パルスを増幅する増幅器と、
    　前記増幅器が増幅した信号パルスをサンプリングするＡ／Ｄ変換器と、
    　前記Ａ／Ｄ変換器がサンプリングしたサンプリングデータを補間する補間データを生成するデータ補間器と、
    　前記データ補間器から出力される補間データとしきい値、および前記サンプリングデータとしきい値とをそれぞれ比較し、しきい値未満のデータを除去するしきい値処理器と、
    　前記しきい値処理器から出力される前記補間データと前記サンプリングデータとから光量を算出する光量算出器と、
    を有する、信号パルス検出装置。
  2. 　請求項１記載の信号パルス検出装置において、
    　前記データ補間器は、アップサンプリング補間により補間データを生成する、信号パルス検出装置。
  3. 　請求項１記載の信号パルス検出装置において、
    　前記光量算出器は、入射した１つの光子に対して１つの電気的な信号パルスを出力するフォトンカウンティングにより光量を算出する、信号パルス検出装置。
  4. 　請求項１記載の信号パルス検出装置において、
    　前記光量算出器は、前記しきい値処理器から出力される前記補間データのパルス面積、および前記サンプリングデータのパルス面積をそれぞれ算出し、算出した前記パルス面積の合計値から光量を算出する、信号パルス検出装置。
  5. 　請求項１記載の信号パルス検出装置において、
    　さらに、前記しきい値処理器から出力されるサンプリングデータ、および補間データのうち、最もデータ値が高いピークデータを検出し、検出した前記ピークデータを前記サンプリングデータに挿入し、挿入した前記ピークデータの時間情報を付加して、前記光量算出器に出力するデータ圧縮器を有し、
    　前記光量算出器は、前記データ圧縮器から出力される前記ピークデータと前記サンプリングデータとから光量を算出する、信号パルス検出装置。
  6. 　請求項５記載の信号パルス検出装置において、
    　前記増幅器は、可変利得アンプであり、
    　さらに、前記データ圧縮器から出力される前記ピークデータに基づいて、前記可変利得アンプのゲインを設定する利得制御器を有し、
    　前記利得制御器は、前記データ圧縮器から出力される前記ピークデータから、前記信号パルスの信号レベルを前記Ａ／Ｄ変換器の入力範囲内となるように調整する、信号パルス検出装置。
  7. 　試料をイオン化するイオン源と、
    　前記イオン源によってイオン化されたイオンを分離する質量分析器と、
    　前記質量分析器が分離したイオンに応じて光子を出力するイオン－光変換器と、
    　前記イオン－光変換器から出力された光子を信号パルスに変換する光検出器と、
    　前記光検出器から出力される信号パルスから、光量を算出する信号パルス検出部と、
    を有し、
    　前記信号パルス検出部は、
    　前記光検出器から出力される信号パルスを増幅する増幅器と、
    　前記増幅器が増幅した信号パルスをサンプリングするＡ／Ｄ変換器と、
    　前記Ａ／Ｄ変換器がサンプリングしたサンプリングデータを補間する補間データを生成するデータ補間器と、
    　前記データ補間器から出力される補間データとしきい値、および前記サンプリングデータとしきい値とをそれぞれ比較し、しきい値未満のデータを除去するしきい値処理器と、
    　前記しきい値処理器から出力される前記補間データと前記サンプリングデータとから光量を算出する光量算出器と、
    を有する、質量分析装置。
  8. 　請求項７記載の質量分析装置において、
    　前記データ補間器は、アップサンプリング補間により補間データを生成する、質量分析装置。
  9. 　請求項７記載の質量分析装置において、
    　前記光量算出器は、入射した１つの光子に対して１つの電気的な信号パルスを出力するフォトンカウンティングにより光量を算出する、質量分析装置。
  10. 　請求項７記載の質量分析装置において、
    　前記光量算出器は、前記しきい値処理器から出力される前記補間データのパルス面積、および前記サンプリングデータのパルス面積をそれぞれ算出し、算出した前記パルス面積の合計値から光量を算出する、質量分析装置。
  11. 　請求項７記載の質量分析装置において、
    　さらに、前記しきい値処理器から出力されるサンプリングデータ、および補間データのうち、最もデータ値が高いピークデータを検出し、検出した前記ピークデータを前記サンプリングデータに挿入し、挿入した前記ピークデータの時間情報を付加して、前記光量算出器に出力するデータ圧縮器を有し、
    　前記光量算出器は、前記データ圧縮器から出力される前記ピークデータと前記サンプリングデータとから光量を算出する、質量分析装置。
  12. 　請求項１１記載の質量分析装置において、
    　前記増幅器は、可変利得アンプであり、
    　さらに、前記データ圧縮器から出力される前記ピークデータに基づいて、前記可変利得アンプのゲインを設定する利得制御器を有し、
    　前記利得制御器は、前記データ圧縮器から出力される前記ピークデータから、前記信号パルスの信号レベルを前記Ａ／Ｄ変換器の入力範囲内となるように調整する、質量分析装置。
  13. 　光検出器から出力される信号パルスを増幅器によって増幅するステップと、
    　前記増幅器が増幅した信号パルスをＡ／Ｄ変換器によってサンプリングするステップと、
    　前記Ａ／Ｄ変換器がサンプリングしたサンプリングデータを補間する補間データをデータ補間器によって生成するステップと、
    　しきい値処理器において、前記データ補間器から出力される補間データとしきい値、および前記サンプリングデータとしきい値とをそれぞれ比較し、しきい値未満のデータを除去するステップと、
    　光量算出器によって、前記しきい値処理器から出力される前記補間データと前記サンプリングデータとから光量を算出するステップと、
    を有する、信号パルス検出方法。
  14. 　請求項１３記載の信号パルス検出方法において、
    　さらに、データ圧縮器によって、前記しきい値処理器から出力されるサンプリングデータ、および補間データのうち、最もデータ値が高いピークデータを検出し、検出した前記ピークデータを前記サンプリングデータに挿入し、挿入した前記ピークデータの時間情報を付加して、前記光量算出器に出力するステップを有し、
    　前記光量を算出するステップでは、前記光量算出器が、前記データ圧縮器から出力される前記ピークデータと前記サンプリングデータとから光量を算出する、信号パルス検出方法。
  15. 　請求項１４記載の信号パルス検出方法において、
    　さらに、利得制御器によって、前記データ圧縮器から出力される前記ピークデータに基づいて、前記増幅器のゲインを設定し、前記信号パルスの信号レベルを前記Ａ／Ｄ変換器の入力範囲内となるように調整するステップを有する、信号パルス検出方法。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6493076B2 (ja) * 2015-08-04 2019-04-03 株式会社島津製作所 ピーク波形処理装置
US10236167B1 (en) 2018-02-08 2019-03-19 Shimadzu Corporation Peak waveform processing device
CN112513593B (zh) * 2018-08-22 2023-10-10 株式会社日立高新技术 自动分析装置和光测量方法
JP7127009B2 (ja) 2019-12-04 2022-08-29 日本電子株式会社 質量分析装置
CN111273233B (zh) * 2020-03-04 2022-05-03 北京环境特性研究所 一种电子角反射器异步脉冲检测方法及装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001004445A (ja) * 1999-06-16 2001-01-12 Hamamatsu Photonics Kk 光計測装置
JP2004144734A (ja) * 2002-08-29 2004-05-20 Olympus Corp 光走査型顕微鏡及び顕微鏡用測光装置
JP2005057532A (ja) * 2003-08-05 2005-03-03 Nec Engineering Ltd 電力制限回路
JP2006133147A (ja) * 2004-11-09 2006-05-25 Kowa Co 光測定方法及び装置
JP2006343319A (ja) * 2005-05-12 2006-12-21 Hitachi High-Technologies Corp 質量分析用データ処理装置
JP2008046071A (ja) * 2006-08-21 2008-02-28 Mitsubishi Electric Corp 有機物質の分析方法
JP2012037267A (ja) * 2010-08-04 2012-02-23 Hitachi High-Technologies Corp 光量検出方法及びその装置
WO2012129101A1 (en) * 2011-03-18 2012-09-27 Soneter, LLC Methods and apparatus for fluid flow measurement

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001004445A (ja) * 1999-06-16 2001-01-12 Hamamatsu Photonics Kk 光計測装置
JP2004144734A (ja) * 2002-08-29 2004-05-20 Olympus Corp 光走査型顕微鏡及び顕微鏡用測光装置
JP2005057532A (ja) * 2003-08-05 2005-03-03 Nec Engineering Ltd 電力制限回路
JP2006133147A (ja) * 2004-11-09 2006-05-25 Kowa Co 光測定方法及び装置
JP2006343319A (ja) * 2005-05-12 2006-12-21 Hitachi High-Technologies Corp 質量分析用データ処理装置
JP2008046071A (ja) * 2006-08-21 2008-02-28 Mitsubishi Electric Corp 有機物質の分析方法
JP2012037267A (ja) * 2010-08-04 2012-02-23 Hitachi High-Technologies Corp 光量検出方法及びその装置
WO2012129101A1 (en) * 2011-03-18 2012-09-27 Soneter, LLC Methods and apparatus for fluid flow measurement

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