全天 x 線監視装置( maxi )搭載用 ccd...
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全天 X 線監視装置( MAXI )搭載用 CCD カメラのエンジニアリングモデルの性能評価. 冨田洋、片山晴善、松岡勝( JAXA ) 常深博、宮田恵美(大阪大学). これまでの CCD カメラと MAXI の CCD カメラ MAXI 用 CCD カメラの開発の流れ MAXI 用 CCD カメラの現状. X 線 CCD とこれまでの CCD カメラ. CCD の特徴( photon counting ) エネルギー分解能、位置分解能、時間分解能のどれをとっても欠点なくバランスの取れたデバイス。 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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全天全天 XX 線監視装置(線監視装置( MAXMAXII )搭載用)搭載用 CCDCCD カメラのエカメラのエンジニアリングモデルの性ンジニアリングモデルの性
能評価能評価冨田洋、片山晴善、松岡勝冨田洋、片山晴善、松岡勝
(( JAXAJAXA ))常深博、宮田恵美(大阪大学)常深博、宮田恵美(大阪大学)
これまでの CCD カメラと MAXI の CCD カメラ
MAXI 用 CCD カメラの開発の流れ
MAXI 用 CCD カメラの現状
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X 線 CCD とこれまでの CCD カメラ
CCD の特徴( photon counting )
エネルギー分解能、位置分解能、時間分解能のどれをとっても欠点なくバランスの取れたデバイス。
ASCA/SIS で初めて X 線天文に登場後、望遠鏡の焦点面検出器として標準的な地位を得る。
これまでの宇宙用 X 線 CCD カメラ (photon counting)
Mission / camera year 素子数
ASCA / SIS 1993 8Chandra / ACIS 1999 10XMM-Newton / EPIC 1999 MOS 14 PN 1 HETE-II / SXC 2001 2Swift / XRT 2004 1Hayabusa / XRS 2003 5ASTROE / XIS 2005 4MAXI / SSC 2008 32
Chandra の CCDカメラ で見たSNR
http://chandra.harvard.edu/photo/ より
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MAXIMAXI 用用 CCDCCD カメラの特徴カメラの特徴 浜ホト浜ホト
CCDCCD (( 24x24um24x24um 、、 1024x10241024x1024 ピクピクセル)搭載セル)搭載
0.5-12keV0.5-12keV に感度に感度 16素子 x 2 カメラ (32素16素子 x 2 カメラ (32素
子) 有効面積200cm子) 有効面積200cm22
ペルチェ素子とラジエター+ヒートパペルチェ素子とラジエター+ヒートパイプシステムパイプで冷却 (目標イプシステムパイプで冷却 (目標 --60℃60℃ 以下)以下)
88 usec/pixelusec/pixel で読み出し。で読み出し。 縦方向加算読み出し(縦方向加算読み出し( P-sumP-sum モーモー
ド)ド) 11 カメラ(カメラ( 1616 素子)で読み出しは素子)で読み出しは 11 つつ 駆動電圧は1カメラで共通駆動電圧は1カメラで共通 電荷注入可能(耐放射線性向上)電荷注入可能(耐放射線性向上) 暗電流低減モードをサポート暗電流低減モードをサポート コリメータ+スリットをカメラに内蔵コリメータ+スリットをカメラに内蔵
CCD カメラ完成予想図
断熱足
スリット
CCD
アルミブロック
MAXI の CCD カメラでは
低エネルギー領域でのモニター
CCD で初の全天サーベイ
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浜ホト CCD 表面アルミコート
25mmコリメータシート
EM カメラ内部 CCD アレイ
カメラ内に組み込まれる 黒クロムメッキ済み
可視光反射対策でカメラ表面は黒色加工。マルチプレクサで駆動、読み出し CCD を切り替え。カメラ全体が -20℃ 程度に冷却される。校正源( Fe55 ) 内蔵
25cm
プリアンプ基板
マルチプレクサ基板
CCDCCD とカメとカメララ
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CCDCCD カメラ開発カメラ開発
CCD 素子
素子は1990年代前半から阪大、京大、浜松ホトニクスで研究開発。
MAXI 用 CCD の開発、製造、評価(スクリーニング)は終了(大阪大学)。 Bad pixel ほとんどなし。読み出しノイズ 10e 以下
放射線試験も終了
カメラ(回路)
EM の評価中。 1 ヶ月以内に FM設計を終える
今後 2 年で FM 製作、評価、試験を行う。
その他 : 機上ソフトウェア、コリメータは FM 設計済み
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EMEM カメラの性能評価カメラの性能評価 1616 CCDCCD を搭載。を搭載。 FMFM と同じ(スクリーニング落と同じ(スクリーニング落ち)ち) CCDCCD はは 88個。残り個。残り 88個は個は EM-CCDEM-CCD 。。
カメラを真空チャンバー内で冷却 (カメラを真空チャンバー内で冷却 ( -20℃-20℃ )。ペ)。ペルチェで さらにルチェで さらに -- 66 0℃0℃へ。へ。
評価内容評価内容 暗電流低減モードの確認暗電流低減モードの確認 電荷注入が可能か?電荷注入が可能か? EMEM カメラでのカメラでの FMFM型型
CCDCCD の評価の評価
CCD カメラ( EM )をチャンバーにマウントした図
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低暗電流モー低暗電流モードド
暗電
流ノ
イズ
暗電
流
Flip mode OFF ON
高い検出効率をえるための厚い空乏層がほしいので正バイアスが必須
低暗電流(とくに Si-SiO 2
境界)を得るためにはinversion( つまり負バイアス )が良い。
時間
暗電流が定常に流れるまでには100msec 以上の時間が必要。
基本的に正バイアスをかけ、周期的( 100msec )に短い時間(10msec)だけ負バイアスにすればいい。
CCD単体では確認済み
電流、ノイズともに 10%以下に低減された!!
温度で 10℃程度に相当
運用では標準で使用予定
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電荷注入・電荷注入・ CCDCCD スペクトスペクトル・他ル・他
電荷を注入しすぎて通常ピクセルにまで電荷があふれすぎた場合のイメージ
電荷注入
電荷は問題なく注入されることを確認した。
Mn-k X 線スペクトル放射線性能劣化による電荷の吸い込
み口を X 線信号以外の電荷で埋めてしまう ( Tomida et al 1996 )
駆動電荷を最適化すれば 150eV はクリア
問題点 ゲインが大きく取れない。 全16 CCDだと負荷容量が予想より大きい。 解析方法(レスポンス)確立 など
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まとめまとめ
EMEM カメラ(回路)+カメラ(回路)+ FMFM型型 CCDCCD の組みの組み合わせでエネルギー分解能146合わせでエネルギー分解能146[email protected]@5.9keV を達成を達成
暗電流低減モード、電荷注入も行えるこ暗電流低減モード、電荷注入も行えることを確認した。とを確認した。
コリメータ、機上ソフトも設計コリメータ、機上ソフトも設計 FIXFIX 。。今後今後 1616 素子で性能を出し、素子で性能を出し、 FMFM を製作すを製作す
る。る。