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あすか搭載 X 線 CCD(SIS) で得た教訓・宇宙線 ( 主に 0.1-0.2MeV の proton) による放射線損傷で CTI が
増加・・・ column ごとに CTI が異なることも分かった
1.column ごとに CTI を測定することが必要2.CTI を補正しエネルギー分解能・ゲインを改善することが必要
Astro-E2 搭載 XIS の電荷注入機能を用いた較正方法の 開発
中嶋 大、松本 浩典、鶴 剛、小山 勝二 ( 京都大学理学研究科 ) 、他 XIS チーム Email: [email protected]
Abstract:Astro-E2 搭載 X 線 CCD カメラ (XIS) には新しい機能として電荷注入 (charge injection : CI) 機能が加わった。これは CCDに一定量の電荷を注入し、読み出し前と後の電荷量を比較することで電荷転送非効率 (CTI) を測定するものである。各列ごとの CTIを測定・補正することが可能なためこれまでよりさらに詳細にエネルギー分解能が改善されると予想できる。本ポスターでは CI 機能を用いた較正方法を考察し、実際のデータを用いて CI 機能の有効性をチェックしたが、打ち上げ前で CTI が非常に小さいため有効性は結論付けられなかった。
Astro-E2 には 4 台の XIS が搭載⇒世界最大の硬 X 線有効面積
搭載検出器中唯一天体の詳細位置決定が可能
XIS センサー
CCD チップ
X (pixel)
PH
注入電荷( 各 column に1pixel)
cou
nts
PH注入電荷量の安定性
（左図○で囲んだ pixel,350frames 分）
注入電荷量は 4.6keV,FWHM85eV の X 線に相当⇒Ti(4.5keV,FWHM123eV) の～ 70%⇒短いタイムスケールでは良く安定している
CI 機能の大前提Ⅰ : 注入電荷量を制御できること ⇒注入電荷量の安定性をチェック
電荷注入機能の導入
撮像領域
電荷注入の様子
電荷注入口
レジスタ
撮像領域上端にレジスタを追加①一定量の電荷を各 column に注入②注入時と読み出し時の 電荷量を比較する つまり column ごとの CTI を測定する③各 column の CTI から、 CCD 上の 場所ごとに電荷量を補正する ⇒エネルギー分解能の補正になる
撮像領域(1024pixel2)
蓄積領域(1024pixel2)
Pixel size 24μm×24μmEnergy band 0.4-12 keVEnergy resolution
E/ΔE(FWHM) ～[email protected]
Readout noise 3 electrons (RMS)
各 column の注入電荷量をプロット
column 間のばらつきを補正⇒②・③の補正に相当
• 注入電荷量と X 線イベント PH 値とで column 間のばらつきの度合いが異なる原因 :
CI 用レジスター→撮像領域の縦転送中に電荷損失してしまうため
column ごとのばらつきを気にせず短時間の安定性さえあればよい CTI 補正方法の考察が必要
①各 column に 2pixel 以上注入しその間隔を変える( 間隔が狭い→ 1pixel 目の電荷が犠牲電荷になり 2pixel 目は CTI を受けない 間隔を広げる→犠牲電荷の効果がなくなる 両者の場合で 2pixel 目の電荷量を比較する )
②注入電荷を上下に動かしてから読み出す( 動かすパターンを帰ることで読み出しまでの転送回数を変える。 それぞれの場合で読み出した電荷量を比較する )
①特定の pixel への注入電荷量の安定性
②長時間の安定性 赤 :03/09 データ取得緑 :03/10 データ取得
同一の駆動電圧・温度環境、異なる日時で注入量を 2 度測定⇒直線 fit ～ 3ADU の offset
～ 0.2-0.3%([email protected])長期的には安定と言えない・・ 注入量の column ごとのばらつき
注入電荷量の column ごとのばらつき
55Fe イベントの column ごとのばらつき
両者の column ごとの PH の相関
CI 機能の大前提Ⅱ :PH 値が CTI を反映していること ⇒X 線イベントとの相関をチェック
両者のばらつきに大きな差あり⇒相関があるかどうか結論できず打ち上げ前で CTI が非常に小さいため
CI 用レジスタ内の横転送 CTI による傾
き
X (pixel)
PH
X (pixel)
PH
X (pixel)
PH
注入電荷
55Fe
x 、 y 軸とも平均値からのずれ (%)
直線 fit: 傾き 0.04±0.02Grade0, 撮像領域上半分のイベントのみ抽出 縦転送 CTI:1-2×10-6
x ( 横方向 )y (縦
方向
)
column
row
較正線源 (55Fe; 撮像領域の左右上端を常時照射 ) の PH 値からチップ両端での②が決定できる ( チップの端のため③は無視できる ) 。②を用いて注入電荷の PH 値を補正するとチップ両端での補正先 (A,B点 ) が決まる。
較正線源 (55Fe) が照射する領域
X (pixel)
PH
注入電荷が受ける CTI は以下の 3 種類
①CI 用レジスタ内での横転送CTI②撮像・蓄積領域中の縦転送 CTI③蓄積領域の下にある読み出し用 レジスタ内での横転送 CTIX 線イベントが受ける②と③
の分を補正したい
電荷の読み出し方向と読み出し口
A
B
