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。
XISセンサー
column
counts
y (縦方向)
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
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
①特定のpixelへの注入電荷量の安定性
row
24μm×24μm
x (横方向)
0.4-12 keV
撮像領域
E/ΔE(FWHM)~
(1024pixel2)
[email protected]
蓄積領域
3 electrons (RMS)
2
Pixel size
Energy band
Energy
resolution
Readout noise
注入電荷
(各columnに1pixel)
(1024pixel )
あすか搭載X線CCD(SIS)で得た教訓
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
電荷注入機能の導入
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
レジスタ
電荷
注入口
撮像領域
電荷注入の様子
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
CCDチップ
・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
PH
②長時間の安定性
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・・
PH
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
注入電荷量のcolumnごとのばらつき
CI用レジスタ内の
横転送CTIによる傾き
注入電荷が受けるCTIは以下の3種類
A
B
①CI用レジスタ内での横転送CTI
②撮像・蓄積領域中の縦転送CTI
③蓄積領域の下にある読み出し用
レジスタ内での横転送CTI
X (pixel)
PH
X線イベントが受ける②と③
の分を補正したい
各columnの注入電荷量をプロット
X (pixel)
較正線源(55Fe)が
照射する領域
電荷の読み出し方向と
読み出し口
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。
column間のばらつきを補正
⇒②・③の補正に相当
X (pixel)
注入量のcolumnごとのばらつき
X (pixel)
PH
赤:03/09 データ取得
PH 緑:03/10 データ取得
PH
Grade0, 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 (pixel)
55Feイベントのcolumnごとのばらつき
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
55Fe
直線fit:傾き0.04±0.02
x、y軸とも平均値からのずれ(%)
注入
電荷
両者のcolumnごとのPHの相関
• 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)
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