大阪大学理学研究科 CCDといえば。。。デジカメ、ビデオ Ｘ線CCDだってＸ線天文で大活躍！ CCD N38 11-5A0N-2 (浜松ホトニクス社.) 12 x 12 mm pixel size 512 x 512 pixels 可視光 ＣＣＤの直前に金属メッシュをおく。メッ シュにはＣＣＤ画素サイズと同じもしく は整数倍の間隔で画素よりも十分小 さな穴が開いている。 Ｘ線はメッシュの穴だけをとおるので、 メッシュとＣＣＤとの位置関係がわかれ ば、検出されたイベントのＸ線入射位 置を画素よりも細かく（メッシュの穴の 大きさ）で決めることが出来る。 モアレパターン： ＣＣＤに対してメッシュを少しずらして 配置する。メッシュの穴がＣＣＤ上に落 とす影の場所が徐々に変わっていき、 ＣＣＤ1画素内のあらゆる領域を走査 できる。 マクロにはＣＣＤ1画素内の構造が拡 大されたモアレパターを生じる。 モアレパターンから、ＣＣＤとメッシュと の相対位置関係を決める。 Ｘ線 電極 空乏層 電子 CCD断面の模式図 Ｘ線ＣＣＤは現在のところ画素サイズが10μｍ程度。 これは、高いエネルギーの電磁波であるＸ線の検出 効率をあげる為、空乏層厚を可視光用ＣＣＤに比べ て厚くしなければならないからです。 Si中での平均吸収距離 可視光用では空乏層は精々2~3μｍ で十分ですが、Ｘ線領域でのシリコン 中の平均吸収距離をみると、数十μｍ ミクロンは必要です。 ＣＣＤ画素の中身が見えてくる。 ～メッシュ実験法～ X-ray Au: 10mm thickness 2mm diameter 48mm periodically spaced Mesh Ｘ線と可視光、同じ電磁波だけどCCDにとってはこんなに違う。 1999年7月に打ち上げられた米国Ｘ線天 文衛星チャンドラが撮影したVela パル サー と かに星雲。 ＣＣＤの位置分解能を最大限に発揮して、 パルサーの詳細な構造を明らかにした。 2次元に並んだ小さな画素毎 入った光の量を電気信号に変 えて読み出している。 位置分解能は画素の大きさで 決まる。(拡大すると画像が画 素の大きさでガタガタしている） 常深博、北本俊二、林田清、宮田恵美、吉田久美、幸村孝由、平賀純子、森浩二、 片山晴善、大田基在、小池哲司、夏刈 権、岡田貴志、鎌塚友幸、堀川孝子 Ｘ線光子(0.1~10keV)一個がＣＣＤに入射した場合、空乏層で 光電吸収され最終的に入射Ｘ線のエネルギーに比例した数の 電子を作ります。その数は数百、数千個にもなります。ここで 出来た電子の塊（電子雲）が電極まで引かれて信号として検 出されたときにはある程度拡がってしまいます。電子雲がど のくらい拡がるのかは電子雲が出来てから電極に到達するま でかかる時間できまります。出来た電子の数を正確に数えれ ば、入射Ｘ線のエネルギーが決められます。つまり、Ｘ線ＣＣＤ はエネルギー分解のも持っていることが判ります。 一方、可視光の波長は3000~6000Å、エネルギーに換算すると 数eVなので、ＣＣＤ内部で出来る電子は精々一個か二個です。 光子一個による信号も複数に拡がってしまう場合があ るＸ線。。 位置分解能は悪化してしまうのだろうか？ CCDで得られたスペクトル 実際のＣＣＤ画像には、Ｘ線光子一個から 生成された信号（Ｘ線イベント）が複数画素 にまたがって検出されている。イベントの 広がり方にはいろいろなパターンがみられ、 電子雲が拡がりと、Ｘ線の画素内入射位 置でパターンが決まる。 電子雲の拡がりを利用すればＸ線入射位置を画素よ りも高い精度で推定できる。 画素サイズ12μm ×12μm 直径2.2μｍのピンホー ルを撮像し、Ｘ線入射位 置決定精度を表した図。 3~4画素にまたがったイ ベントだけを用いた。 ピンホールΦ＝２μｍ 我々は、個々のＸ線イ ベントについて、電子 雲の大きさを考慮した モデルを用いて、Ｘ線 入射位置を推定した。 3~4画素にまたがった イベントパターンを用い れば、Ｘ線入射位置の 決定精度は１μｍを割 ることが判った。 X線入射位置 X線光子一個によるCCDイメージ 電子雲はどのくらい拡がっているのか？？ 電子雲の大きさの違い 電子雲の大きさ イベントパターン 密接にリンクした三つのパラメータ 平均吸収距離が長いほど電子雲の 大きさは大きい。 電子雲の形状 我々は、Ｘ線入射位置を画素より細かく制 限するメッシュ実験手法を用いて、Ｘ線が 素ない入射位置とイベントパターンとの関 係を調べ、電子雲の大きさを実測しました。 いくつかの異なるエネルギーのＸ線に ついて電子雲の形状を実測した結果、 いずれも二次元のガウス関数で近似で き、その大きさの違いはＣＣＤ内部の拡 散過程で説明できました。
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