11:15 〜 11:30
[PCG20-08] MCPとCMOSイメージセンサを組み合わせた検出器による光子計数手法の開発
キーワード:光子計数、紫外光、MCP
LAPYUTA計画「惑星科学、生命圏科学、及び天文学に向けた紫外線宇宙望遠鏡計画」(Life-environmentology , Astronomy , and PlanetarY Ultraviolet Terescope Assembly)では、太陽系の惑星・衛星および太陽系外惑星の生命存在可能環境を理解することを目標としている。
その目標の一つとして掲げられている、「高層大気の観測を通した地球類似惑星の発見及び惑星進化過程の解明」を達成するためには、系外惑星に対してトランジット分光観測を行い、外圏大気を検出し、その組成をとらえる必要がある。しかし、観測対象である深紫外線領域の光量が少ないため、光子計数機能を持った検出器が必要となる。
LAPYUTA計画に用いられる検出器はこれまで日本の惑星探査・宇宙望遠鏡で用いられてきたものとは異なり、Micro-channel plate(MCP)とCMOSイメージセンサを組み合わせたものとなっている。CMOSイメージセンサは撮像間隔が短く、単位時間あたりに多くの画像を得ることができ、光子計数に適している。この検出器ユニットでは、入射した光を光電面で光電子に変換し、MCPで電子を増倍させたのち、蛍光面で光に変換する機能を有している。そして、その光をCMOSイメージセンサで検出する。ここで、MCPの増倍率は一定ではなく、同じエネルギーを持つ光子が入射した場合にも、CMOSイメージセンサで検出される光量が大きく異なる。この光が微弱な場合には、 CMOSイメージセンサのノイズに対して、信号が小さくなり、検出が困難となる可能性がある。
我々は、画像処理によってこの問題の解決を図ってきた。入射光とノイズを判別するために、CMOSイメージセンサ上の強度分布に着目し、ガウシアンフィルタによってノイズの除去を行った。また、多数の画像データを確認し、ノイズと光信号を識別する閾値を最適化した。その結果として、計算機を用いた画像処理によって得られた計数結果が目視による計数結果と一致し、数え落としがないことを確認した。
本発表では、光子計数の手法と実験結果について報告する。
その目標の一つとして掲げられている、「高層大気の観測を通した地球類似惑星の発見及び惑星進化過程の解明」を達成するためには、系外惑星に対してトランジット分光観測を行い、外圏大気を検出し、その組成をとらえる必要がある。しかし、観測対象である深紫外線領域の光量が少ないため、光子計数機能を持った検出器が必要となる。
LAPYUTA計画に用いられる検出器はこれまで日本の惑星探査・宇宙望遠鏡で用いられてきたものとは異なり、Micro-channel plate(MCP)とCMOSイメージセンサを組み合わせたものとなっている。CMOSイメージセンサは撮像間隔が短く、単位時間あたりに多くの画像を得ることができ、光子計数に適している。この検出器ユニットでは、入射した光を光電面で光電子に変換し、MCPで電子を増倍させたのち、蛍光面で光に変換する機能を有している。そして、その光をCMOSイメージセンサで検出する。ここで、MCPの増倍率は一定ではなく、同じエネルギーを持つ光子が入射した場合にも、CMOSイメージセンサで検出される光量が大きく異なる。この光が微弱な場合には、 CMOSイメージセンサのノイズに対して、信号が小さくなり、検出が困難となる可能性がある。
我々は、画像処理によってこの問題の解決を図ってきた。入射光とノイズを判別するために、CMOSイメージセンサ上の強度分布に着目し、ガウシアンフィルタによってノイズの除去を行った。また、多数の画像データを確認し、ノイズと光信号を識別する閾値を最適化した。その結果として、計算機を用いた画像処理によって得られた計数結果が目視による計数結果と一致し、数え落としがないことを確認した。
本発表では、光子計数の手法と実験結果について報告する。