FPGAを用いたCCDの高速データ処理システムの構築

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13874032
• 研究種目: 萌芽的研究
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 宮田 恵美 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助手 (40283824)
• キーワード: X線CCD / FPGA / デジタル信号処理

研究概要

これまでの経験をもとにX線イベント検出に最適化したFPGAボードを設計した。ボードにはアルテラ社のAPEX20Kという最新の素子を搭載し、イベントの処理結果を格納するために外部メモリーを4Mbyte搭載している。我々は、このボードを使って、X線CCDのダークレベル推定、イベント検出のアルゴリズムを実装している。ダークレベル推定はCCDにX線が入射していないときの各ピクセルレベルのばらつきを調べることで、ダークレベルを精度良く調べることが、X線イベントの検出の鍵を握る。現状では、ダークレベル推定アルゴリズムは実装が完了し、1ピクセルの処理時間が400nsとこれまでに比べて1桁程度向上することが可能となった。X線イベント検出では、各ピクセルの波高値を調べてその値がある敷居値を越えていると周辺のピクセルを調べて、X線イベントの広がりを調べる。現状ではいくつか問題点が残されているが、おおむね実装は完了し、一X線イベントあたり590ns程度で処理することができた。これは、これまでの処理時間に比べて2桁以上も向上できた。この大きな要因は、これまでのCPUやDSPなどを用いた処理回路に比べてFPGAの並行処理の能力の高さを最大限に活かすことができた結果であるといえる。今後は、この処理アルゴリズムを発展させ、イベントパターンをCCD内部で生成される電荷雲形状に基づきフィッティングすることにより、X線光子の入射位置の決定精度をあげることをめざす。

研究成果

• [文献書誌] E.Miyata et al.: "Development of engineering model of the X-ray CCD camera of the MAXI experiment onboard the International Space Station"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. (in press). (2002)
• [文献書誌] H.Tsunemi I Hiraga, E.Miyata: "Application of a finite size of the charge cloud shape generated by an X-ray photon inside the CCD"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 477. 155-160 (2002)
• [文献書誌] E.Miyata, H.Tsunemi B.Aschenbach: "Chandra X-ray observatory Study of the Vela Shrapnel-A"Astrophysical Journal Letter. 559. 45-48 (2001)
• [文献書誌] J.Hiraga, H.Tsunemi, E.Miyata: "Subpixel Spatial Resolution of the X-ray CCD Based on the Charge Cloud Shape"Japanese Journal of Applied Physics. 40. 1493-1498 (2001)
• [文献書誌] H.Tsunemi, K.Mori, E.Miyata et al.: "Improvement of the Spatial Resolution of the ACIS Using Split Pixel Events"Astrophysical Journal. 554. 496-504 (2001)
• [文献書誌] B.Miyata et al.: "On the Nature of Ax J2049.6 + 2939 / Ax J2050.0 + 2914"Astrophysical Journal. 550. 1023-1029 (2001)
• [文献書誌] K.Yoshita, H.Tsunemi, E.Miyata, K.Mori: "The X-ray Structure of the Supernova Remnant 3C 400.2"Publication of the Astronomical Society of Japan. 53. 93-98 (2001)
• [文献書誌] P.Slane, J.P.Hughes, R.J.Edgar, P.Plucinsky, E.Miyata et al.: "RX J0852.0-4622: Another Nonthermal Shell-Type SNR(G266.2 -1.2)"Astrophysical Journal. 548. 814-819 (2001)
• [文献書誌] E.Miyata et al.: "Fast and Flexible CCD-driver system using fast DAC and FPGA"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 459. 157-164 (2001)
• [文献書誌] K.Mori, M.Shouho, H.Katayama, S.Kitamoto, H.Tsunemi.K.Havashida.E.Miyata: "Measurement of the response characteristics around K absorption edges of dead-layer material of a charge-coupled device"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 4592. 191-199 (2001)