スクリーンショット

ここではCLDAQが実際に動作して得られた画像を紹介したいと思います. 論文等に直接張り付けることができるように 普段は白黒の極めて地味な画像しか出していないので, ここでは加工したものを掲載しています. プロットだけだとどうしても地味なので関係ない写真も掲載しています. 勘弁してちょ.

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図1: 2003年7月のビームテスト

いきなり関係ない写真で恐縮なんですが, 2003年7月上旬に 東北大学核理研 で行なわれたビームテストの写真です.

写真右下がビーム上流で左上が下流になっています.

上流から, シンチレーションカウンター, RADFET×2, CCD(隠れちゃってるけど), ビームプロファイルモニター(隠れちゃってるけど), というセットアップになってます.

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図2: CCDを横方向にスライスして見たプロット

CCD(256×256)からのシグナルを横方向にリージョンをきって, 各領域での様子を表示しています.

これから転送効率などがわかるんですが, ここでは全く関係ないので割愛させていただきます.


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図3: Charge Transfer Inefficiency(CTI)

フィッティングの結果からCTIを求めると, こんな感じになるんですよ.

こんな感じってどんな感じだ?って感じですが, 大目に見てやって下さい.

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図4: イオン化をともなわないエネルギー損失のプロット. 縦軸がエネルギー損失で横軸が入射電子のエネルギー.

人の論文パチってプロットしただけです. CLDAQの貢献ではまったくないんだけど, このさい, なんでもアリの方向でお願いします.

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図5: 蓄積時間2秒のダークカレント. 横軸はADCカウントです.

黄色が照射前で赤っぽいのが照射後. 激しくホットピクセル化しています. 入射電子のエネルギーはおよそ150MeVだったと思います.

5×1010 (e-/cm2) の照射を行なった前後での特性変化を見ています.

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図6: 蓄積時間2秒のダークカレント. 横軸はADCカウントです.

上の図 に対して2倍の照射量です. {1×1011 (e-/cm2)}

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図7: 蓄積時間2秒のダークカレント. 横軸はADCカウントです.

90Sr(最大2.28MeVの連続スペクトル)による照射です. これによりホットピクセル化にはエネルギー依存があることがいえるんですけど, そんなことはここでは全く関係ないです. はい.

黄色が 1×1011 (e-/cm2) の照射を行なったあとのダークカレントで 赤っぽいのが 2×1011 (e-/cm2) の照射を行なったあとのダークカレントです.

同じ電子でもビーム(〜150MeV)と90Srからの β線(最大2.28MeVの連続スペクトル)では影響が こんなに違うなんて不思議ですね.

不思議がってる場合じゃないんですがね.

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図8: ダークカレントの温度依存性


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図9: ダークカレントの温度依存性


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図10: ダークカレント増加量の温度依存性


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図11: ダークカレントペデスタルの温度依存性


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図12: 使用しているCCDの写真

うまく写真とれないです. これでも一番よくとれたのを載せてるんですけどね. ちなみに写真のチップは杉本さんがとどめをさして壊しました.

やはりこれも全くCLDAQとは関係ないが気にしてはいけません.

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図13: クライオスタット(100万円)と光源

ちょっと工作して光源をとりつけてみました. 完成したとき, 嬉しくて写真をとっておいたのです.

やはりこれも全くCLDAQとは関係ないが気にしてはいけません.

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図14: 光源

加工の仕方が悪いのかただの粗れた画像にしか見えないのが情ない.

やはりこれも全くCLDAQとは関係ないが気にしてはいけません.

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図15: 光源

かっこよくとれたので結構, 気に入っています. やはりこれも全くCLDAQとは関係ないが気にしてはいけません.

写真はやや角度をつけるとかっこよくとれるみたいです.

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図16: Flat-band Voltage Shift. 縦軸がダークカレントで横軸が動作電圧(-)

さっきからダークカレントという単語が何度も出て来ます. 直訳すると「暗い電流」なんじゃ?それって感じなので, 簡単に説明しておきます.

1: 専門家的の方が読んだら誤解をまねく表現を含みます
2: だいたい酔いどれてるときに加筆してます

さて, デジタルカメラはもはや説明の必要のないくらいに 私逹の生活で活用されています. そこでここではデジタルカメラで写真をとる場合を考えてみましょう.

「ものを見る」という行為は「物体が反射した光を捕まえる」ということです. 脳のなんとかという器官が○○して, といった正確な表現は僕もよく知らないので却下する方向で.

デジタルカメラでは内部にあるCCDで光を捕まえます(検出します). つまり私逹の目の代わりですね. 私達に見える光(可視光)の波長(波の間隔)は400nm(ナノメートル)〜800nmです. これは4mmの1万分の1〜8mmの1万分の1と言いかえてもオッケーです. 波長が短いものは青く, 長いものは赤く見えます. 空が青く見えるのは, 私達の目に波長4nm程度の光が目に飛びこんできているからで, 夕焼けは波長が8nm程度の光が目に飛びこんできているから赤く見えるわけです. もし夕焼けが青く見えるなら, 目か脳のなんとか錐体がおかしいので病院にいったほうがいいでしょう. 暗闇でものがよく見えないのはものが光を反射しないからです.(くどい)

とにかくものが何色に見えるかってゆうのは 目に飛びこんでくる光の波長で決まっちゃうわけです. 僕が物理を志すきっかけになったのは実はこのあたりのことが 理解できてきたのが原因で, それから電磁気学(のなんとか双極子)をやったあたりから物理が死ぬほどきらい になって, 今また, 光の波長とかゆう話を書いていてワクワクしてしまう自分をかえりみると, 人生というのは無駄な瞬間なんてこれっぽっちもないんだな, ってそう, 改めて思います. これ以上横道それるのはやめとこ, 下ネタになりそうだ.

CCDに入った光は電子に変換されます. 例えば波長が400nmの光が入った場合には電子を400個, 800nmの光が入った場合には電子を800個といった具合に. 私達はこの400個や800個の電子をシグナルと呼びます. シグナルがピンとこなったら信号とかフラグでどうでしょうか?

このへんは非常に誤解を招きやすいんですけど,既知の方はスルーの方向で

ながくなったのと僕が酔っ払ってしまったので, ここまでをまとめますと,

デジタルカメラも一般のカメラと同様に露光時間を必要とします. 露光がわかりづらければ, 「光が電子に変換されるまで待たされる」と読みかえてくださって結構です. もっとわかりづらいか.

この待たされている間に余計な電子が発生します. CCDの中にも電子がたくさん存在するんですが, 電子はとても暑がりな生き物です, 電子にとってCCD内部は心地よくありません. 待たされれば待たされるほどに, 暑さに耐え切れず, 電子は外に出て来ます. 例えば, 1秒に10個, 2秒に20個といった具合です. 私達はこれをダークカレントと呼んでいます. またはノイズと呼びます.

僕は熱力学に2回挑戦して2回ともおとしてるのでこんなことを書く資格のな い人間です. あの先生なんて名前だったっけか? ブッコロ

僕達の見たいシグナルが1000個であったり10000個の電子の場合, この10個や20個のノイズは微小量 (5%にも満たない!消費税より少ない!) で,問題になりません. ところが,対象となるシグナルが100個とか10個になると話はかわってきます. シグナルに対するノイズの割合が10%とか50%ではいったい何を見ているのか わかりません. シグナルがノイズに埋もれてしまって, 見たいものを識別できなくなってしまいます.

「最初からこの条件なら10個出るってわかってれば埋もれないんじゃん?」 って思ったあなたは鋭い? まさに僕はそれをやっています. 高級なデジタルカメラにはそういった機能が搭載されているそうです.

そこで,私達はダークカレントを少なくして, シグナルの量を増やしたいと考えます. 消費税よりも少なく!

ここからがやっと本題なんですが, MPPモードってゆう駆動モードがあります. 名前こそ特殊ですが, ごくごく一般的な技術です.

そのうちプロジェクトXでも紹介されるかもしれません. 「MPPと闘った漢たち」みたいな.

これは特殊な電圧をCCDにかけることによって 待たされている間に出て来る電子を引きつけておくのです. 磁石のN極とS極がくっつきあうのはわかりますよね? あのノリでノイズを引きつけて外に出ないようにしようという発想です.

CCDにかかる電圧がある条件を満たすことによってこのモードになります. 7V周辺で急激にダークカレントが急激に落ち込むのが見えますね. (あ!軸のタイトルが違う!) MPPモードになっているのがわかるわけです, はい.

かえってわからなくなってしまった方, 混乱してしまった方, 連絡してください.

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図17: Horizontal CTI

HCTIがネガティブな値を示す問題がありました. それに関する考察を行なってみました. どうゆう考察を行なったかは忘れました. 結局 Imapact Ionization による効果が見えているという結論に達した 2003年夏のおもいで.

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図18: クライオスタット(100万円)と光源


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図19: クライオスタット(100万円)と光源


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図20: 2003年10月のビームテスト


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図21: 2003年10月のビームテスト


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図22: CCD測定中のイベントディスプレイ

地味すぎて話にならない. 地味なものを派手に加工するのは簡単だけど, 派手なものを地味に加工するのは難しいので, デフォルトは地味にしています.

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図23: ビームプロファイルモニター読み出しDAQのイベントディスプレイ

これじゃあ何がなんだかわからない. そしてお蔵入りに.

各チャンネルの測定間隔のプロットなんです.

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図24: ビームプロファイルモニター読み出しDAQのイベントディスプレイ

おなじく何がなんだかわからない. そしてお蔵入りに.

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図25: ビームプロファイルモニター読み出しDAQのイベントディスプレイ

ちょっと派手にしてみました. 普段, こうゆうのにあまり関心を示さない阿部さんもかっこいいと言ってました. 嬉しかったです.

年寄りは色つけて画面大きくすると喜ぶ. というのが僕のなかでは定説になっています. 僕なんかは数値羅列のほうがしぶいとか思っちゃうんだけど, これは多分, 異常なセンスだと思う.

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図26: ビームプロファイルモニター読み出しDAQのイベントディスプレイ

上の図の見方を変えただけです.

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図27: ビームプロファイルモニター読み出しDAQのイベントディスプレイ

このへんからはオフラインで使用していたと思うんですけど, これはプロファイルモニターの中心を横方向にスライスして 一様性を見たかったんだと思います.

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図28: ビームプロファイルモニター読み出しDAQのイベントディスプレイ

縦方向の一様性を見たかったんだと思います.

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図29: 起動時の画像

CLDAQを起動するとこの画像がでてきます. 気分によって時々, 変更します. バージョン1.10.0まで使用されていました.

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図30: Vertical CTI

ちょっとやりすぎちゃったな.

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図31: こわれたCCD

申し訳ない. わっちゃいました. 浜ホトは直してくれないそうなので自分でボンディングします.

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図32: レコードディスプレイ

CLDAQに含まれる機能で絵を書く機能は実はこれが唯一なのです. 元々, ハードウェアアクセスとアプリケーションフレームワークを提供するという立場 なので,絵を書いたり,解析したりは各自でやってくださいよ, というスタンスなのです.

だけどデータ取っただけで, 可視化の仕組みを与えないのでは ちょっとつかいづらいだろう,なんだこりゃ って感じなので追加した機能です.

見えないと動いてる気がしない
見えない部分は書く気もしない

10年後, 偉人になる予定の僕の言葉です. 意味わからないところが格言っぽくていいです.

取得データをタブ式にブラウジングします. イベントディスプレイと言っちゃうとオンライン的な意味あいが強いので, レコードディスプレイと呼んでます.

故障耐久性にまだ改善の余地があるのでコミットされてません. 今年中にスクリプトのパージングモジュールと共にコミットされると思います. 自分にとって必要ないからプライオリティ低いなあ.

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図33: 転送方向定義

実際のCCDに於ける転送方向を図示しています. 写真の上から下方向の転送が鉛直方向転送です. 写真の右から左方向の転送が水平方向転送です. フレームの左下の部分には▲マークがついていてこれが 読み出し口であることを意味しています.

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図34: CCD測定中のイベントディスプレイ

55FeのX線をCCDに照射しながら測定を おこなっているときのイベントディスプレイです.

ふたつのピークが見えると思います. 値が小さなピークはダークカレントのピーク, 大きなほうはX線(5.8KeV)のピークを表しています.

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図35: 起動時の画像

CLDAQを起動するとこの画像がでてきます. 気分によって時々, 変更します. バージョン1.11.0から使用されています.

追記: 2003-11-19

SourceForge.jp容量制限 が設けられました. プロジェクトホームページに関しては 200MB, ホームディレクトリに関しては 100MB とあります. それだけあれば十分だろうと思ってましたが, 調べたところ,

% du -sh cldaq
167M    cldaq
% du -sh goiwai
123M    goiwai
# いい加減な調べ方ですが

となっていて, すでに限界がせまっています. っつうかホームは超えてるように見えますが, ファイルシステムの問題には見えませんが? どうも, ここが圧迫しているようですので, 将来的には編集ファイルを省く方向で.

のきなみメガオーダーのファイルが並んでいて, こうゆうのは僕が計算機さわりはじめた頃(といっても5年前)だったら

「非常識だぞ!てめえ!」

と胸ぐら掴まれても文句が言えなかったんですが, 時代は変わりました. 特にディスクの値段.

$Id: screenshots.html,v 1.14 2003/12/30 21:18:26 goiwai Exp $
Go IWAI <goiwai@users.sourceforge.jp>