(57)【要約】【課題】高エネルギー線を立体的に計測する方法において、大寸法の装置でも破損可能性を十分に低減する。また、大寸法でも破損可能性を十分に低減することが可能なエネルギー線の立体的計測装置を提供する。【解決手段】２次元ＣＣＤセンサ６を層状をなすように配置してセンサ・スタック体４を構成し、このセンサ・スタック体を複数用意し、これらを２次元ＣＣＤセンサ６の２次元の方向に配列する。２次元ＣＣＤセンサ６のそれぞれにより入射エネルギー線の強度及び位置の測定を行ない、この測定の結果に基づき演算装置１２によりエネルギー線の軌跡及び／又はエネルギーを算出する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の２次元固体撮像センサを層状をなすように配置し、前記２次元固体撮像センサのそれぞれにより入射エネルギー線の強度及び位置の測定を行ない、該測定の結果に基づき前記エネルギー線の軌跡及び／又はエネルギーを算出することを特徴とする、エネルギー線の立体的計測方法。
【請求項２】
複数の２次元固体撮像センサを層状をなすように配置してセンサ・スタック体を構成し、該センサ・スタック体を複数用意し、これらを前記２次元固体撮像センサの２次元の方向に配列し、前記２次元固体撮像センサのそれぞれにより入射エネルギー線の強度及び位置の測定を行ない、該測定の結果に基づき前記エネルギー線の軌跡及び／又はエネルギーを算出することを特徴とする、エネルギー線の立体的計測方法。
【請求項３】
２次元的配列のピクセルを有する２次元固体撮像センサを層状をなすように複数配置してなるセンサ・スタック体と、前記２次元固体撮像センサのそれぞれの各ピクセルでの測定結果を示す信号が入力される演算装置とを備えており、該演算装置は前記２次元固体撮像センサのそれぞれの各ピクセルでの測定結果に基づき前記エネルギー線の軌跡及び／又はエネルギーを算出することを特徴とする、エネルギー線の立体的計測装置。
【請求項４】
２次元的配列のピクセルを有する２次元固体撮像センサを層状をなすように複数配置してなるセンサ・スタック体を複数備えており、更に前記２次元固体撮像センサのそれぞれの各ピクセルでの測定結果を示す信号が入力される演算装置を備えており、該演算装置は前記２次元固体撮像センサのそれぞれの各ピクセルでの測定結果に基づき前記エネルギー線の軌跡及び／又はエネルギーを算出することを特徴とする、エネルギー線の立体的計測装置。
【請求項５】
前記演算装置は、所定値以上の強度が検知された複数の前記ピクセルの空間座標に基づいて、前記エネルギー線の軌跡の算出を行なうことを特徴とする、請求項３〜４のいずれかに記載のエネルギー線の立体的計測装置。
【請求項６】
前記演算装置は、所定値以上の強度が検知された複数の前記ピクセルの検知強度の合計に基づいて、前記エネルギー線のエネルギーの算出を行なうことを特徴とする、請求項３〜５のいずれかに記載のエネルギー線の立体的計測装置。
【請求項７】
前記２次元固体撮像センサは２次元ＣＣＤセンサまたは２次元ＭＯＳセンサであることを特徴とする、請求項３〜６のいずれかに記載のエネルギー線の立体的計測装置。
【請求項８】
前記２次元固体撮像センサは四角形状または六角形状をなしていることを特徴とする、請求項３〜７のいずれかに記載のエネルギー線の立体的計測装置。
【請求項９】
前記センサ・スタック体を冷却するための冷却手段を備えていることを特徴とする、請求項３〜８のいずれかに記載のエネルギー線の立体的計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギー線計測技術に属するものであり、特に、固体撮像センサを用いたエネルギー線の計測方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、宇宙線の計測は様々な手法を用いて行なわれているが、何時何処に到来するか知れない宇宙線を効率よく計測するため、装置全体の寸法は大きなものとならざるを得ない。その計測装置においては、大きな相互作用部に入射する宇宙線と検知媒体との相互作用に基づく事象が検知される。
【０００３】
例えば、ニュートリノ計測のために設置されたスーパーカミオカンデでは、相互作用部として約５万トンの純水を収容した縦型円筒形のタンクが用いられ、該タンクの側面に１万個を越える光電子増倍管が配置され、これらの光電子増倍管を用いてニュートリノと純水との相互作用によるチェレンコフ光を検知する。
【０００４】
しかして、光電子増倍管は、管球であるため、以上の様な大掛かりな装置で衝撃が加えられる機会が多くなると、破損するおそれがある。現実にその様な事故が発生した。
【０００５】
そこで、本発明は、以上の様な従来技術の問題点に鑑みて、特に宇宙線などにおける高エネルギー線を立体的に計測する方法において、大寸法の装置でも破損可能性を十分に低減することを目的とするものである。また、本発明は、大寸法でも破損可能性を十分に低減することが可能なエネルギー線の立体的計測装置を提供することをも目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
複数の２次元固体撮像センサを層状をなすように配置し、前記２次元固体撮像センサのそれぞれにより入射エネルギー線の強度及び位置の測定を行ない、該測定の結果に基づき前記エネルギー線の軌跡及び／又はエネルギーを算出することを特徴とする、エネルギー線の立体的計測方法、
が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
複数の２次元固体撮像センサを層状をなすように配置してセンサ・スタック体を構成し、該センサ・スタック体を複数用意し、これらを前記２次元固体撮像センサの２次元の方向に配列し、前記２次元固体撮像センサのそれぞれにより入射エネルギー線の強度及び位置の測定を行ない、該測定の結果に基づき前記エネルギー線の軌跡及び／又はエネルギーを算出することを特徴とする、エネルギー線の立体的計測方法、
が提供される。
【０００８】
更に、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
２次元的配列のピクセルを有する２次元固体撮像センサを層状をなすように複数配置してなるセンサ・スタック体と、前記２次元固体撮像センサのそれぞれの各ピクセルでの測定結果を示す信号が入力される演算装置とを備えており、該演算装置は前記２次元固体撮像センサのそれぞれの各ピクセルでの測定結果に基づき前記エネルギー線の軌跡及び／又はエネルギーを算出することを特徴とする、エネルギー線の立体的計測装置、
が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
２次元的配列のピクセルを有する２次元固体撮像センサを層状をなすように複数配置してなるセンサ・スタック体を複数備えており、更に前記２次元固体撮像センサのそれぞれの各ピクセルでの測定結果を示す信号が入力される演算装置を備えており、該演算装置は前記２次元固体撮像センサのそれぞれの各ピクセルでの測定結果に基づき前記エネルギー線の軌跡及び／又はエネルギーを算出することを特徴とする、エネルギー線の立体的計測装置、
が提供される。
【００１０】
本発明の一態様においては、前記演算装置は、所定値以上の強度が検知された複数の前記ピクセルの空間座標に基づいて、前記エネルギー線の軌跡の算出を行なう。また、本発明の一態様においては、前記演算装置は、所定値以上の強度が検知された複数の前記ピクセルの検知強度の合計に基づいて、前記エネルギー線のエネルギーの算出を行なう。
【００１１】
本発明の一態様においては、前記２次元固体撮像センサは２次元ＣＣＤセンサまたは２次元ＭＯＳセンサである。本発明の一態様においては、前記２次元固体撮像センサは四角形状または六角形状をなしている。
【００１２】
本発明の一態様においては、前記センサ・スタック体を冷却するための冷却手段を備えている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明によるエネルギー線の立体的計測方法及びその装置の一実施形態を示す模式的斜視図である。図１において、容器２内には複数のセンサ・スタック体４が配置されている。該センサ・スタック体４のそれぞれは、２次元固体撮像センサであるシリコン２次元ＣＣＤセンサ６を層状をなすように上下方向（Ｚ方向）に複数配置してなるものである。
【００１５】
図２は、センサ・スタック体４を示す模式的断面図である。複数の２次元ＣＣＤセンサ６は、保持部材８により層状をなすように上下方向に所定の配列ピッチＰをもって保持されている。
【００１６】
図３は、２次元ＣＣＤセンサ６を示す模式的平面図である。２次元ＣＣＤセンサ６は、全体として正六角形状をなしており、ピクセル６ａが互いに６０°の角度をなす３つの方向性をもってＸＹ面内にて２次元的に配列されている。各ピクセル６ａでの検知結果を示す信号を読み出す読み出し回路部６ｂがセンサ外周部に設けられている。２次元ＣＣＤセンサ６が正六角形状をなしているので、これを層状に配置しているセンサ・スタック体４を、図１に示されている様に、複数互いに隣接する様に密接して２次元ＣＣＤセンサ６の２次元の方向（ＸＹ面内の方向）に配置することができる。
【００１７】
２次元ＣＣＤセンサ６の外径は、例えば１００〜３００ｍｍである。また、２次元ＣＣＤセンサ６の配列ピッチＰは、例えば２〜１０００ｍｍである。また、各センサ・スタック体４の高さは、例えば、１〜２０ｍである。センサ・スタック体４を上下方向に重ねて配置することも可能である。また、全センサ・スタック体４の配列による相互作用部は、外径が例えば５０ｍであり、高さが例えば５０ｍである。
【００１８】
図１に示されている様に、容器２には冷却手段としての液体窒素循環装置１０が配置されている。液体窒素からなる冷媒は、循環装置１０から容器２へと供給され、２次元ＣＣＤセンサ６に対する冷却機能を発揮した後に、循環装置１０へと回収される。これにより、容器２内の２次元ＣＣＤセンサ６は、所定の低温に維持される。
【００１９】
図１において、各２次元ＣＣＤセンサ６の検知出力信号は、演算装置１２に入力される。該演算装置１２では、２次元固体撮像センサ６のそれぞれの各ピクセル６ａでの測定結果に基づき、装置に入射するエネルギー線の入射方向及び／又はエネルギーを算出する。
【００２０】
即ち、２次元固体撮像センサ６のそれぞれの各ピクセル６ａの位置（ＸＹＺ空間座標）は既知であり、予め演算装置１２に記憶されている。各ピクセル６ａにおいて、宇宙線が入射した場合には、そのエネルギーに応じてピクセル内でキャリアが発生せしめられる。このキャリアの電荷量が回路部６ｂで読み出され、検知信号として演算装置１２へと出力される。
【００２１】
演算装置１２は、各ピクセルでの検知誤差を勘案して該検知誤差分よりわずかに大きな値に設定された所定値以上の強度が検知された複数のピクセルの空間座標に基づいて、エネルギー線の軌跡（入射の位置及び方向並びに飛行の経路及び方向など）の算出を行なう。例えば、所定値以上の強度が検知された複数のピクセルのうちの互いにもっとも大きな距離離れている２つのピクセルの座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）；（ｘ２，ｙ２，ｚ２）に基づき、これらを結ぶ直線の方向ベクトル［Ｘ成分（ｘ２−ｘ１）；Ｙ成分（ｙ２−ｙ１）；Ｚ成分（ｚ２−ｚ１）］を算出する。
【００２２】
また、演算装置１２は、上記所定値以上の強度が検知された複数のピクセルの検知強度（ピクセル内で発生する電子の数に対応）の合計に基づいて、エネルギー線のエネルギーの算出を行なう。例えば、単純に複数のピクセルの検知強度の合計をもってエネルギー値に対応付けてもよいし、適宜の補正処理を施してもよい。このようなエネルギー算出の様式は、具体的には、２次元ＣＣＤセンサ６の検知特性に応じて予め定めることができる。
【００２３】
なお、センサ・スタック体４に対して一様な磁場を印加しておき、検出領域内で荷電粒子をサイクロトロン運動させて、上記の様な検出を行なうことも可能である。この場合には、サイクロトロン運動の軌跡を解析することで、更に詳細な計測データを得ることができる。
【００２４】
以上の実施形態のエネルギー線の立体的計測方法及びその装置によれば、２次元固体撮像センサを使用しており、管球等の衝撃に弱い低強度の構成部材を使用しないので、大寸法の装置であっても破損可能性を十分に低減することが可能である。
【００２５】
以上の実施形態では２次元固体撮像センサとして２次元ＣＣＤセンサが用いられているが、本発明においては、２次元固体撮像センサとして２次元ＭＯＳセンサを用いてもよい。
【００２６】
また、以上の実施形態では２次元固体撮像センサとして六角形状をなすものが使用されているが、本発明においては、２次元固体撮像センサとして四角形状のもの（ピクセルが互いに９０°の角度をなす２つの方向性をもってＸＹ面内にて２次元的に配列されているもの）を用いてもよい。
【００２７】
以上の実施形態ではエネルギー線として宇宙線を例示しており、全地球的規模で本発明のエネルギー線立体的計測装置を配置して計測を行なうことで、宇宙線望遠鏡として活用することができる。また、本発明では、計測対象エネルギー線として粒子加速器で人工的に発生せしめられる各種の素粒子線をも挙げることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２次元固体撮像センサを使用しているので、大寸法の装置でも破損可能性を十分に低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエネルギー線の立体的計測方法及びその装置の一実施形態を示す模式的斜視図である。
【図２】センサ・スタック体を示す模式的断面図である。
【図３】２次元ＣＣＤセンサを示す模式的平面図である。
【符号の説明】
２　　容器
４　　センサ・スタック体
６　　２次元ＣＣＤセンサ
６ａ　　ピクセル
６ｂ　　読み出し回路部
８　　保持部材
１０　　液体窒素循環装置
１２　　演算装置
【図１】
2004053468.tif 000003
【図２】
2004053468.tif 000004
【図３】
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