D
NESR × π
2× ΔΩ × Δ λ × η = × Δ 4
この式を、下記の関係を使用して変形する。
NEP D A
2 / 1
*
=
T T B T NESR NE
∂
= ∂
Δ
λ( )
S
S
N
f T
η
×
× ΔΩ
×
= Ω Δ
最終的に下記の関係を得る。
2 3 2 / 1 2 / 1 2
/
* 1
2 / 1 2 /
1
1
) ( 4
D T N
T T D B
T A NE
S S
λ θ
π ηη
λ× Δ
∂ Δ ∂
= Ω
Δ
この式に、各パラメータを代入すると NEΔT が得られる。 多数のパラメータが含ま れるが、右辺の第 1 項、第 2 項は観測の条件やその他のおおむね限られた値をとるパ ラメータである。 第 3 項は設計結果として興味ある地表分解能(角度分解能)や、イ メージャの重要パラメータである。
検出器の素子数は、現状の検出器の技術から考え、リニアアレイで 1000 素子程度、
エリアアレイでは 106素子程度のものが近い将来実現できそうであると想定してい る。
ここでは、代表的な例として、12μｍ帯においては、典型的な半導体検出器である、
HgCdTe の PV 検出器を想定し、D*=5×1010を仮定して解析を行った。 また、12μｍ 帯では、多画素のエリア検出器が比較的得やすいと考えられる非冷却ボロメータを 使用したケースとして、D*=5×109と検出器性能を仮定して解析を行った。
また、３～5μｍの領域の例として、3.8μｍ帯を半導体 PV 検出器を採用した場合を 解析した。
非冷却ボロメータの動作温度は 300Ｋであるため、その性能は 300Ｋの熱輻射と読み 出しノイズによって決まっている。 従って、10μｍ以下のボロメータの D*は波長に 比例し、4μｍでは、10μｍの 1/2.5 になる。 一方、半導体検出器では波長カット オフを５μｍ以下とすることで、逆に D*は 10μｍ体に比べ１桁近く向上する。 こ のように、非冷却ボロメータと半導体検出器の特性の差は、４μｍ近傍では大きく なるため、今回の検討からは除外した。
下記に解析結果を示す。
z 12μｍ帯半導体検出器使用: 図 2.2.1-1～図 2.2.1-4 z 12μｍ帯非冷却ボロメータ使用: 図 2.2.1-5～図 2.2.1-8 z 3.8μｍ帯半導体検出器使用: 図 2.2.1-9～図 2.2.1-12
これらの結果は、ケースごとに設定したラジオメトリック分解能(NE⊿T)を実現する ための、光学系口径と地表分解能、検出器素子数の関係を示したものである。 こ こで注意しなければならないのは、D*を一定とおいた解析であるため、光学系が明 るくなり検出器の視野が広い領域では、もはや D*が一定とはならず、視野が広がる につれて D*が低下することとなる。 この領域は、シーンショットノイズが支配的と なる領域であるので、理想検出器としての取り扱いが必要な領域である。 ここでは、
経験的に概ね F/3 程度より明るい光学系を使用する場合と想定し、その領域は解析 結果からは除いて示している。
1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07 1.00E+08 1.00E+09 1.00E+10
0 100 200 300 400 500
地表分解能
素子数
0.5 1 1.5 2.5 3.5
NE⊿T=0.1Kを実現するための地
表分解能、検出器素子数、光学系 口径のパラメトリックスタディ
条件
波長: 12μｍ
z 波長幅 : 0.8 μｍ
z D*: 5 × 10
10(MCT PV 検出器を想 定)
z 検出素子サイズ : 30 μｍ
z 撮像範囲 : 18deg × 18deg ( 全球 ) z 撮像時間 : 15min
z 光学系効率 : 0.8 z 走査効率:0.9
光学系口径
リニアアレイ エリアアレイ
光学系/検出器視野の 制約で検出器性能の 仮定が正しくなくなる領
域
図2.2.1-1 CASE1/12μｍ帯の解析結果 (半導体検出器の場合)
1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07 1.00E+08 1.00E+09 1.00E+10
0 100 200 300 400 500
地表分解能
素子数
0.5 1 1.5 2.5 3.5
NE⊿T=100Kを実現するための地
表分解能、検出器素子数、光学系 口径のパラメトリックスタディ
条件
波長 : 12 μｍ
z 波長幅: 0.8μｍ
z D*: 5×10
10(MCT PV 検出器を想 定)
z 検出素子サイズ: 30μｍ
z 撮像範囲: 18deg×18deg (全球) z 撮像時間: 10sec
z 光学系効率: 0.8 z 走査効率:0.9
光学系口径
リニアアレイ エリアアレイ
図2.2.1-2 CASE2/12μｍ帯の解析結果 半導体検出器の場合)
1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07 1.00E+08 1.00E+09 1.00E+10
0 100 200 300 400 500
地表分解能
素子数
0.5 1 1.5 2.5 3.5
NE⊿T=0.1Kを実現するための地
表分解能、検出器素子数、光学系 口径のパラメトリックスタディ
条件
波長 : 12 μｍ
z 波長幅 : 0.8 μｍ
z D*: 5 × 10
10(MCT PV 検出器を想 定)
z 検出素子サイズ : 30 μｍ z 撮像範囲 : 1000km × 1000km z 撮像時間 : 10sec
z 光学系効率 : 0.8 z 走査効率 :0.9
光学系口径
リニアアレイ エリアアレイ
光学系/検出器視野の 制約で検出器性能の 仮定が正しくなくなる領
域
図2.2.1-3 CASE3/12μｍ帯の解析結果 (半導体検出器の場合)
NE⊿T=1Kを実現するための地表 分解能、検出器素子数、光学系口 径のパラメトリックスタディ
条件
波長 : 12 μｍ
z 波長幅: 0.8μｍ
z D*: 5×10
10(MCT PV検出器を想 定)
z 検出素子サイズ: 30μｍ z 撮像範囲: 1000km×1000km z 撮像時間: 10sec
z 光学系効率: 0.8 z 走査効率:0.9 1.00E+00
1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07 1.00E+08 1.00E+09 1.00E+10
0 100 200 300 400 500
地表分解能
素子数
0.5 1 1.5 2.5 3.5 光学系口径
リニアアレイ エリアアレイ
光学系/検出器視野の 制約で検出器性能の 仮定が正しくなくなる領
域
図2.2.1-4 CASE4/12μｍ帯の解析結果 (半導体検出器の場合)
1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07 1.00E+08 1.00E+09 1.00E+10
0 100 200 300 400 500
地表分解能
素子数
0.5 1 1.5 2.5 3.5
NE⊿T=0.1Kを実現するための地
表分解能、検出器素子数、光学系 口径のパラメトリックスタディ
条件
波長: 12μｍ
z 波長幅: 0.8μｍ
z D*: 5×10
9(非冷却ボロメータを想 定)
z 検出素子サイズ : 30 μｍ
z 撮像範囲 : 18deg × 18deg ( 全球 ) z 撮像時間 : 15min
z 光学系効率 : 0.8 z 走査効率 :0.9
光学系口径
リニアアレイ エリアアレイ
光学系/検出器視野の 制約で検出器性能の 仮定が正しくなくなる領
域
図2.2.1-5 CASE1/12μｍ帯の解析結果 (非冷却ボロメータの場合)