D
NESR×
π
2×ΔΩ×Δλ
×η
= × Δ 4また、以下の関係式を用い、NEDTに関する式に展開する。
NEP D A
2 /
* = 1
S
S N R
f T
η
×
×
× ΔΩ
×
= Ω Δ
T T B T NESR NE
∂
= ∂
Δ λ( )
その結果、下記のパラメトリックな関係が得られる
2 3 2 / 2 1 / 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
NEDTの評価結果を示す。
Band 1,2,3はGSD=45mでNEDT=0.27K(<0.3K)となる 。
88 0.00
0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70
0 20 40 60 80 100 120 140 160
GSD [m]
NEｄT [K]
band 1,2,3 band 4,5
GSD= 45 m
画素ピッチ ：25µm
波長幅※ ：0.35µm （Band 1,2,3）
：0.7µm （Band 4,5）
光学系効率 ：0.8
D* ：1.0×1011 cmW-1Hz1/2 F値 ：1.7
背景光 ：300K
※ASTER/TIRの観測波長幅を前提
図 3.2.2-2 NEDTの評価結果
（3）F値及び焦点距離
以下にGSD=45mのケースにおける光学系検討例を示す。画素ピッチ25µmより、
必要となる光学系の焦点距離が算出する。幾何関係より、焦点距離は軌道高度を 600km としたとき、f=333mm となる。レイリーの関係式を参考に開口径は 200mm とする。そ のとき、F値は1.7程度となる。また、内部背景光の影響を抑えるために、コールドシー ルドにて開口整合を考慮する必要がある。
D F f GSD
d
f H× =
= ,
89 f ： 焦点距離 H ： 衛星高度 d ： 画素ピッチ D ： 開口径 GSD ： 地上分解能
（4）光学方式
ASTER/TIRと同程度のNEDTを実現する場合、レンズを使用する屈折系は透過率 が低く、性能を満足させることが厳しい（レンズ1枚で効率0.8~0.9程度）。一方、反射光 学系は観測波長帯の透過率に優れており、効率は系全体で0.8程度を実現することができ る。また、反射光学系は波長による色収差の発生を抑制することもできるため、放射計と して使用する場合には適している。F値が1.7程度であるため、カセグレン方式ではこれ ほどの明るい光学系の製造は困難である。F 値が 1.7 程度でも収差が小さく、CT(Cross
Track)方向に比較的広い視野を確保するための光学系として軸外し 3 枚鏡が最適である。
本検討では軸外し3枚鏡の採用を前提とする。
（5）光学系検討結果
検討結果のサマリを表 3.2.2-2 示す。NEDT 及び光学系検討の結果、空間分解能 45m のケース②がNEDT と空間分解能のバランスがとれている。本空間分解能は熱赤外 領域において世界最小クラスの分解能である。
表 3.2.2-2 性能・光学系検討結果サマリ
Band 1,2,3 Band 4, 5
90m (ASTER/TIR) 90
45
GSD [m]
30< 0.3K (ASTER/TIR) 軸外し非球面3枚鏡 軌道高度600km
備考
0.27 0.18 195.2
333
②
0.19 0.13 97.6 167
③
0.33 0.22 NEdT[K]
1.7 程度
F値
292.8
開口径 [mm]
焦点距離 [mm]
500検討ケース
①Band 1,2,3 Band 4, 5
90m (ASTER/TIR) 90
45
GSD [m]
30< 0.3K (ASTER/TIR) 軸外し非球面3枚鏡 軌道高度600km
備考
0.27 0.18 195.2
333
②
0.19 0.13 97.6 167
③
0.33 0.22 NEdT[K]
1.7 程度
F値
292.8
開口径 [mm]
焦点距離 [mm]
500検討ケース
①90 3.2.2.3 センサシステム検討
検討した光学性能結果（ケース②；GSD45m）をもとに、小型衛星への搭載を前提と したセンサシステムの検討を行った。想定する赤外放射計の構成を表 3.2.2-3 に示す。
機能系統図を図 3.2.2-3 に、衛星搭載例を図 3.2.2-4 に示す。
表 3.2.2-3 赤外放射計 構成表
通常のセンサに準じる 冷凍機の制御 黒体光源制御部 テレメトリ／コマンド処理 感度校正：黒体校正（内部黒体）
及び深宇宙校正 14bit ADC 小型パルスチューブ型 6段TDI型 PV-MCTアレイ
軸外し非球面3枚鏡 方式案
デジタル信号処理部 電子回路ユニット
冷凍機制御部 検出器・プリアンプ部
冷凍機
校正系制御部 光学系制御部 制御系ユニット
校正系 アナログ信号処理部
集光結像光学系 光学系ユニット
熱赤外 センサ
コンポーネント ユニット
センサ
通常のセンサに準じる 冷凍機の制御 黒体光源制御部 テレメトリ／コマンド処理 感度校正：黒体校正（内部黒体）
及び深宇宙校正 14bit ADC 小型パルスチューブ型 6段TDI型 PV-MCTアレイ
軸外し非球面3枚鏡 方式案
デジタル信号処理部 電子回路ユニット
冷凍機制御部 検出器・プリアンプ部
冷凍機
校正系制御部 光学系制御部 制御系ユニット
校正系 アナログ信号処理部
集光結像光学系 光学系ユニット
熱赤外 センサ
コンポーネント ユニット
センサ
冗長なしの単系構成。NTSIC採用による軽量化
図 3.2.2-3 赤外放射計 機能系統図
91
920 680
885
AT CT
Nadir
AT CT
Nadir
図 3.2.2-4 赤外センサ 衛星搭載例
3.2.2.4 光学センサシステム提案仕様
検討を行った光学センサシステムの概略仕様を以下に示す。小型標準バス NEXTER を使用することにより、高いポインティング性能により小型化を実現しつつ、柔軟な運用 が可能であり、観測頻度の向上が実現できる。また、光学性能としては、熱赤外バンドに おいて世界最高水準の高分解能と NEDT を実現している。さらに多バンド化により ASTER/TIRと同様に様々な用途に対しての観測が可能である。
（1）衛星
搭載衛星 ： NEXTER 軌道高度 ： 600km
撮像方法 ： プッシュブルーム方式による6段TDI撮像 軌道 ： 太陽同期準回帰軌道（T.B.D）
運用 ： 衛星ポインティングによる観測域・頻度の向上が可能
92
（2）光学性能
地表分解能 ： 45m （参考：ASTER/TIR 90m）
刈幅 ： 45km （参考： ASTER/TIR 60km）
方式 ： 軸外し非球面3枚鏡 焦点距離 ： 333mm
F値 ： 1.7
NEdT ： < 0.3K （< 0.3K: ASTER/TIR）
（3）センサリソース
①寸法
光学系ユニット ：0.92m×0.68m×0.89m程度 制御ユニット ：0.25m×0.29m×0.43m程度 電気回路ユニット：0.31m×0.42m×0.19m程度
②質量
光学系ユニット ：78 kg 制御ユニット ：21 kg 電気回路ユニット：15 kg
オフセット構体 ：15 kg （制御及び電気回路ユニット設置用）
③消費電力
アナログ信号処理部 ： 14W デジタル信号処理部 ： 60W 冷凍機(制御部含む） ： 30W 検知器 ： ＜1W
合計 ：104.7W （ノミナル観測時）
※ヒーター電力は含めない
93
3.2.3 非冷却素子を用いた赤外センサの検討(ケース２)
ここでは、非冷却(熱型)素子を用いた赤外センサの検討を以降に示す。小型衛星の技 術動向調査の結果から、非冷却素子搭載小型衛星赤外センサの目標スペック例は望遠鏡開 口サイズ 15-20cm級、F 値１程度、GSD 100m程度とし、複数機によるコンステレーショ ンにより、撮像待ち時間を減少させている。
今回の検討は上記を目標に設定するが、小型衛星（三菱電機製）では衛星質量 300kg、
ミッション部質量 100kgを想定し、この場合、望遠鏡開口サイズ 30cm級でも搭載の実現 性が高いため以降の検討では主鏡サイズとして 30cm 級まで考慮し、主鏡サイズの大型化 によるGSD 100m以下の高分解能化も視野に入れて検討を行った。
最初に軌道高度分解能/観測幅と光学系パラメータの関係を示す。
軌道高度分解能と光学系パラメータの関係式を求めるために、ここで関係する各パラメー タを以下の様に定義する。
GSD ： 分解能 H ： 衛星軌道高度 λ ： 観測中心波長 f ： 光学系焦点距離 D ： 光学系開口径 F ： 光学系Fナンバー d ： 検出器画素サイズ
上記パラメータより、光学系分解能が観測波長の回折で決定するレーリー関係式より光学 センサが達成可能なGSDについて以下の(1)式が成立する。
（1）
光学系の焦点距離fは幾何学的配置より以下の(2)式が成立する。
(2)
以上の(1)、(2)式より、レーリー関係式より求まるGSDを得るために必要な光学系Fナ ンバーが以下の式で求まる。