EPS
特徴 サブシステム
S/Wによるヒータ制御 TCS
アルミハニカムサンドウィッチ構造 STR
ヒドラジン 一液式推薬タンク及びスラスタ RCS
S-band
SFCG及びCCSDS Recommendations準拠 COM
SCP による統合化制御
3 軸ゼロモーメンタム姿勢制御 SCP
非安定化バス 22.0 to 32.0V リチウムイオンバッテリ
EPS
表 1.1.4.2-2 三菱電機 小型衛星 主要ペイロードインターフェース諸元
500×1000×1000 mm（Typ.) 打上げロケットに依存する ペイロード包絡域
一次電源電圧: 22 V to 32 V
Maximum allocated power: 60 W (mean), 90 W (max) (depends on orbit and attitude)
電源インターフェース
RS-422, Space Wire ミッションデータ伝送
3点支持構造 機械インターフェース
重心位置の包絡域 TBD
独立熱制御 熱インターフェース
RS-422, 1553B テレメトリ/コマンド伝送
内容 項目
500×1000×1000 mm（Typ.) 打上げロケットに依存する ペイロード包絡域
一次電源電圧: 22 V to 32 V
Maximum allocated power: 60 W (mean), 90 W (max) (depends on orbit and attitude)
電源インターフェース
RS-422, Space Wire ミッションデータ伝送
3点支持構造 機械インターフェース
重心位置の包絡域 TBD
独立熱制御 熱インターフェース
RS-422, 1553B テレメトリ/コマンド伝送
内容 項目
34 1.2 赤外センサの技術動向調査
従来の衛星においては、明確なミッション要求とそれを実現させるコスト面のフォロ ーが大きい傾向があった。そのため比較的コストが高いが、高感度・高応答速度である冷 却型赤外センサが採用されてきた。しかし、近年の低コスト化と短い開発期間要求を鑑み た場合、従来の手法を踏襲することは困難になりつつある。その解決策の一つとしてCOTS
（commercial-off-the-shelf）製品の利用が挙げられ、一般民生用途に採用が広がりつつあ る非冷却型赤外センサの衛星搭載検討が進んでいる6)。
ここでは、冷却型赤外センサ素子と非冷却型赤外センサ素子及び宇宙用冷凍機の技術 動向について述べる。
1.2.1 赤外線センサ素子
赤外線センサ素子は半導体内での電荷とフォトンの相互作用を利用して光を検出する 量子型素子と、赤外線の吸収による素子自身の温度変化で検出する熱型赤外線素子に大別 される。図 1.2.1-1 に赤外線検出器の分類を示す。
赤外線 検出器
量子型 検出器
熱型 検出器
InSb
MCT
QWIP
（QDIP）
非冷却 素子 真性 半導体
量子 井戸型
（III-V）
（II-VI） IR EG CB
VB
EB IR
C B
赤外線 検出器
量子型 検出器
熱型 検出器
InSb
MCT
QWIP
（QDIP）
非冷却 素子 真性 半導体
量子 井戸型
（III-V）
（II-VI） IR EG CB
VB
IR EG
CB
VB
EB IR
C BEB IR
C B
図 1.2.1-1 赤外線センサ素子の分類
表 1.2.1-1 に図 1.2.1-1 記載の赤外センサ素子の比較を行いその特徴を示す。表 1.2.1-1 より、量子型は熱型に比べ応答速度が速く、高感度であり検出器としては高性能 な反面、大型冷凍機が必要でシステムが大型化し高コストとなる。一方、熱型検出器は量 子型に比べ低応答速度、低感度であり検出器として性能は低い反面、冷凍機が不要により システムを小型化でき、また民生品として量子型より需要が多く量産効果が期待でき総じ て低コストと言える.
35
表 1.2.1-1 赤外線センサ素子の比較
以下では、熱赤外領域(3～15µm)で最も高性能と考えられる冷却型赤外線センサ素子
（InSb, MCT, QWIP（QDIP））及び非冷却型赤外線センサ素子について述べる。
1.2.1.1 冷却型赤外線センサ素子(量子型)
冷却型赤外センサ素子は赤外信号放射の光子と電子の相互作用を利用するため、高い 感度を持ち、応答速度が速いというメリットを有している。しかし、冷却部を必要とする ことによるコスト、消費電力、サイズが大きくなるデメリットが指摘されており、同時に 冷却部が微小振動源になるというリスクがある。また、感度に対する波長依存性があると いった特徴を有している。実用面では HgCdTe（MCT）が依然として主流ではあるが、
QWIP（QDIP）やTypeⅡ superlatticeの研究開発が進んでいる。また、高温の観測対象
（3～4µm程度）と常温の観測対象（8～12µm）の同時観測を目的とする2波長（中赤外
＋遠赤外）に感度を持つセンサの開発が進んでいる。
(1) InSb（インジウムアンチモン）
InSb（インジウムアンチモン）は5µm以下では最も性能が安定している。77mK程
度で動作可能。しかし常温付近（300K 程度）の放射帯は長波長側（8～14µm）に強度を 持つため、赤外センサとしての用途は限られてしまう。（例：火山活動監視、山林火災、ミ
商用レベル 有 有 有 有 有 衛星搭載
・低量子効率
・高品質エピ
・多波長化容易
・構造が複雑
・高量子効率
・多波長化容易
・高コスト
・均一性悪い（エピ）
・高量子効率
・高品質エピ
・高コスト
・長波長赤外領域に 感度がない
・低量子効率
・常温動作
・低コスト 特徴のまとめ
QWIP MCT InSb
非冷却型に比 べ早い 非冷却型に
比べ高い 有
100K 1024*768
1040*1040 3-5
量 子 型
非冷却型に比 べ早い 非冷却型に
比べ高い 有
～77K 1024*768
1040*1040 8-10
非冷却型に比 べ早い 非冷却型に比 べ早い 非冷却型に比 べ早い 量子型に比べ 遅い
応答速度
非冷却型に 比べ高い 非冷却型に 比べ高い 非冷却型に 比べ高い 量子型に比 べ低い 感度
有
～50K 320*256
10～20
有 77K 640*480
8-10
有
～80K 640*512
1024*1024 3-5
無 常温駆動 324*256
8-14 熱型（非冷
却素子)
冷却 画素数
帯域
（μm）
検出器 タイプ
商用レベル 有 有 有 有 有 衛星搭載
・低量子効率
・高品質エピ
・多波長化容易
・構造が複雑
・高量子効率
・多波長化容易
・高コスト
・均一性悪い（エピ）
・高量子効率
・高品質エピ
・高コスト
・長波長赤外領域に 感度がない
・低量子効率
・常温動作
・低コスト 特徴のまとめ
QWIP MCT InSb
非冷却型に比 べ早い 非冷却型に
比べ高い 有
100K 1024*768
1040*1040 3-5
量 子 型
非冷却型に比 べ早い 非冷却型に
比べ高い 有
～77K 1024*768
1040*1040 8-10
非冷却型に比 べ早い 非冷却型に比 べ早い 非冷却型に比 べ早い 量子型に比べ 遅い
応答速度
非冷却型に 比べ高い 非冷却型に 比べ高い 非冷却型に 比べ高い 量子型に比 べ低い 感度
有
～50K 320*256
10～20
有 77K 640*480
8-10
有
～80K 640*512
1024*1024 3-5
無 常温駆動 324*256
8-14 熱型（非冷
却素子)
冷却 画素数
帯域
（μm）
検出器 タイプ
36 サイル監視等）。
Lockheed Martinでは、12µm、フレームレート125Hz、1~5.3µmで量子効率が90％
以上のものが製品化されている。
Raytheonでは、宇宙用として20µmピッチ、2052×2052画素のセンサモジュールが開 発されており、80～95%程度の量子効率を実現している。組み合わせて使用することによ り4k×4k画素のセンサが使用されている。
SCD（イスラエル）では、1280×1024画素、フレームレート100Hz、NETD＜22mK, 0.18µmCMOSプロセス、on-chip ADC ROICのセンサが報告されている7)。また、様々 な用途（航空機搭載、携帯所持用、多目的用途用等）に応じ、検出器とデュワー、冷凍機 を一体化したDDCA（Detector-Dewar-Cooler Assemblies）の形態にて販売を行っている。
(2) MCT（HgCdTe）
MCT（HgCdTe）センサは光伝導型（PC：photoconductive）と光起電力型（PV：
photovoltaic）に大別され、ともにn型とp型の境界面にできる空乏層で生成される電荷 を読み出す。 PV 型は PC 型と比べてバイアス電圧を必要とせず、リニアリティが高い 等というメリットがある。逆にPC型の方が製造は容易である。どちらも熱雑音を抑える ために長波長においては液体窒素温度（77K）程度に冷却して使用される。応答速度が50
～300µsec、高速移動目標に対応可能。短波長（0.9～2.5µm程度）では100~200K程度の 検出器温度にて観測が可能である。特に PV－MCT（～15µm）は短波長から熱赤外まで 最も多く使用されており、宇宙用としても多く実用化されている。また、長波長用の検出 素子は、結晶の良否に依存するところであり、組成分布の制御が厳密に行える分子線エピ タキシャル（MBE）の採用が進んでいる。表 1.2.1-2 に主なMCTセンサ採用の衛星を示 す。
37
表 1.2.1-2 冷却型MCTセンサ搭載例
プロジェクト JWST, OCO など多数
Spitzer
IRAC(2003) For MTG For MTG
Commercial
product Commercial
GCOM SGLI
Venus Express 供給メーカ Teledyne Raytheon Raytheon Selex Galileo AIM AIM AIM Sofradir Sofradir
検出器 MCT Si:As MCT MCT MCT MCT MCT MCT MCT 感度波長域
[um]
0.25-5.3(standard)
<16 (custom)
5.8 8
3~5 ～15 ～14.7 MWIR:3-5 LWIR:8-10
VLWIR:
12-15
10.8 12.0
MW
Pixelサイズ [um] 10,15,(18) 30 20 30 40 15 40 28 30
Format
128×128(40) 256×256 1024×1024 2048×2048 4096×4096(15)
256×256 4k×4k 320x256 256×256 640×512 256×256 100×10 320×256
感度(D* or NEdT) QE>80~90% ~27mK 24±3mK MWIR<25mK
LWIR<30mK 32mK ~30mK 動作温度
[k] 40 6 55 55 MWIR:90K
LWIR:67K
55 50
備考 ROIC ROIC ROIC
ROIC IDCA
ROIC
(IDCA) ROIC
38
Raytheonは2004年に25µmピッチ、2560 × 512画素のMWIRセンサを開発してい る。また、30µm、512*512 画素のデュアルバンドの L/LWIR FPA や 1280*720 画素の M/LWIR FPAを開発している8)。
AIMは640*480画素のフォーマットにてMWIRを感度波長域とするNETD＜25mK（@
F/4.6 and 5 ms integration time）や、LWIRを感度波長域とするNETD < 30 mK( @ F/2 and 110μs integration time)とするセンサを開発してきている。さらに15µmピッチの開 発を進めている。また、宇宙・軍事用途のvery long wave (VLWIR)の開発も行っている。
（カットオフ周波数＞15µm）。また SWIR ハイパースペクトルセンサ向けの IDCA
（integrated detector cooler assembly）の開発も行っている。
表 1.2.1-3 AIM社製MCT(HgCdTe)センサ MCT linear arrays
Format 96 x 4 288 x 4 288 x 6 480 x 6 576 x 7
Spectral range [μm] 8-10.5 8-10.5 8-10.5 8-11 or 8-10.5 8-10.5 Pixel size [μm] 25 x 28 25 x 28 25 x 28 35 x 45 or 28 x 35 20 x 20 or 20 x 30 NETD @ 300K [mK] < 60 < 30 < 25 < 40 < 40 For Tint [μs] / F/# 3.5 / 1.4 20.0 / 1.5 16.0 / 1.7 6.0 / 1.7 or 14 / 2.5 18.0 / 2.5 Detector Outputs 8 analog 8 analog 1 digital (14 bit) 16 analog 4 digital (14 bit)
Max. pixel rate [MHz] 10 10 20 6 80 (160)
Image size 96 x 768 288 x 768 288 x 768 1280 x 960 576 x 768 Max. full frame rate [Hz] 25 25 25 or 30 30 25 or 50 MCT matrix arrays
Format 640 x 512
Spectral range [μm] 3-5 8-10 3-5 8-9 3-5
Pixel pitch [μm] 24
NETD@ 50% well [mK] <15 <20 <15 <25 <15
Detector Outputs analog 8
Max. pixel rate [MHz] 80
Readout mode
Max. frame rate [Hz] 200
Stare while scan Stare then scan and rolling frame
880 120
8 2
80 20
256 x 256 384 x 288
40 24
TELEDYNE（旧Rockwell Scientific Company）社は使用予定を含めて様々なプロジェ クトにセンサを供給している。TELEDYNE社製品例を以下の表 1.2.1-4 に示す。
（採用プロジェクト例）
OCO(2.5 um), WISE(4.2 um, 5.2um), Moon Mineralogy Mapper(0.4~3.0um), HST(0.6~1.7um), JWST(0.6~5.0um) 等
39
表 1.2.1-4 TELEDYNE社センサのカットオフ周波数及びスタンダード製品例9)
Format 0.35µm-1.05µm 0.35µm-1.75µm 0.35µm-2.5µm 0.25µm-5.3µm
2048 X 2048
yViSI
MBE – Substrate MBE - Substrate Removed
MBE - Substrate Removed Removed
1024 X
1024 HyViSI MBE – Substrate MBE - Substrate Removed
MBE - Substrate Removed Removed
256 X 256
HyViSI MBE - Substrate
Removed
※これ以上長い周波数（＜16µm）はカスタム品として注文可能
Sofradirは衛星搭載用に数多くのHgCdTeセンサを供給してきており、日本においても GCOM-C1に搭載されるSGLI IRSや、ハイパースペクトルセンサ SWIRで使用される 熱赤外センサを供給している。表 1.2.1-5 にSofradir社製品例を示す。
表 1.2.1-5 Sofradir社製冷却型赤外センサ素子
Resolution shortwave Midwave Longwave 320 x 240
384 x 288
Mars APD Mars SWIR
Epsilon IDCA Epsilon Engine Mars MWIR
Mars LWIR 9.5µm Mars VLIR 11.0µm
Venus 640 x 512
500 x 256 1000 x 256
Neptune (500 x 256) Saturn (1000 x 256)
Scorpio MWIR
Uranus -
1280 x 1024 - Jupiter -
Scanned TDI - - Pluton (288 x 4)
Mercury (SADA II)
Honeywell/BAEにおいても数多くのHgCdTeセンサの搭載実績があり、開発した宇宙向 けHgCdTeセンサを表 1.2.1-6 に示す。