特定の検出能力

光検出器の比検出能（ D*）は、性能を特徴付けるために使用される性能指数であり、センサの面積と周波数帯域幅（積分時間の2倍の逆数）の平方根ごとに正規化されたノイズ等価電力（NEP）の逆数に等しくなります。

比検出能は で与えられ、 は検出器の感光領域の面積、は帯域幅、 NEP は単位 [W] での雑音等価電力です。これは、これを最初に定義したロバート・クラーク・ジョーンズに敬意を表して、ジョーンズ単位 ( )で表すのが一般的です。^{[1] [2]}${\displaystyle D^{*}={\frac {\sqrt {A\Delta f}}{NEP}}}$${\displaystyle A}$${\displaystyle \Delta f}$${\displaystyle cm\cdot {\sqrt {Hz}}/W}$

雑音等価電力は、応答性 （単位はまたは）と雑音スペクトル密度（単位はまたは）の関数として と表すことができるため、特定の検出感度は と表されるのが一般的です。 ${\displaystyle {\mathfrak {R}}}$${\displaystyle A/W}$${\displaystyle V/W}$ ${\displaystyle S_{n}}$${\displaystyle A/Hz^{1/2}}$${\displaystyle V/Hz^{1/2}}$${\displaystyle NEP={\frac {S_{n}}{\mathfrak {R}}}}$${\displaystyle D^{*}={\frac {{\mathfrak {R}}\cdot {\sqrt {A}}}{S_{n}}}}$

多くの場合、特定の検出感度をデバイス内に存在する相対的なノイズ レベルに基づいて表現すると便利です。一般的な表現を以下に示します。

${\displaystyle D^{*}={\frac {q\lambda \eta }{hc}}\left[{\frac {4kT}{R_{0}A}}+2q^{2}\eta \Phi _{b}\right]^{-1/2}}$

qを電子電荷、は対象の波長、hはプランク定数、cは光速、kはボルツマン定数、Tは検出器の温度、はゼロバイアス動的抵抗面積積（多くの場合は実験的に測定されますが、ノイズレベルの仮定でも表すことができます）、はデバイスの量子効率、 は光子/秒/cm ²単位の光源（多くの場合は黒体）の全光束です。 ${\displaystyle \lambda}$${\displaystyle R_{0}A}$${\displaystyle \eta}$${\displaystyle \Phi_{b}}$

検出能は、既知のパラメータを使用して適切な光学設定から測定できます。所定のスタンドオフ距離で既知の放射照度を持つ既知の光源が必要になります。入射光源は特定の周波数でチョップされ、各波長は所定の時間定数にわたって所定のフレーム数にわたって積分されます。

詳細には、積分時間定数から帯域幅を直接計算します。 ${\displaystyle \Delta f}$${\displaystyle t_{c}}$

${\displaystyle \Delta f={\frac {1}{2t_{c}}}}$

次に、フレームセットから平均信号とRMSノイズを測定する必要があります。これは、機器によって直接実行されるか、後処理として実行されます。 ${\displaystyle N}$

${\displaystyle {\text{信号}}_{\text{平均}}={\frac {1}{N}}{\big (}\sum _{i}^{N}{\text{信号}}_{i}{\big )}}$

${\displaystyle {\text{ノイズ}}_{\text{rms}}={\sqrt {{\frac {1}{N}}\sum _{i}^{N}({\text{信号}}_{i}-{\text{信号}}_{\text{平均}})^{2}}}}$

ここで、放射輝度をW/sr/cm ²で計算する必要があります。ここで、cm ^{2 は}放射面積です。次に、放射面積を投影面積と立体角に変換する必要があります。この積は、しばしばエタンデュと呼ばれます。この手順は、検出器での光子数/s/cm ^{2の正確な数がわかっている較正済み光源を使用することで省略できます。これが不明な場合は、}黒体放射方程式、検出器のアクティブ領域、およびエタンデュを使用して推定できます。これにより、最終的に、放射面積の W/sr/cm ²での黒体の放射輝度が、検出器で観測される W に変換されます。 ${\displaystyle H}$${\displaystyle A_{d}}$

広帯域応答性は、このワット数によって重み付けされた信号になります。

${\displaystyle R={\frac {{\text{Signal}}_{\text{avg}}}{HG}}={\frac {{\text{Signal}}_{\text{avg}}}{\int dHdA_{d}d\Omega _{BB}}},}$

どこ

• ${\displaystyle R}$応答性は信号/W（またはV/WまたはA/W）の単位で表されます。
• ${\displaystyle H}$黒体（または光源）から放射される放射輝度（W/sr/cm ²単位）
• ${\displaystyle G}$発光源と検出器表面間の総積分エタンデュである。
• ${\displaystyle A_{d}}$検出器エリア
• ${\displaystyle \Omega_{BB}}$検出器表面と結ぶ線に沿って投影された光源の立体角です。

このメトリックから、ノイズレベルを応答性で割ることで、ノイズ等価電力を計算できます。

${\displaystyle {\text{NEP}}={\frac {{\text{ノイズ}}_{\text{rms}}}{R}}={\frac {{\text{ノイズ}}_{\text{rms}}}{{\text{信号}}_{\text{平均}}}}HG}$

同様に、ノイズ等価放射照度は、信号単位ではなく光子/s/W 単位の応答性を使用して計算できます。ここで、検出性は、帯域幅と検出器領域に正規化されたノイズ等価電力にすぎません。

${\displaystyle D^{*}={\frac {\sqrt {\Delta fA_{d}}}{\text{NEP}}}={\frac {\sqrt {\Delta fA_{d}}}{HG}}{\frac {{\text{Signal}}_{\text{avg}}}{{\text{Noise}}_{\text{rms}}}}}$

• 感度（電子機器）

 この記事には、連邦規格 1037Cのパブリック ドメイン マテリアルが組み込まれています。一般調達局。2022 年 1 月 22 日にオリジナルからアーカイブされました。