赤外線センサ

赤外線センサ

赤外線センサは、赤外線という光の領域を受け取り、それを電気信号に変換することで、様々な情報を取得する技術および装置を指します。この技術は、物体を人間の視覚に影響を与えることなく観測することができ、対象物の温度を非接触的に、かつ迅速に測定する能力があります。

種類

原理による分類

赤外線センサは、原理によって主に2つのカテゴリーに分けられます。最初に、初期の赤外線検出技術の一例として、ウィリアム・ハーシェルが使った水[[銀]]温度計が挙げられますが、現代のセンサは電子素子を基にした光検出器から成り立っています。

1. 量子型（冷却型）センサ
量子型赤外線センサは、光エネルギーによる電気現象を検知します。このタイプでは、狭いバンドギャップを持つフォトダイオードやフォトトランジスタが用いられ、一般的なカメラが用いるCCDやCMOS方式と同様に、光子が接合部に当たることで生じる電荷を検出します。高感度かつ素早い応答性を持つ一方で、熱雑音の影響を受けやすく、撮像素子は非常に低温でなければなりません。通常、冷却温度は60K〜100K（-213℃〜-173℃）に設定され、冷却装置を利用するため、起動に時間がかかることがあります。

2. 熱型（非冷却型）センサ
熱型赤外線センサは、赤外線を受け取り、その熱によってセンサ内部の温度が上昇し、電気的特性の変化を検知します。このセンサは常温での使用が可能で、冷却装置が不要です。熱電素子や焦電素子を利用することでましたが、感度や解像度は冷却型に劣ります。背景と熱源の温度差が小さい場合は検知が困難であり、温度差が無い場合には撮影できないという制約もあります。

形状による分類

受光素子の配置に基づいてもセンサは分類されます。初めは単独素子型が主流でしたが、現在では固体撮像素子（FPA）が多く登場しています。センサは一次元と二次元に配置されたものがあり、一次元素子は高い解像度を提供します。

用途

近赤外線カメラ

近赤外線を感知できる赤外線フィルムやイメージセンサを使うことで、肉眼には見えない特性を活かし、薄い布を透過するなどの撮影も可能です。また、目に見えないため、夜行性の動物を刺激せずに撮影するのにも適しています。監視カメラや夜間の撮影用途でも広く利用されています。

熱線映像装置

遠赤外線を利用する熱線映像装置は、熱源から発せられる遠赤外線を検知し、外部光源が無くても対象を認識できます。画像は通常、温度差を色で示し、サーモグラフィーとして知られます。

赤外線捜索追尾装置

赤外線捜索追尾システム（IRST）は、特定の対象を捜索し追尾する装置で、FLIR（前方監視型赤外線）装置とは異なるが併用されることも多いです。

参考文献

江上典文「第3章 不可視光画像入力」『知識の森』電子情報通信学会、2011年10月。

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