赤外線技術について知っておくべき5つのこと

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赤外線技術は、ますます幅広い革新的なコンシューマ・アプリケーションに浸透しています。 このテクノロジーは、19世紀初頭に初めて発見されました。 しかし、実際に使用し、市場性のある製品に組み込むことができるようになるには、かなりの時間がかかりました。 今日、強力な赤外線技術はさまざまな新しい方法で利用され、例えば自律走行車やスマートビルディングのための高度なシステムに付加価値を与えています。

赤外線は、既存のシステムに統合して、新しい技術的な機能を追加することができます。 また、生産量が増えるにつれてコストは下がり続け、さらに幅広い用途でこの技術が利用できるようになります。

ここでは、赤外線技術について知っておくべき5つのことを説明します。

  1. 電磁スペクトルとさまざまな波長

電磁スペクトルの仕組み

放射線は周波数と波長で特徴付けられます。 そして、すべての放射線が人間の目に見えるわけではありません。 赤外線は可視スペクトルの放射線よりも波長が長く、マイクロ波やテラヘルツの放射線よりも波長が短いのです。

bande spectrale

電磁波スペクトルにはいくつかの波長があり、それぞれに特徴があります。

NIR（近赤外線）：赤外線スペクトルの中で最も波長が短く、0.78μmから2.5μmで可視スペクトルに最も近い波長のものです。 近赤外分光法の基本原理は、例えば、赤外線源による分子の励起によって引き起こされる分子振動である。 分子は赤外線を吸収し、電子の振動の度合いを変化させる。 これにより、測定可能な信号が生成されます。

SWIR（短波長赤外線）。 シリコンベースの検出器は1.0μm程度が限界。 このため、SWIRイメージングでは、0.9 µmから1.7 µmの領域で動作する光学部品や電子部品が必要となりますが、非冷却InGaAs検出器はそのようなことはありません。 3μmから5μmまでのスペクトル。 赤外線画像はこの部分から始まり、観察されるシーンに存在する温度勾配が形成されはじめます。 MWIRの検出には、II-VI族半導体材料であるHgCdTe（MCT、MerCad）などの極低温技術が必要です

LWIR (long wave infrared): 観測対象の物体から発せられる熱を検出器でとらえる。 物体から反射した光を検出する可視光検出器と異なり、光源を必要としない。 日中も夜間も同じ画像を生成することができます。

  1. The two main technologies

The two main types of detectors are currently there are two main types of detectors:

– 冷却型: 極低温冷却システムを使用して極低温に保たれた検出器です。

このタイプの検出器の主な利点は、信じられないほど高い解像度と感度、そしてそれによる高い画像品質です。 しかし、冷却型検出器は非冷却型検出器よりもかさばり、価格も高くなります。

– 非冷却型検出器またはマイクロボロメーター。 この検出器は、冷却システムを必要としません。 マイクロボロメーター技術では、シーン内の温度差がマイクロボロメーターの温度変化の引き金となります。

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  1. NETD, the key indicator of detector sensitivity

NETD (noise-equivalent temperature difference) measure a camera’s thermal sensitivity.非冷却型検出器を搭載したシステムは、冷却型検出器を搭載したシステムよりもコスト効率が高く、メンテナンスの必要性も低くなっています。 カメラが検出できる最小の温度差です。 単位はミリケルビン（mK）または摂氏（°C）です。 NETDが低いほど、カメラは熱コントラストを検出する能力が高くなります。

赤外線検出器では、NETDは非冷却マイクロボロメータで25mKから100mKの範囲にあります。

NETDは、熱コントラストの低いシーンで特に重要です（風景など、すべてのオブジェクトがほぼ同じ温度であるようなシーン）。

  1. Resolution and Field of View (FOV)

視野角 (FOV) とは、カメラがどれだけ広い角度を撮影できるかを意味します。 FOVは、画像の解像度（画素数）と一緒に考える必要があります。

解像度は画像がどれだけシャープであるかを示し、視野はどれだけ広いかを示しています。 解像度が高い（言い換えれば、画素数が多い）ほど、画像はシャープになります。 しかし、画素数を増やすには、FOVを小さくしなければなりません。

  1. Analog or digital

その名前が示すように、ADC（アナログ／デジタル変換器）は、アナログ信号をデジタル（2値）信号に変換するシステムです。 デジタル-アナログ・コンバータ (DAC) は、デジタル信号をアナログ信号に変換します。 オールデジタル機では、ADCはセンサーに内蔵されています。 アナログビデオ信号をデジタル信号に変換し、ソフトウェアで処理することで、シーンから必要な情報を抽出することができます。 また、オールデジタルモデルでは、センシングエレメントに偏光スイッチングDACを搭載することも可能です。 ここでは、検出器のインテグレーターが検出器の電源部品を開発する必要がなくなり、より簡単に実装できるようになりました。

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