出典：Ulink Media
ポストパンデミック時代において、赤外線センサーは日常生活に欠かせないものとなっています。通勤の過程では、目的地に着くまでに何度も温度測定を行う必要があります。多数の赤外線センサーによる温度測定は、実は多くの重要な役割を担っています。それでは、赤外線センサーについて詳しく見ていきましょう。
赤外線センサー入門
絶対零度（-273℃）を超える物体は、いわば常に周囲の空間に赤外線エネルギーを放出しています。赤外線センサーは、物体の赤外線エネルギーを感知し、それを電気信号に変換します。赤外線センサーは、光学系、検出素子、変換回路で構成されています。
光学システムは、構造の違いにより透過型と反射型の2つに分けられます。透過型では、赤外線を送信する部品と赤外線を受信する部品の2つが必要です。一方、反射型では、必要な情報を収集するのに1つのセンサーのみが必要です。
検出素子は、動作原理により熱検出素子と光電検出素子に分けられます。最も広く使用されているのはサーミスタです。サーミスタは赤外線にさらされると温度が上昇し、抵抗値が変化し（サーミスタは正温度係数サーミスタと負温度係数サーミスタに分けられるため、この変化は大きくも小さくもなります）、変換回路によって電気信号出力に変換されます。光電検出素子は感光素子として広く使用され、通常は硫化鉛、セレン化鉛、ヒ化インジウム、ヒ化アンチモン、水銀・カドミウム・テルル化物三元合金、ゲルマニウム、シリコンドープ材料などで作られています。
赤外線センサーは、信号処理回路と変換回路の違いにより、アナログ型とデジタル型に分けられます。アナログ焦電型赤外線センサーの信号処理回路は電界効果管であり、デジタル焦電型赤外線センサーの信号処理回路はデジタルチップです。
赤外線センサーの多くの機能は、光学系、検出素子、変換回路という3つの高感度部品の様々な組み合わせによって実現されています。赤外線センサーがどのような分野で貢献しているか、他の分野も見ていきましょう。
赤外線センサーの応用
1. ガス検知
赤外線光学ガスセンサーの原理は、さまざまなガス分子の近赤外線スペクトルの選択吸収特性に基づき、ガス濃度と吸収強度の関係（ランバート・ビールの法則）を使用してガス成分の濃度を識別および決定するガス検知装置の一種です。
赤外線センサーを用いることで、上図に示すような赤外線分析マップを作成できます。異なる原子で構成された分子は、同じ周波数の赤外線を照射されると赤外線吸収を起こし、その結果、赤外線の強度が変化します。異なる波のピーク値に基づいて、混合物に含まれるガスの種類を特定できます。
単一の赤外線吸収ピークの位置から、ガス分子中に存在する基のみを特定できます。ガスの種類を正確に特定するには、ガスの中赤外線領域におけるすべての吸収ピークの位置、すなわちガスの赤外線吸収指紋を調べる必要があります。赤外線スペクトルを用いることで、混合物中の各ガスの含有量を迅速に分析できます。
赤外線ガスセンサーは、石油化学、冶金、鉱業の労働環境、大気汚染監視、炭素中和関連の検知、農業など、幅広い分野で利用されています。現在、中赤外線レーザーは高価です。今後、多くの産業で赤外線センサーがガス検知に利用されるようになると、赤外線ガスセンサーはより高性能で低価格になると信じています。
2. 赤外線距離計
赤外線測距センサーは、赤外線を測定システムの媒体として使用する一種のセンシングデバイスであり、測定範囲が広く、応答時間が短く、主に現代の科学技術、国防、工業、農業の分野で使用されています。
赤外線測距センサーは、一対の赤外線信号送受信ダイオードを備えています。赤外線測距センサーは赤外線ビームを照射し、対象物に照射後、反射波を形成します。信号受信後、センサーに反射し、CCD画像処理を用いて送受信時間差データを取得します。信号処理器で処理された後、対象物までの距離が算出されます。自然表面だけでなく、反射板上でも使用できます。測定距離、高周波応答性に優れ、過酷な産業環境にも適しています。
3. 赤外線伝送
赤外線センサーを用いたデータ伝送も広く利用されています。テレビのリモコンは赤外線伝送信号を用いてテレビを遠隔操作し、携帯電話も赤外線伝送を介してデータを伝送します。これらは、赤外線技術が最初に開発された頃から存在するアプリケーションです。
4. 赤外線熱画像
サーマルイメージャーは、絶対零度以上のあらゆる物体から放射される赤外線を捉えることができる受動センサーです。サーマルイメージャーはもともと軍事用の監視・暗視装置として開発されましたが、普及に伴い価格が低下し、応用分野が大きく拡大しました。サーマルイメージャーの用途は、動物、農業、建築、ガス検知、産業、軍事用途に加え、人物検知、追跡、識別など多岐にわたります。近年、赤外線サーマルイメージングは多くの公共の場で、製品の温度を迅速に測定するために利用されています。
5. 赤外線誘導
赤外線誘導スイッチは、赤外線誘導技術をベースとした自動制御スイッチです。外部から放射される赤外線熱を感知することで自動制御機能を実現し、ランプ、自動ドア、盗難防止アラームなどの電気機器を素早く開閉できます。
赤外線センサーのフレネルレンズを通して、人体から放出される散乱赤外線をスイッチで感知することで、照明の点灯など、様々な自動制御機能を実現します。近年、スマートホームの普及に伴い、赤外線センシングはスマートゴミ箱、スマートトイレ、スマートジェスチャースイッチ、誘導ドアなどのスマート製品にも利用されています。赤外線センシングは人を感知するだけでなく、より多くの機能を実現するために常に進化しています。
結論
近年、IoT（モノのインターネット）産業は急速に発展し、市場展望は広範です。こうした状況の中、赤外線センサー市場も更なる成長を遂げています。そのため、中国の赤外線検出器市場規模は拡大を続けています。データによると、2019年の中国の赤外線検出器市場規模は約4億元でしたが、2020年には約5億元に達すると予想されています。さらに、疫病対策における赤外線温度測定や赤外線ガス検知のためのカーボンニュートラル化といった需要も高まり、赤外線センサーの市場規模は今後大きく成長すると予想されます。
投稿日時: 2022年5月16日