出典：Ulink Media
パンデミック後の時代において、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・通学の過程では、目的地に到着するまでに何度も体温測定を受ける必要があります。多数の赤外線センサーを用いた体温測定は、実に多くの重要な役割を果たしています。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℃）以上の物体は、常に周囲空間に赤外線エネルギーを放出していると言えます。そして、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することができます。赤外線センサーは、光学系、検出素子、および変換回路で構成されています。
光学システムは、構造の違いによって透過型と反射型に分類できる。透過型は、赤外線を送信する部品と赤外線を受信する部品の2つの部品を必要とする。一方、反射型は、必要な情報を収集するためにセンサーを1つだけ必要とする。
検出素子は、動作原理に基づいて熱検出素子と光検出素子に分類できます。サーミスタは最も広く使用されているサーミスタです。サーミスタに赤外線が照射されると、温度が上昇し、抵抗値が変化し（サーミスタは正の温度係数サーミスタと負の温度係数サーミスタに分類されるため、この変化は大きい場合も小さい場合もあります）、変換回路を通して電気信号出力に変換されます。光検出素子は一般的に感光素子として使用され、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、テルル化水銀カドミウム三元合金、ゲルマニウム、シリコンをドープした材料で作られています。
赤外線センサーは、信号処理回路と変換回路の違いによって、アナログ型とデジタル型に分類できる。アナログ型焦電赤外線センサーの信号処理回路は電界効果トランジスタであり、デジタル型焦電赤外線センサーの信号処理回路はデジタルチップである。
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。それでは、赤外線センサーが貢献してきた他の分野をいくつか見ていきましょう。
赤外線センサーの応用
1. ガス検知
赤外線光学式ガスセンサーは、異なるガス分子の近赤外線スペクトル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）を利用してガス成分の濃度を識別・測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取得できます。異なる原子から構成される分子は、同じ周波数の赤外線照射下で赤外線を吸収し、その結果、赤外線の強度が変化します。異なる波長のピークに基づいて、混合物に含まれるガスの種類を特定することができます。
単一の赤外線吸収ピークの位置からは、ガス分子中に存在する官能基しか特定できません。ガスの種類を正確に特定するには、ガスの赤外線吸収スペクトル、すなわち中赤外線領域におけるすべての吸収ピークの位置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、鉱業の作業環境監視、大気汚染モニタリング、炭素中和関連の検出、農業など、幅広い産業で利用されています。現状では、中赤外線レーザーは高価ですが、将来的には、ガス検出に赤外線センサーを使用する産業が増えるにつれて、赤外線ガスセンサーはより高性能かつ低価格になると考えられます。
2. 赤外線距離測定
赤外線測距センサーは、赤外線を測定媒体として用いるセンシングデバイスの一種であり、広い測定範囲と短い応答時間を持ち、主に現代科学技術、国防、産業、農業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おり、赤外線ビームを発射し、物体に照射した後、反射プロセスを経てセンサーに反射され、信号を受信します。その後、CCD画像処理を用いて送受信の時間差データを取得し、信号プロセッサで処理した後、物体までの距離を算出します。このセンサーは、自然表面だけでなく、反射パネルにも使用可能です。距離測定、高周波応答、過酷な産業環境に適しています。
3. 赤外線透過
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る。テレビのリモコンは赤外線伝送信号を使ってテレビを遠隔操作するし、携帯電話も赤外線伝送でデータを送信できる。これらは赤外線技術が開発されて以来、ずっと使われてきた応用例だ。
4. 赤外線サーマルイメージ
サーマルイメージャーは、絶対零度よりも温度が高いすべての物体から放射される赤外線を捉えることができる受動型センサーです。サーマルイメージャーはもともと軍事監視および暗視装置として開発されましたが、普及が進むにつれて価格が下がり、応用分野が大幅に拡大しました。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、人間の検知、追跡、識別など多岐にわたります。近年では、赤外線サーマルイメージングは、多くの公共の場所で製品の温度を迅速に測定するために使用されています。
5. 赤外線誘導
赤外線誘導スイッチは、赤外線誘導技術に基づい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、照明器具、自動ドア、防犯アラームなどの電気機器を素早く作動させることができます。
赤外線センサーのフレネルレンズを通して、人体から散乱した赤外線をスイッチが感知することで、照明の点灯など様々な自動制御機能を実現できます。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活用されています。赤外線センシングは人体感知だけに留まらず、常に進化を続け、より多くの機能を実現しています。
結論
近年、IoT（モノのインターネット）業界は急速に発展し、幅広い市場展望を誇っています。こうした背景から、赤外線センサー市場もさら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測されています。さらに、感染症対策における赤外線温度測定や、二酸化炭素排出量削減のための赤外線ガス検知といった需要も加わり、赤外線センサー市場は今後、非常に大きな規模に成長するでしょう。
投稿日時：2022年5月16日