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赤外線センサー


「赤外線センサー」について説明します。
「赤外線センサー」は、「赤外線」を使用しますので「光センサー」と「温度センサー」の2つの機能を持っています。




1.赤外線センサーとは


「赤外線センサー」とは、赤外線の光を受光し電気信号に変換して、必要な情報を取り出す技術です。

「赤外線」は、可視光よりも波長の長い電磁波です。


2.赤外線センサーの用途


■「赤外線センサー」の用途としては次のようなものがあります。

  • 自動ドア
  • トイレの自動水栓や蛇口の自動手洗い。
  • テレビなどのリモコン
  • エアコン
  • 温度の監視
  • 天気予報
  • 自動車

などです。


3.赤外線センサーの分類


「赤外線センサー」は以下のように分類されています。

<注意>
※1:()の番号は分類になります。
※2:○の番号は製品になります。
スマホの画面では、横スクロールで表の右側が表示されます。


分類  概要 
(1)






※1
(1-1)
熱型センサー
(1-1-1)
熱起電効果
※2

サーモパイル
複数の熱電対を直列に接続し、ひとかまりとして使うものです。
(1-1-2)
焦電効果

焦電型赤外線センサー(パイロセンサー)
温度の変化に応じて、セラミックに帯電する電荷が変化します。
(1-1-3)
熱電対効果
2種類の金属で回路を作り、電圧を測定し、電圧から温度を解釈する温度計です。
ポロメータ型
サーミスタボロメータ
熱による抵抗変化を利用し、温度を測定します。
吸収される赤外線が大きいほど、温度が高くなり、電流が増加します。
(1-2)
量子型センサー
(1-2-1)
光起電力効果
フォトダイオード、フォトトランジスタ、フォトIC、太陽電池 「光センサー」のページをご覧ください。
(1-2-2)
光伝導効果
Cdsセル、Cdseセル、PdSセル
(1-2-3)
光電子放出効果
光電管
光電子倍増管
(フォトマル)


4.赤外線センサーの原理


「赤外線センサー」は、「光センサー」と「温度センサー」の原理を使用しています。

「赤外線センサー」は、大きく以下の2つに分類されています。

わかりやすいように、上の表と同じ番号をつけています。

  • (1-1)熱型センサー
    赤外線の光エネルギーを吸収することで生じるわずかな温度上昇を「温度センサー」で検出します。

  • (1-2)量子型センサー
    光電導セルやフォトダイオードのように赤外線のフォトン(量子)が半導体に吸収されて「光電効果」によって電子の変化が起こります。

「(1-1)熱型センサー」は以下の3つに分類されています。

  • (1-1-1)熱起電効果
    赤外線を受けると熱起電力が発生します。

  • (1-1-2)焦電効果(しょうでんこうか)
    温度の変化に応じて、セラミックに帯電する電荷が変化します。

  • (1-1-3)熱電対効果
    物質の表面から放射される赤外線のエネルギー量を測定する方法です。
    熱電対は、2種類の金属の先端を接合させて回路を作り、接合部に温度差を設けることで、熱起電力を測定します。

「(1-2)量子型センサー」は以下の3つに分類されています。

  • (1-2-1)光起電力効果
    物質に光を照射することで起電力が発生します。
    電気が発生します。

  • (1-2-2)光伝導効果
    光の照射によって、絶縁体や半導体の電気伝導率が増加します。
    光によって抵抗値が変化します。

  • (1-2-3)光電子放出効果
    物質に赤外線を当てたとき、物質内の電子が外部に放出されることです。



5.赤外線センサーの検出方式


「赤外線センサー」は「検出方式」によって以下の2つの方式があります。

  1. 受動型赤外線センサー
    外部からの「赤外線」を受信するだけのセンサーです。

    外部からの「赤外線」の量が異なっているため、物体までの距離の測定は出来ませんが、物体の温度の測定や人物の検出に利用されています。

  2. 能動型赤外線センサー
    「能動型赤外線センサー」は、自ら「赤外線」を発光し、反射または通過した光の強さを測定することで、物体の有無や物体までの距離を測定します。

    「発光素子」と「受光素子」で成り立っています。

    ■「能動型赤外線センサー」は、以下の2つの種類があります。

    • 反射型センサー
      「発光素子」と「受光素子」が1つの素子に組み込まれています。
      反射される赤外線の強度を利用して、物体の有無や距離を検出することが出来ます。
      距離に応じて、出力電圧が変わります。

    • 通過型センサー
      「発光素子」と「受光素子」は、異なる場所に置かれています。
      遮る物体が存在すると、受信する「赤外線」も弱くなります。
      この通過する「赤外線」の強さを利用して物体の有無を判別することが出来ます。


主な製品について説明します。


6.サーモパイル


「サーモパイル」は、物体から放射される赤外線を受けると入射エネルギー量に応じた熱起電力を発生する熱型の「赤外線センサー」です。
エネルギーの絶対量(温度)の検出が可能です。
「温度センサー」です。

「熱電対」(ねつでんつい)は、優れた「温度センサー」ですが、起電力が小さく微小な変化は、微小しか現れないという欠点があります。

そこで、複数の「熱電対」を直列に接続し、ひとかまりとして使うものが「サーモパイル」です。
日本では、「熱電堆」(ねつでんたい)と呼んでいます。

「サーモパイル」の「センサー」は、「熱電対」をパッケージ内に封入しています。

物体や、人体などには、ある程度の温度を持っています。
「サーモパイル」を使用すると、「赤外線」を検出できますので、非接触で、温度を測定することができます。
人間や動物の検出が出来ます。
これを利用して、現在では、「非接触式温度計」や「体温計」、「人感センサー」などに使用されています。


7.焦電型赤外線センサー(パイロセンサー)


「焦電型赤外線センサー」は、強誘電体セラミックの焦電効果(しょうでんこうか)を利用した「赤外線センサー」で、温度変化の検出が出来ます。
人体などから発せられるわずかな赤外線も検知することができます。
これも「人感センサー」とも呼んでいます。

「集電効果」とは、温度の変化に応じて、セラミックに帯電する電荷が変化する現象です。

「人感センサー」は、人や動物が動いたときのわずかな「赤外線」の変化を検知し、電圧として出力します。

「赤外線」の変化に反応するので、対象が同じ場所に止まっていると安定状態になり、反応が止まります。

「人感センサー」が使われる分かりやすい例は、トイレの照明です。
トイレに入ったら自動的に照明が点灯し、個室でじっとしていたら消えてしまったという経験はありませんか。
他にも、通路を通った人の数をカウントしたり、特定の場所に人が立ったら効果音やガイドの音声を再生するといった使い方が出来ます。


「赤外線センサー」を「光センサー」として使用する「量子型センサー」の内容は、「光センサー」と同じです。
「光センサー」のページををご覧ください。
「熱電対」などは「温度センサー」のページをご覧ください。



●「位置・赤外線を検出」の関連ページです。


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