赤外線は我々が目で見る可視光よりも波長が長く、小さなエネルギーを持つ光であり、特に波長8µmから14µmの長波長赤外線は、人間や動物など常温程度の熱を持つ物体から多く放射される。

赤外線の検出原理として、光の持つエネルギーによる電荷励起を起因とした量子型と、光のエネルギーを熱に変換して検出する熱型の検出原理がある。量子型は雑音対策のため冷却機構が必要であり、より小型で安価な赤外線センサとしては、微細加工による局所断熱構造を取り入れた熱型の非冷却赤外線センサが普及している。三菱電機では、熱型の非冷却赤外線センサとして、Silicon-on-Insulator（SOI）層に形成したpn接合のダイオードを温度センサとして用いており、入射赤外線をBuried Oxide（BOX）層で吸収、温度上昇によるダイオードの出力変化を利用して赤外線を検出している。

当社独自方式であるこの検出方法を用いた赤外線センサMelDIR（メルダー）を2019年より民生向け製品として販売を開始した。
画素数80×32（MIR8032B1）と画素数80×60（MIR8060B1、MIR8060B3）のセンサを製品化しており、画像として識別可能な温度差（温度分解能）は100mK（MIR8060B3は高温検知が可能な250　mK）、フレームレートは4 Hz（MIR8060B1、MIR8060B3は8Hzも選択可能）で駆動できる。現在は主に、家庭向けエアコンの制御やプライバシーに配慮した人の状態監視システムに適用されている。

本講演では、赤外線センサの基礎から、小フォーマット非冷却赤外線イメージセンサを用いたアプリケーションを中心に、将来製品に向けた開発技術について紹介する。

カメラ開発では、可視光・遠赤外線問わず、光線を取り込むレンズ、電気信号に変換するセンサー、取り込んだデータを扱いやすい様に加工する画像処理部を中心とした、信号処理システムの構築が必要である。

しかし遠赤外領域では、主要構成部品に可視カメラ向けの様なデジカメやスマートフォン等で身近な一般的・安価な部品は少ない。また遠赤外向けレンズ、遠赤外向けセンサー、画像処理部も特殊の部品を組み合わせる為、調達性やコスト増大が大きな課題になる。加えて、遠赤外カメラでは被写体が熱エネルギーである為、カメラ自体の内部発熱や、被写体以外の周囲温度など、外的・内的な要因が画像に大きく影響を及ぼす。熱分離する機構の対策も必須となり、さらなるコスト増の原因となる。

当社では、ソフトウエア処理を前提とした遠赤外カメラシステム構築に取り組み、機構部品を低減した低画素シャッターレスカメラ製品化を実現した。

本講演では、システムと課題解決事例を中心に概説し、低画素遠赤外カメラの活用例・応用例を紹介する。

近年非冷却赤外線センサの狭小ピッチ化や多画素化が進み、VGA(12umセル、640x480センサが主流となっている。赤外線カメラは光の届かない夜間や逆光などの影響を受けず、雨や霧のような悪天候においても光の散乱が少ないことから可視化に有利である。
さらに従来のQVGA→VGA化にともない遠方の人物を鮮明に撮像することが出来るため、物体認識性能の向上が見込める。

しかし、霧や雨などの悪天候環境では水成分が赤外線光を吸収する影響から、赤外線カメラに到達するエネルギーが減衰し、センサーセルサイズの縮小も影響してコントラストの低下を招く。AIなどの物体認識と組み合わせ、昼夜・悪天候問わず様々な環境において安定的に性能を維持するためには、カメラの高感度化と最適な認識画像を生成する技術が必要である。

本講演では、AI認識と組み合わせたセンシングデバイスとしての開発事例として、高感度カメラユニットの開発や物体認識に適切な画像を生成する画像処理技術の開発、
開発時の不具合や改善事例など交えながら紹介します。また、直近の弊社の取り組みや開発技術の応用例についても紹介します。