赤外線熱検出器、酸化バナジウム（VOX）、ポリシリコンの違い

赤外線サーマルイメージャーは、主に検出器、信号プロセッサ、光学系の 3 つの部分で構成されており、その中心となるコンポーネントは赤外線検出器です。

赤外線検出器

赤外線検出器の主な技術は、アメリカの酸化バナジウム（VOX）とフランスのポリシリコンです。 2つの画像から、VOXはポリシリコンよりも優れており、画像は繊細で階層化されています。 ポリシリコン画面にはわずかな縦縞があります。 使用効果に関しては、酸化バナジウムが期待されるのと同じレベルのポリシリコンを使用できます。 ただし、価格面では、一般的に60%の価格で、酸化バナジウムの動きを備えたポリシリコンの90%パフォーマンスを得ることができます。 これはポリシリコンの利点です。

FLIRが使用する検出器は、自社開発の酸化バナジウム赤外線検出器です。中国では、技術導入の制限により、酸化バナジウム検出器のコストが比較的高く、技術の開放性が低いです。国内企業は独自に検出器を開発していますが、効果と品質の面で輸入機器に劣っています。検出器のコストが赤外線熱画像産業の発展を決定します。

赤外線熱画像レンズ

赤外線カメラのレンズは通常、ゲルマニウムガラスで作られています。このガラスの屈折率は非常に高く、赤外線のみを透過しますが、可視光と紫外線は不透明であるため、非常に暗い環境でも動植物を区別できます。通常のカメラのレンズは光学ガラスで作られており、その主な機能は光を屈折させることであり、物体を拡大することとも言えます。一般的な光学ガラスは人工的に合成されています。赤外線熱画像カメラのレンズは、通常のカメラレンズに使用される一般的なゲルマニウム散乱金属元素と比較されます。自然界での埋蔵量は少なくありませんが、高濃度ゲルマニウムの抽出は非常に困難です。そのため、ゲルマニウムレンズの製造コストが高く、市場で販売されています。価格は通常のカメラレンズよりも高いことがよくあります。

赤外線熱画像の重要なパラメータ

典型的なハイエンドアプリケーション機器として、製造プロセスの継続的な改善により、赤外線カメラのあらゆる側面の性能は今日大幅に向上しています。ここでは、赤外線カメラの主なパラメータを体系的に紹介します。

検出器タイプ：ムーブメントの主な技術は、アメリカの酸化バナジウム（VOX）とフランスのポリシリコンです。 2つの画像から、VOXはポリシリコンよりも間違いなく優れており、画像は繊細で階層化されています。 ポリシリコン画面にはわずかな縦縞があります。 使用効果に関しては、酸化バナジウムが期待されるのと同じレベルのポリシリコンを使用できます。 ただし、価格面では、一般的に60%の価格で酸化バナジウムムーブメントを備えたポリシリコンの90%パフォーマンスを得ることができます。 これはポリシリコンの利点です。 ピクセルピッチ：ピクセルピッチが小さいほど、ピクセルの数が多くなり、同じ焦点距離のレンズを使用したときの視野が広くなります。 全体的に、17UMが最も小さく、効果が最も良く、次に25UM、35UMの順になります。 一般的に、25UMで十分です。ピクセルピッチが小さいほど、熱感度が高くなります。

熱感度

これは、機器または観察者がターゲットの放射線を背景から正確に区別できる最低温度として簡単に定義できます。熱感度値が小さいほど、熱感度が高くなります。また、熱感度が高いほど、画像は明るくなります。

視野

光学系の視野の略称で、光学系の像面の視野絞りに結像できる空間範囲を表します。物体が光軸を軸とし、頂角を視野とする円錐内の任意の点（一定の距離内）に位置する場合、光学系によってその物体が見出され、つまり光学系の像面の視野絞りに像が結像されます。熱画像カメラにおいて物体が結像できる物体空間の最大開口角を視野と呼び、一般的にはao×βo行列の視野となります。CCDカメラの有効画素の概念に似ています。視野が大きいほど、画像の鮮明度が高くなります。

スペクトル応答

これは、熱画像カメラの赤外線スペクトルに対する応答範囲を指します。通常、中赤外線スペクトルと遠赤外線スペクトルの2つの応答範囲があります。遠赤外線スペクトル（8.0〜14.0μm）の方が適しています。中赤外線スペクトル（3.0〜8.0μm）の波長は比較的短く、一部の材料を貫通しにくいため、最終的に正常に画像化できなくなります。

現場温度範囲

フィールド温度範囲とは、サーマルイメージングカメラが画像を感知できる最高温度を指します。対象物がこの温度を超えると、カメラはエッジ画像を提供できなくなります。これは、通常の CCD カメラの光過飽和現象に似ています。温度範囲が高いほど、サーマルイメージングカメラの画像ダイナミック レンジが広くなります。

読者が上記のパラメータを識別しやすくするために、あるシリーズの FLIR サーマル イメージング カメラのパラメータを例に挙げてみましょう。

検出器タイプ: 非冷却酸化バナジウム、ピクセルピッチ: 17 または 25μm、熱感度: <50mk、

視野（アレイ形式）：320×240;

スペクトル応答（スペクトル応答）：7.5～13.5μm、遠赤外線誘導（LWIR）、シーン温度範囲：最大150°C、最大560°C（オプション）。

その他の重要なパラメータ

1. フレームレート フレームレートとは、サーマルイメージャーが1秒間に撮影、処理、表示できる画像の数を指します。センサーの応答が速く、内部回路の処理速度が速いほど、達成できるフレームレートが高くなります。フレームレートの高いサーマルイメージャーは、高速物体の温度場分布を撮影するのに適しています。科学研究や軍事研究に適しています。
2. ピクセル配列とピクセルピッチ 現在の赤外線熱画像検出器は、非冷却焦点面検出器です。製造工程では、センサーユニットの配列が酸化バナジウムまたはポリシリコン材料上で処理されます。各ユニットの間には、一定の間隔を置いたセンサーユニットの配列があります。
3. 温度測定精度 精度とは、環境、温度、湿度、距離、放射率を考慮してサーマルイメージャーを補正した場合の、赤外線サーマルイメージャーの温度測定の最大誤差と計測器の範囲の比率のパーセンテージを指します。
4. 表示モード 専門家によると、この点は通常、サーマルイメージャーの画面上の表示が白黒か疑似カラーかを指します。
5. 温度測定範囲 サーマルイメージングカメラの場合、通常の操作中に、測定温度の最小温度値と最大温度値の範囲を指す一定の温度測定範囲が常に存在します。 6. 温度分解能 温度分解能は、特に赤外線サーマルイメージャーの重要なパラメータ指標を指します。 温度分解能とは、測定対象物の温度変化に対する検出器の感度を指します。温度分解能が小さいほど、優れています。 温度分解能の測定と測定は、特定の条件下で行われます。

今日は主に、ムーブメントの主要技術であるアメリカの酸化バナジウム（VOX）とフランスのポリシリコンの違いについて説明します。

酸化バナジウム焦点面検出器を採用した非冷却型熱画像装置は、中国では比較的新しいタイプの熱画像装置です。ポリシリコンと比較すると、酸化バナジウム焦点面検出器は画質と感度が優れており、さまざまな要件をよりよく満たすことができます。これまで、国産の熱画像カメラは主にポリシリコンボロメータを採用していました。

ポリシリコン赤外線検出器の特徴
ポリシリコンは元素シリコンの一種です。溶融した元素シリコンが過冷却条件下で凝固すると、シリコン原子がダイヤモンド格子の形で多数の結晶核に配列されます。これらの結晶核が異なる結晶面方位を持つ結晶粒に成長すると、これらの結晶粒が結合してポリシリコンに結晶化します。ポリシリコンは、マイクロエレクトロニクス産業と太陽光発電産業の「礎」として知られています。化学工業、冶金、機械、電子工学など、複数の分野と分野にまたがるハイテク製品であり、半導体、大規模集積回路、太陽電池産業の重要な基盤です。原材料は、シリコン製品産業チェーンにおける極めて重要な中間製品であり、その開発と応用のレベルは、国の総合的な国力、国防力、近代化レベルの重要な指標となっています。現在、国内にポリシリコン製品を製造するメーカーは非常に少なく、国内のマイクロエレクトロニクス産業と太陽電池産業の急速な発展に対応するには程遠い状況にあると認識されています。我が国の集積回路、シリコンウェーハ生産、太陽電池産業の発展に伴い、ポリシリコンは国内外の市場で大きな需要があり、ポリシリコンの価格は上昇し続けています。

酸化バナジウム赤外線検出器の特徴

（１）先進的な非冷却ボロメータ（酸化バナジウム）焦点面検出器を採用する。

（２）検出器のサイズは324×256であり、PALテレビシステムの要件をよりよく満たすことができます。

（３）検出器の単一感光素子の面積が小さい（３８μｍピッチ）ため、熱画像システムの体積と重量を減らすことができる。

（4）検出器の感度が高く、f/1.6ではNETDは85mKに達します。f/1.0ではNETDは35mKに相当し、一般的な冷蔵検出器に近い値です。そのため、サーマルイメージャーの検出・認識距離は長くなります。

（5）内部に優れた不均一性補正回路が採用されているため、熱電冷却器（TEC）を使用して焦点面の動作温度を安定させる必要がなく、動作温度範囲（-40〜+ 75℃）で、熱画像装置は優れた画像均一性とダイナミックレンジを備えています。

（6）TECを使用しないため、熱画像装置は起動が速く、消費電力が低いという2つの大きな特徴があります。駆動時間は2秒で、熱画像装置は待つことなくいつでも電源を入れて使用できます。熱画像カメラコアの消費電力は1.5Wまで削減でき、バッテリーの動作時間を延長します。（7）2倍デジタルズーム機能付き。

（８）新しい画像処理機能により、画像の鮮明度が向上し、疑似カラー画像を出力できるようになりました。

簡単に言えば、酸化バナジウム検出器の主な利点は、赤外線に対する光電変換効率が高いことです。ポリシリコン検出器と比較して、信号対雑音比が高く、光保護が強力です。酸化バナジウム検出器は、温度安定性が良好で、寿命が長く、温度ドリフトが小さいです。

バナジウム酸化物ムーブメントはポリシリコンムーブメントよりも画質と感度が優れているため、熱画像装置の検出および認識距離が長くなります。消費電力が低く、起動が速く、起動後すぐに使用できます。画像解像度はポリシリコンムーブメントの3倍です。バナジウム酸化物の温度検出感度は0.03℃に達することができますが、ポリシリコンムーブメントは0.1℃にしか達しません。同時に、バナジウム酸化物ムーブメントはポリシリコンムーブメントよりも長く、耐久性があります。バナジウム酸化物焦点面検出器を使用する非冷却熱画像装置は、中国では比較的新しいタイプの熱画像装置です。ポリシリコンと比較して、バナジウム酸化物材料は画質と感度が優れており、さまざまな要件をより適切に満たすことができます。過去には、国産の熱画像カメラは主にポリシリコンを使用していました。

しかし、多くのメーカーは、消費者を誤解させる指標を使用しています。酸化バナジウム検出器は一般的に336X256ピクセルですが、ポリシリコン検出器は一般的に公称384X288ピクセルであるため、製品の指標に関して言えば、ポリシリコン検出器は酸化バナジウム検出器よりも高い指標を持っています。しかし、実際には、上記の比較効果から判断すると、同じレンズを備えた酸化バナジウム検出器は、ポリシリコン検出器よりもはるかに優れています。
　　

例えば、森林火災防止のための温度測定と警報専用のデュアルバンドサーマルイメージングは、一般的に森林などの野外環境に設置されるため、ムーブメントの品質と効果に対する要求が高くなります。安価なポリシリコンムーブメントを使用すると、野外の厳しい環境には適さない可能性があります。温度差が大きくないときに火源を時間内に発見できず、森林地帯に大きな損失をもたらします。そのため、最終的には酸化バナジウムムーブメントを使用してこれらの問題を解決します。
　

これらに加えて、ポリシリコンと比較して、酸化バナジウムムーブメント自体にもいくつかの独自の利点があります。内部に優れた不均一性補正回路が使用されているため、焦点面の動作温度を安定させるために熱電冷却器（TEC）を使用する必要がありません。動作温度範囲（-40〜+ 75℃）では、サーマルイメージャーは優れた画像均一性とダイナミックレンジを備えています。TECを使用しないため、サーマルイメージャーは起動が速く、消費電力が低いという2つの特徴を備えています。駆動時間は2秒で、サーマルイメージャーはいつでも待機せずに電源を入れて使用できます。サーマルイメージングカメラコアの消費電力は1.5Wまで削減でき、2倍のデジタルズーム機能を備えています。

熱画像技術の成熟に伴い、人々の要求はますます高くなり、温度差、ムーブメントの耐久性、画像の鮮明さに対する要求はほぼ厳しいものになっています。従来のポリシリコンムーブメントはセキュリティ機器に使用されてきましたが、優位性はなく、酸化バナジウムはポリシリコンムーブメントの欠点を補うことができ、独自の利点があり、すでにセキュリティ市場で重要な地位を占めています。