2013/6/25

Contents

赤外線トータルソリューションのご紹介

Jun 12 20131

赤外線カメラ技術概要

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商品紹介

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アプリケーション例

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会社概要

株式会社ビジョンセンシング
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1.1 赤外線とは

1

1.2 物体の温度と放射電磁波スペクトル

目に見えないがすべての物体から放射されている電磁波
目に見えないがすべての物体から放射されている電磁波

ﾌﾞﾛｰﾄﾞﾊﾞﾝﾄﾞﾃﾞｨﾃｸﾀ：3～16um
780nm

380nm

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プランクの放射則とステファン－ボルツマンの式
あらゆる物質は、それが持つ温度Ｔに相当する温度Ｔに相当する電磁波ｴﾈﾙ相当する電磁波ｴﾈﾙｷﾞｰＰを放射してｷﾞｰＰを放射しています
放射しています遠赤外ｶﾒﾗ：8～14um

2.5um

8.0um

100um

Ｐ＝５．６８×
Ｐ＝５．６８×１０－１２×Ｔ４
近赤外線

中赤外線・・・ステファン－ボルツマンの式

遠赤外線

温度Ｔの物質が放射する電磁波ｴﾈﾙｷﾞｰのﾋﾟｰｸ波長λ波ｴﾈﾙｷﾞｰのﾋﾟｰｸ波長λは次式で表されます。

近赤外ｶﾒﾗ：0.9～1.7um
TX線

γ線
10pm

紫外線10nm

380nm

Terahertz

赤外線
780nm

0.1mm

λ＝２８９７．８÷
＝２８９７．８÷Ｔ

1mm・・・
・・ ・ウィーンのウィーンの変位則

完全黒体が放射する電磁波スペクトル
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1.3 赤外線検出器の種類

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1.4 マイクロボロメータの構造• 受光面材料：a-Si,Vox, Niox, etc
受光面材料：• 熱型と量子型検出器

原理

波長域（µm））
波長域（特徴ボロメータ

温度抵抗変化8～～12（3～～16））

非冷却、TCS>10ms
非冷却、サーモパイル

熱起電力

10周辺
周辺

安価

InSb

光起電力

3.6～～4.9

中赤外に感度HgCdTe（（MCT））

光起電力

0.8～～11.0高感度、冷却

InGaAs

光起電力0.9～～1.7

高感度
室温動作も可能マイクロボローメータ・ピクセルの構造

赤外吸収→温度上昇
赤外吸収 温度上昇→抵抗値減少
温度上昇 抵抗値減少→電流増加
抵抗値減少 電流増加
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1.5 ボロメータの感度決定要素

1.6 ボロメータの読出し回路• シリコンは酸化バナジウムに比べて、抵抗値の再現性が良好
シリコンは酸化バナジウムに比べて、抵抗値の再現性が良好

１．５ ディテクタの制御パラメータ
ＧＦＩＤ電圧ＶＳＫ電圧
ＴＩＮＴ
Ｃ容量αηVBRV =G・・・ゲイン調整
・・・オフセット調整
・・・露光時間・・・CTIA増幅率
増幅率・・・[CTIA:Capacitance trans-impedance amplifier]（全素子一括設定）

α：抵抗温度係数 （%/K)

・・・受光面材料に起因

η：赤外線吸収率
VB：バイアス電圧（Ｖ）

・・・MEMS・・・MEMS構造に起因
MEMS構造に起因・・・制御可能（GFID電圧）・・・制御可能（電圧）G：熱コンダクタンス（受光面と基材の熱絶縁性）：熱コンダクタンス（受光面と基材の熱絶縁性）
・・・MEMS・・・MEMS構造に起因
MEMS構造に起因
C容量=2pF TINT=1293

C容量=4pF TINT=1293

C容量=4pF TINT=600

あらかじめ作った補正テーブルが使える
あらかじめ作った補正テーブルが使える⇒作った補正テーブルが使える⇒シャッタレス動作可能

これらを外部より制御して、撮像温度範囲を指定する
これらを外部より制御して、撮像温度範囲を指定する
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61.7 ボロメータの感度制御

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71.8 サーモパイルの構造• 温度差により生じる電流を検知する
温度差により生じる電流を検知する• SiTF=画像上の温度変化１
画像上の温度変化１℃
画像上の温度変化１℃あたりの輝度変化量（図中a）あたりの輝度変化量（図中 ）・赤外線吸収膜に赤外線が照射されると、温接点の温度が上昇する。
・この温接点と冷接点間の温度差により生じる熱起電流を、信号として取り出す。

ゲイン電圧・TINT・C容量を変える⇒SiTFが変化する
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1.9 サーモパイルの読出し回路

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91.10 サーモパイル温度補償• センサ温度による出力補償回路• センサ温度VTEMPとサーモパイル出力の関係とサーモパイル出力の関係
センサ温度
7500

ｻｰﾓﾊﾟｲﾙ出力輝度値

7000
y = -326.41x + 17957
R² = 0.9994

6500

6000

5500

5000
323334353637383940

センサ温度 VTEMP（（ ℃）

・サーモパイル素子自体は、温接点（測定点）と冷接点（ｾﾝｻ）の差分を出力するため、センサ温度により出力のドリフトを生じる。
・あらかじめセンサ温度と出力の係数を求め、これを用いてサーモパイルの出力温度を補正する。

・センサ温度を計測し、これを用いてサーモパイルの出力を補正する。
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1.11 量子型センサの構造

1.12 量子型センサの感度決定要因• 光起電力により赤外線を直接電流に変換する
起電力により赤外線を直接電流に変換する• 受光面の受光感度は量子効率と露光時間により決定

Rλ =η：量子効率ηλ1.24・・・受光面材料に起因

λ：入射波長（μ：入射波長（μｍ）

光起電力の原理

ディテクタ外観

・CCDなど可視の受光デバイスと同様に、露光時間により感度を上げ
CCDなど可視の受光デバイスと同様に、露光時間により感度を上げることも可能。
・受光面に光が入光すると、光電効果によりジャンクション間に電位差
受光面に光が入光すると、光電効果によりジャンクション間に電位差が生じ、光電流が発生する。

・暗電流を低減するために、TEC電流を低減するために、TECで素子を冷却するものもある。
TECで素子を冷却するものもある。

・この電流をROIC
・この電流をROIC回路で順次読み出す。
ROIC回路で順次読み出す。
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Contents

1.13 量子型センサの暗電流とTECの関係• TEC（（Thermo Electric Cooler）冷却で暗電流を低減）冷却で暗電流を低減

1

赤外線カメラ技術概要

2

商品紹介

3

アプリケーション例

4

会社概要

TEC=TEC=-10℃
10℃

TEC=50℃
TEC=50℃

・暗電流を低減することにより、暗い被写体でもS/N・暗電流を低減することにより、暗い被写体でもS/Nの良い画像を取得
S/Nの良い画像を取得することが可能。

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2.1 近赤外線カメラ：NIRCam-640

2.2 NIRCam-640 ：固定パターン補正• 640××512ピクセルのピクセルのInGaAsディテクタを搭載
ディテクタを搭載
ピクセルの• 固定パターンを補正するテーブル作成機能を搭載

カメラ外観

感度波長域

補正前画像

補正後画像

・感度波長域：0.9～1.7µm
２点間補正により、レンズ交換やフレームレート変更にも対応可能

・TEC使用により暗電流を低減し、暗い被写体をクリアに撮影
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2.3 NIRCam-640 ：撮影例

2.4 小型ｻｰﾓｸﾞﾗﾌｨｶﾒﾗ：LCC-2000• ICカードの透過画像
カードの透過画像• 48××47ピクセルのサーモパイルアレイを搭載
ピクセルのサーモパイルアレイを搭載＜特徴＞
・内部に温度演算機能と判定機能を搭載！
・低価格！・・・ﾚﾝｽﾞ込
低価格！・・・ﾚﾝｽﾞ込20万円より！・・・ﾚﾝｽﾞ込 万円より・小型＆低消費電力（定常動作時：3W）
・小型＆低消費電力（定常動作時： ）・DIO/イーサネット出力標準搭載
イーサネット出力標準搭載
・レンズ交換可能
カメラ外観

近赤外画像

可視画像

・感度波長域：中心波長10µm フレームレート：標準3fps
樹脂を透過して、内部の回路パターンが見える
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2.5

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Vision Sensing Co,Ltd

19182.6

LCC-2000：アプリケーション• ２点間補正や温度監視を行う機能を標準装備
２点間補正や温度監視を行う機能を標準装備

LCC-2000：撮影例

人物画像（室内）

遠赤外画像

可視画像
LCCビューア画面

室温域の人物や車両も認識可能
指定座標の温度を監視し、アラームを出力
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2.7

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2.8 LCC-2000：FAでの応用

LCC-2000：撮影例

基板温度

外部I/Oやイーサネット経由でPLCとの接続が可能

温度計測
異常検知

ＰＬＣで高速処理！

イーサネット・I/O

外部機器
制御

可視画像

温度データ
アラーム出力良否判定出力遠赤外画像
LCC-2000ｼﾘｰｽﾞ

簡易温度検査システムとして最適

ＬＳＩの発熱が一目でわかる
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PLC

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2.10 PICO640E：撮像例

2.9 ブロードバンド赤外線カメラ:PICO640E
ブロードバンドディテクタ ’PICO640E-041’ 内蔵.

プラスチック樹脂選別

・画素数：640×480
・素子感度：0mV/K
・NETD:<50mK
・AD分解能:14bit
・画素ピッチ：17μm
MWIR band

LWIR band

PC and PE

PVC and PE

レンズを交換することにより、３－５µｍ帯と８－１２µｍ帯に中赤外領域での透過率の差異により、プラスチック樹脂の識別が可能

感度を持つ赤外線カメラとして使用可能
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2.12 遠赤外線カメラ：ULVIPSシリーズ

2.11 遠赤外線カメラ：ULVIPSシリーズ

素子ピッチを小さくしながら高感度を実現した最新モデル

ＵＬＶＩＰＳ－０４２７２Ｓ

遠赤外線カメラのエントリーモデル

・画素数：６４０×４８０ピクセル
・素子感度：６mＶ／Ｋ
・素子ＮＥＴＤ：１００ｍＫ以下
・ＡＤ分解能：１４ｂｉｔ
・素子ピッチ：１７μm

ＵＬＶＩＰＳ－０２１５２Ｓ・画素数：１６０×１２０ピクセル
・素子感度：３mＶ／Ｋ
・素子ＮＥＴＤ：１２０ｍＫ以下
・ＡＤ分解能：１２ｂｉｔ
・素子ピッチ：２５μm

ＱＶＧＡサイズの超高感度モデル

ＵＬＶＩＰＳ－０３２６２Ｓ
監視から検査まで幅広い用途に適用可能
・画素数：３８４×２８８ピクセル
・素子感度：１０mＶ／Ｋ以下・素子ＮＥＴＤ：６５ｍＫ・ＡＤ分解能：１２ｂｉｔ
・素子ピッチ：２５μm

ＵＬＶＩＰＳ－０３１６２Ｓ・画素数：３８４×２８８ピクセル
・素子感度：４mＶ／Ｋ
・素子ＮＥＴＤ：１２０ｍＫ以下
・ＡＤ分解能：１２ｂｉｔ
・素子ピッチ：２５μm

監視用途に最適なＸＧＡサイズの超高画素モデル

ＵＬＶＩＰＳ－０５２５１Ｓ・画素数：１０２４×７６８ピクセル
・素子感度：９mＶ／Ｋ以下・素子ＮＥＴＤ：６０ｍＫ・ＡＤ分解能：１４ｂｉｔ
・素子ピッチ：１７μm

高感度かつ高分解能で微小温度差検出に威力ＵＬＶＩＰＳ－０４１７１Ｓ・画素数：６４０×４８０ピクセル
・素子感度：５mＶ／Ｋ
・素子ＮＥＴＤ：１２０ｍＫ以下
・ＡＤ分解能：１４ｂｉｔ
・素子ピッチ：２５μm

非冷却ブロードバンド赤外線カメラ（
非冷却ブロードバンド赤外線カメラ（３～１６カメラ（３～１６um３～１６um）um）

ＵＬＶＩＰＳ－ＵＬＶＩＰＳ－PICO640E
・画素数：６４０×４８０ピクセル
・素子感度：１０mV/K
・素子ＮＥＴＤ：５０ｍＫ以下
・ＡＤ分解能：１４ｂｉｔ
・素子ピッチ：１７μm

262.13 ULVIPSｼﾘｰｽﾞ：ｼｬｯﾀﾚｽｶﾒﾗ

27

2.14 ULVIPSｼﾘｰｽﾞ：ｼｬｯﾀﾚｽｶﾒﾗ性能• ＴＥＣ-Less（（内部温調未使用）動作時
ＴＥＣ

直線性試験結果（環境温度をパラメータとしたとき）直線性試験結果（環境温度をパラメータとしたとき）
輝度直線性(輝度平均値)

輝度平均値(DL)

動作環境温度範囲：－１０～＋５０℃
動作環境温度範囲：－１０～＋５０℃
絶対温度精度（輝度値再現性）：最大：最大±絶対温度精度（輝度値再現性）：最大±２℃
NETD：：８０ｍＫ（使用・Geﾚﾝｽﾞ使用時）
８０ｍＫ（UL04272使用・ｍＫ（使用・ ﾚﾝｽﾞ使用時）
用途：セキュリティ・監視、軍事用途、サーモグラフィ
用途：セキュリティ・監視、軍事用途、サーモグラフィ

9900
9700
9500
9300
9100
8900
8700
8500
8300
8100
7900
7700
7500
7300
7100
6900
6700
6500

Rt=10℃

Rt=0℃

Rt=20℃

Rt=30℃

Rt=40℃-100102030405060

ターゲット温度(℃）

夜間海上船舶
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基板発熱評価Vision Sensing Co,Ltd

室温変動時の輝度変動幅：最大±1.5℃
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Contents

2.15 ULVIPS-Liteシリーズ
LCC-2000の上位機種 高感度＆高画素（384X288）

＜特徴＞

1

赤外線カメラ技術概要

2

商品紹介

3

アプリケーション例

4

会社概要

・内部に温度演算機能と判定機能を搭載！
・低価格！・・・
で77万円より（ﾚﾝｽﾞ別）万円より（ﾚﾝｽﾞ別）低価格！・・・QVGAで！・・・
・小型＆低消費電力（定常動作時：3W）
・小型＆低消費電力（定常動作時： ）・シャッタレス温度補正
・DIO搭載搭載
・イーサネット出力（オプション）
カメラ外観

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3.1 液体判別

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ULVIPS-03162S+f=16mm F/1 レンズチルト機構

近赤外画像

可視画像

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構成図

アオリカメラ外観・近赤外域の吸収スペクトルの差異により、透過率が異なる。

・レンズとディテクタの光軸に角度をつけて、斜め撮影のフォーカスを合わせる
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3.3 アオリ撮影

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3.4 広角－望遠ズームレンズ画像
ULVIPS-04272+Ophir社f=25-225mm F/1.5

撮影画像（アオリ角度：４５度）

アオリなし（ﾚﾝｽﾞ角度=0度）

アオリあり（ﾚﾝｽﾞ角度=3.3度）

・アオリ撮影により、視野全域に対して合焦点画像が得られる。
アオリ撮影により、視野全域に対して合焦点画像が得られる。

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3.2 アオリ撮影

NIRCam-640+室内光（水とエチルアルコール）

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望遠端 f=225mm

広角端 f=25mm

・日中の日中の2km先ビル・・・同一テーブルでもシェーディングの影響
2km先ビル・・・同一テーブルでもシェーディングの影響少ない
先ビル・・・同一テーブルでもシェーディングの影響少ない。
少ない。

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3.5 広角－望遠ズームレンズ画像

3.6 プラスチック射出成型機の金型監視ULVIPS-PICO640E+TAMRON社f=35-105mm F/1

残留ワークを検知し、装置を停止する。（Liteｼﾘｰｽﾞ使用）

ワークあり

可視画像

ワークなし

望遠端 f=105mm

広角端 f=35mm

・成形機からの金型開閉信号をトリガとして撮影。
・ワーク取り出し前後の熱画像から、残留ワークを検知し緊急停止
・ワイド側 テレ側で補正テーブルを切替えて出力→テレ側で補正テーブルを切替えて出力→クリアな画像
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3.7 チップＬＥＤ温度過渡状態計測

通電５秒後

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3.8 放射率の違いによる汚れ検出

通電時から連続画像を取得（×2.35顕微ﾚﾝｽﾞ）

通電直後

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１０円硬貨の温度を変えたときの熱画像（x4顕微ﾚﾝｽﾞ）

通電１分後

60℃

80℃

10℃

・通電直後は、ダイ発光部から発熱を開始。

・高温時は、硬貨表面より汚れ面の放射率が高いため、明るく見える。
高温時は、硬貨表面より汚れ面の放射率が高いため、明るく見える。

・その後、周辺回路に熱が伝導していく。

・低温時は、カメラの反射により硬貨表面が明るく見え、汚れは冷たい
低温時は、カメラの反射により硬貨表面が明るく見え、汚れは冷たいため暗く見える。

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3.9 飛行中の航空機（夜間）2013/6/12

ULVIPS-PICO640E+f=100mm F/1

・移動物体の温度を望遠で連続計測
移動物体の温度を望遠で連続計測

・着陸前の主脚がはっきり見える
着陸前の主脚がはっきり見える40

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3.10 望遠レンズでのシャッタレス温度計測

ULVIPS-04272+Ophir社f=25-225mm F/1.5

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Contents

3.11 ロボットを使った赤外線検査
ULVIPS-03162L+スパイダロボット

1

非冷却遠赤外線カメラ技術概要

2

シャッターレスカメラ概要

3

アプリケーション・商品紹介

4

会社概要

・ワークを加熱して同一色の異種材料を識別
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4.1 会社概要

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4.2 会社沿革

４．８ 会社概要• 07年10月 車載用ナイトビジョンカメラの開発を受託• 08年12月 大阪市浪速区恵美須町にて創業• 09年4月 大阪市北区与力町に移転• 10年4月 大阪府中小企業・経営革新企業に認定• 10年7月 立命館大学赤外線ﾌｫｰﾗﾑにて講演• 10年8月 中小企業ものづくり助成事業に採択• 11年4月 韓国の協力企業と海外営業開始• 12年3月 ﾌﾛｱ拡張移転・同5月ｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝﾂｰﾙ1号機納品• 13年6月 中小企業ものづくり助成事業に採択＜所属団体・研究会等＞
日本ｻｰﾓｸﾞﾗﾌｨ協会、大商、JAXA次世代赤外線ｾﾝｻ研究会等• 会社名：株式会社ビジョンセンシング• 設立：2008年12月16日• 所在地：大阪市北区与力町１－５• 代表取締役：水戸 康生• 資本金：3,300万円• 従業員：９名

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4.3 事業内容

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ご案内・・・セミナー・フォーラムに出展いたします

１）遠赤外線カメラ事業
遠赤外線カメラ事業①ULVIPSシリーズ
シリーズ 開発/製造
開発 製造/販売（小ロットまで）
製造 販売（小ロットまで）
クロニクスセミナー2013
クロニクスセミナー
７月９
７月９日（京王プラザホテル）＜光学・基板・FPGA/ﾌｧｰﾑｳｪｱ・ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ開発＞
ﾌｧｰﾑｳｪｱ・ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ開発＞＜光学・基板・

http://www.chronix.co.jp/jp/event/seminar/2013_1.html②カスタム遠赤外線カメラ開発＜宇宙向け・ヘリコプター/船舶搭載用＞＜宇宙向け・ヘリコプター 船舶搭載用＞③量産支援ビジネス

赤外線アレイセンサフォーラム2013
赤外線アレイセンサフォーラム
８月２日（立命館大学草津キャンパス）＜量産設計支援・キャリブレーション装置製造販売＞

２）画像処理システム開発（遠赤外・可視画像問わず）
２）画像処理システム開発（遠赤外・可視画像問わず）

ご静聴ありがとうございました。

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