赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介
2023年OPIE’23
株式会社ビジョンセンシング

Vision Sensing Co.,Ltd.

アジェンダ❖1.赤外線について❖2.赤外線カメラ選定方法❖3.輸出入の注意点❖4.弊社カメラの特徴と紹介

赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介

2Vision Sensing Co.,Ltd.

赤外線とは◼

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
遠赤外ｶﾒﾗ：8～14um
780nm

2.5um

近赤外線

γ線

X線
10pm

紫外線
10nm

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380nm

780nm

38.0um

100um

中赤外線

遠赤外線

赤外線

Terahertz
0.1mm

1mm

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大気の窓と近赤・中赤・遠赤の波長可視カメラ：400nm~700nm
可視+近赤カメラ：400nm~1um
近赤カメラ：1um~1.7um(2.3um)
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中赤カメラ：3um~5um
遠赤カメラ：8um~14um4

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物体の温度と放射電磁波スペクトル◼

プランクの放射則とステファン－ボルツマンの式

完全黒体が放射する電磁波スペクトル
あらゆる物体は、その温度の電磁波を発している
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5Ｐ＝５．６８×１０－１２×Ｔ４・・・ステファン－ボルツマンの式

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生活温度範囲の放射スペクトル
ヴィーンの変位則：λ(波長)＝0.00289777／T(温度)
0.7

0.6

温度(℃)
0.5

50
40
30

0.4

20
100.3

0-10-200.2

最大温度
0.1

06000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

(nm)

生活温度範囲は、８~12um内に変曲点がある⇒遠赤外線カメラ
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透過・反射・放射について
8~12umの光に対して遠赤領域で重要な現象
入射光

吸収光

反射光

透過し易い材料
ゲルマニウムZnS
シリコン

放射光

反射し易い材料
鏡面アルミニウム他金属

物体の温度上昇放射し易い材料
氷
人体の皮膚

透過光

入射光＝反射光＋放射光＋透過光
透過：物体を透過した赤外線
反射：物体の表面で反射した赤外線
放射：物体に赤外線が吸収され物体の温度が上昇して発生する赤外線
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アジェンダ❖1.赤外線について❖2.赤外線カメラ選定方法❖3.輸出入の注意点❖4.弊社カメラの特徴と紹介

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カメラの選び方
見たい物は何？用途は？
⇒波長域：遠赤・中赤・近赤
目的：監視、温度測定、物の区別
遠赤、中赤と近赤外に分けて説明
なぜ？⇒近赤外は反射光を利用する。
遠・中は放射光で撮影。

近赤外線カメラ
NIR640LN
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SXGA冷却型カメラ：MIR1280BB❖ SCD社製BLACKBIRD
センサ：冷却型Xbn
画素数：1280x1024
波長帯域：3.6~4.15
ピッチ：10um
スターリングクーラー搭載

赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介❖ 72-900mm zoomﾚﾝｽﾞ搭載時＜最適使用用途＞
夜間高解像度遠方監視
追尾システムミサイルシーカー

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シャッタレス補正による
Visionナルシサス除去
Sensing Co.,Ltd.

非冷却型遠赤外線カメラ❖ 低価格・小型・高性能❖ Zoomレンズ搭載

・VIM640GS+25-225mmzoom
・採用センサ:ボロメーター型
Lynred社製PICOｼﾘｰｽﾞ、ATTOｼﾘｰｽﾞ
・開発予定:ATTO1024、ATTO1280
・現状ラインナップ一覧❖ 魚眼レンズ搭載
・国内唯一対応可能

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冷却型と非冷却型違い
コスト：冷却型>非冷却型
冷却型はセンサ自体が高額であり、スターリングクーラーの寿命が決まっている。寿命が尽きる前にクーラーの交換作業が必要。

感度：冷却型>非冷却型
冷却型カメラは高額だが、感度は圧倒的に非冷却型カメラよりも良い。
比較動画をご覧ください。

非冷却遠赤外線カメラVIM640
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冷却赤外線カメラMIR640PL

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冷却型と非冷却型違い

比較動画

非冷却型カメラ

冷却型カメラ

遠赤外線カメラ
VIM640GS+25-225mmzoom

中赤外線カメラ
MIR640PL+35-690mmzoom

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非冷却型遠赤外線カメラ選定❖非冷却型遠赤外線カメラ選定
１。温度精度はどの程度必要か
温度精度の指標・NETD(Noise-equivalent temperature)：小さいほど微小な温度差を検出できるセンサNETDとカメラNETDは違う。
※カタログ記載値に注意。基本300K F/1.0 30Hzと条件の記載がある。
記載の無いカメラは問合せをした方が良いかも？？？

温度精度に影響する事象
撮像したい温度範囲⇒広い範囲を取るほど温度精度は悪くなる。
レンズF値⇒F値が低いほど良い環境⇒カタログ値は恒温槽(温度が一定に保たれている環境で撮像⇒温度勾配に弱い）
放射率⇒対象物の放射率によって精度は変化する。
・対象物の大きさと対象物までの距離⇒画素数、レンズ焦点距離が決まる。
・レンズの性能：レンズF値、MTF、透過率
・撮影スピード：fpsには注意が必要。熱時定数の問題が、、、
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NETDの落とし穴❖NETD統一された規格で測定されていない。
➢ メーカ間で測定方法が異なる。(公表されていない)➢ レンズの焦点距離、F値、材質➢ 画像処理を行った後の値かどうか➢ 被写体温度は、何度か？
➢ カメラの環境温度は、何度か？
➢ 時間軸か平面バラツキか？
➢ シャッターを切った後か？
F:1.0とF:0.8のレンズでは、NETDが1.5倍ほど良くなる。
NDS C0212Bの測定方法が推奨される。
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温度範囲と感度◼

SiTF=画像上の温度変化１℃あたりの輝度変化量（図中a）
SiTF=Signal Transfer Function❖ ゲイン電圧・TINT・C容量を変える⇒SiTFが変化する
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放射率の違い❖黒体放射を１００％として放射されている割合
放射率＝放射エネルギー放射エネルギー ＋ 反射エネルギー ＋ 透過エネルギー

50℃に加熱した黒体面を撮像
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黒体面に銀シールを張付けた状態
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指向放射率1

黒体炉面

入射角度による放射率の違い
http://www.nda.ac.jp/~nhajime/pdf/lecture_JSME_20090730.pdf（引用）50 設定

入射角度と温度の関係

測定温度（℃）

555045403530-10103050

入射角度（°）

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7090

実際にカメラと黒体炉の角度を変更して撮像した結果。
約60°ぐらいから急激に温度が低下したことが分かる。
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指向放射率2

87°:32.19℃

84°:41.00℃

76°:45.57℃ 71°:47.51℃

63°:49.05℃

90°:32.03℃

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80°:42.54℃

77°:44.81℃

45°:50.05℃

19Vision Sensing Co.,Ltd.

物体の放射率
品名

放射率

アルミニウム4～9%

アルミニウム酸化物

76%

銅

5%

銅酸化物

78%

鉄

14～38%

赤く錆びた鉄69%

塗料ラッカー80～95%

黒色ラッカー

96～98%

アスファルト90～98%

コンクリート94%

皮膚（人体）

98%

水

92～96%

氷

96～98％

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放射率が高い物体ほど、赤外線カメラで検知し易くなる。
金属は、表面の状態で放射率が大きく左右される。

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MTF
センサー側で１ｍｍの中に白と黒の線を１０組（黒１０本、白１０本）になるように縞模様をレンズ前に撮像します。
被写体側
1mm
センサー側の白と黒の輝度比が被写体輝度比に比べてどのくらい変化したか。
MTF縦軸は、この比の％を表します。
センサー側

１ｍｍの１０組の場合は、１ｍｍ／２０＝５０ｕｍピッチセンサーと同じ１ｍｍの２０組の場合は、１ｍｍ／４０＝２５ｕｍピッチセンサーと同じ１ｍｍの３０組の場合は、１ｍｍ／６０＝１７ｕｍピッチセンサーと同じMTFの値が高い程高分解能のレンズとなる
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MTF

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撮影場所が屋外の場合❖ ハウジングの注意点
屋外設置の際にカメラに影響する事象
太陽光、風、気温の変化
カメラは全ての光を見ている。
NG環境
・カメラに直射日光が当たる
・急激な気温の変化がある
・風が吹き荒れている
ハウジング内部の注意点
対流の必要性：熱伝導の経路が無い時は熱を逃がす必要がある。
窓材の注意点：赤外線を透過する窓材を採用する必要がある。透過率に注意。
基本はゲルマニウム、高温に弱いので高温環境ではシリコンやサファイアガラス
熱伝導率に注意：カメラの熱を逃がせる構造が必要

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材料による透過率の差

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ボローメータの指標（τ熱時定数）
熱時低定数が速いとフレームレートの早いカメラが作成できる
熱時低定数が速いと感度が悪くなりＮＥＴＤが悪くなる
赤外線

赤外線

赤外線

電流
温度

非通電時

通電時(露光時間)
ﾎﾞﾛｰﾒｰﾀの温度上昇

非通電時

1-1/e=63.2%

熱時定数時間赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介

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カラー表示１４bitの輝度データを２５６階調白黒で表示

温度（輝度）により色を付けている（赤：高温 青：低温）

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近赤外線カメラ NIRCam-640SN
高感度・低価格・高性能カメラ
項

カメラ外観

＜用途＞
・水分検出
・異種材料識別（医薬品など）
・シリコンウェハー透過検査
・高温温度計測（２00℃以上）

目

仕様センサ

InGaAsアレイセンサ

エリア有効画素数

６４０×５１２ピクセル

ピクセルピッチ

１５ｕｍ/pixel（受光面サイズ：9.6mm×7.68mm）

感度波長帯域

０．９～１．７ｕｍ（オプションで０．4～１．７ｕｍもあります）

Full Well Capacity

43Ke– (高感度)/120Ke–(中感度)/1.44Me-(低感度)

暗電流30fA Noise with ROIC <30e-(高感度)

フレームレート・ＡＤ分解能

１～９８フレーム／秒・１6bit

露光時間

１ｕｓ～900ｍｓで可変（上限はフレームレート設定値により変わります）

光学フィルタ25.4mm径のフィルタを装着可能（レンズ－センサ間に挿入）

画像出力インタフェース

CameraLink Base Configuration × 1TAP コネクタ：SDR制御用インタフェース

RS-232C（CameraLink経由）

電源・消費電力

電圧：DC １２V ±１V

使用温度－１０～＋５０℃（結露なきこと）

保存温度－２５～＋６０℃（結露なきこと）

温度制御機能センサ内蔵TECあり/なしを選択可能

外部トリガ機能

フレーム同期・非同期トリガ撮像可能

レンズマウント

標準：ＣマウントおよびＭ４２マウント兼用

寸法

Ｗ６１ｍｍ×Ｈ５９ｍｍ×Ｄ８１ｍｍ（レンズ含まず）

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消費電力：最大９W

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近赤外線：物体の波長の違いを利用
1.4um吸収1.9um吸収可視カメラ画像

水の赤外線吸収スペクトロ

ﾌｨﾙﾀ±90nm
1.535um

近赤外線カメラ画像
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ﾌｨﾙﾀ有近赤外線カメラ画像
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水分検知例

水と油

実際の映像
青色：水透明：油

可視画像

1450㎚バンドパスフィルタ：なし
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1450㎚バンドパスフィルタ：あり29Vision Sensing Co.,Ltd.

近赤外線：物質検出塩

味の素

ﾌｨﾙﾀ1.535um±90nm

粉茶

砂糖物質により、透過・吸収波長が異なる性質を利用

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近赤外線：フィルター使用時の注意点

フィルター無しの受光感度フィルター有りの受光感度

高感度のカメラが必要

フィルターを入れることにより、フィルター無し時の２５％以下の光エネルギーになる

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量子型センサーの指標❖暗電流（Dark Current)▪ ｾﾝｻｰに光が入っていない時に流れる電流❖Full Well Capacity▪ 受光した光を電子に変換して収容できる容量❖QE（量子効率）▪ 光電流として取り出される電子あるいは正孔の数を入射ﾌｫﾄﾝ（光子）数で割った値。
❖ROIC Noise▪ 読み出し回路が発生するノイズ❖S（受光感度）▪ ある波長における入射光量1W時の出力(A/W)
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Full Well, QE, Dark Current

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近赤外線センサー（ｶﾒﾗ）評価パラメータ
機種名

NIR-CAM640SN

NIR-CAM640HS

NIR-Line2K

T2SL-Cam

他社製

Dark Cuurent<30fA<4.5fA(285K)

0.5pA(298K)

0.8fA(230K)

2.5pA(0.5pA)

ＱＥ

＞70％

>80%

>80%

Ｇａｉｎ

High:64uV/eLow:1.3uV/e-

Full Well

High:43KeLow:1.9Me-

High:-12KeLow:-0.6Me-

High:60KeLow:10Me-

ROIC Noise

High:30e

High:45e
Low:180e

Operability>99.9%>99.5%>98%>99%>99.63%Spectral Range

0.9～1.7um

0.6～1.7um

0.7～1.7um

1.0～2.35um

0.95～1.7um(0.5～1.7um)(0.9～1.7um)

Image Format

640x512640x5122048x1

320x240

640x512

Pixel Size

15x15um

15x15um

12.5x12.5um

30x30um

20x20um

Max Framerate

98Hz

200Hz

10KHz

350Hz

62Hz

1.1Me-

1pA = 1000fA
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アジェンダ❖1.赤外線について❖2.赤外線カメラ選定方法❖3.輸出入の注意点❖4.弊社カメラの特徴と紹介

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海外のセンサー・モジュールを輸入する場合❖米国(FLIR社)製の場合▪ 米国輸出管理法により商務省の輸出許可(ITAR)が必要。
最終ユーザの届け出も必要となる。再販売の場合にも手続きが必要。
▪ 画素数、ﾌﾚｰﾑﾚｰﾄ、Pixel Sizeによって許可が異なる❖フランス製（Lynred社）の場合▪ フランス政府の届け出が初回必要である。
▪ 次回以降は、手続きが不要又は、簡略▪ 最終ユーザの届け出義務を負わない❖イスラエル製（SCD社）の場合▪ イスラエル政府の手続きが必要である。
▪ 毎回手続きは、必要。
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海外へカメラを輸出する場合❖経済産業省の輸出許可が必ず必要▪ 輸出貿易管理令別表第１ 輸出令第10項他▪ 外為令及び貨物のﾏﾄﾘｸｽ 外為令第10項他▪ メーカに該当証明（ﾊﾟﾗﾒｰﾀｼｰﾄ）を取得必要▪ EAR品の場合も同様に許可が必要(9Hz以下品)❖ITAR品の場合は、米国国務省の許可が必要❖輸出許可は、輸出者が許可を申請する必要あり❖輸出国によって、審査基準が異なるので注意▪ 申請から許可までの時間が異なる▪ 要求される書類が異なる

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アジェンダ❖1.赤外線について❖2.赤外線カメラ選定方法❖3.輸出入の注意点❖４.弊社カメラの特徴と紹介

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弊社赤外線カメラの特徴❖ Made in JAPAN
全てのカメラは自社で開発・設計・製造を行っている。
2008年より現在まで、遠赤外/中赤外/近赤外のカメラを多数開発。
＜国産のメリット＞
・詳細な技術的仕様の打合せがスムーズ。
・不具合/故障の際に現場に技術者の派遣が可能。
・故障の調査/修理は国内で対応。輸出手続きは不要。
※センサ・レンズの場合は別途輸出手続きが必要となります。

❖ 防衛分野・原子力アプリケーションへの実績多数
採用センサはLynred(フランス)、SCD(イスラエル)等、米国産を使用していないので、ITARに関係無く使用可能。
国内使用であれば全てのアプリケーションで活躍できる製品。
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弊社赤外線カメラの特徴②❖ キャリブレーション技術
単純にセンサとレンズを取り付けただけではカメラ化は不可能。

＋センサー

⇒

＋電子回路基板

レンズ赤外線カメラ

キャリブレーション：赤外線カメラ開発で最も技術力が必要となる。
センサ出力画像
センサ生画像赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介

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シャッタ補正
赤外線カメラ：環境温度が変化する事で画像の乱れが発生する。

他社解決策（殆どのメーカーが採用）：シャッタ(NUC)補正
カメラの中に温度均一面(シャッタ、NUC)を搭載し、環境温度が0.1℃変化する度に機械的シャッタを閉じて補正を行う。
＜デメリット＞
・シャッタを切る度に一瞬見えない時間が生じる。
⇒シーカーでは命取りになる。
・シャッタはメカニカルの為壊れやすい。
⇒実際に一番初めに壊れるとの声多数。
赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介

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シャッタレス補正
VSC独自技術解決策：シャッタレス補正
シャッタを搭載せず、独自のキャリブレーション技術により、環境温度が変化しても画像は乱れることなく撮像可能。
＜メリット＞
・一瞬も画像が途切れることなく撮像可能⇒ミサイルシーカーに最適
・カメラ寿命が長い⇒10年使用実績有り＜デメリット＞
・カメラ作成時のキャリブレーションに時間がかかる⇒日々の研究により、現在3時間まで短縮に成功＜ナルシサス除去にも採用＞
望遠のZoomレンズ搭載時にはナルシサスと呼ばれる輪っかが画像に映り込のでしまう。シャッタレス補正を応用しナルシサス除去も成功している。
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遠赤外線応夜間監視カメラ
人体や車両の発熱を画像化◼ 照明の届かない遠方でも検知可能
◼

夜間交差点

高速道路

車載ナイトビジョンカメラ画像
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赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介43

車載ナイトビジョン

実際の動画

実際の映像

VIM384G2（ｆ=19mmレンズ実装) 20：00頃撮影

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ナルシサスについて

赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介

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ナルシサスとは…

ナルシサスとは測定対象物に、素子自身が反射して映ってしまう(輪っか)現象をいいます。

赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介

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冷却型カメラとナルシサス
冷却型カメラは、低NETDのクリアな画像が取得可能で、Zoomレンズとの組み合わせによる夜間遠方監視に最適です。
しかし、冷却された検知器自身が、レンズ面の反射によって低温目標として観測されます。
Zoomレンズとの組み合わせによりナルシサスによる輪っかがより顕著に現れます。

＜解決策＞
弊社独自技術のシャッタレス補正を応用し、ナルシサス除去に成功している。
赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介

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比較動画をご覧ください

実際の映像補正後ナルシサス映像

赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介

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宇宙対応遠赤外線カメラ❖ UNIFORM-1に搭載❖ ISSロボットアーム搭載

2014年に打ち上げられた人工衛星に搭載。
宇宙から地表面の遠赤外線画像取得に成功。

2020年に国際宇宙ステーション(ISS)「きぼう」日本実験棟のロボットアームに搭載され撮像に成功。

赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介

近赤外線カメラNIR640LN-CLL
SCD社製LOONセンサ採用 ❖ NIR640LN
・センサ：InGaAs
・画素数：640x512
・波長帯域：0.9～1.7um
・ピッチ：15um
・Gated Imagingアンプ搭載

赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介<特徴＞
・高感度特性を活かした最大200fpsまでの高速フレーム撮影
・Gated Imaging動作可能
・レーザー測距・レーザー追尾に最適
・ナイトグローにも期待大！

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レーザ測距
6us=1800m

1us露光
画像が映らない
画像が映らない画像が映る

赤外線反射光赤外線カメラ
赤外線照射

赤外線イルミネータ

距離：900m

距離：15m

イルミネータが光ってからカメラが露光開始する時間差分の距離
1800mは、往復なので、片道は、900mとなる

イルミネータが光っている
期間分の距離光の移動量：1ns=0.3m

50ns=15m照射
赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介

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Gated Imaging動作搭載カメラ❖ Gated Imagingとはﾚｰｻﾞｰ測距・ﾚｰｻﾞｰ追尾に応用する為の動作である。
ﾚｰｻﾞｰ測距・ﾚｰｻﾞｰ追尾で近赤外線カメラを使用する場合、IRｲﾙﾐﾈｰﾀのパルスを捉える為、ｾﾝｻ内のアンプが高速に反応する必要がある。
しかし、通常の近赤外線カメラは高速に反応する仕様になっていない。
LOONセンサ搭載カメラ(NIR640LN)はGated Imagingのアンプが装着されている為、ﾚｰｻﾞｰ測距・ﾚｰｻﾞｰ追尾に反応が出来るカメラである。
近赤外カメラの画像取得の為にもセンサのキャリブレーションが必要である。
VSCは近赤外に対応したキャリブレーションツールを開発し、キャリブレーションを行う事で、Gated Imagingの性能を最大限発揮できるカメラを開発した。
赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介

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レーザー測距❖ レーザー測距

20nsのレーザーを照射した際に、すぐさま反応する事が出来る事により、レーザー測距が可能となっている。
下図：レーザー照射無し
上図：レーザー照射
ヒストグラムを比較するとレーザーをしっかりと捉えている事が分かる。

近赤外線カメラ用キャリブレーションTool
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遠赤外線応用：電線発熱検査

遠赤外線画像可視画像

f=225mm望遠レンズ

ｽﾘｰﾌﾞ部拡大

f=150mm望遠レンズ＋VGAカメラで撮影◼

＋XGAカメラで撮影

接続スリーブ部の劣化による発熱を検査

赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介

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中赤外線非冷却型炎越しカメラ
中赤外線カメラ
特徴：感度波長が3〜14μm・3.9μm付近のみ透過するバンドパス
フィルターと併用することで炎越しでの撮影が可能
・焼却炉、溶融炉、ロータリーキルン内部などの高温対象物の監視に最適

遠赤外線カメラ画像
赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介

www.vision-sensing.jp

炎越しカメラ画像5中赤外線：焼却炉内監視カメラ◼

火炎の影響を受けずに炉内の様子が見える

赤外画像

可視画像

焼却炉内部のデブリの状態や炉壁の成長物の監視が可能
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赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介56

キャリブレーションレスカメラ１❖キャリブレーションの歴史▪ 13年前：ｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝﾃﾞｰﾀ時間：１週間▪ 8年前：ｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝﾃﾞｰﾀ時間：２日間▪ 6年前：ｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝﾃﾞｰﾀ時間：１日間▪ 3年前：ｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝﾃﾞｰﾀ時間：３時間❖キャリブレーション工程は、遠赤外線カメラで一番ネックとなっている工程

簡易型
ｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝTool
赤外線カメラの基礎から最新モデルカメラ紹介

全自動ｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝTool
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キャリブレーションレスカメラ２❖シャッタ補正だけで、画像は綺麗になる？
▪ シャッタ温度の近い部分のみ綺麗になる
SiTF:感度が推測できれば、どの対象物温度でも綺麗になる

ｼｬｯﾀ補正温度からずれると画像が汚くなる

出力
輝度
D
L

出力輝度
DL

出力輝度
D
L

対象物の温度(℃)

対象物の温度(℃)

対象物の温度(℃)

SiTFを１点のカメラ温度（FPA温度）で測定するだけで、推定できる方法を開発しました。現在、シャッタは、必要ですが、キャリブレーションを行わずにカメラにすることが可能になりました。
将来的にシャッタレス・キャリブレーションレスの手法を開発する予定です。
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会社概要❖ 会社名：株式会社ビジョンセンシング❖ 設立：2008年12月16日❖ 本社所在地：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❖ 社員数：25名
大阪本社

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東京事務所

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JR五反田より徒歩7分・東急大崎広小路より徒歩5分

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開発受託❖ 国産化赤外線カメラの発展・増加
カメラ新規開発・技術支援・OEM生産・キャリブレーション装置販売

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www.vision-sensing.jp

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