赤外線は電磁スペクトルの一部であり、長波長の可視光と短波長のマイクロ波の間に位置します。赤外線 (IR) の波長範囲は 760 nm ～ 1 mm であり、人間の目には見えませんが、その熱は検出できます。赤外線帯域は、760 nm ～ 1400 nm の近赤外線 (NIR) 範囲を含む複数の部分に分割されます (図 1)。
赤外領域を強調した電磁スペクトル画像
図 1: 赤外領域の電磁スペクトルを強調表示します。近赤外分光法の波長は760 nmから1400 nmの間であり、さまざまな用途に適しています。 （画像出典：ブロードコム）
NIR アプリケーションの仕組み
NIR はワイヤレス通信を容易にするため、特に便利です。ほとんどのアプリケーションでは、NIR を使用した非接触検出には、IR 送信機と受信機のペアリングが必要です。
たとえば、テレビのリモコンには近赤外放射技術が使用されています。リモコンのボタンが押されると、内部回路がボタンの動作をバイナリ コードに変換し、IR 送信機に転送します。次に、送信機は符号化された情報を NIR 光パルスの形式で送信します。もう一方の端では、テレビ上のペアになったセンサーがパルスを受信し、それをバイナリ コードに変換して特定のコマンドを実行します。
送信機と受信機の組み合わせの使用法は、さまざまなアプリケーションで異なります。リモコンと同様に、受信機は送信機から発信された信号をデコードします。放射線が遮られるとトリガーが作動する場合もあります。この割り込みベースのモードは、人や物体の検出に使用できます。
外部信号の干渉を避けるために、受信機は特定の波長のみを検出するように設計されており、そのためには送信機が発する光が一致する正確な波長と十分な強度を持っている必要があります。たとえば、Broadcom の HSM8-C120 IR ChipLED エミッタ (図 2) は、家庭用電化製品、スマート メーターなどを含むさまざまなアプリケーションに使用できる IR LED です。
Broadcom の HSM8-C120 ChipLED IR LED エミッタ
図 2: Broadcom の HSM8-C120 ChipLED IR LED エミッタは、ピーク波長が 850 nm で、サイズがコンパクトなので、高密度 PCB 回路に最適です。 (画像出典: DigiKey)
HSM8-C120 は、わずか 1.6 mm x 0.93 mm のコンパクトなパッケージ サイズを備えた側面発光表面実装型 IR チップ LED で、スペースが限られたさまざまな用途に適しています。
この LED のピーク波長は 850 nm、視野角は 150 °、業界標準の自動表面実装機および赤外線リフローはんだ付けと互換性があります。
近赤外LEDの応用
光電式煙検知器 - IR LED は物体侵入の基本原理を使用して煙を検知し、エミッタと光電検知器を同じ検知器内に統合します。通常の動作条件下では、LED は赤外線を放射し、検出器に電流を生成させます。ただし、煙が存在すると赤外線の放射経路が妨げられ、散乱が発生します。したがって、光検出器によって記録される正味電流が減少し、アラームがトリガーされます。 IR LED は煙を透過し、より小さく密度の高い粒子を検出できるため、この用途に特に適しています。
光電式煙感知器はこのカテゴリに属する唯一のタイプの感知器ではなく、空気イオン化レベルを測定するものなど他の感知器も含まれます。ただし、これらはすべて、偽陽性 (偽陽性) を引き起こす可能性があるよく知られた検出器です。調理の煙によって引き起こされる問題は特に深刻であるため、住宅用建物の煙警報器は「ハンバーガーテスト」に合格する必要があります。これは、調理の煙によって警報が作動しないことを意味します。 IR LED はキッチンの煙粒子の影響を受けないため、誤報率は比較的低くなります。 IR LED は、熱、ガス、気流検出器などの他のシステムと統合して、危険な状況に関するよりリアルタイムの情報を取得することもできます。
家庭用電化製品 - 洗濯機の赤外線センサーはリモコンに使用されるだけでなく、水位を検出することもできます。一方、ロボット掃除機はマッピング パス上の障害物を避けるために赤外線センサーを使用します。電子レンジにも同様のセンサーがあり、ドアが開いているかどうかを検出し、対応する警報を発することができます。自動水栓、ソープディスペンサー、ドライヤーはすべて、IR LED 障害物および至近距離検出機能を使用できます。
セーフティ ライト カーテン - 生産作業場、倉庫、建設現場、その他の産業環境で大型または危険な産業機器を使用する場合、作業員の安全が常に最優先されます。物理的バリアはかさばり、設置に多大な労力を必要としますが、IR LED は物理的バリアよりも軽量で持ち運びが容易なため、効果的な代替手段となります。 IR LED は、必要に応じてさまざまな領域をカバーするために、さまざまな形状やサイズに設定することもできます。