赤外線の照度測定

質問

ある地点に照射されている近赤外線の照度を測定したいです。
近赤外線の波長は800nm～900nmを想定しています。
何か有効な照度計はないでしょうか？

市販の照度計は400nm～700nmの可視光を対象としているのがほとんどで、
それ以外の波長領域はフィルターでカットされるようです。

回答No.4

walkingdic · ベストアンサー

＞ＬＥＤからの近赤外光を対象物に照射して、反射赤外光を検出して対象物の存在を昼夜問わず見つけるようなものはできないか

対象物以外からの反射光と対象物からの反射光に明確な強度差があることがわかっているのであればできなくはないでしょうね。
ただ対象物以外のもので、高反射率のものがあるとか、あるいは太陽光を強烈に反射するようなものがあると、検出は困難になるのではと思います。

>太陽光という強力な外乱があるのが厳しいです。
フィルターの損失は目的からすると正確な強度測定ではないからそんなに問題はありません。あと、反射光のみを補足するには、フィルターに加えて単に一定周波数でＬＥＤを変調するということはよく行われています。つまり、フォトダイオードの信号をその変調周波数を通す電気的なフィルターを経由させると、反射光のみを抽出できます。
（テレビのリモコンにしてもそれ以外でもよくこの手法は使われます）

ポイントとしては外乱光が強い場合には、フィルターで変調周波数の信号を取り出す前は大きなダイナミックレンジのあるアンプを使用しなければならないという点です。

＞ＬＥＤの光出力I[W]から、対象物に照射される光強度が出そうですが…。
見積もりは出せますよ。

＞ＬＥＤを点光源と考え、ＬＥＤと対象物との距離をr[m]とすると、
＞照射光強度はI/4πr^2のような気がしますが。
現実のＬＥＤは指向性があるからそれよりは強度は強くなります。
あと対象物の反射率、そして今度は戻りの光量低下を見積もる必要があります。
対象物が理想的な拡散をするとすれば（これを完全拡散面といいます）、ランバートの法則にしたがって光はフォトダイオードに入射すると考えることが出来るので、それで計算することになります。

お礼

ご回答ありがとうございます。
>対象物以外からの反射光と対象物からの反射光に明確な強度差があること
そうですね。照射・検出するのは赤外光であり、人には見えないから、大きめの発光強度を持つLEDを探します。

>ただ対象物以外のもので、高反射率のものがあるとか、
はい、金属は赤外線反射率がかなり高いそうで・・・。いかにして対象物と背景を区別するかが課題です。

>フィルターに加えて単に一定周波数でＬＥＤを変調する
その方法がありますか！発光強度を周期的に変えるわけですね。変調させる電子回路・システムを構築せねばなりませんね。（こちらのほうも素人なので、別途勉強せねばなりません。）

回答No.3

walkingdic

＞可視光以外では、放射強度[W/m2]を使うということですが
Ｗ／ｍ＾２の単位は放射強度とは異なります。
放射強度は通常はＷ／ｓｒ（ｓｒ：ステラジアン）を使います。

Ｗ／ｍ＾２は照射されている部分での単位面積当たりの光強度となります。

ｌｘ（ルックス）は照度の単位で、先に話をした人間の目の感度補正がかかったものですが、その感度補正をしていないものであると考えればよいでしょう。

＞自然界での値及び普通の市販の近赤外線ＬＥＤで１０ｍ先を照らしたときのその地点での放射強度はどれくらいなのでしょうか？

太陽が出ているときに測定することを考えているのであればそれは無理です。
光パワーメータは基本的に波長カットしていませんので、なにもしていなければ全波長に反応します。通常近赤外の場合にはシリコンフォトダイオードやアモルファスシリコンによる太陽電池が使われますけど、圧倒的に太陽光線が強くて１０ｍ先だと検出できません。

どうしてもやるという場合には、ＬＥＤをチョッパ駆動してロックインアンプで検出すれば可能かもしれませんが。。。。

あと、特定波長のみ透過するフィルターをパワーメータ前に設置して他の波長をさえぎれば検出できる可能性は出てくると思われます。ただこの場合、そのフィルターの損失を事前に測定することが必要ですし、ＬＥＤが問題の１０ｍ先を照らした場合の光強度にもよるでしょう。

感覚的には、テレビのリモコンをイメージしてください。太陽光線などの外乱はあるものの、リモコン（近赤外線が出ています）の信号を受信できているのは、受光部分にもうけたフィルターのおかげです。

夜間にやるのであれば、ＬＥＤの発光能力、あと集光するのか、するのであればどの程度集光するのかなどによりますけど、出来なくはないでしょう。

お礼

ご回答ありがとうございます。
ＬＥＤからの近赤外光を対象物に照射して、反射赤外光を検出して対象物の存在を昼夜問わず見つけるようなものはできないかという構想を持っています。
照射光の波長は決まっているので、検出器にフィルターを設ければいいと簡単に思っていましたが、
ＬＥＤをチョッパ駆動・ロックインアンプで検出、フィルターの損失の見積もりなど、大変そうですね。太陽光という強力な外乱があるのが厳しいです。

ＬＥＤの光出力I[W]から、対象物に照射される光強度が出そうですが…。
ＬＥＤを点光源と考え、ＬＥＤと対象物との距離をr[m]とすると、
照射光強度はI/4πr^2のような気がしますが。

回答No.2

walkingdic

>ある地点に照射されている近赤外線の照度を測定したいです。
>近赤外線の波長は800nm～900nmを想定しています。
出来ません。
そもそも照度という単位は人間の目で見たときの明るさを表す物理量であるため、人間の可視光範囲以外では定義されていません。ですから、

>市販の照度計は400nm～700nmの可視光を対象としているのがほとんどで、

そもそも存在しないはずです。
わざとそうしているのですから。人間の可視光の感度補正をするので、人間の目で見えない範囲は初めから計測しないようにしなければ、照度計にはならないのです。

で、近赤外光の強度を測定する場合には単位はＷ／ｍ２というＳＩ単位系の物理量として測定するしかありません。
これを測定するための機器は、光パワーメータといい、国内ではアンリツ、アドバンテストなどが作っています。そのほか海外製品も多数あります。

補足

ご回答・ご指摘ありがとうございました。
可視光以外では、放射強度[W/m2]を使うということですが、近赤外の
自然界での値及び普通の市販の近赤外線ＬＥＤで１０ｍ先を照らしたときのその地点での放射強度はどれくらいなのでしょうか？太陽定数よりはかなり小さいと思うのですが・・・。

この方面は全くの素人で分かりません。どうか、よろしくお願いいたします。

回答No.1

N64

放射照度計というようですね。照度計は可視光線用？
http://www.tsd.saitama-u.ac.jp/~dbpro/DATABASE/DATA1/DATA0/tech0/kenshu/2005/2005-30-35.pdf#search='赤外線 放射照度計'