赤外線

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擬似長波長で撮影した二人の画像は、光(熱体温度)赤外線。
この偽色の赤外線宇宙望遠鏡の画像は、それぞれ3.4、4.6、12μmの波長に対応する青、緑、赤を持ってい ます。

赤外線IRとも呼ばれる)、赤外光は、ある電磁放射と(EMR)の波長より長いよりも可視光。したがって、人間の目には見えません。 IRは一般に、可視スペクトルの公称レッドエッジから約700 ナノメートル周波数430  THz)から1 ミリメートル(300  GHzまでの波長を含むと理解されています[1](ただし、より長いIR波長はテラヘルツ放射と呼ばれることがよくあります)。室温近くの物体からの黒体放射は、ほとんどすべて赤外線波長です。電磁放射の一形態として、IRはエネルギー運動量を伝播しと粒子の両方の特性である光子に対応します。

赤外線は、1800年に天文学者のウィリアム・ハーシェル卿によって発見されました。彼は、温度計への影響によって、赤色光よりもエネルギーが低いスペクトルの目に見えない放射線の一種を発見しました[2]ハーシェルの研究により太陽からのエネルギーの半分以上が最終的に赤外線の形で地球到達することがわかりました。吸収された赤外線と放出された赤外線のバランスは、地球の気候に重要な影響を及ぼします。

赤外線は回転振動運動を変化せるときに分子によって放出または吸収されます。双極子モーメントの変化を通じて分子の振動モードを励起し、適切な対称性を持つ分子のこれらのエネルギー状態を研究するための有用な周波数範囲になります。赤外分光法、赤外領域の光子の吸収と透過を調べます。[3]

赤外線は、産業、科学、軍事、商業、および医療のアプリケーションで使用されます。アクティブな近赤外線照明を使用する暗視装置により、観察者を検出することなく人や動物を観察することができます。赤外線天文学では、センサーを備えた望遠鏡使用して分子雲などの宇宙のほこりっぽい領域を貫通し惑星などの物体を検出し宇宙の初期から高度に赤方偏移した物体を表示ます[4]赤外線熱画像カメラは、断熱システムの熱損失を検出し、皮膚の血流の変化を観察し、電気部品の過熱を検出するために使用されます。[5]

軍事および民間のアプリケーションには、目標捕捉監視暗視ホーミング、および追跡が含まれます。通常の体温の人間は、主に約10μm(マイクロメートル)の波長で放射します。非軍事用途には、熱効率分析、環境モニタリング、産業施設検査、成長操作の検出、リモート温度検知、短距離無線通信分光法、および天気予報が含まれます。

定義と電磁スペクトルとの関係

赤外線は、700ナノメートル(nm)の可視スペクトルの公称の赤いエッジから1ミリメートル(mm)まで広がります。この波長範囲は、約430THzから 300GHzまでの周波数範囲に 対応します。赤外線を超えて、電磁スペクトルのマイクロ波部分があります

電磁スペクトルに関連する赤外線
軽い比較[6]
名前 波長 周波数(Hz) 光子エネルギー(eV)
ガンマ線 0.01nm未満 30EHz以上 124keV以上
X線 0.01 nm – 10 nm 30 PHz – 30 EHz 124 keV – 124 eV
紫外線 10 nm – 400 nm 750 THz – 30 PHz 124 eV – 3.3 eV
見える 400 nm – 700 nm 430 THz – 750 THz 3.3 eV – 1.7 eV
赤外線 700 nm – 1 mm 300 GHz – 430 THz 1.7 eV – 1.24 meV
電子レンジ 1 mm –1メートル 300 MHz – 300 GHz 1.24 meV –1.24μeV
無線 1メートル– 10,000 km 30 Hz – 300 MHz 1.24μeV– 124 feV

自然赤外線

日光は、5,780の有効な温度で ケルビン(5,510°C、9940°F)、やや半赤外線よりも近い熱スペクトル放射から構成されています。天頂では、太陽光は海面で1平方メートルあたり1キロワットをわずかに超える放射照度を 提供します。このエネルギーのうち、527ワットは赤外線、445ワットは可視光線、32ワットは紫外線です。[7]太陽光のほぼすべての赤外線放射は近赤外線であり、4マイクロメートルよりも短いです。

地球の表面では、太陽の表面よりもはるかに低い温度で、一部の熱放射は、太陽光よりもはるかに長い中赤外線領域の赤外線で構成されています。ただし、黒体または熱放射は連続的です。つまり、すべての波長で放射を放出します。これらの自然熱放射プロセスのうち、多くの可視エネルギーを生成するのに十分なほど高温であるのは稲妻と自然火だけであり、火は可視光エネルギーよりもはるかに多くの赤外線を生成します。[8]

赤外線内の領域

一般に、オブジェクトは波長のスペクトル全体で赤外線を放射しますが、センサーは通常特定の帯域幅内でのみ放射を収集するため、スペクトルの限られた領域のみが対象となる場合があります。熱赤外線放射には、ウィーンの変位の法則に従って、物体の絶対温度に反比例する最大放射波長もあります赤外線帯域は多くの場合、より小さなセクションに分割されますが、それによってIRスペクトルがどのように分割されるかは、IRが使用されるさまざまな領域によって異なります。

目に見える限界

赤外線は、その名前が示すように、一般に、人間の目で見えるよりも長い波長で始まると考えられています。ただし、約700 nmを超える波長では、目の感度が急速にスムーズに低下するため、目に見える波長に厳しい制限はありませんしたがって、通常の定義では赤外線として分類される可能性がありますが、十分に明るい場合は、それよりもわずかに長い波長を見ることができます。したがって、近赤外レーザーからの光は薄暗い赤に見える可能性があり、実際には非常に明るい可能性があるため、危険をもたらす可能性があります。また、パルスレーザーからの最大1,050 nmの波長のIRでさえ、特定の条件下で人間が見ることができます。[9] [10] [11] [12]

一般的に使用される細分割スキーム

一般的に使用される細分割スキームは次のとおりです。[13] [14]

部門名 略語 波長 周波数 光子エネルギー 温度[i] 特徴
近赤外 NIR、IR-A DIN 0.75から1.4 ミクロン 214〜400  THz 886–1,653  meV 3,864–2,070  K
(3,591–1,797  °C
吸水率によって定義され[説明が必要]、SiO 2ガラス(シリカ)媒体の減衰損失が低いため、光ファイバー通信で一般的に使用されます。イメージインテンシファイアは、スペクトルのこの領域に敏感です。例には、暗視ゴーグルなどの暗視装置が含まれます。近赤外分光法は別の一般的なアプリケーションです。
短波長赤外線 SWIR、IR-B DIN 1.4〜3μm 100〜214 THz 413〜886 meV 2,070–966  K
(1,797–693  °C
吸水率は1,450nmで大幅に増加します。1,530〜1,560 nmの範囲は、長距離通信の主要なスペクトル領域です。
中波長赤外線 MWIR、IR-C DIN ; MidIR。[16]中間赤外線(IIR)とも呼ばれます 3〜8μm 37〜100 THz 155〜413 meV 966–362  K
(693–89  °C
ガイド付きミサイル技術では、このバンドの3〜5μmの部分が大気ウィンドウであり、パッシブIR「熱探知」ミサイルのホーミングヘッドが機能するように設計されており、ターゲット航空機(通常はジェットエンジン)の赤外線シグネチャホーミングします。排気プルーム。この領域は、熱赤外線とも呼ばれます。
長波長赤外線 LWIR、IR-C DIN 8〜15μm 20〜37 THz 83〜155 meV 362–193  K
(89 – −80  °C
「熱画像」領域。センサーは、熱放射のみに基づいて、太陽、月、または赤外線イルミネーター。この領域は「熱赤外線」とも呼ばれます。
遠赤外線 モミ 15〜1,000μm 0.3〜20 THz 1.2〜83 meV 193–3  K
(−80.15 – −270.15  °C
遠赤外線レーザー遠赤外線も参照してください
熱画像(上)と通常の写真(下)の比較。ビニール袋は長波長の赤外線に対してほとんど透明ですが、男性の眼鏡は不透明です。

NIRとSWIRは「反射赤外線」と呼ばれることもありますが、MWIRとLWIRは「熱赤外線」と呼ばれることもあります。黒体放射曲線の性質により、排気管などの典型的な「高温」の物体は、LWで見た同じ物体と比較して、MWでは明るく見えることがよくあります。

CIE分割スキーム

国際照明委員会(CIE)は、次の3つのバンドに赤外線の分割を推奨:[17]

略語 波長 周波数
IR-A 700 nm – 1,400 nm
(0.7μm–1.4μm)
215 THz – 430 THz
IR-B 1,400 nm – 3,000 nm
(1.4μm–3μm)
100 THz – 215 THz
IR-C 3,000 nm – 1 mm
(3μm–1,000μm)
300 GHz – 100 THz

ISO20473スキーム

ISO 20473は、次のスキームを指定しています。[18]

指定 略語 波長
近赤外 NIR 0.78–3μm
中赤外線 MIR 3〜50μm
遠赤外線 モミ 50〜1,000μm

天文学分割スキーム

天文学者は通常、赤外線スペクトルを次のように分割します。[19]

指定 略語 波長
近赤外 NIR 0.7〜2.5μm
中赤外線 MIR 3〜25μm
遠赤外線 モミ 25μm以上。

これらの区分は正確ではなく、出版物によって異なる場合があります。3つの領域は、さまざまな温度範囲[要出典]、つまり宇宙のさまざまな環境の観測に使用されます。

天文学で使用される最も一般的な測光システムは、使用されるフィルターに従って、大文字をさまざまなスペクトル領域割り当てます。I、J、H、およびKは、近赤外線波長をカバーします。L、M、N、およびQは、中赤外線領域を指します。これらの文字は、大気の窓を参照して一般的に理解されており、たとえば、多くの論文のタイトルに表示されます

センサー応答分割スキーム

赤外線領域の一部における大気透過率のプロット

3番目のスキームは、さまざまな検出器の応答に基づいて帯域を分割します。[20]

  • 近赤外線:0.7〜1.0μm(人間の目の反応のほぼ終わりからシリコンの反応まで)。
  • 短波赤外線:1.0〜3μm(シリコンのカットオフからMWIR大気ウィンドウのカットオフまで)。InGaAsは約1.8μmまでカバーします。感度の低い鉛塩がこの領域をカバーします。
  • 中波赤外線:3〜5μm(大気ウィンドウによって定義され、アンチモン化インジウム[InSb]とテルル化水銀カドミウム[HgCdTe]で覆われ、部分的にセレン化鉛[PbSe]で覆われています)。
  • 長波赤外線:8〜12、または7〜14μm(これはHgCdTeとマイクロボロメーターで覆われた大気ウィンドウです)。
  • 非常に長波の赤外線(VLWIR)(12〜約30μm、ドープされたシリコンで覆われています)。

近赤外線は、人間の目で検出可能な放射線に波長が最も近い領域です。中赤外線遠赤外線は、可視スペクトルから徐々に遠ざかっています。他の定義は異なる物理的メカニズム(発光ピーク対バンド、吸水率)に従い、最新のものは技術的理由に従います(一般的なシリコン検出器は約1,050 nmに敏感ですがInGaAsの感度は約950 nmで始まり、1,700〜2,600で終わりますnm、特定の構成に応じて)。これらの仕様の国際規格は現在利用できません。

赤外線の開始は、通常700nmから800nmの間のさまざまな値で(さまざまな基準に従って)定義されますが、可視光と赤外線の境界は正確に定義されていません。人間の目は700nmを超える波長の光に対する感度が著しく低いため、波長が長くなると、一般的な光源で照らされるシーンへの影響はわずかになります。ただし、特に強い近赤外光(たとえば、IRレーザーからの光)、IR LED光源、または可視光がカラーゲルで除去された明るい日光から)は、約780 nmまで検出でき、赤色光として認識されます。 1,050 nmの長さの波長を提供する強力な光源は、鈍い赤色の輝きとして見られ、暗闇のシーンの近赤外照明にいくらかの困難を引き起こします(通常、この実際的な問題は間接照明によって解決されます)。葉は近赤外線で特に明るく、赤外線フィルターの周囲からの可視光の漏れがすべて遮断され、視覚的に不透明な赤外線通過写真フィルターを通過する非常に薄暗い画像に目を合わせる時間が与えられます。IRで光る葉からなるウッド効果を見ることができます。[21]

赤外線の通信帯域

光通信、使用される赤外線スペクトルの一部は、材料(繊維)及び検出器/送信吸収光源の可用性に基づいて、7つのバンドに分割される:[22]

バンド ディスクリプタ 波長範囲
Oバンド オリジナル 1,260〜1,360 nm
Eバンド 拡張 1,360〜1,460 nm
Sバンド 短波長 1,460〜1,530 nm
Cバンド 従来型 1,530〜1,565 nm
Lバンド 長波長 1,565〜1,625 nm
Uバンド 超長波長 1,625〜1,675 nm

Cバンドは、長距離通信ネットワークの主要なバンドです。SバンドとLバンドは、あまり確立されていないテクノロジーに基づいており、それほど広く展開されていません。

ヒート

放射率高い材料は、周囲温度の違いをより多く反映する材料よりも、実際の温度に近いように見えます。この熱画像では、より涼しい周囲を反射する、より反射性の高いセラミックシリンダーは、その立方体の容器(より発光性の炭化ケイ素でできている)よりも冷たいように見えますが、実際には同じ温度です。

赤外線放射は一般に「熱放射」として知られています[23]、任意の周波数の光と電磁波はそれらを吸収する表面を加熱します。太陽からの赤外線は地球の加熱の49%[24]占め、残りは可視光によって引き起こされ、可視光は吸収されてからより長い波長で再放射されます。可視光または紫外線を放射するレーザーは紙を焦がす可能性があり、白熱した物体は可視光線を放出します。室温の物体は、主に8〜25μmの帯域に集中した放射線放出 しますが、これは、白熱物体による可視光の放出や、さらに高温の物体による紫外線の放出と区別されません(を参照)。黒体ウィーンの変位の法則)。[25]

は、温度差によって流れる輸送中のエネルギーです。熱伝導または熱対流によって伝達されるとは異なり、熱放射は真空を介して伝播する可能性があります。熱放射は、特定の温度での分子の振動により、物体からの放射に関連する多くの波長の特定のスペクトルによって特徴付けられます。熱放射は任意の波長で物体から放出される可能性があり、非常に高温では、そのような放射は赤外線をはるかに超えるスペクトルに関連付けられ、可視、紫外線、さらにはX線領域(太陽コロナなど)にまで広がります。)。したがって、赤外線放射と熱放射の一般的な関連付けは、惑星地球の表面近くでよく見られる典型的な(比較的低い)温度に基づく偶然にすぎません。

放射率の概念は、物体の赤外線放射を理解する上で重要です。これは、その熱放出が黒体の概念からどのように逸脱するかを説明する表面のプロパティです。。さらに説明すると、同じ物理温度にある2つのオブジェクトは、放射率が異なる場合、同じ赤外線画像を表示しない場合があります。たとえば、事前に設定された放射率値の場合、放射率が高いオブジェクトは熱く見え、放射率が低いオブジェクトは冷たく見えます(多くの場合、周囲の環境が表示されているオブジェクトよりも冷たいと仮定します)。物体の放射率が完全ではない場合、反射率および/または透明度の特性が得られるため、周囲の環境の温度は、物体によって部分的に反射および/または透過されます。オブジェクトがより高温の環境にある場合、同じ温度で放射率の低いオブジェクトは、放射率の高いオブジェクトよりも高温に見える可能性があります。そのため、放射率の誤った選択と環境温度の考慮がない場合、赤外線カメラと高温計を使用すると不正確な結果が得られます。

アプリケーション

暗視

アクティブ赤外線暗視:カメラは、人間の目には見えない赤外線波長でシーンを照らします。暗い逆光のシーンにもかかわらず、アクティブ赤外線暗視は、ディスプレイモニターに表示されるように、識別の詳細を提供します。

赤外線は、可視光が不十分な場合に暗視装置で使用されます。[26] 暗視装置は、周囲光の光子を電子に変換するプロセスを通じて動作します。電子は、化学的および電気的プロセスによって増幅され、可視光に変換されます。[26]赤外線光源を使用して、暗視装置による変換に利用できる周囲光を増強し、実際に可視光源を使用せずに暗闇での視認性を高めることができます。[26]

赤外線や暗視装置の使用は、物体やその周辺環境から放射される赤外線()を検出することによって表面温度の違いに基づいて画像を作成する熱画像と混同しないでください[27]

サーモグラフィー

サーモグラフィーは、再突入時のスペースシャトル熱防護システムの温度プロファイルを決定するのに役立ちました

赤外線を使用して、オブジェクトの温度をリモートで決定できます(放射率がわかっている場合)。これはサーモグラフィと呼ばれ、NIR内の非常に高温の物体や目に見える物体の場合は、高温計と呼ばれます。サーモグラフィ(熱画像)は主に軍事および産業用途で使用されますが、製造コストが大幅に削減されたため、この技術は自動車の赤外線カメラの形で一般市場に出回っています。

サーモグラフィカメラは、電磁スペクトルの赤外線範囲(約9,000〜14,000ナノメートルまたは9〜14μm)の放射線を検出し、その放射線の画像を生成します。黒体放射の法則によれば、赤外線はすべての物体から温度に基づいて放射されるため、サーモグラフィでは、可視照明の有無にかかわらず、環境を「見る」ことができます。物体から放出される放射の量は温度とともに増加するため、サーモグラフィでは温度の変化を確認できます(そのため名前が付けられています)。

ハイパースペクトルイメージング

ハイパースペクトル熱赤外放射測定、冬季の屋外スキャン、周囲温度-15°C、SpecimLWIRハイパースペクトルイメージャーで生成された画像。画像内のさまざまなターゲットからの相対放射スペクトルが矢印で示されています。時計の留め金などのさまざまな物体赤外線スペクトルには、明らかに独特の特徴があります。コントラストレベルは、オブジェクトの温度を示します。[28]
以下からの赤外光LEDリモコン、デジタルカメラによって記録されるよう

ハイパースペクトル画像は、各ピクセルの広いスペクトル範囲にわたる連続スペクトル含む「画像」です。ハイパースペクトルイメージングは​​、特にNIR、SWIR、MWIR、およびLWIRスペクトル領域での応用分光法の分野で重要性を増しています。典型的なアプリケーションには、生物学的、鉱物学的、防衛、および産業測定が含まれます。

熱赤外線ハイパースペクトルイメージングは​​、サーモグラフィカメラを使用して同様に実行できますが、各ピクセルに完全なLWIRスペクトルが含まれているという基本的な違いがあります。その結果、物体の化学的識別は、太陽や月などの外部光源を必要とせずに実行できます。このようなカメラは通常、地質測定、屋外監視、UAVアプリケーションに適用されます。[29]

その他の画像

赤外線写真赤外線フィルタは、近赤外スペクトルをキャプチャするために使用されています。デジタルカメラはしばしば赤外線ブロッカーを使用します。安価なデジタルカメラやカメラ付き携帯電話は、フィルターの効果が低く、強い近赤外線を「見る」ことができ、明るい紫白の色で表示されます。これは、IRが明るい領域(ランプの近くなど)の近くで被写体の写真を撮るときに特に顕著です。この領域では、結果として生じる赤外線干渉によって画像が洗い流される可能性があります。遠赤外線またはテラヘルツ放射を使用したイメージングであるT線」イメージングと呼ばれる手法もあります。明るい光源がないため、テラヘルツ写真は他のほとんどの赤外線画像技術よりも困難になる可能性があります。最近、テラヘルツ時間領域分光法などの多くの新しい開発により、T線イメージングが大きな関心を集めています

光の波長が変化するときの外観を説明するための、さまざまな赤外線スペクトルでの反射光写真。

追跡

赤外線ホーミングとも呼ばれる赤外線追跡は、パッシブミサイル誘導システムを指します。これはスペクトルの赤外線部分にある電磁放射のターゲットから放射を使用して追跡します。赤外線シークを使用するミサイルは、赤外線(IR)が周波数の可視スペクトルのすぐ下にあり、高温の物体から強く放射されるため、「ヒートシーカー」と呼ばれることがよくあります。人、車両のエンジン、航空機などの多くの物体は熱を発生させて保持するため、背景にある物体と比較して、光の赤外線波長で特に見えます。[30]

暖房

赤外線は、意図的な加熱源として使用できます。たとえば、赤外線サウナで居住者を暖めるために使用されます。また、航空機の翼から氷を取り除く(除氷)など、他の暖房用途にも使用できます。[31]赤外線は、焼きグリルとして知られる料理に使用されます。エネルギーの利点の1つは、IRエネルギーが周囲の空気ではなく、食品などの不透明な物体のみを加熱することです。

赤外線加熱は、コーティングの硬化、プラスチックの成形、アニーリング、プラスチック溶接、印刷乾燥などの工業製造プロセスでも一般的になりつつあります。これらのアプリケーションでは、赤外線ヒーターが対流式オーブンと接触加熱に取って代わります。

効率は、赤外線ヒーターの波長を材料の吸収特性に一致させることによって達成されます[疑わしい ]

冷却

さまざまな技術または提案された技術は、赤外線放射を利用して建物やその他のシステムを冷却します。LWIR(8〜15μm)領域は、これらの波長の一部の放射線が大気中を宇宙空間に逃げる可能性があるため、特に有用です。

コミュニケーション

IRデータ送信は、コンピュータ周辺機器と携帯情報端末間の短距離通信にも使用されます。これらのデバイスは通常、IrDA(Infrared Data Association)によって公開されている標準に準拠しています。リモコンとIrDAデバイスは、赤外線発光ダイオード(LED)を使用して赤外線を放射します。赤外線は、レンズによってユーザーが検出器に向けるビームに集中させることができます。ビームは、受信機が解釈するコードに従って変調されます。つまり、オンとオフが切り替わります。通常、実用上の理由から、非常に近いIR(800 nm未満)が使用されます。この波長は、安価なシリコン フォトダイオードによって効率的に検出されます、受信機が検出された放射線を電流に変換するために使用します。その電気信号は、IR送信機による急速な脈動を保持しながら、周囲光からのゆっくりと変化する赤外線放射をフィルターで除去するハイパスフィルター通過します。赤外線通信は、人口密度の高い地域での屋内使用に役立ちます。 IRは壁を貫通しないため、隣接する部屋の他のデバイスに干渉しません。赤外線は、リモコンがアプライアンスにコマンドを送信するための最も一般的な方法ですRC-5SIRCなどの赤外線リモートコントロールプロトコルは、赤外線との通信に使用されます。

赤外線レーザーを使用した自由空間光通信は、放射線による損傷を除いて、光ファイバーケーブルを埋めるコストと比較して、最大4ギガビット/秒で動作する都市部に通信リンクを設置するための比較的安価な方法です。「目はIRを検出できないため、損傷を防止または軽減するために目をまばたきしたり閉じたりすることはできません。」[32]

赤外線レーザーは、光ファイバー通信システムに光を提供するために使用されます。標準的なシリカファイバーには、波長が約1,330 nm(最小分散)または1,550 nm(最高の透過率)の赤外線が最適です。

印刷された標識のエンコードされたオーディオバージョンのIRデータ送信は、RIAS(Remote Infrared Audible Signage)プロジェクトを通じて視覚障害者のための支援として研究されています。あるデバイスから別のデバイスにIRデータを送信することは、ビーミングと呼ばれることもあります。

分光法

赤外振動分光法近赤外分光法も参照)は、分子の構成結合の分析によって分子を識別するために使用できる手法です。分子内の各化学結合は、その結合に特徴的な周波数で振動します。分子内の原子のグループ(たとえば、CH 2)は、グループ全体の伸縮運動と曲げ運動によって引き起こされる複数の振動モードを持つ場合があります。振動が分子の双極子の変化につながる場合、それは同じ周波数を持つ光子吸収します。ほとんどの分子の振動周波数は、赤外光の周波数に対応しています。通常、この手法は有機化合物の研究に使用されます中赤外線からの光放射を使用して、4,000〜400 cm -1サンプルのすべての吸収周波数のスペクトルが記録されます。これを使用して、存在する化学基とその純度の観点からサンプル組成に関する情報を取得できます(たとえば、湿ったサンプルは約3200 cm -1の広いOH吸収を示します)。このアプリケーションで放射を表現するための単位cm -1は、分光波数です。これは、周波数を真空中の光速で割ったものです。

薄膜計測

半導体産業では、赤外光を使用して、薄膜や周期的なトレンチ構造などの材料を特性評価できます。半導体ウェーハの表面からの光の反射率を測定することにより、屈折率(n)と吸光係数(k)をForouhi-Bloomer分散式で求めることができます赤外光からの反射率を使用して、高アスペクト比のトレンチ構造の限界寸法、深さ、および側壁角度を決定することもできます。

気象学

アメリカ合衆国のグレートプレーンズ上の積乱雲のIR衛星写真

走査型放射計を備えた気象衛星は、熱画像または赤外線画像を生成します。これにより、訓練を受けたアナリストは、雲の高さと種類を決定し、陸と地表の水温を計算し、海面の特徴を見つけることができます。スキャンは通常、10.3〜12.5μmの範囲です(IR4およびIR5チャネル)。

ような高いと冷たい上部と雲、サイクロン又は積乱雲は、しばしば、赤または黒として表示など暖かい雲低いストラタスを又は層積雲中間雲従って陰影と、青色又は灰色で表示されます。ホットランドの表面は、濃い灰色または黒で表示されます。赤外線画像の欠点の1つは、層雲やなどの低い雲の温度が周囲の陸や海の表面と同じになる可能性があり、表示されないことです。ただし、IR4チャネル(10.3〜11.5μm)と近赤外線チャネル(1.58〜1.64μm)の明るさの違いを使用すると、低い雲を区別でき、霧が発生します。衛星写真。赤外線の主な利点は、夜間に画像を生成できるため、連続した一連の気象を調査できることです。

これらの赤外線写真は、海の渦や渦を描写し、海運業界にとって価値のあるメキシコ湾流などの海流をマッピングすることができます。漁師と農民は、作物を霜から保護したり、海からの漁獲量を増やしたりするために、土地と水の温度を知ることに関心があります。エルニーニョ現象でさえも発見することができます。色でデジタル化された技術を使用して、灰色の陰影のある熱画像を色に変換して、必要な情報を簡単に識別できます。

6.40〜7.08μmの主な水蒸気チャネルは、一部の気象衛星で画像化でき、大気中の水分量を示します。

気候学

温室効果メタン、水、および二酸化炭素の再放射太陽熱の分子と

気候学の分野では、地球と大気の間のエネルギー交換の傾向を検出するために、大気の赤外線放射が監視されます。これらの傾向は、地球の気候の長期的な変化に関する情報を提供します。これは太陽放射とともに、地球温暖化の研究で研究されている主要なパラメータの1つです

pyrgeometerは連続屋外の測定を実行するための研究のこの分野で利用されています。これは、約4.5μmから50μmの赤外線放射に対する感度を備えた広帯域赤外線放射計です。

天文学

がか座ベータ星とその惑星がか座ベータ星b、赤外線で見られるように中心から外れた水色の点。2つの画像を組み合わせたもので、内側のディスクは3.6μmです。

天文学者は、ミラー、レンズ、ソリッドステートデジタル検出器などの光学部品を使用して、電磁スペクトルの赤外線部分にある物体を観測します。このため、それは光学天文学の一部として分類されます。画像を形成するには、赤外線望遠鏡のコンポーネントを熱源から注意深くシールドする必要があり、検出器は液体ヘリウムを使用して冷却されます。

地球ベースの赤外線望遠鏡の感度は、大気中の水蒸気によって大幅に制限されます。水蒸気は、選択された大気窓の外側の空間から到達する赤外線の一部を吸収します。この制限は、望遠鏡の天文台を高高度に配置するか、気球や航空機を持って望遠鏡を上空に運ぶことで部分的に緩和できます。宇宙望遠鏡はこのハンディキャップの影響を受けないため、宇宙空間は赤外線天文学にとって理想的な場所と考えられています。

スペクトルの赤外線部分には、天文学者にとっていくつかの有用な利点があります。私たちの銀河のガスと塵の冷たくて暗い分子雲は、それらが埋め込まれた星によって照射されるとき、放射された熱で輝きます。赤外線は、原始星が可視光を発し始める前にそれらを検出するためにも使用できます。星は赤外線スペクトルでエネルギーのより小さな部分を放出するので、惑星などの近くの冷たい物体をより簡単に検出できます。 (可視光スペクトルでは、星からのまぶしさは惑星からの反射光をかき消します。)

赤外線は、ガスや塵に覆われていることが多い活動銀河のコアを観測するのにも役立ちます。赤方偏移大きい遠方の銀河は、スペクトルのピーク部分がより長い波長にシフトするため、赤外線でより簡単に観測されます。[4]

赤外線クリーニング

赤外線クリーニングは、一部の映画フィルムスキャナーフィルムスキャナーフラットベッドスキャナーで使用されている手法でスキャンが終了したときのほこりや引っかき傷の影響を軽減または除去しますこれは、3つの可視カラーチャネル(赤、緑、青)と同じ位置と解像度でスキャンから追加の赤外線チャネルを収集することによって機能します。赤外線チャネルは、他のチャネルと組み合わせて、傷やほこりの場所を検出するために使用されます。見つかったら、これらの欠陥はスケーリングによって修正するか、修復することで置き換えることができます[33]

アートの保存と分析

レオナルドダヴィンチによるモナリザの赤外線リフレクトグラム
赤外線リフレクトグラフィー-en.svg

赤外線リフレクトグラフィー[34]を絵画に適用して、下にあるレイヤーを非破壊的に明らかにすることができます。特に、アーティストのアンダードローイングやガイドとして描かれたアウトラインなどです。芸術修復家は、この技法を使用して、ペイントの目に見えるレイヤーが下絵やその間のレイヤーとどのように異なるかを調べます(このような変更は、元のアーティストによって行われた場合、ペンティメンティと呼ばれます)。これは、絵画が元の芸術家によるプライムバージョンであるかコピーであるか、そしてそれが過度の熱心な修復作業によって変更されているかどうかを判断するのに非常に役立つ情報です。一般的に、ペンティメンティが高いほど、絵画がプライムバージョンになる可能性が高くなります。また、作業慣行に関する有用な洞察も提供します。[35]リフレクトグラフィーは、絵画全体の下にある地面でも使用されていない限り、リフレクトグラムによく現れるカーボンブラックのアーティストの使用を明らかにすることがよくあります。

赤外線感知カメラの設計における最近の進歩により、下塗りやペンティメンティだけでなく、後にアーティストによって上塗りされた絵画全体を発見して描写することが可能になりました。[36]顕著な例としては、ピカソ女アイロンブルールームの両方のケースで男の肖像画は、それが今日知られているように、塗装の下で可視化されています、。

赤外線の同様の使用は、さまざまな種類のオブジェクト、特に死海文書、パピリ別荘でのローマの作品敦煌洞窟で見つかったシルクロードのテキストなどの非常に古い文書で保存者や科学者によって行われます[37]インクに使用されているカーボンブラックは非常によく表示されます。

生物学的システム

マウスを食べるヘビのサーモグラフィ画像

マムシは、その頭の上に赤外線感覚ピットのペアを持っています。この生物学的赤外線検出システムの正確な熱感度に関しては不確実性があります。[38] [39]

thermoreceptive臓器を持っている他の生物にはニシキヘビ(ファミリーであるニシキヘビ科)、いくつかのボア(家族ボア科)、一般的なヴァンパイアバットDesmodus rotundus)、各種の宝石カブトムシMelanophilaの尖圭)、[40]暗く着色蝶(ベニモンアゲハTroides rhadamantus plateni)、そしておそらく吸血性の虫(Triatoma infestans)。[41]

Venturia inaequalisのようないくつかの真菌は、放出のために近赤外光を必要とします[42]。

近赤外視(780〜1,000 nm)は、視覚色素のノイズのために長い間不可能と見なされてきましたが[43]、コイと3つのシクリッド種で近赤外光の感覚が報告されました。[43] [44] [45] [46] [47]魚はNIRを使用して、獲物を捕獲し[43]、走光性の水泳の方向付けを行います。[47]魚のNIR感覚は、薄明時の劣悪な照明条件[43]や、濁った地表水に関連している可能性があります[47]

フォトバイオモジュレーション

近赤外光、または光生体変調は、化学療法誘発性の口腔潰瘍の治療および創傷治癒に使用されます。抗ヘルペスウイルス治療に関連するいくつかの研究があります。[48]研究プロジェクトには、シトクロムcオキシダーゼのアップレギュレーションおよびその他の考えられるメカニズムを介した中枢神経系の治癒効果に関する研究が含まれています。[49]

健康被害

特定の業界の高熱設定での強い赤外線放射は、目に危険を及ぼす可能性があり、ユーザーに損傷や失明をもたらす可能性があります。放射線は見えないので、そのような場所では特別なIR防止ゴーグルを着用する必要があります。[50]

赤外線科学の歴史

赤外線放射の発見はに起因するウィリアム・ハーシェル天文学者の早期19世紀には、。ハーシェルは1800年にロンドン王立学会の前に彼の結果を発表しましたハーシェルはプリズム使用して太陽からの光屈折させ温度計に記録された温度の上昇を通じて、スペクトルの赤い部分を超えて赤外線を検出しました彼はその結果に驚いて、それらを「CalorificRays」と呼んだ。[51] [52]「赤外線」という用語は、19世紀後半まで登場しませんでした。[53]

その他の重要な日付は次のとおりです。[20]

赤外線は1800年にウィリアムハーシェルによって発見されました。

も参照してください

注意事項

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外部リンク