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メタ表面を利用し赤外線イメージセンサーの速度を従来の3倍に

韓国機械研...高速移動体も鮮明な赤外線映像の確保が可能

韓国機械研究院(パク・チョンホン院長)は非冷却赤外線カメラのイメージセンサーにメタ表面吸収体を利用することでセンサーの反応速度を3倍以上向上させることに成功したと6月28日に発表した。赤外線センサーは対象の温度を感知し暗いところでも人間の動きを知ることができる。最近ではドローンや自動車など速く動く移動体で映像を残像なく撮影するための技術の必要性が台頭している。

韓国機械研究院ナノ工程研究室のチョン・ジュヨン博士研究チームは非冷却赤外線イメージセンサーの反応速度を高めるために吸収体の熱質量を画期的に減らす技術を開発した。吸収体は赤外線エネルギーを受けてイメージセンサーに伝達する役割を果たす。この際に吸収体が熱を受け入れる程度を「熱質量」という。

例えば200ccのコップと100ccのコップに水をいれるのにかかる時間が違うように、吸収体も熱質量によって赤外線のエネルギー(熱)を受けて熱質量を満たしたのちセンサーに信号を送るまでにかかる時間も異なる。

熱質量を減らすために吸収体を薄くすると吸収体の機能を充分に果たせない。また吸収体に孔を開けると熱質量を減らせるが吸収面積が減ると赤外線吸収率が減少してセンサーの性能が低下する。このような問題点のせいで吸収体の熱質量を減らしつつセンサーの性能を高める技術が要求されてきた。

研究チームは吸収体の表面に赤外線センサーが主に吸収する赤外線の波長帯域である7㎛(マイクロメートル)以下の小さく反復的な孔でメタ表面を作った。メタ表面は電磁波の波長より小さな反復的なパターンで構成された薄膜で表面が電磁波より小さいときに現れる特別な性質を利用できる。

研究チームは赤外線波長帯域よりも小さなパターンで表面を作り既存の赤外線吸収率をそこなうことなく熱質量を減らすことに成功した。また研究チームは非冷却型赤外線イメージセンサーをさらに正確にするために吸収体に食卓のように脚をつけて基板から浮くように設計した。吸収体が基板に付いていると吸収された赤外線エネルギーがただちに熱に変わって移動し測定が難しくなるため。

韓国機械研究院のパク・チョンホン院長は「センサー技術は第4次産業革命時代のキーワードであるIoT 技術発展の核心要素。現在基礎研究レベルにとどまっているメタ物質に関する研究を国民の生活に密接な技術に発展させ実用化に寄与した点で意味が大きい」と述べた。






[2017-07-05]

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