IRカットフィルターとは何ですか？そしてIRカットフィルターはどのように機能するのですか？

近年、昼夜を問わずビデオ監視の需要が大幅に増加しています。ご存知の通り、カメラモジュールはビジョンシステムの目のような存在です。カメラは人の目のようにリアルタイムでの画像取得が必要であり、センサーは人の目には見えない近赤外線も検出することができます。しかし、画像センサーの物理的性質により、赤外線に対して特に敏感であり、昼間に録画した画像に色合いの歪みを引き起こすことがあります。

カメラモジュールを専門とするコンサルタントとして、本記事ではIRカットフィルターについて深く解説します。IRカットフィルターの動作原理や重要性、組み込み型ビジョンシステムで昼間に切り替える際に遭遇する問題への対処方法について詳しく探っていきます。

紅外線とは?

赤外線は、人間の目には見えない電磁波の一種であり、可視光線よりも長い波長を持っています。一般的に、人間の目は波長320nmから760nmの光を見分けることができます。一方で、赤外線は電磁スペクトル上で700nmから1000nmの波長域にわたっています。日常生活においては、リモコンやサーマルイメージャーなどの装置が赤外線の性質を利用しています。

人間の目には見えませんが、CMOSやCCDセンサーなどの画像センサーによって捉えることができます。この赤外線への感度が原因で、昼間の画像に色合いの歪みが生じることがあります。

IRカットフィルターとは？

IRカットフィルター、または赤外線カットフィルターとは、カメラレンズと画像センサーの間に設置される光学フィルターのことです。このフィルターは可視光線は通す一方で、センサーに到達する赤外線を遮断します。

このフィルターは現代のカメラモジュールにおいてほぼ標準的です。通常は特殊な薄膜コーティング技術を用いた小さなガラスやコーティングで、その存在がカメラの画像特性を決定づけます。

IRカットフィルターはどのように作動しますか？

IRカットフィルターの作動原理は、主にその特異な薄膜コーティングにあります。このコーティングは通常誘電体膜であり、光の干渉効果を利用して特定の波長の光を選択的に反射または透過させます。

昼間のモードでは、IRカットフィルターがセンサーの前に配置され、赤外線を反射しながら可視光を通します。夜間や暗所では、フィルターが取り除かれ、赤外線がセンサーに入射できるようになり、夜間視認用の赤外線照明を補完します。

このフィルターを昼夜で機械的に切り替えることが、現代のセキュリティカメラが24時間365日監視を可能にする鍵です。

IRフィルターカメラとIRカットフィルターの関係

明るい昼間の光の下では、IRフィルター付きカメラはIRカットフィルターに依存して正常に機能します。このフィルターがないと、画像センサーが可視光と赤外線の両方をキャプチャしてしまいます。

センサーは人間の目よりも赤外線に対して敏感であるため、画像に不自然な色かぶりが生じることがあります。たとえば、黒く見えるべき物が紫や赤みがかった褐色に見える場合があります。
IRフィルター付きカメラはこの余分な赤外線を遮断し、可視光のみがセンサーに入るよう保証することで、現実の色を忠実に再現します。これがフィルターの最も基本的かつ重要な機能です。

IRカットフィルターを使用する3つの理由

組み込みビジョンシステム設計において、IRカットフィルターは一般的に以下の3つの主な理由から使用されます：

• カラー再現を可能にする：これが主な理由です。フィルターによって昼間の光における画像の色への干渉を排除し、カメラの色再現性が人間の目で見るのと同じになることを保証します。
• 画像の鮮明度の向上：赤外線と可視光線には焦点面に違いがあります。フィルターを使用しない場合、画像がぼやけてしまいます。IRカットフィルターを使用することで、すべての光をセンサー上に焦点させ、画像の鮮明度とシャープさを向上させます。
• 昼夜モード切替の要件への対応：24時間365日稼働するセキュリティ監視装置において、IRカットフィルターは昼間のカラー表示モードと夜間の白黒表示モードの自動切替を可能にし、デュアルモード撮影を実現するための主要コンポーネントです。

IR CCTVカメラにおける役割

IRカットフィルターはIR CCTVカメラ（赤外線CCTVカメラ）において非常に高い価値を持っています。これらのカメラは、明るい日中から真っ暗な夜まで、さまざまな照明条件に適応する必要があります。

昼間はフィルターが自動的に作動して赤外線を遮断し、録画映像のカラー表示を忠実に再現します。暗所では、赤外線カットフィルターが除去され、赤外線ライトが作動し、高感度の白黒ナイトビジョンモードに切り替わります。

この昼夜のシームレスな切り替え機能は、IR対応CCTVカメラが24時間365日監視を実現し、セキュリティ業界の主流ソリューションとなる鍵となる技術です。

防犯カメラ用IRライト

防犯カメラ用IRライト（赤外線補助照明）とIRカットフィルターは密接に連携して動作します。IRカットフィルターによって、カメラの昼間の画像品質が決まり、同じくIRカットフィルターによって夜間のナイトビジョン性能が決まります。

昼間はフィルターが作動しており、補助照明はオフになっています。夜間はフィルターが外れ、補助照明が点灯します。この方法をとることで、カメラは暗闇の中で補助照明からの赤外線を受信し、シーン内の被写体を明確に捉えることができます。

この二つの要素が正確に連携することが、あらゆる環境で高品質な画像を撮影するために不可欠であり、組み込みビジョンシステム設計の核となる考慮事項です。

ミノルタ赤外線フィルター

ミノルタの赤外線フィルターは、フィルム写真の時代から存在しています。これらのフィルターは、特殊な写真用途、例えばユニークな白黒赤外線画像の作成などに主に使用されます。現代のカメラモジュールに搭載されている自動切替式のIRカットフィルターとは異なり、これらのフィルターは通常、レンズに手動で装着されます。

技術は異なるものの、原理は同じです。センサーに入る赤外線の量を制御することです。このような歴史的背景を理解することで、画像技術の発展において赤外カットフィルターが果たした重要性をより深く理解することができます。

UV IRカットフィルター

一般的な赤外カットフィルターに加えて、さらに高度なUV/IRカットフィルターもあります。これらのフィルターは紫外線と赤外線の両方を遮断し、広い波長域にわたる保護を提供します。医療画像や科学研究など、非常に高い画質が要求される専門用途においては、これらのフィルターにより紫外線および赤外線による干渉を効果的に排除し、画像の純度と精度を保証します。これは、正確なピクセル情報に依存する分野において特に重要です。

要約

赤外カットフィルターは現代の画像技術において不可欠なコアコンポーネントです カメラモジュール 可視光と赤外線の間で光学的にフィルタリングすることにより、昼間の撮影時に画像センサーが抱える色かぶりの問題に対処し、赤外線によるナイトビジョン機能への道を切り開きます。IRカットフィルターの原理や機能、適用シナリオを理解することは、すべての組み込みビジョンエンジニアにとって必要な知識です。IRカットフィルターは画像の色再現性を決定するだけでなく、セキュリティ監視システムが常に確実に動作することも左右します。

マイチャービジョンのIRカットフィルターソリューション

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