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光センサー入門 IoTへの導入は?

2018.07.05 |  IoT , センサー

2012年、ドイツが国家戦略として「インダストリー4.0(Industrie4.0)」を掲げました。
製造業に活気を取り戻そうというドイツの取り組みが、世界へと広まり「第4次産業革命」へと発展しています。
こうして「モノをインターネットにつなげる」というIoT(Internet of Things)が脚光を浴びるようになります。

モノがデータを取得するというIoTデバイスには、センサーの組み込みが不可欠となります。
IoTとはモノ単体であり、仕組みであり、より広い考え方も含めた概念 センサーはモノ(Things)の感覚器となり、新たな情報を取得する媒介となるからです。

そのため、IoTデバイスの普及に伴い、センサーの需要も拡大します。 今回は、センサーの中でも代表的な「光センサー」についてご紹介します。

光センサーとは

光センサーとは、光を検知・感知するものであり、照射される光が変化することにより、それが電気的信号に変換されるものを指します。

つまり、人間が視覚でとらえる情報を集めるものが、光センサーなのです。
人間の目の機能に近いものとして、リニアイメージセンサー、CCDカメラ、赤外線カメラなどが挙げられます。これに対し、望遠鏡や、赤外線センサーなどは、人間の視覚機能を拡張したものであるといえます。

― 光の性質と光センサー

光は振動を繰り返しており、波長を持っています。 さらに、光は波長域ごとに特色のある性質を持ち、多種多様な用途で用いられます。

特にIoTとはモノ単体であり、仕組みであり、より広い考え方も含めた概念 紫外線、可視光、赤外線の3領域で大きく性質が異なります。

どの波長域の光を感知したいかで、センサーは異なります。
光センサーにとって、検出器(ディテクタ)はとても重要な要素となるでしょう。
すべての波長域の光を高感度にセンシング出来る単一素子の検出器はありません。
そのため、どの波長域の光を用いたIoTの仕組みをつくりたいかによって、選ぶべきセンサーは変わります。

光センサーの例

光センサーの種類によって、単純なものから非常に高度なものまで、さまざまものがあります。

― 高度な光センサー

CMOSセンサー

高度な光センサーとして、デジタルカメラが挙げられます。これは、光センサーを用いるとても身近な例といえるでしょう。

CMOSやCCDといった撮像素子を用いて、光を電気信号に変換しデータを得ます。

さらに、まだ民生用では馴染みがあまりありませんが、産業用の高度なセンシング技術として、物体の形状や圧力の変化などを検知するものもあります。

また、光の「反射」や「透過」等の性質を用いて、光を照射し、その反射光を測定して対象物の特性を分析することも可能です。
特に透過性の高い近赤外線を用いることで、対象物にダメージを与えず、その内部を調べる(非破壊検査)ようなことも可能です。
それらは近赤外分光センサーとも呼ばれております。

― 単純な光センサー

単純な光センサーは、 光が当たったことを「ゼロかイチか」で判定するだけのものです。

代表的なものとして、照射された光の波長や、波長ごとの強度をデータとして取得できる分光センサーなどがあります。

私たちの身近にある例としては「人感センサー」が挙げられるでしょう。

人感センサー

自動ドアが開く、公衆トイレの手をかざすと水が流れる、といった私たちの生活に欠かせないものに、こうした光センサーが組み込まれています。

これらは、光の遮断によって人が通ることを感知しているのです。

光センサーの今後

目に見えない光(赤外線、紫外線)に関する高度なセンサーは、産業用途で重要なデバイスとして用いられてきましたが、今後はそれがIoTとの関係上、ますます活用が進んでいくものと思われます。

これに対し、可視光を検出する光センサーは我々の生活に身近なものとなっています。
例えば、オフィスをIoT化し、ここに光センサーを導入するといった活用法が考えられます。このセンサーによって、日中にオフィスに入る太陽光の明るさと、オフィスの電気の明るさを測定します。これらのデータを分析することで、オフィスを適切な明るさに保ち、電気を節約するといったことも可能でしょう。

光センサーのIoTへの導入は、まだ始まったばかりです。
それだけに今後、さまざまな用途での活躍が期待されます。