赤外線を反射する素材・しない素材｜赤外線カメラで見る「黒」の違い

こんにちは、暗素研の新製品担当、鉄平です。

当社の内面反射防止素材「ファインシャット」シリーズは、「近赤外域も吸収する」ことを特徴のひとつにしています。この記事では、近赤外線とは何か、赤外線カメラで見ると黒い素材がどう見えるか、そして赤外線を反射する素材・しない素材の違いを、写真と実測の数字で紹介します。

近赤外線とは

人間の目に見える光（可視光）は、波長がおよそ380〜750nmの範囲です。短い380nm側は紫・青、長い750nm側は赤に見えます。750nmより長い波長が赤外線です。

画像は Wikipedia「可視光線」より

赤外線は、可視光に近いほうから近赤外（750〜2500nm）、中赤外（2500〜4000nm）、遠赤外（4000nm〜）に分けられます。この記事で扱うのは近赤外です。

赤外線は目には見えません。ところが、デジタルカメラのセンサーは人の目より広い範囲の波長を感じるので、近赤外線も写ってしまいます。そのため多くのカメラは、センサーの前に赤外線カットフィルターを付けて、人の目の見え方に近づけています。どの波長をどれだけカットするかはメーカーの設計によって違い、近赤外が写りやすいカメラもあります（たとえば富士フイルムの X-Trans CMOS センサーは写りやすいようです）。

当社には、赤外線カットフィルターを外し、代わりに可視光をカットするフィルター（IR76）を付けたカメラがあります。これで、近赤外線で見ると黒い素材がどう写るかを見てみましょう。

赤外線カメラで見ると、黒い服が白く写る

春の訪れを感じさせる日差しの中、突然登場した男性・・・。私である。

Kawasakiの帽子をかぶり、しまむらの黒いフリースを羽織っています。すべて私物のおしゃれ上級者である。

冗談はさておき、これは普通のデジカメ（富士フイルム X-H1）で撮った写真です。左手にはファインシャット極を長方形に切ったものを持っていますが、黒いフリースと同化してよく見えません。

次に、同時に撮った赤外カメラの写真をご覧ください！ドン！

なんということでしょう。可視光では光を吸収していたフリースと帽子が、近赤外線を盛大に反射して真っ白に写ってしまいました。後ろの植物も白く写り、さっきの写真とはまったく違います。

そして、手に持ったファインシャット極だけがはっきり黒く見えます。近赤外線もしっかり吸収するので、変わらぬ黒さを見せつけております。

カラー写真をモノクロにして並べると、違いがよくわかります。このフリースはポリエステル100%でした。このように、化繊の黒は、目で見ると光をよく吸収していても、近赤外線は反射してしまうものが多いのです。一方、ファインシャット は原料にカーボンが練り込まれているため、近赤外線の反射も抑えられます。

近赤外線を反射する素材・しない素材

では、黒い素材はそれぞれ近赤外線をどれくらい反射するのでしょうか。当社の製品と、光学機器によく使われる黒アルマイトの反射率を、よく使われる波長で比べました。

全半球反射率（入射角8°）の代表値で、保証値ではありません。太字は近赤外まで反射率が低い素材です。黒アルマイトは当社で入手した部材を同じ条件で測った参考値です。

850nm と 940nm は赤外線照明の LED や顔認証、距離を測るセンサー（ToF）などで、1550nm は LiDAR や光通信などでよく使われる波長です。

目で見るといちばん黒い太黒門（550nm で 0.10%）も、940nm では 37% を反射します。無反射植毛布NF も 850nm で 8.7%、1550nm では 46% です。どちらも、目で見る用途（撮影背景・暗室など）にはとても優秀ですが、赤外線を使う用途には向きません。反対に、黒色無双IR・ファインシャット・IR1500 は、可視光から近赤外まで反射率がほとんど変わりません。

黒アルマイトは、光学機器の鏡筒や部品によく使われますが、近赤外では 6〜9 割を反射します。くわしくは「近赤外迷光の原因！？黒アルマイトに気をつけろ！」をご覧ください。

反射防止素材どうしを赤外線カメラで比べる

読者の方からのご要望にお応えして、しまむらのフリースではなく、光学用の反射防止素材どうしでも比べてみました。左から、他社の黒色反射防止コート付きPETフィルム（光学機器用の一般的な反射防止処理としてお考えください）、無反射植毛布、ファインシャット極です。上が可視光、下が 760nm から感じる近赤外カメラの写真です。

可視光ではどれも黒く見えますが、近赤外では無反射植毛布だけが明るく写りました。可視光から近赤外（1500nm）までの反射率は、次のグラフのとおりです。

無反射植毛布は、可視光ではほとんどの波長で 0.5% 以下と優秀ですが、700nm 付近から急に反射率が上がります。暗室づくりには定評のある素材ですが、近赤外ではまったく効果がないのでご注意ください。ファインシャットは近赤外でもほぼ平らなままです。

赤外線カメラ・センサーの反射対策

近赤外線は、目に見えないぶん「思わぬ反射」に気づきにくい光です。次のような場面では、装置の中や周りの黒い部分が近赤外線を反射して、ノイズ（迷光）や誤認識の原因になることがあります。

・マシンビジョン・画像検査（異物検出、半導体やICの検査など）
・顔認証・虹彩認証などの近赤外カメラ
・ToF センサーや LiDAR などの測距センサー
・近赤外分光による成分分析（食品・農業・医薬）
・天体観測や人工衛星の試験用の暗室

対策する場所は、鏡筒やレンズまわりの内側、センサーの筐体の内壁、撮影する対象の背景や治具などです。近赤外まで反射率が低い素材は、形で選べます。

部品の加工や塗装もお受けしています。「赤外線を吸収する部品製作」「赤外線吸収塗料 黒色無双IRの塗装サービス」もあわせてご覧ください。

黒い素材が近赤外線を反射する理由と、近赤外まで吸収する素材の作り方（表面の立体構造・染料・カーボン）は、「近赤外線を吸収する「黒」の作り方｜可視光用の黒が赤外で反射する理由と3つの技術」で詳しく解説しています。

よくあるご質問

Q. 黒い素材なら、赤外線も吸収しますか？
A. いいえ、限りません。黒い服・黒い布・黒アルマイト・普通の黒い塗料の多くは、目で見ると黒くても近赤外線をよく反射します。当社の測定では、黒アルマイトは 940nm で 74.5%、目で見るといちばん黒い太黒門も 940nm で 37.0% を反射しました。

Q. 赤外線を反射しにくい色はありますか？
A. 赤外線を反射するかどうかは、色ではなく素材で決まります。カーボン（炭素）を含む素材は近赤外線もよく吸収します。当社の黒色無双IR・ファインシャット・近赤外吸収植毛布IR1500 は、可視光から近赤外まで反射率がほとんど変わりません。

Q. 黒アルマイトの部品は、赤外線に使っても大丈夫ですか？
A. 注意が必要です。黒アルマイトは可視光では反射率 5% 程度ですが、近赤外では 850nm で 65.7%、1550nm で 87.6% を反射します。赤外線を使う装置では、迷光の原因になることがあります。

Q. 赤外線カメラの反射対策には、何を使えばいいですか？
A. 近赤外まで反射率が低い素材を使います。塗るなら黒色無双IR、敷く・貼るなら近赤外吸収植毛布IR1500、厚みのある部品ならファインシャットがおすすめです。

Q. 無反射植毛布NF や太黒門は、赤外線の用途に使えますか？
A. おすすめしません。どちらも可視光ではとても黒い素材ですが、700nm 付近から反射率が上がり、近赤外ではよく反射します。目で見る用途（撮影背景・暗室など）向けの素材です。

さいごに

食品の非破壊検査、目では見えない製品の傷の発見、暗視カメラを使った自動運転のセンシングなど、近赤外線の活用はますます広がっています。一方で、近赤外まで対応する反射防止素材は、市場にほとんどありません。当社の近赤外対応の素材は、効果が高く扱いやすいので、ぜひご活用ください。

最後に、会社の近くにある神社の写真を載せておきます。どちらが赤外写真でしょうか？ 皆さんお分かりですね。

では、次回のブログでお会いしましょう。