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光センサ

長さの単位で, pm(ピコメートル)から万光年が 研究や実務の場で用いられるように 光も波長によって, 計測する場合には物理的現象が異なってくる。

また, 光自身の性質も 物理学が運動力や電磁力などを「大統一理論」で扱う理論的な試みが ある環境である。 そのため,現在も 光計測の周辺は見極めることのできないほど広く発展も著しく速い。

ここでは,実際に使用できる計測器に使われている方法, もしくは計測器に適用できる計測原理や計測素子に利用できるものを 示す。

図 3.37: 光センサの分類
\includegraphics[scale=0.7]{Figs/photo-kind.eps}

光を波長のスケールで分類すると図3.38のようになる。

ここでは光センサと センサではないがアクティブ計測の手段として用いられる レーザー発振器の基本についても軽く触れる。

光のエネルギーの表現には2通りあるので注意が必要となる。 光の全エネルギーは、波数$\nu=c/\lambda$, プランク定数$h$ として $E=\sum_{\nu=0}^\infty n_{\nu}h\nu$ で表される。 $n_\nu$は端数$\nu$の光子の個数である。 つまり、同一波長(色)の明暗は $n_\nu$ の多少により、 1光子の光エネルギーは $h\nu$ で表される。 このように光エネルギーは短波長の方が高いエネルギーを持つ。 このテキストでは、 「光のエネルギー」 と「光エネルギー」 の2つの用語を用いて、前者を総エネルギー、後者を光子のエネルギー を表現する。

物体が可視光線の一部を選択吸収するとき 吸収されなかった 残余の波長の反射光もしくは透過光が吸収光の余色となる。 これが色知覚である。 言換えると反射した光の色が物体の色になる。 高温の物体が放射する光は、 厳密には プランクの式(3.18)で表される 黒体の放射光分布とは異なるが、 最も近い色の光を放つ黒体の温度を適用して、 その物体の温度と色の変化を絶対温度で表したものを 色温度という。

物理的ではないが、 人間の視覚では、すべての光を関知できるわけではなく非常に狭い波長範囲しか 関知できないばかりか、視神経の中で網膜にある 錘状体と呼ばれる色を感じる細胞が RGBに反応する3種類であるので、 人の色検知機能はRGBとなる。この中間彩度である黄やシアンという色は この3色の内の2色の混合色として認識するのであって、 黄色やシアンを検知するセンサを持たない。

図 3.38: 光の波長によるスケールと受光素子の波長範囲
\includegraphics[scale=0.75]{Figs/Photo-acpt.eps}



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Ken Kishimoto 2014-06-02