筆記：幾種觀測紅外光的裝置

自然環境中，總是各種波長光線並存，人眼可視範圍稱之為可見光，其餘不可見部分又區非為紅外(波長較長)與紫外(波長較短)光。紅外部分又因為與生物組織交互關係多，常被當作生物研究的工具(如OCT、齟齒、視網膜攝影)，整理紅外光觀測裝置如下。

CMOS/CCD

CMOS與CCD除了感測可見光，對紅外光也有部分感測能力，從下圖可以發現，大概是正常接收能力的百分之二十左右。因為能偵測750~900nm波長光線，CMOS與CCD在紅外光醫療上，已有齟齒、OCT等應用。

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實際量測前，要先確認沒有濾光片的阻礙。部分相機出廠時就沒有濾光片，例如Arducam購買的MonoChrome相機，Samsung手。或是濾光片是動態調整，如夜視監視器。而大多數消費型相機，則要另外移除濾光片，例如GF1(連結)，Raspberry Pi HQ Camera(連結)。

除RGGB外，最近SONY和OV(連結)對於紅外光部分，都推出新型RGBIR感測器，強調IR的特殊應用，或許是更簡易且更精準的方案。

Quantumfilm

量子薄膜，從這個名子就知道我只是隨便列出，理論上它能靈敏的偵測到400-1100nm範圍光線，但是因為難以取得，無法實驗。

短波紅外光感應器

InGaAs材料可偵測波長範圍如下，非常適合偵測紅外光，但長久以來因為國內外政府管制，民生需求不多狀況下，沒有產量誘因狀況下，相關製程技術還在原地踏步階段，遠遠落後CMOS的發展，價格更是驚人的高。小小一片VGA感測器，動輒三、四十萬台幣，即使只是線性的OSA光譜儀，價格也都二十萬起跳。

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點狀InGaAs：可用在光電轉換器，將光訊號轉變成電訊號，常見為量測工具。

線狀InGaAs：紅外光譜儀，原理和CMOS相同。

平面InGaAs：常見工業用(QVGA)，實驗用(VGA)，通訊界面為工業協定Gigabit Ethernet，透過網路線傳送電源與資料。目前用在齟齒偵測實驗。

1550nm Phosphor Coated螢光攝影

在CCD或CMOS感光元件前方，塗抹特殊螢光物質，該物質的特性是受到1550nm光線照射後，會發出可見光，進而觸發CMOS訊號。優點是價格相對便宜，缺點是影像動態範圍不高，畫面上有許多雜點。

醫療應用：齟齒

很久以前，人們就發現琺瑯質對紅外光的吸收率非常低，而蛀牙區域因為琺瑯質受損，透光率自然不同，就會在畫面上產生陰影，讓牙醫及早判斷蛀牙發生與範圍。如下圖，我們可在紅外光照片中，明顯辨識出蛀牙區域。

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醫療應用：血氧儀

利用血液主要成分對600-900nm近红外光有良好的散射性。尤其是730(760)nm左右和850nm左右的近红外光分别對脫氧血紅蛋白和氧合血紅蛋白敏感，測量這兩個波長光線的反射狀況，即可推測身體的吸收狀況(連結  連結)。也可參考黃俊榮文章(連結)。

這裡使用的光感測器PD，可以將光子(Photon)轉換成電子(Electron)，也就是把光訊號轉換成電訊號，入射光愈強則產生的電子愈多，最常見的光感測器是光二極體(Photo diode)。

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中長波紅外光

與短波紅外線不同，偵測2000nm以上光線，最常接觸到的應用是量測體溫(攝氏30~40度的輻射波長，就是落在遠紅外線)，但因為其對溫度非常敏感，需要完整致冷方案才會正確。也是目前新冠病毒肆虐，最重要的應用工具。