赤外線イメージング技術は、赤外線放射の原理に基づいて機能します。絶対零度を超える温度を持つ物体は赤外線を放射します。この技術は、この赤外線エネルギーを検出して可視画像に変換し、ターゲットの識別と追跡を可能にします。最新のハイテク技術として、地上装甲車両から空挺戦闘機、水上艦艇から潜水艦に至るまで、過去 10 年間にわたって兵器に広く使用されてきました。-パッシブ動作（アクティブな信号送信がないため、高い隠蔽性が得られます）、強力な耐干渉性（電磁干渉の影響を受けません）、堅牢なターゲット認識（ターゲットと背景の間の微妙な温度差を区別できます）、全天候動作（昼、夜、霧、雪、その他の悪天候の影響を受けません）により、現代のインフラストラクチャに不可欠なコンポーネントとなっています。{6} ハイテク通常兵器。-陸軍、海軍、空軍のさまざまなタイプの装備の中核となる機能要件を満たし、兵器システムの戦闘効率と生存性を大幅に向上させます。
赤外線画像技術の軍事応用
地上兵器システム
地上兵器の中でも、戦車や装甲車両などの軍用車両には赤外線画像装置が装備されていることが多く、主に夜間戦闘、複雑な戦場環境での偵察、射撃管制に使用されます。アクティブな近赤外線イメージングは外部光源に依存しているため、敵に発見されやすくなっています。-明るい日光や煙の中では、低-光-レベルの暗視性能が制限されます。しかし、赤外線イメージング技術は、対象物と周囲環境との温度差を捉えることで、煙や粉塵を効果的に透過します。完全な暗闇でもターゲットを効果的に識別できます。
実際の用途では、赤外線イメージャをレーザー距離計、弾道コンピュータ、その他の機器と統合して、統合射撃管制システムを形成できます。たとえば、戦車に取り付けられた赤外線画像装置は、敵の装甲車両、要塞、その他の目標のリアルタイムの赤外線画像をキャプチャできます。-レーザー距離計は目標の距離を同時に測定し、弾道コンピュータは車両の動きと弾薬の種類に基づいて射撃パラメータを計算します。最終的には、赤外線画像、目標距離、照準線、および弾道データが統合されてコントロール パネルに表示され、乗組員が目標を素早くロックオンして射撃の決定を下せるようになり、射撃応答時間が大幅に短縮され、攻撃精度が向上します。
-対戦車個人携帯兵器
対戦車個人用携帯兵器システムでは、赤外線画像技術が個人の戦闘能力を向上させる鍵となり、主に長距離目標の検出、複雑な背景での目標の識別、および「発射後の自律運用」のニーズに対応します。-従来の対戦車兵器は光学照準に依存しており、周囲の照明の影響を大きく受け、射手は標的に命中するまで照準を合わせ続ける必要があり、標的の位置が簡単に明らかになります。しかし、赤外線画像技術を搭載した機器は、高感度の検出器を使用して戦車エンジンや線路などの高温領域からの赤外線を捕捉し、植生や複雑な地形で遮られた環境でも正確に目標の位置を特定することができます。
一部の高度な機器には赤外線イメージング シーカーが統合されており、「発射して忘れる」機能が有効になっています。射手がロックオンして武器を発砲した後、赤外線イメージング シーカーは射手のアクションの影響を受けることなく、自律的にターゲットの赤外線シグネチャを追跡します。飛行中に優先度の高い目標を再選択することもできるため、複数の目標の選択や照準点の選択が可能になります（たとえば、戦車のエンジン ルームなどの脆弱なエリアに優先順位を付けるなど）。-さらに、赤外線画像装置をアフォーカル望遠鏡、デュアルイメージ増倍管、その他のコンポーネントと組み合わせて検出範囲をさらに拡張し、中距離および長距離の対戦車戦闘での個々の兵士のニーズを満たすことができます。-
航空機兵器システム
航空機兵器には、航空機とミサイルという 2 つの主要なカテゴリが含まれます。赤外線イメージング システムは、機器の種類に応じてさまざまな中核タスクを実行し、航空偵察、精密攻撃、安全なナビゲーションの中核となる技術サポートを提供します。航空機アプリケーションでは、赤外線イメージング システムは航空機モデルの機能に応じてさまざまに構成されます。対潜哨戒機には赤外線画像システムが装備されており、夜間（海水との温度差が大きい場合）に水上艦や潜水艦シュノーケルなどの目標を検出できます。また、広い捜索範囲を誇り、広大な海域を迅速にカバーすることができます。戦闘機には前方監視赤外線システム (FLIR) が装備されており、低空での夜間航行 (地形の障害物を特定) や対地攻撃 (車両や要塞へのロックオン) を可能にします。-一部のシステムは、レーザー誘導爆弾を誘導するレーザー指定子とリンクすることもでき、「発見して破壊する」戦略を実現します。{9}}ヘリコプタ-に搭載された赤外線画像装置は、主に低空偵察、人員捜索救助、地上射撃支援に使用されます。{12}}特に市街戦では、建物の隙間を突き抜けて屋内の目標からの赤外線信号を捕捉できるため、運用の柔軟性が高まります。
ミサイル分野では、赤外線画像誘導が精密誘導技術の重要な開発方向となっている。従来の赤外線点光源誘導（ターゲット上の単一の赤外線放射点のみを検出する）と比較して、赤外線画像誘導は、ターゲットの赤外線画像を取得することにより、ターゲットと赤外線デコイをより正確に区別でき、その対干渉能力が大幅に向上します。-。この技術は、空対空、地対空、空対地-、-、地対空、--などのさまざまなタイプのミサイルと互換性があります。空対空ミサイルは、赤外線画像シーカーを使用して航空機エンジンの排気ガスや機体の高温領域を追跡できます。これにより、近距離での交戦と中距離および長距離での迎撃が可能になります。-地対空ミサイルは、低空飛行の巡航ミサイルや戦闘機を識別し、超低空--の脅威に対抗できます。空対地ミサイルは、地上装甲車両や固定要塞などの目標をロックオンし、煙に覆われた環境でも正確に命中することができます。-
軍艦システム
艦載赤外線画像システムは水上戦専用に設計されており、夜間の目標識別、低高度ミサイル防衛、潜望鏡偵察という 3 つの主要な要件に対応しています。-これらは、艦船ベースの防空、対ミサイル、対潜水艦作戦-にとって重要な補助ツールとして機能します。夜間の識別システムに関しては、海面に基準点がないため、従来の光学機器では遠くの船舶と島や航行標識を区別することが困難です。しかし、赤外線画像システムは、船舶の電力システムや煙突などの高温領域からの赤外線放射を使用することで、ターゲットの種類（民間船舶と軍艦など）を迅速に識別できます。{9}}これらのシステムは表面の反射や霧の影響を受けないため、夜間のパトロールや監視能力が向上します。
火器管制システムに関して言えば、艦載赤外線画像システムはレーダーやレーザー システムと複合探知システムを形成することが多く、主に低高度ミサイルの脅威に対抗することに重点を置いています。{0}}ミサイルが低高度で飛行するとき、空気摩擦により弾頭とエンジンの排気プルームが加熱され、強力な赤外線放射が発生します（弾頭の放射波長は通常8-14μm、排気プルームの波長は通常3-5μmです）。赤外線イメージング システムはこれらの特性を具体的に捕捉し、ターゲットの検索、取得、追跡を自動的に実行できます。これらは目標の方位角、高度、その他のデータをリアルタイムで艦艇の指令センターに送信し、防空ミサイルや近接兵器システムによる迎撃パラメータの調整を支援します。{9}}海面や島などの複雑な背景に対してミサイル目標を正確に識別できるため、超低空探知におけるレーダーの死角に対処できます。さらに、赤外線イメージング技術は、船上のオプトロニックマストや潜望鏡で広く使用されています。オプトロニックマストに取り付けられた赤外線画像装置により、船をレーダー信号にさらすことなく、水上および航空目標の秘密偵察が可能になります。潜望鏡に統合された赤外線画像システムにより、潜水艦は潜望鏡を水中に伸ばしながら水面目標に関する情報を迅速に取得できるため、露出時間が短縮され、潜水艦のステルス性と生存性が向上します。
赤外線イメージング技術の現状
赤外線イメージング技術は、主に赤外線検出器の技術進歩により、1970 年代以来急速に発展しました。熱画像製品は、単純な初期検出システムから、高解像度と高感度を備えた第 3 世代の製品に進化しました。-各世代は、検出器の構造、性能、システム統合において画期的な進歩を遂げてきました。
第 1 世代の赤外線画像システム: 1970 年代から 1990 年代初頭まで、これらは主に長波赤外線帯域と中波赤外線帯域で動作し、多素子リニア アレイ検出器 (テルル化水銀カドミウム検出器など) を採用していました。-このシステムには、冷却器 (検出器の動作温度を低く維持し、感度を高めるため) と光学機械スキャナー (機械的な動きを使用してターゲット領域をスキャンして画像化する) が必要です。画像解像度は比較的低い (画像ラインが少ない) ものの、標準化されたモジュール設計により、戦車、装甲車両、航空機などのさまざまな兵器プラットフォームに適応でき、初期の軍事用途の基本要件を満たします。この期間中、米国、英国、フランスなどの国々が第一世代の製品を開発し、中国もこの段階で技術的な進歩を遂げ、その後の発展の基礎を築きました。-
第 2 世代の熱画像システム: -: 1990 年代以降、焦点面アレイ技術が重要な進歩となり、従来の線形検出器や光学機械式スキャン構造に取って代わり、画像効率と解像度が大幅に向上しました。このテクノロジーは 2 つの構成で利用できます。1 つは 4N スキャニング アレイ (限られた数のピクセルでスキャンすることで広視野イメージングを実現します)、もう 1 つは N×M スターリング アレイ (ピクセルが視野を直接カバーするため、機械的なスキャンが不要になり、より高速なイメージングが可能になります) です。検出器の材料は主に冷却テルル化水銀カドミウム (HgCdTe) とアンチモン化インジウム (InSb) であり、この技術は中波赤外線 (MWIR) 範囲で成熟しています。- および短波赤外線 (MWIR) 範囲では技術が成熟しています。第 2 世代システムは、第 1 世代と比較して、解像度が高く、サイズが小さく、消費電力が低く、ターゲット認識機能が強化されています。{9}}これは徐々に軍のあらゆる部門にわたる兵器の主流の機能となり、戦闘機、ミサイル、船舶などのプラットフォームで広く使用されています。
第 3 世代-熱画像システム: 21 世紀初頭以来、赤外線画像技術は第 3 世代に入りました。このシステムは、中核機能として大きな面積のフォーカル プレーン アレイ (LAFA) を備えています。{3}依然として主に冷却された検出器に基づいていますが、包括的なパフォーマンスのアップグレードを実現しています。この世代のシステムでは、ピクセル数が大幅に増加した LFAFA 検出器を利用し、より高解像度の赤外線画像を取得できます。-検出器の材料と構造を最適化することで、量子効率 (電気信号に変換される赤外線光子の比率) が大幅に向上し、動作温度範囲が広がり (一部の検出器は 120 ～ 180 K で動作できるため、冷却システムの複雑さが軽減されます)、雑音等価温度差 (NETD) が 1 ～ 5 mK に減少し (より小さな温度差の検出が可能になります)、検出の均一性が大幅に向上します (パフォーマンスの最小化)。 ピクセル間のばらつき）。さらに、第 3 世代システムは、多波長検出 (短波、中波、長波の赤外線帯域で同時に動作)、多機能信号処理 (ダイナミック レンジ圧縮、非線形補正、移動目標追跡など) をサポートしています。-これにより、より多くのターゲット情報を統合できるようになり、複雑な環境におけるターゲット認識と干渉防止機能がさらに強化されます。-
赤外線イメージング技術の将来展望
今後の赤外線イメージング技術の開発は、「性能向上、小型化、機能拡張、コスト削減」という4つの中核目標に焦点を当てていきます。これは、検出器技術のブレークスルーとシステム統合の革新に焦点を当て、特に 4 つの主要な開発方向を示します。
焦点面と大型アレイ: 焦点面デバイスは赤外線を電気信号に直接変換できるため、従来の光学走査機構が不要になり、システム設計が簡素化され、サイズと消費電力が削減されます。これは将来的には主流のテクノロジーの道となるでしょう。同時に、広域偵察と高解像度識別のニーズを満たすために、検出器はより大きなアレイとより長いラインに向けて進化するでしょう。-ピクセル数を増やすと（たとえば、1024×1024 ピクセルから 2048×2048 ピクセル以上）、画像の解像度と視野範囲が向上し、より複雑な戦闘シナリオ（広域の戦場偵察や複数目標の同時追跡など）に適応できるようになります。-
統合: 半導体材料製造技術の進歩を活用して、赤外線画像検出器は高度に統合されたアプローチに向けて開発されるでしょう。一方で、検出器、読み出し回路、信号処理ユニットを単一チップに統合することにより、コンポーネント間の相互接続が減少し、システムの安定性と応答速度が向上します。一方、HgCdTe 合金材料（広帯域検出機能を提供）と量子井戸/超格子材料（構造設計により検出帯域の調整が可能）の開発に焦点を当てることで、検出器は焦点面と多機能性をさらに統合し、統合された「検出-処理-送信」システムを実現します。これにより、システムのサイズがさらに縮小され、超小型兵器（超小型ミサイルやドローンなど）などの小型プラットフォームとの互換性が可能になります。-小型化: 個別装備や超小型 UAV などの小型戦闘プラットフォームの開発により、赤外線画像システムのサイズと重量に対する要求が高まっています。デュアル-バンド光学設計（1 つのシステムで 2 つの赤外線バンドを同時に検出できるため、光学コンポーネントの数を削減）、マイクロ-冷却技術（より小型で低電力のクーラーの開発）、低電力の信号処理チップなどの主要技術の今後の進歩により、システムのサイズと重量が削減され、同時にシステムのサイズと重量も削減されます。 検出性能を維持します。これにより、赤外線画像技術を個々の暗視装置、超小型偵察用 UAV、小型ミサイルなどの機器にさらに広く適用できるようになり、草の根戦闘部隊の戦闘能力が強化されます。
多色化: 従来の赤外線イメージングはほとんどがシングルバンドであり、限定されたターゲット情報をキャプチャします。-将来の開発は多色化（マルチバンド イメージング）に移行する予定です。-検出スペクトル範囲を広げる（たとえば、短波、中波、長波、および超長波赤外線をカバーする）か、帯域分割を改良する（単一帯域を複数のサブ帯域に分割する）ことにより、異なる赤外線帯域でのターゲットの放射特性を捕捉し、「カラー」熱画像を形成することができます。マルチカラー イメージングにより、より豊富なターゲット情報（ターゲットのさまざまな部分にわたる温度分布の区別や、カモフラージュされたターゲットの特定など）が提供され、複雑な背景でのターゲット認識精度と干渉防止機能が向上します（たとえば、赤外線デコイからターゲットを効果的に区別できます）。{9}}さらに、多色化は、非冷却技術（クーラーの必要性を排除し、サイズと消費電力をさらに削減）、インテリジェント アルゴリズム（AI 支援ターゲット認識や自動脅威評価など）、高密度統合と組み合わされ、多機能、低消費電力、高インテリジェンスを目指した赤外線イメージング システムの開発を推進します。-
市場の観点から見ると、軍事分野における赤外線画像システムとセンサーの需要は今後も成長し続けるでしょう。この成長は、新しい兵器や装備（第 6 世代戦闘機、無人戦闘プラットフォーム、極超音速ミサイルなど）の配備と、既存の装備のアップグレードや改造（古い戦車や戦闘機に高度な赤外線画像システムを装備するなど）の両方によって推進されています。-同時に、商業用完成品（民間用赤外線カメラや工業用検査装置など）が軍事で使用される割合は（軍事標準化とコスト削減を通じて）徐々に増加するだろう。非冷却焦点面システムは、サイズが小さく、消費電力が低く、比較的コストが低いため、より速いペースで開発され、個々の機器や小型プラットフォームの主流の選択肢となり、軍事における赤外線イメージング技術の広範な普及と応用を促進すると予想されます。
