温度分布測定装置
【課題】 複数の素子を有する赤外線センサアレイの高増幅によるノイズを効率良く除去し、精度よく検出できる温度分布測定装置を提供すること。
【解決手段】 赤外線を分布状に検出する複数のサーモパイル素子１２１と、検出範囲から集光するレンズ１１と、検出信号の増幅を行う増幅部１４とを備える温度分布測定装置において、増幅部１４は、ハイパスフィルタ１４２ａを通過させた検出信号をフィルタ通過信号とし、検出信号からフィルタ通過信号を減算してノイズを除去しつつ増幅する。
【解決手段】 赤外線を分布状に検出する複数のサーモパイル素子１２１と、検出範囲から集光するレンズ１１と、検出信号の増幅を行う増幅部１４とを備える温度分布測定装置において、増幅部１４は、ハイパスフィルタ１４２ａを通過させた検出信号をフィルタ通過信号とし、検出信号からフィルタ通過信号を減算してノイズを除去しつつ増幅する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を複数素子で検出して、温度を分布で測定する温度分布測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術においては、受光素子の出力電圧を第１の増幅部で増幅し、基準温度素子の出力電圧を第２の増幅部で増幅し、２つの増幅信号を差動増幅部へ入力して差動増幅している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−９２１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来では、ゲインが高く、センサ自体のインピーダンスも高いため、ノイズ等も増幅してしまう問題点がある。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、複数の素子を有する赤外線センサアレイの高増幅によるノイズを効率良く除去し、精度よく検出できる温度分布測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明では、赤外線を分布状に検出する複数の素子と、検出範囲から集光するレンズと、検出信号の増幅を行う増幅部と、を備える温度分布測定装置において、前記増幅部は、ハイパスフィルタを通過させた検出信号をフィルタ通過信号とし、検出信号から前記フィルタ通過信号を減算してノイズを除去しつつ増幅する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明では複数の素子を有する赤外線センサアレイの高増幅によるノイズを効率良く除去し、精度よく検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の温度分布測定装置を実現する実施の形態を、実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず構造を説明する。
【０００９】
図１は実施例１の温度分布測定装置のブロック図である。図２は実施例１の温度測定装置のサーモパイルユニットの回路構成図である。
【００１０】
実施例１は、自動車の車内の温度分布を測定するのに用いられる例である。
実施例１の温度分布測定装置は、サーモパイルモジュール１とマイコン２を主な構成とする。
サーモパイルモジュール１は、レンズ１１、サーモパイルユニット１２、スキャン部１３、増幅部１４、基準温度素子１５を主な構成とする。
レンズ１１は、サーモパイルユニット１２の前方に配置され、検出エリア３から放射される赤外線をサーモパイルユニット１２に集光する。
サーモパイルユニット１２は、赤外線を検出するサーモパイル素子（素子に相当する）１２１を、マトリクス状に配置したものである。
スキャン部１３は、サーモパイル素子１２１からの出力信号をアドレス信号によって選択する。
【００１１】
増幅部１４は、図２に示すように、オペアンプOP1、マイナス入力部１４１、プラス入力部１４２、調整部１４３、負帰還部１４４からなる。
マイナス入力部１４１は、サーモパイルユニット１２からの入力信号を抵抗R1が介し、オペアンプOP1のマイナス端子に入力する。
プラス入力部１４２は、サーモパイルユニット１２からの入力信号をコンデンサC1と抵抗R3からなるハイパスフィルタ１４２ａを介し、オペアンプOP1のプラス端子に入力する。
調整部１４３は、基準温度素子１５から得る基準電圧を、抵抗R4を介し、ハイパスフィルタ１４２ａとオペアンプOP1の間に接続する。
負帰還部１４４は、オペアンプOP1の出力を抵抗R2を介し、抵抗R1とオペアンプOP1のマイナス端子の間に接続する。
【００１２】
基準温度素子１５は、基準温度を示す出力である基準電圧を出力する。
なお、基準温度素子１５は、サーモパイル素子１２１により、一定温度の物を測定するようにしてもよく、一定の電圧が出力されるようにしてもよい。
マイコン２は、サーモパイルユニット１２の制御、出力信号の処理、演算を行い、自動車の機器、通信ラインにデータ出力や制御出力を行う。
マイコン２には、信号出力部２１、マルチプレクサ２２を備えている。
【００１３】
信号出力部２１は、所定のタイミングでスキャン部１３にサーモパイル素子１２１のマトリクスの配列のアドレス信号を出力する。
マルチプレクサ２２は、増幅部１４からの出力信号を受け取り、サーモパイル素子１２１のマトリクス状の選択・切替を行う。
【００１４】
次に作用を説明する。
[ノイズ除去作用]
実施例１の温度分布測定装置は、マイコン２の信号出力部２１からのアドレス信号により、スキャン部１３で選択されたサーモパイル素子１２１の出力信号が、図２の増幅部１４における入力信号となる（図３(a)参照）。
【００１５】
この入力信号の一方は、抵抗R1を介し、オペアンプOP1のマイナス入力となる。他方は、ハイパスフィルタ１４２ａを介し、基準電圧により、電位が調整され、オペアンプOP1のプラス入力となる（図３(b)参照）。
オペアンプOP1は、負帰還部１４４を設けて、差動反転増幅を行う。つまり、図３(a)の波形から、図３(b)の高周波ノイズ成分を減算し、増幅を行うことになる。よって、従来のようにノイズ成分が増幅されてしなうことがない。
これにより、温度測定の精度が従来より向上する。
【００１６】
さらに、本作用について、言い換えて説明する。
オペアンプの出力電圧をVo、基準電圧をVref、各抵抗R1〜R4の値をR1〜R4とし、コンデンサC1の値をC1、演算子をS、iを変数とし、記号の連続は乗算を意味するとし、オペアンプOP1のマイナス入力には、{R1Vo+R2Vi}/{R1+R2}が入力される。また、オペアンプOP1のプラス入力には、ハイパスフィルタ１４２ａの出力が入力される。これは、{SC1R4Vi+(1+SC1R3)Vref}/{1+SC1(R3+R4)}となる。
よって、オペアンプOP1の出力は、以下のようになる。
【００１７】
【数１】
【００１８】
ここで、R1=R3,R2=R4とすると、式Ａについて、０Hzでは、Vo=-R2Vi/R1+(R1+R2)Vref/R1となり、高周波では、Vo=Vrefとなる。
図３について、素子切替時、急激にレベルが変化するため、オペアンプOP1のプラス入力にハイパスフィルタ１４２ａによる微分波形が入力され、出力が大きく変化する。微分成分が無くなると、ノイズ成分が消去される。
【００１９】
次に効果を説明する。
本実施の形態の温度分布測定装置にあっては、次に列挙する効果を得ることができる。
(1)赤外線を分布状に検出する複数のサーモパイル素子１２１と、検出範囲から集光するレンズ１１と、検出信号の増幅を行う増幅部１４とを備える温度分布測定装置において、増幅部１４は、ハイパスフィルタ１４２ａを通過させた検出信号をフィルタ通過信号とし、検出信号からフィルタ通過信号を減算してノイズを除去しつつ増幅するため、複数の素子を有する赤外線センサアレイの高増幅によるノイズを効率良く除去し、精度よく検出できる。
【００２０】
(2)増幅部１４は、負帰還部１４４を設けたオペアンプOP1と、検出信号をオペアンプOP1のマイナス入力とするマイナス入力部１４１と、検出信号をハイパスフィルタ１４２ａに通過させてオペアンプOP1のプラス入力とするプラス入力部１４２と、オペアンプOP1のプラス入力の電位を所定電位にする調整部１４３とを備えたため、複数の素子を有する赤外線センサアレイの高増幅によるノイズを効率良く除去し、精度よく検出できる。
【００２１】
本実施例１の作用効果について、さらに説明する。
実施例１の温度分布測定装置は、スキャン式であり、素子を切り替えて検出を行う。この場合に、従来のノイズが増幅されてしまう出力、又は入力に、ノイズを除去するためのローパスフィルタを用いると、ノイズを取ろうとするため、時定数が長くなり、信号が鈍ってしまい素子の切り替え速度を遅くしなければならないのである。実施例１の温度分布測定装置では、素子の切り替え速度を遅くすることなく、ノイズ除去を行い増幅できる。
【００２２】
（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態を実施例１に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
【００２３】
増幅部の回路構成は、別のものであってもよく、実施例１中に数式で示すものをソフト上で行うものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１の温度分布測定装置のブロック図である。
【図２】実施例１の温度測定装置のサーモパイルユニットの回路構成図である。
【図３】実施例１の温度測定装置の波形処理例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１ サーモパイルモジュール
１１ レンズ
１２ サーモパイルユニット
１２１ サーモパイル素子
１３ スキャン部
１４ 増幅部
１４１ マイナス入力部
１４２ａ ハイパスフィルタ
１４２ プラス入力部
１４３ 調整部
１４４ 負帰還部
１５ 基準温度素子
２ マイコン
２１ 信号出力部
２２ マルチプレクサ
３ 検出エリア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を複数素子で検出して、温度を分布で測定する温度分布測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術においては、受光素子の出力電圧を第１の増幅部で増幅し、基準温度素子の出力電圧を第２の増幅部で増幅し、２つの増幅信号を差動増幅部へ入力して差動増幅している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−９２１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来では、ゲインが高く、センサ自体のインピーダンスも高いため、ノイズ等も増幅してしまう問題点がある。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、複数の素子を有する赤外線センサアレイの高増幅によるノイズを効率良く除去し、精度よく検出できる温度分布測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明では、赤外線を分布状に検出する複数の素子と、検出範囲から集光するレンズと、検出信号の増幅を行う増幅部と、を備える温度分布測定装置において、前記増幅部は、ハイパスフィルタを通過させた検出信号をフィルタ通過信号とし、検出信号から前記フィルタ通過信号を減算してノイズを除去しつつ増幅する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明では複数の素子を有する赤外線センサアレイの高増幅によるノイズを効率良く除去し、精度よく検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の温度分布測定装置を実現する実施の形態を、実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず構造を説明する。
【０００９】
図１は実施例１の温度分布測定装置のブロック図である。図２は実施例１の温度測定装置のサーモパイルユニットの回路構成図である。
【００１０】
実施例１は、自動車の車内の温度分布を測定するのに用いられる例である。
実施例１の温度分布測定装置は、サーモパイルモジュール１とマイコン２を主な構成とする。
サーモパイルモジュール１は、レンズ１１、サーモパイルユニット１２、スキャン部１３、増幅部１４、基準温度素子１５を主な構成とする。
レンズ１１は、サーモパイルユニット１２の前方に配置され、検出エリア３から放射される赤外線をサーモパイルユニット１２に集光する。
サーモパイルユニット１２は、赤外線を検出するサーモパイル素子（素子に相当する）１２１を、マトリクス状に配置したものである。
スキャン部１３は、サーモパイル素子１２１からの出力信号をアドレス信号によって選択する。
【００１１】
増幅部１４は、図２に示すように、オペアンプOP1、マイナス入力部１４１、プラス入力部１４２、調整部１４３、負帰還部１４４からなる。
マイナス入力部１４１は、サーモパイルユニット１２からの入力信号を抵抗R1が介し、オペアンプOP1のマイナス端子に入力する。
プラス入力部１４２は、サーモパイルユニット１２からの入力信号をコンデンサC1と抵抗R3からなるハイパスフィルタ１４２ａを介し、オペアンプOP1のプラス端子に入力する。
調整部１４３は、基準温度素子１５から得る基準電圧を、抵抗R4を介し、ハイパスフィルタ１４２ａとオペアンプOP1の間に接続する。
負帰還部１４４は、オペアンプOP1の出力を抵抗R2を介し、抵抗R1とオペアンプOP1のマイナス端子の間に接続する。
【００１２】
基準温度素子１５は、基準温度を示す出力である基準電圧を出力する。
なお、基準温度素子１５は、サーモパイル素子１２１により、一定温度の物を測定するようにしてもよく、一定の電圧が出力されるようにしてもよい。
マイコン２は、サーモパイルユニット１２の制御、出力信号の処理、演算を行い、自動車の機器、通信ラインにデータ出力や制御出力を行う。
マイコン２には、信号出力部２１、マルチプレクサ２２を備えている。
【００１３】
信号出力部２１は、所定のタイミングでスキャン部１３にサーモパイル素子１２１のマトリクスの配列のアドレス信号を出力する。
マルチプレクサ２２は、増幅部１４からの出力信号を受け取り、サーモパイル素子１２１のマトリクス状の選択・切替を行う。
【００１４】
次に作用を説明する。
[ノイズ除去作用]
実施例１の温度分布測定装置は、マイコン２の信号出力部２１からのアドレス信号により、スキャン部１３で選択されたサーモパイル素子１２１の出力信号が、図２の増幅部１４における入力信号となる（図３(a)参照）。
【００１５】
この入力信号の一方は、抵抗R1を介し、オペアンプOP1のマイナス入力となる。他方は、ハイパスフィルタ１４２ａを介し、基準電圧により、電位が調整され、オペアンプOP1のプラス入力となる（図３(b)参照）。
オペアンプOP1は、負帰還部１４４を設けて、差動反転増幅を行う。つまり、図３(a)の波形から、図３(b)の高周波ノイズ成分を減算し、増幅を行うことになる。よって、従来のようにノイズ成分が増幅されてしなうことがない。
これにより、温度測定の精度が従来より向上する。
【００１６】
さらに、本作用について、言い換えて説明する。
オペアンプの出力電圧をVo、基準電圧をVref、各抵抗R1〜R4の値をR1〜R4とし、コンデンサC1の値をC1、演算子をS、iを変数とし、記号の連続は乗算を意味するとし、オペアンプOP1のマイナス入力には、{R1Vo+R2Vi}/{R1+R2}が入力される。また、オペアンプOP1のプラス入力には、ハイパスフィルタ１４２ａの出力が入力される。これは、{SC1R4Vi+(1+SC1R3)Vref}/{1+SC1(R3+R4)}となる。
よって、オペアンプOP1の出力は、以下のようになる。
【００１７】
【数１】
【００１８】
ここで、R1=R3,R2=R4とすると、式Ａについて、０Hzでは、Vo=-R2Vi/R1+(R1+R2)Vref/R1となり、高周波では、Vo=Vrefとなる。
図３について、素子切替時、急激にレベルが変化するため、オペアンプOP1のプラス入力にハイパスフィルタ１４２ａによる微分波形が入力され、出力が大きく変化する。微分成分が無くなると、ノイズ成分が消去される。
【００１９】
次に効果を説明する。
本実施の形態の温度分布測定装置にあっては、次に列挙する効果を得ることができる。
(1)赤外線を分布状に検出する複数のサーモパイル素子１２１と、検出範囲から集光するレンズ１１と、検出信号の増幅を行う増幅部１４とを備える温度分布測定装置において、増幅部１４は、ハイパスフィルタ１４２ａを通過させた検出信号をフィルタ通過信号とし、検出信号からフィルタ通過信号を減算してノイズを除去しつつ増幅するため、複数の素子を有する赤外線センサアレイの高増幅によるノイズを効率良く除去し、精度よく検出できる。
【００２０】
(2)増幅部１４は、負帰還部１４４を設けたオペアンプOP1と、検出信号をオペアンプOP1のマイナス入力とするマイナス入力部１４１と、検出信号をハイパスフィルタ１４２ａに通過させてオペアンプOP1のプラス入力とするプラス入力部１４２と、オペアンプOP1のプラス入力の電位を所定電位にする調整部１４３とを備えたため、複数の素子を有する赤外線センサアレイの高増幅によるノイズを効率良く除去し、精度よく検出できる。
【００２１】
本実施例１の作用効果について、さらに説明する。
実施例１の温度分布測定装置は、スキャン式であり、素子を切り替えて検出を行う。この場合に、従来のノイズが増幅されてしまう出力、又は入力に、ノイズを除去するためのローパスフィルタを用いると、ノイズを取ろうとするため、時定数が長くなり、信号が鈍ってしまい素子の切り替え速度を遅くしなければならないのである。実施例１の温度分布測定装置では、素子の切り替え速度を遅くすることなく、ノイズ除去を行い増幅できる。
【００２２】
（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態を実施例１に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
【００２３】
増幅部の回路構成は、別のものであってもよく、実施例１中に数式で示すものをソフト上で行うものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１の温度分布測定装置のブロック図である。
【図２】実施例１の温度測定装置のサーモパイルユニットの回路構成図である。
【図３】実施例１の温度測定装置の波形処理例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１ サーモパイルモジュール
１１ レンズ
１２ サーモパイルユニット
１２１ サーモパイル素子
１３ スキャン部
１４ 増幅部
１４１ マイナス入力部
１４２ａ ハイパスフィルタ
１４２ プラス入力部
１４３ 調整部
１４４ 負帰還部
１５ 基準温度素子
２ マイコン
２１ 信号出力部
２２ マルチプレクサ
３ 検出エリア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を分布状に検出する複数の素子と、
検出範囲から集光するレンズと、
検出信号の増幅を行う増幅部と、
を備える温度分布測定装置において、
前記増幅部は、
ハイパスフィルタを通過させた検出信号をフィルタ通過信号とし、
検出信号から前記フィルタ通過信号を減算してノイズを除去しつつ増幅する、
ことを特徴とする温度分布測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の温度分布測定装置において、
前記増幅部は、
負帰還部を設けたオペアンプと、
前記検出信号を前記オペアンプのマイナス入力とするマイナス入力部と、
前記検出信号をハイパスフィルタに通過させて前記オペアンプのプラス入力とするプラス入力部と、
前記オペアンプのプラス入力の電位を所定電位にする調整部と、
を備えた、
ことを特徴とする温度分布測定装置。
【請求項１】
赤外線を分布状に検出する複数の素子と、
検出範囲から集光するレンズと、
検出信号の増幅を行う増幅部と、
を備える温度分布測定装置において、
前記増幅部は、
ハイパスフィルタを通過させた検出信号をフィルタ通過信号とし、
検出信号から前記フィルタ通過信号を減算してノイズを除去しつつ増幅する、
ことを特徴とする温度分布測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の温度分布測定装置において、
前記増幅部は、
負帰還部を設けたオペアンプと、
前記検出信号を前記オペアンプのマイナス入力とするマイナス入力部と、
前記検出信号をハイパスフィルタに通過させて前記オペアンプのプラス入力とするプラス入力部と、
前記オペアンプのプラス入力の電位を所定電位にする調整部と、
を備えた、
ことを特徴とする温度分布測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−２９２４８８（Ｐ２００６−２９２４８８Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１１５７９（Ｐ２００５−１１１５７９）
【出願日】平成１７年４月８日（２００５．４．８）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月８日（２００５．４．８）
【出願人】（０００００４７６５）カルソニックカンセイ株式会社 (3,404)
【Ｆターム（参考）】
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