温度検出装置及び温度検出方法
【課題】精度よく測定対象物温度を取得する。
【解決手段】赤外線センサ１１は、測定対象物から放射された赤外線を検知して、測定対象物の温度Ｔbbに対応する電圧Ｖoを示す信号Ｓ１１を出力する。サーミスタ１２ａは、赤外線センサ１１のセンサ温度Ｔthを検出し、検出した温度Ｔthに対応する電圧Ｖthを示す信号Ｓ１２を出力する。温度演算部４は、増幅されて、デジタル信号に変換された信号に基づいて、測定対象物の温度Ｔbbを示す信号Ｓoutを出力する。温度換算補正に用いられる係数として、温度Ｔbbを電圧値に換算するための係数と、温度Ｔthを電圧値に換算するための係数とは、異なった値に設定され、温度演算部４は、これらの係数を独立、分離させた演算式に従い、測定対象物の温度Ｔbbを取得する。
【解決手段】赤外線センサ１１は、測定対象物から放射された赤外線を検知して、測定対象物の温度Ｔbbに対応する電圧Ｖoを示す信号Ｓ１１を出力する。サーミスタ１２ａは、赤外線センサ１１のセンサ温度Ｔthを検出し、検出した温度Ｔthに対応する電圧Ｖthを示す信号Ｓ１２を出力する。温度演算部４は、増幅されて、デジタル信号に変換された信号に基づいて、測定対象物の温度Ｔbbを示す信号Ｓoutを出力する。温度換算補正に用いられる係数として、温度Ｔbbを電圧値に換算するための係数と、温度Ｔthを電圧値に換算するための係数とは、異なった値に設定され、温度演算部４は、これらの係数を独立、分離させた演算式に従い、測定対象物の温度Ｔbbを取得する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度検出装置及び温度検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、赤外線センサを用いて測定対象物の温度を検出する温度検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる温度センサは、赤外線センサと赤外線センサの温度を測定するサーミスタと、を備え、数１に従って温度換算補正を行うようにしている。
【数１】
尚、数１に示す係数Ｋは、例えば、黒体温度を、それぞれ、３５°Ｃ，４０°Ｃに設定し、赤外線センサ自体のセンサ温度（サーミスタで測定した温度）を３０°Ｃに設定して、黒体のそれぞれのエネルギー量を測定することにより求められた値である。
【特許文献１】特開２００５−５５３２３号公報（第２，３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の温度検出装置では、数１の測定対象物のエネルギー量に関する係数と、赤外線センサのエネルギー量に関する係数と、が同一であるため、温度センサ自体の温度変化の要素に対して、温度補正の精度は良好でなかった。
【０００４】
即ち、係数Ｋを求めるときに設定したセンサ温度３０°Ｃ、４０°Ｃ付近において、数１に示す温度補正式を用いて温度補正を行った場合には、測定対象物の温度誤差は小さい。しかし、このセンサ温度３０°Ｃ、４０°Ｃとは異なった温度で温度補正を行った場合には、測定対象物の温度誤差が±１０°Ｃ程度になってしまう。
【０００５】
また、パッケージ内部の温度分布が不均一の場合、センサ温度が変動すると、温度検出精度が低下してしまう。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、測定対象物の温度を精度良く取得することが可能な温度検出装置及び温度検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る温度検出装置は、
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサ、前記温度センサから、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数２に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えたことを特徴とする。
【数２】
【０００８】
本発明の第２の観点に係る温度検出装置は、
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサ、前記温度センサから、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数３に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えたことを特徴とする。
【数３】
【０００９】
本発明の第３の観点に係る温度検出装置は、
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサを収納する外囲器内の温度を検出する内部温度検出部と、
前記赤外線センサ、前記温度センサ、前記内部温度検出部から、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧、前記内部温度検出部の出力電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数４に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えたことを特徴とする。
【数４】
【００１０】
本発明の第４の観点に係る温度検出装置は、
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサを収納する外囲器内の温度を検出する内部温度検出部と、
前記赤外線センサ、前記温度センサ、前記内部温度検出部から、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧、前記内部温度検出部の出力電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数５に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えたことを特徴とする。
【数５】
【００１１】
前記赤外線センサと前記温度センサとは、センサ部に備えられたものであり、
前記センサ部の熱時定数以下の遅延特性を有し、前記赤外線センサ及び前記温度センサの少なくとも一方の出力端に接続されて、接続されたセンサが出力する電圧を平滑化するローパスフィルタを備えてもよい。
【００１２】
本発明の第５の観点に係る温度検出方法は、
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数２に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第６の観点に係る温度検出方法は、
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数３に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第７の観点に係る温度検出方法は、
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが収納された内部の温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数４に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第８の観点に係る温度検出方法は、
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが収納された内部の温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数５に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
前記測定対象物の温度を取得するステップは、前記赤外線センサの検出信号を、前記赤外線センサが備えられたセンサ部の熱時定数以下の遅延特性で遅延させ、平滑化させてから、前記補正を行うステップであってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、測定対象物の温度を精度良く取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る温度検出装置を図面を参照して説明する。
（実施形態１）
実施形態１に係る温度検出装置の構成を図１に示す。
実施形態１に係る温度検出装置は、センサ部１と、アンプ２ａ，２ｂと、Ａ／Ｄ変換器３と、温度演算部４と、メモリ５と、からなる。
【００１９】
この温度検出装置は、例えば、防災システム等に利用される。この温度検出装置を防災システムに利用した場合、温度検出装置は、火災による火を測定対象物として、この火の温度を検出する。
【００２０】
センサ部１は、赤外線センサ１１と、温度センサ１２ａと、抵抗１２ｂと、からなる。赤外線センサ１１は、測定対象物から放射された赤外線を検知するものであり、測定対象物の温度Ｔbbに対応する電圧Ｖoを示す信号Ｓ１１を出力する。
【００２１】
サーミスタ１２ａは、赤外線センサ１１のセンサ温度Ｔthを検出するためのものであり、その電気抵抗が温度によって変化する。抵抗１２ｂは、プルアップ抵抗であり、その一端が電圧Ｖddの電源に接続される。サーミスタ１２ａの一端は、この抵抗１２ｂの他端に接続され、サーミスタ１２ａの他端は接地される。このサーミスタ１２ａと抵抗１２ｂとの接続点の電圧をＶthとする。電圧Ｖthは、赤外線センサ１１自体のセンサ温度Ｔthに対応する電圧である。
【００２２】
一般にサーミスタの特性は次の数６に示す式によって表される。
【数６】
サーミスタ１２ａを赤外線センサ１１に近接させると、サーミスタ１２ａの温度は、赤外線センサ１１自体のセンサ温度Ｔthとみなすことができ、数６は、数７によって表される。
【数７】
この数７から、数８が得られる。
【数８】
また、電圧Ｖthは、次の数９に従って求められる。
【数９】
この数９において、電圧Ｖthは、赤外線センサ１１自体のセンサ温度Ｔthに対応する。センサ部１は、この電圧Ｖthを示す信号Ｓ１２を出力する。
【００２３】
このセンサ部１の構造を図２に示す。赤外線センサ１１は、赤外線センサ１０１〜１０４からなり、赤外線センサ１０１〜１０４は、ＩＣチップ１３上に形成される。
【００２４】
このＩＣチップ１３は、熱伝導性が良好な金属製の外囲器（パッケージ）１４に収納される。外囲器１４には、赤外線センサ１０１〜１０４が赤外線を受光できるような窓１４ａが形成される。サーミスタ１２ａは、この外囲器１４上であって、赤外線センサ１０１〜１０４との熱的結合を良くするため、赤外線センサ１０１〜１０４の近傍に配置される。
【００２５】
また、図１において、アンプ２ａは、赤外線センサ１１から出力された信号Ｓ１１を増幅するものである。アンプ２ｂは、入力端がサーミスタ１２ａと抵抗１２ｂとの接続点に接続されて、センサ部１から出力された信号Ｓ１２を増幅するものである。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換器３は、アンプ２ａ，２ｂから出力された信号Ｓ１１，Ｓ１２を、それぞれ、デジタル信号に変換するものである。
【００２７】
温度演算部４は、赤外線センサ１１から出力された信号Ｓ１１とサーミスタ１２ａから出力された信号Ｓ１２とを取得して、測定対象物の温度Ｔbbを取得するものである。
【００２８】
まず、温度換算補正を行う演算式について説明する。本実施形態におけるこの演算式は次の数１０に示す式とする。
【数１０】
温度Ｔbbは、赤外線センサ１１の視野に入った赤外線エネルギーの黒体温度換算値を示し、絶対温度で表される。係数Ａは、温度Ｔbbをエネルギー量、あるいは電圧値に換算するための係数であって、シュテファン−ボルツマン定数とエミッション係数とを含む。
【００２９】
さらに、この係数Ａには、アンプ２ａの増幅率等、諸々の条件も含まれる。従って、数１０の第１項は、この温度Ｔbbに対応するエネルギー量、あるいは電圧値を示す。
【００３０】
係数Ｂは、センサ温度Ｔthをエネルギー量、あるいは電圧値に換算するための係数であって、係数Ａと同様に、シュテファン−ボルツマン定数とエミッション係数とを含む。
【００３１】
さらに、係数Ｂには、アンプ２ｂの増幅率等、諸々の条件も含まれる。従って、数１０の第２項は、センサ温度Ｔthに対応するエネルギー量、あるいは電圧値を示す。
【００３２】
尚、オフセット値Ｒ１は、測定対象物の温度Ｔbbと赤外線センサ１１のセンサ温度Ｔthとの差を調整するための値である。
【００３３】
係数Ａ、Ｂに含まれているシュテファン−ボルツマン定数は、測定対象物と赤外線センサ１１とで同じ値である。しかし、エミッション係数は、測定対象物と赤外線センサ１１とで異なる値になる。そこで、この係数Ａ，Ｂは、測定対象物の温度検出の精度を高めるように異なる値に設定され、係数Ａ，Ｂを分離、独立させている。本実施形態で用いられる数１０に示す式は、この点で従来の数１に示す式とは相違する。
【００３４】
尚、係数Ａ，Ｂは、実験に基づいて設定されるものであって、係数Ａ，Ｂの値は、１＜Ｂ／Ａ≦1.5であることが好ましい。メモリ５は、この数１０の式及び各係数の値Ａ，Ｂ，Ｒ1を記憶する。
【００３５】
そして、前述の数８で求められる温度Ｔthを数１０に代入し、数１０を測定対象物の温度Ｔbbを求める式に変形すると、数１１に示す演算式が得られる。
【数１１】
メモリ５は、この数１１の演算式も記憶する。温度演算部４は、この数１１に示す演算式に基づいて、測定対象物の温度Ｔbbを取得し、この温度Ｔbbを示す信号Ｓoutを出力する。
【００３６】
次に実施形態１に係る温度検出装置の動作を説明する。
赤外線センサ１１は、測定対象物から放射された赤外線を検知して、電圧Ｖoを示す信号Ｓ１１を出力する。アンプ２ａは、この信号Ｓ１１を増幅する。Ａ／Ｄ変換器３は、アンプ２ａが増幅した信号をデジタル信号に変換して、変換したデジタル信号を温度演算部４に供給する。
【００３７】
サーミスタ１２ａの抵抗値は、赤外線センサ１１のセンサ温度Ｔthの変化に対応して変化する。これにより、電圧Ｖthも変化する。センサ部１は、電圧Ｖthを示す信号Ｓ１２を出力する。アンプ２ｂは、信号Ｓ１２を増幅する。Ａ／Ｄ変換器３は、アンプ２ｂが増幅した信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を温度演算部４に供給する。
【００３８】
温度演算部４は、Ａ／Ｄ変換器３から供給されたデジタル信号に基づき、数１１に従って、測定対象物の温度Ｔbbを取得する。
【００３９】
ここで、従来の温度換算補正を示す数１を、次の数１２に示すような測定対象物の温度Ｔbbを求める式に変形してみる。
【数１２】
尚、数１１、数１２において、オフセット量を含めて、電圧Ｖoを含む項を第１項、センサ温度Ｔthを含む項を第２項とする。この数１１と数１２とを比較すると、従来の温度補正方式を示す数１２の第２項の係数は１となる。
【００４０】
一方、実施形態１の温度補正方式を示す数１１の第２項の係数はＢ／Ａとなり、この係数Ａ，Ｂは、前述のように異なる値に設定され、Ｂ／Ａは１にはならない。このため、温度演算部４は、係数Ａ，Ｂが分離、独立した数１１に基づいて演算を行うことにより、精度の高い温度Ｔbbを取得することになる。そして、温度演算部４は、この温度Ｔbbを示す信号Ｓoutを出力する。
【００４１】
図３は、温度Ｔbbとセンサ温度Ｔthと出力電圧Ｖoとの関係を、２値補正、３値補正、測定値の場合について比較した図である。
【００４２】
２値補正とは、測定対象物の温度Ｔbbとセンサ温度Ｔthとをセットにして２値、例えば、Ｔbb/Ｔth＝35/25°C，70/25°Cの２値で行う補正をいい、数１に従って行われる従来の補正方式による補正である。
【００４３】
３値補正とは、測定対象物の温度Ｔbbとセンサ温度Ｔthとをセットにして３値、例えば、Ｔbb/Ｔth＝35/0°C，35/50°C，70/25°Cの３値で行う補正をいい、数１１に従って行われる実施形態１の補正である。
【００４４】
この図３から分かるように、３値補正の場合、出力電圧Ｖoは、温度Ｔbbが３５°Ｃ，５０°Ｃ，７０°Ｃのいずれであっても、２値補正の場合と比較して、より測定値に近似していることが分かる。
【００４５】
また、図４は、２値補正の場合のセンサ温度Ｔthと温度Ｔbbに対する温度誤差との関係を示す。この図４に示すように、２値補正の場合、センサ温度Ｔth＜20°Ｃ及びＴth＞40°Ｃにおいて、実測値カーブからの温度誤差が大きくなる。
【００４６】
図５は、３値補正の場合のセンサ温度Ｔthと温度Ｔbbに対する温度誤差との関係を示す。この図５に示すように、３値補正の場合、温度誤差は、広い温度範囲に渡って実測値カーブに対応している。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態によれば、温度演算部４は、異なる値に設定された係数Ａ，Ｂを用いて行われる温度換算補正式を変形した数１１に従って測定対象物の温度Ｔbbを取得するようにした。
【００４８】
従って、係数Ａ，Ｂを、それぞれ、測定対象物、赤外線センサ１１に対応した値に設定することにより、精度良く測定対象物の温度Ｔbbを取得することができる。
【００４９】
（実施形態２）
実施形態２に係る温度検出装置は、数１１に示す式において、サーミスタが検出したセンサ温度の時間変化量に係数を乗算し、この値を、さらに加算することにより、精度よく測定対象物の温度を取得するようにしたものである。
【００５０】
測定対象物の温度に対して、赤外線センサ１１の温度は、設置場所の温度等によって大きく左右され、この影響は、温度換算補正に大きな影響を及ぼす。従って、温度演算部４は、この赤外線センサ１１の温度変化の影響を少なくするため、係数Ｃを設定し、次の数１３に従って、測定対象物の温度Ｔbbを取得する。
【数１３】
【００５１】
具体的に、温度演算部４は、センサ部１から出力された信号Ｓ１２に基づいて温度Ｔthをサンプリングし、この温度Ｔthの４乗値をメモリ５に記憶する。そして、温度演算部４は、次のサンプリングタイミングで温度Ｔthをサンプリングして４乗値を求め、求めた４乗値とメモリ５に記憶した４乗値との差を求めて、数１３の第３項を求める。
【００５２】
そして、温度演算部４は、この数１３により補正した結果の電圧値Ｖoを有する信号Ｓoutを出力する。
【００５３】
このように、実施形態２によれば、赤外線センサ１１の温度が設置場所等によって変化しても、温度演算部４は、この影響が少なくなるようにして精度良く測定対象物の温度Ｔbbを取得することができる。
【００５４】
（実施形態３）
実施形態３に係る温度検出装置は、外囲器内壁の温度を検知する専用の赤外線センサを備え、この赤外線センサの出力電圧に係数を乗算した値を、さらに加算することにより、精度よく測定対象物の温度を取得するようにしたものである。
【００５５】
実施形態３に係る温度検出装置のセンサ部１は、図６に示すように、赤外線センサ１５と、アンプ２ｃと、を備える。赤外線センサ１５は、外囲器１４の内壁の温度を検出する内部温度検出部であって、図７に示すように、外囲器１４の近傍となるように、ＩＣチップ１３上に形成される。
【００５６】
また、外囲器１４には、遮蔽板１６が備えられる。この遮蔽板１６は、外囲器１４の外部からのエネルギーを遮蔽するためのものである。
【００５７】
赤外線センサ１５は、内部温度として、外囲器１４の内壁の温度を検出して、その内壁温度に対応する電圧Ｖorefを有する信号Ｓ１５を出力する。アンプ２ｃは、この赤外線センサ１５が出力した信号Ｓ１５を増幅して、Ａ／Ｄ変換器３に供給する。
【００５８】
温度演算部４は、この赤外線センサ１５が出力した信号Ｓ１５を取得して、次の数１４に従って演算を行い、精度よく測定対象物の温度Ｔbbを取得する。
【数１４】
温度演算部４は、この数１４により補正された温度Ｔbbを示す信号Ｓoutを出力する。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態３によれば、外囲器１４内壁の検知温度に係数Ｄを乗算し、この値も含めて補正を行うようにしたので、精度良く測定対象物の温度Ｔbbを取得することができる。
【００６０】
（実施形態４）
実施形態４に係る温度検出装置は、内部の温度を検出する赤外線センサの出力電圧と、サーミスタが検出したセンサ温度の時間変化量と、をさらに用いて精度よく測定対象物の温度を取得するようにしたものである。
【００６１】
実施形態４に係る温度検出装置は、実施形態３と同様に図６に示す構成を有する。温度演算部４は、次の数１５に従って演算を行い、精度よく測定対象物の温度Ｔbbを取得する。
【数１５】
温度演算部４は、この数１５により補正された温度Ｔbbを示す信号Ｓoutを出力する。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態４によれば、温度演算部４は、外囲器１４内壁の検知温度と、サーミスタ１２ａが検出したセンサ温度Ｔthの時間変化量と、をさらに含めて補正を行うようにした。従って、さらに精度良く測定対象物の温度Ｔbbを取得することができる。
【００６３】
（実施形態５）
実施形態５に係る温度検出装置は、センサ温度を検知するサーミスタの出力信号を、センサ部の熱時定数以下の遅延特性を有するローパスフィルタを介して出力するようにしたものである。
【００６４】
実施形態５に係る温度検出装置は、図８に示すように、アンプ２ｂの出力端とＡ／Ｄ変換器３の入力端との間に、移動平均フィルタ６が介挿される。この移動平均フィルタ６は、ローパスフィルタであって、センサ部１の熱伝導等による温度変動が安定するまでの熱時定数以下の遅延特性を有する。
【００６５】
この移動平均フィルタ６がこのような特性を有することにより、センサ部１における温度が安定するまでの熱時定数で決まる応答時間内で、赤外線センサ１１のセンサ温度Ｔthが変化しても、移動平均フィルタ６は、アンプ２ｂの出力信号の信号レベルを平均化することにより、このセンサ部１の局部における急激な温度変化の影響、及び電気的ノイズを抑制する。
【００６６】
一方、センサ部１の熱時定数で決まる応答時間を越えて、赤外線センサ１１のセンサ温度Ｔthが変化した場合、移動平均フィルタ６を通過した信号は、赤外線センサ１１の温度変化による影響を受けないように補正される。
【００６７】
温度演算部４は、移動平均フィルタ６を介して供給された信号を取得し、数１１、数１３〜数１５のいずれかの式を用いて演算を行い、精度よく測定対象物の温度Ｔbbを取得する。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態５によれば、温度検出装置は、センサ部１の熱時定数以下の遅延特性を有するローパスフィルタとして移動平均フィルタ６を備え、移動平均フィルタ６が、センサ部１の急激な温度変化、及び電気的ノイズを抑制するようにした。
【００６９】
従って、赤外線センサ１１の温度が設置場所等の影響により急激に変化しても、温度検出装置は、この影響を少なくすることができ、さらに精度良く測定対象物の温度Ｔbbを取得することができる。
【００７０】
尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施の形態では、サーミスタ１２ａは、外囲器１４上に形成されるものとした。しかし、赤外線センサ１０１〜１０４との熱的結合をさらに良くするため、ＩＣチップ１３上に形成されるようにしてもよい。
【００７１】
また、温度検出装置は、測定対象物の情報、あるいは、周囲の環境情報に基づいて、係数Ａ，Ｂを設定するように構成されることもできる。
【００７２】
即ち、温度検出装置は、測定対象物を完全黒体として、この測定対象物の温度を検出する。しかし、赤外線の放射量は、測定対象物、その表面状態によって異なってくる。例えば、人が放出する赤外線エネルギーとその他の物体の赤外線エネルギーとでは、異なってくる場合がある。
【００７３】
また、測定対象物が設置されている環境、温度検出装置の設置場所等によっても、赤外線エネルギーは異なる値となる場合がある。
【００７４】
この場合、メモリ５は、測定対象物、環境に基づいて予め設定された複数の係数Ａ，Ｂを記憶するようにする。そして、測定対象物の情報、環境情報を温度演算部４に供給し、温度演算部４が、この情報に基づいて、対応する係数Ａ，Ｂを選択するようにすれば、温度演算部４は、より精度の高い温度Ｔbbを取得することができる。
【００７５】
また、上記実施形態５では、移動平均フィルタ６をアンプ２ｂの出力端とＡ／Ｄ変換器３の入力端との間に介挿するようにした。しかし、図９に示すように、アンプ２ａの出力端とＡ／Ｄ変換器３の入力端との間に、センサ部１の熱時定数以下の遅延特性を有する移動平均フィルタ７を介挿するように構成されてもよい。このようにすれば、赤外線センサ１１の急激な温度変化の影響、及び電気的ノイズを抑制することができる。
【００７６】
さらに、アンプ２ｂの出力端とＡ／Ｄ変換器３の入力端との間に移動平均フィルタ６を介挿し、アンプ２ａの出力端とＡ／Ｄ変換器３の入力端との間に移動平均フィルタ７を介挿するように構成されてもよい。このようにすれば、さらに、センサ部１全体の急激な温度変化の影響、及び電気的ノイズを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施形態１に係る温度検出装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示すセンサ部の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図３】図１に示す温度検出装置の特性として、従来のものと比較して、センサ温度と出力電圧との関係を示す図である。
【図４】従来の温度検出装置のセンサ温度と温度誤差との関係を示す図である。
【図５】図１に示す温度検出装置のセンサ温度と温度誤差との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る温度検出装置の構成を示す図である。
【図７】図６に示すセンサ部の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図８】本発明の実施形態５に係る温度検出装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施形態５に係る温度検出装置の応用例として、センサ部の赤外線センサ側に移動平均フィルタを介挿した場合の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ センサ部
４ 温度演算部
５ メモリ
６，７ 移動平均フィルタ
１１（１０１〜１０４） 赤外線センサ
１５ 赤外線センサ（外囲器内壁温度測定用）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度検出装置及び温度検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、赤外線センサを用いて測定対象物の温度を検出する温度検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる温度センサは、赤外線センサと赤外線センサの温度を測定するサーミスタと、を備え、数１に従って温度換算補正を行うようにしている。
【数１】
尚、数１に示す係数Ｋは、例えば、黒体温度を、それぞれ、３５°Ｃ，４０°Ｃに設定し、赤外線センサ自体のセンサ温度（サーミスタで測定した温度）を３０°Ｃに設定して、黒体のそれぞれのエネルギー量を測定することにより求められた値である。
【特許文献１】特開２００５−５５３２３号公報（第２，３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の温度検出装置では、数１の測定対象物のエネルギー量に関する係数と、赤外線センサのエネルギー量に関する係数と、が同一であるため、温度センサ自体の温度変化の要素に対して、温度補正の精度は良好でなかった。
【０００４】
即ち、係数Ｋを求めるときに設定したセンサ温度３０°Ｃ、４０°Ｃ付近において、数１に示す温度補正式を用いて温度補正を行った場合には、測定対象物の温度誤差は小さい。しかし、このセンサ温度３０°Ｃ、４０°Ｃとは異なった温度で温度補正を行った場合には、測定対象物の温度誤差が±１０°Ｃ程度になってしまう。
【０００５】
また、パッケージ内部の温度分布が不均一の場合、センサ温度が変動すると、温度検出精度が低下してしまう。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、測定対象物の温度を精度良く取得することが可能な温度検出装置及び温度検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る温度検出装置は、
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサ、前記温度センサから、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数２に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えたことを特徴とする。
【数２】
【０００８】
本発明の第２の観点に係る温度検出装置は、
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサ、前記温度センサから、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数３に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えたことを特徴とする。
【数３】
【０００９】
本発明の第３の観点に係る温度検出装置は、
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサを収納する外囲器内の温度を検出する内部温度検出部と、
前記赤外線センサ、前記温度センサ、前記内部温度検出部から、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧、前記内部温度検出部の出力電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数４に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えたことを特徴とする。
【数４】
【００１０】
本発明の第４の観点に係る温度検出装置は、
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサを収納する外囲器内の温度を検出する内部温度検出部と、
前記赤外線センサ、前記温度センサ、前記内部温度検出部から、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧、前記内部温度検出部の出力電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数５に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えたことを特徴とする。
【数５】
【００１１】
前記赤外線センサと前記温度センサとは、センサ部に備えられたものであり、
前記センサ部の熱時定数以下の遅延特性を有し、前記赤外線センサ及び前記温度センサの少なくとも一方の出力端に接続されて、接続されたセンサが出力する電圧を平滑化するローパスフィルタを備えてもよい。
【００１２】
本発明の第５の観点に係る温度検出方法は、
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数２に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第６の観点に係る温度検出方法は、
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数３に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第７の観点に係る温度検出方法は、
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが収納された内部の温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数４に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第８の観点に係る温度検出方法は、
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが収納された内部の温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数５に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
前記測定対象物の温度を取得するステップは、前記赤外線センサの検出信号を、前記赤外線センサが備えられたセンサ部の熱時定数以下の遅延特性で遅延させ、平滑化させてから、前記補正を行うステップであってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、測定対象物の温度を精度良く取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る温度検出装置を図面を参照して説明する。
（実施形態１）
実施形態１に係る温度検出装置の構成を図１に示す。
実施形態１に係る温度検出装置は、センサ部１と、アンプ２ａ，２ｂと、Ａ／Ｄ変換器３と、温度演算部４と、メモリ５と、からなる。
【００１９】
この温度検出装置は、例えば、防災システム等に利用される。この温度検出装置を防災システムに利用した場合、温度検出装置は、火災による火を測定対象物として、この火の温度を検出する。
【００２０】
センサ部１は、赤外線センサ１１と、温度センサ１２ａと、抵抗１２ｂと、からなる。赤外線センサ１１は、測定対象物から放射された赤外線を検知するものであり、測定対象物の温度Ｔbbに対応する電圧Ｖoを示す信号Ｓ１１を出力する。
【００２１】
サーミスタ１２ａは、赤外線センサ１１のセンサ温度Ｔthを検出するためのものであり、その電気抵抗が温度によって変化する。抵抗１２ｂは、プルアップ抵抗であり、その一端が電圧Ｖddの電源に接続される。サーミスタ１２ａの一端は、この抵抗１２ｂの他端に接続され、サーミスタ１２ａの他端は接地される。このサーミスタ１２ａと抵抗１２ｂとの接続点の電圧をＶthとする。電圧Ｖthは、赤外線センサ１１自体のセンサ温度Ｔthに対応する電圧である。
【００２２】
一般にサーミスタの特性は次の数６に示す式によって表される。
【数６】
サーミスタ１２ａを赤外線センサ１１に近接させると、サーミスタ１２ａの温度は、赤外線センサ１１自体のセンサ温度Ｔthとみなすことができ、数６は、数７によって表される。
【数７】
この数７から、数８が得られる。
【数８】
また、電圧Ｖthは、次の数９に従って求められる。
【数９】
この数９において、電圧Ｖthは、赤外線センサ１１自体のセンサ温度Ｔthに対応する。センサ部１は、この電圧Ｖthを示す信号Ｓ１２を出力する。
【００２３】
このセンサ部１の構造を図２に示す。赤外線センサ１１は、赤外線センサ１０１〜１０４からなり、赤外線センサ１０１〜１０４は、ＩＣチップ１３上に形成される。
【００２４】
このＩＣチップ１３は、熱伝導性が良好な金属製の外囲器（パッケージ）１４に収納される。外囲器１４には、赤外線センサ１０１〜１０４が赤外線を受光できるような窓１４ａが形成される。サーミスタ１２ａは、この外囲器１４上であって、赤外線センサ１０１〜１０４との熱的結合を良くするため、赤外線センサ１０１〜１０４の近傍に配置される。
【００２５】
また、図１において、アンプ２ａは、赤外線センサ１１から出力された信号Ｓ１１を増幅するものである。アンプ２ｂは、入力端がサーミスタ１２ａと抵抗１２ｂとの接続点に接続されて、センサ部１から出力された信号Ｓ１２を増幅するものである。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換器３は、アンプ２ａ，２ｂから出力された信号Ｓ１１，Ｓ１２を、それぞれ、デジタル信号に変換するものである。
【００２７】
温度演算部４は、赤外線センサ１１から出力された信号Ｓ１１とサーミスタ１２ａから出力された信号Ｓ１２とを取得して、測定対象物の温度Ｔbbを取得するものである。
【００２８】
まず、温度換算補正を行う演算式について説明する。本実施形態におけるこの演算式は次の数１０に示す式とする。
【数１０】
温度Ｔbbは、赤外線センサ１１の視野に入った赤外線エネルギーの黒体温度換算値を示し、絶対温度で表される。係数Ａは、温度Ｔbbをエネルギー量、あるいは電圧値に換算するための係数であって、シュテファン−ボルツマン定数とエミッション係数とを含む。
【００２９】
さらに、この係数Ａには、アンプ２ａの増幅率等、諸々の条件も含まれる。従って、数１０の第１項は、この温度Ｔbbに対応するエネルギー量、あるいは電圧値を示す。
【００３０】
係数Ｂは、センサ温度Ｔthをエネルギー量、あるいは電圧値に換算するための係数であって、係数Ａと同様に、シュテファン−ボルツマン定数とエミッション係数とを含む。
【００３１】
さらに、係数Ｂには、アンプ２ｂの増幅率等、諸々の条件も含まれる。従って、数１０の第２項は、センサ温度Ｔthに対応するエネルギー量、あるいは電圧値を示す。
【００３２】
尚、オフセット値Ｒ１は、測定対象物の温度Ｔbbと赤外線センサ１１のセンサ温度Ｔthとの差を調整するための値である。
【００３３】
係数Ａ、Ｂに含まれているシュテファン−ボルツマン定数は、測定対象物と赤外線センサ１１とで同じ値である。しかし、エミッション係数は、測定対象物と赤外線センサ１１とで異なる値になる。そこで、この係数Ａ，Ｂは、測定対象物の温度検出の精度を高めるように異なる値に設定され、係数Ａ，Ｂを分離、独立させている。本実施形態で用いられる数１０に示す式は、この点で従来の数１に示す式とは相違する。
【００３４】
尚、係数Ａ，Ｂは、実験に基づいて設定されるものであって、係数Ａ，Ｂの値は、１＜Ｂ／Ａ≦1.5であることが好ましい。メモリ５は、この数１０の式及び各係数の値Ａ，Ｂ，Ｒ1を記憶する。
【００３５】
そして、前述の数８で求められる温度Ｔthを数１０に代入し、数１０を測定対象物の温度Ｔbbを求める式に変形すると、数１１に示す演算式が得られる。
【数１１】
メモリ５は、この数１１の演算式も記憶する。温度演算部４は、この数１１に示す演算式に基づいて、測定対象物の温度Ｔbbを取得し、この温度Ｔbbを示す信号Ｓoutを出力する。
【００３６】
次に実施形態１に係る温度検出装置の動作を説明する。
赤外線センサ１１は、測定対象物から放射された赤外線を検知して、電圧Ｖoを示す信号Ｓ１１を出力する。アンプ２ａは、この信号Ｓ１１を増幅する。Ａ／Ｄ変換器３は、アンプ２ａが増幅した信号をデジタル信号に変換して、変換したデジタル信号を温度演算部４に供給する。
【００３７】
サーミスタ１２ａの抵抗値は、赤外線センサ１１のセンサ温度Ｔthの変化に対応して変化する。これにより、電圧Ｖthも変化する。センサ部１は、電圧Ｖthを示す信号Ｓ１２を出力する。アンプ２ｂは、信号Ｓ１２を増幅する。Ａ／Ｄ変換器３は、アンプ２ｂが増幅した信号をデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を温度演算部４に供給する。
【００３８】
温度演算部４は、Ａ／Ｄ変換器３から供給されたデジタル信号に基づき、数１１に従って、測定対象物の温度Ｔbbを取得する。
【００３９】
ここで、従来の温度換算補正を示す数１を、次の数１２に示すような測定対象物の温度Ｔbbを求める式に変形してみる。
【数１２】
尚、数１１、数１２において、オフセット量を含めて、電圧Ｖoを含む項を第１項、センサ温度Ｔthを含む項を第２項とする。この数１１と数１２とを比較すると、従来の温度補正方式を示す数１２の第２項の係数は１となる。
【００４０】
一方、実施形態１の温度補正方式を示す数１１の第２項の係数はＢ／Ａとなり、この係数Ａ，Ｂは、前述のように異なる値に設定され、Ｂ／Ａは１にはならない。このため、温度演算部４は、係数Ａ，Ｂが分離、独立した数１１に基づいて演算を行うことにより、精度の高い温度Ｔbbを取得することになる。そして、温度演算部４は、この温度Ｔbbを示す信号Ｓoutを出力する。
【００４１】
図３は、温度Ｔbbとセンサ温度Ｔthと出力電圧Ｖoとの関係を、２値補正、３値補正、測定値の場合について比較した図である。
【００４２】
２値補正とは、測定対象物の温度Ｔbbとセンサ温度Ｔthとをセットにして２値、例えば、Ｔbb/Ｔth＝35/25°C，70/25°Cの２値で行う補正をいい、数１に従って行われる従来の補正方式による補正である。
【００４３】
３値補正とは、測定対象物の温度Ｔbbとセンサ温度Ｔthとをセットにして３値、例えば、Ｔbb/Ｔth＝35/0°C，35/50°C，70/25°Cの３値で行う補正をいい、数１１に従って行われる実施形態１の補正である。
【００４４】
この図３から分かるように、３値補正の場合、出力電圧Ｖoは、温度Ｔbbが３５°Ｃ，５０°Ｃ，７０°Ｃのいずれであっても、２値補正の場合と比較して、より測定値に近似していることが分かる。
【００４５】
また、図４は、２値補正の場合のセンサ温度Ｔthと温度Ｔbbに対する温度誤差との関係を示す。この図４に示すように、２値補正の場合、センサ温度Ｔth＜20°Ｃ及びＴth＞40°Ｃにおいて、実測値カーブからの温度誤差が大きくなる。
【００４６】
図５は、３値補正の場合のセンサ温度Ｔthと温度Ｔbbに対する温度誤差との関係を示す。この図５に示すように、３値補正の場合、温度誤差は、広い温度範囲に渡って実測値カーブに対応している。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態によれば、温度演算部４は、異なる値に設定された係数Ａ，Ｂを用いて行われる温度換算補正式を変形した数１１に従って測定対象物の温度Ｔbbを取得するようにした。
【００４８】
従って、係数Ａ，Ｂを、それぞれ、測定対象物、赤外線センサ１１に対応した値に設定することにより、精度良く測定対象物の温度Ｔbbを取得することができる。
【００４９】
（実施形態２）
実施形態２に係る温度検出装置は、数１１に示す式において、サーミスタが検出したセンサ温度の時間変化量に係数を乗算し、この値を、さらに加算することにより、精度よく測定対象物の温度を取得するようにしたものである。
【００５０】
測定対象物の温度に対して、赤外線センサ１１の温度は、設置場所の温度等によって大きく左右され、この影響は、温度換算補正に大きな影響を及ぼす。従って、温度演算部４は、この赤外線センサ１１の温度変化の影響を少なくするため、係数Ｃを設定し、次の数１３に従って、測定対象物の温度Ｔbbを取得する。
【数１３】
【００５１】
具体的に、温度演算部４は、センサ部１から出力された信号Ｓ１２に基づいて温度Ｔthをサンプリングし、この温度Ｔthの４乗値をメモリ５に記憶する。そして、温度演算部４は、次のサンプリングタイミングで温度Ｔthをサンプリングして４乗値を求め、求めた４乗値とメモリ５に記憶した４乗値との差を求めて、数１３の第３項を求める。
【００５２】
そして、温度演算部４は、この数１３により補正した結果の電圧値Ｖoを有する信号Ｓoutを出力する。
【００５３】
このように、実施形態２によれば、赤外線センサ１１の温度が設置場所等によって変化しても、温度演算部４は、この影響が少なくなるようにして精度良く測定対象物の温度Ｔbbを取得することができる。
【００５４】
（実施形態３）
実施形態３に係る温度検出装置は、外囲器内壁の温度を検知する専用の赤外線センサを備え、この赤外線センサの出力電圧に係数を乗算した値を、さらに加算することにより、精度よく測定対象物の温度を取得するようにしたものである。
【００５５】
実施形態３に係る温度検出装置のセンサ部１は、図６に示すように、赤外線センサ１５と、アンプ２ｃと、を備える。赤外線センサ１５は、外囲器１４の内壁の温度を検出する内部温度検出部であって、図７に示すように、外囲器１４の近傍となるように、ＩＣチップ１３上に形成される。
【００５６】
また、外囲器１４には、遮蔽板１６が備えられる。この遮蔽板１６は、外囲器１４の外部からのエネルギーを遮蔽するためのものである。
【００５７】
赤外線センサ１５は、内部温度として、外囲器１４の内壁の温度を検出して、その内壁温度に対応する電圧Ｖorefを有する信号Ｓ１５を出力する。アンプ２ｃは、この赤外線センサ１５が出力した信号Ｓ１５を増幅して、Ａ／Ｄ変換器３に供給する。
【００５８】
温度演算部４は、この赤外線センサ１５が出力した信号Ｓ１５を取得して、次の数１４に従って演算を行い、精度よく測定対象物の温度Ｔbbを取得する。
【数１４】
温度演算部４は、この数１４により補正された温度Ｔbbを示す信号Ｓoutを出力する。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態３によれば、外囲器１４内壁の検知温度に係数Ｄを乗算し、この値も含めて補正を行うようにしたので、精度良く測定対象物の温度Ｔbbを取得することができる。
【００６０】
（実施形態４）
実施形態４に係る温度検出装置は、内部の温度を検出する赤外線センサの出力電圧と、サーミスタが検出したセンサ温度の時間変化量と、をさらに用いて精度よく測定対象物の温度を取得するようにしたものである。
【００６１】
実施形態４に係る温度検出装置は、実施形態３と同様に図６に示す構成を有する。温度演算部４は、次の数１５に従って演算を行い、精度よく測定対象物の温度Ｔbbを取得する。
【数１５】
温度演算部４は、この数１５により補正された温度Ｔbbを示す信号Ｓoutを出力する。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態４によれば、温度演算部４は、外囲器１４内壁の検知温度と、サーミスタ１２ａが検出したセンサ温度Ｔthの時間変化量と、をさらに含めて補正を行うようにした。従って、さらに精度良く測定対象物の温度Ｔbbを取得することができる。
【００６３】
（実施形態５）
実施形態５に係る温度検出装置は、センサ温度を検知するサーミスタの出力信号を、センサ部の熱時定数以下の遅延特性を有するローパスフィルタを介して出力するようにしたものである。
【００６４】
実施形態５に係る温度検出装置は、図８に示すように、アンプ２ｂの出力端とＡ／Ｄ変換器３の入力端との間に、移動平均フィルタ６が介挿される。この移動平均フィルタ６は、ローパスフィルタであって、センサ部１の熱伝導等による温度変動が安定するまでの熱時定数以下の遅延特性を有する。
【００６５】
この移動平均フィルタ６がこのような特性を有することにより、センサ部１における温度が安定するまでの熱時定数で決まる応答時間内で、赤外線センサ１１のセンサ温度Ｔthが変化しても、移動平均フィルタ６は、アンプ２ｂの出力信号の信号レベルを平均化することにより、このセンサ部１の局部における急激な温度変化の影響、及び電気的ノイズを抑制する。
【００６６】
一方、センサ部１の熱時定数で決まる応答時間を越えて、赤外線センサ１１のセンサ温度Ｔthが変化した場合、移動平均フィルタ６を通過した信号は、赤外線センサ１１の温度変化による影響を受けないように補正される。
【００６７】
温度演算部４は、移動平均フィルタ６を介して供給された信号を取得し、数１１、数１３〜数１５のいずれかの式を用いて演算を行い、精度よく測定対象物の温度Ｔbbを取得する。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態５によれば、温度検出装置は、センサ部１の熱時定数以下の遅延特性を有するローパスフィルタとして移動平均フィルタ６を備え、移動平均フィルタ６が、センサ部１の急激な温度変化、及び電気的ノイズを抑制するようにした。
【００６９】
従って、赤外線センサ１１の温度が設置場所等の影響により急激に変化しても、温度検出装置は、この影響を少なくすることができ、さらに精度良く測定対象物の温度Ｔbbを取得することができる。
【００７０】
尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施の形態では、サーミスタ１２ａは、外囲器１４上に形成されるものとした。しかし、赤外線センサ１０１〜１０４との熱的結合をさらに良くするため、ＩＣチップ１３上に形成されるようにしてもよい。
【００７１】
また、温度検出装置は、測定対象物の情報、あるいは、周囲の環境情報に基づいて、係数Ａ，Ｂを設定するように構成されることもできる。
【００７２】
即ち、温度検出装置は、測定対象物を完全黒体として、この測定対象物の温度を検出する。しかし、赤外線の放射量は、測定対象物、その表面状態によって異なってくる。例えば、人が放出する赤外線エネルギーとその他の物体の赤外線エネルギーとでは、異なってくる場合がある。
【００７３】
また、測定対象物が設置されている環境、温度検出装置の設置場所等によっても、赤外線エネルギーは異なる値となる場合がある。
【００７４】
この場合、メモリ５は、測定対象物、環境に基づいて予め設定された複数の係数Ａ，Ｂを記憶するようにする。そして、測定対象物の情報、環境情報を温度演算部４に供給し、温度演算部４が、この情報に基づいて、対応する係数Ａ，Ｂを選択するようにすれば、温度演算部４は、より精度の高い温度Ｔbbを取得することができる。
【００７５】
また、上記実施形態５では、移動平均フィルタ６をアンプ２ｂの出力端とＡ／Ｄ変換器３の入力端との間に介挿するようにした。しかし、図９に示すように、アンプ２ａの出力端とＡ／Ｄ変換器３の入力端との間に、センサ部１の熱時定数以下の遅延特性を有する移動平均フィルタ７を介挿するように構成されてもよい。このようにすれば、赤外線センサ１１の急激な温度変化の影響、及び電気的ノイズを抑制することができる。
【００７６】
さらに、アンプ２ｂの出力端とＡ／Ｄ変換器３の入力端との間に移動平均フィルタ６を介挿し、アンプ２ａの出力端とＡ／Ｄ変換器３の入力端との間に移動平均フィルタ７を介挿するように構成されてもよい。このようにすれば、さらに、センサ部１全体の急激な温度変化の影響、及び電気的ノイズを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施形態１に係る温度検出装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示すセンサ部の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図３】図１に示す温度検出装置の特性として、従来のものと比較して、センサ温度と出力電圧との関係を示す図である。
【図４】従来の温度検出装置のセンサ温度と温度誤差との関係を示す図である。
【図５】図１に示す温度検出装置のセンサ温度と温度誤差との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る温度検出装置の構成を示す図である。
【図７】図６に示すセンサ部の構成を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図８】本発明の実施形態５に係る温度検出装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施形態５に係る温度検出装置の応用例として、センサ部の赤外線センサ側に移動平均フィルタを介挿した場合の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
１ センサ部
４ 温度演算部
５ メモリ
６，７ 移動平均フィルタ
１１（１０１〜１０４） 赤外線センサ
１５ 赤外線センサ（外囲器内壁温度測定用）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサ、前記温度センサから、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数１に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えた、
ことを特徴とする温度検出装置。
【数１】
【請求項２】
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサ、前記温度センサから、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数２に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えた、
ことを特徴とする温度検出装置。
【数２】
【請求項３】
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサを収納する外囲器内の温度を検出する内部温度検出部と、
前記赤外線センサ、前記温度センサ、前記内部温度検出部から、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧、前記内部温度検出部の出力電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数３に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えた、
ことを特徴とする温度検出装置。
【数３】
【請求項４】
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサを収納する外囲器内の温度を検出する内部温度検出部と、
前記赤外線センサ、前記温度センサ、前記内部温度検出部から、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧、前記内部温度検出部の出力電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数４に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えた、
ことを特徴とする温度検出装置。
【数４】
【請求項５】
前記赤外線センサと前記温度センサとは、センサ部に備えられたものであり、
前記センサ部の熱時定数以下の遅延特性を有し、前記赤外線センサ及び前記温度センサの少なくとも一方の出力端に接続されて、接続されたセンサが出力する電圧を平滑化するローパスフィルタを備えた、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の温度検出装置。
【請求項６】
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数１に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えた、
ことを特徴とする温度検出方法。
【請求項７】
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数２に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えた、
ことを特徴とする温度検出方法。
【請求項８】
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが収納された内部の温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数３に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えた、
ことを特徴とする温度検出方法。
【請求項９】
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが収納された内部の温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数４に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えた、
ことを特徴とする温度検出方法。
【請求項１０】
前記測定対象物の温度を取得するステップは、前記赤外線センサの検出信号を、前記赤外線センサが備えられたセンサ部の熱時定数以下の遅延特性で遅延させ、平滑化させてから、前記補正を行うステップである、
ことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の温度検出方法。
【請求項１】
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサ、前記温度センサから、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数１に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えた、
ことを特徴とする温度検出装置。
【数１】
【請求項２】
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサ、前記温度センサから、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数２に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えた、
ことを特徴とする温度検出装置。
【数２】
【請求項３】
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサを収納する外囲器内の温度を検出する内部温度検出部と、
前記赤外線センサ、前記温度センサ、前記内部温度検出部から、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧、前記内部温度検出部の出力電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数３に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えた、
ことを特徴とする温度検出装置。
【数３】
【請求項４】
測定対象物が発する赤外線を検知して前記測定対象物の温度に対応する第１の電圧を出力する赤外線センサと、
前記赤外線センサのセンサ温度を検出し、前記センサ温度に対応する第２の電圧を出力する温度センサと、
前記赤外線センサを収納する外囲器内の温度を検出する内部温度検出部と、
前記赤外線センサ、前記温度センサ、前記内部温度検出部から、それぞれ、出力された前記第１の電圧、前記第２の電圧、前記内部温度検出部の出力電圧を取得し、前記測定対象物の温度を前記第１の電圧に換算するための係数を第１の係数、前記センサ温度を前記第２の電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数４に従って、前記測定対象物の温度を取得する温度演算部と、を備えた、
ことを特徴とする温度検出装置。
【数４】
【請求項５】
前記赤外線センサと前記温度センサとは、センサ部に備えられたものであり、
前記センサ部の熱時定数以下の遅延特性を有し、前記赤外線センサ及び前記温度センサの少なくとも一方の出力端に接続されて、接続されたセンサが出力する電圧を平滑化するローパスフィルタを備えた、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の温度検出装置。
【請求項６】
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数１に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えた、
ことを特徴とする温度検出方法。
【請求項７】
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数２に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えた、
ことを特徴とする温度検出方法。
【請求項８】
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが収納された内部の温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数３に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えた、
ことを特徴とする温度検出方法。
【請求項９】
測定対象物が発する赤外線を検知する赤外線センサを備えて温度を検出する温度検出方法であって、
前記赤外線センサの温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが収納された内部の温度を検出するステップと、
前記赤外線センサが前記測定対象物の赤外線を検知したときの前記測定対象物の温度を電圧に換算するための係数を第１の係数、前記赤外線センサのセンサ温度を電圧に換算するための係数を第２の係数として、前記第１の係数と前記第２の係数とが異なる値に設定され、数４に従って、前記測定対象物の温度を取得するステップと、を備えた、
ことを特徴とする温度検出方法。
【請求項１０】
前記測定対象物の温度を取得するステップは、前記赤外線センサの検出信号を、前記赤外線センサが備えられたセンサ部の熱時定数以下の遅延特性で遅延させ、平滑化させてから、前記補正を行うステップである、
ことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の温度検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１９８７４５（Ｐ２００７−１９８７４５Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４１２３（Ｐ２００６−１４１２３）
【出願日】平成１８年１月２３日（２００６．１．２３）
【出願人】（３９０００９６６７）セイコーＮＰＣ株式会社 (161)
【出願人】（５００３０２５５２）株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペース (298)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２３日（２００６．１．２３）
【出願人】（３９０００９６６７）セイコーＮＰＣ株式会社 (161)
【出願人】（５００３０２５５２）株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペース (298)
【Ｆターム（参考）】
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