赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置
【課題】実装形態や実装ばらつき等の要因で変化する赤外線センサの出力特性のばらつきや環境温度の測定誤差に起因する測定温度の誤差を低減して高精度に測定温度を定量すること。
【解決手段】測定対象物１０から放射される赤外線を検出する赤外線センサ部２と、この赤外線センサ部２の環境温度を測定する環境温度測定部３とを有する赤外線センサ装置１における赤外線センサ部２から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する。環境温度測定部３から得られる環境温度に、この環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度を得る環境温度オフセット補正工程と、この補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ信号を補正する信号補正工程とを有する。
【解決手段】測定対象物１０から放射される赤外線を検出する赤外線センサ部２と、この赤外線センサ部２の環境温度を測定する環境温度測定部３とを有する赤外線センサ装置１における赤外線センサ部２から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する。環境温度測定部３から得られる環境温度に、この環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度を得る環境温度オフセット補正工程と、この補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ信号を補正する信号補正工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置に関し、より詳細には、主としてフォトダイオードやサーモパイルなどの赤外線センサから得られる赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー化や環境センサの観点から、赤外線センサが注目されている。人体が発する赤外線を検知する人感センサは、照明やエアコンなどに搭載され、省エネルギー化に貢献している。また、赤外線センサは、測定対象物から入射する赤外線のエネルギー量を定量して温度を検出する非接触式温度計としても期待されている。
【０００３】
赤外線センサは、その動作原理から熱型センサと量子型センサに分けられる。熱型センサは、赤外線エネルギーを吸収面で熱エネルギーに変換して、その温度変化を電気信号として検出する。したがって、対象物温度をＴOBJ［Ｋ］、センサの置かれた環境温度をＴAMB［Ｋ］とすると、ステファン−ボルツマンの４乗則に基づいて、出力信号は（ＴOBJ4−ＴAMB4）に比例することが知られている。
【０００４】
また、赤外線センサを用いて赤外線エネルギー量から測定温度を定量する場合、赤外線センサから得られる信号を測定時の赤外線センサ周囲の環境温度に応じて補正する種々の温度補正を含む温度算出方法が知られている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、サーモパイルの出力が環境温度変化に対して一定になるように、出力ゲインの設定と、環境温度変化による出力オフセットに対して逆特性を出力する補正出力手段とを有する温度測定装置（特許文献１においては「非接触温度検知装置」と称される）が開示されている。この温度検知装置は、アナログ回路で構成されており、サーモパイル出力に対してＴAMB4を相殺させるアナログ信号を加えて、環境温度変化にかかわらず対象物の温度に対して一定の出力が得られるような工夫がなされている。
【０００６】
また、例えば、特許文献２には、環境温度の変化による測定誤差を補正して常に正確な被測定対象の温度情報が得られるように、被測定対象から放射されている赤外線エネルギーを検出して第１の温度情報を出力する第１の温度センサ（サーモパイル）と、この第１の温度センサの近傍に配置され前記第１の温度センサから放射されている赤外線エネルギーを検出して第２の温度情報を出力する第２の温度センサ（サーモパイル）と、この第２の温度センサの近傍に配置され周囲温度を検出して第３の温度情報を出力する第３の温度センサ（特許文献２の実施例においてはサーミスタ）とを有する放射温度計が開示されている。
【０００７】
また、例えば、特許文献３には、レンズの温度変化によるレンズと赤外線センサとの間の放射エネルギーの授受に起因する測定誤差を補正するように、前記レンズの温度を測温するレンズ測温手段と、前記赤外線センサの温度を測温するセンサ測温手段とを有する赤外線放射温度計が開示されている。
【０００８】
また、例えば、特許文献４には、放射温度計の鏡筒部の温度変化による影響を応答性よく補償するように、赤外線検出素子（サーモパイル）を複数個用いて前記鏡筒部の赤外線放射量を検出して、鏡筒部の温度変化による影響を補正するように構成された放射温度計が開示されている。
【０００９】
以上のように、赤外線エネルギーを電気信号に変換して検出する赤外線センサを利用した温度測定装置においては、環境温度変化の影響を補正することで対象物温度が求められる。また、環境温度変化の影響の補正を精度良く行うために、赤外線センサの環境温度を精度良く測定するための工夫や、赤外線センサ周辺の構成部品の温度を測定するための工夫がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−４２８４９号公報
【特許文献２】特開平７−２８０６５０公報
【特許文献３】特開平８−２７８２０３公報
【特許文献４】特開２００７−２４８２０１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、赤外線センサを機器に組み込んで非接触温度計あるいは人感センサとして使用する場合、赤外線センサ周辺に設置された周辺デバイスの発熱により、赤外線センサと、この赤外線センサ周辺の構成部品とに温度分布が生じると、環境温度の測定精度が低下し、また、温度分布に起因する放射エネルギーの授受によって赤外線センサの出力特性が変化するため、測定対象物の温度を高精度で定量することが困難であるという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、実装形態や実装ばらつき等の要因で変化する赤外線センサの出力特性のばらつきや、環境温度の測定誤差に起因する測定温度の誤差を低減し、高精度に測定温度を定量することが可能な赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度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】
【００１３】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを有する赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する赤外線センサ信号の補正方法において、前記環境温度測定部から得られる環境温度に、該環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度を得る環境温度オフセット補正工程と、前記補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ信号を補正する信号補正工程とを有することを特徴とする。（図１，実施形態１）
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記信号補正工程が、前記赤外線センサ信号に前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量が、前記補正環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表されることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記信号補正工程が、前記補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２又は３に記載の発明において、前記赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記補正係数は、前記赤外線センサ装置を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程を有し、前記信号補正工程が、前記補正環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する工程であることを特徴とする。（図４，実施形態４）
【００１９】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記赤外線センサ部が、前記環境温度測定部の機能を有することを特徴とする。（図５，実施形態５）
【００２０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記第１補正工程と前記第２補正工程との順番を入れ替えて補正処理することを特徴とする。（図６，実施形態６）
【００２１】
また、請求項９に記載の発明は、測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを有する赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する赤外線センサ信号の補正方法において、前記赤外線センサ信号に赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程と、前記環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する信号補正工程とを有することを特徴とする。（図２及び図３，実施形態２及び３）
【００２２】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記信号補正工程が、前記赤外線センサ信号に前記環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、前記環境温度に基づいたオフセット補正量が、前記環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表されることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の発明において、前記信号補正工程が、前記環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項９，１０又は１１に記載の発明において、前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記補正係数は、前記赤外線センサ装置を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数であることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１乃至１３のいずれかに記載の赤外線センサ信号の補正方法によって得られた信号に基づいて測定温度を導出する温度換算工程を有することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１５に記載の発明は、測定対象物（１０）から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部（２）と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部（３）とを備えた赤外線センサ装置（１）における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する温度測定装置（１２）において、前記環境温度測定部から得られる環境温度に、該環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度とする環境温度オフセット補正部（１３）と、前記補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号を補正する信号補正部（１６，１７）と、該信号補正部の出力から測定温度を換算する温度換算部（１８）とを備えていることを特徴とする。（図７，実施形態７）
【００２８】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の発明において、前記信号補正部が、前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正部（１６）と、前記補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正部（１７）とを備えていることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１５又は１６に記載の発明において、前記赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号とする赤外線センサ信号オフセット補正部（１４）を更に備えていることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１５，１６又は１７に記載の発明において、前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正部（１５）を更に備えていることを特徴とする。
【００３１】
また、請求項１９に記載の発明は、測定対象物（１０）から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部（２）と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部（３）とを備えた赤外線センサ装置（１）における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する温度測定装置（１２）において、前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号とする赤外線センサ信号オフセット補正部（１４）と、前記環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する信号補正部（１６，１７）と、該信号補正部の出力から測定温度を換算する温度換算部（１８）とを備えていることを特徴とする。
【００３２】
また、請求項２０に記載の発明は、請求項１９に記載の発明において、前記信号補正部が、前記環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正部（１６）と、前記環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正部（１７）とを備えていることを特徴とする。
【００３３】
また、請求項２１に記載の発明は、請求項１９又は２０に記載の発明において、前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正部（１５）を更に備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、赤外線センサ装置毎の補正データを用いた赤外線センサ信号の補正工程を有するので、実装形態や実装ばらつきによる赤外線センサの出力特性のばらつきや環境温度の測定誤差に起因する測定温度の誤差を低減し、赤外線センサ信号から高精度に測定温度を定量することが可能な赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態１に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。
【図３】本発明の実施形態３に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。
【図４】本発明の実施形態４に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。
【図５】本発明の実施形態５に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。
【図６】本発明の実施形態６に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。
【図７】本発明の実施形態７に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。
【図８】実施例１における環境温度ＴAMBと、赤外線センサ信号ＳIRとの関係を示す図である。
【図９】実施例２における補正環境温度ＴAMB’と、赤外線センサ信号ＳIRとの関係を示す図である。
【図１０】実施例３における環境温度ＴAMBと、補正赤外線センサ信号ＳIR’との関係を示す図である。
【図１１】実施例４における補正環境温度ＴAMB’と、補正赤外線センサ信号ＳIR’との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。図中符号１は赤外線センサ装置、２は赤外線センサ部、３は環境温度測定部、４は視野角制限体、５はプリント基板、６は窓材、１０は測定対象物を示している。
【００３７】
図１に示すように、本実施形態１における赤外線センサ装置１は、プリント基板５上に実装された赤外線センサ部２と環境温度測定部３と視野角制限体４とを備えている。赤外線センサ部２は、多層の半導体膜を有するフォトダイオードであり、測定対象物１０から放射される赤外線を吸収して電気信号を生成し、この電気信号に基づく赤外線センサ信号ＳIRを出力する。
【００３８】
赤外線センサ部２は、赤外線を吸収して電気信号に変換するセンサであれば特に制限されず、例えば、フォトダイオードやフォトコンダクタなど、光電変換によって信号を出力する「量子型センサ」や、サーモパイルや焦電型センサなど、赤外線吸収による温度変化を電気信号に変換する「熱型センサ」を用いることができる。
【００３９】
また、環境温度測定部３は、赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBを測定することが可能なものであれば特に制限されず、例えば、温度に応じて抵抗値が変化する白金抵抗体，サーミスタ，バンドギャップ回路を有する温度センサなどを用いることができる。また、視野角制限体４は、赤外線センサ装置１の視野角を制限し、視野角θを決める部材である。
【００４０】
また、窓材６は、少なくとも赤外線センサ部２が受光したときに赤外線センサ信号を出力する波長の赤外線を透過するものであれば特に制限されず、例えば、Ｓｉ板，Ｇｅ板，サファイア板，ポリエチレン板，カルコゲナイドガラス板などの板材，又はＳｉ，Ｇｅ，サファイアなどの基板上に薄膜を積層した光学フィルタなどが挙げられる。また、赤外線を集光する光学レンズも用いることが可能である。
【００４１】
本実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法は、測定対象物１０から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部２と、この赤外線センサ部２の環境温度を測定する環境温度測定部３とを有する赤外線センサ装置１における赤外線センサ部２から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量するものである。
【００４２】
また、環境温度測定部３から得られる環境温度に、この環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度を得る環境温度オフセット補正工程と、この補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ信号を補正する信号補正工程とを有している。
【００４３】
また、信号補正工程は、赤外線センサ信号に、補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、補正環境温度に基づいたオフセット補正量は、補正環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表される。
【００４４】
また、信号補正工程は、補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有している。また、赤外線センサ信号に赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有している。この補正係数は、赤外線センサ装置１を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数である。
【００４５】
つまり、本実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法では、環境温度測定部３から得られる環境温度ＴAMBに、環境温度オフセット補正量ＴOFFSETを加算又は減算し、補正環境温度ＴAMB’を得る環境温度オフセット補正工程を有している。
【００４６】
また、最終的な出力温度ＴOUTをより精度良く算出する観点から、本実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法では、赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRに補正係数Ｃを乗算し、第３補正信号Ｓ3を得る、第３補正工程を有している。
【００４７】
また、実施形態１の赤外線センサ信号ＳIRの補正方法では、補正環境温度に基づき赤外線センサ信号を補正する信号補正工程として、この第３補正信号Ｓ3に対して、補正環境温度ＴAMB’に基づいたオフセット補正量Ａを加算又は減算する第１補正工程と、第１補正工程の後に、補正環境温度ＴAMB’に基づいた補正係数Ｂを乗算する第２補正工程とを有している。
【００４８】
本実施形態1におけるオフセット補正量Ａとしては、補正環境温度に基づいた補正量であり、最終的な測定温度の精度を向上させるものであれば特に制限されないが、赤外線センサ部２が熱型センサである場合は、上述したステファン−ボルツマンの４乗則に基づいた補正式に補正環境温度ＴAMB’を適用することが好ましく、赤外線センサ部２が量子型センサである場合は、補正環境温度ＴAMB’の３次及び／又は２次の項を含む関数で表される補正量を適用することが好ましい。
【００４９】
以下、上述した本実施形態１の各工程および各信号について更に詳細に説明する。
本実施形態１における赤外線センサ装置１は、温度ＴOBJの測定対象物１０から放射される赤外線が、赤外線センサ部２に到達すると、この赤外線センサ部２が受ける赤外線エネルギー量に対応した赤外線センサ信号ＳIRを赤外線センサ部２から電流値または電圧値として出力するものである。赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBは、環境温度測定部３によって得られる。
【００５０】
赤外線センサ信号は、測定対象物から放射される赤外線が赤外線センサ部２に到達することで得られる電気信号に基づいたものであれば特に制限されず、電気信号をオペアンプ等で増幅した信号であっても良いし、所定の演算を行った信号であっても良い。また、電気信号として電流信号が得られる場合は、この電流信号を電流−電圧変換した後の電圧信号であっても良いし、この電圧信号を増幅した信号であっても良い。
【００５１】
本実施形態１においては、赤外線センサ部２からの電流信号に対して赤外線センサ装置固有の補正係数Ｃを乗算する第３補正工程を適用し、第３補正信号Ｓ3を得て、この第３補正信号Ｓ3を赤外線センサ信号として扱っている。
【００５２】
本実施形態１では、環境温度オフセット補正工程において、この環境温度ＴAMBに対して環境温度のオフセット補正量ＴOFFSETを加算又は減算する環境温度オフセット補正工程を適用して、補正環境温度ＴAMB’を得ている。
【００５３】
環境温度オフセット補正工程は、赤外線センサ装置１内の温度分布や環境温度測定部３の性能ばらつきなどに起因する、赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBの測定精度の低下による、測定対象物の温度測定精度の低下を軽減するための工程である。
【００５４】
環境温度オフセット補正量ＴOFFSETは、赤外線センサ装置１を用いて、放射率ε＝１の物体を測定対象物として、測定対象物から放射される赤外線を検出する際に、測定対象物温度ＴOBJと赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBとが同一温度になる場合（ＴOBJ＝ＴAMB）において、赤外線センサ信号ＳIRがゼロになるという理論に基づき、ＳIR＝０において、ＴOBJ≠ＴAMBの関係にあるＴAMBをＴOBJに近づけるための補正量である。
【００５５】
環境温度オフセット補正量ＴOFFSETを求める具体的な方法としては、例えば、一定温度の放射率ε≒１の物体を測定対象物として、ＳIR＝０近傍におけるデータ群（ＴAMB，ＳIR）を取得し、このデータ群（ＴAMB，ＳIR）をフィッティングして得られる関数に対して、ＳIR＝０を代入して得られるＴAMBの値とＴOBJとの差分を、環境温度オフセット補正量ＴOFFSETとする方法が挙げられ、後述する実施例１ではこれを採用している。この場合、補正環境温度ＴAMB’＝ＴAMB−ＴOFFSETとなる。
【００５６】
なお、環境温度オフセット補正工程は、環境温度ＴAMBの測定精度低下の影響を軽減するのみならず、赤外線センサ信号ＳIRのばらつきに起因する測定対象物の温度測定精度の低下を軽減することにも効果的である。
【００５７】
なお、最終的な出力温度ＴOUTをより精度良く算出する観点から、本実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法では、赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ装置固有の補正係数Ｃを乗算し、第３補正信号Ｓ3を得る第３補正工程を有している。第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3に対して後述の信号補正工程を適用すればよい。第３補正工程を有さない場合は、赤外線センサ信号ＳIRに信号補正工程を適用すればよい。以下の説明では便宜上、信号補正工程は、赤外線センサ信号ＳIRに対して適用しているが、第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3に対して信号補正工程を適用するものと読み替える。
【００５８】
補正環境温度ＴAMB’に基づいて、信号補正工程において赤外線センサ信号ＳIRの補正を行う。信号補正工程としては、補正環境温度に基づき、赤外線センサ信号を補正する工程であれば特に制限されない。すなわち、本実施形態１では信号補正工程として、補正環境温度ＴAMB’より求まるオフセット補正量Ａを加算又は減算する第１補正工程、および、補正環境温度ＴAMB’より求まる補正係数Ｂを乗算する第２補正工程を有しているが、本発明はこれに限定されない。
【００５９】
第１補正工程において、赤外線センサ信号ＳIRに対して補正環境温度ＴAMB’より求まるオフセット補正量Ａを加算又は減算する第１補正工程を適用すると、第１補正信号Ｓ1が得られる。
【００６０】
このオフセット補正量Ａとは、補正環境温度ＴAMB’の関数により定まる補正量であり、赤外線センサ信号ＳIRに対して加算又は減算される。
【００６１】
本実施形態１の赤外線センサ信号ＳIRの補正方法では、オフセット補正量Ａは、補正環境温度ＴAMB’の３次及び／又は２次の項を含む関数で表される補正量を適用している。例えば、下記式（１）に示すような、補正環境温度ＴAMB’のｎ次の関数で表され、３次の項の係数が０で無い（ａ3≠０）及び／又は２次の項の係数が０で無い（ａ2≠０）関数で表される補正量である。
Ａ＝ａn×ＴAMB’n＋ａn-1×ＴAMB’(n-1)＋・・・＋ａ3×ＴAMB’3＋ａ2×ＴAMB’2＋ａ1×ＴAMB’＋ａ0 ・・・（１）
この補正方法をプログラミングしてマイコンなどで計算処理する場合、高次の関数を用いると計算処理には時間がかかってしまい、効率的に動作させることが難しいという観点から、なるべく低次の関数であることが好ましい。例えば、−３０℃≦ＴAMB’≦６０℃であれば、３次関数を用いることが、温度補正の精度を高める観点からより好ましい。
【００６２】
オフセット補正量Ａは、例えば、一定温度の測定対象物を複数の異なる環境温度で測定したときの赤外線センサ信号を得て、横軸に環境温度ＴAMB、縦軸に赤外線センサ信号をプロッティングし、環境温度ＴAMBの関数でフィッティングすることで得られる関数によって、各環境温度におけるオフセット補正量Ａを定めることが可能である。一定温度の測定対象物としては、特に制限されないが、正確な温度制御が可能な黒体炉が好適に用いられる。
【００６３】
オフセット補正量Ａは、その導出において環境温度ＴAMBの関数として定められるが、本実施形態１においては、環境温度ＴAMBの代わりに補正環境温度ＴAMB’を用いてオフセット補正量Ａを算出することで、測定対象物の温度測定精度が向上する。
【００６４】
補正環境温度ＴAMB’より求まる補正係数Ｂを乗算する第２補正工程を適用すると、環境温度ＴAMBに対して略一定の第２補正信号Ｓ2が得られる。第２補正工程より前に第１補正工程を有する場合には、第１補正信号Ｓ1に対して第２補正工程を適用すればよく、第２補正工程より前に第１補正工程を有さない場合は赤外線センサ信号ＳIRに対して第２補正工程を適用すればよい。また、補正係数Ｂは、単位を持たない係数である。
【００６５】
本実施形態１では、赤外線センサ信号ＳIRに対してオフセット補正量Ａが加算又は減算された後の信号に対して補正係数Ｂを乗算している。
【００６６】
補正係数Ｂは、測定対象物の温度と第２補正信号Ｓ2の関係における環境温度に対する誤差が小さくなるようなものを赤外線センサ装置の様態に応じて適宜定めればよく、例えば、第１の一定温度ＴOBJ1の測定対象物を複数の異なる環境温度で測定したときの赤外線センサ信号ＳIRC1と、第２の一定温度ＴOBJ2の測定対象物を複数の異なる環境温度で測定したときの赤外線センサ信号ＳIRC2と、を求めた後に、下記式（２）によって求まる、赤外線センサ信号と測定対象物温度との傾きβを各環境温度に対して算出して、この傾きβを所定の値にするための係数を、補正係数Ｂとして採用することが出来るが、本実施形態１はこれに制限されない。
傾きβ＝（ＳIRC2−ＳIRC1）／（ＴOBJ2−ＴOBJ1） ・・・（２）
補正係数Ｂは、その導出において環境温度ＴAMBの関数として定められるが、本実施形態１においては、環境温度ＴAMBの代わりに補正環境温度ＴAMB’を用いて補正係数Ｂを算出することで、測定対象物の温度測定精度が向上する。
【００６７】
以上が、本実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法についての説明である。
【００６８】
また、本実施形態１の温度測定方法は、赤外線センサ信号の補正方法によって得られた信号に基づいて測定温度を導出する温度換算工程を有するものである。
【００６９】
本実施形態１の温度測定方法では、上述した第１補正工程及び第２補正工程を経た後に温度換算工程を有しており、第２補正信号Ｓ2に対して出力温度ＴOUTが得られる。
【００７０】
以上のように、本実施形態１では、第１補正工程および第２補正工程において、環境温度オフセット工程によって得られた補正環境温度ＴAMB’を用いることで、環境温度測定部３より得られる環境温度の測定精度の低下の影響が緩和され、高精度な出力温度ＴOUTが得られる。
【００７１】
図２は、本発明の実施形態２に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００７２】
本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法は、測定対象物１０から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部２と、この赤外線センサ部２の環境温度を測定する環境温度測定部３とを有する赤外線センサ装置１における赤外線センサ部２から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量するものである。
【００７３】
また、赤外線センサ信号に、赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程と、環境温度に基づいて補正赤外線センサ信号を補正する信号補正工程とを有している。
【００７４】
また、信号補正工程は、赤外線センサ信号に、環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、環境温度に基づいたオフセット補正量は、環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表される。
【００７５】
また、信号補正工程は、環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有している。また、赤外線センサ信号又は補正赤外線センサ信号に、赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有している。この補正係数は、赤外線センサ装置１を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数である。
【００７６】
つまり、本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法では、赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号のオフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算し、補正赤外線センサ信号ＳIR’を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程を有している。
【００７７】
また、本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法では、この補正赤外線センサ信号ＳIR’に補正係数Ｃを乗算し、第３補正信号Ｓ3’を得る、第３補正工程を有している。
【００７８】
また、本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法では、この第３補正信号Ｓ3’に、環境温度測定部３から得られる環境温度ＴAMBに基づいたオフセット補正量Ａ’を加算又は減算する第１補正工程と、第１補正工程の後に、環境温度ＴAMBに基づいた補正係数Ｂ’を乗算する第２補正工程を有している。
【００７９】
すなわち、本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法は、（１）赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号のオフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算し、補正赤外線センサ信号ＳIR’を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程を有している点と、（２）補正環境温度ＴAMB’ではなく環境温度ＴAMBに基づいた信号補正工程である点とで上述した実施形態１とは相違する。
【００８０】
以下、上述した本実施形態２の各工程および信号について更に詳細に説明する。
赤外線センサ信号オフセット補正工程において、赤外線センサ信号ＳIRに対して赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算する赤外線センサ信号オフセット補正工程を適用すると、補正赤外線センサ信号ＳIR’が得られる。
【００８１】
赤外線センサ信号オフセット補正工程は、赤外線センサ装置１内での放射エネルギーの授受に起因する、赤外線センサ部２の出力特性のばらつきによる、測定対象物の温度測定精度の低下を軽減するための工程である。
【００８２】
赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETは、赤外線センサ装置１を用いて、放射率ε＝１の物体を測定対象物として、測定対象物から放射される赤外線を検出する際に、測定対象物温度ＴOBJと赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBとが同一温度になる場合（ＴOBJ＝ＴAMB）において、赤外線センサ信号ＳIRがゼロになるという理論に基づき、ＴOBJ＝ＴAMBにおいて、ＳIR≠０の関係にあるＳIRをゼロに近づけるための補正量である。
【００８３】
赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを求める具体的な方法としては、例えば、一定温度の放射率ε≒１の物体を測定対象物として、ＴAMB＝ＴOBJ近傍におけるデータ群（ＴAMB，ＳIR）を取得し、このデータ群（ＴAMB，ＳIR）をフィッティングして得られる関数に対して、ＴAMB＝ＴOBJを代入して得られるＳIRの値を、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとする方法が挙げられ、後述する実施例２ではこれを採用している。この場合、補正赤外線センサ信号ＳIR’＝ＳIR−ＳOFFSETとなる。
【００８４】
なお、赤外線センサ信号オフセット補正工程は、赤外線センサ部２の出力特性のばらつきの影響を低減するのみならず、環境温度ＴAMBの測定精度低下の影響の軽減に対しても効果的である。
【００８５】
なお、最終的な出力温度ＴOUTをより精度良く算出する観点から、本実施形態２においても、補正赤外線センサ信号ＳIR’に赤外線センサ装置固有の補正係数Ｃを乗算し、第３補正信号Ｓ3’を得る第３補正工程を有している。第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3’に対して後述の信号補正工程を適用すればよい。第３補正工程を有さない場合は、補正赤外線センサ信号ＳIR’に信号補正工程を適用すればよい。以下の説明では便宜上、信号補正工程は、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して適用しているが、第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3’に対して信号補正工程を適用するものと読み替える。
【００８６】
本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法では、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して、環境温度ＴAMBに基づいた信号補正工程を行う。
【００８７】
次に、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して環境温度ＴAMBより求まるオフセット補正量Ａ’を加算又は減算する第１補正工程を適用すると、第１補正信号Ｓ1’が得られる。
【００８８】
このオフセット補正量Ａ’は、環境温度ＴAMBの関数により定まる補正量である。本実施形態２の赤外線センサ信号ＳIRの補正方法では、上述した実施形態１のオフセット補正量Ａの様に、環境温度ＴAMBの３次及び／又は２次の項を含む関数で表される補正量を適用しており、オフセット補正量Ａ’は補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して加算又は減算される。
【００８９】
次に、第１補正信号Ｓ1’に対して、補正環境温度ＴAMBより求まる補正係数Ｂ’を乗算する第２補正工程を適用すると、環境温度ＴAMBに対して略一定の第２補正信号Ｓ2’が得られる。また、補正係数Ｂ’は、単位を持たない係数であり、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対してオフセット補正量Ａ’が加算又は減算された後の信号に対して乗算される。
【００９０】
さらに、第２補正信号Ｓ2’に対して、上述した実施形態１と同様に、温度換算工程を適用することで、出力温度ＴOUT’が得られる。
【００９１】
以上のように、本実施形態２では、赤外線センサ信号オフセット工程により、赤外線センサ信号ＳIRを補正赤外線センサ信号ＳIR’とすることにより、赤外線センサ信号ＳIRの環境温度ＴAMBに対する補正において、赤外線センサ部２の出力特性のばらつきの影響が緩和され、高精度な出力温度ＴOUTが得られる。
【００９２】
図３は、本発明の実施形態３に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００９３】
図３に示す本実施形態３の赤外線センサ信号の補正方法では、上述した実施形態２の第３補正工程と赤外線センサオフセット補正工程の順序を入れ替えている。すなわち、本実施形態３において、第３補正工程と赤外線センサ信号オフセット補正工程を行う順序は、特に制限されないことが本実施形態３より理解される。
【００９４】
赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを求める具体的な方法の例としては、実施形態２に記載の方法の他に以下のものが挙げられ、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETと第３補正工程で用いる補正係数Ｃを一緒に求めることができる。
【００９５】
まず、温度既知の放射率ε≒１の物体を測定対象物として、任意の２組の（ＴOBJ，ＴAMB）＝（ＴOBJ1，ＴAMB1），（ＴOBJ2，ＴAMB2）における、赤外線センサ信号を、それぞれ、ＳIR1，ＳIR2とすると、これらに第３補正工程と第１補正工程と第２補正工程とを適用して得られる第２補正信号Ｓ2’は以下のように表される。
ＳIR1の第２補正信号Ｓ21’：
Ｓ21’＝｛（ＳIR1×Ｃ−ＳOFFSET）−Ａ’（ＴAMB1）｝×Ｂ’（ＴAMB1） ・・・（３）
ＳIR2の第２補正信号Ｓ22’：
Ｓ22’＝｛（ＳIR2×Ｃ−ＳOFFSET）−Ａ’（ＴAMB2）｝×Ｂ’（ＴAMB2） ・・・（４）
第２補正信号Ｓ21’及びＳ22’は補正後の環境温度に依存しない信号であるので、測定対象物温度毎に所定の値を定めておけば、（３），（４）を基にして得られる（３’），（４’）を連立方程式として解くことにより、ＳOFFSET及びＣが算出される。後述する実施例３ではこの方法を採用している。
ＳIR1×Ｃ−ＳOFFSET＝Ｓ21’／Ｂ’（ＴAMB1）＋Ａ’（ＴAMB1） ・・・（３’）
ＳIR2×Ｃ−ＳOFFSET＝Ｓ22’／Ｂ’（ＴAMB2）＋Ａ’（ＴAMB2） ・・・（４’）
図４は、本発明の実施形態４に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００９６】
本実施形態４の赤外線センサ信号の補正方法では、赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号のオフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算し、補正赤外線センサ信号ＳIR’を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程を有している。また、環境温度測定部３から得られる環境温度ＴAMBに、環境温度のオフセット補正量ＴOFFSETを加算又は減算し、補正環境温度ＴAMB’を得る環境温度オフセット補正工程を有している。
【００９７】
また、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して、補正係数Ｃを乗算する第３補正工程と、環境温度オフセット補正工程から得られる補正環境温度ＴAMB’に基づいたオフセット補正量Ａを加算又は減算する第１補正工程と、補正環境温度ＴAMB’に基づいた補正係数Ｂを乗算する第２補正工程を有している。
【００９８】
以下、上述した本実施形態４の各工程について更に詳細に説明する。
赤外線センサ信号オフセット補正工程において、赤外線センサ信号ＳIRに対して赤外線センサ信号のオフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算する赤外線センサ信号オフセット補正工程を適用すると、補正赤外線センサ信号ＳIR’が得られる。また、環境温度オフセット補正工程において、上述した実施形態１と同様に、環境温度測定部３から得られる環境温度ＴAMBに対して、環境温度のオフセット補正量ＴOFFSETを加算又は減算する環境温度オフセット補正工程を適用すると、補正環境温度ＴAMB’が得られる。
【００９９】
赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSET及び環境温度のオフセット補正量ＴOFFSETは、赤外線センサ装置１を用いて、放射率ε＝１の物体を測定対象物として、測定対象物から放射される赤外線を検出する際に、測定対象物温度ＴOBJと赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBとが同一温度になる場合（ＴOBJ＝ＴAMB）において、赤外線センサ信号ＳIRがゼロになるという理論に基づいて算出される。
【０１００】
本実施形態４の赤外線センサ信号の補正方法における、赤外線センサ信号オフセット補正量および環境温度のオフセット補正量を求める具体的な方法としては、例えば、放射率ε≒１の物体を測定対象物とした、ＴAMB＝ＴOBJ近傍におけるデータ群（ＴAMB，ＳIR）の取得を２つの対象物温度ＴOBJ1，ＴOBJ2で行い、それぞれの対象物温度で、データ群（ＴAMB，ＳIR）をフィッティングして得られる関数ＳIR＝ｆ１（ＴAMB），ＳIR＝ｆ２（ＴAMB）から、ＳOFFSET＝ｆ１（ＴOBJ1＋ＴOFFSET），ＳOFFSET＝ｆ２（ＴOBJ2＋ＴOFFSET）を得て、これらの関数からＴOFFSET，ＳOFFSETを未知数とした連立方程式を解いてＴOFFSET，ＳOFFSETを求める方法が挙げられ、後述する実施例４ではこれを採用している。この場合、補正環境温度ＴAMB’＝ＴAMB−ＴOFFSET、補正赤外線センサ信号ＳIR’＝ＳIR−ＳOFFSETとなる。
【０１０１】
なお、最終的な出力温度ＴOUTをより精度良く算出する観点から、本実施形態４においても、補正赤外線センサ信号ＳIR’に赤外線センサ装置固有の補正係数Ｃを乗算し、第３補正信号Ｓ3’を得る第３補正工程を有している。第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3’に対して後述の信号補正工程を適用すればよい。第３補正工程を有さない場合は、補正赤外線センサ信号ＳIR’に信号補正工程を適用すればよい。以下の説明では便宜上、信号補正工程は、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して適用しているが、第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3’に対して信号補正工程を適用するものと読み替える。
【０１０２】
本実施形態４の赤外線センサ信号の補正方法では、補正赤外線センサ信号ＳIR’に基づく信号に対して補正環境温度ＴAMB’に基づいた信号補正工程を適用する。
【０１０３】
第３補正信号Ｓ3’に対して補正環境温度ＴAMB’より求まるオフセット補正量Ａを加算又は減算する第１補正工程を適用すると、第１補正信号Ｓ1’’が得られる。
【０１０４】
第１補正信号Ｓ1’’に対して、補正環境温度ＴAMB’より求まる補正係数Ｂを乗算する第２補正工程を適用すると、環境温度ＴAMBに対して略一定の第２補正信号Ｓ2’’が得られる。
【０１０５】
さらに、第２補正信号Ｓ2’’に対して、温度換算工程を適用することで、出力温度ＴOUT’’が得られる。
【０１０６】
上述した本実施形態４の赤外線センサ信号の補正方法によれば、赤外線センサ信号オフセット補正工程及び環境温度オフセット補正工程を適用することで、赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBの測定精度の低下や、赤外線センサ部２の出力特性のばらつきなどによる測定対象物の温度測定精度の低下をより軽減することが可能となる。
【０１０７】
以上を小括すると、本発明者らは、上述した従来技術の課題である実装形態や実装ばらつきによる赤外線センサの出力特性のばらつきや環境温度の測定誤差に起因する測定温度の誤差を解決するために鋭意検討した結果、実施形態１乃至４に示したように、環境温度オフセット補正量を用いた環境温度オフセット補正工程及び／又は赤外線センサ信号オフセット補正量を用いた赤外線センサ信号オフセット補正工程を含む、赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を確立したのである。
【０１０８】
図５は、本発明の実施形態５に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。図中符号１１は赤外線センサ部を示している。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。また、赤外線センサ信号オフセット補正工程、第３補正工程、環境温度オフセット補正工程、第１補正工程、第２補正工程及び温度換算工程については、図４に示した実施形態４と同様である。
【０１０９】
図５に示す赤外線センサ装置は、赤外線センサ部１１自体が環境温度ＴAMBを測定する環境温度測定部としても機能するもので、赤外線センサ部１１から赤外線センサ信号ＳIRと環境温度ＴAMBが得られる構成になっている。
【０１１０】
本実施形態５の赤外線センサ装置は、赤外線センサ信号ＳIRと環境温度ＴAMBとが得られる構成であれば制限されず、視野角制限体及び／又は窓材を更に有する構成であってもよい。
【０１１１】
図６は、本発明の実施形態６に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。図６に示すように、第２補正工程を行った後で、第１補正工程を行うことも可能であり、第１補正工程と第２補正工程を行う順序は、特に制限されない。
【０１１２】
図７は、本発明の実施形態７に係る温度測定装置を説明するための構成図である。図中符号１２は温度測定装置、１３は環境温度オフセット補正部、１４は赤外線センサ信号オフセット補正部、１５は第３補正部、１６は第１補正部、１７は第２補正部、１８は温度換算部を示している。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【０１１３】
本実施形態７の温度測定装置１２は、測定対象物１０から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部２と、この赤外線センサ部２の環境温度を測定する環境温度測定部３とを備えた赤外線センサ装置１における赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量するものである。
【０１１４】
また、環境温度測定部３から得られる環境温度に、この環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度とする環境温度オフセット補正部１３と、補正環境温度に基づいて赤外線センサ部２から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号を補正する信号補正部１６，１７と、この信号補正１６，１７部の出力から測定温度を換算する温度換算部１８とを備えている。
【０１１５】
また、信号補正部１６，１７は、補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正部１６と、補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正部１７とを備えている。
【０１１６】
また、赤外線センサ信号に、赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号とする赤外線センサ信号オフセット補正部１４を更に備えている。また、赤外線センサ部２により得られた赤外線センサ信号又は赤外線センサ信号オフセット補正部１４により得られた補正赤外線センサ信号に、赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正部１５を更に備えている。
【０１１７】
つまり、本実施形態７における赤外線センサ装置１は、プリント基板５上に実装された赤外線センサ部２と、環境温度ＴAMBを測定する環境温度測定部３と、視野角制限体４と、窓材６とからなっている。また、温度測定装置１２は、赤外線センサ装置１と、環境温度オフセット補正部１３と、赤外線センサ信号オフセット補正部１４と、第３補正部１５と、第１補正部１６と、第２補正部１７と、温度換算部１８とを備えている。
【０１１８】
環境温度オフセット補正部１３は、環境温度測定部３から得られる環境温度ＴAMBに対して、環境温度オフセット補正量ＴOFFSETを加算又は減算し、補正環境温度ＴAMB’を得るものである。環境温度オフセット補正量ＴOFFSETとしては、例えば、上述した実施形態１，４のいずれかに記載の値を採用することが可能であるが、本実施形態７の温度測定装置はこれに限定されない。
【０１１９】
また、赤外線センサ信号オフセット補正部１４は、赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRまたは赤外線センサ信号ＳIR対して補正係数Ｃを乗算した後の信号に対して、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算し、補正赤外線センサ信号ＳIR’を得るものである。赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとしては、例えば、上述した実施形態２乃至４のいずれかに記載の値を採用することが可能であるが、本実施形態７の温度測定装置はこれに限定されない。
【０１２０】
また、第１補正部１６は、補正環境温度ＴAMB’に基づいて求まるオフセット補正量Ａを算出し、加算又は減算するものである。オフセット補正量Ａとしては、例えば、上述した実施形態１乃至４のいずれかに記載の値を採用することが可能であるが、本実施形態７の温度測定装置はこれに限定されない。
【０１２１】
また、第２補正部１７は、補正環境温度ＴAMB’に基づいて求まる補正係数Ｂを算出し、乗算するものである。補正係数Ｂとしては、例えば、上述した実施形態１乃至４のいずれかに記載の値を採用することが可能であるが、本実施形態７の温度測定装置はこれに限定されない。また、温度換算部１８は、補正後の信号を出力温度ＴOUTに換算するものである。
【０１２２】
つまり、実施形態７の温度測定装置１２は、赤外線センサ部から出力される赤外線センサ信号ＳIRから測定温度を高精度に定量するようにした温度測定装置であり、環境温度オフセット補正部１３と、赤外線センサ信号オフセット補正部１４とを備えている。
【０１２３】
本実施形態７の温度測定装置は、環境温度オフセット補正部１３と、赤外線センサ信号オフセット補正部１４の少なくとも一方を備えることで、様々な要因で変化する、赤外線センサの出力特性、環境温度の測定精度等の影響を補正することができ、精度の高い温度測定が可能になり、両方を備えることで、より高度に赤外線センサの出力特性、環境温度の測定精度等の影響を補正することができ、精度の高い温度測定が可能になる。
【実施例】
【０１２４】
以下、具体的な各実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【０１２５】
本実施例１は、上述した実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法を用いた実施例を示している。図１に示した赤外線センサ装置１の赤外線センサ部２より赤外線センサ信号ＳIRを得て、この赤外線センサ信号ＳIRに第３補正工程として補正係数Ｃを乗算して得られる第３補正信号Ｓ3を得た。また、環境温度測定部３より、環境温度ＴAMBを得て、この環境温度ＴAMBに環境温度オフセット補正工程として環境温度オフセット補正量ＴOFFSETを減算して得られる補正環境温度ＴAMB’を得た。そして、第３補正信号Ｓ3に第１補正工程として補正環境温度ＴAMB’から算出されるオフセット補正量Ａを減算して第１補正信号Ｓ1を得て、この第１補正信号Ｓ1に第２補正工程として補正環境温度ＴAMB’から算出される補正係数Ｂを乗算して第２補正信号Ｓ2を得た。この第２補正信号Ｓ2に基づいて、温度換算工程を実施することによって測定対象物の温度を定量した。ここで、赤外線センサ部２には量子型センサであるフォトダイオードを用いた。
【０１２６】
＜測定条件＞
赤外線センサ装置１として、赤外線センサ部２に、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板上に、ｎ型インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）層と、ｐ型ＩｎＳｂ層と、前記ｎ型ＩｎＳｂ層と前記ｐ型ＩｎＳｂ層との間に光吸収層であるｉ型ＩｎＳｂ層と、前記ｐ型ＩｎＳｂ層と前記ｉ型ＩｎＳｂ層との間に生成したキャリアのリークを防ぐためのバリア層であるｐ型アルミニウムインジウムアンチモン（ＡｌＩｎＳｂ）層と、を積層したＰＩＮ構造を有する、フォトダイオードを用いて、視野角θが１２０°となるような視野角制限体４を有し、窓材６として５μｍカット・ロングパスフィルタを有する、赤外線センサ装置を用意した。
【０１２７】
＜赤外線センサ信号ＳIR＞
図８は、実施例１における赤外線センサ信号を示す図である。赤外線センサ装置１を用いて、１０，３０，５０℃に設定されたペルチェ素子を対象物として（ＴOBJ＝１０，３０，５０℃）、ペルチェ素子表面から放射される赤外線を、環境温度５〜５５℃において検出した際の赤外線センサ信号ＳIRとして、光電流を示している。このペルチェ素子表面と赤外線センサ装置との距離を約１ｃｍとして、ペルチェ素子表面から放射される赤外線を、環境温度５〜５５℃において検出した際の赤外線センサ信号ＳIRとして、光電流を示している。なお、ペルチェ素子表面は１２ｃｍ×１８ｃｍの長方形であり、黒体スプレー（放射率０．９４）を塗付してあり、ペルチェ素子表面が赤外線センサ装置１の視野全体に広がった状態で測定を実施した。
【０１２８】
図８に示すように、赤外線センサ信号ＳIRは、環境温度ＴAMBに対して一定ではなく、環境温度ＴAMBが高いほど同じ測定対象物温度であっても赤外線センサ信号ＳIRが小さくなっている。
【０１２９】
また、図８に示した赤外線センサ信号は、対象物温度と環境温度とが等しい（ＴOBJ，ＴAMB）＝（１０，１０），（３０，３０），（５０，５０）の場合に、赤外線センサ信号ＳIRがゼロでない（ＳIR≠０）ことが理解される。これは、環境温度測定部３の測定誤差、赤外線センサ部２と環境温度測定部３との間の温度差、赤外線センサ部２と視野角制限体４との間の温度差による放射エネルギーの出入、などの種々の要因によると推定される。
【０１３０】
＜環境温度オフセット補正工程＞
図９は、実施例１における補正環境温度に対する赤外線センサ信号を示す図で、環境温度ＴAMBに対して環境温度オフセット補正工程を適用した場合の補正環境温度ＴAMB’と、赤外線センサ信号ＳIRとの関係を示している。
【０１３１】
ここで、環境温度オフセット補正工程として、環境温度ＴAMBに対して環境温度オフセット補正量ＴOFFSETの減算を行った。なお、環境温度オフセット補正量ＴOFFSETとしては、赤外線センサ装置１を用いて、３０℃に設定されたペルチェ素子を対象物として（ＴOBJ＝３０℃）、ペルチェ素子から放射される赤外線を、３０，３５，４０℃の環境温度ＴAMBで測定したときに得られる赤外線センサ信号ＳIRを用いて、赤外線センサ信号ＳIRの環境温度ＴAMB依存性のプロットに対して１次関数でのフィッティングを行うことで、下記式（５）で表される関数を導出し、赤外線センサ信号ＳIR＝０を代入した場合の環境温度ＴAMBの値と、３０℃との差分を環境温度オフセット補正量ＴOFFSETとして用いて（ＴOFFSET＝４．３℃）、ＴAMB’＝ＴAMB−４．３［℃］とした。
ＳIR＝−０．０８９４２ＴAMB＋３．０７１ ・・・（５）
【０１３２】
＜第３補正工程＞
赤外線センサ信号ＳIRに対して第３補正工程を適用して第３補正信号Ｓ3を得た。ここで、第３補正工程として、補正係数Ｃの乗算を行った。なお、実施例１における補正係数Ｃとしては、（ＴOBJ，ＴAMB）＝（５０，３０）における赤外線センサ信号ＳIRの値ＳIR＝２．２６３ｎＡを、３．２６０ｎＡに合わせるための係数とし、Ｃ＝１．４４０とした。
【０１３３】
＜第１補正工程及び第２補正工程＞
第３補正信号Ｓ3に対して第１補正工程を適用して第１補正信号Ｓ1を得て、第１補正信号Ｓ1に対して第２補正工程を適用して第２補正信号Ｓ2を得た。ここで、第１補正工程として、オフセット補正量Ａの減算を行った。なお、オフセット補正量Ａとしては、下記式（６）で表される関数を用いて、補正環境温度ＴAMB’に基づいたオフセット補正量Ａを得た。
Ａ［ｎＡ］＝（−４．５８２７×１０-6）×ＴAMB’3−（１．００５７×１０-3）×ＴAMB’2−（４．１１４２×１０-2）×ＴAMB’＋２．２８９７ ・・・（６）
【０１３４】
また、第２補正工程として、補正係数Ｂの乗算を行った。なお、補正係数Ｂとしては、下記式（７）で表される関数を用いて、補正環境温度ＴAMB’に基づいた補正係数Ｂを得た。
Ｂ＝（５．６７６１×１０-5）×ＴAMB’2−（５．８２２４×１０-3）×ＴAMB’＋１．１１９２ ・・・（７）
【０１３５】
＜温度換算工程＞
表１は、本実施例１の手順に沿って得られた第２補正信号Ｓ2に基づいて温度換算工程を行うことにより得られた出力温度ＴOUTを示している。
【０１３６】
温度換算工程において出力温度ＴOUTを算出するのには、下記式（８）で表される関係式を用いた。
【０１３７】
ＴOUT＝（７．９７１４×１０-2）×Ｓ23−（７．５５４０×１０-1）×Ｓ22＋８．６４５４×Ｓ2＋３０．０４７ ・・・（８）
【０１３８】
【表１】
【０１３９】
表１に示すように、本発明の環境温度オフセット補正工程を適用することによって、赤外線センサ装置が受光した赤外線エネルギー量から定量される出力温度ＴOUTと実際の測定対象物の温度との差が小さくなり、測定対象物温度１０〜５０℃において、最大４℃未満の差異に抑えることが可能となっている。
【実施例２】
【０１４０】
本実施例２は、上述した実施形態２の実施例を示している。図２に示した赤外線センサ装置１の赤外線センサ部２より赤外線センサ信号ＳIRを得て、この赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号オフセット補正工程として、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを減算して得られる補正赤外線センサ信号ＳIR’を得て、この補正赤外線センサ信号ＳIR’に第３補正工程として補正係数Ｃを乗算して第３補正信号Ｓ3’を得て、この第３補正信号Ｓ3’に第１補正工程として環境温度ＴAMBから算出されるオフセット補正量Ａ’を減算して第１補正信号Ｓ1’を得て、この第１補正信号Ｓ1’に第２補正工程として環境温度ＴAMBから算出される補正係数Ｂ’を乗算して第２補正信号Ｓ2’を得た。この第２補正信号Ｓ2’に基づいて、温度換算工程を実施することによって測定対象物の温度を定量した。これ以外は、実施例１と同様の条件とした。
【０１４１】
＜赤外線センサ信号オフセット補正工程＞
図１０は、実施例２における環境温度に対する補正赤外線センサ信号を示す図で、環境温度ＴAMBと、赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号オフセット補正工程を適用した場合の補正赤外線センサ信号ＳIR’との関係を示している。
【０１４２】
ここで、赤外線センサ信号オフセット補正工程として、赤外線センサ信号ＳIRに対して赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETの減算を行い、補正赤外線センサ信号ＳIR’とした。赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとしては、理論的には赤外線センサ信号ＳIRがゼロになる条件下、すなわち、測定対象物と環境温度が同一温度となる条件下で赤外線センサ信号ＳIRを求め、その出力をゼロにするための値を採用した。具体的には、赤外線センサ装置１を用いて、３０℃に設定されたペルチェ素子を対象物として（ＴOBJ＝３０℃）、ペルチェ素子から放射される赤外線を、３０℃の環境温度ＴAMBで測定したときに得られる赤外線センサ信号ＳIR＝０．３７５９ｎＡを赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとして用いて（ＳOFFSET＝０．３７５９ｎＡ）、ＳIR’＝ＳIR−０．３７５９［ｎＡ］とした。
【０１４３】
＜第３補正工程＞
補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して第３補正工程を適用して第３補正信号Ｓ3’を得た。ここで、第３補正工程として、補正係数Ｃの乗算を行った。なお、実施例２における補正係数Ｃとしては、（ＴOBJ，ＴAMB）＝（５０，３０）における補正赤外線センサ信号ＳIR’の値ＳIR’＝１．８８７を、２．８２７ｎＡに合わせるための係数とし、Ｃ＝１．４９８とした。
【０１４４】
＜第１補正工程及び第２補正工程＞
第３補正信号Ｓ3’に対して第１補正工程を適用して第１補正信号Ｓ1’を得て、第１補正信号Ｓ1’に対して第２補正工程を適用して第２補正信号Ｓ2’を得た。ここで、第１補正工程として、オフセット補正量Ａ’の減算を行った。なお、オフセット補正量Ａ’としては、下記式（９）で表される関数を用いて、環境温度ＴAMBに基づいたオフセット補正量Ａ’を得た。
Ａ’［ｎＡ］＝（−４．５８２７×１０-6）×ＴAMB3−（１．００５７×１０-3）×ＴAMB2−（４．１１４２×１０-2）×ＴAMB＋２．２８９７ ・・・（９）
【０１４５】
また、第２補正工程として、補正係数Ｂ’の乗算を行った。なお、補正係数Ｂ’としては、下記式（１０）で表される関数を用いて、環境温度ＴAMBに基づいた補正係数Ｂ’を得た。
Ｂ’＝（５．６７６１×１０-5）×ＴAMB2−（５．８２２４×１０-3）×ＴAMB＋１．１１９２ ・・・（１０）
【０１４６】
＜温度換算工程＞
表２は、本実施例２の手順に沿って得られた第２補正信号Ｓ2’に基づいて温度換算工程を行うことにより得られた出力温度ＴOUT’を示している。
【０１４７】
温度換算工程において出力温度ＴOUT’を算出するのには、下記式（１１）で表される関係式を用いた。
【０１４８】
ＴOUT＝（７．９７１４×１０-2）×Ｓ2’3−（７．５５４０×１０-1）×Ｓ2’2＋８．６４５４×Ｓ2’＋３０．０４７ ・・・（１１）
【０１４９】
【表２】
【０１５０】
表２に示すように、本発明の赤外線センサ信号オフセット補正工程を適用することによって、赤外線センサ装置が受光した赤外線エネルギー量から定量される出力温度ＴOUTと実際の測定対象物の温度との差が小さくなり、測定対象物温度１０〜５０℃において、最大３℃未満の差異に抑えることが可能となっている。
【実施例３】
【０１５１】
本実施例３は、上述した実施形態３の実施例を示している。ここでは、補正係数Ｃ及び、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを、任意の２組のＴOBJ，ＴAMBにおける赤外線センサ信号を基にして求めることができる。
【０１５２】
例えば、（ＴOBJ，ＴAMB）＝（３０，３０）におけるＳIR＝０．３７５９ｎＡと、（ＴOBJ，ＴAMB）＝（３０，５０）におけるＳIR＝２．２６３ｎＡと、ＴOBJ＝３０℃における所定の第２補正信号Ｓ2’＝０ｎＡと、ＴOBJ＝５０℃における所定の第２補正信号Ｓ2’＝２．７８８ｎＡと、から下記式（１１）（１２）で表される関数を導出し、連立方程式として解くことにより得られる。
０．３７５９×Ｃ−ＳOFFSET＝０／Ｂ’（ＴAMB＝３０℃）＋Ａ’（ＴAMB＝３０℃） ・・・（１１）
２．２６３×Ｃ−ＳOFFSET＝２．７８８／Ｂ’（ＴAMB＝３０℃）＋Ａ’（ＴAMB＝３０℃） ・・・（１２）
ここで、Ｂ’（ＴAMB＝３０℃），Ａ’（ＴAMB＝３０℃）は、それぞれ、前記式（９），（１０）より求まる、ＴAMB＝３０℃における補正係数Ｂ’とオフセット補正量Ａ’である。この連立方程式を解くと、Ｃ＝１．４８３，ＳOFFSET＝０．５３１０ｎＡが得られる。
【０１５３】
表３は、Ｃ＝１．４８３，ＳIR’＝ＳIR×Ｃ−ＳOFFSET＝ＳIR×１．４８３−０．５３１０［ｎＡ］を用いて第３補正工程及び信号補正工程を行うことにより得られた第２補正信号Ｓ2’に基づいて温度換算工程を行うことにより得られた出力温度ＴOUT’を示している。
【０１５４】
【表３】
【０１５５】
表３においても、出力温度ＴOUTと実際の測定対象物の温度との差を、測定対象物温度１０〜５０℃において、最大３℃未満に抑えることが可能となっている。
【実施例４】
【０１５６】
本実施例４は、上述した実施形態４の実施例を示している。図４に示した赤外線センサ装置１の赤外線センサ部２より赤外線センサ信号ＳIRを得て、この赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号オフセット補正工程として、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを減算して得られる補正赤外線センサ信号ＳIR’を得た。また、環境温度測定部３より、環境温度ＴAMBを得て、この環境温度ＴAMBに環境温度オフセット補正工程として環境温度オフセット補正量ＴOFFSETを減算して補正環境温度ＴAMB’を得た。そして、この補正赤外線センサ信号ＳIR’に第３補正工程として補正係数Ｃを乗算して第３補正信号Ｓ3’を得て、この第３補正信号Ｓ3’に第１補正工程として補正環境温度ＴAMB’から算出されるオフセット補正量Ａを減算して第１補正信号Ｓ1’’を得て、この第１補正信号Ｓ1’’に第２補正工程として環境補正温度ＴAMB’から算出される補正係数Ｂを乗算して第２補正信号Ｓ2’’を得た。この第２補正信号Ｓ2’’に基づいて、温度換算工程を実施することによって測定対象物の温度を定量した。これ以外は、上述した実施例１と同様の条件とした。
【０１５７】
＜環境温度オフセット補正工程及び赤外線センサ信号オフセット補正工程＞
図１１は、実施例４における補正環境温度に対する補正赤外線センサ信号を示す図で、補正環境温度ＴAMB’と、補正赤外線センサ信号ＳIR’との関係を示している。
【０１５８】
環境温度オフセット補正量ＴOFFSET、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとしては、赤外線センサ装置１を用いて、３０℃に設定されたペルチェ素子を対象物として（ＴOBJ＝３０℃）、ペルチェ素子から放射される赤外線を、３０，３５，４０℃の環境温度ＴAMBで測定したときに得られる赤外線センサ信号ＳIRと、赤外線センサ装置１を用いて、５０℃に設定されたペルチェ素子を対象物として（ＴOBJ＝５０℃）、ペルチェ素子から放射される赤外線を、５０，５５℃の環境温度ＴAMBで測定したときに得られる赤外線センサ信号ＳIRと、を用いて、赤外線センサ信号ＳIRの環境温度ＴAMB依存性のプロットに対して１次関数でのフィッティングを行うことで、下記式（１４），（１５）で表される関数を導出し、連立方程式（１４’），（１５’）を解くことにより得られる値を環境温度オフセット補正量ＴOFFSET、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとして用いて（ＴOFFSET＝０．３９４４，ＳOFFSET＝０．３５３７）、ＴAMB’＝ＴAMB−０．３９４４［℃］，ＳIR’＝ＳIR−０．３５３７［ｎＡ］とした。
ＳIR＝−０．０８９４２ＴAMB＋３．０７１ ・・・（１４）
ＳIR＝−０．１５６４ＴAMB＋８．２３４ ・・・（１５）
ＳOFFSET＝−０．０８９４２（３０＋ＴOFFSET）＋３．０７１ ・・・（１４’）
ＳOFFSET＝−０．１５６４（５０＋ＴOFFSET）＋８．２３４ ・・・（１５’）
【０１５９】
＜第３補正工程＞
補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して第３補正工程を適用して第３補正信号Ｓ3’を得た。ここで、第３補正工程として、補正係数Ｃの乗算を行った。なお、実施例４における補正係数Ｃとしては、（ＴOBJ，ＴAMB）＝（５０，３０）における補正赤外線センサ信号ＳIR’の値ＳIR’＝１．９１０ｎＡを、２．８６９ｎＡに合わせるための係数とし、Ｃ＝１．５０２とした。
【０１６０】
＜第１補正工程及び第２補正工程＞
第３補正信号Ｓ3’に対して第１補正工程を適用して第１補正信号Ｓ1’’を得て、第１補正信号Ｓ1’’に対して第２補正工程を適用して第２補正信号Ｓ2’’を得た。ここで、第１補正工程として、オフセット補正量Ａの減算を行った。なお、オフセット補正量Ａとしては、上述した実施例１と同様の関数を用いて、補正環境温度ＴAMB’に基づいたオフセット補正量Ａを得た。また、第２補正工程として、補正係数Ｂの乗算を行った。なお、補正係数Ｂとしては、上述した実施例１と同様の関数を用いて、環境温度ＴAMBに基づいた補正係数Ｂを得た。
【０１６１】
＜温度換算工程＞
表４は、本実施例４の手順に沿って得られた第２補正信号Ｓ2’’に基づいて温度換算工程を行うことにより得られた出力温度ＴOUT’’を示している。
【０１６２】
温度換算工程において出力温度ＴOUT’’を算出するのには、下記式（１４）で表される関係式を用いた。
ＴOUT＝（７．９７１４×１０-2）×Ｓ2’’3−（７．５５４０×１０-1）×Ｓ2’’2＋８．６４５４×Ｓ2’’＋３０．０４７ ・・・（１４）
【０１６３】
【表４】
【０１６４】
表４に示すように、本発明の赤外線センサ信号オフセット補正工程を適用することによって、赤外線センサ装置が受光した赤外線エネルギー量から定量される出力温度ＴOUTと実際の測定対象物の温度との差が小さくなり、測定対象物温度１０〜５０℃において、最大２．１℃の差異に抑えることが可能となっている。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本発明は、主としてフォトダイオードやサーモパイルなどの赤外線センサから得られる赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置に関し、赤外線センサ装置からの赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して、この赤外線センサ信号から高精度に測定温度を定量することが可能な赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１６６】
１ 赤外線センサ装置
２ 赤外線センサ部
３ 環境温度測定部
４ 視野角制限体
５ プリント基板
６ 窓材
１０ 測定対象物
１１ 環境温度の測定機構を有する赤外線センサ部
１２ 温度測定装置
１３ 第３補正部
１４ 環境温度オフセット補正部
１５ 赤外線センサ信号オフセット補正部
１６ 第１補正部
１７ 第２補正部
１８ 温度換算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置に関し、より詳細には、主としてフォトダイオードやサーモパイルなどの赤外線センサから得られる赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー化や環境センサの観点から、赤外線センサが注目されている。人体が発する赤外線を検知する人感センサは、照明やエアコンなどに搭載され、省エネルギー化に貢献している。また、赤外線センサは、測定対象物から入射する赤外線のエネルギー量を定量して温度を検出する非接触式温度計としても期待されている。
【０００３】
赤外線センサは、その動作原理から熱型センサと量子型センサに分けられる。熱型センサは、赤外線エネルギーを吸収面で熱エネルギーに変換して、その温度変化を電気信号として検出する。したがって、対象物温度をＴOBJ［Ｋ］、センサの置かれた環境温度をＴAMB［Ｋ］とすると、ステファン−ボルツマンの４乗則に基づいて、出力信号は（ＴOBJ4−ＴAMB4）に比例することが知られている。
【０００４】
また、赤外線センサを用いて赤外線エネルギー量から測定温度を定量する場合、赤外線センサから得られる信号を測定時の赤外線センサ周囲の環境温度に応じて補正する種々の温度補正を含む温度算出方法が知られている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、サーモパイルの出力が環境温度変化に対して一定になるように、出力ゲインの設定と、環境温度変化による出力オフセットに対して逆特性を出力する補正出力手段とを有する温度測定装置（特許文献１においては「非接触温度検知装置」と称される）が開示されている。この温度検知装置は、アナログ回路で構成されており、サーモパイル出力に対してＴAMB4を相殺させるアナログ信号を加えて、環境温度変化にかかわらず対象物の温度に対して一定の出力が得られるような工夫がなされている。
【０００６】
また、例えば、特許文献２には、環境温度の変化による測定誤差を補正して常に正確な被測定対象の温度情報が得られるように、被測定対象から放射されている赤外線エネルギーを検出して第１の温度情報を出力する第１の温度センサ（サーモパイル）と、この第１の温度センサの近傍に配置され前記第１の温度センサから放射されている赤外線エネルギーを検出して第２の温度情報を出力する第２の温度センサ（サーモパイル）と、この第２の温度センサの近傍に配置され周囲温度を検出して第３の温度情報を出力する第３の温度センサ（特許文献２の実施例においてはサーミスタ）とを有する放射温度計が開示されている。
【０００７】
また、例えば、特許文献３には、レンズの温度変化によるレンズと赤外線センサとの間の放射エネルギーの授受に起因する測定誤差を補正するように、前記レンズの温度を測温するレンズ測温手段と、前記赤外線センサの温度を測温するセンサ測温手段とを有する赤外線放射温度計が開示されている。
【０００８】
また、例えば、特許文献４には、放射温度計の鏡筒部の温度変化による影響を応答性よく補償するように、赤外線検出素子（サーモパイル）を複数個用いて前記鏡筒部の赤外線放射量を検出して、鏡筒部の温度変化による影響を補正するように構成された放射温度計が開示されている。
【０００９】
以上のように、赤外線エネルギーを電気信号に変換して検出する赤外線センサを利用した温度測定装置においては、環境温度変化の影響を補正することで対象物温度が求められる。また、環境温度変化の影響の補正を精度良く行うために、赤外線センサの環境温度を精度良く測定するための工夫や、赤外線センサ周辺の構成部品の温度を測定するための工夫がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−４２８４９号公報
【特許文献２】特開平７−２８０６５０公報
【特許文献３】特開平８−２７８２０３公報
【特許文献４】特開２００７−２４８２０１公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、赤外線センサを機器に組み込んで非接触温度計あるいは人感センサとして使用する場合、赤外線センサ周辺に設置された周辺デバイスの発熱により、赤外線センサと、この赤外線センサ周辺の構成部品とに温度分布が生じると、環境温度の測定精度が低下し、また、温度分布に起因する放射エネルギーの授受によって赤外線センサの出力特性が変化するため、測定対象物の温度を高精度で定量することが困難であるという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、実装形態や実装ばらつき等の要因で変化する赤外線センサの出力特性のばらつきや、環境温度の測定誤差に起因する測定温度の誤差を低減し、高精度に測定温度を定量することが可能な赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度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】
【００１３】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを有する赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する赤外線センサ信号の補正方法において、前記環境温度測定部から得られる環境温度に、該環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度を得る環境温度オフセット補正工程と、前記補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ信号を補正する信号補正工程とを有することを特徴とする。（図１，実施形態１）
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記信号補正工程が、前記赤外線センサ信号に前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量が、前記補正環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表されることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記信号補正工程が、前記補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２又は３に記載の発明において、前記赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記補正係数は、前記赤外線センサ装置を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程を有し、前記信号補正工程が、前記補正環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する工程であることを特徴とする。（図４，実施形態４）
【００１９】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記赤外線センサ部が、前記環境温度測定部の機能を有することを特徴とする。（図５，実施形態５）
【００２０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記第１補正工程と前記第２補正工程との順番を入れ替えて補正処理することを特徴とする。（図６，実施形態６）
【００２１】
また、請求項９に記載の発明は、測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを有する赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する赤外線センサ信号の補正方法において、前記赤外線センサ信号に赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程と、前記環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する信号補正工程とを有することを特徴とする。（図２及び図３，実施形態２及び３）
【００２２】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記信号補正工程が、前記赤外線センサ信号に前記環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、前記環境温度に基づいたオフセット補正量が、前記環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表されることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の発明において、前記信号補正工程が、前記環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項９，１０又は１１に記載の発明において、前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記補正係数は、前記赤外線センサ装置を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数であることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１乃至１３のいずれかに記載の赤外線センサ信号の補正方法によって得られた信号に基づいて測定温度を導出する温度換算工程を有することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１５に記載の発明は、測定対象物（１０）から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部（２）と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部（３）とを備えた赤外線センサ装置（１）における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する温度測定装置（１２）において、前記環境温度測定部から得られる環境温度に、該環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度とする環境温度オフセット補正部（１３）と、前記補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号を補正する信号補正部（１６，１７）と、該信号補正部の出力から測定温度を換算する温度換算部（１８）とを備えていることを特徴とする。（図７，実施形態７）
【００２８】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の発明において、前記信号補正部が、前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正部（１６）と、前記補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正部（１７）とを備えていることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１５又は１６に記載の発明において、前記赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号とする赤外線センサ信号オフセット補正部（１４）を更に備えていることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１５，１６又は１７に記載の発明において、前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正部（１５）を更に備えていることを特徴とする。
【００３１】
また、請求項１９に記載の発明は、測定対象物（１０）から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部（２）と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部（３）とを備えた赤外線センサ装置（１）における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する温度測定装置（１２）において、前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号とする赤外線センサ信号オフセット補正部（１４）と、前記環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する信号補正部（１６，１７）と、該信号補正部の出力から測定温度を換算する温度換算部（１８）とを備えていることを特徴とする。
【００３２】
また、請求項２０に記載の発明は、請求項１９に記載の発明において、前記信号補正部が、前記環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正部（１６）と、前記環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正部（１７）とを備えていることを特徴とする。
【００３３】
また、請求項２１に記載の発明は、請求項１９又は２０に記載の発明において、前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正部（１５）を更に備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、赤外線センサ装置毎の補正データを用いた赤外線センサ信号の補正工程を有するので、実装形態や実装ばらつきによる赤外線センサの出力特性のばらつきや環境温度の測定誤差に起因する測定温度の誤差を低減し、赤外線センサ信号から高精度に測定温度を定量することが可能な赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態１に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。
【図３】本発明の実施形態３に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。
【図４】本発明の実施形態４に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。
【図５】本発明の実施形態５に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。
【図６】本発明の実施形態６に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。
【図７】本発明の実施形態７に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。
【図８】実施例１における環境温度ＴAMBと、赤外線センサ信号ＳIRとの関係を示す図である。
【図９】実施例２における補正環境温度ＴAMB’と、赤外線センサ信号ＳIRとの関係を示す図である。
【図１０】実施例３における環境温度ＴAMBと、補正赤外線センサ信号ＳIR’との関係を示す図である。
【図１１】実施例４における補正環境温度ＴAMB’と、補正赤外線センサ信号ＳIR’との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。図中符号１は赤外線センサ装置、２は赤外線センサ部、３は環境温度測定部、４は視野角制限体、５はプリント基板、６は窓材、１０は測定対象物を示している。
【００３７】
図１に示すように、本実施形態１における赤外線センサ装置１は、プリント基板５上に実装された赤外線センサ部２と環境温度測定部３と視野角制限体４とを備えている。赤外線センサ部２は、多層の半導体膜を有するフォトダイオードであり、測定対象物１０から放射される赤外線を吸収して電気信号を生成し、この電気信号に基づく赤外線センサ信号ＳIRを出力する。
【００３８】
赤外線センサ部２は、赤外線を吸収して電気信号に変換するセンサであれば特に制限されず、例えば、フォトダイオードやフォトコンダクタなど、光電変換によって信号を出力する「量子型センサ」や、サーモパイルや焦電型センサなど、赤外線吸収による温度変化を電気信号に変換する「熱型センサ」を用いることができる。
【００３９】
また、環境温度測定部３は、赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBを測定することが可能なものであれば特に制限されず、例えば、温度に応じて抵抗値が変化する白金抵抗体，サーミスタ，バンドギャップ回路を有する温度センサなどを用いることができる。また、視野角制限体４は、赤外線センサ装置１の視野角を制限し、視野角θを決める部材である。
【００４０】
また、窓材６は、少なくとも赤外線センサ部２が受光したときに赤外線センサ信号を出力する波長の赤外線を透過するものであれば特に制限されず、例えば、Ｓｉ板，Ｇｅ板，サファイア板，ポリエチレン板，カルコゲナイドガラス板などの板材，又はＳｉ，Ｇｅ，サファイアなどの基板上に薄膜を積層した光学フィルタなどが挙げられる。また、赤外線を集光する光学レンズも用いることが可能である。
【００４１】
本実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法は、測定対象物１０から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部２と、この赤外線センサ部２の環境温度を測定する環境温度測定部３とを有する赤外線センサ装置１における赤外線センサ部２から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量するものである。
【００４２】
また、環境温度測定部３から得られる環境温度に、この環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度を得る環境温度オフセット補正工程と、この補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ信号を補正する信号補正工程とを有している。
【００４３】
また、信号補正工程は、赤外線センサ信号に、補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、補正環境温度に基づいたオフセット補正量は、補正環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表される。
【００４４】
また、信号補正工程は、補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有している。また、赤外線センサ信号に赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有している。この補正係数は、赤外線センサ装置１を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数である。
【００４５】
つまり、本実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法では、環境温度測定部３から得られる環境温度ＴAMBに、環境温度オフセット補正量ＴOFFSETを加算又は減算し、補正環境温度ＴAMB’を得る環境温度オフセット補正工程を有している。
【００４６】
また、最終的な出力温度ＴOUTをより精度良く算出する観点から、本実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法では、赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRに補正係数Ｃを乗算し、第３補正信号Ｓ3を得る、第３補正工程を有している。
【００４７】
また、実施形態１の赤外線センサ信号ＳIRの補正方法では、補正環境温度に基づき赤外線センサ信号を補正する信号補正工程として、この第３補正信号Ｓ3に対して、補正環境温度ＴAMB’に基づいたオフセット補正量Ａを加算又は減算する第１補正工程と、第１補正工程の後に、補正環境温度ＴAMB’に基づいた補正係数Ｂを乗算する第２補正工程とを有している。
【００４８】
本実施形態1におけるオフセット補正量Ａとしては、補正環境温度に基づいた補正量であり、最終的な測定温度の精度を向上させるものであれば特に制限されないが、赤外線センサ部２が熱型センサである場合は、上述したステファン−ボルツマンの４乗則に基づいた補正式に補正環境温度ＴAMB’を適用することが好ましく、赤外線センサ部２が量子型センサである場合は、補正環境温度ＴAMB’の３次及び／又は２次の項を含む関数で表される補正量を適用することが好ましい。
【００４９】
以下、上述した本実施形態１の各工程および各信号について更に詳細に説明する。
本実施形態１における赤外線センサ装置１は、温度ＴOBJの測定対象物１０から放射される赤外線が、赤外線センサ部２に到達すると、この赤外線センサ部２が受ける赤外線エネルギー量に対応した赤外線センサ信号ＳIRを赤外線センサ部２から電流値または電圧値として出力するものである。赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBは、環境温度測定部３によって得られる。
【００５０】
赤外線センサ信号は、測定対象物から放射される赤外線が赤外線センサ部２に到達することで得られる電気信号に基づいたものであれば特に制限されず、電気信号をオペアンプ等で増幅した信号であっても良いし、所定の演算を行った信号であっても良い。また、電気信号として電流信号が得られる場合は、この電流信号を電流−電圧変換した後の電圧信号であっても良いし、この電圧信号を増幅した信号であっても良い。
【００５１】
本実施形態１においては、赤外線センサ部２からの電流信号に対して赤外線センサ装置固有の補正係数Ｃを乗算する第３補正工程を適用し、第３補正信号Ｓ3を得て、この第３補正信号Ｓ3を赤外線センサ信号として扱っている。
【００５２】
本実施形態１では、環境温度オフセット補正工程において、この環境温度ＴAMBに対して環境温度のオフセット補正量ＴOFFSETを加算又は減算する環境温度オフセット補正工程を適用して、補正環境温度ＴAMB’を得ている。
【００５３】
環境温度オフセット補正工程は、赤外線センサ装置１内の温度分布や環境温度測定部３の性能ばらつきなどに起因する、赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBの測定精度の低下による、測定対象物の温度測定精度の低下を軽減するための工程である。
【００５４】
環境温度オフセット補正量ＴOFFSETは、赤外線センサ装置１を用いて、放射率ε＝１の物体を測定対象物として、測定対象物から放射される赤外線を検出する際に、測定対象物温度ＴOBJと赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBとが同一温度になる場合（ＴOBJ＝ＴAMB）において、赤外線センサ信号ＳIRがゼロになるという理論に基づき、ＳIR＝０において、ＴOBJ≠ＴAMBの関係にあるＴAMBをＴOBJに近づけるための補正量である。
【００５５】
環境温度オフセット補正量ＴOFFSETを求める具体的な方法としては、例えば、一定温度の放射率ε≒１の物体を測定対象物として、ＳIR＝０近傍におけるデータ群（ＴAMB，ＳIR）を取得し、このデータ群（ＴAMB，ＳIR）をフィッティングして得られる関数に対して、ＳIR＝０を代入して得られるＴAMBの値とＴOBJとの差分を、環境温度オフセット補正量ＴOFFSETとする方法が挙げられ、後述する実施例１ではこれを採用している。この場合、補正環境温度ＴAMB’＝ＴAMB−ＴOFFSETとなる。
【００５６】
なお、環境温度オフセット補正工程は、環境温度ＴAMBの測定精度低下の影響を軽減するのみならず、赤外線センサ信号ＳIRのばらつきに起因する測定対象物の温度測定精度の低下を軽減することにも効果的である。
【００５７】
なお、最終的な出力温度ＴOUTをより精度良く算出する観点から、本実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法では、赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ装置固有の補正係数Ｃを乗算し、第３補正信号Ｓ3を得る第３補正工程を有している。第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3に対して後述の信号補正工程を適用すればよい。第３補正工程を有さない場合は、赤外線センサ信号ＳIRに信号補正工程を適用すればよい。以下の説明では便宜上、信号補正工程は、赤外線センサ信号ＳIRに対して適用しているが、第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3に対して信号補正工程を適用するものと読み替える。
【００５８】
補正環境温度ＴAMB’に基づいて、信号補正工程において赤外線センサ信号ＳIRの補正を行う。信号補正工程としては、補正環境温度に基づき、赤外線センサ信号を補正する工程であれば特に制限されない。すなわち、本実施形態１では信号補正工程として、補正環境温度ＴAMB’より求まるオフセット補正量Ａを加算又は減算する第１補正工程、および、補正環境温度ＴAMB’より求まる補正係数Ｂを乗算する第２補正工程を有しているが、本発明はこれに限定されない。
【００５９】
第１補正工程において、赤外線センサ信号ＳIRに対して補正環境温度ＴAMB’より求まるオフセット補正量Ａを加算又は減算する第１補正工程を適用すると、第１補正信号Ｓ1が得られる。
【００６０】
このオフセット補正量Ａとは、補正環境温度ＴAMB’の関数により定まる補正量であり、赤外線センサ信号ＳIRに対して加算又は減算される。
【００６１】
本実施形態１の赤外線センサ信号ＳIRの補正方法では、オフセット補正量Ａは、補正環境温度ＴAMB’の３次及び／又は２次の項を含む関数で表される補正量を適用している。例えば、下記式（１）に示すような、補正環境温度ＴAMB’のｎ次の関数で表され、３次の項の係数が０で無い（ａ3≠０）及び／又は２次の項の係数が０で無い（ａ2≠０）関数で表される補正量である。
Ａ＝ａn×ＴAMB’n＋ａn-1×ＴAMB’(n-1)＋・・・＋ａ3×ＴAMB’3＋ａ2×ＴAMB’2＋ａ1×ＴAMB’＋ａ0 ・・・（１）
この補正方法をプログラミングしてマイコンなどで計算処理する場合、高次の関数を用いると計算処理には時間がかかってしまい、効率的に動作させることが難しいという観点から、なるべく低次の関数であることが好ましい。例えば、−３０℃≦ＴAMB’≦６０℃であれば、３次関数を用いることが、温度補正の精度を高める観点からより好ましい。
【００６２】
オフセット補正量Ａは、例えば、一定温度の測定対象物を複数の異なる環境温度で測定したときの赤外線センサ信号を得て、横軸に環境温度ＴAMB、縦軸に赤外線センサ信号をプロッティングし、環境温度ＴAMBの関数でフィッティングすることで得られる関数によって、各環境温度におけるオフセット補正量Ａを定めることが可能である。一定温度の測定対象物としては、特に制限されないが、正確な温度制御が可能な黒体炉が好適に用いられる。
【００６３】
オフセット補正量Ａは、その導出において環境温度ＴAMBの関数として定められるが、本実施形態１においては、環境温度ＴAMBの代わりに補正環境温度ＴAMB’を用いてオフセット補正量Ａを算出することで、測定対象物の温度測定精度が向上する。
【００６４】
補正環境温度ＴAMB’より求まる補正係数Ｂを乗算する第２補正工程を適用すると、環境温度ＴAMBに対して略一定の第２補正信号Ｓ2が得られる。第２補正工程より前に第１補正工程を有する場合には、第１補正信号Ｓ1に対して第２補正工程を適用すればよく、第２補正工程より前に第１補正工程を有さない場合は赤外線センサ信号ＳIRに対して第２補正工程を適用すればよい。また、補正係数Ｂは、単位を持たない係数である。
【００６５】
本実施形態１では、赤外線センサ信号ＳIRに対してオフセット補正量Ａが加算又は減算された後の信号に対して補正係数Ｂを乗算している。
【００６６】
補正係数Ｂは、測定対象物の温度と第２補正信号Ｓ2の関係における環境温度に対する誤差が小さくなるようなものを赤外線センサ装置の様態に応じて適宜定めればよく、例えば、第１の一定温度ＴOBJ1の測定対象物を複数の異なる環境温度で測定したときの赤外線センサ信号ＳIRC1と、第２の一定温度ＴOBJ2の測定対象物を複数の異なる環境温度で測定したときの赤外線センサ信号ＳIRC2と、を求めた後に、下記式（２）によって求まる、赤外線センサ信号と測定対象物温度との傾きβを各環境温度に対して算出して、この傾きβを所定の値にするための係数を、補正係数Ｂとして採用することが出来るが、本実施形態１はこれに制限されない。
傾きβ＝（ＳIRC2−ＳIRC1）／（ＴOBJ2−ＴOBJ1） ・・・（２）
補正係数Ｂは、その導出において環境温度ＴAMBの関数として定められるが、本実施形態１においては、環境温度ＴAMBの代わりに補正環境温度ＴAMB’を用いて補正係数Ｂを算出することで、測定対象物の温度測定精度が向上する。
【００６７】
以上が、本実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法についての説明である。
【００６８】
また、本実施形態１の温度測定方法は、赤外線センサ信号の補正方法によって得られた信号に基づいて測定温度を導出する温度換算工程を有するものである。
【００６９】
本実施形態１の温度測定方法では、上述した第１補正工程及び第２補正工程を経た後に温度換算工程を有しており、第２補正信号Ｓ2に対して出力温度ＴOUTが得られる。
【００７０】
以上のように、本実施形態１では、第１補正工程および第２補正工程において、環境温度オフセット工程によって得られた補正環境温度ＴAMB’を用いることで、環境温度測定部３より得られる環境温度の測定精度の低下の影響が緩和され、高精度な出力温度ＴOUTが得られる。
【００７１】
図２は、本発明の実施形態２に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００７２】
本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法は、測定対象物１０から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部２と、この赤外線センサ部２の環境温度を測定する環境温度測定部３とを有する赤外線センサ装置１における赤外線センサ部２から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量するものである。
【００７３】
また、赤外線センサ信号に、赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程と、環境温度に基づいて補正赤外線センサ信号を補正する信号補正工程とを有している。
【００７４】
また、信号補正工程は、赤外線センサ信号に、環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、環境温度に基づいたオフセット補正量は、環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表される。
【００７５】
また、信号補正工程は、環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有している。また、赤外線センサ信号又は補正赤外線センサ信号に、赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有している。この補正係数は、赤外線センサ装置１を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数である。
【００７６】
つまり、本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法では、赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号のオフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算し、補正赤外線センサ信号ＳIR’を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程を有している。
【００７７】
また、本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法では、この補正赤外線センサ信号ＳIR’に補正係数Ｃを乗算し、第３補正信号Ｓ3’を得る、第３補正工程を有している。
【００７８】
また、本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法では、この第３補正信号Ｓ3’に、環境温度測定部３から得られる環境温度ＴAMBに基づいたオフセット補正量Ａ’を加算又は減算する第１補正工程と、第１補正工程の後に、環境温度ＴAMBに基づいた補正係数Ｂ’を乗算する第２補正工程を有している。
【００７９】
すなわち、本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法は、（１）赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号のオフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算し、補正赤外線センサ信号ＳIR’を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程を有している点と、（２）補正環境温度ＴAMB’ではなく環境温度ＴAMBに基づいた信号補正工程である点とで上述した実施形態１とは相違する。
【００８０】
以下、上述した本実施形態２の各工程および信号について更に詳細に説明する。
赤外線センサ信号オフセット補正工程において、赤外線センサ信号ＳIRに対して赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算する赤外線センサ信号オフセット補正工程を適用すると、補正赤外線センサ信号ＳIR’が得られる。
【００８１】
赤外線センサ信号オフセット補正工程は、赤外線センサ装置１内での放射エネルギーの授受に起因する、赤外線センサ部２の出力特性のばらつきによる、測定対象物の温度測定精度の低下を軽減するための工程である。
【００８２】
赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETは、赤外線センサ装置１を用いて、放射率ε＝１の物体を測定対象物として、測定対象物から放射される赤外線を検出する際に、測定対象物温度ＴOBJと赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBとが同一温度になる場合（ＴOBJ＝ＴAMB）において、赤外線センサ信号ＳIRがゼロになるという理論に基づき、ＴOBJ＝ＴAMBにおいて、ＳIR≠０の関係にあるＳIRをゼロに近づけるための補正量である。
【００８３】
赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを求める具体的な方法としては、例えば、一定温度の放射率ε≒１の物体を測定対象物として、ＴAMB＝ＴOBJ近傍におけるデータ群（ＴAMB，ＳIR）を取得し、このデータ群（ＴAMB，ＳIR）をフィッティングして得られる関数に対して、ＴAMB＝ＴOBJを代入して得られるＳIRの値を、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとする方法が挙げられ、後述する実施例２ではこれを採用している。この場合、補正赤外線センサ信号ＳIR’＝ＳIR−ＳOFFSETとなる。
【００８４】
なお、赤外線センサ信号オフセット補正工程は、赤外線センサ部２の出力特性のばらつきの影響を低減するのみならず、環境温度ＴAMBの測定精度低下の影響の軽減に対しても効果的である。
【００８５】
なお、最終的な出力温度ＴOUTをより精度良く算出する観点から、本実施形態２においても、補正赤外線センサ信号ＳIR’に赤外線センサ装置固有の補正係数Ｃを乗算し、第３補正信号Ｓ3’を得る第３補正工程を有している。第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3’に対して後述の信号補正工程を適用すればよい。第３補正工程を有さない場合は、補正赤外線センサ信号ＳIR’に信号補正工程を適用すればよい。以下の説明では便宜上、信号補正工程は、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して適用しているが、第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3’に対して信号補正工程を適用するものと読み替える。
【００８６】
本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法では、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して、環境温度ＴAMBに基づいた信号補正工程を行う。
【００８７】
次に、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して環境温度ＴAMBより求まるオフセット補正量Ａ’を加算又は減算する第１補正工程を適用すると、第１補正信号Ｓ1’が得られる。
【００８８】
このオフセット補正量Ａ’は、環境温度ＴAMBの関数により定まる補正量である。本実施形態２の赤外線センサ信号ＳIRの補正方法では、上述した実施形態１のオフセット補正量Ａの様に、環境温度ＴAMBの３次及び／又は２次の項を含む関数で表される補正量を適用しており、オフセット補正量Ａ’は補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して加算又は減算される。
【００８９】
次に、第１補正信号Ｓ1’に対して、補正環境温度ＴAMBより求まる補正係数Ｂ’を乗算する第２補正工程を適用すると、環境温度ＴAMBに対して略一定の第２補正信号Ｓ2’が得られる。また、補正係数Ｂ’は、単位を持たない係数であり、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対してオフセット補正量Ａ’が加算又は減算された後の信号に対して乗算される。
【００９０】
さらに、第２補正信号Ｓ2’に対して、上述した実施形態１と同様に、温度換算工程を適用することで、出力温度ＴOUT’が得られる。
【００９１】
以上のように、本実施形態２では、赤外線センサ信号オフセット工程により、赤外線センサ信号ＳIRを補正赤外線センサ信号ＳIR’とすることにより、赤外線センサ信号ＳIRの環境温度ＴAMBに対する補正において、赤外線センサ部２の出力特性のばらつきの影響が緩和され、高精度な出力温度ＴOUTが得られる。
【００９２】
図３は、本発明の実施形態３に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００９３】
図３に示す本実施形態３の赤外線センサ信号の補正方法では、上述した実施形態２の第３補正工程と赤外線センサオフセット補正工程の順序を入れ替えている。すなわち、本実施形態３において、第３補正工程と赤外線センサ信号オフセット補正工程を行う順序は、特に制限されないことが本実施形態３より理解される。
【００９４】
赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを求める具体的な方法の例としては、実施形態２に記載の方法の他に以下のものが挙げられ、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETと第３補正工程で用いる補正係数Ｃを一緒に求めることができる。
【００９５】
まず、温度既知の放射率ε≒１の物体を測定対象物として、任意の２組の（ＴOBJ，ＴAMB）＝（ＴOBJ1，ＴAMB1），（ＴOBJ2，ＴAMB2）における、赤外線センサ信号を、それぞれ、ＳIR1，ＳIR2とすると、これらに第３補正工程と第１補正工程と第２補正工程とを適用して得られる第２補正信号Ｓ2’は以下のように表される。
ＳIR1の第２補正信号Ｓ21’：
Ｓ21’＝｛（ＳIR1×Ｃ−ＳOFFSET）−Ａ’（ＴAMB1）｝×Ｂ’（ＴAMB1） ・・・（３）
ＳIR2の第２補正信号Ｓ22’：
Ｓ22’＝｛（ＳIR2×Ｃ−ＳOFFSET）−Ａ’（ＴAMB2）｝×Ｂ’（ＴAMB2） ・・・（４）
第２補正信号Ｓ21’及びＳ22’は補正後の環境温度に依存しない信号であるので、測定対象物温度毎に所定の値を定めておけば、（３），（４）を基にして得られる（３’），（４’）を連立方程式として解くことにより、ＳOFFSET及びＣが算出される。後述する実施例３ではこの方法を採用している。
ＳIR1×Ｃ−ＳOFFSET＝Ｓ21’／Ｂ’（ＴAMB1）＋Ａ’（ＴAMB1） ・・・（３’）
ＳIR2×Ｃ−ＳOFFSET＝Ｓ22’／Ｂ’（ＴAMB2）＋Ａ’（ＴAMB2） ・・・（４’）
図４は、本発明の実施形態４に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【００９６】
本実施形態４の赤外線センサ信号の補正方法では、赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号のオフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算し、補正赤外線センサ信号ＳIR’を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程を有している。また、環境温度測定部３から得られる環境温度ＴAMBに、環境温度のオフセット補正量ＴOFFSETを加算又は減算し、補正環境温度ＴAMB’を得る環境温度オフセット補正工程を有している。
【００９７】
また、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して、補正係数Ｃを乗算する第３補正工程と、環境温度オフセット補正工程から得られる補正環境温度ＴAMB’に基づいたオフセット補正量Ａを加算又は減算する第１補正工程と、補正環境温度ＴAMB’に基づいた補正係数Ｂを乗算する第２補正工程を有している。
【００９８】
以下、上述した本実施形態４の各工程について更に詳細に説明する。
赤外線センサ信号オフセット補正工程において、赤外線センサ信号ＳIRに対して赤外線センサ信号のオフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算する赤外線センサ信号オフセット補正工程を適用すると、補正赤外線センサ信号ＳIR’が得られる。また、環境温度オフセット補正工程において、上述した実施形態１と同様に、環境温度測定部３から得られる環境温度ＴAMBに対して、環境温度のオフセット補正量ＴOFFSETを加算又は減算する環境温度オフセット補正工程を適用すると、補正環境温度ＴAMB’が得られる。
【００９９】
赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSET及び環境温度のオフセット補正量ＴOFFSETは、赤外線センサ装置１を用いて、放射率ε＝１の物体を測定対象物として、測定対象物から放射される赤外線を検出する際に、測定対象物温度ＴOBJと赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBとが同一温度になる場合（ＴOBJ＝ＴAMB）において、赤外線センサ信号ＳIRがゼロになるという理論に基づいて算出される。
【０１００】
本実施形態４の赤外線センサ信号の補正方法における、赤外線センサ信号オフセット補正量および環境温度のオフセット補正量を求める具体的な方法としては、例えば、放射率ε≒１の物体を測定対象物とした、ＴAMB＝ＴOBJ近傍におけるデータ群（ＴAMB，ＳIR）の取得を２つの対象物温度ＴOBJ1，ＴOBJ2で行い、それぞれの対象物温度で、データ群（ＴAMB，ＳIR）をフィッティングして得られる関数ＳIR＝ｆ１（ＴAMB），ＳIR＝ｆ２（ＴAMB）から、ＳOFFSET＝ｆ１（ＴOBJ1＋ＴOFFSET），ＳOFFSET＝ｆ２（ＴOBJ2＋ＴOFFSET）を得て、これらの関数からＴOFFSET，ＳOFFSETを未知数とした連立方程式を解いてＴOFFSET，ＳOFFSETを求める方法が挙げられ、後述する実施例４ではこれを採用している。この場合、補正環境温度ＴAMB’＝ＴAMB−ＴOFFSET、補正赤外線センサ信号ＳIR’＝ＳIR−ＳOFFSETとなる。
【０１０１】
なお、最終的な出力温度ＴOUTをより精度良く算出する観点から、本実施形態４においても、補正赤外線センサ信号ＳIR’に赤外線センサ装置固有の補正係数Ｃを乗算し、第３補正信号Ｓ3’を得る第３補正工程を有している。第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3’に対して後述の信号補正工程を適用すればよい。第３補正工程を有さない場合は、補正赤外線センサ信号ＳIR’に信号補正工程を適用すればよい。以下の説明では便宜上、信号補正工程は、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して適用しているが、第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3’に対して信号補正工程を適用するものと読み替える。
【０１０２】
本実施形態４の赤外線センサ信号の補正方法では、補正赤外線センサ信号ＳIR’に基づく信号に対して補正環境温度ＴAMB’に基づいた信号補正工程を適用する。
【０１０３】
第３補正信号Ｓ3’に対して補正環境温度ＴAMB’より求まるオフセット補正量Ａを加算又は減算する第１補正工程を適用すると、第１補正信号Ｓ1’’が得られる。
【０１０４】
第１補正信号Ｓ1’’に対して、補正環境温度ＴAMB’より求まる補正係数Ｂを乗算する第２補正工程を適用すると、環境温度ＴAMBに対して略一定の第２補正信号Ｓ2’’が得られる。
【０１０５】
さらに、第２補正信号Ｓ2’’に対して、温度換算工程を適用することで、出力温度ＴOUT’’が得られる。
【０１０６】
上述した本実施形態４の赤外線センサ信号の補正方法によれば、赤外線センサ信号オフセット補正工程及び環境温度オフセット補正工程を適用することで、赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBの測定精度の低下や、赤外線センサ部２の出力特性のばらつきなどによる測定対象物の温度測定精度の低下をより軽減することが可能となる。
【０１０７】
以上を小括すると、本発明者らは、上述した従来技術の課題である実装形態や実装ばらつきによる赤外線センサの出力特性のばらつきや環境温度の測定誤差に起因する測定温度の誤差を解決するために鋭意検討した結果、実施形態１乃至４に示したように、環境温度オフセット補正量を用いた環境温度オフセット補正工程及び／又は赤外線センサ信号オフセット補正量を用いた赤外線センサ信号オフセット補正工程を含む、赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を確立したのである。
【０１０８】
図５は、本発明の実施形態５に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。図中符号１１は赤外線センサ部を示している。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。また、赤外線センサ信号オフセット補正工程、第３補正工程、環境温度オフセット補正工程、第１補正工程、第２補正工程及び温度換算工程については、図４に示した実施形態４と同様である。
【０１０９】
図５に示す赤外線センサ装置は、赤外線センサ部１１自体が環境温度ＴAMBを測定する環境温度測定部としても機能するもので、赤外線センサ部１１から赤外線センサ信号ＳIRと環境温度ＴAMBが得られる構成になっている。
【０１１０】
本実施形態５の赤外線センサ装置は、赤外線センサ信号ＳIRと環境温度ＴAMBとが得られる構成であれば制限されず、視野角制限体及び／又は窓材を更に有する構成であってもよい。
【０１１１】
図６は、本発明の実施形態６に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。図６に示すように、第２補正工程を行った後で、第１補正工程を行うことも可能であり、第１補正工程と第２補正工程を行う順序は、特に制限されない。
【０１１２】
図７は、本発明の実施形態７に係る温度測定装置を説明するための構成図である。図中符号１２は温度測定装置、１３は環境温度オフセット補正部、１４は赤外線センサ信号オフセット補正部、１５は第３補正部、１６は第１補正部、１７は第２補正部、１８は温度換算部を示している。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
【０１１３】
本実施形態７の温度測定装置１２は、測定対象物１０から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部２と、この赤外線センサ部２の環境温度を測定する環境温度測定部３とを備えた赤外線センサ装置１における赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量するものである。
【０１１４】
また、環境温度測定部３から得られる環境温度に、この環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度とする環境温度オフセット補正部１３と、補正環境温度に基づいて赤外線センサ部２から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号を補正する信号補正部１６，１７と、この信号補正１６，１７部の出力から測定温度を換算する温度換算部１８とを備えている。
【０１１５】
また、信号補正部１６，１７は、補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正部１６と、補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正部１７とを備えている。
【０１１６】
また、赤外線センサ信号に、赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号とする赤外線センサ信号オフセット補正部１４を更に備えている。また、赤外線センサ部２により得られた赤外線センサ信号又は赤外線センサ信号オフセット補正部１４により得られた補正赤外線センサ信号に、赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正部１５を更に備えている。
【０１１７】
つまり、本実施形態７における赤外線センサ装置１は、プリント基板５上に実装された赤外線センサ部２と、環境温度ＴAMBを測定する環境温度測定部３と、視野角制限体４と、窓材６とからなっている。また、温度測定装置１２は、赤外線センサ装置１と、環境温度オフセット補正部１３と、赤外線センサ信号オフセット補正部１４と、第３補正部１５と、第１補正部１６と、第２補正部１７と、温度換算部１８とを備えている。
【０１１８】
環境温度オフセット補正部１３は、環境温度測定部３から得られる環境温度ＴAMBに対して、環境温度オフセット補正量ＴOFFSETを加算又は減算し、補正環境温度ＴAMB’を得るものである。環境温度オフセット補正量ＴOFFSETとしては、例えば、上述した実施形態１，４のいずれかに記載の値を採用することが可能であるが、本実施形態７の温度測定装置はこれに限定されない。
【０１１９】
また、赤外線センサ信号オフセット補正部１４は、赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRまたは赤外線センサ信号ＳIR対して補正係数Ｃを乗算した後の信号に対して、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算し、補正赤外線センサ信号ＳIR’を得るものである。赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとしては、例えば、上述した実施形態２乃至４のいずれかに記載の値を採用することが可能であるが、本実施形態７の温度測定装置はこれに限定されない。
【０１２０】
また、第１補正部１６は、補正環境温度ＴAMB’に基づいて求まるオフセット補正量Ａを算出し、加算又は減算するものである。オフセット補正量Ａとしては、例えば、上述した実施形態１乃至４のいずれかに記載の値を採用することが可能であるが、本実施形態７の温度測定装置はこれに限定されない。
【０１２１】
また、第２補正部１７は、補正環境温度ＴAMB’に基づいて求まる補正係数Ｂを算出し、乗算するものである。補正係数Ｂとしては、例えば、上述した実施形態１乃至４のいずれかに記載の値を採用することが可能であるが、本実施形態７の温度測定装置はこれに限定されない。また、温度換算部１８は、補正後の信号を出力温度ＴOUTに換算するものである。
【０１２２】
つまり、実施形態７の温度測定装置１２は、赤外線センサ部から出力される赤外線センサ信号ＳIRから測定温度を高精度に定量するようにした温度測定装置であり、環境温度オフセット補正部１３と、赤外線センサ信号オフセット補正部１４とを備えている。
【０１２３】
本実施形態７の温度測定装置は、環境温度オフセット補正部１３と、赤外線センサ信号オフセット補正部１４の少なくとも一方を備えることで、様々な要因で変化する、赤外線センサの出力特性、環境温度の測定精度等の影響を補正することができ、精度の高い温度測定が可能になり、両方を備えることで、より高度に赤外線センサの出力特性、環境温度の測定精度等の影響を補正することができ、精度の高い温度測定が可能になる。
【実施例】
【０１２４】
以下、具体的な各実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【０１２５】
本実施例１は、上述した実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法を用いた実施例を示している。図１に示した赤外線センサ装置１の赤外線センサ部２より赤外線センサ信号ＳIRを得て、この赤外線センサ信号ＳIRに第３補正工程として補正係数Ｃを乗算して得られる第３補正信号Ｓ3を得た。また、環境温度測定部３より、環境温度ＴAMBを得て、この環境温度ＴAMBに環境温度オフセット補正工程として環境温度オフセット補正量ＴOFFSETを減算して得られる補正環境温度ＴAMB’を得た。そして、第３補正信号Ｓ3に第１補正工程として補正環境温度ＴAMB’から算出されるオフセット補正量Ａを減算して第１補正信号Ｓ1を得て、この第１補正信号Ｓ1に第２補正工程として補正環境温度ＴAMB’から算出される補正係数Ｂを乗算して第２補正信号Ｓ2を得た。この第２補正信号Ｓ2に基づいて、温度換算工程を実施することによって測定対象物の温度を定量した。ここで、赤外線センサ部２には量子型センサであるフォトダイオードを用いた。
【０１２６】
＜測定条件＞
赤外線センサ装置１として、赤外線センサ部２に、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板上に、ｎ型インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）層と、ｐ型ＩｎＳｂ層と、前記ｎ型ＩｎＳｂ層と前記ｐ型ＩｎＳｂ層との間に光吸収層であるｉ型ＩｎＳｂ層と、前記ｐ型ＩｎＳｂ層と前記ｉ型ＩｎＳｂ層との間に生成したキャリアのリークを防ぐためのバリア層であるｐ型アルミニウムインジウムアンチモン（ＡｌＩｎＳｂ）層と、を積層したＰＩＮ構造を有する、フォトダイオードを用いて、視野角θが１２０°となるような視野角制限体４を有し、窓材６として５μｍカット・ロングパスフィルタを有する、赤外線センサ装置を用意した。
【０１２７】
＜赤外線センサ信号ＳIR＞
図８は、実施例１における赤外線センサ信号を示す図である。赤外線センサ装置１を用いて、１０，３０，５０℃に設定されたペルチェ素子を対象物として（ＴOBJ＝１０，３０，５０℃）、ペルチェ素子表面から放射される赤外線を、環境温度５〜５５℃において検出した際の赤外線センサ信号ＳIRとして、光電流を示している。このペルチェ素子表面と赤外線センサ装置との距離を約１ｃｍとして、ペルチェ素子表面から放射される赤外線を、環境温度５〜５５℃において検出した際の赤外線センサ信号ＳIRとして、光電流を示している。なお、ペルチェ素子表面は１２ｃｍ×１８ｃｍの長方形であり、黒体スプレー（放射率０．９４）を塗付してあり、ペルチェ素子表面が赤外線センサ装置１の視野全体に広がった状態で測定を実施した。
【０１２８】
図８に示すように、赤外線センサ信号ＳIRは、環境温度ＴAMBに対して一定ではなく、環境温度ＴAMBが高いほど同じ測定対象物温度であっても赤外線センサ信号ＳIRが小さくなっている。
【０１２９】
また、図８に示した赤外線センサ信号は、対象物温度と環境温度とが等しい（ＴOBJ，ＴAMB）＝（１０，１０），（３０，３０），（５０，５０）の場合に、赤外線センサ信号ＳIRがゼロでない（ＳIR≠０）ことが理解される。これは、環境温度測定部３の測定誤差、赤外線センサ部２と環境温度測定部３との間の温度差、赤外線センサ部２と視野角制限体４との間の温度差による放射エネルギーの出入、などの種々の要因によると推定される。
【０１３０】
＜環境温度オフセット補正工程＞
図９は、実施例１における補正環境温度に対する赤外線センサ信号を示す図で、環境温度ＴAMBに対して環境温度オフセット補正工程を適用した場合の補正環境温度ＴAMB’と、赤外線センサ信号ＳIRとの関係を示している。
【０１３１】
ここで、環境温度オフセット補正工程として、環境温度ＴAMBに対して環境温度オフセット補正量ＴOFFSETの減算を行った。なお、環境温度オフセット補正量ＴOFFSETとしては、赤外線センサ装置１を用いて、３０℃に設定されたペルチェ素子を対象物として（ＴOBJ＝３０℃）、ペルチェ素子から放射される赤外線を、３０，３５，４０℃の環境温度ＴAMBで測定したときに得られる赤外線センサ信号ＳIRを用いて、赤外線センサ信号ＳIRの環境温度ＴAMB依存性のプロットに対して１次関数でのフィッティングを行うことで、下記式（５）で表される関数を導出し、赤外線センサ信号ＳIR＝０を代入した場合の環境温度ＴAMBの値と、３０℃との差分を環境温度オフセット補正量ＴOFFSETとして用いて（ＴOFFSET＝４．３℃）、ＴAMB’＝ＴAMB−４．３［℃］とした。
ＳIR＝−０．０８９４２ＴAMB＋３．０７１ ・・・（５）
【０１３２】
＜第３補正工程＞
赤外線センサ信号ＳIRに対して第３補正工程を適用して第３補正信号Ｓ3を得た。ここで、第３補正工程として、補正係数Ｃの乗算を行った。なお、実施例１における補正係数Ｃとしては、（ＴOBJ，ＴAMB）＝（５０，３０）における赤外線センサ信号ＳIRの値ＳIR＝２．２６３ｎＡを、３．２６０ｎＡに合わせるための係数とし、Ｃ＝１．４４０とした。
【０１３３】
＜第１補正工程及び第２補正工程＞
第３補正信号Ｓ3に対して第１補正工程を適用して第１補正信号Ｓ1を得て、第１補正信号Ｓ1に対して第２補正工程を適用して第２補正信号Ｓ2を得た。ここで、第１補正工程として、オフセット補正量Ａの減算を行った。なお、オフセット補正量Ａとしては、下記式（６）で表される関数を用いて、補正環境温度ＴAMB’に基づいたオフセット補正量Ａを得た。
Ａ［ｎＡ］＝（−４．５８２７×１０-6）×ＴAMB’3−（１．００５７×１０-3）×ＴAMB’2−（４．１１４２×１０-2）×ＴAMB’＋２．２８９７ ・・・（６）
【０１３４】
また、第２補正工程として、補正係数Ｂの乗算を行った。なお、補正係数Ｂとしては、下記式（７）で表される関数を用いて、補正環境温度ＴAMB’に基づいた補正係数Ｂを得た。
Ｂ＝（５．６７６１×１０-5）×ＴAMB’2−（５．８２２４×１０-3）×ＴAMB’＋１．１１９２ ・・・（７）
【０１３５】
＜温度換算工程＞
表１は、本実施例１の手順に沿って得られた第２補正信号Ｓ2に基づいて温度換算工程を行うことにより得られた出力温度ＴOUTを示している。
【０１３６】
温度換算工程において出力温度ＴOUTを算出するのには、下記式（８）で表される関係式を用いた。
【０１３７】
ＴOUT＝（７．９７１４×１０-2）×Ｓ23−（７．５５４０×１０-1）×Ｓ22＋８．６４５４×Ｓ2＋３０．０４７ ・・・（８）
【０１３８】
【表１】
【０１３９】
表１に示すように、本発明の環境温度オフセット補正工程を適用することによって、赤外線センサ装置が受光した赤外線エネルギー量から定量される出力温度ＴOUTと実際の測定対象物の温度との差が小さくなり、測定対象物温度１０〜５０℃において、最大４℃未満の差異に抑えることが可能となっている。
【実施例２】
【０１４０】
本実施例２は、上述した実施形態２の実施例を示している。図２に示した赤外線センサ装置１の赤外線センサ部２より赤外線センサ信号ＳIRを得て、この赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号オフセット補正工程として、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを減算して得られる補正赤外線センサ信号ＳIR’を得て、この補正赤外線センサ信号ＳIR’に第３補正工程として補正係数Ｃを乗算して第３補正信号Ｓ3’を得て、この第３補正信号Ｓ3’に第１補正工程として環境温度ＴAMBから算出されるオフセット補正量Ａ’を減算して第１補正信号Ｓ1’を得て、この第１補正信号Ｓ1’に第２補正工程として環境温度ＴAMBから算出される補正係数Ｂ’を乗算して第２補正信号Ｓ2’を得た。この第２補正信号Ｓ2’に基づいて、温度換算工程を実施することによって測定対象物の温度を定量した。これ以外は、実施例１と同様の条件とした。
【０１４１】
＜赤外線センサ信号オフセット補正工程＞
図１０は、実施例２における環境温度に対する補正赤外線センサ信号を示す図で、環境温度ＴAMBと、赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号オフセット補正工程を適用した場合の補正赤外線センサ信号ＳIR’との関係を示している。
【０１４２】
ここで、赤外線センサ信号オフセット補正工程として、赤外線センサ信号ＳIRに対して赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETの減算を行い、補正赤外線センサ信号ＳIR’とした。赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとしては、理論的には赤外線センサ信号ＳIRがゼロになる条件下、すなわち、測定対象物と環境温度が同一温度となる条件下で赤外線センサ信号ＳIRを求め、その出力をゼロにするための値を採用した。具体的には、赤外線センサ装置１を用いて、３０℃に設定されたペルチェ素子を対象物として（ＴOBJ＝３０℃）、ペルチェ素子から放射される赤外線を、３０℃の環境温度ＴAMBで測定したときに得られる赤外線センサ信号ＳIR＝０．３７５９ｎＡを赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとして用いて（ＳOFFSET＝０．３７５９ｎＡ）、ＳIR’＝ＳIR−０．３７５９［ｎＡ］とした。
【０１４３】
＜第３補正工程＞
補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して第３補正工程を適用して第３補正信号Ｓ3’を得た。ここで、第３補正工程として、補正係数Ｃの乗算を行った。なお、実施例２における補正係数Ｃとしては、（ＴOBJ，ＴAMB）＝（５０，３０）における補正赤外線センサ信号ＳIR’の値ＳIR’＝１．８８７を、２．８２７ｎＡに合わせるための係数とし、Ｃ＝１．４９８とした。
【０１４４】
＜第１補正工程及び第２補正工程＞
第３補正信号Ｓ3’に対して第１補正工程を適用して第１補正信号Ｓ1’を得て、第１補正信号Ｓ1’に対して第２補正工程を適用して第２補正信号Ｓ2’を得た。ここで、第１補正工程として、オフセット補正量Ａ’の減算を行った。なお、オフセット補正量Ａ’としては、下記式（９）で表される関数を用いて、環境温度ＴAMBに基づいたオフセット補正量Ａ’を得た。
Ａ’［ｎＡ］＝（−４．５８２７×１０-6）×ＴAMB3−（１．００５７×１０-3）×ＴAMB2−（４．１１４２×１０-2）×ＴAMB＋２．２８９７ ・・・（９）
【０１４５】
また、第２補正工程として、補正係数Ｂ’の乗算を行った。なお、補正係数Ｂ’としては、下記式（１０）で表される関数を用いて、環境温度ＴAMBに基づいた補正係数Ｂ’を得た。
Ｂ’＝（５．６７６１×１０-5）×ＴAMB2−（５．８２２４×１０-3）×ＴAMB＋１．１１９２ ・・・（１０）
【０１４６】
＜温度換算工程＞
表２は、本実施例２の手順に沿って得られた第２補正信号Ｓ2’に基づいて温度換算工程を行うことにより得られた出力温度ＴOUT’を示している。
【０１４７】
温度換算工程において出力温度ＴOUT’を算出するのには、下記式（１１）で表される関係式を用いた。
【０１４８】
ＴOUT＝（７．９７１４×１０-2）×Ｓ2’3−（７．５５４０×１０-1）×Ｓ2’2＋８．６４５４×Ｓ2’＋３０．０４７ ・・・（１１）
【０１４９】
【表２】
【０１５０】
表２に示すように、本発明の赤外線センサ信号オフセット補正工程を適用することによって、赤外線センサ装置が受光した赤外線エネルギー量から定量される出力温度ＴOUTと実際の測定対象物の温度との差が小さくなり、測定対象物温度１０〜５０℃において、最大３℃未満の差異に抑えることが可能となっている。
【実施例３】
【０１５１】
本実施例３は、上述した実施形態３の実施例を示している。ここでは、補正係数Ｃ及び、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを、任意の２組のＴOBJ，ＴAMBにおける赤外線センサ信号を基にして求めることができる。
【０１５２】
例えば、（ＴOBJ，ＴAMB）＝（３０，３０）におけるＳIR＝０．３７５９ｎＡと、（ＴOBJ，ＴAMB）＝（３０，５０）におけるＳIR＝２．２６３ｎＡと、ＴOBJ＝３０℃における所定の第２補正信号Ｓ2’＝０ｎＡと、ＴOBJ＝５０℃における所定の第２補正信号Ｓ2’＝２．７８８ｎＡと、から下記式（１１）（１２）で表される関数を導出し、連立方程式として解くことにより得られる。
０．３７５９×Ｃ−ＳOFFSET＝０／Ｂ’（ＴAMB＝３０℃）＋Ａ’（ＴAMB＝３０℃） ・・・（１１）
２．２６３×Ｃ−ＳOFFSET＝２．７８８／Ｂ’（ＴAMB＝３０℃）＋Ａ’（ＴAMB＝３０℃） ・・・（１２）
ここで、Ｂ’（ＴAMB＝３０℃），Ａ’（ＴAMB＝３０℃）は、それぞれ、前記式（９），（１０）より求まる、ＴAMB＝３０℃における補正係数Ｂ’とオフセット補正量Ａ’である。この連立方程式を解くと、Ｃ＝１．４８３，ＳOFFSET＝０．５３１０ｎＡが得られる。
【０１５３】
表３は、Ｃ＝１．４８３，ＳIR’＝ＳIR×Ｃ−ＳOFFSET＝ＳIR×１．４８３−０．５３１０［ｎＡ］を用いて第３補正工程及び信号補正工程を行うことにより得られた第２補正信号Ｓ2’に基づいて温度換算工程を行うことにより得られた出力温度ＴOUT’を示している。
【０１５４】
【表３】
【０１５５】
表３においても、出力温度ＴOUTと実際の測定対象物の温度との差を、測定対象物温度１０〜５０℃において、最大３℃未満に抑えることが可能となっている。
【実施例４】
【０１５６】
本実施例４は、上述した実施形態４の実施例を示している。図４に示した赤外線センサ装置１の赤外線センサ部２より赤外線センサ信号ＳIRを得て、この赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号オフセット補正工程として、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを減算して得られる補正赤外線センサ信号ＳIR’を得た。また、環境温度測定部３より、環境温度ＴAMBを得て、この環境温度ＴAMBに環境温度オフセット補正工程として環境温度オフセット補正量ＴOFFSETを減算して補正環境温度ＴAMB’を得た。そして、この補正赤外線センサ信号ＳIR’に第３補正工程として補正係数Ｃを乗算して第３補正信号Ｓ3’を得て、この第３補正信号Ｓ3’に第１補正工程として補正環境温度ＴAMB’から算出されるオフセット補正量Ａを減算して第１補正信号Ｓ1’’を得て、この第１補正信号Ｓ1’’に第２補正工程として環境補正温度ＴAMB’から算出される補正係数Ｂを乗算して第２補正信号Ｓ2’’を得た。この第２補正信号Ｓ2’’に基づいて、温度換算工程を実施することによって測定対象物の温度を定量した。これ以外は、上述した実施例１と同様の条件とした。
【０１５７】
＜環境温度オフセット補正工程及び赤外線センサ信号オフセット補正工程＞
図１１は、実施例４における補正環境温度に対する補正赤外線センサ信号を示す図で、補正環境温度ＴAMB’と、補正赤外線センサ信号ＳIR’との関係を示している。
【０１５８】
環境温度オフセット補正量ＴOFFSET、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとしては、赤外線センサ装置１を用いて、３０℃に設定されたペルチェ素子を対象物として（ＴOBJ＝３０℃）、ペルチェ素子から放射される赤外線を、３０，３５，４０℃の環境温度ＴAMBで測定したときに得られる赤外線センサ信号ＳIRと、赤外線センサ装置１を用いて、５０℃に設定されたペルチェ素子を対象物として（ＴOBJ＝５０℃）、ペルチェ素子から放射される赤外線を、５０，５５℃の環境温度ＴAMBで測定したときに得られる赤外線センサ信号ＳIRと、を用いて、赤外線センサ信号ＳIRの環境温度ＴAMB依存性のプロットに対して１次関数でのフィッティングを行うことで、下記式（１４），（１５）で表される関数を導出し、連立方程式（１４’），（１５’）を解くことにより得られる値を環境温度オフセット補正量ＴOFFSET、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとして用いて（ＴOFFSET＝０．３９４４，ＳOFFSET＝０．３５３７）、ＴAMB’＝ＴAMB−０．３９４４［℃］，ＳIR’＝ＳIR−０．３５３７［ｎＡ］とした。
ＳIR＝−０．０８９４２ＴAMB＋３．０７１ ・・・（１４）
ＳIR＝−０．１５６４ＴAMB＋８．２３４ ・・・（１５）
ＳOFFSET＝−０．０８９４２（３０＋ＴOFFSET）＋３．０７１ ・・・（１４’）
ＳOFFSET＝−０．１５６４（５０＋ＴOFFSET）＋８．２３４ ・・・（１５’）
【０１５９】
＜第３補正工程＞
補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して第３補正工程を適用して第３補正信号Ｓ3’を得た。ここで、第３補正工程として、補正係数Ｃの乗算を行った。なお、実施例４における補正係数Ｃとしては、（ＴOBJ，ＴAMB）＝（５０，３０）における補正赤外線センサ信号ＳIR’の値ＳIR’＝１．９１０ｎＡを、２．８６９ｎＡに合わせるための係数とし、Ｃ＝１．５０２とした。
【０１６０】
＜第１補正工程及び第２補正工程＞
第３補正信号Ｓ3’に対して第１補正工程を適用して第１補正信号Ｓ1’’を得て、第１補正信号Ｓ1’’に対して第２補正工程を適用して第２補正信号Ｓ2’’を得た。ここで、第１補正工程として、オフセット補正量Ａの減算を行った。なお、オフセット補正量Ａとしては、上述した実施例１と同様の関数を用いて、補正環境温度ＴAMB’に基づいたオフセット補正量Ａを得た。また、第２補正工程として、補正係数Ｂの乗算を行った。なお、補正係数Ｂとしては、上述した実施例１と同様の関数を用いて、環境温度ＴAMBに基づいた補正係数Ｂを得た。
【０１６１】
＜温度換算工程＞
表４は、本実施例４の手順に沿って得られた第２補正信号Ｓ2’’に基づいて温度換算工程を行うことにより得られた出力温度ＴOUT’’を示している。
【０１６２】
温度換算工程において出力温度ＴOUT’’を算出するのには、下記式（１４）で表される関係式を用いた。
ＴOUT＝（７．９７１４×１０-2）×Ｓ2’’3−（７．５５４０×１０-1）×Ｓ2’’2＋８．６４５４×Ｓ2’’＋３０．０４７ ・・・（１４）
【０１６３】
【表４】
【０１６４】
表４に示すように、本発明の赤外線センサ信号オフセット補正工程を適用することによって、赤外線センサ装置が受光した赤外線エネルギー量から定量される出力温度ＴOUTと実際の測定対象物の温度との差が小さくなり、測定対象物温度１０〜５０℃において、最大２．１℃の差異に抑えることが可能となっている。
【産業上の利用可能性】
【０１６５】
本発明は、主としてフォトダイオードやサーモパイルなどの赤外線センサから得られる赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置に関し、赤外線センサ装置からの赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して、この赤外線センサ信号から高精度に測定温度を定量することが可能な赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１６６】
１ 赤外線センサ装置
２ 赤外線センサ部
３ 環境温度測定部
４ 視野角制限体
５ プリント基板
６ 窓材
１０ 測定対象物
１１ 環境温度の測定機構を有する赤外線センサ部
１２ 温度測定装置
１３ 第３補正部
１４ 環境温度オフセット補正部
１５ 赤外線センサ信号オフセット補正部
１６ 第１補正部
１７ 第２補正部
１８ 温度換算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを有する赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する赤外線センサ信号の補正方法において、
前記環境温度測定部から得られる環境温度に、該環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度を得る環境温度オフセット補正工程と、
前記補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ信号を補正する信号補正工程と
を有することを特徴とする赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項２】
前記信号補正工程が、前記赤外線センサ信号に前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量が、前記補正環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表されることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項３】
前記信号補正工程が、前記補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項４】
前記赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有することを特徴とする請求項１，２又は３に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項５】
前記補正係数は、前記赤外線センサ装置を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数であることを特徴とする請求項４に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項６】
前記赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程を有し、前記信号補正工程が、前記補正環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する工程であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項７】
前記赤外線センサ部が、前記環境温度測定部の機能を有することを特徴とする請求項６に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項８】
前記第１補正工程と前記第２補正工程との順番を入れ替えて補正処理することを特徴とする請求項６に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項９】
測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを有する赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する赤外線センサ信号の補正方法において、
前記赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程と、
前記環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する信号補正工程と
を有することを特徴とする赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項１０】
前記信号補正工程が、前記赤外線センサ信号に前記環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、前記環境温度に基づいたオフセット補正量が、前記環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表されることを特徴とする請求項９に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項１１】
前記信号補正工程が、前記環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項１２】
前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有することを特徴とする請求項９，１０又は１１に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項１３】
前記補正係数は、前記赤外線センサ装置を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数であることを特徴とする請求項１２に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の赤外線センサ信号の補正方法によって得られた信号に基づいて測定温度を導出する温度換算工程を有することを特徴とする温度測定方法。
【請求項１５】
測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを備えた赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する温度測定装置において、
前記環境温度測定部から得られる環境温度に、該環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度とする環境温度オフセット補正部と、
前記補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号を補正する信号補正部と、
該信号補正部の出力から測定温度を換算する温度換算部と
を備えていることを特徴とする温度測定装置。
【請求項１６】
前記信号補正部が、前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正部と、前記補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正部とを備えていることを特徴とする請求項１５に記載の温度測定装置。
【請求項１７】
前記赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号とする赤外線センサ信号オフセット補正部を更に備えていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の温度測定装置。
【請求項１８】
前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正部を更に備えていることを特徴とする請求項１５，１６又は１７に記載の温度測定装置。
【請求項１９】
測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを備えた赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する温度測定装置において、
前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号とする赤外線センサ信号オフセット補正部と、
前記環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する信号補正部と、
該信号補正部の出力から測定温度を換算する温度換算部と
を備えていることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２０】
前記信号補正部が、前記環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正部と、前記環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正部とを備えていることを特徴とする請求項１９に記載の温度測定装置。
【請求項２１】
前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正部を更に備えていることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の温度測定装置。
【請求項１】
測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを有する赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する赤外線センサ信号の補正方法において、
前記環境温度測定部から得られる環境温度に、該環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度を得る環境温度オフセット補正工程と、
前記補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ信号を補正する信号補正工程と
を有することを特徴とする赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項２】
前記信号補正工程が、前記赤外線センサ信号に前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量が、前記補正環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表されることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項３】
前記信号補正工程が、前記補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項４】
前記赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有することを特徴とする請求項１，２又は３に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項５】
前記補正係数は、前記赤外線センサ装置を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数であることを特徴とする請求項４に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項６】
前記赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程を有し、前記信号補正工程が、前記補正環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する工程であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項７】
前記赤外線センサ部が、前記環境温度測定部の機能を有することを特徴とする請求項６に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項８】
前記第１補正工程と前記第２補正工程との順番を入れ替えて補正処理することを特徴とする請求項６に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項９】
測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを有する赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する赤外線センサ信号の補正方法において、
前記赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程と、
前記環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する信号補正工程と
を有することを特徴とする赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項１０】
前記信号補正工程が、前記赤外線センサ信号に前記環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、前記環境温度に基づいたオフセット補正量が、前記環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表されることを特徴とする請求項９に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項１１】
前記信号補正工程が、前記環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項１２】
前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有することを特徴とする請求項９，１０又は１１に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項１３】
前記補正係数は、前記赤外線センサ装置を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数であることを特徴とする請求項１２に記載の赤外線センサ信号の補正方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の赤外線センサ信号の補正方法によって得られた信号に基づいて測定温度を導出する温度換算工程を有することを特徴とする温度測定方法。
【請求項１５】
測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを備えた赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する温度測定装置において、
前記環境温度測定部から得られる環境温度に、該環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度とする環境温度オフセット補正部と、
前記補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号を補正する信号補正部と、
該信号補正部の出力から測定温度を換算する温度換算部と
を備えていることを特徴とする温度測定装置。
【請求項１６】
前記信号補正部が、前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正部と、前記補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正部とを備えていることを特徴とする請求項１５に記載の温度測定装置。
【請求項１７】
前記赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号とする赤外線センサ信号オフセット補正部を更に備えていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の温度測定装置。
【請求項１８】
前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正部を更に備えていることを特徴とする請求項１５，１６又は１７に記載の温度測定装置。
【請求項１９】
測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを備えた赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する温度測定装置において、
前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号とする赤外線センサ信号オフセット補正部と、
前記環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する信号補正部と、
該信号補正部の出力から測定温度を換算する温度換算部と
を備えていることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２０】
前記信号補正部が、前記環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正部と、前記環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正部とを備えていることを特徴とする請求項１９に記載の温度測定装置。
【請求項２１】
前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正部を更に備えていることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の温度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２３００７７（Ｐ２０１２−２３００７７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９９９８５（Ｐ２０１１−９９９８５）
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
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