JP2012154845A - 温度測定装置における補正データの取得方法およびこれを行う、温度測定方法、及び、温度測定装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、様々な要因で変化する赤外線センサの精度及び感度を、校正することにより、適切に調整し、常に、高精度な赤外線センサを提供することである。
【解決手段】本発明は、赤外線センサの出力（Ｉｐ）と、センサ温度（Ｔｓ）と、補正データ（ＲＥＶ）とに基づいて測定対象物の温度を算出する温度測定方法において、補正データ（ＲＥＶ）は、測定対象物温度算出手段の出力（ＴＩＲ）を接触式温度測定手段の出力（Ｔｃｏｎｔ）に近づけるためのデータであって、（１）接触式温度測定手段が測温対象物に接触しており、かつ、（２）赤外線センサの測定視野内に測定対象物が入っている時に、取得されたものであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、温度測定装置における補正データの取得方法およびこれを行う、温度測定方法、及び、温度測定装置に関する。

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という非接触式温度計としても期待されている。

赤外線センサを用いて赤外線エネルギー量から対象物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の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。

例えば、引用文献１には、測温対象物の温度を測定する非接触式温度計及び接触式温度計と、非接触式温度計及び接触式温度計の測定値に基づいて、非接触式温度計の測定データの誤差を補正する補正乗数Ａεを算出し、かつこの補正乗数Ａεにより非接触式温度計の測定データを補正して補正値を算出する演算手段と、上記測定値及び補正値を表示するための表示手段とを備えた温度測定装置が記載されている。

特開平８−３２７４５８号公報

赤外線センサを非接触温度計あるいは人感センサとして使用する場合、赤外線センサの出力特性、センサ温度の測定手段の測定精度等は常に一定なものではなく、外的要因（例えば汚れなど）や経時変化などの様々な要因により変化する。

しかし、これらに起因する非接触温度測定誤差を補正するための補正データを簡易かつ高精度に取得する方法または装置については、今まで提案されていない。

引用文献１に記載の温度測定装置は、赤外線センサ部として熱型赤外線センサを用いたものであり、主に測定対象物の放射率や測定環境に起因する誤差を補正することは可能であっても、赤外線センサの出力特性、センサ温度の測定手段の温度測定精度等に起因する誤差を補正するものではない。

本願発明は、様々な要因で変化する赤外線センサの出力特性、環境温度の測定手段の測定精度等の影響を補正するための補正データを簡易かつ高精度に取得する方法、およびこれを行う、温度測定方法、及び、温度測定装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の補正データの取得方法は、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と、上記赤外線センサの温度（Ｔｓ）を測定するセンサ温度測定手段と、測定対象物の温度を測定する接触式温度測定手段と、測定対象物温度算出手段とを備える非接触式温度測定装置において、上記測定対象物温度算出手段が、上記赤外線センサの出力（Ｉｐ）と、上記センサ温度測定手段から得られる赤外線センサの温度（Ｔｓ）とに基づいて、測温対象物の温度（ＴＩＲ）を算出する工程で使用される補正データ（ＲＥＶ）の取得方法であって、（１）上記接触式温度測定手段が測定対象物に接触しており、かつ、（２）上記赤外線センサの測定視野を測定対象物が覆っていると判断した時に、上記接触式温度測定手段から得られる温度（Ｔｃｏｎｔ）と、測定対象物温度算出手段の出力（ＴＩＲ）とを比較して、測定対象物温度算出手段の出力（ＴＩＲ）を上記接触式温度測定手段から得られる温度（Ｔｃｏｎｔ）に近づけるための上記補正データを取得することを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の補正データの取得方法は、上記補正データが、上記赤外線センサの温度のオフセット補正値（ＴｓＯｆｆｓｅｔ）、上記赤外線センサの出力のオフセット補正値（ＩｐＯｆｆｓｅｔ）、および上記赤外線センサの出力のゲイン補正値（Ｉｐｇａｉｎ）からなる群より選択される少なくとも１つを含むことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の補正データの取得方法は、上記補正データが、上記赤外線センサの温度のオフセット補正値（ＴｓＯｆｆｓｅｔ）を含み、該補正データは、上記（１）（２）の条件に加え、（３）上記赤外線センサの出力（Ｉｐ）がゼロ近傍であるときに、上記補正データを取得することを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の補正データの取得方法は、上記補正データが、上記赤外線センサの出力のゲイン補正値（Ｉｐｇａｉｎ）を含み、該補正データは、上記（１）（２）の条件に加え、（３´）上記赤外線センサの出力（Ｉｐ）の絶対値が所定の値以上であるときに、上記補正データを取得することを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の補正データの取得方法は、上記補正データが、上記赤外線センサの出力のオフセット補正値（Ｉｐｏｆｆｓｅｔ）を含み、該補正データは、上記（１）（２）の条件に加え、（３）上記赤外線センサの出力（Ｉｐ）がゼロ近傍であるときに、上記補正データを取得することを特徴とする。

上記の課題を解決するために、本発明の請求項６に記載の温度測定方法は、赤外線センサからの出力（Ｉｐ）を取得するステップと、上記赤外線センサのセンサ温度測定手段から出力（Ｔｓ）を取得するステップと、上記赤外線センサの出力（Ｉｐ）と、上記赤外線センサのセンサ温度測定手段から得られる赤外線センサの温度（Ｔｓ）と、補正データ（ＲＥＶ）とに基づいて測定対象物の温度を算出するステップとを含む温度測定方法において、上記補正データ（ＲＥＶ）は、接触式温度測定手段から得られる温度（Ｔｃｏｎｔ）と、測定対象物温度算出手段の出力（ＴＩＲ）とを比較して、測定対象物温度算出手段の出力（ＴＩＲ）を上記接触式温度測定手段から得られる温度（Ｔｃｏｎｔ）に近づけるためのデータであって、（１）上記接触式温度測定手段が測温対象物に接触しており、かつ、（２）上記赤外線センサの測定視野内に測定対象物が覆っていると判断した時、に取得されたものであることを特徴とする。

上記の課題を解決するために、本発明の請求項７に記載の温度測定装置は、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と、上記赤外線センサの温度（Ｔｓ）を測定するセンサ温度測定手段と、測定対象物の温度を測定する接触式温度測定手段と、測定対象物温度算出手段と、補正データ生成手段とを備える温度測定装置において、補正データ生成手段は、（１）上記接触式温度測定手段が測定対象物に接触しており、かつ、（２）上記赤外線センサの測定視野内に測定対象物が覆っていると判断した時に、上記接触式温度測定手段から得られる温度（Ｔｃｏｎｔ）と、測定対象物温度算出手段の出力（ＴＩＲ）とを比較して、測定対象物温度算出手段の出力（ＴＩＲ）を上記接触式温度測定手段から得られる温度（Ｔｃｏｎｔ）に近づけるための上記補正データを生成するものであることを特徴とする。

本発明は、以上のような構成により、様々な要因で変化する赤外線センサの出力特性、環境温度の測定手段の測定精度等の影響を補正するための補正データを簡易かつ高精度に取得する方法、およびこれを行う、温度測定方法、及び、温度測定装置を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る非接触温度測定装置のブロック図である。 本発明の実施形態２に係る非接触温度測定装置のブロック図である。 本発明の実施例１に係る温度測定装置の構成図を示す図である。 本発明の実施例１に係る温度測定装置の使用例１を示す図である。 本発明の実施例１に係る温度測定装置の使用例２を示す図である。 本発明の実施例２に係る温度測定装置の使用例１を示す図である。 赤外線センサの温度特性であって、センサ温度毎の対象物温度と光電流との関係を示す図である。 赤外線センサの温度補正のブロック図を示す図である。 オフセット温度特性の補正後のセンサ温度毎の対象物温度と光電流との関係を示す図である。 ゲイン温度特性の補正後のセンサ温度毎の対象物温度と光電流との関係を示す図である。 本発明の温度補正のブロック図を示す図である。 本発明の実施例３に係る補正データ取得方法の例１を示す図である。 本発明の実施例３に係る補正データ取得方法の例２を示す図である。 本発明の実施例３に係る補正データ取得方法の例３を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照に詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態１に係る温度測定装置のブロック図である。

図１において、非接触温度測定装置１０１は、測定対象物１０７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１０２と、赤外線センサ１０２の温度（Ｔｓ）を測定するセンサ温度測定手段１０３と、測定対象物温度算出手段１０４と、測定対象物１０７の温度（Ｔｃｏｎｔ）を測定する接触式温度測定手段１０５と、補正データ生成手段１０６とを備える。

赤外線センサ１０２は、ここでは説明の都合上、量子型赤外線センサについて説明するがこれには限定されず、サーモパイル、焦電型センサ、ボロメータなどの熱型赤外線センサでもよい。赤外線センサ１０２は、その測定視野１０９から測定対象物１０７から放出される赤外線を検出し、これに応じて発生する光電流（Ｉｐ）を測定対象物温度算出手段１０４に送出する。図１に示すように、赤外線受光部１１０が筐体１０８の表面に存在する赤外線センサ１０２であってもよいし、図２に示すように、赤外線受光部１１０が筐体１１１の開口部の内部に存在する赤外線センサであってもよい。赤外線受光部１１０が筐体１１１の開口部の内部に存在する場合、開口部には赤外線を透過する材質の窓材、光学フィルタ、レンズなどを必要に応じて備えることが出来る。

センサ温度測定手段１０３は、赤外線センサ１０２の温度を直接測定するものであってもよいし、赤外線センサ１０２の温度と関係を有する部材（例えば封止材や基板等）の温度を測定するものであっても良い。赤外線センサ１０２の周辺に設置されたサーミスタ、白金抵抗体などの接触式温度計がセンサ温度測定手段１０３として例示できるが、これには限定されず、赤外線センサ１０２自体の温度や、赤外線センサ自体の温度と関係を有するセンサ周辺の温度情報が得られる部品であればよい。赤外線センサと、そのセンサ温度を測定する温度測定手段と、信号処理を行うＩＣが、ワンチップにパッケージされたものなどでもよい。センサ温度測定手段１０３は、赤外線センサ１０２の温度（Ｔｓ）を測定し、これを測定対象物温度算出手段１０４に送出する。

測定対象物温度算出手段１０４は、赤外線センサ１０２から入力された光電流（Ｉｐ）と、センサ温度測定手段１０３から入力された、赤外線センサ１０２のセンサ温度（Ｔｓ）とに基づいて、測定対象物１０７の温度（ＴＩＲ）を算出する。本発明では、後述する補正データ生成手段１０６で算出される補正データ（ＲＥＶ）に基づいて、測定対象物１０７の温度（ＴＩＲ）の算出についてキャリブレーションも行う。

接触式温度測定手段１０５は、測定対象物１０７に接触した際に測定対象物１０７の温度を直接的または間接的に正確に測定できる手段である。図１では、非接触温度測定装置１０１の筐体１０８の表面に設置された２ｍｍ角の白金抵抗体の接触式温度計を接触式温度測定手段１０５として使用するが、これには、限定されず、サーミスタなどの他の接触式温度計でもよい。また、図２に示すように測定対象物１０７と接することが可能な筐体の一部と接触式温度計を組み合わせたものを接触式温度測定手段１０５としても良い。なお、一般的に、接触式温度計は、非接触式温度計に比べて、測定誤差が少なく、精度がよい。接触式温度測定手段１０５は、測定時に、（１）測定対象物１０７に接触し、かつ、（２）赤外線センサ１０２の測定視野１０９を測定対象物１０７が覆うように、設置され、上記の条件を満たす場合に、測定対象物１０７の温度（Ｔｃｏｎｔ）を測定し、これを、補正データ生成手段１０６に送出する。

補正データ生成手段１０６は、接触式温度測定手段１０５から受信した測定対象物１０７の温度（Ｔｃｏｎｔ）情報、及び測定対象物温度算出手段１０４から受信した測定対象物１０７の温度（ＴＩＲ）情報に基づいて、測定対象物温度算出手段１０４で使用する補正データ（ＲＥＶ）を生成する。より精度の高い補正データ（ＲＥＶ）を得る観点から、赤外線センサ１０２から入力された光電流（Ｉｐ）や、センサ温度測定手段１０３から入力された赤外線センサ１０２のセンサ温度（Ｔｓ）の情報を更に用いて上記補正データ（ＲＥＶ）を生成しても良い。本発明では、後述するように、この補正データ（ＲＥＶ）として、赤外線センサ１０２の温度（Ｔｓ）のオフセット補正値（ＴｓＯｆｆｓｅｔ）、赤外線センサ１０２の出力（Ｉｐ）のオフセット補正値（ＩｐＯｆｆｓｅｔ）、および赤外線センサ１０２の出力（Ｉｐ）のゲイン補正値（Ｉｐｇａｉｎ）の３つの補正データを生成するが、これには限定されず、これらの補正データから選択される少なくとも１つを含むものでもよい。

次に、上述した本発明の温度測定装置の実際の実施例について説明する。
［実施例１］

まず、本発明の温度測定装置の実施例１について図３乃至図５を使用して説明する。
図３は、本発明の実施例１に係る温度測定装置の構成図である。
図３において、携帯機器等本体部３０１は、赤外線センサ３０２と、センサ温度測定手段３０３と、接触式温度測定手段３０５とを備える。携帯機器３０１としては、携帯電話、ＰＤＡ、ノートパソコン、温度計など、赤外線センサを利用する機器が含まれる。

赤外線センサ３０２は、携帯機器３０１の表面に開口部３０６を有するように表面から距離を置いて設置される。また、センサ温度測定手段３０３は、赤外線センサ３０２の周辺に設けられ、赤外線センサ３０２のセンサ温度（Ｔｓ）を測定する。また、接触式温度測定手段３０５は、携帯機器３０１の表面であって、開口部３０６の周辺に設置される。

図４は、本発明の実施例１に係る非接触式温度測定装置の使用例１を示す図である。
図４では、図３に示した非接触式温度測定装置としての携帯機器３０１が測定対象物４０７上に置かれた状態を示す。

図４において、測定対象物４０７が開口部３０６を覆うように、携帯機器３０１が置かれた場合、赤外線センサの測定視野を測定対象物が覆った状態になり、赤外線センサ３０２が測定対象物４０７から放射される赤外線を検出して光電流（Ｉｐ）を出力し、センサ温度測定手段３０３が赤外線センサ３０２のセンサ温度（Ｔｓ）を測定するのと同時に、接触式温度測定手段３０５が、測定対象物４０７に接触するため、この温度（Ｔｃｏｎｔ）を同時に測定し、上述した測定対象物の温度（ＴＩＲ）の算出に使用される補正データ（ＲＥＶ）を算出し、キャリブレーションを行う。

このとき、携帯機器３０１が、（１）接触式温度測定手段３０３が測定対象物４０７に接触しており、かつ、（２）赤外線センサ３０２の測定視野を測定対象物が覆っていると判断するための手段の一例としては、携帯機器３０１の開口部３０６側の面を測定対象物４０７に接触させ、かつ、赤外線センサの測定視野を測定対象物が覆うように携帯機器３０１を設置するように使用者に指示画面を表示し、使用者が該設置を完了したらその旨を携帯機器３０１に入力して補正データ（ＲＥＶ）の算出を開始する方法が挙げられる。別の一例としては、携帯機器３０１が、携帯機器３０１自身の角度や静止状態等から（１）接触式温度測定手段３０３が測定対象物４０７に接触しており、かつ、（２）赤外線センサ３０２の測定視野を測定対象物が覆っていることを自動的に判断して補正データ（ＲＥＶ）の算出を開始する方法が挙げられる。具体的には、接触式温度測定手段３０３の開口部３０６側の面が地面側になった状態で一定時間水平に保たれていることを携帯機器内部の地磁気センサ等を用いて判断し、自動的に補正データ（ＲＥＶ）の算出を開始する方法や、
携帯機器３０１が接続されると、（１）接触式温度測定手段３０３が測定対象物４０７に接触し、かつ、（２）赤外線センサ３０２の測定視野を覆うような充電器（クレードル）を用いて、充電状態であることを判断して、自動的に補正データ（ＲＥＶ）の算出を開始する方法や、
使用者が携帯機器３０１を使用中（図５の様に測定対象物を人間の手となる状態）であることを判断して自動的に補正データ（ＲＥＶ）の算出を開始する方法などが挙げられるが、この限りではない。

ここでは、赤外線センサ３０２の出力（Ｉｐ）情報と、赤外線センサ３０２のセンサ温度（Ｔｓ）情報と、接触式温度測定手段３０５から得られる測定対象物温度（Ｔｃｏｎｔ）を、携帯機器３０１が測定対象物４０７上に置かれた状態で本体にロギングし、そのデータを基に、キャリブレーションを行うこともできる。

図５は、本発明の実施例１に係る温度測定装置の使用例２を示す図である。
図５では、図３に示した携帯機器３０１が、人間の手５０８により握られた状態を示す。ここでも、手５０８で携帯機器３０１が握られた場合、赤外線センサ３０２が、手５０８から放射される赤外線を検出して光電流（Ｉｐ）を出力し、センサ温度測定手段３０３が赤外線センサ３０２のセンサ温度（Ｔｓ）を測定するのと同時に、接触式温度計３０５が、測定対象物である手５０８に接触するため、この温度（Ｔｃｏｎｔ）を測定し、上述した測定対象物の温度（ＴＩＲ）の算出に使用される補正データ（ＲＥＶ）を算出しキャリブレーションを行う。補正の内容は、使用例１と同様である。

［実施例２］
次に、本発明の温度測定装置の実施例２について図６を使用して説明する。

図６は、本発明の実施例２に係る温度測定装置の使用例１を示す図である。
図６において、携帯機器６０１は、赤外線センサ６０２と、接触式温度測定手段を内蔵した筐体６０５と、開口部６０６とを備える。

図６において、左側の図は、携帯機器６０１の使用時を示し、右側の図は、携帯機器６０１を折り畳んだ状態であって、携帯機器６０１の赤外線センサ６０２と、接触式温度計を内蔵した筐体６０５とが対向した状態（校正時）を示している。図６に示す校正時において、筐体６０５は開口部６０６を覆った状態で、接触式温度計は筐体の６０５の温度を測定し、上述の実施例１と同様にキャリブレーションを行う。補正の内容も、実施例１と同様である。

次に、本発明の赤外線センサの補正方法について、説明する。

図７は、放射率ε＝０．９７の黒体炉を測定対象物として測定した赤外線センサの温度特性であって、センサ温度（Ｔｓ）毎の測定対象物温度（Ｔｏｂｊ）と光電流（Ｉｐ）との関係を示す図である。赤外線センサとしては、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、上記ｎ型ＩｎＳｂ層と上記ｐ型ＩｎＳｂ層との間に光吸収層であるｉ型ＩｎＳｂ層と、上記ｐ型ＩｎＳｂ層と上記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た。なお、赤外線センサの測定視野の視野角（開口角）は約１２０°で、赤外線センサと黒体炉との距離は約２．５ｃｍで、黒体炉表面は１０ｃｍ角の正方形であり、黒体炉表面が赤外線センサの測定視野を覆った状態で測定を実施した。

図７から、センサ温度（Ｔｓ）の変化によって、（１）オフセットに加え、（２）感度（図７のグラフの傾き）が変化することがわかる。

従って、センサ温度（Ｔｓ）に応じた、出力信号の、（１）オフセット温度特性の補正、（２）ゲイン温度特性の補正を行うことにより、適切な補正が行うことができる。この方針に従った、赤外線センサ出力の温度補正のブロック図を図８に示す。

図８において、赤外線センサ８０２から出力された光電流（Ｉｐ）は、ブロック８０４において、ゲイン補正値（Ｉｐｇａｉｎ）を用いたゲイン調整が行われる。具体的には、Ｉｐ×Ｉｐｇａｉｎの計算が行われる。

次に、センサ温度測定手段８０３において、センサ温度（Ｔｓ）の測定が行われ、ブロック８０５において、オフセット温度特性の補正が行われる。ここで、オフセット補正量Ｏｆｆｓｅｔは、センサ温度（Ｔｓ）の関数で、Ｏｆｆｓｅｔ＝ｆ（Ｔｓ）であり、具体的には、Ｉｐｇａｉｎ×Ｉｐ−ｆ（Ｔｓ）の計算が行われる。図９に、オフセット温度特性の補正後のセンサ温度（Ｔｓ）毎の測定対象物温度（Ｔｏｂｊ）と光電流（Ｉｐ）との関係を示す。

次に、ブロック８０６において、ゲイン温度特性の補正が行われる。ここで、ゲイン補正量Ｇａｉｎは、センサ温度（Ｔｓ）の関数で、Ｇａｉｎ＝ｇ（Ｔｓ）であり、具体的には、｛Ｉｐｇａｉｎ×Ｉｐ−ｆ（Ｔｓ）｝×ｇ（Ｔｓ）の計算が行われる。図１０に、ゲイン温度特性の補正後のセンサ温度（Ｔｓ）毎の測定対象物温度（Ｔｏｂｊ）と光電流（Ｉｐ）との関係を示す。

次に、ブロック８０７において、上述のブロック８０６から出力された図１０に示された特性について、リニアライズが行われ、これにより、測定対象物温度（Ｔｏｂｊ）の測定結果であるＴＩＲが算出される。

ここで、リニアライズの関数を変数ｘを用いてＬ（ｘ）と表すと、図７乃至図１０を用いて説明した、基本となる補正方法の補正式は、以下のようになる。
ＴＩＲ＝Ｌ［｛Ｉｐｇａｉｎ×Ｉｐ−ｆ（Ｔｓ）｝×ｇ（Ｔｓ）］＝Ｌ（Ｉｐｇａｉｎ，Ｔｓ，Ｉｐ）・・・（１）

この基本となる補正式を変形した本願発明の補正式を以下に示す。
ＴＩＲ＝Ｌ［｛Ｉｐｇａｉｎ×（Ｉｐ＋ＩｐＯｆｆｓｅｔ）−ｆ（Ｔｓ＋ＴｓＯｆｆｓｅｔ）｝×ｇ（Ｔｓ＋ＴｓＯｆｆｓｅｔ）］＝Ｌ（Ｉｐｇａｉｎ，Ｔｓ，ＴｓＯｆｆｓｅｔ，Ｉｐ，ＩｐＯｆｆｓｅｔ）・・・（２）

［実施例３］
また、上記本願発明の補正式の方針に従った、赤外線センサ出力の温度補正のブロック図を図１１に示す。

理想的には、式（１）で、既知の温度（Ｔｏｂｊ）の対象物を使用し、ＴＩＲ＝Ｔｏｂｊとなるように、ゲイン補正値（Ｉｐｇａｉｎ）を調整することによりキャリブレーションが可能である。しかし、現実のシステムでは、センサ温度の測定誤差や、光電流、或いは、それを電流−電圧変換／増幅した出力電圧のオフセットが生じる。

式（２）を導入し、ゲイン補正値（Ｉｐｇａｉｎ）、センサの温度のオフセット補正値（ＴｓＯｆｆｓｅｔ）、光電流のオフセット補正値（ＩｐＯｆｆｓｅｔ）を調整するキャリブレーションを行うことにより、非接触温度測定の精度が向上でき、経時的なセンサ周辺部品特性の変化、位置ずれ、センサ自身の特性変化の影響を低減することができる。

以下、ＴｓＯｆｆｓｅｔ、ＩｐＯｆｆｓｅｔを算出する方法を例示する。

接触式温度測定手段を使用して、測定対象物温度（Ｔｏｂｊ）を実測できる場合、すなわち、Ｔｃｏｎｔ＝Ｔｏｂｊの場合、赤外線センサの出力は、センサと測定対象物との温度差による赤外線の授受によるため、測定対象物とセンサ温度とが同じ温度の場合にはセンサの出力がゼロになるという原理に従って、
Ｔｃｏｎｔ＝Ｔｏｂｊ＝Ｔｓ＋ＴｓＯｆｆｓｅｔ・・・（３）
の関係と
Ｉｐ＋ＩｐＯｆｆｓｅｔ＝０・・・（４）
の関係とを使用して、ＴｓＯｆｆｓｅｔ、ＩｐＯｆｆｓｅｔの最適値が求められる。

図１２は、本発明の補正データ取得方法の例１を説明するための赤外線センサ出力の模式図である。例１では、センサ温度のオフセット（ΔＴｓ）がΔＴｓ≠０で，センサ出力のオフセット（ΔＩｐ）がΔＩｐ＝０の場合を示している。破線は、理想的（ΔＴｓ＝ΔＩｐ＝０）な赤外線センサの出力特性（ａ）を表し、実線はΔＴｓ≠０，ΔＩｐ＝０の出力特性（ｂ）を表す。

接触式温度測定手段を用いて、測定対象物温度（Ｔｏｂｊ）を実測できる場合、Ｔｃｏｎｔ＝Ｔｏｂｊとなり、理想的な出力特性（ａ）においては、Ｔｓ＝Ｔｏｂｊ＝ＴｃｏｎｔのときにＩｐ＝０となる。ところが、ΔＴｓ≠０の出力特性（ｂ）においては、Ｔｓ＝Ｔｏｂｊ＝ＴｃｏｎｔのときにＩｐ≠０、Ｔｓ＝Ｔｏｂｊ−ΔＴｓのときにＩｐ＝０となってしまい、理想的な赤外線センサの出力特性（ａ）とのズレが生じる。したがって、理想的な赤外線センサの出力特性から求めた、赤外線センサの補正式（１）を当てはめると、非接触温度測定結果（ＴＩＲ）と測定対象物温度（Ｔｏｂｊ）との間に誤差が生じてしまう。

そこで、センサ温度のオフセット補正値（ＴｓＯｆｆｓｅｔ）を求め、温度補正に用いる。ＴｓＯｆｆｓｅｔは、式（３）を用いて、Ｉｐ＝０でのＴｓ（＝Ｔｏｂｊ−ΔＴｓ）から求められる（ＴｓＯｆｆｓｅｔ＝ΔＴｓ）。そして、補正式（２）に、ＴｓＯｆｆｓｅｔの値を代入することで、高精度な非接触温度測定結果（ＴＩＲ）が得られるようになる。

さらに、ＴｓＯｆｆｓｅｔの値を代入した後の補正式（２）でＩｐｇａｉｎの値を調節することで、より高精度なＴＩＲの算出ができる。

このとき、Ｉｐ＝０でのＴｓのデータが無い場合には、Ｉｐ＝０近傍でのＩｐとＴｓのデータから関数Ｉｐ＝Ｆ１（Ｔｓ）を求め、Ｉｐ＝０におけるＴｓを導出する。

なお、例１はΔＴｓ≠０，ΔＩｐ＝０の場合において補正データを取得方法を例示したが、本発明の補正データ取得方法はそれに限られず、例えば実際にはΔＩｐ≠０の場合であっても、ΔＩｐ＝０とみなした上で、Ｔｓｏｆｆｓｅｔを導出する方法であっても良い。この場合、導出されたＴｓｏｆｆｓｅｔを用いることでＴＩＲがＴｃｏｎｔに近づくのであれば、従来よりも高精度なＴＩＲの算出が可能になる。

図１３は、本発明の補正データ取得方法の例２を説明するための赤外線センサ出力の模式図である。例２では、センサ温度のオフセット（ΔＴｓ）がΔＴｓ＝０で，センサ出力のオフセット（ΔＩｐ）がΔＩｐ≠０の場合を示している。破線は、理想的（ΔＴｓ＝ΔＩｐ＝０）な赤外線センサの出力特性（ａ）を表し、実線はΔＴｓ＝０，ΔＩｐ≠０の出力特性（ｃ）を表す。

ΔＩｐ≠０の出力特性（ｃ）においては、Ｔｓ＝Ｔｃｏｎｔ＝ＴｏｂｊのときにＩｐ≠０となってしまい、理想的な赤外線センサの出力特性（ａ）とのズレが生じる。したがって、理想的な赤外線センサの出力特性から求めた、赤外線センサの補正式（１）を当てはめると、非接触温度測定結果（ＴＩＲ）と測定対象物温度（Ｔｏｂｊ）との間に誤差が生じてしまう。

そこで、センサ出力のオフセット補正値（ＩｐＯｆｆｓｅｔ）を求め、温度補正に用いる。ＩｐＯｆｆｓｅｔは、式（４）を用いて、Ｔｓ＝Ｔｃｏｎｔ＝ＴｏｂｊのときのＩｐを用いて求められる（ＩｐＯｆｆｓｅｔ＝−ΔＩｐ）。そして、補正式（２）に、ＩｐＯｆｆｓｅｔの値を代入することで、高精度な非接触温度測定結果（ＴＩＲ）が得られるようになる。

さらに、ＩｐＯｆｆｓｅｔの値を代入した後の補正式（２）でＩｐｇａｉｎの値を調節することで、より高精度なＴＩＲの算出ができる。

このとき、Ｔｓ＝Ｔｃｏｎｔ＝ＴｏｂｊでのＩｐのデータが無い場合には、Ｔｓ＝Ｔｏｂｊ近傍でのＩｐとＴｓのデータから関数Ｉｐ＝Ｆ２（Ｔｓ）を求め、Ｔｓ＝ＴｏｂｊにおけるＩｐを導出する。

なお、例２はΔＴｓ＝０，ΔＩｐ≠０の場合において補正データを取得方法を例示したが、本発明の補正データ取得方法はそれに限られず、例えば実際にはΔＴｓ≠０の場合であっても、ΔＴｓ＝０とみなした上で、Ｉｐｏｆｆｓｅｔを導出する方法であっても良い。この場合、導出されたＩｐｏｆｆｓｅｔを用いることでＴＩＲがＴｃｏｎｔに近づくのであれば、従来よりも高精度なＴＩＲの算出が可能になる。

図１４は、本発明の補正データ取得方法の例３を模式的に表す図である。例３では、センサ温度のオフセット（ΔＴｓ）がΔＴｓ≠０で，センサ出力のオフセット（ΔＩｐ）がΔＩｐ≠０の場合を示している。破線は、対象物温度Ｔｏｂｊ１，Ｔｏｂｊ２における、理想的（ΔＴｓ＝ΔＩｐ＝０）な赤外線センサの出力特性（ａ１），（ａ２）を表し、実線はΔＴｓ≠０，ΔＩｐ≠０の出力特性（ｄ１），（ｄ２）を表す。

ΔＩｐ≠０の出力特性（ｄ１），（ｄ２）においては、Ｔｓ＝Ｔｃｏｎｔ＝Ｔｏｂｊ１，Ｔｓ＝Ｔｃｏｎｔ＝Ｔｏｂｊ２のときにＩｐ≠０となってしまい、それぞれ、理想的な赤外線センサの出力特性（ａ１），（ａ２）とのズレが生じる。したがって、理想的な赤外線センサの出力特性から求めた、赤外線センサの補正式（１）を当てはめると、非接触温度測定結果（ＴＩＲ）と測定対象物温度（Ｔｏｂｊ）との間に誤差が生じてしまう。

そこで、センサ温度のオフセット補正値（ＴｓＯｆｆｓｅｔ）と、センサ出力のオフセット補正値（ＩｐＯｆｆｓｅｔ）とを求め、温度補正に使用する。

ΔＴｓ≠０，ΔＩｐ≠０の出力特性（ｄ１），（ｄ２）においては、未知数が２つ（ＴｓＯｆｆｓｅｔ、ＩｐＯｆｆｓｅｔ）となるため、以下のようにして連立方程式を解く。

まず、Ｔｃｏｎｔ＝Ｔｏｂｊ１において（ｄ１）、Ｉｐ＝０近傍でのＩｐとＴｓのデータから関数Ｉｐ＝Ｆ３（Ｔｓ）を求め、式（３）、（４）から次式を得る。
−ＩｐＯｆｆｓｅｔ＝Ｆ３（Ｔｏｂｊ１−ＴｓＯｆｆｓｅｔ）・・・（５）

また、Ｔｃｏｎｔ＝Ｔｏｂｊ２において（ｄ２）、Ｉｐ＝０近傍でのＩｐとＴｓのデータから関数Ｉｐ＝Ｆ４（Ｔｓ）を求め、同様に次式を得る。
−ＩｐＯｆｆｓｅｔ＝Ｆ４（Ｔｏｂｊ２−ＴｓＯｆｆｓｅｔ）・・・（６）

式（５）、（６）を連立方程式として解いて、ＴｓＯｆｆｓｅｔ、ＩｐＯｆｆｓｅｔを得る。そして、補正式（２）に、ＴｓＯｆｆｓｅｔ、ＩｐＯｆｆｓｅｔの値を代入することで、高精度な非接触温度測定結果（ＴＩＲ）が得られるようになる。

さらに、ＩｐＯｆｆｓｅｔの値を代入した後の補正式（２）でＩｐｇａｉｎの値を調節することで、より高精度なＴＩＲの算出ができる。

以上のように、接触式温度測定手段を用いて、測定対象物温度（Ｔｏｂｊ）をＴｃｏｎｔとして実測できる場合、測定対象物とセンサ温度とが同じ温度の場合にはセンサの出力がゼロになるという原理に従って、ＴｓＯｆｆｓｅｔ、ＩｐＯｆｆｓｅｔが求められるようになり、Ｉｐｇａｉｎを適切に調節することで、高精度な非接触温度測定結果（ＴＩＲ）が得られる。

また、Ｉｐが特定の条件（例えば、｜Ｉｐ｜≦０．５ｎＡ等）を満たした場合などに、（Ｉｐ，Ｔｓ）のデータ群をロギングしておいて、式（５），（６）に基づき、ＴｓＯｆｆｓｅｔ、ＩｐＯｆｆｓｅｔを求めることも可能である。なお、｜Ｉｐ｜≦０．５ｎＡ等の条件を設定するのは、関数Ｉｐ＝Ｆ３（Ｔｓ），Ｉｐ＝Ｆ４（Ｔｓ）は、Ｉｐ＝０近傍でのＩｐとＴｓのデータから得られるからである。

また、ＴｓとＴｃｏｎｔが特定の条件（例えば、｜Ｔｃｏｎｔ−Ｔｓ｜≧５℃等）を満たした場合などに、（Ｉｐ，Ｔｓ）のデータ群をロギングしておいて、式（２）に基づき、Ｉｐｇａｉｎを求めることも可能である。なお、｜Ｔｃｏｎｔ−Ｔｓ｜≧５℃等の条件を設定するのは、赤外線センサの出力は、センサと測定対象物との温度差による赤外線の授受によるため、ある程度の温度差があれば、精度の高いＩｐｇａｉｎのキャリブレーションが行えるからである。

Ｉｐｇａｉｎのキャリブレーション方法としては、式（２）に基づいた方法以外にも、（Ｉｐ＋ＩｐＯｆｆｓｅｔ）を所定の値にするための係数をＩｐｇａｉｎとして用いることも可能である。

次に、本発明の補正データ取得方法の例４を説明する。
補正データ取得方法の例４では、３通りの温度（Ｔｏｂｊ３，Ｔｏｂｊ４，Ｔｏｂｊ５）の測定対象物に対して、非接触温度測定装置を用いた温度測定を行い、赤外線センサの出力（Ｉｐ３，Ｉｐ４，Ｉｐ５）と、赤外線センサの温度（Ｔｓ３，Ｔｓ４，Ｔｓ５）と、測定対象物温度算出手段の出力（ＴＩＲ３，ＴＩＲ４，ＴＩＲ５）と、を取得する。この間に、測定対象物に接触した接触式温度測定手段を用いてＴｃｏｎｔ＝Ｔｏｂｊ３，Ｔｏｂｊ４，Ｔｏｂｊ５を取得する。

そして、式（２）において、Ｉｐｇａｉｎ×ＩｐＯｆｆｓｅｔ＝ａとおくと、次の３つの式が得られる。
ＴＩＲ３＝Ｌ［｛Ｉｐｇａｉｎ×Ｉｐ３＋ａ−ｆ（Ｔｓ３＋ＴｓＯｆｆｓｅｔ）｝×ｇ（Ｔｓ３＋ＴｓＯｆｆｓｅｔ）］・・・（７）
ＴＩＲ４＝Ｌ［｛Ｉｐｇａｉｎ×Ｉｐ４＋ａ−ｆ（Ｔｓ４＋ＴｓＯｆｆｓｅｔ）｝×ｇ（Ｔｓ４＋ＴｓＯｆｆｓｅｔ）］・・・（８）
ＴＩＲ５＝Ｌ［｛Ｉｐｇａｉｎ×Ｉｐ５＋ａ−ｆ（Ｔｓ５＋ＴｓＯｆｆｓｅｔ）｝×ｇ（Ｔｓ５＋ＴｓＯｆｆｓｅｔ）］・・・（９）
測定対象物温度算出手段の出力（ＴＩＲ）と、接触式温度測定手段を用いて得られる温度（Ｔｃｏｎｔ）とが一致した場合には、
Ｔｏｂｊ３＝Ｌ［｛Ｉｐｇａｉｎ×Ｉｐ３＋ａ−ｆ（Ｔｓ３＋ＴｓＯｆｆｓｅｔ）｝×ｇ（Ｔｓ３＋ＴｓＯｆｆｓｅｔ）］・・・（７’）
Ｔｏｂｊ４＝Ｌ［｛Ｉｐｇａｉｎ×Ｉｐ４＋ａ−ｆ（Ｔｓ４＋ＴｓＯｆｆｓｅｔ）｝×ｇ（Ｔｓ４＋ＴｓＯｆｆｓｅｔ）］・・・（８’）
Ｔｏｂｊ５＝Ｌ［｛Ｉｐｇａｉｎ×Ｉｐ５＋ａ−ｆ（Ｔｓ５＋ＴｓＯｆｆｓｅｔ）｝×ｇ（Ｔｓ５＋ＴｓＯｆｆｓｅｔ）］・・・（９’）
となるので、式（７’），（８’），（９’）を満たすＴｓＯｆｆｓｅｔ，Ｉｐｇａｉｎ及びａを用いれば、Ｔｏｂｊ３，Ｔｏｂｊ４，Ｔｏｂｊ５を含む測定対象物温度範囲で、精度の良い温度測定が可能となる。すなわち、式（７’），（８’），（９’）を連立方程式として解けば、適切な補正データ（ＴｓＯｆｆｓｅｔ，Ｉｐｇａｉｎ，ａ）を取得することができる。

また別法としては、ＴｓＯｆｆｓｅｔ，Ｉｐｇａｉｎ，ａのうち、いずれか一つのパラメータの値を設定しておいて、式（７’），（８’），（９’）のうちいずれか２つを用いた連立方程式を解いて、残りの二つのパラメータを求めることも可能である。この場合は、２通りの温度の測定対象物に対する非接触温度測定装置を用いた温度測定によって、補正データを取得することが出来る。

その一例として、２つの出力、例えば、Ｉｐ３とＩｐ４を用いて、その差分が所定の値ＣになるようにＩｐｇａｉｎを定め、Ｉｐｇａｉｎ ＝ Ｃ／（Ｉｐ３−Ｉｐ４）、Ｉｐｇａｉｎを代入した式（７’），（８’），（９’）のいずれか２つを用いて、ＴｓＯｆｆｓｅｔ及びａを求めることも可能である。ここで、補正後の測定温度をより精度良くする観点から、所定の値Ｃは、理想的（ΔＴｓ＝ΔＩｐ＝０）な赤外線センサの出力特性において、（Ｔｏｂｊ３，Ｔｓ３）における理想的な出力Ｉｐｉ３と、（Ｔｏｂｊ４，Ｔｓ４）における理想的な出力Ｉｐｉ４との差分、（Ｉｐｉ３−Ｉｐｉ４）を用いることが好ましい。

なお、本実施例では、補正データの取得方法として、非接触式温度測定装置に備えられた接触式温度測定手段を用いて、測定対象物の温度を測定することにより、該測定対象物の温度を基にして、補正データを取得する方法を例示したが、該接触式温度測定手段を用いなくとも、測定対象物の温度が分かる場合（例えば、温度表示機構を備えた黒体炉を測定対象物として用いた場合など）には、測定対象物温度を既知のものとして、同様の補正データの取得方法を実施できる。

本発明によれば、様々な要因で変化する赤外線センサの出力特性、環境温度の測定手段の測定精度等に関連するパラメータを校正することにより、高精度な非接触温度測定装置を提供することができる。

１０１ 非接触温度測定装置
１０２ 赤外線センサ
１０３ センサ温度測定手段
１０４ 測定対象物温度算出手段
１０５ 接触式温度測定手段
１０６ 補正データ生成手段
１０７ 測定対象物
１０８ 筐体
１０９ 測定視野
１１０ 赤外線受光部
１１１ 開口部を有する筐体
１１２ 開口部
３０１ 携帯機器等本体部
３０２、６０２ 赤外線センサ
３０３ センサ温度測定手段
３０５ 接触式温度測定手段
３０６、６０６ 開口部
４０７ 測定対象物
５０８ 手
６０１ 折り畳み式携帯機器
６０５ 温度計を内蔵した筐体

Claims (7)

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と、
   前記赤外線センサの温度（Ｔｓ）を測定するセンサ温度測定手段と、
   測定対象物の温度を測定する接触式温度測定手段と、
   測定対象物温度算出手段とを備える非接触式温度測定装置において、
   前記測定対象物温度算出手段が、前記赤外線センサの出力（Ｉｐ）と、前記センサ温度測定手段から得られる赤外線センサの温度（Ｔｓ）とに基づいて、測温対象物の温度（ＴＩＲ）を算出する工程で使用される補正データ（ＲＥＶ）の取得方法であって、
   （１）前記接触式温度測定手段が測定対象物に接触しており、
   かつ、
   （２）前記赤外線センサの測定視野を測定対象物が覆っていると判断した時に、
   前記接触式温度測定手段から得られる温度（Ｔｃｏｎｔ）と、測定対象物温度算出手段の出力（ＴＩＲ）とを比較して、測定対象物温度算出手段の出力（ＴＩＲ）を前記接触式温度測定手段から得られる温度（Ｔｃｏｎｔ）に近づけるための前記補正データを取得することを特徴とする補正データの取得方法。
2. 前記補正データが、前記赤外線センサの温度のオフセット補正値（ＴｓＯｆｆｓｅｔ）、前記赤外線センサの出力のオフセット補正値（ＩｐＯｆｆｓｅｔ）、および前記赤外線センサの出力のゲイン補正値（Ｉｐｇａｉｎ）からなる群より選択される少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の補正データ取得方法。
3. 前記補正データが、前記赤外線センサの温度のオフセット補正値（ＴｓＯｆｆｓｅｔ）を含み、
   該補正データは、前記（１）（２）の条件に加え、
   （３）前記赤外線センサの出力（Ｉｐ）がゼロ近傍であるときに、
   前記補正データを取得することを特徴とする請求項１または２に記載の補正データの取得方法。
4. 前記補正データが、前記赤外線センサの出力のゲイン補正値（Ｉｐｇａｉｎ）を含み、
   該補正データは、前記（１）（２）の条件に加え、
   （３´）前記赤外線センサの出力（Ｉｐ）の絶対値が所定の値以上であるときに、
   前記補正データを取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の補正データの取得方法。
5. 前記補正データが、前記赤外線センサの出力のオフセット補正値（Ｉｐｏｆｆｓｅｔ）を含み、
   該補正データは、前記（１）（２）の条件に加え、
   （３）前記赤外線センサの出力（Ｉｐ）がゼロ近傍であるときに、
   前記補正データを取得することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の補正データの取得方法。
6. 赤外線センサからの出力（Ｉｐ）を取得するステップと、
   前記赤外線センサのセンサ温度測定手段から出力（Ｔｓ）を取得するステップと、
   前記赤外線センサの出力（Ｉｐ）と、前記赤外線センサのセンサ温度測定手段から得られる赤外線センサの温度（Ｔｓ）と、補正データ（ＲＥＶ）とに基づいて測定対象物の温度を算出するステップと
   を含む温度測定方法において、
   前記補正データ（ＲＥＶ）は、接触式温度測定手段から得られる温度（Ｔｃｏｎｔ）と、測定対象物温度算出手段の出力（ＴＩＲ）とを比較して、測定対象物温度算出手段の出力（ＴＩＲ）を前記接触式温度測定手段から得られる温度（Ｔｃｏｎｔ）に近づけるためのデータであって、
   （１）前記接触式温度測定手段が測温対象物に接触しており、
   かつ、
   （２）前記赤外線センサの測定視野内に測定対象物が覆っていると判断した時、
   に取得されたものであることを特徴とする温度測定方法。
7. 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と、
   前記赤外線センサの温度（Ｔｓ）を測定するセンサ温度測定手段と、
   測定対象物の温度を測定する接触式温度測定手段と、
   測定対象物温度算出手段と、
   補正データ生成手段とを備える温度測定装置において、
   補正データ生成手段は、
   （１）前記接触式温度測定手段が測定対象物に接触しており、
   かつ
   （２）前記赤外線センサの測定視野内に測定対象物が覆っていると判断した時に、
   前記接触式温度測定手段から得られる温度（Ｔｃｏｎｔ）と、測定対象物温度算出手段の出力（ＴＩＲ）とを比較して、測定対象物温度算出手段の出力（ＴＩＲ）を前記接触式温度測定手段から得られる温度（Ｔｃｏｎｔ）に近づけるための前記補正データを生成するものであることを特徴とする温度測定装置。

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