(57)【要約】      （修正有）【課題】測定対象である物理量検出精度の低下を緩和できるセンサ回路を提供する。【解決手段】測定対象の物理量による温度変化に測定対象以外の物理量による温度変化が重畳した温度に感応した第１の電圧を出力する第１の温度検出回路１０と、測定対象以外の物理量による温度変化に感応した第２の電圧を出力する第２の温度検出回路２０と、第１の温度検出回路の出力電圧１１とピークキャンセル電圧４６とが一対の入力端に入力され、第３の電圧を出力する差動増幅部３１と、第１の演算部４３とを有し、ピークキャンセル電圧は第２の電圧に応じて変化するとともに、測定対象の物理量が所定の値である場合に、第２の温度検出回路の電圧２１に応じた第３の電圧の変化を打ち消す電圧であり、第１の演算部は、第３の電圧をディジタル化した第１の出力値と第２の電圧をディジタル化した第２の出力値とに基づき測定対象の物理量を算出する。【選択図】図１
2014190930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の物理量による温度変化に測定対象以外の物理量による温度変化が重畳した温度に感応した第１の電圧を出力する第１の温度検出回路と、
前記測定対象以外の物理量による温度変化に感応した第２の電圧を出力する第２の温度検出回路と、
前記第１の電圧とピークキャンセル電圧とが一対の入力端に入力され、第３の電圧を出力する差動増幅部と、
第１の演算部とを有し、
前記ピークキャンセル電圧は、前記第２の電圧に応じて変化するとともに、前記測定対象の物理量が所定の値である場合に、前記第２の電圧に応じた前記第３の電圧の変化を打ち消す電圧であり、
前記第１の演算部は、前記第３の電圧をディジタル化した第１の出力値と前記第２の電圧をディジタル化した第２の出力値とに基づき前記測定対象の物理量を算出するセンサ回路。
【請求項２】
前記第２の電圧が入力される第２のＡＤ変換器と、
前記第２のＡＤ変換器が出力する前記第２の出力値に応じて、ピークキャンセル数値を出力する第２の演算部と、
前記第３の電圧が入力され、前記第１の出力値を出力する第１のＡＤ変換器と、を有し、
前記第１の温度検出回路は、前記測定対象である物理量の影響を受ける位置に配置され一方の端子が定電圧電源の第２の極に接続される第１の感温素子と、前記第１の感温素子の他方の端子と前記定電圧の第１の極とを結ぶ第１の抵抗素子とを有し、
前記第２の温度検出回路は、前記測定対象である物理量の影響が低減され、一方の端子が前記定電圧電源の第２の極に接続される第２の感温素子と、前記第２の感温素子の他方の端子と前記定電圧の第１の極とを結ぶ第２の抵抗素子とを有し、
前記第１の電圧は前記第１の感温素子と前記第１の抵抗との接続点の電圧であり、
前記第２の電圧は前記第２の感温素子と前記第２の抵抗との接続点の電圧であり、
前記差動増幅部は、前記第１の電圧と、前記ピークキャンセル数値が入力されるＤＡ変換器が出力する前記ピークキャンセル電圧との差動増幅演算を行い前記第３の電圧を出力し、
前記第１の演算部は、前記第１の出力値と前記第２の出力値とから決まる前記測定対象である物理量を収納した物理量数値テーブルを参照して、前記測定対象である物理量を算出することを特徴とする請求項１に記載のセンサ回路。
【請求項３】
前記差動増幅部は、第１の差動アンプを有し、
前記第１の差動アンプは前記第１の電圧と前記ピークキャンセル電圧との差電圧を前記第３の電圧として出力する請求項１または２に記載のセンサ回路。
【請求項４】
前記差動増幅部は、第２および第３の差動アンプを有し、
前記第２の差動アンプは前記第２の電圧と前記ピークキャンセル電圧との差電圧である第４の電圧を出力し、
前記第３の差動アンプは、前記第４の電圧と前記第１の電圧との差分を増幅して前記第３の電圧として出力する請求項１または２に記載のセンサ回路。
【請求項５】
前記差動増幅部は、第４および第５の差動アンプを有し、
前記第４の差動アンプは、前記第１の電圧と前記第２の電圧の差電圧である第５の電圧を出力し、
前記第５の差動アンプは前記第５の電圧と前記ピークキャンセル電圧との差分を増幅して前記第３の電圧として出力する請求項１または２に記載のセンサ回路。
【請求項６】
前記測定対象である物理量のレンジ設定値を設定し出力する測定レンジ設定部を有し、
前記第１の演算部は、前記レンジ設定値と前記第１の出力値と前記第２の出力値とに応じた物理量数値テーブルを参照して、前記測定対象の物理量を算出し、
前記第２の演算部は、前記第２の出力値と前記レンジ設定値とが入力され、前記第２の出力値と前記レンジ設定値とに応じたピークキャンセル数値テーブルを参照して、前記ピークキャンセル数値を決定し出力する請求項２ないし５のいずれか一項に記載のセンサ回路。
【請求項７】
前記レンジ設定値を更新する更新部を有し、
前記第１の演算部は、前記レンジ設定値と前記第１の出力値とに基づいたレンジ情報を出力し、
前記レンジ情報に応じて前記更新部が前記レンジ設定値を更新する請求項６に記載のセンサ回路。
【請求項８】
物理量センサは、非接触温度センサである請求項１ないし７のいずれか一項に記載のセンサ回路。
【請求項９】
第１の温度検出回路が出力する測定対象の物理量による温度変化に測定対象以外の物理量による温度変化が重畳した温度に感応した第１の電圧と、ピークキャンセル電圧とが一対の入力端に入力され、第３の電圧を出力する差動増幅部と、
第１の演算部とを有し、
前記ピークキャンセル電圧は、第２の温度検出回路が出力する前記測定対象以外の物理量による温度変化に感応した第２の電圧に応じて変化するとともに、前記測定対象の物理量が所定の値である場合に、前記第２の電圧に応じた前記第３の電圧の変化を打ち消す電圧であり、
前記第１の演算部は、前記第３の電圧をディジタル化した第１の出力値と、前記第２の電圧をディジタル化した第２の出力値とに基づき前記測定対象の物理量を算出するセンサ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感温素子を用いたセンサ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
物理量の影響がサーミスタの抵抗変化として捉えられることを利用して物理量を検知するセンサにおいて、２つのサーミスタを持ち、そのうちの１つを検知用サーミスタとして検知目的の物理量の影響を受けるように配置し、その近傍にもうひとつのサーミスタを補償用サーミスタとして物理量の影響が低減されるように配置し、二つのサーミスタの抵抗値の違いにより、目的とする物理量を検知するセンサが用いられている。検知用サーミスタの抵抗値は、検知目的とする物理量と検知目的以外の物理量とからの影響を受けるが、補償用サーミスタの抵抗値は検知目的以外の物理量からのみ影響を受ける。従ってこの二つのサーミスタの値から検知目的とする物理量のみを知ることが出来る。このような原理に基づき、非接触温度センサ、ガスセンサ、湿度センサ、流速センサが構成できる。
【０００３】
例えば、非接触温度センサのセンサ回路として、特許文献１には、赤外線検知用サーミスタと抵抗を直列接続し其の接続点の電圧である第１の電圧と、環境温度補償用サーミスタと抵抗を直列接続し其の接続点の電圧である第２の電圧と、第１の電圧と第２の電圧の差分を出力した第３の電圧のうち、第１と第３の電圧をディジタル値に変換し、これらのディジタル値を引数としてデータテーブルもしくは関数に与えることにより測定対象物の温度を得るセンサ回路が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５７１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記従来のセンサ回路における第１の電圧と第２の電圧の差分を出力した第３の電圧は、熱源から放射される赤外線の熱量による温度上昇に環境温度を含めたものと、環境温度との温度差を反映している。つまり熱源から放射される純粋な赤外線の熱量を反映する。第３の電圧は、環境温度を反映する電圧成分に比べて非常に小さいので、差動アンプに入力して増幅する。このとき、よくある非接触温度センサのセンサ回路の使用状況として、ある検知対象温度を基準としてその温度からの上下変動を測定したいことがある。この場合入力される電圧差の変動分が有効な信号成分である。しかし、従来のセンサ回路においては、この変動分に加え環境温度を反映する電圧成分が重畳し、かつその電圧成分が、環境温度によって大きく変動する。したがって差動アンプのゲインは、その重畳された電圧が最大になる場合を想定して、次段のＡＤ変換器の入力電圧許容範囲内で決定しなければならない。そのため有効な信号成分である電圧差の変動分に対するゲインは相対的に低く制限され、ＡＤ変換器の分解能を有効に利用できず、温度検出精度が低くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、この問題を鑑みてなされたもので、物理量検出精度の低下を緩和できるセンサ回路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】
上記目的を達成するために、本発明によるセンサ回路は、測定対象の物理量による温度変化に測定対象以外の物理量による温度変化が重畳した温度に感応した第１の電圧を出力する第１の温度検出回路と、測定対象以外の物理量による温度変化に感応した第２の電圧を出力する第２の温度検出回路と、第１の電圧とピークキャンセル電圧とが一対の入力端に入力され、第３の電圧を出力する差動増幅部と、第１の演算部とを有し、ピークキャンセル電圧は、第２の電圧に応じて変化するとともに、測定対象の物理量が所定の値である場合に、第２の電圧に応じた第３の電圧の変化を打ち消す電圧であり、第１の演算部は、第３の電圧をディジタル化した第１の出力値と第２の電圧をディジタル化した第２の出力値とに基づき測定対象の物理量を算出するセンサ回路である。
【０００８】
本発明によれば、ピーク特性を持つ変動分を取除いたものを第３の電圧とすることにより、測定対象以外の物理量の影響を排除し、測定対象の物理量だけのためにＡＤ変換器の分解能を適用できる。つまり、測定対象以外の物理量の影響を排除することにより、測定対象の物理量をより高い分解能でＡＤ変換できるので、測定対象である物理量検出精度の低下を緩和できる。
【０００９】
本発明によるセンサ回路は、第２の電圧が入力される第２のＡＤ変換器と、第２のＡＤ変換器が出力する第２の出力値に応じて、ピークキャンセル数値を出力する第２の演算部と、第３の電圧が入力され、第１の出力値を出力する第１のＡＤ変換器と、を有し、第１の温度検出回路は、測定対象である物理量の影響を受ける位置に配置され一方の端子が定電圧電源の第２の極に接続される第１の感温素子と、第１の感温素子の他方の端子と定電圧の第１の極とを結ぶ第１の抵抗素子とを有し、第２の温度検出回路は、測定対象である物理量の影響が低減され、一方の端子が定電圧電源の第２の極に接続される第２の感温素子と、第２の感温素子の他方の端子と定電圧の第１の極とを結ぶ第２の抵抗素子とを有し、第１の電圧は第１の感温素子と第１の抵抗との接続点の電圧であり、第２の電圧は第２の感温素子と第２の抵抗との接続点の電圧であり、差動増幅部は、第１の電圧と、ピークキャンセル数値が入力されるＤＡ変換器が出力するピークキャンセル電圧との差動増幅演算を行い第３の電圧を出力し、第１の演算部は、第１の出力値と第２の出力値とから決まる測定対象である物理量を収納した物理量数値テーブルを参照して、測定対象である物理量を算出することを特徴とするセンサ回路としてもよい。
【００１０】
本発明によるセンサ回路は、差動増幅部は第１の差動アンプを有し、第１の差動アンプは第１の電圧とピークキャンセル電圧との差電圧を第３の電圧として出力するセンサ回路としてもよい。
【００１１】
本発明によるセンサ回路は、差動増幅部は、第２および第３の差動アンプを有し、
第２の差動アンプは第２の電圧とピークキャンセル電圧との差電圧である第４の電圧を出力し、第３の差動アンプは、第４の電圧と第１の電圧との差分を増幅して第３の電圧として出力するセンサ回路としてもよい。
【００１２】
本発明によるセンサ回路は、差動増幅部は、第４および第５の差動アンプを有し、第４の差動アンプは、第１の電圧と第２の電圧の差電圧である第５の電圧を出力し、第５の差動アンプは第５の電圧とピークキャンセル電圧との差分を増幅して第３の電圧として出力するセンサ回路としてもよい。
【００１３】
本発明によるセンサ回路は、測定対象である物理量のレンジ設定値を設定し出力する測定レンジ設定部を有し、第１の演算部は、レンジ設定値と第１の出力値と第２の出力値とに応じた物理量数値テーブルを参照して、測定対象の物理量を算出し、第２の演算部は、第２の出力値とレンジ設定値とが入力され、第２の出力値とレンジ設定値とに応じたピークキャンセル数値テーブルを参照して、ピークキャンセル数値を決定し出力するセンサ回路としてもよい。
【００１４】
本発明によるセンサ回路は、レンジ設定値を更新する更新部を有し、第１の演算部は、レンジ設定値と第１の出力値とに基づいたレンジ情報を出力し、レンジ情報に応じて更新部がレンジ設定値を更新するセンサ回路としてもよい。
としてもよい。
【００１５】
本発明による物理量センサは、非接触温度センサであるセンサ回路としてもよい。
【００１６】
本発明によるセンサ回路は、第１の温度検出回路が出力する測定対象の物理量による温度変化に測定対象以外の物理量による温度変化が重畳した温度に感応した第１の電圧と、ピークキャンセル電圧とが一対の入力端に入力され、第３の電圧を出力する差動増幅部と、第１の演算部とを有し、ピークキャンセル電圧は、第２の温度検出回路が出力する測定対象以外の物理量による温度変化に感応した第２の電圧に応じて変化するとともに、測定対象の物理量が所定の値である場合に、第２の電圧に応じた第３の電圧の変化を打ち消す電圧であり、第１の演算部は、第３の電圧をディジタル化した第１の出力値と、第２の電圧をディジタル化した第２の出力値とに基づき測定対象の物理量を算出するセンサ回路としてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、測定対象である物理量検出精度の低下を緩和できるセンサ回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態を示す非接触温度センサ回路である。
【図２】熱源温度が１６０℃、１８０℃、１９９℃における第１の電圧の特性である。
【図３】図１の第３の電圧の特性を環境温度を横軸して示すグラフである。
【図４】熱源温度を決定する方法について説明する図である。
【図５】図１の第３の電圧の特性を第２の電圧を横軸して示すグラフである。
【図６】図１における熱源温度テーブルの内容を説明する図である。
【図７】第２の実施形態を示す非接触温度センサ回路である。
【図８】ＶｃとΔＶの関係を示す図である。
【図９】Ｖｃとピークキャンセル数値の関係を示す図である。
【図１０】第３の実施形態を示す非接触温度センサ回路である。
【図１１】第４の実施形態を示す非接触温度センサ回路である。
【図１２】ＶｃとＶｄの関係を示す図である。
【図１３】レンジ中央値が１４０℃における説明図である
【図１４】第５の実施形態を示す非接触温度センサ回路である。
【図１５】測定レンジ切り替えの方法を可能にする熱源温度テーブルの内容の説明図である。
【図１６】第６の実施形態を示す非接触温度センサ回路である。
【図１７】測定レンジ切り替えの方法を可能にする熱源温度テーブルの内容の説明図である。
【図１８】測定レンジ切り替えをプロセッサで行う場合のフローチャートである。
【図１９】実施形態と比較のための従来の接触温度センサ回路である。
【図２０】熱源温度が１６０℃、１８０℃、１９９℃における第１の電圧及び第２の電圧の特性を環境温度を横軸にして示した図である。
【図２１】従来例における差動アンプ出力の特性を環境温度を横軸にして示した図である。
【図２２】従来例における熱源温度テーブルの内容を説明する図である。
【図２３】差動アンプの動作を説明する図である。
【図２４ａ】第５の電圧を示す。
【図２４ｂ】実施形態３におけるピークキャンセル電圧を示す。
【図２５ａ】第５の電圧からピークキャンセル電圧を差引いた電圧を示す。
【図２５ｂ】実施形態３における第３の電圧を示す。
【図２６】本実施形態の原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について説明するが、まず、本実施形態の原理について説明する。図２６は本実施形態のセンサ回路の原理図である。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２０】
本実施形態のセンサ回路８００は、差動増幅部３１と第１の演算部４３とを有している。また、センサ回路８００に適用可能なセンサは、測定対象である物理量と測定対象以外の物理量との両方が重なった影響を受ける状態にある。このうちから測定対象以外の物理量の影響を除くことにより測定対象である物理量を検出する。ここで、センサは第１の感温素子と第２の感温素子とを有している。
【００２１】
第１の感温素子は測定対象である物理量及び測定対象以外の物理量により温度変化を受け、その抵抗値が変化する。差動増幅部３１の一方の入力端には、第１の感温素子を有する第１の温度検出回路が出力する測定対象の物理量による温度変化に測定対象以外の物理量による温度変化が重畳した温度に感応する第１の電圧が、入力されている。ここで、測定対象である物理量とは、例えば熱源温度（あるいは熱源から放射される赤外線量）、ガス濃度、湿度、流速などが挙げられる。第１の感温素子は測定対象である物理量の影響を受けた第１の熱伝導体（図示せず）が温度変化を生じた場合に熱伝導体の温度変化および環境温度に応じて第１の感温素子の電気抵抗値が変化する。第１の感温素子の一方の出力端は電源の第２の極に接続され、他方の出力端は第１の抵抗の一方の端部に接続されており、第１の抵抗の他方の端部は電源の第１の極に接続されている。従って、第１の感温素子の他方の出力端から出力される第１の電圧、すなわち、第１の感温素子と第１の抵抗との接続点の電圧は、測定対象である物理量に応じた温度変化を検出することになるが、測定対象以外の物理量による温度変化も重畳されている。例えば、非接触温度センサの場合、測定対象である物理量は赤外線を放射する熱源の温度であり、第１の熱伝導体は赤外線吸収膜であり、赤外線吸収膜の裏面上に第１の感温素子が存在する構成とすれば良い。
【００２２】
第２の感温素子は測定対象である物理量の影響が低減され、主に測定対象以外の物理量に応じて第２の感温素子の電気抵抗値が変化する。第２の感温素子を有する第２の温度検出回路は測定対象以外の物理量による温度変化に感応する第２の電圧を出力する。ここで、第２の感温素子の一方の出力端は電源の第２の極に接続され、他方の出力端は第２の抵抗の一方の端部に接続されており、第２の抵抗の他方の端部は電源の第１の極に接続されている。従って、第２の感温素子の他方の出力端から出力される第２の電圧、すなわち、第２の感温素子と第２の抵抗との接続点の電圧は、測定対象以外の物理量に応じた温度変化を検出することになる。ここで、測定対象である物理量の影響が低減されるとは、測定対象である物理量の影響を受けにくいような手段が講じられていることを指す。例えば、非接触温度センサの場合、測定対象以外の物理量は環境温度であり、赤外線反射膜を第２の感温素子上に形成すれば、第２の感温素子は熱源からの赤外線の影響が低減され実質的に測定対象以外の物理量である環境温度に応じて電気抵抗値が変化することになる。
【００２３】
差動増幅部３１の他方の入力端には、測定対象である物理量が所定の一定値であると仮定した条件での、測定対象以外の物理量に応じたピークキャンセル電圧が入力される。非接触温度センサを例にとれば、測定対象である物理量は熱源温度であるので、熱源温度を所定の一定値である１８０℃と仮定する。ピークキャンセル電圧とは、この仮定の物理量と測定対象以外の物理量とに応じた値であり、熱源温度が１８０℃と仮定した場合、測定対象の物理量である熱源温度が１８０℃と等しい場合に、測定対象以外の物理量である環境温度によらず、差動増幅部３１の出力が一定値となるように設定された電圧である。つまり、ピークキャンセル電圧とは、熱源温度が１８０℃であるとき、差動増幅部３１の出力である第３の電圧が第２の電圧の影響によって変化しようとすることを打ち消す電圧である。従って、熱源温度が実際に１８０℃である場合は、環境温度によらず差動増幅部３１の出力である第３の電圧の変化が打ち消され、一定値となる。
【００２４】
そのために、ピークキャンセル電圧は、第２の電圧応じて変化する。したがって、第２の電圧が変化しても、第１の電圧が所定の測定対象の物理量に対応する場合には、第３の電圧の変化を打ち消すことが出来る。このようなピークキャンセル電圧は、第２の演算部（図示せず）が、第２の電圧をディジタル変換した第２の出力値と所定の測定対象である物理量とに基いて決定するピークキャンセル数値をアナログ変換した電圧とすることにより実現できる。これについては後述する。
【００２５】
第１の演算部４３には、第３の電圧を第１のＡＤ変換器（アナログ−ディジタル変換器）４１によってディジタル変換した第１の出力値と第２の感応素子からの出力である第２の電圧をディジタル変換した第２の出力値が入力されている。ここで、第１の出力値は測定対象である物理量と測定対象以外の物理量との影響を受けた値となっている。従って、第２の出力値から測定対象以外の物理量を求め、測定対象以外の物理量に対応する第２の出力値および差動増幅部３１の出力である第３の電圧に対応する第１の出力値を引数とした測定対象である物理量と対応付けられた数値を格納した物理量テーブルを第１の演算部４３が参照し、第１および第２の出力値と照合することで、測定対象である物理量を算出することが可能となっている。ここで、物理量テーブルは第１の演算部４３内に存在してもよく、外部の記憶部（図示せず）に存在してもよい。なお、所定の一定値である測定対象である物理量が決定されれば、第１の演算部４３が参照する物理量テーブルは所定の一定値である測定対象である物理量に応じて一義的に決定されることになる。なお、所定の一定値である測定対象である物理量は複数設定されていてもよい。
【００２６】
ここで、第１および第２の感温素子は一般的なサーミスタであるので、第１の電圧と第２の電圧の差は測定対象以外の物理量に応じたピーク特性を有している。ここで、ピーク特性を持つ変動分を取除いたものを第３の電圧とすることにより、測定対象以外の物理量の影響を排除し、測定対象の物理量だけのためにＡＤ変換器の分解能を適用できる。つまり、測定対象以外の物理量の影響を排除することにより、測定対象の物理量をより高い分解能でＡＤ変換できる。つまり１ビットに相当する物理量の変化が小さい値になる。このようにして得られた第１の出力値を用いれば、より小刻みな物理量変化に対応した物理量テーブルが構成できる。このテーブルを用いて第１の演算部は測定対象である物理量を算出することが可能となるので、物理量検出精度の低下を緩和できる。
【００２７】
以下、本実施形態を図面に基づきより具体的に説明する。また、熱源の温度を非接触で検知する赤外線方式の非接触温度センサでの実施形態で説明する。
【００２８】
非接触温度センサにおいては、測定対象である物理量は熱源の温度であり、第１のサーミスタは熱源から放射される赤外線の影響を受け、第２のサーミスタは赤外線の影響が低減されるように配置されている。即ち、第１のサーミスタ（サーミスタＲｔｈ１）は赤外線吸収膜に接している。したがって、検出対象からの赤外線（物理量）を赤外線吸収膜が吸収し発生する熱量が第１のサーミスタ（サーミスタＲｔｈ１）に伝達することにより第１のサーミスタ（サーミスタＲｔｈ１）の温度が変化することで、第１の電圧から赤外線を検出することが可能となっている。しかし、第１のサーミスタ（サーミスタＲｔｈ１）では赤外線による温度変化と環境温度が合算されているので、環境温度を別途検出するための第２のサーミスタ（サーミスタＲｔｈ２）が必要となる。第２のサーミスタ（サーミスタＲｔｈ２）は赤外線反射膜の下に形成されている、あるいは赤外線遮蔽板の下に配置されているので、第２のサーミスタ（サーミスタＲｔｈ２）とそれに直列結合された抵抗との接続点は、赤外線の影響が低減された、実質的に環境温度に依存した電圧を示すことになる（第２の電圧）。さらに、第１のサーミスタ（サーミスタＲｔｈ１）と第２のサーミスタ（サーミスタＲｔｈ２）とは環境温度の影響度を揃えるために隣接した配置をとっている。ここで、隣接するとは、第１および第２のサーミスタ（サーミスタＲｔｈ１、サーミスタＲｔｈ２）の端部間隔が１μｍ以上１０ｃｍ程度である。このように隣接した配置をとることで、環境温度の影響度を揃えることが可能となっている。したがって、第１の出力信号と第２の出力信号の差分に相当する信号が赤外線量に相当する信号となっている。このように二つのサーミスタを配置することは従来の非接触温度センサと同様であるが、本実施形態は、二つのサーミスタの電圧を扱う回路構成において従来回路構成とは異なった特徴をもつ。以下にその実施形態を説明する。
【００２９】
（実施形態１）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態の構成について説明する。図１は、第１の実施形態を示す非接触温度センサ回路である。非接触温度センサにおいては、測定対象の物理量とは熱源の温度であり、測定対象以外の物理量とは環境温度である。
【００３０】
温度検出回路１００は、電源Ｖ１、赤外線検出回路１０、環境温度補償回路２０、差動アンプ３０、第１のＡＤ変換器４１、第２のＡＤ変換器４２、第１の演算部４３、第２の演算部４４、ＤＡ変換器（ディジタルアナログ変換器）４５を有する。熱源からは熱源の温度に対応した赤外線量が放射される。第１の温度検出回路である赤外線検出回路１０は、熱源から放射される赤外線を検知するための回路であり、抵抗Ｒ１とサーミスタＲｔｈ１の直列回路で構成され、電源Ｖ１の第１の電極に抵抗Ｒ１が、第２の電極にサーミスタＲｔｈ１がそれぞれ接続される。第２の温度検出回路である環境温度補償回路２０は、測定対象以外の物理量である環境温度を検知するための回路であり、抵抗Ｒ２とサーミスタＲｔｈ２の直列回路を有し、電源Ｖ１の第１の電極に抵抗Ｒ２が、第２の電極にサーミスタＲｔｈ２が接続される。電源Ｖ１は、赤外線検出回路１０及び環境温度補償回路２０に供給する電源であり、電源Ｖ１の電圧変動がそれぞれの回路出力に影響するため、安定化した電源を使用する。
【００３１】
差動増幅部３１を形成する差動アンプ３０は、赤外線検出回路１０の出力電圧１１と後述するピークキャンセル電圧４６との差分を取り、差分のみを増幅する回路である。第１のＡＤ変換器４１は、差動アンプ３０の出力をディジタル化する。第２のＡＤ変換器４２は、環境温度補償回路２０の電圧２１をディジタル化する。第１のＡＤ変換器４１の出力する第１の出力値と第２のＡＤ変換器４２の出力する第２の出力値は第１の演算部４３に入力される。第１の演算部４３は、第１のＡＤ変換器４１の出力する第１の出力値と第２のＡＤ変換器４２の出力する第２の出力値に応じて熱源温度テーブル４７を参照し、熱源温度を決定し熱源温度検知値４９を出力する。これが目的とする熱源の検出温度である。ここで、熱源温度テーブル４７（物理量テーブル）とは、環境温度に対応する第２の出力値と差動増幅部３１の出力に対応する第１の出力値とを引数として、測定対象である熱源の温度を決定する数値が格納されたテーブルである。なお、熱源温度テーブル４７は、第１の演算部４３内に書き込まれていても良く、外部の記憶部（図示せず）から第１の演算部４３が読み出しても良い。第２のＡＤ変換器４２の出力する第２の出力値は第２の演算部４４に入力される。第２の演算部４４は第２のＡＤ変換器４２の出力する第２の出力値、即ち、環境温度に対応する数値に応じてピークキャンセル数値テーブルを参照し、ピークキャンセル数値５０を決定し出力する。ピークキャンセル数値はＤＡ変換器４５に入力され、ＤＡ変換器４５はピークキャンセル電圧４６を発生する。ここで、ピークキャンセル数値テーブルとは、環境温度を引数として、測定対象である熱源温度が所定の温度であるときの、第１の電圧１１に相当するデータが格納されたテーブルである。つまり、熱源温度が所定の温度となっている場合には環境温度を反映する第２の出力値によらず差動増幅部３１の出力である第３の電圧を一定値とすることが可能となる。なお、ピークキャンセル数値テーブルは、第２の演算部４４内に書き込まれていても良く、外部の記憶部（図示せず）から第１の演算部４３が読み出しても良い。基本構成は、上記の通りであるが、各回路間にボルテージフォロアなどのバッファーを追加してもよい。特に赤外線検出回路１０及び環境温度補償回路２０の出力インピーダンスが差動アンプ３０及び第１および第２のＡＤ変換器（４１、４２）の入力インピーダンスに比べ、十分に低くない場合に電圧信号を減衰せず伝えるために有効となる。
【００３２】
次に各回路の定数及び動作について、図２及び図３を参照して説明する。図５は、実施形態１の温度検出回路である図１の赤外線検出回路１０の出力Ｖｄ（第１の電圧）、環境温度補償回路２０の出力Ｖｃ（第２の電圧）の温度特性を示すグラフである。赤外線検出回路１０において、熱源から放射される赤外線の熱量をサーミスタＲｔｈ１が受けて、抵抗値が変化する。具体的には、環境温度下にサーミスタＲｔｈ２が置かれているため、環境温度に熱源から放射される赤外線の熱量を加えた温度で抵抗値が決まる。このサーミスタＲｔｈ１の抵抗値と直列に接続された抵抗Ｒ１により電源Ｖ１を分圧した電圧が赤外線検出回路１０の出力となる。赤外線検出回路１０の出力Ｖｄの計算式を式１に示す。
Ｖｄ＝Ｖ１＊Ｒｔｈ１／（Ｒｔｈ１＋Ｒ１）    （式１）
ところで、サーミスタＲｔｈ１は、ＮＴＣ（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタを使用する。金属酸化物を主成分とする負の温度係数を持つサーミスタは、温度制御や温度測定に広く用いられている。このサーミスタの特性を表す式は式２のように近似される。
Ｒａ＝ＲｂｅｘｐＢ（１／Ｔａ−１／Ｔｂ）      （式２）
ここで、Ｒａ、Ｒｂは任意の温度Ｔａ（°Ｋ）及びＴｂ（°Ｋ）におけるサーミスタＲｔｈ１の抵抗値である。Ｂはサーミスタ定数と呼ばれるもので、このＢ定数が大きいほど温度変化に対する抵抗変化率が大きいことを意味する。サーミスタＲｔｈ１は、温度と抵抗特性が直線関係でないため、環境温度の温度範囲で、赤外線検出回路１０の出力が直線に近づくようにサーミスタＲｔｈ１と直列に接続された抵抗Ｒ１の定数を決める。サーミスタＲｔｈ１と直列接続される抵抗Ｒ１の抵抗値をＲ、温度範囲の下限温度でのサーミスタＲｔｈ１の抵抗値をＲＴＬ、温度範囲の中間温度でのサーミスタＲｔｈ１の抵抗値をＲＴＭ、温度範囲の上限温度でのサーミスタＲｔｈ１の抵抗値をＲＴＨとすると、式３より直線化に近づく抵抗値を算出できる。
Ｒ＝（２ＲＴＬ・ＲＴＨ−ＲＴＭ（ＲＴＬ＋ＲＴＨ））／（２ＲＴＭ−（ＲＴＬ＋ＲＴＨ））      （式３）
これらより、赤外線検出回路１０の定数を、サーミスタＲｔｈ１の２５℃とき抵抗値を３３ｋΩ（Ｂ定数は４６００Ｋ）と設定し、抵抗Ｒ１＝Ｒ２＝３．３ｋΩと決まる。図２の赤外線検出回路１０の出力曲線１２は、上記定数を使用し熱源温度が１８０℃で電源Ｖ１が１Ｖときの図１における赤外線検出回路１０の出力Ｖｄの出力電圧である。サーミスタＲｔｈ１は、環境温度に熱源から放射される赤外線の熱量を加えた温度によって抵抗値が決まる。従って熱源温度が１９９℃の場合は、同じ環境温度とき、熱源から放射される赤外線の熱量の１８０℃ときからの増加分が加算された温度によって抵抗値が決まる。図２の赤外線検出回路１０の出力１３がこのときの特性である。熱源温度が１６０℃ときは、同様に環境温度に熱源から放射される赤外線の熱量の１８０℃ときからの減少分が減算された温度によって抵抗値が決まり、図２の赤外線検出回路１０の出力１４がこのときの特性である。
【００３３】
環境温度補償回路２０は、環境温度でサーミスタＲｔｈ２の抵抗値が変化する。環境温度補償回路２０の出力は、抵抗Ｒ２とＲｔｈ２により、電源Ｖ１を分圧した電圧となる。これより、環境温度補償回路２０の出力は、式５のように算出できる。環境温度補償回路２０の出力Ｖｃは、
Ｖｃ＝Ｖ１＊Ｒｔｈ２／（Ｒｔｈ２＋Ｒ２）    （式４）
となる。抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒ１と同じ３．３ｋΩを使用する。電圧Ｖｃは環境温度Ｔｃを反映しており、図１において第２のＡＤ変換器４２により、数値化され、環境温度数値として第２の演算部４４に入力される。第２の演算部４４にはピークキャンセル値を収納したピークキャンセル数値テーブルを有しているので、環境温度に対応する数値に対応したピークキャンセル値を出力することが出来る。ここで、設定された所定の測定対象の物理量に対応する測定レンジ中央値を１８０℃とした場合の、ピークキャンセル値としては図２の赤外線検出回路出力曲線１２に相当する環境温度に対応する熱源温度の出力値Ｖｄのデータ列があらかじめ用意されている。つまり、測定対象物の温度Ｔｂが１８０℃である場合の赤外線検出回路１０の出力値Ｖｄ（第１の電圧）そのものがピークキャンセル値となる。なお、測定レンジ中央値とは、測定対象である物理量（この場合熱源の温度）の測定値が、所定の値である場合、環境温度によらず、差動増幅部３１の出力が第１のＡＤ変器４１の入力の基準電位（第１のＡＤ変器４１の入力電圧範囲の中点）となるように、設定された値である。ここで、測定レンジ中央値は単一の値であっても良く、異なる複数の値の中からひとつを選んで設定しても良い。設定については、測定開始時に予め定められた値に設定してもよく、後述するように、測定対象である物理量に対応して設定してもよい。第２の演算部４４は、第１の電圧Ｖｄをあらわすデータ列のなかから、環境温度に対応する数値を選んで出力し、その数値はＤＡ変換器４５によりピークキャンセル電圧に変換される。つまり、規定された環境温度（実施形態ではＴｃ  ＝  ０〜１２０℃）のすべてにおいて、測定対象の温度が１８０℃であるときの、Ｖｄに等しい電圧がピークキャンセル電圧として出力される。これが、差動アンプ３０に入力される。差動アンプ３０の具体的構成例を図２３  に示す。この図において２３０はオペアンプであり、基準電圧Ｖｍ＝０．５Ｖ，抵抗Ｒ，ｒの比をＲ／ｒ＝２５とすれば、差動アンプ３０は電源電圧１Ｖ、基準電位は電源電圧の中点電位０．５Ｖで動作し、ゲインは２５倍になる。即ち２つの入力電圧の差の２５倍に中点電位を加算されたものが出力されるとする。したがって、測定対象の温度Ｔｂが１８０℃のときは、差動増幅部３１を形成する差動アンプ３０の２つの入力には同じ電圧が入力され電圧の差が０であるので、出力は
０  ｘ  ２５  ＋０．５  ＝  ０．５  Ｖ
すなわち基準電位となる。この様子を図３を用いて説明する。図３の曲線３２に示すように、Ｔｃ  ＝  ０〜１２０℃において一定の値０．５Ｖを示す。この例においては、測定対象である熱源の温度が所定の数値１８０℃であるときに、測定対象以外の温度である環境温度によらず、第３の電圧を一定の電圧０．５Ｖとなり、この電圧がＡＤ変換器４１の入力電圧範囲の中点となる。なお、基準電圧Ｖｍは、０．５Ｖとは限らず、一定の電圧であれば適宜変更してもよい。
【００３４】
次に、測定対象である熱源の温度Ｔｂが１８０℃より高い場合、例えばＴｂ  ＝  １９９℃の場合について説明する。このときの赤外線検出回路１０の出力１１の電圧Ｖｄは図２の曲線１３で示される。この電圧Ｖｄが差動アンプ３０の一方の入力電圧となる。差動アンプ３０の他方の入力電圧となるピークキャンセル電圧は、Ｔｂにかかわらず、つねに図２の曲線１２に相当する電圧（Ｔｂ＝１８０℃と仮定したときの赤外線検出回路１０の電圧）である。つまり差動アンプ３０に入力される電圧の電圧差は、図２の曲線１３と曲線１２との差であり、その２５倍に基準電位を加算したものが出力となる。この様子は図３の曲線３３で示される。例えば、Ｔｃ＝６０℃において  図２の曲線１３は０．５７１３Ｖであり、曲線１２は０．５９０５Ｖであるので、差動増幅部３１の出力は
（  ０．５９０５−０．５７１３）ｘ２５＋０．５  ＝  ０．９８Ｖ
となる。これは図３における点３５である。
【００３５】
同様に、測定対象の温度Ｔｂが１８０℃より低い場合、例えば１６０℃の場合は、赤外線検出回路１０の出力１１の電圧Ｖｄは図２の曲線１４で示される。差動アンプ３０に入力される電圧の電圧差は、図２の曲線１４と曲線１２との差であり、その２５倍に基準電位を加算したものが出力となる。この様子は図３の曲線３４で示される。例えば、Ｔｃ＝６０℃において  図２の曲線１４は０．６０７９Ｖであり、曲線１２は０．５９０５Ｖであるので、差動増幅部３１の出力は、
（  ０．５９０５−０．６０７９）ｘ２５＋０．５  ＝  ０．００６５Ｖとなる。これは図３における点３８である。
【００３６】
このように、差動アンプ３０のゲインを２５倍に取れば、測定レンジ中央値を１８０℃とするＴｂ  ＝  １６０℃〜１９９℃の測定レンジにおいて、差動アンプ３０の出力の範囲は０．００６５Ｖ〜０．９８Ｖとなる。第１のＡＤ変換器４１の入力範囲が上限１Ｖ、下限０Ｖであるとき、この入力範囲をほぼいっぱいに使い切ることになる。逆に言えば、図２に示す特性が与えられた場合、その各曲線の電圧差を増幅して第１のＡＤ変換器４１の入力範囲いっぱいになるように差動増幅部３１のゲインを設定すれば、第１のＡＤ変換器４１の分解能を最大限に活かすことができる。この例では、測定レンジ内において、差動アンプ３０出力の平均感度は、
（  ０．９８Ｖ−０．００６５Ｖ）／（１９９℃−１６０℃）＝０．９７３５／３９℃＝０．０２５Ｖ／℃
である。なお、ここでは、測定レンジ中央値を１８０℃として説明したが、これに限るものではない。但し、常時、測定レンジ中央値を熱源の温度に追従するように動作させると、差動アンプ３０の出力は基準電位である一定値になってしまい測定ができなくなってしまう。従って、測定開始時には予め設定された測定レンジ中央値を固定使用して測定を行う必要がある。
【００３７】
次に、検出温度決定の原理及び検出温度の精度について説明する。熱源の検出温度は、検出温度と環境温度との差と、環境温度から定まる。つまり、差動アンプ３０の出力値と環境温度の値とから決定される。図３においては、検出温度Ｔｂが１６０℃、１８０℃、１９９℃の３つの曲線３４、３２、３５が代表として描かれているが、その中間の検出温度の曲線は、曲線３４と３５の間に無数にあると考えられる。この様子を図４に示す。図４では検出温度を２℃刻みで表示しているが、実際にはもっと小刻みに検出温度の曲線が詰まっている。例えば、環境温度が３０℃であり差動アンプ３０の出力が０．７Ｖであると、図４の座標での点３９であり、この点を通過する検出温度の曲線はＴｂ＝１９０℃なので、検出温度は１９０℃と決定される。このように、差動アンプ３０の出力特性の座標平面上で、環境温度と差動アンプ３０の出力電圧から決まる点を求め、その点を通過する熱源温度曲線が熱源温度Ｔｂを決定する。以上は、原理的な説明であるが、実際に熱源テーブル４７を用いて熱源温度を検知する場合の、第１のＡＤ変換器４１のビット数制約に基づく検出分解能については、後述する。環境温度Ｔｃと赤外線検知用サーミスタの温度Ｔｄから、熱源温度Ｔｂが決定できるという原理に基づき、Ｔｃを基準にしたピークキャンセル電圧発生およびＴｂの値の決定について説明した。従って、説明に用いたグラフ（図２、３、４）も横軸にＴｃをとっていた。しかし、実際の回路動作としてピークキャンセル数値テーブルや熱源温度テーブル４７を参照する場合、環境温度を反映する値であるである第２のＡＤ変換器４２の出力値を参照する。従って、環境温度温度Ｔｃの値をＶｃの値に置き換えて、テーブルの内容を説明する。
【００３８】
図５は図２の横軸を第２のＡＤ変換器４２の出力値Ｖｃに置き換えたものである。図２の曲線１２、１３、１４は図５の曲線５２、５３、５４にそれぞれ対応する。参考のために環境温度Ｔｃが１０℃、３０℃、６０℃、１１０℃に対応する横軸目盛（Ｖｃ）における位置を示した。ピークキャンセル数値テーブルには図５の曲線５２に相当する環境温度と所定の一定値である熱源温度に対応する出力値データ列が準備されており、その中から第２の演算部４４は環境温度に応じたピークキャンセル数値を出力する。
【００３９】
また、図６は図３の横軸を第２のＡＤ変換器４２の出力値Ｖｃに置き換えたものである。図２の曲線３２、３３、３４は図５の曲線６２、６３、６４にそれぞれ対応する。図６の横軸の目盛も図５と同様に、第２のＡＤ変換器４２の出力値である。参考のために環境温度Ｔｃが１０℃、３０℃、６０℃、１１０℃に対応する横軸目盛（Ｖｃ）における位置を示した。熱源温度テーブル４７には曲線６４と曲線６３との間（測定レンジＴｃ＝１６０℃〜１９９℃に相当）に、図４の曲線群に相当する環境温度と熱源温度に対応する出力値Ｖｄのデータ列が準備されている。この環境温度と熱源温度に対応する出力値Ｖｄのデータ列の刻みの細かさは第１のＡＤ変換器４１のビット数で決まる。縦軸は差動増幅部３１からの出力を第１のＡＤ変換器４１で変換した第１の出力値に相当する。図１に示すように、第１の演算部４３には第２の出力値と第１の出力値が入力される。第１の演算部４３はこの２つの数値を引数とした熱源温度テーブル４７を参照して、２つの数値の交点の最も近くを通過する熱源温度のデータ列を求め、そのデータ列に相当する熱源温度が、検出温度であると決定する。従ってデータ列の熱源温度方向の刻みの細かさが分解能を決定する。第１のＡＤ変換器４１の出力を１０ビットとすると、１Ｖの入力範囲（図６矢印６６）を１０２４（＝２１０）段階に分解するので第１のＡＤ変換器４１のビットあたりの分解能は、１Ｖ／１０２４  ≒  １ｍＶ／ｂｉｔとなる。まず環境温度Ｔｃが６０℃であるときを例としてそのときの分解能が平均どの程度になるかを求める。Ｔｃ＝６０℃は０．６７Ｖ（環境温度数値＝０．６７）である。図６の横軸で０．６７Ｖにおける入力変動範囲  （図６矢印６７）は０．９２Ｖである。これを１ｍＶ／ｂｉｔ  刻みで分解するので、０．９２Ｖ／１ｍＶ≒９２０となる。温度差３９℃（＝１９９℃−１６０℃）の範囲を９２０ステップで刻むことになるので、ステップを熱源温度換算すると平均３９℃／９２０≒  ０．０４℃である。図６の座標平面上で０．０４℃間隔の曲線のうち近いほうを熱源温度とするので、検出温度精度は、
０．０４℃／２  ＝  ０．０２℃
である。
【００４０】
次に、環境温度が１０℃であるときの分解能を求める。Ｔｃ＝１０℃は０．９６Ｖ（環境温度数値＝０．９６）である。図６の横軸で０．９６Ｖにおける入力変動範囲  （図６矢印６８）は０．３９Ｖである。これを１ｍＶ／ｂｉｔ  刻みで分解するので、０．３９Ｖ／１ｍＶ≒３９０となる。温度差３９℃（＝１９９℃−１６０℃）の範囲を３９０ステップで刻むことになるので、ステップを熱源温度換算すると平均３９℃／３９０  ≒  ０．１℃になる。図６の座標平面上で０．１℃間隔の曲線のうち近いほうを熱源温度とするので、検出温度分解能は、
０．１℃／２  ＝  ０．０５℃
である。同様にして環境温度が１１０℃であるときの精度を求めと
０．０４℃
である。
【００４１】
以上、本実施形態１について説明したが、本実施形態の効果を示すために、従来の構成における検出精度と比較してみる。本実施形態の特徴は環境温度に応じたピークキャンセル電圧をフィードバックさせることにあるが、フィードバックが無い従来の構成を原理的に示すと図１９のようになる。従来例では赤外線検出回路１０の電圧と環境温度補償回路２０の電圧差、すなわち、Ｖｄ−Ｖｃを第１のＡＤ変換器４１の出力が飽和しない範囲に収まるように、第１のＡＤ変換器４１の入力電圧範囲いっぱいに増幅した数値が、第１の演算部４３に入力される。図２０のグラフは第１の電圧Ｖｄと環境温度Ｔｃを示す。７１は第２の電圧Ｖｃ、７２は熱源温度Ｔｂ＝１８０℃のときの第１の電圧Ｖｄ、７３は熱源温度Ｔｂ＝１９９℃のときの第１の電圧Ｖｄ、７４は熱源温度Ｔｂ＝１６０℃のときの第１の電圧Ｖｄである。図２１は、第１の電圧Ｖｄと第２の電圧Ｖｃとの差を示したもので、８２、８３、８４はそれぞれ、Ｔｂ＝１８０℃、１９９℃、１６０℃のときの、ＶｃとＶｄとの差電圧である。つまり、図２０の曲線７１に対して、曲線７２、７３、７４との差を示す。この差電圧が差動増幅部３１に入力される。図２１より、入力される差電圧の最大値はほぼ１．０Ｖであるので、第１のＡＤ変換器４１の入力電圧範囲が０〜１．０Ｖとすれば、入力電圧が飽和しないための差動増幅部３１のゲインは、環境温度による変動も含めて差動増幅するので１０倍である。実施形態１で説明したピークキャンセルを行った場合は２５倍のゲインが取れたが、ピークキャンセルをしない従来例では１０倍しかゲインが取れないことがわかる。このことが、温度検知精度に影響することを次に説明する。第１のＡＤ変換器４１のビット数は１０ビットとし、第１のＡＤ変換器４１の入力電圧範囲は１Ｖとする。これら第１のＡＤ変換器４１の条件は実施形態１と同じであり、第１のＡＤ変換器４１の１ビットあたりの分解能も同じく
１Ｖ／１０２４≒１ｍＶ／ｂｉｔ
となる。図２２は差動増幅部３１の一方の入力である出力電圧Ｖｃを横軸に、第１の温度検出回路１０と環境温度補償回路２０との差電圧をΔＶｄ（＝Ｖｃ−Ｖｄ）にとったものである。図２１の横軸をＶｃに置き換えたものといっても良い。また、図２２に基づいて作成された熱源温度テーブル４７によって検出温度を決定する方法は、実施形態１で説明した方法と同じである。図２１で最高の検出感度であるＴｃ＝６０℃ではＶｃ＝０．６７℃である。このとき図２２の横軸で０．６７Ｖにおける入力変動範囲  （図２２矢印９７）は０．３７Ｖである。これを１ｍＶ／ｂｉｔ  刻みで分解するので、
０．３７Ｖ／１ｍＶ≒３７０
温度差３９℃（＝１９９℃−１６０℃）の範囲を３７０ステップで刻むことになるので、ステップを熱源温度換算すると平均３９℃／３７０  ≒  ０．１℃
である。図２２の座標平面上で０．１℃間隔のデータ列のうち近いほうを熱源温度とするので、検出温度精度は、
０．１℃／２  ＝  ０．０５℃
である。次に、環境温度が１０℃であるときの分解能を求める。Ｔｃ＝１０℃は０．９６Ｖ（環境温度数値＝０．９６）である。図２２の横軸で０．９６Ｖにおける入力変動範囲（図２２矢印９８）は０．１５Ｖである。これを１ｍＶ／ｂｉｔ  刻みで分解するので、０．１５Ｖ／１ｍＶ≒１５０
温度差３９℃（＝１９９℃−１６０℃）の範囲を１５０ステップで刻むことになるので、ステップを熱源温度換算すると平均３９℃／１５０  ≒  ０．２６℃
になる。図２２の座標平面上で０．２６℃間隔のデータ列のうち近いほうを熱源温度とするので、検出温度精度は、
０．２６℃／２  ＝  ０．１３℃
である。同様にして環境温度が１１０℃であるときの精度は、
０．１１℃
である。これらの関係を表１に示す。
【００４２】
【表１】
2014190930.tif 000003
【００４３】
環境温度領域のすべてにわたって、従来例よりほぼ２．５倍の精度改善となり、これはほぼ、差動増幅部３１のゲインの比となっている。本実施形態の特徴を原理的に説明する。温度検出回路１と温度検出回路２の温度差による、出力電圧の差には、環境温度に依存したピーク特性を持つが、温度差が増大すると、出力電圧の差が増大する共にピーク値も増大する。目的とする測定温度範囲において、温度検出回路１と温度検出回路２の温度差が大きくても、目的とする測定温度範囲の中央付近に仮定の熱源温度を設定し、測定対象である熱源温度を反映した電圧と熱源温度が所定の温度であったと仮定したときの電圧との差分を増幅すれば、熱源温度が仮定した所定の温度に一致するときは、環境温度に依存するピーク電圧成分はまったくキャンセルされるとともに、差動増幅部３１の出力電圧である第３の電圧は環境温度に依存しない一定電圧となる。実際の熱源温度が、仮定した所定の温度より上下する場合は、仮定した所定の温度との差に相当する電圧だけ第３の電圧が増減する。つまり、環境温度において、実際の熱源温度と仮定した所定の熱源温度との差に相当する電圧の増減分だけを増幅すればいいので入力電圧が少なくなり、差動増幅部３１に大きな増幅率を設定できる。そして、熱源温度が仮定した所定の温度に一致したときの第３の電圧を第１のＡＤ変換器４１の入力範囲の中央に設定すれば、仮定した所定の熱源温度からの差分に相当する電圧成分だけにＡＤ変換４１の分解能を割当てることができ、第１のＡＤ変換器４１の入力範囲を有効に使うことができるので物理量検出精度の低下を緩和できる。
【００４４】
このように熱源温度の所定の値を中心に其の上下の温度変化の検出精度が向上することを説明した。つまり、所定の値とは、測定するレンジの中心値になると考えても良い。そして、異なる測定レンジを測定する場合は、所定の値であるレンジ中心値を変えれば、其の値を中心として其の上下の熱源温度範囲において精度の高い温度検出を行うことが出来る。この例については実施形態４以降に説明する。
【００４５】
（実施形態２）
第２の電圧（環境温度補償回路２０の出力）の方にピークキャンセル電圧を作用させることによっても同様の効果が得られる。図７において、センサ回路２００は第２の差動アンプ７１と第３の差動アンプ７２を有し、差動増幅部３１を形成している。第２の差動アンプ７１はゲイン１倍であり、第２の電圧とピークキャンセル電圧とが入力され、第４の電圧が出力される。第３の差動アンプ７２には第４の電圧と第１の電圧とが入力され、第３の電圧が出力される。この構成により、熱源温度が測定レンジ中央値と一致するときは、第３の電圧は中点電位（＝第１のＡＤ変換器４１の入力電圧範囲の中央値）とするようにすることが出来る。したがって実施形態１に述べたように検出温度を改善する効果が得られる。このような動作を実現するためのピークキャンセル数値について説明する。図８は第１の電圧（Ｖｄ）と第２の電圧（Ｖｃ）の変化を環境温度の変動に応じた第２の電圧（Ｖｃ，横軸）に対して示したものである。曲線５２、５３、５４は図５に示したものと同じである。直線５５は環境温度に対応する電圧２そのもの（Ｖｃ）であるので横軸と縦軸の同じ数値をつなげたものとなる。直線５２、５３、５４の示す値からと曲線５５の示す値をひいた差電圧が図９における曲線１２２、１２３、１２４である。つまり、熱源温度１８０℃、２００℃、１６０℃における、第１の電圧と第２の電圧の差である。曲線１２２に相当する数値をピークキャンセル数値としてピークキャンセル電圧を発生させる。この電圧と第２の電圧とが第２の差動アンプ７１に入力されるので、その出力である第４の電圧は、環境温度全域において熱源温度１８０℃における第１の電圧と同電圧になる。従って熱源温度１８０℃においては、第３の差動アンプ７２には、同電位の電圧が入力されるので、出力は中点電位となる。また、黒体温度１６０℃〜１９９℃の測定レンジ内の最大電圧はと最小電圧の差が最も広がるのは環境温度６０℃のときであり、その差１２７は０．０３７Ｖである。従ってこの入力電圧差のときに、第１のＡＤ変換器４１の入力範囲いっぱいになるように、第３の差動アンプ７２のゲインを２５倍に設定する。そうすると、第１のＡＤ変換器４１への入力電圧は図６に示すものと同じになる。従って、実施形態１と同じ精度が実現される。
【００４６】
（実施形態３）
第２の電圧と第１の電圧との差動増幅出力にピークキャンセル電圧を作用させることによっても同様の効果が得られる。図１０において、センサ回路３００は第４の差動アンプ８１と第５の差動アンプ８２を有し、差動増幅部３１を形成している。第４の差動アンプ８１は第１の電圧と第２の電圧の差を増幅するので、１Ｖの電源範囲いっぱいに出力を設定するとゲイン１０倍となる。即ち図８に示す第１の電圧５２、５３、５４と第２の電圧５５との差を１０倍したものが第４の差動アンプ８１の出力である第５の電圧となる。これを図２４ａに示す。図８における曲線５２と曲線５５の差電圧が図２４ａの曲線２４２、図８における曲線５３と曲線５５の差電圧が図２４ａの曲線２４３、図８における曲線５４と曲線５５の差電圧が図２４ａの曲線２４４である。この第５の電圧にピークキャンセル電圧を作用させる。図２４ａの斜線領域２４５に示す電圧に相当する電圧をピークキャンセル電圧として作用させる。即ち、図２４ｂに示すピークキャンセル電圧を第５の差動アンプ８２に一方の入力に入力する。ピークキャンセル数値テーブル４８には図２４ｂに相当する電圧数値が用意されており、第２の演算部４４は第２のＡＤ変換器４２の出力数値に応じてピークキャンセル数値をＤＡ変換器４５に出力し、ＤＡ変換器４５はこれを電圧に変換してピークキャンセル電圧を発生する。第５の電圧からピークキャンセル電圧を差し引いた電圧は図２５ａのようになるので、第５の差動アンプ８２はゲインを２．５倍にとれば出力である第３の電圧は図２５ｂのようになり、第１のＡＤ変換器４１の入力範囲いっぱいにすることが出来る。図２４ａの曲線２４２から図２４ｂのピークキャンセル電圧を差引いた電圧は図２５ａの曲線２５２となり、これを２．５倍した電圧が図２５ｂの曲線２６２であり、熱源温度Ｔｂが１８０℃のときの電圧３である。図２４ａの曲線２４３から図２４ｂのピークキャンセル電圧を差引いた電圧は図２５ａの曲線２５３となり、これを２．５倍した電圧が図２５ｂの曲線２６３であり、熱源温度Ｔｂが１９９℃のときの電圧３である。２４ａの曲線２４４から図２４ｂのピークキャンセル電圧を差引いた電圧は図２５ａの曲線２５４となり、これを２．５倍した電圧が図２５ｂの曲線２６４であり、熱源温度Ｔｂが１６０℃のときの第３の電圧である。結局、図２５ｂは図６と同じになる。つまり、第３の電圧は実施形態１、２、３で同じ結果となる。したがって、温度検出精度における効果も実施例も実施形態１、２説明したものと同様になる。
【００４７】
（実施形態４）
これまで、所定の測定対象の物理量が１つである場合を説明したが、熱源の温度をより広い検知範囲で精度良く測定するためには、測定レンジを切替えることが有効である。つまり、異なる値の所定の測定対象の物理量を複数利用することが有功である。簡単のため、実施形態１の回路を発展させて４つの測定レンジを切替えられるようにする例について説明する。この実施形態４を図１１に示す。センサ回路４００は測定レンジ設定部４０１を有している。測定レンジ設定部４０１はたとえば熱源温度８０℃〜２４０℃の範囲を測定レンジ幅４０℃刻みで設定できるとすれば、４種類の測定レンジとなるので、２ビット（００，０１，１０，１１）の設定が出来るスイッチあるいはレジスタを示し、２ビット（００，０１，１０，１１）をレンジ設定値とし、レンジ設定値に対応する測定レンジを設定する。レンジ設定値と測定レンジの関係を表２に示す。
【００４８】
【表２】
2014190930.tif 000004
【００４９】
この４種類の測定レンジに対応して、ピークキャンセル数値テーブル４８の内容、熱源温度テーブル４７の内容もそれぞれ４つ用意されている。測定レンジの設定値に従って、第２の演算部４４および第１の演算部４３にそれぞれ対応するピークキャンセル数値テーブル４８の内容、熱源温度テーブル４７の内容を選択して参照する。例えば測定レンジが下から３番目の１６０〜１９９℃、においては、測定レンジ設定部４０１には数値「１０」が設定される。この設定数値は第２の演算部４４と第１の演算部４３とに与えられるため、第２の演算部４４は設定数値に従って測定レンジが１６０〜１９９℃用のピークキャンセル数値テーブル、即ち図５の曲線５４に対応する数値を参照する。また第１の演算部４３は図６に示す熱源温度テーブル４７の内容を参照して熱源温度を決定する。また、下から２番目の１２０〜１５９℃、においては、測定レンジ設定部４０１には数値「０１」が設定される。この測定レンジに対応するピークキャンセル数値テーブルは、その中央値１４０℃における第１の電圧の特性に対応する数値列であり、図１２の曲線１２で表される。比較のため中央値１８０℃のときの数値列に相当する曲線５２（図５の曲線５２と同一）も表示してある。また、曲線１３３，１３４はそれぞれ熱源温度が１５９℃、１２０℃のときの第１の電圧を示す。測定レンジ１６０〜１９９℃に対応する熱源温度テーブル４７の内容を図１３に示す。これは、図１３における曲線１４２、１４３、１４４はそれぞれ図１２の曲線１３２、１３３、１３２と曲線１３２との差を２５倍して中点電を加算したものであり、熱源温度がそれぞれ１４０℃、１５９℃、１２０℃のときの第３の電圧である。第２の演算部４４は、測定レンジ設定部４０１に設定された数値「０１」に従ってその測定レンジの該当するピークキャンセル数値テーブルを選び、図１２の曲線１３２で表される数値列をピークキャンセル値として出力する。第１の演算部４３も同様に、測定レンジ設定部４０１に設定された数値「０１」に従ってその測定レンジの該当する熱源温度テーブル４７の内容を選び、実施形態１で説明した方法により熱源温度を決定する。他の２つの測定レンジにおいても同様な方法で熱源温度を決定する。つまり、固定された異なる４種類の測定レンジ中央値に対応する４種類の測定レンジを切り替えることで、精度良く熱源温度を決定することが可能となっている。なお、どの測定レンジを使用するかについては、第１の演算部４３から出力された熱源温度の数値が測定レンジ超過あるいは測定レンジ未満を示す場合に、現在の測定レンジから隣接の測定レンジに移るよう外部から適切な数値  （００〜１１）  を測定レンジ設定部４０１に設定して、測定レンジを切り替える。熱源温度の数値が測定レンジ超過あるいは測定レンジ未満を示す方法については後述する。
【００５０】
（実施形態５）
自動的に適切な測定レンジを選択する実施形態について説明する。ある測定レンジの熱源温度テーブル４７の内容を参照した結果、熱源温度はその測定レンジの外にあると判定された場合自動的に測定レンジを切替える、即ち、レンジ設定値を設定し直すことにより、自動的に適切な測定レンジを選択する。図１４に示されるセンサ回路５００においては、熱源温度テーブル４７に格納されているデータ列の特定の２ビットがレンジ情報として、レンジ超過、レンジ未満、レンジ適正を示すために割り当てられている。この２ビットのレンジ情報出力１５１は、現在の測定レンジに対応するレジスタの値１５３と共に、加算器１５２に入力され、クロック１５５に同期して測定レンジに対応するレジスタの値１５３を書き換える。測定レンジの種類は実施形態４の例と同じく４つとすると、測定レンジに対応するレジスタ値１５３は２ビットとなる。レンジ適正である場合のレンジ情報出力１５１のバイナリ値００とすると、その場合は現在の測定レンジに対応するレジスタの値１５３にバイナリ値００が加算される。従って測定レンジに対応するレジスタの値１５３は変わらない。レンジ超過である場合のレンジ情報出力１５１をバイナリ値０１とすると、その場合は現在の測定レンジに対応するレジスタの値１５３にバイナリ値０１が加算される。従って測定レンジに対応するレジスタの値１５３は１増え、測定レンジがひとつ上に切り替わる。レンジ未満である場合のレンジ情報出力１５１をバイナリ値１１とすると、その場合は現在の測定レンジに対応するレジスタの値１５３にバイナリ値１１が加算される。従って測定レンジに対応するレジスタの値１５３は１減り（補数の加算）、測定レンジがひとつ下に切り替わる。このように、レンジ情報（バイナリ値）を含む熱源温度テーブル４７のデータの様子を図１５に示す。図１５の上のグラフ１６１は測定レンジ中央値＝１８０℃の場合の熱源温度テーブル４７の内容を表し、図１５の下のグラフ１６５は測定レンジ中央値＝１４０℃の場合の熱源温度テーブル４７の内容を表す。グラフ上の領域１６２、１６６はそれぞれ、熱源温度が測定レンジ以内である領域であるので、その領域に書かれている熱源温度データ４７は、上位２ビットのレンジ情報データは００であり、次の８ビット（Ｔ７〜Ｔ０）は熱源温度データの整数部、次の４ビット（ｔ１〜ｔ４）は熱源温度データの小数部である。上位２ビットは図５の加算器１５２に入力されるが００であるので測定レンジは変わらない。グラフ上の領域１６３、１６７はそれぞれ、熱源温度が測定レンジを超過しているデータ領域であるので、上位２ビットのレンジ情報データは０１であり、他のビットは意味をも持たない。上位２ビットは加算器１５２に入力され、０１であるので測定レンジはひとつ上に切替える。例えば、現在の測定レンジ中央値が１４０℃に設定されているとすると、参照する熱源温度テーブル４７の内容はグラフ１６５に相当するが、そのときの熱源データの上位２ビットが０１であった場合、測定レンジを超過しているので、レンジ情報に相当する熱源温度テーブル４７の内容の上位２ビット０１が加算器１５２に入力され、現在の測定レンジに対して測定レンジの設定値を１つ増やして、グラフ１６１に相当する熱源温度テーブル４７の内容を参照する。グラフ上の領域１６４、１６８はそれぞれ、熱源温度が測定レンジ未満であるデータ領域であるので、上位２ビットのレンジ情報データは１１であり、他のビットは意味をも持たない。上位２ビットは加算器１５２に入力され、１１であるので測定レンジはひとつ下に移る。例えば、現在の測定レンジ中央値が１８０℃に設定されているとすると、参照する熱源温度テーブル４７の内容はグラフ１６１に相当するが、そのときの熱源温度データの上位２ビットが１１であった場合、測定レンジ未満であるので、レンジ情報に相当する熱源温度テーブル４７の内容の上位２ビット１１が加算器１５２に入力され、現在の測定レンジに対して測定レンジの設定値を１つ減らして、グラフ１６５に相当する熱源温度テーブル４７の内容を参照する。以上のようにして、自動的に適正な測定レンジになるまで参照する熱源温度テーブル４７の内容を切替える。これを繰り返しても、最終的に適正な測定レンジに入らない場合は、熱源温度が表２に示した測定可能な範囲に無い（過大か過小）であること意味する（この例では２４０℃を超えているか８０℃未満）。なお、簡易的にはレンジ情報データを１ビットで済ます方法もある。測定レンジに入っているときは０とする。そうでない時を１として、加算器１５２を一方的に１づつ加算する。適正な測定レンジに入るまでこれを繰り返す。４回繰り返しても適正な測定レンジに入らない場合は、熱源温度が表２に示した測定可能な範囲に無い（過大か過小）であること意味する（この例では２４０℃を超えているか８０℃未満）。この場合、測定開始時の初期設定は、測定レンジを一番低い温度に設定しておけばよい。上記の通り、レンジ設定値を書き換える更新部である加算部１５２にレンジ超過、レンジ未満、レンジ適正を示すレンジ情報を入力することにより、レンジ設定値を更新することで測定レンジを自動で更新することが可能となっている。なお、更新された測定レンジの設定値に従って、第２の演算部４４が対応するピークキャンセル数値テーブル４８の内容を選択して参照することは実施例４と同様である。
【００５１】
（実施形態６）
熱源温度テーブル４７のデータにレンジ情報データを持つビットを含ませる代わりに、測定レンジを超えた場合の熱源温度データを特殊なパターンのデータとすることで、適正な測定レンジに入っているか否かを判定するともできる。ある測定レンジにおいて熱源温度が測定レンジを超えている場合は全ビットが１のデータ、測定レンジに満たない場合は全ビットが０のデータを熱源温度テーブル４７の内容に記録する。測定可能な熱源温度が８０℃〜２４０℃とした場合、少数点以下４ビットで表現するとこの範囲の数値は１２ビットの二進数で表現され、０１０１００００．００００〜１１１１００００．００００となる。全ビット０、あるいは全ビットが１となる数値にはならない。全ビットが０あるいは全ビットが１であるデータは特殊なデータであり温度数値を表すのではなく、測定レンジに満たないか、超過している、という意味を与えることが出来る。図１６において、論理ゲート１７１は、第１の演算部４３が出力する熱源温度データ４７の出力データが全ビット０のときは加算値１１を出力、全ビット１のときは０１を出力、それ以外のときは００を出力する。これら２ビットのディジタル値が加算器１５２に入力される。図１７のグラフ１６１は測定レンジ中央値＝１８０℃の場合の熱源温度テーブル４７の内容を表し（図６に相当）、グラフ１６５は測定レンジ中央値＝１４０℃の場合の熱源温度テーブル４７の内容表す（図１３に相当）。グラフ上の領域１６２、１６６はそれぞれ、熱源温度が測定レンジ以内である領域であるので、その領域に書かれているデータは、上位８ビット（Ｔ７〜Ｔ０）は熱源温度データの整数部、次の４ビット（ｔ１〜ｔ４）は熱源温度データの小数部である。グラフ上の領域１６３、１６７はそれぞれ、熱源温度が測定レンジより過大であるデータ領域であるので、全ビットが１であるデータが書かれている。グラフ上の領域１６４、１６８はそれぞれ、熱源温度が測定レンジ未満であるデータ領域であるので、全ビットが０であるデータが書かれている。本実施形態の場合は、レンジ情報のためにビットを割当てる必要が無いため、熱源温度テーブル４７の容量を節約することが出来る。以上の説明において、ピークキャンセル数値テーブル内のレジスタに設定された測定レンジ中央値を書き換える際、加算器１５２により数値を加減する方法を述べたが、アップダウンカウンタをレジスタとし、この値をカウントアップ、カウントダウンすることにより加算器１５２を用いずに測定中央レンジ中央値を書き換えることも可能である。また、汎用プロセッサにより処理をおこなう場合は、専用の加算器やゲートを用いないが、実施形態５、６のそれぞれの論理に基づいて、図１８のフローチャートに示す処理をする。
【００５２】
このフローにおいては、第１の演算部による熱源温度の算出結果が測定レンジより過大であったときは、ひとつ上の測定レンジに切替える。第１の演算部による熱源温度の算出結果が測定レンジ未満であったときは、ひとつ下の測定レンジに切替える。このようにして測定レンジ以内になるまで、レンジ切り替えを行う。その結果ある測定レンジ以内の結果を得たときに、それを熱源の温度と決定する。最終的にどの測定レンジ以内にもはいらず測定レンジより過大であるという結果に終わった場合、熱源の温度は非接触温度センサの測定可能範囲を超えているとして処理を終了する。最終的にどの測定レンジ以内にもはいらず測定レンジ未満であるという結果に終わった場合、熱源の温度は非接触温度センサの測定可能範囲より低いとして処理を終了する。
【００５３】
以上、非接触温度センサについての実施形態を説明したが、２つのサーミスタペアの温度差を利用して物理量を検知する、ガスセンサ、湿度センサ、流速センサにおいても、ピークキャンセルの方法は同じであり、本実施形態が適用できる。ＮＤＩＲ（ｎｏｎ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ，  非分散型赤外線センサ）といわれる光学式のガスセンサは、サーミスタペアのうち検知用サーミスタは検出対象の気体を透過した赤外線を照射された赤外線吸収体に接し、補償用サーミスタは検知対象のガスを含まない標準気体を透過した赤外線を照射された赤外線吸収体に接し、二つのサーミスタの温度上昇の違いから検知対象の気体内のガス濃度を決定する。すなわち、検知用サーミスタはガス濃度という物理量の影響を受け、補償用サーミスタにはその影響が低減されている。このようなサーミスタペアを用いた構成は、実施形態で説明した非接触温度センサーと共通であるので、本実施形態の方式が有効であり、検知精度を向上することが出来る。サーミスタペアを用いた湿度センサは、検知用サーミスタは検知対象の雰囲気にさらされた熱伝導体に接し、補償用サーミスタは密閉された乾燥空気の中におかれた熱伝導体に接している。これらの２つの熱伝導体を同等に加熱すると、検知用サーミスタが接する熱伝導体は湿度による雰囲気の熱伝導率の変化に影響され温度が変わるが、補償用サーミスタが接する熱伝導体は湿度の影響を受けない。二つのサーミスタの温度差は湿度を反映している。すなわち、検知用サーミスタは湿度という物理量の影響を受け、補償用サーミスタにはその影響が低減されている。このようなサーミスタペアを用いた構成は、実施形態で説明した非接触温度センサーと共通であるので、本実施形態の方式が有効であり、検知精度を向上することが出来る。サーミスタペアを用いた流量センサは、検知用サーミスタは検知対象の流体にさらされた熱伝導体に接し、補償用サーミスタは流体にさらされない位置にある熱伝導体に接する。これらの２つの熱伝導を同等に加熱すると、検知用サーミスタが接する熱伝導体は流速に応じて熱を奪われ温度が変わるが、補償用サーミスタが接する熱伝導体はその影響を受けない。二つのサーミスタの温度差は流速を反映しているすなわち、検知用サーミスタは流速という物理量の影響を受け、補償用サーミスタにはその影響が低減されている。このようなサーミスタペアを用いた構成は、実施形態で説明した非接触温度センサーと共通であるので、本実施形態の方式が有効であり、検知精度を向上することが出来る。以上のように、物理量をサーミスタペアの温度差として捕らえる方式のセンサにおいては、本実施形態が有効であり検知精度を向上させることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明に係わるセンサ回路は、空調機、複写機、電子レンジ、など様々な機器に利用できる。
【符号の説明】
【００５５】
Ｖ１  電源
Ｒ１、Ｒ２  抵抗
Ｒｔｈ１、  Ｒｔｈ２  サーミスタ
３０  差動アンプ
４１  第１のＡＤ変換回路
４２  第２のＡＤ変換回路
４３  第１の演算部
４４  第２の演算部
４５  ＤＡ変換回路
１５１  レンジ情報出力
１５２  加算器
１５３  測定レンジに対応するレジスタの値
１７１  ゲート
【図１】
2014190930.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2014190930.tif 000012
【図９】
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【図１０】
2014190930.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2014190930.tif 000020
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2014190930.tif 000024
【図２１】
2014190930.tif 000025
【図２２】
2014190930.tif 000026
【図２３】
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【図２４ａ】
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【図２４ｂ】
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【図２５ａ】
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【図２５ｂ】
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【図２６】
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