(57)【要約】  放射線センサ（２０）の出力信号を補正する方法は、２以上の温度信号を、放射線センサの温度に関連する量の、異なる時間および／または異なる位置での、対応する数の測定から取得する工程と、前記温度信号を参照して出力信号を補正する工程とを含む。
2009506333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線センサの出力信号を補正する方法であって、
２以上の温度信号を、放射線センサの温度に関連する、または放射線センサの１以上の部品に関連する量の、対応する数の測定から取得する工程と、
前記温度信号を参照して前記出力信号を補正する工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記出力信号の補正は１以上の較正値をも参照して行なわれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記測定は時間的に離間していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
時間差が前記放射線センサまたは放射線センサ部品の時定数に応じて選択されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記測定は位置的に離間していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記温度信号を参照して補正値を決定する工程と、
前記補正値を参照して前記出力信号を補正する工程とを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
２つの温度信号の、または前記温度信号から導出した少なくとも１つの導出値の差値を求めて、補正に使用することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記導出値は平均値であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記平均値は、次式に従って決定され、
ｖａ ＝ ｋ × Ｔa ＋ （１ − ｋ） × ｖａｅ
ｖａは平均値、ｖａｅは以前の対応する平均値、Ｔａは実際に測定された温度値、ｋは０＜ｋ＜１の平均化係数であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
２つの平均値が決定され、該２つの平均値は異なる平均化係数を有し、補正のために前記２つの平均値の差値が求められることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記温度信号は、前記放射線センサの前記出力信号の外部補正のために、前記放射線センサから外部に送られることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記温度信号の１以上、または前記温度信号から導出した導出値は、前記放射線センサに格納され、前記放射線センサの前記出力信号は、前記放射線センサ内で補正されて，前記放射線センサから出力されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記放射線センサが、好ましくは冷接点および温接点を有し、前記温接点が好ましくは膜上に位置する熱電対列センサ素子を含むことと、
前記放射線センサが、前記２以上の温度信号を取得する、および／または、前記温度信号を参照して前記出力信号を補正するＡＳＩＣを含むことと、
前記放射線センサ素子が、赤外放射線を電気信号に変換するように構成されてなることとのうちの、１以上の特徴を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
温度を測定する方法であって、
放射線センサから出力信号を取得する工程と、
前記出力信号を請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法に従って補正する工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
放射線を測定する装置であって、
放射線を受けて電気的出力信号に変換するセンサ素子（１０）と、
２以上の温度信号を、装置の温度に関連する量の、対応する数の測定から取得する手段（１１，２１，２２，２４）とを含むことを特徴とする装置。
【請求項１６】
前記温度信号を参照して前記出力信号を補正する補正手段（２１，５０，８０）を含むことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記出力信号ならびに取得した前記温度信号および／または前記温度信号から導出した１以上の導出値を出力する手段（２９ａ〜２９ｅ）を含むことを特徴とする請求項１５〜１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記温度信号を提供する１以上の温度センサ（１１，２２，２４）を含むことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記温度信号を温度センサから繰り返し取り出して取得する取り出し手段（２１）を含むことを特徴とする請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
２つの温度信号の、または前記温度信号から導出した少なくとも１つの導出値の差値を求める減算手段（５３）と、
前記差値を参照して前記出力信号を補正する手段（５５）とを含むことを特徴とする請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
前記導出値として平均値を求める少なくとも１つの平均化手段（６０）を含むことを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記平均化手段は、以前の平均値を保持するレジスタ（６２）と、現在の温度信号と前記以前の平均値とから現在の平均値を決定する計算器（６１，６３，６４）とを含むことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
ＡＳＩＣ（２１）とセンサ素子（１０）とを含むことを特徴とする請求項１５〜２２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２４】
前記補正信号から温度を決定する変換手段（４４）を含むことを特徴とする請求項１５〜２３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２５】
センサ素子（１０）、ＡＳＩＣ（２１）、ハウジング(３６)、放射線透過性窓（３７）および端子（２９）を有するセンサ（２０）であることを特徴とする請求項１５〜２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２６】
前記温度信号は２以上の異なる位置でかつ２以上の異なる時間基準で取得され、前記取得温度信号を参照して補正が行われることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記取得温度信号を対にして各対の差が求められ、前記差は加重を付与されて加算されることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記取得温度信号は加重を付与されて加算されることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記放射線センサの温度に関連する、または前記放射線センサの１以上の部品に関連する少なくとも１つの温度信号が、前記放射線センサの外部で取得されることを特徴とする請求項１〜１４および２６〜２８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、放射線センサの出力信号の補正および放射線の測定のための方法および装置に関する。関連する開示が独国特許公開公報ＤＥ １０２ ００４ ０２８ ０３２．０号およびＤＥ １０２ ００４ ０２８ ０２２．３号にある。
【０００２】
放射線センサは、電磁放射線を電気信号に変換する。これは、たとえば熱電対列、ボロメータなどによって、行われる。これらで検出される放射線は、しばしば、赤外放射線（８００ｎｍよりも長い波長）である。この種の放射線センサは、しばしば、非接触温度測定に用いられる。温度が測定される物体は、その温度に依存した放射線を発する。放射線は物体の温度が高いほど高強度になる。したがって、発せられた物体の赤外放射線は、その温度の非接触測定に使用することができる。その詳細を図１を参照して説明する。
【０００３】
図１はセンサ素子１０を示す。センサ素子１０は、膜３の支持体であるフレーム２を有する。フレーム２は、個々の必要性に応じて長方形または円形の断面を有する開口４を取り囲む。膜３は、膜３の上面に形成された実際の検出部１を、周囲からできる限り熱絶縁する役割を果たす。センサ素子１０の検出部１は、放射線、好ましくは赤外放射線を、２つの矢印ＩＲｎおよびＩＲｓで示したように、上面から受ける。矢印ＩＲｓは、物体からの測定すべき所望の信号放射線を表している。しかし、検出部は、矢印ＩＲｎで示したノイズ放射線も受ける。これは、検出部のすぐ近くの構成要素、たとえばセンサのハウジング、遮蔽部材などから到来し得る。検出部１自体は、その表面にどちらの種類の放射線が当たるのかを識別し得ない。検出部１はそれらの両方を電気信号に変換することになる。
【０００４】
検出部１が、一連の温接点および冷接点で構成される熱電対列を有する場合、測定原理は、入射放射線が温端／温接点１ａにおける温度変化（通常は温度上昇）に変わるというものである。図１において、開口４の上方の端部は熱電対列の温端１ａであり、一方、フレーム２の上方の端部は冷端１ｂである。測定感度を高めるために、温端および冷端を補助層で、特に、温端１ａ上の吸収層５および冷端１ｂ上の反射層６で、覆ってもよい。入射放射線は、温端と冷端との間に温度差を生じさせ、この温度差に依存して、熱電対列は電気信号を生成する。
【０００５】
別のノイズ源を太い矢印Ｔａで示す。これは、種々の物体を通る熱伝導である。符号７は、シリコンウェハ、セラミックス基板、またはプリント配線基板などの、図１のセンサ素子１０が搭載される基体である。環境温度の変化は、支持基体７、フレーム２および膜３を通る熱伝導によって検出部１に伝わる。熱伝導はまた、周囲の大気とセンサ素子１０およびその検出部１との間でも生じるが、通常、基体７を通る熱伝導の方が、影響は実質的にはるかに大きい。冷端は通常、フレーム２に対して、温端とは異なるように位置しているので、冷端は環境温度の変化を温端よりも早く経験する。センサ素子の膜上の温接点は、通常、関連する測定システムの熱的に最も隔絶された部分なので、通常、温度変化を最後に経験する関連要素である。
【０００６】
このように、環境温度の変化は最初に冷端によって経験され、その後に検出部１の温端によって経験される。したがって、熱伝導を介して温端と冷端との間に温度差が形成されるが、この温度差は、信号赤外放射線によってもたらされる温度差とは無関係である。熱伝導によってもたらされる温度差は、温度変化が速いほど大きい。ある温度範囲にわたる速やかな変遷においては、センサ素子は、熱平衡に近い状態の温度範囲を超えないからである。センサ上のどこでもがほとんど同じ温度になるわけではない。むしろ、温端と冷端との間に温度差が生じ、これが出力信号に、したがって測定温度に、エラーを生じさせる。
【０００７】
本出願人の前述の２つの独国特許出願は、環境の温度衝撃によって引き起こされる誤測定を克服する種々の方法を提案している。１つの提案は、一方で、温端および冷端をフレーム２に対して適切に配置し、他方で、補助層５および６（吸収層および反射層）を適切に設計することによって、温端および冷端に向かう熱の流れを均等化するというものである。しかし、様々な応用において、この方法では誤測定を完全に排除することはできない。多くの場合、冷端をフレーム２の上方に設けることが望ましい。フレーム２が熱質量として機能して、測定がなされるときに冷端を一定温度に保つという効果を奏するからである。したがって、フレーム２に対する温端および冷端の非対称配置への計画的な要求があり、補助層の設計は、これに対して、環境温度の変化を充分に補償し得ない。
【０００８】
もう１つの提案は、矢印ＩＲｎで表したノイズ放射線が可能な限り検出部から阻止されるように、センサ素子１０のハウジングを設計することである。
【０００９】
しかし、この提案は、どうしても必要な構成要素（フレーム、膜、熱電対列、補助層、およびセンサのハウジングをも含むセンサ素子１０）を適切に設計することによって、顕著な効果を奏するが、それでもなお、特に環境温度変化時（「熱衝撃」）の、エラー源のさらに高度な補償が望まれる状況が存在する。
【００１０】
本発明の目的は、放射線センサの出力信号の補正のための、および高精度での放射線測定のための、方法および装置を提供することである。
【００１１】
この目的は、独立請求項の特徴に従って達成される。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態に向けられている。
【００１２】
放射線センサの出力信号を補正する方法は、２以上の温度信号を、放射センサの温度に関連する量の、対応する数の測定から取得する工程と、前記温度信号を参照して前記出力信号を補正する工程とを含む。
【００１３】
対象物の温度を測定する方法は、対象物からの放射線を受ける放射線センサから、前記センサへの前記放射線の入射に応じて、出力信号を取得する工程と、上記方法で補正する工程とを含む。
【００１４】
放射線を測定する装置は、放射線を受けて電気的出力信号に変換するセンサ素子と、２以上の温度信号を、装置の温度に関連する量の、対応する数の測定から取得する手段とを含む。前記２以上の温度信号は、出力信号の補正に使用される。温度は補正された出力信号から決定することが可能である。
【００１５】
本発明に従えば、熱的不均衡の指標を取得するために、センサ、センサ素子または検出部の温度の２以上の温度測定が取得される。２以上の温度測定は、位置的におよび／または時間的に離間してよい。いずれの場合も、それらは、センサ温度に関連する温度動態を反映し、検出部１の温接点１ａおよび冷接点１ｂに生じる熱的不均衡に関する決定を可能にする。
【００１６】
適切な評価機構において、前記温度測定からの出力信号用の補正値を提供することによって、および／または、前記温度測定を参照してセンサ素子の出力信号を直接補正することによって、これらの温度測定を評価することが可能である。
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に従って形成されたセンサ素子１０の断面図を示している。符号２は、たとえばシリコンウェハから、微細機械加工によって形成されたフレームである。フレーム２は、長方形の外形断面を有してよい。長方形の、または部分的もしくは全体的に丸められた断面を有する開口４が、フレーム２によって取り囲まれている。膜３が開口４の端から端にわたっている。膜３の上に検出部１が形成されている。検出部１は、２〜３の温接点１ａおよび冷接点１ｂを有する熱電対列であってよい。温接点１ａは、通常、開口４の上方に位置する。冷接点は、個々の必要性に応じて、フレーム２の上方に、またはさらに開口４の上方に位置してもよい。測定においては、温接点１ａは温度Ｔ２を有し、一方、冷接点１ｂは温度Ｔ１を有する。この温度差から実際の電気信号が決定される。温接点１ａの上に吸収を促進するための吸収層５を設け、冷接点１ｂの上に吸収を妨げる反射層６を設けてもよい。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、センサ素子１０上に１つ以上の温度センサを設けてもよい。それらは、センサ素子１０の任意の位置に設けてよいが、好ましくは、温接点１ａから離して、たとえば、冷接点１ｂの近くに、および／または冷接点１ｂと温接点１ａとの中間に、設けられる。
【００１９】
本発明の信号評価の実施形態を説明するために、以下においては、図１に示すように、１つの温度センサ１１が冷接点１ｂの近くに設けられ、別の温度センサが冷接点と温接点との中間に設けられているものとする。熱衝撃によって、太い矢印Ｔａで示すように、センサ素子１０を通る温度変化が生じた場合、その温度変化は、まず、冷接点１ｂおよび対応して配置された温度センサ１１ａによって経験され、その後、温接点と冷接点との間に位置する温度センサ１１ｂによって経験される。したがって、２つの温度センサは、異なる温度を示し、異なる位置にわたる勾配を示す。この勾配は、測定すべき放射線によってもたらされるものではない。むしろ、それは、センサ素子１０によって経験される熱衝撃を反映し、特に、測定すべき対象物からの赤外放射線によってもたらされる熱的不均衡（信号不均衡）に加えて、環境温度の変化によってもたらされる熱的不均衡（ノイズ不均衡）を反映する。
【００２０】
温度センサ１１は、信号を取り出すことが可能な、それ自体の端子を有してよい。温度センサは、たとえば耐熱性抵抗器または類似の装置であり得る。
【００２１】
上記の実施形態は、センサ素子１０自体の上の２ヶ所で温度を測定する。しかし、必ずしも、センサ素子自体において熱的不均衡を直接測定する必要はない。そのような不均衡は、環境温度の変化（熱衝撃）によってもたらされる熱的非平衡の指標であるので、むしろ、センサ素子１０と基体７などの他の構成要素との間でも測定してもよい。したがって、センサ素子１０自体に２つのセンサ素子を設ける必要はない。むしろ、センサ素子１０上のどこかに１つを設け、センサの他の構成要素にもう１つを設けてもよい。
【００２２】
図２は、センサ２０の実施形態を概略的に示している。これは、たとえばキャップ部材などのハウジングに収容することが可能なセンサ２０の、そのハウジングを除去した状態での、基板上の平面図である。符号１０は、温度センサ１１が載置された図１のセンサ素子を表している。符号２１は、ＡＳＩＣ（特定用途用集積回路）であってよい評価電子回路を表している。符号２９ａ〜２９ｅは、センサ端子用の接点を表している。センサ素子１０、評価電子回路２１および接点２９ａ〜２９ｅの間の配線は示していない。符号２２はセンサ２０の基板上の温度センサを表しており、この基板は図２においては符号２５で示されている。これは、図１における構成要素７であってもよい。評価電子回路２１は、それ自体が、その上に形成された温度センサ２４を有してもよい。
【００２３】
図２に示す実施形態においては、温度センサ１１，２２および２４のうちの少なくとも２つを使用することができる。これらは、センサ２０上の適切な異なる位置に設けられており、測定すべき信号赤外放射線によってもたらされる温度勾配ではなく、環境温度の変化によってもたらされる位置的温度勾配を示す。ここでも、このような勾配は、センサ素子１０の出力信号の補正に使用することが可能である。評価のために、たとえば、センサ素子２４と１１との間、センサ素子２２と１１との間、またはセンサ素子２４と２２との間の温度差を考慮することができる。最後の選択肢では、センサ素子１０自体に温度センサを設ける必要は全くない。
【００２４】
本発明の一実施形態において、放射線を測定する装置は、図２に概略的に示したセンサのみを含めばよく、このセンサは、センサ素子１０と出力信号を補正する手段２１を有する。出力信号を補正するためのこの手段２１は、センサ２０内に形成されたＡＳＩＣでもよい。ＡＳＩＣ２１は、センサ素子１０の生の出力信号を受けて、温度の測定結果を取得し、センサ素子１０の生の出力信号を補正して、補正信号を端子２９ａ〜２９ｅに出力する。
【００２５】
センサまたはセンサの１以上の構成要素の温度に関連し、補正に用いられる少なくとも１つの温度信号が、センサの外部での測定、たとえば、センサが搭載される回路基板上での測定から得られる。その信号は、その後、適切な方法でセンサに入力されてもよく、または、センサの外部で、センサからの出力量に対して、もしくはセンサからの出力量と共に、使用されてもよい。
【００２６】
本発明の他の実施形態においては、放射線を測定する装置は、センサ素子１０からの生の信号が（おそらく、センサ２０で増幅および較正されて）、センサ２０から離れて外部回路に伝送されて、そこでさらに処理される、より大規模のシステムでもよい。
【００２７】
センサ素子１０は、３ｍｍ×３ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ×２ｍｍ以下の大きさを有する。センサ２０は、ＴＯ５ハウジングなどの、通常の、すなわち標準化されたハウジングを有してもよい。複数のセンサ素子１０を、１つのセンサ内に設けてもよい。それらの各出力信号は、上述のように補正することができる。このためにおよび信号出力のために、信号多重化を用いてもよい。
【００２８】
図３は、電子部品の実施形態を示しており、収容された回路を断面図で示している。符号３１は基板、たとえばプリント配線基板である。符号３２は放射線センサ用のソケットである。符号２０は、放射線センサ自体を側面図で表しており、この側面図は、センサ基板２５、センサを収容して閉じるキャップ３６、レンズおよびミラーなどの焦点調節要素を含む放射線入射窓３７、ならびに、ソケット３２に嵌るか回路基板３１に直接はんだ付けされる端子３８を示している。符号３９ａ〜３９ｃは、抵抗、キャパシタなどの他の回路要素を表している。符号３３は、ここでもＡＳＩＣまたはマイクロプロセッサなどのデジタル要素である。符号３５は、信号を送信し信号を受信するための、および電力供給のための、コネクタを表している。
【００２９】
センサ２０内の少なくとも２つの測定結果から得られる温度信号は、センサ素子１０の生の（および、場合によっては増幅および較正された）出力信号と共に、センサ２０から送出される。これらの信号は、たとえばＡＳＩＣまたはマイクロプロセッサ３３において処理され、補正された値はさらに使用され、またはコネクタ３５を介して出力される。
【００３０】
さらに別の不図示の実施形態において、図３に示した回路３０は、ある種の前処理、信号書式設定および処理制御の回路でもよく、温度測定に対応する信号およびセンサ素子１０の生の（または、おそらく較正および増幅後の）出力信号は、回路３０から一般的なコンピュータに送出されて、そこでさらに処理される。
【００３１】
以下の説明においては、全ての補正が図２のセンサ２０内で行われるものとする。しかし、上述のように、すべての補正を外部の構成要素において行ってもよい。
【００３２】
図４は、一般的な信号の流れを示す。符号１０はセンサ素子を指し、センサ素子は生の信号（電圧）Ｖｒを出力する。この信号Ｖｒは、増幅器４２において増幅されて増幅電圧Ｖａとされてもよく、増幅電圧はさらに較正器４３においてオフセットと感度について線形較正されて、較正電圧Ｖｃとされる。変換手段４４が、較正電圧Ｖｃを、測定すべき対象物の温度Ｖｔを反映する電圧へと変換する。好ましくは、変換手段４４よりも前に、上述のようにして得られた信号の補正がなされる。図４において、図２に示した補正手段２１を表す枠２１が概略的に示されており、これは、センサ２０内のＡＳＩＣでも、図３に符号３３で示した外部要素でも、（不図示の）通常のコンピュータでもよい。
【００３３】
補正手段２１は、好ましくは、センサ素子１０と増幅器４２との間、増幅器４２と較正器４３との間、または、較正器４３と変換手段４４との間に挿入される。変換手段はボッツマンス（Botzmanns）のＴ４依存を含んでもよい。補正手段２１は未補正の（しかし、おそらくすでに増幅および／または較正された）信号を受けて、その信号を、上述のように、センサまたはその特定の構成要素の温度の少なくとも２つの測定結果に応じて補正し、さらなる処理のために出力する。補正手段２１は、枠４５および４６で示されている少なくとも２つの温度測定結果ＴｎおよびＴｍを受け、さらに較正値４７も受ける。
【００３４】
補正はアナログ側またはデジタル側で行われる。同様に、較正もアナログまたはデジタルである。
【００３５】
増幅４２および較正４３は、統合された構成要素で行ってもよく、図４に示したものとは逆の順番で行ってもよい。同様に、枠４２，４３および４４の１以上を補正手段２１の中に組み込んで、前述のＡＳＩＣなどの統合されたハードウェア要素を形成してもよい。
【００３６】
ここまで、位置的温度勾配を説明した。本発明の他の実施形態においては、異なる時間にわたる温度勾配が得られる。２以上の部位における温度測定結果を得ることは必要ない。本実施形態は、時間的温度勾配が位置的温度勾配と強く相関するという事実を反映している。測定装置が温度衝撃を経験するときに測定装置全体を見ると、既に説明したように、この衝撃は、周辺の構成要素がその温度衝撃を最初に経験し、より中央の構成要素がその温度衝撃を遅くに経験するように、位置的温度勾配をもたらし、こうして位置的勾配を提供する。ところで、この点に関して最も内側の構成要素は、通常、センサ素子の膜上の温接点である。なぜなら、この温接点は、通常、問題の測定システムの熱的に最も隔絶された構成要素だからである。
【００３７】
しかし、図２に示したセンサ２０または図１に示したセンサ素子１０の特定の位置を見ると、その位置は、環境温度の変化による温度衝撃を経験するときに、ほとんど常に時間的温度勾配をも経験する。測定システムの全体が熱平衡にある限り、その構成要素は、同一温度を有して、位置的勾配を示すことはなく、それらの温度は安定して、時間的勾配も示すことはない。しかし、温度衝撃が経験されるとき、その温度衝撃は、特定の位置における温度変化をもたらして、新たな熱平衡に達するまで、そこに時間的温度勾配を与え、時間的に隔たった２以上の温度測定結果からの熱勾配もまた、図１のセンサ素子１０の検出部１の温接点１ａおよび冷接点１ｂでの温度差に至る状況の検出に、適するようになる。そうすると、図１の温度センサのうちの１つの温度センサ、たとえばセンサ素子１０上に設けたセンサ１１、放射線センサの基板上に設けたセンサ２２、または、たとえばＡＳＩＣの補正手段内に設けたセンサ２４のみで充分である。ほとんど全ての応用において、センサ２０全体の個々の構成要素の温度変化が相互に大きく相違しないと仮定することは、妥当である。むしろ、それらは類似するであろう。したがって、センサ素子１０自体とは異なる位置での時間的な温度勾配の測定は、本発明に従う補正を必要とする状況をよく反映する。
【００３８】
上記においては、位置的勾配を得る一実施形態、および時間的勾配を得る別の実施形態を説明した。一般的にいえば、位置依存的測定と時間依存的測定とは、時間的温度差および位置的温度差を評価するために組み合わせることが可能である。そうすると、これらの値は全て、補正手段２１における適切な補正に用い得る。
【００３９】
一般的に言って、未補正の信号に対する補正を提供する1つの方法は、得られた温度値のうちの少なくとも２つの差を求め、その差に比例する補正を、未補正の信号に加算的または乗算的に施すことである。上記の差を求めるために使用される温度値に代えて、それらの温度値から導き出した値、特に平均値、を使用してもよい。平均化は、有用な信号が加算される一方で、ノイズがそれ自体打ち消し合う傾向にある、という利点を有する。平均化は、温度信号の時間的勾配が評価される場合に、特に使用される。特に、ある時間にわたって測定された温度値の自己回帰平均が、次の式に従って得られる。
ｖａ ＝ ｋ × Ｔａ ＋ （１ − ｋ）× ｖａｅ
ここで、ｖａは決定すべき平均値、ｖａｅは対応する先の平均値、Ｔａは実際の測定値、ｋは０〜１の平均化係数である。値ｋは、Ｔａの先の値を組み込んだ値ｖａｅに関連して現在の温度値Ｔａに加重される加重係数である。合わせて、全体の加重は１である。ｋが大きい場合には、実際の温度が新たな平均値ｖａに大きく影響し、先の複合値ｖａｅはそれに対してより小さな影響を有する。一方、ｋが小さい場合には、実際の温度Ｔａはｖａに小さく影響するのみで、ｖａｅに組み込まれた先の値はそれに対してより大きな影響を有する。したがって、ｋの設定によって、平均値ｖａの実効時間を現在に近くするか過去に近くするかを、決定することが可能である。極端な場合、ｋが１であれば、先の値に組み込まれた履歴は、零が乗算されるので、全く影響しない。
【００４０】
時間的勾配を得るために異なる時間の温度値が望まれる場合、上述のように、一方を現在値に近くし、他方を強く過去値に近づけた異なる平均化係数ｋでの２つの自動平均値を用いることが可能である。
【００４１】
値ｋは、センサ素子１０の時定数（より詳しくは、フレームの底からの熱伝導を介して加わる温度変化に反応する温接点の時定数）に鑑みて、選択することが可能である。さらに、平均化パラメータｋは、補正を行う装置２１のサンプリングレートに応じて選択することができる。さらに、サンプリングレートは、上述の時定数に応じて決定することが可能である。
【００４２】
図５は、直接の補正を実行する補正手段５０のブロック図である。この補正手段は、補正手段２１の一部であってもよい。その入力信号Ｔａ，Ｔｓおよび出力信号Ｔｋは、図４の値Ｔｎ，Ｔｍ，Ｖｒ，Ｖａ，ＶｃまたはＶｔのうちの１以上であってよい。補正手段は、図５においてはＴｓで表されているセンサ素子１０からの信号を受ける。信号Ｔｓは、図４に示した増幅および／または較正などの線形処理を好ましくは既に受けている。さらに、補正手段５０は、図２の符号１１，２２および２４のいずれかのような、１つの温度センサによって測定された測定温度を表す信号Ｔａを受ける。レジスタ５１は現在値を保持し、レジスタ５２は過去値を保持する。符号５３は、レジスタ５２からの先の値を、レジスタ５１の後の値から減じる減算器である。差は、好ましくは線形補正を行う較正器５４に入る。次いで、枠５５内で、未補正温度信号に適用される。それは、枠５４を出た較正値に応じた、加算もしくは乗算または一種の非線形の、補正であってよい。例えば、信号Ｔｓを補正するための補正値を出力するテーブルが参照される。こうして補正された信号Ｔｓは、信号Ｔｋとして枠５５および補正手段５０を出て、さらなる処理を受け、特に、遅かれ早かれ図４の枠４４に入る。
【００４３】
一実施形態において、保持値の差が求められた後、レジスタ５１からの値はレジスタ５２に送られ、レジスタ５１はＴａの新しい値を受けて、処理が再開される。
【００４４】
これまで、図５を参照して、直接の温度値Ｔａを補正に使用する処理を説明した。しかし、前述のように、１以上の導出値（温度信号Ｔａから導出）を、代わりに使用してもよい。図６は、例えば図５のブロック５１として、および／または図５のブロック５２として使用可能な、平均化手段６０のブロック図を示している。平均化手段６０は、上述のように、自己回帰平均を求める。符号６２は、値を保持するレジスタを表す。Ｔａが測定温度の入力である。符号６１は、入力値に平均化係数ｋ（０＜ｋ≦１）を乗じる乗算器を表しており、その結果は、乗算器６３において（１−ｋ）を乗じられたレジスタ６２の内容も受ける加算器６４に、与えられる。両者の和は再びレジスタ６２に書かれて、平均値ｖａとして出力される。
【００４５】
自己回帰平均の使用は、過去の値を保持するための複数のレジスタを必要としないという利点を有する。むしろ、過去の値は全て既に保持されている平均値に含まれ、この平均値は、上書きすることによって以前の値と同じレジスタに保持するために、適切に加重された新しい温度値に加算される。
【００４６】
図５において、両レジスタ５１，５２は、それぞれ、図６に示した１つの平均化器６０に置き換えてもよい。ただし、それらの平均化器は異なる平均化係数で動作することになる。図５の上方のものは、より大きい係数（１に近い）を有し、したがってＴａの現在値に近く、一方、図５の下方のものは、より小さいｋの値（０に近い）を有し、その出力は過去値に近い。１つの温度センサからの同一の入力Ｔａを受けることに代えて、それらの平均化器６０は、図２に示した異なる温度センサから異なる入力を受けてもよい。これらの平均化器は、異なる入力を受ける場合には、同一の平均化係数ｋを有してもよい。
【００４７】
同一の入力Ｔａに異なる平均化係数ｋを適用する図６に示した２つの平均化器６０を使用する図５の補正手段５０の結果を、図７に示す。曲線Ｔ（ｔ）は、図２に示した温度センサ１１，２２，２４が経験する温度の温度変化を表している。曲線ｖａ１（ｔ）は、より大きいｋでの自己回帰平均（つまり、より速やかにＴ（ｔ）に追随する）を表しており、一方、ｖａ２（ｔ）は、より小さいｋでの自己回帰平均の曲線（より遅れてＴ（ｔ）に追随する）を表している。特定の時点ｔｘでのそれぞれの平均値を見ると、曲線ｖａ１（ｔ）は、時点ｔｆにおける曲線Ｔ（ｔ）の値を有し、一方、より遅い曲線ｖａ２（ｔ）は、より前の時点ｔｓの値を有している。したがって、２つの平均化器６０で２つの平均化係数ｋを使用すると、得られる２つの平均値が、それらの実効時間に関してどの程度ずれているかを決定することができる。
【００４８】
測定温度の２つの値またはそれらから導出した値を採用する限り、それらの差は１つのみ求められる。この差は、枠６１および６３でそれぞれ使用する平均化係数を数値的に調節することによって、また、枠４２，４３および５４の係数を調節することによっても、適切に設定することが可能である。しかし、３つ以上の温度値、または温度値から導出した３つ以上の導出値を使用することも可能である。好ましい実施形態においては、センサ２０またはセンサ素子１０の温度を、異なる測定の異なる時点あるいは上述の異なる自己回帰平均の異なる実効時間のように、２以上の位置で、かつ、２以上の異なる時間基準で測定してもよい。そのようにすると、少なくとも４つの値が得られ、それらの間の少なくとも６つの差を求めることができる。図８は対応する実施形態を示している。
【００４９】
符号８０は、図５における補正手段５０に機能的に対応する補正手段を表す。この補正手段は、第１の位置での温度を表す信号Ｔａ１、および、第２の位置での温度を表す信号Ｔａ２を受ける。両信号は、図６を参照して説明したように、いずれも速い自己回帰平均化処理および遅い自己回帰平均化処理に付され、こうして、異なる位置および異なる時点に関する４つの値が提供される。平均化器６０に代えて、適当な更新構造を背後に有する記憶レジスタを使用してもよい。
【００５０】
したがって、減算器８１でそれらの間の差を計算するための４つの値が得られ、これらの差は位置的勾配および／または時間的勾配を反映する。較正処理において、補正温度信号Ｔｋを生成するために、センサからの補正すべき温度信号Ｔｓを補正するために差が適切に考慮されるように、差それぞれを決定する係数８２が存在してもよい。これは、センサをその組み込み状態で環境温度の規定の変化に曝し、個々のセンサ信号（一方側の放射線センサからのＴｓ、および少なくとも他方側のＴａ１、Ｔａ２）が得られるようにする較正処理において達成される。個々のデータを数値的に処理し比較する発見的最適化処理によって、個々の差のための係数８２を得て、図８に示す補正手段に、好ましくはＰＲＯＭ様レジスタに書き込むことによって、恒久的に記憶させることが可能である。加重された差は、加算器８３において加算され、Ｔｋを得るために枠８４でのＴｓの補正に使用される。
【００５１】
一般的に言えば、上述の手法で使用する係数は、個々のセンサを、できる限り組み込み状態で、それぞれの出力を監視して実測値と目標値との偏差が最小になるように係数を設定する規定の環境で、較正することによって得られる。係数を恒久的に、センサに、例えば、補正手段２１に書き込んでもよい。
【００５２】
図８の構成に代えて、図９の構成を採用することも可能である。この背景には、図８で求められ線形処理に付される差を、個別に求めて加重し加算するのではなく、それらの入力値に加重して加算することもできるという発想がある。図８の枠６０を出るそれぞれの値は、差の（＋）側または（−）側において、３つの差に寄与する。値の１つが、それぞれ０．２０および０．１４で加重された２つの差の（＋）側にあり、かつ、０．１５で加重された１つの差の（−）側にあると仮定する。その場合、最終結果における総加重は、０．２０＋０．１４−０．１５＝０．１９となる。このようして得られる加重係数は、負になるかもしれない。この加重は、平均化器６０の出力に、または、図９に示すように、対応する値に適用可能であり、加重した結果を合計する。計算の観点からは、これは図８の実施形態に比べて複雑さが低く、しかも同一の結果を提供する
補正目的に少なくとも２つの温度測定を使用するために、センサ素子の検出部１が経験する温度変動を反映する補正値を得るために適切なあらゆる方法で、温度測定を評価することができる。これまで、評価として減算を説明した（符号５３，８３）。しかし、温度変動および、特に、図１を参照して説明したノイズ温度差を反映する結果を提供するために、他の評価を代わりに使用してもよい。
【００５３】
個々のタスクを適切に遂行するために、図２の補正手段２１は、繰り返し実行される１以上のクロックタスクを有してもよい。必要な全ての処理を、適切な反復速度で実行される１つの大きなタスクにコンパイルしてもよい。そのようなタスクは、上述した（少なくともセンサ素子１０からの、および１以上の温度センサ１１，２２，２４からの）データ取得、較正、減算などを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の特徴を組み込んだセンサ素子の実施形態の概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態に従って形成されたセンサの概略平面図である。
【図３】温度を測定するための装置の概略断面図である。
【図４】信号処理の概略構成である。
【図５】補正手段における温度信号の処理の方法のブロック図である。
【図６】特定の平均値を得るための方法のブロック図である。
【図７】一般的な信号曲線を示す図である。
【図８】別の補正手段の概略図である。
【図９】さらに別の補正手段の概略図である。
【図１】
2009506333.tif 000003
【図２】
2009506333.tif 000004
【図３】
2009506333.tif 000005
【図４】
2009506333.tif 000006
【図５】
2009506333.tif 000007
【図６】
2009506333.tif 000008
【図７】
2009506333.tif 000009
【図８】
2009506333.tif 000010
【図９】
2009506333.tif 000011
【国際調査報告】
2009506333.tif 000012
2009506333.tif 000013