(57)【要約】【課題】赤外線センサを用いて非接触で対象物の温度を測定する際に、高速さらに高精度で測定するための補正方法を提供する。【解決手段】本発明における温度測定装置は、赤外線センサ１、レンズ２、アダプタ３を備える。赤外線センサ測定部４で赤外線センサ１の出力を測定するとともに、アダプタ出力演算部５、オフセット演算部６の演算結果を用いて、レンズ出力演算部７の演算結果を得ることができる。このレンズ出力演算部７の演算結果に基づいて温度補正部８で対象物温度測定の補正を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の発する赤外線を集束する赤外線集束レンズと、赤外線センサと、当該赤外線センサと前記赤外線集束レンズとを結合するアダプタとを備えた温度測定装置であって、
前記赤外線センサの出力値を測定するセンサ出力測定手段と、
前記アダプタから前記赤外線センサに入射することにより生じる赤外線センサの出力値を予め演算するアダプタ出力演算手段と、
前記赤外線センサのオフセット値を予め演算するオフセット演算手段と、
前記センサ出力測定手段によって得られた測定結果、及び前記アダプタ出力演算手段によって得られた演算結果、及び前記オフセット演算手段によって得られた演算結果に基づいて、前記赤外線集束レンズから前記赤外線センサに入射することにより生じる赤外線センサの出力値を演算するレンズ出力演算手段と、
当該レンズ出力演算手段の演算結果に基づいて前記対象物の温度を補正する温度補正演算手段とをさらに備えることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記アダプタ出力演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、
前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定手段と、
前記センサ温度測定手段で得られた温度に基づいて、前記赤外線センサの赤外線放射量を演算する第１センサ赤外線放射量演算手段と、
前記アダプタ温度測定手段で得られた温度に基づいて、前記アダプタの赤外線放射量を演算するアダプタ赤外線放射量演算手段と、
前記アダプタ赤外線放射量演算手段で得られた演算結果から前記第１センサ赤外線放射量演算手段で得られた演算結果を減算する赤外線放射量演算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記アダプタ出力演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、
前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定手段と、
前記アダプタの感度を予め演算する第１アダプタ感度演算手段と、
前記アダプタ温度測定手段で得られた温度の４乗から前記センサ温度測定手段で得られた温度の４乗を減算し、得られた演算結果と前記第１アダプタ感度演算手段で得られた第１アダプタ感度とを乗算する赤外線放射量演算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記アダプタ出力演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、
前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定手段と、
前記アダプタの感度を予め演算する第２アダプタ感度演算手段と、
前記アダプタ温度測定手段で得られた温度から前記センサ温度測定手段で得られた温度を減算し、得られた演算結果と前記第２アダプタ感度演算手段で得られた第２アダプタ感度とを乗算する赤外線放射量演算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記アダプタ出力演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、
前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定手段と、
前記アダプタの感度を予め演算する第３アダプタ感度演算手段と、
前記温度測定装置の冪指数値を予め演算する冪指数値演算手段と、
前記アダプタ温度測定手段で得られた温度の前記冪指数値乗から前記センサ温度測定手段で得られた温度の前記冪指数値乗を減算し、得られた演算結果と前記第３アダプタ感度演算手段で得られた第３アダプタ感度とを乗算する赤外線放射量演算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記温度補正演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、
当該センサ温度測定手段で得られた温度に基づいて前記赤外線センサの赤外線放射量を演算する第２センサ赤外線放射量演算手段と、
当該第２センサ赤外線放射量演算手段と前記レンズ出力演算手段で得られた演算結果とを加算する赤外線放射量演算手段と、
当該赤外線放射量演算手段で得られた演算結果に基づいて前記対象物の温度を補正する温度換算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記温度補正演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、
前記レンズの感度を予め演算する第１レンズ感度演算手段と、
前記レンズ出力演算手段で得られた演算結果を前記第１レンズ感度演算手段で得られた第１レンズ感度で除算し、得られた演算結果と前記センサ温度測定手段で得られた温度の４乗とを加算し、得られた演算結果の４乗根を演算する温度換算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記温度補正演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、
前記レンズの感度を予め演算する第２レンズ感度演算手段と、
前記レンズ出力演算手段で得られた演算結果を前記第２レンズ感度演算手段で得られた第２レンズ感度で除算し、得られた演算結果と前記センサ温度測定手段で得られた温度とを加算する温度換算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項９】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記温度補正演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、
前記レンズの感度を予め演算する第３レンズ感度演算手段と、
前記温度測定装置の冪指数値を予め演算する冪指数値演算手段と、
前記レンズ出力演算手段で得られた演算結果を前記第３レンズ感度演算手段で得られた第３レンズ感度で除算し、得られた演算結果と前記センサ温度測定手段で得られた温度の前記冪指数値乗とを加算し、得られた演算結果の前記冪指数値乗根を演算する温度換算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項１０】
請求項３に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記第１アダプタ感度演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、
前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第１アダプタ感度を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項１１】
請求項４に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記第２アダプタ感度演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、
前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第２アダプタ感度を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項１２】
請求項５に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記第３アダプタ感度演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、
前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第３アダプタ感度を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項１３】
請求項７に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記第１レンズ感度演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、
前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第１レンズ感度を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項１４】
請求項８に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記第２レンズ感度演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、
前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第２レンズ感度を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項１５】
請求項９に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記第３レンズ感度演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、
前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第３レンズ感度を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記オフセット演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、
前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記オフセット値を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項１７】
請求項５又は９に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記冪指数値演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、
前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、
前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記冪指数値を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記赤外線センサは１個であり、
前記赤外線センサと前記アダプタと前記レンズの向きを逐次変えることのできる制御装置をさらに備えることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記赤外線センサは複数個であり、
前記複数個の赤外線センサを平面に配置するとともに、前記アダプタと前記レンズを備えることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項２０】
請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記赤外線センサは複数個であり、
前記複数個の赤外線センサを直線状に配置するとともに、
前記複数個の赤外線センサと前記アダプタと前記レンズの向きを逐次変えることのできる制御装置をさらに備えことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項２１】
請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置において、
前記温度補正演算手段で補正した前記対象物の温度を出力する温度出力手段をさらに備えることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置。
【請求項２２】
対象物の発する赤外線を集束する赤外線集束レンズと、赤外線センサとをアダプタで結合した温度測定装置の補正方法であって、
前記赤外線センサの出力値を測定するセンサ出力測定ステップと、
前記アダプタから前記赤外線センサに入射することにより生じる赤外線センサの出力値を予め演算するアダプタ出力演算ステップと、
前記赤外線センサのオフセット値を予め演算するオフセット演算ステップと、
前記センサ出力測定ステップによって得られた測定結果、及び前記アダプタ出力演算ステップによって得られた演算結果、及び前記オフセット演算ステップによって得られた演算結果に基づいて、前記赤外線集束レンズから前記赤外線センサに入射することにより生じる赤外線センサの出力値を演算するレンズ出力演算ステップと、
当該レンズ出力演算ステップの演算結果に基づいて、前記対象物の温度を補正する温度補正演算ステップとを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記アダプタ出力演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、
前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定ステップと、
前記センサ温度測定ステップで得られた温度に基づいて、前記赤外線センサの赤外線放射量を演算する第１センサ赤外線放射量演算ステップと、
前記アダプタ温度測定ステップで得られた温度に基づいて、前記アダプタの赤外線放射量を演算するアダプタ赤外線放射量演算ステップと、
前記アダプタ赤外線放射量演算ステップで得られた演算結果から前記第１センサ赤外線放射量演算ステップで得られた演算結果を減算する赤外線放射量演算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記アダプタ出力演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、
前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定ステップと、
前記アダプタの感度を予め演算する第１アダプタ感度演算ステップと、
前記アダプタ温度測定ステップで得られた温度の４乗から前記センサ温度測定ステップで得られた温度の４乗を減算し、得られた演算結果と前記第１アダプタ感度演算ステップで得られた第１アダプタ感度とを乗算する赤外線放射量演算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記アダプタ出力演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、
前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定ステップと、
前記アダプタの感度を予め演算する第２アダプタ感度演算ステップと、
前記アダプタ温度測定ステップで得られた温度から前記センサ温度測定ステップで得られた温度を減算し、得られた演算結果と前記第２アダプタ感度演算ステップで得られた第２アダプタ感度とを乗算する赤外線放射量演算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項２６】
請求項２２に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記アダプタ出力演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、
前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定ステップと、
前記アダプタの感度を予め演算する第３アダプタ感度演算ステップと、
前記温度測定装置の冪指数値を予め演算する冪指数値演算ステップと、
前記アダプタ温度測定ステップで得られた温度の前記冪指数値乗から前記センサ温度測定ステップで得られた温度の前記冪指数値乗を減算し、得られた演算結果と前記第３アダプタ感度演算ステップで得られた第３アダプタ感度とを乗算する赤外線放射量演算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項２７】
請求項２２乃至２６のいずれか１項に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記温度補正演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、
当該センサ温度測定ステップで得られた温度に基づいて前記赤外線センサの赤外線放射量を演算する第２センサ赤外線放射量演算ステップと、
当該第２センサ赤外線放射量演算ステップと前記レンズ出力演算ステップで得られた演算結果とを加算する赤外線放射量演算ステップと、
当該赤外線放射量演算ステップで得られた演算結果に基づいて前記対象物の温度を補正する温度換算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項２８】
請求項２２乃至２６のいずれか１項に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記温度補正演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、
前記レンズの感度を予め演算する第１レンズ感度演算ステップと、
前記レンズ出力演算ステップで得られた演算結果を前記第１レンズ感度演算ステップで得られた第１レンズ感度で除算し、得られた演算結果と前記センサ温度測定ステップで得られた温度の４乗とを加算し、得られた演算結果の４乗根を演算する温度換算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項２９】
請求項２２乃至２６のいずれか１項に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記温度補正演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、
前記レンズの感度を予め演算する第２レンズ感度演算ステップと、
前記レンズ出力演算ステップで得られた演算結果を前記第２レンズ感度演算ステップで得られた第２レンズ感度で除算し、得られた演算結果と前記センサ温度測定ステップで得られた温度とを加算する温度換算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項３０】
請求項２２乃至２６のいずれか１項に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記温度補正演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、
前記レンズの感度を予め演算する第３レンズ感度演算ステップと、
前記温度測定装置の冪指数値を予め演算する冪指数値演算ステップと、
前記レンズ出力演算ステップで得られた演算結果を前記第３レンズ感度演算ステップで得られた第３レンズ感度で除算し、得られた演算結果と前記センサ温度測定ステップで得られた温度の前記冪指数値乗とを加算し、得られた演算結果の前記冪指数値乗根を演算する温度換算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項３１】
請求項２４に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記第１アダプタ感度演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、
前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第１アダプタ感度を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項３２】
請求項２５に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記第２アダプタ感度演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、
前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第２アダプタ感度を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項３３】
請求項２６に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記第３アダプタ感度演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、
前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第３アダプタ感度を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項３４】
請求項２８に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記第１レンズ感度演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、
前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第１レンズ感度を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項３５】
請求項２９に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記第２レンズ感度演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、
前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第２レンズ感度を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項３６】
請求項３０に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記第３レンズ感度演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、
前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第３レンズ感度を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項３７】
請求項２２乃至３６のいずれか１項に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記オフセット演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、
前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記オフセット値を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【請求項３８】
請求項２６又は３０に記載の赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法において、
前記冪指数値演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、
前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、
前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記冪指数値を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサを用いた温度測定装置に関するものであり、特に温度測定の補正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、赤外線センサを用いて非接触で対象物の温度を測定する装置が知られている。その応用例として、非接触温度計（もしくは放射温度計）、サーモグラフィ、赤外線カメラ等が製品化されている。これら製品群における温度測定の原理は以下の通りである。
一般に、赤外線センサは、対象物の温度と赤外線センサ自身の温度、及び赤外線センサが対象物を見込む立体角（両者の相互距離と相互の向き）によって出力が定まる。赤外線センサの持つこの性質を利用すれば、立体角を一定に保つことにより対象物の温度を測定することが可能となる。
【０００３】
しかしながら、赤外線センサの感受面は一般に平面であり、それゆえ赤外線センサの出力はその平面方向に向いている部分すべての温度変動の影響を受ける。つまり、上記対象物を見込む立体角を仮に一定にすることができたとしても、その対象物以外の部分に温度変動があれば、その変動分が赤外線センサの出力として検出されてしまう。その結果として、一般に赤外線センサを用いた温度等の測定においては、測定の誤差が比較的大きい場合が多い。
【０００４】
この誤差は上記製品群では以下のような形で現れる。上記製品群においては、対象物の視野を限定するために赤外線集束レンズ（凸レンズ）が併用されるのが一般的であるが、このレンズと赤外線センサを（立体角が一定となるように）結束するにはアダプタ（筐体部材）が必要となる。しかしながら、赤外線センサ自身が上記のような性質を持っているため、アダプタに温度変動があった場合にはその変動分も誤って検出してしまう。その結果として温度の測定に誤差が生じる。
【０００５】
この誤差を小さくする補正方法が下記特許文献に提案されている。たとえば、特許文献１は、赤外線カメラを構成するのに赤外線センサを２次元状に並べることに加えて、この２次元赤外線センサとは別に単素子センサ及び室温センサを設け、２次元赤外線センサと同じ対象物内の点画像をおのおの適宜測定することにより対象物の温度の補正を行うものである。また、特許文献２においては、２次元赤外線センサでサーモグラフィ画像を撮影する際に、その撮影の瞬間においてはレンズ開口部においてシャッターが閉じることを利用し、そのシャッターに温度センサを取り付けてこの部分の温度を基準とすることにより対象物の温度の補正を行うものである。
【０００６】
これらの特許文献１及び特許文献２においては、装置の相違はあるものの、概念としてはほぼ同様と言える。すなわち、いずれも基準となる温度を何らかの方法で定め、その基準温度を補正パラメータとして実際の対象物の温度を測定するというのが両者共通の概念である。その際、別に設けた単素子センサ等の測定値を補正の基準温度とするのが特許文献１、シャッターの温度を補正の基準温度とするのが特許文献２である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３０４１８３号公報
【特許文献２】特開平１０−１１５５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これら補正の基準温度を与えるためには、特許文献１においては単素子センサ等の測定が必要であり、特許文献２においてはシャッターを閉じる動作、すなわち撮影動作が必要となる。
したがって、対象物の非接触温度測定（すなわち赤外線センサの測定）を連続的に実行したい場合には、特許文献１の場合には赤外線センサの測定とは別に単素子センサの測定（及びその周辺処理）をその本来の温度測定の間に実行する必要があるし、特許文献２の場合には撮影という動作（同上）を同様に実行しなければならない。つまり、高速性を重視するような、比較的短い周期で温度を測定したい場合には、これらの対策提案ではどうしても限界がある。
【０００９】
さらに、これらの特許文献１及び特許文献２の補正手段が有効なのは、あくまでも対象物以外の部分、たとえばアダプタ等に温度変動がない場合のみである。一般的に、これら非接触温度計等の製品においては、対象物を見込む立体角と比べて対象物以外を見込む立体角のほうが格段に大きい。現実の製品では、対象物以外の部分の温度変動をゼロにすることは不可能であり、また前述の通り対象物以外を見込む立体角のほうが大きいため、赤外線センサの出力も対象物以外を見込む部分の影響のほうが大きくなる場合がしばしば見受けられる。
【００１０】
したがって、対象物の温度測定を高い精度で実行するにはこの対象物以外の部分の温度変動の影響を無視することはできないが、特許文献１及び特許文献２の補正手段ではこれらを無視しているために、温度変動の影響がそのまま残ってしまう。その結果として対象物の温度測定の精度を向上させることはきわめて困難となる。
そこで本発明の目的は、赤外線センサを用いた対象物の非接触温度測定を、従来より高速でなおかつ高精度で行うことができる新規な温度測定装置及びその補正方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために第１の発明は、
対象物の発する赤外線を集束する赤外線集束レンズと、赤外線センサと、当該赤外線センサと前記赤外線集束レンズとを結合するアダプタとを備えた温度測定装置であって、前記赤外線センサの出力値を測定するセンサ出力測定手段と、前記アダプタから前記赤外線センサに入射することにより生じる赤外線センサの出力値を予め演算するアダプタ出力演算手段と、前記赤外線センサのオフセット値を予め演算するオフセット演算手段と、前記センサ出力測定手段によって得られた測定結果、及び前記アダプタ出力演算手段によって得られた演算結果、及び前記オフセット演算手段によって得られた演算結果に基づいて、前記赤外線集束レンズから前記赤外線センサに入射することにより生じる赤外線センサの出力値を演算するレンズ出力演算手段と、当該レンズ出力演算手段の演算結果に基づいて前記対象物の温度を補正する温度補正演算手段とをさらに備えることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００１２】
第２の発明は、
第１の発明において、前記アダプタ出力演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定手段と、前記センサ温度測定手段で得られた温度に基づいて、前記赤外線センサの赤外線放射量を演算する第１センサ赤外線放射量演算手段と、前記アダプタ温度測定手段で得られた温度に基づいて、前記アダプタの赤外線放射量を演算するアダプタ赤外線放射量演算手段と、前記アダプタ赤外線放射量演算手段で得られた演算結果から前記第１センサ赤外線放射量演算手段で得られた演算結果を減算する赤外線放射量演算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００１３】
第３の発明は、
第１の発明において、前記アダプタ出力演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定手段と、前記アダプタの感度を予め演算する第１アダプタ感度演算手段と、前記アダプタ温度測定手段で得られた温度の４乗から前記センサ温度測定手段で得られた温度の４乗を減算し、得られた演算結果と前記第１アダプタ感度演算手段で得られた第１アダプタ感度とを乗算する赤外線放射量演算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００１４】
第４の発明は、
第１の発明において、前記アダプタ出力演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定手段と、前記アダプタの感度を予め演算する第２アダプタ感度演算手段と、前記アダプタ温度測定手段で得られた温度から前記センサ温度測定手段で得られた温度を減算し、得られた演算結果と前記第２アダプタ感度演算手段で得られた第２アダプタ感度とを乗算する赤外線放射量演算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００１５】
第５の発明は、
第１の発明において、前記アダプタ出力演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定手段と、前記アダプタの感度を予め演算する第３アダプタ感度演算手段と、前記温度測定装置の冪指数値を予め演算する冪指数値演算手段と、前記アダプタ温度測定手段で得られた温度の前記冪指数値乗から前記センサ温度測定手段で得られた温度の前記冪指数値乗を減算し、得られた演算結果と前記第３アダプタ感度演算手段で得られた第３アダプタ感度とを乗算する赤外線放射量演算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００１６】
第６の発明は、
第１乃至第５のいずれかの発明において、前記温度補正演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、当該センサ温度測定手段で得られた温度に基づいて前記赤外線センサの赤外線放射量を演算する第２センサ赤外線放射量演算手段と、当該第２センサ赤外線放射量演算手段と前記レンズ出力演算手段で得られた演算結果とを加算する赤外線放射量演算手段と、当該赤外線放射量演算手段で得られた演算結果に基づいて前記対象物の温度を補正する温度換算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００１７】
第７の発明は、
第１乃至第５のいずれかの発明において、前記温度補正演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、前記レンズの感度を予め演算する第１レンズ感度演算手段と、前記レンズ出力演算手段で得られた演算結果を前記第１レンズ感度演算手段で得られた第１レンズ感度で除算し、得られた演算結果と前記センサ温度測定手段で得られた温度の４乗とを加算し、得られた演算結果の４乗根を演算する温度換算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００１８】
第８の発明は、
第１乃至第５のいずれかの発明において、前記温度補正演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、前記レンズの感度を予め演算する第２レンズ感度演算手段と、前記レンズ出力演算手段で得られた演算結果を前記第２レンズ感度演算手段で得られた第２レンズ感度で除算し、得られた演算結果と前記センサ温度測定手段で得られた温度とを加算する温度換算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００１９】
第９の発明は、
第１乃至第５のいずれかの発明において、前記温度補正演算手段は、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定手段と、前記レンズの感度を予め演算する第３レンズ感度演算手段と、前記温度測定装置の冪指数値を予め演算する冪指数値演算手段と、前記レンズ出力演算手段で得られた演算結果を前記第３レンズ感度演算手段で得られた第３レンズ感度で除算し、得られた演算結果と前記センサ温度測定手段で得られた温度の前記冪指数値乗とを加算し、得られた演算結果の前記冪指数値乗根を演算する温度換算手段とを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００２０】
第１０の発明は、
第３の発明において、前記第１アダプタ感度演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第１アダプタ感度を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００２１】
第１１の発明は、
第４の発明において、前記第２アダプタ感度演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第２アダプタ感度を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００２２】
第１２の発明は、
第５の発明において、前記第３アダプタ感度演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第３アダプタ感度を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００２３】
第１３の発明は、
第７の発明において、前記第１レンズ感度演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第１レンズ感度を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００２４】
第１４の発明は、
第８の発明において、前記第２レンズ感度演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第２レンズ感度を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００２５】
第１５の発明は、
第９の発明において、前記第３レンズ感度演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第３レンズ感度を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００２６】
第１６の発明は、
第１乃至第１５のいずれかの発明において、前記オフセット演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記オフセット値を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００２７】
第１７の発明は、
第５又は第９の発明において、前記冪指数値演算手段は、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定手段と、前記各測定手段によって取得された測定結果を蓄積する蓄積手段と、を備え、前記蓄積手段で蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記冪指数値を演算する手段であることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００２８】
第１８の発明は、
第１乃至第１７のいずれかの発明において、前記赤外線センサは１個であり、前記赤外線センサと前記アダプタと前記レンズの向きを逐次変えることのできる制御装置をさらに備えることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
第１９の発明は、
第１乃至第１７のいずれかの発明において、前記赤外線センサは複数個であり、前記複数個の赤外線センサを平面に配置するとともに、前記アダプタと前記レンズを備えることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００２９】
第２０の発明は、
第１乃至第１７のいずれかの発明において、前記赤外線センサは複数個であり、前記複数個の赤外線センサを直線状に配置するとともに、前記複数個の赤外線センサと前記アダプタと前記レンズの向きを逐次変えることのできる制御装置をさらに備えことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
第２１の発明は、
第１乃至第２０のいずれかの発明において、前記温度補正演算手段で補正した前記対象物の温度を出力する温度出力手段をさらに備えることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置である。
【００３０】
第２２の発明は、
対象物の発する赤外線を集束する赤外線集束レンズと、赤外線センサとをアダプタで結合した温度測定装置の補正方法であって、
前記赤外線センサの出力値を測定するセンサ出力測定ステップと、前記アダプタから前記赤外線センサに入射することにより生じる赤外線センサの出力値を予め演算するアダプタ出力演算ステップと、前記赤外線センサのオフセット値を予め演算するオフセット演算ステップと、前記センサ出力測定ステップによって得られた測定結果、及び前記アダプタ出力演算ステップによって得られた演算結果、及び前記オフセット演算ステップによって得られた演算結果に基づいて、前記赤外線集束レンズから前記赤外線センサに入射することにより生じる赤外線センサの出力値を演算するレンズ出力演算ステップと、当該レンズ出力演算ステップの演算結果に基づいて、前記対象物の温度を補正する温度補正演算ステップとを有することを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００３１】
第２３の発明は、
第２２の発明において、前記アダプタ出力演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定ステップと、前記センサ温度測定ステップで得られた温度に基づいて、前記赤外線センサの赤外線放射量を演算する第１センサ赤外線放射量演算ステップと、前記アダプタ温度測定ステップで得られた温度に基づいて、前記アダプタの赤外線放射量を演算するアダプタ赤外線放射量演算ステップと、前記アダプタ赤外線放射量演算ステップで得られた演算結果から前記第１センサ赤外線放射量演算ステップで得られた演算結果を減算する赤外線放射量演算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００３２】
第２４の発明は、
第２２の発明において、前記アダプタ出力演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定ステップと、前記アダプタの感度を予め演算する第１アダプタ感度演算ステップと、前記アダプタ温度測定ステップで得られた温度の４乗から前記センサ温度測定ステップで得られた温度の４乗を減算し、得られた演算結果と前記第１アダプタ感度演算ステップで得られた第１アダプタ感度とを乗算する赤外線放射量演算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００３３】
第２５の発明は、
第２２の発明において、前記アダプタ出力演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定ステップと、前記アダプタの感度を予め演算する第２アダプタ感度演算ステップと、前記アダプタ温度測定ステップで得られた温度から前記センサ温度測定ステップで得られた温度を減算し、得られた演算結果と前記第２アダプタ感度演算ステップで得られた第２アダプタ感度とを乗算する赤外線放射量演算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００３４】
第２６の発明は、
第２２の発明において、前記アダプタ出力演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、前記アダプタの温度を測定するアダプタ温度測定ステップと、前記アダプタの感度を予め演算する第３アダプタ感度演算ステップと、前記温度測定装置の冪指数値を予め演算する冪指数値演算ステップと、前記アダプタ温度測定ステップで得られた温度の前記冪指数値乗から前記センサ温度測定ステップで得られた温度の前記冪指数値乗を減算し、得られた演算結果と前記第３アダプタ感度演算ステップで得られた第３アダプタ感度とを乗算する赤外線放射量演算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００３５】
第２７の発明は、
第２２乃至第２６のいずれかの発明において、前記温度補正演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、当該センサ温度測定ステップで得られた温度に基づいて前記赤外線センサの赤外線放射量を演算する第２センサ赤外線放射量演算ステップと、当該第２センサ赤外線放射量演算ステップと前記レンズ出力演算ステップで得られた演算結果とを加算する赤外線放射量演算ステップと、当該赤外線放射量演算ステップで得られた演算結果に基づいて前記対象物の温度を補正する温度換算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００３６】
第２８の発明は、
第２２乃至第２６のいずれかの発明において、前記温度補正演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、前記レンズの感度を予め演算する第１レンズ感度演算ステップと、前記レンズ出力演算ステップで得られた演算結果を前記第１レンズ感度演算ステップで得られた第１レンズ感度で除算し、得られた演算結果と前記センサ温度測定ステップで得られた温度の４乗とを加算し、得られた演算結果の４乗根を演算する温度換算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００３７】
第２９の発明は、
第２２乃至第２６のいずれかの発明において、前記温度補正演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、前記レンズの感度を予め演算する第２レンズ感度演算ステップと、前記レンズ出力演算ステップで得られた演算結果を前記第２レンズ感度演算ステップで得られた第２レンズ感度で除算し、得られた演算結果と前記センサ温度測定ステップで得られた温度とを加算する温度換算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００３８】
第３０の発明は、
第２２乃至第２６のいずれかの発明において、前記温度補正演算ステップは、
前記赤外線センサの温度を測定するセンサ温度測定ステップと、前記レンズの感度を予め演算する第３レンズ感度演算ステップと、前記温度測定装置の冪指数値を予め演算する冪指数値演算ステップと、前記レンズ出力演算ステップで得られた演算結果を前記第３レンズ感度演算ステップで得られた第３レンズ感度で除算し、得られた演算結果と前記センサ温度測定ステップで得られた温度の前記冪指数値乗とを加算し、得られた演算結果の前記冪指数値乗根を演算する温度換算ステップとを含むことを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００３９】
第３１の発明は、
第２４の発明において、前記第１アダプタ感度演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第１アダプタ感度を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００４０】
第３２の発明は、
第２５の発明において、前記第２アダプタ感度演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第２アダプタ感度を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００４１】
第３３の発明は、
第２６の発明において、前記第３アダプタ感度演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第３アダプタ感度を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００４２】
第３４の発明は、
第２８の発明において、前記第１レンズ感度演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第１レンズ感度を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００４３】
第３５の発明は、
第２９の発明において、前記第２レンズ感度演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第２レンズ感度を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００４４】
第３６の発明は、
第３０の発明において、前記第３レンズ感度演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記第３レンズ感度を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００４５】
第３７の発明は、
第２２乃至第３６のいずれかの発明において、前記オフセット演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記オフセット値を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【００４６】
第３８の発明は、
第２６又は第３０の発明において、前記冪指数値演算ステップは、
前記赤外線センサの出力値を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記赤外線センサの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記アダプタの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記レンズの温度を所定回数以上繰り返して測定する測定ステップと、前記各測定ステップによって取得された測定結果を蓄積する蓄積ステップと、を有し、前記蓄積ステップで蓄積された測定結果に対して、ばらつきを表す所定の関数の値が最小になるように、前記冪指数値を演算するステップであることを特徴とする赤外線センサを用いた温度測定装置の補正方法である。
【発明の効果】
【００４７】
上記構成を備える本発明装置及び方法によれば、赤外線センサを用いて非接触で温度を測定するのに従来と比べて追加せねばならないのは、赤外線センサ及びアダプタの温度測定と若干の四則演算のみである。一般的に、温度測定は短時間でなおかつ他の動作に影響させることなく完了する。したがって、従来よりも高速の非接触温度測定が可能となる。さらに言えば、仮に温度測定の追加及び四則演算による補正をまったく行わなかったときと比べても測定の高速性にはほとんど変化がない。
また、上記の温度測定を行うことにより、対象物以外の部分の温度変動の影響を補正することが可能となる。したがって、高速性を維持したままで高精度の非接触温度測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る温度測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】アダプタ出力演算部５の一般的な構成を示すブロック図である。
【図３】アダプタ出力演算部５の具体的な第１構成を示すブロック図である。
【図４】アダプタ出力演算部５の具体的な第２構成を示すブロック図である。
【図５】アダプタ出力演算部５の具体的な第３構成を示すブロック図である。
【図６】温度補正部８の一般的な構成を示すブロック図である。
【図７】温度補正部８の具体的な第１構成を示すブロック図である。
【図８】温度補正部８の具体的な第２構成を示すブロック図である。
【図９】温度補正部８の具体的な第３構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る温度測定装置の構成を示すブロック図である。
同図において符号１は赤外線を受光する赤外線センサである。本発明の赤外線センサ１は、量子型、熱型等種類の如何を問わず適用可能である。
符号２は赤外線集束レンズである。このレンズ２は、対象物（図示せず）の発する赤外線を赤外線センサ１に集束させるために存在する。したがって一般には、赤外線波長域（０．７８〜１０００マイクロメートル）のうち温度測定に必要な波長域（一般には１〜２０マイクロメートル程度）を透過する凸レンズが用いられる。また、フレネルレンズも凸レンズと同じ集束効果を与えることが可能であるから、赤外線フレネルレンズの使用も可能である。
【００５０】
符号３は赤外線センサ１とレンズ２を結束するアダプタである。このアダプタの材質としては、赤外線を反射しないもの（もしくは赤外線を吸収するもの）が望ましい。
符号４は赤外線センサ１の出力を測定する赤外線センサ測定部（センサ出力測定手段）である。一般的に、赤外線センサ１だけではその出力信号は小さいため、出力信号はオペアンプ（Operational Amplifier）等の電子デバイスを用いて電気的に増幅される。また必要に応じて、上述の増幅された電気的信号は、ＡＤ（Analog to Digital）変換回路によってデジタルデータに変換される。
【００５１】
符号５はアダプタ出力演算部（アダプタ出力演算手段）である。アダプタ出力演算部５は、アダプタ３から赤外線センサ１に入射することにより生じる赤外線センサ１の出力値を予め演算する。アダプタ出力演算部５の演算を行うためには、赤外線センサ部１の温度測定及びアダプタ３の温度測定を行うことがもっとも一般的である。
符号６はオフセット演算部（オフセット演算手段）である。このオフセット演算部６は赤外線センサ１のオフセット値を予め演算する。これらアダプタ出力演算部５及びオフセット演算部６の詳細な演算方法は、後に詳述する。
【００５２】
符号７はレンズ出力演算部（レンズ出力演算手段）である。一般に、対象物の温度を非接触で測定する場合にその対象物の温度が反映されるのは、レンズ２を透過してきた赤外線のみである。アダプタ３から発せられた赤外線から反映されることはない。レンズ出力演算部７の演算にはこの性質を適用する。つまり、レンズ出力演算部７の演算結果をＢとすると、赤外線センサ測定部４の測定結果をＶ、アダプタ出力演算部５の演算結果をＡ、オフセット演算部６の演算結果をＣとしたときに、レンズ出力演算部７で得られるＢは、以下の式（１）で与えられることになる。
Ｂ＝Ｖ−Ａ−Ｃ…（１）
【００５３】
符号８は温度補正部（温度補正演算手段）である。この温度補正部８は、対象物の温度を補正する。また、この温度補正部８では、レンズ出力演算部７の演算結果等が利用される。この温度補正部８の詳細な補正方法は、後に詳述する。
符号９は温度出力部である。この温度出力部９は、温度補正部８で補正した対象物の温度を出力する。具体的には、温度を数値として表示する液晶表示器や７セグメントのような表示装置又は温度を電気信号として外部に出力する信号出力装置などを用いることができる。
【００５４】
次に、図２は前述したように本発明の温度測定装置１００を構成するアダプタ出力演算部５の構成を示したブロック図であり、演算結果Ａを与える具体的な演算方法のうち、もっとも一般化された演算方法を示したものである。
図示するようにこのアダプタ出力演算部５は、赤外線センサ１の温度を測定するセンサ温度測定部（センサ温度測定手段）５−１と、アダプタ３の温度を測定するアダプタ温度測定部（アダプタ温度測定手段）５−２と、センサ温度測定部５−１で得られた温度に基づいて赤外線センサ１のアダプタ３に対する赤外線放射量を演算する第１センサ赤外線放射量演算部（第１センサ赤外線放射量演算手段）５−３と、アダプタ温度測定部５−２で得られた温度に基づいてアダプタ３の赤外線放射量を演算するアダプタ赤外線放射量演算部（アダプタ赤外線放射量演算手段）５−４と、アダプタ赤外線放射量演算部５−４で得られた演算結果から第１センサ赤外線放射量演算部５−３で得られた演算結果を減算する第１赤外線放射量演算部（赤外線放射量演算手段）５−５とを有する。
【００５５】
一般に、アダプタ出力演算部５の演算結果Ａは、赤外線センサ１の持つ特性により、赤外線センサ１がアダプタ３によって検出している出力に等しくなる。この出力結果を演算するには、アダプタ３が赤外線センサ１に対して発している赤外線放射量Ｗａから、赤外線センサ１がアダプタ３に対して発している赤外線放射量Ｗｒａを減算すればよい。すなわち、以下の式（２）に示す通り、
Ａ＝α＊（Ｗａ−Ｗｒａ）…（２）
とすればよい。ここで、Ｗｒａは図２のブロック図では第１センサ赤外線放射量演算部５−３で、Ｗａはアダプタ赤外線放射量演算部５−４で、それぞれ演算される。また、Ａは図２のブロック図では第１赤外線放射量演算部５−５で演算される。なお、αは赤外線センサ１のエネルギー変換効率であり、赤外線センサ１の出力信号の種類により決定される。以下の説明においては、赤外線センサ１は電圧信号で出力されるものとして説明するが、電流もしくはその他の出力信号においてもまったく同様の説明が適用される。
【００５６】
しかしながら、一般に上記（２）式のままでは右辺の各量の測定が難しい。そこで、本願では、これらの測定を以下の３種類の構成で行うものとする。
図３は１種類目の構成を示すブロック図であり、いわゆる黒体放射に対するステファンボルツマンの法則を適用する演算方法を示したものである。
図示するように、アダプタ出力演算部５は、赤外線センサ１の温度を測定するセンサ温度測定部（センサ温度測定手段）５−１と、アダプタ３の温度を測定するアダプタ温度測定部（アダプタ温度測定手段）５−２と、アダプタ３の感度（第１アダプタ感度）を予め演算する第１アダプタ感度演算部（第１アダプタ感度演算手段）５−６と、第２赤外線放射量演算部（赤外線放射量演算手段）５−７とを有する。
【００５７】
前記式（２）におけるアダプタ３の発する赤外線放射量Ｗａと赤外線センサ１の発する赤外線放射量Ｗｒａの演算を実行可能にするため、まずセンサ温度測定部５−１で赤外線センサ１の温度測定を行い、絶対温度（以後、センサ温度ともいう）Ｔｒを得る。同様にアダプタ温度測定部５−２でアダプタ３の温度測定を行い、絶対温度（以後、アダプタ温度ともいう）Ｔａを得る。それぞれの温度がわかると、ステファンボルツマンの法則に従う場合には、それぞれの赤外線放射量Ｗｒａ及びＷａは次式（３）および（４）のように与えられる。
Ｗｒａ＝Ωａ＊σ＊Ｔｒ4…（３）
Ｗａ＝Ωａ＊σ＊Ｔａ4…（４）
【００５８】
ここで、σはステファンボルツマン定数、Ωａは赤外線センサ１がアダプタ３との間で赤外線放射する割合を示す数値である。
したがって、アダプタ出力演算部５の演算結果Ａは、式（２）から式（４）により、
Ａ＝α＊（Ｗａ−Ｗｒａ）＝ａ’＊（Ｔａ4−Ｔｒ4）…（５）
で与えられる。ここで、式（５）のａ’は両者の温度Ｔａ及びＴｒには依存しない定数（＝α＊Ωａ＊σ）であり、ここでは第１アダプタ感度と呼ぶことにする。すなわち、演算結果Ａは式（２）のα、Ｗａ、Ｗｒａの各値でなく、式（５）のａ’、Ｔａ、Ｔｒの各値で演算することが可能となる。図３は、これらの各値を用いて、式（５）の演算を行なうことの可能な構成を具体的に示したブロック図である。つまり、第２赤外線放射量演算部５−７は、具体的には式（５）のように、アダプタ温度測定部５−２で得られたアダプタ温度Ｔａの４乗からセンサ温度測定部５−１で得られたセンサ温度Ｔｒの４乗を減算し、その演算結果と第１アダプタ感度演算部５−６で得られた第１アダプタ感度ａ’とを乗算する演算を行う。
【００５９】
なお、この第１アダプタ感度ａ’の詳細な演算方法は、後に詳述する。一般に、上記式（３）、式（４）中のΩａを直接求めることは困難だが、この演算方法を用いればΩａが既知の値である必要はなく、第１アダプタ感度ａ’として求めることができれば本発明の要請に対応可能である。
しかし、上記の計算はあくまで黒体という理想環境下における式であり、なおかつ絶対温度の測定値を必要とし、さらに４乗の計算を必要とする。そのため、特に、赤外線センサ１とアダプタ３とがいつもほぼ同じ温度（たとえば室温２５℃くらい）であり、なおかつ両者の間に温度差がほとんどない（たとえば１℃以内）という条件下においては、図４に示すような２種類目の構成による演算方法を用いてもよい。
【００６０】
この図４に示したアダプタ出力演算部５の構成とその演算方法の詳細について以下で説明する。
図４に示すアダプタ出力演算部５は、赤外線センサ１の温度を測定するセンサ温度測定部（センサ温度測定手段）５−１と、アダプタ３の温度を測定するアダプタ温度測定（アダプタ温度測定手段）５−２と、アダプタ３の感度（第２アダプタ感度）を予め演算する第２アダプタ感度演算部（第２アダプタ感度演算手段）５−８と、アダプタ温度測定部５−２で得られたアダプタ温度Ｔａからセンサ温度測定部５−１で得られたセンサ温度Ｔｒを減算し、得られた演算結果と第２アダプタ感度演算部５−８で得られた演算結果を乗算する第３赤外線放射量演算部（赤外線放射量演算手段）５−９と、を有する。
【００６１】
上記のような条件が与えられた場合は、前記の式（５）は以下のように両者の温度差の１次式（６）で近似することが可能である。
Ａ＝α＊（Ｗａ−Ｗｒａ）＝α＊Ωａ＊σ＊（Ｔａ4−Ｔｒ4）
＝α＊Ωａ＊σ＊｛〔Ｔｒ＋（Ｔａ−Ｔｒ）〕4−Ｔｒ4｝
≒α＊Ωａ＊σ＊｛４＊Ｔｒ3＊（Ｔａ−Ｔｒ）｝＝ａ＊（Ｔａ−Ｔｒ）…（６）
【００６２】
ここで、ａは両者の温度差Ｔａ−Ｔｒには依存しない定数（α＊Ωａ＊σ＊４＊Ｔｒ3）であり、ここでは第２アダプタ感度と呼ぶことにする。この近似では、Ｔａ−ＴｒがＴｒと比べて非常に小さい（Ｔａ−Ｔｒ≪Ｔｒである）ことを利用し、Ｔａ−Ｔｒの展開において１次の項までを考慮し、（Ｔａ−Ｔｒ）2等の２次以上の項を無視した。
この結果、式（６）の右辺の演算においては、（ａは後述の通り別の演算方法で求めることができるので）絶対温度の測定値を必要としない。したがって、温度の（絶対）測定精度はさほど必要とせず、また計算に関しても式（５）と比べて非常に簡単な計算で済むこととなる。
【００６３】
なお、式（６）中のａは、図４では第２アダプタ感度演算部５−８で演算される値であり、この詳細な演算方法は、後に詳述する。
また、上記では１次近似としたが、特に他の次数で近似するようにしても差し支えない。その次数は、必要とする精度等で最適となるように設計すればよい。
特に、現実に用いられる赤外線センサ１においては、感度波長帯域が有限の帯域しか存在しない。したがって、無限の感度波長帯域を仮定するステファンボルツマンの法則（式（５））は厳密には成立しない。さらに、１次で近似する式（６）は、感度波長帯域が無限大に近い場合しか厳密に成立しない、非常に粗い近似式である。（ちなみに、式（６）は、レイリージーンズの法則（Rayleigh-Jeans law）としてよく知られているものである。）このように、感度波長帯域が有限の場合には、上記までとは異なる３種類目の構成が必要である。この演算手法を図５とともに以下で説明する。
【００６４】
図５に図示するように、アダプタ出力演算部５は、赤外線センサ１の温度を測定するセンサ温度測定部（センサ温度測定手段）５−１と、アダプタ３の温度を測定するアダプタ温度測定部（アダプタ温度測定手段）５−２と、アダプタ３の感度（第３アダプタ感度）を予め演算する第３アダプタ感度演算部（第３アダプタ感度演算手段）５−１０と、冪指数値演算部５−１１と、第４赤外線放射量演算部（赤外線放射量演算手段）５−１２とを有する。
【００６５】
前記の式（５）および式（６）に鑑み、Ａの演算方法を以下のように設定する。
Ａ＝α＊（Ｗａ−Ｗｒａ）＝ａN＊（ＴａN−ＴｒN）…（７）
ここで、Ｎは正の実数であり、本願では冪指数値と呼ぶこととする。また、ａNはＮに対応した実数であり、本願では第３アダプタ感度と呼ぶこととする。
もし仮に、初めから冪指数値Ｎを４なる定数として扱うものとすれば、式（７）は式（５）に帰着する。すなわち、ａNは先の式（５）におけるａ’になるとともに、図５で示した演算方法は先の図３で示した演算方法に帰着する。
【００６６】
また、初めから冪指数値Ｎを１なる定数として扱うものとすれば、式（７）は式（６）に帰着する。すなわち、ａNは先の式（６）におけるａになるとともに、図５で示した演算方法は先の図４で示した演算方法に帰着する。
なお、式（７）中のＮは図５においては冪指数値演算部５−１１で、ａNは図５においては第３アダプタ感度演算部５−１０で演算される値である。これらの詳細な演算方法は、後に詳述する。
【００６７】
次に、図６は前述したように本発明の温度測定装置１００を構成する温度補正部８の構成を示したブロック図であり、温度補正部８の具体的な演算方法のうち、もっとも一般化された演算方法を示したものである。
図６に示すように、この温度補正部８は、赤外線センサ１の温度を測定するセンサ温度測定部（センサ温度測定手段）８−１と、このセンサ温度測定部８−１で得られたセンサ温度Ｔｒに基づいて赤外線センサ１のレンズ２に対する赤外線放射量を演算する第２センサ赤外線放射量演算部（第２センサ赤外線放射量演算手段）８−２と、この第２センサ赤外線放射量演算部８−２とレンズ出力演算部７で得られた演算結果とを加算する第５赤外線放射量演算部（赤外線放射量演算手段）８−３と、この第５赤外線放射量演算部８−３で得られた演算結果に基づいて対象物の温度Ｔｂを補正する第１温度換算部（温度換算手段）８−４と、を有する。
【００６８】
アダプタ出力演算部５のときと同様に、レンズ出力演算部７の演算結果Ｂは、赤外線センサ１の持つ特性により、赤外線センサ１がレンズ２によって検出している出力に等しくなる。この出力結果を演算するには、レンズ２が赤外線センサ１に対して発している赤外線放射量Ｗｂから、赤外線センサ１がレンズ２に対して発している赤外線放射量Ｗｒｂを減算すればよい。すなわち、
Ｂ＝β＊（Ｗｂ−Ｗｒｂ）…（８）
とすればよい。ここで、Ｗｒｂは図６のブロック図では第２センサ赤外線放射量演算部８−２で演算される。したがって、冒頭で示した（１）式によってＢの値は既知の値であるので、（８）式をＷｂで解いた式、すなわち、
Ｗｂ＝Ｗｒｂ＋（Ｂ÷β）…（９）
によって、Ｗｂが演算できる。この演算を行うのが第５赤外線放射量演算部８−３であり、この演算結果からレンズ（正確には対象物）２の温度を演算するのが第１温度換算部８−４である。なお、βは赤外線センサ１のエネルギー変換効率であり、前記同様に、赤外線センサ１の出力は、電圧信号に限らず電流もしくはその他の出力信号であってもまったく同様の説明が適用される。
【００６９】
しかしながら、前述の（２）式の場合と同様に、前記（８）式もしくは（９）式のままでは、本願の目的である対象物の温度Ｔｂを演算することは難しい。そこで、本願では以下の３種類の構成にて具体的な演算を行うものとする。
図７は１種類目の構成を示すブロック図であり、ステファンボルツマンの法則を適用する演算方法を示したものである。
図示するように、温度補正部８は、赤外線センサ１の温度を測定するセンサ温度測定部（センサ温度測定手段）８−１と、レンズ２の感度を予め演算する第１レンズ感度演算部（第１レンズ感度演算手段）８−５と、第２温度換算部８−６とを有する。
【００７０】
式（８）もしくは式（９）におけるＷｒｂの演算を実行可能にするため、前記と同様に、センサ温度測定部８−１で赤外線センサ１の温度測定を行い、絶対温度Ｔｒを得る。なお、このセンサ温度測定部８−１は、アダプタ出力演算部５のセンサ温度測定部５−１と同一の部品及び同一のとすることがスペース及びコストの面から言えば一般的であるが、別の部品又は別のとしても何ら差し支えない。赤外線センサ１の温度がわかると、ステファンボルツマンの法則に従う場合には、赤外線放射量Ｗｒｂは次式のように与えられる。
Ｗｒｂ＝Ωｂ＊σ＊Ｔｒ4…（１０）
【００７１】
ここで、σはステファンボルツマン定数、Ωｂは赤外線センサ１がレンズ２との間で赤外線放射する割合を示す数値である。
さらに、Ｗｂに関しても同じくステファンボルツマンの法則に従うとして、
Ｗｂ＝Ωｂ＊σ＊Ｔｂ4…（１１）
となる。
したがって、対象物の温度Ｔｂは式（８）から式（１１）までを変形して、
Ｔｂ＝｛Ｔｒ4＋（Ｂ÷ｂ’）｝1/4…（１２）
で与えられる。
【００７２】
ここで、式（１２）のｂ’は両者の温度Ｔｂ及びＴｒには依存しない定数（＝β＊Ωｂ＊σ）であり、ここでは第１レンズ感度と呼ぶことにする。すなわち、式（８）には対象物の温度Ｔｂの値が陽に出てこないためにＴｂを求めることができなかったが、式（１２）では、Ｔｂをセンサ温度Ｔｒ、レンズ出力演算部７の演算結果Ｂ、第１レンズ感度ｂ’を用いることによって演算することが可能となる。図７は、これらの各値を用いて、Ｔｂの演算が可能な構成を具体的に示しているブロック図である。つまり、第２温度換算部８−６は、具体的には式（１２）のように、センサ温度測定部８−１で得られたセンサ温度の４乗と、レンズ出力演算部７で得られたレンズ出力Ｂを第１レンズ感度演算部８−５で得られた第１レンズ感度ｂ’で除算した演算結果とを加え、その演算結果の４乗根を求めればよい。
【００７３】
なお、このｂ’の詳細な演算方法は、後に詳述する。前記同様、この演算方法を用いれば上記のΩｂは既知の値である必要はなく、ｂ’として求めることができれば本発明の要請に対応可能である。
しかし、アダプタ出力演算部５のときと同様に、上記の計算はあくまで黒体という理想環境下における式であり、なおかつ絶対温度の測定値を必要とし、さらに４乗の計算を必要とする。特に、赤外線センサ１と対象物とが絶対温度でともに室温３００Ｋ程度であり、なおかつ両者の間に絶対温度と比べて１０分の１以下の温度差しかないことが測定前からわかっている、という条件下においては、図８に示すような２種類目の構成による演算方法を用いてもよい。
【００７４】
この図８に示す温度補正部８の構成とその詳細について以下で説明する。
図８に示すようにこの温度補正部８は、赤外線センサ１の温度を測定するセンサ温度測定部（センサ温度測定手段）８−１と、レンズ２の感度を予め演算する第２レンズ感度演算部（第２レンズ感度演算手段）８−７と、レンズ出力演算部（レンズ出力演算手段）７で得られた演算結果と、センサ温度測定部８−１で得られたセンサ温度Ｔｒと第２レンズ感度演算部８−７で得られた演算結果とを加算する第３温度換算部（温度換算部手段）８−８と、を有する。
【００７５】
上記のような条件が与えられた場合は、式（８）は以下のように両者の温度差の１次式で近似することが可能である。
Ｂ＝β＊（Ｗｂ−Ｗｒｂ）＝β＊Ωｂ＊σ＊（Ｔｂ4−Ｔｒ4）
＝β＊Ωｂ＊σ＊｛〔Ｔｒ＋（Ｔｂ−Ｔｒ）〕4−Ｔｒ4｝
≒β＊Ωｂ＊σ＊｛４＊Ｔｒ3＊（Ｔｂ−Ｔｒ）｝＝ｂ＊（Ｔｂ−Ｔｒ）
…（１３）
ここで、ｂは両者の温度差Ｔｂ−Ｔｒには依存しない定数（＝β＊Ωｂ＊σ＊４＊Ｔｒ3）であり、ここでは第２レンズ感度と呼ぶことにする。この近似の精度は先の式（６）とまったく同等であるため、ここでは説明を省略する。
【００７６】
この式（１３）を変形すると、対象物の温度Ｔｂは、センサ温度測定部８−１で測定された赤外線センサの温度Ｔｒ、レンズ出力演算部７の演算結果Ｂ、第２レンズ感度ｂを用いて、
Ｔｂ＝Ｔｒ＋Ｂ÷ｂ…（１４）
として演算することができる。この演算は図８のブロック図では第３温度換算部８−８で行われる。式（１４）は先の式（１２）と比べて非常に簡単な計算で済むことがわかる。
なお、式（１３）もしくは式（１４）のｂは、図８のブロック図では第２レンズ感度演算部８−７で演算される値であり、この詳細な演算方法は、後に詳述する。
【００７７】
また、上記では１次近似としたが、特に他の次数で近似するようにしても差し支えない。その次数は、必要とする精度等で最適となるように設計すればよい。
特に、現実に用いられる赤外線センサ１においては、感度波長帯域が有限の帯域しか存在しない。これは、先に説明したのと同様の理由である。したがって、無限の感度波長帯域を仮定するステファンボルツマンの法則（式（１２））は厳密には成立しない。さらに、１次で近似する式（１４）は、感度波長帯域が無限大に近い場合にしか厳密に成立しない、非常に粗い近似式である。（ちなみに、式（１４）は、レイリージーンズの法則（Rayleigh-Jeans law）としてよく知られているものである。）このように、感度波長帯域が有限の場合には、上記までとは異なる３種類目の構成が必要である。この演算手法を図９とともに以下で説明する。
【００７８】
図９に図示するように、温度補正部８は、赤外線センサ１の温度を測定するセンサ温度測定部（センサ温度測定手段）８−１と、レンズ２の感度を予め演算する第３レンズ感度演算部（第３レンズ感度演算手段）８−９と、冪指数値演算部８−１０と、第４温度換算部８−１１とを有する。なお、冪指数値演算部８−１０は、前述の図５における冪指数値演算部５−１１と同じ演算を行い、同じ演算結果を得ることが一般的である。だが、双方で異なる演算方法を用いて、異なる演算結果を得ても一向に差し支えない。
【００７９】
前記の式（１２）および式（１４）に鑑み、Ｔｂの演算方法を以下のように設定する。
Ｔｂ＝｛ＴｒN＋（Ｂ÷ｂN）｝1/N…（１５）
ここで、Ｎは正の実数であり、本願では冪指数値と呼ぶこととする。また、ｂNはＮに対応した実数であり、本願では第３レンズ感度と呼ぶこととする。
もし仮に、初めからＮを４なる定数として扱うものとすれば、式（１５）は式（１２）に帰着する。すなわち、ｂNは先の式（１２）におけるｂ’になるとともに、図９で示した演算方法は先の図７で示した演算方法に帰着する。
【００８０】
また、初めからＮを１なる定数として扱うものとすれば、式（１５）は式（１４）に帰着する。すなわち、ｂNは先の式（１４）におけるｂになるとともに、図９で示した演算方法は先の図８で示した演算方法に帰着する。
なお、式（１５）中のＮは、図９においては冪指数値演算部８−１０で、ｂNは図９においては第３レンズ感度演算部８−９で演算される値である。これらの詳細な演算方法は、後に詳述する。
【００８１】
これまでの３種類の演算式を演算方法毎にまとめて表記すると以下のようになる。
Ｖ＝ａ’＊（Ｔａ4−Ｔｒ4）＋ｂ’＊（Ｔｂ4−Ｔｒ4）＋ｃ’…（１６）
Ｖ＝ａ＊（Ｔａ−Ｔｒ）＋ｂ＊（Ｔｂ−Ｔｒ）＋ｃ…（１７）
Ｖ＝ａN＊（ＴａN−ＴｒN）＋ｂN＊（ＴｂN−ＴｒN）＋ｃN…（１８）
ここで、式（１６）はアダプタ出力演算部５及びレンズ出力演算部７の双方に対してステファンボルツマンの法則をそのまま適用したときのものであり、式（１）におけるＣの値を改めてｃ’（第１オフセット値と呼ぶ）と置いて書き直したものである。
【００８２】
一方で、式（１７）はアダプタ出力演算部５及びレンズ出力演算部７の双方に対して式（１６）の４次式（４乗の差）を含む各項を１次式で近似したものであり、式（１）におけるＣの値をｃ（第２オフセット値と呼ぶ）と置いて書き直したものである。なお、他の各パラメータ値（代数値）はすべて既出であるので、定義等はすべてそちらを参照されたい。
【００８３】
さらに、式（１８）はアダプタ出力演算部５及びレンズ出力演算部７の双方に対して式（１６）の４次式（４乗の差）を含む各項を拡張してＮ次式としたものであり、式（１）におけるＣの値をｃN（第３オフセット値と呼ぶ）と置いて書き直したものである。したがって、このＮについては、別に求める手段が必要となる。
また、式（１６）のような４次式を適用するか、あるいは式（１７）のような１次式を適用するか、式（１８）のようなＮ次式を適用するかは、あくまでも使用者の欲する精度もしくはコスト等設計に依存する要素であり、赤外線センサ測定部４の測定値Ｖには影響を与えない。
【００８４】
したがって、式（１６）と式（１７）と式（１８）の左辺のＶは同じ値を取ることになる。実際には、右辺のａ’とａとａN、ｂ’とｂとｂN、ｃ’とｃとｃNが異なることで次数の差は吸収されることになっている。
さらに言えば、アダプタ出力演算部５及びレンズ出力演算部７の双方の次数を同じにすることには何の必然性もない。たとえば、アダプタ出力演算部５に４次式を適用し、レンズ出力演算部７に１次式を適用してもよいし、アダプタ出力演算部５に１次式を適用し、レンズ出力演算部７にＮ次式を適用してもかまわない。
【００８５】
この式（１６）もしくは式（１７）もしくは式（１８）を実際に利用して非接触で温度を測定するためには、式（１６）を用いる場合には第１アダプタ感度ａ’、第１レンズ感度ｂ’、第１オフセット値ｃ’のすべて、また、式（１７）を用いる場合には第２アダプタ感度ａ、第２レンズ感度ｂ、第２オフセット値ｃのすべて、さらに、式（１８）を用いる場合には第３アダプタ感度ａN、第３レンズ感度ｂN、第３オフセット値ｃN、冪指数値Ｎのすべて、を既知の値として保存していなければならない。その条件下で、赤外線センサ測定部４の測定結果Ｖ、アダプタ３のアダプタ温度Ｔａ、赤外線センサ１のセンサ温度Ｔｒを適宜測定することにより、本発明の目的である対象物の温度Ｔｂを演算することができる。
【００８６】
次に、上記の演算を可能にするため、既知として保存していなければならない値、すなわち式（１７）におけるａ、ｂ、ｃの各値を導出するための演算方法について説明する。なお、式（１６）のａ’、ｂ’、ｃ’もすべて同様の演算方法で求めることができるため、詳細な説明を省略する。式（１８）のａN、ｂN、ｃN、Ｎの演算方法は、ａ，ｂ，ｃの導出に引き続いて説明する。
【００８７】
式（１７）と同様の測定装置を用意すれば、赤外線センサ測定部４の測定、アダプタ３の温度測定、赤外線センサ１の温度測定をＫ回行うことが可能である。さらに、前記に加え、対象物の温度を同様にＫ回測定できるように用意する。
Ｋ回の測定のうち、ｉ番目の各測定値をそれぞれＶｉ、Ｔａｉ、Ｔｒｉ、Ｔｂｉとすれば、式（１７）とまったく同様の考察によって、未知数ａ、ｂ、ｃに対して以下の方程式が成立する。
Ｖｉ＝ａ＊（Ｔａｉ−Ｔｒｉ）＋ｂ＊（Ｔｂｉ−Ｔｒｉ）＋ｃ…（１９）
（ただしｉ＝１〜Ｋ）
【００８８】
式（１９）の方程式は未知数３個、本数Ｋ本の連立方程式であり、このような場合には一般に２変数の最小２乗法（もしくは重回帰分析）が用いられる。すなわち、式（１９）を鑑み以下の量Ｓを定義する。
Ｓ＝Σ｛［Ｖｉ−（ａ＊ΔＴａｉ＋ｂ＊ΔＴｂｉ＋ｃ）]2｝…（２０）
ｉ＝１、Ｋ
【００８９】
ただし、簡略化のためΔＴａｉ＝Ｔａｉ−Ｔｒｉ、ΔＴｂｉ＝Ｔｂｉ−Ｔｒｉと置いた。式（２０）のＳは、実測値Ｖｉと予測値ａ＊ΔＴａｉ＋ｂ＊ΔＴｂｉ＋ｃとの差を２乗して測定したＫ回分の和を取ったものであるから、ばらつきの指標を表す関数と言える。したがって、ａ、ｂ、ｃの最適値は、Ｓが最小となる場合の値である。Ｓが最小となるためには、ａ、ｂ、ｃすべてに対する偏微分の値が０（ゼロ）とならなければならない。したがって、以下の３式が成り立つ。
∂Ｓ／∂ａ
＝−２＊Σ［ΔＴａｉ＊｛Ｖｉ−（ａ＊ΔＴａｉ＋ｂ＊ΔＴｂｉ＋ｃ）｝］＝０
…（２１）
∂Ｓ／∂ｂ
＝−２＊Σ［ΔＴｂｉ＊｛Ｖｉ−（ａ＊ΔＴａｉ＋ｂ＊ΔＴｂｉ＋ｃ）｝］＝０
…（２２）
∂Ｓ／∂ｃ
＝−２＊Σ｛Ｖｉ−（ａ＊ΔＴａｉ＋ｂ＊ΔＴｂｉ＋ｃ）｝＝０…（２３）
【００９０】
これらの式（２１）から式（２３）は、未知数ａ、ｂ，ｃに関する３元連立１次方程式であり、クラメールの解法等によって容易に解くことができる。
なお、式（１６）中のａ’、ｂ’、ｃ’を求める場合も、これらに関しては式（１６）のａ、ｂ、ｃと同様に１次式（Ｓは２次式）であるので、前記と同様の最小２乗法を適用すればよい。だが、式（１６）の場合、前述のように各温度Ｔａ、Ｔｒ、Ｔｂは絶対温度（単位ケルビンもしくはＫ）で計算する必要がある。したがって、４乗演算を含めて必然的に計算の桁数が増加するため、規模の小さい計算機（コンピュータ、マイコン等）で計算する場合には桁落ち等の丸め誤差に留意が必要である。
【００９１】
続いて、式（１８）におけるａN、ｂN、ｃN、Ｎの演算方法について説明する。
式（１８）と同様の測定装置を用意すれば、式（１９）の導出のときとまったく同様の考察によって、未知数ａN、ｂN、ｃN、Ｎに対して以下の方程式が成立する。
Ｖｉ＝ａN＊（ＴａｉN−ＴｒｉN）＋ｂN＊（ＴｂｉN−ＴｒｉN）＋ｃN…（２４）
（ただしｉ＝１〜Ｋ）
式（２４）の方程式は未知数４個、本数Ｋ本の連立方程式であり、このような場合には一般に２変数の最小２乗法（もしくは重回帰分析）が用いられる。すなわち、式（１９）を鑑み以下の量Ｓを定義する。
Ｓ＝Σ｛［Ｖｉ−（ａN＊ΔＴａｉＮ＋ｂN＊ΔＴｂｉＮ＋ｃN）］2｝…（２５）
ｉ＝１、Ｋ
【００９２】
ただし、簡略化のためΔＴａｉＮ＝ＴａｉN−ＴｒｉN、ΔＴｂｉＮ＝ＴｂｉN−ＴｒｉNと置いた。式（２５）中のＳは、実測値Ｖｉと予測値ａN＊ΔＴａｉＮ＋ｂN＊ΔＴｂｉＮ＋ｃNとの差を２乗して測定回数Ｋ回分の和を取ったものであるから、ばらつきの指標を表す関数と言える。したがって、ａN、ｂN、ｃN、Ｎの最適値は、Ｓが最小となる場合の値である。Ｓが最小となるためには、ａN、ｂN、ｃN、Ｎすべてに対する偏微分の値が０（ゼロ）とならなければならない。したがって、以下の４式が成り立つ。
【００９３】
∂Ｓ／∂ａN
＝−２＊Σ［ΔＴａｉＮ＊｛Ｖｉ−（ａN＊ΔＴａｉＮ＋ｂN＊ΔＴｂｉＮ＋ｃN）｝］  ＝０…（２６）
∂Ｓ／∂ｂN
＝−２＊Σ［ΔＴｂｉＮ＊｛Ｖｉ−（ａN＊ΔＴａｉＮ＋ｂN＊ΔＴｂｉＮ＋ｃN）｝］  ＝０…（２７）
∂Ｓ／∂ｃN
＝−２＊Σ［Ｖｉ−（ａN＊ΔＴａｉＮ＋ｂN＊ΔＴｂｉＮ＋ｃN）］＝０…（２８）
∂Ｓ／∂Ｎ＝−２＊Σ［｛Ｖｉ−（ａN＊ΔＴａｉＮ＋ｂN＊ΔＴｂｉＮ＋ｃN）｝  ＊｛ａN＊ΔｌｏｇＴａｉＮ＋ｂN＊ΔｌｏｇＴｂｉＮ｝］＝０…（２９）
ただし、簡略化のため
ΔｌｏｇＴａｉＮ＝ＴａｉN＊ｌｏｇ（Ｔａｉ）−ＴｒｉN＊ｌｏｇ（Ｔｒｉ）
…（３０）
ΔｌｏｇＴｂｉＮ＝ＴｂｉN＊ｌｏｇ（Ｔｂｉ）−ＴｒｉN＊ｌｏｇ（Ｔｒｉ）
…（３１）
と置いた。
【００９４】
また、式（２９）から（３１）におけるｌｏｇはすべてｅを底とする自然対数である。
これらの式（２６）から式（３１）は、未知数ａN、ｂN、ｃN、Ｎに関する４元連立方程式であるが、未知数Ｎが絶対温度の冪指数となっているため、非線型の連立方程式となっている。したがって、前述のクラメールの解法等で解くことはできない。このため、ニュートンラプソン法などの反復数値計算法で求めるのがごく一般的な手法である。この手法は広く公知の手法であるため、詳細な説明は省略する。
【００９５】
以上説明したように、本発明の温度測定装置１００は、赤外線センサを用いて非接触で温度を測定する際に、従来に比較して、赤外線センサ１及びアダプタ３の温度測定と、若干の四則演算のみを追加することにより実現することができる。そして、一般に、温度測定は短時間で行なうことができ、且つ他の動作に影響を及ぼすことなく測定することができる。したがって、従来に比較してより高速で非接触温度測定を行なうことができる。さらに言えば、仮に温度測定の追加及び四則演算による補正をまったく行わなかったときと比べても測定の高速性にはほとんど変化がない。
【００９６】
また、上述のように、温度補正部８によって赤外線センサ１の出力を補正して対象物の温度Ｔｂを得るようにしているため、対象物以外の部分の温度変動の影響を補正することが可能となる。したがって、高速性を維持したままで高精度の非接触温度測定を行なうことができる。
最後に、これまで説明した温度測定装置及び温度補正方法は、前述のさまざまな装置、非接触温度計、サーモグラフィ、赤外線カメラ等の製品への適用が可能である。以下に３つの例を挙げて説明する。
【００９７】
第一の例としては、１個の赤外線センサ１にレンズ２とアダプタ３及びそれらの向きを逐次変えることのできる制御装置を取り付けておき、この制御装置によってそれらの向きを変えながらデータを取得すると、平面内の温度分布を取得することが可能となる。この取得された温度分布はまさに「サーモグラフィ」とほぼ同等のものである。
第二の例としては、複数個の赤外線センサ１、１…を平面状に（アレイ状）に配置し、レンズ２とアダプタ３とを取り付けると「赤外線カメラ」が完成する。
第三の例としては、複数個の赤外線センサ１、１…を直線状に配置し、レンズ２とアダプタ３とを取り付けるとともに前記同様の制御装置によって、たとえば上記直線と直交する方向に対して向きを変えながらデータを取得すると、やはり平面内の温度分布を取得することが可能となる。この第三の例は、エアコンの風向制御等によく適用されているものである。
【符号の説明】
【００９８】
１…赤外線センサ
２…レンズ
３…アダプタ
４…赤外線センサ測定部
５…アダプタ出力演算部
５−１…センサ温度測定部
５−２…アダプタ温度測定部
５−３…第１センサ赤外線放射量演算部
５−４…アダプタ赤外線放射量演算部
５−５…第１赤外線放射量演算部
５−６…第１アダプタ感度演算部
５−７…第２赤外線放射量演算部
５−８…第２アダプタ感度演算部
５−９…第３赤外線放射量演算部
５−１０…第３アダプタ感度演算部
５−１１…冪指数値演算部
５−１２…第４赤外線放射量演算部
６…オフセット演算部
７…レンズ出力演算部
８…温度補正部
８−１…センサ温度測定部
８−２…第２センサ赤外線放射量演算部
８−３…第５赤外線放射量演算部
８−４…第１温度換算部
８−５…第１レンズ感度演算部
８−６…第２温度換算部
８−７…第２レンズ感度演算部
８−８…第３温度換算部
８−９…第３レンズ感度演算部
８−１０…冪指数値演算部
８−１１…第４温度換算部
９…温度出力部
１００…温度測定装置
【図１】
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【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】
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【図９】
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