(57)【要約】  赤外線検出装置（１０）は、検出ユニット（１）と、算出ユニット（３）とを備える。検出ユニット（１）は、特定の波長範囲である第１の波長範囲の赤外線を検出する。算出部（３）は、検出ユニット（１）の検出値に基づいて検出ユニット１が検出する光信号成分と赤外線が検出ユニット（１）に入射したときの温度上昇による熱信号の変化分である熱信号成分とを算出し、その算出した光信号成分および熱信号成分に基づいて測定対象物（３０）の温度を算出する。
2020184626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長範囲で赤外線を検出するとともに、前記第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側および／または長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有しかつ前記第１の波長範囲に含まれる第２の波長範囲で赤外線を検出する検出素子を含む検出ユニットと、
前記検出素子が前記第１の波長範囲で赤外線を検出したときの第１の検出値と、前記検出素子が前記第２の波長範囲で赤外線を検出したときの第２の検出値に基づいて対象物の温度を算出することのできる演算処理部を有する算出ユニットとを備える赤外線検出装置。
【請求項２】
前記算出ユニットは、前記第１および第２の検出値の比を算出し、その算出した比に基づいて対象物の温度を算出する、請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項３】
前記算出ユニットは、前記第１の検出値に基づいて前記第１の波長範囲の赤外線が前記検出素子に入射したときの温度上昇による熱信号の変化分である熱信号成分を算出し、前記第２の検出値に基づいて前記第２の波長範囲の赤外線による光信号成分を算出し、その算出した光信号成分および熱信号成分に基づいて前記対象物の温度を算出する、請求項１または請求項２に記載の赤外線検出装置。
【請求項４】
前記算出ユニットは、前記検出素子によって検出された検出値の時間応答に基づいて前記光信号成分および前記熱信号成分を算出し、その算出した光信号成分および熱信号成分に基づいて前記対象物の温度を算出する、請求項３に記載の赤外線検出装置。
【請求項５】
第１の波長範囲で赤外線を検出するとともに、前記第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側に中央波長を持つ波長範囲を有しかつ前記第１の波長範囲に含まれる第３の波長範囲で赤外線を検出するとともに、前記第１の波長範囲の中央波長よりも長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有しかつ前記第１の波長範囲に含まれる第４の波長範囲で赤外線を検出する検出する検出素子を含む検出ユニットと、
前記検出素子が前記第１の波長範囲で赤外線を検出したときの第１の検出値、前記検出素子が前記第３の波長範囲で赤外線を検出したときの第３の検出値、および前記検出素子が前記第４の波長範囲で赤外線を検出したときの第４の検出値に基づいて対象物の温度を算出することのできる演算処理部を有する算出ユニットとを備える赤外線検出装置。
【請求項６】
前記算出ユニットは、前記第１の検出値を前記第３の検出値で除算した第１の比と、前記第１の検出値を前記第４の検出値で除算した第２の比と、前記第４の検出値を前記第３の検出値で除算した第３の比とを算出し、前記第１の比に基づいて算出した対象物の第１の温度と、前記第２の比に基づいて算出した対象物の第２の温度とのうち、前記第３の比に基づいて算出した対象物の第３の温度との差が大きい方の温度を前記対象物の温度として算出する、請求項５に記載の赤外線検出装置。
【請求項７】
前記第１の波長範囲は、大気の窓に含まれる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項８】
前記第１の波長範囲は、３．４〜４．２μｍ、４．４〜５．５μｍおよび８〜１４μｍのいずれかの波長範囲に含まれる、請求項７に記載の赤外線検出装置。
【請求項９】
前記第１の波長範囲は、前記対象物と前記検出ユニットとの間に配置された光学素子の透過波長範囲である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項１０】
前記検出ユニットは、
前記第１の波長範囲を検出するための第１のフィルタと、
前記第３の波長範囲を検出するための第２のフィルタと、
前記第４の波長範囲を検出するための第３のフィルタとを更に含む、請求項５に記載の赤外線検出装置。
【請求項１１】
前記検出素子は、量子ドット層または量子井戸層を含む、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項１２】
前記検出素子に電圧を印加することによって前記第３の波長範囲および前記第４の波長範囲を選択する、請求項１１に記載の赤外線検出装置。
【請求項１３】
前記検出素子は、
前記第１の波長範囲で赤外線を検出する第１の検出素子と、
前記第２の波長範囲で赤外線を検出する第２の検出素子とを含み、
前記第１の検出素子は、熱型素子である、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項１４】
前記第２の検出素子は、前記第１の検出素子と同じ機能を有する検出素子からなる、請求項１３に記載の赤外線検出装置。
【請求項１５】
第１の波長範囲で赤外線を検出素子によって検出するとともに、前記第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側または長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、前記第１の波長範囲に含まれる第２の波長範囲で赤外線を前記検出素子によって検出する第１のステップと、
前記検出素子が前記第１の波長範囲で赤外線を検出したときの第１の検出値と、前記検出素子が前記第２の波長範囲で赤外線を検出したときの第２の検出値とを受け、その受けた第１および第２の検出値の比を算出し、その算出した比に基づいて対象物の温度を算出する第２のステップとを備える赤外線検出方法。
【請求項１６】
前記第２のステップにおいて、前記第１の検出値に基づいて前記第１の波長範囲の赤外線が前記検出素子に入射したときの温度上昇による熱信号の変化分である熱信号成分を算出し、前記第２の検出値に基づいて前記第２の波長範囲の赤外線による光信号成分を算出し、その算出した光信号成分および熱信号成分に基づいて前記対象物の温度を算出する、請求項１５に記載の赤外線検出方法。
【請求項１７】
前記第２の波長範囲は、前記第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、前記第１の波長範囲に含まれる第３の波長範囲と、前記第１の波長範囲の中央波長よりも長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、前記第１の波長範囲に含まれる第４の波長範囲とを含み、
前記第２のステップにおいて、前記第１の検出値、前記検出素子が前記第３の波長範囲で赤外線を検出したときの第３の検出値、および前記検出素子が前記第４の波長範囲で赤外線を検出したときの第４の検出値に基づいて、前記第１の検出値を前記第３の検出値で除算した第１の比と、前記第１の検出値を前記第４の検出値で除算した第２の比と、前記第４の検出値を前記第３の検出値で除算した第３の比とを算出し、前記第１の比に基づいて算出した対象物の第１の温度と、前記第２の比に基づいて算出した対象物の第２の温度とのうち、前記第３の比に基づいて算出した対象物の第３の温度との差が大きい方の温度を前記対象物の温度として算出する、請求項１５に記載の赤外線検出方法。
【請求項１８】
第１の波長範囲で赤外線を検出素子によって検出したときの第１の検出値と、前記第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側または長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、前記第１の波長範囲に含まれる第２の波長範囲で赤外線を前記検出素子によって検出したときの第２の検出値に基づいて対象物の温度の算出をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
受付手段が、前記第１の検出値と、前記第２の検出値とを受け付ける第１のステップと、
算出手段が、前記第１のステップにおいて受け付けられた第１および第２の検出値に基づいて前記第１および第２の検出値の比を算出する第２のステップと、
前記算出手段が、前記算出した比に基づいて前記対象物の温度を算出する第３のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１９】
前記第２の波長範囲は、前記第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、前記第１の波長範囲に含まれる第３の波長範囲と、前記第１の波長範囲の中央波長よりも長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、前記第１の波長範囲に含まれる第４の波長範囲とを含み、
前記受付手段は、前記第１のステップにおいて、前記第１の検出値、前記検出素子が前記第３の波長範囲で赤外線を検出したときの第３の検出値、および前記検出素子が前記第４の波長範囲で赤外線を検出したときの第４の検出値を受け付け、
前記算出手段は、前記第２のステップにおいて、前記第１の検出値、前記第３の検出値および前記第４の検出値に基づいて、前記第１の検出値を前記第３の検出値で除算した第１の比と、前記第１の検出値を前記第４の検出値で除算した第２の比と、前記第４の検出値を前記第３の検出値で除算した第３の比とを算出し、
前記算出手段は、前記第３のステップにおいて、前記第１の比に基づいて前記対象物の第１の温度を算出し、前記第２の比に基づいて前記対象物の第２の温度を算出し、前記第３の比に基づいて前記対象物の第３の温度を算出し、前記第１および第２の温度のうち、前記第３の温度との差が大きい方の温度を前記対象物の温度として算出する、請求項１８に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項２０】
請求項１８または請求項１９に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線検出装置、赤外線検出方法、コンピュータに実行させるためのプログラムおよびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特開２００７−１８３２０７号公報に記載の放射温度計測装置が知られている。特開２００７−１８３２０７号公報に記載の放射温度計測装置は、第１のセンサと、第２のセンサと、透過率記憶部と、センサ相関演算部と、温度相関情報記憶部と、温度演算部とを備える。第１のセンサは、被測定物から放射される放射光に対する被測定物の放射率が所定の値未満となる第１の波長領域において被測定物を透過する透過光の受光レベルを検出する。第２のセンサは、放射光に対する被計測物の放射率が第１の波長領域の放射率を上回る所定の値となる第２の波長領域における透過光および放射光の受光レベルを検出する。透過率記憶部は、被計測物の第１の波長領域における第１の透過率および第２の波長領域における第２の透過率にかかる定数をそれぞれ保持する。センサ相関演算部は、熱源から放射される放射光を第１のセンサおよび第２のセンサがそれぞれ受光したレベルにおける相関関係を保持すると共に、第１のセンサが検出した受光したレベルを透過率記憶部が保持する第１の透過率で除した値を用いて相関関係から第２の波長領域における熱源からの放射レベルを求める。温度相関情報記憶部は、被計測物の温度と第２のセンサが被計測物から放射される放射光を検出した受光レベルとの相関関係を保持する。温度演算部は、センサ相関演算部が求めた第２の波長領域における熱源からの放射レベルと透過率記憶部に保持された被計測物の透過率定数と第２のセンサが検出した受光レベルを用いて、被計測物の温度を温度相関情報記憶部が保持する所定の相関関係式から求める。【０００３】
また、特開２０１２−２０２９３４号公報に記載の熱画像撮像方法が知られている。特開２０１２−２０２９３４号公報に記載の画像撮像方法は、第一検出値と第二検出値との差と、赤外線撮像素子の熱応答速度とから赤外線検出値を推定することから、１スキャンタイム前と現スキャンタイムとの赤外線撮像素子の検出値の変化速度から現スキャンタイム時の赤外線撮像素子の赤外線検出値を推定し、現スキャンタイム時の対象物の温度を推定する。【０００４】
更に、特開２０１７−１８４０１７号公報に記載の赤外線検出装置が知られている。特開２０１７−１８４０１７号公報に記載の赤外線検出装置は、受光素子に流れる暗電流の電流量を反映した第１の信号と、受光素子に流れる撮像時の電流量を反映した第２の信号との差分を算出して光電流データを求める。そして、赤外線検出装置は、温度センサを備えており、温度センサによって検出された温度が変化したとき、暗電流の電流量を測定し、その測定した暗電流の電流量を反映した第１の信号を生成する。このように、特許文献３は、赤外線検出装置の周囲の温度を温度センサによって検出し、赤外線検出装置の周囲の温度が変化したとき、変化後の温度を反映した第１の信号を第２の信号から減算して光電流データを求めることを開示する。
【発明の概要】
【０００５】
特開２００７−１８３２０７号公報、特開２０１２−２０２９３４号公報および特開２０１７−１８４０１７号公報においては、１つの波長範囲から温度を算出しているため、測定対象物の温度を算出する際の誤差を低減することが困難である。また、特開２００７−１８３２０７号公報および特開２０１２−２０２９３４号公報においては、熱応答と光応答の両方を使用するという概念がない。
【０００６】
そこで、この発明の実施の形態によれば、測定対象物の温度を算出する際の誤差を低減可能な赤外線検出装置を提供する。
【０００７】
また、この発明の実施の形態によれば、測定対象物の温度を算出する際の誤差を低減可能な赤外線検出方法を提供する。
【０００８】
更に、この発明の実施の形態によれば、測定対象物の温度を算出する際の誤差を低減した温度算出をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供する。
【０００９】
更に、この発明の実施の形態によれば、測定対象物の温度を算出する際の誤差を低減した温度算出をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供する。
【００１０】
（構成１）
この発明の実施の形態によれば、赤外線検出装置は、検出ユニットと、算出ユニットとを備える。検出ユニットは、第１の波長範囲で赤外線を検出するとともに、第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側および／または長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、第１の波長範囲に含まれる第２の波長範囲で赤外線を検出する検出素子を含む。算出ユニットは、検出素子が第１の波長範囲で赤外線を検出したときの第１の検出値と、検出素子が第２の波長範囲で赤外線を検出したときの第２の検出値に基づいて対象物の温度を算出することのできる演算処理部を有する。
【００１１】
（構成２）
構成１において、算出ユニットは、第１および第２の検出値の比を算出し、その算出した比に基づいて対象物の温度を算出する。
【００１２】
（構成３）
構成１または構成２において、算出ユニットは、第１の検出値に基づいて第１の波長範囲の赤外線が検出素子に入射したときの温度上昇による熱信号の変化分である熱信号成分を算出し、第２の検出値に基づいて第２の波長範囲の赤外線による光信号成分を算出し、その算出した光信号成分および熱信号成分に基づいて対象物の温度を算出する。
【００１３】
（構成４）
構成３において、算出ユニットは、検出素子によって検出された検出値の時間応答に基づいて光信号成分および熱信号成分を算出し、その算出した光信号成分および熱信号成分に基づいて対象物の温度を算出する。
【００１４】
（構成５）
また、この発明の実施の形態によれば、赤外線検出装置は、検出ユニットと、算出ユニットとを備える。検出ユニットは、第１の波長範囲で赤外線を検出するとともに、第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側に中央波長を持つ波長範囲を有しかつ第１の波長範囲に含まれる第３の波長範囲で赤外線を検出するとともに、第１の波長範囲の中央波長よりも長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有しかつ第１の波長範囲に含まれる第４の波長範囲で赤外線を検出する検出する検出素子を含む。算出ユニットは、検出素子が第１の波長範囲で赤外線を検出したときの第１の検出値、検出素子が第３の波長範囲で赤外線を検出したときの第３の検出値、および検出素子が第４の波長範囲で赤外線を検出したときの第４の検出値に基づいて対象物の温度を算出することのできる演算処理部を有する。
【００１５】
（構成６）
構成５において、算出ユニットは、第１の検出値を第３の検出値で除算した第１の比と、第１の検出値を第４の検出値で除算した第２の比と、第４の検出値を第３の検出値で除算した第３の比とを算出し、第１の比に基づいて算出した対象物の第１の温度と、第２の比に基づいて算出した対象物の第２の温度とのうち、第３の比に基づいて算出した対象物の第３の温度との差が大きい方の温度を対象物の温度として算出する。
【００１６】
（構成７）
構成１から構成５のいずれかにおいて、第１の波長範囲は、大気の窓に含まれる。
【００１７】
（構成８）
構成７において、第１の波長範囲は、３．４〜４．２μｍ、４．４〜５．５μｍおよび８〜１４μｍのいずれかの波長範囲に含まれる。
【００１８】
（構成９）
構成１から構成５のいずれかにおいて、第１の波長範囲は、対象物と検出ユニットとの間に配置された光学素子の透過波長範囲である。
【００１９】
（構成１０）
構成５において、検出ユニットは、第１の波長範囲を検出するための第１のフィルタと、第３の波長範囲を検出するための第２のフィルタと、第４の波長範囲を検出するための第３のフィルタとを更に含む。
【００２０】
（構成１１）
構成１から構成９のいずれかにおいて、検出素子は、量子ドット層または量子井戸層を含む。
【００２１】
（構成１２）
構成１１において、検出素子に電圧を印加することによって第３の波長範囲および第４の波長範囲を選択する。
【００２２】
（構成１３）
構成１から構成１０のいずれかにおいて、検出素子は、第１の波長範囲で赤外線を検出する第１の検出素子と、第２の波長範囲で赤外線を検出する第２の検出素子とを含む。第１の検出素子は、熱型素子である。
【００２３】
（構成１４）
構成１３において、第２の検出素子は、第１の検出素子と同じ機能を有する検出素子からなる。
【００２４】
（構成１５）
更に、この発明の実施の形態によれば、赤外線検出方法は、第１の波長範囲で赤外線を検出素子によって検出するとともに、第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側または長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、第１の波長範囲に含まれる第２の波長範囲で赤外線を検出素子によって検出する第１のステップと、検出素子が第１の波長範囲で赤外線を検出したときの第１の検出値と、検出素子が第２の波長範囲で赤外線を検出したときの第２の検出値とを受け、その受けた第１および第２の検出値の比を算出し、その算出した比に基づいて対象物の温度を算出する第２のステップとを備える。
【００２５】
（構成１６）
構成１５の第２のステップにおいて、第１の検出値に基づいて第１の波長範囲の赤外線が検出素子に入射したときの温度上昇による熱信号の変化分である熱信号成分を算出し、第２の検出値に基づいて第２の波長範囲の赤外線による光信号成分を算出し、その算出した光信号成分および熱信号成分に基づいて対象物の温度を算出する。
【００２６】
（構成１７）
構成１５において、第２の波長範囲は、第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、第１の波長範囲に含まれる第３の波長範囲と、第１の波長範囲の中央波長よりも長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、第１の波長範囲に含まれる第４の波長範囲とを含む。そして、第２のステップにおいて、第１の検出値、検出素子が第３の波長範囲で赤外線を検出したときの第３の検出値、および検出素子が第４の波長範囲で赤外線を検出したときの第４の検出値に基づいて、第１の検出値を第３の検出値で除算した第１の比と、第１の検出値を第４の検出値で除算した第２の比と、第４の検出値を第３の検出値で除算した第３の比とを算出し、第１の比に基づいて算出した対象物の第１の温度と、第２の比に基づいて算出した対象物の第２の温度とのうち、第３の比に基づいて算出した対象物の第３の温度との差が大きい方の温度を対象物の温度として算出する。
【００２７】
（構成１８）
更に、この発明の実施の形態によれば、プログラムは、第１の波長範囲で赤外線を検出素子によって検出したときの第１の検出値と、第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側または長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、第１の波長範囲に含まれる第２の波長範囲で赤外線を検出素子によって検出したときの第２の検出値に基づいて対象物の温度の算出をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、受付手段が、第１の検出値と、第２の検出値とを受け付ける第１のステップと、算出手段が、第１のステップにおいて受け付けられた第１および第２の検出値に基づいて第１および第２の検出値の比を算出する第２のステップと、算出手段が、算出した比に基づいて対象物の温度を算出する第３のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００２８】
（構成１９）
構成１８において、第２の波長範囲は、第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、第１の波長範囲に含まれる第３の波長範囲と、第１の波長範囲の中央波長よりも長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、第１の波長範囲に含まれる第４の波長範囲とを含む。そして、受付手段は、第１のステップにおいて、第１の検出値、検出素子が第３の波長範囲で赤外線を検出したときの第３の検出値、および検出素子が第４の波長範囲で赤外線を検出したときの第４の検出値を受け付け、算出手段は、第２のステップにおいて、第１の検出値、第３の検出値および第４の検出値に基づいて、第１の検出値を第３の検出値で除算した第１の比と、第１の検出値を第４の検出値で除算した第２の比と、第４の検出値を第３の検出値で除算した第３の比とを算出し、算出手段は、第３のステップにおいて、第１の比に基づいて対象物の第１の温度を算出し、第２の比に基づいて対象物の第２の温度を算出し、第３の比に基づいて対象物の第３の温度を算出し、第１および第２の温度のうち、第３の温度との差が大きい方の温度を対象物の温度として算出する。
【００２９】
（構成２０）
更に、この発明の実施の形態によれば、記録媒体は、構成１８または構成１９に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００３０】
測定対象物の温度を算出する際の誤差を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施の形態１による赤外線検出装置の概略図である。
【図２】図１に示す検出素子を構成する量子ドット型赤外線センサの断面図である。
【図３】図２に示す量子ドット型赤外線センサの製造方法を示す第１の工程図である。
【図４】図２に示す量子ドット型赤外線センサの製造方法を示す第２の工程図である。
【図５】黒体放射強度と波長との関係を示す図である。
【図６】透過率と波長との関係を示す図である。
【図７】検出感度と波長との関係を示す図である。
【図８】実施の形態１による赤外線検出方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】黒体放射輝度の積分値の比と対象物の温度との関係を示す図である。
【図１０】実施の形態２による赤外線検出装置の概略図である。
【図１１】実施の形態２による別の赤外線検出装置の概略図である。
【図１２】実施の形態２による赤外線検出方法を説明するためのフローチャートである。
【図１３】実施の形態３による赤外線検出装置の概略図である。
【図１４】検出信号の時間応答の概念図である。
【図１５】実施の形態３による赤外線検出方法を説明するためのフローチャートである。
【図１６】実施の形態３による赤外線検出方法を説明するための別のフローチャートである。
【図１７】実施の形態４による赤外線検出装置の概略図である。
【図１８】波長フィルタの透過率と波長との関係を示す図である。
【図１９】黒体放射輝度および放射率と波長との関係を示す図である。
【図２０】検出比と温度との関係を示す図である。
【図２１】実施の形態４による赤外線検出方法を説明するためのフローチャートである。
【図２２】実施の形態５による赤外線検出装置の概略図である。
【図２３】図２２に示す検出素子の検出感度と波長との関係を示す図である。
【図２４】実施の形態５による赤外線検出方法を説明するためのフローチャートである。
【図２５】実施の形態６による赤外線検出装置の概略図である。
【図２６】図２５に示す検出素子の検出感度と波長との関係を示す図である。
【図２７】実施の形態６による赤外線検出方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００３３】
この明細書において用いられる語句について説明する。
【００３４】
「量子ドット層」とは、量子ドット、濡れ層、中間層、量子ドットの下地層、量子ドットの部分キャップ層、および挿入層などを含む層である。
【００３５】
「量子ドット」とは、１００ｎｍ以下の粒子サイズを有する半導体微粒子であり、量子ドットを構成する半導体材料よりもバンドギャップの大きい半導体材料で囲まれた微粒子である。Ｓｔｒａｎｓｋｉ―Ｋｒａｓｔａｎｏｖ（Ｓ−Ｋ）成長の場合、濡れ層を形成し、量子ドットの成長に移行する。
【００３６】
「量子ドットの下地層」とは、量子ドットおよび濡れ層を成長する下地となる層であり、バンドギャップが量子ドットを構成する半導体材料よりも大きい半導体材料からなる。
【００３７】
「量子ドットの部分キャップ層」とは、量子ドット上に成長する層であり、量子ドットを構成する半導体材料よりもバンドギャップの大きい半導体材料からなり、量子ドットの一部を少なくとも覆う層である。以下に示す図２では、部分キャップ層が平坦であるが、量子ドット形状に沿った形状となっていても良い。また、図２では、部分キャップ層の厚みが量子ドットの高さ以上の厚みとなっているが、厚みは、量子ドットの高さ以下であっても良い。
【００３８】
「中間層」とは、量子ドットを構成する半導体材料よりもバンドギャップの大きい半導体材料からなる層であり、量子ドット層の母体となる層である。また、量子ドットの下地層、量子ドットの部分キャップ層と同じ半導体材料であっても良い。なお、ここで言う中間層とは、量子ドット層における中間層のことである。
【００３９】
「量子井戸層」とは、量子井戸および中間層等を含む層である。
【００４０】
「量子井戸」とは、１００ｎｍ以下の厚みを有する半導体層であり、量子井戸を構成する半導体材料よりもバンドギャップの大きい半導体材料で挟まれた層である。
【００４１】
「中間層」とは、量子井戸を構成する半導体材料よりもバンドギャップの大きい半導体材料からなる層であり、量子ドット層における中間層と同じ意味である。なお、ここで言う中間層とは、量子井戸層における中間層のことである。
【００４２】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による赤外線検出装置の概略図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１による赤外線検出装置１０は、検出ユニット１と、操作部２と、算出部３とを備える。
【００４３】
検出ユニット１は、検出素子１１と、参照素子１２とを含む。検出素子１１は、量子ドット型赤外線センサ（ＱＤＩＰ：Quantum Dots Infrared Photodetectors）または量子井戸型赤外線センサ（ＱＷＩＰ：Quantum Well Infrared Photodetectors）によって構成される。量子ドット型赤外線センサまたは量子井戸型赤外線センサは、単素子であってもよく、イメージャーであってもよい。そして、検出素子１１は、操作部２からの印加電圧が印加された状態で、ある特定の波長範囲（第２の波長範囲）における測定対象物３０からの赤外線を検出し、その検出した赤外線の放射強度に応じた電圧または電流からなるアナログ信号を検出スペクトルとして操作部２へ出力する。ここで、第２の波長範囲は、検出ユニット１が感度を有する波長範囲となる。
【００４４】
参照素子１２は、入射光の熱によって検出強度が変化する素子である。参照素子１２は、例えば、熱型素子とすればよい。熱型素子として、具体的には、ボロメータおよびサーモパイル等を挙げることができる。参照素子１２は、赤外線が入射したときの温度上昇による熱信号の変化分である熱信号成分を検出し、その検出した熱信号成分を操作部２へ出力する。即ち、参照素子１２は、光信号成分と熱信号成分とのうち、熱信号成分を検出する。より詳細には、参照素子１２は、検出素子１１が検出する光信号成分と熱信号成分とのうち、熱信号成分を検出する。ここで、熱信号成分を検出する範囲が第１の波長範囲である。これは、対象物から放射される赤外線のうち参照素子１２が実際に受ける赤外線の波長範囲（Ａ）と、参照素子１２が熱信号成分として検出できる赤外線の波長範囲（Ｂ）とが重複する範囲となる。（Ａ）は、対象物から参照素子１２までの赤外線の透過率（以下、「透過率」と称する。）に依存する。（Ｂ）は、参照素子１２が感度を有する波長範囲となる。
【００４５】
操作部２は、印加電圧Ｖを検出素子１１に印加する。印加電圧Ｖは、一定値でもよい。また、検出素子１１が、印加電圧によって検出波長がシフトする素子である場合、例えば、Ｖ＝Ｖ０＋ΔＶｓｉｎ（２πｔ／ＴＳ）のように印加電圧を周期的に変化させてもよい。Ｖ０およびΔＶは、検出したい波長範囲に応じて設定される。ＴＳは、印加電圧Ｖを変調させるときの時間周期である。
【００４６】
操作部２は、印加電圧Ｖが印加された状態で検出素子１１によって検出された検出スペクトルを検出素子１１から受け、その受けた検出スペクトルを算出部３へ出力する。また、操作部２は、熱信号成分を参照素子１２から受け、その受けた熱信号成分を算出部３へ出力する。
【００４７】
算出部３は、検出スペクトルおよび熱信号成分を操作部２から受け、その受けた検出スペクトルおよび熱信号成分に基づいて、後述する方法によって、測定対象物３０の温度を算出する。
【００４８】
図２は、図１に示す検出素子１１を構成する量子ドット型赤外線センサの断面図である。図２を参照して、量子ドット型赤外線センサ２０は、半導体基板２１と、バッファ層２２と、ｎ型半導体層２３，２５と、光電変換層２４と、電極２６〜２８とを備える。
【００４９】
バッファ層２２は、半導体基板２１の一方の面に接して半導体基板２１上に配置される。ｎ型半導体層２３は、バッファ層２２に接してバッファ層２２上に配置される。
【００５０】
光電変換層２４は、ｎ型半導体層２３に接してｎ型半導体層２３上に配置される。ｎ型半導体層２５は、光電変換層２４に接して光電変換層２４上に配置される。
【００５１】
電極２６，２７は、ｎ型半導体層２５に接してｎ型半導体層２５上に相互に離間して配置される。電極２８は、ｎ型半導体層２３に接してｎ型半導体層２３上に配置される。
【００５２】
半導体基板２１は、例えば、半絶縁性のＧａＡｓからなる。バッファ層２３は、例えば、ＧａＡｓからなる。そして、バッファ層２３は、例えば、１００ｎｍ〜５００ｎｍの厚さを有する。
【００５３】
ｎ型半導体層２３，２５の各々は、例えば、ｎ−ＧａＡｓからなる。そして、ｎ型半導体層２３，２５の各々は、例えば、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さを有する。
【００５４】
電極２６〜２８の各々は、ｎ型電極であり、例えば、Ａｕ／ＡｕＧｅＮｉ、ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ、Ａｕ／Ｇｅ、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕのいずれかからなる。そして、電極２６〜２８の各々は、例えば、１０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さを有する。
【００５５】
光電変換層２４は、複数の量子ドット層２４１を積層した積層構造からなる。なお、図２においては、３層の量子ドット層２４１を積層した場合を示しているが、量子ドット型赤外線センサ２０においては、２層以上の量子ドット層２４１が積層されていればよい。複数の量子ドット層２４１の各々は、量子ドットを含む。
【００５６】
量子ドット層２４１を構成する各材料は、特に限定されないが、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であることが好ましい。
【００５７】
量子ドット４１１は、バンドギャップエネルギーが中間層４１５よりも小さい半導体材料からなることが好ましい。
【００５８】
量子ドット層２４１を構成する各材料は、例えば、ＧａＡｓｘＳｂ１−ｘ、ＡｌＳｂ、ＩｎＡｓｘＳｂ１−ｘ、ＧａｘＩｎ１−ｘＳｂ、ＡｌＳｂｘＡｓ１−ｘ、ＡｌＡｓｚＳｂ１−ｚ、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓｚＳｂ１−ｚ、ＩｎｘＧａ１−ｘＰ、（ＡｌｙＧａ１−ｙ）ｚＩｎ１−ｚＰ、ＧａＡｓｘＰ１−ｘ、ＧａｙＩｎ１−ｙＡｓｚＰ１−ｚ、およびＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓ（これらの材料において、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１である。以下、同じ。）のいずれかであることが好ましく、これらの混晶材料であっても良い。
【００５９】
なお、量子ドット層２４１を構成する各材料は、周期律表の第ＩＶ族半導体または第ＩＩＩ族半導体材料と第Ｖ族半導体材料とからなる化合物半導体、または、第ＩＩ族半導体材料と第ＶＩ族半導体材料とからなる化合物半導体であっても良く、これらの混晶材料であっても良い。また、量子ドット層２４１を構成する各材料は、カルコパイライト系材料であっても良いし、カルコパイライト系材料以外の半導体であっても良い。
【００６０】
光電変換層２４は、ｉ型半導体層であってもよいし、ｐ型不純物またはｎ型不純物を含む半導体層であってもよい。
【００６１】
図３および図４は、それぞれ、図２に示す量子ドット型赤外線センサ２０の製造方法を示す第１および第２の工程図である。
【００６２】
図３を参照して、量子ドット型赤外線センサ２０の製造が開始されると、半絶縁性のＧａＡｓからなる半導体基板２１を分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）装置内に支持する（図３の工程（ａ））。
【００６３】
そして、ＭＢＥ法によってバッファ層２２を半導体基板２１上に形成する（図３の工程（ｂ））。この場合、例えば、バッファ層２２として２００ｎｍの厚さのＧａＡｓ層を形成する。バッファ層２２の形成によって、バッファ層２２上に形成される光電変換層２４の結晶性を向上させることができる。その結果、光電変換層２４での受光効率が確保された赤外線検出素子を提供することができる。
【００６４】
工程（ｂ）の後、ＭＢＥ法によってバッファ層２２上にｎ型半導体層２３を形成する（図３の工程（ｃ））。この場合、例えば、ｎ型半導体層２３として５００ｎｍのｎ−ＧａＡｓ層を形成する。
【００６５】
引き続いて、ＭＢＥ法によって、量子ドット４１１と中間層４１５とを含む量子ドット層２４１をｎ型半導体層２３上に形成する（図３の工程（ｄ））。
【００６６】
この場合、量子ドット４１１は、Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ（Ｓ−Ｋ）成長と呼ばれる方法によって形成される。
【００６７】
より具体的には、中間層４１５としてＧａＡｓ層を結晶成長させ、その後、量子ドット４１１の図示しない下地層４１２（障壁層）としてＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層を結晶成長させ、自己組織化機構によって、ＩｎＡｓからなる量子ドット４１１を形成する。その後、図示しない部分キャップ層４１４としてＡｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓ層を結晶成長させることによって量子ドット４１１を埋め込む。更に、その後、中間層としてＧａＡｓ層を結晶成長させることにより量子ドット層２４１を形成する。
【００６８】
そして、工程（ｄ）を、例えば、１０回繰り返すことによって、量子ドット層２４１を積層した構造を有する光電変換層２４をｎ型半導体層２３上に形成する（図３の工程（ｅ））。
【００６９】
なお、中間層４１５の厚みは、障壁層（下地層４１２および部分キャップ層４１４）に比べて十分厚く、例えば、４０ｎｍの厚みである。また、障壁層（下地層４１２および部分キャップ層４１４）は、励起されたキャリアがトンネルにより中間層４１５に取り出すために薄くする必要があり、例えば、１ｎｍの厚みである。
【００７０】
図３の工程（ｅ）の後、ＭＢＥ法によって、ｎ型半導体層２５を光電変換層２４上に形成する（図４の工程（ｆ））。この場合、例えば、ｎ型半導体層２５として２００ｎｍの厚さを有するｎ−ＧａＡｓ層を結晶成長させる。これにより、ｎｉｎ構造が形成される。
【００７１】
引き続いて、積層体をＭＢＥ装置から取り出し、フォトリソグラフィおよびウェットエッチングを用いて、光電変換層２４およびｎ型半導体層２５の一部を除去し、ｎ型半導体層２５上に電極２６，２７を形成し、ｎ型半導体層２３上に電極２８を形成する。これによって、量子ドット型赤外線センサ２０が完成する（図４の工程（ｇ））。
【００７２】
測定対象物３０の温度を算出する方法について説明する。測定対象部３０の放射スペクトルは、一般的に、次式によって表されるプランクの式に従う。
【００７３】
【数１】
2020184626.tif 000003
【００７４】
式（１）において、λは、波長であり、ｈは、プランク定数であり、ｋＢは、ボルツマン定数であり、ｃは、光速であり、Ｔは、測定対象部３０の絶対温度である。
【００７５】
図５は、黒体放射強度と波長との関係を示す図である。図５において、縦軸は、黒体放射強度を表し、横軸は、波長を表す。また、曲線ｋ１〜ｋ５は、それぞれ、測定対象物３０の温度が２０℃、３６℃、５０℃、７５℃および１００℃であるときの黒体放射強度と波長との関係を示す。図５に示すように、測定対象物３０の温度によって、黒体放射強度の波長依存性が異なり、黒体放射強度が最大値となる赤外線のピーク波長も異なる。
【００７６】
検出ユニット１で検出できる検出値の理論値は、熱放射を検出できる立体角α（黒体放射強度のうちで検出できる割合であり、「検出割合」とも言う。）、大気の透過率τ（λ）、測定対象物３０の放射率ε（λ）および検出ユニット１の検出感度Ａ（λ）を放射スペクトルＩ（λ）に乗算し、検出する波長範囲で積分したものとなる。ここで、検出ユニット１に依存するのは、検出ユニット１の検出感度Ａ（λ）および検出波長範囲である。
【００７７】
検出ユニット１のうち、参照素子１２の検出値ＤＲは、次式によって表される。
【００７８】
【数２】
2020184626.tif 000004
【００７９】
参照素子１２が熱型赤外線センサからなる場合、熱型赤外線センサの検出可能な波長範囲よりも透過率の波長範囲の方が狭いため、検出する波長範囲は、透過率に依存する。
【００８０】
図６は、透過率と波長との関係を示す図である。図６において、縦軸は、透過率を表し、横軸は、波長を表す。図６を参照して、透過率は、Ｒ１〜Ｒ２の波長範囲において高くなる。参照素子１２が熱型赤外線センサからなる場合、参照素子１２の検出感度は、広範囲であるため、検出する波長範囲（第１の波長範囲）は、図６に示すＲ１〜Ｒ２の波長範囲となる。大気の透過率は、大気中のガス（主に水蒸気）による吸収によって決定される。検出ユニット１の前にレンズ等の光学素子がある場合は、光学素子の透過率も乗算される。従って、参照素子１２の赤外線入射側に光学素子がある場合、参照素子１２の検出波長範囲（第１の波長範囲）は、光学素子の透過波長範囲である。
【００８１】
また、検出素子１１の検出値ＤＤは、光信号の成分ＤＬと、赤外線照射による検出素子１１の温度上昇による熱信号の変化分（熱信号成分）ＤＮとの和からなり、次式によって表される。
【００８２】
【数３】
2020184626.tif 000005
【００８３】
式（３）の光信号の成分ＤＬは、次式によって表される。
【００８４】
【数４】
2020184626.tif 000006
【００８５】
また、式（３）の熱信号の変化分ＤＮは、次式によって表される。
【００８６】
【数５】
2020184626.tif 000007
【００８７】
図７は、検出感度と波長との関係を示す図である。図７において、縦軸は、検出感度を表し、横軸は、波長を表す。検出素子１１が光信号を発生する波長範囲は、図７に示すＬ１〜Ｌ２の波長範囲（第２の波長範囲）になる。この波長範囲（Ｌ１〜Ｌ２）は、図６に示す波長範囲（Ｒ１〜Ｒ２）と重なる。
【００８８】
検出素子１１が光信号を発生する波長範囲は、検出素子１１の特性であり、量子ドット型または量子井戸型の検出素子であれば、光信号を発生する波長範囲は、特に狭くなる。
【００８９】
一方、検出素子１１の熱信号は、検出素子１１の検出感度には依存せず、熱信号を発生する波長範囲Ｎ１〜Ｎ２は、図６に示す波長範囲Ｒ１〜Ｒ２となる。即ち、熱信号の変化分ＤＮは、次式のようになる。
【００９０】
【数６】
2020184626.tif 000008
【００９１】
式（２）における参照素子１２の検出値ＤＲと、式（６）における熱信号の変化分ＤＮとは、検出感度ＡＲ（λ），ＡＮ（λ）のみが異なるので、熱信号の変化分ＤＮは、参照素子１２の検出値ＤＲと相関があることが分かる。その結果、参照素子１２の検出値ＤＲから熱信号の変化分ＤＮを求めることができるため、検出素子１１の検出値ＤＤと、熱信号の変化分ＤＮとを式（３）に代入して光信号の成分ＤＬを求めることができる。
【００９２】
また、参照素子１２の検出値ＤＲから、図６に示す波長範囲の積分放射照度を求めることができる。即ち、参照素子１２は、図６に示す波長範囲に検出感度を有する検出素子として扱うことができる。
【００９３】
測定対象物３０の温度を算出する方法について説明する。一般的に、透過率τ（λ）、放射率ε（λ）および検出感度ＡＮ（λ）は、波長依存性がない（検出波長範囲で一定である）として算出されることが多い。図７に示す波長範囲は、図６に示す波長範囲内に存在する。これにより、さらに、図６に示す波長範囲と図７に示す波長範囲における透過率τ（λ）および放射率ε（λ）は、同一であると近似できる。また、検出割合αも、検出素子１１および参照素子１２で同一であると見なすことができる。
【００９４】
その結果、上述した式（２）、式（４）および式（６）は、それぞれ、次の式（７）、式（８）および式（９）になる。
【００９５】
【数７】
2020184626.tif 000009
【００９６】
【数８】
2020184626.tif 000010
【００９７】
【数９】
2020184626.tif 000011
【００９８】
検出素子１１の出力ＤＤは、式（８），（９）を式（３）に代入すると、次式によって表される。
【００９９】
【数１０】
2020184626.tif 000012
【０１００】
検出素子１１の検出値ＤＤと参照素子１２の検出値ＤＲとの比は、次式によって表される。
【０１０１】
【数１１】
2020184626.tif 000013
【０１０２】
その結果、検出値ＤＤと検出値ＤＲとの比は、α×ε×τに依存しない値となる。
【０１０３】
検出素子１１の検出感度ＡＬ，ＡＮおよび参照素子１２の検出感度ＡＲは、予め計測できるので、既知である。従って、検出感度ＡＬ，ＡＮ，ＡＲ、検出素子１１の検出値ＤＤと参照素子１２の検出値ＤＲとの比ＤＤ／ＤＲを式（１１）に代入することによって、式（１）によって表される放射スペクトルＩ（λ）に含まれる測定対象物３０の温度Ｔを算出できる。
【０１０４】
なお、測定対象物３０の温度を算出するとき、温度を変えて式（１１）の右辺を算出し、式（１１）の左辺と合う温度を探すことによって、測定対象物３０の温度を決定してもよい。
【０１０５】
式（１１）から、右辺第１項を算出できる。この分子は、光応答成分であるので、熱の影響が除去されている。従って、式（１１）を用いて測定対象物３０の温度Ｔを算出することによって、赤外線照射による検出素子１１の温度上昇による熱信号の変化分ＤＮの影響を除去するとともに、検出素子１１が検出する熱信号成分ＤＮに対応するＤＲを利用することにより、測定対象物３０の温度Ｔを算出することができる。
【０１０６】
上述した温度の算出方法は、互いに異なる波長範囲の検出値の比から温度を算出する二色法と呼ばれる方法を、検出波長範囲が重複した２つの波長範囲に応用したものと言える。
【０１０７】
しかし、通常の二色法は、２つの波長範囲が重複していないため、参照素子と検出素子の検出値を算出するときの放射率および透過率を同一とみなすと誤差が生じ易い。
【０１０８】
一方、上述した方法では、検出素子１１の検出波長範囲が参照素子１２の検出波長範囲内にあるため（検出素子１１の検出波長範囲の一部が参照素子１２の検出波長範囲と重複するため）、放射率および透過率を同一とみなしても誤差が発生しない。従って、上述した方法を用いることによって、誤差を低減して測定対象物３０の温度を算出することができる。
【０１０９】
図８は、実施の形態１による赤外線検出方法を説明するためのフローチャートである。図８を参照して、赤外線検出方法の動作が開始されると、操作部２は、検出素子１１に印加電圧Ｖを印加する（ステップＳ１）。ここで、一定値からなる印加電圧を印加した場合よりも検出波長範囲を広くしたい場合には、その広い検出波長範囲に設定するための印加電圧Ｖ＝Ｖ０＋ΔＶｓｉｎ（２πｔ／ＴＳ）を検出素子１１に印加する。
【０１１０】
そして、検出素子１１は、印加電圧Ｖが印加された状態で検出値ＤＤを検出し（ステップＳ２）、その検出した検出値ＤＤを操作部２へ出力する。操作部２は、検出素子１１から受けた検出値ＤＤを算出部３へ出力する。
【０１１１】
また、参照素子１２は、検出値ＤＲを検出し（ステップＳ３）、その検出した検出値ＤＲを操作部２へ出力する。操作部２は、参照素子１２から受けた検出値ＤＲを算出部３へ出力する。
【０１１２】
算出部３は、操作部２から検出値ＤＤ，ＤＲを受け、その受けた検出値ＤＤ，ＤＲに基づいて、検出値ＤＤと検出値ＤＲとの比ＤＤ／ＤＲを算出する（ステップＳ４）。
【０１１３】
そして、算出部３は、既知である検出感度ＡＬ，ＡＲ，ＡＮ、比ＤＤ／ＤＲおよび式（１）によって表される放射スペクトルＩ（λ）を式（１１）に代入して測定対象部３０の温度Ｔを算出する（ステップＳ５）。これによって、赤外線検出方法の動作が終了する。
【０１１４】
なお、上記フローチャートでは、検出値ＤＤと検出値ＤＲの検出を順に行ったが、並行して行ってもよい。
【０１１５】
［温度の算出精度］
測定対象物３０の算出温度の精度について説明する。式（１１）において、温度に依存する部分は、黒体放射輝度スペクトルの積分値の比である。
【０１１６】
図６に示す参照素子１２が検出する波長範囲を大気の窓の透過率で決定してもよい。大気の窓とは、大気の影響が小さく、光の透過率が高い波長域を意味する。中赤外〜遠赤外の波長域では、大気の窓として、３．４〜４．２μｍ、４．４〜５．５μｍ、８〜１４μｍがある。ここでは、８〜１４μｍの大気の窓を利用する。
【０１１７】
図９は、黒体放射輝度の積分値の比と対象物の温度との関係を示す図である。図９において、縦軸は、黒体放射輝度の積分値の比を表し、横軸は、対象物の温度を表す。また、黒丸は、検出素子１１の検出波長範囲の中央波長が８．５μｍであるときの黒体放射輝度の積分値の比と対象物の温度との関係を示し、白四角は、検出素子１１の検出波長範囲の中央波長が１１μｍであるときの黒体放射輝度の積分値の比と対象物の温度との関係を示し、白丸は、検出素子１１の検出波長範囲の中央波長が１３．５μｍであるときの黒体放射輝度の積分値の比と対象物の温度との関係を示す。
【０１１８】
図７に示す検出素子１１が検出する波長範囲を、幅１μｍとして、その中央波長を８．５μｍ、１１μｍおよび１３．５μｍとした場合について、黒体放射輝度スペクトルの積分値の比を図９に示す。
【０１１９】
図９より、検出素子１１が検出する波長範囲が、参照素子１２が検出する波長範囲の中央付近よりも端に近い範囲にある場合、測定対象物３０の温度変化を敏感に検出することができることが分かる。
【０１２０】
例えば、検出素子１１が、中央波長１３．５μｍ、幅１μｍ（即ち、１３μｍ〜１４μｍ）で検出した検出値に対し、参照素子１２が検出する８〜１４μｍの検出値は、測定対象物３０の温度上昇による８〜１４μｍの黒体放射輝度の増加分が現れるため、温度上昇に伴い、黒体放射輝度の積分値の比は、大きくなる（図９の白丸参照）。
【０１２１】
そして、検出素子１１の検出波長範囲が８〜９μｍである場合は、ほぼ逆となる（図９の黒丸参照）。
【０１２２】
検出素子１１の検出波長範囲が参照素子１２の検出波長範囲の中央である場合、黒体放射輝度の温度依存性が両方の素子にも同等に現れるため、黒体放射輝度の積分値の比の温度依存性が小さくなる。
【０１２３】
測定対象物３０の温度が低い方が、温度変化に対して黒体放射輝度の積分値の比の変化が大きい。特に、検出素子１１の検出波長範囲が８〜９μｍである場合に顕著である。これは、図５から分かるように、温度が７５℃以下になると、黒体放射輝度の中央波長が８μｍ以上の範囲に入っていることが影響している。
【０１２４】
従って、検出する温度範囲が２０〜４０℃などの比較的低温であれば、中央波長１３．５μｍよりも８．５μｍの方が好ましい。
【０１２５】
検出素子１１の検出波長範囲が１３〜１４μｍである場合は、この影響を受けないため、測定対象物３０の温度に対して黒体放射輝度の積分値の比がほぼ線形に変化しており、解析が容易となる。
【０１２６】
上記においては、検出素子１１および参照素子１２の検出波長範囲が、中央波長に対して対称であると説明したが、非対称であってもよい。
【０１２７】
実施の形態１においては、算出部３の動作は、ソフトウェアによって実現されてもよい。この場合、算出部３は、ＡＬＵ（Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  Ｌｏｇｉｃ  Ｕｎｉｔ）、加算器又は乗算器などの演算処理機能を有する演算処理部を含むＣＰＵ（Central Processing Uniｔ）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を備える。
【０１２８】
ＲＯＭは、検出素子１１および参照素子１２からそれぞれ検出値ＤＤ，ＤＲを受け付けるステップＳ１−１と、図８に示すステップＳ４，Ｓ５とを備えるプログラムＰｒｏｇ＿Ａを格納する。また、ＲＯＭは、既知である検出感度ＡＬ，ＡＲ，ＡＮを格納する。ＲＡＭは、算出された比ＤＤ／ＤＲを一時的に記憶する。
【０１２９】
ＣＰＵは、ＲＯＭからプログラムＰｒｏｇ＿Ａを読み出して実行し、上述した方法によって測定対象物３０の温度Ｔを算出する。この場合、ＣＰＵは、ステップＳ１−１，Ｓ４，Ｓ５を順次実行する。
【０１３０】
なお、比ＤＤ／ＤＲおよび測定対象物３０の温度Ｔを算出するＣＰＵは、「算出手段」を構成する。また、検出値ＤＤ，ＤＲを受け付けるＣＰＵは、「受付手段」を構成する。
【０１３１】
また、プログラムＰｒｏｇ＿Ａは、記録媒体（例えば、ＣＤおよびＤＶＤ等）に記録されて流通されてもよい。この場合、コンピュータ（ＣＰＵ）は、記録媒体からプログラムＰｒｏｇ＿Ａを読み出して実行し、上述した方法によって測定対象物３０の温度を算出する。従って、プログラムＰｒｏｇ＿Ａを記録したＣＤ，ＤＶＤ等は、プログラムＰｒｏｇ＿Ａを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読み取り可能な記録媒体である。
【０１３２】
［実施の形態２］
図１０は、実施の形態２による赤外線検出装置の概略図である。図１０を参照して、実施の形態２による赤外線検出装置１０Ａは、図１に示す赤外線検出装置１０の検出ユニット１を検出ユニット１Ａに変え、算出部３を算出部３Ａに変えたものであり、その他は、赤外線検出装置１０と同じである。
【０１３３】
検出ユニット１Ａは、図１に示す検出ユニット１の参照素子１２を検出素子１３に変え、反射板１４および熱伝導体１５を追加したものであり、その他は、検出ユニット１と同じである。
【０１３４】
検出素子１３は、検出素子１１と同じ検出素子からなる。反射板１４は、検出素子１３に対向して検出素子１３の赤外線の入射側に配置される。そして、反射板１４は、検出素子１３に入射する赤外線を反射するものであり、赤外線の反射率が高いものが好ましい。検出素子１１，１３は、熱伝導体１５に接して熱伝導体１５上に配置される。熱伝導体１５は、検出素子１１が検出する熱成分を検出素子１３に伝達する。従って、検出素子１３は、上述した赤外線照射による検出素子１１の温度上昇による熱信号の変化分ＤＮに対応するＤＲを検出し、その検出した変化分ＤＲを操作部２へ出力する。即ち、検出素子１３は、光信号成分と熱信号成分とのうち、熱信号成分（ＤＲ）を検出する。より詳細には、検出素子１３は、検出素子１１が検出する光信号成分と熱信号成分とのうち、熱信号成分を検出する。このとき、検出素子１３が熱信号成分として検出できる波長範囲が十分広ければ、第２の波長範囲は、実質、対象物から放射される赤外線のうち検出素子１３が実際に受ける赤外線の波長範囲（Ａ）となる。
【０１３５】
算出部３Ａは、検出素子１１の検出値ＤＤと検出素子１３の検出値ＤＲとの比ＤＤ／ＤＲを算出する。そして、算出部３Ａは、式（１１）を用いて、実施の形態１における方法によって測定対象物３０の温度Ｔを算出する。
【０１３６】
赤外線検出装置１０Ａにおいては、検出素子１３の検出値ＤＲは、熱伝導体１５によって、赤外線照射による検出素子１１の温度上昇による熱信号の変化分ＤＮに等しくなる。従って、検出素子１１の温度上昇による熱信号の変化分ＤＮを検出素子１３によって正確に検出できる。
【０１３７】
図１１は、実施の形態２による別の赤外線検出装置の概略図である。実施の形態２による赤外線検出装置は、図１１に示す赤外線検出装置１０Ｂであってもよい。図１１を参照して、赤外線検出装置１０Ｂは、図１０に示す赤外線検出装置１０Ａの検出ユニット１Ａを検出ユニット１Ｂに変えたものであり、その他は、赤外線検出装置１０Ａと同じである。
【０１３８】
検出ユニット１Ｂは、図１０に示す検出ユニット１Ａの熱伝導体１５を吸収体１６に変えたものであり、その他は、検出ユニット１Ａと同じである。
【０１３９】
検出ユニット１Ｂにおいては、検出素子１３は、吸収体１６に接して吸収体１６上に配置される。吸収体１６は、検出素子１３が検出する波長範囲より広い範囲（例えば、８〜１４μｍ）で測定対象物３０からの放射光を吸収し、その熱を検出素子１３に伝達するものである。
【０１４０】
吸収体１６が無いと、赤外線が反射されている分、波長８〜１４μｍの赤外線による検出素子１３の環境温度の上昇は、検出素子１１より低くなり、検出素子１３で熱成分を検出しにくくなる。好ましくは、吸収体１６は、検出素子１３の環境温度の上昇を、検出素子１１と同じにするように調整される。これによって、検出素子１３の検出値ＤＲを検出素子１１における熱信号の変化分ＤＮと等しくできる。
【０１４１】
図１２は、実施の形態２による赤外線検出方法を説明するためのフローチャートである。
【０１４２】
図１２を参照して、赤外線検出方法の動作が開始されると、操作部２は、検出素子１１，１３に印加電圧Ｖを印加する（ステップＳ１１）。ここで、一定値からなる印加電圧を印加した場合よりも検出波長範囲を広くしたい場合には、その広い検出波長範囲に設定するための印加電圧Ｖを検出素子１１，１３に印加する。
【０１４３】
そして、検出素子１１は、印加電圧Ｖが印加された状態で検出値ＤＤを検出し（ステップＳ１２）、その検出した検出値ＤＤを操作部２へ出力する。操作部２は、検出素子１１から受けた検出値ＤＤを算出部３Ａへ出力する。
【０１４４】
検出素子１３は、印加電圧Ｖが印加された状態で検出値ＤＲを検出し（ステップＳ１３）、その検出した検出値ＤＲを操作部２へ出力する。操作部２は、検出素子１３から受けた検出値ＤＲを算出部３Ａへ出力する。
【０１４５】
算出部３Ａは、操作部２から検出値ＤＤ，ＤＲを受け、その受けた検出値ＤＤ，ＤＲに基づいて、検出値ＤＤと検出値ＤＲとの比ＤＤ／ＤＲを算出する（ステップＳ１４）。
【０１４６】
そして、算出部３Ａは、既知である検出感度ＡＬ，ＡＲ，ＡＮ、比ＤＤ／ＤＲおよび式（１）によって表される放射スペクトルＩ（λ）を、式（１１）に代入して測定対象部３０の温度Ｔを算出する（ステップＳ１５）。これによって、赤外線検出方法の動作が終了する。
【０１４７】
なお、上記フローチャートでは、検出値ＤＤと検出値ＤＲの検出を順に行ったが、並行して行ってもよい。
【０１４８】
通常の二色法は、２つの検出波長で赤外線を検出するため、２つの異なる検出素子および／または２つの異なる波長フィルタが必要となるのに対し、実施の形態２では、１種類の検出素子で済むため、装置コストおよび開発コストを低減できる。
【０１４９】
実施の形態２においては、その他、実施の形態１における効果を享受できる。
【０１５０】
実施の形態２においては、算出部３Ａの動作は、ソフトウェアによって実現されてもよい。この場合、算出部３Ａは、ＣＰＵ（演算処理部を含む）、ＲＯＭおよびＲＡＭを備える。
【０１５１】
ＲＯＭは、検出素子１１および検出素子１３からそれぞれ検出値ＤＤ，ＤＲを受け付けるステップＳ１−１と、図１２に示すステップＳ１４，Ｓ１５とを備えるプログラムＰｒｏｇ＿Ｂを格納する。また、ＲＯＭは、既知である検出感度ＡＬ，ＡＲ，ＡＮを格納する。ＲＡＭは、算出された比ＤＤ／ＤＲを一時的に記憶する。
【０１５２】
ＣＰＵは、ＲＯＭからプログラムＰｒｏｇ＿Ｂを読み出して実行し、上述した方法によって測定対象物３０の温度Ｔを算出する。この場合、ＣＰＵは、ステップＳ１−１，Ｓ１４，Ｓ１５を順次実行する。
【０１５３】
なお、比ＤＤ／ＤＲおよび測定対象物３０の温度Ｔを算出するＣＰＵは、「算出手段」を構成する。また、検出値ＤＤ，ＤＲを受け付けるＣＰＵは、「受付手段」を構成する。
【０１５４】
また、プログラムＰｒｏｇ＿Ｂは、記録媒体（例えば、ＣＤおよびＤＶＤ等）に記録されて流通されてもよい。この場合、コンピュータ（ＣＰＵ）は、記録媒体からプログラムＰｒｏｇ＿Ｂを読み出して実行し、上述した方法によって測定対象物３０の温度を算出する。従って、プログラムＰｒｏｇ＿Ｂを記録したＣＤ，ＤＶＤ等は、プログラムＰｒｏｇ＿Ｂを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読み取り可能な記録媒体である。
【０１５５】
なお、実施の形態２においては、検出素子１３の光吸収に偏光特性がある場合は、反射板１４として偏光板を用い、その偏光板で検出する偏光を調整することによって光信号の成分を検出しないようにする。
【０１５６】
実施の形態２におけるその他の説明は、実施の形態１における説明と同じである。
【０１５７】
［実施の形態３］
図１３は、実施の形態３による赤外線検出装置の概略図である。図１３を参照して、実施の形態３による赤外線検出装置１０Ｃは、図１に示す赤外線検出装置１０の検出ユニット１を検出ユニット１Ｃに変え、算出部３を算出部３Ｂに変えたものであり、その他は、赤外線検出装置１０と同じである。
【０１５８】
検出ユニット１Ｃは、図１に示す検出ユニット１から参照素子１２を削除した構成からなる。
【０１５９】
図１４は、検出信号の時間応答の概念図である。図１４において、縦軸は、検出信号を表し、横軸は、時間を表す。また、図１４の（ａ）は、時間ｔ０で検出素子１１に赤外線が入射したときの検出値ＤＤの時間応答を示す。また、図１４の（ｂ）において、曲線ｋ６は、図１４の（ａ）に示す検出値ＤＤの時間応答を示し、曲線ｋ７は、熱信号成分の時間応答を示し、曲線ｋ８は、光信号成分の時間応答を示す。
【０１６０】
図１４の（ａ）を参照して、検出値ＤＤの時間応答は、時間ｔ０で急激に立ち上がり、時間ｔ１以降では緩やかになり、最終的に平衡値Deqとなる。これは、時間ｔ０から時間ｔ１では、光信号成分が主として見えており、時間ｔ１以降では、熱信号成分が主として見えているためである。
【０１６１】
光信号成分および熱信号成分の理論モデルは、図１４の（ｂ）に示すようになる。光信号成分の時間応答は、本来、ステップ関数に近い応答となる（曲線ｋ８参照）。また、熱信号成分の時間応答は、指数関数的な変化となる（曲線ｋ７参照）。
【０１６２】
検出信号においては、光信号成分の平衡値を判別できないため、解析は、次式によって行う。
【０１６３】
【数１２】
2020184626.tif 000014
【０１６４】
式（１２）において、τは、熱拡散時間である。
【０１６５】
算出部３Ｂは、時間ｔ１として、光信号成分の時間応答よりも十分長く、熱信号成分の時間応答よりも短い１〜２秒を用い、時間ｔ１以降の検出信号を元に、式（１２）によりフィッティングすることにより、ＤＮおよびＤＬを算出する。
【０１６６】
これにより、検出素子１１で光信号成分と熱信号成分とを区別して検出することができる。検出素子１１で検出できる波長範囲が十分広ければ、第２の波長範囲は、実質、対象物から放射される赤外線のうち検出素子１１が実際に受ける赤外線の波長範囲（Ａ）となる。
【０１６７】
その後、算出部３Ｂは、算出したＤＮ，ＤＬを式（３）に代入してＤＤを算出するか、平衡状態のＤＤの値を用いて、ＤＤとＤＮとの比ＤＤ／ＤＮを算出する。
【０１６８】
そうすると、算出部３Ｂは、既知である検出感度ＡＬ，ＡＲ，ＡＮ、比ＤＤ／ＤＮおよび式（１）によって表される放射スペクトルＩ（λ）を、式（１１）のＤＤ／ＤＲをＤＤ／ＤＮに変えた式に代入して測定対象部３０の温度Ｔを算出する。
【０１６９】
フィッティングするパラメータは、少ない方が精度が高くなる。例えば、熱拡散時間は、検出ユニット、周辺構造および環境温度によって決定されるため、予め、環境温度ごとにデータを保持しておき、別途、測定する環境温度の結果から、値を当てはめてもよい。一方、ＤＮおよびＤＬは、検出ごとに異なるため、毎回、フィッティングすることになる。
【０１７０】
図１５は、実施の形態３による赤外線検出方法を説明するためのフローチャートである。
【０１７１】
図１５を参照して、赤外線検出方法の動作が開始されると、操作部２は、検出素子１１の検出波長範囲を図７に示す検出波長範囲に設定するための印加電圧Ｖを検出素子１１に印加する（ステップＳ２１）。
【０１７２】
そして、検出素子１１は、印加電圧Ｖが印加された状態で検出値ＤＤの時間応答を検出し（ステップＳ２２）、その検出した検出値ＤＤの時間応答を操作部２へ出力する。操作部２は、検出素子１１から受けた検出値ＤＤの時間応答を算出部３Ｂへ出力する。
【０１７３】
算出部３Ｂは、操作部２から検出値ＤＤの時間応答を受け、その受けた検出値ＤＤの時間応答を式（１２）によってフィッティングし、光信号成分ＤＬおよび熱信号成分ＤＮを算出する（ステップＳ２３）。
【０１７４】
そして、算出部３Ｂは、算出した光信号成分ＤＬおよび熱信号成分ＤＮに基づいて、ＤＤを求め（式（３）参照）、比ＤＤ／ＤＮを算出する（ステップＳ２４）。
【０１７５】
そうすると、算出部３Ｂは、既知である検出感度ＡＬ，ＡＲ，ＡＮ、比ＤＤ／ＤＮおよび式（１）によって表される放射スペクトルＩ（λ）を、式（１１）のＤＤ／ＤＲをＤＤ／ＤＮに変えた式に代入して測定対象部３０の温度Ｔを算出する（ステップＳ２５）。これによって、赤外線検出方法の動作が終了する。
【０１７６】
図１６は、実施の形態３による赤外線検出方法を説明するための別のフローチャートである。なお、図１６に示すフローチャートは、検出割合α、放射率εおよび透過率τが既知である場合の単色法に対応する赤外線検出方法である。
【０１７７】
図１６に示すフローチャートは、図１５に示すフローチャートのステップＳ２４，Ｓ２５をステップＳ２６に変えたものであり、その他は、図１５に示すフローチャートと同じである。
【０１７８】
図１６を参照して、赤外線検出方法の動作が開始されると、上述したステップＳ２１〜ステップＳ２３が順次実行される。
【０１７９】
そして、ステップＳ２３の後、算出部３Ｂは、検出割合α（一定値からなる。）、放射率ε（一定値からなる。）、透過率τ（一定値からなる。）、検出感度ＡＬ、光信号成分ＤＬおよび式（１）によって表される放射スペクトルＩ（λ）を式（８）に代入して測定対象部３０の温度Ｔを算出する（ステップＳ２６）。これによって、赤外線検出方法の動作が終了する。
【０１８０】
実施の形態３においては、実施の形態１における参照素子１２が不要であるので、赤外線検出装置の小型化および低コストが可能である。また、各検出素子での熱信号成分を算出できるので、検出素子ごとで熱信号成分に差があった場合でも、熱信号成分を正確に補正できる。
【０１８１】
実施の形態３においては、その他、実施の形態１において説明した効果を享受できる。
【０１８２】
実施の形態３においては、算出部３Ｂの動作は、ソフトウェアによって実現されてもよい。この場合、算出部３Ｂは、ＣＰＵ（演算処理部を含む）、ＲＯＭおよびＲＡＭを備える。
【０１８３】
ＲＯＭは、検出素子１１から検出値ＤＤの時間応答を受け付けるステップＳ１−２と、図１５に示すステップＳ２３〜Ｓ２５とを備えるプログラムＰｒｏｇ＿Ｃ、または検出素子１１から検出値ＤＤの時間応答を受け付けるステップＳ１−２と、図１６に示すステップＳ２３，Ｓ２６とを備えるプログラムＰｒｏｇ＿Ｄを格納する。また、ＲＯＭは、既知である検出感度ＡＬ，ＡＲ，ＡＮ、または一定値からなる検出割合α、放射率ε、透過率τおよび検出感度ＡＬを格納する。ＲＡＭは、算出された比ＤＤ／ＤＮまたは光信号成分ＤＬを一時的に記憶する。
【０１８４】
ＣＰＵは、ＲＯＭからプログラムＰｒｏｇ＿Ｃを読み出して実行し、上述した方法によって測定対象物３０の温度Ｔを算出する。この場合、ＣＰＵは、ステップＳ１−２，Ｓ２３〜Ｓ２５を順次実行する。また、ＣＰＵは、ＲＯＭからプログラムＰｒｏｇ＿Ｄを読み出して実行し、上述した方法によって測定対象物３０の温度Ｔを算出する。この場合、ＣＰＵは、ステップＳ１−２，Ｓ２３，Ｓ２６を順次実行する。
【０１８５】
なお、比ＤＤ／ＤＮ（または光信号成分ＤＬおよび熱信号成分ＤＮ）および測定対象物３０の温度Ｔを算出するＣＰＵは、「算出手段」を構成する。また、検出値ＤＤの時間応答を受け付けるＣＰＵは、「受付手段」を構成する。
【０１８６】
また、プログラムＰｒｏｇ＿Ｃ（またはプログラムＰｒｏｇ＿Ｄ）は、記録媒体（例えば、ＣＤおよびＤＶＤ等）に記録されて流通されてもよい。この場合、コンピュータ（ＣＰＵ）は、記録媒体からプログラムＰｒｏｇ＿Ｃ（またはプログラムＰｒｏｇ＿Ｄ）を読み出して実行し、上述した方法によって測定対象物３０の温度を算出する。従って、プログラムＰｒｏｇ＿Ｃ（またはプログラムＰｒｏｇ＿Ｄ）を記録したＣＤ，ＤＶＤ等は、プログラムＰｒｏｇ＿Ｃ（またはプログラムＰｒｏｇ＿Ｄ）を記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読み取り可能な記録媒体である。
【０１８７】
実施の形態３におけるその他の説明は、実施の形態１における説明と同じである。
【０１８８】
［実施の形態４］
図１７は、実施の形態４による赤外線検出装置の概略図である。図１７を参照して、実施の形態４による赤外線検出装置１０Ｄは、検出ユニット１Ｃと、操作部２Ａと、算出部３Ｃとを備える。
【０１８９】
検出ユニット１Ｃは、検出素子１７と、波長フィルタ３１〜３３とを含む。検出素子１７は、例えば、サーモバイルおよびボロメータ等の電磁波検出素子からなる。また、検出素子１７は、単一の素子であってもよく、複数の素子からなるイメージャーであってもよい。
【０１９０】
検出素子１７は、波長フィルタ３１を介して赤外線を検出し、赤外線を検出したときの第１の検出値を操作部２Ａへ出力する。また、検出素子１７は、波長フィルタ３２を介して赤外線を検出し、赤外線を検出したときの第２の検出値を操作部２Ａへ出力する。更に、検出素子１７は、波長フィルタ３３を介して赤外線を検出し、赤外線を検出したときの第３の検出値を操作部２Ａへ出力する。
【０１９１】
波長フィルタ３１〜３３は、例えば、多層膜干渉フィルタからなる。波長フィルタ３１〜３３は、後述する透過範囲を有する。波長フィルタ３１は、検出素子１７上に配置されていてもよいし、検出素子１７の検出感度自体を利用したものであってもよい。
【０１９２】
操作部２Ａは、検出素子１７から第１の検出値、第２の検出値および第３検出値を受け、その受けた第１の検出値、第２の検出値および第３検出値を算出部３Ｃへ出力する。また、操作部２Ａは、波長フィルタ３１〜３３を切り換える。
【０１９３】
算出部３Ｃは、第１の検出値、第２の検出値および第３検出値を操作部２Ａから受け、その受けた第１の検出値、第２の検出値および第３検出値に基づいて、後述する方法によって、対象物３０の温度を算出する。
【０１９４】
図１８は、波長フィルタの透過率と波長との関係を示す図である。図１８を参照して、波長範囲Ａは、波長λ１から波長λ４の範囲で赤外線を透過する波長範囲である。波長範囲Ｂは、波長範囲Ａの中央波長λｃよりも短波長側の波長λ１から波長λ２の範囲で赤外線を透過する波長範囲である。波長範囲Ｃは、波長範囲Ａの中央波長λｃよりも長波長側の波長λ３から波長λ４の範囲で赤外線を透過する波長範囲である。
【０１９５】
このように、波長範囲Ｂは、波長範囲Ａの中央波長λｃよりも短波長側の波長範囲（λ１〜λ２）を有し、かつ、波長範囲Ａ（λ１〜λ４）に含まれる波長範囲であり、波長範囲Ｃは、波長範囲Ａの中央波長λｃよりも長波長側の波長範囲（λ３〜λ４）を有し、かつ、波長範囲Ａ（λ１〜λ４）に含まれる波長範囲である。
【０１９６】
波長フィルタ３１は、波長範囲Ａで赤外線を透過するフィルタであり、波長フィルタ３２は、波長範囲Ｂで赤外線を透過するフィルタであり、波長フィルタ３３は、波長範囲Ｃで赤外線を透過するフィルタである。よって、第１の波長範囲は、波長範囲Ａに対応し、第２の波長範囲は、波長範囲ＢおよびＣに対応する。ここで、波長範囲Ｂおよび波長範囲Ｃをそれぞれ第３の波長範囲および第４の波長範囲とする。
【０１９７】
図１９は、黒体放射輝度および放射率と波長との関係を示す図である。図１９において、縦軸は、黒体放射輝度および放射率を表し、横軸は、波長を表す。また、曲線ｋ８〜ｋ１２は、それぞれ、２５℃、３６℃、５０℃、７５℃および１００℃の温度における黒体放射輝度と波長との関係を示し、曲線ｋ１３，ｋ１４は、放射率と波長との関係を示す。
【０１９８】
図１９を参照して、対象物の熱放射の波長依存性は、赤外域の広い波長範囲に亘っている。対象物の放射率は、一定と見做せる場合もあるが、曲線ｋ１３，ｋ１４に示すように、波長依存性を有する場合もある。
【０１９９】
検出素子１７で検出される検出強度は、［黒体放射輝度×検出割合×放射率×透過率］を波長で積分したものである。そして、黒体放射輝度は、プランクの式を表す上記式（１）によって示され、対象物の温度に依存する。実施の形態４においては、検出素子１７の検出感度の波長依存性は、無いものとする。
【０２００】
図２０は、検出比と温度との関係を示す図である。図２０において、縦軸は、検出比を表し、横軸は、温度を表す。また、Ａ／Ｂは、波長範囲Ａで赤外線を検出したときの検出値ＤＶ＿Ａを波長範囲Ｂで赤外線を検出したときの検出値ＤＶ＿Ｂで除算した比ＲＴＯ＿１（＝ＤＶ＿Ａ／ＤＶ＿Ｂ）を表し、Ａ／Ｃは、波長範囲Ａで赤外線を検出したときの検出値ＤＶ＿Ａを波長範囲Ｃで赤外線を検出したときの検出値ＤＶ＿Ｃで除算した比ＲＴＯ＿２（＝ＤＶ＿Ａ／ＤＶ＿Ｃ）を表し、Ｃ／Ｂは、波長範囲Ｃで赤外線を検出したときの検出値ＤＶ＿Ｃを波長範囲Ｂで赤外線を検出したときの検出値ＤＶ＿Ｂで除算した比ＲＴＯ＿３（＝ＤＶ＿Ｃ／ＤＶ＿Ｂ）を表す。
【０２０１】
更に、曲線ｋ１５は、Ａ／Ｂの計算値を示し、曲線ｋ１６は、Ａ／Ｂの測定値を示す。曲線ｋ１７は、Ａ／Ｃの計算値を示し、曲線ｋ１８は、Ａ／Ｃの測定値を示す。曲線ｋ１９は、Ｃ／Ｂの計算値を示し、曲線ｋ２０は、Ｃ／Ｂの測定値を示す。
【０２０２】
なお、図２０に示す結果は、波長範囲Ａを８〜１４μｍとし、波長範囲Ｂを８〜９μｍとし、波長範囲Ｃを１３〜１４μｍとしたときの結果である。
【０２０３】
図２０を参照して、計算値では、放射率を一定と見做している（放射率の波長依存性が無いものとしている）のに対し、測定値では、図１９の曲線ｋ１３に示すように放射率が波長に依存しているため、測定値は、計算値からずれている。
【０２０４】
従来においては、波長範囲Ｂ（＝８〜９μｍ）の結果と、波長範囲Ｃ（＝１３〜１４μｍ）の結果とを用いて、二色法によって、Ｃ／Ｂを算出し、その算出したＣ／Ｂに基づいて対象物の温度を算出する（曲線ｋ１９参照）。なお、曲線ｋ１９によって示すＣ／Ｂ（計算値）および曲線ｋ２０によって示すＣ／Ｂ（測定値）は、図２０の右側の縦軸を見る。
【０２０５】
５０℃の測定値を始点とした矢印が計算値と交わる点における温度が、測定により得られる温度となる。即ち、矢印の長さに相当する温度差が温度誤差である。
【０２０６】
放射率の波長依存性は、単調変化する場合が多い。このとき、波長フィルタ３２（＝波長範囲Ｂ）または波長フィルタ３３（＝波長範囲Ｃ）を用いたときの結果が、最も計算値との誤差が大きくなる。図１９の放射率変化１（曲線ｋ１３参照）では、波長フィルタ３３（＝波長範囲Ｃ）を用いたときの結果が、最も計算値との誤差が大きくなるため、二色法でも、この結果との比を取ると、誤差が大きくなる。「Ａ／Ｂ」、「Ａ／Ｃ」、「Ｃ／Ｂ」の３組の結果を得ることにより、「Ｃ／Ｂ」の結果との差が大きい「Ａ／Ｂ」が、最も誤差が小さくなる。よって、「Ａ／Ｂ」、「Ａ／Ｃ」により算出された温度のうち、「Ｃ／Ｂ」により算出された温度との差が大きい方の温度を対象物３０の温度として算出する。
【０２０７】
図２１は、実施の形態４による赤外線検出方法を説明するためのフローチャートである。図２１を参照して、赤外線検出方法の動作が開始されると、操作部２Ａは、波長フィルタ３１を対象物３０と検出素子１７との間に設定する。そして、検出素子１７は、波長フィルタ３１を介して波長範囲Ａで赤外線を検出したときの検出値ＤＶ＿Ａを検出し（ステップＳ３１）、その検出した検出値ＤＶ＿Ａを操作部２Ａへ出力する。
【０２０８】
操作部２Ａは、検出値ＤＶ＿Ａを検出素子１７から受けると、波長フィルタ３２を対象物３０と検出素子１７との間に設定する。そして、検出素子１７は、波長フィルタ３２を介して波長範囲Ｂで赤外線を検出したときの検出値ＤＶ＿Ｂを検出し（ステップＳ３２）、その検出した検出値ＤＶ＿Ｂを操作部２Ａへ出力する。
【０２０９】
操作部２Ａは、検出値ＤＶ＿Ｂを検出素子１７から受けると、波長フィルタ３３を対象物３０と検出素子１７との間に設定する。そして、検出素子１７は、波長フィルタ３３を介して波長範囲Ｃで赤外線を検出したときの検出値ＤＶ＿Ｃを検出し（ステップＳ３３）、その検出した検出値ＤＶ＿Ｃを操作部２Ａへ出力する。
【０２１０】
操作部２Ａは、検出値ＤＶ＿Ｃを検出素子１７から受けると、検出値ＤＶ＿Ａ，ＤＶ＿Ｂ，ＤＶ＿Ｃを算出部３Ｃへ出力する。
【０２１１】
算出部３Ｃは、検出値ＤＶ＿Ａ，ＤＶ＿Ｂ，ＤＶ＿Ｃを操作部２Ａから受けると、検出値ＤＶ＿Ａと検出値ＤＶ＿Ｂとの比ＲＴ＿１（＝ＤＶ＿Ａ／ＤＶ＿Ｂ）を算出し（ステップＳ３４）、検出値ＤＶ＿Ａと検出値ＤＶ＿Ｃとの比ＲＴ＿２（＝ＤＶ＿Ａ／ＤＶ＿Ｃ）を算出し（ステップＳ３５）、検出値ＤＶ＿Ｃと検出値ＤＶ＿Ｂとの比ＲＴ＿３（＝ＤＶ＿Ｃ／ＤＶ＿Ｂ）を算出する（ステップＳ３６）。
【０２１２】
その後、算出部３Ｃは、二色法を用いて、比ＲＴ＿１（＝ＤＶ＿Ａ／ＤＶ＿Ｂ）に基づいて対象物３０の温度Ｔ＿１を算出し（ステップＳ３７）、比ＲＴ＿２（＝ＤＶ＿Ａ／ＤＶ＿Ｃ）に基づいて対象物３０の温度Ｔ＿２を算出し（ステップＳ３８）、比ＲＴ＿３（＝ＤＶ＿Ｃ／ＤＶ＿Ｂ）に基づいて対象物３０の温度Ｔ＿３を算出する（ステップＳ３９）。
【０２１３】
そうすると、算出部３Ｃは、温度ＲＴ＿１，ＲＲＴ＿２のうち、温度Ｔ＿３との差が大きい方の温度を対象物３０の温度として算出する（ステップＳ４０）。これによって、赤外線検出方法の動作が終了する。
【０２１４】
図２１に示す赤外線検出方法は、互いに異なる波長範囲の検出値の比から温度を算出する二色法と呼ばれる方法を、検出波長範囲が重複した２つの波長範囲に応用している。そして、波長フィルタ３２の波長範囲Ｂと波長フィルタ３３の波長範囲Ｃの両方を用いることにより、放射率に波長依存性がある場合にも、算出した温度の誤差を小さく抑えることができる。
【０２１５】
実施の形態４においては、算出部３Ｃの動作は、ソフトウェアによって実現されてもよい。この場合、算出部３Ｃは、ＣＰＵ（演算処理部を含む）、ＲＯＭおよびＲＡＭを備える。
【０２１６】
ＲＯＭは、検出素子１７から検出値ＤＶ＿Ａ，ＤＶ＿Ｂ，ＤＶ＿Ｃを受け付けるステップＳ１−３と、図２１に示すステップＳ３４〜Ｓ４０とを備えるプログラムＰｒｏｇ＿Ｅを格納する。ＲＡＭは、算出された比ＲＴ＿１〜ＲＴ＿３および温度Ｔ＿１〜Ｔ＿３を一時的に記憶する。
【０２１７】
ＣＰＵは、ＲＯＭからプログラムＰｒｏｇ＿Ｅを読み出して実行し、上述した方法によって測定対象物３０の温度Ｔを算出する。この場合、ＣＰＵは、ステップＳ１−３，Ｓ３４〜Ｓ４０を順次実行する。
【０２１８】
なお、比ＲＴ＿１〜ＲＴ＿３および温度Ｔ＿１〜Ｔ＿３を算出するＣＰＵは、「算出手段」を構成する。また、検出値ＤＶ＿Ａ，ＤＶ＿Ｂ，ＤＶ＿Ｃを受け付けるＣＰＵは、「受付手段」を構成する。
【０２１９】
また、プログラムＰｒｏｇ＿Ｅは、記録媒体（例えば、ＣＤおよびＤＶＤ等）に記録されて流通されてもよい。この場合、コンピュータ（ＣＰＵ）は、記録媒体からプログラムＰｒｏｇ＿Ｅを読み出して実行し、上述した方法によって測定対象物３０の温度を算出する。従って、プログラムＰｒｏｇ＿Ｅを記録したＣＤ，ＤＶＤ等は、プログラムＰｒｏｇ＿Ｅを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読み取り可能な記録媒体である。
【０２２０】
［実施の形態５］
図２２は、実施の形態５による赤外線検出装置の概略図である。図２２を参照して、実施の形態５による赤外線検出装置１０Ｅは、検出ユニット１Ｅと、操作部２Ｂと、算出部３Ｄとを備える。
【０２２１】
検出ユニット１Ｅは、図１に示す検出ユニット１の参照素子１２を削除したものであり、その他は、検出ユニット１と同じである。
【０２２２】
操作部２Ｂは、印加電圧Ｖ１または印加電圧Ｖ２を検出素子１１に印加する。印加電圧Ｖ１およびＶ２は、手動で切り替えてもよいし、自動で切り替えてもよいし、例えば、Ｖ＝（Ｖ２−Ｖ１）ｓｉｎ（２πｔ／ＴＳ）＋Ｖ１のように時間周期ＴＳで変化させておいてもよい。この場合、電圧Ｖは、（Ｖ２−Ｖ１）からなる振幅を有し、時間ｔの経過に伴ってサインカーブに従ってＶ１からＶ２まで変化する。そして、電圧Ｖ１は、時間ｔがｔ１になったときの電圧Ｖ＝（Ｖ２−Ｖ１）ｓｉｎ（２πｔ１／ＴＳ）＋Ｖ１からなり、電圧Ｖ２は、時間ｔがｔ２になったときの電圧Ｖ＝（Ｖ２−Ｖ１）ｓｉｎ（２πｔ２／ＴＳ）＋Ｖ１からなる。
【０２２３】
操作部２Ｂは、印加電圧Ｖ１が印加された状態で検出素子１１によって検出された検出スペクトルＳＰ１と、印加電圧Ｖ２が印加された状態で検出素子１１によって検出された検出スペクトルＳＰ２とを検出素子１１から受け、その受けた検出スペクトルＳＰ１，ＳＰ２を算出部３Ｄへ出力する。
【０２２４】
算出部３Ｄは、検出スペクトルＳＰ１，ＳＰ２を操作部２Ｂから受け、その受けた検出スペクトルＳＰ１，ＳＰ２に基づいて、後述する方法によって対象物３０の温度を算出する。
【０２２５】
図２３は、図２２に示す検出素子１１の検出感度と波長との関係を示す図である。図２３において、縦軸は、吸収率、即ち、検出感度に対応し、横軸は、波長を表す。
【０２２６】
図２３を参照して、検出素子１１は、電圧Ｖ１が印加されたとき、検出感度スペクトルＳＰ３により検出スペクトルＳＰ１を検出し、電圧Ｖ２が印加されたとき、検出感度スペクトルＳＰ４により検出スペクトルＳＰ２を検出する。
【０２２７】
検出感度スペクトルＳＰ３は、ピーク波長λ５を有し、波長範囲Ｄで赤外線を吸収するスペクトルである。検出感度スペクトルＳＰ４は、ピーク波長λ６を有し、波長範囲Ｅで赤外線を吸収するスペクトルである。そして、検出感度スペクトルＳＰ４は、一部の吸収波長範囲が検出感度スペクトルＳＰ３と重複する。
【０２２８】
検出感度スペクトルＳＰ３の波長範囲Ｄは、実施の形態４における波長範囲Ｂに対応する。また、検出感度スペクトルＳＰ３に補正係数Ｈｋを乗算した結果ＳＰ３×Ｈｋを検出感度スペクトルＳＰ４から減算した減算結果［ＳＰ４−（ＳＰ３×Ｈｋ）］は、実施の形態４における波長範囲Ｃに対応する。更に、検出感度スペクトルＳＰ３，ＳＰ４に重み係数を乗算して和と取った重付結果［β×ＳＰ３＋（１−β）×ＳＰ４］は、実施の形態４における波長範囲Ａに対応する。なお、βは、０＜β＜１を満たす実数である。
【０２２９】
従って、検出感度スペクトルＳＰ３、減算結果［ＳＰ４−（ＳＰ３×Ｈｋ）］および重付結果［β×ＳＰ３＋（１−β）×ＳＰ４］を用いて、実施の形態４において説明した方法によって対象物３０の温度を算出できる。
【０２３０】
図２４は、実施の形態５による赤外線検出方法を説明するためのフローチャートである。図２４に示すフローチャートは、図２１に示すフローチャートのステップＳ３１〜Ｓ３３をステップＳ４１〜Ｓ４５に変えたものであり、その他は、図２１に示すフローチャートと同じである。
【０２３１】
図２４を参照して、赤外線検出方法の動作が開始されると、操作部２Ｂは、電圧Ｖ１を検出素子１１に印加する。そして、検出素子１１は、電圧Ｖ１が印加された状態で赤外線の検出スペクトルＳＰ１を検出し（ステップＳ４１）、その検出した検出スペクトルＳＰ１を操作部２Ｂへ出力する。
【０２３２】
操作部２Ｂは、検出スペクトルＳＰ１を検出素子１１から受けると、電圧Ｖ２を検出素子１１に印加する。そして、検出素子１１は、電圧Ｖ２が印加された状態で赤外線の検出スペクトルＳＰ２を検出し（ステップＳ４２）、その検出した検出スペクトルＳＰ２を操作部２Ｂへ出力する。
【０２３３】
操作部２Ｂは、検出スペクトルＳＰ２を検出素子１１から受けると、検出スペクトルＳＰ１，ＳＰ２を算出部３Ｄへ出力する。
【０２３４】
算出部３Ｄは、検出スペクトルＳＰ１，ＳＰ２を操作部２Ｂから受けると、検出スペクトルＳＰ１，ＳＰ２および補正係数Ｈｋに基づいて減算結果［ＳＰ２−（ＳＰ１×Ｈｋ）］を算出する（ステップＳ４３）。また、算出部３Ｄは、検出スペクトルＳＰ１，ＳＰ２および重み係数βに基づいて重付結果［β×ＳＰ１＋（１−β）×ＳＰ２］を算出する（ステップＳ４４）。
【０２３５】
そうすると、算出部３Ｄは、重付結果［β×ＳＰ１＋（１−β）×ＳＰ２］を検出値ＤＶ＿Ａに設定し、検出スペクトルＳＰ１の検出値を検出値ＤＶ＿Ｂに設定し、減算結果［ＳＰ２−（ＳＰ１×Ｈｋ）］を検出値ＤＶ＿Ｃに設定する（ステップＳ４５）。
【０２３６】
その後、算出部３Ｄは、実施の形態４において説明したステップＳ３４〜ステップＳ４０を順次実行して対象物３０の温度を算出する。これによって、赤外線検出方法の動作が終了する。
【０２３７】
図２４に示すフローチャートに従って対象物３０の温度を算出することによって、波長フィルタおよび波長フィルタを切り換える機構を必要とせず、１つの検出素子１１を用いて対象物３０の温度を精度良く算出できる。
【０２３８】
実施の形態５においては、算出部３Ｄの動作は、ソフトウェアによって実現されてもよい。この場合、算出部３Ｄは、ＣＰＵ（演算処理部を含む）、ＲＯＭおよびＲＡＭを備える。
【０２３９】
ＲＯＭは、検出素子１１から検出スペクトルＳＰ１，ＳＰ２を受け付けるステップＳ１−４と、図２４に示すステップＳ４３〜Ｓ４５，Ｓ３４〜Ｓ４０とを備えるプログラムＰｒｏｇ＿Ｆを格納する。ＲＡＭは、算出された比ＲＴ＿１〜ＲＴ＿３および温度Ｔ＿１〜Ｔ＿３を一時的に記憶する。
【０２４０】
ＣＰＵは、ＲＯＭからプログラムＰｒｏｇ＿Ｆを読み出して実行し、上述した方法によって測定対象物３０の温度Ｔを算出する。この場合、ＣＰＵは、ステップＳ１−４，Ｓ４３〜Ｓ４５，Ｓ３４〜Ｓ４０を順次実行する。
【０２４１】
なお、重付結果［β×ＳＰ１＋（１−β）×ＳＰ２］、減算結果［ＳＰ２−（ＳＰ１×Ｈｋ）］、比ＲＴ＿１〜ＲＴ＿３および温度Ｔ＿１〜Ｔ＿３を算出するＣＰＵは、「算出手段」を構成する。また、検出スペクトルＳＰ１，ＳＰ２を受け付けるＣＰＵは、「受付手段」を構成する。
【０２４２】
また、プログラムＰｒｏｇ＿Ｆは、記録媒体（例えば、ＣＤおよびＤＶＤ等）に記録されて流通されてもよい。この場合、コンピュータ（ＣＰＵ）は、記録媒体からプログラムＰｒｏｇ＿Ｆを読み出して実行し、上述した方法によって測定対象物３０の温度を算出する。従って、プログラムＰｒｏｇ＿Ｆを記録したＣＤ，ＤＶＤ等は、プログラムＰｒｏｇ＿Ｆを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読み取り可能な記録媒体である。
【０２４３】
実施の形態５におけるその他の説明は、実施の形態１における説明と同じである。
【０２４４】
［実施の形態６］
図２５は、実施の形態６による赤外線検出装置の概略図である。図２５を参照して、実施の形態６による赤外線検出装置１Ｆは、図２２に示す赤外線検出装置１Ｅの操作部２Ｂを操作部２Ｃに変え、算出部３Ｄを算出部３Ｃに変えたものであり、その他は、赤外線検出装置１Ｅと同じである。
【０２４５】
操作部２Ｃは、検出素子１１の検出波長範囲を実施の形態４における波長範囲Ａに設定するための電圧Ｖ３を検出素子１１に印加する。また、操作部２Ｃは、検出素子１１の検出波長範囲を実施の形態４における波長範囲Ｂに設定するための電圧Ｖ４を検出素子１１に印加する。更に、操作部２Ｃは、検出素子１１の検出波長範囲を実施の形態４における波長範囲Ｃに設定するための電圧Ｖ５を検出素子１１に印加する。
【０２４６】
また、操作部２Ｃは、電圧Ｖ３が印加された状態で検出素子１１が検出した検出値ＤＶ＿Ａを検出素子１１から受け、電圧Ｖ４が印加された状態で検出素子１１が検出した検出値ＤＶ＿Ｂを検出素子１１から受け、電圧Ｖ５が印加された状態で検出素子１１が検出した検出値ＤＶ＿Ｃを検出素子１１から受ける。そして、操作部２Ｃは、検出値ＤＶ＿Ａ〜ＤＶ＿Ｃを算出部３Ｃへ出力する。
【０２４７】
算出部３Ｃは、検出値ＤＶ＿Ａ〜ＤＶ＿Ｃを操作部２Ｃから受け、その受けた検出値ＤＶ＿Ａ〜ＤＶ＿Ｃに基づいて、実施の形態４において説明した方法によって対象物３０の温度を算出する。
【０２４８】
図２６は、図２５に示す検出素子１１の検出感度と波長との関係を示す図である。図２６において、縦軸は、吸収率、即ち、検出感度を表し、横軸は、波長を表す。
【０２４９】
図２６を参照して、検出素子１１は、電圧Ｖ３が印加されると、赤外線の吸収波長範囲が実施の形態４における波長範囲Ａに設定される。また、検出素子１１は、電圧Ｖ４が印加されると、赤外線の吸収波長範囲が実施の形態４における波長範囲Ｂに設定される。更に、検出素子１１は、電圧Ｖ５が印加されると、赤外線の吸収波長範囲が実施の形態４における波長範囲Ｃに設定される。
【０２５０】
電圧Ｖ３，Ｖ４は、自動で走査してもよい。例えば、Ｖ＝（Ｖ４−Ｖ３）ｓｉｎ（２πｔ／ＴＳ）＋Ｖ３のように時間周期ＴＳで変化させておいてもよい。この場合、電圧Ｖは、（Ｖ４−Ｖ３）からなる振幅を有し、時間ｔの経過に伴ってサインカーブに従ってＶ３からＶ４まで変化する。そして、電圧Ｖ３は、時間ｔがｔ３になったときの電圧Ｖ＝（Ｖ４−Ｖ３）ｓｉｎ（２πｔ３／ＴＳ）＋Ｖ３からなり、電圧Ｖ４は、時間ｔがｔ４になったときの電圧Ｖ＝（Ｖ４−Ｖ３）ｓｉｎ（２πｔ４／ＴＳ）＋Ｖ３からなる。
【０２５１】
そして、検出素子１１は、電圧Ｖ３が印加されると、検出値ＤＶ＿Ｂを検出し、電圧Ｖ４が印加されると、検出値ＤＶ＿Ｃを検出する。また、検出素子１１は、電圧Ｖ３から電圧Ｖ４までの間を分割数Ｎ、一定間隔ΔＶごとに検出値を検出する。すなわち、Ｖ３＋ｎΔＶが印加されたときの検出値ＤＶ＿ｎΔＶを検出する。ここで、ｎは、１からＮ-１までの整数である。ＤＶ＿ｎΔＶのｎを１からＮ-１までとした和とＤＶ＿ＢとＤＶ＿Ｃを総合した和は、実施の形態４における波長範囲Ａでの検出値ＤＶ＿Ａに対応する。
【０２５２】
その結果、算出部３Ｃは、実施の形態４において説明した方法によって対象物３０の温度を算出できる。
【０２５３】
図２７は、実施の形態６による赤外線検出方法を説明するためのフローチャートである。図２７に示すフローチャートは、図２１に示すフローチャートのステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３をステップＳ５１〜ステップＳ５７に変えたものであり、その他は、図２１に示すフローチャートと同じである。
【０２５４】
図２７を参照して、赤外線検出方法の動作が開始されると、操作部２Ｃは、電圧Ｖ３を検出素子１１に印加する。そして、検出素子１１は、電圧Ｖ３が印加された状態で、波長範囲Ｂで赤外線を検出したときの検出値ＤＶ＿Ｂを検出し（ステップＳ５１）、その検出した検出値ＤＶ＿Ｂを操作部２Ｃへ出力する。
【０２５５】
操作部２Ｃは、検出値ＤＶ＿Ｂを検出素子１１から受けると、ｎ＝１を設定し（ステップＳ５２）、電圧Ｖ３＋ｎΔＶを検出素子１１に印加する。そして、検出素子１１は、電圧Ｖ３＋ｎΔＶが印加された状態で赤外線を検出したときの検出値ＤＶ＿ｎΔＶを検出し（ステップＳ５３）、その検出した検出値ＤＶ＿ｎΔＶを操作部２Ｃへ出力する。
【０２５６】
操作部２Ｃは、検出値ＤＶ＿ｎΔＶを検出素子１１から受けると、ｎ＝Ｎ−１であるか否かを判定する（ステップＳ５４）。ステップＳ５４において、ｎ＝Ｎ−１でないと判定されたとき、操作部２Ｃは、ｎ＝ｎ＋１を設定する（ステップＳ５５）。その後、一連の動作は、ステップＳ５３へ移行し、ステップＳ５４において、ｎ＝Ｎ−１であると判定されるまで、ステップＳ５３〜ステップＳ５５が繰り返し実行される。
【０２５７】
そして、ステップＳ５４において、ｎ＝Ｎ−１である判定されると、即ち、操作部２Ｃは、検出値ＤＶ＿（Ｎ−１）ΔＶを検出素子１１から受けると、電圧Ｖ４を検出素子１１に印加する。そして、検出素子１１は、電圧Ｖ４が印加された状態で、波長範囲Ｃで赤外線を検出したときの検出値ＤＶ＿Ｃを検出し（ステップＳ５６）、その検出した検出値ＤＶ＿Ｃを操作部２Ｃへ出力する。
【０２５８】
操作部２Ｃは、検出値ＤＶ＿Ｃを検出素子１１から受けると、検出値ＤＶ＿Ｂ，ＤＶ＿ΔＶ〜ＤＶ＿（Ｎ−１）ΔＶ，ＤＶ＿Ｃを算出部３Ｃへ出力する。算出部３Ｃは、検出値ＤＶ＿Ｂ，ＤＶ＿ΔＶ〜ＤＶ＿（Ｎ−１）ΔＶ，ＤＶ＿Ｃを操作部２Ｃから受けると、その受けた検出値ＤＶ＿Ｂ，ＤＶ＿ΔＶ〜ＤＶ＿（Ｎ−１）ΔＶ，ＤＶ＿Ｃの和からなる検出値ＤＶ＿Ａを算出する（ステップＳ５７）。
【０２５９】
この場合の和の演算は、波長範囲Ａの検出値に対応させるべく、検出値ＤＶ＿ΔＶ〜ＤＶ＿（Ｎ−１）ΔＶの各々に係数を掛けて検出値ＤＶ＿Ｂ，ＤＶ＿ΔＶ〜ＤＶ＿（Ｎ−１）ΔＶ，ＤＶ＿Ｃの和を演算する。算出部３Ｃは、検出素子１１に印加する電圧が電圧ΔＶだけ変化したときの検出素子１１の検出波長のシフト幅が、検出素子１１に印加する電圧を電圧ΔＶだけ変化させる前の検出波長のシフト幅よりも大きいとき、１よりも大きい係数を検出値ＤＶ＿ΔＶ〜ＤＶ＿（Ｎ−１）ΔＶの各々に掛けて検出値ＤＶ＿Ｂ，ＤＶ＿ΔＶ〜ＤＶ＿（Ｎ−１）ΔＶ，ＤＶ＿Ｃの和を演算する。また、算出部３Ｃは、検出素子１１に印加する電圧が電圧ΔＶだけ変化したときの検出素子１１の検出波長のシフト幅が、検出素子１１に印加する電圧を電圧ΔＶだけ変化させる前の検出波長のシフト幅よりも小さいとき、１よりも小さい係数を検出値ＤＶ＿ΔＶ〜ＤＶ＿（Ｎ−１）ΔＶの各々に掛けて検出値ＤＶ＿Ｂ，ＤＶ＿ΔＶ〜ＤＶ＿（Ｎ−１）ΔＶ，ＤＶ＿Ｃの和を演算する。電圧がΔＶだけ変化したときの検出素子１１の検出波長のシフト幅は、予め測定しておき、算出部３Ｃがテーブルとして保持していれば、適切な係数を算出できる。
【０２６０】
そして、ステップＳ５７の後、算出部３Ｃは、更に、上述したステップＳ３４〜ステップＳ４０を順次実行し、対象物３０の温度を算出する。
【０２６１】
図２７に示すフローチャートに従って対象物３０の温度を算出することによって、波長フィルタおよび波長フィルタを切り換える機構を必要とせず、実施の形態４における効果を享受できる。
【０２６２】
実施の形態６においては、算出部３Ｃの動作は、ソフトウェアによって実現されてもよい。この場合、算出部３Ｃは、ＣＰＵ（演算処理部を含む）、ＲＯＭおよびＲＡＭを備える。
【０２６３】
ＲＯＭは、検出素子１１から検出値ＤＶ＿Ｂ，ＤＶ＿ｎΔＶ（ｎ＝１〜Ｎ−１），ＤＶ＿Ｃを受け付けるステップＳ１−５と、図２７に示すステップＳ３４〜Ｓ４０とを備えるプログラムＰｒｏｇ＿Ｇを格納する。ＲＡＭは、算出された比ＲＴ＿１〜ＲＴ＿３および温度Ｔ＿１〜Ｔ＿３を一時的に記憶する。
【０２６４】
ＣＰＵは、ＲＯＭからプログラムＰｒｏｇ＿Ｇを読み出して実行し、上述した方法によって測定対象物３０の温度Ｔを算出する。この場合、ＣＰＵは、ステップＳ１−５，Ｓ３４〜Ｓ４０を順次実行する。
【０２６５】
なお、比ＲＴ＿１〜ＲＴ＿３および温度Ｔ＿１〜Ｔ＿３を算出するＣＰＵは、「算出手段」を構成する。また、検出値ＤＶ＿Ｂ，ＤＶ＿ｎΔＶ（ｎ＝１〜Ｎ−１），ＤＶ＿Ｃを受け付けるＣＰＵは、「受付手段」を構成する。
【０２６６】
また、プログラムＰｒｏｇ＿Ｇは、記録媒体（例えば、ＣＤおよびＤＶＤ等）に記録されて流通されてもよい。この場合、コンピュータ（ＣＰＵ）は、記録媒体からプログラムＰｒｏｇ＿Ｇを読み出して実行し、上述した方法によって測定対象物３０の温度を算出する。従って、プログラムＰｒｏｇ＿Ｇを記録したＣＤ，ＤＶＤ等は、プログラムＰｒｏｇ＿Ｅを記録したコンピュータ（ＣＰＵ）読み取り可能な記録媒体である。
【０２６７】
実施の形態６におけるその他の説明は、実施の形態１，５における説明と同じである。
【０２６８】
上述した実施の形態１，２においては、第２の波長範囲と、第２の波長範囲よりも広い第１の波長範囲とを用いてそれぞれ検出された検出値ＤＤ，ＤＲに基づいて、比ＤＤ／ＤＲを算出し、その算出した比ＤＤ／ＤＲ、式（１）によって表される放射スペクトルＩ（λ）および検出感度ＡＬ，ＡＲ，ＡＮを式（１１）に代入して測定対象物３０の温度Ｔを算出することを説明した。
【０２６９】
また、上述した実施の形態３においては、検出値ＤＤの時間応答に基づいて光信号成分ＤＬおよび熱信号成分ＤＮを算出し、その算出した光信号成分ＤＬおよび熱信号成分ＤＮに基づいてＤＤを求め、比ＤＤ／ＤＮを算出し、その算出した比ＤＤ／ＤＮ、式（１）によって表される放射スペクトルＩ（λ）および検出感度ＡＬ，ＡＲ，ＡＮを、式（１１）のＤＤ／ＤＲをＤＤ／ＤＮに変えた式に代入して測定対象物３０の温度Ｔを算出することを説明した。ここで、光信号成分ＤＬは、実施の形態１，２における第２の波長範囲における信号成分であり、熱信号成分ＤＮは、実施の形態１，２における第１の波長範囲における信号成分である。従って、実施の形態３においては、第２の波長範囲における信号成分と、第１の波長範囲における信号成分とを用いて対象物３０の温度を算出する。
【０２７０】
更に、実施の形態４，６においては、波長範囲Ａ、波長範囲Ｂおよび波長範囲Ｃで検出された検出値ＤＶ＿Ａ，ＤＶ＿Ｂ，ＤＶ＿Ｃに基づいて対象物３０の温度を算出することを説明した。ここで、波長範囲Ｂは、波長範囲Ａの中央波長λｃよりも短波長側の波長λ１から波長λ２の範囲で赤外線を透過する波長範囲であり、波長範囲Ｃは、波長範囲Ａの中央波長λｃよりも長波長側の波長λ３から波長λ４の範囲で赤外線を透過する波長範囲である。
【０２７１】
更に、実施の形態５においては、波長範囲Ａに対応する波長範囲、波長範囲Ｂに対応する波長範囲および波長範囲Ｃに対応する波長範囲で検出された検出値に基づいて対象物３０の温度を算出することを説明した。
【０２７２】
従って、実施の形態１から実施の形態６は、一部が重複し、波長範囲が異なる２つの波長範囲で検出された赤外線の検出値に基づいて対象物３０の温度を算出する点で共通する。
【０２７３】
従って、この発明の実施の形態による赤外線検出装置は、第１の波長範囲で赤外線を検出するとともに、第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側または長波長側の波長範囲を有し、かつ、第１の波長範囲に含まれる第２の波長範囲で赤外線を検出する検出素子を含む検出ユニットと、検出素子が第１の波長範囲で赤外線を検出したときの第１の検出値と、検出素子が第２の波長範囲で赤外線を検出したときの第２の検出値とを検出ユニットから受け、その受けた第１および第２の検出値の比を算出し、その算出した比に基づいて対象物の温度を算出する算出ユニットとを備えていればよい。
【０２７４】
また、この発明の実施の形態による赤外線検出方法は、第１の波長範囲で赤外線を検出素子によって検出するとともに、第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側または長波長側の波長範囲を有し、かつ、第１の波長範囲に含まれる第２の波長範囲で赤外線を検出素子によって検出する第１のステップと、検出素子が第１の波長範囲で赤外線を検出したときの第１の検出値と、検出素子が第２の波長範囲で赤外線を検出したときの第２の検出値とを受け、その受けた第１および第２の検出値の比を算出し、その算出した比に基づいて対象物の温度を算出する第２のステップとを備えていればよい。
【０２７５】
更に、この発明の実施の形態によるプログラムは、第１の波長範囲で赤外線を検出素子によって検出したときの第１の検出値と、第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側または長波長側の波長範囲を有し、かつ、第１の波長範囲に含まれる第２の波長範囲で赤外線を検出素子によって検出したときの第２の検出値に基づいて対象物の温度の算出をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
受付手段が、第１の検出値と、第２の検出値とを受け付ける第１のステップと、
算出手段が、第１のステップにおいて受け付けられた第１および第２の検出値に基づいて第１および第２の検出値の比を算出する第２のステップと、
算出手段が、算出した比に基づいて対象物の温度を算出する第３のステップとをコンピュータに実行させればよい。
【０２７６】
なお、この発明の実施の形態においては、算出部３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの各々は、「算出ユニット」を構成する。
【０２７７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えれるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２７８】
この発明は、赤外線検出装置、赤外線検出方法、コンピュータに実行させるためのプログラムおよびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に適用される。
【図１】
2020184626.tif 000015
【図２】
2020184626.tif 000016
【図３】
2020184626.tif 000017
【図４】
2020184626.tif 000018
【図５】
2020184626.tif 000019
【図６】
2020184626.tif 000020
【図７】
2020184626.tif 000021
【図８】
2020184626.tif 000022
【図９】
2020184626.tif 000023
【図１０】
2020184626.tif 000024
【図１１】
2020184626.tif 000025
【図１２】
2020184626.tif 000026
【図１３】
2020184626.tif 000027
【図１４】
2020184626.tif 000028
【図１５】
2020184626.tif 000029
【図１６】
2020184626.tif 000030
【図１７】
2020184626.tif 000031
【図１８】
2020184626.tif 000032
【図１９】
2020184626.tif 000033
【図２０】
2020184626.tif 000034
【図２１】
2020184626.tif 000035
【図２２】
2020184626.tif 000036
【図２３】
2020184626.tif 000037
【図２４】
2020184626.tif 000038
【図２５】
2020184626.tif 000039
【図２６】
2020184626.tif 000040
【図２７】
2020184626.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】令和3年8月18日(2021.8.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長範囲の赤外線による第１の検出値と、前記第１の波長範囲に含まれる第２の波長範囲の赤外線による第２の検出値とを検出する少なくとも１つの検出素子を含む検出ユニットと、
前記第１の検出値および前記第２の検出値に基づいて対象物の温度を算出することのできる演算処理部を有する算出ユニットと、を備える赤外線検出装置。
【請求項２】
前記検出素子のうち前記第１の波長範囲の赤外線による第１の検出値を検出する検出素子を第１の検出素子とし、
前記第１の検出素子に対向して前記第１の検出素子の赤外線の入射側に配置され、前記第１の検出素子に入射する赤外線を反射する反射板をさらに備える、請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項３】
前記検出素子のうち前記第２の波長範囲の赤外線による第２の検出値を検出する検出素子を第２の検出素子とし、
前記第１の検出素子および前記第２の検出素子に接して配置される熱伝導体をさらに備える、請求項２に記載の赤外線検出装置。
【請求項４】
前記検出素子のうち前記第２の波長範囲の赤外線による第２の検出値を検出する検出素子を第２の検出素子とし、
前記第１の検出素子および前記第２の検出素子に接して配置される吸収体をさらに備える、請求項２に記載の赤外線検出装置。
【請求項５】
前記第１の検出値が熱信号成分であり、前記第２の検出値が光信号成分である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項６】
前記算出ユニットは、前記検出素子によって検出された検出値の時間応答に基づいて、前記第１の検出値として熱信号成分、および、前記第２の検出値として光信号成分を算出し、その算出した熱信号成分および光信号成分に基づいて前記対象物の温度として算出する、請求項１に記載の赤外線検出装置。
【請求項７】
前記算出ユニットは、前記第１および第２の検出値の比を算出し、その算出した比に基づいて前記対象物の温度を算出する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項８】
前記第１の波長範囲で赤外線を検出するとともに、前記第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側に中央波長を持つ波長範囲を有しかつ前記第１の波長範囲に含まれる第３の波長範囲で赤外線を検出するとともに、前記第１の波長範囲の中央波長よりも長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有しかつ前記第１の波長範囲に含まれる第４の波長範囲で赤外線を検出する検出素子を含む検出ユニットと、
前記検出素子の前記第１の波長範囲での赤外線検出値である第１の検出値、前記検出素子の前記第３の波長範囲での赤外線検出値である第３の検出値、および前記検出素子の前記第４の波長範囲での赤外線検出値である第４の検出値に基づいて対象物の温度を算出することのできる演算処理部を有する算出ユニットを備え、
前記算出ユニットは、前記第１の検出値を前記第３の検出値で除算した第１の比と、前記第１の検出値を前記第４の検出値で除算した第２の比と、前記第４の検出値を前記第３の検出値で除算した第３の比とを算出し、前記第１の比に基づいて算出した対象物の第１の温度と、前記第２の比に基づいて算出した対象物の第２の温度とのうち、前記第３の比に基づいて算出した対象物の第３の温度との差が大きい方の温度を前記対象物の温度として算出する、赤外線検出装置。
【請求項９】
前記第１の波長範囲は、大気の窓に含まれる、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項１０】
前記第１の波長範囲は、３．４〜４．２μｍ、４．４〜５．５μｍおよび８〜１４μｍのいずれかの波長範囲に含まれる、請求項９に記載の赤外線検出装置。
【請求項１１】
前記第１の波長範囲は、前記対象物と前記検出ユニットとの間に配置された光学素子の透過波長範囲である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項１２】
前記検出ユニットは、
前記第１の波長範囲を検出するための第１のフィルタと、
前記第３の波長範囲を検出するための第２のフィルタと、
前記第４の波長範囲を検出するための第３のフィルタとを更に含む、請求項８に記載の赤外線検出装置。
【請求項１３】
前記検出素子は、量子ドット層または量子井戸層を含む、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項１４】
前記検出素子に電圧を印加することによって前記第２の波長範囲、または、前記第３の波長範囲および前記第４の波長範囲を選択する、請求項１３に記載の赤外線検出装置。
【請求項１５】
前記検出素子は、
前記第１の波長範囲で赤外線を検出する第１の検出素子ならびに、
前記第２の波長範囲で赤外線を検出する第２の検出素子、または前記第３の波長範囲で赤外線を検出する第３の検出素子および前記第４の波長範囲で赤外線を検出する第４の検出素子を含み、
少なくとも前記第１の検出素子は、熱型素子である、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の赤外線検出装置。
【請求項１６】
前記第２の検出素子は、前記第１の検出素子と同じ機能を有する検出素子からなる、請求項１５に記載の赤外線検出装置。
【請求項１７】
第１の波長範囲で赤外線を検出素子によって検出するとともに、前記第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側または長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、前記第１の波長範囲に含まれる第２の波長範囲で赤外線を前記検出素子によって検出する第１のステップと、
前記検出素子が前記第１の波長範囲で赤外線を検出したときの第１の検出値と、前記検出素子が前記第２の波長範囲で赤外線を検出したときの第２の検出値とを受け、その受けた第１および第２の検出値の比を算出し、その算出した比に基づいて対象物の温度を算出する第２のステップとを備える赤外線検出方法。
【請求項１８】
前記第２のステップにおいて、前記第１の検出値に基づいて前記第１の波長範囲の赤外線が前記検出素子に入射したときの温度上昇による熱信号の変化分である熱信号成分を算出し、前記第２の検出値に基づいて前記第２の波長範囲の赤外線による光信号成分を算出し、その算出した光信号成分および熱信号成分に基づいて前記対象物の温度を算出する、請求項１７に記載の赤外線検出方法。
【請求項１９】
前記第２の波長範囲は、前記第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、前記第１の波長範囲に含まれる第３の波長範囲と、前記第１の波長範囲の中央波長よりも長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、前記第１の波長範囲に含まれる第４の波長範囲とを含み、
前記第２のステップにおいて、前記第１の検出値、前記検出素子が前記第３の波長範囲で赤外線を検出したときの第３の検出値、および前記検出素子が前記第４の波長範囲で赤外線を検出したときの第４の検出値に基づいて、前記第１の検出値を前記第３の検出値で除算した第１の比と、前記第１の検出値を前記第４の検出値で除算した第２の比と、前記第４の検出値を前記第３の検出値で除算した第３の比とを算出し、前記第１の比に基づいて算出した対象物の第１の温度と、前記第２の比に基づいて算出した対象物の第２の温度とのうち、前記第３の比に基づいて算出した対象物の第３の温度との差が大きい方の温度を前記対象物の温度として算出する、請求項１７に記載の赤外線検出方法。
【請求項２０】
第１の波長範囲で赤外線を検出素子によって検出したときの第１の検出値と、前記第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側または長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、前記第１の波長範囲に含まれる第２の波長範囲で赤外線を前記検出素子によって検出したときの第２の検出値に基づいて対象物の温度の算出をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
受付手段が、前記第１の検出値と、前記第２の検出値とを受け付ける第１のステップと、
算出手段が、前記第１のステップにおいて受け付けられた第１および第２の検出値に基づいて前記第１および第２の検出値の比を算出する第２のステップと、
前記算出手段が、前記算出した比に基づいて前記対象物の温度を算出する第３のステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項２１】
前記第２の波長範囲は、前記第１の波長範囲の中央波長よりも短波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、前記第１の波長範囲に含まれる第３の波長範囲と、前記第１の波長範囲の中央波長よりも長波長側に中央波長を持つ波長範囲を有し、かつ、前記第１の波長範囲に含まれる第４の波長範囲とを含み、
前記受付手段は、前記第１のステップにおいて、前記第１の検出値、前記検出素子が前記第３の波長範囲で赤外線を検出したときの第３の検出値、および前記検出素子が前記第４の波長範囲で赤外線を検出したときの第４の検出値を受け付け、
前記算出手段は、前記第２のステップにおいて、前記第１の検出値、前記第３の検出値および前記第４の検出値に基づいて、前記第１の検出値を前記第３の検出値で除算した第１の比と、前記第１の検出値を前記第４の検出値で除算した第２の比と、前記第４の検出値を前記第３の検出値で除算した第３の比とを算出し、
前記算出手段は、前記第３のステップにおいて、前記第１の比に基づいて前記対象物の第１の温度を算出し、前記第２の比に基づいて前記対象物の第２の温度を算出し、前記第３の比に基づいて前記対象物の第３の温度を算出し、前記第１および第２の温度のうち、前記第３の温度との差が大きい方の温度を前記対象物の温度として算出する、請求項２０に記載のコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項２２】
請求項２０または請求項２１に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【国際調査報告】
2020184626.tif 000042
2020184626.tif 000043
2020184626.tif 000044
2020184626.tif 000045