JP2010008166A

JP2010008166A - 赤外線センサを用いた計測装置並びにキャリブレーション方法

Info

Publication number: JP2010008166A
Application number: JP2008166477A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sasaki; 裕之佐々木
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2010-01-14

Abstract

【課題】赤外線センサのオフセットを自動的に補正する計測装置を提供すること。
【解決手段】赤外線センサ部１の出力信号をセンサ出力測定部２によって測定する。測定されたセンサ出力のうち必要なセンサ出力をセンサ出力選択部３で選択し、そのセンサ出力をセンサ出力格納部４に格納する。計測装置１００は、センサ出力格納部４のデータに基づいて、センサオフセット補正部５によって赤外線センサ１のオフセットを自動的に補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線センサを用いた計測装置並びにそのキャリブレーション方法に関するものである。

従来の赤外線センサを含む一般のセンサは、センサ自身の特性の変化（温度特性など）若しくはセンサ出力を信号処理する電子デバイス（ＩＣ、ＬＳＩ等）の特性の変化に起因するオフセット（平衡時理想出力からのずれ）、センサ１個１個に対するオフセットのばらつき（個体ばらつき）、オフセットの時間的変動（ドリフト）などが生じる場合がある。このうち、オフセットとオフセットばらつきが存在するために所望の動作に問題が発生するような場合には、予め製造工程にて個別に調整し、その調整値を記憶素子（書き換え可能なＲＯＭ等）に記憶させておく手法がよく知られている。

しかしながら、オフセットの時間的変動（以下オフセットドリフトと称す）が生じるような場合には、上記手法を取ることは現実的には不可能である。なぜなら、その時間的変動のパターンをすべて調整するのに、原理上無限のパターンが必要なためである。さらに、仮に有限既定のパターンに限って調整するとしてもコスト対効果の点からみて合理的でない。なぜなら、時間的変動を調整するためにはその時間的変動と同じ時間が必要なためである。この時間が必要なことによって、製造工程における生産性の著しい低下を来たし、その必然的結果としてコストの増大を招来する。

したがって、上記オフセットドリフトの発生に起因して所望の動作に問題が発生するような場合には、センサ出力データをモニタして誤動作が発生しないようにする手法が提案されている。たとえば、特許文献１および特許文献２に開示された従来技術では、一般に焦電センサと呼ばれる赤外線センサを用い且つそのセンサ出力に対してしきい値を適宜定めて対象物（物体もしくは生体）の存在を検知判断している。

特開平９−３３６６２号公報特開平１１−６７６４号公報

ところが、特許文献１および特許文献２がともに目的とするところは、あくまでも存在する対象物の有無だけを検知することである。したがって、赤外線センサを使った出力として、その２値化された有無の検知ではなく、レベルを欲するようなアプリケーション（温度測定もしくは距離測定）に対しては、両特許文献ともまったく無力である。

両特許文献に開示の技術が上記のような２値化された有無検知しかできない主な理由は、赤外線センサとして微分出力タイプの焦電センサを使っているからである。つまり、対象物がずっと存在し続けている若しくはずっと存在していないという場合、焦電センサではセンサ自身の出力によって存在もしくは非存在の継続を検知することは原理的に不可能である。焦電センサを用いて存在もしくは非存在の継続を検知するには、焦電センサ出力を積分する必要がある。しかし、一般にこの積分演算を行うことは、背景技術の項で書いた「オフセット」および「オフセットドリフト」が大きすぎて、実現が非常に困難である。したがって、焦電センサを用いる場合、２値化された対象物有無検知の目的にアプリケーションが限られている。

そこで本発明の目的は、静止した対象物の検出が可能な赤外線センサを用いて、アプリケーションとして温度測定もしくは距離測定のような連続的なレベルの変化を精度よく検出できるようにすることである。

本発明は、特許文献１のように２値化有無検知のためにしきい値を変更するのではなく、赤外線センサのオフセットもしくはオフセットドリフトを赤外線センサ自身の測定結果に基づいて自動的に補正することで上記の目的を達成するもので、以下の構成を備える。

すなわち、本発明に係る計測装置は、赤外線センサと、前記赤外線センサの出力値を測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された赤外線センサ出力値から複数の赤外線センサデータを選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された赤外線センサデータを格納する格納手段と、前記格納手段によって格納された赤外線センサデータに基づいて、前記赤外線センサのオフセットを補正する補正手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る計測装置は、赤外線センサと、前記赤外線センサの出力値を測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された赤外線センサ出力値から複数の赤外線センサデータを選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された赤外線センサデータを格納する格納手段と、前記格納手段によって格納された赤外線センサデータに基づいて、前記赤外線センサのオフセットを補正する補正手段とを備え、前記補正手段が前記格納手段によって格納された赤外線センサデータが、第１所定範囲内に入っているか否かを判定する第１判定手段と、前記第１判定手段が真と判定されたときに、前記赤外線センサのオフセットを推定する推定手段と、前記推定手段の結果に基づいて、赤外線センサのオフセットを更新する更新手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る計測装置は、赤外線センサと、前記赤外線センサの出力値を測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された赤外線センサ出力値から複数の赤外線センサデータを選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された赤外線センサデータを格納する格納手段と、前記格納手段によって格納された赤外線センサデータに基づいて、前記赤外線センサのオフセットを補正する補正手段とを備え、前記補正手段が前記格納手段によって格納された赤外線センサデータが、第１所定範囲内に入っているか否かを判定する第１判定手段と、前記格納手段によって格納された赤外線センサデータに基づいて、前記赤外線センサデータの時間的変化率を演算する時間的変化率演算手段と、前記時間的変化率演算手段によって演算された前記赤外線センサデータの時間的変化率が、第２所定範囲内に入っているか否かを判定する第２判定手段と、前記第１判定手段及び前記第２判定手段の双方により真と判定されたときに、前記赤外線センサのオフセットを推定する推定手段と、前記推定手段の結果に基づいて、赤外線センサのオフセットを更新する更新手段とを備えることを特徴とする。

ここで、前記選択手段は、前記測定手段によって測定された赤外線センサ出力値の直近の所定時間内における複数の赤外線センサデータを選択する手段であって良い。また、前記第１判定手段は、前記格納手段によって格納された赤外線センサデータと、予め定められた赤外線センサのオフセットとの差を演算する演算手段を含み、前記第１判定手段は、前記演算手段によって得られた演算結果が、第１の正のしきい値以上かつ第２の正のしきい値以下、もしくは、第１の負のしきい値以下かつ第２の負のしきい値以上、のどちらかの条件が成立した場合に真と判定する手段であって良い。或いは、前記第２判定手段は、前記時間的変化率演算手段によって演算された時間的変化率が、第３の正のしきい値以下、及び、第３の負のしきい値以上、の双方の条件が成立したときに真と判定する手段であって良い。また、前記推定手段は、前記第１判定手段及び第２判定手段の双方によって真と判定された判定時刻における測定値をオフセット推定値とし、前記更新手段は、オフセット値を前記オフセット推定値に更新することができる。或いは、前記推定手段は、前記第１判定手段及び第２判定手段の双方により真と判定された判定時刻以降における所定数の測定値に基づいて演算される値をオフセット推定値とし、前記更新手段は、オフセット値を前記オフセット推定値に更新することができる。さらに、所定のしきい値を予め設定するしきい値設定手段と、前記しきい値設定手段によって設定されたしきい値と、現在の赤外線センサ測定値とを比較する比較手段と、前記比較手段の結果に基づいて、前記赤外線センサが検知したか否かを判定する赤外線センサ検知判定手段と、をさらに備えることができる。

本発明に係る計測装置は、センサと、前記センサの出力値を測定する測定手段と、前記測定手段によって測定されたセンサ出力値から複数のセンサデータを選択する選択手段と、前記選択手段によって選択されたセンサデータを格納する格納手段と前記格納手段によって格納されたセンサデータに基づいて、前記センサのオフセットを補正する補正手段とを備え、前記補正手段が、前記格納手段によって格納されたセンサデータが、第１所定範囲内に入っているか否かを判定する第１判定手段と、前記格納手段によって格納されたセンサデータに基づいて、前記センサデータの時間的変化率を演算する時間的変化率演算手段と、前記時間的変化率演算手段によって演算された前記センサデータの時間的変化率が、第２所定範囲内に入っているか否かを判定する第２判定手段と、前記第１判定手段及び前記第２判定手段の双方により真と判定されたときに、前記センサ出力オフセットを推定する推定手段と、前記推定手段の結果に基づいて、センサのオフセットを更新する更新手段とを備えることを特徴とする。

ここで、前記第１所定範囲は、第１の正の所定値乃至第２の正の所定値の範囲、及び、前記第１の正の所定値と絶対値が等しい第１の負の所定値乃至前記第２の正の所定値と絶対値が等しい第２の負の所定値の範囲であり、並びに、前記赤外線センサの出力オフセットの基準値に対して相対的に、前記第１の正の所定値、前記第２の正の所定値、第１の負の所定値、及び、前記第２の負の所定値が定められることができ。また、前記第２所定範囲は、正の所定値乃至該正の所定値と絶対値が等しい負の所定値の範囲であって良い。

本発明に係る方法は、赤外線を用いた計測装置のキャリブレーション方法において、赤外線センサの出力値を測定するステップ、該ステップで測定した、赤外線センサ出力値の所定時間内における複数の測定値をバッファに格納するステップ、並びに、前記バッファに格納した前記所定時間内における複数の測定値に基づいて前記赤外線センサの出力オフセットを補正するステップであって、前記バッファに格納した前記所定時間内における複数の測定値が、前記赤外線センサの出力オフセットの基準値に対して所定量ドリフトした第１所定範囲内に入っているか否かを判定することと、前記所定時間内における複数の測定値が前記第１所定範囲内に入っていると判定されたときに、該測定値から前記赤外線センサの現在のオフセット値を推定して、該推定値で前記出力オフセットの値を更新することを含むステップを有することを特徴とする。

本発明に係る方法は、赤外線センサを用いた計測装置のキャリブレーション方法において、赤外線センサの出力値を測定するステップ、該ステップで測定した、赤外線センサ出力値の所定時間内における複数の測定値をバッファに格納するステップ、並びに、前記バッファに格納した前記所定時間内における複数の測定値に基づいて前記赤外線センサの出力オフセットを補正するステップであって、前記バッファに格納した前記所定時間内における複数の測定値が第１所定範囲内に入っているか否か、及び、前記バッファに格納した前記所定時間内における複数の測定値に基づいて該所定時間内における前記赤外線センサ出力値の時間変化率を演算して該演算した時間変化率が第２所定範囲内に入っているか否かを判定することと、前記所定時間内における複数の測定値が前記第１所定範囲内に入っている、及び、前記所定時間内における前記赤外線センサ出力値の時間変化率が第２所定範囲内に入っていると判定されたときに、前記所定時間内における複数の測定値から前記赤外線センサの現在のオフセット値を推定して該推定値で前記出力オフセットの値を更新することを含むステップを有することを特徴とする。

上記構成を備える本発明装置及び方法によれば、赤外線センサをはじめとするセンサのオフセットおよびオフセットドリフトを自動的に補正することができる。この自動補正は、あくまでもセンサの測定データに基づいて実行されるものであり、ユーザに特別な操作等を要求するものではない。したがって、ユーザの利便性を損ねることなく、センサ測定の精度を向上させることが可能となる。

さらに、そのセンサ測定精度の向上によって、必然的に赤外線センサを含む当該センサのアプリケーションの幅を格段に広げることができる。赤外線センサについては、これまであまり使用されることのなかったアプリケーション、例えば携帯電話や電子ゲームといった用途への開拓が可能となる。

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は本発明に係る計測装置の構成を示すブロック図である。

図１において、参照番号１は赤外線センサを示す。なお、本発明の赤外線センサは発光部を持たなくても検出可能なパッシブ型のものとするが、本発明の趣旨はその検出原理には依存せず、その他のタイプの赤外線センサに対してもそのまま適用可能である。また、一般に焦電センサと呼ばれる微分出力型の赤外線センサに対しても適用可能である。

参照番号２は赤外線センサ１の出力を測定するセンサ出力測定部を示す。一般的には、赤外線センサだけでは信号が小さいため、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、上記の電気的増幅信号が参照番号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。

参照番号３はセンサ出力測定部２で測定されたセンサ出力から必要なデータを選択するセンサ出力選択部を、参照番号４はセンサ出力選択部３で選択されたセンサ出力を格納するセンサ出力格納部を示す。このセンサ出力選択部３における出力選択の具体的手法、およびセンサ出力格納部４における出力格納（および出力廃棄）の具体的手法については、以下の具体的な演算手法とともに詳しく説明する。

参照番号５はセンサオフセット補正部を示す。センサオフセット補正部５の構成をさらに細分化すると、図２、図３のように示すことができる。

すなわち、図２においてはセンサオフセット補正部５を、センサ出力格納部４によって格納されたデータに基づいて、赤外線センサ１のオフセットを補正するか否かを自動的に判定するブロック（センサデータ第１判定部５−１）と、センサデータ第１判定部５−１で真と判定されたときに、赤外線センサ１のオフセットを推定するブロック（センサオフセット推定部５−４）と、その推定値に基づいてオフセットを自動的に更新するブロック（センサオフセット更新部５−５）とに分けて示した。

図３においてはセンサオフセット補正部５を、赤外線センサ１のセンサデータが第１所定範囲内に入っているか否かを自動的に判定するブロック（センサデータ第１判定部５−１）と、赤外線センサデータの時間的変化率を演算するブロック（センサデータ時間的変化率演算部５−２）と、赤外線センサ１のセンサデータが第２所定範囲内に入っているか否かを判定するブロック（センサデータ第２判定部５−３）と、センサデータ第１判定部５−１およびセンサデータ第２判定部５−３で真と判定されたときに赤外線センサ１のオフセットを推定するブロック（センサオフセット推定部５−４）と、その推定値に基づいてオフセットを自動的に更新するブロック（センサオフセット更新部５−５）とに分けて示した。

以下、センサ出力選択部３、センサ出力格納部４、センサオフセット補正部５の具体的な演算手法および判定手法について、第１の判定条件を用いた判定をして校正をする場合＜第１実施形態＞と、第１の判定条件を用いた判定及び第２の判定条件を用いた判定をして校正をする場合＜第２実施形態＞とに分けて説明する。

＜第１実施形態＞
図４は本発明の第１実施形態を説明するための図であり、横軸は時刻、たて軸はセンサ出力測定部２のセンサ出力値を示している。実線はセンサ出力測定部２の実際の出力特性の一例を示す。

図５は、本実施形態におけるセンサ出力測定部２、センサ出力選択部３、センサ出力格納部４、オフセット補正部５による処理手順を示すフローチャートである。

はじめに、図４および図５に示すように、予め時刻ｔ０において、センサオフセット（この値をｉｒｏｆとする、以下同様）、第１の正のしきい値（ｉｒｔｈｐ１）、第２の正のしきい値（ｉｒｔｈｐ２）、第１の負のしきい値（ｉｒｔｈｎ１）、第２の負のしきい値（ｉｒｔｈｎ２）を設定する（Ｓ５００）。なお、これらの大小関係は、図４に示す通り
ｉｒｔｈｎ２＜ｉｒｔｈｎ１＜ｉｒｏｆ＜ｉｒｔｈｐ１＜ｉｒｔｈｐ２
となるように設定するものとする。

さらに、上記設定値に対して、「第１の判定条件」として以下の条件を設定する。
ｉｒｔｈｐ１≦センサ出力格納部４に格納されたセンサデータ≦ｉｒｔｈｐ２、もしくは
ｉｒｔｈｎ２≦センサ出力格納部４に格納されたセンサデータ≦ｉｒｔｈｎ１。

この判定が真となるセンサ出力範囲を図４において斜線で示した。

なお、これらの値のうちｉｒｏｆには、本発明によって補正更新されたオフセット値を用いてもよいし、製造工程によって記憶保持されたオフセット値を用いてもよい。また、その他の４つの値、すなわちｉｒｔｈｐ１、ｉｒｔｈｐ２、ｉｒｔｈｎ１、ｉｒｔｈｎ２は、一般には時刻ｔ０において定められた固定値とするが、本発明においてはｔ０の設定は任意なので、このｔ０の設定毎に変化させるように定めることもできる。さらに、これら４つの値は、赤外線センサの特性、オペアンプ等周辺の電子デバイスの特性、用途（アプリケーション）、要求される補正の精度等を考慮して最適な補正結果が得られるように設定することが可能である。一般に、要求する精度が厳しいときは、これら４つの値とセンサオフセットｉｒｏｆとの差の絶対値である｜ｉｒｔｈｐ１−ｉｒｏｆ｜、｜ｉｒｔｈｐ２−ｉｒｏｆ｜、｜ｉｒｔｈｎ１−ｉｒｏｆ｜、｜ｉｒｔｈｎ２−ｉｒｏｆ｜を小さく設定すればよい。逆に、要求する精度が緩いときは、これらの絶対値を大きく設定すればよい。

次に、図５に示すように、センサ出力測定部２で測定された測定値に対して、センサ出力選択部３によって本処理に必要なデータを選択し、さらにセンサ出力格納部４によって当該データを格納する（Ｓ５０１〜５０３）。現実のシステムでは、センサ出力格納部４の格納領域は有限の規定値であるので、センサ出力格納部４に格納されているセンサデータが満杯になったときに最も不要なセンサデータを廃棄する（Ｓ５０４，５０５）。

このセンサデータの選択・格納および廃棄をするための最も簡単かつ実用上合理的なものは、ＦＩＦＯバッファと呼ばれる先入れ先出しメモリである。すなわち、まずはじめはセンサ出力測定部２で測定された測定値を次々と選択し格納していく。そして、ある時刻まで経過すると、格納されているセンサデータが満杯になるが、そのときは最も古いセンサデータを廃棄する。以下において、ＦＩＦＯバッファを用いる場合について説明するが、勿論、センサ出力の選択および格納・廃棄のタイミング等を適宜変更することが可能である。さらに、ここでの説明は、取り扱っているセンサ出力がＡＤ変換後のデジタルデータであり、測定後の処理がデジタル信号処理である場合についてであるが、デジタルデータに限らず、センサ出力がアナログデータであり、測定後の処理がアナログ信号処理もしくはアナログデジタル混在の信号処理である場合であっても、本発明の処理を同様に行うことができきる。

ステップＳ５０５までの上記各処理を完了すると、上記４つのしきい値で設定された「第１の判定条件」が本システムに対し課せられる（Ｓ５０６）。以下では、図４の時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４において、実線で示したような実際のセンサ出力の例に対して「第１の判定条件」を用いた判定結果が真となるか偽となるかを示すこととする。

時刻ｔ０からセンサ出力の測定が開始され、順次センサ出力が選択格納されていく。ここで、時刻ｔ０から時間インターバルＴが経過して時刻ｔ２になったときに、センサ出力格納部４には時刻ｔ０からｔ２までのセンサデータが格納され、格納領域が満杯となる。しかし、時刻ｔ２においては、格納されたセンサデータは第１の判定条件を満たしていない。したがって、時刻ｔ２ではセンサデータ第１判定部５−１の判定は偽と判定されてステップＳ５０６からステップＳ５０１に戻り、センサオフセット推定部５−４によるオフセット値の推定（Ｓ５０７）、センサオフセット更新部５−５におけるオフセット値の更新（Ｓ５０８）は実行されない。

続いて、時刻ｔ３になると、センサ出力測定値それ自身は第１の判定条件の真判定される範囲内に入る。しかし、格納されたセンサデータは、時刻ｔ１から時刻ｔ３まで（時間インターバルＴ）のセンサデータであるため、格納されたセンサデータのすべてが第１の判定条件の真判定される範囲内に入るわけではない。したがって、第１の判定条件は満足されず、時刻ｔ２と同様、センサデータ第１判定部５−１の判定は偽と判定されて、再びステップＳ５０６からステップＳ５０１に戻る。

図４の例の波形の場合、時間インターバルＴ内の複数のセンサデータ測定値の全部が初めて第１の判定条件を満たすのは時刻ｔ４のときである。つまり、時刻ｔ４においては、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで（時間インターバルＴ）のセンサ出力がセンサ出力格納部４に格納されており、これらのデータのすべてが第１の判定条件を満たしている。したがって、時刻ｔ４において、センサデータ第１判定部５−１による判定が真となる。前述したように、この場合のみステップＳ５０７以降に進んでセンサオフセットの補正を実行する。

センサオフセットの補正を実行する場合、センサオフセット推定部５−４が、図５のフローチャートに示すようにまずセンサオフセットの推定値を演算する（Ｓ５０７）。オフセット推定値の演算方法としては、時刻ｔ４での現在のセンサ出力データをそのまま用いても良いし、精度を高めるために、時刻ｔ３から時刻ｔ４までのセンサ出力の全部の平均値を計算して用いても良い。或いは、時刻ｔ４を含む、現在時刻の直近の所定数のセンサ出力の平均値を計算して用いても良い。さらに、平均値を求めるに際しては単純平均とするのではなく、重み付け平均値などを計算して用いても良い。

このような演算によって演算されたオフセット推定値が、センサオフセット更新部５−５により、赤外線センサ１を含む本システムの新たなセンサオフセット値として更新される（Ｓ５０８）。すなわち、この時刻ｔ４よりも以降のセンサオフセット値は、予め定めたｉｒｏｆではなく別の値（たとえばｉｒｏｆｎｅｗ）に更新される。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、以下で詳述する「第２の判定条件」を第１実施形態で用いた「第１の判定条件」と併用して校正をする。

図６及び図７は本発明の第２実施形態を説明するための図であり、図６は図４と同様、横軸が時刻、たて軸がセンサ出力測定部２のセンサ出力を示している。図６における実線は、センサ出力測定部２の実際の出力特性の図４とは別の例を示す。図７は、横軸が時刻（図６の横軸とスケールを一致させてある）、たて軸がセンサ出力測定部２のセンサ出力の時間変化率（時間微分値）を示している。

図８は、本実施形態におけるセンサ出力測定部２、センサ出力選択部３、センサ出力格納部４、オフセット補正部５による処理手順を示すフローチャートである。

はじめに、図６乃至図８に示すように、予め時刻ｔ０において、センサオフセット（ｉｒｏｆ）、第１の正のしきい値（ｉｒｔｈｐ１）、第２の正のしきい値（ｉｒｔｈｐ２）、第１の負のしきい値（ｉｒｔｈｎ１）、第２の負のしきい値（ｉｒｔｈｎ２）、０または正のしきい値（ｉｒｄｉｆｐ）、０または負のしきい値（ｉｒｄｉｆｎ）の６個の値をを設定する（Ｓ８００）。これら６個の値のうち、はじめに記した４個のしきい値（ｉｒｔｈｐ１、ｉｒｔｈｐ２、ｉｒｔｈｎ１、ｉｒｔｈｎ２）は第１実施形態の場合と同様のものであり、これらの大小関係も同様に
ｉｒｔｈｎ２＜ｉｒｔｈｎ１＜ｉｒｏｆ＜ｉｒｔｈｐ１＜ｉｒｔｈｐ２
となるように設定するものとする。

一方、０または正のしきい値（ｉｒｄｉｆｐ）と０または負のしきい値（ｉｒｄｉｆｎ）は、図７で示したようにセンサ出力の時間変化率に対して予め設定される値である。これらの大小関係については、図７に示す通り、
ｉｒｄｉｆｎ≦０≦ｉｒｄｉｆｐ
となるように設定するものとする。

さらに、上記設定値に対して、「第２の判定条件」を後述の通りに設定し、以下の条件を設定する。

条件：「第１の判定条件及び第２の判定条件が成立すること」
ここで、「第２の判定条件」を以下の通りに定める。

ｉｒｄｉｆｎ≦センサ出力測定値の時間変化率≦ｉｒｄｉｆｐ
図７では、この判定が真となるセンサ出力範囲を斜線で示している。図６では、上記「第１の判定条件」が真となるセンサ出力範囲を斜線で示している。

なお、これらの値のうちｉｒｏｆ及びｉｒｔｈｐ１、ｉｒｔｈｐ２、ｉｒｔｈｎ１、ｉｒｔｈｎ２については、第１実施形態と同様、固定値またはｔ０の設定毎に変化させる設定が推奨される。本実施形態で新たに用いる２つの値ｉｒｄｉｆｐ及びｉｒｄｉｆｎの設定についても同様である。すなわち、一般には時刻ｔ０において定められた固定値とするが、本発明においてはｔ０の設定は任意なので、このｔ０の設定毎に変化させるように定めることもできる。さらに、これら２つの値は、赤外線センサの特性、オペアンプ等周辺の電子デバイスの特性、用途（アプリケーション）、要求される補正の精度、等を考慮して最適な補正結果が得られるように設定することが可能である。一般に、要求する精度が厳しいときは、これら２つの値の絶対値を小さく設定すればよい。逆に、要求する精度が緩いときは、これら２つの値の絶対値を大きく設定すればよい。

次に、図８のフローチャートを参照して、本実施形態の特徴について説明する。図８における処理は、図５のステップＳ５００における設定項目にｉｒｄｉｆｐ、ｉｒｄｉｆｎ、「第２の判定条件」を追加した項目をステップＳ８００で設定した後、ステップＳ８０１〜Ｓ８０６の「第１の判定条件」の真偽判定までの処理は図５におけるステップＳ４１０〜Ｓ４０６と同様である。ステップＳ８０６における「第１の判定条件」で偽と判定された場合も第１実施形態と同様であり、ステップＳ８０６における「第１の判定条件」で真と判定された場合の処理が、本実施形態と第１実施形態とで異なる。

以下、図６及び図７の時刻ｔ６、ｔ８において、実線で示したような実際のセンサ出力の例に対して「第１の判定条件」及び「第２の判定条件」を用いた判定結果が真となるか偽となるかを示すこととする。

時刻ｔ５からセンサ出力の測定が開始され、順次センサ出力が選択格納されていく。ここで、時刻ｔ５から時間インターバルＴが経過して時刻ｔ６になったときに、センサ出力格納部４には時刻ｔ５からｔ６までのセンサデータが格納され、格納領域が満杯になる。しかし、時刻ｔ６においては、格納されたセンサデータは第１の判定条件を満たしていない。したがって、時刻ｔ６では第２の判定条件を考慮するまでもなく、センサデータ第１判定部５−１の判定は偽と判定されてステップＳ８０６からステップＳ８０１に戻り、センサオフセット推定部５−４によるオフセット値の推定（Ｓ８０９）、センサオフセット更新部５−５におけるオフセット値の更新（Ｓ８１０）は実行されない。

なお、このとき、図７に示す通り、センサ出力測定部２の出力は実際には第２の判定条件を満たしており、仮に第２の判定条件について判定するなら結果は真となる。したがって、仮に第２の判定条件を先に判定すると、条件：「第１の判定条件及び第２の判定条件が成立すること」の判定結果を得るためにはさらに第１の判定条件の真偽判定が必要となる。本発明の原理から鑑みれば、第１の判定条件についての判定が先に実行されても第２の判定条件についての判定が先に実行されても、与えられる結果には何の差異も影響もない。しかし、判定をより合理的に行うという目的においては、第１の判定条件のほうが第２の判定条件よりも一般的に条件として厳しい（＝真判定頻度が低い）ため、第１判定条件についての判定を先に行うと第２の判定条件についての判定を行うことなく上記条件の判定結果が得られるため、第２の判定条件よりも先に第１判定条件についての判定を行う処理フローが望ましい。第１条件を先に判定したほうが、例えば低コストに抑えたシステムを構築できる、といったメリットがある。

続いて、時刻ｔ８になると、時刻ｔ７から時刻ｔ８まで（時間インターバルＴ）のセンサ出力がセンサ出力格納部４に格納されており、これらのデータのすべてが第１の判定条件を満たしている。したがって、時刻ｔ８において、センサデータ第１判定部５−１による判定が真となり、本実施形態ではこの場合にステップＳ８０７以降に進んで第２判定条件についての判定を行う。

判定の前に図８のフローチャートに示すように、ステップＳ８０７において、センサデータ時間的変化率演算部５−２により、センサ出力の時間変化率を計算する。時間変化率であるから、解析数学的にはセンサ出力の１次微分値を計算すればよい。具体的な計算方法としては、現在のセンサ出力とセンサ出力格納部４に格納された任意の時刻のセンサ出力の２つのデータの差を計算し、上記時間で割ることによって求める方法が最も簡単である。さらに、より精密に求める場合には、センサ出力格納部４に格納されたセンサ出力を従属変数とし、その独立変数としてセンサ出力の時刻を割り当て、独立変数時刻に対して従属変数センサ出力のデータを最小二乗法によってあてはめ、そのあてはめ直線の傾きを時間変化率としてもよい。さらに、いわゆるアナログ微分回路を用いてもほぼ同様の時間変化率の計算が可能である。

続いてステップＳ８０８で、ステップＳ８０７で求めたセンサ出力の時間変化率に対して、予め定めていた「第２の判定条件」を課す。図６のようなセンサ出力の場合、時刻ｔ８での時間変化率（図７）は第２の判定条件を満たしている。したがって、時刻ｔ８においてセンサデータ第２判定部５−３による判定（Ｓ８０８）が真となり、この結果、「第１の判定条件」及び「第２の判定条件」が真となる。前述したように、この場合のみステップＳ８０９以降に進んでセンサオフセットの補正を実行する。

センサオフセットの補正を実行する場合、ステップＳ８０９，Ｓ８１０における処理は第１実施形態におけるステップＳ５０７，Ｓ５０８と同様であり、ここでの詳細説明は省略する。結論としては、図６および図７における時刻ｔ８よりも以降のセンサオフセット値が、予め定めたｉｒｏｆではなく別の値（例えばｉｒｏｆｎｅｗ）に更新される。

最後に、本発明による補正結果を利用すると、２値化された対象物の有無検知におけるしきい値の設定を容易にすることができる。すなわち、赤外線センサのオフセットおよびオフセットドリフトが自動的に補正されているのだから、しきい値の設定もその補正値に従って行えばよい。具体的に数値を用い説明すると、オフセットが１０増加したら、それに従いしきい値も１０増加させるだけでよい。

したがって、２値化された対象物の有無検知を目的とした場合でも、より簡単にしきい値の設定を含むシステム設計ができるようになる。

本発明に係る計測装置の構成を示すブロック図である。本発明に係る計測装置の要部の構成をより詳細に示すブロック図である。本発明に係る計測装置の要部の構成をより詳細に示すブロック図である。本発明の第１実施形態を説明するための図であり、測定値の時間変化の例を表している。本発明の第１実施形態における処理手順を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態を説明するための図であり、測定値の時間変化の別の例を表している。本発明の第２実施形態を説明するための図であり、測定値の時間変化の別の例における変化率（時間微分値）を表している。本発明の第２実施形態における処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１赤外線センサ部
２センサ出力測定部
３センサ出力選択部
４センサ出力格納部
５センサオフセット補正部
５−１センサデータ第１判定部
５−２センサデータ時間的変化率演算部
５−３センサデータ第２判定部
５−４センサオフセット推定部
５−５センサオフセット更新部
１００計測装置

Claims

赤外線センサと、
前記赤外線センサの出力値を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された赤外線センサ出力値から複数の赤外線センサデータを選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された赤外線センサデータを格納する格納手段と、
前記格納手段によって格納された赤外線センサデータに基づいて、前記赤外線センサのオフセットを補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする計測装置。
赤外線センサと、
前記赤外線センサの出力値を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された赤外線センサ出力値から複数の赤外線センサデータを選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された赤外線センサデータを格納する格納手段と、
前記格納手段によって格納された赤外線センサデータに基づいて、前記赤外線センサのオフセットを補正する補正手段と、
を備え、
前記補正手段が
前記格納手段によって格納された赤外線センサデータが、第１所定範囲内に入っているか否かを判定する第１判定手段と、
前記第１判定手段が真と判定されたときに、前記赤外線センサのオフセットを推定する推定手段と、
前記推定手段の結果に基づいて、赤外線センサのオフセットを更新する更新手段と、
を備えることを特徴とする計測装置。
赤外線センサと、
前記赤外線センサの出力値を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された赤外線センサ出力値から複数の赤外線センサデータを選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された赤外線センサデータを格納する格納手段と、
前記格納手段によって格納された赤外線センサデータに基づいて、前記赤外線センサのオフセットを補正する補正手段と、
を備え、
前記補正手段が
前記格納手段によって格納された赤外線センサデータが、第１所定範囲内に入っているか否かを判定する第１判定手段と、
前記格納手段によって格納された赤外線センサデータに基づいて、前記赤外線センサデータの時間的変化率を演算する時間的変化率演算手段と、
前記時間的変化率演算手段によって演算された前記赤外線センサデータの時間的変化率が、第２所定範囲内に入っているか否かを判定する第２判定手段と、
前記第１判定手段及び前記第２判定手段の双方により真と判定されたときに、前記赤外線センサのオフセットを推定する推定手段と、
前記推定手段の結果に基づいて、赤外線センサのオフセットを更新する更新手段と、
を備えることを特徴とする計測装置。
前記選択手段は、
前記測定手段によって測定された赤外線センサ出力値の直近の所定時間内における複数の赤外線センサデータを選択する手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の計測装置。
前記第１判定手段は、前記格納手段によって格納された赤外線センサデータと、予め定められた赤外線センサのオフセットとの差を演算する演算手段を含み、
前記第１判定手段は、
前記演算手段によって得られた演算結果が、第１の正のしきい値以上かつ第２の正のしきい値以下、もしくは、第１の負のしきい値以下かつ第２の負のしきい値以上、
のどちらかの条件が成立した場合に真と判定する手段であることを特徴とする請求項２または３に記載の計測装置。
前記第２判定手段は、
前記時間的変化率演算手段によって演算された時間的変化率が、第３の正のしきい値以下、及び、第３の負のしきい値以上、の双方の条件が成立したときに真と判定する手段であることを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
前記推定手段は、前記第１判定手段及び第２判定手段の双方によって真と判定された判定時刻における測定値をオフセット推定値とし、
前記更新手段は、オフセット値を前記オフセット推定値に更新することを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
前記推定手段は、
前記第１判定手段及び第２判定手段の双方により真と判定された判定時刻以降における所定数の測定値に基づいて演算される値をオフセット推定値とし、
前記更新手段は、オフセット値を前記オフセット推定値に更新することを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
所定のしきい値を予め設定するしきい値設定手段と、
前記しきい値設定手段によって設定されたしきい値と、現在の赤外線センサ測定値とを比較する比較手段と、
前記比較手段の結果に基づいて、前記赤外線センサが検知したか否かを判定する赤外線センサ検知判定手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の計測装置。
センサと、
前記センサの出力値を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定されたセンサ出力値から複数のセンサデータを選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択されたセンサデータを格納する格納手段と
前記格納手段によって格納されたセンサデータに基づいて、前記センサのオフセットを補正する補正手段と、
を備え、
前記補正手段が、
前記格納手段によって格納されたセンサデータが、第１所定範囲内に入っているか否かを判定する第１判定手段と、
前記格納手段によって格納されたセンサデータに基づいて、前記センサデータの時間的変化率を演算する時間的変化率演算手段と、
前記時間的変化率演算手段によって演算された前記センサデータの時間的変化率が、第２所定範囲内に入っているか否かを判定する第２判定手段と、
前記第１判定手段及び前記第２判定手段の双方により真と判定されたときに、前記センサ出力オフセットを推定する推定手段と、
前記推定手段の結果に基づいて、センサのオフセットを更新する更新手段と、
を備えることを特徴とする計測装置。
前記第１所定範囲は、第１の正の所定値乃至第２の正の所定値の範囲、及び、前記第１の正の所定値と絶対値が等しい第１の負の所定値乃至前記第２の正の所定値と絶対値が等しい第２の負の所定値の範囲であり、並びに、
前記赤外線センサの出力オフセットの基準値に対して相対的に、前記第１の正の所定値、前記第２の正の所定値、第１の負の所定値、及び、前記第２の負の所定値が定められることを特徴とする請求項２または３または１０のいずれか一項に記載の計測装置。
前記第２所定範囲は、正の所定値乃至該正の所定値と絶対値が等しい負の所定値の範囲であることを特徴とする請求項３または１０に記載の計測装置。
赤外線を用いた計測装置のキャリブレーション方法において、
赤外線センサの出力値を測定するステップ、
該ステップで測定した、赤外線センサ出力値の所定時間内における複数の測定値をバッファに格納するステップ、並びに、
前記バッファに格納した前記所定時間内における複数の測定値に基づいて前記赤外線センサの出力オフセットを補正するステップであって、前記バッファに格納した前記所定時間内における複数の測定値が、前記赤外線センサの出力オフセットの基準値に対して所定量ドリフトした第１所定範囲内に入っているか否かを判定することと、前記所定時間内における複数の測定値が前記第１所定範囲内に入っていると判定されたときに、該測定値から前記赤外線センサの現在のオフセット値を推定して、該推定値で前記出力オフセットの値を更新することを含むステップ
を有することを特徴とするキャリブレーション方法。
赤外線センサを用いた計測装置のキャリブレーション方法において、
赤外線センサの出力値を測定するステップ、
該ステップで測定した、赤外線センサ出力値の所定時間内における複数の測定値をバッファに格納するステップ、並びに、
前記バッファに格納した前記所定時間内における複数の測定値に基づいて前記赤外線センサの出力オフセットを補正するステップであって、前記バッファに格納した前記所定時間内における複数の測定値が第１所定範囲内に入っているか否か、及び、前記バッファに格納した前記所定時間内における複数の測定値に基づいて該所定時間内における前記赤外線センサ出力値の時間変化率を演算して該演算した時間変化率が第２所定範囲内に入っているか否かを判定することと、前記所定時間内における複数の測定値が前記第１所定範囲内に入っている、及び、前記所定時間内における前記赤外線センサ出力値の時間変化率が第２所定範囲内に入っていると判定されたときに、前記所定時間内における複数の測定値から前記赤外線センサの現在のオフセット値を推定して該推定値で前記出力オフセットの値を更新することを含むステップ
を有することを特徴とするキャリブレーション方法。