JP2012230077A - Correction method of infrared sensor signal and temperature measuring method, and temperature measuring device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To highly accurately measure a temperature by reducing variation in output characteristics of an infrared sensor due to a factor such as a mounting form, mounting variation, or the like, and an error in a measured temperature due to a measurement error of an ambient temperature.SOLUTION: An infrared sensor device 1 includes an infrared sensor unit 2 which detects infrared emitted from a measuring object 10, and an ambient temperature measuring unit 3 which measures an ambient temperature of the infrared sensor unit 2. A measurement temperature is measured by correcting a change to an ambient temperature of an infrared sensor signal based on an electric signal obtained from the infrared sensor unit 2. The correction method of the infrared sensor signal includes: an ambient temperature off-set correction step of obtaining a corrected ambient temperature by adding or subtracting an off-set correction amount of the ambient temperature to or from the ambient temperature obtained by the ambient temperature measuring unit 3; and a signal correction step of correcting the infrared sensor signal on the basis of the corrected ambient temperature.

Description

本発明は、赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置に関し、より詳細には、主としてフォトダイオードやサーモパイルなどの赤外線センサから得られる赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置に関する。   The present invention relates to an infrared sensor signal correction method, a temperature measurement method, and a temperature measurement device, and more specifically, an infrared sensor signal correction method, a temperature measurement method, and a temperature measurement mainly obtained from an infrared sensor such as a photodiode or a thermopile. Relates to the device.

近年、省エネルギー化や環境センサの観点から、赤外線センサが注目されている。人体が発する赤外線を検知する人感センサは、照明やエアコンなどに搭載され、省エネルギー化に貢献している。また、赤外線センサは、測定対象物から入射する赤外線のエネルギー量を定量して温度を検出する非接触式温度計としても期待されている。   In recent years, infrared sensors have attracted attention from the viewpoint of energy saving and environmental sensors. Human sensors that detect infrared rays emitted by the human body are installed in lighting and air conditioners, contributing to energy savings. The infrared sensor is also expected as a non-contact thermometer that detects the temperature by quantifying the amount of infrared energy incident from the measurement object.

赤外線センサは、その動作原理から熱型センサと量子型センサに分けられる。熱型センサは、赤外線エネルギーを吸収面で熱エネルギーに変換して、その温度変化を電気信号として検出する。したがって、対象物温度をＴOBJ［Ｋ］、センサの置かれた環境温度をＴAMB［Ｋ］とすると、ステファン−ボルツマンの４乗則に基づいて、出力信号は（ＴOBJ 4−ＴAMB 4）に比例することが知られている。 Infrared sensors are classified into thermal sensors and quantum sensors based on their operating principles. The thermal sensor converts infrared energy into thermal energy at the absorption surface and detects the temperature change as an electrical signal. Therefore, if the object temperature is T OBJ [K] and the ambient temperature where the sensor is placed is T AMB [K], the output signal is (T OBJ 4 −T AMB 4) based on the Stefan-Boltzmann fourth law. ) Is known to be proportional.

また、赤外線センサを用いて赤外線エネルギー量から測定温度を定量する場合、赤外線センサから得られる信号を測定時の赤外線センサ周囲の環境温度に応じて補正する種々の温度補正を含む温度算出方法が知られている。   In addition, when the measurement temperature is quantified from the amount of infrared energy using an infrared sensor, a temperature calculation method including various temperature corrections for correcting the signal obtained from the infrared sensor according to the ambient temperature around the infrared sensor at the time of measurement is known. It has been.

例えば、特許文献１には、サーモパイルの出力が環境温度変化に対して一定になるように、出力ゲインの設定と、環境温度変化による出力オフセットに対して逆特性を出力する補正出力手段とを有する温度測定装置（特許文献１においては「非接触温度検知装置」と称される）が開示されている。この温度検知装置は、アナログ回路で構成されており、サーモパイル出力に対してＴAMB 4を相殺させるアナログ信号を加えて、環境温度変化にかかわらず対象物の温度に対して一定の出力が得られるような工夫がなされている。 For example, Patent Document 1 includes an output gain setting and a correction output unit that outputs a reverse characteristic with respect to an output offset due to an environmental temperature change so that the output of the thermopile is constant with respect to the environmental temperature change. A temperature measuring device (referred to as “non-contact temperature detecting device” in Patent Document 1) is disclosed. This temperature detection device is composed of an analog circuit, and by adding an analog signal for canceling T AMB 4 to the thermopile output, a constant output can be obtained with respect to the temperature of the object regardless of the environmental temperature change. The idea is made.

また、例えば、特許文献２には、環境温度の変化による測定誤差を補正して常に正確な被測定対象の温度情報が得られるように、被測定対象から放射されている赤外線エネルギーを検出して第１の温度情報を出力する第１の温度センサ（サーモパイル）と、この第１の温度センサの近傍に配置され前記第１の温度センサから放射されている赤外線エネルギーを検出して第２の温度情報を出力する第２の温度センサ（サーモパイル）と、この第２の温度センサの近傍に配置され周囲温度を検出して第３の温度情報を出力する第３の温度センサ（特許文献２の実施例においてはサーミスタ）とを有する放射温度計が開示されている。   Further, for example, in Patent Document 2, infrared energy radiated from a measurement target is detected so as to always obtain accurate temperature information of the measurement target by correcting a measurement error due to a change in environmental temperature. A first temperature sensor (thermopile) that outputs first temperature information and infrared energy emitted from the first temperature sensor disposed in the vicinity of the first temperature sensor to detect a second temperature A second temperature sensor (thermopile) that outputs information, and a third temperature sensor that is arranged in the vicinity of the second temperature sensor and detects the ambient temperature and outputs third temperature information (implementation of Patent Document 2) In the example, a radiation thermometer having a thermistor) is disclosed.

また、例えば、特許文献３には、レンズの温度変化によるレンズと赤外線センサとの間の放射エネルギーの授受に起因する測定誤差を補正するように、前記レンズの温度を測温するレンズ測温手段と、前記赤外線センサの温度を測温するセンサ測温手段とを有する赤外線放射温度計が開示されている。   Further, for example, in Patent Document 3, a lens temperature measuring unit that measures the temperature of the lens so as to correct a measurement error caused by transmission and reception of radiant energy between the lens and the infrared sensor due to a temperature change of the lens. And an infrared radiation thermometer having sensor temperature measuring means for measuring the temperature of the infrared sensor.

また、例えば、特許文献４には、放射温度計の鏡筒部の温度変化による影響を応答性よく補償するように、赤外線検出素子（サーモパイル）を複数個用いて前記鏡筒部の赤外線放射量を検出して、鏡筒部の温度変化による影響を補正するように構成された放射温度計が開示されている。   Further, for example, Patent Document 4 discloses that the amount of infrared radiation of the lens barrel portion using a plurality of infrared detection elements (thermopiles) so as to compensate for the effect of temperature change of the lens barrel portion of the radiation thermometer with high responsiveness. And a radiation thermometer configured to correct the influence due to the temperature change of the lens barrel.

以上のように、赤外線エネルギーを電気信号に変換して検出する赤外線センサを利用した温度測定装置においては、環境温度変化の影響を補正することで対象物温度が求められる。また、環境温度変化の影響の補正を精度良く行うために、赤外線センサの環境温度を精度良く測定するための工夫や、赤外線センサ周辺の構成部品の温度を測定するための工夫がなされている。   As described above, in a temperature measurement device using an infrared sensor that detects infrared energy by converting it into an electrical signal, the object temperature is obtained by correcting the influence of environmental temperature changes. Further, in order to accurately correct the influence of the environmental temperature change, a device for measuring the environmental temperature of the infrared sensor with high accuracy and a device for measuring the temperature of components around the infrared sensor have been made.

特開２００３−４２８４９号公報JP 2003-42849 A 特開平７−２８０６５０公報JP 7-280650 A 特開平８−２７８２０３公報JP-A-8-278203 特開２００７−２４８２０１公報JP 2007-248201 A

しかしながら、赤外線センサを機器に組み込んで非接触温度計あるいは人感センサとして使用する場合、赤外線センサ周辺に設置された周辺デバイスの発熱により、赤外線センサと、この赤外線センサ周辺の構成部品とに温度分布が生じると、環境温度の測定精度が低下し、また、温度分布に起因する放射エネルギーの授受によって赤外線センサの出力特性が変化するため、測定対象物の温度を高精度で定量することが困難であるという問題があった。   However, when an infrared sensor is incorporated into a device and used as a non-contact thermometer or human sensor, the temperature distribution is distributed between the infrared sensor and the components around the infrared sensor due to the heat generated by the peripheral devices installed around the infrared sensor. If this occurs, the measurement accuracy of the ambient temperature will decrease, and the output characteristics of the infrared sensor will change due to the transfer of radiant energy due to the temperature distribution, making it difficult to quantify the temperature of the measurement object with high accuracy. There was a problem that there was.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、実装形態や実装ばらつき等の要因で変化する赤外線センサの出力特性のばらつきや、環境温度の測定誤差に起因する測定温度の誤差を低減し、高精度に測定温度を定量することが可能な赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is due to variations in output characteristics of infrared sensors that change due to factors such as mounting form and mounting variations, and measurement errors in environmental temperature. An object of the present invention is to provide an infrared sensor signal correction method, temperature measurement method, and temperature measurement device capable of reducing an error in measurement temperature and quantifying the measurement temperature with high accuracy.

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを有する赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する赤外線センサ信号の補正方法において、前記環境温度測定部から得られる環境温度に、該環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度を得る環境温度オフセット補正工程と、前記補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ信号を補正する信号補正工程とを有することを特徴とする。（図１，実施形態１）   The present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to claim 1 detects an infrared ray emitted from a measurement object and outputs an electric signal; and An infrared sensor that quantifies a measured temperature by correcting a change of an infrared sensor signal based on an electrical signal obtained from the infrared sensor unit with respect to the environmental temperature in an infrared sensor device having an environmental temperature measuring unit that measures an environmental temperature of the infrared sensor unit In the signal correction method, an environmental temperature offset correction step for obtaining a corrected environmental temperature by adding or subtracting an offset correction amount of the environmental temperature to the environmental temperature obtained from the environmental temperature measuring unit, and based on the corrected environmental temperature And a signal correction step of correcting the infrared sensor signal. (FIG. 1, Embodiment 1)

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記信号補正工程が、前記赤外線センサ信号に前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量が、前記補正環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表されることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the signal correction step adds or subtracts an offset correction amount based on the correction environmental temperature to the infrared sensor signal. The offset correction amount based on the corrected environmental temperature is expressed by a function including a third-order and / or a second-order term of the corrected environmental temperature.

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記信号補正工程が、前記補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有することを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the signal correction step includes a second correction step of multiplying a correction coefficient based on the correction environment temperature. To do.

また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２又は３に記載の発明において、前記赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the invention, there is provided the third aspect of the invention according to the first, second or third aspect, further comprising a third correction step of multiplying the infrared sensor signal by a correction coefficient specific to the infrared sensor device. To do.

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記補正係数は、前記赤外線センサ装置を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数であることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, the correction coefficient is obtained when a temperature of a predetermined measurement object is measured at a predetermined environmental temperature using the infrared sensor device. It is a coefficient for making a signal to be given a predetermined value.

また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程を有し、前記信号補正工程が、前記補正環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する工程であることを特徴とする。（図４，実施形態４）   The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein the corrected infrared sensor signal is obtained by adding or subtracting an offset correction amount of the infrared sensor signal to the infrared sensor signal. An infrared sensor signal offset correcting step to obtain, wherein the signal correcting step is a step of correcting the corrected infrared sensor signal based on the corrected environmental temperature. (FIG. 4, Embodiment 4)

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記赤外線センサ部が、前記環境温度測定部の機能を有することを特徴とする。（図５，実施形態５）   The invention according to claim 7 is the invention according to claim 6, wherein the infrared sensor unit has a function of the environmental temperature measuring unit. (FIG. 5, Embodiment 5)

また、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記第１補正工程と前記第２補正工程との順番を入れ替えて補正処理することを特徴とする。（図６，実施形態６）   The invention described in claim 8 is characterized in that, in the invention described in claim 6, correction processing is performed by switching the order of the first correction step and the second correction step. (FIG. 6, Embodiment 6)

また、請求項９に記載の発明は、測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを有する赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する赤外線センサ信号の補正方法において、前記赤外線センサ信号に赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程と、前記環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する信号補正工程とを有することを特徴とする。（図２及び図３，実施形態２及び３）   The invention according to claim 9 includes an infrared sensor unit that detects an infrared ray emitted from a measurement object and outputs an electrical signal, and an environmental temperature measurement unit that measures an environmental temperature of the infrared sensor unit. In the infrared sensor signal correction method for quantifying the measurement temperature by correcting the change of the infrared sensor signal with respect to the environmental temperature based on the electrical signal obtained from the infrared sensor unit in the infrared sensor device, the infrared sensor signal offset to the infrared sensor signal An infrared sensor signal offset correcting step for obtaining a corrected infrared sensor signal by adding or subtracting a correction amount, and a signal correcting step for correcting the corrected infrared sensor signal based on the environmental temperature. (FIGS. 2 and 3, Embodiments 2 and 3)

また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記信号補正工程が、前記赤外線センサ信号に前記環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、前記環境温度に基づいたオフセット補正量が、前記環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表されることを特徴とする。   The invention according to claim 10 is the invention according to claim 9, wherein the signal correction step includes a first correction step of adding or subtracting an offset correction amount based on the environmental temperature to the infrared sensor signal. And the offset correction amount based on the environmental temperature is expressed by a function including a third-order and / or a quadratic term of the environmental temperature.

また、請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の発明において、前記信号補正工程が、前記環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有することを特徴とする。   The invention according to claim 11 is the invention according to claim 9 or 10, characterized in that the signal correction step has a second correction step of multiplying a correction coefficient based on the environmental temperature. .

また、請求項１２に記載の発明は、請求項９，１０又は１１に記載の発明において、前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有することを特徴とする。   According to a twelfth aspect of the present invention, in the invention according to the ninth, tenth, or eleventh aspect, a third correction step of multiplying the infrared sensor signal or the corrected infrared sensor signal by a correction coefficient specific to the infrared sensor device. It is characterized by having.

また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記補正係数は、前記赤外線センサ装置を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数であることを特徴とする。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in the twelfth aspect of the present invention, the correction coefficient is obtained when the temperature of a predetermined measurement object is measured at a predetermined environmental temperature using the infrared sensor device. It is a coefficient for making a signal to be given a predetermined value.

また、請求項１４に記載の発明は、請求項１乃至１３のいずれかに記載の赤外線センサ信号の補正方法によって得られた信号に基づいて測定温度を導出する温度換算工程を有することを特徴とする。   The invention described in claim 14 has a temperature conversion step of deriving a measured temperature based on a signal obtained by the infrared sensor signal correction method according to any one of claims 1 to 13. To do.

また、請求項１５に記載の発明は、測定対象物（１０）から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部（２）と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部（３）とを備えた赤外線センサ装置（１）における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する温度測定装置（１２）において、前記環境温度測定部から得られる環境温度に、該環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度とする環境温度オフセット補正部（１３）と、前記補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号を補正する信号補正部（１６，１７）と、該信号補正部の出力から測定温度を換算する温度換算部（１８）とを備えていることを特徴とする。（図７，実施形態７）   Further, the invention according to claim 15 is an environment in which an infrared sensor unit (2) that detects an infrared ray emitted from a measurement object (10) and outputs an electrical signal, and an environment temperature of the infrared sensor unit is measured. A temperature measuring device (12) that quantifies the measured temperature by correcting the change of the infrared sensor signal based on the electrical signal obtained from the infrared sensor unit in the infrared sensor device (1) including the temperature measuring unit (3) with respect to the environmental temperature. ), The environmental temperature offset correction unit (13) which adds or subtracts the offset correction amount of the environmental temperature to the environmental temperature obtained from the environmental temperature measurement unit to obtain a corrected environmental temperature, and based on the corrected environmental temperature A signal correction unit (16, 17) for correcting an infrared sensor signal based on an electrical signal obtained from the infrared sensor unit, and a measured temperature is converted from the output of the signal correction unit. Characterized in that it comprises temperature conversion unit (18). (FIG. 7, Embodiment 7)

また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の発明において、前記信号補正部が、前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正部（１６）と、前記補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正部（１７）とを備えていることを特徴とする。   The invention according to claim 16 is the invention according to claim 15, wherein the signal correction unit adds or subtracts an offset correction amount based on the correction environment temperature; and And a second correction unit (17) that multiplies a correction coefficient based on the corrected environmental temperature.

また、請求項１７に記載の発明は、請求項１５又は１６に記載の発明において、前記赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号とする赤外線センサ信号オフセット補正部（１４）を更に備えていることを特徴とする。   The invention according to claim 17 is the infrared sensor according to claim 15 or 16, wherein an offset correction amount of the infrared sensor signal is added to or subtracted from the infrared sensor signal to obtain a corrected infrared sensor signal. A signal offset correction unit (14) is further provided.

また、請求項１８に記載の発明は、請求項１５，１６又は１７に記載の発明において、前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正部（１５）を更に備えていることを特徴とする。   According to an eighteenth aspect of the present invention, in the invention according to the fifteenth, sixteenth, or seventeenth aspect, a third correction unit that multiplies the infrared sensor signal or the corrected infrared sensor signal by a correction coefficient unique to the infrared sensor device. (15) is further provided.

また、請求項１９に記載の発明は、測定対象物（１０）から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部（２）と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部（３）とを備えた赤外線センサ装置（１）における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する温度測定装置（１２）において、前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号とする赤外線センサ信号オフセット補正部（１４）と、前記環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する信号補正部（１６，１７）と、該信号補正部の出力から測定温度を換算する温度換算部（１８）とを備えていることを特徴とする。   The invention according to claim 19 includes an infrared sensor unit (2) for detecting an infrared ray radiated from the measurement object (10) and outputting an electrical signal, and an environment for measuring an environmental temperature of the infrared sensor unit. A temperature measuring device (12) that quantifies the measured temperature by correcting the change of the infrared sensor signal based on the electrical signal obtained from the infrared sensor unit in the infrared sensor device (1) including the temperature measuring unit (3) with respect to the environmental temperature. ), An infrared sensor signal offset correction unit (14) that adds or subtracts the offset correction amount of the infrared sensor signal to the infrared sensor signal based on the electrical signal obtained from the infrared sensor unit to obtain a corrected infrared sensor signal; A signal correction unit (16, 17) for correcting the corrected infrared sensor signal based on the environmental temperature, and a measured temperature from the output of the signal correction unit. Characterized in that it includes a calculation for temperature conversion unit (18).

また、請求項２０に記載の発明は、請求項１９に記載の発明において、前記信号補正部が、前記環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正部（１６）と、前記環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正部（１７）とを備えていることを特徴とする。   The invention according to claim 20 is the invention according to claim 19, wherein the signal correction unit adds or subtracts an offset correction amount based on the environmental temperature, and the first correction unit (16). And a second correction unit (17) that multiplies a correction coefficient based on the environmental temperature.

また、請求項２１に記載の発明は、請求項１９又は２０に記載の発明において、前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正部（１５）を更に備えていることを特徴とする。   According to a twenty-first aspect of the present invention, there is provided the third correction unit (15) for multiplying the infrared sensor signal or the corrected infrared sensor signal by a correction coefficient specific to the infrared sensor device according to the nineteenth or twentieth aspect. ) Is further provided.

本発明によれば、赤外線センサ装置毎の補正データを用いた赤外線センサ信号の補正工程を有するので、実装形態や実装ばらつきによる赤外線センサの出力特性のばらつきや環境温度の測定誤差に起因する測定温度の誤差を低減し、赤外線センサ信号から高精度に測定温度を定量することが可能な赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置を提供することが可能となる。   According to the present invention, since the infrared sensor signal correction process using the correction data for each infrared sensor device is included, the measurement temperature caused by the variation in the output characteristics of the infrared sensor due to the mounting form or the mounting variation or the measurement error of the environmental temperature It is possible to provide an infrared sensor signal correction method, a temperature measurement method, and a temperature measurement device that can reduce the error of the infrared sensor signal and determine the measurement temperature with high accuracy from the infrared sensor signal.

本発明の実施形態１に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the correction | amendment method and temperature measurement method of an infrared sensor signal which concern on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態２に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the correction | amendment method and temperature measurement method of an infrared sensor signal which concern on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態３に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the correction | amendment method and temperature measurement method of an infrared sensor signal which concern on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態４に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the correction method and temperature measurement method of an infrared sensor signal which concern on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態５に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the correction method and temperature measurement method of an infrared sensor signal which concern on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施形態６に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the correction | amendment method and temperature measurement method of an infrared sensor signal which concern on Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施形態７に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the correction method and temperature measurement method of an infrared sensor signal which concern on Embodiment 7 of this invention. 実施例１における環境温度ＴAMBと、赤外線センサ信号ＳIRとの関係を示す図である。And the ambient temperature T AMB of Example 1, showing the relationship between the infrared sensor signal S IR. 実施例２における補正環境温度ＴAMB’と、赤外線センサ信号ＳIRとの関係を示す図である。Correction ambient temperature T AMB 'in Example 2 is a diagram showing the relationship between the infrared sensor signal S IR. 実施例３における環境温度ＴAMBと、補正赤外線センサ信号ＳIR’との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between environmental temperature TAMB in Example 3, and correction | amendment infrared sensor signal SIR '. 実施例４における補正環境温度ＴAMB’と、補正赤外線センサ信号ＳIR’との関係を示す図である。'And the corrected infrared sensor signal S IR' corrected environmental temperature T AMB in Example 4 is a diagram showing the relationship between.

以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。図中符号１は赤外線センサ装置、２は赤外線センサ部、３は環境温度測定部、４は視野角制限体、５はプリント基板、６は窓材、１０は測定対象物を示している。 Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a process diagram for explaining an infrared sensor signal correction method and a temperature measurement method according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, reference numeral 1 is an infrared sensor device, 2 is an infrared sensor unit, 3 is an environmental temperature measurement unit, 4 is a viewing angle limiter, 5 is a printed circuit board, 6 is a window material, and 10 is an object to be measured.

図１に示すように、本実施形態１における赤外線センサ装置１は、プリント基板５上に実装された赤外線センサ部２と環境温度測定部３と視野角制限体４とを備えている。赤外線センサ部２は、多層の半導体膜を有するフォトダイオードであり、測定対象物１０から放射される赤外線を吸収して電気信号を生成し、この電気信号に基づく赤外線センサ信号ＳIRを出力する。 As shown in FIG. 1, the infrared sensor device 1 according to the first embodiment includes an infrared sensor unit 2, an environmental temperature measurement unit 3, and a viewing angle limiter 4 mounted on a printed board 5. The infrared sensor unit 2 is a photodiode having a multi-layered semiconductor film, absorbs infrared rays emitted from the measurement object 10, generates an electrical signal, and outputs an infrared sensor signal SIR based on the electrical signal.

赤外線センサ部２は、赤外線を吸収して電気信号に変換するセンサであれば特に制限されず、例えば、フォトダイオードやフォトコンダクタなど、光電変換によって信号を出力する「量子型センサ」や、サーモパイルや焦電型センサなど、赤外線吸収による温度変化を電気信号に変換する「熱型センサ」を用いることができる。   The infrared sensor unit 2 is not particularly limited as long as it is a sensor that absorbs infrared rays and converts it into an electrical signal. For example, a “quantum sensor” that outputs a signal by photoelectric conversion, such as a photodiode or a photoconductor, a thermopile, A “thermal sensor” that converts a temperature change due to infrared absorption into an electrical signal, such as a pyroelectric sensor, can be used.

また、環境温度測定部３は、赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBを測定することが可能なものであれば特に制限されず、例えば、温度に応じて抵抗値が変化する白金抵抗体，サーミスタ，バンドギャップ回路を有する温度センサなどを用いることができる。また、視野角制限体４は、赤外線センサ装置１の視野角を制限し、視野角θを決める部材である。 The ambient temperature measuring unit 3 is not particularly limited as long as it can measure the ambient temperature TAMB of the infrared sensor unit 2. For example, a platinum resistor or thermistor whose resistance value changes according to the temperature. A temperature sensor having a band gap circuit can be used. The viewing angle restricting body 4 is a member that limits the viewing angle of the infrared sensor device 1 and determines the viewing angle θ.

また、窓材６は、少なくとも赤外線センサ部２が受光したときに赤外線センサ信号を出力する波長の赤外線を透過するものであれば特に制限されず、例えば、Ｓｉ板，Ｇｅ板，サファイア板，ポリエチレン板，カルコゲナイドガラス板などの板材，又はＳｉ，Ｇｅ，サファイアなどの基板上に薄膜を積層した光学フィルタなどが挙げられる。また、赤外線を集光する光学レンズも用いることが可能である。   The window member 6 is not particularly limited as long as it transmits infrared rays having a wavelength that outputs an infrared sensor signal when the infrared sensor unit 2 receives light. For example, the Si plate, Ge plate, sapphire plate, polyethylene Examples thereof include a plate, a plate material such as a chalcogenide glass plate, or an optical filter in which a thin film is laminated on a substrate such as Si, Ge, or sapphire. An optical lens that collects infrared rays can also be used.

本実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法は、測定対象物１０から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部２と、この赤外線センサ部２の環境温度を測定する環境温度測定部３とを有する赤外線センサ装置１における赤外線センサ部２から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量するものである。   The infrared sensor signal correction method according to the first embodiment includes an infrared sensor unit 2 that detects an infrared ray emitted from the measurement object 10 and outputs an electrical signal, and an environmental temperature that measures the environmental temperature of the infrared sensor unit 2. The measurement temperature is quantified by correcting the change of the infrared sensor signal based on the electrical signal obtained from the infrared sensor unit 2 in the infrared sensor device 1 having the measurement unit 3 with respect to the environmental temperature.

また、環境温度測定部３から得られる環境温度に、この環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度を得る環境温度オフセット補正工程と、この補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ信号を補正する信号補正工程とを有している。   In addition, an environmental temperature offset correction step of obtaining a corrected environmental temperature by adding or subtracting the offset correction amount of the environmental temperature to the environmental temperature obtained from the environmental temperature measuring unit 3, and the infrared sensor signal based on the corrected environmental temperature And a signal correction step for correcting.

また、信号補正工程は、赤外線センサ信号に、補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、補正環境温度に基づいたオフセット補正量は、補正環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表される。   The signal correction step includes a first correction step of adding or subtracting an offset correction amount based on the correction environment temperature to the infrared sensor signal, and the offset correction amount based on the correction environment temperature is 3 of the correction environment temperature. It is expressed by a function including a second-order term and / or a second-order term.

また、信号補正工程は、補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有している。また、赤外線センサ信号に赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有している。この補正係数は、赤外線センサ装置１を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数である。   The signal correction step has a second correction step of multiplying a correction coefficient based on the correction environment temperature. In addition, a third correction step of multiplying the infrared sensor signal by a correction coefficient unique to the infrared sensor device is provided. This correction coefficient is a coefficient for setting a signal obtained when the temperature of a predetermined measurement object is measured at a predetermined environmental temperature using the infrared sensor device 1 to a predetermined value.

つまり、本実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法では、環境温度測定部３から得られる環境温度ＴAMBに、環境温度オフセット補正量ＴOFFSETを加算又は減算し、補正環境温度ＴAMB’を得る環境温度オフセット補正工程を有している。 That is, in the correction method of the infrared sensor signal of the present embodiment 1, the environmental temperature T AMB obtained from environmental temperature measuring unit 3, adds or subtracts the ambient temperature offset correction amount T OFFSET, to obtain a corrected environmental temperature T AMB ' It has an environmental temperature offset correction process.

また、最終的な出力温度ＴOUTをより精度良く算出する観点から、本実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法では、赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRに補正係数Ｃを乗算し、第３補正信号Ｓ3を得る、第３補正工程を有している。 Further, from the viewpoint of calculating the final output temperature T OUT with higher accuracy, in the infrared sensor signal correction method of the first embodiment, the infrared sensor signal S IR obtained from the infrared sensor unit 2 is multiplied by the correction coefficient C. to obtain a third correction signal S 3, and a third correction step.

また、実施形態１の赤外線センサ信号ＳIRの補正方法では、補正環境温度に基づき赤外線センサ信号を補正する信号補正工程として、この第３補正信号Ｓ3に対して、補正環境温度ＴAMB’に基づいたオフセット補正量Ａを加算又は減算する第１補正工程と、第１補正工程の後に、補正環境温度ＴAMB’に基づいた補正係数Ｂを乗算する第２補正工程とを有している。 Further, in the infrared sensor signal S IR correction method of the first embodiment, as a signal correction step of correcting the infrared sensor signal based on the correction environmental temperature, with respect to the third correction signal S 3, the correction ambient temperature T AMB ' A first correction step of adding or subtracting the offset correction amount A based thereon; and a second correction step of multiplying the correction coefficient B based on the correction environment temperature T AMB ′ after the first correction step.

本実施形態1におけるオフセット補正量Ａとしては、補正環境温度に基づいた補正量であり、最終的な測定温度の精度を向上させるものであれば特に制限されないが、赤外線センサ部２が熱型センサである場合は、上述したステファン−ボルツマンの４乗則に基づいた補正式に補正環境温度ＴAMB’を適用することが好ましく、赤外線センサ部２が量子型センサである場合は、補正環境温度ＴAMB’の３次及び／又は２次の項を含む関数で表される補正量を適用することが好ましい。 The offset correction amount A in the first embodiment is a correction amount based on the correction environment temperature, and is not particularly limited as long as it improves the accuracy of the final measurement temperature, but the infrared sensor unit 2 is a thermal sensor. In this case, it is preferable to apply the corrected environmental temperature T AMB ′ to the correction equation based on the above-mentioned Stefan-Boltzmann fourth law. When the infrared sensor unit 2 is a quantum sensor, the corrected environmental temperature T It is preferable to apply a correction amount represented by a function including a third-order and / or second-order term of AMB ′.

以下、上述した本実施形態１の各工程および各信号について更に詳細に説明する。
本実施形態１における赤外線センサ装置１は、温度ＴOBJの測定対象物１０から放射される赤外線が、赤外線センサ部２に到達すると、この赤外線センサ部２が受ける赤外線エネルギー量に対応した赤外線センサ信号ＳIRを赤外線センサ部２から電流値または電圧値として出力するものである。赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBは、環境温度測定部３によって得られる。 Hereafter, each process and each signal of this Embodiment 1 mentioned above are demonstrated in detail.
The infrared sensor device 1 according to the first embodiment has an infrared sensor signal corresponding to the amount of infrared energy received by the infrared sensor unit 2 when the infrared ray radiated from the measurement object 10 at the temperature T OBJ reaches the infrared sensor unit 2. SIR is output from the infrared sensor unit 2 as a current value or a voltage value. The environmental temperature T AMB of the infrared sensor unit 2 is obtained by the environmental temperature measurement unit 3.

赤外線センサ信号は、測定対象物から放射される赤外線が赤外線センサ部２に到達することで得られる電気信号に基づいたものであれば特に制限されず、電気信号をオペアンプ等で増幅した信号であっても良いし、所定の演算を行った信号であっても良い。また、電気信号として電流信号が得られる場合は、この電流信号を電流−電圧変換した後の電圧信号であっても良いし、この電圧信号を増幅した信号であっても良い。   The infrared sensor signal is not particularly limited as long as it is based on an electric signal obtained by the infrared ray radiated from the measurement object reaching the infrared sensor unit 2, and is a signal obtained by amplifying the electric signal with an operational amplifier or the like. Alternatively, a signal obtained by performing a predetermined calculation may be used. Further, when a current signal is obtained as an electric signal, it may be a voltage signal after current-voltage conversion of this current signal, or a signal obtained by amplifying this voltage signal.

本実施形態１においては、赤外線センサ部２からの電流信号に対して赤外線センサ装置固有の補正係数Ｃを乗算する第３補正工程を適用し、第３補正信号Ｓ3を得て、この第３補正信号Ｓ3を赤外線センサ信号として扱っている。 In the first embodiment, a third correction signal S 3 is obtained by multiplying the current signal from the infrared sensor unit 2 by a correction coefficient C unique to the infrared sensor device to obtain a third correction signal S 3 . a correction signal S 3 is treated as an infrared sensor signal.

本実施形態１では、環境温度オフセット補正工程において、この環境温度ＴAMBに対して環境温度のオフセット補正量ＴOFFSETを加算又は減算する環境温度オフセット補正工程を適用して、補正環境温度ＴAMB’を得ている。 In Embodiment 1, at ambient temperature offset correction process, the relative environmental temperature T AMB by applying the environmental temperature offset correction process of adding or subtracting the offset correction amount T OFFSET of environmental temperature, corrected environmental temperature T AMB ' Have gained.

環境温度オフセット補正工程は、赤外線センサ装置１内の温度分布や環境温度測定部３の性能ばらつきなどに起因する、赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBの測定精度の低下による、測定対象物の温度測定精度の低下を軽減するための工程である。 The environmental temperature offset correction process is the temperature of the measurement object due to a decrease in the measurement accuracy of the environmental temperature T AMB of the infrared sensor unit 2 due to the temperature distribution in the infrared sensor device 1 and the performance variation of the environmental temperature measurement unit 3. This is a process for reducing a decrease in measurement accuracy.

環境温度オフセット補正量ＴOFFSETは、赤外線センサ装置１を用いて、放射率ε＝１の物体を測定対象物として、測定対象物から放射される赤外線を検出する際に、測定対象物温度ＴOBJと赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBとが同一温度になる場合（ＴOBJ＝ＴAMB）において、赤外線センサ信号ＳIRがゼロになるという理論に基づき、ＳIR＝０において、ＴOBJ≠ＴAMBの関係にあるＴAMBをＴOBJに近づけるための補正量である。 Environmental temperature offset correction amount T OFFSET, using an infrared sensor device 1, as a measurement object object emissivity epsilon = 1, when detecting the infrared rays emitted from the object to be measured, the measurement target temperature T OBJ Is equal to the ambient temperature T AMB of the infrared sensor unit 2 (T OBJ = T AMB ), T OBJ ≠ T at S IR = 0 based on the theory that the infrared sensor signal S IR becomes zero. This is a correction amount for bringing T AMB in relation to AMB closer to T OBJ .

環境温度オフセット補正量ＴOFFSETを求める具体的な方法としては、例えば、一定温度の放射率ε≒１の物体を測定対象物として、ＳIR＝０近傍におけるデータ群（ＴAMB，ＳIR）を取得し、このデータ群（ＴAMB，ＳIR）をフィッティングして得られる関数に対して、ＳIR＝０を代入して得られるＴAMBの値とＴOBJとの差分を、環境温度オフセット補正量ＴOFFSETとする方法が挙げられ、後述する実施例１ではこれを採用している。この場合、補正環境温度ＴAMB’＝ＴAMB−ＴOFFSETとなる。 As a specific method for obtaining the environmental temperature offset correction amount T OFFSET , for example, a data group (T AMB , S IR ) in the vicinity of S IR = 0 with an object having a constant temperature emissivity ε≈1 as a measurement object. Obtain the difference between T AMB and T OBJ obtained by substituting S IR = 0 for the function obtained by fitting and fitting this data group (T AMB , S IR ). There is a method of setting the amount T OFFSET , which is adopted in Example 1 described later. In this case, the correction environment temperature T AMB ′ = T AMB −T OFFSET .

なお、環境温度オフセット補正工程は、環境温度ＴAMBの測定精度低下の影響を軽減するのみならず、赤外線センサ信号ＳIRのばらつきに起因する測定対象物の温度測定精度の低下を軽減することにも効果的である。 The environmental temperature offset correction process not only reduces the influence of the decrease in the measurement accuracy of the environmental temperature T AMB but also reduces the decrease in the temperature measurement accuracy of the measurement object due to the variation in the infrared sensor signal SIR. Is also effective.

なお、最終的な出力温度ＴOUTをより精度良く算出する観点から、本実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法では、赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ装置固有の補正係数Ｃを乗算し、第３補正信号Ｓ3を得る第３補正工程を有している。第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3に対して後述の信号補正工程を適用すればよい。第３補正工程を有さない場合は、赤外線センサ信号ＳIRに信号補正工程を適用すればよい。以下の説明では便宜上、信号補正工程は、赤外線センサ信号ＳIRに対して適用しているが、第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3に対して信号補正工程を適用するものと読み替える。 From the viewpoint of calculating the final output temperature T OUT with higher accuracy, in the infrared sensor signal correction method of the first embodiment, the infrared sensor signal S IR obtained from the infrared sensor unit 2 is corrected to be specific to the infrared sensor device. multiplied by the coefficient C, and a third correction step of obtaining a third correction signal S 3. If a third correction step may be applied to later-described signal correction process on the third correction signal S 3. When the third correction process is not provided, the signal correction process may be applied to the infrared sensor signal SIR . Ones for convenience, the signal correction process in the following description, are applied to infrared sensor signal S IR, if a third correction step, of applying a signal correction process on the third correction signal S 3 To read as

補正環境温度ＴAMB’に基づいて、信号補正工程において赤外線センサ信号ＳIRの補正を行う。信号補正工程としては、補正環境温度に基づき、赤外線センサ信号を補正する工程であれば特に制限されない。すなわち、本実施形態１では信号補正工程として、補正環境温度ＴAMB’より求まるオフセット補正量Ａを加算又は減算する第１補正工程、および、補正環境温度ＴAMB’より求まる補正係数Ｂを乗算する第２補正工程を有しているが、本発明はこれに限定されない。 Based on the corrected ambient temperature T AMB ′, the infrared sensor signal SIR is corrected in the signal correction process. The signal correction process is not particularly limited as long as it is a process of correcting the infrared sensor signal based on the corrected environmental temperature. That is, the present embodiment 1, the signal correcting step, 'first correction step of adding or subtracting the offset correction amount A which is obtained from, and the correction ambient temperature T AMB' corrected environmental temperature T AMB is multiplied by the correction coefficient B obtained from Although the second correction step is included, the present invention is not limited to this.

第１補正工程において、赤外線センサ信号ＳIRに対して補正環境温度ＴAMB’より求まるオフセット補正量Ａを加算又は減算する第１補正工程を適用すると、第１補正信号Ｓ1が得られる。 In the first correction step, the first correction signal S 1 is obtained by applying the first correction step of adding or subtracting the offset correction amount A obtained from the correction environment temperature T AMB ′ to the infrared sensor signal S IR .

このオフセット補正量Ａとは、補正環境温度ＴAMB’の関数により定まる補正量であり、赤外線センサ信号ＳIRに対して加算又は減算される。 This offset correction amount A is a correction amount determined by a function of the correction environment temperature T AMB ′, and is added to or subtracted from the infrared sensor signal SIR .

本実施形態１の赤外線センサ信号ＳIRの補正方法では、オフセット補正量Ａは、補正環境温度ＴAMB’の３次及び／又は２次の項を含む関数で表される補正量を適用している。例えば、下記式（１）に示すような、補正環境温度ＴAMB’のｎ次の関数で表され、３次の項の係数が０で無い（ａ3≠０）及び／又は２次の項の係数が０で無い（ａ2≠０）関数で表される補正量である。
Ａ＝ａn×ＴAMB’n＋ａn-1×ＴAMB’(n-1)＋・・・＋ａ3×ＴAMB’3＋ａ2×ＴAMB’2＋ａ1×ＴAMB’＋ａ0 ・・・（１）
この補正方法をプログラミングしてマイコンなどで計算処理する場合、高次の関数を用いると計算処理には時間がかかってしまい、効率的に動作させることが難しいという観点から、なるべく低次の関数であることが好ましい。例えば、−３０℃≦ＴAMB’≦６０℃であれば、３次関数を用いることが、温度補正の精度を高める観点からより好ましい。 In the correction method of the infrared sensor signal SIR of the first embodiment, the offset correction amount A is obtained by applying a correction amount represented by a function including a third-order and / or second-order term of the correction environment temperature T AMB ′. Yes. For example, as shown in the following equation (1), the third-order term coefficient is not 0 (a 3 ≠ 0) and / or a second-order term expressed by an nth-order function of the corrected ambient temperature T AMB ′. Is a correction amount represented by a function in which the coefficient is not 0 (a 2 ≠ 0).
A = a n × T AMB ' n + a n-1 × T AMB' (n-1) + ··· + a 3 × T AMB '3 + a 2 × T AMB' 2 + a 1 × T AMB '+ a 0 ··・ (1)
When programming this correction method and calculating with a microcomputer or the like, using a high-order function takes a long time to calculate, so it is difficult to operate efficiently. Preferably there is. For example, if −30 ° C. ≦ TAMB ′ ≦ 60 ° C., it is more preferable to use a cubic function from the viewpoint of improving the accuracy of temperature correction.

オフセット補正量Ａは、例えば、一定温度の測定対象物を複数の異なる環境温度で測定したときの赤外線センサ信号を得て、横軸に環境温度ＴAMB、縦軸に赤外線センサ信号をプロッティングし、環境温度ＴAMBの関数でフィッティングすることで得られる関数によって、各環境温度におけるオフセット補正量Ａを定めることが可能である。一定温度の測定対象物としては、特に制限されないが、正確な温度制御が可能な黒体炉が好適に用いられる。 The offset correction amount A is obtained, for example, by obtaining an infrared sensor signal when measuring an object having a constant temperature at a plurality of different ambient temperatures, and plotting the ambient temperature T AMB on the horizontal axis and the infrared sensor signal on the vertical axis. The offset correction amount A at each environmental temperature can be determined by a function obtained by fitting with a function of the environmental temperature T AMB . The measurement object having a constant temperature is not particularly limited, but a black body furnace capable of accurate temperature control is preferably used.

オフセット補正量Ａは、その導出において環境温度ＴAMBの関数として定められるが、本実施形態１においては、環境温度ＴAMBの代わりに補正環境温度ＴAMB’を用いてオフセット補正量Ａを算出することで、測定対象物の温度測定精度が向上する。 Offset correction amount A is determined as a function of the ambient temperature T AMB in its derivation, in the present embodiment 1, to calculate the offset correction amount A using the correction ambient temperature T AMB 'instead of the ambient temperature T AMB As a result, the temperature measurement accuracy of the measurement object is improved.

補正環境温度ＴAMB’より求まる補正係数Ｂを乗算する第２補正工程を適用すると、環境温度ＴAMBに対して略一定の第２補正信号Ｓ2が得られる。第２補正工程より前に第１補正工程を有する場合には、第１補正信号Ｓ1に対して第２補正工程を適用すればよく、第２補正工程より前に第１補正工程を有さない場合は赤外線センサ信号ＳIRに対して第２補正工程を適用すればよい。また、補正係数Ｂは、単位を持たない係数である。 When the second correction step of multiplying the correction coefficient B obtained from the corrected ambient temperature T AMB ′ is applied, a substantially constant second correction signal S 2 is obtained with respect to the ambient temperature T AMB . When having a first correcting step before the second correction process may be applied to the second correction step for the first correction signal S 1, have a first correcting step before the second correction step If not, the second correction process may be applied to the infrared sensor signal SIR . The correction coefficient B is a coefficient having no unit.

本実施形態１では、赤外線センサ信号ＳIRに対してオフセット補正量Ａが加算又は減算された後の信号に対して補正係数Ｂを乗算している。 In the first embodiment, the signal after the offset correction amount A is added to or subtracted from the infrared sensor signal SIR is multiplied by the correction coefficient B.

補正係数Ｂは、測定対象物の温度と第２補正信号Ｓ2の関係における環境温度に対する誤差が小さくなるようなものを赤外線センサ装置の様態に応じて適宜定めればよく、例えば、第１の一定温度ＴOBJ1の測定対象物を複数の異なる環境温度で測定したときの赤外線センサ信号ＳIRC1と、第２の一定温度ＴOBJ2の測定対象物を複数の異なる環境温度で測定したときの赤外線センサ信号ＳIRC2と、を求めた後に、下記式（２）によって求まる、赤外線センサ信号と測定対象物温度との傾きβを各環境温度に対して算出して、この傾きβを所定の値にするための係数を、補正係数Ｂとして採用することが出来るが、本実施形態１はこれに制限されない。
傾きβ＝（ＳIRC2−ＳIRC1）／（ＴOBJ2−ＴOBJ1） ・・・（２）
補正係数Ｂは、その導出において環境温度ＴAMBの関数として定められるが、本実施形態１においては、環境温度ＴAMBの代わりに補正環境温度ＴAMB’を用いて補正係数Ｂを算出することで、測定対象物の温度測定精度が向上する。 The correction coefficient B may be appropriately determined according to the state of the infrared sensor device so that an error with respect to the environmental temperature in the relationship between the temperature of the measurement object and the second correction signal S 2 is small. Infrared sensor signal S IRC1 when the measurement object of the constant temperature T OBJ1 is measured at a plurality of different environmental temperatures, and the infrared sensor when the measurement object of the second constant temperature T OBJ2 is measured at a plurality of different environmental temperatures After obtaining the signal S IRC2 , the slope β between the infrared sensor signal and the temperature of the object to be measured, which is obtained by the following equation (2), is calculated with respect to each environmental temperature, and this slope β is set to a predetermined value. However, the first embodiment is not limited to this.
Inclination β = (S IRC2 −S IRC1 ) / (T OBJ2 −T OBJ1 ) (2)
Correction factor B is determined as a function of the ambient temperature T AMB in its derivation, in the present embodiment 1, by calculating a correction factor B using the correction ambient temperature T AMB 'instead of the ambient temperature T AMB The temperature measurement accuracy of the measurement object is improved.

以上が、本実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法についての説明である。   The above is the description of the infrared sensor signal correction method according to the first embodiment.

また、本実施形態１の温度測定方法は、赤外線センサ信号の補正方法によって得られた信号に基づいて測定温度を導出する温度換算工程を有するものである。   In addition, the temperature measurement method according to the first embodiment includes a temperature conversion step of deriving the measurement temperature based on the signal obtained by the infrared sensor signal correction method.

本実施形態１の温度測定方法では、上述した第１補正工程及び第２補正工程を経た後に温度換算工程を有しており、第２補正信号Ｓ2に対して出力温度ＴOUTが得られる。 The temperature measurement method of the first embodiment, has a temperature conversion step after a first correction step and the second correction step described above, the output temperature T OUT with respect to the second correction signal S 2 is obtained.

以上のように、本実施形態１では、第１補正工程および第２補正工程において、環境温度オフセット工程によって得られた補正環境温度ＴAMB’を用いることで、環境温度測定部３より得られる環境温度の測定精度の低下の影響が緩和され、高精度な出力温度ＴOUTが得られる。 As described above, in the first embodiment, in the first correction process and the second correction process, by using the corrected environment temperature T AMB ′ obtained by the environment temperature offset process, the environment obtained from the environment temperature measurement unit 3 is obtained. The influence of a decrease in temperature measurement accuracy is mitigated, and a highly accurate output temperature T OUT can be obtained.

図２は、本発明の実施形態２に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。   FIG. 2 is a process diagram for explaining an infrared sensor signal correction method and a temperature measurement method according to Embodiment 2 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has the same function as FIG.

本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法は、測定対象物１０から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部２と、この赤外線センサ部２の環境温度を測定する環境温度測定部３とを有する赤外線センサ装置１における赤外線センサ部２から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量するものである。   The infrared sensor signal correction method according to the second embodiment includes an infrared sensor unit 2 that detects an infrared ray emitted from the measurement object 10 and outputs an electrical signal, and an environmental temperature that measures the environmental temperature of the infrared sensor unit 2. The measurement temperature is quantified by correcting the change of the infrared sensor signal based on the electrical signal obtained from the infrared sensor unit 2 in the infrared sensor device 1 having the measurement unit 3 with respect to the environmental temperature.

また、赤外線センサ信号に、赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程と、環境温度に基づいて補正赤外線センサ信号を補正する信号補正工程とを有している。   Further, an infrared sensor signal offset correction step for obtaining a corrected infrared sensor signal by adding or subtracting an offset correction amount of the infrared sensor signal to the infrared sensor signal, and a signal correction step for correcting the corrected infrared sensor signal based on the environmental temperature; have.

また、信号補正工程は、赤外線センサ信号に、環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、環境温度に基づいたオフセット補正量は、環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表される。   The signal correction step includes a first correction step of adding or subtracting an offset correction amount based on the environmental temperature to the infrared sensor signal, and the offset correction amount based on the environmental temperature includes the third order and / or the environmental temperature. Or it is expressed by a function including a quadratic term.

また、信号補正工程は、環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有している。また、赤外線センサ信号又は補正赤外線センサ信号に、赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有している。この補正係数は、赤外線センサ装置１を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数である。   The signal correction step has a second correction step of multiplying a correction coefficient based on the environmental temperature. Moreover, it has the 3rd correction process which multiplies an infrared sensor signal or a correction | amendment infrared sensor signal by the correction coefficient intrinsic | native to an infrared sensor apparatus. This correction coefficient is a coefficient for setting a signal obtained when the temperature of a predetermined measurement object is measured at a predetermined environmental temperature using the infrared sensor device 1 to a predetermined value.

つまり、本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法では、赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号のオフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算し、補正赤外線センサ信号ＳIR’を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程を有している。 That is, in the correction method of the infrared sensor signal of the present embodiment 2, adding or subtracting the offset correction amount S OFFSET of the infrared sensor signal to an infrared sensor signal S IR obtained from the infrared sensor unit 2, the correction infrared sensor signal S IR ' Infrared sensor signal offset correction step for obtaining

また、本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法では、この補正赤外線センサ信号ＳIR’に補正係数Ｃを乗算し、第３補正信号Ｓ3’を得る、第３補正工程を有している。 Further, the infrared sensor signal correction method according to the second embodiment includes a third correction step of multiplying the correction infrared sensor signal S IR ′ by the correction coefficient C to obtain a third correction signal S 3 ′. .

また、本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法では、この第３補正信号Ｓ3’に、環境温度測定部３から得られる環境温度ＴAMBに基づいたオフセット補正量Ａ’を加算又は減算する第１補正工程と、第１補正工程の後に、環境温度ＴAMBに基づいた補正係数Ｂ’を乗算する第２補正工程を有している。 In the infrared sensor signal correction method of the second embodiment, an offset correction amount A ′ based on the environmental temperature T AMB obtained from the environmental temperature measurement unit 3 is added to or subtracted from the third correction signal S 3 ′. After the first correction step and the first correction step, there is a second correction step of multiplying the correction coefficient B ′ based on the environmental temperature TAMB .

すなわち、本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法は、（１）赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号のオフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算し、補正赤外線センサ信号ＳIR’を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程を有している点と、（２）補正環境温度ＴAMB’ではなく環境温度ＴAMBに基づいた信号補正工程である点とで上述した実施形態１とは相違する。 That is, the infrared sensor signal correction method according to the second embodiment includes (1) adding or subtracting the offset correction amount S OFFSET of the infrared sensor signal to the infrared sensor signal SIR obtained from the infrared sensor unit 2, and correcting the infrared sensor signal. Embodiment 1 described above in that it has an infrared sensor signal offset correction process for obtaining S IR ′ and (2) a signal correction process based on the environmental temperature T AMB , not the corrected environmental temperature T AMB ′. Is different.

以下、上述した本実施形態２の各工程および信号について更に詳細に説明する。
赤外線センサ信号オフセット補正工程において、赤外線センサ信号ＳIRに対して赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算する赤外線センサ信号オフセット補正工程を適用すると、補正赤外線センサ信号ＳIR’が得られる。 Hereafter, each process and signal of this Embodiment 2 mentioned above are demonstrated in detail.
In the infrared sensor signal offset correcting step, applying an infrared sensor signal offset correction process of adding or subtracting the infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET to infrared sensor signal S IR, corrected infrared sensor signal S IR 'is obtained.

赤外線センサ信号オフセット補正工程は、赤外線センサ装置１内での放射エネルギーの授受に起因する、赤外線センサ部２の出力特性のばらつきによる、測定対象物の温度測定精度の低下を軽減するための工程である。   The infrared sensor signal offset correction process is a process for reducing a decrease in temperature measurement accuracy of the measurement object due to variations in output characteristics of the infrared sensor unit 2 due to transmission and reception of radiant energy in the infrared sensor device 1. is there.

赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETは、赤外線センサ装置１を用いて、放射率ε＝１の物体を測定対象物として、測定対象物から放射される赤外線を検出する際に、測定対象物温度ＴOBJと赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBとが同一温度になる場合（ＴOBJ＝ＴAMB）において、赤外線センサ信号ＳIRがゼロになるという理論に基づき、ＴOBJ＝ＴAMBにおいて、ＳIR≠０の関係にあるＳIRをゼロに近づけるための補正量である。 The infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET is measured when the infrared sensor device 1 is used to detect an infrared ray radiated from a measurement object with an object having an emissivity ε = 1 as the measurement object. When OBJ and the ambient temperature T AMB of the infrared sensor unit 2 are the same temperature (T OBJ = T AMB ), based on the theory that the infrared sensor signal S IR becomes zero, S T IR at T OBJ = T AMB This is a correction amount for bringing SIR in the relationship of ≠ 0 closer to zero.

赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを求める具体的な方法としては、例えば、一定温度の放射率ε≒１の物体を測定対象物として、ＴAMB＝ＴOBJ近傍におけるデータ群（ＴAMB，ＳIR）を取得し、このデータ群（ＴAMB，ＳIR）をフィッティングして得られる関数に対して、ＴAMB＝ＴOBJを代入して得られるＳIRの値を、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとする方法が挙げられ、後述する実施例２ではこれを採用している。この場合、補正赤外線センサ信号ＳIR’＝ＳIR−ＳOFFSETとなる。 As a specific method for obtaining the infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET , for example, a data group (T AMB , S IR) near T AMB = T OBJ with an object having a constant temperature emissivity ε≈1 as a measurement object. ), And the function obtained by fitting this data group (T AMB , S IR ), the value of S IR obtained by substituting T AMB = T OBJ is used as the infrared sensor signal offset correction amount S. There is a method of OFFSET , which is adopted in Example 2 described later. In this case, the corrected infrared sensor signal S IR ′ = S IR −S OFFSET .

なお、赤外線センサ信号オフセット補正工程は、赤外線センサ部２の出力特性のばらつきの影響を低減するのみならず、環境温度ＴAMBの測定精度低下の影響の軽減に対しても効果的である。 Note that the infrared sensor signal offset correction step is effective not only for reducing the influence of variations in the output characteristics of the infrared sensor unit 2, but also for reducing the influence of a decrease in measurement accuracy of the environmental temperature T AMB .

なお、最終的な出力温度ＴOUTをより精度良く算出する観点から、本実施形態２においても、補正赤外線センサ信号ＳIR’に赤外線センサ装置固有の補正係数Ｃを乗算し、第３補正信号Ｓ3’を得る第３補正工程を有している。第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3’に対して後述の信号補正工程を適用すればよい。第３補正工程を有さない場合は、補正赤外線センサ信号ＳIR’に信号補正工程を適用すればよい。以下の説明では便宜上、信号補正工程は、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して適用しているが、第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3’に対して信号補正工程を適用するものと読み替える。 From the viewpoint of calculating the final output temperature T OUT with higher accuracy, the third correction signal S is also obtained in the second embodiment by multiplying the correction infrared sensor signal S IR ′ by the correction coefficient C unique to the infrared sensor device. It has a third correction step to obtain 3 ′. When the third correction process is included, a signal correction process described later may be applied to the third correction signal S 3 ′. When the third correction process is not provided, the signal correction process may be applied to the corrected infrared sensor signal S IR ′. In the following description, for the sake of convenience, the signal correction process is applied to the corrected infrared sensor signal S IR ′. However, when the third correction process is provided, the signal correction process is applied to the third correction signal S 3 ′. Read as applicable.

本実施形態２の赤外線センサ信号の補正方法では、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して、環境温度ＴAMBに基づいた信号補正工程を行う。 In the infrared sensor signal correction method of the second embodiment, a signal correction process based on the ambient temperature TAMB is performed on the corrected infrared sensor signal SIR ′.

次に、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して環境温度ＴAMBより求まるオフセット補正量Ａ’を加算又は減算する第１補正工程を適用すると、第１補正信号Ｓ1’が得られる。 Next, a first correction signal S 1 ′ is obtained by applying a first correction step of adding or subtracting the offset correction amount A ′ obtained from the environmental temperature T AMB to the corrected infrared sensor signal S IR ′.

このオフセット補正量Ａ’は、環境温度ＴAMBの関数により定まる補正量である。本実施形態２の赤外線センサ信号ＳIRの補正方法では、上述した実施形態１のオフセット補正量Ａの様に、環境温度ＴAMBの３次及び／又は２次の項を含む関数で表される補正量を適用しており、オフセット補正量Ａ’は補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して加算又は減算される。 This offset correction amount A ′ is a correction amount determined by a function of the environmental temperature T AMB . In the correction method of the infrared sensor signal SIR of the second embodiment, like the offset correction amount A of the first embodiment described above, the infrared sensor signal SIR is expressed by a function including the third and / or second-order terms of the environmental temperature T AMB. The correction amount is applied, and the offset correction amount A ′ is added to or subtracted from the correction infrared sensor signal S IR ′.

次に、第１補正信号Ｓ1’に対して、補正環境温度ＴAMBより求まる補正係数Ｂ’を乗算する第２補正工程を適用すると、環境温度ＴAMBに対して略一定の第２補正信号Ｓ2’が得られる。また、補正係数Ｂ’は、単位を持たない係数であり、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対してオフセット補正量Ａ’が加算又は減算された後の信号に対して乗算される。 Next, when a second correction step of multiplying the first correction signal S 1 ′ by a correction coefficient B ′ obtained from the correction environment temperature T AMB is applied, a second correction signal that is substantially constant with respect to the environment temperature T AMB . S 2 'is obtained. The correction coefficient B ′ is a coefficient having no unit, and is multiplied by the signal obtained by adding or subtracting the offset correction amount A ′ to the corrected infrared sensor signal S IR ′.

さらに、第２補正信号Ｓ2’に対して、上述した実施形態１と同様に、温度換算工程を適用することで、出力温度ＴOUT’が得られる。 Furthermore, the output temperature T OUT ′ is obtained by applying the temperature conversion step to the second correction signal S 2 ′, as in the first embodiment.

以上のように、本実施形態２では、赤外線センサ信号オフセット工程により、赤外線センサ信号ＳIRを補正赤外線センサ信号ＳIR’とすることにより、赤外線センサ信号ＳIRの環境温度ＴAMBに対する補正において、赤外線センサ部２の出力特性のばらつきの影響が緩和され、高精度な出力温度ＴOUTが得られる。 As described above, in the second embodiment, the infrared sensor signal S IR is changed to the corrected infrared sensor signal S IR ′ by the infrared sensor signal offset process, thereby correcting the ambient temperature T AMB of the infrared sensor signal S IR . The influence of variations in output characteristics of the infrared sensor unit 2 is mitigated, and a highly accurate output temperature T OUT can be obtained.

図３は、本発明の実施形態３に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。   FIG. 3 is a process diagram for explaining the infrared sensor signal correction method and the temperature measurement method according to the third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has the same function as FIG.

図３に示す本実施形態３の赤外線センサ信号の補正方法では、上述した実施形態２の第３補正工程と赤外線センサオフセット補正工程の順序を入れ替えている。すなわち、本実施形態３において、第３補正工程と赤外線センサ信号オフセット補正工程を行う順序は、特に制限されないことが本実施形態３より理解される。   In the infrared sensor signal correction method of the third embodiment shown in FIG. 3, the order of the third correction process and the infrared sensor offset correction process of the second embodiment described above is switched. That is, in the third embodiment, it is understood from the third embodiment that the order of performing the third correction step and the infrared sensor signal offset correction step is not particularly limited.

赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを求める具体的な方法の例としては、実施形態２に記載の方法の他に以下のものが挙げられ、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETと第３補正工程で用いる補正係数Ｃを一緒に求めることができる。 Examples of a specific method for obtaining the infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET include the following in addition to the method described in the second embodiment. In the infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET and the third correction step, The correction coefficient C to be used can be obtained together.

まず、温度既知の放射率ε≒１の物体を測定対象物として、任意の２組の（ＴOBJ，ＴAMB）＝（ＴOBJ1，ＴAMB1），（ＴOBJ2，ＴAMB2）における、赤外線センサ信号を、それぞれ、ＳIR1，ＳIR2とすると、これらに第３補正工程と第１補正工程と第２補正工程とを適用して得られる第２補正信号Ｓ2’は以下のように表される。
ＳIR1の第２補正信号Ｓ21’：
Ｓ21’＝｛（ＳIR1×Ｃ−ＳOFFSET）−Ａ’（ＴAMB1）｝×Ｂ’（ＴAMB1） ・・・（３）
ＳIR2の第２補正信号Ｓ22’：
Ｓ22’＝｛（ＳIR2×Ｃ−ＳOFFSET）−Ａ’（ＴAMB2）｝×Ｂ’（ＴAMB2） ・・・（４）
第２補正信号Ｓ21’及びＳ22’は補正後の環境温度に依存しない信号であるので、測定対象物温度毎に所定の値を定めておけば、（３），（４）を基にして得られる（３’），（４’）を連立方程式として解くことにより、ＳOFFSET及びＣが算出される。後述する実施例３ではこの方法を採用している。
ＳIR1×Ｃ−ＳOFFSET＝Ｓ21’／Ｂ’（ＴAMB1）＋Ａ’（ＴAMB1） ・・・（３’）
ＳIR2×Ｃ−ＳOFFSET＝Ｓ22’／Ｂ’（ＴAMB2）＋Ａ’（ＴAMB2） ・・・（４’）
図４は、本発明の実施形態４に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。 First, an infrared sensor with an arbitrary two sets of (T OBJ , T AMB ) = (T OBJ1 , T AMB1 ), (T OBJ2 , T AMB2 ) with an object having a known emissivity ε≈1 as a measurement object. Assuming that the signals are S IR1 and S IR2 , respectively, the second correction signal S 2 ′ obtained by applying the third correction step, the first correction step, and the second correction step to these is expressed as follows. The
S IR1 second correction signal S 21 ':
S 21 ′ = {(S IR1 × C−S OFFSET ) −A ′ (T AMB1 )} × B ′ (T AMB1 ) (3)
S IR2 second correction signal S 22 ':
S 22 ′ = {(S IR2 × C−S OFFSET ) −A ′ (T AMB2 )} × B ′ (T AMB2 ) (4)
Since the second correction signals S 21 ′ and S 22 ′ are signals that do not depend on the corrected ambient temperature, if a predetermined value is determined for each measurement object temperature, the second correction signals S 21 ′ and S 22 ′ are based on (3) and (4). S OFFSET and C are calculated by solving (3 ′) and (4 ′) obtained as above as simultaneous equations. This method is employed in Example 3 to be described later.
S IR1 × C−S OFFSET = S 21 '/ B' (T AMB1 ) + A '(T AMB1 ) (3')
S IR2 × C−S OFFSET = S 22 '/ B' (T AMB2 ) + A '(T AMB2 ) (4')
FIG. 4 is a process diagram for explaining an infrared sensor signal correction method and a temperature measurement method according to Embodiment 4 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has the same function as FIG.

本実施形態４の赤外線センサ信号の補正方法では、赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号のオフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算し、補正赤外線センサ信号ＳIR’を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程を有している。また、環境温度測定部３から得られる環境温度ＴAMBに、環境温度のオフセット補正量ＴOFFSETを加算又は減算し、補正環境温度ＴAMB’を得る環境温度オフセット補正工程を有している。 In the correction method of the infrared sensor signal of the present embodiment 4, the offset correction amount S OFFSET of the infrared sensor signal addition or subtraction to the infrared sensor signal S IR obtained from the infrared sensor unit 2 to obtain the corrected infrared sensor signal S IR ' An infrared sensor signal offset correction step is included. Further, the environmental temperature T AMB obtained from environmental temperature measuring unit 3, adds or subtracts the offset correction amount T OFFSET of environmental temperature, and has an environmental temperature offset correction to obtain a corrected environmental temperature T AMB '.

また、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して、補正係数Ｃを乗算する第３補正工程と、環境温度オフセット補正工程から得られる補正環境温度ＴAMB’に基づいたオフセット補正量Ａを加算又は減算する第１補正工程と、補正環境温度ＴAMB’に基づいた補正係数Ｂを乗算する第２補正工程を有している。 Further, an offset correction amount A based on the corrected environmental temperature T AMB ′ obtained from the third correction step of multiplying the correction infrared sensor signal S IR ′ by the correction coefficient C and the environmental temperature offset correction step is added or subtracted. And a second correction step of multiplying the correction coefficient B based on the corrected ambient temperature T AMB ′.

以下、上述した本実施形態４の各工程について更に詳細に説明する。
赤外線センサ信号オフセット補正工程において、赤外線センサ信号ＳIRに対して赤外線センサ信号のオフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算する赤外線センサ信号オフセット補正工程を適用すると、補正赤外線センサ信号ＳIR’が得られる。また、環境温度オフセット補正工程において、上述した実施形態１と同様に、環境温度測定部３から得られる環境温度ＴAMBに対して、環境温度のオフセット補正量ＴOFFSETを加算又は減算する環境温度オフセット補正工程を適用すると、補正環境温度ＴAMB’が得られる。 Hereinafter, each process of this Embodiment 4 mentioned above is demonstrated in detail.
In the infrared sensor signal offset correcting step, applying an infrared sensor signal offset correction process of adding or subtracting the offset correction amount S OFFSET of the infrared sensor signal to the infrared sensor signal S IR, corrected infrared sensor signal S IR 'is obtained . Further, in the environmental temperature offset correction step, the environmental temperature offset for adding or subtracting the environmental temperature offset correction amount T OFFSET to the environmental temperature T AMB obtained from the environmental temperature measurement unit 3 as in the first embodiment described above. When the correction process is applied, a corrected environmental temperature T AMB ′ is obtained.

赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSET及び環境温度のオフセット補正量ＴOFFSETは、赤外線センサ装置１を用いて、放射率ε＝１の物体を測定対象物として、測定対象物から放射される赤外線を検出する際に、測定対象物温度ＴOBJと赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBとが同一温度になる場合（ＴOBJ＝ＴAMB）において、赤外線センサ信号ＳIRがゼロになるという理論に基づいて算出される。 The infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET and the environmental temperature offset correction amount T OFFSET use the infrared sensor device 1 to detect an infrared ray radiated from the measurement object with an object having an emissivity ε = 1 as the measurement object. When the measurement object temperature T OBJ and the ambient temperature T AMB of the infrared sensor unit 2 become the same temperature (T OBJ = T AMB ), based on the theory that the infrared sensor signal S IR becomes zero. Calculated.

本実施形態４の赤外線センサ信号の補正方法における、赤外線センサ信号オフセット補正量および環境温度のオフセット補正量を求める具体的な方法としては、例えば、放射率ε≒１の物体を測定対象物とした、ＴAMB＝ＴOBJ近傍におけるデータ群（ＴAMB，ＳIR）の取得を２つの対象物温度ＴOBJ1，ＴOBJ2で行い、それぞれの対象物温度で、データ群（ＴAMB，ＳIR）をフィッティングして得られる関数ＳIR＝ｆ１（ＴAMB），ＳIR＝ｆ２（ＴAMB）から、ＳOFFSET＝ｆ１（ＴOBJ1＋ＴOFFSET），ＳOFFSET＝ｆ２（ＴOBJ2＋ＴOFFSET）を得て、これらの関数からＴOFFSET，ＳOFFSETを未知数とした連立方程式を解いてＴOFFSET，ＳOFFSETを求める方法が挙げられ、後述する実施例４ではこれを採用している。この場合、補正環境温度ＴAMB’＝ＴAMB−ＴOFFSET、補正赤外線センサ信号ＳIR’＝ＳIR−ＳOFFSETとなる。 As a specific method for obtaining the infrared sensor signal offset correction amount and the environmental temperature offset correction amount in the infrared sensor signal correction method of the fourth embodiment, for example, an object having an emissivity ε≈1 is used as a measurement object. , T AMB = Acquisition of a data group (T AMB , S IR ) in the vicinity of T OBJ at two object temperatures T OBJ1 , T OBJ2 , and at each object temperature, the data group (T AMB , S IR ) From the functions S IR = f1 (T AMB ) and S IR = f 2 (T AMB ) obtained by fitting, S OFFSET = f 1 (T OBJ1 + T OFFSET ), S OFFSET = f 2 (T OBJ2 + T OFFSET ) From these functions, there is a method of finding T OFFSET and S OFFSET by solving simultaneous equations with T OFFSET and S OFFSET as unknowns, which is adopted in Example 4 described later. In this case, the correction environment temperature T AMB ′ = T AMB −T OFFSET and the correction infrared sensor signal S IR ′ = S IR −S OFFSET .

なお、最終的な出力温度ＴOUTをより精度良く算出する観点から、本実施形態４においても、補正赤外線センサ信号ＳIR’に赤外線センサ装置固有の補正係数Ｃを乗算し、第３補正信号Ｓ3’を得る第３補正工程を有している。第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3’に対して後述の信号補正工程を適用すればよい。第３補正工程を有さない場合は、補正赤外線センサ信号ＳIR’に信号補正工程を適用すればよい。以下の説明では便宜上、信号補正工程は、補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して適用しているが、第３補正工程を有する場合は、第３補正信号Ｓ3’に対して信号補正工程を適用するものと読み替える。 From the viewpoint of calculating the final output temperature T OUT with higher accuracy, the third correction signal S is also obtained in the fourth embodiment by multiplying the correction infrared sensor signal S IR ′ by the correction coefficient C unique to the infrared sensor device. It has a third correction step to obtain 3 ′. When the third correction process is included, a signal correction process described later may be applied to the third correction signal S 3 ′. When the third correction process is not provided, the signal correction process may be applied to the corrected infrared sensor signal S IR ′. In the following description, for the sake of convenience, the signal correction process is applied to the corrected infrared sensor signal S IR ′. However, when the third correction process is provided, the signal correction process is applied to the third correction signal S 3 ′. Read as applicable.

本実施形態４の赤外線センサ信号の補正方法では、補正赤外線センサ信号ＳIR’に基づく信号に対して補正環境温度ＴAMB’に基づいた信号補正工程を適用する。 In the infrared sensor signal correction method according to the fourth embodiment, a signal correction process based on the corrected environment temperature T AMB ′ is applied to a signal based on the corrected infrared sensor signal S IR ′.

第３補正信号Ｓ3’に対して補正環境温度ＴAMB’より求まるオフセット補正量Ａを加算又は減算する第１補正工程を適用すると、第１補正信号Ｓ1’’が得られる。 When the first correction step of adding or subtracting the offset correction amount A obtained from the correction environment temperature T AMB ′ is applied to the third correction signal S 3 ′, the first correction signal S 1 ″ is obtained.

第１補正信号Ｓ1’’に対して、補正環境温度ＴAMB’より求まる補正係数Ｂを乗算する第２補正工程を適用すると、環境温度ＴAMBに対して略一定の第２補正信号Ｓ2’’が得られる。 When the second correction step of multiplying the first correction signal S 1 ″ by the correction coefficient B obtained from the correction environment temperature T AMB ′, the second correction signal S 2 that is substantially constant with respect to the environment temperature T AMB . '' Is obtained.

さらに、第２補正信号Ｓ2’’に対して、温度換算工程を適用することで、出力温度ＴOUT’’が得られる。 Furthermore, an output temperature T OUT ″ is obtained by applying a temperature conversion process to the second correction signal S 2 ″.

上述した本実施形態４の赤外線センサ信号の補正方法によれば、赤外線センサ信号オフセット補正工程及び環境温度オフセット補正工程を適用することで、赤外線センサ部２の環境温度ＴAMBの測定精度の低下や、赤外線センサ部２の出力特性のばらつきなどによる測定対象物の温度測定精度の低下をより軽減することが可能となる。 According to the infrared sensor signal correction method of the fourth embodiment described above, by applying the infrared sensor signal offset correction process and the environmental temperature offset correction process, the measurement accuracy of the environmental temperature TAMB of the infrared sensor unit 2 is reduced. Further, it is possible to further reduce a decrease in temperature measurement accuracy of the measurement object due to variations in output characteristics of the infrared sensor unit 2 and the like.

以上を小括すると、本発明者らは、上述した従来技術の課題である実装形態や実装ばらつきによる赤外線センサの出力特性のばらつきや環境温度の測定誤差に起因する測定温度の誤差を解決するために鋭意検討した結果、実施形態１乃至４に示したように、環境温度オフセット補正量を用いた環境温度オフセット補正工程及び／又は赤外線センサ信号オフセット補正量を用いた赤外線センサ信号オフセット補正工程を含む、赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を確立したのである。   To summarize the above, the present inventors have solved the above-mentioned problems of the prior art in measuring temperature errors due to variations in output characteristics of infrared sensors due to mounting variations and mounting variations and measurement errors in environmental temperature. As a result of intensive studies, as shown in the first to fourth embodiments, the environmental temperature offset correction step using the environmental temperature offset correction amount and / or the infrared sensor signal offset correction step using the infrared sensor signal offset correction amount are included. In this way, the infrared sensor signal correction method and temperature measurement method were established.

図５は、本発明の実施形態５に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。図中符号１１は赤外線センサ部を示している。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。また、赤外線センサ信号オフセット補正工程、第３補正工程、環境温度オフセット補正工程、第１補正工程、第２補正工程及び温度換算工程については、図４に示した実施形態４と同様である。   FIG. 5 is a process diagram illustrating an infrared sensor signal correction method and a temperature measurement method according to Embodiment 5 of the present invention. Reference numeral 11 in the drawing indicates an infrared sensor unit. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has the same function as FIG. The infrared sensor signal offset correction step, the third correction step, the environmental temperature offset correction step, the first correction step, the second correction step, and the temperature conversion step are the same as those in the fourth embodiment shown in FIG.

図５に示す赤外線センサ装置は、赤外線センサ部１１自体が環境温度ＴAMBを測定する環境温度測定部としても機能するもので、赤外線センサ部１１から赤外線センサ信号ＳIRと環境温度ＴAMBが得られる構成になっている。 The infrared sensor device shown in FIG. 5 also functions as an environmental temperature measurement unit in which the infrared sensor unit 11 itself measures the environmental temperature T AMB, and the infrared sensor signal S IR and the environmental temperature T AMB are obtained from the infrared sensor unit 11. It is configured to be.

本実施形態５の赤外線センサ装置は、赤外線センサ信号ＳIRと環境温度ＴAMBとが得られる構成であれば制限されず、視野角制限体及び／又は窓材を更に有する構成であってもよい。 The infrared sensor device according to the fifth embodiment is not limited as long as the infrared sensor signal SIR and the environmental temperature TAMB can be obtained, and may have a configuration further including a viewing angle limiter and / or a window material. .

図６は、本発明の実施形態６に係る赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法を説明するための工程図である。図６に示すように、第２補正工程を行った後で、第１補正工程を行うことも可能であり、第１補正工程と第２補正工程を行う順序は、特に制限されない。   FIG. 6 is a process diagram illustrating an infrared sensor signal correction method and a temperature measurement method according to Embodiment 6 of the present invention. As shown in FIG. 6, the first correction process can be performed after the second correction process, and the order of performing the first correction process and the second correction process is not particularly limited.

図７は、本発明の実施形態７に係る温度測定装置を説明するための構成図である。図中符号１２は温度測定装置、１３は環境温度オフセット補正部、１４は赤外線センサ信号オフセット補正部、１５は第３補正部、１６は第１補正部、１７は第２補正部、１８は温度換算部を示している。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。   FIG. 7 is a configuration diagram for explaining a temperature measurement device according to Embodiment 7 of the present invention. In the figure, reference numeral 12 is a temperature measuring device, 13 is an environmental temperature offset correction unit, 14 is an infrared sensor signal offset correction unit, 15 is a third correction unit, 16 is a first correction unit, 17 is a second correction unit, and 18 is a temperature. The conversion part is shown. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has the same function as FIG.

本実施形態７の温度測定装置１２は、測定対象物１０から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部２と、この赤外線センサ部２の環境温度を測定する環境温度測定部３とを備えた赤外線センサ装置１における赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量するものである。   The temperature measurement device 12 according to the seventh embodiment includes an infrared sensor unit 2 that detects infrared rays emitted from the measurement object 10 and outputs an electrical signal, and an environmental temperature measurement unit that measures the environmental temperature of the infrared sensor unit 2. The measurement temperature is quantified by correcting the change of the infrared sensor signal based on the electrical signal obtained from the infrared sensor unit in the infrared sensor device 1 with the environmental temperature.

また、環境温度測定部３から得られる環境温度に、この環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度とする環境温度オフセット補正部１３と、補正環境温度に基づいて赤外線センサ部２から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号を補正する信号補正部１６，１７と、この信号補正１６，１７部の出力から測定温度を換算する温度換算部１８とを備えている。   In addition, an environmental temperature offset correction unit 13 which adds or subtracts the offset correction amount of the environmental temperature to the environmental temperature obtained from the environmental temperature measurement unit 3 to obtain a corrected environmental temperature, and the infrared sensor unit 2 based on the corrected environmental temperature. Are provided with signal correction units 16 and 17 for correcting infrared sensor signals based on the electrical signals obtained from the above, and a temperature conversion unit 18 for converting the measured temperature from the output of the signal corrections 16 and 17 parts.

また、信号補正部１６，１７は、補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正部１６と、補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正部１７とを備えている。   Further, the signal correction units 16 and 17 include a first correction unit 16 that adds or subtracts an offset correction amount based on the corrected environmental temperature, and a second correction unit 17 that multiplies a correction coefficient based on the corrected environmental temperature. ing.

また、赤外線センサ信号に、赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号とする赤外線センサ信号オフセット補正部１４を更に備えている。また、赤外線センサ部２により得られた赤外線センサ信号又は赤外線センサ信号オフセット補正部１４により得られた補正赤外線センサ信号に、赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正部１５を更に備えている。   Further, an infrared sensor signal offset correction unit 14 is further provided that adds or subtracts the offset correction amount of the infrared sensor signal to the infrared sensor signal to obtain a corrected infrared sensor signal. Further, a third correction unit 15 is further provided that multiplies the infrared sensor signal obtained by the infrared sensor unit 2 or the correction infrared sensor signal obtained by the infrared sensor signal offset correction unit 14 by a correction coefficient unique to the infrared sensor device. Yes.

つまり、本実施形態７における赤外線センサ装置１は、プリント基板５上に実装された赤外線センサ部２と、環境温度ＴAMBを測定する環境温度測定部３と、視野角制限体４と、窓材６とからなっている。また、温度測定装置１２は、赤外線センサ装置１と、環境温度オフセット補正部１３と、赤外線センサ信号オフセット補正部１４と、第３補正部１５と、第１補正部１６と、第２補正部１７と、温度換算部１８とを備えている。 That is, the infrared sensor device 1 according to the seventh embodiment includes an infrared sensor unit 2 mounted on a printed board 5, an environmental temperature measurement unit 3 that measures the environmental temperature TAMB , a viewing angle limiter 4, and a window material. It consists of six. In addition, the temperature measuring device 12 includes an infrared sensor device 1, an environmental temperature offset correction unit 13, an infrared sensor signal offset correction unit 14, a third correction unit 15, a first correction unit 16, and a second correction unit 17. And a temperature conversion unit 18.

環境温度オフセット補正部１３は、環境温度測定部３から得られる環境温度ＴAMBに対して、環境温度オフセット補正量ＴOFFSETを加算又は減算し、補正環境温度ＴAMB’を得るものである。環境温度オフセット補正量ＴOFFSETとしては、例えば、上述した実施形態１，４のいずれかに記載の値を採用することが可能であるが、本実施形態７の温度測定装置はこれに限定されない。 The environmental temperature offset correction unit 13 adds or subtracts the environmental temperature offset correction amount T OFFSET to the environmental temperature T AMB obtained from the environmental temperature measurement unit 3 to obtain a corrected environmental temperature T AMB ′. As the environmental temperature offset correction amount T OFFSET , for example, the value described in any of Embodiments 1 and 4 described above can be adopted, but the temperature measurement device of Embodiment 7 is not limited to this.

また、赤外線センサ信号オフセット補正部１４は、赤外線センサ部２から得られる赤外線センサ信号ＳIRまたは赤外線センサ信号ＳIR対して補正係数Ｃを乗算した後の信号に対して、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを加算又は減算し、補正赤外線センサ信号ＳIR’を得るものである。赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとしては、例えば、上述した実施形態２乃至４のいずれかに記載の値を採用することが可能であるが、本実施形態７の温度測定装置はこれに限定されない。 The infrared sensor signal offset correcting section 14, to the signal after it has been multiplied by the correction factor C for the infrared sensor signal S IR or infrared sensor signal S IR obtained from the infrared sensor unit 2, the infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET is added or subtracted to obtain a corrected infrared sensor signal S IR ′. As the infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET , for example, the value described in any of Embodiments 2 to 4 described above can be adopted, but the temperature measurement device of Embodiment 7 is not limited to this. .

また、第１補正部１６は、補正環境温度ＴAMB’に基づいて求まるオフセット補正量Ａを算出し、加算又は減算するものである。オフセット補正量Ａとしては、例えば、上述した実施形態１乃至４のいずれかに記載の値を採用することが可能であるが、本実施形態７の温度測定装置はこれに限定されない。 Further, the first correction unit 16 calculates an offset correction amount A obtained based on the corrected environment temperature T AMB ′, and adds or subtracts it. As the offset correction amount A, for example, the value described in any of Embodiments 1 to 4 described above can be adopted, but the temperature measurement device of Embodiment 7 is not limited to this.

また、第２補正部１７は、補正環境温度ＴAMB’に基づいて求まる補正係数Ｂを算出し、乗算するものである。補正係数Ｂとしては、例えば、上述した実施形態１乃至４のいずれかに記載の値を採用することが可能であるが、本実施形態７の温度測定装置はこれに限定されない。また、温度換算部１８は、補正後の信号を出力温度ＴOUTに換算するものである。 Further, the second correction unit 17 calculates and multiplies a correction coefficient B obtained based on the corrected environment temperature T AMB ′. As the correction coefficient B, for example, the value described in any of Embodiments 1 to 4 described above can be adopted, but the temperature measurement device of Embodiment 7 is not limited to this. The temperature conversion unit 18 converts the corrected signal into the output temperature T OUT .

つまり、実施形態７の温度測定装置１２は、赤外線センサ部から出力される赤外線センサ信号ＳIRから測定温度を高精度に定量するようにした温度測定装置であり、環境温度オフセット補正部１３と、赤外線センサ信号オフセット補正部１４とを備えている。 That is, the temperature measurement device 12 of the seventh embodiment is a temperature measurement device that quantifies the measurement temperature with high accuracy from the infrared sensor signal SIR output from the infrared sensor unit, and includes the environmental temperature offset correction unit 13, And an infrared sensor signal offset correction unit 14.

本実施形態７の温度測定装置は、環境温度オフセット補正部１３と、赤外線センサ信号オフセット補正部１４の少なくとも一方を備えることで、様々な要因で変化する、赤外線センサの出力特性、環境温度の測定精度等の影響を補正することができ、精度の高い温度測定が可能になり、両方を備えることで、より高度に赤外線センサの出力特性、環境温度の測定精度等の影響を補正することができ、精度の高い温度測定が可能になる。   The temperature measurement apparatus according to the seventh embodiment includes at least one of the environmental temperature offset correction unit 13 and the infrared sensor signal offset correction unit 14, thereby measuring the output characteristics of the infrared sensor and the environmental temperature that change due to various factors. The effects of accuracy, etc. can be corrected, and high-precision temperature measurement is possible. By providing both, the effects of infrared sensor output characteristics, environmental temperature measurement accuracy, etc. can be corrected more highly. High-accuracy temperature measurement becomes possible.

以下、具体的な各実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with specific examples. However, the present invention is not limited to these examples.

本実施例１は、上述した実施形態１の赤外線センサ信号の補正方法を用いた実施例を示している。図１に示した赤外線センサ装置１の赤外線センサ部２より赤外線センサ信号ＳIRを得て、この赤外線センサ信号ＳIRに第３補正工程として補正係数Ｃを乗算して得られる第３補正信号Ｓ3を得た。また、環境温度測定部３より、環境温度ＴAMBを得て、この環境温度ＴAMBに環境温度オフセット補正工程として環境温度オフセット補正量ＴOFFSETを減算して得られる補正環境温度ＴAMB’を得た。そして、第３補正信号Ｓ3に第１補正工程として補正環境温度ＴAMB’から算出されるオフセット補正量Ａを減算して第１補正信号Ｓ1を得て、この第１補正信号Ｓ1に第２補正工程として補正環境温度ＴAMB’から算出される補正係数Ｂを乗算して第２補正信号Ｓ2を得た。この第２補正信号Ｓ2に基づいて、温度換算工程を実施することによって測定対象物の温度を定量した。ここで、赤外線センサ部２には量子型センサであるフォトダイオードを用いた。 Example 1 shows an example using the infrared sensor signal correction method of the first embodiment described above. To obtain an infrared sensor signal S IR from the infrared sensor portion 2 of the infrared sensor device 1 shown in FIG. 1, the third correction signal S obtained at the infrared sensor signal S IR by multiplying the correction coefficient C as a third correction step Got 3 . Further, resulting from the environmental temperature measuring unit 3 to obtain the environmental temperature T AMB, the environmental temperature T AMB of the ambient temperature offset correction process as the ambient temperature offset correction amount T OFFSET subtracted by the resulting corrected environmental temperature T AMB ' It was. The third corrected signal S 3 corrected environmental temperature T AMB 'offset correction amount A is calculated to obtain a first correction signals S 1 is subtracted from the first correction step, the first correction signals S 1 As a second correction step, the second correction signal S 2 was obtained by multiplying the correction coefficient B calculated from the corrected ambient temperature T AMB ′. Based on the second correction signal S 2 , the temperature of the measurement object is quantified by performing the temperature conversion step. Here, a photodiode which is a quantum type sensor is used for the infrared sensor unit 2.

＜測定条件＞
赤外線センサ装置１として、赤外線センサ部２に、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板上に、ｎ型インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）層と、ｐ型ＩｎＳｂ層と、前記ｎ型ＩｎＳｂ層と前記ｐ型ＩｎＳｂ層との間に光吸収層であるｉ型ＩｎＳｂ層と、前記ｐ型ＩｎＳｂ層と前記ｉ型ＩｎＳｂ層との間に生成したキャリアのリークを防ぐためのバリア層であるｐ型アルミニウムインジウムアンチモン（ＡｌＩｎＳｂ）層と、を積層したＰＩＮ構造を有する、フォトダイオードを用いて、視野角θが１２０°となるような視野角制限体４を有し、窓材６として５μｍカット・ロングパスフィルタを有する、赤外線センサ装置を用意した。 <Measurement conditions>
As an infrared sensor device 1, an infrared sensor unit 2 includes an n-type indium antimony (InSb) layer, a p-type InSb layer, an n-type InSb layer, and a p-type InSb layer on a gallium arsenide (GaAs) substrate. A p-type aluminum indium antimony (AlInSb) layer serving as a barrier layer for preventing leakage of carriers generated between the p-type InSb layer and the i-type InSb layer. Infrared sensor device using a photodiode having a viewing angle limiter 4 having a viewing angle θ of 120 ° and a window member 6 having a 5 μm cut long-pass filter. Prepared.

＜赤外線センサ信号ＳIR＞
図８は、実施例１における赤外線センサ信号を示す図である。赤外線センサ装置１を用いて、１０，３０，５０℃に設定されたペルチェ素子を対象物として（ＴOBJ＝１０，３０，５０℃）、ペルチェ素子表面から放射される赤外線を、環境温度５〜５５℃において検出した際の赤外線センサ信号ＳIRとして、光電流を示している。このペルチェ素子表面と赤外線センサ装置との距離を約１ｃｍとして、ペルチェ素子表面から放射される赤外線を、環境温度５〜５５℃において検出した際の赤外線センサ信号ＳIRとして、光電流を示している。なお、ペルチェ素子表面は１２ｃｍ×１８ｃｍの長方形であり、黒体スプレー（放射率０．９４）を塗付してあり、ペルチェ素子表面が赤外線センサ装置１の視野全体に広がった状態で測定を実施した。 <Infrared sensor signal SIR >
FIG. 8 is a diagram illustrating an infrared sensor signal in the first embodiment. Using the infrared sensor device 1, a Peltier element set at 10, 30, 50 ° C. is used as an object (T OBJ = 10, 30, 50 ° C.), and infrared rays radiated from the surface of the Peltier element are converted to an environmental temperature of 5-5. The photocurrent is shown as the infrared sensor signal SIR when detected at 55 ° C. The distance between the Peltier element surface and the infrared sensor device as about 1 cm, the infrared rays emitted from the Peltier element surface, as the infrared sensor signal S IR when it is detected at ambient temperature 5 to 55 ° C., shows the photocurrent . Note that the surface of the Peltier element is a rectangle of 12 cm x 18 cm, and black body spray (emissivity 0.94) is applied, and the measurement is performed with the Peltier element surface spread over the entire field of view of the infrared sensor device 1. did.

図８に示すように、赤外線センサ信号ＳIRは、環境温度ＴAMBに対して一定ではなく、環境温度ＴAMBが高いほど同じ測定対象物温度であっても赤外線センサ信号ＳIRが小さくなっている。 As shown in FIG. 8, the infrared sensor signal S IR is not constant with respect to the ambient temperature T AMB, an infrared sensor signal S IR be the same measuring object temperatures higher environmental temperature T AMB smaller Yes.

また、図８に示した赤外線センサ信号は、対象物温度と環境温度とが等しい（ＴOBJ，ＴAMB）＝（１０，１０），（３０，３０），（５０，５０）の場合に、赤外線センサ信号ＳIRがゼロでない（ＳIR≠０）ことが理解される。これは、環境温度測定部３の測定誤差、赤外線センサ部２と環境温度測定部３との間の温度差、赤外線センサ部２と視野角制限体４との間の温度差による放射エネルギーの出入、などの種々の要因によると推定される。 The infrared sensor signal shown in FIG. 8 is obtained when the object temperature and the environmental temperature are equal (T OBJ , T AMB ) = (10, 10), (30, 30), (50, 50). It is understood that the infrared sensor signal SIR is not zero ( SIR ≠ 0). This is because the measurement error of the ambient temperature measurement unit 3, the temperature difference between the infrared sensor unit 2 and the ambient temperature measurement unit 3, and the radiation energy in and out due to the temperature difference between the infrared sensor unit 2 and the viewing angle limiter 4 It is estimated that it is due to various factors such as.

＜環境温度オフセット補正工程＞
図９は、実施例１における補正環境温度に対する赤外線センサ信号を示す図で、環境温度ＴAMBに対して環境温度オフセット補正工程を適用した場合の補正環境温度ＴAMB’と、赤外線センサ信号ＳIRとの関係を示している。 <Environmental temperature offset correction process>
Figure 9 is a diagram showing an infrared sensor signal for correcting the ambient temperature in Example 1, and the correction ambient temperature T AMB 'in the case of applying the environmental temperature offset correction process on the ambient temperature T AMB, infrared sensor signal S IR Shows the relationship.

ここで、環境温度オフセット補正工程として、環境温度ＴAMBに対して環境温度オフセット補正量ＴOFFSETの減算を行った。なお、環境温度オフセット補正量ＴOFFSETとしては、赤外線センサ装置１を用いて、３０℃に設定されたペルチェ素子を対象物として（ＴOBJ＝３０℃）、ペルチェ素子から放射される赤外線を、３０，３５，４０℃の環境温度ＴAMBで測定したときに得られる赤外線センサ信号ＳIRを用いて、赤外線センサ信号ＳIRの環境温度ＴAMB依存性のプロットに対して１次関数でのフィッティングを行うことで、下記式（５）で表される関数を導出し、赤外線センサ信号ＳIR＝０を代入した場合の環境温度ＴAMBの値と、３０℃との差分を環境温度オフセット補正量ＴOFFSETとして用いて（ＴOFFSET＝４．３℃）、ＴAMB’＝ＴAMB−４．３［℃］とした。
ＳIR＝−０．０８９４２ＴAMB＋３．０７１ ・・・（５） Here, as the environmental temperature offset correction step, the environmental temperature offset correction amount T OFFSET is subtracted from the environmental temperature TAMB . As the environmental temperature offset correction amount T OFFSET , the infrared sensor device 1 is used to target the Peltier element set at 30 ° C. (T OBJ = 30 ° C.), and the infrared radiation emitted from the Peltier element is 30 , using an infrared sensor signal S IR obtained when measured at ambient temperature T AMB of 35, 40 ° C., the fitting of a linear function with respect to the ambient temperature T AMB dependent plot of the infrared sensor signal S IR As a result, a function expressed by the following equation (5) is derived, and the difference between the value of the environmental temperature T AMB when the infrared sensor signal S IR = 0 is substituted and 30 ° C. is calculated as the environmental temperature offset correction amount T used as OFFSET (T OFFSET = 4.3 ℃) , it was T AMB '= T AMB -4.3 [ ℃].
S IR = −0.08942T AMB +3.071 (5)

＜第３補正工程＞
赤外線センサ信号ＳIRに対して第３補正工程を適用して第３補正信号Ｓ3を得た。ここで、第３補正工程として、補正係数Ｃの乗算を行った。なお、実施例１における補正係数Ｃとしては、（ＴOBJ，ＴAMB）＝（５０，３０）における赤外線センサ信号ＳIRの値ＳIR＝２．２６３ｎＡを、３．２６０ｎＡに合わせるための係数とし、Ｃ＝１．４４０とした。 <Third correction step>
3 was obtained correction signal S 3 by applying the third correction process on the infrared sensor signal S IR. Here, multiplication of the correction coefficient C was performed as the third correction step. The correction coefficient C in the first embodiment is a coefficient for adjusting the value S IR = 2.263 nA of the infrared sensor signal S IR at (T OBJ , T AMB ) = (50, 30) to 3.260 nA. C = 1.440.

＜第１補正工程及び第２補正工程＞
第３補正信号Ｓ3に対して第１補正工程を適用して第１補正信号Ｓ1を得て、第１補正信号Ｓ1に対して第２補正工程を適用して第２補正信号Ｓ2を得た。ここで、第１補正工程として、オフセット補正量Ａの減算を行った。なお、オフセット補正量Ａとしては、下記式（６）で表される関数を用いて、補正環境温度ＴAMB’に基づいたオフセット補正量Ａを得た。
Ａ［ｎＡ］＝（−４．５８２７×１０-6）×ＴAMB’3−（１．００５７×１０-3）×ＴAMB’2−（４．１１４２×１０-2）×ＴAMB’＋２．２８９７ ・・・（６） <First correction step and second correction step>
A first correction signal S 1 is obtained by applying the first correction process to the third correction signal S 3 , and a second correction signal S 2 is applied by applying the second correction process to the first correction signal S 1 . Got. Here, as the first correction step, the offset correction amount A is subtracted. As the offset correction amount A, an offset correction amount A based on the corrected environment temperature T AMB ′ was obtained using a function expressed by the following equation (6).
A [nA] = (- 4.5827 × 10 -6) × T AMB '3 - (1.0057 × 10 -3) × T AMB' 2 - (4.1142 × 10 -2) × T AMB '+2 2897 (6)

また、第２補正工程として、補正係数Ｂの乗算を行った。なお、補正係数Ｂとしては、下記式（７）で表される関数を用いて、補正環境温度ＴAMB’に基づいた補正係数Ｂを得た。
Ｂ＝（５．６７６１×１０-5）×ＴAMB’2−（５．８２２４×１０-3）×ＴAMB’＋１．１１９２ ・・・（７） In addition, as the second correction step, multiplication by the correction coefficient B was performed. As the correction coefficient B, a correction coefficient B based on the correction environment temperature T AMB ′ was obtained using a function represented by the following formula (7).
B = (5.6761 × 10 -5) × T AMB '2 - (5.8224 × 10 -3) × T AMB' +1.1192 ··· (7)

＜温度換算工程＞
表１は、本実施例１の手順に沿って得られた第２補正信号Ｓ2に基づいて温度換算工程を行うことにより得られた出力温度ＴOUTを示している。 <Temperature conversion process>
Table 1 shows the output temperature T OUT obtained by performing the temperature conversion process based on the second correction signal S 2 obtained according to the procedure of the first embodiment.

温度換算工程において出力温度ＴOUTを算出するのには、下記式（８）で表される関係式を用いた。 To calculate the output temperature T OUT in the temperature conversion step, a relational expression represented by the following formula (8) was used.

ＴOUT＝（７．９７１４×１０-2）×Ｓ2 3−（７．５５４０×１０-1）×Ｓ2 2＋８．６４５４×Ｓ2＋３０．０４７ ・・・（８） T OUT = (7.9714 × 10 −2 ) × S 2 3 − (7.5540 × 10 −1 ) × S 2 2 + 8.6454 × S 2 +30.047 (8)

Figure 2012230077
Figure 2012230077

表１に示すように、本発明の環境温度オフセット補正工程を適用することによって、赤外線センサ装置が受光した赤外線エネルギー量から定量される出力温度ＴOUTと実際の測定対象物の温度との差が小さくなり、測定対象物温度１０〜５０℃において、最大４℃未満の差異に抑えることが可能となっている。 As shown in Table 1, by applying the environmental temperature offset correction process of the present invention, the difference between the output temperature T OUT quantified from the amount of infrared energy received by the infrared sensor device and the actual temperature of the object to be measured is It becomes smaller and can be suppressed to a difference of less than a maximum of 4 ° C. at a measurement object temperature of 10 to 50 ° C.

本実施例２は、上述した実施形態２の実施例を示している。図２に示した赤外線センサ装置１の赤外線センサ部２より赤外線センサ信号ＳIRを得て、この赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号オフセット補正工程として、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを減算して得られる補正赤外線センサ信号ＳIR’を得て、この補正赤外線センサ信号ＳIR’に第３補正工程として補正係数Ｃを乗算して第３補正信号Ｓ3’を得て、この第３補正信号Ｓ3’に第１補正工程として環境温度ＴAMBから算出されるオフセット補正量Ａ’を減算して第１補正信号Ｓ1’を得て、この第１補正信号Ｓ1’に第２補正工程として環境温度ＴAMBから算出される補正係数Ｂ’を乗算して第２補正信号Ｓ2’を得た。この第２補正信号Ｓ2’に基づいて、温度換算工程を実施することによって測定対象物の温度を定量した。これ以外は、実施例１と同様の条件とした。 Example 2 shows an example of the second embodiment described above. The infrared sensor signal S IR is obtained from the infrared sensor unit 2 of the infrared sensor device 1 shown in FIG. 2, and the infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET is subtracted from the infrared sensor signal S IR as an infrared sensor signal offset correction process. The corrected infrared sensor signal S IR ′ obtained in this way is obtained, and this corrected infrared sensor signal S IR ′ is multiplied by a correction coefficient C as a third correction step to obtain a third correction signal S 3 ′. The first correction signal S 1 ′ is obtained by subtracting the offset correction amount A ′ calculated from the environmental temperature T AMB as the first correction step from the signal S 3 ′, and the second correction is applied to the first correction signal S 1 ′. As a process, a second correction signal S 2 ′ was obtained by multiplying the correction coefficient B ′ calculated from the environmental temperature T AMB . The second correction signal based on the S 2 ', was quantified the temperature of the object to be measured by carrying out the temperature conversion process. Except this, the conditions were the same as in Example 1.

＜赤外線センサ信号オフセット補正工程＞
図１０は、実施例２における環境温度に対する補正赤外線センサ信号を示す図で、環境温度ＴAMBと、赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号オフセット補正工程を適用した場合の補正赤外線センサ信号ＳIR’との関係を示している。 <Infrared sensor signal offset correction process>
FIG. 10 is a diagram showing a corrected infrared sensor signal with respect to the environmental temperature in the second embodiment. The corrected infrared sensor signal S IR ′ when the infrared sensor signal offset correction process is applied to the environmental temperature T AMB and the infrared sensor signal S IR. Shows the relationship.

ここで、赤外線センサ信号オフセット補正工程として、赤外線センサ信号ＳIRに対して赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETの減算を行い、補正赤外線センサ信号ＳIR’とした。赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとしては、理論的には赤外線センサ信号ＳIRがゼロになる条件下、すなわち、測定対象物と環境温度が同一温度となる条件下で赤外線センサ信号ＳIRを求め、その出力をゼロにするための値を採用した。具体的には、赤外線センサ装置１を用いて、３０℃に設定されたペルチェ素子を対象物として（ＴOBJ＝３０℃）、ペルチェ素子から放射される赤外線を、３０℃の環境温度ＴAMBで測定したときに得られる赤外線センサ信号ＳIR＝０．３７５９ｎＡを赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとして用いて（ＳOFFSET＝０．３７５９ｎＡ）、ＳIR’＝ＳIR−０．３７５９［ｎＡ］とした。 Here, as the infrared sensor signal offset correcting step performs subtraction of the infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET to infrared sensor signal S IR, it was corrected infrared sensor signal S IR '. The infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET, under conditions in which the infrared sensor signal S IR becomes zero in theory, that is, determine the infrared sensor signal S IR under conditions measurement object and the ambient temperature is the same temperature The value to make the output zero was adopted. Specifically, the infrared sensor device 1 is used to target a Peltier element set at 30 ° C. (T OBJ = 30 ° C.), and infrared rays emitted from the Peltier element at an environmental temperature T AMB of 30 ° C. Using the infrared sensor signal S IR = 0.3759 nA obtained as a measurement as the infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET (S OFFSET = 0.3759 nA), S IR ′ = S IR −0.3759 [nA] did.

＜第３補正工程＞
補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して第３補正工程を適用して第３補正信号Ｓ3’を得た。ここで、第３補正工程として、補正係数Ｃの乗算を行った。なお、実施例２における補正係数Ｃとしては、（ＴOBJ，ＴAMB）＝（５０，３０）における補正赤外線センサ信号ＳIR’の値ＳIR’＝１．８８７を、２．８２７ｎＡに合わせるための係数とし、Ｃ＝１．４９８とした。 <Third correction step>
The third correction signal S 3 ′ was obtained by applying the third correction process to the corrected infrared sensor signal S IR ′. Here, multiplication of the correction coefficient C was performed as the third correction step. As the correction coefficient C in the second embodiment, the value S IR ′ = 1.877 of the corrected infrared sensor signal S IR ′ at (T OBJ , T AMB ) = (50, 30) is set to 2.827 nA. And C = 1.498.

＜第１補正工程及び第２補正工程＞
第３補正信号Ｓ3’に対して第１補正工程を適用して第１補正信号Ｓ1’を得て、第１補正信号Ｓ1’に対して第２補正工程を適用して第２補正信号Ｓ2’を得た。ここで、第１補正工程として、オフセット補正量Ａ’の減算を行った。なお、オフセット補正量Ａ’としては、下記式（９）で表される関数を用いて、環境温度ＴAMBに基づいたオフセット補正量Ａ’を得た。
Ａ’［ｎＡ］＝（−４．５８２７×１０-6）×ＴAMB 3−（１．００５７×１０-3）×ＴAMB 2−（４．１１４２×１０-2）×ＴAMB＋２．２８９７ ・・・（９） <First correction step and second correction step>
Third correction signal S 3 'by applying the first correction step the first correction signals S 1 with respect to' obtain a second correction by applying the second correction process on the first correction signals S 1 ' A signal S 2 'was obtained. Here, as the first correction step, the offset correction amount A ′ is subtracted. As the offset correction amount A ′, an offset correction amount A ′ based on the environmental temperature T AMB was obtained using a function represented by the following formula (9).
A ′ [nA] = (− 4.5827 × 10 −6 ) × T AMB 3 − (1.00057 × 10 −3 ) × T AMB 2 − (4.1142 × 10 −2 ) × T AMB +2.2897 ... (9)

また、第２補正工程として、補正係数Ｂ’の乗算を行った。なお、補正係数Ｂ’としては、下記式（１０）で表される関数を用いて、環境温度ＴAMBに基づいた補正係数Ｂ’を得た。
Ｂ’＝（５．６７６１×１０-5）×ＴAMB 2−（５．８２２４×１０-3）×ＴAMB＋１．１１９２ ・・・（１０） In addition, as the second correction step, multiplication of the correction coefficient B ′ was performed. As the correction coefficient B ′, a correction coefficient B ′ based on the environmental temperature T AMB was obtained using a function represented by the following equation (10).
B ′ = (5.6761 × 10 −5 ) × T AMB 2 − (5.8224 × 10 −3 ) × T AMB +1.1192 (10)

＜温度換算工程＞
表２は、本実施例２の手順に沿って得られた第２補正信号Ｓ2’に基づいて温度換算工程を行うことにより得られた出力温度ＴOUT’を示している。 <Temperature conversion process>
Table 2 shows the output temperature T OUT ′ obtained by performing the temperature conversion process based on the second correction signal S 2 ′ obtained according to the procedure of the second embodiment.

温度換算工程において出力温度ＴOUT’を算出するのには、下記式（１１）で表される関係式を用いた。 In calculating the output temperature T OUT ′ in the temperature conversion step, a relational expression represented by the following expression (11) was used.

ＴOUT＝（７．９７１４×１０-2）×Ｓ2’3−（７．５５４０×１０-1）×Ｓ2’2＋８．６４５４×Ｓ2’＋３０．０４７ ・・・（１１） T OUT = (7.9714 × 10 −2 ) × S 2 ′ 3 − (7.5540 × 10 −1 ) × S 2 ′ 2 + 8.6454 × S 2 ′ +30.047 (11)

Figure 2012230077
Figure 2012230077

表２に示すように、本発明の赤外線センサ信号オフセット補正工程を適用することによって、赤外線センサ装置が受光した赤外線エネルギー量から定量される出力温度ＴOUTと実際の測定対象物の温度との差が小さくなり、測定対象物温度１０〜５０℃において、最大３℃未満の差異に抑えることが可能となっている。 As shown in Table 2, by applying the infrared sensor signal offset correction process of the present invention, the difference between the output temperature T OUT quantified from the amount of infrared energy received by the infrared sensor device and the actual temperature of the object to be measured. Becomes smaller, and it is possible to suppress the difference to a maximum of less than 3 ° C. at a measurement object temperature of 10 to 50 ° C.

本実施例３は、上述した実施形態３の実施例を示している。ここでは、補正係数Ｃ及び、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを、任意の２組のＴOBJ，ＴAMBにおける赤外線センサ信号を基にして求めることができる。 Example 3 is an example of the above-described third embodiment. Here, the correction coefficient C and the infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET can be obtained based on the infrared sensor signals in any two sets of T OBJ and T AMB .

例えば、（ＴOBJ，ＴAMB）＝（３０，３０）におけるＳIR＝０．３７５９ｎＡと、（ＴOBJ，ＴAMB）＝（３０，５０）におけるＳIR＝２．２６３ｎＡと、ＴOBJ＝３０℃における所定の第２補正信号Ｓ2’＝０ｎＡと、ＴOBJ＝５０℃における所定の第２補正信号Ｓ2’＝２．７８８ｎＡと、から下記式（１１）（１２）で表される関数を導出し、連立方程式として解くことにより得られる。
０．３７５９×Ｃ−ＳOFFSET＝０／Ｂ’（ＴAMB＝３０℃）＋Ａ’（ＴAMB＝３０℃） ・・・（１１）
２．２６３×Ｃ−ＳOFFSET＝２．７８８／Ｂ’（ＴAMB＝３０℃）＋Ａ’（ＴAMB＝３０℃） ・・・（１２）
ここで、Ｂ’（ＴAMB＝３０℃），Ａ’（ＴAMB＝３０℃）は、それぞれ、前記式（９），（１０）より求まる、ＴAMB＝３０℃における補正係数Ｂ’とオフセット補正量Ａ’である。この連立方程式を解くと、Ｃ＝１．４８３，ＳOFFSET＝０．５３１０ｎＡが得られる。 For example, (T OBJ, T AMB) = and S IR = 0.3759nA in (30, 30), and S IR = 2.263nA in (T OBJ, T AMB) = (30,50), T OBJ = 30 function represented by the following formula (11) (12) from the 'a = 0 nA, predetermined second correction signal S 2 at T OBJ = 50 ° C.' predetermined second correction signal S 2 and = 2.788nA, in ° C. Is derived and solved as simultaneous equations.
0.3759 × C−S OFFSET = 0 / B ′ (T AMB = 30 ° C.) + A ′ (T AMB = 30 ° C.) (11)
2.263 × C−S OFFSET = 2.788 / B ′ (T AMB = 30 ° C.) + A ′ (T AMB = 30 ° C.) (12)
Here, B ′ (T AMB = 30 ° C.) and A ′ (T AMB = 30 ° C.) are obtained from the equations (9) and (10), respectively, and the correction coefficient B ′ and offset at T AMB = 30 ° C. Correction amount A ′. Solving these simultaneous equations yields C = 1.383 and S OFFSET = 0.5310 nA.

表３は、Ｃ＝１．４８３，ＳIR’＝ＳIR×Ｃ−ＳOFFSET＝ＳIR×１．４８３−０．５３１０［ｎＡ］を用いて第３補正工程及び信号補正工程を行うことにより得られた第２補正信号Ｓ2’に基づいて温度換算工程を行うことにより得られた出力温度ＴOUT’を示している。 Table 3 shows that by performing the third correction step and the signal correction step using C = 1.484, S IR ′ = S IR × C−S OFFSET = S IR × 1.483−0.5310 [nA] The output temperature T OUT ′ obtained by performing the temperature conversion process based on the obtained second correction signal S 2 ′ is shown.

Figure 2012230077
Figure 2012230077

表３においても、出力温度ＴOUTと実際の測定対象物の温度との差を、測定対象物温度１０〜５０℃において、最大３℃未満に抑えることが可能となっている。 Also in Table 3, the difference between the output temperature T OUT and the actual temperature of the measurement object can be suppressed to less than 3 ° C. at the maximum at the measurement object temperature of 10 to 50 ° C.

本実施例４は、上述した実施形態４の実施例を示している。図４に示した赤外線センサ装置１の赤外線センサ部２より赤外線センサ信号ＳIRを得て、この赤外線センサ信号ＳIRに赤外線センサ信号オフセット補正工程として、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETを減算して得られる補正赤外線センサ信号ＳIR’を得た。また、環境温度測定部３より、環境温度ＴAMBを得て、この環境温度ＴAMBに環境温度オフセット補正工程として環境温度オフセット補正量ＴOFFSETを減算して補正環境温度ＴAMB’を得た。そして、この補正赤外線センサ信号ＳIR’に第３補正工程として補正係数Ｃを乗算して第３補正信号Ｓ3’を得て、この第３補正信号Ｓ3’に第１補正工程として補正環境温度ＴAMB’から算出されるオフセット補正量Ａを減算して第１補正信号Ｓ1’’を得て、この第１補正信号Ｓ1’’に第２補正工程として環境補正温度ＴAMB’から算出される補正係数Ｂを乗算して第２補正信号Ｓ2’’を得た。この第２補正信号Ｓ2’’に基づいて、温度換算工程を実施することによって測定対象物の温度を定量した。これ以外は、上述した実施例１と同様の条件とした。 Example 4 shows an example of the above-described Embodiment 4. The infrared sensor signal S IR is obtained from the infrared sensor unit 2 of the infrared sensor device 1 shown in FIG. 4, and the infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET is subtracted from the infrared sensor signal S IR as an infrared sensor signal offset correction process. The corrected infrared sensor signal S IR ′ obtained was obtained. In addition, the environmental temperature T AMB is obtained from the environmental temperature measuring unit 3, and the corrected environmental temperature T AMB ′ is obtained by subtracting the environmental temperature offset correction amount T OFFSET from the environmental temperature T AMB as an environmental temperature offset correcting step. Then, the corrected infrared sensor signal S IR 'to be multiplied by the correction coefficient C as a third correction step third correction signal S 3' to obtain a corrected as a first correction step to the third correction signal S 3 'environment A first correction signal S 1 ″ is obtained by subtracting the offset correction amount A calculated from the temperature T AMB ′, and this first correction signal S 1 ″ is used as a second correction step from the environmental correction temperature T AMB ′. A second correction signal S 2 ″ was obtained by multiplying the calculated correction coefficient B. Based on the second correction signal S 2 ″, the temperature of the measurement object is quantified by performing a temperature conversion step. Except for this, the conditions were the same as in Example 1 described above.

＜環境温度オフセット補正工程及び赤外線センサ信号オフセット補正工程＞
図１１は、実施例４における補正環境温度に対する補正赤外線センサ信号を示す図で、補正環境温度ＴAMB’と、補正赤外線センサ信号ＳIR’との関係を示している。 <Environmental temperature offset correction process and infrared sensor signal offset correction process>
FIG. 11 is a diagram showing the corrected infrared sensor signal with respect to the corrected environment temperature in the fourth embodiment, and shows the relationship between the corrected environment temperature T AMB ′ and the corrected infrared sensor signal S IR ′.

環境温度オフセット補正量ＴOFFSET、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとしては、赤外線センサ装置１を用いて、３０℃に設定されたペルチェ素子を対象物として（ＴOBJ＝３０℃）、ペルチェ素子から放射される赤外線を、３０，３５，４０℃の環境温度ＴAMBで測定したときに得られる赤外線センサ信号ＳIRと、赤外線センサ装置１を用いて、５０℃に設定されたペルチェ素子を対象物として（ＴOBJ＝５０℃）、ペルチェ素子から放射される赤外線を、５０，５５℃の環境温度ＴAMBで測定したときに得られる赤外線センサ信号ＳIRと、を用いて、赤外線センサ信号ＳIRの環境温度ＴAMB依存性のプロットに対して１次関数でのフィッティングを行うことで、下記式（１４），（１５）で表される関数を導出し、連立方程式（１４’），（１５’）を解くことにより得られる値を環境温度オフセット補正量ＴOFFSET、赤外線センサ信号オフセット補正量ＳOFFSETとして用いて（ＴOFFSET＝０．３９４４，ＳOFFSET＝０．３５３７）、ＴAMB’＝ＴAMB−０．３９４４［℃］，ＳIR’＝ＳIR−０．３５３７［ｎＡ］とした。
ＳIR＝−０．０８９４２ＴAMB＋３．０７１ ・・・（１４）
ＳIR＝−０．１５６４ＴAMB＋８．２３４ ・・・（１５）
ＳOFFSET＝−０．０８９４２（３０＋ＴOFFSET）＋３．０７１ ・・・（１４’）
ＳOFFSET＝−０．１５６４（５０＋ＴOFFSET）＋８．２３４ ・・・（１５’） As the environmental temperature offset correction amount T OFFSET and the infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET , the infrared sensor device 1 is used as a target (T OBJ = 30 ° C.) with a Peltier element set at 30 ° C. infrared radiation emitted, and the infrared sensor signal S IR obtained when measured at ambient temperature T AMB of 30, 35, 40 ° C., using an infrared sensor device 1, the object of the Peltier element which is set at 50 ° C. as (T OBJ = 50 ℃), infrared rays emitted from the Peltier element, using an infrared sensor signal S IR obtained when measured at ambient temperature T AMB of 50, 55 ° C., the infrared sensor signal S IR by performing the fitting of a linear function with respect to the ambient temperature T AMB dependence plot, the following equation (14) derives a function represented by (15), simultaneous equations (14 ' , Using a value obtained by solving (15 ') environment temperature offset correction amount T OFFSET, as an infrared sensor signal offset correction amount S OFFSET (T OFFSET = 0.3944, S OFFSET = 0.3537), T AMB '= T AMB -0.3944 [℃] , S IR' was a = S IR -0.3537 [nA].
S IR = −0.08942T AMB +3.071 (14)
S IR = −0.1564T AMB +8.234 (15)
S OFFSET = −0.08942 (30 + T OFFSET ) +3.071 (14 ′)
S OFFSET = −0.1564 (50 + T OFFSET ) +8.234 (15 ′)

＜第３補正工程＞
補正赤外線センサ信号ＳIR’に対して第３補正工程を適用して第３補正信号Ｓ3’を得た。ここで、第３補正工程として、補正係数Ｃの乗算を行った。なお、実施例４における補正係数Ｃとしては、（ＴOBJ，ＴAMB）＝（５０，３０）における補正赤外線センサ信号ＳIR’の値ＳIR’＝１．９１０ｎＡを、２．８６９ｎＡに合わせるための係数とし、Ｃ＝１．５０２とした。 <Third correction step>
The third correction signal S 3 ′ was obtained by applying the third correction process to the corrected infrared sensor signal S IR ′. Here, multiplication of the correction coefficient C was performed as the third correction step. As the correction coefficient C in the fourth embodiment, the value S IR ′ = 1.910 nA of the corrected infrared sensor signal S IR ′ at (T OBJ , T AMB ) = (50, 30) is set to 2.869 nA. The coefficient was C = 1.502.

＜第１補正工程及び第２補正工程＞
第３補正信号Ｓ3’に対して第１補正工程を適用して第１補正信号Ｓ1’’を得て、第１補正信号Ｓ1’’に対して第２補正工程を適用して第２補正信号Ｓ2’’を得た。ここで、第１補正工程として、オフセット補正量Ａの減算を行った。なお、オフセット補正量Ａとしては、上述した実施例１と同様の関数を用いて、補正環境温度ＴAMB’に基づいたオフセット補正量Ａを得た。また、第２補正工程として、補正係数Ｂの乗算を行った。なお、補正係数Ｂとしては、上述した実施例１と同様の関数を用いて、環境温度ＴAMBに基づいた補正係数Ｂを得た。 <First correction step and second correction step>
Third correction signal S 3 'by applying the first correction step the first correction signals S 1 with respect to' Newsletter ', first by applying the second correction process on the first correction signals S 1' ' to obtain a second correction signal S 2 ''. Here, as the first correction step, the offset correction amount A is subtracted. As the offset correction amount A, an offset correction amount A based on the corrected environment temperature T AMB ′ was obtained using the same function as in the first embodiment. In addition, as the second correction step, multiplication by the correction coefficient B was performed. In addition, as the correction coefficient B, the correction coefficient B based on the environmental temperature TAMB was obtained using the same function as in Example 1 described above.

＜温度換算工程＞
表４は、本実施例４の手順に沿って得られた第２補正信号Ｓ2’’に基づいて温度換算工程を行うことにより得られた出力温度ＴOUT’’を示している。 <Temperature conversion process>
Table 4 shows the output temperature T OUT ″ obtained by performing the temperature conversion step based on the second correction signal S 2 ″ obtained according to the procedure of the fourth embodiment.

温度換算工程において出力温度ＴOUT’’を算出するのには、下記式（１４）で表される関係式を用いた。
ＴOUT＝（７．９７１４×１０-2）×Ｓ2’’3−（７．５５４０×１０-1）×Ｓ2’’2＋８．６４５４×Ｓ2’’＋３０．０４７ ・・・（１４） In calculating the output temperature T OUT ″ in the temperature conversion step, a relational expression represented by the following expression (14) was used.
T OUT = (7.9714 × 10 −2 ) × S 2 ″ 3 − (7.5540 × 10 −1 ) × S 2 ″ 2 + 8.6454 × S 2 ″ +30.047 (14 )

Figure 2012230077
Figure 2012230077

表４に示すように、本発明の赤外線センサ信号オフセット補正工程を適用することによって、赤外線センサ装置が受光した赤外線エネルギー量から定量される出力温度ＴOUTと実際の測定対象物の温度との差が小さくなり、測定対象物温度１０〜５０℃において、最大２．１℃の差異に抑えることが可能となっている。 As shown in Table 4, by applying the infrared sensor signal offset correction process of the present invention, the difference between the output temperature T OUT quantified from the amount of infrared energy received by the infrared sensor device and the actual temperature of the object to be measured. Becomes smaller, and it is possible to suppress the difference to a maximum of 2.1 ° C. at a measurement object temperature of 10 to 50 ° C.

本発明は、主としてフォトダイオードやサーモパイルなどの赤外線センサから得られる赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置に関し、赤外線センサ装置からの赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して、この赤外線センサ信号から高精度に測定温度を定量することが可能な赤外線センサ信号の補正方法及び温度測定方法並びに温度測定装置を提供することができる。   The present invention relates to a correction method and a temperature measurement method of an infrared sensor signal mainly obtained from an infrared sensor such as a photodiode and a thermopile, and a temperature measurement device, and corrects a change of the infrared sensor signal from the infrared sensor device with respect to the environmental temperature, It is possible to provide an infrared sensor signal correction method, temperature measurement method, and temperature measurement device capable of quantifying the measurement temperature with high accuracy from the infrared sensor signal.

１ 赤外線センサ装置
２ 赤外線センサ部
３ 環境温度測定部
４ 視野角制限体
５ プリント基板
６ 窓材
１０ 測定対象物
１１ 環境温度の測定機構を有する赤外線センサ部
１２ 温度測定装置
１３ 第３補正部
１４ 環境温度オフセット補正部
１５ 赤外線センサ信号オフセット補正部
１６ 第１補正部
１７ 第２補正部
１８ 温度換算部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Infrared sensor apparatus 2 Infrared sensor part 3 Environmental temperature measurement part 4 View angle limiter 5 Printed circuit board 6 Window material 10 Measurement object 11 Infrared sensor part 12 which has a measurement mechanism of environmental temperature Temperature measurement apparatus 13 3rd correction | amendment part 14 Environment Temperature offset correction unit 15 Infrared sensor signal offset correction unit 16 First correction unit 17 Second correction unit 18 Temperature conversion unit

Claims (21)

測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを有する赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する赤外線センサ信号の補正方法において、
前記環境温度測定部から得られる環境温度に、該環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度を得る環境温度オフセット補正工程と、
前記補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ信号を補正する信号補正工程と
を有することを特徴とする赤外線センサ信号の補正方法。 Obtained from the infrared sensor unit in an infrared sensor device having an infrared sensor unit that detects an infrared ray emitted from a measurement object and outputs an electrical signal, and an environmental temperature measurement unit that measures an environmental temperature of the infrared sensor unit In the infrared sensor signal correction method for quantifying the measured temperature by correcting the change of the infrared sensor signal based on the electrical signal with respect to the environmental temperature,
An environmental temperature offset correction step of obtaining a corrected environmental temperature by adding or subtracting an offset correction amount of the environmental temperature to the environmental temperature obtained from the environmental temperature measurement unit;
And a signal correcting step of correcting the infrared sensor signal based on the corrected environmental temperature. 前記信号補正工程が、前記赤外線センサ信号に前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量が、前記補正環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表されることを特徴とする請求項１に記載の赤外線センサ信号の補正方法。   The signal correction step includes a first correction step of adding or subtracting an offset correction amount based on the correction environment temperature to the infrared sensor signal, and the offset correction amount based on the correction environment temperature is the correction environment temperature. The infrared sensor signal correction method according to claim 1, wherein the infrared sensor signal is expressed by a function including a third-order and / or second-order term. 前記信号補正工程が、前記補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の赤外線センサ信号の補正方法。   The infrared sensor signal correction method according to claim 1, wherein the signal correction step includes a second correction step of multiplying a correction coefficient based on the correction environment temperature. 前記赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有することを特徴とする請求項１，２又は３に記載の赤外線センサ信号の補正方法。   4. The infrared sensor signal correction method according to claim 1, further comprising a third correction step of multiplying the infrared sensor signal by a correction coefficient unique to the infrared sensor device. 前記補正係数は、前記赤外線センサ装置を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数であることを特徴とする請求項４に記載の赤外線センサ信号の補正方法。   The correction coefficient is a coefficient for setting a signal obtained when a temperature of a predetermined measurement object is measured at a predetermined environmental temperature using the infrared sensor device to a predetermined value. 5. A method for correcting an infrared sensor signal according to 4; 前記赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程を有し、前記信号補正工程が、前記補正環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する工程であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の赤外線センサ信号の補正方法。   An infrared sensor signal offset correction step for obtaining a corrected infrared sensor signal by adding or subtracting an offset correction amount of the infrared sensor signal to the infrared sensor signal, wherein the signal correction step is based on the corrected environmental temperature. 6. The method of correcting an infrared sensor signal according to claim 1, wherein the correcting method is a step of correcting the corrected infrared sensor signal. 前記赤外線センサ部が、前記環境温度測定部の機能を有することを特徴とする請求項６に記載の赤外線センサ信号の補正方法。   The infrared sensor signal correction method according to claim 6, wherein the infrared sensor unit has a function of the environmental temperature measurement unit. 前記第１補正工程と前記第２補正工程との順番を入れ替えて補正処理することを特徴とする請求項６に記載の赤外線センサ信号の補正方法。   The infrared sensor signal correction method according to claim 6, wherein correction processing is performed by switching the order of the first correction step and the second correction step. 測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを有する赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する赤外線センサ信号の補正方法において、
前記赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号を得る赤外線センサ信号オフセット補正工程と、
前記環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する信号補正工程と
を有することを特徴とする赤外線センサ信号の補正方法。 Obtained from the infrared sensor unit in an infrared sensor device having an infrared sensor unit that detects an infrared ray emitted from a measurement object and outputs an electrical signal, and an environmental temperature measurement unit that measures an environmental temperature of the infrared sensor unit In the infrared sensor signal correction method for quantifying the measured temperature by correcting the change of the infrared sensor signal based on the electrical signal with respect to the environmental temperature,
An infrared sensor signal offset correction step for obtaining a corrected infrared sensor signal by adding or subtracting an offset correction amount of the infrared sensor signal to the infrared sensor signal;
And a signal correcting step of correcting the corrected infrared sensor signal based on the environmental temperature. 前記信号補正工程が、前記赤外線センサ信号に前記環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正工程を有し、前記環境温度に基づいたオフセット補正量が、前記環境温度の３次及び／又は２次の項を含む関数で表されることを特徴とする請求項９に記載の赤外線センサ信号の補正方法。   The signal correction step includes a first correction step of adding or subtracting an offset correction amount based on the environmental temperature to the infrared sensor signal, and the offset correction amount based on the environmental temperature is a third order of the environmental temperature. The infrared sensor signal correction method according to claim 9, wherein the correction method is expressed by a function including a second-order term. 前記信号補正工程が、前記環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正工程を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の赤外線センサ信号の補正方法。   The infrared sensor signal correction method according to claim 9, wherein the signal correction step includes a second correction step of multiplying a correction coefficient based on the environmental temperature. 前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正工程を有することを特徴とする請求項９，１０又は１１に記載の赤外線センサ信号の補正方法。   12. The infrared sensor signal correction method according to claim 9, further comprising a third correction step of multiplying the infrared sensor signal or the corrected infrared sensor signal by a correction coefficient unique to the infrared sensor device. 前記補正係数は、前記赤外線センサ装置を用いて所定の環境温度において所定の測定対象物の温度を測定したときに得られる信号を所定の値にするための係数であることを特徴とする請求項１２に記載の赤外線センサ信号の補正方法。   The correction coefficient is a coefficient for setting a signal obtained when a temperature of a predetermined measurement object is measured at a predetermined environmental temperature using the infrared sensor device to a predetermined value. 13. A method for correcting an infrared sensor signal according to item 12. 請求項１乃至１３のいずれかに記載の赤外線センサ信号の補正方法によって得られた信号に基づいて測定温度を導出する温度換算工程を有することを特徴とする温度測定方法。   14. A temperature measuring method comprising a temperature conversion step of deriving a measured temperature based on a signal obtained by the infrared sensor signal correction method according to claim 1. 測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを備えた赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する温度測定装置において、
前記環境温度測定部から得られる環境温度に、該環境温度のオフセット補正量を加算又は減算して補正環境温度とする環境温度オフセット補正部と、
前記補正環境温度に基づいて前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号を補正する信号補正部と、
該信号補正部の出力から測定温度を換算する温度換算部と
を備えていることを特徴とする温度測定装置。 Obtained from the infrared sensor unit in an infrared sensor device comprising an infrared sensor unit that detects an infrared ray emitted from a measurement object and outputs an electrical signal, and an environmental temperature measurement unit that measures an environmental temperature of the infrared sensor unit. In a temperature measuring device that quantifies the measured temperature by correcting the change of the infrared sensor signal based on the electrical signal to the ambient temperature,
An environmental temperature offset correction unit which adds or subtracts an offset correction amount of the environmental temperature to the environmental temperature obtained from the environmental temperature measurement unit to obtain a corrected environmental temperature;
A signal correction unit for correcting an infrared sensor signal based on an electrical signal obtained from the infrared sensor unit based on the corrected environmental temperature;
And a temperature conversion unit that converts the measured temperature from the output of the signal correction unit. 前記信号補正部が、前記補正環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正部と、前記補正環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正部とを備えていることを特徴とする請求項１５に記載の温度測定装置。   The signal correction unit includes a first correction unit that adds or subtracts an offset correction amount based on the correction environment temperature, and a second correction unit that multiplies a correction coefficient based on the correction environment temperature. The temperature measuring device according to claim 15, wherein 前記赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号とする赤外線センサ信号オフセット補正部を更に備えていることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の温度測定装置。   17. The infrared sensor signal offset correction unit according to claim 15, further comprising an infrared sensor signal offset correction unit that adds or subtracts an offset correction amount of the infrared sensor signal to the infrared sensor signal to obtain a corrected infrared sensor signal. Temperature measuring device. 前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正部を更に備えていることを特徴とする請求項１５，１６又は１７に記載の温度測定装置。   18. The temperature measuring device according to claim 15, further comprising a third correction unit that multiplies the infrared sensor signal or the corrected infrared sensor signal by a correction coefficient unique to the infrared sensor device. 測定対象物から放射される赤外線を検出して電気信号を出力する赤外線センサ部と、該赤外線センサ部の環境温度を測定する環境温度測定部とを備えた赤外線センサ装置における前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号の環境温度に対する変化を補正して測定温度を定量する温度測定装置において、
前記赤外線センサ部から得られる電気信号に基づく赤外線センサ信号に、該赤外線センサ信号のオフセット補正量を加算又は減算して補正赤外線センサ信号とする赤外線センサ信号オフセット補正部と、
前記環境温度に基づいて前記補正赤外線センサ信号を補正する信号補正部と、
該信号補正部の出力から測定温度を換算する温度換算部と
を備えていることを特徴とする温度測定装置。 Obtained from the infrared sensor unit in an infrared sensor device comprising an infrared sensor unit that detects an infrared ray emitted from a measurement object and outputs an electrical signal, and an environmental temperature measurement unit that measures an environmental temperature of the infrared sensor unit. In a temperature measuring device that quantifies the measured temperature by correcting the change of the infrared sensor signal based on the electrical signal to the ambient temperature,
An infrared sensor signal offset correction unit which adds or subtracts an offset correction amount of the infrared sensor signal to an infrared sensor signal based on an electrical signal obtained from the infrared sensor unit to obtain a corrected infrared sensor signal;
A signal correction unit for correcting the corrected infrared sensor signal based on the environmental temperature;
And a temperature conversion unit that converts the measured temperature from the output of the signal correction unit. 前記信号補正部が、前記環境温度に基づいたオフセット補正量を加算又は減算する第１補正部と、前記環境温度に基づいた補正係数を乗算する第２補正部とを備えていることを特徴とする請求項１９に記載の温度測定装置。   The signal correction unit includes a first correction unit that adds or subtracts an offset correction amount based on the environmental temperature, and a second correction unit that multiplies a correction coefficient based on the environmental temperature. The temperature measuring device according to claim 19. 前記赤外線センサ信号又は前記補正赤外線センサ信号に前記赤外線センサ装置固有の補正係数を乗算する第３補正部を更に備えていることを特徴とする請求項１９又は２０に記載の温度測定装置。   21. The temperature measurement device according to claim 19, further comprising a third correction unit that multiplies the infrared sensor signal or the corrected infrared sensor signal by a correction coefficient unique to the infrared sensor device.
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