JP2024020866A - 非接触温度測定装置及び非接触温度測定装置の補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】他の温度測定手段を必要とすることなく、補正が可能な非接触温度測定装置及び非接触温度測定装置の補正方法が提供される。【解決手段】非接触温度測定装置（１０）は、測定対象から放射される赤外線を検出する赤外線センサ（１１）と、検出された赤外線のエネルギー量に応じた電気信号を取得し、算出式を用いて電気信号から測定対象の温度を算出する信号処理部（２１）と、赤外線センサの温度を測定する温度測定部（２２）と、電気信号の値がゼロの場合の赤外線センサの温度と、電気信号の値がゼロでない場合の赤外線センサの温度と、算出式と、に基づいて、測定対象の温度が電気信号の値がゼロの場合の赤外線センサの温度に等しくなるように、算出式の係数を補正する補正処理部（２３）と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は非接触温度測定装置及び非接触温度測定装置の補正方法に関する。

波長が２μｍ以上の赤外線は、その熱的効果及びガスによる赤外線吸収の効果から、人体を検知する人感センサ、非接触温度測定装置及びガスセンサ等に使用されている。例えば非接触温度測定装置に用いられる赤外線センサは、測定対象から入射する赤外線のエネルギー量に基づいて温度を検出する。

ここで、赤外線センサを非接触温度測定装置として使用する場合に、例えば汚れなどの外的要因及び経時変化などの要因によって、測定精度が変化することがある。例えば特許文献１は、測定精度への影響を補正するための補正データを簡易かつ高精度に取得する方法を開示する。

特許第５５２０２３８号公報

ここで、特許文献１の手法は測定対象の温度を測定する接触式の温度測定手段を備えることを前提とする。ただし、接触式の温度測定手段を備えていないシステムにおいても、測定精度への影響を補正することが可能な手法が求められている。

かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、他の温度測定手段を必要とすることなく、補正が可能な非接触温度測定装置及び非接触温度測定装置の補正方法を提供することにある。

（１）本開示の一実施形態に係る非接触温度測定装置は、
測定対象から放射される赤外線を検出する赤外線センサと、
検出された前記赤外線のエネルギー量に応じた電気信号を取得し、算出式を用いて前記電気信号から前記測定対象の温度を算出する信号処理部と、
前記赤外線センサの温度を測定する温度測定部と、
前記電気信号の値がゼロの場合の前記赤外線センサの温度と、前記電気信号の値がゼロでない場合の前記赤外線センサの温度と、前記算出式と、に基づいて、前記測定対象の温度が前記電気信号の値がゼロの場合の前記赤外線センサの温度に等しくなるように、前記算出式の係数を補正する補正処理部と、を備える。

（２）本開示の一実施形態として、（１）において、
前記補正処理部は、
前記電気信号の値がゼロでない場合に、前記赤外線センサの温度である第１のセンサ温度と前記算出式に基づいて、前記測定対象の温度を算出する第１の処理を実行し、
前記電気信号の値がゼロの場合に、前記赤外線センサの温度である第２のセンサ温度と前記算出式に基づいて、前記測定対象の温度を算出する第２の処理を実行し、
前記第１の処理及び前記第２の処理における前記測定対象の温度が前記第２のセンサ温度に等しくなるように、前記算出式の係数を補正する第３の処理を実行する。

（３）本開示の一実施形態として、（１）又は（２）において、
ユーザの入力装置として機能する端末装置と通信する通信部を備え、
前記補正処理部は、前記通信部を介して、前記ユーザから補正の実行の指示を取得した場合に、前記算出式の係数の補正を開始する。

（４）本開示の一実施形態として、（１）から（３）のいずれかにおいて、
前記非接触温度測定装置は、イヤホンの内部に配置され、
ユーザへの出力装置として機能する端末装置と通信する通信部を備え、
前記補正処理部は、前記信号処理部によって算出される前記測定対象の温度が前記イヤホンの右耳側と左耳側とで所定値以上に差がある場合に、又は、前記イヤホンの使用時間が所定時間以上になった場合に、前記通信部を介して、前記ユーザに対して補正を提案する。

（５）本開示の一実施形態として、（１）又は（２）において、
前記非接触温度測定装置は、イヤホンの内部に配置され、
前記補正処理部は、前記イヤホンが装着された場合に、自動的に前記算出式の係数を補正する。

（６）本開示の一実施形態に係る非接触温度測定装置の補正方法は、
測定対象から放射される赤外線を検出する赤外線センサと、検出された前記赤外線のエネルギー量に応じた電気信号を取得し、算出式を用いて前記電気信号から前記測定対象の温度を算出する信号処理部と、前記赤外線センサの温度を測定する温度測定部と、前記算出式の係数を補正する補正処理部と、を備える非接触温度測定装置の補正方法であって、
前記補正処理部が、
前記電気信号の値がゼロでない場合に、前記赤外線センサの温度である第１のセンサ温度と前記算出式に基づいて、前記測定対象の温度を算出する第１のステップと、
前記電気信号の値がゼロの場合に、前記赤外線センサの温度である第２のセンサ温度と前記算出式に基づいて、前記測定対象の温度を算出する第２のステップと、
前記第１のステップ及び前記第２のステップにおける前記測定対象の温度が前記第２のセンサ温度に等しくなるように、前記算出式の係数を補正する第３のステップと、を含む。

本開示によれば、他の温度測定手段を必要とすることなく、補正が可能な非接触温度測定装置及び非接触温度測定装置の補正方法を提供することができる。

図１は、本開示の一実施形態に係る非接触温度測定装置を含む非接触温度測定システムの一構成例のブロック図である。 図２は、本開示の一実施形態に係る非接触温度測定装置の使用例を示す図である。 図３は、赤外線センサの出力をゼロにする方法の例を示す図である。 図４は、本開示の一実施形態に係る非接触温度測定装置の補正方法の処理を例示するフローチャートである。

以下、図面を参照して本開示の一実施形態に係る非接触温度測定装置及び非接触温度測定装置の補正方法が説明される。各図中、同一又は相当する部分には、同一符号が付されている。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。

図１は、本実施形態に係る非接触温度測定装置１０を含む非接触温度測定システム１の一構成例のブロック図である。図２は、本実施形態に係る非接触温度測定装置１０の使用例を示す図である。非接触温度測定装置１０は、測定対象から放射される赤外線を検出して、検出した赤外線のエネルギー量に基づいて測定対象の温度を測定する装置である。非接触温度測定装置１０は様々な電子機器で使用され得るが、本実施形態においてイヤホン４０に設けられる。また、本実施形態において非接触温度測定装置１０が温度を測定する測定対象は、イヤホン４０を使用する人（ユーザ）である。非接触温度測定装置１０がユーザの温度（体温）を測定し、測定された温度に基づいてイヤホン４０全体を制御するメイン制御装置が装着状態を判定して、イヤホン４０の電源オン又は電源オフなどの動作を制御してよい。

非接触温度測定装置１０は、赤外線センサ１１と、演算制御装置２０と、を備える。演算制御装置２０は、信号処理部２１と、温度測定部２２と、補正処理部２３と、記憶部２４と、通信部２５と、を備える。非接触温度測定装置１０の構成要素の詳細については後述する。

本実施形態において、図２に示すように、非接触温度測定装置１０はイヤホン４０の内部に配置される。また、イヤホン４０の非接触温度測定装置１０が配置されている部分には、赤外線を透過させるように、窓材３０が設けられている。ここで、イヤホン４０が使用されると窓材３０が汚れて、非接触温度測定装置１０の測定精度に影響が生じることがある。また、イヤホン４０が使用される環境又は保管される環境によっても、非接触温度測定装置１０の測定精度に影響が生じることがある。このような影響を除くために、イヤホン４０の使用環境において、非接触温度測定装置１０の補正が行われることが好ましい。ただし、非接触温度測定装置１０の製造出荷時と異なり、測定対象の温度を測定する接触式の温度測定手段を利用して補正することは難しい。本実施形態に係る非接触温度測定装置１０は、後述する補正方法によって、他の温度測定手段を必要とすることなく、イヤホン４０の使用環境において補正が可能である。

本実施形態において、非接触温度測定装置１０は、端末装置５０とともに、非接触温度測定システム１を構成する。端末装置５０は、非接触温度測定装置１０と通信が可能な装置である。本実施形態において、非接触温度測定装置１０と端末装置５０とは、双方向の無線通信を行うが、このような通信形態に限定されない。端末装置５０は、例えばスマートフォン又はタブレット端末等の汎用の移動端末であるが、これらに限定されない。端末装置５０は、ユーザによって所持される。端末装置５０は、非接触温度測定装置１０からの補正の提案などを、ユーザに表示する表示装置（出力装置）として機能する。また、端末装置５０は、非接触温度測定装置１０に対して、ユーザが補正の実行などを指示する入力装置として機能する。

以下、非接触温度測定装置１０の構成要素の詳細が説明される。赤外線センサ１１は、測定対象から放射される赤外線を検出する。また、赤外線センサ１１は、検出された赤外線のエネルギー量（以下、赤外線量）に応じた電気信号を出力する。赤外線量に応じた電気信号は例えば電流値であってよい。赤外線センサ１１は、半導体に赤外線が照射されるとその光量子によって発生する電子又は正孔を利用して、赤外線を検出する量子型のセンサであってよい。量子型のセンサは、熱型赤外線センサに比べて、高感度で応答速度が速い。

演算制御装置２０は、演算及び制御を実行するプロセッサを備える装置などであってよく、例えばマイコン（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）によって実現されてよい。また、演算制御装置２０が備えるプロセッサは、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を含んでよい。

信号処理部２１、温度測定部２２及び補正処理部２３の機能は、ソフトウェアによって実現されてよく、ハードウェアによって実現されてよい。例えば記憶部２４又は演算制御装置２０が備えるプロセッサによってアクセス可能な記憶装置に、１つ以上のプログラムが記憶されていてよい。記憶部２４又は記憶装置に記憶されたプログラムは、演算制御装置２０が備えるプロセッサによって読み込まれると、演算制御装置２０を信号処理部２１、温度測定部２２及び補正処理部２３として機能させてよい。

信号処理部２１は、検出された赤外線量に応じた電気信号を赤外線センサ１１から取得する。そして、信号処理部２１は、算出式を用いて電気信号から測定対象の温度を算出する。算出式は、赤外線量に応じた電気信号から測定対象の温度を算出する式（関数）である。ここで、赤外線センサ１１は温度特性が大きい。そのため、算出式は赤外線センサ１１の温度に応じた修正項を含む。算出式は、例えば以下の式（１）で示される。

ここで、Ｔ_ｏｂｊは測定対象の温度である。ＣＮＶは変換用の関数であることを示し、例えば４次以上の多項式であり得る。Ｔｓは赤外線センサ１１の温度である。また、Ｇ及びＦは、ＣＮＶ内で用いられる修正項に対応する関数である。Ｉｐは赤外線センサ１１からの電気信号である。また、αとβは算出式における係数である。αはゲインに対応する。また、βはオフセットに対応する。

温度測定部２２は、赤外線センサ１１の温度を測定する。温度測定部２２は、測定した温度を示す信号である温度情報を出力する。温度情報は、直接的に温度を示してよいし、温度に応じた値（一例として温度に比例して変化する電圧値）であってよい。温度測定部２２は、特定の種類に限定されず、公知の構成のものが用いられてよい。温度測定部２２は、例えばサーミスタ又は白金抵抗体などを含んで構成されてよい。本実施形態において、赤外線センサ１１と演算制御装置２０とが積層するように配置されるが（図２の右図参照）、温度測定部２２は、演算制御装置２０に含まれて、赤外線センサ１１と近接するように設けられてよい。

補正処理部２３は、測定対象の温度の算出で用いられる算出式の係数を補正する。算出式の係数は、例えば非接触温度測定装置１０の製造出荷時に適切な値に設定されるが、上記のように、窓材３０の汚れ及び使用環境の影響によって、算出される測定対象の温度の正確さが低下することがあり得る。そのため、イヤホン４０の使用環境において、非接触温度測定装置１０の補正が行われることが好ましい。補正処理部２３は、電気信号の値がゼロの場合及び電気信号の値がゼロでない場合の赤外線センサ１１の温度と、算出式と、に基づいて、測定対象の温度が電気信号の値がゼロの場合の赤外線センサ１１の温度に等しくなるように、算出式の係数を補正する。

ここで、赤外線センサ１１の出力は、赤外線センサ１１と測定対象物との温度差による赤外線の授受による。そのため、測定対象物の温度と赤外線センサ１１の温度が同じ温度の場合には、赤外線センサ１１から出力される電気信号の値がゼロになる。つまり、補正処理部２３は、電気信号の値がゼロの場合に測定対象の温度が赤外線センサ１１の温度と等しくなることを利用して、測定対象の真の温度を得ることができる。そして、補正処理部２３は、電気信号の値がゼロの場合及び電気信号の値がゼロでない場合の条件で、測定対象の真の温度が算出されるように、算出式の係数を補正する。

図３は、赤外線センサ１１の出力をゼロにする方法の例を示す図である。本実施形態において、測定対象はユーザである。そこで、測定対象であるユーザの手で、非接触温度測定装置１０が内蔵されたイヤホン４０を包むことによって、赤外線センサ１１の温度を体温まで温めて、早い時間で電気信号の値をゼロにすることができる。また、イヤホン４０はユーザの耳に装着されるため、手で包むより時間を要するが、時間の経過によって電気信号の値をゼロにすることが可能である。

ここで、赤外線センサ１１の出力がゼロであるとは、厳密なゼロであることに限定されない。電気信号の値がゼロとは、求められる測定精度から許容される誤差の範囲内で赤外線センサ１１と測定対象物とに温度差がある場合を含む。つまり、本明細書において、電気信号の値がゼロとは、ゼロ近傍である場合を含む。

記憶部２４は、１つ以上のメモリである。メモリは、例えば半導体メモリ、磁気メモリ、又は光メモリ等であるが、これらに限られず任意のメモリとすることができる。記憶部２４は、演算制御装置２０が実行する各種の処理において使用される各種のデータを記憶する。また、記憶部２４は、演算制御装置２０が実行する各種の算出の結果及び中間データを記憶してよい。

本実施形態において、記憶部２４は測定対象の温度の算出で用いられる算出式を記憶する。補正処理部２３は、算出式の係数を補正した場合に、補正後の係数を記憶部２４に記憶させる。また、記憶部２４は、演算制御装置２０を信号処理部２１、温度測定部２２及び補正処理部２３として機能させるためのプログラムを記憶してよい。

通信部２５は、ユーザの入力装置及び出力装置の少なくとも一方として機能する端末装置５０と通信するために、１つ以上の通信モジュールを含んで構成される。通信部２５は、例えば４Ｇ（４ｔｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）、５Ｇ（５ｔｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）などの移動体通信規格に対応する通信モジュールを含んでよい。通信部２５は、例えば無線のＬＡＮ規格（一例としてＩＥＥＥ８０２．１１）に対応する通信モジュールを含んでよい。

図４は、本実施形態に係る非接触温度測定装置１０の補正方法の処理を示すフローチャートである。非接触温度測定装置１０の補正方法は、例えば補正処理部２３が、通信部２５を介して、ユーザから補正の実行の指示を取得した場合に、開始されてよい。さらに、補正処理部２３は、信号処理部２１によって算出される測定対象の温度がイヤホン４０の右耳側と左耳側とで所定値以上に差がある場合に、又は、イヤホン４０の使用時間が所定時間以上になった場合に、ユーザに対して補正を提案してよい。そして、そのような提案に対して、ユーザが補正の実行を指示してよい。

まず、補正処理部２３は、電気信号の値がゼロでない場合（赤外線センサ１１の出力がゼロでない場合）に、赤外線センサ１１の温度である第１のセンサ温度と算出式に基づいて、測定対象の温度を算出する第１の処理を実行する。詳細に述べると、温度測定部２２が第１のセンサ温度を測定する（ステップＳ１）。補正処理部２３は、第１のセンサ温度と算出式を取得して、測定対象の温度を算出する第１の算出を実行する（ステップＳ２）。

そして、図３に示すように、ユーザの手で非接触温度測定装置１０が体温まで温められる。補正処理部２３は、赤外線センサ１１の出力がゼロになるまで待機する（ステップＳ３のＮｏ）。補正処理部２３は、赤外線センサ１１の出力がゼロになると（ステップＳ３のＹｅｓ）、第２の処理に進む。

補正処理部２３は、電気信号の値がゼロの場合に、赤外線センサ１１の温度である第２のセンサ温度と算出式に基づいて、測定対象の温度を算出する第２の処理を実行する。詳細に述べると、温度測定部２２が第２のセンサ温度を測定する（ステップＳ４）。補正処理部２３は、第２のセンサ温度と算出式を取得して、測定対象の温度を算出する第２の算出を実行する（ステップＳ５）。

その後、補正処理部２３は、第１の処理及び第２の処理における測定対象の温度が第２のセンサ温度に等しくなるように、算出式の係数を補正する第３の処理を実行する。具体的に述べると、補正処理部２３は、上記のように、電気信号の値がゼロになることによって、測定対象の真の温度を第２のセンサ温度として得ることができる。したがって、第１の算出（ステップＳ２）での条件で算出されるべき測定対象の温度は第２のセンサ温度である。また、第２の算出（ステップＳ５）での条件で算出されるべき測定対象の温度は第２のセンサ温度である。したがって、式（１）の係数であるα及びβの補正後の値を、α´及びβ´とすると以下の式（２）及び式（３）が成り立つ。

ここで、Ｔｓ_１は第１のセンサ温度である。Ｔｓ_２は第２のセンサ温度である。Ｉｐ_１は第１の算出での赤外線センサ１１からの電気信号である。補正処理部２３は、式（２）及び式（３）から、α´及びβ´を求めることによって、係数を補正する（ステップＳ６）。ここで、係数の補正はゲイン（α）とオフセット（β）の両方でなく、一方のみについて行われてよい。

補正処理部２３は、補正後の係数を記憶部２４に記憶させる（ステップＳ７）。その後、信号処理部２１は、補正後の係数を適用した算出式を用いて、窓材３０の汚れなどの影響が補正された正確な測定対象の温度を算出することができる。

以上のように、本実施形態に係る非接触温度測定装置１０及び非接触温度測定装置１０の補正方法は、上記の構成及び処理によって、他の温度測定手段を必要とすることなく、例えば汚れ及び経時変化などの要因による測定精度への影響を補正することが可能である。

本開示の実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部などを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

上記の実施形態において、非接触温度測定装置１０は、イヤホン４０に設けられるとして説明したが、イヤホン４０に限らず様々な小型の電子機器で使用可能である。例えば非接触温度測定装置１０は、腕時計型の電子機器又はスマートグラスなどで使用され得る。ここで、非接触温度測定装置１０が設けられる電子機器は、測定対象（例えば手）によって全体が覆われる必要がなく、測定対象と赤外線センサ１１との温度が同じになるように測定対象に近接可能であればよい。したがって、非接触温度測定装置１０が設けられる電子機器は、手に握ることができるサイズ以下に限定されない。

また、上記の実施形態において、補正処理部２３は、ユーザが補正の実行を指示した場合に補正方法の処理を開始した。ここで、補正処理部２３は、イヤホン４０が装着された場合に、自動的に算出式の係数を補正する一連の処理を開始してよい。このとき、ユーザは指示をする必要もないため、手間をかけずに補正が可能である。自動的に補正が実行される場合に、図４のステップＳ３の処理では、ユーザの耳に装着されたイヤホン４０が時間経過によって体温と同じになるまで待機すればよい。

１ 非接触温度測定システム
１０ 非接触温度測定装置
１１ 赤外線センサ
２０ 演算制御装置
２１ 信号処理部
２２ 温度測定部
２３ 補正処理部
２４ 記憶部
２５ 通信部
３０ 窓材
４０ イヤホン
５０ 端末装置

Claims (6)

1. 測定対象から放射される赤外線を検出する赤外線センサと、
   検出された前記赤外線のエネルギー量に応じた電気信号を取得し、算出式を用いて前記電気信号から前記測定対象の温度を算出する信号処理部と、
   前記赤外線センサの温度を測定する温度測定部と、
   前記電気信号の値がゼロの場合の前記赤外線センサの温度と、前記電気信号の値がゼロでない場合の前記赤外線センサの温度と、前記算出式と、に基づいて、前記測定対象の温度が前記電気信号の値がゼロの場合の前記赤外線センサの温度に等しくなるように、前記算出式の係数を補正する補正処理部と、を備える、非接触温度測定装置。
2. 前記補正処理部は、
   前記電気信号の値がゼロでない場合に、前記赤外線センサの温度である第１のセンサ温度と前記算出式に基づいて、前記測定対象の温度を算出する第１の処理を実行し、
   前記電気信号の値がゼロの場合に、前記赤外線センサの温度である第２のセンサ温度と前記算出式に基づいて、前記測定対象の温度を算出する第２の処理を実行し、
   前記第１の処理及び前記第２の処理における前記測定対象の温度が前記第２のセンサ温度に等しくなるように、前記算出式の係数を補正する第３の処理を実行する、請求項１に記載の非接触温度測定装置。
3. ユーザの入力装置として機能する端末装置と通信する通信部を備え、
   前記補正処理部は、前記通信部を介して、前記ユーザから補正の実行の指示を取得した場合に、前記算出式の係数の補正を開始する、請求項１又は２に記載の非接触温度測定装置。
4. 前記非接触温度測定装置は、イヤホンの内部に配置され、
   ユーザへの出力装置として機能する端末装置と通信する通信部を備え、
   前記補正処理部は、前記信号処理部によって算出される前記測定対象の温度が前記イヤホンの右耳側と左耳側とで所定値以上に差がある場合に、又は、前記イヤホンの使用時間が所定時間以上になった場合に、前記通信部を介して、前記ユーザに対して補正を提案する、請求項１又は２に記載の非接触温度測定装置。
5. 前記非接触温度測定装置は、イヤホンの内部に配置され、
   前記補正処理部は、前記イヤホンが装着された場合に、自動的に前記算出式の係数を補正する、請求項１又は２に記載の非接触温度測定装置。
6. 測定対象から放射される赤外線を検出する赤外線センサと、検出された前記赤外線のエネルギー量に応じた電気信号を取得し、算出式を用いて前記電気信号から前記測定対象の温度を算出する信号処理部と、前記赤外線センサの温度を測定する温度測定部と、前記算出式の係数を補正する補正処理部と、を備える非接触温度測定装置の補正方法であって、
   前記補正処理部が、
   前記電気信号の値がゼロでない場合に、前記赤外線センサの温度である第１のセンサ温度と前記算出式に基づいて、前記測定対象の温度を算出する第１のステップと、
   前記電気信号の値がゼロの場合に、前記赤外線センサの温度である第２のセンサ温度と前記算出式に基づいて、前記測定対象の温度を算出する第２のステップと、
   前記第１のステップ及び前記第２のステップにおける前記測定対象の温度が前記第２のセンサ温度に等しくなるように、前記算出式の係数を補正する第３のステップと、を含む、非接触温度測定装置の補正方法。

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