JPH0816629B2 - 光体温計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、赤外センサを用いた光体温計、特にその測
温誤差補正に関する。

背景技術 従来より体温計には、水銀温度計が広く使用されてい
るが、最近ではデジタル電子体温計も普及が進んでい
る。

通常の電子体温計はセンサにサーミスタを用い、温度
値算出用の演算回路およびデジタル表示器を備えたもの
が多いが、測温に要する時間は２〜３分で、水銀体温計
より悪い位である。これに対しては、最初の１分程度の
間の温度上昇の経過から最終値を予測する方式の電子体
温計はその予測値が実際値と必ずしも一致しないという
問題がある。

測温に時間を要するという問題は、測温部位にも関係
している。生体の調節機能によって所定値に維持されて
いるのは頭部、胸部、腹腔の深部体温であるが、これの
直接測定は困難であるから、一般には直腸、口腔、腋窩
温を測定対象にする。腋窩温測定は広く行われている
が、腋の下は通常は多少開いた状態であり、その部分の
皮膚温は若干低く、体温計を挟んで腋の下を閉じると皮
膚温が上昇を始め、10分程度で一定温度（平衡温）にな
るから、この後、体温計を引き出して見ればほぼ正確な
腋窩温が得られるが、それより早く引き出せば測定値が
若干低いのが避けられない。

測温時間に関係する他の因子はセンサ部の熱容量であ
る。水銀体温計ではガラス壁を通して水銀溜めを体温で
暖め、水銀の膨張を読み取るという経過を経るから、加
熱対象の熱容量はかなり大きく、そのため２〜３分の測
定時間が必要である。電子体温計も、測定部位へ接触さ
せる金属部を体温で暖め、該金属部の温度でサーミスタ
が抵抗値を変え、という経過を経るから、やはり加熱対
象（金属部）の熱容量が大きい。

これらの体温計はいずれも接触型であるが、非接触型
のものもあり、特開昭58−88627「非接触型口腔温度
計」はその一例である。これは焦電型の赤外線センサを
用い、口腔内から出る赤外線を集光し、チョッピングし
て該センサに入力し、センサ出力を増幅し、基準温度信
号をもとに演算して体温を求め、表示器に表示する。或
いは、赤外線センサとしてサーミスタを用い、集光系、
サーミスタ、増幅器、演算器、表示機構及び基準温度検
出器の構成をとる。

また、耳孔内に挿入して体温を測定する方法として特
開昭60−25427、特開昭60−216232、特開昭60−13333
1、特開昭61−117422、特開昭61−138130、USパテント
3,282,106（1966）などがある。しかしながら、これら
は以下の問題があるため今だ実現していないのが実情で
ある。

特開昭60−25427は、耳栓型体温センサとしているの
みで例えば、サーミスタ等の測温抵抗体の接触伝熱によ
り体温を測定するのか、また赤外線を検出するSiセンサ
のようなものを使用するのか不明である。従って、測定
手段が不明なため、現実として体温計を構成することは
不可能である。

特開昭60−216232は耳栓型で温度センサとしてサーミ
スタを用い外耳道との接触伝熱で体温を測定するもので
ある。しかしこの方法は接触方式のため検温時間は口腔
型の電子式体温計よりも時間を必要とすることは容易に
推測できる。

特開昭60−133331は耳部密閉型で温度センサとしてサ
ーミスタ、トランジスタセンサを用いているため基本的
には特開昭60−216232と同等である。

特開昭61−117422は耳へ挿入する方式のもので赤外線
検出センサとしてサーモパイルを用いている。センサ部
を一定温度に保ち、装置内に基準温度源を持ちリファレ
ンス方式で体温を測定している。技術的には優れた方法
であるが、センサ部の温度を一定に保つことや、基準温
度源を持つことは、構成を複雑とし、安価に製品化でき
ない欠点がある。

特開昭61−138130は耳孔内からの赤外線を光ファイバ
で焦電センサに導く方式であるが、体温測定用の赤外用
光ファイバは開発されていない。体温から放射される放
射エネルギーの波長帯は８〜13μｍであり、この波長帯
の放射を充分に透過させるファイバは開発されておら
ず、常温付近では、このファイバ自体からの放射が無視
できないため、精度的に、光ファイバを使った体温計を
実現することは困難であり、実現したとしても非常に高
価となる。

USパテント3,282,106（1966）“Method of Measuri
ng Body Temperature"は、耳を代表例として哺乳類の
身体の腔から発する10μｍ帯の赤外線を、非接触で検出
して体温を測定する方法に関するものであるが、本特許
はセンサ部の温度変化を考慮していないので、温度誤差
が生ずるという欠点がある。

このように接触型の体温計は測温に要する時間が長い
という問題があり、非接触型の、赤外線に感応する型の
従来のものは構成が複雑で高価になる等の問題がある。

本発明はかかる点を改善し、測温時間が短く、構成が
簡単で廉価に制作でき、しかも測定精度がよい光体温計
を提供することを目的とするものである。また、本発明
では耳孔、口腔などの孔部に挿入して体温測定するが、
この場合、該孔部に挿入される筐体先端部が体温で昇温
し、測定誤差を生じるという問題がある。本発明は該昇
温が無視できるようにして、測温誤差発生を防ぐことを
他の目的とするものである。

発明の開示 上記目的を達成するための第１発明によれば、筐体
（11）内に収容された赤外センサ（３）と、孔部に挿入
される該筐体の先端部から入射する赤外線を該赤外セン
サに集光する光学系（５）と、該赤外センサの周囲温度
を測定する測温素子（４）と、先端又は後端もしくはそ
の両方に突起を備え、前記筐体の先端部の外周面とは該
突起で接触して、前記筐体の先端部の外周面との間には
エアギャップが形成されるようにして前記筐体の先端部
に取付けられた薄肉キャップ（6a）と、該赤外センサの
周囲温度に対する補正をした体温信号を出力する処理部
（20）と、該体温信号を受けて体温を可視表示する表示
器（30）とを備えることを特徴とする光体温計が提供さ
れる。

また、上記目的を達成するための第２発明によれば、
筐体（11）内に収容された赤外センサ（３）と、孔部に
挿入される該筐体の先端部から入射する赤外線を該赤外
センサに集光する光学系（５）と、該赤外センサの周囲
温度を測定する測温素子（４）と、該赤外センサの周囲
温度に対する補正をした体温信号を出力する処理部（2
0）と、該体温信号を受けて体温を可視表示する表示器
（30）とを備え、しかも前記先端部は線状部材または棒
状部材により形成されていることを特徴とする光体温計
が提供される。

更に、上記目的を達成するための第３発明によれば、
筐体（11）内に収容された赤外センサ（３）と、孔部に
挿入される該筐体の先端部から入射する赤外線を該赤外
センサに集光する光学系（５）と、該赤外センサの周囲
温度を測定する第１の測温素子（4a）と、前記先端部の
温度を測定する第２の測温素子（4b）と、該赤外センサ
及び第１・第２の測温素子の出力をうけて、赤外センサ
の周囲温度及び筐体先端部の温度に対する補正をした体
温信号を出力する処理部（20）と、該体温信号を受けて
体温を可視表示する表示部（30）とを備えることを特徴
とする光体温計が提供される。

上記第１乃至第３発明に係る構成の光体温計によれ
ば、測温時に、測温部である筐体先端部が被測温部であ
る人体の耳孔、口腔等に接触して、筐体先端部の温度が
変化しても、測定誤差の少ない正確な体温を、迅速且つ
容易に測定することができる。

図面の簡単な説明 第１図は第１発明の第１の実施例である光体温計の基
本的な構成を示す図、第２図は一体型のレンズ型光体温
計の概略斜視図と概略断面図、第３図は分離型のレンズ
型光体温計の概略斜視図、第４図は一体型のミラー型光
体温計の概略斜視図と概略断面図で、第５図は分離型の
ミラー型光体温計の概略図、第６図は黒体温度対サーモ
パイル出力の関係を示す図、第７図及び第８図は熱絶縁
体の構造を示す図、第９図は処理部の構成例を示す図、
第10図は処理部の他の構成例を示す図、第11図は第１発
明の第２の実施例のセンサ部を示す図、第12図はその実
験データを示す概略断面図、第13図は第１発明の第３の
実施例の概略図、第14図はその実験データを示す図、第
15図は第２発明の実施例である光体温計（ミラー型）の
概略斜視図と概略断面図、第16図はそのプローブ先端部
の概略斜視図、第17図はその実験データを示す図、第18
図は第３発明の実施例である光体温計の基本的な構成を
示す図、第19図はプローブ内光学系の説明図、第20図は
プローブ先端部の測温素子の取り付け状態を示す概略
図、第21図及び第22図は処理部の構成例を示す図、第23
図は第３発明の実施例の応用例を示す概略斜視図、第24
図はそのプロット例及びプリント例を示す図、第25図は
第３発明の実施例の第２応用例を示す概略斜視図、第26
図は第３発明の実施例の第３応用例を示す概略斜視図、
第27図は第３発明の実施例のその他の応用例を示す概略
斜視図である。

発明を実施するための最良の形態 以下に第１発明の第１の実施例を第１図乃至第10図を
参照して説明する。第１図（ａ）、（ｂ）は第１発明の
第１の実施例である光体温計の基本的な構成を示す図で
ある。この光体温計は、大別するとプローブ10、処理部
20、および表示部30からなる。

プローブ10は筐体11を備え、該筐体内に赤外センサ例
えばサーモパイル３、その支持体２、光学系５（第１図
（ａ）ではレンズ、（ｂ）ではミラーで構成したもの）
等を収容する。また、筐体11は耳孔、口腔などの孔部に
挿入される（そのような寸法、形状を持つ）先端部12を
備え、この先端部には熱絶縁体６が取りつけられる。支
持体２には測温素子４が配設され、これは赤外センサ３
の周囲温度、従って該センサ３の温度を測定する。測温
素子４はサーミスタなどの測温抵抗体、ダイオードまた
はトランジスタなどの測温用ICなどで構成する。

先端部12は先端12aが開口しており、前記孔部から放
出される赤外線がこの孔部12aを通って筐体内に入り、
赤外線用レンズまたはミラー５により集光されて赤外セ
ンサ３に入射する。この入射経路に絞り１が置かれ、ま
た支持体２で入射経路に該当する部分はアパーチャーを
形成し、該アパーチャーの周囲2aは円錐状をなす。この
円錐状周面2aは絞り１と共に、赤外センサ３に入射する
赤外線の立体角を決定する。周面2aは赤外線（波長５〜
20μｍ）に対して黒化され、筐体11内部から放射される
赤外線が該周面2aに入射すると、その赤外線を吸収し、
その赤外線が赤外センサ３に入射するのを防止する。筐
体11の内面はAl,Au,Cr等をメッキまたは蒸着して鏡面化
し、赤外線波長域の放射率を小さくしておく。

処理部20は赤外センサ３の出力Vsを増幅する信号増幅
器21、測温素子（サーミスタ）４の出力（抵抗変化）を
電圧Voに変換する演算器22、および増幅器21の出力Ｖと
演算器22の出力Voを受けて体温信号Ｓを出力する信号処
理器23を備える。これらの増幅器21、演算器22、信号処
理器23は個々に構成しても、一体に構成してもよい。

尚、処理部20と表示部30とは第２図乃至第５図に示す
ようにプローブ10と一体的に構成しても良いし、また分
離して構成しても良い。第２図（ａ）、（ｂ）はレンズ
型光体温計の概略斜視図と概略断面図であり、プロー
ブ、処理部及び表示部が一体的に形成されている。第３
図もレンズ型光体温計の概略斜視図であるが、プローブ
と処理部・表示部とが分離した構成となっている。第４
図（ａ）、（ｂ）はミラー型光体温計の概略斜視図と概
略断面図であり、プローブ、処理部及び表示部が一体的
に形成されている。第５図（ａ）もミラー型光体温計の
概略斜視図であるが、プローブと処理部・表示部とが分
離した構成となっている。尚、分離して構成した場合に
は、第５図（ｂ）に示すように増幅器21はプローブ10内
に配置するようにしてもよい。

上記の構成によれば、体温測定に当たってはプローブ
10の先端部12を、たとえば耳孔に挿入して、耳孔つまり
空洞からその温度に従って放出される赤外線が、先端部
の開口12aを通って筐体11内に入射する。入射した赤外
線はレンズまたはミラー５で収束され、赤外センサ３に
投射される。したがって、赤外センサ３の出力Vsは入射
赤外線従って耳孔内温度ひいては体温に対応する。

しかし、赤外センサ３の出力Vsは第６図に示すように
周囲温度によっても変化する。この第６図の縦軸は該出
力Vs、横軸は黒体温度（耳孔温度に従って体温）Tbであ
り、曲線C₁,C₂,C₃は室温（周囲温度）が０゜,20゜,40℃
のときのVs−Tb曲線である。このグラフから明らかなよ
うに体温を求めるには赤外センサの出力Vsの他に、室
温、すなわち赤外センサ周囲の温度を知る必要があり、
この室温を演算器22が提供する。

筐体先端部12を耳孔に挿入すると該先端部12の温度が
上昇し、該先端部12が放出する先外線量が変わって（増
大して）、これは誤差となる。赤外線測温ではこの種の
現象がつきまとうが、測温対象が高温の場合これは殆ど
問題にならない。しかし体温のように低温の場合、これ
は若干の誤差（２℃上昇で、0.1℃の誤差など）を生じ
る。熱絶縁体６は筐体先端部12を覆って熱絶縁し、測温
中、筐体先端部12が昇温することがないようにする。

信号処理器23は増幅器21の出力電圧Ｖおよび演算器22
の出力電圧Voを用いて、赤外センサの周囲温度の補正を
した正しい体温信号Ｓを出力し、表示器30に体温を表示
させる。表示器がアナログ型なら信号Ｓはアナログ信号
であり、デジタル型ならデジタル信号である。

赤外センサ３の出力の温度補正につき、次に説明を加
える。赤外センサ（サーモパイル）３の発生起電力Vsは
α（T⁴−To⁴）に比例する。ここでαは係数、Ｔは対象
物の温度、Toは室温である（Ｔ、Toは共に絶対温度）。
測定範囲が狭い場合は直線近似で計算しても誤差は非常
に小さい。即ち発生起電力Vsは、β（Ｔ−To）に比例す
るとしてよい（β：測定温度範囲で決まる定数で構成要
素、レンズ、ミラー、形状、立体角などに依存する係
数）。

測温素子４が白金抵抗体などの測温抵抗体であれば、
温度に対する抵抗変化はRo＝（１＋γｔ）で表せる。
ここでは０℃のときの抵抗値、γは温度係数、ｔは測
定温度である。白金抵抗体の場合はJIS規格である。ま
た、サーミスタ等の負性特性を示す感温素子でも使用で
きる。

サーモパイル３の出力Vsの増幅電圧Ｖは耳孔内の温度
Ｔと室温Toの温度差に比例した出力であるから（Ｖ＝β
（Ｔ−To））、温度差ΔＴ（＝Ｔ−To）はV/βで求ま
る。室温Toは測温素子４の出力Voから求まるから測定対
象の温度ＴはTo＋V/βで算出できる。

第７図及び第８図は熱絶縁体６の構造を示す図であ
る。第７図（ａ）では熱絶縁体６は薄肉のキャップ6aで
あり、先端または後端に突起61があって筐体先端部12の
外周面とは該突起61で接触し、キャップ内面と筐体先端
部外周面との間にはエアギャップ13を形成する。このエ
アギャップ13が熱絶縁を行う。即ち、プローブ10の先端
部を耳孔又は口腔に挿入すると体温で該先端部12の温度
が上昇し、その内面から発生する赤外線量が増加し、こ
れが赤外センサ３に入ると測温誤差になるが、エアギャ
ップ13があると筐体先端部12の昇温がはばまれ、上記誤
差発生が阻止される。

突起61は、これを通しての熱伝達が少ないように小面
積であるのがよく、この目的で第７図（ｂ）では120゜
間隔で設けられる３個の狭い幅の突起61にされる。また
第７図（ｃ）では180゜間隔で設けられる２個の突起61
にされる。この第７図（ｃ）の突起は安定性の観点で、
第７図（ｂ）の突起よりは広い幅にしてある。

キャップ6aの材質は、ある程度剛性が必要なので、金
属、硬質プラスチックなどがよいが、これに限定される
ものではない。

第８図（ａ）では、熱絶縁体は厚肉断熱材のキャップ
6bである。やはり筐体先端部12に嵌合させるので、内周
面は該先端部外周面と同形状にする。第８図（ｂ）にキ
ャップ6bの斜視図を示す。尚、キャップ6bの材質として
はポリウレタン、発泡スチロール、ガラスウール、紙、
綿などがよい。

筐体先端部12の開口12aは、赤外線透過材料、例えば
シリモン、ゲルマニウム、ポリエチレン等の薄板で覆っ
てもよく、この場合はキャップに該薄板を取りつけるこ
とが考えられる。キャップは筐体先端部12に固定して
も、また挿脱自在にしてもよい。

筐体先端部12内面（先端12aからレンズ又はミラー５
までの間の内面）をできるだけ鏡面にすることも有効で
ある。即ち鏡面にすれば放射率は小になるから、測温
中、筐体先端部12が昇温しても該先端部内面から放出さ
れる赤外線の変化は小さく、したがって測定誤差は小さ
い。このため、該先端部内面を金蒸着、金メッキあるい
はAl蒸着、Alメッキ等の処理を施すことはきわめて有効
である。

処理部20の構成例を第９図（ａ）、（ｂ）に示す。第
９図（ａ）で、25は加（減）算器であり、赤外センサ
（本例ではサーモパイル３）の出力と、測温素子（本例
ではサーミスタ４）の出力を受け、これらの和より体温
信号Ｓを出力する。即ちＶ＝β（Ｔ−To）、Vo∝Toであ
るから、Ｖに1/βを掛けた後測温素子の信号Toを加える
ことにより、体温Ｔが求まる。26は抵抗で、サーミスタ
４と直列にして電源間に接続し、接続点Ｐに出力電圧Vo
を生じる。例えば第６図に示すように、a,b,c点のサー
モパイル出力はVa,Vb,Vcとして、黒体温度がTb₁、室温2
0℃のときのサーモパイル出力はVbであり、室温０℃の
ときの出力VaよりVa−Vbだけ下がっているが、このVa−
Vbをサーミスタ４で発生すれば、０℃で校正した状態で
サーモパイル出力より黒体温度Tbを求めることができ
る。

第９図（ｂ）ではサーミスタ４、可変抵抗27、固定抵
抗28を直列にして電源間に接続し、サーモパイル３の一
端を可変抵抗27の摺動子に接続し、他端より温度信号Ｓ
を取出すようにしたものである。これでも上記の加算が
行われる。可変抵抗27は、出力Voの温度特性調整用であ
る。

処理部20の他の構成例を第10図に示す。第10図におい
て、51は増幅器、52は二重積分回路、53は演算処理を行
うCPU、54はダイオードＤとスイッチＳからなる係数設
定部である。尚、55は入力ポート、56は出力ポート、57
はプログラムが書き込まれたROMである。サーモパイル
３及び測温素子（室内センサ）４からの信号は各々適当
な増幅率を持つ各増幅器51により充分大きな信号に変換
された後、各々二重積分回路52（A/D変換器の一種）へ
入力される。二重積分回路52は信号の大きさに比例した
時間巾を持つパルスをCPU53に出力し、CPU53はこれらの
パルスの時間巾を内部カウンタを用いて測定する。サー
モパイル３、測温素子４の各信号に対応するカウント計
数値は、係数設定部54により設定された係数を各々乗じ
られ、センサ特性の固体差が補正される。補正後のカウ
ント計数値にCPU53による演算処理を施し、算出された
最終的な温度値が表示値として表示部30へ出力される。
ここで、係数設定部54は、ダイオードＤとスイッチＳを
アレイ状に並べたもので構成され、CPU53の入出力ポー
ト55に接続することにより、設定係数値をデジタル的に
決定し、経時変化することのない係数値をもって、セン
サ特性を補正することができることを特徴とするもので
ある。これにより、RAMが不要となるので、消費電力の
軽減を図ることができる。尚、スイッチＳは第10図に示
す機械式の接点でなく、薄膜導電体を用いてもよい。こ
れにより、機械式のスイッチに比べて、小型で安価な計
数設定部54となる。

上記の第１の実施例によれば、サーモパイル３の室温
補正を行うことができ、しかも先端部12に設けた熱絶縁
体６により測温時における先端部12の昇温を防止するこ
とができるので、測定誤差の発生を少なくすることがで
きる。

第11図は第１発明の第２の実施例である光体温計の、
サーモパイル・測温素子及び支持体よりなるセンサ部を
示す概略断面図である。第11図（ａ）〜（ｅ）において
14はセンサ部、3x・3yはサーモパイル３のリード線、4x
・4yは測温素子４のリード線である。尚、本実施例はセ
ンサ部14を除いては前記第１の実施例と同様であるの
で、本実施例の斜視図及び構成図等は省略する。また、
第11図（ａ）〜（ｅ）に示す第２の実施例及び以下に説
明する第３の実施例や他の発明の実施例において、上記
第１図乃至第10図に示す第１の実施例と同一の機能を有
するものは同一の符号を付すことによりその詳細な説明
を省略する。

本発明の第２の実施例が前記第１の実施例と異なるの
は、室温センサとしての測温素子４を赤外センサである
サーモパイル３の底面に接着し、両者を高熱伝導性部材
を含む支持体２内に埋設した点にある。第11図（ａ）に
示すセンサ部はサーモパイル３の底面に測温素子４（た
とえばポジスタ）を接着すると共に、測温素子４を約5m
m厚の銅ブロック2₁内に埋設し、これらの周囲を断熱性
の良いプラスチック2₂で囲んで形成したものである。第
11図（ｂ）に示すセンサ部はサーモパイル３を第11図
（ａ）で示すものよりはやや小さいものを使用して、サ
ーモパイル３と測温素子４との両方を銅ブロック2₁内に
埋設したものである。第11図（ｃ）に示すセンサ部は外
部からの伝熱の影響を更に少なくするために、サーモパ
イル３と測温素子４とを銅ブロック2₁内に埋設すると共
に、銅ブロック2₁の外側に断熱材2₃（たとえばポリウレ
タン、セラミック、グラスファイバ等）を、更に断熱材
2₃の外側に銅パイプ2₄を配置し、これらをプラスチック
2₂により囲んで形成したものである。第11図（ｄ）に示
すセンサ部は第11図（ｃ）の変形例であり、第11図
（ｅ）に示すセンサ部は第11図（ｂ）の変形例である。
尚、リード線3x・3y・4x・4yは、図示しないが銅ブロッ
ク2₁に孔を穿設し、その孔を介してセンサ部14の外へ引
き出される。また、リード線3x・3y・4x・4yはリード線
間の短絡を防止するために被覆が施されている。銅ブロ
ック2₁は熱伝導性の良い金属であれば、たとえばアルミ
ニウム等であってもよい。

第12図は本実施例である光体温計を40℃の黒体炉に向
けて10分間連続運転したときの温度読み値の実験データ
を示す図である。尚、（ｓ）は銅ブロックを使用しない
ときの指示値、（ａ）は第11図（ａ）に示すセンサ部を
使用したときの指示値、（ｃ）は第11図（ｃ）に示すセ
ンサ部を使用したときの指示値を示す。第12図に示すよ
うに、サーモパイル３単体（銅ブロックを使用しない場
合）では、環境の温度ゆらぎの影響を受けてサーモパイ
ル３と測温素子４との間に熱的アンバランスが生じるた
め、出力に約±0.2℃のゆらぎが発生する。これに対し
て、銅ブロック2₁を付加した第11図（ａ）に示すセンサ
部14を使用した場合には、安定した指示値が得られる。
また、第11図（ｃ）に示すセンサ部14を使用した場合に
は、更に安定度が増している。第11図（ｂ）、（ｄ）、
（ｅ）のセンサ部14を使用した場合でも、図示しないが
同様の効果が得られた。このように、本実施例によれ
ば、サーモパイル３周辺に熱伝導性の良い銅ブロック等
を配置して熱容量を増すと共に、外部からの熱伝導を遮
断することにより、測定の安定度の向上を図ることがで
きる。その他の作用・効果は前記第１の実施例と同様で
ある。

第13図は第１発明の第３の実施例である光体温計を示
す図であり、同図（ａ）はその概略斜視図、同図
（ｂ）、（ｃ）はセンサ部周辺の筐体の概略斜視図であ
る。第13図（ａ）〜（ｃ）において11aは筐体11に形成
された冷却用の通風口、11bは風通しの良い金属網部で
ある。

本発明の第３の実施例が前記第１の実施例又は第２の
実施例と異なるのは、センサ部14周辺の筐体11に通風部
を設けてセンサ部14の通風性を良くした点にある。第13
図（ａ）はプラスチックで形成されたセンサ部14周辺の
筐体11に通風口11aを複数設けたものである。第13図
（ｂ）は通風口11aを設ける代わりに筐体11のセンサ部1
4周辺を、たとえば電気カミソリのメッシュのような金
属網で形成したものである。第13図（ｃ）に示す通風部
はプローブ分離型の光体温計においてプローブ筐体11の
センサ部周辺を同図（ｂ）と同様の金属網で形成したも
のである。

第14図は本実施例である光体温計を40℃の黒体炉に向
けて、筐体の周囲を45℃のビニール・ヒータで加熱しな
がら、30分間連続運転したときの温度読み値の実験デー
タを示す図である。第14図において、×印は通風部を設
けていない光体温計のデータを、○印は通風部を設けた
光体温計のデータを示す。第14図に示すように、通風部
を設けていない光体温計では時間の経過と共にセンサ周
辺に熱的アンバランスが発生して測定誤差を生じるが、
第13図（ａ）に示す通風口11aを設けた光体温計では、
その影響は少ない。第13図（ｂ）に示す構造の光体温計
でも同様の効果が得られた。このように、本実施例によ
れば、筐体11のセンサ周辺部を通風性の良い構造にする
ことにより、測定時において体温計のケースを握る手か
らの伝熱を防ぐと共に、冷却効果によりセンサ周辺部の
熱的アンバランスを取り除くことができる。この結果、
測定誤差のない安定した光体温計を提供することができ
る。その他の作用・効果は前記第１の実施例と同様であ
る。

以上詳細に説明したように第１発明によれば、赤外セ
ンサの室温補正をした、また耳孔、口腔などへ挿しこま
れる筐体先端部の該挿し込みによる昇温で生じる測定誤
差を回避した、高精度な、比較的安価な、迅速且つ容易
に測温することのできる光体温計を提供することができ
る。

第２発明の１実施例を第15図乃至第17図を参照して説
明する。第15図（ａ）、（ｂ）は第２発明の実施例であ
る光体温計（ミラー型）の概略斜視図と概略断面図であ
り、第16図（ａ）〜（ｃ）はそのプローブの先端部の概
略斜視図である。第15図及び第16図において61は三脚型
に形成された挿入部、62はプラスチックで形成された挿
入部61の保持部、63は網状に形成された挿入部である。

本発明の実施例は、光体温計の先端部12の挿入部61・
63を熱伝導性の良い金属棒又は金属線により形成して、
先端部12の放熱性を良くしたものである。

第16図（ａ）、（ｂ）は先端部12の挿入部61を三本脚
の金属で形成し、その先端61aを人間の耳孔に入る程度
の大きさのリング状に形成したものである。尚、先端61
aは、たとえばCuやAl等の高熱伝導性の金属で形成され
ていることが望ましい。第16図（ａ）は、先端61aの径
が約8mmφであり、挿入部61の脚部61bはプラスチックで
形成された保持部62の中に固定する。たとえば、保持部
62をプラスチックの射出成型により形成する際に、脚部
61bの先端を保持部62の先端に埋め込むようにして固定
する。そして、挿入部61の脚部61bは保持部62の側面部
分と同じ角度で絞られ、先端部12全体が略円錐形状にな
るように形成されている。第16図（ｂ）は第16図（ａ）
と同様に挿入部61の先端61aの径が約8mmφであるが、保
持部62は円筒形状に形成してある。尚、先端61aの径を
約6mmφと小さくすれば、子供用の光体温計として使用
することができる。第16図（ｃ）は挿入部63を三本脚構
造とする代わりに高熱伝導性の金属、たとえばAlで網状
に形成し、保持部62に取り付けたものである。その他の
構成は前記第１発明の各実施例と同様である。

第17図は第16図（ａ）に示す本実施例の光体温計とプ
ローブの先端部が全部プラスチックで形成されている光
体温計とを用いて、各々約30分間に連続100回、体温を
測定した場合の実験データを示す図である。第17図にお
いて、×印はプローブの先端部が全部プラスチックで形
成されている光体温計のデータ、○印は第16図（ａ）に
示す光体温計のデータを示す。第17図に示すように、プ
ローブ10の先端部全体がプラスチックにより形成された
光体温計では、体温の指示値は１℃以上上昇して誤差が
生ずる。これに対して、プローブの先端部が第16図
（ａ）に示すように形成された光体温計では殆ど誤差が
生じない。尚、図示しないが第16図（ｂ）、（ｃ）の構
造の光体温計でも同様に誤差は殆ど生じない。

以上説明したように、第２発明の実施例によれば、先
端部12を放熱性の良い金属棒又は金属線を用いて形成す
ることにより、測温時における先端部12の昇温を防止し
て測定誤差を少なくすることができる。その他の作用・
効果は第１の発明と同様である。

第３発明の１実施例を第18図乃至第22図を参照して説
明する。第18図は第３発明の１実施例である光体温計の
基本的な構成を示す図である。本発明は先端部12にも測
温素子4bを取り付け、測温時の先端部12の温度変化によ
って生じる測温誤差を補正するようにしたものである。

第18図において4aは室温を測定するための測温素子、
4bは先端部12の温度を測定するための測温素子、24は測
温素子4bの出力を電圧に変換する演算器である。先端部
12には測温素子4bが配設され、これにより先端部温度を
測定する。支持体２にも測温素子4aが配設され、これは
赤外センサ３の周囲温度に従って該センサの温度を測定
する。測温素子4a・4bはサーミスタなどの測温抵抗体、
ダイオードまたはトランジスタのPN接合などで構成す
る。

測温素子4bは、第20図（ａ）に示すように丸形、角形
などの小形、一点測定型素子として先端部12に埋込んで
おいても、また同図（ｃ）に示すように広面積の薄膜
（厚み0.1mmなど）型素子として、先端部内面に貼り付
けておいても、また同図（ｄ）に示すようにリング状と
して先端部内面に嵌合しておいてもよい。第20図（ｂ）
のように先端部12にカバー13を嵌めて、測温素子4bが孔
部例えば耳孔の周面温度を測定するのを防ぐ、また耳孔
に挿込んだときの先端部12の昇温を防ぐのも有効であ
る。

第18図の処理部20は赤外センサ３の出力Vsを増幅する
信号増幅器21、測温素子（サーミスタ）4aの出力（抵抗
変化）を電圧Voに変換する演算器22、測温素子（サーミ
スタ）4bの出力（抵抗変化）を電圧Vrに変換する演算器
24、および増幅器21の出力Ｖと演算器22、24の出力Vo、
Vrを受けて体温信号Ｓを出力する信号処理器23を備え
る。これらの増幅器21、演算器22、24、信号処理器23は
個々に構成しても、あるいは第21図、第22図に示すよう
に一体化してもよい。その他の構成は前記第１発明と同
様である。

筐体先端部12を耳孔に挿入すると該先端部12の温度が
上昇し、該先端部12が放出する赤外線量が変わって（増
大して）、これは誤差となる。第19図（ａ）の点線l
₂は、筐体先端部12の内面から放出されて赤外センサ３
に入射する赤外線を示す。赤外線測温ではこの種の現象
があるが、測温対象が高温の場合これは殆ど問題になら
ない。しかし体温のように低温の場合、これは若干の誤
差（２℃上昇で、0.1℃の誤差など）を生じる。演算器2
3の出力Vrはこれを補正する。

これらのＶ、Vo、Vrを用いて信号処理器23は赤外セン
サ３の周囲温度の補正をし、また耳孔に挿入した先端部
12の温度補正をした正しい体温信号Ｓを出力し、表示部
30の表示器に体温を表示する。表示器がアナログ型なら
信号Ｓはアナログ信号であり、デジタル型ならデジタル
信号である。

先端部12の温度補正につき、次に説明を加える。プロ
ーブ10のデザインが光学技術を基本として決まると、プ
ローブ10全体を計測器とみなして黒体炉で校正する。ま
た室温の影響も受けないように信号処理器で処理をす
る。従ってプローブ先端部12とプローブ本体（赤外セン
サ３のある部分）の温度が等しければ、先端部12の影響
はない。しかし耳孔に挿入したとき、検温は数秒で終了
するが、繰り返し検温を必要とする場合、先端部12は徐
々に温度が室温より高くなり、該先端部から放出され赤
外センサ３に入る赤外線が増加して、検温値は高めに表
示される。発生する誤差は、例えば先端部12の材料にデ
ルリンを用い、開口12aが５〜6mmφで、赤外レンズ５と
の接合点の筐体径が13mm、プローブの先端部長さ25mm、
内面をAl蒸着で鏡面化した条件の下で、室温と先端部12
との温度差が２℃であるときには、0.1℃となる。

赤外センサ（サーモパイル）３の発生起電力Vsはα
（T⁴−To⁴）に比例する（T:対象物の温度、To:室温）。
αはプローブ10の構成要素（光学的要素：レンズ、ミラ
ー、形状、立体角など）によって定まる補正係数であ
る。しかし測定範囲が狭い場合、すなわち体温付近（35
℃〜40℃程度）では、直線近似で計算しても誤差は非常
に小さい。即ち発生起電力Vsは、β（Ｔ−To）に比例す
るとしてよい（β：測定温度範囲で決まる定数で構成要
素の影響も含まれている）。

測温素子4a、4bがサーミスタなどの測温抵抗体であれ
ば、温度に対する抵抗変化はRo＝（１＋γｔ）で表せ
る。ここでは０℃のときの抵抗値、γは温度係数、ｔ
は測定温度（単位は℃）である。白金抵抗体の場合はJI
S規格である。

サーモパイル３の出力Vsの増幅電圧Ｖは耳孔内の温度
Ｔと室温Toの温度差に比例した出力であるから（Ｖ＝β
（Ｔ−To））、温度差ΔＴ（＝Ｔ−To）はV/βで求ま
る。室温Toは測温素子4aの出力Voから求まるから測定対
象の温度ＴはΔＴ＋Toで算出できる。

測温素子4bの出力Vrは、先端部12の温度（Tr）を検出
している。測定温度Tr＝Toであるときは補正の必要がな
いが、Tr＞To、Tr＜Toのとき補正の必要が生じる。Tr＞
Toのときサーモパイル３に入射する赤外線量は増加し、
Tr＜Toのとき減少する。従ってTr＞Toのとき算出温度Ｔ
は高目になりTr＜ToのときＴは低目になる。補正量はプ
ローブの先端部12の形状と光学的要素によって決まる。
前述したレンズ構成の諸元の場合、温度差|Tr−To|が２
℃で、0.1℃である。信号処理器23は上述した内容を処
理（デジタル演算処理もしくはアナログ演算処理、又は
両方の処理の組み合わせ）して、測定対象の真温Ｔを求
め、表示器30に表示する。

処理部20は、第21図及び第22図に示すように赤外セン
サ３、測温素子4a、4bの全部又は一部を回路に組み込ん
で、温度補償した出力Ｓを得るようにしてもよい。

第21図（ａ）では測温素子4a、4bを直列にして定電圧
電源Ｅより電流Ｉを流し、これらの測温素子の直列接続
点Ｐに補正電圧Vo−Vrに比例する電圧Vpを生じさせ、こ
れを演算器15で赤外センサ３の出力Vsと演算することに
より、Ｓ＝Vs＋Vo−Vrを得る（ここでは各電圧の係数は
省略する。以下同じ）。Ｒは抵抗、VRは可変抵抗（添字
₁,₂,……は相互を区別するもので、ここでは適宜省略す
る）で、可変抵抗VR₁は測温素子4bの出力電圧Vrの調整
用である。

第21図（ｂ）では測温素子4a、可変抵抗VR₂、測温素
子4b、抵抗R₂をこの順で直列に接続して定電圧電源より
電流Ｉを流し、赤外センサ３を可変抵抗VR₂の摺動子に
接続する。この摺動子にはVo−Vrが得られるから、赤外
センサ３の他端の出力ＳはVs＋Vo−Vrになる。

第21図（ｃ）では定電流源Ioにより測温素子4aに電流
を流してVoを発生させ、また該定電流源により測温素子
4bに電流を流してVrを発生させ、赤外センサ３を測温素
子4aに直列に接続して出力端にＳ＝Vs＋Vo−Vrを得る。

第21図（ｄ）では測温素子4a、4bを抵抗R₅、R₆と共に
ブリッジに組み、電源Ｅより電流を流してVo−Vrを得、
これを赤外センサ３の出力に加えてＳ＝Vs＋Vo−Vrを得
る。

第21図（ｅ）では測温素子4a、4bに電流を流してVo、
Vrを発生させ、これらを受けて演算器16でVo−Vrを発生
し、赤外センサ３の出力Vsに加えてＳ＝Vs＋Vo−Vrを得
る。

第22図（ａ）、（ｂ）は、室温補正用測温素子4aとし
て白金抵抗体のように正の温度係数をもつものを用い、
プローブ先端部温度補正用測温素子4bとして通常のサー
ミスタのように負の温度係数を持つものを用いた例を示
す。第22図（ａ）は定電圧源Ｅを用いた場合、第22図
（ｂ）は定電流源を用いた場合で、いずれも出力端Ｐに
はVo−Vrが得られるから、これを赤外センサの出力に加
えればよい。

この光体温計は耳孔、口腔などの孔部に挿入して測温
するので、衛生に留意する必要がある。第20図（ｂ）に
示したようにカバー13を用いると、このカバーを使い捨
てにする、またはカバーを取り外して洗浄する、等の措
置がとれ、衛生上有効である。

また先端12aは開口とするのが、赤外線を損失なく筐
体11内に取り込む点で有効であるが、筐体11内にゴミが
入る点では不利である。これについては先端12aを赤外
線透過窓で覆うことが考えられる。

第23図は第３発明の実施例の第１応用例を示す概略斜
視図であり、第24図（ａ）、（ｂ）はそのプロット例及
びプリント例を示す図である。本応用例は第３発明の実
施例の光体温計にメモリモジュールとプリンタを組み合
わせてデータの記憶と記録ができるように構成したもの
である。第23図において71は測定部本体、72はメモリモ
ジュール、73はプリンタである。測定部本体71にはホー
ルドスイッチ71aが取り付けられ、表示部30には今の表
示がメモリである事を示す記号Ｍが表示される。メモリ
モジュール72にはメモリ番地の表示72a、メモリ番地の
カウントアップとカウントダウン用釦72b及び実測値と
メモリの表示切り換え用釦72cが取り付けられている。
また、プリンタ73には単一データのプリント用釦73a、
プロット用釦73b、全データのプリント用釦73cが取り付
けられている。尚、80は印刷用紙である。

本応用例を用いて、単一データを測定するときには、
メモリモジュール72とプリンタ73とを切り離して測定部
本体71のみで使用する。多数のデータを測定するときに
は、測定部本体71にメモリモジュール72をつないで、デ
ータを記憶する。尚、メモリモジュール72はカレンダー
機能や時計機能を内蔵するものであってもよい。これに
より、月日時刻をも自動的に記憶することができる。そ
して、測定値を知りたいときには、メモリモジュール72
にプリンタ73を接続してプリントアントする。プロット
釦73bを押圧すれば、第24図（ａ）に示す出力が得ら
れ、全データのプリント用釦73cを押圧すれば、同図
（ｂ）に示す出力が得られる。

本応用例によれば、多数の測定データを必要とする時
に便利であり、たとえば婦人体温計として使用するとき
や、人体表面の温度分布を測定するとき等に威力を発揮
する。

第25図は第３発明の実施例の第２応用例を示す概略斜
視図である。本応用例は第３発明の実施例を家庭用デス
クトップ型に形成したものである。プローブ10は本体39
の溝35に収められ、処理部20は本体39内に取り付けられ
る。表示部30はアナログ型、デジタル型、または体温を
普通、熱がある、高熱などに分けて各々を漫画で表示す
るようにしてもよい。後者の場合、表示器としては液晶
表示器などが適当である。本体39には図示しないがメモ
リ及び印刷機構なども設けられ、36はその印刷用紙、37
は紙送り釦である31〜34も押釦で、31は測温した月日、
時刻の入力用、32は測温結果のメモリへの記憶用、33は
表示指示用、34は印刷指示用である。38はカレンダで、
本体39に内蔵される時計機構により駆動され、月日など
を表示する。

第26図（ａ）〜（ｃ）は第３発明の実施例の第３応用
例を示す概略斜視図である。第26図（ａ）、（ｂ）はペ
ンシル型に形成した光体温計を示す図である。この場
合、プローブ10は本体部（処理部20と表示部30）と一体
になっている。18はプローブ先端部を覆うキャップであ
り、不使用時には嵌挿されて先端開口（12a）などを保
護する。キャップ18内に、アルコールなどの消毒液を含
浸させた多孔弾性体を収容しておくと、衛生上好適であ
る。19はスイッチで、測定開始（電源投入）を指示す
る。電源投入直後はプローブ10の向けられている方向、
即ち体温より低い周囲温度を測定しているから、測温結
果がたとえば35℃以上でないと表示部に表示しない、等
の手段（プロセッサ使用のものでは35℃以上か否かを判
断するルーチン）を設けておくとよい。

プローブ先端部に感圧センサを設けておき、先端部を
耳孔に挿入した従って該センサが圧力を受けて応動し
た、ことにより表示をするようにしてもよい。測温結果
には保持手段を設けておき、リセットするまでは最高温
度を表示するようにしておくと、プローブ先端部を耳孔
から引き出して表示部30を眺め、体温を知ることができ
る。尚、第25図（Ｃ）は光体温計をピストル型に形成し
たものである。

第27図（ａ）〜（ｅ）は第３発明の実施例のその他の
応用例を示す概略斜視図である。第27図（ａ）は女性の
使用するコンパクトに似せたものであり、同図（ｂ）は
口紅43と一体にしたもと、同図（ｃ）はプローブ10を円
筒型にしたもので、ソケット44の所で本体部から分離で
きる。同図（ｄ）は子供用で、プローブは動物の鼻の形
状になっている。同図（ｅ）は医療機関用で、本体部39
には長期モニタ／診断用のメモリ、レコーダ／プロッタ
などを設けておく。尚、上記第23図乃至第27図に示す応
用例においては、先端部に測温素子4bを取り付けた光体
温計の場合について説明したが、これらの応用例は上記
の場合に限られるものではなく、先端部は第１発明の各
実施例で示すように先端部を熱絶縁したもの、又は第２
発明の実施例で示すように筐体の先端部を加熱性の良い
金属網等で形成したものであってもよい。

以上詳細に説明したように第３発明によれば、室温補
正とプローブの先端部の温度補正をした、高精度な、比
較的安価な、迅速且つ容易に測温することのできる光体
温計を提供することができる。

尚、上記の第１及び第３の発明は、上記の実施例に限
定されるものではなく、たとえば人体に限らず、動物等
の体温測定に用いてもよい。

産業上の利用分野 以上のように、本発明に係る光体温計は人体の温度を
測定する体温計として有用であり、特に幼児や病人の体
温、又は大勢の人の体温を測定するときのように、短時
間で正確な体温を測定しなければならない場合に適して
いる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢代 弘克 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式會社第１技術研究所内 (72)発明者 長竹 洋一 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式會社第１技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−117422（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−138130（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−88627（ＪＰ，Ａ)

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筐体（11）内に収容された赤外センサ
   （３）と、孔部に挿入される該筐体の先端部から入射す
   る赤外線を該赤外センサに集光する光学系（５）と、該
   赤外センサの周囲温度を測定する側温素子（４）と、先
   端又は後端もしくはその両方に突起を備え、前記筐体の
   先端部の外周面とは該突起で接触して、前記筐体の先端
   部の外周面との間にはエアギャップが形成されるように
   して前記筐体の先端部に取付けられた薄肉キャップ（6
   a）と、該赤外センサの周囲温度に対する補正をした体
   温信号を出力する処理部（20）と、該体温信号を受けて
   体温を可視表示する表示器（30）とを備えることを特徴
   とする光体温計。
2. 【請求項２】筐体（11）内に収容された赤外センサ
   （３）と、孔部に挿入される該筐体の先端部から入射す
   る赤外線を該赤外センサに集光する光学系（５）と、該
   赤外センサの周囲温度を測定する測温素子（４）と、前
   記先端部に取付けられた熱絶縁体（６）と、該赤外セン
   サの周囲温度に対する補正をした体温信号を出力する処
   理部（20）と、該体温信号を受けて体温を可視表示する
   表示器（30）とを備え、且つ前記測温素子（４）を前記
   赤外センサ（３）の底面に着接し、しかも前記測温素子
   （４）と前記赤外センサ（３）とのうち少なくとも前記
   測温素子（４）を高熱伝導性部材に埋設したことを特徴
   とする光体温計。
3. 【請求項３】前記熱絶縁体（６）は、筐体先端部に嵌合
   する薄肉キャップ（6a）であり、該キャップは先端又は
   後端もしくはその両方に突起を備え、筐体先端部外周面
   とは該突起で接触して、キャップ内面と筐体先端部外周
   面との間にはエアギャップが形成されることを特徴とす
   る請求の範囲第２項記載の光体温計。
4. 【請求項４】前記熱絶縁体（６）は、筐体先端部に嵌合
   する厚肉断熱材のキャップ（6b）であることを特徴とす
   る請求の範囲第２項記載の光体温計。
5. 【請求項５】前記測温素子（４）と前記赤外センサ
   （３）と前記高熱伝導性部材とを断熱材で包囲したこと
   を特徴とする請求の範囲第２項乃至第４項の何れかに記
   載の光体温計。
6. 【請求項６】前記筐体（11）は前記赤外センサを収容す
   る部分に通風部が設けられていることを特徴とする請求
   の範囲第１項乃至第５項の何れかに記載の光体温計。
7. 【請求項７】筐体（11）内に収容された赤外センサ
   （３）と、孔部に挿入される該筐体の先端部から入射す
   る赤外線を該赤外センサに集光する光学系（５）と、該
   赤外センサの周囲温度を測定する測温素子（４）と、該
   赤外センサの周囲温度に対する補正をした体温信号を出
   力する処理部（20）と、該体温信号を受けて体温を可視
   表示する表示器（30）とを備え、しかも前記先端部は線
   状部材、棒状部材または金属製網状部材により形成され
   ていることを特徴とする光体温計。
8. 【請求項８】前記測温素子（４）を前記赤外センサ
   （３）の底面に着接し、しかも前記測温素子（４）と前
   記赤外センサ（３）とのうち少なくとも前記測温素子
   （４）を高熱伝導性部材に埋設したことを特徴とする請
   求の範囲第７項記載の光体温計。
9. 【請求項９】前記測温素子（４）と前記赤外センサ
   （３）と前記高熱伝導性部材とを断熱材で包囲したこと
   を特徴とする請求の範囲第８項記載の光体温計。
10. 【請求項１０】前記筐体（11）は前記赤外センサを収容
    する部分に通風部が設けられていることを特徴とする請
    求の範囲第７項乃至第９項の何れかに記載の光体温計。
11. 【請求項１１】筐体（11）内に収容された赤外センサ
    （３）と、孔部に挿入される該筐体の先端部から入射す
    る赤外線を該赤外センサに集光する光学系（５）と、該
    赤外センサの周囲温度を測定する第１の測温素子（4a）
    と、前記先端部の温度を測定する第２の測温素子（4b）
    と、該赤外センサ及び第１・第２の測温素子の出力をう
    けて、赤外センサの周囲温度及び筐体先端部の温度に対
    する補正をした体温信号を出力する処理部（20）と、該
    体温信号を受けて体温を可視表示する表示部（30）とを
    備えることを特徴とする光体温計。
12. 【請求項１２】前記第１の測温素子（4a）を前記赤外セ
    ンサ（３）の底面に着接し、しかも前記測温素子と前記
    赤外センサとのうち少なくとも前記第１の測温素子を高
    熱伝導性部材に埋設したことを特徴とする請求の範囲第
    11項記載の光体温計。
13. 【請求項１３】前記第１の測温素子（4a）と前記赤外セ
    ンサ（３）と前記高熱伝導性部材とを断熱材で包囲した
    ことを特徴とする請求の範囲第12項記載の光体温計。
14. 【請求項１４】前記筐体（11）は前記赤外センサを収容
    する部分に通風部が設けられていることを特徴とする請
    求の範囲第11項乃至第13項の何れかに記載の光体温計。