JPH0741026B2

JPH0741026B2 - 体温計

Info

Publication number: JPH0741026B2
Application number: JP2228861A
Authority: JP
Inventors: 斉富永; 正美田中; 昌謙越野; 秀郎石橋
Original assignee: Hirose Electric Co Ltd
Current assignee: Hirose Electric Co Ltd
Priority date: 1990-08-30
Filing date: 1990-08-30
Publication date: 1995-05-10
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: US5169235A; JPH04109928A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、体温計に関し、特に、鼓膜等の測定物体より
発せられる赤外線を検知し、それにより検温する型の放
射体温計に関するものである。

従来の技術近年、この種の放射体温計は、検温に要する時間を大幅
に短縮できる等の理由から、病院等において患者の体温
を測る量の目的に適したものとして、開発され提案され
てきている。その従来公知の技術としては、特開昭61−
117422号公報および特開平２−28524号公報に開示され
たものがあった。これら公報に開示された体温計は、い
ずれも、サーモパイルといったような赤外センサの先に
導波管としての金属管を取り付け、さらに全体を断熱材
で覆い、このようなプローブを外耳孔へ挿入することに
より鼓膜からの赤外線をその赤外センサに導くようにし
て、検温するようにしたものである。そして、体温計と
しての精度を確保するために、特開昭61−117422号公報
に開示されたものでは、測定準備段階において測定系全
体を体温レベルの一定温度（36.5℃）に予熱しておくこ
とにより、各種の誤差要因を除いている。また、特開平
２−28524号公報に開示されたものでは、種々の補正演
算手段を用いて精度を確保している。

発明が解決しようとする課題しかしながら、前述したような従来の体温計は、それぞ
れ次の点で問題があった。

まず、特開昭61−117422号公報に開示された技術では、（１）予熱のための安定時間が必要。

（２）精度の高い加熱制御装置が必要なため、回路が
複雑となり、コストアップとなる。

（３）加熱制御装置を駆動させるために、大きな電力
が必要であり、従って、形状が大となる。

という問題があった。

次に、特開平２−28524号公報に開示された技術では、
予熱のための加熱装置を用いていないために、前述の問
題は解決されている。しかしながら、系全体の熱バラン
スが取れていない場合には、赤外センサの先の金属管に
感温センサを設け、その測定値を用いて補正を加え、体
温データを算出するとしているが、（１）熱バランスが取れていないということは、金属
管に温度勾配があるということであり、一点の温度測定
によってその結果を金属管温度とするのでは、新たな誤
差を発生する。

（２）このような誤差を回避するために、赤外センサ
近くに別の感温センサを設け、両者の温度差を算出し、
別途限界温度を設定し、測定許可を行っている。しかし
ながら、これらのための回路は複雑であり、コストアッ
プとなり、また測定可能条件は狭くならざるを得ない。

という問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消しうるよ
うな体温計を提供することである。

課題を解決するための手段本発明による体温計は、赤外線エネルギを受けてそれに
相当する電気信号を出力する赤外センサと、基準赤外線
エネルギを放射するリファレンス体と、該リファレンス
体の温度を検出してその温度に相当する電気信号を出力
する感温センサと、測定準備状態において前記赤外セン
サが前記リファレンス体からの基準赤外線エネルギを受
け、測定状態において前記赤外センサが被測定物体から
の赤外線エネルギを受けるように前記赤外センサおよび
リファレンス体を保持するための保持手段と、前記測定
準備状態における前記赤外センサからの電気信号出力、
前記測定状態における前記赤外センサからの電気信号出
力および前記感温センサからの電気信号出力に基づいて
前記被測定物体の温度を算出する演算手段とを備えるこ
とを特徴とする。

実施例次に、添付図面に基づいて、本発明の実施例について本
発明をより詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例としての体温計を示す概略
斜視図であり、第２図は、第１図の体温計の概略側面図
であり、第３図は、第１図の体温計のプローブ部分の拡
大断面図である。第１図および第２図に示されているよ
うに、この実施例の体温計は、本体１と、この本体１の
上に載置されるようになったプローブユニット２とを備
えている。本体１には、後述するような演算処理等を行
なうための回路基板（図示していない）が内蔵されてお
り、さらに、そのような回路手段を付勢するための電源
のための電源スイッチ４およびリファレンススイッチ７
が設けられ、また、検温結果を表示するためのLCD表示
部３および測定許可表示LED6が設けられている。さらに
また、本体１には、穴９が形成されており、その穴９の
底に、本発明によってリファレンス体10が配置されてい
る。リファレンス体10には、感温センサ11が取り付けら
れており、この感温センサ11の電気信号出力は、リード
線13にて回路基板に接続されている。リファレンス体10
は、例えば、光沢の無い黒い塗料を塗った金属等、放射
率が高く且つ熱伝導性の良い物質で形成されるとよく、
感温センサ11は、リファレンス体10の温度を検知するこ
とができる任意のものでよく、例えば、感温ダイオード
でよい。

一方、プローブユニット２は、この実施例では本体１と
は別体として形成されており、後述する演算開始を知ら
せるスタートスイッチ５が設けられており、先端部にプ
ローブ８を有している。このようなプローブユニット２
は、第２図によく示されるように、そのプローブ８が本
体１の穴９内に入るようにして、本体１の上にセットさ
れるようになっており、そして、このようにプローブユ
ニット２が本体１に対してセットされるときは、プロー
ブユニット２によって本体１の上面に設けられたリファ
レンススイッチ７が作動され、リファレンス体10が測定
できる状態にあることを示す。

プローブユニット２のプローブ８には、第３図によく示
されるように、その内部には、固定台16を介して、サー
モパイル等の赤外センサ14および導波管としての金属管
15が設けられている。これら赤外センサ14および金属管
15の周囲は、断熱材17にて覆われている。赤外センサ14
からの電気信号出力は、コード18を介して、さらに、プ
ローブユニット２と本体１とを接続するコード12を通し
て、本体１内の回路基板へ送られるようになっている。
プローブ８の先端部には、衛生上必要な場合、カバー19
が被せられる。このカバー19は、プローブと耳孔が直接
接触することを避けるためのもので、熱伝導度の低い材
質で作られる。このカバー19には、金属部23が内側に露
出するようにして設けられている。一方、プローブ８の
断熱材17には、一対の離間して外面に露出した金属部22
が設けられている。これら金属部22には、それぞれコー
ド12を介して本体１の回路基板へと接続された導線24が
接続されている。第３図に示すように、カバー19がプロ
ーブ８の先端部に完全に装着された場合には、一対の金
属部22の間が金属部23によって電気的に接続されるた
め、２本の導線24が互いに電気的に接続されることにな
り、カバー19が完全に装着されたことを回路基板へと知
らせることができる。さらにまた、プローブ８の先端の
金属管15に対応する部分には、透明フィルタ20が設けら
れており、カバー19の金属管15に対応する位置には、透
明フィルタ21が設けられている。これら透明フィルタ20
および21は、どちらも赤外線を通す材質で作られてい
る。

プローブ８が本体１の穴９へセットされた状態において
は、リファレンス体10が赤外センサ14の前に対峙した形
となり、第３図は、この状態を略示している。

次に、このような構成の体温計の操作方法について、簡
単に説明しておく。先ず、第１図および第２図に示した
ようなセット状態にて、電源スイッチ４を投入後、測定
許可表示LED6が点灯した後に、プローブユニット２を取
り上げて、プローブ８を耳孔へ挿入する。確実に挿入さ
れた状態で、スタートスイッチ５を押すと、回路基板に
搭載された演算処理手段にて後述するような演算が開始
され、結果として体温がLCD表示部３に表示される。第
４図は、プローブ８が耳孔へ挿入された状態を示してお
り、この図において、参照符号25は、耳介を示し、参照
符号26は、外耳孔を示し、参照符号27は、鼓膜を示して
いる。再度測定する場合は、プローブユニット２を、改
めて本体１にセットし直し、測定許可表示LED6が点灯し
た後に、同様にして測定する。

次に、このような本発明の体温計にて体温を測定できる
原理について説明する。

先ず、ステファン・ボルツマンの法則により、「すべて
の物体は、その絶対温度の４乗に比例したエネルギを、
表面から放射している」ことから、プローブ８が耳孔26
に挿入された第４図の状態における赤外センサ14の出力
は、Ｐ＝K₀（aT_k ⁴＋bT_b ⁴−T₀ ⁴）・・・（１）ここで、P:赤外センサ14の出力 T_k:鼓膜温度 T_b:金属管15の温度 T₀:赤外センサ14の温度 K₀:系内の各部の物理定数に依存しない比例定数ａ、b:系内の各部の物理定数に依存する比例定数で表される。

このことを、第５図の模式図を参照してさらに詳細に説
明する。つまり、鼓膜27に相当する物体28から放射され
る赤外線L_aは、直接、あるいは金属管15の内壁で反射さ
れて赤外センサ14に達する。これが、（１）式中の（aT
_k ⁴）の項である。また、金属管15自身から放射される赤
外センサ14に達する赤外線L_bもある。これが、（１）式
中の（bT_b ⁴）の項である。前記（１）式中の（T₀ ⁴）の
項は、赤外センサ14自身の温度によるものを表してお
り、（aT_k ⁴＋bT_b ⁴）と（T₀ ⁴）との差が赤外センサ14の
出力に比例する。

ところで、前記（１）式から、鼓膜温度T_kを求めるに
は、金属管15の温度T_bと、赤外センサ14の温度T₀が必要
となる。金属管15と赤外センサ14が定常状態にある場合
には、温度の時間変化がなく、ダイオード等の感温素子
を付けることにより、比較的に容易にT_b、T₀を求めるこ
とができる。しかし、繰り返しの測定の場合等、体温そ
の他により、定常状態が崩される場合においては、例え
ば、同じ金属管15内においても、場所により温度が異な
ることにより、前記（１）式における（bT_b ⁴）項や（T₀
⁴）項を求めることは極めて困難となる。実際上は、時
間をおき（例えば、10分程度）、定常状態へ回復するの
を待ってから測定することになる。

そこで、本発明によれば、プローブ８を本体１へセット
した状態（第１図および第２図参照）で、先ず測定を行
なう。このときの赤外センサ14の出力は、Ｐ′＝K₀（ａ′T_r ⁴＋bT_b′^４−T₀′^４）・・・（２）ここで、Ｐ′：赤外センサ14の出力 Tr:リファレンス体10の温度 T_b′：金属管15の温度 T₀′：赤外センサ14の温度 K₀:系内の各部の物理定数に依存しない比例定数ａ′、b:系内の各部の物理定数に依存する比例定数で表される。これは、前記（１）式と同様である。この
測定の直後にプローブユニット２を取り上げ、第４図の
状態にて鼓膜温度を測定する。赤外センサ14の出力は、
前記（１）式で示されるＰとなるが、測定初期の段階で
は、金属管15および赤外センサ14の温度は、T_b＝T_b′、
T₀＝T₀′である。よって、測定初期においては、前記
（２）式から前記（１）式を引くことにより、Ｐ′−Ｐ＝K₀（ａ′T_r ⁴−aT_k ⁴）・・・（３）が求まる。この（３）式において、金属管15や赤外セン
サ14の効果が除去されており、両者の状態に依存しない
ことは明らかである。さらに、となる。リファレンス体10の温度T_rは、ダイオード11に
より検知することができるので、実験的にK₀、ａ、ａ′
を求めておけば、前記（４）式により求まる。

以上の動作原理によれば、金属管15や赤外センサ14が、
たとえ定常状態に無くとも、それらの情報は打ち消され
る形となるため、鼓膜温度を測定することができる。よ
って、時間間隔をおかずに、繰り返しの測定が可能であ
る。

ここで実際の赤外センサ14の出力の変化の様子を第６図
および第７図に示している。第６図は、リファレンス体
10を測定時に金属管15および赤外センサ14が定常状態に
あった場合であり、第７図は、定常状態になかった場合
である。第６図、第７図ともに、参照符号ｑで示す線
は、リファレンス体10の測定時の出力変化を示し、参照
符号ｒで示す線は、プローブユニット２を本体１から外
して耳孔へプローブ８を挿入するまでの間の出力変化を
示し、参照符号ｓで示す線は、耳孔へプローブ８を挿入
した後の出力変化を示している。線ｓに示されるよう
に、プローブ８を耳孔に挿入した直後に出力値が一時的
に下がるのは、プローブ８により耳孔内が冷やされるた
めである。赤外センサの応答の時定数は、通常、数ミリ
秒であり、耳孔および金属管の冷却および加熱の時定数
は、数100ミリ秒と考えられる。よって、プローブ８が
耳孔へ挿入された瞬間のピーク値は、鼓膜測定時の赤外
センサ14の出力Ｐと考えられる。一時的に下がった出力
値は、耳孔内の温度の回復、金属管15の温度上昇に伴
い、再び上昇してゆく。

第６図と第７図の違いは、第６図においては、線ｑが赤
外センサの出力値が一定値をとることを示しているのに
対して、第７図においては、線ｑが赤外センサの出力値
が変化することを示しているということである。これ
は、金属管15および赤外センサ14が定常状態に無いため
に、前記（２）式の（bT_b′^４）、（T₀′^４）の項が時
間とともに変化することによる。第６図においては、リ
ファレンス体10の測定時の赤外センサ14の出力Ｐ′は、
その線ｑの示す一定部分の値とすれば良い。第７図にお
いては、Ｐ′としてP₁′をとることもできるが、ピーク
値Ｐを出力する時刻における推定値P₂′をとった方が、
より正確となる。これは、理想的には、同一時刻に、リ
ファレンス体10と鼓膜とを測定できれば良いが、それは
不可能であり、リファレンス体10の測定後、鼓膜測定へ
移るまでには、t_d（１〜２秒）の時間を要することによ
り、取られる措置である。この推定値P₂′を求めるため
の線ｑの延長線ｕは、線ｑと線ｒの境の点ｏにおける線
ｑの接線とすれば充分である。

第８図は、本体１内の回路基板上に構成される演算処理
等のための回路を示すブロック図である。この回路は、
主として、赤外センサ14からの電気信号出力を増幅する
ための増幅器41と、感温センサ11からの電気信号出力を
増幅するための増幅器42と、それぞれ増幅された電気信
号出力をデジタル信号に変換するためのA/D変換器43
と、種々なデータを記憶するためのメモリ45と、スター
トスイッチ５やリファレンススイッチ７による指令によ
って作動され、A/D変換器43からのデジタル信号を受け
てそれらをメモリ45に記憶させたり、そのメモリ45から
データを読み出して種々な演算を行い測定許可表示LED6
を点灯させたり、表示装置３に測定結果を表示させたり
する処理を行なうための中央処理装置（CPU）44とを備
えている。

次に、このような第８図の回路構成にて、前述したよう
な本発明の原理に基づく演算を行い、被測定物体の温度
を算出し表示する手順について、特に、第９図から第11
図を参照して説明する。

第９図は、メモリ45に記憶されるデータの内容例を示し
ており、第10図は、メインルーチンを示すフローチャー
トであり、第11図は、タイマ割り込みルーチンを示すフ
ローチャートである。電源スイッチ４を投入後、メイン
ルーチンのステップ100にてイニシャライズを行い、そ
の後、ステップ101にて割り込み用のタイマを起動す
る。これにより、第11図に示すタイマ割り込みルーチン
に示すステップにて一定時間毎に割り込みがかかる。リ
ファレンス測定（測定準備状態）においては、Ｐ′を求
めるためにリファレンスデータをメモリ45に記憶させて
いく。このため、ステップ200にてリファレンススイッ
チ７がオンであるか否かをチェックし、オンであれば、
ステップ201にてカウンタＲをインクリメントし、ステ
ップ202にてカウンタ値に従いリファレンスデータをメ
モリに記憶させ、ステップ203にてカウンタＲが３に等
しくなったことがチェックされるまで、これを繰り返
す。これにより、第９図に示すようにメモリ45には、リ
ファレンスデータ（１）、（２）および（３）の如く３
つのリファレンスデータが記憶されることになる。ステ
ップ203にてカウンタＲが３になったときには、ステッ
プ204にてカウンタＲをイニシャライズし、Ｒフラグを
セットする。繰り返しの割り込みにより、このようなス
テップにより、常に最新の３個のリファレンスデータを
メモリに記憶更新する。メインルーチンのステップ102
にて、Ｒフラグがセットされていることがチェックされ
たときには、ステップ103にて、測定許可表示LED6を点
灯させる。ステップ104にて、リファレンススイッチ７
がオンでないことをチェックする。

また、タイマ割り込みルーチンのステップ205にて、
P₂′の計算中でないことをチェックした後、割り込み毎
に鼓膜測定データをメモリに読み込む。この段階では、
ピーク値Ｐを取る必要があり、そのために、ステップ20
7にて、今回の割り込み時のデータと前回の割り込み時
のデータとを比較して、（前回データ）＜（今回デー
タ）の場合には、ステップ208にて、第９図に示すメモ
リに記憶されたピークデータを、今回のデータをピーク
データとして更新する。こうして、ピークデータが更新
されていき、最後の真のピーク値Ｐがピークデータとな
ったことの証明として、ステップ105でスタートスイッ
チ５がオンされているか否かをチェック後、メインルー
チンのステップ106にて、耳孔が冷却される状態を確認
する。これには、第11図のタイマ割り込みルーチンのス
テップ209および210にて、（前回データ）＜（今回デー
タ）の状態が規定数Ｋ回連続して生じたことを確認する
ことにより、判断される。こうして、ステップ106に
て、耳孔冷却を検出した後、ステップ107にて、メモリ
に記憶させた３つのリファレンスデータ（１）、（２）
および（３）より、リファレンスの時間勾配を求め、そ
れによりP₂′を計算し、ステップ108にてタイマを停止
する。

こうして、ステップ109にてＰ′を求め、ステップ110に
て、Ｐを求め、このようにして求められたＰと、その時
点でのP₂′の値Ｐ′とから、前記（４）式により、ステ
ップ111にて、鼓膜温度T_kを求め、LCD表示部３にそれを
表示する。その後、ステップ112にて、測定許可表示LED
を消灯し、ステップ113にてリファレンススイッチのオ
ンを確認して、一連の検温動作を完了する。

第12図および第13図は、本発明の別の実施例を示してお
り、第12図は、側面図、第13図は、背面図である。この
実施例の体温計は、プローブユニット32を備えており、
このプローブユニット32には、プローブ８が設けられて
いる。プローブユニット32には、リファレンス体10およ
びこのリファレンス体10の温度を検知するためのダイオ
ード11を有するリファレンスマスク31が設けられてい
る。このリファレンスマスク31は、レバー30を押さえる
ことで、軸33を中心として矢印方向に回動して、リファ
レンス体10をプローブ８に対峙させた位置（第12図にお
いて実線で示す位置）と、プローブ８から離れた開放位
置（第12図において点線で示す位置）との真に移動され
うるものとされている。レバー30を押さえるのを止めれ
ば、自動的にリファレンスマスク31は、プローブ８を覆
う位置へと戻るようになっている。プローブユニット32
の下端には、電源スイッチ４が設けられ、背面には、ス
タートスイッチ５が設けられており、さらに、背面の上
部には、LCD表示部３と、測定許可表示LED6が設けられ
ている。この実施例の体温計は、前述した実施例のもの
とその動作原理は全く同じであり、前述した実施例では
本体１側に設けられた回路基板等の演算処理部は、すべ
てプローブユニット32内に設けられている。

次に、この第12図および第13図の実施例の体温計の操作
方法について説明すると、電源スイッチ４を投入後、測
定許可表示LED6が点灯した後で、プローブユニット32を
握った状態で、レバー30を指で押えながら、プローブ８
を耳孔へ挿入する。確実に挿入された状態で、スタート
スイッチ５を押すと、鼓膜温度が表示部３へ表示され
る。再度測定する場合には、１度レバー30を離してリフ
ァレンスマスク31を元に戻し、測定許可表示LED6が点灯
した後に、同様にして測定する。

発明の効果本発明の体温計は、前述したような構成で動作するもの
であるので、次のような効果を得ることができる。

（１）予熱のための加熱装置を必要としていないの
で、そのためのコストを削減でき、また、そのためのス
ペースを必要としないので、全体をより小型化すること
ができる。

（２）リファレンス体とその温度を検知する感温セン
サとを設けたことにより、測定装置の熱バランスが崩れ
た場合でも、測定可能であり、従って、繰り返し測定が
短時間で正確にできる。

（３）さらに、第12図および第13図に関して説明した
ような実施例の場合には、これら効果に加えて、リファ
レンス体をプローブユニットと一体化したことにより、
よりコンパクトなものにまとめることができ、携帯性に
優れたものとすることができる。また、測定の都度、プ
ローブユニットを本体に対してセットし直すという手間
が要らないため、操作性に優れたものとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例としての体温計を示す概略
斜視図、第２図は、第１図の体温計の概略側面図、第３
図は、第１図の体温計のプローブ部分の拡大断面図、第
４図は、第１図の体温計のプローブを耳孔へ挿入した状
態を示す概略図、第５図は、本発明の体温計の動作を説
明するための模式図、第６図および第７図は、赤外セン
サの出力の変化の様子を示す図、第８図は、第１図の体
温計の本体内の回路基板上に構成される演算処理等のた
めの回路を示すブロック図、第９図は、第８図のメモリ
に記憶されるデータの内容例を示す図、第10図は、メイ
ンルーチンを示すフローチャートを示す図、第11図は、
タイマ割り込みルーチンを示すフローチャートを示す
図、第12図は、本発明の別の実施例の体温計の側面図、
第13図は、第12図の体温計の背面図である。１……本体、２……プローブユニット、３……LCD表示部、４……電源スイッチ、５……スタートスイッチ、６……測定許可表示LED、７……リファレンススイッチ、８……プローブ、９……穴、 10……リファレンス体、 11……感温センサ、 14……赤外センサ、 15……金属管、 17……断熱材、 19……カバー、 25……耳孔、 26……外耳孔、 27……鼓膜、 30……レバー、 31……リファレンスマスク、 32……プローブユニット、 33……軸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石橋秀郎東京都品川区大崎５丁目５番23号ヒロセ電機株式会社内 (56)参考文献特開平３−9724（ＪＰ，Ａ) 特開平２−185232（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】赤外線エネルギを受けてそれに相当する電
気信号を出力する赤外センサと、基準赤外線エネルギを
放射するリファレンス体と、該リファレンス体の温度を
検出してその温度に相当する電気信号を出力する感温セ
ンサと、測定準備状態において前記赤外センサが前記リ
ファレンス体からの基準赤外線エネルギを受け、測定状
態において前記赤外センサが被測定物体からの赤外線エ
ネルギを受けるように前記赤外センサおよびリファレン
ス体を保持するための保持手段と、前記測定準備状態に
おける前記赤外センサからの電気信号出力、前記測定状
態における前記赤外センサからの電気信号出力および前
記感温センサからの電気信号出力に基づいて前記被測定
物体の温度を算出する演算手段とを備えることを特徴と
する体温計。
【請求項２】前記保持手段は、プローブユニットと、該
プローブユニットを載置する本体とを備えており、前記
赤外センサは、前記プローブユニットのプローブ部分に
保持されており、前記リファレンス体は、前記本体に保
持されており、前記プローブユニットを前記本体に載置
した状態において前記赤外センサが前記リファレンス体
に対して対峙するようにした請求項（１）記載の体温
計。
【請求項３】前記保持手段は、プローブユニットと、該
プローブユニットに取り付けられたリファレンスマスク
とを備えており、前記赤外センサは、前記プローブユニ
ットのプローブ部分に保持されており、前記リファレン
ス体は、前記リファレンスマスクに保持されており、前
記リファレンスマスクは、前記リファレンス体を前記赤
外センサに対峙させた位置と、前記赤外センサを開放さ
せる位置との間で移動しうるように、前記プローブユニ
ットに取り付けられている請求項（１）記載の体温計。