(57)【要約】    【課題】電子回路部品の素子性能、回路構成に依存する誤差要因や環境温度の影響を排除し、測定精度及び測定信頼性を向上させることが可能な放射体温計を提供すること。  【解決手段】本発明による放射体温計は、測定対象から放射される赤外線の量に応じたセンサ出力信号を出力する赤外線センサと、前記赤外線センサに接触する状態で設けられ前記赤外線センサ自身の温度に応じたセンサ温度信号を出力する温度センサと、前記センサ出力信号及び前記センサ温度信号を受け取り、これらに基づいて測定対象の温度を算出する制御部と、前記センサ出力信号が前記赤外線センサから前記制御部に与えられる場合に、前記温度センサと前記赤外線センサとが接触していることに起因して生じる漏れ電流が前記センサ出力信号に影響を与えることを防止する接触漏れ電流防止手段とを備える。【選択図】  図６ 
2005128034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象から放射される赤外線の量に応じたセンサ出力信号を出力する赤外線
センサと、
前記赤外線センサに接触する状態で設けられ前記赤外線センサ自身の温度に応
じたセンサ温度信号を出力する温度センサと、
前記センサ出力信号及び前記センサ温度信号を受け取り、これらに基づいて測
定対象の温度を算出する制御部と、
前記センサ出力信号が前記赤外線センサから前記制御部に与えられる場合に、
前記温度センサと前記赤外線センサとが接触していることに起因して生じる漏れ
電流が前記センサ出力信号に影響を与えることを防止する接触漏れ電流防止手段
とを備えた放射温度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象から放射される赤外線により測定対象の温度を測定する放射温度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の放射温度計としては、例えば特開平８−１４５８００号公報に開示されている方式で測定する赤外線体温計が知られている。この赤外線体温計は赤外線センサと、耳孔からの赤外線を取り込むプローブと、赤外線センサ自身の温度を検出する温度センサと、赤外線センサの出力及び温度センサの出力を増幅するプリアンプ（増幅器）と、プリアンプによって増幅された赤外線センサの出力及び温度センサの出力をA/D変換するA/Dコンバータと、A/D変換された赤外線センサの出力及び温度センサの出力から測定対象の温度を
算出するCPUとを備えている。
【０００３】
このような赤外線体温計では、CPUがデジタルデータとして取り込んだ赤外線センサの
出力及び温度センサの出力から所定の算出式に基づき（例えば特許文献１参照）、測定対象の温度を算出している。
【特許文献１】特開昭６１−１１７４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来技術の場合には、赤外線体温計を構成する電子回路部品の素子性能、回路構成に依存する誤差要因や環境温度の影響により測定精度あるいは測定信頼性を上げることが困難となっている。
【０００５】
すなわち、上記構成のような赤外線体温計で使用する温度センサとしては、サーミスタ等の測温抵抗材料が使用される場合が多く、これは抵抗値の変化に基づいて赤外線センサ自身の温度を測定するものであるため、そのサーミスタの抵抗値を検出するための回路が、絶縁漏れ抵抗を通じて赤外線センサの出力回路に、等価的に並列接続されることになり、赤外線センサの出力をリークさせて、その一部がCPUに取り込まれない原因となってい
る。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、放射温度計を構成する回路部品の素子特性や回路構成による誤差要因を排除し、高精度の測定が可能な放射温度計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、測定対象から放射される赤外線の量に応じたセンサ出力信号を出力する赤外線センサと、この赤外線センサ自身の温度に応じたセンサ温度信号を出力する温度センサとを備えた放射体温計であり、さらに以下の構成を含むものである。
【０００８】
本発明は、上記温度センサが、上記赤外線センサに接触する状態で設けられた放射体温計であり、
上記温度センサと上記赤外線センサとが接触していることに起因して生じる漏れ電流が上記センサ出力信号に影響を与えることを防止する接触漏れ電流防止手段を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、放射体温計において、赤外線センサの出力を取り込む際、赤外線センサからの漏れ電流を抑制できるので、測定精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００１１】
（基本形態）
本発明の特徴を最も良く表す実施形態の説明に先立ち、図１及び図２を参照して、基本となる放射体温計について説明し、後述する本発明の実施形態の説明において適宜参照する。
【００１２】
図１は本発明の基本形態に係る放射体温計のブロック図であり、図２はその作用を示すフローチャートである。
【００１３】
＜放射体温計の構成＞
この放射体温計の構成を示すブロック図を図１に示す。この放射体温計は、測定対象（例えば、耳孔内の鼓膜）から放射される赤外線を検出する赤外線センサ１と、この赤外線センサ１自身の温度を測定する温度センサ２と、赤外線センサ１の出力（センサ出力信号）及び温度センサ２の出力（センサ温度信号）を受けて、これらを増幅する増幅器３と、基準入力電圧としての基準電圧を発生する基準電圧発生部１１と、増幅器３により増幅されたセンサ出力信号，センサ温度信号及び基準入力電圧をデジタルデータに変換するA/D
コンバータ４と、入力される切換信号に応じて上記増幅器３により増幅されたセンサ出力信号、センサ温度信号、基準入力電圧のいずれかをA/Dコンバータ４の入力回路に接続す
る信号選択回路１０と、制御プログラムを実行してA/Dコンバータ４によってデジタルデ
ータに変換されたセンサ出力信号とセンサ温度信号とに基づき測定対象の温度を算出するCPU５（制御部に相当）と、CPU５が算出した測定対象の温度を表示するLCD６（液晶ディ
スプレイ）と、制御プログラムやデータを格納するメモリ７とを備える。
【００１４】
赤外線センサ１は、サーモパイルで構成され、測定対象からの赤外線を受けてセンサ出力信号（起電力）を発生する。
【００１５】
温度センサ２は、サーミスタで構成され、赤外線センサ１に接触して赤外線センサ１自身の温度の変化を抵抗値の変化として検出する。この抵抗の変化によるサーミスタ両端の電圧の変化がセンサ温度信号に相当する。
【００１６】
増幅器３は、赤外線センサ１の出力（センサ出力信号）及び温度センサ２の出力（センサ温度信号）を受けて、これをA/Dコンバータ４において変換可能な信号レベルまで増幅
する。
【００１７】
基準電圧発生部１１から発せられる電圧は、CPU５がA/Dコンバータ４の変換直線性を測定する際の基準入力電圧として使用される。
【００１８】
信号選択回路１０は、CPU５から入力される切換信号に応じて増幅器３で増幅されたセ
ンサ出力信号、センサ温度信号、基準電圧発生部１１の発生する基準入力電圧のいずれか一つをA/Dコンバータ４の入力端子に接続する。
【００１９】
A/Dコンバータ４及びCPU５の処理については以下に詳しく説明する。
【００２０】
＜A/Dコンバータの変換方式＞
A/Dコンバータ４は、増幅器３によって増幅されたセンサ出力信号及びセンサ温度信号
をデジタルデータに変換する。本実施の形態では、A/Dコンバータ４として積分回路（積
分器に相当）、コンパレータ及びカウンタからなる２重積分型のA/Dコンバータを採用す
る（例えば、伊東規之著  日本理工出版会刊  「ディジタル回路」16.3節二重積分型ADコンバータ参照）。図７に２重積分型のA/Dコンバータの構成を示す。
【００２１】
この方式のA/Dコンバータは変換対象である入力信号Ｖ1を一定期間T1（以下充電時間と呼ぶ）積分回路で積分し、これを既知の放電用リファレンス電圧V2で放電し、その放電に要した時間T2（実際にはカウンタで計測されたクロック数）と上記充電時間T1と放電用リファレンス電圧V2とから入力信号V1のデジタルデータを得るものである。この関係は次の（式１）で表される。
【００２２】
T2 = -T1×(V1-V3)/(V2-V3) .....（式１）
ここで、V1：入力信号の電圧である。
V2：放電用リファレンス電圧である。
V3：A/Dコンバータ４の基準電位である。
T1：入力信号による積分回路の充電時間である。
T2：放電時間である。
【００２３】
基準電位V3を基準とした入力信号電圧（V1-V3）は、放電時間T2に比例するので、放電
時間T2の間オンとなるゲート信号により、基準クロックパルスを通過させてカウンタでカウントすることにより、そのカウンタ値からA/D変換後のデジタルデータを得ることがで
きる。
【００２４】
＜CPUの処理＞
CPU５は、メモリ７に記憶された制御プログラムを実行し、デジタルデータに変換され
たセンサ出力信号及びセンサ温度信号から測定対象の温度を算出する。その際CPU５は、
上記信号選択回路１０に切換信号を入力することで、信号選択回路１０からA/Dコンバー
タ４に基準入力電圧を与えて、A/Dコンバータ４の変換直線性を予め測定しておき、その
結果に基づいて、上記測定対象の温度を補正する。以下このCPU５の処理について詳しく
説明する。
【００２５】
今、上記２重積分型A/Dコンバータにおいて、T1a、T1bという２種類の充電時間で同一
の基準入力電圧をA/D変換したときに得られるA/D変換出力（デジタルデータ）をADa、ADbとすると、上記（式１）が成立する場合には、
T1a/T1b = ADa/ADb  .....（式２）
が成立する。すなわち、同一の入力信号をA/D変換した場合でも、A/D変換出力はその積分回路の充電時間に比例したものとなる。これは等価的に、（式１）において同一の充電時間T1で、種々の入力信号電圧(V1-V3)をA/D変換した場合と同一の結果を表している。
【００２６】
しかし、実際の２重積分型A/Dコンバータにおいては、積分回路のコンデンサの漏れ電
流等の影響により、必ずしも（式２）は成立しない。これは等価的には同一の充電時間で種々の入力信号電圧をA/D変換した場合に必ずしも入力信号電圧に比例したA/D変換出力（デジタルデータ）が得られないこと、すなわち、２重積分型A/Dコンバータの変換直線性
における誤差を表している。そこで
X = T1a/T1b - ADa/ADb  .....（式３）
を充電時間を変更して測定し、この誤差を予め求めておけば、実際のA/D変換出力（デジ
タルデータ）を補正することができる。
【００２７】
図３は、充電時間を横軸にして、種々の充電時間において同一の基準入力電圧をA/D変
換して測定した出力（デジタルデータ）を縦軸にして、実測値１０１を複数個プロットし
た例を実線で図示された理論値１００と共に示すグラフである。図３において、複数の実測値１０１が変換直線性に相当し、理論値１００が理想の変換直線性に相当する。
【００２８】
さらに、図４は、図３に示されたA/D変換出力（デジタルデータ）の実測値１０１を横
軸にして、その時の理論値（理想の変換直線性）からの誤差を縦軸にしてプロットした結果得られる誤差曲線１０２を示すグラフである。この図４の実験式（誤差曲線）から求められる値で実際のA/D変換出力（デジタルデータ）を補正すれば、図３に示した変換直線
性の理論値１００からの誤差を解消することができる。このような実験式は、最小２乗法により一般的に求めることができる。
【００２９】
本実施の形態では、CPU５は、予め測定された変換直線性のデータから図４に示したよ
うな誤差曲線１０２（実験式）の係数をメモリ７に保持し、この誤差曲線１０２を用いてA/D変換出力（デジタルデータ）を補正し、補正後のデジタルデータに基づき測定対象（
鼓膜）の温度を算出する。
【００３０】
＜動作例＞
次に、図１に示した放射体温計の全体の動作例を図２のフローチャートに従って説明する。
【００３１】
まず、不図示の電源スイッチがONにされると（ステップ１０１（以下Ｓ１０１と略す））、CPU５はメモリ７上に格納された制御プログラムを実行して以下の動作を実行する。
【００３２】
まず、CPU５は、信号選択回路１０を制御し、基準電圧発生部１１からの基準入力電圧
をA/Dコンバータ４の入力端子に接続させた後、積分回路を充電するための複数の充電時
間をA/Dコンバータ４に設定してA/D変換を複数回実行させ、図４に示した変換直線性の誤差曲線１０２を求める（Ｓ１０２）。その後、CPU５は待機状態に入る（Ｓ１０３）。
【００３３】
不図示の測定開始スイッチが押されると、CPU５は測定開始スイッチが押されたことを
検知し、その検知をトリガとして、測定を開始する（Ｓ１０４）。
【００３４】
まず、温度センサ２のセンサ温度信号をA/D変換し、そのデジタルデータを求める（Ｓ
１０５）。
【００３５】
次に赤外線センサ１のセンサ出力信号をA/D変換し、そのデジタルデータを求める（Ｓ
１０６）。
【００３６】
次に、CPU５は、上記Ｓ１０２の処理で求めておいた変換直線性の誤差曲線１０２から
上記センサ温度信号及びセンサ出力信号のA/D変換補正値を求める（Ｓ１０７）。
【００３７】
その後、上記A/D変換補正値を用いて、Ｓ１０５及びＳ１０６の処理で得たセンサ温度
信号及びセンサ出力信号のデジタルデータを補正した後、これらを用いて測定対象の温度を求め、LCD６に表示する（Ｓ１０８）。
【００３８】
このようにして、電源スイッチがONにされるたびに、CPU５がA/Dコンバータ４の変換直線性を求めて理論値からのずれによる誤差を補正するので、A/Dコンバータ４に経時変化
や温度変化が生じても、その変化に応じて変換直線性の理論値からのずれによる誤差が補正されたA/D変換出力を用いて、測定対象の温度が求められる。従って、放射体温計によ
る温度測定の精度を高めることができる。
【００３９】
＜変形例＞
上記図１の構成では、基準電圧発生部１１の出力（基準入力電圧）を直接信号選択回路１０を通じてA/Dコンバータ４に接続しているが、これに代えて、基準電圧発生部１１か
らの基準入力電圧が増幅器３を通じて信号選択回路１０に入力されるようにしてもよい。そのようにすることで、増幅器３とA/Dコンバータ４を合わせた変換直線性の測定及び補
正が可能になる。
【００４０】
なお、赤外線センサ１または温度センサ２の出力信号が十分に大きく、A/Dコンバータ
４で変換可能な場合には、これらの信号を直接A/Dコンバータ４でA/D変換するようにすれば、増幅器３を省略することができる。
【００４１】
本実施の形態では、一般的にA/Dコンバータ４の変換直線性を測定してデジタルデータ
を補正しているが、図３または図４で例示したような誤差の発生要因をA/Dコンバータ４
における積分回路内のコンデンサの漏れ電流と仮定し、その漏れ抵抗を求めることでデジタルデータを補正してもよい。
【００４２】
今、積分回路の抵抗をR、静電容量をＣ、積分された信号の出力電圧をV0とすると入力
信号電圧が基準入力電圧Vi（一定）の場合に積分回路の出力電圧は次の（式４）で表される。
V0 = ViＴ1/CR  ..... （式４）
ここでＴ1は積分回路の充電時間である。
【００４３】
しかし、積分回路のコンデンサに漏れ電流があってこれをΔi1（その時の等価的な漏れ抵抗値をr1）とすると出力電圧は以下の（式５）のようになる。
V0 =(Ｔ1/C)(Vi/R-Δi1)
= ViＴ1/CR・(1- R/r1)  .....（式５）
【００４４】
一方、V0に充電された積分回路のコンデンサを基準リファレンス電圧Vrで放電すると
V0 = VrＴ2/CR  ..... （式６）
ここでＴ2は積分回路の放電時間である。
【００４５】
しかし、積分回路のコンデンサに漏れ電流があってこれをΔi2（その時の等価的な漏れ抵抗値をr2）とすると出力電圧は以下の（式７）のようになる。
V0 =(Ｔ２/C)(Vr/R-Δi2)
= VrＴ2/CR・(1- R/r2)  .....（式７）
【００４６】
従って、A/Dコンバータ４の積分回路に既知の基準入力電圧Viを入力し、所定の充電時
間Ｔ1で積分したときの積分回路出力V0の実測値と理論式（式４）によって算出した値と
の差から上記（式５）に従って漏れ抵抗r1を求め、さらに充電された電圧V0を放電用リファレンス電圧Vrで放電したときの放電時間T2の実測値と理論式（式６）との差から（式７）に従って漏れ抵抗r2を算出することができる。
【００４７】
そこで、これらのＲ及びｒ1、r2をメモリに保持しておき、CPU５がA/Dコンバータ４の
出力を（式５）及び（式７）に従って補正することで、本実施の形態と同様の結果を得ることができる。これは、変換直線性の理論値からのずれの解釈をA/Dコンバータ４の積分
回路の漏れ抵抗として表現したものであって、基本形態の一態様に含まれる。
【００４８】
本基本形態では、A/Dコンバータ４として２重積分型A/Dコンバータを使用したが、これに限定されない。要するに基準入力信号（アナログ信号）とそのときのA/D変換出力（デ
ジタルデータ）の関係からA/Dコンバータ４としての変換直線性を予め測定しておき、そ
の変換直線性から実際の測定時のA/D変換出力を補正できればよい。すなわち、本発明は
、積分回路の充電時間を変更する手段のないA/Dコンバータを備える放射体温計であって
も、基準入力信号としての複数点の電圧を発生する基準電圧発生部１１を準備すれば適用可能である。従って、サンプルホールド回路付きのA/Dコンバータ、カウンタクランプ型A/Dコンバータ、逐次比較型A/Dコンバータ等、A/D変換の方式によらず、赤外線センサ１と温度センサ２とA/Dコンバータ４とを備える方式の放射温度計に対しても適用は可能であ
る。
【００４９】
本基本形態では、A/D変換出力の変換直線性の誤差を補正する放射体温計を示したが、
実測した変換直線性が理論値と大きく乖離する場合は、補正をやめて、その旨の表示を行うようにしてもよい。図５にそのような表示を行うプログラムのフローチャートを示す。図５は図２の処理にＳ１２０〜Ｓ１２２の処理を追加し、また、図２のＳ１０４以降の処理を省略したものである。
【００５０】
この処理では、図２と同様に変換直線性を測定した後（Ｓ１０２）、実測された変換直線性の理論値からの偏差が所定範囲内か否かを判断し（Ｓ１２０）、所定範囲内であれば、図２と同様に待機状態に移行するが（Ｓ１０３）、所定範囲内にない場合は、変換直線性が劣化している旨を表示し（Ｓ１２１）、電源をOFFにする（Ｓ１２２）。
【００５１】
このようにすれば、高湿度下環境や急激な温度変化による結露が発生するような環境のため、一時的に積分回路の漏れ電流が増加し、測定信頼性が低くなるような状況における測定を停止し、誤差の大きい測定結果の表示を防止することができる。
【００５２】
本基本形態では、電源スイッチをONにするごとにA/D変換の変換直線性を測定する例を
示したが、これに代えて、事前に明示的な指示（例えば専用の押ボタンによる指示）を検出して測定し、次の指示までその測定結果による誤差曲線を保持するようにしてもよい。また、タイマーにより、CPU５が実行する制御プログラムに割り込みを掛けて、定期的にA/D変換の変換直線性を測定するようにしてもよい。あるいは測定対象の温度（体温）の測定ごとに変換直線性を求めるようにしてもよい。
【００５３】
（実施の形態）
以下に本発明の特徴を最も良く表した実施形態について説明する。
上述した基本形態では、A/D変換出力の変換直線性の誤差を補正する放射体温計につい
て説明したが、本実施の形態では、温度センサ２としてサーミスタを赤外線センサ１に接触させて使用する場合に、赤外線センサ１と温度センサ２とが接触していることに起因して生じる漏れ電流を防止する構成を備えた放射体温計について説明する。
【００５４】
図８は、本実施の形態による放射体温計との比較のために用意した赤外線センサからの漏れ電流を考慮しない従来の放射体温計のセンサ部分の構成図である。図８に示す放射体温計は、赤外線センサ１としてサーモパイル1Aを使用し、温度センサ２としてサーミスタ２Aを使用する。さらにサーミスタ2Aの一端は定電圧源に接続され、他の一端が固定抵抗
１２を通して接地されている。その他の構成及び作用については基本形態と同一なので、同一の構成部分については図１を用いて説明する。
【００５５】
この放射体温計では固定抵抗のサーミスタ側の電位が信号選択回路１０を通じてA/Dコ
ンバータ４に取り込まれ、サーミスタ2Aの抵抗値の変化による電位変化を測定することで、サーモパイル1A自身の温度を測定することが可能となっている。ここで固定抵抗１２の抵抗値は、通常数十キロオームである。一方、サーミスタ2Aの各端子(a)(b)とサーモパイル1Aの各端子(c)(d)とが隣接して配置された場合、その端子間の絶縁漏れ抵抗は数十キロオーム〜数百キロオームとなる場合がある。このような場合、サーモパイル1Aの起電力（マイクロボルトのオーダーである）によって上記絶縁漏れ抵抗及び固定抵抗を通じた漏れ
電流が流れ、この漏れ電流の影響による測定誤差を無視できない場合が生じていた。
【００５６】
図６は本実施の形態に係る放射体温計のセンサ部分を詳細に示すブロック図であり、図８と比較してサーミスタと定電圧源との間にスイッチ１３が設けられ、また、固定抵抗の接地側端子にもスイッチ１４が設けられている。これらのスイッチ１３及びスイッチ１４が、接触漏れ電流防止手段に相当する。スイッチ１３及びスイッチ１４には、CPU５から
制御可能なアナログスイッチを使用する。
【００５７】
CPU５は、サーモパイル1Aからのセンサ出力信号をA/Dコンバータ４を通して取り込む際には、制御信号を与えて予めスイッチ１３及び１４を開放し、その後センサ出力信号を読み取る。
【００５８】
このようにして、サーミスタ2Aの両端、すなわち、固定抵抗１２を含むサーミスタ2Aの検出回路を開放することで、サーモパイル1Aの起電力による漏れ電流を抑制することができる。その結果、漏れ電流の影響の少ない正確な赤外線の検出が可能となる。
【００５９】
なお、上記スイッチ１３、１４としては、CPU５から制御可能なものであれば、FET等の電気的なスイッチ、リードスイッチやリレー等の機械的スイッチ等、その種類は問わない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の基本形態に係る放射体温計の構成を示すブロック図
【図２】基本形態に係る放射体温計の作用を示すフローチャート
【図３】積分回路の充電時間に対するA/D変換出力を示すグラフ
【図４】A/D変換出力に対する変換直線性からの誤差を示すグラフ
【図５】基本形態の変形例の放射体温計の作用を示すフローチャート
【図６】本発明の実施の形態に係る放射体温計の構成を示すブロック図
【図７】基本形態に係る２重積分型A/Dコンバータを示す図
【図８】本発明の実施の形態に対する従来の放射体温計の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００６１】
１      赤外線センサ
１Ａ    サーモパイル
２      温度センサ
２Ａ    サーミスタ
３      増幅器
４      A/Dコンバータ
５      CPU
１０    信号選択回路
１１    基準電圧
【図１】
2005128034.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005128034.tif 000008
【図７】
2005128034.tif 000009
【図８】
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