JPH0328728A - 電磁輻射測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般的には温度測定に関し、詳細には生物医学
的な温度測定装置として使用するに適した温度制御零放
射計に関する。

〔従来の技術〕

温度測定装置の内部温度の変化はそのような装置の較正
に影響する傾向をもつ。それ故温度測定装置は比較的に
一定の内部温度を維持する機構を有する。しばしばこれ
は装置の内部温度を安定化させるが同じく装置の内部温
度が雰囲気温度へとゆっくり調整しつるようにするヒー
トシンクの形をとっている。温度測定装置の内部温度を
制御するための、更に積極的な方式も用いられている。

例えば装置の内部温度を比較的一定に維持するための流
体冷却ジャケットを備えた非接触温度測定用の赤外線変
換送信装置を設けることが提示されている。内部温度変
動の補償のために温度検出器の増幅利得を変化させる増
躯器の帰還ループ内にサーミスタを用いることが出来る
。目標物の測定温度にもとづき赤外線温度計の熱的な剋
準源を加熱または冷却する方式も知られている。この乱
準源の温度は目標物の温度に近い、一定の値に維持され
て、より正確な読みを与える。

耳管に吹き込まれる空気の加熱と冷却用のｈ式を利用す
る特殊な鼓膜温度＝１も知られている。空気の温度が測
定されそして、入って来る空気と出て行く空気の間に温
度平衡か得られるまで制御される。これら空気の間の温
度差がＯになったことは、そのときの空気の温度の読み
が内耳の温度決定に用いられるべきときの指示となる。

この方式は目標エリアに温度変化を生しさせるという欠
点を有する。熱電気受信器を利用するチョッパ女定化セ
ロ型放射１１での平衡温度の読みを１５える方式も知ら
れている。このゼロ型の方法は、温度差の変化率に比例
する出力電流を出す熱電気受信器の７２Ａ度係数の不止
確性を克服するに自効である。他のチョッパ安定化赤外
線温度計は基準温度に維持された較ｉＥユニッ１・を利
用し、そのブローブか１１標物の温度の読みを比較する
。

〔発明が解訣しようとする課題〕

族射検出器の出力が目標物の温度とこの検出器の既知の
温度との間の差に比例し、読みがゼロとなったとき］」
標物の温度か決定出来、温度の直接的な測定を可能にす
るゼロ型の赤外線温度Ｊ１が望まれている。

〔課題を角ｑ決するための手段〕

本発明は上記の要求を満たずものである。すなわち本発
明は放射検出器温度と目標物の温度の差に比例し、目標
物の温度か放射検出器温度と同じになったときを決定す
るゼロ放射計信号を利用するゼロ放射計測温方式を掲供
する。

一般に本発明の目標物温度を測定する装置は目標物と赤
外線検出器の温度差に比例する第１信号出力を出す放射
検出器と、赤外線検出器の温度を測定する温度計と、赤
外線検出器の温度を変化させる手段と、赤外線検出器お
よび温度３Ｉの出力に応じて亦外線検出器の絶対温度に
比例する出力を出す温度ブロセッザと、から成る。

本発明は一般に、赤外線放躬検出器の出力を７１１１ｊ
定し、亦外線検出器の温度を変化させて実質的にゼロの
電気的な絶対値出力を発生させそのとき目標物の温度を
決走することにより、目標物の温度を測定する方法を捉
供する。

〔作　用〕

−実施例において、コントローラが加熱および冷却手段
をして放射検出器の温１１を強ｊｌｒｌｌ的に１１櫟物
の温度に等しい値にさせる。この温度検出器の値出力は
サンプリングされそして族年１検出器の温度に比例する
値に変換される。その値は表示されあるいは外部での利
用のために供される。他の実施例ではコン１・ローラか
加熱および冷却手段に赤外線放射検出器の温度を変えさ
せて］」標物の温度を通り掃引する。温度検出器の出力
は弄外線検出器の出力と比較され、７ｊｋ剃検出器の温
度が温度検出器の温度に等しくなるときを決定し、そし
て！」標物の絶対温度に比例する値が決定される。

更に他の実施例ではコントローラが加熱および冷却手段
を駆動して検出器を予疋の予測目標物温度にし、そ（，
て近似的な目標物温度値が訣定される。この近似目標物
温度は前の予測目標物温度と置き換えられ、それに対し
検出器が以後の近似目標物温度の読みのために平衡をと
られる。連続な近似のこのシーゲンスは目標物温度の適
正な正確な予測かなされうるようになるまでくり追され
る。

〔丈施例〕

図面に示すように本発明によれば耳を含む人間の種々の
身体部分の温度をＡｌｌｌるためのゼロ放射計温度計は
族射検出器、赤外線検出器の温度を測定するための温度
計および赤外線検出輛の温度を変える手段と、から成る
。この方式は更に赤外線検出器と温度ｌ１とにより発生
される信号に応じて赤外線検出器自体の絶対温度に比例
する出力を発生する温度プロセッサを含む。

一実施例においては赤外線温度計は赤外線検出器として
のザ−モパイル、ヒートシンクおよび基準点の温度を；
Ｉｌｌｌ定ずるたのサーミスタからなる。

このサーミスタはこの基準点の加熱にも使用出来る。他
の大施例では本発明は更に赤外線放射検出器の温度を制
御するためのヒーター／クーラーを含む。コントローラ
がこのヒーター／クーラーとして放射検出器の温度を強
制的に目標物の温度に等しい値にさせ、あるいは他の方
法ではこのヒーター／クーラーとして放射検出器の温度
を目標物の温度を含んだ温度範囲の掃引のために変化さ
せるようになっている。この第１の場合には検度センサ
の出力がサンプリングされて放射検出器の温度に比例す
る値に変換される。第２の場合には温度検出器の出力は
、目標物に焦点をもつ赤外線放射検出器の温度が目標物
の温度に等しくなったときを決定するためにコントロー
ラの出力と比較される。放射検出器がゼロ信号を発生し
たときの温度検出器の出力は目標物の絶対温度に比例す
る。

夫々の場合に出力値は表示されそして外部での使用に供
しうるようにされる。

第２の実施例では目標物温度の最良の予測にもとづく温
度に放剃検出器を駆動する。放射検出器の温度が適正に
安定であるときには赤外線検出器の出力電圧の測定がな
される。このシーケンスは目標物温度の次の予測を行う
べく測定出力電圧を用いてくり返される。このシーケン
スは目標物温度の適正な正確な予測がなされうるまでく
り返される。

本発明によれば目標物からの輻射を受けて目標物と自体
の温度差に比例する第１電気信号を発生する放射検出乎
段と、放射検出手段ｎ体の温度を測定して放射検出手段
の温度を示す第２電気信号を発生するための温度検出器
と、放射検出手段自体の温度を変化させる手段と、第１
および第２信号を受けて放射検出手段と目標物の絶対温
度に比例する第３信号を発生する温度プロセッサと、か
らなる、目標物からの赤外線を１ｌｌｌｊ定するための
装置が提供される。

本発明は更に放射検出器と温度検出器と放射検出器の温
度を変える手段とを有する装置を利用し、放射検出器の
出力を測定し、放射検出器の温度を変化させてそれをし
て実質的にゼロの絶対値を有する信号を発生させ、そし
て放射検出器の温度を測定してそれにより発生される信
号の絶対値が実質的にゼロとなるとき目標物の温度を決
定するこ１１ １２ とからなる、目標物からの赤外線を測定する方法を提供
する。

図面に示すように一実施例においては赤外線温度計装置
は目標物１２からの電磁輻射を測定しその温度を決定す
る放射計１０を有する。この実施例ではこの放射検出器
は赤外線スペクトル範囲の電磁エネルギーに感応する。

従って、この放穿１計は一端に赤外線を通し、目標物か
ら赤外線検出器１８へと赤外線を通す窓１６を有するハ
ウジング１６を含む。この窓は比較的薄くそして、好適
には薄膜サーモバイルである赤外線検出器に店い帯域の
赤外線を通すに充分な拐料でなる。ボロメータあるいは
熱電気検出器のような他の赤外線検出器も僅かな変更に
よりここで使用出来る。紫外線、あるいは可視光のよう
な他の範囲の電磁輻射に感応ずる他の放射計も使用しう
る。

電気接点２０ａと２０ｂがこのサーモパイル放射計に接
続されそしてまた導体２２ａと２２ｂを介してコントロ
ーラに接続する。この赤外線検出器は好適にはアルミニ
ウムであるヒートシンク２６に接近配置されてサーモパ
イルの温度を安定化させる手段を与える。サーミスタ２
８も熱伝導性のエポキシ樹脂２９によりヒートシンク上
のサーモパイル近辺に配置される。導体３０ａと３０ｂ
がこのサーミスタを温度プロセッサ３２に接続する。好
適な実施例ではサーミスタ２８はヒートシンクとサーモ
パイルを加熱しそしてヒートシンクとサーモパイルの温
度を検出するために利用される。この実施例では温度プ
ロセッサはサーミスタにより発生される電気信号から温
度値を決定するのみならず、サーミスタの温度を調整す
るための電流を発生ずる機能を有する。ヒートシンク、
サーミスタおよびサーミスタと放射計への電気接続はす
べて例えばＡＢＳ樹脂３４のような保護材料内に組込ま
れるとよい。温度プロセッサからの情報は表示装置３６
に表示されあるいは外部装置３７に出力されうる。

他の実施を示す第３，４図において、ヒーター／クーラ
ー３８が温度計２８に加えて用いられる。

このヒーター／クーラーは加熱サーミスタと電子的に制
御される小型冷却装置の組合せからなり、あるいはまた
加熱サーミスタと、それへの電流がコントローラ２４に
より遮断されたとき放射計の内部温度をほゾ雰囲気温度
にするための大型のヒトシンクとの組合せであってもよ
い。

第３図の方式は］」標物の温度を連続的に表示するトラ
ッキング形のゼロ放ηＥとして作用する。

この赤外線検出器の出力は目標物とこの検出器の温度差
に比例し、そしてコントローラに−りえられる。コント
ローラの出力は赤外線検出器の温度を変えることの出来
るヒーター／クーラーの内部温度制御を支配する。この
コントローラの出力はヒーター／クーラーをして赤外線
検出器温度を目標物の温度に等しい値に強制するもので
ある。このコントローラは、この条件か、赤外線検出器
とｌ」標物の温度差かゼロに近づくときゼロに近づく放
射訓の出力の絶対値を評価することにより維持されてい
ることを決定する。温度計の出力は温度ブロセッ→ノ゛
によりり゛ンプリングされて目標物の温度に等価な放射
計の絶対温度に比例する出力に変換される。温度表示装
置はプロセッサの出力をユーザーに対して可視表示へと
変換し、そしてまた外部装置で利用しつるようにする。

第４図の方式はサンプリング形ゼロ放剃計である。第１
図の方式もサンプリング形ゼロ放射計として利用しうる
。これら丈施例において、目標温度のサンプリングされ
たものの表示が与えられる。

目標物の初期近似温度は放剃計と温度計の出力信号にも
とづき塩度ブロセッザとコントローラとにより決定され
る。測定サンプリングの開始のためのトリガー信号のよ
うな人力に応じてコントローラは出力を出し、この出力
がヒーター／クーラーをして初期近似値より低い温度か
ら目標物の考えられる最高温度より高い値まで掃引を行
うべく放射計の温度を変化させる。一般に放射計の温度
掃引は２５℃のような雰囲気温度から約４０℃の最大発
熱温度までをカバーする。

あるいは、放射計の温度は初期近似温度より高い最高温
度から予定の最低温度まで掃引してもよい。温度計およ
びコントローラの出力は放射計の１５ １６ 温度が温度計温度に等しくなったときを決定すべくプロ
セッサにより比較される。このプロセッザはこの温度情
報を目標物の絶対温度に比例する値を決定するために利
用する。

第５図は目標物の温度をトラッキングする場合に放射計
により発生される信号を示しており、叙射計の温度が放
射計出力を最小絶対値またはゼロ信号にするために目標
物の温度に出来るだけ近づくようにされている。放ｆＡ
，ｔ計の信号の電圧レベル４０は放射計の温度が目標物
の温度と平衡しはじめると直ちに４１において減少しは
じめ、これは放射計の出力がゼロとなるまで行われる。

ヒーター／クーラーに与えられる電流４２の量は４５で
増加しはじめ、そして温度＝−１で示される温度レベル
４４は４３で変化しはじめる。第５図で示すように、ヒ
ーター／クーラーへの電流４２を増加させることによる
放躬計の加熱はサーミスタの電流信号４４を増加させる
。

第６図に例として示すように、サンプリング形ゼロ放射
計としての放射ｔ１の動作はコントローラによりヒータ
ー／クーラーへの電流レベル４８を初期レベル４つから
上昇させることを含んでいる。

温度レベル５０はトリガー信号５２に応じてその直後に
５１で上昇をはじめ、一般に約３７℃である患者の通常
体温に対応ずるゼロ点５４になりそしてその温度が５６
で最大の４０℃になるまでこの上昇が維持される。温度
の読みがゼロ点であることは５７における放射計の読み
かほｙゼロとなることで示される。ヒーター／クーラー
への電流はベースライン５８にもどされそして放射訓の
温度は徐々に雰囲気のベースライン６０にもどる。

目標物の温度を測定することについての温度測定装置の
能力は所望の目標物以外の熱源からの電磁輻射をこの方
式に出入させる任意の因子によっても影響を受ける。こ
れが生じると、表示された温度は正しい値からずれるこ
とになる。このずれは目標物の温度に比例しない。この
ずれを生じさせる因子は限定はされないが視野内の目標
物の前または背後の他の物から放躬計に入る輻射線、あ
るいは’ｆＭ’！ｆ外のそのような物から入る輻躬線を
含む。

放射計とこの方式の視野内であって目標物の背後の物と
の間の放射計の通過帯城山の電磁輻射の伝達は電磁波に
対し透明な目標物を通して生じる。

このような物はこの方式に影響するとすれば目標物とは
叉なった温度となっている。放射計の通過帯域内の電磁
輻射の伝達は放射計とこの方式の視野外の物との間にも
視野内の目標物を含む物からの反射によっても起りうる
。このような電磁輻射の伝達はこの方式の視野内の目標
物以外の物と放射計との間にも生じうる。これらの物は
限定はされないが空気、レンズ、窓、フィルタおよび光
学系を形戊する反射面を含みうる。

第７，８図は本発明の赤外線温度計に用いるための連続
近似方法を示している。この方法において、コントロー
ラは放射計の温度を室温６２でのスタート値から、予定
のあるいはオペレータによりセットしつる例えば３７℃
である第１予？Ｉｌｌｌ温度６４へと駆動する。赤外線
検出器の温度が充分平衡されていると、検出器の現７１
：の温度と放射剖の出力信号とにもとづく温度の読みは
第１予測温度と置き換えられる。放射計の温度は次に第
２予測温度６６に駆動されて同様に読みが次定される。

この第２の温度は第３予測温度６８として同様に用いら
れ、この分野で周知のように１つの読みから次の読みへ
の温度の変化量を決定することにより所望の精度が得ら
れるまで以下同様に行われる。

殆どの場合には２回のサイクルで充分である。温度を連
続的にモニターするために、このサイクルは各サイクル
の終りに得られるモニタされた温度の新しい予測により
連続的にくり返されることになる。

第９図は目標物の温度が２５℃から３７℃へと変化した
後に３回のシーケンス測定が行われるときに生じるシー
ケンスを示す。Ａにおいて目標物の温度が変化し、放射
計の温度７０はこのとき温度計で示されるように３７℃
より低い。放射計の出力電圧７２はこの目標物の温度変
化に応じて変化し、Ｂにおいて安定値となる。トリガー
信号７４はＣにおいて測定プロセスをスタートさせる。

１　９ ２０ プロセッサは目標物の予め決定された特性にもとづき放
射計の出力電圧を評価し、そして目標物温度の予測を行
う。このプロセッサは次にヒーター／クーラーに必要な
電圧７６を加え、放１１計をこの予測目標物温度まで加
熱する。ブロセ・ソサは温度計の測定値を放射計温度の
制御に必要な帰還として使用する。

放射計温度が安定しその出力が安定（Ｄ）すると、プロ
セッサは目標物温度のｉ２予測を行う。

この例では放射計温度は目標物温度より低いままである
。プロセッサはこのときＥにおいてヒーター／クーラー
に必要な電圧を与えて放射計を第２予測目標物温度まで
加熱する。

放射計がこの第２予測温度で安定しそしてその出力が安
定（Ｆ）すると、プロセッサは目標物の温度の第３予測
を行う。この例では放射計温度はこのとき目標物温度よ
り高くなる。このときプロセッサはヒーター／クーラー
に必要な電圧を与え（Ｇて）放射；１をこの第３予測目
標物温度まで冷却させる。

放射計がこの第３予測値で安定しその出力が安定（Ｈ）
すると、プロセッサは目標物の温度の第４予測を行う。

この温度は測定目標物温度として表示される。もしこの
予測が充分に忠実なレベルとなっていないときは上記の
サイクルを適正な忠実度が得られるまでくり返す。

目標物温度を追跡する必要がある場合にはこのサイクル
を連続的にくり返して更新表示を連続的に行う。

〔発明の効果〕

上記のように、本発明の赤外線温度計方式は粘液分泌性
の膜を有さない耳のような部分を含む多くの人体部分で
の温度測定を必要とせず、比較的短時間で目標物の温度
の決定を可能にするゼロ温度処理技術を利用する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置のブロック図、第２図は放射計と
温度＝１を示す部分断面図、第３図は本発明の第２実施
例のブロック図、ｆＪ４図は本発明の第３実施例のブロ
ック図、第５図は本発明の放！Ａ，ｔ計からの信号の近
似波形並びに温度トラッキングモードての本方式の温度
制御のタイミングを示す図、第６図はサンプリング温度
制御モードでの本方式の温度制御の近似波形のタイミン
グンーケンスを示す因、第７図は連続近似ｌ夫を川いる
温度検出を示すグラフ、第８図は連続近似性における検
出器温度と検出器出力を示すグラフ、第９図は連続近似
モードでの本発明における温度制御のチャトである。 １０・・・ｈ！ｉ１４　；：　ｌ、コ２・・・目標物、
１４・ハウジング、１６・・・窓、１８・・・赤外線検
出器、２４・・・コントローラ、２６・・ヒートシンク
、２８・・・サーミスタ（温度計）、２９・熱イ云導性
エポキシ樹脂、３２・・温度プロセッザ、３６・・表示
装置、３７外部装置、３８・　ヒーター／クーラ 出勤人代理人　　　佐　　藤　　一　　雄２３ ０１ 手 続 補 正 書 （方式） 平成 ２ 年 ７ 月 ／３ 日 平成 ２ 年特Ｉ１願第 ７］７０３ り− ２ 発明の名称 電磁輻射測定装置及び方法 ３ 補正をずる者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下記要件からなる目標物からの電磁輻射を測定する
   ための装置。 （イ）目標物からの輻射線を受けその目標物の温度と自
   体の温度との差に比例する第１電気信号を発生する輻射
   線検出手段。 （ロ）この輻射線検出手段の温度を測定しそれを示す第
   ２電気信号を発生する温度検出器。 （ハ）この輻射線検出手段の温度を変化させる手段。 （ニ）上記第１および第２電気信号に応答して上記輻射
   線検出手段の絶対温度に比例する第３信号を発生する温
   度プロセッサ手段。 ２、前記輻射線検出手段はサーモパイルである請求項１
   記載の装置。 ３、前記温度を変化させる手段は前記第１信号に応答す
   るごとくになっており、更にこの手段を制御して上記第
   １信号の絶対値を実質的に０まで減少させるようにする
   手段を含む、請求項１記載の装置。 ４、前記温度を変化させる手段は前記輻射線検出手段の
   温度を前記目標物の初期に決定された近似温度を含む温
   度範囲にわたり掃引させるための手段を含んでいる請求
   項１記載の装置。 ５、前記輻射線検出手段の前記第１信号出力が実質的に
   ０のとき前記目標物の温度を決定する手段を含む請求項
   ４記載の装置。 ６、前記温度を変化させる手段はサーミスタである請求
   項１記載の装置。 ７、前記温度検出器は前記サーミスタである請求項６記
   載の装置。 ８、前記温度を変化させる手段は前記輻射線検出手段を
   冷却するための手段を含む請求項１記載の装置。 ９、前記温度を変化させる手段はヒートシンク手段を含
   む請求項１記載の装置。 １０、前記温度検出器はサーミスタである請求項１記載
   の装置。 １１、前記温度プロセッサは前記第３信号を前記目標物
   の温度を表わす値に変換する手段を更に含む請求項１記
   載の装置。 １２、目標物と自体との温度の差に比例する出力を出す
   輻射線検出器と、温度検出器と、この輻射線検出器の温
   度を変化させる手段とを含む装置を利用する、下記段階
   からなる目標物からの輻射線を検出する方法。 （イ）上記輻射線検出器からの出力を測定する段階。 （ロ）上記輻射線検出器の温度を変化させそれに実質的
   に０絶対値を有する信号を発生させる段階。 （ハ）上記輻射線検出器の温度を測定して、上記輻射線
   検出器により発生される上記信号の絶対値がほゞ０であ
   るとき上記目標物の温度を決定する段階。 １３、前記輻射線検出器の温度を変化させる段階は上記
   輻射線検出器の温度を制御して上記輻射線検出器センサ
   にほゞ０信号を発生させ上記目標物の温度変化に実質的
   に追従するようにすることからなる請求項１２に記載の
   方法。 １４、前記目標物の近似温度を初期決定する段階を更に
   含み、前記輻射線検出器の温度を変化させる段階は上記
   目標物の上記初期近似温度を含む温度範囲を上記輻射線
   検出器の温度に掃引させることからなる請求項１２記載
   の方法。 １５、前記目標物は人間であり、この人間の初期近似温
   度は前記輻射線検出器温度より高く、この輻射線検出器
   温度は人間の初期近似温度より高い温度に上昇される請
   求項１２記載の方法。 １６、前記輻射線検出器の測定出力が実質的に輻射線検
   出器温度が実質的に上記目標物温度と等しいことを示す
   ０信号であるときに前記目標物の絶対温度を決定する段
   階を更に含む、請求項１２記載の方法。 １７、輻射線検出器と目標物の温度差に比例する出力を
   有する上記輻射線検出器と温度検出器とこの輻射線検出
   器温度を変化させる手段とからなる装置を用い、目標物
   からの電磁輻射を測定するための下記段階からなる方法
   。 （イ）上記輻射線検出器の温度を初期予測目標物温度に
   近似させるように制御する段階。（ロ）上記輻射線検出
   器の出力を測定する段階。 （ハ）上記初期予測目標物温度と上記輻射線検出器出力
   にもとづき次の予測目標物を決定する段階。 （ニ）予測目標物温度の連続的近似値を決定するための
   上記段階（イ）、（ロ）、（ハ）をくり返す段階。 １８、予定回数の前記連続近似後に前記赤外線目標物の
   予測絶対温度を決定する段階を含む、請求項１７記載の
   方法。