JP2011179986A - 体温計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】体温計は、ハーフミラーの表面にサーモパイルセンサと、二つの赤色LEDと、フォトダイオードが埋め込まれている。被計測者がハーフミラーに自らの顔を写すと、体温計は二つの赤色LEDを発光する。二つの赤色LEDによって被計測者の額には二つの発光点が現れる。被計測者は二つの発光点が自らの額の中心で一つの点となって一致するように、ハーフミラーと被計測者自身の顔との距離を調整する。フォトダイオードは、被計測者がこの位置関係になったときに、被計測者の額に現れる発光点の輝度を捉える。この時に、体温計は被計測者が体温計に対して正しい測定位置に現れたと判断し、測定動作を行う。
【選択図】図1
Description
このような背景から、インフルエンザ等の感染の拡大を防ぐために、人が多く集まる公共機関や企業等の建造物の入口で、人の体温を瞬時に計測する機器のニーズが高まっている。
非特許文献1には、据え置き型の非接触形式体温計が開示されている。赤外線カメラを用いて、被計測者の顔を撮影し、額を認識した後、額の表面温度から体温を計測する。非接触式であり、且つ対面して操作を行う必要がない点で優れているが、赤外線カメラが高価である。
以上のような背景から、市場では、低価格で導入が可能な、据え置き型の体温計が求められている。
本発明の実施形態の概要を説明する。
本実施形態に係る据え置き型の体温計は、ハーフミラーの表面にサーモパイルセンサと、二つの赤色LEDと、フォトダイオードが埋め込まれている。
被計測者はハーフミラーに自らの顔を写す。すると、体温計はサーモパイルセンサを通じて被計測者の存在を認識し、二つの赤色LEDを発光する。二つの赤色LEDは被計測者の額を照らすので、被計測者の額には二つの発光点が現れる。
被計測者は二つの発光点が自らの額の中心で一つの点となって一致するように、ハーフミラーと被計測者自身の顔との距離を調整する。ハーフミラーに映る被計測者の額において、二つの赤色LEDの発光点が一致した位置(図9参照)が、体温計が体温計測のために定めた位置関係である。
フォトダイオードは、被計測者がこの位置関係になったときに、被計測者の額に現れる発光点の輝度を捉える。体温計は、フォトダイオードの出力信号を所定の閾値と比較して、その閾値より大きい時に、被計測者が体温計に対して正しい測定位置に現れたと判断し、測定動作を行う。測定動作は、サーモパイルセンサが被計測者の額から発される赤外線を捕捉し、マイコンが体温を算出する。
図1は、本実施形態に係る体温計101の外観斜視図である。
体温計101は本体部102の天板103が鏡を形成している。本体部102は土台104によっておよそ70°の角度で傾けられている。
アクリルの天板103にはハーフミラーフィルム105が裏面に張り付けられており、鏡として機能する。また、天板103の裏面のハーフミラーフィルム105には上側に第一LCDユニット106が、下側に第二LCDユニット107が固定されている。ハーフミラーフィルム105はマジックミラーとしても周知の、アクリルやガラス等の透明な板に張り付けてハーフミラーを形成するためのフィルムであり、誘電多層膜や金属薄膜等の材料で構成される。
なお、第一LCDユニット106及び第二LCDユニット107は液晶表示素子に表示される文字の表示を照らすためのバックライトLEDを内蔵している。
三つの開口部のうち中心の開口部は、フォトダイオードユニット108が埋設されている受光開口部109である。受光開口部109の左側には第一赤色LEDユニット115aが埋設されている第一発光開口部114aが、受光開口部109の右側には第二赤色LEDユニット115bが埋設されている第二発光開口部114bが、それぞれ設けられている。受光開口部109と、第一発光開口部114aと第二発光開口部114bは天板103上の一直線上に設けられている。
天板103の、フォトダイオードユニット108の受光開口部109の下側には、サーモパイルセンサユニット110が埋設されている赤外線受光開口部111が設けられている。
本体部102の側面には電源スイッチ112と、日時較正のための押ボタンスイッチ113が設けられている。
天板103は透明のアクリル板202と、その裏に張り付けられたハーフミラーフィルム105と、後述する部品を固定するための固定板203で構成される。
アクリル板202には、受光開口部109と、第一発光開口部114aと、第二発光開口部114bと、赤外線受光開口部111が設けられている。
固定板203には、受光開口部109と第一発光開口部114aと第二発光開口部114bと赤外線受光開口部111に加えて、第一LCDユニット106が嵌め込まれる第一LCD開口部204と、第二LCDユニット107が嵌め込まれる第二LCD開口部205が設けられている。
フォトダイオードユニット108と、第一赤色LEDユニット115aと、第二赤色LEDユニット115bと、サーモパイルセンサユニット110は、アクリル板202と固定板203を貫通して固定される。
フォトダイオードユニット108、第一赤色LEDユニット115a、第二赤色LEDユニット115b、サーモパイルセンサユニット110、第一LCDユニット106及び第二LCDユニット107は基板206に接続される。
基板206には図示しないマイコンを中心とする回路の他に、湿度センサ207が設けられている。
また、基板206が固定される本体裏ケース208には音声伝達部ともいえるスピーカ209が張り付けられており、スピーカ209は基板206と接続されている。
図3(a)は、天板103全体の断面図であり、図3(b)はフォトダイオードユニット108とサーモパイルセンサユニット110のみを拡大した断面図である。
前述の図2で説明したように、フォトダイオードユニット108とサーモパイルセンサユニット110は、アクリル板202と固定板203を貫通して固定される。フォトダイオードユニット108は天板103に対して垂直に固定される。これに対し、サーモパイルセンサユニット110はY−Z平面上において、天板103に対する垂直方向からやや角度を伴って固定される。
被計測者の額が体温計101に対して正しい計測位置に配置されると、第一赤色LEDユニット115a及び第二赤色LEDユニット115bが発する赤色光は、およそ50cm程度離れた被計測者の額の表面で互いに一点の焦点を結ぶ。この額に現れる一点の赤色光は、集光レンズ303aで集光され、フォトダイオード302で焦点を結ぶように構成される。フォトダイオードユニット108の傾斜角は、天板103の鉛直線に一致する。
図4(a)は、天板103全体の断面図であり、図4(b)はフォトダイオードユニット108と、第一赤色LEDユニット115a及び第二赤色LEDユニット115bのみを拡大した断面図である。
前述の図2で説明したように、フォトダイオードユニット108と第一赤色LEDユニット115a及び第二赤色LEDユニット115bは、アクリル板202と固定板203を貫通して固定される。フォトダイオードユニット108は天板103に対して垂直に固定される。
これに対し、第一赤色LEDユニット115a及び第二赤色LEDユニット115bは、X−Z平面上において、天板103に対する垂直方向からやや角度を伴って固定される。
第一赤色LED素子402の光は集光レンズ303cで集光され、およそ50cm程度離れた被計測者の額の表面で焦点を結ぶように構成される。第一赤色LEDユニット115aはX−Z平面上において、天板103の鉛直線に対しておよそ4.2°下方へ傾けられている。
第二赤色LED素子404の光は集光レンズ303dで集光され、およそ50cm程度離れた被計測者の額の表面で焦点を結ぶように構成される。第二赤色LEDユニット115bはX−Z平面上において、天板103の鉛直線に対しておよそ4.2°上方へ傾けられている。
体温計101は周知のマイコンを中心として構成される。バス502には周知のCPU503、ROM504、RAM505が接続される他、LCD表示部506、LCD表示部506を照射するバックライトLED507、第一赤色LED素子402、第二赤色LED素子404、オーディオインターフェース508、そしてA/D変換器510が接続されている。なお、LCD表示部506は図1乃至図3で説明した第一LCDユニット106及び第二LCDユニット107を示す。また、図4には明記していないが、第一LCDユニット106に表示する日時データを取得するためのリアルタイムクロックがバス502に接続されている。
一般的に、サーモパイルセンサは対象物の温度と周囲の温度との差分を出力するので、対象物の温度を計測するためには赤外線センサ511の出力信号に対して基準温度センサ512の出力信号を加算する必要がある。このための加算回路を含む増幅回路が、温度信号生成部513である。
なお、ROM504は音声データの他、体温計101が体温計として機能するためのプログラムと、後述する合焦判定部で被計測者が適正位置に来たと判定するための閾値が格納される。特に、閾値は体温計101の製造後の調整工程でフォトダイオード302の感度に応じて変化する値であるので、ROM504は、EEPROM或はフラッシュメモリ等の電気的に書き換えが可能なデバイスが望ましい。
ROM504に格納されたプログラムは、CPU503とRAM505によって動作モード制御部602と温度データ演算部603と間欠制御部604として機能する。
温度信号生成部513から出力されるアナログの温度電圧信号は、A/D変換器510によってデジタルデータに変換され、温度データ演算部603に入力される。
温度データ演算部603は、測定開始を指示する指令を受けると、その指令を受けた時点から所定の時間の間にリングバッファに格納されたサーモパイルセンサ305のデータの全平均値を、測定体温として決定し、LED表示部(第二LCDユニット107)に表示する。所定の時間(測定時間)は、例えば0.5秒である。因みに、A/D変換器510のサンプリング周波数が1kHzである場合、測定時間の間にリングバッファに格納されるサンプルデータの数は500サンプルとなる。リングバッファにはこのサンプル数の倍以上のサンプル数を格納できるだけの容量を備えることが望ましい。
合焦判定部605は、フォトダイオード302からA/D変換器510を通じて得られる輝度データを、ROM504に格納されている閾値と比較して、閾値を超えていると判定した場合、被測定者が体温計101に対して測定を実行するための位置に来たと判定する、論理の真を出力する。動作モード制御部602はこの信号を受けると、温度データ演算部603を制御して測定開始を実行させる。つまり、合焦判定部605は動作モード制御部602を通じて温度データ演算部603に測定開始を指示する指令を与えて、被計測者の体温の測定を実行させる。
図5に示したブロック図から、CPU503を中心とするマイコンよりも、オペアンプで構成される温度信号生成部513と、A/D変換器510で、多くの電力を消費する傾向がある。そこで、非計測時(以下「パワーセーブモード」と呼ぶ。また計測時の状態を「計測モード」と呼ぶ。)は被計測者の有無を検出するだけの間欠動作にする。
例えば1秒に1kHzのサンプリング周波数で10サンプル程度のデータを取り込むための間欠的な電力供給をオペアンプに与えると共に、A/D変換器510に出力ビット数を抑えることで消費電力を抑える低消費電力モードがあればこれを指定し、且つオペアンプと共に動作する間欠動作を行わせる。このような動作を実現するのが、間欠制御部604である。また、パワーセーブモードの時にはLCD表示部506及びバックライトLED507、そして額を照らすための第一赤色LED素子402及び第二赤色LED素子404には電力供給をしない。
動作モード制御部602が間欠制御部604に連続的な動作を命じると、間欠制御部604は温度信号生成部513及びA/D変換器510に連続的な電力供給を行い、A/D変換器510も計測モードに切り替えられる。これと共に、動作モード制御部602は額を照らすための第一赤色LED素子402と第二赤色LED素子404、そしてLCD表示部506のバックライトLED507を発光させる。
図7は体温計101の全体的な動作の流れを示すフローチャートである。
処理を開始すると(S701)、動作モード制御部602は最初に基準温度センサ512を通じて体温計101周囲の気温を測定する等の初期化動作を行う(S702)。
次に、動作モード制御部602は一旦パワーセーブモードに入る(S703)。このパワーセーブモードでは、具体的には第一赤色LED素子402及び第二赤色LED素子404を消灯し、間欠制御部604を通じて温度信号生成部513(アナログ回路)及びA/D変換器510を間欠動作させ、A/D変換器510を省電力モードに設定し、LCD表示部506をオフ制御し、バックライトLED507を消灯する。
動作モード制御部602は、温度データ演算部603を通じて人(被計測者)が近づいたか否かを確認する(S704)。もし人の存在を認識したら(S704のYES)、測定処理を実行し(S705)、再び人の存在を確認する(S704)。
ステップS704で、人が存在しないことを認識したら(S704のNO)、動作モード制御部602は次に直前の測定終了時点から第一の所定時間が経過したか否かを確認する(S706)。この「第一の所定時間」とは、計測モードからパワーセーブモードに移行するためのタイムアウトとなる時間である。例えば30秒である。
ステップS706で第一の所定時間が経過していなければ(S706のNO)、再び人の存在を確認する(S704)。
ステップS707で第二の所定時間が経過していなければ(S707のNO)、動作モード制御部602はパワーセーブモードを実行する(S703)。
ステップS707で第二の所定時間が経過していれば(S707のYES)、動作モード制御部602は一連の処理を終了する(S708)。そして、一連の処理は常にループしているので、再度ステップS701から処理が開始され、結果的に第二の所定時間が経過する度に初期化処理(S702)が実行されることとなる。
処理を開始すると(S801)、動作モード制御部602は最初に動作モードをパワーセーブモードから測定モードに切り替える(S802)。この測定モードでは、具体的には第一赤色LED素子402及び第二赤色LED素子404を点灯し、間欠制御部604を通じて温度信号生成部513(アナログ回路)及びA/D変換器510を連続動作させ、A/D変換器510を通常動作モードに設定し、LCD表示部506をオン制御し、バックライトLED507を点灯する。つまり、図7のステップS703の逆の動作となる。
図9(a)、(b)、(c)及び(d)は、被計測者と体温計101との位置関係と、被計測者の顔が体温計101に映る状態を示す説明図である。
図9(a)は、被計測者と体温計101の位置関係を示す概略図である。被計測者901が正規位置P902に位置している時、被計測者901の額の中心には、第一赤色LEDユニット115a及び第二赤色LEDユニット115bの発光点が一点で合致する。本実施形態では、この状態を「合焦している」と呼んでいる。この、合焦している状態では、合焦点P903は第一赤色LEDユニット115a及び第二赤色LEDユニット115bが発する光が一点に集中するため、第一赤色LEDユニット115a或は第二赤色LEDユニット115bの発光点単体よりも高輝度である。フォトダイオードユニット108は、この合焦点P903の輝度を電気信号に変換する。
この時、被計測者901が天板103に映る自らの顔を見た状態を示す図が、図9(d)である。
この時、被計測者901が天板103に映る自らの顔を見た状態を示す図が、図9(c)である。
この時、被計測者901が天板103に映る自らの顔を見た状態を示す図が、図9(b)である。
(1)フォトダイオード302は、被計測者901の額に位置する合焦点P903の輝度を電気信号に変換する。前述のように体温計101は被計測者901の顔を映し易いようにやや上方に傾けられているので、体温計101が設置される室内の照明器具の光がフォトダイオード302に混入する可能性がある。この光は合焦判定部605にとってノイズ成分となるので、誤検出を招く虞がある。そこで、フォトダイオード302から得られる信号から、照明器具の光等に起因するノイズ成分を除去するために、第一赤色LED素子402及び第二赤色LED素子404の発光に変調を加えることが考えられる。
図10(a)は、第一赤色LED素子402及び第二赤色LED素子404の発光制御回路1001の回路図である。但し、紙面及び説明の都合上、第一赤色LED素子402及び第二赤色LED素子404を発光させるために必要なドライバ(電流増幅回路)は省略している。
発振器1002の出力信号は周知のトグルフリップフロップ(以下「T−FF」)1003に入力される。T−FF1003は100kHzの矩形波信号のアップエッジに呼応して、50kHzに分周した信号を出力する(図10(d))。また、T−FF1003にはQ出力端子の他に反転論理出力の¬Q出力端子(Q出力端子の論理否定)が設けられており、図10(d)と反対の論理の信号を出力する(図10(e))。
また、発振器1002の出力信号とT−FF1003の¬Q出力信号はANDゲート1005に入力される。ANDゲート1005はT−FF1003の¬Q出力信号の論理が真の時に、発振器1002の出力信号を出力する(図10(g))。
こうして作成された、一方のANDゲート1004の出力信号を第一赤色LED素子402の発光制御に、もう一方のANDゲート1005の出力信号を第二赤色LED素子404の発光制御に、夫々用いる。すると、被計測者901の額の中心の合焦点P903で、互いの発光パルスが合成されて、発振器1002の100kHzが復元される。
フォトダイオード302は、この合焦点P903の光を受光する。フォトダイオード302の出力信号はプリアンプ1009で電圧増幅された後、オペアンプ1010と抵抗R1011、R1012とコンデンサC1013、C1014よりなるバンドパスフィルタに入力される。バンドパスフィルタは100kHz近傍の周波数の信号を通過させ、およそ50kHz以下、及び150kHz以上の周波数の信号を通過させないように構成する。バンドパスフィルタの作用によって、フォトダイオード302の出力信号の成分のうち、DC成分或は電灯線の周波数である50Hz或は60Hzの信号成分は除去され、第一赤色LED素子402及び第二赤色LED素子404の発光に起因する信号成分のみ通過する。
こうして得られた信号に、ダイオードD1015で周知の包絡線検波を行い、A/D変換器510に入力させる。
なお、バンドパスフィルタの代わりにLC共振回路やPLLを用いることもできる。
また、体温の具体的な数値の表示の代わりに、熱がある(例えば37℃以上)ならLED等の発光体を赤色に発光させ、平熱である(例えば37℃未満)なら発光体を青色に発光させる、という表示態様を採用することもできる。
安価なサーモパイルセンサを鏡と組み合わせることにより、被計測者自身が体温計101と自身の顔との距離を調整することができ、体温計101本体と被計測者の額との距離を容易に固定させることができる。そして、非接触且つ操作者の存在なくして、体表面温度の測定を高精度に実現できる。
また、本実施形態の体温計101は、被計測者の体温を測定するためのサーモパイルセンサ305を、パワーセーブモードでは人感センサとして兼用している。
Claims (6)
- 被計測者の額を映すことが可能な鏡と、
前記鏡に設けられて前記被計測者の額に合焦する光を照射する第一発光部と、
前記鏡に設けられて前記被計測者の額に合焦する光を照射する第二発光部と、
前記鏡の、前記第一発光部及び前記第二発光部に隣接して設けられて、前記第一発光部が発する光によって前記被計測者の額に現れる第一合焦点と、前記第二発光部が発する光によって前記被計測者の額に現れる第二合焦点とが一致する、前記被計測者の額の位置の輝度を電気信号に変換する光センサと、
前記被計測者の額の表面温度を計測する温度計測センサと、
前記温度計測センサから得られる信号に基づいて前記被計測者の体温を算出して体温データを出力する温度データ演算部と、
前記体温データを表示する表示部と、
前記光センサから得られる信号が所定の閾値を超えていると判断したら前記温度データ演算部に温度計測を指示する信号を出力する合焦判定部と
を具備する体温計。 - 前記第一発光部及び前記第二発光部は、前記被計測者の額に光を合焦するために前記鏡の鉛直線に対して互いに所定の角度だけ傾けられている、請求項1記載の体温計。
- 更に、
前記温度データ演算部から得られる前記体温データから被計測者が前記温度計測センサの測定可能範囲内に存在しないと判断したら、前記発光部の発光動作を停止する、動作モード制御部と
を具備する、請求項1又は2記載の体温計。 - 前記動作モード制御部は、前記発光部の発光動作を停止している状態から、前記温度データ演算部から得られる前記体温データから被計測者が前記温度計測センサの測定可能範囲内に存在すると判断したら、前記第一発光部及び前記第二発光部の発光動作を開始する、請求項3記載の体温計。
- 前記表示部は、前記体温データが所定の閾値以上の場合に第一の表示色で発光し、前記体温データが前記閾値未満の場合に第二の表示色で発光する、請求項1又は2又は3又は4記載の体温計。
- 被計測者の額を映すことが可能な鏡と、
前記鏡に設けられて前記被計測者の額に合焦する光を照射する第一発光部と、
前記鏡に設けられて前記被計測者の額に合焦する光を照射する第二発光部と、
前記鏡の、前記第一発光部及び前記第二発光部に隣接して設けられて、前記第一発光部が発する光によって前記被計測者の額に現れる第一合焦点と、前記第二発光部が発する光によって前記被計測者の額に現れる第二合焦点とが一致する、前記被計測者の額の位置の輝度を電気信号に変換する光センサと、
前記被計測者の額の表面温度を計測する温度計測センサと、
前記温度計測センサから得られる信号に基づいて前記被計測者の体温を算出して体温データを出力する温度データ演算部と、
前記体温データを音声合成にて読み上げる音声伝達部と、
前記光センサから得られる信号が所定の閾値を超えていると判断したら前記温度データ演算部に温度計測を指示する信号を出力する合焦判定部と
を具備する体温計。
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