JP6398810B2 - 内部温度測定装置及び温度差測定モジュール - Google Patents

Description

本発明は、内部温度測定装置と温度差測定モジュールとに関する。

皮下組織の熱抵抗Ｒｘの個人差の影響を受けることなく、深部体温Ｔｂを測定できるセンサモジュールとして、図１０に示した構成のもの（例えば、特許文献１参照）が知られている。

このセンサモジュールは、以下の２式が成立するものである。

Ｔｂ＝（Ｔｔ−Ｔａ）Ｒｘ／Ｒ１＋Ｔｔ …（１）
Ｔｂ＝（Ｔｔ′−Ｔａ′）Ｒｘ／Ｒ２＋Ｔｔ′ …（２）
ここで、Ｔａ、Ｔａ′とは、それぞれ、図１０において左側、右側に示してある熱流束センサの上面側の温度センサにより測定される温度のことである。Ｔｔ、Ｔｔ′とは、それぞれ、図１０において左側、右側に示してある熱流束センサの下面側の温度センサにより測定される温度のことである。Ｒ１、Ｒ２とは、各熱流束センサの断熱材の熱抵抗のことである。

（１）、（２）式を組み合わせてＲｘを消去すれば、以下の（３）式を得ることが出来る。

従って、図１０のセンサモジュールによれば、皮下組織の熱抵抗Ｒｘの個人差の影響を受けることなく、深部体温Ｔｂを算出することが出来る。

特開２００７−２１２４０７号公報

上記センサモジュールは、Ｔｂの算出に必要な情報を、複数の温度センサにて得るものとなっている。そして、温度センサの精度は、さほど高いものではない。そのため、センサモジュールには、熱抵抗及び熱容量が大きな断熱材が使用されており、その結果として、センサモジュールは、応答性が悪い（安定した、深部体温の測定結果が得られるまでに要する時間が長い）ものとなっている。

サーモパイルを備えたＭＥＭＳチップを温度差の測定に使用すれば、深部体温を測定するためのモジュールの熱抵抗及び熱容量が大きく減少するため、応答性がより良い形で深部体温を測定することが可能となる。ただし、ＭＥＭＳチップが極めて小さな（２〜３ｍｍ角程度かそれ以下）デバイスであるため、ＭＥＭＳチップを用いると、測定対象物以外の熱源からの熱流の影響により内部温度に推定誤差が生じ易い傾向がある。

そこで、本発明の課題は、測定対象物以外の熱源からの熱流の影響を受け難い内部温度測定装置及び温度差測定モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の、測定対象物の内部温度を測定する内部温度測定装置は、前記測定対象物の内部温度の算出時に、その一方の面が前記測定対象物の表面に接触させられる基材と、前記測定対象物の内部温度の算出に使用される第１温度差と第２温度差とを測定する、前記基材の他方の面上に配置されたＭＥＭＳデバイスであって、前記第１温度差を測定するための第１サーモパイル及び前記第２温度差を測定するための第２サーモパイルを含む天面部と、前記天面部を支持する、前記天面部に至る１つ以上の空洞が設けられている支持部とを備え、前記第１サーモパイルを構成している各熱電対の温接点から冷接点を見た向きと、前記第２サーモパイルを構成している各熱電対の温接点から冷接点を見た向きとが一致しているＭＥＭＳデバイスとを備える。

すなわち、サーモパイルは、サーモパイルによる温度差測定方向（サーモパイルの各熱電対の長さ方向）と平行な方向の温度勾配の影響を受けやすいものである。温度差測定方向が同じ複数のサーモパイルを備えたＭＥＭＳデバイスに、温度差測定方向と平行な方向の温度勾配が生じた場合、各熱電対の温接点から冷接点を見た向きが温度勾配の温度が上昇する方向と一致しているサーモパイルの出力は減少し、各熱電対の温接点から冷接点を見た向きが温度勾配の温度が上昇する方向の逆方向となっているサーモパイルの出力は増加する。そのため、各熱電対の温接点から冷接点を見た向きが異なる２サーモパイルの出力から内部温度を算出した場合、誤差が増幅されてしまうが、上記構成（各熱電対の温接点から冷接点を見た向きが同じ２サーモパイルの出力から内部温度を算出する構成）を採用しておけば、誤差が増幅されないようにすることが出来る。従って、本発明の内部温度測定装置は、測定対象物以外の熱源からの熱流の影響を受け難い装置として機能する。

本発明の内部温度測定装置の“基材”は、単一の部材（プリント配線板等）であっても、複数の部材を組み合わせた部材であっても良い。また、本発明の内部温度測定装置に、複数の第１サーモパイルと複数の第２サーモパイルとを備えたＭＥＭＳデバイスを用いておいても良い。

また、本発明の内部温度測定装置を、『前記ＭＥＭＳデバイスにより測定された前記第１温度差及び前記第２温度差を用いて、前記内部温度を算出する演算回路を備えたプリント回路板と、複数のリードを備えた有底筒状のパッケージと、を備え、前記パッケージが、前記プリント回路板に設けられている貫通孔に挿入されており、前記基材が、前記パッケージの底部である』装置として実現しておいても良い。尚、有底筒状のパッケージとは、有底円筒状、有底楕円筒状、有底角筒状等の、底部と当該底部の周囲を囲繞する側壁部とを備えたパッケージのことである。

また、本発明の内部温度測定装置をそのような装置として実現する場合には、内部温度の測定精度を向上させるために、『前記パッケージの底部は、熱伝導性が良い第１材料で形成された２つの高熱伝導性部であって、前記第１材料よりも熱伝導性が悪い材料で隔離された２つの高熱伝導性部を含み、前記２つの高熱伝導性部の一方の高熱伝導性部の上方に、前記第１サーモパイルの各熱電対の温接点が位置し、他方の高熱伝導性部の上方に、前記第２サーモパイルの各熱電対の温接点が位置している』構成を採用しておいても良い。

本発明の、測定対象物の内部温度を算出するために使用される第１温度差及び第２温度差を測定する温度差測定モジュールは、複数のリードを備えた有底筒状のパッケージと、
前記パッケージの内底面上に配設されたＭＥＭＳデバイスであって、前記第１温度差を測定するための第１サーモパイル及び前記第２温度差を測定するための第２サーモパイルを含む天面部と、前記天面部を支持する、前記天面部に至る複数の空洞が設けられている支持部とを備え、前記第１サーモパイルを構成している各熱電対の温接点から冷接点を見た向きと、前記第２サーモパイルを構成している各熱電対の温接点から冷接点を見た向きとが一致しているＭＥＭＳデバイスとを備える。

この温度差測定モジュールから出力される第１温度、第２温度は、内部温度の算出時に、誤差が増幅されないものとなる。従って、本発明の温度差測定モジュールを用いて内部温度測定装置を製造すれば、測定対象物以外の熱源からの熱流の影響を受け難い内部温度測定装置を得ることが出来る。

本発明によれば、測定対象物以外の熱源からの熱流の影響を受け難い内部温度測定装置及び温度差測定モジュールを実現することが出来る。

図１は、本発明の一実施形態に係る内部温度測定装置の概略構成図である。 図２は、実施形態に係る内部温度測定装置の温度差測定モジュールに使用されているパッケージの斜視図である。 図３は、温度差測定モジュールに使用されるＭＥＭＳチップの具体例の説明図である。 図４は、温度差測定モジュールに使用されるＭＥＭＳチップの他の具体例の説明図である。 図５は、内部温度測定装置に関して行った実験の内容の説明図である。 図６は、実験結果の説明図である。 図７は、複数の伝熱パッドを設ける場合におけるパッケージの筐体底部の構成例の説明図である。 図８は、複数の伝熱パッドを設ける場合におけるパッケージの筐体底部の他の構成例の説明図である。 図９は、温度差モジュールの変形例の説明図である。 図１０は、皮下組織の熱抵抗の個人差の影響を受けることなく、深部体温を測定できるセンサモジュールの説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

まず、図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態に係る内部温度測定装置１の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る内部温度測定装置１の概略構成図であり、図２は、内部温度測定装置１が備える温度差測定モジュール１０のパッケージ１１の構造を説明するための斜視図である。

本実施形態に係る内部温度測定装置１は、その表面近傍に非発熱体が存在する測定対象物（人体等）の内部温度を測定（推定）するための装置である。尚、内部温度測定装置１０は、温度差測定モジュール１０の下面（図１における下側の面）が測定対象物の表面に接触している状態で、測定対象物の内部温度を測定するものである。

図１に示してあるように、内部温度測定装置１は、プリント回路板３０に設けられている貫通孔に、温度差測定モジュール１０を挿入した構成を有している。

プリント回路板３０は、温度差測定モジュール１０を挿入するための貫通孔が設けられているプリント配線板３１上に、演算回路３２ａ等の各種デバイス３２（抵抗、コンデンサ等）を実装したユニットである。演算回路３２ａは、温度差測定モジュール１０が出力する温度差ΔＴ、温度差ΔＴ′、温度Ｔｒを表す３種の信号に基づき、測定対象物の内部温度Ｔｂを算出（推定）する回路である。この演算回路３２ａとしては、例えば、以下の内部温度算出式により内部温度Ｔｂを算出する回路が使用される。

尚、上記内部温度算出式におけるｋは、測定対象物の表面近傍に存在する非発熱体の熱抵抗とは無関係に、ＭＥＭＳチップ２０の形状に基づき予め定められる比例係数である。

温度差測定モジュール１０は、ＭＥＭＳチップ２０及びＡＳＩＣ２６を、パッケージ１１内に配置したモジュールである。

温度差測定モジュール１０のパッケージ１１は、図２に示した構成を有している。すなわち、パッケージ１１は、略有底四角筒状の筐体１２を備えている。パッケージ１１の筐体１２の対向する側壁１２ａ、１２ｂのそれぞれには、筐体１２の下面と所定の間隔をもって側壁１２ａ／１２ｂを貫通する複数のリード１３が設けられている。また、パッケージ１１の各リード１３の、筐体１２下面との間の間隔は、プリント配線板３１の貫通孔に温度差測定モジュール１０の底部側を挿入したときに、温度差測定モジュール１０の下面がプリント回路板３０（プリント配線板３１）の下面から突出するように定められている。

筐体１２の底部（以下、筐体底部とも表記する）の、ＭＥＭＳチップ２０及びＡＳＩＣ２６が配置される部分には、高熱伝導性の材料（本実施形態では、金属）からなる伝熱パッド１４が配置されている。この伝熱パッド１４は、筐体底部の、伝熱パッド１４以外の部分と略同じ厚さの部材である。

筐体１２の各側壁の構成材料は、通常、熱伝導性が悪い絶縁性材料（樹脂等）である。また、筐体底部の、伝熱パッド１４以外の部分の構成材料も、通常、熱伝導性が悪い絶縁性材料であるが、筐体底部の、伝熱パッド１４以外の部分の構成材料は、熱伝導性が良い導電性材料、熱伝導性が良い絶縁性材料であっても良い。

尚、筐体１２の伝熱パッド１４以外の部分（筐体１２の各側壁及び筐体底部の伝熱パッド１４以外の部分）の構成材料を、同じ樹脂としておけば、リード１３用の金属板（いわゆるリードフレーム）と、伝熱パッド１４用の金属板とを用いたモールド成形によりパッケージ１１を容易に製造することが出来る。従って、筐体１２の伝熱パッド１４以外の部分の構成材料を、樹脂としておくことが好ましい。

ＡＳＩＣ２６（図１）は、入出力用の複数の電極が、その上面に設けられている集積回路である。ＡＳＩＣ２６は、ＭＥＭＳチップ２０の所定部分の温度として使用される温度Ｔｒを測定するための温度センサを内蔵している。また、ＡＳＩＣ２６は、当該温度センサの出力（Ｔｒを表す信号）及びＭＥＭＳチップ２０の出力（ΔＴ、ΔＴ′を表す信号）を増幅する機能と、増幅後の各出力をデジタルデータ化する機能とを有している。このＡＳＩＣ２６としては、例えば、絶対温度に比例した電圧を出力するＰＴＡＴ(Proportiona
l To Absolute Temperature)電圧源（つまり、温度計として機能する電圧源）を備え、ＰＴＡＴ電圧源の構成要素が温度センサとして機能する集積回路を使用することが出来る。

内部温度測定モジュール１０に使用されるＭＥＭＳチップ２０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造される、以下の３条件を満たす小サイズのデバイスである。

条件１：ほぼ同一形状の複数の熱電対を、互いに平行となるように、各熱電対の長さ方向に直交する方向に並べて直列接続した、温度差ΔＴを測定するための１つ以上の第１サーモパイルを備える。
条件２：ほぼ同一形状の複数の熱電対を、互いに平行となるように、各熱電対の長さ方向に直交する方向に並べて直列接続した、温度差ΔＴ′を測定するための１つ以上の第２サーモパイルを備える。
条件３：温度差ΔＴ、ΔＴ′を測定するための各サーモパイル（第１，第２サーモパイル）の、各熱電対の温接点から冷接点を見た向きが、同じ向きである。

ここで、図３及び図４を用いて、上記条件１〜３を満たすＭＥＭＳチップ２０の具体例（ＭＥＭＳチップ２０ａ及び２０ｂ）について、説明しておくことにする。尚、図３（Ａ）は、ＭＥＭＳチップ２０ａの上面図であり、図３（Ｂ）は、ＭＥＭＳチップ２０ａの、図３（Ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図である。図４（Ａ）は、ＭＥＭＳチップ２０ｂの上面図であり、図４（Ｂ）は、ＭＥＭＳチップ２０ｂの、図４（Ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図である。また、以下のＭＥＭＳチップ２０ａ、２０ｂの説明において、左、右とは、図３（Ａ）及び（Ｂ）、図４（Ａ）及び（Ｂ）における左、右のことである。

図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示してあるように、ＭＥＭＳチップ２０ａ及び２０ｂは、いずれも、天面部２１と支持部２２とを備える。

天面部２１は、シリコン基板上に各種半導体プロセス（膜形成、レジストパターン形成、エッチング等）を用いて形成される部分である。支持部２２は、天面部２１を形成したシリコン基板を裏面側からエッチングすることにより形成される部分である。図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示してあるように、支持部２２は、天面部２１に至る複数の空洞を有している。以下、支持部２２の各空洞上に位置している、天面部２１の部分のことを、メンブレン部と表記する。また、支持部２２の各一点鎖線枠２５内の部分（天面部２１の、サーモパイル２４による測温対象となっている部分下に位置している支持部２２の部分等）のことを、脚部２３と表記する。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示してあるように、ＭＥＭＳチップ２０ａの天面部２１内には、サーモパイル２４ｂ及び２４ｄが設けられている。各サーモパイル２４ｂ、２４ｄは、ほぼ同一形状の複数の熱電対を、互いに平行となるように、各熱電対の長さ方向に直交する方向にほぼ等間隔で並べて直列接続した構成を有している。また、サーモパイル２４ｂとサーモパイル２４ｄとは、温度差の測定方向（各熱電対の長さ方向）が同一方向となるように、天面部２１内に形成されている。

サーモパイル２４ｂを構成している各熱電対の温接点、冷接点は、それぞれ、ＭＥＭＳチップ２０ａの左右方向の中央の脚部２３上、ＭＥＭＳチップ２０ａの左側の空洞上（ＭＥＭＳチップ２０ａの左側のメンブレン部内）に配置されている。また、サーモパイル２４ｄを構成している各熱電対の温接点、冷接点は、それぞれ、ＭＥＭＳチップ２０ａの右側の脚部２３上、ＭＥＭＳチップ２０ａの右側の空洞上に配置されている。

要するに、このＭＥＭＳチップ２０ａのサーモパイル２４ｂとサーモパイル２４ｄとは
、各熱電対の温接点から冷接点を見た向きが同一のサーモパイルとなっている。従って、ＭＥＭＳチップ２０ａは、条件３を満たしている。

また、図３（Ｂ）に示してあるように、ＭＥＭＳチップ２０ａの右側の脚部２３の左右方向の幅は、中央の脚部２３のそれよりも広い。そして、サーモパイル２４ｂの温接点は、天面部２１の、中央の脚部２３上の部分内に配置されており、サーモパイル２４ｄの温接点は、天面部２１の、右側の脚部２３上の部分内に配置されている。そのため、サーモパイル２４ｂにより測定される温度差、及び、サーモパイル２４ｄにより測定される温度差は、一方をΔＴとして、他方をΔＴ′として使用できるものとなる。すなわち、ＭＥＭＳチップ２０ａは、条件１及び２も満たしている。

従って、ＭＥＭＳチップ２０ａは、ＭＥＭＳチップ２０として使用できるものであることになる。

また、図４と図３とを比較すれば明らかなように、ＭＥＭＳチップ２０ｂは、ＭＥＭＳチップ２０ａに、サーモパイル２４ａ及び２４ｃを追加したものとなっている。そして、ＭＥＭＳチップ２０ｂのサーモパイル２４ａが設けられている部分は、サーモパイル２４ｄが設けられている部分を、ＭＥＭＳチップ２０ｂの左右方向の中心面で反転した構成を有している。また、ＭＥＭＳチップ２０ｂのサーモパイル２４ｃが設けられている部分は、サーモパイル２４ｂが設けられている部分を、ＭＥＭＳチップ２０ｂの左右方向の中心面で反転した構成を有している。

従って、このＭＥＭＳチップ２０ｂは、サーモパイル２４ａ、２４ｃの一方が第１サーモパイルであり、他方が第２サーモパイルであるＭＥＭＳチップ２０としても、サーモパイル２４ｂ、２４ｄの一方が第１サーモパイルであり、他方が第２サーモパイルであるＭＥＭＳチップ２０としても使用できるものとなっていることになる。

ＭＥＭＳチップ２０ａ、２０ｂは、第１サーモパイル（ΔＴ測定用のサーモパイル）、第２サーモパイル（ΔＴ′測定用のサーモパイル）を１つずつ備えたものであるが、条件１〜３に定義されているように、ＭＥＭＳチップ２０は、温度差ΔＴ、ΔＴ′を測定するための複数の第１、第２サーモパイルを備えたものであっても良い。尚、温度差ΔＴ（ΔＴ′）を測定するための複数の第１（第２）サーモパイルは、サーモパイル間がＭＥＭＳチップ２０内で直列又は並列に接続されたものであっても、サーモパイル間がＭＥＭＳチップ２０内では接続されていないものであっても良い。

内部温度測定装置１の内部温度測定モジュール１０には、ＭＥＭＳチップ２０ａ、２０ｂのような、条件１〜３を満たすＭＥＭＳチップ２０が使用される。そして、内部温度測定装置１は、ＭＥＭＳチップ２０の、各熱電対の温接点から冷接点を見た向きが同一となっている１つ以上の第１サーモパイル及び１つ以上の第２サーモパイルにより測定されたΔＴ、ΔＴ′が内部温度Ｔｂの算出に使用されるように、温度差測定モジュール１０を構成した（温度差測定モジュール１０のＭＥＭＳチップ２０、ＡＳＩＣ２６、リード１３間を結線した）ものとなっている。

以上、説明したように、本実施形態に係る内部温度測定装置１には、上記条件１〜３を満たすＭＥＭＳチップ２０の、各熱電対の温接点から冷接点を見た向きが同一となっている複数のサーモパイルにより測定されたΔＴ、ΔＴ′を、内部温度Ｔｂの算出に使用する構成が採用されている。従って、内部温度測定装置１は、測定対象物以外の熱源からの熱流がＭＥＭＳチップ２０に流入しても内部温度Ｔｂを正確に算出（推定）できる装置として機能する。

以下、上記構成が採用されている内部温度測定装置１が、測定対象物以外の熱源からの熱流がＭＥＭＳチップ２０に流入しても内部温度Ｔｂを正確に算出（推定）できる装置として機能する理由を説明する。尚、以下の説明において、上、下、左、右とは、図４（Ａ）、（Ｂ）における上、下、左、右のことである。

ＭＥＭＳチップ２０ｂ（図４）のサーモパイル２４ａ、サーモパイル２４ｃによって測定される温度差を、それぞれ、ΔＴ′、ΔＴとした内部温度測定装置１と、ＭＥＭＳチップ２０ｂのサーモパイル２４ｃ、サーモパイル２４ｄによって測定される温度差を、それぞれ、ΔＴ、ΔＴ′とした内部温度測定装置とを考える。また、後者の内部温度測定装置（以下、比較用装置と表記する）は、内部温度測定装置１と、ＭＥＭＳチップ２０ｂ、ＡＳＩＣ２６間の結線のみが異なる装置であるものとする。

ＭＥＭＳチップ２０ｂの各サーモパイル２４は、左右方向の温度差を測定できるように、複数の熱電対を上下方向に並べて配置したものである。従って、ＭＥＭＳチップ２０ｂの各サーモパイル２４の出力は、ＭＥＭＳチップ２０ｂの左右方向の温度勾配の影響を受けやすい。

また、ＭＥＭＳチップ２０ｂのサーモパイル２４ｂ及び２４ｄの、各熱電対の温接点から冷接点を見た向きは、左向きであるが、サーモパイル２４ａ及び２４ｃの、各熱電対の温接点から冷接点を見た向きは、右向きである。そのため、測定対象物以外の熱源からの熱流により、比較対象装置内及び内部温度測定装置１内のＭＥＭＳチップ２０ｂに左端側が高温側となる温度勾配が生じた場合、サーモパイル２４ａ、サーモパイル２４ｃによって測定される各温度差は増加し、サーモパイル２４ｂ、サーモパイル２４ｄによって測定される温度差は減少する。

従って、上記温度勾配が生じた場合、サーモパイル２４ｃ、サーモパイル２４ｄによって測定される温度差を、それぞれ、ΔＴ、ΔＴ′として使用する比較用装置では、本来の温度差よりも大きなΔＴと本来の温度差よりも小さなΔＴ′と温度Ｔｒとから、内部温度Ｔｂが算出される。また、サーモパイル２４ａ、サーモパイル２４ｃによって測定される温度差を、それぞれ、ΔＴ′、ΔＴとして使用する内部温度測定装置１では、本来の温度差よりも小さなΔＴと本来の温度差よりも小さなΔＴ′と温度Ｔｒとから、内部温度Ｔｂが算出される。尚、上記説明及び以下の説明において、“本来の温度差”とは、“ＭＥＭＳチップ２０ｂに、測定対象物以外の熱源からの熱流に起因する温度勾配が生じていなかった場合にサーモパイル２４により測定されていたはずの温度差”のことである。

そして、上記した内部温度算出式による内部温度Ｔｂの算出時には、（ΔＴ′−ΔＴ）が演算されるが、この（ΔＴ′−ΔＴ）の演算結果は、本来の温度差よりも大きなΔＴ及び本来の温度差よりも小さなΔＴ′を用いた場合と、本来の温度差よりも小さなΔＴ及び本来の温度差よりも小さなΔＴ′を用いた場合とで、大きく異なる。

具体的には、例えば、サーモパイル２４ｃによる温度差の測定結果ΔＴの、測定対象物以外の熱源からの熱流の影響による増加量と、サーモパイル２４ｄによる温度差の測定結果ΔＴ′の、測定対象物以外の熱源からの熱流の影響による減少量と、サーモパイル２４ａによる温度差の測定結果ΔＴ′の、測定対象物以外の熱源からの熱流の影響による増加量とが、共に、α（＞０）である場合を考える。この場合、サーモパイル２４ｃによる温度差の測定結果ΔＴと、サーモパイル２４ｄによる温度差の測定結果ΔＴ′とから演算される（ΔＴ′−ΔＴ）値は、本来の値よりも２αだけ小さな値となる。一方、サーモパイル２４ｃによる温度差の測定結果ΔＴと、サーモパイル２４ａによる温度差の測定結果ΔＴ′とから演算される（ΔＴ′−ΔＴ）値は、αが減算により打ち消されるため、本来の値と同じ値となる。

上記内部温度算出式から明らかなように、内部温度Ｔｂは、（ΔＴ′−ΔＴ）値のみで決まる値ではないが、（ΔＴ′−ΔＴ）値の影響を大きく受ける。そして、条件１〜３を満たすＭＥＭＳチップ２０の、各熱電対の温接点から冷接点を見た向きが同一となっているサーモパイルにより測定されたΔＴ、ΔＴ′を、内部温度Ｔｂの算出に使用するという構成が採用されていれば、上記したように、測定対象物以外の熱源からの熱流により（ΔＴ′−ΔＴ）値が本来の値から大きくずれることを抑止することが出来る。そのため、本実施形態に係る内部温度測定装置１は、測定対象物以外の熱源からの熱流がＭＥＭＳチップ２０に流入しても内部温度Ｔｂを正確に算出（推定）できる装置として機能するのである。

以上、本実施形態に係る内部温度測定装置１の作用効果を定性的に説明したが、上記作用効果は、実験によっても確認されている。

具体的には、作用効果の説明に用いたものと同構成の、ＭＥＭＳチップ２０ｂを図５（Ａ）に示したある姿勢でパッケージ１１内に配置した内部温度測定装置１及び比較用装置１′のそれぞれについて、以下の実験を行った。

シリコーンゴムを載置した温度制御可能なステージ上に、内部温度測定装置１／比較用装置１′を配置し、図５（Ｂ）に示してある位置に１ｋΩのセメント抵抗４０を配置した。そして、電圧（０Ｖ、２Ｖ、４Ｖ）の印加によりセメント抵抗４０を加熱し、内部温度Ｔｂの推定誤差（ステージの温度と内部温度Ｔｂの算出結果の差）を測定した。尚、図５（Ｂ）に示してある部材１５は、上方から温度差測定モジュール１０内に光が入射することや、上方の空気温度が気流等により変化することを防止するために、温度差測定モジュール１０の上面（上側の開口部）を塞いでいる蓋部１５である。

図６に、上記実験の結果を示す。この図６に示してあるように、サーモパイル２４ｃとサーモパイル２４ｄの出力からＴｂを算出する比較用装置１′では、プリント回路板３０の右端側の温度が上昇するにつれ、推定誤差が大きくなる。一方、サーモパイル２４ａとサーモパイル２４ｃの出力からＴｂを算出する内部温度測定装置１では、プリント回路板３０の右端側の温度に因らず、推定誤差は小さな値となっている。

このように、上記構成によれば、測定対象物以外の熱源からの熱流のＭＥＭＳチップ２０（２０ｂ等）への流入時に内部温度Ｔｂの推定誤差が大きくなるのを抑止することが出来る。

《変形形態》
上記した内部温度測定装置１は、各種の変形を行うことが出来るものである。例えば、内部温度測定装置１に採用されている『条件１〜３を満たすＭＥＭＳチップ２０の、各熱電対の温接点から冷接点を見た向きが同一となっている１組のサーモパイルにより測定されたΔＴ、ΔＴ′を、内部温度Ｔｂの算出に使用する』という構成は、ＭＥＭＳチップ２０が配置されている部材が何であっても効果があるものである。従って、内部温度測定装置１を、ＭＥＭＳチップ２０がプリント配線板３０上に配置されている装置に変形することが出来る。

また、筐体底部の、ＭＥＭＳチップ２０及びＡＳＩＣ２６が配置される部分を、高熱伝導性の伝熱パッド１４としているのは、原則として、筐体底部の厚さ方向の熱伝導性が良い方が内部温度Ｔｂの推定誤差が少なくなるためである。ただし、採用するＭＥＭＳチップ２０の形状によっては、伝熱パッド１４の横方向（厚さ方向に垂直な方向）の熱伝導性が良いが故に、推定誤差が大きくなってしまうこともある。従って、筐体底部に伝熱パッ
ド１４を設けることなく、筐体底部を、熱伝導性が比較的に悪い材料で形成しておいても良い。

また、筐体底部の横方向の熱伝導により推定誤差が増大するのを抑止するために、筐体底部を、熱伝導性が悪い部材で隔離された複数の伝熱パッド１４を有するものとしておいても良い。以下、図７、図８を用いて、熱伝導性が悪い部材で隔離された複数の伝熱パッド１４を有する筐体底部について、具体的に説明する。尚、図７（Ａ）は、熱伝導性が悪い部材１９で隔離された複数の伝熱パッド１４を有する筐体底部の説明図（温度差測定モジュール１０の、パッケージ１１の側壁部分の図示を省略した上面図）である。図７（Ｂ）は、筐体底部の、図７（Ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図である。尚、図８（Ａ）は、熱伝導性が悪い部材１９で隔離された複数の伝熱パッド１４を有する他の筐体底部の説明図であり、図８（Ｂ）は、当該筐体底部の、図８（Ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図である。

温度差測定モジュール１０は、基本的には、ＭＥＭＳチップ２０の各脚部２３の下面温度が他の脚部２３の下面温度の影響を受けないこと（各脚部２３の下面温度が測定対象物から流入する熱量及びＭＥＭＳチップ２０の上方の空気温度のみに依存すること）が望まれるものである。従って、図７に示したように、ＭＥＭＳチップ２０の各脚部２３下に、他の伝熱パッド１４とは、熱伝導性が悪い部材１９により熱的に隔離された伝熱パッド１４が存在するようにしておいても良い。尚、ＭＥＭＳチップ２０の図７における下側の脚部２３下の伝熱パッド１４が、ＡＳＩＣ２６下まで延びているのは、ＡＳＩＣ２６の温度センサにより測定される温度Ｔｒを、ＭＥＭＳチップ２０の特定部分の温度として使用できるものとするためである。

ただし、ＭＥＭＳチップ２０の構成（使用するサーモパイル２４のＭＥＭＳチップ２０内での位置）によっては、幾つかの脚部２３の下面温度が同一であっても良い（又は同一であった方が良い）場合もある。従って、図８に示したように、筐体底部に設ける複数の伝熱パッド１４の中の幾つか（図８では、１つ）を、複数の脚部２３下に位置するものとしておいても良い。

図５には、ＭＥＭＳチップ２０を、その温度差測定方向（サーモパイル２４の各熱電対の長さ方向）がパッケージ１１のリード１３が設けられている各側壁の壁面と直交する姿勢でパッケージ１１内に配置した温度差測定モジュール１０を示したが、ＭＥＭＳチップ２０のパッケージ１１内の位置／姿勢は、特に限定されない。例えば、図９に示したように、ＭＥＭＳチップ２０を、その温度差測定方向（サーモパイル２４の各熱電対の長さ方向）がパッケージ１１のリード１３が設けられている各側壁の壁面と平行となるようにパッケージ１１内に配置しても良い。また、ＭＥＭＳチップ２０をパッケージ１１内に斜めに配置しても良い。

温度差測定モジュール１０は、上方の空気温度が低い方が感度が高くなるモジュールである。従って、温度差測定モジュール１０の開口部（上面）を蓋部１５で覆う場合には、蓋部１５の下面に、赤外線を吸収する部材を設けておいても良い。また、温度差測定モジュール１０の蓋部１５として、放熱性が良い形状を有する部材、例えば、放熱フィンを備えた部材や、面積が、温度差測定モジュール１０の開口部の面積の数倍ある部材を採用しておいても良い。

また、蓋部１５を設けることなく、温度差測定モジュール１０の下面以外の部分を、筐体で囲っておいても良い。尚、この場合も、筐体の、温度差測定モジュール１０の開口部上の部分に、赤外線を吸収する部材を設けておくことにより、内部温度測定装置の感度を向上させることが出来る。

上方から入射した光が、温度差測定モジュール１０の内面で反射してＭＥＭＳチップ２０に入射されることを防ぐためや、温度差測定モジュール１０内の空気温度を安定化させるために、温度差測定モジュール１０（パッケージ１１、筐体１２）の内面を、黒色の部材、例えば、黒色の塗料、黒色の樹脂で被覆しておいても良い。

また、内部温度測定装置１を人体の深部体温の測定に使用する場合には、温度差測定モジュール１０の下面に、生体適合性を有する絶縁性のフィルムや樹脂部材等を固定しておいても良い。また、測定対象物との間の熱的接触性を良好なものとするために、下面が、中央部分が下方に突出した曲面状になるように、又は、下面に曲面からなる凸構造が複数存在するように、温度差測定モジュール１０を製造しておいても良い。

内部温度測定装置１のパッケージ１１（筐体１２）の形状を、上記形状とは異なる形状（有底四角筒状以外の有底角筒状、有底円筒状、有底楕円筒状等）としておいても良い。また、上記技術は、ＭＥＭＳチップ２０が配置されている部材によらず適用できるものである。従って、内部温度測定装置１を、パッケージ１１が用いられていない装置（ＭＥＭＳチップ２０がプリント配線板３０上に配置されている装置等）に変形しても良い。

１ 内部温度測定装置
１０ 温度差測定モジュール
１１ パッケージ
１２，１８ 筐体
１２ａ、１２ｂ 側壁
１３ リード
１４ 伝熱パッド
１５ 蓋部
２０ ＭＥＭＳチップ
２１ 天面部
２２ 支持部
２３ 脚部
２４，２４ａ，２４ｂ、２４ｃ サーモパイル
２６ ＡＳＩＣ
３０ プリント回路板
３１ プリント配線板
３２ デバイス
３２ａ 演算回路

Claims (4)

1. 測定対象物の内部温度を測定する内部温度測定装置において、
   前記測定対象物の内部温度の算出時に、その一方の面が前記測定対象物の表面に接触させられる基材と、
   前記測定対象物の内部温度の算出に使用される第１温度差と第２温度差とを測定する、前記基材の他方の面上に配置されたＭＥＭＳデバイスであって、前記第１温度差を測定するための第１サーモパイル及び前記第２温度差を測定するための第２サーモパイルを含む天面部と、前記天面部を支持する、前記天面部に至る１つ以上の空洞が設けられている支持部とを備え、前記第１サーモパイルを構成している各熱電対の温接点から冷接点を見た向きと、前記第２サーモパイルを構成している各熱電対の温接点から冷接点を見た向きとが一致しているＭＥＭＳデバイスと、
   を備えることを特徴とする内部温度測定装置。
2. 前記ＭＥＭＳデバイスにより測定された前記第１温度差及び前記第２温度差を用いて、前記内部温度を算出する演算回路を備えたプリント回路板と、
   複数のリードを備えた有底筒状のパッケージと、
   を備え、
   前記パッケージが、前記プリント回路板に設けられている貫通孔に挿入されており、
   前記基材が、前記パッケージの底部である
   ことを特徴とする請求項１に記載の内部温度測定装置。
3. 前記パッケージの底部は、熱伝導性が良い第１材料で形成された２つの高熱伝導性部であって、前記第１材料よりも熱伝導性が悪い材料で隔離された２つの高熱伝導性部を含み、
   前記２つの高熱伝導性部の一方の高熱伝導性部の上方に、前記第１サーモパイルの各熱電対の温接点が位置し、他方の高熱伝導性部の上方に、前記第２サーモパイルの各熱電対の温接点が位置している
   ことを特徴とする請求項２に記載の内部温度測定装置。
4. 測定対象物の内部温度を算出するために使用される第１温度差及び第２温度差を測定する温度差測定モジュールであって、
   複数のリードを備えた有底筒状のパッケージと、
   前記パッケージの内底面上に配設されたＭＥＭＳデバイスであって、前記第１温度差を測定するための第１サーモパイル及び前記第２温度差を測定するための第２サーモパイルを含む天面部と、前記天面部を支持する、前記天面部に至る複数の空洞が設けられている支持部とを備え、前記第１サーモパイルを構成している各熱電対の温接点から冷接点を見た向きと、前記第２サーモパイルを構成している各熱電対の温接点から冷接点を見た向きとが一致しているＭＥＭＳデバイスと、
   を備えることを特徴とする温度差測定モジュール。