JP6783604B2

JP6783604B2 - 測温装置及び測温方法

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Publication number: JP6783604B2
Application number: JP2016188480A
Authority: JP
Inventors: 磯崎　久; 久磯崎
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 2016-09-27
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2020-11-11
Anticipated expiration: 2036-09-27
Also published as: US10502630B2; JP2018050794A; EP3299781B1; US20180087968A1; EP3299781A1

Description

本発明は、家畜等の動物の体温を測定する測温装置及び測温方法に関する。

従来、牛等の動物の体温を測定するためには、体温計などの接触型温度計を直腸内又は口内に挿入し、一定時間、定位置に留めなければならなかった。それゆえ、測定者にも、動物にも多大なストレスや労力がかかっていた。

そこで、サーモグラフィ等のような非接触型温度計により、動物の体外から体温を測定する手法が開発されている（特許文献１参照）。

特表２００５−５１５８７２号公報

しかしながら、一般的に非接触型温度計は風等の外部環境の影響を受けやすく、測定誤差（例えば±２℃）も生じやすい。体温を測る上でこのような測定誤差が生じると健康管理の信頼性を損なうという問題がある。

本発明はこのような問題点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測定者及び測定対象である動物に対するストレスや労力を削減しつつ、動物の体温測定の正確性を向上させることができる測温装置及び測温方法を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係る測温装置では、動物の体外から当該動物の体温を非接触で測定する測温装置であって、非接触で所定の範囲の温度分布を測定する第１の測温部と、設定した温度で発熱可能な単体の発熱体と、前記発熱体からの熱が伝わり、前記発熱体に近い側の温度が高く、前記発熱体から遠くになるにつれ温度が低くなる温度勾配を生じる単体の伝熱体を有する校正部と、前記校正部の温度の異なる複数箇所に設置され、各設置箇所の温度を測定する第２の測温部と、前記第１の測温部により対象物を含む範囲の温度分布を測定した第１の測温結果に対し、前記第１の測温部により前記校正部を含む範囲の温度分布を測定した第２の測温結果と前記第２の測温部により前記校正部の温度分布を測定した第３の測定結果の対応する箇所の温度を比較して、校正を行う制御部と、を備える。

また、本発明に係る測温装置において、前記伝熱体は、棒状であり前記発熱体と連結されていてもよい。

また、本発明に係る測温装置において、さらに、前記動物に飼料を与える飼料提供部を備え、前記第１の測温部は、前記校正部との距離および前記飼料提供部を介した前記動物の飼料摂食時の対象物との距離が同等であり、前記第１の測温部を回転駆動する回転駆動部をさらに備え、前記制御部は、前記回転駆動部を制御して、前記第１の測温部を前記校正部の方向および前記前記飼料提供部を介した前記動物の飼料摂食時の対象物の方向に指向可能であってもよい。

また、本発明に係る測温装置において、前記対象物は前記動物の眼であってもよい。

また、本発明に係る測温装置において、前記第１の測温部は前記動物に飼料を与える飼料提供部に取り付けられていてもよい。

また、本発明に係る測温装置において、前記飼料提供部は哺乳器であってもよい。

また、上記した目的を達成するために、本発明に係る測温方法では、動物の体外から当該動物の体温を非接触で測定する測温方法であって、非接触で所定の範囲の温度分布を測定する第１の測温部により対象物を含む範囲の温度分布を測定する第１の測温工程と、前記第１の測温部により、設定した温度で発熱可能な単体の発熱体と、前記発熱体からの熱が伝わり、前記発熱体に近い側の温度が高く、前記発熱体から遠くになるにつれ温度が低くなる温度勾配を生じる単体の伝熱体を有する校正部を含む範囲の温度分布を測定する第２の測温工程と、前記校正部の温度の異なる複数箇所に設置され、各設置箇所の温度を測定する第２の測温部により、前記校正部の温度分布を測定する第３の測温工程と、前記第１の測温工程により測定された第１の測温結果に対し、前記第２の測温工程により測定された第２の測温結果と前記第３の測温工程により測定された第３の測温結果との対応する箇所の温度差に基づき、校正を行う校正工程と、を備える。

本発明に係る測温方法において、前記第１の測温工程は、前記動物の飼料摂食時に行ってもよい。

上記手段を用いる本発明によれば、測定者及び測定対象である動物に対するストレスや労力を削減しつつ、動物の体温測定の正確性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る測温装置１の全体構成図である。本発明の一実施形態に係る校正部の概略構成図である。本実施形態における測温装置の制御部が実行する測温制御ルーチンを示すフローチャートである。サーモグラフィが測温対象物に指向している状態（ａ）及び校正部に指向している状態（ｂ）を示す上面視概略図である。子牛の眼の温度分布例（ａ）及び校正部の温度分布例（ｂ）の説明図である。本発明の変形例に係る校正部の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

図１には本発明の一実施形態に係る測温装置１の全体構成図、図２には校正部の概略構成図が示されている。

測温装置１は、動物の体外から当該動物の体温を非接触で測温するものであり、本実施形態においては測定対象の動物を子牛Ｃとし、深部体温と相関性の高い表面温度を示す眼部Ｅを測温対象としている。そして、当該測温装置１の大部分は子牛Ｃの飼料であるミルクを供給する哺乳器２（飼料提供部）上に設けられている。

哺乳器２は、子牛Ｃが乳飲のために咥える人工乳首１０と、当該人工乳首１０を支持する本体部１１と、図示しないミルクタンクから本体部１１にミルクを輸送する輸送管１２とから構成されている。本体部１１は、一端面中央部にて人工乳首１０を支持する円筒部１１ａと、当該円筒部１１ａの他端から輸送管１２まで円錐状に延びる円錐部１１ｂとからなる。

測温装置１は、主にサーモグラフィ（第１の測温部）２０、校正部２１、及び制御部２２を有している。サーモグラフィ２０と校正部２１は、哺乳器２に本体部１１における円筒部１１ａ上部に、板状の支持板２３を介して設けられている。支持板２３は人工乳首１０の延長方向に対して垂直な水平方向に延びており、一端部が円筒部１１ａ上部に固定されている。

サーモグラフィ２０は、測定対象物から発せられる赤外線量に基づいて、非接触で所定の範囲の温度分布を示す熱画像を取得するカメラであり、水平方向に回転可能な回転駆動部２４を介して支持板２３上に設けられている。

一方、校正部２１は支持板２３の他端部上に設けられている。なお、サーモグラフィ２０と校正部２１との位置関係は、サーモグラフィ２０と校正部２１との距離が、サーモグラフィ２０から人工乳首１０を咥えた子牛Ｃの眼までの距離とおおよそ同等となるように設定される。

校正部２１は、図２に示すように、発熱体３０と、当該発熱体３０と連結された棒状の伝熱体３１とを有しており、当該発熱体３０と伝熱体３１の複数箇所にサーミスタ（第２の測温部）３２ａ〜３２ｄが設けられている。

発熱体３０は有底円筒状の断熱材からなるケース３３により覆われており、伝熱体３１は当該ケース３３上面から上方に突出している。さらに、当該ケース３３の外周から、上部が開放された円筒状のカバー３４が上方に延びている。当該カバー３４は、赤外線が通過する透明な素材からなり、伝熱体３１に風が当たるのを防ぐ風防の機能を有する。

発熱体３０は例えばペルチェ素子であり、設定した温度に発熱させることが可能である。伝熱体３１は例えば銅からなる棒であり、発熱体３０からの温度が伝達され、発熱体３０に近い側の端部が最も高く、他端に向かうにつれ徐々に低くなる温度勾配を生じる。伝熱体３１は、この温度勾配が少なくとも測定対象である動物の体温範囲を含むように、長さや太さが設定されている。

伝熱体３１に設けられている各サーミスタ３２ｂ〜３２ｄは、当該伝熱体３１の長手方向に略等間隔に設けられている。そして、各サーミスタ３２ａ〜３２ｄは、それぞれの設置箇所の温度を測定する。なお、本実施形態ではサーミスタを４つ設けているが、サーミスタを設ける数は、少なくとも発熱体に１つと、伝熱体に１つあればよい。サーミスタの数が多いほど精度は高くなるが、サーミスタの数が少ない場合でも発熱体の発熱温度と伝熱体の構成から各箇所の温度を推定することも可能である。

サーモグラフィ２０、回転駆動部２４、発熱体３０、各サーミスタ３２ａ〜３２ｄは制御部２２と通信可能に接続されている。制御部２２は、例えばパーソナルコンピュータであり、サーモグラフィ２０により測定される温度分布情報、各サーミスタ３２ａ〜３２ｄにより測定される温度情報の取得、記憶、演算等を行い、その結果に応じて回転駆動部２４の駆動制御や発熱体３０の温度設定を行う。

また、制御部２２は表示部２５とも接続されている。表示部２５は、例えばＬＣＤ等のフラットパネルディスプレイやＣＲＴディスプレイである。

そして、制御部２２は、子牛の体温を体外から非接触で測定すべく、哺乳器２を介して乳飲中（飼料摂食時）の子牛の眼を測温対象物として、サーモグラフィ２０により子牛Ｃの眼の温度を測定し、且つこの測定した温度に対して校正部２１を用いて校正（キャリブレーション）する、測温制御を実行する。

詳しくは、図３に本実施形態における測温装置の制御部が実行する測温制御ルーチンがフローチャートで示されており、図４にはサーモグラフィが測温対象物に指向している状態（ａ）及び校正部に指向している状態（ｂ）を示す上面視概略図、図５には子牛の眼の温度分布例（ａ）及び校正部の温度分布例（ｂ）の説明図が示されている。以下、図４、５を途中で参照しつつ、図３のフローチャートに沿って説明する。

まず、制御部２２は、例えば子牛Ｃが哺乳器２の人工乳首１０を咥えたことをトリガとして測温制御を開始する。また、制御部２２は、予め発熱体３０を所定温度に発熱させておく。当該所定温度は例えば子牛Ｃの体温より高い温度であり、±０．１℃の範囲で保たれるようフィードバック制御される。

ステップＳ１として、制御部２２は、サーモグラフィ２０により子牛Ｃの眼部Ｅを含む範囲の温度分布を測定する（第１の測温工程）。ここで測定した温度分布を以下第１の測温結果という。これは図４（ａ）に示すように、サーモグラフィ２０を人工乳首１０がある正面方向に指向させることで、子牛Ｃの眼部Ｅを測定範囲内に収め、図５（ａ）に示すような眼部Ｅを含む温度分布の熱画像を得る。サーモグラフィ２０では、色彩の違いによって温度の高低が判別され、例えば図５（ａ）では眼部Ｅの範囲Ａ１ａが暖色（例えば赤色）、眼部Ｅ周辺の範囲Ａ１ｂが中間色（例えば緑色）、眼部Ｅ周辺より外側の範囲Ａ１ｃが寒色（例えば青色）で示されており、暖色寄りは温度が高く、寒色寄りは温度が低いことを示している。なお、図５（ａ）（ｂ）では説明を簡略化するために、温度範囲を３段階で示しているが、実際の温度範囲はさらに細分化されている。

続いて、ステップＳ２として制御部２２は、回転駆動部２４を制御してサーモグラフィ２０を校正部２１の方向に指向させる。これは図４（ｂ）に示すように、サーモグラフィを上面視において時計回りに９０°回転させて、校正部２１に正対させる。

ステップＳ３では、制御部２２は、校正部２１を含む範囲の温度分布を測定する（第２の測温工程）。ここで測定した温度分布を以下第２の測温結果という。これは、上記ステップＳ２においてサーモグラフィ２０を校正部２１の方向に指向させたことで、校正部２１が測定範囲内に収まり、図５（ｂ）に示すような校正部２１を含む温度分布の熱画像を得る。図５（ａ）では伝熱体３１において、発熱体３０に近い下部範囲Ａ２ａが暖色、中間範囲Ａ２ｂが中間色、上部範囲Ａ２ｃが寒色（例えば青色）で示されている。

また、ステップＳ４において、制御部２２は、各サーミスタ３２ａ〜３２ｄによる温度測定を行う（第３の測温工程）。これは、図５（ｂ）に示すように、伝熱体３１に設けられた各サーミスタ３２ｂ〜３２ｄにより各箇所の温度を測定することで、伝熱体３１の温度分布を得る。ここで測定した温度分布を以下第３の測温結果という。図５（ａ）では伝熱体３１において、下部に設けられたサーミスタ３２ｂでは温度Ｔａ、中間部に設けられたサーミスタ３２ｃでは温度Ｔｂ、上部に設けられたサーミスタ３２ｄでは温度Ｔｃが測定されている。なお、制御部２２は、発熱体３０に設けられたサーミスタ３２ａにより測定される温度Ｔ０を、発熱体３０の温度を保つためのフィードバック制御に用いる。

続くステップＳ５では、制御部２２は第１の測定結果に対し、第２の測定結果と第３の測定結果の対応する箇所の温度を比較して、測定誤差の校正を行う（校正工程）。具体的には、図５（ｂ）に示す第２の測定結果の範囲Ａ２ａ〜Ａ２ｃに対応する温度と、各範囲に対応する第３の測定結果の測定温度Ｔａ〜Ｔｃとの温度差を校正値として算出する。そして、第１の測定結果における対象物である眼部の範囲Ａ１ａの温度に対して、対応する校正値により校正した校正温度を算出する。

そして、ステップＳ６において制御部２２は、少なくとも上記ステップＳ５で校正した眼部Ｅの校正温度を表示して、当該ルーチンを終了する。なお、表示部２５には、この他にも第１の測定結果、第２の測定結果、第３の測定結果をそれぞれ表示したり、その他の情報を表示したりしてもよい。

このようにして、測温装置１は、第１の測温結果であるサーモグラフィ２０により測定した子牛Ｃの眼部Ｅを含む温度分布に対して、校正部２１を用いることで眼部Ｅの正確な校正温度を得ることができる。これにより、非接触での体温測定により測定者及び測定対象である動物に対するストレスや労力を削減することができる上、体温測定に対して測定誤差の大きかったサーモグラフィ２０による体温測定の信頼性を向上させることができる。

本実施形態における校正部２１は、発熱体３０と伝熱体３１とからなり、当該伝熱体３１をサーモグラフィ２０で測定することで上記第２の測温結果を得て、当該伝熱体３１に複数のサーミスタ３２ｂ〜３２ｄを設けることで上記第３の測温結果を得ている。これにより、一つの発熱体３０により容易にサーモグラフィ２０により測定結果の校正を行うことができる。

また、本実施形態では、子牛Ｃの体温を測定するのに深部体温と相関性の高い表面温度を示す眼部Ｅの温度を測定することで、非接触な体温測定においても信頼度の高い健康管理を実現することができる。

また測温装置１は、飼料提供部である哺乳器２に設けられ、子牛Ｃの乳飲時に眼部Ｅの温度測定を行うことから、体温測定のためだけに子牛Ｃを拘束することもなく、自然な状態で眼部Ｅの温度を測定できることから、測定者及び測定対象である動物に対するストレスや労力をより一層削減することができる。

以上のことから、本実施形態に係る測温装置及び測温方法によれば、測定者及び測定対象である動物に対するストレスや労力を削減しつつ、動物の体温測定の正確性を向上させることができる。

以上で本発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

例えば、図６には、本発明の変形例に係る校正部の概略構成図が示されており、同図に基づき本発明の変形例について説明する。なお、校正部以外の校正は上記実施形態と同様であるため同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。

図６に示されている校正部４０は、基部４１から上方に延びる断熱棒４２に複数の発熱体４３ａ〜４３ｃがそれぞれ間隔をあけて設けられている。そして、各発熱体４３ａ〜４３ｃにはそれぞれサーミスタ４４ａ〜４４ｃが設けられている。また、上記実施形態と同様に、カバー４５が設けられている。

各発熱体４３ａ〜４３ｃ及び各サーミスタ４４ａ〜４４ｃは制御部２２’に接続されており、制御部２２’は各発熱体４３ａ〜４３ｃをそれぞれ異なる温度となるように温度設定する。例えば、制御部２２’は、下部に設けられている発熱体４３ａを対象動物の体温の上限、中央部に設けられている発熱体４３ｂを対象動物の体温の中間温度、上部に設けられている発熱体４３ｃを対象動物の体温の下限に設定する。なお、発熱体及びサーミスタの数は少なくとも２つずつ設ければよくこれに限られるものではない。

そして、制御部２２’は、第１の測温結果を得た後、サーモグラフィ２０により校正部４０を含む範囲の温度分布を測定して第２の測温結果と、各サーミスタ４４ａ〜４４ｃによる温度測定により第３の測温結果を得ることで、上記実施形態と同様の測温制御を行うことができる。

当該変形例によれば、校正部４０において発熱体４３ａ〜４３ｃを複数設け、各発熱体にサーミスタ４４ａ〜４４ｃを設けていることから、制御部２２’によりそれぞれの発熱体４３ａ〜４３ｃの温度を設定管理することができる。したがって、より精密な校正を行うことができる。

この他にも、上記実施形態及び変形例では、サーモグラフィ２０により対象物の温度分布を測定（Ｓ１）した後、校正部２１、４０の温度分布の測定（Ｓ３）及びサーミスタによる温度測定（Ｓ４）を行っているが、この順序に限られるものではない。例えば先に校正部の温度分布の測定及びサーミスタによる温度測定を行い、その後にサーモグラフィによる対象物の温度分布の測定を行ってもよい。また、各サーミスタによる温度測定はステップＳ４のタイミングだけでなく、定期的に測定したり、常時測定したりしてもよい。

また、上記実施形態及び変形例では、回転駆動部２４によりサーモグラフィ２０を回転駆動して眼部Ｅと校正部２１の温度分布の測定を行っているが、サーモグラフィと校正部との位置関係はこれに限られるものではない。例えば、サーモグラフィの測定範囲に測温対象とともに校正部が含まれるよう校正部を配置することで回転駆動部がなくとも本発明を実現することができ、より効率的な校正を行うことができることとなる。

また、上記実施形態及び変形例では、子牛Ｃが哺乳器２の人工乳首１０を咥えたことをトリガとして測温制御を開始しているが、測温制御を開始するトリガはこれに限られるものではない。

また、上記実施形態及び変形例では、測温装置１を哺乳器２に設けているが、測温装置は哺乳器に設けられるものに限られず、測温装置単体で使用することも可能であるし、その他の飼料提供部に設けてもよい。

また、上記実施形態及び変形例では、体温を測定する対象動物を子牛Ｃとし、測温対象を眼部Ｅとしているが、測温装置により体温を測定できる対象動物や測温対象はこれに限られるものではない。例えば、豚等の他の家畜を対象動物としたり、深部体温と相関性の高い表面温度を示す部分であれば眼部以外を測温対象としたりすることもできる。

１測温装置
２哺乳器（飼料提供部）
２０サーモグラフィ（第１の測温部）
２１校正部
２２制御部
２４回転駆動部
２５表示部
３０発熱体
３１伝熱体
３２ａ〜３２ｄサーミスタ（第２の測温部）
Ｃ子牛
Ｅ眼部

Claims

動物の体外から当該動物の体温を非接触で測定する測温装置であって、
非接触で所定の範囲の温度分布を測定する第１の測温部と、
設定した温度で発熱可能な単体の発熱体と、前記発熱体からの熱が伝わり、前記発熱体に近い側の温度が高く、前記発熱体から遠くになるにつれ温度が低くなる温度勾配を生じる単体の伝熱体を有する校正部と、
前記校正部の温度の異なる複数箇所に設置され、各設置箇所の温度を測定する第２の測温部と、
前記第１の測温部により対象物を含む範囲の温度分布を測定した第１の測温結果に対し、前記第１の測温部により前記校正部を含む範囲の温度分布を測定した第２の測温結果と前記第２の測温部により前記校正部の温度分布を測定した第３の測定結果の対応する箇所の温度を比較して、校正を行う制御部と、
を備える測温装置。
前記伝熱体は、棒状であり前記発熱体と連結されている、
請求項１に記載の測温装置。
さらに、前記動物に飼料を与える飼料提供部を備え、
前記第１の測温部は、前記校正部との距離および前記飼料提供部を介した前記動物の飼料摂食時の対象物との距離が同等であり、
前記第１の測温部を回転駆動する回転駆動部をさらに備え、
前記制御部は、前記回転駆動部を制御して、前記第１の測温部を前記校正部の方向および前記前記飼料提供部を介した前記動物の飼料摂食時の対象物の方向に指向可能である、
請求項１又は２に記載の測温装置。
前記対象物は前記動物の眼である請求項１から３のいずれか一項に記載の測温装置。
前記第１の測温部は前記動物に飼料を与える飼料提供部に取り付けられている請求項１から４のいずれか一項に記載の測温装置。
前記飼料提供部は哺乳器である請求項５記載の測温装置。
動物の体外から当該動物の体温を非接触で測定する測温方法であって、
非接触で所定の範囲の温度分布を測定する第１の測温部により対象物を含む範囲の温度分布を測定する第１の測温工程と、
前記第１の測温部により、設定した温度で発熱可能な単体の発熱体と、前記発熱体からの熱が伝わり、前記発熱体に近い側の温度が高く、前記発熱体から遠くになるにつれ温度が低くなる温度勾配を生じる単体の伝熱体を有する校正部を含む範囲の温度分布を測定する第２の測温工程と、
前記校正部の温度の異なる複数箇所に設置され、各設置箇所の温度を測定する第２の測温部により、前記校正部の温度分布を測定する第３の測温工程と、
前記第１の測温工程により測定された第１の測温結果に対し、前記第２の測温工程により測定された第２の測温結果と前記第３の測温工程により測定された第３の測温結果との対応する箇所の温度差に基づき、校正を行う校正工程と、
を備える測温方法。
前記第１の測温工程は、前記動物の飼料摂食時に行う請求項７記載の測温方法。