WO2015137075A1 - 内部温度測定方法及び内部温度測定装置 - Google Patents

Abstract

非発熱体の熱抵抗値が未知の測定対象物の内部温度を従来よりも正確に測定できる内部温度測定方法。内部温度測定方法は、測定対象物の表面の一部から第１熱流出部に至る第１熱伝導経路上の第１熱流入部と第１熱流出部との間の温度差である第１温度差を第１サーモパイル２２により測定し、測定対象物の表面の他の一部から第２熱流出部に至る前記第１熱伝導経路とは熱抵抗値が異なる第２熱伝導経路上の第２熱流入部と第２熱流出部との間の温度差である第２温度差を第２サーモパイル２２により測定し、第１熱伝導経路又は第２熱伝導経路上の所定箇所の温度として使用する基準温度を温度センサ１８により測定する測定ステップと、測定された第１温度差、第２温度差及び基準温度と、測定対象物の表面側に存在する非発熱体の物性値を含まない予め設定されている１つ以上の値とから測定対象物の内部温度を算出する算出ステップとを含む。

Description

内部温度測定方法及び内部温度測定装置

　本発明は、測定対象物の内部温度を測定するための内部温度測定方法と内部温度測定装置とに関する。

　深部体温を測定する装置として、非加熱型の簡易型深部体温計等と称されている装置（以下、非加熱型深部体温計と表記する）が知られている。

　非加熱型深部体温計には、比較的に面積の広い断熱材の上下面にそれぞれ温度センサを取り付けた１つの熱流束センサ（温度差センサ）を用いて深部体温を測定するものと、そのような熱流束センサを２つ用いて深部体温を測定するものとが知られている。

　まず、図２５を用いて、前者の非加熱型深部体温計について説明する。
　１つの熱流束センサが用いられた非加熱型深部体温計による深部体温の測定時には、図２５（Ａ）に示してあるように、当該熱流束センサが体表面に密着される。

　図２５（Ｂ）に示したように、体表面に密着された熱流束センサ（断熱材の下面側の温度センサ）により測定される断熱材下面の温度Ｔｔは、深部体温Ｔｂよりも低くなり、体表面に密着された熱流束センサ（断熱材の上面側の温度センサ）により測定される断熱材上面の温度Ｔａは、温度Ｔｔよりも低くなる。また、図２５（Ａ）に示した構造の熱等価回路は、図２５（Ｃ）のように表せる。尚、Ｒｘ、Ｒ１は、それぞれ、非発熱体である皮下組織の熱抵抗値、断熱材の熱抵抗値である。

　体表面に密着させた熱流束センサの各部の温度が安定すると、非発熱体を単位時間に通過する熱量と断熱材を単位時間に通過する熱量とが等しくなる。すなわち、熱流束センサの各部の温度が安定すると、以下の（１）式が成立する。
　（Ｔｂ－Ｔｔ）／Ｒｘ＝（Ｔｔ－Ｔａ）／Ｒ１　 …（１）

　従って、熱流束センサの各部の温度が安定している場合、（１）式をＴｂについて解いた以下の（２）式により、深部体温Ｔｂを算出することができる。
　Ｔｂ＝Ｔｔ＋（Ｔｔ－Ｔａ）・Ｒｘ／Ｒ１　　　　…（２）

　１つの熱流束センサを用いて深部体温を測定するタイプの非加熱型深部体温計は、この（２）式により深部体温Ｔｂを算出するものとなっている。

　ただし、Ｒｘ値は、場所による違い及び個人差がある値である。従って、Ｒｘ値として固定値を用いて（２）式で深部体温Ｔｂを算出した場合、測定結果に、（２）式に用いたＲｘ値と実際のＲｘ値との差に応じた測定誤差が含まれてしまうことになる。

　深部体温Ｔｂの測定結果に、そのような測定誤差が含まれないようにするために開発された非加熱型深部体温計が、２つの熱流束センサを用いて深部体温を測定するタイプの非加熱型深部体温計である。

　このタイプの非加熱型深部体温計による深部体温の測定時には、図２６（Ａ）に示してあるように、２つの熱流束センサが体表面に密着される。

　図２６（Ａ）及び（Ｂ）に示してあるように、一方の熱流束センサ（以下、第１熱流束センサと表記する）の断熱材の熱抵抗値により測定される断熱材上面の温度、断熱材下面の温度を、それぞれ、Ｔａ、Ｔｔと表記し、他方の熱流束センサ（以下、第２熱流束センサと表記する）により測定される断熱材上面の温度、断熱材下面の温度を、それぞれ、Ｔａ′、Ｔｔ′と表記すると、図２６（Ａ）に示した構造の熱等価回路は、図２６（Ｃ）のように表せる。尚、Ｒｘ、Ｒ１、Ｒ２は、それぞれ、非発熱体である皮下組織の熱抵抗値、第１熱流束センサの断熱材の熱抵抗値、第２熱流束センサの断熱材の熱抵抗値である。

　従って、第１熱流束センサについては、上記した（２）式が成立し、第２熱流束センサについては、以下の（３）式が成立する。
　Ｔｂ＝Ｔｔ′＋（Ｔｔ′－Ｔａ′）・Ｒｘ／Ｒ２　　　　…（３）

　そして、（２）、（３）式からＲｘを消去すれば、以下の（４）式を得ることが出来る。

　また、Ｒ１に対するＲ２の比率ｋ（＝Ｒ２／Ｒ１）を用いると、（４）式を、以下の（５）式に変形できる。

　２つの熱流束センサを用いて深部体温を測定するタイプの非加熱型深部体温計は、上記した（４）式や（５）式により深部体温Ｔｂを算出するものとなっている。

特開２００７－２１２４０７号公報

　２つの熱流束センサを用いたタイプの非加熱型深部体温計によれば、深部体温Ｔｂの測定対象者／測定場所のＲｘ値に因らず、深部体温Ｔｂを比較的に正確に測定（算出）することが出来る。ただし、既存の非加熱型深部体温計は、上記したように（図２６参照）、内部温度Ｔｂに算出に必要な情報を、４つ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ため、既存の非加熱型深部体温計には、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、既存の非加熱型深部体温計は、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。また、既存の非加熱型深部体温計は、深部体温の測定結果に、温度センサの個体差に起因するかなりの誤差が含まれる場合があるものともなっている。

　そこで、本発明の課題は、その表面側に存在する非発熱体の熱抵抗値が未知の測定対象物の内部温度を、従来よりも、正確に測定できる内部温度測定方法及び内部温度測定装置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方法は、前記測定対象物の表面の一部から第１熱流出部に至る第１熱伝導経路上の第１熱流入部と前記第１熱流出部との間の温度差である第１温度差を第１サーモパイルにより測定し、前記測定対象物の表面の他の一部から第２熱流出部に至る、前記第１熱伝導経路とは熱抵抗値が異なる第２熱伝導経路上の第２熱流入部と前記第２熱流出部との間の温度差である第２温度差を第２サーモパイルにより測定し、前記第１熱伝導経路又は前記第２熱伝導経路上の所定箇所の温度として使用する基準温度を温度センサにより測定する測定ステップと、前記測定ステップにて測定された前記第１温度差、前記第２温度差及び前記基準温度と、前記測定対象物の表面側に存在する非発熱体の物性値を含まない予め設定されている１つ以上の値とから、前記測定対象物の内部温度を算出する算出ステップとを含む。

　すなわち、本発明の内部温度測定方法は、内部温度の算出に使用する測定値を、２つのサーモパイルと１つの温度センサとにより得るものとなっている。そして、サーモパイルを用いれば、２つの温度センサを用いた場合よりも温度差を高精度に測定できるし、複数の温度センサが用いられていなければ、各温度センサの誤差（個体差）が加算されて誤差が大きくなってしまうこともない。従って、本発明の内部温度測定方法によれば、その表面側に存在する非発熱体の熱抵抗値が未知の測定対象物の内部温度を、従来よりも、正確に測定できることになる。

　本発明の内部温度測定方法の算出ステップとしては、様々なものを採用することが出来る。例えば、算出ステップとして、前記第１熱流出部の温度と前記第２熱流出部の温度とが一致していると仮定して求められた、前記測定対象物の内部温度の算出式を用いて、前記測定対象物の内部温度を算出するステップを採用することが出来る。

　また、測定ステップとして、さらに、前記第１熱流入部と前記第２熱流入部との間の温度差である第３温度差を第３サーモパイルにより測定するステップを採用した上で、算出ステップとして、前記測定ステップにて測定された前記第１温度差、前記第２温度差、前記第３温度差及び前記基準温度と、前記１つ以上の値とから、前記測定対象物の内部温度を算出するステップを採用しておくことも出来る。

　また、測定ステップとして、前記第１熱流出部と前記第２熱流出部とが一致又は繋がっている前記第１熱伝導経路及び前記第２熱伝導経路に関する前記第１温度差及び第２温度差を測定するステップを採用しておいても良い。尚、この測定ステップを採用しておけば、第１熱流出部の温度と第２熱流入部の温度とが一致しているという仮定が不要になるため、測定対象物の内部温度をより高精度に測定（算出）できることになる。

　算出ステップにおける“１つ以上の値”を、前記第１熱伝導経路の前記第１熱流入部から前記第１熱流出部までの熱抵抗値の、前記第２熱伝導経路の前記第２熱流入部から前記第２熱流出部までの熱抵抗値に対する比又はその逆数としておくことも出来る。『前記第１熱伝導経路の前記第１熱流入部から前記第１熱流出部までの熱抵抗値の、前記第２熱伝導経路の前記第２熱流入部から前記第２熱流出部までの熱抵抗値に対する比又はその逆数』は、第１熱伝導経路の第１熱流入部から第１熱流出部までの熱抵抗値と、第２熱伝導経路の第２熱流入部から第２熱流出部までの熱抵抗値とを求めることなく求められる値である。従って、算出ステップにおける“１つ以上の値”を、上記値としておけば、算出ステップに使用するパラメータを簡単に用意できることになる。

　本発明の内部温度測定方法に、前記測定ステップによる測定結果に基づき、非平衡状態にある前記測定対象物の内部温度を算出するための温度算出式の、前記非発熱体の熱抵抗値が関係するパラメータを算出するパラメータ算出ステップと、前記パラメータ算出ステップにより算出されたパラメータを用いて、前記温度算出式により、非平衡状態にある前記測定対象物の内部温度を算出する第２算出ステップとを付加しておいても良い。尚、そのような２ステップを付加した本発明の内部温度測定方法によれば、非平衡状態における測定対象物の内部温度も算出できることになる。

　また、上記課題を解決するために、本発明の内部温度測定装置は、測定対象物の内部温度の測定時に、その一方の面を前記測定対象物の表面に接触させる基材と、前記基材の他方の面上に配設された第１温度差センサ及び第２温度差センサと、温度センサと、前記第１温度差センサにより測定された温度差、前記第２温度差センサより測定された温度差、前記温度センサにより測定された温度、及び、前記測定対象物の表面側に存在する非発熱体の物性値を含まない予め設定されている１つ以上の値から、前記測定対象物の内部温度を算出する算出部とを備え、前記第１温度差センサが、第１熱流入部及び第１熱流出部を有する第１薄膜部と、前記第１薄膜部の前記第１熱流入部及び前記第１熱流出部との間の温度差を検出する第１サーモパイルとを含む、前記基材を介して流入する前記測定対象物からの熱を前記第１薄膜部の前記第１熱流入部に伝導する第１熱伝導性部材によって前記第１薄膜部が前記基材に対して支持されたセンサであり、前記第２温度差センサが、第２熱流入部及び第２熱流出部を有する第２薄膜部と、前記第２薄膜部の前記第２熱流入部及び前記第２熱流出部との間の温度差を検出する第２サーモパイルとを含む、前記基材を介して流入する前記測定対象物からの熱を前記第２熱流入部に伝導する第２熱伝導性部材によって前記第２薄膜部が前記基材に対して支持されたセンサである共に、前記第２熱伝導性部材の熱の流入口から前記第２薄膜部の第２熱流出部に至る熱伝導経路の熱抵抗値が、前記第１温度差センサの前記第１熱伝導性部材の熱の流入口から前記第１薄膜部の第１熱流出部に至る熱伝導経路の熱抵抗値と異なるセンサであり、前記温度センサが、前記基材の前記他方の面の温度、前記第１温度差センサの第１熱流入部の温度、前記第２温度差センサの第２熱流入部の温度のいずれかを測定するセンサである構成を有する。

　すなわち、この内部温度測定装置も、内部温度の算出に使用する測定値を、２つのサーモパイルと１つの温度センサとにより得るものとなっている。そして、サーモパイルを用いれば、２つの温度センサを用いた場合よりも温度差を高精度に測定できるし、複数の温度センサが用いられていなければ、各温度センサの誤差（個体差）が加算されて誤差が大きくなってしまうこともない。従って、本発明の内部温度測定装置によれば、その表面側に存在する非発熱体の熱抵抗値が未知の測定対象物の内部温度を、従来よりも、正確に測定できる。

　本発明の内部温度測定装置の算出部としては、様々なものを採用することが出来る。例えば、算出部として、前記第１熱流出部の温度と前記第２熱流出部の温度とが一致していると仮定して求められた、前記測定対象物の内部温度の算出式を用いて、前記測定対象物の内部温度を算出するものを採用することが出来る。

　また、本発明の内部温度測定装置に、『前記第１温度差センサの前記第１熱流入部と前記第２温度差センサの前記第２熱流入部とを接続する、前記第１温度差センサの前記第１熱流入部と前記第２温度差センサの前記第２熱流入部との間の温度差を測定する第３サーモパイルを含む第３薄膜部』を付加した上で、算出部として、前記第１温度差センサにより測定された温度差と、前記第２温度差センサより測定された温度差と、前記第３サーモパイルにより測定された温度差と、前記温度センサにより測定された温度と、前記１つ以上の値とから、前記測定対象物の内部温度を算出するものを採用することも出来る。尚、この構成を採用しておけば、第１熱流出部の温度と第２熱流出部の温度とが一致しているという仮定が不要になるため、測定対象物の内部温度をより高精度に測定（算出）可能な内部温度測定装置を得ることが出来る。

　また、本発明の内部温度測定装置を、前記第１温度差センサの前記第１熱流出部と前記第２温度差センサの前記第２熱流出部とが一致又は繋がっているものとして実現しても良い。そのような形で本発明の内部温度測定装置を実現しても、第１熱流出部の温度と第２熱流出部の温度とが一致しているという仮定が不要になるため、測定対象物の内部温度をより高精度に測定（算出）することが可能となる。

　また、本発明の内部温度測定装置を、前記第１温度差センサの前記第１熱流入部と前記第２温度差センサの前記第２熱流入部とを接続する接続部を、さらに、備えるものとして実現しておいても良い。換言すれば、本発明の内部温度測定装置を、第１温度差センサ及び第２温度差センサとして機能する１つのセンサを備えた装置として実現しておいても良い。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しておけば、基板上へのセンサの配設作業を容易なものとすることが出来る。尚、“接続部”は、熱伝導性が悪いもの（例えば、大部分が薄膜となっているもの）としておくことが好ましい。

　算出部における“１つ以上の値”を、前記第１熱伝導経路の前記第１熱流入部から前記第１熱流出部までの熱抵抗値の、前記第２熱伝導経路の前記第２熱流入部から前記第２熱流出部までの熱抵抗値に対する比又はその逆数としておくことも出来る。『前記第１熱伝導経路の前記第１熱流入部から前記第１熱流出部までの熱抵抗値の、前記第２熱伝導経路の前記第２熱流入部から前記第２熱流出部までの熱抵抗値に対する比又はその逆数』は、第１熱伝導経路の第１熱流入部から第１熱流出部までの熱抵抗値と、第２熱伝導経路の第２熱流入部から第２熱流出部までの熱抵抗値とを求めることなく求められる値である。従って、“１つ以上の値”を上記値としておけば、算出部の製造（プログラミング等）に必要な情報を簡単に用意できることになる。

　算出部に、各センサの測定結果に基づき、非平衡状態にある前記測定対象物の内部温度を算出するための温度算出式の、前記非発熱体の熱抵抗値が関係するパラメータを算出する機能、及び、算出されたパラメータを用いて、前記温度算出式により、非平衡状態にある前記測定対象物の内部温度を算出する機能を付与していても良い。尚、このような２機能を付与した算出部を用いておけば、非平衡状態における測定対象物の内部温度も算出できる内部温度測定装置が得られることになる。

　本発明によれば、測定対象物の内部温度を、従来よりも、精度よく測定することが出来る。

図１は、本発明の第１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２Ａは、第１実施形態に係る内部温度測定装置に使用されている温度差センサの上面図である。 図２Ｂは、温度差センサの図２ＡにおけるＡ－Ａ線断面図である。 図２Ｃは、温度差センサの図２ＡにおけるＢ－Ｂ線断面図である。 図３Ａは、第１実施形態に係る内部温度測定装置に使用される、所定部分の熱抵抗値が異なる２つの温度差センサの説明図である。 図３Ｂは、第１実施形態に係る内部温度測定装置に使用される、所定部分の熱抵抗値が異なる２つの温度差センサの説明図である。 図４は、第１実施形態に係る内部温度測定装置の演算回路が実行する内部温度算出処理の流れ図である。 図５は、第１実施形態に係る内部温度測定装置及び測定対象物内の２熱移動経路の説明図である。 図６は、図５に示した２熱移動経路に関する熱等価回路の説明図である。 図７は、図６に示した熱等価回路を簡略化した熱等価回路の説明図である。 図８Ａは、２温度差センサの主側壁部の厚さが異なる場合における熱等価回路の説明図である。 図８Ｂは、図８Ａに示した熱等価回路を簡略化した熱等価回路の説明図である。 図９は、２温度差センサの主側壁部の高さ等が異なる場合における熱等価回路の説明図である。 図１０は、本発明の第２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１１は、第２実施形態に係る内部温度測定装置に使用される温度差センサの上面図である。 図１２は、第２実施形態に係る内部温度測定装置に使用される他の温度差センサの上面図である。 図１３は、第２実施形態に係る内部温度測定装置に使用される他の温度差センサの上面図である。 図１４は、本発明の第３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１５は、第３実施形態に係る内部温度測定装置に使用される温度差センサの上面図である。 図１６は、第３実施形態に係る内部温度測定装置に関する熱等価回路の説明図である。 図１７は、第３実施形態に係る内部温度測定装置の演算回路が実行する内部温度算出処理の流れ図である。 図１８は、第３実施形態に係る内部温度測定装置に使用される他の温度差センサの上面図である。 図１９は、本発明の第４実施形態に係る内部温度測定装置に使用される温度差センサの上面図である。 図２０は、第４実施形態に係る内部温度測定装置に関する熱等価回路の説明図である。 図２１は、第４実施形態に係る内部温度測定装置に使用される他の温度差センサの上面図である。 図２２は、第５実施形態に係る内部温度測定装置に使用される温度差センサの上面図である。 図２３は、第３実施形態に係る内部温度測定装置に使用できる他の温度差センサの上面図である。 図２４は、第４実施形態に係る内部温度測定装置に使用できる他の温度差センサの上面図である。 図２５は、既存の、１つの熱流束センサ（温度差センサ）が用いられた非加熱型深部体温計の説明図である。 図２６は、既存の、２つの熱流束センサが用いられた非加熱型深部体温計の説明図である。

　《第１実施形態》
　図１に、本発明の第１実施形態に係る内部温度測定装置１０の概略構成を示す。

　図１に示してあるように、本実施形態に係る内部温度測定装置１０は、基板１１と、基板１１上に配設された２つの温度差センサ１２（１２ａ及び１２ｂ）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１３、演算回路１４及びターミナル１５とを、備える。また、内部温度測定装置１０は、２つの温度差センサ１２及びＡＳＩＣ１３をその内部に収容する形で基板１１上に配設されたハウジング１６を、備える。

　基板１１は、ＡＳＩＣ１３、演算回路１４、ターミナル１５間の配線が形成されている部材である。内部温度測定装置１０は、この基板１１の下面（図１における下側の面）を、内部温度の測定対象物の表面に接触させて使用するものとなっている。

　ターミナル１５は、内部温度測定装置１０用の計測装置からの電源線及び信号線が接続されるターミナルである。ここで、内部温度測定装置１０用の計測装置とは、信号線を介して内部温度測定装置１０との間で通信を行うことにより内部温度測定装置１０から内部温度の測定結果を取得する機能、取得した測定結果の表示や記録を行う機能、電源線を介して内部温度測定装置１０に電力を供給する機能等を有する装置のことである。

　各温度差センサ１２は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて製造される、小型な（通常、１ｍｍ角以下の）センサ（熱流束センサ）である。詳細については後述するが、各温度差センサ１２は、温度差を検出するためのサーモパイル２２を備えている。

　ＡＳＩＣ１３は、温度センサ１８を内蔵した集積回路である。ＡＳＩＣ１３は、温度差センサ１２ａ，１２ｂの出力及び温度センサ１８の出力を増幅する機能と、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。尚、本実施形態に係るＡＳＩＣ１３は、絶対温度に比例した電圧を出力するＰＴＡＴ(Proportional To Absolute Temperature)電圧源（つまり、温度計として機能する電圧源）を含む。すなわち、ＡＳＩＣ１３は、ＰＴＡＴ電圧源の構成要素が温度センサ１８として機能する回路となっている。また、ＡＳＩＣ１３は、各センサの出力をチョッパアンプにより増幅する回路ともなっている。

　演算回路１４は、ＡＳＩＣ１３を介して入力される各センサによる温度、温度差の測定値から、測定対象物の内部温度を算出して出力する回路である。この演算回路１４による内部温度の算出手順については後述するが、演算回路１４は、算出した内部温度をターミナル１５から出力（送信）する回路であっても、算出した内部温度を内部のメモリに出力（記憶）する回路であっても良い。また、演算回路１４は、１つの素子（集積回路等）であっても、複数の素子からなるユニットであっても良い。また、演算回路１４は、プログラミング可能な素子／ユニットであっても、プログラミングできない素子／ユニットであっても良い。ただし、演算回路１４としては、通常、プログラミング可能な素子／ユニットが使用される。

　ハウジング１６は、温度差センサ１２ａ、１２ｂ及び温度センサ１８（ＡＳＩＣ１３）の周囲の空気を固定することにより各センサの出力を安定させることや、各温度差センサ１２に上方から赤外線が入射されることを防止することなどを目的として設けられている、温度差センサ１２ａ、１２ｂ及び温度センサ１８のケースである。

　ハウジング１６の構成材料は、ハウジング１６内外の空気の出入、並びに、ハウジング１６内への赤外線の流入を防止できるものであれば良い。ただし、電磁波によっても各センサの出力は変動し得る。そのため、ハウジング１６の構成材料は、外部からの電磁波の流入も防止できる材料、つまり、金属や導電性を有する非金属であることが好ましい。尚、ハウジング１６は、１つの部材であっても、複数の部材を組み合わせたものであっても良い。また、ハウジング１６内の温度の安定性を向上させるために、ハウジング１６の内面を赤外線吸収体（黒色の樹脂等）で覆っておいても良い。

　以下、図２Ａ～図２Ｃを用いて、温度差センサ１２（１２ａ、１２ｂ）の構成を説明する。図２Ａは、温度差センサ１２の上面図であり、図２Ｂ、図２Ｃは、それぞれ、温度差センサ１２の、図２ＡにおけるＡ－Ａ線、Ｂ－Ｂ線に沿った断面図である。尚、以下の説明において、左右方向、前後方向とは、それぞれ、図２Ａにおける左右方向、上下方向のことである。

　温度差センサ１２（１２ａ、１２ｂ）は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造される小型な温度センサ（熱流束センサ）である。図２Ｂ及び図２Ｃに示してあるように、温度差センサ１２は、薄膜部２１と、薄膜部２１の下面の周部から下方に延びた支持部２５とを備えている。

　薄膜部２１は、シリコン基板上に半導体プロセスを用いて形成される積層体である。支持部２５は、薄膜部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ロの字状の部分である。この支持部２５の、前後方向に平行な側壁部（図２Ｃ；以下、副側壁部と表記する）の厚みは、左右方向に平行な側壁部（図２Ｂ；以下、主側壁部と表記する）の厚みよりも薄くなっている。

　薄膜部２１の内部には、Ｐ型ポリシリコンとＮ型ポリシリコンとを組み合わせた複数の熱電対を直列接続したサーモパイル２２が形成されている。図２Ａに示してあるように、サーモパイル２２は、薄膜部２１の左右方向の中央の熱流出部と、薄膜部２１の左右方向の、主側壁部（支持部２５の、左右方向に平行な側壁部）上の部分である熱流入部との間の温度差を測定できるように形成されている。換言すれば、サーモパイル２２は、『薄膜部２１の左右方向の中央部分から、その温度が副側壁部からの熱流束の影響を受け易い部分を除いた部分』である熱流出部と、上記熱流入部との間の温度差を測定できるように形成されている。

　薄膜部２１内には、熱流入部に流入する熱の熱流出部からの流出（放熱）を促すための赤外線吸収・放射層（図示略）も形成されている。

　内部温度測定装置１０に使用される温度差センサ１２ａ、１２ｂは、いずれも、上記したような構成を有するものである。ただし、内部温度測定装置１０には、温度差センサ１２ａ、１２ｂとして、支持部２５の主側壁部の下面から薄膜部２１の熱流出部までの部分の熱抵抗値が異なる２センサが使用される。すなわち、温度差センサ１２ａ、１２ｂとしては、図３Ａに示したように、主側壁部の厚みは等しいが、主側壁部間の間隔が異なる２センサ、図３Ｂに示したように、シリコン基板から除去する部分のサイズを変更することによって、主側壁部の厚み及び主側壁部間の間隔が異なるようにした２センサ等が使用される。

　以下、演算回路１４による内部温度の算出手順について説明する。

　図４に、演算回路１４が実行する内部温度算出処理の流れ図を示す。尚、この内部温度算出処理は、ターミナル１５に接続されている計測装置から電力が供給され始めたときに演算回路１４が開始するものである。また、図４及び以下の説明において、Ｔｒ、ΔＴ１、ΔＴ２とは、それぞれ、温度センサ１８により測定される温度、温度差センサ１２ａにより測定される温度差、温度差センサ１２ｂにより測定される温度差のことである。Ｔａ１、Ｔａ２とは、それぞれ、温度差センサ１２ａの熱流出部の温度、温度差センサ１２ｂの熱流出部の温度のことである。Ｔｔ１、Ｔｔ２とは、それぞれ、温度差センサ１２ａの熱流入部の温度、温度差センサ１２ｂの熱流入部の温度のことである。

　図４に示してあるように、この内部温度算出処理を開始した演算回路１４は、まず、Ｔｒ、ΔＴ１、ΔＴ２の値を測定する（ステップＳ１０１）。

　次いで、演算回路１４は、Ｔｒ値等の今回及び過去の測定結果に基づき、算出可能条件が満たされているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。ここで、算出可能条件とは、『各部の温度、温度差が安定しており（各センサの出力の時間変化量が規定量以下であり）、且つ、基板１１の裏面が測定対象物の表面に接触している（Ｔｒ値が規定温度以上である）』という条件のことである。

　算出可能条件が満たされていなかった場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）、演算回路１４は、ステップＳ１０１に戻って、Ｔｒ、ΔＴ１、ΔＴ２の値を再度測定する。一方、算出可能条件が満たされていた場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、演算回路１４は、『Ｔａ１＝Ｔａ２、Ｔｔ１（又はＴｔ２）＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』を用いて、測定したＴｒ、ΔＴ１、ΔＴ２の値から内部温度を算出して出力する（ステップＳ１０３）。そして、ステップＳ１０３の処理を終えた演算回路１４は、ステップ１０１に戻って、Ｔｒ、ΔＴ１、ΔＴ２の値を再度測定する。

　以下、ステップＳ１０３の処理時に使用される『Ｔａ１＝Ｔａ２、Ｔｔ１（又はＴｔ２）＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』について説明する。

　尚、演算回路１４に『Ｔａ１＝Ｔａ２、Ｔｔ１＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』が設定される（演算回路１４が、『Ｔａ１＝Ｔａ２、Ｔｔ１＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』を用いて内部温度を算出するように構成／プログラミングされる）のは、温度センサ１８（ＡＳＩＣ１３）が、温度差センサ１２ｂよりも温度差センサ１２ａに近い位置に配設されている場合である。また、演算回路１４に『Ｔａ１＝Ｔａ２、Ｔｔ２＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』が設定されるのは、温度センサ１８が、温度差センサ１２ａよりも温度差センサ１２ｂに近い位置に配設されている場合である。前者の場合における演算式の求め方と後者の場合における演算式の求め方とに本質的な違いはない。そのため、以下では、温度センサ１８が、温度差センサ１２ｂよりも温度差センサ１２ａに近い位置に配設されている場合の演算式についてのみ説明することにする。

　まず、内部温度測定装置１０に、主側壁部の厚みは等しいが、主側壁部間の間隔が異なる２センサ（図３Ａ）が用いられている場合を考える。
　この場合、図５に示した構造中の、熱移動経路５１、５２に関する熱等価回路は、図６に示したものとなる。尚、図６において、Ｒ１は、温度差センサ１２ａの薄膜部２１の、熱移動経路５１と重なる部分（熱移動経路５１の一部として機能する部分）の熱抵抗値である。Ｒ２は、温度差センサ１２ｂの薄膜部２１の、熱移動経路５２と重なる部分の熱抵抗値である。Ｒｗは、温度差センサ１２ａの主側壁部の、熱移動経路５１と重なる部分の熱抵抗値であると共に、温度差センサ１２ｂの主側壁部の、熱移動経路５２と重なる部分の熱抵抗値である。Ｒｓは、基板１１の、熱移動経路５１と重なる部分の熱抵抗値であると共に、基板１１の、熱移動経路５２と重なる部分の熱抵抗値である。Ｒｘは、非発熱体の、熱移動経路５１と重なる部分の熱抵抗値であると共に、非発熱体の、熱移動経路５２と重なる部分の熱抵抗値である。

　“Ｒｗ＋Ｒｓ＋Ｒｘ”のことをＲｚと表記すると、図６の熱等価回路は簡略化されて、図７の熱等価回路となる。

　この熱等価回路については、以下の６式が成立する。
　ΔＴ１＝Ｔｔ１－Ｔａ１　　　　　　　　…（１．１）
　ΔＴ１＝Ｒ１・Ｑ１　　　　　　　　　　…（１．２）
　ΔＴ２＝Ｔｔ２－Ｔａ２　　　　　　　　…（１．３）
　ΔＴ２＝Ｒ２・Ｑ２　　　　　　　　　　…（１．４）
　Ｔｂ－Ｔｔ１＝Ｒｚ・Ｑ１          　　…（１．５）
　Ｔｂ－Ｔｔ２＝Ｒｚ・Ｑ２　　　    　　…（１．６）

　これらの式中の未知数の数は、８（Ｑ１、Ｑ２、Ｔａ１、Ｔｔ２、Ｔｔ１、Ｔａ２、Ｒｚ、Ｔｂ）であるが、式は６つしか存在していない。従って、上記６式から、各未知数を求めることは出来ない。

　ただし、温度センサ１８により測定される温度Ｔｒは、温度センサ１８が、温度差センサ１２ａｂよりも温度差センサ１２ｂに近い位置に配設されている場合、温度Ｔｔ１に近い温度となる。従って、以下の式が成立すると仮定する（換言すれば、Ｔｔ１値をＴｒ値で近似する）ことが出来る。
　Ｔｔ１＝Ｔｒ                      　　…（１．７）

　さらに、以下の（１．８）式が成立すると仮定すれば（つまり、Ｔａ１値をＴａ２値で近似すれば）、未知数の数と等しい数の方程式（（１．１）～（１．８）式）が得られる。
　Ｔａ１＝Ｔａ２　　　  　　　          …（１．８）

　主側壁部の厚みは等しいが主側壁部間の間隔が異なる２センサ（図３Ａ）が用いられている場合、『Ｔａ１＝Ｔａ２、Ｔｔ１＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』としては、（１．１）～（１．８）式からなる連立方程式をＴｂについて解くことによって得られる演算式、すなわち、以下の（Ａ１）式が用いられる。

　尚、Ｒ１に対するＲ２の比率ｋ（＝Ｒ２／Ｒ１）を用いると、（Ａ１）式を、以下の（Ａ２）式に変形できる。

　主側壁部の厚みは等しいが主側壁部間の間隔が異なる２センサ（図３Ａ）が用いられている場合における『Ｔａ１＝Ｔａ２、Ｔｔ１＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』は、この（Ａ２）式であっても良い。尚、Ｒ１に対するＲ２の比率ｋは、２温度差センサ１２の“主側壁部間の間隔”の比率とほぼ一致する。従って、上記演算式として、（Ａ２）式を用いておけば、内部温度測定装置１０の製造時に、薄膜部２１の構成材料の熱伝導度、サイズ等から、Ｒ１及びＲ２を求めなくても良いことになる。

　次に、内部温度測定装置１０に、主側壁部の厚み及び主側壁部間の間隔が異なる２センサ（図３Ｂ参照）が用いられている場合について説明する。

　内部温度測定装置１０に、図３Ｂに示したような温度差センサ１２ａ、１２ｂが用いられており、温度差センサ１２ａの主側壁部の厚みが、温度差センサ１２ｂの主側壁部の厚みの１／ｍ（ｍ＞１）倍である場合を考える。

　この場合、熱等価回路は、図８Ａに示したものとなる。そして、“Ｒｗ＋Ｒｓ＋Ｒｘ”のことをＲｚと表記すると、図８Ａの熱等価回路は簡略化されて、図８Ｂの熱等価回路となる。

　この熱等価回路では、以下の６式が成立する。
　ΔＴ１＝Ｔｔ１－Ｔａ１　　　　　　　　…（２．１）
　ΔＴ１＝Ｒ１・Ｑ１　　　　　　　　　　…（２．２）
　ΔＴ２＝Ｔｔ２－Ｔａ２　　　　　　　　…（２．３）
　ΔＴ２＝Ｒ２・Ｑ２　　　　　　　　　　…（２．４）
　Ｔｂ－Ｔｔ１＝Ｒｚ・Ｑ１          　　…（２．５）
　Ｔｂ－Ｔｔ２＝ｍ・Ｒｚ・Ｑ２　　　    …（２．６）

　これらの６式も、Ｔｔ１＝Ｔｒ及びＴａ１＝Ｔａ２が成立すると仮定すれば、各未知数を求められるものである。従って、この場合、以下の（Ａ３）式が、『Ｔａ１＝Ｔａ２、Ｔｔ１＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』として演算回路に設定される。

　Ｒ１に対するＲ２の比率ｋ（＝Ｒ２／Ｒ１）を用いると、この（Ａ３）式も、Ｒ１及びＲ２を含まれない以下の（Ａ４）式に変形することが出来る。

　内部温度測定装置１０の製造時に、薄膜部２１の構成材料の熱伝導度、サイズ等から、Ｒ１及びＲ２を求めなくても良いようにするために、この（Ａ４）式を、『Ｔａ１＝Ｔａ２、Ｔｔ１＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』として用いても良い。

　主側壁部の下面から薄膜部２１の熱流出部までの部分の熱抵抗値が異なる２センサには、上記したもの以外に、主側壁部の高さ（図１における上下方向の長さ）が異なるもの、主側壁部の高さ及び主側壁部間の間隔が異なるもの、主側壁部の構成材料が異なるもの等がある。

　内部温度測定装置１０に用いられている２センサがそのようなものである場合、『Ｔａ１＝Ｔａ２、Ｔｔ１＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』としては、図９に示した熱等価回路から導出される方程式群と、Ｔａ１＝Ｔａ２、Ｔｔ１＝Ｔｒとから求められたＴｂの算出式が用いられる。尚、図９において、Ｒｗ１、Ｒｗ２とは、それぞれ、温度差センサ１２ａの主側壁部の熱抵抗値（主側壁部の、熱流束の評価対象となっている熱移動経路と重なる部分の熱抵抗値）であり、温度差センサ１２ｂの主側壁部の熱抵抗値である。ｍは、図８におけるｍと同様に、温度差センサ１２ｂの主側壁部の厚みに対する温度差センサ１２ａの主側壁部の厚みの比である。

　図９に示した熱等価回路から導出される方程式群と、Ｔａ１＝Ｔａ２、Ｔｔ１＝Ｔｒとから求められたＴｂの算出式は、Ｒｗ１、Ｒｗ２等（Ｒｗ１値、及び、“Ｒｗ２／ＲＷ１”値等）をパラメータとして含むものとなる。

　一方、上記した（Ａ１）～（Ａ４）式は、Ｒｗ１、Ｒｗ２等をパラメータとした含まないものである。従って、内部温度測定装置１０に用いる２センサは、Ｒｗ１、Ｒｗ２等を求めておく必要がない『主側壁部の厚みが等しく、主側壁部間の間隔が異なる２センサ』又は『主側壁部の厚み及び主側壁部間の間隔が異なる２センサ』を用いておくことが好ましい。また、『主側壁部の厚みが等しく、主側壁部間の間隔が異なる２センサ』を製造するためには、一方の温度差センサ１２（１２ａ又は１２ｂ）を新規に設計しなければならないが、『主側壁部の厚み及び主側壁部間の間隔が異なる２センサ』は、一方の温度差センサ１２の製造時にシリコン基板から除去する部分のサイズを変更するだけで得ることが出来る。従って、内部温度測定装置１０には、『シリコン基板から除去する部分のサイズを変更することによって、主側壁部の厚み及び主側壁部間の間隔が異ならせた２センサ』を用いておくことが好ましい。

　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１０は、測定対象物の内部温度Ｔｂを、その表面側に存在する熱抵抗値Ｒｘが未知の非発熱体による温度の低下分を考慮に入れた形で測定（算出）できるものとなっている。そして、内部温度測定装置１０が内部温度Ｔｂの算出に使用する測定値は、温度差センサ１２ａのサーモパイル２２により測定された温度差ΔＴ１と、温度差センサ１２ｂのサーモパイル２２により測定された温度差ΔＴ２と、温度センサ１８より測定された温度Ｔｒとである。すなわち、内部温度測定装置１０は、内部温度Ｔｂに算出に必要な情報を、１つの温度センサ１８と２つのサーモパイル２２にて得るものとなっている。

　そして、サーモパイル２２を用いれば、２つの温度センサを用いた場合よりも温度差を高精度に測定できるし、複数の温度センサが用いられていなければ、各温度センサの誤差（個体差）が加算されて誤差が大きくなってしまうこともない。従って、本実施形態に係る内部温度測定装置１０は、その表面側に存在する非発熱体の熱抵抗値が未知の測定対象物の内部温度を、従来よりも、正確に測定できる装置となっていると言うことが出来る。

　さらに、本実施形態に係る内部温度測定装置１０の温度差センサ１２は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造された小型なセンサである。従って、本実施形態に係る内部温度測定装置１０を用いておけば、測定対象物の内部温度を、従来よりも、応答性良く測定できる。

　《第２実施形態》
　図１０に、本発明の第２実施形態に係る内部温度測定装置１０の概略構成を示す。

　本実施形態に係る内部温度測定装置１０は、第１実施形態に係る内部温度測定装置１０の２つの温度差センサ１２ａ及び１２ｂ（図１参照）を、１つの温度差センサ３２に置き換えた装置である。

　図１１に示したように、温度差センサ３２は、センサ部３２ａと、センサ部３２ｂと、センサ部３２ａ、３２ｂ間を物理的に接続する接続部３２ｃとを備えたセンサである。温度差センサ３２のセンサ部３２ａと、接続部３２ｃが接続されている点のみが温度差センサ１２ａと異なる構造体である。同様に、センサ部３２ｂは、接続部３２ｃが接続されている点のみが温度差センサ１２ｂと異なる構造体である。

　すなわち、温度差センサ３２の各センサ部３２ｘ（ｘ＝ａ or ｂ)は、熱流出部と熱流入部とを有する薄膜部であって、熱流出部と熱流入部との間の温度差を測定するためのサーモパイル２２がその内部に形成されている薄膜部を備える。また、各センサ部３２ｘは、各熱流入部下に位置する２つの主側壁部を含む、薄膜部の周囲から下方に延びた支持部を備える。そして、センサ部３２ａ、３２ｂは、主側壁部の下面から薄膜部の熱流出部までの部分の熱抵抗値が異なるものとなっている。

　温度差センサ３２の接続部３２ｃは、温度差センサ１２からサーモパイル２２を取り除いたものに相当する構造体である。すなわち、接続部３２ｃの大部分は、薄膜（薄いグレーの部分）となっている。そのため、接続部３２ｃを介してセンサ部３２ａからセンサ部３２ｂへ、又は、センサ部３２ｂからセンサ部３２ａへ伝導される熱量は少なくなっている。

　本実施形態に係る内部温度測定装置１０は、上記した構成を有する温度差センサ３２を、温度差センサ１２ａ及び１２ｂの代わりに用いたものとなっている。従って、本実施形態に係る内部温度測定装置１０は、上記した第１実施形態に係る内部温度測定装置１０と同等の精度で内部温度Ｔｂを測定できるものであると共に、基板１１に配設しなければならない部品数が減っている分、第１実施形態に係る内部温度測定装置１０よりも組み立て作業が容易なものとなっていると言うことが出来る。

　尚、図１１に示した温度差センサ３２のセンサ部３２ｂは、主側壁部間の間隔を縮めた温度センサ１２ｂに相当するものであるが、図１２に示してあるように、温度差センサ３２を、主側壁部の厚みを厚くした温度センサ１２ｂに相当するセンサ部３２ｂを備えたものとしておいても良い。さらに、図１３に示してあるように、温度差センサ３２を、センサ部３２ａ、接続部２２ｃ及びセンサ部３２ｂが、温度差の測定方向と直交する方向に並んだセンサとしておいても良い。

　《第３実施形態》
　図１４に、本発明の第３実施形態に係る内部温度測定装置１０の概略構成を示す。
　本実施形態に係る内部温度測定装置１０は、第２実施形態に係る内部温度測定装置１０（図１０）の温度差センサ３２、ＡＳＩＣ１３、演算回路１４を、それぞれ、温度差センサ３３、ＡＳＩＣ１３ｂ、演算回路１４ｂに置き換えたものである。

　図１５に示してあるように、温度差センサ３３は、センサ部３３ａと、センサ部３３ｂと、センサ部３３ａ、３３ｂ間を物理的に接続する接続部３３ｃとを備えたセンサである。温度差センサ３３のセンサ部３３ａ、センサ部３３ｂは、それぞれ、上記した温度差センサ３２のセンサ部３２ａ、センサ部３２ｂと同じものである。

　接続部３３ｃは、温度差センサ１２と同様にサーモパイル２４を備えた構造体である。ただし、接続部３３ｃが備えるサーモパイル２４は、図１５から明らかなように、センサ部３３ａの熱流入部とセンサ部３３ｂの熱流入部との間（接続部３３ｃのセンサ部３３ａ側の端部とセンサ部３３ｂ側の端部との間）の温度差を測定できるように、形成されている。

　要するに、温度差センサ３３のサーモパイル２４は、図１６に示した熱等価回路におけるΔＴ３（＝Ｔｔ１－Ｔｔ２）を測定できるものとなっている。尚、この図１６及び以下の説明において、Ｔｒ、ΔＴ１、ΔＴ２とは、それぞれ、温度センサ１８により測定される温度、センサ部３３ａのサーモパイル２２により測定される温度差、センサ部３３ｂのサーモパイル２２により測定される温度差のことである。また、Ｔａ１、Ｔｔ１とは、それぞれ、センサ部３３ａの熱流出部、熱流入部の温度のことであり、Ｔａ２、Ｔｔ２とは、それぞれ、センサ部３３ｂの熱流出部、熱流入部の温度のことである。

　ＡＳＩＣ１３ｂは、サーモパイル２４の出力も増幅してデジタルデータ化できるようにＡＳＩＣ１３を改良した集積回路である。

　演算回路１４ｂは、図１７に示した手順の内部温度算出処理を実行するように、演算回路１４を変形した回路である。

　すなわち、内部温度算出処理を開始した演算回路１４ｂは、まず、Ｔｒ、ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３の値を測定する（ステップＳ２０１）。

　ステップＳ２０１の処理を終えた演算回路１４ｂは、Ｔｒ値等の今回及び過去の測定結果に基づき、上記したものと同じ算出可能条件が満たされているか否かを判断する（ステップＳ２０２）。

　算出可能条件が満たされていなかった場合（ステップＳ２０２；ＮＯ）、演算回路１４ｂは、ステップＳ２０１に戻って、Ｔｒ、ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３の値を再度測定する。一方、算出可能条件が満たされていた場合（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）、演算回路１４ｂは、Ｔｔ１（又はＴｔ２）＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式を用いて、測定したＴｒ、ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３の値から内部温度を算出して出力する（ステップＳ２０３）。そして、ステップＳ２０３の処理を終えた演算回路１４ｂは、ステップ２０１に戻って、Ｔｒ、ΔＴ１等の値を再度測定する。

　以下、『Ｔｔ１（又はＴｔ２）＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』について説明する。尚、演算回路１４と同様に、演算回路１４ｂに、『Ｔｔ１＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』が設定されるのは、通常、温度センサ１８が、センサ部３３ｂよりもセンサ部３３ａに近い位置に配設されている場合である。また、演算回路１４ｂに『Ｔｔ２＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』が設定されるのは、通常、温度センサ１８がセンサ部３３ａよりもセンサ部３２ｂに近い位置に配設されている場合である。以下では、第１実施形態の説明時と同様に、温度センサ１８が、センサ部３３ｂよりもセンサ部３２ａに近い位置に配設されている場合に使用される『Ｔｔ１＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』についてのみ、説明することにする。

　主側壁部の厚みは等しいが主側壁部間の間隔が異なる２センサ部３３ａ、３３ｂを備えた温度差センサ３３が内部温度測定装置１０に用いられている場合、『Ｔｔ１＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』としては、以下の（Ａ５）、（Ａ６）又は（Ａ７）式が使用される。

　これらの式のうち、（Ａ５）式は、図１６に示した熱等価回路から導ける以下の８式をＴｔ１が既知数であるとして、Ｔｂについて解いた後、Ｔｔ１をＴｒに置き換えた式である。
　　ΔＴ１＝Ｔｔ１－Ｔａ１　　　　　　　…（３．１）
　　ΔＴ１＝Ｒ１・（Ｑ１－Ｑ３）　　　　…（３．２）
　　ΔＴ２＝Ｔｔ２－Ｔａ２　　　　　　　…（３．３）
　　ΔＴ２＝Ｒ２・（Ｑ２＋Ｑ３）　　　　…（３．４）
　　ΔＴ３＝Ｔｔ１－Ｔｔ２　　　　　　　…（３．５）
　　ΔＴ３＝Ｒ３・Ｑ３　　　　　　　　　…（３．６）
　　Ｔｂ－Ｔｔ１＝Ｒｚ・Ｑ１        　　…（３．７）
　　Ｔｂ－Ｔｔ２＝Ｒｚ・Ｑ２　　　　　　…（３．８）

　（Ａ６）式は、Ｒ３＞＞Ｒ１、Ｒ２または、ΔＴ３＜＜ΔＴ１、ΔＴ２であるとして、（Ａ５）式からＲ３を消去した式である。
　（Ａ７）式は、それぞれ、Ｒ２／Ｒ１＝ｋを用いて、（Ａ６）式からＲ１及びＲ２を消去した式である。

　尚、（Ａ５）式から算出されるＴｂ値と（Ａ７）式から算出されるＴｂ値とが大きく変わることは少ない。そして、（Ａ５）式を用いる場合には、Ｒ１～Ｒ３の値を求めておくことが必要とされるが、（Ａ７）式を用いておけば、ｋ値のみを求めておけば、Ｔｂを算出できる。従って、『Ｔｔ１＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』としては、（Ａ７）式を使用しておくことが好ましい。

　図１８に示したような、主側壁部の厚み及び主側壁部間の間隔が異なる２センサ部３３ａ、３３ｂを備えた温度差センサ３３が内部温度測定装置１０に用いられている場合には、『Ｔｔ１＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』として、以下のような式が使用される。
・（３．８）式（又は（３．７）式）の代わりに、（３．８）式（又は（３．７）式）の右辺に比例係数が掛けられている式を含む連立方程式を、Ｔｔ１が既知数であるとして、Ｔｂについて解いた後、Ｔｔ１をＴｒに置き換えた第１式
・第１式から、Ｒ３＞＞Ｒ１、Ｒ２または、ΔＴ３＜＜ΔＴ１、ΔＴ２であるとして、Ｒ３を消去した第２式
・第２式から、Ｒ２／Ｒ１＝ｋを用いて、Ｒ１及びＲ２を消去した第３式

　主側壁部の高さ等が異なるセンサ部３２ａ、３２ｂを備えた温度差センサ３３が内部温度測定装置１０に用いられている場合には、『Ｔｔ１＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』として、“図９に示した熱等価回路の、Ｔｔ１、Ｔｔ２と示してある接点間に、接続部３３ｃに対応する抵抗を追加した熱等価回路”から導出される方程式群と、Ｔｔ１＝Ｔｒとから求められたＴｂの算出式が用いられる。

　以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る内部温度測定装置１０は、Ｔａ１＝Ｔａ２という仮定を行うことなく、内部温度Ｔｂを算出する構成を有する。従って、本実施形態に係る内部温度測定装置１０は、Ｔａ１＝Ｔａ２という仮定を行って内部温度Ｔｂを算出する上記した第１、第２実施形態に係る内部温度測定装置１０よりも、内部温度Ｔｂを精度良く算出できる装置として機能することになる。

　《第４実施形態》
　本実施形態に係る内部温度測定装置１０は、第１実施形態に係る内部温度測定装置１０の温度差センサ１２ａ及び１２ｂを、図１９に示した形状を有する温度差センサ３４に置き換えた装置である。

　この温度差センサ３４の図１９における左半分／右半分は、熱流出部の位置を一方の主側壁部に近づけて製造した温度差センサ１２（図２Ａ～図２Ｃ参照）に相当するものである。ただし、温度差センサ３４の左半分の左側に形成されている熱電対群は、温度差センサ３４の右半分の右側に形成されている熱電対群と直列接続されている。また、温度差センサ３４の左半分の右側に形成されている熱電対群は、温度差センサ３４の右半分の左側に形成されている熱電対群と接続されている。

　そして、温度差センサ３４は、その中央部分に２分されて設けられている熱電対群、その両端部に２分されて設けられている熱電対群が、それぞれ、ΔＴ１（＝Ｔｔ１－Ｔａ）、ΔＴ２を測定するためのサーモパイル２２として使用されるセンサとなっている。

　要するに、この温度差センサ３４の一方のサーモパイル２２を構成している熱電対群の冷接点群と、他方のサーモパイル２２を構成している熱電対群の冷接点群とは、温度がほぼ等しくなる部分に配置されている。従って、温度差センサ３４が用いられた内部温度測定装置１０に関する熱等価回路は、図２０に示したものとなる。尚、この熱等価回路は、温度差センサ３４の中央部に設けられている主側壁部（２つの温度差センサ１２の主側壁部を並べたものに相当する部分）の幅（左右方向の長さ）が、温度差センサ３４の、図１９における左右の端に設けられている各主側壁部の幅のほぼ２倍であるという条件が満たされている場合における熱等価回路である。

　図２０に示した熱等価回路については、以下の６式が成立する。
　ΔＴ１＝Ｔｔ１－Ｔａ　　　　　　　　　…（４．１）
　ΔＴ１＝Ｒ１・Ｑ１　　　　　　　　　　…（４．２）
　ΔＴ２＝Ｔｔ２－Ｔａ　　　　　　　　　…（４．３）
　ΔＴ２＝Ｒ２・Ｑ２　　　　　　　　　　…（４．４）
　Ｔｂ－Ｔｔ１＝Ｒｚ・Ｑ１          　　…（４．５）
　Ｔｂ－Ｔｔ２＝Ｒｚ・Ｑ２　　　    　　…（４．６）

　これらの６式は、上記した（１．１）～（１．６）式に、Ｔａ１＝Ｔａ２＝Ｔａという式を加えたものと同値な式である。

　従って、温度差センサ３４を用いた場合も、上記した（Ａ１）式又は（Ａ２）式により内部温度Ｔｂを算出することが出来る。

　また、図２１に示したような構成を有する温度差センサ３４が内部温度測定装置１０に使用されている場合には、上記した（Ａ３）式又は（Ａ４）式により内部温度Ｔｂを算出することが出来る。

　さらに、中央部分の主側壁部の構成材料と端部の主側壁部の構成材料が異なる場合等には、“図９に示した熱等価回路の、Ｔａ１、Ｔａ２と示してある接点を接続した等価回路”から導出される方程式群とＴｔ１＝Ｔｒとから求められる式により、内部温度Ｔｂを算出することが出来る。

　第１実施形態に係る内部温度測定装置１０の演算回路１４がステップＳ１０３（図４）にて内部温度Ｔｂの算出に用いる『Ｔａ１＝Ｔａ２、Ｔｔ１（又はＴｔ２）＝Ｔｒが成立すると仮定して求められた演算式』は、温度差センサ３４について『Ｔｔ１（又はＴｔ２）＝Ｔｒのみが成立すると仮定して求められる演算式』と式としては同じものである。ただし、第１実施形態に係る演算式が、実際には同じ温度ではない２温度が同一であると仮定して得られたものに対し、本実施形態に係る演算式は、Ｔａ１とＴａ２とがほぼ同じ温度となる温度差センサ３４に関する熱等価回路から求められたものとなっている。

　そして、本実施形態に係る内部温度測定装置１０は、第１実施形態に係る内部温度測定装置１０の温度差センサ１２ａ及び１２ｂを温度差センサ３４に置き換えたものなのであるから、本内部温度測定装置１０によれば、第１実施形態に係る内部温度測定装置１０よりも、内部温度Ｔｂを精度良く測定（算出）できることになる。

　《第５実施形態》
　本発明の第５実施形態に係る内部温度測定装置１０は、第３実施形態に係る内部温度測定装置１０（図１４）の温度差センサ３３を、図２２に示した構成を有する温度差センサ３５に置き換えた装置である。

　図２２に示してあるように、温度差センサ３５は、センサ部３６と温度差測定部３７とを備える。温度差センサ３５のセンサ部３６は、温度差測定部３７が接続されていることを除けば、第４実施形態に係る内部温度測定装置１０の温度差センサ３４（図２１）と同構成の構造体である。温度差センサ３５の温度差測定部３７は、センサ部３６の左半分／右半分の両端部分の温度差（センサ部３６の左半分の両端部分の温度差とセンサ部３６の右半分の両端部分の温度差との間の平均値）を測定できるようにサーモパイル２５を配置した構造体である。

　すなわち、温度差センサ３５のサーモパイル２５は、温度差センサ３３のサーモパイル３４と同様に、図１６の熱等価回路におけるΔＴ３を測定できるものとなっている。

　そして、本実施形態に係る内部温度測定装置１０は、第３実施形態に係る内部温度測定装置１０（図１４）に用いられているものと同じＡＳＩＣ１３ｂ、演算回路１４ｂを用いて構成されている。

　要するに、温度差センサ３５のセンサ部３６は、温度差センサ３４（図２１）と同様に、Ｔａ１＝Ｔａ２が成立していると見なせるものである。ただし、通常、Ｔａ１値とＴａ２値とは完全には一致していない。そして、ΔＴ３を測定できれば、第３実施形態に係る内部温度測定装置１０による内部温度Ｔｂの算出手順と同じ手順で内部温度Ｔｂを算出できる。

　そのため、本実施形態に係る内部温度測定装置１０に、上記構成の温度差センサ３５と、第３実施形態に係る内部温度測定装置１０（図１４）に用いられているものと同じＡＳＩＣ１３ｂ、演算回路１４ｂとを用いているのである。

　尚、本実施形態に係る内部温度測定装置１０と上記した第４実施形態に係る内部温度測定装置１０のいずれの内部温度Ｔｂの測定精度の方が高くなるかは、具体的な構成によって変わり、本実施形態に係る内部温度測定装置１０のＴｂの測定精度の方が高くなる場合も、第４実施形態に係る内部温度測定装置１０のＴｂの測定精度の方が高くなる場合もある。ただし、本実施形態に係る内部温度測定装置１０の構成を採用しておけば、常に、第１実施形態に係る内部温度測定装置１０よりも内部温度Ｔｂの測定精度が高い装置を実現することが出来る。

　《変形形態》
　上記した各実施形態に係る内部温度測定装置１０は、各種の変形を行えるものである。例えば、第２実施形態に係る内部温度測定装置１０の温度差センサ３２（図１１～図１３）を、接続部３２ｃの薄膜部が開口部となっているものに変更することが出来る。また、第２実施形態に係る内部温度測定装置１０の温度差センサ３２を、接続部３２ｃが、薄膜部を有さないバルク状部分となっているものに変更することも出来る。ただし、接続部３２ｃがバルク状部分となっていると、接続部３２ｃを介したセンサ部３２ａ・センサ部３２ｂ間の熱移動が大きくなり、その結果として内部温度Ｔｂの測定精度が低下する虞がある。そのため、温度差センサ３２としては、接続部３２ｃが薄膜部を有しているものや、接続部３２ｃの薄膜部が開口部となっているものを採用しておくことが好ましい。

　また、第３実施形態に係る内部温度測定装置１０に、温度差センサ３３（図１８）として、図２３に示した構成を有するものを採用することも出来る。すなわち、第３実施形態に係る内部温度測定装置１０に、センサ部３３ａ、接続部３３ｃ、センサ部３３ｂが、センサ部３３ａ及びセンサ部３３ｂのサーモパイル２２による温度差の測定方向と垂直に並んだ温度差センサ３３であって、センサ部３３ｂに、センサ部３３ａの端部とセンサ部３３ｂの端部との間の温度差を測定できるようにサーモパイル２４が形成されている温度差センサ３３を採用することも出来る。

　第４実施形態に係る内部温度測定装置１０に、温度差センサ３４（図１９）として、図２４に示した構成の温度差センサ３４を採用することも出来る。尚、この構成の温度差センサ３４を用いた場合、図１９に示した構成の温度差センサ３４を用いた場合よりも、各サーモパイルの出力が低下する。そのため、ノイズが多い環境等で使用する内部温度測定装置１０を得たい場合には、図１９に示した構成の温度差センサ３４を用いておくことが好ましい。

　さらに、上記した（Ａ２）式により内部温度Ｔｂを算出する演算回路１４を、以下の内容の内部温度算出処理を行う回路に変形することも出来る。

　内部温度算出処理を開始した演算回路１４は、まず、『各部の温度、温度差が安定することを監視しながら、或る時刻におけるＴｒ値、“ｄＴｒ／ｄｔ”値、ΔＴ１値を記憶する監視処理』を実行する。

　演算回路１４は、各部の温度が安定した場合には、監視処理を終了して、最新の測定結果を用いて（Ａ２）式により内部温度Ｔｂを算出する。また、演算回路１４は、以下の（Ａ７）式によりＲｚ／Ｒ１を算出する処理も行う。

　尚、この（Ａ８）式は、（１．１）～（１．８）式を、Ｒｚ／Ｒ１について解けば得られるものである。

　さらに、演算回路１４は、算出したＲｚ／Ｒ１値及びＴｂ値と監視処理時に記憶した値とを用いて、非定常状態におけるＴｂの算出式である以下の（Ａ９）式を満たすａ値を算出する。

　その後、演算回路１４は、『Ｔｒ、ΔＴ１及びΔＴ２値を測定し、Ｔｒ値が前回の測定結果とほぼ一致していた場合には、（Ａ２）式により内部温度Ｔｂを算出して出力し、Ｔｒ値が前回の測定結果とほぼ一致していなかった場合には、Ｔｒ値、ΔＴ１値の今回の測定結果、算出済みのａ値、今回のＴｒ値と前回のＴｒ値とから求めた“ｄＴｒ／ｄｔ”値、から、（Ａ８）式により内部温度Ｔｂを算出して出力する処理』を繰り返す状態となる。

　（Ａ２）式により内部温度Ｔｂを算出する演算回路１４を、上記した内容の内部温度算出処理を行う回路に変形しておけば、一旦、平衡状態となった後、内部温度Ｔｂや外気温が変化しても、内部温度Ｔｂを正確に測定（算出）できる内部温度測定装置１０を実現できることになる。

　また、（Ａ２）式ではない式により内部温度Ｔｂを算出する演算回路１４、１４ｂを、上記のような内容の内部温度算出処理を行う回路に変形することも出来る。

　また、各実施形態に係る内部温度測定装置を、計測装置と接続しないで使用する装置（例えば、演算回路による内部温度の算出結果が表示される液晶ディスプレイを備えた体温計）に変形することも出来る。さらに、各温度差センサの具体的な構成が上記したものではなくても良いことや、温度差センサ１８をＡＳＩＣ１３とは別に温度差センサ（１２、３２等）上や基板１１上に設けておいても良いこと等は、当然のことである。

　１０　　内部温度測定装置
　１１　　基板
　１２，３２，３３，３４，３５　　温度差センサ
　１３　　ＡＳＩＣ
　１４　　演算回路
　１５　　ターミナル
　１６　　ハウジング
　１８　　温度センサ
　２１　　薄膜部
　２２，２４　　サーモパイル
　２５　　支持部
 
 

Claims (13)

1. 　測定対象物の内部温度を測定する内部温度測定方法であって、
   　前記測定対象物の表面の一部から第１熱流出部に至る第１熱伝導経路上の第１熱流入部と前記第１熱流出部との間の温度差である第１温度差を第１サーモパイルにより測定し、前記測定対象物の表面の他の一部から第２熱流出部に至る、前記第１熱伝導経路とは熱抵抗値が異なる第２熱伝導経路上の第２熱流入部と前記第２熱流出部との間の温度差である第２温度差を第２サーモパイルにより測定し、前記第１熱伝導経路又は前記第２熱伝導経路上の所定箇所の温度として使用する基準温度を温度センサにより測定する測定ステップと、
   　前記測定ステップにて測定された前記第１温度差、前記第２温度差及び前記基準温度と、前記測定対象物の表面側に存在する非発熱体の物性値を含まない予め設定されている１つ以上の値とから、前記測定対象物の内部温度を算出する算出ステップと、
   　を含むことを特徴とする内部温度測定方法。
2. 　前記算出ステップは、前記第１熱流出部の温度と前記第２熱流出部の温度とが一致していると仮定して求められた、前記測定対象物の内部温度の算出式を用いて、前記測定対象物の内部温度を算出する
   　ことを特徴とする請求項１に記載の内部温度測定方法。
3. 　前記測定ステップは、さらに、前記第１熱流入部と前記第２熱流入部との間の温度差である第３温度差を第３サーモパイルにより測定し、
   　前記算出ステップは、前記測定ステップにて測定された前記第１温度差、前記第２温度差、前記第３温度差及び前記基準温度と、前記１つ以上の値とから、前記測定対象物の内部温度を算出する
   　ことを特徴とする請求項１に記載の内部温度測定方法。
4. 　前記測定ステップは、前記第１熱流出部と前記第２熱流出部とが一致又は繋がっている前記第１熱伝導経路及び前記第２熱伝導経路に関する前記第１温度差及び第２温度差を測定する
   　ことを特徴とする請求項１に記載の内部温度測定方法。
5. 　前記１つ以上の値が、前記第１熱伝導経路の前記第１熱流入部から前記第１熱流出部までの熱抵抗値の、前記第２熱伝導経路の前記第２熱流入部から前記第２熱流出部までの熱抵抗値に対する比又はその逆数である
   　ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内部温度測定方法。
6. 　前記測定ステップによる測定結果に基づき、非平衡状態にある前記測定対象物の内部温度を算出するための温度算出式の、前記非発熱体の熱抵抗値が関係するパラメータを算出するパラメータ算出ステップと、
   　前記パラメータ算出ステップにより算出されたパラメータを用いて、前記温度算出式により、非平衡状態にある前記測定対象物の内部温度を算出する第２算出ステップと、
   　をさらに含む
   　ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内部温度測定方法。
7. 　測定対象物の内部温度の測定時に、その一方の面を前記測定対象物の表面に接触させる基材と、
   　前記基材の他方の面上に配設された第１温度差センサ及び第２温度差センサと、
   　温度センサと、
   　前記第１温度差センサにより測定された温度差、前記第２温度差センサより測定された温度差、前記温度センサにより測定された温度、及び、前記測定対象物の表面側に存在する非発熱体の物性値を含まない予め設定されている１つ以上の値から、前記測定対象物の
   内部温度を算出する算出部と、
   　を備え、
   　前記第１温度差センサが、第１熱流入部及び第１熱流出部を有する第１薄膜部と、前記第１薄膜部の前記第１熱流入部及び前記第１熱流出部との間の温度差を検出する第１サーモパイルとを含む、前記基材を介して流入する前記測定対象物からの熱を前記第１薄膜部の前記第１熱流入部に伝導する第１熱伝導性部材によって前記第１薄膜部が前記基材に対して支持されたセンサであり、
   　前記第２温度差センサが、第２熱流入部及び第２熱流出部を有する第２薄膜部と、前記第２薄膜部の前記第２熱流入部及び前記第２熱流出部との間の温度差を検出する第２サーモパイルとを含む、前記基材を介して流入する前記測定対象物からの熱を前記第２熱流入部に伝導する第２熱伝導性部材によって前記第２薄膜部が前記基材に対して支持されたセンサである共に、前記第２熱伝導性部材の熱の流入口から前記第２薄膜部の第２熱流出部に至る熱伝導経路の熱抵抗値が、前記第１温度差センサの前記第１熱伝導性部材の熱の流入口から前記第１薄膜部の第１熱流出部に至る熱伝導経路の熱抵抗値と異なるセンサであり、
   　前記温度センサが、前記基材の前記他方の面の温度、前記第１温度差センサの第１熱流入部の温度、前記第２温度差センサの第２熱流入部の温度のいずれかを測定するセンサである
   　ことを特徴とする内部温度測定装置。
8. 　前記算出部は、前記第１熱流出部の温度と前記第２熱流出部の温度とが一致していると仮定して求められた、前記測定対象物の内部温度の算出式を用いて、前記測定対象物の内部温度を算出する
   　ことを特徴とする請求項７に記載の内部温度測定装置。
9. 　前記第１温度差センサの前記第１熱流入部と前記第２温度差センサの前記第２熱流入部とを接続する接続部を、さらに、備える
   　ことを特徴とする請求項７に記載の内部温度測定装置。
10. 　前記第１温度差センサの前記第１熱流入部と前記第２温度差センサの前記第２熱流入部とを接続する、前記第１温度差センサの前記第１熱流入部と前記第２温度差センサの前記第２熱流入部との間の温度差を測定する第３サーモパイルを含む第３薄膜部を、さらに、備え、
    　前記算出部は、前記第１温度差センサにより測定された温度差と、前記第２温度差センサより測定された温度差と、前記第３サーモパイルにより測定された温度差と、前記温度センサにより測定された温度と、前記１つ以上の値とから、前記測定対象物の内部温度を算出する
    　ことを特徴とする請求項７に記載の内部温度測定装置。
11. 　前記第１温度差センサの前記第１熱流出部と前記第２温度差センサの前記第２熱流出部とが一致又は繋がっている
    　ことを特徴とする請求項７に記載の内部温度測定装置。
12. 　前記１つ以上の値が、前記第１熱伝導経路の前記第１熱流入部から前記第１熱流出部までの熱抵抗値の、前記第２熱伝導経路の前記第２熱流入部から前記第２熱流出部までの熱抵抗値に対する比又はその逆数である
    　ことを特徴とする請求項７から１１のいずれか一項に記載の内部温度測定装置。
13. 　前記算出部は、
    　各センサの測定結果に基づき、非平衡状態にある前記測定対象物の内部温度を算出するための温度算出式の、前記非発熱体の熱抵抗値が関係するパラメータを算出する機能、及び、
    　算出されたパラメータを用いて、前記温度算出式により、非平衡状態にある前記測定対象物の内部温度を算出する機能
    　を有する
    　ことを特徴とする請求項７から１２のいずれか一項に記載の内部温度測定装置。
     

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