JPH0528617B2 - - Google Patents

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JPH0528617B2
JPH0528617B2 JP1510139A JP51013989A JPH0528617B2 JP H0528617 B2 JPH0528617 B2 JP H0528617B2 JP 1510139 A JP1510139 A JP 1510139A JP 51013989 A JP51013989 A JP 51013989A JP H0528617 B2 JPH0528617 B2 JP H0528617B2
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infrared
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waveguide
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TEMUPU SUTEITSUKU CORP
TERATEMUPU CORP
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Description

請求の範囲 １ 少なくとも１つの赤外線受光ポートを有する
ハウジングと、上記ハウジングに収容され赤外線
を検知できる第１の端部をもつ導波路手段を有す
る赤外線センサ手段と、上記導波路に導かれた上
記対象物からの赤外線を受光できるように配置さ
れかつ検出された赤外線の量に対応する信号を発
生する赤外線検出器手段と、上記導波路とを備え
た赤外線を放射する対象物の温度を測定する装置
において、上記赤外線検出器手段の温度を測定で
きるように配置されかつ上記赤外線検出器手段の
上記温度に対応する信号を発生する検出器温度セ
ンサ手段と、該検出器温度センサ手段と上記赤外
線検出器手段とを周囲温度あるいは周囲温度近傍
の温度に保つ等温ブロツク手段と、上記ハウジン
グと上記赤外線センサ手段との間に設けられ、上
記ハウジングと上記赤外線センサ手段の間の熱伝
搬を阻止できるようにした断熱手段とを備え、さ
らに、上記赤外線検出器手段出力信号と上記検出
器温度センサ手段出力信号とを受けて上記赤外線
を放射する対象物の温度に対応する出力信号を発
生する信号処理手段が設けられていることを特徴
とする赤外線を放射する対象物の温度を測定する
装置。
２ 上記断熱手段は、上記ハウジングと上記赤外
線センサ手段の間に延在する支持スタツドにより
上記ハウジングと上記赤外線センサ手段の間に形
成された空間であることを特徴とする請求の範囲
第１項に記載の装置。
３ 上記ハウジングの一部に電源手段を収容保持
できるようにしたことを特徴とする請求の範囲第
１項に記載の装置。
４ 上記導波路手段は、上記ハウジングの赤外線
受光ポートに接近して配置される上記赤外線を検
知できる端部を備えた円筒管であることを特徴と
する請求の範囲第１項に記載の装置。
５ 上記赤外線検出器手段は、上記導波路手段の
第２のすなわち反対側の端部に配置された熱電対
列装置であることを特徴とする請求の範囲第４項
に記載の装置。
６ 上記検出器温度センサ手段が上記基準接合部
と等温関係に保たれ、さらに上記等温ブロツク手
段により周囲温度に保たれることを特徴とする請
求の範囲第５項に記載の装置。
７ 上記等温ブロツク手段は、上記導波路手段に
接近して配置された熱伝導物質であり、上記導波
路手段と上記赤外線検出器手段との間の実質的な
等温状態を維持するに足る質量をもつことを特徴
とする請求の範囲第１項に記載の装置。
８ 上記等温ブロツク手段はさらに、上記円筒管
の上記赤外線を検知できる端部を実質的に取り囲
む保護バリアーを有することを特徴とする請求の
範囲第４項に記載の装置。
９ 上記保護バリアーは上記円筒管から間隔をお
いて配置されていることを特徴とする請求の範囲
第８項に記載の装置。
１０ 上記赤外線センサ手段と、上記ハウジング
の上記赤外線受光ポートに取り付けることができ
るスペキユラとの間に、第２の空間を形成するよ
うにしたことを特徴とする請求の範囲第９項に記
載の装置。
１１ 放射検出器手段に隣接する内側端部を有す
る開放端導波路を含むセンサ手段を備え、患者か
らの放射を上記導波路の外側端部を介して受光す
るべく上記センサ手段の外側端部を上記患者に隣
接して配置することができ、上記放射が上記導波
路により上記放射検出器手段に向かつて導かれて
上記放射検波器手段と衝突するように構成され、
さらに、上記放射をほぼ透過するよう形成されか
つセンサ手段が患者に接触するのを制限するよう
に上記導波路の上記外側端部のまわりに取り外し
可能に装着することができる保護手段と、熱伝導
ブロツク手段とを備えた、患者からの赤外線を感
知しそれに基づいて患者の体温を決定する装置に
おいて、上記放射検出器手段と上記導波路は、上
記熱伝導ブロツク手段によつて、上記熱伝導ブロ
ツク手段の直接接している大気温度に対応する温
度もしくはほぼその近傍の温度において等温状態
もしくは略等温状態に保たれるようにしたことを
特徴とする患者からの赤外線を感知しそれに基づ
いて患者の体温を決定する装置。
１２ 上記導波路と上記センサ手段の内壁との間
に、両者間の熱伝搬を減少させるための断熱手段
を設けたことを特徴とする請求の範囲第１１項に
記載の装置。
１３ 上記熱伝導ブロツク手段は、上記導波路の
大部分を覆いかつそれに接する円筒管で、さら
に、上記導波路と放射センサの上記等温状態を実
質的に維持するに足る質量をもつことを特徴とす
る請求の範囲第１１項に記載の装置。
１４ 上記断熱手段は複数の空間領域を有するこ
とを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の装
置。
１５ 上記熱伝導ブロツクは上記センサ手段の上
記外側端部を取り囲む保護バリアーを有すること
を特徴とする請求の範囲第１４項に記載の装置。
１６ 上記保護バリアーは上記センサ手段から間
隔をおいて配置されていることを特徴とする請求
の範囲第１５項に記載の装置。
１７ 上記ハウジングは、温度測定作業のあいだ
患者の頬に手をあてがうことで上記導波路を上記
対象物と一直線上にそろえることができるように
して、持ちやすい形に形成されていることを特徴
とする請求の範囲第１項に記載の装置。
１８ 上記ハウジングは、温度測定作業のあいだ
患者の頬に手をあてがうことで上記導波路を上記
対象物と一直線上にそろえることができるように
して、持ちやすい形に形成されていることを特徴
とする請求の範囲第１１項に記載の装置。
発明の背景 本発明は温度測定装置に関し、特に、対象物か
らの赤外線を集めてその赤外線を対象物の温度に
比例した信号に変換することにより温度を測定す
る装置に関する。一例として、本発明は、人体の
温度を測定する体温計に応用される。
患者の体温を測定し観察することは従来より医
療専門家が関心をよせるところであつた。この関
心は主として病理状態と内部体温との間に存在す
る基本的な関係に基づくものである。多くの疾病
の特徴は正常体温からの偏差であり、抗生物質な
どの医学療法の成功をたどるには、体温と、療法
に対するその反応を直接的に観察するのが最良で
ある。
過去、体温の測定は、専ら水銀体温計に頼つて
いた。水銀体温計はひろく用いられてはいたが、
いくつかの重大な欠点をもつていた。接触式セン
サとしての水銀体温計は、接触部の組織との温度
平衡に達するまでに数分を要する。病院の病棟の
ように患者が数百人にものぼる場合には、この平
衡所要時間は重要な経済的要因となる。また、接
触部の組織は感染性細菌やウイルスの発生源であ
るかもしれず、実際にそうであることも多い。し
たがつて、測定の合間に体温計を殺菌するため、
さらに時間を要することになる。また水銀体温計
は口腔や直腸内の粘膜に接触させて用いることが
最も多いが、これらの部位はいずれも、患者の内
部体温を真に予測するものではないことが判明し
ている。
使い捨ての触針カバーを備えた永久サーミスタ
触針を用いた電子体温計が、特に病院において、
ガラス体温計の多くに取つて代わつている。これ
らの電子体温計は、約40秒で検温でき、デジタル
表示であるという点で、ガラス体温計にまさる長
所をもつている。しかし、一般に用いられるサー
ミスタ体温計においては、40秒では熱平衡に達し
ない。サーミスタ電子工学では、時間−温度曲線
を補間することにより修正を行い、推定安定値を
「予測」している。この方式では誤差が出て、温
度基準に対する正確さを保証することが困難もし
くは不可能となる。
上述の問題点のいくつかは、熱電対触針を用い
ることにより緩和されてきた。これは使い捨て可
能であり、かつ、比較的短い時定数を特徴とす
る。しかし、熱電対触針もまた、患者の粘膜に接
触させる装置であり、わずかながら相互汚染の可
能性を残し、また、理想的な精度にはいまひとつ
届かない。
より優れた体温計の探求において、鼓膜が、人
体の内部温度に本質的に等しい固有の温度を有す
ることがわかつてきた。ところで、鼓膜は繊細で
あり（すなわち傷つきやすく）敏感であることか
ら、接触式のセンサを鼓膜に応用することはあま
り魅力的ではない。
非接触式温度感知は、赤外線センサ技術の応用
により可能となつてきた。熱電対列型などの赤外
線センサの主な用途としては、遠隔にあるかもし
くは周囲を隔離された対象物の温度測定があげら
れる。たとえば、恒星、惑星、炉などの温度はす
べて、対象物の表面から放射される赤外線を感知
することによつて測定される。これらの応用にお
いて、赤外線センサは、温度誤差幅がきわめて小
さく高精度を示すことが判明した。すなわち、華
氏で0.1度（摂氏で0.55…度）以内の正確な測定
が達成された。
そこで、赤外線センサを使用して鼓膜の温度を
測定する試みがなされている。例えば、米国特許
第4602642号には、赤外線検出に基づく温度セン
サが開示されている。この機器は、非常に複雑な
設計に基づいている。たとえば、複合センサ加熱
装置が閉ループ温度制御器とともに作動し、熱電
対列検出器の温度を患者の体温近傍に、すなわ
ち、華氏98.6度（摂氏37度）に、一定に保つ。さ
らに、この装置は、マイクロプロセツサ制御較正
シーケンスに基づき、制御温度に加熱された対象
物に対して、ひんぱんに較正を必要とする。ま
た、正確な温度を読み取るためには、非常に注意
深くこの機器を鼓膜に対して向けて置かなければ
ならないため、使用に際してはかなりの訓練と熟
練が要求される。このような複雑さのゆえに、装
置の製造は困難かつ高価となり、大半の使用者に
は入手できないものとなる。
本発明は、先行技術に関連したこれらの問題点
に鑑みてなされたものである。
発明の目的と概要 したがつて、本発明の主な目的は、対象物から
放射される赤外線に基づいて温度を測定すること
ができるセンサ装置を提供することである。
本発明の他の目的は、鼓膜からの赤外線を集
め、集めた赤外線を温度に依存した出力信号に変
換することにより、人間の耳内の鼓膜の温度を測
定することである。
本発明のさらに他の目的は、周囲温度において
作動する等温検出部を用いて、赤外線に基づく温
度を正確に決定することである。
本発明の別の目的は、比較的熟練していないオ
ペレータにも簡単に使用でき、比較的安価に製造
できる温度測定システムを提供することである。
上記の目的は、一端に赤外線受光ポートを備え
たハウジングを有する赤外線体温計装置およびシ
ステムにおいて実現される。ハウジング内部には
赤外線センサ部が収容され、赤外線センサ部は、
導波路と、熱電対列センサと、サーミスタと、熱
伝導ブロツクとを有している。赤外線センサ部
は、周囲温度が変化しても等温状態を保つことが
できるように組立てられ形づくられている。ま
た、赤外線センサ部は、ハウジング壁と等温部と
の間に断熱空間が形成されるように、ハウジング
内に配置されている。導波路は、赤外線受光ポー
トを経てハウジング内に延在している。ハウジン
グには、さらに、電源と信号処理基板とが収容さ
れている。制御スイツチと温度表示部が、オペレ
ータが持ちやすい形に作られたハウジング外表面
に配置されているる。ハウジングは、また、オペ
レータが器具を持つた手を患者の頬にあてがう
（耳鏡の使用において必修の方法）ことにより自
動的に器具を鼓膜に向けて置くことができるよう
に形成さされている。
操作に際し、使い捨てのスペキユラ
（speculum）を、導波路の、ハウジングの外側に
延在する部分にかぶせる。つぎに、スペキユラを
患者の耳の内部に配置する。なお、スペキユラ
は、選択された周波数において赤外線を透過する
ものである。耳内の鼓膜と鼓膜に隣接する組織か
ら放射された赤外線は、導波路を通つて進み、赤
外線に対応する信号を発生する赤外線検出器に衝
突する。同時に、サーミスタなどの温度センサに
より、等温部の温度を測定する。これらの信号は
信号処理器への入力を構成し、信号処理器は測定
温度を生成し、そして、測定温度が表示される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明にかかる温度感知装置の縦断面
図であり、内部の種々の構成要素ならびに患者の
耳との関係を示す。
第２図は本発明の装置の正面図であり、ハウジ
ングとセンサ部の間の断熱空間が示されている。
第３図は本発明の装置の上面図であり、表示部
とスペキユラの位置を示している。
第４図は第１図のセンサ部１０の詳細な縦断面
図である。
第５図は本発明のひとつの構成の組立図であ
る。
好ましい実施例の詳細な説明 第１図において、本発明に係る装置の内部構成
要素の詳細断面図が示されている。ここで、装置
は患者の耳１００との関係にいおいて示されてい
る。耳１００には、鼓膜１までつづく外耳道２が
示されている。鼓膜は、外耳道２の外側下方に位
置する鼓状の膜である。この鼓膜はその温度に比
例した赤外線を放射する。赤外線は外耳道を進み
耳開口部において集光することが可能となる。
第１図に示された温度測定装置は、装置の部品
を封入するハウジング５を備えている。ハウジン
グ５は、電子部品を収容するのに適した物質から
成り、好ましくは、軽量の硬質プラスチツク素材
が形成される。プラスチツクは、強度／重量比率
が比較的高いこと、射出成型技術により簡単に製
造できること、熱伝導率が低いこと、そして、ほ
とんどのプラスチツクは材料費が比較的安価なこ
となどから、好んで用いられる。ただし、より厳
しい条件下の用途と環境においては、合成物やフ
アイバーガラスなど他の物質がハウジング５とし
て要求されることもある。しかし、たいていの用
途には、ポリエチレンやポリプロピレンなどのプ
ラスチツクで充分である。
ハウジング５と一体的に設けられたスペーサス
タツド４がハウジング壁から半径方向内側に延在
している。これらのスペーサスタツドは、好まし
くは、ナイロンなどの低い熱伝導率をもつ物質か
ら構成され、参照番号１０で示される赤外線セン
サ部をハウジング５内部の空間３内に構造的に支
持する。空間３は赤外線センサ部１０を取り巻く
断熱空気層を提供し、ハウジング５外部の熱源か
ら赤外線センサ部への熱移動を低減させる。
つぎに第２図を参照すると、空間３は、ハウジ
ング壁と赤外線センサ部１０との間の環状の領域
として示されている。第２図の破線は赤外線セン
サ部１０を環状位置に支えるスペーサスタツド４
をあらわす。たいていの用途において、ハウジン
グ壁と赤外線センサ部との間の断熱バリアーとし
ては、空間３で充分である。よりきびしい条件下
の用途には、他の断熱手段をかわりに用いること
ができる。例えば、フレオン充填の発泡ポリマ
ー、真空ギヤツプなどがある。このような断熱手
段には費用が余計にかかるけれども、より低い熱
伝導率や小型のハウジングが要求される場合に
は、このような断熱手段の使用もやむを得ない。
ハウジング壁と赤外線センサ部１０との距離はそ
れほど限定的なものではなく、５乃至50mmの範囲
でよい。
ふたたび第１図を参照すると、第２の空間がス
ペキユラ２５と導波路１１とによつて形成され、
参照番号９で示されている。空間９は、スペキユ
ラ２５の外部の熱源から導波路１１を断熱する作
用をもつ。特にスペキユラを挿入する際に、導波
路の隣接端部の突出部が加熱されるのをさらに防
止するため、研磨もしくは金めつきを施したアル
ミニウム管などの低放射率バリアー９ａが導波路
の突出部のまわりに配されている。さらに、空間
９ｂと、管９ａを覆うプラスチツク低熱伝導カバ
ー９ｃとにより、導波路の突出部をさらに熱から
防護している。
第１図に３５で示されるプリント配線基板（以
下、PCBと略称する）は、ハウジング５の内部
に配置されている。PCBは装置の信号処理を行
う。すなわち、PCB３５は赤外線センサ部１０
からの信号をケーブル８を介して受信する。この
信号は、電子技術分野において公知の方法によ
り、PCB３５上の回路により増幅・変換される。
すなわち、入力信号は表示部５０を駆動するのに
充分な程度に増幅され、さらにシステムの温度単
位（すなわち、華氏あるいは摂氏）にしたがつて
変換される。PCBは電源４０によりケーブル４
１を介して駆動される。電源としては、長寿命の
９ボルトバツテリーが好ましいが、別の電源でも
差し支えない。
上述したように、PCB３５はハウジング５の
外側の表示部５０に接続されている。第３図を参
照すると、表示部５０はハウジング５の頂部に図
示されている。さらに、使い捨てのスペキユラ２
５とスペキユラ脱着スイツチ７が示されている。
表示部５０は、好ましくは、液晶表示部（LCD）
がよく、これはLCDが小電力ですむからである。
LCDは明るい照明のもとで最も良好に表示を行
う。装置を低照明域において使用することが予想
される場合には、発光ダイオード表示部（LED）
などの他の表示部に交換すればよい。たいていの
用途にはLCDで充分であり、PCB３５に導電リ
ボンコネクタ（第１図）を介して接続されてい
る。装置の制御はPCB３５にケーブル７０を介
して接続されるスイツチ６により行われる。
ひきつづき第１図を参照して、赤外線センサ部
１０の一部は開口８０を通つてハウジング５の外
部に延在し、赤外線を放射する対象物（たとえば
鼓膜）に向けて置かれる装置部分を形成してい
る。ここで、使い捨てのスペキユラ２５を用い
て、ハウジング外部に延在する赤外線センサ部を
覆う。すなわち、使い捨てのスペキユラ２５は、
支持突起３０により変換された摩擦力によつてハ
ウジング５にぴつたりと嵌合する。この嵌合は、
カツプ型のスペキユラをハウジング開口に押しつ
けることにより形成される。スペキユラ２５はご
く安価なポリエチレンやポリプロピレンなどの赤
外線透過物質からできている。スペキユラ２５を
取り外すには、スイツチ７を押し下げればよい。
すなわち、スイツチ７を押すことにより、プツシ
ユロツド３９が伸びて、スペキユラが支持突起３
０からはずれる。スプリング３１の作用によつて
プツシユロツド３９とスイツチ７がもとの位置に
引込められ、新たな使い捨てスペキユラを装着す
る準備ができる。さらに、スペキユラを再使用
（洗浄後）できるようにすれば経費を節減できる。
第４図には、赤外線センサ部が詳細に示されて
いる。導波路１１は、一様な円筒管で、ハウジン
グ５の外部に延在する開放端（第１図に示し、上
述した）と、赤外線検出器１８側の他端とを備え
ている。導波路１１の寸法と方向性は、赤外線検
出器１８の視野角が約６度となるようにきめら
れ、これにより、赤外線検出器は、鼓膜（第１図
の１）から放射される赤外線を、外耳道からの赤
外線はほとんどあるいは全く除外して「見る」こ
とになる。このことにより、本装置が鼓膜の温度
を測定することが保証される。また、完全とはい
えない場合でも、鼓膜の温度と、外耳道の、鼓膜
に直接接触し従つて鼓膜の温度と非常に近い温度
を呈する部分のみの温度との平均を測定すること
が保証される。導波路は比較的低い赤外線放射率
をもつ物質でつくられ、アルミニウムが好まし
い。
赤外線検出器１８は熱電対列型が好ましく、こ
れは種々の工業用装置において赤外線検出用とし
て認識されるようになつてきている。熱電対列に
は、当然周囲温度に影響される複数の基準（冷
間）接合部が設けられている。複数の検出器柱体
１６が基準接合部に熱的に密接する位置に設けら
れている。サーミスタや熱電対などの接触温度セ
ンサ１３が検出器柱体１６にごく近接して配置さ
れている。赤外線検出器と、検出器柱体１６と、
サーミスタ１３とは、エポキシ化合物１９により
互いに結合されている。構成要素間で実質的に等
温状態を保つことができるように、すなわち、検
出器と、接合部と、サーミスタとを同じ（周囲）
温度に維持できるように構成要素を結合できさえ
すれば、上記の構成要素を結合する手段はどんな
ものでもかまわない。
さらに、導波路１１と、上述の検出部もまた、
熱伝導ブロツク１２によつて、周囲温度において
等温状態に保たれる。このような作用をもたせる
ため、ブロツク１２は、導波路１１の大部分と検
出部とを覆つて連続的に延在している。ブロツク
１２はアルミニウムや銅などの熱良導体から構成
され、アルミニウムがその低い赤外線放射率のゆ
えに好ましい。ブロツク１２には、赤外線センサ
部１０内の他の構成要素間を実質的に等温状態に
保つのに充分な質量を持たせる。ケーブル１４お
よび１７はそれぞれサーミスタ出力信号と赤外線
検出器出力信号を伝送す。ブロツク１２から延在
する保護バリアー９ａは導波路１１を同心状に取
り巻いている。プラスチツクカバー９ｃがバリア
ー９ａに接して設けられ、バリアー９ａと導波路
１１の間には空間９ｂが設けられている。
上述した構成の目的は、周囲温度が変化した場
合にも、赤外線センサ部内の各構成要素間を等温
状態に保つことにある。基準接合部が隣接する構
成要素と同じ温度に保たれるから、これらの構成
要素は赤外線検出器１８に対して、赤外線「不可
視」状態となる。さらに、赤外線センサ部１０に
おける温度変化をもたらすほどの周囲温度の変化
はサーミスタ１３によつて測定され、対応する温
度変化を補償するための信号を発生するから、本
装置の測定値は周囲温度の変化に影響を受けるこ
とはない。最後に、赤外線センサ部１０は、外部
から空間３（第２図参照）によつて熱的に隔離さ
れているから、外部環境における急激な温度遷移
の影響はかなり低減され、装置の温度感知精度が
向上する。この最後の点は、鼓膜の温度で測定す
る際には特に重要である。というのは、装置は患
者の体にごく接近して置かれるため、それに伴う
熱急上昇を被るからである。
第５図を参照すると、ハウジングの外側の形状
は、オペレータが親指でセンサスイツチを押し下
げることができ、一方、オペレータの残りの指で
測定のあいだ患者の頬にあてがう平面が形成され
るようにつくられている。このような形状は２つ
の理由で重要である。第一に、本発明の装置の使
用法は、それ自体よく知られるところの耳鏡の使
用法に酷似している。第二に、装置の幾何学的構
造によつて導波路を外耳道に正確にあわせること
ができ、信号精度が向上する。上述したような設
計要件によつて本温度感知装置の使用は大幅に促
進される。使用法は、まず、新しいスペキユラを
センサ装置に装着することから始まる。使い捨て
のスペキユラは、装置を鼓膜に向けるようにして
外耳道開口部に嵌入するように形成されている。
すなわち、赤外線検出器１８と鼓膜とが互いに対
向し、外耳道と導波路で形成される事実上の併合
導波路によつて連結される。装置の使用者は、略
直交方向においてスペキユラを耳内に軽く差し込
むだけでよい。上述したとおり、耳鏡の使用法を
適用できるような形に装置を形成したことによ
り、適正な方向合わせは簡単に達成される。位置
が定まつたら、使用者はトリガスイツチ６を押し
下げ、通常２秒後に、温度を読み取り、患者から
装置を取り除く。スイツチ７を押し下げることに
より、スペキユラを取り外してごみ容器に落と
す。LCD表示部は測定した鼓膜温度を保持して
おり、公知の手段により記録することもできる。
新しいスペキユラを装置にとりつければ、次の測
定の準備ができる。
上記方法における測定作業中に、赤外線検出器
は鼓膜からの赤外線にさらされ、この赤外線露光
に対応する電気信号を発生する。同時に、サーミ
スタ１３は赤外線センサ部の現在温度を測定し、
この温度に対応する信号を発生する。赤外線信は
増幅され、温度単位に変換され、赤外線センサ部
の現在温度についてのサーミスタ信号によつて調
整される。調整結果の温度信号は表示部５０に送
出され、装置から使用者への出力となる。
以上の記述は本発明を説明するためになされた
ものであり、当業者であれば本発明の趣旨と範囲
を逸脱することなく種々の変更が可能であること
はいうまでもない。
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