JP2020046344A

JP2020046344A - 計測装置

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Publication number: JP2020046344A
Application number: JP2018176081A
Authority: JP
Inventors: 拓也小泉; Takuya Koizumi; 琢嗣野田; Takuji Noda
Original assignee: Biologging Solutions; Biologging Solutions Inc
Current assignee: Biologging Solutions; Biologging Solutions Inc
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: WO2020059451A1; JP7106117B2; US20210207980A1; US11674824B2

Abstract

【課題】装置の小型化を図ること。【解決手段】計測装置１は、センサを備える計測装置であり、筒状の筐体１１と、筐体１１の長手方向に沿って配置され、一端部が筐体内に配置され、他端部が筐体の外部に配置される光ファイバー１２と、筐体１１内の、一端部の延長線上に配置される受光部を備える基板１８と、可撓性を備える可撓部を介して基板１８に電気的に接続され、基板１８に対して鋭角または直角に配置される基板１７と、を有している。【選択図】図１

Description

本発明は計測装置に関する。

野生生物の行動・生理や経験環境を計測するために、様々なセンサを搭載した計測装置を生物に直接装着し計測を行うバイオロギング・バイオテレメトリー手法が知られている。

ここで、バイオロギングは、例えば計測したデータを計測装置の内部に記録することを言う。また、バイオテレトリーは、例えば計測したデータを無線等で計測装置の外部に飛ばし、遠隔的に計測データを回収することを言う。

計測装置はバッテリーおよびセンサやメモリ・無線端末等を搭載した電子基板、およびこれらを覆う筐体（樹脂や金属等で製造されたケースまたはそれと同等性能を有するもの）で構成される。

近年、計測装置で様々な情報を得るため電子基板の高機能化が求められている。必然的に基板に搭載する部品点数の増加や部品サイズの増大が求められている。このため、結果的に基板サイズや構成基板の枚数が増大する。

電子機器の小型化を図る１つの方法として、電池を出し入れする開口部を有する電池収納容器と、記録媒体を着脱可能に収納する記録媒体収納部と、所定の回路が構成される複数の回路基板とを備える電子機器において、電池収納容器の外側で開口部を除く部分に前記記録媒体収納部と複数の回路基板とが電池収納容器を取り囲むよう配置されている電子機器が知られている。

特開２００４−３９８４５号公報

バイオロギング・バイオテレメトリー手法において、機器装着による生物への負荷を低減するため、計測装置の小型化が求められる。計測装置の筐体の形状は、取り付ける生物によって負荷が小さくなる形状や、取り付けしやすい形状など、適した形状が異なる。

さらに上記に関して、水中生物においては耐圧・耐水性能が求められる。例えば、筐体に基板およびバッテリーが同時に収納され、筐体内の空いた空間（基板およびバッテリーでない部分）は、樹脂等で充填される場合がある。

陸上においても耐衝撃・防水性能が求められることから、基板およびバッテリーが同時にまたはそれぞれ単独で筐体内に収納され、樹脂等で充填される場合がある。このとき、圧力センサやコネクタ等は樹脂の中に埋まっては機能しないため、筐体から露出するようにセンサやコネクタを配置する。
以上に関し、圧力センサやコネクタ以外においても、照度センサなど筐体形状に対する位置が限定されたセンサが存在する。

以上をまとめると、高機能性をもたせるために基板面積が大きくなる一方で、筐体も含めた計測装置全体のサイズを小型にし、取り付ける生物に適した形状にするという、通常両立が困難なことを実現することが求められている状況である。さらに、筐体形状に対する位置が限定されたセンサやコネクタが存在しており、基板の構成が複雑になるという問題がある。
１つの側面では、本発明は、装置の小型化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、開示の計測装置が提供される。この計測装置は、センサを備える計測装置であり、筒状の筐体と、筐体の長手方向に沿って配置され、一端部が筐体内に配置され、他端部が筐体の外部に配置される光ファイバーと、筐体内の、一端部の延長線上に配置される受光部を備える第１の基板と、可撓性を備える可撓部を介して第１の基板に電気的に接続され、第１の基板に対して鋭角または直角に配置される第２の基板と、を有している。

１態様では、装置の小型化を図ることができる。

実施の形態の計測装置を示す図である。実施の形態の計測装置の使用例を説明する図である。基板の配置を説明する図である。実施の形態の計測装置の第１変形例を示す図である。実施の形態の計測装置の第２変形例を示す図である。実施の形態の計測装置の第３変形例を示す図である。第２の実施の形態の計測装置を示す図である。第３の実施の形態の計測装置を示す図である。

以下、実施の形態の計測装置を、図面を参照して詳細に説明する。
＜実施の形態＞

例えば魚類への計測装置の装着方法としては、魚類の腹腔内に入れて取り付ける内部装着と、魚類の体表に計測装置を取り付ける外部装着がある。外部装着は、取り付けの際に金属ワイヤーやテグスやケーブルタイ等を体内部に通す場合がある。外部装着の場合、流体抵抗が増加し、取り付け部分の傷が化膿する等、一般的に長期の装着には適していない場合が多い。このため、魚類においては、長期の装着において内部装着の方が適している場合が多いと一般的に考えられている。
図１は、実施の形態の計測装置を示す図である。

実施の形態の計測装置１は、野生生物の行動・生理や経験環境等を計測するセンサを備えている。具体的には、実施の形態の計測装置１は、筐体１１と光ファイバー１２と照度センサ１３と圧力センサ１４とコネクタ１５と基板１６、１７、１８と電池１９、２０とを有している。

筐体１１は、角部が丸みを帯びた円筒状をなしている。角部が丸みを帯びることで、魚類の腹腔の損傷を抑制することができる。筐体１１の直径は、例えば直径８ｍｍ程度である。また、筐体１１の長手方向の長さは、例えば３０ｍｍである。なお、筐体１１は、中空の筒状であれば前述の形状に限定されず、例えば１つの半球が円筒の一方の端部に結合されたような形状をなしていてもよいし、２つの半球が円筒の両端部に結合されたカプセル状であってもよい。

筐体１１内には、図示しない透明または不透明の樹脂が充填されており、光ファイバー１２の一部と、圧力センサ１４の一部とコネクタ１５の一部が筐体１１外に露出している。なお、筐体１１の内部は実際には不透過の場合もあるが、図１では説明の便宜上、計測装置１が有する構成が分かるように表記している。
図２は、実施の形態の計測装置の使用例を説明する図である。

図２に示すように、筐体１１は、魚類１００の腹腔内に入れることにより取り付けられる（内部装着）。内部装着の場合、計測装置１の全体が魚類１００の内部に入ることから、このままでは魚類１００の外部の環境照度の計測は困難である。
筐体１１を内部装着した状態で、光ファイバー１２は、その一部が魚類１００の外部に露出する。

この光ファイバー１２は、外部の光を筐体１１内に取り込む。これにより、魚類の腹腔内に入れた筐体１１内で魚類１００の外部の環境照度を計測することができる。
再び図１に戻って説明する。

照度センサ１３は、基板１８に実装されている。この照度センサ１３は、光ファイバー１２により取り込んだ光の強度（光強度）を計測する。同様の光ファイバーを魚類の外部に露出させ、照度を腹腔に入れた筐体内の基板で計測することは、例えばＬｏｔｅｋＷｉｒｅｌｅｓｓ社のＬＡＴ２５１０等でも行われているが、ＬｏｔｅｋＷｉｒｅｌｅｓｓ社ものは、本実施の形態のように基板をＺ状に配置することはしておらず、実施の形態の計測装置１と明らかに異なる。
圧力センサ１４は、基板１６に実装されている。圧力センサ１４は、魚類１００の腹腔内の圧力を計測する。

ところで、計測装置１では、照度センサ１３および圧力センサ１４にて値を正しく計測するために、照度センサ１３および圧力センサ１４を、予め決められた位置に配置している。

具体的には、照度センサ１３を用いた計測の際、十分な環境照度を反映するようにするためには、光ファイバー１２からの光を可能な限り直接、照度センサ１３の受光部に当てるのが好ましい。他方、光ファイバー１２が光伝達の特性を変えず曲げられる程度は限られている。

このため、円筒形の筐体１１に光ファイバー１２を接続し、筐体１１に収納した基板１８上の照度センサ１３の受光部に直接光を当てるために、筐体１１の図１中、上面から筐体１１内部に光ファイバー１２を挿入し、照度センサ１３を搭載した基板１８を光ファイバー１２の端面に可能な限り平行になるように配置している。

また、樹脂を筐体１１内に充填する場合において、圧力センサ１４は樹脂の外部に露出させる。圧力センサ１４を筐体１１の外部に露出させる場合、筐体１１の上面または下面（筐体１１の長手方向の端面）に配置するのが好ましい。このため、圧力センサ１４が実装される基板１６を筐体１１の上面または下面近傍に配置するのが好ましい。図１では、基板１６を筐体１１の上面近傍に配置している。また、コネクタ１５は、計測装置１をＰＣ（Personal Computer）と接続して計測の設定や計測データのダウンロードを行うために基板１６に実装されている。このコネクタ１５も筐体１１の外部に露出するように配置されている。なお、実施の形態ではＰＣとの接続にコネクタ１５を用いたが、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等を用いて計測装置１との無線通信を行うことにより計測の設定や計測データのダウンロード等を行ってもよい。
基板１７には、例えば、マイクロコンピュータやメモリ等のバイオロギング・バイオテレメトリーに使用する機能が搭載されている。

このように、円筒形の筐体１１内において照度センサ１３、圧力センサ１４、およびコネクタ１５の位置を限定しつつ、限られた筐体１１内の空間でその他の計測に使用する機能を搭載した基板の配置を実現するため、実施の形態では、基板１６、１７、１８を側面視でＺ型になるように配置している。
図３は、基板の配置を説明する図である。
なお、図３では、照度センサ１３、圧力センサ１４およびコネクタ１５の図示を省略している。
基板１６、１７、１８は、それぞれフレキシブル部２１、２２を介して互いに電気的に接続されている。
フレキシブル部２１、２２は、可撓部の一例である。フレキシブル部２１、２２は、フレキシブル基板またはリジッドフレキシブル基板である。
フレキシブル部２１は、基板１６と基板１７とを電気的に接続している。フレキシブル部２２は、基板１７と基板１８とを電気的に接続している。

フレキシブル部２１を紙面手前側に折り曲げ、フレキシブル部２２を紙面奥側に折り曲げ、白抜きの矢印の方向（側面方向）から見ると、図１に示すようにＺ状になる。すなわち、基板１６は、基板１７に対して側面視で鋭角に配置される。また、基板１８は、基板１７に対して側面視で鋭角に配置される。

なお、本実施の形態では、基板１６と基板１７と基板１８を側面視でＺ状に配置した。しかし、これに限らず、基板１６と基板１７と基板１８が側面視でそれぞれ直角に（コの字状に）なるように配置してもよい。なお、基板１６と基板１７と基板１８を側面視でＺ状に配置する際に、フレキシブル部以外にもコネクタを用いてもよい。
再び図１に戻って説明する。

電池１９、２０は、基板１６、１７、１８に実装された素子や回路に電力を供給する。電池１９、２０としては、例えばボタン電池ＳＲ６２６等が挙げられる。なお、電池の個数は図示した数に限定されず、１つでもよいし３つ以上でもよい。
魚類１００の腹腔内に計測装置１を入れる場合、魚類１００への装着の負荷を低減するため、円筒形の筐体１１の直径が小さいのが好ましい。

魚の種別やサイズによっては、筐体１１の直径が数ミリ大きいだけで死亡率が増大することもある。しかしセンサだけでなく電源、マイコン、メモリ等のバイオロギング・バイオテレメトリーに使用する機能を搭載した基板のサイズを限られた直径の円の中に収めることは、部品サイズ・部品点数の観点から困難である。一方で、円筒形の長手方向に関しては、直径と比較し、大きくても魚類１００の負荷には影響を与えない場合が多い。

以上述べたように、野生生物の行動・生理や経験環境等を計測するセンサを備える計測装置１は、魚類１００の内部に配置され、角部が丸みを帯びた筒状の筐体１１と、筐体１１の長手方向に沿って配置され、一端部が筐体内に配置され、他端部が魚類１００の外部に配置される光ファイバー１２と、筐体１１内の、一端部の延長線上に配置される受光部を備える照度センサ１３が実装された基板１８と、可撓性を備えるフレキシブル部２２を介して基板１８に接続され、基板１８に対して鋭角または直角に配置される基板１７と、を有する。

すなわち、フレキシブル部２１、２２を用いて基板１６、１７、１８を接続し、フレキシブル部２１、２２を折り曲げる構成・構造により、限られた空間に、高機能を実現した基板を高密度に収納することができる。

このため、基板の高機能性を実現しつつも、筐体１１も含めた計測装置１全体のサイズを小型にし、取り付ける生物に適した形状にできる、さらに筐体１１に対する配置が限定されたセンサやコネクタを適した位置に配置できる。すなわち、計測に使用する機能を搭載した基板１６、１７、１８を、筐体１１の直径内に収まり、かつ、長手方向に長い基板として構成することが可能である。

これにより、合計すると大きな基板面積を、限られた空間に配置することができる。また、基板面積が大きい分、多数の回路を実装することができるため、多数の機能を備える計測装置１を実現しつつ、サイズの小型化を図れる。
次に、計測装置１の変形例を説明する。
＜第１変形例＞

以下、計測装置の第１変形例について、前述した計測装置１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、以下の説明では、計測装置が実装する基板の集合体を「基板部」と言う。例えば、計測装置１の基板部は基板１６、１７、１８およびフレキシブル部２１、２２を有している。
図４は、実施の形態の計測装置の第１変形例を示す図である。

図４に示す計測装置１ａは、基板の構成が計測装置１と異なっている。具体的には、図４（ａ）に示すように、第１変形例の基板部１０ａは、さらにフレキシブル部２３および基板２４を有している。基板２４は、フレキシブル部２３を介して基板１７に接続されている。
この基板部１０ａを筐体１１内に収容する場合、図４（ｂ）に示すように、平面視で基板２４が基板１７にほぼ重なるようにフレキシブル部２３を折り曲げる。

そして、計測装置１と同様に、フレキシブル部２１を紙面手前側に折り曲げ、フレキシブル部２２を紙面奥側に折り曲げる。この基板部１０ａを紙面右方向（側面方向）から見ると、図１に示すようにＺ状になる。

第１変形例の計測装置１ａによれば、計測装置１と同様の効果が得られる。そして、計測装置１ａによれば、筐体１１内に配置できる基板の面積をより大きくできる。このため、計測装置１ａの高機能化を実現するため、多くのセンサを搭載したり、メモリ容量を増大したりする場合にも対応することができる。
＜第２変形例＞
以下、計測装置の第２変形例について、前述した計測装置１ａとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図５は、実施の形態の計測装置の第２変形例を示す図である。

図５に示す第２変形例の計測装置１ｂは、基板の構成が計測装置１ａと異なっている。具体的には、図５に示すように、第２変形例の基板部１０ｂは、さらに基板２５、２６およびフレキシブル部２７、２８を有している。基板２５は、フレキシブル部２７を介して基板１７に接続されている。基板２６は、フレキシブル部２８を介して基板２５に接続されている。

この基板部１０ｂを筐体１１内に収容する場合、基板１７、２４、２５、２６が筒の周部を形成するようにフレキシブル部２３、２７、２８を折り曲げる。これにより、基板２３と基板２５が対向し、基板１７と基板２６とが対向する。そして、基板１６、１８にて筒の上下をふさぐようにフレキシブル部２１、２２を折り曲げる。

第２変形例の計測装置１ｂによれば、計測装置１ａと同様の効果が得られる。そして、計測装置１ｂによれば、筐体１１内に配置できる基板の面積をより大きくできる。
＜第３変形例＞
以下、計測装置の第３変形例について、前述した計測装置１ｂとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図６は、実施の形態の計測装置の第３変形例を示す図である。

図６に示す第３変形例の計測装置１ｃは、基板の構成が計測装置１ｂと異なっている。具体的には、図６に示すように、第３変形例の基板部１０ｃは、さらに基板２９およびフレキシブル部３０を有している。基板２９は、フレキシブル部３０を介して基板１６に接続されている。

この基板部１０を筐体１１内に収容する場合、基板１７、２４、２５、２６が筒の周部を形成するようにフレキシブル部２３、２７、２８を折り曲げる。そして、基板１６、１８にて筒の上下をふさぐようにフレキシブル部２１、２２を折り曲げる。そして、基板２９が基板１７に重なるようにフレキシブル部３０を折り曲げる。
このように、フレキシブル部を介して基板を重ねることにより、面数が六面以上の基板を比較的小さなスペースに配置することができる。
＜第２の実施の形態＞
以下、計測装置の第２の実施の形態について、前述した計測装置１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第１の実施の形態の計測装置１は、電池１９、２０を基板の下部に配置する例を示した。しかし、前述した変形例１〜変形例３のように折り曲げた基板部１０ａ、１０ｂ、１０ｃで電池を取り囲むようにしてもよい。
図７は、第２の実施の形態の計測装置を示す図である。

第２の実施の形態の計測装置１ｄは、フレキシブル部３１を介して電気的に接続される基板３２、３３を有している。基板３３は、さらにフレキシブル部３４を介して基板３５に電気的に接続される。基板３５は、さらにフレキシブル部３６を介して基板３７に電気的に接続される。フレキシブル部３１、３４、３６を折り曲げることにより、筐体１１内の電池３８を取り囲むようにして計測に用いる機能を備える基板３２、３３、３５、３７が配置されている。

基板３７の左側の端部には、照度センサ１３が配置されている。筐体１１の図７中、上面から筐体１１内部に光ファイバー１２を挿入し、照度センサ１３を搭載した基板３７を光ファイバー１２の端面に可能な限り平行になるように配置している。

これにより、圧力センサ１４やコネクタ１５を搭載した基板３３を筐体１１の上面に露出させつつも、計測に用いる機能を搭載した基板３２、３５、３７を電池３８に添わせて配置することが可能となる。また、電池３８を取り囲む基板３７の左側の端部に照度センサ１３を配置することにより、結果的に計測装置１ｄの全体サイズを小さくすることが可能である。
＜第３の実施の形態＞
以下、計測装置の第３の実施の形態について、前述した計測装置１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
図８は、第３の実施の形態の計測装置を示す図である。
第１の実施の形態の計測装置１は、電池１９、２０を基板の下部に配置する例を示した。
しかし、第３の実施の形態の計測装置は、電池に沿うように基板を配置している。
図８に示す筐体１１より大きな筐体１１ａに配置された電池４１は、電池１９、２０よりも大きな電池を想定している。

計測装置１ｅは、電池４１に沿って基板１６、１７、１８が配置されている。フレキシブル部４２は、基板１６と基板１８とを電気的に接続している。フレキシブル部４３は、基板１６と基板１７とを電気的に接続している。このような構成によっても大きな基板面積を限られた空間に配置することができる。また、基板面積が大きい分、多数の回路を実装することができるため、多数の機能を備える計測装置１を実現しつつ、サイズの小型化を図れる。

以上、本発明の計測装置を、図示の実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物や工程が付加されていてもよい。
また、本発明は、前述した各実施の形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ計測装置
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ基板部
１１筐体
１２光ファイバー
１３照度センサ
１４圧力センサ
１５コネクタ
１６，１７，１８、２４、２５、２６、２９、３２、３３、３５、３７基板
１９、２０、３８、４１電池
２１、２２、２３、２７、２８、３０、３１、３４、３６フレキシブル部
１００魚類

Claims

センサを備える計測装置において、
筒状の筐体と、
前記筐体の長手方向に沿って配置され、一端部が前記筐体内に配置され、他端部が前記筐体の外部に配置される光ファイバーと、
前記筐体内の、前記一端部の延長線上に配置される受光部を備える第１の基板と、
前記第１の基板に対して鋭角または直角に配置される第２の基板と、
を有することを特徴とする計測装置。
前記第２の基板は、可撓性を備える可撓部を介して前記第１の基板に接続される請求項１に記載の計測装置。
前記第１の基板または第２の基板が有する記憶部に情報を読み書きする際に使用される、前記筐体の長手方向の端部から露出するコネクタが実装され、前記第２の基板に対して鋭角または直角に接続される第３の基板を有する請求項１または２に記載の計測装置。
前記筐体の長手方向の端部から露出する圧力センサが実装され、前記第２の基板に接続される第３の基板を有する請求項１に記載の計測装置。
前記第１の基板と前記第２の基板と前記第３の基板が側面視でＺ状に配置される請求項３または４に記載の計測装置。