JP5259261B2

JP5259261B2 - 重量計

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Publication number: JP5259261B2
Application number: JP2008152954A
Authority: JP
Inventors: 俊鈴木; 千里谷田
Original assignee: Tanita Corp
Current assignee: Tanita Corp
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-06-11
Also published as: JP2009300164A

Description

本発明は、体重計等の重量計に関する。

特許文献１には、人の両足が載置される載置部を有するマット状測定部と、このマット状測定部に着脱自在に接続されて体重等のデータを表示する表示部とを備える携帯用体重計が記載されており、上記の載置部として、当初の内圧が大気圧と等しい気密室が例えば５ｍｍピッチで面状に配列された構造の気密構造式載置部（例えば５ｍｍ厚）を採用可能であることが記載されている。各気密室は半導体圧力センサを内蔵している。また、特許文献１には、面積×内圧なる式により垂直方向の荷重を算出することによって体重を測定可能である旨の記載や、マット状測定部と表示部とを切り離してポケット等に収納して携帯可能である旨の記載がある。
特開平５−１８８１０号公報

一見すると、特許文献１には、十分に薄く、高い精度で体重を計測可能な体重計が記載されているように見える。しかし、特許文献１には、各半導体圧力センサからの出力信号を気密構造式載置部外へ伝送するための構成が記載されていない。したがって、特許文献１に記載の体重計を実施するためには、この構成を推定せねばならない。特許文献１の記載から推定可能な構成としては、半導体圧力センサからの出力信号を気密構造式載置部外へ伝送する信号線（導電体）と半導体圧力センサとが同数の構成が挙げられるが、計測の精度を十分に高くするためには、多数の半導体センサを密に配置せねばならず、多数の信号線を引き回すためのスペースを確保せねばならないから、マット状測定部を十分に薄くすることが困難となる。以上より、十分に薄く、高い精度で体重を計測可能な体重計は特許文献１に開示されていない、ということが解る。

ところで、十分に折り曲げ易い重量計があれば、例えば携帯の際に便利である。しかし、特許文献１には、体重計を折り曲げることに関する記載がない。仮に、特許文献１に記載の体重計が折り曲げ可能であったとしても、上述のようにマット状測定部を十分に薄くすることは困難であるから、マット状測定部の厚さが増すほどマット状測定部の折り曲げ易さが低下することに鑑みれば、十分に折り曲げ易い体重計は特許文献１に開示されていない、ということが解る。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、十分に薄く、折り曲げ易く、高い精度で重量を計測可能な重量計を提供することを解決課題とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、被計測物の重量を計測する重量計であって、前記被計測物が載置される載置面を有し、前記載置面内の互いに重ならない複数の単位領域に加わっている圧力を前記単位領域毎に示す圧力分布信号を出力する面圧シートと、前記圧力分布信号を用いた演算によって前記被計測物の重量を推定する演算部と、前記演算部に推定された重量を表示する表示部とを備え、前記面圧シートは、前記複数の単位領域にそれぞれ重なる複数の圧力計測部と、前記載置面に沿って第１方向に延在し、各々には前記複数の圧力計測部のうちの少なくとも一つが電気的に接続される複数の第１導電体と、前記載置面に沿って前記第１方向と異なる第２方向に延在し、各々には前記複数の圧力計測部のうちの少なくとも一つが電気的に接続される複数の第２導電体と、前記複数の第１導電体から前記第１導電体を択一的に選択する処理と前記複数の第２導電体から前記第２導電体を択一的に選択する処理とを繰り返し行うことにより、前記複数の圧力計測部の一部または全部から前記圧力計測部を順次択一的に選択し、選択中の前記圧力計測部を駆動する選択駆動部とを備え、前記複数の第１導電体のうちの一つは、２以上の前記圧力計測部と電気的に接続され、前記複数の第２導電体のうちの一つは、２以上の前記圧力計測部と電気的に接続され、前記圧力計測部は、駆動されると、重なる前記単位領域に加わっている圧力に応じた計測信号を、選択中の前記第１導電体または前記第２導電体へ出力し、前記面圧シートは、前記一部または全部から順次出力される前記計測信号を用いて前記圧力分布信号を生成し、当該重量計は、前記演算部を含む制御回路を備え、前記制御回路は、前記選択駆動部を制御して前記面圧シートから複数の前記圧力分布信号を取得し、前記演算部は、前記複数の圧力分布信号を用いた演算によって前記被計測物の重量を推定し、前記制御回路は、前記選択駆動部を制御して、前記一部または全部に係る前記圧力分布信号を取得する第１処理と、前記第１処理で取得した前記圧力分布信号に基づいて、前記一部または全部のうち、圧力が加わっている前記圧力計測部を特定する第２処理と、前記選択駆動部を制御して、前記第２処理で特定した前記圧力計測部に係る前記圧力分布信号を取得する第３処理とを実行し、前記演算部は、前記第１処理で取得された前記圧力分布信号と前記第３処理で取得された前記圧力分布信号とを用いた演算によって前記被計測物の重量を推定する、ことを特徴とする重量計を提供する。この重量計によれば、圧力計測部の選択が、第１導電体の選択と第２導電体の選択とで実現される。したがって、圧力測定部の配置のピッチを十分に短く定めても、面圧シートを厚くせずに済む。よって、本発明は、上述した課題を解決している。

また、この重量計によれば、生成時点が互いに異なる複数の圧力分布信号を用いた演算によって被計測物の重量が推定されるから、被計測物の重量の計測精度を向上させることが可能である。

また、この重量計によれば、第３処理で圧力分布信号を取得する際に駆動される圧力計測部の数が、第１処理で圧力分布信号を取得する際に駆動される圧力計測部の数よりも少なくなりうるから、重量計全体の消費電力を低減可能である。

上記の重量計において、前記制御回路は、前記第３処理において、前記一部または全部のうち、前記第２処理で特定した前記圧力計測部のみが一定時間間隔で順次選択されるように、前記選択駆動部を制御する、ようにしてもよい。この重量計によれば、第３処理において、第２処理で特定した圧力計測部とは異なる圧力計測部を選択するための時間が削減されるから、重量の推定（計測）に要する時間を短縮可能である。

上記の重量計において、前記載置面は互いに重ならない複数の計測領域を有し、前記複数の計測領域の各々は２以上の前記単位領域を含み、前記演算部は、前記圧力分布信号を用いた演算によって前記被計測物の重量を前記計測領域毎に推定する、ようにしてもよい。この重量計によれば、一つの圧力分布信号を用いて計測領域毎の推定値を一挙に得ることができるから、一つの被計測物の重量の分布を計測可能であるとともに、複数の被計測物の重量を計測する場合には計測時間を短縮可能である。

上記の重量計において、前記一部または全部は、互いに面積が異なる二つの前記単位領域にそれぞれ重なる二つの前記圧力計測部を含み、前記演算部は、前記圧力分布信号を用いて、前記単位領域毎の面積と圧力との積についての前記一部または全部にわたる総和を算出することにより、前記被計測物の重量を推定する、ようにしてもよい。この重量計によれば、複数の圧力計測部の一部または全部に、互いに面積が異なる二つの単位領域にそれぞれ重なる二つの圧力計測部が含まれているにも関わらず、十分に正確な推定値を得ることができる。つまり、設計の自由度が高くなる。

図１は、本発明の一実施形態に係る重量計１００の外観を示す斜視図である。重量計１００は、人等の被計測物の重量を計測するものであり、図１に示すように、被計測物が載置される載置面１１１を有する面圧シート１１０と、重量計１００全体を制御し、載置面１１１に載置された被計測物の重量の推定値を表示する制御ユニット１２０と、両者を相互に電気的かつ着脱自在に接続するケーブル１３０とを備える。

図２は、制御ユニット１２０の電気的構成を示すブロック図である。この図に示すように、制御ユニット１２０は、液晶ディスプレイ等の表示部１２１と、表示部１２１及び面圧シート１１０を制御する制御回路１２２とを備える。制御回路１２２は、いわゆるマイコンやＣＰＵ等の演算部を含み、面圧シート１１０を制御するための制御信号ＣＳを面圧シート１１０へ供給するとともに面圧シート１１０から後述の圧力分布信号Ｄを受け取り、この圧力分布信号Ｄを用いた演算によって被計測物の重量を推定し、この推定値を表示部１２１に表示させる。両信号はデジタル信号である。

図１の載置面１１１は、Ｘ方向（第１方向）およびＹ方向（第２方向）に延在しており、載置面１１１の周縁の計測領域Ａと、非計測領域Ｂに囲まれた矩形の非計測領域Ｂとを含む。被計測物は、計測領域Ａに接触するように、かつ、非計測領域に接触しないように、載置面１１１の中央付近に載置される。面圧シート１１０は、折り曲げ可能な薄く柔らかいシートであり、計測領域Ａに加わる圧力を、計測領域Ａ内の互いに重ならない後述の単位領域Ｕ毎に示す圧力分布信号Ｄを出力する。なお、「折り曲げ可能」とは、折ったり曲げたり巻いたりすることが可能であることを意味する。

図３は、面圧シート１１０の電気的構成を示すブロック図である。この図に示すように、面圧シート１１０は、ｎ個の行電極Ｒ１〜Ｒｎと、ｍ個の列電極Ｃ１〜Ｃｍと、行駆動回路１１２と、列駆動回路１１３と、信号処理回路１１４と、ｍ×ｎ個の圧力計測部Ｐとを内蔵する。ｎ個の行電極Ｒ１〜Ｒｎは、載置面１１１に沿ってＸ方向に延在しており、一定の行間隔（Ｌ１）で配列されている。ｍ個の列電極Ｃ１〜Ｃｍは、載置面１１１に沿ってＹ方向に延在しており、一定の列間隔（Ｌ２）で配列されている。Ｌ１およびＬ２は、本実施形態では共に数ｍｍであるが、適宜、要求される計測精度や被計測物の寸法に応じて定められるべきである。

計測領域ＡのＸ方向の長さをＬ４としたとき、Ｌ４＝ｍ×Ｌ２である。また、計測領域ＡのＹ方向の長さをＬ３としたとき、Ｌ３＝ｎ×Ｌ１である。つまり、計測領域Ａは、互いに重ならないｍ×ｎ個の単位領域Ｕに分けられる。一方、ｉをｎ以下の自然数とし、ｊをｍ以下の自然数としたとき、行電極Ｒｉおよび列電極Ｒｊは、第ｉ行第ｊ列の単位領域Ｕに重なる位置で互いに立体交差し、この位置で第ｉ行第ｊ列の圧力計測部Ｐを構成している。つまり、ｍ×ｎ個の圧力計測部Ｐは、それぞれｍ×ｎ個の単位領域Ｕに重なっている。圧力計測部Ｐは、静電容量方式で圧力を電気的に計測し、計測した圧力に応じた計測信号ｄを出力する。

図４は、圧力計測部Ｐの断面図である。この図に示す断面は、第ｉ行第ｊ列の圧力計測部Ｐを、行方向に並行で計測領域Ａ（載置面１１１）に直交する面で切断した場合のものである。この図に示すように、圧力計測部Ｐは、十分な弾性を有する誘電体ＤＳと、誘電体ＤＳを挟持する一対の電極とを有する。つまり、圧力計測部Ｐは容量素子である。一対の電極のうち、一方は行電極Ｒｉの一部であり、他方は列電極Ｃｊの一部である。つまり、第ｉ行第ｊ列の圧力計測部Ｐは、行電極Ｒｉ及び列電極Ｃｊと電気的に接続されている。このことから解るように、行電極Ｒ１〜Ｒｎの各々にはｍ個の圧力計測部Ｐが、列電極Ｃ１〜Ｃｍの各々にはｎ個の圧力計測部Ｐが電気的に接続されている。

図３の信号処理回路１１４は、制御ユニット１２０に制御され、行駆動回路１１２と列駆動回路１１３を制御する。具体的には、信号処理回路１１４は、制御信号ＣＳを受け取り、この制御信号ＣＳを用いて、行駆動回路１１２へ行選択信号ＲＳＥＬを供給するともに列駆動回路１１３へ列選択信号ＣＳＥＬと読み出し信号ＲＥＡＤとを供給する。詳しくは後述するが、これらの信号はアナログ信号である。また、信号処理回路１１４は、列駆動回路１１３から後述の圧力分布信号（アナログ信号）ｐｄ２を受け取り、この圧力分布信号ｐｄ２をＡ／Ｄ変換して圧力分布信号Ｄを生成し、制御ユニット１２０へ供給する。

行駆動回路１１２は、行選択信号ＲＳＥＬを受け取り、この行選択信号ＲＳＥＬに従って、行電極Ｒ１〜Ｒｎを一つずつ順次選択する行選択処理を１垂直走査期間（１Ｖ）毎に繰り返し実行する。以降、一つの行電極が選択される期間を１水平走査期間（１Ｈ）と呼ぶ。１Ｖ＝ｎ×１Ｈである。一方、列駆動回路１１３は、列選択信号ＣＳＥＬと読み出し信号ＲＥＡＤとを受け取り、これらの信号に従って、列電極Ｃ１〜Ｃｍを一つずつ順次選択する列選択処理を１Ｈ毎に繰り返し実行する。以降、一つの列電極が選択される期間を１選択期間（１Ｓ）と呼ぶ。１Ｈ＝ｍ×１Ｓである。なお、１Ｓは、一つの圧力計測部が駆動される期間でもある。

図５は、行駆動回路１１２の電気的構成を示すブロック図である。この図に示すように、行駆動回路１１２は、ｎ入力のマルチプレクサ回路２１である。マルチプレクサ回路２１のｎ個の入力端子は、それぞれ、行電極Ｒ１〜Ｒｎと電気的に接続されており、唯一の出力端子は接地電位（ＧＮＤ）に維持される。マルチプレクサ回路２１は、行選択信号ＲＳＥＬに従って、その出力端子と電気的に接続する一つの入力端子を１Ｈ毎に順次切り換える。つまり、ＧＮＤの供給先となる唯一の行電極が１Ｈ毎に順次選択される。

図６は、列駆動回路１１３の電気的構成を示すブロック図である。この図に示すように、列駆動回路１１３は、スイッチ３１と、ｍ入力のマルチプレクサ回路３２と、電流源３３と、サンプルホールド回路３４とを有する。スイッチ３１は、第１端子３１ａ、第２端子３１ｂおよび第３端子３１ｃを有し、第２端子３１ｂおよび第３端子３１ｃのうち、列選択信号ＣＳＥＬのレベルに応じた端子のみを、第１端子３１ａと電気的に接続する。第３端子３１ｃの電位はＧＮＤに維持される。

第１端子３１ａには、マルチプレクサ回路３２の出力端子が電気的に接続されている。マルチプレクサ回路３２のｍ個の入力端子は、それぞれ、列電極Ｃ１〜Ｃｍと電気的に接続されている。マルチプレクサ回路３２は、列選択信号ＣＳＥＬに従って、その出力端子と電気的に接続する一つの入力端子を１Ｓ毎に順次切り換える。この切り換えにより、択一的に選択される列電極が１Ｓ毎に順次切り換わる。

第２端子３１ｂには、電流源３３の出力端子とサンプルホールド回路３４の入力端子とが電気的に接続されている。電流源３３は、電流Ｉａを出力する定電流回路であり、電流Ｉａの値が所期の電流値を基準とした所定の誤差範囲内に収まるように設計されている。所定の誤差範囲は、必要とする計測の精度に応じて定まる。サンプルホールド回路３４は、スイッチ３１の第２端子３１ｂから供給される信号（圧力分布信号ｐｄ１）を標本化して一定時間だけ保持する一方、保持中の標本に応じた信号（圧力分布信号ｐｄ２）を出力する。この一定時間は、読み出し信号ＲＥＡＤで定められる。

図７は、面圧シート１１０の動作を示すタイミングチャートである。この図に示すように、行選択信号ＲＳＥＬは２値の信号であり、その周期は１Ｈである。行選択信号ＲＳＥＬの立ち上がりは、行選択のトリガとなっている。ある１Ｖに注目すると、行駆動回路１１２のマルチプレクサ回路２１は、行選択信号ＲＳＥＬが最初に立ち上がると（最初の１Ｈが開始すると）、その出力端子と第１行の行電極Ｒ１とを電気的に接続して当該行電極を選択し、行選択信号ＲＳＥＬが次に立ち上がると（次の１Ｈが開始すると）、上記出力端子と第２行の行電極Ｒ２とを電気的に接続して当該行電極を選択し、…、行選択信号ＲＳＥＬが最後に立ち上がると（最後の１Ｈが開始すると）、上記出力端子と第ｎ行の行電極Ｒｎとを電気的に接続して当該行電極を選択する。選択中の行電極の電位はＧＮＤとなる。

一方、列選択信号ＣＳＥＬは２値の信号であり、その周期は１Ｓである。列選択信号ＣＳＥＬの立ち上がりは、１Ｈ毎の列選択処理における各選択のトリガとなっている。ある１Ｈに注目すると、列駆動回路１１３のマルチプレクサ回路３２は、列選択信号ＣＳＥＬが最初に立ち上がると（最初の１Ｓが開始すると）、その出力端子と第１列の列電極Ｃ１とを電気的に接続して当該列電極を選択し、列選択信号ＣＳＥＬが次に立ち上がると（次の１Ｓが開始すると）、上記出力端子と第２列の列電極Ｃ２とを電気的に接続して当該列電極を選択し、…、列選択信号ＣＳＥＬが最後に立ち上がると（最後の１Ｓが開始すると）、上記出力端子と第ｍ列の列電極Ｃｍとを電気的に接続して当該列電極を選択する。

このように、ｎ行ｍ列の容量素子（圧力計測部Ｐ）が一つずつ１Ｓ毎に順次選択される。列選択信号ＣＳＥＬのレベルは、１Ｓの前半のリセット期間（長さ１Ｒの期間）において第１レベルとなり、１Ｓの後半の蓄積期間（長さ１Ｃの期間）において第２レベルとなる。列選択信号ＣＳＥＬのレベルが第１レベルとなると（リセット期間が開始すると）、選択中の列電極と図６の第３端子３１ｃとが電気的に接続される。第３端子３１ｃの電位はＧＮＤに保持されているから、リセット期間では、選択中の行電極の電位がＧＮＤとなり、選択中の列電極の電位がＧＮＤとなる。つまり、リセット期間では、選択中の容量素子（圧力計測部Ｐ）の保持電圧（Ｖ）がリセットされる。

列選択信号ＣＳＥＬのレベルが第２レベルとなると（蓄積期間が開始すると）、選択中の列電極と図６の第２端子３１ｂとが電気的に接続される。これにより、電流源３３から選択中の列電極へ電流Ｉａが流れ込む。電流Ｉａの所期の電流値をｉａとし、電流Ｉａが流れ始めてからの経過時間をｔとすると、選択中の列電極に蓄積される電荷（Ｑ）は、（１）式で表される。
Ｑ＝ｉａ×ｔ …… （１）
また、選択中の容量素子の静電容量をＣｃとすると、選択中の容量素子の保持電圧（Ｖ）は、（２）式で表される。
Ｖ＝Ｑ／Ｃｃ＝（ｉａ×ｔ）／Ｃｃ …… （２）
つまり、選択中の容量素子の保持電圧（Ｖ）は、蓄積期間において、この蓄積期間からの経過時間（ｔ）に比例し、この容量素子の静電容量（Ｃｃ）に反比例する。容量素子の静電容量（Ｃｃ）は変化し得るが、蓄積期間は十分に短いから、蓄積期間においてＣｃは一定と考えてよい。また、選択中の行電極の電位はＧＮＤとなるから、選択中の容量素子の保持電圧（Ｖ）は選択中の列電極の電位と等しくなる。よって、図７に例示するように、列電極Ｃ１の電位Ｖ１は、列電極Ｃ１が選択されている１Ｓ内の蓄積期間においてｔに比例して上昇し、列電極Ｃ２の電位Ｖ２は、列電極Ｃ２が選択されている１Ｓ内の蓄積期間においてｔに比例して上昇し、…、列電極Ｃｍの電位Ｖｍは、列電極Ｃｍが選択されている１Ｓ内の蓄積期間においてｔに比例して上昇する。

図８は、圧力の計測原理を説明するための図である。この図に示すように、計測領域Ａに被計測物が載置され、圧力計測部Ｐに重なる単位領域Ｕに圧力が加わると、この圧力計測部Ｐにおいて、誘電体ＤＳが、加えられた圧力に応じて薄くなる。容量素子の静電容量は誘電体の厚み（電極間の距離）に反比例するから、圧力計測部Ｐの静電容量（Ｃｃ）は、この圧力計測部Ｐに重なる単位領域Ｕに加わる圧力に反比例する。前述のように、圧力計測部Ｐの保持電圧（Ｖ）は、その静電容量（Ｃｃ）に反比例するから、その圧力計測部Ｐに重なる単位領域Ｕに加わる圧力に比例する。よって、蓄積期間（１Ｃ）における、選択中の圧力計測部Ｐの保持電圧（Ｖ）の上昇率（図中の傾き）は、その圧力計測部Ｐに重なる単位領域Ｕに加わる圧力に比例する。したがって、選択中の圧力計測部Ｐの保持電圧（Ｖ）の推移、すなわち選択中の列電極の電位の推移は、この圧力計測部Ｐに重なる単位領域Ｕに加わっている圧力に応じたものとなる。つまり、圧力計測部Ｐは、選択中の列電極へ計測信号ｄを出力する。

前述したように、列駆動回路１１３のマルチプレクサ回路３２は、その出力端子に電気的に接続される列電極を１Ｓ毎に切り換える。したがって、マルチプレクサ回路３２の出力端子の電位は、選択中の容量素子の一方の電極（列電極）の電位となる。つまり、マルチプレクサ回路３２の出力端子からは、図７に例示するような圧力分布信号ｐｄ１が出力される。圧力分布信号ｐｄ１は、ｍ行ｎ列の圧力計測部Ｐから順次出力された計測信号ｄを連ねた信号であり、ｍ×ｎ個の単位領域Ｕに加わっている圧力を単位領域Ｕ毎に電位の推移で示す。

以上の説明から明らかなように、図３の行駆動回路１１２、列駆動回路１１３、及び信号処理回路１１４は、制御ユニット１２０に制御され、行電極Ｒ１〜Ｒｎから行電極を択一的に選択する処理を繰り返すとともに、列電極Ｃ１〜Ｃｍから列電極を択一的に選択する処理を繰り返すことにより、ｎ行ｍ列の圧力計測部Ｐから圧力計測部Ｐを順次択一的に選択し、選択中の圧力計測部Ｐを駆動する選択駆動部として機能する。

一方、図７に示すように、読み出し信号ＲＥＡＤは２値の信号であり、１Ｓの開始から一定時間（Δｔ）が経過すると立ち上がり、１Ｓの終了とともに立ち下がる。１Ｒ＜Δｔ＜１Ｓであるから、読み出し信号ＲＥＡＤは蓄積期間（１Ｃ）において立ち上がることになる。読み出し信号ＲＥＡＤが立ち上がると、列駆動回路１１３のサンプルホールド回路３４は、スイッチ３１の第２端子３１ｂから供給される圧力分布信号ｐｄ１を標本化して保持する一方、保持中の標本に応じた圧力分布信号ｐｄ２を出力する。この保持は、次に読み出し信号ＲＥＡＤが立ち上がるまで継続する。

圧力分布信号ｐｄ１と圧力分布信号ｐｄ２との関係は、図８に例示する通りである。図中のＶａまたはＶｂに注目すれば明らかなように、読み出し信号ＲＥＡＤの立ち上がり時点（ｔ１）から次の立ち上がり時点（ｔ２）までの圧力分布信号ｐｄ２の電位は、ｔ１における圧力分布信号ｐｄ１の電位と等しくなる。列駆動回路１１３は、ｎ行ｍ列の圧力計測部Ｐから順次出力される計測信号ｄをこのように用いて圧力分布信号ｐｄ２を生成している。つまり、圧力分布信号ｐｄ２は、ｍ×ｎ個の単位領域Ｕに加わっている圧力を単位領域Ｕ毎に電位で示す信号である。

前述のように、蓄積期間（１Ｃ）における、選択中の圧力計測部Ｐの保持電圧（Ｖ）の上昇率は、その圧力計測部Ｐに重なる単位領域Ｕに加わる圧力に比例するから、選択中の圧力計測部Ｐの保持電圧（Ｖ）は、蓄積期間（１Ｃ）の開始後から終了前までの任意の時点において、その圧力計測部Ｐに重なる単位領域Ｕに加わる圧力に応じた電圧となる。したがって、Δｔは、１Ｒ＜Δｔ＜１Ｓであれば足りる。しかし、実際には、１Ｃにおいて、電流Ｉａの電流値にはブレが生じ得るし、誘電体ＤＳの厚みは僅かに変化し得るから、計測の精度を高めるためには、Δｔとして、可能な限り、１Ｓに近い時間を採用することが望ましい。

前述したように、図３の信号処理回路１１４は、圧力分布信号ｐｄ２をＡ／Ｄ変換して圧力分布信号Ｄを生成する。圧力分布信号ｐｄ２はｍ×ｎ個の単位領域Ｕに加わっている圧力を単位領域Ｕ毎に電位で示す信号であるから、圧力分布信号Ｄは、ｍ×ｎ個の単位領域Ｕに加わっている圧力を単位領域Ｕ毎に示す信号となる。結局、信号処理回路１１４は、ｎ行ｍ列の圧力計測部Ｐから順次出力された計測信号ｄを用いて生成された圧力分布信号ｐｄ２を用いて圧力分布信号Ｄを生成し、これを面圧シート１１０外へ出力する。

図２の制御回路１２２は、圧力分布信号Ｄを受け取り、これを用いて、単位領域Ｕ毎の面積と圧力との積の総和（Ｗ）を算出する。このＷが、被計測物の重量の推定値となる。必須の積は、圧力が加わっている単位領域Ｕに係る積のみであるが、本実施形態では、処理を簡素とするために、圧力が加わっていない単位領域Ｕに係る積をも含めてＷを求めている。具体的には、制御回路１２２の演算部は、第ｉ行第ｊ列の単位領域Ｕの面積をＳ（ｉ，ｊ）とし、第ｉ行第ｊ列の単位領域Ｕに加わっている圧力をＰ（ｉ，ｊ）とし、重力加速度をｇとしたとき、次式の演算を実行する。

Ｐ（ｉ，ｊ）は、大気圧と等しい場合に零となる。なお、本実施形態のように、単位回路Ｕの面積がｎ×ｍ個の単位領域Ｕ間で共通の場合には、ｎ×ｍ個の単位領域Ｕについて圧力の総和を算出し、これに計測領域Ａの面積を乗じてＷを求めるようにしてもよい。そして、制御回路１２２は、求めたＷを、被計測物の重量の推定値として表示部１２１に表示させる。なお、Ｗが被計測物の重量に近い値となることは、図１の行間隔Ｌ１および列間隔Ｌ２を所期の被計測物の寸法に比較して十分に短く定めることで担保されている。

以上説明したように、重量計１００は、被計測物が載置される載置面１１１を有し、載置面１１１内の互いに重ならないｎ行ｍ列の単位領域Ｕに加わっている圧力を単位領域Ｕ毎に示す圧力分布信号Ｄを出力する面圧シート１１０と、制御回路１２２と、表示部１２１とを備える。面圧シート１１０は、ｎ行ｍ列の単位領域Ｕにそれぞれ重なるｎ行ｍ列の圧力計測部Ｐと、行電極Ｒ１〜Ｒｎと、列電極Ｃ１〜Ｃｍと、複数の圧力計測部Ｐを択一的に順次選択する選択駆動部とを備える。面圧シート１１０では、選択された圧力計測部Ｐが、重なる単位領域Ｕに加わっている圧力に応じた計測信号を、電気的に接続された列電極へ出力する。そして、面圧シート１１０は、ｎ行ｍ列の圧力計測部Ｐから列電極Ｃ１〜Ｃｍへ順次出力される計測信号ｄを用いて圧力分布信号Ｄを生成する。そして、重量計１００では、制御回路１２２が、圧力分布信号Ｄを用いた演算によって被測定物の重量を推定し、表示部１２１に表示させる。

また、重量計１００では、圧力計測部Ｐの選択が、行駆動回路１１２による行電極の選択と列駆動回路１１３による列電極の選択とで実現される。よって、圧力測定部Ｐの配置のピッチを十分に短く定めても、面圧シート１１０を厚くせずに済む。また、面圧シート１１０は、折り曲げ可能かつ巻き取り可能な程度に柔らかいシートである。また、行駆動回路１１２、列駆動回路１１３及び信号処理回路１１４は、面圧シート１１０の折り曲げや巻き取りを妨げない位置（面圧シート１１０の端部（図１では角））に配置されている。以上より、重量計１００は、十分に薄く、折り曲げ易く、高い精度で重量を計測可能である。加えて、一般的な重量計では、被計測物が載置される載置面がほとんど変形しないため、被計測物を載置する位置によって計測誤差が生じうるが、重量計１００には、そのような虞がない。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、以下に例示する変形例を含む各種の変形をその範囲に含みうる。
＜変形例１＞
上述の実施形態では、ｍ×ｎ個の単位領域Ｕに加わる圧力を単位領域Ｕ毎に示す一つの圧力分布信号Ｄを用いて推定された重量が表示部１２１に表示されるが、これを変形し、複数の圧力分布信号Ｄを用いて推定された重量が表示部１２１に表示されるようにしてもよい（変形例１）。

図９は、変形例１に係る制御回路の動作を示すフローチャートである。この図に示すように、制御回路は、まず、面圧シート１１０を制御して面圧シート１１０から一つの圧力分布信号Ｄを取得する（ステップＳ１）。具体的には、制御回路は、一つの圧力分布信号Ｄを取得するための制御信号ＣＳを面圧シート１１０へ供給し、これに応じて面圧シート１１０から出力される一つの圧力分布信号Ｄを受け取る。なお、一つの圧力分布信号Ｄとは、１垂直走査期間（１Ｖ）にわたる信号であり、ｍ×ｎ個の単位領域Ｕに加わる圧力を単位領域Ｕ毎に示す。

次に制御回路は、終了条件が充たされたか否かを判定する（ステップＳ２）。この判定結果が「ＮＯ」の場合、処理はステップＳ１に戻る。つまり、制御回路は、終了条件が充たされるまで、一つの圧力分布信号ｐｄ２を取得する処理を繰り返し実行する。上記の終了条件としては、少なくとも１回は充たされない任意の条件を採用可能である。そのような条件としては、圧力分布信号ｐｄ２を２以上の一定数だけ受け取ると充たされる条件が挙げられる。

ステップＳ２の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、制御回路の演算部は、取得した複数の圧力分布信号Ｄを用いた演算によって被計測物の重量を推定する（ステップＳ３）。この演算および推定の内容は任意である。例えば、圧力分布信号Ｄ毎に上述の実施形態と同様の演算を行って複数のＷを算出し、複数のＷの統計値（例えば平均値）を推定値としてもよいし、複数の圧力分布信号Ｄ間で圧力計測部Ｐ毎に統計値（例えば平均値）を求めて一つの圧力分布信号Ｄを生成し、この圧力分布信号Ｄについて上述の実施形態と同様の演算を行って推定値を算出するようにしてもよい。そして、制御回路は、ステップＳ３で得られた推定値を表示部１２１に表示させる（ステップＳ４）。

上述した変形例１によれば、生成時点が互いに異なる複数の圧力分布信号Ｄを用いた演算によって被計測物の重量が推定されるから、被計測物の重量の計測精度を向上させることが可能である。

＜変形例２＞
上述した変形例１では、ｋ個の圧力分布信号Ｄを取得する場合には、ｋ×ｍ×ｎ個の計測信号ｄが必要となるが、これを変形し、ｋ×ｍ×ｎよりも少ない数の計測信号ｄを用いてｋ個の圧力分布信号を取得可能としてもよい（変形例２）。換言すれば、ある垂直走査期間（１Ｖ）において、ｎ行ｍ列の圧力計測部の全部ではなく、ｎ行ｍ列の圧力計測部の一部のみが選択および駆動されうるようにしてもよい。

図１０は、変形例２に係る制御回路の動作を示すフローチャートである。この図に示すように、制御回路は、まず、有効領域を初期化する（ステップＳ５）。具体的には、制御回路は、ｎ行ｍ列の単位領域Ｕの総てを有効領域とする。次に制御回路は、ステップＳ６にて、面圧シート１１０を制御して面圧シート１１０から有効領域に係る一つの圧力分布信号を取得する（第１処理）。ここでは、総ての単位領域Ｕが有効領域であるから、ステップＳ６の処理内容は、変形例１のステップＳ１の処理内容と同様となる。

次に制御回路は、終了条件が充たされたか否かを判定する（ステップＳ２）。この終了条件は、変形例１に係る終了条件と同様である。この判定結果が「ＮＯ」の場合、処理はステップＳ７へ進む。ステップＳ７では、制御回路は、直前のステップＳ６で取得した一つの圧力分布信号に基づいて有効領域を特定する（第２処理）。具体的には、制御回路は、圧力計測部Ｐ毎に、圧力分布信号が示す圧力と予め定められた閾値とを比較し、比較結果に基づいて、総ての単位領域Ｕのうち、被計測物が圧力を加えている単位領域Ｕのみを、有効領域として特定する。

制御回路は、ステップＳ７の処理を終えると、ステップＳ６にて、面圧シート１１０を制御して面圧シート１１０から有効領域に係る一つの圧力分布信号を取得する（第３処理）。ここでは、総ての単位領域Ｕが有効領域とは限らないから、ステップＳ６の処理内容（制御信号および圧力分布信号の内容）は、変形例１のステップＳ１の処理内容と相違しうる。なお、総ての単位領域Ｕのうち、一部の単位領域Ｕのみが有効領域となった場合、ステップＳ６にて制御回路から面圧シート１１０へ供給される制御信号は、有効領域である単位領域Ｕに重なる圧力計測部Ｐを選択して駆動する一方、有効領域でない単位領域Ｕに重なる圧力計測部Ｐを選択も駆動もしない信号となる。

そのような制御信号の一例としては、ｎ行ｍ列の圧力計測部Ｐのうち、有効領域の単位領域Ｕに重なる圧力計測部Ｐのみが一定時間間隔で順次選択されるように、面圧シート１１０を制御する信号が挙げられる。この制御信号を用いる場合、圧力分布信号の取得に要する時間が短縮されるとともに、重量計全体の消費電力が低減される。また、制御信号の他の一例としては、図７の列選択信号ＣＳＥＬが有効領域でない単位領域Ｕに係る１Ｓにわたって第１レベルを維持するように、面圧シート１１０を制御する信号が挙げられる。この制御信号を用いる場合、圧力分布信号の取得に要する時間は短縮されないが、重量計全体の消費電力は低減される。

ステップＳ２の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、制御回路の演算部は、取得した複数の圧力分布信号を用いた演算によって被計測物の重量を推定する（ステップＳ８）。ステップＳ８の処理内容が変形例１のステップＳ３の処理内容と異なる点は、演算に使用する複数の圧力分布信号に、ｍ×ｎよりも少ない数の単位領域Ｕに加わる圧力を単位領域Ｕ毎に示す圧力分布信号が含まれうる点である。そして、制御回路は、ステップＳ８で得られた推定値を表示部１２１に表示させる（ステップＳ４）。

上述した変形例２によれば、２個目以降の圧力分布信号を取得する際に駆動される圧力計測部Ｐの数が、１個目の圧力分布信号を取得する際に駆動される圧力計測部Ｐの数よりも少なくなりうるから、重量計全体の消費電力を低減可能であり、ステップＳ６において有効領域の単位領域Ｕに重なる圧力計測部Ｐのみが一定時間間隔で順次選択されるように面圧シート１１０を制御する制御信号を用いることにより、有効領域でない単位領域Ｕに重なる圧力計測部Ｐを選択するための時間が削減されるから、重量の推定（計測）に要する時間を短縮可能である。なお、変形例２をさらに変形し、ステップＳ２の判定結果が「ＮＯ」となる度にステップＳ７の処理を行うのではなく、ステップＳ２の判定結果がｆ回目に「ＮＯ」となった場合にのみステップＳ７の処理を行うようにしてもよい。ｆは任意の自然数である。

＜変形例３＞
上述の実施形態では、一つの重量が計測および表示されるが、これを変形し、複数の重量を一挙に計測および表示可能としてもよい（変形例３）。
図１１は、変形例３に係る重量計２００の外観を示す斜視図である。この図に示すように、重量計２００は、被計測物が載置される載置面２１１を有する面圧シート２１０と、重量計２００全体を制御し、Ｘ方向およびＹ方向に延在する載置面２１１に載置された被計測物の重量の推定値を表示する制御ユニット２２０と、両者を相互に電気的かつ着脱自在に接続するケーブル１３０とを備える。制御ユニット２２０は、表示部２２１と、図示しない制御回路とを備える。

面圧シート２１０の載置面２１１は互いに重ならない計測領域Ａ１及びＡ２を有する。図示を略するが、面圧シート２１０内では、計測領域Ａ１およびＡ２にわたってＸ方向にｎ個の行電極が延在しており、計測領域Ａ１に沿ってＹ方向にｍ個の行電極が延在しており、計測領域Ａ２に沿ってＹ方向にｍ個の行電極が延在している。つまり、計測領域Ａ１およびＡ２はそれぞれｍ×ｎ個の単位領域Ｕを含み、面圧シート２１０は２×ｍ×ｎ個の圧力計測部Ｐを有する。なお、面圧シート２１０の電気的構成が面圧シート１１０の電気的構成と異なる点は、列電極の数の差に起因した点のみである。

図１２は、制御ユニット２２０の制御回路の動作を示すフローチャートである。この図に示すように、制御回路は、まず、被計測物が２×ｍ×ｎ個の単位領域Ｕに加えた圧力を単位領域Ｕ毎に示す圧力分布信号を取得する（ステップＳ９）。次に制御回路は、取得した圧力分布信号を用いた演算によって、載置面２１１に載置された被計測物の重量を計測領域毎に推定する（ステップＳ１０）。そして、制御回路は、ステップＳ１０で得られた二つの推定値を、表示部２２１に表示させる（ステップＳ１１）。この表示の形態は、推定値と計測領域との対応関係を人が把握可能な形態であればよく、二つの推定値が同時に表示される形態であってもよいし、交互に表示される形態であってもよい。

上述した変形例３によれば、一つの圧力分布信号を用いて計測領域毎の推定値を一挙に得ることができる。したがって、変形例３によれば、一つの被計測物の重量の分布を計測可能であるとともに、二つの被計測物の重量を計測する場合には計測時間を短縮可能である。つまり、設計の自由度が高くなる。なお、変形例３を変形し、計測領域の数を３以上としてもよい。

＜他の変形例＞
上述の実施形態および変形例では、列選択処理が行選択処理よりも短い時間間隔で行われるが、これを変形し、行選択処理が列選択処理よりも短い時間間隔で行われるようにしてもよい。また、上述の実施形態および変形例では、静電容量方式で圧力を電気的に計測する圧力計測部を採用しているが、これを変形し、電気抵抗方式等の他の方式で圧力を電気的に計測する圧力計測部を採用してもよい。また、上述の実施形態および変形例では、圧力計測部がマトリクス状に並ぶが、これを変形し、圧力計測部が非マトリクス状に並ぶようにしてもよい。ただし、いずれの形態であっても、十分に薄く、折り曲げ易く、高い精度で重量を計測可能とするためには、重量計は、載置面に沿って第１方向に延在する複数の第１導電体と、載置面に沿って第１方向と異なる第２方向に延在する複数の第２導電体とを備え、複数の第１導電体は、複数の圧力計測部が電気的に接続される一つの第１導電体を含み、複数の第２導電体は、複数の圧力計測部が電気的に接続される一つの第２導電体を含む必要がある。

上述の実施形態および変形例は、計測領域内の総ての単位領域Ｕ間で面積が等しいことを前提としているが、これを変形し、計測領域内の複数の単位領域に、面積が互いに異なる二以上の単位領域が含まれる形態としてもよい。この形態で、十分に正確な推定値を得るためには、単位領域毎の面積と圧力との積について計測領域内の総ての単位領域にわたる総和を算出することによって被計測物の重量を推定することが望ましい。

上述の実施形態および変形例では、制御ユニットと面圧シートとが別体であるが、これを変形し、面圧シートが制御ユニットを内蔵する形態としてもよい。この形態では、両者を接続するケーブルは不要となる。この形態では、制御ユニット内の表示部として、折り曲げ可能な表示部を採用するのが望ましい。

本発明の一実施形態に係る重量計１００の外観を示す斜視図である。重量計１００の制御ユニット１２０の電気的構成を示すブロック図である。重量計１００の面圧シート１１０の電気的構成を示すブロック図である。面圧シート１１０の圧力計測部Ｐの断面図である。面圧シート１１０の行駆動回路１１２の電気的構成を示すブロック図である。面圧シート１１０の列駆動回路１１３の電気的構成を示すブロック図である。面圧シート１１０の動作を示すタイミングチャートである。圧力の計測原理を説明するための図である。本発明の変形例１に係る制御回路の動作を示すフローチャートである。本発明の変形例２に係る制御回路の動作を示すフローチャートである。本発明の変形例３に係る重量計２００の外観を示す斜視図である。重量計２００の制御ユニット２２０の制御回路の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１００…重量計、１１０…面圧シート、１１１…載置面、１２１…表示部、１２２…制御回路、Ｃ１〜Ｃｍ…列電極、ｄ…計測信号、Ｄ…圧力分布信号、Ｐ…圧力計測部、Ｒ１〜Ｒｎ…行電極、Ｕ…単位領域。

Claims

被計測物の重量を計測する重量計であって、
前記被計測物が載置される載置面を有し、前記載置面内の互いに重ならない複数の単位領域に加わっている圧力を前記単位領域毎に示す圧力分布信号を出力する面圧シートと、
前記圧力分布信号を用いた演算によって前記被計測物の重量を推定する演算部と、
前記演算部に推定された重量を表示する表示部とを備え、
前記面圧シートは、
前記複数の単位領域にそれぞれ重なる複数の圧力計測部と、
前記載置面に沿って第１方向に延在し、各々には前記複数の圧力計測部のうちの少なくとも一つが電気的に接続される複数の第１導電体と、
前記載置面に沿って前記第１方向と異なる第２方向に延在し、各々には前記複数の圧力計測部のうちの少なくとも一つが電気的に接続される複数の第２導電体と、
前記複数の第１導電体から前記第１導電体を択一的に選択する処理と前記複数の第２導電体から前記第２導電体を択一的に選択する処理とを繰り返し行うことにより、前記複数の圧力計測部の一部または全部から前記圧力計測部を順次択一的に選択し、選択中の前記圧力計測部を駆動する選択駆動部とを備え、
前記複数の第１導電体のうちの一つは、２以上の前記圧力計測部と電気的に接続され、
前記複数の第２導電体のうちの一つは、２以上の前記圧力計測部と電気的に接続され、
前記圧力計測部は、駆動されると、重なる前記単位領域に加わっている圧力に応じた計測信号を、選択中の前記第１導電体または前記第２導電体へ出力し、
前記面圧シートは、前記一部または全部から順次出力される前記計測信号を用いて前記圧力分布信号を生成し、
当該重量計は、
前記演算部を含む制御回路を備え、
前記制御回路は、前記選択駆動部を制御して前記面圧シートから複数の前記圧力分布信号を取得し、
前記演算部は、前記複数の圧力分布信号を用いた演算によって前記被計測物の重量を推定し、
前記制御回路は、
前記選択駆動部を制御して、前記一部または全部に係る前記圧力分布信号を取得する第１処理と、
前記第１処理で取得した前記圧力分布信号に基づいて、前記一部または全部のうち、圧力が加わっている前記圧力計測部を特定する第２処理と、
前記選択駆動部を制御して、前記第２処理で特定した前記圧力計測部に係る前記圧力分布信号を取得する第３処理とを実行し、
前記演算部は、前記第１処理で取得された前記圧力分布信号と前記第３処理で取得された前記圧力分布信号とを用いた演算によって前記被計測物の重量を推定する、
ことを特徴とする重量計。
前記制御回路は、前記第３処理において、前記一部または全部のうち、前記第２処理で特定した前記圧力計測部のみが一定時間間隔で順次選択されるように、前記選択駆動部を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の重量計。
前記載置面は互いに重ならない複数の計測領域を有し、
前記複数の計測領域の各々は２以上の前記単位領域を含み、
前記演算部は、前記圧力分布信号を用いた演算によって前記被計測物の重量を前記計測領域毎に推定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の重量計。
前記一部または全部は、互いに面積が異なる二つの前記単位領域にそれぞれ重なる二つの前記圧力計測部を含み、
前記演算部は、前記圧力分布信号を用いて、前記単位領域毎の面積と圧力との積についての前記一部または全部にわたる総和を算出することにより、前記被計測物の重量を推定する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の重量計。