JP5526348B2 - 測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物の変位等の測定結果を電気信号により処理して測定値を求め、外部機器に出力する測定装置に関する。

従来から測定対象物の長さ、幅等の変位の測定にデジタル式のノギス、マイクロメータ、インジケータ等の小型変位測定装置が用いられている。これらの測定装置は、測定対象物の変位測定の結果である測定値をデジタル表示するので、測定値を素早く読み取ることができる。また、その測定結果を外部機器へ出力することにより、外部機器における演算処理に供することができる。測定装置内部の測定データを外部に出力する場合は、主として専用のインターフェースで外部機器と接続される。
このような測定装置には、使用の際に電池交換が不要となるように太陽電池が搭載されることがある（特許文献１参照）。従来の太陽電池式の測定装置は、搭載されている太陽電池パネルの電力範囲内で動作するように設計されている。

実開平１−８１５０７号公報

しかしながら、専用インターフェースを使ってデータ転送する際には、測定対象物の測定動作時以上の電力を消費する。測定を実行する場所において、十分な照度が得られない場合、太陽電池による電力が不足して、測定装置のシステムダウンが生じるおそれがある。本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、データ転送時においても安定動作可能な測定装置を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明の実施の態様に係る測定装置は、測定対象物の測定結果に対して所定の処理を実行する測定回路と、前記測定回路での処理結果に応じて外部への出力データを生成する通信制御回路と、これら測定回路及び通信制御回路に電力を供給する充電素子を含む電源回路と、前記通信制御回路で生成された出力データを外部に出力するためのオープンドレイン出力端を有する出力回路と、前記出力回路のオープンドレイン出力端を入力端として前記出力データが外部に出力されていないタイミングで前記充電素子を充電する充電制御回路とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、測定装置は測定データの転送に使用されている専用インターフェースを介して電力を得ることができるようになり、測定装置に搭載される充電素子を充電することができる。このため、測定装置に常に安定した電力を供給することが可能であり、低照度時でも測定データ転送動作の信頼性を確保することができる。

本発明の実施の形態に係る測定装置の全体構成を示す図である。 実施の形態に係る測定装置の構成を示した装置全体のブロック図である。 実施の形態に係る測定装置による動作を実行する手順を示す波形図である。

以下、図面を参照してこの発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る測定装置の全体構成を示す正面図である。図１は、測定対象物の測定機能を備えた測定装置１００と、この測定装置１００の測定結果が入力されると共に、必要なデータ処理を実行する外部機器２００とを示している。ここで、測定装置１００の例として、マイクロメータが示されている。しかし、測定装置１００はその測定結果をデジタル化して外部に出力するものであればよく、ノギス、インジケータ等の種々の小型の変位測定装置に応用することができる。

図１に示す測定装置１００は、次のように構成されている。測定装置１００は略Ｕ字状のフレーム１１、フレーム１１に固定されたアンビル１２、アンビル１２に対向して設けられたスピンドル１３、及びスピンドル１３をアンビル１２に向けて移動させるために用いられるシンブル１４を備える。このアンビル１２とスピンドル１３との間に測定対象物を挟み込むことにより、測定対象物の厚さを測定することができる。また、測定装置１００には、太陽電池パネル１５が設けられている。対象物の変位測定時には、この太陽電池パネル１５により生じた電力が用いられる。測定対象物の測定結果は、表示部１６にデジタル表示されるとともに、接続部１７を介して外部機器２００に出力される。

図１では図示を省略しているが、外部機器２００には後述するＮチャネルオープンドレイン型の接続端子及び電源が設けられている。外部機器２００は、入力された測定対象物の測定結果に対して種々の演算処理等を実行する。

測定装置１００及び外部機器２００の内部は、図２に示すように構成されている。測定装置１００は、測定動作時の電源として用いられる太陽電池２１と、太陽電池２１により充電されて測定装置１００の動作時に電力を供給するキャパシタ２２（充電素子）とを備える。太陽電池２１は、例えば光起電力により電力を生じ、キャパシタ２２を充電する。また、測定装置１００は、測定対象物の測定処理を実行して測定結果を得る測定回路２０と、測定対象物の測定結果の出力動作を制御する通信コントローラ２３と、キャパシタ２２に蓄えられた電荷を測定装置１００内部で使用される電圧に変換して、通信コントローラ２３を駆動するレギュレータ２４とを備える。通信コントローラ２３は、測定回路２０での処理結果に応じて外部への出力データを生成するとともに、後述するキャパシタ２２の充電動作の制御にも用いられる。

通信コントローラ２３は、測定結果をＮチャネルオープンドレイン型の出力回路２７を介して外部機器２００に出力する。出力回路２７は、Ｎチャネルオープンドレイン型の出力端子を有する２つのＮＭＯＳトランジスタ２５、２６により構成される。ＮＭＯＳトランジスタ２５、２６のゲートには、通信コントローラ２３からイネーブル信号ＥＮ１、ＥＮ２が入力され、ソースは接地されている。このＮＭＯＳトランジスタ２５、２６のドレインが外部機器２００への出力端子となる。ＮＭＯＳトランジスタ２５、２６のドレインは、それぞれ信号線Ｌ１、Ｌ２を介して外部機器２００に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ２５のドレインに接続された信号線Ｌ１の電圧が、クロック信号ＣＫとして出力され、ＮＭＯＳトランジスタ２６のドレインに接続された信号線Ｌ２の電圧がデータ信号ＤＡＴＡとして出力される。

外部機器２００のＮチャネルオープンドレイン型の入力端子には、抵抗３２（例えば２２ｋΩ）を介して電源３１（例えば５Ｖ）がそれぞれ接続されている。入力端子から入力された測定結果の信号に対して、外部機器２００内で各種の処理が実行される。

このＮチャネルオープンドレイン型の接続端子によるデータ転送動作について、図２及び図３を参照して説明する。図３は、実施の形態に係る測定装置１００の動作を実行する手順を示す波形図である。

データ転送動作が開始される前（時刻ｔ１以前）には、信号線Ｌ１、Ｌ２は電源３１により常に充電された状態である。そのため、この信号線Ｌ１、Ｌ２の電圧であるクロック信号ＣＫ、データ信号ＤＡＴＡは“Ｈ”状態である。時刻ｔ１において、出力イネーブル信号ＯＵＴＰＵＴ＿ＥＮが“Ｌ”状態から“Ｈ”状態に立ち上げられる。この出力イネーブル信号ＯＵＴＰＵＴ＿ＥＮは、図２には図示されていないが、通信コントローラ２３内部で用いられる信号であり、外部機器２００へ測定データを出力する際に“Ｈ”状態になる。

データ出力が開始された後、転送するデータに対応するイネーブル信号ＥＮ１、ＥＮ２が通信コントローラ２３からＮＭＯＳトランジスタ２５、２６のゲートに出力される。イネーブル信号ＥＮ１、ＥＮ２が“Ｈ”状態になるとＮＭＯＳトランジスタ２５、２６が導通して信号線Ｌ１、Ｌ２が放電される。この放電がパルス信号として外部機器２００に入力される。時刻ｔ２において、出力イネーブル信号ＯＵＴＰＵＴ＿ＥＮが“Ｌ”状態になると、データ転送動作が終了する。

ここで、対象物の変位測定において測定装置１００と外部機器２００との使用する電圧が異なる場合がある。例えば、外部機器２００は５Ｖの電圧で駆動するが、測定装置１００は、外部機器２００の電源３１よりも低い電圧（例えば１．５Ｖ）で駆動する場合がある。この場合、外部機器２００に向けて直接１．５Ｖの信号を出力しても、外部機器２００で正常に読み取れないおそれがある。しかし、上述のＮチャネルオープンドレイン型の出力端子で外部機器２００と接続することにより、イネーブル信号ＥＮ１、ＥＮ２が１．５Ｖの電圧であっても、信号線Ｌ１、Ｌ２により外部機器２００へ転送されるデータは、５Ｖの信号となる。その結果、測定装置１００と外部機器２００との使用する電圧が異なっていても、正常にデータを転送できる。

ここで、測定装置１００がＮチャネルオープンドレイン型の出力端子のような専用インターフェースを使ってデータ転送する際には、測定対象物の測定動作時以上の電力を消費する。測定を実行する場所において、十分な照度が得られない場合、太陽電池２１による電力が不足して、測定装置のシステムダウンが生じるおそれがある。

この問題を解決するため、実施の形態に係る測定装置１００は、以下に示す構成を有する。
測定装置１００は、Ｎチャネルオープンドレイン出力端を介して外部機器２００の電力を導入し、キャパシタ２２を充電する動作を司る充電制御回路４０を有する。充電制御回路４０には、キャパシタ２２と基準電圧源４１との電圧を比較して、キャパシタ２２が測定動作を実行するために十分な充電状態にあるか否かを判定する電圧検出部、及び電圧検出部の出力信号に基づいてキャパシタ２２に対する充電動作を終了する充電スイッチが設けられている。充電スイッチは、ＰＭＯＳトランジスタ４３により構成され、電圧検出部の出力信号が“Ｌ”状態のとき、すなわちキャパシタ２２が十分に充電されていない状態にあるとき導通状態になる。また、電圧検出部の出力信号が“Ｈ”状態のとき、すなわちキャパシタ２２が十分な充電状態にあるとき非導通状態になる。充電スイッチが導通状態のとき、キャパシタ２２は充電スイッチ及びダイオード４４を介して外部機器２００の電源３１と接続される。充電スイッチが導通状態のとき、キャパシタ２２は電源３１により充電される。ダイオード４４としては、例えばフォワード電圧の低いショットキーバリアダイオードを用いることができる。

本実施の形態に係る測定装置１００は、太陽電池２１による電力供給に加えて、外部機器２００からも信号線Ｌ１、ＰＭＯＳトランジスタ４３、及びダイオード４４を介してキャパシタ２２を充電することができる。以下、測定装置１００がどのようなタイミングでキャパシタ２２の充電動作を実行するかについて、図２及び図３を参照して説明する。
図３に示す波形図において、充電イネーブル信号ＣＨ＿ＥＮは、出力イネーブル信号ＯＵＴＰＵＴ＿ＥＮとは相補的に変化する信号である。出力イネーブル信号ＯＵＴＰＵＴ＿ＥＮが“Ｈ”状態のとき、充電イネーブル信号ＣＨ＿ＥＮは“Ｌ”状態になり、出力イネーブル信号ＯＵＴＰＵＴ＿ＥＮが“Ｌ”状態のとき、充電イネーブル信号ＣＨ＿ＥＮは“Ｈ”状態になる。

実施の形態に係る測定装置１００は、図３の時刻ｔ１以前、又は時刻ｔ２以降では出力イネーブル信号ＯＵＴＰＵＴ＿ＥＮが“Ｌ”状態であり、データ信号ＤＡＴＡは外部に出力されない。しかし、この状態でも信号線Ｌ１、Ｌ２は電源３１により立ち上げられたままである。また、時刻ｔ１以前、又は時刻ｔ２以降では充電イネーブル信号ＣＨ＿ＥＮが“Ｈ”状態である。実施の形態に係る測定装置１００の充電制御回路４０は、この“Ｈ”状態の充電イネーブル信号ＣＨ＿ＥＮを受けて、キャパシタ２２の充電動作を行う。

充電イネーブル信号ＣＨ＿ＥＮが“Ｈ”状態のとき、キャパシタ２２はＰＭＯＳトランジスタ４３及びダイオード４４を介して外部機器２００の電源３１に接続される。この電源３１によりキャパシタ２２が充電される。電圧検出部は、基準電圧源４１とキャパシタ２２の充電電圧とを比較して、キャパシタ２２の充電状態を判定する。キャパシタ２２が基準電圧源４１の電圧を超えて、測定装置１００の動作に十分な程度充電されたと判定された場合、オペアンプ４２は出力信号を反転させて、ＰＭＯＳトランジスタ４３を非導通状態にする。これにより、充電動作がキャパシタ２２の最大定格電圧を超えないように制御することができる。

このように、本実施の形態に係る測定装置１００は、Ｎチャネルオープンドレイン型の出力端子が外部機器２００へデータを出力していないときに、信号線Ｌ１を介して外部機器２００に設けられた電源３１からキャパシタ２２を充電することができる。このため、測定装置１００に常に安定した電力を供給することが可能であり、低照度時でも測定動作の信頼性を確保することのできる測定装置１００を提供することができる。

以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、様々な変更、追加、組み合わせ等が可能である。例えば、上記実施の形態では、充電スイッチを介してキャパシタ２２に接続される信号線はクロック信号ＣＫを出力する信号線Ｌ１であるとして説明したが、データ信号ＤＡＴＡを出力する信号線Ｌ２に接続しても良い。また、外部機器２００の電源３１の電圧は５Ｖとして説明したが、これは外部機器２００の設計により種々の電圧に変更することができる。そして、測定装置１００と外部機器２００との駆動電圧が同一の場合であっても本発明が適用可能であることはいうまでもない。いずれにせよ、信号線Ｌ１、Ｌ２を介して外部機器２００に設けられた電源３１から測定装置１００のキャパシタ２２を充電することができ、測定装置１００に常に安定した電力を供給することが可能となるからである。

１１・・・フレーム、 １２・・・アンビル、 １３・・・スピンドル、 １４・・・シンブル、 １５・・・太陽電池パネル、 １６・・・表示部、 １７・・・接続部、 ２０・・・測定回路、 ２１・・・太陽電池、 ２２・・・キャパシタ、 ２３・・・通信コントローラ、 ２４・・・レギュレータ、 ２５、２６・・・ＮＭＯＳトランジスタ、 ２７・・・出力回路、 ３１・・・電源、 ３２・・・抵抗、 ４１・・・基準電圧源、 ４２・・・オペアンプ、 ４３・・・ＰＭＯＳトランジスタ、 ４４・・・ダイオード、 １００・・・測定装置、 ２００・・・外部機器。

Claims (4)

1. 測定対象物の測定結果に対して所定の処理を実行する測定回路と、
   前記測定回路での処理結果に応じて外部への出力データを生成する通信制御回路と、
   これら測定回路及び通信制御回路に電力を供給する充電素子を含む電源回路と、
   前記通信制御回路で生成された出力データを外部に出力するためのオープンドレイン出力端を有する出力回路と、
   前記出力回路のオープンドレイン出力端を入力端として前記出力データが外部に出力されていないタイミングで前記充電素子を充電する充電制御回路と
   を備えたことを特徴とする測定装置。
2. 前記充電制御回路は、
   前記充電素子の充電電圧が所定の基準電圧を上回ったか否かを判定する電圧検出部と、
   前記電圧検出部の判定結果に基づいて前記充電素子に対する充電動作を終了する充電スイッチ部とを備える
   ことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
3. 前記出力回路は、
   ソースが接地され、ドレインが外部機器への接続端子となるＮＭＯＳトランジスタを備え、
   前記ＮＭＯＳトランジスタのドレインは、前記外部機器の電源電圧によってプルアップされ、
   前記通信制御回路から出力される出力データによって前記ＮＭＯＳトランジスタのゲートを駆動することにより前記出力データを前記外部機器に出力し、
   前記充電制御回路は、前記ＮＭＯＳトランジスタのドレインに与えられる前記外部機器の電源電圧を利用して前記充電素子を充電する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の測定装置。
4. 前記電源回路は、前記充電素子を充電するための太陽電池をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の測定装置。

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