特許 6843514 小型デジタル測長器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6843514

(24)【登録日】2021年2月26日

(45)【発行日】2021年3月17日

(54)【発明の名称】小型デジタル測長器

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/347 20060101AFI20210308BHJP

   G08C 19/00 20060101ALI20210308BHJP

   G08C 19/16 20060101ALI20210308BHJP

   H03K 19/0175 20060101ALI20210308BHJP

   H04L 25/02 20060101ALI20210308BHJP

   G01D 5/244 20060101ALI20210308BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/347 110X

   G08C19/00 J

   G08C19/16

   H03K19/0175 290

   H04L25/02 F

   G01D5/244 E

   H04L25/02 V

【請求項の数】6

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-65059(P2016-65059)

(22)【出願日】2016年3月29日

(65)【公開番号】特開2017-181139(P2017-181139A)

(43)【公開日】2017年10月5日

【審査請求日】2019年3月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100163533

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 義信

(72)【発明者】

【氏名】金井 謙次郎

【審査官】 清水 靖記

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１３４５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／０４２６３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭５５−００５５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３２６４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３４５２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０９６３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２０５１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２１６０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１７４７６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ７／００−７／３４

Ｇ０１Ｄ ５／００−５／６２

Ｇ０８Ｃ １３／００−２５／０４

Ｈ０３Ｋ １９／００

Ｈ０３Ｋ １９／０１−１９／０８２

Ｈ０３Ｋ １９／０９４−１９／０９６

Ｈ０４Ｌ ２５／００−２５／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学式スケールと光学式エンコーダを有するセンサ部により計数された出力信号をコントローラへ送信あるいは前記コントローラからの指令信号を前記センサ部で受信する小型デジタル測長器において、
前記センサ部及び前記コントローラのそれぞれに組み込まれ、送信側ドライバと受信側レシーバとが組み合わされた差動トランシーバと、
往路伝送線路と復路伝送線路とを組み合わせた平衡伝送路を構成し、前記差動トランシーバにより前記センサ部と前記コントローラとの間で前記出力信号及び前記指令信号の伝送を行う伝送ケーブルと、
を備え、前記センサ部は、直径８〜１２ｍｍの気密性の高い筐体の中に前記光学式スケールと前記光学式エンコーダ、並びに入力端に１００〜１２０Ωの終端抵抗と８００〜１２００ｐＦのコンデンサとが直列に接続された前記受信側レシーバが組み込まれたことを特徴とする小型デジタル測長器。

【請求項2】

入力端に終端抵抗とコンデンサとが直列に接続され前記コントローラに組み込まれた前記受信側レシーバを備えたことを特徴とする請求項１に記載の小型デジタル測長器。

【請求項3】

前記コントローラは複数本の前記センサ部を接続する前記受信側レシーバを有し、それぞれの前記受信側レシーバの入力端に終端抵抗とコンデンサとが直列に接続されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の小型デジタル測長器。

【請求項4】

前記センサ部と前記コントローラの間で送受信される信号周期をＴとして、前記終端抵抗の抵抗値をＲ、前記コンデンサの容量をＣとして、Ｒ・Ｃ＜（Ｔ／２）／（ｌｎ２）としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の小型デジタル測長器。

【請求項5】

前記コントローラに組み込まれた前記受信側レシーバの入力端に１００〜１２０Ωの前記終端抵抗と８００〜１２００ｐＦの前記コンデンサを直列に接続したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の小型デジタル測長器。

【請求項6】

前記センサ部に組み込まれた前記受信側レシーバ及び前記コントローラに組み込まれた前記受信側レシーバのそれぞれの入力端に直列に接続された前記終端抵抗と前記コンデンサとを有し、前記センサ部の前記受信側レシーバの入力端に接続された前記コンデンサの容量を前記コントローラの前記受信側レシーバの入力端に接続された前記コンデンサの容量よりも大きくしたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の小型デジタル測長器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スリムでコンパクトなゲージで、隣接した多点計測を得意とし様々な形状の測定を正確に行うことができる高精度な接触式の小型デジタル測長器に関する。

【背景技術】

【0002】

小型デジタル測長器は、センサ部として直径１０ｍｍ程度の中に小型光学スケールが内蔵され、隣接した多点測定を可能としたペンシル型高精度デジタル測長器、あるいはインプロセス用のマシンコントロールゲージ測定ヘッドとして用いられている。また、現場での外径測定、段差測定、厚さ測定、多点測定等のため、センサ部からコントローラまでを数ｍ（３〜６ｍ以上）の伝送ケーブルで接続し、高速な通信を行う必要がある。そのため、高精度のみならず、小型省スペース、防水性、一般的なクーラント・油に対する耐性等の高い耐環境性、繰り返し測定のための耐久性、メンテナンス不要で長寿命などが強く要望されている。

【0003】

また、コントローラは、他のセンサとの共用など豊富な拡張性、高い演算機能と高速サンプリング、多くのセンサ接続数（例えば、３２本以上）が必要とされている。

【0004】

さらに、センサ部とコントローラとの信号伝送に関しては、センサ部が小型でチップ抵抗部品、抵抗皮膜、プリント配線板上の配線パターンなどにより構成されることから低電圧差動信号伝送が利用されている。そこで、差動信号伝送線路の終端回路において、整合センタータップ終端回路を実現し、実装面積を縮小するとともに、部品・実装コストを削減する。そのため、差動信号伝送線路において、２つの抵抗素子を受信側ＩＣの入力端に直列にして接続し、中点とプリント配線板のＧＮＤとの間に、コンデンサ素子を直列に接続することが知られ、特許文献１に記載されている。

【0005】

また、消費電力の低減、回路実装密度の向上、及び安価にするため、比較的出力インピーダンスの高いＣＭＯＳ差動出力素子を使用し、差動ドライバと差動の伝送線路間に直列に挿入され、伝送線路の特性インピーダンスに直列終端して整合する直列終端回路を設けることが知られ、特許文献２に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４−９６３５１号公報

【特許文献2】特開平１１−２０５１１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記従来技術において、特許文献１に記載のものでは、実装面積を縮小するには良いが、小型化されたことによるセンサの発熱、また防水等については、考慮されていない。特許文献２に記載のものは、回路実装密度の向上した上で消費電力を低減するとされているが、発熱の観点からセンサの小型化、多点測定することについては十分対応できるものではない。

【0008】

ペンシル型高精度デジタル測長器、あるいはインプロセス用のマシンコントロールゲージ測定ヘッドとして用いられる小型デジタル測長器は、センサ部を小型省スペース、防水、油に対する耐性等の高い耐環境性とするため、センサ部の筐体内部の気密性を高める必要があり、その分回路の発熱により、熱がこもる。そして、センサ先端の光学スケールや光学式エンコーダを取り付ける部位が熱をもつことにより熱膨張し、光学スケールと光学式エンコーダとの相対位置関係が変化し、測定値に影響する恐れがあった。

【0009】

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、現場での多点測定に適し、センサ部の省消費電力化を図り、長時間の測定においても発熱を抑え、高精度な小型デジタル測長器を得ることにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するため、本発明は、光学式スケールと光学式エンコーダを有するセンサ部により計数された出力信号をコントローラへ送信あるいは前記コントローラからの指令信号を前記センサ部で受信する小型デジタル測長器において、前記センサ部及び前記コントローラのそれぞれに組み込まれ、送信側ドライバと受信側レシーバが組み合わされた差動トランシーバと、往路伝送線路と復路伝送線路を組み合わせた平衡伝送路を構成し、前記差動トランシーバにより前記センサ部と前記コントローラとの間で前記出力信号及び前記指令信号の伝送を行う伝送ケーブルと、入力端に終端抵抗とコンデンサとが直列に接続され前記センサ部に組み込まれた前記受信側レシーバと、を備えたものである。

【0011】

また、上記において、入力端に終端抵抗とコンデンサとが直列に接続され前記コントローラに組み込まれた前記受信側レシーバを備えたことが望ましい。

【0012】

さらに、上記において、直径８〜１２ｍｍの筐体の中に前記光学式スケールと前記光学式エンコーダとが組み込まれた前記センサ部を備えたことが望ましい。

【0013】

さらに、上記において、前記コントローラは複数本の前記センサ部を接続する前記受信側レシーバを有し、それぞれの前記受信側レシーバの入力端に終端抵抗とコンデンサとが直列に接続されたことが望ましい。

【0014】

さらに、上記において、前記センサ部と前記コントローラの間で送受信される信号周期をＴとして、前記終端抵抗の抵抗値をＲ、前記コンデンサの容量をＣとして、Ｒ・Ｃ＜（Ｔ／２）／（ｌｎ２）としたことが望ましい。

【0015】

さらに、上記において、前記センサ部に組み込まれた前記受信側レシーバの入力端に一般的な差動伝送用ドライバ及びレシーバ回路の仕様である１００〜１２０Ωの前記終端抵抗と６０００ｐＦ以下の前記コンデンサを、好ましくは８００〜１２００ｐＦの前記コンデンサを直列に接続したことが望ましい。

【0016】

さらに、上記において、前記コントローラに組み込まれた前記受信側レシーバの入力端に一般的な差動伝送用ドライバ及びレシーバ回路の仕様である１００〜１２０Ωの前記終端抵抗と６０００ｐＦ以下の前記コンデンサを、好ましくは８００〜１２００ｐＦの前記コンデンサを直列に接続したことが望ましい。

【0017】

前記センサ部に組み込まれた前記受信側レシーバ及び前記コントローラに組み込まれた前記受信側レシーバのそれぞれの入力端に直列に接続された前記終端抵抗と前記コンデンサとを有し、前記センサ部の前記受信側レシーバの入力端に接続された前記コンデンサの容量を前記コントローラの前記受信側レシーバの入力端に接続された前記コンデンサの容量よりも大きくしたことが望ましい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、光学式スケールと光学式エンコーダを有するセンサ部により計数された出力信号をコントローラへ送信する小型デジタル測長器において、入力端に終端抵抗とコンデンサとが直列に接続されセンサ部に組み込まれた受信側レシーバと、を備えるので、気密性を高めたセンサ部の筐体内部の発熱を抑制し、熱膨張による光学式スケールと光学式エンコーダとの相対位置関係の変化を低減できる。したがって、センサ部の省消費電力化を図り、現場での長時間の測定においても安定的に計数することを可能とした、高精度な小型デジタル測長器を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係るブロック図

【図2】従来の送受信部を示す回路図

【図3】本発明の一実施形態に係る送受信部を示す回路図

【図4】本発明の一実施形態に係る信号電圧の遷移を示すグラフ

【図5】本発明の一実施形態に係る光学式エンコーダと光学式スケールとの相対位置の時間変化を示すグラフ

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、小型デジタル測長器の構成を示すブロック図であり、１はセンサ部、２は伝送線路となる伝送ケーブル、３はコントローラである。図２は、従来の伝送方式の送受信部を示す回路図である。

【0021】

高速な信号を伝送ケーブル２で伝送する場合、不要輻射ノイズを抑制するために、差動信号伝送が用いられている。差動信号伝送は、２本の信号線を用い、互いに逆相の電流を流し、信号線間の電位差で伝送する。外部からのノイズは、＋側と−側の信号線に同じノイズが加わったとしても、差動伝送では信号線間の電位差をみるため、ノイズがキャンセルされ誤動作し難くなり、長距離かつ高速な通信が可能となる。

【0022】

センサ部１には、直径８〜１２ｍｍ、望ましくは１０ｍｍ程度の筐体の中に、基準目盛りとなる光学式スケール４と光学式エンコーダ５が組み込まれている。光学式エンコーダ５は、光学式スケール４の格子目盛から発光素子、受光デバイスを用いて光量変化を検出し、受光デバイスからＡＢ２相の正弦波信号を得る。そして、得られたＡＢ相の正弦波をデジタル変換回路の内挿回路で分割し内部的に、方形波（パルス）をカウントする。この範囲のサイズまたはそれ以下のサイズの筐体内に光学式エンコーダと光学式スケールとが組み込まれた測長器において、発熱が特に問題になり、本発明を適用することにより、発熱による光学式エンコーダと光学式スケールとの相対的な位置関係の変化の低減に顕著な効果を表すことができる。

【0023】

デジタル変換回路７は、光学式エンコーダ５が接続されたとき、位相が互いに１／４周期ずれたＡＢ２相の正弦波信号を内部で逓倍して分割したパルスを計数する。計数値は、インクリメンタル型の光学式エンコーダであればＡ相に対するＢ相の位相の進み又は遅れに応じて加算又は減算される。インクリメンタル型では、基準とする位置でカウンタの計数値をリセットし、その位置からのパルス数を累積加算するので、基準位置を任意に選ぶことができる。

【0024】

デジタル変換回路７で計数されたデジタルの出力信号は、差動トランシーバ８、伝送ケーブル２を介してコントローラ３へ送信される。差動トランシーバ８は、平衡接続方式である送信側ドライバ８−１と受信側レシーバ８−２が組み合わされ、センサ部１からコントローラ３への計数値の送信には送信側ドライバ８−１により送信し、コントローラ３からセンサ部１への指令信号は受信側レシーバ８−２で受信される。

【0025】

送信側ドライバ８−１は、デジタル変換回路７の出力を送信側となる伝送ケーブル２の一方の線に元の信号を、他方の線に位相を反転させた（逆位相の）信号、つまり差動信号を送る。２本の信号線はどちらも接地されない平衡回路で接続される。これにより、差動伝送回路が構成できるため、ノイズが低減されるので、センサ部１からコントローラ３までの距離を数十ｍ以上まで長くすることができる。

【0026】

伝送ケーブル２を介してコントローラ３へ送信された出力信号は、コントローラ３の差動トランシーバ９で受信される。差動トランシーバ９は、平衡接続方式である受信側レシーバ９−１と送信側ドライバ９−２が組み合わされ、センサ部１からコントローラ３への計数値の信号は受信側レシーバ９−１により受信され、コントローラ３からセンサ部１への指令信号は送信側ドライバ９−２で送信される。

【0027】

コントローラ３の差動トランシーバ９で受信された信号は、制御部１０に伝えられ、センサ部１による外径測定、段差測定、厚さ測定などの測定値として出力される。また、図１では、一つのセンサ部１を接続しているが、コントローラ３に隣接した多点測定の場合には、複数本のセンサ部１がそれぞれの伝送ケーブル２を介して接続される。特に、外径測定、段差測定、厚さ測定、平面度の測定では２〜３２本のセンサ部１がコントローラ３に接続される。

【0028】

図２は、従来の終端抵抗を用いた場合の送受信を示した回路図であり、下図として送信される信号の差動電圧及び電流の時間変化を示している。差動トランシーバ８の送信側ドライバ８−１と差動トランシーバ９の受信側レシーバ９−１とが伝送ケーブル２の往路伝送線路２−１と復路伝送線路２−２により結ばれている。

【0029】

送信側ドライバ８−１と受信側レシーバ９−１との間は、差動状態における各伝送線路の基準電位に対する特性インピーダンスを有し、往路伝送線路２−１と復路伝送線路２−２とは電気的特性を等しくし、いわゆる平衡伝送路が形成され差動信号線路となっている。また、往路伝送線路２−１と復路伝送線路２−２とは受信側レシーバ９−１の入力端近傍において終端抵抗２０で終端されている。

【0030】

送信側ドライバ８−１で送信のために電流を駆動する場合、終端抵抗２０の両端で差動電圧が発生する。デジタル変換回路７からのデジタル信号に基づいて、往路伝送線路２−１と復路伝送線路２−２の間に電位差が生ずる送信信号となる差動電圧を生成する。差動電圧により電流は上図中の矢印に示す様に、往路伝送線路２−１と復路伝送線路２−２では逆方向に流れている。受信側レシーバ９−１は、差動電圧を電源電位に基づく論理振幅で動作する信号レベルに変換し、制御部１０へ出力する。

【0031】

つまり、送信側ドライバ８−１で発生した信号電流を、往路伝送線路２−１と復路伝送線路２−２の組み合わせによる平衡伝送路と、受信側レシーバ９−１の入力側の終端抵抗２０とで形成されるループに流すことによって、終端抵抗２０の部分に信号電圧を発生させて信号を伝送するものである。

【0032】

信号のＯＮ／ＯＦＦは、電流の流れる向きを切り替えることにより識別する。この時、往路伝送線路２−１と復路伝送線路２−２とを流れる電流は、理想的には大きさが同じで向きが逆である為に、往路伝送線路２−１と復路伝送線路２−２に流れる電流によって発生する磁界は互いに打ち消しあい、結果として放射ノイズやクロストークノイズの発生を抑制することができる。また、外来のノイズに対しても、影響の受け方が往路伝送線路２−１と復路伝送線路２−２とで相対的に同じであれば、信号の論理に影響せずノイズ耐性にも優れる。

【0033】

ただし、信号出力の立ち上がり、立ち下がり特性は完全に一致させる事は原理的に困難であるため、トランジェントのタイミングにおいて、往路伝送線路２−１と復路伝送線路２−２間には僅かな同相のコモンモード電流が流れてしまう。また、伝送ケーブル２や終端抵抗２０の浮遊容量等による差動インピーダンスのミスマッチや、往路伝送線路２−１と復路伝送線路２−２間で発生する遅延時間、タイミングのずれであるスキューなどによってもコモンモード電流が発生し、ノイズやジッタとなる。スキュー時間は伝送ケーブル２の長さに比例し、スキュー時間が大きいと受信側レシーバ９−１でのデータの復調が出来なくなる。

【0034】

図２で示した従来の終端抵抗を用いた差動伝送方式では、伝送ケーブル２の特性インピーダンスを合わせるため（信号の反射を防ぐため）受信側レシーバ９−１の入力端へ終端抵抗２０を挿入している。終端抵抗は１００Ω程度で、これは差動伝送用ドライバ及びレシーバ回路によって最適化されている。

【0035】

デジタル信号のＨ論理、Ｌ論理の遷移時間はトランジェントとして伝送信号に比べて非常に短いので、終端抵抗２０には、図２の下図に示すように、常に（伝送路間電位差）／（終端抵抗）[Ａ]の電流が流れるため、終端抵抗２０において定常的に電力消費している状態となっている。また、電力消費量は電流の方向に関わらず一定であり、この電力消費分は、抵抗によって熱に変換され、製品にとって無視できないものとなる。

【0036】

実際には、センサ部１からコントローラ３へ測定データを送信するだけでなく、逆に、コントローラ３からセンサ部１へ動作確認信号、データ送信の要求信号など双方向の通信を常に行っている。このときは、送信側ドライバ９−２（図１参照）で発生した信号電流を、往路伝送線路２−３（図１参照）と復路伝送線路２−４（図１参照）の組み合わせによる平衡伝送路と、受信側レシーバ８−２（図１参照）の入力側の終端抵抗１１（図１参照）とで形成されるループに流すことによって、終端抵抗１１（図１参照）の部分に信号電圧を発生させて信号を伝送している。

【0037】

なお、図２の説明では便宜上、センサ部１からコントローラ３へ測定データを送信することとして説明しているが、コントローラ３からセンサ部１へ指令データを送信するときも同様である。

【0038】

コントローラ３からセンサ部１へ測定データを送信するときも同様であり、従来は受信側レシーバ８−２の入力端に終端抵抗１１のみ接続しているので、センサ部１では終端抵抗１１において定常的に電力消費している状態となる。そして、多点測定に適したように小型化されたデジタル測長器は、防水、油に対する耐性等の高い耐環境性とするため、筐体内部の気密性を高める必要があり、その分回路の発熱により、熱がこもる。それにより、センサ内蔵の光学式スケールや光学式エンコーダを取り付ける部位が熱をもつことにより熱膨張し、光学式スケール４と光学式エンコーダ５（図１参照）との相対位置関係が変化し、測定値に影響する。

【0039】

また、センサ部１ばかりでなく、多点測定が可能なように、例えば３２本以上のセンサ部１が接続されたコンパクトなコントローラ３では、総合的な消費電力は増加する。特に、携帯型のバッテリ駆動によるコントローラ３では測定時間がバッテリの消費電力で制限されるため、長時間の測定が困難となる。

【0040】

図３は、一実施の形態による送受信を示した回路図であり、受信側レシーバ９−１の入力端に終端抵抗２０と、終端抵抗２０と直列にコンデンサ２１を挿入している。送信側ドライバ８−１と差動トランシーバ９の受信側レシーバ９−１とが伝送ケーブル２の往路伝送線路２−１と復路伝送線路２−２により結ばれている。

【0041】

送信側ドライバ８−１と受信側レシーバ９−１との間は、差動状態における各伝送線路の基準電位に対する特性インピーダンスを有し、往路伝送線路２−１と復路伝送線路２−２とは電気的特性を等しくし、いわゆる平衡伝送路が形成され差動信号線路となっている。

【0042】

送信側ドライバ８−１で送信のために電流を駆動する場合、終端抵抗２０の上側からコンデンサ２１の下側、つまり受信側レシーバ９−１の入力端には、図２と同様の差動電圧が発生する。デジタル変換回路７からのデジタル信号に基づいて、往路伝送線路２−１と復路伝送線路２−２の間に電位差が生ずる送信信号となる差動電圧を生成する。差動電圧により電流は上図中の矢印に示す様に、往路伝送線路２−１と復路伝送線路２−２では逆方向に流れる。

【0043】

ただし、コンデンサ２１は直流的には高インピーダンスとなるので、差動電圧は同じであるが、下図のように電流は信号の極性が変化する過渡状態でのみ流れ、デジタル測長器として通常に行われている通信速度、データ転送レートであれば、図３のように定常状態の間は流れず、直流電流を消費しない。

【0044】

したがって、終端抵抗２０での電力消費は、定常状態の間においてもほとんど消費されず、信号を送信する上での定常的な電力消費を大幅に抑制できる。この電力消費分は、抵抗によって熱に変換され、製品にとって無視できないものとなるが、本発明においては、この電力消費を大幅に抑制できるので、抵抗によって変換される熱量も大幅に抑制することができる。なお、図３の説明では便宜上、センサ部１からコントローラ３へ測定データを送信することとして説明しているが、コントローラ３からセンサ部１へ信号を送信する場合も同様である。

【0045】

受信側レシーバ９−１の入力端における差動電圧は、コンデンサ２１を挿入しない場合と同じであれば送信側ドライバ８−１からの信号は、受信側レシーバ９−１で受信され、受信側レシーバ９−１は、差動電圧を電源電位に基づく論理振幅で動作する信号レベルに変換し、制御部１０へ出力する。

【0046】

コンデンサ２１を挿入したことにより、差動電圧の立ち上がり、立ち下がりが変化、トランジェントは変化する。図４は、信号電圧としてデジタル信号のＨ論理、Ｌ論理の時間遷移を示したグラフであり、最大のデータ転送レートにおける信号電圧変化のトランジェントを拡大したものである。

【0047】

図４において、実線は理想的な信号電圧を示し、破線は終端抵抗１１と直列にコンデンサ１２を挿入した場合（図１参照）の信号電圧を示している。つまり、コンデンサ１２を挿入した場合、信号電圧は、Ｈ論理へ遷移するとき終端抵抗１１とコンデンサ１２とで定まる時定数で理想的な信号電圧に対してゆっくり立ち上がり、Ｌ論理へ遷移するとき同様の時定数で遅れてゆっくり立ち下がる。

【0048】

センサ部１とコントローラ３の通信に必要とされる最大伝送速度に対応した信号周期をＴとすると、終端抵抗１１とコンデンサ１２は、終端抵抗１１の抵抗値をＲ、コンデンサ１２の容量をＣとして、Ｒ・Ｃ＜（Ｔ／２）／（ｌｎ２）とする。これにより、最大伝送速度においてもＨ論理、Ｌ論理を区別することができ信号の確実な伝送が可能となる。つまり、Ｒ・Ｃの値がＴ／２より大きいと、Ｌ論理における実効電圧が上がってきてＨ論理の電圧に近づくことになり、信号としての伝送ができなくなる。

【0049】

また、Ｃの値を小さくすると、過渡状態の間で消費される電流が大きくなるため総合的な電力の抑制効果は少なくなる。デジタル測長器として通常に行われている通信速度、最大伝送速度１０〜２０ｂｐｓ程度であれば、図３で既に示したようにコンデンサ１２を終端抵抗１１に直列に挿入することで定常状態の間の消費電力を低減できる。

【0050】

さらに、コントローラ３からセンサ部１へ送信される指令信号は、センサ部１からコントローラ３へ送信される出力信号に比べ、伝送速度は通常、小さくても良いので、センサ部１の受信側レシーバ８−２の入力端に接続されたコンデンサ１２の容量をコントローラ３の受信側レシーバ９−１の入力端に接続されたコンデンサ２１の容量よりも大きくすることで、実際の伝送速度を考慮した実用的なものとしてセンサ部１の発熱をより抑制したものとすることができる。

【0051】

図５は、実際のデジタル測長器での測定中における光学式エンコーダ５と光学式スケール４との相対位置の時間変化を示したグラフである。実線は終端抵抗１１のみの場合、破線は、終端抵抗１１にコンデンサ１２を直列に挿入した場合であり、センサ部１からコントローラ３（図１参照）へ測定データを送信して、表示、演算等を行い、コントローラ３からセンサ部１（図１参照）へ指令信号等を送信している場合である。

【0052】

通常は、最大伝送速度２０ｂｐｓ程度あれば十分なので、終端抵抗１１は１００〜１２０Ω、望ましくは差動トランシーバの仕様値、コンデンサ１２は６０００ｐＦ以下、望ましくは８００ｐＦ〜１２００ｐＦ、更に好ましくは１０００ｐＦとしている。図のように、経過時間と共に筐体内に熱が伝わり各部位が膨張することにより生じる光学式エンコーダ５と光学式スケール４（図１参照）との相対位置の変化が大きくなっている。また、通信開始後、５分程で相対位置の変化量を３割程度減らすことができている。

【0053】

これら抵抗値、コンデンサの容量値は、コントローラ３側の受信側レシーバ９−１の終端抵抗２０、コンデンサ２１に適用することもでき、これにより、発熱の問題のみならず、通常のデジタル測長器に用いられる伝送速度において問題なく動作することを可能とする。

【0054】

また、多点測定が可能なように複数、特に２〜３２本のセンサ部１が接続可能とされたコンパクトなコントローラ３では、コントローラ３に組み込まれた受信側レシーバ９−１の入力端のそれぞれに終端抵抗２０とコンデンサ２１とを直列に接続する（図１参照）ことが総合的な消費電力を低減し、長時間の測定、例えば、外径測定、段差測定、厚さ測定、平面度の測定を行うのに適している。

【符号の説明】

【0055】

１ センサ部
２ 伝送ケーブル
２−１ 往路伝送線路（センサ側）
２−２ 復路伝送線路（センサ側）
２−３ 往路伝送線路（コントローラ側）
２−４ 復路伝送線路（コントローラ側）
３ コントローラ
４ 光学式スケール
５ 光学式エンコーダ
７ デジタル変換回路
８ 差動トランシーバ（センサ側）
８−１ 送信側ドライバ（センサ側）
８−２ 受信側レシーバ（センサ側）
９ 差動トランシーバ（コントローラ側）
９−１ 受信側レシーバ（コントローラ側）
９−２ 送信側ドライバ（コントローラ側）
１０ 制御部
１１ 終端抵抗（センサ側）
１２ コンデンサ（センサ側）
２０ 終端抵抗（コントローラ側）
２１ コンデンサ（コントローラ側）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】