测量装置及使用测量装置的玩具

本发明涉及测量装置及使用该装置的玩具，尤其涉及校正成为测量基 准的振荡频率的变动，并据此可高精度地测量移动体的速度等的测量装置 及使用该装置的玩具。

已有的速度测定装置，如图1所示。该速度测定用的测量装置1的构 成是，沿道路3，以间隔数米(例如七米)的距离，在路旁设置第一、第 二红外线光电管2A、2B，与红外线光电管2A、2B相对，隔道路3在对 测设置第一、第二红外线投光器4A、4B。

汽车6如图1所示行驶时，首先遮住了由第一红外线投光器4A发出 的、并被第一红外线光电管2A受光的红外光5a。进而，经过一定时间 后，汽车6遮住了由第二红外线光投光器4B发出的红外光5b。通过测量 由遮住红外光5a起至遮住红外光5b为止的时间t，即可测量出汽车6的 速度V，V＝L/t(m/秒)。

在测量上述时间t时，通过具有石英振荡器或CR振荡器的振荡电路， 使一定频率的时钟信号振荡，并从红外光5a被遮住的时间经过的某一点 (计时的on指令)开始由计数电路进行时钟信号的计数，在红外光5b被 遮住的时间经过的某一点(计时的OFF指令)时，结束计数，根据该计数 值，即可算出时间t。

然而，若使用已有的速度测定用的测量装置，如用石英振子的测量 部，虽然石英振子具有对温度或湿度的变化稳定并能准确测量的优点，但 其价格适中且能广泛使用的只限于测量1/100(秒)单位以下的，不可能 得到人们所希望的有效位数的测量结果。另一方面，若使用振荡频率高的 石英振子，虽然可得到有效位数大的数据，但石英振子价格贵，成本高。 还有，使用CR振荡器的测量部，虽然具有价格低，且可测得具有如 1/62,500(秒)单位以下的有效位数大的数据的优点，但却存在着对温 度或湿度的变化不稳定，不能进行准确测量的缺点。此外，如图1所示， 为防止测量精度的下降，以数米的间隔设置测量用光电管，因此受到了尺 寸小型化的限制，不适于作玩具用。

因此，本发明的目的在于提供一种能抑制高成本、且温度、湿度等测 定条件即使有变动也能进行有效位数大的准确测量的测量装置，以及使用 该装置的玩具。

本发明的另一目的在于提供一种可做成玩具用尺寸小型化的测量装置 及使用该装置的玩具。

为了达到上述目的，本发明的构成包括：振荡频率对温度、湿度等变 化不稳定的第一振荡部；用所述第一振荡部测量各种数据的测量部；即使 温度、湿度等变化，以给定频率准确振荡的第二振荡部；运算所述第一及 第二振荡部的振荡频率比，求出校正系数，并以该校正系数校正各种数据 的校正部。

根据上述构成，使用第一振荡部测定各种数据，同时比较第一振荡部 的振荡频率与第二振荡部的振荡频率，根据该比较，通过校正部求出确定 的校正系数，通过该校正系数，校正第一振荡部的测量结果。因此，第一 振荡部的测量即使受到温度或湿度的影响，也能正确地测量。还有，第一 振荡部中由于不需要使用对温度、湿度稳定的器件，所以可降低测量装置 的生产成本。

还有，为了达到上述的目的，本发明在测定移动体的速度和一段行程 时间等速度信息的玩具中，其构成包括：由一对脚部及上部连接该一对脚 部的连接部所构成的、并具有通过所述移动体的通道的门部件；设置在所 述门部件上的、在所述移动体通过所述通道时输出检测信号的检测部；振 荡频率对温度、湿度等的变化不稳定的第一振荡部；根据所述检测部的检 测信号，使用所述第一振荡部测量所述速度信息的测量部；即使温度、湿 度等发生变化，以给定的频率准确地振荡的第二振荡部；运算所述第一及 第二振荡部的振荡频率比，求出校正系数并以该校正系数校正所述速度信 息的校正部；设置在所述门部件上的、显示由所述校正部校正过的所述测 量部输出的显示部。

根据所述构成，在移动体进八门部件的通道时，根据检测部的检测信 号，通过使用第一振荡部的测量部开始速度信息的测量。在移动体穿出通 道的时刻，即结束测量部的测量。根据该测量结果，对第二振荡部的振荡 频率与第一振荡部的振荡频率进行比较，通过校正部求出与上述两者比相 应的校正系数。根据该校正系数，校正测量部的测量结果(速度信息)， 该校正过的速度信息通过显示部显示。因此，可准确地进行玩具的速度测 定，还可满足用户的高级志趣。还有，第一振荡部中由于不需要使用对温 度、湿度高稳定的器件，所以可降低玩具的生产成本。

以下对附图作简单说明。

图1为表示已有的速度测定系统的说明图。

图2为本发明实施方案的测量装置框图。

图3为表示以图2所示的各部通过CPU进行一系列处理的流程图；

图4为表示用本发明测量装置的测速用玩具主要部分的侧视图；

图5为图4测速用玩具前段光传感器设置位置的后视剖面图；

图6为表示图4测速用玩具测量部控制系统的框图。

以下参照附图，说明本发明的实施方案。

图2为本发明实施方案的测量装置框图。以下，以测量移动体的速度 为例进行说明。

如图2所示，本发明的测量装置使用了石英振荡器11(第二振荡 部)与CR振荡器12(第一振荡部)两个振荡器。石英振荡器11具有 使用石英振子11a与图中未示出的振荡电路所构成的第一振荡部，发生 给定频率的时钟信号。一般说来，石英振子振荡频率随价格而变大，但对 温度、湿度的稳定程度却无差异。因此，这里采用了价格便宜而振荡频率 小的振子作为石英振子11a，例如其速度测量单位为1/100(秒)。

CR振荡器12具有使用以电容器12a与电阻12b为振荡部构成 要素的振荡电路(图中未示电路的详细情况)而构成的第一振荡部，并以 比石英振荡器11的振荡频率高的频率来输出时钟信号，而且价格低。但 是，振荡频率随温度或湿度而变动。例如，该CR振荡器13的速度测量 单位在标准的环境条件下为1/62,500(秒)。

比较电路13与石英振荡器11及CR振荡器12相连接，以石英振 荡器11的振荡频率作为标准信号来检验振荡器12的振荡频率的变动。

测量部14与CR振荡器12相连接。该测量部14是由时钟测量部 14a、测量值校正部14b和速度运算部14c构成。时钟测量部 14a以测量开始的指令S1的发出为条件，开始对CR振荡器12输出的 时钟信号测量，在测量结束的指令S2发出的时刻，结束时钟信号的测量。 测量值校正部14b校正时钟测量部14a的测量值使其不受温度、湿度 等的影响。速度运算部14c根据由测量值校正部14b所得到的测量 值，运算指令S1与指令S2之间的时间t，由该时间t运算速度V。

还有，与比较电路13相连接的有校正电路15(通过与比较电路 13相组合形成校正部)，根据比较电路13的比较结果算出校正系数， 校正时钟测量部14a的时钟测量值。与测量部14相连接的还有在 LCD等显示器上以数字显示该测量结果的显示部16。

下面，说明图2构成的测量装置的工作情况。

例如，在进行从某一时刻到某一时刻的时钟测量时，如果向测量部 14发出根据传感器信号等的测量开始的指令S1，则时钟测量部14a 便开始测量CR振荡器12的时钟信号。石英振荡器11及CR振荡器 12一直在进行振荡，比较电路13比较石英振荡器11的振荡频率与 CR振荡器12的振荡频率。例如，对石英振荡器11的一个周期内的 CR振荡器12的时钟信号数进行计数。若预先能够掌握石英振荡器11 的振荡频率与CR振荡器12的振荡频率在标准条件下的比，则可由该比 与测量条件变化时的比了解由温度、湿度的影响所造成的误差。

如上所述，在标准环境条件下，在石英振荡器11的1/100秒周期 内，CR振荡器12发生62.500个时钟信号。假设标准环境条件为 20℃、60％，则从该条件开始，温度及湿度变化愈大，则CR振荡器12 的测量值变化愈大。例如，其变化如下列表1所示(为简单地说明，拟将 设定条件定为五点)。也就是说，对于标准值(62.500个)来说，若温度 上升，则CR振荡器12的单位时间内的时钟测量值增加，若温度下降， 则时钟测量值减少。因此，根据由比较电路13所求出的比，运算由校正 电路15所校正的系数，利用该校正系数进行测量值校正，则可以看作 CR振荡器12是处于与标准环境下的动作相同的动作状态。另一方面， 不采用校正时钟测量值的方法，而是采用校正由时钟测量值所算出的时 间，也可得到相同的结果。

也说是说，若设定标准环境条件(例如，20℃、60％)下石英振荡 器11的一周期的CR振荡器12的时钟测量值为n，则校正计数δ可由 式(1)求出：

δ＝n/62,500............(1)

如表1的标准环境条件a1所示，若n＝62,500，则：

δ＝62,510/62,500＝1.00016......(2)

若在开始指令S1与结束指令S2之间，得到N＝7.005,000的时钟测量 值，则将其换算为标准环境条件下的时钟测量值Nr，可以得式(3)的结 果：

Nr＝7.005,000/1.00016＝7.003,879.....(3)

若根据式(3)的结果，则指令S1与S2之间所需的时间t为：

t＝(7.003,879/62,500)×1/100＝1.1206(秒).......(4)

设式中移动体距离为3m，则速度V为：

V＝3/t＝2.677(m/秒).......(5)

如上所述，根据本发明，以对温度或湿度动作稳定的石英振荡器11的时 钟信号为标准，校正基于随温度、湿度容易变动的CR振荡器12所得到的 时钟测量值，所以CR振荡器12的输出值即使受到温度或湿度的影响， 也可得到与标准环境条件下相同的值，因此可以有效地将价格低而振荡频 率大的CR振荡器12的特征用于测量。

为了得到测量开始与结束的指令S1、S2，例如，以给定的距离相隔 的两处设置由发光元件与受光元件组合的光传感器部。当移动体每次通过 各传感器部时，均发生检测信号，因此根据该检测信号就可以实施时钟测 量部14a的测量开始及结束。

图3表示以图2所示的各部通过CPU进行一系列处理的处理情况。以 下说明车辆等移动体速度的测量情况。

首先对移动体测量开始指令S1-发出，则测量部14的时钟测量部 14a便起动，开始基于CR振荡器12输出的时钟信号的测量(第 101步)。与该时钟测量部14a的动作并行，以石英振荡器11的 振荡频率为标准，由比较电路13算出CR振荡器12的振荡频率的变动 (第102步)。根据该比较电路13的结果，算出校正系数δ(第 103步)。

然后，判定是否发出结束指令S2，即是否结束时钟信号的测量(第 104步)，若是结束，则校正测量值(第105步)。根据该校正过的 测量值，算出所需的时间，根据该算出的时间，求出速度V(第106 步)。此后，速度V的值通过显示部16以数字显示在显示器上(第 107步)。

下面，说明本发明的测量装置的适用例。

图4为表示将本发明的测量装置用于测量部的测速用玩具主要部分的 侧视图。这里所说明的玩具是指，使汽车玩具沿着环形的或者给定长的行 驶路线行驶，并将其行驶速度以数字形式显示出来的。

测量部20具有连接部21与在该连接部21上整体构成的具有一对 脚部22a、22b的门部件23。

在连接部21的上面21a设置显示速度、现在时间等的液晶显示器 (LCD)24，和为切换显示或动作模式用的模式切换钮25。于是， 在脚部22a、22b，以间隔给定的距离设置两个透过型的第一及第二光 传感器部26A、26B。该光传感器26A、26B的输出信号为测量 的开始指令S1、结束指令S2。在脚部22a与脚部22b之间形成移动体 27(玩具汽车)的通道28。

模式切换钮25可用于选择「时钟显示模式」、「速度检验模式」、 「一段行程时间模式」、「时钟对时模式」等各种模式。「时钟显示模 式」是在LCD24上以「时」、「分」显示现在时间的模式。「速度检 验模式」是测定通过通道28的移动体27的速度，并将该测定的速度显 示在LCD24上的模式，相当于图3的处理。还有，「一段行程时间模 式」是测定移动体27通过通道28，通过某一循环路径再通过通道2 8之前的一段行程时间，并将该测定的一段行程时间显示在LCD24上 的模式。还有，「时钟对时模式」是将LCD24上显示的现在时间修改 为正确的时间的模式。

图5A为由图4的光传感器26A部分看光传感器26B的侧视剖面 图。

在通道28的前后所设置的光传感器部26A、26B为相同结构， 因此，这里仅对一方(光传感器26A)进行说明。在脚部22a、22b 的各内壁面的对向部位安装发光元件26a与受光元件26b。当来自发光 元件26a的光受移动体27遮断时，则由受光元件26b输出遮光信号。 还有，在元件26a、26b的前面，设置为只通过特定频率的光而用的红 色滤光器26c。由于设置红色滤光器26c，可防止因外光造成的错误动 作。图5B示出了其他结构，在脚部22a形成安装元件用的开口部48， 在这里配置了通过一对导线49而与1C芯片20A相连接的 LED26a。该LED26a受导线49支撑，而且通过环状部件 47，尖端被固定。环状部件47在中央有光通过口，所以可防止射出的 光向斜方向扩散。受光元件(光电二极管)26b也具有相同的结构，所以 只接受由LED26a射出的光，能遮断由斜方向射入的光，因此可防止 错误的检测。

图6为表示测量部20的控制系统的框图。

测量部20是由以控制整个系统的CPU30为主而构成的。与 CPU30相连接的有总线30a，与该总线30a相连接的有容纳进行图 3所示的处理用的程序的ROM(只读存储器)31、存储包括光传感器部 26A与光传感器部26B之间的距离L的信息和各种测量部测量的结果 或校正结果等各种信息的RAM(随机读取存储器)32、时钟与测量电 路33、LCD驱动器34、连接石英振荡器11及CR振荡器12的接 口36。LCD驱动器34与LCD24相连接。还有，时钟与测量电路 33具有以时、分输出现在时间的功能。计算从输入设置信号后的经过时 间的计时功能、修改现在时间的功能等。

以上的CPU30、ROM31、RAM32、时钟与测量电路 33、LCD驱动器34以及接口36，尤其还有石英振荡器11、CR 振荡器12均可作为一个1C芯片构成，如图5所示，可安装在连接部 21内。

此外，总线30a还与模式切换钮25、光传感器26A、26B相 连接。尤其，为了向各部提供电源，具有电池35(锰电池、镍—镉电 池)。不使用电池35，也可采用AC适配器等外部电源。

CPU30通过模式切换钮25的操作而执行所切换的模式。也说是 说，在初始状态模式的「时钟显示模式」的情况下，将时钟与测量电路 33输出的现在时间显示在LCD24上。在切换为「速度检验模式」的 情况下，用时钟与测量电路33测量由光传器部26A被遮光时至光传感 器部26B被遮光时的时间TIII将光传感器部26A与光传感器部26b 之间的距离L除时间TIII，求出速度，将该速度显示在LCD上。在切换为 「一段行程时间模式」的情况下，用时钟与测量电路33测量由光传感器 部26A被遮光时至光传感器部26A第二次被遮光时为止的时间，将该 测量的时间显示在LCD24上。在切换为「时钟对时模式」的情况下， 通过操作人员的手等对光传感器部26A每遮光一次，则表示小时的数加 1，对光传感器部26B每遮光一次，则表示分钟的数加1。

在以上的速度测量用的玩具中，由时钟与测量电路33输出的时间数 据，可根据基于石英振荡器12输出的时钟信号校正的CR振荡器11的 时钟信号算出。因此，可得到排除温度、湿度影响的准确的测定结果。

在以上的实施方案中，说明了速度、一段行程时间、时刻等有关问 题，但是，也可从CR振荡器的振荡频率测量温度或湿度。

如上所述，根据本发明的测量装置及用该装置的玩具，则可用振荡频 率低的、且振荡频率不会由于温度、湿度等而变动的振荡器的信号来校正 以高频率振荡的、振荡频率随温度、湿度等变动的振荡器的信号，以该校 正的信号测量各种数据，因此，可实现产品成本降低，同时可进行有效位 数大的测定。从而，即使缩短了测定速度用的标准距离(两个光传感器间 的距离)，也可进行准确的速度测定，且由于尺寸小型化而可用于玩具。