JP2001194184A

JP2001194184A - 動きの検出および分析装置並びに方法

Info

Publication number: JP2001194184A
Application number: JP2000358428A
Authority: JP
Inventors: Raymond John Chaney; ジョンチャニーレイモンド; Sergey Loukianov; ルキアノフセルゲイ; Seamus Mcfadden; マクファデンシーマス
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2001-07-19
Also published as: EP1103790A2; GB9927729D0

Abstract

(57)【要約】【課題】動き検出においてサンプリングレートがアナ
ログ帯域幅以下であるときでも過速度問題を克服し、雑
音の影響を受けにくくする。【解決手段】２つの対象の動きに依存する位相が異な
る２つまたはそれ以上の信号を得て、少なくとも１つの
座標軸系（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、Ｄ′）
にその信号の集団状態を位置付けるプロセッサを有す
る。１つの座標軸系は、循環式に変位した少なくとも６
つの分離した角切片を有さなければならない。２つまた
はそれ以上の座標軸系があるところでは、各システム
は、循環式に変位した少なくとも３つの分離した角切片
を有さなければならない。集団状態における変化を、適
切なクロック速度で信号をサンプリングすることにより
得られた少なくとも３つの処理したデータを用いて監視
する。信号の値の予測値を導出し、その予測値に応じて
信号をフィルタリングすることも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動きの検出および
分析装置並びに方法に関する。詳細には、本発明は、干
渉計システムまたはエンコーダシステムによって検出お
よび分析された動きの検出に関するが、これに限るもの
ではない。

【０００２】

【従来の技術】小さな変位でさえ検出する高感度な方法
を提供する干渉計の技術を用いて動きを検出することは
既知のことである。ＥＰ−Ａ−０７５３８０４およびＧ
Ｂ−Ａ−２２９６７６６には、そのような干渉計検出シ
ステムの例が開示されている。同様に、センサのアレイ
を有するスケールのオーバーラップに基づくエンコーダ
も正確な測定を提供する。そのスケールは一連のマーク
を備える。マークがセンサに対して動くので、それぞれ
のセンサの出力に基づいてスケールとセンサの相対変位
を測定することができる。

【０００３】そのようなシステムにおいて、最も簡単な
事例として、例えば一方がサインの出力を生成し、他方
がコサインの出力を生成するような、位相が９０°異な
る２つのセンサが存在する。これらを互いに直交する軸
上に表わせば、出力として可能なものは座標軸の原点を
中心とする検出円内にあると考えることができる。

【０００４】最も簡単な事例では、その座標系は変位を
表すことができる。

【０００５】上記検出円内で与えられた点は、２つの極
座標、すなわち角度と半径で表すことが可能である。半
径は信号強度の大きさの測定単位であり、角度は変位の
測定単位である。角座標が増加または減少するにつれ、
システムによって測定される変位は増加または減少す
る。システムの変位分解能（最小識別距離）は、角座標
を測定することができる精密度によって限定される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、信号が周期的
な時間間隔で感知されると仮定する。あらゆる感知点
（センシングポイント）で得られる値は、検出円内のど
こかにあることになる。この円を９０°の扇形（切片：
セグメント）に分割することを考える。従来のシステム
では、現在位置（角切片：angular segment）を前の位
置と比較する。答えとしては可能なものが４つある。角
切片の違いがゼロならば、システムは「静止」したまま
であるとシステムは仮定する。その違いがプラス１なら
ば、変位は正の方向に増加したとシステムは仮定する。
その違いがマイナス１ならば、変位は負の方向に増加し
たとシステムは仮定する。最後に、その違いが＋２また
は−２ならば、システムは正の方向に動いたのか負の方
向に動いたのが決定できないので、システムは速度超過
エラー（over speed error）の合図を出す。システムが
２つの角切片による動きに合図を出す可能な理由が２つ
ある。その１つは、システムが２つの角切片の変位を生
成するのに十分な速度で動いているときであり、この場
合にはシステムは本物の過速度エラー（速度超過エラ
ー）合図を出す。他の１つは、処理されている信号が雑
音である場合で、このときにはシステムは誤って過速度
エラー合図を出す。こういう問題は、さらに小さい角切
片内で処理することにより減らすことができるが、再び
システムがどのように達したかについて十分な情報を伝
えない角切片が常に存在する。

【０００７】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、たとえサンプリングレートがアナログ帯域幅以下で
あるときでも、過速度問題を克服し、雑音の影響を受け
にくいシステムを構築することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】最も一般的な場合とし
て、本発明は、２つの信号の分析が、好ましくは直角位
相（サイン信号およびコサイン信号）において、高分解
能座標軸系、または循環式に変位した少なくとも２つの
独立した座標軸系に基づいていることを提案する。

【０００９】したがって、本発明の第１の態様によれ
ば、２つの対象の相対位置に応じて、位相が異なる少な
くとも２つの信号を、好ましくは直角位相において生成
し、その２つの対象の動きが少なくとも２つの信号にお
いて相対する変化を生じさせる生成手段と、少なくとも
上記２つの信号を処理し、それにより前記動きを決定
し、その処理は少なくとも１つの座標軸系における少な
くとも２つの信号の連続値の集団状態の位置付けに基づ
いており、座標軸系は、循環式に変位した少なくとも６
つの分離した角切片の画定し、さらに少なくとも３つの
処理したデータサンプルを用いて連続値の集団状態の変
化を監視し、連続するサンプルは、適切なクロック速度
で少なくとも２つの信号をサンプリングすることにより
得られる処理手段とを提供することができる。

【００１０】１つの軸系の構成で最小限要求されること
は、座標系が少なくとも６つの六分円に分割されている
ということである。複数の座標軸がある場合は、少なく
とも６つの六分円というその要求は、互いに合計した全
座標系の角切片の総数に対する要求を表す。

【００１１】ここで、決定される量が変位であると仮定
する。満足のいくような動きはある角切片から１つおい
た隣りの角切片までよりも大きくない変化にのみなり得
る、ということが従来のシステムに対する制約である。
３つの角切片を通過する移動は、この結果を達成するシ
ステムの動きが正または負であることだけが可能とされ
ており、それゆえあいまいであるから、許されるもので
はない。従来の解釈ではあいまいな解釈は禁じられてお
り、システムはエラーの合図を出すこととなる。

【００１２】システムに対して変位の制約を課すより
も、むしろ速度の変化が処理したデータサンプル間で１
つの増加に過ぎないというような速度の制約を課すこと
が可能である。本発明では、速度はクロックサンプルの
間でジャンプ（飛び越し）した角切片の数によって表さ
れる。従来のシステムでは、４つの四分円系は角切片を
２つジャンプすると過速度エラーの合図がでるので、４
つの四分円系の最大速度は±１であり、６つの六分円系
は角切片を３つジャンプすると過速度エラーの合図が出
るので、６つの六分円系の最大速度は±２である。本発
明ではこの制限は取り除かれているが、本発明の最も簡
単な実装では、クロックサンプル間の速度の変化（つま
り加速度）は、０、±１、および±２に限定されてい
る。

【００１３】したがって、１つの軸系を含む構成におい
て、本発明では、変位の変化よりもむしろ速度の変化、
あるいは加速度の変化、あるいはさらに高次の導関数に
対する制約について考察する。速度の変化の制約には３
つの測定が必要であり、加速度の変化の制約には４つの
測定が必要である。

【００１４】概念としてのこの変化を示すために、以下
の測定シーケンスについて考察する。第１の２つの測定
は同じ角切片（第１の角切片）で行い、第３の決定は隣
りの角切片（第２の角切片）で行い、第４の測定はさら
に３つ隣りの角切片（第５の角切片）で行う。

【００１５】第１および２番目の測定の速度の差はゼロ
であり、したがって有効な測定である。第２および第３
の決定の速度の差は＋１であり、したがってこれも有効
な測定である。第３および第４の測定の速度の差は２で
あり、したがって有効であるが、この測定系を従来の方
法で分析すると、この動きは角切片を３つジャンプした
ことになるので不正な動きを表し、それゆえこの速度に
対する最大制約は解除されることになる。

【００１６】２つまたはそれ以上の座標軸系を含む構成
で最小限要求されることは、第１の座標軸系が２つの軸
を９０°で画定し、それにより４つの四分円を画定し、
第２の軸系が再び２つの軸を９０°で画定するが、それ
らの軸は第１の系の軸に対して４５°にされている。

【００１７】４つの角切片は各軸系で画定することがで
き、共通の原点を持つことが好ましい。

【００１８】ここで、測定された量が変位であると仮定
する。満足とされる動きは、ある角切片から隣りの角切
片よりも大きくない変化にのみなり得るということが、
システムに課された制約である。２つの角切片を通過す
る動きは許されない。最初の測定（有効と仮定）は、必
ず２つの座標軸のそれぞれにおいて角切片内で行われ
る。２番目の測定に対しては、いくつかの可能性があ
る。２番目の測定は、ある１つの座標系では第１の角切
片の隣りの角切片で行うことが可能であるが、第２の座
標系で同じ角切片で行うことが可能である。これは明ら
かに有効な測定である。同様に、両方の座標系で測定点
が隣りの角切片に移動しても、再び有効となる。一方の
座標系で測定が２つの角切片だけ変化し、他方では１つ
だけ変化すると、測定の有効性は疑わしくなる。両方の
座標系で２つの角切片が変化すると、測定は明らかに無
効となり、この場合にはシステムは過速度エラーの合図
を出すこととなる。

【００１９】上記の構成では、互いに直交する軸を使用
しているが、本発明はこれに限定されず、あらゆる角度
で正規に軸を配置することができることに留意された
い。同様に、２つの座標系は４５°にあると説明した
が、これは必須ではなく、２つの軸系の間の角度は、後
述のように状況により変更することが可能である。

【００２０】しかし、２つはまたはそれ以上の座標軸系
を含む構成は、２つ（またはそれ以上）の座標軸系が同
じ数の軸を有する状態に限定されるものではない。互い
の倍数でない、公約数を有さないことが好ましいが、違
う場合がある。２つの軸系がある場合には、適切な軸比
率（axis ratio）は４：７、３：８、５：８、および
７：８である。さらに、２つ（またはそれ以上）の座標
軸系の軸の数が異なるような構成では、一方の座標系の
１つまたは複数の軸が、他方の軸系の２つまたは複数の
軸と一致するようにすることが可能である。

【００２１】したがって、本発明は、動きを検出および
分析する装置であって、２つの対象の相対位置に応じ
て、位相が異なる少なくとも２つの信号を生成し、前記
２つの対象の動きが前記少なくとも２つの信号において
相対する変化を生じさせる手段と、前記少なくとも２つ
の信号を処理し、それにより前記動きを決定し、前記処
理手段による処理が、少なくとも第１および第２の座標
軸系における少なくとも２つの信号の連続値の集団状態
の位置付けに基づいており、前記少なくとも第１および
第２の座標軸系が、それぞれ循環式に変位した少なくと
も３つの分離した角切片を画定し、前記処理手段が、少
なくとも３つの処理したデータサンプルを用いて前記連
続値の集団状態における変化を監視するように構成され
ており、前記連続サンプルが所定のクロック速度で前記
少なくとも２つの信号をサンプリングすることによって
得られる手段とを備える、動きを検出および分析する装
置も提供することができる。

【００２２】上記の説明では、満足とする動きは、ある
角切片から隣りの角切片までよりも大きくない変化にの
みなり得る、ということがシステムに対する制約である
と仮定していた。そのような変位の制約よりも、むしろ
速度の変化が１つの増加に過ぎないような速度の制約を
課すことが可能である。本発明では、速度はクロックサ
ンプル間をジャンプした角切片の数で表されている。従
来のシステムでは、２つの角切片をジャンプすると過速
度エラーの合図が出るので、速度の最大値は±１であ
る。本発明ではこの制限は取り除かれているが、本発明
の最も簡単な実装では、クロックサンプル間の速度の変
化（加速度）は０および±１に限定されている。この制
約には、速度の変化がない可能性が含まれている。した
がって、速度が増加する場合で、最初の測定が定常状態
を表すと仮定すると、最初の変化はある角切片から別の
角切片（＋１の速度変化）となり、次の変化は２つの角
切片（１から２の速度変化）等となる。このように速度
が値２まで増加すると、次の測定は同じ角切片内では有
効ではなくなることに留意することができる。このと
き、それは速度０または速度４への変化を表すので、し
たがって減少２または増加２は、要求される制約から外
れる。さらに一般的には、考察対象の量は±１または０
変化するだけであると制約を課すことができる。制約は
速度に対するものであるが、加速度またはジャーク:jer
k（加速度の変化率）に対するものとすることもでき
る。制約の設定は、上記に定義したように本発明で開発
されたものであることを表すものである。

【００２３】より高度な補間系により、±１の制約は拡
大することができる。例えば、円を４つの角切片に分割
する代わりに、８つの角切片に分割すると、最大の制約
は±３となるが、実際には±２に減らすことが望まれる
だろう。

【００２４】さらに上記では、最初の測定は定常状態で
あると仮定していたことに留意することができる。重ね
て、本発明はこれに限定されるものではなく、最初の測
定が動きを表すことが可能である。以前の速度情報が利
用可能であれば、先行する測定をシステム処理の使用以
外の手段で提供することができる。とはいえ、定常状態
の場合であっても、２つの測定は対象が定常状態である
ように設定するために必要なので、２つの測定はシステ
ムを開始するために必要であり、そのため３つのサンプ
ルが必要となる。

【００２５】このように、システムに対して制約を課す
ことにより、システムは過速度問題を克服するが、ここ
でシステムは別の制約、すなわち最も簡単なシステムを
実装するならば、過加速度に対する、またはアナログ帯
域幅制限を課されることになる。

【００２６】上記説明では雑音のない操作を仮定してい
る。これは実際には実現可能ではないが、本発明の発展
形で、多少の雑音については克服が可能となる。ある測
定が雑音を含んでも、その雑音が、ある１つの角切片か
ら別の角切片へと測定を移動するのに十分である可能性
がある。

【００２７】ゆっくり移動する単一座標軸系を考察し、
速度が０および±１変化できる制約がある場合について
考察する。このシステムが、ある角切片から隣りの角切
片へと境界線をジャンプするとき、速度の増加は０から
＋１に変化する。ここで、速度規則を適用すると、禁じ
られた角切片は以前の角切片となる。したがって、ある
角切片からその隣りへのジャンプが雑音のためであれ
ば、この新しいシステムを実装すると、測定誤りフラグ
が設定されることになるが、従来のシステムでは正常に
機能し、誤りフラグは設定されない。したがって、この
考えを導入することにより、新しいシステムにおいて
は、雑音がある中でも低速度で同様に良好に機能するた
めには、従来のシステムよりも雑音の影響を受けにくく
する必要がある。この問題は、より高度な分解能システ
ム、または２つの独立した軸系を用いるシステムで取り
組むことができる。下記で２軸系における解決法につい
て議論する。ここで、測定が疑わしい妥当性に欠くもの
に相当する角切片で行われ、一方の座標系で速度の変化
があるが、他方の座標系では速度の変化がない、という
前述の状態について考察する。この考えの最も簡単な実
装では、システムが１つの測定システムで有効な結果を
生じれば、その結果は有効であるということである。シ
ステムがより高度な分解能を有していれば、すなわち各
四分円がさらに小さい角切片に分割されていれば、より
一般化した許容可能基準を使用することができる。した
がって、許容可能な雑音の画定は、測定点が有効な測定
に対応する角切片の境界により近いか、または両方の座
標系で測定が無効という結果になる角切片の境界に近い
かを考察することにより得ることができる。前者では雑
音が影響した有効な測定であると仮定することができ、
測定は有効な角切片内で行われているとして扱われる
が、後者は不正な動きとして扱うことができる。これは
２つの座標系の隣接する軸の角分離（普通は４５°）
を、有効と考えられる角の幅Ｘ内の決定および無効と考
えられる角の幅Ｙ内の測定を有する角の幅ＸとＹの２つ
の部分に分割することにより一般化することができる。
したがってＸとＹの比率は、許容可能な雑音レベルを調
整するように変化させることが可能である。有効である
として扱われるものと、無効であるとして扱われるもの
を調整するこの能力を、「ソフトエラー」と呼ぶことに
する。

【００２８】上記のように、少なくとも２つの独立した
座標軸系に基づいて直角位相で２つの信号を分析するよ
りも、むしろ本発明内で高分解能座標軸系に基づいて２
つの信号を分析することが可能である。座標軸系は一様
間隔である少なくとも６つの軸を必要とすることが好ま
しいが、６つを超える軸を使用することが可能であり、
８または１６、またはそれ以上の２の累乗の軸を使用す
ることが好ましい。そのような構成では、考察している
量が制限されている量変化するだけであるというよう
な、起こり得る可能な変化に対する制約がある。高分解
能６座標軸系が提供されるところでは、制約は、考察し
ている量が±２、±１、または０変化するだけであると
いうことである。このより広範な制約は、軸を横切る遷
移を表し、後ろでエラーとして扱われる雑音による変化
を防ぐために必要である。

【００２９】この構成を用いると、上記で述べたソフト
エラーの特徴を利用することも可能である。

【００３０】したがって、このようにして本発明では、
あらゆる個別の測定が雑音に影響されている状態で、過
速度の検出を可能とすることができる。また、過速度を
表すことができる検出、または雑音によって表された検
出を表すことができる検出を考慮に入れることが可能で
ある。したがって、許容可能な雑音レベル／許容可能な
無効レベルを調整することが可能である。

【００３１】そのような構成が、検出器のサンプリング
レートを決定するクロックによって検出器が制御されて
いるエンコーダまたは干渉計に供給されるとき、本発明
はそのサンプリングレートまでの速度に適用可能であ
る。

【００３２】さらに本発明により、以前の測定に基づい
て予測することが可能となる。したがって、上記で説明
した処理手段は、集団状態の先行値の少なくとも３つか
ら集団状態の連続値の１つの予測を導出し、その予測を
引き続き決定された集団状態の対応する位置と比較する
ように構成することが可能である。

【００３３】この考えをさらに発展させ、動きを表す信
号の値に応じて変化する帯域フィルタの調整可能中心周
波数、および可能ならば帯域幅を有する調整可能フィル
タリングシステムとすることが可能である。これは上記
のように１つまたは複数の座標軸系を含むことが可能で
ある一方、他の構成では信号値の予測を導出することが
可能であり、したがってこれは本発明の独立した態様を
示すものである。

【００３４】この第３の態様では、本発明は、動きを検
出および分析する装置であって、２つの対象の相対位置
に応じて、位相が異なる少なくとも２つの信号生成し、
前記２つの対象の動きが前記少なくとも２つの信号にお
いて相対する変化を生じさせる手段と、前記少なくとも
２つの信号を処理し、それによって前記動きを決定する
手段と、前記信号の最大帯域幅に対して狭い周波数帯に
わたってフィルタリングするフィルタリング手段で、該
フィルタリング手段が、前記処理手段によって処理され
た少なくとも２つのデータサンプルから導出した値に応
じて、前記最大帯域幅にわたって中心周波数を変更する
手段を含んでいる手段とを備える動きの検出および分析
装置を提供することができる。

【００３５】この態様では、速度を導出し、推定し、し
たがって調整可能なフィルタの帯域の中心周波数を決定
するために、２つの値のみが必要である。他の態様のよ
うに、１つまたは複数の座標軸系の１つによってこの態
様が達成されるとき、さらに３つの値が使用されること
になる。

【００３６】動作の決定に関する上記を考慮した本発明
の３つの態様が、全て定義されている。しかしながら、
これらの各々の態様は同様にその装置により実行される
処理ステップを構成する動作の決定の方法を含んでい
る。

【００３７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態について、添
付の図面を参照しながら具体例として詳細に説明する。

【００３８】図１は、例えば干渉計またはエンコーダシ
ステムの検出器からの信号を処理するための装置を示
す。先に言及したように、２つのセンサはサイン信号１
００およびコサインの信号１０１を生成して、差動増幅
器１０２を介してアナログ−デジタル変換器１０３に供
給する。実際には、エンコーダおよび干渉計からの信号
はＤＣバイアスを有することがあり、したがってサイン
信号の逆信号（非サイン信号：not sine）に対応する、
信号１０４は第２の差動増幅器１０５を介してコサイン
信号１０１と同様に比較される。この出力は第２のアナ
ログ−デジタル変換器１０６に供給され、２つのアナロ
グ−デジタル変換器１０３、１０６の出力は、デジタル
信号プロセッサ（ＤＳＰ）のようなプロセッサ１０７に
供給される。サイン信号１００およびコサイン信号１０
１にＤＣ成分がないことを示すことができる場合、これ
らの信号を信号減算の必要なしに、それぞれ増幅器１０
２および１０５に供給することができる。プロセッサ１
０７は、受領した信号の分析を実行する。最初１つの座
標軸系について記述され、次に２つの座標軸系が記述さ
れる。

【００３９】図１は、またプロセッサ１０７の出力がカ
ウンタ１０８を介してディスプレイユニットやサーボコ
ントローラのような、適宜の出力デバイス（１０９）に
伝えられることを示している。このように記載されたデ
バイスが、増幅器１０２と１０５の間の出力を切り換え
る、例えば１つのアナログ−デジタル変換器の使用によ
り変形できることに留意するべきである。

【００４０】ここで、１つの座標軸系に対して測定され
た、サインとコサインの出力を生成する２つのセンサの
出力を示す、図２を参照する。図２は、共通の中心に関
して連続して９０度づつ隔てられた軸Ａ、Ｂ、Ｃおよび
Ｄにより定義された複数の座標軸系を示す。

【００４１】同様に、線Ａ′、Ｂ′、Ｃ′およびＤ′
が、その共通の中心に関して９０度隔てられ、軸Ａ、
Ｂ、ＣおよびＤに対して４５度づつ隔てられている。こ
れらの軸と線は、８つのセグメント（角切片）を定義し
１から８に付番されている。この座標軸系は、８つの軸
を伴う一座標軸系と考えることができる。増幅器１０５
および１０６からのサイン信号およびコサイン信号のこ
の一群の状態は、円９により表現される。

【００４２】最初に測定される値は、点１０の位置にあ
ると仮定する。これは、セグメント１内にある。２番目
の測定点が点１１にあるとすると、その点は同じセグメ
ント内にあり、したがって「静止」動作を表し、したが
って有効である。第３の測定点が点１２にあるとする
と、これはセグメント１からセグメント２への移動を表
し、速度１の有効な移動を表している。第３の測定点が
点１２に反して点１３にあるとすると、これはセグメン
ト１からセグメント３への移動を表し、速度２の有効な
移動を表している。第３の測定点が点１４にあるとする
と、これはセグメント１からセグメント４への移動を表
し、速度３での移動を表している。座標軸系の特性に応
じて、これは有効な移動である。しかしながら、第３の
測定点がセグメント５の点１５にあるとすると、これは
速度が＋４かまたは−４のどちらかの移動を表し、これ
は曖昧なもので、したがって座標軸系は速度超過エラー
としてフラグを立てる。従来の座標軸系では、この例で
は、速度が３までの移動が許されるならば、速度超過エ
ラー条件がフラグを立てられる前に、この増加が最大速
度を５０％増加するので、わずかではあるが分解能の増
加による利点が得られる。

【００４３】クロックサンプルの間で速度を変化するこ
とは、位置に反するような速度の変化の制約を課するこ
とにより、絶対速度から制約を取り除く。より高分解能
では、このレベルでの補間で±２または±３の速度の変
化を課する座標軸系は、２つの問題：最大速度の制約、
および速度超過フラグの原因となる偽の移動測定値を生
じるノイズの少量の問題、を解決する。

【００４４】ノイズの問題へのいささかの解決を示すた
めに、セグメント１および２での２つの測定２０および
２１を考察する。これらの２つのどちらの点も、これら
の２つのセグメントを分離する線の境界に近接して置か
れている。ここで、点２０および２１はシーケンス２
０、２０、２１、２０での４つの測定値を表していると
仮定する。最初の２つの測定値は同じセグメント内にあ
り、したがってゼロの速度（または８または１６等）を
有している。次に、位置２１に対する第３の測定値は、
許された移動である速度＋１の変化を表している。ここ
で第４の測定値は、位置では−１の変化を表すが、速度
の変化は−２であるものを表している。このようにし
て、従来の座標軸系では、０または±１の位置変化は許
された移動であるが、速度の変化が０また±１に制約さ
れているとするとこれは無効な移動を表している。しか
しながら、±２またはそれ以上の速度変化を許容するよ
り高い分解能の座標軸系では、これは許容された移動を
表している。このようにして低速度ではこれはノイズの
問題を解決し、高速度（この座標軸系での８、１６等）
でのエリアシング（aliasing）の問題として参照され
る。

【００４５】±２また±３の制約が課せられるか否か
は、座標軸系の特性に依存する。上記の例での最大加速
の制限の削減を犠牲にして、±２の制約は真実の速度超
過エラーの検出での座標軸系の信頼性を高める。

【００４６】この手法での問題は、ノイズである。速度
での変化の制約が±３の場合は、偽のエラーフラグを避
けるために、システムのノイズは８分の１より著しく以
下であることを必要とする。同レベルの補間でこの問題
を解決するために、座標軸系はその軸が４５度回転した
２つのセグメントが４つの別個の座標軸系として考察さ
れることができる。

【００４７】ここで、２つの座標軸系に対して測定され
たサイン出力とコサイン出力を生成する２つのセンサの
出力を示す、図３を参照する。図３は、共通の中心の周
りに連続して９０度ずつ隔てられた軸Ａ、Ｂ、Ｃおよび
Ｄにより定義される第１の座標軸系を表している。同様
に、軸Ａ′、Ｂ′、Ｃ′およびＤ′は共通の中心の周り
に９０度ずつ隔たっていて、軸Ａ、Ｂ、ＣおよびＤに対
しては４５度ずつ隔たったている。各々の座標軸系の下
に、セグメント３０１から３０４を定義する軸Ａ、Ｂ、
ＣおよびＤと、セグメント３０５から３０８を定義する
軸Ａ′、Ｂ′、Ｃ′およびＤ′とで、４つの９０度のセ
グメントが定義されている。図１の増幅器１０２および
１０５からのサイン信号およびコサイン信号の一群は、
円３０９により表現される。以下に引き続く議論では、
測定された値の任意の有効な変化は、最初に測定値を含
んでいたセグメントと同じセグメントに、またはそれに
隣接するセグメントになければならないと仮定されてい
る。

【００４８】最初の測定値は、点３１０にあると仮定す
る。２つの座標軸系では、これはセグメント３０１およ
び３０５である。２番目の測定点が点３１１であるとす
ると、それはまだセグメント３０１内にあるがセグメン
ト３０５からセグメント３０６への移動を表している。
セグメント１つ分の変化は有効なので、これは有効な測
定である。同様に、２番目の測定点が点３１２であると
すると、これはセグメント３０２およびセグメント３０
６への、セグメント３０１およびセグメント３０５から
の移動を表しており、ここでも有効である。しかしなが
ら、点３１０の次の測定が点３１３であるとすると、こ
れはセグメント３０２および３０７内にある。変化がセ
グメント３０１および３０２の間である限り、これは有
効である。しかしながら、セグメント３０５から３０７
への変化は無効で、この測定は有効性が疑われる。測定
点３１０からの次の測定が点３１４にあるとすると、こ
れはセグメント３０３および３０７への移動を表し、ど
ちらの座標軸系においても無効である。

【００４９】点３１７、３１６および３１５に対して
は、プロセスは方向が反対であると見なすことができ、
決定シーケンス３１０、３１１、３１２、３１３、３１
４、３１５、３１６、３１７、３１０はシーケンス３１
０、３１２、３１４、３１６、３１０と同様有効である
ことが理解される。特に、３１１から３１３への変化は
セグメント３０２および３０７へのセグメント３０１お
よび３０６からの変化を表すので、シーケンス３１０、
３１１、３１３、３１４、３１６、３１０はしたがって
同様に有効な変化である。

【００５０】他の変形が測定された量に応じて、可能な
変形の追加により定義されてもよい。

【００５１】一見して、二組の軸の使用と軸の間の角度
の小さい一組の使用の差は、同じであることが判る。し
かしながら、これはノイズの問題を考慮していない。そ
れはノイズおよびその他の不確かさの問題なので、全て
の決定は不確かさを有している。最初の測定点が点３１
０であり、２番目の点３１３であると仮定されたい。ノ
イズがファクタであるならば、実際の値はその点からず
れ、特に軸Ｂ′の反対側にあってもよく、その場合それ
は有効であるが、軸Ｃの反対側の場合それは明らかに無
効である。

【００５２】次にそのような状況が起こったと仮定する
と、その測定は有効であると仮定されるがノイズの点で
問題がある。正しい決定は、セグメント３０２および３
０６であるべきであった。次の測定点が点３１４にある
とすると、移動は１つのセグメントを通ったセグメント
３０３および３０７へのもののみであり、したがってこ
れは有効である。点３１４の疑わしい決定は、無視され
てもよい。しかしながら、次の測定がセグメント３０３
および３０８内の点３１５であるとすると、ここでも２
つのセグメントの移動があり、これは別の不正な動きで
ある。最初の不正な動きでの欠陥の検出の代わりに、２
つ（または可能であればそれ以上）の連続する不正な動
きが得られるまでシステムは動作を続け、ノイズの効果
はそれにより削減される。

【００５３】別の可能な用途は、単なる測定点での変化
ばかりでなく変化の微分をも考察することである。例え
ば、測定点がずれて表されていると仮定すると、２番目
の測定点により取得されるであろう速度は同じに留まる
べきであるか、または１ステップ増加または減少するべ
きであるように、システムは増加する速度で動作される
べきであるとみなされている。点１０から点３１４への
第１の変化を考察されたい。これはセグメント３０２お
よび３０６へのセグメント３０１および３０５からの移
動であるので、有効な変化である。それはまた、点３１
０の測定は定常状態でなされたと仮定すると、各々の座
標軸系での＋１の速度変化を表している。次の測定は、
±１または０の速度変化である。双方の座標軸系につい
て、変化は同一でなければならない。点３１２の測定は
有効（双方の座標軸系で１から０への速度変化）で、３
１４（双方の座標軸系で速度変化なし）および点３１６
（双方の座標軸系で＋１の速度変化）と同様である。他
の測定値は、無効である。

【００５４】しかしながら、次の測定点が３１６である
とすると、速度はここでは２の値であり、次の速度の値
の変化は、１、２また３（決定で±１を加えるかまたは
変化０）とならなければならない。測定点３１６および
３１７は無効（一方または双方の座標軸系で変化なし）
であり、有効な測定値は点３１０（双方で１変化）、３
１２および３１４においてである。それが３１４におい
てであったとすると、速度の増加を表し、それ以後の次
の有効な測定点は、セグメント２、３または４の変化を
必要とし、それにより測定点は３１０、３１２および３
１４が再度有効である。

【００５５】このようにして、可能なセグメントでの変
化に関する有効性を定義し、かつ２組の座標軸を有する
ことにより、どの測定値が有効で、どの測定値がそうで
ないか、について既知の座標軸系より多くの情報が取得
されることができる。

【００５６】アナログレスポンスタイムの応答時間より
遅くすることができる、ループ更新速度（loop update
rate）を有するデジタルエレクトロニクスを用いて、図
１の構成が図３の処理の実行を可能にすることに留意す
るべきである。これを行うために、そのアナログ−デジ
タル変換器１０３、１０６はクロックサンプリングタイ
ムに較べて狭いサンプリングタイムを有する必要があ
る。次にそれらが増幅器１０２、１０５からの入力信号
をサンプリングするときに、サンプリングされた信号の
一部はそのアナログサイクルの小さい一部分を表してい
る。このようにしてそれらは、有益なサンプリング効果
を提供する。サンプリングタイムがアナログサイクルの
周期の程度である場合は、図１の構成では有益な結果は
決して得られない。

【００５７】図３から、各々の座標軸系において４つの
可能なセグメント（４分円）を通って、各々の測定点が
ある４分円から他へのものへ移動する。プロセッサ１０
７内部でのこの信号の処理において、連続した値の４つ
のポインタを定義することによりこれが実行されること
ができる。それで座標軸系への±１または０の変化の制
約は、あるポインタの値から隣のポインタの値への変
化、または同じポインタ値に留まることを表している。
このポインタにより表される値は、先に言及したように
速度等であってもよい。

【００５８】以上の記述では速度超過エラーの検出は、
現在の結果を前の結果と比較することにより行われる。
代替案として、より望ましい方法は予測モードでポイン
タシステムを用いることである。この場合には、どのセ
グメントで次の測定が行われるべきかを予測するために
ポインタシステムが用いられ、比較は実際のセグメント
と予測されたセグメントの間で行われる。

【００５９】前の値とその値の変化の制約は、有効な測
定が予め定められた範囲内にしか存在しないことを意味
するので、予測は複雑なものではない。最も単純な場
合、Ｖ _n＝Ｖ_n-1、またはＶ_n＝Ｖ_n-1の±１の変化であ
る。これらは速度の値を有しているので、それらは３つ
の位置の値の履歴を表している。このようにして、ポイ
ンタを用いて変化の履歴が有効である次の値の予測を導
出するために設定されることができ、測定された値との
比較が即時の有効／無効の決定を可能にする。

【００６０】他の本発明以外では無効として拒絶される
値の受け入れを認めたために、測定値のノイズの問題を
本発明が解決することができることは、先に言及した。
このアイディアは図４に描かれているように、さらに発
展させてもよい。図４は図３と同様であるが、この議論
は疑わしい測定を表す４５度のセグメント４２０に集中
しており、その意味でこれはある座標軸系では有効で、
他では無効の動作を表している。この４５度のセグメン
ト４２０はそのどちらかの側に、双方の座標軸系で有効
なある４５度のセグメント４２１と、双方の座標軸系で
不正な動きを表すある４５度セグメント４２２を有して
いる。図４では、動作は反時計回りであると仮定されて
いることに留意されたい。

【００６１】処理を目的として、アスタリスク４２３、
４２４により表示されている２つの測定点について考察
する。測定点４２３は、セグメント４２０と４２１を区
分する軸４２５から距離Ｘ１隔てられ、セグメント４２
０と４２２を区分する軸４２６から距離Ｙ１隔てられて
いる。同様に、測定点４２４は、軸４２５から距離Ｘ２
隔てられ、軸４２６から距離Ｙ２隔てられている。ここ
で、Ｘ１はＹ１より小さいので、測定点４２３は無効な
セグメント４２２より有効なセグメント４２１に近く、
それで有効と考えられることができる。測定点４２４は
有効なセグメント４２１より無効なセグメント４２２に
近く、それで無効と考えられることができる。この手法
は次のように、ある測定点が有効なセグメントの境界を
区分する軸から角度距離Ｘだけ隔てられ、無効なセグメ
ントの境界を区分する軸から角度距離Ｙだけ隔てられて
いる場合、その測定点を受け入れるか否かの判断はＸと
Ｙの比に依存する、と一般化することができる。

【００６２】最も簡単な場合、その比が１以下であれば
その測定点は有効と考えられることができ、比が１以上
であればその測定点は無効と考えられることができる。
しかしながら、拒絶に対する受け入れの比を変更する他
の比の値を用いることも可能である。その受け入れの比
が高いほど、より多くの測定値が有効として受け入れら
れ、システムが欠陥が発生したと決定する頻度がより少
なくなる。これは処理のプロセスでは、その移動が受け
入れ可能であると決定するまでにより長い時間がかかる
が、同様にシステムは有効な移動についてノイズの影響
により停止したままになることがない、ということを意
味する。ＸとＹの比か減少するにつれ、システムはエラ
ーに厳しくなるが、システムは実際は有効である測定値
への拒絶を頻発するようになる。

【００６３】その比は、ノイズがどれくらい許容できる
か、および動作中のエラーに対応する条件をどれくらい
早急に検出する必要があるかに基づいて、システムの設
計者により選択されることができる。この特徴を用いる
には、アナログ−デジタル変換器１０３、１０６が少な
くとも１６の異なった状態を定義する必要があるが、実
際にはこれは問題ではないことに留意されたい。

【００６４】何がエラーとして考えられ、何がそうでな
いかについて変化させるために、この値ＸおよびＹの調
整を用いることは、「ソフトエラー」として参照され
る。

【００６５】図５および図６は、既に記述された処理を
描いたブロック図である。図５および図６では、ソフト
エラーの決定は、ＸとＹが等しいとしてなされている。

【００６６】図５および図６を参照すると、ブロック２
００で得られたサンプルの値が、図３で描かれた座標軸
系内のサンプルの位置を決定するために、最初にブロッ
ク２０１、２０２、２０３および２０４により処理され
る。その測定点の位置を決定した後に、１つの座標軸系
での実際の測定が、バッファ２０６から導出されたその
座標軸系内の予測された値とブロック２０５で比較され
る。バッファ２０６から導出された予測した値は、先に
議論した前の測定を基礎として導出される。その２つが
同じである場合は、そのオブジェクトの速度は一様で、
設定された速度変化の制約±１または０の範囲内であ
る。ブロック２０５の動作が第２の座標軸系で繰り返さ
れる、ブロック２０７を介したブロック２０８への移動
を処理する。ここでも変化が０であれば、双方の座標軸
系で均一な移動があり、予測された値が更新され、その
オブジェクトの位置がブロック２１２で更新される、ブ
ロック２０９を介したブロック２１０、２１１への移動
を処理する。ブロック２１３でそのサンプルに対する決
定手続は終了し、その後次のサンプルに対してそのプロ
セスが繰り返される。

【００６７】ここでブロック２０５において、実際の値
と予測した値とが±１異なっていたと仮定する。その場
合速度での変化があり、この変化はブロック２０８でリ
ターン処理を行う前にブロック２１４で記帳される。こ
のブロック２０８で変化がなければ、前の手続が繰り返
される。一方±１の差異がある場合は、処理はブロック
２１５を介してブロック２１０から２１３へ移動する。
ここで、ブロック２０５で実際の値と予測された値の間
の差異が±２であると仮定する。するとプロセスは、ソ
フトエラーを検出するブロック２１７に移動する。この
ソフトエラーが許容範囲内にある場合は、プロセスはブ
ロック２０８と同じ機能を実行するために、ブロック２
１８に移動する。ブロック２０８および２１８は共通の
バッファ２１９から、それらが予測する値を導出するこ
とに留意されたい。一方、ソフトエラーは許容範囲より
大きいとブロック２１８が特定した場合は、ブロック２
２０でエラーが特定される。ブロック２１８について
も、ブロック２０８と同様ここでもいくつかの可能性が
存在する。実際の値と予測した値の差が０である場合
は、プロセスはブロック２０９および２１１に対応する
ブロック２２１および２２２を介して、そこでその変化
が正か負かをシステムが決定できるように、２つの座標
軸系での値が比較される、ブロック２２３に移動する。
次にプロセスはブロック２２４または２２５（一方は正
の場合、他方は負の場合）を介して、ブロック２１０お
よび２１２に対応するブロック２２６および２２７に移
動し、ブロック２１３でプロセスが停止する。ブロック
２１８において、実際の値と予測した値の差が±１であ
る場合は、プロセスはブロック２２１の替わりにブロッ
ク２２８を介して、ブロック２２２に移動し引き続いて
のプロセスが繰り返される。これは、ブロック２１５を
介したブロック２０８からブロック２１０への移動と同
様である。ブロック２１８での第３の可能性は、実際の
値と予測した値の差が±２であることである。この点に
達した場合は、双方の座標軸系での値のこの変化は好都
合なことにいかなる場合も許容範囲を超えているので、
これは直ちにエラーとして特定され、プロセスはブロッ
ク２２０に移動することが理解できよう。さらに、別の
可能性がある。ブロック２０５での実際の値と予測した
値が許容範囲内であり、プロセスがブロック２０８に達
した場合を考慮されたい。第２の座標軸系での実際の値
と予測した値の差が±２、即ち許容範囲外であることが
見いだされる。次にプロセスは、ブロック２１７と同様
のソフトエラー機能を実行するブロック２２９へ移動す
る。ブロック２１７と同様に、このソフトエラーが許容
範囲外である場合はプロセスは直ちにブロック２２０に
移動する。それが許容範囲内である場合（ここでは値の
符号は、ブロック２１７の場合の反対であることに留意
されたい）は、ブロック２２５および２２４と同様の方
法で新しい値をブロック２３１または２３２で導出する
ために、ブロック２２３と同様の比較が実行されるブロ
ック２３０に、プロセスは移動する。続いて、プロセス
はブロック２１０に戻る。

【００６８】このようにして、実際の値と予測した値が
双方の座標軸系で許容できるものであり、バッファは更
新され、位置の値が更新され、さらに測定サイクルが終
了する。どちらかの値が許容範囲外である場合は、ソフ
トエラーの決定がなされる。これらのどちらかが受け入
れられない結果を生じた場合、または双方の座標軸系で
実際の値と予測した値が許容範囲外である場合、これら
はエラーとして取り扱われる。どちらか１つまたはその
他のソフトエラー機能が、受け入れられない結果を生じ
た場合、システムはノイズに影響されたと見なされて、
プロセスは継続される。

【００６９】図３から５の実施形態では、２つの座標軸
系は一方の座標軸系の軸が他に対して回転移動された、
同数の軸を有する。しかしながら、それらの座標軸系が
同数の軸を有することは必ずしも必要ではなく、図７は
座標軸系が異なる数の軸を有する実施形態を描いたもの
である。図７では一方の座標軸系は、共通の中心の周り
に９０度ずつ連続して移動した４つの軸Ａ、Ｂ、Ｃおよ
びＤを有し、そのために図３の座標軸系の１つと等価で
ある。こうしてサイン信号およびコサイン信号の配置が
その内部にある、４つの９０度のセグメント５００から
５０３が定義される。第２の座標軸系は、７つのセグメ
ント５０１から５１１を定義し図７に点線で描かれてい
る、軸Ｅ′、Ｆ′、Ｇ′、Ｈ′、Ｉ′、Ｊ′およびＫ′
により定義されている。明瞭な記載のために、セグメン
ト５００から５０３の周辺５１２はセグメント５０５か
ら５１１の周辺５１３とは隔たって示されているが、実
際の実施形態ではこれは不必要であることに留意された
い。この構成では、軸ＡおよびＥ′は一致しているが同
様にこれは本質的なものではない。

【００７０】図７の２つの座標軸系を用いて実行される
プロセスは、図３から５を参照して記述されたものと同
様であり、ここでも測定値の有効ないかなる変化も、最
初に測定された値を含むセグメントと同じセグメントに
またはそのセグメントに隣接するセグメントになければ
ならない、ということが仮定されることができる。この
ようにして、セグメント５００および５０５内の点５１
４からセグメント５００および５０６内の点５１５への
移動は、それがセグメント５０６および５０１の点５１
４から点５０６への変化と同様なので、有効である。し
かしながら、点５１４から点５１７への移動は、それが
第２の座標軸系では２つのセグメントの変化を表すの
で、有効ではない。この状況にも、図１または３と同様
のその他の効果が適用可能である。

【００７１】２つの座標軸系内の軸の数は自由に選択す
ることができ、図７のように１つまたはそれ以上の軸を
共通に有しても、または共通の軸がなくてもよい。２つ
の座標軸系の軸の数は望ましくは、一方の倍数であるべ
きではなく、特に望ましくは共通因数があるべきではな
い。適切な軸の比は、４：７、３：８、５：８および
７：８を含んでいる。

【００７２】本発明は予測され測定された値と比較され
るために、例えば速度または加速度の値を受け入れるの
で、高速化されたプロセスであるということは先に言及
している。このアイディアの開発には、値の予測、した
がってその値が対応する信号のパラメータが、信号それ
自身の改善されたフィルタリングのために用いられるこ
とができる。原理的に、その値は極めて広い範囲で変化
してもよい。しかしながら、値の変化には制約があるの
で、信号の前の値についての知識は引き続く値が予測さ
れることを可能にし、かつ、したがって、フィルタリン
グは予測された値の周囲のみに対して実行される。その
ような状況では、フィルタは非常に狭い帯域幅を有する
ことができるが、その帯域の中心周波数は、予測された
値がある値から次に変化するに連れて変わらなければな
らない。このようにして、それ自身がフィルタリングさ
れた信号の前の値により決定される中心値の周りをフィ
ルタする、調整可能なフィルタが生成される。そのフィ
ルタの中心周波数を決定するために用いられる予測を導
出するために前の値が用いられることが望ましいにもか
かわらず、例えば最後に測定された値を直接使用するこ
とも、可能である。

【００７３】そのような調整可能なフィルタを導入した
実施形態が、図８に描かれている。図８は図１と同様で
あり、対応する部品を表示するために同じ参照番号が用
いられている。差動増幅器１０２、１０５とアナログ−
デジタル変換器１０３、１０６の間にフィルタ１２０、
１２１が必要な点で、図８は図１と異なっている。これ
らのフィルタ１２０、１２１は、それらの周波数帯域が
増幅器１０２、１０５からの信号の予測された値に応じ
て変化するように、プロセッサ１０７により制御されて
いる。このようにして、装置の精度と妥協することな
く、スプリアス周波数成分が取り除かれることができ
る。予測された値の偏差は、図５および図６で最も明ら
かに見ることができ、それはブロック２３１および２３
２を示している。これらの予測された値は、それに対し
て信号がフィルタリングされる速度の決定である。

【００７４】この構成は、フィルタの帯域幅が例えばプ
ロセッサ１０７により導出された加速度の決定とともに
変化するようにした変更により、さらに発展させること
ができる。ノイズを除去するために狭い帯域幅が望まし
い一方で、可能な値の幅は加速度と伴に増加する。した
がって、加速度が小さいときには帯域幅も小さく、加速
度の増大に連れて増加するように、フィルタの帯域幅を
調整することも可能である。

【００７５】図８のフィルタ１２０、１２１は様々な方
法で実装することができ、１つの可能な実施態様が、差
動増幅器１０２とフィルタ１２０および差動増幅器１０
５とフィルタ１２１を形成して、図９のフィルタに対応
する回路と伴に図９に描かれている。抵抗Ｒ７およびＲ
８は、プロセッサ１０７の制御により調整可能である
が、同じ抵抗値Ｒｆを有している。抵抗Ｒ５は抵抗値Ｒ
ｂを有し、コンデンサＣ１およびＣ２はそれぞれキャパ
シタンスＣｆおよびＣｂを有する。このようにして構成
されたフィルタの帯域幅は、１／（２π）ＲｂＣｂで与
えられ、その中心周波数は１／（２π）ＲｆＣｆで与え
られる。抵抗値Ｒｆはこのようにして、システムにより
導出された速度の予測に比例するようにされ、Ｒｆの変
化によりプロセッサ１０７によりある値から別の値へ変
更されることができる。

【００７６】プロセッサの制御に基づく抵抗Ｒ７および
Ｒ８の制御は、アップダウンカウンタを内蔵する電子的
に選択可能なタップ（tap）を伴う抵抗の使用により、
達成されてもよい。プロセッサ１０７からアドレスライ
ンを介して抵抗が変更されるように選択することによ
り、任意のカウントアップまたはカウントダウンによっ
て一連のパルスを電子的に選択可能なタップに、信号の
状態に応じたカウントアップまたはカウントダウンのど
ちらかで送ることができる。このようにして、抵抗Ｒ７
およびＲ８の抵抗値は調整されることができる。例え
ば、１００の選択可能な異なる抵抗値を有する、ダラス
セミコンダクタ社製の電子制御抵抗ＤＳ１０８４（商品
名）が、用いられてもよい。望むならば、回路の帯域幅
を加速度の割合に依存するように、抵抗Ｒ５がＲｂを変
更するために、プロセッサ１０７の制御の下に変更可能
なものにすることができる。図８では、フィルタ１２０
および１２１は差動増幅器１０２、１０５とアナログ−
デジタル変換器１０３、１０６の間にある。代わりに、
フィルタがサインの入力１００、１０１、１０４ではな
く、サイン、コサインの差動増幅器１０２、１０５の入
力線にあるようにすることができる。

【００７７】実際には速度の予測は、ブロック２０５が
決定において各々の座標軸系とは別個に働くという事実
により影響される。これにより、各々の座標軸系から導
出される予測はわずかに変化してもよい。この場合、各
々の座標軸系に対応する信号を別個にフィルタすること
が望ましい。その結果は、図８と同様な２つの構成は同
じ入力信号を受け入れるが、それぞれ２つの座標軸系で
の速度の決定に従ってフィルタリングされる必要があ
る、ということになる。これは、図１０に描かれてい
る。

【００７８】図１０では、図８の配置が同じ参照番号に
より表示されており、同じ構成の第２の配置は同じ参照
番号で描かれているが文字「ａ」が付されている。プロ
セッサはそこでは、１つの座標軸系から導出された速度
の測定値に応じてフィルタ１２０、１２１を制御し、か
つ他の座標軸系から導出された速度の測定値とは独立し
てフィルタ１２０ａ、１２１ａを制御する。プロセッサ
１０７は、次いで適宜の複合された測定値を導出するた
めに、２つの結果を分析する。プロセッサ１０７の出力
は、それからカウンタ１０８および図３の出力機器（１
０９）に送られるが、これは図１０には描かれていな
い。

【００７９】図８および図１０の配置は、アナログのフ
ィルタリングを用いている。さらに進んだ可能性とし
て、図１０と同様な配置においてデジタルのフィルタリ
ングを用いることがあるが、デジタルのフィルタリング
を用いることは図１１に示されている。図１１は図１０
と同様であり、対応する部品を表示するために同じ参照
番号が用いられている。しかしながら図１１では、フィ
ルタ１３０、１３１、１３０ａおよび１３１ａはアナロ
グ−デジタル変換器１０３、１０６、１０３ａおよび１
０６ａとプロセッサ１０７の間に配置されている。これ
らのデジタルフィルタ１３０、１３１、１３０ａおよび
１３１ａのパラメータは、プロセッサ１０７から提供さ
れている。

【００８０】デジタルフィルタそれ自身は既知のもので
あり、本発明で用いられることができるデジタルフィル
タの構成は、例えばプレンティスホール社により１９９
６年に発行されたモハメッド・エルシャーカゥイの「モ
トローラ社のＤＳＰ５６００２（商品名）を用いたデジ
タル信号処理のアプリケーション」と題する教科書の、
特に１５８から１６５ページに記載されている。そのよ
うなデジタルフィルタの設計においては、周波数の条件
は直接に速度に関係づけられている。

【００８１】図８から図１０の構成では、フィルタの制
御は図１から図６に示すように、１つまたは複数の座標
軸系を用いた分析から導出された予測により決定されて
いる。座標軸系を用いた制御に応じていない構成にその
ような調整可能なフィルタリングを適用することも、同
様に可能である。そのような実施形態は、図１２に描か
れている。図８の部品に対応する部品は、同じ参照番号
により表示されている。

【００８２】この実施形態では、３つの信号がエンコー
ダまたは干渉計システムから導出されている。信号から
直流バイアスを取り除くために、サインとコサインの信
号からコサインの信号が減算されて、２つの新しいサイ
ンとコサインの信号を生成している。この減算を実行す
るために、広帯域アナログ増幅器回路１０２、１０５の
後に図９のバンドパスプログラマブルフィルタ回路に対
応するフィルタ回路が、図１２に示すように付加されて
いる。図９のフィルタでは、可変抵抗Ｒ７およびＲ８は
中心バンドパス周波数が１／（２π）ＲｆＣｆになるよ
うにＲｆおよびＣ１と近似的に等しく設定されており、
ここでこの周波数は入力されたサイン信号の予測された
周波数である。この予測された周波数は、ターゲットの
予測された速度と指向性として比例している。このバン
ドパスフィルタの通過帯域のバンド幅は１／（２π）Ｒ
ｂＣｂで与えられ、ここでＲｂはＲ５の値でありかつＣ
ｂはＣ２の値である。バンドパスフィルタのバンド幅は
同様にＲ５の値と、もし必要であればＣ２の値の変化に
より変更されることができる。

【００８３】これら２つの電子的に調整可能な帯域の狭
いバンドパスフィルタからの出力は、別個のクロックの
アナログ−デジタル変換器１０３および１０５に伝送さ
れる。この転換を制御するために用いられているクロッ
ク信号は、主クロックから導出されることができる。デ
ジタル出力はその後、例えばこれら２つの信号の位相と
信号強度を計算するマイクロプロセッサの回路に伝送さ
れる。位相は、サイン信号／コサイン信号のＡｒｃＴａ
ｎ［Ｓｉｎｅ／Ｃｏｓｉｎｅ］を計算することにより算
出され、ここでサイン信号は変換器１０３の出力であ
り、コサイン信号は変換器１０６の出力である。信号強
度は、（√Ｓｉｎｅ²＋Ｃｏｓｉｎｅ²）から導出され
る。この構成ではこれらの計算が、次のデジタル的に変
換された信号が利用可能になる時、またはその前に完了
していることが望ましい。計算された位相は次いで、マ
シンの現在および予測された位置と速度を計算するため
に、同じマイクロプロセッサ１４０の内部または別個の
マイクロプロセッサ１４１に伝送される。いくつかの、
必要とされる予測された位置および速度があってよい。
例えば、差動増幅器回路のバンド幅とバンドパス周波数
を制御するために必要とされる予測された速度は、マシ
ンコントローラにより必要とされる予測された速度とは
異なっていてもよい。この実施形態では、信号がアナロ
グ−デジタル変換器に到着したときと予測された制御を
取得したときの間の時間の遅れは、３クロックサイクル
であり、一方コントローラが予測された速度を使うこと
ができるときの時間の遅れはそれよりかなり長いと考え
られる。

【００８４】予測された速度は、以下の方法により演算
されることができる。この実施形態ではシステムの時間
の遅れは３クロックサイクルなので、計算された現在の
位置を取得して、３クロックサイクル前の計算された位
置を減算し、平均速度を計算して、これを予測された出
力速度として用い、それに従ってフィルタのバンドパス
が設定される。洗練された方法は、次のクロックサイク
ルには速度の変化は同じであると仮定して、この期間内
の速度の変化を見ることで、それに従って予測された速
度を修正することである。例えば、３つの計算された位
置ｅ、ｆおよびｇがあるとしよう。そこでは速度はｖ１
＝ｆ−ｅ、およびｖ２＝ｇ−ｆであり、加速度ａはａ＝
ｖ２−ｖ１である。それによりアナログ減算回路に対す
るバンドパス周波数の設定のための洗練された予測され
た速度は、ｖ２＋３ａとなる。

【００８５】この手法の利点は、システムは減算増幅器
のバンドパス周波数を予測して、速度の予測の不確かさ
のために期待される周波数の変化にこの回路のバンド幅
を制限することである。これはバンド幅の縮小によるシ
ステムのノイズの削減を、１０毎の内のほぼ３の割合で
可能にする。例えば、この回路が標準的な電子技術を用
いて直流から１０ＭＨｚのバンド幅を必要とすると仮定
すると、上記の手法を適用することにより、回路のバン
ド幅は１ＫＨｚに削減することができ、電子技術に従え
ばこのことは信号対雑音比での１００倍の改善を意味す
る。スケールピッチが約０．０３ミクロンの標準的な線
形ヘリウムネオン干渉計システムでは、１ＫＨｚのバン
ド幅の制限はシステムの速度の不確かさが毎秒０．３ｍ
ｍであることを意味する。

【００８６】上記のシステムはアナログのサイン信号お
よびコサイン信号を用いて記述されているにもかかわら
ず、デジタルの矩形波信号を用いることもできる。デジ
タルの矩形波信号の概念を用いるために、位相がπ／４
または４５度隔たった２組の矩形波信号を生成する必要
があり、ここでアナログのサイン信号とコサイン信号は
図１３に描かれているように、別個にアナログ−デジタ
ル変換器（ＡＤＣ）６００、６０１に供給される。これ
らの変換器６００、６０１からのデジタル出力は、位相
がπ／４隔たった所望のデジタル矩形波信号を生成する
ために、プログラマブルゲートアレイ６０２に供給され
る。これらの信号は次いで、状態配置法を用いた動作近
似のために例えばプロセッサ１０７に供給されるが、そ
の方法はデジタルフィルタを含んでいてもよいし含んで
いなくてもよい。追加の位相補間が、矩形遷移の間の期
間計時により実行されることができ、次の遷移に必要と
される時間が最後の遷移に対してのと同じであると仮定
すると、この期間から位相が得られる。従来の方法と本
発明に必要とされる方法の間の差異は、著しくより長い
期間により分離されたレートの高いバーストで矩形波サ
ンプルが取得されることである。データサンプリングと
データ処理レートを同期させるために、矩形波のカウン
トと位相補間は、処理ユニットの要求に応じて利用可能
になるように、メモリバッファに記憶される必要があ
る。

【００８７】本発明によって得られる追加の利点には、
以下のものがある。

【００８８】処理システムは時点時点の速度の知識を有
しているので、速度の関数としての矩形波信号の位相の
変化または処理システムのレイテンシの変化を補償する
ために、プロセッサからの信号を修正することができ
る。これは「遅れのない」制御システムを構築すること
ができ、サーボコントロールに誘導される共鳴を削減
し、かつ実効バンド幅を拡大する助けになるので、特に
閉ループシステムでは有用である。

【００８９】アンダーサンプリング技術を用いることに
よる低いレートのサンプリングは、多くの矩形波チャン
ネルの時分割マルチプレクシングを可能にする。これ
は、位相の情報を取得するために振幅分割の場合と同様
にバンド幅と分解能を低下させる必要なく、動作を多く
の軸で決定するために１つのレーザを用い、かつ高い信
号レベルを維持することができる、干渉計のアプリケー
ションにおいて、特に有用であるかもしれない。この場
合レーザビームは、レートの低いサンプリングカウンタ
により決定されるレートで、オプションとして軸の間で
切り替えられる。

【００９０】本発明を用いて得られるようなさらなる利
点は、適当な精度を保証するために信号を継続して監視
する必要がもはやないことである。この精度は、オーバ
ーサンプリングの概念を可能にする。そのような構成に
おいては、プロセス信号はセンサの複数のサンプルから
導出される。この場合は、図１４に詳しく描かれてお
り、そこでは、デジタル信号または図１のアナログ−デ
ジタル変換器１０３、１０６の出力であってよい動作を
表す信号が、予め定められた相対的に短いサンプリング
期間でサンプリングするサンプラ７００を介して通過
し、サンプリングされた値は、動作の適宜の推定値を導
出するためにＦＩＦＯメモリ７０１で複数の値を処理す
る動作推定器７０２に伝送される前に、ＦＩＦＯメモリ
７０１に記憶される。このようにして推定器７０２は期
間ｔｓの間に推定値を計算するが、位置は期間ｔ_oの間
にサンプリングされ、このことは動作の推定の更新の間
にｎ回の読み出し値が記憶されるようにする。ここでｎ
はｔ_o／ｔ_sである。これは図１５に詳しく描かれてお
り、そこでは、サンプル７０３は時間７０４で動作の推
定値を導出するために用いられ、サンプル７０５は時間
７０６で動作の推定値を導出するために用いられる等が
なされる。

【００９１】動作推定器７０２が、単純にサンプリング
した値の平均値を使用することも可能である。しかしな
がら、これは常に最良の構成であるというわけではな
く、他の可能性には、ノイズに対しておよび速度、加速
度またはより高度な誘導された値の短時間の推定値を導
出するために、重み付けを伴うフィルタリングを適用す
ることを含んでいる。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
たとえサンプリングレートがアナログ帯域幅以下である
ときでも過速度問題を克服し、雑音の影響を受けにくい
システムが得られる。また、本発明によれば、本発明の
実施形態で記述した種々の利点を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】例えば干渉計またはエンコーダシステムの検出
器からの信号を処理するための装置を示す図である。

【図２】８つの軸の単一の座標軸系を用いた測定点の分
析を示す模式図である。

【図３】共通の中心を有する回転式に配置された２つの
独立な座標軸系を用いた測定点の分析の模式図である。

【図４】ソフトエラー機能を示すための、２つの独立な
座標軸系の使用を示すさらなる図である。

【図５】図３から図４の構成で実行される前段部分の処
理を示すブロック図である。

【図６】図３から図４の構成で実行される後段部分の処
理を示すブロック図である。

【図７】２つの座標軸系の軸の数が異なる２つの独立な
座標軸系を用いた測定点の分析を示す模式図である。

【図８】例えば図１の干渉計エンコーダシステムのもの
と同様であるが、適応フィルタが組み込んでいる検出器
からの信号を処理する装置を示す図である。

【図９】図８の装置で用いられるフィルタを示す図であ
る。

【図１０】多重速度予測を使用する、図８の装置の変形
形態を示す図である。

【図１１】フィルタリングがデジタルである、図１０の
装置の変形形態を示す図である。

【図１２】適応フィルタを使用するが、座標軸系は使用
していない、例えば干渉計またはエンコーダシステムか
らの信号を処理する装置の他の実施形態を示す図であ
る。

【図１３】デジタル矩形波信号を示す模式ブロック図で
ある。

【図１４】動作信号をサンプリングするための構成を示
す図である。

【図１５】図１４の構成により実行されるサンプリング
分析のためのタイミング図である。

【符号の説明】

１００サイン信号１０１コサイン信号１０２差動増幅器（広域アナログ増幅回路）１０３、１０３ａアナログ―デジタル変換器（ADC）１０４非サイン信号１０５差動増幅器（広域アナログ増幅回路）１０６、１０６ａアナログ―デジタル変換器（ADC）１０７例えばデジタル信号プロセッサ（DSP）１０８カウンタ１０９例えばディスプレイユニット、サーボコントロ
ーラ等への出力１２０、１２０ａ、１２１、１２１ａフィルタ１３０、１３０ａ、１３１、１３１ａフィルタ１４０位相／信号強度計算用マイクロプロセッサ１４１動作推定計算／フィルタ抵抗値設定用マイクロ
プロセッサ２１９サーキュラバッファ２０６サーキュラバッファ６００、６０１アナログ―デジタル変換器（ADC）６０２プログラマブルゲートアレイ７００サンプラ７０１ＦＩＦＯメモリ７０２動作推定器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者レイモンドジョンチャニーイギリスジーエル13 ９エスエフグロースターシャ州バークレーニューブルックエンドラバーナムコテージ（番地なし) (72)発明者セルゲイルキアノフイギリスジーエル12 ７ジェイディーグロースターシャ州ワットン−アンダー −エッジダーンズロード 18 (72)発明者シーマスマクファデンイギリスビーエス16 ５ティーディーブリストルダウンエンドファーンロード６

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】動きを検出および分析する装置であっ
て、２つの対象の相対位置に応じて、位相が異なる少な
くとも２つの信号を生成し、前記２つの対象の動きが前
記少なくとも２つの信号において相対する変化を生じさ
せる手段と、前記少なくとも２つの信号を処理し、それ
によって前記動きを決定する処理手段とを備え、前記処理手段による処理が、少なくとも１つの座標軸系
における少なくとも２つの信号の連続値の集団状態の位
置付けに基づいており、前記少なくとも１つの座標軸系が循環式に変位した少な
くとも６つの分離した角切片（セグメント）を画定し、
前記処理手段が前記連続値の集団状態における変化を少
なくとも３つの処理されたデータサンプルを用いて監視
するように構成されており、前記連続サンプルが所定の
クロック速度で前記少なくとも２つの信号をサンプリン
グすることによって得られることを特徴とする動きの検
出および分析装置。
【請求項２】前記少なくとも１つの座標軸系は、それ
ぞれ少なくとも３つの角切片を画定する複数の軸を有す
る第１および第２の座標軸系を備え、該第２の座標軸系
の軸が該第１の座標軸系の軸に対して循環式に変位して
いることを特徴とする請求項１に記載の動きの検出およ
び分析装置。
【請求項３】動きを検出および分析する装置であっ
て、２つの対象の相対位置に応じて、位相が異なる少な
くとも２つの信号を生成し、前記２つの対象の動きが前
記少なくとも２つの信号において相対する変化を生じさ
せる手段と、前記少なくとも２つの信号を処理し、それ
によって前記動きを決定する処理手段とを備え、前記処理手段による処理が、少なくとも第１および第２
座標軸系における少なくとも２つの信号の連続値の集団
状態の位置付けに基づいており、前記少なくとも第１お
よび第２の座標軸系がそれぞれ循環式に変位した少なく
とも３つの分離した角切片を画定し、前記処理手段が前
記連続値の集団状態における変化を少なくとも３つの処
理されたデータサンプルを用いて監視するように構成さ
れており、前記連続サンプルが所定のクロック速度で前
記少なくとも２つの信号をサンプリングすることによっ
て得られることを特徴とする動きの検出および分析装
置。
【請求項４】各前記第１および第２座標軸系が、前記
少なくとも３つの角切片を画定する複数の軸を有し、前
記座標軸系の前記第１の系の軸が、前記座標軸系の前記
第２の系の軸に対して循環式に変位していることを特徴
とする請求項３に記載の動きの検出および分析装置。
【請求項５】各前記第１および第２座標軸系が、前記
少なくとも３つの角切片を画定する複数の軸を有し、各
前記第１および第２の座標軸系の少なくとも１つの軸が
一致していることを特徴とする請求項３に記載の動きの
検出および分析装置。
【請求項６】前記第１および第２座標軸系が、同じ数
の軸を有することを特徴とする請求項３から５のいずれ
か１つの項に記載の動きの検出および分析装置。
【請求項７】前記第１および第２の座標軸系が、異な
る数の軸を有することを特徴とする請求項３から５のい
ずれか１つの項に記載の動きの検出および分析装置。
【請求項８】前記処理手段が、前記集団状態の前記連
続値の１つに先行する少なくとも３つの前記集団状態の
前記連続値から、当該集団状態の連続値の１つの予測を
導出し、該予測を該１つの連続値の対応する位置と比較
するように構成されていることを特徴とする請求項１か
ら７のいずれか１つの項に記載の動きの検出および分析
装置。
【請求項９】前記予測が、前記連続値の許容変動値に
対する所定の制約に基づいて導出されることを特徴とす
る請求項８に記載の動きの検出および分析装置。
【請求項１０】前記所定の制約が、速度の最大許容変
化であることを特徴とする請求項９に記載の動きの検出
および分析装置。
【請求項１１】前記所定の制約が、加速度の最大許容
変化であることを特徴とする請求項９に記載の動きの検
出および分析装置。
【請求項１２】前記処理手段が、前記少なくとも１つ
の座標軸系の隣接する２つの軸から各連続値の分離を決
定するように構成されていることを特徴とする請求項１
から１１のいずれか１つの項に記載の動きの検出および
分析装置。
【請求項１３】前記処理手段が、さらに前記分離の比
率を決定するように構成されていることを特徴とする請
求項１２に記載の装置。
【請求項１４】各前記連続サンプルが、前記少なくと
も２つの信号を所定の間隔でサンプリングすることによ
って得られることを特徴とする請求項１から１３のいず
れか１つの項に記載の動きの検出および分析装置。
【請求項１５】各前記連続サンプルが、前記少なくと
も２つの信号の複数の値から得られることを特徴とする
請求項１から１４のいずれか１つの項に記載の動きの検
出および分析装置。
【請求項１６】動きを検出および分析する装置であっ
て、２つの対象の相対位置に応じて、位相が異なる少な
くとも２つの信号を生成し、前記２つの対象の動きが前
記少なくとも２つの信号に相対する変化を生じさせる手
段と、前記少なくとも２つの信号を処理し、それにより
前記動きを決定する処理手段とを備え、前記信号の最大帯域幅に対して狭い周波数帯にわたるフ
ィルタリングを行うフィルタリング手段を含み、前記フ
ィルタリング手段が、前記処理手段によって処理された
少なくとも２つのデータサンプルから導出された値に基
づいて、前記最大帯域幅にわたって前記帯域の中心周波
数を変更する手段を含むことを特徴とする動きの検出お
よび分析装置。
【請求項１７】前記導出された値が、前記少なくとも
３つのデータサンプルから決定された予測、および前記
動きの速度要件であることを特徴とする請求項１６に記
載の動きの検出および分析装置。
【請求項１８】前記処理手段による処理が、少なくと
も１つの座標軸系における少なくとも２つの信号の連続
値の集団状態の位置付けに基づいており、前記処理手段
が、前記集団状態の前記連続値の１つの値に先行する前
記集団状態の前記連続値の少なくとも２つから、当該集
団状態の連続値の１つの予測である、前記予測を導出す
るように構成されていることを特徴とする請求項１７に
記載の動きの検出および分析装置。
【請求項１９】前記フィルタリング手段が、前記処理
手段によって前記信号から決定された加速度測定値に基
づいて前記帯域幅の周波数帯域幅を変更する手段（Ｒ
５）を有することを特徴とする請求項１６から１８のい
ずれか１つの項に記載の動きの検出および分析装置。
【請求項２０】前記フィルタリング手段が、アナログ
形態の前記信号をフィルタリングするように構成されて
いることを特徴とする請求項１６から１９のいずれか１
つの項に記載の動きの検出および分析装置。
【請求項２１】前記フィルタリング手段が、デジタル
形態の前記信号をフィルタリングするように構成されて
いることを特徴とする請求項１６から１９のいずれか１
つの項に記載の動きの検出および分析装置。
【請求項２２】動きを検出および分析する方法であっ
て、２つの対象の相対位置に応じて、位相が異なる少な
くとも２つの信号を生成し、前記２つの対象の動きが前
記少なくとも２つの信号において相対する変化を生じさ
せるステップと、前記少なくとも２つの信号を処理し、
それによって動きを決定する処理ステップとを有し、前記処理ステップは少なくとも１つの座標軸系における
少なくとも２つの信号の連続値の集団状態の位置付けに
基づいており、前記少なくとも１つの座標軸系は循環式
に変位した少なくとも６つの分離した角切片を画定し、
かつ前記処理ステップは、前記連続値の集団状態の変化
を少なくとも３つの処理したデータサンプルを用いて監
視することを含み、前記連続サンプルが、所定のクロッ
ク速度で前記少なくとも２つの信号をサンプリングする
ことにより得られることを特徴とする動きの検出および
分析方法。
【請求項２３】動きを検出および分析する方法であっ
て、２つの対象の相対位置に応じて、位相が異なる少な
くとも２つの信号を生成し、前記２つの対象の動きが前
記少なくとも２つの信号において相対する変化を生じさ
せるステップと、前記少なくとも２つの信号を処理し、
それにより前記動きを決定する処理ステップとを有し、前記処理手段ステップは少なくとも第１および第２座標
軸系における少なくとも２つの信号の連続値の集団状態
の位置付けに基づいており、前記少なくとも第１および
第２座標軸系のそれぞれが循環式に変位した少なくとも
３つの分離した角切片を画定し、かつ前記処理ステップ
において、前記連続値の集団状態における変化を少なく
とも３つの処理したデータサンプルを用いて監視するこ
とを含み、前記連続サンプルが、所定のクロック速度で
前記少なくとも２つの信号をサンプリングすることによ
り得られることを特徴とする動きの検出および分析方
法。
【請求項２４】動きを検出および分析する方法であっ
て、２つの対象の相対位置に応じて、位相が異なる少な
くとも２つの信号を生成し、前記２つの対象の動きが前
記少なくとも２つの信号において相対する変化を生じさ
せるステップと、前記少なくとも２つの信号を処理し、
それにより前記動きを決定する処理ステップとを有し、その方法が、前記信号の最大帯域幅に対して狭い周波数
帯にわたるフィルタリングを行うフィルタリングステッ
プを含み、該フィルタリングステップは、前記信号から
処理された少なくとも２つのデータサンプルから導出さ
れた値に応じて、前記最大帯域幅にわたる前記帯域の中
心周波数を変更するステップを含むことを特徴とする動
きの検出および分析方法。