JP2010034950A - 多チャンネル信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的低速で幅広いレンジを計測するとともに、比較的狭いレンジで高速かつ高分解能で計測する多チャンネル信号処理装置を得る。
【解決手段】センサ信号Ｓ１からセンサ低速信号Ｓ４を抽出するローパスフィルタ２と、センサ低速信号Ｓ４を基準信号Ｓ２として記憶する基準信号記憶器３と、センサ信号Ｓ１と基準信号Ｓ２との差動増幅信号Ｓ３を生成する差動増幅器１と、差動増幅信号Ｓ３のＡＤコンバータ１０１と、センサ低速信号Ｓ４のＡＤコンバータ１０２と、ローパスフィルタ２から基準信号記憶器３への信号路を開閉するスイッチ４と、ローパスフィルタ２からＡＤコンバータ１０２へのチャンネルを選択する選択器１０３と、選択チャンネルを決定する選択決定器２０２と、基準信号Ｓ１１と差動増幅信号Ｓ７とからセンサ物理量Ｓ９を計算する換算器２０１とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、多チャンネルシステムのセンサ回路として用いられる多チャンネル信号処理装置に関し、特にワイドダイナミックレンジの信号処理を行うための技術に関するものである。

従来から、多チャンネルシステムにおいては、高速かつ高分解能の計測を長い時間にわたって行う場合に、計測対象に対して、計測周期と比較して緩やかではあるものの、大きな変動が加わることがある。
このような変動が加わった状態で計測対象の絶対値を測定する必要がある場合には、センサ出力を幅広いレンジで計測するとともに、高速かつ高分解能で計測する必要がある。

すなわち、多チャンネルシステムのセンサおよび信号処理装置においては、比較的低速ではあるが幅広いレンジを計測するとともに、比較的狭いレンジではあるが、高速かつ高分解能で計測することが求められる。
近年、欧州で開発が進められている星像観測用の可変形ミラーは、薄いミラーを裏側から押し引きすることにより、鏡の形状を制御するシステム構成を有する（たとえば、非特許文献１参照）。

非特許文献１においては、鏡の形状を制御するために、３３６本のリニアモータと各リニアモータに対応するように設けられた３３６個の変位センサとを備えた多チャンネルシステムが記載されている。
このように、鏡の形状を制御することにより、大気の揺らぎにより乱された観測対象である星像を補正する。この補正を実現するためには、制御装置において、大気の揺らぎを補正するのに十分な高速帯域が要求されるとともに、補正対象となる波長域の数１００分の１以下の高い精度が要求される。

また、鏡形状を計測するための変位センサには、制御装置に必要な性能の１／１０程度の、または、それ以上の高速かつ高分解能での計測が要求される。
さらに、長時間の運用中に発生するモータおよびセンサ自身の発熱、または、外気温度変化などに起因した構造材の熱変形などの、比較的ゆっくりではあるが大きな変動を計測することが要求される。

そこで、ワイドダイナミックレンジの信号処理を実現するために、最も単純な例として、高性能なＡＤ変換器（以下、「ＡＤコンバータ」という）を使用する方法が考えられるが、この場合、ビット数が多いので長い変換時間を要するとともに、演算時の桁数も多くなって長い演算時間を要するという問題がある。特に、高速化を必要とする多チャンネルシステムへの適用には不利であるうえ、コスト面でも問題が大きい。

また、汎用のＡＤコンバータで高分解能の測定を実現する技術として、計測したセンサ出力電圧と基準電圧との差分を増幅する方法が一般的に知られている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
特許文献１、特許文献２に記載の従来技術においては、センサ出力電圧と基準電圧との差動増幅値を、ＡＤコンバータを介して演算器に取込み、この差動増幅情報に基づいて基準電圧を生成している。

特許文献１、特許文献２の技術は、汎用のＡＤコンバータを用いているので、変換時間の問題は解消されているものの、やはり基準電圧を生成するための計算が必要であり、演算時間の観点で依然として問題がある。
また、演算結果から基準電圧を生成するために、ＤＡ変換器（以下、「ＤＡコンバータ」という）を必要とするという問題がある。特に、高速化を必要とする多チャンネルシステムへの適用においては不利であるうえ、コスト面でも問題が大きい。

さらに、上記特許文献１、特許文献２の問題点を解消するための技術も提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
特許文献３においては、差動増幅信号から、ローパスフィルタを用いて低速の信号を抽出し、低速の信号を基準電圧として差動増幅回路に入力している。

これにより、基準電圧を生成するための演算やＤＡコンバータを不要としたうえで、対象とする高周波信号から、低速でかつ大きな変動を取り除いている。
しかし、特許文献３の技術は、高周波信号のみを測定対象としているので、変位センサのような絶対値を必要とする計測装置に適用することは不可能である。

"Ｍｏｄａｌ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｍｉｒｒｏｒｓ ｉｎ Ａｓｔｒｏｎｏｍｉｃａｌ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃｓ" Ｔｈｏｍａｓ Ｒｕｐｐｅｌ，ｅｔ．ａｌ，ＩＥＥＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｃ．，ｐｐ．４３０−４３５，２００７ 特開平６−３３４５２３号公報 特開平８−８２８２１号公報 国際公開ＷＯ２００４／０７５４２６号公報

従来の多チャンネル信号処理装置では、特許文献１、特許文献２の場合には、基準電圧を生成するために高精度なＤＡコンバータがチャンネル数と同じだけ必要になってしまううえ、基準電圧生成のために長い演算時間を必要とするので、高速化を必要とする多チャンネルシステムに適用することができないうえ、コストアップを招くという課題があった。
また、特許文献３の場合には、高周波信号のみを測定対象としているので、変位センサのような絶対値を必要とする計測装置に適用することができないという課題があった。

この発明は、比較的低速ではあるが幅広いレンジを計測するとともに、比較的狭いレンジではあるが高速かつ高分解能で計測することができ、ワイドダイナミックレンジの計測が可能で、かつ、絶対値計測が可能な多チャンネル信号処理装置を得ることを目的とする。

この発明による多チャンネル信号処理装置は、複数チャンネルのセンサ信号を処理する多チャンネル信号処理装置であって、複数チャンネルごとに、センサ信号からセンサ低速信号を抽出するローパスフィルタと、複数チャンネルごとに、センサ低速信号を第１の基準信号として記憶する基準信号記憶器と、複数チャンネルごとに、ローパスフィルタから基準信号記憶器への信号経路を開閉するためのスイッチと、複数チャンネルごとに、センサ信号を第１の基準信号に対して差動増幅した差動増幅信号を出力する差動増幅器と、複数チャンネルごとに、差動増幅信号をＡＤ変換する第１のＡＤコンバータと、第１のＡＤコンバータよりも高分解能で、複数チャンネルのうちのいずれかのチャンネルのセンサ低速信号をＡＤ変換する第２のＡＤコンバータと、複数チャンネルごとのセンサ低速信号を切換えて第２のＡＤコンバータに入力する選択器と、第２のＡＤコンバータでＡＤ変換されたセンサ低速信号を、複数チャンネルごとに割り振られたアドレスに第２の基準信号として記憶する基準信号記憶メモリと、選択器が複数チャンネルのうちのどのチャンネルのセンサ低速信号を選択するかを決定する選択決定器と、選択決定器が複数チャンネルのうちのどのチャンネルを選択しているかを判定してスイッチに対するスイッチ開閉信号を生成するスイッチ開閉信号生成器とを備えたものである。

この発明によれば、比較的低速ではあるが幅広いレンジを計測するとともに、比較的狭いレンジではあるが高速かつ高分解能で計測することが可能であり、また、基準信号もＡＤ変換するために変換器により計測対象の絶対値を計測することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る多チャンネル信号処理装置を示すブロック構成図である。
図１において、多チャンネル信号処理装置は、複数チャンネル（チャンネルＣＨ１〜ＣＨ３）のセンサ信号Ｓ１を処理してセンサ物理量Ｓ９を出力するために、複数チャンネルごとのセンサ信号Ｓ１が入力される実装基板１００と、実装基板１００から出力される差動増幅信号Ｓ３およびセンサ低速信号Ｓ４を入力信号としてセンサ物理量Ｓ９を出力する信号処理ユニット３００とを備えている。
なお、以下では、センサ物理量Ｓ９を出力するために、センサ物理量Ｓ９を計算する換算器２０１を備えた多チャンネル信号処理装置を例にとって説明するが、この発明の実施の形態１は、これに限定されることはない。たとえば、ＡＤ変換後の差動増幅信号Ｓ７と第２の基準信号Ｓ１１と（後述する）のそれぞれを制御入力情報として任意の外部機器で利用する場合には、換算器２０１を削除することもできる。

各実装基板１００は、同一構成を有しており、差動増幅器１と、ローパスフィルタ２と、基準信号記憶器３と、スイッチ４とを備えている。
各実装基板１００内において、ローパスフィルタ２は、複数チャンネルごとに、センサ信号Ｓ１からセンサ低速信号Ｓ４を抽出する。
基準信号記憶器３は、複数チャンネルごとに、センサ低速信号Ｓ４を第１の基準信号（以下、単に「基準信号」という）Ｓ２として記憶する。

スイッチ４は、スイッチ開閉信号Ｓ１０（後述する）に応答して、複数チャンネルごとに、ローパスフィルタ２から基準信号記憶器３への信号経路を開閉する。
また、差動増幅器１は、複数チャンネルごとに、センサ信号Ｓ１を基準信号Ｓ２に対して差動増幅した差動増幅信号Ｓ３を出力する。
差動増幅器１で用いられる基準信号Ｓ２は、スイッチ４の閉成（オン）時にローパスフィルタ２から基準信号記憶器３に保持した信号（センサ信号Ｓ１から抽出されたセンサ低速信号Ｓ４）である。

信号処理ユニット３００は、複数チャンネルごとに、差動増幅信号Ｓ３をＡＤ変換する第１のＡＤコンバータ（以下、単に「ＡＤコンバータ」という）１０１と、ＡＤコンバータ１０１よりも高分解能で、複数チャンネルのうちのいずれかのチャンネルのセンサ低速信号Ｓ４をＡＤ変換する第２のＡＤコンバータ（以下、単に「ＡＤコンバータ」という）１０２と、複数チャンネルごとのセンサ低速信号Ｓ４を切換えてＡＤコンバータ１０２に入力する選択器１０３と、各ＡＤコンバータ１０１、１０２の出力信号からセンサ物理量Ｓ９を生成する演算器２００とを備えている。

演算器２００は、換算器２０１と、選択決定器２０２と、スイッチ開閉信号生成器２０３と、基準信号記憶メモリ２０４とを備えている。
演算器２００において、基準信号記憶メモリ２０４は、ＡＤコンバータ１０２でＡＤ変換されたセンサ低速信号Ｓ８を、複数チャンネルごとに割り振られたアドレスに第２の基準信号（以下、単に「基準信号」という）Ｓ１１として記憶する。

換算器２０１は、基準信号記憶メモリ２０４内の基準信号Ｓ１１と、各ＡＤコンバータ１０１を介した差動増幅信号Ｓ７とからセンサ物理量Ｓ９を計算する。
選択決定器２０２は、選択器１０３が複数チャンネルのうちのどのチャンネルのセンサ低速信号Ｓ４を選択するかを決定するためのチャンネル信号Ｓ６を生成し、チャンネル信号Ｓ６を選択器１０３、スイッチ開閉信号生成器２０３および基準信号記憶メモリ２０４に入力する。

スイッチ開閉信号生成器２０３は、選択決定器２０２が複数チャンネルのうちのどのチャンネルを選択しているかを判定して、スイッチ４に対するスイッチ開閉信号Ｓ１０を生成する。
具体的には、スイッチ開閉信号生成器２０３は、複数チャンネルごとのローパスフィルタ２とＡＤコンバータ１０２とが接続されているかを判定するために、選択決定器２０２から生成されるソフトウェア上のチャンネル信号Ｓ６に基づいてスイッチ開閉信号Ｓ１０を生成する。

図１においては、選択決定器２０２によりチャンネルＣＨ２が選択決定され、選択器１０３を介してチャンネルＣＨ２のセンサ低速信号Ｓ４がＡＤコンバータ１０２に入力され、チャンネルＣＨ２の実装基板１００内のスイッチ４が閉成（オン）された場合を示している。
なお、図１では、複数チャンネルの数が「３」の場合を示しているが、チャンネル数は任意の所要数に設定され得る。

次に、図２を参照しながら、図１に示したこの発明の実施の形態１による動作について説明する。
図２はこの発明の実施の形態１による動作を示すタイミングチャートであり、センサ信号Ｓ１、センサ低速信号Ｓ４、基準信号Ｓ２、差動増幅信号Ｓ３およびスイッチ開閉信号Ｓ１０（チャンネル信号Ｓ６に対応）の各信号波形を、時系列データのイメージで示している。

選択決定器２０２で選択決定されたチャンネル信号Ｓ６は、選択器１０３に入力され、選択されたチャンネル（図１では、ＣＨ２）に該当するセンサ低速信号Ｓ４が、選択器１０３を介してＡＤコンバータ１０２に入力される。

また、チャンネル信号Ｓ６は、スイッチ開閉信号生成器２０３に入力され、スイッチ開閉信号生成器２０３は、図２内の期間Ｔ１〜Ｔ２（または、Ｔ３〜Ｔ４）のように、チャンネル信号Ｓ６に応じたスイッチ開閉信号Ｓ１０を出力して、チャンネルＣＨ２のスイッチ４を閉成（オン）させるとともに、チャンネルＣＨ１、ＣＨ３のスイッチ４を開放（オフ）させる。

これにより、チャンネルＣＨ２においては、図２内の波形（ｂ）、（ｃ）のように、センサ低速信号Ｓ４と基準信号Ｓ２との各信号レベルが同一になり、同時に、基準信号記憶器３の信号レベル（基準信号Ｓ２）が更新される。

基準信号Ｓ２は、スイッチ４が閉成（オン）されている間は、センサ低速信号Ｓ４と同一レベルなので、ローパスフィルタ２のカットオフ周波数以下のセンサ信号Ｓ１の変動、つまりセンサ低速信号Ｓ４は、差動増幅器１でキャンセルされる。

この結果、図２内の期間Ｔ１〜Ｔ２（または、Ｔ３〜Ｔ４）における波形（ｄ）のように、差動増幅信号Ｓ３において、ゆっくりとした変動はなくなり、ローパスフィルタ２のカットオフ周波数以上の信号が、差動増幅信号Ｓ３に現れることになる。
なお、図２内の波形（ｄ）において、期間Ｔ０〜Ｔ１（または、Ｔ２〜Ｔ３）における破線波形は、センサ低速信号Ｓ４の差動増幅波形を示している。

一方、上記期間Ｔ１〜Ｔ２（または、Ｔ３〜Ｔ４）において、選択決定器２０２で選択されていないチャンネルＣＨ１、ＣＨ３のスイッチ４は開放（オフ）されているので、基準信号Ｓ２としては、期間Ｔ０〜Ｔ１（または、Ｔ２〜Ｔ３）の波形（ｃ）のように、前回スイッチ４が閉成状態から開放される直前のセンサ低速信号Ｓ４の値が保持されていることになる。
この場合、差動増幅信号Ｓ３には、図２内の期間Ｔ０〜Ｔ１（または、Ｔ２〜Ｔ３）の波形（ｄ）のように、センサ信号Ｓ１に含まれるゆっくりとした変動が現れる。

各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ３のセンサ低速信号Ｓ４は、ＡＤコンバータ１０２を介してＡＤ変換後のセンサ低速信号Ｓ８となり、基準信号記憶メモリ２０４に入力されて、チャンネルごとに割り振られたアドレスのメモリの該当チャンネルに基準信号Ｓ１１として保存される。

また、基準信号記憶器３内の基準信号Ｓ２は、スイッチ４が閉成（オン）されている場合には、センサ低速信号Ｓ４に更新され、スイッチ４が開放（オフ）されている場合には、スイッチ４が前回閉成状態から開放される直前に保存された値になる。

換算器２０１は、差動増幅器１のゲインＧ１と、ＡＤ変換後の差動増幅信号Ｓ７の値Ｄ７と、基準信号記憶メモリ２０４から読み出される基準信号Ｓ１１の値Ｄ１１とを用いて、以下の式（１）のように、センサ物理量Ｓ９の値Ｄ９を計算する。

Ｄ９＝Ｄ７／Ｇ１＋Ｄ１１ ・・・（１）

より具体的には、たとえば、基準信号記憶器３として、ＰＫＤ０１（アナログデバイス社）のサンプル・ホールドＩＣを用い、選択器１０３として、ＡＤＧ４０６（アナログデバイス社）のマルチプレクサＩＣを用い、スイッチ４として、ＡＤＧ４３６（アナログデバイス社）のアナログスイッチを用い、ＡＤコンバータ１０２として、ＡＤ７６３４（アナログデバイス社）のＡＤ変換ＩＣを用いるものする。

この場合、基準信号記憶器３（ＰＫＤ０１）に１０［Ｖ］の電圧を充電する時間は、ＰＫＤ０１のスルーレートが０．５［Ｖ／ｕｓｅｃ］なので、２０［ｕｓｅｃ］となる。
また、選択器１０３（マルチプレクサ）のセトリング時間は、１［ｕｓｅｃ］以下であり、スイッチ４（アナログスイッチ）のスイッチング時間は、２００［ｎｓｅｃ］以下であり、ＡＤコンバータ１０２の変換時間は、データラッチ時間を含めて２［ｕｓｅｃ］程度である。

したがって、各チャンネルの基準信号記憶器３が値を保持して、ＡＤ変換するまでに必要な時間は、２３［ｕｓｅｃ］に、選択決定器２０２の演算時間（たとえば、１７［ｕｓｅｃ］）を加算した時間、すなわち４０［ｕｓｅｃ］だけ必要なことになる。
また、基準信号記憶器３（ＰＫＤ０１）の電圧降下は、０．１［ｍＶ／ｍｓｅｃ］であり、０．１［ｍＶ］がセンサ物理量Ｓ９の分解能程度であるシステムの場合には、１［ｍｓｅｃ］以内に再度、基準信号記憶器３内の基準信号Ｓ２を更新する必要がある。
この場合、２５（＝１［ｍｓｅｃ］／４０［ｕｓｅｃ］）チャンネルの基準信号Ｓ２を、１つのＡＤコンバータ１０２で計測可能となる。

この発明の実施の形態１（図１）の構成により、センサ物理量Ｓ９の分解能は、ＡＤコンバータ１０１の最小ビットの１／Ｇ１倍の値となり、擬似的にＡＤコンバータ１０１の分解能を向上させることができる。
また、ＡＤ変換後のセンサ低速信号Ｓ８からなる基準信号Ｓ１１も測定しているので、センサ物理量Ｓ９の絶対値も計測することができる。

また、基準信号Ｓ２を生成する際に、センサ信号Ｓ１からセンサ低速信号Ｓ４を抽出しているので、基準信号Ｓ２を生成のための演算装置およびＤＡコンバータが不要となる。
さらに、基準信号Ｓ２が基準信号記憶器３に保持されるので、ＡＤコンバータ１０１を介して換算器２０１に一度読込めば次の更新時まで読込む必要がなく、この間に他のチャンネルの基準信号Ｓ２を読込むことができる。

したがって、信号処理ユニット３００において単一のＡＤコンバータ１０２のみを用意すれば、複数チャンネルの基準信号Ｓ２に対応したセンサ低速信号Ｓ４を切換えて読込むことができ、演算時間、ＨＷリソースの観点で高速制御が必要な多チャンネルシステムへの適用に有利な構成を実現することができる。

以上のように、この発明の実施の形態１（図１）に係る多チャンネル信号処理装置は、複数チャンネルのセンサ信号Ｓ１を処理してセンサ物理量Ｓ９を出力するために、複数チャンネルごとに、センサ信号Ｓ１からセンサ低速信号Ｓ４を抽出するローパスフィルタ２と、複数チャンネルごとに、センサ低速信号Ｓ４を基準信号Ｓ２として記憶する基準信号記憶器３と、複数チャンネルごとに、ローパスフィルタ２から基準信号記憶器３への信号経路を開閉するためのスイッチ４と、複数チャンネルごとに、センサ信号Ｓ１を基準信号Ｓ２に対して差動増幅した差動増幅信号Ｓ３を出力する差動増幅器１とを備えている。

また、この発明の実施の形態１に係る多チャンネル信号処理装置は、複数チャンネルごとに、差動増幅信号Ｓ３をＡＤ変換するＡＤコンバータ１０１と、ＡＤコンバータ１０１よりも高分解能で、複数チャンネルのうちのいずれかのチャンネルのセンサ低速信号Ｓ４をＡＤ変換するＡＤコンバータ１０２と、複数チャンネルごとのセンサ低速信号Ｓ４を切換えてＡＤコンバータ１０２に入力する選択器１０３と、ＡＤコンバータ１０２でＡＤ変換されたセンサ低速信号Ｓ８を、複数チャンネルごとに割り振られたアドレスに基準信号Ｓ１１として記憶する基準信号記憶メモリ２０４と、選択器１０３が複数チャンネルのうちのどのチャンネルのセンサ低速信号Ｓ４を選択するかを決定する選択決定器２０２と、選択決定器２０２が複数チャンネルのうちのどのチャンネルを選択しているかを判定してスイッチ４に対するスイッチ開閉信号Ｓ１０を生成するスイッチ開閉信号生成器２０３と、基準信号Ｓ１１とＡＤコンバータ１０１を介した差動増幅信号Ｓ７とからセンサ物理量Ｓ９を計算する換算器２０１とを備えている。

差動増幅器１は、センサ信号Ｓ１および基準信号Ｓ２を入力とし、ローパスフィルタ２は、センサ信号Ｓ１から低速の信号成分（基準信号Ｓ２となるセンサ低速信号Ｓ４）を抽出し、ＡＤコンバータ１０２は、センサ低速信号Ｓ４（基準信号）をＡＤ変換する。
選択器１０３は、多チャンネルの中から変換および更新するセンサ低速信号Ｓ４（基準信号）を選択し、選択決定器２０２は、選択器１０３により選択されたことを判定する。
スイッチ４は、選択決定器２０２により選択されていることを検知した場合に、閉成（オン）されて、基準信号記憶器３内の基準信号Ｓ２を更新する。

これにより、比較的低速ではあるが幅広いレンジを計測するとともに、比較的狭いレンジではあるが高速かつ高分解能で計測することが可能となる。
また、センサ低速信号Ｓ４（基準信号）をＡＤ変換するＡＤコンバータ１０２を設けたことにより、計測対象の絶対値を計測することができる。

また、基準信号Ｓ２をセンサ信号Ｓ１から生成しているので、基準信号発生器を不要とすることができる。
また、基準信号Ｓ２が基準信号記憶器（記憶素子）３に保持されるので、ＡＤコンバータ１０２の前段に切換用の選択器１０３を設けることにより、単一のＡＤコンバータ１０２のみで、複数チャンネルの基準信号を換算器２０１に読込めるので、演算時間、ＨＷリソースの観点で高速制御が必要な多チャンネルシステムへの適用に有利となる。

また、スイッチ開閉信号生成器２０３は、複数チャンネルごとのローパスフィルタ２とＡＤコンバータ１０２とが接続されているかを判定するために、選択決定器２０２から生成されるソフトウェア上のチャンネル信号Ｓ６に基づいてスイッチ開閉信号Ｓ１０を生成しており、選択決定器２０２の選択結果をソフトウェア上のデータで確実に判定できるので、多チャンネル信号処理装置（センサ回路）の実装基板１００を簡単に構成することができる。
さらに、換算器２０１により、センサ信号Ｓ１（センサの出力電圧値）からセンサ物理量Ｓ９を求めることができる。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１）では、選択決定器２０２からのチャンネル信号Ｓ６を直接用いて選択器１０３を切換えたが、図３のように、チャンネル信号Ｓ６に基づくスイッチ開閉信号Ｓ１０を用いて選択器１０３Ａを切換えてもよい。
図３はこの発明の実施の形態２に係る多チャンネル信号処理装置を示すブロック構成図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。

図３において、選択決定器２０２からのチャンネル信号Ｓ６は、選択器１０３Ａには入力されずに、スイッチ開閉信号生成器２０３および基準信号記憶メモリ２０４のみに入力されている。
この場合、選択器１０３Ａには、スイッチ開閉信号Ｓ１０が入力されており、スイッチ開閉信号Ｓ１０は、選択器１０３Ａに対するチャンネル選択信号としても機能する。

具体的には、スイッチ開閉信号Ｓ１０は、たとえば３ビットのパラレル信号からなり、スイッチ開閉信号Ｓ１０の１ビット目が「１（Ｈｉｇｈ）」になると、チャンネルＣＨ１のスイッチ４を閉成させるとともに、チャンネルＣＨ１のセンサ低速信号Ｓ４がＡＤコンバータ１０２に入力されるように選択器１０３Ａを動作させる。

また、スイッチ開閉信号Ｓ１０は、２ビット目が「１（Ｈｉｇｈ）」になると、チャンネルＣＨ２のスイッチ４を閉成させるとともに、チャンネルＣＨ２のセンサ低速信号Ｓ４がＡＤコンバータ１０２に入力されるように選択器１０３Ａを動作させる。
さらに、スイッチ開閉信号Ｓ１０は、３ビット目が「１（Ｈｉｇｈ）」になると、チャンネルＣＨ３のスイッチ４を閉成させるとともに、チャンネルＣＨ３のセンサ低速信号Ｓ４がＡＤコンバータ１０２に入力されるように選択器１０３Ａを動作させる。

以上のように、この発明の実施の形態２（図３）によれば、前述の実施の形態１と同様の作用効果を奏するとともに、選択決定器２０２からの選択器１０３Ａへの信号ラインが不要になるので、信号処理ユニット３００Ａ内の演算器２００Ａにパラレル信号ポートを設置する必要がなくなり、ポート数を削減することができる。また、これにより、コストダウンを実現することができる。

実施の形態３．
なお、上記実施の形態１（図１）では、スイッチ開閉信号生成器２０３を演算器２００内に設けたが、図４のように、スイッチ開閉信号生成器２０３Ｂを実装基板１００Ｂ内に設けてもよい。
図４はこの発明の実施の形態３に係る多チャンネル信号処理装置を示すブロック構成図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｂ」を付して詳述を省略する。

図４において、スイッチ開閉信号生成器２０３Ｂは、複数チャンネルごとのローパスフィルタ２とＡＤコンバータ１０２とが接続されているかを判定するために、差動増幅器１およびローパスフィルタ２が搭載された実装基板１００Ｂ上に設けられている。
この場合、信号処理ユニット３００Ｂ内の演算器２００Ｂにおいて、スイッチ開閉信号生成器２０３およびスイッチ開閉信号Ｓ１０は不要となる。

具体的には、スイッチ開閉信号生成器２０３Ｂは、たとえば電流を検知するホール素子からなり、選択器１０３Ｂがオープン状態であるか、または、ローパスフィルタ２をＡＤコンバータ１０２に接続しているかを判定する。
もし、選択器１０３Ｂがローパスフィルタ２をＡＤコンバータ１０２に接続していると判定された場合には、スイッチ開閉信号生成器２０３Ｂは、該当するチャンネルの選択判定信号Ｓ５を生成してスイッチ４を閉成（オン）させる。逆に、選択器１０３Ｂがオープン状態であると判定された場合には、スイッチ開閉信号生成器２０３Ｂは、該当するチャンネルのスイッチ４を開放（オフ）させる。

以上のように、この発明の実施の形態３（図４）によるスイッチ開閉信号生成器２０３Ｂは、複数チャンネルごとのローパスフィルタ２とＡＤコンバータ１０２とが接続されているかを判定するために、差動増幅器１およびローパスフィルタ２が搭載された実装基板１００Ｂ上に設けられているので、前述の作用効果に加えて、スイッチ開閉信号Ｓ１０を接続するケーブルと、スイッチ開閉信号Ｓ１０を演算器２００Ｂからパラレル出力するためのデジタル信号ポートとを不要とし、実装基板１００Ｂと演算器２００Ｂとの間に接続ケーブルおよび演算器２００Ｂのデジタル出力ポート数を削減することができる。また、これにより、コストダウンを実現することができる。

実施の形態４．
なお、上記実施の形態１（図１）では、選択決定器２０２の選択決定条件について言及しなかったが、図５のように、選択決定器２０２Ｃに閾値判定器２０５を設け、閾値オーバフラグ信号Ｓ１２に応答して、差動増幅信号Ｓ３の出力レベルが所定の閾値を超えたチャンネルを選択対象として決定するように構成してもよい。

図５はこの発明の実施の形態４に係る多チャンネル信号処理装置を示すブロック構成図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｃ」を付して詳述を省略する。

図５において、信号処理ユニット３００Ｃ内の演算器２００Ｃには、選択決定器２０２Ｃと協働する閾値判定器２０５が設けられている。
閾値判定器２０５は、差動増幅信号Ｓ３の出力レベル判定用の所定の閾値を設定するとともに、ＡＤ変換後の差動増幅信号Ｓ７を入力情報として、チャンネルごとの差動増幅信号Ｓ７の出力レベルが所定の閾値を超えた場合に、該当チャンネルの閾値オーバフラグ信号Ｓ１２を生成する。

閾値判定器２０５で設定される閾値は、スイッチ４の開閉チャタリングを回避するために、開閉直後において非線形性（ヒステリシス）を有するものとする。
閾値判定器２０５からの閾値オーバフラグ信号Ｓ１２は、所定の閾値を超えたチャンネルに対する選択指令となって、選択決定器２０２Ｃに入力される。

選択決定器２０２Ｃは、閾値オーバフラグ信号Ｓ１２に応答して、選択器１０３、スイッチ開閉信号生成器２０３および基準信号記憶メモリ２０４に対するチャンネル信号Ｓ６を生成する。

以上のように、この発明の実施の形態４（図５）による選択決定器２０２Ｃは、差動増幅信号Ｓ３（Ｓ７）の出力レベルが所定の閾値を超えたチャンネルを選択対象として決定するので、差動増幅信号Ｓ３の波形において比較的ゆっくりとした変動周期が早くなった場合にも、差動増幅信号Ｓ３がレンジアウトしないようにすることができる。

また、閾値判定器２０５で設定される所定の閾値は、スイッチ４の開閉直後においてヒステリシス特性を有するので、チャンネル切換時に発生しがちなチャタリングを防止することができる。
さらに、上記（図５）の構成は、前述の実施の形態１に限らず、実施の形態２、３にも適用可能であり、同様の効果を得ることが可能である。

実施の形態５．
なお、上記実施の形態１（図１）では、センサ物理量Ｓ９の具体的な用途について言及しなかったが、図６のように、センサ物理量Ｓ９を可変形ミラー３０１の駆動制御に用いてもよい。

図６はこの発明の実施の形態５に係る多チャンネル信号処理装置を示すブロック構成図であり、星像観測用の可変形ミラーシステムの鏡形状の制御に適用した場合を示している。
図６において、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。

可変形ミラーシステムは、反射型天体望遠鏡の本体を構成する可変形ミラー３０１と、実装基板１００を含む複数チャンネルごとのハウジング３０２と、可変形ミラー３０１およびハウジング３０２の対向面にそれぞれ設けられたセンサプローブ３０３と、可変形ミラー３０１を駆動する複数チャンネルごとのリニアモータ３０４と、ハウジング３０２が載置されるベースプレート３０５と、センサ物理量Ｓ９を入力情報として駆動電流信号Ｓ１３を出力する駆動ユニット３０６とを備えている。

変位センサとして機能するセンサプローブ３０３は、複数チャンネルごとのセンサ信号Ｓ１を各チャンネルの実装基板１００に入力する。
駆動ユニット３０６は、信号処理ユニット３００から出力されるセンサ物理量Ｓ９に基づいて、リニアモータ３０４に対する適切な駆動電流信号Ｓ１３を生成する。
リニアモータ３０４は、駆動ユニット３０６からの駆動電流信号Ｓ１３に応じて、可変形ミラー３０１の鏡形状を制御することにより、大気の揺らぎによって乱された観測対象（星像）を補正する。

信号処理ユニット３００、センサプローブ３０３、駆動ユニット３０６およびリニアモータ３０４を含む可変形ミラーシステム制御系には、前述のように、大気の揺らぎを補正するための高速の帯域が要求されるとともに、補正対象となる波長域の数１００分の１以下の高い精度が要求されるので、計測用の変位センサ（センサプローブ３０３）には、制御系に必要な性能の１／１０程度、または、それ以上の高速かつ高分解能での計測が要求され、さらに、長時間運用中に発生するリニアモータ３０４やセンサプローブ３０３自身の発熱、または、外気温度変化などに起因する構造材の熱変形などの比較的ゆっくりで大きな変動を計測することが要求される。

したがって、この発明の実施の形態５（図６）の多チャンネル信号処理装置は、可変形ミラーシステムのセンサ信号処理装置として適用した場合に特に有効である。
以上のように、この発明の実施の形態５によれば、前述の実施の形態１と同様に、比較的低速で幅広いレンジを計測するとともに、比較的狭いレンジで高速かつ高分解能で計測することが可能であり、可変形ミラーシステムに有効なセンサ信号処理装置を実現することができる。
なお、図６の構成は、前述の実施の形態１に限らず、実施の形態２〜４のいずれにも適用可能であり、同様の作用効果を奏することは言うまでもない。

この発明の実施の形態１に係る多チャンネル信号処理装置を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態１による動作を信号時系列データイメージで示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態２に係る多チャンネル信号処理装置を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態３に係る多チャンネル信号処理装置を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態４に係る多チャンネル信号処理装置を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態５に係る多チャンネル信号処理装置を示すブロック構成図である。

符号の説明

１ 差動増幅器、２ ローパスフィルタ（ローパスフィルタ）、３ 基準信号記憶器、４ スイッチ、１００ 実装基板、１０１ 第１のＡＤコンバータ、１０２ 第２のＡＤコンバータ、１０３ 選択器、２００ 演算器、２０１ 換算器、２０２ 選択決定器、２０３ スイッチ開閉信号生成器、２０４ 基準信号記憶メモリ、２０５ 閾値判定器、３００ 信号処理ユニット、３０１ 可変形ミラー、３０２ ハウジング、３０３ センサプローブ、３０４ リニアモータ、３０５ ベースプレート、３０６ 駆動ユニット、Ｓ１ センサ信号、Ｓ２ 第１の基準信号、Ｓ３ 差動増幅信号、Ｓ４ センサ低速信号、Ｓ５ 選択判定信号、Ｓ６ チャンネル信号、Ｓ７ ＡＤ変換後の差動増幅信号、Ｓ８ ＡＤ変換後のセンサ低速信号、Ｓ９ センサ物理量、Ｓ１０ スイッチ開閉信号、Ｓ１１ 第２の基準信号、Ｓ１２ 閾値オーバフラグ信号、Ｓ１３ 駆動電流。

Claims (7)

1. 複数チャンネルのセンサ信号を処理する多チャンネル信号処理装置であって、
   前記複数チャンネルごとに、前記センサ信号からセンサ低速信号を抽出するローパスフィルタと、
   前記複数チャンネルごとに、前記センサ低速信号を第１の基準信号として記憶する基準信号記憶器と、
   前記複数チャンネルごとに、前記ローパスフィルタから前記基準信号記憶器への信号経路を開閉するためのスイッチと、
   前記複数チャンネルごとに、前記センサ信号を前記第１の基準信号に対して差動増幅した差動増幅信号を出力する差動増幅器と、
   前記複数チャンネルごとに、前記差動増幅信号をＡＤ変換する第１のＡＤコンバータと、
   前記第１のＡＤコンバータよりも高分解能で、前記複数チャンネルのうちのいずれかのチャンネルのセンサ低速信号をＡＤ変換する第２のＡＤコンバータと、
   前記複数チャンネルごとのセンサ低速信号を切換えて前記第２のＡＤコンバータに入力する選択器と、
   前記第２のＡＤコンバータでＡＤ変換されたセンサ低速信号を、前記複数チャンネルごとに割り振られたアドレスに第２の基準信号として記憶する基準信号記憶メモリと、
   前記選択器が前記複数チャンネルのうちのどのチャンネルのセンサ低速信号を選択するかを決定する選択決定器と、
   前記選択決定器が前記複数チャンネルのうちのどのチャンネルを選択しているかを判定して前記スイッチに対するスイッチ開閉信号を生成するスイッチ開閉信号生成器と
   を備えたことを特徴とする多チャンネル信号処理装置。
2. 前記第２の基準信号と前記第１のＡＤコンバータを介した差動増幅信号とからセンサ物理量を計算する換算器をさらに備え
   前記複数チャンネルのセンサ信号を処理して前記センサ物理量を出力することを特徴とする請求項１に記載の多チャンネル信号処理装置。
3. 前記センサ物理量は、可変形ミラーシステムの駆動ユニットに対する入力情報として適用されることを特徴とする請求項２に記載の多チャンネル信号処理装置。
4. 前記スイッチ開閉信号生成器は、
   前記複数チャンネルごとの前記ローパスフィルタと前記第２のＡＤコンバータとが接続されているかを判定するために、
   前記選択決定器から生成されるソフトウェア上のチャンネル信号に基づいて前記スイッチ開閉信号を生成することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の多チャンネル信号処理装置。
5. 前記スイッチ開閉信号生成器は、
   前記複数チャンネルごとの前記ローパスフィルタと前記第２のＡＤコンバータとが接続されているかを判定するために、
   前記差動増幅器および前記ローパスフィルタが搭載された実装基板上に設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の多チャンネル信号処理装置。
6. 前記選択決定器は、前記差動増幅信号の出力レベルが所定の閾値を超えたチャンネルを選択対象として決定することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の多チャンネル信号処理装置。
7. 前記所定の閾値は、前記スイッチの開閉直後においてヒステリシス特性を有することを特徴とする請求項６に記載の多チャンネル信号処理装置。

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