JP2014002032A - 信号処理装置および信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定体の位置または角度の位相変化を示す２相のエンコーダ信号から高分解能のデジタル信号を生成する。
【解決手段】信号処理装置において、２相のエンコーダ信号を２相のデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、２相のデジタル信号の各々に対して段数Ｎの移動平均処理を行う移動平均処理手段と、移動平均処理された２相のデジタル信号に対して内挿処理を行い該２相のデジタル信号より角度分解能が高い２相の高分解デジタル信号を生成する内挿処理手段と、２相の高分解デジタル信号の各々について、高分解デジタル信号に含まれる隣接するパルスの間隔を決定する決定手段と、間隔が所定間隔以下であるパルスを除去するパルス除去手段と、を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、被測定体の位置または角度の位相変化を示す２相のエンコーダ信号を処理する技術に関するものである。

一般に、モータ等の回転体の移動量、角度、位置などを検出するために、光学式のロータリエンコーダが広く利用されている。この種のロータリエンコーダは、必要な信号パターンを設けた回転信号板に対し、一方の側から発光ダイオードやＬＥＤ等からなる発光素子により均一光を照射する。そして、フォトダイオードまたはフォトトランジスタ等の受光素子により、信号パターンを透過した後の透過光、または信号板からの反射光を受光し検知する。エンコーダには、機能的区分けとして、インクリメンタル方式とアブソリュート方式が知られている。

また、検出する移動量、角度、位置の分解能をより高めるため、エンコーダ信号に対して内挿処理を行う内挿回路が用いられる場合がある。一般に内挿回路とは、正弦波信号と余弦波信号のように位相の異なる二つのエンコーダ入力信号に対して、その位相差から、分解能の単位に相当する角度値を検出し、検出した角度値から分解能（分割数）に対応した内挿信号を生成する。そして、当該生成した内挿信号を元にカウントを行うことにより、角度分解能をより高めた位置検出を実現している。

ところで、エンコーダ信号にノイズが混入した場合、誤った内挿信号が生成されることになる。そこで、エンコーダ信号に対するノイズ対策として、コンデンサ、コイル、抵抗等のアナログ部品を基板上に使用したノイズ対策回路が知られている。また、例えば、特許文献１には、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換後のエンコーダ信号をローパスフィルタ（ＬＰＦ）を介して高周波成分を除去した後、内挿回路に入力する構成が開示されている。

特開平０８−２０１１１１号公報

しかしながら、外乱のノイズ、素子のノイズ、温度ドリフトなどの要因により、エンコーダ信号には高周波ノイズだけでは無く、歪み、または位相誤差、またはオフセット誤差等が含まれている。そのため、上述の特許文献１に記載の構成では、これらの誤差を十分に取り除くことが出来ないという問題がある。そのため、このような誤差を含んだ状態のエンコーダ信号に対して内挿処理を行うと、内挿誤差を含む内挿信号が生成されることになる。特に、高い分解能における内挿処理においては、相対的に誤差の影響が大きくなる傾向があり課題となっている。

本発明は、上述の問題点に鑑みなされたものであり、被測定体の位置または角度の位相変化を示す２相のエンコーダ信号から高分解能のデジタル信号を好適に生成可能とする技術を提供することを目的としている。

上述の問題点を解決するため、本発明の信号処理装置は以下の構成を備える。すなわち、被測定体の位置または角度の位相変化を示す２相のエンコーダ信号を処理する信号処理装置において、２相のエンコーダ信号を２相のデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、前記２相のデジタル信号の各々に対して段数Ｎの移動平均処理を行う移動平均処理手段と、前記移動平均処理された２相のデジタル信号に対して内挿処理を行い該２相のデジタル信号より角度分解能が高い２相の高分解デジタル信号を生成する内挿処理手段と、前記２相の高分解デジタル信号の各々について、高分解デジタル信号に含まれる隣接するパルスの間隔を決定する決定手段と、前記決定手段により決定された間隔が所定間隔以下であるパルスを除去するパルス除去手段と、を含む。

あるいは、被測定体の位置または角度の位相変化を示す２相のエンコーダ信号を処理する信号処理装置において、２相のエンコーダ信号を２相のデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、前記２相のデジタル信号の各々に対して所定の遮断周波数が設定された低域通過フィルタ処理を行う低域通過フィルタ手段と、前記低域通過フィルタ処理された２相のデジタル信号に対して内挿処理を行い該２相のデジタル信号より角度分解能が高い２相の高分解デジタル信号を生成する内挿処理手段と、前記２相の高分解デジタル信号の各々について、パルス幅が所定幅以下であるパルスを除去するパルス除去手段と、を含む。

本発明によれば、被測定体の位置または角度の位相変化を示す２相のエンコーダ信号から高分解能のデジタル信号を好適に生成可能とする技術を提供することができる。

アークタンジェント演算を用い内挿を行う内挿回路の構成図である。 エンコーダ信号に含まれるノイズ・歪みを例示的に示す図である。 歪みによる内挿誤差の発生を例示的に示す図である。 第１実施形態に係る内挿装置の構成図である。 第１実施形態に係る内挿装置のノイズ除去を例示的に示す図である。 移動平均処理のフローチャートである。 ノイズ除去処理のフローチャートである。 第２実施形態に係る内挿装置の構成図である。 第２実施形態に係る内挿装置のノイズ除去を例示的に示す図である。 ＬＰＦ処理のフローチャートである。 ノイズ除去処理のフローチャートである。 第３実施形態に係る内挿装置の構成図である。 第３実施形態に係る内挿装置の角度値補正を例示的に示す図である。 角度値補正処理のフローチャートである。

以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。なお、以下の実施の形態はあくまで例示であり、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。

（第１実施形態）
本発明に係る信号処理装置の第１実施形態として、被測定体の位置または角度の位相変化を示す２相のエンコーダ信号を処理する内挿装置を例に挙げて以下に説明する。

＜前提技術＞
はじめに、モータに連動したエンコーダから入力されるエンコーダ信号に対する内挿処理について説明する。なお、以下で説明する内挿処理部１００は、アークタンジェント演算を用い内挿を行う内挿処理について説明しているが、他の手法に基づく内挿処理であってもよい。

図１は、アークタンジェント演算を用い内挿を行う内挿処理部１００の内部ブロック図である。入力されるエンコーダ信号として、モータに連動したエンコーダから出力されるＡ相アナログ信号１１０及びＢ相アナログ信号１１１を想定する。

アナログデジタル変換（Ａ／Ｄ変換）部１３０は、Ａ相アナログ信号１１０及びＢ相アナログ信号１１１を、それぞれ、多値のＡ相デジタル信号１１２及び多値のＢ相デジタル信号１１３へ変換する。そして、Ａ相デジタル信号１１２及びＢ相デジタル信号１１３は、内挿処理部１００へ入力される。

内挿処理部１００は、領域判定部１０１、アークタンジェント演算部１０２、角度変換部１０３、分割計算部１０４、２相パルス生成部１０５を含む。

領域判定部１０１は、モータの現在位置（位相）が４５°単位で分割された８つのエリア（エリア０〜７）のどの領域（位相範囲）に属しているかを判定する。具体的には、領域判定部１０１は、Ａ相デジタル信号１１２とＢ相デジタル信号１１３のそれぞれの振幅値を抽出する。そして、抽出したそれぞれの振幅値を比較することで、以下のどの領域（エリア０〜７）に属しているかを判定する。

エリア０（０°以上 ４５°未満）
エリア１（４５°以上 ９０°未満）
エリア２（９０°以上 １３５°未満）
エリア３（１３５°以上 １８５°未満）
エリア４（１８５°以上 ２２５°未満）
エリア５（２２５°以上 ２７０°未満）
エリア６（２７０°以上 ３１５°未満）
エリア７（３１５°以上 ３６０°未満）
アークタンジェント演算部１０２は、属しているエリア毎にアークタンジェント（ｔａｎ^−１）の値（逆正接値）を算出する。つまり、各エリア内での相対角度値を算出する（相対角度値導出手段）。そして、角度変換部１０３は、属しているエリアと算出されたアークタンジェントの値とに基づいて、現在の角度値（絶対角度値）を算出する（角度値導出手段）。具体的には、属しているエリアに応じて、以下の演算によりモータの現在の角度値が算出される。

エリア０：０°＋ｔａｎ^−１（Ｖ_Ｂ／Ｖ_Ａ）
エリア１：９０°−ｔａｎ^−１（Ｖ_Ａ／Ｖ_Ｂ）
エリア２：９０°＋ｔａｎ^−１（Ｖ_Ａ／Ｖ_Ｂ）
エリア３：１８０°−ｔａｎ^−１（Ｖ_Ｂ／Ｖ_Ａ）
エリア４：１８０°＋ｔａｎ^−１（Ｖ_Ｂ／Ｖ_Ａ）
エリア５：２７０°−ｔａｎ^−１（Ｖ_Ａ／Ｖ_Ｂ）
エリア６：２７０°＋ｔａｎ^−１（Ｖ_Ａ／Ｖ_Ｂ）
エリア７：３６０°−ｔａｎ^−１（Ｖ_Ｂ／Ｖ_Ａ）
ここで、Ｖ_Ａは、Ａ相デジタル信号１１２の基準電位（零点）に対する電位差である。また、Ｖ_Ｂは、Ｂ相デジタル信号１１３の基準電位（零点）に対する電位差である。

分割計算部１０４は、予め設定された分割数から分解能を算出する。例えば、１６分割の内挿を行う場合、分割計算部１０４により、
３６０°／１６＝２２．５°
を計算し、算出した分解能（ここでは２２．５°）を２相パルス生成部１０５へ渡す。

２相パルス生成部１０５は、算出された分解能毎に内挿信号を生成する（２相信号生成手段）。具体的には、２相パルス生成部１０５は、分割計算部１０４からの分解能と角度変換部１０３からの現在角度値とに従って、２相の内挿信号を生成する。これにより、Ａ相デジタル信号１１２及びＢ相デジタル信号１１３より角度分解能が高いＡ相内挿信号１２０及びＢ相内挿信号１２１（高分解デジタル信号）を生成する。

図２は、エンコーダ信号に含まれるノイズ・歪みを例示的に示す図である。エンコーダからの入力であるＡ相アナログ信号１１０とＢ相アナログ信号１１１にノイズが含まれていた場合、信号波形２０１に示すようなノイズによって乱れた波形となる。このノイズは、Ａ／Ｄ変換部１３０によってデジタル信号に変換されたあとも残る。この場合、内挿処理部１００には、ノイズを含んだＡ相デジタル信号１１２及びＢ相デジタル信号１１３が入力されることになる。また、信号波形３０１は、Ａ相アナログ信号１１０の一部が歪んだ図を例示的に示す図である。そして、信号波形３０２は、この歪み部分を拡大した図を示している。

図３は、エンコーダ信号に含まれる歪みによる内挿誤差の発生を例示的に示す図である。理想的な正弦波に対して角度変換部１０３にて角度値を導出した場合、０°〜３６０°の間でリニアに角度値が変化する三角波として導出される。

しかし、信号波形３０２のように歪んだエンコーダ信号に対して角度変換部１０３にて角度値を導出した場合、不正な信号が生成されてしまう可能性がある。すなわち、歪んだ箇所における振幅値（零点からの絶対値）が減少することに起因して、グラフ３０３に図示したように角度が一旦戻るようなギャップが生成されてしまう。このようなギャップが生成された状態で２相パルス生成部１０５を行うと、本来存在しないはずの箇所における変化点が生成されてしまうことになる。例えば、信号波形３０４に図示したような細いパルス（内挿誤差）が生成されてしまうことになる。

＜装置構成＞
図４は、第１実施形態に係る内挿装置の構成図である。具体的には、上述の内挿処理部１００の前段に前段ノイズ除去部として移動平均部４００を配備し、内挿処理部１００の後段に後段ノイズ除去部としてノイズ除去部４０１を配備する構成となっている。

図５は、第１実施形態に係る内挿装置のノイズ除去を例示的に示す図である。前段の移動平均部４００は、移動平均回路によって構成され、Ａ／Ｄ変換部１３０からの入力であるＡ相デジタル信号１１２とＢ相デジタル信号１１３に含まれるノイズのうち高周波成分のノイズを除去する。高周波成分のノイズとしては、パルス波や高調波などが含まれる。後段のノイズ除去部４０１は、前段の移動平均部４００で取りきれなかった低周波成分のノイズおよび、エンコーダ信号の歪みに起因する内挿誤差を除去する。

詳しくは後述するが、後段のノイズ除去部４０１は、２相パルス生成部１０５で生成されたパルス列のパルス間隔を常にモニタする。そして、パルス間隔に基づいて、正常パルスと内挿誤差（および低周波ノイズ）を区別する。そして、内挿誤差（および低周波ノイズ）と判定されたパルスのみを削除する回路となっている。

つまり、モータの性質上、パルス間隔の急激な変化はないことから、先行するパルスのパルス間隔と明らかに異なる間隔のパルスが出現した場合に、当該パルスを内挿誤差（および低周波ノイズ）と判定するのである。

＜装置の動作＞
図６は、移動平均部４００における移動平均処理のフローチャートである。当該処理は、Ａ／Ｄ変換部１３０によって多値のデジタル信号に変換されたＡ相デジタル信号１１２とＢ相デジタル信号１１３のそれぞれに対して行われる。

ステップＳ１０１では、移動平均部４００は、入力信号の有無を判定する。Ａ相デジタル信号１１２とＢ相デジタル信号１１３の入力があればＳ１０２へ進む。一方、入力が無ければＳ１０１へ戻る。

ステップＳ１０２では、移動平均部４００は、入力信号の値の和（ＳＵＭ値）を計算する。ここでは、Ａ相デジタル信号１１２とＢ相デジタル信号１１３のそれぞれに対し、新たな入力が有る度に入力信号の値を順次加算していく。

ステップＳ１０３では、移動平均部４００は、ＳＵＭ値において”設定段数（Ｎ）＋１個”の加算を行ったか否かを判断する。設定段数（Ｎ）は、例えば２〜２５６段（２のべき乗）で設定される。ただし、設定段数は２のべき乗に限定されるものではなく、任意の段数Ｎが設定され得る。”Ｎ＋１個”の加算を行ったと判定された場合はＳ１０４へ進み、”Ｎ＋１個”の加算に到達していないと判定された場合は終了する。

ステップＳ１０４では、移動平均部４００は、ＳＵＭ値から当該ＳＵＭ値に含まれる最も古い入力信号の値を差し引く。ＳＵＭ値の中から最も古い入力信号の値を差し引くことにより、ＳＵＭ値は、”現時点での設定段数分の入力信号の値の和”となる。

ステップＳ１０５では、移動平均部４００は、ＳＵＭ値と設定段数とに基づいて平均を計算する。つまり、ＳＵＭ値を設定段数で除した値を求めることにより平均値を算出している。前述のように、段数が２のべき乗で設定されている場合には、ビットシフトによる除算を行うとよい。もちろん、除算方法を限定するものではなく、浮動小数点を使用した除算や、テーブルを使用した除算を行ってもよい。Ｓ１０５で平均値を算出したら処理を終了する。

このようにして生成された平均値の時系列は移動平均信号となる。つまり、内挿処理部１００の入力として、移動平均信号が入力されることになる。移動平均部４００により、高周波成分のノイズが効率的に取り除かれることになる。

図７は、ノイズ除去部４０１におけるノイズ除去処理のフローチャートである。当該処理は２相パルス生成部１０５によって生成されたＡ相の内挿信号とＢ相の内挿信号のそれぞれに対して行われる。

ステップＳ２０１では、ノイズ除去部４０１は、２相パルス生成部１０５で生成された内挿信号に含まれる隣接するパルスのパルス間隔を決定する。計測の手法としては、クロックによるカウント方式や、タイマ等の時間計測がある。

ステップＳ２０２では、ノイズ除去部４０１は、正常パルスの間隔を推定する。第１実施形態においては、計測したパルス間隔の過去Ｍ回の平均値、すなわち段数Ｍの移動平均値により正常パルスの間隔を推定している。すなわち、正常パルスの間隔の推定値は時間と共に変化するものである。例えば、段数Ｍを８回とした場合は、過去８回分のパルス間隔の総和を８で除算することにより平均値を算出し、この平均値を正常パルス間隔としている。なお、ここでの段数Ｍは任意に設定可能とする。

ステップＳ２０３では、ノイズ除去部４０１は、ノイズとして除去するパルスのパルス間隔としてノイズパルス間隔（”Ｐ_Ｉ”とする）を設定する。ノイズパルス間隔Ｐ_Ｉは、例えば、Ｓ２０２で推定した正常パルス間隔に対する比率として設定することが出来る。例えば、Ｓ２０２で推定した正常パルス間隔の１２．５％以下のパルス間隔をもったパルスを除去する場合は、正常パルス間隔の１２．５％の値を設定する。ただし、この比率も任意に設定可能である。なお、上述のように正常パルスの間隔の推定値は時間と共に変化するため、ノイズパルス間隔Ｐ_Ｉも時間と共に変化するものである。

ステップＳ２０４では、ノイズ除去部４０１は、パルス間隔を比較する。すなわち、Ｓ２０１で計測したパルス間隔と、Ｓ２０３で設定したノイズパルス間隔Ｐ_Ｉとを比較し、パルス間隔がＰ_Ｉ以下（所定間隔以下）ならばＳ２０５へ進み、パルス間隔がＰ_Ｉより大きければ終了する。

ステップＳ２０５では、ノイズ除去部４０１は、検出したパルスは、内挿誤差（および低周波ノイズ）によるものであると判定する。そして、ステップＳ２０６では、ノイズ除去部４０１は、検出したパルスを削除する（パルス除去手段）。パルスの削除は、例えば、信号レベルを変化させない処理を行う。即ち、ＬレベルからＨレベルへ変化していたパルスに対しては、Ｌレベルを維持する処理を行い、当該パルスを削除する。一方、ＨレベルからＬレベルへ変化していたパルスに対しては、Ｈレベルを維持する処理を行うことで当該パルスを削除する。

すなわち、内挿処理部１００の入力は移動平均信号であるため、急激なパルス間隔は無いことが保証されているため、ノイズパルス間隔Ｐ_Ｉ以下のパルスを内挿誤差（および低周波ノイズ）と判定することが出来るのである。このようにしてノイズパルス間隔Ｐ_Ｉ以下のパルスを削除することにより、内挿誤差（および低周波ノイズ）を効率的に取り除くことが出来る。

以上説明したとおり第１実施形態に係る内挿装置によれば、内挿処理部１００の前段に移動平均部４００を配置すると共に、内挿処理部１００の後段にパルス間隔に基づくノイズ除去部４０１を配置することにより、内挿誤差を効率的に除去することが可能となる。また、基板上に大規模なノイズ対策回路を配置する必要がないため、装置全体のコストを低減することができるという効果も有している。

さらに、上述のようにノイズ除去部４０１においては、先行するパルスのパルス間隔の移動平均に基づいてノイズパルス間隔Ｐ_Ｉが動的に設定される。そのため、例えば、モータの回転が一定で無い場合、すなわち、モータが加速中、および減速中の場合においても、好適にノイズパルスを判定し削除することが可能である。

（第２実施形態）
第２実施形態では、内挿処理部１００の前段にＬＰＦ（ローパスフィルタ）部７００を配備し後段にノイズ除去部７０１を配備する構成について説明する。

＜装置構成＞
図８は、第２実施形態に係る内挿装置の構成図である。第２実施形態の内挿装置は、内挿処理部１００の前段に前段ノイズ除去部としてＬＰＦ（ローパスフィルタ）部７００を配備し、内挿処理部１００の後段に後段ノイズ除去部としてノイズ除去部７０１を配備する構成となっている。内挿処理部１００に関しては、第１実施形態と同様であるため説明は省略する。

図９は、第２実施形態に係る内挿装置のノイズ除去を例示的に示す図である。

ＬＰＦ部（ローパスフィルタ）７００は、所定の遮断周波数が設定された低域通過フィルタ処理を行う回路によって構成され、Ａ／Ｄ変換部１３０からの入力であるＡ相デジタル信号１１２とＢ相デジタル信号１１３に含まれるノイズのうち高周波成分を除去する。

ノイズ除去部７０１は、ＬＰＦ部（ローパスフィルタ）７００で取りきれなかった低周波成分のノイズおよび、エンコーダ信号の歪みに起因する内挿誤差を除去する。

詳しくは後述するが、後段のノイズ除去部７０１は、ある所定のパルス幅以下のパルスを内挿誤差（および低周波ノイズ）として区別判断し、内挿誤差（および低周波ノイズ）を削除する回路となっている。

＜装置の動作＞
図１０は、ＬＰＦ部（ローパスフィルタ）７００におけるＬＰＦ処理のフローチャートである。当該処理は、Ａ／Ｄ変換部１３０によって多値のデジタル信号に変換されたＡ相デジタル信号１１２とＢ相デジタル信号１１３のそれぞれに対して行われる。

ステップＳ３０１では、ＬＰＦ部７００は、入力信号の有無を判定する。Ａ相デジタル信号１１２とＢ相デジタル信号１１３の入力があればＳ３０２へ進む。一方、入力が無ければＳ３０１へ戻る。

ステップＳ３０２では、ＬＰＦ部７００は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）処理を行う。ここでは、Ａ相デジタル信号１１２とＢ相デジタル信号１１３のそれぞれに対し、デジタルＬＰＦ（ローパスフィルタ）処理を行う。ＬＰＦ（ローパスフィルタ）の構成に関しては、ごく一般的なものを使用しているため、ここでの説明は省略する。Ｓ３０２のＬＰＦ（ローパスフィルタ）処理を終えると当該処理を終了する。

これにより、Ａ相デジタル信号１１２とＢ相デジタル信号１１３に含まれるノイズのうち高周波成分を除去している。

図１１は、ノイズ除去部７０１におけるノイズ除去処理のフローチャートである。当該処理は２相パルス生成部１０５によって生成されたＡ相の内挿信号とＢ相の内挿信号のそれぞれに対して行われる。

ステップＳ４０１では、ノイズ除去部７０１は、２相パルス生成部１０５で生成された内挿信号に含まれる各パルスのパルス幅を計測する。具体的には、内挿信号の変化点から次の変化点までの間隔を計測する。計測の手法としては、クロックによるカウント方式や、タイマ等の時間計測がある。

ステップＳ４０２では、ノイズ除去部７０１は、ノイズとして除去するパルスのパルス幅としてノイズパルス幅（”Ｐ_Ｗ”とする）を設定する。ここでは、ＬＰＦ部７００の遮断周波数に関連する時間幅のノイズパルス幅Ｐ_Ｗを設定することを想定するが、Ｐ_Ｗは任意に設定可能な固定値である。なお、ノイズパルス幅Ｐ_Ｗの設定をＳ４０１に先行して行っても良い。

ステップＳ４０３では、ノイズ除去部７０１は、パルス幅を比較する。すなわち、Ｓ４０１で計測したパルス幅と、Ｓ４０２で設定したノイズパルス幅Ｐ_Ｗとを比較し、パルス幅がＰ_Ｗ以下（所定幅以下）ならばＳ４０４へ進み、パルス間隔がＰ_Ｗより大きければ終了する。

ステップＳ４０４では、ノイズ除去部７０１は、検出したパルスは、内挿誤差（および低周波ノイズ）によるものであると判定する。そして、ステップＳ４０５では、ノイズ除去部７０１は、検出したパルスを削除する（パルス除去手段）。パルスの削除は、例えば、信号レベルを変化させない処理を行う。即ち、ＬレベルからＨレベルへ変化していたパルスに対しては、Ｌレベルを維持する処理を行い、当該パルスを削除する。一方、ＨレベルからＬレベルへ変化していたパルスに対しては、Ｈレベルを維持する処理を行うことで当該パルスを削除する。

このようにしてノイズパルス間隔Ｐ_Ｗ以下のパルスを削除することにより、内挿誤差（および低周波ノイズ）を効率的に取り除くことが出来る。

以上説明したとおり第２実施形態に係る内挿装置によれば、内挿処理部１００の前段にＬＰＦ（ローパスフィルタ）部７００を配置すると共に、内挿処理部１００の後段にパルス幅に基づくノイズ除去部７０１を配置する。この構成により、第１実施形態の構成に比較しより簡易な構成でノイズを除去することが可能となる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、内挿処理部１００において、角度変換により得られる角度値をモニタし、急激な角度ギャップを有する角度値を補正する例について説明する。

＜装置構成＞
図１２は、第３実施形態に係る内挿装置の構成図である。第３実施形態の内挿装置は、第１実施形態の内挿装置内の内挿処理部１００において、角度変換部１０３と分割計算部１０４との間に、角度モニタ部８００と角度補正部８０１を配置した構成となっている。なお、内挿処理部１００、移動平均部４００、ノイズ除去部４０１に関しては、第１実施形態と同様であるため説明は省略する。

角度モニタ部８００は、エンコーダ信号の歪みに起因する誤差によって、角度変換部１０３で生成されてしまう角度値のギャップを検知する（例えば、グラフ３０３に示されるようなギャップ）。具体的には、角度変換部１０３で変換された角度値を常にモニタ（監視）し、その角度値の変化量を検出する。

角度補正部８０１は、角度モニタ部８００でギャップが検出された角度値に対して補正を行う。具体的には、ギャップを検出した角度値に対して、１つ前の（先行する）角度値の変化量と同じ変化量を加算した角度値に補正する。これは、モータの性質上、急激な角度変化は無いため、角度値のギャップが検出された場合は、それをエンコーダ信号の歪みに起因する誤差によるものと判断できるためである。

このようにして補正した角度値を分割計算部１０４へ渡すことにより、例えばグラフ３０３に図示したような角度値のギャップが存在していても、それを内挿処理の後段へ伝搬するのを防ぐことが出来る。それにより、２相パルス生成部１０５において、３０４に図示したような細いパルス（内挿誤差）が生成されてしまうことを防止できる。

図１３は、第３実施形態に係る内挿装置の角度値補正を例示的に示す図である。角度変換部１０３によって得られる角度値のうち、角度値９００は現在着目している（最新の）角度値を示している。また、角度値９０１は角度値９００に１つ先行する角度値、角度値９０２は更に１つ先行する角度値をそれぞれ示している。また、変化量９０３は角度値の変化量を示しており、角度モニタ部８００により常にモニタされる。

例えば、現在の角度値が角度値９００だった場合、１つ前の角度値の変化量９０３と比べて明らかに変化量が少ないことがわかる。よってこの角度値はＮＧ（内挿誤差によるもの）と見なして角度値を補正する。角度値９１０は補正後の角度値を示しており、角度補正部８０１によって補正された値である。補正方法は、例えば、１つ前の変化量９０３（すなわち角度値９０２と角度値９０１との差）と同じ変化量を、１つ前の角度値（すなわち角度値９０２）に適用したものを補正後の角度値９１０とする。なお、先行する１以上の角度値における１以上の変化量（角度変化）を適用するよう構成しても良い。

＜装置の動作＞
図１４は、角度モニタ部８００及び角度補正部８０１における角度値補正処理のフローチャートである。上述したように当該処理は、角度変換部１０３によって変換された角度値に対して行われる。

ステップＳ５０１では、角度モニタ部８００は、角度値を保持する。角度変換部１０３で算出された角度値を保存しておくバッファとして、現在の角度値と１つ前の角度値を保存するバッファの計２つあるとする。ここではバッファの数を限定するものではなく、さらに多くのバッファを用意してもよい。

ステップＳ５０２では、角度モニタ部８００は、角度値を比較する。ここでは、Ｓ５０１で取得した現在の角度値と１つ前の角度値との差分を算出している。

ステップＳ５０３では、角度モニタ部８００は、差分は許容範囲か否かを判断する。ここでの許容範囲とは、モータの急激な速度変化による変化が生じうる差分の範囲を意味し、例えば、現在着目する角度値に先行する角度値における角度変化に対する比率として設定されうる。一例として、先行する角度値における角度変化の±２５％の値（所定角度）が設定されうる。ただし、この比率も任意に設定可能である。許容範囲内であると判定した場合は終了し、許容範囲内でないと判定した場合はＳ５０４へ進む。

ステップＳ５０４では、角度モニタ部８００は、検出した角度値の角度変化（ギャップ）は、エンコーダ信号の歪みに起因する誤差によるものと判定する。そして、ステップＳ５０５では、角度補正部８０１は、角度値を補正する。上述したように、例えば、ギャップを検出した角度値を、１つ前の変化量と同じ変化量を１つ前の角度値適用した値に置換する。

このように、許容範囲外のギャップを検出した角度値を補正することにより、内挿誤差（および低周波ノイズ）を除去した角度値を、後続の２相パルス生成部１０５に提供することが出来る。

以上説明したとおり第３実施形態に係る内挿装置によれば、歪みによる誤差を含むエンコーダ信号を角度変換した場合に生ずる角度値のギャップを補正することができる。そして、その結果として内挿誤差を好適に除去することが可能となる。

（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (10)

1. 被測定体の位置または角度の位相変化を示す２相のエンコーダ信号を処理する信号処理装置であって、
   ２相のエンコーダ信号を２相のデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、
   前記２相のデジタル信号の各々に対して段数Ｎの移動平均処理を行う移動平均処理手段と、
   前記移動平均処理された２相のデジタル信号に対して内挿処理を行い該２相のデジタル信号より角度分解能が高い２相の高分解デジタル信号を生成する内挿処理手段と、
   前記２相の高分解デジタル信号の各々について、高分解デジタル信号に含まれる隣接するパルスの間隔を決定する決定手段と、
   前記決定手段により決定された間隔が所定間隔以下であるパルスを除去するパルス除去手段と、
   を含むことを特徴とする信号処理装置。
2. 前記２相の高分解デジタル信号の各々について、高分解デジタル信号に含まれる隣接するパルスの間隔の段数Ｍの移動平均値を導出する導出手段を更に含み、
   前記所定間隔は、前記導出手段により導出された段数Ｍの移動平均値に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
3. 被測定体の位置または角度の位相変化を示す２相のエンコーダ信号を処理する信号処理装置であって、
   ２相のエンコーダ信号を２相のデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、
   前記２相のデジタル信号の各々に対して所定の遮断周波数が設定された低域通過フィルタ処理を行う低域通過フィルタ手段と、
   前記低域通過フィルタ処理された２相のデジタル信号に対して内挿処理を行い該２相のデジタル信号より角度分解能が高い２相の高分解デジタル信号を生成する内挿処理手段と、
   前記２相の高分解デジタル信号の各々について、パルス幅が所定幅以下であるパルスを除去するパルス除去手段と、
   を含むことを特徴とする信号処理装置。
4. 前記所定幅は、前記遮断周波数に基づいて設定されることを特徴とする請求項３に記載の信号処理装置。
5. 前記内挿処理手段は、
   前記２相のデジタル信号に基づいて前記被測定体の位相範囲を判定する判定手段と、
   前記２相のデジタル信号の比の逆正接値に基づき、前記判定された位相範囲における相対角度値を導出する相対角度値導出手段と、
   前記判定手段により判定された位相範囲と前記相対角度値導出手段により導出された相対角度値とに基づいて絶対角度値を導出する角度値導出手段と、
   前記角度値導出手段により導出された絶対角度値に基づいて、前記２相の高分解デジタル信号を生成する２相信号生成手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の信号処理装置。
6. 前記内挿処理手段は、
   前記角度値導出手段により導出された絶対角度値の変化を監視する監視手段と、
   前記監視手段により所定角度より大きい角度変化が検出された場合、現在着目する絶対角度値を補正する補正手段と、
   を更に含むことを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。
7. 前記所定角度は、現在着目する絶対角度値に先行する１以上の絶対角度値における角度変化により決定されることを特徴とする請求項６に記載の信号処理装置。
8. 前記補正手段は、現在着目する絶対角度値を、該現在着目する絶対角度値に先行する１以上の絶対角度値における角度変化に基づいて補正することを特徴とする請求項６又は７に記載の信号処理装置。
9. 被測定体の位置または角度の位相変化を示す２相のエンコーダ信号を処理する信号処理方法であって、
   ２相のエンコーダ信号を２相のデジタル信号に変換するアナログデジタル変換工程と、
   前記２相のデジタル信号の各々に対して段数Ｎの移動平均処理を行う移動平均処理工程と、
   前記移動平均処理された２相のデジタル信号に対して内挿処理を行い該２相のデジタル信号より角度分解能が高い２相の高分解デジタル信号を生成する内挿処理工程と、
   前記２相の高分解デジタル信号の各々について、高分解デジタル信号に含まれる隣接するパルスの間隔を決定する決定工程と、
   前記決定工程により決定された間隔が所定間隔以下であるパルスを除去するパルス除去工程と、
   を含むことを特徴とする信号処理方法。
10. 被測定体の位置または角度の位相変化を示す２相のエンコーダ信号を処理する信号処理方法であって、
    ２相のエンコーダ信号を２相のデジタル信号に変換するアナログデジタル変換工程と、
    前記２相のデジタル信号の各々に対して所定の遮断周波数が設定された低域通過フィルタ処理を行う低域通過フィルタ工程と、
    前記低域通過フィルタ処理された２相のデジタル信号に対して内挿処理を行い該２相のデジタル信号より角度分解能が高い２相の高分解デジタル信号を生成する内挿処理工程と、
    前記２相の高分解デジタル信号の各々について、パルス幅が所定幅以下であるパルスを除去するパルス除去工程と、
    を含むことを特徴とする信号処理方法。

Images