JP5764305B2 - ノイズ除去装置 - Google Patents

Description

本発明は、ノイズ除去装置に関する。

機械的な接点を有する機械接点式スイッチ（以下、機械式スイッチともいう）においてチャタリングが発生することがある。チャタリングとは、リレー機構やスイッチ機構において接点が切り替わる際に、微細な振動によってオン／オフが細かく繰り返される現象のことである。
このようなチャタリングによるノイズ（以下、チャタリングノイズという）を除去する対策として、或る状態（例えばオン）が所定時間連続することで、はじめて当該或る状態（オン）になったと判定する（オフも同様）デジタル式のノイズ除去装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−２２３８３７号公報

上述したようなノイズ除去装置ではスイッチのオン／オフに対して遅延が生じる。この遅延時間は所定時間の設定によって決まる。例えば、所定時間の設定を大きくするとノイズを除去する効果を上げることができるが、遅延時間が長くなるという問題がある。逆に、所定時間の設定を小さくすると遅延時間を短くすることができるが、確実にノイズを除去することができなくなるおそれがある。
そこで、本発明は、遅延時間の短縮を図りつつ、チャタリングノイズを確実に除去することを目的とする。

上記目的を達成するための主たる発明は、センサーから出力されたデジタル信号に含まれるチャタリングノイズを除去するノイズ除去装置であって、前記デジタル信号のレベルが変化した後そのレベルが第１所定期間連続する場合に、前記デジタル信号に応じて変化する第１信号を生成する第１信号生成部と、前記デジタル信号のレベルが変化した後そのレベルが、前記第１所定期間よりも長い第２所定期間連続する場合に、前記デジタル信号に応じて変化する第２信号を生成する第２信号生成部と、前記第１信号と前記第２信号に基づいて出力信号を生成する出力信号生成部であって、前記出力信号が一方のレベルであるときに、前記第２信号が前記一方のレベル、且つ、前記第１信号が他方のレベルになると、前記出力信号を前記他方のレベルにする出力信号生成部と、を有し、前記第２所定期間は、前記チャタリングノイズが発生する期間よりも長く、前記第１所定期間は、１サンプリング周期以上であり、且つ、前記チャタリングノイズが発生する期間よりも短い、ことを特徴とするノイズ除去装置である。
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

インクジェットプリンターの概略構成図である。 キャリッジモーターの駆動を制御する部分につての概要を示したブロック図である。 チャタリングノイズの除去についての説明である。 本実施形態におけるノイズ除去部の構成を示すブロック図である。 図４のノイズ除去部における各信号の波形の一例を示す図である。

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。

センサーから出力されたデジタル信号に含まれるチャタリングノイズを除去するノイズ除去装置であって、前記デジタル信号のレベルが変化した後そのレベルが第１所定期間連続する場合に、前記デジタル信号に応じて変化する第１信号を生成する第１信号生成部と、前記デジタル信号のレベルが変化した後そのレベルが、前記第１所定期間よりも長い第２所定期間連続する場合に、前記デジタル信号に応じて変化する第２信号を生成する第２信号生成部と、前記第１信号と前記第２信号に基づいて出力信号を生成する出力信号生成部であって、前記出力信号が一方のレベルであるときに、前記第２信号が前記一方のレベル、且つ、前記第１信号が他方のレベルになると、前記出力信号を前記他方のレベルにする出力信号生成部と、を有することを特徴とするノイズ除去装置が明らかとなる。
このようなノイズ除去装置によれば、遅延時間の短縮を図りつつ、チャタリングノイズを確実に除去することができる。

かかるノイズ除去装置であって、前記第２所定期間は、前記チャタリングノイズが発生する期間よりも長いことが望ましい。
このようなノイズ除去装置によれば、誤動作を防止することができる。

かかるノイズ除去装置であって、前記第２所定期間は、前記デジタル信号のレベルが変化するまでに制御対象が移動する理論距離を、前記制御対象の速度で除算した値よりも短いことが望ましい。
このようなノイズ除去装置によれば、入力信号のレベルの変化を出力信号に確実に反映させることができる。

かかるノイズ除去装置であって、前記第１所定期間は、１サンプリング周期以上であり、且つ、前記チャタリングノイズが発生する期間よりも短いことが望ましい。
このようなノイズ除去装置によれば、遅延時間の短縮と、チャタリングノイズの除去特性を両立することができる。

かかるノイズ除去装置であって、前記第１所定期間は、さらに、制御対象の要求停止精度を、前記制御対象の速度で除算した値よりも短いことが望ましい。
このようなノイズ除去装置によれば、遅延時間をより短縮させることができ、制御対象の位置精度を向上させることができる。

以下の実施形態では、本発明のノイズ除去装置をインクジェトプリンターに適用した場合を例に挙げて説明する。

＝＝＝実施形態＝＝＝
≪プリンターの構成について≫
図１は、インクジェットプリンターの概略構成図である。また、図２は、キャリッジモーターの駆動を制御する部分につての概要を示したブロック図である。

図１に示すように、印刷媒体である用紙１２が置かれるプラテン１０には、図示しない用紙送り機構が設けられ、用紙１２が副走査方向に移動される。プラテン１０上には、記録ヘッドＨを搭載したキャリッジ１４が設けられており、キャリッジ１４は移動範囲２０内において用紙１２の幅方向（主走査方向）に往復移動する。この往復移動を可能とするため、キャリッジ１４は、キャリッジモーターＣＭで駆動されるタイミングベルト１６に連結具１５を介して連結されている。

キャリッジ１４には記録ヘッドＨと共にインクタンク（図示せず）が設けられ、インクタンクには本体側に装着されたインクカートリッジ（図示せず）からインク供給チューブ（図示せず）を介してインクが供給される。そして、記録ヘッドＨ内の圧電素子または発熱素子によりインク滴がインクノズルから吐出される。

また、プラテン１０の左端には、キャップ２２が設けられている。キャップ２２は、非印刷状態において記録ヘッドＨのインクノズルをキャップし、インクノズル内のインクが乾燥しないように保護する。また、必要に応じてキャップ２２に連結されたインク吸引用モーター２４によりインクノズル内のインク滴が吸引され、インクノズルがクリーニングされる。一方、プラテン１０の右端には、フラッシング孔２８が設けられ、所定の時間間隔または所定の印刷量ごとに、プラテン１０の右端に移動してきたキャリッジ１４の記録ヘッドＨがインク滴を吐出し、インクノズル内のインクが硬化するのを防止する。フラッシング孔２８に対向して、吸収剤２６が設けられ、フラッシング孔２８から吐出されたインク滴が吸収されるとともに、インク吸引用モーター２４により吸引されたインクも吸収される。

なお、本実施形態では、記録ヘッドＨのインクノズルをキャップ２２でキャップする際やフラッシングを行う際に、キャリッジ１４の位置決めを行うため、後述するように機械式スイッチを用いている。

マイクロプロセッサなどからなる制御部１８は、キャリッジモーターＣＭに取り付けられたエンコーダー３０からエンコーダー出力ＥＮＣを入力し、エンコーダー出力ＥＮＣをカウントするなどによりキャリッジ１４の位置を監視する。そして、制御部１８は、キャリッジモーターＣＭに駆動指令ＣＭＤＲを出力してキャリッジモーターＣＭの駆動を制御し、キャリッジ１４を移動範囲２０内で往復移動させる。また、制御部１８は、印刷データに基づいて記録ヘッドＨ内の圧電素子や発熱素子を駆動するヘッド駆動信号ＨＤＲを出力すると共に、所定のエラー発生時に対応してエラー信号ＥＲを出力して、図示しない表示パネルやエラーランプにエラー出力させる。

また、本実施形態のプリンターには、キャップ２２にてキャップする際やフラッシングを行う際の位置を正確に定めるため、図２に示すように機械式スイッチＳＷ、センサー４２、ノイズ除去部４４が設けられている。なお、ノイズ除去の方法としてはアナログ式のものとデジタル式のものがあるが、本実施形態のノイズ除去部４４は、デジタル式である。

スイッチＳＷは、キャリッジ１４の位置決めを行うための機械式スイッチであり、キャリッジ１４の位置に応じてオン／オフする。例えば、スイッチＳＷは、キャリッジ１４が目的位置に到達するまではオフで、キャリッジ１４が目的位置に到達するとオンになる。

センサー４２は、スイッチＳＷのオン／オフに応じたデジタル信号をＣＰＵに出力する。例えば、スイッチＳＷがオンの場合は、ローレベル（以下、Ｌレベルともいう）を出力し、スイッチＳＷがオフの場合は、ハイレベル（以下、Ｈレベルともいう）を出力する。

ノイズ除去部４４（ノイズ除去装置に相当する）は、センサー４２から出力されるデジタル信号に含まれるチャタリングノイズを除去し、その信号（出力信号）を制御部１８に出力する。なお、ノイズ除去部４４は、チャタリングノイズ以外のノイズ（例えば電気的ノイズ）も除去することができる。

≪チャタリングノイズの除去について≫
図３はチャタリングノイズの除去についての説明である。チャタリングとは、リレー機構やスイッチ機構において接点が切り替わる際に、微細な振動によってオン／オフが細かく繰り返される現象のことである。図３に示す入力信号において、信号のレベルが切り替わる際に、ＨレベルとＬレベルが短い間隔で交互に繰り返しながら状態が移行している（チャタリングノイズ）。このチャタリングノイズが発生する期間は、スイッチの種類によって異なるが、短いものでは１ｍｓｅｃ以下であり、長いものでは１０ｍｓｅｃ程度である。このようなチャタリングノイズを除去する方法として、アナログ式の方法と、デジタル式の方法が知られている。

アナログ式の方法としては、例えば抵抗とコンデンサを直列に繋いで構成されるローパスフィルター（ＬＰＦ）を用いたものがある。このＬＰＦの場合、抵抗値（Ｒ）とコンデンサの容量値（Ｃ）の積（時定数）に応じて高周波成分が遮断される。よって、入力信号をＬＰＦに通すことにより、その出力は図のようになり、チャタリングノイズを除去することができる。ただし、波形の変化が緩やかになるとともに、レベルが変化するまでに遅延が生じている。

一方、デジタル式の方法としては、例えば、フリップフロップ回路を用いて、入力信号のレベルが一定期間連続した場合に、出力を入力信号と同じレベルにするものがある。図３では、入力信号のレベルが変化した後、サンプリング周期の１０周期分（ｎ＝１０）そのレベルが連続することによって、同じレベルに変化させている。このように、チャタリングノイズの発生している期間ではレベルが変化せず、入力信号が一定時間（１０サンプリング周期）変化しなくなったところでレベルが変化する。こうすることで、チャタリングノイズを除去することができる。

このように、アナログ式においても、デジタル式においても、チャタリングノイズを除去することが可能であるが、入力信号の変化に対して遅延が生じている。例えば、本実施形態のように機械式のスイッチＳＷをキャリッジ１４の位置決めに用いる場合、位置精度を高めるためスイッチＳＷの変化点を遅延無く検出する必要があるため、この遅延時間は短いことが望まれる。

なお、デジタル式では、出力信号のレベルを変更するための判定基準となる入力信号のレベルの連続期間（以下、判定期間ともいう）の設定に応じて遅延時間が決まる。ここで、判定期間を長く設定すると、チャタリングノイズを確実に除去することができるが、その分遅時間が長くなってしまう。逆に、この判定期間を短く設定すると、遅延時間を短縮できるが、ノイズを除去する効果が小さくなり、ノイズを確実に除去できないおそれがある。このように、チャタリングノイズの除去の特性と、遅延時間はトレードオフの関係にあった。

そこで、本実施形態のノイズ除去部４４は、後述するように、判定期間（本実施形態では、サンプリング周期の数ｎ）が異なる２つの信号を生成し、その２つの信号を用いて出力信号を生成することで、遅延時間の短縮を図りつつ、確実にノイズを除去するようにしている。

≪ノイズ除去部について≫
図４は本実施形態におけるノイズ除去部の構成を示すブロック図である。
本実施形態のノイズ除去部４４は、第１信号生成部５２、第２信号生成部５４、及び出力信号生成部５６を有している。

第１信号生成部５２には、センサー４２から出力されるデジタル信号（以下、入力信号ともいう）が入力される。そして、第１信号生成部５２は、入力信号のレベルが変化した後、そのレベルが１サンプリング周期連続する場合に、その入力信号の変化と同様に変化する第１信号を生成する。つまり、第１信号生成部５２は、判定期間を１サンプリング周期として入力信号を変化さる。なお、この場合、第１信号は入力信号よりも１サンプリング周期分遅れて変化する信号になる。

第２信号生成部５４にも、センサー４２から出力されるデジタル信号(入力信号)が入力される。そして、第２信号生成部５４は、入力信号のレベルが変化した後そのレベルが１０サンプリング周期連続する場合に、その入力信号の変化と同様に変化する第２信号を生成する。つまり、第２信号生成部５４は判定期間を１０サンプリング周期として入力信号を変化させる。

出力信号生成部５６は、第１信号生成部５２によって生成された第１信号と、第２信号生成部５４によって生成された第２信号とに基づいて、出力信号を生成する。具体的には、出力信号生成部５６は、出力信号がＬレベルのとき、第１信号がＨレベル及び第２信号がＬレベルになると、出力信号をＬレベルからＨレベルに切り替える。また、出力信号生成部５６は、出力信号がＨレベルのとき、第１信号がＬレベル及び第２信号がＨレベルになると、出力信号をＨレベルからＬレベルに切り替える。

≪ノイズ除去部の各信号の波形について≫
図５は、図４のノイズ除去部における各信号の波形の一例を示す図である。
図の横軸は時間（位置）であり、縦軸は信号の大きさである。なお、図の横軸における１区間は１サンプリング周期に対応している。また、図の横軸において１サンプリング周期毎の時刻をｔ０、ｔ１、ｔ２・・・としている。例えば時刻ｔ０から１０サンプリング周期後の時刻はｔ１０である。図に示すように、時刻ｔ０の直前では全ての信号がＬレベルである。

入力信号は、時刻ｔ０でＬレベルからＨレベルになるが、この際に、図の期間Ｔａでチャタリングノイズが発生している。なお、仮に、チャタリングノイズが発生しないとした場合に、入力信号がＨレベルで一定である期間を期間Ｔとする。制御対象（この場合キャリッジ１４）を移動させる理論距離をＤ、速度をＳとすると、この期間Ｔは以下の（１）式で求められる。
Ｔ＝Ｄ／Ｓ・・・（１）

第１信号は、判定期間が１サンプリング周期の信号であり、入力信号のデジタル値のレベルが変化した後、１サンプリング周期（第１所定期間に相当する）そのレベルが連続することで、同じレベルに変化する。つまり、第１信号は、入力信号に対して１サンプリング周期遅れて変化することになる。この場合、図のように、入力信号の変化に対する遅延時間は短いが、チャタリングノイズを除去することはできない。

第２信号は、判定期間が１０サンプリング周期の信号であり、入力信号のデジタル値のレベルが変化した後、１０サンプリング周期（第２所定期間に相当する）そのレベルが連続することで、同じレベルに変化する。例えば、図５において入力信号が１０サンプリング周期（ｎ＝１０）連続してＨレベルになるのは時刻ｔ５〜ｔ１５である。よって第２信号は時刻ｔ１５でＬレベルからＨレベルになる。このように、第２信号では入力信号のチャタリングノイズが除去されている。ただし、入力信号の変化に対して、遅延時間が大きくなっている。

出力信号は、第１信号と第２信号に基づいて出力信号生成部５６で生成される信号である。出力信号がＬレベルの場合には、第２信号がＬレベルで、且つ、第１信号がＨレベルになると、ＬレベルからＨレベルになる。また、出力信号がＨレベルの場合は、第２信号がＨレベルで、且つ、第１信号がＬレベルになると、ＨレベルからＬレベルになる。

以下、図４、図５を参照しつつ本実施形態のノイズ除去部４４の動作について説明する。

時刻ｔ０直前では、全ての信号がＬレベルである。時刻ｔ０で入力信号がＨレベルになることにより、第１信号生成部５２は、それから１サンプリング周期経過した時刻ｔ１で第１信号をＨレベルにする。これにより、第１信号がＨレベル、且つ、第２信号がＬレベルになるので、出力信号生成部５６は、時刻ｔ１において出力信号をＬレベルからＨレベルにする。なお、出力信号がＨレベルからＬレベルになるのは、第２信号がＨレベルで、且つ、第１信号がＬレベルになるときであるので、第２信号がＬレベルである間（ｔ１５まで）は第１信号のレベルにかかわらず出力信号生成部５６から出力される出力信号はＨレベルのままである。このため、入力信号のチャタリングノイズは出力信号に反映されなくなる。

時刻ｔ５〜ｔ１５の１０サンプリング周期の間、入力信号がＨレベルとなるので、第２信号生成部５４は、時刻ｔ１５で第２信号をＬレベルからＨレベルにする。その後、時刻ｔ３２で入力信号がＬレベルになることにより、第１信号生成部５２は、それから１サンプリング周期経過した時刻ｔ３３で第１信号をＬレベルにする。これにより、第１信号がＬレベル、且つ、第２信号がＨレベルになるので、出力信号生成部５６は、時刻ｔ３３において出力信号をＨレベルからＬレベルにする。なお、出力信号がＬレベルからＨレベルになるのは、第２信号がＬレベルで、且つ、第１信号がＨレベルになるときであるので、第２信号がＨレベルである間（時刻ｔ４７まで）は第１信号のレベルにかかわらず出力信号はＬレベルのままである。

時刻ｔ３７〜ｔ４７の１０サンプリング周期の間、入力信号がＬレベルであるので、第２信号生成部５４は、時刻ｔ４７で第２信号をＨレベルからＬレベルにする。その後、時刻ｔ６０で入力信号がＨレベルになることにより、第１信号生成部５２は、それから１サンプリング周期経過した時刻ｔ６１で第１信号をＨレベルにする。これにより、第１信号がＨレベル、且つ、第２信号がＬレベルになるので、出力信号生成部５６は、時刻ｔ６１において出力信号をＬレベルからＨレベルにする。
以下、同様の動作を繰り返す。

よって、出力信号は図のような信号となる。図からわかるように、入力信号にチャタリングノイズが発生していても、出力信号でチャタリングノイズを確実に除去できている。さらに、本実施形態では、入力信号の変化に対する出力信号の変化の遅延時間が１サンプリング周期と非常に短くなっている。このように、本実施形態によると、チャタリングノイズを、遅延時間の短縮を図りつつ確実に除去することができる。

なお、本実施形態では、第１信号生成部５２は、第１信号のレベルを変化させる際に、入力信号のレベルが１サンプリング周期連続することを判定していた（判定期間が１サンプリング周期であった）。しかし、これには限られず、第１信号の判定期間としては１サンプリング周期以上、チャタリングノイズの発生期間Ｔa（図では５サンプリング周期）以下であればよい。例えば２サンプリング周期（ｎ＝２）でもよい。こうすることで、遅延時間の短縮とチャタリングノイズの除去の特性を両立することができる。なお、この期間が短いほど、入力信号の変化に対する出力信号の変化の遅延時間を短くすることができる。ただし、判定期間がゼロだと、入力信号と第１信号が同じ信号になり、チャタリングノイズ以外のノイズ（例えば電気的ノイズ）を除去できないおそれがある。

さらに、制御対象（この場合、キャリッジ１４）の要求停止精度をＰとし、キャリッジ１４）の速度をＳとした場合、Ｐ／Ｓが期間Ｔａ以下であれば、判定期間をＤａ／Ｓ以下に設定するのが望ましい。こうすることで、遅延時間をより短縮することができ、位置精度を向上させることができる。

また、第２信号生成部５４は、第２信号のレベルを変化させる際に、入力信号のレベルが１０サンプリング周期連続することを判定していた（判定期間が１０サンプリング周期であった）。しかし、第２信号の判定期間としては１０サンプリング周期には限られず、チャタリングノイズの発生する期間Ｔａ以上、期間Ｔ以下であればよい。なぜなら、もし仮に、第２信号の判定期間が期間Ｔａよりも短いとすると、第１信号のチャタリングの影響により期間Ｔａにおいて誤動作するおそれがあるからである。また、仮に、第２信号の判定期間が期間Ｔよりも長いとすると、期間Ｔ後の入力信号の変化（時刻ｔ３０の立下り）を出力信号に反映させることができなくなるからである。

以上説明したように、本実施形態のノイズ除去部４４は、センサー４２からの入力信号（デジタル信号）のレベルが変化した後そのレベルが１サンプリング周期連続する場合に、入力信号に応じて変化する第１信号を生成する第１信号生成部５２と、入力信号のレベルが変化した後そのレベルが１０サンプリング周期連続する場合に、入力信号に応じて変化する第２信号を生成する第２信号生成部５４と、第１信号と第２信号に基づいて出力信号を生成する出力信号生成部５６を備えている。

そして、出力信号生成部５６は、出力信号がＬレベルのとき、第１信号がＨレベル及び第２信号がＬレベルになると、出力信号をＬレベルからＨレベルに切り替え、出力信号がＨレベルのとき、第１信号がＬレベル及び第２信号がＨレベルになると、出力信号をＨレベルからＬレベルに切り替えている。これにより、出力信号に入力信号のチャタリングノイズの影響が現れなくなり、また、出力信号を（チャタリングのない）入力信号に近づけることができる。よって、遅延時間の短縮を図りつつ、チャタリングノイズを確実に除去することができる。

＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
一実施形態としてのプリンター等を説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。

例えば、本実施形態ではノイズ除去部４４をプリンターのキャリッジ１４の位置決めの際に生じるチャタリングノイズを除去するのに用いていたが、これには限られず、機械式スイッチのオン／オフをセンサーによって判定するものであれば適用可能である。例えばプリンター以外の装置（スキャナーなど）に適用してもよいし、プリンターにおいてキャリッジ１４以外の制御（搬送系の制御など）に適用してもよい。

１０ プラテン、１２ 用紙、１４ キャリッジ、
１５ 連結具、１６ タイミングベルト、
１８ 制御部、２０ 移動範囲、
２２ キャップ、２４ インク吸引用モーター、
２６ 吸収剤、２８ フラッシング孔、
３０ エンコーダー、４２ センサー、４４ノイズ除去部、
５２ 第１信号生成部、５４ 第２信号生成部、５６ 出力信号生成部、
ＣＭ キャリッジモーター、ＳＷ スイッチ、Ｈ 記録ヘッド、
ＥＮＣ エンコーダー出力、ＣＭＤＲ 駆動指令、
ＥＲ エラー信号、ＨＤＲ ヘッド駆動信号

Claims (1)

1. センサーから出力されたデジタル信号に含まれるチャタリングノイズを除去するノイズ除去装置であって、
   前記デジタル信号のレベルが変化した後そのレベルが第１所定期間連続する場合に、前記デジタル信号に応じて変化する第１信号を生成する第１信号生成部と、
   前記デジタル信号のレベルが変化した後そのレベルが、前記第１所定期間よりも長い第２所定期間連続する場合に、前記デジタル信号に応じて変化する第２信号を生成する第２信号生成部と、
   前記第１信号と前記第２信号に基づいて出力信号を生成する出力信号生成部であって、前記出力信号が一方のレベルであるときに、前記第２信号が前記一方のレベル、且つ、前記第１信号が他方のレベルになると、前記出力信号を前記他方のレベルにする出力信号生成部と、
   を有し、
   前記第２所定期間は、前記チャタリングノイズが発生する期間よりも長く、
   前記第１所定期間は、１サンプリング周期以上であり、且つ、前記チャタリングノイズが発生する期間よりも短い、
   ことを特徴とするノイズ除去装置。
   

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