JP5958252B2 - センサ装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本明細書で言及する実施例は、センサ装置およびその制御方法に関する。

近年、例えば、アナログ・デジタル変換器(Ａ／Ｄコンバータ)を用いて、複数のセンサ出力を高精度に測定するセンサ装置が提供されている。このセンサ装置には、例えば、温度，光強度および磁界などを測定するセンサが適用される。

このような温度，光強度および磁界などを測定するセンサの出力電圧は、例えば、１ｍＶ程度以下の低電圧の場合が多い。そのため、センサの出力は、例えば、アンプにより増幅された後、高分解能のＡ／Ｄコンバータを用いて測定される。

ここで、アンプやＡ／Ｄコンバータには、オフセット電圧誤差の問題があり、さらに、１／ｆ雑音と呼ばれる周波数に反比例した低周波の雑音(ノイズ)が生じるといった問題もある。これらのオフセット電圧やノイズは、測定誤差の要因になっている。

ところで、従来、複数のセンサを処理するセンサ装置としては、様々な提案がなされている。

特開２０１１−０５３０１５号公報

従来、オフセット電圧やノイズによる誤差を低減する方法として、チョッパ方式が用いられている。このチョッパ方式は、例えば、アンプやＡ／Ｄコンバータの入力信号の正負を切り替えて、その切り替えと同期して出力の正負も切り替える。

そして、その出力を切り替えた信号をローパスフィルタ(ＬＰＦ：Low Pass Filter)に通すことで、アンプやＡ／Ｄコンバータで生じるオフセット誤差やノイズを低減する。ここで、複数のセンサを有するチョッパ方式を適用したセンサ装置では、回路規模やコストの面からアンプやＡ／ＤコンバータおよびＬＰＦを共用している。

しかしながら、このようにアンプやＡ／ＤコンバータおよびＬＰＦを共用すると、ＬＰＦのカットオフ周波数を低くしてオフセット誤差やノイズを低減することが困難になる。

一実施形態によれば、隣接して並べられた複数のセンサの出力を処理するセンサ装置が提供される。前記センサ装置は、前記複数のセンサに対応する複数のローパスフィルタと、第１選択回路と、第１極性切り替え回路と、処理回路と、第２極性切り替え回路と、第２選択回路と、制御回路と、を有する。

前記第１選択回路は、前記複数のセンサから処理対象となるセンサを選択し、前記第１極性切り替え回路は、前記処理対象となるセンサの出力の極性を切り替える。前記処理回路は、前記処理対象となるセンサの出力に対して所定の処理を行い、前記第２極性切り替え回路は、前記処理回路の出力の極性を切り替える。

前記第２選択回路は、前記第２極性切り替え回路の出力を受け取るように、前記複数のローパスフィルタから前記処理対象となるセンサに対応するローパスフィルタを選択する。前記制御回路は、前記第１選択回路、前記第１極性切り替え回路、前記処理回路、前記第２極性切り替え回路、および、前記第２選択回路を制御する。前記制御回路は、前記第１極性切り替え回路を制御して前記処理対象となるセンサの出力の極性が第１極性となるようにし、続いて前記第１および第２選択回路並びに前記処理回路を制御して前記隣接して並べられた複数のセンサを順次選択して前記所定の処理を行い、続いて前記第１極性切り替え回路を制御して前記処理対象となるセンサの出力の極性が前記第１極性と異なる第２極性となるようにし、続いて前記第１および第２選択回路並びに前記処理回路を制御して前記隣接して並べられた複数のセンサを再度順次選択して前記所定の処理を行う。

開示のセンサ装置およびその制御方法は、回路規模やコストの増加を抑えつつ、オフセット誤差やノイズを低減することができるという効果を奏する。

図１は、センサ装置の一例を示すブロック図である。 図２は、図１に示すセンサ装置におけるチョッパ方式を説明するための図である。 図３は、複数のセンサを処理するセンサ装置の一例を示すブロック図である。 図４は、図３に示すセンサ装置の変形例を示すブロック図である。 図５は、図４に示すセンサ装置における動作シーケンスの一例を説明するための図（その１）である。 図６は、図４に示すセンサ装置における動作シーケンスの一例を説明するための図（その２）である。 図７は、センサ装置の一実施例を示すブロック図である。 図８は、図７に示すセンサ装置の変形例を示すブロック図である。 図９は、図８に示すセンサ装置における動作シーケンスの一例を説明するための図（その１）である。 図１０は、図８に示すセンサ装置における動作シーケンスの一例を説明するための図（その２）である。 図１１は、図８に示すセンサ装置における動作シーケンスの他の例を説明するための図（その１）である。 図１２は、図８に示すセンサ装置における動作シーケンスの他の例を説明するための図（その２）である。 図１３は、本実施例のセンサ装置におけるセンサの選択順序を説明するための図である。 図１４は、センサ装置の他の実施例を示すブロック図である。

まず、センサ装置およびその制御方法の実施例を詳述する前に、図１〜図６を参照して、センサ装置の一例およびその問題点を説明する。図１は、センサ装置の一例を示すブロック図である。

図１に示されるように、センサ装置は、センサ１０１、スイッチ１０２、Ａ／Ｄコンバータ１０３、スイッチ１０４、および、ローパスフィルタ(ＬＰＦ)１０５を有する。ここで、センサ１０１は、例えば、温度，光強度および磁界などを測定するセンサである。

このような温度，光強度および磁界などを測定するセンサ１０１の出力電圧は、例えば、１ｍＶ程度以下の低電圧の場合が多く、その低電圧のセンサ１０１の出力を、高分解能のＡ／Ｄコンバータ１０３を用いて測定するようになっている。

ところで、Ａ／Ｄコンバータ１０３（および、後述するアンプ１０７）には、オフセット電圧誤差の問題があり、さらに、１／ｆ雑音と呼ばれる周波数に反比例した低周波のノイズが生じるといった問題もある。

これらのオフセット電圧やノイズは、測定誤差の要因になるため、例えば、チョッパ方式を用いてオフセット電圧やノイズによる誤差を低減するようになっている。

図２は、図１に示すセンサ装置におけるチョッパ方式を説明するための図であり、図２(a)は位相φ１のときのスイッチ１０２および１０４の接続状態を示し、図２(b)は位相φ２のときのスイッチ１０２および１０４の接続状態を示す。

まず、図２(a)に示されるように、位相φ１のとき、スイッチ１０２(ＳＷ１)は非反転(正論理接続)状態になって、センサ１０１の出力は、そのままの極性でＡ／Ｄコンバータ１０３に入力される。このとき、スイッチ１０４(ＳＷ２)も非反転状態になっているため、Ａ／Ｄコンバータ１０３の出力は、そのままの極性でＬＰＦ１０５に入力される。

次に、図２(b)に示されるように、位相φ２のとき、スイッチ１０２は反転(負論理接続)状態になって、センサ１０１の出力は、極性が反転されてＡ／Ｄコンバータ１０３に入力される。このとき、スイッチ１０４も反転状態になっているため、Ａ／Ｄコンバータ１０３の出力も、極性が反転されてＬＰＦ１０５に入力される。

従って、図２(a)の位相φ１および図２(b)の位相φ２において、ＬＰＦ１０５には、Ａ／Ｄコンバータ１０３でＡ／Ｄ変換された同じ極性の信号が入力される。

ここで、例えば、Ａ／Ｄコンバータ１０３にオフセット電圧が存在した場合、位相φ１のとき、Ａ／Ｄコンバータ１０３のオフセット電圧は、非反転状態のスイッチ１０４を介して、そのままの極性(第１極性)でＬＰＦ１０５に入力される。

一方、位相φ２のとき、Ａ／Ｄコンバータ１０３のオフセット電圧は、反転状態のスイッチ１０４を経由するため、位相φ１とは逆の極性(第２極性)でＬＰＦ１０５に入力されることになる。

その結果、位相φ１とφ２を交互に切り替え、スイッチ１０４の出力をＬＰＦ１０５で平均化することによって、Ａ／Ｄコンバータ１０３のオフセット電圧を相殺して誤動作を低減することが可能になる。

なお、図２では、Ａ／Ｄコンバータ１０３のオフセット電圧を説明したが、例えば、１／ｆ雑音等でも同様の効果が期待でき、また、Ａ／Ｄコンバータ１０３の前段にアンプ(１０７)を挿入した場合、そのアンプのオフセット電圧やノイズに関しても同様である。

図３は、複数のセンサを処理するセンサ装置の一例を示すブロック図である。図３と前述した図１の比較から明らかなように、図３に示すセンサ装置は、センサ１０１として複数(Ｎ個)のセンサ１１１〜１１Ｎを設け、そのＮ個のセンサ１１１〜１１Ｎからマルチプレクサ(ＭＵＸ)１０６により順次センサを選択する。

すなわち、図３に示すセンサ装置において、ＭＵＸ１０６により、Ｎ個のセンサ１１１〜１１ＮからＡ／Ｄ変換処理を行う処理対象のセンサが順番に選択され、その選択された処理対象のセンサの出力が、スイッチ１０２に入力される。

ここで、スイッチ１０２および１０４は、図２(a)および図２(b)を参照して説明した位相φ１およびφ２を繰り返すことにより、アンプ１０７およびＡ／Ｄコンバータ１０３のオフセット電圧やノイズを低減することができる。

すなわち、ＬＰＦ１０５は、ＭＵＸ１０６で選択された処理対象となるセンサの出力を、同期して反転する２つのスイッチ１０２および１０４を介してＡ／Ｄコンバータ１０３(処理回路)で処理し、その処理回路の出力を受け取って平均化する。

さらに、ＬＰＦ１０５は、Ａ／Ｄコンバータ１０３の出力を、反転する１つのスイッチ１０４を介して受け取ることで、処理回路のオフセット電圧やノイズを相殺して低減する。

このように、位相φ１とφ２を交互に切り替え、スイッチ１０４の出力をＬＰＦ１０５で平均化することによって、Ａ／Ｄコンバータ１０３のオフセット電圧およびノイズを相殺して低減することが可能になる。

図４は、図３に示すセンサ装置の変形例を示すブロック図である。図４に示すセンサ装置は、図３のセンサ装置において、Ａ／Ｄコンバータ１０３の前段にアンプ１０７を設け、ＭＵＸ１０６およびスイッチ１０２を介して入力される処理対象のセンサの出力を、アンプ１０７で増幅してＡ／Ｄコンバータ１０３に入力する。

ここで、ＭＵＸ１０６、並びに、スイッチ１０２および１０４の動作は、図３を参照して説明したのと同様であり、図４に示す変形例は、処理回路がＡ／Ｄコンバータ１０３に加えてアンプ１０７を含む点が異なっている。

そして、前述したように、位相φ１とφ２を交互に切り替え、スイッチ１０４の出力をＬＰＦ１０５で平均化することによって、アンプ１０７およびＡ／Ｄコンバータ１０３のオフセット電圧およびノイズを相殺して低減することが可能になる。

以上において、複数のセンサ１１１〜１１Ｎは、例えば、熱電対や赤外線により対象物の温度を非接触で測定する温度センサや赤外線センサであり、これら複数のセンサ１１１〜１１Ｎは、例えば、線状，平面状，或いは，三次元的に配置される。

図５および図６は、図４に示すセンサ装置における動作シーケンスの一例を説明するための図である。ここで、図５は、処理の流れ(フロー)に注目して描いたものであり、図６は、処理のタイミングに注目して描いたものであり、これら図５および図６は、実質的に同様の処理を示す。

なお、図５および図６は、センサが３つ(１１１〜１１３)の場合を示すが、これは、説明を簡略化するための単なる例に過ぎない。また、図５および図６は、図３に示すセンサ装置に対しても同様に適用することができる。

図５に示されるように、まず、ステップＳＴ１０１において、ＭＵＸ１０６により処理対象として選択されたセンサ１１１に対して処理回路(アンプ１０７およびＡ／Ｄコンバータ１０３)による処理を行う。

すなわち、センサ１１１に対して、ステップＳＴ１１１でスイッチ１０２，１０４を非反転状態とした処理(図２(a)の位相φ１の処理)を行い、ステップＳＴ１１２に進んで、スイッチ１０２，１０４を正負反転し、ステップＳＴ１１３に進む。

ステップＳＴ１１３では、スイッチ１０２，１０４を反転状態とした処理(図２(b)の位相φ２の処理)を行って、ステップＳＴ１１１に戻り、同様の処理を所定回数だけ繰り返す。

ここで、ステップＳＴ１１１〜ＳＴ１１３を繰り返す回数は、センサの種類やセンサ装置を適用する対象等により様々に変化する。なお、後述する図６では、説明を簡略化するために、ステップＳＴ１０１においてステップＳＴ１１１〜ＳＴ１１３を繰り返す回数は２回とされている。

このようにして、処理対象のセンサ１１１に対する処理(ＳＴ１０１)が終了すると、ステップＳＴ１０２に進んで、センサ１１２を処理対象とした処理を行う。

すなわち、センサ１１２に対して、ステップＳＴ１２１でスイッチ１０２，１０４を非反転状態とした処理を行い、ステップＳＴ１２２に進んで、スイッチ１０２，１０４を正負反転し、ステップＳＴ１２３に進む。

ステップＳＴ１２３では、スイッチ１０２，１０４を反転状態とした処理を行って、ステップＳＴ１２１に戻り、同様の処理を所定回数だけ繰り返す。

そして、処理対象のセンサ１１２に対する処理(ＳＴ１０２)が終了すると、ステップＳＴ１０３に進んで、センサ１１３を処理対象とした同様の処理を行い、その後、再び、センサ１１１に対する処理(ＳＴ１０１)を繰り返す。

なお、複数のセンサ１１１〜１１３に対する処理(ＳＴ１０１〜ＳＴ１０３)を繰り返す回数は、１つのセンサ(例えば、センサ１１１）の処理(例えば、ＳＴ１０１)においてステップＳＴ１１１〜ＳＴ１１３を繰り返す回数と同様に様々に変化する。

ここで、ステップＳＴ１０１〜ＳＴ１０３を繰り返す回数、並びに、例えば、１つのステップＳＴ１０１においてステップＳＴ１１１〜ＳＴ１１３を繰り返す回数に応じて、各センサ１１１〜１１３により測定する回数は、例えば、数回〜数百回程度に設定される。

図６において、「ＳＷ１(スイッチ１０２)およびＳＷ２(スイッチ１０４)」に対する『＋』は、ＳＷ１およびＳＷ２を非反転状態(図２(a)の位相φ１)とした場合を示し、『−』は、ＳＷ１およびＳＷ２を反転状態(図２(b)の位相φ２)とした場合を示す。

また、「測定」に対する『○』は、アンプ１０７およびＡ／Ｄコンバータ１０３による１回の測定処理を示し、図６では、前述したように、各センサに対する１度の処理(例えば、ステップＳＴ１０１)で位相φ１およびφ２の処理を２回繰り返している。

ここで、ＬＰＦ(１０５)のセトリングタイム(settling time)をＴｓ秒とし、センサの数をＮ個(１１１〜１１Ｎ)とすると、全てのセンサを測定するには、Ｔｓ×Ｎ［秒］以上の時間を要する。従って、ＬＰＦのカットオフ周波数は、１／Ｔｓ［Ｈｚ］程度になる。

一方、１つのセンサ測定だけにＴｓ×Ｎ秒の時間をかけることができれば、ＬＰＦのセトリングタイムをＴｓ×Ｎ［秒］に長くすることができる。その場合、ＬＰＦのカットオフ周波数は、１／(Ｔｓ×Ｎ)［Ｈｚ］程度になる。

すなわち、例えば、複数のセンサを用いて測定を行うセンサ装置では、測定に要する時間のほどにはＬＰＦのカットオフ周波数を低くすることができず、その結果、信号対雑音比(ＳＮＲ：Source Noise Ratio)の改善度が小さくなってしまう。

このように、アンプ１０７やＡ／Ｄコンバータ１０３およびＬＰＦ０１５を共用すると、ＬＰＦのカットオフ周波数を低くしてオフセット誤差やノイズを十分に低減することが困難になる。

一方、複数のセンサ１１１〜１１Ｎに対して、それぞれスイッチ１０２，アンプ１０７，Ａ／Ｄコンバータ１０３，スイッチ１０４およびＬＰＦ１０５を設けることも考えられるが、回路規模およびコストの面で実用的ではない。

以下、本実施例のセンサ装置およびその制御方法を、添付図面を参照して詳述する。図７は、センサ装置の一実施例を示すブロック図である。

図７に示されるように、本実施例のセンサ装置は、複数のセンサ１１〜１Ｎ、マルチプレクサ(ＭＵＸ：第１選択回路)６、スイッチ２(ＳＷ１：第１極性切り替え回路)、および、Ａ／Ｄコンバータ３、スイッチ４(ＳＷ２：第２極性切り替え回路)を有する。

さらに、本実施例のセンサ装置は、デマルチプレクサ(ＤＥＭＵＸ：第２選択回路)８、複数のセンサ１１〜１Ｎに対応した数の複数のローパスフィルタ(ＬＰＦ)５１〜５Ｎ、および、制御回路９を有する。ここで、制御回路９は、スイッチ２および４、Ａ／Ｄコンバータ３、ＭＵＸ６、並びに、ＤＥＭＵＸ８を制御する。

ＭＵＸ(第１選択回路)６は、複数のセンサ１１〜１Ｎから処理対象となるセンサを選択し、ＤＥＭＵＸ(第２選択回路)８は、複数のローパスフィルタ５１〜５Ｎから処理対象となるセンサに対応するローパスフィルタを選択する。

具体的に、ＭＵＸ６は、例えば、複数のセンサ１１〜１Ｎから１つずつ順番に、センサ１１→１２→１３→…→１Ｎを選択し、その選択された処理対象となるセンサの出力を、スイッチ２を介してＡ／Ｄコンバータ３に入力する。

Ａ／Ｄコンバータ３は、入力された処理対象となるセンサの出力のＡ／Ｄ変換を行い、そのＡ／Ｄ変換された出力を、スイッチ４を介してＤＥＭＵＸ８に入力する。ＤＥＭＵＸ８は、入力された処理対象となるセンサのＡ／Ｄ変換された出力を、その処理対象となるセンサに対応するＬＰＦを選択して出力する。

従って、制御回路９は、ＭＵＸ６を制御して、処理対象となるセンサ１１を選択したときには、ＤＥＭＵＸ８を制御して、処理対象となるセンサ１１に対応するＬＰＦ５１を選択する。

同様に、制御回路９は、ＭＵＸ６を制御して、処理対象となるセンサ１Ｎを選択したときには、ＤＥＭＵＸ８を制御して、処理対象となるセンサ１Ｎに対応するＬＰＦ５Ｎを選択する。

ここで、スイッチ２および４は、図２を参照して説明したスイッチ１０２および１０４に対応する。すなわち、制御回路９は、スイッチ２および４を制御して、図２(a)を参照して説明した位相φ１のときは両方とも非反転状態とし、図２(b)を参照して説明した位相φ２のときは両方とも反転状態とする。

なお、制御回路９は、ＭＵＸ６，スイッチ２，スイッチ４およびＤＥＭＵＸ８の動作に同期するように、Ａ／Ｄコンバータ３のＡ／Ｄ変換動作のタイミング等も制御する。

図８は、図７に示すセンサ装置の変形例を示すブロック図であり、図７のセンサ装置において、Ａ／Ｄコンバータ３の前段にアンプ７を設けたものである。このアンプ７により、ＭＵＸ６およびスイッチ２を介して入力される処理対象のセンサ出力を増幅して、Ａ／Ｄコンバータ３に入力するようになっている。

図９および図１０は、図８に示すセンサ装置における動作シーケンスの一例を説明するための図である。ここで、図９は、処理の流れに注目して描いたものであり、図１０は、処理のタイミングに注目して描いたものであり、これら図９および図１０は、実質的に同様の処理を示す。

なお、図９および図１０は、センサが３つ(１１〜１３)の場合を示すが、これは、説明を簡略化するための単なる例に過ぎない。また、図９および図１０は、図７に示すセンサ装置に対しても同様に適用することができる。

図９に示されるように、まず、ステップＳＴ１において、ＭＵＸ６により処理対象として選択されたセンサ１１に対して処理回路(アンプ７およびＡ／Ｄコンバータ３)による処理を行う。なお、ステップＳＴ１では、ＤＥＭＵＸ８によってＬＰＦ５１が選択される。

すなわち、センサ１１に対して、ステップＳＴ１１でスイッチ２，４を非反転状態とした処理(図２(a)の位相φ１の処理)を行い、測定値によってＬＰＦ５１が更新される。そして、ステップＳＴ１２に進んで、スイッチ２，４を正負反転し、ステップＳＴ１３に進む。

ステップＳＴ１３では、スイッチ２，４を反転状態とした処理(図２(b)の位相φ２の処理)を行って、測定値によってＬＰＦ５１が更新される。そして、ステップＳＴ１４に進んで、ＬＰＦ５１の値を保持する。

すなわち、ステップＳＴ１４では、センサ１１に対する位相φ１の非反転状態および位相φ２の反転状態で１回ずつ測定した結果でＬＰＦの値を更新し、次のセンサ１１に対する処理(ステップＳＴ１)まで、そのＬＰＦ５１の値を保持する。

なお、ステップＳＴ１４によるＬＰＦ５１の更新、並びに、それに続く、センサ１２および１３に対する処理(ステップＳＴ２およびＳＴ３)の保持の後、再度、ステップＳＴ１４によるＬＰＦ５１の更新は、その前に保持した値に対する更新になる。

従って、ステップＳＴ１の処理を繰り返すことで、センサ１１による測定結果(Ａ／Ｄ変換された値)が平均化されることになる。上述したステップＳＴ１４の処理は、以下のステップＳＴ２４およびＳＴ３４でも同様に行われる。

このようにして、処理対象のセンサ１１に対する処理(ＳＴ１)が終了すると、ステップＳＴ２に進んで、センサ１２を処理対象とした処理を行う。すなわち、センサ１２に対して、ステップＳＴ２１でスイッチ２，４を非反転状態とした処理を行い、ステップＳＴ２２に進んで、スイッチ２，４を正負反転し、ステップＳＴ２３に進む。

ステップＳＴ２３では、スイッチ２，４を反転状態とした処理を行ってステップＳＴ２４に進み、ＤＥＭＵＸ８により、ＭＵＸ６で選択したセンサ１２に対応するＬＰＦ５２を選択してセンサ１２の測定結果の値を更新して保持する。

そして、処理対象のセンサ１２に対する処理(ＳＴ２)が終了すると、ステップＳＴ３に進んで、センサ１３を処理対象とした同様の処理を行い、その後、再び、センサ１１に対する処理(ＳＴ１)を繰り返す。

なお、複数のセンサ１１〜１３に対する処理(ＳＴ１〜ＳＴ３)を繰り返す回数は、例えば、センサの種類やセンサ装置を適用する対象等により様々に変化するが、各センサ１１〜１３により測定する回数は、例えば、数回〜数百回程度に設定される。

図１０において、「ＭＵＸ(マルチプレクサ６)」に対する『Ｓ１』，『Ｓ２』および『Ｓ３』は、ＭＵＸ６により処理対象のセンサとして選択されたセンサが、センサ１１，センサ１２およびセンサ１３であることを示す。

また、「ＳＷ１(スイッチ２)およびＳＷ２(スイッチ４)」に対する『＋』は、ＳＷ１およびＳＷ２を非反転状態(図２(a)の位相φ１)とした場合を示し、『−』は、ＳＷ１およびＳＷ２を反転状態(図２(b)の位相φ２)とした場合を示す。

さらに、「ＤＥＭＵＸ(デマルチプレクサ８)」に対する『Ｌ１』，『Ｌ２』および『Ｌ３』は、ＤＥＭＵＸ９により選択されたＬＰＦが、ＬＰＦ５１，ＬＰＦ５２およびＬＰＦ５３であることを示す。

また、「測定」に対する『○』は、アンプ７およびＡ／Ｄコンバータ３による１回の測定処理を示し、各センサＳ１〜Ｓ３に対する１度の処理(例えば、ステップＳＴ１)で位相φ１およびφ２の処理(＋，−)を行い、そのＳ１〜Ｓ３に対する処理を繰り返している。

そして、「ＬＰＦ５１，ＬＰＦ５２，ＬＰＦ５３」に対する『更新』は、そのＬＰＦのデータを書き替える(更新する)ことを示し、『保持』は、その更新されたＬＰＦの値をそのまま書き替えずに維持する(保持する)ことを示す。

図７および図８に示すセンサ装置において、複数のセンサ１１〜１Ｎに対してそれぞれ専用のＬＰＦ５１〜５Ｎが設けられており、各センサの非反転状態および反転状態の測定結果が、それぞれ対応するＬＰＦに更新・保持されるようになっている。

すなわち、センサ１１による位相φ１，φ２の測定を行ってＬＰＦ５１に保持し、次に、ＭＵＸ６およびＤＥＭＵＸ８を切り替えてセンサ１２による位相φ１，φ２の測定を行ってＬＰＦ５２に保持する。

再び、センサ１１による位相φ１，φ２の測定を行う場合、ＬＰＦ５１は、前に保持した値から処理を再開する。これにより、全てのセンサ１１〜１Ｎによる測定時間内に、それぞれのセンサ１１〜１Ｎの測定が均等に行われることになる。

その結果、図７および図８に示すセンサ装置によれば、ＬＰＦのカットオフ周波数を低くしてＳＮＲを改善することが可能になる。なお、Ｎ個のセンサを測定する場合、例えば、図３〜図６を参照して説明したものよりも、ＳＮＲを約Ｎ倍程度向上させることができる。

ところで、例えば、図８〜図１０を参照して説明した変形例では、位相φ１およびφ２の切り替え時にスイッチ２(ＳＷ１)を切り替えるため、アンプ７の入力電圧が正負反転して大きく変化する。そのため、アンプ７としては、高速動作が可能なアンプを適用することになるが、このような高速動作が可能なアンプは、一般的に、ＳＮＲや消費電力の点で不利である。

そのため、アンプ７の入力電圧の変化を低減することが考えられる。図１１および図１２は、図８に示すセンサ装置における動作シーケンスの他の例を説明するための図である。ここで、図１１は、処理の流れに注目して描いたものであり、図１２は、処理のタイミングに注目して描いたものであり、これら図１１および図１２は、実質的に同様の処理を示す。

なお、図１１および図１２は、センサが３つ(１１〜１３)の場合を示すが、これは、説明を簡略化するための単なる例に過ぎない。また、図１１および図１２は、図７に示すセンサ装置に対しても同様に適用することができる。

図１１に示されるように、まず、ステップＳＴＰ１において、ＭＵＸ６により処理対象として選択されたセンサ１１に対して処理回路(アンプ７およびＡ／Ｄコンバータ３)による処理を行う。

すなわち、ステップＳＴＰ１１において、スイッチ２，４を非反転状態とした処理(図２(a)の位相φ１の処理)をセンサ１１に対して行い、ステップＳＴＰ１２に進む。ステップＳＴＰ１２では、ＤＥＭＵＸ８により、ＭＵＸ６で選択した処理対象となるセンサ１１に対応するＬＰＦ５１を選択し、その選択されたＬＰＦ５１にセンサ１１の測定結果の値を更新(格納)して保持する。

次に、ステップＳＴＰ２に進んで、ＭＵＸ６により処理対象として選択されたセンサ１２に対して、上述したステップＳＴＰ１１およびＳＴＰ１２に対応するステップＳＴＰ２１およびＳＴＰ２２の処理を行い、ステップＳＴＰ３に進む。すなわち、センサ１２に対しても、スイッチ２，４を非反転状態とした処理を連続して行い、選択されたＬＰＦ５２にセンサ１２の測定結果の値を更新して保持する。

さらに、ステップＳＴＰ３に進んで、ＭＵＸ６により処理対象として選択されたセンサ１３に対して、上述したステップＳＴＰ１１およびＳＴＰ１２に対応するステップＳＴＰ３１およびＳＴＰ３２の処理を行い、ステップＳＴＰ０に進む。すなわち、センサ１３に対しても、スイッチ２，４を非反転状態とした処理を連続して行い、選択されたＬＰＦ５３にセンサ１３の測定結果の値を更新して保持する。

ステップＳＴＰ０では、スイッチ２，４を正負反転し、ステップＳＴＰ１に戻って同様の処理を繰り返す。すなわち、スイッチ２，４を反転状態とした処理(図２(b)の位相φ２の処理)を行うようにする。

従って、図１２から明らかなように、処理対象となる全てのセンサ１１〜１３に対して、スイッチ２，４を非反転状態とした処理を連続して行った後、スイッチ２，４を反転状態とした処理を連続して行い、それを交互に繰り返す。

このように、図１１および図１２に示す動作シーケンスによれば、ステップＳＴＰ０で非反転状態と反転状態を切り替える前後の処理だけ、処理対象となるセンサの出力を切り替えるため、例えば、アンプ７の入力電圧が大きく変化する。

従って、ステップＳＴＰ０でスイッチ２，４を切り替えるタイミングだけ待ち時間を余分に設定することにより、比較的動作速度が遅いアンプを適用することが可能になり、センサ装置の低廉化を図ることができる。

ここで、スイッチ２，４により非反転または反転とした状態で、複数の処理対象のセンサに対して所定の処理を連続的に行う場合、順番に選択される処理対象となるセンサの出力電圧の差は、小さい方が好ましい。

図１３は、本実施例のセンサ装置におけるセンサの選択順序を説明するための図である。ここで、図１３(a)は、１６個のセンサが直線状に並べられている場合を示し、図１３(b)および図１３(c)は、１６個のセンサが平面状に並べられている場合を示す。

図１３(a)に示されるように、センサが直線状に並べられている場合、マルチプレクサ６は、Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→…→Ｓ１６というように、直線において隣接するセンサを順に選択する。なお、例えば、Ｓ１６→Ｓ１５→Ｓ１４→…→Ｓ１というように、直線において隣接するセンサを順に選択することもできる。

次に、図１３(b)に示されるように、センサが平面状に並べられている場合、マルチプレクサ６は、左上のセンサＳ１から右上のセンサＳ１６に向かって矩形状に、隣接するセンサを順に選択する。なお、例えば、右上のセンサＳ１６から左上のセンサＳ１に向かって矩形状に、隣接するセンサを順に選択してもよい。

さらに、図１３(c)に示されるように、センサが平面状に並べられている場合、マルチプレクサ６は、内側のセンサＳ１から外側のセンサＳ１６に向かって渦巻き状に、隣接するセンサを順に選択する。なお、例えば、外側のセンサＳ１６から内側のセンサＳ１に向かって渦巻き状に、隣接するセンサを順に選択することもできる。

このように、マルチプレクサ６は、センサの出力変化が少ないと考えられる隣接するセンサを順に選択することで、後段のアンプ７またはＡ／Ｄコンバータ３における入力電圧の変化を小さくするようになっている。

ここで、マルチプレクサ６により順次選択するセンサは、必ずしも隣接(直接接触)するセンサに限定されるものではなく、例えば、近接(近くに存在)するセンサであれば、センサの切り替わりにおける後段のアンプ等の入力電圧の変化を小さくすることができる。

図１４は、センサ装置の他の実施例を示すブロック図である。図１４と前述した図７との比較から明らかなように、本実施例では、マルチプレクサ６の出力は、直接Ａ／Ｄコンバータ３に入力され、センサ用電源３００と各センサ１１〜１Ｎの間にスイッチ２００(ＳＷ１：第１極性切り替え回路)が設けられている。

ここで、各センサ１１〜１Ｎは、センサ用電源３００からの電圧極性に従って異なる極性の信号を出力する。すなわち、センサ１１〜１Ｎは、そのセンサに流す電流方向を切り替えることによって、出力する信号の極性が切り替わるようになっている。

従って、図１４に示す実施例は、スイッチ２００でセンサ１１〜１Ｎに印加する電圧の極性を切り替えることにより、図７の実施例におけるスイッチ２と同様の機能を果たすようになっている。

なお、図１４に示す実施例において、Ａ／Ｄコンバータ３の前段にアンプ７を設け、或いは、マルチプレクサ６によるセンサの選択を図９および図１０，または，図１１および図１２のように制御することができるのはいうまでもない。

以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではない。また、明細書のそのような記載は、発明の利点および欠点を示すものでもない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。

以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに、以下の付記を開示する。
（付記１）
複数のセンサの出力を処理するセンサ装置であって、
前記複数のセンサに対応する複数のローパスフィルタと、
前記複数のセンサから処理対象となるセンサを選択する第１選択回路と、
前記処理対象となるセンサの出力の極性を切り替える第１極性切り替え回路と、
前記処理対象となるセンサの出力に対して所定の処理を行う処理回路と、
前記処理回路の出力の極性を切り替える第２極性切り替え回路と、
前記第２極性切り替え回路の出力を受け取るように、前記複数のローパスフィルタから前記処理対象となるセンサに対応するローパスフィルタを選択する第２選択回路と、
前記第１選択回路、前記第１極性切り替え回路、前記処理回路、前記第２極性切り替え回路、および、前記第２選択回路を制御する制御回路と、
を有することを特徴とするセンサ装置。

（付記２）
前記第１極性切り替え回路は、前記第１選択回路と前記処理回路の間に設けられ、前記第１選択回路により選択された前記処理対象となるセンサの出力の極性を切り替える、
ことを特徴とする付記１に記載のセンサ装置。

（付記３）
前記センサは、センサ用電源により印加される電圧の極性に従って異なる極性の信号を出力し、
前記第１極性切り替え回路は、前記センサ用電源と前記センサの間に設けられ、前記センサ用電源からの電圧の極性を切り替えることで前記処理対象となるセンサの出力の極性を切り替える、
ことを特徴とする付記１に記載のセンサ装置。

（付記４）
前記制御回路は、前記処理対象となるセンサの出力の極性が、交互に第１極性および該第１極性とは異なる第２極性となるように、前記第１極性切り替え回路を制御する、
ことを特徴とする付記２または付記３に記載のセンサ装置。

（付記５）
前記制御回路は、前記処理対象となるセンサの出力の極性が、連続して第１極性となり、その後、連続して前記第１極性とは異なる第２極性となるように、前記第１極性切り替え回路を制御する、
ことを特徴とする付記２または付記３に記載のセンサ装置。

（付記６）
前記制御回路は、前記複数のセンサから前記処理対象となるセンサが順番に近接または隣接して選択されるように、前記第１選択回路を制御する、
ことを特徴とする付記５に記載のセンサ装置。

（付記７）
前記処理回路は、アナログ・デジタル変換器を含む、
ことを特徴とする付記１乃至付記６のいずれか１項に記載のセンサ装置。

（付記８）
前記処理回路は、前記アナログ・デジタル変換器の前段に設けられた増幅回路を含む、
ことを特徴とする付記７に記載のセンサ装置。

（付記９）
前記複数のセンサをさらに有する、
ことを特徴とする付記１乃至付記８のいずれか１項に記載のセンサ装置。

（付記１０）
複数のセンサに対応する複数のローパスフィルタを有するセンサ装置の制御方法であって、
前記複数のセンサから処理対象となるセンサを選択し、
前記処理対象となるセンサの出力に対して所定の処理を行い、
前記所定の処理が行われた前記処理対象となるセンサの処理結果出力を、前記処理対象となるセンサに対応する、前記複数のローパスフィルタから選択されたローパスフィルタに入力して更新および保持する、
ことを有することを特徴とするセンサ装置の制御方法。

（付記１１）
前記所定の処理は、前記処理対象となるセンサの第１極性の出力に対する第１処理、および、前記処理対象となるセンサの前記第１極性とは異なる第２極性の出力に対する第２処理を含む、
ことを有することを特徴とする付記１０に記載のセンサ装置の制御方法。

（付記１２）
前記処理対象となるセンサの選択は、前記処理対象となるセンサの前記第１処理と前記第２処理を行った後、次のセンサを前記処理対象となるセンサとして順番に選択する、
ことを特徴とする付記１１に記載のセンサ装置の制御方法。

（付記１３）
前記処理対象となるセンサの選択は、複数のセンサに対して、前記第１処理を順番に行った後、前記第２処理を順番に行うように選択する、
ことを特徴とする付記１１に記載のセンサ装置の制御方法。

（付記１４）
前記処理対象となるセンサの選択は、前記複数のセンサから前記処理対象となるセンサが順番に近接または隣接するように選択する、
ことを特徴とする付記１３に記載のセンサ装置の制御方法。

（付記１５）
前記所定の処理は、アナログ・デジタル変換処理を含む、
ことを特徴とする付記１０乃至付記１４のいずれか１項に記載のセンサ装置の制御方法。

１１〜１Ｎ，１０１，１１１〜１１Ｎ，Ｓ１〜Ｓ１６ センサ
２，１０２ スイッチ(ＳＷ１：第１極性切り替え回路)
３，１０３ Ａ／Ｄコンバータ
４，１０４ スイッチ(ＳＷ２：第２極性切り替え回路)
５１〜５Ｎ，１０５，１５１〜１５Ｎ，Ｌ１〜Ｌ３ ローパスフィルタ(ＬＰＦ)
６ マルチプレクサ(ＭＵＸ：第１選択回路)
７，１０７ アンプ
８ デマルチプレクサ(ＤＥＭＵＸ：第２選択回路)
９ 制御回路
２００ スイッチ(ＳＷ１：第１極性切り替え回路)
３００ センサ用電源

Claims (8)

1. 隣接して並べられた複数のセンサの出力を処理するセンサ装置であって、
   前記複数のセンサに対応する複数のローパスフィルタと、
   前記複数のセンサから処理対象となるセンサを選択する第１選択回路と、
   前記処理対象となるセンサの出力の極性を切り替える第１極性切り替え回路と、
   前記処理対象となるセンサの出力に対して所定の処理を行う処理回路と、
   前記処理回路の出力の極性を切り替える第２極性切り替え回路と、
   前記第２極性切り替え回路の出力を受け取るように、前記複数のローパスフィルタから前記処理対象となるセンサに対応するローパスフィルタを選択する第２選択回路と、
   前記第１選択回路、前記第１極性切り替え回路、前記処理回路、前記第２極性切り替え回路、および、前記第２選択回路を制御する制御回路と、を有し、
   前記制御回路は、前記第１極性切り替え回路を制御して前記処理対象となるセンサの出力の極性が第１極性となるようにし、続いて前記第１および第２選択回路並びに前記処理回路を制御して前記隣接して並べられた複数のセンサを順次選択して前記所定の処理を行い、続いて前記第１極性切り替え回路を制御して前記処理対象となるセンサの出力の極性が前記第１極性と異なる第２極性となるようにし、続いて前記第１および第２選択回路並びに前記処理回路を制御して前記隣接して並べられた複数のセンサを再度順次選択して前記所定の処理を行う、
   ことを特徴とするセンサ装置。
2. 前記第１極性切り替え回路は、前記第１選択回路と前記処理回路の間に設けられ、前記第１選択回路により選択された前記処理対象となるセンサの出力の極性を切り替える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記センサは、センサ用電源により印加される電圧の極性に従って異なる極性の信号を出力し、
   前記第１極性切り替え回路は、前記センサ用電源と前記センサの間に設けられ、前記センサ用電源からの電圧の極性を切り替えることで前記処理対象となるセンサの出力の極性を切り替える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
4. 前記処理回路は、アナログ・デジタル変換器を含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセンサ装置。
5. 前記処理回路は、前記処理対象となるセンサの出力を増幅する増幅回路を含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のセンサ装置。
6. 隣接して並べられた複数のセンサに対応する複数のローパスフィルタを有するセンサ装置の制御方法であって、
   前記隣接して並べられた複数のセンサから処理対象となるセンサを順次選択し、前記順次選択された処理対象となるセンサの第１極性の出力に対して順次第１処理を行い、
   続いて前記隣接して並べられた複数のセンサから処理対象となるセンサを再度順次選択し、前記再度順次選択された処理対象となるセンサの前記第１極性と異なる第２極性の出力に対して順次第２処理を行い、
   前記第１または第２処理が行われた前記処理対象となるセンサの処理結果出力を、前記処理対象となるセンサに対応する、前記複数のローパスフィルタから順次選択されたローパスフィルタに順次入力して更新および保持する、
   ことを有することを特徴とするセンサ装置の制御方法。
7. 前記第１および第２処理は、アナログ・デジタル変換処理を含む、
   ことを特徴とする請求項６に記載のセンサ装置の制御方法。
8. 前記第１および第２処理は、前記処理対象となるセンサの第１極性および第２極性の出力を増幅する増幅処理を含む、
   ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のセンサ装置の制御方法。

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