JP6483520B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、リニアスケール等の位置センサで取得した測定値に基づくデジタル信号を処理して高周波ノイズを低減する位置検出装置に関する。

リニアスケール等の位置センサを用いた位置検出装置では、位置センサから出力される信号に電気ノイズや装置の振動等を原因とした高周波誤差が含まれる場合がある。従来の装置では、これら誤差を低減するために、ハイカットフィルタやノッチフィルタなどの各種フィルタを用いたり、測定値の平均値や移動平均値を用いたりする信号処理を実施している。

例えば、特許文献１においては、ローパスフィルタ、フィードバック、フィードフォワードなどを用いてノイズ成分を除去する構成が記載されている。また、特許文献２においては、グリッチフィルタとデジタルフィルタとを用いてノイズ成分を除去する構成が記載されている。

特許第４１９５１５４号公報 米国特許第６９７５４０６号公報

しかしながら、これらフィルタを用いる場合、ノイズ低減効果と、測定値の過渡応答性とはトレードオフの関係にあり、両者を共に実現することは難しい。また、これらを実現する装置の構成が複雑になるという問題がある。

本発明は、簡単な構成でノイズ低減効果と測定値の過渡応答性との両立を図ることができる位置検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の位置検出装置は、センサで取得した測定値に基づくデジタル信号の入力測定値を取得する測定値入力部と、出力する測定値である出力測定値を保持するとともに、サンプリング時間毎に新たな出力測定値を出力する測定値出力部と、入力測定値と出力測定値とを比較する比較部と、を備え、測定値出力部は、サンプリング時間毎に、比較部による比較結果に基づいて出力測定値を１単位増加、１単位減少および保持のいずれかを行い、新たな出力測定値とすることを特徴とする。

このような構成によれば、センサで取得した測定値に基づくデジタル信号と、先に取得したデジタル信号との比較結果に応じて、先に取得したデジタル信号に対して１単位増加、１単位減少および保持のいずれかを行うため、出力信号の更新速度（単位時間当たりの変化率：スリューレート）が制限され、測定値に含まれる高周波ノイズを低減することができる。

本発明の位置検出装置において、測定値出力部は、比較部による比較結果において、入力測定値が出力測定値よりも大きい場合、出力測定値を１単位増加し、入力測定値が出力測定値と等しい場合、出力測定値を保持し、入力測定値が出力測定値よりも小さい場合、出力測定値を１単位減少して新たな出力測定値としてもよい。

このような構成によれば、センサで取得した測定値に基づくデジタル信号と、先に取得したデジタル信号との比較結果に応じて出力信号の単位時間当たりの変化率が制限され、測定値に含まれる高周波ノイズを低減することができる。

本発明の位置検出装置は、センサで取得した測定値に基づくデジタル信号の入力測定値を取得する測定値入力部と、出力する測定値である第１出力測定値を保持するとともに、所定のサンプリング時間毎に新たな第１出力測定値を出力する第１測定値出力部と、入力測定値と第１出力測定値とを比較する第１比較部と、第１サンプリング時間毎に、第１比較部による比較結果において、入力測定値が第１出力測定値よりも大きい場合、積算比較値を１単位増加し、入力測定値が第１出力測定値と等しい場合、積算比較値を保持し、入力測定値が第１出力測定値よりも小さい場合、積算比較値を１単位減少して新たな積算比較値とする積算比較部と、を備え、第１サンプリング時間のＮ倍の第２サンプリング時間毎に、第１測定値出力部は、積算比較値を判定し、積算比較値が正の場合、第１出力測定値を１単位増加し、積算比較値がゼロの場合、第１出力測定値を保持し、積算比較値が負の場合、第１出力測定値を１単位減少して新たな第１出力測定値とし、第１測定値出力部から新たな第１出力測定値を出力した後、前記積算比較部は、前記積算比較値をゼロにすることを特徴とする。

このような構成によれば、センサで取得した測定値に基づくデジタル信号と、先に取得したデジタル信号との比較結果の積算値に応じて、先に取得したデジタル信号に対して１単位増加、１単位減少および保持のいずれかを行うため、出力信号の単位時間当たりの変化率が制限されることになり、測定値に含まれる高周波ノイズを低減することができる。また、積算比較値は、Ｎ個の比較結果に基づくため、高周波ノイズに対してロバストな出力を得ることができる。

本発明の位置検出装置は、センサで取得した測定値に基づくデジタル信号の入力測定値を取得する測定値入力部と、出力する測定値である第１出力測定値を保持するとともに、所定のサンプリング時間毎に新たな第１出力測定値を出力する第１測定値出力部と、入力測定値と第１出力測定値とを比較する第１比較部と、第１サンプリング時間毎に入力測定値と第１出力測定値との差を積算して差分積算値を演算する差分積算部と、を備え、第１サンプリング時間のＮ倍の第２サンプリング時間毎に、第１測定値出力部は、積算比較値を判定し、差分積算値が正の場合、第１出力測定値を１単位増加し、差分積算値がゼロの場合、第１出力測定値を保持し、差分積算値が負の場合、第１出力測定値を１単位減少して新たな第１出力測定値とし、新たな第１出力測定値の出力後、前記差分積算部の前記差分積算値をゼロにすることを特徴とする。

このような構成によれば、センサで取得した測定値に基づくデジタル信号と、先に取得したデジタル信号との差分の積算値に応じて、先に取得したデジタル信号に対して１単位増加、１単位減少および保持のいずれかを行うため、出力信号の単位時間当たりの変化率が制限されることになり、測定値に含まれる高周波ノイズを低減することができる。また、差分積算値は、Ｎ個の入力測定値と第１出力測定値との差分の合計（入出力誤差の平均値に基づく比較結果）となるため、高周波ノイズに対してロバストな出力を得ることができる。

本発明の位置検出装置は、第２出力測定値を保持するとともに、第１サンプリング時間毎に新たな第２出力測定値を出力する第２測定値出力部と、第１サンプリング時間毎に入力測定値と第２出力測定値とを比較する第２比較部と、第２出力測定値と第１出力測定値との差分値を演算する第３比較部と、差分値に基づきＮ倍のＮ値を設定する倍率設定部と、をさらに備え、第２測定値出力部は、第２比較部による比較結果において、入力測定値が第２出力測定値よりも大きい場合、第２出力測定値を１単位増加し、入力測定値が第２出力測定値と等しい場合、第２出力測定値を保持し、入力測定値が第２出力測定値よりも小さい場合、第２出力測定値を１単位減少して新たな第２出力測定値とし、倍率設定部は、差分値の絶対値が基準設定値よりも大きい場合には、経過時間をゼロにするとともに、Ｎ値を初期値に設定し、設定した前記Ｎ値に基づく第２サンプリング時間毎にサンプリング指令を積算比較部および第１測定値出力部に送り、差分値の絶対値が基準設定値以下の場合には、前記第３比較部での比較回数が前記Ｎ値となる毎にサンプリング指令を積算比較部および第１測定値出力部に送り、前記比較回数をゼロにし、経過時間を１単位増加し、さらに、経過時間に応じて新たなＮ値を設定し、サンプリング指令を受けたタイミングにおいて、第１測定値出力部は、第１出力測定値を新たな第１出力測定値とし、第１測定値出力部から新たな第１出力測定値を出力した後、積算比較部は、積算比較値をゼロにする、ことを特徴とする。

このような構成によれば、第１測定値出力部でのサンプリング時間が可変することになる。これにより、出力値の更新間隔が適切に変更され、測定値の過渡応答性の確保と、測定値に含まれる高周波ノイズの低減とを図ることができる。

本発明の位置検出装置において、第２出力測定値を保持するとともに、第１サンプリング時間毎に新たな第２出力測定値を出力する第２測定値出力部と、第１サンプリング時間毎に入力測定値と第２出力測定値とを比較する第２比較部と、第２出力測定値と、第１出力測定値との差分値を演算する第３比較部と、差分値に基づきＮ倍のＮ値を設定する倍率設定部と、をさらに備え、第２測定値出力部は、第２比較部による比較結果において、入力測定値が第２出力測定値よりも大きい場合、第２出力測定値を１単位増加し、入力測定値が第２出力測定値と等しい場合、第２出力測定値を保持し、入力測定値が第２出力測定値よりも小さい場合、第２出力測定値を１単位減少して新たな第２出力測定値とし、倍率設定部は、差分値の絶対値が基準設定値よりも大きい場合には、経過時間をゼロにするとともに、Ｎ値を初期値に設定し、設定した前記Ｎ値に基づく第２サンプリング時間毎にサンプリング指令を差分積算部および第１測定値出力部に送り、差分値の絶対値が基準設定値以下の場合には、前記第３比較部での比較回数が前記Ｎ値となる毎に前記サンプリング指令を差分積算部および第１測定値出力部に送り、前記比較回数をゼロにし、経過時間を１単位増加し、さらに、経過時間に応じて新たなＮ値を設定し、サンプリング指令を受けたタイミングにおいて、第１測定値出力部は、第１出力測定値を新たな第１出力測定値とし、第１測定値出力部から新たな第１出力測定値を出力した後、差分積算部は、差分積算値をゼロにしてもよい。

このような構成によれば、第１測定値出力部でのサンプリング時間が可変することになる。これにより、出力値の更新間隔が適切に変更され、測定値の過渡応答性の確保と、測定値に含まれる高周波ノイズの低減とを図ることができる。

本発明の位置検出装置において、Ｎ値の初期値は１であってもよい。また、本発明の位置検出装置において、倍率設定部は、経過時間が時間設定値の倍数となる毎に、Ｎ値を最大設定値になるまで１単位ずつ増加して新たなＮ値を設定してもよい。これにより、サンプリング時間が１から最大設定値まで可変して、出力値の更新間隔が適切に変更される。

また、本発明の位置検出装置において、倍率設定部は、Ｎ値の最大設定値を制限し、経過時間を入力とする関数によって新しいＮ値を設定してもよい。これにより、関数によって出力値の更新間隔が適切に変更される。また、本発明の位置検出装置において、センサは、リニアスケールや位置センサであってもよい。

第１実施形態に係る位置検出装置を例示するブロック図である。 第２実施形態に係る位置検出装置を例示するブロック図である。 第３実施形態に係る位置検出装置を例示するブロック図である。 第４実施形態に係る位置検出装置を例示するブロック図である。 第５実施形態に係る位置検出装置を例示するブロック図である。 入力測定値の例を示す図である。 第１実施例に係る出力測定値を示す図である。 第２実施例に係る出力測定値を示す図である。 第３実施例に係る出力測定値を示す図である。 第４実施例に係る出力測定値を示す図である。 第５実施例に係る出力測定値を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る位置検出装置を例示するブロック図である。
図１に表したように、本実施形態に係る位置検出装置１Ａは、測定値入力部１０、測定値出力部２０および比較部３０を備える。測定値入力部１０は、センサで取得した測定値に基づくデジタル信号の入力測定値を取得する。センサとしては、例えばリニアスケールや位置センサが用いられる。測定値入力部１０は、センサから出力された測定値に基づくデジタル信号を取り込む。

測定値出力部２０は、出力する測定値である出力測定値を保持するとともに、所定のサンプリング時間毎に新たな出力測定値を出力する。比較部３０は、入力測定値と出力測定値とを比較する。

このような構成において、測定値出力部２０は、サンプリング時間毎に、比較部３０による比較結果に基づいて出力測定値を１単位増加、１単位減少および保持のいずれかを行い、新たな出力測定値とする。

具体的には、測定値出力部２０は次の（１）〜（３）のいずれかを行う。
（１）比較部３０による比較結果において、入力測定値が出力測定値よりも大きい場合、出力測定値を１単位増加して新たな出力測定値とする。
（２）比較部３０による比較結果において、入力測定値が出力測定値と等しい場合、出力測定値を保持する。
（３）比較部３０による比較結果において、入力測定値が出力測定値よりも小さい場合、出力測定値を１単位減少して新たな出力測定値とする。

ここで、出力測定値を増加または減少する１単位としては、例えば「１」が適用される。このような処理では、センサで取得した測定値に基づくデジタル信号が、先に取得したデジタル信号よりも大きい場合には、先に取得したデジタル信号に例えば「１」を加算し、小さい場合には例えば「１」を減少する。これにより、出力信号の単位時間当たりの変化率が制限され、測定値に含まれる高周波ノイズの低減を図ることができる。

本実施形態に係る位置検出装置では、一般的なデジタルフィルタによるノイズ低減装置に比べて、簡単な比較演算と加減算を行う演算回路のみで構成されるため、小規模な回路でノイズ低減機構を構成することができる。

〔第２実施形態〕
図２は、第２実施形態に係る位置検出装置を例示するブロック図である。
図２に表したように、本実施形態に係る位置検出装置１Ｂは、測定値入力部１０、第１測定値出力部２１および第１比較部３１、積算比較部４０を備える。

測定値入力部１０は、センサで取得した測定値に基づくデジタル信号の入力測定値を取得する。第１測定値出力部２１は、出力する測定値である第１出力測定値を保持するとともに、所定のサンプリング時間毎に新たな第１出力測定値を出力する。

第１比較部３１は、入力測定値と第１出力測定値とを比較する。積算比較部４０は、第１サンプリング時間毎に、第１比較部３１の比較結果に応じて積算比較値を１単位増加、１単位減少および保持のいずれかを行う。

具体的には、積算比較部４０は次の（１１）〜（１３）のいずれかを行う。
（１１）第１比較部３１による比較結果において、入力測定値が第１出力測定値よりも大きい場合、積算比較値を１単位増加して新たな積算比較値とする。
（１２）第１比較部３１による比較結果において、入力測定値が第１出力測定値と等しい場合、積算比較値を保持する。
（１３）第１比較部３１による比較結果において、入力測定値が第１出力測定値よりも小さい場合、積算比較値を１単位減少して新たな積算比較値とする。

ここで、積算比較値を増加または減少する１単位としては、例えば「１」が適用される。このような処理では、センサで取得した測定値に基づくデジタル信号が、先に取得したデジタル信号よりも大きい場合には、積算比較値に例えば「１」を加算し、小さい場合には例えば「１」を減算する。

このような構成において、第１測定値出力部２１は、第１サンプリング時間のＮ倍の第２サンプリング時間毎に、積算比較値に応じて出力測定値を１単位増加、１単位減少および保持のいずれかを行い、新たな出力測定値とする。Ｎ倍のＮ値としては、例えば「４」が適用される。また、積算比較部４０は、第２サンプリング時間毎に第１測定値出力部２１から新たな第１出力測定値が出力された後、積算比較値をゼロにする。

具体的には、第１測定値出力部２１は次の（２１）〜（２３）のいずれかを行う。
（２１）積算比較値が正の場合、出力測定値を１単位増加して新たな出力測定値とする。
（２２）積算比較値がゼロの場合、出力測定値を保持する。
（２３）積算比較値が負の場合、出力測定値を１単位減少して新たな出力測定値とする。

ここで、出力測定値を増加または減少する１単位としては、例えば「１」が適用される。このような処理では、入力測定値の増加や減少の傾向に応じて出力測定値が調整されるため、出力信号の単位時間当たりの変化率が制限され、測定値に含まれる高周波ノイズの低減を図ることができる。また、積算比較値は、Ｎ個の比較結果に基づくため、高周波ノイズに対してロバストな出力を得ることができる。

〔第３実施形態〕
図３は、第３実施形態に係る位置検出装置を例示するブロック図である。
図３に表したように、本実施形態に係る位置検出装置１Ｃは、測定値入力部１０、第１測定値出力部２１および第１比較部３１、差分積算部５０を備える。

測定値入力部１０は、センサで取得した測定値に基づくデジタル信号の入力測定値を取得する。第１測定値出力部２１は、出力する測定値である第１出力測定値を保持するとともに、後述する第２サンプリング時間毎に新たな第１出力測定値を出力する。第１比較部３１は、入力測定値と第１出力測定値とを比較する。差分積算部５０は、第１サンプリング時間毎に、第１比較部３１で比較した入力測定値と第１出力測定値との差を積算して差分積算値を演算する。

第１測定値出力部２１は、第１サンプリング時間のＮ倍の第２サンプリング時間毎に、差分積算値に応じて出力測定値を１単位増加、１単位減少および保持のいずれかを行い、新たな出力測定値とする。Ｎ倍のＮ値としては、例えば「４」が適用される。また、差分積算部５０は、第２サンプリング時間毎に第１測定値出力部２１から新たな第１出力測定値が出力された後、差分積算値をゼロにする。

具体的には、第１測定値出力部２１は次の（３１）〜（３３）のいずれかを行う。
（３１）差分積算値が正の場合、出力測定値を１単位増加して新たな出力測定値とする。
（３２）差分積算値がゼロの場合、出力測定値を保持する。
（３３）差分積算値が負の場合、出力測定値を１単位減少して新たな出力測定値とする。

ここで、出力測定値を増加または減少する１単位としては、例えば「１」が適用される。このような処理では、センサで取得した測定値に基づくデジタル信号と、先に取得したデジタル信号との差分の積算値に応じて出力測定値が調整されるため、出力信号の単位時間当たりの変化率が制限され、測定値に含まれる高周波ノイズの低減を図ることができる。また、差分積算値は、Ｎ個の入力測定値と第１出力測定値との差分の合計（入出力誤差の平均値に基づく比較結果）となるため、高周波ノイズに対してロバストな出力を得ることができる。

〔第４実施形態〕
図４は、第４実施形態に係る位置検出装置を例示するブロック図である。
図４に表したように、本実施形態に係る位置検出装置１Ｄは、測定値入力部１０、第１測定値出力部２１、第２測定値出力部２２、第１比較部３１、第２比較部３２、第３比較部３３、積算比較部４０および倍率設定部６０を備える。

測定値入力部１０、第１測定値出力部２１、第１比較部３１および積算比較部４０は、第２実施形態と同様である。第２測定値出力部２２、第２比較部３２、第３比較部３３および倍率設定部６０は、可変サンプリング部６００を構成する。可変サンプリング部６００によって、第２サンプリング時間が設定される。

第２測定値出力部２２は、第２出力測定値を保持するとともに、第１サンプリング時間毎に新たな第２出力測定値を出力する。第２比較部３２は、第１サンプリング時間毎に入力測定値と第２出力測定値とを比較する。第３比較部３３は、第２出力測定値と第１出力測定値との差分値を演算する。倍率設定部６０は、第３比較部３３から出力される差分値に基づきＮ倍のＮ値を設定する。

可変サンプリング部６００において、第２測定値出力部２２は、第１サンプリング時間毎に、第２比較部３２による比較結果に基づいて第２出力測定値を１単位増加、１単位減少および保持のいずれかを行い、新たな第２出力測定値とする。

具体的には、第２測定値出力部２２は次の（４１）〜（４３）のいずれかを行う。
（４１）第２比較部３２による比較結果において、入力測定値が第２出力測定値よりも大きい場合、第２出力測定値を１単位増加して新たな第２出力測定値とする。
（４２）第２比較部３２による比較結果において、入力測定値が第２出力測定値と等しい場合、第２出力測定値を保持する。
（４３）第２比較部３２による比較結果において、入力測定値が第２出力測定値よりも小さい場合、第２出力測定値を１単位減少して新たな第２出力測定値とする。

また、倍率設定部６０は、第３比較部３３による差分値の絶対値が基準設定値よりも大きい場合には、経過時間をゼロにするとともに、Ｎ値を初期値に設定し、設定した前記Ｎ値に基づく第２サンプリング時間毎にサンプリング指令を積算比較部４０および第１測定値出力部２１に送る。ここで、Ｎ値の初期値は１であってもよい。

また、倍率設定部６０は、第３比較部３３による差分値の絶対値が基準設定値以下の場合には、第３比較部３３での比較回数がＮ値となる毎にサンプリング指令を積算比較部４０および第１測定値出力部２１に送り、前記比較回数をゼロにし、経過時間を１単位増加し、さらに、経過時間に応じて新たなＮ値を設定する。例えば、倍率設定部６０は、経過時間が時間設定値の倍数となる毎に、最大設定値になるまでＮ値を１単位ずつ増加して新しいＮ値としてもよい。

サンプリング指令を受けたタイミングにおいて、第１測定値出力部２１は、第１出力測定値を新たな第１出力測定値とし、第１測定値出力部２１から新たな第１出力測定値が出力された後、積算比較部４０は、積算比較値をゼロにする。

このような構成によれば、第１測定値出力部２１でのサンプリング時間が可変することになる。すなわち、入力測定値の変化が少ない場合には第２サンプリング時間が長くなり、出力信号の単位時間当たりの変化率を制限することができる。これにより、出力値の更新間隔が適切に変更され、測定値の高い過渡応答性と、測定値に含まれる高周波ノイズの低減とを図ることができる。

〔第５実施形態〕
図５は、第５実施形態に係る位置検出装置を例示するブロック図である。
図５に表したように、本実施形態に係る位置検出装置１Ｅは、測定値入力部１０、第１測定値出力部２１、第２測定値出力部２２、第１比較部３１、第２比較部３２、第３比較部３３、差分積算部５０および倍率設定部６０を備える。本実施形態に係る位置検出装置１Ｅでは、第４実施形態に係る位置検出装置１Ｄの積算比較部４０に代わり、差分積算部５０が設けられている。他の構成は同様である。

位置検出装置１Ｅにおいて、サンプリング指令を受けたタイミングにおいて、第１測定値出力部２１は、第１出力測定値を新たな第１出力測定値とし、第１測定値出力部２１から新たな第１出力測定値が出力された後、差分積算部５０は、差分積算値をゼロにする。

このような構成によれば、第４実施形態に係る位置検出装置１Ｄと同様に、第１測定値出力部２１でのサンプリング時間が可変することになる。すなわち、入力測定値の変化が少ない場合には第２サンプリング時間が長くなり、出力信号の単位時間当たりの変化率を制限することができる。これにより、出力値の更新間隔が適切に変更され、測定値の高い過渡応答性と、測定値に含まれる高周波ノイズの低減とを図ることができる。

以下、本発明の実施例を説明する。
本発明の実施例では、入力測定値として、振幅１００カウントの正弦波値に、標準偏差１０カウントのノイズを加えた値を入力測定値としている。図６は、入力測定値の例を示す図である。

図７は、第１実施例に係る出力測定値を示す図である。図７に示す出力測定値は、位置検出装置１Ａに入力測定値（図６）を入力した場合のシミュレーション結果である。

図８は、第２実施例に係る出力測定値を示す図である。図８に示す出力測定値は、位置検出装置１Ｂに入力測定値（図６）を入力した場合のシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいては、位置検出装置１ＢのＮ値を４としている。

図９は、第３実施例に係る出力測定値を示す図である。図９に示す出力測定値は、位置検出装置１Ｃに入力測定値（図６）を入力した場合のシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいては、位置検出装置１ＣのＮ値を４としている。

図１０は、第４実施例に係る出力測定値を示す図である。図１０に示す出力測定値は、位置検出装置１Ｄに入力測定値（図６）を入力した場合のシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいては、位置検出装置１ＤのＮ値の初期値を１、基準設定値を１５、時間設定値を１００、最大設定値を３２としている。

図１１は、第５実施例に係る出力測定値を示す図である。図１１に示す第５実施例に係る出力測定値は、位置検出装置１Ｅに入力測定値（図６）を入力した場合のシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいては、位置検出装置１ＥのＮ値の初期値を１、基準設定値を１５、時間設定値を１００、最大設定値を３２としている。

ここで、経過時間をＭ、時間設定値をＢとした場合、Ｎ値をＭおよびＢの関数によって求めたり、Ｍの多項式によって求めたり、関数テーブルによって求めてもよい。関数の例として、以下の式１が挙げられる。

Ｎ＝１＋√（Ｍ／Ｂ） …（式１）

なお、式１以外の関数を用いてもよいが、Ｍの増加に伴うＮの増加量が逓減する性質の関数を用いることが好ましい。

本実施形態によれば、スケール等の位置センサ用いたリアルタイム測定装置の位置や測定値の単位時間当たりの変化率を制限することで、位置や測定値に含まれる高周波の誤差を低減することができる。

また、位置や測定値の出力更新をサンプリング時間毎に行う装置において、出力値の更新間隔を、位置や測定値が設定範囲内にある時間の長さによって、適切に変更することで、位置や測定値の高い過渡応答性と、出力値の高い誤差低減効果とを実現することができる。

また、本実施形態では、一般的なデジタルフィルタによるノイズ低減装置に比べて簡単な比較演算器と加減算演算器で構成されるため、本発明を適用した装置をＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の論理回路で構成した場合、非常に小規模な回路で実現できることになる。また、本実施形態をＣＰＵ（Central Processing Unit）とプログラムとで構成する場合には、プログラム実行時間を短く抑えることができる。これにより、低価格で、高速な装置を実現することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、簡単な構成でノイズ低減効果と測定値の過渡応答性との両立を図ることができる位置検出装置１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄおよび１Ｅを提供することが可能になる。

なお、上記に本実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、上記の各実施形態では、所定の値に対する１単位増加または１単位減少の１単位を「１」としたが、「１」以外であってもよい。また、経過時間の増加単位である１単位は、出力測定値の増加単位である１単位と同じでも異なっていてもよい。また、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

本発明は、リニアスケールや位置センサを用いた位置検出装置のほか、デジタル式マイクロメータ、デジタル式ノギス、デジタル式ハイトゲージ、デジタル式インジケータなど各種の測定器に好適に利用できる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ…位置検出装置
１０…測定値入力部
２０…測定値出力部
２１…第１測定値出力部
２２…第２測定値出力部
３０…比較部
３１…第１比較部
３２…第２比較部
３３…第３比較部
４０…積算比較部
５０…差分積算部
６０…倍率設定部
６００…可変サンプリング部

Claims (11)

1. センサで取得した測定値に基づくデジタル信号の入力測定値を取得する測定値入力部と、
   出力する測定値である出力測定値を保持するとともに、サンプリング時間毎に新たな出力測定値を出力する測定値出力部と、
   前記入力測定値と前記出力測定値とを比較する比較部と、
   を備え、
   前記測定値出力部は、
   前記サンプリング時間毎に、前記比較部による比較結果に基づいて出力測定値を１単位増加、１単位減少および保持のいずれかを行い、新たな出力測定値とすることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記測定値出力部は、
   前記比較部による比較結果において、前記入力測定値が前記出力測定値よりも大きい場合、前記出力測定値を１単位増加し、前記入力測定値が前記出力測定値と等しい場合、前記出力測定値を保持し、前記入力測定値が前記出力測定値よりも小さい場合、前記出力測定値を１単位減少して新たな出力測定値とすることを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。
3. センサで取得した測定値に基づくデジタル信号の入力測定値を取得する測定値入力部と、
   出力する測定値である第１出力測定値を保持するとともに、所定のサンプリング時間毎に新たな第１出力測定値を出力する第１測定値出力部と、
   前記入力測定値と前記第１出力測定値とを比較する第１比較部と、
   第１サンプリング時間毎に、前記第１比較部による比較結果において、前記入力測定値が前記第１出力測定値よりも大きい場合、積算比較値を１単位増加し、前記入力測定値が前記第１出力測定値と等しい場合、前記積算比較値を保持し、前記入力測定値が前記第１出力測定値よりも小さい場合、前記積算比較値を１単位減少して新たな積算比較値とする積算比較部と、
   を備え、
   前記第１サンプリング時間のＮ倍の第２サンプリング時間毎に、
   前記第１測定値出力部は、前記積算比較値を判定し、前記積算比較値が正の場合、前記第１出力測定値を１単位増加し、前記積算比較値がゼロの場合、前記第１出力測定値を保持し、前記積算比較値が負の場合、前記第１出力測定値を１単位減少して新たな第１出力測定値とし、
   前記第１測定値出力部から新たな第１出力測定値が出力された後、前記積算比較部は、前記積算比較値をゼロにすることを特徴とする位置検出装置。
4. センサで取得した測定値に基づくデジタル信号の入力測定値を取得する測定値入力部と、
   出力する測定値である第１出力測定値を保持するとともに、所定のサンプリング時間毎に新たな第１出力測定値を出力する第１測定値出力部と、
   第１サンプリング時間毎に前記入力測定値と前記第１出力測定値との差を積算して差分積算値を演算する差分積算部と、
   を備え、
   前記第１サンプリング時間のＮ倍の第２サンプリング時間毎に、
   前記第１測定値出力部は、前記差分積算値を判定し、前記差分積算値が正の場合、前記第１出力測定値を１単位増加し、前記差分積算値がゼロの場合、前記第１出力測定値を保持し、前記差分積算値が負の場合、前記第１出力測定値を１単位減少して新たな第１出力測定値とし、
   前記第１測定値出力部から新たな第１出力測定値が出力された後、前記差分積算部は、前記差分積算値をゼロにすることを特徴とする位置検出装置。
5. 第２出力測定値を保持するとともに、前記第１サンプリング時間毎に新たな第２出力測定値を出力する第２測定値出力部と、
   前記第１サンプリング時間毎に前記入力測定値と前記第２出力測定値とを比較する第２比較部と、
   前記第１サンプリング時間毎に前記第２出力測定値と前記第１出力測定値との差分値を演算する第３比較部と、
   前記第１サンプリング時間毎に前記差分値に基づき前記Ｎ倍のＮ値を設定する倍率設定部と、をさらに備え、
   前記第２測定値出力部は、
   前記第２比較部による比較結果において、前記入力測定値が前記第２出力測定値よりも大きい場合、前記第２出力測定値を１単位増加し、前記入力測定値が前記第２出力測定値と等しい場合、前記第２出力測定値を保持し、前記入力測定値が前記第２出力測定値よりも小さい場合、前記第２出力測定値を１単位減少して新たな第２出力測定値とし、
   前記倍率設定部は、
   前記差分値の絶対値が基準設定値よりも大きい場合には、経過時間をゼロにするとともに、前記Ｎ値を初期値に設定し、設定した前記Ｎ値に基づく前記第２サンプリング時間毎にサンプリング指令を前記積算比較部および前記第１測定値出力部に送り、
   前記差分値の絶対値が前記基準設定値以下の場合には、前記第３比較部での比較回数が前記Ｎ値となる毎に前記サンプリング指令を前記積算比較部および前記第１測定値出力部に送り、前記比較回数をゼロにし、前記経過時間を１単位増加し、さらに、前記経過時間に応じて新たなＮ値を設定し、
   前記サンプリング指令を受けたタイミングにおいて、
   前記第１測定値出力部は、第１出力測定値を新たな第１出力測定値とし、
   前記第１測定値出力部から新たな第１出力測定値が出力された後、前記積算比較部は、前記積算比較値をゼロにする、ことを特徴とする請求項３記載の位置検出装置。
6. 第２出力測定値を保持するとともに、前記第１サンプリング時間毎に新たな第２出力測定値を出力する第２測定値出力部と、
   前記第１サンプリング時間毎に前記入力測定値と前記第２出力測定値とを比較する第２比較部と、
   前記第１サンプリング時間毎に前記第２出力測定値と、前記第１出力測定値との差分値を演算する第３比較部と、
   前記第１サンプリング時間毎に前記差分値に基づき前記Ｎ倍のＮ値を設定する倍率設定部と、をさらに備え、
   前記第２測定値出力部は、
   前記第２比較部による比較結果において、前記入力測定値が前記第２出力測定値よりも大きい場合、前記第２出力測定値を１単位増加し、前記入力測定値が前記第２出力測定値と等しい場合、前記第２出力測定値を保持し、前記入力測定値が前記第２出力測定値よりも小さい場合、前記第２出力測定値を１単位減少して新たな第２出力測定値とし、
   前記倍率設定部は、
   前記差分値の絶対値が基準設定値よりも大きい場合には、経過時間をゼロにするとともに、前記Ｎ値を初期値に設定し、設定した前記Ｎ値に基づく前記第２サンプリング時間毎にサンプリング指令を前記差分積算部および前記第１測定値出力部に送り、
   前記差分値の絶対値が前記基準設定値以下の場合には、前記第３比較部での比較回数が前記Ｎ値となる毎に前記サンプリング指令を前記差分積算部および前記第１測定値出力部に送り、前記比較回数をゼロにし、前記経過時間を１単位増加し、さらに、前記経過時間に応じて新たなＮ値を設定し、
   前記サンプリング指令を受けたタイミングにおいて、
   前記第１測定値出力部は、第１出力測定値を新たな第１出力測定値とし、
   前記第１測定値出力部から新たな第１出力測定値が出力された後、前記差分積算部は、前記差分積算値をゼロにする、ことを特徴とする請求項４記載の位置検出装置。
7. 前記初期値は１であることを特徴とする請求項５または６に記載の位置検出装置。
8. 前記倍率設定部は、前記経過時間が時間設定値の倍数となる毎に、前記Ｎ値を最大設定値になるまで１単位ずつ増加して前記新たなＮ値を設定することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の位置検出装置。
9. 前記倍率設定部は、前記Ｎ値の最大設定値を制限し、前記経過時間を入力とする関数によって前記新しいＮ値を設定する請求項７記載の位置検出装置。
10. 前記センサは、リニアスケールであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の位置検出装置。
11. 前記センサは、位置センサであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の位置検出装置。

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