(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流信号に含まれているオフセットを除去するオフセット除去フィルタと、
前記オフセット除去フィルタの時定数を用いて、前記オフセット除去フィルタによりオフセットが除去された交流信号から、前記オフセット除去フィルタに入力される前の交流信号の波形を復元する波形復元部と
を備えた波形復元装置。
【請求項２】
前記オフセット除去フィルタによりオフセットが除去された交流信号の信号値の変化から、前記オフセット除去フィルタの時定数を算出する時定数算出部を備え、
前記波形復元部は、前記時定数算出部により算出された時定数を用いて、前記オフセット除去フィルタによりオフセットが除去された交流信号から、前記オフセット除去フィルタに入力される前の交流信号の波形を復元することを特徴とする請求項１記載の波形復元装置。
【請求項３】
前記オフセット除去フィルタによりオフセットが除去された交流信号の単発波形の平均値を算出し、前記オフセット除去フィルタによりオフセットが除去された交流信号から前記平均値を減算することで、前記オフセット除去フィルタによりオフセットが除去された交流信号を補正し、補正後の交流信号を出力する信号補正部を備え、
前記波形復元部は、前記オフセット除去フィルタの時定数を用いて、前記信号補正部から出力された補正後の交流信号から、前記オフセット除去フィルタに入力される前の交流信号の波形を復元することを特徴とする請求項１記載の波形復元装置。
【請求項４】
前記オフセット除去フィルタは、ハイパスフィルタ、あるいは、１次のバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項１記載の波形復元装置。
【請求項５】
オフセット除去フィルタが、交流信号に含まれているオフセットを除去し、
波形復元部が、前記オフセット除去フィルタの時定数を用いて、前記オフセット除去フィルタによりオフセットが除去された交流信号から、前記オフセット除去フィルタに入力される前の交流信号の波形を復元する
波形復元方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流信号に含まれているオフセットを除去する波形復元装置及び波形復元方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流信号を増幅する際には、例えば、オペアンプを用いることができる。
ただし、オペアンプの入力側に接続されている素子の特性等の影響で、交流信号にオフセットが含まれている場合、交流信号の信号成分と一緒にオフセットもオペアンプのゲインに比例して大きくなるため、オペアンプの出力信号は、交流信号に含まれているオフセットの影響を受ける。
オフセットの影響は、交流信号の信号成分が小さい程、大きくなるため、オペアンプが交流信号を増幅する前に、オフセットが除去されていることが望ましい。
一般的には、例えば、交流信号の電圧振幅がミリボルト（ｍＶ）オーダーであれば、交流信号に含まれているオフセットの電圧はマイクロボルト（μＶ）オーダー以下であることが求められる。
以下の特許文献１には、ハイパスフィルタを用いて、交流信号に含まれているオフセットを除去する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３３９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ハイパスフィルタやバンドパスフィルタなどのオフセットを除去するフィルタ（以下、「オフセット除去フィルタ」という）を用いれば、交流信号に含まれているオフセットを除去することができる。しかし、オフセット除去フィルタは、交流信号の変化が急峻な部分である信号の立上り部分及び立下り部分については検出することができるが、交流信号の変化が緩やかな部分については検出することができない。このため、オフセット除去フィルタから出力される交流信号の波形に歪みが生じてしまうことがあるという課題があった。【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、オフセットの除去に伴って歪んでいる交流信号から、オフセット除去フィルタに入力される前の交流信号の波形を復元することができる波形復元装置及び波形復元方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る波形復元装置は、交流信号に含まれているオフセットを除去するオフセット除去フィルタと、オフセット除去フィルタの時定数を用いて、オフセット除去フィルタによりオフセットが除去された交流信号から、オフセット除去フィルタに入力される前の交流信号の波形を復元する波形復元部とを備えるようにしたものである。【０００７】
この発明に係る波形復元装置は、オフセット除去フィルタによりオフセットが除去された交流信号の信号値の変化から、オフセット除去フィルタの時定数を算出する時定数算出部を備え、波形復元部が、時定数算出部により算出された時定数を用いて、オフセット除去フィルタによりオフセットが除去された交流信号から、オフセット除去フィルタに入力される前の交流信号の波形を復元するようにしたものである。【０００８】
この発明に係る波形復元装置は、オフセット除去フィルタによりオフセットが除去された交流信号の単発波形の平均値を算出し、オフセット除去フィルタによりオフセットが除去された交流信号から平均値を減算することで、オフセット除去フィルタによりオフセットが除去された交流信号を補正し、補正後の交流信号を出力する信号補正部を備え、波形復元部が、信号補正部から出力された交流信号から、オフセット除去フィルタに入力される前の交流信号の波形を復元するようにしたものである。【０００９】
この発明に係る波形復元装置は、オフセット除去フィルタが、ハイパスフィルタ、あるいは、１次のバンドパスフィルタであるようにしたものである。【００１０】
この発明に係る波形復元方法は、オフセット除去フィルタが、交流信号に含まれているオフセットを除去し、波形復元部が、オフセット除去フィルタの時定数を用いて、オフセット除去フィルタによりオフセットが除去された交流信号から、オフセット除去フィルタに入力される前の交流信号の波形を復元するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、オフセット除去フィルタによりオフセットが除去されることで歪んでいる交流信号の波形歪みが補償される。その結果、交流信号に含まれているオフセットを除去した上で、オフセット除去フィルタに入力される前の交流信号の波形を復元することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１による波形復元装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による波形復元装置のハイパスフィルタ２を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による波形復元装置の処理内容である波形復元方法を示すフローチャートである。
【図４】オフセットの除去に伴う波形の歪みを示す説明図である。
【図５】ゲインＡが１、サンプリング周期ΔＴが０．０１（ｓ）、時定数τが０．１（ｓ）であるハイパスフィルタ２の波形検証例を示す説明図である。
【図６】波形復元部３による波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形検証例を示す説明図である。
【図７】各種の交流信号Ｖｉｎがハイパスフィルタ２に入力された場合のハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔ及び波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形例を示す説明図である。
【図８】各種の交流信号Ｖｉｎがハイパスフィルタ２に入力された場合のハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔ及び波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形例を示す説明図である。
【図９】ハイパスフィルタ２の代わりに用いる１次のバンドパスフィルタ５を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による波形復元装置を示す構成図である。
【図１１】（ａ）はハイパスフィルタ２の時定数τを計測する時定数計測回路を示す構成図、（ｂ）は時定数計測回路における時定数算出部３１を示す構成図である。
【図１２】各種の交流信号Ｖｉｎがハイパスフィルタ２に入力された場合のハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔ及び波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形例を示す説明図である。
【図１３】各種の交流信号Ｖｉｎがハイパスフィルタ２に入力された場合のハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔ及び波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形例を示す説明図である。
【図１４】各種の交流信号Ｖｉｎがハイパスフィルタ２に入力された場合のハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔ及び波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形例を示す説明図である。
【図１５】各種の交流信号Ｖｉｎがハイパスフィルタ２に入力された場合のハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔ及び波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形例を示す説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態３による波形復元装置を示す構成図である。
【図１７】交流信号Ｖｏｕｔに残っているオフセットを示す説明図である。
【図１８】交流信号Ｖｏｕｔに残っているオフセットに相当する交流信号Ｖｏｕｔの単発波形の平均値Ｖａｖｅを示す説明図である。
【図１９】波形復元部３による波形復元結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による波形復元装置を示す構成図である。
図１において、信号入力端子１はオフセットが含まれている交流信号Ｖｉｎを入力する端子である。
ハイパスフィルタ２は信号入力端子１から入力された交流信号Ｖｉｎに含まれているオフセットを除去し、オフセット除去後の交流信号Ｖｏｕｔを出力するオフセット除去フィルタである。
ハイパスフィルタ２は、交流信号Ｖｉｎの変化が急峻な部分である信号の立上り部分及び立下り部分については検出することができるが、交流信号Ｖｉｎの変化が緩やかな部分については検出することができない。このため、ハイパスフィルタ２から出力される交流信号Ｖｏｕｔの波形に歪みが生じてしまうことがある。
【００１５】
波形復元部３はハイパスフィルタ２の時定数τを用いて、ハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔから、ハイパスフィルタ２に入力される前の交流信号Ｖｉｎの波形を復元し、波形復元後の交流信号Ｖｉｎを交流信号Ｖｃｏｍとして出力するデジタルフィルタである。
信号出力端子４は波形復元部３から出力された交流信号Ｖｃｏｍを外部出力する端子である。
【００１６】
図２はこの発明の実施の形態１による波形復元装置のハイパスフィルタ２を示す構成図である。
図２において、コンデンサ１１は容量値Ｃを有しており、一端が信号入力端子１と接続され、他端が波形復元部３と接続されている。
抵抗１２は抵抗値Ｒを有しており、一端がコンデンサ１１の他端及び波形復元部３と接続され、他端がグランド１３と接続されている。
ハイパスフィルタ２の時定数τは、コンデンサ１１の容量値Ｃと、抵抗１２の抵抗値Ｒとから算出される。算出式はτ＝Ｃ×Ｒである。
この実施の形態１では、ハイパスフィルタ２の時定数τは算出済みであるものとする。
【００１７】
次に動作について説明する。
図３はこの発明の実施の形態１による波形復元装置の処理内容である波形復元方法を示すフローチャートである。
ハイパスフィルタ２は、信号入力端子１から交流信号Ｖｉｎが入力されると、その交流信号Ｖｉｎに含まれているオフセットを除去し、オフセット除去後の交流信号Ｖｏｕｔを波形復元部３に出力する（図３のステップＳＴ１）。
【００１８】
ハイパスフィルタ２は、信号入力端子１から入力された交流信号Ｖｉｎに含まれている周波数成分のうち、時定数τで決まるカットオフ周波数よりも高い周波数成分だけを通過させて、カットオフ周波数以下の周波数成分を遮断するフィルタである。
このため、ハイパスフィルタ２は、交流信号Ｖｉｎに含まれているオフセットの周波数がカットオフ周波数以下であれば、交流信号Ｖｉｎに含まれているオフセットを除去することができる。
したがって、ハイパスフィルタ２の時定数τを決めるコンデンサ１１の容量値Ｃ及び抵抗１２の抵抗値Ｒは、交流信号Ｖｉｎに含まれているオフセットを除去することができるような値に選定されている。
ただし、オフセットの除去に伴って交流信号Ｖｏｕｔの波形が歪むため、ハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔは波形が歪んでいる。
【００１９】
図４はオフセットの除去に伴う波形の歪みを示す説明図である。
図４では、ハイパスフィルタ２の入力信号である交流信号Ｖｉｎの波形がパルス波形である例を示している。
図４に示すように、ハイパスフィルタ２によって交流信号Ｖｉｎに含まれているオフセットが除去されるが、ハイパスフィルタ２によるオフセットの除去に伴って交流信号Ｖｏｕｔの波形が歪み、交流信号Ｖｏｕｔの波形がパルス波形でなくなっていることが分かる。
図５はゲインＡが１、サンプリング周期ΔＴが０．０１（ｓ）、時定数τが０．１（ｓ）であるハイパスフィルタ２の波形検証例を示す説明図である。
図５の例では、ハイパスフィルタ２の入力信号である交流信号Ｖｉｎの波形がパルス波形であり、ハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔの波形がパルス波形でなくなっている。
【００２０】
波形復元部３は、ハイパスフィルタ２からオフセット除去後の交流信号Ｖｏｕｔを受けると、ハイパスフィルタ２の算出済みの時定数τ＝Ｃ×Ｒを用いて、ハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔから、ハイパスフィルタ２に入力される前の交流信号Ｖｉｎの波形を復元し、波形復元後の交流信号Ｖｉｎを交流信号Ｖｃｏｍとして信号出力端子４に出力する（図３のステップＳＴ２）。
即ち、波形復元部３は、ハイパスフィルタ２の算出済みの時定数τ＝Ｃ×Ｒを用いるデジタル逆フィルタ演算を実施することで、オフセットの除去に伴って歪んでいる交流信号Ｖｏｕｔに対する波形復元処理を行う。
以下、波形復元部３による波形復元処理を具体的に説明する。
【００２１】
ハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔは、ラプラス変換の変数であるラプラス変数ｓを用いれば、以下の式（１）のように表すことができる。
【００２２】
【数１】
0006712071.tif 000002
式（１）において、Ｉはコンデンサ１１及び抵抗１２を流れる電流である。
【００２３】
信号入力端子１から入力された交流信号Ｖｉｎと、ハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔとの関係は、以下の式（２）のように表すことができる。
【００２４】
【数２】
0006712071.tif 000003
【００２５】
また、信号入力端子１から入力された交流信号Ｖｉｎと、ハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔとの関係は、式（１）をＩの式に変形して、Ｉの式を式（２）に代入すれば、以下の式（３）のように表すことができる。
【００２６】
【数３】
0006712071.tif 000004
【００２７】
信号入力端子１から入力された交流信号Ｖｉｎは、式（３）を変形することで、以下の式（４）のように表すことができる。
【００２８】
【数４】
0006712071.tif 000005
【００２９】
また、信号入力端子１から入力された交流信号Ｖｉｎは、式（４）をラプラス逆変換することで、以下の式（５）のように表すことができる。
【００３０】
【数５】
0006712071.tif 000006
式（５）において、ｔは時刻である。
【００３１】
さらに、信号入力端子１から入力された交流信号Ｖｉｎは、式（５）を後退差分で展開することで、式（５）を以下の式（６）のように近似することができる。
【００３２】
【数６】
0006712071.tif 000007
式（６）において、ΔＴはハイパスフィルタ２のサンプリング周期であり、ハイパスフィルタ２はサンプリング周期ΔＴで、信号入力端子１から入力された交流信号Ｖｉｎをサンプリングする。
また、ｎ，ｉはハイパスフィルタ２のサンプリング番号、Ｉは任意に設定される値であり、例えば、Ｉ＝１００である。
【００３３】
式（６）における交流信号Ｖｏｕｔは、オフセットの除去に伴って波形が歪んでいるハイパスフィルタ２の出力信号であり、式（６）における交流信号Ｖｉｎは、波形が歪んでいないハイパスフィルタ２の入力信号である。また、式（６）におけるＣＲは、ハイパスフィルタ２の時定数τに相当する。
そこで、波形復元部３は、ハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔを式（６）に代入することで、デジタル逆フィルタ演算を実施し、その演算結果である交流信号Ｖｉｎを波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍとして信号出力端子４に出力する。
【００３４】
図６は波形復元部３による波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形検証例を示す説明図である。
図６の場合も、ハイパスフィルタ２のゲインＡが１、サンプリング周期ΔＴが０．０１（ｓ）、時定数τが０．１（ｓ）である。図６に示している波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形は、図５に示しているハイパスフィルタ２の入力信号である交流信号Ｖｉｎの波形とほぼ同様の波形になっている。
【００３５】
図７及び図８は各種の交流信号Ｖｉｎがハイパスフィルタ２に入力された場合のハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔ及び波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形例を示す説明図である。
図７（ａ）〜図７（ｃ）はハイパスフィルタ２に入力された交流信号Ｖｉｎの波形がｓｉｎ波である例を示し、図８（ａ）〜図８（ｃ）はハイパスフィルタ２に入力された交流信号Ｖｉｎの波形がパルス波形である例を示している。
図７及び図８において、「単発入力波形」はハイパスフィルタ２に入力された交流信号Ｖｉｎの波形、「ＨＰＦ波形」はハイパスフィルタ２から出力された交流信号Ｖｏｕｔの波形である。
また、「復元波形」は波形復元部３による波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形である。
【００３６】
図７及び図８では、どの例も、ハイパスフィルタ２のゲインＡが１、時定数τが０．０００１１５（ｓ）で共通している。
ハイパスフィルタ２のサンプリング周期ΔＴは、図７（ａ）が２．５０×１０−６（ｓ）、図７（ｂ）が５．００×１０−６（ｓ）、図７（ｃ）が１．００×１０−５（ｓ）、図８（ａ）が５．００×１０−６（ｓ）、図８（ｂ）が１．００×１０−６（ｓ）、図８（ｃ）が１．００×１０−５（ｓ）である。
交流信号Ｖｉｎの周波数は、図７（ａ）が１０００（Ｈｚ）、図７（ｂ）が５００（Ｈｚ）、図７（ｃ）が３３３（Ｈｚ）、図８（ａ）が１０００（Ｈｚ）、図８（ｂ）が５００（Ｈｚ）、図８（ｃ）が３３３（Ｈｚ）である。
【００３７】
図７及び図８から明らかなように、交流信号Ｖｉｎに含まれているオフセットがハイパスフィルタ２によって除去され、ハイパスフィルタ２に入力される前の交流信号Ｖｉｎの波形が波形復元部３によって復元されており、波形復元部３による波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形が、ハイパスフィルタ２に入力される交流信号Ｖｉｎの波形とほぼ同様の波形になっている。
【００３８】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、信号入力端子１から入力された交流信号Ｖｉｎに含まれているオフセットを除去するハイパスフィルタ２と、ハイパスフィルタ２の時定数τを用いて、ハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔから、ハイパスフィルタ２に入力される前の交流信号Ｖｉｎの波形を復元する波形復元部３とを備えるように構成したので、ハイパスフィルタ２によりオフセットが除去されることで歪んでいる交流信号Ｖｏｕｔの波形歪みが補償される。その結果、交流信号Ｖｉｎに含まれているオフセットを除去した上で、ハイパスフィルタ２に入力される前の交流信号Ｖｉｎの波形を復元することができる効果が得られる。
【００３９】
この実施の形態１では、ハイパスフィルタ２が、信号入力端子１から入力された交流信号Ｖｉｎに含まれているオフセットを除去する例を示したが、オフセットを除去するオフセット除去フィルタは、ハイパスフィルタ２に限るものではなく、例えば、１次のバンドパスフィルタ５であってもよい。
図９はハイパスフィルタ２の代わりに用いる１次のバンドパスフィルタ５を示す構成図であり、図９において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
コンデンサ２１は容量値Ｃ１を有しており、一端が信号入力端子１と接続されている。
抵抗２２は抵抗値Ｒ１を有しており、一端がコンデンサ２１の他端と接続され、他端がグランド１３と接続されている。
抵抗２３は抵抗値Ｒ２を有しており、一端がコンデンサ２１の他端と接続され、他端が波形復元部３と接続されている。
コンデンサ２４は容量値Ｃ２を有しており、一端が抵抗２３の他端及び波形復元部３と接続され、他端がグランド１３と接続されている。
【００４０】
図９に示すバンドパスフィルタ５の伝達関数は、以下の式（７）のように表され、式（７）に含まれているＶｉｎについて解くと、Ｖｉｎは以下の式（８）のように表される。
【００４１】
【数７】
0006712071.tif 000008
【００４２】
波形復元部３は、ハイパスフィルタ２の代わりにバンドパスフィルタ５を用いている場合、バンドパスフィルタ５の時定数τを用いて、バンドパスフィルタ５によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔから、ハイパスフィルタ２に入力される前の交流信号Ｖｉｎの波形を復元する。
即ち、波形復元部３は、バンドパスフィルタ５の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔを式（８）に代入することで、デジタル逆フィルタ演算を実施し、その演算結果である交流信号Ｖｉｎを波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍとして信号出力端子４に出力する。
式（８）に示すように、ｎ番目のサンプリングの入力値であるＶｉｎ（ｎ）をＶｏｕｔ（ｎ）のサンプリングデータのみで表わすことができるため、波形の復元処理が可能である。
したがって、バンドパスフィルタ５を用いる場合でも、バンドパスフィルタ５に入力される前の交流信号Ｖｉｎの波形を復元することができる効果が得られる。
【００４３】
実施の形態２．
この実施の形態２では、ハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔの信号値の変化から、ハイパスフィルタ２の時定数τを算出する例を説明する。
図１０はこの発明の実施の形態２による波形復元装置を示す構成図である。図１０において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
時定数算出部６はハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔの信号値の変化から、ハイパスフィルタ２の時定数τを算出し、その算出したハイパスフィルタ２の時定数τを波形復元部３に出力する。
【００４４】
次に動作について説明する。
ハイパスフィルタ２の時定数τは、コンデンサ１１の容量値Ｃと、抵抗１２の抵抗値Ｒとから算出しなくても、例えば、図１１（ａ）に示す時定数計測回路を用いれば、ハイパスフィルタ２の時定数τを計測することができる。
ただし、図１１（ａ）に示す時定数計測回路を用いて、ハイパスフィルタ２の時定数τを計測しても、例えば、図１に示すように、時定数計測済みのハイパスフィルタ２を波形復元部３の前段に接続して実際に使用を開始すると、ハイパスフィルタ２に含まれているコンデンサ１１は、一般的に経年劣化を生じるため、ハイパスフィルタ２の時定数τの誤差が増加していくようになる。
即ち、コンデンサ１１が、例えば、温度補償用セラミックコンデンサ又はフィルムコンデンサであれば、経年劣化をほとんど無視することができるが、コンデンサ１１がＢ特性のコンデンサである場合、コンデンサ１１の容量値Ｃは１０００時間で約−３％減少することが知られている。
このため、計測済みのハイパスフィルタ２の時定数τについても、コンデンサ１１の経年劣化に伴って誤差が増加し、波形復元部３による波形の復元精度が低下する。
したがって、波形復元部３による波形の復元精度を例えば１％以内の誤差にするには、約１００時間毎に、例えば、図１１（ａ）に示す時定数計測回路を用いて、ハイパスフィルタ２の時定数τを計測し直す必要がある。
なお、図１１（ａ）に示す時定数計測回路を用いて、ハイパスフィルタ２の時定数τを再計測する場合、一旦、ハイパスフィルタ２と波形復元部３の接続を解除して、ハイパスフィルタ２を図１１（ａ）に示す時定数計測回路に組み込む必要がある。
【００４５】
図１１（ａ）はハイパスフィルタ２の時定数τを計測する時定数計測回路を示す構成図である。
図１１（ｂ）は時定数計測回路における時定数算出部３１を示す構成図である。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）において、オペアンプ３０はハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔを増幅する増幅器である。
時定数算出部３１はＮ（Ｎは２以上の整数）個の電源端子３２−１〜３２−Ｎと、マルチプレクサ３３と、抵抗体センサ３４とを備えている。
電源端子３２−１〜３２−Ｎは電圧Ｖｃｃ１〜ＶｃｃＮが印加される端子である。
マルチプレクサ３３はＮ個の電源端子３２−１〜３２−Ｎのうち、抵抗体センサ３４と接続される電源端子３２を段階的に切り換える切換器である。これにより、抵抗体センサ３４に印加される電圧Ｖｃｃは、例えば、電圧Ｖｃｃ１から電圧ＶｃｃＮになるまで段階的に切り換えられる。
抵抗体センサ３４は一端がマルチプレクサ３３及びハイパスフィルタ２の入力側と接続され、他端がグランドと接続されている。
抵抗体センサ３４は検知する赤外線によって抵抗値が変化する光導電素子と呼ばれるセンサである。抵抗体センサ３４は周囲温度が０〜５０℃の範囲で抵抗体センサ３４の変動温度が±５℃以内となる状態で、入力光がない状態では、抵抗値がほとんど変化しない特性を有している。従って、例えば、周囲温度２３℃で抵抗体センサ３４の時定数計測を行う場合、抵抗体センサ３４の時定数計測が終わるまでの温度が１８℃〜２８℃であればよい。
時定数算出部３１は、マルチプレクサ３３によって、抵抗体センサ３４に印加される電圧Ｖｃｃを段階的に変化させながら、抵抗体センサ３４から出力される電圧信号の波形を計測し、それぞれ計測した電圧信号の波形から、ハイパスフィルタ２の時定数τを算出する。
【００４６】
図１２及び図１３は各種の交流信号Ｖｉｎがハイパスフィルタ２に入力された場合のハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔ及び波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形例を示す説明図である。
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）はハイパスフィルタ２に入力された交流信号Ｖｉｎの波形がｓｉｎ波である例を示し、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）はハイパスフィルタ２に入力された交流信号Ｖｉｎの波形がパルス波形である例を示している。
図１２及び図１３において、「単発入力波形」はハイパスフィルタ２に入力された交流信号Ｖｉｎの波形、「ＨＰＦ波形」はハイパスフィルタ２から出力された交流信号Ｖｏｕｔの波形である。
また、「復元波形」は波形復元部３による波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形である。
【００４７】
図１２及び図１３では、どの例も、ハイパスフィルタ２のゲインＡが１、時定数τが０．０００１（ｓ）で共通している。ただし、この時定数τ（＝０．０００１（ｓ））は誤差を含んでいるために、真の時定数τ（＝０．０００１１５（ｓ））と相違しているものとする。
ハイパスフィルタ２のサンプリング周期ΔＴは、図１２（ａ）が２．５０×１０−６（ｓ）、図１２（ｂ）が５．００×１０−６（ｓ）、図１２（ｃ）が１．００×１０−５（ｓ）、図１３（ａ）が５．００×１０−６（ｓ）、図１３（ｂ）が１．００×１０−６（ｓ）、図１３（ｃ）が１．００×１０−５（ｓ）である。
交流信号Ｖｉｎの周波数は、図１２（ａ）が１０００（Ｈｚ）、図１２（ｂ）が５００（Ｈｚ）、図１２（ｃ）が３３３（Ｈｚ）、図１３（ａ）が１０００（Ｈｚ）、図１３（ｂ）が５００（Ｈｚ）、図１３（ｃ）が３３３（Ｈｚ）である。
【００４８】
図１２及び図１３の例では、ハイパスフィルタ２に含まれているコンデンサ１１の経年劣化等によりハイパスフィルタ２の時定数τが誤差を含んでいるために、波形復元部３による波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形が、ハイパスフィルタ２に入力される交流信号Ｖｉｎの波形とずれてしまっている。特に、図１２（ｃ）、図１３（ａ）〜（ｃ）は、波形のずれが顕著に表れている。
【００４９】
この実施の形態２では、図１１（ａ）に示す時定数計測回路を用いて、時定数算出部６が、ハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔの信号値の変化から、ハイパスフィルタ２の時定数τを算出するようにする。
【００５０】
即ち、時定数算出部６は、ハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔが最大値Ｅとなる時刻を経過時間ｔτの計測開始点として、交流信号Ｖｏｕｔが最大値Ｅの１／ｅ（≒Ｅの３６．８％）の値になるまでの経過時間ｔτを計測する。
そして、時定数算出部６は、経過時間ｔτをハイパスフィルタ２の時定数τとして、波形復元部３に出力する。
波形復元部３は、時定数算出部６からハイパスフィルタ２の時定数τを受け取ると、上記実施の形態１と同様に、ハイパスフィルタ２の時定数τを用いて、ハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔから、ハイパスフィルタ２に入力される前の交流信号Ｖｉｎの波形を復元し、波形復元後の交流信号Ｖｉｎを交流信号Ｖｃｏｍとして信号出力端子４に出力する。
【００５１】
図１４及び図１５は各種の交流信号Ｖｉｎがハイパスフィルタ２に入力された場合のハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔ及び波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形例を示す説明図である。
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）はハイパスフィルタ２に入力された交流信号Ｖｉｎの波形がｓｉｎ波である例を示し、図１５（ａ）〜図１５（ｃ）はハイパスフィルタ２に入力された交流信号Ｖｉｎの波形がパルス波形である例を示している。
図１４及び図１５において、「単発入力波形」はハイパスフィルタ２に入力された交流信号Ｖｉｎの波形、「ＨＰＦ波形」はハイパスフィルタ２から出力された交流信号Ｖｏｕｔの波形である。
また、「復元波形」は波形復元部３による波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形である。
【００５２】
図１４及び図１５では、どの例も、ハイパスフィルタ２のゲインＡが１、時定数τが０．０００１１５（ｓ）で共通している。
ハイパスフィルタ２のサンプリング周期ΔＴは、図１４（ａ）が２．５０×１０−６（ｓ）、図１４（ｂ）が５．００×１０−６（ｓ）、図１４（ｃ）が１．００×１０−５（ｓ）、図１５（ａ）が５．００×１０−６（ｓ）、図１５（ｂ）が１．００×１０−６（ｓ）、図１５（ｃ）が１．００×１０−５（ｓ）である。
交流信号Ｖｉｎの周波数は、図１４（ａ）が１０００（Ｈｚ）、図１４（ｂ）が５００（Ｈｚ）、図１４（ｃ）が３３３（Ｈｚ）、図１５（ａ）が１０００（Ｈｚ）、図１５（ｂ）が５００（Ｈｚ）、図１５（ｃ）が３３３（Ｈｚ）である。
【００５３】
図１４及び図１５から明らかなように、交流信号Ｖｉｎに含まれているオフセットはハイパスフィルタ２によって除去され、ハイパスフィルタ２の時定数τは時定数算出部６によって算出され、ハイパスフィルタ２に入力される前の交流信号Ｖｉｎの波形は波形復元部３によって復元されており、波形復元部３による波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形が、ハイパスフィルタ２に入力される交流信号Ｖｉｎの波形とほぼ同様の波形になっている。
【００５４】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、時定数算出部６が、ハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔの信号値の変化から、ハイパスフィルタ２の時定数τを算出するように構成したので、ハイパスフィルタ２に含まれているコンデンサ１１が経年劣化を生じても、ハイパスフィルタ２の時定数τを正確に把握することが可能になる。その結果、コンデンサ１１が経年劣化を生じても、波形復元部３による波形の復元精度の低下を防止することができる効果が得られる。
【００５５】
実施の形態３．
ハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔは、交流信号Ｖｉｎに含まれているオフセットが除去された信号であるが、交流信号Ｖｏｕｔにオフセットが完全に除去されずに残存していることがある。
波形復元部３は、ハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔの波形を復元する際、式（６）に示すように、複数のサンプリング時の交流信号Ｖｏｕｔ（ｉ）を積算する処理を行う。このため、完全に除去されずに、各サンプリング時の交流信号Ｖｏｕｔ（ｉ）に残存しているオフセットが僅かであっても、残存するオフセットが積算されることにより、波形復元部３の出力信号である交流信号Ｖｃｏｍが大きな誤差を含んでしまうことがある。
この実施の形態３では、完全に除去されずに、交流信号Ｖｏｕｔに残存しているオフセットを除去する例を説明する。
【００５６】
図１６はこの発明の実施の形態３による波形復元装置を示す構成図である。図１６において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
信号補正部７はハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔの単発波形の平均値Ｖａｖｅを算出し、ハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔから平均値Ｖａｖｅを減算することで、ハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔを補正し、補正後の交流信号Ｖｏｕｔ−Ｈを出力する。
【００５７】
次に動作について説明する。
図１７は交流信号Ｖｏｕｔに残っているオフセットを示す説明図である。
ハイパスフィルタ２が交流信号Ｖｉｎに含まれているオフセットを除去する処理を実施しても、図１７に示すように、ハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔにオフセットが残ることがある。
完全に除去されずに、交流信号Ｖｏｕｔに残存するオフセットは、例えば、信号出力端子４に接続されるオペアンプ３０（図１１（ａ）を参照）のバイアス電流に起因するものである。
即ち、オペアンプ３０のバイアス電流がハイパスフィルタ２の抵抗１２に流れ込むために、交流信号Ｖｏｕｔに残存するオフセットが発生する。
【００５８】
信号補正部７は、ハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔを受けると、交流信号Ｖｏｕｔの単発波形の平均値Ｖａｖｅを算出する。
オペアンプ３０のバイアス電流に起因するオフセットが発生していない場合、交流信号Ｖｏｕｔの単発波形における正の電圧の積分量と負の電圧の積分量とが同じになるため、交流信号Ｖｏｕｔの単発波形の平均値Ｖａｖｅは０になる。
一方、オペアンプ３０のバイアス電流に起因するオフセットが発生している場合、オフセットの分だけ、交流信号Ｖｏｕｔの単発波形における正の電圧の積分量と負の電圧の積分量との間に差分が生じ、その差分は、交流信号Ｖｏｕｔの単発波形の平均値Ｖａｖｅに相当する。このため、交流信号Ｖｏｕｔの単発波形の平均値Ｖａｖｅは、交流信号Ｖｏｕｔに残っているオフセットに相当する。
図１８は交流信号Ｖｏｕｔに残っているオフセットに相当する交流信号Ｖｏｕｔの単発波形の平均値Ｖａｖｅを示す説明図である。
次に、信号補正部７は、交流信号Ｖｏｕｔに残っているオフセットを除去するため、ハイパスフィルタ２の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔから、オフセットに相当する平均値Ｖａｖｅを減算し、減算後の交流信号Ｖｏｕｔ−Ｈを補正後の交流信号として波形復元部３に出力する。
減算後の交流信号Ｖｏｕｔ−Ｈは、残っているオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔに相当する。
【００５９】
図１９は波形復元部３による波形復元結果を示す説明図である。
図１９（ａ）は信号補正部７により交流信号Ｖｏｕｔが補正されていない場合の波形復元部３の波形復元結果を示し、図１９（ｂ）は信号補正部７により交流信号Ｖｏｕｔが補正されてた場合の波形復元部３の波形復元結果を示している。
図１９において、実線で表される「入力」は交流信号Ｖｉｎの波形を示し、点線で表される「復元」は波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形を示している。
【００６０】
信号補正部７により交流信号Ｖｏｕｔが補正されていない場合、図１９（ａ）に示すように、波形復元部３による波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形は、交流信号Ｖｏｕｔに残っているオフセットの影響で、ハイパスフィルタ２に入力される交流信号Ｖｉｎの波形と相違している。
信号補正部７により交流信号Ｖｏｕｔが補正された場合、図１９（ｂ）に示すように、波形復元部３による波形復元後の交流信号Ｖｃｏｍの波形は、ハイパスフィルタ２に入力される交流信号Ｖｉｎの波形とほぼ同様の波形になっている。
【００６１】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、信号補正部７が、ハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔの単発波形の平均値Ｖａｖｅを算出し、ハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔから平均値Ｖａｖｅを減算することで、ハイパスフィルタ２によりオフセットが除去された交流信号Ｖｏｕｔを補正するように構成したので、交流信号Ｖｏｕｔに残っているオフセットの影響が除去される。その結果、上記実施の形態１，２よりも、波形復元部３の波形復元精度を高めることができる効果が得られる。
【００６２】
この実施の形態３では、信号補正部７が図１の波形復元装置に適用される例を示しているが、図１０の波形復元装置に適用されるものであってもよい。
また、ハイパスフィルタ２の代わりに、バンドパスフィルタ５が用いられている場合、信号補正部７が、バンドパスフィルタ５の出力信号である交流信号Ｖｏｕｔを補正するようにしてもよい。
【００６３】
以上のように、本発明の内容を実施形態に基づいて説明したが、本発明の内容は実施形態の内容のみに限定されるものではなく、請求項に記載された内容及びその均等の範囲内において、変更可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００６４】
１  信号入力端子、２  ハイパスフィルタ（オフセット除去フィルタ）、３  波形復元部、４  信号出力端子、５  バンドパスフィルタ（オフセット除去フィルタ）、６  時定数算出部、７  信号補正部、１１  コンデンサ、１２  抵抗、１３  グランド、２１，２４  コンデンサ、２２，２３  抵抗、３０  オペアンプ、３１  時定数算出部、３２−１〜３２−Ｎ  電源端子、３３  マルチプレクサ、３４  抵抗体センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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