(57)【要約】【課題】応答性が良く、かつ、物理量信号出力装置から出力される信号に含まれるノイズ成分を効率的に除去して高精度な物理量計測が可能な物理量計測装置及び物理量計測方法を提供すること。【解決手段】本発明の物理量計測装置２０は、物理量信号出力装置２１から出力される物理量に基づく信号から物理量を計測するものである。補正信号出力部３３は、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、測定時刻よりも前に得られた補正信号と、フィルタ係数とに基づいて新たな補正信号とを出力する。大小関係判定部３１は、物理量に基づく信号と測定時刻よりも前に得られた補正信号の大小関係を判定する。第１フィルタ係数出力部３２は、複数の前記大小関係に基づいて第１フィルタ係数を出力する。【選択図】図２
2013178230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量信号出力装置から出力される物理量に基づく信号から物理量を演算する物理量演算装置を備えた物理量計測装置において、
前記物理量演算装置が、
前記物理量信号出力装置が検出する物理量の変動状態を推定する変動状態推定部と、
該変動状態推定部により推定された変動状態に基づいてフィルタ係数を決定し、該フィルタ係数を出力するフィルタ係数出力部と、
該フィルタ係数出力部により出力されたフィルタ係数と前記物理量信号出力装置から出力される出力値とに基づいて、該出力値の補正値を出力する補正信号出力部と
を備えたことを特徴とする物理量計測装置。
【請求項２】
前記変動状態推定部が、
複数の測定時刻に得られた物理量の分布状態に基づいて物理量の変動状態を推定する第１の変動状態推定部と、
ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、該測定時刻に近接する測定時刻に得られた物理量に基づく信号とに基づいて物理量の変動状態を推定する第２の変動状態推定部とを有し、
前記フィルタ係数出力部が、前記第１の変動状態推定部又は前記第２の変動状態推定部により推定された物理量の変動状態に基づいて、フィルタ係数を決定し、該フィルタ係数を出力することを特徴とする請求項１に記載の物理量計測装置。
【請求項３】
前記第２の変動状態推定部が、物理量の変動量が所定の閾値より小さいかどうかを判定する変動状態判定部を有し、前記第１の変動状態推定部が、前記変動状態判定部からの判定結果に基づき、前記複数の測定時刻に得られた物理量の分布状態に基づいて物理量の変動状態を推定することを特徴とする請求項２に記載の物理量計測装置。
【請求項４】
前記フィルタ係数出力部が、
前記第１の変動状態推定部に基づいて第１フィルタ係数を出力する第１フィルタ係数出力部と、前記第２の変動状態推定部に基づいて第２フィルタ係数を出力する第２フィルタ係数出力部と、前記第１及び第２フィルタ係数のいずれか一方を前記フィルタ係数として選択するフィルタ係数選択部とを有することを特徴とする請求項２又は３に記載の物理量計測装置。
【請求項５】
前記補正信号出力部が、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、前記測定時刻よりも前に得られた補正信号と、フィルタ係数とに基づいて新たな補正信号とを出力し、
前記変動状態推定部が、前記物理量に基づく信号と前記測定時刻よりも前に得られた補正信号の大小関係を判定する大小関係判定部を備え、
前記フィルタ係数出力部が、複数の前記大小関係に基づいて第１フィルタ係数を出力する第１フィルタ係数出力部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の物理量計測装置。
【請求項６】
ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と前記測定時刻よりも前に得られた補正信号の差分値又は互いに異なるタイミングで得られた前記測定時刻よりも前に得られた補正信号の差分値を算出する差分値算出部と、
該差分値算出部により算出された前記差分値に基づいて第２フィルタ係数を出力する第２フィルタ係数出力部と、
前記第１及び第２フィルタ係数のいずれか一方を前記フィルタ係数として選択するフィルタ係数選択部とを更に備えたことを特徴とする請求項５に記載の物理量計測装置。
【請求項７】
前記第１フィルタ係数出力部が、前記所望サイクル中において、前記物理量に基づく信号と前記補正信号の大小関係が、相対的にいずれか一方の信号に偏っている場合は、前記物理量に基づく信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第１フィルタ係数として出力し、
前記物理量に基づく信号と前記補正信号の大小関係に、相対的な偏りがないときは、前記補正信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第１フィルタ係数として出力することを特徴とする請求項５又は６に記載の物理量計測装置。
【請求項８】
前記第２フィルタ係数出力部が、ある測定時刻に得られた前記物理量に基づく信号と、該測定時刻の直前に得られた補正信号の差分値及びある測定時刻に得られた前記物理量に基づく信号と、該測定時刻の２つ前の時刻に得られた補正信号との差分値に基づいて第２フィルタ係数を出力することを特徴とする請求項６又は７に記載の物理量計測装置。
【請求項９】
前記第２フィルタ係数出力部が、前記物理量に基づく信号と前記補正信号の差分値又は互いに異なる補正信号の差分値が相対的に大きい場合は、前記物理量に基づく信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第２フィルタ係数として出力し、
前記物理量に基づく信号と前記補正信号の差分値、または、互いに異なる補正信号の差分値が相対的に小さい場合は、前記補正信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第２フィルタ係数として出力することを特徴とする請求項６，７又は８に記載の物理量計測装置。
【請求項１０】
前記フィルタ係数選択部が、第１フィルタ係数及び第２フィルタ係数のうち、前記物理量に基づく信号が前記新たな補正信号に与える寄与度がより大きくなる一方を選択することを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の物理量計測装置。
【請求項１１】
前記補正信号出力部が、
Ｓｎｅｗ＝ａ×Ｓｉｎ＋（１−ａ）×Ｓｏｌｄ  ・・・（１）
ａ＝ｍａｘ（ａ１，ａ２）  ・・・（２）
（Ｓｎｅｗ：新たな補正信号、Ｓｉｎ：物理量に基づく信号、Ｓｏｌｄ：補正信号、ａ：フィルタ係数選択部により選択された係数、ａ１：第１フィルタ係数、ａ２：第２フィルタ係数）
の前記（１）式で表される関係式によって新たな補正信号を出力し、前記フィルタ係数選択部は、前記式（２）で表される関係式によって前記フィルタ係数を選択することを特徴とする請求項６乃至１０のいずれかに記載の物理量計測装置。
【請求項１２】
前記物理量信号出力装置は、目的となる物理量を計測するために必要な物理量信号を出力する物理量計測素子を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の物理量計測装置。
【請求項１３】
物理量信号出力装置から出力される物理量に基づく信号から物理量を計測する物理量計測方法において、
物理量に基づく信号を検出部により検出する検出ステップと、
該検出するステップにより検出された物理量の変動状態を変動状態推定部により推定する変動状態推定ステップと、
該変動状態推定ステップにより推定された変動状態に基づいてフィルタ係数を決定し、該フィルタ係数をフィルタ係数出力部により出力するフィルタ係数出力ステップと、
該フィルタ係数出力ステップにより出力されたフィルタ係数と前記検出部から出力される出力値とに基づいて、該出力値の補正値を補正信号出力部により出力する補正信号出力ステップと
を有することを特徴とする物理量計測方法。
【請求項１４】
前記変動状態推定ステップが、
複数の測定時刻に得られた物理量の分布状態に基づいて物理量の変動状態を推定する第１の変動状態推定ステップと、
ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、該測定時刻に近接する測定時刻に得られた物理量に基づく信号とに基づいて物理量の変動状態を推定する第２の変動状態推定ステップとを有し、
前記フィルタ係数出力ステップが、前記第１の変動状態推定ステップ又は前記第２の変動状態推定ステップにより推定された物理量の変動状態に基づいて、フィルタ係数を決定し、該フィルタ係数を出力することを特徴とする請求項１３に記載の物理量計測方法。
【請求項１５】
前記第２の変動状態推定ステップが、物理量の変動量が所定の閾値より小さいかどうかを判定する変動状態判定ステップを有し、前記第１の変動状態推定ステップが、前記変動状態判定ステップからの判定結果に基づき、前記複数の測定時刻に得られた物理量の分布状態に基づいて物理量の変動状態を推定することを特徴とする請求項１４に記載の物理量計測方法。
【請求項１６】
前記フィルタ係数出力ステップが、
前記第１の変動状態推定ステップに基づいて第１フィルタ係数を出力する第１フィルタ係数出力ステップと、前記第２の変動状態推定ステップに基づいて第２フィルタ係数を出力する第２フィルタ係数出力ステップと、前記第１及び第２フィルタ係数のいずれか一方を前記フィルタ係数として選択するフィルタ係数選択ステップとを有することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の物理量計測方法。
【請求項１７】
前記補正信号出力ステップが、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、前記測定時刻よりも前に得られた補正信号と、フィルタ係数とに基づいて新たな補正信号を出力し、
前記変動状態推定ステップが、前記物理量に基づく信号と前記測定時刻よりも前に得られた補正信号の大小関係を判定する大小関係判定ステップを有し、
前記フィルタ係数出力ステップが、複数の前記大小関係に基づいて第１フィルタ係数を出力する第１フィルタ係数出力ステップを有することを特徴とする請求項１３に記載の物理量計測方法。
【請求項１８】
前記物理量に基づく信号と前記補正信号の大小関係を判定する大小関係判定ステップと、複数の前記大小関係に基づいて第１のフィルタ係数を出力する第１フィルタ係数出力ステップとに加えて、
前記物理量に基づく信号と前記補正信号の差分値又は互いに異なるタイミングで得られた補正信号の差分値を算出する差分値算出ステップと、
前記差分値に基づいて第２フィルタ係数を出力する第２フィルタ係数出力ステップと、
前記第１及び第２フィルタ係数のいずれか一方を前記フィルタ係数として選択するフィルタ係数選択ステップとにより前記フィルタ係数を求めることを特徴とする請求項１７に記載の物理量計測方法。
【請求項１９】
前記第１フィルタ係数出力ステップが、
前記所望サイクル中において、前記物理量に基づく信号と前記補正信号の大小関係が、相対的にいずれか一方の信号に偏っている場合は、前記物理量に基づく信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第１フィルタ係数として出力し、
前記物理量に基づく信号と前記補正信号の大小関係に、相対的な偏りがないときは、前記補正信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第１フィルタ係数として出力するステップであることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の物理量計測方法。
【請求項２０】
前記第２フィルタ係数出力ステップが、
ある測定時刻に得られた前記物理量に基づく信号と、該測定時刻の直前に得られた補正信号の差分値及びある測定時刻に得られた前記物理量に基づく信号と、該測定時刻の２つ前の時刻に得られた補正信号との差分値に基づいて第２フィルタ係数を出力するステップであることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の物理量計測方法。
【請求項２１】
前記第２フィルタ係数出力ステップが、
前記物理量に基づく信号と前記補正信号の差分値又は互いに異なる補正信号の差分値が相対的に大きい場合は、前記物理量に基づく信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第２フィルタ係数として出力し、
前記物理量に基づく信号と前記補正信号の差分値又は互いに異なる補正信号の差分値が相対的に小さい場合は、前記補正信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第２フィルタ係数として出力するステップであることを特徴とする請求項１８，１９又は２０に記載の物理量計測方法。
【請求項２２】
前記フィルタ係数選択ステップが、
第１フィルタ係数及び第２フィルタ係数のうち、前記物理量に基づく信号が前記新たな補正信号に与える寄与度がより大きくなる一方を選択するステップであることを特徴とする請求項１８乃至２１のいずれかに記載の物理量計測方法。
【請求項２３】
前記補正信号出力ステップが、
Ｓｎｅｗ＝ａ×Ｓｉｎ＋（１−ａ）×Ｓｏｌｄ  ・・・（３）
ａ＝ｍａｘ（ａ１，ａ２）  ・・・（４）
（Ｓｎｅｗ：新たな補正信号、Ｓｉｎ：物理量に基づく信号、Ｓｏｌｄ：補正信号、ａ：フィルタ係数選択部により選択された係数、ａ１：第１フィルタ係数、ａ２：第２フィルタ係数）
の前記式（３）で表される関係式によって新たな補正信号を出力し、前記フィルタ係数選択部は、前記式（４）で表される関係式によって前記フィルタ係数を選択するステップであることを特徴とする請求項１８乃至２２のいずれかに記載の物理量計測方法。
【請求項２４】
物理量に基づく信号を出力する物理量信号出力ステップが、目的となる物理量を計測するために必要な物理量信号を物理量計測素子により出力することを特徴とする請求項１３乃至２３のいずれかに記載の物理量計測方法。
【請求項２５】
物理量に基づく信号を出力する物理量信号を用いて、コンピュータにより請求項１３乃至２４のいずれかに記載の各演算ステップを実行させるためのプログラム。
【請求項２６】
請求項２５に記載の各演算ステップを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量計測装置及び物理量計測方法に関し、より詳細には、物理量信号出力装置から出力される物理量に基づく信号から物理量を計測する物理量計測装置及び物理量計測方法に関する。特に、電子コンパスに適用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、物理量計測装置としては、例えば、速度センサ、加速度センサ、角速度センサ、磁気センサ、地磁気センサ、方位角センサ、電子コンパス、温度センサ、圧力センサなどがよく知られている。それぞれ外部からの情報を得るための物理量信号出力装置から出力される物理量に基づく信号に所定の信号処理を施すことによって目的の物理量を計測している。マイクロフォンも、音すなわち空気の振動を検知するセンサであり、物理量計測装置に含まれる。
【０００３】
ここで、物理量信号出力装置から出力される信号には目的の物理量とは関係のないノイズ信号が含まれていることがあり、物理量信号出力装置から出力される信号からノイズ信号を低減する補正を行うことで目的の物理量をより高精度に計測することが可能になる。物理量信号出力装置から出力される信号からノイズ信号を除去する方法としては、例えば第１のフィルタよりも速度の大きい第２のフィルタの出力信号に基づいて第１のフィルタの係数を更新する方法などが知られている。
【０００４】
図１は、従来の物理量計測装置を説明するためのブロック図で、特許文献１の図１２に記載されているものである。特許文献１に記載の物理量計測装置は、音声認識装置やテレビ会議装置などで音声入力のためにマイクロホンアレイを用いて妨害雑音を抑圧し目的信号の音声を抽出するマイクロホンアレイ処理装置に適した信号処理装置に関するもので、第１の適応フィルタ１は、参照信号ｘに対してフィルタ演算を行って出力信号ｙ１を得るフィルタ部１１−１と、希望応答ｄからフィルタ部１１−１の出力信号を減算して誤差信号ｅ１を得る減算器１２−１と、参照信号ｘと誤差信号ｅ１に基づいてフィルタ部１１−１のフィルタ係数を更新する適応モード制御部１４−１およびフィルタ更新演算部１５−１とからなる。この第１の適応フィルタ１の出力信号が信号処理装置の出力となる。
【０００５】
また、第２の適応フィルタ２は、一般的なＮＬＭＳアルゴリズムによる適応フィルタの構成であり、参照信号ｘに対してフィルタ演算を行って出力信号ｙ２を得るフィルタ部１１−２と、希望応答ｄからフィルタ部１１−２の出力信号ｙ２を減算して誤差信号ｅ２を得る減算器１２−２と、参照信号ｘと誤差信号ｅに基づいてフィルタ更新の演算を行うフィルタ更新演算部１５−２とからなる。
【０００６】
ここで、第２の適応フィルタ２は第１の適応フィルタ１よりも適応速度が高く設定されており、第２の適応フィルタ２の出力信号パワーに基づき、適応モード制御部１４−１において第１の適応フィルタ１の適応速度を制御するようにする。
このような構成により、目的信号を歪ませたり、背景雑音に対して適応してしまうことなく、確実な適応動作を可能とした適応フィルタを用いた信号処理装置を実現することができるというものである。
【０００７】
また、例えば、特許文献２に記載のものは方位情報装置に関するもので、３次元の磁気センサと該磁気センサの姿勢に対応する姿勢データとを備え、磁気センサデータを取得した時点における前記姿勢データに基づいて、磁気センサデータと姿勢データから導出される方位角のデータを平滑化する平滑化フィルタの平滑化強度を選択するというものである。
【０００８】
さらに、特許文献３に記載のものも方位情報装置に関するもので、直前に得た地磁気強度の情報と現在の地磁気強度の情報、もしくは直前に得た方位情報と現在の方位情報に基づいて、方位計算のアルゴリズムを選択するというもので、磁気ノイズの影響を低減するようにした電子コンパスが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１２４６７８号公報
【特許文献２】特開２００８−１６４５１４号公報
【特許文献３】米国特許第７３２８１０５号明細書（Ｂ１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された適応フィルタを用いた信号処理装置では、第２の適応フィルタがフィルタ更新の演算を行った結果の出力パワーに基づき、系の出力を得る第１の適応フィルタの適応モードを制御する構成のため、第１の適応フィルタの適応のための時間に加え、第２の適応フィルタの適応のための時間が必要となり、急峻な信号変化の場合に応答性の低下が顕在化するという問題がある。
【００１１】
また、特許文献２のものでは、磁気センサの姿勢に応じて方位角データの平滑化フィルタの平滑化強度が選択されるので、姿勢によっては平滑化の強度を強くする必要があるため信号処理に時間を要し、急峻な信号変化の場合に応答性の低下が顕在化するという問題がある。
さらに、特許文献３のものでは、地磁気強度が小さい場合には、雑音抑圧のために平滑化強度を強い値を選ぶことになり、急峻な信号変化の場合にフィルタの応答性の低下が顕在化するという問題がある。また、磁気センサの向く方向がゆっくりとした連続した変化をする場合、すなわち、直前に得た方位情報と現在の方位情報の差が小さい状況が連続的に発現する場合に、方位情報が変化していないと判定されて平滑化強度が強い値に固定されてしまい、方位の追従性の劣化をまねき、結果として方位角の誤差が観測されてしまうという問題がある。
【００１２】
つまり、物理量信号出力装置から出力される信号からノイズ信号を除去する際に、あらゆるノイズを遂次的に完全に除去すれば目的の物理量を高精度に計測することが可能になるが、応答性の低下を招来するという問題がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、応答性が良く、かつ、物理量信号出力装置から出力される信号に含まれるノイズ成分を効率的に除去して高精度な物理量計測が可能な物理量計測装置及び物理量計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の構成要件を有する物理量計測装置及び物理量計測方法に記載の発明により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、物理量信号出力装置（２１，４１，６１）から出力される物理量に基づく信号から物理量を演算する物理量演算装置（２２，４２，６２）を備えた物理量計測装置（２０，４０，６０）において、前記物理量演算装置（６２）が、前記物理量信号出力装置（６１）が検出する物理量の変動状態を推定する変動状態推定部（７１ａ）と、該変動状態推定部（７１ａ）により推定された変動状態に基づいてフィルタ係数を決定し、該フィルタ係数を出力するフィルタ係数出力部（７１ｂ）と、該フィルタ係数出力部（７１ｂ）により出力されたフィルタ係数と前記物理量信号出力装置（６１）から出力される出力値とに基づいて、該出力値の補正値を出力する補正信号出力部（７３）とを備えたことを特徴とする。（図９）
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記変動状態推定部（７１ａ）が、複数の測定時刻に得られた物理量の分布状態に基づいて物理量の変動状態を推定する第１の変動状態推定部と、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、該測定時刻に近接する測定時刻に得られた物理量に基づく信号とに基づいて物理量の変動状態を推定する第２の変動状態推定部とを有し、前記フィルタ係数出力部（７１ｂ）が、前記第１の変動状態推定部又は前記第２の変動状態推定部により推定された物理量の変動状態に基づいて、フィルタ係数を決定し、該フィルタ係数を出力することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記第２の変動状態推定部が、物理量の変動量が所定の閾値より小さいかどうかを判定する変動状態判定部を有し、前記第１の変動状態推定部が、前記変動状態判定部（７１ａ）からの判定結果に基づき、前記複数の測定時刻に得られた物理量の分布状態に基づいて物理量の変動状態を推定することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記フィルタ係数出力部（７１ｂ）が、前記第１の変動状態推定部に基づいて第１フィルタ係数を出力する第１フィルタ係数出力部（３２，５２）と、前記第２の変動状態推定部に基づいて第２フィルタ係数を出力する第２フィルタ係数出力部（５５）と、前記第１及び第２フィルタ係数のいずれか一方を前記フィルタ係数として選択するフィルタ係数選択部（５６）とを有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記補正信号出力部（７３）が、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、前記測定時刻よりも前に得られた補正信号と、フィルタ係数とに基づいて新たな補正信号とを出力し、前記変動状態推定部（７１ａ）が、前記物理量に基づく信号と前記測定時刻よりも前に得られた補正信号の大小関係を判定する大小関係判定部（５１）を備え、前記フィルタ係数出力部（７１ｂ）が、複数の前記大小関係に基づいて第１フィルタ係数を出力する第１フィルタ係数出力部（３２，５２）を備えていることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と前記測定時刻よりも前に得られた補正信号の差分値又は互いに異なるタイミングで得られた前記測定時刻よりも前に得られた補正信号の差分値を算出する差分値算出部（５４）と、該差分値算出部（５４）により算出された前記差分値に基づいて第２フィルタ係数を出力する第２フィルタ係数出力部（５５）と、前記第１及び第２フィルタ係数のいずれか一方を前記フィルタ係数として選択するフィルタ係数選択部（５６）とを更に備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、前記第１フィルタ係数出力部（３２，５２）が、前記所望サイクル中において、前記物理量に基づく信号と前記補正信号の大小関係が、相対的にいずれか一方の信号に偏っている場合は、前記物理量に基づく信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第１フィルタ係数として出力し、前記物理量に基づく信号と前記補正信号の大小関係に、相対的な偏りがないときは、前記補正信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第１フィルタ係数として出力することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の発明において、前記第２フィルタ係数出力部（５５）が、ある測定時刻に得られた前記物理量に基づく信号と、該測定時刻の直前に得られた補正信号の差分値及びある測定時刻に得られた前記物理量に基づく信号と、該測定時刻の２つ前の時刻に得られた補正信号との差分値に基づいて第２フィルタ係数を出力することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項９に記載の発明は、請求項６，７又は８に記載の発明において、前記第２フィルタ係数出力部（５５）が、前記物理量に基づく信号と前記補正信号の差分値又は互いに異なる補正信号の差分値が相対的に大きい場合は、前記物理量に基づく信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第２フィルタ係数として出力し、
前記物理量に基づく信号と前記補正信号の差分値、または、互いに異なる補正信号の差分値が相対的に小さい場合は、前記補正信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第２フィルタ係数として出力することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項６乃至９のいずれかに記載の発明において、前記フィルタ係数選択部（５６）が、第１フィルタ係数及び第２フィルタ係数のうち、前記物理量に基づく信号が前記新たな補正信号に与える寄与度がより大きくなる一方を選択することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項６乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記補正信号出力部（３３，５３，７３）が、
Ｓｎｅｗ＝ａ×Ｓｉｎ＋（１−ａ）×Ｓｏｌｄ  ・・・（１）
ａ＝ｍａｘ（ａ１，ａ２）  ・・・（２）
（Ｓｎｅｗ：新たな補正信号、Ｓｉｎ：物理量に基づく信号、Ｓｏｌｄ：補正信号、ａ：フィルタ係数選択部により選択された係数、ａ１：第１フィルタ係数、ａ２：第２フィルタ係数）の前記（１）式で表される関係式によって新たな補正信号を出力し、前記フィルタ係数選択部は、前記式（２）で表される関係式によって前記フィルタ係数を選択することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１乃至１１のいずれかに記載の発明において、前記物理量信号出力装置（２１，４１，６１）は、目的となる物理量を計測するために必要な物理量信号を出力する物理量計測素子を有することを特徴とする。
また、請求項１３に記載の発明は、物理量信号出力装置から出力される物理量に基づく信号から物理量を計測する物理量計測方法において、物理量に基づく信号を検出部により検出する検出ステップと、該検出するステップにより検出された物理量の変動状態を変動状態推定部により推定する変動状態推定ステップと、該変動状態推定ステップにより推定された変動状態に基づいてフィルタ係数を決定し、該フィルタ係数をフィルタ係数出力部により出力するフィルタ係数出力ステップと、該フィルタ係数出力ステップにより出力されたフィルタ係数と前記検出部から出力される出力値とに基づいて、該出力値の補正値を補正信号出力部により出力する補正信号出力ステップとを有することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記変動状態推定ステップが、複数の測定時刻に得られた物理量の分布状態に基づいて物理量の変動状態を推定する第１の変動状態推定ステップと、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、該測定時刻に近接する測定時刻に得られた物理量に基づく信号とに基づいて物理量の変動状態を推定する第２の変動状態推定ステップとを有し、前記フィルタ係数出力ステップが、前記第１の変動状態推定ステップ又は前記第２の変動状態推定ステップにより推定された物理量の変動状態に基づいて、フィルタ係数を決定し、該フィルタ係数を出力することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の発明において、前記第２の変動状態推定ステップが、物理量の変動量が所定の閾値より小さいかどうかを判定する変動状態判定ステップを有し、前記第１の変動状態推定ステップが、前記変動状態判定ステップからの判定結果に基づき、前記複数の測定時刻に得られた物理量の分布状態に基づいて物理量の変動状態を推定することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１４又は１５に記載の発明において、前記フィルタ係数出力ステップが、前記第１の変動状態推定ステップに基づいて第１フィルタ係数を出力する第１フィルタ係数出力ステップと、前記第２の変動状態推定ステップに基づいて第２フィルタ係数を出力する第２フィルタ係数出力ステップと、前記第１及び第２フィルタ係数のいずれか一方を前記フィルタ係数として選択するフィルタ係数選択ステップとを有することを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記補正信号出力ステップが、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、前記測定時刻よりも前に得られた補正信号と、フィルタ係数とに基づいて新たな補正信号を出力し、前記変動状態推定ステップが、前記物理量に基づく信号と前記測定時刻よりも前に得られた補正信号の大小関係を判定する大小関係判定ステップを有し、前記フィルタ係数出力ステップが、複数の前記大小関係に基づいて第１フィルタ係数を出力する第１フィルタ係数出力ステップを有することを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の発明において、前記物理量に基づく信号と前記補正信号の大小関係を判定する大小関係判定ステップと、複数の前記大小関係に基づいて第１のフィルタ係数を出力する第１フィルタ係数出力ステップとに加えて、前記物理量に基づく信号と前記補正信号の差分値又は互いに異なるタイミングで得られた補正信号の差分値を算出する差分値算出ステップと、前記差分値に基づいて第２フィルタ係数を出力する第２フィルタ係数出力ステップと、前記第１及び第２フィルタ係数のいずれか一方を前記フィルタ係数として選択するフィルタ係数選択ステップとにより前記フィルタ係数を求めることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１９に記載の発明は、請求項１７又は１８に記載の発明において、前記第１フィルタ係数出力ステップが、前記所望サイクル中において、前記物理量に基づく信号と前記補正信号の大小関係が、相対的にいずれか一方の信号に偏っている場合は、前記物理量に基づく信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第１フィルタ係数として出力し、前記物理量に基づく信号と前記補正信号の大小関係に、相対的な偏りがないときは、前記補正信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第１フィルタ係数として出力するステップであることを特徴とする。
【００３１】
また、請求項２０に記載の発明は、請求項１８又は１９に記載の発明において、前記第２フィルタ係数出力ステップが、ある測定時刻に得られた前記物理量に基づく信号と、該測定時刻の直前に得られた補正信号の差分値及びある測定時刻に得られた前記物理量に基づく信号と、該測定時刻の２つ前の時刻に得られた補正信号との差分値に基づいて第２フィルタ係数を出力するステップであることを特徴とする。
【００３２】
また、請求項２１に記載の発明は、請求項１８，１９又は２０に記載の発明において、前記第２フィルタ係数出力ステップが、前記物理量に基づく信号と前記補正信号の差分値又は互いに異なる補正信号の差分値が相対的に大きい場合は、前記物理量に基づく信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第２フィルタ係数として出力し、前記物理量に基づく信号と前記補正信号の差分値又は互いに異なる補正信号の差分値が相対的に小さい場合は、前記補正信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第２フィルタ係数として出力するステップであることを特徴とする。
【００３３】
また、請求項２２に記載の発明は、請求項１８乃至２１のいずれかに記載の発明において、前記フィルタ係数選択ステップが、第１フィルタ係数及び第２フィルタ係数のうち、前記物理量に基づく信号が前記新たな補正信号に与える寄与度がより大きくなる一方を選択するステップであることを特徴とする。
【００３４】
また、請求項２３に記載の発明は、請求項１８乃至２２のいずれかに記載の発明において、前記補正信号出力ステップが、
Ｓｎｅｗ＝ａ×Ｓｉｎ＋（１−ａ）×Ｓｏｌｄ  ・・・（３）
ａ＝ｍａｘ（ａ１，ａ２）  ・・・（４）
（Ｓｎｅｗ：新たな補正信号、Ｓｉｎ：物理量に基づく信号、Ｓｏｌｄ：補正信号、ａ：フィルタ係数選択部により選択された係数、ａ１：第１フィルタ係数、ａ２：第２フィルタ係数）の前記式（３）で表される関係式によって新たな補正信号を出力し、前記フィルタ係数選択部は、前記式（４）で表される関係式によって前記フィルタ係数を選択するステップであることを特徴とする。
【００３５】
また、請求項２４に記載の発明は、請求項１３乃至２３のいずれかに記載の発明において、物理量に基づく信号を出力する物理量信号出力ステップが、目的となる物理量を計測するために必要な物理量信号を物理量計測素子により出力することを特徴とする。
また、請求項２５に記載の発明は、請求項１３乃至２４のいずれかに記載の発明において、物理量に基づく信号を出力する物理量信号を用いて、コンピュータにより請求項１３乃至２４のいずれかに記載の各演算ステップを実行させるためのプログラムである。
また、請求項２６に記載の発明は、請求項２５に記載の各演算ステップを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、応答性が良く、かつ、物理量に基づく信号に含まれるノイズ成分を効率的に除去して高精度な物理量計測をすることが可能な物理量計測装置及び物理量計測方法を実現することができる。特に、電子コンパスに適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来の物理量計測装置を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明に係る物理量計測装置の実施例１を説明するためのブロック図である。
【図３】大小関係判定部の出力より得られる複数の大小関係の判定結果に基づいて第１フィルタ係数を決定する一例を示す図である。
【図４】本発明に係る物理量計測装置の実施例２を説明するためのブロック図である。
【図５】差分値算出部の出力より得られる補正信号の差分値に基づいて第２フィルタ係数を決定する一例を示す図である。
【図６】（ａ）乃至（ｃ）は、実施例１における補正信号を示す図である。
【図７】（ａ）乃至（ｃ）は、実施例２における補正信号を示す図である。
【図８】（ａ）乃至（ｃ）は、比較例における出力信号を示す図である。
【図９】本発明に係る物理量計測装置の実施例３を説明するためのブロック図である。
【図１０】本発明に係る物理量計測装置の実施例３におけるフィルタ係数を２種用いた場合を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図１１】本発明に係る物理量計測装置の実施例３におけるフィルタ係数を３種用いた場合を説明するためのフローチャートを示す図である。
【図１２】（ａ）乃至（ｃ）は、参考例における補正信号を示す図である。
【図１３】（ａ）乃至（ｃ）は、実施例３における補正信号の分布・変動状態をもとにフィルタ係数を選択する方法で補正信号を演算した場合の補正信号出力を示す図である。
【図１４】（ａ）乃至（ｃ）は、実施例３における測定値の分布・変動状態をもとにフィルタ係数を選択する方法で補正信号を演算した場合の補正信号出力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。  
【実施例１】
【００３９】
図２は、本発明に係る物理量計測装置の実施例１を説明するためのブロック図で、図中符号２０は物理量計測装置、２１は物理量信号出力装置、２２は物理量演算装置で、３１は大小関係判定部、３２は第１フィルタ係数出力部、３３は補正信号出力部を示している。つまり、本発明に係る物理量計測装置２０は、物理量信号出力装置２１と物理量演算装置２２とから構成され、物理量演算装置２２は、物理量計測装置２０を構成する物理量信号出力装置２１に接続されており、大小関係判定部３１と第１フィルタ係数出力部３２と補正信号出力部３３とから構成されている。なお、各構成要素は必要に応じて一時的に情報を記憶するバッファ機能を備えていてもよい。
【００４０】
本発明の物理量演算装置は、物理量信号出力装置から出力される物理量に基づく信号から物理量を計測する物理量演算装置である。
物理量信号出力装置２１は、目的となる物理量を計測するために必要な物理量に基づく信号（以下、物理量信号という）を出力することが可能な物理量計測素子を有していれば特に制限されない。
【００４１】
物理量計測素子としては、例えば、目的となる物理量が磁気である場合は、ホール素子や磁気抵抗効果素子などが用いられ、目的となる物理量が加速度である場合は、機械式の加速度センサや、光学式の加速度センサや、静電容量型やピエゾ抵抗型の半導体式の加速度センサなどが用いられる。
物理量信号は、物理量計測素子から得られる信号そのものであってもよいし、物理量計測素子から得られる信号を感度補正演算、オフセット補正演算、符号反転演算等の演算処理をしたものであってもよいし、物理量計測素子から得られる信号または演算処理された信号をＡ／Ｄ変換した信号であってもよい。
【００４２】
また、目的となる物理量の計測次元に応じて複数の物理量計測素子を物理量信号出力装置の構成要素として用いることも可能であり、例えば、３次元磁気センサであれば、互いに異なる３つの軸にそれぞれ感磁特性を有する３つの物理量計測素子を物理量信号出力装置とすることが可能である。
複数の物理量計測素子を用いる場合、大小関係判定部と第１フィルタ係数出力部と補正信号出力部は、物理量計測素子の個数に応じてそれぞれが備わっているようにしてもよいし、個数に依らず１つずつ備わっているようにしてもよい。また、図４に基づいて後述する差分値算出部と第２フィルタ係数出力部とフィルタ係数選択部についても、物理量計測素子の個数に応じてそれぞれが備わっているようにしてもよいし、個数に依らず１つずつ備わっているようにしてもよい。
【００４３】
また、本発明に係る物理量演算装置では、いずれの演算処理もデジタルに処理が可能であるため、物理量信号出力装置は、デジタル信号を出力することが低消費電力の観点から好ましい。
補正信号出力部３３は、ある測定時刻に得られた物理量信号Ｓｉｎと測定時刻よりも前に得られた補正信号Ｓｏｌｄと、フィルタ係数ａが入力され、新たな補正信号Ｓｎｅｗを出力する。
【００４４】
ある測定時刻に得られた物理量信号Ｓｉｎと測定時刻よりも前に得られた補正信号Ｓｏｌｄと、フィルタ係数ａに基づく、新たな補正信号Ｓｎｅｗの算出方法としては、下記式（１）で表される関係式による方法が挙げられる。
Ｓｎｅｗ＝ａ×Ｓｉｎ＋（１−ａ）×Ｓｏｌｄ  ・・・（１）
（Ｓｎｅｗ：新たな補正信号、Ｓｉｎ：ある測定時刻に得られた物理量信号、測定時刻よりも前に得られたＳｏｌｄ：補正信号、ａ：フィルタ係数（０〜１の値））
【００４５】
式（１）によれば、補正信号Ｓｎｅｗは、フィルタ係数が大きいほどある測定時刻に得られた物理量信号の影響を受け、フィルタ係数が小さいほどある測定時刻に得られた物理量信号の影響を受けず、測定時刻よりも前に得られた補正信号（過去に出力された補正信号）の影響を受ける。すなわち、ある測定時刻に得られた物理量信号の変動が主にノイズに起因する場合は、フィルタ係数を小さくすることで、物理量信号に加わったノイズの影響による物理量の変動を低減することが可能になる。
【００４６】
大小関係判定部３１は、ある測定時刻に得られた物理量信号と測定時刻よりも前に得られた補正信号の２つの信号の大小関係（以下、「物理量信号と補正信号の大小関係」という）を判定し、その結果を出力する。
ここで、２つの信号の大小関係とは、２つの信号のどちらが大きいか（どちらが小さいか）に関する情報である。測定時刻よりも前に得られた補正信号は、大小関係判定対象となる物理量信号が出力されるよりも前に得られた出力された補正信号であればよい。例えば、物理量信号が物理量演算装置に周期的に入力される場合は、一つ以上前の周期に出力された補正信号であればよい。
【００４７】
大小関係判定部３１の出力様態としては、物理量信号と、複数の互いに異なる測定時刻に得られた各補正信号との大小関係を一度に判定して出力する方法や、各測定時刻ごとに物理量信号と、補正信号の大小関係の判定結果を遂次出力する方法などが挙げられる。変化に対する追従性の観点から、各測定時刻ごとに物理量信号と補正信号の大小関係の判定結果を遂次出力する方法が好ましい。上述した大小関係の判定結果を遂次出力する場合は、大小関係の判定結果を一時的に記憶する手段を有していることが好ましい。
【００４８】
第１フィルタ係数出力部３２は、大小関係判定部の出力より得られた複数の大小関係の判定結果に基づいて第１フィルタ係数ａ１を出力する。一例としては、複数の測定時刻において、物理量信号と補正信号の大小関係が、相対的にいずれか一方の信号に偏っている場合は、物理量信号が新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第１フィルタ係数として出力し、物理量信号と補正信号の大小関係に、相対的な偏りがないときは、物理量信号が新たな補正信号に与える寄与度を小さくし得る係数を第１フィルタ係数として出力するものが挙げられる。
【００４９】
図３は、大小関係判定部の出力より得られる複数の大小関係の判定結果に基づいて第１フィルタ係数を決定する一例を示す図である。大小関係の偏りが大きい場合（極端な例としては、すべてのサイクルにおいて物理量信号の方が大きいまたは補正信号の方が大きい場合）は、大きな値が第１フィルタ係数として出力される。逆に、大小関係の偏りが小さい場合（極端な例としては、物理量信号の方が大きい回数と、補正信号の方が大きい回数が等しい場合）は、小さな値が第１フィルタ係数として出力される。
【００５０】
物理量信号と補正信号の大小関係がいずれか一方に偏っている時は、連続して一定の傾向で変化が生じている時、すなわち測定すべき物理量自体が変化している時に顕著に表れる。逆に、物理量信号と補正信号の大小関係に偏りがない時は、ランダムな変化が生じている時、すなわちノイズの影響により物理量信号が変化している時に顕著に表れる。
よって、例えば、上述した式（１）によって新たな補正信号を導出する例の場合、大小関係の差が大きい時はフィルタ係数を大きくして物理量信号の寄与度を大きくし、大小関係の差が小さい時はフィルタ係数を小さくして物理量信号の寄与度を小さくすることで、ノイズの影響が大きい時にはノイズの影響を除去することが可能になる。
【００５１】
デジタル信号に基づいて第１フィルタ係数を決定するためには、所望の入出力特性に応じたテーブルを有していれば実現可能である。また、第１フィルタ係数を差分値の関数として演算するように回路を構成することでも実現可能である。
上述した実施例１では、図２に記載の構成の物理量演算装置に、物理量信号として、（１）一定値状の物理量信号（一定値＋ノイズ）、（２）正弦波状の物理量信号（正弦波＋ノイズ）、（３）方形波状の物理量信号（方形波＋ノイズ）、のそれぞれを入力した。それぞれの入力に対する補正信号を図６（ａ）乃至（ｃ）に示す。
【００５２】
（１）一定値状の物理量信号に対する補正信号は、良好なレベルでノイズ成分がキャンセルされている。
（２）正弦波状の物理量信号に対する補正信号は、ノイズ成分がキャンセルされ、かつ、入力信号に対して遅延を生じていない。
（３）方形波状の物理量信号に対する補正信号は、信号が急激に変化する領域において多少の遅延が生じている。
【実施例２】
【００５３】
図４は、本発明に係る物理量計測装置の実施例２を説明するためのブロック図で、図中符号４０は物理量計測装置、４１は物理量信号出力装置、４２は物理量演算装置で、５１は大小関係判定部、５２は第１フィルタ係数出力部、５３は補正信号出力部、５４は差分値算出部、５５は第２フィルタ係数出力部、５６はフィルタ係数選択部を示している。つまり、図３に示した物理量計測装置４０は、図１に示した物理量計測装置４０を構成する物理量演算装置４２が、さらに差分値算出部５４と第２フィルタ係数出力部５５とフィルタ係数選択部５６とを更に備えているものである。
【００５４】
差分値算出部５４は、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と前記測定時刻よりも前に得られた補正信号の差分値又は互いに異なるタイミングで得られた前記測定時刻よりも前に得られた補正信号の差分値を算出する。入力された信号の差分値を算出することが可能であれば特に制限されない。差分値は正負の情報を含んだ値であってもよいし、絶対値であってもよい。
【００５５】
差分値としては、ある測定時刻に得られた物理量信号と測定時刻よりも前に得られた補正信号の差分値であってもよいし、互いに異なるタイミングで得られた測定時刻よりも前に得られた補正信号の差分値であってもよい。応答性の観点からは、ある測定時刻に得られた物理量信号と、測定時刻より前に出力された補正信号の差分値であることが好ましい。また、信号の平滑化の観点からは、物理量に基づく信号が得られた測定時刻より前のそれぞれ異なる時刻で出力された２つの補正信号の差分値であることが好ましい。
【００５６】
応答性とノイズ低減の両方の観点からは、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、測定時刻の直前に得られた補正信号の差分値（第１の差分値という）及びある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、測定時刻の直前より前の時刻に得られた補正信号の差分値（第２の差分値）の両方に基づいて定まる差分値を用いることがより好ましい。具体的には、第１の差分値と第２の差分値のうち、一方の差分値を選択する方法や、第１の差分値と第２の差分値の一方または両方に所望の係数を乗じてから一方の差分値を選択する方法や、第１の差分値と第２の差分値の平均値を差分値とする方法などが挙げられる。
【００５７】
第２フィルタ係数出力部５５は、差分値算出部５４から入力される差分値に基づいて第２フィルタ係数ａ２を出力する。
第２フィルタ係数出力部５５は、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、測定時刻の直前に得られた補正信号の差分値及びある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、測定時刻の２つ前の時刻に得られた補正信号との差分値に基づいて第２フィルタ係数ａ２を出力する。また、第２フィルタ係数出力部５５は、物理量に基づく信号と補正信号の差分値又は互いに異なる補正信号の差分値が相対的に大きい場合は、物理量に基づく信号が前記新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第２フィルタ係数として出力し、物理量に基づく信号と補正信号の差分値又は互いに異なる補正信号の差分値が相対的に小さい場合は、補正信号が新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第２フィルタ係数として出力する。
【００５８】
図５は、差分値算出部の出力より得られる補正信号の差分値に基づいて第２フィルタ係数を決定する一例を示す図である。図５では、差分値が小さい場合に第２フィルタ係数が小さくなり、差分値が大きい場合に第２フィルタ係数が大きくなっている。
デジタル信号に基づいて第２フィルタ係数を決定するためには、所望の入出力特性に応じたテーブルを有していれば実現可能である。また、第２フィルタ係数を差分値の関数として演算するように回路を構成することでも実現可能である。
【００５９】
フィルタ係数選択部５６は、第１フィルタ係数ａ１及び第２フィルタ係数ａ２のうち、物理量に基づく信号が新たな補正信号に与える寄与度がより大きくなる一方を選択する。つまり、所定の基準に基づいて第１フィルタ係数ａ１又は第２フィルタ係数ａ２のいずれか一方をフィルタ係数ａとして選択する。選択する基準としては、２つの値を比較した時の最大値または最小値を選択する方法や、平均値を選択する方法、積を使用する方法などが挙げられる。一例としては、下記式（２）で表される基準で選択される方法が挙げられ、値が大きい方の係数がフィルタ係数として選択される。
【００６０】
ａ＝ｍａｘ（ａ１，ａ２）  ・・・（２）
（ａ：フィルタ係数、ａ１：第１フィルタ係数、ａ２：第２フィルタ係数）
上述した実施例２では、図４に示した物理量演算装置に、上述した実施例１と同様の３種の物理量信号のそれぞれを入力した。それぞれの入力に対する補正信号を図７（ａ）乃至（ｃ）に示す。
【００６１】
（１）一定値状の物理量信号に対する補正信号は、良好なレベルでノイズ成分がキャンセルされている。
（２）正弦波状の物理量信号に対する補正信号は、ノイズ成分がキャンセルされ、かつ、入力信号に対して遅延を生じていない。
（３）方形波状の物理量信号に対する補正信号は、ノイズ成分はキャンセルされ、かつ、信号が急激に変化する領域においても遅延を生じていない。
【００６２】
［比較例］
図８（ａ）乃至（ｃ）は、比較例における出力信号を示す図である。図８（ａ）乃至（ｃ）に示す比較例では、図１に示した従来の物理量演算装置に、上述した実施例１と同様の３種の物理量信号のそれぞれを入力した。それぞれの入力に対する出力信号を図８（ａ）乃至（ｃ）に示す。
【００６３】
（１）一定値状の物理量信号に対する補正信号は、ノイズ成分が十分にキャンセルされていない。
（２）正弦波状の物理量信号に対する補正信号は、ノイズ成分はキャンセルされているが、入力信号に対してやや遅延が生じている。
（３）方形波状の物理量信号に対する補正信号は、信号が急激に変化する領域において多少の遅延が生じている。
【００６４】
以上のように、実施例１及び２に記載の大小関係判定部と第１フィルタ係数出力部と補正信号出力部とを備える物理量演算装置では、比較例に記載の物理量演算装置と比べて、（１）一定値状の物理量信号に対して、ノイズ成分を良好にキャンセルした補正信号が得られている、（２）正弦波状の物理量信号に対して、遅延を生じることなく理想的な補正信号が得られていることが理解される。
【００６５】
さらに、図４に示した実施例２の差分値算出部５４と第２フィルタ係数出力部５５とフィルタ係数選択部５６とを更に備える物理量演算装置では、（３）信号が急激に変化するような方形波状の入力信号に対しても遅延を生じていないことが理解される。
本発明の物理量計測装置は、目的となる物理量を計測するために必要な物理量信号を出力する物理量計測素子を有する物理量信号出力装置と、上述した各物理量演算装置とを備えたものである。
【実施例３】
【００６６】
図９は、本発明に係る物理量計測装置の実施例３を説明するためのブロック図で、本発明を実施するための構成の一例となるセンサ装置のブロック構成図である。図中符号６０は物理量計測装置、６１は検出部（物理量信号出力装置）、６２は物理量演算装置、６３は制御部、７１は演算部、７１ａは変動状態推定部、７１ｂはフィルタ係数出力部、７２は記憶部、７３は補正信号出力部を示している。
つまり、本発明に係る物理量計測装置６０は、検出部６１と物理量演算装置６２と制御部６３とを備え、物理量演算装置６２は、変動状態推定部７１ａとフィルタ係数出力部７１ｂとからなる演算部７１と、記憶部７２と補正信号出力部７３とを備えている。
【００６７】
本実施例３の物理量計測装置６０は、物理量信号出力装置６１から出力される物理量に基づく信号から物理量を演算する物理量演算装置６２を備えた物理量計測装置６０である。物理量演算装置６２は、物理量信号出力装置６１が検出する物理量の変動状態を推定する変動状態推定部７１ａと、この変動状態推定部７１ａにより推定された変動状態に基づいてフィルタ係数を決定し、このフィルタ係数を出力するフィルタ係数出力部７１ｂと、このフィルタ係数出力部７１ｂにより出力されたフィルタ係数と物理量信号出力装置６１から出力される出力値とに基づいて、出力値の補正値を出力する補正信号出力部７３とを備えている。
【００６８】
本発明において変動状態推定部７１aが物理量の変動状態の推定に用いることのできる信号としては、１．物理量信号出力装置から出力された物理量に基づく信号、たとえばセンサ等により測定された物理量に基づく信号と、２．物理量信号出力装置から出力された信号をフィルタにより補正した補正信号とのいずれか一方または、その両方を用いることができる。
【００６９】
また、変動状態推定部７１ａは、複数の測定時刻に得られた物理量の分布状態に基づいて物理量の変動状態を推定する第１の変動状態推定部（判定法Ｂに相当；準静止状態を検出）と、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、測定時刻に近接する測定時刻に得られた物理量に基づく信号とに基づいて物理量の変動状態を推定する第２の変動状態推定部（判定法Ａに相当；変動状態を検出）とを有し、フィルタ係数出力部７１ｂは、第１の変動状態推定部又は第２の変動状態推定部により推定された物理量の変動状態に基づいて、フィルタ係数を決定し、このフィルタ係数を出力する。なお、ここでいう物理量の分布状態に基づいて物理量の変動状態を推定するとは、上述したように、物理量信号出力装置から出力された物理量に基づく信号の分布と、物理量信号出力装置から出力された信号をフィルタにより補正した補正信号とのいずれか一方または、その両方を用いることができる。
【００７０】
また、第２の変動状態推定部は、物理量の変動量が所定の閾値より小さいかどうかを判定する変動状態判定部を有し、第１の変動状態推定部は、変動状態判定部７１ａからの判定結果に基づき、複数の測定時刻に得られた物理量の分布状態に基づいて物理量の変動状態を推定する。
また、フィルタ係数出力部７１ｂは、第１の変動状態推定部に基づいて第１フィルタ係数を出力する第１フィルタ係数出力部３２，５２と、第２の変動状態推定部に基づいて第２フィルタ係数を出力する第２フィルタ係数出力部５５と、第１及び第２フィルタ係数のいずれか一方を前記フィルタ係数として選択するフィルタ係数選択部５６とを有する。
【００７１】
また、上記第１フィルタ係数を用いて、物理量に基づく信号を補正する構成として、例えば、以下の構成を用いることができる。補正信号出力部７３は、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、測定時刻よりも前に得られた補正信号と、フィルタ係数とに基づいて新たな補正信号とを出力し、変動状態推定部７１ａは、物理量に基づく信号と測定時刻よりも前に得られた補正信号の大小関係を判定する大小関係判定部５１を備え、フィルタ係数出力部７１ｂは、複数の大小関係に基づいて第１フィルタ係数を出力する第１フィルタ係数出力部３２，５２を備えている。
【００７２】
また、検出部６１は、物理量を検出して増幅してＡ／Ｄ変換を行うものである。また、記憶部７２は、検出部が検出した物理量（測定値とする）のデジタル値を所定の検出回数分だけ記憶するものである。また、演算部７１は、測定値及び記憶部６２に記憶された測定値に対して演算処理を行うものである。演算部７１にて演算処理を施されたデータは、補正信号出力部７３より外部に出力される。また、制御部６３は、検出部６１を選択したり、検出部６１が物理量を検出するタイミングや周期を制御したり、補正信号出力部７３からの出力方法を選択したりなどセンサ装置全体の動作を制御するものである。また、制御部６３は、外部装置との通信などの機能も司るものである。
【００７３】
以下に、各機能部の動作について説明する。  
＜検出部＞
検出部６１は、物理量計測素子、すなわち、目的となる物理量を検出し、電気信号に変換する機能を有する。例えば、目的となる物理量が磁気である場合は、ホール素子や磁気抵抗効果素子などが用いられ、目的となる物理量が加速度である場合は、機械式の加速度センサや、静電容量型やピエゾ抵抗型のＭＥＭＳ（微小電気機械構造素子）の加速度センサ等が用いられる。物理量を検出し電気信号に変換する機能のほかに、増幅する機能、アナログ信号をデジタル信号に変換する機能を含んでいる。また、目的となる物理量の計測次元に応じて複数の物理量検出素子を検出部の構成要素として用いることも可能であり、例えば、３次元磁気センサであれば、互いに異なる３つの軸にそれぞれ感磁特性を有する３つの磁気センサを検出部が有することでもよい。
【００７４】
また、検出部６１は異なる物理量検出素子を備え、複数種類の物理量を測定できるような構成でもよい。複数の物理量検出素子を用いる場合、演算部７１は、物理量検出素子の個数に応じて複数備わっているようにしてもよいし、物理量検出素子の種類ごとに複数備えてもよい。物理量検出素子の種類や個数に依らず１つが備わっていて、例えば、時分割処理で複数種類、複数個の物理量信号を処理できるようにしてもようにしてもよい。物理量検出素子から得られる測定値に対して補正処理を行うことは通常行われている。感度補正処理、オフセット補正処理、これ以外にも様々な処理があり得るが、本発明において、これらの機能は、検出部６１が備えてもよいし、演算部７１が備えてもよい。また、補正機能を持つ補正部を新たに持つなどは設計者の自由である。また、検出部６１は、制御部６３によって調整される測定タイミングごとに物理量を検出し、測定値として通常はデジタルデータに変換される。測定タイミングは任意だが、所定の周期ごとに測定を制御することが好ましい。測定値は、逐次もしくは制御部６３により調整された任意の時期に１個もしくは複数の測定データをまとめ記憶部７２へと出力され、保存される。
【００７５】
＜演算部＞
演算部７１は、記憶部７２に保存された測定値に対してフィルタ処理を行うものである。フィルタ処理を行うために、演算部７１は、さらにフィルタ係数出力部７１ｂとデータ変動状態推定部（単に「変動状態推定部」ともいう）７１ａを有し、それらの動作は、制御部６３によって制御される。
【００７６】
フィルタ係数出力部７１ｂは、重畳されるノイズの性質により適切なものを選択できる。ノイズが熱雑音のように周波数帯域として広域に分布する場合は低域透過特性を持つローパスフィルタが好ましい。ローパスフィルタの実現形態としては様々な方式のフィルタを用いることが可能だがここではデジタルフィルタとしてよく知られているラグフィルタを用いた例で説明する。
【００７７】
ある測定時刻に得られた測定値Ｓｉｎと測定時刻以前にフィルタを適用して得られた原補正測定値Ｓｏｌｄを用いた新たな補正測定値を求めるラグフィルタは、上述した式（１）のように定義できる。
式（１）によれば、新たな補正測定値Ｓｎｅｗは、フィルタ係ａが大きい、すなわち、１に近いほどＳｉｎの影響をより強く受け、フィルタ係数が小さい、すなわち、０に近いほどＳｏｌｄの影響をより強く受ける。Ｓｏｌｄはある測定時刻よりも前に得られた測定値の平均のような意味合いをもち、フィルタ係数ａが小さいほど平均する過去の測定値の数が多いことに相当し、平均により熱雑音などの影響が低減されている。したがって、小さなフィルタ係数を設定することで、Ｓｉｎにノイズが重畳している場合に、Ｓｎｅｗに対するＳｉｎに重畳されたノイズの寄与を低減する。フィルタ係数は、後述するデータ変動状態推定部が算出するデータ変動状態の情報に基づき設定される。フィルタ係数出力部７１ｂは、記憶部７２に保存された複数の測定データから最新の測定データ（Ｓｉｎに相当）を取り出し、また、記憶部７２に保存されている原補正測定値（Ｓｏｌｄに相当）を取り出し、上述したフィルタ演算を行う。得られた新たな補正測定値（Ｓｎｅｗに相当）は、記憶部７２に保存されるとともに、補正信号出力部７３に送られて外部に出力される。
【００７８】
＜データ変動状態推定部＞
測定値が得られる都度、測定値は記憶部７２に保存される。測定値は所定の測定回数分だけ保存されるが、その所定の測定回数は固定値もしくは動的な値として制御部６３が調整する。データ変動状態推定部７１ａは、記憶部７２に保存された複数回数分の測定データのなかのいくつかの測定データもしくは記憶部７２に保存された補正測定値のデータ分布状態からデータの変動に関する情報をある指標に基づき推定し、その結果をフィルタ係数出力部７１ｂに出力する。推定されたデータ分布状態に関する情報に基づき、フィルタ係数出力部７１ｂは、フィルタ係数を設定する。データが大きく変動している場合は、追従性をよくするようなフィルタ係数を設定し、データの変動が小さい場合は、ノイズの寄与を下げるためのフィルタ係数を設定する。ラグフィルタの場合で言えば、追従性をよくするためにはフィルタ係数ａを大きく、ノイズの寄与を下げるためにはフィルタ係数ａを小さくする。
【００７９】
また、データ変動状態推定部７１ａの判定するデータ分布から推定されるデータの変動とは、判定に用いる複数データを構成するデータの大きさのばらつきや、データの大きさの時間的推移を含む概念であり、本発明において変動状態を推定するとは、データ変動状態推定部が、検出部が検出する物理量の分布状態もしくは時間的変化傾向に基づきこの物理量の変動状態を推定するということである。変動状態推定手法の実現方法としては様々なものが選択できるが、例えば、下記のようなデータ分布判定手法やその組み合わせがあげられる。
センサ装置が測定した測定値が、パルス的もしくは矩形波的に急激に変動する場合には、追従性をよくし、かつデータ変化がない場合はノイズの寄与を低減することが望まれる。
【００８０】
このような場合は、少数のデータを判定に用い、その少数のデータの中での最大値と最小値の差分や、最新データと最も古いデータとの差分などを利用する方法が有用である（判定法Ａとよぶ）。例えば、最新に測定されたデータと一回前に測定されたデータとの差分を判定し、その差分が所定の閾値以上であった場合は、データの変動が大きいとして追従性の良いフィルタ係数を設定し、閾値以下の場合は、ノイズをより抑制するフィルタ係数を設定する。例示したラグフィルタの場合に、変動が少ない状態ではフィルタ係ａは小さな値が、変動が大きい状態では大きなフィルタ係数ａが選択される。信号に重畳されるノイズの寄与を少なくするためには、データの変動があると判定する閾値として大きな値を選択するのがよい。閾値がノイズによる測定値の変動よりも大きければ、フィルタによりノイズによる出力値の変動は抑えられ、測定値が変化する領域では変化量が閾値以上になるので、フィルタ出力は測定値に追従することになる。しかしながら、測定値の変動があると判定する閾値としてあまり大きな値を選択すると、矩形信号の立ち上がり、立下りでは、フィルタ係数ａが小さな値である状態が長く保持されるために矩形の信号追従性が悪くなる。したがって、閾値はノイズの値と追従すべき波形を加味して選択される。
【００８１】
しかしながら、この手法は、センサが測定した測定値がゆっくりと変動する場合には問題が生ずる。測定値がゆっくりと変動する場合、一回ごとの測定値間では変化量が小さく、ノイズによる変動との差が少ないか、かえってノイズのほうが大きい場合がある。その場合、センサ装置が測定した測定値が変動しているにもかかわらず、フィルタ係数ａは小さなままなので追従性がわるく、測定値Ｓｉｎと新たな補正測定値Ｓｎｅｗの誤差が大きくなってしまい、フィルタ出力データの信頼性に欠けることになる。このような場合は、他のデータ分布の変動の判定手法を用いる。例えば、所定測定回数分の複数データの標準偏差を演算し、所定の閾値と比較する（判定法Ｂとよぶ）。閾値を通常期待されるノイズ値に相当する値としておけば、該標準偏差値が閾値より大きければ、何らかの変動状態にあるといえる。判定法Ａでは変動していないと判定されたにも関わらず、判定法Ｂによりデータが変動していると判定された場合は、フィルタ部は、判定法Ｂに基づいてフィルタ係数を設定する。
【００８２】
この場合、例えば、判定法Ａでデータ変動が大である場合に設定するフィルタ係数と、データ変動が小である場合に設定するフィルタ係数の中間のフィルタ係数を設定すればよい。
判定法Ａで変動状態と推定されれば、判定法Ｂでデータ変動がいかように判定されようとも、判定法Ａでデータ変動が大である場合に設定するフィルタ係数を用いればよい。したがって、判定法Ａと判定法Ｂを組み合わせることで、測定値が大きく変動している状態（変動状態）か、ゆっくりと変動している状態（準静止状態）か、それとも変動していない状態か（静止状態）の判断ができることになる。
【００８３】
この方法を適用することにより、矩形変動をする測定値に対しての追従性も向上する。例えば、矩形変動の波形の立ち上がり（変動状態）から変化がない状態（静止状態）に変わる部分において、判定法Ａを適用した場合には静止状態ではフィルタ係数ｋが小さな値を選ぶので、過去の測定値の影響をより受けやすくなるために、波形の追従が悪くなるが、判定法Ｂにより準静止状態の判定を入れることで、判定法Ａの結果から設定する２つのフィルタ係数の中間的なフィルタ係数を選択でき、過去の測定値の寄与を少なくしつつ、ノイズの寄与もある程度削減できるようなフィルタ処理を行うことができるので、追従性をより改善しながらもノイズ低減の能力を維持できる。
【００８４】
判定法Ａの一例としては、上述したように、最新に測定された測定値と一回前に測定された測定値との差分を判定し、その差分が所定の閾値以上であった場合は、変動が大きいとして追従性の良いフィルタ係数を設定し、閾値以下の場合は、ノイズの寄与を下げるフィルタ係数を設定する方法が典型例であるが、そのほかにも以下の方法を用いることができる。
【００８５】
最新に測定された測定値と複数測定回前に測定された測定値との差分値
最新に測定された測定値と最新の補正測定値との差分値
最新に測定された測定値と複数回以前に演算された補正測定値との差分値
判定法Ａは、最新の測定値と、時間的に近傍の少数の測定値もしくは補正測定値を比較して、短時間での変動を判定するなどの手法で、急峻な測定値の変化を時間遅れなしに判定するのに適する方法であり、上記に挙げた例以外の方法を適用することも可能である。
【００８６】
必ずしも最新の測定値ではなく、最新の測定よりも適当な期間分だけ過去に取得された測定値と、その測定値に近接した過去の測定データもしくは補正測定値との差分を用いることがよい場合がある。この方法をもちいることで遅延制御となり急峻な変化のオーバーシュートを抑制するなどの効果が得られるからである。
次に、判定法Ｂの例について説明する。  
【００８７】
複数データの時間的な変化である時間的変動状態に基づいてデータ変動状態の推定を行う方法の一例としては、例えば、以下の様な判定指標やその組み合わせを用いることができる。複数データはその取得時間が時間的に近接し、連続的に取得された一群のデータであることが好ましい。
【００８８】
１．判定に用いる複数データの中で、時間的に連続するデータ間の差分値が所定の回数連続して閾値を越えているかどうか。
２．判定に用いる複数データの中で、ある時点における複数データの平均値と、最新測定値との差分。
３．判定に用いる複数データの中で、ある時点における複数データの平均値と、ある時点とは異なる時点における複数データの平均値との差分。例えば、判定に用いる複数データの中で時間的に古い複数データの平均値と時間的に新しい複数データの平均値の差分。
【００８９】
４．判定に用いる複数データの移動平均値の時間的な傾き（微分値）。
また、判定法Ｂとして複数データの分布状態に基づいてデータ分布判定を行う場合の例としては、以下の様な判定指標を用いることができる。複数データはその取得時間が時間的に近接し、連続的に取得された一群のデータであることが好ましい。
５．判定に用いる複数データの最大値と最小値の差分。
６．判定に用いる複数データの標準偏差または分散。
７．判定に用いる複数データの平均値と各データとの差分の絶対値の総和。
【００９０】
ここで述べているデータとしては、記憶部に記憶された過去の測定値もしくは過去の補正測定値を含んでいる。
判定法Ｂは、判定法Ａよりも時間的に広い時間幅で、複数個の測定値や補正測定値を用いてその分布状態や時間的変動状態を判定することで、判定法Ａでは判断できないゆっくりとした測定値の変化（準静止状態）を判断するのに適する。
【００９１】
実施例１，２に述べたような、判定に用いる複数データの大小関係、すなわち時間的に連続する複数の測定値または補正値における測定値と補正値との差分の総和を用いて判定することももちろん構わない。
上述した判定方法をどのように選択するかは、本発明を適用する態様において、目標とする出力特性や信号の性質、装置の演算性能等から適切なものを選択すればよい。
【００９２】
時間的に連続する複数データによるデータの差分値の連続的変化を用いる方法は簡便である。標準偏差や、平均値間の差や傾きを用いる場合は、ゆっくりとした変動を見る場合などにより適しており、演算量やメモリに余裕がある場合には適当である。
本発明においては、対象とする装置の制約や実際のデータの変動状態に応じて、変動状態の判定に用いる手法を選択し、それを組み合わせることが効果的である。
【００９３】
データ変動状態の判定に用いる複数データは、必ずしも最新に得られたデータを用いる必要はなく、何回か以前に測定されたデータとそれ以前に測定された単数、複数のデータを用いた判定を行うことも場合によっては有用である。
ここで、組み合わせる判定法はここで述べた判定法Ａや判定法Ｂの具体例に限らず他の手法でもよいが、追従性を重視した判定法Ａと、ゆっくりとした変動を判定するための判定法Ｂの組み合わせに例示されるように、相互に別の視点で判定する方法や相互に補完できる判定法の組み合わせが望ましい。
【００９４】
フィルタ係数の決め方は、上述した例に縛られることなく、使用するときと場合により最適なものを検討し採用すればよい。組み合わせる判定法は２つに限らず３つ、４つを組み合わせてもよいことは明らかである。
図１０は、本発明に係る物理量計測装置の実施例３におけるフィルタ係数を２種用いた場合を説明するためのフローチャートを示す図である。新規データが入力されると（ステップＳ１）、その新規データがデータバッファに追加され（ステップＳ２）、分布状態を判定し（ステップＳ３）、静止状態か変動状態かのデータ変動状態を推定し（ステップＳ４；判定法Ｂ）、フィルタ係数の選択を行う（ステップＳ５）。選択されたフィルタ係数に応じて、フィルタ係数１にて演算し（ステップＳ６）、あるいはフィルタ係数２にて演算し（ステップＳ７）、それぞれのフィルタ演算結果を出力する（ステップＳ８）。また、補正後のデータを用いて分布状態を判定する場合は、フィルタ係数１乃至フィルタ係数２にて演算された結果をデータバッファに追加してもよい（ステップＳ９）。
【００９５】
図１１は、本発明に係る物理量計測装置の実施例３におけるフィルタ係数を３種用いた場合を説明するためのフローチャートを示す図で、上述した判定法Ａと判定法Ｂとを組み合わせた場合を示している。新規データが入力されると（ステップＳ１１）、その新規データがデータバッファに追加され（ステップＳ１２）、静止状態か、準定常状態か（判定法Ｂ）、変動常態か（判定法Ａ）のデータ変動状態を推定し（ステップＳ１３）、データ変動状態を推定し（ステップＳ１４；判定法Ｂ）、フィルタ係数の選択を行う（ステップＳ１５）。選択されたフィルタ係数に応じて、フィルタ係数１にて演算し（ステップＳ１６）、あるいはフィルタ係数２にて演算し（ステップＳ１７）、あるいはフィルタ係数３にて演算し（ステップＳ１８）、それぞれのフィルタ演算結果を出力する（ステップＳ１９）。また、補正後のデータを用いて分布状態を判定する場合は、フィルタ係数１，フィルタ係数２又はフィルタ係数３にて演算された結果をデータバッファに追加してもよい（ステップＳ２０）。
【００９６】
図１３（ａ）乃至（ｃ）は、実施例３における補正信号の分布・変動状態をもとにフィルタ係数を選択する方法で補正信号を演算した場合の補正信号出力を示す図で、ノイズが重畳された定常的な信号、正弦波的な信号及び矩形波信号に対して、判定法Ａと判定法Ｂを併用する図１１の手法を適用した場合の、フィルタ演算後の補正信号を示す図である。
判定法Ａとしては直近に演算出力された補正値と最新に得られた測定値の差分を用いて変動状態を推定し、判定法Ｂとしては、直近６回出力された補正値の平均値と最新に得られた測定値との差分を閾値判定する。判定閾値は信号に重畳されているノイズと、想定する応答特性により適宜選択する。
【００９７】
フィルタ演算としては、上述した式（１）に示したラグフィルタを用いる。判定法Ａにより変動していると推定した場合には、フィルタ係数ａ＝０とし、最新に得られた測定値をそのまま出力する。判定法Ａでは変動していないと推定されたが、判定法Ｂにより変動していると推定した場合は準静止の変動であると判断し、フィルタ係数としては０．５を選ぶ。判定法Ａでも判定法Ｂでも変動していないと推定した場合にはフィルタ係数＝１／３２とした。
【００９８】
一方、図１０の変動状態推定の手法に判定法Ａを適用した場合のフィルタ処理された補正信号出力を、参考例として図１２（ａ）乃至（ｃ）に示す。
図１２（ａ）乃至（ｃ）は、参考例における補正信号を示す図である。  
変動状態の推定には、直近に演算出力された補正値と最新に得られた測定値の差分を用いる。判定閾値は信号に重畳されているノイズと、想定する応答特性により適宜選択する。フィルタ演算としては、上述した式（１）に示したラグフィルタを用い、変動していると推定した場合には、フィルタ係数ａ＝０．５とする。変動していないと推定した場合は、フィルタ係数＝１／３２を選択した。
【００９９】
参考例の場合、変動していると推定した場合にフィルタ係数を０とすると、ノイズの影響を受けやすくなるので、０．５を選択する。
図１３（ａ）乃至（ｃ）は、実施例３における補正信号の分布・変動状態をもとにフィルタ係数を選択する方法で補正信号を演算した場合の補正信号出力を示す図である。
先行技術を適用した参考例である図１２（ａ）乃至（ｃ）に対して、本発明を適用した図１３（ａ）乃至（ｃ）では、
【０１００】
（１）一定値状の物理量信号に対する補正信号は、両者とも良好にノイズ成分が抑圧されている。
（２）正弦波状の物理量信号に対する補正信号は、参考例よりも遅延が少なく、また、波形のノイズの抑圧も良好である。
（３）方形波状の物理量信号に対する補正信号は、ノイズ成分が参考例よりも良好に抑圧され、信号が急激に変化する領域においても遅延を生じていない。
ということがわかる。
【０１０１】
図１４（ａ）乃至（ｃ）は、実施例３における測定値の分布・変動状態をもとにフィルタ係数を選択する方法で補正信号を演算した場合の補正信号出力を示す図で、ノイズが重畳された定常的な信号、正弦波的な信号及び矩形波信号に対して、判定法Ａと判定法Ｂを併用する図１１の手法を適用した場合のフィルタ演算後の補正信号で、判定法として測定値のみを用いた場合の例を示す図である。
【０１０２】
判定法Ａとしては最新に得られた測定値と、最新を含まない直近に得られた測定値の差分を用いて変動状態を推定し、判定法Ｂとしては、最新に得られた測定値と、最新を含まない直近６回に得られた測定値の平均値との差分を閾値判定する。判定閾値は信号に重畳されているノイズと、想定する応答特性により適宜選択する。
フィルタ演算としては、上述した式（１）に示したラグフィルタを用いる。判定法Ａにより変動していると推定した場合には、フィルタ係数ａ＝０とし、最新に得られた測定値をそのまま出力する。判定法Ａでは変動していないと推定されたが、判定法Ｂにより変動していると推定した場合は準静止の変動であると判断し、フィルタ係数としては０．５を選ぶ。判定法Ｂでも変動していないと推定した場合にはフィルタ係数＝１／３２とした。
【０１０３】
本方法を用いても、図１３（ａ）乃至（ｃ）の例と同様に参考例に対して良好なノイズ抑圧、および遅延特性が得られ、本発明の効果が示されているが、図１３（ａ）乃至（ｃ）の例に対して、図１４（ａ）乃至（ｃ）では、一定値状の物理量信号でのノイズ抑圧は同等であり、正弦波状の物理量信号に対する補正信号はより滑らかになり、ノイズ抑圧と追従性がより向上していることがわかる。方形波上の物理信号に対してのノイズ抑圧は同等で応答性は優れるが、急峻な変化でのオーバーシュートが観察される。
【０１０４】
このように、本発明を応用するには、補正値を得るためのフィルタリングの方法として様々な方法を応用することができ、応用目的に最適なものを用いればよい。
このように、複数データの分布や時間的変動などからデータの変動状態を推定し、その結果に基づいて適切なフィルタ係数を設定することで、測定値の追従性と、ノイズの低減を両立することができる。複数データは補正信号算出時点から見て直近の過去に取得されたものを用いることが一般的だが、本発明の応用によっては、補正信号を算出する時点の未来の信号を用いる概念もあり得る。実時間上での測定ではない応用の場合などでは実用的である。
【０１０５】
これに対し、上述した特許文献３にて開示されている技術は、地磁気センサにより直前に得た方位情報と現在の方位情報に基づいて、方位計算のアルゴリズムを選択するのであり、取得されたデータの分布状態を推定し、その結果に基づいてフィルタ係数を設定することをしていない。このとき、直前に得た方位情報と現在の方位情報の差分を評価する閾値は、地磁気センサの固有の雑音による方位情報の変動分以上である必要がある。地磁気センサの固有の雑音が大きな場合は、地磁気センサの向きがゆっくりと変化した場合には、方位の変化による測定値の変化分が雑音の値よりも小さいような状況が発生し、そのようなゆっくりとした変化（準静止状態）は静止状態である場合との区別が難しく、過度に強い平滑化のアルゴリズムを適用してしまい、応答性が劣化し、結果として方位角の追従性が劣化してしまう。
【０１０６】
一方、本発明を応用した地磁気センサを用いた方位計測装置を想定してみると、地磁気センサの向きがゆっくりと変化した場合においても、取得された複数データの分布から求める測定データの変化分は地磁気センサ固有の雑音よりも大きくなることから、ゆっくりではあるがセンサの状態は変化していると推定することができ、また変化状態とも静止状態とは異なる適切なフィルタ係数を設定することができ、ノイズを削減しながらも適切な応答性を維持することができるので、センサ固有の雑音よりも微小な測定値の変化をもたらすようなゆっくりとした変化の場合でも方位角の追従性を良好に維持することが可能であり、また急峻な変化に対しても適した変動状態の推定を併用することで、方位角の追従性を良好に維持することができる。固有雑音が大きな測定系においても、ゆっくりとした測定値の変動や急峻な測定値の変化に対しても、雑音抑圧と応答追従性を両方とも良好に保つことができる技術である。
【０１０７】
【表１】
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【０１０８】
このように、データの変動状態を推定し、その結果に基づいて適切なフィルタ係数を設定することで、測定値の追従性と、ノイズの低減を両立することができる。またデータの変動状態を推定する際に、複数の指標に基づきデータの変動、準静止、静止などを判定することで、様々な測定値の変化において、適切なフィルタ係数を選択することが可能となる。
【０１０９】
また、本発明の物理量演算方法は、物理量信号出力装置から出力される物理量に基づく信号から物理量を計測する物理量計測方法である。物理量に基づく信号を検出部により検出する検出ステップと、この検出するステップにより検出された物理量の変動状態を変動状態推定部により推定する変動状態推定ステップと、この変動状態推定ステップにより推定された変動状態に基づいてフィルタ係数を決定し、このフィルタ係数をフィルタ係数出力部により出力するフィルタ係数出力ステップと、このフィルタ係数出力ステップにより出力されたフィルタ係数と検出部から出力される出力値とに基づいて、この出力値の補正値を補正信号出力部により出力する補正信号出力ステップとを有する。
【０１１０】
また、変動状態推定ステップが、複数の測定時刻に得られた物理量の分布状態に基づいて物理量の変動状態を推定する第１の変動状態推定ステップと、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、測定時刻に近接する測定時刻に得られた物理量に基づく信号とに基づいて物理量の変動状態を推定する第２の変動状態推定ステップとを有し、フィルタ係数出力ステップが、第１の変動状態推定ステップ又は第２の変動状態推定ステップにより推定された物理量の変動状態に基づいて、フィルタ係数を決定し、このフィルタ係数を出力する。
【０１１１】
また、第２の変動状態推定ステップが、物理量の変動量が所定の閾値より小さいかどうかを判定する変動状態判定ステップを有し、第１の変動状態推定ステップが、変動状態判定ステップからの判定結果に基づき、複数の測定時刻に得られた物理量の分布状態に基づいて物理量の変動状態を推定する。
また、フィルタ係数出力ステップが、第１の変動状態推定ステップに基づいて第１フィルタ係数を出力する第１フィルタ係数出力ステップと、第２の変動状態推定ステップに基づいて第２フィルタ係数を出力する第２フィルタ係数出力ステップと、第１及び第２フィルタ係数のいずれか一方をフィルタ係数として選択するフィルタ係数選択ステップとを有する。
【０１１２】
また、補正信号出力ステップが、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、測定時刻よりも前に得られた補正信号と、フィルタ係数とに基づいて新たな補正信号を出力し、変動状態推定ステップが、物理量に基づく信号と測定時刻よりも前に得られた補正信号の大小関係を判定する大小関係判定ステップを有し、フィルタ係数出力ステップが、複数の大小関係に基づいて第１フィルタ係数を出力する第１フィルタ係数出力ステップを有する。
【０１１３】
また、物理量に基づく信号と補正信号の大小関係を判定する大小関係判定ステップと、複数の大小関係に基づいて第１のフィルタ係数を出力する第１フィルタ係数出力ステップとに加えて、物理量に基づく信号と補正信号の差分値又は互いに異なるタイミングで得られた補正信号の差分値を算出する差分値算出ステップと、差分値に基づいて第２フィルタ係数を出力する第２フィルタ係数出力ステップと、第１及び第２フィルタ係数のいずれか一方をフィルタ係数として選択するフィルタ係数選択ステップとによりフィルタ係数を求める。
【０１１４】
また、第１フィルタ係数出力ステップは、所望サイクル中において、物理量に基づく信号と補正信号の大小関係が、相対的にいずれか一方の信号に偏っている場合は、物理量に基づく信号が新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第１フィルタ係数として出力し、物理量に基づく信号と補正信号の大小関係に、相対的な偏りがないときは、補正信号が新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第１フィルタ係数として出力するステップである。
【０１１５】
また、第２フィルタ係数出力ステップ部は、ある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、測定時刻の直前に得られた補正信号の差分値及びある測定時刻に得られた物理量に基づく信号と、測定時刻の２つ前の時刻に得られた補正信号との差分値に基づいて第２フィルタ係数を出力するステップである。
【０１１６】
また、第２フィルタ係数出力ステップは、物理量に基づく信号と補正信号の差分値又は互いに異なる補正信号の差分値が相対的に大きい場合は、物理量に基づく信号が新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第２フィルタ係数として出力し、物理量に基づく信号と補正信号の差分値又は互いに異なる補正信号の差分値が相対的に小さい場合は、補正信号が新たな補正信号に与える寄与度を大きくし得る係数を第２フィルタ係数として出力するステップである。
また、フィルタ係数選択ステップは、第１フィルタ係数及び第２フィルタ係数のうち、物理量に基づく信号が新たな補正信号に与える寄与度がより大きくなる一方を選択するステップである。
【０１１７】
また、補正信号出力ステップは、
Ｓｎｅｗ＝ａ×Ｓｉｎ＋（１−ａ）×Ｓｏｌｄ  ・・・（３）
ａ＝ｍａｘ（ａ１，ａ２）  ・・・（４）
（Ｓｎｅｗ：新たな補正信号、Ｓｉｎ：物理量に基づく信号、Ｓｏｌｄ：補正信号、ａ：フィルタ係数選択部により選択された係数、ａ１：第１フィルタ係数、ａ２：第２フィルタ係数）
【０１１８】
式（３）で表される関係式によって新たな補正信号を出力し、フィルタ係数選択部は、式（４）で表される関係式によってフィルタ係数を選択するステップである。
また、物理量に基づく信号を出力する物理量信号出力ステップと、上述した物理量演算方法のステップとを有する物理量測定方法の可能である。
また、物理量に基づく信号を出力する物理量信号を用いて、コンピュータにより上述した各演算ステップを実行させるためのプログラムも可能である。また、上述した各演算ステップを実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明は、物理量信号出力装置から出力される物理量に基づく信号から物理量を計測する物理量計測装置及び物理量計測方法が実現できる。特に、電子コンパスに適用できるものである。
【符号の説明】
【０１２０】
１  第１の適応フィルタ
２  第２の適応フィルタ
１１−１，１１−２  フィルタ部
１２−１，１２−２  減算器
１４−１  適応モード制御部
１５−１，１５−２  フィルタ更新演算部
２０，４０，６０  物理量計測装置
２１，４１，６１  物理量信号出力装置（検出部）
２２，４２，６２  物理量演算装置
３１，５１  大小関係判定部
３２，５２  第１フィルタ係数出力部
３３，５３，７３  補正信号出力部
５４  差分値算出部
５５  第２フィルタ係数出力部
５６  フィルタ係数選択部
６３  制御部
７２  記憶部
７１  演算部
７１ａ  変動状態推定部
７１ｂ  フィルタ係数出力部
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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