図1は、本発明の実施の形態に係る重量測 定装置の構成を示すブロック図である。図1� �示されるように、本実施の形態に係る重量� �定装置は、歪みゲージ式のロードセルやフ� �ースバランスなどの重量センサー1と、アン� ��2と、アナログフィルタ3と、A/D変換器(以後� ��ADC」と呼ぶ)4と、信号処理部5と、フィルタ� ��数演算部6と、データ入力部7と、係数記憶� �8とを備えている。

 重量センサー1は、計量系から受けた被計 量物の重量を検出して、その結果を測定信号 msとしてアンプ2に出力する。アンプ2は、入� �された測定信号msを増幅して増幅信号MSとし� ��アナログフィルタ3に出力する。アナログフ ィルタ3は、その増幅信号MSから不要な高域成 分を除去してアナログ信号Asとして出力する� ��ADC4は、アナログフィルタ3から出力される� �ナログ信号Asに対して所定のサンプリング周 期でサンプリングし、所定の量子化ビット数 で量子化したディジタル信号を計量信号Dsと� ��て信号処理部5に出力する。

 信号処理部5は、有限インパルス応答(FIR)� ��のフィルタ(以後、「FIRフィルタ」と呼ぶ)� �用いて、入力された計量信号Dsをフィルタリ ングし、その結果を信号Xsとして図示しない� ��イクロコンピュータに出力する。そして、� ��イクロコンピュータが信号Xsに基づいて被� �量物の重量を計算し、図示しない表示部に� �示する。

 ここで、一般に2N次のFIRフィルタの周波数� �答H(e ^jω )は以下の式(1)で示される。

 ただし、h _i (i=0,1,2,・・・,N)はフィルタ係数である。また 、ωは正規化角周波数であって、フィルタリ� ��グ時のデータのサンプリング周波数で正規� ��した角周波数である。本実施の形態で言え� ��、信号処理部5でのフィルタリング時のデー タのサンプリング周波数で正規化した角周波 数である。以後「正規化角周波数」と言えば 、このようにサンプリング周波数で正規化し た角周波数を意味するものとする。

 フィルタ係数演算部6は、上記式(1)中のフィ ルタ係数h _i の系列{h _i }を後述する所定の演算式を用いて求めて、� �号処理部5へ出力する。

 図2は、信号処理部5でのフィルタリング� �振幅特性の一例を示す図である。図2に示さ� ��るように、信号処理部5で用いられるFIRフィ ルタはローパスフィルタである。本実施の形 態に係る重量測定装置は、信号処理部5で用� �られるFIRフィルタの振幅特性の阻止域10にお いて、部分的に減衰量が大きい減衰帯域9をk( ≧1)個設けることが可能であり、当該減衰帯� ��9の帯域位置を変更できる機能を有している 。つまり、減衰帯域9の位置を周波数の高い� �へ移動させたり、低い方へ移動させたりで� �る機能を備えている。また、本実施の形態� �係る重量測定装置は、減衰帯域9の減衰量を� ��更できる機能も備えている。そして、本実� ��の形態に係る重量測定装置は、k≧2の場合� �は、複数の減衰帯域9の各々の帯域位置を独� ��に変更できる機能と、複数の減衰帯域9の各 々の減衰量を独立に変更できる機能とを備え ている。さらに、本実施の形態に係る重量測 定装置は、阻止域10の開始周波数を変更でき� ��機能を備えている。なお、以後単に「減衰� ��域」と言えば、図2に示される減衰帯域9の� �うに、阻止域において部分的に減衰量を大� �くすべき減衰帯域を意味するものとする。

 フィルタ係数演算部6は、上記式(1)中のフィ ルタ係数h _i の系列{h _i }を以下の演算式(2)を用いて求めて、信号処� �部5へ出力する。

 ただし、g(i,l _S ,l _C1 ,l _C2 ,・・・,l _Ck ,l _W1 ,l _W2 ,・・・,l _Wk )は係数である。また、νは阻止域の開始周波 数を指定するパラメータであって、δ ₁ ~δ _k はk個の減衰帯域の帯域位置をそれぞれ指定� �るパラメータであって、ψ ₁ ~ψ _k はk個の減衰帯域の減衰量をそれぞれ指定す� �パラメータである。式(2)に示されるように� �フィルタ係数h _i は、パラメータν,δ ₁ ~δ _k ,ψ ₁ ~ψ _k についての多項式で表現されている。なお、 L _S はパラメータνの次数を表し、L _C1 ~L _Ck はパラメータδ ₁ ~δ _k の次数をそれぞれ表し、L _W1 ~L _Wk はパラメータψ ₁ ~ψ _k の次数をそれぞれ表している。以後、係数g(i ,l _S ,l _C1 ,l _C2 ,・・・,l _Ck ,l _W1 ,l _W2 ,・・・,l _Wk )を単に「係数g」と呼ぶことがある。

 係数記憶部8は、例えばROM(Read-Only Memory)� �あって、係数gの値を予め記憶している。そ� ��て、この係数gの値はフィルタ係数演算部6� �よって係数記憶部8から読み出される。

 データ入力部7は、例えばキーボードであっ て、ユーザーによる重量測定装置の外部から のパラメータν,δ ₁ ~δ _k ,ψ ₁ ~ψ _k の各々の値の入力を独立して受け付ける。そ して、受け付けたパラメータν,δ ₁ ~δ _k ,ψ ₁ ~ψ _k の値をフィルタ係数演算部6に出力する。

 以上のように、本実施の形態では、信号� ��理部5、フィルタ係数演算部6、データ入力� �7及び係数記憶部8が、計量信号Dsに含まれる� ��イズを除去するノイズ除去装置として機能� ��る。

 次に、本実施の形態に係る重量測定装置� ��おける被計量物の重量測定動作について図3 を参照して説明する。重量測定を行う際には 計量信号Dsに対するフィルタリングが行われ� ��ことから、図3は計量信号Dsに対するノイズ� ��去方法を示している。

 図3に示されるように、ステップs1において� ��量測定装置に電源が投入されると、ステッ� ��s2において、フィルタ係数演算部6は係数記� ��部8から係数gの値を読み出す。そしてフィ� �タ係数演算部6は、予め内部に記憶している� ��ラメータν,δ ₁ ~δ _k ,ψ ₁ ~ψ _k の初期値を読み出す。

 次にステップs3において、フィルタ係数演� �部6は、係数g及びパラメータν,δ ₁ ~δ _k ,ψ ₁ ~ψ _k の値を式(2)に代入してフィルタ係数h _i の1つの系列{h _i }を求め、信号処理部5へ出力する。これによ� ��、信号処理部5でのフィルタ特性におけるk� �の減衰帯域の帯域位置がパラメータδ ₁ ~δ _k で指定される初期値にそれぞれ設定され、そ れらの減衰量がパラメータψ ₁ ~ψ _k で指定される初期値にそれぞれ設定される。 また、信号処理部5でのフィルタ特性におけ� �阻止域の開始周波数がパラメータνで指定さ れる初期値に設定される。なおこのとき、フ ィルタ係数h _i の演算式(2)は多項式で表現されているため、 迅速にフィルタ係数h _i を求めることができる。

 次にステップs4において、信号処理部5はス� ��ップs3で求められたフィルタ係数h _i の系列{h _i }を用いて、計量信号Dsに対してフィルタリン グを実行する。そして、その結果を信号Xsと� ��てマイクロコンピュータに出力し、当該マ� ��クロコンピュータが被計量物の重量をCRTな� ��の表示部に表示する。

 次にステップs5において、データ入力部7は� ��パラメータν,δ ₁ ~δ _k ,ψ ₁ ~ψ _k のうち少なくとも一つのパラメータの値が、 重量測定装置のユーザーによって入力される と、その値をフィルタ係数演算部6に出力す� �。上述のように、被計量物の種類や大きさ� �どの変更や、搬送系の仕様変更が生じると� �計量信号Dsに含まれるノイズの周波数や大き さが変化するため、ユーザーは、当該ノイズ を確実に除去するために、パラメータν,δ ₁ ~δ _k ,ψ ₁ ~ψ _k のうち少なくとも一つのパラメータの値を入 力する。例えば、被計量物の種類が変更され ると重量センサー1の固有振動数が変化する� �とから、被計量物の種類ごとに重量センサ� �1の固有振動数の情報を予め準備しておき、� ��計量物の種類を変更する際に、ユーザーは� ��の情報を参照して、パラメータδ ₁ ~δ _k の値をデータ入力部7に入力する。

 なお、本実施の形態に係る重量測定装置で� ��、パラメータν,δ ₁ ~δ _k ,ψ ₁ ~ψ _k の値をデータ入力するように構成しているが 、これらの値を重量測定装置で自動的に決定 しても良い。例えば、重量チェッカーのよう な計量装置では、コンベア速度が決まれば減 衰させたい周波数が決定するので、自動的に パラメータδ ₁ ~δ _k の値を設定できる。また、FFT等によって測定 信号の振動波形の周波数解析を行い、最も振 幅の大きいところを検出して自動的にパラメ ータν,δ ₁ ~δ _k ,ψ ₁ ~ψ _k の値を設定するという構成にしてもよい。

 次にステップs6において、フィルタ係数演� �部6は、受け取ったパラメータの値を式(2)に� ��入してフィルタ係数h _i の系列{h _i }を変更し、信号処理部5へ出力する。これに� ��り、信号処理部5でのフィルタ特性における 減衰帯域の帯域位置や減衰量、あるいは阻止 域の開始周波数が、対応するパラメータで指 定される値へと変更される。そして、ステッ プs7において、信号処理部5はステップs6で変� ��されたフィルタ係数h _i の系列{h _i }を用いてフィルタリングを実行し、その結� �を信号Xsとして出力する。

 ユーザーは、信号処理部5でのフィルタ特性 を再度変更する必要がある場合には、データ 入力部7にパラメータν,δ ₁ ~δ _k ,ψ ₁ ~ψ _k のうち少なくとも一つの値を入力する。そし て、ステップs6,s7が実行されて、入力された� ��ラメータの値に応じてフィルタ特性が変更� ��れる。

 次に、係数gの値の決定方法について説明す る。まず、減衰帯域の減衰量と、その帯域位 置と、阻止域の開始周波数とが可変のFIRフィ ルタについて、図4に示されるような、理想� �なフィルタ特性を考える。図中の横軸は正� �化角周波数を、縦軸は振幅をそれぞれ示し� �いる。図中のω _P は、通過域端正規化角周波数、つまり通過域 の終了点での正規化角周波数を表している。 ω _S は、阻止域の開始点が変化すべき範囲の中心 正規化角周波数を表している。τ ₁ ~τ _k は、k個の減衰帯域の帯域幅をそれぞれ表し� �いる。φ ₁ ~φ _k は、k個の減衰帯域の帯域位置が変化すべき� �囲の中心正規化角周波数をそれぞれ表して� �る。

 本実施の形態では、阻止域の開始周波数を� ��定するパラメータνにはω _S からの変位量(ずれ量)が入力される。また、� ��衰帯域の帯域位置を指定するパラメータδ ₁ ~δ _k には、φ ₁ ~φ _k からの変位量がそれぞれ入力される。そして 、減衰帯域の減衰量を指定するパラメータψ ₁ ~ψ _k のそれぞれには、阻止域における減衰帯域以 外の帯域での減衰量に対する割合が入力され る。

 このように、本実施の形態では、パラメー� ��νは、阻止域の開始周波数の変化すべき範� �の中心周波数からの変位量として与えられ� �パラメータδ ₁ ~δ _k のそれぞれは、対応する減衰帯域の帯域位置 の変化すべき範囲の中心周波数からの変位量 として与えられる。

 次に、図4に示される理想的なフィルタ特性 に関して、理想的な振幅特性(理想振幅特性)� ��る以下の基準振幅特性D(ω,ν,δ ₁ ,δ ₂ ,・・・,δ _k )と、重み関数W(ω,ν,δ ₁ ,δ ₂ ,・・・,δ _k ,ψ ₁ ,ψ ₂ ,・・・,ψ _k )とを考える。

 ただし、パラメータν,δ ₁ ~δ _k ,ψ ₁ ~ψ _k は以下の式を満足する。

 ここで、周波数応答H(e ^jω )を上述の式(2)を使用して、以下のように表� �ことができる。

 今、振幅特性|H(ω,ν,δ ₁ ,δ ₂ ,・・・,δ _k ,ψ ₁ ,ψ ₂ ,・・・,ψ _k )|に対して、式(3)の基準振幅特性と式(4)の重� ��関数との間で重み付き最良設計(ミニマック ス近似)を行うために、以下の重み付き誤差� �考える。

 最適な係数gについては、以下の式を満足 する係数gを求めることによって得ることが� �きる。

 ただし、

である。

 基準振幅特性からの許容誤差をλ(ω,ν,δ ₁ ,δ ₂ ,・・・,δ _k ,ψ ₁ ,ψ ₂ ,・・・,ψ _k )とすると、式(10)で表される設計問題は以下� ��式(13a),(13b)で表される設計問題と等価にな� �。

 この設計問題における制約条件式(13b)は� �以下の式(14)に変形することができる。

 この式は、係数gと許容誤差λ(ω,ν,δ ₁ ,δ ₂ ,・・・,δ _k ,ψ ₁ ,ψ ₂ ,・・・,ψ _k )とに対して線形なことは明らかである。

 ここで、ωの数値範囲、つまり0からπまで� �範囲をM個に分割し、ω=ω _m (mは整数で、1≦m≦M)とする。また、パラメー タνの数値範囲をQ個に分割し、ν=ν _q (qは整数で、1≦q≦Q)とする。また、パラメー タδ ₁ ~δ _k の数値範囲をそれぞれT1~Tk個に分割し、δ ₁ =δ ₁ , _t1 (t1は整数で、1≦t1≦T1)、δ ₂ =δ ₂ , _t2 (t2は整数で、1≦t2≦T2)、・・・、δ _k =δ _k , _tk (tkは整数で、1≦tk≦Tk)とする。また、パラメ ータψ ₁ ~ψ _k の数値範囲をそれぞれR1~Rk個に分割し、ψ ₁ =ψ ₁ , _r1 (1≦r1≦R1)、ψ ₂ =ψ ₂ , _r2 (1≦r2≦R2)、・・・、ψ _k =ψ _k , _rk (1≦rk≦Rk)とする。そうすると、γ(ω,ν,δ ₁ ,δ ₂ ,・・・,δ _k ,ψ ₁ ,ψ ₂ ,・・・,ψ _k )を以下の式に変形することができる。

 なお、diag[・]は[・]内を要素とする対角� �列である。

 よって、式(13a),(13b)をそれぞれ以下の式(1 6a),(16b)に変形することができる。

 ただし、

である。

 U(x)はxに関して線形であり、式(16a),(16b)で表 される設計問題は半正定値問題であり、これ を解くことによって最適な係数gを求めるこ� �ができる。なお、半正定値問題は例えば上� �非特許文献1に記載の技術を使用して解くこ� ��ができる。本実施の形態に係る係数記憶部8 は、このようにして求めた最適な係数gの値� �予め記憶している。これにより、パラメー� �νによる阻止域の開始周波数の指定が可能と なり、パラメータδ ₁ ~δ _k による減衰帯域の帯域位置の指定が可能とな り、パラメータψ ₁ ~ψ _k による減衰帯域の減衰量の指定が可能となる 。

 パラメータν,δ ₁ ~δ _k ,ψ ₁ ~ψ _k に関して、ユーザーは、式(5)~(7)で示される� �囲の数値をデータ入力部7を介して入力する� ��とができる。例えば、ν _min =-0.1π、ν _max =0.1πとすると、ユーザーは、パラメータνの� ��として、-0.1π~0.1πまで入力することができ� ��ν=-0.05πに設定されると、阻止域の開始周波 数は(ω _S -0.05π)となる。また、δ _1min =-0.1π、δ _1max =0.1πとすると、ユーザーは、パラメータδ ₁ の値として、-0.1π~0.1πまで入力することがで き、δ ₁ =-0.05πに設定されると、それに対応する減衰� ��域は、(φ ₁ -0.05π-τ ₁ /2)から(φ ₁ -0.05π+τ ₁ /2)までの周波数範囲を占めることになる。ま た、ψ _1min =1、ψ _1max =1000とすると、ユーザーは、パラメータψ ₁ の値として、1~1000まで入力することができ、 ψ ₁ =100に設定されると、それに対応する減衰帯� �の減衰量は、阻止域におけるk個の減衰帯域� ��外の帯域の減衰量の100倍となる。

 なお、上述のフィルタ係数h _i を求める演算式(2)において、パラメータνを� ��数に置き換えることによって、阻止域の開� ��周波数を固定にすることができる。また、� ��ラメータδ ₁ ~δ _k のそれぞれを定数に置き換えることによって 、k個の減衰帯域の帯域位置のそれぞれを固� �にすることができる。また、パラメータψ ₁ ~ψ _k のそれぞれを定数に置き換えることによって 、k個の減衰帯域の減衰量のそれぞれを固定� �することができる。したがって、演算式(2)� �含まれるパラメータの数を必要に応じて調� �することができる。

 次に、本実施の形態に係る重量測定装置で� ��ディジタルフィルタの設計例について説明� ��る。図5~13は、以下の表に示される仕様1で� �計した際の振幅特性を示している。図中の� �軸は正規化角周波数を、縦軸は振幅をそれ� �れ示している。なお、以下の仕様1では、k=1� ��あって、パラメータδ ₁ は“0”に固定されており、阻止域の開始周� �数及び減衰帯域の減衰量が可変となってい� �。

 図5~13に示されるグラフから、パラメータν� ��値が変化することによって、阻止域の開始� ��波数が変化していることが理解できる。ま� ��、パラメータψ ₁ の値が変化することによって、阻止域におい て減衰量が部分的に大きい減衰帯域の減衰量 が変化していることが理解できる。また、阻 止域における減衰帯域以外の帯域では、等リ ップル特性に近い特性となっていることが理 解できる。

 図14~22は、以下の表に示される仕様2で設計� ��た際の振幅特性を示している。図中の横軸� ��正規化角周波数を、縦軸は振幅をそれぞれ� ��している。なお、以下の仕様2では、k=2であ って、パラメータνは“0”に、パラメータψ ₁ ,ψ ₂ のそれぞれは“10”に固定されており、減衰� ��域の帯域位置のみが可変となっている。

 図14~22に示されるグラフから、パラメータδ ₁ ,δ ₂ の値が変化することによって、それらに対応 する減衰帯域の帯域位置が変化していること が理解できる。

 図23~49は、以下の表に示される仕様3で設計� ��た際の振幅特性を示している。図中の横軸� ��正規化角周波数を、縦軸は振幅をそれぞれ� ��している。なお、以下の仕様3では、k=2であ って、パラメータδ ₁ は“0”に、パラメータψ ₂ は“10”にそれぞれ固定されており、阻止域� ��開始周波数と、パラメータψ ₁ ,δ ₂ に対応する減衰帯域の減衰量及び帯域位置と が可変となっている。

 以上のように、本実施の形態では、減衰帯� ��の減衰量を指定するパラメータψ ₁ ~ψ _k を用いてフィルタ係数h _i を変更できるため、当該減衰帯域の減衰量を 容易に変更することができる。したがって、 ノイズの大きさが変化する場合であっても、 当該ノイズを確実に除去することができる。 その結果、高精度な重量測定が可能となる。

 また、減衰帯域の帯域位置を指定するパラ� ��ータδ ₁ ~δ _k を用いてフィルタ係数h _i を変更できるため、当該減衰帯域の帯域位置 を容易に変更することができる。したがって 、ノイズの周波数が変化する場合であっても 、当該ノイズを確実に除去することができる 。

 また、阻止域の開始周波数を指定するパラ� ��ータνを用いてフィルタ係数h _i を変更できるため、当該阻止域の開始周波数 を容易に変更することができる。したがって 、通過域と阻止域との間の遷移域(図4に示さ� ��る振幅特性では、ω _P とω _S との間の帯域)にノイズが現れる場合であっ� �も、当該ノイズを確実に除去することがで� �る。

 また、パラメータψ ₁ ~ψ _k ,δ ₁ ~δ _k によって、複数の減衰帯域の減衰量及び帯域 位置を指定できるため、ノイズが発生する要 因が複数あり、当該要因が変化する場合であ っても、当該ノイズを確実に除去することが できる。

 また、本実施の形態では、パラメータνは� �阻止域の開始周波数の変化すべき範囲の中� �周波数からの変位量として与えられ、パラ� �ータδ ₁ ~δ _k のそれぞれは、対応する減衰帯域の帯域位置 の変化すべき範囲の中心周波数からの変位量 として与えられるため、式(2)を用いてフィル タ係数h _i を演算する際に、パラメータν,δ ₁ ~δ _k に関して同じような近似処理を行うことがで きる。例えば、k=2、ν=0.02π、δ ₁ =0.02π、δ ₂ =0.02π、L _S =4、L _C1 =4、L _C2 =4とすると、ν ⁴ =δ ₁ ⁴ =δ ₂ ⁴ =0.00000016π ⁴ となり、すべて同じ値となる。よって、フィ ルタ係数h _i の演算時に、パラメータν,δ ₁ ~δ _k に関して同じような近似処理を行うことがで きる。

 これに対して、本実施の形態とは異なり、� ��ラメータνに対して阻止域の開始周波数が� �のまま入力され、パラメータδ ₁ ~δ _k のそれぞれに対して、それに対応する減衰帯 域の中心周波数が入力される場合には、フィ ルタ係数h _i の演算時に、パラメータν,δ ₁ ~δ _k に関して同じような近似処理を行うことがで きない。例えば、k=2、ν=ω _S =0.2π、δ ₁ =φ ₁ =0.4π、δ ₂ =φ ₂ =0.75π、L _S =4、L _C1 =4、L _C2 =4とすると、ν ⁴ =0.0016π ⁴ 、δ ₁ ⁴ =0.0256π ⁴ 、δ ₂ ⁴ =0.31640625π ⁴ となり、これらの値は大きく相違することに なる。よって、パラメータν,δ ₁ ~δ _k に関して同じような近似処理を行うと、パラ メータν,δ ₁ に関してまるめ誤差等が発生し、パラメータ ν,δ ₁ に代入される周波数付近の帯域において所望 の特性が得られないことがある。

 このように、本実施の形態では、フィルタ� ��数h _i の演算時に、パラメータν,δ ₁ ~δ _k に関して同じような近似処理を行うことがで きるため、結果として所望のフィルタ設計を 実現できる。

 なお、上記内容は、一般的なディジタル� ��ィルタの設計方法に関する発明として捉え� ��ことができる。すなわち、阻止域の開始周� ��数と、減衰帯域の帯域位置及び減衰量とが� ��変のディジタルフィルタを以下の方法で設� ��する。

 まず、上述のように基準振幅特性に基づい� ��係数gの値を決定し、当該値を用いて、ディ ジタルフィルタのフィルタ係数h _i を上述の式(2)で近似する。そして、式(2)の各 パラメータに値を代入して、ディジタルフィ ルタのフィルタ係数h _i の系列{h _i }を求める。

 フィルタ特性を変更したい場合には、パラ� ��ータν,δ ₁ ~δ _k ,ψ ₁ ~ψ _k のうち必要なパラメータの値を変更してフィ ルタ係数h _i を変更する。これによって、フィルタ特性が 所望の特性へと変更される。

 このようなディジタルフィルタの設計方� ��を採用することによって、簡単にフィルタ� ��性を変更することが可能になる。従って、� ��イズを確実に除去することができる。

 以上の説明では、ローパスフィルタの設� ��について述べたが、本願発明は、ローパス� ��ィルタ以外のフィルタ(バンドパスフィルタ やハイパスフィルタ等)の設計にも適用可能� �ある。さらに、FIR型フィルタの設計につい� �述べたが、本願発明は、IIR型フィルタの設� �にも適用可能である。

 この発明は詳細に説明されたが、上記し� ��説明は、すべての局面において、例示であ� ��て、この発明がそれに限定されるものでは� ��い。例示されていない無数の変形例が、こ� ��発明の範囲から外れることなく想定され得� ��ものと解される。