(57)【要約】【課題】  磁場の回転を磁気検知器などで検知する際に、その回転角度を簡単な回路構成で迅速に検知できるようにする。【解決手段】  回転角度を、４５度以下の角度Φに変換する。このときのＸとＹの値を検知部から得て、Ｘｎ＝Ｘｎ−１−Ｙｎ−１・Ｚｎ−１およびＹｎ＝Ｙｎ−１＋Ｘｎ−１・Ｚｎ−１（ただしＺｎ−１＝１／２ｎ−１）を繰り返して計算し、Ｙｎがゼロの値に集束したときの、θ＝ｔａｎ−１の積算値から角度Φを求める。前記Ｚの値は、プログラマブル減衰器を用い、電圧をアナログ的に減衰させ、これを繰り返すことで設定される。【選択図】図１０
2009066545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転角度に応じて強度が変化する出力であって、位相が１／４周期ずれている第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０とから、４５度以下または４５度未満の回転角度を算出する角度検知装置において、
第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０とを使用して、Ｘ１＝Ｘ０−Ｙ０・（−Ｚ０）およびＹ１＝Ｙ０＋Ｘ０・（−Ｚ０）を計算し（ただしＺ０＝１／２０）、次に、Ｘ２＝Ｘ１−Ｙ１・Ｚ１およびＹ２＝Ｙ１＋Ｘ１・Ｚ１を計算し（ただしＺ１＝１／２１）、さらに、Ｘ３＝Ｘ２−Ｙ２・Ｚ２およびＹ３＝Ｙ２＋Ｘ２・Ｚ２を計算し（ただしＺ２＝１／２２）、これをＸｎ＝Ｘｎ−１−Ｙｎ−１・Ｚｎ−１およびＹｎ＝Ｙｎ−１＋Ｘｎ−１・Ｚｎ−１（ただしＺｎ−１＝１／２ｎ−１）まで計算するべき計算部と、
前記べき計算部での計算の結果のＹｎ＝Ｙｎ−１＋Ｘｎ−１・Ｚｎ−１（ただしＺｎ−１＝１／２ｎ−１）の値が０に近づいたときの、累積角度θである−θ０＋θ１＋θ２＋θ３＋・・・θｎ−１＝tan−１（−Ｚ０）＋tan−１（Ｚ１）＋tan−１（Ｚ２）＋tan−１（１／Ｚ３）＋・・・＋tan−１（Ｚｎ−１）から、前記回転角度を求める角度計算部とが設けられており、
Ｙ１ないしＹｎ−１のいずれかの計算結果が正のとき、それに乗算される前記Ｚ１ないしＺｎ−１のいずれかが負の符号とされ、Ｙ１ないしＹｎ−１のいずれかの計算結果が負のとき、それに乗算される前記Ｚ１ないしＺｎ−１のいずれかが、正の符号とされることを特徴とする角度検知装置。
【請求項２】
前記べき計算部では、Ｚ０からＺｎ−１の減衰率がアナログ減衰器で設定され、アナログ減衰器で前記減衰率が第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０にそれぞれ乗算される請求項１記載の角度検知装置。
【請求項３】
前記べき計算部では、ＸｎとＹｎのべき計算が、予め決められた回数だけ行なわれる請求項１記載の角度検知装置。
【請求項４】
角度検知器から得られ且つ位相が１／４周期ずれている第１の検知出力Ｖｘと、第２の検知出力Ｖｙとが与えられる前処理部が設けられており、
前記前処理部では、Ｖｘ＞０か、Ｖｙ＞０か、Ｖｘの絶対値とＶｙの絶対値のどちらが大きいかの情報によって、求める回転角度Φ０が、０度〜４５度、４５度〜９０度、９０〜１３５度、１３５度〜１８０度、１８０度〜２２５度、２２５度〜２７０度、２７０度〜３１５度、３１５度〜３６０度のどの範囲にあるかが判断されるとともに、前記回転角度Φ０が、０度〜４５度の範囲内の角度Φとなるように、前記Ｖｘと前記Ｖｙの値が、前記第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０に変換されて、変換後の第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０が、前記べき計算部に与えられ、
前記角度計算部では、Ｖｘ＞０か、Ｖｙ＞０か、Ｖｘの絶対値とＶｙの絶対値のどちらが大きいかの情報と、累積角度θとから、前記回転角度Φ０が求められる請求項１記載の角度検知装置。
【請求項５】
前記べき計算部では、Ｙ１＝Ｙ０＋Ｘ０・Ｚ０からＹｎ＝Ｙｎ−１＋Ｘｎ−１・Ｚｎ−１までのそれぞれの計算結果の正負が検知されて、この正負の符号が角度計算部に与えられ、
前記角度計算部では、前記正負の符号に対応させて、−θ０＋θ１＋θ２＋・・・θｎ−１の第２の項以降の項の正負が決められて、前記累積角度θが計算される請求項１記載の角度検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子などを使用した角度検知装置に係り、特に簡素な回路構成で迅速に回転角度を検知できる角度検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁石を備えた回転体が回転するときの磁場の回転角度を検知する角度検知装置には、ホール素子や磁気抵抗効果素子などの磁気センサが設けられている。磁気センサからは、位相が周期の１／４だけずれた第１の検知出力と第２の検知出力が得られ、この第１の検知出力と第２の検知出力の出力の変化は、正弦関数と余弦関数の関係となっている。よって、数学的には、正弦関数と余弦関数とから正接関数を求め、逆正接関数を計算することで角度を求めることが可能である。しかし、正接関数は０から無限大まで変化するものであるために、実際に全角度にわたって逆正接関数から角度を算出するのは困難である。【０００３】
そこで、従来の回転角度の計算方法として、ディジタル信号処理による方法が種々提案されている。近似式による演算を行うものが一般的であるが、ディジタル処理をメインとする回路であれば可能であるが、センサードライブと組み合わせるようなアナログがメインのＩＣでは、ディジタル処理の負担が大きい。【０００４】
また、従来からディジタル処理を軽くしたＣＯＲＤＩＣアルゴリズムを使用したものがある。ＣＯＲＤＩＣアルゴリズムは、ある回転角度に対応したＸ，Ｙ成分が得られたときに、ある所定の角度ごとに回転させていき、そのＹ成分を計算上で限りなくゼロに近い値に収束させていくことで、回転させた角度の積算が回転角度に相当するというものである。しかし、この場合でもディジタル信号処理の演算は非常に複雑であり、大きな能力のＣＰＵなどが必要となって、コストが高くなり、また計算の迅速化にも限界がある。【０００５】
また、以下の特許文献１に記載の発明では、スイッチトキャパシタ回路を用いた乗算器（ＳＣ乗算器）とテーブルおよびリセット機能付き加算器を使用して回転角度を求めている。しかし、ＳＣ乗算器を用いた回路は複雑であり、また角度検出の完了までに時間を要する欠点がある。
【特許文献１】特開２００４−１９１１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、演算方法をアナログ回路で実現することで、２つの出力から回転角度を精度良く且つ短時間で検知でき、しかも回路構成を簡素化できる回転検知装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、回転角度に応じて強度が変化する出力であって、位相が１／４周期ずれている第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０とから、４５度以下の回転角度を算出する角度検知装置において、
第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０とを使用して、Ｘ１＝Ｘ０−Ｙ０・（−Ｚ０）およびＹ１＝Ｙ０＋Ｘ０・（−Ｚ０）を計算し（ただしＺ０＝１／２０）、次に、Ｘ２＝Ｘ１−Ｙ１・Ｚ１およびＹ２＝Ｙ１＋Ｘ１・Ｚ１を計算し（ただしＺ１＝１／２１）、さらに、Ｘ３＝Ｘ２−Ｙ２・Ｚ２およびＹ３＝Ｙ２＋Ｘ２・Ｚ２を計算し（ただしＺ２＝１／２２）、これをＸｎ＝Ｘｎ−１−Ｙｎ−１・Ｚｎ−１およびＹｎ＝Ｙｎ−１＋Ｘｎ−１・Ｚｎ−１（ただしＺｎ−１＝１／２ｎ−１）まで計算するべき計算部と、
前記べき計算部での計算の結果のＹｎ＝Ｙｎ−１＋Ｘｎ−１・Ｚｎ−１（ただしＺｎ−１＝１／２ｎ−１）の値が０に近づいたときの、累積角度θである−θ０＋θ１＋θ２＋θ３＋・・・θｎ−１＝tan−１（−Ｚ０）＋tan−１（Ｚ１）＋tan−１（Ｚ２）＋tan−１（１／Ｚ３）＋・・・＋tan−１（Ｚｎ−１）から、前記回転角度を求める角度計算部とが設けられており、
Ｙ１ないしＹｎ−１のいずれかの計算結果が正のとき、それに乗算される前記Ｚ１ないしＺｎ−１のいずれかが負の符号とされ、Ｙ１ないしＹｎ−１のいずれかの計算結果が負のとき、それに乗算される前記Ｚ１ないしＺｎ−１のいずれかが、正の符号とされることを特徴とするものである。【０００８】
本発明の角度検知装置は、べき計算部において、第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０に乗算する減衰率Ｚを、１／２０、１／２１、１／２２、・・・１／２ｎ−１、のべき級数として設定している。そして、このべき計算部では、Ｚ０からＺｎ−１の減衰率がアナログ減衰器で設定され、アナログ減衰器で前記減衰率が第１の出力Ｘｎと第２の出力Ｙｎにそれぞれアナログ的に乗算され、その結果が所定の信号に加算され回転角を与えることになる。この方法で比較的簡単な回路で、回転角度を検知することが実現できることになる。【０００９】
また、本発明は、前記べき計算部で、ＸｎとＹｎのべき計算が、予め決められた回数だけ行なわれるものとして構成できる。【００１０】
べき計算部での計算回数を予め決めておくことにより、短時間で回転角度を検知することができる。なお、本発明では、Ｙｎ＝Ｙｎ−１＋Ｘｎ−１・Ｚｎ−１（ただしＺ２＝１／２ｎ−１）の値が、０に近い所定のしきい値以下となるまでべき計算を継続し、Ｙｎの値が前記しきい値以下となったときの累積角度θを求めてもよい。【００１１】
また、本発明は、角度検知器から得られて位相が１／４周期ずれている第１の検知出力Ｖｘと、第２の検知出力Ｖｙとが与えられる前処理部が設けられており、
前記前処理部では、Ｖｘ＞０か、Ｖｙ＞０か、Ｖｘの絶対値とＶｙの絶対値のどちらが大きいかの情報によって、求める回転角度Φ０が、０度〜４５度、４５度〜９０度、９０〜１３５度、１３５度〜１８０度、１８０度〜２２５度、２２５度〜２７０度、２７０度〜３１５度、３１５度〜３６０度のどの範囲にあるかが判断されるとともに、前記回転角度Φ０が、０度〜４５度の範囲内の角度Φとなるように、前記Ｖｘと前記Ｖｙの値が、前記第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０に変換されて、変換後の第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０が、前記べき計算部に与えられ、
前記角度計算部では、Ｖｘ＞０か、Ｖｙ＞０か、Ｖｘの絶対値とＶｙの絶対値のどちらが大きいかの情報と、累積角度θとから、前記回転角度Φ０が求められるものである。【００１２】
この角度検知装置では、４５度以下または４５度未満の角度の演算で、３６０度までのどの回転角度であっても迅速に計算することが可能である。【００１３】
すなわち、本発明は、前記べき計算部では、Ｙ１＝Ｙ０＋Ｘ０・Ｚ０からＹｎ＝Ｙｎ−１＋Ｘｎ−１・Ｚｎ−１までのそれぞれの計算結果の正負が検知されて、この正負の符号が角度計算部に与えられ、
前記角度計算部では、前記正負の符号に対応させて、−θ０＋θ１＋θ２＋・・・θｎ−１の第２の項以降の項の正負が決められて、前記累積角度θが計算されるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、アナログ減衰器を使用した比較的簡単な回路で、回転角度を迅速に算出することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の角度検知装置１の構造を示すブロック図である。図２は、図１に示す検知部の詳細を示す回路図、図３は図１に示す前処理部の詳細を示す回路図、図４は図１に示すべき計算部と角度出力部の詳細を示す回路図である。図５は、図４に示すべき計算部内に設けられたアナログ減衰器（プログラマブル減衰器）の詳細を示す回路図である。図６は角度検知器の配置を示す平面図である。図７は、図２に示す検知器から得られる第１の検知出力および第２の検知出力の変化を示す線図である。図８ないし図１０は、回転角度の検知および計算法を説明するための説明図である。【００１６】
図１に示す検知部１０には、図６に示すように、複数の角度検知器１１〜１８が設けられている。それぞれの角度検知器１１〜１８は、巨大磁気抵抗効果を利用したものである。それぞれの角度検知器は、磁化の向きが固定された固定磁性層と、外部磁化によって磁化の状態が変化する自由磁性層と、固定磁性層と自由磁性層との間に設けられた非磁性導電層、および前記固定磁性層の磁化の向きを固定する反強磁性層などが積層されて構成されている。【００１７】
図６に示す角度検知器１１ないし１４のそれぞれは、Ｙ方向に向けて細長形状である。角度検知器１１の固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｙは＋Ｙ方向であり、角度検知器１２の固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｙは−Ｙ方向である。角度検知器１３の固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｙは−Ｙ方向であり、角度検知器１４の固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｙは＋Ｙ方向である。【００１８】
角度検知器１５ないし１８のそれぞれは、Ｘ方向へ向けて細長形状である。角度検知器１５の固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｘは＋Ｘ方向であり、角度検知器１６の固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｘは−Ｘ方向である。角度検知器１７の固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｘは−Ｘ方向であり、角度検知器１８の固定磁性層の磁化の固定方向Ｐｘは＋Ｘ方向である。【００１９】
角度検知器１１ないし１８は、小さな基板または小さなＩＣパッケージに搭載されてチップ化されている。チップ化された角度検知器によって、その周囲を回転する磁石の回転角度が求められる。あるいは、チップ化された角度検知器が、固定された磁石の周囲を回転し、このときの角度検知器の回転角度が求められる。すなわち、図６に示すように、Ｘ−Ｙ平面に沿って角度検知器１１ないし１８を横断する磁場Ｂが、Ｘ−Ｙ平面内で反時計方向へ回転するときの、この回転角度が、角度検知器１１ないし１８によって検知される。【００２０】
検知部１０では、角度検知器１１ないし１８によって図２に示す回路が構成されている。固定磁性層の磁化の固定方向ＰｙがＹ方向である角度検知器１１ないし１４によってブリッジ回路が構成されている。角度検知器１１と角度検知器１２が直列に接続され、角度検知器１３と角度検知器１４が直列に接続されている。そして、角度検知器１１と角度検知器１３のそれぞれの一端に電源電圧が与えられ、角度検知器１２と角度検知器１４のそれぞれの他端が接地電位である。角度検知器１１と角度検知器１２との中点、および角度検知器１３と角度検知器１４との中点が差動増幅器２１に入力している。差動増幅器２１からの出力が、第２の検知出力Ｖｙである。【００２１】
巨大磁気抵抗効果を利用した角度検知器は、外部からの磁場Ｂの向きによって自由磁性層の磁化の向きが変化する。自由磁性層の磁化の向きが固定磁性層の磁化の固定方向と平行になると、電気抵抗が最低になり、自由磁性層の磁化の向きが固定磁性層の磁化の固定方向と逆向きになると、電気抵抗が最大になる。【００２２】
よって、磁場Ｂの向きが＋Ｙ方向のときに、図２に示す第２の検知出力Ｖｙが極大値となり、磁場Ｂの向きが−Ｙ方向のときに、前記第２の検知出力Ｖｙが極小値となる。【００２３】
固定磁性層の磁化の固定方向ＰｘがＸ方向である角度検知器１５ないし１８によってブリッジ回路が構成されている。角度検知器１５と角度検知器１６が直列に接続され、角度検知器１７と角度検知器１８が直列に接続されている。角度検知器１５と角度検知器１７のそれぞれの一端に電源電圧が与えられ、角度検知器１６と角度検知器１８のそれぞれの他端が接地電位である。角度検知器１５と角度検知器１６との中点、および角度検知器１７と角度検知器１８との中点が差動増幅器２２に入力している。差動増幅器２２からの出力が、第１の検知出力Ｖｘである。【００２４】
外部からの磁場Ｂの向きが＋Ｘ方向のときに、第１の検知出力Ｖｘが極大値となり、磁場Ｂの向きが−Ｘ方向のときに、第１の検知出力Ｖｘが極小値となる。【００２５】
図７は、第１の検知出力Ｖｘと第２の検知出力Ｖｙの変化特性を示す線図である。縦軸は出力電圧であり、横軸が時間である。【００２６】
図６に示す外部の磁場Ｂが＋Ｘの向きであるときを起点として反時計方向へ等速で回転すると、図７に示す出力が得られる。実線の曲線が第２の検知出力Ｖｙで、破線の曲線が第１の検知出力Ｖｘである。【００２７】
図８に示すように、磁場Ｂの向きが＋Ｘのときを起点とし、この起点から反時計方向へ回転したときの回転角度をΦ０とすると、第２の検知出力Ｖｙは正弦関数Ｖｙ＝ｓｉｎΦ０で表わされ、第１の検知出力Ｖｘは余弦関数Ｖｘ＝ｃｏｓΦ０で表わされる。【００２８】
図８に示すように、第１の検知出力Ｖｘと第２の検知出力Ｖｙは、回転角度Φ０に応じて正負の符号が変わる。回転角度Φ０が０度〜９０度では、Ｖｘ＞０でＶｙ＞０、回転角度Φ０が９０度〜１８０度は、Ｖｘ＜０でＶｙ＞０、回転角度Φ０が１８０度〜２７０度はＶｘ＜０でＶｙ＜０、回転角度Φ０が２７０度〜３６０度はＶｘ＞０でＶｙ＜０である。【００２９】
また、第１の検知出力Ｖｘの絶対値｜Ｖｘ｜と、第２の検知出力Ｖｙの絶対値｜Ｖｙ｜のどちらが大きいかも、回転角度Φ０に応じて変化する。回転角度Φ０が、３１５度〜４５度では、｜Ｖｘ｜＞｜Ｖｙ｜、４５度〜１３５度では、｜Ｖｘ｜＜｜Ｖｙ｜、１３５度〜２２５度では、｜Ｖｘ｜＞｜Ｖｙ｜、２２５度〜３１５度では、｜Ｖｘ｜＜｜Ｖｙ｜である。【００３０】
そこで、図１に示す角度検知装置１では、前処理部３０において、第１の検知出力がＶｘ＞０であるか否か、第２の検知出力がＶｙ＞０であるか否か、および｜Ｖｘ｜＞｜Ｖｙ｜と｜Ｖｘ｜＜｜Ｖｙ｜のいずれであるかを検知することで、その時点での回転角度Φ０が、０度〜４５度、４５度〜９０度、９０〜１３５度、１３５度〜１８０度、１８０度〜２２５度、２２５度〜２７０度、２７０度〜３１５度、３１５度〜３６０度のどの範囲にあるかを判断している。さらに、前処理部３０では、回転角度Φ０がどの角度範囲であっても、その回転角度を、０度〜４５度の範囲のものとして計算できるように変換している。【００３１】
例えば、図９に示す例では、Ｖｘ＜０で、Ｖｙ＞０であり、｜Ｖｘ｜＜｜Ｖｙ｜であるため、磁場Ｂの回転角度Φ０は９０度〜１３５度の範囲内である。そこで、前処理部３０では、｜Ｖｙ｜→｜Ｘ０｜、｜Ｖｘ｜→｜Ｙ０｜とし、ＶｘとＶｙの絶対値を置き換えることで、４５度未満の角度Φとして表わせるようにしている。その結果、第１の出力Ｘ０＝ｃｏｓΦであり、第２の出力Ｙ０＝ｓｉｎΦとなる。このＸ０値とＹ０値が、図１に示すべき計算部５０に与えられる。【００３２】
べき計算部５０と角度出力部７０では、第１の出力Ｘ０および第２の出力Ｙ０とから、４５度未満の回転角度Φが算出される。前記のように、磁場Ｂの回転角度Φ０が、９０度〜１３５度の範囲にあることが知られているので、角度出力部７０では、計算後の回転角度Φに９０度が加算されて、実際の回転角度Φ０が求められる。【００３３】
図３は、前処理部３０の回路構成の詳細を示している。
前処理部３０の入力端子３１ａには、図１と図２の検知部１０で得られた第１の検知出力Ｖｘが与えられ、入力端子３１ｂには第２の検知出力Ｖｙが与えられる。また、入力端子３１ｄは、接地電位に設定されている。【００３４】
前処理部３０の入力端子３１ｃにはタイミング信号が与えられる。このタイミング信号は、図４に示す角度出力部７０内のタイミング信号生成部７２から得られる。この角度検知装置１は、図６に示す磁場Ｂが回転しているときに、随時その回転角度Φ０を検知する。そのために、タイミング信号生成部７２では、きわめて短い周期で短時間のタイミング信号が生成され、前処理部３０では、前記タイミング信号に同期して第１の検知出力Ｖｘと第２の検知出力Ｖｙがサンプリングされホールドされる。そして、べき計算部５０では、このサンプル・ホールドと同じタイミングで、それぞれの出力に対して４５度未満での回転角度Φが計算される。【００３５】
すなわち、図３に示す入力端子３１ｃに入力したタイミング信号によって、第１のサンプル・ホールド回路３２ａと第２のサンプル・ホールド回路３２ｂの動作タイミングが決められる。第１のサンプル・ホールド回路３２ａによって、検知部１０から得られた第１の検知出力Ｖｘがサンプリングされ、同時に第２のサンプル・ホールド回路３２ｂによって、第２の検知出力Ｖｙもサンプリングされてホールドされる。【００３６】
第１のサンプル・ホールド回路３２ａにホールドされている第１の検知出力Ｖｘは、第１の比較器３３ａと第１の符号反転器３４ａに与えられる。また、第２のサンプル・ホールド回路３２ｂにホールドされている第２の検知出力Ｖｙは、第２の比較器３３ｂと第２の符号反転器３４ｂに与えられる。【００３７】
第１の比較器３３ａでは、第１の検知出力Ｖｘと接地電位（０Ｖ）とが比較され、第１の検知出力Ｖｘが正（Ｖｘ＞０）のときに、ハイレベルの出力が得られる。つまり、第１の比較器３３ａで第１の検知出力Ｖｘの±の符号が得られる。第２の比較器３３ｂでは、第２の検知出力Ｖｙと接地電位（０Ｖ）とが比較され、第２の検知出力Ｖｙが正（Ｖｙ＞０）のときに、ハイレベルの出力が得られる。つまり、第２の比較器３３ｂで第２の検知出力Ｖｙの±の符号が得られる。図３に示すように、第１の比較器３３ａからの出力は、第３の出力端子３５ａから出力され、第２の比較器３３ｂからの出力は、第４の出力端子３５ｂから出力される。【００３８】
第１の検知出力Ｖｘが正（Ｖｘ＞０）のときは、第１の比較器３３ａから出力されるハイレベルの信号で、スイッチ３６ａがＯＮに切換えられて、正の値のＶｘが後段に与えられる。第１の検知出力Ｖｘが負（Ｖｘ＜０）のときは、第１の比較器３３ａからのローレベルの信号がインバータ３７ａで反転されるために、スイッチ３６ｂがＯＮになる。このときは、負の値のＶｘが符号反転器３４ａで正の値に変換されて後段に与えられる。すなわち、スイッチ３６ａまたはスイッチ３６ｂから、第１の検知出力Ｖｘの絶対値（｜Ｖｘ｜）が与えられる。【００３９】
同様に、第２の検知出力Ｖｙが正（Ｖｘ＞０）のときは、第２の比較器３３ｂから出力されるハイレベルの信号で、スイッチ３８ａがＯＮに切換えられるため、正の値のＶｙが後段に与えられる。第２の検知出力Ｖｙが負（Ｖｙ＜０）のときは、第２の比較器３３ｂからのローレベルの信号がインバータ３７ｂで反転されるために、スイッチ３８ｂがＯＮになり、負のＶｙが符号反転器３４ｂで正の値に変換されて後段に与えられる。すなわち、スイッチ３８ａまたはスイッチ３８ｂから、第２の検知出力Ｖｙの絶対値（｜Ｖｙ｜）が与えられる。【００４０】
前処理部３０には比較器３９が設けられている。比較器３９では、第１の検知出力Ｖｘの絶対値と第２の検知出力Ｖｙの絶対値とが比較されている。すなわち、比較器３９は、絶対値比較器として機能しており、｜Ｖｘ｜＞｜Ｖｙ｜であれば、ハイレベルの信号が出力され、｜Ｖｘ｜＜｜Ｖｙ｜であればローレベルの信号が出力される。【００４１】
以上のように前処理部３０では、前記比較器３９での絶対値の比較信号が第５の出力端子３５ｃから出力される。すなわち、｜Ｖｘ｜＞｜Ｖｙ｜であれば第５の出力端子３５ｃからハイレベルの信号が得られる。また、第３の出力端子３５ａからは、Ｖｘ＞０であればハイレベルの信号が出力され、すなわち第１の検知出力Ｖｘの符号が得られる。同様に、第４の出力端子３５ｂからは、Ｖｙ＞０であればハイレベルの信号が出力され、すなわち第２の検知出力の符号が得られる。そして、前処理部３０の出力端子３５ａ，３５ｂ，３５ｃから得られる出力は、図４に示す角度出力部７０内の後段に位置する角度計算部７５に与えられる。【００４２】
図３に示す前処理部３０の内部の後段に位置しているスイッチ４１ａとスイッチ４１ｂに対しては、スイッチ３６ａとスイッチ３６ｂとから、常に正の値の第１の検知出力Ｖｘが与えられている。同様に、スイッチ３８ａ，３８ｂからスイッチ４２ａ，４２ｂに対して、常に正の値の第２の検知出力Ｖｙが与えられている。【００４３】
絶対値を比較している比較器３９において、｜Ｖｘ｜＞｜Ｖｙ｜のときは、比較器３９からハイレベルの信号が出力されるため、スイッチ４１ａとスイッチ４２ａがＯＮに切換えられ、スイッチ４１ｂとスイッチ４２ｂがＯＦＦである。よって、第１の検知出力の絶対値｜Ｖｘ｜が出力端子４６ａから第１の出力Ｘ０として出力される。同時に、第２の検知出力の絶対値｜Ｖｙ｜が出力端子４６ｂから第２の出力Ｙ０として出力される。【００４４】
絶対値を比較している比較器３９において、｜Ｖｘ｜＜｜Ｖｙ｜のときは、比較器３９からローレベルの信号が出力されるため、スイッチ４１ａとスイッチ４２ａがＯＦＦに切換えられる。また、比較器３９からのローレベルの出力が、符号反転器４５で反転されてスイッチ４１ｂとスイッチ４２ｂにハイレベルの信号が与えられるため、スイッチ４１ｂとスイッチ４２ｂとがＯＮとなる。このときは、第１の検知出力の絶対値｜Ｖｘ｜が出力端子４６ｂから第２の出力Ｙ０として出力され、同時に、第２の検知出力の絶対値｜Ｖｙ｜が出力端子４６ａから第２の出力Ｘ０として出力される。すなわち、｜Ｖｘ｜＜｜Ｖｙ｜のときは、第１の検知出力の絶対値｜Ｖｘ｜が第２の出力Ｙ０に、第２の検知出力の絶対値｜Ｖｙ｜が第１の出力Ｘ０に、それぞれ入れ替わる。【００４５】
このように、前処理部３０では、図９に示す実際の回転角度Φ０が何度であろうと、回転角度Φ０を０度〜４５度内の角度Φに変換した第１の出力Ｘ０＝ｃｏｓΦと第２の出力Ｙ０＝ｓｉｎΦが、第１の出力端子４６ａと第２の出力端子４６ｂから得られ、この出力Ｘ０とＹ０が次段のべき計算部５０へ与えられる。そして、Ｖｘ＞０であるか否か、Ｖｙ＞０であるか否かの情報、および｜Ｖｘ｜＞｜Ｖｙ｜であるかまたは｜Ｖｘ｜＜｜Ｖｙ｜であるかの情報は、前処理部３０の第３の出力端子３５ａ、第４の出力端子３５ｂおよび第５の出力端子３５ｃから、図４に示す角度出力部７０の角度計算部７５に与えられる。角度計算部７５では、べき計算部で計算された角度Φの数値に９０度を加算するなどの処理がなされて、実際の磁場Ｂの角度Φ０が求められる。【００４６】
べき計算部５０に第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０が与えられると、べき計算部５０において、４５度未満の角度に変換された前記角度Φが算出される。その計算原理は以下の通りである。【００４７】
図９に示すように、前記第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０は、４５度未満の角度Φを表わしており、Ｘ０＝ｃｏｓΦであり、Ｙ０＝ｓｉｎΦである。そこで、図９に示す角度Φに任意の角度θを加算し、このときにｓｉｎ（Φ＋θ）が「０」となるθを求めることができれば、この「θ」の絶対値がすなわち前記Φの値である。【００４８】
ここで、図９に示す角度Φに角度θを加算すると、ＸとＹの値は、Ｘ´＝ｃｏｓ（Φ＋θ）、Ｙ´＝ｓｉｎ（Φ＋θ）である。さらに、
Ｘ´＝ｃｏｓΦ・ｃｏｓθ−ｓｉｎΦ・ｓｉｎθ
Ｙ´＝ｓｉｎΦ・ｃｏｓθ＋ｃｏｓΦ・ｓｉｎθ【００４９】
ここで、ｃｏｓΦ＝Ｘ０、ｓｉｎΦ＝Ｙ０であるから
Ｘ´＝Ｘ０・ｃｏｓθ−Ｙ０・ｓｉｎθ＝ｃｏｓθ（Ｘ０−Ｙ０・ｔａｎθ）
Ｙ´＝Ｙ０・ｃｏｓθ＋Ｘ０・ｓｉｎθ＝ｃｏｓθ（Ｙ０＋Ｘ０・ｔａｎθ）
である。したがって、（Ｙ０＋Ｘ０・ｔａｎθ）＝０となるθを計算すれば、そのときＹ´＝ｓｉｎ（Φ＋θ）＝０であり、計算されたθの絶対値がすなわち角度Φである。このときのｃｏｓθの値であるが、ある定数の角度θを用いるとｃｏｓθの値が定まり、その値は、Ｙ´＝ｓｉｎ（Φ＋θ）の振幅の変化に影響を与えるのみであり、角度Φに影響される値ではないため、角度を求める計算においては無視することができる。【００５０】
図９と図１０に基づいて、Ｙ´＝０となるθを求める計算を概念的に説明する。
図１０に示すように、最初にΦにθ１＝−４５度を加算する。Φは４５度以下の角度であるため、Φにθ１＝−４５度を加算することで、Φが４５度ではない限りにおいては、Ｙ´＝Ｙ１がマイナスになる。次に、４５度のほぼ１／２の角度θ２を加算する。その次に、４５度の１／４の角度θ３を加算し、さらに４５度の１／８の角度θ４を加算する。これら角度θ３，θ４，・・・を加算するときの±の符号は、その直前のＹ´が、正か負かによって決められる。直前のＹ´の計算値がマイナスのときは、加算する角度θ３，θ４，・・・はプラスであり、直前のＹ´の計算結果がプラスのときは、加算する角度θ３，θ４，・・・がマイナスである。【００５１】
この計算を繰り返すことで、Ｙ´の値をゼロに集束させていくことができる。Ｙ´の値がゼロとなりまたはゼロに限りなく近づいたときまでに加算した角度θ１，θ２，θ３，・・・は、図４に示す角度出力部７０のレジスタ７４で保持され、且つ角度計算部７５において角度θが累積される。そのときの累積値が、（Ｙ０＋Ｘ０・ｔａｎθ）＝０となるためのθの値である。【００５２】
図３に示す前処理部３０の第１の出力端子４６ａと第２の出力端子４６ｂからは、短いタイミングで第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０が随時出力され、この第１の出力Ｘ０の値と第２の出力Ｙ０が、図４に示すべき計算部５０に与えられる。べき計算部５０と角度出力部７０では、ある時点で計算された第１の出力Ｘ０の値と第２の出力Ｙ０の値とから、（Ｙ０＋Ｘ０・Ｚ）を求める。ただし、Ｚ＝ｔａｎθであり、θが４５度であればＺ＝１である。このＺの値を実数２のべき乗の逆数（Ｚ＝１／２＾ｎ）として、（Ｙ０＋Ｘ０・Ｚ）を所定回数繰り返して計算することで、図９と図１０に基づいて説明した計算原理と同様に、Ｙ´がゼロに集束するときのθ＝ｔａｎ−１Ｚの値の累積値を求めることができる。このθの累積値がすなわちΦである。【００５３】
前記実数２のべき乗の逆数（Ｚ＝１／２＾ｎ）は、図４に示すべき計算部５０内のアナログ減衰器（プログラマブル減衰器）５１で設定される。このアナログ減衰器５１によって、その直前に得られているＸの値（電圧）およびＹの値（電圧）を減衰させることでべき乗の逆数を乗算する計算が行なわれる。【００５４】
以下の表１には、べき計算部５０での計算回数に対応した前記Ｚの値を示している。
【表１】
2009066545.tif 000003
【００５５】
前処理部３０から第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０が得られたときに、アナログ減衰器５１で最初に設定される減衰率はＺ０＝１／２０＝１である。これは、Ｚ０＝ｔａｎθ０（θ０＝４５度）を意味しており、前処理部３０から得られた４５度未満の角度Φを時計回りに４５度回転させることを意味している。図９と図１０に示すように、第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０は、４５度未満の角度を意味しているので、この角度Φにθを累積加算して、ｓｉｎ（Φ＋θ）をゼロに集束させるためには、最初に、４５度の回転角を意味するＺ０＝１を乗算して、（Φ＋θ０）の角度を０度を下回るように設定する。すなわち、最初の角度θの加算で、Ｙ´の符号が負またはゼロとなることで、第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０の入力値が計算のための条件を満足していることを確認できる。【００５６】
べき計算部５０の２回目の計算で、Ｘ´の値とＹ´の値を減衰させるＺの値は、Ｚ１＝１／２１＝０．５である。ここで、Ｚ１＝ｔａｎθ１＝０．５であり、θ１＝２６．５６５度である。次の計算では、Ｚ２＝１／２２＝０．２５である。このとき、Ｚ２＝ｔａｎθ２＝０．２５であり、θ２＝１４．０３６度である。ｎ回目の計算でＸ値とＹ値を減衰させるＺの値は、Ｚｎ−１＝１／２ｎ−１である。【００５７】
図４に示すべき計算部５０は、前記の角度θの計算原理であるCORDIC演算を実現するための回路の機能を示すブロック図である。【００５８】
べき計算部５０では、入力される第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０のそれぞれに基づき、計算されたＹの値が０レベルに収束するためのＺの累積値を演算する。Ｙの値を０レベルに収束させるために、前回の計算で求めたＸｎ−１とＹｎ−１を用いて順次ＸｎとＹｎが繰り返して演算される。【００５９】
図４に示すように、前処理部３０から、べき計算部５０入力部５２ａに第１の出力Ｘ０が入力され、入力部５２ｂに第２の出力Ｙ０が入力される。まず切換えスイッチ５３ａ，５４ａを選択して、第１の出力Ｘ０をサンプル・ホールド回路５５ａに保持させ、第２の出力Ｙ０を第２のサンプル・ホールド回路５５ｂに保持させる。【００６０】
そして、この保持された第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０の電圧を用いてＸ１およびＹ１を求める。Ｘ１=Ｘ０−Ｙ０・Ｚ０であることから、最初に切換えスイッチ５６ａでサンプル・ホールド回路５５ａを選択し、切換えスイッチ５７ａでサンプル・ホールド回路５５ｂを選択する。これでアナログ加算器５８の一方の入力端に、サンプル・ホールド回路５５ａで保持されている第１の出力の電圧Ｘ０が与えられる。このとき、切換えスイッチ６１ａが選択されて、サンプル・ホールド回路５５ｂに保持されている第２の出力の電圧Ｙ０が、符号反転回路５９および減衰器５１を経由してアナログ加算器５８の他方の入力端に与えられる。このときの減衰器５１のゲインをＺ０とすると、アナログ加算器５８の他方の入力端には−Ｙ０・Ｚ０が与えられる。よって、アナログ加算器５８から出力Ｘ１＝（Ｘ０−Ｙ０・Ｚ０）が得られ、これがサンプル・ホールド回路６２ａに保持される。【００６１】
次に、切換えスイッチ５６ｂが選択され、サンプル・ホールド回路５５ｂに保持されていた第２の出力の電圧Ｙ０がアナログ加算器５８の一方の入力端に与えられる。このとき、切換えスイッチ５７ｂと切換えスイッチ６１ｂが選択され、サンプル・ホールド回路５５ａに保持されていた第１の出力の電圧Ｘ０が、符号を反転させられることなく減衰器５１に与えられる。その結果、アナログ加算器５８他方の入力端に＋Ｘ０・Ｚ０が与えられ、アナログ加算器５８でＹ１＝（Ｙ０＋Ｘ０・Ｚ０）が演算され、サンプル・ホールド回路６２ｂに保持される。【００６２】
その後の計算では、切換えスイッチ５３ｂが選択されて、サンプル・ホールド回路６２ａに保持されている前回の計算結果のＸ１がサンプル・ホールド回路５５ａに転送される。また、切換えスイッチ５４ｂが選択され、サンプル・ホールド回路６２ｂに保持されている前回の計算結果のＹ１がサンプル・ホールド回路５５ｂに転送される。【００６３】
そして、Ｘ１とＹ１を使用して前記と同様の演算が行われるが、このときには、減衰器５８の減衰率がＺ１に設定される。よってアナログ加算器５８での計算結果として、Ｘ２＝（Ｘ１−Ｙ１・Ｚ１）がサンプル・ホールド回路６２ａに保持され、同様に、アナログ加算器５８での計算結果としてＹ２＝（Ｙ１＋Ｘ１・Ｚ１）がサンプル・ホールド回路６２ｂに保持される。【００６４】
すなわち、サンプル・ホールド回路５５ａに保持されている電圧が、Ｘｎ−１で、サンプル・ホールド回路５５ｂに保持されている電圧が、Ｙｎ−１のとき、その後のアナログ加算器５８での計算結果は、Ｘｎ＝Ｘｎ−１−Ｙｎ−１・Ｚｎ−１およびＹｎ＝Ｙｎ−１＋Ｘｎ−１・Ｚｎ−１である。【００６５】
ここで、Ｚｎの符号であるが、前述のようにＺ０は負の符号であり−１である。その後のＺｎの符号はサンプル・ホールド回路６２ｂに保持されているＹｎ−１の計算結果によって決められる。Ｙｎ−１の計算結果が正の場合、図１０に示す計算途中の回転角度が正であるから、このときは、Ｚｎの符号を負にする。Ｙｎ−１の計算結果が負の場合は、図１０に示す回転角度が負であるから、このときは、Ｚｎの符号を正にする。すなわち、サンプル・ホールド回路６２ｂに与えられたＹｎ−１の計算値が比較器６３に与えられて、正負の判別がなされ、その判別信号が、切換えスイッチ６１ａと切換えスイッチ６１ｂに与えられ、Ｙｎ・Ｚｎの符号が切換えられる。【００６６】
このように符号を選択することにより、図１０に示す４５度以下の角度であるΦをゼロに収束させるためのθを求めることができる。【００６７】
第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０とからＹの値をゼロに収束させることができるθの値が求められたら、その直後に、べき計算部５０では、前処理部１０から、その直後の第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０を取得して、さらに計算を繰り返す。【００６８】
なお、前記各切換えスイッチは、図４に示す角度出力部７０のタイミング信号生成部７２から得られたタイミング信号によって切換えられる。【００６９】
図５は、べき計算部５０に設けられているアナログ減衰器５１の回路構成図である。
このアナログ減衰器５１はプログラマブル減衰器であり、第１の反転増幅器８１と第２の反転増幅器８２とで構成されている。第１の反転増幅器８１の正入力部８３は接地電位であり、反転入力部８４に図４に示すスイッチ６１ａまたはスイッチ６１ｂから信号が与えられる。反転入力部８４には入力抵抗Ｒ１が設けられ、また負帰還抵抗Ｒｘは複数のスイッチ８５で切換えられる。８個の切換え端子８６には、図４に示す角度出力部７０の切換え制御部（ドライバ）７３から８ビットの切換え信号が与えられる。この切換え信号により、８本の切換え端子８６のうち1本のだけが順番に選択される。【００７０】
第１の反転増幅器８１の入力抵抗Ｒ１の抵抗値は１２８Ｒであり、負帰還回路内にある抵抗の抵抗値は、１２８Ｒ，６４Ｒ，３２Ｒ，・・・Ｒである。切換え端子８６によって、最初の抵抗値１２８Ｒが選択されると、第１の反転増幅器８１のゲインは１２８Ｒ／１２８Ｒ＝１となる。また、次の抵抗値が選択されると、ゲインは６４Ｒ／１２８Ｒ＝１／２である。同様にして、切換え端子８６が順次選択されると、ゲインは、１／４，１／８，１／１６，１／３２，１／６４，１／１２８となる。このゲインが、減衰率Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２，・・・である。なお、基本抵抗値Ｒは適宜設定され、負帰還回路内の抵抗値はその整数倍で設定される。【００７１】
なお、第２の反転増幅器の負帰還の抵抗はＲ２＝Ｒ３である。反転入力部８４に与えられた電圧がＸまたはＹであり、出力部８７の電圧は、Ｘ・ＺまたはＹ・Ｚである。この減衰率Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２，・・・と、図１０に示すように回転させる角度θ０，θ１，θ２，・・・との関係は、表１に示した通りである。【００７２】
図４に示すように、角度出力部７０は、発信器７１、タイミング信号生成部７２、切換え制御部７３、レジスタ７４、角度計算部７５を有している。前記べき計算部５０の出力端子６５からの出力される「計算結果Ｙｎが０よりも大きいか否かを表わす信号」すなわち正負の信号は、レジスタ７４に与えられる。また、図３に示す前処理部３０の出力端子３５ａから得られる第１の検知出力Ｖｘが正か否かの情報、出力端子３５ｂから得られる第２の検知出力Ｖｙが正か否かの情報、および出力端端子３５ｃから得られるＶｘの絶対値とＶｙの絶対値のどちらが大きい値の情報は、角度計算部７５に与えられる。そして、角度計算部７５での計算値はＤ／Ａ変換器７６でアナログ値に変換され、回転角度Φ０に比例する電圧値として出力される。【００７３】
ここでは、Ｄ／Ａ変換器でアナログ値に変換するとしているが、ディジタル値で出力する場合には、Ｄ／Ａ変換器は不要であり、システムに適したインターフェースでディジタルデータをして出力することも可能である。【００７４】
次に、べき計算部３０および角度出力部５０の、角度計算について説明する。
（１回目の計算）
前処理部３０から、ある時点での第１の出力Ｘ０が入力端子５２ａに与えられ、第２の出力Ｙ０が入力端子５２ｂに与えられると、最初に、角度出力部７０内の切換え制御部７３から、アナログ減衰器５１の８ビットの切換え端子８６に切換え信号が与えられて、アナログ減衰器５１の減衰率が表１に示すＺ０＝１に設定される。【００７５】
１回目の計算では、前述のように、図４に示すタイミング信号生成部７２からのタイミング信号によって、切換えスイッチ５３ａが有効になり、入力端子５２ａに与えられた第１の出力Ｘ０がサンプル・ホールド回路５５ａで保持される。また、切換えスイッチ５４ａが有効になり、入力端子５２ｂに与えられた第２の出力Ｙ０が、サンプル・ホールド回路５５ｂに保持される。【００７６】
そして、切換えスイッチ５６ａが有効になり、第１の出力Ｘ０がアナログ加算器５８に与えられる。また、切換えスイッチ５７ａが有効になり、第２の出力Ｙ０が符号選択部に与えられる。このときのＺ０の符号を負にするために、切換えスイッチ６１ｂが有効になり、＋Ｙ０・Ｚ０すなわち−Ｙ０・（＋Ｚ０）がアナログ加算器５８に与えられる。よって、アナログ加算器５８の計算結果は、Ｘ１＝Ｘ０＋Ｙ０・Ｚ０＝Ｘ０−Ｙ０・（−Ｚ０）であり、これがサンプル・ホールド回路６２ａで保持される。【００７７】
次に、切換えスイッチ５６ｂが有効になって、第２の出力Ｙ０がアナログ加算器５８に与えられる。このとき切換えスイッチ５７ｂが有効になって、第１の出力Ｘ０が符号選択部に与えられる。このとき、Ｚ０の符号を負にするために、切換えスイッチ６１ａが有効になり、−Ｙ０・Ｚ０すなわち＋Ｙ０・（−Ｚ０）がアナログ加算器５８に与えられる。アナログ加算器５８の計算結果は、Ｙ１＝Ｙ０−Ｘ０・Ｚ０＝Ｙ０＋Ｘ０・（−Ｚ０）であり、これがサンプル・ホールド回路６２ｂで保持される。【００７８】
この１回目の計算は、図１０に示すように、角度Φを時計方向へ４５度回転させて、Ｘ１＝ｃｏｓ｛Φ＋（−４５度）｝、Ｙ１＝ｓｉｎ｛Φ＋（−４５度）｝を求めたことに相当している。この１回目の計算を行ったときに、角度出力部７０のレジスタ７４に、Ｚ０＝１で符号が負であること、すなわちθ０＝−４５度が記録される。【００７９】
１回目の計算では、サンプル・ホールド回路５７ｂに保持されるＹ１の値は負である。よって、べき計算部５０の比較器６３からはＹ１＜０であることを意味する判定信号が出力される。この判定信号によって、べき計算部５０の切換えスイッチ６１ａ，６１ｂが切換えられるとともに、この判定信号が、角度出力部７０のレジスタ７４に与えられる。【００８０】
べき計算部５０では、比較器６３からＹ１＜０であることを意味する判別信号が得られることによって、図１０に示すように、１回目の（Φ−４５度）の角度計算の結果、角度がマイナスになっていることを理解できる。よって、比較器６３からの判別信号で切換えスイッチ６１ａ，６１ｂが切換えられ、次の計算では、＋θ１の角度だけ反時計方向（正方向）へ回転したのと同等のアナログ計算が行われるように、符号選択部の切換えスイッチ６１ａ，６１ｂが設定される。また、レジスタ７４では、次に設定される角度θ１の符号が正であることが記録される。【００８１】
（２回目の計算）
２回目の計算では、切換え制御部７３からアナログ減衰器５１に切換え信号が与えられ、減衰率Ｚ１＝１／２に設定される。前記表１から、減衰率Ｚ１＝１に相当する角度θ１はｔａｎ−１（１／２）であり、θ１＝２６．５６５度である。図１０に示すように、２回目の計算は、角度を正方向（反時計方向）へ２６．５６５度回転させることに相当している。【００８２】
２回目の計算では、比較器６３からの信号により、符号選択部のスイッチ６１ａとスイッチ６１ｂが１回目の計算とは、逆となるように切換えられ、Ｚ１の値が正の値としてＸ１およびＹ１に乗算される。【００８３】
２回目の計算では、切換えスイッチ５３ｂが切換えられて、サンプル・ホールド回路６２ａに保持されている前回の計算値Ｘ１が、サンプル・ホールド回路５５ａに転送される。また、切換えスイッチ５４ｂが切換えられて、サンプル・ホールド回路６２ｂに保持されている前回の計算値Ｙ１が、サンプル・ホールド回路５５ｂに転送される。【００８４】
図４に示すタイミング信号生成部７２からのタイミング信号によって、切換えスイッチ５６ａが有効となるように切換えられて、サンプル・ホールド回路５５ａからアナログ加算器５８の一方の入力端にＸ１が与えられる。また、切換えスイッチ５７ａが有効になり、サンプル・ホールド回路５５ｂからＹ１が符号選択部に与えられる。ここでは、スイッチ６１ａが有効とされ、−Ｙ１がアナログ減衰器に与えられる。そしてアナログ減衰器５１からアナログ加算器５８の他方の入力端に、−Ｙ１・Ｚ１が与えられる。よって、アナログ加算器５８からＸ２＝Ｘ１−Ｙ１・Ｚ１が得られる。このＸ２の計算値が、サンプル・ホールド回路６２ａにに保持される。【００８５】
次に、スイッチ５６ｂが有効になって、アナログ加算器５８にＹ１が与えられる。またスイッチ５７ｂが有効になり、さらにスイッチ６１ｂが有効になって、アナログ加算器５８にＸ１・Ｚ１が与えられる。よってアナログ加算器５８でＹ２＝Ｙ１＋Ｘ１・Ｚ１が計算され、このＹ２の計算値が、サンプル・ホールド回路６２ｂに保持される。【００８６】
サンプル・ホールド回路６２ｂに保持されているＹ２の値は、比較器６３に与えられる。図１０の例では、このときの計算値Ｙ２が正であるため、比較器６３からはＹ２＞０を意味する判別信号が出力される。この判別信号によって切換えスイッチ６２ａと６２ｂが切換えられて次の計算が行なわれる。Ｙ２＞０であるために、１回目の計算と同様に、次の計算（３回目の計算）では、アナログ減衰器５１で設定される減衰率Ｚ２が負の値となって、Ｙ２およびＸ２に乗算されるように符号選択部の切換えスイッチ６１ａ，６１ｂが設定される。つまり、図１０に示すように、Ｙ２が正であるため、次の３回目の計算では、θ２が時計回り（負の角度）となるように、Ｚ２の符号がマイナスに設定される。【００８７】
また、比較器６３からのＹ２＞０を意味する判別信号は、角度出力部７０のレジスタ７４に与えられ、次の計算のθ２の符号が負であることが記録される。【００８８】
（３回目以降の計算）
３回目の計算では、前回の計算値Ｘ２，Ｙ２を用いて、Ｘ３とＹ３が計算されるが、前回の計算値Ｙ２が前記のように正であるため、アナログ減衰器５１で乗算されるＺ２の符号はマイナスになり、Ｘ３＝Ｘ２−Ｙ２・（−Ｚ２）と、Ｙ３＝Ｙ２＋Ｘ２・（−Ｚ２）となる。表１から、このときのＺ２は（１／４）であり、θ２＝ｔａｎ−１Ｚ２は、１４．０３６度である。【００８９】
この３回目の計算で、図１０に示すように角度がＸ軸に近づく。このときのＹ３の計算値が正であったら、次の計算では、Ｘ４＝Ｘ３−Ｙ３・（−Ｚ３）と、Ｙ４＝Ｙ３＋Ｘ３・（−Ｚ３）とする。また、Ｙ３の計算結果が負であったら、Ｘ４＝Ｘ３−Ｙ３・Ｚ３と、Ｙ４＝Ｙ３＋Ｘ３・Ｚ３とする。【００９０】
これを、Ｘｎ＝Ｘｎ−１−Ｙｎ−１・Ｚｎ−１およびＹｎ＝Ｙｎ−１＋Ｘｎ−１・Ｚｎ−１（ただしＺｎ−１＝１／２ｎ−１）まで繰り返す。【００９１】
表１の例では、８回目まで計算を繰り返す。これにより、図１０に示す角度は、ほぼゼロに収束する。このように、計算回数を予め決められた回数とすると、制御が非常に楽である。ただし、計算のたびにＹｎの値を監視し、このＹｎの値が、ゼロに近い所定値以下となるまで計算を繰り返してもよい。【００９２】
（角度Φの求め方）
前記の計算を行なう際に、角度出力部７０では、切換え制御部７３からアナログ減衰器５１に与えられた切換え信号により、アナログ減衰器５１の出力である減衰率を表１に示す、Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２，Ｚ３，・・・の順番で切換えていく。そのため、それぞれの段階の計算において、計算に使用した減衰率Ｚ０ないしＺｎを知ることができる。その結果、ｔａｎ−１Ｚ０ないしｔａｎ−１Ｚｎ、すなわち現在計算に使用しているθ１ないしθｎが解る。また、比較器６３からの信号により、それぞれの計算において、Ｚ０ないしＺｎのそれぞれを正の符号としたか負の符号としたか、すなわち、θ１ないしθｎのそれぞれを正としたか負としたかを知ることができる。【００９３】
よって、図１０に示す角度がゼロに近い値まで集束したときの全体の角度は｛Φ＋（θ１＋θ２＋θ３・・・θｎ）｝である。ただし、前述のように各θの符号は、Ｙｎ−１＜０か、Ｙｎ−１＞０によって切換えられる。よって（θ１＋θ２＋θ３・・・θｎ）の絶対値が、すなわち求めるべきΦの値である。【００９４】
（角度Φ０の求め方）
実際に測定しているときの回転角度は図９に示すようにΦ０である。この回転角度Φ０を、４５度未満の角度Φに変換したときの情報、すなわちＶｘ＞０であるか、Ｖｙ＞０であるか、｜Ｖｘ｜＞｜Ｖｙ｜または｜Ｖｘ｜＜｜Ｖｙ｜の情報は、角度計算部７５に与えられている。すなわち、前処理部３０から図４に示す角度計算部７５に与えられる前記情報と、前記角度Φの計算結果とから、図９に示す実際の回転角度Φ０を逆算できる。角度計算部７５では、（θ１＋θ２＋θ３・・・θｎ）の累積値から角度Φの絶対値を知ることができる。この角度Φは４５度以下の角度となっているため、これに例えば９０度を加算するなどの処理を行なって、実際の角度Φ０を逆算する。そしてＤ／Ａ変換部７６に出力される。【００９５】
以上の角度計算は、図４のべき計算部５０において、アナログ減衰器５１を使用して、しかも所定回数の計算を行ったときの角度精度が想定できるために、簡単な回路で必要な精度を持って迅速に回転角度Φ０を検知できる。よって、磁場Ｂの回転速度に対して、その回転維持を経時的にほぼ連続して測定するように設定することが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１の実施の形態の角度検知装置の全体の構成を示す回路ブロック図、
【図２】検知部の詳細を示す回路図、
【図３】前処理部の詳細を示す回路図、
【図４】べき計算部の詳細を示す回路図、
【図５】アナログ減衰器の回路図、
【図６】検知部に設けられた角度検知器の配置図、
【図７】検知部から得られる第１の検知出力と第２の検知出力の波形図、
【図８】回転角度と第１の検知出力および第２の検知出力との関係を示す説明図、
【図９】回転角度を４５度未満の角度に変換するための説明図、
【図１０】４５度未満とした角度を計算するための説明図、
【符号の説明】
【００９７】
１  角度検知装置
１０  検知部
１１〜１８  角度検知器
３０  前処理部
３２ａ，３２ｂ  サンプル・ホールド回路
３３ａ，３３ｂ  比較器
３４ａ，３４ｂ  符号反転器
３９  比較器
５０  べき計算部
５１  アナログ減衰器
５７ａ，５７ｂ，５８  サンプル・ホールド回路
５９  加算器
６３  比較器
７０  角度出力部
７３  切換え制御部
７４  レジスタ
【図１】
2009066545.tif 000004
【図２】
2009066545.tif 000005
【図３】
2009066545.tif 000006
【図４】
2009066545.tif 000007
【図５】
2009066545.tif 000008
【図６】
2009066545.tif 000009
【図７】
2009066545.tif 000010
【図８】
2009066545.tif 000011
【図９】
2009066545.tif 000012
【図１０】
2009066545.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月26日(2009.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転角度に応じて強度が変化する出力であって、位相が１／４周期ずれている第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０とから、４５度以下または４５度未満の回転角度を算出する角度検知装置において、
第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０とを使用して、Ｘ１＝Ｘ０−Ｙ０・（−Ｚ０）およびＹ１＝Ｙ０＋Ｘ０・（−Ｚ０）を計算し（ただしＺ０＝１／２０）、次に、Ｘ２＝Ｘ１−Ｙ１・Ｚ１およびＹ２＝Ｙ１＋Ｘ１・Ｚ１を計算し（ただしＺ１＝１／２１）、さらに、Ｘ３＝Ｘ２−Ｙ２・Ｚ２およびＹ３＝Ｙ２＋Ｘ２・Ｚ２を計算し（ただしＺ２＝１／２２）、これをＸｎ＝Ｘｎ−１−Ｙｎ−１・Ｚｎ−１およびＹｎ＝Ｙｎ−１＋Ｘｎ−１・Ｚｎ−１（ただしＺｎ−１＝１／２ｎ−１）まで計算するべき計算部と、
前記べき計算部での計算の結果のＹｎ＝Ｙｎ−１＋Ｘｎ−１・Ｚｎ−１（ただしＺｎ−１＝１／２ｎ−１）の値が０に近づいたときの、累積角度θである−θ０＋θ１＋θ２＋θ３＋・・・θｎ−１＝ｔａｎ−１（−Ｚ０）＋ｔａｎ−１（Ｚ１）＋ｔａｎ−１（Ｚ２）＋ｔａｎ−１（１／Ｚ３）＋・・・＋ｔａｎ−１（Ｚｎ−１）から、前記回転角度を求める角度計算部とが設けられており、
Ｙ１ないしＹｎ−１のいずれかの計算結果が正のとき、それに乗算される前記Ｚ１ないしＺｎ−１のいずれかが負の符号とされ、Ｙ１ないしＹｎ−１のいずれかの計算結果が負のとき、それに乗算される前記Ｚ１ないしＺｎ−１のいずれかが、正の符号とされ、
前記べき計算部は、Ｚ０からＺｎ−１の減衰率がアナログ減衰器で設定されて、−Ｙ０・（−Ｚ０）とＸ０・（−Ｚ０）、−Ｙ１・Ｚ１とＸ１・Ｚ１、・・・が順番に得られるとともに、アナログ加算器によって、Ｘ１＝Ｘ０−Ｙ０・（−Ｚ０）とＹ１＝Ｙ０＋Ｘ０・（−Ｚ０）、Ｘ２＝Ｘ１−Ｙ１・Ｚ１とＹ２＝Ｙ１＋Ｘ１・Ｚ１、・・・が得られることを特徴とする角度検知装置。
【請求項２】
前記アナログ減衰器が反転増幅器を有しており、前記反転増幅器の反転入力部に前記Ｘ０、Ｙ０、Ｘ１、Ｙ１、・・・が順に与えられるとともに、前記反転増幅器の負帰還回路内にある抵抗が切換えスイッチで選択されて、前記切換えスイッチで選択された抵抗の抵抗値と前記入力抵抗の抵抗値との比でＺ０からＺｎ−１の減衰率が決められる請求項１記載の角度検知装置。
【請求項３】
前記べき計算部では、ＸｎとＹｎのべき計算が、予め決められた回数だけ行なわれる請求項１記載の角度検知装置。
【請求項４】
角度検知器から得られ且つ位相が１／４周期ずれている第１の検知出力Ｖｘと、第２の検知出力Ｖｙとが与えられる前処理部が設けられており、
前記前処理部では、Ｖｘ＞０か、Ｖｙ＞０か、Ｖｘの絶対値とＶｙの絶対値のどちらが大きいかの情報によって、求める回転角度Φ０が、０度〜４５度、４５度〜９０度、９０〜１３５度、１３５度〜１８０度、１８０度〜２２５度、２２５度〜２７０度、２７０度〜３１５度、３１５度〜３６０度のどの範囲にあるかが判断されるとともに、前記回転角度Φ０が、０度〜４５度の範囲内の角度Φとなるように、前記Ｖｘと前記Ｖｙの値が、前記第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０に変換されて、変換後の第１の出力Ｘ０と第２の出力Ｙ０が、前記べき計算部に与えられ、
前記角度計算部では、Ｖｘ＞０か、Ｖｙ＞０か、Ｖｘの絶対値とＶｙの絶対値のどちらが大きいかの情報と、累積角度θとから、前記回転角度Φ０が求められる請求項１記載の角度検知装置。
【請求項５】
前記べき計算部では、Ｙ１＝Ｙ０＋Ｘ０・Ｚ０からＹｎ＝Ｙｎ−１＋Ｘｎ−１・Ｚｎ−１までのそれぞれの計算結果の正負が検知されて、この正負の符号が角度計算部に与えられ、
前記角度計算部では、前記正負の符号に対応させて、−θ０＋θ１＋θ２＋・・・θｎ−１の第２の項以降の項の正負が決められて、前記累積角度θが計算される請求項１記載の角度検知装置。
【国際調査報告】
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