(57)【要約】【課題】本発明は、小型で安価に回転機構の回転角度を検出する。【解決手段】回転角度検出装置１は、回転演算部５が、複数のホール素子２Ｕ、２Ｖが出力する回転体の回転角度に応じた２つ以上の差動信号により表されるベクトルを回転させて回転ベクトルを出力する。また、制御部８が、該回転ベクトルを表す信号の少なくとも１つに対して目標振幅Ｘtgtとの間で演算処理を施して検出信号の振幅を表す制御信号ｃｔｌを出力する。駆動アンプ９が、制御信号ｃｔｌに基づいてホール素子２Ｕ、２Ｖへの駆動信号Ｖdrvを変化させて検出信号の振幅を調整する。そして、閾値検出部１０、ゲインカウンタ１１及び差動部３が、制御信号ｃｔｌに基づいて検出信号の振幅を補正し、角度探索部７が、補正後の検出信号に基づいて回転体の回転角度を検出する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の回転角度に応じて正弦波状に変化するとともに、駆動電力の大きさに応じて振幅が変化し、それぞれ位相の異なる検出信号を出力する状態で配設されている複数の回転検出手段と、
２つ以上の前記検出信号により表されるベクトルを回転させて回転ベクトルを出力する回転演算手段と、
前記回転ベクトルを表す信号の少なくとも１つに対して所定の目標振幅値との間で演算処理を施して前記検出信号の振幅を表す振幅信号を出力する振幅検出手段と、
前記振幅信号に基づいて前記回転検出手段への前記駆動電力を変化させて前記検出信号の振幅を調整する駆動電力調整手段と、
前記振幅信号に基づいて前記検出信号の振幅を補正して補正検出信号を出力する補正手段と、
前記補正検出信号に基づいて前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
を備えていることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
前記補正手段は、
前記振幅信号を所定の閾値と比較して、大小関係を示すレベル信号を出力するレベル検出手段と、
前記レベル信号に応じた倍率のゲインを生成するゲイン生成手段と、
前記ゲイン生成手段の生成するゲインを前記検出信号に乗算して該検出信号の振幅を調整する振幅調整手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
【請求項３】
前記ゲイン生成手段は、
前記倍率を上昇させる方向にのみ変化するゲインを生成することを特徴とする請求項２記載の回転角度検出装置。
【請求項４】
前記回転角度検出装置は、
複数の前記検出手段の出力する前記検出信号のうち、２つずつの該検出信号の差分を算出する差分算出手段と、
前記差分算出手段の算出した少なくとも２つの前記差分に基づいて前記検出信号の表す前記ベクトルを生成して前記回転演算手段へ出力するベクトル生成手段と、
を備え、
前記差分算出手段は、
前記振幅調整手段を備え、前記検出信号の差分を算出する際に、該振幅調整手段が、前記ゲインを該検出信号に乗算して該検出信号の振幅を調整することを特徴とする請求項２または請求項３記載の回転角度検出装置。
【請求項５】
前記回転角度検出装置は、
複数の前記検出手段の出力する前記検出信号のうち、２つずつの該検出信号の差分を算出する差分算出手段と、
前記差分算出手段の算出した少なくとも２つの前記差分に基づいて前記検出信号の表す前記ベクトルを生成して前記回転演算手段へ出力するベクトル生成手段と、
を備え、
前記ベクトル生成手段は、
前記振幅調整手段を備え、前記検出信号の表す前記ベクトルを生成する際に、該振幅調整手段が、前記ゲインを該検出信号に乗算して該検出信号の振幅を調整することを特徴とする請求項２または請求項３記載の回転角度検出装置。
【請求項６】
前記回転演算手段は、
前記ゲイン乗算手段を備えていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の回転角度検出装置。
【請求項７】
回転体の回転角度を回転角度検出部で検出して該回転体を回転制御し、該回転体の回転を利用して駆動機構を駆動させて各種画像処理を施す画像処理装置において、
前記回転角度検出部は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の回転角度検出装置であることを特徴とする画像処理装置。
【請求項８】
回転体の回転角度に応じて正弦波状に変化するとともに、駆動電力の大きさに応じて振幅が変化し、それぞれ位相の異なる検出信号を出力する状態で配設されている複数の回転検出手段が出力する２つ以上の該検出信号により表されるベクトルを回転させて回転ベクトルを出力する回転演算処理ステップと、
前記回転ベクトルを表す信号の少なくとも１つに対して所定の目標振幅値との間で演算処理を施して前記検出信号の振幅を表す振幅信号を出力する振幅検出処理ステップと、
前記振幅信号に基づいて前記回転検出手段への前記駆動電力を変化させて前記検出信号の振幅を調整する振幅調整処理ステップと、
前記振幅信号に基づいて前記検出信号の振幅を補正して補正検出信号を出力する補正処理ステップと、
前記補正検出信号に基づいて前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出処理ステップと、
を有することを特徴とする回転角度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転角度検出装置、画像処理装置及び回転角度検出方法に関し、詳細には、回転体の回転角度を安価かつ正確に検出する回転角度検出装置、画像処理装置及び回転角度検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ装置、ファクシミリ装置、複写装置、スキャナ装置、複合装置等の画像処理装置においては、駆動モータによって駆動機構を駆動することで、画像読取動作や画像形成動作等の画像処理を行うのに必要な各部を所定速度で駆動させている。
【０００３】
そして、駆動モータ等の回転体を意図する速度で回転駆動するために、従来、永久磁石を設けた回転体の回転角度に応じて正弦波状に変化する信号を出力する磁気センサを、該回転体の周囲に配置して、回転角度検出装置で、該磁気センサの出力信号に基づいて回転体の回転角度の検出を行なっている。具体的には、磁気センサとして、ホール素子等の磁気センサが用いられ、回転角度検出装置は、該磁気センサの出力信号から逐次探索アルゴリズムを用いて回転体の回転角度の検出を行っている。
【０００４】
そして、従来、例えば、図１７に示すように、検出対象であって図１７に矢印で示す方向に回転される円筒状の回転体１０１の該回転方向に対して、９０°の角度を有して、Ｘ相磁気センサ１０２ｘ、Ｙ相磁気センサ１０２ｙが固定配置されている。回転体１０１は、永久磁石のＳ極とＮ極が交互に円筒状に配置されている。したがって、磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙは、次式（３０）及び図１８に示すような回転体１０１の回転角度θに対して、それぞれ余弦波形及び正弦波形となる出力信号Ｖｘ、Ｖｙを出力する。
【０００５】
Ｖｘ＝Ａｘ＊ｃｏｓ（θ）
Ｖｙ＝Ａｙ＊ｓｉｎ（θ）・・・（３０）
ここで、Ａｘ、Ａｙは、出力信号Ｖｘ、Ｖｙの振幅であり、図１８では、これらの振幅が同じ（Ａｘ＝Ａｙ）として示されている。
【０００６】
また、この出力信号Ｖｘ、Ｖｙは、図１９に実線で示すように、ＸＹ平面上に示すとベクトルとして示され、このベクトルとＸ軸とのなす角度が回転体の回転角度θに相当する。
【０００７】
そこで、従来から回転角度検出装置においては、出力信号Ｖｘ、Ｖｙに対して、次式（３１）に示すような回転演算を行って、図１９に波線で示すように、ベクトルを所定のステップ角θstepずつ負の回転方向へ繰り返し回転させる。
【０００８】
【数１】
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そして、従来の回転角度検出装置は、回転したベクトル（以下、回転ベクトルという。）のＹ軸成分Ｖｙ’が、正から負へ変化するまで繰り返し回転させ、ベクトルの総回転角度θｎを検出角度として検出する。
【０００９】
ところが、磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙの出力信号Ｖｘ、Ｖｙは、磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙの感度の個体差、永久磁石の着磁、磁気センサ１０２ｘ、１０２ｙと永久磁石の配置距離等により、個体毎に振幅が大きく異なり、検出精度が悪化する。したがって、回転角度検出装置は、磁気センサ感度毎の選別、永久磁石の着磁の高精度化、磁気センサの高精度の配置等が要求され、コストが高くつくという問題があった。
【００１０】
そして、従来、互いに直交する向きに配置された少なくとも１対のホール素子からの出力信号を受けて、磁界中における基準位置からの回転角変位に応じた値の角度検出出力を得る角度検出装置であって、基準信号に基づき、前記ホール素子からの出力信号を△Σ変調する△Σ変調部と、前記△Σ変調部からの出力信号の二乗和の平方根を所定範囲内に収めるように、前記△Σ変調部に入力される基準信号を制御するゲイン制御ループと、複数の角度に対応する正弦関数値および余弦関数値が記憶された記憶部と、前記△Σ変調部の出力信号と、指定された角度に応じて前記記憶部から出力される正弦関数値および余弦関数値と、に基づいて算出される角度誤差信号がゼロとなるように前記記憶部から出力される正弦関数値および余弦関数値を制御し、前記正弦関数値および余弦関数値に基づく前記角度検出出力を得る角度検出ループと、を備えた角度検出装置が提案されている（特許文献１参照）。
【００１１】
すなわち、この従来技術は、ΔΣ変調部、ゲイン制御ループ、記憶部及び角度検出ループを設けて、ホール素子の出力信号を、ゲイン調整される基準信号に基づいてΔΣ変調した演算結果と、指定の角度の正弦関数値及び余弦関数値とから算出される角度誤差信号がゼロとなるように該正弦関数値と該余弦関数値を制御し、該該正弦関数値と余弦関数値から角度検出出力を得ることで、磁石とホール素子の配置に関する自由度を確保しつつ、高精度に角度検出を行うことを目的としている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記公報記載の従来技術にあっては、ΔΣ変調部、ゲイン制御ループ、記憶部及び角度検出ループを設けているため、コストが高くつくという問題があった。
【００１３】
そこで、本発明は、回転体の回転角度を安価かつ正確に検出することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の回転角度検出装置は、回転体の回転角度に応じて正弦波状に変化するとともに、駆動電力の大きさに応じて振幅が変化し、それぞれ位相の異なる検出信号を出力する状態で配設されている複数の回転検出手段と、２つ以上の前記検出信号により表されるベクトルを回転させて回転ベクトルを出力する回転演算手段と、前記回転ベクトルを表す信号の少なくとも１つに対して所定の目標振幅値との間で演算処理を施して前記検出信号の振幅を表す振幅信号を出力する振幅検出手段と、前記振幅信号に基づいて前記回転検出手段への前記駆動電力を変化させて前記検出信号の振幅を調整する駆動電力調整手段と、前記振幅信号に基づいて前記検出信号の振幅を補正して補正検出信号を出力する補正手段と、前記補正検出信号に基づいて前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出手段と、を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転体の回転角度を安価かつ正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例を適用した回転角度検出装置の回路構成図。
【図２】減算器の回路構成図。
【図３】可変抵抗の回路構成図。
【図４】倍率カウントとスイッチ状態の関係を示す図。
【図５】正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖの波形図。
【図６】加算器の回路構成図。
【図７】ベクトル生成部におけるベクトル生成処理の説明図。
【図８】Ｘ軸信号とＹ軸信号の一例を示す図。
【図９】メモリに格納されている正弦データ及び余弦データの一例を示す図。
【図１０】符号判定処理の説明図。
【図１１】角度探索部による角度探索処理の説明図。
【図１２】制御部の回路構成図。
【図１３】ゲインカウンタによる倍率カウント処理の説明図。
【図１４】振幅制御処理の説明図。
【図１５】第２実施例における可変抵抗の回路構成図。
【図１６】第２実施例のゲインカウンタによる倍率カウント処理の説明図。
【図１７】一般的な回転体と磁気センサの配置図。
【図１８】図１７の回転体の回転角度と磁気センサの出力波形を示す図。
【図１９】Ｘ軸信号とＹ軸信号及び回転Ｘ軸信号Ｘ’と回転Ｙ軸信号Ｙ’の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施例は、本発明の好適な実施例であるので、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明によって不当に限定されるものではなく、また、本実施の形態で説明される構成の全てが本発明の必須の構成要件ではない。
【実施例１】
【００１８】
図１〜図１４は、本発明の回転角度検出装置、画像処理装置及び回転角度検出方法の第１実施例を示す図であり、図１は、本発明の回転角度検出装置、画像処理装置及び回転角度検出方法の第１実施例を適用した回転角度検出装置１の回路構成図である。
【００１９】
図１において、回転角度検出装置１は、回転検出部２、差動部３、ベクトル生成部４、回転演算部５、符号判定部６、角度探索部７、制御部８、駆動アンプ９、閾値検出部１０、ゲインカウンタ１１及びクロック発生部１２等を備えている。
【００２０】
回転検出部２は、２つのホール素子（回転検出手段）２Ｕ、２Ｖを備えており、各ホール素子２Ｕ、２Ｖは、例えば、ＤＣブラシレスモータの回転軸等の回転体に取り付けられていて、該回転体を検出対象として、該回転体の回転角度を検出する。ホール素子２Ｕ、２Ｖは、同様の構成であり、相互に１２０度の位相差をもって配置されている。
【００２１】
この回転角度検出装置１及び回転体は、複合装置等の画像処理装置に適用され、回転体には、画像処理装置の駆動機構が連結される。
【００２２】
そして、上記ホール素子２Ｕ、２Ｖは、回転体の近傍の所定位置に固定配置されており、２対の端子を備えている。ホール素子２Ｕ、２Ｖは、その一方の対に、後述する駆動アンプ９から駆動信号（駆動電力）Ｖdrvが印可され、その他方の対から、回転体の磁界に応じて変化するＵ相、Ｖ相の差動信号（検出信号）ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−をそれぞれ出力する。
【００２３】
Ｕ相差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−は、その差分が、回転体の回転角度θにおいて、次式（１）の上段に示す正弦波形の信号であり、Ｖ相差動信号ＨＶ＋／ＨＶ−は、その差分が、回転体の回転角度θにおいて、次式（１）の下段に示す正弦波形の信号である。
【００２４】
【数２】
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そして、Ｕ相差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−は、その振幅が、次式（２）に示すように、ホール素子２Ｕの感度、永久磁石による磁界の強さ等により決まる定数である感度係数Ｋｕと、駆動アンプ９からの駆動信号Ｖdrvに比例する。
【００２５】
Ａｕ０＝Ｋｕ＊Ｖdrv・・・（２）
また、Ｖ相差動信号ＨＶ＋、ＨＶ−は、その振幅が、次式（３）に示すように、ホール素子２Ｖの感度、永久磁石による磁界の強さ等により決まる定数である感度係数Ｋｖと、駆動アンプ９からの駆動信号Ｖdrvに比例する。
【００２６】
Ａｖ０＝Ｋｖ＊Ｖdrv・・・（３）
なお、上記式（２）及び式（３）における２つの感度係数Ｋｕ、Ｋｖは等しい（Ｋｕ＝Ｋｖ）ものとする。
【００２７】
ホール素子２Ｕ、２Ｖは、駆動信号Ｖdrvが印加される端子対が、直列に接続されている。ホール素子２Ｕの端子対の一方は、駆動信号源である駆動アンプ９に接続され、ホール素子２Ｖの端子対の他方は、抵抗Ｒｄを介して接地ＧＮＤに接続されている。
【００２８】
回転検出部２の各ホール素子２Ｕ、２Ｖは、信号端子対から上記差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−を、差動部３へ出力する。
【００２９】
差動部（差分算出手段）３は、Ｕ相差動部３１とＶ相差動部３２を備えており、後述するゲインカウンタ１１から振幅を調整するためのゲインである倍率カウントＣntが入力される。差動部３は、Ｕ相差動部３１に、ホール素子２ＵからＵ相差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−が、Ｖ相差動部３２に、ホール素子２ＶからＶ相差動信号ＨＶ＋、ＨＶ−がそれぞれ入力される。
【００３０】
Ｕ相差動部３１及びＶ相差動部３２は、図２に示すように、オペアンプＯＰ１を用いた減算器である。オペアンプＯＰ１は、その＋端子に、抵抗Ｒ０１と、該＋端子と出力との間に挿入されている抵抗Ｒ０２と、が接続され、その−端子に、抵抗Ｒ０１と、接地との間に挿入されている基準抵抗Ｒ０２と、が接続されている。オペアンプＯＰ１を用いた減算器は、＋端子への入力信号として、Ｖin０１が、−端子への入力信号として、Ｖin０２が、それぞれ入力されると、次式（４）に示す差分演算を実行して、演算結果を出力信号Ｖo０１として出力する。
【００３１】
【数３】
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そして、Ｕ相差動部３１は、図２における入出力信号及び抵抗値が、次式（５）に示すような組み合わせになっている。
【００３２】
（Ｖin０１、Ｖin０２、Ｖo０１）＝（ＨＵ−、ＨＵ＋、Ｖｕ＋Ｖbias）
（Ｒ０１、Ｒ０２）＝（Ｒｂ、Ｃnt＊Ｒｂ）・・・（５）
ここで、Ｕ相差動部３１及びＶ相差動部３２は、所定の基準値抵抗値である抵抗値Ｒｂと、後述する倍率カウントＣntを用いて、抵抗Ｒ０１の抵抗値がＲｂ、抵抗Ｒ０２の抵抗値がＣnt＊Ｒｂの可変抵抗となっている。また、抵抗Ｒ０２は、可変抵抗であり、図３に示すように、抵抗値がそれぞれＲｇ、２＊Ｒｇ、４＊Ｒｇの３つの抵抗が直列に接続されており、各抵抗を短絡するスイッチｓｗ０、ｓｗ１、ｓｗ２が並列に接続されている。スイッチｓｗ０、ｓｗ１、ｓｗ２は、それぞれ３ｂｉｔの語長をもつ倍率カウントＣntのｂｉｔ０、ｂｉｔ１、ｂｉｔ２の値によって、図４に示すように、ＯＮ／ＯＦＦする。なお、ここでは、抵抗値Ｒｇ＝Ｒｂであるとする。
【００３３】
上述のように、Ｕ相差動部３１は、Ｕ相差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−をシングルエンド化して、振幅をＣnt倍したＵ相正弦波信号Ｖｕに、バイアスＶbias（仮想ゼロ）のオフセットを加えて出力する。
【００３４】
Ｖ相差動部３２は、上述のように、Ｕ相差動部３１と同様に、図２及び図３の構成であるが、図２における入出力信号及び抵抗値が、次式（６）に示すような組み合わせになっている。
【００３５】
（Ｖin０１、Ｖin０２、Ｖo０１）＝（ＨＶ−、ＨＶ＋、Ｖｖ＋Ｖbias）
（Ｒ０１、Ｒ０２）＝（Ｒｂ、Ｃnt＊Ｒｂ）・・・（６）
そして、Ｖ相差動部３２は、Ｕ相差動部３１と同様に、Ｖ相差動信号ＨＶ＋、ＨＶ−をシングルエンド化して、式（１）〜式（５）に示したように、振幅をＣnt倍した信号であるＶ相正弦波信号Ｖｖに、バイアスＶbias（仮想ゼロ）のオフセットを加えて出力する。
【００３６】
差動部３が出力するＵ相正弦波信号Ｖｕ、Ｖ相正弦波信号Ｖｖは、相互に１２０度の位相差を有し、回転角度θに対して、次式（７）及び図５示すような正弦波形となる。
【００３７】
【数４】
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ここで、Ｕ相正弦波信号Ｖｕ及びＶ相正弦波信号Ｖｖの振幅Ａｕ、Ａｖは、次式（８）に示すように、前記差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−、ＨＶ＋、ＨＶ−に対して倍率カウントＣnt倍される。
【００３８】
Ａｕ＝Ｋｕ＊Ｖdrv＊Ｃnt
Ａｖ＝Ｋｖ＊Ｖdrv＊Ｃnt・・・（８）
（Ｃnt＝１、２、３、・・・）
そして、差動部３は、Ｕ相正弦波信号Ｖｕ及びＶ相正弦波信号Ｖｖを、ベクトル生成部４へ出力する。
【００３９】
したがって、差動部３は、複数の検出手段であるホール素子２Ｕ、２Ｖの出力する差動信号（検出信号）ＨＵ＋、ＨＵ−、ＨＶ＋、ＨＶ−のうち、２つずつの差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−、ＨＶ＋、ＨＶ−の差分を算出する差分算出手段として機能している。また、差動部３は、レベル信号に応じた倍率のゲインを生成するゲイン生成手段としてのゲインカウンタ１１の生成するゲインである倍率カウントＣntを差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−、ＨＶ＋、ＨＶ−に乗算して該差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−、ＨＶ＋、ＨＶ−の振幅を調整する振幅調整手段としての抵抗Ｒ０２を備えている。
【００４０】
ベクトル生成部（ベクトル生成手段）４は、Ｘ軸生成部４１とＹ軸生成部４２を備えており、正弦信号Ｖｕ、Ｖｖに基づいて、直交する２つの信号であるＸ軸信号Ｘ及びＹ軸信号Ｙを生成して、回転演算部５へ出力する。
【００４１】
Ｘ軸生成部４１は、図２に示したようなオペアンプを用いた減算器であり、Ｘ軸生成部４１の場合、図２における入出力信号及び抵抗値が、次式（９）に示すような組み合わせになっている。
【００４２】
【数５】
2015014485.tif 000007
すなわち、Ｘ軸生成部４１は、図２に示した減算器において、抵抗Ｒ０１の抵抗値が基準抵抗値Ｒｂ、抵抗Ｒ０２の抵抗値がＲｂ／√３となっており、減算器に固定の倍率１／√３が設けられている。そして、Ｘ軸生成部４１は、式（４）と同様の差分演算を行って、演算結果を出力信号Ｖｏ０１として出力する。
【００４３】
また、Ｙ軸生成部４２は、図６に示すようなオペアンプＯＰ２を用いた加算器であり、次式（１０）で示す加算演算を実行して、演算結果を出力信号Ｖｏ１１として出力する。
【００４４】
【数６】
2015014485.tif 000008
る。オペアンプＯＰ２は、その＋端子に、並列接続された抵抗Ｒ１１が接続され、その−端子に、出力との間に挿入されている抵抗Ｒ１２と、バイアスＶbias（仮想ゼロ）との間に挿入されている抵抗Ｒ１１が接続されている。Ｙ軸生成部４２は、オペアンプＯＰ２において、＋端子のそれぞれの抵抗Ｒ１１を介して入力信号Ｖin１１と入力信号Ｖin１２が入力され、入出力信号及び抵抗値が、次式（１１）に示すような組み合わせになっている。
【００４５】
（Ｖin１１、Ｖin１２、Ｖo１１）＝（Ｖｕ＋Ｖbias、Ｖｖ＋Ｖbias、Ｙ＋Ｖbias）
（Ｒ１１、Ｒ１２）＝（Ｒｂ、Ｒｂ）・・・・（１１）
すなわち、Ｙ軸生成部４２は、図６に示した加算器において、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２の抵抗値がともに基準抵抗値Ｒｂとなっている。
【００４６】
したがって、ベクトル生成部４は、Ｘ軸生成部４１が、正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖに対して、次式（１２）の上段に示す演算を実行したＸ軸信号Ｘに、バイアスＶbias（仮想ゼロ）を加えて出力し、Ｙ軸生成部４２が、正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖに対して、式（１２）の下段に示す演算を実行したＹ軸信号Ｙに、バイアスＶbias（仮想ゼロ）を加えて出力する。
【００４７】
【数７】
2015014485.tif 000009
すなわち、ベクトル生成部４は、図７に示すような演算処理を行う。ベクトル生成部４は、図７に示すように、直交するＸＹ平面上に、Ｘ軸に対して、＋４５度の方向に、Ｕ軸を、Ｙ軸に対して＋４５度の方向に、Ｖ軸をとる。そして、Ｕ軸、Ｖ軸の長さ「１」を、単位ベクトルＵ、Ｖとしたとき、ベクトルＵ＋Ｖは、Ｙ軸上のベクトルとなり、ベクトルＵ−Ｖは、Ｘ軸上のベクトルとなる。そして、ベクトル生成部４は、上記式（１２）に示した演算を行うこととなり、図８に示すような直交した波形のＸ軸信号Ｘ、Ｙ軸信号Ｙを生成して、回転演算部５へ出力する。
【００４８】
なお、本実施例の回転角度検出装置１においては、１２０度の位相差をもつ２つの正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖから直交する２つの信号Ｘ、Ｙを生成しているが、２つの正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖのみに限るものではない。すなわち、直交した２つの信号Ｘ、Ｙを得ることができる場合には、２つ以上の正弦波信号から加減算して信号Ｘ、Ｙを生成したり、正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖが元々直交しているときには、正弦波信号Ｕ、ＶをそのままＸ軸信号Ｘ、Ｙ軸信号Ｙとして、ベクトル生成部４を備えない構成であってもよい。
【００４９】
回転演算部（回転演算手段）５は、乗算部５１、加算部５２、減算部５３及びメモリ５４等を備えている。回転演算部５は、Ｘ軸信号Ｘ及びＹ軸信号Ｙにより表現されるベクトルを、後述する検出角度θｄの値に従って回転変換して、演算結果である回転Ｘ軸信号Ｘ’、回転Ｙ軸信号Ｙ’により表現される回転ベクトルを生成して、制御部８及び符号判定部６へ出力する。
【００５０】
乗算部５１は、４つの抵抗ラダー方式乗算ＤＡＣ（digital analog convertor）が並列に配設されたものであり、複数の抵抗とスイッチを用いて、容易に構築することができる。乗算部５１は、ベクトル生成部４からＸ軸信号ＸとＹ軸信号Ｙが入力され、これらＸ軸信号ＸとＹ軸信号Ｙに対して、後述するメモリ５４からの正弦データｄｓｉｎと余弦データｄｃｏｓを組み合わせて、次式（１３）に示すように演算する。
【００５１】
【数８】
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そして、乗算部５１は、乗算結果Ｘｃｏｓ、Ｙｓｉｎを加算部５２へ出力し、乗算結果Ｘｓｉｎ、Ｙｃｏｓを減算部５３へ出力する。
【００５２】
加算部５２は、式（１０）に示したような演算を実行する図６に示したような加算器であり、図６の加算器における入出力信号及び抵抗値が、次式（１４）に示すような組み合わせになっている。
【００５３】
（Ｖin１１、Ｖin１２、Ｖo１１）
＝（Ｘｃｏｓ＋Ｖbias、Ｙｓｉｎ＋Ｖbias、Ｘ’＋Ｖbias）
（Ｒ１１、Ｒ１２）＝（Ｒｂ、Ｒｂ）・・・（１４）
加算部５２は、乗算部５１から入力される乗算結果Ｘｃｏｓ、Ｙｓｉｎと、バイアスＶbiasに対して、次式（１５）に示す加算を実行し、さらに、バイアスＶbias（仮想ゼロ）を加算して、回転Ｘ軸信号Ｘ’を制御部８へ出力する。
【００５４】
Ｘ’＝Ｘｃｏｓ＋Ｙｓｉｎ・・・（１５）
減算部５３は、式（４）に示したような演算を実行する図２に示したような減算器であり、図２の減算器における入出力信号及び抵抗値が、次式（１６）に示すような組み合わせになっている。
【００５５】
（Ｖin０１、Ｖin０２、Ｖo０１）
＝（Ｘｓｉｎ＋Ｖbias、Ｙｃｏｓ＋Ｖbias、Ｙ’＋Ｖbias）
（Ｒ０１、Ｒ０２）＝（Ｒｂ、Ｒｂ）・・・（１６）
減算部５３は、乗算部５１から入力される乗算結果Ｘｓｉｎ、Ｙｃｏｓと、バイアスＶbiasに対して、次式（１７）に示す減算を実行し、さらに、バイアスＶbias（仮想ゼロ）を加算して、回転Ｙ軸信号Ｙ’を符号判定部６へ出力する。
【００５６】
Ｙ’＝−Ｘｓｉｎ＋Ｙｃｏｓ・・・（１７）
メモリ５４は、不揮発メモリであり、それぞれ１周期を６４分割して、振幅を１２７［ＬＳＢ］で表す基準正弦波である正弦データｄｓｉｎ及び余弦データｄｃｏｓを格納している。メモリ５４は、後述する角度探索部７の出力する６ビットの語長をもつ検出角度θｄが入力され、図９に示すように、該検出角度θｄの値に従って、それぞれ対応するデータ値（正弦データｄｓｉｎ、余弦データｄｃｏｓ）を、乗算器９１、９２へ出力する。
【００５７】
符号判定部６は、回転演算部５から回転Ｙ軸信号Ｙ’が入力される。符号判定部６は、図１０に示すように、回転Ｘ軸信号Ｘ’と回転Ｙ軸信号Ｙ’により表される回転ベクトル（Ｘ、Ｙ）が、回転の目標であるＸ軸（Ｙ’＝０）を挟んで予め設けられている幅（２＊Ｖth）の不感帯に対して、上であるか下であるかを判定する。そして、符号判定部６は、この判定を、回転Ｙ軸信号Ｙ’の値のみに基づいて行っており、判定結果を上側判定信号ＵＰ、下側判定信号ＤＮとして角度探索部７へ出力する。
【００５８】
すなわち、符号判定部６は、上側判定部６１と下側判定部６２を備えており、それぞれに回転演算部５から回転Ｙ軸信号Ｙ’が入力される。
【００５９】
上側判定部６１は、さらに、バイアスＶbiasに不感帯幅Ｖthを加算した値が入力されており、次式（１８）に示すように、回転Ｙ軸信号Ｙ’が正側の不感帯幅（＋Ｖth）以上のときに、Ｈｉの上側判定信号ＵＰを、正側の不感帯幅（＋Ｖth）未満のときには、Ｌｏの上側判定信号ＵＰを、それぞれ角度探索部７へ出力する。なお、図１０においては、回転Ｙ軸信号Ｙ’及び比較の基準値である不感帯幅（＋Ｖth）は、ともにバイアスＶbias（仮想ゼロ）のオフセットが加算されている。
【００６０】
【数９】
2015014485.tif 000011
下側判定部６２は、さらに、バイアスＶbiasから不感帯幅Ｖthを減算した値が入力されており、次式（１９）に示すように、回転Ｙ軸信号Ｙ’が負側の不感帯幅（−Ｖth）以下のときに、Ｈｉの下側判定信号ＤＮを、負側の不感帯幅（−Ｖth）よりも大きいときには、Ｌｏの下側判定信号ＤＮを、それぞれ角度探索部７へ出力する。なお、なお、図１０においては、回転Ｙ軸信号Ｙ’及び比較の基準値である不感帯幅（−Ｖth）は、ともにバイアスＶbias（仮想ゼロ）のオフセットが加算されている。
【００６１】
【数１０】
2015014485.tif 000012
すなわち、符号判定部６は、回転Ｙ軸信号Ｙ’が、正側不感帯幅（＋Ｖth）内に位置するときには、Ｌｏの上側判定信号ＵＰまたは下側判定信号ＤＮを、角度探索部７へ出力する。また、符号判定部６は、回転Ｙ軸信号Ｙ’が、正側不感帯幅（＋Ｖth）以上または負側不感帯幅（−Ｖth）以下のときには、Ｈｉの上側判定信号ＵＰまたは下側判定信号ＤＮを、角度探索部７へ出力する。
【００６２】
そして、このように、符号判定部６は、Ｘ軸近傍に不感帯が設けられているため、検出角度θｄが頻繁にアップ、ダウンを繰り返すチャタリングを防止することができる。
【００６３】
クロック発生部１２は、発振器１２ａと分周器１２ｂ等を備えている。クロック発生部１２は、発振器１２ａが、所定周波数のクロック信号ｃｌｋを発振出力して、分周器１２ｂが、このクロック信号ｃｌｋを分周してトリガｆｓ及びゲイントリガｆｓｇを、角度探索部７等の必要な各部に出力する。
【００６４】
角度探索部（回転角度検出手段）７は、符号判定部６から上記上側判定信号ＵＰと下側判定信号ＤＮが入力されるとともに、クロック発生部１２からトリガｆｓが入力される。角度探索部７は、図１１に示すように、トリガｆｓが入力される毎に、判定信号ＵＰ、ＤＮの論理がＨｉであるか、Ｌｏであるかチェックして、検出角度θｄのカウントアップとカウントダウンを行って、角度探索する。具体的には、角度探索部７は、トリガｆｓが入力されたときに、上側判定信号ＵＰの論理がＨｉであると、検出角度θｄを「１」だけカウントを増加させ、下側判定信号ＤＮの論理がＬｏであると、検出角度θｄを「１」だけカウントを減少させて、検出角度θｄを出力する。すなわち、角度探索部７は、判定信号ＵＰ、ＤＮに基づいて、回転ベクトルが目標位相であるＸ軸になるまで回転演算部５により該回転ベクトルを回転させて、該回転ベクトルと前記ベクトルとの角度を、回転体の回転角度として検出して検出角度θｄを出力する。そして、上記２つの判定信号ＵＰ、ＤＮは、上側不感帯（＋Ｖth）及び下側不感帯（−Ｖth）の設定により、同時にＨｉとなることはない。
【００６５】
検出角度θｄは、角度検出装置１の検出値であり、本実施例の角度検出装置１においては、語調６ビットの繰り返しカウントとなっている。
【００６６】
制御部（振幅検出手段）８は、図１２に示すように、オペアンプＯＰ３を用いた積分回路であり、オペアンプＯＰ３の＋入力端子に、抵抗Ｒ３１が接続されているとともに、出力から＋入力端子への帰還回路にコンデンサＣが接続されている。オペアンプＯＰ３は、＋入力端子に、抵抗Ｒ３１を介して回転演算部５から回転Ｘ軸信号Ｘ’が、バイアスＶbiasが加算された状態で入力され、−入力端子に、予め設定されている正弦波信号の目標振幅ＸtgtがバイアスＶbiasが加算された状態で入力される。制御部８は、次式（２０）で示すように、回転Ｘ軸信号Ｘ’と目標振幅Ｘtgtとの差を積分演算処理して、演算結果を制御信号（振幅信号）ｃｔｌとして駆動アンプ９及び閾値検出部１０へ出力する。
【００６７】
【数１１】
2015014485.tif 000013
なお、制御部８は、図１２におけるコンデンサＣおよび抵抗Ｒ３１の定数を適宜選定することにより、駆動アンプ９を介してホール素子２Ｕ、２Ｖの駆動信号Ｖdrvを調整して、差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−の振幅を調整する振幅帰還ループの応答速度を設定することができる。
【００６８】
そして、制御部８は、回転Ｘ軸信号Ｘ’が、正弦波信号の目標振幅Ｘtgtより小さいときは、制御出力ctlを増加させ、正弦波信号の目標振幅Ｘtgtより大きいときには、制御出力ctlを低下させる。すなわち、検出角度データθｄが回転角度θに追従しているとき（回転ベクトルが目標であるＸ軸近傍にあるとき）、回転Ｘ軸信号Ｘ’は正弦波信号の振幅Ａｕの検出値に相当する。したがって、回転角度検出装置１は、制御出力ｃｔｌをホール素子２Ｕ、２Ｖの駆動信号Ｖdrvに帰還することで、正弦波信号の振幅が目標振幅Ｘtgtに一致するように制御する。
【００６９】
駆動アンプ（駆動電力調整手段）９は、ホール素子２Ｕ、２Ｖを駆動する駆動電力を供給するアンプであり、振幅信号としての制御信号ｃｔｌに比例した駆動電力を駆動信号Ｖdrvとして、ホール素子２Ｕ、２Ｖへ印加する。ただし、回転角度検出装置１は、駆動信号Ｖdrvを調整しても、図示しないが、ホール素子２Ｕ、２Ｖの駆動電圧を提供する電源電圧Ｖｃｃ以上の電圧を供給することはできない。また、回転角度検出装置１は、制御部８のオペアンプＯＰ３が十分に駆動能力を有する場合には、駆動アンプ９と一体の構成であってもよい。
【００７０】
閾値検出部（レベル検出手段）１０は、制御部８から振幅信号として制御信号ｃｔｌが入力されるとともに、予め設定されている駆動信号Ｖdrvの上限値を示す駆動リミット（閾値）Ｖlimが入力される。閾値検出部１０は、次式（２１）に示すように、制御信号ｃｔｌと駆動リミットＶlimを比較して、制御信号ｃｔｌが駆動リミットＶlim以上に大きいと、Ｈｉのリミット検出信号（レベル信号）ＧＵＰをゲインカウンタ１１へ出力する。
【００７１】
【数１２】
2015014485.tif 000014
また、閾値検出部１０は、制御信号ｃｔｌが駆動リミットＶlim未満であると、Ｌｏのリミット検出信号ＧＵＰをゲインカウンタ１１へ出力する。なお、駆動リミットＶlimは、ホール素子２Ｕ、２Ｖの駆動信号Ｖdrvが、上限である電源電圧Ｖｃｃに近くなったことを検出するように設定される。
【００７２】
ゲインカウンタ（ゲイン生成手段）１１は、初期値が「１」である倍率カウントＣntをカウントする３ｂｉｔカウンタであり、閾値検出部１０からリミット検出信号ＧＵＰが入力されるとともに、クロック発生部１２からゲイントリガｆｓｇが入力される。ゲインカウンタ１１は、図１３に示すように、ゲイントリガｆｓｇが到来するたびに、リミット検出信号ＧＵＰのＨｉ、Ｌｏを調べ、リミット検出信号ＧＵＰがＨｉであると、倍率カウントＣntを「１」だけカウントアップする。ゲインカウンタ１１は、カウント値を倍率カウントＣntとして、上記差動部３へ出力する。
【００７３】
すなわち、閾値検出部１０は、振幅検出手段としての制御部８の出力する振幅信号である制御信号ｃｔｌを所定の閾値である駆動リミットＶlimと比較して、大小関係を示すレベル信号としてリミット検出信号ＧＵＰを出力するレベル検出手段として機能している。また、ゲインカウンタ１１は、閾値検出部１０の出力するリミット検出信号ＧＵＰに応じた倍率のゲインである倍率カウントＣntを生成するゲイン生成手段として機能している。  そして、倍率カウントＣntは、上述のように、差動部３において、正弦波信号であるＵ相差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−、Ｖ相差動信号ＨＶ＋、ＨＶ−をシングルエンド化して、振幅を調整するのに使用される。したがって、差動部３は、該ゲイン生成手段の生成するゲインを差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−、ＨＶ＋、ＨＶ−に乗算して該差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−、ＨＶ＋、ＨＶ−の振幅を調整する振幅調整手段として抵抗Ｒ０２を備えている。
【００７４】
したがって、閾値検出部１０、ゲインカウンタ１１及び抵抗Ｒ０２は、全体として、振幅信号である制御信号ｃｔｌに基づいて差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−、ＨＶ＋、ＨＶ−の振幅を補正して補正検出信号を出力する補正手段として機能している。本実施例の場合、補正検出信号は、差動部３で振幅調整された正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖである。
【００７５】
次に、本実施例の作用について説明する。本実施例の回転角度検出装置１は、回転体の回転角度を安価かつ正確に検出する。
【００７６】
回転角度検出装置１は、磁気センサであるホール素子２Ｕ、２Ｖの出力する差動信号ＨＵ＋、Ｕ−、ＨＶ＋、ＨＶ−は、ホール素子２Ｕ、２Ｖの感度の個体差、永久磁石の着磁、ホール素子２Ｕ、２Ｖと永久磁石の配置距離等により、個体毎に振幅が大きく異なり、検出角度θｄの誤差要因となる。
【００７７】
一方、ホール素子２Ｕ、２Ｖは、駆動信号Ｖdrvに応じて、その出力する差動信号ＨＵ＋、Ｕ−、ＨＶ＋、ＨＶ−が変化する。
【００７８】
そこで、本実施例の回転角度検出装置１は、ホール素子２Ｕ、２Ｖの振幅の変動を、回転体の回転角度θを正確に検出するために差動信号ＨＵ＋、Ｕ−、ＨＶ＋、ＨＶ−から生成した回転ベクトルを表す信号の１つである回転Ｘ軸信号Ｘ’に基づいて、ホール素子２Ｕ、２Ｖへの駆動信号Ｖdrvを調整することで、抑制している。具体的には、回転角度検出装置１は、ホール素子２U、２Vの出力する駆動信号Ｖdrvの大きさに応じた差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−を差動部３で、シングルエンド化して倍率カウントCntに応じて振幅調整して差動増幅した正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖを生成する。回転角度検出装置１は、ベクトル生成部４で、正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖから直交する２つの信号であるＸ軸信号Ｘ及びＹ軸信号Ｙを生成する。回転角度検出装置１は、回転演算部５で、Ｘ軸信号Ｘ及びＹ軸信号Ｙにより表現されるベクトルを、検出角度θｄの値に従って回転変換して、演算結果である回転Ｘ軸信号Ｘ’、回転Ｙ軸信号Ｙ’により表現される回転ベクトルを制御部８及び符号判定部６へ出力する。
【００７９】
回転角度検出装置１は、符号判定部６で、回転Ｘ軸信号Ｘ’と回転Ｙ軸信号Ｙ’により表される回転ベクトル（Ｘ、Ｙ）が、回転の目標であるＸ軸（Ｙ’＝０）を挟んで予め設けられている幅（２＊Ｖth）の不感帯に対して、上であるか下であるかを判定する。符号判定部６は、回転Ｙ軸信号Ｙ’が、正側不感帯幅（＋Ｖth）内に位置するときには、Ｌｏの上側判定信号ＵＰまたは下側判定信号ＤＮを角度探索部７へ出力する。また、符号判定部６は、回転Ｙ軸信号Ｙ’が、正側不感帯幅（＋Ｖth）以上または負側不感帯幅（−Ｖth）以下のときには、Ｈｉの上側判定信号ＵＰまたは下側判定信号ＤＮを角度探索部７へ出力する。角度探索部７は、判定信号ＵＰ、ＤＮに基づいて、回転ベクトルが目標位相であるＸ軸になるまで回転演算部５により該回転ベクトルを回転させて、該回転ベクトルと前記ベクトルとの角度を、回転体の回転角度として検出して検出角度θｄを出力する。
【００８０】
一方、回転角度検出装置１は、制御部８で、回転演算部５から入力される回転Ｘ軸信号Ｘ’と目標振幅Ｘtgtとの差、すなわち、振幅値の差を積分演算処理して、演算結果を制御信号ｃｔｌとして駆動アンプ９及び閾値検出部１０へ出力する。
【００８１】
回転角度検出装置１は、駆動アンプ９で、制御部８からの制御信号ｃｔｌに比例した駆動電圧を駆動信号Ｖdrvとして、ホール素子２Ｕ、２Ｖへ印加する。そして、制御部８は、回転Ｘ軸信号Ｘ’が、正弦波信号の目標振幅Ｘtgtより小さいときは、制御出力ctlを増加させ、正弦波信号の目標振幅Ｘtgtより大きいときには、制御出力ctlを低下させる。すなわち、回転角度検出装置１は、制御出力ｃｔｌをホール素子２Ｕ、２Ｖの駆動信号Ｖdrvとして帰還することで、正弦波信号の振幅が目標振幅Ｘtgtに一致するように制御する。
【００８２】
また、回転角度検出装置１は、閾値検出部１０で、制御信号ｃｔｌを起動リミットＶlimと比較して、制御信号ｃｔｌが、ホール素子２U、２Ｖの駆動信号Ｖdrvが上限であるで現電圧Ｖｃｃに近くなったことを示す駆動リミットＶlim以上であると、Ｈｉのリミット検出信号ＧＵＰをゲインカウンタ１１へ出力する。また、閾値検出部１０は、制御信号ｃｔｌが駆動リミットＶlim未満であると、Ｌｏのリミット検出信号ＧＵＰをゲインカウンタ１１へ出力する。ゲインカウンタ１１は、ゲイントリガｆｓｇが到来するたびに、リミット検出信号ＧＵＰのＨｉ、Ｌｏを調べ、リミット検出信号ＧＵＰがＨｉであると、初期値が「１」である倍率カウントＣntを「１」だけカウントアップして、差動部３へ出力する。差動部３は、上述のように、正弦波信号であるＵ相差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−、Ｖ相差動信号ＨＶ＋、ＨＶ−をシングルエンド化して、振幅を調整するのに倍率カウントＣntを使用する。
【００８３】
すなわち、回転角度検出装置１においては、振幅帰還ループと切替可能な内部ゲインとしての制御信号ｃｔｌの全体動作を、回転角度θと正弦波信号との関係において、図１４のように示すことができる。
【００８４】
図１４は、回転角度検出装置１の電源オンされたときである初期状態から、時系列に変化する正弦波信号の振幅を回転角度θとの関係で示されている。図１４で分かるように、正弦波信号は、その振幅が、初期状態から順に、状態０、状態１、状態２、状態３、状態４と変化して、目標振幅Xtgtへ収束する。
【００８５】
図１４において、状態０は、回転角度検出装置１の電源投入時等の初期状態であり、制御信号ｃｔｌ及びホール素子駆動信号Ｖdrvがゼロで、正弦波信号の振幅がゼロの状態である。
【００８６】
状態１は、倍率カウントＣntが初期値の「１」であり、制御部８で、正弦波信号の振幅と目標振幅Xtgtの差が積分されて、制御信号ｃｔｌが駆動リミットＶlimまで増加した状態である。この状態１では、目標振幅Ｘtgtに達していないが、ホール素子駆動信号Ｖdrvが上限である電源電圧Ｖｃｃに近い状態である。
【００８７】
状態２は、制御信号ｃｔｌが駆動リミットＶlim以上になったことで、倍率カウントＣntが１カウントアップされ、「２」になった直後の状態である。このとき、正弦波信号の振幅は、回転角度検出装置１内において２倍になり、目標振幅Ｘtgtより大きくなっている。
【００８８】
状態３は、制御部８が、正弦波信号の振幅と目標振幅Xtgtの差を積分して、正弦波信号の振幅が目標振幅Xtgtに一致するように、振幅制御信号ｃｔｌの減少を続けている状態である。
【００８９】
状態４は、正弦波信号の振幅が目標振幅Xtgtへ収束した状態である。
【００９０】
回転角度検出装置１は、以後、経時的な変化に対しても、制御部８が正弦波信号の振幅と目標振幅Ｘtgtを積分して制御信号ｃｔｌを生成して駆動アンプ９を介してホール素子２U、２Vの駆動信号Ｖdrvを調整することで、正弦波信号の振幅を目標振幅Ｘtgtに追従させる。また、回転角度検出装置１は、制御部８の出力する制御信号ｃｔｌを駆動リミットVlimと比較して、差動部３における振幅調整のゲインである倍率カウントＣntを調整する。
【００９１】
したがって、安価かつ正確に正弦波信号の振幅が目標振幅Xtgtに制御することができ、回転体の回転角度θを正確に検出することができる。
【００９２】
すなわち、正弦波信号の振幅の増加には、ホール素子２Ｕ、２Ｖを駆動する電圧に電源電圧Ｖｃｃによる制限があるため、所定以上の振幅の増加に対応するゲイン切替機能として、差動部３による倍率カウントＣntによる振幅調整機能を備えている。したがって、正弦波信号の振幅のゼロから所定レベルまでの増減に対しては、制御部８の出力の変化におよって適切に対応することができる。
【００９３】
なお、本実施例の角度検出において、初期探索と呼ばれる、検出角度データθｄが回転角度に追従するまでの期間（電源投入直後など）においては、回転Ｘ軸信号Ｘ’が正弦波信号の振幅を正しく反映していない。したがって、理論上は振幅帰還ループが正常に機能しないことになるが、前記角度検出のサンプリングｆｓに対して、制御部８の振幅帰還ループの応答速度を十分に遅く設定することにより、前記角度検出の初期探索を、振幅帰還ループの応答速度に対して十分に速く収束させることができる。その結果、回転角度検出装置１は、特定のシーケンス制御を追加することなく、角度検出の初期探索と振幅帰還ループを同時に実行することができる。
【００９４】
このように、本実施例の回転角度検出装置１は、回転体（回転軸）の回転角度に応じて正弦波状に変化するとともに、駆動信号（駆動電力）Ｖdrvの大きさに応じて振幅が変化し、それぞれ位相の異なる差動信号（検出信号）ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−を出力する状態で配設されている複数のホール素子（回転検出手段）２Ｕ、２Ｖと、２つ以上の前記検出信号により表されるベクトルを回転させて回転ベクトルを出力する回転演算部（回転演算手段）５と、前記回転ベクトルを表す信号の少なくとも１つ（回転Ｘ軸信号Ｘ’）に対して所定の目標振幅値である目標振幅Ｘtgtとの間で演算処理を施して前記検出信号の振幅を表す制御信号（振幅信号）ｃｔｌを出力する制御部（振幅検出手段）８と、前記制御信号ｃｔｌに基づいてホール素子２Ｕ、２Ｖへの前記駆動信号Ｖdrvを変化させて前記検出信号の振幅を調整する駆動アンプ（駆動電力調整手段）９と、前記制御信号ｃｔｌに基づいて前記検出信号の振幅を補正して補正検出信号を出力する閾値検出部１０、ゲインカウンタ１１及び抵抗Ｒ０２からなる補正手段と、前記補正検出信号に基づいて前記回転体の回転角度を検出する角度探索部（回転角度検出手段）７と、を備えている。
【００９５】
したがって、磁気センサであるホール素子２Ｕ、２Ｖの感度毎の選別、永久磁石の着磁の高精度化、ホール素子２Ｕ、２Ｖの配置に影響されることなく、検出信号の振幅を補正することができ、回転体の回転角度を安価かつ正確に検出することができる。
【００９６】
また、本実施例の回転角度検出装置１は、回転体の回転角度を回転角度検出部で検出して該回転体を回転制御し、該回転体の回転を利用して駆動機構を駆動させて各種画像処理を施す画像処理装置に、適用している。
【００９７】
したがって、ＤＣブラシレスモータ等の回転機構を利用して画像形成動作や画像読み取り動作等の画像処理動作を行う場合の回転機構の回転角度を、小型で安価に検出することができる。
【００９８】
さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、回転体の回転角度に応じて正弦波状に変化するとともに、駆動電力の大きさに応じて振幅が変化し、それぞれ位相の異なる検出信号を出力する状態で配設されている複数のホール素子２Ｕ、２Ｖが出力する２つ以上の該検出信号により表されるベクトルを回転させて回転ベクトルを出力する回転演算処理ステップと、前記回転ベクトルを表す信号の少なくとも１つに対して所定の目標振幅値との間で演算処理を施して前記検出信号の振幅を表す制御信号（振幅信号）ｃｔｌを出力する振幅検出処理ステップと、前記制御信号ｃｔｌに基づいて前記ホール素子２Ｕ、２Ｖへの駆動信号（駆動電力）Ｖdrvを変化させて前記検出信号の振幅を調整する振幅調整処理ステップと、前記制御信号ｃｔｌに基づいて前記検出信号の振幅を補正して補正検出信号を出力する補正処理ステップと、前記補正検出信号に基づいて前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出処理ステップと、を有する回転角度検出方法を実行している。
【００９９】
したがって、磁気センサであるホール素子２Ｕ、２Ｖの感度毎の選別、永久磁石の着磁の高精度化、ホール素子２Ｕ、２Ｖの配置に影響されることなく、検出信号の振幅を補正することができ、回転体の回転角度を安価かつ正確に検出することができる。
【０１００】
また、本実施例の回転角度検出装置１は、前記補正手段が、前記制御信号（振幅信号）ｃｔｌを所定の閾値である駆動リミットＶlimと比較して、大小関係を示すリミット検出信号（レベル信号）ＧＵＰを出力する閾値検出部（レベル検出手段）１０と、前記リミット検出信号ＧＵＰに応じた倍率のゲインである倍率カウントＣntを生成するゲインカウンタ（ゲイン生成手段）１１と、ゲインカウンタ１１の生成する倍率カウントＣntを前記検出信号に乗算して該検出信号の振幅を調整する差動部３の抵抗Ｒ０２（振幅調整手段）と、を備えている。
【０１０１】
したがって、簡単な構成で検出信号の振幅を補正することができ、回転体の回転角度をより安価かつ正確に検出することができる。
【０１０２】
さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、前記ゲイン生成手段であるゲインカウンタ１１が、前記倍率を上昇させる方向にのみ変化するゲイン（倍率カウントＣnt）を生成する。
【０１０３】
したがって、より一層簡単な構成で検出信号の振幅を補正することができ、回転体の回転角度をより安価かつ正確に検出することができる。
【０１０４】
また、本実施例の回転角度検出装置１は、複数のホール素子２Ｕ、２Ｖの出力する前記検出信号のうち、２つずつの該検出信号の差分（Ｕ相正弦波信号Ｖｕ及びＶ相正弦波信号Ｖｖ）を算出する差動部（差分算出手段）３と、差動部３の算出した少なくとも２つの前記差分（Ｕ相正弦波信号Ｖｕ及びＶ相正弦波信号Ｖｖ）に基づいて前記検出信号の表す前記ベクトルを生成して回転演算部（回転演算手段）５へ出力するベクトル生成部（ベクトル生成手段）４と、を備え、差動部３が、前記振幅調整手段としての抵抗Ｒ０２を備え、前記検出信号の差分を算出する際に、該抵抗Ｒ０２が、前記倍率カウントＣntを該検出信号に乗算して該検出信号の振幅を調整している。
【０１０５】
したがって、差動部３において、ホール素子２Ｕ、２Ｖからの差動信号（検出信号）ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−の振幅を調整することができ、簡単な構成で検出信号の振幅を補正することができる。その結果、回転体の回転角度をより安価かつ正確に検出することができる。
【実施例２】
【０１０６】
図１５及び図１６は、本発明の回転角度検出装置、画像処理装置及び回転角度検出方法の第２実施例を示す図であり、図１５は、本発明の回転角度検出装置、画像処理装置及び回転角度検出方法の第２実施例を適用した回転角度検出装置のベクトル生成部に用いられる抵抗Ｒ１２の回路構成図である。
【０１０７】
なお、本実施例は、上記第１実施例の回転角度検出装置１と同様の回転角度検出装置に適用したものである。そこで、本実施例の説明においては、第１実施例の構成と同様の構成部分については、その説明を省略、または、簡略化するとともに、第１実施例で用いた符号を、必要に応じてそのまま用いて説明する。
【０１０８】
本実施例の回転角度検出装置１は、第１実施例と同様に、オール素子２Ｕ、２Ｖ、差動部３、ベクトル生成部４、回転演算部５、符号判定部６、角度探索部７、制御部８、駆動アンプ９、閾値検出部１０、ゲインカウンタ１１及びクロック発生部１２等を備えている。
【０１０９】
本実施例の回転角度検出装置１は、第１実施例の回転角度検出装置１では、その差動部３において行っていた正弦波信号のゲインによる振幅調整を、ベクトル生成部４が行う。
【０１１０】
そこで、差動部３は、Ｕ相差動部３１、Ｖ相差動部３２ｍとして用いていた図２に示した減算器におけるオペアンプＯＰ１の基準抵抗Ｒ０２として、第１実施例では、可変抵抗を用いていたが、本実施例では、固定抵抗を用いている。
【０１１１】
したがって、本実施例の場合、差動部３のＵ相差動部３１及びＶ相差動部３２は、図２における入出力信号及び抵抗値が、次式（２２）及び次式（２３）に示すように、倍率カウントＣntによって変化されることのない組み合わせになっている。
【０１１２】
（Ｖin０１、Ｖin０２、Ｖo０１）＝（ＨＵ−、ＨＵ＋、Ｖｕ＋Ｖbias）
（Ｒ０１、Ｒ０２）＝（Ｒｂ、Ｒｂ）・・・（２２）
（Ｖin０１、Ｖin０２、Ｖo０１）＝（ＨＶ−、ＨＶ＋、Ｖｖ＋Ｖbias）
（Ｒ０１、Ｒ０２）＝（Ｒｂ、Ｒｂ）・・・（２３）
したがって、差動部３は、次式（２４）に示すＵ相正弦波信号Ｖｕ、Ｖ相正弦波信号Ｖｖをベクトル生成部４へ出力する。
【０１１３】
【数１３】
2015014485.tif 000015
なお、式（２４）における振幅Ａｕ０、Ａｖ０は、上記式（２）、式（３）に示した値である。
【０１１４】
そして、ベクトル生成部４は、Ｘ軸生成部４１が、図２に示したように、オペアンプＯＰ２を利用した減算器が用いられ、Ｙ軸生成部４２が、図６に示したように、オペアンプＯＰ２を利用した加算器が用いられている。第１実施例では、減算器の抵抗Ｒ０２として、固定抵抗が用いられていたが、本実施例では、減算器の抵抗Ｒ０２及び加算器の抵抗Ｒ１２として、可変抵抗が用いられている。
【０１１５】
すなわち、本実施例のＸ軸生成部４１は、図２に示した減算器において、入出力信号及び抵抗値が、次式（２５）に示すように、倍率カウントＣntを用いて、抵抗Ｒ０１の抵抗値がＲｂ、抵抗Ｒ０２の抵抗値がＣnt＊Ｒｂ／√３の可変抵抗となっている。
【０１１６】
【数１４】
2015014485.tif 000016
すなわち、本実施例のＸ軸生成部４１は、第１実施例のＸ軸生成部４１である減算器において、図２の抵抗Ｒ０２を、可変抵抗とし、かつ、可変抵抗の抵抗値を、Ｒｇ＝Ｒｂ／√３としている。したがって、本実施例のＸ軸生成部４１は、実施例１におけるＸ軸生成部４１の演算に加えて、切替可能なゲインＣnt倍する演算機能を備えたものとなっている。
【０１１７】
また、本実施例のＹ軸生成部４２は、第１実施例のＹ軸生成部４２である加算器において、入出力信号及び抵抗値が、次式（２６）に示すように、倍率カウントＣnt−１を用いて、抵抗Ｒ１１の抵抗値がＲｂ、抵抗Ｒ１２の抵抗値が（２＊Ｃnt−１）＊Ｒｂの可変抵抗となっている。
【０１１８】
（Ｖin１１、Ｖin１２、Ｖo１１）＝（Ｖｕ＋Ｖbias、Ｖｖ＋Ｖbias、Y＋Ｖbias）
（Ｒ１１、Ｒ１２）＝（Ｒｂ、（２＊Ｃnt−１）＊Ｒｂ）・・・（２６）
ここで、本実施例のＹ軸生成部４２である加算器の抵抗Ｒ１２として用いられる可変抵抗は、図１５に示すように、抵抗値がそれぞれＲｇ、２＊Ｒｇ、４＊Ｒｇの３つの抵抗が直列に接続されており、各抵抗を短絡するスイッチｓｗ０、ｓｗ１、ｓｗ２が並列に接続されている。スイッチｓｗ０、ｓｗ１、ｓｗ２は、それぞれ３ｂｉｔの語長をもつ倍率カウントＣnt_nのｂｉｔ０、ｂｉｔ１、ｂｉｔ２の値によって、図４に示したように、ＯＮ／ＯＦＦする。なお、倍率カウントＣnt_nは、倍率カウントＣntから「１」を減算した値である。また、ここでは、抵抗値Ｒｇ＝Ｒｂであるとする。
【０１１９】
すなわち、本実施例のＹ軸生成部４２は、第１実施例のＹ軸生成部４２である減算器において、図６の抵抗Ｒ１２を、図１５の抵抗（可変抵抗）Ｒ１２としている。したがって、本実施例のＹ軸生成部４２は、実施例１におけるＹ軸生成部４２の演算に加えて、切替可能なゲインＣnt倍する演算機能を備えたものとなっている。
【０１２０】
なお、ベクトル生成部４は、上記構成とすることで、結果として、第１実施例と同様に、式（１２）及び式（８）で示されるＸ軸信号Ｘ及びＹ軸信号Ｙを生成して回転演算部５へ出力する。
【０１２１】
そして、本実施例の回転角度検出装置１は、図１６に示すように、ゲインカウンタ１１が、第１実施例と同様の初期値が「１」の倍率カウントＣntをカウントするとともに、初期値が「０」の倍率カウントＣnt_nをカウントして、ベクトル生成部４へ出力する。すなわち、ゲインカウンタ１１は、図１６に示すように、ゲイントリガｆｓｇが到来するたびに、リミット検出信号ＧＵＰのＨｉ、Ｌｏを調べる。ゲインカウンタ１１は、リミット検出信号ＧＵＰがＨｉであると、初期値が「１」の倍率カウントＣntと初期値が「０」の倍率カウントＣnt_nを「１」だけカウントアップする。ゲインカウンタ１１は、カウント値を倍率カウントＣnt及び倍率カウントＣnt_nとして、上記ベクトル生成部４へ出力する。
【０１２２】
このように、本実施例の回転角度検出装置１は、複数のホール素子２Ｕ、２Ｖの出力する差動信号（検出信号）ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−のうち、２つずつの該検出信号の差分（Ｕ相正弦波信号Ｖｕ及びＶ相正弦波信号Ｖｖ）を算出する差動部（差分算出手段）３と、差動部３の算出した少なくとも２つの前記差分（Ｕ相正弦波信号Ｖｕ及びＶ相正弦波信号Ｖｖ）に基づいて前記検出信号の表す前記ベクトル（Ｘ軸信号Ｘ、Ｙ軸信号Ｙ）を生成して回転演算部（回転演算手段）５へ出力するベクトル生成部（ベクトル生成手段）４と、を備え、ベクトル生成部４が、前記振幅調整手段としての抵抗Ｒ１２を備え、前記検出信号の表す前記ベクトル（Ｘ軸信号Ｘ、Ｙ軸信号Ｙ）を生成する際に、該振幅調整手段が、前記倍率カウントＣntを該検出信号としての差分（Ｕ相正弦波信号Ｖｕ及びＶ相正弦波信号Ｖｖ）に乗算して該検出信号の振幅を調整している。
【０１２３】
したがって、差動部３において、ホール素子２Ｕ、２Ｖからの差動信号（検出信号）ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−の振幅をベクトルを生成する段階で調整することができ、簡単な構成で検出信号の振幅を補正することができる。その結果、回転体の回転角度をより安価かつ正確に検出することができる。
【０１２４】
なお、上記説明においては、切替可能なゲインである倍率カウントＣnt、Ｃnt_nを、差動部３またはベクトル生成部４において乗じているが、回転演算部５において乗算してもよい。
【０１２５】
この場合、回転角度検出装置１は、その基本構成は第１実施例の回転角度検出装置１と同じであるが、差動部３が、第２実施例と同じ構成、すなわち、抵抗R０２が固定抵抗となっている。また、この場合の回転角度検出装置１は、ベクトル生成部４が、第１実施例と同じ構成、すなわち、抵抗R１２が固定抵抗となっている。
【０１２６】
したがって、ベクトル生成部４は、差動部３がゲイン乗算を行っていないため、次式（２７）及び上記式（２）、（３）で示されるＸ軸信号ＸとＹ軸信号Ｙを出力する。
【０１２７】
【数１５】
2015014485.tif 000017
さらに、この場合、回転角度検出装置１は、ゲインカウンタ１１が、第２実施例と同じ構成となっており、倍率カウントＣnt及び倍率カウントＣnt_nをカウントして、回転演算部５へ出力する。
【０１２８】
回転角度検出装置１は、さらに、回転演算部５以外のその他の構成が、第１実施例と同じ構成となっている。
【０１２９】
そして、回転演算部５は、第１実施例と同様に、乗算部５１、加算部５２、減算部５３及びメモリ５４等を備えており、乗算部５１とメモリ５４は、第１実施例と同様の構成である。
【０１３０】
加算部５２は、図６に示した加算器と同様の加算器であり、抵抗Ｒ１２が可変抵抗であって、入出力信号及び抵抗値が、次式（２８）に示すような組み合わせになっている。
【０１３１】
（Ｖin１１、Ｖin１２、Ｖo１１）
＝（Ｘｃｏｓ＋Ｖbias、Ｙｓｉｎ＋Ｖbias、Ｘ’＋Ｖbias）
（Ｒ１１、Ｒ１２）＝（Ｒｂ、（２＊Ｃnt−１）＊Ｒｂ）・・・（２８）
すなわち、加算部５２は、図６の加算器において、抵抗Ｒ１１の抵抗値がＲｂであり、抵抗Ｒ１２が、図１５に示したような抵抗値が（２＊Ｃnt−１）＊Ｒｂの可変抵抗となっている。
【０１３２】
減算部５３は、図２に示した減算器と同様の減算器であり、抵抗Ｒ０２が可変抵抗であって、入出力信号及び抵抗値が、次式（２９）に示すような組み合わせとなっている。
【０１３３】
（Ｖin０１、Ｖin０２、Ｖo０１）
＝（Ｘｓｉｎ＋Ｖbias、Ｙｃｏｓ＋Ｖbias、Ｙ’＋Ｖbias）
（Ｒ０１、Ｒ０２）＝（Ｒｂ、Ｃnt＊Ｒｂ）・・・（２９）
すなわち、減算部５３は、図２に示した減算器において、抵抗Ｒ０１の抵抗値がＲｂであり、抵抗Ｒ０２が、図３に示したような抵抗値がＣnt＊Ｒｂ／√３の可変抵抗となっている。
【０１３４】
したがって、回転演算部５は、２つ以上の前記検出信号であるＸ軸信号Ｘ、Ｙ軸信号Ｙにより表されるベクトルを回転させて回転ベクトルである回転Ｘ軸信号Ｘ’、回転Ｙ軸信号Ｙ’を生成して出力する際に、倍率カウントＣntをＸ軸信号Ｘ、Ｙ軸信号Ｙに乗算して、検出信号から生成される回転Ｘ軸信号Ｘ’、回転Ｙ軸信号Ｙ’の振幅を調整することができる。その結果、回転体の回転角度をより安価かつ正確に検出することができる。
【０１３５】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例で説明したものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１３６】
１  回転角度検出装置
２  回転検出部
２Ｕ、２Ｖ  ホール素子
３  差動部
３１  Ｕ相差動部
３２  Ｖ相差動部
４  ベクトル生成部
４１  Ｘ軸生成部
４２  Ｙ軸生成部
５  回転演算部
５１  乗算部
５２  加算部
５３  減算部
５４  メモリ
６  符号判定部
６１  上側判定部
６２  下側判定部
７  角度探索部
８  制御部
８１  Ｘ軸生成部
８２  Ｙ軸生成部
９  駆動アンプ
１０  閾値検出部
１１  ゲインカウンタ
１２  クロック発生部
１２ａ  発振器
１２ｂ  分周器
Ｒｄ  抵抗
ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３  オペアンプ
Ｒ０１、Ｒ１１  抵抗
Ｒ０２、Ｒ１２  抵抗
ｓｗ０、ｓｗ１、ｓｗ２  スイッチ
Ｒ３１  抵抗
Ｃ  コンデンサ
ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−  差動信号
Ｖｕ、Ｖｖ  正弦波信号
Ｘ  Ｘ軸信号
Ｙ  Ｙ軸信号
Ｘ’  回転Ｘ軸信号
Ｙ’  回転Ｙ軸信号
Ｃnt、Ｃnt_n  倍率カウント
ｆｓ  トリガ
ｆｓｇ  ゲイントリガ
ｃｔｌ  制御出力
Ｖdrv  駆動信号
Ｖlim  駆動リミット
ＵＰ  上側判定信号
ＤＮ  下側判定信号
ＧＵＰ  リミット検出信号
θｄ  検出角度
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３７】
【特許文献１】特開２０１０−２１７１５０号公報
【図１】
2015014485.tif 000018
【図２】
2015014485.tif 000019
【図３】
2015014485.tif 000020
【図４】
2015014485.tif 000021
【図５】
2015014485.tif 000022
【図６】
2015014485.tif 000023
【図７】
2015014485.tif 000024
【図８】
2015014485.tif 000025
【図９】
2015014485.tif 000026
【図１０】
2015014485.tif 000027
【図１１】
2015014485.tif 000028
【図１２】
2015014485.tif 000029
【図１３】
2015014485.tif 000030
【図１４】
2015014485.tif 000031
【図１５】
2015014485.tif 000032
【図１６】
2015014485.tif 000033
【図１７】
2015014485.tif 000034
【図１８】
2015014485.tif 000035
【図１９】
2015014485.tif 000036