(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の極を有し、極毎に電気角の１周期に対応するアナログの角度情報信号を出力する多極角度検出器と、
前記多極角度検出器から出力される前記角度情報信号を、電気角１周期あたりのデジタル角度信号である第１角度信号に変換する変換部と、
前記第１角度信号を微分して第１角速度信号を検出する第１角速度信号検出部と、
前記第１角速度信号検出部で検出した前記第１角速度信号の示す角速度のうち、前記第１角速度信号の時間変化が不連続となる角速度の値を、連続性を有する値に補正する第１不連続補正部と、
前記第１不連続補正部で補正処理後の前記第１角速度信号に含まれる誤差成分を低減する補正処理を行う角速度信号補正部と、
前記角速度信号補正部で補正後の前記第１角速度信号を積分して第２角度信号を検出する第２角度信号検出部と、を備えることを特徴とする角度検出装置。
【請求項２】
前記第１不連続補正部は、前記第１角速度信号の示す角速度が予め設定した速度閾値以上となる場合に、該速度閾値以上となる角速度の値を、連続性を有する値へと補正することを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項３】
前記角速度信号補正部は、デジタルフィルタを用いて前記第１角速度信号に含まれる高周波ノイズ成分を低減する補正処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の角度検出装置。
【請求項４】
前記第２角度信号検出部で検出した第２角度信号に含まれる誤差成分を低減する補正処理を行う角度信号補正部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項５】
前記第２角度信号検出部は、前記第１角速度信号を積分して電気角１周期あたりの第２角度信号を検出するように構成されており、
前記角度信号補正部で補正後の前記電気角１周期あたりの第２角度信号を微分して第２角速度信号を検出する第２角速度信号検出部と、
前記第２角速度信号検出部で検出した前記第２角速度信号の示す角速度のうち、前記第２角速度信号の時間変化が不連続となる角速度の値を、連続性を有する値に補正する第２不連続補正部と、
前記第２不連続補正部で補正処理後の前記第２角速度信号を積分して、予め設定した分解能の機械角１周期あたりの第３角度信号を検出する第３角度信号検出部と、
前記第３角度信号検出部で検出した前記第３角度信号を機械角信号に変換する角度信号変換部と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の角度検出装置。
【請求項６】
前記第２角度信号検出部は、前記第１角速度信号を積分して第２角度信号に変換する積分器を有し、電気角１周期分の前記第１角速度信号を積分する毎に前記積分器の累積値をクリアするように構成されており、
前記第３角度信号検出部は、前記第２角速度信号を積分して第３角度信号を検出する積分器を有し、予め設定した分解能の機械角１周期分の前記第２角速度信号を積分する毎に前記積分器の累積値をクリアするように構成されており、
前記角度信号変換部は、前記分解能を前記多極角度検出器の極数で除算した値を、前記第３角度信号に乗算することで、前記第３角度信号を前記機械角信号に変換することを特徴とする請求項５に記載の角度検出装置。
【請求項７】
前記多極角度検出器は、多極の光学式エンコーダである請求項１乃至６のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項８】
前記多極角度検出器は、多極のレゾルバである請求項１乃至６のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項９】
前記多極角度検出器及び前記変換部以外の各構成部を、プログラマブル論理回路によって構成したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の角度検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の角度検出装置を備えたモータ。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の角度検出装置を備えたトルクセンサ。
【請求項１２】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の角度検出装置を備えた電動パワーステアリング装置。
【請求項１３】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の角度検出装置を備えた自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多極の角度検出器を用いて検出した角度情報を補正する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、角度検出器を用いて検出した角度情報を補正する技術として、例えば、特許文献１に記載された技術がある。この技術は、レゾルバで検出された信号から角度信号を検出し、検出した角度信号を微分して速度信号を検出し、検出した速度信号を用いて誤差を推定する。そして、推定した誤差を用いて速度信号を補正し、補正後の速度信号を積分して誤差の補正された角度信号を得るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４５３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の従来技術は、多極レゾルバに適用した場合、多極レゾルバは、機械角の１回転に対して電気角が複数回転するため、レゾルバからは、各極に対応する電気角１周期毎の信号が順次出力されることとなる。従って、多極レゾルバで検出した信号から角度信号を検出すると、電気角１周期（０度〜３６０度）毎の角度信号が検出される。特に、電気角１周期毎のデジタル角度信号を検出する場合、このデジタル角度信号に対して微分により速度信号の検出を行うと、極を跨ぐところで３６０度から０度へと角度信号が急変するため、この時点での速度信号も急変（ステップ状に変化）する。このような速度信号を用いて誤差を推定した場合、誤差の推定精度が悪化することになる。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、多極角度検出器の出力する角度情報に含まれる誤差を補正するのに好適な角度検出装置、この角度検出装置を備えるモータ、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び自動車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】
【０００５】
〔形態１〕  上記目的を達成するために、形態１の角度検出装置は、複数の極を有し、極毎に電気角の１周期に対応するアナログの角度情報信号を出力する多極角度検出器と、多極角度検出器から出力される角度情報信号を、電気角１周期あたりのデジタル角度信号である第１角度信号に変換する変換部と、第１角度信号を微分して第１角速度信号を検出する第１角速度信号検出部と、第１角速度信号検出部で検出した第１角速度信号の示す角速度のうち、第１角速度信号の時間変化が不連続となる角速度の値を、連続性を有する値に補正する第１不連続補正部と、第１不連続補正部で補正処理後の第１角速度信号に含まれる誤差成分を低減する補正処理を行う角速度信号補正部と、角速度信号補正部で補正後の第１角速度信号を積分して第２角度信号を検出する第２角度信号検出部と、を備える。
【０００６】
このような構成であれば、変換部によって、多極角度検出器から出力されるアナログの角度情報を、デジタルの角度信号（第１角度信号）に変換し、第１角速度信号検出部によって、第１角度信号を微分して第１角速度信号を検出することが可能である。更に、第１不連続補正部によって、第１角速度信号検出部で検出した第１角速度信号の示す角速度のうち、第１角速度信号の時間変化が不連続となる角速度の値を、連続性を有する値に補正することが可能である。なお更に、角速度信号補正部によって、第１不連続補正部で補正処理後の第１角速度信号に含まれる誤差成分を低減することが可能であり、第２角度信号検出部によって、誤差成分を低減後の第１角速度信号を積分して第２角度信号を検出することが可能である。
これによって、第１角速度信号が不連続であるために生じる誤差の発生を防ぐことができるという効果が得られる。
【０００７】
〔形態２〕  更に、形態２の角度検出装置は、形態１の構成に対して、第１不連続補正部は、第１角速度信号の示す角速度が予め設定した速度閾値以上となる場合に、該速度閾値以上となる角速度の値を、連続性を有する値へと補正する。
ここで、多極角度検出器の適用対象によって角速度の上限速度が決まる。また、極を跨ぐところで、電気角が例えば３６０°→０°へと急変するため、電気角の微分結果の絶対値が極めて大きい値となる。この極めて大きな微分値が、第１角速度信号の時間変化に不連続を生じさせる。
このことに基づき、速度閾値を、例えば、上限速度よりも十分大きな値に設定することで、不連続の原因となる微分値が急変するときの角速度を適切に検出することが可能となる。
これによって、不連続の発生原因となる角速度の値を適切に補正することが可能となり、不連続性の補正精度を向上することができるという効果が得られる。
【０００８】
〔形態３〕  更に、形態３の角度検出装置は、形態１又は２の構成に対して、角速度信号補正部は、デジタルフィルタを用いて第１角速度信号に含まれる高周波ノイズ成分を低減する補正処理を行う。
このような構成であれば、デジタルフィルタによって、第１角速度信号に含まれる高周波ノイズ成分を低減することが可能となる。
これによって、高周波ノイズ成分を低減した第１角速度信号を積分して第２角度信号を検出することが可能となるので、第２角度信号の検出精度を向上することができるという効果が得られる。
【０００９】
〔形態４〕  更に、形態４の角度検出装置は、形態１乃至３のいずれか１の構成に対して、第２角度信号検出部で検出した第２角度信号に含まれる誤差成分を低減する補正処理を行う角度信号補正部を備える。
ここで、多極角度検出器は、例えば、装置固有の再現性を有する実位置からの誤差を有している。
このことに基づき、角度信号補正部によって、第２角度信号に含まれる誤差成分を低減する補正処理を行うようにした。
これによって、第２角度信号の検出精度を、より向上することができるという効果が得られる。
【００１０】
〔形態５〕  更に、形態５の角度検出装置は、形態４の構成に対して、前記第２角度信号検出部は、前記第１角速度信号を積分して電気角１周期あたりの第２角度信号を検出するように構成されており、前記角度信号補正部で補正後の前記電気角１周期あたりの第２角度信号を微分して第２角速度信号を検出する第２角速度信号検出部と、前記第２角速度信号検出部で検出した前記第２角速度信号の示す角速度のうち、前記第２角速度信号の時間変化が不連続となる角速度の値を、連続性を有する値に補正する第２不連続補正部と、前記第２不連続補正部で補正処理後の前記第２角速度信号を積分して、予め設定した分解能の機械角１周期あたりの第３角度信号を検出する第３角度信号検出部と、前記第３角度信号検出部で検出した前記第３角度信号を機械角信号に変換する角度信号変換部と、を備える。
【００１１】
このような構成であれば、第２角度信号検出部によって、電気角１周期あたりの電気角信号である第２角度信号を検出することが可能であり、第２角速度信号検出部によって、電気角１周期あたりの第２角度信号を微分して第２角速度信号を検出することが可能である。更に、第２不連続補正部によって、第２角速度信号検出部で検出した第２角速度信号の示す角速度のうち、第２角速度信号の時間変化が不連続となる角速度の値を、連続性を有する値に補正することが可能である。なお更に、第３角度信号検出部によって、第２不連続補正部で補正処理後の第２角速度信号を積分して機械角１周期あたりの第３角度信号を検出することが可能であり、角度信号変換部によって、第３角度信号を機械角信号に変換することが可能である。
これによって、電気角１周期あたりの第２角度信号を、予め設定した分解能の機械角信号に変換することができるという効果が得られる。
【００１２】
〔形態６〕  更に、形態６の角度検出装置は、形態５の構成に対して、第２角度信号検出部は、第１角速度信号を積分して第２角度信号に変換する積分器を有し、電気角１周期分の第１角速度信号を積分する毎に前記積分器の累積値をクリアするように構成されており、第３角度信号検出部は、第２角速度信号を積分して第３角度信号を検出する積分器を有し、予め設定した分解能の機械角１周期分の第２角速度信号を積分する毎に積分器の累積値をクリアするように構成されており、角度信号変換部は、分解能を多極角度検出器の極数で除算した値を、第３角度信号に乗算することで、第３角度信号を機械角信号に変換する。
【００１３】
このような構成であれば、第２角度信号検出部によって、電気角１周期あたりの電気角信号である第２角度信号を検出することが可能であり、第３角度信号検出部によって、機械角１周期あたりの第３角度信号を検出することが可能であり、角度信号変換部によって、第３角度信号を予め設定した分解能の機械角信号に変換することが可能である。
これによって、電気角１周期あたりの第２角度信号を、予め設定した分解能の機械角１周期あたりの角度信号（機械角信号）に変換することができるという効果が得られる。
【００１４】
〔形態７〕  更に、形態７の角度検出装置は、形態１乃至６のいずれか１の構成に対して、多極角度検出器は、多極の光学式エンコーダである。
このような構成であれば、多極角度検出器を多極の光学式エンコーダとした場合において、形態１乃至６のいずれか１の角度検出装置と同等の作用及び効果を得ることができる。
〔形態８〕  更に、形態８の角度検出装置は、形態１乃至６のいずれか１の構成に対して、多極角度検出器は、多極のレゾルバである。
このような構成であれば、多極角度検出器を多極のレゾルバとした場合において、形態１乃至６のいずれか１の角度検出装置と同等の作用及び効果を得ることができる。
【００１５】
〔形態９〕  更に、形態９の角度検出装置は、形態１乃至８のいずれか１の構成に対して、多極角度検出器及び前記変換部以外の各構成部を、プログラマブル論理回路によって構成した。
このような構成であれば、多極角度検出器及び前記変換部以外の各構成部をプログラマブル論理回路によって構成できるので、バージョンアップや設計値の修正等の設計変更等を容易にできるという効果が得られる。
【００１６】
〔形態１０〕  一方、上記目的を達成するために、形態１０のモータは、形態１乃至９のいずれか１の角度検出装置を備えている。
このような構成であれば、形態１乃至９のいずれか１の角度検出装置と同等の作用及び効果が得られる。
〔形態１１〕  一方、上記目的を達成するために、形態１１のトルクセンサは、形態１乃至９のいずれか１の角度検出装置を備えている。
このような構成であれば、形態１乃至９のいずれか１の角度検出装置と同等の作用及び効果が得られる。
【００１７】
〔形態１２〕  一方、上記目的を達成するために、形態１２の電動パワーステアリング装置は、形態１乃至９のいずれか１の角度検出装置を備えている。
このような構成であれば、形態１乃至９のいずれか１の角度検出装置と同等の作用及び効果が得られる。
〔形態１３〕  一方、上記目的を達成するために、形態１３の自動車は、形態１乃至９のいずれか１の角度検出装置を備えている。
このような構成であれば、形態１乃至９のいずれか１の角度検出装置と同等の作用及び効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る第１の角度検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、第１実施形態に係る多極光学式エンコーダの構成例を示す図である。
【図３】第１実施形態に係る光学スケールのパターンの一例を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る光学スケールの回転角度と各受光部の偏光成分の光強度変化との関係の一例を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る演算回路の構成例を示すブロック図である。
【図６】（ａ）は、第１実施形態に係る第１微分器の一例を示す回路図であり、（ｂ）は、第１実施形態に係る第２微分器の一例を示す回路図である。
【図７】（ａ）は、第１実施形態に係る第１不連続補正回路の一例を示す回路図であり、（ｂ）は、第１実施形態に係る第２不連続補正回路の一例を示す回路図である。
【図８】（ａ）は、第１実施形態に係る第１積分器の一例を示す回路図であり、（ｂ）は、第１実施形態に係る第２積分器の一例を示す回路図である。
【図９】（ａ）は、従来の角度検出装置の一例を示すブロック図であり、（ｂ）は、従来の角度検出装置の出力するデジタル角度の一例を示す図である。
【図１０】第１実施形態に係る第１積分器の出力するデジタル角度の一例を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係る第２の角度検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】第２実施形態に係る多極レゾルバの構成例を示す図である。
【図１３】第３実施形態に係る自動車に搭載された電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。
【図１４】第３実施形態に係る第１の角度検出装置を適用したトルクセンサの構成例を示す図である。
【図１５】第３実施形態に係る第２の角度検出装置を適用したモータ装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
（構成）
第１実施形態に係る第１の角度検出装置１は、図１に示すように、検出対象の角度情報（位置情報）を検出する多極光学式エンコーダ１１と、多極光学式エンコーダ１１からのアナログの電気角情報を予め設定した分解能のデジタルの電気角情報に変換する逓倍回路１２とを含んで構成される。
第１の角度検出装置１は、更に、逓倍回路１２からのデジタルの電気角情報（θｅｄ）に基づき、該電気角情報θｅｄに含まれる誤差成分を補正すると共に、検出対象のデジタル機械角情報（θｍｄ）を演算する演算回路１３と、角度補正データ（後述）が格納されたメモリ１９とを含んで構成される。
【００２０】
（多極光学式エンコーダ１１）
多極光学式エンコーダ１１は、図２（ａ）に示すように、光源１４１と、被検出領域を挟んで光源１４１からの光源光を検出する検出部１３５と、光源１４１及び検出部１３５が設けられる基板１５０と、を備えている。
更に、多極光学式エンコーダ１１は、モータ等の回転機械に連結されるシャフト１１２と、シャフト１１２の端部に取り付けられた光学スケール１１１とを有するロータ１１０と、ステータ１２０とを備えている。ステータ１２０は、開口部１２１ａ及び切欠部１２１ｂを有するボディ１２１と、基板１５０が設けられるシャシ１２２と、開口部１２１ａを覆うカバー１２３とを備えている。
【００２１】
基板１５０が設けられたシャシ１２２は、開口部１２１ａを介してボディ１２１に取り付けられ、基板１５０のハーネス部１５４及びコネクタＣＮＴは、切欠部１２１ｂを介して外部へと延出する構成となっている。ハーネス部１５４は、光源１４１、検出部１３５及び基板１５０に設けられた各種の回路に接続される信号線及び電力線を有している。コネクタＣＮＴは、ハーネス部１５４に接続されており、多極光学式エンコーダ１１と他の装置(第１実施形態では逓倍回路１２)とを接続するものである。
【００２２】
また、シャフト１１２は、軸受１２６ａ及び１２６ｂを介してボディ１２１に回転可能に支持されている。また、ボディ１２１は、軸受１２６ａ及び１２６ｂと、シャフト１１２と、光学スケール１１１と、検出部１３５とを囲む円筒形状に構成され、かつ遮光性の部材から構成されている。
検出部１３５は、検出領域における光学スケール１１１の変化（回転）により生じる光源光の変化を検出し、この検出結果の変化に応じた出力を行うセンサである。即ち、多極光学式エンコーダ１１は、ロータ１１０に回転動作を伝達するよう接続された回転駆動体の角度位置を検出するロータリーエンコーダとして機能する。
【００２３】
検出部１３５は、図２（ｂ）に示すように、第１偏光層ＰＰ１を有する第１受光部ＰＤ１と、第２偏光層ＰＰ２を有する第２受光部ＰＤ２と、第３偏光層ＰＰ３を有する第３受光部ＰＤ３と、第４偏光層ＰＰ４を有する第４受光部ＰＤ４とを含む。
図２（ｂ）に示すように、これら第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４のそれぞれから配置中心Ｓ０までの距籬を等しくすることが好ましい。
【００２４】
光源１４１は、例えば、発光ダイオード、垂直共振器面発光レーザ等の半導体レーザ、フィラメント等から構成される。図２（ｂ）に示すように、光源１４１から照射される光源光７１は、光学スケール１１１を透過して、透過光７３として、第１偏光層ＰＰ１、第２偏光層ＰＰ２、第３偏光層ＰＰ３及び第４偏光層ＰＰ４を透過し、第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４に入射する。
【００２５】
ここで、第１偏光層ＰＰ１が分離する偏光軸と、第２偏光層ＰＰ２が分離する偏光軸とは相対的に４５°異なっており、第２偏光層ＰＰ２が分離する偏光軸と、第３偏光層ＰＰ３が分離する偏光軸とは相対的に４５°異なっている。加えて、第３偏光層ＰＰ３が分離する偏光軸と、第４偏光層ＰＰ４が分離する偏光軸とは相対的に４５°異なっており、第４偏光層ＰＰ４が分離する偏光軸と、第１偏光層ＰＰ１が分離する偏光軸とは相対的に４５°異なっている。
【００２６】
光学スケール１１１は、図３に示すように、円板形状の部材であり、例えば、シリコン、ガラス、高分子材料などで形成されている。なお、光学スケール１１１は、円板形状に限らず、多角形形状、円輪形状（円環形状）など他の形状としてもよい。
光学スケール１１１は、図３に示すように、一方の板面に信号トラックＴ１を有している。この信号トラックＴ１は、ワイヤーグリッドパターンと呼ばれる金属細線(ワイヤー)ｇの配列によって構成されている。具体的に、ワイヤーグリッドパターンは、図３に示すように、直線状の金属細線ｇを、隣り合う金属細線間が平行かつ等間隔となるように配置したパターンとなる。そのため、光学スケール１１１は、光源光７１が照射される位置によらず同じ偏光軸となり、面内における偏光子の偏光方向が一方向を向いている。
【００２７】
以上説明した構成によって、多極光学式エンコーダ１１は、ロータ１１０のシャフト１１２が回転すると、図２（ｂ）に示すように、光学スケール１１１が、例えばＲ方向に検出部１３５に対して相対的に移動する。これにより、光学スケール１１１の信号トラックＴ１が検出部１３５に対して相対的に移動する。光学スケール１１１は、面内における偏光子の偏光方向Ｐｍが所定の方向を向いており、かつ偏光方向Ｐｍが回転により変化する。検出部１３５は、光源１４１の光源光７１が光学スケール１１１を透過して入射する入射光(透過光)７３を受光して、図３に示す光学スケール１１１の信号トラックＴ１を読み取ることができる。
【００２８】
透過光７３の偏光方向Ｐｍは、第１の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（−）と、第１の偏光方向とは９０°異なる第２の偏光方向の成分の光強度ＰＩ（＋）とで表現することができる。これら、検出部１３５の検出信号である、光強度ＰＩ（−）と、光強度ＰＩ（＋）とに対応する、第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４のそれぞれの出力は、図４に示すように、光学スケール１１１の回転に応じて、位相がずれた光強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４となる。
【００２９】
また、光学スケール１１１は、図２（ａ）に示すように、角度情報演算回路１６０を備えている。
角度情報演算回路１６０は、図示しないが、プリアンプＡＭＰと、差動演算回路ＤＳと、フィルタ回路ＮＲとを備えている。そして、プリアンプＡＭＰで、検出部１３５から出力された検出信号Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４を増幅し、差動演算回路ＤＳで、増幅したＩ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４を用いて、下式（１）及び（２）に示す差動信号Ｖｃ及びＶｓの演算処理を行う。更に、フィルタ回路ＮＲで、差動信号Ｖｃ及びＶｓからノイズを除去する。このノイズ除去後の差動信号Ｖｃ及びＶｓがアナログの角度情報として、逓倍回路１２に出力される。
Ｖｃ＝（Ｉ１−Ｉ３）／（Ｉ１＋Ｉ３）…（１）
Ｖｓ＝（Ｉ２−Ｉ４）／（Ｉ２＋Ｉ４）…（２）
【００３０】
（逓倍回路１２）
逓倍回路１２は、角度情報演算回路１６０から入力された差動信号Ｖｃ及びＶｓからリサージュパターンを演算し、初期位置から回転したロータ１１０の回転角度のデジタルの角度情報を演算する。ここで、差動信号Ｖｃ及びＶｓは、λ／４位相がずれた差動信号であるため、差動信号Ｖｃのコサインカーブを横軸へ、差動信号Ｖｓのサインカーブを縦軸にとったリサージュパターンを演算し、ロータ１１０の回転角度に応じて、リサージュ角（電気角）を決定する。第１実施形態では、ロータ１１０（機械角）が１回転すると電気角が２周するように構成されている。即ち、第１実施形態の多極光学式エンコーダ１１は、２極の光学式エンコーダとなる。
【００３１】
従って、逓倍回路１２は、ロータ１１０の回転角度に応じて、極毎に、電気角１周期（０°〜３６０°）あたりのデジタルの角度情報を演算回路１３に出力する。即ち、ロータ１１０が１回転する間に、電気角２周期分のデジタルの角度情報を演算回路１３に出力する。
また、逓倍回路１２は、入力された信号の分解能（例えば、１２ビット）を、予め設定した分解能（例えば、１６ビット）へと電気的に分解能を上げる機能を有している。
従って、逓倍回路１２は、予め設定した分解能のデジタルの電気角情報を、演算回路１３に出力する。
【００３２】
（演算回路１３）
演算回路１３は、図５に示すように、第１微分器３０と、第１不連続補正回路３１と、デジタルフィルタ３２と、第１積分器３３と、１極補正回路３４と、第２微分器３５と、第２不連続補正回路３６と、第２積分器３７と、第１乗算器３８と、第２乗算器３９とを含んで構成される。
なお、第１実施形態の演算回路１３は、ＦＰＧＡから構成されている。即ち、演算回路１３は、各構成回路が、ハードウェア記述言語によって設計（プログラミング）された回路となっている。
また、図５に示すように、演算回路１３には、不図示の水晶発振器からクロック信号ＣＬＫ（以下、単に「ＣＬＫ」と称する場合がある）が供給されている。
【００３３】
第１微分器３０は、図６（ａ）に示すように、第１減算器３０ａと、第１バッファレジスタ３０ｂとを含んで構成されている。第１減算器３０ａの２本の入力端子の一方と第１バッファレジスタ３０ｂの入力端子とは電気的に接続されており、第１減算器３０ａと第１バッファレジスタ３０ｂとには、逓倍回路１２からのデジタル電気角情報θｅｄ（ｔ）（以下、単に「電気角θｅｄ（ｔ）」と称する場合がある）がＣＬＫに同期して入力される。また、第１バッファレジスタ３０ｂは、その出力端子が、第１減算器３０ａの他方の入力端子と接続されており、第１バッファレジスタ３０ｂの出力が第１減算器３０ａに入力されるように構成されている。第１バッファレジスタ３０ｂは、遅延素子として働き、先に入力された電気角θｅｄ（ｔ）を、次の電気角θｅｄ（ｔ＋１）が入力されるまで遅延（例えば１クロック遅延）してから第１減算器３０ａの他方の入力端子に入力する。
【００３４】
かかる構成によって、第１減算器３０ａでは、現在の電気角θｅｄ（ｔ）から、１つ前に入力された電気角θｅｄ（ｔ−１）が減算されることとなる。即ち、第１微分器３０では、電気角θｅｄ（ｔ）の時間変化であるデジタル電気角速度ωｅｄ（ｔ）（以下、単に「電気角速度ωｅｄ（ｔ）」と称する場合がある）が演算されることになる。第１微分器３０は、演算結果である電気角速度ωｅｄ（ｔ）を、第１不連続補正回路３１へと出力する。
第１不連続補正回路３１は、極を跨ぐタイミングで不連続となる電気角速度ωｅｄ（ｔ）を、連続性を維持するように補正する回路である。
【００３５】
ここで、逓倍回路１２から入力される電気角θｅｄ（ｔ）は、極毎に０〜３６０°変化する角度情報であり、かつ、多極光学式エンコーダ１１は、２極の光学式エンコーダであることから、ロータ１１０が１回転する間に、電気角が２周することになる。従って、電気角１周目と２周目との変わり目において、デジタル電気角θｅｄ（ｔ）が、例えば３６０°から０°へと急変することになる。この急変は、大きな電気角速度ωｅｄ（ｔ）として出力されることになる。
【００３６】
第１実施形態の第１不連続補正回路３１は、ロータ１１０の最大回転速度（最大角速度）が既知であることから、最大回転速度を大幅に超えるような電気角速度ωｅｄ（ｔ）が入力された場合に、電気角θｅｄ（ｔ）が折り返したと判断して、このときの電気角速度ωｅｄ（ｔ）を補正する。
具体的に、第１実施形態の第１不連続補正回路３１は、図７（ａ）に示すように、第１コンパレータ３１ａと、第２コンパレータ３１ｂと、第１加減算器３１ｃとを含んで構成される。
【００３７】
第１コンパレータ３１ａは、電気角速度ωｅｄ（ｔ）の分解能を「２m」（ｍは２以上の自然数）とした場合に、電気角速度ωｅｄ（ｔ）と「２(m-1)」とを比較し、電気角速度ωｅｄが「２(m-1)」以上の場合に、論理値「１」の第１比較信号ＣＰ１を第１加減算器３１ｃに出力し、電気角速度ωｅｄ（ｔ）が「２(m-1)」未満の場合に、論理値「０」の第１比較信号ＣＰ１を第１加減算器３１ｃに出力する。
【００３８】
第２コンパレータ３１ｂは、電気角速度ωｅｄ（ｔ）と「−２(m-1)」とを比較し、電気角速度ωｅｄ（ｔ）が「−２(m-1)」以下の場合に、論理値「１」の第２比較信号ＣＰ２を第１加減算器３１ｃに出力し、電気角速度ωｅｄ（ｔ）が「−２(m-1)」より大きい場合に、論理値「０」の第２比較信号ＣＰ２を第１加減算器３１ｃに出力する。
第１加減算器３１ｃは、第１比較信号ＣＰ１が「１」でかつ第２比較信号ＣＰ２が「０」である場合、電気角速度ωｅｄ（ｔ）から「２m」を減算する。そして、減算結果の電気角速度ωｅｄｃ（ｔ）を、デジタルフィルタ３２に出力する。
【００３９】
また、第１加減算器３１ｃは、第１比較信号ＣＰ１が「０」でかつ第２比較信号ＣＰ２が「１」である場合、電気角速度ωｅｄ（ｔ）に「２m」を加算する。そして、加算結果の電気角速度ωｅｄｃ（ｔ）を、デジタルフィルタ３２に出力する。
一方、第１加減算器３１ｃは、第１比較信号ＣＰ１が「０」でかつ第２比較信号ＣＰ２が「０」である場合、入力された電気角速度ωｅｄ（ｔ）をそのままデジタルフィルタ３２に出力する。なお、この場合も出力信号は電気角速度ωｅｄｃ（ｔ）と称することとする。
【００４０】
なお、電気角の分解能の情報は、メモリ１９に予め記憶されているものとする。
デジタルフィルタ３２は、デジタルローパスフィルタから構成され、第１不連続補正回路３１からの電気角速度ωｅｄｃ（ｔ）に含まれる高周波ノイズ成分を低減する機能を有する。デジタルフィルタ３２は、フィルタ処理後の電気角速度ωｅｄｆ（ｔ）を、第１積分器３３に出力する。
【００４１】
第１積分器３３は、図８（ａ）に示すように、第１加算器３３ａと、第３バッファレジスタ３３ｂと、第１レジスタ制御回路３３ｃとを含んで構成される。
第１加算器３３ａの２つの入力端子の一方は、デジタルフィルタ３２の出力端子と電気的に接続され、第１加算器３３ａの２つの入力端子の他方は、第３バッファレジスタ３３ｂの出力端子と電気的に接続されている。
【００４２】
かかる構成によって、第１加算器３３ａの一方の入力端子には、デジタルフィルタ３２からの電気角速度ωｅｄｆ（ｔ）が入力され、他方の入力端子には、第３バッファレジスタ３３ｂからの電気角θｅｄｆ（ｔ−１）が入力される。
第１加算器３３ａは、電気角速度ωｅｄｆ（ｔ）を、電気角θｅｄｆ（ｔ−１）に加算して、電気角θｅｄｆ（ｔ）を演算し、演算結果を１極補正回路３４に出力する。
【００４３】
第３バッファレジスタ３３ｂは、入力端子が、第１加算器３３ａの出力端子と電気的に接続されており、第１加算器３３ａからの加算結果（電気角θｅｄｆ（ｔ））が入力される。第３バッファレジスタ３３ｂは、遅延素子の機能を有しており、先に入力された電気角θｅｄｆ（ｔ）を、次の電気角θｅｄｆ（ｔ＋１）が入力されるまで遅延（例えば１クロック遅延）してから第１加算器３３ａの他方の入力端子に入力する。即ち、第３バッファレジスタ３３ｂは、入力された電気角速度ωｅｄｆ（ｔ）の累積値を保持する。
【００４４】
第１レジスタ制御回路３３ｃは、電気角１周期あたりｍビット（０〜２m−１）の電気角速度ωｅｄｆ（ｔ）が入力される場合に、第３バッファレジスタ３３ｂの保持する累積値が「２m−１」となったときに、この累積値を「０」にクリアする機能を有している。即ち、第１実施形態の第１積分器３３は、電気角１周期あたりの電気角θｅｄｆ（ｔ）を演算するように構成されている。
【００４５】
１極補正回路３４は、多極光学式エンコーダ１１の各極に対応する電気角１周期毎の電気角θｅｄｆ（ｔ）を補正する機能を有している。
具体的に、メモリ１９には、極毎に事前に取得した誤差成分を加味した繰り返し性（再現性）を有する角度補正データが記憶されている。１極補正回路３４は、入力される電気角θｅｄｆ（ｔ）に対して、対応する極の角度補正データを用いた補正処理を行う。そして、補正後の電気角ＴＲ（ｔ）を、第２微分器３５に出力する。
【００４６】
第２微分器３５は、図６（ｂ）に示すように、第２減算器３５ａと、第２バッファレジスタ３５ｂとを含んで構成される。
第２減算器３５ａの２本の入力端子の一方と第２バッファレジスタ３５ｂの入力端子とは電気的に接続されており、第２減算器３５ａと第２バッファレジスタ３５ｂとには、１極補正回路３４からの電気角ＴＲ（ｔ）が入力される。また、第２バッファレジスタ３５ｂは、その出力端子が、第２減算器３５ａの他方の入力端子と接続されており、第２バッファレジスタ３５ｂの出力が第２減算器３５ａに入力されるように構成されている。
【００４７】
第２バッファレジスタ３５ｂは、遅延素子として働き、先に入力された電気角ＴＲ（ｔ）を、次の電気角ＴＲ（ｔ＋１）が入力されるまで遅延（例えば１クロック遅延）してから第２減算器３５ａの他方の入力端子に入力する。
かかる構成によって、第２減算器３５ａでは、現在の電気角ＴＲ（ｔ）から、１つ前に入力された電気角ＴＲ（ｔ−１）が減算されることとなる。即ち、第２微分器３５では、電気角ＴＲ（ｔ）の時間変化である電気角速度ωＴＲ（ｔ）が演算されることになる。第２微分器３５は、演算結果である電気角速度ωＴＲ（ｔ）を、第２不連続補正回路３６へと出力する。
【００４８】
第２不連続補正回路３６は、上記第１不連続補正回路３１と同様に、極を跨ぐタイミングで不連続となる電気角速度ωＴＲ（ｔ）を、連続性を維持するように補正する回路である。
具体的に、第１実施形態の第２不連続補正回路３６は、図７（ｂ）に示すように、第３コンパレータ３６ａと、第４コンパレータ３６ｂと、第２加減算器３６ｃとを含んで構成される。
【００４９】
第３コンパレータ３６ａは、電気角速度ωＴＲ（ｔ）と「２(m-1)」とを比較し、電気角速度ωＴＲ（ｔ）が「２(m-1)」以上の場合に、論理値「１」の第３比較信号ＣＰ３を第２加減算器３６ｃに出力し、電気角速度ωＴＲ（ｔ）が「２(m-1)」未満の場合に、論理値「０」の第３比較信号ＣＰ３を第２加減算器３６ｃに出力する。
第４コンパレータ３６ｂは、電気角速度ωＴＲ（ｔ）と「−２(m-1)」とを比較し、電気角速度ωＴＲ（ｔ）が「−２(m-1)」以下の場合に、論理値「１」の第４比較信号ＣＰ４を第２加減算器３６ｃに出力し、電気角速度ωＴＲ（ｔ）が「−２(m-1)」より大きい場合に、論理値「０」の第４比較信号ＣＰ４を第２加減算器３６ｃに出力する。
【００５０】
第２加減算器３６ｃは、第３比較信号ＣＰ３が「１」でかつ第４比較信号ＣＰ４が「０」である場合、電気角速度ωＴＲ（ｔ）から「２m」を減算する。そして、減算結果の電気角速度ωＴＲｃ（ｔ）を、第２積分器３７に出力する。
また、第２加減算器３６ｃは、第３比較信号ＣＰ３が「０」でかつ第４比較信号ＣＰ４が「１」である場合、電気角速度ωＴＲ（ｔ）に「２m」を加算する。そして、加算結果の電気角速度ωＴＲｃ（ｔ）を、第２積分器３７に出力する。
【００５１】
一方、第２加減算器３６ｃは、第３比較信号ＣＰ３が「０」でかつ第４比較信号ＣＰ４が「０」である場合、入力された電気角速度ωＴＲ（ｔ）をそのまま第２積分器３７に出力する。なお、この場合も出力信号は電気角速度ωＴＲｃ（ｔ）と称することとする。
第２積分器３７は、図８（ｂ）に示すように、第２加算器３７ａと、第４バッファレジスタ３７ｂと、第２レジスタ制御回路３７ｃとを含んで構成される。
【００５２】
第２加算器３７ａの２つの入力端子の一方は、第２不連続補正回路３６の出力端子と電気的に接続され、第２加算器３７ａの２つの入力端子の他方は、第４バッファレジスタ３７ｂの出力端子と電気的に接続されている。
かかる構成によって、第２加算器３７ａの一方の入力端子には、第２不連続補正回路３６からの電気角速度ωＴＲｃ（ｔ）が入力され、他方の入力端子には、第４バッファレジスタ３７ｂからの積分値ＴＲｉ（ｔ−１）が入力される。
第２加算器３７ａは、電気角速度ωＴＲｃ（ｔ）を、電気角ＴＲｃ（ｔ−１）に加算して、積分値ＴＲｉ（ｔ）を演算し、演算結果を、第４バッファレジスタ３７ｂ及び第２乗算器３９にそれぞれ出力する。
【００５３】
第４バッファレジスタ３７ｂは、入力端子が、第２加算器３７ａの出力端子と電気的に接続されており、第２加算器３７ａからの加算結果（積分値ＴＲｉ（ｔ））が入力される。第４バッファレジスタ３７ｂは、遅延素子の機能を有しており、先に入力された積分値ＴＲｉ（ｔ）を、次の積分値ＴＲｉ（ｔ＋１）が入力されるまで遅延（例えば１クロック遅延）してから第２加算器３７ａの他方の入力端子に入力する。即ち、第４バッファレジスタ３７ｂは、入力された電気角速度ωＴＲｃ（ｔ）の累積値を保持する。
【００５４】
第１レジスタ制御回路３３ｃは、予め設定された機械角の分解能がｎ（ｎは２以上の自然数）ビット（数値範囲０〜２ｎ−１）である場合に、第４バッファレジスタ３７ｂの保持する累積値が「２ｎ−１」となったときに、この累積値を「０」にクリアする機能を有している。なお、分解能ｎは、第４バッファレジスタ３７ｂのレジスタ幅をＮビットとした場合、「ｎ＜Ｎ」となる。
即ち、第１実施形態の第２積分器３７は、機械角１周期あたりの電気角速度ωＴＲｃ（ｔ）の積分値ＴＲｉ（ｔ）（デジタル情報）を演算するように構成されている。
【００５５】
第１乗算器３８は、２つの入力端子の一方に、予め設定された機械角の分解能「２m」が入力され、２つの入力端子の他方に「１／極数」が入力される。そして、「２m」と「１／極数」とを乗算して、乗算結果「２m／極数」を、第２乗算器３９に出力する。第１実施形態の多極光学式エンコーダ１１は２極となるので、乗算結果は「２m-1」となる。なお、機械角の分解能の情報及び極数の情報は、メモリ１９に予め記憶されているものとする。
【００５６】
第２乗算器３９は、２つの入力端子の一方に、第２積分器３７の出力端子が電気的に接続され、２つの入力端子の他方に、第１乗算器３８の出力端子が電気的に接続されている。かかる構成によって、第２乗算器３９は、２つの入力端子の一方に積分値ＴＲｉ（ｔ）が入力され、２つの入力端子の他方に第１乗算器３８の乗算結果「２m-1」が入力される。
第２乗算器３９は、積分値ＴＲｉ（ｔ）に、「２m-1」を乗算して、機械角１周期あたりのデジタルの角度情報θｍｄ（以下、「機械角θｍｄ」と称する場合がある）を演算する。そして、演算した機械角θｍｄを後段の回路（不図示）へと出力する。
【００５７】
（動作）
次に、図１〜図８を参照しつつ、図９及び図１０に基づき第１実施形態の第１の角度検出装置１の動作例を説明する。
電源が投入されると、第１の角度検出装置１の各バッファレジスタが初期化される。その後、ロータ１１０に接続された回転駆動機構が駆動すると、ロータ１１０が回転し、ロータ１１０の端部に取り付けられた光学スケール１１１が回転する。
【００５８】
このとき、検出部１３５は、光源１４１の光源光７１が光学スケール１１１を透過して入射する透過光７３を受光して、光学スケール１１１の信号トラックＴ１を読み取る。これにより、第１受光部ＰＤ１、第２受光部ＰＤ２、第３受光部ＰＤ３及び第４受光部ＰＤ４のそれぞれから、光学スケール１１１の回転に応じて、位相がずれた光強度Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４が角度情報演算回路１６０へと出力される。
【００５９】
角度情報演算回路１６０は、プリアンプＡＭＰで、検出部１３５から出力された検出信号Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４を増幅し、差動演算回路ＤＳで、増幅したＩ１、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４を用いて、上式（１）及び（２）に示す差動信号Ｖｃ及びＶｓの演算処理を行う。そして、フィルタ回路ＮＲで、演算した差動信号Ｖｃ及びＶｓからノイズを除去し、ノイズ除去後の差動信号Ｖｃ及びＶｓを、逓倍回路１２に出力する。
逓倍回路１２は、差動信号Ｖｃ及びＶｓが入力されると、これらＶｃ及びＶｓからリサージュパターンを演算し、ロータ１１０の回転角度に応じたデジタル電気角θｅｄを演算する。このとき、電気角θｅｄの分解能を、予め設定した分解能（ここでは１６ビットとする）へと電気的に上げて、１６ビットの電気角θｅｄを、演算回路１３に出力する。
【００６０】
第１微分器３０では、入力される電気角θｅｄ（ｔ）を微分して、微分結果である電気角速度ωｅｄ（ｔ）を、第１不連続補正回路３１に出力する。
第１不連続補正回路３１は、入力された電気角速度ωｅｄ（ｔ）と、数値「３２７６８」及び「−３２７６８」とを比較する。そして、電気角速度ωｅｄ（ｔ）が「３２７６８」以上である場合は、入力された電気角速度ωｅｄ（ｔ）から「６５５３６」を減算し、減算結果である電気角速度ωｅｄｃ（ｔ）をデジタルフィルタ３２に出力する。
【００６１】
一方、第１不連続補正回路３１は、電気角速度ωｅｄ（ｔ）が「−３２７６８」以下である場合は、入力された電気角速度ωｅｄ（ｔ）に「６５５３６」を加算し、加算結果である電気角速度ωｅｄｃ（ｔ）をデジタルフィルタ３２に出力する。
また、第１不連続補正回路３１は、電気角速度ωｅｄ（ｔ）が「３２７６８」未満であり、かつ「−３２７６８」より大きい場合は、入力された電気角速度ωｅｄ（ｔ）を電気角速度ωｅｄｃ（ｔ）としてデジタルフィルタ３２に出力する。
即ち、電気角θｅｄが極を跨ぐところで急変すると、電気角速度ωｅｄ（ｔ）が最大回転速度を大幅に超えた速度となる。これによって、電気角速度ωｅｄ（ｔ）が不連続となるため、この不連続を生じる電気角速度ωｅｄ（ｔ）を連続性が維持されるように補正する。
【００６２】
ここでは、電気角速度ωｅｄ（ｔ）の分解能を１６ビットとしたので、最大角速度を「３２７６８」及び「−３２７６８」に設定し、不連続となる角速度の値を、「３２７６８」以上又は「−３２７６８」以下の値とした。なお、プラスとマイナスの違いは、ロータ１１０の回転方向に応じて、例えば、時計回りの回転方向をプラス、反時計回りの回転方向をマイナスとしている。
【００６３】
デジタルフィルタ３２は、不連続性が補正された電気角速度ωｅｄｃ（ｔ）に対してデジタルローパスフィルタによるフィルタ処理を行い、電気角速度ωｅｄｃ（ｔ）に含まれる高周波ノイズ成分を低減する。そして、ノイズ低減後の電気角速度ωｅｄｆ（ｔ）を、第１積分器３３に出力する。
ここで、従来の角度検出装置として、例えば、図９（ａ）に示す構成のものがある。かかる角度検出装置３０１は、多極光学式エンコーダ３１０から出力されるアナログ電気角情報を、逓倍回路３１２でデジタルの電気角θｅｄ（ｔ）に変換し、この変換後の電気角θｅｄに対してデジタルフィルタ３１３を用いて高周波ノイズの低減処理を行っている。
【００６４】
既に述べたように、多極光学式エンコーダ３１０の場合、機械角１周に対して電気角が２周するため、電気角θｅｄ（ｔ）が３６０°から０°となる極の変わり目において電気角θｅｄが不連続となる。これにより、デジタルフィルタ３１３の入力信号が、極を跨ぐところでステップ状に変化するため、物理角度に対する誤差が大きくなる。その結果、フィルタ処理後の電気角θｅｄｆ（ｔ）は、図９（ｂ）に示すように、極を跨ぐところで大きな誤差を生じることになる。この誤差は、回転速度によってフィルタの応答時間が異なることから再現性の無い角度データとなり、補正をするのは非常に困難となる。そのため、第１実施形態の第１の角度検出装置１では、不連続部分を予め補正して、フィルタ処理により、再現性の無い角度データが生じるのを防いでいる。
【００６５】
続いて、第１積分器３３は、入力されたノイズ低減後の電気角速度ωｅｄｆ（ｔ）を積分して、電気角θｅｄｆ（ｔ）を演算し、演算した電気角θｅｄｆ（ｔ）を１極補正回路３４に出力する。
ここで、第１積分器３３は、電気角速度ωｅｄｆ（ｔ）が１６ビットのデータであるため、第１レジスタ制御回路３３ｃにおいて、第３バッファレジスタ３３ｂの保持する累積値が「６５５３」になった時点で、累積値を「０」にクリアする。即ち、第１積分器３３は、入力される電気角速度ωｅｄｆ（ｔ）を、電気角１周期あたりの角度情報へと変換する。
【００６６】
なお、第１積分器３３から出力されるデジタル電気角θｅｄｆ（ｔ）は、第１不連続補正回路３１において、不連続性の解消されたデジタル電気角速度ωｅｄｆ（ｔ）を積分したものとなる。そのため、図１０の一点鎖線に示すように、フィルタ処理後のデジタル電気角θｅｄｆ（ｔ）について、極を跨ぐところでの不連続性が要因で生じる再現性の無い誤差が発生しない。
【００６７】
１極補正回路３４は、極毎に予め用意した角度補正データを用いて、入力される電気角θｅｄｆ（ｔ）を補正する。そして、補正後の電気角ＴＲ（ｔ）を、第２微分器３５に出力する。
第２微分器３５は、入力される電気角ＴＲ（ｔ）を微分して、微分結果である電気角速度ωＴＲ（ｔ）を、第２不連続補正回路３６に出力する。
【００６８】
第２不連続補正回路３６は、第１不連続補正回路３１と同様に、入力される電気角速度ωＴＲ（ｔ）と、数値「３２７６８」及び「−３２７６８」とを比較する。そして、電気角速度ωＴＲ（ｔ）が、「３２７６８」以上又は「−３２７６８」以下の値である場合に、第１不連続補正回路３１と同様の補正を行い、補正後の電気角速度ωＴＲｃ（ｔ）を、第２積分器３７に出力する。また、電気角速度ωＴＲ（ｔ）が、「３２７６８」未満かつ「−３２７６８」より大きい値である場合に、入力された電気角速度ωＴＲ（ｔ）を電気角速度ωＴＲｃ（ｔ）として、第２積分器３７に出力する。
【００６９】
第２積分器３７は、入力された不連続性の解消された電気角速度ωＴＲｃ（ｔ）を積分して、積分値ＴＲｉ（ｔ）を演算し、演算した積分値ＴＲｉ（ｔ）を第２乗算器３９に出力する。
ここで、第２積分器３７は、予め設定した機械角の分解能（ここでは１９ビットとする）に基づき、第２レジスタ制御回路３７ｃにおいて、第４バッファレジスタ３７ｂの保持する累積値が「５２４２８８（２19−１）」になった時点で、累積値を「０」にクリアする。即ち、第２積分器３７は、入力される電気角速度ωＴＲｃ（ｔ）を、機械角１周期あたりのデジタル情報（積分値）ＴＲｉ（ｔ）へと変換する。
【００７０】
一方、第１乗算器３８は、機械角の分解能「２19」と「１／２（極数）」とを乗算し、乗算結果である「２６２１４４」を、第２乗算器３９に出力する。
第２乗算器３９は、第２積分器３７から入力される１９ビットの積分値ＴＲｉ（ｔ）と、第１乗算器３８から入力される「２６２１４４」とを乗算して、機械角１周期あたりのデジタル電気角θｍｄを演算する。そして、演算した機械角θｍｄを、後段の回路に出力する。即ち、第１の角度検出装置１は、予め設定した任意の分解能（１９ビット）の機械角θｍｄを後段の回路へと出力する。
【００７１】
以上、第１実施形態の第１の角度検出装置１は、第１不連続補正回路３１において、第１微分器３０で電気角θｅｄ（ｔ）を微分してなる電気角速度ωｅｄ（ｔ）における不連続性を補正する処理を行うことが可能である。
これによって、デジタルフィルタ３２で電気角速度ωｅｄ（ｔ）が不連続であるために生じる再現性を有さない誤差の発生を防ぐことが可能となる。
更に、第１実施形態の第１の角度検出装置１は、第１積分器３３及び１極補正回路３４において、電気角１周期毎に電気角θｅｄｆ（ｔ）を補正することが可能である。これによって、極毎に適切な角度補正データを用いた補正処理を行うことが可能となり、補正精度を向上することが可能となる。
【００７２】
更に、第１実施形態の第１の角度検出装置１は、第２不連続補正回路３６において、第２微分器３５で電気角ＴＲ（ｔ）を微分してなる電気角速度ωＴＲ（ｔ）における不連続性を補正する処理を行うことが可能である。加えて、第２積分器３７において、不連続性の解消された電気角速度ωＴＲｃ（ｔ）を、機械角の分解能で積分して、機械角１周期あたりの積分値ＴＲｉ（ｔ）を演算することが可能である。更に、第２乗算器３９において、積分値ＴＲｉ（ｔ）に、機械角の分解能「２m」と「１／極数」とを乗算した乗算結果「２m／極数」を乗算することが可能である。
【００７３】
これによって、多極光学式エンコーダ１１の電気角周期で入力される電気角ＴＲ（ｔ）を、任意分解能（ｍビット）の機械角θｍｄへと変換することが可能となる。
更に、第１実施形態の第１の角度検出装置１は、演算回路１３を、ＦＰＧＡで構成するようにしたので、機能追加等のバージョンアップや設計値の修正等の設計変更等を容易に行うことが可能となる。
【００７４】
ここで、第１実施形態において、多極光学式エンコーダ１１が多極角度検出器に対応し、逓倍回路１２が変換部に対応し、第１微分器３０が第１角速度信号検出部に対応し、第１不連続補正回路３１が第１不連続補正部に対応する。
また、第１実施形態において、デジタルフィルタ３２が角速度信号補正部に対応し、第１積分器３３が第２角度信号検出部に対応し、１極補正回路３４が角度信号補正部に対応する。
また、第１実施形態において、第２微分器３５が第２角速度信号検出部に対応し、第２不連続補正回路３６が第２不連続補正部に対応し、第２積分器３７が第３角度信号検出部に対応し、第１乗算器３８及び第２乗算器３９が角度信号変換部に対応する。
【００７５】
（第２実施形態）
（構成）
第２実施形態に係る第２の角度検出装置２は、図１１に示すように、上記第１実施形態の第１の角度検出装置１において、多極光学式エンコーダ１１を多極レゾルバ１４に変更し、逓倍回路１２を、ＲＤＣ（レゾルバ／デジタル・コンバータ）１５に変更した以外は、第１の角度検出装置１と同様の構成となる。即ち、演算回路１３及びメモリ１９の構成は、上記第１実施形態と同様となる。
【００７６】
以下、上記第１実施形態と同様の構成部分については、同じ符号を付して適宜説明を省略し、異なる部分のみ詳細に説明する。
多極レゾルバ１４は、図１２に示すように、レゾルバロータ１４ａと、レゾルバステータ１４ｂとを備えている。そして、レゾルバロータ１４ａとレゾルバステータ１４ｂとの間隙のリラクタンスがレゾルバロータ１４ａの回転角度位置により変化し、レゾルバロータ１４ａの１回転でリラクタンス変化の基本波成分が複数周期となる構造となっている。
【００７７】
レゾルバロータ１４ａの内周面には等間隔に径方向に向けて内歯状に凸設された極歯１４ｅが計２４個形成されている。レゾルバステータ１４ｂの外周面にはＡ相、Ｂ相及びＣ相が１２０[°]の電気角でずれるように計１８個のステータポール１４ｃが等間隔に径方向に向けて外歯状に凸設されている。
各々のステータポール１４ｃには、予めステータコイルＣa〜Ｃcが巻回されたコイルボビン１４ｄが装着されている。ステータコイルＣa〜Ｃcの共通線に励磁信号が供給されると、レゾルバロータ１４ａが１回転する間に各相毎に２４サイクルの交流信号（アナログ電気角情報）が出力される。
【００７８】
また、第２実施形態の多極レゾルバ１４は、図示していないが、正弦波信号からなる交流信号（励磁信号）をステータコイルＣa〜Ｃcに供給する励磁回路と、多極レゾルバ１４の出力する３相の電流信号を３相の電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換回路とを備えている。多極レゾルバ１４は、更に、３相の電圧信号を２相の電圧信号（ｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号）に変換する相変換回路を備えている。そして、相変換回路は、２相の電圧信号（アナログ電気角情報）を、ＲＤＣ１５に出力する。
【００７９】
ＲＤＣ１５は、ｍビットのＡ／Ｄ変換器を有しており、アナログ電気角情報を、ｍビットのデジタルの電気角θｅｄに変換する。ＲＤＣ１５は、レゾルバロータ１４ａの回転速度が予め設定された最大速度を超えない範囲において、多極レゾルバ１４からのアナログ電気角情報（ｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号）を、ｍビットの精度で分解してデジタルの電気角θｅｄを生成する。
【００８０】
具体的に、分解能が１６ビットの場合、レゾルバロータ１４ａの１回転あたり、６５５３６（２16）×２４（極歯１４ｅの総数）＝１５７２８６４パルスのデジタル角度信号θｅｄに変換される。つまり、アナログ電気角情報は、多極レゾルバ１４が一回転する間に、０から６５５３５までのカウントアップが２４回繰り返されたデジタル値となる。
ＲＤＣ１５は、生成した電気角θｅｄを、演算回路１３に出力する。
【００８１】
なお、演算回路１３及びメモリ１９の構成は、第１乗算器３８で乗算する「１／極数」が「１／２４」となる以外は、上記第１実施形態と同様となるので説明を省略する。また、動作についても、多極レゾルバ１４の出力するアナログ電気角情報（ｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号）を、ＲＤＣ１５でデジタルの電気角θｅｄに変換して、このデジタルの電気角θｅｄを演算回路１３に入力する点が異なるのみで、これ以外の動作については、上記第１実施形態と同様となるので説明を省略する。
【００８２】
以上、多極光学式エンコーダ１１及び逓倍回路１２に代えて、多極レゾルバ１４及びＲＤＣ１５を採用した第２の角度検出装置２についても、上記第１実施形態の第１の角度検出装置１と同等の作用及び効果を得ることが可能である。
ここで、第２実施形態において、多極レゾルバ１４が多極角度検出器に対応し、ＲＤＣ１５が変換部に対応し、第１微分器３０が第１角速度信号検出部に対応し、第１不連続補正回路３１が第１不連続補正部に対応する。
【００８３】
また、第２実施形態において、デジタルフィルタ３２が角速度信号補正部に対応し、第１積分器３３が第２角度信号検出部に対応し、１極補正回路３４が角度信号補正部に対応する。
また、第２実施形態において、第２微分器３５が第２角速度信号検出部に対応し、第２不連続補正回路３６が第２不連続補正部に対応し、第２積分器３７が第３角度信号検出部に対応し、第１乗算器３８及び第２乗算器３９が角度信号変換部に対応する。
【００８４】
（第３実施形態）
（構成）
第３実施形態に係る自動車３は、電動パワーステアリング装置を備えており、電動パワーステアリング装置を構成するトルクセンサが上記第１実施形態の第１の角度検出装置１を備え、操舵アシスト用のモータが上記第２実施形態の第２の角度検出装置２を備えている。
具体的に、自動車３は、図１３に示すように、左右の転舵輪となる前輪４ＦＲ及び４ＦＬと後輪４ＲＲ及び４ＲＬを備えている。前輪４ＦＲ及び４ＦＬは、電動パワーステアリング装置５によって転舵される。
【００８５】
電動パワーステアリング装置５は、ステアリング機構として、図１３に示すように、ステアリングホイール２１１と、ステアリングシャフト２１２と、トルクセンサ６と、第１のユニバーサルジョイント２１４と、ロアシャフト２１５と、第２のユニバーサルジョイント２１６と、を備える。
電動パワーステアリング装置５は、更に、ステアリング機構として、ピニオンシャフト２１７と、ステアリングギヤ２１８と、タイロッド２１９と、ナックルアーム２２０とを備える。
【００８６】
ステアリングホイール２１１に運転者から作用された操舵力は、ステアリングシャフト２１２に伝達される。このステアリングシャフト２１２は、入力軸２１２ａと出力軸２１２ｂとを有する。入力軸２１２ａの一端はステアリングホイール２１１に連結され、他端はトルクセンサ６を介して出力軸２１２ｂの一端に連結されている。
そして、出力軸２１２ｂに伝達された操舵力は、第１のユニバーサルジョイント２１４を介してロアシャフト２１５に伝達され、さらに、第２のユニバーサルジョイント２１６を介してピニオンシャフト２１７に伝達される。このピニオンシャフト２１７に伝達された操舵力はステアリングギヤ２１８を介してタイロッド２１９に伝達される。さらに、このタイロッド２１９に伝達された操舵力はナックルアーム２２０に伝達され、転舵輪としての前輪４ＦＲおよび４ＦＬを転舵させる。
【００８７】
ここで、ステアリングギヤ２１８は、ピニオンシャフト２１７に連結されたピニオン２１８ａとこのピニオン２１８ａに噛合するラック２１８ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成されている。したがって、ステアリングギヤ２１８は、ピニオン２１８ａに伝達された回転運動をラック２１８ｂで車幅方向の直進運動に変換している。
また、ステアリングシャフト２１２の出力軸２１２ｂには、操舵補助力を出力軸２１２ｂに伝達する操舵補助機構２２１が連結されている。
操舵補助機構２２１は、出力軸２１２ｂに連結した例えばウォームギヤ機構で構成される減速ギヤ２２２と、この減速ギヤ２２２に連結された操舵補助力を発生する電動モータを備えるモータ装置７と、モータ装置７を覆うハウジングの外周部に固定支持されたＥＰＳ制御ユニット２２４とを備えている。
【００８８】
（トルクセンサ６）
第３実施形態のトルクセンサ６は、ステアリングホイール２１１に付与されて入力軸２１２ａに伝達された操舵トルクを検出する。
このトルクセンサ６は、図１４に示すように、第１の角度検出装置１ＡＴと、第１の角度検出装置１ＢＴと、トーションバー２２９と、トルク演算回路６０とを備えている。なお、第３実施形態のトルクセンサ６は、上記第１実施形態の第１の角度検出装置１を２つ備えているため、これらを区別するために符号の末尾にＡＴ及びＢＴを付している。以下、他の符号についても末尾にＡＴ及びＢＴを付して区別することとする。
【００８９】
図１４に示すように、トーションバー２２９は、一端が入力軸２１２ａに取り付けられ、他端が出力軸２１２ｂに取り付けられている。入力軸２１２ａの外周部には、回転軸Ｚｒ方向に平面視して円環状に径方向外側に突出する光学スケール１１１ＡＴが設けられ、出力軸２１２ｂの外周部には、回転軸Ｚｒ方向に平面視して円環状に径方向外側に突出する光学スケール１１１ＢＴが設けられている。これにより、入力軸２１２ａが回動することに伴って光学スケール１１１ＡＴが回動し、出力軸２１２ｂが回動することに伴って光学スケール１１１ＢＴが回動する。
【００９０】
加えて、図１４に示すように、光学スケール１１１ＡＴを間に挟んだ上側には検出部１３５ＡＴが設けられており、下側には光源１４１ＡＴが設けられている。かかる構成によって、光源１４１ＡＴから照射された光源光７１ＡＴは、光学スケール１１１ＡＴを透過し、この透過光７３ＡＴが検出部１３５ＡＴで受光される。
一方、図１４に示すように、光学スケール１１１ＢＴを挟んだ上側には光源１４１ＢＴが設けられており、下側には検出部１３５ＢＴが設けられている。かかる構成によって、光源１４１ＢＴから照射された光源光７１ＢＴは、光学スケール１１１ＢＴを透過し、この透過光７３ＢＴが検出部１３５ＢＴで受光される。
【００９１】
上記構成によって、トルクセンサ６は、入力軸２１２ａの回転変位を、光学スケール１１１ＡＴを介した光強度変化として検出し、出力軸２１２ｂの回転変位を、光学スケール１１１ＢＴを介した光強度変化として検出する。そして、検出部１３５ＡＴで検出した光強度変化から、角度情報演算回路１６０ＡＴにおいて、差動信号ＶｃＡＴ及びＶｓＡＴを生成し、後段の逓倍回路１２ＡＴへと出力する。また、検出部１３５ＢＴで検出した光強度変化から、角度情報演算回路１６０ＢＴにおいて、差動信号ＶｃＢＴ及びＶｓＢＴを生成し、後段の逓倍回路１２ＢＴへと出力する。
【００９２】
これにより、演算回路１３ＡＴにおいて、入力軸２１２ａの回転変位に応じた機械角θｍｄＡＴが演算され、演算回路１３ＢＴにおいて、出力軸２１２ｂの回転変位に応じた機械角θｍｄＢＴが演算される。これら機械角θｍｄＢＴは、トルク演算回路６０に出力され、トルク演算回路６０において、機械角θｍｄＡＴと、機械角θｍｄＢＴとの差分値（トーションバー２２９の捩れ）に基づき、操舵トルクＴｓが演算される。この操舵トルクＴｓは、ＥＰＳ制御ユニット２２４に出力される。
【００９３】
（モータ装置７）
第３実施形態のモータ装置７は、図１５に示すように、第２の角度検出装置２と、電動モータ３００とを含んで構成される。
電動モータ３００は、３相ブラシレスモータであり、図示しない環状のモータロータと環状のモータステータとを備えている。モータステータは、径方向外側に突出する複数の極歯を円周方向に等間隔に備えて構成され、各極歯には励磁用コイルが巻き回されている。そして、モータステータの外側に、モータロータが同軸に配設されている。モータロータは、モータステータの極歯と僅かの空隙（エアギャップ）をもって対向しかつ内周面に円周方向に等間隔に設けられた複数の磁石を備えて構成されている。
【００９４】
モータロータはモータ回転軸に固定されており、モータステータのコイルにＥＰＳ制御ユニット２２４を介して３相交流電流を流すことでモータステータの各歯が所定の順序に励磁されてモータロータが回転し、この回転に伴ってモータ回転軸が回転する。
第３実施形態では、多極レゾルバ１４のレゾルバロータ１４ａと、モータロータとが接続されており、モータロータの回転に伴ってレゾルバロータ１４ａが回転するように構成されている。
【００９５】
従って、第２の角度検出装置２では、モータロータの回転に伴って、多極レゾルバ１４のレゾルバロータ１４ａが回転し、この回転に応じて、多極レゾルバ１４から３相の電流信号が出力される。この３相の電流信号は、Ｉ／Ｖ変換回路で３相の電圧信号に変換される。引き続き、３相の電圧信号は、相変換回路で２相の電圧信号（ｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号）に変換され、２相の電圧信号（アナログ電気角情報）が、ＲＤＣ１５に出力され、ＲＤＣ１５で、アナログ電気角情報がデジタル電気角θｅｄに変換される。更に、演算回路１３で、デジタル電気角θｅｄが、不連続補正処理、高周波ノイズ低減処理、角度補正処理を経て、電動モータ３００の回転角度位置に対応するデジタル機械角θｍｄに変換される。このデジタル機械角θｍｄは、ＥＰＳ制御ユニット２２４に出力される。
【００９６】
（ＥＰＳ制御ユニット２２４）
ＥＰＳ制御ユニット２２４は、図示しないが、電流指令演算回路と、モータ駆動回路とを備えている。また、ＥＰＳ制御ユニット２２４には、図１に示すように、車速センサ２３０で検出された車速Ｖと、直流電圧源としてのバッテリ２３１から直流電流が入力されている。
電流指令演算回路は、車速センサ２３０からの車速Ｖと、トルクセンサ６からの操舵トルクＴｓと、モータ装置７からの機械角θｍｄとに基づき、電動モータ３００を駆動するための電流指令値を演算する。
モータ駆動回路は、例えば３相インバータ回路から構成され、電流指令値演算回路からの電流指令値に基づき電動モータ３００を駆動する。
【００９７】
以上、第３実施形態のトルクセンサ６は、第１の角度検出装置１ＡＴ及び１ＢＴによって、トーションバーに連結した入力軸２１２ａ及び出力軸２１２ｂの回転変位を検出することが可能である。これによって、不連続補正処理によって高調波ノイズ成分や繰り返し誤差が適切に低減された回転変位に基づき操舵トルクＴｓを演算することが可能となるので、操舵トルクＴｓの検出精度を向上することが可能となる。
【００９８】
また、第３実施形態のモータ装置７は、第２の角度検出装置２によって、電動モータ３００の回転角度位置を検出することが可能である。これによって、不連続補正処理によって高調波ノイズ成分や繰り返し誤差が適切に低減された回転角度位置を検出することが可能となる。
ここで、第３実施形態において、多極光学式エンコーダ１１ＡＴ及び１１ＢＴ並びに多極レゾルバ１４が多極角度検出器に対応し、逓倍回路１２ＡＴ及び１２ＢＴ並びにＲＤＣ１５が変換部に対応する。
【００９９】
また、第３実施形態において、第１微分器３０が第１角速度信号検出部に対応し、第１不連続補正回路３１が第１不連続補正部に対応し、デジタルフィルタ３２が角速度信号補正部に対応し、第１積分器３３が第２角度信号検出部に対応し、１極補正回路３４が角度信号補正部に対応する。
また、第３実施形態において、第２微分器３５が第２角速度信号検出部に対応し、第２不連続補正回路３６が第２不連続補正部に対応し、第２積分器３７が第３角度信号検出部に対応し、第１乗算器３８及び第２乗算器３９が角度信号変換部に対応する。
【０１００】
（変形例）
（１）上記各実施形態では、デジタルフィルタ３２がデジタルローパスフィルタを用いて高周波ノイズ成分を低減する構成としたが、この構成に限らない。例えば、ノッチフィルタ等の高周波ノイズ成分を低減可能なフィルタであれば他のデジタルフィルタを用いて高周波ノイズ成分を低減する構成としてもよい。
（２）上記各実施形態では、第１積分器３３を電気角１周期分の累積値で折り返す構成とし、１極補正回路３４で電気角１周期あたりの電気角θｅｄｆに対して角度補正処理を行う構成としたが、この構成に限らない。例えば、第１積分器３３を電気角１周期×極数分の累積値で折り返す構成として、その積分結果に対して角度補正処理を行う構成としてもよい。この場合は、第２微分器３５以降の後段の回路を不要とすることが可能となる。
（３）上記第３実施形態では、トルクセンサ６を２つの第１の角度検出装置１から構成し、モータ装置７を第２の角度検出装置２から構成したが、この構成に限らない。例えば、トルクセンサ６を２つの第２の角度検出装置２から構成し、モータ装置７を第１の角度検出装置１から構成するなど他の構成としてもよい。
【０１０１】
また、上記各実施形態は、本発明の好適な具体例であり、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、上記の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、上記の説明で用いる図面は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
また、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１０２】
１…第１の角度検出装置、２…第２の角度検出装置、３…自動車、５…電動パワーステアリング装置、６…トルクセンサ、７…モータ装置、１１…多極光学式エンコーダ、１２…逓倍回路、１３…演算回路、１４…多極レゾルバ、１５…ＲＤＣ、１９…メモリ、３０…第１微分器、３１…第１不連続補正回路、３２…デジタルフィルタ、３３…第１積分器、３４…１極補正回路、３５…第２微分器、３６…第２不連続補正回路、３７…第２積分器、３８…第１乗算器、３９…第２乗算器、３００…電動モータ
【要約】
【課題】多極角度検出器の出力する角度情報に含まれる誤差を補正するのに好適な角度検出装置、この角度検出装置を備えるモータ、トルクセンサ、電動パワーステアリング装置及び自動車を提供する。
【解決手段】逓倍回路１２で多極光学式エンコーダ１１から出力されるアナログ角度情報からデジタル電気角情報（θｅｄ）を生成し、この電気角θｅｄを第１微分器３０で微分して電気角速度ωｅｄを演算し、この電気角速度ωｅｄに対して第１不連続補正回路３１で角速度の時間変化の不連続性を補正する処理を行い、第１不連続補正回路３１を経た電気角速度ωｅｄｃに対して、デジタルフィルタ３２で高周波ノイズ成分を低減する補正処理を行う。
【選択図】  図５【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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【図１５】
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