(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスモータの回転角度を検出する回転角度検出回路であって、
前記ブラシレスモータは、
２ｎ極（ｎ：１以上の整数）の回転ロータ、および、
前記回転ロータの回転軸に関して角度α（０°＜α＜１８０°）の位置関係で配置された第１ホール素子および第２ホール素子であって、各々が前記回転ロータの磁界の大きさに応じた電圧信号を出力する第１ホール素子および第２ホール素子
を有しており、
前記第１ホール素子および第２ホール素子の各々から出力される各電圧信号を受け取り、前記各電圧信号の値および前記角度αの情報を利用して、前記回転ロータの位相を検出する位相検出回路と、
前記位相検出回路が検出した位相、および所定の基準角度に基づいて、前記回転ロータの初期角度から起算した前記回転ロータの回転角度を演算する角度演算回路と
を備え、
前記第１ホール素子の電圧信号がＨ1＝Ａｓｉｎωｔと表され、前記第２ホール素子の電圧信号がＨ2＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）と表されるとき、または、
前記第１ホール素子の電圧信号がＨ1＝ｆ（ｔ）Ａｓｉｎωｔと表され、前記第２ホール素子の電圧信号がＨ2＝ｆ（ｔ）Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）と表され、関数ｆ（ｔ）が前記第１ホール素子および前記第２ホール素子に共通して重畳されるノイズ成分であるときにおいて、
前記位相検出回路は、前記回転ロータの位相θを、
θ＝ｔａｎ-1（Ｈ1・ｓｉｎα）／（Ｈ2−Ｈ1・ｃｏｓα）
を演算することによって検出する、回転角度検出回路。
【請求項２】
第１の時刻において、
前記位相検出回路は、前記回転ロータの第１の位相を検出し、
前記角度演算回路は、前記第１の位相および前記所定の基準角度に基づいて、前記回転ロータの初期角度からの前記回転ロータの第１の回転角度を演算し、さらに前記所定の基準角度を前記第１の位相に更新し、
前記第１の時刻と異なる第２の時刻において、
前記位相検出回路は、前記回転ロータの第２の位相を検出し、
前記角度演算回路は、前記第１の回転角度、前記第２の位相および更新された前記所定の基準角度に基づいて、前記所定の基準角度からの前記回転ロータの回転角度を演算する、請求項１に記載の回転角度検出回路。
【請求項３】
前記所定の基準角度の初期値は０度である、請求項１に記載の回転角度検出回路。
【請求項４】
前記回転ロータが２ｎ極（ｎ：２以上の整数）の場合において、
前記角度演算回路は、前記所定の基準角度の初期値として前記回転ロータの初期角度を特定する情報を受け取る、請求項２に記載の回転角度検出回路。
【請求項５】
前記回転ロータが２ｎ極（ｎ＝１）の場合において、
前記角度演算回路は、前記第２の位相と更新された前記所定の基準角度との差分値、および前記第１の回転角度を加算して、前記回転ロータの初期角度から起算した第２の回転角度を演算する、請求項２に記載の回転角度検出回路。
【請求項６】
前記回転ロータが２ｎ極（ｎ：２以上の整数）の場合において、
前記角度演算回路は、前記第２の位相と更新された前記所定の基準角度との差分値をｎで除算した値と、前記第１の回転角度とを加算して、前記回転ロータの初期角度から起算した第２の回転角度を演算する、請求項２に記載の回転角度検出回路。
【請求項７】
前記位相検出回路は、前記各電圧信号の値の比、および前記角度αの情報を利用して、前記回転ロータの位相を検出する、請求項１に記載の回転角度検出回路。
【請求項８】
同じ大きさの磁界に関して、前記第１ホール素子および第２ホール素子の感度が異なっており、感度比がβと表されるときにおいて、
前記位相検出回路は、前記感度比β、前記各電圧信号の値の比、および前記角度αの情報を利用して、前記回転ロータの位相を検出する、請求項１に記載の回転角度検出回路。
【請求項９】
前記第１ホール素子の電圧信号がＨ1＝ｆ（ｔ）Ａｓｉｎωｔと表され、前記第２ホール素子の電圧信号がＨ2＝βｆ（ｔ）Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）と表され、関数ｆ（ｔ）が前記第１ホール素子および前記第２ホール素子に共通して重畳されるノイズ成分であるときにおいて、
前記位相検出回路は、前記回転ロータの位相θを、
θ＝ｔａｎ-1（Ｈ1・ｓｉｎα）／（Ｈ2／β−Ｈ1・ｃｏｓα）
を演算することによって検出する、請求項１に記載の回転角度検出回路。
【請求項１０】
装填された試料分析用基板を回転させることによって、前記試料分析用基板内の液体を移送し分析することが可能な試料分析装置であって、
２ｎ極（ｎ＝１）の回転ロータ、および、前記回転ロータの回転軸に関して角度α（０°＜α＜１８０°）で配置された第１ホール素子および第２ホール素子 であって、各々が、前記回転ロータの磁界の大きさに応じた電圧信号を出力する第１ホール素子および第２ホール素子を有し、前記試料分析用基板を回転させる ブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータを駆動する駆動回路と、
前記ブラシレスモータの回転角度を検出する、請求項１から９のいずれかに記載の回転角度検出回路と
を備えた、試料分析装置。
【請求項１１】
装填された試料分析用基板を回転させることによって、前記試料分析用基板内の液体を移送し分析する試料分析装置であって、
前記試料用分析基板の所定の位置には、所定の物理的特性が与えられたマーカが設けられており、
２ｎ極（ｎ：１以上の整数）の回転ロータ、および、前記回転ロータの回転軸に関して角度α（０°＜α＜１８０°）で配置された第１ホール素子および第２ ホール素子であって、各々が、前記回転ロータの磁界の大きさに応じた電圧信号を出力する第１ホール素子および第２ホール素子を有し、前記試料分析用基板を回転させるブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータの駆動を制御する駆動回路と、
前記所定の物理的特性を検出することによって前記マーカの位置を特定し、前記マーカの位置を原点位置として検出する原点検出回路と、
前記ブラシレスモータの回転角度を検出する、請求項１から７のいずれかに記載の回転角度検出回路と、
を備え、
前記回転角度検出回路の位相検出回路は、前記原点検出回路によって前記原点位置が検出された時点において前記回転ロータの位相を検出し、
前記回転角度検出回路の角度演算回路は、前記時点における前記回転ロータの位相を前記所定の基準角度として設定し、前記位相検出回路が検出した位相、および所定の基準角度に基づいて、前記所定の基準角度からの前記回転ロータの回転角度を演算する、試料分析装置。
【請求項１２】
前記マーカには、前記試料分析用基板の回転方向に沿って光学的に識別可能な物理特性が与えられており、
光源と、
回転する前記試料分析用基板に前記光源からの光が放射されたときにおいて、前記試料分析用基板を透過した前記光を検出する光検出器と
をさらに備え、
前記原点検出回路は、前記光検出器の検出結果に基づいて、前記物理特性を検出することによって前記マーカの位置を特定する、請求項１１に記載の試料分析装置。
【請求項１３】
前記試料分析用基板は、前記回転方向に沿って、第１の透過率を有する部分と、前記第１の透過率とは異なる前記第２の透過率を有する部分とを有しており、
前記マーカは前記第１の透過率を有する部分である、請求項１２に記載の試料分析装置。
【請求項１４】
前記第１の透過率は略０である、請求項１３に記載の試料分析装置。
【請求項１５】
前記光検出器は、前記試料分析用基板内の液体を光学的に分析する際の光検出器として利用される、請求項１２に記載の試料分析装置。
【請求項１６】
前記駆動回路は、前記回転角度検出回路によって検出された、前記ブラシレスモータの回転角度に基づいて、前記ブラシレスモータの回転を停止させる、請求項１０から１５のいずれかに記載の試料分析装置。
【請求項１７】
ブラシレスモータの回転角度を検出する回転角度検出方法であって、
前記ブラシレスモータは、
２ｎ極（ｎ：１以上の整数）の回転ロータ、および、
前記回転ロータの回転軸に関して角度α（０°＜α＜１８０°）の位置関係で配置された第１ホール素子および第２ホール素子であって、各々が前記回転ロータの磁界の大きさに応じた電圧信号を出力する第１ホール素子および第２ホール素子
を有しており、
前記第１ホール素子および第２ホール素子の各々から出力される各電圧信号を受け取るステップと、
前記各電圧信号の値および前記角度αの情報を利用して、前記回転ロータの位相を検出するステップと、
前記位相を検出するステップによって検出された位相、および所定の基準角度に基づいて、前記回転ロータの初期角度から起算した前記回転ロータの回転角度を演算するステップと
を包含し、
前記第１ホール素子の電圧信号がＨ1＝Ａｓｉｎωｔと表され、前記第２ホール素子の電圧信号がＨ2＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）と表されるとき、または、
前記第１ホール素子の電圧信号がＨ1＝ｆ（ｔ）Ａｓｉｎωｔと表され、前記第２ホール素子の電圧信号がＨ2＝ｆ（ｔ）Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）と表され、関数ｆ（ｔ）が前記第１ホール素子および前記第２ホール素子に共通して重畳されるノイズ成分であるときにおいて、
前記回転ロータの位相を検出するステップは、前記回転ロータの位相θを、
θ＝ｔａｎ-1（Ｈ1・ｓｉｎα）／（Ｈ2−Ｈ1・ｃｏｓα）
を演算することによって検出する、回転角度検出方法。
【請求項１８】
ブラシレスモータの回転角度を検出するためのコンピュータプログラムであって、
前記ブラシレスモータは、
２ｎ極（ｎ：１以上の整数）の回転ロータ、および、
前記回転ロータの回転軸に関して角度α（０°＜α＜１８０°）の位置関係で配置された第１ホール素子および第２ホール素子であって、各々が前記回転ロータの磁界の大きさに応じた電圧信号を出力する第１ホール素子および第２ホール素子
を有しており、
前記コンピュータプログラムは、コンピュータに、
前記第１ホール素子および第２ホール素子の各々から出力される各電圧信号を受け取るステップと、
前記各電圧信号の値および前記角度αの情報を利用して、前記回転ロータの位相を検出するステップであって、
前記第１ホール素子の電圧信号がＨ1＝Ａｓｉｎωｔと表され、前記第２ホール素子の電圧信号がＨ2＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）と表されるとき、または、
前記第１ホール素子の電圧信号がＨ1＝ｆ（ｔ）Ａｓｉｎωｔと表され、前記第２ホール素子の電圧信号がＨ2＝ｆ（ｔ）Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）と表され、関数ｆ（ｔ）が前記第１ホール素子および前記第２ホール素子に共通して重畳されるノイズ成分であるときにおいて、
前記回転ロータの位相θを、
θ＝ｔａｎ-1（Ｈ1・ｓｉｎα）／（Ｈ2−Ｈ1・ｃｏｓα）
を演算することによって検出するステップと、
前記位相を検出するステップによって検出された位相、および所定の基準角度に基づいて、前記回転ロータの初期角度から起算した前記回転ロータの回転角度を演算するステップと
を実行させる、コンピュータプログラム。
【請求項１９】
装填された試料分析用基板を回転させることによって、前記試料分析用基板内の液体を移送し分析する試料分析装置であって、
前記試料用分析基板の所定の位置には、所定の物理的特性が与えられたマーカが設けられており、
２ｎ極（ｎ：１以上の整数）の回転ロータ、および、前記回転ロータの回転軸に関して角度α（０°＜α＜１８０°）で配置された第１ホール素子および第２ ホール素子であって、各々が、前記回転ロータの磁界の大きさに応じた電圧信号を出力する第１ホール素子および第２ホール素子を有し、前記試料分析用基板を回転させるブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータの駆動を制御する駆動回路と、
前記所定の物理的特性を検出することによって前記マーカの位置を特定し、前記マーカの位置を原点位置として検出する原点検出回路と、
前記ブラシレスモータの回転角度を検出する回転角度検出回路と、
光源と、
回転する前記試料分析用基板に前記光源からの光が放射されたときにおいて、前記試料分析用基板を透過した前記光を検出する光検出器と
を備え、
前記ブラシレスモータは、
２ｎ極（ｎ：１以上の整数）の回転ロータ、および、
前記回転ロータの回転軸に関して角度α（０°＜α＜１８０°）の位置関係で配置された第１ホール素子および第２ホール素子であって、各々が前記回転ロータの磁界の大きさに応じた電圧信号を出力する第１ホール素子および第２ホール素子
を有しており、
前記回転角度検出回路は、
前記第１ホール素子および第２ホール素子の各々から出力される各電圧信号を受け取り、前記各電圧信号の値および前記角度αの情報を利用して、前記回転ロータの位相を検出する位相検出回路と、
前記位相検出回路が検出した位相、および所定の基準角度に基づいて、前記回転ロータの初期角度から起算した前記回転ロータの回転角度を演算する角度演算回路と
を備えており、
前記位相検出回路は、前記原点検出回路によって前記原点位置が検出された時点において前記回転ロータの位相を検出し、
前記角度演算回路は、前記時点における前記回転ロータの位相を前記所定の基準角度として設定し、前記位相検出回路が検出した位相、および所定の基準角度に基づいて、前記所定の基準角度からの前記回転ロータの回転角度を演算し、
前記マーカには、前記試料分析用基板の回転方向に沿って光学的に識別可能な物理特性が与えられており、
前記原点検出回路は、前記光検出器の検出結果に基づいて、前記物理特性を検出することによって前記マーカの位置を特定し、
前記光検出器は、前記試料分析用基板内の液体を光学的に分析する際の光検出器として利用される、試料分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、回転角度検出回路、回転角度検出方法、試料分析装置および試料分析装置のためのコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、尿や血液等の検体（試料）に含まれる特定成分を分析する技術を開示する。特許文献１に開示された技術は、流路・チャンバー等が形成された円盤状の試料分析用基板を回転させることで、当該基板内に注入された液体（検体を含む。）を移送し、分配し、混合し、検体中の特定成分を分析する。【０００３】
また、特許文献２は、特許文献１のような技術において試料分析用基板を所定の回転角度（位置）で停止させる技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平７−５００９１０号公報
【特許文献２】特開平０９−１５４２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した技術では、所定の回転角度（位置）で試料分析用基板を停止させる必要がある。そのため、より高精度に回転角度（位置）を検出する技術が求められていた。【０００６】
本願の限定的ではない例示的な実施形態は、試料分析用基板を停止させるにあたり、より高精度に回転角度（位置）を検出する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の一態様に係る回転角度検出回路は、ブラシレスモータの回転角度を検出する。このブラシレスモータは、２ｎ極（ｎ：１以上の整数）の回転ロータ、および、回転ロータの回転軸に関して角度α（０°＜α＜１８０°）の位置関係で配置された第１ホール素子および第２ホール素子であって、各々が回転ロータの磁界の大きさに応じた電圧信号を出力する第１ホール素子および第２ホール素子を有している。回転角度検出回路は、第１ホール素子および第２ホール素子の各々から出力される各電圧信号を受け取り、各電圧信号の値および角度αの情報を利用して、回転ロータの位相を検出する位相検出回路と、位相検出回路が検出した位相、および所定の基準角度に基づいて、回転ロータの初期角度から起算した回転ロータの回転角度を演算する角度演算回路とを備えている。
【発明の効果】
【０００８】
本願の一態様に係る回転角度検出回路、回転角度検出方法、試料分析装置および試料分析装置のためのコンピュータプログラムによれば、試料分析用基板を停止させるにあたり、より高精度に回転角度（位置）を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態による試料分析装置１の構成の一例を示す図である。
【図２】試料分析用基板１０の構成例を示す図である。
【図３】ブラシレスモータ２０および駆動回路２２の構成例と、ブラシレスモータ２０、駆動回路２２および位相検出回路２６の接続関係を示す図の一例である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は、ブラシレスモータ２０の正回転時の動作例を示す図である。
【図５】ブラシレスモータ２０を正回転させる際の駆動電流の波形パターンの一例を模式的に示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｆ）は、ブラシレスモータ２０の逆回転時の動作例を示す図である。
【図７】ブラシレスモータ２０を逆回転させる際の駆動電流の波形パターンの一例を模式的に示す図である。
【図８】ホール素子Ｈ１〜Ｈ３と接続された位相検出回路２６の構成の一例を示す図である。
【図９】試料分析装置１を用いて試料を測定する手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】試料分析装置１による試料分析用基板１０の初期角度を検出する処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】ホール素子Ｈ１およびＨ２の各電圧信号波形例を示す図である。
【図１２】ホール素子Ｈ１およびＨ２の各電圧信号波形と、cosωtの波形との関係の一例を示す図である。
【図１３】位相検出回路２６の位相計算処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図１４】位相検出回路２６によって演算されるｔａｎ-1（ｓｉｎωｔ／ｃｏｓωｔ）の波形の一例を示す図である。
【図１５】図１３の処理によって得られた回転ロータ２０ａの位相の一例を示す図である。
【図１６】（ａ）および（ｂ）は、原点検出回路３２の動作の一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図１７】角度演算回路２８の処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図１８】（ａ）〜（ｃ）は、角度演算回路２８の演算処理を説明するための、試料分析用基板１０の回転例を示す図である。
【図１９】角度演算回路２８によって演算された回転ロータ２０ａの回転角度の一例を示す図である。
【図２０】試料分析装置１による試料分析用基板１０を回転させる処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図２１】試料分析装置１による試料分析用基板１０の目標角度での停止動作の手順の一例を示すフローチャートである。
【図２２】実施の形態１の第１の変形例による試料分析装置１ａの構成の一例を示す図である。
【図２３】実施の形態１の第２の変形例による試料分析装置１ｂの構成の一例を示す図である。
【図２４】実施の形態２によるブラシレスモータ２１および駆動回路２２の構成例と、ブラシレスモータ２１、駆動回路２２および位相検出回路２６の接続関係の一例を示す図である。
【図２５】ホール素子Ｈ１およびＨ２の各電圧信号波形例を示す図である。
【図２６】位相検出回路２６によって演算されるｔａｎ-1（ｓｉｎωｔ／ｃｏｓωｔ）の波形の一例を示す図である。
【図２７】位相検出回路２６によって演算された回転ロータ２１ａの位相の一例を示す図である。
【図２８】角度演算回路２８の処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図２９】実施の形態２による角度演算回路２８によって演算された回転ロータ２１ａの回転角度の一例を示す図である。
【図３０】ノイズが重畳したホール素子Ｈ１、Ｈ２の出力電圧波形の一例を示す図である。
【図３１】位相検出回路２６によって検出された位相波形の一例を示す図である。
【図３２】実施の形態３において想定する、感度差が存在するホール素子Ｈ１、Ｈ２の各出力電圧波形の例を示す図である。
【図３３】実施の形態４にかかる処理によって検出された位相波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本願発明者は、前述の従来技術の構成を詳細に検討した。その結果、利用する分析法によっては、従来の技術が実現していた精度よりもさらに高い精度で、回転させた試料分析用基板を所定の回転角度（位置）で停止させる必要があることが分かった。
【００１１】
試料の分析法として、たとえば、化学発光、生物発光、電気化学発光に代表される発光の検出、あるいは蛍光の検出を用いる方法が知られている。発光又は蛍光を検出する際には、検出器で僅かな光を検出する必要があるため、検出精度にばらつきがあってはならない。よって、試料分析用基板を、光の検出を行うための位置または回転角度において精度よく静止させる必要がある。また、より小さい反応場で精度がより高い分析を実現するためにも、正確な位置または回転角度で試料分析用基板を停止させる必要がある。
【００１２】
なお、試料分析用基板の回転角度（位置）は、エンコーダを用いれば光学的に精度よく検出することが可能な場合がある。しかしながら、その一方で、発光または蛍光の検出にエンコーダを用いることが好ましくない場合がある。エンコーダは、光源と、フォトトランジスタと、それらの間に配置された、スリットが設けられた円盤とを有する装置である。エンコーダは、円盤の回転に伴ってスリットを通過した光をフォトトランジスタで受けることで、円盤の回転角度等を検出する。上述のようにエンコーダは光源を必要とするため、その光源からの光の影響により、検出器が、微弱な発光又は蛍光を正確に検出できなくなる場合がある。エンコーダからの光が検出器に到達しないようにするためには、検出器を厳密に遮光しなければならない。その結果、エンコーダの機構のそのものの物量もさることながら、検出器にも厳密な遮光構造を備えなければならず、試料分析装置が大型化、複雑化することが分かった。
【００１３】
本願発明者は、上述の課題に関して鋭意検討を行い、試料分析用基板の回転角度（位置）を精度良く検出でき、かつ試料分析装置を小型化、および／または簡易化に好適な技術をなすに至った。本願の一態様に係る回転角度検出回路、角度検出方法、試料分析装置および試料分析装置のためのコンピュータプログラムは、以下の通りである。
［項目１］
ブラシレスモータの回転角度を検出する回転角度検出回路であって、
前記ブラシレスモータは、
２ｎ極（ｎ：１以上の整数）の回転ロータ、および、
前記回転ロータの回転軸に関して角度α（０°＜α＜１８０°）の位置関係で配置された第１ホール素子および第２ホール素子であって、各々が前記回転ロータの磁界の大きさに応じた電圧信号を出力する第１ホール素子および第２ホール素子
を有しており、
前記第１ホール素子および第２ホール素子の各々から出力される各電圧信号を受け取り、前記各電圧信号の値および前記角度αの情報を利用して、前記回転ロータの位相を検出する位相検出回路と、
前記位相検出回路が検出した位相、および所定の基準角度に基づいて、前記回転ロータの初期角度から起算した前記回転ロータの回転角度を演算する角度演算回路と
を備えた、回転角度検出回路。
［項目２］
第１の時刻において、
前記位相検出回路は、前記回転ロータの第１の位相を検出し、
前記角度演算回路は、前記第１の位相および前記所定の基準角度に基づいて、前記回転ロータの初期角度からの前記回転ロータの第１の回転角度を演算し、さらに前記所定の基準角度を前記第１の位相に更新し、
前記第１の時刻と異なる第２の時刻において、
前記位相検出回路は、前記回転ロータの第２の位相を検出し、
前記角度演算回路は、前記第１の回転角度、前記第２の位相および更新された前記所定の基準角度に基づいて、前記所定の基準角度からの前記回転ロータの回転角度を演算する、項目１に記載の回転角度検出回路。
［項目３］
前記所定の基準角度の初期値は０度である、項目１に記載の回転角度検出回路。
［項目４］
前記回転ロータが２ｎ極（ｎ：２以上の整数）の場合において、
前記角度演算回路は、前記所定の基準角度の初期値として前記回転ロータの初期角度を特定する情報を受け取る、項目２に記載の回転角度検出回路。
［項目５］
前記回転ロータが２ｎ極（ｎ＝１）の場合において、
前記角度演算回路は、前記第２の位相と更新された前記所定の基準角度との差分値、および前記第１の回転角度を加算して、前記回転ロータの初期角度から起算した第２の回転角度を演算する、項目２に記載の回転角度検出回路。
［項目６］
前記回転ロータが２ｎ極（ｎ：２以上の整数）の場合において、
前記角度演算回路は、前記第２の位相と更新された前記所定の基準角度との差分値をｎで除算した値と、前記第１の回転角度とを加算して、前記回転ロータの初期角度から起算した第２の回転角度を演算する、項目２に記載の回転角度検出回路。
［項目７］
前記位相検出回路は、前記各電圧信号または前記各電圧信号から得られる非矩形波信号を利用して、前記回転ロータの位相を検出する、項目１に記載の回転角度検出回路。
［項目８］
前記位相検出回路は、前記各電圧信号の値の比、および前記角度αの情報を利用して、前記回転ロータの位相を検出する、項目７に記載の回転角度検出回路。
［項目９］
前記第１ホール素子の電圧信号がＨ1＝Ａｓｉｎωｔと表され、前記第２ホール素子の電圧信号がＨ2＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）と表されるとき、または、
前記第１ホール素子の電圧信号がＨ1＝ｆ（ｔ）Ａｓｉｎωｔと表され、前記第２ホール素子の電圧信号がＨ2＝ｆ（ｔ）Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）と表され、関数ｆ（ｔ）が前記第１ホール素子および前記第２ホール素子に共通して重畳されるノイズ成分であるときにおいて、
前記位相検出回路は、前記回転ロータの位相θを、
θ＝ｔａｎ-1（Ｈ1・ｓｉｎα）／（Ｈ2−Ｈ1・ｃｏｓα）
を演算することによって検出する、項目７に記載の回転角度検出回路。
［項目１０］
同じ大きさの磁界に関して、前記第１ホール素子および第２ホール素子の感度が異なっており、感度比がβと表されるときにおいて、
前記位相検出回路は、前記感度比β、前記各電圧信号の値の比、および前記角度αの情報を利用して、前記回転ロータの位相を検出する、項目７に記載の回転角度検出回路。
［項目１１］
前記第１ホール素子の電圧信号がＨ1＝ｆ（ｔ）Ａｓｉｎωｔと表され、前記第２ホール素子の電圧信号がＨ2＝βｆ（ｔ）Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）と表され、関数ｆ（ｔ）が前記第１ホール素子および前記第２ホール素子に共通して重畳されるノイズ成分であるときにおいて、
前記位相検出回路は、前記回転ロータの位相θを、
θ＝ｔａｎ-1（Ｈ1・ｓｉｎα）／（Ｈ2／β−Ｈ1・ｃｏｓα）
を演算することによって検出する、項目９に記載の回転角度検出回路。
［項目１２］
装填された試料分析用基板を回転させることによって、前記試料分析用基板内の液体を移送し分析することが可能な試料分析装置であって、
２ｎ極（ｎ＝１）の回転ロータ、および、前記回転ロータの回転軸に関して角度α（０°＜α＜１８０°）で配置された第１ホール素子および第２ホール素子であって、各々が、前記回転ロータの磁界の大きさに応じた電圧信号を出力する第１ホール素子および第２ホール素子を有し、前記試料分析用基板を回転させるブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータを駆動する駆動回路と、
前記ブラシレスモータの回転角度を検出する、項目１から１１のいずれかに記載の回転角度検出回路と
を備えた、試料分析装置。
［項目１３］
装填された試料分析用基板を回転させることによって、前記試料分析用基板内の液体を移送し分析する試料分析装置であって、
前記試料用分析基板の所定の位置には、所定の物理的特性が与えられたマーカが設けられており、
２ｎ極（ｎ：１以上の整数）の回転ロータ、および、前記回転ロータの回転軸に関して角度α（０°＜α＜１８０°）で配置された第１ホール素子および第２ホール素子であって、各々が、前記回転ロータの磁界の大きさに応じた電圧信号を出力する第１ホール素子および第２ホール素子を有し、前記試料分析用基板を回転させるブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータの駆動を制御する駆動回路と、
前記所定の物理的特性を検出することによって前記マーカの位置を特定し、前記マーカの位置を原点位置として検出する原点検出回路と、
前記ブラシレスモータの回転角度を検出する、項目１から項目８のいずれかに記載の回転角度検出回路と、
を備え、
前記回転角度検出回路の位相検出回路は、前記原点検出回路によって前記原点位置が検出された時点において前記回転ロータの位相を検出し、
前記回転角度検出回路の角度演算回路は、前記時点における前記回転ロータの位相を前記所定の基準角度として設定し、前記位相検出回路が検出した位相、および所定の基準角度に基づいて、前記所定の基準角度からの前記回転ロータの回転角度を演算する、試料分析装置。
［項目１４］
前記マーカには、前記試料分析用基板の回転方向に沿って光学的に識別可能な物理特性が与えられており、
光源と、
回転する前記試料分析用基板に前記光源からの光が放射されたときにおいて、前記試料分析用基板を透過した前記光を検出する光検出器と
をさらに備え、
前記原点検出回路は、前記光検出器の検出結果に基づいて、前記物理特性を検出することによって前記マーカの位置を特定する、項目１３に記載の試料分析装置。
［項目１５］
前記試料分析用基板は、前記回転方向に沿って、第１の透過率を有する部分と、前記第１の透過率とは異なる前記第２の透過率を有する部分とを有しており、
前記マーカは前記第１の透過率を有する部分である、項目１４に記載の試料分析装置。
［項目１６］
前記第１の透過率は略０である、項目１５に記載の試料分析装置。
［項目１７］
前記光検出器は、前記試料分析用基板内の液体を光学的に分析する際の光検出器として利用される、項目１４に記載の試料分析装置。
［項目１８］
前記駆動回路は、前記回転角度検出回路によって検出された、前記ブラシレスモータの回転角度に基づいて、前記ブラシレスモータの回転を停止させる、項目１２から１７のいずれかに記載の試料分析装置。
［項目１９］
ブラシレスモータの回転角度を検出する回転角度検出方法であって、
前記ブラシレスモータは、
２ｎ極（ｎ：１以上の整数）の回転ロータ、および、
前記回転ロータの回転軸に関して角度α（０°＜α＜１８０°）の位置関係で配置された第１ホール素子および第２ホール素子であって、各々が前記回転ロータの磁界の大きさに応じた電圧信号を出力する第１ホール素子および第２ホール素子
を有しており、
前記第１ホール素子および第２ホール素子の各々から出力される各電圧信号を受け取るステップと、
前記各電圧信号の値および前記角度αの情報を利用して、前記回転ロータの位相を検出するステップと、
前記位相を検出するステップによって検出された位相、および所定の基準角度に基づいて、前記回転ロータの初期角度から起算した前記回転ロータの回転角度を演算するステップと
を包含する、回転角度検出方法。
［項目２０］
ブラシレスモータの回転角度を検出するためのコンピュータプログラムであって、
前記ブラシレスモータは、
２ｎ極（ｎ：１以上の整数）の回転ロータ、および、
前記回転ロータの回転軸に関して角度α（０°＜α＜１８０°）の位置関係で配置された第１ホール素子および第２ホール素子であって、各々が前記回転ロータの磁界の大きさに応じた電圧信号を出力する第１ホール素子および第２ホール素子
を有しており、
前記コンピュータプログラムは、コンピュータに、
前記第１ホール素子および第２ホール素子の各々から出力される各電圧信号を受け取るステップと、
前記各電圧信号の値および前記角度αの情報を利用して、前記回転ロータの位相を検出するステップと、
前記位相を検出するステップによって検出された位相、および所定の基準角度に基づいて、前記回転ロータの初期角度から起算した前記回転ロータの回転角度を演算するステップと
を実行させる、コンピュータプログラム。
【００１４】
以下に、添付の図面を参照しながら、本開示の実施形態の一態様に係るモータ回転角度検出回路、モータ角度検出方法、試料分析装置および試料分析装置のためのコンピュータプログラムを説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態による試料分析装置１の構成を示す。
【００１６】
試料分析装置１は、装填（セット）された試料分析用基板１０を時計回りまたは反時計回りに回転させ、揺動させ、予め定められた位置に停止させる。これにより、試料分析装置１は、試料分析用基板１０内の測定チャンバー１２内の液体を移送し、混合し、分析することが可能である。試料分析用基板１０を所望の回転速度で回転させ、所望の位置に停止させるために、試料分析装置１は試料分析用基板１０に設けられたマーカ１４を利用する。マーカ１４を利用した回転角度の検出処理の詳細は後述する。
【００１７】
試料分析装置１は、ブラシレスモータ２０と、駆動回路２２と、回転角度検出回路２４と、制御回路３０と、原点検出回路３２と、原点検出用光源３４と、光電変換素子３６と、光学測定ユニット３８と、表示装置４０とを有する。本開示による構成例では、試料分析用基板１０は試料分析装置１に着脱可能であり、試料分析装置１を構成する要素ではないとして説明する。以下、試料分析装置１の各構成要素の概要を説明する。
【００１８】
ブラシレスモータ２０は、永久磁石の回転ロータと、コイルとを有するモータである。本実施の形態においては回転ロータは２極であり、コイルは３相であるとする。ブラシレスモータ２０には後述する複数のホール素子が設けられている。
【００１９】
駆動回路２２は、主としてインバータ回路とそのインバータ回路の動作を制御する回路とを有する。駆動回路２２は、ブラシレスモータ２０の回転ロータの回転に合わせてブラシレスモータ２０の３相のコイルへ流す電流の切り替えを行い、ブラシレスモータ２０の回転を制御する。駆動回路２２の具体的な構成例は後述する。
【００２０】
回転角度検出回路２４は、複数のホール素子からの出力電圧信号を利用し、さらに予め与えられた複数のホール素子の配置を利用して、回転ロータの回転角度を検出する電子回路である。回転角度検出回路２４は、たとえば集積回路として実装され得る。
【００２１】
回転角度検出回路２４は、位相検出回路２６および角度演算回路２８を有する。位相検出回路２６は、複数のホール素子からの出力電圧信号、および予め与えられた複数のホール素子の配置角を示す情報を利用して、回転ロータの現在の位相を検出する。角度演算回路２８は、それまでに算出された回転ロータの回転角度と、回転ロータの現在の位相とを利用して、ある角度を基準としたときの、回転ロータの回転角度を算出する。
【００２２】
なお、本明細書では、回転ロータの位相とは、主として回転ロータの絶対的な位置（角度）を意味する。また回転ロータの回転角度とは、回転ロータの初期位置（初期角度）を基準としたときの回転ロータの相対的な位置（回転角度）を意味するとして説明する。
【００２３】
制御回路３０は、たとえば試料分析装置１に設けられたＣＰＵである。制御回路３０は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ；図示せず）に読み込まれたコンピュータプログラムを実行することにより、当該コンピュータプログラムの手順にしたがって他の回路に命令を送る。その命令を受けた各回路は、本明細書において説明されるように動作して、各回路の機能を実現する。制御回路３０からの命令は、たとえば図１に示されるように、駆動回路２２、回転角度検出回路２４、光学測定ユニット３８、表示装置４０等に送られる。コンピュータプログラムの手順は、添付の図面におけるフローチャートによって示されている。
【００２４】
なお、コンピュータプログラムが読み込まれたＲＡＭ、換言すると、コンピュータプログラムを格納するＲＡＭは、揮発性であってもよいし、不揮発性であってもよい。揮発性ＲＡＭは、電力を供給しなければ記憶している情報を保持できないＲＡＭである。たとえば、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）は、典型的な揮発性ＲＡＭである。不揮発性ＲＡＭは、電力を供給しなくても情報を保持できるＲＡＭである。たとえば、磁気抵抗ＲＡＭ（ＭＲＡＭ）、抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ）、強誘電体メモリ （ＦｅＲＡＭ）は、不揮発性ＲＡＭの例である。本実施の形態においては、不揮発性ＲＡＭが採用されることが好ましい。揮発性ＲＡＭおよび不揮発性ＲＡＭはいずれも、一時的でない（non-transitory）、コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例である。また、ハードディスクのような磁気記録媒体や、光ディスクのような光学的記録媒体も一時的でない、コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例である。すなわち本開示にかかるコンピュータプログラムは、コンピュータプログラムを電波信号として伝搬させる、大気などの媒体（一時的な媒体）以外の、一時的でない種々のコンピュータ読み取り可能な媒体に記録され得る。
【００２５】
本明細書では、制御回路３０は回転角度検出回路２４と別個の構成要素として説明している。しかしながら、これらは共通のハードウェアによって実現されていてもよい。たとえば、試料分析装置１に設けられたＣＰＵ（コンピュータ）が、制御回路３０として機能するコンピュータプログラム、および回転角度検出回路２４として機能するコンピュータプログラムを直列的、または並列的に実行する。これにより、そのＣＰＵを見かけ上異なる構成要素として動作させることができる。
【００２６】
原点検出回路３２は、原点検出用光源３４を駆動して光を放射させ、光電変換素子３６からの出力信号を受け取る。原点検出回路３２はその出力信号に特定の信号（原点信号）が含まれているかどうかを判定し、原点信号を利用してセットされた試料分析装置１の原点位置を検出する。試料分析装置１の原点位置の詳細は図２を参照しながら後述する。
【００２７】
原点検出用光源３４は、所定の波長の光を放射する光源、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）である。光電変換素子３６は光を電気信号に変換することによって原点検出用光源３４からの光を検出する素子、たとえばフォトダイオードである。なお、この構成は一例である。他の例として、試料分析用基板１０のマーカ１４に代えて磁性体を設け、光電変換素子３６に代えて磁気検出器を設けてもよい。あるいは、試料分析用基板１０が特定の位置でのみ試料分析装置１にセットされるよう、構造的な規制を設けておけば、原点検出処理自体が不要になる。これは、後述の実施の形態における２ｎ極（ｎ：２以上の整数）のブラシレスモータ２０にも適用可能である。
【００２８】
光学測定ユニット３８は、試料分析装置１が試料分析用基板１０の測定チャンバー１２に注入された試料を光学的に分析し測定する装置である。光学測定ユニット３８は、たとえば化学発光、生物発光、電気化学発光に代表される発光を検出し、あるいは蛍光を検出して、試料の濃度等を定量する。なお、光学測定ユニット３８は発光検出のための一構成例であり、特に限定されない。測定方法は種々考えられる。蛍光、吸光度、濁度、発光等の測定法に応じた構成が用いられればよい。
【００２９】
表示装置４０は、たとえば液晶表示装置であり、制御回路３０から出力された映像信号を受け取り、その映像信号を表示する。なお、本明細書では表示装置４０は試料分析装置１に設けられているとして説明する。しかしながらこの構成は一例である。表示装置４０は、試料分析装置１の外部の装置であってもよい。
【００３０】
図２は、試料分析用基板１０の構成例を示す。本明細書では、試料分析用基板１０は、所定の厚さを有し、その内部に測定チャンバー１２が形成された円盤形状の基板である。なお試料分析用基板１０は円盤形状でなくてもよく、たとえば矩形状、扇形状、六角形状等の多角形状であってもよい。
【００３１】
測定チャンバー１２には試料が注入される。図示された測定チャンバー１２の形状は一例であり、他の形状であってもよい。また測定チャンバー１２が複数設けられてもよいし、測定チャンバー間を接続する流路が設けられてもよい。
【００３２】
試料分析用基板１０はさらに、マーカ１４を有している。試料分析用基板１０では、マーカ１４は光を透過させず、マーカ１４以外の部分は主として光を透過させる。すなわち試料分析用基板１０には、透過率が略０のマーカ１４と、マーカ１４以外の、透過率が０よりも大きい（たとえば６０％以上）部分とが存在する。
【００３３】
試料分析装置１の原点検出用光源３４が光を放射している状況で、ブラシレスモータ２０が試料分析用基板１０を図２の矢印の方向に回転させる。光電変換素子３６は、マーカ１４のエッジ１４０までは光を検出するが、エッジ１４０から他方のエッジ１４１までは光を検出しない。原点検出回路３２は、エッジ１４０に対応する検出光量の低下を原点信号として検出する。これにより、原点検出回路３２はマーカ１４の位置を特定することができる。本明細書では、マーカ１４のエッジ１４０の位置を、試料分析用基板１０の原点位置として取り扱う。なお、マーカ１４が扇形であるとして、その中心角が、試料分析に必要な角度の検出精度よりも小さい場合には、マーカ１４自体を原点位置として定めてもよい。
【００３４】
原点位置は、試料分析装置１が試料分析用基板１０の回転角度の情報を取得するために利用される。たとえば試料分析装置１が、セットされる試料分析用基板１０の情報を予め保持しているとする。試料分析装置１は、試料分析用基板１０の回転角度の情報を継続的に検出して、試料分析用基板１０の回転、揺動、回転の停止位置を制御することができる。これにより、測定チャンバー１２内に注入された複数の試料を適切に混合させ、光学測定ユニット３８による測定に適した回転位置で試料分析用基板１０の回転を停止させることができる。
【００３５】
図３は、ブラシレスモータ２０および駆動回路２２の構成例と、ブラシレスモータ２０、駆動回路２２および位相検出回路２６の接続関係とを示す。
【００３６】
上述のとおり、本実施の形態ではブラシレスモータ２０は２極３相である。ブラシレスモータ２０には、その中心に２極（Ｎ極およびＳ極）の回転ロータ２０ａが設けられている。また、回転ロータ２０ａを中心として１２０度ごとに間隔を置いて、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３つのコイル２０ｂが設けられている。本実施の形態では、矢印に示す時計回りの回転を正回転とし、反時計回りを逆回転とする。資料分析用基板１０の回転方向も同様である。
【００３７】
さらに、ブラシレスモータ２０には、ホール素子Ｈ１〜Ｈ３も設けられている。本実施の形態においては、２つのホール素子Ｈ１およびＨ２を利用する例を説明する。ただし図示される３つのホール素子を用いて動作させてもよい。ホール素子Ｈ１およびＨ２もまた、回転ロータ２０ａを中心として１２０度の間隔を置いて配置されている。
【００３８】
駆動回路２２は、トランジスタで構成されたインバータ回路、およびそのゲートドライバを有している。駆動回路２２は、図面左側から入力される制御回路３０からの指示に基づいて、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３つのコイル２０ｂの各々に流す電流の方向および大きさを調整して、ブラシレスモータ２０の回転方向、回転速度等を制御する。
【００３９】
位相検出回路２６は、ホール素子Ｈ１〜Ｈ３の出力電圧信号を受け取り、回転ロータ２０ａの位相を検出する。位相検出回路２６の具体的な動作は後述する。
【００４０】
図４（ａ）〜（ｆ）は、ブラシレスモータ２０の正回転時の動作例を示す。図４（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ、回転ロータ２０ａの位相を−３０度から６０度ずつ時計回りに変化させた位置における、コイル２０ｂに流れる電流Ｉの方向、コイル２０ｂによって回転ロータ２０ａに与えられる反発力Ｆｒおよび吸引力Ｆｓの向きを示している。
【００４１】
図５は、ブラシレスモータ２０を正回転させる際のコイル各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の位相角ごとの駆動電流の波形パターンを模式的に示す。時間軸は左から右へ向かう方向である。駆動回路２２は位相に応じて駆動電流を流す方向および極性を制御する。駆動電流を図５に示す波形パターンで各コイル２０ｂに流すことにより、回転ロータ２０ａの正回転が実現される。
【００４２】
図６（ａ）〜（ｆ）は、ブラシレスモータ２０の逆回転時の動作例を示す。（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ、回転ロータ２０ａの位相を−３０度から６０度ずつ反時計回りに変化させた位置における、コイル２０ｂに流れる電流の方向、コイル２０ｂによって回転ロータ２０ａに与えられる反発力および吸引力の向きを示している。
【００４３】
図７は、ブラシレスモータ２０を逆回転させる際のコイル各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の位相角ごとの駆動電流の波形パターンを模式的に示す。時間軸は右から左へ向かう方向である。駆動回路２２は位相に応じて駆動電流を流す方向および極性を制御する。駆動電流を図５に示す波形パターンで各コイル２０ｂに流すことにより、回転ロータ２０ａの正回転が実現される。
【００４４】
図８は、ホール素子Ｈ１〜Ｈ３と接続された位相検出回路２６の構成の一例を示す。図８には、各ホール素子に電流を流すためのホールＩＣ電源も示されている。
【００４５】
位相検出回路２６は、ホール素子Ｈ１〜Ｈ３の各々から出力されたアナログ電圧信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ２６ａと、ＡＤコンバータ２６ａによってデジタル信号に変換された電圧信号を利用して回転ロータ２０ａの位相を演算する位相演算回路６ｂとを有している。位相演算の詳細は後述する。
【００４６】
図９は、試料分析装置１を用いて試料を測定する手順を示す。ステップＳ１およびＳ２は試料分析装置１の使用者の動作であり、ステップＳ３以降が試料分析装置１の動作である。
【００４７】
ステップＳ１において、使用者は試料分析用基板１０に検体となる試料を導入する。ステップＳ２において、試料分析用基板１０を試料分析装置１にセットする。この操作により、試料分析用基板１０と回転ロータ２０ａとの位相関係が固定される。
【００４８】
ステップＳ３において、試料分析装置１の位相検出回路２６は回転ロータ２０ａの初期角度を検出する。詳細な処理は図１０を参照しながら後述する。
【００４９】
ステップＳ４において、試料分析装置１の制御回路３０は試料分析用基板１０の回転および揺動を行い、試料中の試薬の反応、混合等を行う。なお回転は正回転および逆回転を含む。揺動は、試料分析用基板１０を停止させた後、試料分析用基板１０を所定角度の範囲内で周期的に回転方向を切り替える動作である。
【００５０】
ステップＳ５において、試料分析装置１の制御回路３０は、測定に適切な角度で試料分析用基板１０の回転を停止させる。測定に適切な角度は、試料分析用基板１０の測定チャンバー１２の位置などから試料分析装置１に予め定められている。なお、試料分析用基板１０の種類を判別して、セットされた試料分析用基板に応じた角度等を制御回路３０が設定してもよい。試料分析用基板１０の種類を判別する処理は、たとえば試料分析用基板１０の上面、下面または側面に付されたバーコードを読み取ることによって自動的に行われてもよいし、使用者がタッチパネル、キーボード等の入力装置（図示せず）を利用して、セットする試料分析用基板１０の種類を入力してもよい。
【００５１】
ステップＳ６において、試料分析装置１の光学測定ユニット３８は、光学的な測定を行う。本開示においては、試料の測定に関する処理は任意であるから、その詳細な説明は省略する。
【００５２】
図１０は、試料分析装置１による試料分析用基板１０の初期角度を検出する処理の手順を示す。
【００５３】
ステップＳ１１において、位相検出回路２６はホール素子Ｈ１およびＨ２の出力電圧を測定する。なおこの処理は位相演算回路２６ｂ（図８）によって行われるが、以下の説明では位相検出回路２６が行うとして説明する。
【００５４】
図１１は、ホール素子Ｈ１およびＨ２の各電圧信号波形例を示す。横軸は時刻（ｔ）であり、縦軸は各ホール素子の電圧である。上述のように、位相検出回路２６は出力電圧波形をデジタル信号として取得し処理するが、理解の便宜のため本明細書においてはアナログ信号波形を利用した例を説明する。実際には、図示されたアナログ信号波形を、所定のサンプリングレートでサンプリングし、かつそのサンプリング値を量子化することによって電圧値が取得される。
【００５５】
ホール素子は、ブラシレスモータ２０のＵ、Ｖ、Ｗ相のコイルに通電されることで発生する磁界の影響も受ける。そのため、ホール素子が検出する電圧値にはオフセット値が重畳されていることになる。コイルの通電量は、位相や回転方向等によって変化する。コイルが通電された状態でサンプリングするとオフセット値が変動し、位相計算の誤差が増加してしまう。このため、駆動回路２２は、サンプリングを行う間（タイミング）には、全てのコイルへの通電を停止させる制御を行う。これにより、位相計算の精度を向上させることができる。
【００５６】
なお、駆動回路２２は、サンプリングを行う間（タイミング）に、同じ通電パターンでコイルへ通電してブラシレスモータを駆動する。これにより、オフセット値が安定し、位相計算の精度は向上する。すなわち、駆動回路２２は、サンプリングを行う間（タイミング）で、コイルの通電量に変化が生じないように、ブラシレスモータ２０のＵ、Ｖ、Ｗ相に対応するそれぞれの端子（Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子）の電位が全て０になるように駆動する。または、駆動回路２２は、Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子の電位を全て電源電圧に一致させてもよい。さらに駆動回路２２は、たとえばＵ端子の電位だけ電源電圧に一致させ、Ｖ端子およびＷ端子の電位は０にしてもよい。コイルへの電圧のかけ方を、サンプリングを行う間（タイミング）では常に同じパターンにするようにすることで、オフセット値が安定させることができる。
【００５７】
図１０のステップＳ１２において、位相検出回路２６は出力電圧から現在の位相を計算する。ここで、本実施の形態による位相計算の詳細を説明する。まず、位相計算の原理を説明し、その後、図１３を参照しながらより具体的な処理を説明する。
【００５８】
いま、ホール素子Ｈ１の出力がＨ１＝Ａｓｉｎωｔと表され、ホール素子Ｈ２の出力がＨ２＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）と表されるとする。上述のようにホール素子Ｈ１およびＨ２は、回転ロータ２０ａを中心として１２０度の位置関係で配置されている。よって、α＝１２０度である。
【００５９】
位相検出回路２６は、回転ロータ２０ａの位相ωｔを下記数１によって計算する。なおωは回転ロータ２０ａの角速度であり、ｔは時刻である。
【数１】
0006548646.tif 000002
【００６０】
数１を説明する。まずホール素子Ｈ２の式を変形する。その結果現れたＡｃｏｓωｔは、Ｈ１およびＨ２を含む４行目の式によって表される。
【００６１】
図１２は、ホール素子Ｈ１およびＨ２の各電圧信号波形と、cosωtの波形との関係を示す。横軸は時刻（ｔ）であり、縦軸は各ホール素子の電圧（ｖ）である。位相検出回路２６は、Ａｃｏｓωｔを上述の４行目の式によって計算する。
【００６２】
求めたい位相ωｔは、（ｓｉｎωｔ／ｃｏｓωｔ）の逆正接（アークタンジェント）として得られる。数１により、ホール素子の出力Ｈ１、Ｈ２と、ホール素子の出力Ｈ１、Ｈ２の位置関係（α）を用いた式として表現される。位相検出回路２６は、ホール素子の出力Ｈ１、Ｈ２と、予め分かっている角度αの情報とを利用して回転ロータ２０ａの位相を求める。
【００６３】
図１０のステップＳ１２の詳細は図１３に示される。図１３は、位相検出回路２６の位相計算処理の手順を示す。
【００６４】
ステップＳ２１において、位相検出回路２６は、Ｈ１＝Ａｓｉｎωｔ、Ｈ２＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）から、Ａｃｏｓωｔ、ｔａｎ-1（ｓｉｎωｔ／ｃｏｓωｔ）を計算する。角度αは、ホール素子Ｈ１およびＨ２の配置から得られる所与の値である。
【００６５】
ステップＳ２２およびステップＳ２３において、ＡｃｏｓωｔおよびＡｓｉｎωｔの符号を判定する。これらの処理は、アークタンジェントを利用して位相を算出することに起因して設けられており、位相ωｔの象限に応じて処理を変更する。
【００６６】
具体的には、Ａｃｏｓωｔ＞０かつＡｓｉｎωｔ＞０であれば、位相検出回路２６は、ｔａｎ-1（ｓｉｎωｔ／ｃｏｓωｔ）の計算値を位相として取得する（ステップＳ２４）
。
【００６７】
Ａｃｏｓωｔ＞０かつＡｓｉｎωｔ≦０であれば、位相検出回路２６は、ｔａｎ-1（ｓｉｎωｔ／ｃｏｓωｔ）の計算値に３６０度を加算した値を位相として取得する（ステップＳ２５）。
【００６８】
Ａｃｏｓωｔ＜０であれば、位相検出回路２６は、ｔａｎ-1（ｓｉｎωｔ／ｃｏｓωｔ）の計算値に１８０度を加算した値を位相として取得する（ステップＳ２６）。
【００６９】
図１４は、位相検出回路２６によって演算されるｔａｎ-1（ｓｉｎωｔ／ｃｏｓωｔ）の波形を示す。なお、アークタンジェントは±９０度において値を持たないため、不連続な関数である。図１４の波形は理解の便宜のために概略的に示されていることに留意されたい。
【００７０】
アークタンジェントは、位相９０度および−９０度において正負が反転する。０度から９０度の範囲は、図１３のステップＳ２２、Ｓ２３においてＡｃｏｓωｔ＞０かつＡｓｉｎωｔ＞０に対応し、ステップＳ２４の処理が行われる。次の−９０度から０度までの範囲は、実際には９０度から１８０度までに対応する。すなわち図１３のステップＳ２２においてＡｃｏｓωｔ＜０に対応し、ステップＳ２６の処理が行われる。２回目の−９０度から０度までの範囲は、２７０度から３６０度までの範囲に対応する。すなわち図１３のステップＳ２２、Ｓ２３において、Ａｃｏｓωｔ＞０かつＡｓｉｎωｔ≦０に対応し、ステップＳ２５の処理が行われる。
【００７１】
図１５は、図１３の処理によって得られた回転ロータ２０ａの位相を示す。結果的に、時間に比例して位相が０度から３６０度まで連続的に変化していることが理解される。
【００７２】
以上の処理により、図１０におけるステップＳ１２の処理が実現され、位相検出回路２６は現在の回転ロータ２０ａの位相を検出する。
【００７３】
再び図１０を参照する。
【００７４】
ステップＳ１３において、原点検出回路３２は原点信号の有無を判定する。図１６を参照しながら、この判定処理を詳細に説明する。
【００７５】
図１６（ａ）および（ｂ）は、原点検出回路３２の動作を説明するためのタイミングチャートである。図１６（ａ）は原点検出用光源３４の出力を示し、（ｂ）は光電変換素子３６による光の検出波形を示す。原点検出は、試料分析用基板１０を回転させながらマーカ１４を検出することによって行われる。
【００７６】
まず時刻ｔ＝ｔ０において、原点検出用光源３４から光が放射される。時刻ｔ＝ｔ０では試料分析用基板１０は既に回転しているとする。当初、光は試料分析用基板１０のマーカ１４以外の部分を透過して、光電変換素子３６によって検出される。そのときの検出値は、予め定められた閾値Ｖｔｈを越える。
【００７７】
その後、時刻ｔ＝ｔ１において、光は、試料分析用基板１０のマーカ１４のエッジ１４０によって遮られる。そのため、光電変換素子３６の検出値は閾値Ｖｔｈを下回る。検出値の低下は、時刻ｔ＝ｔ２の他方のエッジ１４１に至るまで継続する。
【００７８】
時刻ｔ＝ｔ２の他方のエッジ１４１以降は、再び光は試料分析用基板１０を透過して、光電変換素子３６によって検出される。そのときの検出値は、予め定められた閾値Ｖｔｈを越える。検出値が閾値Ｖｔｈを越える期間は、試料分析用基板１０が一周して再びマーカ１４に光が遮られるまで継続する。
【００７９】
原点検出回路３２は、原点検出用光源３４から光が放射されているが、電変換素子３６の検出値が閾値Ｖｔｈを上回っている場合には、原点信号が存在しないと判定し、ステップＳ１３の次にステップＳ１４の処理を行う。ステップＳ１４では、制御回路３０が駆動回路２２に指示して、ブラシレスモータ２０をさらに回転させる。
【００８０】
原点検出回路３２は、原点検出用光源３４から光が放射されており、かつ光電変換素子３６の検出値が閾値Ｖｔｈを下回った時点で、原点信号が存在すると判定し、ステップＳ１３の次にステップＳ１５の処理を行う。
【００８１】
ステップＳ１５において、原点信号の検出に応答して原点検出回路３２は角度を０にリセットする。この処理は、原点位置を初期角度として設定することを意味する。なお、角度を０にリセットする処理は、後述する角度演算回路２８によって行われてもよい。なお、初期角度は０に設定されることになるが、原点位置を検出したときの回転ロータ２０ａの位相を、位相θ0として保持して利用してもよい。本実施の形態では、一般化して説明するため、位相θ0を利用して説明する。
【００８２】
以上の処理により、初期角度の検出（図９のステップＳ３）が行われ、試料分析用基板１０の原点位置に対応する角度が初期角度として設定される。
【００８３】
図１７は、角度演算回路２８の処理の手順を示す。角度演算回路２８は、回転ロータ２０ａの位相を利用して、図示される手順により、回転ロータ２０ａの回転角度を検出できる。
【００８４】
ステップＳ３１において、角度演算回路２８は位相の差分を計算し、ステップＳ３２において、回転ロータ２０ａの回転角度を計算する。回転角度は、前回演算した回転ロータ２０ａの角度と、ステップＳ３１において計算した位相の差分の和である。
【００８５】
ここで図１８を参照しながら、ステップＳ３１および３２の処理を具体的に説明する。
【００８６】
図１８（ａ）〜（ｃ）は、角度演算回路２８の演算処理を説明するための、試料分析用基板１０の回転例を示す。
【００８７】
演算に当たって、角度演算回路２８は変数θ、θｎ、θｔｎ（ｎ＝０以上の整数）、θｒを利用する。まず図１８（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図１８（ａ）〜（ｃ）は、たとえば時刻ｔ＝０、１、２における試料分析用基板１０の回転位置を示す。便宜的に、位置Ｐ０を試料分析装置１上に定め、位置Ｐ０から初期位相を計測する。
【００８８】
変数θは、計測時刻ｔにおける回転ロータ２０ａの位相を表す。図１８（ｂ）および（ｃ）には、時刻ｔ＝１および２における角度θが示されている。
【００８９】
変数θnは、（ｎ−１）回目の計測時から、ｎ回目の計測時までに回転ロータ２０ａが回転した角度を示す。θ0は回転ロータ２０ａの初期位相である。典型的には、図１０のステップＳ１５においてリセットされた０であるが、以下では、一般化してθ0と記述して説明する。初期位相θ0は、試料分析用基板１０が試料分析装置１にセットされたときにおける、位置Ｐ０からマーカ１４のエッジ１４０までの回転軸まわりの初期角度として表される。図１８（ｂ）および（ｃ）には、θ1およびθ2が示されている。
【００９０】
変数θｔｎは時刻ｔｎまでに回転ロータ２０ａが回転した角度の総和を示す。回転角度は、回転ロータ２０ａの初期位相を基準とし、初期位相からの変位量として表される。変数θｔｎが、求めるべき試料分析用基板１０の回転角度である。
【００９１】
変数θｒは、前回の計測で得られた回転ロータ２０ａの位相を示す。換言すると、変数θｒは、ある時刻ｔにおける回転角度を計測する際の、直前の時刻（ｔ−１）における回転ロータ２０ａの位相を示す。
【００９２】
図１８（ａ）は、ｔ＝０における位相（初期位相）θ0と、マーカ１４の位置との関係を示す。θｔｎには０が代入され、θｒにはθ0が代入される。それぞれθｔ０←０、θｒ←θ0のように表記する。
【００９３】
図１８（ｂ）は、角度θ1だけ回転した試料分析用基板１０を示す。このとき、θ１＝θ−θｒ、θｔ１＝θｔ０＋θ１＝θ１＝θ−θｒが成り立つ。そして、θｒ←θとされる。これにより、θ0の値であったθｒが、θに更新される。
【００９４】
図１８（ｃ）は、さらに角度θ2だけ回転した試料分析用基板１０を示す。このとき、θ２＝θ−θｒ、θｔ２＝θｔ１＋θ２が成り立つ。またθｒ←θとされる。
【００９５】
上述の変数および計算によれば、求めるべき角度θｔｎは、以下の式で表すことができる。
θｔｎ＝θｔ（ｎ−１）＋θｎ
【００９６】
この式が、図１７のステップＳ３２の計算式に対応する。求めるべき試料分析用基板１０の回転角度θｔｎは、前回の回転角度θｔ（ｎ−１）と、位相の変化量（現在の位相と直前の位相との差分）によって表される。なお、この式の変数θｎの値は、正負の両方を取り得る。ブラシレスモータ２０が、正回転および逆回転の両方を行い得るからである。
【００９７】
図１７のステップＳ３３において、角度演算回路２８は、ステップＳ３２で得られた回転角度が０度以上か否かを判断する。回転角度が０度以上であれば処理はステップＳ３４に進み、０度より小さければ処理はステップＳ３５に進む。
【００９８】
ステップＳ３４では、角度演算回路２８は、回転角度が予め定められた最大値（たとえば３６０度）未満か否かを判断する。最大値以上の場合には処理はステップＳ３６に進み、最大値未満の場合には処理はステップＳ３７に進む。
【００９９】
ステップＳ３６では、角度演算回路２８は回転角度に最大値（たとえば３６０度）を加算して、回転角度の値を０度から３６０度の範囲に収まるよう調整する。
【０１００】
ステップＳ３７では、角度演算回路２８は原点信号の有無を判断する。原点信号は、原点検出回路３２から受け取ってもよいし、原点信号の有無だけを位相検出回路２６から受け取ってもよい。
【０１０１】
ステップＳ３８では、角度演算回路２８は回転角度を０にリセットする。
【０１０２】
図１９は、角度演算回路２８によって演算された回転ロータ２０ａの回転角度を示す。回転ロータ２０ａの回転角度と試料分析用基板１０の回転角度とは初期位相θ0の差が保持されて回転している。よって回転ロータ２０ａの回転角度から試料分析用基板１０の回転角度を特定することが可能である。本実施の形態では、初期位相θ0を０にリセットしているため、回転ロータ２０ａの回転角度は試料分析用基板１０の回転角度を表している。
【０１０３】
これまで説明した処理により、試料分析装置１において、回転ロータ２０ａの回転角度を特定することが可能である。
【０１０４】
図２０は、試料分析装置１による試料分析用基板１０を回転させる処理の手順を示す。
【０１０５】
ステップＳ４１において、制御回路３０はセットされた試料分析用基板１０に関して予め定められた回転速度および回転方向を設定する。
【０１０６】
ステップＳ４２において、制御回路３０は目標角度を設定する。
【０１０７】
ステップＳ４３において、位相検出回路２６はホール素子Ｈ１およびＨ２の出力電圧を測定する。
【０１０８】
ステップＳ４４において、位相検出回路２６は出力電圧から回転ロータ２０ａの現在の位相θを算出する。
【０１０９】
ステップＳ４５において、角度演算回路２８は、前回計測した回転ロータ２０ａの回転角度と、ステップＳ４４において算出された回転ロータ２０ａの現在の位相θと、前回の回転ロータ２０ａの位相とを用いて、回転ロータ２０ａの現在の回転角度を計算する。この処理は、図１７の処理に対応する。
【０１１０】
ステップＳ４６において、制御回路３０は、回転ロータ２０ａの現在の角度が目標角度であるか否かを判定する。回転ロータ２０ａが目標角度に位置している場合には、ステップ４７に進み、そうでない場合には処理はステップ４８に進む。
【０１１１】
ステップＳ４７において、制御回路３０は回転を継続するかどうかを判断する。回転を継続する場合にはステップ４２に戻り、回転を継続しない場合には処理を終了する。
【０１１２】
ステップＳ４８において、制御回路３０は、ブラシレスモータ２０の正回転または逆回転のいずれを行うかを決定する。
【０１１３】
ステップＳ４９において、駆動回路２２は制御回路３０の決定にしたがって、ブラシレスモータ２０を回転させる。
【０１１４】
図２１は、試料分析装置１による試料分析用基板１０の目標角度での停止動作の手順を示す。
【０１１５】
ステップＳ５１において、制御回路３０はセットされた試料分析用基板１０に関して予め定められた停止角度を設定する。
【０１１６】
ステップＳ５２において、位相検出回路２６はホール素子Ｈ１およびＨ２の出力電圧を測定する。
【０１１７】
ステップＳ５３において、位相検出回路２６は出力電圧から回転ロータ２０ａの現在の位相θを算出する。
【０１１８】
ステップＳ５４において、角度演算回路２８は、前回計測した回転ロータ２０ａの回転角度と、ステップＳ４４において算出された回転ロータ２０ａの現在の位相θと、前回の回転ロータ２０ａの位相とを用いて、回転ロータ２０ａの現在の回転角度を計算する。この処理は、図１７の処理に対応する。
【０１１９】
ステップＳ５５において、制御回路３０は、ブラシレスモータ２０が目標とする停止角度で停止しているか否かを判定する。ブラシレスモータ２０が目標角度で停止している場合には処理はステップＳ５６に進み、そうでない場合には処理はステップＳ５７に進む。
【０１２０】
ステップＳ５６において、制御回路３０は停止状態を継続するか否かを判定する。停止状態を継続する場合にはステップＳ５２に戻り、停止状態を継続しない場合には処理を終了する。この停止制御は、重力などの外力の力が働いていても、ディスクがつねに定位置にあるようモータを制御する動作であることを想定している。そのため、停止状態を継続する場合であってもステップＳ５２以降の処理を行っている。
【０１２１】
ステップＳ５７において、制御回路３０は、ブラシレスモータ２０の正回転または逆回転のいずれを行うかを決定する。
【０１２２】
ステップＳ５８において、駆動回路２２は制御回路３０の決定にしたがって、ブラシレスモータ２０を回転させる。
【０１２３】
以下では、本実施の形態による試料分析装置１の変形例を説明する。なお、共通の構成および／または機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【０１２４】
図２２は、本実施の形態の第１変形例による試料分析装置１ａの構成を示す。試料分析装置１ａと試料分析装置１（図１）との相違点は、試料分析装置１ａでは、光電変換素子３６が、原点検出だけでなく試料分析のための光学測定にも用いられることである。光電変換素子３６は光学測定ユニット３８内に１つ設けられている。光電変換素子３６は、試料分析用基板１０の回転開始前の原点検出処理においてまず利用され、その後は、角度演算回路２８による角度演算処理と、光学測定ユニット３８が試料を分析時に測定チャンバー１２における発光を検出する処理に用いられる。
【０１２５】
上述の構成は、試料分析装置１ａが吸光度、濁度、蛍光の検出を行うための装置である場合には好適である。
【０１２６】
図２３は、本実施の形態の第２の変形例による試料分析装置１ｂの構成を示す。
【０１２７】
試料分析装置１ｂと試料分析装置１（図１）との相違点は、試料分析装置１ｂには原点検出のための構成が存在しないことである。具体的には、試料分析装置１ｂには、試料分析装置１（図１）に設けられていた原点検出回路３２、原点検出用光源３４、および光電変換素子３６が存在しない。なお、試料分析装置１ｂでは、原点検出用光源３４からの光を検出する光電変換素子３６が省略されているが、光学測定ユニット３８内には光電変換素子（図示せず）が設けられていてもよい。
【０１２８】
原点検出のための構成を省略するための条件として、試料分析装置１ｂのブラシレスモータ２０の回転ロータが２極であることが必要である。回転ロータが２極の場合には、ホール素子Ｈ１およびＨ２の出力電圧波形から、回転ロータが現在どの位置に存在するかを判断できるからである。より詳しく説明すると、回転ロータが２極の場合には、回転ロータの１回転は、ホール素子Ｈ１およびＨ２の出力電圧波形の１周期に対応する（図１１）。ホール素子Ｈ１およびＨ２の出力電圧波形を見れば、回転ロータのＮ極またはＳ極の現在位置、換言すれば回転ロータの角度が特定され得る。よって原点検出処理は不要であり、原点検出のための構成を省略することが可能になる。
【０１２９】
なお、試料分析装置１（図１）に関連して、たとえば図３〜７ではブラシレスモータ２０が２極の構成を例示している。ブラシレスモータ２０が２極であっても、原点検出処理を行ってもよいことに留意されたい。
【０１３０】
上述の実施の形態では、デジタル処理によってアークタンジェントを計算するとして説明した。しかしながら、必ずしもデジタル処理によって行わなくてもよく、たとえばアナログ信号処理によってアークタンジェントを計算することもできる。
【０１３１】
その計算の原理は以下のとおりである。ｔａｎ-1（ｘ）によって表されるアークタンジェントの式では、ｘの絶対値が１より小さい場合に、テーラー級数の式で表現することができる。テーラー級数の（２ｎ＋１）次の項を計算するために、ｘの対数を取り、それを（２ｎ＋１）倍して、逆対数をとる回路を構成する。ｘの対数を取るために、周知の対数変換回路を利用することができる。また逆対数を取るために、周知の逆対数変換回路を利用することができる。
【０１３２】
これらの回路を、計算精度に応じた必要な次数分だけ並列的に設け、最終的に加算すれば、テーラー級数による演算が可能になる。なお、対数をとる場合には、ｘ＜０の場合には、値を−ｘに変換し、計算結果を最終的に補正することが必要である。
【０１３３】
（実施の形態２）
実施の形態１では、２極の回転ロータ２０ａ、および３相３スロットのコイル２０ｂを有するブラシレスモータを備えた試料分析装置１、１ａ、１ｂを説明した。
【０１３４】
本実施の形態では、２ｎ極（ｎ：２以上の整数）の回転ロータ、および３相３ｍスロット（ｍ：１以上の整数）のブラシレスモータを備えた試料分析装置を説明する。
【０１３５】
まず、本実施の形態による試料分析装置のハードウェアの構成は、ブラシレスモータ２０の構成、および当該構成に起因する接続、および信号処理系統を除いては、実質的には図１と同じである。そこで本実施の形態においても、実施の形態１にかかる試料分析装置１と同じ参照符号によって試料分析装置の動作を説明する。
【０１３６】
ただし、試料分析装置１は、ブラシレスモータ２０に代えて、２ｎ極（ｎ：２以上の整数）の回転ロータ、および３相３ｍスロット（ｍ：１以上の整数）のブラシレスモータ２１を有するとして説明する。
【０１３７】
図２４は、本実施の形態によるブラシレスモータ２１および駆動回路２２の構成例と、ブラシレスモータ２１、駆動回路２２および位相検出回路２６の接続関係を示す。図２４は、実施の形態１に関する図３の構成に対応する。
【０１３８】
ブラシレスモータ２１は、２ｎ極（ｎ：２以上の整数）の回転ロータ２１ａと、３相３ｍスロット（ｍ：１以上の整数）のコイル２１ｂとを有している。本実施の形態では、回転ロータ２１ａは１２極（ｎ＝６）であり、コイル２１ｂは３相９スロット（ｍ＝３）である。Ｕ、Ｖ、Ｗ相として、それぞれ３つのコイル２１ｂが設けられている。
【０１３９】
駆動回路２２は、図面左側からの制御回路３０からの指示に基づいて、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の各々に対応する３つのコイル２１ｂに流す電流の方向および大きさを調整して、ブラシレスモータ２１の回転方向、回転速度等を制御する。各相の３つのコイル２１ｂには、駆動回路２２と並列的に結線されている。駆動回路２２の動作は、オン、オフ、反転の周期が１／ｎ倍になることを除いては、実施の形態１と同じである。
【０１４０】
ブラシレスモータ２１には、少なくとも２つのホール素子Ｈ１およびＨ２が設けられている。本実施の形態では、ホール素子Ｈ１およびＨ２は、回転ロータ２１ａの回転軸に関して角度α（０°＜α＜１８０°）の位置関係で配置されている。本実施の形態では角度α＝−４０度である。
【０１４１】
本実施の形態にかかるブラシレスモータ２１を用いた場合には、位相ωｔは、（ｓｉｎωｔ／ｃｏｓωｔ）の逆正接（アークタンジェント）として得られる。これは実施の形態１と同じであり、計算式も同じである。その根拠は以下のとおりである。
【０１４２】
図２５は、ホール素子Ｈ１およびＨ２の各電圧信号波形例を示す。図２５には、ホール素子Ｈ１およびＨ２の各電圧信号波形が示されている。また、cosωtの波形も示されている。図２５は、実施の形態１に関する図１２の波形に対応する。
【０１４３】
図２５に示されるように、本実施の形態のブラシレスモータ２１では、ホール素子Ｈ１およびＨ２の出力電圧信号は１回転で６周期分出力される。
【０１４４】
いま、ホール素子Ｈ１およびＨ２の間の取りつけ角度差を−４０度と表現すると、ブラシレスモータ２１が６０°回転するごとに、ホール素子Ｈ１およびＨ２の出力電圧信号は１周期分変化する。ホール素子Ｈ１およびＨ２の配置に起因する角度差は−４０度であるから、出力電圧信号の位相差は、３６０÷６０×（−４０）＝−２４０度と計算される。−２４０度の位相差は、１２０度の位相差と同じであるから、実施の形態１の位相差１２０度と同じである。つまり、上述のように、実施の形態１において説明した数１に基づいて、位相ωｔを求めることが可能である。
【０１４５】
そのためには、cosωtの波形も必要となる。位相検出回路２６は、数１の４行目の式によって、図２５に示されるcosωtの波形を計算する。
【０１４６】
図２６は、位相検出回路２６によって演算されるｔａｎ-1（ｓｉｎωｔ／ｃｏｓωｔ）の波形を示す。図２６は、実施の形態１に関する図１４の波形に対応する。ただし、本実施の形態の構成によれば、周期が１／６倍になるため、時間方向に６倍に圧縮された波形が得られている。
【０１４７】
図２７は、位相検出回路２６によって演算された回転ロータ２１ａの位相を示す。回転ロータ２１ａの位相は、図１３に示す処理と同様の処理によって求めることができる。
【０１４８】
図２７の横軸は時間であり、図１５の横軸と同じスケールである。図２７の位相と図１５の位相とを比較すると、図１９に示す実施の形態１の回転ロータ２１ａが１回転する間に１周期分 （３６０度）の位相が得られ、本実施の形態の回転ロータ２１ａが１回転する間に６周期分の位相が得られる。
【０１４９】
図２８は、角度演算回路２８の処理の手順を示す。角度演算回路２８は、回転ロータ２１ａの位相を利用して、図示される手順により、回転ロータ２０ａの回転角度を検出できる。
【０１５０】
図２８に示す処理手順と、図１７に示す処理手順との相違点は、図１７のステップＳ３２に代えて、ステップＳ３９が設けられていることである。ステップＳ３９では、位相の差分がｎで除算されている。これは、位相の差分値が、実施の形態１の位相の１／ｎ倍のスケールに相当しているからである。他の処理は、図１７の処理と同じであるため、同じ参照符号を付し、その説明は省略する。
【０１５１】
図２９は、本実施の形態による角度演算回路２８によって演算された回転ロータ２１ａの回転角度を示す。図２９は、実施の形態１に関する図１９の波形に対応する。両者は同じであることに留意されたい。その理由は、ブラシレスモータ２１としての回転角度は、回転ロータ２１ａの極数の多寡にかかわらず同じだからである。
【０１５２】
以上、第２の実施の形態を説明した。本実施の形態によれば、ブラシレスモータの極数、およびスロット数が２極３スロットではないとしても、同じ数１に基づく計算が適用できることを説明した。回転ロータ２１ａの極数、ブラシレスモータ２１のスロット数および少なくとも２つのホール素子同士の配置関係（角度）に応じて処理を変更すればよいことが理解される。
【０１５３】
なお、実施の形態１と本実施の形態との間は、ブラシレスモータの構成が異なることのみが相違する。したがって、ブラシレスモータの構成を変更すれば、実施の形態１の変形例１および２（図２２および２３）もまた、本実施の形態の変形例として適用することが可能である。
【０１５４】
（実施の形態３）
上述の実施の形態では、ホール素子Ｈ１およびＨ２の出力電圧波形には、ノイズが含まれていないという前提をおいて説明していた。
【０１５５】
しかしながら、ホール素子Ｈ１およびＨ２の出力電圧波形の両方に、同等の条件でノイズｆ（ｔ）が重畳されている状況があり得る。本実施の形態では、そのような状況での回転角度の検出処理を説明する。結論から言えば、求めたい位相ωｔは、数１と同じく、（ｓｉｎωｔ／ｃｏｓωｔ）のアークタンジェントとして得られる。
【０１５６】
本実施の形態の試料分析装置の構成は、実施の形態２の試料分析装置１と同じであるとする。
【０１５７】
図３０は、ノイズが重畳したホール素子Ｈ１、Ｈ２の出力電圧波形を示す。図２５の波形例と比較すると、両出力電圧波形はノイズの影響によって変動している。出力電圧波形が変動する要因として、たとえばブラシレスモータ２１の回転ロータ２１ａの磁力が局所的に異なっている状況が考えられる。
【数２】
0006548646.tif 000003
【０１５８】
数２では、ホール素子Ｈ１、Ｈ２の出力電圧波形に、同じノイズ成分ｆ（ｔ）が乗じられている。しかしながら、このノイズ成分ｆ（ｔ）は、（ｓｉｎωｔ／ｃｏｓωｔ）のアークタンジェントを計算する式には現れていない。つまり、共通のノイズ成分の影響によって、ホール素子Ｈ１、Ｈ２の出力電圧波形に変動が生じたとしても、各出力電圧と配置角αとを利用すれば、数１と同じ計算式によって位相を導出できることが示された。
【０１５９】
本願発明者らは、実際に位相検出回路２６において、位相ωｔを求めた。図３１は、位相検出回路２６によって検出された位相波形を示す。この波形は、ノイズの影響を想定することなく求めた位相波形（図２６）と同じである。
【０１６０】
その結果、回転ロータ２１ａの回転角度の計算処理も、実施の形態２において説明した計算処理と全く同じになる。なお、その説明は省略する。
【０１６１】
本実施の形態は、実施の形態１および２とは別個に説明した。しかしながら、ホール素子Ｈ１、Ｈ２の出力電圧波形に共通するノイズ成分が乗った場合には、結果的に別個の実施の形態として実装しなくてもよいといえる。
【０１６２】
（実施の形態４）
本実施の形態では、ホール素子Ｈ１、Ｈ２間に感度差が存在するときの位相検出処理を説明する。
【０１６３】
図３２は、本実施の形態において想定する、感度差が存在するホール素子Ｈ１、Ｈ２の各出力電圧波形の例を示す。感度差は、ホール素子Ｈ１、Ｈ２に当初から存在する個体差と言うこともできるし、経時的な変化によって生じた個体差ということもできる。前者の個体差は、ブラシレスモータの出荷時、または試料分析装置の出荷時に特定され得る。一方、後者の個体差は、試料分析装置の経年変化によって生じるため、試料分析装置の出荷時等に特定することは困難である。
【０１６４】
図３２に示されるホール素子Ｈ１、Ｈ２の各出力電圧波形の感度差は、同相で変化するという前提の下では、一方を１としたとき、βという比で表すことができる（以下、βを「感度比」と呼ぶ）。すなわち、感度比βを用いると、下記数３に示すＨ１およびＨ２のように表現することができる。そして、感度比βは、（ｓｉｎωｔ／ｃｏｓωｔ）のアークタンジェントを求める式にも現れる。
【数３】
0006548646.tif 000004
【０１６５】
つまり感度比βが特定されていれば、ホール素子Ｈ１、Ｈ２間に感度の相違があったとしても、回転ロータの位相を検出することができる。
【０１６６】
なお、経年変化によって感度の相違が生じたとしても、感度比βを特定することは容易である。回転ロータを回転させると、ホール素子Ｈ１、Ｈ２は、共通の回転ロータの磁力を検出することになる。よって、配置関係に起因する位相差は生じるものの、ホール素子Ｈ１、Ｈ２の出力電圧波形は同じになるはずである。そこで、試料分析装置の動作開始時にホール素子Ｈ１、Ｈ２の出力電圧波形を測定すれば、その比を感度比βとして求めることができる。試料分析装置は、たとえば電源が投入された直後の初期動作の開始時に、この動作を行い、感度比βを求めることができる。これにより、後の処理において数３に基づいて回転ロータの位相を検出することができる。
【０１６７】
本願発明者は、実際に位相検出回路において、位相ωｔを求めた。図３３は、ホール素子の感度差を補正した位相波形を示す。実施の形態１〜３で示したホール素子の感度差が同じ場合には、図２６と同じ波形が得られる。ホール素子に感度差があったとしても、数３のβで補正することで図２６に示す波形と同じ波形を得ることができる。
【０１６８】
なお、本実施の形態の位相検出原理は、実施の形態１〜３のいずれの試料分析装置にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１６９】
本開示は、ブラシレスモータを有する試料分析装置において、ブラシレスモータの回転角度を求める技術として利用できる。本開示は、たとえば、ブラシレスモータの回転角度を求めるための検出回路、そのような検出回路とブラシレスモータが実装された試料分析装置、およびそのような試料分析装置を動作させるコンピュータプログラムとして利用され得る。
【符号の説明】
【０１７０】
１  試料分析装置
２０、２１  ブラシレスモータ
２０ａ、２１ａ  回転ロータ
２０ｂ、２１ｂ  コイル
２２  駆動回路
２４  回転角度検出回路
３０  制御回路
３２  原点検出回路
３４  原点検出用光源
３６  光電変換素子
３８  光学測定ユニット
４０  表示装置
Ｈ１、Ｈ２  ホール素子
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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