(57)【要約】  磁石の極数を増やすことなく、簡単な回路構成で、角度分解能を向上させる。磁石（１）の回転角度に応じて各磁気センサ（２）、（３）から出力された各センサ出力信号ａ，ｂの極性の判別、および、絶対値の比較を行うことにより、極性判別信号ｃ，ｄと絶対値比較信号ｅ，ｆ，ｇを作成し、これら作成された極性判別信号ｃ，ｄと絶対値比較信号ｅ，ｆ，ｇとから、磁石（１）の回転角度を判別して判別結果信号hを出力する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極とＳ極の１対以上の磁極を発生する磁極発生手段と、
前記磁極発生手段の周囲に、該磁極発生手段の回転中心に対して所定の角度の間隔をおいて配置された複数の磁気センサと、
前記各磁気センサから出力された各センサ出力信号の極性を判別し、該判別された極性を示す極性判別信号を出力する複数の極性判別手段と、
前記各磁気センサから出力された各センサ出力信号に対応した絶対値を発生する複数の絶対値発生手段と、
前記発生した絶対値同士を比較し、該比較した結果を示す絶対値比較信号を出力する複数の比較結果出力手段と、
前記極性判別信号と前記絶対値比較信号とに基づいて、前記磁極発生手段の回転角度を判別して所定の判別結果信号を出力する角度判別手段と
を具えたことを特徴とする磁気方式回転角センサ。
【請求項２】
前記判別結果信号は、
前記磁気センサの数をＮとしたとき、前記磁極発生手段を１回転させたときに１対の磁極当たり２＾（Ｎ＋１）の角度分解能をもつことを特徴とする請求項１記載の磁気方式回転角センサ。
【請求項３】
前記複数の磁気センサは、前記磁極発生手段の回転中心を通る対角線上に２個を１組として配置することによって少なくとも１組のセンサとして構成し、
該１組のセンサにおける出力の差分を前記センサ出力信号とし、少なくとも２組のセンサから出力された各センサ出力信号に基づいて前記極性の判別および前記絶対値の比較を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の磁気方式回転角センサ。
【請求項４】
前記各磁気センサから出力された、少なくとも２つのセンサ出力信号を加算して第３のセンサ出力信号を生成する加算手段をさらに具え、
前記極性判別手段および前記絶対値発生手段のそれぞれ少なくとも１つに、前記第３のセンサ出力信号を入力させることによって、該第３のセンサ出力信号に対応した極性判別信号と絶対値比較信号とを出力し、
前記角度判別手段は、前記極性判別信号と前記絶対値比較信号とから、前記磁極発生手段の回転角度を判別して、所定の判別結果信号を出力する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気方式回転角センサ。
【請求項５】
前記各磁気センサから出力された各センサ出力信号は、正弦波であることを特徴とする請求項４記載の磁気方式回転角センサ。
【請求項６】
前記加算手段は、１／√２倍のゲインを有することを特徴とする請求項５記載の磁気方式回転角センサ。
【請求項７】
前記磁気センサの数Ｎを２とし、
前記磁気発生手段を回転させたとき、前記センサ出力信号として、第１の磁気センサからはｓｉｎＡ、第２の磁気センサからはｓｉｎＢに比例した信号を得るようにセンサを配設し、
前記磁気発生手段を１回転させたときに１対の磁極あたり２＾Ｍ（Ｍは４以上の任意の整数）の分解能を持つことを特徴とする請求項４記載の磁気方式回転角センサ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の磁気方式回転角センサと、
前記磁気方式回転角センサの前記磁気発生手段が取付けられた回転部と、
前記磁気方式回転角センサの前記磁気発生手段以外の回路構成部であって、前記回転部の周囲に所定の角度で配置された前記複数の磁気センサから出力された各センサ出力信号に対して所定のデジタル信号処理を行い、判別結果信号を出力する信号処理部と
を具えたことを特徴とする角度情報処理装置。
【請求項９】
前記信号処理部は、前記デジタル処理された判別結果信号をアナログ信号に変換する信号変換処理部をさらに具えたことを特徴とする請求項８記載の角度情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気方式回転角センサ、および、角度情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転角センサとしては、非接触型の磁気方式を採用した回転角センサや、接触型の機械方式を採用した回転角センサなどがある。【０００３】
図２１は、第１の従来例として、非接触型の回転角センサの例を示す。【０００４】
１個の回転可能な磁石１の周囲には、２個の磁気センサ２，３が配置されており、磁石１の回転角度に応じて磁気センサ２，３から大きさの異なる出力信号ａ，ｂが検出される。そして、この検出された出力信号ａ，ｂは、増幅器２００にて増幅され、出力信号ａ，ｂの極性が極性判別回路２０１，２０２にて判別され、さらに、その極性の判別結果と角度判別回路２０３による判別結果とからデジタルの出力信号Ｄ１，Ｄ２を生成し、これにより磁石１の回転角度を算出している。【０００５】
図２２Ａ、図２２Ｂは、第２の従来例として、接触型の回転角センサの例を示す。【０００６】
図２２Ａは、接触型の回転角センサとして、カメラのスイッチに用いられるポテンショメータ２５０の外観構成を示す。回転ダイヤル部２５１に対してスイッチ本体部２５２のみがカメラケース２５３内部に収納されている。【０００７】
図２２Ｂは、スイッチ本体部２５２内の可変抵抗２５４を用いた回路構成を示す。【０００８】
端子Ｖ１，Ｖ２間の可変抵抗２５４と機械的に接触する回転軸の接触部２５５の電位を、アナログの出力信号として測定することにより、メカ式のスイッチの回転角度を算出している。【０００９】
【特許文献１】特開平９−６５２７号公報
【特許文献２】特開２０００−４６５３６号公報
【特許文献３】特開２００１−１１４１１６号公報
【特許文献４】特開２００２−２４３４０７号公報
【特許文献５】特開２００４−２３９６７２号公報
【発明の開示】
【００１０】
第１の従来例に示すような非接触型の回転角センサにおいては、磁石の回転角度の角度分解能が低いという問題がある。
【００１１】
１例として、磁極の組数をＮとすると、磁石を１回転させたとき、Ｎ＝２の場合には、４つの角度分解能しか持たない。
【００１２】
しかし、この角度分解能を上げようとすると、磁石の極数が増えてしまい、信号処理を行う回路構成が複雑化し、コストアップに繋がるという問題がある。
【００１３】
また、極数を増やして分解能を上げると、絶対角度が特定できなくなるという問題もある。
【００１４】
さらに、角度分解能以外に、磁石の強さや磁気センサの感度のばらつきをも抑える必要があり、これらの値を一定値以内になるように管理しようとすると、より複雑な制御や回路構成が必要となるという問題が発生する。
【００１５】
さらに、角度分解能を上げるには、磁石と磁気センサとの位置関係を高精度に保つ必要があり、より厳密な組付けの精度が要求されることになり、製造の面から非効率的である。
【００１６】
また、接触型の回転角センサにおいては、第２の従来例に示すように、回転部分である取手部２５１とスイッチ本体部２５２とは分離した構造となっており、取手部２５１はケース内に一体に収納されていないため、スイッチの構成が全体的に大型化してしまうという問題がある。また、軸がケースを貫通する構造になるため、防水防塵構造が取りにくいという問題がある。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、磁石の極数を増やすことなく、簡単な回路構成で、角度分解能を向上させることが可能な、磁気方式回転角センサ、および、角度情報処理装置を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、磁石と磁気センサとの組付け位置の精度やセンサ感度のばらつきに対して常に安定した角度情報を得ることが可能な、磁気方式回転角センサ、および、角度情報処理装置を提供することにある。
【００１９】
さらに、本発明の他の目的は、スイッチの構成を小型化、軽量化して安価な構成とすることが可能な磁気方式回転角センサ、および、角度情報処理装置を提供することにある。
【００２０】
本発明は、Ｎ極とＳ極の１対以上の磁極を発生する磁極発生手段と、前記磁極発生手段の周囲に、該磁極発生手段の回転中心に対して所定の角度の間隔をおいて配置された複数の磁気センサと、前記各磁気センサから出力された各センサ出力信号の極性を判別し、該判別された極性を示す極性判別信号を出力する複数の極性判別手段と、前記各磁気センサから出力された各センサ出力信号に対応した絶対値を発生する複数の絶対値発生手段と、前記発生した絶対値同士を比較し、該比較した結果を示す絶対値比較信号を出力する複数の比較結果出力手段と、前記極性判別信号と前記絶対値比較信号とに基づいて、前記磁極発生手段の回転角度を判別して所定の判別結果信号を出力する角度判別手段とを具えることによって、磁気方式回転角センサを構成する。
【００２１】
前記判別結果信号は、前記磁気センサの数をＮとしたとき、前記磁極発生手段を１回転させたときに１対の磁極当たり２＾（Ｎ＋１）の角度分解能をもつようにしてもよい。
【００２２】
前記複数の磁気センサは、前記磁極発生手段の回転中心を通る対角線上に２個を１組として配置することによって少なくとも１組のセンサとして構成し、該１組のセンサにおける出力の差分を前記センサ出力信号とし、少なくとも２組のセンサから出力された各センサ出力信号に基づいて前記極性の判別および前記絶対値の比較を行うようにしてもよい。
【００２３】
前記各磁気センサから出力された、少なくとも２つのセンサ出力信号を加算して第３のセンサ出力信号を生成する加算手段をさらに具え、前記極性判別手段および前記絶対値発生手段のそれぞれ少なくとも１つに、前記第３のセンサ出力信号を入力させることによって、該第３のセンサ出力信号に対応した極性判別信号と絶対値比較信号とを出力し、前記角度判別手段は、前記極性判別信号と前記絶対値比較信号とから、前記磁極発生手段の回転角度を判別して、所定の判別結果信号を出力するようにしてもよい。
【００２４】
前記各磁気センサから出力された各センサ出力信号は、正弦波としてもよい。
【００２５】
前記加算手段は、１／√２倍のゲインを有してもよい。
【００２６】
前記磁気センサの数Ｎを２とし、前記磁気発生手段を回転させたとき、前記センサ出力信号として、第１の磁気センサからはｓｉｎＡ、第２の磁気センサからはｓｉｎＢに比例した信号を得るようにセンサを配設し、前記磁気発生手段を１回転させたときに１対の磁極あたり２＾Ｍ（Ｍは４以上の任意の整数）の分解能をもつようにしてもよい。
【００２７】
本発明は、上記記載の磁気方式回転角センサと、前記磁気方式回転角センサの前記磁気発生手段が取付けられた回転部と、前記磁気方式回転角センサの前記磁気発生手段以外の回路構成部であって、前記回転部の周囲に所定の角度で配置された前記複数の磁気センサから出力された各センサ出力信号に対して所定のデジタル信号処理を行い、判別結果信号を出力する信号処理部とを具えることによって、角度情報処理装置を構成する。
【００２８】
前記信号処理部は、前記デジタル処理された判別結果信号をアナログ信号に変換する信号変換処理部をさらに具えてもよい。
【００２９】
本発明によれば、各磁気センサから出力された各センサ出力信号の極性の判別、および、絶対値の比較を行うことにより、極性判別信号と絶対値比較信号を作成し、これら作成された極性判別信号と絶対値比較信号とから、磁極発生手段の回転角度を判別して判別結果信号を出力するようにしたので、従来の磁気方式回転角センサと同一の角度分解能を得るのに磁石の極数を半分にすることが可能となり、また、同一極数ならば角度分解能を２倍に設定することができ、さらに、１対の極を有する磁石で磁気センサの数をＮとしたとき、１回転を２＾（Ｎ＋１）分割した絶対角度を得ることができ、これにより、磁石の極数を増やすことなく、簡単な回路構成で、角度分解能を向上させることが可能となる。
【００３０】
また、本発明によれば、センサ信号の加算手段を追加することにより、センサの数を増やすことなく、さらに角度分解能を向上させることが可能になる。
【００３１】
また、本発明によれば、磁石の強さや磁気センサの感度にばらつきに対して、常に安定した角度情報を得ることができる。
【００３２】
さらに、本発明によれば、磁石と磁気センサとの位置関係が比較的自由に設定でき、大きさやデザインに設計上の自由度をもたせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態である、磁気方式回転角センサの構成を示す回路図である。
【図２】磁石と磁気センサの位置関係、および、分割領域を示す説明図である。
【図３】図１の回路内の各部において生成される信号を示す波形図である。
【図４】磁石の回転角度とデジタルの判別結果信号との関係を示す説明図である。
【図５Ａ】磁石の形状が異なる例を示す平面図である。
【図５Ｂ】磁石の形状が異なる例を示す側面図である。
【図６】センサ出力信号の波形が変化しても、領域分割の角度が変化しないことを示す説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態である、磁気方式回転角センサの構成を示す回路図である。
【図８】磁石と磁気センサの位置関係、および、分割領域を示す説明図である。
【図９】図７の回路内の各部において生成される信号を示す波形図である。
【図１０】磁石の回転角度とデジタルの判別結果信号との関係を示す説明図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態である、磁石とペアの磁気センサとの取付け位置ずれの影響を少なくなることを示す説明図である。
【図１２】ペアの磁気センサを用いた場合において、別の磁石の形状でも同様の効果が得られることを示す説明図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態である、角度判別回路の後段に、ＤＡ変換回路を接続して角度情報処理装置として構成した例を示すブロック図である。
【図１４】８段階のレベル変換して出力されたアナログ信号を示す説明図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態である、デジタルスチルカメラの撮影モードなどに使用されるロータリースイッチの構成例を示す説明図である。
【図１６】本発明の第６の実施の形態である、磁気方式回転角センサの構成を示す回路図である。
【図１７】加算部の構成例を示す回路図である。
【図１８】図１６の回路内の各部において生成される信号を示す波形図である。
【図１９】加算部の変形例を示す回路図である。
【図２０】図１６の回路において、センサ出力信号を生成する回路の応用例を示す回路図である。
【図２１】非接触型の回転角センサの第１の従来例を示す説明図である。
【図２２Ａ】接触型の回転角センサの第２の従来例を示す斜視図である。
【図２２Ｂ】接触型の回転角センサの第２の従来例を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。【００３５】
［第１の例］
本発明の第１の実施の形態を、図１〜図６に基づいて説明する。【００３６】
＜回路構成＞
図１は、本発明に係る磁気方式回転角センサ１００の回路構成を示す。【００３７】
本センサは、Ｎ極とＳ極の１対の磁極を有する磁石１と、２個の磁気センサ２，３と、増幅回路およびオフセットキャンセル回路５０と、極性判別回路４，５と、絶対値発生回路６，７と、比較回路８と、角度判別回路９とから構成される。なお、増幅回路およびオフセットキャンセル回路５０は、必ずしも設ける必要はない。【００３８】
磁気センサ２，３は、磁石１の周囲に、磁石１の回転中心に対して一定角度９０度の間隔をおいて配置されている。【００３９】
極性判別回路４，５は、各磁気センサ２，３から出力された各センサ出力信号ａ，ｂの極性を判別し、判別された極性を示す極性判別信号ｃ，ｄを出力する。【００４０】
絶対値発生回路６，７は、各磁気センサ２，３から出力された各センサ出力信号ａ，ｂの絶対値ｅ，ｆを発生する。【００４１】
比較回路８は、発生した絶対値ｅ，ｆを比較し、比較された結果を示す絶対値比較信号ｇを発生する。【００４２】
角度判別回路９は、極性判別回路４，５により判別された極性判別信号ｃ，ｄと、比較回路８により比較された絶対値比較信号ｇとから、磁石１の回転角度を判別して判別結果信号ｈを出力する。【００４３】
＜動作＞
次に、本装置の動作について説明する。【００４４】
図１において、磁石の極の数は１組、磁気センサの数Ｎは２である。【００４５】
図２は、磁石１と磁気センサ２，３との位置関係、および、分割領域を示す。【００４６】
回転するＮ／Ｓ１対の極を有する磁石１と、磁石１の周囲で磁気センサ２，３がある角度のときに、極と極の境界の延長線（Ｘ軸方向）上に１個の磁気センサ２、極の中心の延長線（Ｙ軸方向）上に１個の磁気センサ３を配置する。【００４７】
磁気センサ２，３から出力されるセンサ出力信号ａ，ｂは、必要に応じて増幅回路およびオフセットキャンセル回路５０により増幅され、オフセット信号成分を排除される。【００４８】
図３は、磁気方式回転角センサ１００の回路内の各部において生成された信号波形を示す。【００４９】
センサ出力信号ａ，ｂは、磁石１が回転して極の中心の延長線上にあるときは最大値、反対の極の延長線上にあるときは最小値、極と極との境界の延長線上にある時はゼロの値をそれぞれが出力する。【００５０】
センサ出力信号ａ，ｂは、ゼロより大きいか小さいかを判別する極性判別回路４，５に入力され、極性判別信号ｃ，ｄを出力する。この極性判別信号ｃ，ｄは、図１の例では、図３に示すように、ゼロよりも大きいときに０、小さいときに１を出力する。【００５１】
また、センサ出力信号ａ，ｂは、絶対値発生回路６，７にも入力され、それぞれの信号に対応した絶対値ｅ，ｆが生成される。【００５２】
絶対値ｅ，ｆは、その大小を比較する比較回路８に入力され、これにより、絶対値比較信号ｇが出力される。この絶対値比較信号ｇは、図１の例では、図３に示すように、絶対値ｅが絶対値ｆよりも大きいときには１、小さいときには０を出力する。【００５３】
極性判別信号ｃ，ｄ、および、絶対値比較信号ｇは、角度判別回路９に入力され、これにより、磁石１を１回転させたときに２^（Ｎ＋１）＝８の角度分解能を持つ判別結果信号ｈが出力される。【００５４】
図４は、磁石１の回転角度と、判別結果信号ｈとの関係を示す。【００５５】
判別結果信号ｈは、図１の例では、３ビットのバイナリーコード１５０を得ることができる。【００５６】
＜判別結果信号ｈの生成原理＞
以下、図３の判別結果信号ｈを生成する原理について説明する。【００５７】
図２において、磁石１のＮ極とＳ極の境界の延長線上に２が、Ｎ極の中心の延長線上に３がある位置を０°とする。【００５８】
この初期の状態のとき、磁気センサ２の出力であるセンサ出力信号ａはゼロ、磁気センサ３の出力であるセンサ出力信号ｂは最大値になるように、増幅回路およびオフセットキャンセル回路５０で信号を整える。【００５９】
この初期の状態から、磁石１を時計回りに１回転させると、センサ出力信号ａ，ｂは図３の１番上に示したように変化する。【００６０】
また、絶対値回路６，７の出力である絶対値ｅ，ｆは、図３の２番目の段に示す信号になる。【００６１】
さらに、極性判別回路４，５の出力である極性判別信号ｃ，ｄおよび比較回路８の出力である絶対値比較信号ｇは、図３の３番目の段以下に示す信号になり、これら３つの信号は４５°ずつ回転させた位置を境にどれかが変化して１回転の（１）から（８）までの８つの領域に分ける。【００６２】
角度判別回路９は、Ｄ２を極性判別信号ｃ、Ｄ１をＤ２と極性判別信号ｄの排他的論理和、Ｄ０をＤ１と絶対値比較信号ｇの排他的論理和となるように構成すると、出力である判別結果信号ｈは、図３の一番下に示すように変化し、図４に示すようなバイナリーコード１５０になる。【００６３】
このようにして生成された判別結果信号ｈをマイクロコンピュータのポートなどで読みとることにより、磁石１の回転位置を知ることができる。【００６４】
＜磁石とセンサの関係＞
磁気センサ２，３から出力されたセンサ出力信号ａ，ｂが、磁石１の強さや、磁気センサ２，３の感度や、磁石１と磁気センサ２，３の位置関係が変わって振幅が変わっても、センサ出力信号ａとセンサ出力信号ｂとの信号の相対的大きさが変わらなければ、コードが変化する回転角度は変わらない。【００６５】
図５Ａ、図５Ｂは、磁石の形状が異なる例を示す。【００６６】
図６は、図５Ａ、図５Ｂの形状において、センサ出力信号の波形が変化しても、領域分割の角度が変化しないことを示す。【００６７】
図５Ａ、図５Ｂに示すように、磁石１の形状や、磁石１と磁気センサ２，３の位置関係を変えて、例えば、磁石１を棒状磁石に変更し、磁気センサ２、３を棒状磁石の下の平面の配置をすると、磁気センサ２，３から出力されたセンサ出力信号ａ，ｂの波形形状が変化するが、図６に示すようにセンサ出力信号ａとセンサ出力信号ｂの波形が同じ形であれば、コードが変化する回転角度は変わらない。【００６８】
以上により、磁石１の極数を増やすことなく、簡単な回路構成で、角度分解能を向上させることが可能な、磁気方式回転角センサを作製することができる。【００６９】
［第２の例］
本発明の第２の実施の形態を、図７〜図１０に基づいて説明する。なお、前述した第１の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。【００７０】
＜回路構成＞
図７は、本発明に係る磁気方式回転角センサ１１０の回路構成を示す。【００７１】
本センサは、Ｎ極とＳ極の１対の磁極を有する磁石１と、３個の磁気センサ２，３，１０と、増幅回路およびオフセットキャンセル回路５０と、極性判別回路４，５，１１と、絶対値発生回路６，７，１１と、比較回路８，１３，１４と、角度判別回路１５とから構成される。なお、増幅回路およびオフセットキャンセル回路５０は、必ずしも設ける必要はない。【００７２】
磁気センサ２，３は、磁石１の周囲に、該磁石の回転中心に対して一定角度９０度の間隔をおいて配置されている。磁気センサ１０は、磁気センサ２と磁気センサ３との中間位置に配置されている。【００７３】
極性判別回路４，５，１１は、各磁気センサ２，３，１０から出力された各センサ出力信号ａ，ｂ，ｉの極性を判別し、判別された極性を示す極性判別信号ｃ，ｄ，ｊを出力する。【００７４】
絶対値発生回路６，７，１２は、各磁気センサ２，３，１０から出力された各センサ出力信号ａ，ｂ，ｉの絶対値ｅ，ｆ，ｋを発生する。【００７５】
比較回路８，１３，１４は、発生した絶対値ｅ，ｆ，ｋを比較し、比較された結果を示す絶対値比較信号ｇ，ｌ，ｍを発生する。【００７６】
角度判別回路１５は、極性判別回路４，５，１１により判別された極性判別信号ｃ，ｄ，ｊと、比較回路８，１３，１４により比較された絶対値比較信号ｇ，ｌ，ｍとから、磁石１の回転角度を判別して判別結果信号ｈを出力する。【００７７】
＜動作＞
次に、本装置の動作について説明する。【００７８】
本例では、磁石１の極の数は１組、磁気センサの数Ｎは３である。【００７９】
図８は、磁石１と磁気センサ２，３との位置関係、および、分割領域を示す。【００８０】
回転するＮ／Ｓ１対の極を有する磁石１と、磁石１の周囲で磁気センサ２，３がある角度のときに、極と極の境界の延長線（Ｘ軸方向）上に１個の磁気センサ２を配置し、極の中心の延長線（Ｙ軸方向）上に１個の磁気センサ３を配置し、さらに２個の磁気センサ２，３の中間にもう１個の磁気センサ１０を配置する。【００８１】
図９は、磁気方式回転角センサ１１０の回路内の各部において生成された信号波形を示す。【００８２】
磁気センサ２，３，１０から出力されるセンサ出力信号ａ，ｂ，ｉは、必要に応じて増幅回路およびオフセットキャンセル回路５０により増幅され、オフセット信号成分を排除される。【００８３】
センサ出力信号ａ，ｂ，ｉは、磁石１が回転して極の中心の延長線上にあるときは最大値、反対の極の延長線上にあるときは最小値、極と極との境界の延長線上にあるときはゼロの値をそれぞれが出力する。【００８４】
センサ出力信号ａ，ｂ，ｉは、ゼロより大きいか小さいかを判別する極性判別回路４，５，１１に入力され、これにより、極性判別信号ｃ，ｄ，ｊが出力される。この極性判別信号ｃ，ｄ，ｊは、図７の例では、図９に示すように、ゼロよりも大きいときに０、小さいときに１を出力する。【００８５】
また、センサ出力信号ａ，ｂ，ｉは、絶対値発生回路６，７，１２にも入力され、これにより、それぞれの信号に対応した絶対値ｅ，ｆ，ｋが生成される。【００８６】
絶対値ｅ，ｆは、その大小を比較する比較回路８に入力され、これにより、絶対値比較信号ｇが出力される。この絶対値比較信号ｇは、図７の例では、図９に示すように、絶対値ｅが絶対値ｆより大きいときには１、小さいときには０を出力する。【００８７】
同様に、絶対値ｅ，ｋは、その大小を比較する比較回路１３に入力され、これにより、絶対値比較信号ｌが出力される。この絶対値比較信号ｌは、図７の例では、図９に示すように、絶対値ｅが絶対値ｋより大きいときには１、小さいときには０を出力する。【００８８】
同様に、絶対値ｋ，ｆは、その大小を比較する比較回路１４に入力され、これにより、絶対値比較信号ｍが出力される。この絶対値比較信号ｍは、図７の例では、図９に示すように、絶対値ｋが絶対値ｆより大きいときには１、小さいときには０を出力する。【００８９】
極性判別信号ｃ，ｄ、および、絶対値比較信号ｇ，ｌ，ｍは、角度判別回路１５に入力され、これにより、磁石１を１回転させたときに２^（Ｎ＋１）＝１６の角度分解能を持つ判別結果信号ｈが出力される。【００９０】
図９は、磁気方式回転角センサ１１０の回路内の各部において生成された信号波形を示す。【００９１】
図１０は、磁石１の回転角度と、判別結果信号ｈとの関係を示す。【００９２】
判別結果信号ｈは、図７の例では、４ビットのバイナリーコード１６０を得ることができる。【００９３】
＜判別結果信号ｈの生成原理＞
以下、図９の判別結果信号ｈを生成する原理について説明する。  
図８において、磁石１のＮ極とＳ極の境界の延長線上に磁気センサ２が、Ｎ極の中心の延長線上に磁気センサ３がある位置を０°とする。【００９４】
このとき、磁気センサ２の出力であるセンサ出力信号ａはゼロ、磁気センサ３の出力であるセンサ出力信号ｂは最大値になるように、増幅回路およびオフセットキャンセル回路５０で信号を整える。【００９５】
この初期の状態から、磁石１を時計回りに１回転させると、センサ出力信号ａ，ｂ，ｉは、図９の１番上に示すように変化する。【００９６】
また、絶対値回路６，７，１２の出力である絶対値ｅ，ｆ，ｋは、図９の２番目の段に示す信号になる。【００９７】
さらに、極性判別回路４，５，１１の出力である極性判別信号ｃ，ｄ，ｊ、および、比較回路８，１３，１４の出力である絶対値比較信号ｇ，ｌ，ｍは、図９の３番目の段以下に示す信号になり、これら６つの信号は２２．５°ずつ回転させた位置を境にどれかが変化して１回転を（１）から（１６）までの１６の領域に分ける。【００９８】
角度判別回路１５は、Ｄ３を極性判別信号ｃ、Ｄ２をＤ３と極性判別信号ｄの排他的論理和、Ｄ１をＤ２と絶対値比較信号ｇの排他的論理和、Ｄ０を絶対値比較信号ｌと絶対値比較信号ｍの排他的論理和とＤ１との排他的論理和となるように構成すると出力（ｎ）は、図１０に示すようなバイナリーコード１６０になる。【００９９】
これをマイクロコンピュータのポートなどで読みとることにより、磁石１の回転位置を知ることができる。【０１００】
＜磁石とセンサの関係＞
磁気センサ２，３，１０の出力であるセンサ出力信号ａ，ｂ，ｉが、磁石１の強さや、磁気センサ２，３，１０の感度や、磁石１と磁気センサ２，３，１０との位置関係が変わって振幅が変わっても、センサ出力信号ａ，ｂ，ｉの相対的大きさが変わらなければ、コードが変化する回転角度は変わらない。【０１０１】
また、磁石１の形状や、磁石１と磁気センサ２，３，１０との位置関係を変えると、磁気センサ２，３，１０から出力されたセンサ出力信号ａ，ｂ，ｉの波形形状が変化するが、センサ出力信号ａ，ｂ，ｉの波形が同じ形であれば、コードが変化する回転角度は変わらない。【０１０２】
以上により、磁石１の極数を増やすことなく、簡単な回路構成で、角度分解能を向上させることが可能な、磁気方式回転角センサを作製することができる。【０１０３】
［第３の例］
本発明の第３の実施の形態を、図１１および図１２に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。【０１０４】
本例は、図１又は図７の磁気方式回転角センサ１００，１１０において、磁石１の周囲に配置される各磁気センサを、ペアとして構成する場合の例である。【０１０５】
図１１は、前述した第１の例の図１に示した磁気センサ２，３を、それぞれペアとして構成している。【０１０６】
磁石１の回転中心を通る対角線Ｘ上に、磁気センサ２と磁気センサ２’とを２個ペアで１組配置し、同様に、対角線Ｙ上に、磁気センサ３と磁気センサ３’とを２個ペアで１組配置する。【０１０７】
このように２組の磁気センサを配置し、各組毎にそれぞれの差分をセンサ出力信号ａ，ｂとすると、磁石１の形状や、中心軸からの磁気センサの軸ずれなどの位置関係の変化に対しても、常に安定した出力信号を得ることができる。【０１０８】
図１２は、磁石１を中心軸からずらした構成例を示す。【０１０９】
ペアの磁気センサ２，２’、３，３’を使うことにより、表裏に分極している磁石１を回転軸の中心から偏心させて配置した形状にしても、センサ出力信号ａ，ｂを正確に検出することができる。【０１１０】
また、前述した第２の例の図７に示したような磁気センサ２，３，１０をそれぞれペアとして構成した場合にも、上記の説明と同様な作用効果を得ることができる。【０１１１】
以上より、磁石１と磁気センサ２，３（又は、磁気センサ２，３，１０）との組付け位置の精度やセンサ感度のばらつきに対して常に安定した角度情報を得ることが可能な、磁気方式回転角センサを作製することができる。【０１１２】
［第４の例］
本発明の第４の実施の形態を、図１３〜図１４に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。【０１１３】
本例では、図１又は図７の磁気方式回転角センサ１００，１１０から出力されるデジタルの判別結果信号ｈをアナログ信号として取出し、アナログ信号の処理が可能な角度情報処理装置として構成する例である。【０１１４】
図１３は、前述した図１に示した第１の例の磁気方式回転角センサ１００を応用した角度情報処理装置１３０の構成を示す。【０１１５】
角度情報処理装置１３０は、センサ外部に配置された磁石１と、磁気方式回転角センサ１００とからなる。磁気方式回転角センサ１００は、磁気センサ２，３と、デジタル信号処理部１０１とから構成されている。デジタル信号処理部１０１は、図１のセンサ出力信号ａ，ｂから判別結果信号ｈを生成するまでの回路部に相当する。【０１１６】
そして、デジタル信号処理部１０１の後段に、ＤＡ変換回路６０を接続して角度情報処理装置として構成した例を示す。【０１１７】
ＤＡ変換回路６０は、Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２のデジタルからなる判別結果信号ｈを、アナログ信号ＡＯＵＴに変換する。このアナログ信号ＡＯＵＴは、図１４に示すように、８段階のレベル変換可能な出力として取出すことができる。【０１１８】
また、このように複数段にレベル変換されたアナログ信号ＡＯＵＴを用いることにより、センサ読み取り信号数を減らすことができる。また、このような構成をとることにより信号読みとり方法を変更することなく図２２Ａ，図２２Ｂで示したような従来の回転角度センサに置き換えることができる。【０１１９】
同様に、図７に示したような第２の例の磁気方式回転角センサ１１０において、角度判別回路１５の後段に、ＤＡ変換回路１１０を接続して構成してもよい。この場合のアナログ信号は、１６段階のレベル変換可能な出力として取出すことができる。【０１２０】
［第５の例］
本発明の第５の実施の形態を、図１５に基づいて説明する。なお、前述した各例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。【０１２１】
本例は、図１又は図７の磁気方式回転角センサ１００，１１０を内蔵した角度情報処理装置の構成例を示す。【０１２２】
図１５は、デジタルスチルカメラの撮影モード選択などに使用されるロータリースイッチ１２０の構成例を示す。【０１２３】
ロータリースイッチ１２０は、磁石１を組込んだ回転式ダイヤル部１２１と、磁気センサを含むセンサ本体部１２２とから構成される。【０１２４】
回転式ダイヤル部１２１はカメラケース１２３の外部表面に取付けられ、その下方のカメラケース１２３内部にＩＣチップ形状のセンサ本体部１２２が収納されている。【０１２５】
センサ本体部１２２には、図１の磁気方式回転角センサ１００、又は、図７の磁気方式回転角センサ１１０の磁石１を除いた磁気センサ２，３（又は、磁気センサ２，３，１０）を含む回路部分から構成されている。【０１２６】
また、センサ本体部１２２は、前述した第４の例で説明したような磁気方式回転角センサからのデジタルの判別結果信号ｈをアナログ変換した信号を処理する角度情報処理装置として構成してもよい。【０１２７】
このようにセンサ本体部１２２内に磁気センサを組込みＩＣチップ化することにより、前述した図１７のメカ式のスイッチ構造に比べて、小型化、軽量化を図り、部品点数を少なくして安価な装置を作製することができる。更に、回転式ダイヤル部１２１とセンサ本体部１２２をケース１２３の内と外で完全に分離できるため防水防塵構造が容易に実現できる。【０１２８】
その他の角度情報処理装置として、携帯電話、パーソナルコンピュータ、オーディオ機器の本体、家電製品などのコントローラなどとして構成することができる。【０１２９】
［第６の例］
本発明の第６の実施の形態を、図１６〜図２０に基づいて説明する。なお、前述した第１の例と同一部分については、その説明を省略し、同一符号を付す。【０１３０】
＜回路構成＞
図１６は、本発明に係る磁気方式回転角センサ１５０の回路構成を示す。
磁気方式回転角センサ１５０において、加算部３００が新たに付加されていることに特徴をもつ。加算部３００は、その入力端子側が増幅回路およびオフセットキャンセル回路５０に接続され、その出力端子側が極性判別回路１１および絶対値発生回路１２に接続されている。【０１３１】
なお、その他の基本的な構成は、前述した第２の例の図７に示した磁気方式回転角センサ１１０と同様であり、その説明は省略する。【０１３２】
図１７は、加算部３００の構成例を示す。【０１３３】
加算部３００は、２つのセンサ出力信号ａ，ｂを加算する加算器３０１と、１／√２倍のゲインを有し、第３のセンサ出力信号ｉ３を出力するアンプ３０２とからなる。【０１３４】
第３のセンサ出力信号ｉ３は、極性判別回路１１と、絶対値発生回路１２とにそれぞれ入力される。【０１３５】
ここでは、磁気センサの数Ｎ＝２とし、磁気センサ２と磁気センサ３とを配設する。
磁石１を回転させたときにセンサ出力信号ａ，ｂが発生するものとし、磁気センサ２からはｓｉｎＡ、磁気センサ３からはｓｉｎＢに比例した信号を得るように、各センサを設置する。【０１３６】
磁石１を１回転させたときに１対の磁極当り２＾Ｍ（Ｍは、４以上の任意の整数）の分解能を持ち、本磁気方式回転角センサ１５０の場合、１６分割回転角センサの例である。【０１３７】
＜回路動作＞
図１８は、磁気方式回転角センサ１１０の回路内の各部において生成された信号波形を示す。この図１８の各信号波形は、基本的には、前述した第２の例の図９と同様となる。
磁気センサ２からの信号をｓｉｎＡとし、磁気センサ３からの信号ｓｉｎＢとすると、三角関数の定理により、下記の（１）式となる。【０１３８】
【数１】
2006070826.tif 000002
【０１３９】
ここで、Ｂ＝Ａ＋９０゜となるようにセンサを配置すると、下記の（２）式となる。【０１４０】
【数２】
2006070826.tif 000003
【０１４１】
（２）式は、下記の（３）式として表すことができる。【０１４２】
【数３】
2006070826.tif 000004
【０１４３】
これにより、（３）式の右辺の演算式を実現することができる。【０１４４】
図１８に示すような加算部３００を付加することにより、前述した第２の例を表した図７において、磁気センサ１０がなくてもその出力信号ｉに相当する信号を得ることができ、これにより、センサの数を増やすことなく、２＾４＝１６分割の分解能を得ることができる。【０１４５】
（変形例）
図１９は、加算部３００の変形例を示す。【０１４６】
加算部３００は、３つの加算器３０１，３０３，３０５と、３つのアンプ３０２，３０４，３０６とから構成される。１段目が加算器３０１とアンプ３０２、２段目が加算器３０３とアンプ３０４、３段目が加算器３０５とアンプ３０６とからなる。【０１４７】
2006070826.tif 000005
【０１４８】
【数４】
2006070826.tif 000006
【０１４９】
（４）式により、下記の（５）式を得ることができる。【０１５０】
【数５】
2006070826.tif 000007
【０１５１】
2006070826.tif 000008
【０１５２】
(応用例)
図２０は、図１６の回路において、センサ出力信号を生成する回路の応用例を示す。【０１５３】
ここでは、加算器３５０と、減算器３５１と、アンプ３５２，３５３とから構成されている。加算器３５０とアンプ３５２とからセンサ出力信号ａが生成され、減算器３５１とアンプ３５３とからセンサ出力信号ａが生成される。【０１５４】
図１６の例では２つの磁気センサ２，３の位置を、センサ出力信号ａ，ｂの位相差が９０゜になるように配置したが、これを任意の位相差θになるように配置する場合には、一方の磁気センサ２の出力をｏ、他方の磁気センサ３の出力をｐとすると、磁石を１回転させたとき、ｏはｓｉｎＡに、ｐはｓｉｎ（Ａ＋θ）に比例した信号になる。これにまずは、下記の（６）式、（７）式の三角関数の定理を用いる。【０１５５】
【数６】
2006070826.tif 000009
【０１５６】
【数７】
2006070826.tif 000010
【０１５７】
上記定理の式により、下記の（８）式、（９）式を得ることができる。【０１５８】
【数８】
2006070826.tif 000011
【０１５９】
【数９】
2006070826.tif 000012
【０１６０】
これにより、（８）式、（９）式の各々の右辺の演算式を実現することができる。【０１６１】
（８）式、（９）式から、２つのセンサ信号の出力は、振幅が同じで位相差θが９０゜なので、図２０の回路を図１６に示した９０゜位相差の例のａ、ｂ信号の生成用回路として構成し、後段の回路を図１６と同等に組むことにより、同様な作用効果を実現できる。
【図１】
2006070826.tif 000013
【図２】
2006070826.tif 000014
【図３】
2006070826.tif 000015
【図４】
2006070826.tif 000016
【図５Ａ】
2006070826.tif 000017
【図５Ｂ】
2006070826.tif 000018
【図６】
2006070826.tif 000019
【図７】
2006070826.tif 000020
【図８】
2006070826.tif 000021
【図９】
2006070826.tif 000022
【図１０】
2006070826.tif 000023
【図１１】
2006070826.tif 000024
【図１２】
2006070826.tif 000025
【図１３】
2006070826.tif 000026
【図１４】
2006070826.tif 000027
【図１５】
2006070826.tif 000028
【図１６】
2006070826.tif 000029
【図１７】
2006070826.tif 000030
【図１８】
2006070826.tif 000031
【図１９】
2006070826.tif 000032
【図２０】
2006070826.tif 000033
【図２１】
2006070826.tif 000034
【図２２Ａ】
2006070826.tif 000035
【図２２Ｂ】
2006070826.tif 000036
【手続補正書】
【提出日】平成18年10月24日(2006.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】  Ｎ極とＳ極の１対以上の磁極を発生する磁極発生手段と、
前記磁極発生手段の周囲に、該磁極発生手段の回転中心に対して所定の角度の間隔をおいて配置された複数の磁気センサと、
前記各磁気センサから出力された各センサ出力信号の極性を判別し、該判別された極性を示す極性判別信号を出力する複数の極性判別手段と、
前記各磁気センサから出力された各センサ出力信号に対応した絶対値を発生する複数の絶対値発生手段と、
前記発生した絶対値同士を比較し、該比較した結果を示す絶対値比較信号を出力する複数の比較結果出力手段と、
前記極性判別信号と前記絶対値比較信号とに基づいて、前記磁極発生手段の回転角度を判別して所定の判別結果信号を出力する角度判別手段と、
前記各磁気センサから出力された、少なくとも２つのセンサ出力信号を加算して第３のセンサ出力信号を生成する加算手段とを具え、
前記極性判別手段および前記絶対値発生手段のそれぞれ少なくとも１つに、前記第３のセンサ出力信号を入力させることによって、該第３のセンサ出力信号に対応した極性判別信号と絶対値比較信号とを出力し、
前記角度判別手段は、前記極性判別信号と前記絶対値比較信号とから、前記磁極発生手段の回転角度を判別して、所定の判別結果信号を出力することを特徴とする磁気方式回転角センサ。
【請求項２】（削除）
【請求項３】  前記複数の磁気センサは、前記磁極発生手段の回転中心を通る対角線上に２個を１組として配置することによって少なくとも１組のセンサとして構成し、
該１組のセンサにおける出力の差分を前記センサ出力信号とし、少なくとも２組のセンサから出力された各センサ出力信号に基づいて前記極性の判別および前記絶対値の比較を行うことを特徴とする請求項１記載の磁気方式回転角センサ。
【請求項４】（削除）
【請求項５】  前記各磁気センサから出力された各センサ出力信号は、正弦波であることを特徴とする請求項１記載の磁気方式回転角センサ。
【請求項６】  前記加算手段は、１／√２倍のゲインを有することを特徴とする請求項５記載の磁気方式回転角センサ。
【請求項７】  前記磁気センサの数Ｎを２とし、
前記磁気発生手段を回転させたとき、前記センサ出力信号として、第１の磁気センサからはｓｉｎＡ、第２の磁気センサからはｓｉｎＢに比例した信号を得るようにセンサを配設し、
前記磁気発生手段を１回転させたときに１対の磁極あたり２”Ｍ（Ｍは４以上の任意の整数）の分解能を持つことを特徴とする請求項１記載の磁気方式回転角センサ。
【請求項８】  請求項１，３，５，６，７のいずれかに記載の磁気方式回転角センサと、
前記磁気方式回転角センサの前記磁気発生手段が取付けられた回転部と、
前記磁気方式回転角センサの前記磁気発生手段以外の回路構成部であって、前記回転部の周囲に所定の角度で配置された前記複数の磁気センサから出力された各センサ出力信号に対して所定のデジタル信号処理を行い、判別結果信号を出力する信号処理部と
を具えたことを特徴とする角度情報処理装置。
【請求項９】  前記信号処理部は、前記デジタル処理された判別結果信号をアナログ信号に変換する信号変換処理部をさらに具えたことを特徴とする請求項８記載の角度情報処理装置。
【国際調査報告】
2006070826.tif 000037
2006070826.tif 000038
2006070826.tif 000039
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2006070826.tif 000041
2006070826.tif 000042
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