JP2015004634A - 回転角度検出装置、画像処理装置及び回転角度検出方法 - Google Patents

Abstract

【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、複数のホール素子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗからなる回転検出部２が出力する回転体の回転角度に応じた差動信号に基づいて、振幅検出部５が、その振幅値を検出する。平均化部６が、振幅値検出部５による所定の複数回の検出における振幅値を平均化して補正値を求め、オフセット補正部７が、前記差動信号を該補正値に基づいて補正して補正差動信号を出力する。角度探索部１１が、該補正差動信号に基づいて前記回転体の回転角度を検出する。【選択図】 図１

Description

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、小型で安価に回転体の回転角度を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。

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。

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、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センサを回転体の周囲に配置して、回転角度検出装置で、該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、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。

ところが、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を検出しても、センサ自体のオフセットや回転角度検出装置内のオフセットの影響を受けて、検出角度に誤差が生じる。すなわち、センサの不平衡電圧のような正弦波信号の信号オフセットや、逐次探索アルゴリズムを実行するためのオペアンプやコンパレータ等の入力オフセットのような処理回路に存在するオフセットの影響を受けて検出角度に誤差が生じる。

そこで、従来、印加される磁界に応じた電圧を出力するホール素子と、前記ホール素子から出力された電圧を、第１のタイミングと第２のタイミングとで逆極性になるように切り替えて出力するスイッチ回路と、前記スイッチ回路から入力された電圧を増幅して出力する増幅器と、一端が前記増幅器の一方の出力端子に接続され、前記増幅器から出力された電圧を保持する記憶素子と、前記増幅器の他方の出力端子と、前記記憶素子の他端と
の間に接続されたスイッチとを備え、前記第１のタイミングで、前記スイッチが閉じて、前記増幅器から出力された電圧を前記記憶素子に保持させる一方、前記第２のタイミングで、前記スイッチが開いて、前記増幅器の前記他方の出力端子と、前記記憶素子の前記他端との間の電圧が出力されるように構成されるとともに、前記スイッチ回路は、第１の入力用記憶素子と第２の入力用記憶素子とを備え、前記第１のタイミングで、前記ホール素子から出力された電圧を前記第１の入力用記憶素子に保持させるとともに、前記第２の入力用記憶素子に保持された電圧を前記増幅器に出力する一方、前記第２のタイミングで、前記ホール素子から出力された電圧を前記第２の入力用記憶素子に保持させるとともに、前記第１の入力用記憶素子に保持された電圧を前記増幅器に出力するように構成された磁界センサが提案されている（特許文献１参照）。

すなわち、この従来技術は、ホール素子の駆動用端子と信号出力端子を時分割で切り替えることで、正弦波信号の信号成分に対して、オフセットが交互に反転する信号を利用してオフセットをキャンセルしようとしている。

また、従来、少なくとも２つの磁気センサを用い、該各磁気センサから回転体の回転角度に対応して出力されるセンサ出力信号を信号処理部に入力して所定の信号処理を行うことにより、該回転体の回転角度を検出する回転角度センサであって、前記信号処理部は、前記回転体の回転角度に対応して出力される正弦波又は余弦波状のセンサ出力信号の最大値と最小値とをセンサ毎に加算することにより、オフセット値を算出するオフセット算出処理と、該算出されたオフセット値がデジタル値に換算された換算オフセット値を、前記センサ出力信号からセンサ毎に減算することにより、感度誤差を算出する感度誤差算出処理と、前記換算オフセット値を用いて、前記センサ出力信号に含まれるオフセット値を補正するオフセット補正処理と、前記算出された感度誤差がデジタル値に換算された換算感度誤差を用いて、前記オフセット補正されたセンサ出力信号に対して感度補正を行う感度補正処理とを、所定の演算回路に基づいて実行する較正手段と、前記回転体の回転角度と、前記センサ出力信号と、前記オフセット値と、該オフセット値がデジタル値に換算された換算オフセット値と、前記感度誤差と、該感度誤差がデジタル値に換算された換算感度誤差とを、それぞれ一時的に記憶する記憶手段と、前記所定の演算回路によって前記感度補正された後の較正されたセンサ出力信号を用いて、所定の線形補間処理を実行することにより、前記回転体の回転角度を算出する回転角度算出手段とを具えた回転角度センサが提案されている（特許文献２参照）。

すなわち、この従来技術は、正弦波信号の最大値と最小値を検出して、これらの最大値と最小値から正弦波信号のオフセット値を算出して、該オフセット値を用いてオフセットをキャンセルしようとしている。

しかしながら、上記公報記載の従来技術にあっては、オフセットを適切にかつ安価に除去する上で、改良の必要があった。

すなわち、特許文献１記載の従来技術にあっては、ホール素子の駆動用端子と信号出力端子を時分割で切り替えている。その結果、複数のホール素子の駆動配線を直列に接続することができず、基板上の配線が複雑な状態となり、安定性とコスト面において、改良の必要があった。また、ホール素子を除く回転角度検出装置を１つのＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）で構成する場合、ＩＣに対して、ホール素子１つ当たり４端子が必要になるため、ＩＣの端子数が増加してコストが高くつくという問題があった。

また、特許文献２記載の従来技術にあっては、正弦波信号の最大値と最小値のみを用いてオフセットの補正を行っている。したがって、ノイズによる誤検出の影響を受けやすく、精度を向上させる上で、改良の必要があった。また、回転体の偏心等により生じる回転体１回転内の正弦波信号の振幅変動が存在する場合は、その振幅変動の影響を受けて、オフセット量を正しく検出することができず、正確な補正を行うことができない。その結果、角度検出の精度を向上させる上で、改良の必要があった。

そこで、本発明は、オフセットを安価かつ正確に除去して、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。

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、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、所定の回転角度において前記回転検出手段の出力する前記検出信号の振幅値を検出する振幅値検出手段と、前記振幅値検出手段による所定の複数回の検出における振幅値を平均化して補正値を求める補正値生成手段と、前記検出信号を前記補正値に基づいて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。

本発明によれば、オフセットを安価かつ正確に除去して、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。

本発明の一実施例を適用した回転角度検出装置の回路構成図。 正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの波形図。 正弦波信号と検出トリガの関係を示す図。 ベクトル生成部におけるベクトル生成処理の説明図。 Ｘ軸信号とＹ軸信号の一例を示す図。 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。 符号判定処理の説明図。 角度探索部による角度探索処理の説明図。 補正値算出処理を示すフローチャート。 正弦波信号とオフセットの関係を示す図。 初期補正値算出処理を示すフローチャート。 平均化処理器の回路構成図。 フィルタトリガ生成処理を示すフローチャート。

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。

図１〜図１３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一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一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。

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、量子化部４、振幅検出部５、平均化部６、オフセット補正部７、ベクトル生成部８、回転演算部９、符号判定部１０、角度探索部１１及びクロック発生部１２等を備えている。

回転検出部（回転検出手段）２は、３つのホール素子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを備えており、各ホール素子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ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る。

すなわち、回転駆動検出装置１は、ＤＣブラシレスモータ等の回転軸である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。

通常、ＤＣブラシレスモータは、相互に１２０度の位相差を有し、Ｙ字結線されているＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイルと、該コイルと対向するとともにＳ極とＮ極が交互に並ぶ状態で位置に配置されている永久磁石である回転体とを備えている。ＤＣブラシレスモータは、端子からＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動電流が、回転体の角度に応じて適切に転流されることで、回転駆動される。なお、ＤＣブラシレスモータは、回転体を駆動するためには、磁気センサであるホール素子の検出する差動信号の出力方向及び磁束の方向に対して、垂直に電圧を印加する必要がある。

この回転角度検出装置１及びＤＣブラシレスモータは、複合装置等の画像処理装置に適用され、回転体の回転軸（図示略）には、画像処理装置の駆動機構が連結される。

そして、上記ホール素子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ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、２Ｗは、その一方の対に、駆動電圧が印可され、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、Ｗ相の差動信号（検出信号）ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−をそれぞれ出力する。差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−は、その差分が、回転体の回転角度θに対して、次式（１）で示す正弦波形状をしている。

なお、式（１）において、Ａｕ、Ａｖ、Ａｗは、それぞれ正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの振幅である。

また、差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−は、その振幅Ａｕ、Ａｖ、Ａｗが、ホール素子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの素子感度と永久磁石による磁界の強さ等によって決まる係数と、ホール素子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを駆動する電圧に比例する。

そして、ホール素子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは、通常、上記差動信号ＨＵ＋、／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−をシングルエンド化して、アナログ変換したアナログホール信号が、相互に１２０度の位相差を持つ正弦波となる位置に固定配置されている。

ホール素子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは、駆動電圧が印加される端子対が、直列に接続されており、ホール素子２Ｕの端子対の一方が、駆動電圧源Ｖdrvに、ホール素子２Ｗの端子対の他方が、抵抗Ｒ１を介して接地ＧＮＤに接続されている。

回転検出部２の各ホール素子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは、信号端子対から上記差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−を、差動部３へ出力する。

差動部３は、Ｕ相差動アンプ３１、Ｖ相差動アンプ３２及びＷ相差動アンプ３３を備えている。Ｕ相差動アンプ３１には、ホール素子２ＵからＵ相差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−が、Ｖ相差動アンプ３２には、ホール素子２ＶからＶ相差動信号ＨＶ＋、ＨＶ−が、Ｗ相差動アンプ３３には、ホール素子２ＷからＷ相差動信号ＨＷ＋、ＨＷ−が、それぞれ入力される。

Ｕ相差動アンプ３１は、式（１）の上段に示したように、Ｕ相差動信号ＨＵ＋、ＨＵ−の差分をとって、Ｕ相正弦波信号Ｖｕを出力する。

Ｖ相差動アンプ３２は、式（１）の中段に示したように、Ｕ相差動アンプ３１と同様に、Ｖ相差動信号ＨＶ＋、ＨＶ−の差分を取り、Ｖ相正弦波信号Ｖｖを出力する。

Ｗ相差動アンプ３３は、式（１）の下段に示したように、Ｕ相差動アンプ３１と同様に、Ｗ相差動信号ＨＷ＋、ＨＷ−の差分を取り、Ｗ相正弦波信号Ｖｗを出力する。

なお、差動アンプ３１、３２、３３は、倍率、波形の中心をオフセットする演算を加える構成であってもよい。

そして、差動アンプ３１、３２、３３の出力するＵ相正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、相互に１２０度の位相差を有し、回転角度θに対して、図２に示すような波形となっている。なお、図２に示す波形には、後述するオフセットや１回転周期振幅変動は、含まれておらず、簡単のために、３相の正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの振幅Ａｕ、Ａｖ、Ａｗが等しいものとして示されている。

Ｕ相差動アンプ３１及びＶ相差動アンプ３２は、それぞれ正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖを、量子化部４及び振幅検出部５へ出力し、Ｗ相差動アンプ３３は、Ｗ相正弦波信号Ｖｗを振幅検出部５へ出力する。

量子化部４は、Ｕ相ＡＤ変換器４１及びＶ相ＡＤ変換器４２を備えており、Ｕ相ＡＤ変換器４１には、Ｕ相差動アンプ３１から正弦波信号Ｖｕが、Ｖ相ＡＤ変換器４２には、Ｖ相差動アンプ３２から正弦波信号Ｖｖが、それぞれ入力される。

Ｕ相ＡＤ変換器４１は、後述するサンプルトリガｆｓが到来するたびに、Ｕ相正弦波信号ＶｕをＡＤ（アナログデジタル）変換して、ＡＤ変換結果をＵ相波形データＶu_dとしてオフセット補正部７及び振幅検出部５へ出力する。

このＵ相波形データＶu_dは、次式（２）に示すように、Ｕ相正弦波信号Ｖｕの値に量子化係数Ｇｑを乗じた値になる。

Ｖu_d＝Ｇｑ＊Ｖｕ・・・（２）
また、Ｖ相ＡＤ変換器４２は、Ｕ相ＡＤ変換器４１と同様の構成であり、サンプルトリガｆｓが到来するたびに、Ｖ相正弦波信号ＶｖをＡＤ変換して、ＡＤ変換結果をＶ相波形データＶv_dとしてオフセット補正部７及び振幅検出部５へ出力する。

このＶ相波形データＶv_dは、次式（３）に示すように、Ｖ相正弦波信号Ｖｖの値に量子化係数Ｇｑを乗算した値になる。

Ｖv_d＝Ｇｑ＊Ｖｖ・・・（３）
なお、量子化部４は、２つのＡＤ変換器４１、４２を用いているが、１つのＡＤ変換器を時分割で交互に使用する構成であってもよい。

オフセット補正部（補正手段）７は、Ｕ相減算器７１とＶ相減算器７２を備えている。オフセット補正部７は、Ｕ相減算器７１に、Ｕ相ＡＤ変換器４１からＵ相波形データ（検出信号）Ｖu_dが入力され、Ｖ相減算器７２に、Ｖ相ＡＤ変換器４２からＶ相波形データ（検出信号）Ｖv_dが入力される。

Ｕ相減算器７１は、次式（４）に示すように、Ｕ相波形データＶu_dから、後述する平均化部６から入力されるＵ相補正値Ａdj_uを減算して、減算結果をＵ相補正波形データＶu_dｓとしてベクトル生成部８へ出力する。

Ｖu_ds＝Ｖu_d−Ａdj_u・・・（４）
Ｖ相減算器７２は、次式（５）に示すように、Ｖ相波形データＶv_dから、平均化部６から入力されるＶ相補正値Ａdj_vを減算して、減算結果をＶ相補正波形データＶv_dｓとしてベクトル生成部８へ出力する。

Ｖv_ds＝Ｖv_d−Ａdj_v・・・（５）
そして、振幅検出部（振幅値検出手段）５は、トリガ生成部５１、Ｕ相正側振幅ラッチ回路５２ｐ、Ｕ相負側振幅ラッチ回路５２ｎ、Ｖ相正側振幅ラッチ回路５３ｐ及びＶ相負側振幅ラッチ回路５３ｎを備えている。振幅検出部５は、差動部３からの正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて、量子化部４からのＵ相波形データＶu_dとＶ相波形データＶv_dの正側ピークと負側ピークに相当するデータである振幅データＶu_p、Ｖu_n、Ｖv_p、Ｖv_nを検出して、平均化部６へ出力する。

トリガ生成部５１は、差動部３から入力される正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて、量子化部４からの波形データＶu_d、Ｖv_dをサンプリングするタイミングを示す検出トリガｔｒｇu_p、ｔｒｇu_n、ｔｒｇv_p、ｔｒｇv_nを生成する。トリガ生成部５１は、生成した検出トリガｔｒｇu_p、ｔｒｇu_n、ｔｒｇv_p、ｔｒｇv_nを、Ｕ相正側振幅ラッチ回路５２ｐ、Ｕ相負側振幅ラッチ回路５２ｎ、Ｖ相正側振幅ラッチ回路５３ｐ及びＶ相負側振幅ラッチ回路５３ｎへ出力する。

トリガ生成部５１は、Ｕ相正側検出トリガｔｒｇu_pを、次式（６）で示す条件を満たすタイミングで生成する。

Ｖｖ−Ｖｗ＝０、かつ、Ｖｕ≧０・・・（６）
また、トリガ生成部５１は、Ｕ相負側検出トリガｔｒｇu_nを、次式（７）で示す条件を満たすタイミングで生成する。

Ｖｖ−Ｖｗ＝０、かつ、Ｖｕ＜０・・・（７）
ここで、回転体の１回転当たり正弦波信号が２周期の場合、正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖ、ＶｗとＵ相検出トリガｔｒｇu_p、ｔｒｇu_nは、図３に示すような関係にある。すなわち、図３に示すように、Ｕ相正側検出トリガｔｒｇu_pは、Ｕ相正弦波信号Ｖｕの正側のピークにおいて発生し、Ｕ相負側検出トリガｔｒｇu_nは、Ｕ相正弦波信号の負側のピークにおいて発生する。

そして、トリガ生成部５１は、Ｖ相正側トリガｔｒｇv_pと、Ｖ相負側トリガｔｒｇv_nについても、上記Ｕ相正側検出トリガｔｒｇu_p、Ｕ相負側検出トリガｔｒｇu_nの場合の式（６）、式（７）と同様のタイミングで生成し、図３に示すようなタイミングとなる。

なお、各検出トリガｔｒｇu_p、ｔｒｇu_n、ｔｒｇv_p、ｔｒｇv_nは、各相毎の正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの振幅差や後述するオフセットにより理想位置から誤差が生じる。ところが、振幅を検出する正弦波のピーク近傍においては波形変化（微分値）が小さいため、検出トリガの発生するタイミングに多少の誤差が生じても振幅を精度よく検出することができる。

そして、Ｕ相振幅ラッチ回路５２ｐ、５２ｎは、量子化部４から波形データＶu_dが入力され、また、Ｕ相検出トリガｔｒｇu_p、ｔｒｇu_nがトリガ生成部５１から入力される。Ｕ相振幅ラッチ回路５２ｐ、５２ｎは、Ｕ相検出トリガｔｒｇu_p、ｔｒｇu_nが到来するタイミングで、波形データＶu_dをラッチして、それぞれＵ相正側振幅データＶu_p、Ｕ相負側振幅データＶu_nとして平均化部６へ出力する。

また、Ｖ相振幅ラッチ回路５３ｐ、５３ｎは、量子化部４から波形データＶv_dが入力され、また、Ｖ相検出トリガｔｒｇv_p、ｔｒｇv_nがトリガ生成部５１から入力される。Ｖ相振幅ラッチ回路５３ｐ、５３ｎは、Ｖ相検出トリガｔｒｇv_p、ｔｒｇv_nが到来するタイミングで、波形データＶv_dをラッチして、それぞれＶ相正側振幅データＶv_p、Ｖ相負側振幅データＶv_nとして平均化部６へ出力する。

すなわち、振幅検出部５は、回転体の回転角度における所定の等間隔毎に回転検出部２のホール素子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの出力する差動信号の振幅値を検出する。

また、振幅検出部５は、差動部３からの正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて、複数の差動信号である正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを相互に演算した信号がゼロクロスする角度において、回転検出部２であるホール素子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの出力する差動信号の振幅値を検出している。

平均化部（補正値生成手段）６は、Ｕ相用とＶ相用の平均化処理器６１、６２を備えている。Ｕ相用平均化処理器６１は、Ｕ相振幅ラッチ回路５２ｐ、５２ｎからＵ相正側振幅データＶu_p、Ｕ相負側振幅データＶu_nが入力される。Ｕ相用平均化処理部６１は、これらＵ相正側振幅データＶu_p、Ｕ相負側振幅データＶu_nに基づいて、Ｕ相正弦波信号Ｖｕに含まれているオフセット成分を示すＵ相補正値（補正値）Ａdj_uを算出してオフセット補正部７へ出力する。Ｖ相用平均化処理器６２は、Ｖ相振幅ラッチ回路５３ｐ、５３ｎからＶ相正側振幅データＶv_p、Ｖ相負側振幅データＶv_nが入力される。Ｖ相用平均化処理部６２は、これらＶ相正側振幅データＶv_p、Ｖ相負側振幅データＶv_nに基づいて、Ｖ相正弦波信号Ｖｖに含まれているオフセット成分を示すＶ相補正値（補正値）Ａdj_vを算出してオフセット補正部７へ出力する。

そして、平均化部６は、回転体の１回転の整数倍の回転において振幅検出部５が検出する振幅値を平均化して前記補正値であるＵ相補正値Ａdj_u、Ｖ相補正値Ａdj_vを求めている。

オフセット補正部７は、上述のように、Ｕ相波形データＶu_d及びＶ相波形データＶv_dからそれぞれＵ相補正値Ａdj_u及びＶ相補正値Ａdj_vを減算してオフセット成分を除去した補正検出信号であるＵ相補正波形データＶu_dｓ及びＶ相補正波形データＶv_dｓをベクトル生成部８へ出力する。

ベクトル生成部８は、減算器で構成されているＸ軸生成部８１と加算器で構成されているＹ軸生成部８２を備えており、Ｘ軸生成部８１及びＹ軸生成部８２にそれぞれＵ相補正波形データＶu_dｓ及びＶ相補正波形データＶv_dｓが入力される。

Ｘ軸生成部８１は、次式（８）の上段に示すように、Ｕ相補正波形データＶu_dｓからＶ相補正波形データＶv_dｓを減算した値に、倍率を乗算して、演算結果をＸ軸信号Ｘとして、回転演算部９へ出力する。

Ｙ軸生成部８２は、次式（８）の下段に示すように、Ｕ相補正波形データＶu_dｓとＶ相補正波形データＶv_dｓを加算して、演算結果をＹ軸信号Ｙとして、回転演算部９へ出力する。

すなわち、ベクトル生成部８は、図４に示すような演算処理を行う。ベクトル生成部８は、図４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８は、上記式（８）に示した演算を行うこととなり、図５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９へ出力する。

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、波形データＶu_d、Ｖv_d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８を備えない構成であってもよい。

回転演算部９は、乗算器９１、９２、減算器９３及びメモリ９４等を備えている。回転演算部９は、乗算器９１に、ベクトル生成部８のＸ軸生成部８１からＸ軸信号Ｘが入力され、乗算器９２に、ベクトル生成部８のＹ軸生成部８２からＹ軸信号Ｙが入力される。回転演算部９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符号判定部１０へ出力する。なお、図１においては、本実施例では、回転体の回転角度検出を回転Ｙ軸信号Ｙ’のみを用いて行っているため、回転Ｙ軸信号Ｙ’を生成する回路のみが記載されていて、回転Ｘ軸信号Ｘ’を生成する回路については、記載されていないが、同様の構成で生成することができる。

メモリ９４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９４は、後述する角度探索部１１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６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。

乗算器９１、９２は、次式（９）の上段２式に示すように、Ｘ軸信号Ｘにメモリ９４からの正弦データｄｓｉｎを、Ｙ軸信号Ｙにメモリ９４からの余弦データｄｃｏｓを乗算して、演算結果をそれぞれ乗算結果信号Ｘｓｉｎ、Ｙｃｏｓとして減算器９３へ出力する。なお、回転演算部９は、図示しない回転Ｘ軸信号Ｘ’用の乗算器において、次式（９）の下段２式に示すように演算して、乗算結果信号Ｘｃｏｓ、Ｙｓｉｎを生成する。

Ｘｓｉｎ＝Ｘ＊ｄｓｉｎ
Ｙｃｏｓ＝Ｙ＊ｄｃｏｓ
Ｘｃｏｓ＝Ｘ＊ｄｃｏｓ・・・（９）
Ｙｓｉｎ＝Ｙ＊ｄｓｉｎ
減算器９３は、乗算器９１、９２からの乗算結果信号Ｘｓｉｎ、Ｙｃｏｓに対して、次式（１０）の下段に示す減算を行って、演算結果を回転Ｙ軸信号Ｙ’として符号判定部１０へ出力する。

Ｘ’＝Ｘｃｏｓ＋Ｙｓｉｎ
Ｙ’＝−Ｘｓｉｎ＋Ｙｃｏｓ・・・（１０）
なお、式（１０）の上段の演算は、上記回転Ｘ軸信号Ｘ’用の図示しない減算器によって実行される。

符号判定部１０は、回転演算部９から回転Ｙ軸信号Ｙ’が入力される。符号判定部１０は、図７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×ｔｈ）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１０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いる。

すなわち、符号判定部１０は、次式（１１）に示すように、回転Ｙ軸信号Ｙ’が正側の不感帯幅（＋ｔｈ）以上であると、Ｈｉの上側判定信号ＵＰを、正側の不感帯幅（＋ｔｈ）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１１へ出力する。

また、符号判定部１０は、次式（１２）に示すように、回転Ｙ軸信号Ｙ’が負側の不感帯幅（−ｔｈ）以下であると、Ｈｉの下側判定信号ＤＮを、負側の不感帯幅（−ｔｈ）よりも大きいときには、Ｌｏの上側判定信号ＵＰを、それぞれ角度探索部１１へ出力する。

すなわち、符号判定部１０は、回転Ｙ軸信号Ｙ’が、正側不感帯幅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、不感帯幅以上または不感帯幅以下のときには、Ｈｉの上側判定信号ＵＰまたは下側判定信号ＤＮを、出力する。

そして、このように、符号判定部１０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。

角度探索部（回転角度検出手段）１１は、図８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１１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１１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９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、上側基準値（＋ｔｈ）及び下側基準値（−ｔｈ）の設定により、同時にＨｉとなることはない。

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。

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を、角度探索部１１等の必要な各部に出力する。

このように、本実施例の回転角度検出装置１は、回転演算部９、符号判定部１０及び角度探索部１１を有することで、回転Ｘ軸信号Ｘ’及び回転Ｙ軸信号Ｙ’により表現される回転ベクトルは、Ｘ軸信号Ｘ及びＹ軸信号Ｙにより表現される元のベクトルの位置から、目標であるＸ軸へ１ステップずつ回転し、Ｘ軸近傍まで回転した後は、常にＸ軸に追従する。この元のベクトルから回転ベクトルへの回転量が検出角度θｄであり、回転角度θの検出値である。

そして、回転角度検出装置１は、振幅検出部５が、回転検出部２の出力する２相以上の差動信号に対してそれぞれ振幅データ（振幅値）Ｖu_p、Ｖu_n、Ｖv_p、Ｖv_nを検出し、平均化部６が、振幅検出部５の検出する２相以上の各差動信号に対する前記振幅データＶu_p、Ｖu_n、Ｖv_p、Ｖv_nをそれぞれ平均化してそれぞれ補正値であるＵ相補正値Ａdj_u、Ｖ相補正値Ａdj_vを求め、オフセット補正部７が、２相以上の前記各差動信号を、前記各Ｕ相補正値Ａdj_u、Ｖ相補正値Ａdj_vに基づいてそれぞれ補正してそれぞれＵ相補正波形データＶu_dｓ及びＶ相補正波形データＶv_dｓを出力する処理を繰り返し行う。

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、オフセットを安価かつ正確に除去して、回転体の回転角度を安価かつ正確に検出する。

すなわち、回転角度検出装置１は、ホール素子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗにおける正弦波信号に不平衡電圧という信号オフセットが存在し、また、差動部３の差動アンプ３１〜３３、量子化部４のＡＤ変換器４１、４２等に、それぞれ入力オフセット等の回路オフセットが誤差として存在し、検出角度θｄの誤差要因となる。

そこで、本実施例の回転角度検出装置１は、これらオフセットをキャンセルするＵ相補正値Ａdj_u及びＶ相補正値Ａdj_vを、振幅検出部５と平均化部６で生成して、オフセット補正部７で、Ｕ相波形データＶu_d及びＶ相波形データＶv_dからそれぞれＵ相補正値Ａdj_u及びＶ相補正値Ａdj_vを減算することでオフセット成分を除去する。

すなわち、回転角度検出装置１は、差動部３が、ＤＣブラシレスモータ等の回転体の回転角度を検出するホール素子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの出力する差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−の差分をとって、Ｕ相正弦波信号Ｖｕ、Ｖ相正弦波信号Ｖｖ、Ｗ相正弦波信号Ｖｗを生成する。差動部３は、Ｕ相正弦波信号Ｖｕ、Ｖ相正弦波信号Ｖｖを、量子化部４及び振幅検出部５へ出力し、Ｗ相正弦波信号Ｖｗを、振幅検出部５へ出力する。

回転角度検出装置１は、量子化部４で、Ｕ相正弦波信号Ｖｕ、Ｖ相正弦波信号Ｖｖを、サンプルトリガｆｓに基づいて、ＡＤ変換して、Ｕ相波形データＶu_d及びＶ相波形データＶu_dを生成して、オフセット補正部７及び振幅検出部５へ出力する。このＵ相波形データＶu_d及びＶ相波形データＶu_dには、上記オフセット成分が存在する。

振幅検出部５は、差動部３からの正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて、量子化部４からのＵ相波形データＶu_dとＶ相波形データＶv_dの正側ピークと負側ピークに相当するデータである振幅データＶu_p、Ｖu_n、Ｖv_p、Ｖv_nを平均化部６へ出力する。すなわち、振幅検出部５は、そのトリガ生成部５１が、差動部３からの正弦波信号Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて、量子化部４からの波形データＶu_d、Ｖv_dをサンプリングするタイミングを示す検出トリガｔｒｇu_p、ｔｒｇu_n、ｔｒｇv_p、ｔｒｇv_nを生成する。トリガ生成部５１は、上記式（６）及び式（７）を満たすタイミングで検出トリガｔｒｇu_p、ｔｒｇu_n、ｔｒｇv_p、ｔｒｇv_nを生成する。

そして、振幅検出部５は、そのＵ相振幅ラッチ回路５２ｐ、５２ｎが、Ｕ相検出トリガｔｒｇu_p、ｔｒｇu_nの到来するタイミングで、波形データＶu_dをラッチして、それぞれＵ相正側振幅データＶu_p、Ｕ相負側振幅データＶu_nとして平均化部６へ出力する。また、振幅検出部５は、そのＶ相振幅ラッチ回路５３ｐ、５３ｎが、Ｖ相検出トリガｔｒｇv_p、ｔｒｇv_nの到来するタイミングで、波形データＶv_dをラッチして、それぞれＶ相正側振幅データＶv_p、Ｖ相負側振幅データＶv_nとして平均化部６へ出力する。

平均化部６は、そのＵ相用平均化処理器６１が、Ｕ相正側振幅データＶu_p、Ｕ相負側振幅データＶu_nに基づいて、Ｕ相正弦波信号Ｖｕに含まれているオフセット成分を示すＵ相補正値Ａdj_uを算出してオフセット補正部７へ出力する。平均化部６は、そのＶ相用平均化処理器６２が、Ｖ相正側振幅データＶv_p、Ｖ相負側振幅データＶv_nに基づいて、Ｖ相正弦波信号Ｖｖに含まれているオフセット成分を示すＶ相補正値Ａdj_vを算出してオフセット補正部７へ出力する。

そして、オフセット補正部７は、Ｕ相波形データＶu_d及びＶ相波形データＶv_dからそれぞれＵ相補正値Ａdj_u及びＶ相補正値Ａdj_vを減算してオフセット成分を除去したＵ相補正波形データＶu_dｓ及びＶ相補正波形データＶv_dｓをベクトル生成部８へ出力する。

ベクトル生成部８は、Ｘ軸生成部８１及びＹ軸生成部８２によって、Ｕ相補正波形データＶu_dｓ及びＶ相補正波形データＶv_dｓから、Ｘ軸信号Ｘ及びＹ軸信号Ｙを生成して、回転演算部９へ出力する。

回転演算部９は、Ｘ軸信号Ｘ及びＹ軸信号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生成し、回転Ｙ軸信号Ｙ’を符号判定部１０へ出力する。

符号判定部１０は、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×ｔｈ）の不感帯に対して、上であるか下であるかを判定し、Ｈｉ、Ｌｏの判定信号ＵＰ、ＤＮを角度探索部１１へ出力する。

角度探索部１１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９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、回転角度検出装置１は、上記平均化部６が、図９に示すように、補正値算出処理を行う。すなわち、平均化部６は、まず、検出周期カウンタのカウントｎを初期化し（ステップＳ１０１）、正側振幅検出フラグｆｌｇu_p、負側振幅検出フラグｆｌｇu_nを初期化する（ステップＳ１０２）。次に、平均化部６は、検出トリガｔｒｇu_p、ｔｒｇu_nが到来するのを待つ（ステップＳ１０３）。

平均化部６は、検出トリガｔｒｇu_p、ｔｒｇu_nが到来すると、到来した検出トリガが、正側検出トリガｔｒｇu_pと負側検出トリガｔｒｇu_nのいずれであるかチェックする（ステップＳ１０４）。

平均化部６は、ステップＳ１０４で、正側検出トリガｔｒｇu_pが到来すると、正側振幅データＶu_pをＶu_p（ｎ）に保存して、正側検出フラグｆｌｇu_pをアサートする（ステップＳ１０５）。平均化部６は、正側検出フラグｆｌｇu_pをアサートすると、検出フラグｆｌｇu_p、ｆｌｇu_nがともにアサートされているかチェックする（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０６で、双方の検出フラグｆｌｇu_p、ｆｌｇu_nがともにアサートされていないとき（ステップＳ１０６で、ＮＯのとき）には、平均化部６は、ステップＳ１０３に戻って、同様の処理を行う（ステップＳ１０３〜Ｓ１０６）。

ステップＳ１０４で、負側検出トリガｔｒｇu_uが到来すると、平均化部６は、負側振幅データＶu_nをＶu_n（ｎ）に保存し、負側検出フラグｆｌｇu_nをアサートする（ステップＳ１０７）。平均化部６は、負側検出フラグｆｌｇu_nをアサートすると、検出フラグｆｌｇu_p、ｆｌｇu_nがともにアサートされているかチェックする（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０６で、双方の検出フラグｆｌｇu_p、ｆｌｇu_nがともにアサートされていないとき（ステップＳ１０６で、ＮＯのとき）には、平均化部６は、ステップＳ１０３に戻って、同様の処理を行う（ステップＳ１０３〜Ｓ１０７）。

ステップＳ１０６で、双方の検出フラグｆｌｇu_p、ｆｌｇu_nがともにアサートされているとき（ステップＳ１０６で、ＹＥＳのとき）には、平均化部６は、検出周期カウントｎを「１」だけインクメントする（ステップＳ１０８）。平均化部６は、検出カウントｎをインクリメントすると、該検出周期カウントｎが１回転当たりの正弦波信号周期数Ｎ０に達したかチェックする（ステップＳ１０９）。

平均化部６は、ステップＳ１０９で、検出カウントｎが正弦波信号周期数Ｎ０に達していないとき（ステップＳ１０９で、ＮＯのとき）には、ステップＳ１０２に戻って、上記同様に処理する（ステップＳ１０２〜Ｓ１０９）。

平均化部６は、ステップＳ１０９で、検出カウントｎが正弦波信号周期数Ｎ０に達していると（ステップＳ１０９で、ＹＥＳのとき）、Ｕ相の場合、次式（１３）により補正値Ａdj_uを算出する（ステップＳ１１０）。

なお、Ｖ相の場合も同様であり、補正値Ａdj_vを算出する式も式（１３）と同様であって、Ｖu_pが、Ｖv_pになり、Ｖu_nが、Ｖv_nになる。

平均化部６は、補正値Adj_u、Ａdj_vを算出すると、ステップＳ１０１に戻って、上記同様の処理を繰り返し行う（ステップＳ１０１〜S１１０）。

すなわち、上述のように、実際の正弦波信号には、ホール素子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの不平衡電圧や差動部３の差動アンプ３１〜３３の入力オフセット等のオフセット誤差が存在する。さらに、永久磁石を備える回転体の偏心等に起因して、回転体１回転の周期で正弦波の振幅が変動する誤差が存在する。

これら誤差を含む正弦波信号の波形は、例えば、１回転当たり正弦波が２周期の場合には、図１０に示すようになり、次式（１４）のように表される。

図１０に示す波形は、式（１４）において、オフセットＯfs_uが正弦波信号振幅Ａｕの１／５であり、１回転周期の振幅変動の割合ｄＡが正弦波信号振幅Ａｕの１／５の場合が示されている。図１０において、太実線は、正弦波波形であり、点線は、太実線を振幅中心で負側を正側へ折り返した波形である。そして、図１０において、細実線が、１回転周期の振幅変動を示しており、正弦波波形の振幅変化を確認することができる。

この場合、例えば、正弦波信号の２点（最大値・最小値）の中点からオフセット補正値を算出すると、図１０からも明らかなように、正しいオフセット補正値を得ることができない。

そこで、本実施例の回転角度検出装置１は、振幅検出部５によって、１回転内で略等間隔で検出した正弦波信号のＵ相正側振幅データＶu_p、Ｕ相負側振幅データＶu_nとＶ相正側振幅データＶv_p、Ｖ相負側振幅データＶv_nを検出している。そして、平均化部６が、Ｕ相正側振幅データＶu_p、Ｕ相負側振幅データＶu_nとＶ相正側振幅データＶv_p、Ｖ相負側振幅データＶv_nを平均化して、Ｕ相補正値Ａdj_u、Ｖ相補正値Ａdj_vを求めている。

回転角度検出装置１は、オフセット補正部７が、Ｕ相波形データＶu_d及びＶ相波形データＶv_dからそれぞれＵ相補正値Ａdj_u及びＶ相補正値Ａdj_vを減算してオフセット成分を除去したＵ相補正波形データＶu_dｓ及びＶ相補正波形データＶv_dｓをベクトル生成部８へ出力する。

したがって、１回転周期の振幅変動の影響を正確に除去することができ、精度の高いオフセット補正を行うことができる。

さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、直列接続した３つのホール素子２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの出力である３相の正弦波信号のオフセットに対して、各相毎に、正弦波信号同士が交差するタイミングで、正弦波信号の振幅をサンプリングして、検出した１回転分の振幅値を平均化して、オフセット補正値Ａdj_u、Ａdj_vを算出している。

したがって、端子や配線を増加させることなく、１回転周期の振幅変動の影響を除去してオフセット補正値を精度よく求めることができ、オフセット補正を正確に行って、角度検出の検出精度を向上させることができる。

また、本実施例の回転角度検出装置１は、回転検出部２が出力し、振幅検出部５が複数回検出した差動信号の振幅値を、平均化部６が平均化して補正値を求めて、該補正値に基づいてオフセット補正部７が該差動信号を補正する処理を、繰り返し継続的に実行させている。

したがって、経時的なオフセットの変化をも補正することができ、経時的な角度検出精度の悪化を防ぐことができる。

なお、回転角度検出装置１は、電源の投入直後等においては、図１１に示す初期補正値算出処理を行い、その後、図９に示した補正値算出処理を行う。

すなわち、平均化部６は、電源の投入等が行われると、まず、検出周期カウンタのカウントｎを初期化し（ステップＳ２０１）、正側振幅検出フラグｆｌｇu_p、負側振幅検出フラグｆｌｇu_nを初期化する（ステップＳ２０２）。次に、平均化部６は、検出トリガｔｒｇu_p、ｔｒｇu_nが到来するのを待つ（ステップＳ２０３）。

平均化部６は、検出トリガｔｒｇu_p、ｔｒｇu_nが到来すると、到来した検出トリガが、正側検出トリガｔｒｇu_pと負側検出トリガｔｒｇu_nのいずれであるかチェックする（ステップＳ２０４）。

平均化部６は、ステップＳ２０４で、正側検出トリガｔｒｇu_pが到来すると、正側振幅データＶu_pをＶu_p（ｎ）に保存して、正側検出フラグｆｌｇu_pをアサートする（ステップＳ２０５）。平均化部６は、正側検出フラグｆｌｇu_pをアサートすると、検出フラグｆｌｇu_p、ｆｌｇu_nがともにアサートされているかチェックする（ステップＳ２０６）。

ステップＳ２０６で、検出フラグｆｌｇu_p、ｆｌｇu_nのうち少なくとも一方がアサートされていないとき（ステップＳ２０６で、ＮＯのとき）には、平均化部６は、ステップＳ２０３に戻って、同様の処理を行う（ステップＳ２０３〜Ｓ２０６）。

ステップＳ２０４で、負側検出トリガｔｒｇu_uが到来すると、平均化部６は、負側振幅データＶu_nをＶu_n（ｎ）に保存し、負側検出フラグｆｌｇu_nをアサートする（ステップＳ２０７）。平均化部６は、負側検出フラグｆｌｇu_nをアサートすると、検出フラグｆｌｇu_p、ｆｌｇu_nがともにアサートされているかチェックする（ステップＳ２０６）。

ステップＳ２０６で、検出フラグｆｌｇu_p、ｆｌｇu_nのうち少なくとも一方がアサートされていないとき（ステップＳ２０６で、ＮＯのとき）には、平均化部６は、ステップＳ２０３に戻って、同様の処理を行う（ステップＳ２０３〜Ｓ２０７）。

ステップＳ２０６で、双方の検出フラグｆｌｇu_p、ｆｌｇu_nがともにアサートされているとき（ステップＳ２０６で、ＹＥＳのとき）には、平均化部６は、検出周期カウントｎを「１」だけインクメントする（ステップＳ２０８）。平均化部６は、検出カウントｎをインクリメントすると、Ｕ相の場合、次式（１５）により初期補正値Ａdj_uを算出する。

なお、Ｖ相の場合も同様であり、初期補正値Ａdj_vを算出する式も式（１５）と同様であって、Ｖu_pが、Ｖv_pに、Ｖu_nが、Ｖv_nになるのみである。

平均化部６は、初期補正値Ａdj_u、Ａdj_vを算出すると、該検出周期カウントｎが１回転当たりの正弦波信号周期数Ｎ０に達したかチェックする（ステップＳ２１０）。

平均化部６は、ステップＳ２１０で、検出カウントｎが正弦波信号周期数Ｎ０に達していないとき（ステップＳ２１０で、ＮＯのとき）には、ステップＳ２０２に戻って、上記同様に処理する（ステップＳ２０２〜Ｓ２１０）。

平均化部６は、ステップＳ２１０で、検出カウントｎが正弦波信号周期数Ｎ０に達していると（ステップＳ２１０で、ＹＥＳのとき）、初期補正値算出処理を終了する。

回転角度検出装置１は、この初期補正値算出処理において、平均化部６が、振幅検出部５の検出する前記振幅値が所定の複数回になるまでは、該振幅検出部５が既に検出している該振幅値に基づいて初期補正値Ａdj_u、Ａdj_vを算出し、該振幅値が該所定の複数回に達すると、該所定の複数回の振幅値に基づいて該初期補正値Ａdj_u、Ａdj_vを算出する。

このようにすると、回転体の回転開始後、速やかにオフセットを低減することができ、回転体の回転開始直後から回転角度を安価かつ正確に検出することができる。

そして、平均化部６は、その平均化処理器６１、６２、例えば、平均化処理器６１が、図１２に示すような移動平均フィルタであってもよい。なお、以下の説明では、Ｕ相用の平均化処理器６１について説明するが、Ｖ相用の平均化処理器６２も同様である。

すなわち、平均化処理器６１は、加算器６１ａ、Ｎ０個のラッチ回路６１ｂ、Ｎ０―１個の加算器６１ｃ及び除算器６１ｄを備えており、各ラッチ回路６１ｂに、フィルタトリガｆｓａが入力される。

加算器６１ａは、Ｕ相正側振幅データＶu_p、Ｕ相負側振幅データＶu_nが入力され、これらＵ相正側振幅データＶu_p、Ｕ相負側振幅データＶu_nを加算して、直列接続された先頭のラッチ回路６１ｂへ出力する。

ラッチ回路６１ｂは、上記Ｎ０個が直列に接続され、フィルタトリガｆｓａが入力される毎に、加算器６１ａの出力または上段のラッチ回路６１ｂの出力を順次ラッチして後段のラッチ回路６１ｂへ出力するとともに、加算器６１ｃへ出力する。

各加算器６１ｃは、直列接続されている相前後する２段のラッチ回路６１ｂの出力が入力され、２つのラッチ回路６１ｂの出力を加算して次段の加算器６１ｃまたは除算器６１ｄへ出力する。

除算器６１は、最終段の加算器６１ｃの出力に、１／（２＊Ｎ０）を乗算することで、平均化し、補正値Ａdj_uとして出力する。

すなわち、平均化処理器６１は、フィルタトリガｆｓａをベースとして、回転体の１回転当たりの正弦波周期数Ｎ０個の時系列データの単純平均をとって、補正値Ａdj_uを生成する。また、平均化処理器６２は、平均化処理器６１と同様の構成であって、同様の処理を行うことで、補正値Ａdj_vを生成する。

そして、平均化処理器６１、６２は、平均化処理器６１の場合について、図１３に示すようなフィルタトリガ生成処理を内部で行って、フィルタトリガｆｓａを生成する。なお、平均化処理器６２も図１３と同様のフィルタトリガ生成処理を行ってフィルタトリガｆｓａを生成する。

図１３において、平均化処理器６１は、正側振幅検出フラグｆｌｇu_p、負側振幅検出フラグｆｌｇu_nを初期化し（ステップＳ３０１）、検出トリガｔｒｇu_p、ｔｒｇu_nが到来するのを待つ（ステップＳ３０２）。

平均化処理器６１は、検出トリガｔｒｇu_p、ｔｒｇu_nが到来すると、到来した検出トリガが、正側検出トリガｔｒｇu_pと負側検出トリガｔｒｇu_nのいずれであるかチェックする（ステップＳ３０３）。

平均化処理器６１は、ステップＳ３０３で、正側検出トリガｔｒｇu_pが到来すると、正側検出フラグｆｌｇu_pをアサート（ｆｌｇu_p＝１）する（ステップＳ３０４）。

平均化処理器６１は、正側検出フラグｆｌｇu_pをアサートすると、検出フラグｆｌｇu_p、ｆｌｇu_nがともにアサート（ｆｌｇu_p＝ｆｌｇu_n＝１）されているかチェックする（ステップＳ３０５）。

ステップＳ３０５で、双方の検出フラグｆｌｇu_p、ｆｌｇu_nがともにアサートされていないとき（ステップＳ３０５で、ＮＯのとき）には、平均化処理器６１は、ステップＳ３０２に戻って、同様の処理を行う（ステップＳ３０２〜Ｓ３０５）。

ステップＳ３０３で、負側検出トリガｔｒｇu_uが到来すると、平均化処理器６１は、負側検出フラグｆｌｇu_nをアサート（ｆｌｇu_n＝１）する（ステップＳ３０６）。

平均化処理器６１は、負側検出フラグｆｌｇu_nをアサートすると、検出フラグｆｌｇu_p、ｆｌｇu_nがともにアサートされているかチェックする（ステップＳ３０５）。

ステップＳ３０５で、双方の検出フラグｆｌｇu_p、ｆｌｇu_nがともにアサートされていないときには、平均化処理器６１は、ステップＳ３０２に戻って、同様の処理を行う（ステップＳ３０２〜Ｓ３０６）。

ステップＳ３０５で、双方の検出フラグｆｌｇu_p、ｆｌｇu_nがともにアサートされているとき（ステップＳ３０５で、ＹＥＳのとき）には、平均化処理器６１は、フィルタトリガｆｓａを発生させる（ステップＳ３０７）。

平均化処理器６１は、フィルタトリガｆｓａを発生させると、ステップＳ３０１に戻って、正側振幅検出フラグｆｌｇu_p、負側振幅検出フラグｆｌｇu_nの初期化から上記同様に処理する（ステップＳ３０１〜Ｓ３０７）。

このようにすると、オフセット補正値を算出する平均化部６での平均化処理を移動平均フィルタを用いた移動平均法により処理することができ、正弦波信号の振幅検出１回毎にオフセット補正値を更新することができる。その結果、オフセット補正値の更新時に検出角度の大きな変化を防止して、滑らかに補正することができる。すなわち、オフセット補正時において、検出角度の急峻な変化を防止することができる。

このように、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、それぞれ位相の異なるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の差動信号（検出信号）ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−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、２Ｗからなる回転検出部（回転検出手段）２と、所定の回転角度において回転検出部２の出力する前記差動信号の振幅値であるＵ相正側振幅データＶu_p、Ｖ相負側振幅データＶv_nを検出する振幅検出部（振幅値検出手段）５と、振幅検出部５による所定の複数回の検出における振幅値であるＵ相正側振幅データＶu_p、Ｖ相負側振幅データＶv_nを平均化して補正値であるＵ相補正値Ａdj_u、Ｖ相補正値Ａdj_vを求める平均化部（補正値生成手段）６と、前記差動信号を前記補正値であるであるＵ相補正値Ａdj_u、Ｖ相補正値Ａdj_vに基づいて補正して補正検出信号であるＵ相補正波形データＶu_dｓ及びＶ相補正波形データＶv_dｓを出力するオフセット補正部（補正手段）７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）１１と、を備えている。

したがって、端子数や配線の数を増やすことなく、補正値を得ることができる。その結果、簡単な構成で安価に、かつ、正確にオフセットを除去することができ、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。

また、本実施例の回転角度検出装置１は、ＤＣモータの回転軸等の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プリンタ装置、複合装置等の画像処理装置において、前記回転角度検出部として、適用されている。

したがって、ＤＣモータの回転軸等の回転角度を安価かつ正確に検出することができ、画像処理装置を安価なものとすることができるとともに、適切な画像処理を行うことができる。

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、それぞれ位相の異なるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の差動信号（検出信号）ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−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、２Ｗからなる回転検出部（回転検出手段）２が、所定の回転角度において出力する該検出信号のであるＵ相正側振幅データＶu_p、Ｖ相負側振幅データＶv_nを検出する振幅値検出処理ステップと、前記振幅値検出処理ステップによる所定の複数回の検出における振幅値を平均化して補正値であるＵ相補正値Ａdj_u、Ｖ相補正値Ａdj_vを求める補正値生成処理ステップと、前記差動信号を前記補正値であるＵ相補正値Ａdj_u、Ｖ相補正値Ａdj_vに基づいて補正して補正検出信号であるＵ相補正波形データＶu_dｓ及びＶ相補正波形データＶv_dｓを出力する補正処理ステップと、該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。

したがって、端子数や配線の数を増やすことなく、補正値を得ることができる。その結果、簡単な構成で安価に、かつ、正確にオフセットを除去することができ、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。

また、本実施例の回転角度検出装置１は、前記振幅検出手段である振幅検出部５が、前記回転角度における所定の等間隔毎に前記回転検出部２の出力する前記差動信号の振幅値を検出している。

したがって、より正確にオフセット成分を除去することができ、回転体の回転角度を安価かつより正確に検出することができる。

さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、補正値生成手段である平均化部６が、前記回転体の１回転の整数倍の回転において振幅検出部５が検出する振幅値（Ｕ相正側振幅データＶu_p、Ｖ相負側振幅データＶv_n）を平均化して前記補正値（Ｕ相補正値Ａdj_u、Ｖ相補正値Ａdj_v）を求めている。

したがって、正弦波状に変化する差動信号における回転体１回転内の振幅変動の影響をキャンセルすることができ、より一層簡単かつ正確に回転体の回転角度を安価かつより正確に検出することができる。

また、本実施例の回転角度検出装置１は、補正値生成手段である平均化部６が、前記振幅検出部５の検出する前記振幅値が前記所定の複数回になるまでは、該振幅検出部５が既に検出している該振幅値に基づいて前記補正値を算出し、該振幅値が該所定の複数回に達すると、該所定の複数回の振幅値に基づいて該補正値を算出する。

したがって、回転体の回転開始後、速やかにオフセットを低減することができ、回転体の回転開始直後から回転角度を安価かつ正確に検出することができる。

さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、前記振幅検出部５が、複数の前記検出信号を相互に演算した信号がゼロクロスする角度において、前記回転検出部２の出力する前記差動信号の振幅値を検出している。

したがって、より一層簡単な構成でオフセットを検出することができ、より一層簡単かつ正確に回転体の回転角度を安価かつより正確に検出することができる。

また、本実施例の回転角度検出装置１は、前記振幅検出部５が、前記回転検出部２の出力する２相以上の前記差動信号に対してそれぞれ前記振幅値を検出し、前記平均化部６が、前記振幅検出部５の検出する２相以上の各前記差動信号に対する前記振幅値をそれぞれ平均化してそれぞれ前記補正値を求め、前記オフセット補正部７が、２相以上の前記各差動信号を、前記各補正値に基づいてそれぞれ補正してそれぞれ前記補正検出信号を出力する。

したがって、２相以上の差動信号を補正することができ、回転体の回転角度の検出精度をより一層向上させることができる。

さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、前記回転検出部２が出力し、前記振幅検出部５が複数回検出した前記差動信号の振幅値を、前記平均化部６が平均化して前記補正値を求めて、該補正値に基づいて前記オフセット補正部７が該差動信号を補正する処理を、繰り返し実行させている。

したがって、温度変化等のオフセットの経時変化に対しても補正することができ、回転体の回転角度の検出精度をより一層向上させることができる。

また、本実施例の回転角度検出装置１は、前記平均化部６が、前記振幅検出部５による複数回の検出における前記振幅値を、移動平均法で平均化して前記補正値を求めている。

したがって、正弦波状の差動信号の振幅検出１回毎にオフセットの補正値を更新することができ、オフセット補正時における検出角度の大きな変化を防止することができる。

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。

１ 回転角度検出装置
２ 回転検出部
２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ ホール素子
３ 差動部
３１ Ｕ相差動アンプ
３２ Ｖ相差動アンプ
３３ Ｗ相差動アンプ
４ 量子化部
４１ Ｕ相ＡＤ変換器
４２ Ｖ相ＡＤ変換器
５ 振幅検出部
５１ トリガ生成部
５２ｐ Ｕ相正側振幅ラッチ回路
５２ｎ Ｕ相負側振幅ラッチ回路
５３ｐ Ｖ相正側振幅ラッチ回路
５３ｎ Ｖ相負側振幅ラッチ回路
６ 平均化部
６１、６２ 平均化処理器
６１ａ 加算器
６１ｂ ラッチ回路
６１ｃ 加算器
６１ｄ 除算器
７ オフセット補正部
８ ベクトル生成部
８１ Ｘ軸生成部
８２ Ｙ軸生成部
９ 回転演算部
９１、９２ 乗算器
９３ 減算器
９４ メモリ
１０ 符号判定部
１１ 角度探索部
１２ クロック発生部
１２ａ 発振器
１２ｂ 分周器
ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ− 差動信号
Ａｕ、Ａｖ、Ａｗ 振幅
Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ 正弦波信号
Ｖu_d Ｕ相波形データ
Ｖv_d Ｖ相波形データ
ｆｓ サンプルトリガ
Ａdj_u Ｕ相補正値
Ａdj_v Ｖ相補正値
Ｖu_dｓ Ｕ相補正波形データ
Ｖv_dｓ Ｖ相補正波形データ
ｔｒｇu_p、ｔｒｇu_n、ｔｒｇv_p、ｔｒｇv_n 検出トリガ
Ｖu_dｓ Ｕ相補正波形データ
Ｖv_dｓ Ｖ相補正波形データ
θｄ 検出角度

特開２００１−３３７１４７号公報 特開２００７−１５５６６８号公報

Claims (10)

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、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、
   所定の回転角度において前記回転検出手段の出力する前記検出信号の振幅値を検出する振幅値検出手段と、
   前記振幅値検出手段による所定の複数回の検出における振幅値を平均化して補正値を求める補正値生成手段と、
   前記検出信号を前記補正値に基づいて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。
2. 前記振幅値検出手段は、
   前記回転角度における所定の等間隔毎に前記回転検出手段の出力する前記検出信号の振幅値を検出することを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
3. 前記補正値生成手段は、
   前記回転体の１回転の整数倍の回転において前記振幅値検出手段が検出する振幅値を平均化して前記補正値を求めることを特徴とする請求項１または請求項２記載の回転角度検出装置。
4. 前記補正値生成手段は、
   前記振幅値検出手段の検出する前記振幅値が前記所定の複数回になるまでは、該振幅値検出手段が既に検出している該振幅値に基づいて前記補正値を算出し、該振幅値が該所定の複数回に達すると、該所定の複数回の振幅値に基づいて該補正値を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転角度検出装置。
5. 前記振幅値検出手段は、
   複数の前記検出信号を相互に演算した信号がゼロクロスする角度において、前記回転検出手段の出力する前記検出信号の振幅値を検出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の回転角度検出装置。
6. 前記振幅値検出手段は、
   前記回転検出手段の出力する２相以上の前記検出信号に対してそれぞれ前記振幅値を検出し、
   前記補正値生成手段は、
   前記振幅値検出手段の検出する２相以上の各前記検出信号に対する前記振幅値をそれぞれ平均化してそれぞれ前記補正値を求め、
   前記補正手段は、
   ２相以上の前記各検出信号を、前記各補正値に基づいてそれぞれ補正してそれぞれ前記補正検出信号を出力することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の回転角度検出装置。
7. 前記回転角度検出装置は、
   前記回転検出手段が出力し、前記振幅値検出手段が複数回検出した前記検出信号の振幅値を、前記補正値生成手段が平均化して前記補正値を求めて、該補正値に基づいて前記補正手段が該検出信号を補正する処理を、繰り返し実行させることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の回転角度検出装置。
8. 前記補正値生成手段は、
   前記振幅値検出手段による複数回の検出における前記振幅値を、移動平均法で平均化して前記補正値を求めることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の回転角度検出装置。
9. 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８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。
10. 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、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、所定の回転角度において出力する該検出信号の振幅値を検出する振幅値検出処理ステップと、
    前記振幅値検出処理ステップによる所定の複数回の検出における振幅値を平均化して補正値を求める補正値生成処理ステップと、
    前記検出信号を前記補正値に基づいて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。

Images