JP6163874B2 - 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

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、安価かつ正確に回転体の回転角度を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、磁気センサを用いた回転角度検出装置にあっては、従来、回転角度検出装置に用いられる磁気センサの感度の相違、磁気センサの回転体への組み付け時の誤差に起因する位相角のズレ、磁石の着磁ずれを原因とするセンサ出力信号に誤差が発生する。

したがって、高精度な回転体の回転角度の検出においては、高精度に回転体の回転角度を検出するためには、製造工程において、センサ出力信号を補正する校正作業工程が必要となる。

そして、従来、回転体の回転中心軸に対して所定の角度をなすように配置され、磁界の強さに応じた信号を出力する２つの磁気センサと、前記磁気センサが配置された位置に、前記回転体の回転に応じた強さの磁界を発生させる磁石と、前記２つの磁気センサからの出力信号を処理して前記回転体の回転角度を求める信号処理回路であって、前記回転体を予め定められた回転角度ずつ回転させて測定した前記出力信号の出力値により表現されるベクトルを前記回転角度に関してフーリエ級数展開したときのフーリエ係数を記憶した記憶手段と、前記記憶手段に記憶されたフーリエ係数を使用して前記回転角度を計算する計算手段とを有する信号処理回路とを備える回転角度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、回転角度検出装置を回転体に組み付けた後に、外部の校正装置に接続し、回転体を回転させて、角度検出装置内の磁気センサ出力信号を測定する。次いで、測定されたセンサ出力信号を回転角度に関してフーリエ級数展開したときのフーリエ係数を、回転角度を計算する際の補正値として回転角度検出装置の記憶手段に記憶させる。回転角度検出装置は、この補正値を基に回転角度検出動作時にセンサ出力信号を補正して回転角度を検出している。

しかしながら、上記公報記載の従来技術にあっては、回転角度検出装置を組み付けた後に、校正処理を行っており、回転角度検出装置を組み付けた後に校正工程を必要とし、コストが高くつくという問題があった。

そこで、本発明は、組付後の出力信号の校正処理を行うことなく、安価かつ正確に回転軸の回転角度を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出力が変化するとともに、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の出力する複数の前記検出信号のうち、第１の検出信号に基づく信号のピーク値が第２の検出信号のピーク値と一致するように補正を行って補正信号として出力する振幅調整手段と、複数の前記補正信号のうち、２つを相互に加減算して、相互に直交する２つのベクトル成分信号を生成するベクトル生成手段と、２つの前記ベクトル成分信号によって表されるベクトルに基づいて、前記回転体の回転角度を探索して検出角度を出力する回転角度探索手段と、を備えていることを特徴としている。

本発明によれば、組付後の出力信号の校正処理を行うことなく、安価かつ正確に回転軸の回転角度を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。 ＤＣブラシレスモータの概略構成図。 理想のＵＶアナログホール信号の一例を示す図。 実際のＵＶアナログホール信号の一例を示す図。 第１自動振幅調整部の回路構成図。 第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal’と実際のアナログホール信号ＨＵreal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。 ベクトル生成部で直行変換されたベクトル成分の一例を示す図。 第２自動振幅調整部の回路構成図。 第２自動調整部の出力するベクトル成分の一例を示す図。 極座標上にプロットした回転しベクトルを示す図。 ベクトル回転演算部、角度探索部、２相パルス生成部及び回転行列係数出力部の回路構成図。 ベクトル回転演算部の抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣを用いた乗算部の要部回路構成図。 ベクトルの回転と角度検出の関係を示す図。 変換ベクトルの不感帯に基づく基準ベクトルとの一致判定の説明図。 角度探索処理を示すフローチャート。 回転子初期回転時の角度探索の説明図。 トリガｎ＋１回目の回転時における回転子ベクトルと変換ベクトルの説明図。 トリガｎ＋２回目の回転時における回転子ベクトルと変換ベクトルの説明図。 単位回転角回転に伴う回転変換ベクトルの回転変換の説明図。 検出角度と２相パルス信号の関係を示す図。

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２１は、本発明の回転角度検出装置、画像処理装置及び回転角度検出方法の第１実施例を示す図であり、図１は、本発明の回転角度検出装置、画像処理装置及び回転角度検出方法の第１実施例を適用した回転角度検出装置１の回路構成図である。

図１において、回転角度検出装置１は、差動部２、第１自動振幅調整部３、ベクトル生成部４、第２自動振幅調整部５、ベクトル回転演算部６、角度探索部７、２相パルス生成部８及び回転行列係数出力部９等を備えている。

差動部２には、図２に示すＤＣブラシレスモータ１０に取り付けられている回転検出部１１のホール素子（回転検出手段）１１ｕ、１１ｖ、１１ｗが出力するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−のうち、Ｕ相差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−とＶ相差動信号ＨＶ＋／ＨＶ−が入力される。

すなわち、回転駆動検出装置１は、ＤＣブラシレスモータ１０の回転軸である回転子１２（図２参照）を検出対象の回転体として、該回転子１２の回転角度を検出する。

そして、ＤＣブラシレスモータ１０は、図２に示すように、通常、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１３と、該コイル１３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子１２とを備えている。ＤＣブラシレスモータ１０は、端子１４からＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動電流が、回転子１２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１０は、回転子１２を駆動するためには、ホール素子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ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が、図２では、省略している。

この回転角度検出装置１及びＤＣブラシレスモータ１０は、複合装置等の画像処理装置に適用され、回転子１２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１１ｕ、１１ｖ、１１ｗは、回転子１２の近傍の所定位置に固定配置されており、回転子１２の磁界に応じて変化するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−、ＨＷ＋／ＨＷ−をそれぞれ出力する。なお、本実施例では、ホール素子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗを用いて、コイル１３の転流タイミングの検出のために、３相ホール信号のゼロクロス検出のみを行っている。この場合、電気角での分解能は６０である。

回転角度検出装置１の差動部２には、本実施例では、上述のように、ホール素子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗのうち、ホール素子１１ｕの出力するＵ相差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−と、ホール素子１１ｖの出力するＶ相差動信号ＨＶ＋／ＨＶ−のみが入力される。なお、他の異なる２相を用いてもよい。

差動部２は、２つの差動アンプ２ａと差動アンプ２ｂを備えており、差動アンプ２ａに、Ｕ相差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−が、差動アンプ２ｂに、Ｖ相差動信号ＨＶ＋／ＨＶ−が、それぞれ入力される。

差動アンプ２ａは、差動信号ＨＵ＋、／ＨＵ−をシングルエンド化して、回転子１２の回転角度に応じて正弦波状に変化するアナログホール信号ＨＵrealを第１自動振幅調整部３へ出力する。

差動アンプ２ｂは、差動信号ＨＶ＋、／ＨＶ−をシングルエンド化して、回転子１２の回転角度に応じて正弦波状に変化するアナログホール信号ＨＶrealを第１自動振幅調整部３及びベクトル生成部４へ出力する。

このアナログホール信号は、永久磁石である回転子１２の着磁バラつきがなく、ホール素子１１ｕ、１１ｖの感度にバラつきがなく、さらに、ホール素子１１ｕ、１１ｖの取り付け誤差等の誤差要因がない理想的な場合には、図３に示すような理想のアナログホール信号ＨＵideal、ＨＶidealとなる。

アナログホール信号は、上述のように、ホール素子１１ｕ、１１ｖから出力される差動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−を、図１で示す差動部２を介して得られる信号（検出信号）である。アナログホール信号は、回転子１２の回転角度に応じて正弦波状に変化する。DＣブラシレスモータ１０の構造から得られる理想のアナログホール信号ＨＵideal、ＨＶidealは、次式（１）で表わされる関係を有する信号である。

なお、式（１）では、アナログホール信号ＨＷidealについても記載されているが、本実施例では、取り扱わない。

また、本実施例の場合、ＤＣブラシレスモータ１０の回転子１２の磁極数が「８」であるので、図３に示すアナログホール信号の正弦波は、回転子１２の１回転当たり４周期であり、回転子１２の１／４回転が図３に示す正弦波１周期に相当する。そこで、本実施例における角度は、アナログホール信号の正弦波１周期を３６０度として示し、この角度θを回転子角度とする。なお、本実施例では、検出対象のＤＣブラシレスモータ１０の回転子１２の磁極数を、「８」（４ペア）としているが、磁極数は、「８」に限られるものではない。また、なお、ホール素子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗを駆動させるためには、上記差動信号の出力方向及び検出する磁束の方向に対して垂直に電圧を印加する必要があるが、図３では省略している。

この理想のアナログホール信号ＨＵideal、ＨＶidealは、相互に振幅が同じであり、位相差が１２０度となっている。

そして、ホール素子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗから出される実際のアナログホール信号は、差動部２でシングルエンド化すると、図４に示すような波形の実際のアナログホール信号ＨＵreal、ＨＶrealとなる。これは、ＤＣブラシレスモータ１０の回転子１２の着磁ずれ、ホール素子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗの感度バラつき、ホール素子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗの取付誤差に起因している。

実際のアナログホール信号ＨＵreal、ＨＶrealは、図４に示すように、Ｕ相アナログホール信号ＨＵrealとＶ相アナログホール信号ＨＶrealが、相互に振幅が異なり、位相差も１２０度ではなくなっている。

この実際のアナログホール信号ＨＵreal、ＨＶrealは、次式（２）で表される関係を有する信号である。

式（２）で示されているＡｕ、Ａｖの振幅の差異は、回転子１２の着磁ずれ、ホール素子１１ｕ、１１ｖの感度誤差等に由来し、Δθの位相ずれは、ホール素子１１ｕ、１１ｖの組付誤差等に由来している。

回転角度検出装置１は、後述するように、第１自動振幅調整部３、ベクトル生成部４、第２自動振幅調整部５で処理することで、振幅が異なり位相がずれか２つの正弦波信号から、振幅が等しく９０度位相差を有する２つの正弦波信号を生成する。

そして、
後述するベクトル回転演算は、前提として、振幅が等しく９０度の位相差を持った２つの正弦波信号をそれぞれ、回転子ベクトルのX成分、Y成分として行う。この前提となる正弦波信号からずれた信号を用いる限り、角度検出装置によって検出される角度は誤差を持つものとなる。

以降の処理部、第1自動振幅調整部３、ベクトル生成部４、第２自動振幅調整部５を通すことで、振幅が異なり、位相ずれを持った２つの正弦波信号から、振幅が等しく９０度の位相差を持った２つの正弦波信号を生成する。

そして、第１自動振幅調整部（振幅調整手段）３は、図５に示すように回路構成されており、可変ゲインアンプ３１、ピークホールド回路（P／Ｈ）３２ａ、３２ｂ、比較器３３等を備えている。

可変ゲインアンプ（信号振幅調整手段）３１は、差動アンプ２ａから実際のアナログホール信号ＨＵrealが入力されるとともに、比較器３３の出力する出力制御電圧ΔAuvがゲイン調整信号としてフィードバック入力されている。可変ゲインアンプ３１は、アナログホール信号ＨＵrealの振幅を、比較器３３からのゲイン調整信号に基づいて振幅調整して、第１振幅調整後アナログホール信号（補正値）ＨＵreal’として、ベクトル生成部４及びピークホールド回路３２ａへ出力する。

ピークホールド回路（ピークホールド手段）３２ａは、可変ゲインアンプ３１の出力する第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal’のピークをホールドして、比較器３３へ出力する。

第１自動振幅調整部３は、差動アンプ２ｂからの実際のアナログホール信号ＨＶrealをベクトル生成部４へそのまま出力するとともに、ピークホールド回路３２ｂへ取り込む。

ピークホールド回路（基準ピークホールド手段）３２ｂは、差動アンプ２ｂからの実際のアナログホール信号ＨＶrealのピークをホールドして、比較器３３へ出力する。

比較器（調整値決定手段）３３は、ピークホールド回路３２ａがホールドした第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal’のピーク値と、ピークホールド回路３２ｂがホールドした実際のアナログホール信号ＨＶrealのピーク値と、を比較する。比較器３３は、これらの比較結果である出力制御電圧ΔＡuvをゲイン調整信号（補正値）として、可変ゲインアンプ３１へフィードバックする。

この比較器３３の出力する出力制御電圧ΔAuvは、第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal´と実際のアナログホール信号ＨＶrealの振幅の偏差の大きさを示しており、可変ゲインアンプ３１にゲイン調整信号として出力される。したがって、可変ゲインアンプ３１の可変ゲインは、制御電圧ΔAuvに応じて制御され、第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal´の振幅と実際のアナログホール信号ＨＶrealの振幅を、図６に示すように、一致させることができる。

この場合、第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal´と実際のアナログホール信号ＨＶrealは、次式（３）の関係にある。

式（３）に示すように、この段階では、第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal´と実際のアナログホール信号ＨＶrealは、振幅は一致しているが、位相差は、αで示す位相分だけ９０度からずれていることがある。

なお、図５の第１自動振幅調整部３は、アナログホール信号ＨＵrealの振幅が、アナログホール信号ＨＶrealの振幅に一致するように調整しているが、アナログホール信号ＨＶrealの振幅がアナログホール信号ＨＵrealの振幅に一致するように調整してもよい。また、第１自動振幅調整部３は、アナログホール信号ＨＵrealとアナログホール信号ＨＶrealの双方の振幅を調整して、所定の振幅に一致するように調整してもよい。

ベクトル生成部（ベクトル生成手段）４は、減算アンプ４ａと加算アンプ４ｂを備えており、それぞれに、振幅が一致している第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal´と実際のアナログホール信号ＨＶrealが入力される。

減算アンプ４ａ及び加算アンプ４ｂは、以下に説明するように、第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal´と実際のアナログホール信号ＨＶrealを相互に加減算処理を行ない、位相がちょうど９０度ずれた信号Ｖｘpreと信号Ｖｙpreを生成する。ただし、この時点では２つの信号Ｖｘpreと信号Ｖｙpreの振幅は一致していない。

すなわち、上述のように、第１自動振幅調整部３において振幅調整された第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal´と実際のアナログホール信号ＨＶrealは、振幅が一致しているため、これら２つの正弦波を加減算すると、９０度位相差を有する正弦波となる。

具体的には、式（３）に示した第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal´と実際のアナログホール信号ＨＶrealのうち、実際のアナログホール信号ＨＶrealを加法定理を用いて変形すると、次式（４）のようになる。

この式（４）で示されている２式を相互に加減算すると、次式（５）のようになる。

この式（５）で示される２式に三角関数の合成公式を適用すると、次式（６）のようになる。

式（６）で示されている角度φ１と角度φ２の値は、次式（７）のようになる。

すなわち、角度φ１は、ベクトルＡ（１＋ｃｏｓα、ｓｉｎα）とX軸がなす角度であり、角度φ２は、ベクトルＢ（１−ｃｏｓα、−ｓｉｎα）とX軸がなす角度として捉えることができる。そして、この２つのベクトルＡ、Ｂの内積をとると、次式（８）のようになる。

すなわち、ベクトルＡとベクトルＢの内積が「０」となるため、ベクトルＡとベクトルＢのなす角度（φ１＋φ２）は、９０度である。

したがって、ベクトル生成部４によって、振幅が一致する正弦波である第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal´と実際のアナログホール信号ＨＶrealを加減算処理することで、９０度位相差を有する２つのベクトル成分信号Ｖｘpre、Ｖｙpreとなる。

すなわち、図７に示すように、ＸＹ軸上で任意のそれぞれ異なる方向にＵ軸、Ｖ軸をとる。このＵ軸Ｖ軸上に長さ「１」の単位ベクトルＵ、Ｖを想定した場合、加算したベクトル（Ｕ＋Ｖ）と、減算したベクトル（Ｕ−Ｖ）の内積は、Ｕ・Ｕ＋（−Ｖ）・Ｖ＝１−１＝０となり、ベクトル（Ｕ＋Ｖ）とベクトル（Ｕ−Ｖ）とは直角（９０度）になる。すなわち、ひし形の対角線同士が必ず直角で交わることと同意である。

ところが、ベクトル生成部４によって生成されるベクトル成分信号Ｖｘpreとベクトル成分信号Ｖｙpreは、図８に示すように、直交化されて位相差は９０度となっているが、振幅が一致しないことがある。

そして、ベクトル生成部４は、上記生成したベクトルの成分を示すベクトル成分信号Ｖｘpre、Ｖｙpreを、第２自動振幅調整部５へ出力する。

第２自動振幅調整部（振幅補正手段）５は、第２自動振幅調整部５ａと第２自動振幅調整部５ｂを備えている。第２自動振幅調整部５ａと第２自動振幅調整部５ｂは、それぞれ、可変ゲインアンプ５１ａ、５１ｂ、ピークホールド回路５２ａ、５２ｂ、比較器５３ａ、５３ｂ及び基準振幅値出力部５４ａ、５４ｂ等を備えている。

第２自動振幅調整部（振幅補正手段）５ａは、図９（ａ）に示すように、その可変ゲインアンプ５１ａに、ベクトル生成部４の減算アンプ４ａからベクトル成分信号Ｖｘpreが入力されるとともに、比較器５３ａから出力制御電圧（補正値）ΔＡｘがゲイン調整信号としてフィードバック入力される。可変ゲインアンプ（信号振幅補正手段）５１ａは、ベクトル成分信号Ｖｘpreの振幅を、比較器５３ａからのゲイン調整信号である出力制御電圧ΔＡｘに基づいて振幅調整して、ベクトル成分信号（補正後ベクトル成分信号）Ｖｘとして、ベクトル回転演算部６及びピークホールド回路５２ａへ出力する。

ピークホールド回路（ピークホールド手段）５２ａは、可変ゲインアンプ５１ａの出力するベクトルＸ軸成分Ｖｘのピーク値（補正後ピーク値）をホールドして、比較器５３ａへ出力する。

基準振幅値出力部５４ａは、基準振幅値を示す基準電圧Ａを比較器5３ａへ出力する。

比較器（補正値決定手段）5３ａは、ピークホールド回路５２ａがホールドしたベクトル成分信号Ｖｘのピーク値（補正後ピーク値）と、基準電圧Ａと、を比較する。比較器５３ａは、これらの比較結果である出力制御電圧ΔＡｘをゲイン調整信号（補正値）として、可変ゲインアンプ５１ａへフィードバックする。

この比較器５３ａの出力する出力制御電圧ΔAｘは、ベクトルＸ軸成分Ｖｘpreの振幅と基準電圧Ａの示す基準振幅の偏差の大きさを示しており、可変ゲインアンプ５１ａにゲイン調整信号として出力される。したがって、可変ゲインアンプ５１ａの可変ゲインは、制御電圧ΔAｘに応じて制御され、ベクトルＸ軸成分Ｖｘの振幅と基準電圧Ａの示す基準振幅を、図１０に示すように、一致させることができる。

また、第２自動振幅調整部（振幅補正手段）５ｂは、図９（ｂ）に示すように、その可変ゲインアンプ５１ｂに、ベクトル生成部４の加算アンプ４ｂからベクトル成分信号Ｖｙpreが入力されるとともに、比較器５３ｂから出力制御電圧（補正値）ΔＡｙがゲイン調整信号としてフィードバック入力される。可変ゲインアンプ（信号振幅補正手段）５１ｂは、ベクトル成分信号Ｖｙpreの振幅を、比較器５３ｂからのゲイン調整信号である出力制御電圧ΔＡｙに基づいて振幅調整して、ベクトル成分信号（補正後ベクトル成分信号）Ｖｙとして、ベクトル回転演算部６及びピークホールド回路５２ｂへ出力する。

ピークホールド回路（ピークホールド手段）５２ｂは、可変ゲインアンプ５１ｂの出力するベクトルＹ軸成分Ｖｙのピーク値（補正後ピーク値）をホールドして、比較器５３ｂへ出力する。

基準振幅値出力部５４ｂは、基準振幅値を示す基準電圧Ａを比較器5３ｂへ出力する。

比較器（補正値決定手段）5３ｂは、ピークホールド回路５２ｂがホールドしたベクトル成分信号Ｖｙのピーク値（補正後ピーク値）と、基準電圧Ａと、を比較する。比較器５３ａは、これらの比較結果である出力制御電圧ΔＡｙをゲイン調整信号（補正値）として、可変ゲインアンプ５１ｂへフィードバックする。

この比較器５３ｂの出力する出力制御電圧ΔAｙは、ベクトルＹ軸成分Ｖｙpreの振幅と基準電圧Ａの示す基準振幅の偏差の大きさを示しており、可変ゲインアンプ５１ｂにゲイン調整信号として出力される。したがって、可変ゲインアンプ５１ｂの可変ゲインは、制御電圧ΔAｙに応じて制御され、ベクトルＹ軸成分Ｖｙの振幅と基準電圧Ａの示す基準振幅を、図１０に示すように、一致させることができる。

そして、第２自動振幅調整部５ａの基準振幅値出力部５４ａが出力する基準電圧Ａと、第２自動振幅調整部５ｂの基準振幅値出力部５４ｂが出力する基準電圧Ａとは、同じ電圧値であるため、ベクトルＸ軸成分ＶｘとベクトルＹ軸成分Ｖｙの振幅値を、図１０に示すように一致させることができる。また、これらのベクトルＸ軸成分ＶｘとベクトルＹ軸成分Ｖｙとは、図１０に示すように、９０度の位相差を有している。なお、この第２自動振幅調整部５ａは、第１自動振幅調整部３と同様に、一方の振幅値を他方の振幅値に一致させるように調整してもよいし、双方の振幅値を所定の振幅値に一致するように調整してもよい。

上記ベクトルＸ軸成分Ｖｘ、ベクトルY軸成分Ｖｙは、それぞれをX軸、Y軸として極座標上にプロットすると、図１１に示すように表わされる。以下、このベクトルＸ軸成分Ｖｘ、ベクトルＹ軸成分Ｖｙで表されるベクトルを、回転子ベクトルという。この回転子ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）は、図１１に示すように、回転子１２の角度（以下、回転子角度という。）θの変化とともに、Ｘ−Ｙ平面上を、半径Ａの円を描いて回転する。なお、本実施例では、X軸を基準軸として、正方向のX軸と回転子ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）のなす角を、回転子角度θとしている。

そして、ベクトル回転演算部６、角度探索部７、２相パルス生成部８及び回転行列係数出力部９は、図１２に示すように回路構成されている。

ベクトル回転演算部６は、図１２に示すように、乗算部６１、符号調整スイッチ部６２、加減算アンプ６３、６４等を備えている。ベクトル回転演算部６は、回転行列係数出力部９からの基準正弦波である正弦（ｓｉｎ）データ、余弦（ｃｏｓ）データ及び符号調整信号Ｓignを用いて、ベクトルＸ軸成分Ｖｘ及びベクトルＹ軸成分Ｖｙにより表わされるベクトル（以下、回転子ベクトルという。）を、後述する検出角度データθｄの値に従って、次式（９）のベクトル演算を行うことで回転変換を施して、変換Ｘ軸成分Ｖｘ’及び変換Ｙ軸成分Ｖｙ’（以下、（Ｖｘ’、Ｖｙ’）で表わされるベクトルを回転変換ベクトルという。）として出力する。

回転行列係数出力部９は、データ整形演算部９１、不揮発性メモリ９２、符号調整信号生成部９３等を備えており、後述する角度探索部7が出力する検出角度データθｄが入力される。

不揮発性メモリ９２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）等で構成され、正弦波１周期をｎ分割、例えば、６４分割して、振幅を１２７[ＬＳＢ]で表わす正弦のうち、振幅の絶対値がそれぞれ重複しない正弦、例えば、位相０度の正弦と、位相０〜９０度の間の１５個の正弦と、位相９０度の正弦との合計１７個の正弦が、正弦データとして予め格納されている。

データ整形演算部９１は、検出角度データθｄに従って、正弦、余弦の振幅の絶対値のデータを、不揮発性メモリ９２に格納されている正弦データ（基準正弦波データ）に基づいて、整形して、正弦（ｓｉｎ）データと余弦（ｃｏｓ）データをベクトル回転演算部６の乗算部６１に出力する。

符号調整信号生成部９３は、角度探索部７の出力する検出角度データθｄに従って符号調整信号Ｓignを生成して、ベクトル回転演算部６の符号調整スイッチ部６２に出力する。

そして、ベクトル回転演算部６は、その乗算部（回転ベクトル生成手段、乗算手段）６１が、４つの抵抗ラダー方式乗算ＤＡＣ（digital analog convertor）が並列に配設されたものであり、第２自動振幅生成部５ａと第２自動振幅生成部５ｂからベクトルＸ軸成分ＶｘとＹ軸成分Ｖｙが入力される。

乗算部６１は、データ整形演算部９１から入力される正弦データｓｉｎと余弦データｃｏｓを元に、値に比例したアナログ値に変化させたアナログ正弦絶対値｜ｓｉｎ｜、アナログ余弦絶対値｜ｃｏｓ｜を、第２自動振幅生成部５ａ、５ｂからのベクトルＸ軸成分ＶｘとＹ軸成分Ｖｙに乗算して、乗算結果Ｖｘ＊｜ｓｉｎ｜、Ｖｘ＊｜ｃｏｓ｜、Ｖｙ＊｜ｓｉｎ｜、Ｖｙ＊｜ｃｏｓ｜を符号調整スイッチ部６２に出力する。

符号調整スイッチ部（符号切替手段）６２は、乗算部６１からＶｘ＊｜ｓｉｎ｜、Ｖｘ＊｜ｃｏｓ｜、Ｖｙ＊｜ｓｉｎ｜、Ｖｙ＊｜ｃｏｓ｜が入力されるとともに、符号調整信号生成部９３からθｄ［５：４］に従って生成された符号調整信号Ｓignが入力される。符号調整スイッチ部６２は、この符号調整信号Ｓignに従って、加減算アンプ６３、６４の正相、逆相入力端子に入力するＶｘ＊｜ｓｉｎ｜、Ｖｘ＊｜ｃｏｓ｜、Ｖｙ＊｜ｓｉｎ｜、Ｖｙ＊｜ｃｏｓ｜を切り換える。符号調整スイッチ部６２は、この切替動作を、検出角度データθｄが９０度位相変化する毎に行うことで、Ｖｘ´＝Ｖｘ＊ｃｏｓ＋Ｖｙ＊ｓｉｎ、Ｖｙ´＝−Ｖｘ＊ｓｉｎ＋Ｖｙ＊ｃｏｓの演算を成立させることができる。

加減算アンプ（回転変換ベクトル生成手段）６３は、乗算部６１の乗算結果のＶｘ＊｜ｃｏｓ｜とＶｙ＊｜ｓｉｎ｜を加減算して、変換Ｘ軸成分Ｖｘ’として出力する。なお、加減算アンプ６３は、上記加減算に、ゲインを乗じる構成であってもよい。

加減算アンプ（回転変換ベクトル生成手段）６４は、乗算部６１の乗算結果のＶｘ＊｜ｓｉｎ｜とＶｙ＊｜ｃｏｓ｜を加減算して、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’として出力する。なお、加減算アンプ６４は、上記加減算に、ゲインを乗じる構成であってもよい。

なお、上記ベクトル回転演算部６の乗算部６１は、上述のように、抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ回路が用いられており、この抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ回路は、図１３に示すように、通常の抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ回路６１ａが用いられている。なお、図１３では、Ｙ軸成分Ｖｙに対する乗算部６１の１つの抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ回路６１ａが示されているが、乗算部６１は、このような回路構成の抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ回路６１ａが、４つ並列に用いられている。

抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ回路６１ａは、抵抗値Ｒと抵抗値２Ｒの抵抗が規則的に、かつ、はしご状につながり、２Ｒの抵抗には、バイアス電圧Ｖbiasか、Ｖｙ（または、Ｖｘ）のいずれかに接続されるスイッチＳＷ０〜ＳＷn-2が設けられている。一般的に、このスイッチＳＷ０〜ＳＷn-2は、電子的なスイッチ(アナログスイッチ)が用いられる。

このような抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ回路６１ａを乗算部６１に用いると、同じ抵抗値の抵抗Ｒ（２Ｒは、Ｒの抵抗Ｒを２個直列に接続）のみで構成されるため、モノリシックＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）を用いることで、精度の高い乗算処理を行うことができる。この抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ回路６１ａでの処理で得られる出力電圧Ｖoutは、次式（１０）で与えられる。

式（１０）において、Ｄ０〜Ｄn−2は、それぞれ抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ回路６１ａのスイッチ部ＳＷ０〜ＳＷn-2のＤ０〜Ｄn−2に対応しており、「０」か、「１」が入力される。また、Ｖrefの係数は、「０」（Ｄが全て「０」）から２^ｎ−１−１／２^ｎ−１≒１（Ｄが全て「１」）の値を取りうる。

したがって、スイッチ部ＳＷ０〜ＳＷn-2を切り換えることで、正弦、余弦の乗算を表現することができる。

ところが、抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ回路６１ａのみでは、正の乗数の乗算しか行うことができない。そこで、通常は、抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ回路６１ａにおいて４象限乗算を行うために、抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ回路６１ａの後段または前段に、加減算が必須となる場合には、符号調整スイッチ部６２を設けて、加減算の対象を入れ替えることで、４象限乗算と同等の演算処理を行うことができる。

したがって、乗算部６１において、１つの乗算器に対して、オペアンプ１つとラダー１ｂｉｔ分を削減することができ、コストを削減することができる。

そして、角度探索部７は、図１２に示したように、比較器７１、７２及び繰り返しカウンタ７３等を備えている。角度探索部７は、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’が、比較器７１、７２に入力されるとともに、トリガｆｓが、繰り返しカウンタ７３に入力される。角度探索部７は、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’が所定の基準値（所定のベクトル）を横切るときの回転角、すなわち、回転子ベクトルを基準ベクトル（所定のベクトル）まで回転させたときの回転角を検出角度データθｄとして探索して出力する。

比較器７１、７２は、それぞれ基準ベクトルを示す基準＋α、−αが入力されるとともに、上記変換Ｙ軸成分Ｖｙ’が入力される。比較器７１、７２は、これらの基準値＋αと変換Ｙ軸成分Ｖｙ’、基準値−αと変換Ｙ軸成分Ｖｙ’をそれぞれ比較して、繰り返しカウンタ７３へカウントアップ指令ｕｐとカウントダウン指令ｄｎを出力する。

すなわち、比較器７１、７２は、Y´＞＋αのとき、比較器７２が、カウントアップ指令ｕｐを出力し、Y´＜−αのとき、比較器７１が、カウントダウン指令ｄｎを出力する。比較器７１、７２は、−α＜Y´＜＋αのときには、何も出力しない。

繰り返しカウンタ７３は、トリガｆｓが入力される毎に、比較器７１からのカウントダウン司令ｄｎと比較器７２からのカウントアップ司令ｕｐに応じてカウント処理を行い、カウント値を、例えば、６ビットの検出角度データθｄとして出力する。

上記ベクトル回転演算部６と角度探索部７は、全体として、回転子ベクトル生成手段としてのベクトル回転演算部６が生成した回転子ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）に基づいて回転子１２の回転角度を探索する回転角度探索手段として機能している。また、ベクトル回転演算部６の乗算部６１は、乗算手段として機能し、加減算アンプ６３、６４は、該乗算部６１による複数の乗算結果同士を加減算して、回転子ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）を回転変換して回転変換ベクトル（Ｖｘ’、Ｖｙ’）を生成する回転変換ベクトル生成手段として機能している。さらに、角度探索部７は、該回転変換ベクトル生成手段の生成した回転変換ベクトル（Ｖｘ’、Ｖｙ’）、特に、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’と所定の基準ベクトル幅内に位置するまで、すなわち、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’が角度幅±αの不感帯内に入るまで回転させて、その回転の回転量を回転子１２の回転角度として探索する探索手段として機能している。

そして、２相パルス生成部８は、図１２に示したように、ビット取得部８１とパルス生成部８２を備えている。

ビット取得部８１は、角度探索部７から検出角度データθｄが入力され、検出角度データθｄの下位２ビットを取得して、パルス生成部８２に出力する。

パルス生成部８２は、トリガｆｓが入力され、トリガｆｓが入力される毎に、検出角度データθｄの下位２ビットを参照して、２相のパルス信号ＥＮＣＡ、ＥＮＣＢを生成する。

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、安価かつ正確に回転体の回転角度を検出する。

すなわち、従来の回転角度検出装置は、回転角度検出装置を組み付けた後に、校正処理を行っており、回転角度検出装置を組み付けた後に校正工程を必要とし、コストが高くつく。

すなわち、回転体である回転子１２の回転を検出するホール素子１１ｕ、１１ｖが出力して差動部２でシングルエンド化したアナログホール信号は、理想的には、図３に示したような振幅が一致し、１２０度の位相差を有する理想のアナログホール信号ＨＵideal、ＨＶidealを出力する。この場合には、回転角度検出装置１は、この理想のアナログホール信号ＨＵideal、ＨＶidealからベクトル生成部４でベクトルを生成して、生成したベクトルの成分を示すベクトル成分信号Ｖｘpre、Ｖｙpreを出力する。回転角度検出装置１は、ベクトル回転演算部６で、ベクトル成分信号Ｖｘpre、Ｖｙpreから該ベクトルをベクトル回転させた回転変換ベクトルの成分を示す変換Ｘ軸成分Ｖｘ’及び変換Ｙ軸成分Ｖｙ’を生成する。回転角度検出装置１は、この回転変換ベクトルと該ベクトルとの角度を角度探索部７で探索することで、回転子１２の回転角度を検出することができる。すなわち、ホール素子１１ｕ、１１ｖの出力するアナログホール信号が、正確に振幅が一致し、かつ、位相差が９０度のときには、上記処理を行うことで、正確に回転子１２の回転角度を検出することができる。

ところが、ホール素子１１ｕ、１１ｖが出力して差動部２でシングルエンド化したアナログホール信号は、実際には、図４に示したように、ＤＣブラシレスモータ１０の回転子１２の着磁ずれ、ホール素子１１ｕ、１１ｖの感度バラつき、ホール素子１１ｕ、１１ｖの取付誤差に起因して、振幅が異なり、位相も１２０度ではなくなった実際のアナログホール信号ＨＵreal、ＨＶrealとなる。

このような振幅及び位相が異なった実際のアナログホール信号ＨＵreal、ＨＶrealに対して、上述のような処理を行っても、正確に回転子１２の回転角度を検出することができない。

そこで、本実施例の回転角度検出装置１は、第１自動振幅調整部３で、差動部２の出力する実際のアナログホール信号ＨＵreal、ＨＶrealの振幅を一致させ、第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal´と実際のアナログホール信号ＨＶrealをベクトル生成部４へ出力する。

そして、ベクトル生成部４は、振幅が一致する正弦波である第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal´と実際のアナログホール信号ＨＶrealを加減算処理することで、９０度位相差を有する２つのベクトル成分信号Ｖｘpre、Ｖｙpreを生成する。

ところが、このベクトル生成部４によって生成されるベクトル成分信号Ｖｘpreとベクトル成分信号Ｖｙpreは、図８に示したように、直交化されて位相差は９０度となっているが、振幅が一致しないことがある。

そこで、回転角度検出装置１は、ベクトル生成部４によって生成されるベクトル成分信号Ｖｘpreとベクトル成分信号Ｖｙpreを、第２自動振幅調整部５の第２自動振幅調整部５ａと第２自動振幅調整部５ｂによって、振幅を一致させて、ベクトルＸ軸成分Ｖｘ及びベクトルＹ軸成分Ｖｙとしてベクトル回転演算部６へ入力する。

そして、ベクトル回転演算部６は、回転行列係数出力部９からの正弦（ｓｉｎ）データ、余弦（ｃｏｓ）データ及び符号調整信号Ｓignを用いて、ベクトルＸ軸成分Ｖｘ及びベクトルＹ軸成分Ｖｙにより表わされる回転子ベクトルを、検出角度データθｄの値に従って、式（９）で示したベクトル演算を行うことで回転変換を施して、回転変換ベクトルを表す変換Ｘ軸成分Ｖｘ’及び変換Ｙ軸成分Ｖｙ’として出力する。

ベクトル回転演算部６は、この回転子ベクトルに対する回転演算において、検出可能な値が、ベクトルＸ軸成分ＶｘとベクトルＹ軸成分Ｖｙのみであり、高度な演算機能を有するプロセッサを用いるときには、検出角度θｄ＝ａｒｃｔａｎ（Ｙ／Ｘ）を算出することで、回転子１２の回転角度を求めることはできるが、それでは、回転角度検出装置１が高価なものとなってしまう。

そこで、本実施例の回転角度検出装置１は、ベクトル回転演算部６によって、上記式（９）に示した回転の一次変換式を利用して、図１４に示すように、回転子ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）を回転変換角度θｒ回転させた回転変換ベクトル（Ｖｘ’、Ｖｙ’）が、所定の基準ベクトル（本実施例では、正方向のＸ軸とする。）に一致するまで回転変換角度θｒの値を変化させる。ベクトル回転演算部６は、回転変換ベクトル（Ｖｘ’、Ｖｙ’）が基準ベクトルと一致すると、回転子ベクトルθ＝ベクトル回転変換角度θｒであるとして、回転子角度を検出して、検出した回転子角度を検出角度データθｄとする。すなわち、Ｘ軸を基準ベクトルとすると、Ｘ軸は、Ｙ軸成分が「０」であるため、回転変換ベクトル（Ｖｘ’、Ｖｙ’）のＹ軸成分である変換Ｙ軸成分Ｙ’＝０を判定するのみで、基準ベクトルとしてのＸ軸との一致を判定することができる。

ところが、実際に回転演算で乗算される上記正弦・余弦は、実装上の問題から、離散的なデータ（本実施例では、１周期を６４分割している。）であるため、変換ベクトルとＸ軸が厳密に一致することは、極めて稀である。そこで、本実施例の回転角度検出装置１は、Ｘ軸周辺に±αの不感帯の領域を設け、角度探索部７が、変換ベクトルが±αの不感帯領域内にあると、Ｘ軸に一致した判定する。

すなわち、角度探索部７は、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’が、図１２に示した比較器７１、７２に入力されるとともに、トリガｆｓが、繰り返しカウンタ７３に入力される。角度探索部７は、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’が所定の基準値であるＸ軸正方向を横切るときの回転角、すなわち、回転子ベクトルを基準ベクトルまで回転させたときの回転角を検出角度データθｄとして探索して出力する。すなわち、上述のように、比較器７１、７２は、それぞれ基準＋α、−αが入力されるとともに、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’が入力され、これらの基準値＋αと変換Ｙ軸成分Ｖｙ’、基準値−αと変換Ｙ軸成分Ｖｙ’をそれぞれ比較する。比較器７１、７２は、基準値＋αと変換Ｙ軸成分Ｖｙ’の比較結果及び基準値−αと変換Ｙ軸成分Ｖｙ’の比較結果に基づいて、繰り返しカウンタ７３へカウントアップ指令ｕｐとカウントダウン指令ｄｎを出力する。繰り返しカウンタ７３は、比較器７１からのカウントダウン司令ｄｎとカウントアップ司令ｕｐに応じてカウント処理を行い、カウント値を、例えば、６ビットの検出角度データθｄとして出力する。

例えば、いま、回転変換角度θｒが、図１５に示すように、変化した場合、繰り返しカウンタ７３は、以下のようにカウント処理する。

（ａ）Ｖｙ’＞＋αのとき（図１５（ａ）のとき）、繰り返しカウンタ７３は、比較器７２からカウントアップ司令ｕｐが入力され、回転変換角度θｒをカウントアップする。（回転変換は、時計回りに行われ、基準ベクトルであるＸ軸正方向に近づく。）
（ｂ）−α＜Ｖｙ’＜＋αのとき（図１５（ｂ）のとき）、繰り返しカウンタ７３は、カウントアップ司令ｕｐとカウントダウン司令ｄｎのいずれもが入力されず、回転変換角度θｒを維持する。（回転変換は行わず、基準ベクトルであるＸ軸正方向にとどまる。）
（ｃ）−α＜Ｖｙ’のとき（図１５（ｃ）のとき）、繰り返しカウンタ７３は、比較器７１からカウントダウン司令ｄｎが入力され、回転変換角度θｒをカウントダウンする。（回転変換は、反時計回りに行われ、基準ベクトルであるＸ軸正方向に近づく。）
そして、回転角度検出装置１は、不感帯の角度幅αを、１ＬＳＢ（Least Significant Bit）相当の回転角度より大きく設定することで、Ｘ軸近傍でベクトルがチャタリングすることを防止している。
すなわち、不感帯幅αは、次式（１１）により、求めて設定される。

なお、上記第２自動振幅調整部５において、振幅をある一定値に収束するように調整すると、不歓待の角度幅αの値を、予め決定することができ、角度幅αの値を個別に調整する必要がなくなる。

そして、角度探索部７は、図１５に示すように、上記角度探索処理を行う。すなわち、角度探索部７は、ベクトル回転演算部６の加減算アンプ６４から変換Ｙ軸成分Ｖｙ’が入力されると、該変換Ｙ軸成分Ｖｙ’を角度幅αと比較する（ステップＳ１０１）。角度探索部７は、図１５（ａ）に示したように、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’が角度幅＋αよりも大きいと（図１６で、Ｖｙ’＞＋αのとき）、回転変換角度θｒ（ｎ）に、「１」だけインクリメント（加算）して回転変換角度θｒ（ｎ＋１）とする（θｒ（ｎ＋１）＝θｒ（ｎ）＋１）（ステップＳ１０２）。角度探索部７は、回転変換角度θｒ（ｎ＋１）を求めると、変数ｎ（ｎ：整数）を「１」だけインクリメントして（ステップＳ１０３）、所定周期で、ステップＳ１０１に戻る。

角度探索部７は、ステップＳ１０１で、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’が角度幅＋αと角度幅−αとの間であると（図１６で、−α＜Ｖｙ’＜＋αのとき）、回転変換角度θｒ（ｎ）に、加減算を行うことなく、回転変換角度θｒ（ｎ）を回転変換角度θｒ（ｎ＋１）とする（θｒ（ｎ＋１）＝θｒ（ｎ））（ステップＳ１０４）。角度探索部７は、回転変換角度θｒ（ｎ＋１）を求めると、変数ｎを「１」だけインクリメントして（ステップＳ１０３）、所定周期で、ステップＳ１０１に戻る。

さらに、角度探索部７は、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’が角度幅−αよりも小さいと（図１６で、Ｖｙ’＜−αのとき）、回転変換角度θｒ（ｎ）から、「１」だけディクリメント（減算）して回転変換角度θｒ（ｎ＋１）とする（θｒ（ｎ＋１）＝θｒ（ｎ）−１）（ステップＳ１０５）。角度探索部７は、回転変換角度θｒ（ｎ＋１）を求めると、変数ｎを「１」だけインクリメントして（ステップＳ１０３）、所定周期で、ステップＳ１０１に戻る。

角度探索部７は、上記角度探索処理を、実行処理信号としてのトリガｆｓが入力されるたびに、実行する。なお、回転変換角度θｒは、離散カウント値であり、本実施例では、１周期を６４分割しているので、θｒ＝０〜６３［ＬＳＢ］となる。すなわち、θstep＝１ＬＳＢ３６０／６４［ｄｅｇ］とする。

上記角度探索処理を行うことで、常に回転変換ベクトル（Ｖｘ’、Ｖｙ’）は、Ｘ軸近傍に維持され、（検出角度θｄ）＝（回転変換角度θｒ）≒（回転子角度θ）となる。ただし、周期的処理の実行周期は、回転子ベクトルの回転速度に対して十分速くすること、及び、後述する回転子１２の初期回転時における角度探索のため、角度検出装置１の適用されている画像処理装置の電源オン直後においては、回転子１２を、停止（厳密に、停止状態である必要はなく、ほぼ停止）状態とする期間を設けること、が必要である。

すなわち、角度検出装置１は、回転子１２の初期回転時においては、図１７に示すように、角度探索部７が、トリガｆｓが入力されるたびに、θstepずつ回転変換を実行して、ｎ回目のトリガｆｓで回転変換ベクトル（Ｖｘ’、Ｖｙ’）が角度幅±αの不感帯内に収まると、回転変換を停止する。このとき、回転変換角度θｒ＝ｎ＊θstepとなる。

ところが、角度探索部７は、回転子１２の初期回転時においては、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’の値だけでは、回転変換ベクトル（Ｖｘ’、Ｖｙ’）が、正方向のＸ軸である基準ベクトルに対して角度幅±αの不感帯内に存在するのか、１８０度ずれたX軸（負方向）に対して角度幅±αの不感帯内に存在するのかを区別することができない。

そこで、角度探索部７は、変換Ｘ軸成分Ｖｘ’と「０」を比較し、Ｖｘ’＜０であると、回転変換ベクトル（Ｖｘ’、Ｖｙ’）が、負方向のＸ軸に対して角度幅±αの不感帯内にあると判断して、回転変換角度θｒを増加させ続ける等の処理を行う。

そして、角度探索部７は、回転子１２の回転時には、図１８〜図２０に示すように角度探索処理を行う。

すなわち、角度探索部７は、トリガｆｓが（ｎ＋１）回目のときに、図１８に破線矢印と実線矢印で示すように、回転子ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）が、（Ｖｘ（ｎ）、Ｖｙ（ｎ））から（Ｖｘ（ｎ＋１）、Ｖｙ（ｎ＋１））に回転する。この回転子ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）の回転にともなって、回転変換ベクトル（Ｖｘ’、Ｖｙ’）が、トリガｆｓがｎ回目の回転位置である回転変換ベクトル（Ｖｘ’（ｎ）、Ｖｙ’（ｎ））からトリガｆｓが（ｎ＋１）回目の位置である回転変換ベクトル（Ｖｘ’（ｎ＋１）、Ｖｙ’（ｎ＋１））に回転する。

このトリガ（ｎ＋１）回目においては、図１８の場合、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’は、角度幅±αの不感帯内（−α＜Ｖｙ’（ｎ＋１）＜＋α）にあるので、角度探索部７は、上述のように、回転変換角度θｒ（ｎ＋１）に、加減算を行わず、回転角度が、θｒ（ｎ＋２）＝θｒ（ｎ＋１）となる。

そして、トリガｆｓが（ｎ＋２）回目のとき、図１９に破線矢印と実線矢印で示すように、回転子ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）が、（Ｖｘ（ｎ＋１）、Ｖｙ（ｎ＋１））から（Ｖｘ（ｎ＋２）、Ｖｙ（ｎ＋２））に回転する。回転子ベクトル（Ｖｘ、Ｖｙ）の回転にともなって、回転変換ベクトル（Ｖｘ’、Ｖｙ’）が、トリガｆｓが（ｎ＋１）回目の回転位置である変換ベクトル（Ｖｘ’（ｎ＋１）、Ｖｙ’（ｎ＋１））からトリガｆｓが（ｎ＋２）回目の位置である回転変換ベクトル（Ｖｘ’（ｎ＋２）、Ｖｙ’（ｎ＋２））に回転する。

このトリガ（ｎ＋２）回目においては、図１９の場合、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’は、角度幅±αの不感帯から＋側に外れた位置（Ｖｙ’（ｎ＋２）＞＋α）にある。したがって、角度探索部７は、上述のように、回転変換角度θｒ（ｎ＋２）に、θｓｔｅｐを加算し、回転角度が、時計方向に回転させられて、θｒ（ｎ＋３）＝θｒ（ｎ＋２）＋θｓｔｅｐとなる。

そして、回転変換角度θｒのインクリメントにともなって、回転変換ベクトル（Ｖｘ’、Ｖｙ’）は、図２０に示すように回転する。すなわち、変換ベクトル（Ｖｘ’（ｎ＋２）、Ｖｙ’（ｎ＋２））：θｒ（ｎ＋２）は、回転変換角度θｒの値がインクリメントされると、図２０に示すように、θstepだけ回転し、変換ベクトル（Ｖｘ’（ｎ＋２）、Ｖｙ’（ｎ＋２））：θｒ（ｎ＋３）となる。

なお、回転変換角度θｒは、その増加方法としては、順次増加させる方法に限るものではなく、例えば、３６０度を２のべき乗の区間に分割して、回転変換角度θｒを、バイナリーサーチ（２進探索）によって求めてもよい。

そして、上述のように、２相パルス生成部８は、角度探索部７の繰り返しカウンタ７３から入力される検出角度データθｄの下位２ビットを参照して、２相のパルス信号ＥＮＣＡ、ＥＮＣＢを生成して、ＤＣブラシレスモータ１０の端子１４へ出力する。すなわち、２相パルス生成部８は、図２１に示すように、検出角度データθｄの下位２ビットが、（０、０）のとき、２相パルス信号ＥＮＣＡが、「Ｈ（High）」、ＥＮＣＢが、「Ｌ（Low）」、検出角度データθｄの下位２ビットが、（０、１）のとき、２相パルス信号ＥＮＣＡが、「Ｈ」、ＥＮＣＢが、「Ｈ」、検出角度データθｄの下位２ビットが、（１、０）のとき、２相パルス信号ＥＮＣＡが、「Ｌ」、ＥＮＣＢが、「Ｈ」、検出角度データθｄの下位２ビットが、（１、１）のとき、２相パルス信号ＥＮＣＡが、「Ｌ」、ＥＮＣＢが、「Ｌ」である。

したがって、本実施例の回転角度検出装置１は、ＤＣブラシレスモータ１０にエンコーダを設けることなく、既存のホール素子１１ｕ、１１ｖ、１１ｗの出力信号を利用して、また、組付後の出力信号の校正処理を行うことなく、安価かつ正確に回転子１２の回転角度を検出することができ、エンコーダパルスと同等の１／４周期の位相差を有する２相パルス信号を生成することができる。

このように、本実施例の回転角度検出装置１は、回転子（回転体）１２の回転角度に応じて出力が変化するとともに、それぞれ位相の異なる作動信号（検出信号）ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−を出力する状態で配設されている複数のホール素子（回転検出手段）１１ｕ、１１ｖの出力する複数の作動信号ＨＵ＋／ＨＵ−、ＨＶ＋／ＨＶ−の振幅値を合わせる補正を行って第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal´と実際のアナログホール信号ＨＶreal（補正信号）として出力する第１自動振幅調整部(振幅調整手段）３と、複数の第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal´と実際のアナログホール信号ＨＶreal（補正信号）補正信号のうち、２つを相互に加減算して、相互に直交する２つのベクトル成分信号としてベクトル成分信号Ｖｘpre、Ｖｙpreを生成するベクトル生成部（ベクトル生成手段）４と、２つの前記ベクトル成分信号Ｖｘpre、Ｖｙpreの振幅を合わせる補正を行って補正後ベクトル成分信号としてベクトルＸ軸成分Ｖｘ、ベクトルY軸成分Ｖｙを出力する第２自動振幅調整部（振幅補正手段）５と、２つの補正後ベクトル成分信号であるベクトルＸ軸成分Ｖｘ、ベクトルY軸成分Ｖｙによって表されるベクトルに基づいて、回転子１２の回転角度を探索して検出角度を出力する回転角度探索手段としてのベクトル回転演算部６と角度探索部７と、を備えている。

したがって、第１自動振幅調整部３と第２自動振幅調整部５を従来の回転角度検出装置に設けて、簡単な演算処理を行うことで、回転角度を検出することができ、組付後の出力信号の校正処理を行うことなく、安価かつ正確に回転軸の回転角度を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、回転子１２の回転角度を回転角度検出部で検出して該回転子１２を回転制御し、該回転子１２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、上記回転角度検出装置１を適用している。

したがって、簡単な演算処理を行うことで、回転角度を検出することができ、組付後の出力信号の校正処理を行うことなく、安価かつ正確に回転軸の回転角度を検出することができ、画像処理を安価かつ適切に行うことができる。

さらに、本実施例の回転角度検出装置１は、回転子（回転体）１２の回転角度に応じて出力が変化するとともに、それぞれ位相の異なる作動信号（検出信号）を出力する状態で配設されている複数のホール素子（回転検出手段）１１ｕ、１１ｖの出力する複数の前記作動信号の振幅値を合わせる補正を行って第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal´と実際のアナログホール信号ＨＶreal（補正信号）として出力する振幅調整処理ステップと、複数の前記第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal´と実際のアナログホール信号ＨＶreal（補正信号）のうち、２つを相互に加減算して、相互に直交する２つのベクトル成分信号Ｖｘpre、Ｖｙpreを生成するベクトル生成処理ステップと、２つの前記ベクトル成分信号Ｖｘpre、Ｖｙpreの振幅を合わせる補正を行って補正後ベクトル成分信号としてベクトルＸ軸成分Ｖｘ、ベクトルY軸成分Ｖｙを出力する振幅補正処理ステップと、２つの前記補正後ベクトル成分信号としてベクトルＸ軸成分Ｖｘ、ベクトルY軸成分Ｖｙによって表されるベクトルに基づいて、前記回転子１２の回転角度を探索して検出角度を出力する回転角度探索処理ステップと、を有する回転角度検出方法を実行している。

したがって、簡単な演算処理を行うことで、回転角度を検出することができ、組付後の出力信号の校正処理を行うことなく、安価かつ正確に回転軸の回転角度を検出することができ、画像処理を安価かつ適切に行うことができる。

また、本実施例の回転角度検出装置１は、前記第１自動振幅調整部（振幅調整手段）３が、複数の実際のアナログホール信号ＨＵrealのうち、１つの実際のアナログホール信号ＨＵrealを基準検出信号として、該基準検出信号のピーク値をホールドして基準ピーク値として出力するピークホールド回路（基準ピークホールド手段）３２ｂと、前記基準検出信号以外の実際のアナログホール信号ＨＵrealの振幅を、ゲイン調整信号（調整値）に基づいて調整して第１振幅調整後アナログホール信号（調整後検出信号）ＨＵreal’を出力する可変ゲインアンプ（信号振幅調整手段）３１と、第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal’のピーク値をホールドして調整後ピーク値として出力するピークホールド回路（ピークホールド手段）３２ａと、前記基準ピーク値と第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal’のピーク値を比較して、その差分を前記調整値として、該第１振幅調整後アナログホール信号ＨＵreal’に対応する可変ゲインアンプ３１に出力する比較器（調整値決定手段）３３と、を備えている。

したがって、ベクトルの回転演算を用いた角度検出を、回路規模の小さな回路で効率的に行うことができる。その結果、組付後の出力信号の校正処理を行うことなく、より安価かつ正確に回転軸の回転角度を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、前記第２自動振幅調整部（振幅補正手段）５が、２つのベクトル成分信号Ｖｘpre、Ｖｙpreの振幅を、所定の基準振幅出力制御電圧（基準電圧）Ａに合わせる補正を行って、前記ベクトルＸ軸成分Ｖｘ、ベクトル成分信号Ｖｙ（補正後ベクトル成分信号）として出力する。

したがって、より一層簡単な回路構成で、ベクトル成分信号Ｖｘpre、Ｖｙpreの振幅を合わせることができ、組付後の出力信号の校正処理を行うことなく、より安価かつ正確に回転軸の回転角度を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、前記第２自動振幅調整部（振幅補正手段）５が、２つのベクトル成分信号Ｖｘpre、Ｖｙpreの振幅を、それぞれ出力制御電圧（補正値）ΔＡｘ、ΔＡｙに基づいて補正してベクトル成分信号（補正後ベクトル成分信号）Ｖｘ、Ｖｙを出力する可変ゲインアンプ（信号振幅補正手段）５１ａ、５１ｂと、前記各ベクトル成分信号Ｖｘ、Ｖｙのピーク値をホールドして補正後ピーク値として出力するピークホールド回路（ピークホールド手段）５２ａ、５２ｂと、基準電圧（基準振幅を示す基準振幅値）Ａと前記各ベクトル成分信号Ｖｘ、Ｖｙの補正後ピーク値を比較して、その差分である出力制御電圧ΔＡｘ、ΔＡｙを前記ゲイン調整信号（補正値）として、該ベクトル成分信号Ｖｘ、Ｖｙに対応する可変ゲインアンプ５１ａ、５１ｂに出力する比較器（補正値決定手段）５３ａ、５３ｂと、を備えている。

したがって、より一層簡単な回路構成で、ベクトル成分信号Ｖｘpre、Ｖｙpreの振幅を合わせることができ、組付後の出力信号の校正処理を行うことなく、より安価かつ正確に回転軸の回転角度を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、前記回転角度探索手段は、第２自動振幅調整部５の出力する２つのベクトル成分信号Ｖｘ、Ｖｙによって表されるベクトルと基準正弦波である正弦（ｓｉｎ）データ、余弦（ｃｏｓ）データとを乗算するベクトル回転演算部（乗算手段）６と、複数の乗算結果同士を加減算することで前記ベクトルを回転変換して、変換Ｘ軸成分Ｖｘ’、変換Ｙ軸成分Ｙ’で表される回転変換ベクトルを生成するベクトル回転演算部（回転変換ベクトル生成手段）６と、前記回転変換ベクトル（Ｖｘ’、Ｖｙ’）を２つの基準ベクトル（Ｘ軸±α）で表される基準ベクトル幅内に位置するまで回転させて、該回転の回転量を前記回転子１２の回転角度として探索して前記検出角度信号を出力する角度探索部（探索手段）７と、を備えている。

したがって、より一層簡単な回路構成で、回転子１２の角度検出を行うことができ、組付後の出力信号の校正処理を行うことなく、より安価かつ正確に回転軸の回転角度を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、ベクトル回転演算部６の乗算部（乗算手段）６１が、抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ回路（Ｒ−２Ｒラダー方式乗算型デジタル／アナログ変換回路）６１ａであり、その回転変換ベクトル生成手段が、加減算アンプ（加減算増幅器）６３、６４である。

したがって、デジタル／アナログ変換と乗算処理を同時に行うことができ、コストを削減することができるとともに、抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ回路６１ａをＩＣ化することで、高精度の演算処理を行うことができる。その結果、より安価かつより正確に回転軸の回転角度を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、前記乗算部６１の算出した前記乗算結果の符号を切り替えてベクトル回転演算部６に出力する符号調整スイッチ部（符号切替手段）６２を、さらに備えている。

したがって、乗算部６１における４象限乗算を簡単で安価な回路構成で行うことができ、より安価かつより正確に回転体の回転角度を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、前記回転変換ベクトル生成手段であるベクトル回転演算部６が、前記ベクトルを予め設定されている最小設定角度ずつ回転変換させて変換Ｘ軸成分Ｖｘ’、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’を生成し、前記探索手段である角度探索部７が、変換Ｘ軸成分Ｖｘ’、変換Ｙ軸成分Ｖｙ’が前記最小設定角度を有する２つの前記基準ベクトルであるＸ軸±αで表される基準ベクトル幅内に位置するまでベクトル回転演算部６によって回転させて、該回転の回転量を前記回転子１２の回転角度として探索している。

したがって、角度検出におけるチャタリングの発生を防止しつつ、正確かつ容易に回転体の回転角度を検出することができる。

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 差動部
２ａ、２ｂ 差動アンプ
３ 第１自動振幅調整部
４ ベクトル生成部
４ａ 減算アンプ
４ｂ 加算アンプ
５ 第２自動振幅調整部
５ａ、５ｂ 第２自動振幅調整部
６ ベクトル回転演算部
７ 角度探索部
８ ２相パルス生成部
９ 回転行列係数出力部
１０ ＤＣブラシレスモータ
１１ 回転検出部
１１ｕ、１１ｖ、１１ｗ ホール素子（回転検出手段）
１２ 回転子
１３ コイル
１４ 端子
３１ 可変ゲインアンプ
３２ａ、３２ｂ ピークホールド回路
３３ 比較器
５１ａ、５１ｂ 可変ゲインアンプ
５２ａ、５２ｂ ピークホールド回路
５３ａ、５３ｂ 比較器
５４ａ、５４ｂ 基準振幅値出力部
６１ 乗算部
６１ａ 抵抗ラダー方式乗算型ＤＡＣ回路
ＳＷ０〜ＳＷn-2 スイッチ
６２ 符号調整スイッチ部
６３、６４ 加減算アンプ
７１、７２ 比較器
７３ 繰り返しカウンタ
８１ ビット取得部
８２ パルス生成部
９１ データ整形演算部
９２ 不揮発性メモリ
９３ 符号調整信号生成部
ｃｌｋ クロック信号
ｆｓ トリガ

特開２００４−３２５１４０号公報

Claims (10)

1. 回転体の回転角度に応じて出力が変化するとともに、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の出力する複数の前記検出信号のうち、第１の検出信号に基づく信号のピーク値が第２の検出信号のピーク値と一致するように補正を行って補正信号として出力する振幅調整手段と、
   複数の前記補正信号のうち、２つを相互に加減算して、相互に直交する２つのベクトル成分信号を生成するベクトル生成手段と、
   ２つの前記ベクトル成分信号によって表されるベクトルに基づいて、前記回転体の回転角度を探索して検出角度を出力する回転角度探索手段と、
   を備えていることを特徴とする回転角度検出装置。
2. 前記振幅調整手段は、
   複数の前記検出信号のうち、前記第２の検出信号を基準検出信号として、該基準検出信号のピーク値をホールドして基準ピーク値として出力する基準ピークホールド手段と、
   前記第１の検出信号の振幅を、調整値に基づいて調整して調整後検出信号を出力する信号振幅調整手段と、
   前記調整後検出信号のピーク値をホールドして調整後ピーク値として出力するピークホールド手段と、
   前記基準ピーク値と前記調整後検出信号の前記調整後ピーク値を比較して、その差分を前記調整値として、該調整後検出信号に対応する前記信号振幅調整手段に出力する調整値決定手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項１記載の回転角度検出装置。
3. 回転体の回転角度に応じて出力が変化するとともに、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の出力する複数の前記検出信号の振幅値を合わせる補正を行って補正信号として出力する振幅調整手段と、
   複数の前記補正信号のうち、２つを相互に加減算して、相互に直交する２つのベクトル成分信号を生成するベクトル生成手段と、
   ２つの前記ベクトル成分信号のうち、第１のベクトル成分信号に基づく信号のピーク値が第２のベクトル成分信号のピーク値と一致するように振幅を合わせる補正を行って補正後ベクトル成分信号として出力する振幅補正手段と、
   ２つの前記補正後ベクトル成分信号によって表されるベクトルに基づいて、前記回転体の回転角度を探索して検出角度を出力する回転角度探索手段と、
   を備えていることを特徴とする回転角度検出装置。
4. 前記振幅補正手段は、
   ２つの前記ベクトル成分信号の振幅を、それぞれ補正値に基づいて補正して前記補正後ベクトル成分信号を出力する信号振幅補正手段と、
   前記補正後ベクトル成分信号のピーク値をホールドして補正後ピーク値として出力するピークホールド手段と、
   所定の基準振幅を示す基準振幅値と前記補正後ベクトル成分信号の前記補正後ピーク値を比較して、その差分を前記補正値として、該補正後ベクトル成分信号に対応する前記信号振幅補正手段に出力する補正値決定手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項３記載の回転角度検出装置。
5. 前記回転角度探索手段は、
   前記振幅補正手段の出力する２つの前記補正後ベクトル成分信号によって表されるベクトルと基準正弦波とを乗算する乗算手段と、
   前記乗算手段による複数の乗算結果同士を加減算することで前記ベクトルを回転変換して、回転変換ベクトルを生成する回転変換ベクトル生成手段と、
   前記回転変換ベクトルを２つの基準ベクトルで表される基準ベクトル幅内に位置するまで回転させて、該回転の回転量を前記回転体の回転角度として探索して前記検出角度を出力する探索手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の回転角度検出装置。
6. 前記回転角度検出装置は、
   前記乗算手段の算出した前記乗算結果の符号を切り替えて前記回転変換ベクトル生成手段に出力する符号切替手段を、さらに備えていることを特徴とする請求項５記載の回転角度検出装置。
7. 前記回転変換ベクトル生成手段は、
   前記ベクトルを予め設定されている最小設定角度ずつ回転変換させて前記回転変換ベクトルを生成し、
   前記探索手段は、
   前記回転変換ベクトルが前記最小設定角度を有する２つの前記基準ベクトルで表される基準ベクトル幅内に位置するまで前記回転変換ベクトル生成手段によって回転させて、該回転の回転量を前記回転体の回転角度として探索することを特徴とする請求項５または請求項６記載の回転角度検出装置。
8. 前記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７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。
9. 回転体の回転角度に応じて出力が変化するとともに、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の出力する複数の前記検出信号の振幅値を合わせる補正を行って補正信号として出力する振幅調整処理ステップと、
   複数の前記補正信号のうち、２つを相互に加減算して、相互に直交する２つのベクトル成分信号を生成するベクトル生成処理ステップと、
   ２つの前記ベクトル成分信号の振幅を合わせる補正を行って補正後ベクトル成分信号として出力する振幅補正処理ステップと、
   ２つの前記補正後ベクトル成分信号によって表されるベクトルに基づいて、前記回転体の回転角度を探索して検出角度を出力する回転角度探索処理ステップと、
   を有していることを特徴とする回転角度検出方法。
10. 回転体の回転角度に応じて出力が変化するとともに、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の出力する複数の前記検出信号の振幅値を合わせる補正を行って補正信号として出力する振幅調整ステップと、
    複数の前記補正信号のうち、２つを相互に加減算して、相互に直交する２つのベクトル成分信号を生成するベクトル生成ステップと、
    ２つの前記ベクトル成分信号のうち、第１のベクトル成分信号に基づく信号のピーク値が第２のベクトル成分信号のピーク値と一致するように振幅を合わせる補正を行って補正後ベクトル成分信号として出力する振幅補正ステップと、
    ２つの前記補正後ベクトル成分信号によって表されるベクトルに基づいて、前記回転体の回転角度を探索して検出角度を出力する回転角度探索ステップと、
    を有していることを特徴とする回転角度検出方法。

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