JPH06258154A - Optical rotary-torque detector - Google Patents

Optical rotary-torque detector

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Publication number
JPH06258154A
JPH06258154A JP7522193A JP7522193A JPH06258154A JP H06258154 A JPH06258154 A JP H06258154A JP 7522193 A JP7522193 A JP 7522193A JP 7522193 A JP7522193 A JP 7522193A JP H06258154 A JPH06258154 A JP H06258154A
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JP
Japan
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slit
light receiving
rotary
pair
optical
Prior art date
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Pending
Application number
JP7522193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shin Odajima
慎 小田島
Masaaki Takagi
正明 高木
Hiroyasu Noguchi
廣康 野口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec Copal Corp
Original Assignee
Nidec Copal Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nidec Copal Corp filed Critical Nidec Copal Corp
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Abstract

PURPOSE:To suppress the rotating ripples of an optical rotary-torque detector. CONSTITUTION:This optical rotary-torque detector has a torsion bar 3, which links two rotary shafts 1 and 2, a pair of opposedly placed rotary slit plates 4 and 5, which are fixed to the respective rotary shafts 1 and 2, a light emitting element 6, which is arranged at one surface side of the pair, and a photodetector 7, which is arranged at the other surface side of the pair, receives the transmitted light and detects the relative torsions of two rotary shafts 1 and 2. The slit plate 4 has a track slit holes 8, which are aligned in the circumferential direction at an equal angle. The individual slit hole 8 has the spiral shape, which is expressed by the expression R=atheta<1/2> (a: constant) when the radius from the center O of the rotary slit plate is made to be R and the angle is made to be theta. The track has the width in the radial direction including just the integer number of the spiral-shaped slit holes 8. The other slit plate has the slit holes in the spiral shape by the same way.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光学式回転トルク検出装
置に関する。より詳しくは、トーションバーにより連結
された一対の回転軸端部に固着した一対の回転スリット
板と、発光素子及び受光素子との組み合わせからなる光
学式回転トルク検出装置に関する。かかる光学式回転ト
ルク検出装置は例えば電動パワーステアリング等に組み
込まれる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical rotary torque detecting device. More specifically, the present invention relates to an optical rotary torque detection device including a pair of rotary slit plates fixed to a pair of rotary shaft ends connected by a torsion bar, and a light emitting element and a light receiving element. Such an optical rotational torque detecting device is incorporated in, for example, an electric power steering system.

【0002】[0002]

【従来の技術】上述した構造を有する光学式回転トルク
検出装置は、例えば特開昭63−284442号公報に
開示されている。図8に示す様に、従来の光学式回転ト
ルク検出装置は二本の回転軸101,102を互いに連
結するトーションバー103と、夫々の回転軸101,
102に固定され互いに対面する一対の回転スリット板
104,105と、この対の一面側に配置された発光素
子106と、この対の他面側に配置され透過光を受光し
て二本の回転軸101,102の相対的な捩れを検出す
る受光素子107とを備えている。
2. Description of the Related Art An optical rotary torque detecting device having the above structure is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-284442. As shown in FIG. 8, a conventional optical rotational torque detecting device includes a torsion bar 103 that connects two rotating shafts 101 and 102 to each other, and a rotating bar 101 and a rotating bar 101, respectively.
A pair of rotary slit plates 104 and 105 fixed to the pair 102 and facing each other, a light emitting element 106 arranged on one surface side of the pair, and a transmitted light received on the other surface side of the pair to rotate two It is provided with a light receiving element 107 that detects a relative twist of the shafts 101 and 102.

【0003】図9は一対の回転スリット板104,10
5に形成されたスリットパタンを示す模式的な斜視図で
ある。上側の回転スリット板104には周方向全周に沿
って所定のピッチで略矩形のスリット孔108が形成さ
れている。同じく、下側の回転スリット板105の周方
向全周に沿って同一形状同一ピッチのスリット孔109
が形成されている。一対の回転軸に相対的な捩れが発生
していない中立状態では、上側のスリット孔108と下
側のスリット孔109は完全に整合している。従って、
透過光量は最大になる。両回転軸間に捩れが発生すると
一対の回転スリット板104,105の間に相対的変位
が生じスリット孔108と109は互いにずれる。この
為透過光量は減少する。捩れ量に応じて透過光量が変化
するので、受光素子107の出力に基き捩れ検出を行な
う事ができる。
FIG. 9 shows a pair of rotary slit plates 104 and 10.
6 is a schematic perspective view showing a slit pattern formed in FIG. The upper rotary slit plate 104 has substantially rectangular slit holes 108 formed at a predetermined pitch along the entire circumference. Similarly, the slit holes 109 having the same shape and the same pitch are formed along the entire circumference in the circumferential direction of the lower rotary slit plate 105.
Are formed. In the neutral state where relative twist is not generated in the pair of rotation shafts, the upper slit hole 108 and the lower slit hole 109 are completely aligned. Therefore,
The amount of transmitted light is maximum. When a twist occurs between both rotary shafts, relative displacement occurs between the pair of rotary slit plates 104 and 105, and the slit holes 108 and 109 are displaced from each other. Therefore, the amount of transmitted light is reduced. Since the amount of transmitted light changes according to the amount of twist, the twist can be detected based on the output of the light receiving element 107.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】二本の回転軸101,
102が一定の捩れ関係で一体的に回転している時受光
素子の受光量にリップルが発生する。この回転リップル
は誤差原因となる為抑制する必要がある。回転リップル
を抑えるには、複数のスリット孔を透過した光を同時に
検出する必要から、受光素子の周方向幅寸法を少くとも
スリット孔の配列ピッチ以上とする関係を要する。この
為には、受光素子及び発光素子の周方向幅寸法に対しス
リット孔の配列ピッチを十分小さくしなければならな
い。しかしながら、スリット孔ピッチを縮小すると、一
対の回転スリット板による最大捩れ角検出範囲が小さく
なる為測定精度が悪化するという課題がある。逆に、ス
リット孔ピッチに比べて相対的に受光素子及び発光素子
の寸法を大きくすると、面積が増大し部品コストが高く
なるという問題が発生する。かかる従来技術の課題に鑑
み、本発明はスリット孔ピッチよりも小さな周方向幅寸
法を有する受光素子及び発光素子を使用可能とする光学
式回転トルク検出装置を提供する事を目的とする。
Two rotary shafts 101,
When 102 rotates integrally with a certain twist relationship, a ripple occurs in the amount of light received by the light receiving element. Since this rotation ripple causes an error, it needs to be suppressed. In order to suppress the rotational ripple, it is necessary to simultaneously detect the light that has passed through the plurality of slit holes, so that the circumferential width of the light receiving element must be at least equal to the pitch of the slit holes. For this purpose, the arrangement pitch of the slit holes must be made sufficiently small with respect to the circumferential width dimension of the light receiving element and the light emitting element. However, if the slit hole pitch is reduced, the maximum twist angle detection range of the pair of rotary slit plates becomes smaller, which causes a problem that measurement accuracy deteriorates. On the contrary, if the dimensions of the light receiving element and the light emitting element are relatively increased as compared with the slit hole pitch, there arises a problem that the area increases and the cost of parts increases. In view of the problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide an optical rotational torque detection device that can use a light receiving element and a light emitting element having a circumferential width dimension smaller than a slit hole pitch.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決し本発明の目的を達成する為、以下の手段を講
じた。即ち、本発明にかかる光学式回転トルク検出装置
は、その基本的構成要素として、二本の回転軸を連結す
るトーションバーと、夫々の回転軸に固定され互いに対
面する一対の回転スリット板と、この対の一面側に配置
された発光素子と、この対の他面側に配置され透過光を
受光して二本の回転軸の相対的な捩れを検出する受光素
子とを備えている。本発明の特徴事項として、各回転ス
リット板は等角度で周方向に配列したスリット孔からな
るトラックを有する。個々のスリット孔はスリット板中
心からの半径R、角度θとした時以下の関係式で表わさ
れるうず巻形状を有する。又、該トラックは丁度整数本
のうず巻形状スリット孔を含む径方向幅を有する。
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art and achieve the object of the present invention, the following means were taken. That is, the optical rotational torque detecting device according to the present invention has, as its basic constituent elements, a torsion bar connecting two rotating shafts, and a pair of rotating slit plates fixed to the respective rotating shafts and facing each other, The light emitting element is arranged on one surface side of the pair, and the light receiving element is arranged on the other surface side of the pair and receives transmitted light to detect a relative twist of the two rotating shafts. As a feature of the present invention, each rotary slit plate has a track composed of slit holes arranged at equal angles in the circumferential direction. Each slit hole has a spiral shape represented by the following relational expression when the radius R from the slit plate center and the angle θ are set. Also, the track has a radial width that includes just an integer number of spiral-shaped slit holes.

【数2】 [Equation 2]

【0006】好ましくは、前記受光素子は径方向に分割
された一対の受光領域を有し、両回転スリット板の相対
的変位による受光量変化が一方の受光領域で増加となり
他方の受光領域で減少となる様にして、両受光領域から
の出力の差分に基き捩れ検出を行なう。さらに好ましく
は、分割された各受光領域をうず巻形状スリットと略平
行な斜線でさらに2分割し、該再分割された領域からの
出力を互いに差分処理して回転検出も行なう様にしてい
る。この場合、受光素子は径方向幅寸法に比べて周方向
幅寸法が著しく小さい長手形状を有し、略径方向に4分
割した受光領域を備える様にしても良い。なお、全受光
領域からの出力の和が一定となる様に発光素子の自動光
量制御を行なっても良い。
Preferably, the light receiving element has a pair of light receiving areas divided in the radial direction, and a change in the amount of light received by the relative displacement of both rotary slit plates increases in one light receiving area and decreases in the other light receiving area. Thus, the twist detection is performed based on the difference between the outputs from both light receiving regions. More preferably, each of the divided light receiving areas is further divided into two by diagonal lines substantially parallel to the spiral-shaped slit, and outputs from the redivided areas are subjected to difference processing to detect rotation. In this case, the light receiving element may have a longitudinal shape in which the width dimension in the circumferential direction is significantly smaller than the width dimension in the radial direction, and may be provided with a light receiving region divided into four substantially in the radial direction. Note that automatic light amount control of the light emitting element may be performed so that the sum of the outputs from all the light receiving regions becomes constant.

【0007】[0007]

【作用】本発明によれば回転スリット板は等角度ピッチ
で周方向に配列したうず巻形状のスリット孔からなるト
ラックを有している。このトラックは丁度整数本のうず
巻形状スリット孔を含む様にその径方向幅が設定されて
いる。この径方向幅に合わせて受光素子の寸法を設定す
ると、該ピッチより周方向幅の狭い受光領域を有する受
光素子であっても該整数本のうず巻形状スリット孔を包
含する事ができる。この際、うず巻形状は上記式に示す
特定の関係を満たしており、受光素子に入射する透過光
を規制するスリット孔の実効開口面積総和は、スリット
板の回転位置に関わらず一定となる。従って、受光素子
の周方向幅寸法をスリット孔の配列ピッチに比べて小さ
く設定しても、受光量の回転リップルが発生しない。
According to the present invention, the rotary slit plate has a track consisting of spiral-shaped slit holes arranged in the circumferential direction at an equal angular pitch. The radial width of this track is set so as to include just an integer number of spiral-shaped slit holes. When the size of the light receiving element is set according to the radial width, the integer number of spiral slit holes can be included even in a light receiving element having a light receiving region whose circumferential width is narrower than the pitch. At this time, the spiral shape satisfies the specific relationship shown in the above formula, and the total effective opening area of the slit holes that regulate the transmitted light entering the light receiving element is constant regardless of the rotational position of the slit plate. Therefore, even if the circumferential width of the light receiving element is set smaller than the arrangement pitch of the slit holes, the rotational ripple of the light receiving amount does not occur.

【0008】[0008]

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図1は本発明にかかる光学式回転トル
ク検出装置の基本的な構成を示す模式図である。(A)
に示す様に、本光学式回転トルク検出装置は、入力軸1
と出力軸2とを互いに連結するトーションバー3を備え
ている。入力軸1の連結部端面には入力側スリット板4
が固定されている。出力軸2の連結部端面にも出力側ス
リット板5が固定されている。これら一対のスリット板
4,5は互いに対面配置されている。出力側スリット板
5の上方には発光素子6が固定配置されている。入力側
スリット板4の下方には受光素子7が固定配置されてお
り、発光素子6と対向している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of an optical rotational torque detecting device according to the present invention. (A)
As shown in FIG.
And a torsion bar 3 connecting the output shaft 2 to each other. The input side slit plate 4 is provided on the end face of the connecting portion of the input shaft 1.
Is fixed. The output side slit plate 5 is also fixed to the end surface of the connecting portion of the output shaft 2. The pair of slit plates 4 and 5 are arranged to face each other. A light emitting element 6 is fixedly arranged above the output side slit plate 5. A light receiving element 7 is fixedly arranged below the input side slit plate 4 and faces the light emitting element 6.

【0009】(B)はスリット板4のパタン形状を示す
平面図である。なお、他方のスリット板5も同様のパタ
ン形状を有している。図示する様に、スリット板4は等
角度ピッチで周方向に配列した複数のスリット孔8から
なるトラックを有している。個々のスリット孔8は所定
の関係式で表わされるうず巻形状を有している。該トラ
ックの径方向幅に整合して受光素子7が配置している。
図から明らかな様に、この受光素子7の周方向幅寸法は
スリット孔8の配列ピッチに比べて小さい。しかしなが
ら、この受光素子7の受光領域は丁度整数本(図示の場
合には2本)のうず巻形状スリット孔8を包含してい
る。
FIG. 1B is a plan view showing the pattern shape of the slit plate 4. The other slit plate 5 also has a similar pattern shape. As shown in the figure, the slit plate 4 has a track composed of a plurality of slit holes 8 arranged in the circumferential direction at an equal angular pitch. Each slit hole 8 has a spiral shape represented by a predetermined relational expression. The light receiving element 7 is arranged so as to match the radial width of the track.
As is apparent from the figure, the circumferential width of the light receiving element 7 is smaller than the arrangement pitch of the slit holes 8. However, the light-receiving area of the light-receiving element 7 includes just an integral number (two in the illustrated case) of spiral-shaped slit holes 8.

【0010】スリット板4の回転中心Oからの半径をR
とし規準回転位置P0 からの角度をθとした時、スリッ
ト孔8のうず巻形状8aは以下の関係式を満たす様に設
定されている。
The radius from the rotation center O of the slit plate 4 is R
When the angle from the standard rotation position P 0 is θ, the spiral shape 8a of the slit hole 8 is set so as to satisfy the following relational expression.

【数3】 同様に、うず巻形状8bはスリット孔8の幅角度θ1
け規準回転位置P0 からずれた規準回転位置P1 を規準
として上記関係式を満たしている。他のすべてのスリッ
ト孔8も同様に、上記関係式を満たす様に等角度ピッチ
で配列されている。すべてのスリット孔8のうず巻形状
が、上記関係式を満たす事により、受光素子7に入射す
る透過光を制限するスリット孔8の開口面積の総和はス
リット板4の回転位置に関わらず、以下の関係式で示す
様に一定となる。従って本発明によれば受光量の回転リ
ップルが発生しない。
[Equation 3] Similarly, the spiral shape 8b satisfies the above relational expression with the standard rotational position P 1 deviated from the standard rotational position P 0 by the width angle θ 1 of the slit hole 8 as a standard. Similarly, all the other slit holes 8 are also arranged at equal angular pitches so as to satisfy the above relational expression. When the spiral shape of all the slit holes 8 satisfies the above relational expression, the sum of the opening areas of the slit holes 8 that restrict the transmitted light entering the light receiving element 7 is as follows regardless of the rotational position of the slit plate 4. It becomes constant as shown by the relational expression. Therefore, according to the present invention, the rotational ripple of the received light amount does not occur.

【数4】 上記関係式中、θ1 はスリット孔8の幅角度を示し、D
は受光素子7の幅角度を表わし、nは径方向トラック幅
に含まれるスリット孔の本数を示している。
[Equation 4] In the above relational expression, θ 1 represents the width angle of the slit hole 8, and D
Represents the width angle of the light receiving element 7, and n represents the number of slit holes included in the radial track width.

【0011】図2は入射側スリット板に形成されたスリ
ット孔(以下入射側スリット孔と呼ぶ)と出射側スリッ
ト板に形成されたスリット孔(以下出射側スリット孔と
呼ぶ)の相対的位置関係の具体例を示す模式図である。
本例では、捩れトルクを差動検出する為、内側及び外側
の二本のトラックを備えている。入射側スリット孔8は
二本のトラックに対して共通に設けられている。一方、
出射側スリット孔9は外側トラックと内側トラックに区
分されている。外側トラックの出射側スリット孔9は入
射側スリット孔8に対して位相が1/4ピッチ分だけ反
時計方向にずれている。一方、内側トラックの出射側ス
リット孔9は入射側スリット孔8に対して時計方向に1
/4ピッチ分だけ位相がずれている。この様に、内側ト
ラックと外側トラックでは位相が互いに逆の関係になっ
ている。入射側スリット孔8と出射側スリット孔9の重
なった部分が個々の開口10を形成する。個々の開口1
0の面積は入射側スリット板と出射側スリット板の相対
的な変位に応じて変化する。
FIG. 2 shows a relative positional relationship between a slit hole formed in the entrance side slit plate (hereinafter referred to as an entrance side slit hole) and a slit hole formed in the exit side slit plate (hereinafter referred to as an exit side slit hole). It is a schematic diagram which shows the specific example of.
In this example, two tracks, an inner track and an outer track, are provided for differentially detecting the torsional torque. The incident side slit hole 8 is commonly provided for the two tracks. on the other hand,
The exit side slit hole 9 is divided into an outer track and an inner track. The phase of the exit side slit hole 9 of the outer track is shifted from the entrance side slit hole 8 by ¼ pitch in the counterclockwise direction. On the other hand, the exit side slit hole 9 of the inner track is set to 1 in the clockwise direction with respect to the entrance side slit hole 8.
The phase is shifted by / 4 pitch. In this way, the phases of the inner track and the outer track are opposite to each other. The overlapping portions of the entrance slit holes 8 and the exit slit holes 9 form individual openings 10. Individual openings 1
The area of 0 changes according to the relative displacement of the entrance side slit plate and the exit side slit plate.

【0012】受光素子7は径方向に沿って外側トラック
と内側トラックに対応して分割された一対の受光領域
(A+RA),(B+RB)を有している。上述したト
ラック間における逆位相の関係に従い、両スリット板の
相対的変位による受光量変化が、一方の受光領域で増加
となり他方の受光領域で減少となる様に設定されてい
る。従って、外側受光領域の出力(A+RA)と内側受
光領域の出力(B+RB)の差分をとる事により捩れト
ルク検出を行なう事ができる。以下、説明を簡略化する
為、受光領域とその出力を同一の参照符号で示す事にす
る。外側の受光領域(A+RA)は、うず巻形状スリッ
ト孔8,9と略平行な斜線でさらに2分割されている。
この再分割された領域A,RAからの出力は互いに相補
的な関係にある。従って、再分割された領域からの出力
A,RAを互いに差分処理してA相信号を得る事ができ
回転検出に使用される。同様に、内側受光領域もうず巻
形状スリット孔と略平行な斜線でさらに2分割されてい
る。この再分割された領域B,RBからの出力を互いに
差分処理してB相信号を得る事ができる。この信号も回
転検出に利用される。さらに、一対のA相信号及びB相
信号の位相関係より回転方向検出を可能とする。
The light receiving element 7 has a pair of light receiving regions (A + RA) and (B + RB) divided in the radial direction so as to correspond to the outer track and the inner track. According to the relationship of the opposite phases between the tracks described above, the change in the amount of received light due to the relative displacement of both slit plates is set to increase in one light receiving region and decrease in the other light receiving region. Therefore, the torsion torque can be detected by taking the difference between the output (A + RA) of the outer light receiving area and the output (B + RB) of the inner light receiving area. In the following, in order to simplify the description, the light receiving region and its output will be denoted by the same reference numeral. The light receiving area (A + RA) on the outer side is further divided into two by oblique lines substantially parallel to the spiral-shaped slit holes 8 and 9.
The outputs from the subdivided areas A and RA have a complementary relationship with each other. Therefore, the outputs A and RA from the subdivided area can be differentially processed to obtain an A-phase signal, which is used for rotation detection. Similarly, the inner light receiving area is further divided into two parts by diagonal lines substantially parallel to the spiral slit hole. The outputs from the subdivided areas B and RB can be subjected to the difference processing to obtain a B-phase signal. This signal is also used for rotation detection. Further, the rotation direction can be detected from the phase relationship between the pair of A-phase signal and B-phase signal.

【0013】本例の変形として、受光素子7の周方向幅
寸法を径方向幅寸法に比べて著しく小さくする事により
長手形状もしくは直線形状とする事もできる。この場合
には受光素子7を略径方向に4分割する事により、上述
した受光領域A,RA,B,RBを得る事ができる。
As a modification of this embodiment, the light receiving element 7 can be formed into a longitudinal shape or a linear shape by making the circumferential width dimension significantly smaller than the radial width dimension. In this case, the above-mentioned light receiving regions A, RA, B and RB can be obtained by dividing the light receiving element 7 into four substantially in the radial direction.

【0014】図3は、図2に示した具体例の改良を示す
模式図である。基本的には図2に示した具体例と同一の
形状を有しており、対応する部分には対応する参照番号
を付して理解を容易にしている。改良点は、外側トラッ
クの出射側スリット孔9が入射側スリット孔8に対して
位相が1/4ピッチ分だけ時計方向にずれ、一方内側ト
ラックの出射側スリット孔9が入射側スリット孔8に対
して反時計方向にずれている事である。この様に、ずれ
方向を図2に示した具体例と逆にすることによりスリッ
トエッジの尖っていない側で、入射側スリット孔8と出
射側スリット孔9が互いに重なり合う様にする事ができ
る。図2に示した例に比べ、例えばフォトエッチングに
よりスリット孔を形成した場合に発生するスリット孔エ
ッジ部の尖部の加工精度に起因する寸法誤差の影響を低
減する事ができる。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an improvement of the specific example shown in FIG. Basically, it has the same shape as the specific example shown in FIG. 2, and corresponding parts are given corresponding reference numerals to facilitate understanding. The improvement is that the exit side slit hole 9 of the outer track is shifted in phase clockwise from the entrance side slit hole 8 by a quarter pitch, while the exit side slit hole 9 of the inner track is shifted to the entrance side slit hole 8. On the other hand, it is offset counterclockwise. In this way, by reversing the shift direction from the specific example shown in FIG. 2, the incident side slit hole 8 and the emitting side slit hole 9 can be made to overlap each other on the side where the slit edges are not sharp. Compared to the example shown in FIG. 2, it is possible to reduce the influence of a dimensional error caused by the processing accuracy of the apex of the edge portion of the slit hole that occurs when the slit hole is formed by photoetching, for example.

【0015】図4は、図1に示した光学式回転トルク検
出装置に接続される処理回路の構成例を示すブロック図
である。前述した様に受光素子7は4個の受光領域A,
RA,B,RBに分割されている。各受光領域の出力が
処理回路20に入力される。一対の出力A,RAが加算
増幅器21により加算処理される。同様に一対の出力
B,RBが加算増幅器22により加算処理される。これ
ら加算結果(A+RA),(B+RB)は差動増幅器2
3により差分処理され捩れトルク量を表わすトルク信号
(A+RA)−(B+RB)が出力される。一対の出力
A,RAは差動増幅器24により差分処理されA相出力
(A−RA)が得られる。同様に一対の出力B,RBを
差動増幅器25により差分処理する事によりB相出力
(B−RB)が得られる。これらA相出力、B相出力は
回転量並びに回転方向を表わす信号出力である。加え
て、前述した加算増幅器21,22の加算結果は後段の
加算増幅器26によりさらに加算される。発光素子制御
器27はこの全受光領域加算結果(A+RA+B+R
B)が常に一定となる様に発光素子6を自動光量制御す
る。この結果、トルク信号出力の感度が温度等の影響に
より変動しない様にしてある。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of a processing circuit connected to the optical rotational torque detecting device shown in FIG. As described above, the light receiving element 7 has four light receiving areas A,
It is divided into RA, B, and RB. The output of each light receiving region is input to the processing circuit 20. The pair of outputs A and RA are added by the adding amplifier 21. Similarly, the pair of outputs B and RB are added by the adding amplifier 22. The addition result (A + RA), (B + RB) is the differential amplifier 2
Then, the torque signal (A + RA)-(B + RB) representing the amount of torsional torque is output by the difference processing by the signal No. 3. The pair of outputs A and RA are differentially processed by the differential amplifier 24 to obtain an A-phase output (A-RA). Similarly, a B-phase output (B-RB) is obtained by differentially processing the pair of outputs B and RB by the differential amplifier 25. These A-phase output and B-phase output are signal outputs indicating the rotation amount and the rotation direction. In addition, the addition results of the above-described addition amplifiers 21 and 22 are further added by the addition amplifier 26 in the subsequent stage. The light-emitting element controller 27 determines the total light-receiving area addition result (A + RA + B + R).
The light amount of the light emitting element 6 is automatically controlled so that B) is always constant. As a result, the sensitivity of the torque signal output does not change due to the influence of temperature and the like.

【0016】最後に図5ないし図7を参照して図4に示
した光学式回転トルク検出装置の動作を説明する。トー
ションバーの捩れにより入力側スリット板と出力側スリ
ット板の相対位置が変化した時、受光領域A,RAの出
力の和は増加し、受光領域B,RBの和は減少する。こ
の結果、図5に示す様な一対の加算出力(A+RA),
(B+RB)が得られる。両加算結果の差動増幅を行な
う事によりトルク信号を得る。両スリット板の相対的位
置が一定で回転している時には、(A+RA),(B+
RB)の各和は回転位置によらず一定値となる為、回転
によるトルク信号の変動を受けない。
Finally, the operation of the optical rotational torque detecting device shown in FIG. 4 will be described with reference to FIGS. When the relative position of the input side slit plate and the output side slit plate changes due to the torsion of the torsion bar, the sum of the outputs of the light receiving regions A and RA increases and the sum of the light receiving regions B and RB decreases. As a result, a pair of addition outputs (A + RA) as shown in FIG.
(B + RB) is obtained. A torque signal is obtained by performing differential amplification on the results of both additions. When the relative positions of both slit plates are constant and rotating, (A + RA), (B +
Since each sum of RB) has a constant value regardless of the rotational position, the torque signal does not change due to the rotation.

【0017】一方、スリット板が回転している間、4分
割された受光領域の各出力A,RA,B,RBは、図6
に示す様にスリット孔の通過周期に同期した交流信号と
なる。この際、出力A,RAは互いに逆相関係にある。
又、出力B,RBも互いに逆相関係にある。
On the other hand, while the slit plate is rotating, the outputs A, RA, B and RB of the four-divided light receiving areas are shown in FIG.
As shown in, the AC signal is synchronized with the passing period of the slit hole. At this time, the outputs A and RA are in opposite phase to each other.
Further, the outputs B and RB are also in antiphase relation with each other.

【0018】一対の出力A,RAの差動増幅を行なう事
により、図7に示す様なA相出力(A−RA)が得られ
る。同様に、一対の出力B,RBの差動増幅をとる事に
より図7に示す様なB相信号(B−RB)が得られる。
A相信号とB相信号は互いに位相が90°ずれている。
A相信号に対してB相信号が進相であるか遅相であるか
により回転方向が特定できる。又、A相信号あるいはB
相信号のピークを計数する事により回転量が測定でき
る。
By differentially amplifying the pair of outputs A and RA, an A-phase output (A-RA) as shown in FIG. 7 is obtained. Similarly, by differentially amplifying the pair of outputs B and RB, a B-phase signal (B-RB) as shown in FIG. 7 is obtained.
The A-phase signal and the B-phase signal are out of phase with each other by 90 °.
The rotation direction can be specified depending on whether the B-phase signal is the advanced phase or the delayed phase with respect to the A-phase signal. Also, A phase signal or B
The amount of rotation can be measured by counting the peaks of the phase signals.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、回
転スリット板に形成されるスリット孔を所定の関係式に
従ったうず巻形状とする事により、スリット孔ピッチに
対して小さな周方向幅寸法を有する受光素子を用いても
回転リップルを抑制する事ができ、安定したトルク出力
が得られるという効果がある。
As described above, according to the present invention, the slit hole formed in the rotary slit plate has a spiral shape according to a predetermined relational expression, so that the slit hole has a small circumference with respect to the slit hole pitch. Even if a light receiving element having a width dimension in the direction is used, it is possible to suppress the rotation ripple and obtain a stable torque output.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明にかかる光学式回転トルク検出装置の基
本的な構造を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic structure of an optical rotational torque detection device according to the present invention.

【図2】入射側スリット孔と出射側スリット孔の相対的
な配置関係を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a relative positional relationship between an entrance slit hole and an exit slit hole.

【図3】同じく入射側スリット孔と出射側スリット孔の
相対的な配置関係を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a relative positional relationship between an entrance slit hole and an exit slit hole.

【図4】図1に示した光学式回転トルク検出装置に接続
される処理回路の具体例を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a specific example of a processing circuit connected to the optical rotational torque detection device shown in FIG.

【図5】図4に示した処理回路の動作説明図である。5 is an explanatory diagram of the operation of the processing circuit shown in FIG.

【図6】同じく処理回路の動作波形図である。FIG. 6 is an operation waveform diagram of the processing circuit of the same.

【図7】同じく処理回路の動作波形図である。FIG. 7 is an operation waveform diagram of the processing circuit of the same.

【図8】従来の光学式回転トルク検出装置の一例を示す
模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a conventional optical rotation torque detection device.

【図9】図8に示した光学式回転トルク検出装置に組み
込まれるスリット板のパタン形状を示す斜視図である。
9 is a perspective view showing a pattern shape of a slit plate incorporated in the optical rotary torque detection device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力軸 2 出力軸 3 トーションバー 4 入力側スリット板 5 出力側スリット板 6 発光素子 7 受光素子 8 スリット孔 1 Input axis 2 Output axis 3 Torsion bar 4 Input side slit plate 5 Output side slit plate 6 Light emitting element 7 Light receiving element 8 Slit hole

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 二本の回転軸を連結するトーションバー
と、夫々の回転軸に固定され互いに対面する一対の回転
スリット板と、この対の一面側に配置された発光素子
と、この対の他面側に配置され透過光を受光して二本の
回転軸の相対的な捩れを検出する受光素子とを備えた光
学式回転トルク検出装置において、 各回転スリット板は等角度で周方向に配列したスリット
孔からなるトラックを有し、個々のスリット孔は回転ス
リット板中心からの半径R、角度θとした時以下の関係
式で表わされるうず巻形状を有し、該トラックは丁度整
数本のうず巻形状スリット孔を含む径方向幅を有する事
を特徴とする光学式回転トルク検出装置。 【数1】
1. A torsion bar connecting two rotary shafts, a pair of rotary slit plates fixed to the rotary shafts and facing each other, a light emitting element arranged on one surface side of the pair, and a pair of rotary slit plates of the pair. In an optical rotary torque detector equipped with a light receiving element that is arranged on the other surface side and receives transmitted light and detects the relative twist of the two rotary shafts, each rotary slit plate is equiangular in the circumferential direction. It has a track consisting of arrayed slit holes, and each slit hole has a spiral shape expressed by the following relational expression when the radius R from the center of the rotary slit plate and the angle θ are set, and the track is just an integer number. An optical rotational torque detecting device having a radial width including a spiral-shaped slit hole. [Equation 1]
【請求項2】 前記受光素子は径方向に分割された一対
の受光領域を有し、両回転スリット板の相対的変位によ
る受光量変化が一方の受光領域で増加となり他方の受光
領域で減少となる様にして、両受光領域からの出力の差
分に基き捩れ検出を行なう事を特徴とする請求項1記載
の光学式回転トルク検出装置。
2. The light receiving element has a pair of light receiving regions divided in a radial direction, and a change in the amount of received light due to relative displacement of both rotary slit plates increases in one light receiving region and decreases in the other light receiving region. The optical rotational torque detecting device according to claim 1, wherein twist detection is performed based on a difference between outputs from both light receiving regions.
【請求項3】 各受光領域をうず巻形状スリット孔と略
平行な斜線でさらに2分割し、該再分割された領域から
の出力を互いに差分処理して回転検出を行なう事を特徴
とする請求項2記載の光学式回転トルク検出装置。
3. A light receiving area is further divided into two parts by diagonal lines substantially parallel to the spiral-shaped slit holes, and outputs from the redivided areas are subjected to difference processing to detect rotation. Item 2. The optical rotation torque detection device according to item 2.
【請求項4】 受光素子は径方向幅寸法に比べて周方向
幅寸法が著しく小さい長手形状を有し、略径方向に4分
割した受光領域を有する事を特徴とする請求項3記載の
光学式回転トルク検出装置。
4. The optical element according to claim 3, wherein the light receiving element has a longitudinal shape having a width dimension in the circumferential direction which is significantly smaller than a width dimension in the radial direction and has a light receiving region divided into four substantially in the radial direction. Rotary torque detector.
【請求項5】 全受光領域からの出力の和が一定となる
様に発光素子を制御する事を特徴とする請求項2,3又
は4記載の光学式回転トルク検出装置。
5. The optical rotary torque detecting device according to claim 2, wherein the light emitting element is controlled so that the sum of the outputs from all the light receiving regions becomes constant.
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