JPH06281514A - Optical torque detector - Google Patents

Optical torque detector

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JPH06281514A
JPH06281514A JP9091693A JP9091693A JPH06281514A JP H06281514 A JPH06281514 A JP H06281514A JP 9091693 A JP9091693 A JP 9091693A JP 9091693 A JP9091693 A JP 9091693A JP H06281514 A JPH06281514 A JP H06281514A
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slit
outputs
receiving element
track
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Hiroyasu Noguchi
廣康 野口
Masaaki Takagi
正明 高木
Shin Odajima
慎 小田島
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Nidec Copal Corp
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Abstract

PURPOSE:To improve the detection accuracy of an optical torque detector and stabilize the operation. CONSTITUTION:Constituted are of a tortion bar 3 connecting two revolution shafts 1, 2, a pair of revolution slit plates 4, 5 fixed to each revolution axes 1, 2 and facing to each other, a light emitting element 8 and a light receiving element 7 arranged face to face over the pair, and a processing circuit 50 for detecting the relative twist of the two revolution shafts 1, 2 based on the output of the light receiving element 7. The light receiving element 7 has 4 light reception region A RA, B RB in total separated it each two in the radial direction and the circumferential direction. The processing circuit 50 adds and processes the output form the two light reception regions on the same track and every track with adding amplifiers 51, 52. The result of addition is processed by difference with a differential amplifier 53 to detect a twist torque.

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
された入力軸と出力軸の相対的な回転捩れ量を光学的に
検出する装置に関する。かかる光学式回転トルク検出装
置は、例えば自動車の電動パワーステアリング等に応用
される。
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 a device that optically detects a relative rotational twist amount between an input shaft and an output shaft connected by a torsion bar. Such an optical rotational torque detecting device is applied to, for example, an electric power steering of an automobile.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、回転トルク検出装置としてはスト
レインゲージとスリップリングを用いる構造、ポテンシ
ョメータとスリップリングを用いる構造、回転軸の捩れ
変位に基くインダクタンスの変化を検出する構造等が知
られている。しかしながら、第1番目の構造ではストレ
インゲージを回転軸へ取り付ける際熟練を要する為量産
性に問題がある。加えて、スリップリングが接触式であ
る為耐久性に乏しい。第2番目の構造ではポテンショメ
ータが接点としてブラシを使用している為耐久性及び振
動や衝撃による接点の安定性に問題がある。第3番目の
構造は非接触方式である為耐久性については問題がない
が、磁気インダクタンスの検出を利用している関係上周
囲からの影響を受け易く、所定のシールド対策を施すと
装置が大型化するという欠点がある。加えてこれらの従
来方式ではトルク情報のみしか得られず回転情報を得る
為には別の検出装置が必要であった。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a rotational torque detecting device, a structure using a strain gauge and a slip ring, a structure using a potentiometer and a slip ring, a structure for detecting a change in inductance based on a torsional displacement of a rotating shaft, etc. are known. . However, the first structure requires a skill to attach the strain gauge to the rotary shaft, which causes a problem in mass productivity. In addition, since the slip ring is a contact type, it has poor durability. In the second structure, since the potentiometer uses a brush as a contact, there is a problem in durability and stability of the contact due to vibration or shock. The third structure is a non-contact type, so there is no problem in terms of durability, but it is easily affected by the surroundings due to the fact that it uses the detection of magnetic inductance. It has the drawback of becoming In addition, in these conventional methods, only the torque information is obtained, and another detection device is required to obtain the rotation information.

【0003】これらの従来方式とは別に、トルク情報と
回転情報の両者を同時に検出可能な光学式の回転トルク
検出装置が知られており、例えば特開昭63−2844
42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101,1
02を互いに連結するトーションバー103を備えてい
る。夫々の回転軸101,102には互いに対面する一
対の回転スリット板104,105が取り付けられてい
る。この対を介して発光素子106及び受光素子107
が対向配置されている。受光素子の出力に基いて二本の
回転軸101,102の相対的な捩れが検出される。
In addition to these conventional systems, there is known an optical type rotary torque detecting device capable of simultaneously detecting both torque information and rotation information, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-2844.
No. 42 publication. As shown in FIG. 8, the conventional optical rotation torque detecting device has two rotary shafts 101, 1
A torsion bar 103 is provided for connecting the 02 to each other. A pair of rotary slit plates 104 and 105 facing each other are attached to the rotary shafts 101 and 102, respectively. Through this pair, the light emitting element 106 and the light receiving element 107
Are opposed to each other. A relative twist between the two rotary shafts 101 and 102 is detected based on the output of the light receiving element.

【0004】図9は一対の回転スリット板104,10
5の各々に形成されたスリットパタン形状を示してい
る。上側の回転スリット板104の表面には周方向に沿
って所定のピッチでスリット孔106が形成されてい
る。同様に、下側のスリット板105にも同一の周期で
スリット孔107が形成されている。一対の回転軸10
1,102間に相対的な捩れ変位がない中立状態ではス
リット孔106,107は互いに整合しており発光素子
106からの透過光量が最大になる。一方、両回転軸間
に相対的な捩れ変位が発生した場合にはスリット孔10
6,107が互いにずれる為実効的なスリット開口面積
が減少し透過光量が減る。受光素子107は受光量変化
に比例した検出信号を出力し捩れ情報が得られる。又、
一対の回転軸101,102がトーションバー103に
より連結した状態で一体となって回転すると一対のスリ
ット板104,105もこれに応じて回転する。この
時、スリット孔106,107は全周に沿って配置され
ているので、その通過に伴ない受光素子107の受光量
が断続的に変化する。その変化をモニタする事により回
転情報も併せて得られる。
FIG. 9 shows a pair of rotary slit plates 104 and 10.
5 shows the slit pattern shape formed on each of Nos. 5 and 5. On the surface of the upper rotary slit plate 104, slit holes 106 are formed at a predetermined pitch along the circumferential direction. Similarly, slit holes 107 are formed in the lower slit plate 105 at the same cycle. A pair of rotating shafts 10
In the neutral state where there is no relative twist displacement between the first and second slits 102, the slit holes 106 and 107 are aligned with each other, and the amount of light transmitted from the light emitting element 106 is maximized. On the other hand, when a relative torsional displacement is generated between both rotary shafts, the slit hole 10
Since 6, 107 are displaced from each other, the effective slit opening area is reduced and the amount of transmitted light is reduced. The light receiving element 107 outputs a detection signal proportional to a change in the amount of received light, and twist information can be obtained. or,
When the pair of rotary shafts 101 and 102 are connected together by the torsion bar 103 and integrally rotate, the pair of slit plates 104 and 105 also rotate accordingly. At this time, since the slit holes 106 and 107 are arranged along the entire circumference, the amount of light received by the light receiving element 107 changes intermittently with the passage thereof. By monitoring the change, rotation information can also be obtained.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】図8及び図9に示した
従来の光学式回転トルク検出装置では、一対のスリット
板の相対的な回転変位を光量変化としてそのままトルク
検出に利用している。しかしながら、この方法だと発光
素子の温度依存性や寿命劣化等による発光量変化をその
ままトルク変化として捕えてしまい、様々な変動要因に
より検出誤差が生じるという課題がある。又、スリット
板の回転に伴ない透過光量が断続的に変化する為受光素
子の出力に回転リップルが発生する。安定的なトルク検
出を行なう為にはこの回転リップルを抑制する必要があ
る。従来、このリップルを除去する為複数のスリット孔
を透過した光を同時に受光検出していた。この為発光素
子及び受光素子の有効面積の大きなものが必要となり製
造コスト上不利になるという課題がある。逆に、発光素
子及び受光素子の有効面積を大きくしない場合には、ス
リット孔の配列ピッチを縮小する必要がある。この場合
にはトーションバーの応力歪を小さくして最大捩れ変位
量を縮小する必要がある。微小変化を検出する事になる
ので測定精度が悪化するという課題がある。
In the conventional optical rotational torque detecting device shown in FIGS. 8 and 9, the relative rotational displacement of the pair of slit plates is directly used for torque detection as a light amount change. However, this method has a problem in that a change in the amount of emitted light due to temperature dependence of the light emitting element, deterioration of life, etc. is directly captured as a torque change, and a detection error occurs due to various fluctuation factors. Further, since the amount of transmitted light changes intermittently with the rotation of the slit plate, rotational ripple occurs in the output of the light receiving element. It is necessary to suppress this rotational ripple in order to perform stable torque detection. Conventionally, in order to remove this ripple, the light transmitted through a plurality of slit holes is detected at the same time. Therefore, a large effective area is required for the light emitting element and the light receiving element, which is disadvantageous in terms of manufacturing cost. On the contrary, when the effective areas of the light emitting element and the light receiving element are not increased, it is necessary to reduce the arrangement pitch of the slit holes. In this case, it is necessary to reduce the stress strain of the torsion bar to reduce the maximum torsional displacement amount. Since a minute change is detected, there is a problem that measurement accuracy deteriorates.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は光学式回転トルク検出装置の検出誤
差を抑制するとともに、回転リップルによる出力変動を
除去して安定したトルク検出を可能にする事を目的とす
る。かかる目的を達成する為に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
基本的な構成要素として、二本の回転軸を連結するトー
ションバーと、夫々が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、この対を介して互いに対向配
置された発光素子及び受光素子と、受光素子の出力に基
いて二本の回転軸の相対的な捩れを検出する処理回路と
を備えている。本発明の特徴事項として、一方の回転ス
リット板は、最大トルク時における片側捩れ量の4倍以
上に相当する幅を1周期としてその1/2周期分のスリ
ット孔を等間隔で全周に渡って2トラック分具備してい
る。他方の回転スリット板は、前記スリット孔に対し各
トラック逆方向に1/4周期分だけ位相のずれたスリッ
ト孔を全周に沿って2トラック具備している。受光素子
は径方向及び周方向(回転方向)に2個ずつ計4分割さ
れた受光領域を有している。個々の受光領域は(n+1
/2)周期(但し、nは整数)に等しい周方向幅を有し
ている。かかる構成において、前記処理回路は同一トラ
ック上の2個の受光領域からの出力をトラック毎に加算
処理し、その加算結果の差分処理により捩れトルクを検
出している。又、この処理回路は同一トラック上の2個
の受光領域からの出力を互いに比較処理して同時に回転
検出を行なっている。さらに処理回路は全受光領域から
の出力の総和を常に一定に保持する様に発光素子を制御
している。
In view of the above-mentioned problems of the prior art, the present invention suppresses the detection error of the optical rotational torque detecting device and eliminates the output fluctuation due to the rotational ripple to achieve stable torque detection. The purpose is to enable. The following measures have been taken in order to achieve this object. That is, the optical rotational torque detection device according to the present invention has, as its basic components, a torsion bar that connects two rotating shafts, and a pair of rotating slit plates that are fixed to the rotating shafts and face each other. A light emitting element and a light receiving element which are arranged to face each other via this pair, and a processing circuit which detects a relative twist of the two rotary shafts based on the output of the light receiving element. As one of the features of the present invention, one rotating slit plate has a slit width corresponding to four times or more of the amount of twist on one side at the time of maximum torque as one cycle, and slit holes for half the cycle are equally spaced all around. It has 2 tracks. The other rotary slit plate is provided with two slit holes, which are out of phase with each other in the track reverse direction by 1/4 cycle, along the entire circumference. The light receiving element has a light receiving region which is divided into two in two in the radial direction and the circumferential direction (rotational direction). Each light receiving area is (n + 1
/ 2) The width in the circumferential direction is equal to the period (where n is an integer). In such a configuration, the processing circuit adds the outputs from the two light receiving regions on the same track for each track, and detects the torsion torque by the difference processing of the addition result. Further, this processing circuit compares outputs from two light receiving areas on the same track with each other and simultaneously detects rotation. Further, the processing circuit controls the light emitting element so that the total sum of the outputs from all the light receiving areas is always kept constant.

【0007】[0007]

【作用】本発明によれば、2本のトラックのうち一方に
沿って配列した2個の受光領域からの出力を加算処理し
ている。この出力は互いに相補的に変化し加算結果は一
定のレベルを有する信号となる。このレベルは例えば捩
れ量に応じて増大する。又、他方のトラックに沿って配
列した2個の受光領域からの出力も加算される。この出
力も互いに相補的であり加算結果は所定のレベルを有す
る。このレベルは逆に捩れ変化に応じて減少する。従っ
て、両加算結果は差動的に変化し差分処理を行なう事に
より捩れトルクを安定且つ高精度に検出できる。上述し
た様に同一トラック上の2個の受光領域からの出力は互
いに相補的である。従ってこれを比較処理すると回転に
応じたパルス信号が得られ、容易に回転情報の検出を行
なう事が可能になる。加えて、全受光領域からの出力の
総和を常に一定に保持する様に発光素子の自動光量制御
を行なう事により一層の動作安定化が図れる。
According to the present invention, the outputs from the two light receiving regions arranged along one of the two tracks are added. These outputs change complementarily to each other, and the addition result becomes a signal having a constant level. This level increases, for example, according to the amount of twist. Further, the outputs from the two light receiving regions arranged along the other track are also added. This output is also complementary to each other, and the addition result has a predetermined level. On the contrary, this level decreases in accordance with the change in twist. Therefore, both addition results change differentially, and the torsion torque can be detected stably and highly accurately by performing the difference processing. As described above, the outputs from the two light receiving areas on the same track are complementary to each other. Therefore, when this is compared, a pulse signal corresponding to the rotation is obtained, and the rotation information can be easily detected. In addition, the operation is further stabilized by automatically controlling the light amount of the light emitting element so that the total sum of the outputs from all the light receiving regions is always kept constant.

【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ブロック図である。本
装置は入力軸1と出力軸2を互いに回動可能に連結する
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が取り付けられている。同様
に、出力軸2の連結部端面には出力側スリット板5が取
り付けられている。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。入力側スリット板4の下側に
は固定マスク板6を介して受光素子7が配置している。
出力側スリット板5の上側には受光素子7と対向する様
に発光素子8が固定配置されている。受光素子7には処
理回路50が接続されており、その出力に基いて一対の
入力軸1、出力軸2の相対的な捩れを検出する。併せ
て、回転検出も行なう様にしている。
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 block diagram showing the basic configuration of an optical rotational torque detecting device according to the present invention. The device comprises a torsion bar 3 which connects an input shaft 1 and an output shaft 2 to each other so as to be rotatable. An input side slit plate 4 is attached to the end surface of the connecting portion of the input shaft 1. Similarly, an output side slit plate 5 is attached 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 receiving element 7 is arranged below the input side slit plate 4 via a fixed mask plate 6.
A light emitting element 8 is fixedly arranged on the upper side of the output side slit plate 5 so as to face the light receiving element 7. A processing circuit 50 is connected to the light receiving element 7, and the relative twist of the pair of input shaft 1 and output shaft 2 is detected based on the output thereof. At the same time, rotation detection is also performed.

【0009】本発明の特徴事項として、出力側スリット
板5は、最大トルク時における片側捩れ量の4倍以上に
相当する幅(両側捩れ量の2倍以上に相当する幅)を1
周期Tとしてその1/2周期分の幅を有するスリット孔
を等間隔で全周に渡って2トラック分具備している。入
力側スリット板4は、出力側スリット孔に対し各トラッ
ク逆方向に1/4周期分だけ位相のずれたスリット孔を
全周に渡って2トラック具備している。受光素子7はス
リット板の径方向及び周方向(回転方向)に2個ずつ計
4分割された受光領域A,RA,B,RBを有してい
る。個々の受光領域は(n+1/2)周期に等しい周方
向幅を有している。処理回路50は、同一トラック上の
2個の受光領域からの出力をトラック毎に加算処理し、
その加算結果の差分処理により捩れトルクを検出してい
る。具体的には、外側トラック上に位置する2個の受光
領域A,RAからの出力(以下出力を示す参照記号は対
応する受光領域の参照記号と同一のものを用いる)を、
加算増幅器51により加算処理する。内側トラック上に
位置する2個の受光領域B,RBからの出力は加算増幅
器52により互いに加算処理される。これらの加算結果
(A+RA)と(B+RB)は差動増幅器53により差
分処理され、捩れトルクを表わすトルク信号出力が得ら
れる。又、外側トラック上の2個の受光領域A,RAか
らの出力は差動増幅器54により互いに比較処理され、
A相出力が得られる。同様に、内側トラック上に位置す
る2個の受光領域B,RBからの出力は差動増幅器55
により互いに比較処理されB相出力が得られる。一対の
A相出力とB相出力は回転信号出力を構成し、入力軸
1、出力軸2の一体的な回転量及び回転方向が検出でき
る。さらに、加算増幅器51,52の出力は後段の加算
増幅器56により互いに足し合わされる。加算増幅器5
6の出力段には発光素子制御器57が接続されており、
全受光領域A,RA,B,RBからの出力の総和を常に
一定に保持する様に発光素子8を自動光量制御してい
る。
As a feature of the present invention, the output side slit plate 5 has a width corresponding to four times or more the one-sided twist amount at the maximum torque (a width corresponding to two or more the two-sided twist amount).
As a cycle T, slit holes having a width of ½ of the cycle T are provided at equal intervals over the entire circumference for two tracks. The input side slit plate 4 is provided with two tracks over the entire circumference of which slit holes are out of phase with the output side slit holes in the opposite direction of each track by ¼ cycle. The light receiving element 7 has light receiving areas A, RA, B, and RB divided into two in the radial direction and the circumferential direction (rotational direction) of the slit plate. Each light receiving region has a circumferential width equal to (n + 1/2) period. The processing circuit 50 adds the outputs from the two light receiving regions on the same track for each track,
The torsion torque is detected by the difference processing of the addition result. Specifically, the outputs from the two light receiving areas A and RA located on the outer track (the reference symbols indicating the outputs are the same as the reference symbols of the corresponding light receiving areas)
The addition amplifier 51 performs addition processing. The outputs from the two light receiving regions B and RB located on the inner track are added together by the adding amplifier 52. The addition result (A + RA) and (B + RB) are subjected to a difference process by the differential amplifier 53, and a torque signal output representing a torsion torque is obtained. Further, the outputs from the two light receiving regions A and RA on the outer track are compared with each other by the differential amplifier 54,
A phase output is obtained. Similarly, the outputs from the two light receiving regions B and RB located on the inner track are the differential amplifier 55.
Are compared with each other to obtain a B-phase output. The pair of A-phase output and B-phase output constitutes a rotation signal output, and the integrated rotation amount and rotation direction of the input shaft 1 and the output shaft 2 can be detected. Further, the outputs of the summing amplifiers 51 and 52 are added to each other by the summing amplifier 56 in the subsequent stage. Summing amplifier 5
A light emitting element controller 57 is connected to the output stage of 6,
The light amount of the light emitting element 8 is automatically controlled so that the total sum of the outputs from all the light receiving regions A, RA, B and RB is always kept constant.

【0010】次に、図2ないし図5を参照して主要構成
部品の具体例を詳細に説明する。先ず最初に、図2は出
力側スリット板5のスリットパタン形状を示す模式的な
部分平面図である。出力側スリット板5は周方向に沿っ
て二本のトラックを備えている。外側のトラックには所
定の周期Tでスリット孔11が全周に配列されている。
本例ではこの周期Tは最大トルク時における片側捩れ量
の4倍に相当する幅に設定されている。なお、これ以上
であっても良い。個々のスリット孔11はT/2に等し
い周方向幅寸法を有している。内側のトラックにも周期
Tでスリット孔12が全周配列されている。このスリッ
ト孔12もT/2に相当する周方向幅寸法を有してい
る。外側トラックのスリット孔11と内側トラックのス
リット孔12は同一位相で配列されている。
Next, specific examples of main components will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5. First of all, FIG. 2 is a schematic partial plan view showing the slit pattern shape of the output side slit plate 5. The output side slit plate 5 is provided with two tracks along the circumferential direction. Slit holes 11 are arranged on the outer track at a predetermined cycle T all around.
In this example, the period T is set to a width corresponding to four times the one-sided twist amount at the maximum torque. It may be more than this. Each slit hole 11 has a circumferential width dimension equal to T / 2. Slit holes 12 are arranged all around the inner track at a cycle T. This slit hole 12 also has a circumferential width dimension corresponding to T / 2. The outer track slit holes 11 and the inner track slit holes 12 are arranged in the same phase.

【0011】図3は入力側スリット板4のパタン形状を
示す模式的な部分平面図である。このスリット板4も周
方向に沿って二本のトラックを備えている。外側のトラ
ックには周期Tでスリット孔9が全周配列されている。
スリット孔9はT/2に相当する幅寸法を有している。
このスリット孔9は出力側スリット板5の対応するスリ
ット孔11に対してT/4分だけ反時計方向に位相がず
れている。内側トラックにも周期Tでスリット孔10が
全周配列されている。このスリット孔10はT/2の幅
寸法を有するとともに、出力側スリット板5の内側トラ
ックに形成された対応するスリット孔12に対し、時計
方向に位相がT/4だけずれている。
FIG. 3 is a schematic partial plan view showing the pattern shape of the input side slit plate 4. This slit plate 4 also has two tracks along the circumferential direction. On the outer track, slit holes 9 are arranged all around in a cycle T.
The slit hole 9 has a width dimension corresponding to T / 2.
This slit hole 9 is out of phase with the corresponding slit hole 11 of the output side slit plate 5 by T / 4 in the counterclockwise direction. Slit holes 10 are also arranged all around the inner track at a cycle T. This slit hole 10 has a width dimension of T / 2, and the phase thereof is shifted by T / 4 in the clockwise direction with respect to the corresponding slit hole 12 formed in the inner track of the output side slit plate 5.

【0012】図4は固定マスク板6のパタン形状を示す
模式的な平面図である。外側トラックに対応して透過パ
タン13,14が設けられている。又、内側トラックに
対応して透過パタン15,16が設けられている。透過
パタン13,14は周方向に沿って互いにT/2分だけ
位相がずれている。同様に、透過パタン15,16も互
いにT/2分だけ位相がずれている。一方、透過パタン
13,15は互いに同位相の関係にあり、透過パタン1
4,16も互いに同位相の関係にある。
FIG. 4 is a schematic plan view showing the pattern shape of the fixed mask plate 6. Transmission patterns 13 and 14 are provided corresponding to the outer tracks. Further, transmission patterns 15 and 16 are provided corresponding to the inner tracks. The transmission patterns 13 and 14 are out of phase with each other by T / 2 along the circumferential direction. Similarly, the transmission patterns 15 and 16 are also out of phase with each other by T / 2. On the other hand, the transmission patterns 13 and 15 have the same phase relationship with each other, and the transmission pattern 1 and
4 and 16 are also in phase with each other.

【0013】図5は受光素子7の4分割された受光領域
パタンを示す模式的な平面図である。図示する様に、受
光素子7は径方向及び周方向に2個ずつ計4分割された
受光領域17ないし20を有している。個々の受光領域
はT/2に等しいかそれ以上の周方向幅を有している。
本発明はこれに限られるものではなく、受光領域は一般
に(n+1/2)Tで表わされる周方向幅を有していれ
ば良い。一対の受光領域17,18は外側トラックに整
合して配列されており、各々出力A,RAを送出する。
他方の一対の受光領域19,20は内側トラックに整合
して配列されており、各々出力信号B,RBを送出す
る。図5と図4を比較すれば明らかな様に、マスクパタ
ン13は受光領域17に整合しており、マスクパタン1
4は受光領域18に整合しており、マスクパタン15は
受光領域19に整合しており、マスクパタン16は受光
領域20に整合している。
FIG. 5 is a schematic plan view showing a light receiving area pattern of the light receiving element 7 divided into four parts. As shown in the figure, the light receiving element 7 has light receiving regions 17 to 20 which are divided into two in the radial direction and the circumferential direction, respectively. Each light receiving region has a circumferential width equal to or greater than T / 2.
The present invention is not limited to this, and the light receiving region may have a circumferential width generally represented by (n + 1/2) T. The pair of light receiving regions 17 and 18 are arranged in alignment with the outer track and output outputs A and RA, respectively.
The other pair of light receiving areas 19 and 20 are arranged in alignment with the inner track, and output signals B and RB, respectively. As is clear from comparison between FIG. 5 and FIG. 4, the mask pattern 13 is aligned with the light receiving region 17, and the mask pattern 1
4 is aligned with the light receiving region 18, the mask pattern 15 is aligned with the light receiving region 19, and the mask pattern 16 is aligned with the light receiving region 20.

【0014】図6及び図7を参照して、図1に示した光
学式回転トルク検出装置の動作を詳細に説明する。図6
は、捩れ変位に伴なう入力側スリット板4、出力側スリ
ット板5、固定マスク板6の相対的な位置関係を示す模
式図である。(イ)に示した中立状態では捩れ量が0に
なっている。この時、外側トラックでは受光素子の左半
分領域で入力側スリット板のスリット孔9と出力側スリ
ット板のスリット孔11とがT/4分だけ重なり合いハ
ッチングで示す開口21が形成される。同様に、内側ト
ラックでは受光素子の右半分側領域で入力側スリット板
のスリット孔10と出力側スリット板のスリット孔12
とがT/4分だけ重なり合いハッチングで示す開口22
が形成される。図から理解される様に、内側と外側のト
ラックで開口21,22は互いに等しい面積を有してい
る。
The operation of the optical rotational torque detecting device shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7. Figure 6
FIG. 4 is a schematic diagram showing a relative positional relationship among the input side slit plate 4, the output side slit plate 5 and the fixed mask plate 6 due to the twist displacement. In the neutral state shown in (a), the amount of twist is zero. At this time, in the outer track, the slit hole 9 of the input side slit plate and the slit hole 11 of the output side slit plate overlap each other by T / 4 in the left half region of the light receiving element to form an opening 21 indicated by hatching. Similarly, in the inner track, the slit hole 10 of the input side slit plate and the slit hole 12 of the output side slit plate 12 in the right half side region of the light receiving element.
Opening 22 shown by hatching with and overlapping by T / 4 minutes
Is formed. As can be seen from the figure, the openings 21, 22 in the inner and outer tracks have equal areas.

【0015】次に(ロ)に示す様に、出力軸2に図面上
反時計方向へ回転トルクが加わるとトーションバー3が
捩られ、入力側スリット板4と出力側スリット板5の相
対位置がシフトし、検出トルクの限界まで回転した
(ロ)の状態では前述した外側トラックの開口21はT
/2分まで拡大した開口23となる。一方、内側トラッ
クの開口22は縮小してその面積が零になる。
Next, as shown in (b), when a rotational torque is applied to the output shaft 2 in the counterclockwise direction in the drawing, the torsion bar 3 is twisted, and the relative position of the input side slit plate 4 and the output side slit plate 5 is changed. In the state of (b) in which the gear is shifted and rotated to the limit of the detected torque, the opening 21 of the outer track described above is T
The opening 23 is enlarged to 1/2 minute. On the other hand, the opening 22 of the inner track is reduced so that its area becomes zero.

【0016】(ハ)に示す状態は、出力軸2に図面上時
計方向へ検出トルクの限界までトルクが加わった場合で
あり、トーションバー3が捩られ入力側スリット板4と
出力側スリット板5の相対位置がずれる。この結果、
(イ)に示した中立状態における外側トラックの開口2
1は消滅する。一方中立状態における内側トラックの開
口22はT/2分まで拡大された開口24となる。
The state shown in (c) is when the torque is applied to the output shaft 2 in the clockwise direction in the drawing to the limit of the detected torque, and the torsion bar 3 is twisted and the input side slit plate 4 and the output side slit plate 5 are twisted. The relative position of shifts. As a result,
The outer track opening 2 in the neutral state shown in (a)
1 disappears. On the other hand, the opening 22 of the inner track in the neutral state becomes the opening 24 enlarged to T / 2 minutes.

【0017】図7は入力側スリット板4と出力側スリッ
ト板5が相対的な位置関係を保ったまま回転した場合に
おける各受光領域からの出力を示した波形図である。な
お、図7の(イ),(ロ),(ハ)は図6の(イ),
(ロ),(ハ)に夫々対応している。(イ)に示す中立
状態で一対のスリット板が一体となって回転すると、外
側のトラックから互いに相補的な出力A,RAが得られ
る。この一対の出力は互いに位相が逆の関係にある。こ
の出力は開口21の通過に伴ない周期的に変動する。両
出力A,RAは互いに相補的である為その加算結果A+
RAは所定の直流電圧レベルVAを有する。この電圧レ
ベルVAは開口21の面積に比例している。同様に、内
側のトラックから互いに相補的な一対の出力B,RBが
得られる。その加算結果B+RBも開口22の面積に応
じた所定の直流電圧レベルVBを有する。中立状態では
内側トラックの開口21と外側トラックの開口22が等
しい面積を有している。従ってVA,VBを差分処理し
た結果は0レベルの直流電圧となり中立状態が検出され
る。なお、(イ)の波形から明らかな様に、出力RAと
Aの差分処理を施すと回転に応じたパルス信号が得られ
A相出力となる。同様に、出力Bと出力RBの差分処理
を施す事により回転に応じたパルス信号が得られB相出
力になる。A相出力とB相出力は互いに位相がT/4分
だけずれている為、回転量のみならず回転方向も検出す
る事ができる。
FIG. 7 is a waveform diagram showing the output from each light receiving region when the input side slit plate 4 and the output side slit plate 5 rotate while maintaining the relative positional relationship. In addition, (a), (b), and (c) of FIG. 7 are (a) and (b) of FIG.
It corresponds to (b) and (c) respectively. When the pair of slit plates integrally rotate in the neutral state shown in (a), complementary outputs A and RA are obtained from the outer tracks. The pair of outputs are in opposite phase to each other. This output changes periodically as it passes through the opening 21. Since both outputs A and RA are complementary to each other, the addition result A +
RA has a predetermined DC voltage level VA. This voltage level VA is proportional to the area of the opening 21. Similarly, a pair of outputs B and RB complementary to each other are obtained from the inner track. The addition result B + RB also has a predetermined DC voltage level VB according to the area of the opening 22. In the neutral state, the inner track opening 21 and the outer track opening 22 have the same area. Therefore, the result of the differential processing of VA and VB becomes a DC voltage of 0 level, and the neutral state is detected. As is apparent from the waveform (a), when the difference processing of the outputs RA and A is performed, a pulse signal corresponding to the rotation is obtained and the A phase output is obtained. Similarly, a pulse signal corresponding to the rotation is obtained by performing a difference process between the output B and the output RB, and a B-phase output is obtained. Since the A-phase output and the B-phase output are out of phase with each other by T / 4, not only the rotation amount but also the rotation direction can be detected.

【0018】(ロ)の状態では外側トラックの開口23
が最大範囲まで拡大している。従って大きな振幅を有す
る出力A,RAが得られる。この一対の出力を加算処理
する事により開口23の面積に応じた直流電圧VAが得
られる。一方内側トラックの開口は消滅している。従っ
て、出力B,RBは略0レベルに近く、加算結果B+R
Bも0レベルに近い出力電圧VBを有している。両加算
結果の差分処理を行なう事により捩れ量に応じたトルク
信号出力が得られる。
In the state of (b), the opening 23 of the outer track
Has expanded to the maximum range. Therefore, outputs A and RA having a large amplitude are obtained. The direct current voltage VA corresponding to the area of the opening 23 is obtained by adding the pair of outputs. On the other hand, the inner track opening has disappeared. Therefore, the outputs B and RB are close to 0 level, and the addition result B + R
B also has an output voltage VB close to 0 level. By performing difference processing of both addition results, a torque signal output according to the amount of twist can be obtained.

【0019】(ハ)の状態では外側トラックの開口が略
消滅し、内側トラックの開口24が拡大している。従っ
て外側トラックの出力A,RAは略0レベルに近く、加
算結果も0レベルに近い電圧VAとなっている。一方、
内側トラックからの出力B,RBはその振幅が増大して
いる。加算結果B+RBの直流電圧レベルVBも増大す
る。両加算結果の差分をとる事により捩れ量に応じたト
ルク信号出力が得られる。このトルク信号出力の極性に
より捩れ方向を検出する事ができる。
In the state of (c), the opening of the outer track almost disappears and the opening 24 of the inner track is enlarged. Therefore, the outputs A and RA of the outer tracks are close to the 0 level, and the addition result is the voltage VA close to the 0 level. on the other hand,
The amplitudes of the outputs B and RB from the inner track are increasing. The DC voltage level VB of the addition result B + RB also increases. By taking the difference between both addition results, a torque signal output according to the amount of twist can be obtained. The twisting direction can be detected by the polarity of the torque signal output.

【0020】以上の様にトルク変化に対応して加算出力
が変動し、且つA相とB相が逆方向へ変化する事を利用
して補償する事ができるので、安定したトルク情報が得
られる。又、各波形を比較する事により回転情報も得る
事ができる。さらに全波形の加算出力が一定となる様に
発光素子を制御する事により温度や回転速度等に影響さ
れなくなる。
As described above, since it is possible to compensate by utilizing the fact that the addition output fluctuates corresponding to the torque change and the A phase and the B phase change in opposite directions, stable torque information can be obtained. . Also, rotation information can be obtained by comparing the waveforms. Further, by controlling the light emitting element so that the added output of all the waveforms becomes constant, the temperature and the rotation speed are not affected.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、一
対のスリット板に相対位置の変化を生じさせ、これによ
り透過光量を変化させている。この光量変化を4分割し
た受光領域にて検出し且つ加算処理及び差分処理を施す
事により精度良く安定したトルクの測定が非接触で可能
になるという効果が得られる。加えて、エンコーダとし
ても機能するので精度良く安定した回転情報も同時に得
る事ができるという効果がある。
As described above, according to the present invention, the relative position is changed in the pair of slit plates, thereby changing the transmitted light amount. By detecting this change in the amount of light in the four-divided light receiving regions and performing addition processing and difference processing, it is possible to obtain an effect that accurate and stable torque measurement can be performed without contact. In addition, since it also functions as an encoder, it is possible to obtain accurate and stable rotation information at the same time.

【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
本的な構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an optical rotational torque detection device according to the present invention.

【図2】出力側スリット板のパタン形状を示す部分平面
図である。
FIG. 2 is a partial plan view showing a pattern shape of an output side slit plate.

【図3】入力側スリット板のパタン形状を示す部分平面
図である。
FIG. 3 is a partial plan view showing a pattern shape of an input side slit plate.

【図4】固定マスク板のパタン形状を示す平面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view showing a pattern shape of a fixed mask plate.

【図5】受光素子の分割領域を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a divided region of a light receiving element.

【図6】図1に示した光学式回転トルク検出装置の動作
説明図である。
FIG. 6 is an operation explanatory diagram of the optical rotation torque detection device shown in FIG. 1.

【図7】同じく図1に示した光学式回転トルク検出装置
の動作波形図である。
FIG. 7 is an operation waveform diagram of the optical rotation torque detection device shown in FIG.

【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に示した従来構造に組み込まれる一対のス
リット板を示す模式的な斜視図である。
9 is a schematic perspective view showing a pair of slit plates incorporated in the conventional structure 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 固定マスク板 7 受光素子 8 発光素子 9 スリット孔 10 スリット孔 11 スリット孔 12 スリット孔 50 処理回路 1 input shaft 2 output shaft 3 torsion bar 4 input side slit plate 5 output side slit plate 6 fixed mask plate 7 light receiving element 8 light emitting element 9 slit hole 10 slit hole 11 slit hole 12 slit hole 50 processing circuit

Claims (3)

【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、この対を介して互いに対向配置された発
光素子及び受光素子と、受光素子の出力に基いて二本の
回転軸の相対的な捩れを検出する処理回路とからなる光
学式回転トルク検出装置において、 一方の回転スリット板は、最大トルク時における片側捩
れ量の4倍以上に相当する幅を1周期としてその1/2
周期分のスリット孔を等間隔で全周に沿って2トラック
分具備しており、 他方の回転スリット板は、該スリット孔に対し各トラッ
ク逆方向に1/4周期分だけ位相のずれたスリット孔を
全周に沿って2トラック具備しており、 前記受光素子は、径方向及び周方向に2個ずつ計4分割
された受光領域を有しており、個々の受光領域は(n+
1/2)周期(但し、nは整数)に等しい周方向幅を有
しており、 前記処理回路は、同一トラック上の2個の受光領域から
の出力をトラック毎に加算処理し、その加算結果の差分
処理により捩れトルクを検出する事を特徴とする光学式
回転トルク検出装置。
1. A torsion bar connecting two rotary shafts, a pair of rotary slit plates fixed to the rotary shafts and facing each other, and a light emitting element and a light receiving element which are arranged to face each other with the pair interposed therebetween. In the optical rotational torque detecting device including a processing circuit that detects a relative twist of two rotary shafts based on the output of the light receiving element, one rotary slit plate has a twist amount of 4 on one side at the maximum torque. One-half the width corresponding to more than twice the half
The slit holes for the period are provided at equal intervals for two tracks along the entire circumference, and the other rotating slit plate is a slit whose phase is shifted by ¼ period in the track reverse direction with respect to the slit hole. The light receiving element has two tracks along the entire circumference, and the light receiving element has a light receiving area divided into two in the radial direction and two in the circumferential direction, and each light receiving area is (n +
½) (where n is an integer) has a width in the circumferential direction, and the processing circuit adds the outputs from two light receiving regions on the same track for each track, and adds the outputs. An optical rotational torque detecting device characterized by detecting a twisting torque by difference processing of the result.
【請求項2】 前記処理回路は、同一トラック上の2個
の受光領域からの出力を互いに比較処理して回転検出を
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 optical rotary torque detecting device according to claim 1, wherein the processing circuit performs rotation detection by comparing outputs from two light receiving areas on the same track with each other.
【請求項3】 前記処理回路は、全受光領域からの出力
の総和を常に一定に保持する様に発光素子を制御する事
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。
3. The optical rotational torque detecting device according to claim 1, wherein the processing circuit controls the light emitting element so as to always keep a total sum of outputs from all light receiving regions constant.
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