旋转编码器的制作方法

本发明涉及旋转编码器，并且尤其是，尽管不是必须的，涉及用于根据手表表冠机构的角位置提供控制信号的旋转编码器。

背景技术：

1、在传统机械手表领域，手表的“表冠”是从手表边缘突出的按钮或旋钮，允许用户设置时间和日期以及控制其他功能。表冠固定在“杆”或轴上，杆或轴是连接表冠和内部机构的细长管。为了简洁起见，下文中使用的术语“表冠”是指传统表冠和杆的组合，除非另有说明。

2、智能手表是传统手表的高级迭代，当然包括更多特征，通常实现智能手机的许多功能。然而，许多此类智能手表的共同点是使用表冠型旋钮，允许用户访问和控制功能。表冠的优点在于，它不仅允许通过简单的按钮按压来控制某些“二进制”类型的操作，例如，开/关，它还可以通过旋转的方式用于滚动许多功能状态。因此，表冠的旋转可以用于通过滚动数字范围来设置时间、滚动菜单选项、缩放相机特征等。图1示意性地示出了包括显示器131和表冠110的智能手表130的主体。还示出了一系列图形用户界面(gui)屏幕132，其可被用于结合表冠(以及附图中未示出的可能的其他开关和旋钮)来控制智能手表。

3、为了执行操作，智能手表必须包括用于检测表冠绕其旋转轴线的角位置以及沿该轴的位置的装置。这种装置可以检测绝对位置以及旋转速度。这种装置通常被称为“旋转编码器”(有时称为“轴编码器”)。旋转编码器获得的测量值可被转换成模拟或数字输出以供进一步处理。旋转编码器可以包括一个或多个机械、光学、磁性和/或电容部件。例如，旋转编码器可以实现为机电设备。当然，在智能手表的背景下，旋转编码器的两个关键因素是小型化和成本。

4、图2示出了用于(i)测量经由杆111联接到手表的表冠110的旋转轴102的角位置和/或运动，以及(ii)检测旋转轴102的纵向运动的系统。系统150包括光学旋转编码器系统100、计算机系统154和显示器131，显示器由计算机系统154提供给它的显示控制信号156控制。例如，系统150可以用于控制诸如智能手表的电子设备。

5、插图图示a中示出了旋转轴102的端视图，从中可以看出，沿着轴的长度同轴地形成了多个槽104。旋转编码器100包括系统101，该系统具有至少一个可操作以生成光的光生成元件105，以及一对可操作以检测光并将检测到的光转换成信号的光检测元件106a、106b。显而易见，控制旋钮110的旋转产生旋转轴102的对应旋转，从而引起朝向光检测元件反射的光108a、108b的调制。由光检测元件106a、106b生成的电信号155被提供给计算机系统154，允许计算机系统解调信号，从而检测旋转轴102绕其轴线111a的旋转和位置。

6、系统150包括靠近旋转轴102的端部定位的开关接触机构152(例如，按钮机构)。此外，该系统包括弹簧元件151，其使旋转轴102偏离开关接触机构152。当用户没有按压控制旋钮110时，旋转轴102远离开关接触机构152定位，并且开关接触机构152保持电断开。当用户向内(例如，沿箭头158的方向)按压控制旋钮/表冠110时，旋转轴102压靠开关接触机构152，并使开关接触机构152电闭合。计算机系统154可以通过监测(例如，经由导线或柔性印刷电路板)控制信号153来检测开关接触机构152的打开和关闭，并相应地控制电子设备130的操作。

7、wo2019156629a1描述了对图1的旋转编码器的改进，其涉及通过在给定的轴向位置处围绕旋转轴102引入其他标记来替换开关接触机构152。当控制旋钮110处于其静止位置时，其位于轴的照明区域的外侧。然而，当压下旋钮时，其他标记会移动到该照明区域中，并产生反射光的调制，该反射光的调制可被光检测元件106a、106b和联接的计算机系统154检测到。例如，标记可以是与旋转轴线的其余部分的反射金属表面形成对比的暗带。wo2019156629a1的旋转编码器减少了总部件数量，因此提供了降低成本的可能性。

8、us20190317454a1还描述了一种适用于智能手表的旋转编码器。这种方法依赖于从手表转轴反射的光与光源光的相干混合来检测转轴的旋转。

9、诸如上面讨论的那些已知的旋转编码器相对复杂，因为它们使用许多部件，例如一个或多个光源和一个或多个光接收元件，它们需要相对于彼此精确对齐。尤其是具有精确标记的旋转轴线的构造可能非常复杂并且昂贵。

技术实现思路

1、在所附的权利要求中阐述了本发明的各个方面。

2、反射表面是基本连续和光滑的表面，使得方向根据部件的旋转方向在连续增加或减少的方向上变化。然而，可以在表面中提供一个或少量特征，以在表面中提供不连续性作为标记。

技术特征：

1.一种旋转编码器，用于根据可绕旋转轴线旋转的控制器的角位置提供控制信号，所述旋转编码器包括：

2.根据权利要求1所述的旋转编码器，其中，所述辐射源和检测器装置被配置为在基本上垂直于所述轴线的方向上将辐射导向所述目标区域，并且所述部件的反射表面围绕所述部件的周向区域延伸。

3.根据权利要求2所述的旋转编码器，其中，所述部件基本上是轴线偏离所述旋转轴线的圆形或椭圆形圆柱体的形式。

4.根据权利要求2所述的旋转编码器，其中，所述部件提供反射表面作为围绕所述旋转轴线的螺旋表面。

5.根据权利要求2所述的旋转编码器，其中，所述反射表面包括限定所述部件绕所述轴线旋转时所述距离的一个或多个不连续性的一个或多个特征。

6.根据权利要求5所述的旋转编码器，其中，该特征或每个特征由基本上平行于所述旋转轴线延伸的槽或脊提供。

7.根据权利要求1所述的旋转编码器，其中，所述辐射源和检测器装置被配置为在基本上平行于所述轴线的方向上将辐射导向所述目标区域，并且所述反射表面由所述部件的基本上横向的端部区域提供。

8.根据权利要求7所述的旋转编码器，其中，所述横向的端部区域位于与垂直于所述轴线的平面偏移的平面中。

9.根据权利要求7所述的旋转编码器，其中，所述横向的端部区域呈现螺旋反射表面。

10.根据权利要求7所述的旋转编码器，其中，所述反射表面包括限定所述部件绕所述轴线旋转时所述距离的一个或多个不连续性的一个或多个特征。

11.根据权利要求10所述的旋转编码器，其中，该特征或每个特征是在相对于所述轴线的主要径向方向上从所述轴线延伸的脊或槽。

12.根据权利要求1所述的旋转编码器，其中，所述辐射源和检测器装置包括辐射源和辐射检测器。

13.根据权利要求12所述的旋转编码器，其中，所述辐射源和所述辐射检测器基本上位于同一位置。

14.根据权利要求12所述的旋转编码器，其中，所述辐射源和所述辐射检测器被设置在间隔开的位置，并且所述旋转编码器包括用于将辐射转移到所述辐射检测器的装置。

15.根据权利要求1所述的旋转编码器，其中，所述距离是从所述辐射源到所述反射表面区域的距离。

16.根据权利要求15所述的旋转编码器，其中，所述辐射源是vcsel。

17.根据权利要求12所述的旋转编码器，其中，所述辐射检测器是光电二极管。

18.根据权利要求1所述的旋转编码器，其中，所述辐射源和检测器装置是用于以下一项或多项的源和检测器装置：可见光、红外线辐射和紫外线辐射。

19.一种包括根据权利要求1所述的旋转编码器的手表，所述控制器是所述手表的表冠。

20.根据权利要求19所述的手表，所述手表是智能手表，并且所述计算机处理器被配置为使用经确定的距离或距离变化的度量来控制所述智能手表的一个或多个功能。

21.一种根据可绕旋转轴线旋转的控制器的角位置提供控制信号的方法，所述方法包括：

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述距离是与辐射源或者与辐射源和辐射检测器装置的辐射检测器的距离。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述辐射源是vcsel，并且所述辐射检测器是光电二极管。

技术总结
一种旋转编码器，用于根据可绕旋转轴线旋转的控制器的角位置提供控制信号。旋转编码器包括用于利用该控制器绕该旋转轴线旋转的部件；辐射源和检测器装置，被配置为将辐射导向目标区域并根据从目标区域内反射的辐射生成检测器信号；以及计算机处理器，被配置为处理该检测器信号以确定到该目标区域内的反射表面区域的距离或距离变化的度量，并且使用该度量来提供该控制信号。该部件限定穿过该目标区域的反射表面，使得反射表面区域存在于该目标区域内，其中距离随部件围绕该轴线的角位置而变化。

技术研发人员：马库斯·丹特勒,洛朗·尼沃,延斯·盖格尔,马库斯·罗西,费伦·苏亚雷斯
受保护的技术使用者：艾迈斯-欧司朗亚太私人有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15