CN112074708A - 具有集成光学按钮的光学旋转编码器 - Google Patents

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Abstract

示例光学编码器包括具有旋转轴线的旋转轴。旋转轴沿旋转轴线可驱动。光学编码器还包括可操作为产生光的至少一个光产生元件和可操作为检测光且将检测到的光转换为信号的至少一个光检测元件。旋转轴包括可操作为将从至少一个光产生元件产生的光反射到其中产生信号的至少一个光检测元件上的部分。该部分被配置为使得旋转轴从第一位置到第二位置的驱动产生在至少一个光检测元件中产生的信号的对应变化。

Description

具有集成光学按钮的光学旋转编码器
技术领域
本公开涉及光学旋转编码器。
背景技术
旋转编码器(有时被称为轴编码器)是测量轴或车轴的角位置和/或角运动的设备。由旋转编码器获得的测量值可被转换为模拟或数字输出，以进行进一步处理。旋转编码器可被用于各种应用(例如，检测和/或控制轴或车轴的旋转的设备)中。旋转编码器可包括一个或多个机械、光学、磁和/或电容部件。例如，旋转编码器可被实现为机电设备。
发明内容
在一个方面，光学编码器包括具有旋转轴线的旋转轴。旋转轴沿旋转轴线可驱动。光学编码器还包括可操作为产生光的至少一个光产生元件和可操作为检测光且将检测到的光转换为信号的至少一个光检测元件。旋转轴包括可操作为将从至少一个光产生元件产生的光反射到其中产生信号的至少一个光检测元件上的部分。该部分被配置为使得旋转轴从第一位置到第二位置的驱动产生在至少一个光检测元件中产生的信号的对应变化。
这个方面的实现可包括以下特征中的一个或多个。
例如，在一些实现方式中，部分可以包括具有不同光学特性的多个子部分，使得旋转轴从第一位置到第二位置的驱动产生在至少一个光检测元件中产生的信号的对应变化。
在一些实现方式中，多个子部分中的至少一个子部分可与多个子部分中的另一子部分具有基本不同的反射率。
在一些实现方式中，多个子部分中的至少一个子部分可为基本吸光的。
在一些实现方式中，多个子部分中的至少一个子部分可与多个子部分中的另一子部分具有基本不同的光学特性。
在一些实现方式中，部分可沿旋转轴的旋转轴线呈锥形，使得旋转轴从第一位置到第二位置的驱动产生在至少一个光检测元件中产生的信号的对应变化。
在一些实现方式中，在至少一个光检测元件中产生的信号的对应变化可与旋转轴的用户驱动相关联。
在一些实现方式中，在至少一个光检测元件中产生的信号的对应变化可进一步与旋转轴的用户驱动的速度相关联。
在一些实现方式中，光学编码器可进一步包括计算单元。计算单元可与至少一个光检测元件电通信。计算单元能够可操作为从至少一个光检测元件接收信号，并且使信号的对应变化与旋转轴的用户驱动相关联。
在一些实现方式中，计算单元可与至少一个光检测元件电通信。计算单元能够可操作为从至少一个光检测元件接收信号，并且使信号的对应变化与旋转轴的用户驱动和驱动的速度相关联。
在一些实现方式中，计算单元可包括微处理器、中央处理单元和/或微控制器。
在一些实现方式中，计算单元的至少一部分可包括在主设备中。
在一些实现方式中，主设备可以是便携式计算设备。
在一些实现方式中，便携式计算设备可以是智能电话或智能手表。
下面的附图和描述中阐述了一个或多个实现方式的细节。通过描述和附图以及通过权利要求书，其他方面、特征和优势将是明显的。
附图说明
图1是用于测量旋转轴的角位置和/或角运动的示例系统的图。
图2是由接收元件获得的示例测量信号的曲线图。
图3是由接收元件获得的示例测量信号的曲线图。
图4是用于测量旋转轴的角位置和/或角运动的另一个示例系统的图。
图5是示例电子设备的图。
图6是用于测量旋转轴的角位置和/或角运动并检测旋转轴的纵向移动的示例系统的图。
图7和图8是用于测量旋转轴的角位置和/或角运动并检测旋转轴的纵向移动的另一个示例系统的图。
图9是由接收元件获得的示例测量信号的曲线图。
图10是用于测量旋转轴的角位置和/或角运动并检测旋转轴的纵向移动的另一个示例系统的图。
图11是由接收元件获得的示例测量信号的曲线图。
图12是具有用于检测旋转轴的纵向移动的标记的示例旋转轴的图。
图13是示例计算机系统的示意图。
具体实施方式
图1示出用于测量旋转轴102的角位置和/或角运动的示例系统100。系统100包括光学旋转编码器104、计算机系统106以及显示设备108。
旋转轴102通常是圆柱形的(例如，通常具有圆形截面)，并且可操作为绕旋转轴线110(例如，旋转轴102的长或主轴线)旋转。在某些情况下，旋转轴102可为机械设备中的部件(例如，在设备的操作期间移动的轴或车轴)。
旋转轴102在其外面上(例如，在其末端114a和114b之间延伸的表面上)包括若干个标记112。在某些情况下，标记112可沿旋转轴102的整个长度延伸。在某些情况下，标记112可沿旋转轴102的长度的一部分延伸。标记中的每一个具有特定的反射水平(例如，具有使标记反射特定量或比例的入射光的光学特性)。在某些情况下，标记112可在具有相对较低的反射水平(例如，反射相对较少的入射光或入射光的较少部分)和具有相对较高的反射水平(例如，反射相对较多的入射光或入射光的较大部分)之间进行交替。
光学旋转编码器104包括辐射源116(例如，诸如紫外光源、红外光源、发光二极管、激光发射器等的一个或多个光源)和接收元件118a和118b(例如，一个或多个光电探测器、光电二极管等)。在某些情况下，光学旋转编码器104的部件可被定位在公共支撑结构(例如，支撑结构120)上。
在系统100的示例操作中，辐射源116向旋转轴102发射辐射122(例如，光)。至少一些辐射由旋转轴102(例如，由一个或多个标记112)反射，返回到光学旋转编码器104，并且入射在接收元件118a和/或118b上(例如，入射光124a和/或124b)。接收元件118a和/或118b测量入射光124a和/或124b的强度，并且输出一个或多个测量信号126到计算机系统106(例如，以数字信号和/或模拟信号的形式)。
在图2中示出了由单个接收元件(例如，接收元件118a)获得的示例测量信号126。如图2所示，由于旋转轴102的旋转，测量信号126显示出强度的变化(例如，由于随时间变化，不同的标记112面对光学旋转编码器104)。
计算机系统106可基于测量信号126确定关于旋转轴102的角位置和/或角运动的信息。例如，计算机系统106可检测和/或计数旋转轴随时间的旋转数量。作为示例，计算机系统106可确定测量信号126在一段时间内的强度变化的数量(例如，从高强度到低强度的变化，反之亦然)，并且基于这个确定和基于旋转轴102的已知特性(例如，旋转轴102上的标记112的数量和/或角位置)来确定旋转轴的角旋转。
在某些情况下，计算机系统106可确定旋转轴102的角位置和/或角运动，并基于该信息控制设备的操作(例如，指示电机来复位旋转轴102)。在某些情况下，计算机系统106可确定旋转轴102的角位置和/或角运动，并且输出该信息给另一个设备。作为示例，计算机系统106可将该信息输出给显示设备108(例如，监视器、显示屏、指示灯等)以向用户呈现。作为另一个示例，计算机系统106可将该信息输出给另一个部件(例如，另一个计算机系统)，来指示旋转轴102已以特定的方式被移动。
在某些情况下，光学旋转编码器104可同时获得多个测量信号。例如，图3示出分别由接收元件118a和118b获得的两个测量信号126a和126b。如图3所示，由于旋转轴102的旋转，测量信号126a和126b中的每个显示出强度的变化(例如，由于随时间变化，不同的标记112面对光学旋转编码器104)。进一步，由于入射在接收元件118a和118b上的光的不同光路，测量信号126a和126b相对于彼此在时间上偏移(例如，偏移了时间延迟td)。以与上述类似的方式，计算机系统106可基于测量信号126a和126b确定关于旋转轴102的角位置和/或角运动的信息。
在上述的示例中，利用具有不同反射水平的标记112(例如，在旋转轴上布置反射和非反射的元件或条带)实现了测量信号126基于旋转的变化。然而，其他特征(或替代标记112或作为其的补充)也可用来产生测量信号基于旋转的变化。
作为示例，图4示出用于测量旋转轴102的角位置和/或移动的另一个系统400。系统100包括光学旋转编码器104、计算机系统106以及显示设备108。为了便于说明，计算机系统106和显示设备108已从图4中省略。
通常，系统400可以与图1所示并且参照图1所描述的系统100以类似方式操作。例如，光学旋转编码器104的辐射源116可朝向旋转轴102发射辐射122(例如，光)。至少一些辐射由旋转轴102反射，返回到光学旋转编码器104，并且入射在接收元件118a和/或118b上(例如，入射光124a和/或124b)。接收元件118a和/或118b测量入射光124a和/或124b的强度，并且输出一个或多个测量信号126到计算机系统106(例如，以数字信号和/或模拟信号的形式)。
然而，在这个示例中，旋转轴102包括多个结构402，多个结构402依赖于旋转轴102相对于光学旋转编码器104的角位置而朝向光学旋转编码器104不同地发射光。作为示例，结构402可包括锯齿结构(例如，沿垂直于旋转轴线110的平面通常具有三角形截面的结构)。由于旋转轴102的旋转，测量信号126显示出强度的变化(例如，由于随时间变化，结构402的不同表面面对光学旋转编码器104)。
本文所述的系统可被用于各种应用中。作为示例，至少一些系统可被用作用于测量旋转轴的角位置和/或角运动的“纯”测量设备(例如，在工业机械、机器人、专用照相镜头、旋转雷达平台等的情况下)。
作为另一个示例，本文所述的至少一些系统可被用作用户输入接口(例如，在计算机、微控制器单元等的情况下)。例如，光学旋转编码器可被用于音频放大器设备(例如，“立体音响系统”)以检测用户对控制旋钮的操控(例如，旋转音量旋钮以增大或降低音频的输出音量，旋转频率选择旋钮以选择无线电台的频率等)。
进一步，本文所述的光学旋转编码器可被用于智能电话或可穿戴设备(例如，智能手表)中。例如，旋转编码器可被用于检测用户用来浏览和/或选择设备所呈现的选项(例如，经由软件应用)而对控制旋钮的操控。
作为示例，图5示出具有用于向用户呈现信息(例如，经由图像用户界面)的显示设备502(例如，监视器或屏幕)的电子设备500(例如，智能电话或可穿戴设备)。在这个示例中，电子设备500以旋转布局呈现若干个菜单选项504。当前所选的菜单选项504a在旋转布局的中心呈现(例如，显示为高亮的最上面的菜单选项)，而当前未选择的或未激活的菜单选项504b远离旋转布局的中心呈现(例如，显示为层叠在高亮菜单选项下面的低亮菜单选项)。
在电子设备500情况下，光学旋转编码器可被用作输入设备。例如，电子设备500可包括机械耦接至旋转轴的控制旋钮(例如，冠部)。随着用户旋转控制旋钮，光学旋转系统检测从旋转轴反射的光的变化(例如，由于不同的标记和/或结构)，并且输出指示这些变化的测量信号。电子设备500的计算机系统可解释这些测量信号，以确定旋转轴的旋转(并且相应地确定控制旋钮的旋转)，并调整电子设备500的操作以反映该旋转(例如，更新显示屏，使得不同的菜单选项被选择)。
在某些情况下，电子设备500的用户界面可以允许用户通过附加输入来确认选择。例如，参考图5，用户可以在菜单选项504之间循环，直到选择了特定的菜单选项。当期望菜单选项被选择时，用户可以向电子设备500提供附加输入(例如，按下按钮)以确认选择。
在某些情况下，用户可操控电子设备的公用控制旋钮以：(i)循环菜单选项，以及(ii)提供对选择进行确认的附加输入。作为示例，如上所述，用户可旋转控制旋钮(例如，冠部)以循环各种菜单选项。进一步，用户可将控制旋钮按到电子设备中(例如，使得旋转轴沿其旋转轴线纵向偏移)以确认选择。因此，用户可旋转控制旋钮和/或按压控制旋钮(例如，以类似于“按钮”的方式驱动控制旋钮)以输入不同的命令。
作为示例，图6示出系统600，用于：(i)测量旋转轴102的角位置和/或角运动，以及(ii)检测旋转轴102的纵向移动。系统600包括光学旋转编码器104、计算机系统106以及显示设备108。系统100还包括机械耦接至旋转轴102(例如，在末端114a处)的控制旋钮602。系统600可被用于例如控制电子设备500。
通常，系统600可以以类似于参照图1和图4分别所示和所述的系统100和/或系统400的方式操作。例如，光学旋转编码器104的辐射源116可朝向旋转轴102发射辐射122(例如，光)。至少一些辐射由旋转轴102反射，返回到光学旋转编码器104，并且入射在接收元件118a和/或118b上(例如，入射光124a和/或124b)。接收元件118a和/或118b测量入射光124a和/或124b的强度，并且输出一个或多个测量信号126到计算机系统106(例如，以数字信号和/或模拟信号的形式)。计算机系统106可基于测量信号126的变化检测用户对控制旋钮602的旋转，并且相应地控制电子设备500的操作。
在这个示例中，系统600还包括接近旋转轴102的末端114b定位的切换接触机构604(例如，按钮机构)。进一步，系统600包括使旋转轴102远离切换接触机构604偏离的弹簧元件606。当用户未按压控制旋钮602时，旋转轴102远离切换接触机构604定位，并且切换接触机构604保持电开路。当用户向内(例如，在箭头608的方向上)按压控制旋钮602时，旋转轴102压在切换接触机构604上，并且致使切换接触机构604电闭路。计算机系统106可检测切换接触机构604的开和闭(例如，经由电线或柔性印刷电路板)，并且相应地控制电子设备500的操作。
在图6中示出的示例中，旋转轴102的纵向移动(例如，对应于控制旋钮的用户按压)经由与光学旋转编码器104分离的机械按钮机构进行检测。然而，在某些情况下，旋转轴102的纵向移动可由光学旋转编码器104而不是机械按钮机构进行检测。该特征的益处可在于，例如，减小系统的整体物理尺寸(例如，使其用在诸如智能电话或可穿戴设备的小设备的情况下)。进一步，该特征可减小被输入到计算机系统106的电线或互连的数量，从而减小计算机系统106和/或电子设备的整体复杂度。进一步，该特征可使电子设备能够更快、成本更低和/或更可靠地被制造。
作为示例，图7示出用于利用光学旋转编码器(i)测量旋转轴102的角位置和/或角运动以及(ii)检测旋转轴102的纵向移动的系统700。系统700包括光学旋转编码器104、计算机系统106以及显示设备108。系统100还包括机械耦接到旋转轴102(例如，在末端114a处)的控制旋钮602。系统600可被用于例如控制电子设备500。
通常，系统700可以以类似于参照图1、图4和图6分别所示和所述的系统100、系统400和/或系统600的方式操作。例如，光学旋转编码器104的辐射源116可朝向旋转轴102发射辐射122(例如，光)。至少一些辐射由旋转轴102反射，返回到光学旋转编码器104，并且入射在接收元件118a和/或118b上(例如，入射光124a和/或124b)。接收元件118a和/或118b测量入射光124a和/或124b的强度，并且输出一个或多个测量信号126到计算机系统106(例如，以数字信号和/或模拟信号的形式)。计算机系统106可基于测量信号126的变化检测用户对控制旋钮602的旋转，并且相应地控制电子设备500的操作。
然而，在图7中示出的示例中，旋转轴102的纵向移动(例如，对应于控制旋钮的用户按压)也经由光学旋转编码器104、而不是通过分离的切换接触机构进行检测。例如，系统700包括使旋转轴102从电子设备向外(例如，朝向页面的左侧)偏离的弹簧元件606。进一步，旋转轴102沿其表面包括附加标记702(例如，环绕旋转轴102的一部分的条带或带)。附加标记702可以是基本无反射的(例如，基本上吸收光)。
如图7所示，当用户未按压控制旋钮602时，旋转轴102被定位为使得附加标记702基本上不在发射的辐射122的光路上。因此，当旋转轴位于该位置时，附加标记702基本上不影响辐射从旋转轴朝向接收元件118a和118b的反射。
如图8所示，当用户向内(例如，在箭头608的方向上)按压控制旋钮602时，旋转轴102沿旋转轴线110纵向偏移。当旋转轴102已偏移足够的程度(例如，当用户可将按钮按到其最大程度、或某些其他阈值距离时)时，附加标记702与发射的辐射122的光路重合。因此，当旋转轴位于该位置时，附加标记702降低或消除辐射从旋转轴朝向接收元件118a和118b的反射。计算机系统106可检测反射光的这种降低或消除(例如，通过识别测量信号126的强度的下降)，并且基于该检测，确定用户已按下控制旋钮602。计算机系统106可相应地控制电子设备500的操作(例如，执行用户的选择)。在某些情况下，计算机系统106可通过确定测量信号对应于零强度或者基本为零强度的时间来检测控制旋钮已被按下。在某些情况下，计算机系统106可通过确定测量信号对应于低于强度阈值的强度的时间来检测控制旋钮已被按下。
当用户释放控制旋钮602时，旋转轴又从电子设备向外(例如，朝向页面的左侧)偏离。在该位置处，旋转轴102重被定位为使得附加标记702基本上不在发射的辐射122的光路上。因此，附加标记702又基本上不影响辐射从旋转轴朝向接收元件118a和118b的反射。
作为示例，图9示出分别由接收元件118a和118b获得的两个测量信号126a和126b。如图9所示，在控制旋钮602被按压之前(例如,t<t1)，测量信号126a的强度是相对高的。当控制旋钮602被按压时(例如，t1<t<t2)，测量信号126a的强度下降(例如，由于附加标记702降低或消除了从旋转轴102反射的光)。当控制旋钮602被释放时(例如，t>t2)，测量信号126a的强度又是相对高的。
在这个示例中，测量信号126b的强度一直是低的(例如，接收元件118b未非有效)。然而，在某些情况下，测量信号126b的强度也可响应于控制旋钮602的按压和/或释放而变化(例如，通过利用替代接收元件118a或作为其的附加的接收元件118b来测量光强度)。
在某些情况下，旋转轴可包括用于检测旋转轴的纵向移动的两个或更多个附加标记。这例如在基于测量信号来确定用户按压和/或释放控制旋钮的速度方面可能是有用的。
例如，图10示出用于利用光学旋转编码器来(i)测量旋转轴102的角位置和/或角运动以及(ii)检测旋转轴102的纵向移动的系统1000。系统1000包括光学旋转编码器104、计算机系统106以及显示设备108。系统1000还包括机械耦接到旋转轴102(例如，在末端114处)的控制旋钮602。系统600可被用于例如控制电子设备500。
通常，系统1000可以以类似于参照图7分别所示和所述的系统700的方式操作。例如，光学旋转编码器104的辐射源116可朝向旋转轴102发射辐射122(例如，光)。至少一些辐射由旋转轴102反射，返回到光学旋转编码器104，并且入射在接收元件118a和/或118b上(例如，入射光124a和/或124b)。接收元件118a和/或118b测量入射光124a和/或124b的强度，并且输出一个或多个测量信号126到计算机系统106(例如，以数字信号和/或模拟信号的形式)。计算机系统106可基于测量信号126的变化来检测用户对控制旋钮602的旋转，并且相应地控制电子设备500的操作。进一步，旋转轴102的纵向移动(例如，对应于控制旋钮的用户按压)也经由光学旋转编码器104进行检测。例如，系统1000包括使旋转轴102从电子设备向外(例如，朝向页面的左侧)偏离的弹簧元件606。
在这个示例中，旋转轴102沿其表面包括两个附加标记802a和802b。一个标记的反射水平大于另一个标记的反射水平。例如，附加标记802a可以是基本上反射的，而附加标记802b可以是基本无反射的或吸光的(例如，附加标记802a的反射水平大于附加标记802b的反射水平)。在某些情况下，附加标记802a和802b可以是环绕旋转轴102的部分的条带或带。
图11示出分别由接收元件118a和118b获得的两个测量信号126a和126b。随着用户向内(例如，在箭头608的方向上)按压控制旋钮602，旋转轴102沿旋转轴线110纵向偏移。随着旋转轴102偏移，具有较高反射水平的附加标记(例如，附加标记802b)被移到发射的辐射122的光路上。相应地，测量信号126a和126b的强度在此时间期间(例如，t1<t<t2)是相对较高的。
随着用户进一步向内按压控制旋钮602，具有较高反射水平的附加标记(例如，附加标记802b)被移动超过发射的辐射122的光路，并且具有较低发射水平的附加标记(例如，附加标记802a)被移到发射的辐射122的光路上。相应地，测量信号126a和126b的强度在此时间期间(例如，t2<t<t3)是相对较高的。
计算机系统106可基于测量信号126a和/或126b的变化确定用户向内按压控制旋钮602的速度。例如，信号增大和随后的信号降低之间的时间(例如，t2-t1)可与控制旋钮被向内按压的速度相关联。例如，如果此时间较短，则计算机系统106可确定用户快速地按压控制旋钮602。如果此时间较长，则计算机系统106可确定用户更慢地按压控制旋钮602。
在某些情况下，计算机系统106可依赖于控制旋钮602被按压的速度将控制旋钮602的按压解释为不同的用户输入(例如，对应于不同的用户命令或指令)。例如，如果控制旋钮602被相对慢地按压(例如，t2-t1大于诸如825μs的阈值)，则计算机系统106可将该按压解释为第一输入(例如，确认选择如图5所示的高亮的菜单选项504b)。作为另一个示例，如果控制旋钮602被相对快地按压(例如，差t2-t1小于于诸如550μs的阈值)，则计算机系统106可将该按压解释为第二输入(例如，确认选择如图5所示的高亮的菜单选项504b，并且进一步指示电子设备来执行诸如初始化用户界面的“开始菜单”的附加动作)。前述的阈值和输入仅为说明性的示例。实际上，依赖于实现方式，也可采用不同的阈值和/或输入。
类似地，计算机系统106可基于测量信号126a和/或126b的变化确定用户释放控制旋钮602的速度。例如，当用户开始释放控制旋钮602时，旋转轴102沿其旋转轴线110在相反的反向上(例如，朝向页面的左侧)偏离。随着旋转轴102偏移，具有较低反射水平的附加标记(例如，附加标记802a)被移动超过发射的辐射122的光路，并且具有较高反射水平的附加标记(例如，附加标记802b)又被移到发射的辐射122的光路上。相应地，测量信号126a和126b的强度在此时间期间(例如，t3<t<t4)是相对较高的。
随着用户进一步释放控制旋钮602，具有较高反射水平的附加标记(例如，附加标记802b)也被移动超过发射的辐射122的光路。相应地，测量信号126a和126b的强度在此时间期间(例如，t>t4)是相对较低的。
以与上述类似的方式，计算机系统106可基于测量信号126a和/或126b的变化确定用户向内释放控制旋钮602的速度。例如，信号增大和随后的信号降低之间的时间(例如，t3-t4)可与控制旋钮被释放的速度相关联。例如，如果此时间较短，则计算机系统106可确定用户快速地释放控制旋钮602。如果此时间较长，则计算机系统106可确定用户更慢地释放控制旋钮602。类似地，计算机系统106可将不同的释放速度解释为对应于不同的用户输入(例如，不同的用户命令或指令)。
尽管以上(例如，参照图7、图8和图10)示出了用于检测旋转轴的纵向移动的示例标记，但这些标记仅为说明性的示例。实际上，也可采用替代以上示出的那些标记或作为其补充的不同标记。
作为示例，图12示出示例旋转轴102a-102f，每一个分别具有标记1200a-f的不同布置。
旋转轴102a包括用于检测旋转轴的纵向移动的、具有间隔图案的标记1200a(例如，标记1200a的部分相对于其他部分沿旋转轴的旋转轴线进一步延伸)。
旋转轴102b包括用于检测旋转轴的纵向移动的、透明的或基本上透明的标记1200b。
旋转轴102c包括用于检测旋转轴的纵向移动的、相对窄的标记1200c。
旋转轴102d包括用于检测旋转轴的纵向移动的、对角布置(例如，以相对于旋转轴的旋转轴线的倾斜角度)的标记1200d。
旋转轴102e包括用于检测旋转轴的纵向移动的、三个不同的标记1200e的组合(例如，具有三个不同的反射水平的标记)。
旋转轴102f包括用于检测旋转轴的纵向移动的、三个不同的标记1200f的另一组合(例如，具有两个不同反射水平的标记)。
在一些实现方式中，标记中的每一个(统称为一部分)可被配置为吸收或反射不同的波长组或波长范围。在这种情况下，辐射源(例如，光源或光产生元件，例如一个或多个发光二极管、激光发射器等)可被配置为发射一系列波长，例如白色光源。进一步，接收元件(例如，诸如一个或多个光电探测器或光电二极管的光检测元件)的每一个可被配置为检测不同的波长组或波长范围。
作为示例，光学旋转编码器可包括被配置为发射红光和绿光的辐射源，或被配置为发射红光的第一光源(例如，第一光产生元件)和被配置为用于发射绿光的第二光源(例如，第二光产生元件)。光学旋转编码器还可包括被配置为反射红光的第一标记(例如，第一子部分)、被配置为反射绿光的第二标记(例如，第二子部分)。进一步，光学旋转编码器还可包括被配置为检测红光的第一接收元件(例如，第一光检测元件)和被配置为检测绿光的第二接收元件(例如，第二光检测元件)。
尽管以上示例中仅描述了两个波长范围(例如，红色和绿色)，但这仅是说明性示例。实际上，可以以类似的方式采用任意数量的波长范围(例如，三个、四个或更多)。例如，光学旋转编码器可包括红色标记、绿色标记以及蓝色标记。光学旋转编码器可包括白色光源以及包括滤色片阵列(例如，红色、绿色以及蓝色滤色片)的光敏像素阵列。白色光源可被配置为将光引向位于第一位置的红色标记、位于第二位置的绿色标记以及位于第三位置的蓝色标记。所有反射的光无论源自红色标记、绿色标记还是蓝色标记，可被引向光敏像素阵列。测量的红色光、绿色光、或蓝色光的强度可对应于第一位置、第二位置、第三位置或其间的位置。
在一些实现方式中，旋转轴可为锥形的。锥形的旋转轴可被用来通过改变被引向一个或多个接收元件的光的数量来识别旋转轴的纵向移动(例如，对应于控制旋钮的按压)。
在一些实现方式中，标记可采用从旋转轴延伸的凹槽和/或凸起的形式。凹槽和/或凸起可被用来通过改变被引向一个或多个接收元件的光的数量来识别旋转轴的纵向移动(例如，对应于控制旋钮的按压)。
本公开中所述的光学旋转编码器可被用于或集成到可穿戴设备(例如，智能手表)、移动计算设备(例如，智能电话)或诸如家用电器和汽车的其他设备。在一些实现方式中，本文所述的光学旋转编码器可被用于比传统按钮技术需要对于水分、灰尘等的更强的鲁棒性的应用。
在某些情况下，计算机系统包括中央处理单元(CPU)、微控制单元(MCU)和/或微处理器。计算机系统的至少部分可经由光学旋转编码器被集成在其中的主设备来实现。例如，在一些实现方式中，光学旋转编码器可被集成到智能手表中。来自光学旋转编码器的信号可被引向智能手表内的或与智能手表电通信的CPU、MCU和/或微处理器，且如上述被处理。
示例系统
本说明书所描述的主题和操作的一些实现方式可在数字电路中实现，或在包括本说明书所公开的结构和其结构等价物的计算机软件、固件或硬件中实现，或在这些中的一个或多个的组合中实现。例如，在一些实现方式中，系统100、400、600、700和1000的一个或多个部件(例如，计算机系统106)可通过利用数字电路实现，或在计算机软件、固件或硬件中实现，或在这些中的一个或多个的组合中实现。在另一个示例中，电子设备500可通过利用数字电路实现，或在计算机软件、固件或硬件中实现，或在这些中的一个或多个的组合中实现。
本说明书所描述的一些实现方式可被实现为数字电子电路、计算机软件、固件或硬件的一个或多个组或模块，或在这些中的一个或多个的组合中实现。尽管可采用不同的模块，但每一个模块不必是不同的，并且多个模块可在相同的数字电子电路、计算机软件、固件或硬件、或其组合上实现。
本说明书所描述的一些实现方式可被实现为一个或多个计算机程序，即，编码在计算机存储介质上的计算机程序指令的一个或多个模块，该计算机程序指令用于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。计算机存储介质可为或可被包括在计算机可读存储设备、计算机可读存储基质、随机或串行存取存储器阵列或设备、或其中的一个或多个的组合。此外，尽管计算机存储介质不是传播信号，但计算机存储介质可以是以人工产生的传播信号编码的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质还可以是或被包括在一个或多个单独的物理部件或介质(例如，多个CD、光盘或其他存储设备)。
术语“数据处理装置”包含用于处理数据的各种装置、设备以及机器，作为示例包括可编程处理器、计算机、片上系统、或前述中的多个或组合。装置可包括诸如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)的专用逻辑电路。除硬件之外，装置还可包括为考虑中的计算机程序创建执行环境的代码，例如，组成处理固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时环境、虚拟机、或其中的一个或多个的组合的代码。装置和执行环境可实现各种不同的计算模型基础设施，例如，网页服务、分布式计算和网格计算基础设施。
计算机程序(也被认为是程序、软件、软件应用、脚本或代码)可以以任何形式的编程语言(包括编译或解释语言、声明性或过程性语言)编写。计算机程序可以、但不是必要的对应于文件系统中的文件。程序可被存储在用于保存其他程序或数据的文件的一部分中(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)、在专用于考虑中的程序的单个文件中、或多个协作文件(例如，存储一个或多个模块、子程序、或代码的部分的文件)中。计算机程序可被部署为在一个计算机上、或在位于一个位置或跨多个位置分布且由通信网络互相连接的多个计算机上被执行。
本说明书所描述的一些进程和逻辑流可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器来执行，以通过对输入数据进行操作和产生输出来执行动作。进程和逻辑流也可由诸如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)的专用逻辑电路来执行，并且装置也可实现为诸如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)的专用逻辑电路。
适于执行计算机程序的处理器作为示例包括通用和专用微处理器和任何种类的数字计算机的处理器。通常，处理器从只读存储器或随机存取存储器或二者接收指令和数据。计算机包括用于根据指令执行动作的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。计算机还可包括用于存储数据的一个或多个大容量存储设备(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，或可操作地耦接以从一个或多个大容量存储设备接收数据或向一个或多个大容量存储设备传输数据或二者。然而，计算机不必要具有此类设备。适于存储计算机程序指令和数据的设备包括各种形式的非易失存储器、介质和存储器设备(作为示例包括半导体存储设备(例如，EPROM、EEPROM、闪存设备以及其他)、磁盘(例如，内部硬盘、可移动盘以及其他)、磁光盘以及CD-ROM和DVD-ROM盘)。处理器和存储器可由专用逻辑电路实现或被合并在专用逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，可在计算机上实施操作，计算机具有用于向用户显示信息的显示设备(例如，监视器或另一类型显示设备)和用户可向计算机提供输入所借助的键盘和定点设备(例如，鼠标、轨迹球、平板、触敏屏幕或另一类型定点设备)。也可采用其他类型的设备来提供与用户的交互，例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的诸如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈的感觉反馈，并且来自用户的输入可以以任何形式(包括声音的、语言或触觉输入)被接收。此外，计算机可通过向用户所用的设备发送文档和接收来自该设备的文档来与用户交互，例如，通过响应于从网页浏览器接收的请求向用户的客户端设备上的网页浏览器发送网页。
计算机系统可包括单个计算设备，或在接近操作或通常彼此远离且通常通过通信网络交互的多个计算机。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)、国际网络(例如，因特网)、包括卫星链路的网络以及对等网络(例如，自组织对等网络)。凭借运行在对应的计算机上和彼此之间具有客户端-服务器关系的计算机程序，可引起客户端和服务器的关系。
图13示出示例计算机系统1300，包括处理器1310、存储器1320、存储设备1430以及输入/输出设备1340。在一些实施方式中，本文所描述的系统的至少一部分(例如，计算机系统106)可使用计算机系统1300来实现。部件1310、1320、1330和1340中的每个可互相连接，例如，通过系统总线1350。在一些实现方式中，计算机系统1300可被用于控制光谱仪的操作。例如，计算机系统106可包括计算机系统1300以控制系统和/或电子设备的一个或多个部件的操作。处理器1310能够处理用于在系统1300内执行的指令。在一些实现方式中，处理器1310为单线程处理器、多线程处理器或另一类型的处理器。处理器1310能够处理存储在处理器1320中或存储设备1330上的指令。存储器1320和存储设备1330可将信息存储在系统1300内。
输入/输出设备1340为系统1300提供输入/输出操作。在一些实现方式中，输入/输出设备1340可包括诸如以太网卡的一个或多个网络接口设备、诸如RS-232端口的串行通信设备和/或诸如802.11卡、3G无线调制解调器、4G无线调制解调器、5G无线调制解调器等的无线接口设备。在一些实现方式中，输入/输出设备可包括驱动设备，该驱动设备被配置为接收输入数据和发送输出数据到其他诸如键盘、打印机和显示设备1360的输入/输出设备。在一些实现方式中，可采用移动计算设备、移动通信设备以及其他设备。
尽管本说明书包含许多细节，但这些不应被解释为对可要求保护的范围的限制，而是作为特定示例特有的特征的描述。本说明书中在分离的实现方式情况中描述的某些特征也可被组合。相反，在单个实现方式的情况中所描述的各种特征也可以单独地在多个实施例中或以任何合适的子组合的形式来实现。
已描述了若干实施例。然而，可做出各种修改而不偏离本发明的精神和范围。相应地，其他实施例也落在权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种光学编码器，包括：
旋转轴，具有旋转轴线，所述旋转轴沿所述旋转轴线可驱动；
至少一个光产生元件，可操作为产生光；以及
至少一个光检测元件，可操作为检测光并将检测到的光转换为信号，
其中所述旋转轴包括可操作为将从所述至少一个光产生元件产生的光反射到其中产生所述信号的所述至少一个光检测元件上的部分，
所述部分被配置为使得所述旋转轴从第一位置到第二位置的驱动产生在所述至少一个光检测元件中产生的所述信号的对应变化。
2.根据权利要求1所述的光学编码器，其中所述部分包括具有不同光学特性的多个子部分，使得所述旋转轴从所述第一位置到第二位置的所述驱动产生在所述至少一个光检测元件中产生的所述信号的所述对应变化。
3.根据权利要求2所述的光学编码器，其中所述多个子部分中的至少一个子部分与所述多个子部分中的另一子部分具有基本不同的反射率。
4.根据权利要求2或3所述的光学编码器，其中所述多个子部分中的至少一个子部分为基本吸光的。
5.根据权利要求2所述的光学编码器，其中所述多个子部分中的至少一个子部分与所述多个子部分中的另一子部分具有基本不同的光学特性。
6.根据权利要求1所述的光学编码器，其中所述部分沿所述旋转轴的所述旋转轴线呈锥形，使得所述旋转轴从所述第一位置到所述第二位置的所述驱动产生在所述至少一个光检测元件中产生的所述信号的所述对应变化。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的光学编码器，其中在所述至少一个光检测元件中产生的所述信号的所述对应变化与所述旋转轴的用户驱动相关联。
8.根据权利要求7所述的光学编码器，其中在所述至少一个光检测元件中产生的所述信号的所述对应变化进一步与所述旋转轴的所述用户驱动的速度相关联。
9.根据权利要求7所述的光学编码器，进一步包括计算单元，所述计算单元与所述至少一个光检测元件电通信，所述计算单元可操作为从所述至少一个光检测元件接收所述信号，并且进一步可操作为使所述信号的所述对应变化与所述旋转轴的所述用户驱动相关联。
10.根据权利要求8所述的光学编码器，其中所述计算单元与所述至少一个光检测元件电通信，所述计算单元可操作为从所述至少一个光检测元件接收所述信号，并且进一步可操作为使所述信号的所述对应变化与所述旋转轴的所述用户驱动和所述驱动的速度相关联。
11.根据权利要求9所述的光学编码器，其中所述计算单元包括微处理器、中央处理单元和/或微控制器。
12.根据权利要求11所述的光学编码器，其中所述计算单元的至少一部分包括在主设备中。
13.根据权利要求12所述的光学编码器，其中所述主设备为便携式计算设备。
14.根据权利要求13所述的光学编码器，其中所述便携式计算设备为智能电话或智能手表。
15.根据权利要求10所述的光学编码器，其中所述计算单元包括微处理器、中央处理单元和/或微控制器。
16.根据权利要求15所述的光学编码器，其中所述计算单元的至少一部分包括在主设备中。
17.根据权利要求16所述的光学编码器，其中所述主设备为便携式计算设备。
18.根据权利要求17所述的光学编码器，其中所述便携式计算设备为智能电话或智能手表。
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