CN1268658A - 旋转式光学编码器 - Google Patents

Abstract

一种旋转式光学编码器,包括转轮架;固定板;支撑轴座;弹力装置;滑块;转轮框,其具有内缘表面,通过弹力与滑块形成转动介面,光栅表面,形成于转轮框侧表面,其具有数个径向光栅孔和轴杆,以可上下移动方式穿过孔隙,及外缘表面,供使用者透过转动介面进行旋转时,连带转动光栅表面,使光信号依序通过光栅孔到达光接收器或受屏蔽于光栅表面,以产生第一编码数字信号,当按压转轮框时,由轴杆连带触动开关以产生第二编码数字信号。

Description

旋转式光学编码器

本发明涉及一种旋转式光学编码器，特别是涉及一种用于显示装置的旋转式光学编码器。

传统旋转式光学编码器(rotary encoder)，如美国第4740691号专利，依据图1所示，其揭露一旋转式光学编码器，利用旋转轴11的旋转，以通过或屏蔽光发射元件和光接收元件之间光路径的方式，来检测此旋转轴的旋转位置。该旋转式光学编码器包括一固定板27，具有一和旋转轴同轴心的柱状部；一光接收元件板24，具有柱状孔，接合于固定板27的柱状部以相对旋转；及一固定编码板23，固定于固定板27，以便以一既定距离邻接光接收元件板24。

另一种传统旋转式光学编码器，如美国第4476457号专利，依据图2所示，其揭露一旋转式编码器，用来形成一具有所欲的相位差对的脉冲串，旋转式编码器包括一旋转板1，其具有数个孔隙，以环状形式配置；一支持构件30，提供一凹槽以供旋转板1的一部分插入；支持构件30固持一光发射二极管20在旋转板1的一侧；具有两组孔隙并以一定距离间隔的固定孔隙板和一对光接收器(未显示)，在旋转板1的另外一侧，且通过提供旋转孔隙板和固定孔隙板，使其距离获得适当调整，在此结构下，由光接收器获得的两个信号的相位差能精确地调整到所要的值。

先前技术的问题在于结构过于复杂，且仅能提供一编码信号而不易应用于显示装置上。

本发明的目的在于提出一种与传统结构不同的旋转式光学编码器，其可利用旋转动作输出一第一编码数字信号，且可利用按压动作输出一第二编码数字信号。

本发明的目的是这样实现的，即提供一种旋转式光学编码器，利用一至少含一光接收器的光接收单元和一光发射器及一开关来产生一第一编码数字信号和一第二编码数字信号，其包括：一转轮架；一具有孔隙的固定板，固著于该转轮架以形成一容纳空间；一支撑轴座，形成于该转轮架的内壁上；一弹力装置，位于该支撑轴座内以产生一弹力；一滑块，置于该支撑轴座内的弹力装置上；一转轮框，安装于该容纳空间中，其具有一轴杆，以可上下移动的方式穿过该孔隙，一内缘表面，通过该弹力装置的弹力使该滑块与该内缘表面形成转动介面，一光栅表面，形成于该转轮框的侧表面，其具有数个径向光栅孔，和一外缘表面，用以供使用者通过该转动介面进行旋转时，连带转动该光栅表面，使该光发射器的光信号依序通过光栅孔到达该光接收单元或受屏蔽于该光栅表面，产生对应的第一编码数字信号，且当使用者通过该轴杆进行径向按压时，启动该开关以产生对应的第二编码数字信号。

本发明还提供一种旋转式光学编码器，利用一至少含一光接收器的光接收单元和光发射器来产生一第一编码数字信号和一第二编码数字信号，其包括：一转轮架；一具有孔隙的固定板，固着于该转轮架以形成一容纳空间；一支撑轴座，形成于该转轮架的内壁上；一弹力装置，位于该支撑轴座内以产生一弹力；一滑块，置于该支撑轴座内的弹力装置上；一转轮框，安装于该容纳空间中，其具有一轴杆，以可上下移动的方式穿过该孔隙，一内缘表面；通过该弹力装置的弹力使该滑块与该内缘表面形成转动介面，一光栅表面，形成于该转轮框的侧表面，其具有数个径向光栅孔，和一外缘表面，用以供使用者通过该转动介面进行旋转时，连带转动该光栅表面，使该光发射器的光信号依序通过光栅孔到达该光接收单元或受屏蔽于该光栅表面，产生对应的第一编码数字信号，且当使用者停止转动而通过该轴杆进行径向按压时的光栅孔的位移，使该光发射器与光接收单元之间的光信号通过与否的状态改变，产生对应的第二编码数字信号。

本发明还提供一种旋转式光学编码器，用于一显示装置操作面板上，其包括：一电路板，于一既定位置表面设置有一光发射器，一相对应至少含一光接收器的光接收单元，及一开关；一转轮架，固定在该电路板上；一具有孔隙的固定板，固着于该转轮架以形成一容纳空间；一支撑轴座，形成于该转轮架的内壁上；一弹力装置，位于该支撑轴座内以产生一弹力；一滑块，置于该支撑轴座内的弹力装置上；一转轮框，安装于该容纳空间中，其具有一轴杆，以可上下移动的方式穿过该孔隙，一内缘表面，通过该弹力装置的弹力使该滑块与该内缘表面形成转动介面，一光栅表面，形成于该转轮框的侧表面，其具有数个径向光栅孔，和一外缘表面，用以供使用者通过该转动介面进行旋转时，连带转动该光栅表面，使该光发射器的光信号依序通过光栅孔到达该光接收单元或受屏蔽于该光栅表面，产生对应的第一编码数字信号，且当使用者通过该轴杆进行径向按压时，启动该微动开关以产生对应的第二编码数字信号。

本发明还提供一种旋转式光学编码器，用于一显示装置操作面板上，其包括：一电路板，在一既定位置表面设置有一光发射器，一相对应至少含一光接收器的光接收单元；一转轮架，固定在该电路板上；一具有孔隙的固定板，固着于该转轮架以形成一容纳空间；一支撑轴座，形成在该转轮架的内壁上；一弹力装置，位于该支撑轴座内以产生一弹力；一滑块，置于该支撑轴座内的弹力装置上；一转轮框，安装于该容纳空间中，其具有一轴杆，以可上下移动的方式穿过该孔隙，一内缘表面，通过该弹力装置的弹力使该滑块与该内缘表面形成转动介面，一光栅表面，形成于该转轮框的侧表面，其具有数个径向光栅孔，和一外缘表面，用以供使用者通过该转动介面进行旋转时，连带转动该光栅表面，使该光发射器的光信号依序通过光栅孔到达该光接收单元或受屏蔽于该光栅表面，产生对应的第一编码数字信号，且当使用者停止转动而通过该轴杆进行径向按压时的光栅孔的位移，使该光发射器与光接收单元之间的光信号通过与否的状态改变，产生对应的第二编码数字信号。

下面结合附图，详细说明本发明的实施例，其中：

图1为一种传统旋转式光学编码器示意图；

图2为另一种传统旋转式光学编码器示意图；

图3A为本发明一实施例中，梭动开关用的旋转式光学编码器的分解左视图；

图3B为本发明一实施例中，梭动开关用的旋转式光学编码器的分解右视图；

图4A为用于监视器面板的旋转式光学编码器图；

图4B为用于监视器侧壁的旋转式光学编码器图；

图5为光接收器成对配置的光感应器图；

图6A至图6C为转轮架的形式示意图；

图7A为以光检测方式取代微动开关的示意图；

图7B为以光检测方式取代微动开关的示意图。

请配合图3A并参阅图3B，其显示本发明的一实施例中一种梭动开关(shuttle switch)用于旋转式光学编码器，包括：一转轮架104；一具有孔隙101c的固定板101，固着于转轮架104以形成一容纳空间100；一支撑轴座112，形成于转轮架104的内壁104d上；一弹力装置如弹簧105，位于支撑轴座112内以产生弹力；一滑块106，置于弹簧105上；一转轮框103，安装于容纳空间100中，其具有一内缘表面103b，由弹力与滑块106形成转动介面，一光栅表面103c，形成于转轮框103的侧表面，其具有数个径向光栅孔103e和一轴杆103d，以可上下移动的方式穿过孔隙101c，及一外缘表面103a，用以供使用者透过转动介面进行旋转时，连带转动光栅表面103c，使光发射器110的光信号110a依序通过光栅孔103e到达光接收单元109或受屏蔽于光栅表面103c，以产生对应的第一编码数字信号110b，且当使用者按压转轮框103时，连带由轴杆103d触动开关111以产生对应的第二编码数字信号111c。

以下即详细说明本实施例所构成的各项元件。

首先如元件104所示，代表一转轮架(rotary wheel holder)，在本实施例中，转轮架104呈U形，其主要由一对前侧壁104b、104c以及一位于该对前侧壁后缘并与之连接的后壁104d组成。

其次，请参考图6A至图6C，其显示转轮架与固定板的各种组合方式的上视图。首先依据图6A，其为本实施例所采用的组合方式，即转轮架104呈U形，其主要由一对前侧壁104b、104c以及一位于该对前侧壁后缘并与之连接的后壁104d组成，U形转轮架104在此供一平板型的固定板101固着以形成一容纳空间100。

然而如图6B的另一实施例所示，取代U型转轮架104与平板型固定板101的组合，而由L型转轮架104-2和L型固定板101-1的组合形成一容纳空间100。

又如图6C的另一实施例所示，取代U型转轮架104与平板型固定板101的组合，而由平板型转轮架104-3和U型固定板101-2的组合形成一容纳空间100。此外，一具有开口112a的支撑轴座112，形成于转轮架的后壁104d内面的既定位置，其中，开口112a在本实施例为形成于支撑轴座112上方，然而于上述各实施例中，其也可形成于支撑轴座112下方，各元件经稍加修改并相互搭配后以达成前述按压的功能。

而弹力装置如弹簧105，在本实施例中置于支撑轴座112的开口112a内，其用以产生一向上的弹力，然而，当开口112a形成于支撑轴座112下方时，弹力装置如弹簧105用以产生一向下的弹力。

另外，如图3A和图3B，本实施例可选择地在滑块106内的空间106a安装一突出于滑块106的滑轮107，例如通过在滑块106侧缘106c形成缺口106b，以放置突出于滑轮107两侧的转动轴107a、107b，如此，转轮框103的内缘表面103b，可通过弹力装置如弹簧105的弹力与滑轮107形成转动介面，而供使用者作无段式旋转。当然，若不安装滑轮107在滑块106上时，也可由弹力装置105的弹力，将滑块106上缘直接接触于转轮框103的内缘表面103b以形成转动介面，达到供使用者作无段式旋转的功能。

再者，转轮框103的内缘表面103b也可选择性形成一波浪状表面(wavesurface)，用以当使用者在中止转动该转轮框103时，保持该滑轮107停止于该波浪状表面的凹部103f，如此，转轮框103可供使用者作分段式旋转。

如图3B所示，在支撑轴座下缘112d底部在约垂直转轮架104后壁104d的方向则可选择形成一通孔112e，且在该通孔112e延伸的方向上，具有在电路板108上设置的光发射器110和光接收单元109。此外，若开口112a形成于支撑轴座112下方时，通孔112e则形成在支撑轴座上缘在约垂直转轮架后壁的方向。

另外图3A所示，侧壁104b、104c底部更可形成一固定装置104a如倒勾以固定在电路板108上。也可在转轮架后壁104d外侧对应支撑轴座112的位置形成一中空本体104e，其用以容纳光发射器110或光接收单元109之一，在此则以光接收单元109为例。

至于依据图3A的固定板101，则固着于转轮架104的两前侧壁104b、104c前缘如图所示设置的固定装置104b′和104c′，以避免转轮框103脱落。此外，其另具有通孔101c，以供前述光栅表面103c向外延伸的轴杆103e穿出，并在通孔101c中留有空隙以供轴杆103e上下移动。此外，也可在固定板101外侧形成一中空本体101b，其用以容纳光发射器110或光接收单元109之一(在此为光发射器110)，此时，通孔101c即形成于中空本体101b侧壁。

一选择性的元件如电路板108，用以固定于转轮架104底部，且在电路板108上主要设有一光发射器110及一光接收单元109，以及一微动开关111，其中，微动开关111包括一金属弹簧片111a及一开关本体111b，其与该金属弹簧片111a以一既定角度连接，开关本体111b表面则具有一接触点111d。

依据上述结构，当使用者转动转轮框103并连带转动光栅表面103c至一既定程度时，光发射器110发射的光信号也依序通过径向光栅孔103e到达光接收单元109或受屏蔽于光栅表面103c，并产生一对应的编码数字信号110b。

而当使用者选择按压转轮框103时，将连带压下穿过通孔101a内的轴杆103d，并因接触到微动开关111而启动，进而由微动开关111送出另一对应的编码数字信号111c，例如，当轴杆103d压下而迫使金属弹簧片111a触及开关本体111b上的接触点111d时，即产生另一对应的编码数字信号111c。

请参阅图7A和图7B，其显示另一种取代微动开关111的方式，即当使用者停止转动而通过轴杆103d进行径向按压时的光栅孔(103e)的位移，使该光发射器(110)与光接收单元(109)之间的光信号通过与否的状态改变，产生对应的第二编码数字信号，举例而言，当使用者中止转动转轮框103时，滑轮107保持停止于波浪状表面的波浪凹部103f，此时，径向光栅孔103e位于光发射器110与光接收单元109的光信号路径上，当使用者选择按压转轮框103时，由于轴杆103d连带压下，屏蔽了光信号路径，形成一对应的编码数字信号111c。

另一选择性元件包括转轮覆层102，在本实施例中，转轮覆层102包覆转轮框103的外缘表面103a，其中转轮覆层102一般由橡胶材料构成，在其表面则具有数个凹槽102a，用以供使用者施力转动。

另外，如前所述，当使用者中止转动转轮框103时，滑轮107保持停止于波浪状表面的波浪凹部103f。同时，滑轮107所停止于波浪状表面的波浪凹部103f可对应于光发射器110向左或向右通过光栅孔103e的次数，例如可按精密度的要求来选择波浪凹部103f数目对光栅孔103e数目的比例为1∶1或1∶2。

请参阅图4A，由于前述实施例可应用于任何的显示装置，例如电视或显示器150等，因此，如图4A所示，一设置于监视器面板152的旋转式光学编码器，其转轮框103表面的转轮覆层102以一既定方向如水平或垂直的方式突出于监视器面板152上，以供使用者通过旋转动作来选择显示器150功能表内的项目，或者按压该转轮框103来进入下一层功能表项目或执行选定项目的功能，或者执行起动/关闭监视器的功能。

同理请参阅图4B，由于前述实施例可应用于任何的显示装置，例如电视或显示器150等，因此，如图4B所示，一设置于监视器侧壁154的旋转式光学编码器，其转轮框103表面的转轮覆层102(选择性元件)突出于监视器侧壁154，以供使用者通过旋转动作来选择显示器功能表内的项目，或者按压该转轮框来进入下一层功能表项目或执行选定项目的功能，或者执行起动/关闭监视器的功能。

其中，当使用者按压转轮框103时，转轮框103的光栅表面103c延伸出的轴杆103d表面也同时被向下按压而碰触微动开关111，其并可依据按压的次数和时间的长短来输出对应的数字信号以执行选定的功能项目或进入下一层功能表，或启动/关闭监视器。

同时，请参阅图5，光接收单元109可为在相对两位置成对设置光接收器109a、109b，因此，当使用者向左或向右旋转转轮框103时，对应滑轮107所停止于波浪状表面的波浪凹部103f，可以决定前述成对的光接收器109a、109b是以何者先接收到来自光发射器110的光信号，因而输出对应的数字编码信号，例如向前操作信号或向后操作信号。而当光接收器109a，109b同时被屏蔽时(可设计为同时开启)，可判断为执行按压功能；或如图7B所示，将该光栅孔设置成一上窄而下宽的形状103e′，当该使用者按压该转轮框时，该光接收器所接收的信号强度将呈对应改变，例如由1伏特变为0.5伏特，而不是由1伏特变为0伏特，则可判断为执行按压功能。

此外，若光接收单元109仅含一光接收器时，除可以暴露或屏蔽的形式判断旋转外，可通过如上述修改光栅孔103e形状的方式，改变信号强度以判断为执行按压功能。

虽然以上结合一较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些更动与润饰，因此本发明的保护范围应视为所附的权利要求所界定的为准。

Claims (20)

1.一种旋转式光学编码器，利用一至少含一光接收器的光接收单元和一光发射器及一开关来产生一第一编码数字信号和一第二编码数字信号，其包括：

一转轮架；

一具有孔隙的固定板，固着于该转轮架以形成一容纳空间；

一支撑轴座，形成于该转轮架的内壁上；

一弹力装置，位于该支撑轴座内以产生一弹力；

一滑块，置于该支撑轴座内的弹力装置上；

一转轮框，安装于该容纳空间中，其具有一轴杆，以可上下移动的方式穿过该孔隙，一内缘表面，通过该弹力装置的弹力使该滑块与该内缘表面形成转动介面，一光栅表面，形成于该转轮框的侧表面，其具有数个径向光栅孔，和一外缘表面，用以供使用者通过该转动介面进行旋转时，连带转动该光栅表面，使该光发射器的光信号依序通过光栅孔到达该光接收单元或受屏蔽于该光栅表面，产生对应的第一编码数字信号，且当使用者通过该轴杆进行径向按压时，启动该开关以产生对应的第二编码数字信号。

2.如权利要求1所述的旋转式光学编码器，其中，该弹力装置为弹簧。

3.如权利要求1所述的旋转式光学编码器，其中，该支撑轴座底部有一通孔，用以供该光发射器发射的光信号通过，并到达该光栅表面。

4.如权利要求2所述的旋转式光学编码器，其中，该滑块具有一开口，且在其上缘顶部形成有一凹槽，该开口用以容纳一滑轮，该滑轮两侧中心则各延伸有一轴杆，该滑轮通过该轴杆而支撑于该凹槽上，其中该滑轮表面与该转轮框的内缘表面形成一匹配的接触表面。

5.如权利要求2所述的旋转式光学编码器，其中，该滑块具有一开口，且在其下缘顶部形成有一凹槽，该开口用以容纳一滑轮，该滑轮两侧中心则各延伸有一轴杆，该滑轮通过该轴杆而支撑于该凹槽上，其中该滑轮表面与该转轮框的内缘表面形成一匹配的接触表面。

6.如权利要求4或5所述的旋转式光学编码器，其中，该转轮框的内缘表面包括一波浪状表面，由数个波浪凹部形成，其用以当该使用者在中止转动该转轮框时，保持该滑轮停止于该波浪状表面的波浪凹部。

7.如权利要求1所述的旋转式光学编码器，其中，该光栅表面在其中心处向外延伸有一轴杆。

8.如权利要求7所述的旋转式光学编码器，其中，该固定板具有一通孔，以供由该光栅表面向外延伸的轴杆穿出，并在该通孔中留有空隙以供轴杆上下移动。

9.如权利要求8所述的旋转式光学编码器，其中，该开关为一微动开关，并位于该轴杆穿出固定板外位置的下方，用以当该使用者按压该转轮框时，将连带压下该轴杆，并因接触到该微动开关而启动，而送出一第二编码数字信号。

10.如权利要求9所述的旋转式光学编码器，其中，该微动开关包括：

一金属弹簧片；及

一开关本体，其与该金属弹簧片以一既定角度连接，且该开关本体表面具有一接触点，用以当该使用者按压转轮框下而迫使该金属弹簧片触及该开关本体上的接触点时，产生一数字信号。

11.如权利要求10所述的旋转式光学编码器，其更包括一电路板，用以固定于该转轮架底部，并设置有该光发射器、光接收单元及该微动开关。

12.如权利要求1所述的旋转式光学编码器，其中，该转轮架后壁外侧对应该支撑轴座的位置具有一中空本体，其用以容纳该光发射器或光接收单元之一。

13.如权利要求12所述的旋转式光学编码器，其中，该固定板外侧更包括一中空本体，其用以容纳该光发射器或光接收单元的另一。

14.如权利要求13所述的旋转式光学编码器，其中，该固定板的中空本体具有一通孔，以供由该光栅表面向外延伸的轴杆穿出。

15.如权利要求1所述的旋转式光学编码器，其更包括一转轮覆层，其包覆该转轮框的外缘表面，该外缘表面则具有数个凹槽，用以供该使用者施力转动。

16.一种旋转式光学编码器，利用一至少含一光接收器的光接收单元和光发射器来产生一第一编码数字信号和一第二编码数字信号，其包括：

一转轮架；

一具有孔隙的固定板，固着于该转轮架以形成一容纳空间；

一支撑轴座，形成于该转轮架的内壁上；

一弹力装置，位于该支撑轴座内以产生一弹力；

一滑块，置于该支撑轴座内的弹力装置上；

一转轮框，安装于该容纳空间中，其具有一轴杆，以可上下移动的方式穿过该孔隙，一内缘表面；通过该弹力装置的弹力使该滑块与该内缘表面形成转动介面，一光栅表面，形成于该转轮框的侧表面，其具有数个径向光栅孔，和一外缘表面，用以供使用者通过该转动介面进行旋转时，连带转动该光栅表面，使该光发射器的光信号依序通过光栅孔到达该光接收单元或受屏蔽于该光栅表面，产生对应的第一编码数字信号，且当使用者停止转动而通过该轴杆进行径向按压时的光栅孔的位移，使该光发射器与光接收单元之间的光信号通过与否的状态改变，产生对应的第二编码数字信号。

17.一种旋转式光学编码器，用于一显示装置操作面板上，其包括：

一电路板，于一既定位置表面设置有一光发射器，一相对应至少含一光接收器的光接收单元，及一开关；

一转轮架，固定在该电路板上；

一具有孔隙的固定板，固着于该转轮架以形成一容纳空间；

一支撑轴座，形成于该转轮架的内壁上；

一弹力装置，位于该支撑轴座内以产生一弹力；

一滑块，置于该支撑轴座内的弹力装置上；

一转轮框，安装于该容纳空间中，其具有一轴杆，以可上下移动的方式穿过该孔隙，一内缘表面，通过该弹力装置的弹力使该滑块与该内缘表面形成转动介面，一光栅表面，形成于该转轮框的侧表面，其具有数个径向光栅孔，和一外缘表面，用以供使用者通过该转动介面进行旋转时，连带转动该光栅表面，使该光发射器的光信号依序通过光栅孔到达该光接收单元或受屏蔽于该光栅表面，产生对应的第一编码数字信号，且当使用者通过该轴杆进行径向按压时，启动该微动开关以产生对应的第二编码数字信号。

18.一种旋转式光学编码器，用于一显示装置操作面板上，其包括：

一电路板，在一既定位置表面设置有一光发射器，一相对应至少含一光接收器的光接收单元；

一转轮架，固定在该电路板上；

一具有孔隙的固定板，固着于该转轮架以形成一容纳空间；

一支撑轴座，形成在该转轮架的内壁上；

一弹力装置，位于该支撑轴座内以产生一弹力；

一滑块，置于该支撑轴座内的弹力装置上；

一转轮框，安装于该容纳空间中，其具有一轴杆，以可上下移动的方式穿过该孔隙，一内缘表面，通过该弹力装置的弹力使该滑块与该内缘表面形成转动介面，一光栅表面，形成于该转轮框的侧表面，其具有数个径向光栅孔，和一外缘表面，用以供使用者通过该转动介面进行旋转时，连带转动该光栅表面，使该光发射器的光信号依序通过光栅孔到达该光接收单元或受屏蔽于该光栅表面，产生对应的第一编码数字信号，且当使用者停止转动而通过该轴杆进行径向按压时的光栅孔的位移，使该光发射器与光接收单元之间的光信号通过与否的状态改变，产生对应的第二编码数字信号。

19.如权利要求1或17或18所述的旋转式光学编码器，其中，该光发射器与该光接收单元所含的光接收器分别为红外线发射器与红外线接收器。

20.如权利要求19所述的旋转式光学编码器，其中，该光接收单元上设置一对光接收器，用以当该使用者向左或向右旋转该转轮框时，依据该对光接收器先接收到来自光发射器的光信号者输出对应的数字信号，而当该使用者按压该转轮框时，该对光接收器将同时被屏蔽信号。

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