CN205403811U - 光学编码器和便携式电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开内容的实施例提供了光学编码器和便携式电子设备。具体来说，该光学编码器包括芯轴、被构造为照射芯轴的一部分的光发射器、被构造为接收来自芯轴的被照射部分的光的光检测器、及成在芯轴的面朝外的表面上并且沿芯轴的长度延伸的对比区域阵列。对比区域阵列包括穿插有一组光学吸收区域的一组光学各向异性区域。

Description

光学编码器和便携式电子设备

技术领域

本公开内容一般而言涉及用于电子设备的光学编码器，并且更具体地，涉及具有带方向依赖光学特性的一个或多个反射区域的光学编码器。

背景技术

包括机械的、电子的和计算机化的设备的许多设备可以利用各种类型的传感器来用于获得用户输入或从设备的其它方面接收运动输入。传统上，旋转传感器可以用于测量设备或组件的旋转运动。但是，许多传统的旋转传感器不能很好地适于在可能需要电子设备具有小形状因子的小型或紧凑空间中使用。正是相对于这些以及其它一般的考虑，做出了各种实施例。

发明内容

提供本概述来以简化的形式介绍以下在“具体实施方式”部分中进一步描述的概念的精选。本概述不是要识别所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不是要用作帮助确定所要求保护的主题的范围。

本公开内容的实施例提供了用于电子设备的光学编码器。该光学编码器可以包括圆柱形芯轴(spindle)，该芯轴具有沿芯轴的轴线方向延伸的交替的、光学对比的元件。该光学元件可以包括被轴向放置或在长度方向围绕圆柱形芯轴的外表面的多个条纹或标记。光学编码器也可以包括光学传感器。在一些实施例中，光学传感器包括诸如发光二极管的光发射器和诸如光电二极管阵列的光检测器。该发射器和检测器可以相对于圆柱形芯轴径向对齐或者相对于圆柱形芯轴轴向对齐。

在一些实施例中，光学对比元件包括具有方向依赖反射特性的区域。例如，光学对比元件可以包括各向异性反射区域阵列，该各向异性反射区域阵列对沿第一方向反射的光具有第一光分布，并且具有沿第二方向的第二、更宽的光分布。在一些情况下，各向异性反射区域可以沿对应于该特征部的长度的方向漫射或扩展(spread)光，这可以提高一致地和可靠地检测反射光的能力，即便编码器的各种组件之间可能存在维度的变化或运动。此外，各向异性反射区域可以以非分散的或镜面方式在垂直于该特征部的长度的方向上反射光，以提高反射区域和非反射区域之间的对比度。

一些示例实施例包括结合到电子设备中的光学编码器。该光学编码器可以包括芯轴和被构造为照射芯轴的一部分的光发射器。该光学编码器也可以包括被构造为接收从芯轴反射的光的光检测器。编码的图案可以在芯轴的外表面上形成并且可以包括沿芯轴的长度延伸的对比区域阵列。对比区域阵列可以包括穿插有一组光学吸收区域的一组各向异性反射区域。

在一些实现方式中，各向异性反射区域被构造为产生根据反射光的方向变化的反射光分布。在一些实现方式中，每个各向异性反射区域被构造为对沿垂直于芯轴的中心轴线的横向平面的光产生具有第一反射光分布的第一类型反射，并且对沿穿过芯轴的中心轴线的纵向平面的光产生具有第二反射光分布的第二类型反射。在一些情况下，第二反射光分布比第一反射光分布更宽。

在一些实施例中，该一组各向异性反射区域的每个各向异性反射区域由至少部分地环绕芯轴的外表面的一系列凹形特征部形成。在一些实现方式中，该一系列凹形特征部具有在13∶1的最大比和7∶1的最小比之间的半径与深度的比。

在一些实施例中，该一系列凹形特征部被形成为环绕芯轴的外表面的连续螺旋形。在一些实施例中，该一组各向异性反射区域的每个各向异性反射区域由至少部分地环绕芯轴的外表面的一系列凸形特征部形成。在一些实施例中，该一组光学吸收区域通过激光蚀刻芯轴的外表面以形成一组平坦区域来被形成。在一些实施例中，该一组光学吸收区域通过在芯轴的外表面上沉积墨水来形成。

在一些实现方式中，光检测器包括沿到芯轴的长度布置的光电二极管阵列。在一些实现方式中，光检测器包括沿横向于芯轴的长度的方向布置的光电二极管阵列。

一些示例实施例包括具有壳体的便携式电子设备、放置在壳体的开口内的显示器、以及附连到壳体并且被构造为从用户接收旋转输入的冠部。在一些实施例中，光学编码器被可操作地耦合到冠部并且被构造为测量旋转输入。光学编码器可以包括芯轴、构造为检测从芯轴反射的光的光学传感器、以及在芯轴上形成并且沿芯轴的长度延伸的交替区域阵列。在一些实施例中，该电子设备包括可操作地耦合到冠部的主轴(shaft)，并且芯轴被置于该主轴的一部分之上。在一些实施例中，芯轴由聚合物材料模制并且利用反射性金属材料涂覆。

在一些实施例中，芯轴包括至少部分地沿芯轴的长度延伸的平坦刻面特征部阵列。刻面特征部可以被构造为在光学传感器上产生交替的亮反射和暗反射。在一些实施例中，芯轴包括至少部分地沿芯轴的长度延伸的凹形特征部阵列。凹形特征部可以被构造为在光学传感器上产生交替的亮反射和暗反射。

在一些实施例中，光学传感器包括光发射器和被放置为与光发射器的发光面相邻的光学漫射构件。光学漫射构件被构造为产生在沿芯轴的长度的方向上更宽的光分布。在一些实施例中，光学传感器包括光检测器和被放置为与光检测器的光接收面相邻的光学漫射构件。光学漫射构件被构造为产生在沿芯轴的长度的方向上更宽的光分布。在一些实施例中，芯轴包括表面特征部阵列，表面特征部阵列被构造为：产生亮区域和暗区域的交替图案，以被光学传感器检测；及在沿芯轴的长度的方向上产生加宽的反射光分布。芯轴包括被构造为在光学传感器上产生交替的亮反射和暗反射的波状区域阵列。交替区域中的一个或多个被构造为：对沿垂直于芯轴的中心轴线的横向平面的光产生具有第一光束扩展的第一类型反射；及对沿穿过芯轴的中心轴线的纵向平面的光产生具有第二光束扩展的第二类型反射。第二光束扩展比第一光束扩展更宽。

一些示例实施例包括一种用于电子设备的光学编码器。光学编码器包括芯轴、被构造为照射芯轴的一部分的光发射器、被构造为接收来自芯轴的被照射部分的光的光检测器以及沿芯轴长度布置的特征部阵列。特征部阵列被构造为在光学传感器上产生交替的亮反射和暗反射。在一些实施例中，特征部阵列包括至少部分地沿芯轴的长度延伸的平坦刻面特征部阵列。在一些实施例中，特征部阵列包括至少部分地沿芯轴的长度延伸的凹特征部阵列。在一些实施例中，芯轴由聚合物材料模制并且利用反射性金属材料涂覆。在一些实施例中，特征部阵列被构造为：对沿垂直于芯轴的中心轴线的横向平面的光产生具有第一光束扩展的第一类型反射；及对沿穿过芯轴的中心轴线的纵向平面的光产生具有第二光束扩展的第二类型反射。第二光束扩展比第一光束扩展更宽。

一些示例实施例包括检测被置于电子设备的壳体内的芯轴的旋转运动的方法。该方法可以包括照射芯轴的一部分，其中芯轴包括具有沿芯轴的长度形成的光学上不同的标记的编码图案。这些标记可以导致离开芯轴的表面的方向依赖反射。该方法还可以包括旋转芯轴、利用光电二极管阵列接收反射光、以及基于反射光确定芯轴的旋转的量。在一些实施例中，基于反射光确定旋转方向是通过将光电二极管阵列中的每个光电二极管在第一时间的第一输出电流与光电二极管阵列中的每个光电二极管在第二时间的第二输出电流进行比较来执行的。在一些实施例中，旋转的量基于通过光电二极管阵列的光学上不同的标记的估计数量。

附图说明

通过以下具体实施方式并结合附图，本公开内容将容易被理解，附图中相似的附图标记代表相似的结构元件。

图1A示出了示例电子设备。

图1B示出了电子设备沿图1A的截面A-A的横截面图。

图2示出了光学编码器的示例编码图案。

图3A-3C示出了光电二极管阵列的示例电流输出图。

图4A-4B示出了具有沿芯轴的长度布置的组件的光学编码器。

图5A-5B示出了具有相对于芯轴的长度横向布置的组件的光学编码器。

图6A示出了在表面上具有示例光学各向异性区域的表面。

图6B示出了沿与芯轴的轴线平行的平面的光学各向异性区域的详细视图。

图6C示出了沿横向于芯轴的轴线的平面的光学各向异性区域的详细视图。

图7A-7D示出了具有反射区域的光学编码器，其中该反射区域具有绕芯轴的面朝外的表面形成的波状特征部。

图8A-8C示出了具有形成在芯轴的表面中的波状区域以用于产生交替的亮和暗的光学编码器。

图9A示出了具有相对于光发射器放置的光学漫射构件的示例光学编码器。

图9B示出了具有相对于光检测器放置的光学漫射构件的示例光学编码器。

图9C绘出了具有细长的光发射器的示例光学编码器。

图10绘出了示例光学漫射构件。

图11A-11B绘出了包括反射图案和光学漫射表面特征部两者的光学编码器的示例芯轴。

图12A-12B示出了芯轴套筒和芯轴帽。

图13示出了用于检测电子设备的组件的运动的方法。

具体实施方式

对相关申请的交叉引用

本申请是于2015年4月8日提交的标题为“OpticalEncoderwithDirection-DependentOpticalProperties”的美国临时专利申请No.62/144,885、于2015年3月9日提交的标题为“OpticalEncoderwithAnisotropicOpticalSurface”的美国临时专利申请No.62/130,064、以及于2015年3月5日提交的标题为“OpticalEncoderwithAnisotropicOpticalSurface”的美国临时专利申请No.62/128,914的非临时专利申请并要求其权益，这些临时申请的公开内容由此通过引用被完整地结合于此。

现在将详细参考在附图中示出的代表性实施例。应当理解，以下说明不是要把实施例限定到一种优选的实施例。相反，它是要涵盖可以被包括在如由所附权利要求所限定的被描述的实施例的精神与范围内的替代、修改和等同形式。

一些电子设备包括用于接收来自用户的输入的一个或多个用户输入设备。可以使用包括触摸传感器、按钮、滑块、拨盘和旋钮的示例用户输入设备向设备提供反馈或命令以用于执行功能或用于向设备的软件或其它操作提供用户输入。如下面更详细描述的，电子设备可以包括拨盘类型的旋转输入，诸如通常与腕表关联的冠部。许多传统的拨盘使用一系列机电触点或电位计来测量拨盘的旋转。但是，一些传统的电磁系统可能太大或缺乏精度而不能测量小至腕表的设备上的小的旋转输入。

如本文所述，可以使用光学编码器来测量旋转输入的方向、量、速度和其它性质。通过改进旋转测量的精度，光学编码器会比一些传统系统更有优势。此外，根据本文所描述的一些实施例，光学编码器可以占据比一些传统的机电系统更小的空间，这有利于集成到具有紧凑形状因子的设备中。也可以使用光学编码器来提供一系列旋转测量，诸如旋转的方向、旋转的量、旋转的速率、旋转的速率变化等等。

如下面将要解释的，本公开内容的光学编码器包括光发射器、光检测器、以及具有诸如主轴、芯轴、圆柱形构件等圆形表面的旋转元件。不像一些典型的光学编码器，本公开内容的光学编码器利用直接置于旋转元件的外部或面向外的表面上的编码图案。在一些情况下，编码图案包括沿旋转元件的长度延伸并且以围绕外表面的条纹状图案布置的对比或交替的区域阵列。这些区域可以以不同的方式反射光并且可以用来测量旋转元件的运动。在一些情况下，对比区域由表面的交替的亮区域和暗区域形成。在一些情况下，这些区域由交替的反射区域和非反射区域形成。在一些情况下，这些区域具有交替的、被构造为创建具有可以被编码器的光检测器检测到的亮部分和暗部分的交替反射的轮廓(contour)。

在一些实施例中，旋转元件上的交替区域形成可以通过测量从旋转元件的表面反射离开或接收到的光来被检测到的编码序列。在一些情况下，光检测器被构造为检测由光发射器发射的并且从旋转元件反射离开的光。可以使用反射光来随着旋转元件被转向或旋转基于交替区域中的该一个或多个交替区域的地点来确定旋转元件的(角)位置。在一些情况下，如由光检测器测得的编码序列的运动可用来确定旋转的方向、旋转的量、旋转的速率、旋转的速率变化、以及旋转元件的运动的其它性质。根据一些实施例，使用旋转测量来控制设备的元件或功能，诸如显示器上用户界面元素的操纵、列表内条目的选择等等。

根据本文所描述的一些实施例，对比或交替的区域可以包括产生沿第一方向反射的相对较窄分布的光束和沿横向于第一方向的第二方向反射的更宽分布的光束的方向依赖的光反射区域阵列。在一些情况下，方向依赖的反射区域被称为各向异性反射区域或光学各向异性区域。可以使用这些区域来创建对系统中维度或几何形状变化更稳健或者宽容的光学系统。在一些情况下，即使当机械运动、维度变化和硬件的其它限制影响光学编码器内的光的光学路径时，光学各向异性表面或区域也可以促进可靠的编码器操作。这些区域还可有助于提高交替区域之间的光学对比度，这可以提高光学编码器的可靠性或功率利用率。

在一些实施例中，光学各向同性或各向异性反射区域被构造为对沿垂直于旋转元件的中心轴线的横向平面的光产生具有第一、窄光束扩展的第一类型反射。各向异性反射区域也可以对沿穿过旋转元件的中心轴线的纵向平面的光产生具有第二、更宽光束扩展的第二类型反射。

在一些实施例中，第二类型反射可以被称为有效漫射，这是因为与第一类型反射相比，反射的光在更宽的角度范围上扩展，其中第一类型反射是基本上镜面的并且在更窄的角度范围上扩展光。如在本文提供的一些示例中所描述的，各向异性反射可以通过形成到旋转元件的表面中的一系列凸形特征部或凹形特征部来形成。在一些情况下，各向异性反射区域的反射特性是由该特征部的几何形状决定的。例如，特征部深度与特征部半径的比可以被调节，以提供特定的反射特性。

在一些实施例中，旋转元件可以具有随着旋转元件被旋转来把光导向/导离光检测器的波状(contoured)、槽纹或有刻面的形状。旋转元件的形状可以产生具有交替的亮部分和暗部分的反射，该反射可以通过光检测器并且用来解释或测量旋转元件的旋转。在一些情况下，波纹、槽纹或有刻面的形状模拟衍射图案，该衍射图案包括可以被光检测器检测到的交替的亮区域和暗区域。

如之前所提到的，光学编码器可以结合到电子设备的用户输入设备中。图1A示出了根据本公开内容的一种或多种实施例的示例电子设备100。在一个示例中并且如图1中所示，电子设备100可以是可穿戴设备，该可穿戴设备可以被构造为作为计时设备(例如，手表)、健康监测设备、导航设备等执行。虽然绘出的设备100类似于可穿戴的腕表设备，但是设备100可以包括任何类型的机械、机电或电子设备。在一些实施例中，电子设备100可以包括各种便携式电子设备或便携式计算设备中的一种。示例包括蜂窝电话、智能电话、平板计算机、膝上型计算机、计时设备、计算机化的眼镜和其它可穿戴设备导航设备、运动设备、附件设备、健康监测设备、医疗设备等等。

电子设备100可以包括壳体110、放置在形成于壳体110的顶表面中的开口内的显示器120。一般而言，可以使用显示器120将视觉输出呈现给用户。例如，可以使用显示器120来呈现或显示具有一个或多个图形元素的图形用户界面。电子设备100还可以包括一个或多个用户输入设备，包括：例如与显示器120集成的触摸屏、放置在壳体110的表面上的按钮130(或其它输入机构)、以及放置在壳体110的侧表面上的冠部140。在该示例中，冠部140包括用于从用户接收旋转输入的拨盘或旋钮并且被可操作地耦合到用来测量拨盘或旋钮的旋转的光学编码器。

在一些示例中，诸如在图1A中所绘出的可穿戴设备100可以包括与存储器耦合或通信的处理器、一个或多个通信接口、诸如显示器和扬声器的输出设备以及诸如按钮、拨盘、麦克风或基于触摸的接口的一个或多个附加输入设备。(一个或多个)通信接口可以提供电子设备与任何外部通信网络、设备或平台之间的电子通信，诸如但不限于：无线接口、蓝牙接口、近场通信(NFC)接口、红外线接口、通用串行总线(USB)接口、Wi-Fi接口、传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)接口、网络通信接口或其它通信接口。可穿戴电子设备100可以包括被构造为被处理器执行以执行各种功能或操作的计算机可读指令或软件。在一些情况下，设备100可以被构造为提供关于时间、健康、事件通知、设备状态和其它信息的信息。设备100也可以从外部被连接到分开的设备和/或在分开的设备上执行的软件或者与其通信。在一些情况下，除其它电子通信之外，设备100还可以被构造为发送和接收消息、视频和命令。

在一些实施例中，显示器120被构造为输出显示关于电子设备100的信息以及存储在电子设备100的存储器中的其它信息的图形用户界面。例如，用户界面可以呈现对应于正在电子设备100上被执行的一个或多个应用的信息。此类应用可以包括计时应用、电子邮件应用、电话应用、日历应用、游戏应用等等。

在一些实施例中，并且如将在下面讨论的，可以使用光学编码器来确定与冠部140关联的运动或致动信息。更具体而言，可以使用光学编码器来检测冠部140的旋转的各方面，包括运动的方向、运动的量、运动的速率、运动的速率的变化，等等。运动可以是旋转运动、平移运动、角向运动等等。来自编码器的表示冠部140的运动的输出可以用作到设备100的输入。例如，可以使用编码器输出来操纵图形、图像、图标和/或电子设备100的显示器120上的用户界面的其它图形元素。

在一些实施例中，可以使用按钮130或冠部140来选择、调整或改变在显示器120上输出的各种图像。例如，如果使用电子设备100的显示器120来显示模拟手表的表盘的计时应用，则可以使用冠部140来调整显示用于表盘模拟的表针的位置或索引数字。在其它实施例中，冠部140可以被旋转，以将光标或其它类型的选择机构从第一显示地点移动到第二显示地点，以便在显示器120上输出的各个图标之间选择图标或移动该选择机构。同样地，冠部140可以被推动、按压或以其它方式致动，以向设备100提供另一输入。

例如，根据计时功能或软件应用，冠部140可以以顺时针方式旋转，以便改变在显示器120上显示的时间和/或日期。在一些实施例中，可以使用本公开内容的光学编码器来检测冠部140的起始位置、冠部140的旋转方向(例如，顺时针、逆时针)，并且还可以检测冠部140正在被旋转的速度。在一些情况下，被显示的计时应用的表针可以旋转或根据提供给冠部140的旋转输入以其它方式运动。在一些情况下，表针运动对应于提供给冠部140的旋转输入的量、方向和/或速度。

虽然为了清楚起见从图1A中省略，但是电子设备100也可以包括帮助设备的整体操作的各种附加组件。例如，电子设备100可以包括一个或多个传感器、麦克风、触觉致动器、电池、处理器、存储器和各种其它组件。此外，冠部140和/或按钮130可以与所列出的组件中的一个或多个组件进行相互作用以促进电子设备100的操作。

如在图1A中所示，电子设备100也可以包括可用来将电子设备100固定或附连到用户的带150。在该示例中，带150经扣针或柔性接头附连到壳体110。在一些情况下，带150由经扣环附连到彼此的两个带子形成以将设备100固定到用户的手腕。也可以使用包括例如条带、系索或其它此类附连机构的附连机构或组件将设备100附连到用户。

在一些实施例中，电子设备100也可以包括键盘或其它类似的输入机构。此外，电子设备100可以包括使电子设备100能够连接到互联网和/或访问一个或多个远程数据库或存储设备的一个或多个组件。电子设备100也可以使得能够经诸如声学、射频(RF)、红外线和其它无线介质的无线介质进行通信。这种通信信道可以使得电子设备100能够远程地与一个或多个附加设备连接和通信，附加设备诸如例如膝上型计算机、平板计算机、移动电话、个人数字助理、便携式音乐播放器、扬声器和/或耳机等。

图1B示出了根据本公开内容的一种或多种实施例的图1A的电子设备100的横截面图。图1B中绘出的各种组件的比例和相对尺寸可能被夸大，以更好地示出某些原理，并且不应该被解释为表示实际组件的尺寸。如在图1B中所示，电子设备100包括被可操作地耦合到冠部140的光学编码器。在该示例中，光学编码器包括芯轴160(示例旋转元件)、光发射器170和光检测器180。光检测器180可以包括一个或多个光电二极管、互补金属氧化物半导体(CMOS)元件、电荷耦合器件(CCD)元件、光伏电池或其它类型的光电传感器。光发射器170可以是LED、红外光，诸如例如发光二极管(LED)、红外LED、激光二极管或其它类型的光源。

在一些实施例中，光发射器170是红外(IR)光发射器，并且置于芯轴160上的编码图案165对人眼可以是不可见的，但可以被光检测器180检测到。在一些实现方式中，编码图案165的第一组(暗)区域可以是IR-吸收性的并且编码图案165的第二组(亮)区域可以是IR-反射性的。光检测器180可以被构造为检测反射离开IR反射条纹的IR光，以便测量芯轴160的旋转的各个方面，如本文所讨论的。

在一些情况下，编码图案165的第一组区域和第二组区域对应于具有可以利用光检测器180检测到的不同光学特性的区域。光学特性可以包括但不限于，反射特性、光学衍射特性、镜面或波长依赖特性等等。可以使用第一组区域和第二组区域之间的不同光学特性之间的对比来测量芯轴160的旋转的各个方面。

在一些实施例中，光发射器170和光检测器180相对于芯轴160轴向对齐。在另一种实施例中，光发射器170和光检测器180可以相对于芯轴160径向对齐。虽然公开了特定的对齐方式，但是在某些实施例中，只要从光发射器170发射的光与芯轴160上的编码图案165相互作用并且被光检测器180接收到，光发射器170和光检测器180就可以以任何合适的方式与芯轴160对齐。

如在图1B中的简化描绘中所示，光学编码器包括可操作地耦合到冠部140的芯轴160。在图1B中绘出的示例中，芯轴160被形成为与冠部140的拨盘一起的单件。在一些实施例中，芯轴160可以由利用螺纹连接、粘合剂、焊接或其它粘合技术附连到冠部140的拨盘的分离件形成。在一些情况下，芯轴160由多个部件形成。例如，芯轴160可以被形成为被插入在编码器和/或冠部140的主轴之上的中空帽或套筒。示例可替代实施例在下面相对于图12A和12B进行描述。一般地，芯轴160可操作地耦合到或以其它方式作为冠部140的一部分。在直接连接的情况下，随着冠部140在特定的方向上和以特定的速度旋转或运动时，芯轴160也在相同的方向上并且以相同的速度旋转或运动。在一些实施例中，芯轴160可以经由关联各种元件的运动的齿轮、离合或其它机械连接可操作地耦合到冠部140。

取决于芯轴160的用途，芯轴160的长度可以在实施例之间有所不同。例如，在一些实施例中，芯轴160的长度可以沿壳体110的长度或宽度延伸。在另一种实施例中，芯轴160可以具有基本上小于壳体110的长度或宽度的长度。

如在图1B中所示，光学编码器的芯轴160包括编码图案165。在一些实施例中，可以使用编码图案165来确定关于芯轴160的位置信息，包括旋转运动、角位移、运动的速率、运动的速率变化等等。在一些情况下，由于利用编码图案165由反射离开的光产生的或者以其它方式产生的唯一信号，因此可以使用编码图案165来确定芯轴160的绝对位置。

在图1B所绘的示例中，编码图案165由在芯轴160的外表面上形成的对比或光学可区分的区域阵列形成。作为简化的示例，在图1B中绘出的编码图案165被描述为穿插有暗条纹阵列的亮条纹阵列。虽然亮条纹和暗条纹被具体地提到并且示出，但是编码图案可以包括具有各种明暗、颜色、或提供对比或光学可区分的区域的其它光学特性的各种类型的区域。例如，在一些实现方式中，白色条纹可以表示编码图案165的基本上反射的区域，并且黑色条纹可以表示编码图案165的基本上非反射的或吸收的区域。在一些实施例中，编码图案的第一条纹可以创建基本上镜面的反射，而编码图案的第二条纹可以创建基本上漫射的反射或以其它方式吸收由光发射器170产生的光。

在一些实施例中，编码图案165的对比或交替区域可以包括产生沿第一方向的第一类型反射和沿横向于第一方向的第二方向的第二类型反射的方向依赖或各向异性的光反射区域阵列。在一些实现方式中，第一类型反射具有相对窄的或紧的光束扩展。相比之下，第二类型反射可以具有比第一类型反射更宽的相对宽的光束扩展。参考图1B中绘出的示例，各向异性反射区域可以由编码图案165的白色条纹来表示。如前面所提到的，可以使用方向依赖的反射区域来创建对系统中的维度或几何形状变化更稳健或者宽容的光学系统。

作为示例，如在图1B中所示，由光发射器170发射的光可以照射芯轴160的一部分。反射离开芯轴160的光可以被检测器180接收到，检测器180可以包括光电传感器阵列。如果白色条纹由各向异性反射区域形成，则在与芯轴160的长度对齐的纵向平面中的光可以分散的方式朝着检测器180被反射。此外，沿横向于芯轴160的长度或轴线的横向平面反射的光可以以基本上镜面的、非分散的方式被反射。在纵向平面和横向平面之间的方向上被反射的光可以利用镜面的或定向的组件被部分地分散。

当光被反射离开芯轴160并且被光检测器180接收到时，可以做出关于芯轴160的位置和运动的确定，如在下面更详细描述的。在一些实施例中，衍射状或独特的反射图案由编码图案165产生。基于独特的反射光或图案，可以使用光检测器180来确定芯轴160的绝对位置、运动和运动的方向。

编码图案165被大致地置于沿着芯轴160的外部表面，并且可以包括各种构造。在一些实施例中，编码图案165的区域(例如，条纹)轴向地或者沿芯轴160的长度延伸。在图1B中绘出的实施例中，编码图案165包括轴向分量。例如，区域可以沿着芯轴160的整个长度或者部分地沿着芯轴160的长度延伸。在一些实施例中，编码图案165可以包括径向分量。例如，编码图案165可以顺着芯轴160的长度向下而变化，这可以提供附加的位置信息。在一些实施例中，编码图案可以具有径向分量和轴向分量两者。

无论编码图案165是否包括径向和/或轴向分量，编码图案165都可以围绕芯轴160的整个圆周放置。在一些实施例中，编码图案165可以只放置在芯轴160的某些区域上。例如，如果芯轴160被构造为具有在给定方向上绕轴线的部分旋转运动(而不是诸如本文所述的绕轴线的完全旋转运动)，则编码图案165可以只放置在芯轴160的随着芯轴160被旋转而将会对光检测器180可见的一部分上。

在一些实施例中，编码图案165的亮区域和暗区域可以在亮条纹和暗区域之间交替。在另一种实施例中，编码图案165的亮区域和暗区域可以以特定的序列被穿插或被布置。在一些实施例中，可以使用编码图案165的每种序列或布置来确定芯轴160的绝对位置。

在图2中绘出了示例编码图案200。具体而言，图2绘出了具有以平坦形状因子绘出的对比区域阵列的编码图案200的部分序列。(实际的编码图案200可以绕芯轴的表面缠绕)。编码图案200包括由亮条纹和暗条纹表示的穿插对比区域。如以上所讨论的，亮条纹和暗条纹可以对应于反射区域和非反射区域。在一些情况下，反射区域是方向依赖的或各向异性的反射区域。示例编码图案200可以具有可用来确定在序列内的绝对位置或地点的非重复的亮条纹和暗条纹序列。在图2绘出的示例中，编码图案包括布置为如下的区域或条纹：亮、暗、亮、亮、暗、暗、亮、亮、亮、暗。

在这个简化的示例中，四个条纹组合起来可以表示与芯轴的位置关联的四比特图案。具体而言，在图2示出的示例中，子图案210包括以下次序的条纹：亮、暗、亮、亮，子图案220包括以下次序的条纹：暗、亮、亮、暗，子图案230包括以下条纹：亮、亮、暗、暗，等等。由于编码图案200是非重复的，因此每个子图案(例如，子图案210、220和230)可以指示编码器的芯轴的绝对(旋转)位置。

在一些情况下，可以使用在编码图案200内的绝对位置来确定芯轴的运动方向。例如，如果光检测器在第一时间看到子图案220并且随后在第二时间看到子图案210，则可以做出确定：芯轴正向右移动，这可以对应于逆时针旋转方向。类似地，如果光检测器看到子图案220之后看到子图案230，则可以做出确定：芯轴以顺时针方向旋转。

在一些实施例中，每个条纹的明暗或颜色可以在编码图案200内变化。在一些实施例中，穿插区域的反射或其它光学特性的量可以被改变。可以使用空间变化和光学变化的各种组合来编码在图案内的位置信息。虽然图2示出了其中条纹本身以特定次序被布置的编码图案200，但是在可替代的实施例中，编码图案的条纹可以直接在亮条纹和暗条纹之间交替。

如也在图2中所示出的，编码图案200的每个条纹可以具有宽度W。在一些实施例中，编码图案200上的每个条纹的宽度W可以是均匀的或基本均匀的。因此，在其中条纹被布置为交替的亮条纹和暗条纹的实施例中，编码图案200的条纹的均匀性可以有利于确定芯轴的旋转的量。例如，通过光检测器的区域或条纹的计数可以被宽度W相乘并且用来确定旋转的量。

在另一种实施例中，编码图案200的每个条纹的宽度W可能变化。例如，编码图案200的每个亮条纹可以具有第一宽度，而编码图案200的每个暗标记可以具有第二、不同的宽度。在另一个示例中，编码图案200的第一条纹可以具有第一宽度，编码图案200的第二条纹可以具有第二宽度，并且编码图案200的第三条纹可以具有第三宽度。这种布置可以使诸如例如计算设备100的计算设备能够基于条纹的各种宽度测量芯轴160的位置。每个条纹的可变宽度可以在本文所讨论任何编码图案中使用。例如，具有可变宽度的条纹可以被用在诸如图2中所示出的其中条纹的顺序变化的编码图案中或者在其中编码图案的条纹在亮条纹和暗条纹之间交替的实施例中。

在另一个示例中，条纹的变化宽度可以提供指示芯轴的绝对位置的图案。例如，具有第一宽度的条纹可以指示芯轴处于第一位置，而具有第二宽度的条纹可以指示芯轴处于第二位置。在又一个示例中，每个条纹可以具有锥形的宽度，该条纹可以用来确定芯轴的线性运动以及芯轴的旋转运动。

编码图案200的条纹也可以包括各种多维图案。例如，编码图案200的区域可以用2维码、快速响应(QuickResponse，QR)码、条形码或者可用来编码芯轴160的表面上的位置信息的其它此类图案来布置，可以使用这些图案来确定芯轴160的旋转、平移或角向的运动以及芯轴160的运动速度。

参考回到图1B，本公开内容的光学编码器包括光检测器180，该光检测器可以用来区分在芯轴160的表面上形成的对比或光学可区分的区域。一般而言，光检测器180可以被构造为产生对应于由光检测器180的光敏表面接收到的光的量的电输出。这些区域可以基于然后被光检测器180接收到的反射光的强度或量进行检测，这可以产生对应量的输出电流或其它电信号。

在一些实现方式中，光检测器180包括光电二极管，该光电二极管响应于在光电二极管的表面上入射的光的量产生模拟电流。在一些情况下，从光电二极管输出的输出电流越高，亮条纹或反射条纹的越大的部分对光检测器180明显(或对光检测器180的特定光电二极管明显)。同样，在一些情况下，由光电二极管产生的输出电流越小，暗条纹或者非反射表面的越大的部分对光检测器180明显(或者对光检测器180的特定光电二极管明显)。

利用光检测器180的输出，芯轴160的旋转信息以及最终冠部140可以被确定。例如，旋转数据可以根据分析光检测器180中的光电二极管阵列跨一个或多个样本帧的输出推导出。样本帧之间的输出或相位的方差与编码图案165的条纹以及最终芯轴160的运动或旋转方向相关。

图3A-3C示出了由示例光检测器的光电二极管阵列提供的示例电流输出图。例如，每个图300、310和320可以表示当光检测器的不同光电二极管接收从编码图案反射离开的光时由其提供的输出。虽然相对于这个示例讨论了光电二极管，但是，如上所述，用来检测光学编码器的芯轴的运动的传感器可以是任何类型的光敏或光检测传感器。

在一个简化的示例中，编码图案的亮区域和暗区域是直接交替的、等间隔的、围绕圆形芯轴的外表面放置的条纹。在这种情况下，在图3A中示出的图300可以表示第一光电二极管在时间t上的输出。类似地，图310和320可以表示第二光电二极管和第三光电二极管在相同时间t上的输出。通过比较各个光电二极管的电流输出的相移，旋转的方向(例如，顺时针或逆时针)可以被确定。此外，旋转的量可以基于已通过特定光电二极管的峰值(或一些其它参考点)的数量来确定。另外，旋转的速率可以基于由光电二极管中的一个或多个光电二极管检测到的电流峰值的频率或速率来确定。在一些情况下，如果编码图案包括非重复序列，则表示光反射区域或光区域的中心的峰值之间的间隔可以用来确定编码图案内的绝对地点。以上相对于图2讨论示例非重复序列。

虽然已相对于用来确定旋转运动的各方面的长度方向或径向的分量给出了以上示例，但是在一些实施例中，也可以使用相同的原理来检测芯轴的线性或平移运动。例如，编码图案可以包括沿芯轴的长度变化的一个或多个区域，这样的一个或多个区域可以被称为轴向分量。在一些情况下，可以使用编码图案的轴向分量来检测用户将冠部推向壳体或者将冠部拉离壳体。在一些实施例中，可以使用上述原理来确定芯轴的旋转运动和平移运动两者。

图4A-4B示出了根据本公开内容的一种或多种实施例的、使光学传感器的组件相对于光学编码器400的芯轴410轴向或长度方向上对齐的光学编码器400。图4A-4B绘出了同一光学编码器400的两个不同的透视图。在一些实施例中，光学编码器400可以类似于相对于图1B示出和描述的光学编码器。

如在图4A-4B中所示，光学编码器400包括芯轴410、光发射器440和包括光电二极管阵列430的光检测器。芯轴410包括在外表面上形成的编码图案415。编码图案415可以包括光学对比区域阵列，诸如具有不同光学特性的穿插条纹阵列。如在图4A-4B中所示，编码图案415的条纹相对于芯轴410在轴向对齐并且绕芯轴410在圆周方向上被布置。根据本文所述的示例，可以使用编码图案415来确定芯轴410的旋转运动的各方面。

在一些实施例中，编码图案415的亮区域或条纹可以是基本上反射的，并且编码图案415的暗区域或条纹可以是基本上非反射的。在一些情况下，亮区域被形成为在垂直于芯轴410的轴线的方向上以窄分散的方式反射光并且在与芯轴的轴线对齐的方向上以更宽地分散的方式反射光的各向异性反射区域。

如在图4A-4B中所示，光学编码器400可以包括沿芯轴410的长度或旋转轴线与光电二极管阵列430对齐的光发射器440。此外，光发射器440可以被描述为沿芯轴410的长度或旋转轴线对齐。在图4A-4B中绘出的传感器布置会导致比诸如图5A-B中绘出和以下描述的实施例的替代布置更长的芯轴410。在一些情况下，芯轴410的长度足以使来自光发射器440的光445能够被反射离开芯轴410并且被光电二极管阵列430接收到。虽然芯轴410的长度与其它构造相比可以被增加，但是该构造可能是光学上更高效的。例如，光发射器440和光电二极管阵列430的轴向对齐可以增加被反射回到光电二极管阵列430的光的量，在一些实现方式中，这可以改善旋转数据的准确度和/或照射芯轴410所需的功率。

虽然在光电二极管阵列430中具体示出和描述了四个光电二极管，但是可以使用任何数量的光电二极管。取决于每个光电二极管的收集区域的尺寸和/或编码器的光学系统的各种其它方面的尺寸，光电二极管的数量可以增加或减少。在一些情况下，芯轴410的准确的旋转运动或线性运动可以从两个光电二极管的阵列来收集。在其它实施例中，可能需要八个或更多个光电二极管。在另一种实施例中，可能使用多个光电二极管阵列。此外，每个光电二极管阵列可以相对于芯轴410以各种对齐方式和位置来布置。

图5A-5B绘出了在光学编码器500中的光学传感器的替代布置。特别地，图5A-5B绘出了使光学传感器的组件相对于光学编码器的芯轴510径向对齐的光学编码器500。在一些实施例中，光学编码器500可以类似于相对于图1B示出和描述的光学编码器。

如在图5A中所示，光学编码器500包括芯轴510、光发射器520和包括光电二极管阵列550的光检测器。如在图5A和图5B中所绘出的，光电二极管阵列550可以包括四个光电二极管。但是，取决于每个光电二极管的收集区域和编码器500的其它方面的尺寸，可以对阵列550使用任何数量的光电二极管，诸如以上所述。此外，如在图5A中所示出的，编码图案515的条纹相对于芯轴510在轴向对齐并且围绕芯轴510的圆周被布置。根据本文所述的实施例，可以利用从编码图案515中检测反射光来确定芯轴510的旋转运动的各方面。

如在图5A中所示，光学编码器500可以包括光发射器520和相对于芯轴510被径向对齐的光电二极管阵列550。例如，光发射器520和光电二极管阵列550可以彼此对齐，使得反射光束545横向(例如，垂直)于芯轴510的旋转轴。在一些实施例中，光发射器520和光电二极管阵列550相对于芯轴510的径向对齐可以使芯轴510能够比在图4A-4B中示出的实施例更短。

一般而言，以上相对于图4A、4B、5A和5B描述的编码器构造可以结合到紧凑的形状因子中，诸如可穿戴或腕戴式电子设备。在一些实现方式中，对于编码器而言，在编码器的芯轴上还包括一个或多个方向依赖、光学各向异性或各向异性反射的区域以提高编码器容忍由于在制造过程中的正常可变性、制造公差以及系统内组件的运动造成的维度变化的能力可能是有益的。一般而言，光学各向异性区域可以允许编码器内的可能以其它方式导致编码器的光学元件的不对齐的维度变化。

图6A绘出了可以在芯轴的外表面上形成的示例方向依赖或各向异性的区域600。在图6的示例中，各向异性区域600包括形成在芯轴的表面中的浅槽阵列。各向异性区域600可以由光学上对比或光学上可与各向异性区域600区分的一个或多个非反射或漫射的区域602为划界或者与其相邻。穿插有非反射或对比区域的光学各向异性区域的示例在下面相对于图7A-7D进行描述。

如在图6A中所示，取决于在区域600的表面上入射的光的方向，各向异性区域600不同地反射光。特别地，通常在X-Z平面中行进的光可以以基本上分散或宽扩展的方式被反射。在一些情况下，在X-Z平面行进的光的特征在于具有第一类型反射，该反射具有第一光束扩展。在X-Z平面中行进的光的反射特性可能与通常在Y-Z平面行进的光不同，其中在Y-Z平面行进的光可以按较不分散或窄扩展的方式被反射。在一些情况下，在Y-Z平面行进的光的特征在于具有第二类型反射，该反射具有可能比第一光束扩展更窄或更不分散的第二光束扩展。在一些情况下，X-Z平面表示平行于或穿过芯轴的中心或旋转轴的平面。在一些情况下，Y-Z平面表示横向于(例如，垂直于)芯轴的中心或旋转轴的平面。

图6A绘出了在各向异性区域600之上创建的反射的方向依赖特性的简化示例。为了说明的目的，光的量(诸如光束)通过箭头或一组箭头来表示，即使光的量实际上可以包括多条光线。在图6A中绘出的箭头表示构成光束的多条光线的总体方向。图6B和6C绘出了更好地说明光的光线与形成在各向异性区域600的表面中的沟槽特征部之间的相互作用的细节图。

如在图6A中所示，示例光束612可以表示由光学编码器的光发射器产生的、具有如由箭头方向指示的相同的总体(平行)朝向的光线的集合。对于具有基本上与X-Z平面对齐的光线的光束612，反射将导致反射光束614具有分散的、漫射的、或加宽的光束扩展。在一些情况下，反射光束614包括在一系列反射光路径角度上传播的光的多条光线。在一些情况下，反射光束614包括镜面或定向的分量，但具有比进入光束612更宽的扩展。

图6B绘出了进入光束612与形成在各向异性区域600中的沟槽604的相互作用的细节视图。如在图6B中所示，进入光束612由彼此大致平行或对齐的多条光线组成。每条光线的入射角由于构槽604的弯曲形状而在区域的表面上不同。由于光束612的每条光线具有不同的入射角，因此结果产生的反射光束614将包括与进入光束612的光线相比极大发散的光线。反射光束614可以特征化为与光束612相比具有更广的扩展或分散在更宽的角度范围内。在一些情况下，反射光束614可以被描述为通过各向异性区域600的沟槽604而被漫射。

图6A还绘出了可以被光学编码器的光发射器产生的另一个示例光束622。由于光线622基本上与Y-Z平面对齐，因此反射会导致具有基本上非分散或相对较窄的光束扩展的反射光束624。

图6C绘出了进入光束622与例如在各向异性区域600中形成的沟槽604的底部的相互作用的细节视图。如在图6C中所示，进入光束622由大致彼此平行或对齐的多条光线组成。每条光线的入射角只在沟槽604的底部之上稍微变化，这是因为沟槽的曲率在Y-Z平面低得多。由于光束622的每条光线只具有略微不同的入射角度，因此结果产生的反射光束624将包括与进入光束622的光线相比只稍微发散的光线。反射光束624可以特征化为具有与光束612相比类似或只稍微发散的输出。在一些情况下，反射光束624可以被描述为具有镜面或非发散的反射。

由于光学各向异性区域600的方向依赖特性，光将取决于进入或入射的光的大致方向而不同地反射。参考图6A-6C，沿Y-Z平面朝向的反射光束624可以被特征化为更窄地分散、具有更窄的光束角、或者与沿X-Z平面朝向的反射光束614相比更定向。相反，反射光束614可以被特征化为更宽地分散、具有更宽的光束角、或者与反射光束624相比更不定向。

在图6A-6C的示例中，光学各向异性区域600由一系列凹形特征部或切口形成，如相对于图7A更详细描述的。在可替代的实施例中，光学各向异性区域600可以由一系列凸形特征部形成，如相对于图7B更详细描述的。在另一种可替代的实施例中，光学各向异性区域600可以由产生方向依赖或光学各向异性特性的不同表面特征部或表面光洁度形成，类似于如上所述。例如，光学各向异性区域600可以包括凹特征部和凸特征部的组合。

图7A-7D绘出了具有与一组非反射区域穿插的一组光学各向异性或各向异性反射的区域的示例光学编码器700、750、770、780。光学编码器700、750、770、780的细节和操作可以类似于以上相对于任何前面的附图所描述的示例。具体而言，编码器700、750、770、780可以与电子设备的冠部结合。另外，虽然编码器700、750、770、780绘出了类似于在图4A和4B中所绘出的布置的传感器布置，但是在可替代的实施例中，传感器布置也可以类似于在图5A和5B中绘出的布置。

图7A示出了具有各向异性反射区域、具有一系列围绕芯轴710的表面形成的凹形特征部的光学编码器700。如以上相对于图6A-6C所描述的，一系列凹形特征部会导致反射区域的方向依赖反射特性。在一些实施例中，由编码图案715的亮条纹或白色条纹表示的各向异性反射区域会分散较宽的反射光分布，这可以提高光学编码器的可靠性。在一些情况下，各向异性反射区域可以提高可能经历影响光学系统的一个或多个维度变化的光学编码器700的可操作性。例如，各向异性反射区域可以降低编码器700对在芯轴710和光发射器740和/或光检测器730之间的距离的变化的敏感性。各向异性反射区域也可以降低芯轴710相对于光发射器740和/或光检测器730的轴向未对齐的敏感性。各向异性反射区域也可以降低对组件的正常制造容差(包括例如，芯轴710的直径、芯轴710的圆度等)的敏感性。

一般而言，光发射器740可以被构造为利用光束745照射芯轴710的一部分。光检测器730可以被构造为接收来自芯轴710的照射部分的光。编码图案715可以包括在芯轴710的面向外表面上形成的对比区域阵列。

如在图7A中所示，由光发射器740产生的发射光束745可以以具有在可包括光电二极管阵列的光检测器730之上的较宽光束扩展的基本上分散的方式被各向异性反射区域反射。如与纯镜面的反射相比，较宽的或增加的光分布会有助于确保至少一些反射光将到达光检测器730，即使当光学编码器700的组件内或组件之间存在维度变化。此外，各向异性反射区域可以在垂直于芯轴710的长度或旋转轴的方向上产生具有较少分散或较窄光束扩展的反射。这可以降低跨光检测器730的光电二极管阵列扩展或反射的光的量，这可以提高或维持编码图案715的反射区域和非反射区域之间的光学对比度。在一些实施例中，每个各向异性反射区域被构造为对沿垂直于芯轴710的中心轴线的横向平面的光产生具有窄的反射光分布的反射，并且对沿穿过芯轴710的中心轴线的纵向平面的光产生具有更宽的反射光分布的反射。

类似于之前的示例，(各向异性)反射区域可以穿插(例如，交替)有暗的、漫射的、非反射的或光学吸收的区域，以形成对比或光学可区分的区域阵列。此外，类似于之前的示例，对比或光学可区分的区域阵列可以沿芯轴710的长度延伸。虽然在图7A中绘出的简化示例将反射区域和非反射或光学吸收的区域示为交替的，但是各种非重复的区域的图案也可以被使用，以产生类似于以上相对于图2和图3A-3C所描述的示例的编码图案715。

在一些实施例中，各向异性反射区域的凹特征部通过旋转环绕芯轴710的外表面的半圆槽形成。凹特征部可以例如通过利用使用车床或类似加工装置的波状或弯曲的切削工具切割芯轴710的外表面形成。在一些实施例中，凹特征部被形成为环绕芯轴710外表面的连续螺旋形。可替换的，凹特征部可以被形成为环绕芯轴710的外表面的分离的环。在一些实施例中，凹特征部利用计算机数控(CNC)的机器切割，以帮助保持凹切割的一致性和准确性。在一些实施例中，凹特征部利用模制、铸造、锻造、或其它类似过程在芯轴710的表面中形成。在一些实施方式中，芯轴710被形成为绕主轴放置与用户输入设备的诸如冠部的拨盘的其它组件相联系的分离的部件。

凹特征部的半径和深度可以被构造为产生特定的反射光分布。在一些情况下，如果光分布太宽，则实际上入射到光检测器730上的光的量对于可靠的测量可能太低。相反，如果光分布太窄，则光学编码器700可能对光学编码器700的组件之间和/或组件内的维度变化过于敏感。在一些情况下，切割的半径与深度的比可以被构造为产生期望的反射光分布。作为示例而非限制，凹特征部的半径与深度的比可以等于或大于7∶1的最小比，并且可以等于或小于13∶1的最大比。作为另外的示例而非限制，凹切口可以具有小至3微米的深度或大至15微米的深度。在一些情况下，深度小于3微米或大于15微米。

在本示例中，穿插有亮区域或反射区域的暗的、非反射或光学吸收的区域通过利用暗的、光学吸收的、漫射的或非反射的涂料涂覆芯轴710的各个区域来形成。在一些情况下，暗的、光学吸收的、漫射的或非反射的区域通过在沿芯轴710的长度布置的条形区域之上放置墨水或涂料来形成。在一些实施例中，暗的、光学吸收的、漫射的或非反射的区域通过激光蚀刻或烧蚀这些区域以形成基本上平坦的区域或表面来形成。在一些实施例中，暗的、非反射的或光学吸收的区域被激光烧蚀并且然后利用墨水或其它涂料涂覆，以降低该区域的光学反射特性。暗的、非反射的或光学吸收的区域也可以被机加工、研磨或进行类似的处理，以更改各个区域的表面反射特性。

各向异性反射区域可以利用其它几何形状或表面处理来形成。例如，图7B图示了具有各向异性反射区域的光学编码器750，其中各向异性反射区域具有绕芯轴760的表面形成的一系列凸形特征部。类似于以上相对于图6A-6C所描述的，一系列的波状特征部可以导致反射区域的方向依赖反射特性。类似于之前的示例，由编码图案765的亮条纹或白色条纹所表示的各向异性反射区域可以分散更宽的反射光分布，这可以通过降低编码器对组件之间或组件自身内的维度变化的敏感性来提高光学编码器的可靠性。

如在图7B中所示，由光发射器740产生的发射光束795可以以具有在可包括光电二极管阵列的光检测器730之上的较宽的光束扩展的基本上分散的方式被各向异性反射区域反射。如上所述，如与纯镜面的反射相比，更宽的或增加的光分布会有助于确保至少一些反射光将到达光检测器730，即使当光学编码器750的组件内或组件之间存在维度变化时。此外，各向异性反射区域可以在垂直于芯轴760的长度或旋转轴的方向上产生具有较不分散或较窄的光束扩展的反射，这可以降低跨光检测器730的光电二极管阵列扩展的光的量，以提高或维护编码图案765的反射区域和非反射区域之间的光学对比度。在一些实施例中，每个各向异性反射区域被构造为对沿着垂直于芯轴760的中心轴线的横向平面的光产生具有窄的反射光分布的反射，并且对沿着穿过芯轴760的中心轴线的纵向平面的光产生具有更宽的反射光分布的反射。

类似于之前的示例，(各向异性)反射区域可以穿插(例如，交替)有暗的、漫射的、非反射的或光学吸收的区域，以形成对比或光学可区分的区域阵列。此外，类似于之前的示例，对比或光学可区分的区域阵列可以沿芯轴760的长度延伸。虽然在图7B中绘出的简化示例将反射区域和非反射或光学吸收的区域示为交替的，但是各种非重复的区域的图案也可以被使用，以产生类似于以上相对于图2和图3A-3C所描述的示例的编码图案765。

在一些实施例中，各向异性反射区域的凸特征部利用用于切割在芯轴760的外表面中的特征部的加工过程形成。在一些实施例中，凸特征部被形成为环绕芯轴760的外表面的连续螺旋形。可替代地，凸特征部可以被形成为环绕芯轴760的外表面的分离的环。附加地或可替代地，凸特征部可以通过模制、铸造、锻造或利用其它类似的过程来形成，以形成芯轴760的外表面的一部分。在一些实现方式中，芯轴760被形成为绕主轴放置的分离的部件，其中该主轴与用户输入设备的诸如冠部的拨盘的其它组件相联系。

凸特征部的半径和高度可以被构造为产生特定的反射光分布。在一些情况下，如果光分布太宽，则实际上入射到光检测器730上的光的量对于可靠的测量来说可能太低。相反，如果光分布太窄，则光学编码器750可能对光学编码器750的组件之间和/或组件内的维度变化过于敏感。因此，在一些情况下，半径和高度和/或半径与高度的比可以被构造为产生针对编码器750的组件中的维度以及预测的变化进行了定制的期望的漫射光分布。

如在图7B中所示，编码图案765包括穿插有各向异性反射区域的暗的、漫射的、非反射的或光学吸收的区域。该暗的、漫射的、非反射的或光学吸收的区域可以利用以上相对于图7A所描述的技术中的一种或多种技术来形成。

图7C绘出了包括芯轴772、光发射器740和光检测器730的示例光学编码器770。类似于之前的示例，光发射器740被构造为产生从在芯轴772的外表面上形成的编码图案774反射离开的发射光束745。在该实施例中，编码图案774包括沿芯轴772的长度延伸的一组对比区域阵列。类似于图7A的示例，对比区域阵列包括由在芯轴772的外表面中的一系列凹形特征部形成的各向异性反射区域阵列。在图7C所绘出的示例构造中，反射区域穿插有光学吸收区域阵列，该光学吸收区域阵列基本上没有凹特征部。在一些实施例中，光学吸收区域通过机加工、研磨或以其它方式去除材料以形成基本上平坦的表面来形成。在一些实施例中，光学吸收区域通过激光蚀刻或激光烧蚀这些区域以形成平坦的或基本平坦的区域来形成。

图7D绘出了包括芯轴782、光发射器740和光检测器730的示例光学编码器780。类似于之前的示例，光发射器740被构造为产生从在芯轴782的外表面上形成的编码图案784反射离开的发射光束795。在该实施例中，编码图案784包括沿芯轴782的长度延伸的一组对比区域阵列。类似于图7B的示例，对比区域阵列包括由在芯轴782的外表面中的一系列凸形特征部形成的各向异性反射区域阵列。在图7D所绘出的示例构造中，反射区域穿插有光学吸收区域阵列，该光学吸收区域阵列基本上没有凹特征部。在一些实施例中，光学吸收区域通过机加工、研磨或以其它方式去除材料以形成基本上平坦的表面来形成。在一些实施例中，光学吸收区域通过激光蚀刻或激光烧蚀这些区域以形成平坦的或基本平坦的区域来形成。

如相对于之前的示例所描述的，光学编码器可以包括亮(或反射)和暗(或光学吸收)区域，以形成编码图案。附加地或可替代地，在一些实施例中，整个芯轴可以具有将光导向或导离编码器的光检测器的波形形状。在一些实现方式中，芯轴表面可以具有基本上均匀的表面光洁度。例如，在一些实施例中，芯轴的表面可以是基本上镜面的(例如，芯轴提供基本上镜面的反射)，并且沟槽、切口或其它特征部沿芯轴的长度形成，从而以交替的方式反射光。在这种实施例中，芯轴可以具有一个或多个条痕、沟槽、凹槽、通道或沿芯轴的长度形成的类似特征部。

图8A绘出了包括沿芯轴810的长度形成的多个特征部815的光学编码器800的示例芯轴810。特征部815可以包括在长度方向或轴向对齐的切口的阵列，该切口可被描述为凹槽、通道、凹坑或其它类似特征部。一般而言，特征部815可以将由光发射器820产生的光束830引导到包括交替的亮反射部分和暗反射部分的反射光的图案中。在一些情况下，交替的亮部分和暗部分模拟或类似衍射图案。随着芯轴810旋转，交替的亮部分可以通过光检测器840的光电二极管之上，类似于以上相对于其它编码器实施例描述的实施例，该光检测器可用来确定旋转的量、旋转的方向、旋转的速率、旋转的速率变化等。

在一些实施例中，特征部815与光反射区域和光吸收或非反射的区域相结合，以产生交替的反射。在其它实施例中，即使不存在来自芯轴810的颜色或表面反射率的变化，特征部815也可以创建交替的亮反射和暗反射。这种实施例会是有利的，因为它可以不需要在芯轴810的表面上形成对比或光学可区分的区域。

在一些实施例中，表面特征部815可以作为模制、铸造、锻造、或其它类似制造过程的一部分在芯轴810的表面上形成。在一些实施例中，表面特征部815可以通过机加工、研磨或以其他方式从芯轴810的表面上去除材料来形成。此外，虽然在图8A中绘出的特征部815被示为沿着芯轴810的长度形成，但是特征部沿芯轴810的整个长度延伸可以不是必须的，并且作为替代，特征部可以在芯轴810的外表面的相对较短的部分之上形成。

图8B绘出了具有在芯轴860的外表面中形成的刻面表面特征部865阵列的另一种可替代编码器850。类似于之前的示例，光发射器820可以产生反射离开芯轴860的表面的光束830。在图8B所绘出的示例中，刻面特征部865造成具有交替的亮部分和暗部分的反射图案，其可以随着芯轴860旋转通过光检测器840的光电二极管。在本示例中，刻面特征部865被形成为沿芯轴860的表面的平坦刻面特性阵列，其在不同方向反射光，以产生交替的亮部分。

图8C绘出了具有在芯轴880的外表面中形成的平坦刻面表面特征部875的阵列的另一种可替代编码器870。在一些实施例中，平坦刻面表面特征部875可以被布置为与内切圆(未示出)相切。类似于之前的示例，光发射器820可以产生反射离开芯轴880的表面的光束830。在图8C所绘出的示例中，刻面特征部865造成具有交替的亮部分和暗部分的反射图案，该反射图案可以随着芯轴880旋转而通过光检测器840的光电二极管。在本示例中，刻面特征部875被形成为沿芯轴880的表面的平坦刻面特征部阵列，该平坦刻面特征部阵列在不同方向上反射光，以产生交替的亮部分。虽然在图8A-8C中绘出了不同的凹槽和刻面几何形状以及特征部布置，但是这些示例仅仅是说明性的，并且其它可替代的刻面布置也可以被使用。

在一些实施例中，沿芯轴的长度形成的轴向对齐特征部(例如，凹槽、刻面、凹坑等)具有基本上镜面的表面光洁度。虽然镜面的表面光洁度对于最大化由光检测器接收到的光的量是有利的，但是镜面光洁度可能不便于或不能容纳各种组件的位置的正常变化或合理程度的变化。例如，随着光发射器和/或光检测器的位置和/或对齐相对于芯轴变化，反射光束会部分或全部错过光检测器。因此，如之前提到的，例如，在与芯轴的长度对齐的平面中，对反射光的分布进行扩展可以允许编码器的组件的位置和/或对齐的某些变化。图9A至图11B绘出了可用来加宽反射光的分布以降低编码器对位置和/或维度变化的敏感性的示例系统的各方面。

在一些实施例中，光学漫射构件可以相对于一个或多个光学元件来安置或放置，并且可以加宽光在光检测器上的分布。图9A绘出了具有相对于光发射器940放置的光学漫射构件942的示例光学编码器900。特别地，图9A的编码器900包括被放置为与光发射器940的发光面相邻的光学漫射构件942。如在图9A中所示，光学漫射构件942可以用来产生具有沿芯轴910的轴线的加宽光束分布的光束945。

在一些实施例中，光学漫射构件942被构造为加宽光束945沿主方向的分布，以产生方向依赖的光分布。特别地，光学漫射构件942可以包括沿主方向扩展或加宽光的分布但基本上不沿横向(例如，垂直)于主方向的另一方向扩展或加宽光的分布的表面特征部或光学元件的阵列。在一些实施例中，光学漫射构件942可以包括细长透镜或脊的阵列，该阵列被构造为沿主方向比在横向于主方向的其它方向上分布更大的量的光。示例光学漫射构件在下面相对于图10进行描述。

如在图9A中所示，编码器900可以包括由基本上均匀且光学镜面的表面形成的芯轴910。类似于以上相对于图8A所描述的示例，芯轴910可以包括沿芯轴910的长度形成的多个特征部915。特征部915可以包括在长度方向或轴向对齐的切口的阵列，该切口可被描述为凹槽、通道、凹坑或其它类似特征部。一般而言，特征部915可以将由光发射器940产生的光束945引导到包括交替的亮反射部分和暗反射部分的反射光的图案中，该反射光的图案可以类似衍射图案。随着芯轴910旋转，交替的亮部分可以通过光检测器930的光电二极管之上，类似于以上相对于其它编码器实施例描述的实施例，该光电二极管可用来确定旋转的量、旋转的方向、旋转的速率、旋转的速率变化等。

在一些实施例中，光学编码器900包括具有凹槽的芯轴910(具有镜面表面光洁度)和光学漫射构件942两者。如之前所提到的，随着芯轴910被旋转，芯轴910的凹槽特征部915可以用来用图案引导光穿过LED。光学漫射构件942沿芯轴910的轴向或长度方向扩展光，以减少由于编码器910内的正常或合理的位置或尺寸的变化导致的光束不对齐的影响。通过分离图案形成和光束扩展功能，每个元件，无论它是特征部915还是光学漫射构件942，其性能都可以对各自的光学功能进行优化。在一些情况下，分离光学功能还可以简化每个元件或组件的制造。相比之下，以下更详细描述的图11A和11B绘出了具有表面特征部的芯轴，其中表面特征部被构造为提供跨光检测器的图案形成和沿芯轴的轴线或长度方向的光学漫射或光束扩展。

虽然在图9A中绘出的示例包括与具有凹槽特征部915的芯轴910组合使用的光学漫射构件942的组合，但是相同的原理可以应用于具有各种形状和构造的芯轴。例如，图9A的光学漫射构件942可以与以上相对于图8B和8C描述的任何其它芯轴示例850和870组合。此外，光学漫射构件942可以与以上相对于之前的图描述的光学编码器400、500、700、750、770、780中的一个或多个进行组合。

图9B绘出了具有相对于光检测器930放置的光学漫射构件932的示例光学编码器950。特别地，图9B的编码器950包括被放置为与光检测器930的光接收面相邻的光学漫射构件932。光学漫射构件932会有助于使由芯轴910反射的光在大致沿芯轴910的轴线或长度的方向上跨整个光检测器930分布。

类似于之前的示例，在一些实施例中，光学漫射构件932被构造为加宽沿主方向的光分布，以产生方向依赖的光分布。特别地，光学漫射构件932可以包括沿主方向扩展或加宽光的分布但基本上不沿横向(例如，垂直)于主方向的另一方向扩展或加宽光的分布的表面特征部或光学元件的阵列。在一些实施例中，光学漫射构件932可以包括细长透镜或脊的阵列，该阵列被构造为在沿主方向比在横向于主方向的其它方向上分布更大的量的光。示例光学漫射构件在下面相对于图10进行描述。

类似于之前的示例，图9B的编码器950包括由基本上均匀且光学镜面的表面形成并且可以包括沿芯轴910的长度形成的多个特征部915的芯轴910。如上所述，特征部915可以将由光发射器940产生的光束947引导到包括交替的亮反射部分和暗反射部分的反射光的图案中，这可以用来确定或测量芯轴910的旋转的各方面。

虽然在图9B中绘出的示例包括与具有凹槽特征部915的芯轴910组合使用的光学漫射构件932的组合，但是相同的原理可以应用于具有各种形状和构造的芯轴。例如，图9B的光学漫射构件932可以与以上相对于之前的图描述的光学编码器400、500、700、750、770、780、800、850、870中的一个或多个进行组合。此外，编码器可以包括如在图9A中示出的在光发射器940上的光学漫射构件942和如在图9B中示出的在光检测器930上的光学漫射构件932两者。

图9C示出了具有细长的光发射器948的示例光学编码器960。在一些实施例中，细长的光发射器948可以用来增加沿芯轴910的轴线或长度方向的光分布，这可以降低对位置和/或维度变化的敏感性。如在图9C中所示，光发射器948可以用来产生沿芯轴910的轴线或长度与横向(例如垂直)于芯轴910的长度的其它方向相比被分布得更宽的发射光束949。在一些情况下，加宽的分布增加了光的反射图案将入射到光检测器930的机会。

在一些情况下，细长的光发射器948可以由细长的发光二极管(LED)元件形成。附加地或可替代地，细长的光发射器948可以利用被放置为与光发射器948的发光面相邻的有缝隙或狭缝的开口来形成。在一些情况下，诸如透镜或防护罩的其它光学元件可以用来产生具有方向依赖的分布的光束949，如在图9C中所示。

虽然细长的光发射器948被绘出为与具有凹槽的芯轴910组合，但是细长的光发射器948也可以与其它类型的芯轴以及相对于其它光学编码器实施例描述的其它光学元件组合。例如，图9C的细长的光发射器948可以与以上相对于之前的图描述的光学编码器400、500、700、750、770、780、800、850、870、900、950中的一个或多个进行组合。

图10绘出了示例光学漫射构件1000。如所绘出的，光学漫射构件1000可以用来产生方向依赖的光束分布。例如，光学漫射构件1000可以用来产生沿第一方向比沿横向于第一方向的第二方向分布得更宽的光束。在绘出的示例中，光学漫射构件1000可以被构造为产生在基本上垂直于圆柱透镜特征部1010的长度的方向上具有更宽的分布的光束。

如在图10中所示，光学漫射构件1000包括沿光学漫射构件1000的表面形成的细长透镜特征部1010的阵列。在本示例中，细长的透镜特征部1010被形成为部分圆柱形的透镜阵列。在其它示例中，光学漫射构件1000可以包括细长的脊、突起或形成在漫射构件1000的表面中的其它正向(positive)特征部的阵列。类似地，光学漫射构件1000可以包括细长的切口、凹坑或形成在漫射构件1000的表面中的其它负向(negative)特征部的阵列。光学漫射构件1000可以由透光材料形成，该透光材料包括例如玻璃、蓝宝石、塑料等等。

图10的光学漫射构件1000可以对应于分别图9A和图9B的光学漫射构件942和932中的任一个。特别地，光学漫射构件1000的尺寸和形状可以适于对例如从图9A的光发射器940发射的光产生方向依赖的光分布。类似地，光学漫射构件1000的尺寸和形状可以适于对例如由图9B的光检测器930接收到的光产生方向依赖的光分布。一般而言，光学漫射构件1000的细长的透镜特征部1010可以被布置为横向于(例如，垂直于)在图9A和图9B中所绘出的任一示例的芯轴910的轴线或长度方向。

在一些实施例中，芯轴的图案形成特征部可以与在相同表面中形成的光束加宽或漫射特征部集成。例如，在一些实施例中，芯轴包括类似于相对于图8A和8B描述的示例的、用来跨光检测器形成交替的亮区域和暗区域的轴向或长度方向特征部。此外，其它特征部可以与沿特定方向提高反射光的分布的轴向或长度方向特征部一起被一体化形成。这种方法的一个优点是单个芯轴可以具有产生用来检测芯轴的旋转的亮区域和暗区域两者的形状，并且又产生加宽的光束以提高编码器对维度和位置变化的容忍度。

图11A-11B绘出了包括光学图案形成特征部和光学漫射表面特征部两者的光学编码器的示例芯轴1100。特别地，芯轴1100包括具有如在图11B中指示的凹轮廓1110的表面特征部阵列。在一些情况下，凹轮廓1110执行类似于图8A的凹槽特征部的光束引导功能。特别地，类似于以上相对于图8A、8B和8C描述的其它示例，凹轮廓1110可以用来创建可被光检测器检测到的交替的亮区域和暗区域的图案。在一些情况下，凹轮廓1110通过在芯轴1100的表面上形成凹陷或凹特征部的三个表面来限定。如在图11B中所示，凹轮廓1110包括基本上平坦的底部轮廓区域和两个成角度的轮廓区域，每个区域从平坦的底部轮廓区域的任一端延伸。如在图11B中所示，凹轮廓1110表示在凹特征部内的一个地点处的该特征部的形状，并且该凹特征部内的形状和尺寸可以变化。此外，凹轮廓1110作为一个示例提供，并且在不脱离本实施例的总体概念的情况下，其它实现方式可以在形状上有所不同。

如在图11B中所示，表面特征部的阵列也可以具有大致垂直于凹轮廓1110布置的凸轮廓1120。在一些情况下，凸轮廓1120执行类似于以上分别相对于图7B和图7D描述的凹特征部762和782的光束分布加宽功能。特别地，凸轮廓1120可以产生可增加沿芯轴1100的轴线或长度方向反射的光的分布的方向依赖的光束加宽反射光分布。如在图11B中所示，凸轮廓1120由沿凹轮廓1110的(平坦)底部延伸的弧状特征部形成。虽然这只被绘出为一个示例，但是在不脱离本实施例的总体概念的情况下，其它实现方式可以在形状上有所不同。

在图11A-11B中绘出的芯轴1100的构造的一个优点是单件可以包括有利于跨编码器的光检测器的准确和可重复的反射光图案的多个特征部。虽然芯轴1100会具有相对复杂的表面，但是编码器的整体可制造性可以由于减少的部件数量、减少的部件对齐、以及其它潜在的有益权衡而得以提高。

在一些实施例中，芯轴1100可以利用各种制造过程来形成。例如，芯轴1100可以由聚合物或其它可模制材料利用注射模制或铸造过程来形成。在一些实施例中，芯轴1100由聚合物或塑料材料来形成，该聚合物或塑料材料然后利用反射或金属化的材料涂覆。在一些情况下，芯轴1100由耐高温的聚合物形成并且利用物理气相沉积(PVD)或其它沉积过程涂覆有金层。在一些实施例中，芯轴1100可以被机加工、铸造、锻造或以其它方式从诸如铝、青铜、黄铜、金、银等的金属材料成形。虽然在图11A和图11B中未示出，但是芯轴1100也可以包括用来将芯轴1100与光学编码器的主轴或其它元件耦合的通孔或其它特征部。

在一些实施例中，芯轴可以由分离的部件形成，该分离的部件被接合、耦合或以其它方式可操作地耦合到编码器的其它组件和/或诸如冠部的输入机构。在一些实施例中，芯轴可以由可附连到主轴的套筒、帽或其它形状因子形成。例如，图12A-12B分别绘出了附连到机构的主轴的芯轴套筒和芯轴帽。

如在图12A中所示，芯轴1210可以被形成为具有穿过芯轴1210形成的中空的内部或孔的套筒。芯轴1210的外表面可以根据或者包括相对于之前所讨论的编码器实施例所描述的光学特征部中的任何一个来形成。特别地，芯轴1210的外表面可以包括可用来确定绕芯轴1210的旋转信息的编码图案。在以下的示例中，主轴1220可以形成用户输入设备的一部分，诸如冠部或旋转元件。在一些情况下，主轴1220被可操作地耦合到冠部的拨盘，如以上相对于图1A-1B所描述的。

芯轴1210的所形成的内表面或孔可以被形成为接纳和附连到或以其它方式耦合到主轴1220。在一些实施例中，芯轴1210的孔可以相对于主轴1220的外表面滑动配合或间隙配合。芯轴1210可以利用放置在这两个组件之间的粘合剂或其它结合剂附连到主轴1220的表面。在一些实施例中，芯轴1210可以利用螺纹紧固件或其它附连方法附连到主轴1220。在其它实施例中，芯轴1210可以被构造为形成与主轴1220的按压配合或过盈配合。

如在图12B中所示，芯轴1230可以替代地被形成为具有形成在芯轴1230的一部分中的中空内部部分凹口的帽状部件。如相对于之前的示例所解释的，芯轴1230的外表面可以按照或包括相对于之前所讨论的编码器实施例所描述的光学特征部中的任何一个来形成。特别地，芯轴1230的外表面可以包括可用来确定关于芯轴1230的位置(例如，旋转)信息的编码图案。

在图12A和图12B的任一示例中，芯轴1210、1230可以利用各种制造过程来形成。例如，芯轴1210、1230可以由聚合物或其它可模制材料利用注射模制或铸造过程来形成。在一些实施例中，芯轴1210、1230由聚合物或塑料材料形成，该聚合物或塑料材料然后利用反射或金属化的材料涂覆。在一些情况下，芯轴1210、1230由耐高温的聚合物形成并且利用物理气相沉积(PVD)或其它沉积过程涂覆有金层。在一些实施例中，芯轴1210、1230可以被机加工、铸造、锻造或以其它方式从诸如铝、青铜、黄铜、金、银等的金属材料成形。

图13示出了用于根据本公开内容的一个或多种实施例收集和确定光学编码器的芯轴的运动的方法1300。在实施例中，方法1300可以用来确定芯轴的旋转运动、芯轴的角向运动、芯轴的平移运动以及芯轴的运动速度。此外，以下描述的方法1300可以与以上相对于图1A至图12B所示出和描述的实施例一起使用。

在操作1310中，来自光发射器的光被反射离开放置在光学编码器的芯轴上的编码图案。放置在芯轴上的编码图案可以包括沿着根据以上提供的任何示例的光学编码器的芯轴的长度轴向放置的多个亮和暗的区域或条纹。

在另一种实施例中，光学编码器的芯轴可以包括诸如在图8A-8C中所示出的一个或多个表面特征部。在这种实施例中，表面特征部可以用来在多个不同的方向上反射光。表面特征部可以与编码图案的亮标记和暗标记结合使用。在可替代的实施例中，可以使用表面组件，而无需编码图案的亮标记或编码图案的暗标记中的任一个或两者。

在操作1320中，反射离开编码图案的光被诸如光电二极管阵列的光检测器接收到，该光可以用来确定芯轴的位置。如以上所讨论的，光发射器和光电二极管阵列两者可以与芯轴轴向对齐。在另一种实施例中，光发射器和光电二极管阵列两者相对于芯轴径向对齐。虽然具体提到轴向对齐和径向对齐，但是也可以使用其它对齐方式。当光电二极管阵列接收到反射光时，芯轴的初始位置可以被确定。具体而言，当光从编码图案反射并且被光电二极管阵列接收到时，光电二极管阵列输出可对应于接近光电二极管阵列的亮条纹和暗条纹的量和/或位置的电流。然后可以使用这个输出电流确定芯轴在时间t的位置。

在操作1330中，芯轴的运动被接收到。在另一种实施例中，运动可以是旋转运动、平移运动、角向运动及其组合。例如，电子设备的冠部可以被旋转，以改变在诸如以上所述的显示器上的输出。在另一种实施例中，冠部可以被向内推进或向外拉出。

在操作1340中，来自编码图案的新暴露的部分的光被光电二极管阵列接收到。当新反射的光被接收到时，光电二极管阵列可以基于反射光的强度输出电流。一旦来自新暴露的编码图案的反射光被接收到，就可以利用光电二极管阵列的输出确定芯轴的运动方向。在一些实施例中，芯轴的运动速度也可以被确定。

在一些实施例中，操作1350包括将来自操作1320的光电二极管阵列的输出与来自操作1340的光电二极管阵列的输出进行比较。例如，在第一时间由光电二极管阵列中的一个或多个光电二极管接收到的光强度可以与在第二时间由一个或多个光电二极管接收到的光强度进行比较。在一些情况下，多个时间间隔被采样并且在电流或其它测量的变化中的相位可以用来确定芯轴的旋转方向。虽然以上示例指定两个时间样本被用于确定芯轴的运动，但是操作1350可以使用任何数量的、顺序的或以其它方式的样本来确定编码器的芯轴的定向运动。

此外，可以使用操作1350来确定芯轴的旋转速度。例如，当光电二极管阵列输出检测到的电流变化时，变化的速度也可以被监测。速度的变化然后可以用于确定芯轴的运动的整体速度。

在操作1360中，基于所确定的芯轴的运动方向产生输出。例如，当电子设备的冠部旋转或以其它方式运动时，电子设备的显示器的一个或多个图标或图像可能需要被相应地更新。例如，如果电子设备的显示器正在显示计时应用，则电子设备的冠部可以在任一方向旋转，以改变或调整由计时应用显示的表针的位置。具体而言，由计时应用显示的表针可以以由诸如上述的所确定的芯轴的运动和速度指示的方向和速度运动。

虽然以上已相对于电子设备的芯轴的旋转运动和平移运动描述了实施例，但是本公开内容的实施例不限于此。例如，相对于图1A示出的电子设备的冠部可以由用于键盘的键帽代替。因此，键盘的每个键可以针对平移运动或其它类型的运动而被光学编码。在其它实施例中，本文所公开的光学编码器可以与滑动开关等上的按钮一起使用。

本公开内容的实施例在以上参考框图和方法的操作示图等进行了描述。所描述的操作可以按如在任何图中示出的顺序不同的顺序发生。此外，一个或多个操作可以被去除或基本上并发执行。例如，连续示出的两个方框可以被基本上并发执行。此外，方框可以以相反的顺序被执行。

本公开内容中提供的一种或多种实施例的描述和说明不是要限制或约束要求保护的本公开内容的范围。本公开内容中提供的实施例、示例和细节应当被认为足以传达所有权并且使其他人能够做出并使用要求保护的实施例的最佳模式。此外，要求保护的实施例不应当被认为局限于以上提供的任何实施例、示例或细节。不管是组合还是分离地示出和描述，包括结构性特征和方法特征在内的各种特征都旨在被选择性地包括或省略，以产生具有特定特征集合的实施例。在提供本申请的描述和说明之后，本领域技术人员可以设想落入本文描述的实施例更广泛的方面的精神内的、不背离要求保护的实施例的更广泛范围的变化、修改和备选实施例。

Claims (26)

1.一种光学编码器，所述光学编码器用于电子设备，其特征在于，所述光学编码器包括：

芯轴；

光发射器，构造为照射芯轴的一部分；

光检测器，构造为接收来自所述芯轴的被照射部分的光；及

对比区域阵列，所述对比区域阵列形成在所述芯轴的面朝外的表面上并且沿所述芯轴的长度延伸，其中所述对比区域阵列包括穿插有一组光学吸收区域的一组光学各向异性区域。

2.如权利要求1所述的光学编码器，其特征在于，所述一组光学各向异性区域被构造为产生根据反射光的方向变化的反射光分布。

3.如权利要求1所述的光学编码器，其特征在于，每个光学各向异性区域被构造为：

对沿垂直于所述芯轴的中心轴线的横向平面的光产生第一光分布；及

对沿穿过所述芯轴的中心轴线的纵向平面的光产生第二光分布，其中所述第二光分布比所述第一光分布更宽。

4.如权利要求1所述的光学编码器，其特征在于，所述一组光学各向异性区域中的每个光学各向异性区域由至少部分地环绕所述芯轴的面朝外的表面的一系列凹形特征部形成。

5.如权利要求4所述的光学编码器，其特征在于，所述一系列凹形特征部具有在13∶1的最大比和7∶1的最小比之间的深度与半径比。

6.如权利要求4所述的光学编码器，其特征在于，所述一系列凹形特征部被形成为环绕所述芯轴的面朝外表面的连续螺旋形。

7.如权利要求1所述的光学编码器，其特征在于，所述一组光学各向异性区域中的每个光学各向异性区域由至少部分地环绕所述芯轴的面朝外的表面的一系列凸形特征部形成。

8.如权利要求1所述的光学编码器，其特征在于，所述一组光学吸收区域是通过激光蚀刻所述芯轴的面朝外的表面以形成一组平坦区域来形成的。

9.如权利要求1所述的光学编码器，其特征在于，所述一组光学吸收区域是通过在所述芯轴的面朝外的表面上沉积墨水来形成的。

10.如权利要求1所述的光学编码器，其特征在于，所述光检测器包括沿所述芯轴的长度布置的光电二极管阵列。

11.如权利要求1所述的光学编码器，其特征在于，所述光检测器包括沿横向于所述芯轴的长度的方向布置的光电二极管阵列。

12.一种便携式电子设备，其特征在于包括：

壳体；

显示器，所述显示器被放置在所述壳体的开口内；

冠部，所述冠部被放置在所述壳体上并且被构造为接收旋转输入；

光学编码器，所述光学编码器操作地耦合到所述冠部并且被构造为测量所述旋转输入，所述光学编码器包括：

芯轴；

光学传感器，被构造为检测从所述芯轴反射的光；及

交替区域阵列，所述交替区域阵列被形成在所述芯轴上并沿所述芯轴的长度延伸。

13.如权利要求12所述的便携式电子设备，其特征在于：

所述光学传感器包括光发射器和被放置为与所述光发射器的发光面相邻的光学漫射构件；及

所述光学漫射构件被构造为产生在沿所述芯轴的长度的方向上更宽的光分布。

14.如权利要求12所述的便携式电子设备，其特征在于：

所述光学传感器包括光检测器和被放置为与所述光检测器的光接收面相邻的光学漫射构件；及

所述光学漫射构件被构造为产生在沿所述芯轴的长度的方向上更宽的光分布。

15.如权利要求12所述的便携式电子设备，其特征在于：

所述芯轴包括表面特征部阵列，所述表面特征部阵列被构造为：

产生亮区域和暗区域的交替图案，以被所述光学传感器检测；及

在沿所述芯轴的长度的方向上产生加宽的反射光分布。

16.如权利要求12所述的便携式电子设备，其特征在于还包括：

操作地耦合到所述冠部的主轴，其中所述芯轴置于所述主轴的一部分之上。

17.如权利要求12所述的便携式电子设备，其特征在于，所述芯轴包括被构造为在所述光学传感器上产生交替的亮反射和暗反射的波状区域阵列。

18.如权利要求12所述的便携式电子设备，其特征在于：

所述芯轴包括至少部分地沿所述芯轴的长度延伸的平坦刻面特征部阵列；及

所述刻面特征部被构造为在所述光学传感器上产生交替的亮反射和暗反射。

19.如权利要求12所述的便携式电子设备，其特征在于：

所述芯轴包括至少部分地沿着所述芯轴的长度延伸的凹特征部阵列；及

所述凹特征部被构造为在所述光学传感器上产生交替的亮反射和暗反射。

20.如权利要求12所述的便携式电子设备，其特征在于，所述芯轴由聚合物材料模制并且利用反射性金属材料涂覆。

21.如权利要求12所述的便携式电子设备，其特征在于，所述交替区域中的一个或多个被构造为：

对沿垂直于所述芯轴的中心轴线的横向平面的光产生具有第一光束扩展的第一类型反射；及

对沿穿过所述芯轴的中心轴线的纵向平面的光产生具有第二光束扩展的第二类型反射，其中所述第二光束扩展比所述第一光束扩展更宽。

22.一种光学编码器，所述光学编码器用于电子设备，其特征在于，所述光学编码器包括：

芯轴；

光发射器，被构造为照射所述芯轴的一部分；

光检测器，被构造为接收来自所述芯轴的被照射部分的光；及

沿芯轴长度布置的特征部阵列，其中所述特征部阵列被构造为在所述光检测器上产生交替的亮反射和暗反射。

23.如权利要求22所述的光学编码器，其特征在于，所述特征部阵列包括至少部分地沿所述芯轴的长度延伸的平坦刻面特征部阵列。

24.如权利要求22所述的光学编码器，其特征在于，所述特征部阵列包括至少部分地沿所述芯轴的长度延伸的凹特征部阵列。

25.如权利要求22所述的光学编码器，其特征在于，所述芯轴由聚合物材料模制并且利用反射性金属材料涂覆。

26.如权利要求22所述的光学编码器，其特征在于，所述特征部阵列被构造为：

对沿垂直于所述芯轴的中心轴线的横向平面的光产生具有第一光束扩展的第一类型反射；及

对沿穿过所述芯轴的中心轴线的纵向平面的光产生具有第二光束扩展的第二类型反射，其中所述第二光束扩展比所述第一光束扩展更宽。