CN217845221U - 反光元件、光学编码器及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种反光元件、光学编码器及电子设备。该反光元件应用于光学编码器，该光学编码器包括：光发射器和光接收器；反光元件包括主体部，主体部具有旋转轴和光反射表面；光反射表面用于反射光发射器发射的入射光并产生投射至光接收器上的光学编码图案；光学编码图案用于指示反光元件围绕旋转轴的旋转运动；光反射表面包括交替设置的多个第一光反射区域和多个第二光反射区域；光学编码图案包括交替的亮区域和暗区域；其中，第一光反射区域的切面与旋转轴之间成锐角；第二光反射区域的曲率大于第一光反射区域的曲率。本申请实施例提供的反光元件能够提高旋转运动检测的效率和精度，并节省光学编码器和电子设备的成本与功耗。
Description
本申请要求于2021年9月9日提交中国专利局、申请号为202122186022.X、发明名称为“光学编码器及电子设备”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请实施例涉及光学技术领域，并且更具体地，涉及一种反光元件、光学编码器及电子设备。
背景技术
光学编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或者数字量的传感器，能够进行长度、速度、加速度、振动等测量，被广泛应用于数控机床、回转台、机器人、雷达、便携式电子设备中。常见的光学编码器由光源、绕转轴旋转的反光元件以及光学传感器组成，能够通过经反光元件反射的光信号检测反光元件的旋转运动或沿旋转轴轴向的移动。其中，反光元件作为光学编码器的核心部件直接决定了光学编码器的检测效率与检测效果。
为了适应电子设备的小型化、多功能化的发展，传统的反光元件需要搭配高精度的光学传感器使用，功耗较大且成本较高，已不能满足电子设备的发展需求。因此，从结构设计方面，为电子设备中的光学编码器提供既能保证检测效果又能降低成本与功耗的反光元件成为一项亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本申请实施例提供了一种反光元件、光学编码器及电子设备，该反光元件的结构简单、易于加工，并且能够配合常规精度的光学传感器使用，有利于节省光学编码器的功耗，提升光学编码器的检测效率以及检测效果。
第一方面，本申请实施例提供一种反光元件，所述反光元件应用于光学编码器，所述光学编码器包括：光发射器和光接收器；所述反光元件包括主体部，所述主体部具有旋转轴和光反射表面；所述光反射表面用于反射所述光发射器发射的入射光并产生投射至所述光接收器上的光学编码图案；所述光学编码图案用于指示所述反光元件围绕所述旋转轴的旋转运动；所述光反射表面包括交替设置的多个第一光反射区域和多个第二光反射区域；所述光学编码图案包括交替的亮区域和暗区域；其中，所述第一光反射区域的切面与所述旋转轴之间成锐角；所述第二光反射区域的曲率大于所述第一光反射区域的曲率。
本申请实施例中，一方面，反光元件的光反射表面包括多个第一光反射区域和多个第二光反射区域，并且第二光反射区域的曲率大于第一光反射区域的曲率，因此，相比于普通的反光元件，本申请实施例中反光元件的光反射表面在反光元件绕旋转轴转动时形成的光学编码图案其亮暗对比更加明显。该光学编码图案能够随着反光元件的旋转在光接收器上产生相应的移动，使得包含有该反光元件的光学编码器能够通过光学编码图案中亮暗区域的移动信息(如，移动数量、移动速度、移动方向等)来检测反光元件的旋转运动，无需高精度的光接收器即可实现旋转运动的精准检测，并且有利于降低包含有该反光元件的光学编码器的成本与功耗；另一方面，光发射器发出的光束往往呈高斯分布，光束中能量最强的部分经过反光元件的反射后具有最大的光强，但由于光学编码器中反光元件与光发射器、光接收器之间的位置关系，具有最大光强的反射光通常不能被设置于光源附近的光接收器接收。而本申请实施例中的反光元件在不改变现有光学编码器中各部件的位置关系的情况下，通过配置反光元件的第一光反射区域的切面与旋转轴之间的夹角为锐角，使得具有最大光强的反射光能够被光接收器接收，充分利用经反光元件反射的光信号，避免了光信号的浪费，从而帮助提高了光学编码器的检测效率以及检测精度。
在一种可能的实现方式中，经所述第一光反射区域反射的入射光投射至所述光学编码图案的亮区域，并且偏离于所述光学编码图案的暗区域；经所述第二光反射区域反射的入射光与经所述第一光反射区域反射的入射光部分重叠。
在一种可能的实现方式中，所述第一光反射区域的表面形状为圆锥面或圆台面；所述第二光反射区域的表面形状为圆弧面。
在一种可能的实现方式中，所述第一光反射区域或所述第二光反射区域的延伸方向不同于所述反光元件围绕所述旋转轴作旋转运动时所述光反射表面上任一点的旋转轨迹。
在一种可能的实现方式中，所述第一光反射区域的表面粗糙度小于或等于所述第二光反射区域的表面粗糙度；其中，所述第一光反射区域为镜面反射区域。
在一种可能的实现方式中，所述第一光反射区域的表面粗糙度小于或等于Ra0.4；或者，所述第二光反射区域的表面粗糙度大于或等于Ra0.4。
在一种可能的实现方式中，所述第一光反射区域的表面粗糙度在Ra0.0125～Ra0.4范围内；或者，所述第二光反射区域的表面粗糙度在Ra0.4～Ra3.2范围内。
在一种可能的实现方式中，所述第一光反射区域的总面积大于所述第二光反射区域的总面积。
在一种可能的实现方式中，所述第一光反射区域与所述第二光反射区域平行延伸；所述第一光反射区域的宽度大于所述第二光反射区域的宽度。
在一种可能的实现方式中，所述第一光反射区域和所述第二光反射区域的数量大于或等于12组；所述第一光反射区域和所述第二光反射区域环绕所述光反射表面呈旋转对称设置。
在一种可能的实现方式中，所述反光元件还包括：通孔；所述通孔以所述旋转轴为轴线贯穿所述反光元件。
在一种可能的实现方式中，所述反光元件还包括：法兰；所述法兰设置于所述主体部的一端，并且所述法兰的轴线与所述旋转轴在同一直线上。
第二方面，本申请实施例提供一种光学编码器，包括：如第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述的反光元件；光发射器，用于向所述反光元件发射入射光；以及光接收器，用于接收经所述反光元件的光反射表面反射而产生的光学编码图案，并生成电信号；所述电信号用于获取所述反光元件的旋转运动信息。
本申请实施例提供的光学编码器能够通过亮暗对比更加明显的光学编码图案的移动信息来检测反光元件的旋转运动，所以无需采用高精度的光接收器即可实现旋转运动的精准检测，并具有更低的成本与功耗；另外，该光学编码器使得具有最大光强的反射光能够被光接收器接收，从而更加充分地利用经反光元件反射的入射光，提高了光利用率。
在一种可能的实现方式中，所述光学编码器还包括：处理器；所述处理器用于接收所述电信号，并根据所述电信号获取所述反光元件的旋转运动信息。
在一种可能的实现方式中，所述光发射器和所述光接收器沿所述旋转轴的方向设置。
在一种可能的实现方式中，所述光接收器包括多个光电转换单元，所述光电转换单元沿垂直于所述旋转轴的方向对称设置。
在一种可能的实现方式中，所述旋转运动信息包括以下信息中的至少一个：所述反光元件的旋转角度、所述反光元件的旋转方向、所述反光元件的旋转速度、所述反光元件的旋转位移量。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：壳体；冠部，设置于所述壳体上，用于接收用户的旋转操作；以及如第二方面或第二方面的任一种可能的实现方式所述的光学编码器，所述光学编码器与所述冠部耦合，用于检测所述用户对所述冠部的所述旋转操作。
在一种可能的实现方式中，所述电子设备还包括：转轴；所述转轴用于将所述冠部接收的旋转操作传递给所述反光元件，以带动所述反光元件随着所述冠部的旋转而旋转；其中，所述转轴的一端与所述冠部连接，所述转轴的另一端穿过所述反光元件的通孔。
在一种可能的实现方式中，所述电子设备还包括：挡圈；所述挡圈用于限制所述转轴沿所述旋转轴的方向平移；所述冠部与所述壳体之间设置有支撑件，所述支撑件固定于所述外壳，以使所述冠部围绕所述支撑件旋转。
本申请实施例通过对反光元件的结构设计，使得第一光反射区域的切面与反光元件的旋转轴之间形成夹角且夹角为锐角，该夹角能够使得入射光中能量最强的部分经第一光反射区域的反射后形成具有最大光强的反射光，并用于反光元件的旋转运动检测，提高了光利用率，进而提高了旋转运动的检测效率，节省了光学编码器和电子设备的功耗。本申请实施例还通过对反光元件的光反射表面进行特殊的结构设计，使得光学编码图案具有更加明显的亮暗对比，提高了旋转运动的检测精度，并且无需高精度的光接收器即可实现旋转运动的精准检测，从而降低了光学编码器和电子设备的成本，进一步节省了光学编码器和电子设备的功耗。
附图说明
图1是一种光学编码器的示意性结构图。
图2是本申请实施例提供的一种反光元件的示意性结构图。
图3a-3c是本申请实施例提供的几种反光元件的示意性结构图。
图4是本申请实施例提供的一种光学编码器的成像示意图。
图5是本申请实施例提供的一种光学编码器输出的电信号与成像关系示意图。
图6是本申请实施例提供的另一种反光元件的示意性结构图。
图7是本申请实施例提供的又一种反光元件的示意性结构图。
图8是本申请实施例提供的一种光学编码器的示意性结构图。
图9是本申请实施例提供的一种电子设备的示意性结构图。
图10是本申请实施例提供的一种电子设备的另一示意性结构图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
光学编码器作为一种应用广泛的光电传感器，能够进行长度、速度、加速度、振动等测量。一种典型的光学编码器如图1所示，光学编码器100包括：光发射器101、旋转部件102以及光接收器103。其中，旋转部件102能够绕旋转轴104旋转，旋转轴104指穿过旋转部件102的几何中心并使得旋转部件102能够绕其旋转的直线，即旋转轴104为一个抽象概念，光学编码器100中旋转轴104也就是垂直于圆柱体的底面并穿过该底面圆心的直线。
在一些实施例中，光发射器101可以是垂直腔面发射激光器(Vertical cavitysurface emitting laser,VCSEL)、边发射激光器(Edge emitting laser,EEL)发光二极管(Light emitting diodes,LED)或激光二极管(Laser diodes,LD)等光源中的一种，或上述多种光源的组合。应理解，光发射器101发出的入射光可以是经光学调制、处理或控制的携带空间光学图案的光信号，可以是经光学调制、处理或控制的分区域照明的光信号，也可以是经光学调制、处理或控制的周期性照明的光信号，或上述光信号的组合。
在一些实施例中，光接收器103可以为由多个光电转换单元组成的阵列，光电转换单元可以是光电二极管(Photo-Diode,PD)、光电三极管、雪崩光电二极管、光电倍增管或光伏电池，也可以是其他能够实现光电转换的传感器。光电转换单元的阵列形式可以是一排或一列，也可以是多排或多列。
下面结合图1，解释光学编码器100的检测原理。光发射器101发射的入射光10投射至旋转部件102处，当旋转部件102作旋转运动时，经旋转部件102反射形成的反射光11会携带该旋转运动相关的信息，光接收器103接收反射光11并生成相应的电信号，通过对该电信号进行处理即可实现旋转运动信息的检测，例如，对旋转部件102的旋转角度、旋转方向、旋转角速度、旋转位移量等信息的检测。但是，形成入射光10的光束往往具有一定的发散角，并且光束能量呈高斯分布，即光束在越靠近光束中心的位置光强越大，在越远离光束中心的位置光强越小，经反射形成的反射光11同样也呈高斯分布。而小型电子设备中，光发射器101通常设置于基板上，光发射器101发出的光束中能量最强的部分由于旋转部件102与基板在电子设备中的机械位置关系将垂直于基板被投射至旋转部件102。因此，在入射光的光束中，光强最强的部分将被垂直反射回发光平面，光束中光强较弱的部分将以与入射光具有一定角度的方向反射至光源旁边，从而被设置于光发射器101附近的光接收器103接收并用于检测旋转部件102的旋转运动信息。
由上可知，一方面，由于旋转部件102的表面缺少结构特征，所以需要精度较高的光接收器103来接收反射光11，才能准确检测旋转部件102的旋转运动，但高精度的光接收器103会增加光学编码器的功耗及成本；另一方面，旋转部件102通常采用圆柱形结构，导致反射光11中光强最强的部分无法被光接收器103接收，导致了较低的光利用率以及较高的设备功耗。
有鉴于此，本申请实施例提供一种反光元件、光学编码器及电子设备，该反光元件无需高精度的光接收器配合即可准确地进行旋转运动检测，不仅能够帮助节省光学编码器和电子设备的功耗，而且该反光元件结构简单、易于加工，还能够帮助提升光学编码器对于旋转运动检测的检测效率以及检测精度。本申请实施例所述的反光元件即对应上述旋转部件102。
图2为本申请实施例提供的一种反光元件202的示意性结构图。如图2所示，反光元件202包括主体部20，主体部20具有旋转轴204和光反射表面2021；光反射表面2021用于反射光发射器201发射的入射光2001并产生投射至光接收器203上的光学编码图案2002；光学编码图案2002用于指示反光元件202围绕旋转轴204的旋转运动。光反射表面2021包括交替设置的多个第一光反射区域401和多个第二光反射区域402；光学编码图案2002包括交替的亮区域和暗区域。其中，第一光反射区域401的切面与旋转轴204之间成锐角a，第二光反射区域402的曲率大于第一光反射区域401的曲率。
通常，垂直于光发射器201所在的基板出射的入射光2001为光发射器201发出的光束中能量最强的部分。本申请实施例中，垂直出射的入射光2001与经光反射表面2021反射后形成的反射光的夹角b为两倍的夹角a，即b＝2a，随着反光元件202的旋转运动，该反射光投射至光接收器203上形成光学编码图案2002。
应理解，旋转轴204为穿过反光元件202的几何中心并使得反光元件202能够绕其旋转的直线，旋转轴204可以是虚拟的直线，例如，垂直于圆柱体或圆锥体的底面并穿过其底面圆心的垂线即为圆柱体或圆锥体的旋转轴。第一光反射区域401的切面指第一光反射区域401上任一点的切平面。此外，“多个”指大于或等于2个。
本申请实施例中，由于反光元件的光反射表面包括多个第一光反射区域和多个第二光反射区域，并且第二光反射区域的曲率大于第一光反射区域的曲率，所以经第二光反射区域反射形成的反射光较为发散，使得经第二光反射区域反射的光无法到达光接收器或光强较弱，而经第一光反射区域反射形成的反射光较为集中且光强较强。因此，相比于普通的反光元件，本申请实施例提供的反光元件的光反射表面能够在反光元件绕旋转轴转动时形成亮暗对比更加明显的光学编码图案，光学编码图案能够随着反光元件的旋转在光接收器上产生相应的移动，使得包含有反光元件的光学编码器能够通过光学编码图案中亮暗区域的移动信息(如，移动数量、移动速度、移动方向等)来检测反光元件的旋转运动，无需高精度的光接收器即可实现旋转运动的精准检测，并且有利于降低包含有该反光元件的光学编码器的成本与功耗。
另外，本申请实施例提供的反光元件不同于现有的旋转部件，其第一光反射区域的切面与旋转轴形成锐角，而光发射器所在的基板通常与旋转轴平行，即第一光反射区域的切面与旋转轴、光发射器所在的基板均不平行，从而使得垂直于基板出射的入射光经第一光反射区域的反射后不再沿着垂直于发光平面的方向返回基板，而是以与夹角a相同的角度反射至发光平面外，使得光接收器能够更加充分地接收反射光，从而实现对光束中光强最大的光信号的利用，避免光信号的浪费，有效提高了使用该反光元件的光学编码器的光利用率，节省该光学编码器的功耗。
如图2所示，可选地，反光元件202还包括法兰21，法兰21设置于主体部20的一端，并且法兰21的轴线与旋转轴204在同一直线上。
本实施例中，通过在主体部的一端设置法兰，可以使得反光元件在生产和装配过程中便于夹持、取放；另外，法兰还可以保护主体部的光反射表面，以避免光反射表面在装配过程中被刮蹭而导致光反射表面被破坏。
可选地，经第一光反射区域401反射的入射光2001投射至光学编码图案2002的亮区域，并偏离于光学编码图案2002的暗区域；经第二光反射区域402反射的入射光2001与经第一光反射区域401反射的入射光2001部分重叠。
由于经第一光反射区域形成的反射光远离光学编码图案的暗区域，即暗区域内没有或较少有经第一光反射区域反射形成的反射光，并且经第二光反射区域形成的反射光与经第一光反射区域形成的反射光部分重叠，即重叠区域的反射光的强度等于经第一光反射区域形成的反射光和经第二光反射区域形成的反射光的强度之和，所以增大了光学编码图案中亮区域与暗区域的亮暗对比度，有利于提高对反光元件的旋转运动检测的检测精度。
图3a-图3c为本申请实施例提供的几种反光元件202的主体部20的示意性结构图。
可选地，如图2所示，第一光反射区域401的表面形状可以为圆锥面；如图3a-图3c所示，第一光反射区域401的表面形状可以为圆台面。
具体地，反光元件202的主体部20从整体上可以为圆锥体结构或圆台结构；光反射表面2021可以为圆锥体的侧表面或侧表面的一部分，或者为圆台的侧表面或侧表面的一部分。法兰21设置于圆锥体或圆台的底面，旋转轴204为垂直于该圆锥体的底面并穿过该圆锥体的顶点的直线，或者旋转轴204为垂直于圆台的两个底面并穿过两个底面圆心的直线。第一光反射区域401可以通过在主体部20的侧表面上直接划分得到，从而使得第一光反射区域401的表面形状为圆锥面或圆台面，并且第一光反射区域401的切面与反光元件202的旋转轴204之间成锐角，以提高反射光的利用率，进而提高对反光元件202的旋转运动检测的检测效率和检测精度。
优选地，第二光反射区域402的表面形状为圆弧面，加工简单，并且第二光发射区域402的曲率大于第一光反射区域401的曲率，即第二光发射区域402相比于第一光反射区域401更加凸起，经其反射形成的反射光更加发散，有利于增大光学编码图案2002中亮区域与暗区域的亮暗对比度，以进一步提高对反光元件202的旋转运动检测的检测精度。
可选地，第一光反射区域401或第二光反射区域402的延伸方向不同于反光元件202围绕旋转轴204作旋转运动时光反射表面2021上任一点的旋转轨迹。
具体地，如图3b所示，第一光反射区域401和第二光反射区域402的延伸方向可以沿着反光元件202的主体部20的长度方向；或者，如图3c所示，第一光反射区域401和第二光反射区域402的延伸方向可以与反光元件202的主体部20的长度方向成一夹角，并且该夹角不等于90度。
由此，可以避免在反光元件围绕旋转轴作旋转运动的过程中，经第一光反射区域和第二光反射区域反射形成的光学编码图案没有足够的亮暗变化，导致无法准确地解析出反光元件的旋转运动信息，以保证对反光元件的旋转运动检测的检测精度。
可选地，第一光反射区域401的表面粗糙度小于或等于第二光反射区域402的表面粗糙度。优选地，第一光反射区域401为镜面反射区域。
具体地，反光元件202可以为塑料材质，第一光反射区域401通过在主体部20的外表面镀一反光层得到。例如，反光层可以是铝、金等金属材料，也可以是非金属材料，本申请实施例对此不做限定；或者，反光元件202可以为金属材质，则反光元件的表面无需镀一层反光膜。优选地，可以对第二光反射区域402作表面粗糙化处理，使第二光反射区域402的表面粗糙度大于第一光反射区域401的表面粗糙度。
通过将第一光反射区域加工为镜面反射区域，并对第二光反射区域作表面粗糙化处理，可以使得经第一光反射区域形成的反射光的光强进一步增大，并且经第二光反射区域形成的反射光的光强进一步减小，从而进一步增加光学编码图案中亮区域与暗区域的亮暗对比度，提高对于反光元件的旋转运动检测的检测精度。
可选地，第一光反射区域401的表面粗糙度小于或等于Ra0.4。优选地，第一光反射区域401的表面粗糙度在Ra0.0125～Ra0.4范围内。
可选地，第二光反射区域402的表面粗糙度大于或等于Ra0.4。优选地，第二光反射区域402的表面粗糙度在Ra0.4～Ra3.2范围内。
下面结合图4，说明本申请实施例中的光学编码器的检测原理。图4示出了经图2所示的反光元件202反射后形成的光学编码图案2002。其中x轴为垂直于旋转轴204的方向，y轴为平行于旋转轴204的方向。反光元件202在旋转时，经第一光反射区域401反射的光大多能够到达光接收器203或光强较强，从而在光接收器203上形成亮区域，而经第二光反射区域402反射的光较少能够达到光接收器203或光强较弱，从而在光接收器203上形成暗区域；或者，若经第一光反射区域401反射的光与经第二光反射区域402反射的光存在部分重叠，则重叠区域也可以在光接收器203上形成亮区域，本申请实施例对亮区域与暗区域的划分方式不作限定。最终，经光反射表面2021反射形成的光学编码图案2002在光接收器203上呈现图4所示的亮暗相间的条纹图案，条纹的方向与旋转轴204的方向大体一致。
另外，入射光2001经同一个第一光反射区域401或同一个第二光反射区域402形成的反射光达到光接收器203所经历的光程不同，使得同一亮区域在旋转轴204方向(即y轴方向)上的亮度及其宽度也不同。
由此，光接收器203处接收的光学编码图案2002能够在x轴方向上随着反光元件202的旋转沿垂直于旋转轴204的方向发生相应的移动，相应地，光接收器203输出的电信号的相位以及幅值也会随之变化，从而能够通过光学编码图案2002在x轴上移动的方向、条纹移动的位移量、条纹移动的数量中的一个或多个来检测反光元件202的旋转角度、旋转位移量、旋转速度或旋转方向等旋转运动信息。
另外，光学编码图案沿y轴方向的亮度及其宽度也具有差异性，同时相邻的亮暗区域的间距沿y轴方向具有差异性，相应地，光接收器203输出的电信号的峰值间距大小以及峰值变化方向也具有与该差异性相关的变化，从而可以根据光学编码图案在y轴上的亮度、条纹间距来检测旋转部件202在y轴方向上的平移量、平移方向、平移速度等运动信息，从而实现反光元件202在旋转轴204方向上的平移检测。
图5示出了本申请实施例提供的一种光学编码器的光接收器203输出的电信号与光学编码图案的对应关系。应理解，图5所示的正弦波仅作为一种示例，光接收器203输出的电信号还可以是方波、三角波等。图5中，电信号的幅值与光学编码图案的亮度呈正比关系，光学编码图案中的一个亮区域与一个暗区域对应于一个周期的正弦波。
可选地，将一个第一光反射区域401与一个第二光反射区域402看成一组，反光元件202的主体部20上可以分布有大于或等于12组的第一光反射区域401与第二光反射区域402。例如，可以设置12、16、18、20、24、30、36、40、48、50组的第一光反射区域401与第二光反射区域402。
图6为本申请实施例提供的另一种反光元件202的示意性结构图。
可选地，在一个实施例中，如图6所示，主体部20从整体上为圆台状结构，光反射表面2021分布于圆台的侧表面，法兰21设置于该圆台的半径较大的底面。
应理解，光反射表面2021分布于主体部20的侧表面，可以是主体部20的侧面全部为光反射表面2021，也可以是主体部20的侧面部分为光反射表面2021。
可选地，第一光反射区域401的总面积大于第二光反射区域402的总面积。
由于经第一光反射区域反射形成的反射光的光强较强，经第二光反射区域反射形成的反射光的光强较弱，所以当第一光反射区域的总面积大于第二光反射区域的总面积时，光学编码图案具有足够的亮度及亮暗对比度，有利于提高对于反光元件的旋转运动检测的检测效率和检测精度。
可选地，第一光反射区域401与第二光反射区域402平行延伸；优选地，第一光反射区域401的宽度大于第二光反射区域402的宽度。
由此，当第一光反射区域与第二光反射区域的长度相等或几乎相等时，通过设置第一光反射区域的宽度大于第二光反射区域的宽度，可以使得第一光反射区域的总面积大于第二光反射区域的总面积，进而使得光学编码图案具有足够的亮度及亮暗对比度，有利于提高对于反光元件的旋转运动检测的检测效率和检测精度。
图7为本申请实施例提供的又一种反光元件202的示意性结构图。
可选地，如图7所示，光反射表面2021包括环绕圆台侧表面呈旋转对称设置的多个第一光反射区域401和多个第二光反射区域402，每个第一光反射区域401与每个第二光反射区域402均自圆台的上底面(面积较小的底面)延伸至圆台的下底面(面积较大的底面)；其中，第一光反射区域401与第二光反射区域402交替设置，并且第一光反射区域401的表面形状与圆台的侧表面重合，第二光反射区域402为从圆台的侧表面向外凸出的圆弧面，该圆弧面的曲率大于该圆台的侧表面的曲率。反光元件202还包括通孔22，通孔22以旋转轴204为轴线贯穿反光元件202。
本实施例中，反光元件202还具有一沿旋转轴204的方向贯穿反光元件202的通孔22，通孔22使得反光元件202便于与光学编码器或电子设备中的其他功能部件进行耦合，例如，使反光元件202能够套设于与电子设备的冠部连接的转轴上，当用户对冠部施加旋转操作时，冠部能够带动转轴旋转，转轴进一步带动反光元件202旋转，以降低反光元件202的装配难度，帮助提升反光元件202的装配效率。
本申请实施例还提供一种光学编码器，图8为本申请实施例提供的一种光学编码器的示意性结构图。
如图8所示，光学编码器200包括光发射器201、光接收器203以及本申请任一实施例中的反光元件202。其中，光发射器201用于向反光元件202发射入射光2001，光接收器203用于接收经反光元件202的光反射表面2021反射而产生的光学编码图案2002，并生成电信号，该电信号用于获取反光元件202的旋转运动信息。
其中，旋转运动信息包括以下信息中的至少一个：反光元件202的旋转角度、反光元件202的旋转方向、反光元件202的旋转速度、反光元件202的旋转位移量。
具体地，旋转位移量可以为反光元件的光反射表面上的任一点随着反光元件的旋转运动所作的位移量。
可选地，光学编码器200还包括：透镜，该透镜可以设置于反光元件202与光接收器203之间，用于调整经反光元件202反射形成的反射光的聚焦位置。
本实施例中，透镜能够改变反射光的聚焦位置，从而使得光接收器203能够根据需要设置在更加靠近反光元件202或更加远离反光元件202的位置，当光接收器203被设置在更加靠近反光元件202的位置时，能够进一步节省光学编码器200各部件占用的空间，使得光学编码器200更加小型化。
可选地，光学编码器200还包括：处理器；处理器用于接收由光接收器203生成的电信号，并根据该电信号获取反光元件202的旋转运动信息。
例如，图3c所示的反光元件202在旋转时，光接收器203具有沿垂直于旋转轴204的方向并列设置的多个光接收单元2031，并且光接收器203中的多个光接收单元2031可以相对于旋转轴204对称设置。当第一光反射区域401与第二光反射区域402环绕反光元件202的光反射表面2021均匀对称设置时，光接收器203向处理器发送周期性的电信号，反光元件202的旋转角度可用下式表示：
其中，m表示光接收器中光电转换单元的总数，k表示光学编码图案中暗区域对应的光电转换单元的序号，光电转换单元的序号从光接收器的一端至另一端依次排列为0,1,2,...,m。
又例如，在检测反光元件202沿旋转轴204方向上的平移时，处理器可根据光学编码图案2002在垂直于旋转轴204方向上的条纹区域亮度的积分结果来检测。
可选地，在一个实施例中，光学编码器200还包括：控制器，控制器与处理器和光发射器201连接，用于获取反光元件202的旋转运动信息并控制光发射器201向反光元件202发射入射光2001。
本实施例中，控制器同时与处理器以及光发射器201连接，能够在与处理器进行通信的同时对光发射器201进行同步控制，从而实时根据反光元件202的旋转运动情况对光发射器201进行调整，以优化光学编码器200的检测效果，提高光学编码器200的工作效率。
可选地，光发射器201和光接收器203沿旋转轴204的方向设置，即光发射器201与光接收器203的中心连线与旋转轴204平行或基本平行。由此，可以使得光发射器发出的入射光2001经反光元件202反射后充分地被光接收器203接收，并且投射至光接收器203的光学编码图案2002中包含有更多的信息可用于准确地获取反光元件202的旋转运动信息。
如图9所示，本申请实施例还提供一种电子设备900，包括壳体、冠部以及本申请任一实施例中的光学编码器200。其中，冠部设置于壳体上，用于接收用户的旋转操作，光学编码器200与冠部耦合，用于检测用户对冠部的旋转操作。其中，冠部的轴线与旋转轴在同一直线上，由此使得用户对冠部的旋转操作可以通过反光元件的旋转来同步地反映，所以通过检测反光元件的旋转运动可以准确地获取用户对冠部的旋转操作。
图10为本申请实施例提供的一种电子设备900的另一示意性结构图。如图10所示，可选地，该电子设备900为电子手表，电子手表900的冠部901设置于电子手表900的侧边，且光学编码器200的反光元件202与冠部901连接，以使反光元件202可以随冠部的运动而运动。具体地，冠部901可以为手表侧部的旋钮。
可选地，电子设备900还包括：转轴902，转轴902用于将冠部901接收的旋转操作传递给反光元件202，以带动反光元件202随着冠部901的旋转而旋转；其中，转轴902的一端与冠部901连接，转轴904的另一端穿过反光元件202的通孔22。
可选地，冠部901与电子设备900的壳体之间设置有支撑件903，支撑件固定于电子设备的外壳，以使冠部901能够围绕支撑件903旋转。
可选地，冠部901可以通过支撑件903设置于电子设备的中框。
可选地，电子设备900还包括挡圈904，挡圈904可以设置于冠部901与反光元件202之间的转轴902上，例如，可以通过卡合的方式，限制转轴902沿旋转轴204的方向移动，从而限制反光元件202沿旋转轴204的方向移动。
作为示例而非限定，本申请实施例中的电子设备900可以为能实现完整或部分功能的设备，例如智能手机、智能手表、智能眼镜或头戴式耳机等；也可以包括只专注于某一类应用功能，且需要和其它设备例如智能手机等配合使用的设备，例如各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等。
通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
需要说明的是，在不冲突的前提下，本申请描述的各个实施例和/或各个实施例中的技术特征可以任意的相互组合，组合之后得到的技术方案也应落入本申请的保护范围。
还需要说明的是，在本申请实施例和所附权利要求书中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。例如，在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“上述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (20)
1.一种反光元件，其特征在于，所述反光元件应用于光学编码器，所述光学编码器包括：光发射器和光接收器；
所述反光元件包括主体部，所述主体部具有旋转轴和光反射表面；所述光反射表面用于反射所述光发射器发射的入射光并产生投射至所述光接收器上的光学编码图案；所述光学编码图案用于指示所述反光元件围绕所述旋转轴的旋转运动；
所述光反射表面包括交替设置的多个第一光反射区域和多个第二光反射区域；所述光学编码图案包括交替的亮区域和暗区域；
其中，所述第一光反射区域的切面与所述旋转轴之间成锐角；所述第二光反射区域的曲率大于所述第一光反射区域的曲率。
2.根据权利要求1所述的反光元件，其特征在于，经所述第一光反射区域反射的入射光投射至所述光学编码图案的亮区域，并且偏离于所述光学编码图案的暗区域；经所述第二光反射区域反射的入射光与经所述第一光反射区域反射的入射光部分重叠。
3.根据权利要求1所述的反光元件，其特征在于，所述第一光反射区域的表面形状为圆锥面或圆台面；所述第二光反射区域的表面形状为圆弧面。
4.根据权利要求1所述的反光元件，其特征在于，所述第一光反射区域或所述第二光反射区域的延伸方向不同于所述反光元件围绕所述旋转轴作旋转运动时所述光反射表面上任一点的旋转轨迹。
5.根据权利要求1所述的反光元件，其特征在于，所述第一光反射区域的表面粗糙度小于或等于所述第二光反射区域的表面粗糙度；其中，所述第一光反射区域为镜面反射区域。
6.根据权利要求1所述的反光元件，其特征在于，所述第一光反射区域的表面粗糙度小于或等于Ra0.4；或者，所述第二光反射区域的表面粗糙度大于或等于Ra0.4。
7.根据权利要求6所述的反光元件，其特征在于，所述第一光反射区域的表面粗糙度在Ra0.0125～Ra0.4范围内；或者，所述第二光反射区域的表面粗糙度在Ra0.4～Ra3.2范围内。
8.根据权利要求1所述的反光元件，其特征在于，所述第一光反射区域的总面积大于所述第二光反射区域的总面积。
9.根据权利要求8所述的反光元件，其特征在于，所述第一光反射区域与所述第二光反射区域平行延伸；所述第一光反射区域的宽度大于所述第二光反射区域的宽度。
10.根据权利要求1所述的反光元件，其特征在于，所述第一光反射区域和所述第二光反射区域的数量大于或等于12组；所述第一光反射区域和所述第二光反射区域环绕所述光反射表面呈旋转对称设置。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的反光元件，其特征在于，所述反光元件还包括：通孔；所述通孔以所述旋转轴为轴线贯穿所述反光元件。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的反光元件，其特征在于，所述反光元件还包括：法兰；所述法兰设置于所述主体部的一端，并且所述法兰的轴线与所述旋转轴在同一直线上。
13.一种光学编码器，其特征在于，包括：
如权利要求1-12中任一项所述的反光元件；
光发射器，用于向所述反光元件发射入射光；以及
光接收器，用于接收经所述反光元件的光反射表面反射而产生的光学编码图案，并生成电信号；所述电信号用于获取所述反光元件的旋转运动信息。
14.根据权利要求13所述的光学编码器，其特征在于，所述光学编码器还包括：处理器；所述处理器用于接收所述电信号，并根据所述电信号获取所述反光元件的旋转运动信息。
15.根据权利要求13所述的光学编码器，其特征在于，所述光发射器和所述光接收器沿所述旋转轴的方向设置。
16.根据权利要求13所述的光学编码器，其特征在于，所述光接收器包括多个光电转换单元，所述光电转换单元沿垂直于所述旋转轴的方向对称设置。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的光学编码器，其特征在于，所述旋转运动信息包括以下信息中的至少一个：所述反光元件的旋转角度、所述反光元件的旋转方向、所述反光元件的旋转速度、所述反光元件的旋转位移量。
18.一种电子设备，其特征在于，包括：
壳体；
冠部，设置于所述壳体上，用于接收用户的旋转操作；以及
如权利要求13-17中任一项所述的光学编码器，所述光学编码器与所述冠部耦合，用于检测所述用户对所述冠部的所述旋转操作；
其中，所述冠部的轴线与所述旋转轴在同一直线上。
19.根据权利要求18所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：转轴；所述转轴用于将所述冠部接收的旋转操作传递给所述反光元件，以带动所述反光元件随着所述冠部的旋转而旋转；
其中，所述转轴的一端与所述冠部连接，所述转轴的另一端穿过所述反光元件的通孔。
20.根据权利要求19所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：挡圈；所述挡圈用于限制所述转轴沿所述旋转轴的方向平移；
所述冠部与所述壳体之间设置有支撑件，所述支撑件固定于所述壳体，以使所述冠部围绕所述支撑件旋转。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |