KR101940943B1 - 방향 종속 광학 특성을 갖는 광학 인코더 - Google Patents

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리차드 러
프라산스 에스. 홀레나서퍼
콜린 엠. 일리
윌리엄 엔. 피커럴
제이람 만주나사이아
데이비드 지. 합스콜드
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밀런드 에스. 버가배트
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Abstract

본 발명의 실시예들은 전자 디바이스를 위한 광학 인코더를 제공한다. 광학 인코더는 스핀들, 및 스핀들의 원주 둘레에 배치되는 인코딩된 패턴을 포함한다. 인코딩된 패턴은 방향 종속 반사 영역을 생성하는 하나 이상의 표면 특징부들을 포함할 수 있다.

Description

방향 종속 광학 특성을 갖는 광학 인코더
관련 출원에 대한 상호 참조
본 특허협력조약 특허 출원은 2015년 4월 8일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Optical Encoder with Direction-Dependent Optical Properties"인 미국 가특허 출원 제62/144,885호, 2015년 3월 9일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Optical Encoder with Anisotropic Optical Surface"인 미국 가특허 출원 제 62/130,064호 및 2015년 3월 5일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Optical Encoder with Anisotropic Optical Surface"인 미국 가특허 출원 제62/128,914호에 대하여 우선권을 주장하며, 상기 출원들의 각각의 개시내용들은 본 명세서에서 전체적으로 참조로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 전자 디바이스를 위한 광학 인코더에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 방향 종속 광학 특성을 갖는 하나 이상의 반사 영역들을 갖는 광학 인코더에 관한 것이다.
기계 디바이스, 전자 디바이스 및 컴퓨터화된 디바이스를 포함하는 많은 디바이스들은 사용자 입력을 얻거나 디바이스의 다른 양태들로부터 모션 입력을 수신하기 위해 다양한 유형의 센서를 사용할 수 있다. 전통적으로, 회전 센서는 디바이스 또는 컴포넌트의 회전 모션을 측정하는데 사용될 수 있다. 그러나, 많은 전통적인 회전 센서는 소형 폼 팩터(form factor)를 갖는 전자 디바이스에 요구될 수 있는 소형이거나 컴팩트한 공간용으로 완전히 적합하지는 않다. 실시예들이 이루어진 것은 이들 및 다른 일반적인 고려요소들에 대한 것이다.
이러한 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 추가로 후술되는 단순화된 형태로 개념들의 선택을 소개하도록 제공된다. 이러한 발명의 내용은 청구되는 주제의 중요한 특징들 또는 본질적인 특징들을 식별하도록 의도되는 것이 아니고, 청구되는 주제의 범주를 결정하는 것을 돕는데 이용되도록 의도되는 것도 아니다.
본 발명의 실시예들은 전자 디바이스를 위한 광학 인코더를 제공한다. 광학 인코더는 스핀들(spindle)의 축 방향을 따라 연장되는 교호적인 광학적 대조(contrasting) 요소들을 갖는 원통형 스핀들을 포함할 수 있다. 광학 요소들은 원통형 스핀들의 외부 표면 둘레에 축방향 또는 길이방향으로 배치되는 복수의 스트라이프(stripe) 또는 마킹들을 포함할 수 있다. 광학 인코더는 또한 광학 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 센서는 발광 다이오드와 같은 광학 이미터 및 포토다이오드 어레이와 같은 광학 검출기를 포함한다. 이미터 및 검출기는 원통형 스핀들에 대해 방사상으로 정렬되거나, 원통형 스핀들에 대해 축방향으로 정렬될 수 있다.
일부 실시예들에서, 광학적 대조 요소들은 방향 종속 반사 특성을 갖는 영역들을 포함한다. 예를 들어, 광학적 대조 요소들은 제1 방향을 따라 반사되는 광에 대한 제1 광 분포를 가지며, 제2 방향을 따라 더 넓은 제2 광 분포를 갖는 이방성(anisotropic) 반사 영역들의 어레이를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 이방성 반사 영역들은 특징부의 길이에 대응하는 방향을 따라 광을 확산(diffuse 또는 spread)시킬 수 있으며, 이는 인코더의 다양한 컴포넌트들 사이에서 치수 변동 또는 이동이 있을 수 있음에도 불구하고 반사광을 지속적으로 그리고 신뢰성 있게 검출하는 능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 이방성 반사 영역들은 반사 및 비반사 영역들 사이의 대조를 개선하기 위해 특징부의 길이에 수직인 방향으로 비분산 또는 경면 방식으로 광을 반사할 수 있다.
일부 예시적인 실시예들은 전자 디바이스에 통합된 광학 인코더를 포함한다. 광학 인코더는 스핀들, 및 스핀들의 일부분을 조명하도록 구성되는 광학 이미터를 포함할 수 있다. 광학 인코더는 또한 스핀들로부터 반사되는 광을 수신하도록 구성되는 광학 검출기를 포함할 수 있다. 인코딩된 패턴은 스핀들의 외부 표면 상에 형성될 수 있고, 스핀들의 길이를 따라 연장되는 대조 영역들의 어레이를 포함할 수 있다. 대조 영역들의 어레이는 광학적 흡수 영역들의 세트가 개재된(intersperse) 이방성 반사 영역들의 세트를 포함할 수 있다.
일부 구현예들에서, 이방성 반사 영역들은 반사광의 방향에 따라 변하는 반사광 분포를 생성하도록 구성된다. 일부 구현예들에서, 각각의 이방성 반사 영역은 스핀들의 중심 축에 수직인 횡단면(transverse plane)을 따라 광에 대한 제1 반사광 분포를 갖는 제1 유형의 반사를 생성하고, 스핀들의 중심 축을 통과하는 종단면(longitudinal plane)을 따라 광에 대한 제2 반사광 분포를 갖는 제2 유형의 반사를 생성하도록 구성된다. 일부 경우들에서, 제2 반사광 분포가 제1 반사광 분포보다 넓다.
일부 실시예들에서, 이방성 반사 영역들의 세트의 각각의 이방성 반사 영역은 스핀들의 외부 표면을 적어도 부분적으로 둘러싸는 일련의 오목한 형상 특징부들로 형성된다. 일부 구현예들에서, 일련의 오목한 형상 특징부들은 최대 비율 13:1과 최소 비율 7:1 사이의 깊이 대 반경 비율을 갖는다.
일부 실시예들에서, 일련의 오목한 형상 특징부들은 스핀들의 외부 표면을 둘러싸는 연속적인 나선으로서 형성된다. 일부 실시예들에서, 이방성 반사 영역들 세트의 각각의 이방성 반사 영역은 스핀들의 외부 표면을 적어도 부분적으로 둘러싸는 일련의 볼록한 형상 특징부들로 형성된다. 일부 실시예들에서, 광학적 흡수 영역들의 세트는 스핀들의 외부 표면을 레이저 에칭하여 편평화된 영역들의 세트를 형성함으로써 형성된다. 일부 실시예들에서, 광학적 흡수 영역들의 세트는 스핀들의 외부 표면 상에 잉크를 퇴적시킴으로써 형성된다.
일부 구현예들에서, 광학 검출기는 스핀들 길이를 따라 배열되는 포토다이오드들의 어레이를 포함한다. 일부 구현예들에서, 광학 검출기는 스핀들의 길이를 가로지르는 방향을 따라 배열되는 포토다이오드들의 어레이를 포함한다.
일부 예시적인 실시예는 하우징, 하우징의 개구 내에 위치되는 디스플레이, 및 하우징에 부착되고 사용자로부터 회전 입력을 수신하도록 구성되는 크라운을 갖는 휴대용 전자 디바이스를 포함한다. 일부 실시예들에서, 광학 인코더는 크라운에 동작가능하게 결합되고, 회전 입력을 측정하도록 구성된다. 광학 인코더는 스핀들, 스핀들로부터 반사되는 광을 검출하도록 구성되는 광학 센서, 및 스핀들 상에 형성되고 스핀들의 길이를 따라 연장되는 교호 영역들의 어레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 디바이스는 크라운에 동작가능하게 결합되는 샤프트를 포함하고, 스핀들은 샤프트의 일부분 위에 배치된다. 일부 실시예들에서, 스핀들은 중합체 재료로 성형되고 반사성 금속 재료로 코팅된다.
일부 실시예들에서, 스핀들은 스핀들의 길이를 따라 적어도 부분적으로 연장되는 편평한 패싯(facet) 특징부들의 어레이를 포함한다. 패싯 특징부들은 광학 센서 상에 교호적인 밝고 어두운 반사들을 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스핀들은 스핀들의 길이를 따라 적어도 부분적으로 연장되는 오목한 특징부들의 어레이를 포함한다. 오목한 특징부들은 광학 센서 상에 교호적인 밝고 어두운 반사들을 생성하도록 구성될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들은 전자 디바이스의 하우징 내에 배치되는 스핀들의 회전 이동을 검출하는 방법을 포함한다. 방법은 스핀들의 일부분을 조명하는 단계를 포함할 수 있으며, 스핀들은 스핀들의 길이를 따라 형성되는 광학적으로 구별되는(optically distinct) 마킹들의 인코딩된 패턴을 포함한다 마킹은 스핀들 표면에서의 방향 종속 반사를 발생시킬 수 있다. 방법은 또한 스핀들을 회전시키는 단계, 포토다이오드들의 어레이를 사용하여 반사광을 수신하는 단계, 및 반사광에 기초하여 스핀들의 회전량을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 반사광에 기초하여 회전 방향을 결정하는 단계는 제1 시간의 포토다이오드들의 어레이 내의 각각의 포토다이오드의 제1 출력 전류를 제2 시간의 포토다이오드들의 어레이 내의 각각의 포토다이오드의 제2 출력 전류와 비교함으로써 수행된다. 일부 실시예들에서, 회전량은 포토다이오드들의 어레이를 통과하는 광학적으로 구별되는 마킹들의 추정된 수에 기초한다
개시내용은 유사한 도면 부호가 유사한 구조적 요소들을 지시하는 첨부 도면과 관련하여 하기의 상세한 설명에 의해 쉽게 이해될 것이다.
도 1a는 예시적인 전자 디바이스를 도시한다.
도 1b는 도 1a의 단면 A-A를 따라 취한 전자 디바이스의 단면도를 도시한다.
도 2는 광학 인코더의 예시적인 인코딩된 패턴을 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는 포토다이오드 어레이의 예시적인 전류 출력 그래프를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 스핀들의 길이를 따라 배열되는 컴포넌트들을 갖는 광학 인코더를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 스핀들의 길이에 대해 가로 방향으로 배열되는 컴포넌트들을 갖는 광학 인코더를 도시한다.
도 6a는 표면 상에 예시적인 광학적 이방성 영역을 갖는 표면을 도시한다.
도 6b는 스핀들의 축에 평행한 평면을 따른 광학적 이방성 영역의 상세도를 도시한다.
도 6c는 스핀들의 축을 가로지르는 평면을 따른 광학적 이방성 영역의 상세도를 도시한다.
도 7a 내지 도 7d는 스핀들의 외부 대향 표면 둘레에 형성되는 윤곽 특징부들을 구비한 반사 영역들을 갖는 광학 인코더를 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 교호적인 명암을 생성하기 위해 스핀들의 표면 내로 형성되는 윤곽 영역들을 갖는 광학 인코더를 도시한다.
도 9a는 광학 이미터에 대해 위치되는 광학적 확산 부재를 갖는 예시적인 광학 인코더를 도시한다.
도 9b는 광학 검출기에 대해 위치되는 광학적 확산 부재를 갖는 예시적인 광학 인코더를 도시한다.
도 9c는 세장형(elongated) 광학 이미터를 갖는 예시적인 광학 인코더를 도시한다.
도 10은 예시적인 광학적 확산 부재를 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 반사 패턴 및 광학적 확산 표면 특징부들 모두를 포함하는 광학 인코더의 예시적인 스핀들을 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 스핀들 슬리브 및 스핀들 캡을 도시한다.
도 13은 전자 디바이스의 컴포넌트의 이동을 검출하기 위한 방법을 도시한다.
이제, 첨부 도면들에 도시된 대표적인 실시예들에 대한 상세사항을 참조할 것이다. 하기의 설명이 실시예들을 하나의 바람직한 실시예로 한정하고자 하는 것이 아님을 이해하여야 한다. 반대로, 첨부된 청구범위에 의해 한정된 바와 같은 기술된 실시예들의 사상 및 범주 내에 포함될 수 있는 대안예들, 수정예들 및 등가물들을 포함하고자 한다.
일부 전자 디바이스들은 사용자로부터 입력을 수신하기 위한 하나 이상의 사용자 입력 디바이스들을 포함한다. 터치 센서들, 버튼들, 슬라이드들, 다이얼들 및 노브들을 포함하는 예시적인 사용자 입력 디바이스들은 디바이스가 기능을 수행하도록, 또는 디바이스의 소프트웨어에 또는 다른 동작들에 사용자 입력을 제공하기 위해 피드백 또는 커맨드들을 제공하는데 사용될 수 있다. 하기에 더 상세히 기술되는 바와 같이, 전자 디바이스는 일반적으로 손목시계와 연관된 크라운과 같은 다이얼 형식 로터리 입력을 포함할 수 있다. 많은 전통적인 다이얼은 다이얼의 회전을 측정하기 위해 일련의 전자기계 접촉 또는 전위차계를 사용한다. 그러나, 일부 전통적인 전자기 시스템들은 손목시계만큼 작은 디바이스 상의 작은 회전 입력을 측정하기에는 너무 크거나 정밀도가 부족할 수 있다.
본 명세서에 기재된 바와 같이, 광학 인코더는 회전 입력의 방향, 양, 속도 및 다른 품질을 측정하는데 사용될 수 있다. 광학 인코더는 회전 측정의 정밀도를 향상시킴으로써 일부 전통적인 시스템보다 유리할 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 일부 실시예들에 따르면, 광학 인코더는 일부 전통적인 전자기계 시스템보다 작은 공간을 점유함으로써 컴팩트한 폼 팩터를 갖는 디바이스들 내로의 통합을 용이하게 할 수 있다. 광학 인코더는 또한 회전 방향, 회전량, 회전 레이트, 회전 레이트의 변화 등과 같은 일정 범위의 회전 측정치들을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
이하에 설명하는 바와 같이, 본 발명의 광학 인코더는 광학 이미터, 광학 검출기 및 샤프트, 스핀들, 원통형 부재 등과 같은 둥근 표면을 갖는 회전 요소를 포함한다. 일부 전형적인 광학 인코더들과는 달리, 본 발명의 광학 인코더는 회전 요소의 외부 또는 외부 대향 표면 상에 직접 배치되는 인코딩된 패턴을 활용한다. 일부 경우들에서, 인코딩된 패턴은 회전 요소의 길이를 따라 연장되고, 외부 표면 둘레에 스트라이프형 패턴으로 배열되는 대조 영역 또는 교호 영역들의 어레이를 포함한다. 영역들은 광을 상이한 방식으로 반사할 수 있고, 회전 요소의 이동을 측정하는데 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 대조 영역들은 표면의 교호적인 밝고 어두운 영역들로 형성된다. 일부 경우들에서, 영역들은 교호적인 반사 및 비반사 영역들로 형성된다. 일부 경우들에서, 영역들은 인코더의 광학 검출기에 의해 검출될 수 있는 밝고 어두운 부분들을 갖는 교호적인 반사를 생성하기 위해 구성되는 교호적인 윤곽을 갖는다.
일부 구현예들에서, 회전 요소 상의 교호 영역들은 회전 요소의 표면으로부터 반사되거나 수신된 광을 측정함으로써 검출될 수 있는 인코딩된 시퀀스를 형성한다. 일부 경우들에서, 광학 검출기는 광학 이미터에 의해 방출되고 회전 요소로부터 반사되는 광을 검출하도록 구성된다. 반사광은 회전 요소가 선회(turn)되거나 회전됨에 따라 교호 영역들 중 하나 이상의 위치에 기초하여 회전 요소의 (각도) 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 광학 검출기에 의해 측정된 인코딩된 시퀀스의 이동은 회전 방향, 회전량, 회전 레이트, 회전 레이트의 변화, 및 회전 요소 이동의 다른 품질들을 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 회전 측정치들은 디스플레이 상의 사용자 인터페이스 요소의 조작, 리스트 내의 항목의 선택 등과 같은 디바이스의 요소 또는 기능을 제어하는데 사용된다.
본 명세서에 기술된 일부 실시예들에 따르면, 대조 또는 교호 영역들은 제1 방향을 따라 반사되는 광의 상대적으로 협소하게 분포된 빔을, 그리고 제1 방향을 가로지르는 제2 방향을 따라 반사되는 광의 더 넓게 분포되는 빔을 생성하는 방향 종속 광 반사 영역들의 어레이를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 방향 종속 반사 영역들은 이방성 반사 영역들 또는 광학적 이방성 영역들로 지칭된다. 이들 영역들은 더 견고한 광학 시스템, 또는 시스템의 치수 또는 기하학적 변동을 더 허용하는 광학 시스템을 생성하는데 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 광학적 이방성 표면 또는 영역은 심지어 하드웨어의 기계적 이동, 치수 변동 및 다른 제한이 광학 인코더 내의 광의 광학 경로에 영향을 미치는 경우에도 신뢰성 있는 인코더 동작을 용이하게 할 수 있다. 영역들은 또한 교호 영역들 간의 광학적 대조를 증가시키는데 도움을 줄 수 있으며, 이는 광학 인코더의 신뢰성 또는 전력 사용을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 광학적 이방성 또는 이방성 반사 영역은 회전 요소의 중심 축에 수직인 횡단면을 따라 광에 대한 좁은 제1 빔 확산을 갖는 제1 유형의 반사를 생성하도록 구성된다. 이방성 반사 영역은 또한 회전 요소의 중심 축을 통과하는 종단면을 따라 광에 대한 더 넓은 제2 빔 확산을 갖는 제2 유형의 반사를 생성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제2 유형의 반사는, 실질적으로 경면이고 더 좁은 범위의 각도에 걸쳐 광을 확산하는 제1 유형의 반사와 비교할 때, 반사광이 더 넓은 범위의 각도로 확산되기 때문에 효과적으로 확산하는 것으로 지칭될 수 있다. 본 명세서에 제공된 일부 예들에서 기술된 바와 같이, 이방성 반사는 회전 요소의 표면 내에 형성되는 일련의 볼록 또는 오목한 형상 특징부들에 의해 형성될 수 있다. 일부 경우들에서, 이방성 반사 영역의 반사 특성은 특징부의 기하학적 구조에 의해 결정된다. 예를 들어, 특징부 반경에 대한 특징부 깊이의 비율은 특정 반사 특성을 제공하도록 조정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 회전 요소는 회전 요소가 회전함에 따라 광을 광학 검출기로 지향시키고/지향시키거나 광학 검출기로부터 멀어지게 지향시키는 윤곽형(contoured), 플루트형(fluted), 또는 패싯형(faceted) 형상을 가질 수 있다. 회전 요소의 형상은 광학 검출기를 통과할 수 있고 회전 요소의 회전을 해석하거나 측정하는데 사용될 수 있는 교호적인 밝고 어두운 부분들을 갖는 반사를 생성할 수 있다. 일부 경우들에서, 윤곽형, 플루트형 또는 패싯형 형상은 광학 검출기에 검출될 수 있는 교호적인 밝고 어두운 영역들을 포함하는 회절 패턴을 시뮬레이션한다.
앞서 언급한 바와 같이, 광학 인코더는 전자 디바이스의 사용자 입력 디바이스 내에 통합될 수 있다. 도 1a는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 예시적인 전자 디바이스(100)를 도시한다. 일 예에서, 그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 전자 디바이스(100)는 시간 기록 디바이스(예컨대, 시계), 건강 모니터링 디바이스, 내비게이션 디바이스 등으로서 수행하도록 구성될 수 있는 웨어러블 디바이스 일 수 있다. 도시된 디바이스(100)는 웨어러블 손목시계 디바이스와 유사하지만, 디바이스(100)는 임의의 유형의 기계, 전자기계 또는 전자 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 디바이스(100)는 다양한 휴대용 전자 디바이스들 또는 휴대용 컴퓨팅 디바이스들 중 하나를 포함할 수 있다. 예들로서 휴대폰, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 시간 기록 디바이스, 컴퓨터화된 안경 및 기타 웨어러블 디바이스들, 내비게이션 디바이스들, 스포츠 디바이스들, 액세서리 디바이스들, 건강 모니터링 디바이스들, 의료 디바이스들 등을 포함한다.
전자 디바이스(100)는 하우징(110), 하우징(110)의 상부 표면에 형성되는 개구 내에 위치되는 디스플레이(120)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 디스플레이(120)는 사용자에게 시각적 출력을 제시하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(120)는 하나 이상의 그래픽 요소들을 갖는 그래픽 사용자 인터페이스를 제시하거나 디스플레이하는데 사용될 수 있다. 전자 디바이스(100)는 또한, 예를 들어, 디스플레이(120)와 일체화된 터치 스크린, 하우징(110)의 표면 상에 위치되는 버튼(130)(또는 다른 입력 메커니즘), 및 하우징(110)의 측 표면 상에 위치되는 크라운(140)을 포함하는 하나 이상의 사용자 입력 디바이스들을 포함할 수 있다. 본 예에서, 크라운(140)은 사용자로부터 회전 입력을 수신하기 위한 다이얼 또는 노브를 포함하고, 다이얼 또는 노브의 회전을 측정하기 위해 사용되는 광학 인코더에 동작가능하게 결합된다.
일부 실시예들에서, 도 1a에 도시된 바와 같은 웨어러블 디바이스(100)는 메모리, 하나 이상의 통신 인터페이스들, 디스플레이들 및 스피커들과 같은 출력 디바이스들 및 버튼, 다이얼, 마이크로폰 또는 터치 기반 인터페이스와 같은 하나 이상의 추가적인 입력 디바이스와 결합되거나 통신하는 프로세서를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(들)는 전자 디바이스와 임의의 외부 통신 네트워크, 디바이스 또는 플랫폼 사이의 전자 통신, 예컨대, 한정되는 것은 아니나, 무선 인터페이스들, 블루투스 인터페이스들, 근거리 무선 통신(NFC) 인터페이스들, 적외선 인터페이스들, 범용 직렬 버스(USB) 인터페이스들, Wi-Fi 인터페이스들, TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 인터페이스들, 네트워크 통신 인터페이스들 또는 기타 통신 인터페이스들을 제공할 수 있다. 웨어러블 전자 디바이스(100)는 프로세서에 의해 실행되어 다양한 기능 또는 동작을 수행하도록 구성되는 컴퓨터 판독가능 명령어 또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 디바이스(100)는 시간, 건강, 이벤트 통지, 디바이스 상태 및 다른 정보에 관한 정보를 제공하도록 구성될 수 있다. 디바이스(100)는 또한 별개의 디바이스들 및/또는 별개의 디바이스들 상에서 실행되는 소프트웨어에 외부적으로 접속되거나 통신할 수 있다. 일부 경우들에서, 디바이스(100)는 다른 전자 통신에 추가하여 메시지, 비디오 및 커맨드를 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 디스플레이(120)는 전자 디바이스(100)에 관한 정보 외에도 전자 디바이스(100)의 메모리에 저장된 다른 정보를 디스플레이하는 그래픽 사용자 인터페이스를 출력하도록 구성된다. 예를 들어, 사용자 인터페이스는 전자 디바이스(100) 상에서 실행되는 하나 이상의 애플리케이션들에 대응하는 정보를 제시할 수 있다. 그러한 애플리케이션들은 시간 기록 애플리케이션, 이메일 애플리케이션, 전화 애플리케이션, 캘린더 애플리케이션, 게임 애플리케이션 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 그리고 아래에서 논의되는 바와 같이, 크라운(140)과 연관된 이동 또는 작동 정보를 결정하기 위해 광학 인코더가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 광학 인코더는 이동 방향, 이동의 양, 이동 속도, 이동 속도의 변화 등을 포함하는, 크라운(140)의 회전 양태를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 이동은 회전 이동, 병진 이동, 각도 이동 등일 수 있다. 크라운(140)의 이동을 나타내는 인코더로부터의 출력은 디바이스(100)에 대한 입력으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 인코더 출력은 전자 디바이스(100)의 디스플레이(120) 상의 사용자 인터페이스의 그래픽, 이미지, 아이콘 및/또는 다른 그래픽 요소들을 조작하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 버튼(130) 또는 크라운(140)은 디스플레이(120) 상에 출력되는 다양한 이미지들을 선택, 조정 또는 변경하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스(100)의 디스플레이(120)가 시계 화면을 시뮬레이션하는 시간 기록 애플리케이션을 디스플레이하는데 사용되는 경우, 크라운(140)은 손의 위치를 조정하거나 시계 화면 시뮬레이션에 대해 디스플레이된 숫자들을 색인(index)하는데 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 크라운(140)은 디스플레이(120) 상에 출력되는 다양한 아이콘들 사이에서 아이콘을 선택하거나 선택 메커니즘을 이동하기 위해, 커서 또는 다른 유형의 선택 메커니즘을 제1 디스플레이 위치로부터 제2 디스플레이 위치로 이동시키도록 회전될 수 있다. 마찬가지로, 크라운(140)은 디바이스(100)에 다른 입력을 제공하도록 눌러지거나, 가압되거나, 또는 그렇지 않으면 작동될 수 있다.
예를 들어, 시간 기록 기능 또는 소프트웨어 애플리케이션에 따라, 크라운(140)은 디스플레이(120) 상에 디스플레이되는 시간 및/또는 날짜를 변경하기 위해 시계 방향으로 회전될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 광학 인코더는 크라운(140)의 시작 위치, 크라운(140)의 회전 방향(예컨대, 시계 방향, 반시계 방향)을 검출하는데 사용될 수 있고, 회전 중인 크라운(140)의 속도를 또한 검출할 수 있다. 일부 경우들에서, 시간 기록 애플리케이션의 디스플레이된 시계 바늘들은 크라운(140)에 제공되는 회전 입력에 따라 회전하거나 그렇지 않으면 이동할 수 있다. 일부 경우들에서, 시계 바늘들은 크라운(140)에 제공되는 회전 입력에 대응하는 양, 방향 및/또는 속도로 이동한다.
비록 명료성을 위해 도 1a에는 생략되었지만, 전자 디바이스(100)는 또한 디바이스의 전반적 동작을 보조하는 다양한 추가적인 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스(100)는 하나 이상의 센서들, 마이크로폰, 햅틱 액추에이터, 배터리, 프로세서, 메모리 및 다양한 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 또한, 크라운(140) 및/또는 버튼(130)은 전자 디바이스(100)의 동작을 용이하게 하기 위해 열거된 컴포넌트들 중 하나 이상과 상호작용할 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 전자 디바이스(100)는 또한 전자 디바이스(100)를 사용자에게 고정 또는 부착하는데 사용될 수 있는 밴드(150)를 포함할 수 있다. 본 예에서, 밴드(150)는 핀 또는 가요성 조인트를 통해 하우징(110)에 부착된다. 일부 경우들에서, 밴드(150)는 사용자의 손목에 디바이스(100)를 고정하기 위해 걸쇠를 통해 서로 부착되는 2개의 밴드 스트랩들로 형성된다. 예를 들어, 스트랩, 끈 또는 다른 부착 메커니즘을 포함하는 다른 부착 메커니즘 또는 컴포넌트들이 또한 디바이스(100)를 사용자에게 부착하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전자 디바이스(100)는 또한 키보드 또는 다른 유사한 입력 메커니즘을 포함할 수 있다. 또한, 전자 디바이스(100)는 전자 디바이스(100)가 인터넷에 접속하고/하거나 하나 이상의 원격 데이터베이스들 또는 저장 디바이스들에 액세스할 수 있게 하는 하나 이상의 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 전자 디바이스(100)는 또한 음향, 무선 주파수(RF), 적외선 및 다른 무선 미디어 매체들과 같은 무선 매체들을 통해 통신을 가능하게 할 수 있다. 이러한 통신 채널은 전자 디바이스(100)가 예를 들어 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 이동 전화, 개인 휴대 정보 단말기, 휴대용 뮤직 플레이어, 스피커 및/또는 헤드폰 등과 같은 하나 이상의 추가적인 디바이스들과 원격으로 연결하고 통신하게 할 수 있다.
도 1b는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른, 도 1a의 전자 디바이스(100)의 단면도를 도시한다. 도 1b에 도시된 다양한 컴포넌트들의 스케일 및 상대 크기는 특정 원리를 더 잘 설명하기 위해 과장될 수 있으며, 실제 컴포넌트들의 크기를 대표하는 것으로 해석되어서는 안된다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 전자 디바이스(100)는 크라운(140)에 동작가능하게 결합되는 광학 인코더를 포함한다. 본 예에서, 광학 인코더는 스핀들(160)(예시적인 회전 요소), 광학 이미터(170) 및 광학 검출기(180)를 포함한다. 광학 검출기(180)는 하나 이상의 포토다이오드들, 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 소자, 전하 결합 소자(CCD) 요소, 광전지, 또는 다른 유형의 광센서를 포함할 수 있다. 광학 이미터(170)는 LED, 예를 들어 발광 다이오드(LED)와 같은 적외선 광, 적외선 LED, 레이저 다이오드 또는 다른 유형의 광원일 수 있다.
일부 실시예들에서, 광학 이미터(170)는 적외선(IR) 광학 이미터이고, 스핀들(160) 상에 배치되는 인코딩된 패턴(165)은 인간의 눈에는 비가시적(invisible)이지만 광학 검출기(180)에 의해 검출될 수 있다.
일부 구현예들에서, 인코딩된 패턴(165)의 제1 세트의 (어두운) 영역들은 IR 흡수성일 수 있고, 인코딩된 패턴(165)의 제2 세트의 (밝은) 영역들은 IR 반사성일 수 있다. 광학 검출기(180)는 본 명세서에 논의된 바와 같이, 스핀들(160)의 회전의 다양한 양태를 측정하기 위해 IR 반사성 스트라이프로부터 반사된 IR 광을 검출하도록 구성될 수 있다.
일부 경우들에서, 인코딩된 패턴(165)의 제1 및 제2 세트의 영역들은 광학 검출기(180)를 사용하여 검출될 수 있는 상이한 광학 특성들을 갖는 영역들에 대응한다. 광학 특성은 반사 특성, 광학 회절 특성, 경면 또는 파장 종속 특성 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 제1 세트 및 제2 세트의 영역들 사이의 상이한 광학 특성들 간의 대조는 스핀들(160)의 회전의 다양한 양태를 측정하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 광학 이미터(170) 및 광학 검출기(180)는 스핀들(160)에 대해 축방향으로 정렬된다. 다른 실시예에서, 광학 이미터(170) 및 광학 검출기(180)는 스핀들(160)에 대해 방사상으로 정렬될 수 있다. 특정 정렬이 개시되어 있지만, 특정 실시예들에서, 광학 이미터(170)로부터 방출된 광이 스핀들(160) 상의 인코딩된 패턴(165)과 상호작용하고 광학 검출기(180)에 의해 수신되는 한, 광학 이미터(170) 및 광학 검출기(180)는 임의의 적절한 방식으로 스핀들과 정렬될 수 있다.
도 1b의 단순화된 도면에 도시된 바와 같이, 광학 인코더는 크라운(140)에 동작가능하게 결합된 스핀들(160)을 포함한다. 도 1b에 도시된 예에서, 스핀들(160)은 크라운(140)의 다이얼과 단일 피스로서 형성된다. 일부 실시예들에서, 스핀들(160)은 나사형 연결, 접착제, 용접 또는 다른 결합 기술을 사용하여 크라운(140)의 다이얼에 부착되는 별개의 피스로 형성될 수 있다. 일부 경우들에서, 스핀들(160)은 다수의 부품으로 형성된다. 예를 들어, 스핀들(160)은 인코더 및/또는 크라운(140)의 샤프트 위에 삽입되는 중공형 캡 또는 슬리브로서 형성될 수 있다. 예시적인 대안의 실시예들이 도 12a 및 도 12b와 관련하여 이하에서 기술된다. 일반적으로, 스핀들(160)은 크라운(140)에 동작가능하게 결합되거나 그렇지 않으면 크라운(140)의 일부이다. 직접 연결의 경우에, 크라운(140)이 특정 방향으로 그리고 특정 속도로 회전 또는 이동함에 따라, 스핀들(160) 또한 동일한 방향으로, 그리고 동일한 속도로 회전하거나 이동한다. 일부 실시예들에서, 스핀들(160)은 다양한 요소들의 모션에 관련되는 기어식, 클러치식 또는 다른 기계적 연결을 통해 크라운(140)에 동작가능하게 결합될 수 있다.
스핀들(160)의 사용에 따라, 스핀들(160)의 길이는 실시예들 사이에서 변할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 스핀들(160)의 길이는 하우징(110)의 길이 또는 폭을 따라 연장될 수 있다. 다른 실시예들에서, 스핀들(160)은 하우징(110)의 길이 또는 폭보다 실질적으로 작은 길이를 가질 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 광학 인코더의 스핀들(160)은 인코딩된 패턴(165)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 인코딩된 패턴(165)은 회전 이동, 각도 변위, 이동 속도, 이동 속도의 변화 등을 포함하는 스핀들(160)에 대한 위치 정보를 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 인코딩된 패턴(165)은 반사되는 광 또는 그렇지 않으면 인코딩된 패턴(165)을 사용하여 생성된 광에 의해 생성된 고유 신호에 인해 스핀들(160)의 절대 위치를 결정하는데 사용될 수 있다.
도 1b에 도시된 예에서, 인코딩된 패턴(165)은 스핀들(160)의 외부 표면 상에 형성되는 대조 또는 광학적으로 구별가능한 영역들의 어레이로 형성된다. 단순화된 예로서, 도 1b에 도시된 인코딩된 패턴(165)은 어두운 스트라이프들의 어레이가 개재된 밝은 스트라이프들의 어레이로서 도시된다. 밝은 스트라이프 및 어두운 스트라이프가 구체적으로 언급되고 도시되었지만, 인코딩된 패턴은 대조 영역 또는 광학적으로 구별가능한 영역들을 제공하는 다양한 색조, 색 또는 다른 광학 특성을 갖는 다양한 유형의 영역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예들에서, 백색 스트라이프는 인코딩된 패턴(165)의 실질적으로 반사 영역들을 나타낼 수 있고, 흑색 스트라이프는 인코딩된 패턴(165)의 실질적으로 비반사 또는 흡수 영역들을 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 인코딩된 패턴의 제1 스트라이프는 실질적으로 경면 반사를 생성할 수 있는 한편 인코딩된 패턴의 제2 스트라이프는 실질적으로 확산 반사를 생성하거나 그렇지 않으면 광학 이미터(170)에 의해 생성된 광을 흡수할 수 있다.
일부 실시예들에서, 인코딩된 패턴(165)의 대조 또는 교호 영역들은 제1 방향을 따라 제1 유형의 반사를, 그리고 제1 방향을 가로지르는 제2 방향을 따라 제2 유형의 반사를 생성하는 방향 종속 또는 이방성 광 반사 영역들의 어레이를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 제1 유형의 반사는 비교적 좁거나 긴밀한(tight) 빔 확산을 갖는다. 대조적으로, 제2 유형의 반사는 제1 유형의 반사보다 넓은 비교적 넓은 빔 확산을 가질 수 있다. 도 1b에 도시된 예를 참조하면, 이방성 반사 영역들은 인코딩된 패턴(165)의 백색 스트라이프에 의해 표현될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 방향 종속 반사 영역들은 시스템에서 보다 강건하거나 또는 치수 또는 기하학적 변동을 허용하는 광학 시스템을 생성하는데 사용될 수 있다.
예로서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 광학 이미터(170)에 의해 방출된 광은 스핀들(160)의 일부분을 조명할 수 있다. 스핀들(160)로부터 반사되는 광은 포토센서들의 어레이를 포함할 수 있는 검출기(180)에 의해 수신될 수 있다. 백색 스트라이프가 이방성 반사 영역으로 형성된 경우, 스핀들(160)의 길이와 정렬된 종단면의 광은 검출기(180)를 향해 분산 방식으로 반사될 수 있다. 또한, 스핀들(160)의 길이 또는 축을 가로지르는 횡단면을 따라 반사되는 광은 실질적으로 경면 비분산 방식으로 반사될 수 있다. 종단면과 횡단면 사이의 방향으로 반사되는 광에는 경면 또는 방향성 컴포넌트들이 부분적으로 분포될 수 있다.
스핀들(160)로부터 광이 반사되어 광학 검출기(180)에 의해 수신되는 경우, 아래에 더 상세히 기술되는 바와 같이, 스핀들(160)의 위치 및 이동에 관한 결정을 내릴 수 있다. 일부 실시예들에서, 회절 유사(diffraction-like) 또는 특유의(characteristic) 반사 패턴이 인코딩된 패턴(165)에 의해 생성된다. 특유의 반사광 또는 패턴에 기초하여, 광학 검출기(180)는 스핀들(160)의 절대 위치, 이동 및 이동 방향을 결정하는데 사용될 수 있다.
인코딩된 패턴(165)은 일반적으로 스핀들(160)의 외부 표면을 따라 배치되며, 다양한 구성을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 인코딩된 패턴(165)의 영역들(예컨대, 스트라이프들)은 스핀들(160)의 축방향으로 또는 길이를 따라 연장된다. 도 1b에 도시된 실시예에서, 인코딩된 패턴(165)은 축방향 컴포넌트를 포함한다. 예를 들어, 영역들은 스핀들(160)의 전체 길이를 따라, 또는 스핀들(160)의 길이를 따라 부분적으로 연장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인코딩된 패턴(165)은 방사상 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인코딩된 패턴(165)은 스핀들(160)의 길이를 따라 변하면서 추가적인 위치 정보를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 인코딩된 패턴은 방사상 컴포넌트 및 축방향 컴포넌트 둘 모두를 가질 수 있다.
인코딩된 패턴(165)이 방사상 및/또는 축방향 컴포넌트들을 포함하는지 여부에 관계없이, 인코딩된 패턴(165)은 스핀들(160)의 전체 원주 둘레에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인코딩된 패턴(165)은 스핀들(160)의 특정 영역에만 배치될 수 있다. 예를 들어, 스핀들(160)이 (본 명세서에서 기술된 바와 같이 축을 중심으로 하는 완전한 회전 이동 대신에) 주어진 방향에 대해 축을 중심으로 하는 부분적 회전 이동을 하도록 구성되는 경우, 인코딩된 패턴(165)은 스핀들(160)이 회전될 때 광학 검출기(180)에 대해 가시적일 수 있는 스핀들(160)의 일부분에만 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 인코딩된 패턴(165)의 밝고 어두운 영역들은 밝은 스트라이프와 어두운 영역 사이에서 교호할 수 있다. 다른 실시예에서, 인코딩된 패턴(165)의 밝은 영역들 및 어두운 영역들은 개재되어 있거나 특정 시퀀스로 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인코딩된 패턴(165)의 각각의 시퀀스 또는 배열은 스핀들(160)의 절대 위치를 결정하는데 사용될 수 있다.
예시적인 인코딩된 패턴(200)이 도 2에 도시된다. 구체적으로, 도 2는 편평한 폼 팩터로 도시된 대조 영역들의 어레이를 갖는 인코딩된 패턴(200)의 부분적 시퀀스를 도시한다. (실제 인코딩된 패턴(200)은 스핀들의 표면 둘레를 감쌀 수 있다.) 인코딩된 패턴(200)은 밝고 어두운 스트라이프들로 나타나는 개재된 대조 영역들을 포함한다. 위에서 논의된 바와 같이, 밝고 어두운 스트라이프들은 반사 및 비반사 영역들에 대응할 수 있다. 일부 경우들에서, 반사 영역들은 방향 종속 또는 이방성 반사 영역들이다. 예시적인 인코딩된 패턴(200)은 시퀀스 내의 절대 위치 또는 위치를 결정하는데 사용될 수 있는 밝고 어두운 스트라이프들의 비-반복적 시퀀스를 가질 수 있다. 도 2에 도시된 예에서, 인코딩된 패턴은 다음과 같이 배열되는 영역들 또는 스트라이프들을 포함한다: 밝음, 어두움, 밝음, 밝음, 어두움, 어두움, 밝음, 밝음, 밝음, 어두움.
이러한 단순화된 예에서, 조합으로 된 4개의 스트라이프는 스핀들의 위치와 연관된 4-비트 패턴을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 도 2에 도시된 예에서, 서브 패턴(210)은 다음의 순서, 즉 밝음, 어두움, 밝음, 밝음의 순서로 스트라이프들을 포함하고, 서브 패턴(220)은 다음의 순서, 즉 어두움, 밝음, 밝음, 어두움의 순서로 스트라이프들을 포함하며, 서브 패턴(230)은 밝음, 밝음, 어두움, 어두움, 등의 스트라이프들을 포함한다. 인코딩된 패턴(200)은 비-반복적이기 때문에, 각각의 서브 패턴(예컨대, 서브 패턴들(210, 220 및 230))은 인코더의 스핀들의 절대 (회전) 위치를 나타낼 수 있다.
일부 경우들에서, 인코딩된 패턴(200) 내의 절대 위치는 스핀들의 이동 방향을 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 광학 검출기가 제1 시간에 서브 패턴(220)을 보고, 후속적으로 제2 시간에 서브 패턴(210)을 보면, 스핀들이 반시계 회전 방향에 대응할 수 있는 우측으로 이동하고 있다는 결정이 이루어질 수 있다. 유사하게, 광학 검출기가 서브 패턴(220)에 이어 서브 패턴(230)을 보면, 스핀들이 시계 방향으로 회전하고 있다는 결정이 이루어질 수 있다.
일부 실시예들에서, 각각의 스트라이프의 색조 또는 색은 인코딩된 패턴(200) 내에서 변할 수 있다. 일부 실시예들에서, 개재된 영역들의 반사 또는 다른 광학 특성의 양이 변화될 수 있다. 공간 및 광학적 변동의 다양한 조합은 패턴 내의 위치 정보를 인코딩하는데 사용될 수 있다. 비록 도 2가 스트라이프 자체가 특정 순서로 배열되는 인코딩된 패턴(200)을 도시하지만, 대안적인 실시예들에서, 인코딩된 패턴의 스트라이프는 밝은 스트라이프와 어두운 스트라이프 사이에서 직접적으로 교호될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 인코딩된 패턴(200)의 각각의 스트라이프는 폭(W)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 인코딩된 패턴(200)상의 스트라이프 각각의 폭(W)은 균일하거나 실질적으로 균일할 수 있다. 따라서, 스트라이프들이 교호적인 밝고 어두운 스트라이프들로서 배열되는 실시예들에서, 인코딩된 패턴(200)의 스트라이프들의 균일성은 스핀들의 회전량의 결정을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 광학 검출기를 통과하는 영역들 또는 스트라이프의 수는 폭(W)과 곱해지고, 회전량을 결정하는데 사용될 수 있다.
다른 실시예들에서, 인코딩된 패턴(200)의 각각의 스트라이프의 폭(W)은 변할 수 있다. 예를 들어, 인코딩된 패턴(200)의 밝은 스트라이프 각각은 제1 폭을 가질 수 있는 한편, 인코딩된 패턴(200)의 어두운 마킹 각각은 상이한 제2 폭을 가질 수 있다. 다른 예에서, 인코딩된 패턴(200)의 제1 스트라이프는 제1 폭을 가질 수 있고, 인코딩된 패턴(200)의 제2 스트라이프는 제2 폭을 가질 수 있고, 인코딩된 패턴(200)의 제3 스트라이프는 제3 폭을 가질 수 있다. 이러한 배열은 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스(100)와 같은 컴퓨팅 디바이스로 하여금 스트라이프들의 다양한 폭에 기초하여 스핀들(160)의 위치를 측정 가능하게 할 수 있다. 스트라이프 각각의 가변 폭은 본 명세서에서 논의된 인코딩된 패턴들 중 임의의 인코딩된 패턴에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 가변 폭을 갖는 스트라이프들은 스트라이프들의 순서가 도 2에 도시된 바와 같이 변화되는 인코딩된 패턴들, 또는 인코딩된 패턴의 스트라이프들이 밝고 어두운 스트라이프들 간에 교호되는 실시예들에 사용될 수 있다.
다른 예에서, 스트라이프들의 가변 폭은 스핀들의 절대 위치를 나타내는 패턴을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 폭을 갖는 스트라이프는 스핀들이 제1 위치에 있음을 나타낼 수 있는 한편, 제2 폭을 갖는 스트라이프는 스핀들이 제2 위치에 있음을 나타낼 수 있다. 여전히 또 다른 실시예에서, 각각의 스트라이프는 스핀들의 선형 이동 외에도 스핀들의 회전 이동을 결정하는데 사용될 수 있는 테이퍼진 폭을 가질 수 있다.
인코딩된 패턴(200)의 스트라이프들은 또한 다양한 다차원 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인코딩된 패턴(200)의 영역들은 2차원 코드, 빠른 응답(QR) 코드, 바코드 또는 스핀들(160)의 표면 상의 위치 정보를 인코딩하는데 사용될 수 있는 다른 패턴으로 배열될 수 있으며, 이는 스핀들(160)의 회전, 병진 또는 각도 이동 외에도 스핀들(160)의 이동 속도를 결정하는데 사용될 수 있다.
다시 도 1b를 참조하면, 본 발명의 광학 인코더는 스핀들(160)의 표면 상에 형성되는 대조 또는 광학적으로 구별가능한 영역들 사이를 구별하기 위해 사용되는 광학 검출기(180)를 포함한다. 일반적으로, 광학 검출기(180)는 광학 검출기(180)의 광 감지 표면에 의해 수신되는 광의 양에 대응하는 전기 출력을 생성하도록 구성될 수 있다. 영역들은 반사광의 강도 또는 양에 기초하여 검출되고 이어서 광학 검출기(180)에 의해 수신되며, 이는 출력 전류의 대응하는 양 또는 다른 전기 신호를 생성할 수 있다.
일부 구현예들에서, 광학 검출기(180)는 포토다이오드의 표면 상에 입사하는 광의 양에 응답하여 아날로그 전류를 생성하는 포토다이오드를 포함한다. 일부 경우들에서, 포토다이오드로부터의 출력 전류 출력이 더 높을수록, 밝은 스트라이프 또는 반사 스트라이프의 더 큰 부분이 광학 검출기(180)에 보이게 된다(또는 광학 검출기(180)의 특정 포토다이오드에 보이게 된다). 마찬가지로, 일부 경우들에서, 포토다이오드에 의해 생성되는 출력 전류가 더 작을수록, 어두운 스트라이프 또는 비반사 표면의 더 큰 부분이 광학 검출기(180)에 보이게 될 수 있다(또는 광학 검출기(180)의 특정 포토다이오드에 보이게 될 수 있음).
광학 검출기(180)의 출력을 사용하여, 스핀들(160), 그리고 궁극적으로 크라운(140)의 회전 정보가 결정될 수 있다. 예를 들어, 회전 데이터는 하나 이상의 샘플 프레임을 가로지르는 광학 검출기(180) 내의 포토다이오드들의 어레이의 출력을 분석함으로써 도출될 수 있다. 샘플 프레임들 간의 출력들 또는 위상의 변동은 인코딩된 패턴(165) 및 궁극적으로 스핀들(160)의 스트라이프들의 모션 또는 회전 방향에 관련된다.
도 3a 내지 도 3c는 예시적인 광학 검출기의 포토다이오드들의 어레이에 의해 제공되는 예시적인 전류 출력 그래프들을 도시한다. 예를 들어, 각각의 그래프(300, 310 및 320)는 광학 검출기가 인코딩된 패턴으로부터 반사되는 광을 수신함에 따라 광학 검출기의 상이한 포토다이오드에 의해 제공되는 출력을 나타낼 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 본 예와 관련하여 포토다이오드들이 논의되었지만, 광학 인코더의 스핀들의 이동을 검출하는데 사용되는 센서는 임의의 유형의 광 감지 또는 광 검출 센서일 수 있다.
하나의 단순화된 예에서, 인코딩된 패턴의 밝고 어두운 영역들은 둥근 스핀들의 외부 표면 둘레에 배치되는 직접적으로 교호되는 동일하게 이격된 스트라이프들이다. 이러한 경우에, 도 3a에 도시된 그래프(300)는 시간(t) 동안의 제1 포토다이오드의 출력을 나타낼 수 있다. 유사하게, 그래프들(310 및 320)은 동일한 시간(t) 동안의 제2 및 제3 포토다이오드의 출력을 나타낼 수 있다. 다양한 포토다이오드들의 전류 출력의 위상 시프트를 비교함으로써, 회전 방향(예컨대, 시계 방향 또는 반시계 방향)이 결정될 수 있다. 또한, 회전량은 특정 포토다이오드가 통과한 피크들(또는 일부 다른 기준점)의 수에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 회전 레이트는 포토다이오드들 중 하나 이상에 의해 검출되는 전류 피크의 주파수 또는 레이트에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 경우들에서, 인코딩된 패턴이 비-반복적 시퀀스를 포함하는 경우, 광 반사 또는 광 영역들의 중심을 나타내는 피크들 사이의 간격은 인코딩된 패턴 내의 절대 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 예시적인 비-반복적 시퀀스는 도 2와 관련하여 논의된다.
위의 실시예들은 회전 이동의 양태를 결정하는데 사용되는 길이방향 또는 방사상 컴포넌트에 대해 주어졌지만, 일부 실시예들에서는, 스핀들의 선형 또는 병진 이동을 검출하기 위해 동일한 원리가 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 인코딩된 패턴은 축방향 컴포넌트로 지칭될 수 있는 스핀들의 길이를 따라 변하는 하나 이상의 영역들을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 인코딩된 패턴의 축 방향 컴포넌트는 사용자가 크라운을 하우징을 향해 밀거나 크라운을 하우징으로부터 멀어지게 끌어당기는 것을 검출하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전술한 원리는 스핀들의 회전 및 병진 이동 모두를 결정하는데 사용될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 광학 인코더(400)의 스핀들(410)에 대해 축방향 또는 길이방향으로 정렬되는 광학 센서의 컴포넌트들을 갖는 광학 인코더(400)를 도시한다. 도 4a 및 도 4b는 동일한 광학 인코더(400)의 2개의 상이한 사시도를 나타낸다. 일부 실시예들에서, 광학 인코더(400)는 도 1b와 관련하여 도시되고 기술된 광학 인코더와 유사할 수 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 광학 인코더(400)는 스핀들(410), 광학 이미터(440), 및 포토다이오드 어레이(430)를 포함하는 광학 검출기를 포함한다. 스핀들(410)은 외부 표면 상에 형성되는 인코딩된 패턴(415)을 포함한다. 인코딩된 패턴(415)은 상이한 광학 특성을 갖는 개재된 스트라이프들의 어레이와 같은 광학적 대조 영역들의 어레이를 포함할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 인코딩된 패턴(415)의 스트라이프들은 스핀들(410)에 대해 축방향으로 정렬되고, 스핀들(410)의 원주방향 둘레로 배열된다. 본 명세서에 기술된 예들에 따르면, 인코딩된 패턴(415)은 스핀들(410)의 회전 이동의 양태들을 결정하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 인코딩된 패턴(415)의 밝은 영역들 또는 스트라이프들은 실질적으로 반사성일 수 있고, 인코딩된 패턴(415)의 어두운 영역들 또는 스트라이프들은 실질적으로 비반사성일 수 있다. 일부 경우들에서, 광 영역들은 스핀들(410)의 축에 수직인 방향으로 좁게 분포된 방식으로 광을 반사시키고, 스핀들의 축과 정렬되는 방향으로는 더 넓게 분포되는 방식으로 광을 반사시키는 이방성 반사 영역들로서 형성된다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 광학 인코더(400)는 스핀들(410)의 길이 또는 회전 축을 따라 포토다이오드 어레이(430)와 정렬되는 광학 이미터(440)를 포함할 수 있다. 또한, 광학 이미터(440)는 스핀들(410)의 길이 또는 회전 축을 따라 정렬되는 것으로 기술될 수 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 센서 배열의 결과로 도 5a 및 도 5b에 도시되고 아래 기술된 실시예와 같은 대안적인 배열들보다 긴 스핀들을 얻을 수 있다. 일부 경우들에서, 스핀들(410)의 길이는 광학 이미터(440)로부터의 광(445)이 스핀들(410)로부터 반사되어 포토다이오드 어레이(430)에 의해 수신되도록 하기에 충분하다. 스핀들(410)의 길이는 다른 구성들에 비해 증가될 수 있지만, 그 구성은 광학적으로 더 효율적일 수 있다. 예를 들어, 광학 이미터(440) 및 포토다이오드 어레이(430)의 축방향 정렬은 포토다이오드 어레이(430)로 다시 반사되는 광의 양을 증가시킬 수 있으며, 이는 일부 구현예들에서 회전 데이터 및/또는 스핀들(410)을 조명하기 위해 요구되는 전력의 정확도를 향상시킬 수 있다.
4개의 포토다이오드들이 포토다이오드 어레이(430) 내에 구체적으로 도시되고 기술되었지만, 임의의 수의 포토다이오드들이 사용될 수 있다. 포토다이오드들의 수는 각각의 포토다이오드들의 수집 영역의 크기 및/또는 인코더의 광학 시스템의 다양한 다른 양태의 크기에 따라 증가 또는 감소할 수 있다. 일부 경우들에서, 스핀들(410)의 정확한 회전 또는 선형 이동은 2개의 포토다이오드들의 어레이로부터 수집될 수 있다. 다른 실시예들에서, 8개 이상의 포토다이오드들이 요구될 수 있다. 다른 실시예들에서, 포토다이오드들의 다수의 어레이가 사용될 수 있다. 또한, 포토다이오드 어레이 각각은 스핀들(410)에 대해 다양한 정렬 및 위치로 배열될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 광학 인코더(500) 내의 광학 센서의 대안적인 배열을 도시한다. 특히, 도 5a 및 도 5b는 광학 인코더의 스핀들(510)에 대해 방사상으로 정렬되는 광학 센서의 컴포넌트들을 갖는 광학 인코더(500)를 도시한다. 일부 실시예들에서, 광학 인코더(500)는 도 1b와 관련하여 도시되고 기술되는 광학 인코더와 유사할 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 광학 인코더(500)는 스핀들(510), 광학 이미터(520), 및 포토다이오드 어레이(550)를 포함하는 광학 검출기를 포함한다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 포토다이오드 어레이(550)는 4개의 포토다이오드를 포함할 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 포토다이오드 각각의 수집 영역의 크기 및 인코더(500)의 다른 양태들에 따라 어레이(550)에 대해 임의의 개수의 포토다이오드들이 사용될 수 있다. 또한, 도 5a에 도시된 바와 같이, 인코딩된 패턴(515)의 스트라이프들은 스핀들(510)에 대해 축방향으로 정렬되고 스핀들(510)의 원주 둘레에 배열된다. 본 명세서에 기술된 실시예들에 따르면, 인코딩된 패턴(515)으로부터 반사광을 검출하는 것은 스핀들(510)의 회전 이동의 양태들을 결정하는데 사용될 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 광학 인코더(500)는 스핀들(510)에 대해 방사상으로 정렬되는 광학 이미터(520) 및 포토다이오드 어레이(550)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광학 이미터(520)와 포토다이오드 어레이(550)는 반사된 빔(545)이 스핀들(510)의 회전 축을 가로지르도록(예컨대, 수직이 되도록) 서로 정렬될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스핀들(510)에 대한 광학 이미터(520) 및 포토다이오드 어레이(550)의 방사상 정렬은 스핀들(510)이 도 4a 및 도 4b에 도시된 실시예들보다 짧아지도록 할 수 있다.
일반적으로, 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b와 관련하여 전술한 인코더 구성들은 웨어러블 또는 손목 착용 전자 디바이스와 같은 콤팩트 폼 팩터 내에 통합될 수 있다. 일부 구현예들에서, 제조 프로세스 상의 정상적 가변성, 제조 공차 및 시스템 내의 컴포넌트들의 이동으로 인한 치수 변동을 허용하는 인코더의 능력을 개선하기 위해, 인코더가 인코더의 스핀들 상에 하나 이상의 방향 종속 광학적 이방성 또는 이방성 반사 영역들을 또한 포함하는 것이 유리할 수 있다, 일반적으로, 광학적 이방성 영역은 그렇지 않으면 인코더의 광학 요소들의 오정렬을 초래할 수 있는 인코더 내의 치수 변동을 허용할 수 있다.
도 6a는 스핀들의 외부 표면 상에 형성될 수 있는 예시적인 방향 종속 또는 이방성 영역(600)을 도시한다. 도 6의 예에서, 이방성 영역(600)은 스핀들의 표면 내에 형성되는 얕은 홈들의 어레이를 포함한다. 이방성 영역(600)은 이방성 영역(600)과 광학적으로 대조되거나 광학적으로 구별될 수 있는 하나 이상의 비반사 또는 확산 영역들(602)에 의해 경계지워지거나, 그에 인접할 수 있다. 비반사 또는 대조 영역들이 개재된 광학적 이방성 영역들의 예들은 도 7a 내지 도 7d와 관련하여 후술된다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 이방성 영역(600)은 영역(600)의 표면 상에 입사하는 광의 방향에 따라 광을 상이하게 반사한다. 특히, X-Z 평면에서 일반적으로 이동하는 광은 실질적으로 분산되거나 넓게 확산되는 방식으로 반사될 수 있다. 일부 경우들에서, X-Z 평면에서 이동하는 광은 제1 빔 확산을 갖는 제1 유형의 반사를 갖는 것으로 특징지어진다. X-Z 평면에서 이동하는 광의 반사 특성은 일반적으로 Y-Z 평면에서 이동하는 광과 다를 수 있으며, 덜 분산되거나 좁게 확산되는 방식으로 반사될 수 있다. 일부 경우들에서, Y-Z 평면에서 이동하는 광은 제1 빔 확산보다 좁거나 또는 덜 분포될 수 있는 제2 빔 확산을 갖는 제2 유형의 반사를 갖는 것으로 특징지어진다. 일부 경우들에서, X-Z 평면은 스핀들의 중심 또는 회전 축에 평행하거나 통과하는 평면을 나타낸다. 일부 경우들에서, Y-Z 평면은 스핀들의 중심 또는 회전 축을 가로지르는(예컨대 수직인) 평면을 나타낸다.
도 6a는 이방성 영역(600) 위에 생성된 반사의 방향 종속 성질의 단순화된 예를 나타낸다. 예시의 목적을 위해, 광의 양이 실제로는 다수의 광선을 포함할지라도, 빔과 같은 광의 양은 화살표 또는 화살표들의 무리에 의해 나타내진다. 도 6a에 도시된 화살표들은 빔을 구성하는 다수의 광선의 일반적인 방향을 나타낸다. 도 6b 및 도 6c는 광선들과 이방성 영역(600)의 표면 내에 형성되는 홈 특징부들의 상호작용을 더 잘 예시하는 상세도를 도시한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 예시적인 광 빔(612)은 화살표 방향으로 지시된 것과 동일한 일반적인 (평행한) 배향을 갖는 광학 인코더의 광학 이미터에 의해 생성되는 광선들의 집합을 나타낼 수 있다. X-Z 평면과 실질적으로 정렬된 광선을 갖는 광 빔(612)의 경우, 반사는 분포된, 확산된, 또는 넓어진 빔 확산을 갖는 반사광 빔(614)이 될 것이다. 일부 경우들에서, 반사광 빔(614)은 반사광 경로 각도의 범위에 걸쳐 전파되는 다수의 광선들을 포함한다. 일부 경우들에서, 반사광 빔(614)은 경면 또는 지향성 성분을 포함하나, 입사광 빔(612)보다 넓은 확산을 갖는다.
도 6b는 입사광 빔(612)과 이방성 영역(600)에 형성되는 홈(604)과의 상호작용의 상세도를 도시한다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 입사광 빔(612)은 일반적으로 서로 평행하거나 정렬되는 다수의 광선들로 구성된다. 각 광선의 입사각은 홈(604)의 만곡된 형상으로 인해 영역의 표면 상에서 상이하다. 빔(612)의 각각의 광선이 상이한 입사각을 가지기 때문에, 결과적인 반사된 빔(614)은 입사광 빔(612)의 광선들과 비교하여 크게 발산되는 광선을 포함할 것이다. 반사광 빔(614)은 광 빔(612)과 비교하여 더 넓은 확산, 또는 더 넓은 범위의 각도에 걸친 분포를 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 일부 경우들에서, 반사광 빔(614)은 이방성 영역(600)의 홈(604)들에 의해 확산되는 것으로서 기술될 수 있다.
또한, 도 6a는 광학 인코더의 광학 이미터에 의해 생성될 수 있는 다른 예시적인 광 빔(622)을 도시한다. 광선(622)이 실질적으로 Y-Z 평면에 정렬되기 때문에, 반사의 결과로 실질적으로 비분산 또는 상대적으로 좁은 빔 확산을 갖는 반사광 빔(624)을 얻을 수 있다.
도 6c는 입사광 빔(622)과, 예를 들어, 이방성 영역(600)에 형성되는 홈(604)의 하부 부분과의 상호작용의 상세도를 도시한다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 입사광 빔(622)은 일반적으로 서로 평행하거나 정렬되는 다수의 광선들로 구성된다. 각 광선의 입사각은 홈의 만곡부가 Y-Z 평면에서 훨씬 낮기 때문에 홈(604)의 하부 부분에 걸쳐 약간만 변한다. 빔(622)의 각각의 광선은 약간만 다른 입사각을 갖기 때문에, 결과적인 반사된 빔(624)은 입사광 빔(622)의 광선과 비교하여 단지 약간 발산하는 광선을 포함할 것이다. 반사광 빔(624)은 광 빔(612)과 비교하여 유사하거나 또는 단지 약간 발산하는 출력을 갖는 것으로서 특징지어질 수 있다. 일부 경우들에서, 반사광 빔(624)은 경면 또는 비-발산 반사를 갖는 것으로서 기술될 수 있다.
광학적 이방성 영역(600)의 방향 종속 성질로 인해, 광은 진입하는(incoming) 또는 입사되는 광의 일반적인 방향에 따라 상이하게 반사될 것이다. 도 6a 내지 도 6c를 참조하면, Y-Z 평면을 따라 배향된 반사광 빔(624)은 X-Z 평면을 따라 배향된 반사광 빔(614)과 비교하여 더 좁게 분포되거나, 더 좁은 빔 각도를 가지거나, 더 지향된 것으로서 특징지어질 수 있다. 대조적으로, 반사광 빔(614)은 반사광 빔(624)과 비교하여 더 넓게 분포되거나, 더 넓은 빔 각도를 가지거나, 덜 지향되는 것으로서 특징지어질 수 있다.
도 6a 내지 도 6c의 예에서, 광학적 이방성 영역(600)은 도 7a와 관련하여 더 상세히 기술된 바와 같이, 일련의 오목한 형상 특징부들 또는 절단부들로 형성된다. 대안적인 실시예들에서, 광학적 이방성 영역(600)은 도 7b와 관련하여 더 상세히 기술된 바와 같이 일련의 볼록한 형상 특징부들로 형성될 수 있다. 다른 대안적인 실시예에서, 광학적 이방성 영역(600)은 상술한 바와 유사하게, 방향 종속 또는 광학적 이방성 특성들을 생성하는 상이한 표면 특징부 또는 표면 마감으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 광학적 이방성 영역(600)은 오목 및 볼록 특징부들의 조합을 포함할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 비반사 영역들의 세트가 개재된 광학적 이방성 또는 이방성 반사 영역들의 세트를 갖는 예시적인 광학 인코더들(700, 750, 770, 780)을 도시한다. 광학 인코더들(700, 750, 770, 780)의 세부 사항 및 동작은 이전의 도면들 중 임의의 것과 관련하여 상술된 예와 유사할 수 있다. 특히, 인코더들(700, 750, 770, 780)은 전자 디바이스의 크라운과 통합될 수 있다. 또한, 인코더들(700, 750, 770, 780)은 도 4a 및 4b에 도시된 배열과 유사한 센서 배열을 도시하며, 대안적인 실시예들에서, 센서 배열은 또한 도 5a 및 5b에 도시된 배열들과 유사할 수 있다.
도 7a는 스핀들(710)의 표면 둘레에 형성되는 일련의 오목한 형상 특징부들을 구비한 이방성 반사 영역들을 갖는 광학 인코더(700)를 예시한다. 도 6a 내지 도 6c와 관련하여 상술된 바와 같이, 일련의 오목한 형상 특징부들로 인한 결과로 반사 영역들에 대해 방향 종속 반사 특성을 얻을 수 있다. 일부 실시예들에서, 인코딩된 패턴(715)의 밝은, 또는 백색 스트라이프들로 나타나는 이방성 반사 영역들은 더 넓은 반사광 분포를 분포시킬 수 있고, 이는 광학 인코더의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 일부 경우들에서, 이방성 반사 영역들은 광학 시스템에 영향을 미치는 하나 이상의 치수 변동을 겪을 수 있는 광학 인코더(700)의 동작성을 개선할 수 있다. 예를 들어, 이방성 반사 영역들은 스핀들(710)과 광학 이미터(740) 및/또는 광학 검출기(730) 사이의 거리의 변동에 대한 인코더(700)의 감도를 감소시킬 수 있다. 이방성 반사 영역들은 또한 광학 이미터(740) 및/또는 광학 검출기(730)에 대한 스핀들(710)의 축방향 오정렬에 대한 감도를 감소시킬 수 있다. 이방성 반사 영역들은 또한 예를 들어 스핀들(710)의 직경, 스핀들(710)의 진원도(roundness) 등을 포함하는 컴포넌트들의 정상적인 제조 공차들에 대한 감도를 감소시킬 수 있다.
일반적으로, 광학 이미터(740)는 스핀들(710)의 일부분을 광 빔(745)으로 조명하도록 구성될 수 있다. 광학 검출기(730)는 스핀들(710)의 조명된 부분으로부터 광을 수신하도록 구성될 수 있다. 인코딩된 패턴(715)은 스핀들(710)의 외부 대향 표면 상에 형성되는 대조 영역들의 어레이를 포함할 수 있다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 광학 이미터(740)에 의해 생성된 방출광 빔(745)은 실질적으로 분산된 방식으로, 포토다이오드들의 어레이를 포함할 수 있는 광학 검출기(730)에 걸쳐 더 넓은 빔 확산을 가지고 이방성 반사 영역들에 의해 반사될 수 있다. 순수한 경면 반사와 비교하여 광 분포가 더 넓어지거나 증가할수록 광학 인코더(700)의 컴포넌트들 내에 또는 컴포넌트들 사이에 치수 변동이 있을 때조차도 반사광의 적어도 일부가 광학 검출기(730)에 확실히 도달하게 도울 수 있다. 또한, 이방성 반사 영역들은 스핀들(710)의 길이 또는 회전 축에 수직인 방향으로 덜 확산되거나 또는 좁아지는 빔 확산을 갖는 반사를 생성할 수 있다. 이것은 광학 검출기(730)의 포토다이오드들의 어레이에 걸쳐 확산되거나 반사되는 광의 양을 감소시키고, 이는 인코딩된 패턴(715)의 반사 영역과 비반사 영역 사이의 광학적 대조를 개선하거나 유지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 이방성 반사 영역은 스핀들(710)의 중심 축에 수직인 횡단면을 따라 광에 대한 좁은 반사광 분포를 갖는 반사를 생성하고, 스핀들(710)의 중심 축을 통과하는 종단면을 따라 광에 대한 더 넓은 반사광 분포를 갖는 반사를 생성하도록 구성된다.
이전의 예들과 유사하게, (이방성) 반사 영역들은 어두운, 확산, 비반사 또는 광학적 흡수 영역들이 개재됨으로써(예컨대, 교호됨으로써), 대조 또는 광학적으로 구별가능한 영역들의 어레이를 형성할 수 있다. 또한, 이전 예들과 유사하게, 대조 또는 광학적으로 구별가능한 영역들의 어레이는 스핀들(710)의 길이를 따라 연장될 수 있다. 도 7a에 도시된 단순화된 예가 반사 및 비반사, 또는 광학적 흡수 영역들이 교호되는 것으로 도시하는 한편, 도 2 및 도 3a 내지 도 3c와 관련하여 상술된 예들과 유사한 인코딩된 패턴(715)을 생성하기 위해 다양한 비-반복적인 영역들의 패턴들이 또한 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 이방성 반사 영역들의 오목한 특징부들은 스핀들(710)의 외부 표면을 둘러싸는 반원형 홈을 회전시킴으로써 형성된다. 오목한 특징부들은 예를 들어, 선반 또는 유사한 기계가공 장치를 사용하여 윤곽을 나타내거나 만곡된 절삭 공구로 스핀들(710)의 외부 표면을 절단함으로써 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 오목한 특징부들은 스핀들(710)의 외부 표면을 둘러싸는 연속적인 나선으로서 형성된다. 대안적으로, 오목한 특징부들은 스핀들(710)의 외부 표면을 둘러싸는 별개의 링들로서 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 오목한 절단부들의 일관성 및 정확성을 유지하는 것을 돕기 위해 컴퓨터 수치 제어(CNC) 기계를 사용하여 오목한 특징부들이 절단된다. 일부 실시예들에서, 오목한 특징부들은 성형, 주조, 단조 또는 다른 유사한 공정을 사용하여 스핀들(710)의 표면 내에 형성된다. 일부 구현예들에서, 스핀들(710)은 크라운의 다이얼과 같은 사용자 입력 디바이스의 다른 컴포넌트들과 통신하는, 샤프트에 대하여 배치되는 별개의 부품으로서 형성된다.
오목한 특징부들의 반경 및 깊이는 특정 반사광 분포를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 경우들에서, 광 분포가 너무 넓으면, 광학 검출기(730) 상에 실제로 입사되는 광의 양이 너무 낮아 신뢰성 있는 측정이 안될 수 있다. 대조적으로, 광 분포가 너무 좁으면, 광학 인코더(700)는 광학 인코더(700)의 컴포넌트들 사이 및/또는 내의 치수 변동에 너무 민감할 수 있다. 일부 경우들에서, 절단부의 반경 대 깊이의 비율은 원하는 반사광 분포를 생성하도록 구성될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 오목한 특징부의 반경 대 깊이의 비율은 최소 비율 7:1 이상일 수 있고 최대 비율 13:1 이하일 수 있다. 제한이 아닌 추가의 예로서, 오목한 절단부는 3 마이크로미터(micron)만큼 작은 깊이 또는 15 마이크로미터만큼 큰 깊이를 가질 수 있다. 일부 경우들에서, 깊이는 3 마이크로미터 미만 또는 15 마이크로미터 초과이다.
본 예에서, 밝은 또는 반사 영역들이 개재된 어두운, 비반사 또는 광학적 흡수 영역들은 스핀들(710)의 각각의 영역들을 어두운, 광학적 흡수, 확산 또는 비반사 코팅으로 코팅함으로써 형성된다. 일부 경우들에서, 어두운, 광학적 흡수, 확산 또는 비반사 영역들은 스핀들(710)의 길이를 따라 배열되는 스트라이프 형상 영역들 위에 잉크 또는 코팅을 배치함으로써 형성된다. 일부 실시예들에서, 어두운, 광학적 흡수, 확산, 또는 비반사 영역들은 영역들을 레이저 에칭 또는 어블레이팅(ablating)함으로써 형성되어 실질적으로 편평화된 영역 또는 표면을 형성한다. 일부 실시예들에서, 어두운, 비반사 또는 광학적 흡수 영역들은 레이저 어블레이팅되고 이어서 잉크 또는 다른 코팅으로 코팅되어 영역의 광학 반사 특성을 감소시킨다. 어두운, 비반사 또는 광학적 흡수 영역들은 또한 기계가공, 연마 또는 유사하게 가공되어 각각의 영역들의 표면 반사 특성을 변경시킬 수 있다.
이방성 반사 영역들은 다른 기하학적 구조 또는 표면 처리를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 7b는 스핀들(760)의 표면 둘레에 형성되는 일련의 볼록한 형상 특징부들을 갖는 이방성 반사 영역들을 구비한 광학 인코더(750)를 도시한다. 도 6a 내지 도 6c와 관련하여 상술된 바와 같이, 일련의 윤곽 특징부들로 인해 반사 영역들의 방향 종속 반사 특성이 얻어질 수 있다. 이전의 예와 유사하게, 인코딩된 패턴(765)의 밝은 또는 백색 스트라이프들에 의해 나타나는 이방성 반사 영역들은 더 넓은 반사광 분포를 분포시킬 수 있으며, 이는 컴포넌트들 사이, 또는 컴포넌트들 자체 내의 치수 변동에 대한 인코더의 감도를 감소시킴으로써 광학 인코더의 신뢰성을 개선할 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 광학 이미터(740)에 의해 생성된 방출광 빔(795)은 포토다이오드들의 어레이를 포함할 수 있는 광학 검출기(730)에 걸쳐 더 넓은 빔 확산을 갖는 실질적으로 분산된 방식으로 이방성 반사 영역들에 의해 반사될 수 있다. 상술된 바와 같이, 순수한 경면 반사와 비교하여 광 분포가 더 넓어지거나 증가할수록 광학 인코더(750)의 컴포넌트들 내에 또는 컴포넌트들 사이에 치수 변동이 있을 때조차도 반사광의 적어도 일부가 광학 검출기(730)에 도달하는 것이 보장되게 도울 수 있다. 또한, 이방성 반사 영역들은 스핀들(760)의 길이 또는 회전 축에 수직인 방향으로 덜 분포되거나 더 좁은 빔 확산을 갖는 반사를 생성할 수 있으며, 이는 광학 검출기(730)의 포토다이오드들의 어레이에 걸쳐 확산되는 광의 양을 감소시킴으로써, 인코딩된 패턴(765)의 반사 및 비반사 영역들 사이의 광학적 대조를 개선 또는 유지할 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 이방성 반사 영역은 스핀들(760)의 중심 축에 수직인 횡단면을 따라 광에 대한 좁은 반사광 분포를 갖는 반사를 생성하고, 스핀들(760)의 중심 축을 통과하는 종단면을 따라 광에 대한 더 넓은 반사광 분포를 갖는 반사를 생성하도록 구성된다.
이전의 예들과 유사하게, (이방성) 반사 영역들은 어두운, 확산, 비반사 또는 광학적 흡수 영역들이 개재됨으로써(예컨대, 교호됨으로써), 대조 또는 광학적으로 구별가능한 영역들의 어레이를 형성할 수 있다. 또한, 이전의 실시예와 유사하게, 대조 또는 광학적으로 구별가능한 영역들의 어레이는 스핀들(760)의 길이를 따라 연장될 수 있다. 도 7b에 도시된 단순화된 예가 반사 및 비반사, 또는 광학적 흡수 영역들이 교호되는 것으로 도시하는 한편, 도 2 및 도 3a 내지 도 3c와 관련하여 상술된 예들과 유사한 인코딩된 패턴(765)을 생성하기 위해 다양한 비-반복적인 영역들의 패턴들이 또한 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 이방성 반사 영역들의 볼록한 특징부들은 스핀들(760)의 외부 표면의 특징부들을 절단하는데 사용되는 기계가공 공정을 사용하여 형성된다. 일부 실시예들에서, 볼록한 특징부들은 스핀들(760)의 외부 표면을 둘러싸는 연속적인 나선으로서 형성된다. 대안적으로, 볼록한 특징부들은 스핀들(760)의 외부 표면을 둘러싸는 별개의 링들로서 형성될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 볼록한 특징부들은 성형, 주조, 단조 또는 다른 유사한 공정을 사용하여 형성되어 스핀들(760)의 외부 표면의 일부분을 형성할 수 있다. 일부 구현예들에서, 스핀들(760)은 크라운의 다이얼과 같은 사용자 입력 디바이스의 다른 컴포넌트들과 통신하는, 샤프트에 대하여 배치되는 별개의 부품으로서 형성된다.
볼록한 특징부들의 반경 및 높이는 특정 반사광 분포를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 경우들에서, 광 분포가 너무 넓으면, 광학 검출기(730) 상에 실제로 입사되는 광의 양이 너무 낮아 신뢰성 있는 측정이 안될 수 있다. 대조적으로, 광 분포가 너무 좁으면, 광학 인코더(750)는 광학 인코더(750)의 컴포넌트들 사이 및/또는 내의 치수 변동에 너무 민감할 수 있다. 따라서 일부 경우들에서, 반경 및 높이 및/또는 반경 대 높이의 비율은 인코더(750)의 컴포넌트들에서의 치수 및 예측되는 변동에 맞추어 원하는 확산 광 분포를 생성하도록 구성될 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 인코딩된 패턴(765)은 이방성 반사 영역들이 개재된 어두운, 확산, 비반사 또는 광학적 흡수 영역들을 포함한다. 어두운, 확산, 비반사 또는 광학적 흡수 영역들은 도 7a와 관련하여 상술된 기술들 중 하나 이상을 사용하여 형성될 수 있다.
도 7c는 스핀들(772), 광학 이미터(740) 및 광학 검출기(730)를 포함하는 예시적인 광학 인코더(770)를 도시한다. 이전의 예들과 유사하게, 광학 이미터(740)는 스핀들(772)의 외부 표면 상에 형성되는 인코딩된 패턴(774)으로부터 반사되는 방출 빔(745)을 생성하도록 구성된다. 본 실시예들에서, 인코딩된 패턴(774)은 스핀들(772)의 길이를 따라 연장되는 대조 영역들의 어레이를 포함한다. 도 7a의 예와 유사하게, 대조 영역들의 어레이는 스핀들(772)의 외부 표면에 일련의 오목한 특징부들에 의해 형성되는 이방성 반사 영역들의 어레이를 포함한다. 도 7c에 도시된 예시적인 구성에서, 반사 영역들에는 광학적 흡수 영역들의 어레이가 개재되어 있으며, 오목한 특징부들은 실질적으로 없다. 일부 실시예들에서, 광학적 흡수 영역들은 재료를 기계가공, 연마 또는 그렇지 않으면 제거하여 실질적으로 편평한 표면을 형성함으로써 형성된다. 일부 실시예들에서, 광학적 흡수 영역들은 영역을 레이저 에칭 또는 레이저 어블레이팅하여 편평화된 또는 실질적으로 편평한 영역을 형성함으로써 형성된다.
도 7d는 스핀들(782), 광학 이미터(740) 및 광학 검출기(730)를 포함하는 예시적인 광학 인코더(780)를 도시한다. 이전 실시예들과 유사하게, 광학 이미터(740)는 스핀들(782)의 외부 표면 상에 형성된 인코딩된 패턴(784)으로부터 반사되는 방출 빔(795)을 생성하도록 구성된다. 본 실시예들에서, 인코딩된 패턴(784)은 스핀들(782)의 길이를 따라 연장되는 대조 영역들의 어레이를 포함한다. 도 7b의 예와 유사하게, 대조 영역들의 어레이는 스핀들(782)의 외부 표면에 일련의 볼록한 형상 특징부들에 의해 형성되는 이방성 반사 영역들의 어레이를 포함한다. 도 7d에 도시된 예시적인 구성에서, 반사 영역들에는 광학적 흡수 영역들의 어레이가 개재되어 있으며, 오목한 특징부들은 실질적으로 없다. 일부 실시예들에서, 광학적 흡수 영역들은 재료를 기계가공, 연마 또는 그렇지 않으면 제거하여 실질적으로 편평한 표면을 형성함으로써 형성된다. 일부 실시예들에서, 광학적 흡수 영역들은 영역을 레이저 에칭 또는 레이저 어블레이팅하여 평탄화된 또는 실질적으로 편평한 영역을 형성함으로써 형성된다.
이전 실시예들과 관련하여 기술된 바와 같이, 광학 인코더는 인코딩된 패턴을 형성하기 위해 밝은(또는 반사) 및 어두운(또는 광학적 흡수) 영역들 모두를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예들에서, 전체 스핀들은 광을 인코더의 광학 검출기로 또는 광학 검출기로부터 멀어지게 지향시키는 윤곽 형상을 가질 수 있다. 일부 구현예들에서, 스핀들 표면은 실질적으로 균일한 표면 마감을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 스핀들의 표면은 실질적으로 경면이며(예컨대, 스핀들이 실질적으로 경면 반사를 제공함), 홈들, 절단부들 또는 다른 특징부들은 스핀들의 길이를 따라 형성되어 교호적인 방식으로 광을 반사한다. 이러한 실시예들에서, 스핀들은 스핀들의 길이를 따라 형성되는 하나 이상의 줄무늬들(striations), 홈들, 플루트들, 채널들 또는 유사한 특징부들을 가질 수 있다.
도 8a는 스핀들(810)의 길이를 따라 형성되는 복수의 특징부들(815)을 포함하는 광학 인코더(800)의 예시적인 스핀들(810)을 도시한다. 특징부들(815)은 플루트들, 채널들, 스캘럽들(scallops) 또는 다른 유사한 특징부들로 기술될 수 있는 길이방향 또는 축방향으로 정렬된 절단부들의 어레이를 포함할 수 있다. 일반적으로, 특징부들(815)은 광학 이미터(820)에 의해 생성된 광 빔(830)을 교호적인 밝고 어두운 반사 부분들을 포함하는 반사광의 패턴 내로 지향시킬 수 있다. 일부 경우들에서, 교호적인 밝고 어두운 부분들은 회절 패턴을 시뮬레이션하거나 그와 유사한 것들이다. 스핀들(810)이 회전함에 따라, 교호적인 광 부분들은 광학 검출기(840)의 포토다이오드들 위로 통과하고, 이는 다른 인코더 실시예들과 관련하여 상술된 실시예들과 유사하게, 회전량, 회전 방향, 회전 레이트, 회전 레이트의 변화 등을 결정하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 특징부들(815)은 광 반사 및 광 흡수 또는 비반사 영역들과 조합되어 교호적인 반사를 생성한다. 다른 실시예들에서, 특징부들(815)은 색 변동 또는 스핀들(810)로부터의 표면 반사율의 변동이 없더라도 교호적인 밝고 어두운 반사를 생성할 수 있다. 이러한 실시예들은 스핀들(810)의 표면 상에 대조 또는 광학적으로 구별가능한 영역들의 형성을 요구하지 않을 수 있다는 점에서 유리할 수 있다.
일부 실시예들에서, 표면 특징부들(815)은 성형, 주조, 단조 또는 다른 유사한 제조 공정의 일부로서 스핀들(810)의 표면 상에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 표면 특징부들(815)은 스핀들(810)의 표면으로부터 재료를 기계가공, 연삭 또는 그렇지 않으면 제거함으로써 형성될 수 있다. 또한, 도 8a에 도시된 특징부들(815)은 스핀들(810)의 길이를 따라 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 특징부들이 스핀들(810)의 전체 길이를 따라 연장될 필요는 없고, 대신에 스핀들(810)의 외부 표면의 비교적 짧은 부분에 걸쳐 형성될 수 있다.
도 8b는 스핀들(860)의 외부 표면에 형성되는 패싯 표면 특징부들(865)의 어레이를 갖는 또 다른 대안적인 인코더(850)를 도시한다. 이전의 예와 유사하게, 광학 이미터(820)는 스핀들(860)의 표면으로부터 반사되는 광 빔(830)을 생성할 수 있다. 도 8b에 도시된 예에서, 패싯 특징부들(865)은 스핀들(860)이 회전함에 따라 광학 검출기(840)의 포토다이오드들을 가로질러 통과할 수 있는 교호적인 밝고 어두운 부분들을 갖는 반사된 패턴을 생성한다. 본 예에서, 패싯 특징부들(865)은 교호적인 광 부분들을 생성하기 위해 상이한 방향으로 광을 반사하는 편평한 패싯 특징부들의 어레이로서 스핀들(860)의 표면을 따라 형성된다.
도 8c는 스핀들(880)의 외부 표면에 형성되는 편평한 패싯 표면 특징부들(875)의 어레이를 갖는 다른 대안적인 인코더(870)를 도시한다. 일부 실시예들에서, 편평한 패싯 표면 특징부들(875)은 내접원(도시되지 않음)에 대해 접선으로서 배열될 수 있다. 이전의 예와 유사하게, 광학 이미터(820)는 스핀들(880)의 표면으로부터 반사되는 광 빔(830)을 생성할 수 있다. 도 8c에 도시된 예에서, 패싯 특징부들(865)은 스핀들(880)이 회전함에 따라 광학 검출기(840)의 포토다이오드들을 가로질러 통과할 수 있는 교호적인 밝고 어두운 부분들을 갖는 반사된 패턴을 생성한다. 본 예에서, 패싯 특징부들(875)은 교호적인 광 부분들을 생성하기 위해 상이한 방향으로 광을 반사하는 편평한 패싯 특징부들의 어레이로서 스핀들(880)의 표면을 따라 형성된다. 상이한 플루트 및 패싯 기하학적 형상 및 특징부 배열들이 도 8a 내지 도 8c에 도시되어 있지만, 이 예들은 단지 예시적인 것이고 다른 대안적인 패싯 배열들이 또한 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 스핀들의 길이를 따라 형성되는 축방향으로 정렬된 특징부들(예컨대, 플루트들, 패싯들, 스캘럽들 등)은 실질적으로 경면 표면 마감을 갖는다. 경면 표면 마감은 광학 검출기에 의해 수신되는 광의 양을 최대화하는데 유리할 수 있지만, 경면 마감은 정상적인 변동 또는 다양한 컴포넌트들의 위치에서의 합리적인 정도의 변동을 용이하게 하거나 수용하지 못할 수 있다. 예를 들어, 스핀들에 대해 광학 이미터 및/또는 광학 검출기의 위치 및/또는 정렬이 변함에 따라, 반사된 빔은 광학 검출기를 부분적으로 또는 전체적으로 놓칠 수 있다. 따라서, 앞서 언급한 바와 같이, 예를 들어, 스핀들의 길이와 정렬된 평면에 반사광의 분포를 확산시킴으로써, 인코더의 컴포넌트들의 위치 및/또는 정렬에서 일부 변동을 허용할 수 있다. 도 9a 내지 도 11b는 위치 및/또는 치수 변동에 대한 인코더의 감도를 감소시키기 위해 반사광의 분포를 넓히는데 사용될 수 있는 예시적인 시스템들의 양태를 도시한다.
일부 실시예들에서, 광학적 확산 부재는 광학 요소들 중 하나 이상에 대해 배치되거나 위치될 수 있으며, 광학 검출기 상의 광의 분포를 넓힐 수 있다. 도 9a는 광학 이미터(940)에 대해 위치되는 광학적 확산 부재(942)를 갖는 예시적인 광학 인코더(900)를 도시한다. 특히, 도 9a의 인코더(900)는 광학 이미터(940)의 발광 면에 인접하여 위치되는 광학적 확산 부재(942)를 포함한다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 광학적 확산 부재(942)는 스핀들(910)의 축을 따라 넓어진 빔 분포를 갖는 광 빔(945)을 생성하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 광학적 확산 부재(942)는 방향 종속 광 분포를 생성하도록 일차 방향을 따라 광 빔(945)의 분포를 넓히도록 구성된다. 특히, 광학적 확산 부재(942)는 일차 방향을 따라 광의 분포를 확산시키거나 넓히지만, 일차 방향을 가로지르는(예컨대, 수직인) 다른 방향을 따라서는 광의 분포를 실질적으로 확산시키거나 넓히지 않는 표면 특징부들 또는 광학 요소들의 어레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학적 확산 부재(942)는 일차 방향을 가로지르는 다른 방향들보다 일차 방향을 따라 더 큰 양의 광을 분배하도록 구성되는 세장형 렌즈들 또는 융기들의 어레이를 포함할 수 있다. 예시적인 광학적 확산 부재가 도 10과 관련하여 이하에 기술된다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 인코더(900)는 실질적으로 균일하고 광학적으로 경면인 표면으로 형성되는 스핀들(910)을 포함할 수 있다. 도 8a와 관련하여 위에서 기술된 예와 유사하게, 스핀들(910)은 스핀들(910)의 길이를 따라 형성되는 복수의 특징부들(915)을 포함할 수 있다. 특징부들(915)은 플루트들, 채널들, 스캘럽들 또는 다른 유사한 특징부들로 기술될 수 있는 길이방향 또는 축방향으로 정렬된 절단부들의 어레이를 포함할 수 있다. 일반적으로, 특징부들(915)은 광학 이미터(940)에 의해 생성된 광 빔(945)을 교호적인 밝고 어두운 반사 부분들을 포함하는, 회절 패턴과 유사할 수 있는 반사광의 패턴 내로 지향시킬 수 있다. 스핀들(910)이 회전함에 따라, 교호적인 광 부분들은 광학 검출기(930)의 포토다이오드들 위로 통과하고, 이는 다른 인코더 실시예들과 관련하여 상술된 실시예들과 유사하게, 회전량, 회전 방향, 회전 레이트, 회전 레이트의 변화 등을 결정하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 광학 인코더(900)는 (경면 표면 마감을 갖는) 플루트형 스핀들(910) 및 광학적 확산 부재(942) 모두를 포함한다. 앞서 언급한 바와 같이, 스핀들(910)의 플루트형 특징부들(915)은 스핀들(910)이 회전함에 따라 LED를 가로지르는 패턴으로 광을 지향시키는데 사용될 수 있다. 광학적 확산 부재(942)는 인코더(910) 내의 정상적인 또는 합리적인 위치 또는 치수 변동으로 인한 빔 오정렬의 영향을 줄이기 위해 스핀들(910)의 축 방향 또는 길이 방향을 따라 광을 확산시킨다. 패턴 형성 및 빔 확산 기능들을 분리함으로써, 특징부들(915) 또는 광학적 확산 부재(942)이든 간에 상관없이, 각각의 요소의 성능은 각각의 광학 기능에 대해 최적화될 수 있다. 일부 경우들에서, 광학 기능들을 분리하는 것은 또한 각각의 요소 또는 컴포넌트의 제조를 단순화할 수 있다. 대조적으로, 아래에 보다 상세히 기술되는 도 11a 및 도 11b는 광학 검출기들을 가로지르는 패턴 형성 및 스핀들의 축 또는 길이 방향을 따르는 광 확산 또는 빔 확산을 모두 제공하도록 구성되는 표면 특징부들을 갖는 스핀들을 도시한다.
도 9a에 도시된 예는 플루트형 특징부들(915)을 갖는 스핀들(910)과 조합하여 사용되는 광학적 확산 부재(942)의 조합을 포함하지만, 동일한 원리가 다양한 형상 및 구성을 갖는 스핀들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 9a의 광학적 확산 부재(942)는 도 8b 및 도 8c에 대하여 상술된 다른 스핀들의 예들(850 및 870) 중 임의의 것과 조합될 수 있다. 또한, 광학적 확산 부재(942)는 이전의 도면들과 관련하여 상술된 광학 인코더들(400, 500, 700, 750, 770, 780) 중 하나 이상과 결합될 수 있다.
도 9b는 광학 검출기(930)에 대해 위치되는 광학적 확산 부재(932)를 갖는 예시적인 광학 인코더(950)를 도시한다. 특히, 도 9b의 인코더(950)는 광학 검출기(930)의 수광 면에 인접하여 배치되는 광학적 확산 부재(932)를 포함한다. 광학적 확산 부재(932)는 스핀들(910)에 의해 반사되는 광을 일반적으로 스핀들(910)의 축 또는 길이를 따르는 방향으로 광학 검출기(930)를 가로질러 분배하는 것을 도울 수 있다.
이전의 예와 유사하게, 일부 실시예들에서, 광학적 확산 부재(932)는 일차 방향을 따라 광의 분포를 넓혀 방향 종속 광 분포를 생성하도록 구성된다. 특히, 광학적 확산 부재(932)는 일차 방향을 따라 광의 분포를 확산시키거나 넓히지만, 일차 방향을 가로지르는(예컨대, 수직인) 다른 방향을 따라서는 광의 분포를 실질적으로 확산시키거나 넓히지 않는 표면 특징부들 또는 광학 요소들의 어레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학적 확산 부재(932)는 일차 방향을 가로지르는 다른 방향들보다 일차 방향을 따라 더 큰 양의 광을 분배하도록 구성되는 세장형 렌즈들 또는 융기들의 어레이를 포함할 수 있다. 예시적인 광학적 확산 부재가 도 10과 관련하여 이하에 기술된다.
이전의 예와 유사하게, 도 9b의 인코더(950)는 실질적으로 균일하고 광학 경면인 표면으로 형성되고, 스핀들(910)의 길이를 따라 형성되는 복수의 특징부들(915)을 포함할 수 있는 스핀들(910)을 포함한다. 상술된 바와 같이, 특징부들(915)은 광학 이미터(940)에 의해 생성된 광 빔(947)을, 스핀들(910)의 회전의 양태들을 결정 또는 측정하는데 사용될 수 있는 교호적인 밝고 어두운 반사 부분들을 포함하는 반사광의 패턴 내로 지향시킬 수 있다.
도 9b에 도시된 예는 플루트형 특징부들(915)을 갖는 스핀들(910)과 조합하여 사용되는 광학적 확산 부재(932)의 조합을 포함하지만, 동일한 원리가 다양한 형상 및 구성을 갖는 스핀들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 9b의 광학적 확산 부재(932)는 이전의 도면들과 관련하여 상술된 광학 인코더들(400, 500, 700, 750, 770, 780, 800, 850, 870) 중 하나 이상과 결합될 수 있다. 또한, 인코더는 도 9a에 도시된 바와 같이, 광학 이미터(940) 상의 광학적 확산 부재(942)와, 도 9b에 도시된 바와 같이, 광학 검출기(930) 상의 광학적 확산 부재(932) 둘 모두를 포함할 수 있다.
도 9c는 세장형 광학 이미터(948)를 갖는 예시적인 광학 인코더(960)를 도시한다. 일부 실시예들에서, 세장형 광학 이미터(948)는 스핀들(910)의 축 또는 길이 방향을 따라 광의 분포를 증가시키는데 사용될 수 있으며, 이는 위치 및/또는 치수 변동에 대한 감도를 감소시킬 수 있다. 도 9c에 도시된 바와 같이, 광학 이미터(948)는 스핀들(910)의 길이를 가로지르는(예컨대, 수직인) 다른 방향들과 비교하여, 스핀들(910)의 축 또는 길이를 따라서 더 넓게 분포되는 방출 빔(949)을 생성하는데 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 넓어진 분포는 광의 반사 패턴이 광학 검출기(930)에 입사될 기회를 증가시킨다.
일부 경우들에서, 세장형 광학 이미터(948)는 세장형 발광 다이오드(LED) 요소로 형성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 세장형 광학 이미터(948)는 광학 이미터(948)의 발광 면에 인접하여 위치되는 슬롯 또는 슬릿 개구를 사용하여 형성될 수 있다. 일부 경우들에서, 도 9c에 도시된 바와 같이, 렌즈들 또는 차폐부들과 같은 다른 광학 요소들이 방향 종속 분포를 갖는 광 빔(949)을 생성하는데 사용될 수 있다.
세장형 광학 이미터(948)가 플루트형 스핀들(910)과 결합된 것으로 도시되어 있지만, 세장형 광학 이미터(948)는 다른 광학 인코더 실시예와 관련하여 기술된 다른 유형의 스핀들 및 다른 광학 요소들과 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 9c의 세장형 광학 이미터(948)는 이전 도면들과 관련하여 상술된 광학 인코더들(400, 500, 700, 750, 770, 780, 800, 850, 870, 900, 950) 중 하나 이상과 결합될 수 있다.
도 10은 예시적인 광학적 확산 부재(1000)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 광학적 확산 부재(1000)는 방향 종속 광학 빔 분포를 생성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 광학적 확산 부재(1000)는 제1 방향을 가로지르는 제2 방향보다 제1 방향을 따라 더 넓게 분포되는 광 빔을 생성하는데 사용될 수 있다. 도시된 예에서, 광학적 확산 부재(1000)는 원통형 렌즈 특징부들(1010)의 길이에 실질적으로 수직인 방향으로 더 넓은 분포를 갖는 빔을 생성하도록 구성될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 광학적 확산 부재(1000)는 광학적 확산 부재(1000)의 표면을 따라 형성되는 세장형 렌즈 특징부들(1010)의 어레이를 포함한다. 본 예에서, 세장형 렌즈 특징부들(1010)은 부분적으로 원통형인 렌즈들의 어레이로서 형성된다. 다른 예들에서, 광학적 확산 부재(1000)는 확산 부재(1000)의 표면 내에 형성되는 세장형 융기들, 돌출부들 또는 다른 포지티브 특징부들의 어레이를 포함할 수 있다. 유사하게, 광학적 확산 부재(1000)는 확산 부재(1000)의 표면 내에 형성되는 세장형 절단부들, 스캘럽들 또는 다른 네거티브 특징부들의 어레이를 포함할 수 있다. 광학적 확산 부재(1000)는 예를 들어 유리, 사파이어, 플라스틱 등을 포함하는 광학적으로 투과성 재료로 형성될 수 있다.
도 10의 광학적 확산 부재(1000)는 도 9a 및 도 9b의 광학적 확산 부재들(942, 932) 중 어느 하나에 각각 대응할 수 있다. 특히, 광학적 확산 부재(1000)의 크기 및 형상은 예를 들어, 도 9a의 광학 이미터(940)로부터 방출되는 광에 대해 방향 종속 광 분포를 생성하도록 적용될 수 있다. 유사하게, 광학적 확산 부재(1000)의 크기 및 형상은 예를 들어, 도 9b의 광학 검출기(930)에 의해 수신되는 광에 대한 방향 종속 광 분포를 생성하도록 적용될 수 있다. 일반적으로, 광학적 확산 부재(1000)의 세장형 렌즈 특징부들(1010)은 도 9a 및 도 9b에 도시된 예들 중 어느 하나의 스핀들(910)의 축 또는 길이 방향을 가로지르도록(예컨대 수직이 되도록) 배열될 수 있다.
일부 실시예들에서, 스핀들의 패턴 형성 특징부들은 동일한 표면 내에 형성되는 빔 확대 또는 확산 특징부들과 일체화될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 스핀들은 도 8a 및 도 8b와 관련하여 위에서 기술된 예와 유사하게, 광학 검출기를 가로질러 교호적인 밝고 어두운 영역들을 형성하는데 사용되는 축방향 또는 길이방향 특징부들을 포함한다. 또한, 다른 특징부들은 특정 방향을 따라 반사광의 분포를 증가시키는 축방향 또는 길이방향 특징부들과 일체로 형성될 수 있다. 이러한 접근법의 한 가지 이점은 단일 스핀들이 스핀들의 회전을 검출하는데 사용되는 밝고 어두운 영역들을 생성하고, 또한 치수 및 위치 변동에 대한 인코더의 허용오차를 개선하는 확대된 빔을 생성하는 형상을 가질 수 있다는 것이다.
도 11a 및 도 11b는 광학 패턴 형성 및 광학적 확산 표면 특징부들 모두를 포함하는 광학 인코더의 예시적인 스핀들(1100)을 도시한다. 특히, 스핀들(1100)은 도 11b에 나타낸 바와 같이, 오목한 윤곽(1110)을 갖는 표면 특징부들의 어레이를 포함한다. 일부 경우들에서, 오목한 윤곽(1110)은 도 8a의 플루트형 특징부들과 유사한 빔 지향 기능을 수행한다. 특히, 오목한 윤곽(1110)은 도 8a, 도 8b 및 도 8c와 관련하여 위에서 기술된 다른 예들에서와 유사하게, 광학 검출기에 의해 검출될 수 있는 교호적인 밝고 어두운 영역들의 패턴을 생성하는데 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 오목한 윤곽(1110)은 스핀들(1100)의 표면에 함몰부 또는 오목한 특징부를 형성하는 3개의 표면에 의해 정의된다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 오목한 윤곽(1110)은 각각 평평한 하부 윤곽 영역의 어느 한 단부로부터 연장되는, 실질적으로 편평한 하부 윤곽 영역 및 2개의 각진 윤곽 영역들을 포함한다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 오목한 윤곽(1110)은 오목한 특징부 내의 한 위치에서의 특징부의 형상을 나타내고, 오목한 특징부 내에서 형상 및 크기가 변할 수 있다. 또한, 오목한 윤곽(1110)은 일례로서 제공되며, 다른 구현예들에서 실시예의 전체 개념으로부터 벗어남이 없이 형상이 변할 수 있다.
도 11b에 도시된 바와 같이, 표면 특징부들의 어레이는 또한 오목한 윤곽(1110)에 일반적으로 수직하게 배열되는 볼록한 윤곽(1120)을 가질 수 있다. 일부 경우들에서, 볼록한 윤곽(1120)은 도 7b 및 도 7d와 관련하여 위에서 기술된 오목한 특징부들(762 및 782)과 유사한 빔 분포 확장 기능을 각각 수행한다. 특히, 볼록한 윤곽(1120)은 스핀들(1100)의 축 또는 길이 방향을 따라 반사되는 광의 분포를 증가시킬 수 있는 방향 종속 빔 확대 반사광 분포를 생성할 수 있다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 볼록한 윤곽(1120)은 오목한 윤곽(1110)의 (편평한) 하부 부분을 따라 연장되는 아크 형상 특징부로 형성된다. 이것은 단지 하나의 예로서 도시되었으며, 다른 구현예들에서 실시예의 전체 개념을 벗어나지 않으면서 형상이 변할 수 있다.
도 11a 및 도 11b에 도시된 스핀들(1100)의 구성에 있어서 하나의 이점은 인코더의 광학 검출기를 가로질러 정확하고 반복가능한 반사 광학 패턴을 용이하게 하는 다수의 특징부들을 단일 피스가 포함할 수 있다는 것이다. 스핀들(1100)은 상대적으로 복잡한 표면을 가질 수 있지만, 감소된 부품 수, 감소된 부품 정렬 및 다른 잠재적으로 유익한 트레이드-오프(trade-off)로 인하여 인코더의 전체적인 제조능력이 개선될 수 있다.
일부 실시예들에서, 스핀들(1100)은 다양한 제조 공정들을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 스핀들(1100)은 사출 성형 또는 주조 공정을 사용하여 중합체 또는 다른 성형가능한 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스핀들(1100)은 중합체 또는 플라스틱 재료로 형성되고 이는 이어서 반사성 또는 금속화된 재료로 코팅된다. 일부 경우들에서, 스핀들(1100)은 고온 내성 중합체로 형성되고, 물리적 기상 증착(PVD) 또는 다른 증착 공정을 사용하여 금(gold) 층으로 코팅된다. 일부 실시예들에서, 스핀들(1100)은 알루미늄, 청동, 황동, 금, 은 등과 같은 금속 재료로 기계가공, 주조, 단조 또는 달리 성형될 수 있다. 도 11a 및 도 11b에 도시되어 있지 않지만, 스핀들(1100)은 또한 스핀들(1100)을 광학 인코더의 샤프트 또는 다른 요소와 결합시키는데 사용되는 관통 홀 또는 다른 특징부를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 스핀들은 인코더의 다른 컴포넌트들 및/또는 크라운과 같은 입력 메커니즘에 연결, 결합 또는 그렇지 않으면 동작가능하게 결합되는 별개의 부분으로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스핀들은 샤프트에 부착될 수 있는 슬리브, 캡 또는 다른 폼 팩터로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 12a 및 도 12b는 각각 기구의 샤프트에 부착되는 스핀들 슬리브 및 스핀들 캡을 도시한다.
도 12a에 도시된 바와 같이, 스핀들(1210)은 스핀들(1210)을 통해 형성되는 중공 내부 부분 또는 구멍(aperture)을 갖는 슬리브로서 형성될 수 있다. 스핀들(1210)의 외부 표면은 앞서 논의된 인코더 실시예들과 관련하여 기술된 임의의 광학 특징부들에 따라 형성되거나 또는 포함할 수 있다. 특히, 스핀들(1210)의 외부 표면은 스핀들(1210)에 관한 회전 정보를 결정하는데 사용될 수 있는 인코딩된 패턴을 포함할 수 있다. 다음의 예들에서, 샤프트(1220)는 크라운 또는 회전 요소와 같은 사용자 입력 디바이스의 일부를 형성할 수 있다. 일부 경우들에서, 샤프트(1220)는 도 1a 및 도 1b와 관련하여 위에서 기술된 바와 같이, 크라운의 다이얼에 동작가능하게 결합된다.
스핀들(1210)로 형성되는 내부 표면 또는 구멍은 샤프트(1220)를 수용하여 그에 부착되거나 그렇지 않으면 결합되도록 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스핀들(1210)의 구멍은 샤프트(1220)의 외부 표면에 대한 슬립 끼워맞춤(slip fit) 또는 간극 끼워맞춤(clearance fit)일 수 있다. 스핀들(1210)은 2개의 컴포넌트들 사이에 배치되는 접착제 또는 다른 결합제를 사용하여 샤프트(1220)의 표면에 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스핀들(1210)은 나사형 체결구 또는 다른 부착 방법을 사용하여 샤프트(1220)에 부착될 수 있다. 다른 실시예들에서, 스핀들(1210)은 샤프트(1220)와의 압입(press fit) 또는 억지 끼워맞춤(interference fit)을 형성하도록 구성될 수 있다.
도 12b에 도시된 바와 같이, 스핀들(1230)은 대안적으로 스핀들(1230)의 일부분 내에 형성되는 중공의 내부 부분 리세스를 갖는 캡 형상 부분으로서 형성될 수 있다. 앞선 예와 관련하여 기술된 바와 같이, 스핀들(1230)의 외부 표면은 앞서 언급한 인코더 실시예들과 관련하여 기술된 광학 특징부들 중 임의의 것에 따라 형성되거나 포함할 수 있다. 특히, 스핀들(1230)의 외부 표면은 스핀들(1230)에 대한 위치(예컨대, 회전) 정보를 결정하는데 사용될 수 있는 인코딩된 패턴을 포함할 수 있다.
도 12a 및 도 12b의 예들 중 어느 하나에서, 스핀들들(1210, 1230)은 다양한 제조 공정들을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 스핀들들(1210, 1230)은 사출 성형 또는 주조 공정을 사용하여 중합체 또는 다른 성형가능한 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스핀들들(1210,1230)은 중합체 또는 플라스틱 재료로 형성되고 이는 이어서 반사성 또는 금속화된 재료로 코팅된다. 일부 경우들에서, 스핀들들(1210, 1230)은 고온 내성 중합체로 형성되고, 물리적 기상 증착(PVD) 또는 다른 증착 공정을 사용하여 금 층으로 코팅된다. 일부 실시예들에서, 스핀들들(1210,1230)은 알루미늄, 청동, 황동, 금, 은 등과 같은 금속 재료로 기계가공, 주조, 단조 또는 달리 성형될 수 있다.
도 13은 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 따른 광학 인코더의 스핀들의 이동을 수집하고 결정하는 방법(1300)을 도시한다. 실시예들에서, 방법(1300)은 스핀들의 회전 이동, 스핀들의 각도 이동, 스핀들의 병진 이동 외에도 스핀들의 이동 속도를 결정하는데 사용될 수 있다. 또한, 하기에 기술되는 방법(1300)은 도 1a 내지 도 12b에 대해 위에서 도시되고 기술된 실시예들과 함께 사용될 수 있다.
동작(1310)에서, 광학 이미터로부터의 광이 광학 인코더의 스핀들 상에 배치되는 인코딩된 패턴으로부터 반사된다. 스핀들 상에 배치되는 인코딩된 패턴은 위에 제공된 예들 중 임의의 것에 따라 광학 인코더의 스핀들의 길이를 따라 축방향으로 배치되는 복수의 밝고 어두운 영역들 또는 스트라이프들을 포함할 수 있다.
다른 실시예들에서, 광학 인코더의 스핀들은 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같은 하나 이상의 표면 특징부들을 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 표면 특징부들은 다양한 상이한 방향으로 광을 반사하는데 사용될 수 있다. 표면 특징부들은 인코딩된 패턴의 밝고 어두운 마킹들과 함께 사용될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 표면 컴포넌트들은 인코딩된 패턴의 밝은 마킹들 또는 인코딩된 패턴의 어두운 마킹들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 필요로 하지 않고 사용될 수 있다.
동작(1320)에서, 인코딩된 패턴으로부터 반사되는 광이 포토다이오드 어레이와 같은 광학 검출기에 의해 수신되고, 이는 스핀들의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 상술된 바와 같이, 광학 이미터 및 포토다이오드 어레이 모두는 스핀들과 축방향으로 정렬될 수 있다. 다른 실시예들에서, 광학 이미터 및 포토다이오드 어레이 모두는 스핀들에 대해 방사상으로 정렬된다. 축방향 정렬 및 방사상 정렬이 구체적으로 언급되었지만, 다른 정렬들이 사용될 수 있다. 포토다이오드 어레이가 반사광을 수신하면, 스핀들의 초기 위치가 결정될 수 있다. 구체적으로, 광이 인코딩된 패턴으로부터 반사되고 포토다이오드 어레이에 의해 수신됨에 따라, 포토다이오드 어레이는 포토다이오드 어레이에 근접한 밝고 어두운 스트라이프들의 양 및/또는 위치에 대응할 수 있는 전류를 출력한다. 이러한 출력 전류는 이어서 시간(t)에서 스핀들의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다.
동작(1330)에서, 스핀들의 이동이 수신된다. 다른 실시예에서, 이동은 회전 이동, 병진 이동, 각도 이동 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스의 크라운이 회전됨으로써 위에서 기술된 바와 같은 디스플레이 상의 출력을 변경시킬 수 있다. 다른 실시예들에서, 크라운은 내향으로 밀리거나 외향으로 당겨질 수 있다.
동작(1340)에서, 인코딩된 패턴의 새롭게 노출된 부분으로부터의 광이 포토다이오드들의 어레이에 의해 수신된다. 새로운 반사광이 수신되면, 포토다이오드 어레이는 반사광의 강도에 기초하여 전류를 출력할 수 있다. 일단 새롭게 노출된 인코딩된 패턴으로부터 반사광이 수신되면, 포토다이오드 어레이의 출력은 스핀들의 이동 방향을 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스핀들의 이동 속도가 또한 결정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 동작(1350)은 동작(1320)에서의 포토다이오드 어레이의 출력을 동작(1340)에서의 포토다이오드 어레이의 출력과 비교하는 것을 포함한다. 예를 들어, 제1 시간에 포토다이오드들의 어레이의 하나 이상의 포토다이오드들에 의해 수신된 광 강도는 제2 시간에 하나 이상의 포토다이오드들에 의해 수신된 광 강도와 비교될 수 있다. 일부 경우들에서, 다수의 시간 간격들이 샘플링되며, 전류 또는 다른 측정치 변화의 위상(phase)이 스핀들의 회전 방향을 결정하는데 사용될 수 있다. 위의 예에서는 스핀들의 이동을 결정하기 위해 2개의 시간 샘플들이 사용되는 것으로 명시하였지만, 동작(1350)은 인코더의 스핀들의 방향 이동을 결정하기 위해 임의의 수의 샘플들을 순차적이거나 다른 방식으로 사용할 수 있다.
또한, 동작(1350)은 스핀들의 회전 속도를 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 포토다이오드 어레이가 검출된 전류 변화를 출력함에 따라 변화의 속도 또한 모니터링될 수 있다. 이어서, 속도 변화를 사용하여 스핀들의 전체 이동 속도를 결정할 수 있다.
동작(1360)에서, 스핀들의 이동의 결정된 방향에 기초하여 출력이 생성된다. 예를 들어, 전자 디바이스의 크라운이 회전하거나 달리 이동하면, 전자 디바이스의 디스플레이의 하나 이상의 아이콘 또는 이미지들이 그에 따라 업데이트될 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 전자 디바이스의 디스플레이가 시간 기록 애플리케이션을 디스플레이하는 경우, 전자 디바이스의 크라운은 시간 기록 애플리케이션에 의해 디스플레이되는 시계 바늘의 위치를 변경하거나 조정하기 위해 어느 한 방향으로 회전될 수 있다. 구체적으로, 시간 기록 애플리케이션에 의해 디스플레이되는 시계 바늘은 위에서 기술된 바와 같이, 스핀들의 결정된 이동 및 속도에 의해 지시되는 방향 및 속도로 이동할 수 있다.
전자 디바이스의 스핀들의 회전 및 병진 이동과 관련하여 실시예들을 상술하였으나, 본 발명의 실시예는 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 1a와 관련하여 도시된 전자 디바이스의 크라운은, 키보드의 키 캡으로 대체될 수 있다. 따라서, 키보드의 각각의 키는 병진 이동 또는 다른 유형의 이동에 대해 광학적으로 인코딩될 수 있다. 다른 실시예들에서, 본 명세서에 개시된 광학 인코더는 슬라이딩 스위치 상의 버튼 등과 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들이 블록 다이어그램 및 방법의 동작 예시 등을 참조하여 상술되었다. 기술된 동작들은 도면들 중 임의의 것에 도시된 바와 같이 순서대로 일어나지 않을 수 있다. 추가적으로, 하나 이상의 동작들은 실질적으로 동시에 제거 또는 실행될 수 있다. 예를 들어, 연속적으로 도시된 2개의 블록들은 실질적으로 동시에 실행될 수 있다. 추가적으로, 블록들은 역순으로 실행될 수 있다.
본 발명에서 제공된 하나 이상의 실시예들의 기술 및 도시는 청구된 바와 같이, 본 발명의 권리 범위를 제한 또는 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명에서 제공된 실시예들, 예들, 및 발명의 상세한 설명은 소유권을 전달하고 다른 이들이 청구된 실시예들의 최적의 모드를 만들고 사용하는 것을 가능하게 하기에 충분하다고 간주된다. 추가적으로, 청구된 실시예들은 상기에서 제공된 임의의 실시예, 예 또는 상세한 설명에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 조합으로 또는 별도로 도시되고 기술된 여부에 관계없이, 구조적 특징부들 및 방법론적 특징부들을 포함하는 다양한 특징부들은 특정 세트의 특징부들을 갖는 실시예를 만들어 내기 위해 선택적으로 포함되거나 생략되는 것으로 의도된다. 본 출원의 기술 및 도시가 제공되었으므로, 기술분야의 통상의 기술자는 청구된 실시예들의 보다 넓은 권리 범위로부터 벗어나지 않는, 본 명세서에 기술된 실시예들의 보다 넓은 태양들의 기술 사상 내에 속하는 변형들, 수정들, 및 대안적인 실시예들을 구상할 수 있다.

Claims (26)

  1. 전자 디바이스를 위한 광학 인코더로서,
    중심 축을 중심으로 회전하도록 구성되는 스핀들(spindle);
    상기 스핀들의 일부분을 조명하도록 구성되는 광학 이미터;
    상기 스핀들의 상기 조명된 부분으로부터 광을 수신하도록 구성되는 광학 검출기; 및
    상기 스핀들의 외향 대향 표면 상에 형성되고 상기 스핀들의 길이를 따라 연장되는 대조(contrasting) 영역들의 어레이를 포함하며, 상기 대조 영역들의 어레이는 광학적 흡수 영역들의 세트가 개재되는(interspersed) 광학적 이방성 영역들의 세트를 포함하고,
    상기 광학적 이방성 영역들의 세트의 광학적 이방성 영역은,
    상기 스핀들의 상기 중심 축에 수직인 횡단면(transverse plane)을 따라 반사되는 광에 대한 제1 광 분포를 생성하고;
    상기 스핀들의 상기 중심 축을 통과하는 종단면(longitudinal plane)을 따라 반사되는 광에 대한 제2 광 분포를 생성하도록 구성되며, 상기 제2 광 분포는 상기 제1 광 분포보다 넓은, 광학 인코더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학적 이방성 영역들의 세트는 반사광의 방향에 따라 변하는 반사광 분포를 생성하도록 구성되는, 광학 인코더.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 광학적 이방성 영역들의 세트의 각각의 광학적 이방성 영역은 상기 스핀들의 상기 외향 대향 표면을 적어도 부분적으로 둘러싸는 일련의 오목한 형상 특징부들로 형성되는, 광학 인코더.
  5. 제4항에 있어서, 상기 일련의 오목한 형상 특징부들은 최대 비율 13:1과 최소 비율 7:1 사이의 깊이 대 반경 비율을 갖는, 광학 인코더.
  6. 제4항에 있어서, 상기 일련의 오목한 형상 특징부들은 상기 스핀들의 상기 외향 대향 표면을 둘러싸는 연속적인 나선으로서 형성되는, 광학 인코더.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광학적 이방성 영역들의 세트의 각각의 광학적 이방성 영역은 상기 스핀들의 상기 외향 대향 표면을 적어도 부분적으로 둘러싸는 일련의 볼록한 형상 특징부들로 형성되는, 광학 인코더.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광학적 흡수 영역들의 세트는 평탄화된 영역들의 세트를 형성하도록 상기 스핀들의 상기 외향 대향 표면을 레이저 에칭함으로써 형성되는, 광학 인코더.
  9. 제1항에 있어서, 상기 광학적 흡수 영역들의 세트는 상기 스핀들의 상기 외향 대향 표면 상에 잉크를 퇴적시킴으로써 형성되는, 광학 인코더.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광학 검출기는 상기 스핀들의 상기 길이를 따라 배열되는 포토다이오드들의 어레이를 포함하는, 광학 인코더.
  11. 제1항에 있어서, 상기 광학 검출기는 상기 스핀들의 상기 길이를 가로지르는 방향을 따라 배열되는 포토다이오드들의 어레이를 포함하는, 광학 인코더.
  12. 휴대용 전자 디바이스로서,
    하우징;
    상기 하우징의 개구 내에 위치되는 디스플레이;
    상기 하우징 상에 위치되고 회전 입력을 수신하도록 구성되는 크라운; 및
    상기 크라운에 동작가능하게 결합되고 상기 회전 입력을 측정하도록 구성되는 광학 인코더를 포함하며, 상기 광학 인코더는:
    스핀들;
    상기 스핀들 상에 형성되고 상기 스핀들의 길이를 따라 연장되는 교호 영역들의 어레이; 및
    광학 센서 - 상기 광학 센서는 상기 스핀들로부터 반사되는 광을 검출하도록 구성되고,
    광학 이미터;
    광학 검출기; 및
    상기 광학 이미터 또는 상기 광학 검출기 중 적어도 하나의 면에 인접하여 위치되고, 상기 스핀들의 상기 길이를 따르는 방향으로 더 넓은 광 분포를 생성하도록 구성되는 광학적 확산 부재를 포함함 - 를 포함하는, 휴대용 전자 디바이스.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광학적 확산 부재는 상기 광학 이미터의 발광 면에 인접하여 위치되는, 휴대용 전자 디바이스.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 광학적 확산 부재는 상기 광학 검출기의 수광 면에 인접하여 위치되는, 휴대용 전자 디바이스.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 스핀들은 표면 특징부들의 어레이를 포함하며, 상기 표면 특징부들은:
    상기 광학 센서에 의해 검출되기 위한 밝고 어두운 영역들의 교호적인 패턴을 생성하고;
    상기 스핀들의 상기 길이를 따르는 방향으로 넓어진 반사광 분포를 생성하도록 구성되는, 휴대용 전자 디바이스.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 크라운에 동작가능하게 결합되는 샤프트를 더 포함하며, 상기 스핀들은 상기 샤프트의 일부분 위에 배치되는, 휴대용 전자 디바이스.
  17. 제12항에 있어서, 상기 스핀들은 상기 광학 센서 상에 교호적인 밝고 어두운 반사들을 생성하도록 구성되는 윤곽 영역들의 어레이를 포함하는, 휴대용 전자 디바이스.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 스핀들은 상기 스핀들의 상기 길이를 따라 적어도 부분적으로 연장되는 편평한 패싯(facet) 특징부들의 어레이를 포함하며;
    상기 패싯 특징부들은 상기 광학 센서 상에 교호적인 밝고 어두운 반사들을 생성하도록 구성되는, 휴대용 전자 디바이스.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 스핀들은 상기 스핀들의 상기 길이를 따라 적어도 부분적으로 연장되는 오목한 특징부들의 어레이를 포함하며;
    상기 오목한 특징부들은 상기 광학 센서 상에 교호적인 밝고 어두운 반사들을 생성하도록 구성되는, 휴대용 전자 디바이스.
  20. 제12항에 있어서, 상기 스핀들은 중합체 재료로 성형되고, 반사성 금속 재료로 코팅되는, 휴대용 전자 디바이스.
  21. 제12항에 있어서, 상기 교호 영역들 중 하나 이상은:
    상기 스핀들의 중심 축에 수직인 횡단면을 따라 광에 대한 제1 빔 확산을 갖는 제1 유형의 반사를 생성하고;
    상기 스핀들의 상기 중심 축을 통과하는 종단면을 따라 광에 대한 제2 빔 확산을 갖는 제2 유형의 반사를 생성하도록 구성되며, 상기 제2 빔 확산은 상기 제1 빔 확산보다 넓은, 휴대용 전자 디바이스.
  22. 전자 디바이스를 위한 광학 인코더로서,
    스핀들;
    상기 스핀들의 일부분을 조명하도록 구성되는 광학 이미터;
    상기 스핀들의 상기 조명된 부분으로부터 광을 수신하도록 구성되는 광학 검출기; 및
    상기 스핀들의 길이를 따라 배열되는 특징부들의 어레이를 포함하며, 상기 특징부들의 어레이는,
    상기 광학 검출기 상에 교호적인 밝고 어두운 반사들을 생성하고;
    상기 스핀들의 중심 축에 수직인 횡단면을 따라 광에 대한 제1 빔 확산을 갖는 제1 유형의 반사를 생성하고;
    상기 스핀들의 상기 중심 축을 통과하는 종단면을 따라 광에 대한 제2 빔 확산을 갖는 제2 유형의 반사를 생성하도록 구성되며, 상기 제2 빔 확산은 상기 제1 빔 확산보다 넓은, 광학 인코더.
  23. 제22항에 있어서, 상기 특징부들의 어레이는 상기 스핀들의 상기 길이를 따라 적어도 부분적으로 연장되는 편평한 패싯 특징부들의 어레이를 포함하는, 광학 인코더.
  24. 제22항에 있어서, 상기 특징부들의 어레이는 상기 스핀들의 상기 길이를 따라 적어도 부분적으로 연장되는 오목한 특징부들의 어레이를 포함하는, 광학 인코더.
  25. 제22항에 있어서, 상기 스핀들은 중합체 재료로 성형되고 반사성 금속 재료로 코팅되는, 광학 인코더.
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