KR20230154275A

KR20230154275A - 로터리 인코더들

Info

Publication number: KR20230154275A
Application number: KR1020237034904A
Authority: KR
Inventors: 마르퀴스 단틀러; 로랑 네바우; 옌스 가이거; 마르퀴스 로시; 페란 수아레즈
Original assignee: 에이엠에스-오스람 아시아 퍼시픽 피티이. 리미티드
Priority date: 2021-03-17
Filing date: 2022-03-16
Publication date: 2023-11-07
Also published as: US20240044674A1; CN117178169A; WO2022197250A1; DE112022001577T5

Abstract

회전 축을 중심으로 회전 가능한 제어기의 각도 포지션에 따라 제어 신호를 제공하기 위한 로터리 인코더가 제공된다. 로터리 인코더는 상기 회전 축을 중심으로 상기 제어기와 함께 회전하기 위한 구성 요소, 타깃 영역을 향해 방사선을 지향시키고 해당 타깃 영역 내로부터 반사된 방사선에 따른 검출기 신호를 생성하도록 구성된 방사선 소스 및 검출기 어레인지먼트, 및 상기 타깃 영역 내의 반사 표면 영역에 대한 거리의 측정치 또는 거리의 변화를 결정하고, 상기 측정치를 사용하여 상기 제어 신호를 제공하기 위해 상기 검출기 신호를 프로세싱하도록 구성된 컴퓨터 프로세서를 포함한다. 상기 구성 요소는 상기 축을 중심으로 구성 요소의 각도 포지션에 따라 변하는 거리를 가지고 상기 타깃 영역 내에 반사 표면 영역이 존재하도록 상기 타깃 영역을 통과하는 반사 표면을 정의한다.

Description

로터리 인코더들

본 발명은 로터리 인코더들에 관한 것이며, 특히, 반드시 그런 것은 아니지만 시계 크라운(crown) 메커니즘들의 각도 포지션들에 따라 제어 신호들을 제공하기 위한 로터리 인코더들에 관한 것이다.

통상의 기계식 시계들의 분야에서 시계의 "크라운"은 사용자가 시간과 날짜를 설정하고 다른 기능들을 제어할 수 있도록 시계의 에지로부터 돌출되는 버튼 또는 노브(knob)이다. 크라운은 크라운을 내부 메커니즘에 연결하는 긴 튜브인 "스템(stem)" 또는 샤프트에 고정된다. 간결성을 위해, 이하 사용되는 "크라운"이라는 용어는 달리 명시되지 않는 한, 통상의 크라운과 스템의 조합을 지칭한다.

스마트워치들은 통상의 시계의 고급판들이며 물론 통상적으로 스마트폰들의 많은 기능들을 구현하는 더 많은 특징들을 포함한다. 그러나, 이러한 많은 스마트워치들에 공통되는 것은 사용자들이 기능들에 액세스하고 제어할 수 있도록 하는 크라운-유형의 노브의 사용이다. 크라운의 이점은 특정 "바이너리" 유형 동작들, 예를 들어, 온/오프를 단순한 버튼 누름으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 회전에 의해 많은 기능 상태들을 스크롤(scroll)하기 위해 추가로 사용될 수 있다는 것이다. 따라서, 크라운의 회전은 넓은 범위의 숫자들을 스크롤하여 시간을 설정하고, 메뉴 옵션을 스크롤하고, 카메라 특징을 주밍(zooming) 하는 등에 사용될 수 있다. 도 1은 디스플레이(131) 및 크라운(110)을 포함하는 스마트워치(130)의 본체를 개략적으로 예시한다. 또한, 크라운(그리고 가능하게는 도면에 도시되지 않은 다른 스위치들 및 노브들)과 함께 스마트워치를 제어하는 데 사용될 수 있는 일련의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI: Graphical User Interface) 스크린들(132)이 예시되어 있다.

동작들을 수행하기 위해, 스마트워치는 회전 축을 중심으로 크라운의 각도 포지션뿐만 아니라 축을 따른 포지션을 검출하기 위한 수단을 포함해야 한다. 이러한 수단은 절대 포지션뿐만 아니라 회전 속도를 검출할 수 있다. 이러한 수단을 일반적으로 "로터리 인코더"(때로는 "샤프트 인코더"라고 칭함)라고 칭한다. 로터리 인코더에 의해 획득된 측정치들은 추가 프로세싱을 위해 아날로그 또는 디지털 출력으로 변환될 수 있다. 로터리 인코더들은 하나 이상의 기계, 광학, 자기 및/또는 용량성 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 로터리 인코더는 전자-기계 디바이스로서 구현될 수 있다. 물론, 스마트워치들의 관점에서 로터리 인코더들에 대해 중요한 두 가지 요소들은 소형화와 비용이다.

도 2는 (i) 스템(111)을 통해 시계 크라운(110)에 커플링된 로터리 샤프트(102)의 각도 포지션 및/또는 모션을 측정하고, (ii) 로터리 샤프트(102)의 길이 방향 움직임을 검출하기 위한 시스템을 예시한다. 시스템(150)은 광학 로터리 인코더 시스템(100), 컴퓨터 시스템(154) 및 컴퓨터 시스템(154)에 의해 이에 제공된 디스플레이 제어 신호들(156)에 의해 제어되는 디스플레이(131)를 포함한다. 시스템(150)은 예를 들어, 스마트워치와 같은 전자 디바이스를 제어하는 데 사용될 수 있다.

로터리 샤프트(102)의 단부도가 삽입도 A에 도시되어 있으며, 여기에서 복수의 그루브들(104)이 샤프트의 길이를 따라 동축으로 형성되어 있음을 알 수 있다. 로터리 인코더(100)는 광을 생성하도록 동작 가능한 적어도 하나의 광 생성 요소(105) 및 광을 검출하고 검출된 광을 신호로 변환하도록 동작 가능한 한 쌍의 광 검출 요소들(106a, 106b)을 갖는 시스템(101)을 포함한다. 제어 노브(110)의 회전은 대응하는 로터리 샤프트(102)의 회전을 초래하여 광 검출 요소를 향해 반사된 광(108a, 108b)의 변조를 야기한다는 것이 쉽게 명백해질 것이다. 광 검출 요소들(106a, 106b)에 의해 생성된 전기 신호들(155)은 컴퓨터 시스템(154)에 제공되어, 컴퓨터 시스템이 신호들을 복조하고 이에 의해 축(111a)을 중심으로 로터리 샤프트(102)의 회전 및 포지션을 검출할 수 있게 한다.

시스템(150)은 로터리 샤프트(102)의 단부에 근접하게 포지셔닝된 스위칭 접촉 메커니즘(152)(예를 들어, 푸시 버튼 메커니즘)을 포함한다. 추가로, 시스템은 로터리 샤프트(102)를 스위칭 계약 메커니즘(152)으로부터 멀리 바이어싱하는 스프링 요소(151)를 포함한다. 사용자가 제어 노브(110)를 누르지 않을 때, 로터리 샤프트(102)는 스위칭 접촉 메커니즘(152)으로부터 멀리 포지셔닝되고, 스위칭 접촉 메커니즘(152)은 전기적으로 개방된 상태를 유지한다. 사용자가 제어 노브/크라운(110)을 안쪽으로(예를 들어, 화살표(158) 방향으로) 누를 때, 로터리 샤프트(102)는 스위치 접촉 메커니즘(152)에 대해 누르고, 스위칭 접점 메커니즘(152)이 전기적으로 폐쇄되게 한다. 컴퓨터 시스템(154)은 (예를 들어, 와이어들 또는 가요성 인쇄 회로 기판을 통해) 제어 신호(153)를 모니터링함으로써 스위치 접촉 메커니즘(152)의 개방 및 폐쇄를 검출하고 그에 따라 전자 디바이스(130)의 동작을 제어할 수 있다.

WO2019156629A1은 도 1의 로터리 인코더에 대한 개선을 설명하며 이는 주어진 축 포지션에서 로터리 샤프트(102) 주위에 추가 마킹(marking)을 도입하여 스위칭 접촉 메커니즘(152)을 교체하는 것을 수반한다. 이는 제어 노브(110)가 정지 포지션에 있을 때 샤프트의 조명 영역 외부에 놓인다. 그러나, 손잡이를 누르면 추가 마킹이 조명 영역으로 이동하여 광 검출 요소들(106a, 106b) 및 커플링된 컴퓨터 시스템(154)에 의해 검출 가능한 반사광의 변조를 생성한다. 마킹은 예를 들어, 로터리 샤프트의 나머지의 반사 금속 표면과 대조되는 어두운 띠일 수 있다. WO2019156629A1의 로터리 인코더는 전체 구성 요소 카운트를 줄여 비용 절감 가능성을 제공한다.

US20190317454A1은 또한 스마트 워치에 적합한 로터리 인코더를 설명한다. 해당 접근법은 시계의 로터리 샤프트로부터 반사된 광과 광원의 코히런트(coherent) 혼합에 의존하여 샤프트의 회전을 검출한다.

위에서 논의된 것과 같은 알려진 로터리 인코더들은 서로에 대해 정밀하게 정렬될 필요가 있는 하나 이상의 광원들 및 하나 이상의 수광 요소들과 같은 많은 구성 요소들을 사용하기 때문에 비교적 복잡하다. 특히 정밀한 마킹들을 갖는 로터리 샤프트의 구성은 매우 복잡할 뿐만 아니라 비용도 많이 든다.

본 발명의 다양한 양태들은 첨부된 청구항들에 기재되어 있다.

반사 표면은 실질적으로 연속적이고 평활한 표면이므로, 방향은 구성 요소의 회전 방향에 따라 연속적으로 증가 또는 감소하는 방향으로 변한다. 그러나, 하나 또는 소수의 특징들이 표면에 제공되어 표면에 마커들로서 작용하는 불연속들을 제공할 수 있다.

도 1은 스마트워치를 개략적으로 예시한다.
도 2는 알려진 로터리 인코더를 개략적으로 예시한다.
도 3a 내지 도 3e는 로터리 인코더의 포지션들을 예시한다.
도 4는 도 3의 로터리 인코더의 각도 포지션 대 거리 프로파일을 예시한다.
도 5는 조명 광 빔으로 로터리 인코더의 포지션들을 다시 예시한다.
도 6 및 도 7은 대안적인 로터리 인코더들을 예시한다.
도 8은 도 7의 로터리 인코더의 각도 포지션 대 거리 프로파일을 예시한다.
도 9는 노치(notch)들을 갖는 로터리 인코더를 예시한다.
도 10은 도 9의 로터리 인코더의 각도 포지션 대 거리 프로파일을 예시한다.
도 11은 릿지들을 갖는 로터리 인코더를 예시한다.
도 12는 도 11의 로터리 인코더의 각도 포지션 대 거리 프로파일을 예시한다.
도 13a 내지 도 13d는 추가적인 로터리 인코더를 예시한다.
도 14는 도 13a 내지 도 13d의 로터리 인코더의 각도 포지션 대 거리 프로파일을 예시한다.
도 15a 및 도 15b는 추가적인 로터리 인코더들을 예시한다.
도 16은 도 15b의 로터리 인코더의 각도 포지션 대 거리 프로파일을 예시한다.
도 17은 추가적인 로터리 인코더를 예시한다.
도 18은 도 17의 로터리 인코더의 각도 포지션 대 거리 프로파일을 예시한다.
도 19a 내지 도 19c는 추가적인 로터리 인코더를 예시한다.
도 20은 도 19a 내지 도 19c의 로터리 인코더의 각도 포지션 대 거리 프로파일을 예시한다.
도 21a 내지 도 21d는 다양한 광원 및 검출기 어레인지먼트들을 예시한다.
도 22a 및 도 22b는 상이한 VCSEL 어레인지먼트들을 예시한다.

도 1의 일반적인 스마트워치 구성을 참조하여, 노브 또는 크라운(110)의 회전 축에 대해 편심적으로 장착된 구성 요소의 원리에 의존하는 개선된 로터리 인코더가 이제 설명될 것이다. 기본 원리는 도 3a 내지 도 3e에 예시되어 있으며, 이는 참조 번호 202에 의해 식별되고 페이지 안으로 연장되는 노브의 회전 축을 갖는, 끝에서 볼 때 이 경우에는 실린더인 편심 구성 요소(200)의 회전 포지션들의 시퀀스를 예시한다. 물론 축(202)은 고정된 상태로 유지된다. 참조 번호 205는 광원과 검출기 어레인지먼트의 포지션을 나타내는 반면, 숫자들 206a 내지 206e는 광원으로부터의 광이 축(202)을 향해 "수직으로(vertically)" 지향된다고 가정할 때 편심 구성 요소의 조명된 표면과 포지션(205) 사이의 거리를 가리킨다. 편심 구성 요소(200)가 (도면들의 좌측으로부터 우측으로의 시퀀스로 시계 방향으로) 회전됨에 따라, 이러한 거리는 변한다. 참조 번호들 203a 내지 203e는 축(202)을 중심으로 한 회전 방향을 나타낸다. 도 4는 x-축(222) 상의 각도 포지션(0 내지 360 도)에 대한 y-축(221) 상의 거리(206a 내지 206e)의 변화를 플롯팅한다. 직접 측정이든 간접 측정이든(즉, 거리에 따라 변하는 신호) 측정된 거리는 제어 신호를 제공하는 데 사용될 수 있다.

거리(206), 또는 오히려 거리에 따른 파라미터 또는 파라미터들을 측정함으로써 노브(110)의 각도 포지션이 직접적으로 결정될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이는 광원 및 검출기 어레인지먼트들(300)(포지션(205)에 위치됨), 편심 구성 요소(200)를 향해 방출된 광(301a-e), 및 편심 구성 요소(200)로부터 반사된 광(302a-e)을 도시하는 도 5a 내지 도 5e의 시퀀스에서 추가로 예시된다. 식별자 "X"는 광이 지향되는 타깃 영역을 나타낸다.

편심 구성 요소는 원형 실린더일 필요가 없으며 다른 단면들을 가질 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 도 6은 예를 들어, 회전 축(202)에 대해 편심적으로 장착된 타원형 단면을 갖는 구성 요소(200a)를 예시한다. 이러한 어레인지먼트에 대한 거리 대 각도 포지션 프로파일은 도 4에 도시된 원형 원통형 구성 요소의 형상과 유사한 형상을 갖는다. 도 7은 편심 구성 요소(200b)의 또 다른 예를 예시하며, 해당 구성 요소는 회전 축(202)에 대해 축 평면에 있는 면(204)의 가장 안쪽 지점으로부터 가장 바깥쪽 지점으로 복귀하는 대체로 나선형 경로를 따르는 둘레를 갖는다. 도 8은 시계 방향 회전을 가정할 때 프로파일이 급격한(거의 순간적인) 변화에 의해 분리된 증가하는 거리(223)의 영역들로 구성된다는 것을 알 수 있는 이러한 어레인지먼트에 대한 거리 대 각도 포지션 프로파일을 예시한다. 물론, 도 7의 어레인지먼트의 이점은 경사 변화 방향을 관찰함으로써 회전 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)을 결정할 수 있다는 것이다. 증가하는 거리는 시계 방향 회전을 나타내는 반면 감소하는 방향은 반시계 방향 회전을 나타낸다. 프로파일의 급격한 변화는 프로파일의 다른 영역들에 대한 드리프트(drift)를 수정하는 데 사용할 수 있는 "재설정(reset)" 포지션을 제공한다.

도 9는 편심 구성 요소(200)의 또 다른 실시예를 예시한다. 회전 방향이 결정되도록 하기 위해, 구성 요소에는 직경 반대 방향의 한 쌍의 노치들(211a, 211b)이 제공된다. 이는 구성 요소의 길이를 따라 동축으로 연장되거나 적어도 광원에 의해 조명되는 부분 위에 연장된다. 노치들은 (광원 및 검출기 어레인지먼트(300)에 대해 측정된) 구성 요소의 최대 및 최소 거리 지점들로부터 둘레 주위로 약간 오프셋된다. 오프셋은 도 10에 도시된 거리 대 각도 프로파일에 의해 추가로 예시되며, 여기서 노치들까지 측정된 거리는 숫자들 225a 및 225b에 의해 식별된다. 노브(110)가 최대 거리에 해당하는 포지션에 있다고 가정하면, 노치(211b)의 통과를 나타내는 검출 신호의 변화가 존재하는지 관찰함으로써 후속 회전이 시계 방향인지 반시계 방향인지 결정될 수 있다. 그렇다면, 회전은 시계 방향이고, 그렇지 않다면 반시계 방향이다. 노브의 시작 포지션이 최소 거리에 대응하는 포지션에 있는 경우에도 마찬가지이다. 물론, 최대 거리와 최소 거리의 중간의 포지션들 사이의 이동들에 대해, 결정된 거리 변화의 기울기를 분석하여 방향이 결정될 수 있다. 도 11 및 도 12는 유사한 어레인지먼트를 예시하지만 방향 표시는 노치들이 아니라 편심 구성 요소(200)로부터의 돌출부들(216a, 216b)에 의해 용이해진다.

위에서 이미 논의된 바와 같이, 회전 축(202)뿐만 아니라 해당 축 주위를 따라 노브 또는 크라운(110)의 움직임을 검출할 수 있는 것이 바람직하거나 심지어 필요하다. 통상의 전자 기계 어레인지먼트는 도 2를 참조하여 설명되었다. 이러한 축 방향 움직임을 나타내기 위해 광학적 수단에 의해 검출될 수 있는 로터리 샤프트(102) 상에 가시적 마킹들을 사용하는 것도 알려져 있다. 이러한 가시적 마킹들은 편심 구성 요소들의 축 방향 이동 시 광원 및 검출기 어레인지먼트(300)에 의해 검출되도록 도 3a 내지 도 3e 내지 도 12에 대해 설명된 편심 구성 요소 주위에 제공될 수 있다.

상술한 어레인지먼트들은 회전 축에 대해 편심적으로 장착된 구성 요소의 둘레 에지까지의 거리를 측정하는 것에 의존한다. 도 13a 내지 도 13d는 대안적인 접근법, 즉, 회전 축에 횡방향인 평면으로부터 오프셋된 각도 β로 평면에 놓이는 구성 요소(500)의 단부면을 제공하는 것을 채용하는 어레인지먼트를 예시한다. 도 13a는 즉, 구성 요소의 축을 따른 단부도를 예시하는 반면, 도 13b는 A-A 상의 구성 요소의 축 방향 측단면도를 예시하고, 도 13c 및 도 13d는 제1 각도 포지션 및 제1 각도 포지션에 대해 180 도 회전된 제2 각도 포지션에 있는 구성 요소의 측면도들을 도시한다. 이러한 어레인지먼트에서 광원 및 검출기 어레인지먼트는 구성 요소(500)의 (가장 안쪽) 단부로부터 축 방향으로 이격된 포지션(515)에 위치된다. 광원 및 검출기 어레인지먼트는 광 빔을 실질적으로 동축 방향으로 지향시켜 광 빔이 구성 요소 상에 입사되어 구성 요소의 단부로부터 반사된다. 구성 요소가 회전함에 따라, 도 14의 프로파일에 의해 예시된 바와 같이, 광원과 검출기 어레인지먼트 및 구성 요소의 단부 사이의 거리가 평활하게 변한다. 도 13c 및 도 13d는 구성 요소(500)의 2 개의 예시된 각도 포지션들에 대해 측정된 거리들(516a, 516b)을 예시한다.

도 15a는 단일 거리 측정을 제공하는 단일 어레인지먼트를 사용하는 도 13a 내지 도 13d의 실시예에 대한 광원 및 검출기 어레인지먼트를 예시한다. 도 15b는 한 쌍의 거리 측정치들을 제공하는 이러한 한 쌍의 어레인지먼트들을 이용하는 대안적인 광원 및 검출기 어레인지먼트를 도시하며, 광 빔에 대한 타깃 영역은 "X"로 표시된다. 결과적인 프로파일들이 도 16에 예시된다. 한 쌍의 광원 및 검출기 어레인지먼트들의 사용은 중복성을 제공하므로 증가된 신뢰성과 보안을 제공한다.

도 17은 축 방향으로 보았을 때 직경 방향으로 단부를 가로질러 연장되는 노치(노치 부분들(531, 532)로 구성됨)를 추가한 유사한 단부 프로파일에 의존하는 도 13a 내지 도 13d의 어레인지먼트의 수정을 단부에서 보는 방식으로 예시한다. 이는 도 18에 도시된 거리 대 각도 포지션 프로파일로 귀결되고, 이는 각각 최소 및 최대 거리의 한쪽에 대한 섹션들(531a 및 532a)을 포함한다. 도 9의 실시예와 같이, 이러한 어레인지먼트는 회전 방향의 결정이 이루어질 수 있게 한다.

도 19a는 단부 프로파일의 검출을 허용하는 추가 어레인지먼트의 단부도이고, 도 19b는 B-B의 단면도를 도시한다. 도 19c는 어레인지먼트의 측면도를 도시한다. 이러한 어레인지먼트는 도 20에 예시된 거리 프로파일이 단부에 실질적으로 직경 방향으로 연장되는 면을 제공하는 계단식 변화(605)를 제외하고 단일(축 방향)로 연속적으로 변한다는 점에서 도 7의 어레인지먼트와 유사하다. 도 7의 어레인지먼트와 같이, 이러한 어레인지먼트는 방향 변화의 기울기를 분석함으로써 회전 방향을 결정할 수 있게 한다.

상술한 로터리 인코더들은 인코더들의 소형화가 요구되는 스마트워치들에 사용하기에 매우 적합하다. 직접 측정이든 간접 측정이든 도출된 거리의 측정치는 스마트워치에 대한 제어 신호로 사용되거나 도출될 수 있다. 설명된 로터리 인코더들은 통상의 전자 기계식 시계들 및 스마트폰들을 포함하되 이에 한정되지 않는 다른 영역들에서도 물론 애플리케이션을 찾을 수 있다.

상술한 실시예들과 함께 사용하기에 적합한 광원 및 검출기 어레인지먼트들을 이제 고려하면, 이들은 자체-혼합 간섭(SMI: self-mixing interference)에 의존할 수 있다. 이는 광이 (광이 순환하는 광학 공진기를 갖는) 공진 광원, 예를 들어, 레이저로부터 방출되고, 반사된(또는 산란된) 광이 공진기로 피드백되는 공지의 기법이다. 피드-백 광은 공진기의 광과 상호 작용하며, 더욱 정확하게는, 간섭에 의해 광원에 교란이 도입한다. 이러한 효과는 감지될 수 있으며 (광원/공진기 출구 미러에 대해) 객체까지의 거리 또는 객체의 속도와 같은 객체와의 상호 작용과 관련될 수 있다. 교정에 의해, SMI 어레인지먼트의 출력 신호를 거리에 매핑하는 것이 가능하다. SMI-기반 센서들은 매우 컴팩트하게 만들어질 수 있으므로 작게 만들어질 수 있으며 절대 거리 및 속도 측정들을 가능하게 한다. 수직-캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL: vertical-cavity surface emitting laser)들은 매우 작고 비용-효율적으로 만들어질 수 있는 SMI에 대해 사용될 수 있다.

이러한 접근법을 더욱 상세히 고려하면, 공진기와 타깃 사이의 거리가 변함에 따라 VCSEL에 의해 출력된 광의 강도가 다양하게 정현파로 변한다. 따라서, 검출기의 출력도 정현파로 변한다. 출력 신호의 프린지(fringe)들(피크들과 골(trough)들)의 수를 카운트하여 거리 변화의 측정치가 획득될 수 있다.

반사/산란 표면까지의 거리를 결정하는 다양한 수단이 도 21a 내지 도 21d에 예시되어 있다.

도 21a. 타깃으로부터의 반사에 의해 VCSEL에 의해 방출된 광은 포토다이오드(604a)를 사용하여 검출된다. 포토다이오드의 출력 전류에 의해 표시되는 방출된 광의 강도는 거리와 상호 관련될 수 있다.

도 21b. 빔 스플리터(splitter)(606)는 출구 미러에 가깝게 포지셔닝되어 출구 미러에서 나오는 대부분의 광을 통과시키고 그 작은 일부를 광 검출기(609)로 반사시킬 수 있다. 다시, 검출된 광 강도는 거리와 상호 관련될 수 있다.

도 21c. 커버 유리(611)가 광원과 타깃 사이에 위치되어 방출된 광의 일부가 커버 유리로부터 검출기(604c)로 다시 반사된다.

도 21d. 광 검출기(604d)가 공진기 내에서 생성된 광을 검출하기 위해 VCSEL 바로 아래에 위치된다.

거리의 측정치를 검출하기 위한 대안적인 어레인지먼트들은 광원에 대한 구동 신호를 모니터링하는 것을 수반할 수 있으며, 예를 들어,

1) 광원이 정전류로 구동되고 전압 변화가 결정되거나;

2) 광원이 정전압으로 구동되고 전류 변화가 결정된다.

그러나, 전기 신호는 광학적으로 획득된 신호보다 노이즈가 더 많을 수 있다(도 21a 내지 도 21d).

본 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 위에서 설명된 실시예에 대해 다양한 수정들이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 이는 이하를 포함할 수 있다.

UV부터 IR까지 임의의 파장에서 레이저 동작;

에지 이미터 레이저 EEL, VCSEL, 양자점 레이저 QDL 또는 양자 캐스케이드 레이저 QCL 사용;

VCSEL의 경우, VCSEL은 전면 또는 후면 방출 VCSEL일 수 있다;

VCSEL의 경우, 도 22a에 예시된 바와 같이 빔을 포커싱하거나 디스크 또는 샤프트 상에 빔을 시준하기 위해 렌즈(633a)가 추가될 수 있거나, 렌즈(633b)는 후면 방출 VCSEL을 사용하여 VCSEL 자체에 통합될 수 있다(도 22b).

광원(및 검출기)은 예를 들어, 비가시 스펙트럼, 예를 들어, 적외선, 자외선에서 동작하는 임의의 다른 적합한 방사선 소스 및 검출기로 대체될 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다.

100: 광학 로터리 인코더
101: 시스템/광원 및 검출기 어레인지먼트
102: 로터리 샤프트
104: 그루브들
105: 광 생성 요소
106a, 106b: 광 검출 요소들
108a, 108b: 광 빔들
110: 크라운/제어 노브
111: 스템
111a: 회전 축
130: 스마트워치
131: 디스플레이
132: GUI들
150: 시스템
151: 스프링 요소
152: 스위칭 접촉 메커니즘
153: 제어 신호
154: 컴퓨터 시스템
155: 전기 신호들
158: 방향 화살표
200: 편심 구성 요소
201: 휠/샤프트
202: 회전 축
203a 내지 203e: 회전 방향
205: 광원 및 검출기 어레인지먼트 위치
206a 내지 206e: 표면/요소까지의 거리
211a: 휠/샤프트 상의 노치/마킹
211b: 휠/샤프트 상의 노치/마킹
221: 표면/요소까지의 휠/샤프트의 축 거리
222: 예를 들어, 도(degree)의 휠/샤프트의 회전 축
223: 그래프
230: 푸시 길이
231: 푸시 이전 거리
232: 컷(cut)에서의 거리
233: 푸시 종료 시 거리
300: 시스템
301: 방출 방사선
302: 입사 방사선
400: 시스템
400': 측면도의 시스템
400a: 푸시 이후 시스템
401: 휠/샤프트
402: 회전 지점
403: 회전
404: 오프셋 샤프트 및 회전 지점
410: 휠/샤프트 연장
420: 시스템
421: 휠/샤프트 콘/절두체
422: 각도 α
430: 시스템
431: 휠/샤프트
432: 컷
500: 시스템
501: 회전 디스크
502: 회전 지점
503: 회전
504: 디스크의 가장 얇은 부분
505: 디스크의 가장 두꺼운 부분
515: 표면/요소
516a: 표면/요소까지의 거리
516b: 표면/요소까지의 거리
521: 표면/요소까지의 디스크의 축 거리
522: 예를 들어, 도의 디스크의 회전 축
523: 그래프
524: 시스템 1
524a: 그래프 시스템 1
525: 시스템 2
525a: 그래프 시스템 2
530: 시스템(노치를 가짐)
531: 디스크의 가장 얇은 부분 바로 뒤의 디스크 상의 노치/마킹
532: 디스크의 가장 두꺼운 부분 바로 뒤의 디스크 상의 노치/마킹
600: 시스템
601: 방출 방사선
602: 입사 방사선
603: 방사선 수용 요소로 들어가는 입사 방사선
604: 방사선 수신 요소(예를 들어, 포토다이오드)
606: 빔 스플리터
607: 빔 스플리터 이후 방출 방사선
608: 빔 스플리터 이후 입사 방사선
609: 방사선 수신 요소(예를 들어, 포토다이오드)
611: 커버 유리
630: 시스템
631: 방출 방사선
632: 입사 방사선
633: 렌즈

Claims

회전 축을 중심으로 회전 가능한 제어기의 각도 포지션에 따라 제어 신호를 제공하기 위한 로터리 인코더로서,
상기 회전 축을 중심으로 상기 제어기와 함께 회전하기 위한 구성 요소;
타깃 영역을 향해 방사선을 지향시키고 상기 타깃 영역 내로부터 반사된 방사선에 따른 검출기 신호를 생성하도록 구성된 방사선 소스 및 검출기 어레인지먼트;
상기 타깃 영역 내의 반사 표면 영역에 대한 거리의 측정치 또는 거리의 변화를 결정하고, 상기 측정치를 사용하여 상기 제어 신호를 제공하기 위해 상기 검출기 신호를 프로세싱하도록 구성된 컴퓨터 프로세서를 포함하고,
상기 구성 요소는 상기 축을 중심으로 상기 구성 요소의 각도 포지션에 따라 변하는 거리를 가지고 상기 타깃 영역 내에 반사 표면 영역이 존재하도록 상기 타깃 영역을 통과하는 반사 표면을 정의하는, 로터리 인코더.
제1 항에 있어서,
상기 방사선 소스 및 검출기 어레인지먼트는 상기 축에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 상기 타깃 영역을 향해 방사선을 지향시키도록 구성되고, 상기 구성 요소의 상기 반사 표면은 상기 구성 요소의 둘레 영역 주위에서 연장되는, 로터리 인코더.
제2 항에 있어서,
상기 구성 요소는 실질적으로 상기 회전 축으로부터 오프셋된 축을 갖는 원형 또는 타원형 실린더의 형태인, 로터리 인코더.
제2 항에 있어서,
상기 구성 요소는 상기 회전 축 주위의 나선형 표면으로서 상기 반사 표면을 제공하는, 로터리 인코더.
제2 항에 있어서,
상기 반사 표면은 상기 축을 중심으로 상기 구성 요소의 회전에 따라 상기 거리에서 불연속 또는 불연속들을 정의하는 하나 이상의 특징들을 포함하는, 로터리 인코더.
제5 항에 있어서,
상기 특징 또는 각각의 특징은 상기 회전 축에 실질적으로 평행하게 연장되는 그루브(groove) 또는 릿지(ridge)에 의해 제공되는, 로터리 인코더.
제1 항에 있어서,
상기 방사선 소스 및 검출기 어레인지먼트는 상기 축에 실질적으로 평행한 방향으로 상기 타깃 영역을 향해 방사선을 지향시키도록 구성되고, 상기 반사 표면은 상기 구성 요소의 실질적으로 횡방향 단부 영역에 의해 제공되는, 로터리 인코더.
제7 항에 있어서,
상기 횡방향 단부 영역은 상기 축에 수직인 평면으로부터 오프셋된 평면에 있는, 로터리 인코더.
제7 항에 있어서,
상기 횡방향 단부 영역은 나선형 반사 표면을 제공하는, 로터리 인코더.
제7 항에 있어서,
상기 반사 표면은 상기 축을 중심으로 상기 구성 요소의 회전에 따라 상기 거리에서 불연속 또는 불연속들을 정의하는 하나 이상의 특징들을 포함하는, 로터리 인코더.
제10 항에 있어서,
상기 특징 또는 각각의 특징은 상기 축에 대해 주로 반경 방향으로 상기 축으로부터 연장되는 릿지 또는 그루브인, 로터리 인코더.
제1 항에 있어서,
상기 방사선 소스 및 검출기 어레인지먼트는 방사선 소스 및 방사선 검출기를 포함하는, 로터리 인코더.
제12 항에 있어서,
상기 방사선 소스 및 상기 방사선 검출기는 실질적으로 같은 위치에 있는, 로터리 인코더.
제12 항에 있어서,
상기 방사선 소스와 상기 방사선 검출기는 이격된 위치들에 제공되고, 상기 로터리 인코더는 방사선을 상기 방사선 검출기로 전환시키기 위한 수단을 포함하는, 로터리 인코더.
제1 항에 있어서,
상기 거리는 상기 방사선 소스로부터 상기 반사 표면 영역까지의 거리인, 로터리 인코더.
제15 항에 있어서,
상기 방사선 소스는 VCSEL인, 로터리 인코더.
제12 항에 있어서,
상기 방사선 검출기는 포토다이오드인, 로터리 인코더.
제1 항에 있어서,
상기 방사선 소스 및 검출기 어레인지먼트는 가시광, 적외선, 및 자외선 중 하나 이상에 대한 소스 및 검출기 어레인지먼트인, 로터리 인코더.
제1 항에 따른 로터리 인코더를 포함하는 시계로서, 상기 제어기는 상기 시계의 크라운(crown)인, 시계.
제19 항에 있어서,
상기 시계는 스마트워치이고, 상기 컴퓨터 프로세서는 상기 스마트워치의 하나 이상의 기능들을 제어하기 위해 결정된 거리 측정치 또는 거리의 변화를 사용하도록 구성되는, 시계.
회전 축을 중심으로 회전 가능한 제어기의 각도 포지션에 따라 제어 신호를 제공하는 방법으로서,
상기 제어기에 커플링된 구성 요소로 하여금 상기 회전 축을 중심으로 상기 제어기와 함께 회전되게 하는 단계;
타깃 영역을 향해 방사선의 빔을 지향시키고 상기 타깃 영역 내로부터 반사된 방사선에 따른 검출기 신호를 생성하는 단계;
상기 타깃 영역 내의 반사 표면 영역에 대한 거리의 측정치 또는 거리의 변화를 결정하기 위해 상기 검출기 신호를 사용하는 단계 ― 상기 구성 요소는 상기 축을 중심으로 상기 구성 요소의 각도 포지션에 따라 변하는 거리를 가지고 상기 타깃 영역 내에 반사 표면 영역이 존재하도록 상기 타깃 영역을 통과하는 반사 표면을 정의함 ―; 및
상기 제어 신호를 제공하기 위해 상기 측정치를 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
제21 항에 있어서,
상기 거리는 상기 방사선 소스 및 방사선 검출기 어레인지먼트의 방사선 소스 또는 방사선 검출기로부터의 거리인, 방법.
제22 항에 있어서,
상기 방사선 소스는 VCSEL이고, 상기 방사선 검출기는 포토다이오드인, 방법.