(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時計であって、
開口部を画定する筐体と、
前記筐体によって少なくとも部分的に取り囲まれたディスプレイと、
前記筐体に結合され、かつ回転入力を受けるように構成されたリューズであって、
前記筐体の側面に沿って位置付けられたダイアルと、
前記ダイアルに結合され、かつ前記筐体の前記開口部を通り延在するシャフトと、
前記シャフトに結合され、および、前記シャフトの軸に平行な軸方向に沿って延在し、かつ介在領域のセットと混在した光反射領域のアレイを画定するスピンドルであって、前記光反射領域が前記軸方向に沿って反射光ビームの幅を増加させるように構成される、スピンドルと、を備える、リューズと、
前記スピンドルの側面に沿って位置付けられ、かつ前記スピンドルの一部分を照射するように構成された光放射器と、
前記スピンドルの前記側面に沿って配置され、かつ前記軸方向に前記光放射器と整列している光検出器と、を備える、時計。
【請求項２】
前記介在領域のセットの各介在領域は前記光放射器から放射される光を吸収する光吸収領域である、請求項１に記載の時計。
【請求項３】
前記光反射領域のアレイの光反射領域は前記スピンドルの円周の周りに少なくとも部分的に延在する溝の特徴部のセットを含む、請求項１に記載の時計。
【請求項４】
前記光反射領域のアレイの光反射領域は前記スピンドルの円周の周りに少なくとも部分的に延在する凸形状の特徴部のセットを含む、請求項１に記載の時計。
【請求項５】
前記シャフトおよび前記スピンドルは単一の部品としてともに一体的に形成されている、請求項１に記載の時計。
【請求項６】
前記時計は前記光放射器または前記光検出器の少なくとも１つの面に隣接して位置付けられた光拡散部材をさらに備え、
前記光拡散部材は前記軸方向に沿って光分散の幅を増加させるように構成される、請求項１に記載の時計。
【請求項７】
前記光反射領域のアレイは非反復シーケンスを画定し、
前記時計は前記非反復シーケンスに基づき、前記リューズの絶対角度位置を決定するように構成される、請求項１に記載の時計。
【請求項８】
手首装着型電子デバイスであって、
筐体と、
前記筐体内に少なくとも部分的に位置付けられ、かつグラフィカル要素を示すように構成されたディスプレイと、
前記筐体に結合され、かつ回転入力を受けるように構成されたリューズであって、
前記筐体の側面に沿って位置付けられたダイアルと、
前記ダイアルに結合され、かつスピンドルの長さに沿って延在する交互領域のアレイを有する前記スピンドルと、を備える、リューズと、
前記スピンドルの側面に沿って位置付けられ、かつ前記交互領域のアレイの一部分を照射するように構成された光放射器と、
前記スピンドルの前記長さに沿って配置され、かつ前記交互領域のアレイの前記一部分から反射された光を検出するように構成された光検出器のアレイと、
前記光検出器のアレイ、または前記光放射器の少なくとも１つ上に位置付けられ、かつ前記スピンドルの前記長さを横断する方向に各々延在する細長形レンズ特徴部のアレイを含む拡散部材と、を備え、
前記手首装着型電子デバイスが前記回転入力に応じて前記ディスプレイの前記グラフィカル要素を変更するように構成される、手首装着型電子デバイス。
【請求項９】
前記グラフィカル要素が前記回転入力の速さに従い動く、請求項８に記載の手首装着型電子デバイス。
【請求項１０】
前記交互領域のアレイが空間的に特徴的なパターンを画定し、
前記手首装着型電子デバイスが前記空間的に特徴的なパターンに基づき、前記リューズの絶対回転位置を決定するように構成される、請求項８に記載の手首装着型電子デバイス。
【請求項１１】
前記光検出器のアレイが、
相補的金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）要素のアレイ、または
電荷結合デバイス要素のアレイの１つまたはそれ以上である、請求項８に記載の手首装着型電子デバイス。
【請求項１２】
ウェラブル電子デバイスであって、
内部容積を画定する筐体と、
前記内部容積内に少なくとも部分的に、かつ前記ウェラブル電子デバイスの前部に沿って位置付けられたディスプレイと、
リューズであって、
前記ウェラブル電子デバイスの側面に沿って位置付けられ、かつ回転入力を受けるように構成されたダイアルと、
前記ダイアルに結合され、かつ前記筐体の前記内部容積内に延在するシャフトと、
前記シャフトの軸方向に沿って延在し、かつ他の非軸方向と比べて前記軸方向に沿ってより拡散する反射光ビームを生成するように入射光ビームを反射するように構成された光反射領域を含む光反射領域アレイと、を備える、リューズと、
前記光反射領域のアレイの側面に沿って位置付けられ、かつ前記光反射領域のアレイの一部分を前記入射光ビームで照射するように構成された光放射器と、
前記軸方向に沿って前記光放射器と整列する光検出器と、を備える、ウェラブル電子デバイス。
【請求項１３】
前記リューズは前記シャフトに結合され、かつ前記筐体の前記内部容積内に位置付けられたスピンドルをさらに備え、
前記光反射領域のアレイは前記スピンドルの外側表面に沿って形成される、請求項１２に記載のウェラブル電子デバイス。
【請求項１４】
前記光反射領域は前記光反射領域の長さに沿って配置された凹形状の特徴部のアレイを含む、請求項１２に記載のウェラブル電子デバイス。
【請求項１５】
前記光反射領域は前記光反射領域の長さに沿って配置された凸形状の特徴部のアレイを含む、請求項１２に記載のウェラブル電子デバイス。
【請求項１６】
前記光検出器は前記軸方向に沿って配置されたフォト検出器の直線配列を備える、請求項１２に記載のウェラブル電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本特許協力条約特許出願は、２０１５年４月８日に出願され、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｃｏｄｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ−Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ」と題する米国仮特許出願第６２／１４４，８８５号、２０１５年３月９日に出願され、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｃｏｄｅｒ  ｗｉｔｈ  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ」と題する米国仮特許出願第６２／１３０，０６４号、及び２０１５年３月５日に出願され、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｃｏｄｅｒ  ｗｉｔｈ  Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｒｆａｃｅ」と題する米国仮特許出願第６２／１２８，９１４号に対する優先権を主張する。これらの特許出願の開示は各々、その全体が本明細書において参照により組み込まれる。
【０００２】
［技術分野］
本開示は概して、電子デバイスのための光学エンコーダに関し、より詳細には、方向依存光学特性を有する１つ又はそれ以上の反射領域を有する光学エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００３】
機械デバイス、電子デバイス、及びコンピュータ化デバイスを含む、多くのデバイスは、ユーザ入力を得るため、又はデバイスの他の態様からの運動入力を受けるための様々な種類のセンサを利用する場合がある。従来、回転センサが、デバイス又は構成要素の回転運動を測定するために用いられている場合がある。しかし、多くの従来の回転センサは、小さいフォームファクタを有する電子デバイスのために必要とされ得る、小さい、又はコンパクトな空間内で使用するために十分に適合されていない。諸実施形態が作成されたのは、これら及び他の全般的考察に鑑みてのことである。
【発明の概要】
【０００４】
この概要は、以下の「発明を実施するための形態」のセクションにおいて更に説明される、選択された概念を、単純化した形で紹介するために提供される。この概要は、クレームされている主題の主要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図されておらず、また、クレームされている主題の範囲の決定を支援するものとして使用されることも意図されていない。
【０００５】
本開示の諸実施形態は電子デバイスのための光学エンコーダを提供する。光学エンコーダは、円筒形スピンドルを含んでよく、これはスピンドルの軸方向に沿って延在する、交互の光学的コントラスト形成要素を有する。光学要素は、円筒形スピンドルの外面の周りに、軸方向に、又は長さ方向に配置された複数の縞又は模様を含んでもよい。光学エンコーダはまた、光センサを含んでもよい。いくつかの実施形態では、光センサは、発光ダイオードなどの光放射器と、フォトダイオードアレイなどの光検出器とを含む。放射器及び検出器は、円筒形スピンドルに対して半径方向に整列しているか、又は円筒形スピンドルに対して軸方向に整列していてもよい。
【０００６】
いくつかの実施形態では、光学的コントラスト形成要素は、方向依存反射特性を有する領域を含む。例えば、光学的コントラスト形成要素は、第１の方向に沿って反射された光のための第１の光分散を有し、第２の方向に沿った第２の、より広い光分散を有する異方性反射領域のアレイを含んでもよい。一部の場合には、異方性反射領域は、光を、特徴部の長さに対応する方向に沿って拡散させるか、又は拡げてもよく、これにより、たとえ、エンコーダの様々な構成要素の間の寸法的ばらつき又は運動が存在する可能性があっても、反射光を一貫して確実に検出する能力が改善され得る。追加的に、異方性反射領域は、反射領域と非反射領域との間のコントラストを改善するために、特徴部の長さと垂直である方向に光を非分散的又は鏡面的に反射してもよい。
【０００７】
いくつかの例示的な実施形態は、電子デバイス内に組み込まれた光学エンコーダを含む。光学エンコーダは、スピンドルと、スピンドルの一部分を照射するように構成された光放射器とを含んでもよい。光学エンコーダはまた、スピンドルから反射された光を受光するように構成された光検出器を含んでもよい。コード化パターンがスピンドルの外面上に形成されていてもよく、スピンドルの長さに沿って延在するコントラスト形成領域のアレイを含んでもよい。コントラスト形成領域のアレイは、光吸収領域のセットが混在した異方性反射領域のセットを含んでもよい。
【０００８】
いくつかの実装形態では、異方性反射領域は、反射光の方向に応じて変化する反射光分散を生成するように構成されている。いくつかの実装形態では、各異方性反射領域は、スピンドルの中心軸と垂直である横断面に沿った光のための第１の反射光分散を有する第１の種類の反射を生成し、スピンドルの中心軸を通過する縦断面に沿った光のための第２の反射光分散を有する第２の種類の反射を生成するように構成されている。一部の場合には、第２の反射光分散は第１の反射光分散よりも広い。
【０００９】
いくつかの実施形態では、異方性反射領域のセットの各異方性反射領域は、スピンドルの外面を少なくとも部分的に取り囲む一連の凹形状の特徴部から形成されている。いくつかの実装形態では、一連の凹形状の特徴部は、最大比１３：１〜最小比７：１の深さ対半径の比を有する。
【００１０】
いくつかの実施形態では、一連の凹形状の特徴部は、スピンドルの外面を取り囲む連続螺旋として形成されている。いくつかの実施形態では、異方性反射領域のセットの各異方性反射領域は、スピンドルの外面を少なくとも部分的に取り囲む一連の凸形状の特徴部から形成されている。いくつかの実施形態では、光吸収領域のセットは、スピンドルの外面をレーザでエッチングし、扁平領域のセットを形成することによって形成される。いくつかの実施形態では、光吸収領域のセットは、スピンドルの外面上にインクを堆積させることによって形成される。
【００１１】
いくつかの実装形態では、光検出器は、スピンドルの長さに沿って配列されたフォトダイオードのアレイを含む。いくつかの実装形態では、光検出器は、スピンドルの長さを横断する方向に沿って配列されたフォトダイオードのアレイを含む。
【００１２】
いくつかの例示的な実施形態は、筐体と、この筐体の開口部内に位置付けられたディスプレイと、筐体に取り付けられており、ユーザからの回転入力を受けるように構成されたリューズとを有するポータブル電子デバイスを含む。いくつかの実施形態では、光学エンコーダがリューズに動作可能に結合されており、回転入力を測定するように構成されている。光学エンコーダは、スピンドルと、このスピンドルから反射された光を検出するように構成された光センサと、スピンドル上に形成されており、スピンドルの長さに沿って延在する交互領域のアレイとを含んでもよい。いくつかの実施形態では、電子デバイスは、リューズに動作可能に結合されたシャフトを含み、スピンドルは、シャフトの一部分を覆うように配置されている。いくつかの実施形態では、スピンドルはポリマー材料から成形されており、反射金属材料でコーティングされている。
【００１３】
いくつかの実施形態では、スピンドルは、スピンドルの長さに少なくとも部分的に沿って延在する平坦な小面の特徴部のアレイを含む。小面の特徴部は、光センサ上における交互の明るい反射及び暗い反射を生成するように構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、スピンドルは、スピンドルの長さに少なくとも部分的に沿って延在する凹状の特徴部のアレイを含む。凹状の特徴部は、光センサ上における交互の明るい反射及び暗い反射を生成するように構成されていてもよい。
【００１４】
いくつかの例示的な実施形態は、電子デバイスの筐体内に配置されたスピンドルの回転運動を検出する方法を含む。本方法は、スピンドルの一部分を照明することであって、スピンドルは、スピンドルの長さに沿って形成された光学的に異質の模様のコード化パターンを含む、照明することを含んでもよい。模様はスピンドルの表面からの方向依存性の反射を生じさせてもよい。本方法はまた、スピンドルを回転させることと、フォトダイオードのアレイを用いて反射光を受光することと、反射光に基づいてスピンドルの回転量を決定することとを含んでもよい。いくつかの実施形態では、反射光に基づいて回転方向を決定することは、第１の時間におけるフォトダイオードのアレイ内の各フォトダイオードの第１の出力電流を、第２の時間におけるフォトダイオードのアレイ内の各フォトダイオードの第２の出力電流と比較することによって実行される。いくつかの実施形態では、回転量は、フォトダイオードのアレイを通過する光学的に異質な模様の推定数に基づく。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本開示は、添付の図面と併せて、以下の「発明を実施するための形態」によって容易に理解できるであろう。図中、同様の参照符号は同様の構造要素を指す。
【００１６】
【図１Ａ】例示的な電子デバイスを示す図である。
【００１７】
【図１Ｂ】図１Ａの切り口Ａ−Ａに沿った電子デバイスの断面図である。
【００１８】
【図２】光学エンコーダの例示的なコード化パターンを示す図である。
【００１９】
【図３Ａ】フォトダイオードアレイの例示的な電流出力グラフである。
【図３Ｂ】フォトダイオードアレイの例示的な電流出力グラフである。
【図３Ｃ】フォトダイオードアレイの例示的な電流出力グラフである。
【００２０】
【図４Ａ】スピンドルの長さに沿って配列された構成要素を有する光学エンコーダを示す図である。
【図４Ｂ】スピンドルの長さに沿って配列された構成要素を有する光学エンコーダを示す図である。
【００２１】
【図５Ａ】スピンドルの長さに対して横に配列された構成要素を有する光学エンコーダを示す図である。
【図５Ｂ】スピンドルの長さに対して横に配列された構成要素を有する光学エンコーダを示す図である。
【００２２】
【図６Ａ】表面上の例示的な光学的異方性領域を有する表面を示す図である。
【００２３】
【図６Ｂ】スピンドルの軸と平行である平面に沿った光学的異方性領域の詳細図である。
【００２４】
【図６Ｃ】スピンドルの軸を横断する平面に沿った光学的異方性領域の詳細図である。
【００２５】
【図７Ａ】スピンドルの外向面の周囲に形成された、起伏を有する特徴部を有する反射領域を有する光学エンコーダを示す図である。
【図７Ｂ】スピンドルの外向面の周囲に形成された、起伏を有する特徴部を有する反射領域を有する光学エンコーダを示す図である。
【図７Ｃ】スピンドルの外向面の周囲に形成された、起伏を有する特徴部を有する反射領域を有する光学エンコーダを示す図である。
【図７Ｄ】スピンドルの外向面の周囲に形成された、起伏を有する特徴部を有する反射領域を有する光学エンコーダを示す図である。
【００２６】
【図８Ａ】交互の明及び暗を作り出すためにスピンドルの表面に形成された、起伏を有する領域を有する光学エンコーダを示す図である。
【図８Ｂ】交互の明及び暗を作り出すためにスピンドルの表面に形成された、起伏を有する領域を有する光学エンコーダを示す図である。
【図８Ｃ】交互の明及び暗を作り出すためにスピンドルの表面に形成された、起伏を有する領域を有する光学エンコーダを示す図である。
【００２７】
【図９Ａ】光放射器に対して位置付けられた光拡散部材を有する例示的な光学エンコーダを示す図である。
【００２８】
【図９Ｂ】光検出器に対して位置付けられた光拡散部材を有する例示的な光学エンコーダを示す図である。
【００２９】
【図９Ｃ】細長形光放射器を有する例示的な光学エンコーダを示す図である。
【００３０】
【図１０】例示的な光拡散部材を示す図である。
【００３１】
【図１１Ａ】反射パターンの特徴部及び光拡散面の特徴部の両方を含む光学エンコーダの例示的なスピンドルを示す図である。
【図１１Ｂ】反射パターンの特徴部及び光拡散面の特徴部の両方を含む光学エンコーダの例示的なスピンドルを示す図である。
【００３２】
【図１２Ａ】スピンドルスリーブ及びスピンドルキャップを示す図である。
【図１２Ｂ】スピンドルスリーブ及びスピンドルキャップを示す図である。
【００３３】
【図１３】電子デバイスの構成要素の運動を検出するための方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
ここで、添付図面に例示する典型的な実施形態が詳細に参照される。以下の説明は、実施形態を１つの好適な実施形態に限定することを意図していないことを理解されたい。反対に、以下の説明は、添付の請求項により定義されるような、記述する実施形態の趣旨及び範囲に含むことができるような、代替形態、修正形態、及び等価物を対象とすることを意図している。
【００３５】
いくつかの電子デバイスは、ユーザからの入力を受け取るための１つ又はそれ以上のユーザ入力デバイスを含む。タッチセンサ、ボタン、スライド、ダイアル、及びノブを含む、例示的なユーザ入力デバイスが、機能を実行するため、あるいはソフトウェア、又はデバイスの他の動作へのユーザ入力を提供するためのフィードバック又はコマンドをデバイスに提供するために用いられてもよい。以下においてより詳細に説明されるように、電子デバイスは、腕時計に一般に付随しているリューズなどの、ダイアル式回転入力を含んでもよい。多くの従来のダイアルは、ダイアルの回転を測定するために、一連の電気機械接点又はポテンショメータを用いる。しかし、いくつかの従来の電磁システムは、腕時計ほど小さいデバイス上の小さな回転入力を測定するには大きすぎるか、又はそのための精度を欠く場合がある。
【００３６】
本明細書に記載されているように、光学エンコーダが、回転入力の方向、量、速さ、及びその他の質を測定するために用いられてもよい。光学エンコーダは、回転測定の精度を改善することによって、いくつかの従来のシステムよりも有利になり得る。追加的に、本明細書に記載されているいくつかの実施形態によれば、光学エンコーダが占有する空間はいくつかの従来の電気機械システムよりも小さくなり得、これにより、コンパクトなフォームファクタを有するデバイス内への統合が促進される。光学エンコーダはまた、回転方向、回転量、回転速度、回転速度の変化等などの、広範な回転測定を提供するためにも用いられ得る。
【００３７】
以下において説明されるように、本開示の光学エンコーダは、光放射器と、光検出器と、シャフト、スピンドル、円筒形部材、又は同様のものなどの丸い表面を有する回転要素とを含む。いくつかの典型的な光学エンコーダと異なり、本開示の光学エンコーダは、回転要素の外面、又は外向面上に直接配置されたコード化パターンを利用する。一部の場合には、コード化パターンは、回転要素の長さに沿って延在し、外面の周りに縞状パターンで配列されたコントラスト形成領域又は交互領域のアレイを含む。領域は光を異なる仕方で反射してもよく、回転要素の運動を測定するために用いることができる。一部の場合には、コントラスト形成領域は表面の交互の明るい領域及び暗い領域から形成されている。一部の場合には、領域は交互の反射領域及び非反射領域から形成されている。一部の場合には、領域は、エンコーダの光検出器によって検出され得る明るい部分及び暗い部分を有する交互の反射を作り出すように構成された交互の外形を有する。
【００３８】
いくつかの実装形態では、回転要素上の交互領域は、回転要素の表面から反射されるか、又はそこから受光された光を測定することによって検出されることが可能である、コード化されたシーケンスを形成する。一部の場合には、光検出器は、光放射器によって放射され、回転要素から反射された光を検出するように構成されている。反射光は、回転要素が回されるか、又は回転させられる際に、交互領域のうちの１つ又はそれ以上のロケーションに基づいて回転要素の（角度）位置を決定するために用いられてもよい。一部の場合には、光検出器によって測定されたとおりの、コード化されたシーケンスの運動は、回転要素の回転方向、回転量、回転速度、回転速度の変化、及び運動のその他の質を決定するために用いられてもよい。いくつかの実施形態によれば、回転の測定は、ディスプレイ上のユーザインターフェース要素の操作、リスト内の項目の選択等など、デバイスの要素又は機能を制御するために用いられる。
【００３９】
本明細書に記載されているいくつかの実施形態によれば、コントラスト形成領域又は交互領域は、第１の方向に沿って反射された、比較的狭く分散した光ビーム、及び第１の方向を横断する第２の方向に沿って反射された、より広く分散した光ビームを生成する方向依存光反射領域のアレイを含んでもよい。一部の場合には、方向依存反射領域は異方性反射領域又は光学的異方性領域と呼ばれる。これらの領域は、システム内の寸法的又は幾何学的ばらつきに対してより堅牢であるか、又はそれらを許す光学システムを作り出すために用いられ得る。一部の場合には、光学的非等方性表面又は領域は、たとえ、ハードウェアの機械的運動、寸法的ばらつき、及びその他の制約が光学エンコーダ内の光の光学経路に影響を及ぼしても、信頼性の高いエンコーダ動作を促進し得る。領域はまた、交互領域の間の光学コントラストを増大させる助けともなり得、これにより、光学エンコーダの信頼性又は電力使用が改善され得る。
【００４０】
いくつかの実施形態では、光学的等方性又は異方性反射領域は、回転要素の中心軸と垂直である横断面に沿った光のための第１の狭いビーム拡がりを有する第１の種類の反射を生成するように構成されている。異方性反射領域はまた、回転要素の中心軸を通過する縦断面に沿った光のための第２の、より広いビーム拡がりを有する第２の種類の反射を生成してもよい。
【００４１】
いくつかの実施形態では、実質的に鏡面性であり、光をより狭い範囲の角度にわたって拡げる第１の種類の反射と比べて、第２の種類の反射は、反射光がより広い範囲の角度にわたって拡がるため、実効的に拡散性と呼ばれてもよい。本明細書において提供される実施例のうちのいくつかにおいて説明されるように、異方性反射は、回転要素の表面に形成された一連の凸又は凹形状の特徴部によって形成されていてもよい。一部の場合には、異方性反射領域の反射特性は特徴部の幾何学的形状によって決定される。例えば、特徴部の深さの特徴部の半径に対する比が、特定の反射特性を提供するように調節されてもよい。
【００４２】
いくつかの実施形態では、回転要素は、回転要素が回転させられるのに従って、光を、光検出器の方へ、及び／又はそれから離れるように向ける、起伏を有する形状、縦溝を有する形状、又は小面を有する形状を有してもよい。回転要素の形状は、光検出器を通り過ぎてもよく、回転要素の回転を解釈又は測定するために用いられてもよい交互の明るい部分及び暗い部分を有する反射を生成してもよい。一部の場合には、起伏を有する形状、縦溝を有する形状、又は小面を有する形状は、光検出器によって検出されてもよい交互の明るい領域及び暗い領域を含む、回折パターンを模擬する。
【００４３】
上述されたように、光学エンコーダは電子デバイスのユーザ入力デバイス内に組み込まれてもよい。図１Ａは、本開示の１つ又はそれ以上の実施形態に係る例示的な電子デバイス１００を示す。一実施例では、図１に示されるように、電子デバイス１００は、計時デバイス（例えば、腕時計）、健康監視デバイス、ナビゲーションデバイスなどとして機能するように構成されていてもよい、ウェラブルデバイスであってもよい。図示のデバイス１００はウェラブル腕時計デバイスに似ているが、デバイス１００は任意の種類の機械デバイス、電気機械デバイス、又は電子デバイスを含んでもよい。いくつかの実施形態では、電子デバイス１００は種々のポータブル電子デバイス又はポータブルコンピューティングデバイスのうちの１つを含んでもよい。例としては、携帯電話、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、計時デバイス、コンピュータ化メガネ及びその他のウェラブルデバイス、ナビゲーションデバイス、スポーツデバイス、アクセサリデバイス、健康監視デバイス、医療デバイス、及び同様のものが挙げられる。
【００４４】
電子デバイス１００は、筐体１１０と、筐体１１０の上面内に形成された開口部内に位置付けられたディスプレイ１２０とを含んでもよい。概して、ディスプレイ１２０は、視覚出力をユーザに提示するために用いられてもよい。例えば、ディスプレイ１２０は、１つ又はそれ以上のグラフィカル要素を有するグラフィカルユーザインターフェースを提示又は表示するために用いられてもよい。電子デバイス１００はまた、例えば、ディスプレイ１２０と一体化されたタッチスクリーン、筐体１１０の表面上に位置付けられたボタン１３０（若しくはその他の入力機構）、及び筐体１１０の側面上に位置付けられたリューズ１４０を含む、１つ又はそれ以上のユーザ入力デバイスを含んでもよい。本実施例では、リューズ１４０は、ユーザからの回転入力を受けるためのダイアル又はノブを含み、ダイアル又はノブの回転を測定するために用いられる光学エンコーダに動作可能に結合されている。
【００４５】
いくつかの実施例では、図１Ａに示されているものなどのウェラブルデバイス１００は、メモリ、１つ又はそれ以上の通信インターフェース、ディスプレイ及びスピーカなどの出力デバイス、並びにボタン、ダイアル、マイクロフォン、若しくはタッチベースのインターフェースなどの１つ又はそれ以上の追加の入力デバイスと結合されているか、又はそれらと通信するプロセッサを含んでもよい。通信インターフェース（単数または複数）は、限定するものではないが、無線インターフェース、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）インターフェース、近距離通信（Near Field Communication、ＮＦＣ）インターフェース、赤外線インターフェース、ユニバーサルシリアルバス（Universal Serial Bus、ＵＳＢ）インターフェース、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）インターフェース、伝送制御プロトコル／インターネットプロトコル（Transmission Control Protocol／Internet Protocol、ＴＣＰ／ＩＰ）インターフェース、ネットワーク通信インターフェース、又はその他の通信インターフェースなどの、電子デバイスと、任意の外部の通信ネットワーク、デバイス又はプラットフォームとの間の電子通信を提供することができる。ウェラブル電子デバイス１００は、プロセッサによって、様々な機能又は動作を実行するために実行されるように構成されたコンピュータ可読命令又はソフトウェアを含んでもよい。一部の場合には、デバイス１００は、時間、健康、イベント通知、デバイスステータスに関する情報、及びその他の情報を提供するように構成されていてもよい。デバイス１００はまた、別個のデバイス、及び／又は別個のデバイス上で実行するソフトウェアに外部接続されるか、又はそれらと通信してもよい。一部の場合には、デバイス１００は、他の電子通信に加えて、メッセージ、ビデオ、及びコマンドを送信及び受信するように構成されていてもよい。
【００４６】
いくつかの実施形態では、ディスプレイ１２０は、電子デバイス１００についての情報、及び電子デバイス１００のメモリ内に記憶されている他の情報を表示するグラフィカルユーザインターフェースを出力するように構成されている。例えば、ユーザインターフェースは、電子デバイス１００上で実行されている１つ又はそれ以上のアプリケーションに対応する情報を提示してもよい。このようなアプリケーションは、計時アプリケーション、電子メールアプリケーション、電話アプリケーション、カレンダーアプリケーション、ゲームアプリケーション、及び同様のものを含んでもよい。
【００４７】
いくつかの実施形態では、後述されるように、光学エンコーダは、リューズ１４０に関連付けられた運動又は作動情報を決定するために用いられてもよい。より具体的には、光学エンコーダは、運動の方向、運動量、運動速度、運動速度の変化などを含む、リューズ１４０の回転の諸態様を検出するために用いられてもよい。運動は、回転運動、並進運動、角運動などであってもよい。リューズ１４０の運動を表現するエンコーダからの出力はデバイス１００への入力として用いられてもよい。例えば、エンコーダ出力は、電子デバイス１００のディスプレイ１２０上におけるユーザインターフェースのグラフィック、画像、アイコン、及び／又はその他のグラフィカル要素を操作するために用いられてもよい。
【００４８】
いくつかの実施形態では、ボタン１３０又はリューズ１４０は、ディスプレイ１２０上に出力された様々な画像を選択、調整又は変更するために用いられてもよい。例えば、電子デバイス１００のディスプレイ１２０が、腕時計の文字盤を模擬する計時アプリケーションを表示するために用いられる場合には、リューズ１４０は、針の位置を調整するか、又は腕時計の文字盤を模擬するために表示されている数字を加減するために用いられてもよい。他の実施形態では、リューズ１４０は、カーソル又はその他の種類の選択機構を、アイコンを選択するべく第１の表示ロケーションから第２の表示ロケーションへ動かすか、又は選択機構を、ディスプレイ１２０上に出力されている様々なアイコンの間で動かすために、回転させられてもよい。同様に、リューズ１４０は、デバイス１００への別の入力を提供するために、押されるか、押圧されるか、又は別の仕方で作動させられてもよい。
【００４９】
例えば、計時機能又はソフトウェアアプリケーションによれば、リューズ１４０は、ディスプレイ１２０上に表示されている時間及び／又は日付を変更するために、時計回りに回転させられてもよい。いくつかの実施形態では、本開示の光学エンコーダは、リューズ１４０の開始位置、リューズ１４０の回転方向（例えば、時計回り、反時計回り）を検出するために用いられてもよく、また、リューズ１４０が回転させられている速さを検出してもよい。一部の場合には、計時アプリケーションの表示された腕時計の針は、リューズ１４０に与えられた回転入力に応じて回転するか、又は別の仕方で動いてもよい。一部の場合には、腕時計の針は、リューズ１４０に与えられた回転入力に対応する量、方向、及び／又は速さで動く。
【００５０】
明確にするために図１Ａからは省略されているが、電子デバイス１００はまた、デバイスの全体的動作を支援する様々な追加の構成要素を含んでもよい。例えば、電子デバイス１００は、１つ又はそれ以上のセンサ、マイクロフォン、触覚アクチュエータ、電池、プロセッサ、メモリ、及び様々な他の構成要素を含んでもよい。更に、リューズ１４０及び／又はボタン１３０は、電子デバイス１００の動作を促進するために列挙されている構成要素のうちの１つ又はそれ以上と相互作用してもよい。
【００５１】
図１Ａに示されるように、電子デバイス１００はまた、電子デバイス１００をユーザに固定するか、又は取り付けるために用いられてもよいバンド１５０を含んでもよい。本実施例では、バンド１５０はピン又はフレキシブルジョイントを介して筐体１１０に取り付けられている。一部の場合には、バンド１５０は、留め金を介して互いにつなげられる２本のバンドストラップから形成されて、デバイス１００をユーザの手首に固定する。例えば、ストラップ、ランヤード、又は他のこのような取り付け機構を含む、他の取り付け機構又は構成要素がまた、デバイス１００をユーザに取り付けるために用いられてもよい。
【００５２】
いくつかの実施形態では、電子デバイス１００はまた、キーボード又はその他の同様の入力機構を含んでもよい。追加的に、電子デバイス１００は、電子デバイス１００がインターネットに接続し、並びに／又は１つ若しくはそれ以上の遠隔のデータベース若しくはストレージデバイスにアクセスすることを可能にする、１つ又はそれ以上の構成要素を含んでもよい。電子デバイス１００はまた、音響、無線周波数（radio frequency、ＲＦ）、赤外線、及び他の無線メディア媒体などの無線メディアを通じた通信を可能にしてもよい。このような通信チャネルは、電子デバイス１００を、例えば、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント、携帯音楽プレーヤ、スピーカ、及び／又はヘッドホン、及び同様のものなどの１つ又はそれ以上の追加のデバイスと遠隔接続して通信することを可能とすることができる。
【００５３】
図１Ｂは、本開示の１つ又はそれ以上の実施形態に係る図１Ａの電子デバイス１００の断面図を示す。図１Ｂに示される様々な構成要素の規模及び相対サイズは、特定の原理をよりうまく例示するために誇張されている場合があり、実際の構成要素のサイズを代表していると解釈されるべきではない。図１Ｂに示されるように、電子デバイス１００は、リューズ１４０に動作可能に結合された光学エンコーダを含む。本実施例では、光学エンコーダは、スピンドル１６０（例示的な回転要素）と、光放射器１７０と、光検出器１８０とを含む。光検出器１８０は、１つ又はそれ以上のフォトダイオード、相補的金属酸化物半導体（complimentary metal−oxide semiconductor、ＣＭＯＳ）要素、電荷結合デバイス（charge−coupled device、ＣＣＤ）要素、光起電力セル、又はその他の種類のフォトセンサを含んでもよい。光放射器１７０は、例えば、発光ダイオード（light-emitting diode、ＬＥＤ）、赤外線ＬＥＤ、レーザダイオード、又はその他の種類の光源などの、ＬＥＤ、赤外線ライトであってもよい。
【００５４】
いくつかの実施形態では、光放射器１７０は赤外線（infrared、ＩＲ）光放射器であり、スピンドル１６０上に配置されたコード化パターン１６５は人間の眼には視認不可能であってもよいが、光検出器１８０によって検出されてもよい。いくつかの実装形態では、コード化パターン１６５の（暗い）領域の第１のセットはＩＲ吸収性であってもよく、コード化パターン１６５の（明るい）領域の第２のセットはＩＲ反射性であってもよい。光検出器１８０は、本明細書において説明されているように、スピンドル１６０の回転の様々な態様を測定するために、ＩＲ反射性の縞から反射されたＩＲ光を検出するように構成されていてもよい。
【００５５】
一部の場合には、コード化パターン１６５の領域の第１のセット及び第２のセットは、光検出器１８０を用いて検出されることが可能である異なる光学特性を有する領域に対応する。光学特性は、限定するものではないが、反射特性、光回折特性、鏡面性又は波長依存特性などを含んでもよい。領域の第１のセットと第２のセットとの間の異なる光学特性の間のコントラストが、スピンドル１６０の回転の様々な態様を測定するために用いられてもよい。
【００５６】
いくつかの実施形態では、光放射器１７０及び光検出器１８０はスピンドル１６０に対して軸方向に整列している。別の実施形態では、光放射器１７０及び光検出器１８０はスピンドル１６０に対して半径方向に整列していてもよい。特定の整列が開示されているが、一部の実施形態では、光が光放射器１７０から放射され、スピンドル１６０上のコード化パターン１６５と相互作用し、光検出器１８０によって受光されるかぎり、光放射器１７０及び光検出器１８０は任意の適当な様態でスピンドル１６０と整列していることができる。
【００５７】
図１Ｂにおける単純化した図に示されるように、光学エンコーダは、リューズ１４０に動作可能に結合されたスピンドル１６０を含む。図１Ｂに示される実施例では、スピンドル１６０は、リューズ１４０のダイアルを有する単一の部品として形成されている。いくつかの実施形態では、スピンドル１６０は、ねじ式接続部、接着剤、溶接、又はその他の接合技法を用いてリューズ１４０のダイアルに取り付けられた別個の部品から形成されていてもよい。一部の場合には、スピンドル１６０は複数の部分から形成されている。例えば、スピンドル１６０は、エンコーダ及び／又はリューズ１４０のシャフトを覆うように差し込まれた中空のキャップ又はスリーブとして形成されていてもよい。例示的な代替的な諸実施形態が以下において図１２Ａ及び図１２Ｂに関して説明される。概して、スピンドル１６０はリューズ１４０に動作可能に結合されているか、又はさもなければ、リューズ１４０の一部である。直接接続の場合には、リューズ１４０が特定の方向に特定の速さで回転又は運動するのに従い、スピンドル１６０もまた、同じ方向に同じ速さをもって回転又は運動する。いくつかの実施形態では、スピンドル１６０は、様々な要素の動きを関連させる歯車接続、クラッチ接続、又はその他の機械的接続を介してリューズ１４０に動作可能に結合されていてもよい。
【００５８】
スピンドル１６０の使用法に依存して、スピンドル１６０の長さは実施形態の間で異なり得る。例えば、いくつかの実施形態では、スピンドル１６０の長さは筐体１１０の長さ又は幅に沿って延びてもよい。別の実施形態では、スピンドル１６０は、筐体１１０の長さ又は幅よりも相当に短い長さを有してもよい。
【００５９】
図１Ｂに示されるように、光学エンコーダのスピンドル１６０はコード化パターン１６５を含む。いくつかの実施形態では、コード化パターン１６５は、回転運動、角変位、運動速度、運動速度の変化などを含む、スピンドル１６０についての位置情報を決定するために用いられてもよい。一部の場合には、コード化パターン１６５は、コード化パターン１６５から反射するか、又はコード化パターン１６５を用いて別の仕方で生成された光によって生成される一意の信号により、スピンドル１６０の絶対位置を決定するために用いられてもよい。
【００６０】
図１Ｂに示される実施例では、コード化パターン１６５は、スピンドル１６０の外面上に形成されたコントラスト形成領域又は光学的区別可能領域のアレイから形成される。単純化された実施例として、図１Ｂに示されるコード化パターン１６５は、暗い縞のアレイが混在した明るい縞のアレイとして示されている。明るい縞と暗い縞とが具体的に言及され、図示されているが、コード化パターンは、様々な明暗度、色、又はコントラスト形成領域又は光学的区別可能領域を提供する他の光学特性を有する様々な種類の領域を含んでもよい。例えば、いくつかの実装形態では、白色の縞はコード化パターン１６５の実質的に反射性の領域を表現してもよく、黒色の縞はコード化パターン１６５の実質的に非反射性又は吸収性の領域を表現してもよい。いくつかの実施形態では、コード化パターンの第１の縞は実質的に鏡面性の反射を作り出してもよく、その一方で、コード化パターンの第２の縞は実質的に拡散性の反射を作り出すか、又はさもなければ、光放射器１７０によって生成された光を吸収してもよい。
【００６１】
いくつかの実施形態では、コード化パターン１６５のコントラスト形成領域又は交互領域は、第１の方向に沿った第１の種類の反射、及び第１の方向を横断する第２の方向に沿った第２の種類の反射を生成する方向依存性又は異方性の光反射領域のアレイを含んでもよい。いくつかの実装形態では、第１の種類の反射は、比較的狭い、又は密なビーム拡がりを有する。対照的に、第２の種類の反射は、第１の種類の反射よりも広い、比較的広いビーム拡がりを有してもよい。図１Ｂに示される実施例を参照すると、異方性反射領域はコード化パターン１６５の白色の縞によって表現されてもよい。上述されたように、方向依存反射領域は、システム内の寸法的又は幾何学的ばらつきに対してより堅牢であるか、又はそれらを許す光学システムを作り出すために用いられてもよい。
【００６２】
例として、図１Ｂに示されるように、光放射器１７０によって放射された光がスピンドル１６０の一部分を照射してもよい。スピンドル１６０から反射された光は、フォトセンサのアレイを含むことがある検出器１８０によって受光されてもよい。白色の縞が異方性反射領域から形成されている場合には、スピンドル１６０の長さと整列した縦断面内の光は、分散した様態で検出器１８０に向けて反射されてもよい。追加的に、スピンドル１６０の長さ又は軸を横断する横断面に沿って反射された光は、実質的に鏡面性の、分散しない様態で反射されてもよい。縦断面と横断面との間の方向に反射された光は、鏡面性又は指向性成分を有し、部分的に分散してもよい。
【００６３】
光がスピンドル１６０から反射され、及び光検出器１８０によって受光された時に、以下においてより詳細に説明されるように、スピンドル１６０の位置及び動きに関する決定が行われてもよい。いくつかの実施形態では、回折的又は特徴的反射パターンがコード化パターン１６５によって生成される。特徴的反射光又はパターンに基づいて、光検出器１８０は、スピンドル１６０の絶対位置、運動、及び運動方向を決定するために用いられてもよい。
【００６４】
コード化パターン１６５はスピンドル１６０の外面に沿って概ね配置されており、種々の構成を含み得る。いくつかの実施形態では、コード化パターン１６５の領域（例えば、縞）は、スピンドル１６０の軸方向に、又は長さに沿って延在する。図１Ｂに示される実施形態では、コード化パターン１６５は軸方向構成要素を含む。例えば、領域は、スピンドル１６０の全長に沿って、又はスピンドル１６０の長さに部分的に沿って延在してもよい。いくつかの実施形態では、コード化パターン１６５は径方向構成要素を含んでもよい。例えば、コード化パターン１６５はスピンドル１６０の長さに沿って変化してもよく、これにより、追加の位置情報が提供され得る。いくつかの実施形態では、コード化パターンは径方向構成要素及び軸方向構成要素の両方を有してもよい。
【００６５】
コード化パターン１６５が径方向構成要素及び／又は軸方向構成要素を含むのかどうかにかかわらず、コード化パターン１６５はスピンドル１６０の全円周の周りに配置されていてもよい。いくつかの実施形態では、コード化パターン１６５はスピンドル１６０の特定の区域上にのみ配置されていてもよい。例えば、スピンドル１６０が、（本明細書に記載されているものなどの軸の周りの完全な回転運動の代わりに）所与の方向における軸の周りの部分的な回転運動を有するように構成されていた場合には、コード化パターン１６５は、スピンドル１６０が回転させられた時に光検出器１８０に視認可能であろうスピンドル１６０の一部分上に配置されているのみであってもよい。
【００６６】
いくつかの実施形態では、コード化パターン１６５の明るい領域及び暗い領域は、明るい縞と暗い領域との間で交互になっていてもよい。別の実施形態では、コード化パターン１６５の明るい領域及び暗い領域は特定のシーケンスで混在させられているか、又は配列されていてもよい。いくつかの実施形態では、コード化パターン１６５のシーケンス又は配列の各々は、スピンドル１６０の絶対位置を決定するために用いられてもよい。
【００６７】
図２に、例示的なコード化パターン２００が示されている。具体的には、図２は、平坦なフォームファクタで示されたコントラスト形成領域のアレイを有するコード化パターン２００の部分シーケンスを示す。（実際のコード化パターン２００はスピンドルの表面の周りに巻き回されていてもよい。）コード化パターン２００は、明るい縞及び暗い縞によって表現された、混在したコントラスト形成領域を含む。上述されたように、明るい縞及び暗い縞は反射領域及び非反射領域に対応してもよい。一部の場合には、反射領域は方向依存性又は異方性反射領域である。例示的なコード化パターン２００は、シーケンス内の絶対位置又はロケーションを決定するために用いられてもよい明るい縞及び暗い縞の非反復シーケンスを有してもよい。図２に示される実施例では、コード化パターンは、以下のように配列された領域又は縞を含む：明、暗、明、明、暗、暗、明、明、明、暗。
【００６８】
この単純化された実施例では、４つの縞が組み合わさって、スピンドルの位置に関連付けられた４ビットパターンを表現してもよい。具体的には、図２に示される実施例では、サブパターン２１０は以下の順序：明、暗、明、明の縞を含み、サブパターン２２０は以下の順序：暗、明、明、暗の縞を含み、サブパターン２３０は以下の縞：明、明、暗、暗を含むなどする。コード化パターン２００は非反復的であるため、各サブパターン（例えば、サブパターン２１０、２２０、及び２３０）はエンコーダのスピンドルの絶対（回転）位置を指示し得る。
【００６９】
一部の場合には、コード化パターン２００内の絶対位置は、スピンドルの運動方向を決定するために用いられてもよい。例えば、光検出器が第１の時間においてサブパターン２２０を観察し、その後、第２の時間においてサブパターン２１０を観察した場合には、スピンドルは右に運動しており、これは反時計回りの回転方向に対応し得るとの決定が行われてもよい。同様に、光検出器がサブパターン２２０を観察し、それに続いてサブパターン２３０を観察した場合には、スピンドルは時計回りの方向に回転しているとの決定が行われてもよい。
【００７０】
いくつかの実施形態では、各縞の明暗度又は色がコード化パターン２００内で変化してもよい。いくつかの実施形態では、混在した領域の反射量又はその他の光学特性が変化させられてもよい。空間的変化及び光学的変化の様々な組み合わせが、位置情報をパターン内にコード化するために用いられてもよい。図２は、縞自体が特定の順序で配列されているコード化パターン２００を示しているが、代替的な諸実施形態では、コード化パターンの縞は明るい縞と暗い縞との間で直に交互になっていてもよい。
【００７１】
図２に同様に示されるように、コード化パターン２００の各縞は幅Ｗを有してもよい。いくつかの実施形態では、コード化パターン２００上の縞の各々の幅Ｗは一様であるか、又は実質的に一様であってもよい。したがって、縞が、交互の明るい縞及び暗い縞として配列されている実施形態では、コード化パターン２００の縞の一様性はスピンドルの回転量の決定を容易にし得る。例えば、光検出器を通過する領域又は縞の数に幅Ｗが乗算され、回転量を決定するために用いられてもよい。
【００７２】
別の実施形態では、コード化パターン２００の各縞の幅Ｗは変化してもよい。例えば、コード化パターン２００の明るい縞の各々は第１の幅を有してもよく、その一方で、コード化パターン２００の暗い模様の各々は第２の異なる幅を有してもよい。別の実施例では、コード化パターン２００の第１の縞は第１の幅を有してもよく、コード化パターン２００の第２の縞は第２の幅を有してもよく、コード化パターン２００の第３の縞は第３の幅を有してもよい。このような配列は、例えば、コンピューティングデバイス１００などの、コンピューティングデバイスが縞の様々な幅に基づいてスピンドル１６０の位置を測定することを可能にし得る。縞の各々の変化する幅は、本明細書において説明されているコード化パターンのうちの任意のものにおいて用いられ得る。例えば、変化する幅を有する縞は、図２に示されるものなどの、縞の順序が変化するコード化パターンにおいて、又はコード化パターンの縞が明るい縞と暗い縞との間で交互になっている実施形態において用いられ得る。
【００７３】
別の実施例では、縞の変化する幅は、スピンドルの絶対位置を指示するパターンを提供し得る。例えば、第１の幅を有する縞は、スピンドルが第１の位置内にあることを指示してもよく、その一方で、第２の幅を有する縞は、スピンドルが第２の位置内にあることを指示してもよい。なお更に別の実施例では、各縞は先細り状の幅を有してもよく、この幅は、スピンドルの回転運動ばかりでなく、スピンドルの直線運動を決定するためにも用いられ得る。
【００７４】
コード化パターン２００の縞はまた、種々の多次元パターンを含んでもよい。例えば、コード化パターン２００の領域は、スピンドル１６０の回転運動、並進運動、若しくは角運動、並びにスピンドル１６０の運動の速さを決定するために用いられ得る、２次元コード、クイックレスポンス（Quick Response、ＱＲ）コード、バーコード、又はスピンドル１６０の表面上の位置情報をコード化するために用いられ得る他のこのようなパターンの形で配列されていてもよい。
【００７５】
図１Ｂを再び参照すると、本開示の光学エンコーダは、スピンドル１６０の表面上に形成されたコントラスト形成領域又は光学的区別可能領域を区別するために用いられる、光検出器１８０を含む。概して、光検出器１８０は、光検出器１８０の感光面によって受光された光の量に対応する電気出力を生成するように構成されていてもよい。領域は、光検出器１８０によってこの時受光された反射光の強度又は量に基づいて検出されてもよく、光検出器１８０は、対応する量の出力電流又はその他の電気信号を生成してもよい。
【００７６】
いくつかの実装形態では、光検出器１８０は、フォトダイオードの表面上に入射する光の量に応じてアナログ電流を生成するフォトダイオードを含む。一部の場合には、フォトダイオードから出力された出力電流が高いほど、光検出器１８０にとってはっきりする（又は光検出器１８０の特定のフォトダイオードにとってはっきりする）明るい縞、又は反射性の縞の部分が大きい。同様に、一部の場合には、フォトダイオードによって生成された出力電流が小さいほど、光検出器１８０にとってはっきりする（又は光検出器１８０の特定のフォトダイオードにとってはっきりする）暗い縞、又は非反射面の部分が大きくてもよい。
【００７７】
光検出器１８０の出力を用いて、スピンドル１６０、及び究極的には、リューズ１４０の回転情報が決定されてもよい。例えば、１つ又はそれ以上のサンプルフレームにわたる光検出器１８０内のフォトダイオードのアレイの出力を分析することから回転データが導出されてもよい。サンプルフレームの間の出力又は位相の変動は、コード化パターン１６５の縞、及び究極的には、スピンドル１６０の運動又は回転方向に関連する。
【００７８】
図３Ａ〜図３Ｃは、例示的な光検出器のフォトダイオードのアレイによって提供される例示的な電流出力グラフを示す。例えば、各グラフ３００、３１０、及び３２０は、コード化パターンから反射された光を受光した際に光検出器の異なるフォトダイオードによって提供される出力を表現してもよい。上述されたように、フォトダイオードが本実施例に関して説明されているが、光学エンコーダのスピンドルの運動を検出するために用いられるセンサは任意の種類の光感受性又は光検出センサであり得る。
【００７９】
１つの単純化された実施例では、コード化パターンの明るい領域及び暗い領域は、丸いスピンドルの外面の周りに配置された、直に交互になった、均等間隔の縞である。この場合には、図３Ａに示されるグラフ３００は、時間ｔにわたる第１のフォトダイオードの出力を表現し得る。同様に、グラフ３１０及び３２０は、同じ時間ｔにわたる第２及び第３のフォトダイオードの出力を表現し得る。様々なフォトダイオードの電流出力の位相シフトを比較することによって、回転方向（例えば、時計回り又は反時計回り）が決定されてもよい。追加的に、回転量が、特定のフォトダイオードを通り過ぎたピーク（又は何らかの他の基準点）の数に基づいて決定されてもよい。また、回転速度が、フォトダイオードのうちの１つ又はそれ以上によって検出される電流ピークの周波数又は頻度に基づいて決定されてもよい。一部の場合には、コード化パターンが非反復シーケンスを含む場合には、光反射領域又は明るい領域の中心を表現するピーク間の間隔が、コード化パターン内の絶対ロケーションを決定するために用いられてもよい。例示的な非反復シーケンスが上記において図２を参照して説明されている。
【００８０】
上述の実施例は、回転運動の諸態様を決定するために用いられる長さ方向又は径方向構成要素に関して与えられたが、いくつかの実施形態では、同じ原理がまた、スピンドルの直線運動又は並進運動を検出するために用いられてもよい。例えば、コード化パターンは、軸方向構成要素と呼ばれてもよい、スピンドルの長さに沿って変化する１つ又はそれ以上の領域を含んでもよい。一部の場合には、コード化パターンの軸方向構成要素は、ユーザがリューズを筐体の方へ押しているか、又はリューズを筐体から引き離していることを検出するために用いられてもよい。いくつかの実施形態では、上述された諸原理が、スピンドルの回転運動及び並進運動の両方を決定するために用いられてもよい。
【００８１】
図４Ａ〜図４Ｂは、本開示の１つ又はそれ以上の実施形態に係る光学エンコーダ４００のスピンドル４１０に対して軸方向又は長さ方向に整列した光センサの構成要素を有する光学エンコーダ４００を示す。図４Ａ〜図４Ｂは同じ光学エンコーダ４００の２つの異なる斜視図を示す。いくつかの実施形態では、光学エンコーダ４００は、図１Ｂに関して示され、説明された光学エンコーダと同様であってもよい。
【００８２】
図４Ａ〜図４Ｂに示されるように、光学エンコーダ４００は、スピンドル４１０と、光放射器４４０と、フォトダイオードアレイ４３０とを含む光検出器を含む。スピンドル４１０は、外面上に形成されたコード化パターン４１５を含む。コード化パターン４１５は、異なる光学特性を有する混在した縞のアレイなどの、光学的コントラスト形成領域のアレイを含んでもよい。図４Ａ〜図４Ｂに示されるように、コード化パターン４１５の縞はスピンドル４１０に対して軸方向に整列しており、スピンドル４１０の周りに円周方向に配列されている。本明細書に記載されている実施例によれば、コード化パターン４１５は、スピンドル４１０の回転運動の諸態様を決定するために用いられてもよい。
【００８３】
いくつかの実施形態では、コード化パターン４１５の明るい領域又は縞は実質的に反射性であってもよく、コード化パターン４１５の暗い領域又は縞は実質的に非反射性であってもよい。一部の場合には、明るい領域は、スピンドル４１０の軸と垂直な方向には、光を、狭く分散した様態で反射し、スピンドルの軸と整列した方向には、光を、より広く分散した様態で反射する、異方性反射領域として形成されている。
【００８４】
図４Ａ〜図４Ｂに示されるように、光学エンコーダ４００は、スピンドル４１０の長さ又は回転軸に沿ってフォトダイオードアレイ４３０と整列した光放射器４４０を含んでもよい。更に、光放射器４４０は、スピンドル４１０の長さ又は回転軸に沿って整列していると説明されてもよい。図４Ａ〜図４Ｂに示されるセンサ配列は、図５Ａ〜Ｂに示され、後述される実施形態などの、代替的な配列よりも長いスピンドル４１０をもたらし得る。一部の場合には、スピンドル４１０の長さは、光放射器４４０からの光４４５がスピンドル４１０から反射され、フォトダイオードアレイ４３０によって受光されることを可能にするために十分である。スピンドル４１０の長さは他の構成と比べて増大し得るが、本構成はより光学的に効率が良くなり得る。例えば、光放射器４４０とフォトダイオードアレイ４３０との軸方向の整列は、フォトダイオードアレイ４３０へ後方反射される光の量を増大させることができ、これにより、いくつかの実装形態では、回転データの精度、及び／又はスピンドル４１０を照射するために必要とされる電力が改善され得る。
【００８５】
フォトダイオードアレイ４３０においては、４つのフォトダイオードが具体的に示され、説明されているが、任意の数のフォトダイオードが用いられ得る。フォトダイオードの数は、フォトダイオードの各々の収集区域のサイズ及び／又はエンコーダの光学システムの様々な他の態様のサイズに依存して、増加又は減少し得る。一部の場合には、スピンドル４１０の正確な回転運動又は直線運動が２つのフォトダイオードのアレイから収集され得る。他の実施形態では、８つ又はそれ以上のフォトダイオードが必要とされ得る。別の実施形態では、フォトダイオードの複数のアレイが用いられてもよい。更に、フォトダイオードアレイの各々はスピンドル４１０に対して様々な整列及び位置で配列されていてもよい。
【００８６】
図５Ａ〜図５Ｂは光学エンコーダ５００内における光センサの代替的な配列を示す。具体的には、図５Ａ〜図５Ｂは、光学エンコーダのスピンドル５１０に対して半径方向に整列した光センサの構成要素を有する光学エンコーダ５００を示す。いくつかの実施形態では、光学エンコーダ５００は、図１Ｂに関して示され、説明された光学エンコーダと同様であってもよい。
【００８７】
図５Ａに示されるように、光学エンコーダ５００は、スピンドル５１０と、光放射器５２０と、フォトダイオードアレイ５５０とを含む光検出器を含む。図５Ａ及び図５Ｂに示されるように、フォトダイオードアレイ５５０は４つのフォトダイオードを含んでもよい。しかし、フォトダイオードの各々の収集区域のサイズ、及び上述されたものなどの、エンコーダ５００のその他の態様に依存して、任意の数のフォトダイオードがアレイ５５０のために用いられ得る。図５Ａに同様に示されるように、コード化パターン５１５の縞はスピンドル５１０に対して軸方向に整列しており、スピンドル５１０の円周の周りに配列されている。本明細書に記載されている諸実施形態によれば、コード化パターン５１５からの反射光を検出することは、スピンドル５１０の回転運動の諸態様を決定するために用いられてもよい。
【００８８】
図５Ａに示されるように、光学エンコーダ５００は、スピンドル５１０に対して半径方向に整列した光放射器５２０及びフォトダイオードアレイ５５０を含んでもよい。例えば、光放射器５２０及びフォトダイオードアレイ５５０は、反射されたビーム５４５がスピンドル５１０の回転軸を横断する（例えば、それと垂直である）ように互いに整列していてもよい。いくつかの実施形態では、スピンドル５１０に対する光放射器５２０及びフォトダイオードアレイ５５０の半径方向の整列は、スピンドル５１０が、図４Ａ〜図４Ｂに示される実施形態よりも短くなることを可能にし得る。
【００８９】
概して、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、及び図５Ｂに関して上述されたエンコーダ構成は、ウェラブル又は手首装着型電子デバイスなどの、コンパクトなフォームファクタに組み込まれてもよい。いくつかの実装形態では、製作プロセスにおける通常のばらつき、製作公差、及びシステム内における構成要素の運動による寸法的ばらつきを許容するエンコーダの能力を改善するために、エンコーダが、エンコーダのスピンドル上に１つ又はそれ以上の方向依存性、光学的非等方性、又は異方性反射領域もまた含むことが有益になり得る。概して、光学的異方性領域は、さもなければエンコーダの光学要素の不整列を生じさせ得るエンコーダ内の寸法的ばらつきを許し得る。
【００９０】
図６Ａは、スピンドルの外面上に形成されてもよい例示的な方向依存性又は異方性領域６００を示す。図６の実施例では、異方性領域６００は、スピンドルの表面に形成された浅い溝のアレイを含む。異方性領域６００は、異方性領域６００と光学的にコントラストをなすか、又は光学的に区別可能である１つ又はそれ以上の非反射性又は拡散性領域６０２によって境界されているか、又はそれらに隣接していてもよい。非反射性又はコントラスト形成領域が混在した光学的異方性領域の実施例が以下において図７Ａ〜図７Ｄに関して説明される。
【００９１】
図６Ａに示されるように、異方性領域６００は、光を、領域６００の表面上に入射する光の方向に依存して異なって反射する。具体的には、概ねＸ−Ｚ平面内を進む光は、実質的に分散しているか、又は広く拡がった様態で反射され得る。一部の場合には、Ｘ−Ｚ平面内を進む光は、第１のビーム拡がりを有する第１の種類の反射を有すると特徴付けられる。Ｘ−Ｚ平面内を進む光の反射特性は、あまり分散しないか、又は狭く拡がった様態で反射され得る概ねＹ−Ｚ平面内を進む光と異なってもよい。一部の場合には、Ｙ−Ｚ平面内を進む光は、第１のビーム拡がりよりも狭いか、又はあまり分散しないことのある第２のビーム拡がりを有する第２の種類の反射を有すると特徴付けられる。一部の場合には、Ｘ−Ｚ平面は、スピンドルの中心又は回転軸と平行であるか、又はそれを通過する平面である。一部の場合には、Ｙ−Ｚ平面は、スピンドルの中心又は回転軸を横断する（例えば、それと垂直である）平面である。
【００９２】
図６Ａは、異方性領域６００にわたって作り出された反射の方向依存性の性質の単純化された例を示す。図解の目的のために、ビームなどの光量は、たとえ、光量は実際には多数の光線を含み得ても、矢印又は一群の矢印によって表現されている。図６Ａに示される矢印は、ビームを構成する複数の光線の包括的な方向を表わす。図６Ｂ及び図６Ｃは、光線と、異方性領域６００の表面に形成された溝の特徴部との間の相互作用をよりうまく図解する詳細図を示す。
【００９３】
図６Ａに示されるように、例示的な光ビーム６１２は、矢印の方向によって指示されているのと同じ全体的な（平行な）向きを有する光学エンコーダの光放射器によって生成された光線の集合を表現してもよい。Ｘ−Ｚ平面と実質的に整列した光線を有する光ビーム６１２については、反射は、分散させられたか、拡散させられたか、又は拡大されたビーム拡がりを有する反射光ビーム６１４を生じさせることになる。一部の場合には、反射光ビーム６１４は、幅広い反射光路角度にわたって伝搬する複数の光線を含む。一部の場合には、反射光ビーム６１４は鏡面性又は指向性成分を含むが、到来光ビーム６１２よりも広い拡がりを有する。
【００９４】
図６Ｂは、異方性領域６００内に形成された溝６０４との到来光ビーム６１２の相互作用の詳細図を示す。図６Ｂに示されるように、到来光ビーム６１２は、互いに概ね平行であるか、又は整列している複数の光線で構成されている。溝６０４の湾曲した形状のために、各光線の入射角度は領域の表面上で異なる。ビーム６１２の各光線は異なる入射角度を有するため、結果として生じる反射ビーム６１４は、到来光ビーム６１２の光線と比べて大きく発散した光線を含むことになる。反射光ビーム６１４は、光ビーム６１２と比べて、より幅広い拡がりを有するか、又はより広い範囲の角度にわたって分散していると特徴付けられてもよい。一部の場合には、反射光ビーム６１４は、異方性領域６００の溝６０４によって拡散させられると表現されてもよい。
【００９５】
図６Ａはまた、光学エンコーダの光放射器によって生成され得る別の例示的な光ビーム６２２も示す。光線６２２はＹ−Ｚ平面と実質的に整列しているため、反射は、実質的に分散していないか、又は比較的狭いビーム拡がりを有する反射光ビーム６２４を生じさせ得る。
【００９６】
図６Ｃは、到来光ビーム６２２の、例えば、異方性領域６００内に形成された溝６０４の底部との相互作用の詳細図を示す。図６Ｃに示されるように、到来光ビーム６２２は、互いに概ね平行であるか、又は整列している複数の光線で構成されている。Ｙ−Ｚ平面内では溝の曲率ははるかに低いため、各光線の入射角度は溝６０４の底部にわたってわずかに変化するのみである。ビーム６２２の各光線はわずかに異なる入射角度を有するのみであるため、結果として生じる反射ビーム６２４は、到来光ビーム６２２の光線と比べてわずかに発散するのみの光線を含むことになる。反射光ビーム６２４は、光ビーム６１２と比べて、同様の、又はわずかに発散するのみの出力を有すると特徴付けられてもよい。一部の場合には、反射光ビーム６２４は、鏡面反射又は非発散反射を有すると表現されてもよい。
【００９７】
光学的異方性領域６００の方向依存性の性質のために、光は、到来光又は入射光の全体的な方向に依存して異なって反射することになる。図６Ａ〜図６Ｃを参照すると、Ｙ−Ｚ平面に沿って配向された反射光ビーム６２４は、Ｘ−Ｚ平面に沿って配向された反射光ビーム６１４と比べて、より狭く分散しているか、より狭いビーム角度を有するか、又はより指向性が高いと特徴付けることができる。逆に、反射光ビーム６１４は、反射光ビーム６２４と比べて、より広く分散しているか、より広いビーム角度を有するか、又はより指向性が低いと特徴付けることができる。
【００９８】
図６Ａ〜図６Ｃの実施例において、光学的異方性領域６００は、図７Ａに関して更に詳細に説明されるように、一連の凹形状の特徴部又は切削部から形成されている。代替的な諸実施形態では、光学的異方性領域６００は、図７Ｂに関して更に詳細に説明されるように、一連の凸形状の特徴部から形成されていてもよい。別の代替的な実施形態では、光学的異方性領域６００は、上述されたものと同様の、方向依存性又は光学的非等方性の特性を生み出す異なる表面特徴部又は表面仕上げから形成されていてもよい。例えば、光学的異方性領域６００は凹状の特徴部及び凸状の特徴部の組み合わせを含んでもよい。
【００９９】
図７Ａ〜図７Ｄは、非反射領域のセットが混在した光学的非等方性又は異方性反射領域のセットを有する例示的な光学エンコーダ７００、７５０、７７０、７８０を示す。光学エンコーダ７００、７５０、７７０、７８０の詳細及び動作は、以前の図のうちのいずれかに関して上述された実施例と同様であってもよい。具体的には、エンコーダ７００、７５０、７７０、７８０は電子デバイスのリューズと合体させられてもよい。また、エンコーダ７００、７５０、７７０、７８０は、図４Ａ及び図４Ｂに示される配列と同様のセンサ配列を示しているが、代替的な諸実施形態では、センサ配列はまた、図５Ａ及び図５Ｂに示される配列と同様であってもよい。
【０１００】
図７Ａは、スピンドル７１０の表面の周りに形成された一連の凹形状の特徴部を有する異方性反射領域を有する光学エンコーダ７００を示す。図６Ａ〜図６Ｃに関して上述されたように、一連の凹形状の特徴部は反射領域のための方向依存反射特性を生じさせ得る。いくつかの実施形態では、コード化パターン７１５の明るい縞又は白色の縞によって表現される、異方性反射領域は、より広い反射光分散を分散させてもよく、これにより、光学エンコーダの信頼性が改善され得る。一部の場合には、異方性反射領域は、光学システムに影響を及ぼす１つ又はそれ以上の寸法的ばらつきを経験し得る光学エンコーダ７００の動作性を改善し得る。例えば、異方性反射領域は、スピンドル７１０と光放射器７４０及び／又は光検出器７３０との間の距離のばらつきに対するエンコーダ７００の感受性を低減し得る。異方性反射領域はまた、光放射器７４０及び／又は光検出器７３０に対するスピンドル７１０の軸方向の不整列に対する感受性も低減し得る。異方性反射領域はまた、例えば、スピンドル７１０の直径、スピンドル７１０の真円度、及び同様のものを含む、構成要素の通常の製作公差に対する感受性も低減し得る。
【０１０１】
概して、光放射器７４０は、スピンドル７１０の一部分を光ビーム７４５で照射するように構成されていてもよい。光検出器７３０は、スピンドル７１０の照射された部分からの光を受光するように構成されていてもよい。コード化パターン７１５は、スピンドル７１０の外向面上に形成されたコントラスト形成領域のアレイを含んでもよい。
【０１０２】
図７Ａに示されるように、光放射器７４０によって生成された放射光ビーム７４５は、異方性反射領域によって、フォトダイオードのアレイを含んでもよい、光検出器７３０の上により広いビーム拡がりを有する、実質的に分散した様態で反射されてもよい。純粋な鏡面反射と比べて、より広い、又は増大した光分散は、たとえ、光学エンコーダ７００の構成要素内、又はそれらの間の寸法的ばらつきが存在しても、反射光の少なくとも一部が光検出器７３０に確実に到達するのを助け得る。追加的に、異方性反射領域は、スピンドル７１０の長さ又は回転軸と垂直な方向には、あまり分散しないか、又はより狭いビーム拡がりを有する反射を生成してもよい。これは、光検出器７３０のフォトダイオードのアレイにわたって拡げられるか、又は反射される光の量を低減し得る。これにより、コード化パターン７１５の反射領域と非反射領域との間の光学コントラストが改善されるか、又は維持され得る。いくつかの実施形態では、各異方性反射領域は、スピンドル７１０の中心軸と垂直である横断面に沿った光のための狭い反射光分散を有する反射を生成し、スピンドル７１０の中心軸を通過する縦断面に沿った光のためのより広い反射光分散を有する反射を生成するように構成されている。
【０１０３】
以前の実施例と同様に、（異方性）反射領域は、暗い領域、拡散性領域、非反射領域、又は光吸収領域が混在し（例えば、交互になり）、コントラスト形成領域又は光学的区別可能領域のアレイを形成していてもよい。また、以前の実施例と同様に、コントラスト形成領域又は光学的区別可能領域のアレイはスピンドル７１０の長さに沿って延在してもよい。図７Ａに示される単純化された実施例は、反射領域、並びに非反射又は光吸収領域を、交互になっているように示しているが、領域の様々な非反復パターンが、図２及び図３Ａ〜図３Ｃに関して上述された実施例と同様のコード化パターン７１５を生成するために同様に用いられ得る。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、異方性反射領域の凹状の特徴部は、スピンドル７１０の外面を取り囲む半円形の溝を旋削することによって形成される。凹状の特徴部は、例えば、旋盤又は同様の機械加工装置を用いて、起伏を有する、又は湾曲した切削ツールでスピンドル７１０の外面を切削することによって、形成されてもよい。いくつかの実施形態では、凹状の特徴部は、スピンドル７１０の外面を取り囲む連続螺旋として形成される。代替的に、凹状の特徴部は、スピンドル７１０の外面を取り囲む別個のリングとして形成されてもよい。いくつかの実施形態では、凹状の特徴部は、凹状切削部の一貫性及び精度を維持するのを助けるために、コンピュータ数値制御（computer numerically controlled、ＣＮＣ）工作機械を用いて切削される。いくつかの実施形態では、凹状の特徴部は、成形、鋳造、鍛造、又はその他の同様のプロセスを用いてスピンドル７１０の表面に形成される。いくつかの実装形態では、スピンドル７１０は、リューズのダイアルなどの、ユーザ入力デバイスの他の構成要素と連通するシャフトの周りに配置された別個の部分として形成されている。
【０１０５】
凹状の特徴部の半径及び深さは、特定の反射光分散を生成するように構成されていてもよい。一部の場合には、光分散が広すぎる場合には、光検出器７３０上に実際に入射する光の量は、信頼性の高い測定のためには低くなりすぎる可能性がある。逆に、光分散が狭すぎる場合には、光学エンコーダ７００は、光学エンコーダ７００の構成要素の間、及び／又は構成要素内における寸法的ばらつきに対して敏感になりすぎる可能性がある。一部の場合には、切削部の半径対深さの比は、所望の反射光分散を生成するように構成されていてもよい。限定ではなく、例として、凹状の特徴部の半径対深さの比は最小比７：１以上であってもよく、最大比１３：１以下であってもよい。限定ではなく、更なる例として、凹状切削部は、３ミクロンという小さい深さ又は１５ミクロンという大きい深さを有してもよい。一部の場合には、深さは３ミクロンよりも小さいか、又は１５ミクロンよりも大きい。
【０１０６】
本実施例では、明るい領域又は反射領域が混在した暗い領域、非反射領域、又は光吸収領域は、スピンドル７１０のそれぞれの領域を、暗いコーティング、光学的吸収性コーティング、拡散性コーティング、又は非反射性コーティングでコーティングすることによって形成される。一部の場合には、暗い領域、光学的吸収領域、拡散領域、又は非反射領域は、スピンドル７１０の長さに沿って配列された縞状領域の上にインク又はコーティングを堆積させることによって形成される。いくつかの実施形態では、暗い領域、光学的吸収領域、拡散領域、又は非反射領域は、領域をレーザでエッチング又は融除し、実質的に扁平な領域又は表面を形成することによって形成される。いくつかの実施形態では、暗い領域、非反射領域、又は光吸収領域は、区域の光反射特性を低減するために、レーザで融除され、次に、インク又はその他のコーティングをコーティングされる。暗い領域、非反射領域、又は光吸収領域はまた、それぞれの領域の表面反射特性を変えるために、機械加工されるか、研磨されるか、又は同様に処理されてもよい。
【０１０７】
異方性反射領域は、他の幾何学的形状又は表面処理を用いて形成されてもよい。例えば、図７Ｂは、スピンドル７６０の表面の周りに形成された一連の凸形状の特徴部を有する異方性反射領域を有する光学エンコーダ７５０を示す。図６Ａ〜図６Ｃに関して上述されたのと同様に、一連の起伏を有する特徴部は反射領域の方向依存反射特性を生じさせ得る。以前の実施例と同様に、コード化パターン７６５の明るい縞又は白色の縞によって表現された、異方性反射領域は、より広い反射光分散を分散させてもよく、これにより、構成要素の間、又は構成要素内における寸法的ばらつきに対するエンコーダの感受性を低減することによって、光学エンコーダの信頼性が改善され得る。
【０１０８】
図７Ｂに示されるように、光放射器７４０によって生成された放射光ビーム７９５は、異方性反射領域によって、フォトダイオードのアレイを含んでもよい、光検出器７３０の上により広いビーム拡がりを有する、実質的に分散した様態で反射されてもよい。上述されたように、純粋な鏡面反射と比べて、より広い、又は増大した光分散は、たとえ、光学エンコーダ７５０の構成要素内、又はそれらの間の寸法的ばらつきが存在しても、反射光の少なくとも一部が光検出器７３０に確実に到達するのを助け得る。追加的に、異方性反射領域は、スピンドル７６０の長さ又は回転軸と垂直な方向には、あまり分散しないか、又はより狭いビーム拡がりを有する反射を生成してもよく、これにより、光検出器７３０のフォトダイオードのアレイにわたって拡げられる光の量が低減され、コード化パターン７６５の反射領域と非反射領域との間の光学コントラストが改善されるか、又は維持され得る。いくつかの実施形態では、各異方性反射領域は、スピンドル７６０の中心軸と垂直である横断面に沿った光のための狭い反射光分散を有する反射を生成し、スピンドル７６０の中心軸を通過する縦断面に沿った光のためのより広い反射光分散を有する反射を生成するように構成されている。
【０１０９】
以前の実施例と同様に、（異方性）反射領域は、暗い領域、拡散性領域、非反射領域、又は光吸収領域が混在し（例えば、交互になり）、コントラスト形成領域又は光学的区別可能領域のアレイを形成していてもよい。また、以前の実施例と同様に、コントラスト形成領域又は光学的区別可能領域のアレイはスピンドル７６０の長さに沿って延在してもよい。図７Ｂに示される単純化された実施例は、反射領域、並びに非反射又は光吸収領域を、交互になっているように示しているが、領域の様々な非反復パターンが、図２及び図３Ａ〜図３Ｃに関して上述された実施例と同様のコード化パターン７６５を生成するために同様に用いられ得る。
【０１１０】
いくつかの実施形態では、異方性反射領域の凸状の特徴部は、スピンドル７６０の外面の特徴部を切削するために用いられる機械加工プロセスを用いて形成される。いくつかの実施形態では、凸状の特徴部は、スピンドル７６０の外面を取り囲む連続螺旋として形成される。代替的に、凸状の特徴部は、スピンドル７６０の外面を取り囲む別個のリングとして形成されてもよい。追加的に、又は代替的に、凸状の特徴部は、成形、鋳造、鍛造によって、又はスピンドル７６０の外面の一部分を形成するための別の同様のプロセスを用いて形成されてもよい。いくつかの実装形態では、スピンドル７６０は、リューズのダイアルなどの、ユーザ入力デバイスの他の構成要素と連通するシャフトの周りに配置された別個の部分として形成されている。
【０１１１】
凸状の特徴部の半径及び高さは、特定の反射光分散を生成するように構成されていてもよい。一部の場合には、光分散が広すぎる場合には、光検出器７３０上に実際に入射する光の量は、信頼性の高い測定のためには低くなりすぎる可能性がある。逆に、光分散が狭すぎる場合には、光学エンコーダ７５０は、光学エンコーダ７５０の構成要素の間、及び／又は構成要素内における寸法的ばらつきに対して敏感になりすぎる可能性がある。それゆえ、一部の場合には、半径及び高さ並びに／又は半径対高さの比は、エンコーダ７５０の構成要素における寸法及び予測されるばらつきに合わせて調整された所望の拡散性光分散を生成するように構成されていてもよい。
【０１１２】
図７Ｂに示されるように、コード化パターン７６５は、異方性反射領域が混在した暗い領域、拡散領域、非反射領域、又は光吸収領域を含む。暗い領域、拡散領域、非反射領域、又は光吸収領域は、図７Ａに関して上述された技法のうちの１つ又はそれ以上を用いて形成されてもよい。
【０１１３】
図７Ｃは、スピンドル７７２と、光放射器７４０と、光検出器７３０とを含む例示的な光学エンコーダ７７０を示す。以前の実施例と同様に、光放射器７４０は、スピンドル７７２の外面上に形成されたコード化パターン７７４から反射される放射ビーム７４５を生成するように構成されている。本実施形態では、コード化パターン７７４は、スピンドル７７２の長さに沿って延在するコントラスト形成領域のアレイを含む。図７Ａの実施例と同様に、コントラスト形成領域のアレイは、スピンドル７７２の外面の一連の凹形状の特徴部によって形成された異方性反射領域のアレイを含む。図７Ｃに示される例示的な構成では、反射領域には、凹状の特徴部が実質的にない、光吸収領域のアレイが混在している。いくつかの実施形態では、光吸収領域は、材料を機械加工するか、研磨するか、又は別の仕方で除去し、実質的に平坦な表面を形成することによって形成される。いくつかの実施形態では、光吸収領域は、領域をレーザでエッチングするか、又はレーザで融除し、扁平又は実質的に平坦な領域を形成することによって形成される。
【０１１４】
図７Ｄは、スピンドル７８２と、光放射器７４０と、光検出器７３０とを含む例示的な光学エンコーダ７８０を示す。以前の実施例と同様に、光放射器７４０は、スピンドル７８２の外面上に形成されたコード化パターン７８４から反射される放射ビーム７９５を生成するように構成されている。本実施形態では、コード化パターン７８４は、スピンドル７８２の長さに沿って延在するコントラスト形成領域のアレイを含む。図７Ｂの実施例と同様に、コントラスト形成領域のアレイは、スピンドル７８２の外面の一連の凸形状の特徴部によって形成された異方性反射領域のアレイを含む。図７Ｄに示される例示的な構成では、反射領域は、凸状の特徴部が実質的にない、光吸収領域のアレイが混在している。いくつかの実施形態では、光吸収領域は、材料を機械加工するか、研磨するか、又は別の仕方で除去し、実質的に平坦な表面を形成することによって形成される。いくつかの実施形態では、光吸収領域は、領域をレーザでエッチングするか、又はレーザで融除し、扁平又は実質的に平坦な領域を形成することによって形成される。
【０１１５】
以前の実施例に関して説明されたように、光学エンコーダは、コード化パターンを形成するために、明るい領域（つまり反射領域）及び暗い領域（つまり光吸収領域）の両方を含んでもよい。追加的に、又は代替的に、いくつかの実施形態では、スピンドル全体が、光をエンコーダの光検出器の方へ、又はそれから離れる方へ向ける、起伏を有する形状を有してもよい。いくつかの実装形態では、スピンドルの表面は実質的に一様な表面仕上げを有してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、スピンドルの表面は実質的に鏡面性であってもよく（例えば、スピンドルは実質的に鏡面性の反射を提供する）、溝、切削部、又はその他の特徴部が、スピンドルの長さに沿って、光を交互の様態で反射するように形成される。このような実施形態では、スピンドルは、スピンドルの長さに沿って形成された１つ又はそれ以上の細溝、溝、縦溝、うね、又は同様の特徴部を有してもよい。
【０１１６】
図８Ａは、スピンドル８１０の長さに沿って形成された複数の特徴部８１５を含む光学エンコーダ８００の例示的なスピンドル８１０を示す。特徴部８１５は、縦溝、うね、波形部、又はその他の同様の特徴部と表現され得る長さ方向又は軸方向に整列した切削部のアレイを含んでもよい。概して、特徴部８１５は、光放射器８２０によって生成された光ビーム８３０を、交互の明るい反射部分及び暗い反射部分を含む反射光のパターンへ仕向けてもよい。一部の場合には、交互の明るい部分及び暗い部分は回折パターンを模擬するか、又はそれに似ている。スピンドル８１０が回転するのに従い、交互の明るい部分が光検出器８４０のフォトダイオードの上を通過してもよく、光検出器８４０は、他のエンコーダの実施形態に関して上述された諸実施形態と同様に、回転量、回転方向、回転速度、回転速度の変化などを決定するために用いられてもよい。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、特徴部８１５は、交互の反射を作り出すために、光反射領域、並びに光吸収若しくは非反射領域と組み合わせられる。他の実施形態では、たとえ、スピンドル８１０からの色又は表面反射率の変化がない場合でも、特徴部８１５は交互の明るい反射及び暗い反射を作り出し得る。このような実施形態は、スピンドル８１０の表面上におけるコントラスト形成領域又は光学的区別可能領域の形成を必要としなくてもよいという点で、有利になり得る。
【０１１８】
いくつかの実施形態では、表面特徴部８１５は、成形、鋳造、鍛造、又はその他の同様の製作プロセスの一部としてスピンドル８１０の表面上に形成されてもよい。いくつかの実施形態では、表面特徴部８１５は、スピンドル８１０の表面を機械加工するか、研磨するか、又は別の仕方で材料を表面から除去することによって形成されてもよい。追加的に、特徴部８１５は、図８Ａにおいて、スピンドル８１０の長さに沿って形成されているように示されているが、特徴部がスピンドル８１０の全長に及ぶことは必須ではなくてもよく、その代わりに、スピンドル８１０の外面の比較的短い部分の上に形成されていてもよい。
【０１１９】
図８Ｂは、スピンドル８６０の外面に形成された小面の表面特徴部８６５のアレイを有する別の代替的なエンコーダ８５０を示す。以前の実施例と同様に、光放射器８２０は、スピンドル８６０の表面から反射される光ビーム８３０を生成してもよい。図８Ｂに示される実施例では、小面の特徴部８６５は、交互の明るい部分及び暗い部分を有する反射パターンを生じさせ、この反射パターンは、スピンドル８６０が回転するのに従い、光検出器８４０のフォトダイオードを通り過ぎてもよい。本実施例では、小面の特徴部８６５は、交互の明るい部分を生成するために光を異なる方向に反射するスピンドル８６０の表面に沿った平坦な小面の特徴部のアレイとして形成されている。
【０１２０】
図８Ｃは、スピンドル８８０の外面に形成された平坦な小面の表面特徴部８７５のアレイを有する別の代替的なエンコーダ８７０を示す。いくつかの実施形態では、平坦な小面の表面特徴部８７５は、内接円（図示されていない）に接するように配列されていてもよい。以前の実施例と同様に、光放射器８２０は、スピンドル８８０の表面から反射される光ビーム８３０を生成してもよい。図８Ｃに示される実施例では、小面の特徴部８６５は、交互の明るい部分及び暗い部分を有する反射パターンを生じさせ、この反射パターンは、スピンドル８８０が回転するのに従い、光検出器８４０のフォトダイオードを通り過ぎてもよい。本実施例では、小面の特徴部８７５は、交互の明るい部分を生成するために光を異なる方向に反射するスピンドル８８０の表面に沿った平坦な小面の特徴部のアレイとして形成されている。図８Ａ〜図８Ｃには、異なる縦溝及び小面の幾何学的形状並びに特徴部の配列が示されているが、これらの実施例は単なる例示にすぎず、他の代替的な小面配列も同様に用いられ得る。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、スピンドルの長さに沿って形成された、軸方向に整列した特徴部（例えば、縦溝、小面、波形部、及び同様のもの）は実質的に鏡面性の表面仕上げを有する。鏡面表面仕上げは、光検出器によって受光される光の量を最大化するために有利になる場合があるが、鏡面仕上げは、様々な構成要素の位置の通常のばらつき又は合理的な程度のばらつきを促進しないか、又は受け入れない場合がある。例えば、光放射器及び／又は光検出器の位置及び／又は整列がスピンドルに対して変動するのに従い、反射ビームは一部又は全体が光検出器に達しそこなう場合がある。それゆえ、上述されたように、例えば、スピンドルの長さと整列した平面内において、反射光の分散を拡げることは、エンコーダの構成要素の位置及び／又は整列におけるいくらかのばらつきを可能にし得る。図９Ａ〜図１１Ｂは、位置的及び／又は寸法的ばらつきに対するエンコーダの感受性を低減するべく反射光の分散を拡大するために用いられてもよい例示的なシステムの諸態様を示す。
【０１２２】
いくつかの実施形態では、光拡散部材が光学要素のうちの１つ又はそれ以上に対して配置されているか、又は位置付けられていてもよく、光検出器上の光の分散を拡大してもよい。図９Ａは、光放射器９４０に対して位置付けられた光拡散部材９４２を有する例示的な光学エンコーダ９００を示す。具体的には、図９Ａのエンコーダ９００は、光放射器９４０の発光面に隣接して位置付けられた光拡散部材９４２を含む。図９Ａに示されるように、光拡散部材９４２は、スピンドル９１０の軸に沿って、拡大されたビーム分散を有する光ビーム９４５を生成するために用いられてもよい。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、光拡散部材９４２は、主方向に沿った光ビーム９４５の分散を拡大し、方向依存性の光分散を生成するように構成されている。具体的には、光拡散部材９４２は、主方向に沿った光の分散を拡げるか、又は拡大するが、主方向を横断する（例えば、それと垂直な）別の方向に沿った光の分散を実質的に拡げないか、又は拡大しない表面特徴部又は光学要素のアレイを含んでもよい。いくつかの実施形態では、光拡散部材９４２は、主方向に沿った光を、主方向を横断する他の方向内よりも多量に分散させるように構成された細長形レンズ又は隆起線のアレイを含んでもよい。例示的な光拡散部材が以下において図１０に関して説明される。
【０１２４】
図９Ａに示されるように、エンコーダ９００は、実質的に一様で光学的に鏡面性の表面から形成されたスピンドル９１０を含んでもよい。図８Ａに関して上述された実施例と同様に、スピンドル９１０は、スピンドル９１０の長さに沿って形成された複数の特徴部９１５を含んでもよい。特徴部９１５は、縦溝、うね、波形部、又はその他の同様の特徴部と表現されてもよい、長さ方向又は軸方向に整列した切削部のアレイを含んでもよい。概して、特徴部９１５は、光放射器９４０によって生成された光ビーム９４５を、回折パターンに似ていることのある交互の明るい反射部分及び暗い反射部分を含む反射光のパターンへ仕向けてもよい。スピンドル９１０が回転するのに従い、交互の明るい部分が光検出器９３０のフォトダイオードの上を通過してもよく、光検出器９３０は、他のエンコーダの実施形態に関して上述された諸実施形態と同様に、回転量、回転方向、回転速度、回転速度の変化などを決定するために用いられてもよい。
【０１２５】
いくつかの実施形態では、光学エンコーダ９００は、（鏡面表面仕上げを有する）縦溝を有するスピンドル９１０及び光拡散部材９４２の両方を含む。上述されたように、スピンドル９１０の縦溝を有する特徴部９１５は、スピンドル９１０が回転させられるのに従い、光を、ＬＥＤを横切るパターンに仕向けるために用いられてもよい。光拡散部材９４２は光をスピンドル９１０の軸方向又は長さ方向に沿って拡げ、エンコーダ９１０内における、通常の、又は合理的な位置的又は寸法的ばらつきによるビーム不整列の効果を低減する。パターン形成機能とビーム拡大機能とを分離することによって、各要素の性能は、その要素が特徴部９１５であるのか、それとも光拡散部材９４２であるのかにかかわりなく、それぞれの光学機能のために最適化され得る。一部の場合には、光学機能を分離することはまた、各要素又は構成要素の製作も単純化し得る。対照的に、以下においてより詳細に説明される図１１Ａ及び図１１Ｂは、光検出器を横切るパターン形成と、スピンドルの軸又は長さ方向に沿った光拡散若しくはビーム拡大との両方を提供するように構成された表面特徴部を有するスピンドルを示す。
【０１２６】
図９Ａに示される実施例は、縦溝を有する特徴部９１５を有するスピンドル９１０と組み合わせて用いられる光拡散部材９４２の組み合わせを含むが、同じ原理が、種々の形状及び構成を有するスピンドルに適用されてもよい。例えば、図９Ａの光拡散部材９４２は、図８Ｂ及び図８Ｃに関して上述された他のスピンドルの実施例８５０及び８７０のいずれかと組み合わせられてもよい。追加的に、光拡散部材９４２は、以前の図に関して上述された光学エンコーダ４００、５００、７００、７５０、７７０、７８０のうちの１つ又はそれ以上と組み合わせられてもよい。
【０１２７】
図９Ｂは、光検出器９３０に対して位置付けられた光拡散部材９３２を有する例示的な光学エンコーダ９５０を示す。具体的には、図９Ｂのエンコーダ９５０は、光検出器９３０の受光面に隣接して位置付けられた光拡散部材９３２を含む。光拡散部材９３２は、スピンドル９１０によって反射された光を、スピンドル９１０の軸又は長さに概ね沿った方向に光検出器９３０を横切って分散させるのを助けてもよい。
【０１２８】
以前の実施例と同様に、いくつかの実施形態では、光拡散部材９３２は、主方向に沿った光の分散を拡大し、方向依存性の光分散を生成するように構成されている。具体的には、光拡散部材９３２は、主方向に沿った光の分散を拡げるか、又は拡大するが、主方向を横断する（例えば、それと垂直な）別の方向に沿った光の分散を実質的に拡げないか、又は拡大しない表面特徴部又は光学要素のアレイを含んでもよい。いくつかの実施形態では、光拡散部材９３２は、主方向に沿った光を、主方向を横断する他の方向内よりも多量に分散させるように構成された細長形レンズ又は隆起線のアレイを含んでもよい。例示的な光拡散部材が以下において図１０に関して説明される。
【０１２９】
以前の実施例と同様に、図９Ｂのエンコーダ９５０は、実質的に一様で光学的に鏡面性の表面から形成されており、スピンドル９１０の長さに沿って形成された複数の特徴部９１５を含んでもよいスピンドル９１０を含む。上述されたように、特徴部９１５は、光放射器９４０によって生成された光ビーム９４７を、交互の明るい反射部分及び暗い反射部分を含む反射光のパターンへ仕向けてもよく、このパターンは、スピンドル９１０の回転の諸態様を決定又は測定するために用いられてもよい。
【０１３０】
図９Ｂに示される実施例は、縦溝を有する特徴部９１５を有するスピンドル９１０と組み合わせて用いられる光拡散部材９３２の組み合わせを含むが、同じ原理が、種々の形状及び構成を有するスピンドルに適用されてもよい。例えば、図９Ｂの光拡散部材９３２は、以前の図に関して上述された光学エンコーダ４００、５００、７００、７５０、７７０、７８０、８００、８５０、８７０のうちの１つ又はそれ以上と組み合わせられてもよい。追加的に、エンコーダは、図９Ａに示されるとおりの、光放射器９４０上の光拡散部材９４２を、図９Ｂに示されるとおりの、光検出器９３０上の光拡散部材９３２とともに両方含んでもよい。
【０１３１】
図９Ｃは、細長形光放射器９４８を有する例示的な光学エンコーダ９６０を示す。いくつかの実施形態では、細長形光放射器９４８は、スピンドル９１０の軸又は長さ方向に沿った光の分散を増大させるために用いられてもよく、これにより、位置及び／又は寸法的ばらつきに対する感受性が低減され得る。図９Ｃに示されるように、光放射器９４８は、スピンドル９１０の長さを横断する（例えば、それと垂直な）他の方向と比べてスピンドル９１０の軸又は長さに沿ってより広く分散した放射ビーム９４９を生成するために用いられてもよい。一部の場合には、拡大された分散は、光の反射パターンが光検出器９３０に入射することになる可能性を高める。
【０１３２】
一部の場合には、細長形光放射器９４８は細長形発光ダイオード（ＬＥＤ）要素から形成されていてもよい。追加的に、又は代替的に、細長形光放射器９４８は、光放射器９４８の発光面に隣接して位置付けられた溝穴状又はスリット開口部を用いて形成されていてもよい。一部の場合には、レンズ又はシールドなどの、他の光学要素が、図９Ｃに示されるように、方向依存性の分散を有する光ビーム９４９を生成するために用いられてもよい。
【０１３３】
細長形光放射器９４８は、縦溝を有するスピンドル９１０と組み合わせられて示されているが、細長形光放射器９４８は、他の光学エンコーダの実施形態に関して説明された他の形式のスピンドル及び他の光学要素と組み合わせられてもよい。例えば、図９Ｃの細長形光放射器９４８は、以前の図に関して上述された光学エンコーダ４００、５００、７００、７５０、７７０、７８０、８００、８５０、８７０、９００、９５０のうちの１つ又はそれ以上と組み合わせられてもよい。
【０１３４】
図１０は例示的な光拡散部材１０００を示す。図示のように、光拡散部材１０００は、方向依存性の光学ビーム分散を生成するために用いられてもよい。例えば、光拡散部材１０００は、第１の方向に沿って、第１の方向を横断する第２の方向よりも広く分散した光ビームを生成するために用いられてもよい。図示の実施例では、光拡散部材１０００は、円筒形レンズ特徴部１０１０の長さと実質的に垂直である方向に、より広い分散を有するビームを生成するように構成されていてもよい。
【０１３５】
図１０に示されるように、光拡散部材１０００は、光拡散部材１０００の表面に沿って形成された細長形レンズ特徴部１０１０のアレイを含む。本実施例では、細長形レンズ特徴部１０１０は部分的に円筒形のレンズのアレイとして形成されている。他の実施例では、光拡散部材１０００は、拡散部材１０００の表面に形成された細長形の隆起線、突起、又はその他の正の特徴部のアレイを含んでもよい。同様に、光拡散部材１０００は、拡散部材１０００の表面に形成された細長形の切削部、波形部、又はその他の負の特徴部のアレイを含んでもよい。光拡散部材１０００は、例えば、ガラス、サファイア、プラスチック、及び同様のものを含む、光学的透過性材料から形成されていてもよい。
【０１３６】
図１０の光拡散部材１０００は、それぞれ、図９Ａ及び図９Ｂの光拡散部材９４２及び９３２のいずれかに対応してもよい。具体的には、光拡散部材１０００のサイズ及び形状は、例えば、図９Ａの光放射器９４０から放射された光のための方向依存性の光分散を生成するように適合されていてもよい。同様に、光拡散部材１０００のサイズ及び形状は、例えば、図９Ｂの光検出器９３０によって受光される光のための方向依存性の光分散を生成するように適合されていてもよい。概して、光拡散部材１０００の細長形レンズ特徴部１０１０は、図９Ａ及び図９Ｂに示されるどちらかの実施例のスピンドル９１０の軸又は長さ方向を横断するように（例えば、それと垂直であるように）配列されていてもよい。
【０１３７】
いくつかの実施形態では、スピンドルのパターン形成特徴部は、同じ表面に形成されたビーム拡大又は拡散特徴部と一体化されていてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、スピンドルは、図８Ａ及び図８Ｂに関して上述された実施例と同様の光検出器を横切る交互の明るい領域及び暗い領域を形成するために用いられる特徴部を軸方向又は長さ方向に含む。追加的に、反射光の分散を特定の方向に沿って増大させる軸方向又は長さ方向の特徴部とともに、他の特徴部が一体的に形成されていてもよい。このアプローチの１つの利点は、単一のスピンドルが、スピンドルの回転を検出するために用いられる明るい領域及び暗い領域の両方を生成するとともに、また、寸法的ばらつき及び位置的ばらつきに対するエンコーダの許容範囲を改善するための拡大されたビームも生成する形状を有し得ることである。
【０１３８】
図１１Ａ〜図１１Ｂは、パターン形成特徴部及び光拡散面特徴部の両方を含む光学エンコーダの例示的なスピンドル１１００を示す。具体的には、スピンドル１１００は、図１１Ｂに示されるとおりの凹状外形１１１０を有する表面特徴部のアレイを含む。一部の場合には、凹状外形１１１０は、図８Ａの縦溝を有する特徴部と同様のビーム方向付け機能を実行する。具体的には、凹状外形１１１０は、図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃに関して上述された他の実施例と同様の、光検出器によって検出され得る交互の明るい領域及び暗い領域のパターンを作り出すために用いられてもよい。一部の場合には、凹状外形１１１０は、スピンドル１１００の表面にくぼみ又は凹状の特徴部を形成する３つの表面によって画定される。図１１Ｂに示されるように、凹状外形１１１０は、実質的に底部が平坦な外形領域、及び底部が平坦な外形領域のどちらかの端部から各々延在する、２つの傾斜した外形領域を含む。図１１Ｂに示されるように、凹状外形１１１０は凹状の特徴部内の１つのロケーションにおける特徴部の形状を代表しており、凹状の特徴部内で形状及びサイズが異なってもよい。追加的に、凹状外形１１１０は一実施例として提供されており、他の実装形態は、本実施形態の包括的概念から逸脱することなく、形状が異なってもよい。
【０１３９】
図１１Ｂに示されるように、表面特徴部のアレイはまた、凹状外形１１１０と垂直に概ね配列された凸状外形１１２０を有してもよい。一部の場合には、凸状外形１１２０は、図７Ｂ及び図７Ｄに関してそれぞれ上述された凸状特徴部７６２及び７８２と同様のビーム分散拡大機能を実行する。具体的には、凸状外形１１２０は、スピンドル１１００の軸又は長さ方向に沿って反射される光の分散を増大させ得る方向依存性のビーム拡大反射光分散を生成してもよい。図１１Ｂに示されるように、凸状外形１１２０は、凹状外形１１１０の（平坦な）底部に沿って延在する円弧形の特徴部から形成されている。これは単なる一実施例として示されているが、他の実装形態は、本実施形態の包括的概念から逸脱することなく、形状が異なってもよい。
【０１４０】
図１１Ａ〜図１１Ｂに示されるスピンドル１１００の構成の１つの利点は、単一の部品が、エンコーダの光検出器を横切る正確かつ反復可能な反射光学パターンを促進する複数の特徴部を含み得ることである。スピンドル１１００は、比較的複雑である表面を有し得るが、部品数の低減、部品の整列の低減、及びその他の潜在的に有益なトレードオフのおかげで、エンコーダの全体的な製造性は改善され得る。
【０１４１】
いくつかの実施形態では、スピンドル１１００は、種々の製作プロセスを用いて形成され得る。例えば、スピンドル１１００は、ポリマー又はその他の成形可能材料から、射出成形又は鋳造プロセスを用いて形成されてもよい。いくつかの実施形態では、スピンドル１１００は、反射性又は金属化材料を次にコーティングされるポリマー又はプラスチック材料から形成される。一部の場合には、スピンドル１１００は高温耐熱ポリマーから形成され、物理蒸着（physical vapor deposition、ＰＶＤ）又はその他の堆積プロセスを用いて金層をコーティングされる。いくつかの実施形態では、スピンドル１１００は、アルミニウム、青銅、真鍮、金、銀等などの金属材料から機械加工されるか、鋳造されるか、鍛造されるか、又は別の仕方で形作られてもよい。図１１Ａ及び図１１Ｂには示されていないが、スピンドル１１００はまた、スピンドル１１００を光学エンコーダのシャフト又はその他の要素と結合するために用いられる貫通孔又はその他の特徴部を含んでもよい。
【０１４２】
いくつかの実施形態では、スピンドルは、エンコーダの他の構成要素、及び／又はリューズなどの入力機構に連結されるか、結合されるか、又は別の仕方で動作可能に結合される別個の部品から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、スピンドルは、シャフトに取り付けられてもよいスリーブ、キャップ、又はその他のフォームファクタから形成されてもよい。例えば、図１２Ａ〜図１２Ｂは、機構のシャフトに取り付けられたスピンドルスリーブ及びスピンドルキャップをそれぞれ示す。
【０１４３】
図１２Ａに示されるように、スピンドル１２１０は、スピンドル１２１０を貫通して形成された中空の内側部分又はアパーチャを有するスリーブとして形成されてもよい。スピンドル１２１０の外面は、上述されたエンコーダの諸実施形態に関して説明された光学的特徴のうちの任意のものに従って形成されるか、又はそれを含んでもよい。具体的には、スピンドル１２１０の外面は、スピンドル１２１０についての回転情報を決定するために用いられてもよいコード化パターンを含んでもよい。以下の実施例では、シャフト１２２０は、リューズ又は回転要素などの、ユーザ入力デバイスの部分を形成してもよい。一部の場合には、シャフト１２２０は、図１Ａ〜図１Ｂに関して上述されたように、リューズのダイアルに動作可能に結合される。
【０１４４】
スピンドル１２１０で形成された内面又はアパーチャは、シャフト１２２０を受容し、それに付着するか、又は別の仕方でそれに結合するように形成されてもよい。いくつかの実施形態では、スピンドル１２１０のアパーチャはシャフト１２２０の外面に対する滑り嵌め又は隙間嵌めであってもよい。スピンドル１２１０は、２つの構成要素の間に配置された接着剤又はその他の結合剤を用いてシャフト１２２０の表面に付着させられてもよい。いくつかの実施形態では、スピンドル１２１０は、ねじ締め具又はその他の取り付け方法を用いてシャフト１２２０に付着させられてもよい。他の実施形態では、スピンドル１２１０は、シャフト１２２０とのプレス嵌め又は締り嵌めを形成するように構成されていてもよい。
【０１４５】
図１２Ｂに示されるように、スピンドル１２３０は、代替的に、スピンドル１２３０の一部分内へ形成された中空の内側部分の凹部を有するキャップ形部分として形成されてもよい。以前の実施例に関して説明されたように、スピンドル１２３０の外面は、上述されたエンコーダの諸実施形態に関して説明された光学的特徴のうちの任意のものに従って形成されるか、又はそれを含んでもよい。具体的には、スピンドル１２３０の外面は、スピンドル１２３０についての位置（例えば、回転）情報を決定するために用いられてもよいコード化パターンを含んでもよい。
【０１４６】
図１２Ａ及び図１２Ｂの実施例のいずれにおいても、スピンドル１２１０、１２３０は、種々の製作プロセスを用いて形成され得る。例えば、スピンドル１２１０、１２３０は、ポリマー又はその他の成形可能材料から、射出成形又は鋳造プロセスを用いて形成されてもよい。いくつかの実施形態では、スピンドル１２１０、１２３０は、反射性又は金属化材料を次にコーティングされるポリマー又はプラスチック材料から形成される。一部の場合には、スピンドル１２１０、１２３０は高温耐熱ポリマーから形成され、物理蒸着（ＰＶＤ）又はその他の堆積プロセスを用いて金層をコーティングされる。いくつかの実施形態では、スピンドル１２１０、１２３０は、アルミニウム、青銅、真鍮、金、銀等などの金属材料から機械加工されるか、鋳造されるか、鍛造されるか、又は別の仕方で形作られてもよい。
【０１４７】
図１３は、本開示の１つ又はそれ以上の実施形態に係る光学エンコーダのスピンドルの運動を収集し、決定するための方法１３００を示す。諸実施形態において、方法１３００は、スピンドルの回転運動、スピンドルの角運動、スピンドルの並進運動、及びスピンドルの運動の速さを決定するために用いられてもよい。更に、後述される方法１３００は、図１Ａ〜図１２Ｂに関して示され、上述された諸実施形態とともに用いられてもよい。
【０１４８】
動作１３１０において、光放射器からの光が、光学エンコーダのスピンドル上に配置されたコード化パターンから反射される。スピンドル上に配置されたコード化パターンは、以上において提供された実施例のうちの任意のものに係る光学エンコーダのスピンドルの長さに沿って軸方向に配置された複数の明るい領域若しくは縞並びに暗い領域若しくは縞を含んでもよい。
【０１４９】
別の実施形態では、光学エンコーダのスピンドルは、図８Ａ〜図８Ｃに示されたものなどの１つ又はそれ以上の表面特徴部を含んでもよい。このような実施形態では、表面特徴部は、光を種々の異なる方向に反射するために用いられてもよい。表面特徴部はコード化パターンの明るい模様及び暗い模様と併せて用いられてもよい。代替的な諸実施形態では、表面構成要素は、コード化パターンの明るい模様又はコード化パターンの暗い模様のいずれかのもの又は両方を必要とすることなく用いられてもよい。
【０１５０】
動作１３２０において、コード化パターンから反射された光がフォトダイオードアレイなどの光検出器によって受光され、これを用いて、スピンドルの位置を決定してもよい。上述されたように、光放射器及びフォトダイオードアレイは両方ともスピンドルと軸方向に整列していてもよい。別の実施形態では、光放射器及びフォトダイオードアレイは両方ともスピンドルに対して半径方向に整列している。軸方向の整列及び半径方向の整列が具体的に言及されているが、その他の整列が用いられてもよい。フォトダイオードアレイが反射光を受光する時に、スピンドルの初期位置が決定されてもよい。具体的には、光がコード化パターンから反射され、フォトダイオードアレイによって受光されるのに従い、フォトダイオードアレイは、フォトダイオードアレイに近接した明るい縞及び暗い縞の量及び／又は位置に対応し得る電流を出力する。次に、この出力電流を用いて、時間ｔにおけるスピンドルの位置を決定してもよい。
【０１５１】
動作１３３０において、スピンドルの運動を受ける。別の実施形態では、運動は、回転運動、並進運動、角運動、又はそれらの組み合わせであってもよい。例えば、電子デバイスのリューズが、上述されたものなどのディスプレイ上の出力を変更するために回転させられてもよい。別の実施形態では、リューズは内側へ押されるか、又は外側へ引かれてもよい。
【０１５２】
動作１３４０において、コード化パターンの新たに曝露された部分からの光がフォトダイオードのアレイによって受光される。新たに反射された光が受光されると、フォトダイオードアレイは、反射光の強度に基づく電流を出力してもよい。新たに曝露されたコード化パターンからの反射光が受光されると、フォトダイオードアレイの出力用いて、スピンドルの運動の方向を決定してもよい。いくつかの実施形態では、スピンドルの運動の速さが同様に決定されてもよい。
【０１５３】
いくつかの実施形態では、動作１３５０は、動作１３２０からのフォトダイオードアレイの出力を動作１３４０からのフォトダイオードアレイの出力と比較することを含む。例えば、フォトダイオードアレイの１つ又はそれ以上のフォトダイオードによって第１の時間に受光された光強度が、１つ又はそれ以上のフォトダイオードによって第２の時間に受光された光強度に対して比較されてもよい。一部の場合には、複数の時間インターバルがサンプリングされ、電流又はその他の測定値の変化の位相が、スピンドルの回転方向を決定するために用いられてもよい。以上の実施例は、２つの時間サンプルが、スピンドルの運動を決定するために用いられることを指定しているが、動作１３５０は、エンコーダのスピンドルの指向性運動を決定するために、順次的又は別様の、任意の数のサンプルを用い得る。
【０１５４】
更に、動作１３５０は、スピンドルの回転の速さを決定するために用いられてもよい。例えば、フォトダイオードアレイが、電流の検出された変化を出力する際に、変化の速さが同様に監視されてもよい。次に、速さの変化を用いて、スピンドルの運動の全体的な速さを決定してもよい。
【０１５５】
動作１３６０において、スピンドルの運動の決定された方向に基づいて出力を生成する。例えば、電子デバイスのリューズが回転させられるか、又は別の仕方で動かされるのに従い、電子デバイスのディスプレイの１つ又はそれ以上のアイコン又は画像がそれに応じて更新される必要があってもよい。例えば、電子デバイスのディスプレイが計時アプリケーションを表示している場合には、電子デバイスのリューズをどちらかの方向に回転させ、計時アプリケーションによって表示されている針の位置を変更又は調整してもよい。具体的には、計時アプリケーションによって表示されている針は、上述されたものなどのスピンドルの決定された運動及び速さによって指示された方向及び速さで動いてもよい。
【０１５６】
諸実施形態は以上において電子デバイスのスピンドルの回転運動及び並進運動に関して説明されたが、本開示の諸実施形態はそのように限定されない。例えば、図１Ａに関して示されている電子デバイスのリューズはキーボードのためのキーキャップによって置換することができるであろう。それゆえ、キーボードの各キーが並進運動又はその他の種類の運動のために光学的にコード化されてもよい。他の実施形態では、本明細書において開示されている光学エンコーダは、スライドスイッチ上のボタン、及び同様のものとともに用いることができるであろう。
【０１５７】
本発明の開示の実施形態は、ブロック図及び方法の動作例などに参照符号をつけて上記に記述される。記述された動作は、図面のいずれかに示すように順不同で生じてもよい。更に、１つ以上の動作は、削除されるか又は実質的に同時に実行されてもよい。例えば、連続して示された２つのブロックは実質的に同時に実行されてもよい。更に、ブロックは逆順に実行されてもよい。
【０１５８】
本開示において提供されている１つ又はそれ以上の実施形態の説明及び例示は、クレームされている本開示の範囲を限定又は制約することを意図されていない。本開示において提供されている実施形態、実施例、及び詳細は、占有を伝達し、他者が、クレームされている実施形態の最良の形態を作製して用いることを可能にするために十分であると考えられる。追加的に、クレームされている実施形態は、上記において提供されたいずれの実施形態、実施例、又は詳細によっても限定されると解釈されるべきではない。組み合わせて示され、説明されているのか、それとも別々に示され、説明されているのかどうかにかかわらず、構造的特徴及び方法論的特徴を含む、様々な特徴は、特徴の特定のセットを有する実施形態を作成するために選択的に含まれるか、又は省略されることが意図されている。本出願の説明及び例示を提供されたことによって、本技術分野の当業者は、クレームされた実施形態の広い範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された実施形態のより広い態様の趣旨に含まれる変形、変更、及び代替実施形態を想定することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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