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光学编码器及其运作方法

阅读：1031发布：2020-07-14

IPRDB可以提供光学编码器及其运作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明关于一种光学编码器，该光学编码器可通过识别特征来提供精准的编码参考数据，其无须在工作表面上提供高密度的特殊图案，也无须提供具有特殊标记的参考物体。通过检测工作表面的表面特征能够精准地生成编码参考数据。，下面是光学编码器及其运作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种光学编码器，所述光学编码器包含：

发光单元，用以将光线发射至传感表面；

光传感单元，用以传感自所述传感表面反射的光线以产生传感信号；以及处理单元，用以在存录模式中根据所述传感信号储存对应于至少一个参考位置的参考数据，在对比模式中根据所述传感信号产生待对比图像数据并对比所述待对比图像数据与所述参考数据以决定当前位置。

2.根据权利要求1所述的光学编码器，其中所述存录模式中所述处理单元用以将重复检测到的出发位置间的操作范围区分为所述至少一个参考位置，其中所述出发位置为所述光传感单元传感第一个参考数据相对应的位置。

3.根据权利要求1所述的光学编码器，其中所述处理单元中储存有对应于多个参考位置的多个参考数据，所述对比模式中，当所述处理单元判断存在前一次对比结果时，将所述待对比图像数据与所述前一次对比结果的预设范围内的参考数据进行对比；以及当所述处理单元判断不存在前一次对比结果时，将所述待对比图像数据与所有所述参考数据进行对比。

4.根据权利要求1所述的光学编码器，其中所述对比模式中所述处理单元还用以判断是否需要更新参考数据。

5.根据权利要求4所述的光学编码器，其中当对应于所述当前位置的所述待对比图像数据与所述参考数据的差异值超过识别阈值或对应于所述当前位置以外的部分的所述待对比图像数据与所述参考数据的差异值小于更新阈值时，所述处理单元更新至少一部份所述参考数据。

6.根据权利要求4所述的光学编码器，其中所述处理单元中储存有对应于多个参考位置的多个参考数据，当所述处理单元判断存在前一次对比结果时，将所述待对比图像数据与所述前一次对比结果的预设范围内的参考数据进行对比；以及当所述处理单元判断不存在前一次对比结果时，将所述待对比图像数据与所有所述参考数据进行对比。

7.根据权利要求1所述的光学编码器，其中所述对比模式中所述处理单元还用以计算所述待对比图像数据与所述参考数据的位置差并借此校正累积误差。

8.根据权利要求1所述的光学编码器，其中所述对比模式中所述处理单元用以对比所述待对比图像数据与所述参考数据的灰阶差值或平均灰阶值。

9.根据权利要求1所述的光学编码器，其中所述对比模式中所述处理单元还用以将所述待对比图像数据与所述参考数据的差异值超过识别阈值的位置识别为未识别位置。

10.一种光学编码器的运作方法，所述光学编码器包含用以传感自传感表面反射的光线以产生传感信号的光学传感器以及用以处理所述传感信号的处理单元，所述运作方法包含：进入存录模式，所述存录模式中所述处理单元根据所述传感信号储存对应于至少一个参考位置的参考数据；以及进入对比模式，所述对比模式中所述处理单元根据所述传感信号产生待对比图像数据并对比所述待对比图像数据与所述参考数据以决定当前位置。

11.根据权利要求10所述的运作方法，其中所述存录模式还包含：环绕所述传感表面转动以获取所述传感表面的图像并计算出移动向量或移动距离；以及根据所述移动向量或所述移动距离将所述传感表面区分为多个参考位置。

12.根据权利要求11所述的运作方法，其中所述对比模式还包含：环绕所述传感表面转动以获取所述传感表面的图像并产生所述待对比图像数据；

将所述待对比图像数据与所述参考数据进行对比并求得最佳对比结果以作为所述当前位置；以及根据所述最佳对比结果输出控制信号。

13.根据权利要求12所述的运作方法，其中所述对比模式还包含：当判断存在前一次对比结果时，将所述待对比图像数据与所述前一次对比结果的预设范围内的参考数据进行对比；以及当判断不存在前一次对比结果时，将所述待对比图像数据与所有所述参考数据进行对比。

14.根据权利要求12所述的运作方法，其中所述对比模式还包含：当对应于所述当前位置的所述待对比图像数据与所述参考数据的差异值超过识别阈值或对应于所述当前位置以外的部分的所述待对比图像数据与所述参考数据的差异值小于更新阈值时，更新至少一部份所述参考数据。

15.根据权利要求14所述的运作方法，其中所述对比模式还包含：当判断存在前一次对比结果时，将所述待对比图像数据与所述前一次对比结果的预设范围内的参考数据进行对比；及当判断不存在前一次对比结果时，将所述待对比图像数据与所有所述参考数据进行对比。

16.根据权利要求10所述的运作方法，其中所述对比模式还包含：计算所述待对比图像数据与所述参考数据的位置差并借此校正累积误差。

17.根据权利要求10所述的运作方法，其中所述对比模式还包含：将所述待对比图像数据与所述参考数据的差异值超过识别阈值的位置识别为未识别位置。

18.一种光学编码器，该光学编码器包含：

发光单元，用以将光线发射至传感表面；

光传感单元，用以传感自所述传感表面反射的光线以产生图像；以及处理单元，用以在存录模式中根据所述图像判断重复传感到的出发位置以决定操作范围并储存所述操作范围内对应于原点位置及至少一个参考位置的参考数据。

19.根据权利要求18所述的光学编码器，其中所述处理单元还在对比模式中根据所述图像产生待对比图像数据并对比所述待对比图像数据与所述参考数据以决定当前位置。

20.根据权利要求18所述的光学编码器，其中所述处理单元利用移动向量、移动距离、旋转角度或旋转时间区分所述操作范围的所述原点位置及所述至少一个参考位置。

说明书全文

光学编码器及其运作方法

技术领域

[0001] 本发明关于一种光学编码器及其运作方法，其可通过识别特征来提供精准的编码参考数据，其无须在工作表面上提供高密度的特殊图案，或具有特殊标记的参考物体，通过检测表面的特征能够精准地生成编码参考数据。

背景技术

[0002] 已知技术中，用以作为光学编码的技术手段，通常需要将工作表面处理成具有一定密度以上的标记供光线反射或穿透，又或者是需要将光源以特定方式排列并且控制其发光顺序，以进行编码。例如美国专利号码US8598509，其披露了多个光源以特定顺序发光，并佐以具有预先设计纹路空隙的编码工作面，使光线能以预定的方式穿过纹路空隙而被光传感器所检测，再借此检测结果产生编码参考数据，例如系统内某元件的位置数据、移动速度数据等。

[0003] 但此类先前技术需要先对工作表面进行特殊处理，限制了此类技术的应用领域；同时为了达成高精确度的检测结果，对工作面的处理变得复杂，也提高了应用此类技术的困难度。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种光学编码器，其具有发光单元、光传感单元、存储单元、处理单元。其中所述发光单元可将光线发射至需要识别的传感表面，而光传感单元则可以传感自所述表面所反射回来的光线而产生传感信号，所述处理单元则根据所述传感信号产生画面处理结果，储存在存储单元中，以作为后续编码的依据，其画面处理的方法包含但不限于数位滤波、图像强化、边缘获取、量化或二值化等一种或多种方法的组合处理。其中所述光学编码器可与所述表面发生相对运动，且所述光传感单元，搭配所述发光单元，可以高画面更新率(frame rate)产生传感信号。当画面更新率越高时，本发明能以更高的相对速度进行检测。

[0005] 本发明还提供一种光学编码器，包含发光单元、光传感单元以及处理单元。所述发光单元用以将光线发射至传感表面。所述光传感单元用以传感反射自所述传感表面的光线以产生传感信号。所述处理单元用以在存录模式中根据所述传感信号储存对应于至少一个参考位置的参考数据，在对比模式中根据所述传感信号产生待对比图像数据并对比所述待对比图像数据与所述参考数据以决定当前位置。

[0006] 本发明还提供一种光学编码器的运作方法。所述光学编码器包含用以传感反射自传感表面的光线以产生传感信号的光学传感器以及用以处理所述传感信号的处理单元。所述运作方法包含：进入存录模式，所述存录模式中所述处理单元根据所述传感信号储存对应于至少一个参考位置的参考数据；以及进入对比模式，所述对比模式中所述处理单元根据所述传感信号产生待对比图像数据并对比所述待对比图像数据与所述参考数据以决定当前位置。

[0007] 本发明还提供一种光学编码器，包含发光单元、光传感单元及处理单元。所述发光单元用以将光线发射至传感表面。所述光传感单元用以传感反射自所述传感表面的光线以产生图像。所述处理单元用以在存录模式中根据所述图像判断重复传感到的出发位置以决定操作范围并储存所述操作范围内对应于原点位置及至少一个参考位置的参考数据。

[0008] 一实施例中，所述处理单元可利用移动向量、移动距离、旋转角度或旋转时间区分所述操作范围的原点位置及至少一个参考位置。

[0009] 一实施例中，所述处理单元可计算所述待对比图像数据与所述参考数据的位置差并借此校正累积误差。

[0010] 一实施例中，所述处理单元可将所述待对比图像数据与所述参考数据的差异值超过识别阈值的位置识别为未识别位置。

[0011] 为达前述目的，本发明会纪录至少一帧具有特征的图像在存储单元，以供后续编码时的参考依据，特别是用于位置校正功能时，能准确地设定原点位置或者使用者可以依照需求任意设定参考点位置。所述具有特征的图像，可借此在传感表面标上标记以供传感单元检测，或者借此传感单元检测表面特征来产生。

[0012] 本发明的光学编码器能够储存至少一帧具有特征的图像或处理后图像，所述图像可代表特定位置，如此一来，当光学编码器再次拍摄到所述图像时，便能通过演算法，回报两次图像之间的位置差异，以供包含光学编码器的系统使用。系统可借此对其硬体所在的位置进行微调校准，以维持良好的精确度。

[0013] 当传感表面利用标记以供传感单元检测时，所述标记所包含的特征，其尺寸与特征所在位置，需要配合光学编码器的传感单元尺寸、解析度以及光学编码器所设置的位置而设置。概言之，传感单元的尺寸需要能涵盖标记的特征反射光线后所形成的画面，且传感单元的解析度需要能分辨画面中的特征。

附图说明

[0014] 图1描绘本发明的一实施例；

[0015] 图1a描绘图1的光传感单元所获取的图像的示意图。

[0016] 图2a-2e描绘本发明的流程图；

[0017] 图3a和3b描绘本发明应用在不具有标记的传感面以及具有少量标记的传感面的上视示意图；

[0018] 图4描绘本发明的另一实施例；

[0019] 图5描绘本发明应用在不具有标记的传感面时的输出信号波形图；

[0020] 图6描绘本发明应用在具有标记的传感面时的输出信号波形图。

[0021] 附图标记说明

[0022] 100,300 光学编码器

[0023] 101 发光单元

[0024] 103 光传感单元

[0025] 105 处理单元

[0026] 107 传感表面

[0027] 109 存储单元

[0028] 302a,302b 传感面

[0029] 304a,304b,304c 标记

[0030] TH1 识别阈值

[0031] TH2 更新阈值

[0032] F 图像

具体实施方式

[0033] 以下说明内容包含本发明的几个实施例，包含使用者操作的示意图，以便理解本发明如何应用在实际操作状况。须注意的是，在以下图式中，与本发明技术无关的部份已省略，同时为突显元件之间的关系，图式里各元件之间的比例与真实的元件之间的比例并不一定相同。

[0034] 图1绘示本发明的一实施例。光学编码器100具有发光单元101、光传感单元103以及处理单元105。发光单元101用以将光线发射至传感表面107上，而光传感单元103则可传感自传感表面107反射回来的光线而产生传感信号。处理单元105可处理传感信号产生画面识别结果，所述些画面处理结果可以储存在例如处理单元105内建的记忆体，或者是通过传输介面储存在光学编码器以外的硬体，以供后续控制、对比时存取使用。

[0035] 请参照的图1a，其显示光传感单元103所获取的图像F的示意图，其包含9个像素P1-P9，但所述像素数目仅用以说明，并非用以限定本发明。一实施例中，处理单元105可根据图像F计算相邻像素的灰阶差值。例如，处理单元105将图像F中每一像素灰阶值与所有与其相邻像素灰阶值的差值与差值阈值相比，当所述差值超过(大于等于)所述差值阈值时计数值加1而当所述差值小于所述差值阈值时计数值加0或维持所述计数值，例如计算像素P2、P4、P5分别与像素P1的灰阶差值并与差值阈值相比较、计算像素P1、P3-P6分别与像素P2的灰阶差值并与差值阈值相比较、依此类推。借此，处理单元105可求得对应于每一像素P1-P9的计数值并以数位方式进行储存。另一实施例中，处理单元105可计算两群像素间的灰阶差值，例如像素P1与像素P9的灰阶值加总、像素P3与像素P7的灰阶值加总，并当这两群灰阶差值的加总值差值超过差值阈值表示为0而当灰阶差值小于所述差值阈值表示为1并将其进行储存。其他实施例中，也可储存每一像素灰阶值与所有与其相邻像素灰阶值的平均灰阶值并以数位方式进行储存等等。上述所储存的数据均用以供后续控制、对比时存取使用的参考数据。可以了解的是，所储存的一张图像的参考数据并不限于本发明说明中所记载的数据，只要能突显出图像特征即可。

[0036] 值得注意的是，因应光学机构设计，光传感单元103与发光单元101可以多种方式摆设，例如二者可以对称反射面法线方式摆设，使光传感单元103可以对称角度接受来自发光单元101的反射光线(例如称作亮场配置)；或者光传感单元103可以摆设在发光单元101照射的传感表面107上方，以接收传感表面107散射的光线(例如称作暗场配置)。而光学编码器100可与传感表面107发生相对运动。传感表面107可应用于多种技术领域，例如但不限于旋钮控制，包含音量旋钮、温湿度旋钮等各式仪器旋钮，或者是线性控制，包含印表机喷头位置控制、影音读取头位置控制、后照镜旋钮控制、椅背角度控制等应用。这些应用领域的特征为需要准确定义原点位置或者多个参考点位置。光学编码器100中，对应于所述原点位置及每一参考点位置均储存有图像的处理结果，以作为所述位置的参考数据。

[0037] 图2a,2b,2c,2d和2e绘示应用本发明时的运作方法的流程图。图2a代表应用本发明时，须先使光学编码器进入存录模式(registration mode)212，而后才能进入对比模式(comparison mode)214。当光学编码器处于存录模式212时，其会存录至少一个传感信号，以完成画面识别并作为参考数据，例如处理单元105根据传感信号储存对应于至少一个参考位置的参考数据；当光学编码器处于对比模式214时，其会对比画面识别结果与所述参考数据，以判断光学编码器是否位于参考数据所对应的位置，例如上述原点位置或者多个参考点位置其中之一，例如处理单元105根据传感信号产生待对比图像数据并对比待对比图像数据与参考数据以决定当前位置。

[0038] 以下以光学编码器100与传感表面107间产生圆形相对运动为例进行说明；而光学编码器100与传感表面107间产生线形相对运动的实施方式类似，例如可以线形区域的一端或中央为原点。

[0039] 图2b进一步解释一种存录模式的实施方式，以光学编码器100环绕传感表面107转动的实施方式为例。当光学编码器100处于存录模式时，其在步骤222中会先环绕传感表面107转动以获取传感表面107的图像并计算出移动向量或移动距离，直到其又回到出发位置为止，例如处理单元105计算出发位置的参考数据与后续每一图像的参考数据的差值，所述差值最小时所对应的图像再度出现即表示又回到出发位置，并将重复传感到所述出发位置间的范围视作操作范围，其中所述出发位置为所述光传感单元103传感第一个参考数据相对应的位置。接着在步骤224中，光学编码器会继续转动，以根据移动向量或移动距离，将传感表面区(例如所述操作范围)区分为多个参考位置(包括原点位置及至少一个参考点位置)，并在预定的位置存录传感信号作为参考数据。例如可依照旋转一圈时的移动向量或移动距离，将传感表面107平均区分为多个位置，接着在光学编码器经过每个位置时存录传感信号，便可作为每个参考位置的参考数据。进一步而言，图2b中，先利用重复识别到相同的出发位置来决定操作范围，接着利用移动向量或移动距离来对所述操作范围进行均等或非均等划分。

[0040] 利用移动向量或移动距离作为划分基准的目的在于，在建立原点位置或者多个参考点位置的参考数据的过程中，光学编码器100与传感表面107的相对运动可能并非等速运动，为了能够均匀划分传感表面107上的操作范围，因此可利用移动向量或移动距离作为划分依据。另一实施例中，当光学编码器100与传感表面107的相对运动为等速运动时(例如利用电子自动控制)，则还可利用旋转一圈时的转动时间或转动角度来均等或非均等划分传感表面107。换句话说，图2b用以利用移动向量、移动距离、旋转角度或旋转时间将操作范围进行划分，并对应于每一参考位置储存相对应的参考数据。存录模式可在光学编码器100出厂前、由使用者自行选择或由系统自行判断需要更新参考数据时执行，以储存对应于所述原点位置及每一参考点位置的参考数据。

[0041] 图2c进一步解释一种对比模式的实施方式，请一并参考图2b的步骤。在图2b的步骤224中，光学编码器已产生多个位置(包括原点位置及参考点位置)的参考数据。而当光学编码器100处于对比模式时，其环绕传感表面107转动，在步骤232中，光学编码器100会在转动时获取传感表面107的图像，并完成画面处理，例如以图像滤波方式以及量化方式完成画面处理，以获得待对比图像数据，可以了解的是，形成待对比图像数据的处理较佳相同在形成参考数据的处理，例如前述的计算像素灰阶差值或平均值等，以利在后续进行对比。接着在步骤234中，光学编码器100会将待对比图像数据与所述参考数据进行对比，并获得最佳对比结果。举例而言，可以将对比结果与至少一个阈值进行比较，并获得数值化的对比结果，将其中超过或低在所述阈值最高或最低的对比结果视为最佳对比结果以作为当前位置；例如一实施例中，可将待对比图像数据与多个参考数据分别计算差值，并判断待对比图像数据与所述参考数据的差值是否小于阈值；其中，例如可计算待对比图像数据与所述参考数据的灰阶差值或平均灰阶值的差值。最后在步骤236中，根据所述最佳对比结果，判断光学编码器100在参考数据所对应的当前位置并输出信号。在其他实施例当中，对比结果也可通过其他方式产生，例如光学编码器可将第一个对比出显示为正确的参考数据判定为最佳对比结果。而前述阈值也可为预设阈值，或者随着系统运作而进行动态(adaptive)调整。

[0042] 图2d进一步解释一种省电的对比模式的实施方式，根据前一次的对比结果，缩小对比的参考数据范围，以达到省电的功效。在步骤242中，利用光学编码器100拍摄传感表面107的图像，并完成画面处理以产生待对比图像数据。在步骤243中，光学编码器100首先判断是否有前一次对比结果作为后续对比的依据。若已存在前一次对比结果，则在前一次对比结果所代表的参考数据范围内，获取一段预设范围内的参考数据；并在步骤244中将待对比图像数据与前一次对比结果的所述预设范围内的参考数据进行对比，并将对比结果与至少一个阈值进行比较，例如若前一次对比结果为某一角度，则仅对比所述角度附近预设角度范围内的部分参考数据。这个方法可以将对比的范围局限在前一次对比结果的附近范围，而无须与所有的参考数据进行对比，可以减低运算量，同时达到省电与节省对比时间的效益。前述的预设范围可以视系统需求进行调整，若要快速获得对比结果，可以缩小预设范围，反之亦然。而后在步骤248中，根据对比结果输出信号。若不存在前一次对比结果，则在步骤246中将待对比图像数据与所有的所述参考数据进行对比，并将对比结果与至少一个阈值进行比较并获得最佳对比结果，类似图2c所披露的步骤234。

[0043] 图2e进一步解释一种抗沾污和提高稳定性的对比模式的实施方式，根据前一次的对比结果，来决定是否更新至少一部分的参考数据范围，以达到抗沾污和提高稳定性的功效。在持续使用一段时间之后，硬体可能发生损伤，而传感表面107也可能有沾污，因此会形成对光学编码器获取图像的干扰，可通过更新参考数据的手段来达到抗沾污与提高稳定性的效果。当沾污形成在传感表面107时，可将沾污视为传感表面107特征的一部分，随位置不同而有所差异，而当沾污形成在光学编码器100上时，会成为一种固定的干扰，而对每一图像都发生影响。前述两种干扰都可以借此更新参考数据范围来消除。在步骤252中，利用光学编码器100拍摄传感表面107的图像，并完成画面处理以产生待对比图像数据。在步骤261中，光学编码器100首先判断是否需要更新参考数据(举例说明于后)。若需要更新参考数据，则在步骤262中更新至少部份参考数据的后，继续执行步骤252。若无须更新参考数据，则在步骤253中，光学编码器首先判断是否有前一次对比结果作为后续对比的依据。若已存在前一次对比结果，则在前一次对比结果所代表的参考数据范围内，获取一段预设范围内的参考数据；并在步骤254中将待对比图像数据与前一次对比结果的所述预设范围内的参考数据进行对比，并将对比结果与至少一阈值进行比较。而后在步骤258中，根据对比结果输出控制信号，并决定是否更新部份参考数据，而后可继续执行步骤252。若不存在前一次对比结果，则在步骤256中将待对比图像数据与所有的所述参考数据进行对比，并将对比结果与至少一阈值进行比较并获得最佳对比结果，类似图2c所披露的步骤
234。

[0044] 一实施例中，当对比结果均无法满足阈值所限制的条件时，例如待对比图像数据与所述参考数据的差值始终大于或小于阈值，可能表示所获取图像中的固定噪声量已经足以影响判定结果，故可视为需要更新至少部分参考数据的一种条件。

[0045] 请一并参考图3a与图3b，其中图3a为本发明应用在不具有标记的传感面302a的上视示意图，图3b为本发明应用在具有标记的传感面302b的上视示意图。在图3a当中，光学编码器应用于旋钮控制，光学编码器300相对于传感面302a而言会进行相对转动，例如可将光学编码器300或传感面302a两个元件其中之一与旋钮的转动机构结合，而另外一个元件则相对保持不动；如此一来，当旋钮旋转时，两个元件之间便会产生相对转动。

[0046] 如图3a所示，光学编码器300直接检测传感面302a上的表面特征而产生画面识别结果。一般而言，各种素材所形成的表面多少都会带有高低起伏等不同的纹路，因此，当光学编码器300发射光线到传感面302a上的时候，传感面302a所造成的反射光将会依照素材表面的特征产生明暗不一的纹理。这些纹理随着位置改变而有所不同，一般而言，纹理并不会重复出现，因此传感面302a的不同位置，可检测到不同的纹理，为了避免相近纹理的表面传感图像产生误判，也可在存录模式中进行检测和筛选。在存录模式中，当光学编码器300位于旋钮定义的原点(例如此时标示为0度)或者特定位置(例如此时标示为45度、90度、135度、180度、225度、270度或315度)时，可纪录下此时的画面处理结果当作对比参考值(即上述参考数据)，以作为后续光学编码器300再次扫掠过所述位置时的对比依据。可以了解的是，此时特定位置可利用上述的移动向量、移动位置、转动时间或转动角度界定。

[0047] 图3b与图3a的不同之处，在于图3b中的传感面302b具有简单标记，如传感面302b上具有标记304a，代表旋钮的特定位置或角度，例如原点。在存录模式中，当光学编码器300第一次传感到自标记304a反射的光线而产生传感信号时，可将画面处理结果储存为参考数据。而后在对比模式中，每当光学编码器300扫掠过标记304a时，其光传感单元103会传感自标记304a反射的光线而产生传感信号，而后处理单元105可根据传感信号产生画面处理结果，因为画面处理结果包含标记304a的特征，光学编码器300便可将此画面处理结果输出，在与参考数据对比后，可应用在判断旋钮已转至原点位置。

[0048] 类似地，传感面302b上还可标示多个标记，例如标记304b,304c,等等，分别代表旋钮的不同位置或角度。在对比模式中，当光学编码器300扫掠过这些标记时，处理单元105所产生的画面识别结果便可包含各所述标记的特征，可藉此判断旋钮当前所处的位置或角度。这些位置或角度便可用在不同的控制，例如不同的位置代表不同的音量，不同的调整幅度等等。可以了解的是，图3a及3b中的参考位置的数目及位置可根据所需要的角度解析度来决定，并不限于本发明说明所揭示的数目及位置。

[0049] 图4绘示本发明另一实施例，其与图1的实施例不同处，在于本实施例还包含存储单元109，用以纪录至少一个画面处理结果(也即参考数据)，以作为后续编码的依据。

[0050] 图5绘示本发明应用在不具有标记的传感面(例如302a)时的信号对比结果波形图，请一并参考图3a。图5的横轴可代表旋钮旋转的角度，纵轴代表光学编码器300产生的画面识别结果，此结果可以各种参数的数值来表示，例如待对比图像数据与参考数据的差异值总和(sum of absolute difference,SAD)，当差异值总和越大，代表光学编码器300所检测到的当下画面识别结果与对比参考值的差异大，也即光学编码器300并未位于所要判断的特定位置。在图5所绘示的例子当中，传感面上角度20度的位置假设为需要利用光学编码器300进行对齐的特定位置，光学编码器300在传感面上代表旋钮旋转至20度的位置拍摄画面(图像)，并将其画面识别结果纪录起来作为对比参考值，也即执行存录模式。而后续对比模式中，当光学编码器300再次扫掠过20度的位置时，可见到纵轴的差异值均显著地降低，这代表光学编码器300所检测到的当下画面识别结果，与对比参考值几乎没有差异，也即光学编码器300又再次相对位移到20度的位置。类似的作法可适用在获取多个对比参考值的应用。一实施例中，可将差异值总和与识别阈值TH1进行比较，当差异值总和小于所述识别阈值TH1时，则可判定旋转角度位于20度。此外，本实施例中光学编码器
300中并未储存有对应于其他角度的参考数据，当位于其他角度时，由于差异值总和均大于所述识别阈值TH1，因此光学编码器300可将待对比图像数据与参考数据的差异值超过所述识别阈值TH1的角度均定义为未识别角度或位置，而对应于所述未识别角度或位置则不产生任何相应控制信号。

[0051] 此外，如前所述，当光学编码器300在所有角度相对应的差异值总和均大于所述识别阈值TH1时，也即对应于所述当前位置的待对比图像数据与参考数据的差异值也超过所述识别阈值TH1，则表示可能需要更新至少一部份参考数据(如图2e所示)，此时光学编码器300则可更新已储存的参考数据。另一实施例中，当固定噪声增加时，大部分角度相对应的差异值总和可能会下降，因此更新条件也可设定为当一部分角度相对应的差异值总和小于更新阈值TH2时，也即所述当前位置以外的部分待对比图像数据与参考数据的差异值小于所述更新阈值TH2，光学编码器300则可更新已储存的至少一部份参考数据；其中，小于所述更新阈值TH2的差异值的角度或位置数量则可根据系统的忍受度决定。

[0052] 此外，当光学编码器300每次仅能以固定角度步阶(angle step)旋转时，朝向同一旋转方向持续操作时可能会产生误差累积，例如图5显示持续操作下角度20度时的差异值总和逐渐变大，因此对比模式中处理单元105较佳还计算待对比图像数据与参考数据的位置差并借此校正累积误差。例如，可计算最佳待对比图像(例如20度时)与参考数据的位置差，并记录持续操作下所述位置差的累进位置差，而当所述累进位置差超过所述固定角度步阶时，可针对光学编码器进行一个步阶的修正。

[0053] 图6绘示本发明应用在具有标记的传感面时(例如302b)的信号检测结果波形图，请一并参考图3b，图6的横轴可代表旋钮旋转的角度，纵轴代表光学编码器300产生的画面处理结果。在应用于具有标记的传感面(例如302b)时，画面处理结果可以各种参数的数值来表示，如平均亮度值，搭配标记的材质特性，可将标记设置为具有特定的反射亮度数值，当平均亮度值越小或越大(例如图6显示为越小)，代表光学编码器300所检测到的当下画面识别出具有标记，也即光学编码器300位于所要判断的特定位置。同理，图6也可预先设定识别阈值TH1和/或更新阈值TH2，也作为识别位置(角度)及更新参考数据的基准。

[0054] 在应用本发明时，光学编码器更可包含存储单元，用以储存画面数据和/或画面处理结果以及各特定位置的相关信息。另外，光学编码器也可包含有线或者无线的通讯界面，以便与其他硬体传输相关信息，例如接受主机的控制信号而启动，或者将对比结果传送给其他硬体。例如，参考数据可储存在光学编码器内或外部主机中。当参考数据储存在光学编码器内时，光学编码器直接判定位置或角度并输出控制信号至受控装置或主机。当参考数据储存在光学编码器外部主机时，光学编码器可仅输出编码数据(即待对比图像数据)至主机，而由主机进行位置或角度判定。

[0055] 为了能够应用在本发明与传感面的相对运动速度较快的场合，较佳者，本发明的画面更新率可达每秒1000帧以上。同时本发明也可随传感面的材质不同，设定不同的发光功率或者发光频率，或者是根据光传感单元所传感到的画面亮暗参数，适应性地调整发光功率或者发光频率。

[0056] 在应用本发明时，所述光传感单元可为多个传感像素所组成的光传感阵列，例如边长为30个像素所组成的方形的光传感阵列，或者具有不同边长的矩形的光传感阵列等。而光传感阵列的实际尺寸，则由像素的数量以及每个像素的实际尺寸决定，可随系统对在解析度的要求而调整。

[0057] 在其他的实施例当中，光传感阵列也可随着系统的需求启用或者关闭部分传感像素，例如在边长为36个像素所组成的光传感阵列中，可以使用全部的传感像素，也可以开启其中部份的传感像素，例如只开启边长为18个像素所组成的子阵列，或者每间隔至少一个传感像素才开启一个传感像素。如此一来，虽然光传感阵列的可传感范围缩小，或者传感解析度降低，却能达成省电的效果。

[0058] 必须说明的是，虽然上述实施例中以反射式光学编码器为例进行说明，也即发光单元与光传感单元位于传感表面的同一侧。其他实施例中，当传感表面为透光或半透光材质时，也可实施为穿透式光学编码器，也即发光单元与光传感单元位于传感表面的不同侧，除了发光单元与光传感单元的设置不同外，其运作方式与上述各实施例相同，故在此不再赘述。

[0059] 虽然本发明已通过前述实施例披露，但是其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。

标题	发布/更新时间	阅读量
光学编码器-专利编号CN102207396B	2020-05-12	220
光学编码器-专利编号CN104748774B	2020-05-11	216
光学编码器-专利编号CN104596555A	2020-05-12	586
光学编码器-专利编号CN108007482A	2020-05-11	452
光学编码器-专利编号CN102589589B	2020-05-12	424
光学编码器-专利编号CN102589589A	2020-05-13	591
光学编码器-专利编号CN102288202A	2020-05-13	588
光学编码器-专利编号CN106248124A	2020-05-11	616
光学编码器-专利编号CN105987714A	2020-05-11	797
光学编码器-专利编号CN102209882A	2020-05-13	160

光学编码器及其运作方法

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