光学编码器及其运作方法技术

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
光学编码器及其运作方法
本专利技术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。
技术介绍
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。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。
技术实现思路
本专利技术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(framerate)产生传感信号。当画面更新率越高时，本专利技术能以更高的相对速度进行检测。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。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。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。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。为达前述目的，本专利技术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。本专利技术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。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。附图说明图1描绘本专利技术的一实施例；图1a描绘图1的光传感单元所获取的图像的示意图。图2a-2e描绘本专利技术的流程图；图3a和3b描绘本专利技术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；图4描绘本专利技术的另一实施例；图5描绘本专利技术应用在不具有标记的传感面时的输出信号波形图；图6描绘本专利技术应用在具有标记的传感面时的输出信号波形图。附图标记说明100,300光学编码器101发光单元103光传感单元105处理单元107传感表面109存储单元302a,302b传感面304a,304b,304c标记TH1识别阈值TH2更新阈值F图像具体实施方式以下说明内容包含本专利技术的几个实施例，包含使用者操作的示意图，以便理解本专利技术如何应用在实际操作状况。须注意的是，在以下图式中，与本专利技术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。图1绘示本专利技术的一实施例。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。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，并非用以限定本专利技术。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专利技术说明中所记载的数据，只要能突显出图像特征即可。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(例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
2014.03.03 TW 1031093501.一种光学编码器，用于与传感表面发生相对运动，所述光学编码器包含：发光单元，用以将光线发射至所述传感表面；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所述传感表面上至少一个参考位置的参考数据，以及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所述光学编码器对应所述传感表面的当前位置。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所述参考数据。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，所述光学编码器用于与传感表面发生相对运动并包含用以传感自所述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所述传感表...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗忠稳，陈信嘉，
申请(专利权)人：原相科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71