TW201300724A - 量測位置之系統與方法，以及線性編碼器 - Google Patents

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Ashok Veeraraghavan
Amit Kumar Agrawal
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Abstract

一種用以量測位置之系統，係包括：以第一解析度編碼位置之標尺樣式；用以接收代表該標尺樣式之一部份之輸入信號之感測器，該部份係對偏移了一偏移之編碼字元進行編碼；以及處理器，係比對該輸入信號及該編碼模組之示範信號，以判定該偏移，並基於該編碼字元及該偏移判定該位置。

Description

量測位置之系統與方法，以及線性編碼器
本發明係關於量測位置，尤關於量測絕對或相對位置之系統及方法。
於工業自動化中，量測位置係為一重要之任務。諸如電腦化數值控制工具機(computed numerically controlled(CNC)machines)、鑽頭(drill bits)、機器人手臂(robot arm)、雷射切割器(laser cutter)之裝置係需要精確的位置量測以用於反饋控制(feedback control)。期望以高取樣率(sampling rate)進行位置量測以致於能夠進行反饋控制。
舉例言之，光學編碼器(optical encoder)係用以量測絕對或相對位置。典型而言，具有規律性間隔標記之標尺(scale)係與感測器一起使用，以量測介於兩個標的間之相對位置。增量式線性編碼器(Incremental linear encoder)僅能量測位於該標尺上之標記內之相對位置。
相對位置編碼器(relative position encoder)係持續追蹤橫越過之標記之數量以判定相對位置。絕對位置編碼器係能判定絕對位置，而因為絕對位置編碼器(absolute position encoder)不需要記憶體及電源以儲存最後的位置，因此係適用於某些應用中。此外，絕對位置編碼器係能於啟動時提供一絕對位置，而相對位置編碼器典型而言需要去定位起始位置(start point)，其係花費時間且對某 些應用而言可能並不實用。
於一傳統的絕對編碼器，係使用標記之獨特編碼樣式以量測每一個位置。儘管此種編碼器係使用標尺，惟只有在該樣式改變時，才會判定有位置改變。於此情形中，位置估計(position estimate)之解析度係相同於該樣式之解析度。
相似地，傳統的相對線性編碼器係能藉由光學性地偵測標尺上之標記以量測線性位置，該標記係固定成平行於讀取頭(readhead)。然而，所得到之位置解析度係被該標尺上之標記之解析度限定。舉例言之，於該標尺上之標記係可能以40微米(micron)之解析度列印，但要求之精度係可能為0.5微米。
為了增進解析度，一方法係使用兩個標尺，該兩個標尺於檢測方向上對齊且具有週期之標尺樣式，其係包括，例如，白色及黑色之標記。該標尺係由一側被照亮，且一光二極體係感測到穿透該兩個標尺至另一側之光線。隨著該標尺相對彼此移動，該光二極體之信號係介於一最大及一最小之強度值(intensity value)間變化。使用一解調程序(demodulation process)以判定該信號之相(phase)，其係被轉變為相對位置。該相對位置係能以高於標尺解析度的解析度被還原。於某些設計中，標尺之一者係可被讀取頭內之光柵(grating)所取代。
然而，此種設計僅提供相對位置。為了擁有判定絕對位置之能力，某些複合式編碼器係使用額外的標尺，其更 增加了系統之成本。此種複合式編碼器係使用個別之標尺來量測增量位置與絕對位置。然而，該複合式編碼器係需要兩個讀取頭，第一讀取頭係用以讀取該增量位置，且第二讀取頭係用以讀取該絕對位置。
其它傳統之編碼器係可使用具備複數個軌道之單一標尺，或是具備複數個讀取頭之單一軌道，其係可能需要對感測之信號進行精確之光輻射度校正(radiometric calibration)。
因此，係希望使用一個標尺及一個讀取頭以及單一個位置量測裝置。亦希望使用單一裝置以讀取相對位置及絕對位置。又希望於該標尺上具備有包裝有最大之資訊密度的位置標記，例如位元(bits)或編碼字元(codeword)。
本發明之一目的係在於提供用於量測絕對及/或相對位置之系統及方法。本發明之另一目的係在於提供例如一系統及一方法，其係適合於使用具有高資訊密度(亦即，高解析度之絕對解碼)之標尺樣式。舉例言之，具備100%之資訊密度的標尺樣式係導致連續之編碼字元，亦即，該標尺樣式之每個連貫之位元序列(bit sequence)係相應於一獨特(亦即，獨一無二)之編碼字元。本發明之目的亦為提供例如一系統及一方法，其係能使用增量之標尺樣式及絕對之標尺樣式兩者。
本發明之另一目的係在於提供一系統及一方法，其係適合於使用具有單一感測器之單一讀取頭。又，本發明之 另一目的係在於提供例如一系統及一方法，其係能量測具有較標尺樣式之解析度高之解析度之位置。
本發明之某些實施例係基於一實現例，此實現例中，由一標尺樣式之一部份之輸入信號解碼之一編碼字元(codeword)，係能以第一解析度定義絕對或相對位置。然而，介於該編碼字元之輸入信號及一示範信號(model signal)間之偏移(shift)，係能以第二解析度定義相對位置，該第二解析度係較該第一解析度大。因此，具有該第二解析度之該絕對或相對位置係能基於該編碼字元及該偏移予以判定。
本發明之一實施例係揭露一種用以量測位置之系統。該系統係包括：一標尺樣式(scale pattern)，係以第一解析度對位置進行編碼；一感測器(sensor)，係用以取得代表該標尺樣式之一部分之一輸入信號，該部份係包括偏移有一偏移之一編碼字元；以及一處理器，係用以比較該輸入信號與該編碼位元之一示範信號以判定該偏移，且基於該編碼字元及該偏移判定位置。
該處理器係能組構成執行一解碼模組(decoder module)、一偏移模組(shift module)及一位置模組(position module)，且其中該解碼模組係由該輸入信號解碼該編碼字元，其中該編碼字元係以第一解析度定義一絕對位置；該偏移模組係以介於該輸入信號及一組偏移信號(shifted signals)間之相關性(correlation)為基礎判定該偏移，於該組偏移信號中之每個偏移信號係為該示範信 號之獨一無二的偏移版本，其中該偏移係以第二解析度定義一相對位置，且其中該第二解析度係較該第一解析度為細；且該位置模組係基於該絕對位置及該相對位置判定該位置，其中該位置係為具有該第二解析度之絕對位置。
該標尺樣式可由一組標記形成，該組標記係包含實質上具有相同寬度的第一標記與第二標記，其中該第一標記的顏色與該第二標記的顏色不同。感測器可包含一維感測器或二維感測器。
該標尺樣式係能被設計為，具有預定長度之標尺樣式之任何部份係為獨一無二者。舉例言之，該標尺樣式之該部份係能包括形成該編碼字元之位元，且其中該編碼字元係為獨一無二者。再者或另外，該標尺樣式係能包括位元之記號(symbol)，使得該記號係形成該編碼字元，且其中該編碼字元係為獨一無二者。同時，該編碼樣式係能包括位元之Debruijn序列(Debruijn sequence)或位元之M-序列(M-sequence)。
該系統係能更包括：設置成照亮該標尺樣式之一光源(light source)；及用以引導該輸入信號至該感應器之一透鏡(lens)。舉例言之，至少該感應器、該光源、及該透鏡係能形成一讀取頭。該讀取頭係能配置為離該標尺樣式一距離。另外，該讀取頭係能被定位為大致平行於該標尺樣式或相對於該標尺樣式具有一偏轉。
另一實施例係揭露一種用以判定位置之方法。該方法係包括：由表示一標尺樣式之一部分之一輸入信號解碼一 編碼字元；比對該輸入信號與該編碼字元之一示範信號，以判定介於該示範信號及該輸入信號間之偏移；及基於該編碼字元及該偏移判定該位置。該方法之步驟係能藉由一處理器予以完成。
該方法亦能包括：計算介於該輸入信號及一組偏移信號間之相關性(correlation)，於該組偏移信號之每個偏移信號係為該示範信號之獨一無二之偏移版本；基於該相關性之結果判定一相關性曲線(correlation curve)；及基於該相關性曲線判定該偏移。該相關性曲線係能表示介於該偏移信號之一偏移及該輸入信號間之關係。
該方法亦係能包括：對應該相關性曲線之極大值選擇該偏移。該方法之比對步驟係能更包括：計算介於該輸入信號及一組偏移信號之交互相關性(cross-correlation)以產生一組相關性評分(correlation score)；使一相關性曲線適配於該組相關性評分；且相應於該相關性曲線之極大值選擇該偏移。
該方法更可包括：相應於該組相關性評分之極大相關性評分選擇一初估偏移(preliminary shift)；藉由使用圍繞著該初估偏移之偏移使該示範信號偏移而判定一組新的偏移信號；且由介於該輸入信號及該組新的偏移信號中之每個偏移信號之交互相關性(cross-correlation)之結果，更新該組相關性評分。又，該方法係能包括：計算該輸入信號及該偏移信號間的點積(dot-products)，以判定該交互相關性。
而另一實施例係揭露一線性編碼器。該線性編碼器係能包括：用以由一輸入信號解碼一編碼字元之一解碼模組；用以判定介於該輸入信號及該編碼字元之一示範信號之偏移之一偏移模組；及基於該編碼字元及該偏移判定位置之一位置模組。該線性編碼器亦係能包括：一標尺樣式；及用以取得表示該標尺樣式之一部分之該輸入信號之一感應器。
第1圖係顯示根據本發明之某些實施例之一系統100，係用以量測位置115。於一實施例中，該系統100係具有：標尺樣式120，係包括藉由第一解析度編碼位置之標記之樣式121；以及感測器130，用以獲取代表該標尺樣式之一部份125之輸入信號205。該系統亦包括一處理器110，其係比較編碼字元之示範信號以及輸入信號，以判定介於該輸入信號及該示範信號間之偏移(shift)，並基於該編碼字元及該偏移判定該位置115。
於某些實施例中，該系統亦包括：一光源140，例如，一發光二極體(LED)，配置成照亮該標尺樣式；以及一透鏡(lens)150，係用以引導該輸入信號至該感測器。舉例言之，該發光二極體係能依據該標尺樣式之反射性質(reflectance properties)配置成以達成同軸照明(coaxial illumination)，或非同軸照明(non-coaxial illumination)。於一實施例中，該感測器係為一維(one-dimensional)者，且能包括例如線性偵測陣列(linear detector array)。舉例言之，該感測器係包括具有N像素(N pixel)之一維線性掃描式照相機(line scan camera)。於某些實施例中，N係能為2048。另外，該感測器係能為二維(two-dimensional)者。
於一實施例中，至少該感測器、該光源、及該透鏡係形成一讀取頭160。該讀取頭亦可包括該處理器110。該讀取頭160係能配置在離該標尺樣式120一距離，且配置為沿著該標尺樣式移動165。於一實施例中，該讀取頭係定位成大致平行於該標尺樣式。或者是，該讀取頭係能相對於該標尺旋轉。
於某些實施例中，該系統100係量測相對於該標尺樣式之該讀取頭之位置115，或是關於該讀取頭之一標的(未圖示)。該位置係能為絕對或相對位置。於一實施例中，於該位置115之變化係歸因於該讀取頭之移動165。
該標尺樣式係藉由包括第一標記及第二標記之一組標記予以形成，該第一標記及第二標記例如為大致相同寬度。該些標記係能為黑色或白色，能反射或不能反射，為具灰度(grayscale)者，或經著色(colored)者。
第3圖係顯示該標尺樣式120編碼一序列之位元之一實施例。該序列之位元係藉由該第一標記310及第二標記320編碼，例如，分別藉由反射或不反射之標記編碼。每個標記係為B微米330寬。於一實施例中，B係為20微米。然而，該標記之寬度係能為任意者。每個標記編碼該標尺樣式之一位元。舉例言之，可反射之標記310係編碼一q 位元，且不反射之標記320係編碼一0位元。亦能使用標記之其它性質及數值。
於一實施例中，位元之序列係定義為編碼字元之序列。該標尺樣式係能被設計為使得該標尺樣式之具有預定長度之任何部位係獨一無二者。舉例言之，該標尺樣式之部位係能包括形成該編碼字元之位元，且其中該編碼字元係為獨一無二者。再者或另外，該標尺樣式係能編碼位元之記號(symbol)，係使得該記號係形成該編碼字元，且其中該編碼字元係為獨一無二。舉例言之，該樣式係對位元之迪布恩(Debruijn)序列進行編碼，或是對位元之M序列進行編碼。
於一實施例中，該標尺樣式係為一相對標尺，亦即，該標尺樣式係以某些解析度B(例如50微米)具有交替之標記(alternating marks)。該標尺樣式為了相對標尺而編碼“101010…”，其中1係藉由例如該樣式之白色之標記予以編碼，且0係藉由例如該樣式之黑色之標記予以編碼。於其它實施例中，該編碼樣式係編碼絕對位置，亦即該編碼樣式係能被使用於以解析度B判定絕對位置。
回頭參閱第1圖，當感測器130取得表示該標尺樣式120之部份125之輸入信號205，該部份係編碼一編碼字元126。該編碼字元係用以判定“粗略(coarse)”位置，亦即具有該第一解析度之位置。典型而言，該第一解析度係相應於該標記B之寬度。舉例言之，若該標記B之寬度係為20微米，該粗略位置係能藉由20微米之解析度(亦即，準 確度)予以判定。然而，若干應用係需要取得比該第一解析度高出許多的解析度。舉例言之，解析度需求可能為0.5微米，其係比該寬度B之20微米小40倍。
然而，申請人瞭解到，該輸入信號係非必定理想地符合於該編碼字元之示範信號，亦即，介於理想信號及示範信號間係具有偏移。此外，此偏移係能被用於改善(refine)該粗略解析度，以使具有第二解析度之位置能被量測，其中該第二解析度係較該第一解析度為大。
第2圖係顯示根據本發明之某些實施例之用以量測位置之一系統之一方塊圖。該系統係包括：組構成執行一解碼模組210、一偏移模組220及一位置模組230之處理器201。該解碼模組210係解碼來自該輸入信號205之該編碼字元126。該編碼字元126係以第一解析度定義一絕對位置。該偏移模組220係基於該輸入信號205及該編碼字元126之一示範信號240間之比較來判定一偏移225。該示範信號240係基於該編碼字元126予以判定。該偏移225係以第二解析度定義一相對位置，其係典型地較該第一解析度大。
該位置模組230係基於該編碼字元126及該偏移225之基礎判定該位置115。於某些實施例中，該編碼字元係以第一解析度將該位置定義為絕對位置，且該偏移係以第二解析度將該位置定義為相對位置，以使得該編碼字元及該偏移之結合係以第二解析度將該位置定義為絕對位置。
舉例言之，於一實施例中，該標尺樣式120係包括 Debruijn序列430，如第4圖所示。該Debruijn序列係具有一特性，使得對於長度2ˆn的Debruijn序列而言，長度n之每個子窗(sub-window)425係為獨一無二。於一實施例中，該標尺樣式包含具有長度n之2ˆ(2ˆ(n-1)-n)個Debruijn序列。
舉例言之，該Debruijn序列之長度n係能藉由下述內容判定。對於具有一米之長度並具有半間距(half-pitch)之B=20微米的標尺樣式而言，需要50,000位元之序列。可使用具有16階(order)之長度216=65536的較長序列。該序列係能於前或後被切截(truncated)以獲得50,000長之位元序列。
舉例言之，於該編碼字元126例如藉由解碼模組210從該輸入信號405進行解碼(410)後，該位置模組230係搜尋(420)該Debruijn序列430以找到一匹配440。該匹配440係以該第一解析度定義絕對位置。舉例言之，一長度為2n之查找表(look-up table)435係能被用來判定於該Debruijn序列中之位置。
於某些實施例中，該感測器之一視域(field of view)係包括至少n位元。因此，例如半間距(half-pitch)之B=20微米係使用16階之Debruijn序列，該視域(field of view)於該標尺樣式中應至少為16*20=320微米。於一實施例中，為了準確性(accuracy)，該視域係設計為1-2公釐(mm)。為了對該Debruijn序列進行取樣，每個位元係映射(mapped)至該感測器之線性偵測陣列(linear detector array)之至 少二像素，此係需要少32像素，其係小於典型感測器之像素數目。於各種不同的實施例中，藉由該感測器予以取得之像素之數量K係依據該透鏡150之放大率(magnification)。
示範信號(Model Signal)
通常言之，相應於反射標記(reflecting mark)之信號部份之強度係為大，例如對於8位元之照相機而言為255灰階，且相應於不反射標記(non-reflecting mark)之信號部份之強度係為小，例如0灰階。因此，理想中，該標尺樣式之輸入信號係相應於一方波(square waveform)510，其係具為依隨於編碼字元之位元550之K像素540之高點520及K像素540之低點530，如第5圖所示，其中該強度係顯示為標記寬度之函數。
然而，多種因素係能導致輸入圖像(Input image)相較於理想字元(ideal word)產生偏差，導致產生輸入圖像505。此些因素係包括但未限制於歸因於死像素(dead pixel)之暗雜訊(dark noise)、數位轉換器(analog-to-digital converter)誤差、及傳輸之位元誤差(bit errors in transmission)、gamma及其它非線性效應；該感測器之固定樣本雜訊(fixed-pattern noise)、光學未對焦、標尺定位相對於感測器的相對角誤差、由熱導致之標尺放大(scale magnification)、及歸因於標尺樣式及感測器間之相對運動(relative motion)之動作模糊(motion blur)。
因此，本發明之某些實施例係判定(560)該輸入信號505之該示範信號510。於一實施例中，該示範信號係由自 該編碼字元解碼之該位元550予以重組，亦即，該灰階0編碼0位元，且該灰階255編碼1位元。再者或另外，該示範信號係判定為針對每個K像素540具有數值1或0之二進制波形(binary waveform)。該波形之形狀係相同於該標尺樣式之該編碼字元之經編碼之位元550。
於某些實施例中，由於熱效應(thermal effect)改變了該標尺之尺寸，該輸入信號係可能經歷某些放大率(magnification)或縮小率(demagnification)，而改變了針對每個標記之像素K的數量。一實施例係使用一線性配適方法(line fitting method)判定用於該輸入信號之每部份之像素K之數量。而若光學模糊(optical blur)之量係為已知，該輸入信號之模糊係能用以獲得更準確之信號模組。相似地，雜訊之估計值亦能用以判定該示範信號。
判定偏移
第6圖係根據本發明之某些實施例顯示一用以判定該偏移225之方法之方塊圖。該輸入信號205係與該示範信號240被比較(610)，以判定該示範信號及該輸入信號間之偏移225。於某些實施例，該比較(610)係使該示範信號關聯於該輸入信號。
第7圖係顯示藉由運算該輸入信號205及一組偏移信號740間之相關性710以判定該偏移225的方法之方塊圖，於該組偏移信號中之每個偏移信號係為該示範信號240之獨一無二之偏移版本。該相關性係能藉由將該輸入信號及該偏移信號間之點積(dot product)予以平均而判定。於一 實施例中，該組偏移信號740係包括該示範信號240。舉例言之，數位信號處理(digital signal processing；DSP)或現場可規劃邏輯閘陣列(field-programmable gate array)係能用以完成點積及相關性。
第8圖係顯示，做為標記寬度之函數的輸入信號205之強度、該示範信號240之強度、及該組偏移信號740之強度的例子。該組偏移信號740中之偏移信號數量及每個偏移信號之偏移係能為任意者。舉例而言，該數量及偏移係可依隨於所需之第二解析度。
該實施例係基於，相關值線性變化之實現例(realization)。該相關性係於偏移為零時達成極大值，且隨著偏移增加而減少。據此，一實施例係選擇(750)具有最大相關性評分(correlation score)之偏移信號的偏移做為該偏移225。
對於增量之標尺樣式而言，若該信號係標準化(normalize)為介於1及0之間，則點積於0.5及0之間變化。此係因為零之偏移會導致信號與其本身之點積，其在之後平均時係給予0.5之數值。於K像素之偏移，該點積係為零。
對於絕對標尺樣式而言，點積係於0.5及某些依據該編碼字元之非零值之間變化。因此，某些實施例係判定，相應於該相關性評分(correlation score)之最大值之分配之偏移。重要的是，並不需要相關性評分之最大值係。具體而言，一實施例係將該相關性評分715適配(fits) (720)至一相關性曲線(correlation curve)725，且選擇(730)一相應於該相關性曲線之最大值之一偏移為該偏移225。第9圖係顯示此種相關性曲線900之一例。該相關性曲線900係藉由適配該相關性值910、920、930、940、950而予以架構。關聯於該最大相關值910之位置之偏移係予以選擇。
雜訊、模糊、邊界效應(edge effect)及其它失真(distortion)存在時，該相關值係非為完美的線性，如第10圖所示。相關性曲線(correlation curve)1010之波峰係較平滑。然而，最大相關值910係不會被所產生之相關性曲線之形狀影響。此外，相關值之曲線於波峰及側邊係未維持為線性，但於中間係相對地為線性。
某些應用係需要許多相關性，而藉由以每次一小量地偏移該示範信號以判定匹配的偏移訊號而達成。另外，雜訊及模糊之存在時，除非接近波峰之樣本數係為大者，否則偵測相關性波峰係困難。期望最小化相關性之數目以減少處理時間。
第11圖係顯示根據本發明之一實施例之用以判定該偏移之一方法。該輸入信號及一組偏移信號1110間之交互相關性(cross-correlation)係經判定(1120)以產生一組相關性評分。該組偏移信號1110可能不精確，亦即分隔過寬以致難以取得該相關性曲線之相關性評分1220之一初始組，如第12圖所示。
該相關性曲線係經適配(1130)至該組相關性評分以 判定該偏移1140。如不然，則藉由使用該偏移周圍之偏移，而偏移(1150)該示範信號以更新(1160)該組偏移信號，且該組相關性評分1230係隨著該輸入信號及位於更新組之偏移信號間之每個偏移信號之交互相關性1120的結果被更新。該偏移225係能被判定為該輸入信號之一相且轉換成相對位置。
本發明之前述實施例係以多種方式之任一者實施。舉例言之，該些實施例係能使用硬體、軟體或其組合實施。當以軟體實施時，該軟體碼係能被執行於任何適合之處理器或處理器之組合，不論提供於單一電腦或分配於複數台電腦。此種處理器係能實作為積體電路，具有一個或多個處理器於一積體電路組件。此外，處理器係能使用任何適合版本之電路系統實施。
再者，較佳地，電腦係能具體化為多種式之任一者，例如機架安裝(rack-mounted)電腦、桌上型電腦、筆記型電腦、微電腦、或平板電腦。又，電腦係能具有一或多個輸入及輸出裝置。此些裝置除了其他功能外，也能被用於展現一使用者介面。能被用以提供一使用者介面的輸出裝置之例係包括印表機，或是為了視覺顯示之輸出之顯示螢幕，以及為了音訊展示之輸出之揚聲器或其它音訊產生裝置。能被用以提供一使用者介面之輸入裝置之例係包括鍵盤，以及指向裝置(pointing device)，如滑鼠、觸控板、及數位輸入板(digitizing tablet)。其它例子為，電腦能藉由語音辨識(speech recognition)或其它音訊格式接收 輸入資訊。
此種電腦係能被一個或多個網路以任何適合之形式予以連接，包括區域網路(local area network)或廣域網路(wide area network)，例如企業網路或網際網路。此種網路係能基於任何適合之技術及能根據任何適合之協定予以操作，並能包括無線網路、有線網路或光纖網路。
又，此處描述之多種方法或程序係能被編碼為軟體，其係可執行在採用各種操作系統或平台之任一者之一或多個處理器。再者，此種軟體係能使用多種適合的程式語言及/或程式或腳本工具(scripting tool)之任一者予以撰寫，且亦能被編輯為可執行之機械語言編碼或執行於韌體或虛擬機之中間代碼(intermediate code)。
於此，本發明係能被具體化為電腦可讀取儲存媒體或多電腦可讀取媒體，例如，電腦記憶體、光碟片(CD)、光學碟片、數位光碟片(DVD)、磁帶、及快閃記憶體。其它或再者，本發明係能具體化為電腦可讀取儲存媒體以外之電腦可讀取媒體，例如傳播信號。
此處使用之“程式”或“軟體”一般之含意，係用以指稱任何形式之電腦編碼或電腦可執行指令之群組，其係能用以程式化電腦或其它處理器，以執行前述本發明之多種面相。
電腦可執行指令係能為許多形式，例如程式模組，並藉由一個或多個電腦或其它裝置予以執行。通常言之，程式模組係包括常式、程式、物件、元件、及資料結構，而 用以執行特定任務或實施特定抽象化資料形式(abstract data type)。典型而言，於各種不同實施例中，程式模組之功能係能根據需求而結合或分配。
又，本發明之實施例係能具體化為方法，其例子係已被提供。實施為該方法之一部份之行為係能以任何適合之方式排列。據此，實施例係能架構成，以不同於所示者之順序來實施該等行為，其可包括同時地執行某些行為，即使在所說明之實施例中係顯示為順序行為亦然。
本發明之功效
本發明之實施例僅使用單一個標尺樣式即能夠判定物件之絕對或相對位置，且具有大於該標尺樣式之解析度之解析度。
100‧‧‧系統
110‧‧‧處理器
115‧‧‧位置
120‧‧‧標尺樣式
121‧‧‧樣式
125‧‧‧部份
126‧‧‧編碼字元
130‧‧‧感測器
140‧‧‧光源
150‧‧‧透鏡
160‧‧‧讀取頭
165‧‧‧移動
201‧‧‧處理器
205‧‧‧輸入信號
210‧‧‧解碼模組
220‧‧‧偏移模組
225‧‧‧偏移
230‧‧‧位置模組
240‧‧‧示範信號
310‧‧‧第一標記
320‧‧‧第二標記
330‧‧‧B微米
405‧‧‧輸入信號
410‧‧‧解碼
420‧‧‧搜尋
425‧‧‧子窗
430‧‧‧Debruijn序列
435‧‧‧查找表
440‧‧‧匹配
505‧‧‧輸入圖像
510‧‧‧方波、示範信號
520‧‧‧高點
530‧‧‧低點
540‧‧‧K像素
550‧‧‧位元
560‧‧‧判定
610‧‧‧比較
710、910、920、930、940、950‧‧‧相關性
715‧‧‧相關性評分
720‧‧‧適配(fits)
725、900、1010‧‧‧相關性曲線
730‧‧‧選擇
740‧‧‧偏移信號
第1圖係為根據本發明之某些實施例之用以量測位置之系統之示意圖；第2圖係為根據本發明之某些實施例之用以量測該位置之系統之一方塊圖；第3圖係為一標尺樣式之一實施例之一示意圖；第4圖係為解碼一編碼字元之一示意圖；第5圖係為判定一輸入信號之一示範信號之一示意圖；第6圖係為根據本發明之一實施例之用以判定一偏移之一方法之一方塊圖；第7圖係為根據本發明之另一實施例之用以判定一偏 移之一方法之一方塊圖；第8圖係為該輸入信號、該示範信號、及一組偏移信號之一實施例之一示意圖；第9圖係為相關性曲線之一例；第10圖係為經受雜訊之相關性曲線之一例；第11圖係為根據本發明之一實施例之用以判定該偏移之一方法之一流程圖；第12圖係為繪示第11圖之方法之某些步驟之一示意圖。
100‧‧‧系統
110‧‧‧處理器
115‧‧‧位置
120‧‧‧標尺樣式
121‧‧‧樣式
125‧‧‧部份
126‧‧‧編碼字元
130‧‧‧感測器
140‧‧‧光源
150‧‧‧透鏡
160‧‧‧讀取頭
165‧‧‧移動
205‧‧‧輸入信號

Claims (20)

  1. 一種量測位置之系統，係包括：標尺樣式，係以第一解析度對位置進行編碼；感測器，係用以取得代表該標尺樣式之一部分之輸入信號，該部份係對偏移了一偏移之編碼字元進行編碼；以及處理器，係比較該輸入信號與該編碼字元之示範信號以判定該偏移，且基於該編碼字元及該偏移判定該位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之量測位置之系統，其中，該處理器係組構為執行一解碼模組、一偏移模組及一位置模組，且其中：該解碼模組係由該輸入信號解碼該編碼字元，其中該編碼字元係以第一解析度定義一絕對位置；該偏移模組係基於該輸入信號及一組偏移信號間之相關性判定該偏移，於該組偏移信號中之每個偏移信號係為該示範信號之獨一無二的偏移版本，其中該偏移係以第二解析度定義一相對位置，且其中該第二解析度係較該第一解析度為大；以及該位置模組係基於該絕對位置及該相對位置判定該位置，其中該位置係為具有該第二解析度之絕對位置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之量測位置之系統，其中，該標尺樣式係藉由一組具有大致相同寬度之標記形 成，其中該標記之色值(color value)係於該標尺樣式中變化。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之量測位置之系統，其中，該感測器係選自由一維感測器及二維感測器所組成之群組者。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之量測位置之系統，其中，該標尺樣式係設計為，具有預定長度之該標尺樣式之任何部份係為獨一無二者。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之量測位置之系統，其中，該標尺樣式之該部份係對該編碼字元進行編碼，且其中該編碼字元係為獨一無二者。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之量測位置之系統，其中，該標尺樣式之該部份係對位元之記號進行編碼，使得該記號係形成該編碼字元，且其中該編碼字元係為獨一無二者。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之量測位置之系統，其中，該標尺樣式係對位元之迪布恩(Debruijn)序列或位元之M序列進行編碼。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之量測位置之系統，更包括：一光源，係配置成照亮該標尺樣式；以及一透鏡，用以引導該輸入信號至該感測器。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之量測位置之系統，其中，至少該感測器、該光源及該透鏡係形成一讀寫頭，且其中該讀寫頭係配置為距離該標尺樣式一距離。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之量測位置之系統，其中，該讀寫頭係大致平行於該標尺樣式。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之量測位置之系統，其中，該讀寫頭係定位成相對於該標尺樣式具有一偏轉。
  13. 一種用以量測位置之方法，包括：由代表一標尺樣式之一部分之輸入信號解碼一編碼字元；比較該輸入信號及該編碼字元之一示範信號以判定介於該示範信號及該輸入信號間之一偏移；以及基於該編碼字元及該偏移判定該位置，其中該方法之步驟係藉由一處理器予以施行。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之用以量測位置之方法，更包括：判定介於該輸入信號及一組偏移信號間之相關性，該組偏移信號之每個偏移信號係為該示範信號之獨一無二的偏移版本；基於該相關性之結果判定一相關性曲線；以及基於該相關性曲線判定該偏移。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之用以量測位置之方法，更包括：選擇相應於該相關性曲線之極大值的偏移。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之用以量測位置之方法，其中該比較之步驟更包括：判定介於該輸入信號及一組偏移訊號之交互相關 性以產生一組相關性評分；使一相關性曲線適配於該組相關性評分；選擇對應於該相關性曲線之極大值的偏移。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之用以量測位置之方法，更包括：藉由使用該偏移周圍之偏移而偏移該示範信號，從而更新該組偏移信號；以及由該輸入信號及於該組新的偏移信號中之每個偏移信號間之交互相關性之結果，更新該組相關性評分。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之用以量測位置之方法，更包括：計算該輸入信號及該偏移信號間之點積(dot-product)以判定該交互相關性。
  19. 一種線性編碼器，係包括：一解碼模組，係用以由一輸入信號對一編碼字元進行解碼；一偏移模組，係用以判定介於該輸入信號及該編碼字元之示範信號間之偏移；以及一位置模組，係用以基於該編碼字元及該偏移判定位置。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之線性編碼器，更包括：一標尺樣式；以及一感測器，用以接收代表該標尺樣式之一部分之該輸入信號。
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