TWI507664B - 光學編碼器及其運作方法 - Google Patents

Description

光學編碼器及其運作方法

本發明係一種光學編碼器及其運作方法，其可透過辨識特徵來提供精準的編碼參考資料，其特徵在無須於工作表面上提供高密度的特殊圖案，或具有特殊標記的參考物體，便能透過偵測表面的特徵而精準地提供編碼參考資料。

習知技術中，用以作為光學編碼的技術手段，通常需要將工作表面處理成具有一定密度以上的標記供光線反射或穿透，又或者是需要將光源以特定方式排列並且控制其發光次序，以進行編碼。例如美國專利號碼US 8598509，其揭露了複數光源以特定次序發光，並佐以具有預先設計紋路空隙的編碼工作面，使光線能以預定的方式穿過紋路空隙而被光感測器所偵測，再藉由此偵測結果產生編碼參考資料，例如系統內某元件的位置資料、移動速度資料等。

但此類先前技術需要先對工作表面進行特殊處理，限制了此類技術的應用領域；同時為了達成高精確度的偵測結果，對工作面的處理變得複雜，也提高了應用此類技術的困難度。

本發明的目的係提供一種光學編碼器，其具有一發光單元、 一光感測單元、一記憶單元、一處理單元。其中該發光單元可將光線發射至需要辨識的一感測表面，而光感測單元則可以感測自該表面所反射回來的光線而產生感測訊號，該處理單元則根據該感測訊號產生畫面處理結果，儲存在記憶單元中，以作為後續編碼的依據，其畫面處理的方法包含但不限於數位濾波、影像強化、邊緣擷取、量化或二值化等一種或多種方法的組合處理。其中該光學編碼器可與該表面發生相對運動，且該光感測單元，搭配該發光單元，可以高畫面更新率(frame rate)產生感測訊號。當畫面更新率越高時，本發明能以更高的相對速度進行偵測。

本發明另提供一種光學編碼器，包含一發光單元、一光感測單元以及一處理單元。該發光單元用以將光線發射至一感測表面。該光感測單元用以感測反射自該感測表面的光線以產生感測訊號。該處理單元用以於一存錄模式中根據該感測訊號儲存相對至少一參考位置之參考資料，於一比對模式中根據該感測訊號產生待比對影像資料並比對該待比對影像資料與該參考資料以決定一目前位置。

本發明另提供一種光學編碼器之運作方法。該光學編碼器包含一光學感測器用以感測反射自一感測表面的光線以產生感測訊號以及一處理單元用以處理該感測訊號。該運作方法包含：進入一存錄模式，該存錄模式中該處理單元根據該感測訊號儲存相對至少一參考位置之參考資料；及進入一比對模式，該比對模式中該處理單元根據該感測訊號產生待比對影像資料並比對該待比對影像資料與該參考資料以決定一目前位置。

本發明另提供一種光學編碼器，包含一發光單元、一光感測單元及一處理單元。該發光單元用以將光線發射至一感測表面。該光感測 單元用以感測反射自該感測表面的光線以產生影像。該處理單元用以於一存錄模式中根據該影像判斷重複感測到的一出發位置以決定一操作範圍並儲存該操作範圍內相對一原點位置及至少一參考位置之參考資料。

一實施例中，該處理單元可利用一移動向量、一移動距離、一旋轉角度或一旋轉時間區分該操作範圍之原點位置及至少一參考位置。

一實施例中，該處理單元可計算該待比對影像資料與該參考資料之一位置差並據以校正一累積誤差。

一實施例中，該處理單元可將該待比對影像資料與該參考資料之差異值超過一辨識門檻值之位置辨識為未識別位置。

為達前述目的，本發明會紀錄至少一幀具有特徵的影像於記憶單元，以供後續編碼時的參考依據，特別是用於位置校正功能時，能準確地設定原點位置或者使用者可以依照需求任意設定參考點位置。該等具有特徵的影像，可藉由在感測表面標上標記以供感測單元偵測，或者藉由感測單元偵測表面特徵來產生。

本發明的光學編碼器能夠儲存至少一幀具有特徵的影像或處理後影像，該影像可代表特定位置，如此一來，當光學編碼器再次拍攝到該影像時，便能透過演算法，回報兩次影像之間的位置差異，以供包含光學編碼器的系統使用。系統可藉此對其硬體所在的位置進行微調校準，以維持良好的精確度。

當感測表面係利用標記以供感測單元偵測時，該標記所包含的特徵，其尺寸與特徵所在位置，需要配合光學編碼器的感測單元尺寸、解析度以及光學編碼器所設置的位置而設置。概言之，感測單元的尺寸需 要能涵蓋標記的特徵反射光線後所形成的畫面，且感測單元的解析度需要能分辨畫面中的特徵。

100,300‧‧‧光學編碼器

101‧‧‧發光單元

103‧‧‧光感測單元

105‧‧‧處理單元

107‧‧‧感測表面

109‧‧‧記憶單元

302a,302b‧‧‧感測面

304a,304b,304c‧‧‧標記

TH1‧‧‧辨識門檻值

TH2‧‧‧更新門檻值

F‧‧‧影像

第1圖描繪本發明的一實施例；第1a圖描繪第1圖之光感測單元所擷取之影像之示意圖。

第2a,2b,2c,2d,2e圖描繪本發明的流程圖；第3a,3b圖描繪本發明應用於不具有標記的感測面以及具有少量標記的感測面的上視示意圖；第4圖描繪本發明的另一實施例；第5圖描繪本發明應用於不具有標記的感測面時的輸出訊號波形圖；第6圖描繪本發明應用於具有標記的感測面時的輸出訊號波形圖。

以下說明內容包含本發明的幾個實施例，包含使用者操作的示意圖，以便理解本發明如何應用於實際操作狀況。須注意的是，在以下圖式中，與本發明技術無關的部份已遭到省略，同時為彰顯元件之間的關係，圖式裡各元件之間的比例與真實的元件之間的比例並不一定相同。

第1圖繪示本發明的一實施例。光學編碼器100具有一發光單元101、一光感測單元103以及一處理單元105。發光單元101用以將光線發射至感測表面107上，而光感測單元103則可感測自感測表面107反射回來的光線而產生感測訊號。處理單元105可處理感測訊號產生畫面辨識結果，該些畫面處理結果可以儲存在例如處理單元105內建的記憶體，或者是透過傳 輸介面儲存於光學編碼器以外的硬體，以供後續控制、比對時存取使用。

請參照的1a圖，其顯示光感測單元103所擷取之影像F之示意圖，其包含9個像素P1~P9，但所述像素數目僅用以說明，並非用以限定本發明。一實施例中，處理單元105可根據影像F計算相鄰像素的灰階差值。例如，處理單元105將影像F中每一像素灰階值與所有與其相鄰像素灰階值之差值與一差值門檻值相比，當該差值超過(大於等於)該差值門檻值時計數值加1而當該差值小於該差值門檻值時計數值加0或維持該計數值，例如計算像素P2、P4、P5分別與像素P1之灰階差值並與差值門檻值相比較、計算像素P1、P3~P6分別與像素P2之灰階差值並與差值門檻值相比較、依此類推。藉此，處理單元105可求得相對每一像素P1~P9的計數值並以數位方式進行儲存。另一實施例中，處理單元105可計算兩群像素間的灰階差值，例如像素P1與像素P9的灰階值加總、像素P3與像素P7的灰階值加總，並當這兩群灰階差值的加總值差值超過一差值門檻值表示為0而當灰階差值小於該差值門檻值表示為1並將其進行儲存。其他實施例中，亦可儲存每一像素灰階值與所有與其相鄰像素灰階值之一平均灰階值並以數位方式進行儲存等等。上述所儲存的資料均用以供後續控制、比對時存取使用的參考資料。可以了解的是，所儲存的一張影像的參考資料並不限於本發明說明中所記載者，只要能突顯出影像特徵即可。

值得注意的是，因應光學機構設計，光感測單元103與發光單元101可以多種方式擺設，例如二者可以對稱反射面法線方式擺設，使光感測單元103可以對稱角度接受來自發光單元101的反射光線(例如稱作亮場配置)；或者光感測單元103可以擺設在發光單元101照射的感測表面107上 方，以接收感測表面107散射的光線(例如稱作暗場配置)。而光學編碼器100可與感測表面107發生相對運動。感測表面107可應用於多種技術領域，例如但不限於旋鈕控制，包含音量旋鈕、溫濕度旋鈕等各式儀器旋鈕，或者是線性控制，包含印表機噴頭位置控制、影音讀取頭位置控制、後照鏡旋鈕控制、椅背角度控制等應用。這些應用領域的特徵為需要準確定義原點位置或者多個參考點位置。光學編碼器100中，相對該原點位置及每一參考點位置均儲存有影像之處理結果，以作為該等位置的參考資料。

第2a,2b,2c,2d,2e圖繪示應用本發明時的運作方法之流程圖。第2a圖代表應用本發明時，須先使光學編碼器進入存錄模式(registration mode)212，而後才能進入比對模式(comparison mode)214。當光學編碼器處於存錄模式212時，其會存錄至少一個感測訊號，以完成畫面辨識並作為一參考資料，例如處理單元105根據感測訊號儲存相對至少一參考位置之參考資料；當光學編碼器處於比對模式214時，其會比對畫面辨識結果與該參考資料，以判斷光學編碼器是否位於參考資料所對應的位置，例如上述原點位置或者多個參考點位置其中之一，例如處理單元105根據感測訊號產生待比對影像資料並比對待比對影像資料與參考資料以決定一目前位置。

以下以光學編碼器100與感測表面107間產生圓形相對運動為例進行說明；而光學編碼器100與感測表面107間產生線形相對運動的實施方式類似，例如可以一線形區域的一端或中央為原點。

第2b圖進一步解釋一種存錄模式的實施方式，以光學編碼器100環繞感測表面107轉動的實施方式為例。當光學編碼器100處於存錄模式時，其於步驟222中會先環繞感測表面107轉動以擷取感測表面107的影像並 計算出移動向量或移動距離，直到其又回到出發位置為止，例如處理單元105計算一出發位置之參考資料與後續每一影像之參考資料之差值，該差值最小時所對應的影像再度出現即表示又回到出發位置，並將重複感測到該出發位置間的範圍視作一操作範圍。接著於步驟224中，光學編碼器會繼續轉動，以根據移動向量或移動距離，將感測表面區(例如該操作範圍)區分為複數參考位置(包或原點位置及至少一參考點位置)，並於預定的位置存錄感測訊號作為參考資料。例如可依照旋轉一圈時的移動向量或移動距離，將感測表面107平均區分為複數位置，接著在光學編碼器經過每個位置時存錄感測訊號，便可作為每個參考位置的參考資料。進一步而言，第2b圖中，先利用重複辨識到相同的出發位置來決定一操作範圍，接著利用移動向量或移動距離來對該操作範圍進行均等或非均等劃分。

利用移動向量或移動距離作為劃分基準的目的在於，於建立原點位置或者多個參考點位置的參考資料的過程中，光學編碼器100與感測表面107之相對運動可能並非等速運動，為了能夠均勻劃分感測表面107上之操作範圍，因此可利用移動向量或移動距離作為劃分依據。另一實施例中，當光學編碼器100與感測表面107之相對運動為等速運動時(例如利用電子自動控制)，則另可利用旋轉一圈時的轉動時間或轉動角度來均等或非均等劃分感測表面107。換句話說，第2b圖係用以利用一移動向量、一移動距離、一旋轉角度或一旋轉時間將一操作範圍進行劃分，並相對每一參考位置儲存相對應的參考資料。存錄模式可於光學編碼器100出廠前、由使用者自行選擇或由系統自行判斷需要更新參考資料時執行，以儲存相對該原點位置及每一參考點位置的參考資料。

第2c圖進一步解釋一種比對模式的實施方式，請一併參考第2b圖的步驟。在第2b圖的步驟224中，光學編碼器已產生複數位置(包括原點位置及參考點位置)的參考資料。而當光學編碼器100處於比對模式時，其環繞感測表面107轉動，於步驟232中，光學編碼器100會於轉動時擷取感測表面107的影像，並完成畫面處理，例如以影像濾波方式以及量化方式完成畫面處理，以獲得待比對影像資料，可以了解的是，形成待比對影像資料的處理較佳相同於形成參考資料的處理，例如前述的計算像素灰階差值或平均值等，以利於後續進行比對。接著於步驟234中，光學編碼器100會將待比對影像資料與該等參考資料進行比對，並獲得最佳比對結果。舉例而言，可以將比對結果與至少一門檻值進行比較，並獲得一數值化的比對結果，將其中超過或低於該門檻值最高或最低的比對結果視為最佳比對結果以作為一目前位置；例如一實施例中，可將待比對影像資料與複數參考資料分別計算差值，並判斷待比對影像資料與該等參考資料之差值是否小於一門檻值；其中，例如可計算待比對影像資料與該等參考資料之灰階差值或平均灰階值之差值。最後於步驟236中，根據該最佳比對結果，判斷光學編碼器100於參考資料所對應的目前位置並輸出訊號。在其他實施例當中，比對結果亦可透過其他方式產生，例如光學編碼器可將第一個比對出顯示為正確的參考資料判定為最佳比對結果。而前述門檻值亦可為預設門檻值，或者隨著系統運作而進行動態(adaptive)調整。

第2d圖進一步解釋一種省電的比對模式的實施方式，根據前一次的比對結果，縮小比對的參考資料範圍，以達到省電之功效。在步驟242中，利用光學編碼器100拍攝感測表面107的影像，並完成畫面處理以產 生待比對影像資料。在步驟243中，光學編碼器100首先判斷是否有前一次比對結果作為後續比對的依據。若已存在前一次比對結果，則在前一次比對結果所代表的參考資料範圍內，擷取一段預設範圍內的參考資料；並在步驟244中將待比對影像資料與前一次比對結果的該預設範圍內的參考資料進行比對，並將比對結果與至少一門檻值進行比較，例如若前一次比對結果為某一角度，則僅比對該角度附近一預設角度範圍內的部分參考資料。這個方法可以將比對的範圍侷限在前一次比對結果的附近範圍，而無須與所有的參考資料進行比對，可以減低運算量，同時達到省電與節省比對時間的效益。前述的預設範圍可以視系統需求進行調整，若要快速獲得比對結果，可以縮小預設範圍，反之亦然。而後在步驟248中，根據比對結果輸出訊號。若不存在前一次比對結果，則在步驟246中將待比對影像資料與所有的該等參考資料進行比對，並將比對結果與至少一門檻值進行比較並獲得最佳比對結果，類似第2c圖所揭露的步驟234。

第2e圖進一步解釋一種抗沾污和提高穩定性的比對模式的實施方式，根據前一次的比對結果，來決定是否更新至少一部分的參考資料範圍，以達到抗沾污和提高穩定性之功效。在持續使用一段時間之後，硬體可能發生損傷，而感測表面107也可能有沾污，因此會形成對光學編碼器擷取影像的干擾，可透過更新參考資料的手段來達到抗沾污與提高穩定性的效果。當沾污形成於感測表面107時，可將沾污視為感測表面107特徵的一部分，隨位置不同而有所差異，而當沾污形成於光學編碼器100上時，會成為一種固定的干擾，而對每一影像都發生影響。前述兩種干擾都可以藉由更新參考資料範圍來消弭。在步驟252中，利用光學編碼器100拍攝感 測表面107的影像，並完成畫面處理以產生待比對影像資料。在步驟261中，光學編碼器100首先判斷是否需要更新參考資料(舉例說明於後)。若需要更新參考資料，則在步驟262中更新至少部份參考資料之後，繼續執行步驟252。若無須更新參考資料，則在步驟253中，光學編碼器首先判斷是否有前一次比對結果作為後續比對的依據。若已存在前一次比對結果，則在前一次比對結果所代表的參考資料範圍內，擷取一段預設範圍內的參考資料；並在步驟254中將待比對影像資料與前一次比對結果的該預設範圍內的參考資料進行比對，並將比對結果與至少一門檻值進行比較。而後在步驟258中，根據比對結果輸出一控制訊號，並決定是否更新部份參考資料，而後可繼續執行步驟252。若不存在前一次比對結果，則在步驟256中將待比對影像資料與所有的該等參考資料進行比對，並將比對結果與至少一門檻值進行比較並獲得最佳比對結果，類似第2c圖所揭露的步驟234。

一實施例中，當比對結果均無法滿足門檻值所限制的條件時，例如待比對影像資料與該等參考資料之差值始終大於或小於一門檻值，可能表示所擷取影像中的固定雜訊量已經足以影響判定結果，故可視為需要更新至少部分參考資料的一種條件。

請一併參考第3a圖與第3b圖，其中第3a圖為本發明應用於不具有標記的感測面302a的上視示意圖，第3b圖為本發明應用於具有標記的感測面302b的上視示意圖。在第3a圖當中，光學編碼器應用於一旋鈕控制，光學編碼器300相對於感測面302a而言會進行相對轉動，例如可將光學編碼器300或感測面302a兩個元件其中之一與旋鈕的轉動機構結合，而另外一個元件則相對保持不動；如此一來，當旋鈕旋轉時，兩個元件之間便會產生 相對轉動。

如圖3a所示，光學編碼器300係直接偵測感測面302a上的表面特徵而產生畫面辨識結果。一般而言，各種素材所形成的表面多少都會帶有高低起伏等不同的紋路，因此，當光學編碼器300發射光線到感測面302a上的時候，感測面302a所造成的反射光將會依照素材表面的特徵產生明暗不一的紋理。這些紋理隨著位置改變而有所不同，一般而言，紋理並不會重複出現，因此感測面302a的不同位置，可偵測到不同的紋理，為了避免相近紋理的表面感測影像產生誤判，亦可在存錄模式中進行檢測和篩選。於存錄模式中，當光學編碼器300位於旋鈕定義的原點(例如此時標示為0度)或者一特定位置(例如此時標示為45度、90度、135度、180度、225度、270度或315度)時，可紀錄下此時的畫面處理結果當作一比對參考值(即上述參考資料)，以作為後續光學編碼器300再次掃掠過該位置時的比對依據。可以了解的是，此時特定位置可利用上述的移動向量、移動位置、轉動時間或轉動角度界定。

第3b圖與第3a圖的不同之處，在於第3b圖中的感測面302b具有簡單標記，如感測面302b上具有標記304a，代表旋鈕的一特定位置或角度，例如原點。於存錄模式中，當光學編碼器300第一次感測到自標記304a反射的光線而產生感測訊號時，可將畫面處理結果儲存為參考資料。而後於比對模式中，每當光學編碼器300掃掠過標記304a時，其光感測單元103會感測自標記304a反射的光線而產生感測訊號，而後處理單元105可根據感測訊號產生畫面處理結果，因為畫面處理結果包含標記304a的特徵，光學編碼器300便可將此畫面處理結果輸出，在與參考資料比對後，可應用於判 斷旋鈕已轉至原點位置。

類似地，感測面302b上還可標示複數標記，例如標記304b,304c，等等，分別代表旋鈕的不同位置或角度。於比對模式中，當光學編碼器300掃掠過這些標記時，處理單元105所產生的畫面辨識結果便可包含各該標記的特徵，可藉此判斷旋鈕目前所處的位置或角度。這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，不同的調整幅度等等。可以了解的是，第3a及3b圖中的參考位置的數目及位置可根據所需要的角度解析度來決定，並不限於本發明說明所揭示者。

第4圖繪示本發明另一實施例，其與第1圖的實施例不同處，在於本實施例更包含一記憶單元109，用以紀錄至少一個畫面處理結果(亦即參考資料)，以作為後續編碼的依據。

第5圖繪示本發明應用於不具有標記的感測面(例如302a)時的訊號比對結果波形圖，請一併參考第3a圖。第5圖的橫軸可代表旋鈕旋轉的角度，縱軸代表光學編碼器300產生的畫面辨識結果，此結果可以各種參數的數值來表示，例如待比對影像資料與參考資料之差異值總和(sum of absolute difference,SAD)，當差異值總和越大，代表光學編碼器300所偵測到的當下畫面辨識結果與比對參考值的差異大，意即光學編碼器300並未位於所要判斷的特定位置。在第5圖所繪示的例子當中，感測面上角度20度的位置假設為一需要利用光學編碼器300進行對齊的特定位置，光學編碼器300在感測面上代表旋鈕旋轉至20度的位置拍攝一畫面(影像)，並將其畫面辨識結果紀錄起來作為一比對參考值，亦即執行存錄模式。而後續比對模式中，當光學編碼器300再次掃掠過20度的位置時，可見到縱軸的差異值均 顯著地降低，這代表光學編碼器300所偵測到的當下畫面辨識結果，與比對參考值幾乎沒有差異，亦即光學編碼器300又再次相對位移到20度的位置。類似的作法可適用在擷取複數比對參考值的應用。一實施例中，可將差異值總和與一辨識門檻值TH1進行比較，當差異值總和小於該辨識門檻值TH1時，則可判定旋轉角度位於20度。此外，本實施例中光學編碼器300中並未儲存有相對其他角度的參考資料，當位於其他角度時，由於差異值總和均大於該辨識門檻值TH1，因此光學編碼器300可將待比對影像資料與參考資料之差異值超過該辨識門檻值TH1的角度均定義為未識別角度或位置，而相對該等未識別角度或位置則不產生任何相應控制訊號。

此外，如前所述，當光學編碼器300於所有角度相對應的差異值總和均大於該辨識門檻值TH1時，亦即相對該目前位置之待比對影像資料與參考資料之差異值也超過該辨識門檻值TH1，則表示可能需要更新至少一部份參考資料(如第2e圖所示)，此時光學編碼器300則可更新已儲存的參考資料。另一實施例中，當固定雜訊增加時，大部分角度相對應的差異值總和可能會下降，因此更新條件亦可設定為當一部分角度相對應的差異值總和小於一更新門檻值TH2時，亦即該目前位置以外之部分待比對影像資料與參考資料之差異值小於該更新門檻值TH2，光學編碼器300則可更新已儲存的至少一部份參考資料；其中，小於該更新門檻值TH2之差異值之角度或位置數量則可根據系統的忍受度決定。

此外，當光學編碼器300每次僅能以固定角度步階(angle step)旋轉時，朝向同一旋轉方向持續操作時可能會產生誤差累積，例如第5圖顯示持續操作下角度20度時之差異值總和逐漸變大，因此比對模式中處 理單元105較佳另計算待比對影像資料與參考資料之一位置差並據以校正一累積誤差。例如，可計算最佳待比對影像(例如20度時)與參考資料的位置差，並記錄持續操作下該位置差的累進位置差，而當該累進位置差超過該固定角度步階時，可針對光學編碼器進行一個步階的修正。

第6圖繪示本發明應用於具有標記的感測面時(例如302b)的訊號偵測結果波形圖，請一併參考第3b圖，第6圖的橫軸可代表旋鈕旋轉的角度，縱軸代表光學編碼器300產生的畫面處理結果。在應用於具有標記的感測面(例如302b)時，畫面處理結果可以各種參數的數值來表示，如平均亮度值，搭配標記的材質特性，可將標記設置為具有特定的反射亮度數值，當平均亮度值越小或越大(例如第6圖顯示為愈小)，代表光學編碼器300所偵測到的當下畫面辨識出具有標記，意即光學編碼器300位於所要判斷的特定位置。同理，第6圖亦可預先設定一辨識門檻值TH1及/或一更新門檻值TH2，亦作為辨識位置(角度)及更新參考資料的基準。

在應用本發明時，光學編碼器更可包含一儲存單元，用以儲存畫面資料及/或畫面處理結果以及各特定位置的相關資訊。另外，光學編碼器亦可包含一有線或者無線的通訊介面，以便與其他硬體傳輸相關資訊，例如接受主機的控制訊號而啟動，或者將比對結果傳送給其他硬體。例如，參考資料可儲存於光學編碼器內或外部主機中。當參考資料儲存於光學編碼器內時，光學編碼器直接判定位置或角度並輸出控制信號至受控裝置或主機。當參考資料儲存於光學編碼器外部主機時，光學編碼器可僅輸出編碼資料(即待比對影像資料)至主機，而由主機進行位置或角度判定。

為了能夠應用於本發明與感測面的相對運動速度較快的場 合，較佳者，本發明的畫面更新率可達每秒1000幀以上。同時本發明亦可隨感測面的材質不同，設定不同的發光功率或者發光頻率，或者是根據光感測單元所感測到的畫面亮暗參數，適應性地調整發光功率或者發光頻率。

在應用本發明時，該光感測單元可為複數感測像素所組成的光感測陣列，例如邊長為30個像素所組成的方形的光感測陣列，或者具有不同邊長的矩形的光感測陣列等。而光感測陣列的實際尺寸，則由像素的數量以及每個像素的實際尺寸決定，可隨系統對於解析度的要求而調整。

在其他的實施例當中，光感測陣列也可隨著系統的需求啟用或者關閉部份感測像素，例如在邊長為36個像素所組成的光感測陣列中，可以使用全部的感測像素，亦可以開啟其中部份的感測像素，例如只開啟邊長為18個像素所組成的子陣列，或者每間隔至少一個感測像素才開啟一個感測像素。如此一來，雖然光感測陣列的可感測範圍縮小，或者感測解析度降低，卻能達成省電的效果。

必須說明的是，雖然上述實施例中係以反射式光學編碼器為例進行說明，亦即發光單元與光感測單元位於感測表面的同一側。其他實施例中，當感測表面為透光或半透光材質時，亦可實施為穿透式光學編碼器，亦即發光單元與光感測單元位於感測表面的不同側，除了發光單元與光感測單元的設置不同外，其運作方式與上述各實施例相同，故於此不再贅述。

雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。因此本發明之保護範圍當視後附之 申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧光學編碼器

101‧‧‧發光單元

103‧‧‧光感測單元

105‧‧‧處理單元

107‧‧‧感測表面

Claims (20)

1. 一種光學編碼器，用以與一感測表面發生相對運動，該光學編碼器包含：一發光單元，用以將光線發射至該感測表面；一光感測單元，用以感測反射自該感測表面的光線以產生感測訊號；以及一處理單元，用以於一存錄模式中根據該感測訊號儲存相對該感測表面上至少一參考位置之參考資料，以及於一比對模式中根據該感測訊號產生待比對影像資料，並比對該待比對影像資料與該參考資料以決定該光感測單元感測該感測表面的反射光線之一目前位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學編碼器，其中該存錄模式中該處理單元用以將重複偵測到的一出發位置間之一操作範圍區分該至少一參考位置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學編碼器，其中該處理單元中儲存有相對複數參考位置之複數參考資料，該比對模式中當該處理單元判斷存在前一次比對結果時，將該待比對影像資料與該前一次比對結果之一預設範圍內的參考資料進行比對；以及當該處理單元判斷不存在前一次比對結果時，將該待比對影像資料與所有該等參考資料進行比對。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學編碼器，其中該比對模式中該處理單元另用以判斷是否需要更新參考資料。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光學編碼器，其中當相對該目前位置之該待比對影像資料與該參考資料之一差異值超過一辨識門檻值或該目前位置以外之部分該待比對影像資料與該參考資料之一差異值小於一更新門檻值時，該處理單元更新至少一部份該參考資料。
6. 如申請專利範圍第4項所述之光學編碼器，其中該處理單元中儲存有相對複數參考位置之複數參考資料，當該處理單元判斷存在前一次比對結果時，將該待比對影像資料與該前一次比對結果之一預設範圍內的參考資料進行比對；以及當該處理單元判斷不存在前一次比對結果時，將該待比對影像資料與所有該等參考資料進行比對。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學編碼器，其中該比對模式中該處理單元另用以計算該待比對影像資料與該參考資料之一位置差並據以校正一累積誤差。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光學編碼器，其中該比對模式中該處理單元用以比對該待比對影像資料與該參考資料之灰階差值或平均灰階值。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光學編碼器，其中該比對模式中該處理單元另用以將該待比對影像資料與該參考資料之差異值超過一辨識門檻值之位置辨識為未識別位置。
10. 一種光學編碼器之運作方法，該光學編碼器用以與一感測表面發生相對運動，該光學編碼器包含一光學感測器用以感測反射自該感測表面的光線以產生感測訊號以及一處理單元用以處理該感測訊號，該運作方法包含：進入一存錄模式，該存錄模式中該處理單元根據該感測訊號儲存相對該感測表面上至少一參考位置之參考資料；以及進入一比對模式，該比對模式中該處理單元根據該感測訊號產生待比對影像資料並比對該待比對影像資料與該參考資料以決定該光感測單元感測該感測表面的反射光線之一目前位置。
11. 如申請專利範圍第10項所述之運作方法，其中該存錄模式另包含：環繞該感測表面轉動以擷取該感測表面的影像並計算出移動向量或移動距離；及根據該移動向量或該移動距離將該感測表面區分為複數參考位置。
12. 如申請專利範圍第11項所述之運作方法，其中該比對模式另包含：環繞該感測表面轉動以擷取該感測表面的影像並產生該待比對影像資料；將該待比對影像資料與該等參考資料進行比對並求得一最佳比對結果以作為該目前位置；以及根據該最佳比對結果輸出一控制訊號。
13. 如申請專利範圍第12項所述之運作方法，其中該比對模式另包含：當判斷存在前一次比對結果時，將該待比對影像資料與該前一次比對結果之一預設範圍內的參考資料進行比對；以及當判斷不存在前一次比對結果時，將該待比對影像資料與所有該等參考資料進行比對。
14. 如申請專利範圍第12項所述之運作方法，其中該比對模式另包含：當相對該目前位置之該待比對影像資料與該參考資料之一差異值超過一辨識門檻值或該目前位置以外之部分該待比對影像資料與該參考資料之一差異值小於一更新門檻值時，更新至少一部份該參考資料。
15. 如申請專利範圍第14項所述之運作方法，其中該比對模式另包含：當判斷存在前一次比對結果時，將該待比對影像資料與該前一次比對結果之一預設範圍內的參考資料進行比對；及當判斷不存在前一次比對結果時，將該待比對影像資料與所有該等參考資料進行比對。
16. 如申請專利範圍第10項所述之運作方法，其中該比對模式另包含：計算該待比對影像資料與該參考資料之一位置差並據以校正一累積誤差。
17. 如申請專利範圍第10項所述之運作方法，其中該比對模式另包含：將該待比對影像資料與該參考資料之差異值超過一辨識門檻值之位置辨識為未識別位置。
18. 一種光學編碼器，用以與一感測表面發生相對運動，該光學編碼器包含：一發光單元，用以將光線發射至該感測表面；一光感測單元，用以感測反射自該感測表面的光線以產生影像；以及一處理單元，用以於一存錄模式中根據該影像判斷重複感測到的相對該感測表面上之一出發位置以決定一操作範圍並儲存該操作範圍內相對該感測表面上之一原點位置及至少一參考位置之參考資料。
19. 如申請專利範圍第18項所述之光學編碼器，其中該處理單元另於一比對模式中根據該影像產生待比對影像資料並比對該待比對影像資料與該參考資料以決定一目前位置。
20. 如申請專利範圍第18項所述之光學編碼器，其中該處理單元利用一移動向量、一移動距離、一旋轉角度或一旋轉時間區分該操作範圍之該原點位置及該至少一參考位置。