CN110864711B - 编码器及其位置检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种编码器，包括磁石、光学码盘、磁感测组件、光学感测组件及信号处理单元。光学码盘具有第一增量图纹轨道及第二增量图纹轨道，磁石及光学码盘为共轴设置并可旋转。磁感测组件感测磁石旋转以获得绝对位置信号，光学感测组件感测光学码盘旋转以获得第一增量位置信号及第二增量位置信号。信号处理单元整合信号以获得高精细绝对位置信息。

Description

编码器及其位置检测方法
技术领域
本发明涉及一种编码器及其位置检测方法，尤其涉及一种透过磁感测组件与光学感测组件取得绝对位置信号与增量位置信号，进行整合以获得高精细绝对位置信息的编码器及其位置检测方法。
背景技术
随着科技的进步，编码器技术广泛应用于电机转速测量与位置检测等精密仪器控制领域，例如绝对型编码器可用在马达的旋转数、旋转方向及转动位置的检测等。
现有技术中，光学式编码器常采用格雷码(gray code)或M序列编码(Mcode)来获取绝对位置的信息，且其主要架构包括光发射器、光接收器、码盘及处理电路，其中反射式光学编码器的光发射器与光接收器相对码盘设置于同一侧，并透过适当地设计码盘上的图纹以获得所需的信号输出。
然而，由于传统的编码器架构与编码方式对于位置偏差十分敏感，编码器于组装对位上需要极为精准，且随着编码器精度需求提升，对应的光接收器感测区的面积也随之大幅度缩小，这使得油污、脏污、微粒子等外在环境的污染会对于感测绝对位置信号造成严重影响。
因此，如何发展一种有别于以往的编码器及其位置检测方法，以改善现有技术中的问题与缺点，可实现高精细的绝对位置感测、具有更高的耐环境污染承受能力、提升编码器的稳定度，且可达到易于组装及编码器薄型化的功效，实为目前技术领域中的重点课题。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种编码器及其位置检测方法，以解决并改善前述先前技术的问题与缺点。
本发明的另一目的为提供一种编码器及其位置检测方法，其经由磁感测组件及光学感测组件获得绝对位置信号、第一增量位置信号及第二增量位置信号，并由信号处理单元进行整合，可实现高精细的绝对位置感测并获得高精细的绝对位置信息。
本发明的另一目的为提供一种编码器及其位置检测方法，其透过光学感测组件的发光元件与收光元件对应于该光学码盘的一侧设置的光学反射式架构，搭配磁感测组件与磁石的设置，可实现编码器的薄型化。
本发明的另一目的为提供一种编码器及其位置检测方法，其透过磁感测组件获得绝对位置信号，使得编码器具有更高的耐环境污染承受能力。并且，光学感测组件具有增量收光区以及采用相位阵列方式排列的感测图纹，可使编码器的稳定度提升。
本发明的另一目的为提供一种编码器及其位置检测方法，其中磁感测组件的中心可位于旋转轴上或者离轴设置，使得编码器可具备较大的生产组装裕度，较易于进行组装。
为达上述目的，本发明的一较佳实施方式为提供一种编码器，其包括：一承载盘；一磁石，设置于承载盘；一光学码盘，设置于承载盘，且环绕于磁石，光学码盘具有一第一增量图纹轨道及一第二增量图纹轨道，且第一增量图纹轨道及该第二增量图纹轨道分别沿光学码盘的一圆周方向排列，其中承载盘、磁石及光学码盘以一旋转轴为轴心共轴设置并可旋转；一壳体，与承载盘相对应设置，且承载盘、磁石及光学码盘可产生相对应壳体的运动；一电路板，设置于壳体；一磁感测组件，设置于电路板，且对应于磁石，以于磁石相对应壳体运动时进行磁性感测并获得一绝对位置信号；一光学感测组件，设置于电路板，且对应于光学码盘的第一增量图纹轨道及第二增量图纹轨道，以于光学码盘相对应壳体运动时进行光学感测并获得一第一增量位置信号及一第二增量位置信号；以及一信号处理单元，设置于电路板，接收并整合绝对位置信号、第一增量位置信号及第二增量位置信号，以获得一高精细绝对位置信息。
为达上述目的，本发明的另一较佳实施方式为提供一种编码器的位置检测方法，其包括以下步骤：(a)提供一编码器，包括一磁石、一光学码盘、一磁感测组件以及一光学感测组件。光学码盘环绕于磁石且具有沿光学码盘的一圆周方向排列的一第一增量图纹轨道及一第二增量图纹轨道，磁感测组件对应于磁石，且光学感测组件对应于光学码盘的第一增量图纹轨道及第二增量图纹轨道；(b)磁感测组件于磁石相对运动时进行磁性感测并获得磁石每旋转一圈具有一个周期的一绝对位置信号；(c)光学感测组件于光学码盘相对运动时进行光学感测并获得光学码盘每旋转一圈具有整数M个周期的一第一增量位置信号，以及光学码盘每旋转一圈具有整数N个周期的一第二增量位置信号；(d)解析绝对位置信号、第一增量位置信号及第二增量位置信号，并分别获得一初步绝对位置信息、一第一增量位置信息及一第二增量位置信息；(e)由初步绝对位置信息解析出一第一位置；(f)将第一位置对应至第一增量位置信息，并解析获得一第二位置；以及(g)将第二位置对应至第二增量位置信息，并解析获得一第三位置，其中第三位置为高精细的绝对位置。
为达上述目的，本发明的另一较佳实施方式为提供一种编码器的位置检测方法，其包括以下步骤：(a)提供一编码器，包括一磁石、一光学码盘、一磁感测组件以及一光学感测组件。光学码盘环绕于磁石且具有沿光学码盘的一圆周方向排列的一第一增量图纹轨道及一第二增量图纹轨道，磁感测组件对应于磁石，且光学感测组件对应于光学码盘的第一增量图纹轨道及第二增量图纹轨道；(b)磁感测组件于磁石相对运动时进行磁性感测并获得磁石每旋转一圈具有一个周期的一绝对位置信号；(c)光学感测组件于光学码盘相对运动时进行光学感测并获得光学码盘每旋转一圈具有整数M个周期的一第一增量位置信号，以及光学码盘每旋转一圈具有整数N个周期的一第二增量位置信号，其中N大于M；(d)解析绝对位置信号、第一增量位置信号及第二增量位置信号，并分别获得一初步绝对位置信息、一第一增量位置信息及一第二增量位置信息；(e)解析第一增量位置信息与第二增量位置信息，并获得光学码盘每旋转一圈具有(N-M)个周期的一第三增量位置信息；(f)由初步绝对位置信息解析出一第一位置；(g)将第一位置对应至第三增量位置信息，并解析获得一第二位置；以及(h)将第二位置对应至第二增量位置信息，并解析获得一第三位置，其中第三位置为高精细的绝对位置。
附图说明
图1是显示本发明较佳实施例的编码器的剖面结构示意图。
图2是显示本发明较佳实施例的编码器的部分结构示意图。
图3A是显示本发明较佳实施例的编码器的光学码盘的结构示意图。
图3B是显示图3A所示的光学码盘的局部放大示意图。
图4A是显示本发明较佳实施例的编码器的磁石及磁感测组件的俯视图。
图4B是显示本发明较佳实施例的编码器的磁石及磁感测组件的剖面侧视图。
图5A是显示本发明另一较佳实施例的编码器的磁石及磁感测组件的俯视图。
图5B是显示本发明另一较佳实施例的编码器的磁石及磁感测组件的剖面侧视图。
图6A是显示本发明较佳实施例的编码器的光学感测组件的结构示意图。
图6B是显示图6A所示的光学感测组件的局部放大示意图。
图7A是显示本发明较佳实施例的编码器的光学感测组件的发光元件的架构示意图。
图7B是显示本发明另一较佳实施例的编码器的光学感测组件的发光元件的架构示意图。
图8A是显示本发明较佳实施例的编码器的光学码盘及光学感测组件的架构示意图。
图8B是显示本发明另一较佳实施例的编码器的光学码盘及光学感测组件的架构示意图。
图9是显示本发明较佳实施例的编码器的位置检测方法的流程图。
图10是显示本发明较佳实施例的编码器的位置检测方法获得的位置信息示意图。
图11是显示本发明另一较佳实施例的编码器的位置检测方法的流程图。
图12是显示本发明另一较佳实施例的编码器的位置检测方法获得的位置信息示意图。
附图标记说明：
1：编码器
2：承载盘
3：磁石
4：光学码盘
41：第一增量图纹轨道
410：第一增量图纹
410a、420a：低反射系数区
410b、420b：高反射系数区
42：第二增量图纹轨道
420：第二增量图纹
5：壳体
6：电路板
7：磁感测组件
8：光学感测组件
80：基材
81：发光元件
810：发光区域
811：电极
82：收光元件
821：第一增量收光区
8210：第一感测图纹
822：第二增量收光区
8220：第二感测图纹
9：信号处理单元
10：锁固螺丝
A：旋转轴
D：圆周方向
d：圆周切线方向
L：光线
P：节距
R：半径方向
W：宽度
a：第一位置
b、b’：第二位置
c：第三位置
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18：步骤
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，但均不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非意在限制本发明。
请参阅图1、图2、图3A及图3B，其中图1是显示本发明较佳实施例的编码器的剖面结构示意图，图2是显示本发明较佳实施例的编码器的部分结构示意图，图3A是显示本发明较佳实施例的编码器的光学码盘的结构示意图，而图3B是显示图3A所示的光学码盘的局部放大示意图。如图1、图2、图3A及图3B所示，本发明的编码器1包括承载盘2、磁石3、光学码盘4、壳体5、电路板6、磁感测组件7、光学感测组件8及信号处理单元9。磁石3设置于承载盘2，光学码盘4设置于承载盘2且环绕于磁石3配置。光学码盘4具有一第一增量图纹轨道41及一第二增量图纹轨道42，第一增量图纹轨道41及第二增量图纹轨道42分别沿光学码盘4的圆周方向D相邻排列。其中，承载盘2、磁石3及光学码盘4以旋转轴A为轴心共轴设置并可旋转。
壳体5与承载盘2相对应设置，且承载盘2、磁石3及光学码盘4可产生相对应壳体5的运动。电路板6设置于壳体5，且与磁石3及光学码盘4相对配置。磁感测组件7设置于电路板6，且对应于磁石3配置，以于磁石3相对壳体5运动时，亦即于磁石3相对磁感测组件7运动时，进行磁性感测并获得绝对位置信号。光学感测组件8设置于电路板6，且分别对应于光学码盘4的一侧的第一增量图纹轨道41及第二增量图纹轨道42配置，以于光学码盘4相对壳体5运动时，亦即于光学码盘4相对光学感测组件8运动时，进行光学感测并分别获得第一增量位置信号及第二增量位置信号。信号处理单元9设置于电路板6，例如但不限于设置于相异于磁感测组件7与光学感测组件8的另一侧。信号处理单元9接收绝对位置信号、第一增量位置信号及第二增量位置信号，并进行整合与处理以获得高精细绝对位置信息。
换言之，本发明的编码器经由磁感测组件及光学感测组件分别获得绝对位置信号、第一增量位置信号及第二增量位置信号，并由信号处理单元进行整合与处理，可实现高精细的绝对位置感测并获得高精细的绝对位置信息。
请参阅图1、图4A及图4B，其中图4A是显示本发明较佳实施例的编码器的磁石及磁感测组件的俯视图，而图4B是显示本发明较佳实施例的编码器的磁石及磁感测组件的剖面侧视图。如图1、图4A及图4B所示，于一些实施例中，磁感测组件7的中心位于旋转轴A上(on-axis)，当磁石3以旋转轴A为轴心并旋转一圈时，于磁感测组件7的位置会有旋转一圈产生一个周期的磁气特性变化，该变化例如但不限于，磁通密度的强弱变化，而磁感测组件7检测此磁气特性周期性变化并将之转换为电气信号，由此可产生并定义旋转一圈一个完整周期的绝对位置信号，以提供给信号处理单元9。于一些实施例中，磁石3可为环形磁石，且以锁固螺丝10穿设于磁石3及承载盘2以进行固定，然而本发明并不以此为限。
请参阅图1、图5A及图5B，其中图5A是显示本发明另一较佳实施例的编码器的磁石及磁感测组件的俯视图，图5B是显示本发明另一较佳实施例的编码器的磁石及磁感测组件的剖面侧视图。如图1、图5A及图5B所示，于一些实施例中，磁感测组件7的中心偏离旋转轴A设置(off-axis)，以检测磁气特性变化以产生并定义旋转一圈一个完整周期的绝对位置信号。于一些实施例中，磁石3可为环形磁石，当搭配的磁感测组件7离轴设置时，可实现中空环形的编码器架构，但并不以此为限。于一些实施例中，磁石3可为中空环形磁石、圆板形磁石、方板形磁石或任何可产生旋转一圈一个磁特性周期变化的磁石，然亦不以此为限。于一些实施例中，磁感测组件7包括磁阻元件(图中未示出)，磁阻元件可为，例如但不限于，霍尔效应(Hall effect)元件、各向异性磁阻(anisotropic magnetoresistance,AMR)元件、巨磁阻(giant magnetoresistance,GMR)元件、穿隧磁阻(tunneling magnetoresistance,TMR)元件或采用以上元件的整合电路元件。
换言之，根据本发明的编码器及其位置检测方法，磁感测组件的中心可位于旋转轴上或者离轴设置，使得编码器可具备较大的生产组装裕度，较易于进行设计及组装。
请参阅图1、图2、图3A、图3B、图6A、图6B、图7A、图7B、图8A及图8B，其中图6A是显示本发明较佳实施例的编码器的光学感测组件的结构示意图，图6B是显示图6A所示的光学感测组件的局部放大示意图，图7A是显示本发明较佳实施例的编码器的光学感测组件的发光元件的架构示意图，图7B是显示本发明另一较佳实施例的编码器的光学感测组件的发光元件的架构示意图，图8A是显示本发明较佳实施例的编码器的光学码盘及光学感测组件的架构示意图，而图8B是显示本发明另一较佳实施例的编码器的光学码盘及光学感测组件的架构示意图。如图1、图2、图3A、图3B、图6A、图6B、图7A、图7B、图8A及图8B所示，于一些实施例中，第一增量图纹轨道41沿光学码盘4的圆周方向D环设一圈(即机械角0度至360度)，且具有M个第一增量图纹410；第二增量图纹轨道42沿光学码盘4的圆周方向D环设一圈，且具有N个第二增量图纹420，其中N与M为正整数，且N大于M。其中，每一个第一增量图纹410具有低反射系数区410a及高反射系数区410b，以及每一个第二增量图纹420具有低反射系数区420a及高反射系数区420b。于一些实施例中，光学码盘4可为玻璃材质、金属材质、塑胶材质或任何可加工产生光学低反射系数与高反射系数交错排列图纹周期的材质，然而并不以此为限。
于一些实施例中，光学感测组件8包括发光元件81及至少一个收光元件82，其中发光元件81可为，例如但不限于，发光二极管(LED)、垂直共振腔面射形激光(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)或激光二极管(LD)。收光元件82具有第一增量收光区821及第二增量收光区822，第一增量收光区821及第二增量收光区822沿光学码盘4的半径方向R配置，且分别位于发光元件81的两侧。发光元件81发出光线L至第一增量图纹轨道41及第二增量图纹轨道42，第一增量收光区821接收第一增量图纹轨道41高反射系数区410b所反射的光线L，并获得第一增量位置信号；第二增量收光区822接收第二增量图纹轨道42高反射系数区420b所反射的光线L，并获得第二增量位置信号。意即，发光元件81发射出的光线L分别受对应的第一增量图纹轨道41及第二增量图纹轨道42所反射，且在收光元件82的平面上形成光能量的强弱分布，而收光元件82检测此光能量强弱分布的变化，并将之转换为电气信号，分别产生第一增量位置信号及第二增量位置信号，以提供给信号处理单元9进行信号整合及处理。
举例而言，发光元件81及收光元件82相对于光学码盘4配置于同一侧，而收光元件82于发光元件81沿光学码盘4的半径方向R的两侧分别具有第一增量收光区821及第二增量收光区822。第一增量收光区821连续检测来自光学码盘4的具有M个第一增量图纹410的第一增量图纹轨道41的反射光，并将光能量强弱分布的变化转变为电气信号，此信号为于光学码盘4旋转一圈具有M个周期的第一增量位置信号。同理，第二增量收光区822连续检测来自光学码盘4的具有N个第二增量图纹420的第二增量图纹轨道42的反射光，并将光能量强弱分布的变化转变为电气信号，此信号为于光学码盘4旋转一圈具有N个周期的第二增量位置信号。
于一些实施例中，发光元件81具有发光区域810及电极811，其中发光区域810的形状可为，例如但不限于，圆形、长方形或椭圆形。发光区域810于光学码盘4的圆周切线方向d上具有一宽度W，第二增量图纹420于圆周切线方向d上具有一节距P，且该宽度W为该节距P的0.5至1.5倍(0.5P≦W≦1.5P)，以获取良好信号品质的第二增量位置信号。
于一些实施例中，发光元件81及收光元件82可(例如但不限于)直接设置于电路板6。于一些实施例中，如图8A所示，光学感测组件8包括基材80、发光元件81及一个收光元件82，基材80设置于电路板6，收光元件82设置于基材80，且发光元件81设置于收光元件82，亦即基材80、收光元件82与发光元件81依序堆迭，但并不以此为限。于一些实施例中，如图8B所示，光学感测组件8包括基材80、发光元件81及二个收光元件82，发光元件81及二个收光元件82设置于基材80，其中二个收光元件82分别位于发光元件81的两侧，且其中一个收光元件82具有第一增量收光区821，另一个收光元件82具有第二增量收光区822，且发光元件81与二个收光元件82的组装高度齐平，然而也不以此为限。
于一些实施例中，第一增量收光区821及第二增量收光区822分别具有多个第一感测图纹8210及多个第二感测图纹8220，且多个第一感测图纹8210及多个第二感测图纹8220的排列分别为相位阵列(phased-array)排列方式。举例而言，感测图纹的排列依序可为A+、B+、A-及B-的交错性重复多个周期的排列方式，其中产生的B+、A-及B-信号相对于A+信号分别相差90°、180°以及270°的电气角度。相位阵列的排列方式具有较高的耐油污与脏污承受能力，以及对收光能量分布不平均时的均化效果，可使得本发明编码器1的稳健度更为提升。
换言之，本发明的编码器及其位置检测方法透过光学感测组件的发光元件与收光元件对应于该光学码盘的一侧设置的光学反射式架构，搭配磁感测组件与磁石的设置，可实现编码器的薄型化。并且，透过磁感测组件获得绝对位置信号，使得编码器具有更高的耐环境污染承受能力，且光学感测组件具有增量收光区以及采用相位阵列方式排列的感测图纹，可使编码器的稳定度提升。
请参阅图1、图2、图3A、图9及图10，其中图9是显示本发明较佳实施例的编码器的位置检测方法的流程图，而图10是显示本发明较佳实施例的编码器的位置检测方法获得的位置信息示意图。如图1、图2、图3A、图9及图10所示，本发明较佳实施例的编码器的位置检测方法包括步骤如下：首先，如步骤S1所示，提供编码器1，其中编码器1包括磁石3、光学码盘4、磁感测组件7以及光学感测组件8。光学码盘4环绕于磁石3且具有沿光学码盘4的圆周方向D排列的第一增量图纹轨道41及第二增量图纹轨道42，磁感测组件7对应于磁石3配置，且光学感测组件8对应于光学码盘4的一侧的第一增量图纹轨道41及第二增量图纹轨道42配置。其次，如步骤S2所示，磁感测组件7于磁石3与其相对运动时进行磁性感测并获得磁石3每旋转一圈具有一个周期的绝对位置信号。接着，如步骤S3所示，光学感测组件8于光学码盘4与其相对运动时进行光学感测并获得光学码盘4每旋转一圈具有整数M个周期的第一增量位置信号，以及光学码盘4每旋转一圈具有整数N个周期的第二增量位置信号，其中M可为16、32、64或128，且N可为256、512、1024、2048、4096或8192，然而并不以此为限。
然后，如步骤S4所示，解析该绝对位置信号、该第一增量位置信号及该第二增量位置信号，并分别获得初步绝对位置信息、第一增量位置信息及第二增量位置信息。磁感测组件7提供的旋转一圈产生一个周期的绝对位置信号变化透过信号处理单元9的处理转换或定义为初步绝对位置信息，在机械角0度至360度的范围，会对应至一个周期的电气信号的电气角0度至360度，即一圈的机械角度会对应至一个周期的电气角度输出。光学感测组件8提供的一圈M个周期的第一增量位置信号透过信号处理单元9的处理转换为第一增量位置信息，在机械角0度至360度的范围，会对应至M个周期的电气信号的电气角0度至360度，即一圈的机械角度会对应至M个周期的电气角度输出。同样地，光学感测组件8提供的一圈N个周期的第二增量位置信号透过信号处理单元9的处理转换为第二增量位置信息，在机械角0度至360度的范围，会对应至N个周期的电气信号的电气角0度至360度，即一圈的机械角度会对应至N个周期的电气角度输出。
接着，如步骤S5所示，由该初步绝对位置信息解析出第一位置a，请同时参考图10。然后，如步骤S6所示，将第一位置a对应至第一增量位置信息的周期数位置，如图所示为第2个周期数位置，并解析获得第二位置b。接着，如步骤S7所示，将第二位置b对应至第二增量位置信息的周期数位置，如图所示为第5个周期数位置，并解析获得第三位置c，其中第三位置c为高精细的绝对位置。其中，步骤S4、步骤S5、步骤S6及步骤S7由信号处理单元9实现。此渐进式的位置解析步骤，由较低精度的初步绝对位置对应出中精度的增量位置，再由中精度的增量位置对应出高精度的增量位置，所解析出的位置信息即为高精细绝对位置。
请参阅图1、图2、图3A、图11及图12，其中图11是显示本发明另一较佳实施例的编码器的位置检测方法的流程图，而图12是显示本发明另一较佳实施例的编码器的位置检测方法获得的位置信息示意图。如图1、图2、图3A、图11及图12所示，本发明另一较佳实施例的编码器的位置检测方法包括步骤如下：首先，如步骤S11所示，提供编码器1，其中编码器1包括磁石3、光学码盘4、磁感测组件7以及光学感测组件8。光学码盘4环绕于磁石3且具有沿光学码盘4的圆周方向D排列的第一增量图纹轨道41及第二增量图纹轨道42，磁感测组件7对应于磁石3配置，且光学感测组件8对应于光学码盘4的一侧的第一增量图纹轨道41及第二增量图纹轨道42配置。其次，如步骤S12所示，磁感测组件7于磁石3与其相对运动时进行磁性感测并获得磁石3每旋转一圈具有一个周期的绝对位置信号。接着，如步骤S13所示，光学感测组件8于光学码盘4与其相对运动时进行光学感测并获得光学码盘4每旋转一圈具有整数M个周期的第一增量位置信号，以及光学码盘4每旋转一圈具有整数N个周期的第二增量位置信号，且N大于M，其中N为256、512、1024、2048、4096或8192，且(N-M)为16、32、64或128，然而并不以此为限。
然后，如步骤S14所示，解析该绝对位置信号、该第一增量位置信号及该第二增量位置信号，并分别获得初步绝对位置信息、第一增量位置信息及第二增量位置信息。接着，如步骤S15所示，解析该第一增量位置信息与该第二增量位置信息，并获得光学码盘4每旋转一圈具有(N-M)个周期的第三增量位置信息。
接着，如步骤S16所示，由该初步绝对位置信息解析出第一位置a，请同时参考图12。然后，如步骤S17所示，将第一位置a对应至第三增量位置信息的周期数位置，如图所示为第2个周期数位置，并解析获得第二位置b’。接着，如步骤S18所示，将第二位置b’对应至第二增量位置信息的周期数位置，如图所示为第5个周期数位置，并解析获得第三位置c，其中第三位置c为高精细的绝对位置。其中，步骤S14、步骤S15、步骤S16、步骤S17及步骤S18由信号处理单元9实现。
借此，透过使光学码盘4的第一增量图纹轨道41与第二增量图纹轨道42的图纹特征尺寸接近，也就是两个信号轨道的光学特征尺寸接近，将有助于降低光学设计的难度，并使编码器1的精度可再向上提升。
综上所述，本发明提供一种编码器及其位置检测方法，经由磁感测组件及光学感测组件分别获得绝对位置信号、第一增量位置信号及第二增量位置信号，并由信号处理单元进行信号整合及处理，可实现高精细的绝对位置感测并获得高精细的绝对位置信息。并且，透过光学感测组件的发光元件与收光元件对应于该光学码盘的一侧设置的光学反射式架构，搭配磁感测组件与磁石的设置，可实现编码器的薄型化。以及，透过磁感测组件获得绝对位置信号，使得编码器具有更高的耐环境污染承受能力，且光学感测组件具有增量收光区以及采用相位阵列方式排列的感测图纹，可使编码器的稳定度提升。同时，磁感测组件的中心可位于旋转轴上或者离轴设置，使得编码器可具备较大的生产组装裕度，较易于进行设计及组装。
纵使本发明已由上述的实施例详细叙述，而可由本领域技术人员任意设想而进行各种改动，然而均不脱离随附权利要求书的保护范围。

Claims (12)

1.一种编码器，包括：
一承载盘；
一磁石，设置于该承载盘；
一光学码盘，设置于该承载盘，且环绕于该磁石，该光学码盘具有一第一增量图纹轨道及一第二增量图纹轨道，且该第一增量图纹轨道及该第二增量图纹轨道分别沿该光学码盘的一圆周方向排列，其中该承载盘、该磁石及该光学码盘以一旋转轴为轴心共轴设置并可旋转，其中该第一增量图纹轨道沿该光学码盘的该圆周方向旋转一圈具有M个第一增量图纹，该第二增量图纹轨道沿该光学码盘的该圆周方向旋转一圈具有N个第二增量图纹，其中M与N为整数且N大于M，且每一个该第一增量图纹与每一个该第二增量图纹各具有一低反射系数区及一高反射系数区；
一壳体，与该承载盘相对应设置，且该承载盘、该磁石及该光学码盘可产生相对应该壳体的运动；
一电路板，设置于该壳体；
一磁感测组件，设置于该电路板，且对应于该磁石，以于该磁石相对应该壳体运动时进行磁性感测并获得一绝对位置信号；
一光学感测组件，设置于该电路板，且对应于该光学码盘的该第一增量图纹轨道及该第二增量图纹轨道，以于该光学码盘相对应该壳体运动时进行光学感测并获得一第一增量位置信号及一第二增量位置信号，其中该光学感测组件包括一发光元件及至少一个收光元件，该收光元件具有一第一增量收光区及一第二增量收光区，且该第一增量收光区及该第二增量收光区分别位于该发光元件的两侧，其中该第一增量收光区及该第二增量收光区分别具有多个第一感测图纹及多个第二感测图纹，且该多个第一感测图纹及该多个第二感测图纹的排列分别为相位阵列排列方式；
其中，该发光元件发出一光线至该第一增量图纹轨道及该第二增量图纹轨道，该第一增量收光区接收该第一增量图纹轨道所反射的该光线，并获得该第一增量位置信号，该第二增量收光区接收该第二增量图纹轨道所反射的该光线，并获得该第二增量位置信号；以及
一信号处理单元，设置于该电路板，接收并整合该绝对位置信号、该第一增量位置信号及该第二增量位置信号，以获得一绝对位置信息。
2.如权利要求1所述的编码器，其中该磁感测组件的中心位于该旋转轴上。
3.如权利要求1所述的编码器，其中该磁感测组件的中心偏离该旋转轴设置。
4.如权利要求1所述的编码器，其中该磁感测组件包括一磁阻元件，该磁阻元件为一霍尔元件、一各向异性磁阻元件、一巨磁阻元件或一穿隧磁阻元件。
5.如权利要求1所述的编码器，其中该发光元件具有一发光区域，其中该发光区域于该光学码盘的一圆周切线方向上具有一宽度，该第二增量图纹于该圆周切线方向上具有一节距，且该宽度为该节距的0.5至1.5倍。
6.如权利要求1所述的编码器，其中该光学感测组件更包括一基材，该基材设置于该电路板，该收光元件设置于该基材，且该发光元件设置于该收光元件。
7.如权利要求1所述的编码器，其中该光学感测组件更包括一基材并具有二个该收光元件，该基材设置于该电路板，该发光元件及二个该收光元件设置于该基材，其中二个该收光元件分别位于该发光元件的两侧，且分别具有该第一增量收光区及该第二增量收光区。
8.如权利要求7所述的编码器，其中该发光元件与二个该收光元件的高度齐平。
9.一种如权利要求1至8中任一项所述的编码器的位置检测方法，包括以下步骤：
(a)提供一编码器，其中该编码器包括一磁石、一光学码盘、一磁感测组件以及一光学感测组件，该光学码盘环绕于该磁石且具有沿该光学码盘的一圆周方向排列的一第一增量图纹轨道及一第二增量图纹轨道，该磁感测组件对应于该磁石，且该光学感测组件对应于该光学码盘的该第一增量图纹轨道及该第二增量图纹轨道；
(b)以该磁感测组件于该磁石相对运动时进行磁性感测并获得该磁石每旋转一圈具有一个周期的一绝对位置信号；
(c)以该光学感测组件于该光学码盘相对运动时进行光学感测并获得该光学码盘每旋转一圈具有整数M个周期的一第一增量位置信号，以及该光学码盘每旋转一圈具有整数N个周期的一第二增量位置信号；
(d)解析该绝对位置信号、该第一增量位置信号及该第二增量位置信号，并分别获得一初步绝对位置信息、一第一增量位置信息及一第二增量位置信息；
(e)由该初步绝对位置信息解析出一第一位置；
(f)将该第一位置对应至该第一增量位置信息，并解析获得一第二位置；以及
(g)将该第二位置对应至该第二增量位置信息，并解析获得一第三位置，其中该第三位置为绝对位置。
10.如权利要求9所述的编码器的位置检测方法，其中该步骤(d)、该步骤(e)、该步骤(f)及该步骤(g)由一信号处理单元实现，M为16、32、64或128，且N为256、512、1024、2048、4096或8192。
11.一种如权利要求1至8中任一项所述的编码器的位置检测方法，包括以下步骤：
(a)提供一编码器，其中该编码器包括一磁石、一光学码盘、一磁感测组件以及一光学感测组件，该光学码盘环绕于该磁石且具有沿该光学码盘的一圆周方向排列的一第一增量图纹轨道及一第二增量图纹轨道，该磁感测组件对应于该磁石，且该光学感测组件对应于该光学码盘的该第一增量图纹轨道及该第二增量图纹轨道；
(b)以该磁感测组件于该磁石相对运动时进行磁性感测并获得该磁石每旋转一圈具有一个周期的一绝对位置信号；
(c)以该光学感测组件于该光学码盘相对运动时进行光学感测并获得该光学码盘每旋转一圈具有整数M个周期的一第一增量位置信号，以及该光学码盘每旋转一圈具有整数N个周期的一第二增量位置信号，其中N大于M；
(d)解析该绝对位置信号、该第一增量位置信号及该第二增量位置信号，并分别获得一初步绝对位置信息、一第一增量位置信息及一第二增量位置信息；
(e)解析该第一增量位置信息与该第二增量位置信息，并获得该光学码盘每旋转一圈具有(N-M)个周期的一第三增量位置信息；
(f)由该初步绝对位置信息解析出一第一位置；
(g)将该第一位置对应至该第三增量位置信息，并解析获得一第二位置；以及
(h)将该第二位置对应至该第二增量位置信息，并解析获得一第三位置，其中该第三位置为绝对位置。
12.如权利要求11所述的编码器的位置检测方法，其中该步骤(d)、该步骤(e)、该步骤(f)、该步骤(g)及该步骤(h)由一信号处理单元实现，N为256、512、1024、2048、4096或8192，且(N-M)为16、32、64或128。
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