TWI673940B - 編碼器及其位置檢測方法 - Google Patents

Abstract

一種編碼器，包括磁石、光學碼盤、磁感測組件、光學感測組件及訊號處理單元。光學碼盤具有第一增量圖紋軌道及第二增量圖紋軌道，磁石及光學碼盤為共軸設置並可旋轉。磁感測組件感測磁石旋轉以獲得絕對位置訊號，光學感測組件感測光學碼盤旋轉以獲得第一增量位置訊號及第二增量位置訊號。訊號處理單元整合訊號以獲得高精細絕對位置資訊。

Description

編碼器及其位置檢測方法

本發明係關於一種編碼器及其位置檢測方法，尤指一種透過磁感測組件與光學感測組件取得絕對位置訊號與增量位置訊號，進行整合以獲得高精細絕對位置資訊之編碼器及其位置檢測方法。

隨著科技的進步，編碼器技術係廣泛應用於電機轉速量測與位置檢測等精密儀器控制領域，例如絕對型編碼器可用在馬達之旋轉數、旋轉方向及轉動位置之檢測等。

習知技術中，光學式編碼器常採用格雷碼(gray code)或M序列編碼(M code)來獲取絕對位置之資訊，且其主要架構係包括光發射器、光接收器、碼盤及處理電路，其中反射式光學編碼器的光發射器與光接收器係相對碼盤設置於同一側，並透過適當地設計碼盤上之圖紋以獲得所需之訊號輸出。

然而，由於習知的編碼器架構與編碼方式對於位置偏差十分敏感，編碼器於組裝對位上需要極為精準，且隨著編碼器精度需求提升，對應之光接收器感測區的面積亦隨之大幅度縮小，使得油汙、髒污、微粒子等外在環境之汙染會對於感測絕對位置訊號造成嚴重影響。

故此，如何發展一種有別於以往的編碼器及其位置檢測方法，以改善習知技術中的問題與缺點，可實現高精細之絕對位置感測、具有更高之耐環境汙染承受能力、提升編碼器之穩定度，且可達到易於組裝及編碼器薄型化之功效，實為目前技術領域中的重點課題。

本案之主要目的為提供一種編碼器及其位置檢測方法，俾解決並改善前述先前技術之問題與缺點。

本案之另一目的為提供一種編碼器及其位置檢測方法，藉由磁感測組件及光學感測組件獲得絕對位置訊號、第一增量位置訊號及第二增量位置訊號，並由訊號處理單元進行整合，可實現高精細之絕對位置感測並獲得高精細之絕對位置資訊。

本案之另一目的為提供一種編碼器及其位置檢測方法，透過光學感測組件之發光元件與收光元件對應於該光學碼盤之一側設置的光學反射式架構，搭配磁感測組件與磁石之設置，可實現編碼器之薄型化。

本案之另一目的為提供一種編碼器及其位置檢測方法，透過磁感測組件獲得絕對位置訊號，使得編碼器具有更高之耐環境汙染承受能力。並且，光學感測組件具有增量收光區以及採用相位陣列方式排列之感測圖紋，可使編碼器之穩定度提升。

本案之另一目的為提供一種編碼器及其位置檢測方法，磁感測組件之中心可位於旋轉軸上或者離軸設置，使得編碼器可具備較大之生產組裝裕度，較易於進行組裝。

為達上述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種編碼器，包括：一承載盤；一磁石，係設置於承載盤；一光學碼盤，係設置於承載盤，且環繞於磁石，光學碼盤係具有一第一增量圖紋軌道及一第二增量圖紋軌道，且第一增量圖紋軌道及該第二增量圖紋軌道係分別沿光學碼盤之一圓周方向排列，其中承載盤、磁石及光學碼盤係以一旋轉軸為軸心共軸設置並可旋轉；一殼體，係與承載盤相對應設置，且承載盤、磁石及光學碼盤可產生相對應殼體的運動；一電路板，係設置於殼體；一磁感測組件，係設置於電路板，且對應於磁石，以於磁石相對應殼體運動時進行磁性感測並獲得一絕對位置訊號；一光學感測組件，係設置於電路板，且對應於光學碼盤之第一增量圖紋軌道及第二增量圖紋軌道，以於光學碼盤相對應殼體運動時進行光學感測並獲得一第一增量位置訊號及一第二增量位置訊號；以及一訊號處理單元，係設置於電路板，接收並整合絕對位置訊號、第一增量位置訊號及第二增量位置訊號，以獲得一高精細絕對位置資訊。

為達上述目的，本案之另一較佳實施態樣為提供一種編碼器之位置檢測方法，包括步驟：(a)提供一編碼器，包括一磁石、一光學碼盤、一磁感測組件以及一光學感測組件。光學碼盤係環繞於磁石且具有沿光學碼盤之一圓周方向排列之一第一增量圖紋軌道及一第二增量圖紋軌道，磁感測組件係對應於磁石，且光學感測組件係對應於光學碼盤之第一增量圖紋軌道及第二增量圖紋軌道；(b)磁感測組件於磁石相對運動時進行磁性感測並獲得磁石每旋轉一圈具有一個週期之一絕對位置訊號；(c)光學感測組件於光學碼盤相對運動時進行光學感測並獲得光學碼盤每旋轉一圈具有整數M個週期之一第一增量位置訊號，以及光學碼盤每旋轉一圈具有整數N個週期之一第二增量位置訊號；(d)解析絕對位置訊號、第一增量位置訊號及第二增量位置訊號，並分別獲得一初步絕對位置資訊、一第一增量位置資訊及一第二增量位置資訊；(e)由初步絕對位 置資訊解析出一第一位置；(f)將第一位置對應至第一增量位置資訊，並解析獲得一第二位置；以及(g)將第二位置對應至第二增量位置資訊，並解析獲得一第三位置，其中第三位置為高精細之絕對位置。

為達上述目的，本案之另一較佳實施態樣為提供一種編碼器之位置檢測方法，包括步驟：(a)提供一編碼器，包括一磁石、一光學碼盤、一磁感測組件以及一光學感測組件。光學碼盤係環繞於磁石且具有沿光學碼盤之一圓周方向排列之一第一增量圖紋軌道及一第二增量圖紋軌道，磁感測組件係對應於磁石，且光學感測組件係對應於光學碼盤之第一增量圖紋軌道及第二增量圖紋軌道；(b)磁感測組件於磁石相對運動時進行磁性感測並獲得磁石每旋轉一圈具有一個週期之一絕對位置訊號；(c)光學感測組件於光學碼盤相對運動時進行光學感測並獲得光學碼盤每旋轉一圈具有整數M個週期之一第一增量位置訊號，以及光學碼盤每旋轉一圈具有整數N個週期之一第二增量位置訊號，其中N大於M；(d)解析絕對位置訊號、第一增量位置訊號及第二增量位置訊號，並分別獲得一初步絕對位置資訊、一第一增量位置資訊及一第二增量位置資訊；(e)解析第一增量位置資訊與第二增量位置資訊，並獲得光學碼盤每旋轉一圈具有(N-M)個週期之一第三增量位置資訊；(f)由初步絕對位置資訊解析出一第一位置；(g)將第一位置對應至第三增量位置資訊，並解析獲得一第二位置；以及(h)將第二位置對應至第二增量位置資訊，並解析獲得一第三位置，其中第三位置為高精細之絕對位置。

1‧‧‧編碼器

2‧‧‧承載盤

3‧‧‧磁石

4‧‧‧光學碼盤

41‧‧‧第一增量圖紋軌道

410‧‧‧第一增量圖紋

410a、420a‧‧‧低反射係數區

410b、420b‧‧‧高反射係數區

42‧‧‧第二增量圖紋軌道

420‧‧‧第二增量圖紋

5‧‧‧殼體

6‧‧‧電路板

7‧‧‧磁感測組件

8‧‧‧光學感測組件

80‧‧‧基材

81‧‧‧發光元件

810‧‧‧發光區域

811‧‧‧電極

82‧‧‧收光元件

821‧‧‧第一增量收光區

8210‧‧‧第一感測圖紋

822‧‧‧第二增量收光區

8220‧‧‧第二感測圖紋

9‧‧‧訊號處理單元

10‧‧‧鎖固螺絲

A‧‧‧旋轉軸

D‧‧‧圓周方向

d‧‧‧圓周切線方向

L‧‧‧光線

P‧‧‧節距

R‧‧‧半徑方向

W‧‧‧寬度

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‧‧‧步驟

第1圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之剖面結構示意圖。

第2圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之部分結構示意圖。

第3A圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之光學碼盤之結構示意圖。

第3B圖係顯示第3A圖所示之光學碼盤之局部放大示意圖。

第4A圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之磁石及磁感測組件之上視圖。

第4B圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之磁石及磁感測組件之剖面側視圖。

第5A圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之磁石及磁感測組件之上視圖。

第5B圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之磁石及磁感測組件之剖面側視圖。

第6A圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之光學感測組件之結構示意圖。

第6B圖係顯示第6A圖所示之光學感測組件之局部放大示意圖。

第7A圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之光學感測組件之發光元件之架構示意圖。

第7B圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之光學感測組件之發光元件之架構示意圖。

第8A圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之光學碼盤及光學感測組件之架構示意圖。

第8B圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之光學碼盤及光學感測組件之架構示意圖。

第9圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之位置檢測方法之流程圖。

第10圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之位置檢測方法獲得之位置資訊示意圖。

第11圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之位置檢測方法之流程圖。

第12圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之位置檢測方法獲得之位置資訊示意圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。

請參閱第1圖、第2圖、第3A圖及第3B圖，其中第1圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之剖面結構示意圖，第2圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之部分結構示意圖，第3A圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之光學碼盤之結構示意圖，以及第3B圖係顯示第3A圖所示之光學碼盤之局部放大示意圖。如第1圖、第2圖、第3A圖及第3B圖所示，本案之編碼器1係包括承載盤2、磁石3、光學碼盤4、殼體5、電路板6、磁感測組件7、光學感測組件8及訊號處理單元9。磁石3係設置於承載盤2，光學碼盤4係設置於承載盤2且環繞於磁石3配置。光學碼盤4具有一第一增量圖紋軌道41及一第二增量圖紋軌道42，第一增量圖紋軌道41及第二增量圖紋軌道42係分別沿光學碼盤4之圓周方向D相鄰排列。其中，承載盤2、磁石3及光學碼盤4係以旋轉軸A為軸心共軸設置並可旋轉。

殼體5係與承載盤2相對應設置，且承載盤2、磁石3及光學碼盤4可產生相對應殼體5的運動。電路板6係設置於殼體5，且係與磁石3及光學碼盤4相對配置。磁感測組件7係設置於電路板6，且係對應於磁石3配置， 以於磁石3相對殼體5運動時，亦即磁石3相對磁感測組件7運動時，進行磁性感測並獲得絕對位置訊號。光學感測組件8係設置於電路板6，且係分別對應於光學碼盤4之一側之第一增量圖紋軌道41及第二增量圖紋軌道42配置，以於光學碼盤4相對殼體5運動時，亦即光學碼盤4相對光學感測組件8運動時，進行光學感測並分別獲得第一增量位置訊號及第二增量位置訊號。訊號處理單元9係設置於電路板6，例如但不限於，設置於相異於磁感測組件7與光學感測組件8之另一側。訊號處理單元9係接收絕對位置訊號、第一增量位置訊號及第二增量位置訊號，並進行整合與處理以獲得高精細絕對位置資訊。

換言之，本案之編碼器係藉由磁感測組件及光學感測組件分別獲得絕對位置訊號、第一增量位置訊號及第二增量位置訊號，並由訊號處理單元進行整合與處理，可實現高精細之絕對位置感測並獲得高精細之絕對位置資訊。

請參閱第1圖、第4A圖及第4B圖，其中第4A圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之磁石及磁感測組件之上視圖，以及第4B圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之磁石及磁感測組件之剖面側視圖。如第1圖、第4A圖及第4B圖所示，於一些實施例中，磁感測組件7之中心係位於旋轉軸A上(on-axis)，當磁石3以旋轉軸A為軸心並旋轉一圈時，於磁感測組件7之位置會有旋轉一圈產生一個週期之磁氣特性變化，該變化例如但不限於，磁通密度之強弱變化，而磁感測組件7偵測此磁氣特性週期性變化並將之轉換為電氣訊號，遂可產生並定義旋轉一圈一個完整週期之絕對位置訊號，以提供予訊號處理單元9。於一些實施例中，磁石3係可為環形磁石，且以鎖固螺絲10穿設於磁石3及承載盤2以進行固定，然並不以此為限。

請參閱第1圖、第5A圖及第5B圖，其中第5A圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之磁石及磁感測組件之上視圖，第5B圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之磁石及磁感測組件之剖面側視圖。如第1圖、第5A圖及第5B圖所示，於一些實施例中，磁感測組件7之中心係偏離旋轉軸A設置(off-axis)，以偵測磁氣特性變化以產生並定義旋轉一圈一個完整週期之絕對位置訊號。於一些實施例中，磁石3係可為環形磁石，當搭配之磁感測組件7離軸設置時，係可實現中空環形之編碼器架構，但並不以此為限。於一些實施例中，磁石3可為中空環形磁石、圓板形磁石、方板形磁石或任何可產生旋轉一圈一個磁特性週期變化之磁石，然亦不以此為限。於一些實施例中，磁感測組件7係包括磁阻元件(圖未繪示)，磁阻元件可為，例如但不限於，霍爾效應(Hall effect)元件、各向異性磁阻(anisotropic magnetoresistance,AMR)元件、巨磁阻(giant magnetoresistance,GMR)元件、穿隧磁阻(tunneling magnetoresistance,TMR)元件或採用以上元件之整合電路元件。

易言之，本案之編碼器及其位置檢測方法中，磁感測組件之中心可位於旋轉軸上或者離軸設置，使得編碼器可具備較大之生產組裝裕度，較易於進行設計及組裝。

請參閱第1圖、第2圖、第3A圖、第3B圖、第6A圖、第6B圖、第7A圖、第7B圖、第8A圖及第8B圖，其中第6A圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之光學感測組件之結構示意圖，第6B圖係顯示第6A圖所示之光學感測組件之局部放大示意圖，第7A圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之光學感測組件之發光元件之架構示意圖，第7B圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之光學感測組件之發光元件之架構示意圖，第8A圖係顯示本案較佳實施例之 編碼器之光學碼盤及光學感測組件之架構示意圖，以及第8B圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之光學碼盤及光學感測組件之架構示意圖。如第1圖、第2圖、第3A圖、第3B圖、第6A圖、第6B圖、第7A圖、第7B圖、第8A圖及第8B圖所示，於一些實施例中，第一增量圖紋軌道41沿光學碼盤4之圓周方向D環設一圈(即機械角0度至360度)，且係具有M個第一增量圖紋410；第二增量圖紋軌道42沿光學碼盤4之圓周方向D環設一圈，且係具有N個第二增量圖紋420，其中N與M為正整數，且N大於M。其中，每一個第一增量圖紋410具有低反射係數區410a及高反射係數區410b，以及每一個第二增量圖紋420具有低反射係數區420a及高反射係數區420b。於一些實施例中，光學碼盤4可為玻璃材質、金屬材質、塑膠材質或任何可加工產生光學低反射係數與高反射係數交錯排列圖紋週期之材質，然並不以此為限。

於一些實施例中，光學感測組件8係包括發光元件81及至少一個收光元件82，其中發光元件81可為，例如但不限於，發光二極體(LED)、垂直共振腔面射形雷射(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)或雷射二極體(LD)。收光元件82具有第一增量收光區821及第二增量收光區822，第一增量收光區821及第二增量收光區822係沿光學碼盤4之半徑方向R配置，且分別位於發光元件81之兩側。發光元件81係發出光線L至第一增量圖紋軌道41及第二增量圖紋軌道42，第一增量收光區821係接收第一增量圖紋軌道41高反射係數區410b所反射之光線L，並獲得第一增量位置訊號；第二增量收光區822係接收第二增量圖紋軌道42高反射係數區420b所反射之光線L，並獲得第二增量位置訊號。意即，發光元件81發射出之光線L係分別受對應之第一增量圖紋軌道41及第二增量圖紋軌道42所反射，且在收光元件82之平面上形成光能量 之強弱分布，而收光元件82偵測此光能量強弱分布之變化，並將之轉換為電氣訊號，分別產生第一增量位置訊號及第二增量位置訊號，以提供予訊號處理單元9進行訊號整合及處理。

舉例而言，發光元件81及收光元件82相對於光學碼盤4配置於同一側，而收光元件82於發光元件81沿光學碼盤4的半徑方向R之兩側分別具有第一增量收光區821及第二增量收光區822。第一增量收光區821連續偵測來自光學碼盤4之具有M個第一增量圖紋410之第一增量圖紋軌道41的反射光，並將光能量強弱分佈的變化轉變為電氣訊號，此訊號係為於光學碼盤4旋轉一圈具有M個週期之第一增量位置訊號。同理，第二增量收光區822連續偵測來自光學碼盤4之具有N個第二增量圖紋420之第二增量圖紋軌道42的反射光，並將光能量強弱分佈的變化轉變為電氣訊號，此訊號係為於光學碼盤4旋轉一圈具有N個週期之第二增量位置訊號。

於一些實施例中，發光元件81係具有發光區域810及電極811，其中發光區域810之形狀可為，例如但不限於，圓形、長方形或橢圓形。發光區域810於光學碼盤4之圓周切線方向d上係具有一寬度W，第二增量圖紋420於圓周切線方向d上係具有一節距P，且該寬度W係為該節距P之0.5至1.5倍(0.5P≦W≦1.5P)，以獲取良好訊號品質之第二增量位置訊號。

於一些實施例中，發光元件81及收光元件82係可為，例如但不限於，直接設置於電路板6。於一些實施例中，如第8A圖所示，光學感測組件8係包括基材80、發光元件81及一個收光元件82，基材80係設置於電路板6，收光元件82係設置於基材80，且發光元件81係設置於收光元件82，亦即基材80、收光元件82與發光元件81係依序堆疊，但並不以此為限。於一些實施例中， 如第8B圖所示，光學感測組件8係包括基材80、發光元件81及二個收光元件82，發光元件81及二個收光元件82係設置於基材80，其中二個收光元件82係分別位於發光元件81之兩側，且其中一個收光元件82係具有第一增量收光區821，另一個收光元件82係具有第二增量收光區822，且發光元件81與二個收光元件82之組裝高度齊平，然亦不以此為限。

於一些實施例中，第一增量收光區821及第二增量收光區822分別具有複數個第一感測圖紋8210及複數個第二感測圖紋8220，且複數個第一感測圖紋8210及複數個第二感測圖紋8220之排列分別為相位陣列(phased-array)排列方式。舉例而言，感測圖紋之排列依序可為A+、B+、A-及B-之交錯性重覆複數個週期之排列方式，其中產生之B+、A-及B-訊號相對於A+訊號分別相差90°、180°以及270°之電氣角度。相位陣列之排列方式具有較高的耐油污與髒污承受能力，以及對收光能量分佈不平均時之均化效果，可使得本案編碼器1之穩健度更為提昇。

換言之，本案之編碼器及其位置檢測方法係透過光學感測組件之發光元件與收光元件對應於該光學碼盤之一側設置的光學反射式架構，搭配磁感測組件與磁石之設置，可實現編碼器之薄型化。並且，透過磁感測組件獲得絕對位置訊號，使得編碼器具有更高之耐環境汙染承受能力，且光學感測組件具有增量收光區以及採用相位陣列方式排列之感測圖紋，可使編碼器之穩定度提升。

請參閱第1圖、第2圖、第3A圖、第9圖及第10圖，其中第9圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之位置檢測方法之流程圖，以及第10圖係顯示本案較佳實施例之編碼器之位置檢測方法獲得之位置資訊示意圖。如第1圖、 第2圖、第3A圖、第9圖及第10圖所示，本案較佳實施例之編碼器之位置檢測方法係包括步驟如下：首先，如步驟S1所示，提供編碼器1，其中編碼器1係包括磁石3、光學碼盤4、磁感測組件7以及光學感測組件8。光學碼盤4係環繞於磁石3且具有沿光學碼盤4之圓周方向D排列之第一增量圖紋軌道41及第二增量圖紋軌道42，磁感測組件7係對應於磁石3配置，且光學感測組件8係對應於光學碼盤4之一側之第一增量圖紋軌道41及第二增量圖紋軌道42配置。其次，如步驟S2所示，磁感測組件7係於磁石3與其相對運動時進行磁性感測並獲得磁石3每旋轉一圈具有一個週期之絕對位置訊號。接著，如步驟S3所示，光學感測組件8係於光學碼盤4與其相對運動時進行光學感測並獲得光學碼盤4每旋轉一圈具有整數M個週期之第一增量位置訊號，以及光學碼盤4每旋轉一圈具有整數N個週期之第二增量位置訊號，其中M可為16、32、64或128，且N可為256、512、1024、2048、4096或8192，然並不以此為限。

然後，如步驟S4所示，解析該絕對位置訊號、該第一增量位置訊號及該第二增量位置訊號，並分別獲得初步絕對位置資訊、第一增量位置資訊及第二增量位置資訊。磁感測組件7提供的旋轉一圈產生一個週期之絕對位置訊號變化係透過訊號處理單元9之處理轉換或定義為初步絕對位置資訊，在機械角0度至360度之範圍，會對應至一個週期之電氣訊號的電氣角0度至360度，即一圈之機械角度會對應至一個週期之電氣角度輸出。光學感測組件8提供的一圈M個週期之第一增量位置訊號係透過訊號處理單元9之處理轉換為第一增量位置資訊，在機械角0度至360度之範圍，會對應至M個週期之電氣訊號的電氣角0度至360度，即一圈之機械角度會對應至M個週期之電氣角度輸出。同樣地，光學感測組件8提供的一圈N個週期之第二增量位置訊號係透過 訊號處理單元9之處理轉換為第二增量位置資訊，在機械角0度至360度之範圍，會對應至N個週期之電氣訊號的電氣角0度至360度，即一圈之機械角度會對應至N個週期之電氣角度輸出。

接著，如步驟S5所示，由該初步絕對位置資訊解析出第一位置a，請同時參考第10圖。然後，如步驟S6所示，將第一位置a對應至第一增量位置資訊之週期數位置，如圖所示係為第2個週期數位置，並解析獲得第二位置b。接著，如步驟S7所示，將第二位置b對應至第二增量位置資訊之週期數位置，如圖所示係為第5個週期數位置，並解析獲得第三位置c，其中第三位置c為高精細之絕對位置。其中，步驟S4、步驟S5、步驟S6及步驟S7係由訊號處理單元9實現。此漸進式之位置解析步驟，係由較低精度之初步絕對位置對應出中精度之增量位置，再由中精度之增量位置對應出高精度之增量位置，所解析出的位置資訊即為高精細絕對位置。

請參閱第1圖、第2圖、第3A圖、第11圖及第12圖，其中第11圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之位置檢測方法之流程圖，以及第12圖係顯示本案另一較佳實施例之編碼器之位置檢測方法獲得之位置資訊示意圖。如第1圖、第2圖、第3A圖、第11圖及第12圖所示，本案另一較佳實施例之編碼器之位置檢測方法係包括步驟如下：首先，如步驟S11所示，提供編碼器1，其中編碼器1係包括磁石3、光學碼盤4、磁感測組件7以及光學感測組件8。光學碼盤4係環繞於磁石3且具有沿光學碼盤4之圓周方向D排列之第一增量圖紋軌道41及第二增量圖紋軌道42，磁感測組件7係對應於磁石3配置，且光學感測組件8係對應於光學碼盤4之一側之第一增量圖紋軌道41及第二增量圖紋軌道42配置。其次，如步驟S12所示，磁感測組件7係於磁石3與其相對運 動時進行磁性感測並獲得磁石3每旋轉一圈具有一個週期之絕對位置訊號。接著，如步驟S13所示，光學感測組件8係於光學碼盤4與其相對運動時進行光學感測並獲得光學碼盤4每旋轉一圈具有整數M個週期之第一增量位置訊號，以及光學碼盤4每旋轉一圈具有整數N個週期之第二增量位置訊號，且N大於M，其中N為256、512、1024、2048、4096或8192，且(N-M)為16、32、64或128，然並不以此為限。

然後，如步驟S14所示，解析該絕對位置訊號、該第一增量位置訊號及該第二增量位置訊號，並分別獲得初步絕對位置資訊、第一增量位置資訊及第二增量位置資訊。接著，如步驟S15所示，解析該第一增量位置資訊與該第二增量位置資訊，並獲得光學碼盤4每旋轉一圈具有(N-M)個週期之第三增量位置資訊。

接著，如步驟S16所示，由該初步絕對位置資訊解析出第一位置a，請同時參考第12圖。然後，如步驟S17所示，將第一位置a對應至第三增量位置資訊之週期數位置，如圖所示係為第2個週期數位置，並解析獲得第二位置b’。接著，如步驟S18所示，將第二位置b’對應至第二增量位置資訊之週期數位置，如圖所示係為第5個週期數位置，並解析獲得第三位置c，其中第三位置c為高精細之絕對位置。其中，步驟S14、步驟S15、步驟S16、步驟S17及步驟S18係由訊號處理單元9實現。

藉此，透過使光學碼盤4之第一增量圖紋軌道41與第二增量圖紋軌道42之圖紋特徵尺寸接近，也就是兩個訊號軌道之光學特徵尺寸接近，將有助於降低光學設計的難度，並使編碼器1的精度可再向上提昇。

綜上所述，本案係提供一種編碼器及其位置檢測方法，藉由磁感測組件及光學感測組件分別獲得絕對位置訊號、第一增量位置訊號及第二增量位置訊號，並由訊號處理單元進行訊號整合及處理，可實現高精細之絕對位置感測並獲得高精細之絕對位置資訊。並且，透過光學感測組件之發光元件與收光元件對應於該光學碼盤之一側設置的光學反射式架構，搭配磁感測組件與磁石之設置，可實現編碼器之薄型化。以及，透過磁感測組件獲得絕對位置訊號，使得編碼器具有更高之耐環境汙染承受能力，且光學感測組件具有增量收光區以及採用相位陣列方式排列之感測圖紋，可使編碼器之穩定度提升。同時，磁感測組件之中心可位於旋轉軸上或者離軸設置，使得編碼器可具備較大之生產組裝裕度，較易於進行設計及組裝。

縱使本案已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

Claims (14)

1. 一種編碼器，包括：一承載盤；一磁石，係設置於該承載盤；一光學碼盤，係設置於該承載盤，且環繞於該磁石，該光學碼盤係具有一第一增量圖紋軌道及一第二增量圖紋軌道，且該第一增量圖紋軌道及該第二增量圖紋軌道係分別沿該光學碼盤之一圓周方向排列，其中該承載盤、該磁石及該光學碼盤係以一旋轉軸為軸心共軸設置並可旋轉；一殼體，係與該承載盤相對應設置，且該承載盤、該磁石及該光學碼盤可產生相對應該殼體的運動；一電路板，係設置於該殼體；一磁感測組件，係設置於該電路板，且對應於該磁石，以於該磁石相對應該殼體運動時進行磁性感測並獲得一絕對位置訊號；一光學感測組件，係設置於該電路板，且對應於該光學碼盤之該第一增量圖紋軌道及該第二增量圖紋軌道，以於該光學碼盤相對應該殼體運動時進行光學感測並獲得一第一增量位置訊號及一第二增量位置訊號；以及一訊號處理單元，係設置於該電路板，接收並整合該絕對位置訊號、該第一增量位置訊號及該第二增量位置訊號，以獲得一絕對位置資訊； 其中，該第一增量圖紋軌道沿該光學碼盤之該圓周方向旋轉一圈係具有M個第一增量圖紋，該第二增量圖紋軌道沿該光學碼盤之該圓周方向旋轉一圈係具有N個第二增量圖紋，其中M與N為整數且N大於M，且每一個該第一增量圖紋與每一個該第二增量圖紋各具有一低反射係數區及一高反射係數區。
2. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中該磁感測組件之中心係位於該旋轉軸上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中該磁感測組件之中心係偏離該旋轉軸設置。
4. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中該磁感測組件係包括一磁阻元件，該磁阻元件係為一霍爾元件、一各向異性磁阻元件、一巨磁阻元件或一穿隧磁阻元件。
5. 如申請專利範圍第1項所述之編碼器，其中該光學感測組件係包括一發光元件及至少一個收光元件，該收光元件係具有一第一增量收光區及一第二增量收光區，且該第一增量收光區及該第二增量收光區係分別位於該發光元件之兩側；其中，該發光元件係發出一光線至該第一增量圖紋軌道及該第二增量圖紋軌道，該第一增量收光區係接收該第一增量圖紋軌道所反射之該光線，並獲得該第一增量位置訊號，該第二增量收光區係接收該第二增量圖紋軌道所反射之該光線，並獲得該第二增量位置訊號。
6. 如申請專利範圍第5項所述之編碼器，其中該發光元件係具有一發光區域，其中該發光區域於該光學碼盤之一圓周切線方向上係具有一寬度，該第二增量圖紋於該圓周切線方向上係具有一節距，且該寬度係為該節距之0.5至1.5倍。
7. 如申請專利範圍第5項所述之編碼器，其中該光學感測組件更包括一基材，該基材係設置於該電路板，該收光元件係設置於該基材，且該發光元件係設置於該收光元件。
8. 如申請專利範圍第5項所述之編碼器，其中該光學感測組件更包括一基材並具有二個該收光元件，該基材係設置於該電路板，該發光元件及該二個收光元件係設置於該基材，其中該二個收光元件係分別位於該發光元件之兩側，且分別具有該第一增量收光區及該第二增量收光區。
9. 如申請專利範圍第8項所述之編碼器，其中該發光元件與該二個收光元件之高度齊平。
10. 如申請專利範圍第5項所述之編碼器，其中該第一增量收光區及該第二增量收光區分別具有複數個第一感測圖紋及複數個第二感測圖紋，且該複數個第一感測圖紋及該複數個第二感測圖紋之排列分別為相位陣列排列方式。
11. 一種編碼器之位置檢測方法，包括步驟：(a)提供一編碼器，其中該編碼器係包括一磁石、一光學碼盤、一磁感測組件以及一光學感測組件，該光學碼盤係環繞於該磁石且具有沿該光學碼盤之一圓周方向排列之一第一增量圖紋軌道及一第 二增量圖紋軌道，該磁感測組件係對應於該磁石，且該光學感測組件係對應於該光學碼盤之該第一增量圖紋軌道及該第二增量圖紋軌道；(b)以該磁感測組件於該磁石相對運動時進行磁性感測並獲得該磁石每旋轉一圈具有一個週期之一絕對位置訊號；(c)以該光學感測組件於該光學碼盤相對運動時進行光學感測並獲得該光學碼盤每旋轉一圈具有整數M個週期之一第一增量位置訊號，以及該光學碼盤每旋轉一圈具有整數N個週期之一第二增量位置訊號；(d)解析該絕對位置訊號、該第一增量位置訊號及該第二增量位置訊號，並分別獲得一初步絕對位置資訊、一第一增量位置資訊及一第二增量位置資訊；(e)由該初步絕對位置資訊解析出一第一位置；(f)將該第一位置對應至該第一增量位置資訊，並解析獲得一第二位置；以及(g)將該第二位置對應至該第二增量位置資訊，並解析獲得一第三位置，其中該第三位置為絕對位置。
12. 如申請專利範圍第11項所述之編碼器之位置檢測方法，其中該步驟(d)、該步驟(e)、該步驟(f)及該步驟(g)係由一訊號處理單元實現，M為16、32、64或128，且N為256、512、1024、2048、4096或8192。
13. 一種編碼器之位置檢測方法，包括步驟： (a)提供一編碼器，其中該編碼器係包括一磁石、一光學碼盤、一磁感測組件以及一光學感測組件，該光學碼盤係環繞於該磁石且具有沿該光學碼盤之一圓周方向排列之一第一增量圖紋軌道及一第二增量圖紋軌道，該磁感測組件係對應於該磁石，且該光學感測組件係對應於該光學碼盤之該第一增量圖紋軌道及該第二增量圖紋軌道；(b)以該磁感測組件於該磁石相對運動時進行磁性感測並獲得該磁石每旋轉一圈具有一個週期之一絕對位置訊號；(c)以該光學感測組件於該光學碼盤相對運動時進行光學感測並獲得該光學碼盤每旋轉一圈具有整數M個週期之一第一增量位置訊號，以及該光學碼盤每旋轉一圈具有整數N個週期之一第二增量位置訊號，其中N大於M；(d)解析該絕對位置訊號、該第一增量位置訊號及該第二增量位置訊號，並分別獲得一初步絕對位置資訊、一第一增量位置資訊及一第二增量位置資訊；(e)解析該第一增量位置資訊與該第二增量位置資訊，並獲得該光學碼盤每旋轉一圈具有(N-M)個週期之一第三增量位置資訊；(f)由該初步絕對位置資訊解析出一第一位置；(g)將該第一位置對應至該第三增量位置資訊，並解析獲得一第二位置；以及(h)將該第二位置對應至該第二增量位置資訊，並解析獲得一第三位置，其中該第三位置為絕對位置。
14. 如申請專利範圍第13項所述之編碼器之位置檢測方法，其中該步驟(d)、該步驟(e)、該步驟(f)、該步驟(g)及該步驟(h)係由一訊號處理單元實現，N為256、512、1024、2048、4096或8192，且(N-M)為16、32、64或128。