編碼器發展史
編碼器作為現代工業控制與自動化系統中的核心感測器，其技術起源可追溯至20世紀40年代。隨著電子、光學、通訊與微機電系統（MEMS）技術的發展，編碼器從最初的機械式角度轉換裝置，演進為今日具備奈米精度、智慧通訊與自我診斷能力的多功能量測平台。
1940–1960年代：原型雛形與機械時代
- 1940年代，隨著軍事雷達系統與航空導航技術的發展，德國與英國工程師率先研究出電刷式旋轉轉換器，用於測量旋轉角度。
- 1947年，美國貝爾實驗室提出第一種將機械角度轉換為電脈衝訊號的構想，類似於編碼圓盤的雛形。
- 1950年代初，第一批機械式編碼器面世，基於電刷接觸原理，透過旋轉接點觸發開關訊號。
- 此類編碼器通常輸出格雷碼（Gray Code），被應用於早期軍事測距儀與類比電腦中。
特點：
- 完全機械接觸，磨損快、訊號不穩定
- 訊號輸出為開關位或類比電壓
- 用途非常有限，主要出現在國防實驗設施
1970–1980年代：光學編碼器與增量技術的崛起
- 1971年，美國公司 BEI Precision Instruments 推出第一款商用光學增量編碼器，引發產業革命。
- 光柵碼盤由透明塑料或玻璃製成，表面蝕刻出周期性條紋；當光源穿過條紋，被光電二極體檢測後輸出A/B脈衝訊號。
- 1974年，德國 Heidenhain 首次在其編碼器產品中整合零位脈衝（Z通道），用於原點定位。
- 1976年，日本光洋電子（Koyo Electronics）推出工業用增量編碼器，進入 CNC 數控領域，推動其普及。
創新成果：
- 非接觸式檢測提高壽命與可靠性
- 標準化的 TTL、HTL 輸出介面出現
- 解析度可達 1000～5000 PPR
1990年代：絕對編碼器與數位控制爆發
- 1989–1992年，歐洲製造商如 Baumer、Heidenhain 開始推出單圈絕對編碼器，利用多軌光碟與多組光電感測器生成並列位置信息。
- 1993年，德國 SICK Stegmann 開發出多圈絕對編碼器，透過內建齒輪計數器或磁感應感知圈數，實現全絕對編碼功能。
- 同期，SSI（同步序列介面）成為業界標準串列通訊協議，由德國 Hubner 公司推廣。
- 多家廠商研發出可程式化編碼器，使用者可透過軟體設定解析度與輸出方向，提升靈活性。
技術突破：
- 編碼器斷電後依然能保持準確位置（絕對值儲存）
- ASIC 晶片整合實現小型化與高整合度
- 可靠性與抗干擾能力顯著提升
2000年代：現場總線、乙太網與系統整合
- 編碼器開始採用工業總線通訊：如 CANopen（CiA 406 標準）、Profibus、DeviceNet 等，適用於多節點網路系統。
- 同期興起的工業乙太網協議如 EtherCAT（Beckhoff）、Profinet（Siemens）、EtherNet/IP（Rockwell）逐步成為高速控制系統主流。
- 2005年，日本 Tamagawa 推出具備冗餘安全認證（SIL2）的旋轉編碼器，應用於電梯、機器人與列控系統。
- 編碼器整合溫度補償、數位濾波、自我診斷等功能，朝向智慧感測器方向發展。
趨勢特點：
- 網路化通訊取代傳統脈衝電纜
- 多圈絕對值範圍提升至 30 位以上
- 編碼器首次支援熱插拔、線上設定、遠端更新
2010年代至今：智慧編碼器、微型套件與無線通訊
- 智慧編碼器（Smart Encoders）支援藍牙、IO-Link、工業 Wi-Fi，可與 PLC 或雲端平台雙向通訊。
- 出現大量適用於協作型機器人（Cobot）、AGV 小車、無人機的磁性感測套件式編碼器，尺寸最小可達 Φ12 mm，重量 <10g。
- 高解析磁柵式線性編碼器（如 Renishaw、RSF）應用於半導體設備，精度達亞微米甚至奈米級別。
- 視覺辨識編碼器與整合 IMU 的混合感測器正在興起，可提供 6 自由度姿態資料。
未來發展趨勢展望
- 智慧化 + 邊緣運算：編碼器將內建處理器，具備資料預處理、預測維護與邊緣 AI 計算能力。
- 多維融合感測：編碼器將與溫濕度、IMU、扭矩、加速度等多種感測器整合，實現全域運動偵測。
- 軟體定義編碼器（SD-E）：使用者可遠端重設解析度、方向、通訊協議與診斷策略。
- 綠色節能設計：低功耗、無金屬摩擦材料、模組化安裝將成為新趨勢。
- 全球供應鏈優化：隨著全球對關鍵技術自主可控需求增加，越來越多國家與地區正推動本地編碼器產業能力的提升，包括光柵製造、專用晶片設計、工業通訊協議等核心技術方向。
結語
編碼器的發展，映照出工業從類比到數位、從集中到智慧、從封閉到開放的時代變遷。從軍事起源到民用普及，編碼器的每一次技術躍進皆與精密製造、自動控制、資訊通訊等學科密切相關。理解編碼器的發展史，不僅有助於掌握其技術核心，也讓我們更有信心面對未來工業感測器的演化與挑戰。