剛剛上網吸收攝影相關常識，出現了「編碼器」這三個字，因為之前H.264這個代碼如雷貫耳，但老實說，不很清楚它的內情，只知跟影片有關。（雖然這篇看完，也沒有答案！因為重點在編碼器......時間有限，要下一篇才看得到吧~）想到有Perplexity Pro可以幫忙，於是就有了現在這一篇。算是留下個足跡可複習吧！給跟我一樣的小白，我們一起看~因為是很基礎、鳥瞰之類的概念，後續若還有好奇的話，就再加囉~現在姑且就叫（1）
簡介
編碼器（Encoder；編碼裝置）是一種感測裝置，能將機械位置、方向與角度的變化轉換成電訊號輸出。其名稱源於「編碼」（encode [ɪn'koʊd]）一詞，意即將角度與位置位移編成代碼形式。
起源與早期演變
轉換器時代（1950年代之前）編碼器的前身可追溯至旋轉變壓器（Rotary Transformer），這是一種電磁感測器，也稱為同步解碼器（Synchro Decomposer）。旋轉變壓器是一種小型交流馬達，用於測量旋轉物體的軸角位移與角速度，由定子與轉子組成。定子繞組作為變壓器主側接收激勵電壓，激勵頻率通常在400至5000赫茲之間。
光學編碼器的誕生（1950年代至1960年代）
編碼器技術的真正突破始於1950年代。根據美國太空總署參考資料，光學編碼器大約於1951年開發，用以滿足對高解析度感測器的需求。
Baldwin電子與軍事應用是編碼器發展的關鍵推動力。1862年，音樂教師德懷特·哈密爾頓·鮑德溫（Dwight Hamilton Baldwin）在俄亥俄州辛辛那提開設音樂店，後來成立了鮑德溫鋼琴公司（Baldwin Piano Company）。二戰後，該公司開始在鍵盤樂器中採用電子技術，目標是使用光學編碼的玻璃圓盤來複製歐洲大教堂風琴的音色。工程師們開發出一種方法，利用蝕刻在玻璃上的不透明與透明段落來複製風琴音調。當光盤旋轉時，創造出交替的光暗圖案，光二極體將其轉譯為電訊號。
1951年，美國陸軍信號部隊與Baldwin簽訂合約開發光學編碼器。1958年，Baldwin電子（現為貝賽精密系統與太空公司BEI Precision Systems and Space Company）為Atlas飛彈制導系統提供18位元（bit）光學編碼器。這些編碼器至今仍然運作正常。
海德漢與DOM時代（1960年代）：海德漢公司（HEIDENHAIN）創立於1889年，初為柏林的金屬蝕刻公司。1960年代初期，該公司推出DOM（數位光學測量儀Digital Optical Measuring Instrument，這是一台光學計數器，具有高精度讀數至0.0001英寸的能力。DOM的基本元素是一條標尺，以0.1英寸為單位進行刻度與編號，置於包含電光源的測量儀器中，最長可提供200英寸的測量範圍。
DOM技術後來成為現代高精度線性標尺的基礎，廣泛應用於半導體產業，甚至能達到次微米級測量精度。
編碼器類型與技術演變
增量式與絕對值編碼器編碼器分為兩大基本類型：增量式編碼器（Incremental Encoder）與絕對值編碼器（Absolute Encoder）。
增量式編碼器只報告位置的相對變化。每次旋轉時，它計數編碼器移動的步數，產生一系列脈衝信號。增量式編碼器不提供絕對位置信息，需要一個固定的參考點（稱為「歸零」homing）才能確定絕對位置。這種類型適用於簡單計數、裝配線與機器人應用等場景。
絕對值編碼器為每個位置分配唯一代碼，能直接輸出軸的絕對位置信息。其圓盤設計更複雜，包含多個不同尺寸的狹槽軌道，每個軌道都有各自的光發射器與接收器。組合多個軌道的信息可形成唯一的「位址」代碼。絕對值編碼器在斷電後仍能保持位置信息，系統重新啟動時可立即恢復功能，無需進行歸零循環。這使其適合機器人、CNC機床與工業自動化系統等要求高精度定位的應用。
光學編碼器（Optical Encoder）
光學編碼器通過光傳感來測定位置，分為穿透式與反射式兩種。穿透式光學編碼器中，光發射元件的光線透過旋轉圓盤上等距刻出的狹縫照射到光接收元件，接收元件檢測光通量是否通過旋轉圓盤的狹縫。反射式編碼器則利用反射光進行測量。光接收元件偵測這些光暗圖案並轉換為電訊號，可產生近似正弦波或方波的輸出。
光學編碼器具有高精度、高解析度、無線電頻率干擾免疫、非接觸式測量與工作溫度範圍寬等優勢，廣泛應用於CNC加工、半導體製造與雷射加工等需要微米級精度的領域。
磁性編碼器（Magnetic Encoder）
磁性編碼器利用磁場變化檢測運動，更耐久且抗環境干擾能力強。相比光學編碼器，磁性編碼器在高振動、高污染環境（如採礦作業）中表現更穩定，但精度與解析度可能略低。
感應式編碼器（Inductive Encoder）
感應式編碼器是一個相對較新但強大的技術。它含有發射線圈與四個接收線圈的差分配置。發射線圈產生1至2兆赫的高頻磁場，當銅製物體等導電物進入磁場時，會產生渦流，改變磁場對稱性，接收線圈因此產生非零訊號。感應式編碼器可在5至15微米範圍內精確測量位移，完全非接觸且對外部電磁場不敏感。
這種類型結合了磁性編碼器的環境適應性與光學編碼器的較高精度，在一般自動化系統、醫療應用（如CT掃描儀）與機器人領域頗受歡迎。
迄今的應用發展
工業4.0與智慧製造編碼器在工業4.0（Industry 4.0）與智慧製造中扮演核心角色。隨著物聯網（Internet of Things, IoT [ˋɪntɚˌnɛt əv ˋθɪŋz]）與人工智慧的發展，編碼器已演變為智慧感測器（Smart Sensor），提供實時數據反饋、預測維護信號、自適應控制支持與無縫雲端整合。
在現代製造環境中，編碼器轉換旋轉或線性運動為電訊號，供控制器、可程式控制器（PLC Programmable Logic Controller）或CNC系統解讀。編碼器反饋訊號可用於計算位置、計數、速度或方向，使控制裝置能傳送特定任務的命令。
工業機器人（Industrial Robotics）、自動導引車（Automated Guided Vehicle, AGV）、CNC機床（CNC Machine Tools）、包裝與標籤系統（Packaging and Labeling Systems）與列印和繪圖機（Printing and Plotters）等都倚賴編碼器實現精密位置控制與速度反饋。
在汽車組裝線上，編碼器確保機器人與輸送帶的同步，實現精準的車輛生產。
醫療與外科應用編碼器在醫療器械（Medical Devices）與外科手術系統（Surgical Systems）中的應用日益增長。在診斷影像設備（Diagnostic Imaging Equipment [ˌdaɪəg'nɑstɪk 'ɪmɪdʒɪŋ ɪ'kwɪpmənt]）中，編碼器提供MRI機器、CT掃描儀與X射線系統的精密定位，確保高品質影像與準確診斷。機器人手術系統（Robotic Surgical Systems）利用編碼器提供實時反饋與控制，使外科醫生能進行複雜的微創手術。光學編碼器特別用於機器人手臂的精細運動與導航系統反饋。
編碼器亦應用於放射治療機（Radiation Therapy Machines），其中運動控制至關重要，編碼器在冗餘系統中發揮安全作用。此外，外骨骼（Exoskeletons [ɛk'soʊ'skɛlətənz]）利用編碼器即時測量關節角度與肢體運動，使外骨骼能動態適應使用者的動作。
電動汽車與車輛應用電動汽車（Electric Vehicles, EV）採用編碼器整合電路（Encoder ICs, Integrated Circuits [ɪn'koʊdər aɪ siː, ɪn'tɛgrətɪd 'sɝkɪts]）進行電池管理系統監控。編碼器追蹤電池模組與電池單元的位置與狀態，隨著電動汽車技術邁向自主駕駛與網聯化，編碼器需求大幅增長。
機器人與人形機器人
人形機器人編碼器（Humanoid Robot Encoders [hjuː'mænɔɪd 'roʊ'bɑt ɪn'koʊdəz]）市場迅速擴張。這些編碼器支持組裝、檢驗、物料搬運、個人協助與研究等應用，涵蓋防衛、教育、娛樂、醫療、物流與製造等多個領域。
當代發展趨勢市場成長與規模
全球編碼器市場規模於2024年達30.1億美元，預計2025年將達32.5億美元，到2033年達59.3億美元，複合年增長率為7.83%。
編碼器市場受多重因素驅動：自動化與機器人應用需求、工業4.0加速採用、電動汽車市場擴張、地緣政治與供應鏈變動。
物聯網啟用的編碼器
物聯網啟用編碼器（IoT-Enabled Encoders [aɪ oʊ tiː ɪ'neɪbəld ɪn'koʊdəz]）是當前核心發展方向。這些編碼器提供實時數據監控與雲端連接（Cloud Connectivity），增強自動化、便利遠程診斷、實現智慧工廠環境中的無縫整合。
無線編碼器與邊緣計算無線編碼器（Wireless Encoders）提供更大的安裝靈活性與便利性，消除物理連線需求。無線編碼器與物聯網平台和雲服務無縫整合，支持數據分析、預測性維護與整體系統效能改善。
邊緣計算（Edge Computing）與邊緣AI（Edge AI）的發展使編碼器數據能在靠近資料來源的位置處理。這降低延遲、減少功耗、增強隱私並改善成本效率。機器學習技術日益用於分析編碼器位置數據，優化整體系統效能。
多匝絕對值編碼器多匝絕對值編碼器（Multi-Turn Absolute Encoders）需求增長，特別在再生能源應用、工業機器人與汽車系統中。這些編碼器能在多個旋轉週期內追蹤位置。
人工智慧與物理AI物理AI（Physical AI [ˋfɪzɪkəl eɪ aɪ]）正在改變邊緣設備上的AI部署方式。編碼器與邊緣AI相結合，使機器人系統與自主設備能進行實時決策與適應性控制。即使是中端微控制器（MCU Microcontroller Unit）現已能執行視覺與關鍵字識別等機器學習任務。
小結
編碼器從1950年代軍事應用與音樂電子樂器的起源，已演變為現代自動化、機器人、醫療設備與智慧製造的不可或缺組件。隨著光學、磁性與感應式技術的不斷進步，編碼器繼續適應工業4.0、物聯網、邊緣計算與人工智慧等新興需求。市場成長軌跡、無線連接能力與智慧感測功能的擴展預示著編碼器技術將在未來數年內繼續迅速演進。
