CN101482651B - 产生时序频率的微机电扫描控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种产生时序频率的微机电扫描控制器及其控制方法，用在双向激光扫描装置中的微机电摆动式反射镜的控制器，其是可侦测微机电反射镜的共振频率(resonant frequency)，以发出微机电反射镜的频率调变信号与振幅调变信号，使微机电反射镜的桥式电路调整稳定，并可发出对应在当时微机电反射镜的共振频率产生一个时序信号(CLK signal)，以使扫描数据(data string)能在正向(forward direction)与反向(reverse direction)扫描的有效扫描窗口(scanningwindow)内送出，达到高精度的扫描效果。

Description

产生时序频率的微机电扫描控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种产生时序频率的微机电扫描控制器及其控制方法(MEMS scan controller with clock frequency and method of control thereof)，尤指一种用在双向激光扫描装置(bi-direction laser scanning unit，简称双向LSU)的微机电反射镜(micro-electric-mechanical mirror，简称MEMS mirror)的控制器及其控制方法，以产生时序频率信号，使激光光源可依据此时序频率在有效扫描窗口内传送激光光线。

背景技术

目前在激光扫描装置(laser scanning unit，简称LSU)大都使用旋转多面镜(Polygon Mirror)以高速旋转操控激光光线的扫描，但由于旋转多面镜是用液压趋动，其转速限制、价格高、声音大、启动慢等因素，已渐无法符合高速且高精度的要求。近年以来，具有转矩振荡器(torsion oscillators)的微机电反射镜(micro-electronic-mechanic system oscillatory mirror，简称MEMS mirror)已开始发展，未来将可应用在影像系统(imaging system)、扫描仪(scanner)或激光打印机(laser printer)的激光扫描装置(laser scanning unit，简称LSU)，其扫描效率(Scanning efficiency)将可高于传统的旋转多面镜。

在激光扫描装置(LSU)中的微机电反射镜(MEMS mirror)，是由具有桥式电路的控制板、转矩振荡器与反射镜面所构成，通过共振磁场趋动镜面以轴心左右方向来回摆动；当激光光线射向微机电反射镜的镜面时，镜面通过随时间变化的转动角度，使入射到微机电反射镜的镜面上的激光光线，被反射到微机电反射镜中心轴各种不同的角度上以进行扫描。由于微机电反射镜可以忽视光波长的影响，而达到高分辨率和大转动角度的特点，使得它被广泛应用在商品、科学与工业应用上，如US5,408,352、US5,867,297、US6,947,189、US7,190,499、TWM253133、JP2006-201350等。由于微机电反射镜是以轴心以左右方向来回摆动，为提高扫描效率可发展为双向扫描，而构成双向激光扫描装置(bi-directionlaser scanning unit)，但此也增加了控制的困难度。

由于微机电反射镜是以共振方式来回摆动，其摆动的角度与稳定性将会影响激光扫描装置的精度，在微机电反射镜的双向激光扫描装置的控制器上，现有的技术着重在微机电反射镜的稳定控制，如调整微机电反射镜共振频率、调整微机电反射镜工作角度、或利用压振电路(voltage controlled oscillator，VCO)以调整频率，其中，压振电路原理是以电流控制介质的导磁技术或利用电压改变电容量以达到改变频率的目的，如美国专利US2006/00139113、US2005/0139678、US2007/0041068、US2004/0119002、US7,304,411、US5,121,138；日本专利JP63-314965等。然而双向激光扫描装置，以A4尺寸的600DPI(dot perinch)的精度为例，在每个方向扫描时必须送出5102个激光光线的光点(lightspot)，使这5102个光点可以在有效扫描窗口(imaging interval)内完整发出，而不会因微机电反射镜的频率变动或振幅变动造成有效扫描窗口移动，使5102个光点偏移而不能完整在目标物上成像。因此计算微机电反射镜的频率给予发出激光光线的激光控制器正确的信号，则为主要的控制重点之一。美国专利US2006/0279364公开使用微机电反射镜的共振模式，利用参考表而以时序计数器为控制；美国专利US6,891,572公开使用锁相电路以控制扫瞄信号同步存入内存；美国专利US6,838,661公开利用光电传感器控制微机电反射镜摆动稳定；美国专利US6,870,560、US6,987,595公开利用计数控制器或动态调整共振频率以控制感光鼓(drum)的转动与激光扫描光线的频率。然而对于双向的扫描，在有效扫描窗口(scanning window)使扫描光线能不偏移而完整在目标物上成像，则须要发展还快速有效的控制方法与控制器。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种微机电扫描控制器，供应用在双向扫描的微机电激光扫描装置，其是用以侦测微机电反射镜的振动频率与振幅，并以产生信号给激光控制器与控制微机电反射镜的桥式电路，用以调整微机电反射镜的振动频率与振幅，并使微机电反射镜的振动稳定，以使激光光线可正确地在有效的扫描区域进行扫描。

对于微机电激光扫描装置，装置中激光光源受激光控制器所控制，当激光控制器发出扫描数据时，则经由激光光源产生激光光线，射向微机电反射镜的反射用镜面，微机电反射镜以f共振频率(resonant frequency)使镜面以正向与反向振动(摆动)，使激光光线在有效的扫描区域，称为有效扫描窗口(scanningwindow)内进行扫描，激光光线经扫瞄后为扫瞄光线，扫瞄光线经由扫瞄镜片在目标物上成像；而超过有效扫描窗口的扫描光线则被光电传感器所侦测。微机电反射镜则受桥式电路所控制，当微机电反射镜摆动过大时，可控制桥式电路使微机电反射镜摆动减少，同理，当微机电反射镜摆动过小时，可控制桥式电路使微机电反射镜摆动增大。当微机电反射镜稳定时，可发出时序信号告知激光打印机或多功能事务机的激光控制器发出扫描数据的时机与发出扫描数据的频率。

由于时序信号为依据扫描当时的微机电反射镜的频率与振幅所导出，可在有效扫描窗口内产生β个光点或其倍数nβ个光点，对于600DPI、A4尺寸，β可设为5102个光点，可在有效扫描窗口内产生β个光点。

本发明的微机电扫描控制器包含逻辑单元、一个或多个D型正反器、锁相电路与计数比较器；其中，所述的逻辑单元可接收光电传感器产生的触发光电感测信号，并计算每次光电传感器产生的光电感测信号之间隔时间，以产生微机电反射镜的频率调变信号与振幅调变信号；锁相电路可产生时序信号，所述的时序信号的频率为fCLK(t)，是对应在时间t的微机电反射镜的扫瞄频率，使激光控制器接收到锁相电路发出的时序信号，以将扫描数据送出。

由于微机电反射镜是以f频率来回振动，由左向右振动完成一个周期的时间为T，扫描的角度为θ，此扫描的角度θ与时间的关系为正弦关系，如图2，为避免扫描变形，在一个周期的时间T内以最接近直线的二段时间，a～b与a’～b’。如图4，T2与T4为正向扫描与反向扫描的时间，且为最接近直线的二段时间。T1、T2、T3、T4之间关系如下：

$T_1={\sin }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_p}{{\mathrm{\θ}}_c}\right)\·\frac{1}{2\mathrm{\πf}}-{\sin }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_n}{{\mathrm{\θ}}_c}\right)\·\frac{1}{2\mathrm{\πf}}---\left(1\right)$

$T_2={2\sin }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_n}{{\mathrm{\θ}}_c}\right)\·\frac{1}{2\mathrm{\πf}}---\left(2\right)$

$T_3=\frac{1}{2}(T-2T_2)---\left(3\right)$

T₄＝T₂(4)

其中，T1为延时时间，T2为正向扫描的时间，T3为延时时间，T4为反向扫描的时间，f为微机电反射镜的振动频率，θ_c为微机电反射镜扫描角度，2^θp为光电传感器角度，2^θn为有效扫描角度，所构成的为有效扫描窗口。

本发明再一目的在于提供一种微机电扫描控制器，其是在微机电扫描控制器发出时序信号的频率fCLK(t)的同时发出数据制动信号，以驱动激光控制器开始传送扫描数据，使传送扫描数据时还为准确。

本发明另一目的在于提供一种微机电激光扫描装置(MEMSLSU)的扫描控制方法，其是利用控制微机电反射镜的共振频率与振幅，以稳定微机电反射镜的振动，并计算当时t时间的时序信号的频率fCLK(t)，以在有效扫描窗口内正确的传送nβ个光点的扫描数据。

本发明利用微机电扫描控制器控制微机电反射镜的共振频率f与振幅A以稳定微机电反射镜的振动的控制方法，对于一个光电传感器，包含下列步骤：

S1：设定负荷的初始值D、设定周期初始值T；

S2：检查光电感测信号在半个周期T内是否被触发二次，如果被触发二次则开始调整频率，如果没有被触发二次则开始调整振幅(步骤S5)；

S3：检查光电感测信号的二次触发时间与全周期的比值，如果超出5％的外，则开始调整振幅；其中5％的设定为不限制，可依控制精度而在事先设定；

S4：调整振幅时，调整负荷D值，使D值调升或调降，以改变振幅，使在半个周期内振幅能触发二次光电传感器；

S5：振幅正确后则调整频率，但频率不能超过最大的限制。

对于两个光电传感器，在步骤S2则为下列控制方法：

S1：设定负荷的初始值D、设定周期初始值T；

S2：检查两个光电感测信号在半个周期T内，第一个光电传感器是否被触发二次，如果被触发二次则开始调整频率，如果没有被触发二次则开始调整振幅(步骤S5)；

S3：检查光电感测信号的二次触发时间与全周期的比值，如果超出5％的外，则开始调整振幅；其中5％的设定为不限制，可依控制精度而在事先设定；

S4：调整振幅时，调整负荷D值，使D值调升或调降，以改变振幅，使在半个周期内振幅能触发二次光电传感器；

S5：振幅正确后则调整频率，但频率不能超过最大的限制。

计算时序信号的频率fCLK(t)的方法如下：微机电反射镜的频率与振幅稳定后，其频率为f，在有效扫描窗口内的扫描数据传送时间为T2(或T4)，即在有效扫描窗口内应传送β个光点或其倍数nβ个光点，则在t时间的时序信号的脉冲的频率fCLK为：

$f_{\mathrm{CLK}}=n\·\mathrm{\β}\·\frac{1}{T_2}=n\·\mathrm{\β}\·f\·\frac{\mathrm{\π}}{{\sin }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_n}{{\mathrm{\θ}}_c}\right)}---\left(4\right)$

即在T2内产生

个脉冲(pulse)，而计数比较器215产生此数量的1/2的脉冲(pulse)，即

个，

由时序信号送出。

传送扫描数据的步骤如下：

S1：微机电扫描控制器计算时序信号的频率fCLK并判断微机电反射镜是否稳定；

S2：微机电反射镜稳定后微机电扫描控制器发出稳定信号；

S3：激光控制器若接到稳定信号，则将扫瞄数据以频率为fCLK发出；

由此，在微机电反射镜稳定振动后，由微机电扫描控制器发出频率fCLK的时序信号，达成在有效扫描窗口(T2或T4时间内)传送扫描数据。

与现有技术比较本发明的有益效果在于，可以产生时序信号的控制方法与如此方法所构成的微机电扫描控制器，除可以发出微机电反射镜的频率调变信号与振幅调变信号，使微机电反射镜的桥式电路调整稳定，并可发出对应在当时微机电反射镜共振频率的时序信号，通过此时序信号提供给激光控制器，使激光光线可在有效扫描窗口内发出扫瞄光线，以达到高精度的扫描效果。

附图说明

图1是本发明双向激光扫描装置示意图；

图2是本发明微机电反射镜反射激光光线的角度与时间的关系与光电传感器发出光电感测信号与时间的关系图；

图3是本发明的微机电扫描控制器示意图；

图4是本发明光电感测信号、扫描光线角度与扫描数据与时间的关系图；

图5是本发明微机电扫描控制器接收激光控制器信号与光电传感器信号并发出的第一调变信号关系图；

图6是本发明第一调变信号、第二调变信号与第三调变信号关系图；

图7是本发明共振频率信号关系图；

图8是本发明光电感测信号关系图；

图9是本发明各信号的关系图；

图10是本发明微机电扫描控制器控制流程图；

图11是本发明扫描数据控制流程图；

图12是本发明第二实施例的微机电扫描控制器示意图；

图13是本发明第三实施例的微机电扫描控制器示意图；

图14是本发明第四实施例的微机电扫描控制器示意图；

图15是本发明第五实施例的微机电扫描控制器示意图；

图16是本发明第五实施例的两个光电感测信号关系图。

附图标记说明：10-微机电反射镜(MEMS mirror)；11-激光光源(pre-scanlaser)；13-扫描镜片(post-scan lens)；14a、14b-光电传感器(PD detector)；15-目标物(target drum)；21-微机电扫描控制器(MEMS scan controller)；22-桥式电路(Bridge circuit)；23-激光控制器(laser controller)；111-激光光线(Laserlight)；113(a、b、c)，114、115(a、b)-扫描光线(Scanning light)；211-逻辑单元(Control logic)；212-D型正反器I(D inverter I)；213-D型正反器II(D inverterII)；214-锁相电路(phase locked loop PLL)；215-计数比较器(Counter compare)；216-RF延时电路(RF delay circuit)；217-数据驱动延时电路(data trigger delaycircuit)；310-时序信号(CLK signal)；311-驱动信号(driving signal)；312a、312b-光电感测信号(PD signal)；313-启动使能信号(ENB signal)；314-调整信号(Adjust signal)；315-稳定信号(Stable signal)；316a-第一调变信号(PWM1signal)；316b-第二调变信号(PWM2signal)；316c-第三调变信号(PWM3signal)；317a、317b、317c-数据制动信号(Data trigger signal)；318-扫描数据(Data string)；321-共振频率信号(Resonant frequency signal)；322-制动信号(Trigger signal)；323-振荡信号(Q signal)。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

<实施例一>：一个光电传感器的微机电激光扫描装置

本实施例应用在一个光电传感器的微机电激光扫描装置；如图1，对于微机电激光扫描装置，装置中激光光源11是受激光控制器23所控制，当激光控制器23发出扫描数据318时，则经由激光光源11产生激光光线111；激光光线111射向微机电反射镜10的反射镜面，微机电反射镜10以f共振频率使镜面以正向与反向振动；本实施例使用频率f＝2500±(2500*5％)HZ、最大扫描角度为±23°的微机电反射镜10；激光光线111则以θ_c＝±23*2°角度扫描成为右侧边缘扫描光线115a至左侧边缘扫描光线115b；2^θn范围的扫描光线是由113a至113b所构成，此即为有效扫描窗口，本实施例设在θ_n＝±19*2°；而在本实施例，光电传感器14a设在θ_p＝±21*2°角度处，使扫描光线114a被光电传感器14a所侦测。光电传感器14a可接收扫描光线114a而将光线转变成电性的触发信号。扫描光线113a至113b则经由后扫描镜片13在目标物15如感光鼓上成像。为要维持2^θc角度的稳定，微机电反射镜10则由桥式电路22所控制，桥式电路22可发出驱动信号311使微机电反射镜10进行摆动，当微机电反射镜10摆动过大时，可控制桥式电路22使发出驱动信号311，同理，当微机电反射镜10摆动过小时，可控制桥式电路22使发出驱动信号311，桥式电路22是依据微机电扫瞄控制器21输出的第一调变信号316a、第二调变信号316b与第三调变信号316c所控制。另，激光控制器23为激光打印机或多功能事务机的主控台，是用以发出扫描数据318以控制激光光源11、发出启动微机电反射镜10的启动使能信号313、发出调整微机电反射镜10的调整信号314，以判别微机电反射镜10是否已稳定、是否可以发出扫描数据318、与以何种频率发出扫描数据318。

微机电扫描控制器21接受激光控制器23的启动使能信号313、接受激光控制器23的调整信号314、产生频率调变的第一调变信号316a、产生频率调变的第二调变信号316b与产生振幅调变的第三调变信号316c、与产生微机电反射镜10已稳定的稳定信号315，经由接受光电传感器14a发出的光电感测信号312a以侦测微机电反射镜10的共振频率并产生时序信号310以提供给激光控制器23以适时驱动激光光源11，使激光光源11发出的影像信号，通过微机电扫描控制器21的计算与相位，使时序信号310为正确的时序频率，使激光光线111扫描后的扫描光线113a至113b位于有效扫描窗口内，即使扫描光线113a至113b在目标物15上产生nβ个光点。

微机电扫描控制器21包含逻辑单元211、D型正反器I212、D型正反器II213、锁相电路214与计数比较器215。所述的逻辑单元211可接收光电传感器14a产生的触发光电感测信号312a，并计算每次光电传感器14a产生的光电感测信号312a，以产生微机电反射镜10的频率调变信号与振幅调变信号，第一调变信号316a、第二调变信号316b与振幅的第三调变信号316c；锁相电路214可产生时序信号310，当激光控制器23接收到微机电扫描控制器21的锁相电路214发出的时序信号310，则可依此时序信号310的频率而将扫描数据318送出，说明如下：

如图2，微机电反射镜10是依Y轴沿X轴左右振动，其左右振动为±θ_c，在任一时间t，激光光线111入射后反射的扫描光线与中心光轴(113c)夹角θ(t)为随时间呈现正弦波形，而在反射的扫描光线至光电传感器14a时，产生第一次触发的光电感测信号312a，当微机电反射镜10向右振动至最大角度θ_c时，θ(t)角度最大；其后，微机电反射镜10则开始回振，θ(t)角度减小，反射的扫描光线至光电传感器14a时，产生第二次触发的光电感测信号312a，当扫描光线到达有效扫描窗口内(113a至113b，即图2的a至b点之间)，此时角度θ(t)与时间t的关系为最接近直线，此为正向扫描的有效扫描窗口；当微机电反射镜10向左振动至最大角度-θ_c时，θ(t)角度最大；其后，微机电反射镜10则开始回振，θ(t)角度减小，当扫描光线到达有效扫描窗口内(113b至113a，即图2的b’至a’点之间)，此为反向扫描的有效扫描窗口，当微机电反射镜10继续向右振动，扫描光线至光电传感器14a时，产生第三次触发的光电感测信号312a，完成一个周期±θ_c的扫描，当微机电反射镜10至最大角度θ_c时开始回振，θ(t)角度减小，扫描光线至光电传感器14a时，产生第四次触发的光电感测信号312a。

如图3，本实施例的微机电扫描控制器21是由逻辑单元211、两个D型正反器212/213、锁相电路214与计数比较器215所构成；微机电扫描控制器21接受光电传感器14a所发出的光电感测信号312a，由于微机电反射镜10是以f频率来回振动，由左向右振动完成一个周期的时间为T(t)，称为扫描周期正向扫描与反向扫描如图4所示，在扫描周期内，当θ(t)减小于扫描光线114a位置起，即延时T1时间，此时角度θ(t)与时间t的关系为最接近直线，激光控制器23发出扫描数据318，发出数据时间为T2，此为正向扫描的有效扫描窗口；当延时T3的后，激光控制器23发出扫描数据318，发出数据时间为T4，此为负向扫描的有效扫描窗口；而T1、T2、T3、T4是在一个扫描周期T(t)内完成。T1、T2、T3、T4之间关系如下：当f＝2500HZ时，由Eq.(1)～Eq.(4)计算得T1＝1.137×10-5，T2＝T4＝1.2377×10-4，T3＝7.623×10-5。

当激光控制器23发出启动使能信号313为高电位时，即是不发出微机电反射镜10的启动使能，由高电位转成低电位，即是发出微机电反射镜10的启动使能，如图5，但此时微机电反射镜10启动后尚不稳定，此时激光控制器23发出稳定信号315为低电位、发出调整信号314为低电位，一段时间后，微机电反射镜10已稳定，稳定信号315转为高电位、调整信号314转为高电位，并发出第一调变信号316a，经由桥式电路22成为驱动信号311，使微机电反射镜10向左振动；微机电反射镜10来回振动后，每个扫描周期T(t)会触发二次光电传感器14a，由此可由逻辑单元211计算出光电感测信号312a的触发周期T(t)。在控制T1、T2、T3、T4时，微机电扫描控制器21的逻辑单元211可接收光电传感器14a产生的触发信号312a，并计算每次光电传感器14a产生的触发信号312a，并产生微机电反射镜10的频率的第一调变信号316a、第二调变信号316b与振幅的第三调变信号316c；第一调变信号316a、第二调变信号316b与振幅的第三调变信号316c送出后，由桥式电路22接受，用以调整微机电反射镜10的振动频率与振幅。

如图6所示，第一调变信号316a、第二调变信号316b与振幅的第三调变信号316c的脉冲关系设定如下：在共振周期T内，第一调变信号316a与第二调变信号316b的脉冲时间为TA1与TA3，且设TA1＝TA3，第一调变信号316a与第二调变信号316b脉冲之间隔时间为TA2与TA4，且设TA2＝TA4、TA1/TA4，TA1+TA2+TA3+TA4＝T，即在共振周期T内完成第一调变信号316a与第二调变信号316b各一次，即使第一调变信号316a与第二调变信号316b驱动微机电反射镜10使微机电反射镜10的共振频率为1/T，其中TA1/TA4比值为不限制，可视控制回路而还改，在本实施例是使用TA1/TA4＝1/4；第三调变信号316c为由高电位降为低电位的过程，通过高电位维持的时间TA10与低电位维持的时间TA9比值则为振幅调整的负荷D，设定第三调变信号316c为1K的频率(频率为不限制，在本实施例是使用1K的频率)，即设定TA11＝1/1000、D＝TA10/TA11、TA9+TA10＝TA11，由调整D数值可调整第三调变信号316c的波形，以经由桥式电路22以改变微机电反射镜10的振幅。在微机电反射镜10反射激光光线111后，由左侧向右侧摆动而触发光电传感器14a二次的时间，如图8，相邻二次触发光电传感器14a的时间为TA6，与周期T(t)的比值为TA6/(T(t)/2)，因周期T(t)随时间变化，则比值TA6/(T(t)/2)也随时间变化；对于固定的光电传感器14a位置，触发光电传感器14a的扫描光线114a与中心轴构成夹角为θ_p，而微机电反射镜10最大扫描角度为θ_c，即，在周期为T时，R＝TA6/(T(t)/2)，或由计算比值R的变化也可以计算出周期T的变化，计算方法如下：

$R=\frac{T{A}_6}{\frac{1}{2}T}=\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}}\left(2{\sin }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{\&theta;}}_p}{{\mathrm{\&theta;}}_c}\right)\right)---\left(5\right)$

由于微机电反射镜10是利用电磁力或弹簧力产生振荡，在任一时间t，其共振频率为f(t)、振幅为A(t)，并非固定不变的数值，其最下限为下限共振频率fL、其最上限为上限共振频率fH，即FL≤f(t)≤fH；本实施例，fL＝2375、fH＝2625；因微机电反射镜10振动时会受环境或其结构影响，共振频率为f(t)变动将影响激光光源11将扫描数据送出的时机，振幅为A(t)变动将影响反射角度θ(t)，进而影响扫描光线113a、扫描光线113b所构成的有效扫描窗口。因此，微机电扫描控制器21控制微机电反射镜10的共振频率f(t)与振幅A(t)的方法如图10所示，包含下列步骤：

S1：设定负荷的初始值(本实施例设定D＝90％)、设定周期初始值T(本实施例设定T＝1/fL＝4.21×10-4sec)，激光控制器23控制激光光源11发出激光光线111；

S2：检查光电感测信号312a在半个周期4.21×10-4sec内是否被触发二次；

S3：调整频率则将第一调变信号316a、第二调变信号316b与第三调变信号316c设为低电位；

S4：检查检查光电感测信号312a的触发时间比值，TA6/(T(t)/2)，是否在R±5％内；如果TA6/(T(t)/2)正确则判断是否连续稳定，如果连续稳定则由激光控制器23发出稳定信号315；如果TA6/(T(t)/2)不正确，则开始调整振幅；

S5：调整振幅则先判断TA6/(T(t)/2)低在上限5％或下限5％；

S6：调整振幅时，调整负荷D值，使D值调升或调降，以改变振幅，使在半个周期内振幅能触发二次光电传感器14a；

S7：振幅正确后则微调频率，但频率不能超过fH。

在本实施例，光电传感器14a装设在θ_p＝21°，即在f＝2500HZ时，由Eq.(5)，可计算得R＝0.26745。激光控制器23控制微机电反射镜10的共振频率f(t)与振幅A(t)的方法中，当检查检查光电感测信号312a的触发时间比值，TA6/(T(t)/2)，即以R＝0.25408～0.28082为控制的判断。

当微机电反射镜10的频率T(t)与振幅A(t)正确后，激光控制器23发出稳定信号315，则可以开始传送扫描数据318。在微机电扫描控制器21另包含一个或多数个D型正反器I212、D型正反器II213，D型正反器I212、D型正反器II213可接受逻辑单元211产生的频率调变信号，第一调变信号316a与第二调变信号316b，并产生共振频率信号321与回授信号，或接收计数比较器215输出的制动信号322，产生内部振荡信号323与回授信号；其中，共振频率信号321的低电位时间T12与高电位时间T13，如图9；锁相电路214则可接收D型正反器产生的共振频率信号321与/或内部振荡信号323回授信号并产生时序信号310，时序信号310是由共振频率信号321的T12/T13的比值所决定，即在一个周期时间内产生nβ脉冲；计数比较器215则可接受锁相电路214的时序信号310，所述的时序信号310为具有f(t)倍率频率的脉冲信号；计数比较器215则可累计时序信号310的脉冲至一定数量并产生一个制动信号322，并清除累计时序信号310。

当微机电反射镜10的频率与振幅稳定后，其在t时间频率为f(t)，在有效扫描窗口内的扫描数据318传送时间为T2(或T4)，即在有效扫描窗口内应传送nβ＝1*5102个光点，如图9，即在此时间t，时序信号310的脉冲的频率fCLK(t)。若在t时间，微机电反射镜10的频率为2500HZ时，经由Eq.(4)计算，fCLK＝41.22MHZ。计数比较器215在T2内产生8244个脉冲信号。

当微机电反射镜10的频率T(t)与振幅A(t)正确稳定后，激光控制器23可以开始传送扫描数据，传送扫描数据的方法如图11，包含下列步骤：

S1：激光控制器23若发出启动使能信号313为低电位，则使微机电扫描控制器21不发出时序信号310与数据制动信号317a；若激光控制器23发出启动使能信号313或调整信号314时，则由微机电扫描控制器21发出第一调变信号316a、第二调变信号316b与第三调变信号316c，以调整并判断微机电反射镜10是否稳定，此时微机电反射镜10启动完成；

S2：微机电反射镜10稳定后微机电扫描控制器21发出稳定信号315；

S3：微机电扫描控制器21发出时序信号310；所述的时序信号310的频率fCLK(t)则以Eq.(4)所计算；

S4：激光控制器23将扫描数据318传出，其传出的频率则为时序信号310的频率fCLK(t)。

由此，时序信号310的频率fCLK(t)是经由微机电扫描控制器21产生，供以激光控制器23将扫描数据318传出，因为所述的时序信号310的频率fCLK(t)是由微机电扫描控制器21依据微机电反射镜10在任何时间t下的振动频率f(t)所计算与产生，可在T2或T4时间内传送β个光点或其倍数nβ个光点。本发明的目的，在于提供一种微机电扫描控制器21，使在微机电反射镜10稳定振动后，由微机电扫描控制器21发出时序信号310的频率fCLK(t)，达成在有效扫描窗口(T2或T4时间内)传送扫描数据318。

<实施例二>一个光电传感器的微机电激光扫描装置

本实施例应用在一个光电传感器的微机电激光扫描装置；本实施例的微机电扫描控制器21与控制方法是相同在第一实施例。为使传送扫描数据318时还为准确，则在微机电扫描控制器21发出时序信号310的频率fCLK(t)的同时进一步可发出数据制动信号317a，以驱动激光控制器23开始传送扫描数据318。如图12，逻辑单元211在微机电扫描控制器21若接到稳定信号315，则发出时序信号310与数据制动信号317a；本实施例传送扫描数据的方法包含下列步骤：

S1：激光控制器23若发出启动使能信号313为低电位，则使微机电扫描控制器21不发出时序信号310与数据制动信号317a；若激光控制器23发出启动使能信号313或调整信号314时，则由微机电扫描控制器21发出第一调变信号316a、第二调变信号316b与第三调变信号316c，以调整并判断微机电反射镜10是否稳定，此时微机电反射镜10启动(设定)完成；

S2：微机电反射镜10稳定后微机电扫描控制器21会发出稳定信号315；

S3：微机电扫描控制器21发出时序信号310与数据制动信号317a；所述的时序信号310的频率fCLK(t)则以Eq.(4)所计算；

S4：激光控制器23接收到数据制动信号317a时则将扫描数据318传出，其传出的频率则为时序信号310的频率fCLK(t)。

<实施例三>一个光电传感器的微机电激光扫描装置

本实施例应用在一个光电传感器的微机电激光扫描装置；本实施例的微机电扫描控制器21与控制方法是相同在第一实施例。本实施例微机电扫描控制器21进一步包含一RF延时电路216，所述的RF延时电路216可将输入的共振频率信号321延时至第一调变信号316a脉冲产生时发出数据制动信号317b，以驱动激光控制器23开始传送扫描数据318。如图13，逻辑单元211在微机电扫描控制器21若接到稳定信号315，则发出时序信号310与数据制动信号317a；本实施例传送扫描数据的方法包含下列步骤：

S1：激光控制器23若发出启动使能信号313为低电位，则使微机电扫描控制器21不发出时序信号310与数据制动信号317b；若激光控制器23发出启动使能信号313或调整信号314时，则由微机电扫描控制器21发出第一调变信号316a、第二调变信号316b与第三调变信号316c，以调整并判断微机电反射镜10是否稳定，此时微机电反射镜10启动(设定)完成；

S2：微机电反射镜10稳定后微机电扫描控制器21会发出稳定信号315；

S3：微机电扫描控制器21发出时序信号310与数据制动信号317b；所述的时序信号310的频率fCLK(t)则以Eq.(4)所计算；

S4：激光控制器23接收到数据制动信号317b时则将扫描数据318传出，其传出的频率则为时序信号310的频率fCLK(t)。

<实施例四>一个光电传感器的微机电激光扫描装置

本实施例应用在一个光电传感器的微机电激光扫描装置；本实施例的微机电扫描控制器21与控制方法是相同在第一实施例。本实施例微机电扫描控制器21进一步包含一数据驱动延时电路217，所述的数据驱动延时电路217可将输入的共振频率信号321至第一调变信号316a脉冲产生时再传出，为使传送扫描数据318时还为准确，则在微机电扫描控制器21发出时序信号310的频率fCLK(t)的同时由数据驱动延时电路217发出数据制动信号317c，以驱动激光控制器23开始传送扫描数据318。如图14，逻辑单元211在微机电扫描控制器21若接到稳定信号315，则发出时序信号310，与数据制动信号317c；本实施例传送扫描数据的方法包含下列步骤：

S1：激光控制器23若发出启动使能信号313为低电位，则使微机电扫描控制器21不发出时序信号310与数据制动信号317b；若激光控制器23发出启动使能信号313或调整信号314时，则由微机电扫描控制器21发出第一调变信号316a、第二调变信号316b与第三调变信号316c，以调整并判断微机电反射镜10是否稳定，此时微机电反射镜10启动完成；

S2：微机电反射镜10稳定后微机电扫描控制器21会发出稳定信号315；

S3：微机电扫描控制器21发出时序信号310与数据制动信号317c；所述的时序信号310的频率fCLK(t)则以Eq.(4)所计算；

S4：激光控制器23接收到数据制动信号317c时则将扫描数据318传出，其传出的频率则为时序信号310的频率fCLK(t)。

<实施例五>两个光电传感器的微机电激光扫描装置

本实施例应用在两个光电传感器的微机电激光扫描装置；如图1所示，另设有光电传感器14b在θ_p＝-21°。在本实施例仍使用频率f＝2500±(2500*5％)HZ、最大扫描角度为±23°的微机电反射镜10。微机电扫描控制器21接受激光控制器23的启动使能信号313、接受激光控制器23的调整信号314、产生频率调整的第一调变信号316a、产生调整频率的第二调变信号316b、产生振幅(amplitude)调整的第三调变信号316c、经由接受光电传感器14a发出的光电感测信号312a与接受光电传感器14b发出的光电感测信号312b以侦测微机电反射镜10的共振频率并产生时序信号310以提供给激光控制器23以适时驱动激光光源11，使激光光线111扫描后的扫描光线113a至113b在有效扫描窗口内，即使扫描光线113a至113b在目标物15上产生nβ＝5102个光点(当n＝1时)。

微机电扫描控制器21包含逻辑单元211、D型正反器212与213、锁相电路214与计数比较器215。所述的逻辑单元211可接收光电传感器14a产生的触发光电感测信号312a，并计算每次光电传感器14a产生的光电感测信号312a与光电传感器14b产生的光电感测信号312b，以产生微机电反射镜10的频率调变信号与振幅调变信号，第一调变信号316a、第二调变信号316b与振幅的第三调变信号316c；锁相电路214可产生时序信号310，当激光控制器23接收到微机电扫描控制器21的锁相电路214发出的时序信号310，则可依此时序信号310而将扫描数据送出。

当微机电反射镜10来回振动时，每个扫描周期T(t)中扫瞄光线114a会触发二次光电传感器14a、与扫瞄光线114b会触发二次光电传感器14b，由此可由逻辑单元211计算出光电感测信号312a与312b的触发周期T(t)。在控制T1、T2、T3、T4时，微机电扫描控制器21的逻辑单元211可接收光电传感器14a产生的触发信号312a与光电传感器14b产生的触发信号312b，并计算每次光电传感器14a产生的触发信号312a与光电传感器14b产生的触发信号312b，并产生微机电反射镜10的频率的第一调变信号316a、第二调变信号316b与振幅的第三调变信号316c；第一调变信号316a、第二调变信号316b与振幅的第三调变信号316c送出后，由桥式电路22接受，用以调整微机电反射镜10的振动频率与振幅。

在微机电反射镜10反射激光光线111后，由左侧向右侧摆动而触发光电传感器14a二次的时间与触发光电传感器14b二次的时间，如图16，相邻二次触发光电传感器14a的第二次触发光电传感器14a与第一次触发光电传感器14b的时间为TA6，与周期T(t)的比值为TA6/(T(t)/2)，若周期T(t)随时间变化，则比值TA6/(T(t)/2)也会随时间变化；对于固定的光电传感器14a与光电传感器14b位置构成夹角为θ_p，而微机电反射镜10最大扫描角度为θ_c，即，在周期为T(t)时，R＝TA6/(T(t)/2)，或由计算比值R的变化也可以计算出周期T的变化，计算方法如下：

$T{A}_6\left(t\right)=\frac{T\left(t\right)}{2\mathrm{\&pi;}}\left(2\mathrm{\&pi;}{\sin }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{\&theta;}}_p}{{\mathrm{\&theta;}}_c}\right)\right)---\left(6\right)$

$R=\frac{T{A}_6}{\frac{1}{2}T}$ 同(5)

微机电扫描控制器21控制微机电反射镜10的共振频率为f(t)与振幅为A(t)的方法，相同在第一实施例，如图10。在本实施例，光电传感器14a与光电传感器14b装设在θ_p＝21°，即在f＝2500HZ时，由Eq.(6)，可计算得TA6＝1.4651×10-4sec.，R＝0.73255。激光控制器23控制微机电反射镜10的共振频率为f(t)与振幅为A(t)方法中，当检查光电感测信号312a的触发时间比值，TA6/(T(t)/2)，即以R＝0.17398～0.19230为控制的判断。

以上所示仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变还，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种产生时序频率的微机电扫描控制器，其是应用在激光扫描装置，所述的激光扫描装置包含一激光光源其用以产生激光光线，一微机电反射镜其利用共振方式驱动反射镜以正向扫描与反向扫描将激光光线扫描在目标物上，一个光电传感器其接收扫描光线而将光线转变成光电感测信号，一控制微机电反射镜的桥式电路与一激光控制器其控制激光光源发出激光光源；其特征在于：

所述的微机电扫描控制器用以侦测微机电反射镜的共振频率并产生时序信号以适时驱动激光控制器发出激光光源并经由微机电反射镜扫描，包含一逻辑单元、至少一个D型正反器、一锁相电路与一计数比较器，其中：

所述逻辑单元接收一个光电传感器产生的光电感测信号，并计算每次光电感测信号的间隔时间，以产生微机电反射镜的频率调变信号、振幅调变信号与微机电反射镜已稳定的稳定信号；

所述的D型正反器接受逻辑单元产生的频率调变信号与振幅调变信号并产生共振频率信号与回授信号；

所述的锁相电路接收D型正反器产生的共振频率信号并产生时序信号；

所述的计数比较器接受时序信号，累计时序信号的脉冲至一定数量并产生一个制动信号，并清除累计时序信号，所述的制动信号再经由所述的D型正反器产生下一个回授信号；当激光光源接收到微机电扫描控制器发出的时序信号，则依此时序信号由激光控制器在有效扫描窗口内将扫描数据送出。

2.根据权利要求1所述的产生时序频率的微机电扫描控制器，其特征在于：所述的逻辑单元进一步送出数据制动信号，以驱动激光控制器开始传送扫描数据。

3.根据权利要求1或2所述的产生时序频率的微机电扫描控制器，其特征在于：其进一步包含一RF延时电路，所述的RF延时电路将D型正反器输出的共振频率信号延时至频率调变信号脉冲产生时才送出数据制动信号，以驱动激光控制器开始传送扫描数据。

4.根据权利要求1或2所述的产生时序频率的微机电扫描控制器，其特征在于：其进一步包含一数据驱动延时电路，所述的数据驱动延时电路将所述的D型正反器输出的共振频率信号延时至频率调变信号脉冲产生时才送出数据制动信号，以驱动激光控制器开始传送扫描数据。

5.一种产生时序频率的微机电扫描控制器，其是应用在激光扫描装置，所述的激光扫描装置包含一激光光源其用以产生激光光线，一微机电反射镜其利用共振方式驱动反射镜以正向扫描与反向扫描将激光光线扫描在目标物上，至少两个的光电传感器其可接收扫描光线而将光线转变成光电感测信号，一控制微机电反射镜的桥式电路与一激光控制器其控制激光光源发出激光光源；其特征在于：

所述的微机电扫描控制器是用以侦测微机电反射镜的共振频率并产生时序信号以适时驱动激光控制器发出激光光源并经由微机电反射镜扫描，包含一逻辑单元、至少一个D型正反器、一锁相电路与一计数比较器，其中：

所述的逻辑单元接收至少两个的光电传感器产生的光电感测信号，并计算每次光电感测信号的间隔时间，以产生微机电反射镜的频率调变信号、振幅调变信号与微机电反射镜已稳定的稳定信号；

所述的D型正反器接受所述的逻辑单元产生的频率调变信号与振幅调变信号并产生共振频率信号与回授信号；

所述的锁相电路接收所述的D型正反器产生的共振频率信号并产生时序信号；

所述的计数比较器接受时序信号，累计时序信号的脉冲至一定数量并产生一个制动信号，并清除累计时序信号，所述的制动信号再经由所述的D型正反器产生下一个回授信号；当激光光源接收到微机电扫描控制器发出的时序信号，则依此时序信号由激光控制器在有效扫描窗口内将扫描数据送出。

6.根据权利要求5所述的产生时序频率的微机电扫描控制器，其特征在于：所述的逻辑单元进一步送出数据制动信号，以驱动激光控制器开始传送扫描数据。

7.根据权利要求5或6所述的产生时序频率的微机电扫描控制器，其特征在于：其进一步包含一RF延时电路，所述的RF延时电路将D型正反器输出的共振频率信号延时至频率调变信号脉冲产生时才送出数据制动信号，以驱动激光控制器开始传送扫描数据。

8.根据权利要求5或6所述的产生时序频率的微机电扫描控制器，其特征在于：其进一步包含一数据驱动延时电路，所述的数据驱动延时电路将D型正反器输出的共振频率信号延时至频率调变信号脉冲产生时才送出数据制动信号，以驱动激光控制器开始传送扫描数据。

9.一种产生时序频率的微机电扫描控制器的控制方法，其是利用权利要求1或5所述的产生时序频率的微机电扫描控制器，其特征在于：包含下列步骤：

S1：检查激光控制器是否发出启动使能信号，如果发出启动使能信号则微机电扫描控制器开始启动并计算扫描频率与扫描幅度；

S2：微机电扫描控制器发出调整扫描频率的调变信号与调整扫描幅度的调变信号给桥式电路，使微机电反射镜稳定摆动；

S3：微机电反射镜稳定后，激光控制器发出稳定信号；

S4：微机电扫描控制器接收到激光控制器发出稳定信号，则计算微机电反射镜的共振频率，并发出在有效扫描窗口的扫描光点的时序信号；其中，时序信号的频率为fCLK：

$f_{\mathrm{CLK}}=n\&CenterDot;\mathrm{\&beta;}\&CenterDot;f\&CenterDot;\frac{\mathrm{\&pi;}}{{\sin }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{\&theta;}}_n}{{\mathrm{\&theta;}}_c}\right)}$

其中，fCLK为时序信号的频率，T2为有效扫描窗口的时间，f为微机电反射镜的共振频率，nβ为有效扫描窗口内产生个光点，θ_c为微机电反射镜扫描角度、θ_n为有效扫描窗口角度的1/2。

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