CN101598851A - 固定扫描频率的微机电扫描控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种固定扫描频率的微机电扫描控制器及其控制方法，用于激光打印机的双向激光扫描装置中的微机电(振动式)反射镜的控制器，以微机电反射镜的固有共振频率而调整振幅，以使扫描数据依激光打印机预设固定的激光光源发出的频率与固定时间区间的有效扫描视窗内送出，如此可简化控制器的结构，达到高精度的扫描效果。

Description

固定扫描频率的微机电扫描控制器及其控制方法

技术领域

本发明是有关一种固定扫描频率的微机电扫描控制器(MEMS scancontroller with inherence frequency)及其控制方法，尤指一种用于双向激光扫描装置(bi-direction laser scanning unit，简称双向LSU)的微机电反射镜(micro-electric-mechanical system oscillatory mirror，简称MEMS mirror)的控制器及其控制方法，以利用微机电反射镜的固有共振频率于固定的激光光源发出的时间区间内进行扫描。

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驱动，其转速受限、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，未来将可应用于影像系统(imaging system)、扫描器(scanner)或激光打印打印机(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。

在微机电激光扫描装置(MEMS LSU)中的微机电反射镜(MEMS mirror)是由转矩振荡器及反射镜面所构成，并受微机电扫描控制器(MEMS scan controller)所控制；微机电反射镜通过共振磁场驱动镜面以轴心左右方向来回振动；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，而达到高解析度和大转动角度的特点，使得它被广泛应用在商业、科学与工业应用上，如美国专利US5,408,352、US5,867,297、US6,947,189、US7,190,499、US2007/063134；台湾专利TW M253133、TW I283952；日本专利JP 2006-201350、JP63-314965等。由于微机电反射镜是以轴心以左右方向来回振动，为提高扫描效率使用双向扫描，即在正向共振振动时，以一定的时间区间，进行扫描；并在反向共振振动时，以一定的时间区间，进行扫描，以构成双向激光扫描装置(bi-directionlaser scanning unit)。

由于微机电反射镜是以共振方式来回振动，其振动的角度与稳定性将会影响激光扫描装置的扫描精确度，在微机电反射镜的双向激光扫描装置的控制器上，现有的技术着重于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，如美国专利US2005/0280879、US2006/00139113、US2005/0139678、US2007/0041068、US2004/0119002、US7,304,411、US5,121,138；日本专利JP63-314965等。

然而双向微机电激光扫描装置基本需求，以A4尺寸的600DPI(dot per inch，点/英寸)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视窗(imaging interval，scanning window)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视窗移动，致使5102个光点偏移或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，则为现有技术的主要控制重点之一。

然而，微机电反射镜是使用弹簧或磁力形成共振而振动镜片，以将激光光线进行扫描，由于个别微机电反射镜在结构上有少许不同，其固有的共振频率也不同，如美国专利US2006/0279364、US6,891,572、US6,870,560、US6,987,595、US6,838,661、US2006/0117854揭露使用参考表、同步扫描信号、计数器或测量光电感测器位置等控制微机电反射镜；英国专利GB2378261揭露使用预测模式技术(prediction molding)；日本专利JP2226114使用双电压的比较法等。然而这些在控制结构上都相当复杂，使用繁复的计算与存储器，以尝试解决微机电反射镜振动的稳定性，并使控制具有个别差异的微机电反射镜共振频率使其振动成为一致，以使微机电激光扫描装置能在有效扫描视窗精确的扫描。

本发明即揭露可在有效扫描视窗内，依据微机电反射镜的固有频率，调整振幅控制其稳定振动，如此可固定激光打印机、多功能事务机等装置的数据传送时间区间(即传送频率)，而免于不断调整微机电激光扫描装置传送频率的情形，由此，利用本发明所制造的微机电扫描控制器所构成的微机电激光扫描装置，可简易安装于不同厂牌型式的激光打印机、多功能事务机而使用。

发明内容

本发明主要目的乃在于提供一种固定扫描频率的微机电扫描控制器以装设于微机电激光扫描装置，并应用于双向扫描的激光打印机、多功能事务机等装置；通过该微机电扫描控制器使微机电反射镜以振动频率振动，并控制微机电反射镜的振动振幅，以使激光光线可正确地在有效的扫描区域进行扫描。

本发明的固定扫描频率的微机电扫描控制器是用于微机电扫描器中；该微机电扫描器包含：激光光源、微机电反射镜、光电感测器、扫描镜片及本发明的固定扫描频率的微机电扫描控制器。其中，扫描镜片，至少为一个光学镜片所构成，可在微机电反射镜共振频率变动范围内，将微机电反射镜反射的扫描光线修正成线性时间的扫描光线。本发明的固定扫描频率的微机电扫描控制器可使微机电反射镜在其固有共振频率及预定的角度下稳定振动；其进一步包含逻辑单元、控制信号输出单元与桥式电路，其中，逻辑单元可接收光电感测器产生的光电感测感测信号，并可发出调变信号以控制桥式电路，经由桥式电路以控制微机电反射镜的共振角度(或振幅)及以其固有共振频率而稳定振动；当微机电反射镜稳定振动后，逻辑单元发出稳定信号给控制信号输出单元，控制信号输出单元则输出稳定信号，该稳定信号以与激光控制器协定及控制激光控制器得传送扫描数据；控制信号输出单元可进一步发出触发信号，协定激光控制器可以开始/停止传送扫描数据；其中，逻辑单元可进一步发出频率错误信号给激光控制器，协定激光控制器调整其扫描数据频率，以使扫描数据得于扫描视窗中正确的传送。

本发明的固定扫描频率的微机电扫描控制器控制方法，包含下列步骤：

S1：检查激光控制器是否发出启动致能信号，若激光控制器发出启动致能信号则可使微机电扫描控制器开始启动，微机电扫描控制器的逻辑单元发出调变信号以驱动桥式电路，桥式电路开始使微机电反射镜振动；逻辑单元并计算扫描频率及扫描振幅；

S2：微机电扫描控制器的逻辑单元发出调变信号(第一调变信号、第二调变信号及第三调变信号)，使微机电反射镜稳定振动并振动至预定的振幅；其中，控制微机电反射镜稳定振动的步骤如后所述(S21～S26)；

S3：微机电反射镜稳定后，微机电扫描控制器的控制信号输出单元则发出稳定信号、触发信号或频率错误信号给激光控制器。

本发明对于控制微机电反射镜的振幅A以稳定微机电反射镜的振动的控制方法，运用于一个光电感测器，包含下列步骤：

S21：设定负荷的初始值D、设定周期初始值T；

S22：检查光电感测信号在半个周期T内是否被触发两次，如果没有被触发两次则开始调整振幅；

S23：检查光电感测信号的二次触发时间，如果超出5％之外，则调整振幅；其中5％的设定为不限制，可依控制精度而于事先设定；

S24：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两次光电感测器。

S25：微机电扫描控制器判断微机电反射镜是否稳定，微机电反射镜稳定后微机电扫描控制器发出稳定信号；

S26：激光控制器若接到稳定信号，则将扫描数据以设定的f_data频率及设定的时间区间(T2或T4时间内)传送扫描数据。

对于二个光电感测器，于步骤S2则可为下列控制方法：

S21：设定负荷的初始值D、设定周期初始值T；

S22：检查二个光电感测信号在半个周期T内，第一个光电感测器或第二个光电感测器是否被触发两次，如果没有被触发二次则开始调整振幅(步骤S25)；

S23：检查光电感测信号的二次触发时间，如果超出5％之外，则调整振幅；其中5％的设定为不限制，可依控制精度而于事先设定；

S24：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个光电感测器各两次。

S25：微机电扫描控制器判断微机电反射镜是否稳定，微机电反射镜稳定后微机电扫描控制器发出稳定信号；

S26：激光控制器若接到稳定信号，则将扫描数据以设定的fdata频率及设定的时间区间(T2或T4时间内)传送扫描数据。

扫描镜片可由单片式、二片式镜片或二片以上镜片所构成，本发明微机电扫描控制器，可运用于单片、二片或二片以上的扫描镜片的微机电激光扫描装置，若为使解析度可为更佳，可使用二片式镜片或二片以上镜片。当使用二片式镜片时，其中，第一扫描镜片是将扫描光线校正成为线性时间的关系，第二扫描镜片或更多的扫描镜片则可依据不同的微机电反射镜的固有共振频率调整与第一扫描镜片的相对位置，可进一步补正扫描光线成为线性时间的关系，以在有效扫描视窗内正确的传送预定的扫描数据。

本发明的有益效果在于：通过控制微机电反射镜的振幅以稳定微机电反射镜的振动，简化了微机电激光扫描装置的控制器结构，提高控制精度。对于固有共振频率个别差异的不同的微机电反射镜装设于激光打印机或多功能事务机时，均可实现有效控制。

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及光电感测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感测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、第二调变信号及第三调变信号关系图；

图7是本发明微机电扫描控制器控制流程图；

图8是本发明扫描数据控制流程图；

图9是本发明扫描镜片对光点补正说明图；

图10是本发明第二实施例的微机电扫描控制器示意图；

图11是本发明第二实施例的光电感测信号与时间的关系图；

图12、13、14是本发明第三实施例的二镜片式的扫描镜片的微机电反射镜固有共振频率变化与扫描角度的关系图。

附图标记说明：

10-微机电反射镜(MEMS mirror)；11-激光光源(pre-scan laser)；111-激光光线(Laser light)；113(a、b、c)、114、115(a、b)-扫描光线(Scanning light)；13-扫描镜片(post-scan lens)；131-第一扫描镜片(first scan lens)；132-第二扫描镜片(second scan lens)；14a、14b-光电感测器(PD detector)；15-目标物(targetdrum)；21-微机电扫描控制器(MEMS scan controller)；211-逻辑单元(Controllogic)；212-桥式电路(Bridge circuit)；213-控制信号输出单元(Control signaloutput unit)；23-激光控制器(laser controller)；311-驱动信号(driving signal)；312a、312b-光电感测信号(PD signal)；313-启动致能信号(ENB signal)；314-调整信号(Adjust signal)；315-稳定信号(Stable signal)；316a-第一调变信号(PWM1 signal)；316b-第二调变信号(PWM2 signal)；316c-第三调变信号(PWM3 signal)；316d-振幅差异信号(amplitude error signal)；317-触发信号(trigger signal)；318-频率错误信号(frequency error signal)；319-扫描数据(Datastring)。

具体实施方式

对于微机电激光扫描装置，如图1，其中激光光源受激光打印机或多功能事务机的激光控制器所控制，当激光控制器发出扫描数据时，以f_data传送频率将数据经由激光光源产生间断的激光光线，射向微机电反射镜的反射用镜面，微机电反射镜以共振频率(resonant frequency)使镜面以正向及反向振动，而将激光光线扫描成为扫描光线，经由扫描镜片修正后于目标物上成像。由于激光光源受激光打印机或多功能事务机的激光控制器所控制，当激光打印机或多功能事务机设计上是以固定不变的f_data传送频率将激光光线送出扫描时，对于这种固定扫描频率的激光打印机或多功能事务机，本发明的微机电扫描控制器可以使激光光线可正确地在有效的扫描区域进行扫描。由于个别微机电反射镜在结构上有少许不同，其每个微机电反射镜的固有共振频率(inherence resonant frequency)f₀并不是完全相同，而是在制造的公差范围内，但微小的差异经由光路放大作用，在成像的目标物上则会有明显的差异产生或光点偏移产生。微机电反射镜以正向及反向振动(摆动)使激光光线在有效的扫描区域内扫描，称为有效扫描视窗(scanning window)内进行扫描，激光光线经扫描后为扫描光线，扫描光线经由扫描镜片于目标物上成像；而超过有效扫描视窗的扫描光线则被光电感测器所侦测。微机电反射镜则受微机电扫描控制器所控制，微机电扫描控制器控制微机电反射镜以其固有共振频率振动，并控制振动的振幅，使其能以预定的角度而振动。当微机电反射镜稳定后，微机电扫描控制器可发出稳定信号告知激光打印机或多功能事务机的激光控制器，由激光控制器发出扫描数据的时间区间及以预定的扫描数据的频率f_data发出扫描数据，激光光源则根据扫描数据发出激光光线，以在有效扫描视窗内产生解析度要求的光点数量。

由于在扫描视窗中，微机电反射镜的振动频率需要与激光控制器的扫描数据频率f_data相配合，当激光控制器的扫描频率f_data已经偏离原设定值时，控制信号输出单元可进一步发出传送频率错误信号由激光控制器进行扫描频率f_data的调整。

由于微机电反射镜是以f₀频率来回振动，由左向右振动再由右向左振动，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及b’～a’为发出激光光线的时间区间。如图4，T2与T4分别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：

$T_1={\sin }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_p}{{\mathrm{\θ}}_c}\right)\·\frac{1}{2\mathrm{\π}{f}_0}-{\sin }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_n}{{\mathrm{\θ}}_c}\right)\·\frac{1}{2\mathrm{\π}{f}_0}---\left(1\right)$

$T_2=2{\sin }^{-1}\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_n}{{\mathrm{\θ}}_c}\right)\·\frac{1}{2\mathrm{\π}{f}_0}---\left(2\right)$

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

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，f₀为微机电反射镜的固有频率，2θ_c为微机电反射镜扫描角度，2θ_p为光电感测器角度，2θ_n为有效扫描角度，所构成的为有效扫描视窗。

对于600DPI、A4尺寸，若每列产生5102个光点时，可为：

$f_{\mathrm{data}}=\frac{1}{T_2}5102---\left(5\right)$

f_data为激光打印机或多功能事务机所预先设定，由Eq.(5)(即公式(5)，下文中Eq.亦表示公式)可计算出正向扫描的时间T₂或反向扫描的时间T₄，当微机电反射镜振动稳定后，扫描光线在2θ_n为有效扫描角度，则可由激光控制器传送扫描数据。在有效扫描角度的扫描光线，是由微机电反射镜扫描反射而成的，如图2，微机电反射镜的角度是随时间以正弦曲线方式改变，只有在a～b或b’～a’间为较接近直线，为有效扫描视窗。然而，在接近a点或接近b点处(接近a’点或接近b’点)，其角速度与接近a-b中心处的角速度不同，则由扫描镜片予以补正，使扫描光线与时间成线性的关系。

为使本发明更为明确详实，兹配合下列较佳实施例图示详述如后：

<实施例一>

本实施例应用于一个光电感测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319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f₀固有共振频率使镜面以正向及反向振动；本实施例使用频率为2500±3％HZ(个别的固有共振频率在此范围内)、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之间的光线；2θ_n范围的扫描光线是由113a至113b范围所构成，此即为有效扫描视窗；在本实施例，光电感测器14a设于θ_p＝±21*2°角度处，使扫描光线114a被光电感测器14a所侦测。光电感测器14a可接收扫描光线114a而将光信号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2θ_c角度的稳定，微机电反射镜10则由微机电扫描控制器21所控制，微机电扫描控制器21可发出驱动信号311使微机电反射镜10进行振动，当微机电反射镜10振动振幅过大时，可控制微机电扫描控制器21使发出驱动信号311，同理，当微机电反射镜10振动振幅过小时，亦可控制微机电扫描控制器21使发出驱动信号311。

如图3，微机电扫描控制器21包含一逻辑单元211、一控制信号输出单元213及一桥式电路212，逻辑单元211接受光电感测信号312a并计算微机电反射镜10振动的振幅，而输出第一调变信号316a、第二调变信号316b及第三调变信号316c；桥式电路212可接受第一调变信号316a、第二调变信号316b及第三调变信号316c，产生驱动信号311以控制微机电反射镜10；控制信号输出单元213可接受逻辑单元211发出的振幅差异信号316d并发出稳定信号315。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319以控制激光光源11、发出启动微机电反射镜10的启动致能信号313、发出调整微机电反射镜10的调整信号314，藉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319、及在T₂(或T₄)时间区间内以f_data频率发出扫描数据319。由于T₂(或T₄)时间及f_data频率可由激光打印机或多功能事务机所设定，微机电激光扫描装置仅需验证微机电反射镜10的振幅可符合T₂(或T₄)时间，则可直接使用于激光打印机或多功能事务机，可免于复杂的控制与协定，此为本发明的功效之一。

微机电扫描控制器21包含逻辑单元211、控制信号输出单元213及桥式电路212，逻辑单元211可接受激光控制器23的启动致能信号313、接受激光控制器23的调整信号314、接受光电感测器14a发出的光电感测信号312a以侦测微机电反射镜10的振幅(两次触发光电感测器14a的时间)，逻辑单元211将振幅差异信号传送至控制信号输出单元213，或改变输出第一调变信号316a、第二调变信号316b与第三调变信号316c给予桥式电路212；控制信号输出单元213接到逻辑单元211的振幅差异信号316d转换成稳定信号315告知激光控制器23已稳定；桥式电路212依据不同的第一调变信号316a、第二调变信号316b与第三调变信号316c组合产生不同的驱动信号311以控制微机电反射镜10的振幅。当微机电反射镜10振动、振幅触发光电感测器14a两次的时间(周期T)已经稳定，即可由激光控制器23传送扫描数据319，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，其左右振动范围为±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，而于反射的扫描光线至光电感测器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感测器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视窗内(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视窗；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视窗内(113b至113a，即图2的b’至a’点之间)，此为反向扫描的有效扫描视窗，当微机电反射镜10继续向右振动，扫描光线至光电感测器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，扫描光线至光电感测器14a时，产生第四次触发的光电感测信号312a。

由于微机电反射镜10是以f₀频率来回振动，由左向右振动完成一个周期的时间为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319，发出数据时间为T₂，此为正向扫描的有效扫描视窗；当延时T₃之后，激光控制器22发出扫描数据319，发出数据时间为T₄，此为反向扫描的有效扫描视窗；而T₁、T₂、T₃、T₄是在一个扫描周期T内完成。T₁、T₂、T₃、T₄之间关系如下：当f₀＝2500HZ时，由Eq.(1)～Eq.(5)计算得T₁＝1.137×10^-5，T₂＝T₄＝1.2377×10^-4，T₃＝7.623×10^-5(秒)，f_data＝3.7×10⁷(HZ)。

当激光控制器23发出的启动致能信号313为高电位时，即是不发出微机电反射镜10的启动致能，由高电位转成低电位，即是发出微机电反射镜10的启动致能，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控制信号输出单元213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，并由逻辑单元211发出第一调变信号316a、第二调变信号316b及第三调变信号316c，经由桥式电路212产生驱动信号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会触发两次光电感测器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。在计算T₁、T₂、T₃、T₄时，微机电扫描控制器21的逻辑单元211可接收光电感测器14a产生的触发信号312a，并计算每次光电感测器14a产生的触发信号312a，以调整微机电反射镜10的振幅。

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及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，可视控制回路而更改，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，高电位维持的时间为TA₁₀、低电位维持的时间为TA₉，高电位维持的时间TA₁₀与周期T(t)的比值则为振幅调整的负荷D，设定第三调变信号316c为1K HZ的频率(频率为不限制，在本实施例是使用1K HZ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，藉以经由桥式电路212以改变微机电反射镜10的振幅。

控制方法包含下列步骤，如图7：

S21：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；

S22：检查光电感测信号312a在半个周期4.21×10^-4sec内是否被触发两次；

S23：调整频率，将第一调变信号316a、第二调变信号316b及第三调变信号316c设为低电位；

S24：检查光电感测信号312a的触发时间是否在±3％内；如果触发时间正确则判断为连续稳定，如果连续稳定则由微机电控制器21发出稳定信号315；如果触发时间超过±3％，则开始调整振幅；

S25：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感测器14a。

此处，光电感测信号312a的触发时间变动范围3％只是作为一示例列举于此，但并不以此为限，其可根据用户需要进行设定，例如，亦可设置为5％。

当微机电反射镜10的振幅正确后，微机电扫描控制器21发出稳定信号315，则可以开始传送扫描数据319。传送扫描数据的方法如图8，若激光控制器23发出启动致能信号313或调整信号314时，则由逻辑单元211计算并发出第一调变信号316a、第二调变信号316b及第三调变信号316c给桥式电路212，并由桥式电路212发出驱动信号311以调整并由逻辑单元211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。

微机电反射镜10稳定后，微机电扫描控制器21的逻辑单元211发出信号给控制信号输出单元213，控制信号输出单元213则发出稳定信号315；其中稳定信号315可与激光控制器23预先协定，可为由低电位转变为高电位，或由高电位转变为低电位，或输出特定频率的信号。

微机电扫描控制器21以预定的传输频率f_data及在光电感测器14a被触发后延时T₁时间发出正向扫描传输数据计时T₂时间；当发出正向扫描传输数据终止后，延时T₃时间发出反向扫描传输数据计时T₄时间。

由此，激光控制器23以传输频率f_data及传输时间T₂时间与T₄时间为预先所设定，微机电扫描控制器21则控制微机电反射镜10以其固有共振频率f₀及控制其振幅可触发光电感测器14a，可在T₂或T₄时间内传送扫描数据319。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发出稳定信号315使微机电扫描控制器21可使用预设的传输频率f_data，达成在有效扫描视窗(T₂或T₄时间内)传送扫描数据319。

如图9，在正向扫描时，在a～b时间内由微机电扫描控制器21以T₂时间将扫描数据传送至激光光源11，激光光源11发出激光光线111经由微机电反射镜10正向扫描成为扫描光线113a～113b。在a～b之间各其角速度不同，即θ(t)虽接近直线，但不是线性关系；扫描镜片13可将扫描光线113a～113b补正为线性关系而于目标物15上成像，以提高扫描的品质。扫描镜片13其作用为线性功能镜片，由于θ(t)在a点时发出二个光点间的时间为δT，因接近a点或b点的角速度小于中心c点的角速度，致经由微机电反射镜10扫描后，光点距离δZa与δZb小于中心处的距离δZc；扫描镜片13具有光学曲面，可将不等距离的δZa与δZb校正，使投影在目标物15上的光点为等距的δZ，以校正扫描的变形，予以高精度的扫描效果。

在应用于激光打印机或多功能事务机时，若激光打印机或多功能事务机的扫描数据319设定使用35MHz，正向扫描或反向扫描各传输5102个数据，则依据Eq.(5)可得传输时间为T₂＝T₄＝0.1458msec，激光打印机或多功能事务机的激光控制器23将在0.1458msec时间内传送数据。在若选用频率为2500HZ的微机电反射镜10，由Eq.(2)计算，θ_n＝±20.95°；对于个别差异的固有共振频率f₀＝2575～2425Hz，在T₂＝T₄＝0.1458msec时间的扫描角度为θ_n＝±21.26°～±20.601°，即Δθ_n＝0.325°，对于固有共振频率个别差异的不同的微机电反射镜10装设于激光打印机或多功能事务机时，其二台激光打印机或多功能事务机列印的二纸张相对影响最大为0.325°，打印品质仍为可接受范围内。

<实施例二>

本实施例应用于二个光电感测器的微机电激光扫描装置；如图1所示，另设有光电感测器14b于θ_p＝-21°。于本实施例仍使用固有共振频率f₀＝2500±3％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的启动致能信号313、接受激光控制器23的调整信号314、接受光电感测器14a发出的光电感测信号312a与接受光电感测器14b发出的光电感测信号312b，以侦测微机电反射镜10的振幅，并产生驱动信号311以控制微机电反射镜10。

如图3，微机电扫描控制器21包含逻辑单元211、控制信号输出单元213及桥式电路212，逻辑单元211可接受激光控制器23的启动致能信号313、接受激光控制器23的调整信号314、接受光电感测器14b发出的光电感测信号312b、接受光电感测器14a发出的光电感测信号312a，以侦测微机电反射镜10的振幅(二次触发光电感测器14a的时间)，逻辑单元211将振幅差异信号传送至控制信号输出单元213，或改变输出第一调变信号316a、第二调变信号316b与第三调变信号316c给予桥式电路212；控制信号输出单元213接到逻辑单元211的振幅差异信号316d转换成稳定信号315告知激光控制器23已稳定；桥式电路212依据不同的第一调变信号316a、第二调变信号316b与第三调变信号316c组合产生不同的驱动信号311以控制微机电反射镜10的振幅。当微机电反射镜10振动、振幅触发光电感测器14a、光电感测器14b二次的时间(周期T)已经稳定，即可由激光控制器23传送数据扫描说明如下：

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，而于反射的扫描光线至光电感测器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感测器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视窗内(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视窗；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视窗内(113b至113a，即图2的b’至a’点之间)，此为反向扫描的有效扫描视窗，当微机电反射镜10继续向右振动，扫描光线至光电感测器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，扫描光线至光电感测器14a时，产生第四次触发的光电感测信号312a；同理，当扫描光线完成一个周期时，扫描光线会四次扫描至光电感测器14b，会触发光电感测信号312b四次、产生四次触发的光电感测信号312b。

当微机电反射镜10来回振动后，每个扫描周期T/2扫描光线114a会触发二次光电感测器14a、及扫描光线114b会触发二次光电感测器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，及计算每次光电感测器14a产生的触发信号312a与光电感测器14b产生的触发信号312b的时间，并产生微机电反射镜10的第一调变信号316a、第二调变信号316b与第三调变信号316c，由桥式电路212接受产生驱动信号311用以调整微机电反射镜10的振幅。

在微机电反射镜10反射激光光线111后，由左侧向右侧振动而触发光电感测器14a二次的时间及触发光电感测器14b二次的时间，如图11，相邻二次触发光电感测器14a的第二次触发光电感测器14a与第一次触发光电感测器14b的时间为TA₆，当微机电反射镜10稳定时TA6也为稳定。微机电扫描控制器21控制微机电反射镜10的振幅的方法，相同于第一实施例，如图11。在本实施例，光电感测器14a与光电感测器14b装设于θ_p＝21°，即在f＝2500Hz时，由Eq.(6)，可计算得TA₆＝1.4651×10^-4sec.，本实施例则以TA₆＝1.5090～1.4211×10^-4sec.为是否稳定的判断。

<实施例三>

本实施例应用于一个光电感测器而扫描镜片由二片镜片所构成的微机电激光扫描装置；对于更高精确度需求，对于不同二台激光打印机或多功能事务机的列印纸张要求有最小差异时，可将扫描镜片13设为由第一扫描镜片131及第二扫描镜片132所构成。如图12所示，第一扫描镜片131为角度校正镜片，通过与第二扫描镜片132的距离，将入射于第一扫描镜片131的扫描光线113a～113b调整为与入射至第二扫描镜片132为相同，经由第二扫描镜片132的线性功能镜片补正成为线性化。如图13、14，同第一实施例，对于固有共振频率f₀＝2500HZ的微机电反射镜10，在激光打印机或多功能事务机所预设的数据传送频率f_data＝35MHZ及预设的传送时间T₂＝T₄＝0.1458msec下，对于固有共振频率f₀＝2500HZ的微机电反射镜10，其扫描视窗为2θ_n＝2×20.947°，第一扫描镜片131中心点与第二扫描镜片132中心点在中心光轴上的距离为d₀＝12.5mm，于目标物15上成像长度为L₀，通常此L₀长度为A4尺寸纸张宽度216mm的95％。对于不同的微机电激光扫描装置所装设的微机电反射镜10其固有共振频率f₀存在有个别的差异(如±3％)，而于扫描视窗产生Δθ_n＝0.325的差异，此差异将使成像长度为L₀±1.6mm。为校正此差异，可将对于共振频率f₀＝2425HZ的微机电反射镜10的第一扫描镜片131与第二扫描镜片132距离调整为d₀-Δd，于本实施例配合第一扫描镜片131与第二扫描镜片132设计，第一扫描镜片131中心点与第二扫描镜片132中心点在中心光轴上的距离为d₀-Δd＝12.364(mm)；同理，对于共振频率f₀＝2575HZ的微机电反射镜10的第一扫描镜片131中心点与第二扫描镜片132中心点在中心光轴上的距离为d₀+Δd＝12.636(mm)；藉此可消除因不同固有共振频率的微机电反射镜10差异所造成不同的成像长度为L₀的差异，可获得更为精确的扫描效果。

对于二个光电感测器的微机电激光扫描装置，则可使用本实施例所揭露的方法同样比照计算及调整。

<实施例四>与激光控制器的协定控制1

由于微机电扫描控制器21可使微机电反射镜10在其固有共振频率及预定的角度下稳定振动；其中，微机电扫描控制器21进一步包含逻辑单元211、控制信号输出单元213与桥式电路212，其中，逻辑单元211可接收光电感测器14a产生的光电感测感测信号312a，经由逻辑单元211计算微机电反射镜10振动的频率与振幅，并通过逻辑单元211与桥式电路212控制，使微机电反射镜10振动至最大振幅并稳定。当微机电反射镜10振动至最大振幅并稳定后，由逻辑单元211发出信号给予控制信号输出单元213，信号输出单元213则发出稳定信号315给激光控制器23。

在本实施例中，如图10，微机电反射镜10稳定后，微机电扫描控制器21的控制信号输出单元213可进一步发出触发信号317给激光控制器23，此触发信号317为预先协定，当激光控制器23接收到触发信号317则开始或停止传送扫描数据319。在本实施例中，触发信号317是在图2的a点(或b’点)由低电位转变成高电位，当激光控制器23收到稳定信号315且触发信号317为高电位时，即开始传送扫描数据319；当微机电反射镜10振动至图2的b点(或a’点)则触发信号317由高电位转变成低电位，激光控制器23收到稳定信号315且触发信号317为低电位时，即停止传送扫描数据319；如此可简易控制激光控制器23的扫描数据319的传送。

<实施例五>与激光控制器的协定控制2

当微机电反射镜10开始振动后，逻辑单元211可接收光电感测器14a产生的光电感测感测信号312a，经由逻辑单元211计算微机电反射镜10振动的频率与振幅。在本实施例中，逻辑单元211可进一步比对微机电反射镜10的振动频率与激光控制器23的扫描数据319频率f_data是否相配合，如果两者频率无法配合(f_data已经偏离原设定值)，则逻辑单元211可进一步发出频率错误信号318，如图10，激光控制器23接收此频率错误信号318则由激光控制器进行扫描频率f_data的调整。通过此扫描频率f_data的调整，可使扫描数据319于扫描视窗中正确的传送。

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，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (12)

1、一种固定扫描频率的微机电扫描控制器，其是应用于激光扫描装置，该激光扫描装置包含：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及反向扫描将激光光线扫描于目标物上，一光电感测器其接收扫描光线而将光信号转变成光电感测信号，一扫描镜片其将扫描光线转变成使其角度与时间呈线性关系，及一激光控制器其以预设的频率与时间区间控制激光光源发出激光光线；其特征在于：所述微机电扫描控制器是以微机电反射镜的固有共振频率调整微机电反射镜的振动振幅，其包含一逻辑单元、一控制信号输出单元、及一桥式电路，其中：

所述逻辑单元接收所述光电感测器产生的光电感测感测信号，并计算每次光电感测信号之间隔时间，以产生微机电反射镜的调变信号给予所述桥式电路；并产生微机电反射镜的振幅差异信号给予所述控制信号输出单元；

所述控制信号输出单元接收逻辑单元的振幅差异信号并将之转换为控制所述激光控制器的稳定信号；

所述桥式电路接收逻辑单元的调变信号，将之转换成驱动信号以驱动微机电反射镜的振动；

藉此，激光扫描装置在有效扫描视窗内，依据预设的频率与时间区间将扫描数据送出。

2、根据权利要求1所述的固定扫描频率的微机电扫描控制器，其特征在于，所述激光扫描装置的扫描镜片是由一第一扫描镜片与一第二扫描镜片所组成，其中，当激光扫描装置所使用的微机电反射镜的固有共振频率有差异发生致影响有效扫描视窗时，通过调整第一扫描镜片与第二扫描镜片在光轴上的相对距离以作为补偿。

3、根据权利要求1所述的固定扫描频率的微机电扫描控制器，其特征在于，所述控制信号输出单元接收所述逻辑单元的微机电反射镜已稳定的信号，并进一步输出触发信号，用以控制所述激光控制器在扫描视窗内开始或停止传送扫描数据。

4、根据权利要求1所述的固定扫描频率的微机电扫描控制器，其特征在于，所述逻辑单元比对所述微机电反射镜的振动频率与所述激光控制器的预定的扫描数据频率，并在二者差异大于预定范围时，进一步由逻辑单元发出频率错误信号给激光控制器。

5、一种固定扫描频率的微机电扫描控制器，其是应用于激光扫描装置，该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及反向扫描将激光光线扫描于目标物上，两个光电感测器，其接收扫描光线而将光信号转变成光电感测信号，一扫描镜片其将扫描光线转变成使其角度与时间呈线性关系，及一激光控制器其以预设的频率与时间区间控制激光光源发出激光光线；其特征在于：所述微机电扫描控制器是用以侦测微机电反射镜的固有共振频率并稳定微机电反射镜的振动振幅，其包含一逻辑单元、一控制信号输出单元、及一桥式电路，其中：

所述逻辑单元接收所述两个光电感测器产生的光电感测感测信号，并计算每次光电感测感测信号之间隔时间，以产生微机电反射镜的调变信号给予所述桥式电路；并产生微机电反射镜已稳定的信号给予所述控制信号输出单元；

所述控制信号输出单元接收逻辑单元的微机电反射镜已稳定的信号并将之转换为控制所述激光控制器的稳定信号；

所述桥式电路接收逻辑单元的调变信号，将之转换成驱动信号以驱动微机电反射镜的振动；

藉此，激光扫描装置在有效扫描视窗内，依据预设的频率与时间区间将扫描数据送出。

6、根据权利要求5所述的固定扫描频率的微机电扫描控制器，其特征在于，所述激光扫描装置的扫描镜片是由第一扫描镜片与第二扫描镜片所组成，其中，当激光扫描装置所使用的微机电反射镜的固有共振频率有差异发生致影响有效扫描视窗时，通过调整第一扫描镜片与第二扫描镜片在光轴上的相对距离以作为补偿。

7、根据权利要求5所述的固定扫描频率的微机电扫描控制器，其特征在于，所述控制信号输出单元接收逻辑单元的微机电反射镜已稳定的信号，并进一步输出触发信号，用以控制激光控制器在扫描视窗内开始或停止传送扫描数据。

8、根据权利要求5所述的固定扫描频率的微机电扫描控制器，其特征在于，所述逻辑单元比对所述微机电反射镜振动频率与所述激光控制器的预定的扫描数据频率，并进一步在二者差异大于预定范围时，由所述逻辑单元发出频率错误信号给所述激光控制器。

9、一种固定扫描频率的微机电扫描控制器的控制方法，其是应用于权利要求1或5所述的固定扫描频率的微机电扫描控制器，该方法包含下列步骤：

S1：检查激光控制器是否发出启动致能信号，若发出启动致能信号则使微机电扫描控制器开始启动，微机电扫描控制器的逻辑单元发出调变信号以驱动桥式电路，使微机电反射镜振动；逻辑单元并计算扫描频率及扫描振幅；

S2：微机电扫描控制器的逻辑单元发出调变信号，以控制微机电反射镜稳定振动并振动至预定的振幅；

S3：微机电反射镜稳定后，微机电扫描控制器的控制信号输出单元发出稳定信号给激光控制器。

10、根据权利要求9所述的固定扫描频率的微机电扫描控制器的控制方法，其中于S3步骤中，该控制信号输出单元进一步发出触发信号以使激光控制器开始或停止传送扫描数据。

11、根据权利要求9所述的固定扫描频率的微机电扫描控制器的控制方法，当其应用于根据权利要求1的微机电扫描控制器时，其在控制微机电反射镜振动的S2步骤中进一步包含下列步骤：

S21：设定负荷的初始值D、设定周期初始值T；

S22：检查光电感测信号在半个周期T内是否被触发两次，如果没有被触发两次则开始调整振幅；

S23：检查光电感测信号的两次触发时间与全周期的比值，如果超出预设的范围之外，则调整振幅；

S24：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两次光电感测器；直至负荷D值稳定不再调整则微机电反射镜的振动已达最大振幅且稳定。

12、根据权利要求9所述的固定扫描频率的微机电扫描控制器的控制方法，当其应用于根据权利要求5的微机电扫描控制器时，其在控制微机电反射镜振动的S2步骤中进一步包含下列步骤：

S21：设定负荷的初始值D、设定周期初始值T；

S22：检查二个光电感测信号在半个周期T内，第一个光电感测器或第二个光电感测器是否被触发两次，如果没有被触发两次则开始调整振幅；

S23：检查光电感测信号的两次触发时间与全周期的比值，如果超出预设的范围之外，则调整振幅；

S24：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两次光电感测器；直至负荷D值稳定不再调整则微机电反射镜的振动已达最大振幅且稳定。

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