TWI409504B - 非連續投射角度多面鏡裝置 - Google Patents

Description

非連續投射角度多面鏡裝置

本發明關於一種一種多面鏡裝置，特別是關於一種非連續投射角度多面鏡裝置。

以雷射作為光源之習知技術中，在進行掃描投射時，常見以例如微機電擺動反射鏡組合之方式，或以旋轉多個多面鏡組合之方式，來進行掃描投射的作業。以微機電擺動方式反射鏡之組合於改變角度時，其動作會經歷一段時間之延誤，且角度控制過程中的空氣阻尼與機構本身之阻尼震盪等因素亦會使角度之控制必須考慮更多之因素，方能準確地控制整個掃描投射作業進行的精準度。至於多個多面鏡之組合，雖然配合於驅動馬達的操作能夠有效地避免前述微機電擺動反射鏡組合之缺點，且其角度之控制係為跳躍式，可縮短掃描所需時間，避免各種阻尼產生，簡化掃描投射的控制程序。然而，現今多面鏡之組合均以連續改變角度之方式來進行光源反射角度的控制，但多面鏡之組合及其驅動馬達之全部構成需要佔據相當大之空間，並不符合於現今微型化設計之主流趨勢。再者，多個馬達之高速轉動及多面鏡之旋轉會導致整個掃描投射之振動、噪音，並會造成產品系統設計穩定性、使用壽命縮短等無法解決缺點。

是以，確有發展一非連續投射角度多面鏡裝置，以有效地解決前述雷射光源進行掃描投射之諸多缺點。

本發明之目的在於提供一種非連續投射角度多面鏡裝置，可供應用於掃描投射系統中，以簡化掃描投射之控制程序，並係以非連續改變角度之方式處理光源反射角度之控制，可避免微機電擺動控制之缺點，並且能使整體系統之設計更進一步微型化。

本發明之非連續投射角度多面鏡裝置係用以反射自一光源投射出之一光束，以供以非連續的方式將該光束反射之至少一反射角度上。本發明之非連續投射角度多面鏡裝置包括一馬達，結合並帶動一基座繞著一旋轉軸線轉動。該基座具有一軸向末端表面，構成一參考表面，該參考表面係大致上垂直於該旋轉軸線。該參考平面上設有多個反射鏡，其等係沿著圍繞著該旋轉軸線的環周方向設置，以使得該等反射鏡圍繞該旋轉軸線，該等反射鏡係分別以各自的角度相對於該參考平面傾斜，而使得其間分別具有各自之夾角，因此當該轉動運動裝置將該基座繞著該旋轉軸線轉動時，該等反射鏡中之至少一者可選擇性地移動至一照射位置上，以接收來自該光源投射出之光束，並將該光束反射一相關的反射角度上，以於一特定位置上形成一影像。

本發明之非連續投射角度多面鏡裝置能簡化掃描投射之控制程序，以非連續之方式改變掃描投射之角度控制，亦避免微機電擺動控制之缺點，並且能使整體系統之設計更進一步微型化。

下文中將配合圖式，針對本發明的一較佳實施例來詳細說明本發明。首先請參考第1圖及第2圖，其中分別顯示出本發明之非連續投射角度多面鏡裝置的較佳實施例的立體外觀圖及分解圖。本發明的非連續投射角度多面鏡裝置包含有一可旋轉基座1，其在本實施例中係呈一圓柱體11，具有一中心軸線20，做為基座1的轉動軸線。惟本發明並不限於圓柱狀的基座，具有其他形狀的基座亦可應用於本發明內。根據本發明，圓柱體11具有至少一軸向末端，其上形成有一大致上垂直於該中心軸線20的參考平面800，該中心軸線20在該參考平面800上界定出一中心點21。

本發明的非連續投射角度多面鏡裝置另外包含有多個反射鏡100、200、300、400，依環周方向繞著中心點21排列而設置於圓柱體11之軸向末端參考平面800上。在本實施例中，該等反射鏡100、200、300、400每一者均係製做成一扇形區塊100’、200’、300’、400’，而這些扇形區塊100’、200’、300’、400’共同組成與圓柱體11之周邊表面相配合的環周輪廓，亦即該等扇形區塊100、200、300、400係以沿著自中心點21延伸而出的半徑線加以區隔，而沿著環繞著該中心點21的環周方向排列。換言之，在本實施例中，每一區塊100’、200’、300’、400’或每一反射鏡100、200、300、400均是由二條自中心點21延伸出的半徑或徑向線段所界定，該二半徑線之間在其相交的頂角(與中心點21重合處)具有一給定之夾角，且該等區塊或反射鏡是沿著環周方向圍繞著中心點21排列設置。但是，本發明並不僅限於此種扇形區塊的結構，任何的形狀的區塊均可用於製做反射鏡，只要其等係環繞著中心點21做環周排列設置，而可隨著基座1繞著中心軸線20轉動即可，例如各區域100’、200’、300’、400’的外側周邊可以沿著徑向方向突出於基座1之圓柱體11的周邊表面之外。

這些反射鏡100、200、300、400是以任何適當的手段結合並固定於基座1之軸向末端參考平面800上，以供隨著基座1繞著中心軸線20轉動，例如以黏著劑膠合。但是，可以理解的，這些反射鏡100、200、300、400亦可以一體成形的方式形成於基座1的軸向末端的參考平面800上。

另外根據本發明，該等反射鏡100、200、300、400共同界定出一等高線500，位在一個平行於參考平面800的平面810(參見第2圖)上，在本實施例中，該等高線500是一環繞著中心點21而平行於參考平面800的同心圓形，具有相對於中心點21的給定半徑r。

根據本發明，每一反射鏡100、200、300、400均是相對於該等高線500做給定角度的傾斜，因此每一反射鏡100、200、300、400等均係相對於參考平面800(及平面810)呈現其給定角度的傾斜，如第2圖中虛線所示。

如前所述，該等扇形區塊100’、200’、300’、400’每一者均構成一反射鏡100、200、300、400，因此在圓柱體11的參考平面800上設有複數個反射鏡，為便於說明起見，這些反射鏡將分別稱為第一反射鏡100、第二反射鏡200、第三反射鏡300、第四反射鏡400，且其等如同前述具有共有之等高線500，第一反射鏡100、第二反射鏡200、第三反射鏡300、第四反射鏡400等係相對於等高線500傾斜給定之角度，故而會與等高線500間分別形成對應該等傾斜角度的不同夾角。這些第一反射鏡100、第二反射鏡200、第三反射鏡300、第四反射鏡400等係沿著環周方向圍繞著中心軸線20(或中心點21)配置的。另外，可以理解的，雖然在本實施例中是以四個反射鏡100、200、300、400來加以說明，但參考平面800上所設置或形成的反射鏡數量並不僅限於四個，可以多於四個，也可以少於四個，其實際的數量應依實際之應用而定。

第3圖是第1圖所示之本發明非連續投射角度多面鏡裝置的側視示意圖，如圖所示，該多角鏡的基座1係可繞著由中心軸線20所構成的旋轉軸線轉動，為便於說明，在以下的說明中，“中心軸線”與“旋轉軸線”會交替使用。基座1繞著旋轉軸線20轉動的方式，可透過多種已知的結構來達成。例如說，可將一馬達600透過馬達轉軸700結合至基座1上，而使馬達600的轉軸700與基座1的旋轉軸線20同心重合，因此當馬達600驅動轉軸700轉動時(如第3圖中箭號所示)，即可帶動基座1繞著旋轉軸線20轉動。根據本發明一實施例，馬達600可為一步進馬達，但是其他能在適當控制情形下進行轉動運動的裝置亦可加以使用。

另一方面，在基座1之圓柱體11的參考平面800上以不同的傾斜角度設置多個反射鏡100、200、300、400。當基座1旋轉時，參考平面800即會繞著其與中心軸線20重合的中心點21轉動，進而使各反射鏡100、200、300、400繞著中心點21或中心軸線20轉動，因此藉由提供適當的控制，可使各反射鏡100、200、300、400依照一預定程序沿著環周方向移動至一預定“照射位置”。

在使用上，根據本發明，由一光源投射出之光束10以一固定之方向、角度投射至圓柱體11之參考平面800的等高線500上而對應於前述各反射鏡100、200、300、400沿著環周方向所能移動至的照射位置。因此，投射光束10即會依位在該照射位置上的反射鏡的反射角度而被反射出去，而投射光束10被每一反射鏡100、200、300、400反射的時間長短則是由各反射鏡100、200、300、400的表面積大小而定，而其被反射的角度則是由各反射鏡100、200、300、400的傾斜角度及投射光束10的入射角度而定。因此，當依前述給定之預定程序將各反射鏡100、200、300、400移動至照射位置上時，投射光束10即可由各反射鏡100、200、300、400依其圍繞轉軸700或中心軸線20的排列順序、各自之表面積大小，由前述的預定程序加以在所需的時段內反射至所需之反射角度。如前述，在本實施例中，馬達600係為一步進馬達，故前述的預定程序則可藉由控制馬達600之轉動而決定，例如：於特定時間正向轉動數個脈衝、再逆向轉動數個脈衝等。

當第一反射鏡100、第二反射鏡200、第三反射鏡300、第四反射鏡400等各反射鏡圍繞旋轉軸線或中心軸線20旋轉時，如前所述，投射光束10係投射至等高線500上，換言之等高線500即為圓柱體11轉動時，光源投射於參考平面800上的軌跡。當各反射鏡100、200、300、400依正向或逆向根據預定之程序繞著中心軸線20轉動時，反射鏡100、200、300、400即依其相對於等高線500的傾斜角度而分別將投射光束10反射至不同的反射角度上。例如，如第3圖所示，當光束10投射至第一反射鏡100上，第一反射鏡100可將投射光束10加以反射而在第一反射角度θ₁ 上產生反射光束10-1；當光束10投射至第二反射鏡200上，第二反射鏡200可將投射光束10加以反射而在第二反射角度θ₂ 上產生反射光束10-2；當光束10投射至第四反射鏡400上，第四反射鏡400可依將投射光束10加以反射而在第四反射角度θ_n 上產生反射光束10-4。在參考平面800所具有的反射鏡數量多於四個時，則將參考平面800依預定程序繞中心軸線20轉動時，即可依該給定順序將投射光束10反射至不同的反射角度上，例如θ₁ 、θ₂ 、θ₃ 、...θ_(n-1) 、θ_n 等角度。再者，第一反射鏡100、第二反射鏡200、第三反射鏡300、第四反射鏡400等各反射鏡係設定成可將光束反射至一特定位置處，例如位於本發明非連續投射角度多面鏡裝置之外的空間中一預定平面上，以形成一影像。

請參考第4圖，如前所述，第一反射鏡100、第二反射鏡200、第三反射鏡300、第四反射鏡400等各反射鏡相對於參考平面800分別具有不同之夾角，亦即相對於等高線500具有不同的傾斜角度。換言之，第一反射鏡100、第二反射鏡200、第三反射鏡300、第四反射鏡400等各反射鏡各別的法向量與旋轉軸線20間形成各別不同的夾角，圍繞著旋轉軸線20。如第4圖中所示，投射光源10投射至基座1上的第一反射鏡100時，可得出位在第一反射角θ₁ 上的反射光束10-1，而在第3圖所示的情形中，該第一反射角θ₁ 係代表反射光束10-1與投射光束10間具有一θ₁ 的夾角。同樣的，投射光束10投射至第二反射鏡200上，可得出與投射光源10夾θ₂ 角之位於第二反射角θ₂ 上的反射光束10-2；投射至第三反射鏡300上則可得出與投射光源10夾θ₃ 角之位於第三反射角θ₃ (未示於第3圖中)上的反射光束10-3；投射至第四反射鏡400上則可得出與投射光源10夾θ_n 角之位於第四反射角θ_n 上的反射光束10-4。

請參考第5圖，其中說明本發明之裝置非連續地改變投射角度與時間關係圖，由圖中可看出本發明能非連續地改變投射角度，如前所述，藉由預先排定之程序施用預定之脈衝數、脈衝極性等至步進馬達600上，能控制步進馬達600依照一定程序轉動，即能依照一定程序使投射光源10反射至所需的反射角度上，並且更可預先設計第一反射鏡100、第二反射鏡200、第三反射鏡300、第四反射鏡400等各反射鏡圍繞旋轉軸線20之排列順序、各自之表面積等，並配合於控制步進馬達600的轉動，即能任意地控制反射角與時間之時脈關係。同時，亦可根據需求增加所需之反射鏡，而任意增加反射角。

雖然本發明已就較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之變更和潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．基座

10．．．投射光束

11．．．圓柱體

10-1．．．第一反射鏡反射光束

10-2．．．第二反射鏡反射光束

10-4．．．第四反射鏡反射光束

20．．．中心軸線

21．．．中心點

100．．．第一反射鏡

100’．．．扇形區塊

200．．．第二反射鏡

200’．．．扇形區塊

300．．．第三反射鏡

300’．．．扇形區塊

400．．．第四反射鏡

400’．．．扇形區塊

500．．．等高線

600．．．馬達

700．．．轉軸

800．．．參考平面

810．．．等高線平面

第1圖係本發明非連續投射角度多面鏡裝置一實施例之立體外觀圖。

第2圖係本發明非連續投射角度多面鏡裝置的分解圖。

第3圖係第1圖所示本發明非連續投射角度多面鏡裝置之側視示意圖。

第4圖係說明本發明之裝置非連續地改變投射角度之說明示意圖。

第5圖係說明本發明之裝置非連續地改變投射角度與時間關係圖。

1．．．基座

11．．．圓柱體

20．．．中心軸線

21．．．中心點

100．．．第一反射鏡

100’．．．扇形區塊

200．．．第二反射鏡

200’．．．扇形區塊

300．．．第三反射鏡

300’．．．扇形區塊

400．．．第四反射鏡

400’．．．扇形區塊

500．．．等高線

800．．．參考平面

Claims (13)

1. 一種非連續投射角度多面鏡裝置，用以反射自一光源投射之一光束，包含有：一轉動運動裝置；一基座，具有一旋轉軸線，該旋轉軸線係接合於該轉動運動裝置，以供由該轉動運動裝置將該基座繞該旋轉軸線轉動，該基座具有一軸向末端，界定出一參考平面，係大致上垂直於該旋轉軸線；以及複數個反射鏡，係設置於該參考平面上，並係沿著圍繞著該旋轉軸線的環周方向設置，以使得該等反射鏡圍繞該旋轉軸線，該等反射鏡係分別以各自的角度相對於該參考平面傾斜，而使得其間分別具有各自之夾角，因此當該轉動運動裝置將該基座繞著該旋轉軸線轉動時，該等反射鏡中之至少一者可選擇性地移動至一照射位置上，以接收來自該光源投射出之光束，並將該光束反射一相關的反射角度上，其中該轉動運動裝置係為一步進馬達。
2. 如申請專利範圍第1項所述之非連續投射角度多面鏡裝置，其中該等反射鏡具有一共同的等高線，係位於一與該參考平面平行的平面上，並環繞著該旋轉軸線。
3. 如申請專利範圍第2項所述之非連續投射角度多面鏡裝置，其中該等高線係一圓形，以同心的方式距離該旋轉軸線設置。
4. 如申請專利範圍第2項所述之非連續投射角度多面鏡裝置，其中該照射位置係位在該等高線上，而使得在 該基座轉動時，該等高線形成為該光束投射至該基座上的軌跡。
5. 如申請專利範圍第1項所述之非連續投射角度多面鏡裝置，其中該基座包含有一圓柱體，該圓柱體具有至少一軸向末端表面，形成該參考平面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之非連續投射角度多面鏡裝置，其中該等反射鏡係依各自與該參考平面間之夾角，根據一預定程序，沿著環周方向繞著該旋轉軸線旋轉至該照射位置上。
7. 如申請專利範圍第6項所述之非連續投射角度多面鏡裝置，其中該該一預定程序係藉由控制該轉動運動裝置之轉動而決定的。
8. 如申請專利範圍第1項所述之非連續投射角度多面鏡裝置，其中該步進馬達係經由一轉軸結合至該基座的該旋轉軸線上。
9. 如申請專利範圍第1項所述之非連續投射角度多面鏡裝置，其中該等反射鏡每一者均係由一扇形區塊所構成，因此每一反射鏡均是由二條自該旋轉軸線延伸出之徑向線段夾置一預定之頂角所構成。
10. 如申請專利範圍第9項所述之非連續投射角度多面鏡裝置，其中由該等扇形區塊所構成的每一反射鏡依其頂角而定具有不同的表面積。
11. 如申請專利範圍第1項所述之非連續投射角度多面鏡裝置，其中該等反射鏡係依一預定之程序，沿著環周 方向繞著該旋轉軸線旋轉至該照射位置上，而該預定之程序係由該等反射鏡圍繞該旋轉軸線排列之順序及各別之表面積來加以決定的。
12. 如申請專利範圍第1項所述之非連續投射角度多面鏡裝置，其中該等反射鏡係一體成形於該基座的軸向末端上。
13. 一種非連續投射角度多面鏡裝置，用以反射自一光源投射之一光束，包含有：一轉動運動裝置；一基座，具有一旋轉軸線，該旋轉軸線係接合於該轉動運動裝置，以供由該轉動運動裝置將該基座繞該旋轉軸線轉動，該基座具有一軸向末端，界定出一參考平面，係大致上垂直於該旋轉軸線；以及複數個反射鏡，係設置於該參考平面上，並係沿著圍繞著該旋轉軸線的環周方向設置，以使得該等反射鏡圍繞該旋轉軸線，該等反射鏡係分別以各自的角度相對於該參考平面傾斜，而使得其間分別具有各自之夾角，因此當該轉動運動裝置將該基座繞著該旋轉軸線轉動時，該等反射鏡中之至少一者可選擇性地移動至一照射位置上，以接收來自該光源投射出之光束，並將該光束反射一相關的反射角度上，其中該等反射鏡係由黏著劑加以結合至該基座的軸向末端上。