TWI781243B - 級聯鏡列及包含其之掃描系統 - Google Patents

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TWI781243B
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Abstract

本發明級聯鏡列掃描為新式的數位式掃描系統與方法。級聯鏡列掃描系統包含複數個反射鏡組成的鏡列，其中每一個反射鏡由一數位訊號驅動，可以轉動且產生有限數目的角度偏轉。光束依序通過級聯鏡列的各反射鏡時，在每一反射鏡皆可有不同反射角度，調整每一個反射鏡的數位驅動訊號可以產生不同的總反射角度的組合。當所需反射鏡偏轉角度很小時，可使用不等臂傾角機構，藉由相對較大的位移量產生極小的轉角。此級聯鏡列掃描的主要優點係利用傳統製造技術以較低成本製造精密的小型光學掃描器，而毋須使用昂貴的半導體微機電製程。

Description

級聯鏡列及包含其之掃描系統
本發明是關於一種級聯鏡列及包含其之掃描系統，特別是關於一種利用反射器陣列來使雷射光產生偏折角度，進而達到掃描不同角度範圍之級聯鏡列及包含其之掃描系統。
向量掃描(或稱點對點掃描、隨機掃描)能應用於向量圖像、雷射打點標識、雷射切割、雷射積層製造、光達且光學嚮導等領域。另一個新興市場則是雷射追蹤/通訊，能應用於無人機、汽車、航空裝置與衛星，因為無人機爆發性成長與逐漸增加的車輛與衛星，創造了資料通訊與無線電頻率頻寬容載量的大量需求。
振鏡是主要的商業化掃描器，經常被應用在工業上的向量掃描。它基本上是由伺服馬達來驅動鏡子，能夠達到快速且精準的定位。振鏡擁有很寬的掃描角度並能達到數千赫茲的掃描頻率。聲光偏轉器是另一種類型的掃描器，主要靠特殊結晶的聲光效應來完成操作，能夠達到極高的掃描頻率(上看100MHz)，但只能小角度掃描。這種極高的掃描頻率特性讓它適合應用在使用脈衝 雷射的材料處理。然而，這些傳統掃描器都相當昂貴且龐大，並不適合應用在無人機，考量到載重與能耗等問題，特別不適合應用在尺寸小的無人機上。
另一方面，微機電技術具有能夠低成本大量生產小型且輕量掃描器的潛能，能夠實現向量掃描的裝置也已經被商業化。這些微機電掃描器通常含有附著於可旋轉結構的單一鏡子。然而，為了維持精度，這些裝置仍需要複雜電路、內建感測器與針對特定裝置的驅動控制。由於裝置結構的複雜度與製造程序，以及使用微機電廠房的需求，一個完整的微機電系統(包含裝置、驅動電子電路與控制軟體)仍需相當高的製作成本。除此之外，應用若干液晶串聯與稜鏡來達到數位光束掃描雖不需要微機電製程的高成本製造程序，但通過液晶與稜鏡的光束品質會有所影響，在掃描方向上也有所限制。
因此，為解決上述問題，本發明設計一種級聯鏡列及包含其之掃描系統，以針對現有技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。
有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種級聯鏡列及包含其之掃描系統，以解決習知之技術無法滿足低成本與輕量化之要求，難以應用在消費性產品上之問題。
本發明級聯鏡列即包含其之掃描系統包含複數個反射鏡組成的鏡列，其中每一個反射鏡可由一數位訊號驅動，可以轉動且產生有限數目的角度偏轉。光束依序順序通過級聯鏡列的各反射鏡時，在每一反射鏡皆可有不同反射角度，調整每一個反射鏡的數位驅動訊號即可產生不同的總反射角度的組合。此外，當所需反射鏡偏轉角度很小時，則可使用不等臂傾角機構，利用相 對較大的位移量產生極小的轉角。不等臂傾角機構在原理上為四連桿機構，但桿件連結處可為撓性或彈性樞軸，反射鏡置於平行的兩桿(兩臂)所載的平台上上，但由於兩臂長度不同，故兩臂轉動時能產生微小角度差，此角度差即能使平台帶動反射鏡產生微小的角度變化。
根據本發明之一目的，提出一種級聯鏡列，其包含第一反射鏡、固定反射鏡以及第二反射鏡。其中，第一反射鏡設置於第一偏轉構件上，由第一偏轉構件帶動第一反射鏡偏轉第一角度。固定反射鏡固定設置於第一反射鏡上，與第一反射鏡相隔一距離，且固定反射鏡與第一反射鏡之反射面相對設置。第二反射鏡設置於第二偏轉構件上，由第二偏轉構件帶動第二反射鏡偏轉與第一角度不同之第二角度，第二反射鏡級聯於第一反射鏡，且第二反射鏡與固定反射鏡之反射面相對設置。雷射朝向第一反射鏡發射，經由固定反射鏡與第二反射鏡反射後輸出，藉由偏轉第一角度與第二角度調整雷射輸出之複數個偏折角度。
較佳地，第一偏轉構件與第二偏轉構件可分別包含不等撓臂傾角機構，不等撓臂傾角機構包含基座、第一撓臂、第二撓臂以及頂端連桿。其中，基座之表面包含凸起預定高度之凸塊，第一撓臂一端連接至基座，第二撓臂一端連接至凸塊，第一撓臂與第二撓臂之高度差為預定高度。頂端連桿兩端分別連接至第一撓臂之另一端與第二撓臂之另一端，第一反射鏡及第二反射鏡分別設置於頂端連桿上。第一撓臂與第二撓臂傾斜時，頂端連桿帶動第一反射鏡及第二反射鏡偏轉。
較佳地，基座與第一撓臂、凸塊與第二撓臂以及頂端連桿之兩端與第一撓臂及第二撓臂之間可藉由撓性關節連接。
較佳地，基座與第一撓臂、凸塊與第二撓臂以及頂端連桿之兩端與第一撓臂及第二撓臂之間可藉由剛性關節連接。
較佳地，不等撓臂傾角機構可沿著第一撓臂、頂端連桿、第二撓臂及基座設置電流迴圈，並設置永久磁鐵或電磁鐵以產生垂直電流迴圈之磁場。其中，藉由控制電流迴圈之電流方向，驅動第一撓臂與第二撓臂傾斜。
較佳地，不等撓臂傾角機構可使用一偏心棍棒校準機構，由棍棒安裝於軸心上之離心位置，棍棒與第一撓臂接觸，藉由旋轉棍棒調整第一撓臂之水平位移量。
較佳地，第一偏轉構件與第二偏轉構件可分別包含槓桿偏轉機構，槓桿偏轉機構包含樞軸及連接樞軸之扭桿，第一反射鏡及第二反射鏡分別設置於扭桿上。其中，扭桿沿著樞軸扭轉時，帶動第一反射鏡及第二反射鏡偏轉。
較佳地，級聯鏡列可進一步包含第二固定反射鏡以及第三反射鏡。其中，第二固定反射鏡固定設置於第一反射鏡上，相鄰於固定反射鏡，且第二固定反射鏡與第一反射鏡之反射面相對設置。第三反射鏡設置於第三偏轉構件上，由第三偏轉構件帶動第三反射鏡偏轉與第一角度及第二角度不同之第三角度，第三反射鏡級聯於第二反射鏡，且第三反射鏡與第二固定反射鏡之反射面相對設置。其中，雷射經由第一反射鏡、固定反射鏡及第二反射鏡反射後，再經由第二固定反射鏡及第三反射鏡反射後輸出，藉由偏轉第一角度、第二角度及第三角度調整雷射輸出之複數個偏折角度。
根據本發明之另一目的，提出一種級聯鏡列，其包含第一反射鏡、固定反射鏡以及第二反射鏡。其中，第一反射鏡設置於第一偏轉構件上， 由第一偏轉構件帶動第一反射鏡偏轉複數個第一角度。固定反射鏡固定設置於第一反射鏡上，與第一反射鏡相隔一距離，且固定反射鏡與第一反射鏡之反射面相對設置。第二反射鏡設置於第二偏轉構件上，由第二偏轉構件帶動第二反射鏡偏轉複數個第二角度，第二反射鏡級聯於第一反射鏡，且第二反射鏡與固定反射鏡之反射面相對設置。雷射朝向第一反射鏡發射，經由固定反射鏡與第二反射鏡反射後輸出，藉由偏轉複數個第一角度與複數個第二角度調整雷射輸出之複數個偏折角度。
較佳地，第一偏轉構件與第二偏轉構件可分別包含多角度傾角機構，多角度傾角機構包含第一不等撓臂傾角機構以及第二不等撓臂傾角機構。其中，第一不等撓臂傾角機構包含基座、第一撓臂、第二撓臂以及第一頂端連桿。其中，基座之表面包含凸起預定高度之凸塊，第一撓臂一端連接至基座，第二撓臂一端連接至凸塊，第一撓臂與第二撓臂之高度差為預定高度。第一頂端連桿兩端分別連接至第一撓臂之另一端與第二撓臂之另一端，第一反射鏡及第二反射鏡分別設置於第一頂端連桿上。第二不等撓臂傾角機構包含第三撓臂、第四撓臂以及第二頂端連桿。其中，第三撓臂一端連接至基座，第四撓臂一端連接至凸塊，第二頂端連桿兩端分別連接至第三撓臂之另一端與第四撓臂之另一端，第二頂端連桿、第三撓臂及第四撓臂設置在第一撓臂與第二撓臂之間。第三撓臂與第四撓臂傾斜時，帶動第二頂端連桿平移，藉由第二頂端連桿之移動位置增加第一撓臂與第二撓臂傾斜時之停靠點，進而使第一頂端連桿上之第一反射鏡及第二反射鏡偏轉複數個偏轉角度。
較佳地，多角度傾角機構可沿著第一撓臂、第一頂端連桿、第二撓臂及基座設置第一電流迴圈，沿著第三撓臂、第二頂端連桿、第四撓臂及基 座設置第二電流迴圈，並設置永久磁鐵或電磁鐵以產生垂直第一電流迴圈與第二電流迴圈之磁場。其中，分別藉由控制第一電流迴圈與第二電流迴圈之電流方向，分別驅動第一撓臂與第二撓臂傾斜以及第三撓臂與第四撓臂傾斜。
較佳地，第一偏轉構件與第二偏轉構件可分別包含多角度傾角機構，多角度傾角機構包含第一不等撓臂傾角機構以及第二不等撓臂傾角機構。其中，第一不等撓臂傾角機構包含基座、第一撓臂、第二撓臂以及第一頂端連桿。其中，基座之表面包含凸起預定高度之凸塊，第一撓臂一端連接至基座，第二撓臂一端連接至凸塊，第一撓臂與第二撓臂之高度差為預定高度。第一頂端連桿兩端分別連接至第一撓臂之另一端與第二撓臂之另一端。第二不等撓臂傾角機構包含第三撓臂、第四撓臂以及第二頂端連桿。其中，第三撓臂連接於第一撓臂，第四撓臂連接至第二撓臂，第二頂端連桿兩端分別連接至第三撓臂與第四撓臂，第一反射鏡及第二反射鏡分別設置於第二頂端連桿上。藉由設置與第一撓臂與第二撓臂之停靠點以及第三撓臂與第四撓臂之停靠點，使得第一撓臂與第二撓臂之傾斜以及第三撓臂與第四撓臂之傾斜具有不同角度，進而使第二頂端連桿上之第一反射鏡及第二反射鏡偏轉複數個偏轉角度。
較佳地，多角度傾角機構可沿著第一撓臂、第一頂端連桿、第二撓臂及基座設置第一電流迴圈，沿著第三撓臂、第二頂端連桿、第四撓臂及基座設置第二電流迴圈，並設置永久磁鐵或電磁鐵以產生垂直第一電流迴圈與第二電流迴圈之磁場。其中，分別藉由控制第一電流迴圈與第二電流迴圈之電流方向，分別驅動第一撓臂與第二撓臂傾斜以及第三撓臂與第四撓臂傾斜。
根據本發明之目的，提出一種級聯鏡列掃描系統，其包含如本揭露所述之級聯鏡列、發射裝置、控制裝置、掃描目標以及接收裝置。其中，發 射裝置設置朝向第一反射器發射雷射，控制裝置連接於級連鏡列，由控制裝置傳送控制訊號來控制級連鏡列之偏轉構件。掃描目標設置在該級聯鏡列之輸出端，藉由輸出複數個偏折角度之雷射對掃描目標進行掃描，接收裝置對應掃描目標設置，接收雷射掃描產生之複數個掃描訊號。
根據本發明之目的，提出一種級聯鏡列，其包含複數個反射鏡、固定反射鏡以及控制裝置。其中，複數個反射鏡分別設置於不等撓臂傾角機構上，其包含基座、第一撓臂、第二撓臂以及頂端連桿。基座之表面包含凸起預定高度之凸塊，第一撓臂一端連接至基座，第二撓臂一端連接至凸塊，第一撓臂與第二撓臂之高度差為預定高度。頂端連桿兩端分別連接至第一撓臂之另一端與第二撓臂之另一端，複數個反射鏡分別設置在頂端連桿上。對應複數個反射鏡之不等撓臂傾角機構具有不同之預定高度，使得由不等撓臂傾角機構帶動之複數個反射鏡分別偏轉不同之複數個偏轉角度。固定反射鏡是固定設置於複數個反射鏡上，與複數個反射鏡相隔一距離，且固定反射鏡與複數個反射鏡之反射面相對設置。控制裝置分別連接於各不等撓臂傾角機構，藉由傳送控制訊號控制第一撓臂與第二撓臂之傾斜，使得雷射射出後經由複數個反射鏡及固定反射鏡反射後，輸出複數個偏折角度。
根據本發明之目的，提出一種級聯鏡列掃描系統，用於掃描光束，級聯鏡列系統包含複數個反射鏡以及控制與驅動裝置。其中，複數個反射鏡級聯設置構成級聯鏡列，複數個反射鏡中之每一個藉由轉動產生預設數目之偏轉角度。控制與驅動裝置連接至複數個反射鏡，藉由輸出數位驅動訊號分別驅動複數個反射鏡中之每一個，使其偏轉至複數個反射鏡之預設數目之偏轉角度。其中，光束依序通過級聯鏡列之複數個反射鏡，複數個反射鏡具有不同之 偏轉角度，使光束在複數個反射鏡中之每一個具有不同之反射角度，調整數位驅動訊號使得偏轉角度組合成不同之總反射角度，達成光束之掃描。
根據本發明之目的，提出一種反射鏡偏轉機構，用於偏轉反射鏡之偏轉角度，反射鏡偏轉機構包含基座、第一撓臂、第二撓臂以及頂端連桿。其中，基座之表面包含凸起預定高度之凸塊，第一撓臂一端連接至基座，第二撓臂一端連接至凸塊，第一撓臂與第二撓臂之高度差為預定高度。頂端連桿兩端分別連接至第一撓臂之另一端與第二撓臂之另一端，反射鏡設置於頂端連桿上。其中，第一撓臂與第二撓臂傾斜時，頂端連桿帶動反射鏡偏轉。
承上所述，依本發明級聯鏡列及包含其之掃描系統，其可具有一或多個下述優點：
(1)此級聯鏡列及包含其之掃描系統能利用簡單的機構構件來製造雷射光束偏轉角度的變化，且無需使用微機電製程即可達到偏轉角度所需的精度，有效降低裝置製造成本。
(2)此級聯鏡列及包含其之掃描系統能撓臂往停靠點傾斜的結構，配合電磁驅動的控制方式，以簡單的電流方向控制偏轉機構達成不同角度的變化，提升操作便利性及反應效率。同時，由於無須裝設複雜地控制電路，可減少掃描裝置整體體積及重量，達到使裝置輕量化的目標。
(3)此級聯鏡列及包含其之掃描系統能藉由串聯多個級聯陣列來達到不同掃描角度的應用，或者利用多重角度的偏轉機構來增加掃描角度，增加其偏轉角度變化範圍之多樣性，使其能相容於各種掃描裝置。
10:第一偏轉構件
11:不等臂傾角機構
20:第二偏轉構件
30:級聯鏡列
31、32、33、34:反射器單元
40:多角度傾角構件
41:發射裝置
42:控制裝置
43:掃描目標
44:接收裝置
45:拍攝裝置
100、101、311、321、331、341:基座
102、312、322、332、342:凸塊
300:級聯鏡列掃描系統
2201a、2202a、2203a、2204a、2201b、2203b、2301a、2303a、2304a、2301b、2302b、2303b、2304b:停靠點
900:x-y-z三維參考座標系統
901:入射光束
901a:光束
910:第一組級聯鏡列
920:第二組級聯鏡列
AF:鋁箔
AX:軸心
A0、A1、A2、A3:方向
BB:塑膠底座
B0、B1:扭桿
CB:底座
C1:第一電流迴圈
C2:第二電流迴圈
ERCM:偏心棍棒校準機構
EW:供電線路
FJ、FJ1、FJ2、FJ3、FJ4:撓性關節
L:雷射
LPR:棍棒
LP_A、LP_B、LP1、LP2、LP3、LP4:停靠點
LP0_0、LP1_0、LP_0:第一停靠點
LP0_1、LP1_1、LP_1:第二停靠點
L1:第一撓臂
L2:第二撓臂
L3:第三撓臂
L4:第四撓臂
L5:第五撓臂
L6:第六撓臂
L7:第七撓臂
L8:第八撓臂
M0:第一反射鏡
M1:第二反射鏡
M2:第三反射鏡
M3:第四反射鏡
M1x、M2x、M1y、M2y:反射鏡
Mf:固定反射鏡
N:接點
PAD:接觸墊
PC:多重線圈
PF:膠膜積層
P0、P1:樞軸
RJ:剛性關節
TM、TM1、TM2、TM3、TM4:頂端連桿
ULT21、ULT31:第一不等撓臂傾角機構
ULT22、ULT32:第二不等撓臂傾角機構
c:電流
d:預定高度
e:偏移量
h1:第一撓臂長度
m:磁鐵
mf:磁場
s0、s1、d1、d2、d3、d4:高度差
α0:第一角度
α1:第二角度
θ1、θ2:旋轉角度
w:頂端連桿長度
△w:水平位移
第1圖係為本發明實施例之級聯鏡列之示意圖。
第2A、2B及2C圖係為本發明實施例之級聯鏡列之偏轉構件之示意圖。
第3A、3B及3C圖係為本發明實施例之級聯鏡列經由電磁驅動之示意圖。
第4圖係為本發明實施例之級聯鏡列掃描系統之示意圖。
第5圖係為本發明實施例之級聯鏡列掃描系統偏轉結果之示意圖。
第6A及6B圖係為本發明實施例之級聯鏡列之校準機構之示意圖。
第7圖係為本發明實施例之二維掃描之示意圖。
第8A及8B圖係為本發明實施例之級聯鏡列之多角度傾角構件之示意圖。
第9A及9B圖係為本發明另一實施例之級聯鏡列之多角度傾角構件之示意圖。
為利貴審查委員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
請參閱第1圖，其係為本發明實施例之級聯鏡列之示意圖。如圖所示，級聯鏡列包含第一反射鏡M0、固定反射鏡Mf以及第二反射鏡M1。固定反射鏡Mf固定設置於第一反射鏡M0及第二反射鏡M1上方，與其相隔一距離，且與其反射面相對設置。這裡所述之相隔距離並無特殊設定，僅須滿足讓固定反射鏡Mf有足夠空間能進行反射。一光束L(如一雷射光束，或一成像(imaging)光束)入射時，依序經過第一反射鏡M0、固定反射鏡Mf以及第二反射鏡M1反射，然後離開系統。第一反射鏡M0設置於第一偏轉構件10上，由第一偏轉構件10帶動第一反射鏡M0偏轉第一角度α0。這裡所使用的第一偏轉構件10是一種槓桿偏轉機構，其包含樞軸P0、扭桿B0、第一停靠點LP0_0及第二停靠點LP0_1。第一反射鏡M0設置在扭桿B0上，扭桿B0連接於樞軸P0，通過扭桿B0沿著樞軸P0扭轉時，可在第一停靠點LP0_0與第二停靠點LP0_1之間轉動，由於第一停靠點LP0_0與第二停靠點LP0_1之間具有高度差s0，當扭桿B0應用類似於微機電的電磁驅動時，可藉此帶動第一反射鏡M0偏轉第一角度α0。
接著，類似於第一反射鏡M0之設置，第二反射鏡M1設置於第二偏轉構件20上，由第二偏轉構件20帶動第二反射鏡M1偏轉與第一角度α0不同之第二角度α1。這裡所使用的第二偏轉構件20與第一偏轉構件10同樣是一種槓桿偏轉機構，其包含樞軸P1、扭桿B1、第一停靠點LP1_0及第二停靠點LP1_1。第二反射鏡M1設置在扭桿B1上，扭桿B1連接於樞軸P1，通過扭桿B1沿著樞軸P1扭轉時，可在第一停靠點LP1_0與第二停靠點LP1_1之間轉動。第二偏轉構件20之第一停靠點LP1_0與第二停靠點LP1_1之間具有高度差s1，由於與第一偏轉構件10之高度差s0有所不同，當扭桿B2的扭轉，可帶動第二反射鏡M1偏轉與第一角度α0不同之第二角度α1。
在第1圖中，第一偏轉構件10與第二偏轉構件20相鄰設置在基座100上，使得第一反射鏡M0與第二反射鏡M1級聯設置，也就是在光學光路上將第一反射鏡M0與第二反射鏡M1串接在一起。因此，當雷射L入射時，會依序經過第一反射鏡M0、固定反射鏡Mf以及第二反射鏡M1反射，然後離開系統。如圖所示，當第一偏轉構件10及第二偏轉構件20均位於第一停靠點LP0_0、LP1_0時，雷射L經由反射後朝向方向A0輸出；當第一偏轉構件10轉向位於第二停靠點LP0_1而第二偏轉構件20不改變時，雷射L經由反射後偏轉角度2α0朝向方向A1輸出；當第二偏轉構件20轉向位於第二停靠點LP1_1而第一偏轉構件10不改變時，雷射L經由反射後偏轉角度2α1朝向方向A2輸出；當第一偏轉構件10及第二偏轉構件20均位於第二停靠點LP0_1、LP1_1時，雷射L經由反射後偏轉角度(2α0+2α1)朝向方向A3輸出。由此可見，藉由切換兩個串連的可動式反射鏡，即可讓雷射L偏折至四個不同方向(A0、A1、A2、A3)，換言之，當串聯N個反射鏡所形成的級聯陣列可產生2N個偏折角度，這讓雷射輸出能具備多個偏折角度之掃描光束。假設一道完整的光束掃描角度為φ/2，每個反射器單元的對應的鏡子預設偏轉角度αi為下列方程式(1)所示。
Figure 107138562-A0305-02-0013-1
由以上公式可見，鏡子偏轉角度αi呈公比為2的等比數列。以第1圖中含兩個反射鏡單元的級聯鏡列為例，第1反射鏡與第2反射鏡的預設偏轉角度的關係為α0=α0、α1=2α0，雷射L偏折方向A0、A1間的角度為2α0，A0、A2間的角度為2α1=4α0，A0、A3間的角度為(2α0+2α1)=6α0。除此之外，本發明利用簡單的機械結構讓反射鏡直接反射光束，可避免通過之光線品質受到影響。通過不同高度的停靠點來設定適當的高度差，也是利用機構特性來調整反射鏡 偏轉角度，相對於直接控制單一反射器的微機電掃描器，僅須利用限位結構來定位反射鏡的偏轉，即可達到精密的偏轉角度定位。偏轉構件朝停靠點移動藉由簡單的電路產生之數位訊號即可達成，無須複雜的驅動控制訊號，機構反應也更為直接及迅速，由於級聯鏡列的製造可被模組化，無須通過複雜的微機電製程，因此，整體發展與製造成本可大幅降低。
不過，當使用槓桿偏轉機構時，反射鏡的停靠點之間的高度差決定反射鏡偏轉的角度。表1示12個反射鏡所構成的級聯鏡列(N=12)中各反射鏡的預設偏轉角度αi及其相應的停靠點之間的高度差Si(假設鏡子底座長度4mm，旋轉半徑R=2mm，掃描角度為φ/2=15°)。相對於偏轉小角度的鏡子(i=0-6)，停靠點的高度差(s i =R tan α i )相當小，低於數微米至次微米，為達這樣的精度，可能會使製造成本提高以避免造成偏轉角度的誤差。由於利用更精密的加工違反降低製程成本的目標，因此使用槓桿偏轉機構的級聯陣列，較適用於偏轉大角度的掃描。欲偏轉較小角度，則可通過以下實施例所述之其他偏轉機構。
Figure 107138562-A0305-02-0014-2
請參閱第2A及2B圖，其係為本發明實施例之級聯鏡列之偏轉構件之示意圖，其中，第2A圖是偏轉構件之立體示意圖，第2B圖是偏轉構件之側面 視圖。如圖所示，在前述實施例所揭露之第一偏轉構件10或第二偏轉構件20，為了實現較小偏轉角度，可以第2A及2B圖之不等臂傾角機構11來取代槓桿偏轉機構。如第2A圖所示，不等臂傾角機構11包含基座101、第一撓臂L1、第二撓臂L2以及頂端連桿TM。基座101之表面包含凸起預定高度d之凸塊102，第一撓臂L1一端連接至基座101，第二撓臂L2一端連接至凸塊102，而第一撓臂L1與第二撓臂L2之高度差為預定高度d。頂端連桿TM兩端分別連接至第一撓臂L1之另一端與第二撓臂L2之另一端，基座101與第一撓臂L1、凸塊102與第二撓臂L2以及頂端連桿TM之兩端與第一撓臂L1及第二撓臂L2之間可藉由撓性關節FJ連接，形成類似四連桿之結構。第一反射鏡M0設置於頂端連桿TM上，雖然在本實施例當中，僅以單一不等臂傾角機構11來說明其結構特徵，但不等臂傾角機構11可同時適用於調整第一反射鏡M0及第二反射鏡M1，因此，第二反射鏡M1或串連更多之反射鏡也同樣可以設置在另一不等臂傾角機構11的頂端連桿TM上。
請同時參閱第2A及2B圖，第二撓臂L2側邊設置第一停靠點LP_0，第一撓臂L1側邊設置第二停靠點LP_1，當第一撓臂L1及第二撓臂L2垂直於水平面且第二撓臂L2接觸第一停靠點LP_0時，頂端連桿TM平行於水平面，設置在其上之第一反射鏡M1也同樣平行於水平面。當第一撓臂L1與第二撓臂L2傾斜時，也就是當第一撓臂L1往第2B圖所示的左方移動而接觸第二停靠點LP_1時，由於撓性關節FJ類似於樞軸的轉動，同時帶動頂端連桿TM橫向移動，亦即如第2B圖向左側平移。然而，由於第一撓臂L1與第二撓臂L2之長度不等長，不等臂傾角機構11的第一撓臂L1的旋轉角度θ1與第二撓臂L2的旋轉角度偽會有微幅的不同，此時頂端連桿TM的兩端平移的量也會有微幅差異，進而帶動頂端連桿TM旋轉一小角度，設置在頂端連桿TM上的第一反射鏡M0也因此偏轉第一角 度α0。同樣地，第二反射鏡M1也可設置在同樣的不等撓臂傾角機構11，藉由調整凸塊的預定高度d，可以使頂端連桿TM旋轉之角度有所差異，亦即使第二反射鏡M1偏轉與第一角度α0不同之第二角度α1。
在本實施例當中，若將第一撓臂L1之長度設為h1，頂端連桿TM的長度為w，且假設兩隻撓臂頂端端點的水平位移△w相同，則頂端連桿TM之偏轉角度可以如下之方程式表示：
Figure 107138562-A0305-02-0016-3
其中，第一撓臂L1的旋轉角度
Figure 107138562-A0305-02-0016-4
，第二撓臂L2的旋 轉角度
Figure 107138562-A0305-02-0016-6
。藉由調整上述參數的比例，像是頂端連桿的長度(w) 與撓臂長度差值(d/h1)，以及設定適當的水平位移(△w/h 1)，不等撓臂傾角機構11可以產生範圍很廣的旋轉角度。在相同量級的水平位移下，旋轉角度可從10毫弧度至數微弧度，可以產生比槓桿偏轉機構小四個量級的旋轉角度。旋轉角度的範圍接近商業振鏡(包含傳統振鏡與微機電振鏡)的解析度。更進一步地，如果頂端連桿與撓臂的長度為數釐米，對應的水平位移大約是數百微米。由於此種量級的距離可藉由傳統製造流程簡單加工來完成，因此上述的結構特徵不需要經由微機電製程加工，可以有效的降低生產成本。
請參閱第2C圖，其係為本發明另一實施例之級聯鏡列之偏轉構件之示意圖。其中，與第2A圖相同之元件以相同符號來表示，其內容不再重複說明。如圖所示，不等撓臂傾角機構12包含基座101、第一撓臂L1、第二撓臂L2以及頂端連桿TM，第一反射鏡M0設置於頂端連桿TM上。與第2A圖之實施例不同之處在於各個連桿間並非以撓性關節來連接。在本實施例當中，基座101與第一撓臂L1、凸塊102與第二撓臂L2以及頂端連桿TM之兩端與第一撓臂L1及第二 撓臂L2之間是藉由剛性關節RJ連接。不同於四個角落的可變形關節，四連桿結構的四個關節是具有剛性的，但是由於兩根撓臂仍是具有撓性的，因此仍可藉由水平位移使偏轉構件傾斜。本實施例的頂端連桿TM可由壓克力製成，第一撓臂及第二撓臂則可透過PET薄片加上薄的金屬片或線材，黏接於頂端連桿TM的兩端。此構型的水平位移與反射鏡偏轉角度與前述實施例稍有不同，但機械震幅比例仍屬於同個量級。為維持結構形狀，兩撓臂需具備足夠剛性，整體結構也具備較高剛性，能乘載較大負載，例如裝載較大之反射鏡。但是相對地，也需要較大的驅動力才能驅動撓臂傾斜。
請參閱第3A、3B及3C圖，其係為本發明實施例之級聯鏡列經由電磁驅動之示意圖，其中，第3A圖是級聯鏡列設置磁場及電磁驅動之立體示意圖，第3B圖是單一反射鏡結構之側面視圖，第3C圖是不等撓臂傾角機構之多重線圈之示意圖。如圖所示，級聯鏡列包含串聯的第一反射鏡M0及第二反射鏡M1，分別設置在不等撓臂傾角機構的頂端連桿TM上。為了控制頂端連桿TM的平移，使得第一反射鏡M0通過在第一停靠點LP0_0與第二停靠點LP0_1之間的移動而偏轉一角度，第二反射鏡M1也通過在第一停靠點LP1_0與第二停靠點LP1_1之間的移動而偏轉一角度，設計多個磁鐵m於不等撓臂傾角機構之側邊，這些磁鐵m可為永久磁鐵或是電磁鐵，依據裝置所需加以設置。磁鐵m由N極到S極所產生之磁場mf橫跨第一撓臂L1及第二撓臂L2，在本實施例當中，沿著第一撓臂L1、頂端連桿TM、第二撓臂L2及基座101可設置電流迴圈，此電流迴圈垂直於上述的磁場mf方向，因此，當控制電流迴圈的電流c流動方向，即可產生一水平力來使撓臂傾斜。換言之，當改變電流方向即可改變撓臂傾斜的方向，達到帶 動頂端連桿TM於第一停靠點LP0_0、LP1_0與第二停靠點LP0_1、LP1_1之間移動的目的。
請再參閱第3B圖，其為以第一反射鏡M0為例的反射鏡結構之側面視圖。如圖所示，不等撓臂傾角機構13包含塑膠底座BB、第一撓臂L1、第二撓臂L2以及頂端連桿TM，第一反射鏡M0設置於頂端連桿TM上。在本實施例中，頂端連桿TM的長度w可為6mm，第一撓臂L1長度h1可為10mm。為了形成沿著第一撓臂L1、頂端連桿TM、第二撓臂L2及基座BB之電流迴圈，在膠膜積層PF之內部設置一層鋁箔AF，膠膜積層PF之厚度可為0.05mm，鋁箔AF的厚度小於16um，外側還包含PET薄膜，其厚度可為0.1mm。鋁箔AF連接於塑膠底座BB內之供電線路EW，形成單層的電流迴圈。由供電線路EW控制電流流向，配合設置的磁場產生水平方向的驅動力，推動第一撓臂L1與第二撓臂L2傾斜。
在第2C圖的實施例當中，不等撓臂傾角機構可藉由剛性關節來連接各個連桿，增加整體的剛性及乘載程度，但需要較大之驅動力來驅動。因此，參閱第3C圖，如圖所示，第一撓臂L1、頂端連桿TM及第二撓臂L2可藉由設置多重線圈PC來提升電磁驅動力，亦即在提供的電流與功率不改變的情況下，增加電磁驅動力來控制撓臂的傾斜。原本的基座也可設置如圖所示之底座CB結構，於兩側設置多個接觸墊PAD，連接通過第一撓臂L1、頂端連桿TM及第二撓臂L2之多個線圈，並於底座CB設置連接供電線路的接點N，以提供所需的電流。
請參閱第4圖，其係為本發明實施例之級聯鏡列掃描系統之示意圖。如圖所示，級聯鏡列掃描系統300包含級聯鏡列30、發射裝置41、控制裝置42、掃描目標43以及接收裝置44。在本實施例中，級聯鏡列30包含四個反射器單元31、32、33、34，但本揭露之反射器單元數量並不局限於本實施例之數量， 依據掃描所需角度範圍，可相應的減少反射器單元或串聯更多反射器單元。以反射器單元31為例，其包含第一反射鏡M0，設置於頂端連桿TM1上，頂端連桿TM1之兩端分別連接於第一撓臂L1與第二撓臂L2，第一撓臂L1與第二撓臂L2為不等長之撓臂，其高度差d1為基座311上之凸塊312之凸起高度，其類似於第2A圖或第3A圖之實施例所述之架構。其餘反射器單元32、33、34之結構，類似於反射器單元31，其中，反射器單元32包含第二反射鏡M1，設置於頂端連桿TM2上，頂端連桿TM2連接第三撓臂L3與第四撓臂L4，第三撓臂L3與第四撓臂L4之高度差d2為基座321上之凸塊322之凸起高度；反射器單元33包含第三反射鏡M2，設置於頂端連桿TM3上，頂端連桿TM3連接第五撓臂L5與第六撓臂L6，第五撓臂L5與第六撓臂L6之高度差d3為基座331上之凸塊332之凸起高度；反射器單元34包含第四反射鏡M3，設置於頂端連桿TM4上，頂端連桿TM4連接第七撓臂L7與第八撓臂L8，第七撓臂L7與第八撓臂L8之高度差d4為基座341上之凸塊342之凸起高度。四個反射器單元31、32、33、34的高度差值(d1、d2、d3、d4)可分別是1.0、2.0、3.3、4.9釐米。固定設置在第一反射鏡M0、第二反射鏡M1、第三反射鏡M2、第四反射鏡M3的固定反射鏡Mf可連接為單一反射鏡，也可為多個可動反射鏡角度分別設置。
發射裝置41可為二極體雷射發射器，發射雷射L朝向第一個反射器單元31之第一反射鏡M0，發射裝置41可以連接於供電裝置以及控制裝置42，控制裝置42包含控制電路板、控制晶片或控制電腦，其可傳送發射訊號至發射裝置以控制發射器發射雷射光束。另外，控制裝置42也分別電連接至反射器單元31、32、33、34，可輸出正負電壓至各反射器單元31、32、33、34以控制電流流向，並藉由排列於級聯鏡列30側邊之釹鐵硼磁鐵產生之磁場，驅動各個撓 臂的傾斜，亦即經由數位驅動訊號來驅動各個反射鏡偏轉機構，進而控制各個反射鏡的偏轉角度。在本實施例中，偏轉範圍設定為0.2度，反射器單元31之最小偏轉角度為0.0125度，第一停靠點LP_0可為固定設置，第二停靠點LP_1則為可調整，依據測試結果對第二停靠點LP_1進行調整，使得頂端連桿TM1之水平位移為2mm，頂端連桿TM2之水平位移為4mm，頂端連桿TM3之水平位移為8mm，頂端連桿TM4之水平位移為16mm。
雷射L經過四個反射單元31、32、33、34之各個反射鏡與固定反射鏡Mf的反射後，由最後之反射器單元34輸出，輸出端對應於掃描目標43，其可為各種待掃描之物件，當掃描的光束對掃描目標43進行掃描後，可藉由接收裝置44接收掃描結果，例如使用目標螢幕接收返回的掃描光束，於目標螢幕上呈現掃描結果影像，並藉由拍攝裝置45將掃描影像紀錄或擷取下來，成為最終掃描結果。另外，接收裝置44也可利用光學感應裝置，藉由接收返回光束之訊號，再將其轉換成最終掃描結果。
請參閱第5圖，其係為本發明實施例之級聯鏡列掃描系統偏轉結果之示意圖。如圖所示，參考前述級聯鏡列掃描系統300之架構，由於設置四個反射器單元，可以形成的偏轉角度包含24=16個輸入數位位置(P0-P15)，藉由觀察目標螢幕的光點與參考位置的差異來呈現掃描結果。第5圖(a)部分是在掃描頻率1Hz，校準頻率也為1Hz的情況下之結果，停靠點的調整是根據觀察格柵屏幕上的雷射光點來手動調整，其中在較高的數位位置時，會有較大的位置誤差。然而，誤差仍小於10%。第5圖(b)部分則是在掃描頻率300Hz，校準頻率也為300Hz的情況下，調整過停靠點後實際測試的結果，除了較高數位位置似乎有過衝現象，同樣展現良好的精度。第5圖(c)部分則是掃描頻率在1Hz，而校準時頻率為 300Hz下進行實際測試的結果，偏轉角度比第5圖(a)部分還小。由上述掃描結果，操作頻率可在300-400Hz之間，更高的頻率下，反射器可能會出現較低的偏轉角度。當掃描頻率範圍上升至400Hz，反射器可以達到的最大偏轉角度約為0.08-0.1度。超過500Hz的時候，振幅將會低於所需偏轉距離，因此，較小位元的反射器單元可以操作於較高頻率，其對應到較小的水平位移且所需驅動力較小。
藉由上述說明，不等撓臂傾角機構目前展現解析度為0.0125度的點對點掃描，掃描頻率則從1赫茲至數百赫茲。藉由縮短撓臂長度(d)差值以及水平鏡子位移(△w/h 1)，解析度可以更進一步改良。解析度0.0125度對應到的是不等撓臂傾角機構雛型的水平位移80μm。如果水平位移縮短至5μm，則解析度會下降至0.0008度(14μrad)。縮短尺寸與組合誤差可進一步改良解析度以更接近商業振鏡(傳統或微機電)的解析度量級。對掃描速率而言，掃描速率與頻率可以藉由增加電磁驅動力來增加高頻振幅以達到改善效果，也能藉由減少鏡子厚度(質量)以及縮短撓臂長度來增加結構的共振頻率。
一個串聯鏡列掃描器的精度係由位置限制結構(停靠點)的位置與乘載反射器的偏轉機構(撓性關節或撓臂)關係來決定。重複性則由偏轉機構停靠於停靠點的姿態來決定。為處理精度問題，藉由可調式的調整機構可調整水平位移量來達到所需精度，如此就能降低加工公差的要求。請參閱第6A及6B圖，其係為本發明實施例之級聯鏡列之校準機構之示意圖。其中，第6A圖為校準機構設置位置之示意圖，第6B圖為調整方式之示意圖。如圖所示之例，其中攜載反射鏡M0的不等撓臂傾角機構可使用一偏心棍棒校準機構ERCM微調停靠點的位置以微調偏轉機構(不等撓臂傾角機構)的傾角。校準機構ERCM包含軸心AX與棍棒LPR，由棍棒LPR安裝於軸心AX上之離心位置，棍棒LPR與第一撓臂L1 接觸，因此藉由旋轉軸心AX可以轉動棍棒LPR調整第一撓臂L1之水平位移量。參閱第6B圖，棍棒LPR的軸偏離軸心AX之偏移量e。藉由旋轉棍棒，可以在2e的範圍內調整停靠點。舉例來說，假設偏移量e為300微米，則在二分之一轉內旋轉棍棒可以得到600微米的水平位移調整量。要注意的是離心棒的尺寸公差不需要非常要求，因為機構本身是可調的。
一個串聯鏡列掃描器的精度係由位置限制結構(停靠點)的位置與乘載反射器的偏轉機構(撓性關節或撓臂)關係來決定。重複性則由偏轉機構停靠於停靠點的姿態來決定。整個系統的可靠度則由偏轉機構的疲勞極限來決定。為處理精度問題，藉由可調式的調整機構可調整水平位移量來達到所需精度，如此就能降低加工公差的要求。為了達到高重複性，鏡子偏轉機構必須是可重複且停靠點的設置與校準位置要穩定。如果偏轉機構在彈性範圍以及關節可變形材料的疲勞極限內操作。為了達到高可靠度，偏轉機構必須在用於關節的可變形材料疲勞極限內操作。對反射器單元而言，當鏡子水平位移為80μm的時候，估算的最大應力為7.5MPa。通常熱可塑性聚酯彈性體的疲勞極限落在5至11MPa，其中Du Pont Hytrel 7246材質的疲勞極限為11MPa。對大角度偏轉的反射器單元而言，第一撓臂L1的偏轉角度大約在同個量級，但第二撓臂L2的偏轉角度則有數倍大。對此，有著較高疲勞極限的材料應被使用，舉例而言，ABS的疲勞極限高達22MPa，而聚碳酸酯則高達39MPa。這些數字表示均代表在可靠度上的可行性。由於疲勞極限與樣品尺寸、溫度以及影響彎曲扭矩驅動力大小相關，串聯鏡列的設計與材料挑選應該要考慮反射器單元的整體設計且真實的疲勞極限也應該由實驗測定。
以上級聯鏡列實施例皆為一維掃描。二維掃描可以藉由組合兩組級聯鏡列來達成，一組級聯鏡列負責Y方向掃描，一組負責X方向掃描，分別放置於反射路徑的相對的兩側。請參閱第7圖，其係為本發明實施例之二維掃描之示意圖。如圖所示，x-y-z三維參考座標系統900顯示三維立體空間的座標方向X、Y、Z。入射光束901通過掃描系統反射後輸出光束901a。掃描系統包含第一組級聯鏡列910，負責Y方向掃描，亦即各反射鏡(M1x,M2x)的偏轉軸是與參考座標系統900的x-軸平行，故反射後的光束其投射的光點在Y方向掃描。掃描系統還包含第二組級聯鏡列920，負責X方向掃描，亦即各反射鏡(M1y,M2y)的偏轉軸是與參考座標系統的y-軸平行，故反射後的光束其投射的光點在X方向掃描。兩組級聯鏡列分別放置於反射路徑的相對的兩側，如圖中為上方與下方。反射路徑的安排是依序交互經過兩組級聯鏡列中的各反射鏡，如圖中所示順序為M1x-M1y-M2x-M2y。如此則反射後的光束901a可同時在Y與X方向掃描，達成二維掃描。
請參閱第8A及8B圖，其係為本發明實施例之級聯鏡列之多角度傾角構件之示意圖。其中，第8A圖為多角度傾角構件之立體示意圖，第8B圖為多角度傾角構件在各個位置之示意圖。前述實施例所描述的偏轉構件，如第2A圖所示，不等臂傾角機構11可以在第一停靠點LP_0與第二停靠點LP_1之間平移，藉由不等長的撓臂使頂端連桿TM偏轉適當角度，這樣的設計每一偏轉構件僅能偏轉一個角度，亦即掃描的雷射僅能偏轉一角度。為了使單一偏轉構件能達到偏轉多個角度的設計，本實施例揭露一種多角度傾角構件40，包含第一不等撓臂傾角機構ULT21以及第二不等撓臂傾角機構ULT22，第一不等撓臂傾角機構ULT21類似於第2A圖之不等臂傾角機構11，其差異僅在停靠點的設計上。
如圖所示，第一不等撓臂傾角機構ULT21用來裝載第一反射鏡M0，其包含第一撓臂L1及第二撓臂L2，功能及結構與前述實施例相同部分不再重複描述。第二不等撓臂傾角機構ULT22包含第三撓臂L3、第四撓臂L4以及第二頂端連桿TM2。第三撓臂L3一端連接至基座，第四撓臂L4一端連接至凸塊，第二頂端連桿TM2兩端分別連接至第三撓臂L3之另一端與第四撓臂L4之另一端，第二頂端連桿TM2、第三撓臂L3及第四撓臂L4設置在第一撓臂L1與第二撓臂L2之間，以第二不等撓臂傾角機構ULT22之頂端連桿TM2作為第一不等撓臂傾角機構ULT21之停靠點，而第二不等撓臂傾角機構ULT22本身則以內側之停靠點LP_A、LP_B來限制位置。
請參閱第8B圖，當在位置a的情況下，第一不等撓臂傾角機構ULT21之第一撓臂L1位於停靠點2201a，第二不等撓臂傾角機構ULT22之第三撓臂L3位於停靠點2201b(接觸停靠點LP_A)；當位於位置b時，第一不等撓臂傾角機構ULT21之第二撓臂L2移動到另一停靠點2202a(接觸頂端連桿TM2)，第二不等撓臂傾角機構ULT22之第三撓臂L3則維持在停靠點2201b；當位於位置c時，第二不等撓臂傾角機構ULT22之第四撓臂L4移動到停靠點2203b(接觸停靠點LP_B)，第一不等撓臂傾角機構ULT21之第一撓臂L1移動到另一停靠點2203a(接觸頂端連桿TM2)；當位於位置d時，第一不等撓臂傾角機構ULT21之第二撓臂L2移動到另一停靠點2204a(接觸頂端連桿TM2)，第二不等撓臂傾角機構ULT22之第四撓臂L4則維持在停靠點2203b。依據上述四個位置的設計，第一不等撓臂傾角機構ULT21之頂端連桿TM1可偏轉3種不同角度，進而使得設置在其上的第一反射鏡M0可以偏轉複數個角度。同樣地，其他可動之反射鏡也可設置在此多角度傾角構件40上，形成具有多重位置之反射鏡結構。
由於上述四種位置需要分別控制第一不等撓臂傾角機構ULT21與第二不等撓臂傾角機構ULT22之偏轉方向，因此沿著第一撓臂L1、頂端連桿TM1、第二撓臂L2及基座設置可第一電流迴圈，沿著第三撓臂L3、頂端連桿TM2、第四撓臂L4及基座設置第二電流迴圈。其各個電流迴圈與側邊磁場的設置方式與前述實施例相同不再重複說明，控制裝置可分別連接到第一不等撓臂傾角機構ULT21與第二不等撓臂傾角機構ULT22，藉由分別控制第一電流迴圈與第二電流迴圈的電流流向，產生水平力驅動撓臂的傾斜，進而達到前述四種位置的狀態，達成多種偏轉角度的結構。這樣的設計可以減少反射鏡的設置及反射路次數過多造成的誤差，然而，在控制裝置上需要較為複雜的控制電路來分別控制兩個傾角機構，也可能會有磁場干擾的問題，可依據實際掃描需求來決定是否採用此多重位置之級聯鏡列結構。
請參閱第9A及9B圖，其係為本發明另一實施例之級聯鏡列之多角度傾角構件之示意圖。其中，第9A圖為多角度傾角構件之立體示意圖，第9B圖為多角度傾角構件在各個位置之示意圖。如圖所示，多角度傾角構件41包含第一不等撓臂傾角機構ULT31以及第二不等撓臂傾角機構ULT32，第一不等撓臂傾角機構ULT31類似於第2A圖之不等臂傾角機構11，第一撓臂L1一端藉由撓性關節FJ1連接至基座，第二撓臂L2一端藉由撓性關節FJ2連接至基座上預定高度之凸塊，第一撓臂L1與第二撓臂L2之高度差為預定高度。與前述實施例不同處，第一撓臂L1與第二撓臂L2並非等寬，此二撓臂的寬度於中段附近變小(如FJ3與FJ4所示位置)。第一頂端連桿TM1兩端分別連接至二撓臂寬度較窄部份的頂端。。第二不等撓臂傾角機構ULT32包含第三撓臂L3、第四撓臂L4以及第二頂端連桿TM2。其中，第三撓臂L3藉由撓性關節FJ3連接於第一撓臂L1中段附近寬 度變小後空出的位置，第四撓臂L4也以類似方式藉由撓性關節FJ4連接至第二撓臂L2，第二頂端連桿TM2兩端分別連接至第三撓臂L3與第四撓臂L4，第一反射鏡M0設置於第二頂端連桿TM2上。由第9A圖所示，此安排相當於是使第二不等撓臂傾角機構ULT32以撓性關節FJ3與FJ4所在的位置為基座，而此基座位於第一不等撓臂傾角機構ULT31上，因此此基座的位置可以變動。藉由設置與第一撓臂L1與第二撓臂L2之停靠點LP_1、LP_2以及第三撓臂L3與第四撓臂L4之停靠點LP_3、LP_4，使得第一撓臂L1與第二撓臂L2之傾斜以及第三撓臂L3與第四撓臂L4之傾斜具有不同角度，進而使第二頂端連桿TM2上之第一反射鏡M1偏轉複數個偏轉角度。同樣地，其他可動之反射鏡也可設置在此多角度傾角構件41上，形成具有多重位置之反射鏡結構。
請參閱第9B圖，當在位置a的情況下，第一不等撓臂傾角機構ULT31之第二撓臂L2位於停靠點2301a(接觸停靠點LP_2)，第二不等撓臂傾角機構ULT32之第三撓臂L3位於停靠點2301b(接觸停靠點LP_4)；當位於位置b時，第一不等撓臂傾角機構ULT31之第二撓臂L2維持在停靠點2301a，第二不等撓臂傾角機構ULT32之第三撓臂L3移動至停靠點2302b(接觸停靠點LP_3)；當位於位置c時，第一不等撓臂傾角機構ULT31之第一撓臂L1移動到停靠點2303a(接觸停靠點LP_1)，第二不等撓臂傾角機構ULT32之第四撓臂L4接觸另一停靠點2303b(接觸停靠點LP_4)；當位於位置d時，第一不等撓臂傾角機構ULT31之第一撓臂L1移動到另一停靠點2304a(接觸停靠點LP_1)，第二不等撓臂傾角機構ULT32之第三撓臂L3移動到停靠點2304b(接觸停靠點LP_3)。由於在撓性關節FJ3、FJ4上方，第三撓臂L3與第四撓臂L4類似於從第一撓臂L1與第二撓臂L2分離出來，當第一不等撓臂傾角機構ULT31傾斜時，會帶動第二不等撓臂傾角機構ULT32，且第二 不等撓臂傾角機構ULT32本身也可以相對於撓性關節FJ3、FJ4，由停靠點LP3、LP4限制動作。因此，設置於第二不等撓臂傾角機構ULT32之頂端連桿TM2上可產生多種位置的情況，亦即設置在其上的第一反射鏡M0可以偏轉複數個角度。
為了分別控制第一不等撓臂傾角機構ULT31與第二不等撓臂傾角機構ULT32之傾斜，可沿著第一撓臂L1、第一頂端連桿TM1、第二撓臂L2及基座設置第一電流迴圈C1，沿著第三撓臂L3、第二頂端連桿TM2、第四撓臂L4及基座設置第二電流迴圈C2，並設置永久磁鐵或電磁鐵以產生垂直第一電流迴圈C1與第二電流迴圈C2之磁場。其中，分別藉由控制第一電流迴圈C1與第二電流迴圈C2之電流方向，分別驅動第一撓臂L1與該第二撓臂L2傾斜以及第三撓臂L3與第四撓臂L4傾斜。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
10:第一偏轉構件
20:第二偏轉構件
100:基座
A0、A1、A2、A3:方向
B0、B1:扭桿
LP0_0、LP1_0:第一停靠點
LP0_1、LP1_1:第二停靠點
M0:第一反射鏡
M1:第二反射鏡
Mf:固定反射鏡
P0、P1:樞軸
s0、s1:高度差
α0:第一角度
α1:第二角度

Claims (12)

  1. 一種級聯鏡列，其包含：複數個反射鏡，係分別設置於一不等撓臂傾角機構上，該不等撓臂傾角機構包含：一基座，該基座之表面包含凸起一預定高度之一凸塊；一第一撓臂，其一端連接至該基座；一第二撓臂，其一端連接至該凸塊，該第一撓臂與該第二撓臂之高度差為該預定高度；以及一頂端連桿，其兩端分別連接至該第一撓臂之另一端與該第二撓臂之另一端，該複數個反射鏡分別設置在該頂端連桿上；其中，對應該複數個反射鏡之該不等撓臂傾角機構具有不同之該預定高度，使得由該不等撓臂傾角機構帶動之該複數個反射鏡分別偏轉不同之複數個偏轉角度；一固定反射鏡，係固定設置於該複數個反射鏡上，與該複數個反射鏡相隔一距離，且該固定反射鏡與該複數個反射鏡之反射面相對設置；以及一控制裝置，係分別連接於各該不等撓臂傾角機構，藉由傳送一控制訊號控制該第一撓臂與該第二撓臂之傾斜，使得一雷射射出後經由該複數個反射鏡及該固定反射鏡反射後，輸出複數個偏折角度。
  2. 一種反射鏡偏轉機構，係用於偏轉一反射鏡之一偏轉角度，該反射鏡偏轉機構包含：一基座，該基座之表面包含凸起一預定高度之一凸塊；一第一撓臂，其一端連接至該基座；一第二撓臂，其一端連接至該凸塊，該第一撓臂與該第二撓臂之高度差為該預定高度；以及 一頂端連桿，其兩端分別連接至該第一撓臂之另一端與該第二撓臂之另一端，該反射鏡設置於該頂端連桿上；其中，該第一撓臂與該第二撓臂傾斜時，該頂端連桿帶動該反射鏡偏轉。
  3. 一種級聯鏡列掃描系統，係用於掃描一光束，該級聯鏡列掃描系統包含：複數個反射鏡單元，係級聯設置成一級聯鏡列組，其中各該反射鏡單元包含：一反射鏡；一偏轉構件，以支撐該反射鏡，且該偏轉構件使該反射鏡可轉動；以及一限位結構，以限制該反射鏡偏轉時，定位於有限數目的停靠點，產生有限數目的預設的偏轉角度；以及一控制與驅動裝置，連接至各該反射鏡單元，且輸出一數位驅動訊號，分別驅動各該反射鏡，使其偏轉至該有限數目的偏轉角度之一；其中，該光束依序通過各該反射鏡，且調整該數位驅動訊號可使各該反射鏡的預設的偏轉角度產生不同組合，因而使該光束在各該反射鏡的反射角度組合成不同的總反射角度，以達成該光束之掃描。
  4. 如請求項3所述之級聯鏡列掃描系統，其中該複數個反射鏡單元中的各該反射鏡的偏轉軸皆相平行，使該光束行一維掃描。
  5. 如請求項4所述之級聯鏡列掃描系統，其中各該反射鏡單元中的各該限位結構限制各該反射鏡的偏轉定位於2個停靠點位置，以形成各該反射鏡的預設的偏轉角度，各該反射鏡的預設的偏轉角度呈公比為2的等比數列。
  6. 如請求項3所述之級聯鏡列掃描系統，其中各該反射鏡單元中的各該偏轉構件包含一槓桿偏轉機構。
  7. 如請求項3所述之級聯鏡列掃描系統，其中各該反射鏡單元中的各該偏轉構件包含一第一不等撓臂傾角機構，該第一不等撓臂傾角機構包含：一基座；一第一撓臂，其一端連接至該基座；一第二撓臂，其一端連接至該基座，該第一撓臂與該第二撓臂之臂長有一預定長度差；以及一頂端連桿，其兩端分別連接至該第一撓臂之另一端與該第二撓臂之另一端，該頂端連桿上用於設置該反射鏡；其中，該第一撓臂與該第二撓臂傾斜時，該頂端連桿帶動該反射鏡偏轉。
  8. 如請求項7所述之級聯鏡列掃描系統，其中該第一不等撓臂傾角機構所對應的限位結構包含：一第二不等撓臂傾角機構置於該第一不等撓臂傾角機構的第一撓臂與第二撓臂之間，該第二不等撓臂傾角機構的構成與該第一不等撓臂傾角機構相似，該第二不等撓臂傾角機構的頂端連桿用作為第一組停靠點以限制該第一不等撓臂傾角機構的偏轉定位；一第二組停靠點以限制該第二不等撓臂傾角機構的偏轉定位；該第二不等撓臂傾角機構的偏轉在該第二組停靠點的限制下使該第一組停靠點可定於兩個不同位置，因而可限制該第一不等撓臂傾角機構的偏轉定位於4個不同位置。
  9. 如請求項7所述之級聯鏡列掃描系統，其中該第一不等撓臂傾角機構所對應的限位結構包含：一第二不等撓臂傾角機構，其構成與該第一不等撓臂傾角機構相似，但其兩撓臂的寬度於中段附近變小，兩撓臂中段附近寬度變小後空出的位置用作為該第一不等撓臂傾角機構的基座；一第一組停靠點以限制該第一不等撓臂傾角機構的偏轉定位；一第二組停靠點以限制該第二不等撓臂傾角機構的偏轉定位；該第二不等撓臂傾角機構的偏轉在該第二組停靠點的限制下使該第一不等撓臂傾角機構的基座可定於兩個不同位置，因而可限制該第一不等撓臂傾角機構的偏轉定位於4個不同位置。
  10. 如請求項7所述之級聯鏡列掃描系統，其中該第一撓臂、該頂端連桿、該第二撓臂及該基座包含電流迴圈以供驅動該第一不等撓臂傾角機構用；該控制與驅動裝置包含磁鐵置於該第一撓臂與該第二撓臂附近。
  11. 如請求項3所述之級聯鏡列掃描系統，其中各該反射鏡單元進一步包含至少一使用一偏心棍棒的校準機構以調整該反射鏡的偏轉時定位的停靠點位置。
  12. 如請求項3所述之級聯鏡列掃描系統，該系統包含一第一級聯鏡列組與一第二級聯鏡列組，該第一級聯鏡列組之各該反射鏡的偏轉軸皆與一第一座標軸相平行，該第二級聯鏡列組之各該反射鏡的偏轉軸皆與一第二座標軸相平行，該第一座標軸與該第二座標軸相垂直，該第一級聯鏡列組與該第二級聯鏡列組分別放置於反射路徑的相對的兩側，反射路徑的安排是依序交互經過該兩級聯鏡列組中的各反射鏡，使該系統行二維掃描。
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