微扫描镜的摆动侦测装置及其摆动侦测方法
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种侦测装置及方法，且特别是有关于一种微扫描镜的摆动侦测装置及其侦测方法。
【背景技术】
[0002]微扫描镜(microscanning mirror)是一种微机电系统(microelectromechanicalsystems, MEMS)组件,且其依驱动方式可分为静电式(electrostatic)微扫描镜与电磁式(electromagnetic)微扫描镜。其中，由于静电式微扫描镜具有较大的驱动力与较佳的半导体制程兼容性，因此其可广泛地应用在各种类型的光学系统中，例如应用于激光投影系统、距离侦测系统、或3D扫描系统等中。
[0003]在上述光学系统的应用上，光学系统主要通过微扫描镜的摆动来带动光束进行扫描，并产生对应的应用，例如在激光投影系统中，微扫描镜可带动具有影像数据的光束在投影平面上进行扫描以形成投影画面。此外，微扫描镜的摆动位置与光束的扫描位置息息相关，而光束的扫描位置的正确性则会影响光学系统的应用准确度。以激光投影系统为例，在投影平面上的每个投影位置皆具有对应的影像数据，若无法精确地控制微扫描镜的摆动位置，使具有对应的影像数据的光束扫描至正确的投影位置，将会使投影画面的质量降低。因此，如何侦测出微扫描镜的摆动位置，进而准确地控制微扫描镜，已是微扫描镜在发展上的一个重要课题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种微扫描镜的摆动侦测装置。
[0005]本发明的又一目的是提供一种摆动侦测方法。
[0006]为实现上述目的，本发明提供的摆动侦测装置，利用频率调变讯号与载波讯号的相位差来产生相关于微扫描镜的扫描参数的摆动位置讯号。藉此，将可利用摆动位置讯号来准确地控制微扫描镜，进而有助于微扫描镜的发展。
[0007]本发明的摆动侦测装置，适用于微扫描镜，并包括振荡电路、讯号产生电路与相位侦测电路。振荡电路响应于微扫描镜的等效电容而产生频率调变讯号。讯号产生电路依据频率调变讯号产生具有固定频率的载波讯号。相位侦测电路依据频率调变讯号与载波讯号的相位差来产生摆动位置讯号。
[0008]在本发明的一实施例中，上述的相位侦测电路包括延迟单元、撷取单元与处理单元。延迟单元用以延迟载波讯号，并依序产生多个延迟讯号。撷取单元用以依据频率调变讯号取样载波讯号与所述多个延迟讯号，并产生多个取样讯号。处理单元用以累加所述多个取样讯号以取得一相位差讯号，并对相位差讯号进行微分处理以产生摆动位置讯号。
[0009]本发明提供的摆动侦测方法，适用于一微扫描镜，并包括:产生频率调变讯号，其中频率调变讯号响应于微扫描镜的等效电容；依据频率调变讯号产生具有固定频率的载波讯号；延迟载波讯号，并依序产生多个延迟讯号；依据频率调变讯号取样载波讯号与该些延迟讯号，并产生多个取样讯号；累加该些取样讯号以取得相位差讯号；以及微分相位差讯号以产生摆动位置讯号。
[0010]基于上述，本发明利用振荡电路产生一频率调变讯号，并利用讯号产生电路产生一载波讯号。其中，频率调变讯号的频率会随着微扫描镜的摆动位置的改变而产生变动，且载波讯号具有固定频率。此外，本发明还利用频率调变讯号与载波讯号的相位差来产生一摆动位置讯号。由此，在应用上，光学系统将可利用摆动位置讯号来取得微扫描镜的扫描参数，进而准确地控制微扫描镜，并以此提升光学系统的运作质量。
【附图说明】
[0011]图1为依据本发明一实施例的摆动侦测装置的方块示意图。
[0012]图2为依据本发明一实施例的频率调变讯号的示意图。
[0013]图3为依据本发明一实施例的摆动侦测装置的电路结构示意图。
[0014]图4与图5分别为依据本发明一实施例的相位侦测电路的时序图。
[0015]图6与图7分别为依据本发明一实施例的相位差讯号与摆动位置讯号的波形图。
[0016]图8为依据本发明一实施例的摆动侦测方法的流程图。
[0017]附图中的标识符号说明:
[0018]100:摆动侦测装置
[0019]110:振荡电路
[0020]120:讯号产生电路
[0021]130:相位侦测电路
[0022]101:微扫描镜
[0023]CE:等效电容
[0024]DR:驱动讯号
[0025]SFM,230:频率调变讯号
[0026]SCR、210:载波讯号
[0027]SP,220:摆动位置讯号
[0028]IN31、IN32:反相器
[0029]R31、R32:电阻
[0030]L3:电感
[0031]C31、C32:电容
[0032]310:延迟单元
[0033]320:撷取单元
[0034]330:处理单元
[0035]DLl ?DLn:延迟器
[0036]SI?Sn:延迟讯号
[0037]DFFO ?DFFn:D 型正反器
[0038]QO?Qn:取样讯号
[0039]ADl ?ADn:加法器
[0040]Qsum:相位差讯号
[0041]331:微分器
[0042]At:预设时间
[0043]810?860:图8中的步骤
【具体实施方式】
[0044]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0045]图1为依据本发明一实施例的摆动侦测装置的方块示意图。参照图1，摆动侦测装置100适用于一微扫描镜101,且微扫描镜101可例如是一静电式微扫描镜。摆动侦测装置100包括振荡电路110、讯号产生电路120与相位侦测电路130。其中，振荡电路110电性连接微扫描镜101与相位侦测电路130，且讯号产生电路120电性连接振荡电路110与相位侦测电路130。
[0046]值得一提的是，由于微扫描镜101的硬件结构包括两电极，因此，在图1的示意图中，微扫描镜是以一等效电容CE来加以表不。在操作上,微扫描镜101的摆动位置是由驱动讯号DR所控制，其会依据驱动讯号DR而产生变动。其中，所述驱动讯号DR可例如是一方波讯号或是一弦波讯号。此外，在微扫描镜101摆动的过程中，其两电极之间的距离会随着摆动位置的变动而产生改变，进而使微扫描镜101的等效电容产生对应的变化。换言之，微扫描镜101的摆动位置变化会改变其等效电容的电容值。
[0047]基于上述微扫描镜101的等效电容与其摆动位置之间的对应关系，本发明实施例提出的摆动侦测装置100包含振荡电路110，振荡电路110会响应于微扫描镜101的等效电容而产生一频率调变讯号SFM。因此，当微扫描镜101的摆动位置产生改变时，微扫描镜101的等效电容的电容值会随着改变，进而使频率调变讯号SFM的频率也产生对应的变化。换言之，频率调变讯号SFM相当于是由一载波讯号与微扫描镜101的摆动位置讯号所调变出的讯号。
[0048]举例来说，图2为依据本发明一实施例的频率调变讯号的示意图。如图2所示，载波讯号210可例如是一个具有固定频率fc且高频的方波。微扫描镜101的摆动位置讯号220可例如是一个振幅从-Wm至+Wm的低频讯号。此外，频率调变讯号230则是由载波讯号210与摆动位置讯号220所调变出的讯号。在调变上，载波讯号210的频率会随着摆动位置讯号220的振幅成等比例的变化，因此频率调变讯号230的频率会对应地在一频率范围fc土 AWm内振荡，其中AWm为与摆动位置讯号220的振幅成等比例的频率偏移量。基于上述摆动位置讯号220与频率调变讯号230之间的对应关系，本发明实施例提出的摆动侦测装置100通过振荡电路110响应于微扫描镜101的等效电容来产生频率调变讯号230，并通过侦测频率调变讯号230相对于载波讯号210的频率变化量来取得微扫描镜101的摆动位置讯号220。
[0049]基于上述概念，本发明实施例的摆动侦测装置100利用讯号产生电路120产生一载波讯号SCR，并利用相位侦测电路130比对频率调变讯号SFM与载波讯号SCR以产生一摆动位置讯号SP。具体而言，讯号产生电路120会根据频率调变讯号SFM产生具有固定频率的载波讯号SCR。举例来说,在一实施例中，讯号产生电路120可由一锁相回路所构成。再者，相位侦测电路130可依据频率调变讯号SFM与载波讯号SCR之间的相位差来产生摆动位置讯号SP。其中，摆动位置讯号SP是相关于微扫描镜11的扫描参数，例如:扫描位置、扫描频率...等。
[0050]为了致使本领域技术人员能更了解本发明，以下将列举振荡电路110与相位侦测电路130的电路结构。图3为依据本发明一实施例的摆动侦测装置的电路结构示意图。如图3所示，振荡电路110包括反相器IN31与IN32、电阻R31与R32、电感L3以及电容C31与 C32。
[0051]反相器IN31的输入端通过电容C32电性连接微扫描镜101。电阻R31与反相器IN31相互并联。电感L3的第一端电性连接反相器IN31的输入端。电阻R32的第一端电性连接电感L3的第二端，且电阻R32的第二端电性连接反相器IN31的输出端。电容C31的第一端电性连接反相器IN31的输出端，且电容C31的第二端电性连接至接地端。反相器IN32的输入端电性连接反相器IN31的输出端，且反相器IN32的输出端用以产生频率调变讯号SFM。
[0052]在操作上，微扫描镜101的等效电容CE的电容值会随着微扫描镜101的摆动位置变化而产生变动。换言之，等效电容CE上的电容电压会随着微扫描镜101的摆动位置变化而产生变动。此外，所述电容电压的直流成分可通过电容C32予以滤除，并通过电容C32传送至反相器IN31。电阻R32、电感L3以及电容C31则形成一低通滤波器，且所述低通滤波器的输入端电性连接至反相器IN31的输出端。
[0053]换言之，反相器IN31的输出讯号可通过电阻R31与所述低通滤波器回授至反相器IN31的输入端，进而致使振荡电路110产生共振。再者，反相器IN32会对反相器IN31的输出讯号进行缓冲，以输出频率调变讯号SFM。值得注意的是，由于微扫描镜101的摆动位置变化会改变等效电容CE上的电容电压，因此频率调变讯号SFM的频率也会随着微扫描镜101的摆动位置变化产生相应的改变。
[0054]请继续参照图3。相位侦测电路130包括延迟单元310、撷取单元320与处理单元330。其中，延迟单元310电性连接讯号产生电路120，以接收载波讯号SCR。此外，延迟单元310延迟载波讯号SCR，并依序产生多个延迟讯号SI?Sn。举例来说