雷射光扫描装置及其控制方法
【专利摘要】一种雷射光扫描装置及其控制方法。控制方法包括下列步骤：提供一控制信号至雷射光扫描装置的一振荡反射镜。设定控制信号的频率由振荡反射镜的共振频率的最大设定值逐渐递减。依据雷射光扫描装置的一光侦测器提供的一边缘信号判断光侦测器是否接收振荡反射镜所反射的一雷射光。当光侦测器接收到振荡反射镜所反射的雷射光，判断边缘信号的脉波宽度是否等于一预设脉波宽度：(1)当边缘信号的脉波宽度大于预设脉波宽度时，调高控制信号的频率，(2)当边缘信号的脉波宽度小于预设脉波宽度时，调低控制信号的频率。可节省量测振荡反射镜的共振频率的时间及人工。
【专利说明】雷射光扫描装置及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种扫描装置及其控制方法，且特别涉及一种雷射光扫描装置及其控 制方法。
【背景技术】
[0002] 雷射光束具有良好的准直性及较高的功率与光强度，因此雷射产生器在现代工业 上有着很广范的应用，诸如实验室用的高准直光源、简报时所用的雷射笔、读取或烧录光盘 时所采用的雷射光源、雷射鼠标所采用的雷射光源、各种量测仪器的雷射光源、显示领域的 雷射光源、光纤通讯中的雷射源、甚至是生医领域的仪器的雷射光源…等。
[0003] 当雷射光应用于物体扫描时，会将雷射光的线光源转换为面光源。并且，为了不 影响雷射光的准直性，雷射光扫描装置会经由反射元件来回摆动的方式提供不同的反射角 度，以将雷射光的线光源通过时间转换为面光源。依据上述，反射元件是否能正常的运作为 雷射光扫描装置进行设计的一个重点。
[0004] 美国公开专利编号2011/0320046揭露了一种用以在启动和操作下使扫描微机电 系统（MEMS)装置维持在其共振频率的驱动方法。扫描微机电系统装置包含一扭转式振动 反射镜，其提供在影响共振频率的因素存在下通过封闭回路回馈装置和应用上述装置的方 法来控制扭转式振动反射镜的共振频率。此方法为通过简单算法来实现(可以软件或硬件 来实现)，用以维持共振条件或其它选择的频率。
[0005] 美国公告专利编号7107848揭露了一种微机电系统扫描仪的主动式扫描速度控 制。其提供用以调整会随着温度变化而偏移的元件的操作参数的方法及系统。此系统包括 在一共振频率下摆动的扭力枢转装置，并且所述扭力枢转装置的共振频率随着温度漂移或 变化。系统还包括可产生驱动信号的驱动机构及具有光感应器的感测电路，驱动信号则具 有一可选择性等同于扭力枢转装置的共振频率的频率；光感应器用以感测扭力枢转装置的 旋转振幅或相位偏移，依据感应到的旋转振幅或相位偏移，光感应器对应产生一信号并传 输至驱动机构，进而可将驱动信号的频率调整至对应目前环境状况的真实共振频率。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种雷射光扫描装置及其控制方法，可自动调整控制信号的频率至振 荡反射镜的共振频率。
[0007] 本发明的其它目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
[0008] 为达上述的一或部份或全部目的或是其它目的，本发明的一实施例提供一种雷射 光扫描装置的控制方法，包括下列步骤：提供控制信号至雷射光扫描装置的振荡反射镜， 振荡反射镜具有预设范围的共振频率，控制信号可使振荡反射镜进行来回振动。设定控制 信号的频率由振荡反射镜的预设范围的共振频率的最大设定值逐渐递减。依据雷射光扫描 装置的光侦测器提供的边缘信号判断光侦测器是否接收振荡反射镜所反射的雷射光。当光 侦测器接收到振荡反射镜所反射的雷射光，判断边缘信号的脉波宽度是否等于预设脉波宽 度：（1)当边缘信号的脉波宽度大于预设脉波宽度时，调高控制信号的频率，或（2)当边缘 信号的脉波宽度小于预设脉波宽度时，调低控制信号的频率。
[0009] 在本发明的一实施例中，上述设定控制信号的频率由振荡反射镜的预设范围的共 振频率的最大设定值逐渐递减的步骤包括：设定控制信号的频率由振荡反射镜的预设范围 的共振频率的最大设定值逐次递减〇. 5赫兹（Hertz)。
[0010] 在本发明的一实施例中，上述调高控制信号的频率的步骤包括：逐次调高控制信 号的频率0.04赫兹（Hertz)，上述调低控制信号的频率的步骤包括：逐次调低控制信号的 频率0. 04赫兹（Hertz)。
[0011] 在本发明的一实施例中，上述判断光侦测器是否接收振荡反射镜所反射的雷射光 的步骤为在第一预设时间内执行一次，其中第一预设时间为100毫秒。
[0012] 在本发明的一实施例中，上述判断边缘信号的脉波宽度是否等于预设脉波宽度的 步骤为在第二预设时间内执行一次，第二预设时间为3秒。
[0013] 在本发明的一实施例中，上述第二预设时间大于第一预设时间。
[0014] 为达上述的一或部份或全部目的或是其它目的，本发明的一实施例提供一种雷射 光扫描装置，包括振荡反射镜、雷射光源、光侦测器及控制单元。振荡反射镜具有预设范围 的共振频率，并接收控制信号以进行来回振动。雷射光源用以提供雷射光至振荡反射镜。光 侦测器用以侦测经振荡反射镜反射的雷射光的反射角度是否大于预设临界角度，且据此提 供边缘信号。控制单元，电连接振荡反射镜、雷射光源及光侦测器，用以接收边缘信号且提 供控制信号。其中，控制单元设定控制信号的频率由振荡反射镜的预设范围的共振频率的 最大设定值逐渐递减。控制单元依据边缘信号判断光侦测器是否接收振荡反射镜所反射的 雷射光。当光侦测器接收到振荡反射镜所反射的雷射光，控制单元判断边缘信号的脉波宽 度是否等于预设脉波宽度：（1)当边缘信号的脉波宽度大于预设脉波宽度时，控制单元调 高控制信号的频率，或（2)当边缘信号的脉波宽度小于预设脉波宽度时，控制单元调低控 制信号的频率。
[0015] 基于上述，本发明实施例的雷射光扫描装置及其控制方法，可自动调整控制信号 的频率至振荡反射镜的共振频率，因此可节省量测振荡反射镜的扫描频率的时间及人工。 并且，可对应温度的变化对应地调整控制信号的频率，以避免温度变化过大造成振荡反射 镜无法正常运作。
[0016] 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。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1依据本发明一实施例的雷射光扫描装置的系统示意图。
[0018] 图2依据本发明一实施例的雷射光扫描装置的控制方法的流程图。
[0019] 【符号说明】
[0020] 100 :雷射光扫描装置
[0021] 110:雷射光源
[0022] 120 :振荡反射镜
[0023] 130 :光侦测器
[0024] 140 :控制单元
[0025] L :雷射光
[0026] SC :控制信号
[0027] SED :边缘信号
[0028] S210、S220、S230、S240、S250、S260、S270 :步骤
【具体实施方式】
[0029] 有关本发明前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的多个实施 例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如「上」、「下」、 「前」、「后」、「左」、「右」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用来说明， 而非用来限制本发明。
[0030] 图1依据本发明一实施例的雷射光扫描装置的系统示意图。请参照图1，在本实 施例中，雷射光扫描装置1〇〇包括雷射光源110、振荡反射镜120、光侦测器130及控制单 兀140。雷射光源110适于发出雷射光L，并提供雷射光L至振荡反射镜120。振荡反射镜 120具有一预设范围的共振频率，其接收控制信号SC后会进行来回的振动，以反射雷射光 源110所提供的雷射光L，并依序提供不同反射角度(如0度、Θ、90度）的雷射光L，进而使 雷射光L在一有效扫描区域（未标号）内进行扫描。
[0031] 光侦测器130设置于有效扫描区域的边缘，用以侦测经由振荡反射镜120反射的 雷射光L的反射角度(如Θ )是否大于一临界角度(在此以90度为例，但不以此为限)，即当 雷射光L的反射角度到达临界角度时，则会扫描至有效扫描区域的边缘，此时雷射光L会被 光侦测器130所侦测，且光侦测器130据此提供边缘信号SED。控制单元140电连接雷射光 源110、振荡反射镜120及光侦测器130,用以接收边缘信号SED并依据边缘信号SED提供 控制信号SC。
[0032] 当雷射光扫描装直100被启动时，控制单兀140会开启雷射光源110。接着，控制 单元140会先提供控制信号SC至振荡反射镜120,在本实施例中，控制信号SC为一脉冲宽 度调变（Pulse Width Modulation，PWM)信号，并设定控制信号SC的频率为振荡反射镜120 的预设范围的共振频率的最大设定值，例如2. 3k赫兹（Hertz)，并且控制信号SC的频率会 由共振频率的最大设定值逐渐递减，直到控制单元140接收到边缘信号SED。更详细的说 明，即控制单元140会依据边缘信号SED判断光侦测器130是否接收振荡反射镜120所反 射的雷射光L，亦即经由振荡反射镜120反射的雷射光L的反射角度(如Θ )是否大于一临 界角度(在此以90度为例）。
[0033] 进一步来说，假设光侦测器130未接收到雷射光L时输出低电压准位的边缘信号 SED，光侦测器130接收到雷射光L时输出高电压准位的边缘信号SED。据此，当光侦测器 130接收到振荡反射镜120所反射的雷射光L时，边缘信号SED会形成脉波；反之，当光侦 测器130未接收到振荡反射镜120所反射的雷射光L时，边缘信号SED不会形成脉波。因 此，控制单元140可依据边缘信号SED是否形成脉波判断光侦测器130是否接收到振荡反 射镜120所反射的雷射光L。
[0034] 此外，由于静摩擦力的关系，振荡反射镜120启动后的第一次扫描具有较大的作 用力，以致于光侦测器130可能在振荡反射镜120第一次振动时接收到振荡反射镜120所 反射的雷射光L。为了避免上述错误情况，控制单元140可忽略边缘信号SED第一次形成的 脉波，以避免情况的误判。
[0035] 接着，当光侦测器130接收到振荡反射镜120所反射的雷射光L时，代表控制信号 SC的频率已接近振荡反射镜120的扫描频率，亦即在扫描频率范围内来回振动的振荡反射 镜120可在有效扫描区域内正常运作。然而，振荡反射镜120的共振频率会受环境温度或 装置运作时温度的变化而不同，因此控制单元140会判断边缘信号SED的脉波宽度是否等 于一预设脉波宽度，以通过预设脉波宽度与边缘信号SED的脉波宽度的比较判断振荡反射 镜120的扫描频率是否维持在预设范围内，并且依据比较结果调整控制信号SC的频率，藉 此对应温度的变化造成振荡反射镜120的共振频率的影响进行补偿。
[0036] 进一步来说，当边缘信号SED的脉波宽度大于预设脉波宽度时，代表振荡反射镜 120的扫描频率(或扫描速度）过低，此时控制单元140会调高控制信号SC的频率，以调高 振荡反射镜120的扫描频率(或扫描速度)。当边缘信号SED的脉波宽度小于预设脉波宽度 时，代表振荡反射镜120的扫描频率(或扫描速度)过高，此时控制单元140会调低控制信号 SC的频率，以调低振荡反射镜120的扫描频率(或扫描速度)。当边缘信号SED的脉波宽度 等于预设脉波宽度时，代表振荡反射镜120的扫描频率(或扫描速度）刚好，此时控制单元 140会维持控制信号SC的频率，以维持振荡反射镜120的扫描频率(或扫描速度)，则振荡反 射镜120可以在预设范围的扫描频率进行振动并将被反射的雷射光L维持在有效的扫描区 域内。
[0037] 依据上述，本实施例的雷射光扫描装置100可自动调整控制信号SC的频率至振荡 反射镜120的可正常操作的扫描频率，因此可节省量测振荡反射镜120的扫描频率的时间 及人工。并且，雷射光扫描装置100可对应温度的变化对应地调整控制信号SC的频率，以 避免温度变化过大造成振荡反射镜120无法正常运作。
[0038] 在本发明的一实施例中，当光侦测器130未接收到振荡反射镜120所反射的雷 射光L，控制单元140会设定控制信号SC的频率由振荡反射镜120的预设范围的共振频 率的最大设定值逐次递减〇. 5赫兹（Hertz)。例如，依据控制信号SC的频率为2300赫 兹（Hertz)，振荡反射镜120对应地进行第一次的来回振动，而依据控制信号SC的频率为 2299. 5赫兹（Hertz)，振荡反射镜120对应地进行第二次的来回振动，其余可依此类推，且 当振荡反射镜120接收到一次对应的控制信号SC时，会先在一第一预设时间来回振动后， 控制信号140才会传送下一次对应的控制信号SC至振荡反射镜120 ;即振荡反射镜120接 收到频率为2300赫兹（Hertz)的控制信号SC后，经过第一预设时间的来回振动后，才会再 接收到频率为2299. 5赫兹（Hertz)的控制信号SC，直到控制单元140接收到来自光侦测器 130的边缘信号SED。
[0039] 在本发明的一实施例中，当边缘信号SED的脉波宽度大于预设脉波宽度时，控制 单元140会以0. 04赫兹（Hertz)的频率逐次调高控制信号SC的频率。例如，振荡反射镜 120当下对应的控制信号SC的频率为2100赫兹（Hertz)，振荡反射镜120于下次扫描对 应的控制信号SC的频率为2100. 04赫兹（Hertz)，其余可依此类推。另一方面，当边缘信 号SED的脉波宽度小于预设脉波宽度时，控制单元140逐次调低控制信号的频率0. 04赫兹 (Hertz)。例如，振荡反射镜120当下对应的控制信号SC的频率为2100赫兹（Hertz)，振荡 反射镜120于下次扫描对应的控制信号SC的频率为2099. 96赫兹（Hertz)，其余可依此类 推。
[0040] 在本发明的一实施例中，控制单元140于第一预设时间内执行一次判断光侦测器 130是否接收振荡反射镜120所反射的雷射光L，亦即每一第一预设时间执行一次判断光侦 测器130是否接收振荡反射镜120所反射的雷射光L。并且，控制单元140于一第二预设时 间内执行一次判断边缘信号SED的脉波宽度是否等于预设脉波宽度，亦即每一第二预设时 间执行一次判断边缘信号SED的脉波宽度是否等于预设脉波宽度。
[0041] 在本发明的一实施例中，上述第二预设时间大于第一预设时间。举例来说，第一预 设时间可以为100毫秒，第二预设时间可以为3秒。上述时间可依据雷射光扫描装置100 所使用的元件或本领域普通技术人员自行设计，本发明实施例不以此为限。
[0042] 图2依据本发明一实施例的雷射光扫描装置的控制方法的流程图。请参照图2,在 本实施例中，上述的雷射光扫描装置的控制方法包括下列步骤。提供控制信号至雷射光扫 描装置的振荡反射镜(步骤S210)，并且设定控制信号的频率由振荡反射镜的预设范围的共 振频率的最大设定值逐渐递减(步骤S220)。接着，依据雷射光扫描装置的光侦测器提供的 边缘信号判断光侦测器是否接收振荡反射镜所反射的雷射光(步骤S230)。当光侦测器未接 收振荡反射镜所反射的雷射光时，亦即步骤S230的判断结果为"否"，则回到步骤S220,以 递减控制信号的频率。当光侦测器接收振荡反射镜所反射的雷射光时，亦即步骤S230的判 断结果为"是"，则接续地判断边缘信号的脉波宽度是否等于预设脉波宽度(步骤S240)。
[0043] 当边缘信号的脉波宽度大于预设脉波宽度时，亦即步骤S240的判断结果为"大 于"，则调高控制信号的频率(步骤S250)。当边缘信号的脉波宽度等于预设脉波宽度时，亦 即步骤S240的判断结果为"等于"，则维持控制信号的频率(步骤S260)。当边缘信号的脉 波宽度小于预设脉波宽度时，亦即步骤S240的判断结果为"小于"，则调低控制信号的频率 (步骤S270)。在步骤S250、S260及S270后，会回到步骤S240,以维持控制信号的频率，进而 维持可正常驱动振荡反射镜来回振动的扫描频率。其中，上述步骤S210、S220、S230、S240、 S250、S260、S270的顺序为用以说明，本发明实施例不以为限。上述步骤S210、S220、S230、 S240、S250、S260、S270的细节可参照图1-2实施例所示，在此则不再赘述。
[0044] 综上所述，本发明实施例的雷射光扫描装置及其控制方法，可自动调整控制信号 的频率至振荡反射镜的可正常操作的扫描频率，因此可节省量测振荡反射镜的扫描频率的 时间及人工。并且，可对应温度的变化对应地调整控制信号的频率，以避免温度变化过大造 成振荡反射镜无法正常运作。
[0045] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即 大凡依本发明权利要求书及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专 利涵盖的范围内。另外，本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目 的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本 发明的权利范围。
【权利要求】
1. 一种雷射光扫描装置的控制方法，包括： 提供一控制信号至所述雷射光扫描装置的一振荡反射镜，所述振荡反射镜具有一预设 范围的共振频率，所述控制信号可使所述振荡反射镜进行来回振动； 设定所述控制信号的一频率，由所述振荡反射镜的所述预设范围的共振频率的最大设 定值逐渐递减； 依据所述雷射光扫描装置的一光侦测器提供的一边缘信号，判断所述光侦测器是否接 收所述振荡反射镜所反射的一雷射光；以及 当所述光侦测器接收到所述振荡反射镜所反射的所述雷射光，判断所述边缘信号的一 脉波宽度是否等于一预设脉波宽度： (1)当所述边缘信号的脉波宽度大于所述预设脉波宽度时，调高所述控制信号的频率， 或（2)当所述边缘信号的脉波宽度小于所述预设脉波宽度时，调低所述控制信号的频率。
2. 如权利要求1所述的雷射光扫描装置的控制方法，其中设定所述控制信号的频率由 所述振荡反射镜的所述预设范围的共振频率的最大设定值逐渐递减的步骤包括： 设定所述控制信号的频率由所述振荡反射镜的所述预设范围的共振频率的最大设定 值逐次递减0. 5赫兹（Hertz)。
3. 如权利要求1所述的雷射光扫描装置的控制方法，其中调高所述控制信号的频率的 步骤包括：逐次调高所述控制信号的频率0. 04赫兹（Hertz)，调低所述控制信号的频率的 步骤包括：逐次调低所述控制信号的频率0. 04赫兹（Hertz)。
4. 如权利要求1所述的雷射光扫描装置的控制方法，其中判断所述光侦测器是否接收 所述振荡反射镜所反射的所述雷射光的步骤为在一第一预设时间内执行一次。
5. 如权利要求4所述的雷射光扫描装置的控制方法，其中所述第一预设时间为100毫 秒。
6. 如权利要求4所述的雷射光扫描装置的控制方法，其中判断所述边缘信号的脉波宽 度是否等于所述预设脉波宽度的步骤为在一第二预设时间内执行一次。
7. 如权利要求6所述的雷射光扫描装置的控制方法，其中所述第二预设时间为3秒。
8. 如权利要求6所述的雷射光扫描装置的控制方法，其中所述第二预设时间大于所述 第一预设时间。
9. 一种雷射光扫描装置，包括： 一振荡反射镜，具有一预设范围的共振频率，并接收一控制信号以进行来回振动； 一雷射光源，用以提供一雷射光至所述振荡反射镜； 一光侦测器，用以侦测经所述振荡反射镜反射的所述雷射光的反射角度是否大于一预 设临界角度，且据此提供一边缘信号；以及 一控制单元，电连接所述振荡反射镜、所述雷射光源及所述边缘侦测器，并且所述控制 单元用以接收所述边缘信号且提供所述控制信号，其中，所述控制单元设定所述控制信号 的频率，由所述振荡反射镜的所述预设范围的共振频率的最大设定值逐渐递减，所述控制 单元依据所述边缘信号判断所述光侦测器是否接收到所述振荡反射镜所反射的所述雷射 光，当所述光侦测器接收到所述振荡反射镜所反射的所述雷射光，所述控制单元判断所述 边缘信号的脉波宽度是否等于一预设脉波宽度：（1)当所述边缘信号的脉波宽度大于所述 预设脉波宽度时，所述控制单元调高所述控制信号的频率，或（2)当所述边缘信号的脉波 宽度小于所述预设脉波宽度时，调低所述控制信号的频率。
10. 如权利要求9所述的雷射光扫描装置，其中当所述光侦测器未接收到所述振荡反 射镜所反射的所述雷射光，所述控制单元设定所述控制信号的频率由所述振荡反射镜的所 述预设范围的共振频率的最大设定值逐次递减0. 5赫兹（Hertz)。
11. 如权利要求9所述的雷射光扫描装置，其中当所述边缘信号的脉波宽度大于所述 预设脉波宽度时，所述控制单元逐次调高所述控制信号的频率0.04赫兹（Hertz);当所述 边缘信号的脉波宽度小于所述预设脉波宽度时，所述控制单元逐次调低所述控制信号的频 率 0. 04 赫兹（Hertz)。
12. 如权利要求9所述的雷射光扫描装置，其中所述控制单元于一第一预设时间内执 行一次判断所述光侦测器是否接收所述振荡反射镜所反射的所述雷射光。
13. 如权利要求12所述的雷射光扫描装置，其中所述第一预设时间为100毫秒。
14. 如权利要求12所述的雷射光扫描装置，其中所述控制单元于一第二预设时间内执 行一次判断所述边缘信号的脉波宽度是否等于所述预设脉波宽度。
15. 如权利要求14所述的雷射光扫描装置，其中所述第二预设时间为3秒。
16. 如权利要求14所述的雷射光扫描装置的控制方法，其中所述第二预设时间大于所 述第一预设时间。
【文档编号】G02B26/10GK104155755SQ201310174219
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年5月13日 优先权日:2013年5月13日
【发明者】黄启训, 张蕾芝, 杨忠隆, 林明德 申请人:中强光电股份有限公司