微掃描鏡的擺動偵測裝置及其擺動偵測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種偵測裝置及方法，且特別是有關(guān)于一種微掃描鏡的擺動偵測裝置及其偵測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微掃描鏡(microscanning mirror)是一種微機(jī)電系統(tǒng)(microelectromechanicalsystems, MEMS)組件,且其依驅(qū)動方式可分為靜電式(electrostatic)微掃描鏡與電磁式(electromagnetic)微掃描鏡。其中，由于靜電式微掃描鏡具有較大的驅(qū)動力與較佳的半導(dǎo)體制程兼容性，因此其可廣泛地應(yīng)用在各種類型的光學(xué)系統(tǒng)中，例如應(yīng)用于激光投影系統(tǒng)、距離偵測系統(tǒng)、或3D掃描系統(tǒng)等中。
[0003]在上述光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用上，光學(xué)系統(tǒng)主要通過微掃描鏡的擺動來帶動光束進(jìn)行掃描，并產(chǎn)生對應(yīng)的應(yīng)用，例如在激光投影系統(tǒng)中，微掃描鏡可帶動具有影像數(shù)據(jù)的光束在投影平面上進(jìn)行掃描以形成投影畫面。此外，微掃描鏡的擺動位置與光束的掃描位置息息相關(guān)，而光束的掃描位置的正確性則會影響光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用準(zhǔn)確度。以激光投影系統(tǒng)為例，在投影平面上的每個投影位置皆具有對應(yīng)的影像數(shù)據(jù)，若無法精確地控制微掃描鏡的擺動位置，使具有對應(yīng)的影像數(shù)據(jù)的光束掃描至正確的投影位置，將會使投影畫面的質(zhì)量降低。因此，如何偵測出微掃描鏡的擺動位置，進(jìn)而準(zhǔn)確地控制微掃描鏡，已是微掃描鏡在發(fā)展上的一個重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種微掃描鏡的擺動偵測裝置。
[0005]本發(fā)明的又一目的是提供一種擺動偵測方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的擺動偵測裝置，利用頻率調(diào)變訊號與載波訊號的相位差來產(chǎn)生相關(guān)于微掃描鏡的掃描參數(shù)的擺動位置訊號。藉此，將可利用擺動位置訊號來準(zhǔn)確地控制微掃描鏡，進(jìn)而有助于微掃描鏡的發(fā)展。
[0007]本發(fā)明的擺動偵測裝置，適用于微掃描鏡，并包括振蕩電路、訊號產(chǎn)生電路與相位偵測電路。振蕩電路響應(yīng)于微掃描鏡的等效電容而產(chǎn)生頻率調(diào)變訊號。訊號產(chǎn)生電路依據(jù)頻率調(diào)變訊號產(chǎn)生具有固定頻率的載波訊號。相位偵測電路依據(jù)頻率調(diào)變訊號與載波訊號的相位差來產(chǎn)生擺動位置訊號。
[0008]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的相位偵測電路包括延遲單元、擷取單元與處理單元。延遲單元用以延遲載波訊號，并依序產(chǎn)生多個延遲訊號。擷取單元用以依據(jù)頻率調(diào)變訊號取樣載波訊號與所述多個延遲訊號，并產(chǎn)生多個取樣訊號。處理單元用以累加所述多個取樣訊號以取得一相位差訊號，并對相位差訊號進(jìn)行微分處理以產(chǎn)生擺動位置訊號。
[0009]本發(fā)明提供的擺動偵測方法，適用于一微掃描鏡，并包括:產(chǎn)生頻率調(diào)變訊號，其中頻率調(diào)變訊號響應(yīng)于微掃描鏡的等效電容；依據(jù)頻率調(diào)變訊號產(chǎn)生具有固定頻率的載波訊號；延遲載波訊號，并依序產(chǎn)生多個延遲訊號；依據(jù)頻率調(diào)變訊號取樣載波訊號與該些延遲訊號，并產(chǎn)生多個取樣訊號；累加該些取樣訊號以取得相位差訊號；以及微分相位差訊號以產(chǎn)生擺動位置訊號。
[0010]基于上述，本發(fā)明利用振蕩電路產(chǎn)生一頻率調(diào)變訊號，并利用訊號產(chǎn)生電路產(chǎn)生一載波訊號。其中，頻率調(diào)變訊號的頻率會隨著微掃描鏡的擺動位置的改變而產(chǎn)生變動，且載波訊號具有固定頻率。此外，本發(fā)明還利用頻率調(diào)變訊號與載波訊號的相位差來產(chǎn)生一擺動位置訊號。由此，在應(yīng)用上，光學(xué)系統(tǒng)將可利用擺動位置訊號來取得微掃描鏡的掃描參數(shù)，進(jìn)而準(zhǔn)確地控制微掃描鏡，并以此提升光學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)作質(zhì)量。
【附圖說明】
[0011]圖1為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的擺動偵測裝置的方塊示意圖。
[0012]圖2為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的頻率調(diào)變訊號的示意圖。
[0013]圖3為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的擺動偵測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4與圖5分別為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的相位偵測電路的時序圖。
[0015]圖6與圖7分別為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的相位差訊號與擺動位置訊號的波形圖。
[0016]圖8為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的擺動偵測方法的流程圖。
[0017]附圖中的標(biāo)識符號說明:
[0018]100:擺動偵測裝置
[0019]110:振蕩電路
[0020]120:訊號產(chǎn)生電路
[0021]130:相位偵測電路
[0022]101:微掃描鏡
[0023]CE:等效電容
[0024]DR:驅(qū)動訊號
[0025]SFM,230:頻率調(diào)變訊號
[0026]SCR、210:載波訊號
[0027]SP,220:擺動位置訊號
[0028]IN31、IN32:反相器
[0029]R31、R32:電阻
[0030]L3:電感
[0031]C31、C32:電容
[0032]310:延遲單元
[0033]320:擷取單元
[0034]330:處理單元
[0035]DLl ?DLn:延遲器
[0036]SI?Sn:延遲訊號
[0037]DFFO ?DFFn:D 型正反器
[0038]QO?Qn:取樣訊號
[0039]ADl ?ADn:加法器
[0040]Qsum:相位差訊號
[0041]331:微分器
[0042]At:預(yù)設(shè)時間
[0043]810?860:圖8中的步驟
【具體實(shí)施方式】
[0044]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。
[0045]圖1為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的擺動偵測裝置的方塊示意圖。參照圖1，擺動偵測裝置100適用于一微掃描鏡101,且微掃描鏡101可例如是一靜電式微掃描鏡。擺動偵測裝置100包括振蕩電路110、訊號產(chǎn)生電路120與相位偵測電路130。其中，振蕩電路110電性連接微掃描鏡101與相位偵測電路130，且訊號產(chǎn)生電路120電性連接振蕩電路110與相位偵測電路130。
[0046]值得一提的是，由于微掃描鏡101的硬件結(jié)構(gòu)包括兩電極，因此，在圖1的示意圖中，微掃描鏡是以一等效電容CE來加以表不。在操作上,微掃描鏡101的擺動位置是由驅(qū)動訊號DR所控制，其會依據(jù)驅(qū)動訊號DR而產(chǎn)生變動。其中，所述驅(qū)動訊號DR可例如是一方波訊號或是一弦波訊號。此外，在微掃描鏡101擺動的過程中，其兩電極之間的距離會隨著擺動位置的變動而產(chǎn)生改變，進(jìn)而使微掃描鏡101的等效電容產(chǎn)生對應(yīng)的變化。換言之，微掃描鏡101的擺動位置變化會改變其等效電容的電容值。
[0047]基于上述微掃描鏡101的等效電容與其擺動位置之間的對應(yīng)關(guān)系，本發(fā)明實(shí)施例提出的擺動偵測裝置100包含振蕩電路110，振蕩電路110會響應(yīng)于微掃描鏡101的等效電容而產(chǎn)生一頻率調(diào)變訊號SFM。因此，當(dāng)微掃描鏡101的擺動位置產(chǎn)生改變時，微掃描鏡101的等效電容的電容值會隨著改變，進(jìn)而使頻率調(diào)變訊號SFM的頻率也產(chǎn)生對應(yīng)的變化。換言之，頻率調(diào)變訊號SFM相當(dāng)于是由一載波訊號與微掃描鏡101的擺動位置訊號所調(diào)變出的訊號。
[0048]舉例來說，圖2為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的頻率調(diào)變訊號的示意圖。如圖2所示，載波訊號210可例如是一個具有固定頻率fc且高頻的方波。微掃描鏡101的擺動位置訊號220可例如是一個振幅從-Wm至+Wm的低頻訊號。此外，頻率調(diào)變訊號230則是由載波訊號210與擺動位置訊號220所調(diào)變出的訊號。在調(diào)變上，載波訊號210的頻率會隨著擺動位置訊號220的振幅成等比例的變化，因此頻率調(diào)變訊號230的頻率會對應(yīng)地在一頻率范圍fc土 AWm內(nèi)振蕩，其中AWm為與擺動位置訊號220的振幅成等比例的頻率偏移量?；谏鲜鰯[動位置訊號220與頻率調(diào)變訊號230之間的對應(yīng)關(guān)系，本發(fā)明實(shí)施例提出的擺動偵測裝置100通過振蕩電路110響應(yīng)于微掃描鏡101的等效電容來產(chǎn)生頻率調(diào)變訊號230，并通過偵測頻率調(diào)變訊號230相對于載波訊號210的頻率變化量來取得微掃描鏡101的擺動位置訊號220。
[0049]基于上述概念，本發(fā)明實(shí)施例的擺動偵測裝置100利用訊號產(chǎn)生電路120產(chǎn)生一載波訊號SCR，并利用相位偵測電路130比對頻率調(diào)變訊號SFM與載波訊號SCR以產(chǎn)生一擺動位置訊號SP。具體而言，訊號產(chǎn)生電路120會根據(jù)頻率調(diào)變訊號SFM產(chǎn)生具有固定頻率的載波訊號SCR。舉例來說,在一實(shí)施例中，訊號產(chǎn)生電路120可由一鎖相回路所構(gòu)成。再者，相位偵測電路130可依據(jù)頻率調(diào)變訊號SFM與載波訊號SCR之間的相位差來產(chǎn)生擺動位置訊號SP。其中，擺動位置訊號SP是相關(guān)于微掃描鏡11的掃描參數(shù)，例如:掃描位置、掃描頻率...等。
[0050]為了致使本領(lǐng)域技術(shù)人員能更了解本發(fā)明，以下將列舉振蕩電路110與相位偵測電路130的電路結(jié)構(gòu)。圖3為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的擺動偵測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，振蕩電路110包括反相器IN31與IN32、電阻R31與R32、電感L3以及電容C31與 C32。
[0051]反相器IN31的輸入端通過電容C32電性連接微掃描鏡101。電阻R31與反相器IN31相互并聯(lián)。電感L3的第一端電性連接反相器IN31的輸入端。電阻R32的第一端電性連接電感L3的第二端，且電阻R32的第二端電性連接反相器IN31的輸出端。電容C31的第一端電性連接反相器IN31的輸出端，且電容C31的第二端電性連接至接地端。反相器IN32的輸入端電性連接反相器IN31的輸出端，且反相器IN32的輸出端用以產(chǎn)生頻率調(diào)變訊號SFM。
[0052]在操作上，微掃描鏡101的等效電容CE的電容值會隨著微掃描鏡101的擺動位置變化而產(chǎn)生變動。換言之，等效電容CE上的電容電壓會隨著微掃描鏡101的擺動位置變化而產(chǎn)生變動。此外，所述電容電壓的直流成分可通過電容C32予以濾除，并通過電容C32傳送至反相器IN31。電阻R32、電感L3以及電容C31則形成一低通濾波器，且所述低通濾波器的輸入端電性連接至反相器IN31的輸出端。
[0053]換言之，反相器IN31的輸出訊號可通過電阻R31與所述低通濾波器回授至反相器IN31的輸入端，進(jìn)而致使振蕩電路110產(chǎn)生共振。再者，反相器IN32會對反相器IN31的輸出訊號進(jìn)行緩沖，以輸出頻率調(diào)變訊號SFM。值得注意的是，由于微掃描鏡101的擺動位置變化會改變等效電容CE上的電容電壓，因此頻率調(diào)變訊號SFM的頻率也會隨著微掃描鏡101的擺動位置變化產(chǎn)生相應(yīng)的改變。
[0054]請繼續(xù)參照圖3。相位偵測電路130包括延遲單元310、擷取單元320與處理單元330。其中，延遲單元310電性連接訊號產(chǎn)生電路120，以接收載波訊號SCR。此外，延遲單元310延遲載波訊號SCR，并依序產(chǎn)生多個延遲訊號SI?Sn。舉例來說