光学基站的制作方法

本发明涉及一种基站，且特别是涉及一种光学基站。

背景技术：

随着科技进步，人们追求逼真且有如身历其境的影音享受，因此虚拟实境(virtualreality,vr)系统受到市场的热烈欢迎。当使用者配戴虚拟实境装置，便可通过虚拟实境装置观赏三维立体影像并得到良好的观赏体验。然而，要建构正确的虚拟实境空间，必须搭配光学基站提供空间定位的基准。

图1是现有的光学基站(opticalbasestation)的示意图。请参照图1，为了进行二维的空间扫描，现有的光学基座200采用了两个转子220a与220b，并搭配两个光源210a与210b。光源210a提供的光束l20a进入转子220a后会随转子220a转动而扫描四周的空间。光源210b提供的光束l20b进入转子220b后会随转子220b转动而以不同于光束l20a的方向扫描四周的空间。然而，因为转子的旋转频率与光学基站设定的扫描频率之间存在误差，且转子旋转时分别会有重力及相对应配重的问题，进而产生跳动效应(jittereffect)，并降低现有的光学基站的扫描精确度。另外，使用两个转子220a与220b也导致光学基座200的体积难以缩小。

技术实现要素：

本发明提供一种光学基站，可降低跳动效应。

本发明的光学基站包括一底座、一光源以及一第一微机电反射镜。光源配置于底座，用以提供一光束。第一微机电反射镜配置于光束的光路上，用以反射光束并使光束进行空间扫描。

在本发明的一实施例中，上述的光学基站还包括一透镜模块，配置于光束的光路上，其中光束被第一微机电反射镜反射后通过透镜模块而转换为具有线型光斑。

在本发明的一实施例中，上述的透镜模块包括一发散透镜与一柱状透镜片。

在本发明的一实施例中，上述的柱状透镜片朝向第一微机电反射镜呈内凹曲面状。

在本发明的一实施例中，上述的光学基站还包括一分光镜与一第二微机电反射镜，其中光束通过分光镜后被分光为一第一子光束与一第二子光束，第一微机电反射镜配置于第一子光束的光路上，用以反射第一子光束并使第一子光束进行空间扫描，第二微机电反射镜配置于第二子光束的光路上，用以反射第二子光束并使第二子光束进行空间扫描。

在本发明的一实施例中，上述的光学基站还包括一第一透镜模块与一第二透镜模块，分别配置于第一子光束与第二子光束的光路上，其中第一子光束被第一微机电反射镜反射后通过第一透镜模块而转换为具有线型光斑，第二子光束被第二微机电反射镜反射后通过第二透镜模块而转换为具有线型光斑。

在本发明的一实施例中，上述的第一子光束的线型光斑的长轴垂直于第二子光束的线型光斑的长轴。

基于上述，在本发明的光学基站中，利用微机电反射镜取代转子，因此光学基站具有较小的跳动效应，可提升光学扫描的精确度。

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，并配合所附的附图作详细说明如下。

附图说明

图1是现有的光学基站的示意图；

图2是本发明的一实施例的光学基站的示意图；

图3是本发明的一实施例的光学基站的部分构件的示意图；

图4是本发明的另一实施例的光学基站的示意图；

图5是图4的线型光斑的示意图；

图6是图2的光学基站的应用架构的示意图。

符号说明

200：光学基座

210a、210b：光源

220a、220b：转子

230：壳体

l20a、l20b：光束

100、300：光学基站

110：底座

120：光源

130：第一微机电反射镜

140：透镜模块

142：发散透镜

144：柱状透镜片

150：罩盖

160：分光镜

170：第二微机电反射镜

l10：光束

θ10、θ20：扫描角度

s10：容纳空间

140a：第一透镜模块

140b：第二透镜模块

θ12：第一扫描角度

θ14：第二扫描角度

f12：第一线型光斑

f14：第二线型光斑

al12、al14：长轴

l10a：第一子光束

l10b：第二子光束

d12、d14：移动方向

52：虚拟实境装置

54：手把

56：光感测器

具体实施方式

图2是依照本发明的一实施例的光学基站的示意图，图3是依照本发明的一实施例的光学基站的部分构件的示意图。请参照图2及图3，本实施例的光学基站100包括一底座110、一光源120以及一第一微机电反射镜130。光源120配置于底座110，用以提供一光束l10。第一微机电反射镜130配置于光束l10的光路上，用以反射光束l10并使光束l10进行空间扫描，例如是使光束l10的光斑在一扫描角度θ10内反复移动。在本实施例中，第一微机电反射镜130是单轴旋转的微机电反射镜，在其他实施例中，第一微机电反射镜130也可以是多轴旋转的微机电反射镜，本发明不局限于此。此外，第一微机电反射镜130的镜面依据需求可以由单一镜片或多个镜片的阵列构成。以本实施例来说，第一微机电反射镜130的镜面由单一镜片构成，本发明不局限于此。

在本实施例的光学基站100中，以第一微机电反射镜130取代了现有技术中的转子。第一微机电反射镜130能够利用电磁效应使镜面摆动。当光束l10照射至第一微机电反射镜130时，随着第一微机电反射镜130的摆动，被第一微机电反射镜130反射的光束l10也会摆动，因此第一微机电反射镜130可以达成与转子相同的使光束移动的效果。

第一微机电反射镜130的摆动能够以控制系统准确地控制，且第一微机电反射镜130的重量相较于传统的转子的重量轻了许多。因此，本实施例的光学基站100不会如现有技术般因为跳动效应而影响到光学基站100的扫描精确度。由此，本实施例的光学基站100可以提供精确的光学扫描结果。此外，微机电反射镜的体积相较于转子小，因此光学基站100所需的内部空间也缩小，进而可以缩小整体的体积而符合消费者的使用偏好。

在本实施例中，光学基站100可还包括一罩盖150，配置于底座110。光源120与旋转台130位于罩盖150与底座110所构成的一容纳空间s10中。罩盖150可使光源120与第一微机电反射镜130与外界隔绝，避免受到异物的干扰或污染，以提升光学基站100的可靠度并延长使用寿命。罩盖150相对光束l10是透明的。进一步而言，上述的透明是指光束l10能够不被罩盖150遮蔽且传送出罩盖150，而光束l10的光强度大致上并不会减弱。但是，人眼不一定能够由罩盖150外侧看到罩盖150内部。换言之，人眼观察罩盖150是否呈现透明并不重要，重要的是罩盖150的材质可供光束l10的波段通过而不会阻碍光束l10或明显减弱光束l10的强度。此外，本实施例的罩盖150可以是整体都透明的，也可以仅于光束l10的光路所经过的区域是透明的。

在本实施例中，光学基站100还包括一透镜模块140，配置于光束l10的光路上。光束l10由光源120输出后原本的光斑例如是点状的，可以利用透镜模块140将光束l10的光斑转换为线型光斑以利进行光学扫描。光束l10具有线型光斑的意思是，光束l10打在一个与光束l10正交的平面上时光斑的形状大致呈线型。本实施例的透镜模块140包括一发散透镜142与一柱状透镜片(lenticularlenssheet)144，但本发明不局限于此。发散透镜142在本实施例中为圆形透镜。在其他实施例中，因为发散透镜142上真正会被光束l10通过区域是长条状的，所以发散透镜142也可以是对应的矩形透镜，进而缩小发散透镜142的体积。

请参考图3，在本实施例中，光学基站100的扫描范围是光束l10被摆动的第一微机电反射镜130反射后，光束l10的光路的通过区域。光束l10被摆动的第一微机电反射镜130反射，并随着摆动的第一微机电反射镜130反射至不同的位置。第一微机电反射镜130的镜面摆动的角度有限，为了使扫描范围进一步增加，可以在光束l10的光路上设置发散透镜142。发散透镜142能够使扫描角度θ10增加至扫描角度θ20，让扫描范围扩大。发散透镜142能够完整涵盖光束l10的光路的通过区域。换言之，不论光束l10被第一微机电反射镜130以扫描角度θ10中的任一角度反射后，都能入射发散透镜142并发散。

光束l10经过发散透镜142发散后入射柱状透镜片144。柱状透镜片144主要用于改变光斑的形状，例如是从点状的光斑变成线型光斑。通过适当设计柱状透镜片144，可以让光束l10在其线型光斑上的每一处都有大致相同的光强度。在本实施例中，柱状透镜片144朝向第一微机电反射镜130呈内凹曲面状，以使光束l10被第一微机电反射镜130以任意角度反射后都能垂直入射柱状透镜片144，但本发明不局限于此。

图4是依照本发明的另一实施例的光学基站的示意图。请参照图4，本实施例的光学基站300与图2的光学基站100大致相同，在此仅说明两者的差异处。本实施例的光学基站300还包括一分光镜160以及一第二微机电反射镜170。光束l10进入分光镜160后，被分光且从两个不同的方向分别输出一第一子光束l10a与一第二子光束l10b。第一微机电反射镜130以及第二微机电反射镜170分别配置于第一子光束l10a与第二子光束l10b的光路上，并分别以一第一扫描角度θ12及一第二扫描角度θ14摆动。第一微机电反射镜130以及第二微机电反射镜170分别绕不同轴向转动，因此被反射后的第一子光束l10a与第二子光束l10b的光路会在两个互相不平行的平面上摆动。因此，光学基站300可同时利用第一子光束l10a与第二子光束l10b以不同的方向对周遭进行光学扫描，再搭配距离的测定，进而建构出空间中的物体的三维坐标。

图5是图4的线型光斑的示意图。请同时参照图4及图5，在本实施例中，光学基站300可更包括一第一透镜模块140a与一第二透镜模块140b，分别配置于第一子光束l10a与第二子光束l10b的光路上。第一子光束l10a通过第一透镜模块140a而转换为具有一第一线型光斑f12，第二子光束l10b通过第二透镜模块140b而转换为具有一第二线型光斑f14。当第一线型光斑f12及第二线型光斑f14投影至一墙面，将会如图5所示，第一线型光斑f12的长轴al12与第二线型光斑f14的长轴al14互相垂直。此外，第一线型光斑f12及第二线型光斑f14分别随着第一微机电反射镜130以及第二微机电反射镜170摆动而移动，第一线型光斑f12的移动方向d12及第二线型光斑f14的移动方向d14互相垂直，但本发明不以此为限。

当第一微机电反射镜130以及第二微机电反射镜170摆动而使第一子光束l10a与第二子光束l10b同时扫描周围空间时，位于空间中的同一个光接收器(未绘示)会接收到第一子光束l10a与第二子光束l10b。通过第一子光束l10a与第二子光束l10b的接收时间的时间差可换算出光接收器与光学基站300的距离，而第一子光束l10a与第二子光束l10b的入射角度则可定位出光接收器相对于光学基站300的方位，进而达成对光接收器进行空间定位的目的。由此，本实施例的光学基站300以第一微机电反射镜130以及第二微机电反射镜170取代现有技术的两个转子220a、220b(绘示于图1)就可以对空间进行二维扫描，大幅节省了元件所占用的空间以及材料与组装成本。

图6是图2的光学基站的应用架构的示意图。请参照图6，在此应用架构中使用了两个图2的光学基站100。当使用者配戴头戴式显示装置52且双手各持一个控制手把54时，光学基站100持续周期性地向使用者所处的空间射出光束。头戴式显示装置52与控制手把54上都有多个光感测器56，图6中仅标示出头戴式显示装置52上的光感测器56。这些光感测器56能够侦测光学基站100所发出的光束。通过分析这些光感测器56侦测到光束的时间信息以及这些光感测器56在头戴式显示装置52与控制手把54上的几何位置即可获得头戴式显示装置52与控制手把54在空间中的即时位置信息，进而提供使用者各种虚拟实境的应用。

综上所述，本发明的光学基站的微机电反射镜可以达成与转子相同的使光束移动的效果。相较于现有技术采用的转子，微机电反射镜的尺寸微小许多，且零件数量少而可以降低制造公差与组装公差所导致的控制误差。因此，本发明的光学基站具有较小的跳动效应，因此可以提升光学扫描的精确度。此外，相较于现有技术采用的转子，本发明采用微机电反射镜具有较小的耗电量。当本发明的光学基站具有内建电池时，本发明的光学基站更方便随身携带，且也无需外接电源线。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。