TWI459068B - 變焦及對焦機構 - Google Patents

Description

變焦及對焦機構

本發明是有關於一種變焦及對焦機構，特別是有關於一種利用一驅動單元以同步驅動二變焦鏡群及二對焦鏡群進行變焦及對焦之變焦及對焦機構。

現行的影像擷取裝置如相機或攝影機等，大多僅具備單一鏡頭，而只能拍攝二維平面的影像。雖然目前有許多方法可將二維平面影像經過影像處理而重建成三維立體的立體影像；但經由影像處理而形成的立體影像，其立體視覺感之品質較差。因此使用者大多期望藉由二鏡頭，以視差法之方式，而快速的獲得立體視覺感較好之人物與風景的立體影像。

一部份的使用二個鏡組之照相機，其具有變焦及對焦功能，而其於變焦及對焦時多半於各鏡組分別設置至少二個驅動單元，以分別驅動鏡組進行變焦或對焦。然，在照相機之整體來說，使用了二或更多個驅動單元，其大大地佔據了照相機大部份之設計空間，致使得產品不易小型化、薄型化，以產品日漸小型化、薄型化現今而言，實為不利。另一方面，驅動單元（馬達）其成本價格大多為鏡頭模組或照相機之高者，因此驅動單元之數量更影響著產品之成本。

另一部份的使用二個鏡組之照相機，為節省驅動單元之數量，而設計為固定焦段之二鏡組，進而達成產品小型化、薄型化或成本降低之目的。然，此方式造成使用者於使用固定焦段之照相機時，常常因構圖之變化或選取，而需得移動腳步或伸縮手，以調整其視角範圍來達到構圖之變化，此情形為使用者而言，實為一大困擾。

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變焦及對焦機構，以解決習知技術之不易小型化、薄型化或材料成本過高之問題。

根據本發明之目的，提出一種變焦及對焦機構，其包含一殼體具有一容置空間。殼體之側壁上設有二第一鏡群。一驅動模組設置於容置空間，且位於二第一鏡群間，其包含一驅動軸及一變焦及對焦件。驅動軸之桿體上具有一螺紋部。變焦及對焦件設於螺紋部，其為一圓柱狀結構；變焦及對焦件之一端為一承載面，且其柱體上設有一對焦部；對焦部之二端具有一頂抵面。一第一變焦鏡架設置於驅動模組之一側，其具有一第二鏡群；第二鏡群位於其中一第一鏡群之一第一光軸上；第一變焦鏡架向變焦及對焦件延伸出一第一承抵部，且承靠於承載面。一第二變焦鏡架設置於驅動模組之另一側，並同具有第二鏡群；第二鏡群位於其中另一第一鏡群之一第二光軸上；第二變焦鏡架向第一承抵部延伸出一第二承抵部，且承靠於第一承抵部。一第一對焦鏡架設置於驅動模組之該側，其具有位於第一光軸上之一第三鏡群；第一對焦鏡架向對焦部延伸出一引導部，且引導部位於對焦部上。一第二對焦鏡架設置於驅動模組之該另一側，其同具有位於第二光軸上之第三鏡群；第二對焦鏡架向第一對焦鏡架延伸出一第三承抵部，且承靠第一對焦鏡架。當驅動軸旋轉時，藉由變焦及對焦件軸向位移或旋轉，使第一變焦鏡架及第二變焦鏡架或第一對焦鏡架及第二對焦鏡架作軸向位移，以進行變焦或對焦。

較佳地，更可包含一第一調整元件，其活動地設置於第一變焦鏡架之第一承抵部，以頂抵第二變焦鏡架之該第二承抵部。藉由調整第一調整元件伸出於第一變焦鏡架之長度，以調整第一變焦鏡架與第二變焦鏡架之相對位置。

較佳地，更可包含一第二調整元件，其活動地設置於第一對焦鏡架，以頂抵第二對焦鏡架之第三承抵部。藉由調整第二調整元件伸出於第一對焦鏡架之長度，以調整第一對焦鏡架與第二對焦鏡架之相對位置。

承上所述，依本發明之變焦及對焦機構，其可具有一或多個下述優點：
(1) 此變焦及對焦機構，藉由一驅動單元可驅動驅動軸，使二變焦鏡架與二對焦鏡架作軸向位移，以達到變焦與對焦之作動，藉此以減少驅動單元之使用數量，進而降低生產成本。
(2) 此變焦及對焦機構，藉由使用一驅動單元及一驅動軸，使二變焦鏡架及二對焦鏡架進行變焦或對焦之動作，藉此可縮小鏡頭之尺寸並進而使相機達到薄型化及輕量化之目的。
(3) 此變焦及對焦機構，藉由第一調整元件，以調整二變焦鏡架間之相對位置及藉由第二調整元件，以調整二對焦鏡架間之相對位置，藉此可減少二鏡架結構之生產公差或組裝公差所產生的焦距或對焦不一致之問題。

1：變焦及對焦機構
10：殼體
101：第一鏡群
11：驅動模組
111：驅動軸
1111：螺紋部
1112：驅動部
112：變焦及對焦件
1121：承載面
1122：對焦部
1123：頂抵面
113：驅動單元
12：第一變焦鏡架
121、131：第二鏡群
122：第一承抵部
123：第一通孔
13：第二變焦鏡架
132：第二承抵部
133：第一通孔
14：第一對焦鏡架
141、151：第三鏡群
142：引導部
143、153：第二通孔
15：第二對焦鏡架
152：第三承抵部
16：引導桿
17：第一彈性件
18：第二彈性件
19：第一調整元件
20：第二調整元件
3：攝像裝置
31：按鈕
32：控制模組
33：反射鏡
34：感光元件

第1圖係為本發明之變焦及對焦機構之一實施例之第一示意圖。
第2圖係為本發明之變焦及對焦機構之一實施例之第二示意圖。
第3圖係為本發明之變焦及對焦機構之一實施例之第三示意圖。
第4圖係為本發明之變焦及對焦機構之另一實施例之第一示意圖。
第5圖係為本發明之變焦及對焦機構之另一實施例之第二示意圖。
第6圖係為本發明之變焦及對焦機構之另一實施例之第三示意圖。

本發明之變焦及對焦機構其可適用於立體成像之潛望式鏡頭組、數位相機或智慧型照相手機等具三維成像之攝像裝置，但實際可運用之範疇仍不僅以此所限制。

請參閱第1圖、第2圖及第3圖，其係分別為本發明之變焦及對焦機構之一實施例之第一示意圖、第二示意圖及第三示意圖。本發明之變焦及對焦機構1包含了一殼體10、一驅動模組11、一第一變焦鏡架12、一第二變焦鏡架13、一第一對焦鏡架14及一第二對焦鏡架15。殼體10具有一容置空間。殼體10之一側壁上設有二第一鏡群101。驅動模組11設置於容置空間，且位於二第一鏡群101間，其包含一驅動軸111及一變焦及對焦件112。驅動軸111之桿體上具有一螺紋部1111，且驅動軸111之二端分別活動地固定於殼體10。變焦及對焦件112設於螺紋部1111；變焦及對焦件112為一圓柱狀結構，變焦及對焦件112之一端為一承載面1121，且其柱體上設有一對焦部1122；對焦部1122之二端分別具有一頂抵面1123。

第一變焦鏡架12設置於驅動模組11之一側，其具有一第二鏡群121；第二鏡群121位於其中一第一鏡群101之一第一光軸上；第一變焦鏡架12向變焦及對焦件112延伸出一第一承抵部122，且承靠於承載面1121。第二變焦鏡架13設置於驅動模組11之另一側，並同具有第二鏡群131；第二鏡群131位於其中另一第一鏡群101之一第二光軸上；第二變焦鏡架13向第一承抵部122延伸出一第二承抵部132，且承靠於第一承抵部122。第一對焦鏡架14設置於驅動模組11之該側，其具有位於第一光軸上之一第三鏡群141；第一對焦鏡架14向對焦部1122延伸出一引導部142，且引導部142位於對焦部1122上。第二對焦鏡架15設置於驅動模組11之另一側，其同具有位於第二光軸上之第三鏡群151；第二對焦鏡架15向第一對焦鏡架14延伸出一第三承抵部152，且承靠第一對焦鏡架14。

當驅動軸111旋轉時，變焦及對焦件112於驅動軸111上產生軸向位移或旋轉。當變焦及對焦件112產生軸向位移時，第一變焦鏡架12及第二變焦鏡架13同步地沿著驅動軸111進行軸向位移，以進行變焦之動作。當變焦及對焦件112產生旋轉時，第一對焦鏡架14及第二對焦鏡架15同步地沿著驅動軸111進行軸向位移，以進行對焦之動作。

具體的說，當驅動軸111旋轉時，其會先帶動變焦及對焦件112進行旋轉，變焦及對焦件112旋轉至使第一對焦鏡架14之引導部142與變焦及對焦件112之對焦部1122的其中一頂抵面1123觸碰時，變焦及對焦件112由旋轉位移變換為軸向位移。此時，第一變焦鏡架12及第二變焦鏡架13藉由變焦及對焦件112之軸向位移，而同步地產生沿著驅動軸111之軸向位移，使得二第二鏡群121、131分別與第一鏡群101之相對位置改變（於此第一鏡群101及第二鏡群121、131稱為變焦鏡群），進而進行變焦之動作。當二第二鏡群121、131分別與第一鏡群101於適當的相對位置而完成變焦時，接著驅動軸111再進行反向旋轉。此時，引導部142未觸碰頂抵面1123，而變焦及對焦件112則由軸向位移變換回旋轉位移。當變焦及對焦件112為旋轉位移時，第一對焦鏡架14之引導部142受對焦部1122之斜面或曲面之牽引，而產生沿著驅動軸111之軸向位移，並連帶使得第二對焦鏡架15同步地產生軸向位移。此時，二第三鏡群141、151與變焦鏡群之相對位置被改變，當改變至適當地相對位置時，即完成對焦之動作。

請參閱第4圖及第5圖，其係分別為本發明之變焦及對焦機構之另一實施例之第一示意圖及第二示意圖。於本實施例中變焦及對焦機構1係應用於具潛望式鏡頭的立體影像之攝像裝置3，但不以此為限。如圖所示，攝像裝置3包含複數個按鈕31、一控制模組32、二反射鏡33及二感光元件34，其餘更包含如所屬領域之技術人員所熟知之儲存單元、顯示單元、閃光模組等，於此不加以贅述。

其中驅動模組11更包含一驅動單元113，其可為步進或伺服馬達，其電性連接控制模組32。驅動軸111鄰近第一鏡群101之一端具有一驅動部1112，其與驅動單元113相嚙合，以使驅動單元113可驅動驅動軸111進行旋轉。順帶一提的是，驅動單元113之齒數可與驅動部1112之齒數相對應，以適當的驅動驅動軸111旋轉，其為所技術領域之人員所熟知。

另一方面，於第一變焦鏡架12及第二變焦鏡架13上可分別設有第一通孔123、133，而第一對焦鏡架14及第二對焦鏡架15上可分別設有第二通孔143、153。其中藉由引導桿16穿過第一變焦鏡架12之第一通孔123及第一對焦鏡架14之第二通孔143，且引導桿16平行於驅動軸111，而利用引導桿16之引導，使第一變焦鏡架12及第一對焦鏡架14可穩定地沿著引導桿16或驅動軸111進行軸向位移。同樣地，第二變焦鏡架13之第一通孔133及第二對焦鏡架15之第二通孔153亦有引導桿16穿過。較佳地可套設至少一第一彈性件17於引導桿16上。於第一變焦鏡架方面，第一彈性件17位於第一變焦鏡架12與殼體10鄰近第一對焦鏡架14之另一側壁間。於第二變焦鏡架方面，第一彈性件17位於第二變焦鏡架13與殼體10鄰近第一對焦鏡架14之另一側壁間。此時，第一彈性件17未軸向伸縮之長度大於第一變焦鏡架12與該另一側壁之最大距離及第二變焦鏡架13與該另一側壁之最大距離，以利用第一彈性件17之彈性恢復力，使頂抵第一變焦鏡架12與第二變焦鏡架13，進而使第一變焦鏡架12可更穩定的進行軸向位移，且第二變焦鏡架13可穩定的抵靠於第一變焦鏡架12，而與第一變焦鏡架12同步地進行軸向位移。其中值得注意的是，同樣地可設置第二彈性件18於第一對焦鏡架14與殼體10鄰近第一變焦鏡架12之側壁間的桿體上，以及於第二對焦鏡架15與殼體10鄰近第一變焦鏡架12之側壁間的桿體上，以利用同樣原理，使第一對焦鏡架14及第二對焦鏡架15穩定的作動。

當使用者按下按鈕31（如變焦鈕），控制模組32產生一控制訊號，使驅動單元113往一方向旋轉，以驅動驅動軸111旋轉，而連動第一變焦鏡架12與第二變焦鏡架13位移至與第一鏡群101具有適當相對位置（如第一段變焦），此時使用者半按式的按壓按鈕31（如快門鈕），使控制模組32產生另一控制訊號，使驅動單元113往反向旋轉，以驅動驅動軸111反向旋轉，而連動第一對焦鏡架14與第二對焦鏡架15位移，而與變焦鏡群具有適當地相對位置。此時，被攝物之光學訊號分別被二反射鏡33折射，而沿著第一光軸與第二光軸適當地分別成像於二感光元件上34。二感光元件34將其所接收的被攝物之光學訊號分別轉換為第一影像訊號及第二影像訊號，再經由一影像合成模組（未繪示於圖中）將第一影像訊號及第二影像訊號重建為一三維影像，以顯示於一顯示螢幕（圖中未繪示）或儲存單元（圖中未繪示）。

請參閱第6圖，其係為本發明之變焦及對焦機構之另一實施例之第三示意圖。如圖所示，攝像裝置3於組裝完成後，大多會進行一校驗程序，當發現攝像裝置3無法建立出一正確地三維影像時，其原因大多是因為元件之生產公差或組裝時之誤差，例如二變焦鏡架12、13與第一鏡群101具有不同的相對位置，或二對焦鏡架14、15與變焦鏡群（第一鏡群101及第二鏡群121、131）之相對位置不同。此時，於第一變焦鏡架12之第一承抵部122上可活動地設置一第一調整元件19。第一調整元件19可利用螺設方式活動地設置於第一承抵部122上，以頂抵第二變焦鏡架13之第二承抵部132。於校正時，利用旋轉第一調整元件19之方式，以調整第一調整元件19伸出於第一變焦鏡架12之長度，以頂抵第二變焦鏡架13，而進行調整第二變焦鏡架13與第一鏡群101之相對位置，使二變焦鏡架12、13與第一鏡群101具有相同的相對位置。同樣地，可於第一對焦鏡架14上活動地設置一第二調整元件20，以頂抵第二對焦鏡架15之第三承抵部152，以利用同樣地原理而調整二對焦鏡架14、15與感光元件34或變焦鏡群之相對位置。藉此，以使攝像裝置3可適當地產生預定之三維立體影像。

無。

1：變焦及對焦機構
10：殼體
101：第一鏡群
11：驅動模組
111：驅動軸
1111：螺紋部
112：變焦及對焦件
1122：對焦部
1123：頂抵面
12：第一變焦鏡架
121、131：第二鏡群
122：第一承抵部
13：第二變焦鏡架
132：第二承抵部
14：第一對焦鏡架
141、151：第三鏡群
15：第二對焦鏡架
152：第三承抵部

Claims (10)

1. 一種變焦及對焦機構，其包含：
   一殼體，係具有一容置空間，該殼體之一側壁上設有二第一鏡群；
   一驅動模組，係設置於該容置空間，且位於該二第一鏡群間，其包含：
   一驅動軸，其桿體上係具有一螺紋部；以及
   一變焦及對焦件，係設於該螺紋部，其係為一圓柱狀結構，該變焦及對焦件之一端係為一承載面，且其柱體上設有一對焦部，該對焦部之二端係具有一頂抵面；
   一第一變焦鏡架，係設置於該驅動模組之一側，其具有一第二鏡群，該第二鏡群位於其中一該第一鏡群之一第一光軸上，該第一變焦鏡架向該變焦及對焦件延伸出一第一承抵部，且承靠於該承載面；
   一第二變焦鏡架，係設置於該驅動模組之另一側，並同具有該第二鏡群，該第二鏡群位於其中另一該第一鏡群之一第二光軸上，該第二變焦鏡架向該第一承抵部延伸出一第二承抵部，且承靠於該第一承抵部；
   一第一對焦鏡架，係設置於該驅動模組之該側，其具有位於該第一光軸上之一第三鏡群，該第一對焦鏡架向該對焦部延伸出一引導部，且該引導部係位於該對焦部上；以及
   一第二對焦鏡架，係設置於該驅動模組之該另一側，其同具有位於該第二光軸上之該第三鏡群，該第二對焦鏡架向該第一對焦鏡架延伸出一第三承抵部，且承靠該第一對焦鏡架；
   其中，該驅動軸旋轉時，藉由該變焦及對焦件軸向位移或旋轉，使該第一變焦鏡架及該第二變焦鏡架或該第一對焦鏡架及該第二對焦鏡架作軸向位移，以進行變焦或對焦。
2. 如申請專利範圍第1項所述之變焦及對焦機構，其中該驅動模組更包含一驅動單元，該驅動軸鄰近該二第一鏡群之一端具有一驅動部，該驅動部嚙合於該驅動單元，該驅動單元以驅動該驅動軸進行旋轉。
3. 如申請專利範圍第1項所述之變焦及對焦機構，其中該第一變焦鏡架及該第二變焦鏡架分別設有至少一第一通孔，該第一對焦鏡架及該第二對焦鏡架分別設有至少一第二通孔，該變焦及對焦機構更包含複數個引導桿，各該引導桿係為一圓柱桿體，且穿設於該第一變焦鏡架之該至少一第一通孔及該第一對焦鏡架之該至少一第二通孔，及穿設於該第二變焦鏡架之該至少一第一通孔及該第二對焦鏡架之該至少一第二通孔。
4. 如申請專利範圍第3項所述之變焦及對焦機構，其中該至少一第一通孔及該至少一第二通孔藉由該些引導桿之引導，以使該第一變焦鏡架、該第二變焦鏡架、該第一對焦鏡架及該第二對焦鏡架穩定地沿著該些引導桿進行軸向位移。
5. 如申請專利範圍第3項所述之變焦及對焦機構，其中更包含至少一第一彈性件及至少一第二彈性件，該至少一第一彈性件套設於該些引導桿，且位於該第一變焦鏡架或該第二變焦鏡架與該殼體鄰近該第一對焦鏡鏡架之另一側壁之間，該至少一第二彈性件套設於該些引導桿，且位於該第一對焦鏡架或該第二對焦鏡架與該殼體鄰近該第一變焦鏡架之該側壁之間。
6. 如申請專利範圍第5項所述之變焦及對焦機構，其中該至少一第一彈性件未軸向伸縮之長度大於該另一側壁與該第一變焦鏡架或該第二變焦鏡架間之最大距離，該至少一第二彈性件未軸向伸縮之長度大於該側壁與該第一對焦鏡架或該第二對焦鏡架間之最大距離。
7. 如申請專利範圍第1項所述之變焦及對焦機構，其中當該第一對焦鏡架之該引導部觸碰該對焦部之其中一該頂抵面時，該變焦及對焦件沿著該驅動軸進行軸向位移，致使該第一變焦鏡架及該第二變焦鏡架同步地產生軸向位移以進行變焦之動作。
8. 如申請專利範圍第1項所述之變焦及對焦機構，其中當該第一對焦鏡架之該引導部未觸碰該對焦部之其中一該頂抵面時，該變焦及對焦件進行旋轉，以進行對焦之動作；
   當該變焦及對焦件進行旋轉時，該第一對焦鏡架之該引導部受該對焦部之斜面或曲面之牽引，致使該第一對焦鏡架及該第二對焦鏡架同步地產生軸向位移以進行對焦之動作。
9. 如申請專利範圍第1項所述之變焦及對焦機構，其中更包含一第一調整元件，係活動地設置於該第一變焦鏡架之該第一承抵部，以頂抵該第二變焦鏡架之該第二承抵部；
   藉由調整該第一調整元件伸出於該第一變焦鏡架之長度，以調整該第一變焦鏡架與該第二變焦鏡架之相對位置。
10. 如申請專利範圍第1項所述之變焦及對焦機構，其中更包含一第二調整元件，係活動地設置於該第一對焦鏡架，以頂抵該第二對焦鏡架之該第三承抵部；
    藉由調整該第二調整元件伸出於該第一對焦鏡架之長度，以調整該第一對焦鏡架與該第二對焦鏡架之相對位置。