TWI463209B - 鏡頭連動防撞裝置及其方法 - Google Patents

Description

鏡頭連動防撞裝置及其方法

本揭示內容是有關於光學儀器之裝置，且特別是有關於一種連動光學鏡頭之裝置。

近幾年來行動電話、PDA、數位相機、攝影機等手持式裝置配備取像模組的趨勢已日益普遍，伴隨著產品對手持式裝置功能的要求，性能更好及體積更小的市場需求下，光學取像模組已面臨到更高畫質與小型化的雙重要求。在使用手持式裝置進行影像拍攝的同時，鏡頭的縮放及對焦是各個光學取像模組必備的功能。

習知設計分別以不同的馬達驅動縮放鏡筒及對焦鏡組，使其進行收納及展開的動作，此種作法因縮放鏡筒及對焦鏡組兩者有各自的驅動馬達及機構，當其中任一馬達轉速過快或過慢時，便會導致縮放鏡筒及對焦鏡組相互碰撞，進而有構件損壞的情形發生。

因此，本揭示內容之一技術態樣在於提供一種鏡頭連動防撞裝置，以克服上述縮放鏡筒及對焦鏡組在連動的過程中，因其中任一馬達轉速過快或過慢，而發生相互碰撞的問題。

依據本技術態樣一實施方式，提出一種鏡頭連動防撞裝置，其包含一光學模組、一驅動模組及一連動控制器。光學模組包含一縮放鏡筒及一對焦鏡組。對焦鏡組位於縮放鏡筒內。驅動模組用以驅動光學模組進行位移，其中，驅動模組包含一第一馬達及一第二馬達。第一馬達用以驅動縮放鏡筒進行軸向伸縮位移。第二馬達用以調整對焦鏡組於縮放鏡筒中的位置。連動控制器用以控制第一馬達及第二馬達彼此連動，並控制第一馬達之轉速正比於第二馬達之轉速，使縮放鏡筒及對焦鏡組於連動過程中不會相互碰撞。

更進一步的說，在本技術態樣其他實施方式中，第一馬達之轉速與第二馬達之轉速可成直線正比關係。再者，此直線正比關係的斜率可為0.793。另外，第一馬達驅動縮放鏡筒之步數範圍可由-876步至110步。第二馬達驅動對焦鏡組之步數範圍可由-727步至512步。

依據本技術態樣另一實施方式，提出一種鏡頭連動防撞裝置，其包含一縮放鏡筒、一對焦鏡組、一第一馬達、一第二馬達及一連動控制器，對焦鏡組位於縮放鏡筒內，第一馬達與縮放鏡筒連接，並驅動縮放鏡筒進行軸向伸縮位移，第二馬達與對焦鏡組連接，並調整該對焦鏡組於縮放鏡筒中的位置。其中，連動控制器用以控制第一馬達及第二馬達彼此連動，並控制第一馬達之轉速正比於第二馬達之轉速，使縮放鏡筒及對焦鏡組於連動過程中不會相互碰撞。

更進一步的說，在本技術態樣其他實施方式中，第一馬達之轉速與第二馬達之轉速可成直線正比關係。此外，前述直線正比關係的斜率可為0.793。

本揭示內容之另一技術態樣在於提供一種鏡頭連動防撞方法，以克服上述縮放鏡筒及對焦鏡組在連動的過程中，因其中任一馬達轉速過快或過慢，而發生相互碰撞的問題。

依據本技術態樣一實施方式，提出一種鏡頭連動防撞方法，至少包含下列步驟：選定一第一馬達以驅動一縮放鏡筒進行軸向伸縮位移。選定一第二馬達以調整一對焦鏡組於縮放鏡筒中的位置。計算縮放鏡筒追撞對焦鏡組時，第一馬達及第二馬達兩者轉速的一第一斜率值。計算對焦鏡組追撞縮放鏡筒時，第一馬達及第二馬達兩者轉速的一第二斜率值。利用一連動控制器來控制第一馬達及第二馬達，使兩者轉速的斜率值位於第一斜率值及第二斜率值之間。

更進一步的說，在本技術態樣其他實施方式中，可再包含下述步驟：控制第一馬達驅動縮放鏡筒之步數範圍為-876步至110步，且控制第二馬達驅動對焦鏡組之步數範圍為-727步至512步，進而使第一馬達及第二馬達兩者轉速的斜率為0.793。

藉此，上述諸實施方式利用連動控制器以斜率連動的方式，確保縮放鏡筒及對焦鏡組在連動的過程中保持一定間隙，而不會有兩者碰撞的情形發生。

第1圖繪示本揭示內容一實施方式之鏡頭連動防撞裝置的功能方塊圖。如第1圖所示，鏡頭連動防撞裝置100包含一光學模組110、一驅動模組120及一連動控制器130。連動控制器130控制藉由斜率連動的方式，控制驅動模組120，以避免光學模組110內部構件碰撞損壞的情形。

光學模組110包含一縮放鏡筒111及一對焦鏡組112。對焦鏡組112位於縮放鏡筒111內，使用者可改變對焦鏡組112於縮放鏡筒111內的位置，來改變焦距並達到對一物體聚焦的功效。

驅動模組120用以驅動光學模組110進行位移，其中，驅動模組120包含一第一馬達121及一第二馬達122。第一馬達121用以驅動縮放鏡筒111進行軸向伸縮位移。第二馬達122用以調整對焦鏡組112於縮放鏡筒111中的位置。

連動控制器130用以控制第一馬達121及第二馬達122彼此連動，並控制第一馬達121之轉速正比於第二馬達122之轉速，在本實施方式中，第一馬達121及第二馬達122的轉速成直線正比關係。如此一來，縮放鏡筒111及對焦鏡組112於連動過程中，由於連動控制器130會隨著時間對第一馬達121及第二馬達122的轉速進行調整，因此不會有縮放鏡筒111及對焦鏡組112相互碰撞的情形發生。

至於連動控制器130如何對第一馬達121及第二馬達122的轉速進行調整，這個部份的細部內容將於後續鏡頭連動防撞方法300中作說明。

第2圖繪示本揭示內容一實施方式之鏡頭連動防撞裝置的功能方塊圖。如第2圖所示，鏡頭連動防撞裝置200包含一縮放鏡筒210、一對焦鏡組220、一第一馬達230、一第二馬達240及一連動控制器250。連動控制器250控制藉由斜率連動的方式，控制第一馬達230及第二馬達240，進而避免縮放鏡筒210與對焦鏡組220發生碰撞損壞的情形。

對焦鏡組220位於縮放鏡筒210內，第一馬達230與縮放鏡筒210連接，並驅動縮放鏡筒210進行軸向伸縮位移，第二馬達240與對焦鏡組220連接，並調整該對焦鏡組220於縮放鏡筒210中的位置。

連動控制器250用以控制第一馬達230及第二馬達240彼此連動，並控制第一馬達230之轉速正比於第二馬達240之轉速，在本實施方式中，第一馬達230及第二馬達240的轉速成直線正比關係。如此一來，縮放鏡筒210及對焦鏡組220於連動過程中，由於連動控制器250會隨著時間對第一馬達230及第二馬達240的轉速進行調整，因此不會有縮放鏡筒210及對焦鏡組220相互碰撞的情形發生。

至於連動控制器250如何對第一馬達230及第二馬達240的轉速進行調整，這個部份的細部內容同樣將於後續鏡頭連動防撞方法300中作說明。

第3圖繪示本揭示內容另一實施方式之鏡頭連動防撞方法的步驟流程圖。如第3圖所示，本實施方式之鏡頭連動防撞方法300，至少包含下列步驟：首先，如步驟310所示，選定一第一馬達以驅動一縮放鏡筒進行軸向伸縮位移。再者，如步驟320所示，選定一第二馬達以調整一對焦鏡組於縮放鏡筒中的位置。然後，如步驟330所示，計算縮放鏡筒追撞對焦鏡組時，第一馬達及第二馬達兩者轉速的一第一斜率值。接下來，如步驟340所示，計算對焦鏡組追撞縮放鏡筒時，第一馬達及第二馬達兩者轉速的一第二斜率值。最後，如步驟350所示，利用一連動控制器來控制第一馬達及第二馬達，使兩者轉速的斜率值位於第一斜率值及第二斜率值之間。

簡而言之，連動控制器會隨著時間分別監控第一馬達及第二馬達，隨時計算兩者轉速的斜率值，並依據算出的斜率值落點來分別控制第一馬達及第二馬達的轉速。具體來說，可將第一馬達及第二馬達驅動縮放鏡筒及對焦鏡組由收納至展開的過程，分成以下三個情況：第一，當第一馬達及第二馬達兩者轉速的斜率值大於第一斜率值時，代表驅動縮放鏡筒的第一馬達轉速過快，此時，連動控制器會控制第二馬達提升至最高速轉動，以避免縮放鏡筒及對焦鏡組相互碰撞；第二，當第一馬達及第二馬達兩者轉速的斜率值位於第一斜率值及第二斜率值之間時，則保持目前連動狀態中第一馬達及第二馬達的轉速；第三，當第一馬達及第二馬達兩者轉速的斜率值小於第二斜率值時，代表驅動對焦鏡組的第二馬達轉速過快，此時，連動控制器會控制第二馬達暫時停止，待第一馬達驅動縮放鏡筒使第一馬達及第二馬達兩者轉速的斜率值介於第一斜率值及第二斜率值時，再啟動第二馬達使對焦鏡組繼續進行位移。

另一方面，第一馬達及第二馬達驅動縮放鏡筒及對焦鏡組由展開至收納的過程，連動控制器控制的方法則與上述判斷條件相反，在此不予贅述。

以下將揭露本揭示內容之一實施例，藉此說明本揭示內容上述實施方式之鏡頭連動防撞方法，確實具有所需要的物理特性。應瞭解到，在以下敘述中，已經在上述實施方式中提到的要件將不再重複贅述，僅就需進一步界定者加以補充。

表一是本揭示內容一實施例的位移步數表。在此由表一的左至右分別列出當中各字詞所代表之具體意義：pos為縮放鏡筒的計算步數；+A為縮放鏡筒的控制步數；inf-stopper為遠端攝影機構的停止點；inf-limit為遠端攝影機構作動的極限值；inf-position為對焦鏡組作動領域的中心步數；建議曲線為規畫對焦鏡組的移動步數；near-limit為近端攝影機構作動的極限值；near-stopper為近端攝影機構的停止點。

第4圖繪示本揭示內容一實施例的斜率關係圖。以表一中縮放鏡筒步數範圍由-876步至110步，及對焦鏡組步數範圍由-727步至512步為例，可繪製出如第3圖所示的斜率關係圖，接著，進一步計算其斜率為0.793。在本實施方式中，對焦鏡組是以步進馬達驅動，而縮放鏡筒是以直流馬達驅動，以下將分述兩者計算步數的方式及其差異。首先，對焦鏡組的步數以每步9度的1-2相方式驅動，所謂的1步即1-2相驅動一個位相變化稱之；此步進馬達步數回饋檢知方式是以FW內部送出步數作為計算。另一方面，縮放鏡筒的步數是以直流馬達驅動時，帶動遮光葉片旋轉，讓編碼器計數PI快速遮通光時，快速變換的H/L波形作為步數回饋檢知使用，PI波形以一個週期的正/負緣觸發共算2步一直累算。

第5圖繪示第4圖中縮放鏡筒及對焦鏡組的關係推移圖。如第5圖所示，縮放鏡筒(3G、5G)為連動機構，只要驅動直流馬達，縮放鏡筒(3G、5G)會照著鏡頭上固定的溝槽軌道連動，而對焦鏡組(4G)是靠另外的步進馬達來驅動控制，所以縮放鏡筒及對焦鏡組的控制機構是獨立分開的；又對焦鏡組夾在縮放鏡筒中間，於驅動的同時，需要隨時監測縮放鏡筒及對焦鏡組兩者的速度，以避免對焦鏡組(4G)及縮放鏡筒(3G、5G)相互碰撞的情形發生。此外，於驅動焦鏡組及縮放鏡筒的過程中，當對焦鏡組驅動過快，或縮放鏡筒驅動過慢時，都會發生縮放鏡筒(3G、5G)追撞對焦鏡組(4G)的情形；反之，當對焦鏡組驅動過慢，或縮放鏡筒驅動過快時，則會發生對焦鏡組(4G)追撞縮放鏡筒(3G、5G)的情形。基於上述原因，本實施例需要不斷計算並監控縮放鏡筒及對焦鏡組於驅動過程中的斜率。

以第5圖縮放鏡筒(3G、5G)的設計值來說，計算出對焦鏡組(4G)於驅動時的驅動曲線及兩者連動的基準斜率，其中，前述連動基準斜率的關係式如下：

接著，開始驅動後，為了避免作動的過程中發生碰撞，本實施例以下述關係式進行即時監控：

以下將詳細說明本實施例於連動過程中，維持連動斜率不碰撞的方法。以驅動縮放鏡筒由展開至收納的過程為例來說明：1.先制訂上下限斜率：本實施例以基準斜率的+-10%作為上下限。2.大於上限斜率時的處理方式：此時代表縮放鏡筒比較慢，先停止對焦鏡組的動作或加大驅動縮放鏡筒的電壓來加速，以避免對焦鏡組追撞縮放鏡筒的情況發生。3.低於下限斜率時的處理方式：此時代表縮放鏡筒較快，可對對焦鏡組加速或降低縮放鏡筒的驅動電壓來減速，以避免縮放鏡筒追撞對焦鏡組的情況發生。4.驅動縮放鏡筒由收納至展開的過程：其碰撞的情形與前述狀況相反，因此將上述的計算方式相反處理即可。

其中，本實施例中SHP的範圍為收納狀態到開機狀態的相關機構位置，因為縮放鏡筒(3G、5G)共用驅動源，且為同步驅動，故3G(inf-limit)與5G(near-limit)間的區塊為對焦鏡組(4G)可活動的範圍，對焦鏡組(4G)開機時需於此區間作動且不可與縮放鏡筒(3G、5G)碰撞。因4G(對焦鏡組)作動領域中心步數非單純且單一斜率的線段，故採用建議曲線的單一斜率(如第4圖所示)做驅動方式，以利控制方式簡化且達防止碰撞效果。

由上述實施方式可知，應用本揭示內容之鏡頭連動防撞裝置及其方法，連動控制器以斜率連動的方式來確保縮放鏡筒及對焦鏡組在連動的過程中保持一定間隙，且連動控制器隨時監控計算第一馬達及第二馬達兩者轉速的斜率值，防止其中任一馬達轉速過快或過慢，如此一來，便可有效避免縮放鏡筒及對焦鏡組相互碰撞的情形發生。

雖然本揭示內容已以諸實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．鏡頭連動防撞裝置

110．．．光學模組

111．．．縮放鏡筒

112．．．對焦鏡組

120．．．驅動模組

121．．．第一馬達

122．．．第二馬達

130．．．連動控制器

200．．．鏡頭連動防撞裝置

210．．．縮放鏡筒

220．．．對焦鏡組

230．．．第一馬達

240．．．第二馬達

250．．．連動控制器

300．．．鏡頭連動防撞方法

310-350．．．步驟

第1圖繪示本揭示內容一實施方式之鏡頭連動防撞裝置的功能方塊圖。

第2圖繪示本揭示內容另一實施方式之鏡頭連動防撞裝置的功能方塊圖。

第3圖繪示本揭示內容又一實施方式之鏡頭連動防撞方法的步驟流程圖。

第4圖繪示本揭示內容一實施例的斜率關係圖。

第5圖繪示第4圖中縮放鏡筒及對焦鏡組的關係推移圖。

200．．．鏡頭連動防撞裝置

210．．．縮放鏡筒

220．．．對焦鏡組

230．．．第一馬達

240．．．第二馬達

250．．．連動控制器

Claims (10)

1. 一種鏡頭連動防撞裝置，包含：一光學模組，包含：一縮放鏡筒；以及一對焦鏡組，位於該縮放鏡筒內；一驅動模組，用以驅動該光學模組進行位移，該驅動模組包含：一第一馬達，用以驅動該縮放鏡筒進行軸向伸縮位移；以及一第二馬達，用以調整該對焦鏡組於該縮放鏡筒中的位置；以及一連動控制器，用以控制該第一馬達及該第二馬達彼此連動，並控制該第一馬達之轉速正比於該第二馬達之轉速，使該縮放鏡筒及該對焦鏡組於連動過程中不會相互碰撞。
2. 如請求項1所述之鏡頭連動防撞裝置，其中該第一馬達之轉速與該第二馬達之轉速成直線正比關係。
3. 如請求項2所述之鏡頭連動防撞裝置，其中該直線正比關係的斜率為0.793。
4. 如請求項1所述之鏡頭連動防撞裝置，其中該第一馬達驅動該縮放鏡筒之步數範圍為-876步至110步。
5. 如請求項1所述之鏡頭連動防撞裝置，其中該第二馬達驅動該對焦鏡組之步數範圍為-727步至512步。
6. 一種鏡頭連動防撞裝置，包含：一縮放鏡筒、一對焦鏡組、一第一馬達、一第二馬達及一連動控制器，該對焦鏡組位於該縮放鏡筒內，該第一馬達與該縮放鏡筒連接，並驅動該縮放鏡筒進行軸向伸縮位移，該第二馬達與該對焦鏡組連接，並調整該對焦鏡組於該縮放鏡筒中的位置；其中，該連動控制器係用以控制該第一馬達及該第二馬達彼此連動，並控制該第一馬達之轉速正比於該第二馬達之轉速，使該縮放鏡筒及該對焦鏡組於連動過程中不會相互碰撞。
7. 如請求項6所述之鏡頭連動防撞裝置，其中該第一馬達之轉速與該第二馬達之轉速成直線正比關係。
8. 如請求項7所述之鏡頭連動防撞裝置，其中該直線正比關係的斜率為0.793。
9. 一種鏡頭連動防撞方法，包含：選定一第一馬達以驅動一縮放鏡筒進行軸向伸縮位移；選定一第二馬達以調整一對焦鏡組於該縮放鏡筒中的位置；計算該縮放鏡筒追撞該對焦鏡組時，該第一馬達及該第二馬達兩者轉速的一第一斜率值；計算該對焦鏡組追撞該縮放鏡筒時，該第一馬達及該第二馬達兩者轉速的一第二斜率值；以及利用一連動控制器來控制該第一馬達及該第二馬達，使兩者轉速的斜率值位於該第一斜率值及該第二斜率值之間。
10. 如請求項9所述之鏡頭連動防撞方法，更包含：控制該第一馬達驅動該縮放鏡筒之步數範圍為-876步至110步，且控制該第二馬達驅動該對焦鏡組之步數範圍為-727步至512步，進而使該第一馬達及該第二馬達兩者轉速的斜率為0.793。