TWI722217B - 用於裝配光學模塊的裝配裝置 - Google Patents

Abstract

用於裝配光學模塊的裝配裝置具有被驅動以向上和向下移動，以便將透鏡裝配到筒中的鏡筒支撐器，將不同的階段的力施加到筒支撐架上。此外，可以收集測試圖像以進一步調整筒和支撐器，其可以是具有相機的行動電話或其他的組件。

Description

用於裝配光學模塊的裝配裝置

本發明涉及一種裝配裝置，更具體地涉及用於裝配光學部件的裝配裝置。

當相機出現在各種電子設備上時，需要精確地裝配相機的光學元件。通常，使用一個筒支撐多個透鏡。透鏡鏡筒安裝在支架上，並提供圖像感應器透過鏡筒接收圖像。重要的是將多個透鏡裝配到所述鏡筒中，並且對於將鏡筒精確裝配到相應的支架上。

根據本發明的實施例，裝配裝置被設計用來裝配光學模塊。所述光學模塊包括容納多個透鏡的鏡筒。為了限制不必要的隨機光，可能會在鏡筒之間放置像SOMA這樣的遮光組件。

裝配裝置可以包括一透鏡收集器和一鏡筒支撐器。

所述透鏡收集器設計用於從托盤板獲取透鏡以裝配至所述鏡筒。當鏡筒需要安裝多個鏡筒時，在一個裝配裝置中可能存在多個透 鏡收集器。此外，可以有兩個或更多組這樣的設計用於同時間裝配兩個或更多個鏡筒。

所述透鏡收集器將透鏡移動到鏡筒支撐器上方。然後，所述鏡筒支撐器設計中有一個定位驅動器，用於向上移動鏡筒，以與由鏡片驅動的受控強度和位置契合。

在一些實施例中，當所述鏡筒支撐器被控制向上移動以與透鏡接合時，存在依次發生的引入階段和主要裝配階段。在所述引入階段，透過所述定位驅動器將第一力施加到所述鏡筒支撐器。在所述主要裝配階段，透過所述定位驅動器將第二力施加到所述鏡筒支撐器。第一力比第二力小。例如，在所述引入階段，力可以為300g/cm2，而在主要裝配階段，力可以是2000g/cm2~3000g/cm2。

為了提供精確的控制效果，所述定位驅動器可以包括具有相應的驅動機制的伺服電動機，像一系列具有滾珠的連桿，用於驅動鏡筒支撐器以一個具控制的速度和力，向上或向下移動。使用光學測量裝置，這種定位驅動器可以在0.01mm的精度水平內進行控制。

在某些情況下，當透鏡收集器未完全對準鏡筒架時。例如，由透鏡收集器支撐的透鏡表面不平行於鏡筒的表面。在這種情況下，當透鏡插入鏡筒時，透鏡和鏡筒之間可能產生傾斜角度。為了使裝配上更加可靠，所述鏡筒支撐器可以向下移動一定距離，旋轉角度，然後再次接合透鏡。透過以一定角度改變鏡筒體然後在其上施加力，可以更可靠地裝配透鏡。這種方法可以被採用多於一次。換句話說，鏡筒支撐器可以以多個角度旋轉，用於與多個角度依序地與筒體接合。為了防止損壞，在更換另一個角度之前，支撐架可能向下移動，以再次與 所述透鏡契合。

如上所述，可以在鏡筒支撐器上設置測量裝置，以測量鏡筒支撐器的移動距離。當多個透鏡和其他部件一個接一個地堆疊成一個筒體時，每個操作可對應於測量的距離。透過計算多個測量距離，可以獲得透鏡的相對距離。這樣的結果可以反饋到鏡筒支撐器的控制。換句話說，例如：通過給予附加力按壓於鏡筒或透鏡上。如果有可能的話，存在任何不希望產生的錯誤都可以被調整。

在其他情況下，透鏡收集器可以具有相對於鏡筒支撐器調節相對角度的調節裝置。例如，可以應用於調整透鏡收集器角度的幾個調節螺釘。操作員可以調整這些調節螺釘，以確保透鏡收集器能更好地對準鏡筒支撐器。

在一些情況下，可以首先使用對準器與鏡筒支撐器對準，然後對準的對準器進一步用於調整透鏡收集器的調節裝置，用於對準透鏡收集器和鏡筒支撐器之間的相對角度。這種對準器具有發光源以在對準器內發射可移動的光線，然更進一步地移動到相對應的光學部件。例如，一面鏡子，在被引導到感應器之前，如果對準器完全平行於與光學部件放置的鏡架，則感應器接收透射光。否則，對準器會被調節至一個角度，直到對準器與鏡筒支撐器對準。在對準器與鏡筒支撐器對準之後，會調整透鏡收集器以與對準器對準，間接地確保透鏡收集器與鏡筒支撐器對準。

此外，為了確保透鏡的中心與鏡筒對準，並且還可以將其他透鏡插入鏡筒中，可能有一個或一個以上的推桿。每個推動桿可以由彈簧推動的兩個收集部件製成。兩個收集部件夾住一個透鏡，並且具有不 同力以使它們的彈簧以不同的力推動透鏡。而這將會使透鏡與透鏡收集器末端的邊緣對齊。當所有透鏡與對應的透鏡收集器的邊緣對準時，這些透鏡也彼此對準，因此可以在這種條件下調節鏡筒支撐器。

在這種設計中，可以有多個透鏡收集器分別用於收集要裝配到鏡筒中的多個透鏡。存在具有多個推動桿的對準裝置。每個推動桿對應於一個透鏡，用於推動所述透鏡對齊對應的透鏡收集器邊緣。

所述推動桿具有兩個不同力的彈簧，用於將相對應的透鏡推到相應的透鏡收集器的一個邊緣。

此外，所述透鏡收集器可具有用於收集與透鏡不同部件的吸引力。例如，空氣驅動泵可以用於產生低空氣壓力以產生吸力以吸引和附接透鏡。

為了控制這種裝配裝置，可以存在運行相應的軟件代碼控制裝置，如控制電路或微型計算機。所述控制裝置可以向操作者提供具有不同裝配參數的多個參數組。例如，操作裝配裝置的操作者可以設置用於獲得操作者的輸入和輸出的顯示器。操作者可以在操作中選擇要插入鏡筒的一種類型光學部件，並且控制裝置為操作者提供若干選項以從中選擇。在操作員選擇相應的選項之後，相應的參數被設置，操作者不需要輸入操作裝配裝置的所有參數。這降低了運營複雜性和成本，並提高了用戶體驗和性能。

不同的參數組具有不同的驅動力和驅動速度，用於驅動鏡筒支撐器向上或向下移動。這樣的參數可以由操作者通過控制裝置提供一個表來進一步改變。例如，操作員可以使用流行的表編輯器(如Excel或Google Tools)編輯相關參數。這樣的表格可以直接在控制設備上 編輯，也可以透過其他機器進行編輯。該表被發送到控制裝置，並且被解碼以產生相應的參數以控制透鏡收集器和鏡筒支撐器。

在一些鏡筒中，透鏡具有傾斜角表面，並且兩個透鏡在相應的傾斜角表面處接觸。當鏡筒支撐器被驅動以裝配相對應的透鏡時，透過測量多個距離來控制鏡筒支撐器。當將相應的透鏡裝配到鏡筒上時，能將多個距離用作不同階段的裝配參數。

綜上所述，上述實施例提供了一種有效的裝配裝置。

根據本發明的另一個實施例，提供了一種用於將鏡筒裝配到諸如具有相機的行動電話電子設備的支撐器上的裝配裝置。這種裝配裝置可以用作生產管道中的機器。在該實施例中，具有透鏡的鏡筒進一步裝配到可以具有OIS(防抖動)的支撐器或簡單地進一步為支撐圖像感應器的支撐器。

鏡筒中的透鏡用於透過鏡筒將外部圖像引導到圖像感應器上。然而，當將具有透鏡的鏡筒裝配到支撐器時，也不需要安裝圖像感應器。該實施例可以用於將鏡筒與透鏡自動對准支撐器。

裝配裝置具有將光學圖像發射到具有穿越路徑的透鏡鏡筒的透鏡照明圖。穿越路徑與用在圖像感應器上收集外部圖像的鏡筒圖像接收路徑相對。換句話說，圖表被放置在原始圖像感應器所在的同一側。所述照明圖表，例如在其上具有一些對準符號的透明幻燈片上，發光的光源透過鏡筒向外發射出圖表圖像。用於收集與光學圖像相對應的圖像數據，至少一個相機被放置在用於捕獲圖表圖像的位置處。為了更有效地進行處理，可以使用幾個具有低分辨率的相機而不是高分辨率相機來收集圖表圖像的一部分。透過分析捕獲的圖像，可以檢 測筒體和支架之間不希望的傾斜角度。這樣的問題可以被發回到裝配裝置的控制裝置中，以調節鏡筒和支撐器之間的相對裝配位置。這樣的操作可以執行多次，這意味著在調整相對裝配位置之後，能再次激活相機以捕獲圖像數據。然後，控制裝置再次調整相對裝配位置。最後，當圖像數據符合預定標準時，控制裝置將固定鏡筒和支撐器。

透鏡筒和支架可以用紫外線硬化的膠固定。在其他情況下，鏡筒可以用相應的螺絲結構或其他機構固定。

如上所述，可以在不同位置定位多個相機，以接收對應於光學圖像不同部分的圖像數據。照明圖可以是用光源照亮的透明圖表。

101:X-Y-Z軸機器人臂

102:透鏡收集器

103:吸引部

104:鏡筒支撐器

105:平台

11:鏡筒

100:透鏡

111:支撐接收透鏡

201:鏡筒

202:透鏡

203:透鏡

204:透鏡

205:額外元件205

301:透鏡

302:透鏡

3011:指向角度

3012:指向角度

41:支撐器

42:鏡筒

421:透鏡

422:透鏡

45:照明圖

451:光源

401:相機

402:相機

403:相機

404:相機

431:膠

432:膠

圖1是為說明裝配裝置的圖。

圖2A和圖2B說明具有兩個不同視角的鏡筒。

圖3說明具有相應導向角的兩個透鏡。

圖4說明裝配裝置的另一實施例。

請參考圖1，圖1是為說明裝配裝置的圖。裝配裝置具有多個透鏡收集器102。這些透鏡收集器102固定在可以沿X-Y-Z方向移動的X-Y-Z軸機器人臂101上。換句話說，所述透鏡收集器102可以移動到預定位置以獲得要裝配的相應部件。在透鏡收集器102的底部設置有吸引部103。氣壓泵可以用於在吸引部103內產生較低的空氣壓力，使得吸引部103可吸收相當的部件，如透鏡100。

裝配裝置還具有位於平台105上的鏡筒支撐器104。鏡筒支撐器104可以由諸如伺服電機的定位驅動器驅動，具有可以在高精確度操作中操作相對應的連接桿和/或滾珠。

鏡筒支撐器104用於支撐接收透鏡111或其它元件的鏡筒11，例如僅透過其中間部分的遮光環限制光。

圖2A和圖2B說明了具有透鏡的鏡筒201或稱作為相機模塊光學部件的鏡筒。多個透鏡202,203,204彼此堆疊，並且像SOMA那樣允許光通過其中間開口的一些額外元件205也可以插入到鏡筒201中。圖3說明了具有指向角度3011和3012的兩個透鏡301,302。在裝配期間，透鏡301首先以較小的力與底部透鏡32接觸。如果原來不是這樣，指向角度3011和3012會確保兩個透鏡301和302對準。當進行這種對準時，會施加更大的力來放置頂部透鏡301，這種方法將使透鏡能進行更好地對準。

根據本發明的實施例，裝配裝置被設計用於裝配光學模塊。所述光學模塊包括容納多個透鏡的鏡筒。為了限制不必要的隨機光，可能會在鏡筒之間放置像SOMA這樣的遮光組件。裝配裝置可以包括透鏡收集器和鏡筒支撐器。

透鏡收集器設計用於從托盤板獲取透鏡以裝配到鏡筒上。當鏡筒需要安裝多個筒時，在一個裝配裝置中可能存在多個透鏡收集器。此外，可以透過兩個或更多個筒的這種設計一次組合成兩套或多套。透鏡收集器將透鏡移動到鏡筒支撐器上方。然後，鏡筒支撐器設計有一個定位驅動器，用於向上移動鏡筒，以與由鏡片驅動的受控強度和位置契合。

在一些實施例中，當所述鏡筒支撐器被控制向上移動以與透鏡接合時，存在依次發生的引入階段和主要裝配階段。在所述引入階段，透過所述定位驅動器將第一力施加到所述鏡筒支撐器。在所述主要裝配階段，透過所述定位驅動器將第二力施加到所述鏡筒支撐器。第一力比第二力小。例如，在所述引入階段，力可以為300g/cm2，而在主要裝配階段，力可以是2000g/cm3~3000g/cm2。

為了提供精確的控制效果，所述定位驅動器可以包括具有相應的驅動機制的伺服電動機，像一系列具有滾珠的連桿，用於驅動鏡筒支撐器以一個具控制的速度和力，向上或向下移動。使用光學測量裝置，這種定位驅動器可以在0.01mm的精度水平內進行控制。

在某些情況下，當透鏡收集器未完全對準鏡筒架時。例如，由透鏡收集器支撐的透鏡表面不平行於鏡筒的表面。在這種情況下，當透鏡插入鏡筒時，透鏡和鏡筒之間可能產生傾斜角度。為了使裝配上更加可靠，所述鏡筒支撐器可以向下移動一定距離，旋轉角度，然後再次接合透鏡。透過以一定角度改變鏡筒體然後在其上施加力，可以更可靠地裝配透鏡。這種方法可以被採用多於一次。換句話說，鏡筒支撐器可以以多個角度旋轉，用於與多個角度依序地與筒體接合。為了防止損壞，在更換另一個角度之前，支撐架可能向下移動，以再次與所述透鏡契合。

如上所述，可以在鏡筒支撐器上設置測量裝置，以測量鏡筒支撐器的移動距離。當多個透鏡和其他部件一個接一個地堆疊成一個筒體時，每個操作可對應於測量的距離。透過計算多個測量距離，可以獲得透鏡的相對距離。這樣的結果可以反饋到鏡筒支撐器的控制。換句 話說，例如：通過給予附加力按壓於鏡筒或透鏡上。如果有可能的話，存在任何不希望產生的錯誤都可以被調整。

在其他情況下，透鏡收集器可以具有相對於鏡筒支撐器調節相對角度的調節裝置。例如，可以應用於調整透鏡收集器角度的幾個調節螺釘。操作員可以調整這些調節螺釘，以確保透鏡收集器能更好地對準鏡筒支撐器。

在一些情況下，可以首先使用對準器與鏡筒支撐器對準，然後對準的對準器進一步用於調整透鏡收集器的調節裝置，用於對準透鏡收集器和鏡筒支撐器之間的相對角度。這種對準器具有發光源以在對準器內發射可移動的光線，然更進一步地移動到相對應的光學部件。例如，一面鏡子，在被引導到感應器之前，如果對準器完全平行於與光學部件放置的鏡架，則感應器接收透射光。否則，對準器會被調節至一個角度，直到對準器與鏡筒支撐器對準。在對準器與鏡筒支撐器對準之後，會調整透鏡收集器以與對準器對準，間接地確保透鏡收集器與鏡筒支撐器對準。

此外，為了確保透鏡的中心與鏡筒對準，並且還可以將其他透鏡插入鏡筒中，可能有一個或一個以上的推桿。每個推動桿可以由彈簧推動的兩個收集部件製成。兩個收集部件夾住一個透鏡，並且具有不同力以使它們的彈簧以不同的力推動透鏡。而這將會使透鏡與透鏡收集器末端的邊緣對齊。當所有透鏡與對應的透鏡收集器的邊緣對準時，這些透鏡也彼此對準，因此可以在這種條件下調節鏡筒支撐器。

在這種設計中，可以有多個透鏡收集器分別用於收集要裝配到鏡筒中的多個透鏡。存在具有多個推動桿的對準裝置。每個推動桿對應 於一個透鏡，用於推動所述透鏡對齊對應的透鏡收集器邊緣。

所述推動桿具有兩個不同力的彈簧，用於將相對應的透鏡推到相應的透鏡收集器的一個邊緣。

此外，所述透鏡收集器可具有用於收集與透鏡不同部件的吸引力。例如，空氣驅動泵可以用於產生低空氣壓力以產生吸力以吸引和附接透鏡。

為了控制這種裝配裝置，可以存在運行相應的軟件代碼控制裝置，如控制電路或微型計算機。所述控制裝置可以向操作者提供具有不同裝配參數的多個參數組。例如，操作裝配裝置的操作者可以設置用於獲得操作者的輸入和輸出的顯示器。操作者可以在操作中選擇要插入鏡筒的一種類型光學部件，並且控制裝置為操作者提供若干選項以從中選擇。在操作員選擇相應的選項之後，相應的參數被設置，操作者不需要輸入操作裝配裝置的所有參數。這降低了運營複雜性和成本，並提高了用戶體驗和性能。

不同的參數組具有不同的驅動力和驅動速度，用於驅動鏡筒支撐器向上或向下移動。這樣的參數可以由操作者通過控制裝置提供一個表來進一步改變。例如，操作員可以使用流行的表編輯器(如Excel或Google Tools)編輯相關參數。這樣的表格可以直接在控制設備上編輯，也可以透過其他機器進行編輯。該表被發送到控制裝置，並且被解碼以產生相應的參數以控制透鏡收集器和鏡筒支撐器。

在一些鏡筒中，透鏡具有傾斜角表面，並且兩個透鏡在相應的傾斜角表面處接觸。當鏡筒支撐器被驅動以裝配相對應的透鏡時，透過測量多個距離來控制鏡筒支撐器。當將相應的透鏡裝配到鏡筒上時， 能將多個距離用作不同階段的裝配參數。

綜上所述，上述實施例提供了一種有效的裝配裝置。

請參考圖4，說明了另一個實施例。

根據本發明的另一個實施例，提供了一種用於將透鏡鏡筒42裝配到諸如具有相機的行動電話之類的電子設備支撐器41上的裝配裝置。可以在鏡筒42中堆疊多個透鏡421,422。這種裝配裝置可以用作生產流水線中的機器。在該實施例中，透鏡鏡筒42或其中具有透鏡的鏡筒進一步裝配到可以具有OIS(防抖動)的支撐器41或簡單地進一步支撐圖像感應器的支撐器41。

所述鏡筒中的透鏡421,422用於透過鏡筒將外部圖像引導到圖像感應器上。然而，當將具有透鏡的鏡筒裝配到支撐器時，也不需要安裝圖像感應器。該實施例可以用於將鏡筒與透鏡自動對准支撐器。

所述裝配裝置具有將光學圖像發射到具有穿越路徑的透鏡鏡筒的透鏡照明圖45。穿越路徑與用在圖像感應器上收集外部圖像的鏡筒42圖像接收路徑相對。換句話說，圖表45被放置在原始圖像感應器所在的同一側。所述照明圖表45，例如在其上具有一些對準符號的透明幻燈片上，發光的光源451透過鏡筒向外發射出圖表圖像。用於收集與光學圖像相對應的圖像數據，至少一個相機401,402,403,404被放置在用於捕獲圖表圖像的位置處。為了更有效地進行處理，可以使用幾個具有低分辨率的相機401,402,403,404，而不是高分辨率相機來收集圖表圖像的一部分，透過分析捕獲的圖像，可以檢測筒體和支架之間不希望的傾斜角度。這樣的問題可以被發回到裝配裝置的控制裝置中，以調節鏡筒和支撐器之間的相對裝配位置。這樣的操作可以執行 多次，這意味著在調整相對裝配位置之後，能再次激活相機以捕獲圖像數據。然後，控制裝置再次調整相對裝配位置。最後，當圖像數據符合預定標準時，控制裝置將固定鏡筒和支撐器。

透鏡筒和支架可以用紫外線硬化的膠431,432固定。在其他情況下，鏡筒可以用相應的螺絲結構或其他機構固定。

如上所述，可以在不同位置定位多個相機，以接收對應於光學圖像不同部分的圖像數據。照明圖可以是用光源照亮的透明圖表。

其它相關的變化是可以被採用的，但是如使用相同的發明精神，也應被權利要求所限定的本發明所覆蓋。

101:X-Y-Z軸機器人臂

102:透鏡收集器

103:吸引部

104:鏡筒支撐器

105:平台

11:鏡筒

100:透鏡

111:支撐接收透鏡

Claims (16)

1. 一種用於裝配光學模塊的裝配裝置，包括：一用於將光學圖像發射到具有穿越路徑的透鏡鏡筒的透鏡照明圖，所述透鏡照明圖安置在原本用於安裝所述圖像感應器的一側，使得在圖像感應器上收集外部圖像的鏡筒圖像接收路徑相對；至少一台相機，用於收集對應於所述光學圖像的圖像數據；以及一控制裝置，用於分析圖像數據並調整透鏡鏡筒和鏡筒支撐器之間的相對裝配位置，用於控制相機在調整相對裝配位置之後捕獲圖像數據，用於再次調整相對裝配位置並固定鏡筒和鏡筒支撐器，使得圖像數據與預定標準匹配。
2. 根據請求項1所述的裝配裝置，其中所述透鏡鏡筒和支撐器用用紫外線硬化的膠固定。
3. 根據請求項1所述的裝配裝置，其中存在位於不同位置的多個相機，用於接收對應於光學圖像不同部分的圖像數據。
4. 根據請求項1所述的裝配裝置，其所述透鏡照明圖是具有用光源照亮的透明圖表。
5. 根據請求項1所述的裝配裝置，更包括：一個透鏡收集器，用於將一個透鏡從托盤板上裝配到筒體上；以及一具有定位驅動器的鏡筒支撐器，用於在透鏡收集器將透鏡移動到鏡筒支撐器上方之後，向上移動鏡筒以與透鏡接合，具有受控制的強度和位置，定位驅動器被控制以使鏡筒支撐器向上和向下移動，並且以受控制的角度旋轉鏡架。
6. 根據請求項5所述的裝配裝置，其中當鏡筒支撐器被控制向上移動以與透鏡接合時，依次發生引入階段和主要裝配階段，在引入階段中，第一力透過定位驅動器施加到鏡筒支撐器上，在主要裝配階段中，第二力通過定位驅動器施加到鏡筒支撐器上，第一力小於第二力。
7. 根據請求項5所述的裝配裝置，其中所述定位驅動器包括伺服電動機，所述伺服電動機具有相對應的驅動機制，用於驅動所述鏡筒支撐器，以受控的速度和力向上或向下移動。
8. 根據請求項5所述的裝配裝置，其中所述鏡筒支撐器以多個角度旋轉，順序地以所述多個角度與所述筒體接合。
9. 根據請求項8所述的裝配裝置，其中鏡筒支撐器在改變另一角度之前向下移動以再次與透鏡接合。
10. 根據請求項5所述的裝配裝置，更包括測量裝置，用於當將多個對應的透鏡組合到所述鏡筒中時，測量多個距離值，所述距離值對應於所述多個透鏡之間的相對距離。
11. 根據請求項5所述的裝配裝置，其中所述透鏡收集器具有用於調節相對於所述鏡筒支撐器相對角度的調節裝置。
12. 根據請求項5所述的裝配裝置，其中存在多個用於分別收集要裝配到鏡筒中的多個透鏡的透鏡收集器，並且存在具有多個推動桿的對準裝置，每個推動桿對應於一個用於推動透鏡對準的透鏡，與一個對應透鏡收集器的邊緣。
13. 根據請求項5所述的裝配裝置，其中透鏡收集器具有用於收集與透鏡不同部件的吸引力。
14. 根據請求項5所述的裝配裝置，更包括控制裝置，其中所述控制裝置向操作者提供具有不同裝配參數的多個參數組，並且不同的參數組具有不同的驅動力和用於驅動所述支撐器向上或向下移動的驅動速度。
15. 根據請求項14所述的裝配裝置，其中所述控制裝置向操作者提供接口，用於操作者選擇參數組並調整參數集的細節以控制裝配裝置。
16. 根據請求項5所述的裝配裝置，其中所述透鏡具有傾斜角度表面，並且兩個透鏡在相對應的傾斜角表面處接觸，當所述鏡筒支撐器被驅動以裝配相對應的透鏡時，透過測量多個距離來控制所述鏡筒支撐器，並且所述多個距離用作裝配參數，在將相應的透鏡裝配到處於不同的階段的鏡筒。

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