TWI813231B - 連續光學變焦鏡頭 - Google Patents

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Abstract

一種連續光學變焦鏡頭，包含一鏡筒單元、數個鏡組單元，及數個磁驅動單元。該鏡筒單元包括一筒壁，及一容室，該筒壁具有至少一滑軌。每一該鏡組單元包括一鏡座，及一鏡片。該鏡座具有一滑動部，及一導磁部。該鏡座可沿該長度方向滑移。該等磁驅動單元設置於該筒壁外。每一該磁驅動單元包括一磁吸件。每一該磁吸件可透過磁力吸引各別的導磁部，並帶動對應的鏡組單元沿一長度方向移動。本發明透過該等磁驅動單元以磁吸方式帶動該等鏡組單元，而可以快速移動該等鏡片，提高對焦速度，同時還能降低組裝誤差，並提高成像品質。

Description

連續光學變焦鏡頭
本發明是有關於一種變焦鏡頭，特別是指一種磁力驅動變焦的連續光學變焦鏡頭。
參閱圖1及圖2，現有的一種變焦鏡頭包含數個鏡座91、數個滑軌92及數個馬達93。每個該鏡座91包括一鏡片911。該等滑軌92形成於該等鏡座91的外表面且呈螺旋狀。該等鏡座91由內而外彼此套接。每一該鏡座91可轉動地設置於相鄰鏡座91的對應的該滑軌92。每一該馬達93可驅動各別的該鏡座91沿對應的滑軌92轉動，並帶動該鏡片911沿一通過該等鏡片911中心的光軸L移動。
該變焦鏡頭用來連接一具有一感光元件的攝像機(圖未示)。對焦時，該等馬達93驅動各別的該鏡座91沿對應的該滑軌92轉動，並帶動該等鏡片911沿該光軸L移動，進而使一被攝物(圖未示)反射出的光線沿該光軸L通過該等鏡片911，並聚焦成像於該感光元件。
由於該等鏡座91是透過彼此套接的方式連接，因此組裝 時容易產生誤差，而使該等鏡片911的中心偏離該光軸L，導致成像品質下降。
此外，由於該等鏡片911的移動方式是透過該等鏡座91在對應的該滑軌92上螺旋轉動的機械運動，因此對焦速度會受制於該等馬達93的轉速、該等滑軌92的螺旋斜度及該等鏡座91與該等滑軌92間的摩擦阻力等因素影響，如運用在車載或軍事領域，其對焦速度仍有提升的空間。
再者，該變焦鏡頭由於結構複雜且需考量轉動時的順暢性，該等鏡座91之間存在許多的孔隙而較難進行防水與氣密的處理，因此若使用於環境較為嚴苛的戶外或軍事領域，該變焦鏡頭的壽命將大幅降低，而無法勝任使用需求。
因此，本發明之目的，即在提供一種可以快速移動鏡片的連續光學變焦鏡頭。
於是，本發明連續光學變焦鏡頭包含一鏡筒單元、數個鏡組單元，及數個磁驅動單元。
該鏡筒單元包括一沿一長度方向延伸的筒壁，該筒壁包圍界定一容室，該筒壁具有至少一形成於內表面且沿該長度方向延伸的滑軌。
每一該鏡組單元包括一沿該長度方向可滑動地設置於該容室的鏡座，及一設置於該鏡座的鏡片。該鏡座具有一滑合於該至少一滑軌的滑動部，及一鄰近於該筒壁的導磁部。該鏡座透過該滑動部連接於該筒壁，而可沿該長度方向滑移。
該等磁驅動單元設置於該筒壁外。每一該磁驅動單元包括一可被電動力驅動的磁吸件。每一該磁吸件可透過磁力吸引各別的導磁部，並帶動對應的鏡組單元沿該長度方向移動。
本發明之功效在於：透過該等磁驅動單元以磁吸方式帶動該等鏡組單元，而可以快速移動該等鏡片，提高對焦速度。此外，透過該等鏡組單元設置於該至少一滑軌，可以降低組裝誤差，而能提高成像品質。
1:鏡筒單元
11:筒壁
111:滑軌
12:透光片
13:容室
2:鏡組單元
21:鏡座
211:滑動部
212:導磁部
213:容槽
22:滾動件
23:鏡片
3:磁驅動單元
31:限位組
311:固定座
312:導桿
32:復位件
33a,33b:磁吸件
34:驅動器
4:定位單元
41:位置感測器
42:光學尺
X:長度方向
L:光軸
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一剖視圖，說明現有的一種變焦鏡頭；圖2是該現有的變焦鏡頭的一立體圖；圖3是一剖視示意圖，說明本發明連續光學變焦鏡頭的一實施例；圖4是一局部立體示意圖，說明該實施例的一鏡座透過數個滾 動件在數個滑軌上沿一長度方向滑動；及圖5是該實施例的一電路方塊圖。
參閱圖3及圖4，本發明連續光學變焦鏡頭的實施例，包含一鏡筒單元1、數個鏡組單元2，數個磁驅動單元3，及一定位單元4。
該鏡筒單元1包括一沿一長度方向X延伸的筒壁11，及二分別位於二端的透光片12，該筒壁11與該等透光片12共同包圍界定一封閉的容室13。該筒壁11具有數個形成於內表面且沿該長度方向X延伸的滑軌111。
在本實施例中，該等滑軌111的數量為四，但在本實施例的其它變化例中，該等滑軌111的數量也可以為一、二、三，或是五以上，不以此為限。
該等透光片12分別膠合於該鏡筒單元1的兩端，使得該容室13具有防水與氣密的優點，而可以提高本實施例的耐用性。
每一該鏡組單元2包括一沿該長度方向X可滑動地設置於該容室13的鏡座21、數個滾動件22，及一設置於該鏡座21的鏡片23。該鏡座21具有數個滑動部211，及一鄰近於該筒壁11的導磁部212。每一該滑動部211具有一凹陷於該鏡座21的外表面的容槽 213，每一該鏡座21的該等容槽213分別朝向各別的該等滑軌111。
該導磁部212用來供對應的磁驅動單元3以磁力驅動，而在本實施例中是以鐵合金實施，但在其他實施例中，該導磁部212也可以磁鐵或是鐵磁性材質(例如：鐵、鎳，或是鎳合金)實施。此外，在本實施例中，該導磁部212為環狀，但在本實施例的其它變化例中，該導磁部212也可以是該鏡座21的整體，只要鄰近於對應的磁驅動單元3的位置而可供磁力驅動並帶動該鏡座21即可。
該等滾動件22分別設置於該等滑軌111與該等容槽213間，而使該等鏡座21可透過該等滑動部211及該等滾動件22連接於該筒壁11，而可在該等滑軌111上沿該長度方向X滑移。
在本實施例中，每一該鏡組單元2與該等滑軌111間的該等滾動件22的數量為四，但在本實施例的其它變化例中，該等滾動件22的數量也可以為一、二、三，或是五以上，不以此為限。
在本實施例的其它變化例中，該等鏡組單元2也可以不包括該等滾動件22，例如，每一該滑動部211具有一穿置於對應的該滑軌111的凸部，或例如，每一該鏡座具有數個沿該長度方向X延伸的容槽213，且每一該滑軌111凸起於該筒壁11的內表面並容置於對應的該容槽213，而同樣能使得每一該鏡座21透過該等滑動部211連接於該筒壁11，而可在該等滑軌111上沿該長度方向X滑移。在本實施例中，由於該等滾動件22是以精密滾珠實施，因此本 實施例相較於上述變化例具有精密度較高，且滑動較為順暢的優點。
該等鏡片23是玻璃透鏡且中心通過一光軸L。該等鏡片23可以分別以不同類型的透鏡實施，例如，以平光鏡、偏光鏡、凸透鏡、凹透鏡、對稱雙凸透鏡、非對稱雙凸透鏡、平凸透鏡、凹凸透鏡、對稱雙凹透鏡、非對稱雙凹透鏡、平凹透鏡，或凸凹透鏡實施，不以此為限。此外，在本實施例的其它變化例中，該等鏡片23也可以塑膠材質實施。相同道理地，該等透光片12也可以是不同類型的透鏡且中心通過該光軸L，並可以玻璃或塑膠材質實施。
該等磁驅動單元3設置於該筒壁11外。每一該磁驅動單元3包括一限位組31、一復位件32、一磁吸件33a(或33b)，及一驅動器34。該限位組31具有一連接於該筒壁11的外表面的固定座311，及一連接於該固定座311且沿該長度方向X延伸的導桿312。該等磁驅動單元3數量對應於該等鏡組單元2。該復位件32的一端連接於該固定座311。每一該磁驅動單元3的該磁吸件33a(或33b)為環狀且環繞於該導桿312，並連接於該復位件32的另一端。
在本實施例的其它變化例中，每一該磁驅動單元3的該限位組31也可以不具有該導桿312，而可以搭配實心的該磁吸件33a(或33b)。
該等磁吸件33a、33b在本實施例中是以磁鐵實施。每一 該磁吸件33a(或33b)可相對於該固定座311在一第一位置與一第二位置之間移動，在該第一位置時，該磁吸件33a(或33b)靠近該固定座311，在該第二位置時，該磁吸件33a(或33b)遠離該固定座311。為便於說明，圖3中示意該磁吸件33a位於該第二位置，而該等磁吸件33b位於該第一位置。
每一該磁驅動單元3的該磁吸件33a(或33b)透過該筒壁11與對應的鏡座21的導磁部212相間隔，並可以吸引該導磁部212，進而帶動該鏡座21滑移到該長度方向X上鄰近於該磁吸件33a(或33b)的位置。
該等驅動器34在本實施例中是以電磁線圈實施，每一該驅動器34能產生磁力吸引對應的該磁吸件33a(或33b)往該第二位置移動。而在本實施例中，該等復位件32是以拉伸彈簧實施，並提供該磁吸件33a(或33b)一恆往該第一位置移動的勢能。藉此，該驅動器34可以透過調整磁力的大小，並配合該復位件32，而能驅動該磁吸件33a(或33b)在該第一位置與該第二位置之間移動。
在本實施例的其它變化例中，該等復位件32也可以壓縮彈簧實施並提供該磁吸件33a(或33b)一恆往該第二位置移動的勢能，並搭配反向設置的該等驅動器34，而能以磁斥力驅動該等磁吸件33a(或33b)往該第一位置移動。
在本實施例的其它變化例中，每一該磁驅動單元3也可以 不包括該復位件32，例如，該驅動器34以馬達實施並搭配一連接於該固定座311與該磁吸件33a(或33b)的伸縮桿(圖未示)，並透過該驅動器34驅動該伸縮桿伸縮，進而帶動該磁吸件33a(或33b)在該第一位置與該第二位置之間移動，或例如，該限位組31還具有一可樞轉地連接於該固定座311且沿該長度方向X延伸的螺桿(圖未示)，而該磁吸件33a(或33b)具有一螺孔(圖未示)，並透過該螺孔可移動地螺接於該螺桿，同時，該驅動器34以用來驅動該螺桿樞轉的馬達實施，而能透過驅動該螺桿樞轉而帶動該磁吸件33a(或33b)在該第一位置與該第二位置之間移動。由於本實施例中的每一該磁驅動單元3的該驅動器34是透過非接觸的磁吸方式驅動該磁吸件33a(或33b)，因此相較於上述的變化例，具有能降低接觸摩擦，提高該磁吸件33a(或33b)的移動速度及移動順暢度的優點。
該定位單元4包括數個位置感測器41，及一鄰近於該等位置感測器41且沿該長度方向X延伸的光學尺42。該等位置感測器41的數量對應於該等磁驅動單元3且分別設置於各別的該磁吸件33a(或33b)。本實施例中的該等位置感測器41是以光學尺感測器實施，並分別用來量測對應的該磁吸件33a(或33b)對應於該光學尺42在該長度方向X的位置，進而推知該等鏡片23在該長度方向X的位置，以提高對焦的精準度。
參閱圖3及圖5，本實施例還能連接一攝像機5以進行對焦。該攝像機5訊號連接於該等位置感測器41與該等驅動器34。當其中一該鏡片23的位置偏離於一焦點時，對應的該位置感測器41在量測該光學尺42後依據對應的該磁吸件33a(或33b)的位置發送一位置訊號S1給該攝像機5，該攝像機5再依據該位置訊號S1發送一控制訊號S2，而對應的該驅動器34則於依據該控制訊號S2驅動對應的該磁吸件33a(或33b)，並帶動對應的該鏡組單元2，使得該鏡片23移動至該焦點，以完成對焦。關於詳細的對焦原理及流程，由於本領域中具有通常知識者根據以上說明可以推知擴充細節，因此不多加說明。
經由以上的說明，可將前述實施例的優點歸納如下：
1.透過該等磁驅動單元3以磁吸方式帶動該等鏡組單元2，而可以快速移動該等鏡片23，提高對焦速度。
2.透過該等鏡組單元2透過該等滾動件22可滑移地設置於該滑軌211，可以降低組裝誤差、提高成像品質，同時還能提升移動的順暢度。
3.透過將該等透光片12封閉該容室13，而具有防水與氣密的優點，以便運用在較為嚴苛的使用環境。
4.透過該定位單元4的該等位置感測器41(光學尺感測器)搭配光學尺42，而可以精準量測該等磁吸件33a、33b的位置， 進而推知該等鏡片23在該長度方向X的位置，以提高對焦的精準度。
5.透過該等位置感測器41發送該等位置訊號S1及該等該驅動器34依據該等控制訊號S2驅動該等磁吸件33a、33b，而可透過一外接的攝像機5進行對焦的控制，具有可替換與便利的優點。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1:鏡筒單元
11:筒壁
111:滑軌
12:透光片
13:容室
2:鏡組單元
21:鏡座
211:滑動部
212:導磁部
213:容槽
22:滾動件
23:鏡片
3:磁驅動單元
31:限位組
311:固定座
312:導桿
32:復位件
33a,33b:磁吸件
34:驅動器
4:定位單元
41:位置感測器
42:光學尺
X:長度方向
L:光軸

Claims (8)

  1. 一種連續光學變焦鏡頭，包含：一鏡筒單元，包括一沿一長度方向延伸的筒壁，該筒壁包圍界定一容室，該筒壁具有至少一形成於內表面且沿該長度方向延伸的滑軌；數個鏡組單元，每一該鏡組單元包括一沿該長度方向可滑動地設置於該容室的鏡座，及一設置於該鏡座的鏡片，該鏡座具有一滑合於該至少一滑軌的滑動部，及一鄰近於該筒壁的導磁部，該鏡座透過該滑動部連接於該筒壁，而可沿該長度方向滑移；及數個磁驅動單元，設置於該筒壁外，每一該磁驅動單元包括一可被電動力驅動的磁吸件，每一該磁吸件可透過磁力吸引各別的導磁部，並帶動對應的鏡組單元沿該長度方向移動，每一該磁驅動單元還包括一連接於該筒壁的限位組，及一鄰近於該磁吸件的驅動器，該限位組具有一與該磁吸件位於該長度方向的固定座，該驅動器能驅動該磁吸件相對於該固定座在一第一位置與一第二位置之間移動，在該第一位置時，該磁吸件靠近該固定座，在該第二位置時，該磁吸件遠離該固定座。
  2. 如請求項1所述的連續光學變焦鏡頭，其中，每一該磁驅動單元還包括一兩端分別連接於該固定座及該磁吸件的復位件，該復位件提供該磁吸件一恆往該第一位置移動的勢能，該驅動器是電磁線圈而能產生磁力吸引該磁 吸件朝該第二位置移動。
  3. 如請求項2所述的連續光學變焦鏡頭，其中，每一該復位件為拉伸彈簧，每一該磁吸件為環狀，每一該限位組還具有一連接於該固定座且沿該長度方向延伸的導桿，該導桿通過各別的該復位件及各別的該磁吸件。
  4. 如請求項1所述的連續光學變焦鏡頭，還包含一定位單元，該定位單元包括數個分別鄰近該等磁吸件的位置感測器，每一該位置感測器用來量測對應的該磁吸件的位置。
  5. 如請求項4所述的連續光學變焦鏡頭，其中，該定位單元還包括一鄰近於該等位置感測器且沿該長度方向延伸的光學尺，每一該位置感測器是一種光學尺感測器，並設置於各別的磁吸件，每一該位置感測器量測對應的該磁吸件對應於該光學尺在該長度方向的位置。
  6. 如請求項4所述的連續光學變焦鏡頭，其中，每一該位置感測器適用於依據對應的該磁吸件的位置發送一位置訊號給一攝像機，且每一該驅動器適用於依據由該攝像機發送的一控制訊號驅動各別的該磁吸件，並帶動各別的該鏡組單元。
  7. 如請求項1所述的連續光學變焦鏡頭，其中，該筒壁具有數個該滑軌，該等滑軌凹陷於該筒壁的內表面，每一該鏡組單元的該鏡座具有數個滑動部，每一該滑動部具有一凹陷於該鏡座的外表面的容槽，每一該鏡座的該等容槽分別朝向各別的該等滑軌，每一該鏡組單元還包括 數個滾動件，該等滾動件可滾動地設置於該等容槽與該等滑軌間。
  8. 如請求項1所述的連續光學變焦鏡頭，該鏡筒單元還包括二分別位於二端的透光片，該等透光片及該筒壁共同包圍並封閉該容室。
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