TWI636291B - 透鏡安裝裝置 - Google Patents

Abstract

一種透鏡安裝裝置，用以將透鏡安裝至透鏡筒內之透鏡安裝位置，並包含基台、透鏡筒容置件、壓電升降組件、透鏡調整組件與光束校正組件；壓電升降組件包含升降傳動元件、升降平台與壓電動力元件。透鏡調整組件包含複數個壓電致動元件與透鏡觸壓元件；透鏡觸壓元件受壓電致動元件驅動而接觸透鏡。光束校正組件包含光束產生元件與光束感測元件。光束產生元件投射出穿透透鏡之校正光束；光束感測元件設在升降平台，用以偵測校正光束之投射位置。其中，壓電致動元件驅使透鏡觸壓元件將透鏡推頂至透鏡安裝位置，使投射位置調整至一參考投射位置。

Description

透鏡安裝裝置

本發明係有關於一透鏡安裝裝置，尤其是指一種利用壓電元件驅動透鏡觸壓元件來推頂鏡片，並以光束進行校正之透鏡安裝裝置。

攝影技術自十九世紀初開始發展，由最早的膠捲相機演進至現代的數位相機。近年來消費性電子產品不斷推陳出新，相機已成生活中不可或缺的產品，比起底片時代所使用之鏡頭，感光元件片幅縮小使得透鏡小型化且光學品質要求日漸提升，因此製造過程將更加精密化。在生產過程中，對於透鏡組裝品質要求越來越嚴苛，且在整個組裝技術中扮演著極為重要的角色。

為了製造出品質優良的相機，光學透鏡在透鏡筒的定位精準度扮演著至關重要的環節。請參閱第一圖，第一圖係顯示先前技術之第一種透鏡定位安裝器械使用狀態之剖面示意圖。如圖所示，在先前技術中，有一種將透鏡定位在透鏡筒的方式目前仍被廣泛地使用。先將一透鏡PA1放入透鏡筒PA2中，並利用一具有凹型圓筒結構之推頂元件PA3件推頂透鏡PA1，透鏡PA1會因為受到推頂元件PA3的凹型圓筒結構在透鏡PA1上平 均施力而自動對準中心。

此種方法雖然技術簡單且成本低廉，但是組裝時的定位精確度低，且因為無法個別調整分配在透鏡PA1各受壓部位的施力大小，因此推頂元件PA3容易刮傷或壓裂透鏡PA1。也就是說，在推頂元件PA3對透鏡PA1施力時，很可能因為施力點過於集中或是對透鏡PA1各受壓部位的施力大小差異過大，使得受力較大的一端容易被破壞。

另外，目前另有一種透鏡定位技術也被廣泛地運用。請參閱第二圖，第二圖係顯示先前技術之第二種透鏡定位安裝器械使用狀態之示意圖。如圖所示，先在一透鏡筒PA2a內利用一透鏡夾固元件PA4將透鏡PA1固定。接著，利用一透鏡筒PA2a之透鏡筒外螺紋PA21a與複數個自透鏡筒PA2a周圍朝向透鏡筒PA2a突伸出之至少三個螺絲PA5(在此僅標示其中一者)相互卡固，並藉由調整各螺絲PA5在透鏡筒外螺紋PA21a的卡固深淺與卡固高度，來調整透鏡筒PA2a的傾斜角度與高度，藉此將透鏡PA1定位在透鏡筒PA2a內適當的位置。

此種方法與第一種方法一樣有著技術簡單與成本低廉的優點，但為了將透鏡PA1調整至適當的位子，所以需不斷地藉由調整螺絲PA5來調整透鏡筒PA2a的傾斜角度與高度，且難以得知透鏡PA1的定位狀況。因此不僅操作複雜不方便，且無法精準定將透鏡PA1定位。另外，螺絲PA5在使用一段時間後容易變形，因此會顯著地影響透鏡PA1安裝的精準度，在現行光學成 像精確度要求越來越高的世代已不敷使用。

有鑒於在先前技術中，第一種透鏡安裝方式不僅在安裝透鏡至透鏡筒時，無法精確地將透鏡安裝至適當的位置，且因為無法個別調整分配在透鏡各受壓部位的施力大小，所以容易造成鏡片刮傷或壓裂。另外，在第二種操作複雜的透鏡安裝方式中，除了因為無法確認透鏡在透鏡筒中的定位狀況外，也因為螺絲容易變形而造成透鏡安裝的精確度太低。

本發明為解決先前技術之問題，所採用之必要技術手段為提供一種透鏡安裝裝置，用以將一透鏡沿一安裝方向安裝至一透鏡筒內之一透鏡安裝位置，並包含一基台、一透鏡筒容置件、一壓電升降組件、一透鏡調整組件與一光束校正組件。透鏡筒容置件架設於基台，並設有一用以放置透鏡筒之透鏡筒設置部。

壓電升降組件包含一升降傳動元件、一升降平台與一壓電動力元件，升降傳動元件自基台沿一與安裝方向相反之延伸方向延伸而出；升降平台可升降地連結於升降傳動元件；壓電動力元件會驅動升降傳動元件，使升降平台沿延伸方向與安裝方向移動。透鏡調整組件包含複數個壓電致動元件與一透鏡觸壓元件，壓電致動元件設置於升降平台。透鏡觸壓元件會受壓電致動元件驅動而接觸透鏡。

光束校正組件包含一光束產生元件與一 光束感測元件，光束產生元件會投射出一沿一光束行經路徑而穿透透鏡之校正光束；光束感測元件位於該光束行經路徑，且設有一參考投射位置，並用以偵測穿透透鏡之校正光束而感應出一投射位置。其中，壓電致動元件會驅動透鏡觸壓元件而使透鏡觸壓元件將透鏡推頂至透鏡安裝位置，並使透鏡轉向以將投射位置調整至參考投射位置。

透鏡觸壓元件為一圓筒型結構。圓筒型結構能較佳地調整透鏡，使透鏡觸壓元件能準確地調整透鏡至各種角度。

光束產生元件為一雷射光源產生器。因為雷射光有筆直的出光路徑，藉此能更精準地測量校正光束在光束感測元件所投射出之投射位置。光束感測元件為一光軸感測器。光軸感測器能準確地偵測投射位置，藉以得知透鏡位置之定位狀況。

壓電動力元件為一壓電馬達。壓電馬達具有體積小、重量輕與響應快速等優點，且具有即動即停的特性，因此能精準地驅動升降傳動元件，並控制升降平台精準地移動至預定位置。各壓電致動元件為一壓電致動器。因為壓電致動器具有體積小、重量輕與響應快速等優點，且具有即動即停的特性，因此能精準地驅動透鏡觸壓元件，藉以微調透鏡的定位位置與角度。

壓電升降組件更包含一升降高度感測元件，升降高度感測元件連結於升降平台，用以測量升降平台在升降傳動元件之升降高度。升降高度感測元件包 含一磁力尺、一光學尺或一編碼器。因為磁力尺、光學尺或編碼器能偵測出極為細微的位置變化，因此適合運用在精確度要求極高的透鏡安裝裝置。

升降傳動元件包含一螺桿、一滑軌或一線性導桿。螺桿、滑軌或線性導桿皆能將升降平台限制在一直線的方向移動。壓電升降組件更包含一升降驅動盤，升降驅動盤連結於該升降傳動元件，並受壓電動力元件驅動，藉以使升降平台在升降傳動元件移動。

透鏡安裝裝置更包含一控制模組，控制模組電性連接光束感測元件、壓電致動元件與壓電動力元件，並藉由控制壓電致動元件與壓電動力元件，將投射位置調整至參考投射位置，而使透鏡被調整至透鏡安裝位置。

綜上所述，本發明所提供之透鏡安裝裝置係利用壓電動力元件驅動升降平台之升降，再利用壓電致動元件驅動透鏡觸壓元件，並根據光束校正組件所感測的投射位置，將在透鏡筒中的透鏡調整至透鏡安裝位置。

針對先前技術調整精確度低的問題，本發明藉由光束校正組件能精準地感測出透鏡的偏轉狀況，並利用壓電動力元件與壓電致動元件具有響應快速與即動即停的特性，使得透鏡能精準地定位在透鏡安裝位置。且因為壓電致動元件可個別調整透鏡各部施力的大小，所以避免了先前技術容易造成鏡片刮傷或壓裂之問題。且配合控制模組的運作，便能實現透鏡安裝自動化 的功能，避免了操作複雜的問題。

PA1‧‧‧透鏡

PA2、PA2a‧‧‧透鏡筒

PA21a‧‧‧透鏡筒外螺紋

PA3‧‧‧推頂元件

PA4‧‧‧透鏡夾固元件

PA5‧‧‧螺絲

1‧‧‧透鏡安裝裝置

11‧‧‧基台

111‧‧‧線性導軌

12‧‧‧透鏡筒容置件

121‧‧‧腳架

122‧‧‧透鏡筒設置部

13‧‧‧壓電升降組件

131‧‧‧升降傳動元件

132‧‧‧升降平台

1321‧‧‧平台連結塊

13211‧‧‧傳動螺孔

133‧‧‧升降驅動盤

134‧‧‧壓電動力元件

135‧‧‧升降高度感測元件

14‧‧‧透鏡調整組件

141‧‧‧壓電致動元件

142‧‧‧透鏡觸壓元件

15‧‧‧光束校正組件

151‧‧‧光束產生元件

152‧‧‧光束感測元件

16‧‧‧控制模組

2‧‧‧透鏡

3‧‧‧透鏡筒

A‧‧‧光束行經路徑

L‧‧‧透鏡安裝位置

L‧‧‧校正光束

N1‧‧‧安裝方向

N2‧‧‧延伸方向

P1‧‧‧參考投射位置

P2‧‧‧投射位置

S‧‧‧架立空間

第一圖係顯示先前技術之第一種透鏡定位安裝器械使用狀態之剖面示意圖；第二圖係顯示先前技術之第二種透鏡定位安裝器械使用狀態之示意圖；第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之透鏡安裝裝置之立體示意圖；第四圖係顯示本發明較佳實施例所提供之透鏡安裝裝置另一視角之立體示意圖；第五圖係顯示本發明較佳實施例所提供之透鏡安裝裝置之控制模組連接關係方塊示意圖；第六圖係顯示第三圖之A-A剖面示意圖；第七圖係顯示本發明較佳實施例所提供之透鏡安裝裝置之置入透鏡後之工作狀態剖面示意圖；第八圖係顯示本發明較佳實施例所提供之透鏡安裝裝置之降低升降平台之工作狀態剖面示意圖；以及第九圖係顯示本發明較佳實施例所提供之透鏡安裝裝置之調整透鏡後之工作狀態剖面示意圖。

請一併參閱第三圖至第六圖，第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之透鏡安裝裝置之立體示意 圖；第四圖係顯示本發明較佳實施例所提供之透鏡安裝裝置另一視角之立體示意圖；第五圖係顯示本發明較佳實施例所提供之透鏡安裝裝置之控制模組連接關係方塊示意圖；第六圖係顯示第三圖之A-A剖面示意圖。如圖所示，本發明較佳實施例提供了一種透鏡安裝裝置1，用以將一透鏡2(標示於第七圖)沿一安裝方向N1安裝至一透鏡筒3(標示於第七圖)內之一透鏡安裝位置I(標示於第七圖)，並包含一基台11、一透鏡筒容置件12、一壓電升降組件13、一透鏡調整組件14、一光束校正組件15與一控制模組16。

基台11上設有一線性導軌111。透鏡筒容置件12透過四根腳架121(在此僅標示其中一者)架設於基台11上，因而在透鏡筒容置件12與基台11中間形成一個架立空間S。另外，透鏡筒容置件12設有一用以放置透鏡筒3之透鏡筒設置部122。透鏡筒設置部122通常是圓柱型的空間，用來放置透鏡筒3。

壓電升降組件13包含一升降傳動元件131、一升降平台132、一升降驅動盤133、一壓電動力元件134與一升降高度感測元件135。升降傳動元件131自基台11沿一與安裝方向N1相反之延伸方向N2延伸而出，在本實施例中，升降傳動元件131包含一螺桿，且樞設在線性導軌111內。在其他實施例當中，升降傳動元件131可包含一滑軌或一線性導桿，但不以此為限。

升降平台132可升降地連結於升降傳動元件131。更詳細地說明，升降平台132包含一平台連結塊 1321，在平台連結塊1321設有一傳動螺孔13211，升降傳動元件131會螺合於傳動螺孔13211。在升降傳動元件131受驅動而轉動時，線性導軌111會限位平台連結塊1321，防止平台連結塊1321隨著升降傳動元件131轉動。因此，平台連結塊1321會因為升降傳動元件131的轉動，而產生安裝方向N1與延伸方向N2的移動。簡單說，線性導軌111能將升降平台132限制在一直線的方向移動，而避免了不必要的轉動或偏位。

升降驅動盤133是一個升降驅動圓盤，在本實施例當中是設置在基台11下方。升降驅動盤133連結於該升降傳動元件131，並受壓電動力元件134驅動，藉以使升降平台132在升降傳動元件131移動。更詳細地說，升降驅動盤133的中心連結於升降傳動元件131，當升降驅動盤133受壓電動力元件134轉動時，升降傳動元件131也會跟著轉動。

換句話說，壓電動力元件134會透過驅動升降驅動盤133，進而驅動升降傳動元件131，使升降平台132沿安裝方向N1與延伸方向N2移動。其中，壓電動力元件134為一壓電馬達，在本實施例當中是設置在基台11下方。壓電馬達亦稱作超音波馬達，壓電馬達具有體積小、重量輕與響應快速等優點，且具有即動即停的特性，因此能精準地驅動升降傳動元件131，並控制升降平台132精準地在移動至預定位置。另外，升降高度感測元件135連結於升降平台132，用以測量升降平台132之升降高度。在本實施例中，升降高度感測元135件包含一磁力 尺。在其他實施例當中，升降高度感測元135件可包含一光學尺或一編碼器，但不以此為限。因為磁力尺能偵測出極為細微的位置變化，因此適合運用在精確度要求極高的透鏡安裝裝置1。

透鏡調整組件14包含三個壓電致動元件141(在此僅標示其中一者)與一透鏡觸壓元件142。三個壓電致動元件141設置於升降平台132下方，且分別設置於正三角形中之三個角。各壓電致動元件141為一壓電致動器。因為壓電致動器具有體積小、重量輕與響應快速等優點，且具有即動即停的特性，因此能精準地驅動透鏡觸壓元件142，藉以微調透鏡2在透鏡筒3中的定位位置與角度。

透鏡觸壓元件142會受壓電致動元件141驅動而接觸透鏡2。順帶一提，因為壓電致動元件141分別設置於正三角形中之三個角，因此可自由而無死角地控制透鏡觸壓元件142在三維空間中的傾斜角度。另外，透鏡觸壓元件142為一圓筒型結構。圓筒型結構能較佳地調整透鏡2，使透鏡觸壓元件142能準確地調整透鏡2至各種角度。在本實施例當中，透鏡觸壓元件142是藉由壓電致動元件141懸設於升降平台132下方。在其他實施例當中，升降平台132之下半部可延伸出一具有一通口之延伸台，壓電致動元件141可設置於升降平台132之該延伸台上方，並以向上支撐抵頂之方式連結於透鏡觸壓元件142。透鏡觸壓元件142穿設於該通口，並受壓電致動元件141驅動而接觸透鏡2。

光束校正組件15包含一光束產生元件151與一光束感測元件152。光束產生元件151是設置於基台11上的架立空間S，且會投射出一沿一光束行經路徑A(顯示於第七圖至第九圖)而穿透透鏡2之校正光束L(顯示於第七圖至第九圖)。其中，光束產生元件15為一雷射光源產生器，因為雷射光有筆直的出光路徑，藉此能更精準地觀察測量校正光束L投影出之位置、投射區域大小與投射出的區域形狀。

光束感測元件152位於光束行經路徑A而設置於升降平台132上，且設有一參考投射位置P1(標示於第七圖)，並用以偵測穿透透鏡2之校正光束L而感應出一投射位置P2(標示於第七圖)。值得一提的是，光束感測元件152更可以偵測出校正光束L在光束感測元件152上投射區域大小與投射區域形狀。校正光束L的投射位置P2、投射區域大小與投射區域形狀跟透鏡2的偏位角度、偏位位置或透鏡2種類息息相關。另外，在本實施例中，光束感測元件152為一光軸感測器。光軸感測器152能準確地偵測出投射位置P2、投射區域大小與投射區域形狀，藉以得知透鏡2在透鏡筒3中的定位狀況。

在本實施例當中，光束產生元件151是設置於基台11上，光束感測元件152設置於升降平台132上。然而，在其他實施例當中，光束產生元件151與光束感測元件152可以相互置換位置。也就是說，光束產生元件151設置於升降平台132，光束感測元件152設置於基台11上。

控制模組16電性連接壓電動力元件134、升降高度感測元件135、壓電致動元件141與光束感測元件152，並藉由控制壓電動力元件134與壓電致動元件141，並參考升降高度感測元件135所回傳的位移變化資料，將投射位置P2調整至參考投射位置P1，而使透鏡2被調整至透鏡安裝位置I。也就是說，壓電致動元件141會驅動透鏡觸壓元件142而使透鏡觸壓元件142將透鏡2推頂至透鏡安裝位置I，並使透鏡2轉向，藉以將投射位置P2調整至參考投射位置P1。控制模組16可為一控制電路、一控制晶片或智慧型控制裝置，且控制模組16可藉由類神經網路以及模糊類神經網路等常使用之智慧型控制策略，來進行升降高度感測元件135與光束感測元件152所回傳的訊號與資料之處理，並控制壓電動力元件134與壓電致動元件141。

請參閱第七圖，第七圖係顯示本發明較佳實施例所提供之透鏡安裝裝置之置入透鏡後之工作狀態剖面示意圖。如圖所示，先將透鏡2置入透鏡筒3內，因為尚未調整過透鏡2的位置，所以透鏡2並未準確地安裝在透鏡安裝位置I。因此，經過透鏡2折射之校正光束L在光束感測元件152上所投射出之投射位置P2並未對準參考投射位置P1。更詳細地說明，自光束產生元件151所產生的校正光束L會沿光束行經路徑A先穿射過位在透鏡筒設置部122之透鏡筒3內的透鏡2。校正光束L經過透鏡2的折射後，會經由並穿過為圓筒形結構的透鏡觸壓元件142，投射在光束感測元件152上。此時的投射位置 P2與參考投射位置P1並不相同。

請參閱第八圖，第八圖係顯示本發明較佳實施例所提供之透鏡安裝裝置之降低升降平台之工作狀態剖面示意圖。如圖所示，利用壓電動力元件134產生動力，並透過升降驅動盤133與升降傳動元件131，使得升降平台132在升降傳動元件131上沿安裝方向N1移動。藉此，使得透鏡觸壓元件142靠近並觸壓到透鏡2。

請參閱第九圖，第九圖係顯示本發明較佳實施例所提供之透鏡安裝裝置之調整透鏡後之工作狀態剖面示意圖。如圖所示，在透鏡觸壓元件142觸壓到透鏡2後，藉由壓電致動元件141在三維空間中調整透鏡觸壓元件142之觸壓角度，將透鏡2精準地調整至透鏡安裝位置I(標示於第七圖)，使得投射位置P2(標示於第七圖)與參考投射位置P1重合，也就是使校正光束L投射在參考投射位置P2。順帶一提，也可以藉由校正光束L在光束感測元件152上呈現的光束投射區域大小與形狀，來判斷透鏡2在透鏡筒3內的位置。

綜上所述，本發明所提供之透鏡安裝裝置是透過校正光束在光束感測元件上的狀態，來判斷透鏡在透鏡筒內的位置。然後藉由壓電動力元件驅動升降平台，壓電致動元件來微調透鏡觸壓元件對透鏡的觸壓角度。藉此，可以精準地將透鏡調整並安裝置適當的透鏡安裝位置。

相較於先前技術，本發明所提供之透鏡安裝裝置藉由壓電動力元件與壓電致動元件響應時間短之 特性，能精準地將透鏡安裝在透鏡安裝位置。且藉由控自模組的運作，便能實現透鏡安裝自動化的功能。如此一來，便能避免先前技術中，容易造成鏡片刮傷或壓裂、無法得知透鏡定位狀態、操作複雜以及安裝精確度低等問題。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

Claims (10)

1. 一種透鏡安裝裝置，係用以將一透鏡沿一安裝方向安裝至一透鏡筒內之一透鏡安裝位置，並包含：一基台；一透鏡筒容置件，係架設於該基台，並設有一用以放置該透鏡筒之透鏡筒設置部；一壓電升降組件，包含：一升降傳動元件，係自該基台沿一與該安裝方向相反之延伸方向延伸而出；一升降平台，係可升降地連結於該升降傳動元件；一壓電動力元件，係驅動該升降傳動元件，使該升降平台沿該延伸方向與該安裝方向移動；以及一升降高度感測元件，係連結於該升降平台，用以測量該升降平台在該升降傳動元件之升降高度；一透鏡調整組件，包含：複數個壓電致動元件，係設置於該升降平台；以及一透鏡觸壓元件，係受該壓電致動元件驅動而接觸該透鏡；以及一光束校正組件，包含：一光束產生元件，係投射出一沿一光束行經路徑而穿透該透鏡之校正光束；以及一光束感測元件，係位於該光束行經路徑，設有一參考投射位置，並用以偵測穿透該透鏡之該校正光束而感應出一投射位置；其中，該些壓電致動元件係驅動該透鏡觸壓元件而使該 透鏡觸壓元件將該透鏡推頂至該透鏡安裝位置，並使該透鏡轉向以將該投射位置調整至該參考投射位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡安裝裝置，其中，該透鏡觸壓元件係一圓筒型結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡安裝裝置，其中，該光束產生元件係一雷射光源產生器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡安裝裝置，其中，該壓電動力元件係一壓電馬達。
5. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡安裝裝置，其中，該光束感測元件係一光軸感測器。
6. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡安裝裝置，其中，各壓電致動元件係一壓電致動器。
7. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡安裝裝置，其中，該升降高度感測元件係包含一磁力尺、一光學尺與一編碼器中之至少一者。
8. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡安裝裝置，其中，該升降傳動元件係包含一螺桿、一滑軌與一線性導桿中之至少一者。
9. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡安裝裝置，其中，該壓電升降組件，更包含一升降驅動盤，係連結於該升降傳動元件，並受該壓電動力元件驅動，藉以使該升降平台在該升降傳動元件移動。
10. 如申請專利範圍第1項所述之透鏡安裝裝置，更包含一控制模組，係電性連接該光束感測元件、該些壓電致動元件與該壓電動力元件，並藉由控制該些壓電致動元件與該壓電動力元件，將該投射位置調整至該參考投射位置，而使該透鏡被調整至該透鏡安裝位置。