TWI856819B - 光學變焦模組及頭戴式電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種光學變焦模組包括：一第一鏡筒，包括一直向溝槽及一凸塊；一第二鏡筒，設置於該第一鏡筒內，並包括一凸肋；一彈性元件，其之一端固定於該第二鏡筒靠近目側之一側，其之另一端抵觸該第一鏡筒；以及一操作環，設置於該第一鏡筒外，並包括一斜向塊，其中該斜向塊具有一斜向側邊，該斜向側邊與該直向溝槽沿徑向堆疊設置，該凸肋穿過該直向溝槽並接觸該斜向側邊上；其中當旋轉該操作環時，該斜向塊之該斜向側邊或該彈性元件使該第二鏡筒之該凸肋沿對應的該直向溝槽與該斜向側邊而移動。

Description

光學變焦模組及頭戴式電子裝置

本發明是有關於一種光學變焦模組，且特別是有關於一種包括有光學變焦模組的頭戴式電子裝置。

虛擬實境技術(Virtual Reality，簡稱VR)是一種可以創建和體驗虛擬世界的電腦模擬系統，它可以利用電腦生成一種多源資訊融合的互動式類比環境，使用戶沉浸到該環境中。隨著技術的不斷發展，VR也被越來越多的應用於包括醫學、娛樂、工業模擬、航空航太、教育等在內的行業和領域中。

作為實現VR技術的重要組成設備之一，頭戴式電子裝置(Head Mounted Device，簡稱HMD)也在生活中被逐漸普及。HMD可以擴展科學三維視覺化程度，增進使用者-電腦的交互性能，隨著VR技術在多領域的應用，HMD也受到了人們越來越多的重視。

目前頭戴式電子裝置使用時，可分為配帶眼鏡使用及裸視使用，因此該頭戴式電子裝置設計上會考量預留眼鏡容納空間。然而，若近視的使用者配帶眼鏡後，再使用該頭戴式電子裝置，仍可能壓迫使用者之眼鏡而造成不適，或損壞眼鏡。若近視的使用者選擇不配帶眼鏡而直接使用該頭戴式電 子裝置，使用者會因無法看清楚影像，或因焦距問題引起的不適感，反而令使用者抗拒該頭戴式電子裝置。

因此，便有需要提供一種光學變焦模組及頭戴式電子裝置能夠解決前述的問題。

本發明之一目的是提供一種光學變焦模組，其操作環之斜向塊僅需加工一個斜向側邊即可；再者，斜向塊之斜向側邊或彈性元件可使設置於第二鏡筒內之第二透鏡單元移動，如此可調節該光學變焦模組之成像位置。

依據上述之目的，本發明提供一種光學變焦模組，其具有一中心軸及一垂直於該中心軸之徑向，並包括：一第一鏡筒，環繞該中心軸，並包括一第一筒體及一直向溝槽，其中該直向溝槽貫穿該第一筒體；一第二鏡筒，環繞該中心軸，設置於該第一鏡筒內，並包括一第二筒體及一凸肋，其中該凸肋位於該第二筒體之一外環面上；一彈性元件，其之一端固定於該第二鏡筒靠近目側之一側，其之另一端抵觸該第一鏡筒；以及一操作環，環繞該中心軸，設置於該第一鏡筒外，並包括一環體及一斜向塊，其中該斜向塊位於該環體之一內環面，該斜向塊具有一斜向側邊，該斜向側邊與該直向溝槽沿該徑向堆疊設置，該凸肋穿過該直向溝槽並接觸該斜向側邊上；其中當旋轉該操作環時，該斜向塊之該斜向側邊或該彈性元件使該第二鏡筒之該凸肋沿對應的該直向溝槽與該斜向側邊而移動。

本發明更提供一種頭戴式電子裝置，包括：一外殼；所述之光學變焦模組，設置於該外殼內；以及一控制單元，設置於該外殼內。

根據本發明之該光學變焦模組，該操作環之斜向塊僅需加工一個斜向側邊即可，可減少該斜向塊之側邊的修正次數，使製造模具加工費用降低且不影響整體曲折率調整的功能。再者，當旋轉該操作環時，該斜向塊之該斜向側邊或該彈性元件可使該第二鏡筒之該凸肋沿對應的該直向溝槽與該斜向側邊而移動，且可使設置於該第二鏡筒內之該第二透鏡單元也平行於該中心軸方向移動，如此可調節該光學變焦模組之成像位置，易於使用者進行該光學變焦模組的調整焦距。

1:光學變焦模組

10a:中心軸

10b:徑向

11:第二鏡筒

110:第二筒體

111:凸肋

112:外環面

12:第一鏡筒

121:直向溝槽

122:第一筒體

123:凸塊

124:外環面

13:操作環

131:斜向塊

1310:延伸方向

1310’:延伸方向

1311:斜向側邊

1312:橫向側邊

132:限位滑溝

1320:滑溝內壁

1321:第一尾端

1322:第二尾端

133:內環面

134:環體

14:第二透鏡單元

141:光學透鏡

15:第一透鏡單元

151:光學透鏡

16:阻尼油

17:指標蓋

181:影像源

19:彈性元件

191:端

192:端

2:頭戴式電子裝置

20:外殼

22:控制單元

E1:左眼

E2:右眼

P1:第一直向位置

P2:第二直向位置

S1:目側

S2:像源側

圖1為本發明之一實施例之光學變焦模組之分解立體示意圖。

圖2為本發明之一實施例之光學變焦模組之組合剖面示意圖，其顯示設置於第二鏡筒內之第二透鏡單元由第一直向位置移動至第二直向位置。

圖3a為本發明之一實施例之光學變焦模組之組合側視示意圖，其顯示第二鏡筒之凸肋由第一直向位置移動至第二直向位置。

圖3b為本發明之另一實施例之光學變焦模組之組合側視示意圖，其顯示第二鏡筒之凸肋由第一直向位置移動至第二直向位置。

圖4為本發明之一實施例之光學變焦模組之第一鏡筒、第二鏡筒及操作環之組合立體示意圖。

圖5為本發明之一實施例之光學變焦模組之操作環之部分立體示意圖。

圖6為本發明之一實施例之光學變焦模組之第一鏡筒之立體示意圖。

圖7為本發明之一實施例之頭戴式電子裝置之立體示意圖。

為讓本發明之上述目的、特徵和特點能更明顯易懂，茲配合圖式將本發明相關實施例詳細說明如下。

圖1為本發明之一實施例之光學變焦模組之分解立體示意圖。圖2為本發明之一實施例之光學變焦模組之組合剖面示意圖，其顯示設置於第二鏡筒內之第二透鏡單元由第一直向位置移動至第二直向位置。圖3a為本發明之一實施例之光學變焦模組之組合側視示意圖，其顯示第二鏡筒之凸肋由第一直向位置移動至第二直向位置。請參考圖1、圖2及圖3a，該光學變焦模組1具有一中心軸10a、一目側S1及一像源側S2，並包括：一第一鏡筒12、一第一透鏡單元15、一第二鏡筒11、一第二透鏡單元14、一彈性元件19及一操作環13。

該第一鏡筒12(可稱為固定筒)環繞該中心軸10a，並包括一第一筒體122、一直向溝槽121及一凸塊123(protrusion)。該直向溝槽121之直向是指溝槽平行該中心軸10a延伸之方向。該第一鏡筒12可為塑膠材料所製。該直向溝槽121平行該中心軸10a，並貫穿該第一筒體122，且該凸塊123(可稱為限位凸塊)位於該第一筒體122之外環面124上。該第一透鏡單元15設置於該第一鏡筒12內。該第一透鏡單元15包括一光學透鏡151。在本實施例中，該光學透鏡151總片數為1片，但不限於此，該光學透鏡151可為塑膠或玻璃材料所製。

該第二鏡筒11(可稱為直進筒)環繞該中心軸10a，並設置於該第一鏡筒12內。該第二鏡筒11包括一第二筒體110及一凸肋(rib)111。該凸肋111位於該第二筒體110之外環面112上。該第二鏡筒11可為塑膠材料所 製。該第二透鏡單元14設置於該第二鏡筒11內。該第二透鏡單元14包括一光學透鏡141。在本實施例中，該光學透鏡141總片數為1片，但不限於此，該光學透鏡141可為塑膠或玻璃材料所製。

該彈性元件19環繞該中心軸10a，並於該中心軸10a方向上設置於該第一鏡筒12與該第二鏡筒11之間，其中該彈性元件19於該中心軸10a方向上之一端191抵觸該第一鏡筒12靠近目側S1之一側，且該彈性元件19於該中心軸10a方向上之相對另一端192抵觸該第二鏡筒11。在本實施例中，該彈性元件19設置於該第一鏡筒12內，且該彈性元件19可為螺旋彈簧(helical spring)。

圖4為本發明之一實施例之光學變焦模組之第一鏡筒、第二鏡筒及操作環之組合立體示意圖。請參考圖1、圖2、圖3a及圖4，該操作環13環繞該中心軸10a，設置於該第一鏡筒12外，並包括一環體134、一斜向塊131及一限位滑溝132。該操作環13可為塑膠材料所製。該斜向塊131及該限位滑溝132皆位於該環體134之內環面133。該限位滑溝132未貫穿該環體134，但不限於此。該斜向塊131具有一斜向側邊1311，其傾斜於該中心軸10a。該斜向側邊1311之斜向是指側邊沿該內環面133以特定斜率延伸之方向，於本實施例中，該斜向側邊1311之延伸方向1310為逆時針方向(以該目側S1方向視之)。該限位滑溝132包括相對的第一尾端1321及第二尾端1322，其中該第一尾端1321可鄰近該凸肋111。該斜向塊131之該斜向側邊1311與該第一鏡筒12之該直向溝槽121於沿徑向10b(該徑向10b垂直於該中心軸10a)堆疊設置。該凸肋111穿過該直向溝槽121並接觸該斜向側邊1311上，且該凸塊123位於該限位滑溝132內。

圖5為本發明之一實施例之光學變焦模組之操作環之部分立體示意圖。請參考圖5及圖1，在另一實施例中，該操作環13之該斜向塊131凸設於該內環面133，並可具有一橫向側邊1312鄰近該第一鏡筒12之該凸塊123，該橫向側邊1312可作為該限位滑溝132之一滑溝內壁1320使用，且該限位滑溝132弧形延伸方向之任一切線皆垂直於該中心軸10a。

根據本發明之該光學變焦模組1，該操作環13之斜向塊131僅需加工一個斜向側邊1311即可，可減少該斜向塊131之側邊的修正次數，使製造模具加工費用降低且不影響整體曲折率調整的功能。再者，當旋轉該操作環13時，該斜向塊131之該斜向側邊1311或該彈性元件19可使該第二鏡筒11之該凸肋111沿對應的該直向溝槽121與該斜向側邊1311而移動，且可使設置於該第二鏡筒11內之該第二透鏡單元14也平行於該中心軸10a方向移動，如此可調節該光學變焦模組1之成像位置，易於使用者進行該光學變焦模組1的焦距調整。另外，在旋轉該操作環13使該第二透鏡單元14移動(亦即在調節該光學變焦模組1之成像位置)的同時，該限位滑溝132也會受到該凸塊123限制而在有限範圍內移動，如此可限制該操作環13在有限範圍旋轉，進而限制該凸肋111在該直向溝槽121內與該斜向側邊1311上的有限範圍移動，可避免該凸肋111不小心脫離該直向溝槽121與該斜向側邊1311上之外，或者可避免該凸肋111撞擊該直向溝槽121之尾端。於組裝時，該操作環13經由該凸塊123進行定位，並將該第二鏡筒11之該凸肋111精準設置於該直向溝槽121中與該斜向側邊1311上，可避免使用者旋轉該操作環13的不順暢感，進而改善該光學變焦模組1之組裝精度。

詳言之，請再參考圖2及圖3a，該第一鏡筒12之直向溝槽121平行於該中心軸10a，並包括相對的一第一直向位置P1及一第二直向位置P2，其中該第一直向位置P1鄰近該像源側S2，且該第二直向位置P2鄰近該目側S1。當沿一旋轉方向(例如以該目側S1視之，該旋轉方向為逆時針方向)旋轉該操作環13時，該斜向側邊1311之一作用力(例如抵觸力)可使該第二鏡筒11之該凸肋111沿對應的該直向溝槽121與該斜向側邊1311由該第一直向位置P1移動至該第二直向位置P2，且同時該限位滑溝132也相對該凸塊123移動而使該凸塊123由鄰近該第一尾端1321的位置變成鄰近該第二尾端1322的位置，以調節該光學變焦模組1之成像位置為第一成像位置。當沿另一旋轉方向(例如以該目側S1視之，該另一旋轉方向為順時針方向)旋轉該操作環13時，該彈性元件19之一作用力(例如彈性力)可使該第二鏡筒11之該凸肋111沿對應的該直向溝槽121與該斜向側邊1311由該第二直向位置P2移動至該第一直向位置P1，且同時該限位滑溝132也相對該凸塊123移動而使該凸塊123由鄰近該第二尾端1322的位置變成鄰近該第一尾端1321的位置，以調節該光學變焦模組1之成像位置為第二成像位置。

請參考圖3b，相反地，於另一實施例中，該操作環13之斜向側邊1311之延伸方向1310’為順時針方向(以該目側S1視之)，當沿一旋轉方向(例如以該目側S1視之，該旋轉方向為順時針方向)旋轉該操作環13時，該斜向側邊1311之一作用力(例如抵觸力)可使該第二鏡筒11之該凸肋111沿對應的該直向溝槽121與該斜向側邊1311由該第一直向位置P1移動至該第二直向位置P2，且同時該限位滑溝132也相對該凸塊123移動而使該凸塊123由鄰近該第一尾端1321的位置變成鄰近該第二尾端1322的位置。當沿另一旋轉方向 (例如以該目側S1視之，該另一旋轉方向為逆時針方向)旋轉該操作環13時，該彈性元件19之一作用力(例如彈性力)可使該第二鏡筒11之該凸肋111沿對應的該直向溝槽121與該斜向側邊1311由該第二直向位置P2移動至該第一直向位置P1，且同時該限位滑溝132也相對該凸塊123移動而使該凸塊123由鄰近該第二尾端1322的位置變成鄰近該第一尾端1321的位置。

圖6為本發明之一實施例之光學變焦模組之第一鏡筒之立體示意圖。請參考圖3a、圖5及圖6，當該操作環13旋轉而使該凸塊123由抵觸該限位滑溝132之該第一尾端1321至抵觸該第二尾端1322時，則該操作環13環繞該中心軸10a進行一最大旋轉角度，該最大旋轉角度因應變焦及該光學變焦模組尺寸需求可介於60~120度。例如，當該光學變焦模組的最大旋轉角度被設計為60度時，且該操作環13由初始位置旋轉60度時，可對應該第二鏡筒11之該凸肋111由該第一直向位置P1移動至該第二直向位置P2；再例如，當該光學變焦模組的最大旋轉角度被設計為120度，且該操作環13由初始位置旋轉120度時，可對應該第二鏡筒11之該凸肋111由該第一直向位置P1移動至該第二直向位置P2。

請再參考圖1及圖3a，在本實施例中，該凸肋111之數目、該直向溝槽121之數目及該斜向塊131之數目分別為三個。由於該凸肋111之數目、該直向溝槽121之數目及該斜向塊131之數目分別為三個，因此各該凸肋111可沿對應的各該直向溝槽121與各該斜向塊131之該斜向側邊1311更平穩地移動。該限位滑溝132之數目及該凸塊123之數目分別為三個。由於該限位滑溝132之數目及該凸塊123之數目分別為三個，因此各該限位滑溝132可相對各該凸塊123更平穩地移動。

請再參考圖1、圖2及圖3a，該光學變焦模組1更包括一影像源181(例如液晶顯示器，LCD，但不限於此)，該影像源181設置於該第一鏡筒12鄰近該像源側S2之一側。當旋轉該操作環13時，該斜向塊131之該斜向側邊1311或該彈性元件19使該第二鏡筒11之該凸肋111沿對應的該直向溝槽121與該斜向側邊1311而移動，如此將設置於該第二鏡筒11內之該第二透鏡單元14移動，進而調節該第二透鏡單元14與該影像源181之距離，亦即調節該光學變焦模組1之成像位置。

請再參考圖2及圖3a1，本發明可利用該第一鏡筒12與該操作環之間設有阻尼油16，可對該操作環13產生阻尼效果，使得該光學變焦模組1具有操作的穩定性；以及，該第二鏡筒11之凸肋111與該第一鏡筒12之直向溝槽121之間設有阻尼油，使得該第二鏡筒11具有移動的穩定性。

請再參考圖1及圖2，該光學變焦模組1更包括一指標蓋17，設置於該第一鏡筒12靠近該目側S1之一側，並可顯示該操作環13的旋轉刻度，亦即該第一透鏡單元14的多個直向位置(例如圖2已顯示該第一透鏡單元的第一直向位置P1及第二直向位置P2，但不限於此)，如此可使近視使用者快速操作使用多個成像位置，用以補償近視度數。

圖7為本發明之一實施例之頭戴式電子裝置之立體示意圖。該頭戴式電子裝置2包括一外殼20、所述之光學變焦模組1及一控制單元22。該光學變焦模組1設置於該外殼20內。該控制單元22設置於該外殼20內，並電性連接於該光學變焦模組1。該控制單元22可為通用處理器、微處理器(Micro Control Unit，MCU)、應用處理器(Application Processor，AP)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、圖形處理器(Graphics Processing Unit，GPU)、或全像處 理器(Holographic Processing Unit，HPU)、或上述處理器之任意組合，其可包括各式電路邏輯，用以：提供數據與影像之處理及運算之功能、傳送幀(frame)資料(如：代表文字訊息、圖形、或影像之資料)至該光學變焦模組1的影像源(例如顯示器)。該頭戴式電子裝置2包括兩個該光學變焦模組1，其分別對應左眼E1及右眼E2，如此可獨立調整該影像源對左眼E1或右眼E2之成像位置，亦即對左眼El或右眼E2可獨立補償的合適的近視度數。

本發明提供的光學變焦模組1更可視需求應用於變焦的光學系統中，可多方面應用於3D(三維)影像擷取、虛擬實境(Virtual Reality,VR)或擴增實境(Augmented Reality,AR)的穿戴式顯示器、遊戲機、監視器攝像鏡頭、數位相機、行動裝置、數位平板、家用電子裝置或車用攝影等電子影像系統中。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

1:光學變焦模組

10a:中心軸

10b:徑向

11:第二鏡筒

110:第二筒體

111:凸肋

112:外環面

12:第一鏡筒

121:直向溝槽

122:第一筒體

123:凸塊

124:外環面

13:操作環

131:斜向塊

1311:斜向側邊

133:內環面

134:環體

14:第二透鏡單元

141:光學透鏡

15:第一透鏡單元

151:光學透鏡

17:指標蓋

19:彈性元件

191:端

192:端

Claims (10)

1. 一種光學變焦模組，其具有一中心軸及一垂直於該中心軸之徑向，並包括：一第一鏡筒，環繞該中心軸，並包括一第一筒體及一直向溝槽，其中該直向溝槽平行該中心軸，並貫穿該第一筒體；一第二鏡筒，環繞該中心軸，設置於該第一鏡筒內，並包括一第二筒體及一凸肋，其中該凸肋位於該第二筒體之一外環面上；一彈性元件，環繞該中心軸，並於該中心軸方向上設置於該第一鏡筒與該第二鏡筒之間，其中該彈性元件於該中心軸方向上之一端抵觸該第一鏡筒靠近目側之一側，且該彈性元件於該中心軸方向上之相對另一端抵觸該第二鏡筒；以及一操作環，環繞該中心軸，設置於該第一鏡筒外，並包括一環體及一斜向塊，其中該斜向塊位於該環體之一內環面，該斜向塊具有一斜向側邊，該斜向側邊傾斜於該中心軸，該斜向側邊與該直向溝槽沿該徑向堆疊設置，該凸肋穿過該直向溝槽並接觸該斜向側邊上；其中當旋轉該操作環時，該斜向塊之該斜向側邊或該彈性元件使該第二鏡筒之該凸肋沿對應的該直向溝槽與該斜向側邊而移動。
2. 如請求項1所述之光學變焦模組，其中：該第一鏡筒更包括一凸塊，且該凸塊位於該第一筒體之一外環面上；該操作環更包括至少一限位滑溝，該限位滑溝位於該環體之一內環面，且該凸塊位於該限位滑溝內；以及當該斜向塊之該斜向側邊或該彈性元件使該第二鏡筒之該凸肋沿對應的該直向溝槽與該斜向側邊而移動的同時，該限位滑溝也相對該凸塊而移動。
3. 如請求項2所述之光學變焦模組，其中該操作環之該斜向塊凸設於該內環面，並具有一橫向側邊鄰近該第一鏡筒之該凸塊，該橫向側邊作為該限位滑溝之一滑溝內壁使用，且該限位滑溝弧形延伸方向之任一切線皆垂直於該中心軸。
4. 如請求項2所述之光學變焦模組，其中該直向溝槽平行於該中心軸並包括相對的一第一直向位置及一第二直向位置，該第一直向位置鄰近一像源側，該限位滑溝包括相對的第一尾端及第二尾端，該第一尾端鄰近該凸肋，當沿一旋轉方向旋轉該操作環時，該斜向側邊之一作用力使該第二鏡筒之該凸肋沿對應的該直向溝槽與該斜向側邊由該第一直向位置移動至該第二直向位置，且同時該限位滑溝也相對該凸塊移動而使該凸塊由鄰近該第一尾端的位置變成鄰近該第二尾端的位置；以及，當沿另一旋轉方向旋轉該操作環時，該彈性元件之一作用力使該第二鏡筒之該凸肋沿對應的該直向溝槽與該斜向側邊由該第二直向位置移動至該第一直向位置，且同時該限位滑溝也相對該凸塊移動而使該凸塊由鄰近該第二尾端側的位置變成鄰近該第一尾端側的位置。
5. 如請求項4所述之光學變焦模組，更包括：一第一透鏡單元，設置於該第一鏡筒內；以及，一第二透鏡單元，設置於該第二鏡筒內。
6. 如請求項5所述之光學變焦模組，更包括一影像源，設置於該第一鏡筒鄰近該像源側之一側，其中將設置於該第二鏡筒內之該第二透鏡單元由該第一直向位置移動至該第二直向位置，進而調節該第二透鏡單元與該影像源之距離。
7. 如請求項2所述之光學變焦模組，其中該凸肋之數目、該直向溝槽之數目及該斜向塊之數目分別為三個，且該限位滑溝之數目及該凸塊之數目分別為三個。
8. 如請求項4所述之光學變焦模組，其中當該操作環旋轉而使該凸塊由抵觸該限位滑溝之該第一尾端變成抵觸該第二尾端時，則該操作環環繞該中心軸進行一最大旋轉角度，該最大旋轉角度介於60~120度。
9. 如請求項1所述之光學變焦模組，其中該限位滑溝未貫穿該環體。
10. 一種頭戴式電子裝置，包括：一外殼；如請求項1至9之任一項所述之光學變焦模組，設置於該外殼內；以及一控制單元，設置於該外殼內，並電性連接該光學變焦模組。