一种变焦方法及其变焦镜头[发明专利]

[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公布说明书
[11]公开号CN 101257579A [43]公开日2008年9月3日
[21]申请号200810002600.6[22]申请日2008.01.04
[21]申请号200810002600.6
[71]申请人宝淇科技有限公司
地址中国台湾台北市内湖路一段120巷13号3楼
共同申请人赵俊祥
[72]发明人赵俊祥 [74]专利代理机构深圳市永杰专利商标事务所代理人陈良
[51]Int.CI.H04N 5/232 (2006.01)G02B 7/14 (2006.01)
权利要求书 3 页 说明书 11 页 附图 3 页
[54]发明名称
一种变焦方法及其变焦镜头
[57]摘要
本发明涉及镜头，公开了一种镜头的变焦方法，
及使用该变焦方法的变焦镜头。

这种变焦方法包括
了由镜头镜片移动所实现的光学变焦和由影像设备
控制软件所实现的数码变焦，在光学变焦倍率位上，
所述影像设备控制软件取用景物在影像传感器上获
得的光学影像，提供给摄影者；在相邻两个光学变
焦倍率位之间，所述影像设备控制软件从较小倍率
的光学变焦倍率位所获得的光学影像中，以摄影者
取景中央为中心取出一块区域，并数码变焦放大至
摄影者指令的倍数。

实施本发明的变焦方法和变焦
镜头，镜头的光学变焦结构相对简单，制造成本十
分低廉，使得用户可以以较低的成本获得可以接受
的图像质量。

200810002600.6权 利 要 求 书第1/3页 1、一种变焦方法，包括了由镜头镜片移动所实现的光学变焦和由影像设备控制软件所实现的数码变焦，其特征在于，在光学变焦倍率位上，所述影像设备控制软件取用景物在影像传感器上获得的光学影像，提供给摄影者；在相邻两个光学变焦倍率位之间，所述影像设备控制软件从较小倍率的光学变焦倍率位所获得的光学影像中，以摄影者取景中央为中心取出一块区域，并数码变焦放大至摄影者指令的倍数。

2、一种变焦方法，其特征在于，包括了如下步骤： (1)影像设备开机，镜头镜片位于初始位置，镜头光学变焦的初始倍数为X倍，被拍摄景物在影像传感器上获得初始X倍的光学影像，摄影者获得放大X倍的被拍摄景物；
(2)摄影者按压变焦按钮至X+Y倍，影像设备的控制软件接受摄影者的指令，从初始X倍的光学影像中，以摄影者取景中央为中心取出一块区域，并数码放大至X+Y倍，摄影者获得放大了X+Y倍的被拍摄景物；
(3)摄影者按压变焦按钮至2X倍，影像设备的控制软件接受摄影者的指令，在控制电路的控制下，移动镜头镜片至光学变焦的2X倍位置，被拍摄景物在影像传感器上获得2X倍的光学影像，摄影者获得放大了2X倍的被拍摄景物；
(4)摄影者按压变焦按钮至2X+Y倍，影像设备的控制软件接受摄影者的指令，从2X倍的光学影像中，以摄影者取景中央为中心取出一块区域，并数码放大至2X+Y倍，摄影者获得放大了2X+Y倍的被拍摄景物。

3、根据权利要求2所述的一种变焦方法，其特征在于，影像设备开机，镜头镜片位于初始位置，镜头光学变焦的初始倍数为1倍，所述Y为大于0小于1之间的小数。

4、一种变焦镜头，其特征在于，包括了：
一个基座，其上设置有容置空间及定位组件；
一个驱动装置，包括了一个驱动马达及设置在所述基座容置空间中的一组传动齿轮；所述驱动马达用以提供动力，所述传动齿轮组与所述驱动马达连接而受带动；
一个成像镜头装置，包括了一传动套环，一变焦抬高环，容纳在镜头筒体内的由一组变焦镜片组成的变焦移动体，以及一紧抵变焦移动体的弹簧；所述传动套环的外壁设置有一扇形的与所述传动齿轮齿合的齿纹；所述传动套环的内壁设置有传动卡扣；所述变焦抬高环的外壁设置有受所述传动套环内壁设置的传动卡扣带动的受动卡扣；所述变焦抬高环的内壁设置有抬高斜边；所述变焦移动体受所述弹簧的弹力而紧贴在所述变焦抬高环的抬高斜边上。

5、根据权利要求4所述的一种变焦镜头，其特征在于，所述驱动装置还包括有一个传动螺杆，所述传动螺杆的一端与一个传动齿轮固定连接，所述传动螺杆的表面形成有呈螺旋状的传导段；所述成像镜头装置还包括有一设置在所述基座的容置空间中，并受所述定位组件的限制而仅能沿预定的镜头轴向作往复位移的可伸缩壳体，所述可伸缩壳体的一侧设置有一带有内螺纹的连动凸环；所述螺杆的传导段与所述连动凸环螺接。

6、根据权利要求5所述的一种变焦镜头，其特征在于，所述变焦镜头的基座上还设置有一传感器，所述可伸缩壳体上还设置有一传感受测件。

200810002600.6说 明 书第1/11页
一种变焦方法及其变焦镜头
技术领域
本发明涉及镜头，具体的说，是涉及一种镜头的变焦方法，及使用该变焦方法的变焦镜头。

背景技术
镜头(LENS)是很多影像设备必备的部件，如照相机、摄像机等；摄影者可以通过镜头的调焦(F O C U S)和变焦(Z O O M)操作而获取最佳的拍摄效果。

为了满足人们站在同一位置而拍摄远近不同物体的需要，现在市场上可以见到的各种各样的变焦镜头(ZOOM LENS)，其功能都基本类似，即，可以在预定范围内改变镜头焦点的位置而以不同放大率拍摄景物。

一般而言，变焦镜头的变焦方式可以分为数字变焦(D I G I T A L Z O O M)和光学变焦(O P T I C A L Z O O M)两种。

数字变焦是利用影像传感器的局部成像，即在设备控制软件的控制下，在原来拍摄的影像中取出一块区域来放大，从而实现被摄影像的放大；光学变焦是依靠镜头内镜片的移动来改变镜头焦距，从而实现被拍摄影像的放大或缩小。

显然，数字变焦是以牺牲分辨率，即图像质量为代价的变焦方式，而通过光学变焦所获得的影像不但可以放大被拍摄的景物，同时影像的质量不会降低。

因此，现在市场上常见的数码影像设备，如数码相机、数码摄像机等，基本上都同时采用了光学变焦和数码变焦功能，在设备镜头的可用光学变焦倍数用尽后，启用数码变焦功能，从而弥补该设备所带镜头的
光学变焦能力的不足。

但是，如上所述，传统的光学变焦镜头，为了达到镜头内镜片的移动，特别是使镜片的角度符合光学清晰成像的要求，必须有一精密的镜头伸缩驱动结构加以配合。

就现有技术而言，这种驱动结构是一种斜齿轮组或蜗杆/蜗轮的配合结构。

这种驱动结构体积很大，且结构复杂，制造成本也非常高昂。

另外，现有的这种先采用光学变焦，然后启用数码变焦的变焦方法，其光学变焦是一种机械式的连续变焦；而在达到光学变焦功能的极限后，又只能是采用电子式的以牺牲图像质量为代价的数码变焦功能。

即，(1)在光学变焦期间，存在着光学变焦功能的浪费：机械式的连续变焦，意味着摄影者对所拍摄景物的略微放大即带来镜头镜片的移动，而这种对所摄景物的略微放大的需求，是可以采用简单的数码变焦即可以满足的，因为采用数码变焦对景物所作的略微放大，不会过于影响图像的质量；再有，(2)在数码变焦期间，存在着数码变焦功能的虚设：达到光学变焦的极限后，所谓的数码变焦，不过是影像设备的控制软件从光学变焦最大倍数时所获取影像中取出一块区域来放大，显然，这种放大，即数码变焦功能，是有限的，否则，被放大的影像因为质量太差而根本不符合摄影者的需求。

发明内容
本发明的第一个目的，在于提供一种更优化的混合运用光学变焦和数码变焦的变焦方法；本发明的第二个目的，在于提供一种采用了前述变焦方法后，体积小巧、结构简单且制造成本较低的变焦镜头。

本发明的优化运用光学变焦和数码变焦的变焦方法是这样实现的： 一种变焦方法，包括了由镜头镜片移动所实现的光学变焦和由影像设备控制软件所实现的数码变焦，其特征在于，在光学变焦倍率位上，
所述影像设备控制软件取用景物在影像传感器上获得的光学影像，提供给摄影者；在相邻两个光学变焦倍率位之间，所述影像设备控制软件从较小倍率的光学变焦倍率位所获得的光学影像中，以摄影者取景中央为中心取出一块区域，并数码变焦放大至摄影者指令的倍数。

一种变焦方法，其特征在于，包括了如下步骤：
(1)影像设备开机，镜头镜片位于初始位置，镜头光学变焦的初始倍数为X倍，被拍摄景物在影像传感器上获得初始X倍的光学影像，摄影者获得放大X倍的被拍摄景物；
(2)摄影者按压变焦按钮至X+Y倍，影像设备的控制软件接受摄影者的指令，从初始X倍的光学影像中，以摄影者取景中央为中心取出一块区域，并数码放大至X+Y倍，摄影者获得放大了X+Y倍的被拍摄景物；
(3)摄影者按压变焦按钮至2X倍，影像设备的控制软件接受摄影者的指令，在控制电路的控制下，移动镜头镜片至光学变焦的2X倍位置，被拍摄景物在影像传感器上获得2X倍的光学影像，摄影者获得放大了2X倍的被拍摄景物；
(4)摄影者按压变焦按钮至2X+Y倍，影像设备的控制软件接受摄影者的指令，从2X倍的光学影像中，以摄影者取景中央为中心取出一块区域，并数码放大至2X+Y倍，摄影者获得放大了2X+Y倍的被拍摄景物。

优选实施方式是，影像设备开机，镜头镜片位于初始位置，镜头光学变焦的初始倍数为1倍，所述Y为大于0小于1之间的小数。

一种变焦镜头，其特征在于，包括了：
一个基座，其上设置有容置空间及定位组件；
一个驱动装置，包括了一个驱动马达及设置在所述基座容置空间中的一组传动齿轮；所述驱动马达用以提供动力，所述传动齿轮组与所述驱动马达连接而受带动；
一个成像镜头装置，包括了一传动套环，一变焦抬高环，容纳在镜头筒体内的由一组变焦镜片组成的变焦移动体，以及一紧抵变焦移动体的弹簧；所述传动套环的外壁设置有一扇形的与所述传动齿轮齿合的齿纹；所述传动套环的内壁设置有传动卡扣；所述变焦抬高环的外壁设置有受所述传动套环内壁设置的传动卡扣带动的受动卡扣；所述变焦抬高环的内壁设置有抬高斜边；所述变焦移动体受所述弹簧的弹力而紧贴在所述变焦抬高环的抬高斜边上。

优选实施方式是，所述驱动装置还包括有一个传动螺杆，所述传动螺杆的一端与一个传动齿轮固定连接，所述传动螺杆的表面形成有呈螺旋状的传导段；所述成像镜头装置还包括有一设置在所述基座的容置空间中，并受所述定位组件的限制而仅能沿预定的镜头轴向作往复位移的可伸缩壳体，所述可伸缩壳体的一侧设置有一带有内螺纹的连动凸环；所述螺杆的传导段与所述连动凸环螺接。

优选实施方式是，所述变焦镜头的基座上还设置有一传感器，所述可伸缩壳体上还设置有一传感受测件。

实施本发明的一种变焦方法和变焦镜头，光学变焦是在间断的多个位置点上跳跃式的工作，因此，镜头的光学变焦结构相对简单，采用普通的正齿轮传动即可实现，变焦镜头的制造成本十分低廉；在两个光学变焦位置之间，由数码变焦完成图像的放大功能，从而使得用户可以以较低的成本获得可以接受的图像质量，优化了混合运用光学变焦和数码变焦时的变焦工作模式，既降低了镜头的整体制造成本，也符合普通数码摄像产品消费者的实用需求。

附图说明
图1是本发明变焦方法的原理示意图；
图2是本发明变焦方法的工作流程示意图；
图3是本发明变焦镜头的整体外形示意图；
图4是图3变焦镜头的分解爆炸图。

具体实施方式
下面，结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例一：
如图1所示，本发明的一种变焦方法，在1X倍或2X倍的光学变焦倍率位置上，影像设备控制软件取用景物在影像传感器上获得的光学影像，提供给摄影者。

即，当摄影者操作变焦控制按钮，将镜头的变焦倍率设定在1X倍或2X倍的变焦倍率位置上时，影像设备是启用镜头镜片的光学变焦功能，将变焦后的图像提供给摄影者的；换句话说，在这些位置上，镜头是以光学变焦方式工作的。

此处的1X，可以就是一倍光学变焦，此处的2X，可以就是两倍光学变焦。

如图1所示，在两个光学变焦倍率位之间，比如，在1X倍和2X倍之间，影像设备控制软件是从1X倍所获得的光学影像中，以摄影者取景中央为中心取出一块区域，并数码变焦放大至摄影者指令的倍数。

即，当摄影者操作变焦控制按钮，将镜头的变焦倍率设定在1X倍和2X倍的变焦倍率位置之间，比如在1.1倍位置时，影像设备控制软件从设备的存储器中调用1X倍的光学影像，以摄影者取景中央为中心取出一块区域，启用数码变焦功能，数码放大到1.1倍后，提供给摄影者；换句话说，在两个光学变焦倍率位之间，镜头是以数码变焦方式工作的。

并且，此处的1.1倍位置，既可以是操作者从1X倍位置按压变焦控制按钮至
1.1倍位置，即变焦放大(Z O O M I N)至1.1倍位置；也可以是操作者从1.2倍位置按压变焦控制按钮至1.1倍位置，即变焦缩小(ZOOM OUT)至1.1倍位置。

图中的1.1，1.2等，可以就是1.1倍或1.2倍的变焦倍率。

显然，图1只是描述了本发明变焦方法的基本原理。

即，光学变焦是间断的在多个位置点上跳跃式的工作，比如，光学变焦可以在1X倍位置点，2X倍位置点，3X倍位置点，4X倍位置点，一直到N倍位置点上工作；而在这些相邻的两个位置点之间，影像设备是以数码变焦方式工作的。

换句话说，本发明的变焦方法，光学变焦和数码变焦是交替着工作的，光学变焦只在几个位置点上工作，而数码变焦填补并充当了相邻两个光学变焦工作位置点之间的变焦功能。

显而易见的，相邻两个光学变焦工作位置点之间的间隔，不一定就是一倍变焦倍率间隔；光学变焦的工作位置点，也不一定限于整数倍的变焦倍率；光学变焦的初始工作位置点，也不一定就是一倍的变焦倍率；而在相邻两个光学变焦工作位置点之间，数码变焦也可以是连续工作的。

比如，如果是制造成本极其低廉的玩具级数码相机，可以这样运用本发明的变焦方法：其开机的初始光学变焦为一倍，其镜头镜片唯一可移动到达的位置，是将所拍摄景物放大2.5倍，即光学变焦工作的另一个，也是唯一一个可到达的位置点是2.5倍变焦位置，而在一倍和2.5倍之间，完全由数码实现变焦功能。

如果是制造专业的数码相机，可以这样运用本发明的变焦方法：其开机的初始光学变焦为一倍，其镜头镜片可以移动到达每隔0.5倍变焦倍率的工作位置点，且其可以移动到达最大30倍变焦倍率的工作位置点，而在每个0.5倍的间隔内，由数码实现微小的变焦功能。

因此，采用本发明的变焦方法，镜头中镜片的驱动结构不需要采用复杂的，能够实现连续光学变焦功能的斜齿轮组或蜗杆/蜗轮配合结构，而采用普通的正齿轮传动即可，镜片的驱动结构，即光学变焦结构变得
非常简单，降低了镜头的制造成本。

另一方面，本发明的变焦方法，光学变焦和数码变焦交替工作，优化了混合运用光学变焦和数码变焦时的变焦工作模式，使得用户可以以较低的成本获得可以接受的图像质量。

实施例二：
如图2所示，本发明的一种变焦方法，包括了如下步骤： (1)影像设备开机，镜头镜片位于初始位置，镜头光学变焦的初始倍数为X倍，被拍摄景物在影像传感器上获得初始X倍的光学影像，摄影者获得放大了X倍的被拍摄景物。

显然，此处的X倍，不限于一倍，换句话说，光学变焦的初始工作位置点，不一定就是一倍的变焦倍率；在本发明的一个优选实施方式中，镜头光学变焦的初始倍数为一倍。

事实上，大多数的影像设备，如数码相机，数码摄像机等，其光学变焦初始倍率都是一倍；此时，如果摄影者按下拍摄按钮，影像设备是启用镜头镜片的光学成像，获得光学变焦后的被拍摄景物。

(2)摄影者按压变焦按钮至X+Y倍，影像设备的控制软件接受摄影者的指令，从初始X倍的光学影像中，以摄影者取景中央为中心取出一块区域，并数码放大至X+Y倍，摄影者获得放大了X+Y倍的被拍摄景物。

显然，此处的Y，不限于小于X。

在本发明的一个优选实施方式中，Y小于X，Y为大于0小于1之间的小数，请参考图1所示的情形，此处的X相当于图1中的1X，Y为0.1，0.2，0.3等，则X+Y相当于图1中的1.1，1.2，1.3等。

显然，此处的Y不限于步长为0.1的变焦倍率。

另外，此处的“摄影者按压变焦按钮至X+Y倍”，可能是摄影者从较低的变焦倍率向较高的变焦倍率所进行的变焦放大操作(Zoom In)，也可能是摄影者从较高的变焦倍率向较低的变焦倍率所进行的变焦缩小操作(Zoom Out)。

此时，如果摄影者按下拍摄按钮，影像设备控制软件是从设备的存储器中调用X倍的光学影像，然后以摄影者取景中央为中
心取出一块区域，启用数码变焦功能，数码放大到X+Y倍后，提供给摄影者；换句话说，此时所获得的景物图像，是经数码变焦放大后的图像，在Y值不是太大的情况下，被拍摄景物的图像质量是可以接受的。

(3)摄影者按压变焦按钮至2X倍，影像设备的控制软件接受摄影者的指令，在控制电路的控制下，移动镜头镜片至光学变焦的2X倍位置，被拍摄景物在影像传感器上获得2X倍的光学影像，摄影者获得放大了2X倍的被拍摄景物。

显然，此处的2X，不限于就是影像设备初始变焦倍率的二倍；此处的2X，也不限于就是景物被放大二倍的位置：正如实施例一所描述的，相邻两个光学变焦工作位置点之间的间隔，不一定就是一倍变焦倍率间隔；光学变焦的工作位置点，也不一定限于整数倍的变焦倍率。

显而易见的，在此步骤中，影像设备是启用了镜头的光学变焦功能，通过移动镜头中的镜片，完成了变焦工作，此时所获得的景物图像，是十分清晰的光学变焦放大图像；同时，这也是影像设备第一次的通过镜片移动所进行的变焦工作，在本步骤(3)和上述步骤(1)之间的变焦功能，完全是由影像设备控制软件的数码变焦功能实现的。

(4)摄影者按压变焦按钮至2X+Y倍，影像设备的控制软件接受摄影者的指令，从2X倍的光学影像中，以摄影者取景中央为中心取出一块区域，并数码放大至2X+Y倍，摄影者获得放大了2X+Y倍的被拍摄景物。

本步骤的工作，类似上述步骤(2)，是由影像设备控制软件的数码变焦功能实现的；相关的工作过程，请参阅上述步骤(2)，此处不再赘述。

需要说明的是，本实施例的步骤，并不代表实施本发明的变焦方法的全部步骤，比如，在上述步骤(4)之后的下一步骤，影像设备又将启用镜头镜片的光学变焦功能，对被拍摄景物进行光学放大，摄影者将获得光学变焦放大后的图像，即类似上述步骤(3)的工作过程。

总之，上述实施例所描述的实施方式，并不代表本发明所有的实现方式；以上
实施例也不是对本发明的具体限定，所有与本发明相类似的技术方案，即，本发明的变焦方法：光学变焦和数码变焦是交替着工作的，光学变焦只在几个位置点上工作，而数码变焦填补并充当了相邻两个光学变焦工作位置点之间的变焦功能，都应属于本发明变焦方法的保护范围。

实施例三：
如图3和图4所示，本发明的一种变焦镜头，包括了： 一个基座1，该基座是镜头各组成部件的安装平台，是影像设备的一部份，其上设置有起保护、容纳作用的多个容置空间11，以及起固定位置作用的多个定位组件12。

一个驱动装置2，包括了一个驱动马达21及设置在基座容置空间中的一组传动齿轮22；所述驱动马达用以提供动力，所传动齿轮组与所述驱动马达连接而受带动。

驱动装置，是本发明变焦镜头的动力源。

一个成像镜头装置3，包括了一传动套环31，一变焦抬高环32，容纳在镜头筒体33内的由一组变焦镜片组成的变焦移动体34，以及一紧抵变焦移动体的弹簧35；所述传动套环的外壁设置有一扇形的与所述传动齿轮齿合的齿纹311；所述传动套环的内壁设置有传动卡扣(图中未示出)；所述变焦抬高环的外壁设置有受所述传动套环内壁设置的传动卡扣带动的受动卡扣321；所述变焦抬高环的内壁设置有抬高斜边322；所述变焦移动体受所述弹簧的弹力而紧贴在所述变焦抬高环的抬高斜边上。

则，当驱动马达接电启动，带动传动齿轮组转动；由于传动齿轮221与传动套环外壁的扇形齿纹311齿合，传动套环将被带动着旋转一个扇形角度；由于传动套环与变焦抬高环相互卡扣，变焦抬高环将被带动着以镜头中轴线为中心旋转一个角度；由于变焦抬高环内壁上设置有抬高斜边，且变焦移动体是受弹簧的弹力而紧贴在变焦抬高环的抬高斜边上的，因此，当变焦抬高环旋转一个角度时，其抬高斜边将带动变焦
移动体沿镜头中轴线方向作向前或向后的位移，显然，由一组变焦镜片所组成的变焦移动体的位移，将导致镜头变焦倍率的变化。

显而易见的，驱动马达作为镜头变焦的动力源，其启动或停止，马达的正转或反转，是可以受影像设备控制软件所操控的。

因此，当本发明的变焦镜头与本发明的变焦方法相结合时，影像设备控制软件完全可以在上述实施例一或实施例二所述的镜头光学变焦工作位置点上，给驱动马达发出启动指令，从而驱动变焦移动体，即变焦镜片组作出适当位移，完成相应的光学变焦功能。

从上述实施例可以很清楚的看到，本发明的变焦镜头，其光学变焦结构非常简单，没有采用传统的斜齿轮组或蜗杆/蜗轮的配合结构，变焦镜头的制造成本降低了很多，从而既降低了影像产品的整体制造成本，也符合普通数码摄像产品消费者的实用需求。

本发明的变焦镜头的一个优选实施方式是，所述驱动装置还包括有一个传动螺杆4，所述传动螺杆的一端与一个传动齿轮固定连接，所述传动螺杆的表面形成有呈螺旋状的传导段；所述成像镜头装置还包括有一设置在所述基座的容置空间11中，并受所述定位组件12的限制而仅能沿预定的镜头轴向作往复位移的可伸缩壳体5，所述可伸缩壳体的一侧设置有一带有内螺纹的连动凸环51；所述螺杆的传导段与所述连动凸环螺接。

这种优选实施方式，当驱动马达启动，传动齿轮转动，即镜头进行变焦时，也同时带动可伸缩壳体沿镜头轴向作向前或向后的位移。

显然，由于这种可伸缩壳体中不带有任何具有变焦作用的光学镜片，这种前后的往复位移，并不发生光学变焦的效果。

但是，由于这种往复的位移动作，非常类似传统影像设备的镜头在进行变焦操作时的运动动作，因此，实施本发明的该优选实施方式，可以以非常形象的方式，提醒摄影者正在进行的变焦操作。

本发明的另一个优选实施方式是，所述变焦镜头的基座上还设置有。