本发明涉及一种紧凑型可切换焦距的变焦镜头，包括第一固定光学镜片、光学镜片切换面板、设置在光学镜片切换面板上的可切换光学镜片组，其中，所述可切换光学镜片组包括多块具有不同曲率和/或不同材料的切换镜片，所有切换镜片位于同一平面，每块切换镜片的光轴能在光学镜片切换面板的带动下分别与第一固定光学镜片的光轴对齐。本发明的镜头可以根据拍照时的需要，选择可切换光学镜片组中所需的镜片，因此改变整体镜头的焦距，进而达到变焦的能力。
1.一种紧凑型可切换焦距的变焦镜头，其特征在于：它包括第一固定光学镜片(1)、光学镜片切换面板(2)、设置在光学镜片切换面板(2)上的可切换光学镜片组(3)，其中，所述可切换光学镜片组(3)包括多块具有不同曲率和/或不同材料的切换镜片(3.1)，所有切换镜片(3.1)位于同一平面，每块切换镜片(3.1)的光轴能在光学镜片切换面板(2)的带动下分别与第一固定光学镜片(1)的光轴对齐；
它还包括电机(5)和电机控制器(6)，所述电机控制器(6)的控制信号输出端连接电机(5)的控制端，电机(5)用于驱动光学镜片切换面板(2)运动从而实现每块切换镜片(3.1)的光轴能分别与第一固定光学镜片(1)的光轴对齐；
所述电机控制器(6)的控制信号输入端用于连接控制芯片(10)的控制信号输出端；
所述第一固定光学镜片(1)固定连接外围底座(11)，所述外围底座(11)上设有位置传感器(12)，所述光学镜片切换面板(2)中每个镜片的安装位置均设有与位置传感器(12)对应的位置传感器感应块(13)，位置传感器(12)的通信端连接控制芯片(10)的通信端；
控制芯片(10)用于根据当前镜头所在的状态信息以及当前数码变焦倍数，判断用户下一个需要的放大或缩小倍数是否仍然在当前状态下可以允许的数码变焦范围内。
2.根据权利要求1所述的紧凑型可切换焦距的变焦镜头，其特征在于：它还包括与第一固定光学镜片(1)的光轴同轴第二固定光学镜片(4)，所述第二固定光学镜片(4)位于第一固定光学镜片(1)和可切换光学镜片组(3)之间；
或者第二固定光学镜片(4)位于第一固定光学镜片(1)前侧，可切换光学镜片组(3)位于第一固定光学镜片(1)后侧；
或者第二固定光学镜片(4)位于可切换光学镜片组(3)后侧，第一固定光学镜片(1)位于可切换光学镜片组(3)前侧。
3.根据权利要求1所述的紧凑型可切换焦距的变焦镜头，其特征在于：所述光学镜片切换面板(2)为圆形光学镜片切换面板(2.3)，所述圆形光学镜片切换面板(2.3)的圆心设有转轴(2.1)，所述电机(5)的输出轴与圆形光学镜片切换面板(2.3)的转轴(2.1)固定连接，所述圆形光学镜片切换面板(2.3)沿圆形光学镜片切换面板(2.3)的周向均匀开设有多个镜片安装孔(2.2)，每个镜片安装孔(2.2)中均设有对应的切换镜片(3.1)。
4.根据权利要求1所述的紧凑型可切换焦距的变焦镜头，其特征在于：所述光学镜片切换面板(2)为扇形光学镜片切换面板(2.4)，所述扇形光学镜片切换面板(2.4)的圆心设有转轴(2.1)，所述电机(5)的输出轴与扇形光学镜片切换面板(2.4)的转轴(2.1)固定连接，所述扇形光学镜片切换面板(2.4)沿扇形光学镜片切换面板(2.4)的周向均匀开设有多个镜片安装孔(2.2)，每个镜片安装孔(2.2)中均设有对应的切换镜片(3.1)。
5.根据权利要求1所述的紧凑型可切换焦距的变焦镜头，其特征在于：它还包括切换面板外围滑轨(7)，所述光学镜片切换面板(2)为长方形光学镜片切换面板(2.5)，所述长方形光学镜片切换面板(2.5)的一个侧边设有与切换面板外围滑轨(7)匹配的滑块(8)，长方形光学镜片切换面板(2.5)的另一个侧边设有齿条(9)，所述电机(5)的输出轴上固定有齿轮(14)，所述齿轮(14)与齿条(9)啮合。
6.一种利用权利要求1所述紧凑型可切换焦距的变焦镜头的变焦方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：当用户用手机或平板电脑拍照时，在手机或平板电脑的预览模式下，操作拍照界面，选择放大或缩小，控制芯片(10)根据当前镜头所在的状态信息以及当前数码变焦倍数，判断用户下一个需要的放大或缩小倍数是否仍然在当前状态下可以允许的数码变焦范围内，如果仍然在数码变焦范围内，则执行数码变焦，如果不在数码变焦范围内则进入步骤
步骤2：预测地计算出整体变焦倍数，再根据当前的镜头状态信息，计算出下一个光学变焦需要的倍数，再重新计算在下一个光学变焦的基础上所需要的数码变焦倍数，光学变焦的动作为步骤3至步骤4；
步骤3：在第一固定光学镜片(1)以及各个切换镜片(3.1)的曲率和材料确定的情况下，控制芯片(10)计算出满足上述用户下一个需要的放大或缩小倍数所需的切换镜片(3.1)种类，各个切换镜片(3.1)种类在光学镜片切换面板(2)中所处的位置信息预先已经存储在控制芯片(10)内；
步骤4：控制芯片(10)根据所需切换镜片(3.1)种类通过电机控制器(6)控制电机(5)转动，从而带动光学镜片切换面板(2)运动使所需切换镜片(3.1)的光轴与第一固定光学镜片(1)的光轴对齐，然后根据步骤2计算出的数码变焦倍数进行数码变焦，此时即完成了变焦镜头的变焦。
7.根据权利要求6所述的变焦方法，其特征在于：所述步骤4中位置传感器(12)将光学镜片切换面板(2)中各个切换镜片(3.1)所处的位置信息反馈给控制芯片(10)，使控制芯片(10)能实现所需切换镜片(3.1)的光轴与第一固定光学镜片(1)的光轴精确对准。
紧凑型可切换焦距的变焦镜头及变焦方法
技术领域
[0001] 本发明涉及光学镜头技术领域，具体涉及一种紧凑型可切换焦距的变焦镜头及变焦方法。
背景技术
[0002] 当今手机拍照越来越方便和流行，用户对手机拍照的需求越来越高。随着技术的发展和演进，手机的拍照功能已经能够满足高分辨率、优化图像质量等方面的需求。多数也能够支持数码变焦，但是在较大倍数的数码“变焦”的时候，图像细节损失严重，颗粒感或者锯齿现象明显，损失清晰度。光学变焦，能够在放大的时候，达到清晰图像，不损失细节。手机和平板电脑等紧凑型超薄产品内的光学变焦功能，一直是业界的一大技术难题，然而用户对该功能非常期待。
[0003] 在数码相机领域已经有纵向伸缩式镜头、外接镜头接圈方式、潜望镜式光学变焦方式、双镜头双焦距方式和渐进焦点技术等多种光学变焦技术，但是上述几种光学变焦技术各有缺点，不容易集成到手机和平板电脑等超薄化电子设备中。对于纵向伸缩式镜头，其纵向行进的距离太大，需要的体积和空间也大，并且不具有较好的抗震抗摔性能。对于外接镜头接圈方式，其外接镜头容易丢失，携带不便，整体的体积也大。对于潜望镜式光学变焦方式，其体积较大、非常难以小型化，并且内部有多个反光设备，会降低图像画质。对于双镜头双焦距方式，它是通过软件合成图像的方式，其需要较大量的数据计算，以及需要精密复杂的制造来控制两个镜头的光轴偏差来保证视角一致。对于渐进焦点技术，它的渐进镜片有多个焦点，通过平移其中镜片的位置，达到整体镜头的变焦能力，但是该技术的难点是这种渐进焦点的镜片异常复杂，制造非常困难，生产良率低，并且成像效果难以保证。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种紧凑型可切换焦距的变焦镜头及变焦方法，该镜头及变焦方法能在手机或平板电脑等紧凑设备中实现光学变焦，提高了手机或平板电脑的拍照效果。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明公开了一种紧凑型可切换焦距的变焦镜头，其特征在于：它包括第一固定光学镜片、光学镜片切换面板、设置在光学镜片切换面板上的可切换光学镜片组，其中，所述可切换光学镜片组包括多块具有不同曲率和/或不同材料的切换镜片，所有切换镜片位于同一平面，每块切换镜片的光轴能在光学镜片切换面板的带动下分别与第一固定光学镜片的光轴对齐。
[0006] 一种利用上述紧凑型可切换焦距的变焦镜头的变焦方法，该方法结合光学变焦和数码变焦，共同实现连续变焦功能，它包括如下步骤：
[0007] 步骤1：当用户用手机或平板电脑拍照时，在手机或平板电脑的预览模式下，操作拍照界面，选择放大或缩小，控制芯片根据当前镜头所在的状态信息以及当前数码变焦倍数，判断用户下一个需要的放大或缩小倍数是否仍然在当前状态下可以允许的数码变焦范围内，如果仍然在数码变焦范围内，则执行数码变焦，如果不在数码变焦范围内则进入步骤2；
[0008] 步骤2：预测地计算出整体变焦倍数，再根据当前的镜头状态信息，计算出下一个光学变焦需要的倍数，再重新计算在下一个光学变焦的基础上所需要的数码变焦倍数，光学变焦的动作为步骤3至步骤4；
[0009] 步骤3：在第一固定光学镜片以及各个切换镜片的曲率和材料确定的情况下，控制芯片计算出满足上述用户下一个需要的放大或缩小倍数所需的切换镜片种类，各个切换镜片种类在光学镜片切换面板中所处的位置信息预先已经存储在控制芯片内；
[0010] 步骤4：控制芯片根据所需切换镜片种类通过电机控制器控制电机转动，从而带动光学镜片切换面板运动使所需切换镜片的光轴与第一固定光学镜片的光轴对齐，然后根据步骤2计算出的数码变焦倍数进行数码变焦，此时即完成了变焦镜头的变焦。
[0011] 本发明能够实现手机或平板电脑等紧凑设备的光学变焦。本发明的镜头可以根据拍照时的放大缩小的需要，选择可切换光学镜片组中所需的镜片，因此改变整体镜头的焦距，从而达到变焦的能力。切换方式可以采用扇形旋转式或者圆形旋转式或者平行滑动式。
[0012] 本发明的尺寸紧凑，结构简单，制造容易，体积小巧，容易集成到超薄设备中。(伸缩式和潜望镜式的结构复杂，本发明的结构简单。渐进焦点镜片，其镜片的制造很复杂。本发明的制造容易，镜片不复杂。用多个容易制造的镜头，切换组合实现光学变焦的能力。)附图说明
[0013] 图1为本发明实施例1的结构示意图；
[0014] 图2为本发明实施例1中圆形光学镜片切换面板的俯视图；
[0015] 图3为本发明实施例2的结构示意图；
[0016] 图4为本发明实施例2中扇形光学镜片切换面板的俯视图；
[0017] 图5为本发明实施例3的结构示意图；
[0018] 图6为本发明实施例3中长方形光学镜片切换面板部分的侧视结构示意图；
[0019] 图7为本发明中第二固定光学镜片4位于可切换光学镜片组3后侧的结构示意图。
[0020] 其中，1—第一固定光学镜片、2—光学镜片切换面板、2.1—转轴、2.2—镜片安装孔、2.3—圆形光学镜片切换面板、2.4—扇形光学镜片切换面板、2.5—长方形光学镜片切换面板、3—可切换光学镜片组、3.1—切换镜片、4—第二固定光学镜片、5—电机、6—电机控制器、7—面板外围滑轨、8—滑块、9—齿条、10—控制芯片、11—外围底座、12—位置传感器、13—位置传感器感应块、14—齿轮。
具体实施方式
[0021] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
[0022] 本发明的紧凑型可切换焦距的变焦镜头，它包括第一固定光学镜片1、光学镜片切换面板2、设置在光学镜片切换面板2上的可切换光学镜片组3，其中，所述可切换光学镜片组3包括多块具有不同曲率和/或不同材料的切换镜片3.1，所有切换镜片3.1位于同一平面，每块切换镜片3.1的光轴能在光学镜片切换面板2的带动下分别与第一固定光学镜片1的光轴对齐。
[0023] 所述第一固定光学镜片1固定连接外围底座11。
[0024] 上述技术方案中，它还包括与第一固定光学镜片1的光轴同轴第二固定光学镜片4(第二固定光学镜片4固定连接另一个外围底座11)，所述第二固定光学镜片4位于第一固定光学镜片1和可切换光学镜片组3之间；
[0025] 或者第二固定光学镜片4位于第一固定光学镜片1前侧，可切换光学镜片组3位于第一固定光学镜片1后侧；
[0026] 或者第二固定光学镜片4位于可切换光学镜片组3后侧，第一固定光学镜片1位于可切换光学镜片组3前侧，如图7所示。
[0027] 上述技术方案中，它还包括电机5和电机控制器6，所述电机控制器6的控制信号输出端连接电机5的控制端，电机5用于驱动光学镜片切换面板2运动从而实现每块切换镜片3.1的光轴能分别与第一固定光学镜片1的光轴对齐。
[0028] 上述技术方案中，所述电机控制器6的控制信号输入端用于连接控制芯片10的控制信号输出端。
[0029] 上述技术方案中，所述第一固定光学镜片1固定连接外围底座11(外围底座11安装在手机的相应位置)，所述外围底座11上设有位置传感器12，所述光学镜片切换面板2中每个镜片的安装位置均设有与位置传感器12对应的位置传感器感应块13，位置传感器12的通信端连接控制芯片10的通信端。位置传感器12和对应的位置传感器感应块13能保证第一固定光学镜片1的光轴与所需的一个切换镜片3.1的光轴对齐。
[0030] 实施例1：
[0031] 如图1和图2所示，所述光学镜片切换面板2为圆形光学镜片切换面板2.3，所述圆形光学镜片切换面板2.3的圆心设有转轴2.1，所述电机5的输出轴与圆形光学镜片切换面板2.3的转轴2.1固定连接，所述圆形光学镜片切换面板2.3沿圆形光学镜片切换面板2.3的周向均匀开设有多个镜片安装孔2.2，每个镜片安装孔2.2中均设有对应的切换镜片3.1。圆形光学镜片切换面板2.3的每45度扇区，安放一个切换镜片3.1，总共可以放置8个切换镜片3.1，或者可以设计每个扇区60度，那么圆形光学镜片切换面板2.3上总共可以安放6个切换镜片3.1。
[0032] 实施例2：
[0033] 如图3和图4所示，所述光学镜片切换面板2为扇形光学镜片切换面板2.4，所述扇形光学镜片切换面板2.4的圆心设有转轴2.1，所述电机5的输出轴与扇形光学镜片切换面板2.4的转轴2.1固定连接，所述扇形光学镜片切换面板2.4沿扇形光学镜片切换面板2.4的周向均匀开设有多个镜片安装孔2.2，每个镜片安装孔2.2中均设有对应的切换镜片3.1。扇形角度是135度，内部扇形盘片的扇形角度是90度，上面放置两个切换镜片3.1，各自占用45度的扇形区域。
[0034] 当第一固定光学镜片1启用的时候，整体镜头的焦距是3mm，作为正常拍照时候使用。当第一个切换镜片3.1的光轴与第一固定光学镜片1的光轴对齐时，整体镜头的焦距是6mm，那么可以达到2倍的光学变焦。当第二个切换镜片3.1的光轴与第一固定光学镜片1的光轴对齐时，整体镜头的焦距是9mm，那么可以达到3倍的光学变焦能力。在手机上，达到2倍至3倍的光学变焦，已经达到了大多数用户的需求。
[0035] 实施例3：
[0036] 如图5和图6所示，它还包括切换面板外围滑轨7(切换面板外围滑轨7安装在手机的对应位置)，所述光学镜片切换面板2为长方形光学镜片切换面板2.5，所述长方形光学镜片切换面板2.5的一个侧边设有与切换面板外围滑轨7匹配的滑块8，长方形光学镜片切换面板2.5的另一个侧边设有齿条9，所述电机5的输出轴上固定有齿轮14，所述齿轮14与齿条9啮合。
[0037] 由于本发明只具有多段式变焦功能，不能单独实现连续变焦，可将本发明的光学变焦与数码变焦结合起来，共同实现连续变焦，形成无极变焦。
[0038] 一种利用上述紧凑型可切换焦距的变焦镜头的变焦方法，包括如下步骤：
[0039] 步骤1：当用户用手机或平板电脑拍照时，在手机或平板电脑的预览模式下，操作拍照界面，选择放大或缩小，控制芯片10根据当前镜头所在的状态信息以及当前数码变焦倍数，判断用户下一个需要的放大或缩小倍数是否仍然在当前状态下可以允许的数码变焦范围内，如果仍然在数码变焦范围内，则执行数码变焦，如果不在数码变焦范围内则进入步骤2；
[0040] 步骤2：预测地计算出整体变焦倍数，再根据当前的镜头状态信息，计算出下一个光学变焦需要的倍数，再重新计算在下一个光学变焦的基础上所需要的数码变焦倍数，光学变焦的动作为步骤3至步骤4；
[0041] 步骤3：在第一固定光学镜片1以及各个切换镜片3.1的曲率和材料确定的情况下，控制芯片10计算出满足上述用户下一个需要的放大或缩小倍数所需的切换镜片3.1种类，各个切换镜片3.1种类在光学镜片切换面板2中所处的位置信息预先已经存储在控制芯片10内；
[0042] 步骤4：控制芯片10根据所需切换镜片3.1种类通过电机控制器6控制电机5转动，从而带动光学镜片切换面板2运动使所需切换镜片3.1的光轴与第一固定光学镜片1的光轴对齐，然后根据步骤2计算出的数码变焦倍数进行数码变焦，此时即完成了变焦镜头的变焦。
[0043] 所述步骤4中位置传感器12将光学镜片切换面板2中各个切换镜片3.1所处的位置信息反馈给控制芯片10，使控制芯片10能实现所需切换镜片3.1的光轴与第一固定光学镜片1的光轴精确对准。
[0044] 下面举例说明本发明的变焦原理：比如两个焦段的结构，切换镜头可以实现3mm和9mm两个焦距模式，这两个模式之间的光学变焦是3倍。初始镜头是工作在3mm焦距模式，当用户操作想要做放大的时候，若放大倍数还没有达到3倍，这时候可以用数码变焦。若用户继续放大，需求倍数超过3倍的时候，可以切换镜头到9mm模式，同时将数码变焦倍数调小到
1.0倍，这时候就是3倍变焦。若用户继续想放大，则可以增加数码变焦的倍数。假设数码变焦最大倍数设置为4倍，那么结合了光学变焦和数码变焦，整个系统的变焦倍数可达12倍。
对于缩小的操作，过程相同。先判断当前的缩小需要的倍数是否仍然在数码变焦范围，若是，则执行数码变焦。若缩小倍数小于1倍，就需要切换光学变焦。结合光学变焦和数码变焦，可以提供更大的整体变焦能力。
[0045] 本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
