镜头设备和摄像设备的制作方法

本发明涉及镜头设备和摄像设备，该镜头设备和该摄像设备均能够提供立体摄像。

背景技术：

日本特开2012-3022号公报公开了一种立体摄像光学系统，其包括以预定距离(基线长度)平行间隔开的两个光学系统，并且在单个图像传感器上平行成像两个成像圆(imagecircle)。基线长度越长，图像的观察者会越强地感觉到立体效果。根据距被摄体的距离确定产生自然的立体效果的基线长度，并且如果以在距被摄体的距离的1/20至1/100的范围的基线长度拍摄图像，则获得自然的立体效果。如果基线长度长于该范围，则立体效果太强，而如果基线长度短于该范围，则立体效果太弱。为了改变基线长度，需要使这两个光学系统彼此靠近或远离。然而，当两个光学系统的图像并排形成于单个图像传感器时，这些图像不能被分开超过图像传感器的受光范围，另一方面，这两个图像不能以彼此靠近到使这两个图像彼此重叠的程度。

因此，日本特开2012-113281号公报公开了一种立体摄像光学系统，其可以通过使右眼光学系统和左眼光学系统中的光圈(孔径光阑)向它们的光轴偏置来改变基线长度而无需移动配置于图像传感器的两个图像位置。

然而，日本特开2012-113281号公报公开的立体摄像光学系统不能在光圈打开的情况下改变基线长度。在该立体摄像光学系统中，基线长度的可变范围被限制为光圈的开口直径的范围。由于日本特开2012-3022号公报和日本特开2012-113281号公报中公开的立体摄像光学系统在镜头接口中提供了两个独立的光学系统，因此为了使作为两个光学系统之间的距离的基线长度增大，必须增大镜头接口的直径。

人眼之间的平均间隔为大约60mm至65mm，并且为了获得与人眼的立体效果类似的更自然的立体效果，必须使用具有相等基线长度的光学系统。然而，这需要镜头接口的直径为60mm或更大，使得镜头设备和摄像设备大型化。

技术实现要素：

本发明提供了紧凑型镜头设备和摄像设备，该镜头设备和该摄像设备均可以通过适当地设定基线长度来获得自然的立体效果。

根据本发明的一个方面的镜头设备包括：第一光学系统；第二光学系统，其与所述第一光学系统平行地布置；以及镜头接口，其能够附接于相机主体。所述第一光学系统和所述第二光学系统中的每一者均从被摄体侧到像侧依次具有第一光轴、第二光轴和第三光轴。所述第一光学系统的第一光轴与所述第二光学系统的第一光轴之间的距离长于所述镜头接口的直径，并且所述第一光学系统的第三光轴与所述第二光学系统的第三光轴之间的距离短于所述镜头接口的直径。

另外，具有上述镜头设备的摄像设备构成本发明的另一方面。

从以下参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是根据本实施方式的镜头设备的截面图。

图2是根据本实施方式的光学系统的分解立体图。

图3是根据本实施方式的镜头设备的分解立体图。

图4是根据本实施方式的镜头设备的另一分解立体图。

图5示出了根据本实施方式的镜头设备与成像圆之间的位置关系。

图6示意性地示出了根据本实施方式的摄像设备。

图7示意性地示出了根据本实施方式的摄像设备中的调焦单元。

具体实施方式

现在参照附图将给出根据本发明的实施方式的详细说明。

根据本实施方式的镜头设备(可更换镜头)具有平行(对称)配置的两个光学系统(诸如第一光学系统和第二光学系统)，并且被构造为使得两个成像圆平行地形成于单个图像传感器。两个光学系统沿水平方向配置并且间隔开预定距离(基线长度)。当从像侧观察时，通过右光学系统(第一光学系统)形成的像被记录为用于右眼的运动图像或静止图像，并且通过左光学系统(第二光学系统)形成的像被记录为用于左眼的运动图像或静止图像。在再现运动图像或静止图像(视频)并用已知的3d显示器或所谓的vr眼睛观察时，观察者的右眼观察右眼图像且其左眼观察左眼图像。此时，具有视差的图像根据镜头设备的基线长度投影于右眼和左眼，使得观察者可以获得立体效果。因此，根据本实施方式的镜头设备是能够通过第一光学系统和第二光学系统形成具有视差的两个图像的用于立体摄像的镜头设备。

现在参照图1至图4，将对根据本实施方式的镜头设备(可更换镜头)200的构造进行说明。图1是镜头设备200的截面图并且示出了镜头设备200中的右眼光学系统201r和左眼光学系统201l的示意性构造。图2是右眼光学系统201r和左眼光学系统201l之中的一个(单眼)光学系统的分解立体图。图3是从被摄体侧观察的镜头设备200的分解立体图。图4是从像侧观察的镜头设备200的分解立体图。在以下说明中，右眼光学系统将以r为后缀，而左眼光学系统将以l为后缀。对于右眼光学系统和左眼光学系统两者共同的说明在附图标记的末尾不包括r或l。

镜头设备200包括右眼光学系统(第一光学系统)201r和左眼光学系统(第二光学系统)201l。右眼光学系统201r和左眼光学系统201l是平行(对称)配置的两个光学系统。右眼光学系统201r和左眼光学系统201l从被摄体侧(物体侧)到像侧依次具有第一光轴oa1r和oa1l、大致正交于第一光轴的第二光轴oa2r和oa2l以及大致平行于第一光轴的第三光轴oa3r和oa3l。在此，术语“大致正交或大致平行”是指不仅包括严格正交或平行的构造，还包括被评价为实质上正交或平行的构造。

右眼光学系统201r和左眼光学系统201l包括沿着光轴的第一单元透镜(第一透镜)210r和210l、第二单元透镜(第二透镜)220r和220l以及第三单元透镜(第三透镜)230r和230l。第一单元透镜210r和210l分别布置于第一光轴oa1r和oa1l，第二单元透镜220r和220l分别布置于第二光轴oa2r和oa2l，第三单元透镜230r和230l分别布置于第三光轴oa3r和oa3l。

右眼光学系统201r和左眼光学系统201l分别具有第一棱镜(第一反射面)211r和211l以及第二棱镜(第二反射面)221r和221l。第一棱镜211r和211l分别使第一光轴oa1r和oa1l的光束朝向第二光轴oa2r和oa2l的光束弯折。第二棱镜221r和221l分别使第二光轴oa2r和oa2l的光束朝向第三光轴oa3r和oa3l的光束弯折。因此，右眼光学系统201r和左眼光学系统201l是弯折光学系统。第一棱镜211r和211l使第一光轴oa1r和oa1l的光束朝向第二光轴oa2r和oa2l的光束反射并弯折。第二棱镜221r和221l使第二光轴oa2r和oa2l的光束朝向第三光轴oa3r和oa3l的光束反射并弯折。

右眼光学系统201r和左眼光学系统201l分别具有第一单元透镜保持件212r和212l、第二单元透镜保持件222r和222l以及第三单元透镜保持件231r和231l。第一单元透镜保持件212r和212l分别保持第一单元透镜210r和210l以及第一棱镜211r和211l。第二单元透镜保持件222r和222l分别保持第二单元透镜220r和220l以及第二棱镜221r和221l。第三单元透镜保持件231r和231l分别保持第三单元透镜230r和230l。

右眼光学系统201r和左眼光学系统201l分别固定至镜头基座(镜头支撑构件)203。镜头基座203固定于用于将镜头设备200连接到相机主体110的镜头接口202。在本实施方式中，第三单元透镜保持件231r和231l的外周部231ar和231al与镜头基座203的分别绕着作为中心的第三光轴oa3r和oa3l的周向面203ar和203al接合。右眼光学系统201r和左眼光学系统201l的第二单元透镜保持件222r和222l经由分别设置于第二单元透镜保持件222r和222l的连接件222ar和222al彼此连接。

附图标记l1表示右眼光学系统201r的第一光轴oa1r与左眼光学系统201l的第一光轴oa1l之间的距离或基线长度。基线长度l1变得越长，在观察图像时立体效果变得越强。附图标记l2表示右眼光学系统201r的第三光轴oa3r与左眼光学系统201l的第三光轴oa3l之间的距离。φd表示可以附接于相机主体的镜头接口202的直径(孔径或接口直径)，并且对应于镜头接口202和相机接口122之间的接合直径。附图标记202f表示镜头接口202的凸缘面。

如图2所示，右眼光学系统201r和左眼光学系统201l均具有保持第一单元透镜210的第一单元透镜保持件212。第一单元透镜保持件212通过压环215固定并且覆盖有用于防止灰尘从压环215的顶部进入的防尘构件216。第一单元透镜210经由两种类型的三个辊214a和两个辊214b附接至第一单元透镜基座213，使得可以光学地调节第一单元透镜保持件212的偏心。

第一棱镜211从沿着第二光轴oa2的方向附接并粘附到棱镜基座217。棱镜罩224附接到第一棱镜211的棱镜面以阻挡光路外的光线。棱镜基座217和第一单元透镜基座213利用未图示的螺钉固定。第二单元透镜220从沿着第二光轴oa2的方向附接并粘附到第二单元透镜保持件222。第二棱镜221从沿着第三光轴oa3的方向附接并粘附到第二单元透镜保持件222。棱镜罩233被粘贴到第二棱镜221的棱镜面以遮蔽光路外的光线。

光圈(孔径光阑)单元223布置在第二单元透镜保持件222与棱镜基座217之间。棱镜基座217螺合并固定于第二单元透镜保持件222。第三单元透镜230由第三单元透镜保持件231保持，并且螺合并固定于第二单元透镜保持件222。

如图3和图4所示，右眼光学系统201r和左眼光学系统201l螺合并固定于透镜基座203。两种类型的间隔件209a和209b以及垫圈218被夹在两个光学系统之间或者右眼光学系统201r和左眼光学系统201l中的每一者与镜头基座203之间。调节间隔件209a和209b以及垫圈218中的每一者的厚度可以抑制由左右两个光学系统的制造误差引起的调焦变动(focusfluctuation)，使得两个光学系统可以具有相同的焦点位置。

图7示意性地示出了摄像设备100中的调焦单元。如图7所示，镜头基座203经由调焦凸缘204和调焦环(操作构件)205固定到镜头接口202，其中镜头接口202用于安装于相机主体110的相机接口122。调焦环205是厚度像凸轮一样根据旋转角度而改变的构件。使调焦环205旋转可以改变调焦凸缘204和镜头基座203之间的距离。

这样，调焦环205形成为根据旋转相位而厚度不同的凸轮形状。右眼光学系统201r和左眼光学系统201l固定于镜头基座203，当调焦环205被操作时，镜头基座203来回移动。换句话说，由于调焦环205的凸轮形状被夹在镜头基座203与镜头接口202之间，所以镜头基座203随着调焦环205旋转而来回移动。

本构造可以使镜头设备200的能够伸出或缩回的整个右眼光学系统201r和左眼光学系统201l整体上突出或缩回。换句话说，操作调焦环205可以提供右眼光学系统201r和左眼光学系统201l两者的调焦。由此，可以进行调焦并且右眼光学系统201r和左眼光学系统201l可以同时进行调焦。右眼光学系统201r和左眼光学系统201l可以独立调焦。

在根据本实施方式的镜头设备200的第一单元透镜210中，靠近被摄体的透镜的直径较大，使得镜头设备200的宽度方向上的尺寸也朝向被摄体侧呈喇叭形扩展。因此，当调焦环205位于左光学系统和右光学系统的第一单元透镜的外侧时，调焦环205的直径变大。如果调焦环205的外径从相机的底面突出，则附接于三脚架可能变得困难。当光学系统具有诸如鱼眼镜头等的广角镜头并且调焦环205被布置为较靠近镜头设备200的被摄体时，操作调焦环205的手可能被反映在视角内。另一方面，大直径的调焦环205在改善操作感受方面是有利的(因为易于传递操作扭矩)并且有助于微调。

因此，根据本实施方式的镜头设备200将调焦环205布置在第一棱镜211的反射面的像面侧，使得当沿着第一光轴观察时调焦环205与第一棱镜211r和211l的反射面重叠。调焦环205可旋转地与镜头接口202同轴布置。第三单元透镜230r和230l位于调焦环205的内径内侧。本实施方式将调焦环205布置在当沿着第一光轴观察时与第一棱镜211r和211r重叠的位置处。结果，与调焦环205布置在第一单元透镜210r和210l附近的情况相比，可以使调焦环205较小，并且防止调焦环205的外径从相机主体的底面突出(或它不从相机主体的底面突出)。与镜头接口202同轴的调焦环205和位于调焦环205的内径内侧的第三光轴的透镜可以确保操作感受与传统的单个可更换镜头的操作感受相同。

调焦环205不限于调焦功能(用于调焦的操作构件)，而且可以用具有其它功能的操作环来代替，诸如变焦环(用于调节视角的操作构件)和光圈环(用于调节f值的操作构件)等。在这种情况下，镜头基座203在没有调焦环205介入的情况下直接固定于调焦凸缘204和镜头接口202。

布置于第三光轴oa3的第三单元透镜230r和230l还被布置为进入相机接口122的凸缘面的内侧，其中相机接口122的凸缘面跨过镜头接口202的凸缘面202f附接。特别地，当根据本实施方式的镜头设备200用于作为相机主体110的无反相机(mirrorlesscamera)时，与单镜头反光相机不同，不需要诸如镜等的光学折射构件或镜上操作空间(mirror-upoperationspace)。因此，可以将镜头设备200设计为使得镜头设备200大程度地进入相机主体110的内侧而不是进入凸缘面的内侧。

现在参照图5将说明镜头设备200中的各光轴的位置、镜头接口单元202以及位于相机主体110中的图像传感器111上的成像圆之间的位置关系。图5示出了镜头设备200和成像圆之间的位置关系。

在相机主体110的图像传感器111上，两个成像圆或者通过右眼光学系统201r形成的右眼成像圆icr和通过左眼光学系统201l形成的左眼成像圆icl形成平行的图像。可以将成像圆的尺寸以及它们之间的距离设定为使得两个成像圆彼此不重叠。例如，假设图像传感器111的受光区域在中心处被分为左半和右半，右眼成像圆icr的中心可以位于受光区域的右区域的大致中心且左眼成像圆icl的中心可以位于受光区域的左区域的大致中心。根据本实施方式的光学系统(右眼光学系统201r和左眼光学系统201l)是全方位鱼眼镜头(广角鱼眼镜头)，在成像面上拍摄的图像是通过对大约180°的视角范围进行成像而形成的圆形图像，并且在左侧和右侧分别形成两个圆形图像。

现在参照图6将说明根据本实施方式的摄像设备的构造。图6示意性地示出了摄像设备100。摄像设备100可以拍摄立体图像。摄像设备100包括相机主体110和镜头设备200。镜头设备200是可以附接于相机主体110和从相机主体110拆卸的可更换镜头。然而，本发明不限于该实施方式并且适用于相机主体110和镜头设备200彼此一体的摄像设备。

镜头设备200包括右眼光学系统201r、左眼光学系统201l和系统控制器(镜头系统控制器)227。相机主体110包括图像传感器111、a/d转换器112、图像处理器113、显示单元114、操作单元115、存储器116、系统控制器(相机系统控制器)117和相机接口122。当镜头设备200经由镜头接口202安装于相机主体110的相机接口122时，相机主体110的系统控制器117和镜头设备200的系统控制器227彼此电连接。

在图像传感器111上捕获到的被摄体像包括平行配置的通过右眼光学系统201r形成的右眼像(第一像)和通过左眼光学系统201r形成的左眼像(第二像)。图像传感器111将所捕获的被摄体像(光信号)转换为模拟电信号。a/d转换器112将从图像传感器111输出的模拟电信号转换为数字电信号(图像信号)。图像处理器113对从a/d转换器112输出的数字电信号(图像信号)进行各种图像处理。

显示单元114显示各种信息。显示单元114例如通过使用电子取景器和液晶面板来实施。操作单元115用作使用者界面，该使用者界面用于使用者对摄像设备100给出指令。当显示单元114具有触摸面板时，触摸面板也构成多个操作单元115中的一者。存储器116存储各种数据(诸如被图像处理器113处理过的图像数据等)。存储器116还存储计算机程序。存储器116例如通过使用rom、ram和hdd来实施。系统控制器117集中控制整个摄像设备100。系统控制器117例如通过使用cpu来实施。

例如，假设图像传感器111的尺寸(传感器尺寸)为长度24mm×宽度36mm，成像圆的直径为左右第三光轴oa3之间的距离为18mm，左右第二光轴oa2长为21mm。当将右眼光学系统201r和左眼光学系统201l配置为使得第二光轴oa2在水平方向上延伸时，基线长度l1变为60mm，其大致等于成年人的眼睛宽度。可以使镜头接口202的直径φd短于基线长度l1。使左右第三光轴oa3之间的距离l2短于镜头接口202的直径φd可以使位于第三光轴oa3的第三单元透镜230r和230l配置在镜头接口202内侧(在镜头接口202的内周)。

因此，在本实施方式中，两个光学系统中的第一光轴oa1r和oa1l之间的距离(基线长度l1)长于镜头接口202的直径φd，并且两个光学系统中的第三光轴oa3r和oa3l之间的距离l2短于镜头接口202的直径φd。在两个光学系统中的每一者中，所有的第三透镜(第三单元透镜230)都可以布置在镜头接口的直径的范围内。在两个光学系统中的每一者中，第三透镜的至少一部分可以布置成比镜头接口的凸缘面202f靠近像面。在两个光学系统中的每一者中，第二光轴可以布置成比镜头接口的凸缘面202f靠近被摄体。

本实施方式可以提供紧凑的镜头设备和摄像设备，它们均都可以适当地设定基线长度并获得自然的立体效果。

虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。权利要求的范围应符合最宽泛的解释，以包含所有的这些变型、等同结构和功能。