镜头设备和摄像设备的制作方法

1.本公开涉及镜头设备和摄像设备。


背景技术：

2.传统上，用于立体成像的可更换镜头已知为镜头设备。例如，日本特开2012-3022号公报和日本特开2012-113281号公报均公开了一种镜头设备，在该镜头设备中两个光学系统平行地配置，并且两个成像圆在一个图像传感器上平行地成像。当要拍摄具有视差(parallax)的像时，需要调节两个光学系统中的每一个光学系统的焦点。例如，日本2009-175498号公报公开了一种双目镜，在该双目镜中一个操作构件在移动一个光学系统以调节左屈光度和右屈光度的机构与移动两个光学系统以调节焦点的机构之间切换。
3.然而，在日本2009-175498号公报公开的双目镜中，相同的操作构件需要在用于左右眼光学系统的同时焦点调节与用于左右眼光学系统的相对焦点调节之间切换。因此，操作复杂，并且错误的操作使得难以适当地调节焦点。


技术实现要素：

4.本公开提供了镜头设备和摄像设备，其均能够通过简单的操作来适当地调节多个光学系统的焦点。
5.根据本公开的一个方面的镜头设备包括第一光学系统、第二光学系统、第一焦点调节单元和第二焦点调节单元。第一焦点调节单元被构造为同时调节第一光学系统和第二光学系统的焦点。第二焦点调节单元被构造为调节第一光学系统和第二光学系统的焦点位置的相对偏移。第一焦点调节单元连接到第一光学系统和第二光学系统两者。第二焦点调节单元连接到第一光学系统和第二光学系统中的一者。
6.根据本公开的一个方面的镜头设备包括第一光学系统、第二光学系统和保持构件。保持构件被构造为保持第一光学系统和第二光学系统。第一光学系统和第二光学系统均是包括第一反射面和第二反射面的弯曲光学系统。第一光学系统和第二光学系统均从被摄体侧到像侧依次包括：第一光轴；第一反射面所反射的光的第二光轴，以及第二反射面所反射的光的第三光轴。连接第一光学系统的第一光轴和第二光学系统的第一光轴的线与(i)第一连接表面和(ii)第二连接表面均以正交的方式相交，其中，第一光学系统在第一连接表面上连接到保持构件，而第二光学系统在第二连接表面上连接到保持构件。
7.根据本公开的一个方面的镜头设备包括光学系统、保持构件、位置调节单元、引导部、第一施力构件和第二施力构件。保持构件被构造为保持光学系统。位置调节单元被构造为以关于保持构件可移动的方式调节光学系统。引导部被构造为在调节方向上引导光学系统。第一施力构件被构造为对光学系统朝保持构件施力。第二施力构件隔着光学系统的光轴布置在位置调节单元的相反侧，并且被构造为同时在(i)调节方向和(ii)在与调节方向的平面相同的平面上与调节方向以正交的方式相交的方向上对光学系统施力。
8.包括任何上述摄像设备的摄像设备也构成本公开的另外的方面。
9.本发明的其他特征将从以下参考附图对示例性实施方式的描述中变得显而易见。
附图说明
10.图1是根据第一实施方式的镜头设备的截面图。
11.图2是根据第一实施方式的镜头设备的分解立体图。
12.图3是根据第一实施方式的镜头设备的分解立体图。
13.图4是根据第一实施方式的镜头设备的主视图。
14.图5是图4中a-a处的截面图。
15.图6是图4中a-a处的截面图。
16.图7是图4中b-b处的截面图。
17.图8是图示根据第一实施方式的图像传感器上的每个光轴和成像圆之间的关系的图。
18.图9是图示在由根据第一实施方式的第一光学系统形成的像中的第二光学系统的映入物的图。
19.图10是根据第一实施方式的摄像设备的示意性构造图。
20.图11是根据第二实施方式的摄像设备的示意性构造图。
21.图12是根据第二实施方式的摄像设备的示意性构造图。
22.图13是根据第二实施方式的镜头设备的分解立体图。
23.图14是根据第二实施方式的第一焦点调节单元的示意图。
24.图15是根据第二实施方式的镜头顶基部附近的主视图。
25.图16是根据第二实施方式的镜头顶基部附近的俯视图。
26.图17是根据第二实施方式的位置调节机构的分解立体图。
27.图18是根据第二实施方式的位置调节机构的侧视图。
28.图19是根据第二实施方式的位置调节单元和引导部的放大图。
29.图20a和图20b是图示根据第二实施方式的负载平衡关系的示意图。
30.图21是根据第二实施方式的第二焦点调节单元的分解立体图。
31.图22是根据第二实施方式的第二焦点调节单元和右眼光学系统的连接部的截面图。
32.图23是图示根据第二实施方式的偏心旋转构件和连接构件连接的状态的立体图。
33.图24是图示根据第二实施方式的偏心旋转构件和连接构件之间的位置关系的示意图。
34.图25是图示根据第三实施方式的光学系统的位置调节机构的构造的侧视图。
35.图26是根据第三实施方式的光学系统的位置调节单元和引导部的放大图。
具体实施方式
36.现在参考附图，对根据本公开的实施方式进行详细描述。
37.根据每个实施方式的镜头设备(可更换镜头)包括彼此平行(对称)配置的两个光学系统(第一光学系统和第二光学系统)，并且被构造为在一个图像传感器上形成两个成像圆。两个光学系统水平配置并彼此分开预定距离(基线长度)。在从像侧观察时，由右光学系
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，由左光学系统(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。当再现运动图像或静止图像(图像)，并且观看者(用户)使用已知的三维显示器或所谓的vr头戴式显示器观看该图像时，观看者(用户)的右眼观看用于右眼的图像，并且观看者的左眼观看用于左眼的图像。此时，根据镜头设备的基线长度，右眼和左眼观看具有视差的图像，并且观看者可以感受到立体效果。根据每个实施方式的镜头设备是用于立体成像的镜头设备(立体摄像镜头)，其中第一光学系统和第二光学系统可以形成具有视差的两个像。根据每个实施方式的镜头设备可以与摄像设备一体地构造。
38.第一实施方式
39.首先，参照图1至图3对根据第一实施方式的镜头设备(可更换镜头)200进行描述。图1是镜头设备200的截面图，并图示了右眼光学系统(第一光学系统)201r和左眼光学系统(第二光学系统)201l的示意性构造。图2和图3是镜头设备200的分解立体图。在以下说明书中，r被添加到右眼光学系统的描述中的附图标记的末尾，l被添加到左眼光学系统的描述中的附图标记的末尾。在右眼光学系统和左眼光学系统两者共同的描述中，r和l都没有被添加到附图标记的末尾。
40.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均可以形成180度或更大的视角的像。每个光学系统均是弯曲光学系统，并且从被摄体侧到像侧均依次包括第一光轴oa1、与第一光轴oa1大致正交的第二光轴oa2、和平行于第一光轴oa1的第三光轴oa3。每个光学系统均沿着各自的光轴包括第一透镜单元211、第二透镜单元221、以及第三透镜单元231和231-2，第一透镜单元211具有向被摄体侧凸的透镜表面211a并且布置在第一光轴oa1上，第二透镜单元221布置在第二光轴oa2上，并且第三透镜单元231和231-2布置在第三光轴oa3上。每个透镜单元均包括一个或多个透镜。每个光学系统均包括第一棱镜(第一反射面)220和第二棱镜(第二反射面)230，第一棱镜220弯折第一光轴oa1上的光束并将该光束引导到第二光轴oa2，第二棱镜230弯折第二光轴oa2上的光束并将该光束引导到第三光轴oa3。在以下说明中，光轴方向是第一光轴oa1的方向，该方向是朝向被摄体侧和摄像面侧(像侧)延伸的方向。
41.通过拧紧螺钉等将右眼光学系统201r和左眼光学系统201l中的每个光学系统固定到镜头顶基部(保持构件)300。通过拧紧螺钉等将镜头顶基部300固定到镜头底基部301。过渡结构(未示出)在限制镜头底基部301在旋转方向上的移动的情况下以可以在光轴方向上前后移动的方式保持镜头底基部301。由此，右眼光学系统201r和左眼光学系统201l可以在光轴方向上一体地前后移动，并且右眼光学系统201r和左眼光学系统201l的焦点位置可以被同时调节。
42.接下来，参考图4至图7对第一透镜单元211及其周围构造进行描述。图4是镜头设备200的主视图。图5和图6是在图4中的a-a处的截面图，并且图示了镜头设备200的第一透镜单元211及其周围构造。图7是图4中的b-b处的截面图，并且图示了镜头设备200的第一透镜单元211及其周围构造。
43.镜头设备200包括用于容纳右眼光学系统201r和左眼光学系统201l的外装盖构件203，并且镜头设备200的前侧覆盖有用作盖子的前表面外装构件204。前表面外装构件204
螺接并固定到外装盖构件203。前表面外装构件204包括开口204f，并且右眼光学系统201r的第一透镜单元211r和左眼光学系统201l的第一透镜单元211l分别进入开口204f。
44.前表面外装构件204具有不遮挡来自右眼光学系统201r和左眼光学系统201l中的每一者的180度或更大的有效视角的有效光束的形状。第一透镜单元211r和211l均在被摄体侧包括透镜表面211a，该透镜表面211a也用作有效光束的入射面。第一透镜单元211的透镜表面211a的有效入射面外周211c的内侧被称为有效入射面211b。来自180度方向的光束平行于第一透镜单元211的有效入射面211b并且平行于与第一透镜单元211的光轴oa1大致正交的方向延伸。来自大于180度方向的光束从第一透镜单元211的有效入射面211b的摄像面侧上的位置发出，并且随着距第一透镜单元211的距离越大而越向摄像面侧延伸。因此，为了不遮挡来自大于180度方向的光束，前表面外装构件204具有其表面位于第一透镜单元211的有效入射面211b的摄像面侧的表面形状。类似地，盖构件213位于有效入射面211b的摄像面侧。
45.参照图4和图7进行详细描述。如图4所示，右眼光学系统201r和左眼光学系统201l之间的中心点o的右眼光学系统201r侧被称为右眼区域20r，右眼光学系统201r和左眼光学系统201l之间的中心点o的左眼光学系统201l侧被称为左眼区域20l。在图7中的视角是fov的情况下，在右眼区域20r中，前表面外装构件204具有表面形状204a，其随着前表面外装构件204上的位置越远离第一透镜单元211l而变得越靠近摄像面侧，以便不遮挡左眼光学系统201l的最外侧有效光束(由图7中的粗虚线表示)。类似地，在左眼区域20l中，前表面外装构件204具有表面形状204b，其随着前表面外装构件204上的位置越远离右眼光学系统201r的第一透镜单元211r而变得越靠近摄像面侧，以便不遮挡右眼光学系统201r的有效光束。然而，左眼光学系统201l的第一透镜单元211l及其周边包括遮挡右眼光学系统201r的有效光束的一部分的区域，并且右眼光学系统201r的第一透镜单元211r及其周边包括遮挡左眼光学系统201l的有效光束的一部分的区域。
46.为了在前表面外装构件204上形成开口204f，前表面外装构件204包括分别从表面形状204a和表面形状204b突起的壁形状204c和204d。壁形状204c具有与右眼光学系统201r的第一透镜单元211r大致同轴的弧形形状，并且不遮挡右眼光学系统201r的有效光束，而是遮挡左眼光学系统201l的有效光束的一部分。类似地，壁形状204d具有与左眼光学系统201l的第一透镜单元211l大致同轴的弧形形状，并且不遮挡左眼光学系统201l的有效光束，而是遮挡右眼光学系统201r的有效光束的一部分。
47.接下来，对进入前表面外装构件204的开口204f的第一透镜单元211r和211l及其周围构造进行描述。如图5所示，设置有被构造为保持第一透镜单元211r和211l的透镜保持构件212。包括供第一透镜单元211r和211l分别进入的开口213a的盖构件213布置成盖构件213覆盖第一透镜单元211r和211l的被摄体侧透镜表面211a的外周部。
48.在外周侧，第一透镜单元211的有效入射面外周211c具有与透镜表面211a的边界211d。边界211d是第一透镜单元211r和211l中的每一者的侧表面211e与透镜表面211a之间的边界。替选地，如图6所示，边界211d可以是铆接并固定第一透镜单元211r和211l中的每一者的铆接爪形状的前端的内周。边界211d是透镜表面211a与其他表面或构件之间的边界。盖构件213覆盖边界211d。也就是说，盖构件213的开口213a的内径小于边界211d的直径。在一侧的重叠量x由下面的等式(1)表示，在该等式中φa代表盖构件213的开口213a的
内径，并且φb代表边界211d的直径。
49.x＝(φb-φa)/2...(1)
50.以此方式覆盖边界211d是期望改善外观品质。盖构件213在光轴方向上关于透镜保持构件212定位，并且在与光轴正交的方向上提供预定间隙(backlash)y。预定间隙y小于盖构件213的重叠量x，因此即使构件偏移了间隙量，边界211d也不会移动到盖构件213的开口213a的内侧。
51.如图5和图6所示，在盖构件213的内周的一部分上形成槽部213b，并且在透镜保持构件212的外周的一部分上形成在外周侧突出的突出形状212a。槽部213b和突出形状212a以它们位于在光轴方向上彼此不重叠的位置处的一定相位彼此结合，并且突出形状212a随着盖构件213旋转而进入槽部213b。这种卡口构造使得盖构件213和透镜保持构件212的相对位置在光轴方向上能够被固定(确定或指定)。此时，在盖构件213的内周与透镜保持构件212的外周之间设置有预定间隙y。但是，光轴方向上的位置限制构造不限于此。例如，透镜保持构件212可以具有槽形状并且盖构件213可以具有突出形状。
52.以此方式，由于盖构件213的位置在光轴方向上相对于(关于)透镜保持构件212固定(确定或指定)，所以盖构件213可以与透镜保持构件212一体地在光轴方向上前后移动。盖构件213的外周装配到前表面外装构件204的开口204f的内周中。在此，圆周配合中的间隙非常小并且小于预定间隙y。
53.盖构件213包括旋转限制键213c，并且前表面外装构件204包括对应于旋转限制键213c的旋转限制槽204e。当前表面外装构件204结合时，盖构件213的旋转限制键213c插入前表面外装构件204的旋转限制槽204e中，这限制了盖构件213的旋转。因此，在上述卡口构造中，可以防止盖构件213旋转并从透镜保持构件212脱离。在此，旋转限制结构中的关系可以是相反的，盖构件213可以包括旋转限制槽，并且前表面外装构件204可以包括旋转限制键。
54.盖构件213具有面向摄像面侧的表面213d，并且透镜保持构件212具有面向被摄体侧并面向表面213d的表面212b。用于提供防滴和防尘功能的光轴方向密封构件214被夹在表面213d和表面212b之间。表面213d和表面212b均可以形成在整个圆周上，但是也可以形成在圆周的一部分上。通过在光轴方向上夹持光轴方向密封构件214，盖构件213和透镜保持构件212在光轴方向上被施力，这减小了光轴方向上的间隙。
55.为了确保预定间隙y，光轴方向密封构件214配置有大于间隙y的预定余隙(clearance)，从而光轴方向密封构件214在与光轴方向正交的方向上不被夹持。光轴方向密封构件214由诸如橡胶和海绵的能够弹性变形的材料制成，并且能够吸收盖构件213和透镜保持构件212之间在与光轴方向正交的方向上的间隙y的量的偏移。
56.用于提供防滴和防尘功能的径向密封构件215在与光轴正交的方向上被夹持在盖构件213和开口204f之间。右眼光学系统201r侧的径向密封构件215位于使得径向密封构件215遮挡左眼光学系统201l的有效光束的位置处。左眼光学系统201l侧的径向密封构件215位于使得径向密封构件215遮挡右眼光学系统201r的有效光束的位置处。
57.上述构造使得能够实现180度或更大视角的立体成像，并且维持外观品质以及防尘和防滴性能。由于透镜保持构件212不直接装配到前表面外装构件204的开口204f中，因此即使在由于制造误差等的影响而使位置偏移的情况下，透镜保持构件212的位置也不会
改变。因此，右眼光学系统201r和左眼光学系统201l之间的相对误差和光学性能不会由于结合前表面外装构件204而改变。
58.图8是示出相机主体110侧的图像传感器111上的成像圆的位置与镜头设备200的各光轴和接口的位置之间的关系的图。在相机主体110的图像传感器111上，由右眼光学系统201r形成的有效视角的右眼成像圆icr和由左眼光学系统201l形成的有效视角的左眼成像圆icl并行成像。可以设定成像圆的尺寸φd2和成像圆之间的分开距离，使得成像圆尽可能彼此不重叠。例如，当假设图像传感器111的光接收范围在中心处被划分为左侧和右侧的半区域时，右眼成像圆icr的中心可以被设定为大致在光接收范围的右区域的中心的位置，并且左眼成像圆icl的中心可以被设定为大致在光接收范围的左区域的中心的位置。
59.根据本实施方式的光学系统是全画幅鱼眼镜头，并且在摄像面上形成的像是对大于180度的视角范围成像的圆形像。如图8所示，分别在左侧和右侧形成两个圆形像。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之间的距离被称为基线长度l1。基线长度l1越长，观看图像时的立体效果越好。
60.例如，传感器尺寸为24mm长
×
36mm宽，成像圆的直径为φ17mm，第三光轴oa3r和oa3l之间的分开距离l2为18mm，并且第二光轴oa2的长度为21mm。在每个光学系统被配置成第二光轴oa2在水平方向上延伸的情况下，图1所示的基线长度l1为60mm，其大致等于成人眼睛之间的距离。镜头接口部202的直径φd可以短于基线长度l1。在第三光轴oa3r和oa3l之间的距离l2短于镜头接口部202的直径φd的情况下，第三透镜单元231和231-2可以位于接口内部。也就是说，在该实施方式中，满足由以下不等式(2)表示的关系。
61.l1》φd》l2
…
(2)
62.当图像被视为vr时，据说提供立体效果的视角为约120度。然而，在视角为120度的情况下，立体效果变得不自然，因此视角通常加宽到180度。由于在该实施方式中有效视角大于180度，因此180度范围内的成像圆的尺寸φd3满足由以下不等式(3)表示的关系。
63.φd2》φd3...(3)
64.图9图示了在由第一光学系统形成的像中的第二光学系统的映入物。前表面外装构件204的上述壁形状204c(204d)在有效视角φd2内成像，但不是在180度视角成像，而是在φd3外成像。因此，在图像被视为vr的情况下，如果观看180度的视角则没有影响。例如，右眼光学系统201r的有效视角包括均位于左眼区域20l中的左眼光学系统201l的第一透镜单元211l、盖构件213和前表面外装构件204的壁形状204d的部分。它们在实际有效成像范围内成像，如图9所示。只有第一透镜单元211l在180度视角的成像圆中(在φd3内)成像，而其他部分(盖构件213和壁形状204d)在180度视角的成像圆外成像。即使当从水平方向观看时，壁形状204d也被成像在第一透镜单元211l的顶点部的外侧(图9中的左侧)。在鱼眼圆形像中，即使当从水平方向观看时，壁形状204d也被成像在第一透镜单元211l的顶点的外侧，因此当在图像处理或图像编辑期间裁剪相邻透镜的映入物时是有益的。也就是说，在这种情况下，只要执行裁剪使得由于规格而总是成像的第一透镜单元211l的顶点及其外侧在水平方向上被切割，也就是说，只要例如在图9中的直线z的水平方向上的外侧在直线z处被裁剪掉，壁形状204d的映入物(成像)就没有任何影响。因此，存在需要最小必要切割的优点。上述各点类似地应用于在由第二光学系统形成的像中的第一光学系统的映入物。
65.如上所述，尽管在有效视角内包括壁形状204d，但是壁形状204d被定位在使得壁
形状204d对用于实际vr使用的成像几乎没有影响的位置处。
66.图10是图示能够拍摄立体图像的摄像设备100的示意性构造的实施例的图。在图10中，摄像设备100包括相机主体110和镜头设备200。镜头设备200以可拆装的方式安装到相机主体110。在本实施方式中，摄像设备100是包括相机主体(摄像设备主体)110和以可拆装的方式安装到相机主体110的镜头设备(可更换镜头)200的摄像系统。然而，该实施方式不限于此，并且可以应用于相机主体和镜头设备一体化构造的摄像设备。
67.镜头设备200包括右眼光学系统201r、左眼光学系统201l和镜头系统控制单元209。相机主体110包括图像传感器111、a/d转换器112、图像处理单元113、显示单元114、操作单元115、存储单元116、主体系统控制单元117和相机接口122。当镜头设备200经由镜头接口部202安装到相机主体110的相机接口122时，主体系统控制单元117和镜头系统控制单元209电连接。
68.被摄体的像以经由右眼光学系统201r形成的右眼像和经由左眼光学系统201l形成的左眼像并排配置的方式形成在图像传感器111上。图像传感器111将成像后的被摄体的像(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)。图像处理单元113对从a/d转换器112输出的数字电信号(图像信号)执行各种图像处理。
69.显示单元114显示各种信息。显示单元114通过提供例如电子取景器和液晶面板来实现。操作单元115具有作为用户界面的功能，以供用户向摄像设备100给出指令。在显示单元114包括触摸面板的情况下，触摸面板还用作操作单元115的一部分。存储单元116存储诸如由图像处理单元113处理的图像数据的各种数据。存储单元116还存储程序。存储单元116通过提供例如rom、ram和hdd来实现。主体系统控制单元117控制整个摄像设备100。主体系统控制单元117通过提供例如cpu来实现。
70.第二实施方式
71.接下来，对第二实施方式进行描述。图11是图示根据该实施方式的摄像设备100的示意性构造图。摄像设备100包括相机主体(摄像设备主体)110和以可拆装的方式安装到相机主体110的可更换镜头(镜头设备)200。如在第一实施方式中，可更换镜头(镜头设备)200在可更换镜头200安装到相机主体110的状态下使用。
72.摄像设备100是具有所谓的可更换镜头接口的摄像设备，并且包括单个图像传感器111。镜头设备200是包括如上所述的右眼光学系统201r和左眼光学系统201l的镜头设备。在根据本实施方式的镜头设备200中，左眼光学系统和右眼光学系统安装到镜头顶基部(保持构件)300。
73.左眼光学系统201l固定到镜头顶基部300。另一方面，右眼光学系统201r关于镜头顶基部300以可以在与图像传感器111正交的方向上移动的方式被支撑。因此，左眼光学系统201l和右眼光学系统201r可以在与图像传感器111正交的方向上相对于彼此移动。根据该实施方式的右眼光学系统201r和左眼光学系统201l是相同的光学系统，被构造为各自的成像光学系统(摄像光学系统)集成的透镜单元，并且能够通过伸缩整个光学系统来调节焦点。镜头设备200用于产生如上所述的视差像。因此，如果左眼光学系统和右眼光学系统不同，或者如果构造成整个光学系统中的透镜的一部分用作聚焦透镜，则左像和右像之间的光学特性可能不同，结果左像和右像可能变成不自然的视差像。
74.在该实施方式中，由于左眼光学系统和右眼光学系统均被构造为通过如上所述的伸缩整个光学系统来调节焦点，因此可以减小左右透镜的光学系统特性之间的差异。在该实施方式中，左眼光学系统201l被称为第一光学系统，并且右眼光学系统201r被称为第二光学系统。然而，该实施方式不限于此。例如，第一光学系统和第二光学系统可以分别是相反的光学系统，并且光学系统可以是上下配置的光学系统，而不是左右配置的光学系统。
75.摄像设备100包括镜头接口部202，并且镜头设备200经由镜头接口部202安装。因此，摄像设备100中的图像传感器111平行于镜头接口部202配置。然而，由于制造误差，难以使该配置完全平行，并且在图像传感器111关于(相对于)镜头接口部202略微倾斜的情况下固定图像传感器111。
76.图12是图示摄像设备100的示意性构造图，并且示意性地图示了图像传感器111被固定同时关于镜头接口部202略微倾斜的状态。在制造过程中，在镜头设备200中，可以调节从接口部到右眼光学系统201r和左眼光学系统201l中的每一者的成像位置的距离，也就是说，可以调节所谓的凸缘衬圈距(flange back distance)。然而，即使在凸缘衬圈之间的差接近0的情况下，由于图像传感器111在摄像设备100中倾斜，所以左眼光学系统和右眼光学系统也不总是被设定到它们各自的最佳对焦位置。因此，在该实施方式中，右眼光学系统201r被构造为其可以如上所述地在与摄像面正交的轴向方向上移动，从而可以针对左眼和右眼调节相对的焦点位置。
77.另一方面，每次成像时调节左眼光学系统和右眼光学系统的凸缘衬圈将由于花费时间进行调节工作而导致错过成像机会，并且将使操作变得复杂。为了避免这种情况，构造需要使得可以通过简单的方法快速且准确地执行聚焦操作。因此，本实施方式提供了保持右眼光学系统201r和左眼光学系统201l的镜头顶基部300和在与摄像面正交的轴向方向上驱动镜头顶基部300的第一焦点调节单元(调焦环)400。第一焦点调节单元400允许右眼光学系统201r和左眼光学系统201l在与图像传感器111正交的轴向方向上同时移动，并且使得能够在左眼光学系统和右眼光学系统保持在一起的状态下对它们同时进行焦点调节。第一焦点调节单元400安装到外装盖构件203，并且因此用户可以操作第一焦点调节单元400。
78.类似地，用户可以操作也安装到外装盖构件203的第二焦点调节单元500，第二焦点调节单元500连接到右眼光学系统201r，并且可以在与图像传感器111正交的轴向方向上移动右眼光学系统201r。第二焦点调节单元500调节右眼光学系统201r和左眼光学系统201l的焦点位置之间的相对偏移。
79.由于用户可以独立地操作它们，因此用户可以通过使用第二焦点调节单元500、根据用户拥有的摄像设备100中的图像传感器111的倾斜来调节镜头设备200的左眼光学系统和右眼光学系统的凸缘衬圈。在成像时，如果提前调节左眼光学系统和右眼光学系统的凸缘衬圈位置之间的相对偏移，则可以通过仅使用第一焦点调节单元400的调节来在左眼光学系统和右眼光学系统两者上同时快速地执行对焦操作。第一焦点调节单元400和第二焦点调节单元500都由外装盖构件203以可旋转的方式保持，并且第一焦点调节单元400和第二焦点调节单元500都被固定成不在对焦方向上移动。在该实施方式中，对焦方向是与图像传感器正交的轴向方向。
80.接下来，参考图13，对用于实现上述聚焦机构的构造进行详细描述。图13是根据该实施方式的镜头设备200的分解立体图。
81.右眼光学系统201r以关于镜头顶基部300可在与图像传感器111正交的方向上移动的方式被保持。另一方面，左眼光学系统201l固定到镜头顶基部300。镜头顶基部300通过螺钉等固定到镜头底基部301。镜头底基部301在三个位置中的每一个位置处均包括凸轮从动部301a。凸轮从动部301a与下面描述的凸轮构件302接触，并且因此可以在与图像传感器111正交的方向上驱动镜头底基部301。凸轮构件302与外装构件303接合并由外装构件303保持。凸轮构件302在键部302a处与第一焦点调节单元(调焦环)400接合，并且因此用户可以通过旋转第一焦点调节单元400来旋转连接到镜头设备200内部的凸轮构件302。第一焦点调节单元400被夹持在外装构件303和盖构件304之间，使得第一焦点调节单元400在径向上由外装构件保持，并且在轴向方向上通过被夹持在两个构件之间而以可旋转的方式被保持。当凸轮构件302旋转时，镜头底基部301沿着设置在凸轮构件302上的斜部302b移动，左眼光学系统和右眼光学系统变得可以在与图像传感器111正交的轴向方向上移动，并且可以调节左眼光学系统和右眼光学系统的焦点。
82.图14是图示了摄像设备100的第一焦点调节单元400的示意图。镜头顶基部300通过将镜头顶基部300和镜头底基部301紧固的螺钉等与镜头底基部301一体地构造。形成在镜头底基部301上的凸轮从动部301a由弹簧等施力和支撑，使得凸轮从动部301a与形成在凸轮构件302上的斜部302b接触。凸轮构件302通过弹簧等以可旋转的方式朝外装构件303施力，并由上述外装构件303支撑，并且在其外周部装配到外装构件303中的情况下以可旋转的方式被保持，这是所谓的周向装配状态。这允许对第一焦点调节单元400进行旋转操作以驱动固定有左眼光学系统和右眼光学系统的镜头顶基部300。
83.在右眼光学系统201r连接到下面描述的第二焦点调节单元500的情况下在与图像传感器111正交的轴向方向上驱动右眼光学系统201r。左眼光学系统和右眼光学系统均固定到镜头顶基部300。然而，可以在与图像传感器111正交的轴向方向上驱动右眼光学系统201r，可以通过第二焦点调节单元500调节左眼光学系统和右眼光学系统的相对焦点，并且可以通过第一焦点调节单元400整体地调节左眼光学系统和右眼光学系统两者的焦点。
84.接下来，参考图15和图16，对用于将右(左)眼光学系统201r(l)安装到镜头顶基部300的机构进行详细描述。图15是图示镜头顶基部300附近的主视图。图16是图示镜头顶基部300附近的俯视图。
85.如图3和图13所示，右眼光学系统201r和左眼光学系统201l被配置成镜头顶基部300被布置在右眼光学系统201r和左眼光学系统201l之间。包括在左(右)眼光学系统201l(r)中的基部棱镜底部311l(r)可以在图中的左右方向上安装到镜头顶基部300和从镜头顶基部300拆卸。镜头顶基部300布置在第一光轴oa1l和oa1r之间，并且被第二光轴oa2l和oa2r穿透。如果镜头顶基部300布置在第三光轴oa3l和oa3r之间，则第三光轴oa3l和oa3r之间的距离变宽到使得光束不能进入接口并且设备的整个尺寸增加。
86.供镜头顶基部300和基部棱镜底部311r这两个构件在其上配合的表面(即，供右眼光学系统201r在其上连接到镜头顶基部300的表面)被称为连接表面(第一连接表面)312r。类似地，供镜头顶基部300和基部棱镜底部311l这两个构件在其上配合的表面(即，供左眼光学系统201l在其上连接到镜头顶基部300的表面)被称为连接表面(第二连接表面)312l。连接表面312l(r)布置在与线oa1正交的方向上，线oa1沿着与第一光轴oa1l(r)正交的方向连接两个第一光轴oa1l和oa1r。连接表面312l(r)平行于第一光轴oa1l(r)和第三光轴oa3l
(r)布置，并且位于第一光轴oa1l(r)和第三光轴oa3l(r)之间。该配置可以提高空间效率并且允许电路板310布置在两个连接表面312l和312r之间。连接表面312l(r)以与第二光轴oa2l(r)正交的方式布置。
87.接下来，参考图17至图19，对用于关于镜头顶基部300移动右眼光学系统201r的焦点位置调节机构进行详细描述。图17是用于调节右眼光学系统201r关于镜头顶基部300的位置的位置调节机构的分解立体图。图18是位置调节机构的侧视图。图19是右眼光学系统201r的调节部和引导部的放大图。
88.如图17和图18所示，右眼光学系统201r总是由三个螺钉501a、501b和501c以及三个压缩弹簧(第一施力构件)502a、502b和502c在预定方向(安装方向)上朝镜头顶基部300施力。在这种状态下，右眼光学系统201r与连接表面(第一连接表面)312r接触并安装到连接表面(第一连接表面)312r，该连接表面312r是镜头顶基部300的安装部。在偏心旋转构件(位置调节单元)503通过有肩螺钉504以可旋转的方式安装到镜头顶基部300时，偏心旋转构件503的外周被装配到右眼光学系统201r的孔部251中。
89.如图19所示，在偏心旋转构件503中，外形中心oz2从旋转中心oz1偏心。随着偏心旋转构件503旋转，可以在右眼光学系统201r在镜头顶基部300上滑动了外形中心oz2关于旋转中心oz1的偏心量的情况下在光轴方向上调节右眼光学系统201r。第一拉伸弹簧(第三施力构件)507钩到右眼光学系统201r和镜头顶基部300处，使得右眼光学系统201r和镜头顶基部300在光轴方向上对彼此施力。因此，当偏心旋转构件503旋转时，通过偏心旋转构件503与孔部251的d形切口部251a接触，右眼光学系统201r关于镜头顶基部300在光轴方向上移动。此外，右眼光学系统201r被构造为通过偏心旋转构件503的旋转而平行于光轴方向移动。具体地，两个滚动轴承(引导部)505a和505b平行于光轴方向配置，并且通过有肩螺钉506a和506b以可旋转的方式安装到镜头顶基部300。两个滚动轴承505a和505b被装配到右眼光学系统201r的引导孔252和253的直进引导部252a、252b、253a和253b中，从而两个滚动轴承505a和505b用作用于右眼光学系统201r在平行于光轴的方向(调节方向)上移动的直进引导单元。
90.如图18所示，第二拉伸弹簧(第二施力构件)508钩到右眼光学系统201r和镜头顶基部300处。第二拉伸弹簧508隔着右眼光学系统201r的光轴布置在偏心旋转构件503的相反侧，并且同时在调节方向上以及在与调节方向相同的平面中正交于调节方向的方向上对右眼光学系统201r施力。该构造在光轴方向上对右眼光学系统201r施力，并且同时，从作为偏心旋转构件503和右眼光学系统201r的d形切口部251a之间的起点的接触部产生旋转力矩。第二拉伸弹簧508的力防止右眼光学系统201r颤动(rattling)，并且使右眼光学系统201r可以在由两个滚动轴承505a和505b引导的情况下移动。
91.接下来，参考图20a和图20b，对在镜头顶基部300和右眼光学系统201r之间产生的重量、摩擦力和弹簧之间的关系(负载平衡关系)进行描述。图20a和图20b是图示负载平衡关系的示意图。m代表右眼光学系统201r的质量，g代表重力加速度，并且μ代表在镜头顶基部300和右眼光学系统201r之间产生的静摩擦系数。n代表在右眼光学系统201r或左眼光学系统201l与镜头顶基部300之间产生的竖直阻力。k1代表三个压缩弹簧502a至502c中的每一者的弹簧常数并且x1代表三个压缩弹簧502a至502c中的每一者的位移量(伸长量)，k2代表第二拉伸弹簧508的弹簧常数并且x2代表第二拉伸弹簧508的位移量，k3代表第一拉伸弹
簧507的弹簧常数并且x3代表第一拉伸弹簧507的位移量。在此，在右眼光学系统201r面向重力方向的状态下，可以满足以下条件表达式(4)和(5)。
92.μn+mg《k2x2+k3x3
…
(4)
93.n＝3
×
(k1x1)
…
(5)
94.在不包括第一拉伸弹簧507的情况下，可以满足以下条件表达式(4a)和(5a)。在条件表达式(5a)中，n代表三个压缩弹簧502a至502c的弹簧常数之和。
95.μn+mg《k2x2
…
(4a)
96.n＝k1x1
…
(5a)
97.在包括第一拉伸弹簧507的情况下，可以满足以下条件表达式(4b)和(5b)。在条件表达式(5a)中，n代表三个压缩弹簧502a至502c的弹簧常数之和。
98.μn+mg《k2x2+k3x3
…
(4b)
99.n＝k1x1
…
(5b)
100.利用这种负载平衡，偏心旋转构件503和右眼光学系统201r总是彼此接触而没有颤动，而与镜头设备200的取向或位置无关。因此，不会出现右眼光学系统201r的透镜单元不跟随偏心旋转构件503的调节的问题。即使在调节单元位于远离光轴的位置的情况下，上述构造也允许用户按预期移动右眼光学系统201r而没有颤动。类似地，左眼光学系统201l也与作为镜头顶基部300的安装表面的基部棱镜底部311l接触并安装到基部棱镜底部311l，设置有与右眼光学系统201r相同的调节机构，并且被构造为可以在平行于光轴的方向上滑动。
101.下面描述的第二焦点调节单元连接到右眼光学系统201r，从而用户可以从外部调节右眼光学系统201r。如果在镜头设备200的组装过程中，左眼光学系统201l也被构造为可以调节左眼光学系统201l，则可以增加在组装期间调节位置的自由度。右眼光学系统201r和左眼光学系统201l不经由布置在二者间的部件以可滑动的方式安装到镜头顶基部300，在焦点调节期间，减少了左眼光学系统201l和右眼光学系统201r之间的相对倾斜和偏心。在该实施方式中，对作为用于调节光学系统的焦点位置的调节构件的示例的偏心旋转构件进行描述，但是调节构件可以不是偏心旋转构件。尽管对作为直进引导构件的示例的滚动轴承进行了描述，但是直进引导构件不限于此，并且可以是在直进方向上引导光学系统的杆构件。
102.接下来，参考图21对第二焦点调节单元500进行详细描述。图21是第二焦点调节单元500的分解立体图。小基部521通过螺钉525安装到上述盖构件304。调节销526插入并固定到小基部521。插入到小基部521中的调节销526由在插入方向上对调节销526施力的施力弹簧522保持。施力弹簧(弹性构件)522被夹持在安装到调节销526的前端的保持环523和小基部521之间，并且将调节销526保持在小基部521上并且对调节销526朝小基部521施力。连接构件524与调节销526的前端接合。调节销526的前端包括与连接构件524接合的第一引导部526a。第一引导部526a通过与设置在连接构件524上的第二引导部524a的接合而以在与调节销526的轴正交的方向上可移动的方式被保持。
103.接下来，参考图22，对第二焦点调节单元500和右眼光学系统201r的连接部进行详细描述。图22是第二焦点调节单元500和右眼光学系统201r的连接部的截面图。
104.如上所述，作为调节销526的前端的第一引导部526a和设置在连接构件524上的第
二引导部524a被保持在接合状态中。另一方面，连接构件524在面向第二引导部524a的一侧包括第三引导部524b。在该实施方式中，第二引导部524a形成为具有长槽形状的孔，而第三引导部524b形成为具有键形状的突出部。然而，该实施方式不限于此，并且槽和突出部的形状可交换。第三引导部524b与设置在偏心旋转构件503上的第四引导部503a接合。
105.在此，连接构件524中的第二引导部524a和第三引导部524b在彼此相交的方向上配置。在该实施方式中，第二引导部524a和第三引导部524b在彼此正交的方向上配置。因此，连接构件524可以与调节销526接合并相对于调节销526移动的方向是与调节销526的轴正交的方向，并且连接构件524关于偏心旋转构件503可以移动的方向是与这些方向正交的方向。由此，即使在通过对第一焦点调节单元400的操作改变外装盖构件203和右眼光学系统201r之间的位置关系的情况下，通过旋转调节销526，右眼光学系统201r也可以在与图像传感器111正交的方向上独立地移动。
106.稍后将对操作第一焦点调节单元400和第二焦点调节单元500时的连接形式进行描述。利用上述构造，当用户旋转调节销526时，旋转(旋转驱动力)可以被传递到偏心旋转构件503。如上所述，偏心旋转构件503可以通过旋转自身并在与图像传感器111正交的轴向方向上移动与偏心的右眼光学系统201r的接触部来移动右眼光学系统201r。这使得能够改变固定到镜头顶基部300的左眼光学系统201l和右眼光学系统201r之间的相对位置关系。
107.偏心旋转构件503通过由施力弹簧527和止动销528朝镜头顶基部300施力而具有摩擦保持力。这使得能够防止右眼光学系统201r由于无意的冲击等而容易移动。在该实施方式中，对作为示例的连接到右眼光学系统201r的第二焦点调节单元500进行描述，但是左眼光学系统201l也可以设置有焦点调节机构，并且左眼光学系统201l可以连接到第二焦点调节单元500。替选地，左眼光学系统和右眼光学系统均可以设置有允许用户旋转调节销526以便从外部调节它们中的每一者的机构。
108.接下来，参考图23，对偏心旋转构件503和连接构件524之间的关系进行详细描述。图23是偏心旋转构件503和连接构件524连接的状态的立体图。如上所述，连接构件524包括第二引导部524a，该第二引导部524a是与设置在第二焦点调节单元500的调节销526上的第一引导部526a接合的槽。该槽被构造为在图23中的x方向上延伸的长槽，使得接合的第一引导部526a以可在x方向上移动的方式被支撑。另一方面，第三引导部524b形成为键部，每个键部均位于在调节销526的轴方向上与第二引导部524a相反的一侧，并且在图23中的y方向上延伸，该y方向大致与x方向正交并与x方向相交。因此，连接构件524被保持成连接构件可以关于偏心旋转构件503在y方向上自由地移动，并且关于调节销526在x方向上自由地移动。
109.接下来，参考图24，对当第一焦点调节单元400和/或第二焦点调节单元500旋转时的运动进行详细描述。图24是图示当操作第一焦点调节单元400和/或第二焦点调节单元500时在每种状态下偏心旋转构件503和连接构件524之间的位置关系的图。图24中由粗线绘制的每个圆均示意性地代表偏心旋转构件503。由细线绘制的每个圆均示意性地代表连接构件524，每根细线均示意性地代表设置在连接构件524上的第二引导部524a，并且每根细虚线均示意性地代表设置在连接构件524上的第三引导部524b。
110.如上所述，偏心旋转构件503由镜头顶基部300保持。因此，通过操作第一焦点调节单元400，镜头顶基部300在与图像传感器111正交的方向上移动，并且安装到镜头顶基部
300的偏心旋转构件503也一体地移动。在此，图24中的箭头ax代表与图像传感器111正交的方向。如在状态(1)和状态(2)中那样，当镜头顶基部300由第一焦点调节单元400在箭头ax的方向上驱动时，偏心旋转构件503也与该运动一起在箭头ax的方向上移动。
111.偏心旋转构件503和连接构件524在第三引导部524b和第四引导部503a处以键-长槽关系接合，这限制了上述在x方向上的运动。因此，当如上所述由第一焦点调节单元400在箭头ax的方向上驱动偏心旋转构件503时，连接构件524对应地也在箭头ax的方向上移动。点a代表偏心旋转构件503的旋转中心点，而点b代表与连接构件524接合的调节销526的旋转中心。点a和点b在中立位置(neutral position)中位于相同位置上。
112.另一方面，在状态(1)和状态(2)中，由于点b是调节销526的旋转中心，所以点b总是位于相同的位置处，但是点a在第一焦点调节单元400的驱动下在箭头ax的方向上移动。设置在连接构件524上的第二引导部524a是上述在x方向上延伸的槽，并且设置在调节销526上的第一引导部526a具有与第二引导部524a接合的键形状。因此，连接构件524关于以可旋转的方式固定到外装盖构件203的调节销526在图24中的x方向上具有自由度，但是连接构件524的运动在y方向上受到限制。因此，点a和点b位于沿x方向的轴线上。
113.另一方面，如状态(3)那样，在调节销526从中立位置旋转并且第一焦点调节单元400被驱动的状态下，第一焦点调节单元400的驱动使偏心旋转构件503在x方向上移动，因此连接构件524在x方向上被驱动。另一方面，作为调节销526的旋转中心的点b总是位于相同的位置处，并且设置在调节销526上的第一引导部526a与连接构件524的第三引导部524b接合。因此，点b需要位于作为第三引导部524b的中心线的沿x方向的轴线上。由于连接构件524在x方向和y方向上具有运动自由度，因此即使当操作第一焦点调节单元400和/或第二焦点调节单元500时，连接构件524也可以始终维持与调节销526和偏心旋转构件503的连接状态。因此，第一焦点调节单元400和第二焦点调节单元500可以彼此独立地操作。
114.第三实施方式
115.接下来，对第三实施方式进行描述。该实施方式是根据参考图17至图19描述的第二实施方式的关于镜头顶基部300的右眼(左眼)调节机构(位置调节机构)的变型例。参考图25和图26描述光学系统的位置调节机构。该实施方式的基本构造与第二实施方式的基本构造相同。因此，在该实施方式中，相同的附图标记用于与第二实施方式中的构造相同的构造，省略了重复的描述，并且针对不同的构造添加了详细的描述。图25是图示根据该实施方式的光学系统的位置调节机构的构造的侧视图。图26是光学系统的位置调节单元和引导部的放大图。
116.偏心旋转构件603通过有肩螺钉604以可旋转的方式安装到镜头顶基部300，同时，偏心旋转构件603的外周被装配到右眼光学系统201r的孔部751中。在偏心旋转构件603中，如在第二实施方式中那样，外形中心从旋转中心偏心。因此，通过旋转偏心旋转构件603，可以在右眼光学系统201r在镜头顶基部300上滑动了外形中心相对于旋转中心的偏心量的情况下在光轴方向上调节右眼光学系统201r。当偏心旋转构件603旋转时，通过偏心旋转构件603与孔部751的d形切口部751a接触，右眼光学系统201r关于镜头顶基部300在光轴方向上移动。两个滚动轴承605a和605b平行于光轴方向配置，使得通过旋转偏心旋转构件603，右眼光学系统201r可以平行于光轴方向移动。滚动轴承605a和605b以可旋转的方式安装到镜头顶基部300。
117.两个滚动轴承605a和605b同时装配到右眼光学系统201r的引导孔752和753的直进引导部752a、752b、753a和753b中，并且用作用于在平行于光轴的方向上移动右眼光学系统201r的直进引导部。如图25和图26所示，偏心旋转构件603布置在平行于光轴oa1并且连接两个滚动轴承605a和605b的中心的线上。也就是说，偏心旋转构件603布置在具有直进引导功能的滚动轴承605a和605b的引导线上，从而偏心旋转构件603的调节作用线与两个滚动轴承605a和605b的中心线相一致。因此，改善了右眼光学系统201r的透镜单元的随动性。利用上述构造，即使在调节单元布置在远离光轴的位置处的情况下，也能够按预期移动右眼光学系统201r而没有颤动。在该实施方式中，偏心旋转构件603位于连接两个滚动轴承605a和605b的中心的线上，但是也可以位于连接两个滚动轴承605a和605b的中心的线的延长线上。
118.根据每个实施方式，能够提供一种能够以简单的操作适当地调节多个光学系统的焦点的镜头设备和摄像设备。
119.虽然已经参考示例性实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。所附权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以便涵盖所有这种改进方案和等效结构和功能。