镜头设备和摄像设备的制作方法

1.本发明涉及一种用于立体成像的镜头设备。


背景技术：

2.传统上已知的是，包括并列配置且被构造成在单个图像传感器上形成两个图像的两组光学系统的镜头设备。在该镜头设备中，具有视差的图像基于基线长度投影到右眼和左眼，使得观察者能够获取立体效果。基线长度越长，观察者感受到的立体效果越强。为了改变基线长度，必须改变右光学系统与左光学系统之间的距离。当这两个光学系统的图像并排形成在单个图像传感器时，不能使图像分离超过光学传感器的光接收范围，并且这两个图像不能以彼此重叠的方式彼此靠近。
3.专利文献1公开了一种立体成像光学系统，其能够在不移动排列在图像传感器上的两个图像的位置的情况下，通过使右眼和左眼光学系统中的光圈(diaphragm)相对于各自的光轴偏心并使光圈变窄来改变基线长度。
4.现有技术文件
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2012
‑
113281号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的问题
8.专利文献1中公开的立体成像光学系统不能在光圈打开时改变基线长度。另外，在该立体成像光学系统中，基线长度的变化范围受限于光圈的打开直径的范围。
9.本发明的目的是提供均能够以宽的范围改变基线长度的镜头设备和摄像设备。
10.用于解决问题的方案
11.根据本发明的一个方面的镜头设备包括：第一光学系统；和第二光学系统，其与第一光学系统并列地布置。第一光学系统和第二光学系统从被摄体侧朝向图像侧均依次包括第一光轴、第二光轴和第三光轴。当第一光学系统和第二光学系统均绕着平行于第三光轴的轴线旋转时，第一光学系统的第一光轴与第二光学系统的第一光轴之间的距离比第三光轴之间的距离改变得大。
12.根据本发明的另一方面的摄像设备包括镜头设备和被构造成保持图像传感器的照相机主体。
13.将在以下实施方式中描述本发明的其它目的和特征。
14.发明的效果
15.本发明能够提供均能够以宽的范围改变基线长度的镜头设备和摄像设备。
附图说明
16.图1是根据本实施方式的摄像设备的示意图。
17.图2是根据本实施方式的镜头设备的立体图。
18.图3是根据本实施方式的镜头设备的截面图。
19.图4是本实施方式中的处于基线长度长的状态的镜头设备的说明图。
20.图5是本实施方式中的处于基线长度短的状态的镜头设备的说明图。
具体实施方式
21.现在参照附图，将给出根据本发明的实施方式的详细描述。
22.现在参照图1，将给出根据本实施方式的摄像设备的描述。图1是摄像设备100的示意图。摄像设备100能够拍摄立体图像。摄像设备100包括照相机主体110和镜头设备120。镜头设备120是能够安装到照相机主体110和能够从照相机主体110取下的可更换镜头。然而，本发明不限于本实施方式，而适用于照相机主体110和镜头设备120彼此一体化的摄像设备。
23.镜头设备120包括右眼光学系统(第一光学系统)200r、左眼光学系统(第二光学系统)200l和系统控制单元(镜头系统控制单元)121。照相机主体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、存储器116、系统控制单元(照相机系统控制单元)117和检测单元(检测装置)118。检测单元118可以设置在镜头设备120中。当镜头设备120安装到照相机主体110时，照相机主体110的系统控制单元117和镜头设备120的系统控制单元121彼此电连接。
24.被摄体图像包括通过右眼光学系统200r形成的右眼图像(第一图像)和通过左眼光学系统200l形成的左眼图像(第二图像)，并且排列在图像传感器111上。图像传感器111将成像的被摄体图像(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。
25.显示单元114显示各种类型的信息。显示单元114例如通过使用电子取景器或液晶面板来实现。操作单元115用作供用户对摄像设备100给出指令的用户界面。当显示单元114具有触摸面板时，触摸面板也构成操作单元115中的一者。存储器116存储各种数据，诸如图像处理单元113处理过的图像数据。存储器116存储程序。存储器116例如通过使用rom、ram和hdd来实现。系统控制单元117以集成的方式控制整个摄像设备100。系统控制单元117例如通过使用cpu来实现。
26.现在参照图2和图3，将给出镜头设备120的构造的描述。图2是镜头设备120的立体图。图3是右眼光学系统200r和左眼光学系统200l的截面图。在以下描述中，在右眼光学系统的描述中将r添加到附图标记的末尾，在左眼光学系统的描述中将l添加附图标记的末尾。在对于右眼光学系统和左眼光学系统两者而言共同的描述中，不将r也不将l添加到附图标记的末尾。
27.镜头设备120具有右眼光学系统200r和左眼光学系统200l。右眼光学系统200r和左眼光学系统200l从被摄体侧朝向图像侧依次包括：第一光轴oa1r和oa1l；第二光轴oa2r和oa2l，其基本上正交于第一光轴；以及第三光轴oa3r和oa3l，其平行于第一光轴。右眼光学系统200r和左眼光学系统200l沿着各个光轴分别包括第一透镜210r和210l、第二透镜220r和220l以及第三透镜230r和230l。右眼光学系统200r和左眼光学系统200l分别具有第
一棱镜211r和211l以及第二棱镜221r和221l。第一棱镜211r和211l分别使沿着第一光轴oa1r和oa1l的光束偏转并将它们引向第二光轴oa2r和oa2l。第二棱镜221r和221l使沿着第二光轴oa2r和oa2l的光束偏转并将它们引向第三光轴oa3r和oa3l。
28.在照相机主体110中的图像传感器111上，由右眼光学系统200r成像的右眼成像圆icr和由左眼光学系统200l成像的左眼成像圆icl并列地(in parallel)形成。优选地，设定成像圆icr和icl的尺寸以及成像圆icr和icl之间的间隔距离，使得成像圆icr和icl彼此不重叠。例如，考虑图像传感器111的光接收范围相对于中心被分成左右两半所在的区域。优选地，将右眼成像圆icr的中心设定为光接收范围的右侧区域的大致中心，将左眼成像圆icl的中心设定为光接收范围的左侧区域的大致中心。
29.将右眼光学系统200r的第一光轴oa1r与左眼光学系统200l的第一光轴oa1l之间的距离称作基线长度l1。基线长度l1越长，观察期间的立体效果越大。然而，如果基线长度l1超过被摄体距离的大致1/20，则立体效果可能变得过强。因此，当被摄体距离短时，优选地缩短基线长度l1。
30.将给出改变基线长度l1的方法的详细描述。右眼光学系统200r和左眼光学系统200l分别具有第一透镜保持构件212r和212l、第二透镜保持构件222r和222l以及第三透镜保持构件231r和231l。第一透镜保持构件212r和212l分别保持第一透镜210r和210l以及第一棱镜211r和211l。第二透镜保持构件222r和222l分别保持第二透镜220r和220l以及第二棱镜221r和221l。第二透镜保持构件222r和222l分别构成用于右眼光学系统200r的第一旋转机构和用于左眼光学系统200l的第二旋转机构。第三透镜保持构件231r和231l分别保持第三透镜230r和230l。右眼光学系统200r和左眼光学系统200l分别固定于镜头基部123。镜头基部123固定于用于将镜头设备120连接到照相机主体110的镜头安装单元122。
31.右眼光学系统200r和左眼光学系统200l被构造成能够分别绕着第三光轴oa3r和oa3l旋转。在本实施方式中，第三透镜保持构件231r和231l的外周部231ar和231al嵌合于镜头基部123的以第三光轴oa3r和oa3l为中心的圆周面123ar和123al。当右眼光学系统200r和左眼光学系统200l绕着第三光轴oa3r和oa3l旋转时，图像传感器111上的成像圆icr和icl不移动，第一光轴oa1r和oa1l的位置移动。因此，当右眼光学系统200r和左眼光学系统200l沿相反方向旋转相同角度时，能够在右眼光学系统200r和左眼光学系统200l的第一光轴oa1r和oa1l保持并排关系的同时，改变基线长度l1。
32.如图2所示，右眼光学系统200r和左眼光学系统200l的第二透镜保持构件222r和222l在分别设置于第二透镜保持构件222r和222l的齿轮222ar和222al处彼此连接。由此，右眼光学系统200r和左眼光学系统200l能够可靠地沿相反方向旋转相同角度。
33.图4是处于基线长度l1长的状态的镜头设备120的说明图。图4的(a)是镜头设备120的从被摄体侧看时的主视图，图4的(b)示出了第一光轴oa1r和oa1l、第二光轴oa2r和oa2l、第三光轴oa3r和oa3l以及成像圆icr和icl的位置。图5是处于基线长度l1短的状态的镜头设备120的说明图。图5的(a)是镜头设备120的从被摄体侧看时的主视图，图5的(b)示出了第一光轴oa1r和oa1l、第二光轴oa2r和oa2l、第三光轴oa3r和oa3l以及成像圆icr和icl的位置。图5示出了右眼光学系统200r和左眼光学系统200l分别绕着第三光轴oa3r和oa3l旋转，并且示出了第一光轴oa1r和oa1l之间的基线长度l1比图4的基线长度l1短。
34.当将图4和图5彼此比较时，第二光轴oa2r和oa2l在图4中沿水平方向延伸，而第二
光轴oa2r和oa2l在图5中倾斜地配置。图5示出了比图4短的基线长度l1。由于第三光轴oa3r和oa3l为旋转中心，所以第三光轴oa3r和oa3l不移动或成像圆icr和icl也不移动。由于成像圆icr和icl不移动，所以即使基线长度l1改变，成像圆icr和icl也不会位于图像传感器111的光接收范围的外侧，或者用于右眼和左眼的成像圆icr和icl也不会彼此重叠。例如，假定图像传感器111的尺寸为长24mm
×
宽36mm，成像圆icr和icl的直径为第三光轴oa3r和oa3l之间的间隔距离为18mm，第二光轴oa2r和oa2l的长度为21mm。当右眼光学系统200r和左眼光学系统200l被配置成第二光轴oa2r和oa2l沿水平方向延伸时，图4所示的基线长度l1为60mm，大致等于成年人的眼睛宽度。当右眼光学系统200r和左眼光学系统200l均从该状态绕着第三光轴oa3r和oa3l旋转60度时，如图5所示，基线长度l1减小到大约39mm。
35.在本实施方式中，右眼光学系统200r和左眼光学系统200l分别绕着第三光轴oa3r和oa3l旋转(其中，旋转中心与第三光轴oa3r和oa3l重合)，但是本发明不限于本实施方式。右眼光学系统200r和左眼光学系统200l分别绕着平行于第三光轴oa3r和oa3l的轴线旋转，使得基线长度l1(第一光轴之间的距离)比第三光轴之间的距离l3改变得大。也就是，只要旋转中心位于第三光轴oa3r和oa3l附近，当考虑旋转半径的比时，第一光轴oa1r和oa1l之间的距离(基线l1)就比第三光轴oa3r和oa3l之间的距离改变得大。如果成像圆icr和icl之间的间隔距离以及相对于图像传感器111的光接收范围右眼和左眼中的每一者的记录像素范围具有余量，则右眼光学系统200r和左眼光学系统200l分别旋转以改变基线长度l1。
36.当旋转中心设定在远离第三光轴oa3r和oa3l的位置，并且右眼光学系统200r和左眼光学系统200l旋转时，成像圆icr和icl的位置会在图像传感器111上移动。在这种情况下，优选根据成像圆icr和icl的移动量移动记录像素范围。可选地，可以将成像圆icr和icl的移动量作为数据记录下来，并且可以将成像圆的位置作为元数据添加到用于存储静止图像数据和运动图像数据的数据文件。
37.第三光轴oa3r和oa3l的位置可以通过右眼光学系统200r和左眼光学系统200l的各自旋转轴线的设计位置和旋转量来计算。例如，可以使用电位计作为旋转量检测单元(检测装置)118。系统控制单元(控制装置)117能够基于第三光轴oa3r和oa3l的位置移动图像传感器111的记录像素范围。可以利用成像圆icr和icl的光强中心代替第三光轴oa3r和oa3l的位置。成像圆icr和icl的光强中心可以通过图像传感器111的亮度分布获得。
38.因而，在本实施方式中，镜头设备120具有第一光学系统(右眼光学系统200r)和与第一光学系统并列配置的第二光学系统(左眼光学系统200l)。第一光学系统和第二光学系统分别从被摄体侧朝向图像侧依次具有第一光轴oa1r和oa1l、第二光轴oa2r和oa2l以及第三光轴oa3r和oa3l。当第一光学系统和第二光学系统绕着平行于第三光轴的轴线旋转时，第一光学系统和第二光学系统的第一光轴之间的距离(基线长度l1)比第三光轴之间的距离l3改变得大。
39.优选地，第一光学系统和第二光学系统是使入射光束偏转两次的光学系统。优选地，第二光轴正交于第一光轴。优选地，第三光轴平行于第一光轴。优选地，第一光学系统和第二光学系统绕着第三光轴旋转，以改变第一光轴之间的距离。优选地，第一光学系统的第一旋转量和第二光学系统的第二旋转量为相反方向上的相同角度。
40.优选地，镜头设备包括用于第一光学系统的第一旋转机构(第二镜头保持构件
222r)、用于第二光学系统的第二旋转机构(第二镜头保持构件222l)和使第一旋转机构与第二旋转机构彼此连接的齿轮(222ar和222al)。优选地，镜头设备是能够使用第一光学系统和第二光学系统拍摄具有视差的两个图像的立体成像镜头设备。
41.优选地，图像传感器111是将由第一光学系统形成的第一图像和由第二光学系统形成的第二图像并列成像的单个图像传感器。优选地，摄像设备100包括用于检测第三光轴的位置的检测装置(检测单元118)和用于基于第三光轴的位置移动图像传感器的记录像素范围的控制装置(系统控制单元117)。
42.本实施方式能够提供均能够以宽的范围改变基线长度的镜头设备和摄像设备。
43.尽管已经描述了本发明的优选实施方式，但是本发明不限于这些实施方式，并且能够在其主旨的范围内作出各种变型和改变。