JP7192852B2 - ズームレンズおよび撮像装置 - Google Patents

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Description

本開示は、ズームレンズ、および撮像装置に関する。詳しくは、デジタルスチルカメラや家庭用ビデオカメラ等の小型撮像装置に用いられる撮像レンズ系として好適なズームレンズ、およびそれを用いた撮像装置に関する。
近年、デジタルスチルカメラ等の固体撮像素子を用いた撮像装置が広く普及している。このようなデジタルスチルカメラ等の普及に伴い、一層の高画質化が求められており、特に画素数の多いデジタルスチルカメラ等においては、画素数の多い固体撮像素子に対応した結像性能に優れた撮影用レンズ、特にズームレンズが求められている。また最近では、小型化、広画角化、および変倍比の高倍率化の要求も強まってきており、これらの要求を全て満たすようなズームレンズが求められている。
特開２０１７－６７８４７号公報 国際公開第２０１５／１４６０６７号
さらに、小型化においては、レンズ全長および前玉径等の撮影状態での小型化だけでなく、レンズ群がカメラ本体内に収納された状態、いわゆる沈胴状態時での小型化も同時に求められている。
小型化、高変倍比化、および大口径化を図りながらも、変倍領域全域に亘り良好な結像性能を実現することができるズームレンズ、およびそのようなズームレンズを搭載した撮像装置を提供することが望ましい。
本開示の一実施の形態に係るズームレンズは、物体側から像面側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、正の屈折力を有する第３レンズ群と、正の屈折力を有する第４レンズ群、第５レンズ群、および第６レンズ群からなり、全体として正の屈折力を有する後続群とから構成され、広角端から望遠端への変倍の際に、前記各レンズ群の間隔が変化し、以下の条件式を満足するものである。
０．５＜ＬＴ４５／ＬＷ４５＜１．８ ……（ａ）
１．０＜ＬＴ４６／ＬＷ４６＜２．０ ……（ｂ）
（β３Ｗ／β３Ｔ）＊（β４Ｗ／β４Ｔ）＞１．８ ……（ｃ）
ただし、
ＬＷ４５：広角端における第４レンズ群と第５レンズ群との群間距離
ＬＴ４５：望遠端における第４レンズ群と第５レンズ群との群間距離
ＬＷ４６：広角端における第４レンズ群と第６レンズ群との群間距離
ＬＴ４６：望遠端における第４レンズ群と第６レンズ群との群間距離
β３Ｗ：広角端における第３レンズ群の横倍率
β３Ｔ：望遠端における第３レンズ群の横倍率
β４Ｗ：広角端における第４レンズ群の横倍率
β４Ｔ：望遠端における第４レンズ群の横倍率
とする。
本開示の一実施の形態に係る撮像装置は、ズームレンズと、ズームレンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを含み、ズームレンズを、上記本開示の一実施の形態に係るズームレンズによって構成したものである。
本開示の一実施の形態に係るズームレンズ、または撮像装置では、全体として６群のレンズ構成で、各レンズ群の構成の最適化が図られている。
本開示の一実施の形態に係るズームレンズの第１の構成例を示すレンズ断面図である。 図１に示したズームレンズの広角端、中間域、および望遠端における各レンズ群の位置および移動の軌跡を示すレンズ断面図である。 ズームレンズの第２の構成例を示すレンズ断面図である。 図３に示したズームレンズの広角端、中間域、および望遠端における各レンズ群の位置および移動の軌跡を示すレンズ断面図である。 ズームレンズの第３の構成例を示すレンズ断面図である。 図５に示したズームレンズの広角端、中間域、および望遠端における各レンズ群の位置および移動の軌跡を示すレンズ断面図である。 図１に示したズームレンズに具体的な数値を適用した数値実施例１における広角端での諸収差を示す収差図である。 図１に示したズームレンズに具体的な数値を適用した数値実施例１における中間域での諸収差を示す収差図である。 図１に示したズームレンズに具体的な数値を適用した数値実施例１における望遠端での諸収差を示す収差図である。 図３に示したズームレンズに具体的な数値を適用した数値実施例２における広角端での諸収差を示す収差図である。 図３に示したズームレンズに具体的な数値を適用した数値実施例２における中間域での諸収差を示す収差図である。 図３に示したズームレンズに具体的な数値を適用した数値実施例２における望遠端での諸収差を示す収差図である。 図５に示したズームレンズに具体的な数値を適用した数値実施例３における広角端での諸収差を示す収差図である。 図５に示したズームレンズに具体的な数値を適用した数値実施例３における中間域での諸収差を示す収差図である。 図５に示したズームレンズに具体的な数値を適用した数値実施例３における望遠端での諸収差を示す収差図である。 本開示の一実施の形態に係る撮像装置の一構成例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す構成図である。 図１９に示すカメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
０．比較例
１．レンズの基本構成
２．作用・効果
３．撮像装置への適用例
４．レンズの数値実施例
５．応用例
５．１ 第１の応用例
５．２ 第２の応用例
６．その他の実施の形態
＜０．比較例＞
近年、小型化、広画角化、および変倍比の高倍率化の要求を全て満たすようなズームレンズが求められている。小型化については、沈胴状態時での小型化も求められている。
一方、上記の各種要求とともに、近年さらに求められていることは、大型のイメージセンサを搭載しながら上記各種要求を同時に満たすことである。大型のイメージセンサに対応する光学系は必然的に大型化するが、従来のコンパクトなサイズを維持することが要求されている。また、より強く要求されていることとして、特に望遠側の大口径化がある。広角側の大口径化は近年種々提案されてきているが、同時に望遠側の大口径化を実現し、かつ小型化を両立させることが課題となっている。
デジタルスチルカメラ等に用いられるズームレンズには多くの種類があるが、特に高倍率化に適したレンズタイプとして、以下の組み合わせからなる６群構成のズームレンズが従来から知られている。すなわち、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群、負の屈折力を有する第５レンズ群、および正の屈折力を有する第６レンズ群からなるズームレンズが知られている（例えば、特許文献１（特開２０１７－６７８４７号公報）および特許文献２（国際公開第２０１５／１４６０６７号）参照）。
特許文献１に記載の６群構成のズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群、負の屈折力を有する第２レンズ群、正の屈折力を有する第３レンズ群、正の屈折力を有する第４レンズ群、負の屈折力を有する第５レンズ群、および正の屈折力を有する第６レンズ群からなり、変倍比が４倍程度で高倍率化が図られている。しかしながら、特許文献１に記載のズームレンズでは、さらなる大口径化を行った場合、特に第１レンズ群、第２レンズ群、および第３レンズ群が大型化し、かつ各レンズ群が光軸方向に移動する際の移動量も増大する。このため、コンパクト性を維持することが困難となる。
さらに、特許文献１に記載のズームレンズの構成では、さらなる高変倍比化が困難となってくる。高変倍比化に伴い、ズームレンズを構成する各レンズ群の光軸方向に移動する際の移動量が大幅に増大し、ズームレンズの大型化やレンズ全長の長大化、および沈胴状態時の肥大化に結びついてしまうことになる。さらに、大型化したズームレンズの小型化を図ると、ズームレンズを構成するいずれかのレンズ群の屈折力が強くなり過ぎて、収差補正が困難となってくる。
また、特許文献２に記載のズームレンズは、物体側より順に、正の屈折力を有する第１レンズ群と、負の屈折力を有する第２レンズ群と、２つ以上の正の屈折力を有するレンズ群を含む少なくとも３つのレンズ群で構成される後続レンズ群とからなる５群以上の構成で、変倍比が４倍程度で高倍率化が図られている。しかしながら、特許文献２に記載のズームレンズでは、さらなる高変倍比化が困難となってくる。高変倍比化に伴い、ズームレンズを構成する各レンズ群の光軸方向に移動する際の移動量が大幅に増大し、ズームレンズの大型化やレンズ全長の長大化、および沈胴状態時の肥大化に結びついてしまうことになる。さらに、大型化したズームレンズの小型化を図ると、ズームレンズを構成する、特に後続レンズ群内におけるいずれかのレンズ群の屈折力が強くなり過ぎて、収差補正が困難となってくる。さらに、第１レンズ群が２枚以下のレンズ素子で構成されるため、高変倍比化に伴う望遠側の収差補正、特に色収差補正が困難となり大幅な解像劣化を引き起こすことになる。
そこで、小型化、高変倍比化、および大口径化を図りながらも、変倍領域全域に亘り良好な結像性能を実現することができるズームレンズ、およびそのようなズームレンズを搭載した撮像装置の開発が望まれる。
＜１．レンズの基本構成＞
図１は、本開示の一実施の形態に係る第１の構成例のズームレンズ１を示している。図３は、第２の構成例のズームレンズ２を示している。図５は、第３の構成例のズームレンズ３を示している。図２、図４、および図６には、これらの構成例に示したズームレンズ１～３の広角端、中間域、および望遠端における各レンズ群の位置および移動の軌跡を示す。これらの構成例に具体的な数値を適用した数値実施例は後述する。
図１等において、符号Ｓｉｍｇは像面、Ｚ１は光軸を示す。ＩＲは開口絞りを示す。像面Ｓｉｍｇの近傍にはＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子が配置されていてもよい。ズームレンズ１～３と像面Ｓｉｍｇとの間には、撮像素子保護用のシールガラスや各種の光学フィルタＦＬ等の光学部材が配置されていてもよい。
以下、本開示の一実施の形態に係るズームレンズの構成を、適宜図１等に示した各構成例のズームレンズ１～３に対応付けて説明するが、本開示による技術は、図示した構成例に限定されるものではない。
本実施の形態に係るズームレンズは、光軸Ｚ１に沿って、物体側から像面側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、全体として正の屈折力を有する後続群ＧＲＡとから構成されている。
後続群ＧＲＡは、第４レンズ群ＧＲ４、第５レンズ群ＧＲ５、および第６レンズ群ＧＲ６を含んでいる。本実施の形態に係るズームレンズは、第１レンズ群ＧＲ１と、第２レンズ群ＧＲ２と、第３レンズ群ＧＲ３と、第４レンズ群ＧＲ４と、第５レンズ群ＧＲ５と、第６レンズ群ＧＲ６との実質的に６つのレンズ群で構成されている。
第１レンズ群ＧＲ１は、例えば、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と両凸形状の正レンズＬ１２とが接合された接合レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１３との３枚構成からなる。
第２レンズ群ＧＲ２は、例えば、物体側から像面側に向かって順に、像面側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１と、両凹形状の負レンズＬ２２と両凸形状の正レンズＬ２３とが接合された接合レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２４との４枚構成からなる。
第３レンズ群ＧＲ３は、例えば、物体側から像面側に向かって順に、両凸形状の正レンズＬ３１と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状または両凸形状の正レンズＬ３２と、像面側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ３３との３枚構成からなる。
第４レンズ群ＧＲ４は、正の屈折力を有している。第４レンズ群ＧＲ４は、例えば、物体側から像面側に向かって順に、両凸形状の正レンズＬ４１と物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ４２とが接合された２枚構成の接合レンズからなる。
第５レンズ群ＧＲ５は、負の屈折力を有している。第５レンズ群ＧＲ５は、例えば、物体側から像面側に向かって順に、像面側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ５１と、両凹形状の負レンズＬ５２との２枚構成からなる。
第６レンズ群ＧＲ６は、正の屈折力を有している。第６レンズ群ＧＲ６は、例えば、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ６１の１枚構成からなる。
本実施の形態に係るズームレンズは、図２、図４、および図６に示したように、広角端から望遠端への変倍の際に、全てのレンズ群が移動し、光軸上で各レンズ群の間隔が変化する。例えば、広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間隔が増大するとともに、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間隔が減少するように各レンズ群が移動する。
その他、本実施の形態に係るズームレンズは、後述する所定の条件式等を満足することが望ましい。
＜２．作用・効果＞
次に、本実施の形態に係るズームレンズの作用および効果を説明する。併せて、本実施の形態に係るズームレンズにおける望ましい構成を説明する。
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
本実施の形態に係るズームレンズによれば、全体として６群のレンズ構成とし、各レンズ群の構成の最適化を図るようにしたので、小型化、高変倍比化、および大口径化を図りながらも、変倍領域全域に亘り良好な結像性能を実現することができる。
本実施の形態によれば、特に、デジタルスチルカメラ等に好適であり、高い結像性能を有し、十分な高変倍比を有し、レンズ全長が短く、前玉径が小さく、沈胴状態時でも小型であり、かつ非常に軽量で携帯性および操作性の良いズームレンズ、および撮像装置を実現し得る。
本実施の形態に係るズームレンズでは、変倍時に、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間隔が変化することにより、第２レンズ群ＧＲ２の横倍率を変化させる。さらに変倍時に、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間隔が変化することにより、第３レンズ群ＧＲ３の横倍率を変化させる。さらに変倍時に、第３レンズ群ＧＲ３と第４レンズ群ＧＲ４との間隔が変化することにより、第４レンズ群ＧＲ４の横倍率を変化させる。変倍機能を多群に分散させることにより、各レンズ群のズーミングにおける移動量を少なく抑えることが可能となり、ズームレンズ全体の小型化に寄与する。さらに変倍時に、第４レンズ群ＧＲ４とズームレンズの結像作用を主に担う第５レンズ群ＧＲ５との間隔も変化させることにより、各レンズ群での変倍負担の自由度が向上し、小型に高変倍比を実現できる。また変倍時に、第５レンズ群ＧＲ５と第６レンズ群ＧＲ６との間隔も変化させることにより、第６レンズ群ＧＲ６における変倍作用が生じて、より小型化できるだけでなく、変倍に伴う像面湾曲の変化等も効果的に抑制することができる。
本実施の形態に係るズームレンズは、以下の条件式（ａ），（ｂ），（ｃ）を満足することが望ましい。
０．５＜ＬＴ４５／ＬＷ４５＜１．８ ……（ａ）
１．０＜ＬＴ４６／ＬＷ４６＜２．０ ……（ｂ）
（β３Ｗ／β３Ｔ）＊（β４Ｗ／β４Ｔ）＞１．８ ……（ｃ）
ただし、
ＬＷ４５：広角端における第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との群間距離
ＬＴ４５：望遠端における第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との群間距離
ＬＷ４６：広角端における第４レンズ群ＧＲ４と第６レンズ群ＧＲ６との群間距離
ＬＴ４６：望遠端における第４レンズ群ＧＲ４と第６レンズ群ＧＲ６との群間距離
β３Ｗ：広角端における第３レンズ群ＧＲ３の横倍率
β３Ｔ：望遠端における第３レンズ群ＧＲ３の横倍率
β４Ｗ：広角端における第４レンズ群ＧＲ４の横倍率
β４Ｔ：望遠端における第４レンズ群ＧＲ４の横倍率
とする。
条件式（ａ）は、第４レンズ群ＧＲ４と第５レンズ群ＧＲ５との群間距離を規定するための条件である。条件式（ａ）の上限を超えると、ズーミングにおける各レンズ群の移動量の比が大きくなり、移動量が伸びることによりズームレンズの大型化を招くので、好ましくない。また、移動量が伸びることにより軸外光束のレンズ面通過点も光軸Ｚ１より離れることになり、レンズ玉の口径が大型化するので、好ましくない。条件式（ａ）の下限を超えると、各レンズ群の屈折力が強くなり過ぎ、収差補正が困難となり画質劣化を招くことになるので、好ましくない。
条件式（ｂ）は、第４レンズ群ＧＲ４と第６レンズ群ＧＲ６との群間距離を規定するための条件である。条件式（ｂ）の上限を超えると、ズーミングにおける各レンズ群の移動量の比が大きくなり、移動量が伸びることにより各レンズ群の移動を規定するメカのカム溝を作成することが困難となる。その結果、ズームレンズの大型化や沈胴状態時の大型化を招くので、好ましくない。また、移動量が伸びることにより軸外光束のレンズ面通過点も光軸Ｚ１より離れることになり、レンズ玉の口径が大型化するので、好ましくない。条件式（ｂ）の下限を超えると、各レンズ群の屈折力が強くなり過ぎ、収差補正が困難となり画質劣化を招くことになるので、好ましくない。
条件式（ｃ）は、第３レンズ群ＧＲ３の広角端と望遠端との横倍率比、および第４レンズ群ＧＲ４の広角端と望遠端との横倍率比の積を規定するための条件である。条件式（ｃ）の下限を超えると、ズーミングにおける第３レンズ群ＧＲ３、および第４レンズ群ＧＲ４の移動量が長くなり、ズームレンズの大型化や沈胴状態時の大型化を招くので、好ましくない。また、第１レンズ群ＧＲ１、および第２レンズ群ＧＲ２の横倍率比が小さくなり、屈折力も弱くなることで、ズーミングにおける第１レンズ群ＧＲ１、および第２レンズ群ＧＲ２の移動量が長くなり、ズームレンズの大型化や沈胴状態時の大型化を招いたり、第１レンズ群ＧＲ１、および第２レンズ群ＧＲ２を通過する軸外光束のレンズ面通過点も光軸Ｚ１より離れることになり、レンズ玉の口径も大型化するので、好ましくない。
なお、上記した条件式（ａ），（ｂ），（ｃ）の効果をより良好に実現するためには、数値範囲を下記条件式（ａ）’，（ｂ）’，（ｃ）’のように設定することがより望ましい。
０．８＜ＬＴ４５／ＬＷ４５＜１．６ ……（ａ）’
１．２＜ＬＴ４６／ＬＷ４６＜１．８ ……（ｂ）’
（β３Ｗ／β３Ｔ）＊（β４Ｗ／β４Ｔ）＞２．０ ……（ｃ）’
また、本実施の形態に係るズームレンズは、以下の条件式を満足することが望ましい。
１．０＜（β３Ｗ／β３Ｔ）／（β４Ｗ／β４Ｔ）＜５．０ ……（ｄ）
ただし、
β３Ｗ：広角端における第３レンズ群ＧＲ３の横倍率
β３Ｔ：望遠端における第３レンズ群ＧＲ３の横倍率
β４Ｗ：広角端における第４レンズ群ＧＲ４の横倍率
β４Ｔ：望遠端における第４レンズ群ＧＲ４の横倍率
とする。
条件式（ｄ）は、第３レンズ群ＧＲ３の広角端と望遠端との横倍率比、および第４レンズ群ＧＲ４の広角端と望遠端との横倍率比の比率を規定するための条件である。条件式（ｄ）の上限を超えると、第３レンズ群ＧＲ３、あるいは第４レンズ群ＧＲ４の屈折力が強くなり過ぎ、収差補正が困難となり画質劣化を招くことになるので、好ましくない。条件式（ｄ）の下限を超えると、第３レンズ群ＧＲ３、あるいは第４レンズ群ＧＲ４の屈折力が弱くなり過ぎ、ズーミングにおける第３レンズ群ＧＲ３、あるいは第４レンズ群ＧＲ４の移動量が伸びることによりズームレンズの大型化や沈胴状態時の大型化を招くことになるので、好ましくない。
なお、上記した条件式（ｄ）の効果をより良好に実現するためには、数値範囲を下記条件式（ｄ）’のように設定することがより望ましい。
１．６＜（β３Ｗ／β３Ｔ）／（β４Ｗ／β４Ｔ）＜４．４ ……（ｄ）’
また、本実施の形態に係るズームレンズは、以下の条件式（ｅ）を満足することが望ましい。
ＤＴ／ＦＴ＜１．４ ……（ｅ）
ただし、
ＤＴ：望遠端におけるレンズ全長
ＦＴ：望遠端における全系の焦点距離
とする。
条件式（ｅ）は、望遠端におけるズームレンズのレンズ全長と、望遠端におけるズームレンズの焦点距離との比率を既定するための条件である。条件式（ｅ）の上限を超えると、ズームレンズの望遠端におけるレンズ全長が長くなり過ぎ、メカのカム溝を作成することが困難となったり、特に沈胴状態時の大型化を招ことになるので、好ましくない。
なお、上記した条件式（ｅ）の効果をより良好に実現するためには、数値範囲を下記条件式（ｅ）’のように設定することがより望ましい。
ＤＴ／ＦＴ＜１．３ ……（ｅ）’
また、本実施の形態に係るズームレンズは、以下の条件式（ｆ）を満足することが望ましい。
ＦＴ／ＦＷ＞５．０ ……（ｆ）
ただし、
ＦＷ：広角端における全系の焦点距離
ＦＴ：望遠端における全系の焦点距離
とする。
条件式（ｆ）は、望遠端におけるズームレンズの焦点距離と、広角端におけるズームレンズの焦点距離との比率、すなわち光学倍率を既定するための条件である。条件式（ｆ）の下限を超えると、ズームレンズを構成する各レンズ群の屈折力や、各レンズ群の群間距離のバランスが崩れ、性能劣化や大型化を招くことになるので、好ましくない。本実施の形態に係るズームレンズは、光学倍率を５倍以上に規定するために、各レンズ群の屈折力や各群間距離のバランスが最適化されている。
なお、上記した条件式（ｆ）の効果をより良好に実現するためには、数値範囲を下記条件式（ｆ）’のように設定することがより望ましい。
ＦＴ／ＦＷ＞６．０ ……（ｆ）’
なお、本実施の形態に係るズームレンズは、第１レンズ群ＧＲ１ないし第６レンズ群ＧＲ６のうち、少なくとも１つのレンズ群、または少なくとも１つのレンズ群の一部を光軸Ｚ１に略垂直な方向へ移動（シフト）させることにより、像をシフトさせることが可能である。その際、像ブレを検出する検出系、各レンズ群をシフトさせる駆動系、および検出系の出力に基づいて駆動系にシフト量を付与する制御系と組み合わせることにより、本実施の形態に係るズームレンズを防振光学系として機能させることが可能である。特に、本実施の形態に係るズームレンズは、第４レンズ群ＧＲ４の全体を光軸に略垂直な方向にシフトさせることにより、少ない収差変動で像をシフトさせることが可能である。
＜３．撮像装置への適用例＞
次に、本実施の形態に係るズームレンズ１～３の撮像装置への適用例を説明する。
図１６は、本実施の形態に係るズームレンズ１～３を適用した撮像装置１００の一構成例を示している。この撮像装置１００は、例えばデジタルスチルカメラであり、カメラブロック１０と、カメラ信号処理部２０と、画像処理部３０と、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）４０と、Ｒ／Ｗ（リーダ／ライタ）５０と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０と、入力部７０と、レンズ駆動制御部８０とを備えている。
カメラブロック１０は、撮像機能を担うものであり、撮像レンズ１１を含む光学系と、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子１２とを有している。撮像素子１２は、撮像レンズ１１によって形成された光学像を電気信号へ変換することで、光学像に応じた撮像信号（画像信号）を出力するようになっている。撮像レンズ１１として、図１ないし図６に示した各構成例のズームレンズ１～３を適用可能である。
カメラ信号処理部２０は、撮像素子１２から出力された画像信号に対してアナログ－デジタル変換、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の各種の信号処理を行うものである。
画像処理部３０は、画像信号の記録再生処理を行うものであり、所定の画像データフォーマットに基づく画像信号の圧縮符号化・伸張復号化処理や解像度等のデータ仕様の変換処理等を行うようになっている。
ＬＣＤ４０は、ユーザの入力部７０に対する操作状態や撮影した画像等の各種のデータを表示する機能を有している。Ｒ／Ｗ５０は、画像処理部３０によって符号化された画像データのメモリカード１０００への書き込み、およびメモリカード１０００に記録された画像データの読み出しを行うものである。メモリカード１０００は、例えば、Ｒ／Ｗ５０に接続されたスロットに対して着脱可能な半導体メモリーである。
ＣＰＵ６０は、撮像装置１００に設けられた各回路ブロックを制御する制御処理部として機能するものであり、入力部７０からの指示入力信号等に基づいて各回路ブロックを制御するようになっている。入力部７０は、ユーザによって所要の操作が行われる各種のスイッチ等からなる。入力部７０は例えば、シャッタ操作を行うためのシャッタレリーズボタンや、動作モードを選択するための選択スイッチ等によって構成され、ユーザによる操作に応じた指示入力信号をＣＰＵ６０に対して出力するようになっている。レンズ駆動制御部８０は、カメラブロック１０に配置されたレンズの駆動を制御するものであり、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいて撮像レンズ１１の各レンズを駆動する図示しないモータ等を制御するようになっている。
以下に、撮像装置１００における動作を説明する。
撮影の待機状態では、ＣＰＵ６０による制御の下で、カメラブロック１０において撮影された画像信号が、カメラ信号処理部２０を介してＬＣＤ４０に出力され、カメラスルー画像として表示される。また、例えば入力部７０からのズーミングやフォーカシングのための指示入力信号が入力されると、ＣＰＵ６０がレンズ駆動制御部８０に制御信号を出力し、レンズ駆動制御部８０の制御に基づいて撮像レンズ１１の所定のレンズが移動する。
入力部７０からの指示入力信号によりカメラブロック１０の図示しないシャッタが動作されると、撮影された画像信号がカメラ信号処理部２０から画像処理部３０に出力されて圧縮符号化処理され、所定のデータフォーマットのデジタルデータに変換される。変換されたデータはＲ／Ｗ５０に出力され、メモリカード１０００に書き込まれる。
なお、フォーカシングは、例えば、入力部７０のシャッタレリーズボタンが半押しされた場合や記録（撮影）のために全押しされた場合等に、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてレンズ駆動制御部８０が撮像レンズ１１の所定のレンズを移動させることにより行われる。
メモリカード１０００に記録された画像データを再生する場合には、入力部７０に対する操作に応じて、Ｒ／Ｗ５０によってメモリカード１０００から所定の画像データが読み出され、画像処理部３０によって伸張復号化処理が行われた後、再生画像信号がＬＣＤ４０に出力されて再生画像が表示される。
なお、上記した実施の形態においては、撮像装置をデジタルスチルカメラ等に適用した例を示したが、撮像装置の適用範囲はデジタルスチルカメラに限られることはなく、他の種々の撮像装置に適用可能である。例えば、デジタル一眼レフカメラ、デジタルノンレフレックスカメラ、デジタルビデオカメラ、および監視カメラ等に適用することができる。また、カメラが組み込まれた携帯電話や、カメラが組み込まれた情報端末等のデジタル入出力機器のカメラ部等として広く適用することができる。また、レンズ交換式のカメラにも適用することができる。
＜４．レンズの数値実施例＞
次に、本実施の形態に係るズームレンズ１～３の具体的な数値実施例について説明する。ここでは、図１、図３、および図５に示した各構成例のズームレンズ１～３に、具体的な数値を適用した数値実施例を説明する。
なお、以下の各表や説明において示した記号の意味等については、下記に示す通りである。「Ｓｉ」は、物体側から像面側へ数えたｉ番目の面の番号を示している。「Ｒｉ」は、ｉ番目の面の近軸の曲率半径の値（ｍｍ）を示す。「Ｄｉ」はｉ番目の面とｉ＋１番目の面との間の軸上面間隔（レンズの中心の厚み、または空気間隔）の値（ｍｍ）を示す。「Ｎｄｉ」はｉ番目の面から始まるレンズ等のｄ線（波長５８７．６ｎｍ）における屈折率の値を示す。「νｄｉ」はｉ番目の面から始まるレンズ等のｄ線におけるアッベ数の値を示す。「Ｔｙｐｅ」は、レンズ面の形状の種類を示し、「ＡＳＰ」と記された面が非球面であることを示す。「Ｒｉ」の値が「∞」となっている部分は平面、または絞り面（開口絞りＩＲ）を示す。「ｆ」は無限遠合焦時における全系の焦点距離、「ＦＮｏ．」はＦナンバー（開放Ｆ値）、「ω」は半画角（°）を示す。
各数値実施例には、レンズ面が非球面に形成されたものがある。非球面形状は以下の非球面の式によって定義される。以下の非球面の式において、レンズ面頂点からの光軸方向の距離を「ｘ」、光軸方向に直交する方向における高さを「ｙ」、レンズ頂点での近軸曲率（近軸曲率半径の逆数）を「ｃ」とする。「Ｋ」は円錐定数（コーニック定数）、「Ａｉ」は第ｉ次の非球面係数を示す。なお、以下の非球面係数を示す各表において、「Ｅ－ｎ」は１０を底とする指数表現、すなわち、「１０のマイナスｎ乗」を表しており、例えば、「０．１２３４５Ｅ－０５」は「０．１２３４５×（１０のマイナス５乗）」を表している。
（非球面の式）
ｘ＝ｙ2ｃ2／［１＋｛１－（１＋Ｋ）ｙ2ｃ2｝1/2］＋ΣＡｉ・ｙi
［各数値実施例に共通の構成］
以下の数値実施例１～３が適用されるズームレンズ１～３はいずれも、上記した＜１．レンズの基本構成＞を満足した構成となっている。すなわち、ズームレンズ１～３はいずれも、物体側から像面側に向かって順に、正の屈折力を有する第１レンズ群ＧＲ１と、負の屈折力を有する第２レンズ群ＧＲ２と、正の屈折力を有する第３レンズ群ＧＲ３と、全体として正の屈折力を有する後続群ＧＲＡとが配置された構成とされている。後続群ＧＲＡは、物体側から像面側に向かって順に、正の屈折力を有する第４レンズ群ＧＲ４と、負の屈折力を有する第５レンズ群ＧＲ５と、正の屈折力を有する第６レンズ群ＧＲ６とが配置された構成とされている。ズームレンズ１～３はいずれも、実質的に６つのレンズ群で構成されている。
ズームレンズ１～３はいずれも、広角端から望遠端への変倍の際に、全てのレンズ群が移動し、光軸上で各レンズ群の間隔が変化する。広角端から望遠端への変倍の際に、第１レンズ群ＧＲ１と第２レンズ群ＧＲ２との間隔が増大するとともに、第２レンズ群ＧＲ２と第３レンズ群ＧＲ３との間隔が減少するように各レンズ群が移動する。
［数値実施例１］
図１に示したズームレンズ１において、第１レンズ群ＧＲ１は、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と両凸形状の正レンズＬ１２とが接合されてなる接合レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１３とからなる３枚構成とされている。
第２レンズ群ＧＲ２は、物体側から像面側に向かって順に、像面側に凹面を向けたメニスカス形状であり両側に非球面を有する負レンズＬ２１と、両凹形状であり物体側に非球面を有する負レンズＬ２２と両凸形状の正レンズＬ２３とが接合されてなる接合レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカス形状であり両側に非球面を有する負レンズＬ２４とからなる４枚構成とされている。
第３レンズ群ＧＲ３の物体側には、開口絞りＩＲが配置されている。
第３レンズ群ＧＲ３は、物体側から像面側に向かって順に、両凸形状であり両側に非球面を有する正レンズＬ３１と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状であり物体側に非球面を有する正レンズＬ３２と像面側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ３３とが接合された接合レンズとからなる３枚構成とされている。
第４レンズ群ＧＲ４は、物体側から像面側に向かって順に、両凸形状であり物体側に非球面を有する正レンズＬ４１と物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ４２とが接合された接合レンズからなる２枚構成とされている。
第５レンズ群ＧＲ５は、物体側から像面側に向かって順に、像面側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ５１と、両凹形状であり像面側に非球面を有する負レンズＬ５２とからなる２枚構成とされている。
第６レンズ群ＧＲ６は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状であり両側に非球面を有する正レンズＬ６１の１枚構成とされている。
第６レンズ群ＧＲ６と像面Ｓｉｍｇとの間には、光学フィルタＦＬが配置されている。
［表１］に、ズームレンズ１に具体的な数値を適用した数値実施例１の基本的なレンズデータを示す。［表１］に示したように、数値実施例１において、いくつかのレンズ面が非球面とされている。数値実施例１における非球面の４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４の値を、円錐係数Ｋと共に［表２］に示す。
また、［表１］に示したように、数値実施例１では、ズーミングに際して可変する間隔がある。数値実施例１において、広角端、中間域、および望遠端のそれぞれにおける可変間隔の具体的な値を［表３］に示す。また、［表３］には、広角端、中間域、および望遠端のそれぞれにおける全系の焦点距離ｆ、Ｆナンバー（ＦＮｏ．）、半画角ω、およびレンズ全長ＤＴの値も示す。
Figure 0007192852000001
Figure 0007192852000002
Figure 0007192852000003
図７には、数値実施例１における広角端での諸収差を示す。図８には、数値実施例１における中間域での諸収差を示す。図９には、数値実施例１における望遠端での諸収差を示す。図７～図９には、諸収差として、球面収差、非点収差（像面湾曲）、および歪曲収差を示す。非点収差図において実線はサジタル像面、破線はメリディオナル像面における値を示す。各収差図には、ｄ線を基準波長とした値を示す。球面収差図には、Ｃ線（波長６５６．２８ｎｍ）と、ｇ線（波長４３５．８４ｎｍ）の値も示す。
以降の他の数値実施例における収差図についても同様である。
各収差図から分かるように、数値実施例１では、広角端、中間域、および望遠端のそれぞれにおいて、各収差がバランス良く良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
［数値実施例２］
図３に示したズームレンズ２において、第１レンズ群ＧＲ１は、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と両凸形状の正レンズＬ１２とが接合されてなる接合レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１３とからなる３枚構成とされている。
第２レンズ群ＧＲ２は、物体側から像面側に向かって順に、像面側に凹面を向けたメニスカス形状であり両側に非球面を有する負レンズＬ２１と、両凹形状であり物体側に非球面を有する負レンズＬ２２と両凸形状の正レンズＬ２３とが接合されてなる接合レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカス形状であり両側に非球面を有する負レンズＬ２４とからなる４枚構成とされている。
第３レンズ群ＧＲ３の物体側には、開口絞りＩＲが配置されている。
第３レンズ群ＧＲ３は、物体側から像面側に向かって順に、両凸形状であり両側に非球面を有する正レンズＬ３１と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状であり両側に非球面を有する正レンズＬ３２と、像面側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ３３とからなる３枚構成とされている。
第４レンズ群ＧＲ４は、物体側から像面側に向かって順に、両凸形状であり物体側に非球面を有する正レンズＬ４１と物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ４２とが接合された接合レンズからなる２枚構成とされている。
第５レンズ群ＧＲ５は、物体側から像面側に向かって順に、像面側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ５１と、両凹形状であり像面側に非球面を有する負レンズＬ５２とからなる２枚構成とされている。
第６レンズ群ＧＲ６は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状であり両側に非球面を有する正レンズＬ６１の１枚構成とされている。
第６レンズ群ＧＲ６と像面Ｓｉｍｇとの間には、光学フィルタＦＬが配置されている。
［表４］に、ズームレンズ２に具体的な数値を適用した数値実施例２の基本的なレンズデータを示す。［表４］に示したように、数値実施例２において、いくつかのレンズ面が非球面とされている。数値実施例２における非球面の４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４の値を、円錐係数Ｋと共に［表５］に示す。
また、［表４］に示したように、数値実施例２では、ズーミングに際して可変する間隔がある。数値実施例２において、広角端、中間域、および望遠端のそれぞれにおける可変間隔の具体的な値を［表６］に示す。また、［表６］には、広角端、中間域、および望遠端のそれぞれにおける全系の焦点距離ｆ、Ｆナンバー（ＦＮｏ．）、半画角ω、およびレンズ全長ＤＴの値も示す。
Figure 0007192852000004
Figure 0007192852000005
Figure 0007192852000006
図１０には、数値実施例２における広角端での諸収差を示す。図１１には、数値実施例２における中間域での諸収差を示す。図１２には、数値実施例２における望遠端での諸収差を示す。
各収差図から分かるように、数値実施例２では、広角端、中間域、および望遠端のそれぞれにおいて、各収差がバランス良く良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
［数値実施例３］
図５に示したズームレンズ３において、第１レンズ群ＧＲ１は、物体側から像面側に向かって順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ１１と両凸形状の正レンズＬ１２とが接合されてなる接合レンズと、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１３とからなる３枚構成とされている。
第２レンズ群ＧＲ２は、物体側から像面側に向かって順に、像面側に凹面を向けたメニスカス形状であり両側に非球面を有する負レンズＬ２１と、両凹形状であり物体側に非球面を有する負レンズＬ２２と両凸形状の正レンズＬ２３とが接合されてなる接合レンズと、物体側に凹面を向けたメニスカス形状であり両側に非球面を有する負レンズＬ２４とからなる４枚構成とされている。
第３レンズ群ＧＲ３の物体側には、開口絞りＩＲが配置されている。
第３レンズ群ＧＲ３は、物体側から像面側に向かって順に、両凸形状であり両側に非球面を有する正レンズＬ３１と、両凸形状であり両側に非球面を有する正レンズＬ３２と、像面側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ３３とからなる３枚構成とされている。
第４レンズ群ＧＲ４は、物体側から像面側に向かって順に、両凸形状であり物体側に非球面を有する正レンズＬ４１と物体側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ４２とが接合された接合レンズからなる２枚構成とされている。
第５レンズ群ＧＲ５は、物体側から像面側に向かって順に、像面側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ５１と、両凹形状であり両側に非球面を有する負レンズＬ５２とからなる２枚構成とされている。
第６レンズ群ＧＲ６は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状であり両側に非球面を有する正レンズＬ６１の１枚構成とされている。
第６レンズ群ＧＲ６と像面Ｓｉｍｇとの間には、光学フィルタＦＬが配置されている。
［表７］に、ズームレンズ３に具体的な数値を適用した数値実施例３の基本的なレンズデータを示す。［表７］に示したように、数値実施例３において、いくつかのレンズ面が非球面とされている。数値実施例３における非球面の４次、６次、８次、１０次、１２次、１４次の非球面係数Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４の値を、円錐係数Ｋと共に［表８］に示す。
また、［表７］に示したように、数値実施例３では、ズーミングに際して可変する間隔がある。数値実施例３において、広角端、中間域、および望遠端のそれぞれにおける可変間隔の具体的な値を［表９］に示す。また、［表９］には、広角端、中間域、および望遠端のそれぞれにおける全系の焦点距離ｆ、Ｆナンバー（ＦＮｏ．）、半画角ω、およびレンズ全長ＤＴの値も示す。
Figure 0007192852000007
Figure 0007192852000008
Figure 0007192852000009
図１３には、数値実施例３における広角端での諸収差を示す。図１４には、数値実施例３における中間域での諸収差を示す。図１５には、数値実施例３における望遠端での諸収差を示す。
各収差図から分かるように、数値実施例３では、広角端、中間域、および望遠端のそれぞれにおいて、各収差がバランス良く良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。
［各実施例のその他の数値データ］
［表１０］には、上述の各条件式に関する値を、各数値実施例についてまとめたものを示す。［表１０］から分かるように、各条件式について、各数値実施例の値がその数値範囲内となっている。
Figure 0007192852000010
＜５．応用例＞
［５．１ 第１の応用例］
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
図１７は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１７に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。
各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図１７では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。
駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock Brake System）又はＥＳＣ（Electronic Stability Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。
駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。
ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time Of Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。
環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。
ここで、図１８は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
なお、図１８には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０～７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。
図１７に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。
また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。
車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。
統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。
記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。
汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global System of Mobile communications）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Long Term Evolution）若しくはＬＴＥ－Ａ（LTE－Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer To Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine Type Communication）端末）と接続してもよい。
専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless Access in Vehicle Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle to Vehicle）通信、路車間（Vehicle to Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle to Home）の通信及び歩車間（Vehicle to Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。
測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。
ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。
車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface）、又はＭＨＬ（Mobile High-definition Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。
車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。
統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。
マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。
音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１７の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。
なお、図１７に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。
以上説明した車両制御システム７０００において、本開示のズームレンズ、および撮像装置は、撮像部７４１０、および撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８に適用することができる。
［５．２ 第２の応用例］
本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
図１９は、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システム５０００の概略的な構成の一例を示す図である。図１９では、術者（医師）５０６７が、内視鏡手術システム５０００を用いて、患者ベッド５０６９上の患者５０７１に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム５０００は、内視鏡５００１と、その他の術具５０１７と、内視鏡５００１を支持する支持アーム装置５０２７と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート５０３７と、から構成される。
内視鏡手術では、腹壁を切って開腹する代わりに、トロッカ５０２５ａ～５０２５ｄと呼ばれる筒状の開孔器具が腹壁に複数穿刺される。そして、トロッカ５０２５ａ～５０２５ｄから、内視鏡５００１の鏡筒５００３や、その他の術具５０１７が患者５０７１の体腔内に挿入される。図示する例では、その他の術具５０１７として、気腹チューブ５０１９、エネルギー処置具５０２１及び鉗子５０２３が、患者５０７１の体腔内に挿入されている。また、エネルギー処置具５０２１は、高周波電流や超音波振動により、組織の切開及び剥離、又は血管の封止等を行う処置具である。ただし、図示する術具５０１７はあくまで一例であり、術具５０１７としては、例えば攝子、レトラクタ等、一般的に内視鏡下手術において用いられる各種の術具が用いられてよい。
内視鏡５００１によって撮影された患者５０７１の体腔内の術部の画像が、表示装置５０４１に表示される。術者５０６７は、表示装置５０４１に表示された術部の画像をリアルタイムで見ながら、エネルギー処置具５０２１や鉗子５０２３を用いて、例えば患部を切除する等の処置を行う。なお、図示は省略しているが、気腹チューブ５０１９、エネルギー処置具５０２１及び鉗子５０２３は、手術中に、術者５０６７又は助手等によって支持される。
（支持アーム装置）
支持アーム装置５０２７は、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１を備える。図示する例では、アーム部５０３１は、関節部５０３３ａ、５０３３ｂ、５０３３ｃ、及びリンク５０３５ａ、５０３５ｂから構成されており、アーム制御装置５０４５からの制御により駆動される。アーム部５０３１によって内視鏡５００１が支持され、その位置及び姿勢が制御される。これにより、内視鏡５００１の安定的な位置の固定が実現され得る。
（内視鏡）
内視鏡５００１は、先端から所定の長さの領域が患者５０７１の体腔内に挿入される鏡筒５００３と、鏡筒５００３の基端に接続されるカメラヘッド５００５と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒５００３を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡５００１を図示しているが、内視鏡５００１は、軟性の鏡筒５００３を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
鏡筒５００３の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡５００１には光源装置５０４３が接続されており、当該光源装置５０４３によって生成された光が、鏡筒５００３の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者５０７１の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡５００１は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
カメラヘッド５００５の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：Camera Control Unit）５０３９に送信される。なお、カメラヘッド５００５には、その光学系を適宜駆動させることにより、倍率及び焦点距離を調整する機能が搭載される。
なお、例えば立体視（３Ｄ表示）等に対応するために、カメラヘッド５００５には撮像素子が複数設けられてもよい。この場合、鏡筒５００３の内部には、当該複数の撮像素子のそれぞれに観察光を導光するために、リレー光学系が複数系統設けられる。
（カートに搭載される各種の装置）
ＣＣＵ５０３９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡５００１及び表示装置５０４１の動作を統括的に制御する。具体的には、ＣＣＵ５０３９は、カメラヘッド５００５から受け取った画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。ＣＣＵ５０３９は、当該画像処理を施した画像信号を表示装置５０４１に提供する。また、ＣＣＵ５０３９は、カメラヘッド５００５に対して制御信号を送信し、その駆動を制御する。当該制御信号には、倍率や焦点距離等、撮像条件に関する情報が含まれ得る。
表示装置５０４１は、ＣＣＵ５０３９からの制御により、当該ＣＣＵ５０３９によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。内視鏡５００１が例えば４Ｋ（水平画素数３８４０×垂直画素数２１６０）又は８Ｋ（水平画素数７６８０×垂直画素数４３２０）等の高解像度の撮影に対応したものである場合、及び／又は３Ｄ表示に対応したものである場合には、表示装置５０４１としては、それぞれに対応して、高解像度の表示が可能なもの、及び／又は３Ｄ表示可能なものが用いられ得る。４Ｋ又は８Ｋ等の高解像度の撮影に対応したものである場合、表示装置５０４１として５５インチ以上のサイズのものを用いることで一層の没入感が得られる。また、用途に応じて、解像度、サイズが異なる複数の表示装置５０４１が設けられてもよい。
光源装置５０４３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部を撮影する際の照射光を内視鏡５００１に供給する。
アーム制御装置５０４５は、例えばＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、所定の制御方式に従って支持アーム装置５０２７のアーム部５０３１の駆動を制御する。
入力装置５０４７は、内視鏡手術システム５０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置５０４７を介して、内視鏡手術システム５０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、入力装置５０４７を介して、患者の身体情報や、手術の術式についての情報等、手術に関する各種の情報を入力する。また、例えば、ユーザは、入力装置５０４７を介して、アーム部５０３１を駆動させる旨の指示や、内視鏡５００１による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示、エネルギー処置具５０２１を駆動させる旨の指示等を入力する。
入力装置５０４７の種類は限定されず、入力装置５０４７は各種の公知の入力装置であってよい。入力装置５０４７としては、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、スイッチ、フットスイッチ５０５７及び／又はレバー等が適用され得る。入力装置５０４７としてタッチパネルが用いられる場合には、当該タッチパネルは表示装置５０４１の表示面上に設けられてもよい。
あるいは、入力装置５０４７は、例えばメガネ型のウェアラブルデバイスやＨＭＤ（Head Mounted Display）等の、ユーザによって装着されるデバイスであり、これらのデバイスによって検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。また、入力装置５０４７は、ユーザの動きを検出可能なカメラを含み、当該カメラによって撮像された映像から検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。更に、入力装置５０４７は、ユーザの声を収音可能なマイクロフォンを含み、当該マイクロフォンを介して音声によって各種の入力が行われる。このように、入力装置５０４７が非接触で各種の情報を入力可能に構成されることにより、特に清潔域に属するユーザ（例えば術者５０６７）が、不潔域に属する機器を非接触で操作することが可能となる。また、ユーザは、所持している術具から手を離すことなく機器を操作することが可能となるため、ユーザの利便性が向上する。
処置具制御装置５０４９は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具５０２１の駆動を制御する。気腹装置５０５１は、内視鏡５００１による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者５０７１の体腔を膨らめるために、気腹チューブ５０１９を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ５０５３は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ５０５５は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
以下、内視鏡手術システム５０００において特に特徴的な構成について、更に詳細に説明する。
（支持アーム装置）
支持アーム装置５０２７は、基台であるベース部５０２９と、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１と、を備える。図示する例では、アーム部５０３１は、複数の関節部５０３３ａ、５０３３ｂ、５０３３ｃと、関節部５０３３ｂによって連結される複数のリンク５０３５ａ、５０３５ｂと、から構成されているが、図１９では、簡単のため、アーム部５０３１の構成を簡略化して図示している。実際には、アーム部５０３１が所望の自由度を有するように、関節部５０３３ａ～５０３３ｃ及びリンク５０３５ａ、５０３５ｂの形状、数及び配置、並びに関節部５０３３ａ～５０３３ｃの回転軸の方向等が適宜設定され得る。例えば、アーム部５０３１は、好適に、６自由度以上の自由度を有するように構成され得る。これにより、アーム部５０３１の可動範囲内において内視鏡５００１を自由に移動させることが可能になるため、所望の方向から内視鏡５００１の鏡筒５００３を患者５０７１の体腔内に挿入することが可能になる。
関節部５０３３ａ～５０３３ｃにはアクチュエータが設けられており、関節部５０３３ａ～５０３３ｃは当該アクチュエータの駆動により所定の回転軸まわりに回転可能に構成されている。当該アクチュエータの駆動がアーム制御装置５０４５によって制御されることにより、各関節部５０３３ａ～５０３３ｃの回転角度が制御され、アーム部５０３１の駆動が制御される。これにより、内視鏡５００１の位置及び姿勢の制御が実現され得る。この際、アーム制御装置５０４５は、力制御又は位置制御等、各種の公知の制御方式によってアーム部５０３１の駆動を制御することができる。
例えば、術者５０６７が、入力装置５０４７（フットスイッチ５０５７を含む）を介して適宜操作入力を行うことにより、当該操作入力に応じてアーム制御装置５０４５によってアーム部５０３１の駆動が適宜制御され、内視鏡５００１の位置及び姿勢が制御されてよい。当該制御により、アーム部５０３１の先端の内視鏡５００１を任意の位置から任意の位置まで移動させた後、その移動後の位置で固定的に支持することができる。なお、アーム部５０３１は、いわゆるマスタースレイブ方式で操作されてもよい。この場合、アーム部５０３１は、手術室から離れた場所に設置される入力装置５０４７を介してユーザによって遠隔操作され得る。
また、力制御が適用される場合には、アーム制御装置５０４５は、ユーザからの外力を受け、その外力にならってスムーズにアーム部５０３１が移動するように、各関節部５０３３ａ～５０３３ｃのアクチュエータを駆動させる、いわゆるパワーアシスト制御を行ってもよい。これにより、ユーザが直接アーム部５０３１に触れながらアーム部５０３１を移動させる際に、比較的軽い力で当該アーム部５０３１を移動させることができる。従って、より直感的に、より簡易な操作で内視鏡５００１を移動させることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。
ここで、一般的に、内視鏡下手術では、スコピストと呼ばれる医師によって内視鏡５００１が支持されていた。これに対して、支持アーム装置５０２７を用いることにより、人手によらずに内視鏡５００１の位置をより確実に固定することが可能になるため、術部の画像を安定的に得ることができ、手術を円滑に行うことが可能になる。
なお、アーム制御装置５０４５は必ずしもカート５０３７に設けられなくてもよい。また、アーム制御装置５０４５は必ずしも１つの装置でなくてもよい。例えば、アーム制御装置５０４５は、支持アーム装置５０２７のアーム部５０３１の各関節部５０３３ａ～５０３３ｃにそれぞれ設けられてもよく、複数のアーム制御装置５０４５が互いに協働することにより、アーム部５０３１の駆動制御が実現されてもよい。
（光源装置）
光源装置５０４３は、内視鏡５００１に術部を撮影する際の照射光を供給する。光源装置５０４３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成される。このとき、ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置５０４３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド５００５の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
また、光源装置５０４３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド５００５の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
また、光源装置５０４３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察するもの（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得るもの等が行われ得る。光源装置５０４３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
（カメラヘッド及びＣＣＵ）
図２０を参照して、内視鏡５００１のカメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９の機能についてより詳細に説明する。図２０は、図１９に示すカメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９の機能構成の一例を示すブロック図である。
図２０を参照すると、カメラヘッド５００５は、その機能として、レンズユニット５００７と、撮像部５００９と、駆動部５０１１と、通信部５０１３と、カメラヘッド制御部５０１５と、を有する。また、ＣＣＵ５０３９は、その機能として、通信部５０５９と、画像処理部５０６１と、制御部５０６３と、を有する。カメラヘッド５００５とＣＣＵ５０３９とは、伝送ケーブル５０６５によって双方向に通信可能に接続されている。
まず、カメラヘッド５００５の機能構成について説明する。レンズユニット５００７は、鏡筒５００３との接続部に設けられる光学系である。鏡筒５００３の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド５００５まで導光され、当該レンズユニット５００７に入射する。レンズユニット５００７は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。レンズユニット５００７は、撮像部５００９の撮像素子の受光面上に観察光を集光するように、その光学特性が調整されている。また、ズームレンズ及びフォーカスレンズは、撮像画像の倍率及び焦点の調整のため、その光軸上の位置が移動可能に構成される。
撮像部５００９は撮像素子によって構成され、レンズユニット５００７の後段に配置される。レンズユニット５００７を通過した観察光は、当該撮像素子の受光面に集光され、光電変換によって、観察像に対応した画像信号が生成される。撮像部５００９によって生成された画像信号は、通信部５０１３に提供される。
撮像部５００９を構成する撮像素子としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）タイプのイメージセンサであり、Ｂａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能なものが用いられる。なお、当該撮像素子としては、例えば４Ｋ以上の高解像度の画像の撮影に対応可能なものが用いられてもよい。術部の画像が高解像度で得られることにより、術者５０６７は、当該術部の様子をより詳細に把握することができ、手術をより円滑に進行することが可能となる。
また、撮像部５００９を構成する撮像素子は、３Ｄ表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成される。３Ｄ表示が行われることにより、術者５０６７は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部５００９が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット５００７も複数系統設けられる。
また、撮像部５００９は、必ずしもカメラヘッド５００５に設けられなくてもよい。例えば、撮像部５００９は、鏡筒５００３の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
駆動部５０１１は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部５０１５からの制御により、レンズユニット５００７のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部５００９による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
通信部５０１３は、ＣＣＵ５０３９との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部５０１３は、撮像部５００９から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル５０６５を介してＣＣＵ５０３９に送信する。この際、術部の撮像画像を低レイテンシで表示するために、当該画像信号は光通信によって送信されることが好ましい。手術の際には、術者５０６７が撮像画像によって患部の状態を観察しながら手術を行うため、より安全で確実な手術のためには、術部の動画像が可能な限りリアルタイムに表示されることが求められるからである。光通信が行われる場合には、通信部５０１３には、電気信号を光信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。画像信号は当該光電変換モジュールによって光信号に変換された後、伝送ケーブル５０６５を介してＣＣＵ５０３９に送信される。
また、通信部５０１３は、ＣＣＵ５０３９から、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を受信する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。通信部５０１３は、受信した制御信号をカメラヘッド制御部５０１５に提供する。なお、ＣＣＵ５０３９からの制御信号も、光通信によって伝送されてもよい。この場合、通信部５０１３には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられ、制御信号は当該光電変換モジュールによって電気信号に変換された後、カメラヘッド制御部５０１５に提供される。
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ５０３９の制御部５０６３によって自動的に設定される。つまり、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡５００１に搭載される。
カメラヘッド制御部５０１５は、通信部５０１３を介して受信したＣＣＵ５０３９からの制御信号に基づいて、カメラヘッド５００５の駆動を制御する。例えば、カメラヘッド制御部５０１５は、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報及び／又は撮像時の露光を指定する旨の情報に基づいて、撮像部５００９の撮像素子の駆動を制御する。また、例えば、カメラヘッド制御部５０１５は、撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報に基づいて、駆動部５０１１を介してレンズユニット５００７のズームレンズ及びフォーカスレンズを適宜移動させる。カメラヘッド制御部５０１５は、更に、鏡筒５００３やカメラヘッド５００５を識別するための情報を記憶する機能を備えてもよい。
なお、レンズユニット５００７や撮像部５００９等の構成を、気密性及び防水性が高い密閉構造内に配置することで、カメラヘッド５００５について、オートクレーブ滅菌処理に対する耐性を持たせることができる。
次に、ＣＣＵ５０３９の機能構成について説明する。通信部５０５９は、カメラヘッド５００５との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部５０５９は、カメラヘッド５００５から、伝送ケーブル５０６５を介して送信される画像信号を受信する。この際、上記のように、当該画像信号は好適に光通信によって送信され得る。この場合、光通信に対応して、通信部５０５９には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。通信部５０５９は、電気信号に変換した画像信号を画像処理部５０６１に提供する。
また、通信部５０５９は、カメラヘッド５００５に対して、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を送信する。当該制御信号も光通信によって送信されてよい。
画像処理部５０６１は、カメラヘッド５００５から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。当該画像処理としては、例えば現像処理、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Noise reduction）処理及び／又は手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の公知の信号処理が含まれる。また、画像処理部５０６１は、ＡＥ、ＡＦ及びＡＷＢを行うための、画像信号に対する検波処理を行う。
画像処理部５０６１は、ＣＰＵやＧＰＵ等のプロセッサによって構成され、当該プロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより、上述した画像処理や検波処理が行われ得る。なお、画像処理部５０６１が複数のＧＰＵによって構成される場合には、画像処理部５０６１は、画像信号に係る情報を適宜分割し、これら複数のＧＰＵによって並列的に画像処理を行う。
制御部５０６３は、内視鏡５００１による術部の撮像、及びその撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部５０６３は、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を生成する。この際、撮像条件がユーザによって入力されている場合には、制御部５０６３は、当該ユーザによる入力に基づいて制御信号を生成する。あるいは、内視鏡５００１にＡＥ機能、ＡＦ機能及びＡＷＢ機能が搭載されている場合には、制御部５０６３は、画像処理部５０６１による検波処理の結果に応じて、最適な露出値、焦点距離及びホワイトバランスを適宜算出し、制御信号を生成する。
また、制御部５０６３は、画像処理部５０６１によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部の画像を表示装置５０４１に表示させる。この際、制御部５０６３は、各種の画像認識技術を用いて術部画像内における各種の物体を認識する。例えば、制御部５０６３は、術部画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具５０２１使用時のミスト等を認識することができる。制御部５０６３は、表示装置５０４１に術部の画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させる。手術支援情報が重畳表示され、術者５０６７に提示されることにより、より安全かつ確実に手術を進めることが可能になる。
カメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９を接続する伝送ケーブル５０６５は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
ここで、図示する例では、伝送ケーブル５０６５を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド５００５とＣＣＵ５０３９との間の通信は無線で行われてもよい。両者の間の通信が無線で行われる場合には、伝送ケーブル５０６５を手術室内に敷設する必要がなくなるため、手術室内における医療スタッフの移動が当該伝送ケーブル５０６５によって妨げられる事態が解消され得る。
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システム５０００の一例について説明した。なお、ここでは、一例として内視鏡手術システム５０００について説明したが、本開示に係る技術が適用され得るシステムはかかる例に限定されない。例えば、本開示に係る技術は、検査用軟性内視鏡システムや顕微鏡手術システムに適用されてもよい。
本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、カメラヘッド５００５に好適に適用され得る。特に、本開示のズームレンズは、カメラヘッド５００５のレンズユニット５００７に好適に適用され得る。
＜６．その他の実施の形態＞
本開示による技術は、上記実施の形態および実施例の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば、上記各数値実施例において示した各部の形状および数値は、いずれも本技術を実施するための具体化のほんの一例に過ぎず、これらによって本技術の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
また、上記実施の形態および実施例では、実質的に６つのレンズ群からなる構成について説明したが、実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備えた構成であってもよい。
また例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
以下の構成の本技術によれば、全体として６群のレンズ構成とし、各レンズ群の構成の最適化を図るようにしたので、小型化、高変倍比化、および大口径化を図りながらも、変倍領域全域に亘り良好な結像性能を実現することができる。
［１］
物体側から像面側に向かって順に、
正の屈折力を有する第１レンズ群と、
負の屈折力を有する第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、
第４レンズ群、第５レンズ群、および第６レンズ群を含み、全体として正の屈折力を有する後続群と
から構成され、
以下の条件式を満足する
ズームレンズ。
０．５＜ＬＴ４５／ＬＷ４５＜１．８ ……（ａ）
１．０＜ＬＴ４６／ＬＷ４６＜２．０ ……（ｂ）
（β３Ｗ／β３Ｔ）＊（β４Ｗ／β４Ｔ）＞１．８ ……（ｃ）
ただし、
ＬＷ４５：広角端における前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との群間距離
ＬＴ４５：望遠端における前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との群間距離
ＬＷ４６：広角端における前記第４レンズ群と前記第６レンズ群との群間距離
ＬＴ４６：望遠端における前記第４レンズ群と前記第６レンズ群との群間距離
β３Ｗ：広角端における前記第３レンズ群の横倍率
β３Ｔ：望遠端における前記第３レンズ群の横倍率
β４Ｗ：広角端における前記第４レンズ群の横倍率
β４Ｔ：望遠端における前記第４レンズ群の横倍率
とする。
［２］
さらに以下の条件式を満足する
上記［１］に記載のズームレンズ。
１．０＜（β３Ｗ／β３Ｔ）／（β４Ｗ／β４Ｔ）＜５．０ ……（ｄ）
［３］
前記第４レンズ群は、正の屈折力を有する
上記［１］または［２］に記載のズームレンズ。
［４］
前記第５レンズ群は、負の屈折力を有する
上記［１］ないし［３］のいずれか１つに記載のズームレンズ。
［５］
前記第６レンズ群は、正の屈折力を有する
上記［１］ないし［４］のいずれか１つに記載のズームレンズ。
［６］
広角端から望遠端への変倍の際に、全てのレンズ群が移動する
上記［１］ないし［５］のいずれか１つに記載のズームレンズ。
［７］
さらに以下の条件式を満足する
上記［１］ないし［６］のいずれか１つに記載のズームレンズ。
ＤＴ／ＦＴ＜１．４ ……（ｅ）
ただし、
ＤＴ：望遠端におけるレンズ全長
ＦＴ：望遠端における全系の焦点距離
とする。
［８］
さらに以下の条件式を満足する
上記［１］ないし［７］のいずれか１つに記載のズームレンズ。
ＦＴ／ＦＷ＞５．０ ……（ｆ）
ただし、
ＦＷ：広角端における全系の焦点距離
ＦＴ：望遠端における全系の焦点距離
とする。
［９］
ズームレンズと、前記ズームレンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを含み、
前記ズームレンズは、
物体側から像面側に向かって順に、
正の屈折力を有する第１レンズ群と、
負の屈折力を有する第２レンズ群と、
正の屈折力を有する第３レンズ群と、
第４レンズ群、第５レンズ群、および第６レンズ群を含み、全体として正の屈折力を有する後続群と
から構成され、
以下の条件式を満足する
撮像装置。
０．５＜ＬＴ４５／ＬＷ４５＜１．８ ……（ａ）
１．０＜ＬＴ４６／ＬＷ４６＜２．０ ……（ｂ）
（β３Ｗ／β３Ｔ）＊（β４Ｗ／β４Ｔ）＞１．８ ……（ｃ）
ただし、
ＬＷ４５：広角端における前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との群間距離
ＬＴ４５：望遠端における前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との群間距離
ＬＷ４６：広角端における前記第４レンズ群と前記第６レンズ群との群間距離
ＬＴ４６：望遠端における前記第４レンズ群と前記第６レンズ群との群間距離
β３Ｗ：広角端における前記第３レンズ群の横倍率
β３Ｔ：望遠端における前記第３レンズ群の横倍率
β４Ｗ：広角端における前記第４レンズ群の横倍率
β４Ｔ：望遠端における前記第４レンズ群の横倍率
とする。
［１０］
実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備えた
上記［１］ないし［８］のいずれか１つに記載のズームレンズ。
［１１］
前記ズームレンズは、実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備える
上記［９］に記載の撮像装置。
本出願は、日本国特許庁において２０１８年３月２９日に出願された日本特許出願番号第２０１８－０６３８５５号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (9)

  1. 物体側から像面側に向かって順に、
    正の屈折力を有する第１レンズ群と、
    負の屈折力を有する第２レンズ群と、
    正の屈折力を有する第３レンズ群と、
    正の屈折力を有する第４レンズ群、第５レンズ群、および第６レンズ群からなり、全体として正の屈折力を有する後続群と
    から構成され、
    広角端から望遠端への変倍の際に、前記各レンズ群の間隔が変化し、
    以下の条件式を満足する
    ズームレンズ。
    ０．５＜ＬＴ４５／ＬＷ４５＜１．８ ……（ａ）
    １．０＜ＬＴ４６／ＬＷ４６＜２．０ ……（ｂ）
    （β３Ｗ／β３Ｔ）＊（β４Ｗ／β４Ｔ）＞１．８ ……（ｃ）
    ただし、
    ＬＷ４５：広角端における前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との群間距離
    ＬＴ４５：望遠端における前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との群間距離
    ＬＷ４６：広角端における前記第４レンズ群と前記第６レンズ群との群間距離
    ＬＴ４６：望遠端における前記第４レンズ群と前記第６レンズ群との群間距離
    β３Ｗ：広角端における前記第３レンズ群の横倍率
    β３Ｔ：望遠端における前記第３レンズ群の横倍率
    β４Ｗ：広角端における前記第４レンズ群の横倍率
    β４Ｔ：望遠端における前記第４レンズ群の横倍率
    とする。
  2. さらに以下の条件式を満足する
    請求項１に記載のズームレンズ。
    １．０＜（β３Ｗ／β３Ｔ）／（β４Ｗ／β４Ｔ）＜５．０ ……（ｄ）
  3. 前記第５レンズ群は、負の屈折力を有する
    請求項１に記載のズームレンズ。
  4. 前記第６レンズ群は、正の屈折力を有する
    請求項１に記載のズームレンズ。
  5. 広角端から望遠端への変倍の際に、全てのレンズ群が移動する
    請求項１に記載のズームレンズ。
  6. さらに以下の条件式を満足する
    請求項１に記載のズームレンズ。
    ＤＴ／ＦＴ＜１．４ ……（ｅ）
    ただし、
    ＤＴ：望遠端におけるレンズ全長
    ＦＴ：望遠端における全系の焦点距離
    とする。
  7. さらに以下の条件式を満足する
    請求項１に記載のズームレンズ。
    ＦＴ／ＦＷ＞５．０ ……（ｆ）
    ただし、
    ＦＷ：広角端における全系の焦点距離
    ＦＴ：望遠端における全系の焦点距離
    とする。
  8. ズームレンズと、前記ズームレンズによって形成された光学像に応じた撮像信号を出力する撮像素子とを含み、
    前記ズームレンズは、
    物体側から像面側に向かって順に、
    正の屈折力を有する第１レンズ群と、
    負の屈折力を有する第２レンズ群と、
    正の屈折力を有する第３レンズ群と、
    正の屈折力を有する第４レンズ群、第５レンズ群、および第６レンズ群からなり、全体として正の屈折力を有する後続群と
    から構成され、
    広角端から望遠端への変倍の際に、前記各レンズ群の間隔が変化し、
    以下の条件式を満足する
    撮像装置。
    ０．５＜ＬＴ４５／ＬＷ４５＜１．８ ……（ａ）
    １．０＜ＬＴ４６／ＬＷ４６＜２．０ ……（ｂ）
    （β３Ｗ／β３Ｔ）＊（β４Ｗ／β４Ｔ）＞１．８ ……（ｃ）
    ただし、
    ＬＷ４５：広角端における前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との群間距離
    ＬＴ４５：望遠端における前記第４レンズ群と前記第５レンズ群との群間距離
    ＬＷ４６：広角端における前記第４レンズ群と前記第６レンズ群との群間距離
    ＬＴ４６：望遠端における前記第４レンズ群と前記第６レンズ群との群間距離
    β３Ｗ：広角端における前記第３レンズ群の横倍率
    β３Ｔ：望遠端における前記第３レンズ群の横倍率
    β４Ｗ：広角端における前記第４レンズ群の横倍率
    β４Ｔ：望遠端における前記第４レンズ群の横倍率
    とする。
  9. 実質的に屈折力を有さないレンズをさらに備えた
    請求項１ないし７のいずれか１つに記載のズームレンズ。
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