JPWO2020174865A1 - 可変焦点距離レンズ系及び撮像装置 - Google Patents

Abstract

第１レンズユニットと第３レンズユニットは光軸に対して回転対称な形状のレンズで構成されると共に同じ光軸上に配置され、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズは同一形状にされ光軸に対して１８０度回転して配置され、第１レンズユニットと第３レンズユニットの光軸をＺ軸とし、像面上でＺ軸に垂直な軸をＹ軸とし、像面上でＹ軸とＺ軸に垂直な軸をＸ軸とすると、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズはＹ軸方向へ移動可能であり、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズが互いに逆方向へ移動することにより第２レンズユニットの屈折力が可変であり、焦点距離が最も短い広角端状態から焦点距離が最も長い望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、第１レンズユニットと第３レンズユニットを構成するレンズ群の一部が移動するのと合わせて、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズがＹ軸方向へ移動する。

Description

本技術は、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ等に使用される可変焦点距離レンズ系及びこのような可変焦点距離レンズ系を用いた撮像装置に関する。特に、本技術は、画角が最も広くなる広角端状態で２４〜３８ｍｍ程度（３５ｍｍ換算）、Ｆナンバーが１．８〜４．０程度、ズーム比が１０〜３０倍程度のズームレンズに適している。

従来より、カメラにおける記録手段として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の光電変換素子を用いた撮像素子によって、撮像素子面上に形成された被写体像を各光電変換素子によって被写体像の光量を電気的出力に変換して記録する方法が知られている。

近年の微細加工技術の技術進歩に伴い、中央演算処理装置（ＣＰＵ）の高速化や記憶媒体の高集積化が図られ、それまでは取り扱えなかったような大容量の画像データが高速処理できるようになってきた。特に、ＣＰＵの高速化により、歪曲収差や倍率色収差と言った収差補正が撮影後に本体内で行われるようになってきた。

ところで、従来のズームレンズは複数の可動レンズ群を有し、それらの可動レンズ群を光軸方向へ移動させることで像面位置を一定に保ったまま、焦点距離を変化させている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載されたズームレンズは、物体側より像側へ順に、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レンズ群とにより構成されている。このズームレンズにおいては、焦点距離を変化させる際に、第１レンズ群と第３レンズ群が固定で、第２レンズ群が光軸方向へ移動し、それに伴う像面位置の変化を補償するように第４レンズ群が光軸方向へ移動する。

これに対して、回転対称な軸を持たない自由曲面レンズを光軸に垂直な方向へ移動させて画角を変化させるスライド式の可変焦点距離レンズ系が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載された可変焦点距離レンズ系においては、４枚の自由曲面レンズが移動してズーム操作が行われている。

特開平４−４３３１１号公報 特開２００７−４０６３号公報

しかしながら、従来のズームレンズではレンズ全長の短縮化に限界があった。

これまでに提案された自由曲面レンズを使った可変焦点距離レンズ系では、例えば、特許文献２におけるレンズ系では、２か所に自由曲面レンズを２枚ずつ配置することでズーム部とコンペンゼータ部に分離し、それぞれ異なる方向へ移動させることにより、変倍を行っている。

ところが、自由曲面レンズが４枚と非常に多く、自由曲面は加工が難しいために、製造を含めて安定した光学品質を得ることが難しかった。また、それらが独立して移動するために、位置制御も難しいという課題があった。

そこで、本技術の可変焦点距離レンズ系及び撮像装置は、小型で高倍率な可変焦点距離レンズ系及び撮像装置を提供することを目的とする。

第１に、本技術に係る可変焦点距離レンズ系は、物体側より像側へ順に、少なくとも一つのレンズ群で構成される第１レンズユニットと、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズで構成される第２レンズユニットと、少なくとも一つのレンズ群で構成される第３レンズユニットとにより構成され、前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットは光軸に対して回転対称な形状のレンズで構成されると共に同じ光軸上に配置され、前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズは同一形状にされ光軸に対して１８０度回転して配置され、前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットの光軸をＺ軸とし、像面上でＺ軸に垂直な軸をＹ軸とし、像面上でＹ軸とＺ軸に垂直な軸をＸ軸とすると、前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズはＹ軸方向へ移動可能であり、前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズが互いに逆方向へ移動することにより前記第２レンズユニットの屈折力が可変であり、焦点距離が最も短い広角端状態から焦点距離が最も長い望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットを構成するレンズ群の一部が移動するのと合わせて、前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズがＹ軸方向へ移動するものである。

これにより、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズが互いに逆方向へ移動することにより第２レンズユニットの合成屈折力が変化すると共に第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズが逆方向へ同じ量だけ移動されることにより非対称な形状に起因する収差が第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズの二つのレンズで互いに打ち消し合う。

第２に、上記した可変焦点距離レンズ系においては、下記の条件式（１）を満足することが望ましい。
（１）０．０３＜ΔＰ２／Ｚ＜０．３５
但し、
ΔＰ２：φ２Ｔ／φ２Ｗ
φ２Ｔ：望遠端状態における第２レンズユニットの屈折力
φ２Ｗ：広角端状態における第２レンズユニットの屈折力
Ｚ：ｆｔ／ｆｗ
ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。

これにより、望遠端状態で発生する色収差が抑制される。

第３に、上記した可変焦点距離レンズ系においては、下記の条件式（２）及び条件式（３）を満足することが望ましい。
（２）０．１＜｜ΔＬＡ｜／ｆｔ＜０．３
（３）０．１＜｜ΔＬＢ｜／ｆｔ＜０．３
但し、
ΔＬＡ：広角端状態から望遠端状態までの第１自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
ΔＬＢ：広角端状態から望遠端状態までの第２自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。

これにより、Ｙ軸方向の大きな移動スペースが必要とされないと共に非対称な収差の発生が抑制される。

第４に、上記した可変焦点距離レンズ系においては、開口絞りが前記第２レンズユニット付近に配置され、下記の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）｜ΔＰ｜／ｆｗ＜０．７
但し、
ΔＰ：開口絞りから第２レンズユニットまでのＺ軸に沿った長さの最大値
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。

これにより、軸外光束が光軸に近い位置を通過する。

第５に、上記した可変焦点距離レンズ系においては、下記の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）０．９＜｜ΔＬＡ｜／｜ΔＬＢ｜＜１．１
但し、
ΔＬＡ：広角端状態から望遠端状態までの第１自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
ΔＬＢ：広角端状態から望遠端状態までの第２自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
とする。

これにより、二つの自由曲面レンズの移動量が小さくなる。

第６に、上記した可変焦点距離レンズ系においては、前記第１レンズユニットは、物体側より像側へ順に、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レンズ群とを有し、広角端状態から望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第２レンズユニットとの間隔が減少するように、少なくとも第２レンズ群が光軸方向へ移動することが望ましい。

これにより、第１レンズユニットの変倍作用が大きくなると共にズーム位置の変化に伴う開口絞りの径の変化が抑制される。

第７に、上記した可変焦点距離レンズ系においては、前記第３レンズユニットは被写体距離に応じて光軸方向へ移動するフォーカシングレンズを含むことが望ましい。

これにより、第１レンズユニットと第２レンズユニットの中のレンズ群がフォーカス作用を持つ場合に、被写体距離の変化に伴う画角の変化が生じないようにすることが可能になる。

第８に、本技術に係る撮像装置は、可変焦点距離レンズ系と前記可変焦点距離レンズ系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備え、前記可変焦点距離レンズ系は、物体側より像側へ順に、少なくとも一つのレンズ群で構成される第１レンズユニットと、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズで構成される第２レンズユニットと、少なくとも一つのレンズ群で構成される第３レンズユニットとにより構成され、前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットは光軸に対して回転対称な形状のレンズで構成されると共に同じ光軸上に配置され、前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズは同一形状にされ光軸に対して１８０度回転して配置され、前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットの光軸をＺ軸とし、像面上でＺ軸に垂直な軸をＹ軸とし、像面上でＹ軸とＺ軸に垂直な軸をＸ軸とすると、前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズはＹ軸方向へ移動可能であり、前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズが互いに逆方向へ移動することにより前記第２レンズユニットの屈折力が可変であり、焦点距離が最も短い広角端状態から焦点距離が最も長い望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットを構成するレンズ群の一部が移動するのと合わせて、前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズがＹ軸方向へ移動するものである。

これにより、可変焦点距離レンズ系において、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズが互いに逆方向へ移動することにより第２レンズユニットの合成屈折力が変化すると共に第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズが逆方向へ同じ量だけ移動されることにより非対称な形状に起因する収差が第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズの二つのレンズで互いに打ち消し合う。

図２乃至図１７と共に本技術の可変焦点距離レンズ系及び撮像装置の実施の形態を示すものであり、本図は、可変焦点距離レンズ系の屈折力配置図である。 第１実施例のレンズ構成を示す図である。 第１実施例のスポットダイアフラムである。 第１実施例の歪曲収差図である。 第２実施例のレンズ構成を示す図である。 第２実施例のスポットダイアフラムである。 第２実施例の歪曲収差図である。 第３実施例のレンズ構成を示す図である。 第３実施例のスポットダイアフラムである。 第３実施例の歪曲収差図である。 撮像装置の一例を示すブロック図である。 手術室システムの全体構成を概略的に示す図である。 集中操作パネルにおける操作画面の表示例を示す図である。 手術室システムが適用された手術の様子の一例を示す図である。 図１４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。 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。

以下に、本技術の可変焦点距離レンズ系及び撮像装置を実施するための形態について説明する。

［可変焦点距離レンズ系の構成］
本技術の可変焦点距離レンズ系は、物体側より像側へ順に、少なくとも一つのレンズ群で構成される第１レンズユニットと、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズで構成される第２レンズユニットと、少なくとも一つのレンズ群で構成される第３レンズユニットとにより構成されている。

また、本技術の可変焦点距離レンズ系は、第１レンズユニットと第３レンズユニットは光軸に対して回転対称な形状のレンズで構成されると共に同じ光軸上に配置され、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズは同一形状にされ光軸に対して１８０度回転して配置されている。

さらに、本技術の可変焦点距離レンズ系は、第１レンズユニットと第３レンズユニットの光軸をＺ軸とし、像面上でＺ軸に垂直な軸をＹ軸とし、像面上でＹ軸とＺ軸に垂直な軸をＸ軸とすると、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズはＹ軸方向へ移動可能である。

加えて、本技術の可変焦点距離レンズ系は、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズが互いに逆方向へ移動することにより第２レンズユニットの屈折力が可変であり、焦点距離が最も短い広角端状態から焦点距離が最も長い望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、第１レンズユニットと第３レンズユニットを構成するレンズ群の一部が移動するのと合わせて、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズがＹ軸方向へ移動する。

一般的なズームレンズでは球面レンズや非球面レンズと言った回転対称な形状のレンズが使用され、少なくとも二つの可動レンズ群が光軸方向へ移動する構成である。

具体的には、一方の可動レンズ群が移動し、それに伴う像面位置の変化を他のレンズ群が補償するように移動する。

一方、特開２００７−４０６３号公報等で開示される可変焦点距離レンズ系では、４枚の自由曲面レンズが配置され、いずれもが光軸に垂直な方向へ移動可能であった。そして、物体側に配置される２枚の自由曲面レンズが互いに逆向きに移動することにより、レンズ系全体の屈折力を変化させ、それに伴う像面位置の変化を像側に配置される２枚の自由曲面レンズが互いに逆向きに移動することにより補償していた。

ここで、本技術においては、回転非対称のレンズを用いているため、ＸＹＺ軸を定義する。回転対称な形状のレンズで構成される第１レンズユニットと第３レンズユニットの光軸をＺ軸とし、像面上でＺ軸に垂直な面をＹ軸とし、像面上でＺ軸とＹ軸に垂直な軸をＸ軸として、像面上の原点で３つの軸が交わる。

本技術の可変焦点距離レンズ系は第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズが同じ形状でＺ軸に対して１８０度回転されて配置される。そして、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズが互いに逆方向へ移動することで、第２レンズユニットの合成屈折力が変化する。これと一般的なズームレンズとを組合せることで、像面位置を一定に保ちながら光学全長を短縮化する。

従来のズームレンズは各レンズ群の移動方向が光軸方向のみであったのに対して、本技術の可変焦点距離レンズ系は二つの自由曲面レンズを光軸方向以外に移動させることで焦点距離を変化させる自由度を増やしている。

特に、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズを同一形状とすることで、自由曲面の形状が滑らかになり、停止位置のズレや自由曲面の偏心（物体側と像側のレンズ面同士の倒れや移動）による性能低下を防ぐことを可能とした。

また、焦点距離を変化させる際に、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズを逆方向へ同じ量だけ移動させることで、非対称な形状に起因する収差を第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズの二つのレンズで互いに打ち消して、良好な光学性能を実現した。

上記のように、本技術の可変焦点距離レンズ系は、各種の効果を奏し、小型で高倍率な可変焦点距離レンズ系を提供することができる。

本技術の可変焦点距離レンズ系では、焦点距離を変化させる変倍作用が従来のズームレンズと自由曲面レンズを移動させることの組合せによって生じるようにされている。

この時、自由曲面レンズの屈折力が移動量に応じて大きく変化すれば、焦点距離を変化させる効果が大きくなるが、色収差の発生を抑えることが難しいため、所定の光学性能を得ることができない。

そこで、本技術の可変焦点距離レンズ系では、下記の条件式（１）を満足することが望ましい。
（１）０．０３＜ΔＰ２／Ｚ＜０．３５
但し、
ΔＰ２：φ２Ｔ／φ２Ｗ
φ２Ｔ：望遠端状態における第２レンズユニットの屈折力
φ２Ｗ：広角端状態における第２レンズユニットの屈折力
Ｚ：ｆｔ／ｆｗ
ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。

条件式（１）は、レンズ系全体のズーム比に対する第２レンズユニットが占める割合を規定する条件式である。

条件式（１）の上限値を上回った場合には、望遠端状態で発生する色収差が大きくなってしまい、光学性能が低下してしまう。

逆に、条件式（１）の下限値を下回った場合には、従来のズームレンズからの小型化が充分に図れなくなってしまう。

従って、可変焦点距離レンズ系が条件式（１）を満足することにより、望遠端状態での色収差の発生を抑制して光学性能の向上を図ることができると共に小型化を図ることができる。

尚、本技術において更なる高性能化を実現するには、条件式（１）の上限値を０．３とすることが望ましい。

更に、本技術では下記の条件式（２）及び条件式（３）を満足することにより、小型化と高性能化のバランス化を図ることができる。
（２）０．１＜｜ΔＬＡ｜／ｆｔ＜０．３
（３）０．１＜｜ΔＬＢ｜／ｆｔ＜０．３
但し、
ΔＬＡ：広角端状態から望遠端状態までの第１自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
ΔＬＢ：広角端状態から望遠端状態までの第２自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。

条件式（２）と条件式（３）は、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズの移動量を規定する条件式である。条件式（２）と条件式（３）に含まれるｆｔは、広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離をｆｗとし、望遠端状態と広角端状態におけるレンズ系全体の変倍比をＺとするときに、ｆｗ・Ｚという意味である。ｆｗは基準となる広角端状態における焦点距離で条件式をノーマライズ（無次元化）する意味で含まれており、結果的に、条件式（２）と条件式（３）は変倍比に対する第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズの移動量を最適化することになる。

条件式（２）と条件式（３）の上限値を上回った場合には、Ｙ軸方向の大きな移動スペースが必要となり、鏡筒サイズが大きくなってしまう。

条件式（２）と条件式（３）の下限値を下回った場合には、少ない移動量で形状が大きく変化するために、非対称な収差が大きく発生してしまう。

従って、可変焦点距離レンズ系が条件式（２）及び条件式（３）を満足することにより、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズのＹ軸方向における移動スペースを小さくして鏡筒サイズの小型化を図ることができると共に第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズの移動に伴う非対称な収差の発生を抑制することができる。

本技術においては、更なる高性能化を図るために、開口絞りが第２レンズユニット付近に配置され、下記の条件式（４）を満足することが望ましい。
（４）｜ΔＰ｜／ｆｗ＜０．７
但し、
ΔＰ：開口絞りから第２レンズユニットまでのＺ軸に沿った長さの最大値
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。

第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズは開口絞りからの距離が異なるため、非対称な軸外収差が発生し易い。従って、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズを開口絞り付近に配置することによって、軸外光束が光軸に近い位置を通過するため、非対称な軸外収差を抑えることが可能である。

特に、条件式（４）を満足するように第２レンズユニットと開口絞りを配置することで、高性能化を図ることができる。

尚、本技術において、自由曲面レンズでの大きさを小型化し、レンズ系全体を小型化する場合には、条件式（４）の上限値を０．６とすることが望ましい。

本技術においては、二つの自由曲面レンズの停止位置精度を緩めて、製造時にも優れた光学性能を得るために、下記の条件式（５）を満足することが望ましい。
（５）０．９＜｜ΔＬＡ｜／｜ΔＬＢ｜＜１．１
但し、
ΔＬＡ：広角端状態から望遠端状態までの第１自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
ΔＬＢ：広角端状態から望遠端状態までの第２自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
とする。

本技術においては、二つの自由曲面レンズが同一の形状であるため、移動量｜ΔＬＡ｜と｜ΔＬＢ｜が大きく異なると、一つのレンズ面での作用が異なってしまう。

従って、可変焦点距離レンズ系が条件式（５）を満足することにより、二つの自由曲面レンズの移動量が小さくなり、光学性能の向上を図ることができる。

また、更なる高い光学性能を実現するには、条件式（５）の上限値を１．０５とするか、下限値を０．９５とすることが望ましい。

本技術においては、更なる高性能化を図るために、第１レンズユニットは、物体側より像側へ順に、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レンズ群とを有し、広角端状態から望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、第１レンズ群と第２レンズ群との間隔が増大し、第２レンズ群と第２レンズユニットとの間隔が減少するように、少なくとも第２レンズ群が光軸方向へ移動することが望ましい。

こうした構成にすることにより、第１レンズユニットの変倍作用を大きくし、ズーム位置の変化に伴う開口絞りの径の変化を抑えている。その結果、広角端状態と望遠端状態で必要になる自由曲面レンズの面精度が均等になるようにして、量産時にも安定した光学品質を得ることができる。

本技術においては、第３レンズユニットは被写体距離に応じて光軸方向へ移動するフォーカシングレンズを含むことが望ましい。

これは第１レンズユニットと第２レンズユニットが変倍作用を持つために、この中のレンズ群がフォーカス作用を持つ場合には、レンズ系全体の焦点距離が変化して、被写体距離の変化に伴って画角が変化してしまうからである。

従って、第３レンズユニットがフォーカシングレンズを含むことにより、第１レンズユニットと第２レンズユニットの中のレンズ群がフォーカス作用を持つ場合に、被写体距離の変化に伴う画角の変化を生じないようにして、光学性能の向上を図ることが可能になる。

尚、本技術による各実施例では第２レンズユニットの像側に開口絞りを配置しているが、開口絞りは、第２レンズユニットの物体側や第２レンズユニットを構成する２枚の自由曲面レンズの間に配置することも可能である。

本技術の可変焦点距離では、自由曲面の形状をＸＹ多項式で表現する。具体的に形状を示す式は、ｋをコーニック係数（円錐定数）、Ｃ３、Ｃ４、・・・、Ｃ５３を係数とすると、Ｚ軸方向のサグ量Ｚｓａｇが以下の数式１で示される。

本技術においては、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズをＹ軸方向に移動させるため、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズはＹ−Ｚ平面に対して対称な形状である。具体的には、Ｘの奇数次項はゼロという意味である。

また、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズはＺ軸を基準に反対向きに配置されるため、ＸＹ多項式としてはＹが奇数次となる項の符号が逆向きになる。

尚、本技術においては、レンズ系の像側にモアレ縞の発生を防ぐためにローパスフィルタを配置したり、受光素子の分光感度特性に応じて赤外カットフィルタを配置することも勿論可能である。

［可変焦点距離レンズ系の数値実施例］
以下に、本技術の可変焦点距離レンズ系の具体的な実施の形態及び実施の形態に具体的な数値を適用した数値実施例について、図面及び表を参照して説明する。

図１は、本技術の各実施例による可変焦点距離レンズ系の屈折力配置を示している。本技術の可変焦点距離レンズ系は、物体側より像側へ順に、第１レンズユニットＵ１と第２レンズユニットＵ２と第３レンズユニットＵ３が配置されている。

第１レンズユニットＵ１は正の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と負の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とで構成されている。第２レンズユニットＵ２は自由曲面レンズによる第３レンズ群Ｇ３と第４レンズ群Ｇ４とにより構成されている。第３レンズユニットＵ３は第５レンズ群Ｇ５と第６レンズ群Ｇ６と第７レンズ群Ｇ７と第８レンズ群Ｇ８で構成されている。

焦点距離が最も短くなる広角端状態から最も長くなる望遠端状態まで焦点距離状態が変化する際に、第１レンズ群Ｇ１は固定され、第２レンズ群Ｇ２はＺ軸に沿って像側へ移動し、第３レンズ群Ｇ３はＹ軸方向におけるマイナス方向へ移動し、第４レンズ群Ｇ４はＹ軸方向におけるプラス方向へ移動し、第５レンズ群Ｇ５はＺ軸に沿って物体側へ移動し、第６レンズ群Ｇ６はＺ軸に沿って物体側へ移動し、第７レンズ群Ｇ７はＺ軸に沿って物体側へ移動し、第８レンズ群Ｇ８は固定される。

そして、第１レンズ群Ｇ１と第２レンズ群Ｇ２との空気間隔Ｄ１は増大し、第２レンズ群Ｇ２と第３レンズ群Ｇ３との空気間隔Ｄ２は減少し、第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との空気間隔Ｄ４は減少し、第５レンズ群Ｇ５と第６レンズ群Ｇ６との空気間隔Ｄ５は変化し、第６レンズ群Ｇ６と第７レンズ群Ｇ７との空気間隔Ｄ６は変化し、第７レンズ群Ｇ７と第８レンズ群Ｇ８との空気間隔Ｄ７は増大する。

開口絞りＳは第４レンズ群Ｇ４の像側に配置され、焦点距離が変化する際に光軸方向に固定される。

本技術による各実施例では第８レンズ群Ｇ８の像側に、ＩＲカットフィルター、ローパスフィルター、イメージセンサーのカバーガラスが配置されている。

各実施例において、非球面は以下の数式で表される。

尚、Ｈは光軸からの距離、ｚはサグ量、ｃは曲率、ｋはコーニック係数（円錐定数）、Ａ、Ｂ、・・・は非球面係数である。

＜第１実施例＞
図２は、本技術の第１実施例に係る可変焦点距離レンズ系１のレンズ断面図を示す。

第１レンズ群Ｇ１は、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ１１と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１２とで構成される。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１と、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズＬ２２と、物体側に凹面を向けた負レンズＬ２３とで構成される。

第３レンズ群Ｇ３は、１枚の第１自由曲面レンズＬ３で構成され、第４レンズ群Ｇ４は１枚の第２自由曲面レンズＬ４で構成され、第１自由曲面レンズＬ３と第２自由曲面レンズＬ４はＺ軸に対して反転した状態で配置される。

第５レンズ群Ｇ５は、両凸形状の正レンズＬ５１と、物体側に凸面を向けた正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとの接合レンズＬ５２とで構成される。

第６レンズ群Ｇ６は両凸形状の正レンズＬ６で構成される。

第７レンズ群Ｇ７は像側に凹面を向けた負レンズＬ７で構成される。

第８レンズ群Ｇ８は物体側に凸面を向けた正レンズＬ８で構成される。

尚、第１実施例においては、第１自由曲面レンズＬ３と第２自由曲面レンズＬ４のＹ軸方向における移動量が僅かに相違する。これにより、可変焦点距離レンズ系１のＹ軸方向における小型化を図ることが可能になる。

以下の表１〜表４に本技術における第１実施例の諸元の値を示す。表１には各レンズの曲率半径等のレンズデータを示し、表２には焦点距離を変化させる際の可変間隔と移動量（ズーム変位量）を示し、表３には自由曲面レンズの形状を表すＸＹ自由曲面係数（ＸＹ多項式係数）、表４には非球面係数を示す。

尚、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。

表１において、「曲率半径」は曲率の逆数を示し、「曲率半径」において「０」は平面を示し、「Ｄｎ」は第ｎ番目の面と第ｎ＋１番目の面の間の可変間隔である軸上面間隔（レンズの中心の厚み又は空気間隔）を示し、「屈折率」と「アッベ数」はｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）における屈折率とアッベ数を示す。表２において、「ｘ」、「ｙ」はそれぞれＸ軸方向とＹ軸方向における各値を示し、「Ｙシフト量」は第１自由曲面レンズＬ３と第２自由曲面レンズＬ４のＹ軸方向における移動量を示す。

表５に第１実施例における条件式の対応値を示す。

図３には第１実施例の広角端状態と望遠端状態におけるスポットダイヤグラムを示し、図４には第１実施例の歪曲収差図を示す。

各収差図から、本実施例は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。

＜第２実施例＞
図５は、本技術の第２実施例に係る可変焦点距離レンズ系２のレンズ断面図を示す。

第１レンズ群Ｇ１は、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ１１と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１２とで構成される。

第２レンズ群Ｇ２は、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負レンズＬ２１と、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズＬ２２と、物体側に凹面を向けた負レンズＬ２３とで構成される。

第３レンズ群Ｇ３は、１枚の第１自由曲面レンズＬ３で構成され、第４レンズ群Ｇ４は１枚の第２自由曲面レンズＬ４で構成され、第１自由曲面レンズＬ３と第２自由曲面レンズＬ４はＺ軸に対して反転した状態で配置される。

第５レンズ群Ｇ５は、両凸形状の正レンズＬ５１と、物体側に凸面を向けた正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとの接合レンズＬ５２とで構成される。

第６レンズ群Ｇ６は両凸形状の正レンズＬ６で構成される。

第７レンズ群Ｇ７は像側に凹面を向けた負レンズＬ７で構成される。

第８レンズ群Ｇ８は物体側に凸面を向けた正レンズＬ８で構成される。

尚、第２実施例においては、第１自由曲面レンズＬ３と第２自由曲面レンズＬ４のＹ軸方向における移動量が僅かに相違する。これにより、可変焦点距離レンズ系２のＹ軸方向における小型化を図ることが可能になる。

以下の表６〜表９に本技術における第２実施例の諸元の値を示す。表６には各レンズの曲率半径等のレンズデータを示し、表７には焦点距離を変化させる際の可変間隔と移動量（ズーム変位量）を示し、表８には自由曲面レンズの形状を表すＸＹ自由曲面係数（ＸＹ多項式係数）、表９には非球面係数を示す。

尚、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。

表６において、「曲率半径」は曲率の逆数を示し、「曲率半径」において「０」は平面を示し、「Ｄｎ」は第ｎ番目の面と第ｎ＋１番目の面の間の可変間隔である軸上面間隔（レンズの中心の厚み又は空気間隔）を示し、「屈折率」と「アッベ数」はｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）における屈折率とアッベ数を示す。表７において、「ｘ」、「ｙ」はそれぞれＸ軸方向とＹ軸方向における各値を示し、「Ｙシフト量」は第１自由曲面レンズＬ３と第２自由曲面レンズＬ４のＹ軸方向における移動量を示す。

表１０に第２実施例における条件式の対応値を示す。

図６には第２実施例の広角端状態と望遠端状態におけるスポットダイヤグラムを示し、図７には第２実施例の歪曲収差図を示す。

各収差図から、本実施例は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。

＜第３実施例＞
図８は、本技術の第３実施例に係る可変焦点距離レンズ系３のレンズ断面図を示す。

第１レンズ群Ｇ１は、像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズとの接合レンズＬ１１と、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズＬ１２とで構成される。

第２レンズ群Ｇ２は、像側に凹面を向けた負レンズＬ２１と、両凹レンズと両凸レンズとの接合レンズＬ２２と、物体側に凹面を向けた負レンズＬ２３とで構成される。

第３レンズ群Ｇ３は、１枚の第１自由曲面レンズＬ３で構成され、第４レンズ群Ｇ４は１枚の第２自由曲面レンズＬ４で構成され、第１自由曲面レンズＬ３と第２自由曲面レンズＬ４はＺ軸に対して反転した状態で配置される。

第５レンズ群Ｇ５は、両凸形状の正レンズＬ５１と、物体側に凸面を向けた正レンズと像側に凹面を向けた負レンズとの接合レンズＬ５２とで構成される。

第６レンズ群Ｇ６は両凸形状の正レンズＬ６で構成される。

第７レンズ群Ｇ７は像側に凹面を向けた負レンズＬ７で構成される。

第８レンズ群Ｇ８は像側に凸面を向けた正レンズＬ８で構成される。

以下の表１１〜表１４に本技術における第３実施例の諸元の値を示す。表１１には各レンズの曲率半径等のレンズデータを示し、表１２には焦点距離を変化させる際の可変間隔と移動量（ズーム変位量）を示し、表１３には自由曲面レンズの形状を表すＸＹ自由曲面係数（ＸＹ多項式係数）、表１４には非球面係数を示す。

尚、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。

表１１において、「曲率半径」は曲率の逆数を示し、「曲率半径」において「０」は平面を示し、「Ｄｎ」は第ｎ番目の面と第ｎ＋１番目の面の間の可変間隔である軸上面間隔（レンズの中心の厚み又は空気間隔）を示し、「屈折率」と「アッベ数」はｄ線（λ＝５８７．６ｎｍ）における屈折率とアッベ数を示す。表１２において、「ｘ」、「ｙ」はそれぞれＸ軸方向とＹ軸方向における各値を示し、「Ｙシフト量」は第１自由曲面レンズＬ３と第２自由曲面レンズＬ４のＹ軸方向における移動量を示す。

表１５に第３実施例における条件式の対応値を示す。

図９には第３実施例の広角端状態と望遠端状態におけるスポットダイヤグラムを示し、図１０には第３実施例の歪曲収差図を示す。

各収差図から、本実施例は諸収差が良好に補正され、優れた結像性能を有していることが明らかである。

［撮像装置の構成］
本技術の撮像装置は、可変焦点距離レンズ系が、物体側より像側へ順に、少なくとも一つのレンズ群で構成される第１レンズユニットと、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズで構成される第２レンズユニットと、少なくとも一つのレンズ群で構成される第３レンズユニットとにより構成されている。

また、本技術の撮像装置は、可変焦点距離レンズ系が、第１レンズユニットと第３レンズユニットは光軸に対して回転対称な形状のレンズで構成されると共に同じ光軸上に配置され、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズは同一形状にされ光軸に対して１８０度回転して配置されている。

さらに、本技術の撮像装置は、可変焦点距離レンズ系が、第１レンズユニットと第３レンズユニットの光軸をＺ軸とし、像面上でＺ軸に垂直な軸をＹ軸とし、像面上でＹ軸とＺ軸に垂直な軸をＸ軸とすると、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズはＹ軸方向へ移動可能である。

加えて、本技術の撮像装置は、可変焦点距離レンズ系が、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズが互いに逆方向へ移動することにより第２レンズユニットの屈折力が可変であり、焦点距離が最も短い広角端状態から焦点距離が最も長い望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、第１レンズユニットと第３レンズユニットを構成するレンズ群の一部が移動するのと合わせて、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズがＹ軸方向へ移動する。

本技術の撮像装置は、可変焦点距離レンズ系が、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズが同じ形状でＺ軸に対して１８０度回転されて配置される。そして、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズが互いに逆方向へ移動することで、第２レンズユニットの合成屈折力が変化する。これと一般的なズームレンズとを組合せることで、像面位置を一定に保ちながら光学全長を短縮化する。

従来のズームレンズは各レンズ群の移動方向が光軸方向しかなかったのに対して、本技術の撮像装置は、可変焦点距離レンズ系の二つの自由曲面レンズを光軸方向以外に移動させることで焦点距離を変化させる自由度を増やしている。

特に、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズを同一形状とすることで、自由曲面の形状が滑らかになり、停止位置のズレや自由曲面の偏心（物体側と像側のレンズ面同士の倒れや移動）による性能低下を防ぐことを可能とした。

また、焦点距離を変化させる際に、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズを逆方向へ同じ量だけ移動させることで、非対称な形状に起因する収差の発生を第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズの二つのレンズで互いに打ち消して、良好な光学性能を実現した。

上記のように、本技術の撮像装置は、各種の効果を奏し、小型で高倍率な撮像装置を提供することができる。

［撮像装置の一実施形態］
図１１に、本技術の撮像装置の一実施形態によるデジタルスチルカメラのブロック図を示す。

撮像装置（デジタルスチルカメラ）１００は、取り込まれた光を電気信号に変換する光電変換機能を有する撮像素子１０と、撮影された画像信号のアナログ−デジタル変換等の信号処理を行うカメラ信号処理部２０と、画像信号の記録再生処理を行う画像処理部３０とを有している。また、撮像装置１００は、撮影された画像等を表示する表示部４０と、メモリー９０への画像信号の書込及び読出を行うＲ／Ｗ（リーダ／ライタ）５０と、撮像装置１００の全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）６０と、ユーザーによって所要の操作が行われる各種のスイッチ等の入力部７０と、レンズ群（可動群）の駆動を制御するレンズ駆動制御部８０とを備えている。

カメラ信号処理部２０は、撮像素子１０からの出力信号に対するデジタル信号への変換、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。

画像処理部３０は、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。

表示部４０はユーザーの入力部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ー９０への書込及びメモリー９０に記録された画像データの読出を行う。

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し、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。

入力部７０はユーザー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。

レンズ駆動制御部８０は、ＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてレンズ群を駆動する図示しないモータ等を制御する。

メモリー９０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。尚、メモリー９０は、スロットに対して着脱可能にされておらず、撮像装置１００の内部に組み込まれていてもよい。

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、撮影された画像信号がカメラ信号処理部２０を介して表示部４０に出力され、カメラスルー画像として表示される。

入力部７０からの指示入力信号により撮影が行われると、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、メモリー９０に書き込まれる。

フォーカシングはＣＰＵ６０からの制御信号に基づいてレンズ駆動制御部８０がフォーカスレンズ群を移動させることにより行われる。

メモリー９０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によってメモリー９０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に、再生画像信号が表示部４０に出力されて再生画像が表示される。

尚、本技術において、「撮像」とは、撮像素子１０による取り込まれた光を電気信号に変換する光電変換処理から、カメラ信号処理部２０による撮像素子１０からの出力信号に対するデジタル信号への変換、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の処理、画像処理部３０による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、Ｒ／Ｗ５０によるメモリー９０への画像信号の書込処理までの一連の処理の一部のみ、または全てを含む処理のことを言う。

即ち、「撮像」とは、撮像素子１０による取り込まれた光を電気信号に変換する光電変換処理のみを指してもよく、撮像素子１０による取り込まれた光を電気信号に変換する光電変換処理からカメラ信号処理部２０による撮像素子１０からの出力信号に対するデジタル信号への変換、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の処理までを指してもよく、撮像素子１０による取り込まれた光を電気信号に変換する光電変換処理からカメラ信号処理部２０による撮像素子１０からの出力信号に対するデジタル信号への変換、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の処理を経て、画像処理部３０による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までを指してもよく、撮像素子１０による取り込まれた光を電気信号に変換する光電変換処理からカメラ信号処理部２０による撮像素子１０からの出力信号に対するデジタル信号への変換、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の処理、及び画像処理部３０による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を経て指してもよく、Ｒ／Ｗ５０によるメモリー９０への画像信号の書込処理までを指してもよい。上記の処理において各処理の順番は適宜入れ替わってもよい。

また、本技術において、撮影装置１００は、上記の処理を行う撮像素子１０、カメラ信号処理部２０、画像処理部３０、Ｒ／Ｗ５０の一部のみまたは全てを含むように構成されていてもよい。

［その他］
本技術の可変焦点距離レンズ系及び本技術の撮像装置においては、第１レンズ群Ｇ１乃至第８レンズ群Ｇ８に加えて屈折力を有さないレンズ等の他の光学要素が配置されていてもよい。この場合において、本技術の可変焦点距離レンズ系のレンズ構成は第１レンズ群Ｇ１乃至第８レンズ群Ｇ８の実質的に８群のレンズ構成にされる。

尚、上記した撮像装置は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、カメラが組み込まれた携帯電話、カメラが組み込まれたタブレット等の携帯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。

［応用例１］
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、手術室システムに適用されてもよい。

図１２は、本開示に係る技術が適用され得る手術室システム５１００の全体構成を概略的に示す図である。図１２を参照すると、手術室システム５１００は、手術室内に設置される装置群が視聴覚コントローラ（AV Controller）５１０７及び手術室制御装置５１０９を介して互いに連携可能に接続されることにより構成される。

手術室には、様々な装置が設置され得る。図１２では、一例として、内視鏡下手術のための各種の装置群５１０１と、手術室の天井に設けられ術者の手元を撮像するシーリングカメラ５１８７と、手術室の天井に設けられ手術室全体の様子を撮像する術場カメラ５１８９と、複数の表示装置５１０３Ａ〜５１０３Ｄと、レコーダ５１０５と、患者ベッド５１８３と、照明５１９１と、を図示している。

ここで、これらの装置のうち、装置群５１０１は、後述する内視鏡手術システム５１１３に属するものであり、内視鏡や当該内視鏡によって撮像された画像を表示する表示装置等からなる。内視鏡手術システム５１１３に属する各装置は医療用機器とも呼称される。一方、表示装置５１０３Ａ〜５１０３Ｄ、レコーダ５１０５、患者ベッド５１８３及び照明５１９１は、内視鏡手術システム５１１３とは別個に、例えば手術室に備え付けられている装置である。これらの内視鏡手術システム５１１３に属さない各装置は非医療用機器とも呼称される。視聴覚コントローラ５１０７及び／又は手術室制御装置５１０９は、これら医療機器及び非医療機器の動作を互いに連携して制御する。

視聴覚コントローラ５１０７は、医療機器及び非医療機器における画像表示に関する処理を、統括的に制御する。具体的には、手術室システム５１００が備える装置のうち、装置群５１０１、シーリングカメラ５１８７及び術場カメラ５１８９は、手術中に表示すべき情報（以下、表示情報ともいう）を発信する機能を有する装置（以下、発信元の装置とも呼称する）であり得る。また、表示装置５１０３Ａ〜５１０３Ｄは、表示情報が出力される装置（以下、出力先の装置とも呼称する）であり得る。また、レコーダ５１０５は、発信元の装置及び出力先の装置の双方に該当する装置であり得る。視聴覚コントローラ５１０７は、発信元の装置及び出力先の装置の動作を制御し、発信元の装置から表示情報を取得するとともに、当該表示情報を出力先の装置に送信し、表示又は記録させる機能を有する。なお、表示情報とは、手術中に撮像された各種の画像や、手術に関する各種の情報（例えば、患者の身体情報や、過去の検査結果、術式についての情報等）等である。

具体的には、視聴覚コントローラ５１０７には、装置群５１０１から、表示情報として、内視鏡によって撮像された患者の体腔内の術部の画像についての情報が送信され得る。また、シーリングカメラ５１８７から、表示情報として、当該シーリングカメラ５１８７によって撮像された術者の手元の画像についての情報が送信され得る。また、術場カメラ５１８９から、表示情報として、当該術場カメラ５１８９によって撮像された手術室全体の様子を示す画像についての情報が送信され得る。なお、手術室システム５１００に撮像機能を有する他の装置が存在する場合には、視聴覚コントローラ５１０７は、表示情報として、当該他の装置からも当該他の装置によって撮像された画像についての情報を取得してもよい。

あるいは、例えば、レコーダ５１０５には、過去に撮像されたこれらの画像についての情報が視聴覚コントローラ５１０７によって記録されている。視聴覚コントローラ５１０７は、表示情報として、レコーダ５１０５から当該過去に撮像された画像についての情報を取得することができる。なお、レコーダ５１０５には、手術に関する各種の情報も事前に記録されていてもよい。

視聴覚コントローラ５１０７は、出力先の装置である表示装置５１０３Ａ〜５１０３Ｄの少なくともいずれかに、取得した表示情報（すなわち、手術中に撮影された画像や、手術に関する各種の情報）を表示させる。図示する例では、表示装置５１０３Ａは手術室の天井から吊り下げられて設置される表示装置であり、表示装置５１０３Ｂは手術室の壁面に設置される表示装置であり、表示装置５１０３Ｃは手術室内の机上に設置される表示装置であり、表示装置５１０３Ｄは表示機能を有するモバイル機器（例えば、タブレットＰＣ（Personal Computer））である。

また、図１２では図示を省略しているが、手術室システム５１００には、手術室の外部の装置が含まれてもよい。手術室の外部の装置は、例えば、病院内外に構築されたネットワークに接続されるサーバや、医療スタッフが用いるＰＣ、病院の会議室に設置されるプロジェクタ等であり得る。このような外部装置が病院外にある場合には、視聴覚コントローラ５１０７は、遠隔医療のために、テレビ会議システム等を介して、他の病院の表示装置に表示情報を表示させることもできる。

手術室制御装置５１０９は、非医療機器における画像表示に関する処理以外の処理を、統括的に制御する。例えば、手術室制御装置５１０９は、患者ベッド５１８３、シーリングカメラ５１８７、術場カメラ５１８９及び照明５１９１の駆動を制御する。

手術室システム５１００には、集中操作パネル５１１１が設けられており、ユーザは、当該集中操作パネル５１１１を介して、視聴覚コントローラ５１０７に対して画像表示についての指示を与えたり、手術室制御装置５１０９に対して非医療機器の動作についての指示を与えることができる。集中操作パネル５１１１は、表示装置の表示面上にタッチパネルが設けられて構成される。

図１３は、集中操作パネル５１１１における操作画面の表示例を示す図である。図１３では、一例として、手術室システム５１００に、出力先の装置として、２つの表示装置が設けられている場合に対応する操作画面を示している。図１３を参照すると、操作画面５１９３には、発信元選択領域５１９５と、プレビュー領域５１９７と、コントロール領域５２０１と、が設けられる。

発信元選択領域５１９５には、手術室システム５１００に備えられる発信元装置と、当該発信元装置が有する表示情報を表すサムネイル画面と、が紐付けられて表示される。ユーザは、表示装置に表示させたい表示情報を、発信元選択領域５１９５に表示されているいずれかの発信元装置から選択することができる。

プレビュー領域５１９７には、出力先の装置である２つの表示装置（Monitor1、Monitor2）に表示される画面のプレビューが表示される。図示する例では、１つの表示装置において４つの画像がＰｉｎＰ表示されている。当該４つの画像は、発信元選択領域５１９５において選択された発信元装置から発信された表示情報に対応するものである。４つの画像のうち、１つはメイン画像として比較的大きく表示され、残りの３つはサブ画像として比較的小さく表示される。ユーザは、４つの画像が表示された領域を適宜選択することにより、メイン画像とサブ画像を入れ替えることができる。また、４つの画像が表示される領域の下部には、ステータス表示領域５１９９が設けられており、当該領域に手術に関するステータス（例えば、手術の経過時間や、患者の身体情報等）が適宜表示され得る。

コントロール領域５２０１には、発信元の装置に対して操作を行うためのＧＵＩ（Graphical User Interface）部品が表示される発信元操作領域５２０３と、出力先の装置に対して操作を行うためのＧＵＩ部品が表示される出力先操作領域５２０５と、が設けられる。図示する例では、発信元操作領域５２０３には、撮像機能を有する発信元の装置におけるカメラに対して各種の操作（パン、チルト及びズーム）を行うためのＧＵＩ部品が設けられている。ユーザは、これらのＧＵＩ部品を適宜選択することにより、発信元の装置におけるカメラの動作を操作することができる。なお、図示は省略しているが、発信元選択領域５１９５において選択されている発信元の装置がレコーダである場合（すなわち、プレビュー領域５１９７において、レコーダに過去に記録された画像が表示されている場合）には、発信元操作領域５２０３には、当該画像の再生、再生停止、巻き戻し、早送り等の操作を行うためのＧＵＩ部品が設けられ得る。

また、出力先操作領域５２０５には、出力先の装置である表示装置における表示に対する各種の操作（スワップ、フリップ、色調整、コントラスト調整、２Ｄ表示と３Ｄ表示の切り替え）を行うためのＧＵＩ部品が設けられている。ユーザは、これらのＧＵＩ部品を適宜選択することにより、表示装置における表示を操作することができる。

なお、集中操作パネル５１１１に表示される操作画面は図示する例に限定されず、ユーザは、集中操作パネル５１１１を介して、手術室システム５１００に備えられる、視聴覚コントローラ５１０７及び手術室制御装置５１０９によって制御され得る各装置に対する操作入力が可能であってよい。

図１４は、以上説明した手術室システムが適用された手術の様子の一例を示す図である。シーリングカメラ５１８７及び術場カメラ５１８９は、手術室の天井に設けられ、患者ベッド５１８３上の患者５１８５の患部に対して処置を行う術者（医者）５１８１の手元及び手術室全体の様子を撮影可能である。シーリングカメラ５１８７及び術場カメラ５１８９には、倍率調整機能、焦点距離調整機能、撮影方向調整機能等が設けられ得る。照明５１９１は、手術室の天井に設けられ、少なくとも術者５１８１の手元を照射する。照明５１９１は、その照射光量、照射光の波長（色）及び光の照射方向等を適宜調整可能であってよい。

内視鏡手術システム５１１３、患者ベッド５１８３、シーリングカメラ５１８７、術場カメラ５１８９及び照明５１９１は、図１２に示すように、視聴覚コントローラ５１０７及び手術室制御装置５１０９（図１４では図示せず）を介して互いに連携可能に接続されている。手術室内には、集中操作パネル５１１１が設けられており、上述したように、ユーザは、当該集中操作パネル５１１１を介して、手術室内に存在するこれらの装置を適宜操作することが可能である。

以下、内視鏡手術システム５１１３の構成について詳細に説明する。図示するように、内視鏡手術システム５１１３は、内視鏡５１１５と、その他の術具５１３１と、内視鏡５１１５を支持する支持アーム装置５１４１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５１５１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５１３９ａ〜５１３９ｄ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５１３９ａ〜５１３９ｄから、内視鏡５１１５の鏡筒５１１７や、その他の術具５１３１が患者５１８５の体腔内に挿入される。図示する例では、その他の術具５１３１として、気腹チューブ５１３３、エネルギー処置具５１３５及び鉗子５１３７が、患者５１８５の体腔内に挿入されている。また、エネルギー処置具５１３５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５１３１はあくまで一例であり、術具５１３１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５１１５によって撮影された患者５１８５の体腔内の術部の画像が、表示装置５１５５に表示される。術者５１８１は、表示装置５１５５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５１３５や鉗子５１３７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５１３３、エネルギー処置具５１３５及び鉗子５１３７は、手術中に、術者５１８１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５１４１は、ベース部５１４３から延伸するアーム部５１４５を備える。図示する例では、アーム部５１４５は、関節部５１４７ａ、５１４７ｂ、５１４７ｃ、及びリンク５１４９ａ、５１４９ｂから構成されており、アーム制御装置５１５９からの制御により駆動される。アーム部５１４５によって内視鏡５１１５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５１１５の安定的な位置の固定が実現され得る。

（内視鏡）
内視鏡５１１５は、先端から所定の長さの領域が患者５１８５の体腔内に挿入される鏡筒５１１７と、鏡筒５１１７の基端に接続されるカメラヘッド５１１９と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒５１１７を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡５１１５を図示しているが、内視鏡５１１５は、軟性の鏡筒５１１７を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。

鏡筒５１１７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５１１５には光源装置５１５７が接続されており、当該光源装置５１５７によって生成された光が、鏡筒５１１７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５１８５の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡５１１５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５１１９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）５１５３に送信される。なお、カメラヘッド５１１９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５１１９には撮像素子が複数設けられてもよい。この場合、鏡筒５１１７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）
ＣＣＵ５１５３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡５１１５及び表示装置５１５５の動作を統括的に制御する。具体的には、ＣＣＵ５１５３は、カメラヘッド５１１９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。ＣＣＵ５１５３は、当該画像処理を施した画像信号を表示装置５１５５に提供する。また、ＣＣＵ５１５３には、図１２に示す視聴覚コントローラ５１０７が接続される。ＣＣＵ５１５３は、画像処理を施した画像信号を視聴覚コントローラ５１０７にも提供する。また、ＣＣＵ５１５３は、カメラヘッド５１１９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。当該撮像条件に関する情報は、入力装置５１６１を介して入力されてもよいし、上述した集中操作パネル５１１１を介して入力されてもよい。

表示装置５１５５は、ＣＣＵ５１５３からの制御により、当該ＣＣＵ５１５３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５１１５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５１５５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５１５５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５１５５が設けられてもよい。

光源装置５１５７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５１１５に供給する。

アーム制御装置５１５９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５１４１のアーム部５１４５の駆動を制御する。

入力装置５１６１は、内視鏡手術システム５１１３に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置５１６１を介して、内視鏡手術システム５１１３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５１６１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５１６１を介して、アーム部５１４５を駆動させる旨の指示や、内視鏡５１１５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５１３５を駆動させる旨の指示等を入力する。

入力装置５１６１の種類は限定されず、入力装置５１６１は各種の公知の入力装置であってよい。入力装置５１６１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５１７１及び／又はレバー等が適用され得る。入力装置５１６１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５１５５の表示面上に設けられてもよい。

あるいは、入力装置５１６１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５１６１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５１６１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５１６１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５１８１）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５１６３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５１３５の駆動を制御する。気腹装置５１６５は、内視鏡５１１５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５１８５の体腔を膨らめるために、気腹チューブ５１３３を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ５１６７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５１６９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５１１３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５１４１は、基台であるベース部５１４３と、ベース部５１４３から延伸するアーム部５１４５と、を備える。図示する例では、アーム部５１４５は、複数の関節部５１４７ａ、５１４７ｂ、５１４７ｃと、関節部５１４７ｂによって連結される複数のリンク５１４９ａ、５１４９ｂと、から構成されているが、図１４では、簡単のため、アーム部５１４５の構成を簡略化して図示している。実際には、アーム部５１４５が所望の自由度を有するように、関節部５１４７ａ〜５１４７ｃ及びリンク５１４９ａ、５１４９ｂの形状、数及び配置、並びに関節部５１４７ａ〜５１４７ｃの回転軸の方向等が適宜設定され得る。例えば、アーム部５１４５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５１４５の可動範囲内において内視鏡５１１５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５１１５の鏡筒５１１７を患者５１８５の体腔内に挿入することが可能になる。

関節部５１４７ａ〜５１４７ｃにはアクチュエータが設けられており、関節部５１４７ａ〜５１４７ｃ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５１５９によって制御されることにより、各関節部５１４７ａ〜５１４７ｃの回転角度が制御され、アーム部５１４５の駆動が制御される。これにより、内視鏡５１１５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５１５９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５１４５の駆動を制御することができる。

例えば、術者５１８１が、入力装置５１６１（フットスイッチ５１７１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５１５９によってアーム部５１４５の駆動が適宜制御され、内視鏡５１１５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５１４５の先端の内視鏡５１１５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５１４５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５１４５は、手術室から離れた場所に設置される入力装置５１６１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５１５９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５１４５が移動するように、各関節部５１４７ａ〜５１４７ｃ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５１４５に触れながらアーム部５１４５を移動させる際に、比較的軽い力で当該アーム部５１４５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５１１５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５１１５が支持されていた。これに対して、支持アーム装置５１４１を用いることにより、人手によらずに内視鏡５１１５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５１５９は必ずしもカート５１５１に設けられなくてもよい。また、アーム制御装置５１５９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５１５９は、支持アーム装置５１４１のアーム部５１４５の各関節部５１４７ａ〜５１４７ｃにそれぞれ設けられてもよく、複数のアーム制御装置５１５９が互いに協働することにより、アーム部５１４５の駆動制御が実現されてもよい。

（光源装置）
光源装置５１５７は、内視鏡５１１５に術部を撮影する際の照射光を供給する。光源装置５１５７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５１５７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５１１９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５１５７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５１１９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５１５７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５１５７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１５を参照して、内視鏡５１１５のカメラヘッド５１１９及びＣＣＵ５１５３の機能についてより詳細に説明する。図１５は、図１４に示すカメラヘッド５１１９及びＣＣＵ５１５３の機能構成の一例を示すブロック図である。

図１５を参照すると、カメラヘッド５１１９は、その機能として、レンズユニット５１２１と、撮像部５１２３と、駆動部５１２５と、通信部５１２７と、カメラヘッド制御部５１２９と、を有する。また、ＣＣＵ５１５３は、その機能として、通信部５１７３と、画像処理部５１７５と、制御部５１７７と、を有する。カメラヘッド５１１９とＣＣＵ５１５３とは、伝送ケーブル５１７９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５１１９の機能構成について説明する。レンズユニット５１２１は、鏡筒５１１７との接続部に設けられる光学系である。鏡筒５１１７の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド５１１９まで導光され、当該レンズユニット５１２１に入射する。レンズユニット５１２１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５１２１は、撮像部５１２３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５１２３は撮像素子によって構成され、レンズユニット５１２１の後段に配置される。レンズユニット５１２１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５１２３によって生成された画像信号は、通信部５１２７に提供される。

撮像部５１２３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５１８１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５１２３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５１８１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５１２３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５１２１も複数系統設けられる。

また、撮像部５１２３は、必ずしもカメラヘッド５１１９に設けられなくてもよい。例えば、撮像部５１２３は、鏡筒５１１７の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。

駆動部５１２５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５１２９からの制御により、レンズユニット５１２１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５１２３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５１２７は、ＣＣＵ５１５３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５１２７は、撮像部５１２３から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル５１７９を介してＣＣＵ５１５３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５１８１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５１２７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５１７９を介してＣＣＵ５１５３に送信される。

また、通信部５１２７は、ＣＣＵ５１５３から、カメラヘッド５１１９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５１２７は、受信した制御信号をカメラヘッド制御部５１２９に提供する。なお、ＣＣＵ５１５３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５１２７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５１２９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ＣＣＵ５１５３の制御部５１７７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５１１５に搭載される。

カメラヘッド制御部５１２９は、通信部５１２７を介して受信したＣＣＵ５１５３からの制御信号に基づいて、カメラヘッド５１１９の駆動を制御する。例えば、カメラヘッド制御部５１２９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５１２３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５１２９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５１２５を介してレンズユニット５１２１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５１２９は、更に、鏡筒５１１７やカメラヘッド５１１９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５１２１や撮像部５１２３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５１１９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、ＣＣＵ５１５３の機能構成について説明する。通信部５１７３は、カメラヘッド５１１９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５１７３は、カメラヘッド５１１９から、伝送ケーブル５１７９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５１７３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５１７３は、電気信号に変換した画像信号を画像処理部５１７５に提供する。

また、通信部５１７３は、カメラヘッド５１１９に対して、カメラヘッド５１１９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５１７５は、カメラヘッド５１１９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５１７５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５１７５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５１７５が複数のＧＰＵによって構成される場合には、画像処理部５１７５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５１７７は、内視鏡５１１５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５１７７は、カメラヘッド５１１９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５１７７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５１１５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５１７７は、画像処理部５１７５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５１７７は、画像処理部５１７５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５１５５に表示させる。この際、制御部５１７７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５１７７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５１３５使用時のミスト等を認識することができる。制御部５１７７は、表示装置５１５５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５１８１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５１１９及びＣＣＵ５１５３を接続する伝送ケーブル５１７９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５１７９を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド５１１９とＣＣＵ５１５３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５１７９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５１７９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手術室システム５１００の一例について説明した。なお、ここでは、一例として手術室システム５１００が適用される医療用システムが内視鏡手術システム５１１３である場合について説明したが、手術室システム５１００の構成はかかる例に限定されない。例えば、手術室システム５１００は、内視鏡手術システム５１１３に代えて、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、シーリングカメラ５１８７や術場カメラ５１８９や内視鏡に好適に適用され得る。具体的には、これらのカメラや内視鏡である撮像装置及びこれらの撮像装置における可変焦点距離レンズ系に適用され得る。これらのカメラや内視鏡に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができる。

［応用例２］
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撮像装置又は可変焦点距離レンズ系に適用されてもよい。

図１６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１６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１６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１７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１７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１６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１６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１６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。

［本技術］
本技術は、以下の構成にすることもできる。

＜１＞
物体側より像側へ順に、少なくとも一つのレンズ群で構成される第１レンズユニットと、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズで構成される第２レンズユニットと、少なくとも一つのレンズ群で構成される第３レンズユニットとにより構成され、
前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットは光軸に対して回転対称な形状のレンズで構成されると共に同じ光軸上に配置され、
前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズは同一形状にされ光軸に対して１８０度回転して配置され、
前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットの光軸をＺ軸とし、像面上でＺ軸に垂直な軸をＹ軸とし、像面上でＹ軸とＺ軸に垂直な軸をＸ軸とすると、
前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズはＹ軸方向へ移動可能であり、
前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズが互いに逆方向へ移動することにより前記第２レンズユニットの屈折力が可変であり、
焦点距離が最も短い広角端状態から焦点距離が最も長い望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットを構成するレンズ群の一部が移動するのと合わせて、前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズがＹ軸方向へ移動する
可変焦点距離レンズ系。

＜２＞
下記の条件式（１）を満足する
前記＜１＞に記載の可変焦点距離レンズ系。
（１）０．０３＜ΔＰ２／Ｚ＜０．３５
但し、
ΔＰ２：φ２Ｔ／φ２Ｗ
φ２Ｔ：望遠端状態における第２レンズユニットの屈折力
φ２Ｗ：広角端状態における第２レンズユニットの屈折力
Ｚ：ｆｔ／ｆｗ
ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。

＜３＞
下記の条件式（２）及び条件式（３）を満足する
前記＜２＞に記載の可変焦点距離レンズ系。
（２）０．１＜｜ΔＬＡ｜／ｆｔ＜０．３
（３）０．１＜｜ΔＬＢ｜／ｆｔ＜０．３
但し、
ΔＬＡ：広角端状態から望遠端状態までの第１自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
ΔＬＢ：広角端状態から望遠端状態までの第２自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。

＜４＞
開口絞りが前記第２レンズユニット付近に配置され、
下記の条件式（４）を満足する
前記＜３＞に記載の可変焦点距離レンズ系。
（４）｜ΔＰ｜／ｆｗ＜０．７
但し、
ΔＰ：開口絞りから第２レンズユニットまでのＺ軸に沿った長さの最大値
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。

＜５＞
下記の条件式（５）を満足する
前記＜４＞に記載の可変焦点距離レンズ系。
（５）０．９＜｜ΔＬＡ｜／｜ΔＬＢ｜＜１．１
但し、
ΔＬＡ：広角端状態から望遠端状態までの第１自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
ΔＬＢ：広角端状態から望遠端状態までの第２自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
とする。

＜６＞
前記第１レンズユニットは、物体側より像側へ順に、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レンズ群とを有し、
広角端状態から望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第２レンズユニットとの間隔が減少するように、少なくとも第２レンズ群が光軸方向へ移動する
前記＜５＞に記載の可変焦点距離レンズ系。

＜７＞
前記第３レンズユニットは被写体距離に応じて光軸方向へ移動するフォーカシングレンズを含む
前記＜６＞に記載の可変焦点距離レンズ系。

＜８＞
可変焦点距離レンズ系と前記可変焦点距離レンズ系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備え、
前記可変焦点距離レンズ系は、
物体側より像側へ順に、少なくとも一つのレンズ群で構成される第１レンズユニットと、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズで構成される第２レンズユニットと、少なくとも一つのレンズ群で構成される第３レンズユニットとにより構成され、
前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットは光軸に対して回転対称な形状のレンズで構成されると共に同じ光軸上に配置され、
前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズは同一形状にされ光軸に対して１８０度回転して配置され、
前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットの光軸をＺ軸とし、像面上でＺ軸に垂直な軸をＹ軸とし、像面上でＹ軸とＺ軸に垂直な軸をＸ軸とすると、
前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズはＹ軸方向へ移動可能であり、
前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズが互いに逆方向へ移動することにより前記第２レンズユニットの屈折力が可変であり、
焦点距離が最も短い広角端状態から焦点距離が最も長い望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットを構成するレンズ群の一部が移動するのと合わせて、前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズがＹ軸方向へ移動する
撮像装置。

１…可変焦点距離レンズ系、２…可変焦点距離レンズ系、３…可変焦点距離レンズ系、Ｕ１…第１レンズユニット、Ｕ２…第２レンズユニット、Ｕ３…第３レンズユニット、Ｇ１…第１レンズ群、Ｇ２…第２レンズ群、Ｇ３…第３レンズ群、Ｇ４…第４レンズ群、Ｇ５…第５レンズ群、Ｇ６…第６レンズ群、Ｇ７…第７レンズ群、Ｇ８…第８レンズ群、Ｌ３…第１自由曲面レンズ、Ｌ４…第２自由曲面レンズ、Ｓ…開口絞り、１００…撮像装置、１０…撮像素子

Claims (8)

1. 物体側より像側へ順に、少なくとも一つのレンズ群で構成される第１レンズユニットと、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズで構成される第２レンズユニットと、少なくとも一つのレンズ群で構成される第３レンズユニットとにより構成され、
   前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットは光軸に対して回転対称な形状のレンズで構成されると共に同じ光軸上に配置され、
   前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズは同一形状にされ光軸に対して１８０度回転して配置され、
   前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットの光軸をＺ軸とし、像面上でＺ軸に垂直な軸をＹ軸とし、像面上でＹ軸とＺ軸に垂直な軸をＸ軸とすると、
   前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズはＹ軸方向へ移動可能であり、
   前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズが互いに逆方向へ移動することにより前記第２レンズユニットの屈折力が可変であり、
   焦点距離が最も短い広角端状態から焦点距離が最も長い望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットを構成するレンズ群の一部が移動するのと合わせて、前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズがＹ軸方向へ移動する
   可変焦点距離レンズ系。
2. 下記の条件式（１）を満足する
   請求項１に記載の可変焦点距離レンズ系。
   （１）０．０３＜ΔＰ２／Ｚ＜０．３５
   但し、
   ΔＰ２：φ２Ｔ／φ２Ｗ
   φ２Ｔ：望遠端状態における第２レンズユニットの屈折力
   φ２Ｗ：広角端状態における第２レンズユニットの屈折力
   Ｚ：ｆｔ／ｆｗ
   ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
   ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
   とする。
3. 下記の条件式（２）及び条件式（３）を満足する
   請求項２に記載の可変焦点距離レンズ系。
   （２）０．１＜｜ΔＬＡ｜／ｆｔ＜０．３
   （３）０．１＜｜ΔＬＢ｜／ｆｔ＜０．３
   但し、
   ΔＬＡ：広角端状態から望遠端状態までの第１自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
   ΔＬＢ：広角端状態から望遠端状態までの第２自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
   ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
   とする。
4. 開口絞りが前記第２レンズユニット付近に配置され、
   下記の条件式（４）を満足する
   請求項３に記載の可変焦点距離レンズ系。
   （４）｜ΔＰ｜／ｆｗ＜０．７
   但し、
   ΔＰ：開口絞りから第２レンズユニットまでのＺ軸に沿った長さの最大値
   ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
   とする。
5. 下記の条件式（５）を満足する
   請求項４に記載の可変焦点距離レンズ系。
   （５）０．９＜｜ΔＬＡ｜／｜ΔＬＢ｜＜１．１
   但し、
   ΔＬＡ：広角端状態から望遠端状態までの第１自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
   ΔＬＢ：広角端状態から望遠端状態までの第２自由曲面レンズのＹ軸方向における移動量
   とする。
6. 前記第１レンズユニットは、物体側より像側へ順に、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レンズ群とを有し、
   広角端状態から望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、前記第１レンズ群と前記第２レンズ群との間隔が増大し、前記第２レンズ群と前記第２レンズユニットとの間隔が減少するように、少なくとも第２レンズ群が光軸方向へ移動する
   請求項５に記載の可変焦点距離レンズ系。
7. 前記第３レンズユニットは被写体距離に応じて光軸方向へ移動するフォーカシングレンズを含む
   請求項６に記載の可変焦点距離レンズ系。
8. 可変焦点距離レンズ系と前記可変焦点距離レンズ系によって形成された光学像を電気的信号に変換する撮像素子とを備え、
   前記可変焦点距離レンズ系は、
   物体側より像側へ順に、少なくとも一つのレンズ群で構成される第１レンズユニットと、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズで構成される第２レンズユニットと、少なくとも一つのレンズ群で構成される第３レンズユニットとにより構成され、
   前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットは光軸に対して回転対称な形状のレンズで構成されると共に同じ光軸上に配置され、
   前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズは同一形状にされ光軸に対して１８０度回転して配置され、
   前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットの光軸をＺ軸とし、像面上でＺ軸に垂直な軸をＹ軸とし、像面上でＹ軸とＺ軸に垂直な軸をＸ軸とすると、
   前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズはＹ軸方向へ移動可能であり、
   前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズが互いに逆方向へ移動することにより前記第２レンズユニットの屈折力が可変であり、
   焦点距離が最も短い広角端状態から焦点距離が最も長い望遠端状態までレンズの位置状態が変化する際に、前記第１レンズユニットと前記第３レンズユニットを構成するレンズ群の一部が移動するのと合わせて、前記第１自由曲面レンズと前記第２自由曲面レンズがＹ軸方向へ移動する
   撮像装置。

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