WO2020174866A1 - 可変焦点距離レンズ系及び撮像装置 - Google Patents

可変焦点距離レンズ系及び撮像装置 Download PDF

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lens group
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image
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松井　拓未
宏志 牛田
学 石岡
クリスティン ヴァイシェルト
マーカス カム
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Sony Corp
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/18—Optical objectives specially designed for the purposes specified below with lenses having one or more non-spherical faces, e.g. for reducing geometrical aberration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B15/00—Optical objectives with means for varying the magnification
    • G02B15/14—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective
    • G02B15/16—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group
    • G02B15/20—Optical objectives with means for varying the magnification by axial movement of one or more lenses or groups of lenses relative to the image plane for continuously varying the equivalent focal length of the objective with interdependent non-linearly related movements between one lens or lens group, and another lens or lens group having an additional movable lens or lens group for varying the objective focal length

Definitions

  • the present technology relates to a variable focal length lens system used in a digital video camera, a digital still camera, etc., and an imaging device using such a variable focal length lens system.
  • the present technology is suitable for a zoom lens having a wide angle of view of about 24 to 38 mm (35 mm conversion), an F number of about 1.8 to 4.0, and a zoom ratio of about 10 to 30 times in the wide-angle end state. ing.
  • an image pickup device using a photoelectric conversion device such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) is used to convert a subject image formed on the image pickup device surface into each photoelectric conversion device.
  • a photoelectric conversion device such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
  • CCD Charge Coupled Device
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • a conventional zoom lens has a plurality of movable lens groups, and the movable lens groups are moved in the optical axis direction to change the focal length while keeping the image plane position constant (for example, See Patent Document 1).
  • the zoom lens described in Patent Document 1 has, in order from the object side to the image side, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, and a first lens group having a positive refractive power. It is composed of three lens groups and a fourth lens group having a positive refractive power.
  • the zoom lens when changing the focal length, the first lens group and the third lens group are fixed, and the second lens group moves in the optical axis direction to compensate for the accompanying change in the image plane position. Then, the fourth lens group moves in the optical axis direction.
  • a slide-type variable focal length lens system in which a free-form surface lens having no rotationally symmetrical axis is moved in a direction perpendicular to the optical axis to change the angle of view (for example, Patent Document 2). reference).
  • a free-form surface lens having no rotationally symmetrical axis is moved in a direction perpendicular to the optical axis to change the angle of view (for example, Patent Document 2). reference).
  • four free-form lenses move to perform a zoom operation.
  • JP-A-4-43311 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-4063
  • variable focal length lens system using the free-form surface lens that has been proposed so far, for example, in the lens system in Patent Document 2, by disposing two free-form surface lenses at two places, respectively, a zoom unit and a compensator unit are provided. Magnification is performed by separating into two parts and moving in different directions.
  • an object of the variable focal length lens system and the image pickup device of the present technology is to provide a compact and high-magnification variable focal length lens system and an image pickup device.
  • variable focal length lens system includes, in order from the object side to the image side, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, and a first free lens group. It has a third lens group including a curved lens, a fourth lens group including a second free-form surface lens, and a fifth lens group having a positive refractive power, and the focal length from the wide-angle end state is shortest.
  • the first lens group is fixed in the optical axis direction
  • the second lens group moves to the image side
  • the third lens group and the fourth lens group move.
  • the lens groups move separately in the direction perpendicular to the optical axis.
  • the combined refracting power of the second lens unit changes due to the third lens group and the fourth lens group moving separately in the direction perpendicular to the optical axis, and the positive refraction toward the image side of the two free-form surface lenses.
  • the fifth lens group having power By disposing the fifth lens group having power, the diverging action of the second lens group is weakened.
  • the off-axis light flux passing through the first lens group and the second lens group in the wide-angle end state approaches the optical axis, and the heights of the off-axis light flux and the on-axis light flux passing through the second lens group in the wide-angle end state are high.
  • the aperture stop is arranged between the second lens group and the fifth lens group and the following conditional expression (2) is satisfied.
  • ⁇ AS length along the optical axis from the aperture stop to the image plane in the telephoto end state
  • ft focal length of the entire lens system in the telephoto end state
  • the divergence of the light rays emitted from the second lens group is suppressed and the off-axis light flux passing through the first lens group approaches the optical axis.
  • variable focal length lens system described above satisfy the following conditional expressions (4) and (5).
  • ⁇ LA The amount of movement of the third lens group when the lens position state changes from the wide-angle end state with the shortest focal length to the focal length state with the longest focal length
  • ⁇ LB The focal length from the wide-angle end state with the shortest focal length
  • the movement amount ft of the fourth lens unit when the position of the lens changes to the longest focal length state the focal length of the entire lens system in the telephoto end state.
  • the sixth lens group, the seventh lens group, and the eighth lens group are sequentially arranged from the object side to the image side on the image side of the fifth lens group,
  • the lens group has a positive refractive power
  • the seventh lens group has a negative refractive power
  • the eighth lens group has a positive refractive power
  • the focal length is from a wide-angle end state to a telephoto end state.
  • the lens group on the image side of the fifth lens group has the effect of changing the focal length.
  • the seventh lens group move in the optical axis direction according to changes in the subject distance.
  • the eighth lens group be fixed in the optical axis direction when the focal length changes from the wide-angle end state to the telephoto end state.
  • the eighth lens group which has a role of reducing the focus movement amount, is fixed.
  • an image pickup device includes a variable focal length lens system and an image pickup element that converts an optical image formed by the variable focal length lens system into an electrical signal, and the variable focal length lens system is , A first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, a third lens group including a first free-form surface lens, and a second free-form surface in order from the object side to the image side.
  • the fourth lens group including a lens and the fifth lens group having a positive refractive power
  • the first lens group is fixed in the optical axis direction
  • the second lens group moves to the image side
  • the third lens group and the fourth lens group move separately in the direction perpendicular to the optical axis. It is a thing.
  • the third lens group and the fourth lens group are separately moved in the direction perpendicular to the optical axis to change the combined refracting power of the second lens unit and the two free-form surface lenses.
  • the fifth lens group having a positive refractive power on the image side of, the diverging action of the second lens group is weakened.
  • FIG. 2 to 17 show an embodiment of a variable focal length lens system and an imaging device according to the present technology, and this figure is a refractive power arrangement diagram of the variable focal length lens system.
  • It is a figure which shows the lens structure of 1st Example. 3 is a spot diaphragm of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a distortion diagram of the first example.
  • It is a figure which shows the lens structure of 2nd Example.
  • It is a spot diaphragm of the second embodiment.
  • It is a distortion aberration diagram of 3rd Example.
  • It is a block diagram which shows an example of an imaging device.
  • FIG. 1 It is a figure which shows roughly the whole structure of the operating room system. It is a figure which shows the example of a display of the operation screen in a centralized operation panel. It is a figure which shows an example of the mode of the surgery to which the operating room system was applied. It is a block diagram which shows an example of a functional structure of the camera head and CCU shown in FIG. It is a block diagram showing an example of a schematic structure of a vehicle control system. It is explanatory drawing which shows an example of the installation position of a vehicle exterior information detection part and an imaging part.
  • variable focal length lens system and the imaging device of the present technology.
  • variable focal length lens system configuration includes, in order from the object side to the image side, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, and a first free-form surface lens. It has three lens groups, a fourth lens group including a second free-form surface lens, and a fifth lens group having a positive refractive power.
  • variable focal length lens system of the present technology allows the first lens group to be fixed in the optical axis direction when the lens position state changes from the wide-angle end state in which the focal length is shortest to the telephoto end state in which the focal length is longest.
  • the second lens group moves toward the image side, and the third lens group and the fourth lens group move separately in the direction perpendicular to the optical axis.
  • a general zoom lens uses rotationally symmetric lenses such as spherical lenses and aspherical lenses, and at least two movable lens groups move in the optical axis direction.
  • one movable lens group moves, and the other lens group moves so as to compensate for the accompanying change in the image plane position.
  • variable focal length lens system disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-4063
  • four free-form surface lenses are arranged, and all of them are movable in the direction perpendicular to the optical axis. Then, the two free-form lenses arranged on the object side move in opposite directions to change the refracting power of the entire lens system, and the accompanying change in the image plane position causes the two free-form lenses arranged on the image side. Compensation was made by the curved lenses moving in opposite directions.
  • the rotationally asymmetric lens is used, so the XYZ axes are defined.
  • the optical axes of the first lens unit and the third lens unit, which are composed of rotationally symmetric lenses, are the Z axis, the plane perpendicular to the Z axis on the image plane is the Y axis, and the Z axis and the Y axis are on the image plane.
  • the axis perpendicular to the axis as the X axis, the three axes intersect at the origin on the image plane.
  • the first free-form surface lens and the second free-form surface lens have the same shape and are arranged 180 degrees rotated with respect to the Z axis. Then, the first free-form surface lens and the second free-form surface lens move in mutually opposite directions, so that the combined refractive power of the second lens unit changes. By combining this with a general zoom lens, the optical total length is shortened while keeping the image plane position constant.
  • the movement direction of each lens group was only in the optical axis direction, whereas in the variable focal length lens system of this technology, the focal length is changed by moving the two free-form surface lenses in directions other than the optical axis direction.
  • the degree of freedom to change is increasing.
  • variable focal length lens of the present technology can change the focal length by moving the first free-form surface lens and the second free-form surface lens in the direction perpendicular to the optical axis.
  • the focal length of the entire lens system is changed only by the first free-form surface lens and the second free-form surface lens, it is difficult to sufficiently perform chromatic aberration correction and the like.
  • the first lens group having a positive refractive power and the second lens group having a negative refractive power are sequentially arranged from the object side to the image side, and the first lens group and the second lens group are arranged in the wide-angle end state.
  • the first lens group is fixed in the optical axis direction when the focal length changes to the telephoto end state, and the second lens group moves toward the image side, so that the first lens group and the second lens group are arranged close to each other.
  • the combined focal length with the group is changed, and the chromatic aberration is satisfactorily corrected.
  • the diverging action of the second lens group is weakened and the total length of the lens system is shortened.
  • variable focal length lens system of the present technology can provide various effects, and can provide a compact and high magnification variable focal length lens system.
  • conditional expression (1) 0.25 ⁇
  • f2 focal length of second lens group
  • fw focal length of entire lens system in wide-angle end state
  • ft focal length of entire lens system in telephoto end state
  • Conditional expression (1) is a conditional expression that defines the focal length of the second lens group, and is an expression for achieving a balance between downsizing of the lens diameter of the first lens group and improvement of high optical performance.
  • conditional expression (1) If the upper limit of conditional expression (1) is exceeded, the off-axis light flux passing through the first lens group and the second lens group in the wide-angle end state is separated from the optical axis, and the lens diameter increases. ..
  • variable focal length lens system satisfies the conditional expression (1)
  • the off-axis light flux passing through the first lens group and the second lens group in the wide-angle end state is brought close to the optical axis to reduce the lens diameter.
  • the passing light ray also gradually moves. To do. Therefore, in order to satisfactorily correct the off-axis aberrations generated in the first free-form surface lens and the second free-form surface lens, the angle formed by the principal ray with the optical axis is made small, that is, the principal ray is parallel to the optical axis. It is important to be close.
  • the aperture stop is arranged between the second lens group and the fifth lens group in order to suppress the aberration generated in the first free-form surface lens and the second free-form surface lens, and the following conditional expression (2 ) Is desirable.
  • ⁇ AS length along the optical axis from the aperture stop to the image plane in the telephoto end state
  • ft focal length of the entire lens system in the telephoto end state
  • conditional expression (2) If the lower limit of conditional expression (2) is not reached, the distance from the aperture stop to the image plane becomes short, and the angle formed by the principal rays incident on the first free-form surface lens and the second free-form surface lens with the optical axis is small. Since it becomes large, it becomes difficult to satisfactorily correct the asymmetrical aberration that occurs when changing the focal length.
  • conditional expression (2) If the upper limit of conditional expression (2) is exceeded, the movable space of the second lens group when changing the focal length decreases, and the refracting power of the first lens group and the second lens group increases. .. As a result, fluctuations of off-axis aberrations occurring in the first lens group and the second lens group when the position of the lens changes cannot be suppressed, and it becomes difficult to secure high optical performance.
  • variable focal length lens system satisfies the conditional expression (2), it is possible to satisfactorily correct the asymmetrical aberration that occurs when changing the focal length, and at the same time, when the position of the lens changes, High optical performance can be ensured by suppressing fluctuations of off-axis aberrations occurring in the first lens group and the second lens group.
  • Conditional expression (3) is an expression that defines the combined focal length of the first lens group and the second lens group in the wide-angle end state.
  • conditional expression (3) If the upper limit of conditional expression (3) is exceeded, the light rays exiting the second lens group will be strongly diverged, and the total length of the lens system will become long.
  • the refractive power of the first lens group is positively strengthened, so that the off-axis light flux passing through the first lens group is separated from the optical axis and the first lens group is moved.
  • the lens diameter of the group becomes large.
  • variable focal length lens system satisfies the conditional expression (3), it is possible to suppress the divergence of the light rays emitted from the second lens group and to shorten the total length of the lens system, and to make the first lens group
  • the off-axis light flux passing therethrough can be brought close to the optical axis to reduce the lens diameter of the first lens group.
  • the amount of movement of the first free-form surface lens and the second free-form surface lens required when the focal length changes is expressed by the conditional expression (4) and the condition. It is desirable to satisfy the expression (5).
  • ⁇ LA The amount of movement of the third lens group when the lens position state changes from the wide-angle end state with the shortest focal length to the focal length state with the longest focal length
  • ⁇ LB The focal length from the wide-angle end state with the shortest focal length
  • the movement amount ft of the fourth lens unit when the position of the lens changes to the longest focal length state the focal length of the entire lens system in the telephoto end state.
  • conditional expressions (4) and (5) If the upper limits of conditional expressions (4) and (5) are exceeded, the amount of movement of the first free-form surface lens and the second free-form surface lens will be too large, and the size reduction of the lens will be impaired.
  • variable focal length lens system satisfy the conditional expressions (4) and (5), it is possible to reduce the movement amount of the first free-form surface lens and the second free-form surface lens and to downsize the lens. In addition, it is possible to suppress the asymmetrical variation of the aberration due to the change of the focal length and to improve the performance.
  • the sixth lens group, the seventh lens group, and the eighth lens group from the object side to the image side on the image side of the fifth lens group.
  • the sixth lens group has a positive refracting power
  • the seventh lens group has a negative refracting power
  • the eighth lens group has a positive refracting power
  • the focal length is from the wide-angle end state. It is desirable that the fifth lens group and the sixth lens group each move to the object side when changing to the telephoto end state.
  • the fifth lens unit and the sixth lens unit move while changing the distance between the two, thereby favorably correcting the off-axis aberration that occurs with the change in the focal length. Is possible.
  • the seventh lens group move in the optical axis direction according to changes in the subject distance.
  • the axial rays are incident on the image side of the two positive lens groups, the fifth lens group and the sixth lens group, in a more narrowed state, so that the lens diameter can be reduced and the lens weight is reduced. Can be promoted.
  • the eighth lens group be fixed in the optical axis direction when the focal length changes from the wide-angle end state to the telephoto end state.
  • the structure can be simplified by fixing the eighth lens group in the optical axis direction.
  • the refracting powers of the two free-form surface lenses need not always have the same sign, and may change from positive to negative, or may change from positive to negative and then positive again. ..
  • the shape of the free-form surface is represented by an XY polynomial.
  • k is a conic coefficient (conical constant) and C3, C4,..., C53 are coefficients
  • the sag amount Zsag in the Z-axis direction is expressed by the following mathematical expression 1.
  • the first free-form surface lens and the second free-form surface lens are moved in the Y-axis direction, the first free-form surface lens and the second free-form surface lens are symmetrical with respect to the YZ plane. Specifically, it means that the odd-order item of X is zero.
  • the sign of the term in which Y is an odd order is opposite in the XY polynomial.
  • variable focal length lens system [Numerical example of variable focal length lens system]
  • specific embodiments of the variable focal length lens system of the present technology and numerical examples in which specific numerical values are applied to the embodiments will be described with reference to the drawings and tables.
  • FIG. 1 shows a refractive power arrangement of a variable focal length lens system according to each embodiment of the present technology.
  • the variable focal length lens system of the present technology includes, in order from the object side to the image side, a first lens group G1 having a positive refractive power, a second lens group G2 having a negative refractive power, and a first free-form surface lens LA.
  • a third lens group G3, a fourth lens group G4 including a second free-form surface lens LB, a fifth lens group G5 having a positive refractive power, and a sixth lens group G6 having a positive refractive power It is composed of a seventh lens group G7 having a negative refractive power and an eighth lens group G8 having a positive refractive power.
  • the aperture stop S is arranged between the fourth lens group G4 and the fifth lens group G5.
  • the first lens group G1 is fixed and the second lens group G2 moves toward the image side along the Z axis.
  • the third lens group G3 moves in the negative direction in the Y-axis direction
  • the fourth lens group G4 moves in the positive direction in the Y-axis direction
  • the fifth lens group G5 moves to the object side along the Z-axis.
  • the sixth lens group G6 moves toward the object side along the Z axis
  • the seventh lens group G7 moves toward the object side along the Z axis
  • the eighth lens group G8 is fixed.
  • the IR cut filter, the low pass filter, and the cover glass of the image sensor are arranged on the image side of the eighth lens group G8.
  • the aspherical surface is represented by the following mathematical formula.
  • H is the distance from the optical axis
  • z is the sag amount
  • c is the curvature
  • k is the conic coefficient (conical constant)
  • A, B,... Are aspherical coefficients.
  • FIG. 2 is a lens cross-sectional view of the variable focal length lens system 1 according to the first example of the present technology.
  • the first lens group G1 includes a cemented lens L11 including a negative meniscus lens having a concave surface facing the image side and a positive lens having a convex surface facing the object side, and a meniscus-shaped positive lens L12 having a convex surface facing the object side. Composed of.
  • the second lens group G2 is composed of a meniscus negative lens L21 having a convex surface facing the object side, a cemented lens L22 of a biconcave lens and a biconvex lens, and a negative lens L23 having a concave surface facing the object side.
  • the third lens group G3 is composed of one first free-form surface lens L3
  • the fourth lens group G4 is composed of one second free-form surface lens L4, and the first free-form surface lens L3 and the second free-form surface lens
  • the lens L4 is arranged so as to be inverted with respect to the Z axis.
  • the fifth lens group G5 is composed of a biconvex positive lens L51, and a cemented lens L52 of a positive lens having a convex surface facing the object side and a negative lens having a concave surface facing the image side.
  • the sixth lens group G6 is composed of a biconvex positive lens L6.
  • the seventh lens group G7 is composed of a negative lens L7 having a concave surface facing the image side.
  • the eighth lens group G8 is composed of a positive lens L8 having a convex surface directed toward the object side.
  • the movement amounts of the first free-form surface lens L3 and the second free-form surface lens L4 in the Y-axis direction are slightly different. This makes it possible to reduce the size of the variable focal length lens system 1 in the Y-axis direction.
  • Tables 1 to 4 show the values of specifications of the first embodiment of the present technology.
  • Table 1 shows lens data such as a radius of curvature of each lens
  • Table 2 shows a variable interval and a movement amount (zoom displacement amount) when changing the focal length
  • Table 3 shows a shape of the free-form surface lens.
  • the XY free-form surface coefficients (XY polynomial coefficients) shown are shown in Table 4, and the aspherical surface coefficients are shown in Table 4.
  • Table 5 shows the corresponding values of the conditional expressions in the first embodiment.
  • FIG. 3 shows a spot diagram in the wide-angle end state and the telephoto end state of the first embodiment
  • FIG. 4 shows a distortion diagram of the first embodiment
  • FIG. 5 shows a lens cross-sectional view of a variable focal length lens system 2 according to a second example of the present technology.
  • the first lens group G1 includes a cemented lens L11 including a negative meniscus lens having a concave surface facing the image side and a positive lens having a convex surface facing the object side, and a meniscus-shaped positive lens L12 having a convex surface facing the object side. Composed of.
  • the second lens group G2 is composed of a meniscus negative lens L21 having a convex surface facing the object side, a cemented lens L22 of a biconcave lens and a biconvex lens, and a negative lens L23 having a concave surface facing the object side.
  • the third lens group G3 is composed of one first free-form surface lens L3
  • the fourth lens group G4 is composed of one second free-form surface lens L4, and the first free-form surface lens L3 and the second free-form surface lens
  • the lens L4 is arranged so as to be inverted with respect to the Z axis.
  • the fifth lens group G5 is composed of a biconvex positive lens L51, and a cemented lens L52 of a positive lens having a convex surface facing the object side and a negative lens having a concave surface facing the image side.
  • the sixth lens group G6 is composed of a biconvex positive lens L6.
  • the seventh lens group G7 is composed of a negative lens L7 having a concave surface facing the image side.
  • the eighth lens group G8 is composed of a positive lens L8 having a convex surface directed toward the object side.
  • the movement amounts of the first free-form surface lens L3 and the second free-form surface lens L4 in the Y-axis direction are slightly different. This makes it possible to reduce the size of the variable focal length lens system 2 in the Y-axis direction.
  • Table 6 shows lens data such as a radius of curvature of each lens
  • Table 7 shows a variable interval and a movement amount (zoom displacement amount) when changing the focal length
  • Table 8 shows a shape of the free-form surface lens
  • Table 9 shows the XY free-form surface coefficients (XY polynomial coefficients), and Table 9 shows the aspherical surface coefficients.
  • Table 10 shows the corresponding values of the conditional expressions in the second embodiment.
  • FIG. 6 shows a spot diagram in the wide-angle end state and the telephoto end state of the second embodiment
  • FIG. 7 shows a distortion diagram of the second embodiment.
  • FIG. 8 is a lens cross-sectional view of the variable focal length lens system 3 according to the third example of the present technology.
  • the first lens group G1 includes a cemented lens L11 including a negative meniscus lens having a concave surface facing the image side and a positive lens having a convex surface facing the object side, and a meniscus-shaped positive lens L12 having a convex surface facing the object side. Composed of.
  • the second lens group G2 includes a negative lens L21 having a concave surface facing the image side, a cemented lens L22 having a biconcave lens and a biconvex lens, and a negative lens L23 having a concave surface facing the object side.
  • the third lens group G3 is composed of one first free-form surface lens L3
  • the fourth lens group G4 is composed of one second free-form surface lens L4, and the first free-form surface lens L3 and the second free-form surface lens
  • the lens L4 is arranged so as to be inverted with respect to the Z axis.
  • the fifth lens group G5 is composed of a biconvex positive lens L51, and a cemented lens L52 of a positive lens having a convex surface facing the object side and a negative lens having a concave surface facing the image side.
  • the sixth lens group G6 is composed of a biconvex positive lens L6.
  • the seventh lens group G7 is composed of a negative lens L7 having a concave surface facing the image side.
  • the eighth lens group G8 is composed of a positive lens L8 having a convex surface directed toward the image side.
  • Tables 11 to 14 below show values of specifications of the third embodiment of the present technology.
  • Table 11 shows lens data such as a radius of curvature of each lens
  • Table 12 shows a variable interval and a movement amount (zoom displacement amount) when changing the focal length
  • Table 13 shows a shape of the free-form surface lens.
  • Table 14 shows the XY free-form surface coefficients (XY polynomial coefficients) shown, and Table 14 shows the aspherical surface coefficients.
  • Table 15 shows the corresponding values of the conditional expressions in the third embodiment.
  • FIG. 9 shows spot diagrams in the wide-angle end state and the telephoto end state of the third embodiment
  • FIG. 10 shows a distortion diagram of the third embodiment.
  • the variable focal length lens system has, in order from the object side to the image side, a first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, and a first free-form surface. It has a third lens group including a lens, a fourth lens group including a second free-form surface lens, and a fifth lens group having a positive refractive power.
  • variable focal length lens system when the variable focal length lens system changes the position of the lens from the wide-angle end state in which the focal length is the shortest to the telephoto end state in which the focal length is the longest, the first lens group is optically It is fixed in the axial direction, the second lens group moves to the image side, and the third lens group and the fourth lens group move separately in the direction perpendicular to the optical axis.
  • variable focal length lens system has the same shape as the first free-form surface lens and the second free-form surface lens included in the third lens group and the fourth lens group, respectively, and is rotated 180 degrees with respect to the Z axis. Will be placed. Then, the first free-form surface lens and the second free-form surface lens move in mutually opposite directions, so that the combined refractive power of the second lens unit changes. By combining this with a general zoom lens, the optical total length is shortened while keeping the image plane position constant.
  • the moving direction of each lens group is only in the optical axis direction, whereas in the imaging device of the present technology, the two free-form surface lenses of the variable focal length lens system are moved in a direction other than the optical axis direction. This increases the degree of freedom to change the focal length.
  • the imaging device of the present technology can change the focal length by moving the first free-form surface lens and the second free-form surface lens of the variable focal length lens in the direction perpendicular to the optical axis.
  • the focal length of the entire lens system is changed only by the first free-form surface lens and the second free-form surface lens, it is difficult to sufficiently perform chromatic aberration correction and the like.
  • the first lens group having a positive refractive power and the second lens group having a negative refractive power are sequentially arranged from the object side to the image side, and the first lens group and the second lens group are arranged in the wide-angle end state.
  • the first lens group is fixed in the optical axis direction when the focal length changes to the telephoto end state, and the second lens group moves toward the image side, so that the first lens group and the second lens group are arranged close to each other.
  • the combined focal length with the group is changed, and the chromatic aberration is satisfactorily corrected.
  • the imaging device of the present technology can provide various effects, and can provide a compact and high-magnification imaging device.
  • FIG. 11 shows a block diagram of a digital still camera according to an embodiment of an imaging device of the present technology.
  • An image pickup apparatus (digital still camera) 100 includes an image pickup device 10 having a photoelectric conversion function for converting captured light into an electric signal, and a camera signal processing unit for performing signal processing such as analog-digital conversion of a captured image signal. 20 and an image processing unit 30 that performs a recording/reproducing process of an image signal. Further, the image pickup apparatus 100 includes a display unit 40 that displays a captured image and the like, an R/W (reader/writer) 50 that writes and reads an image signal to and from the memory 90, and the entire image pickup apparatus 100.
  • a CPU (Central Processing Unit) 60 for controlling, an input unit 70 such as various switches for performing a required operation by a user, and a lens drive control unit 80 for controlling driving of a lens group (movable group) are provided. ..
  • the camera signal processing unit 20 performs various kinds of signal processing such as conversion of an output signal from the image sensor 10 into a digital signal, noise removal, image quality correction, conversion into a luminance/color difference signal.
  • the image processing unit 30 performs compression encoding/expansion decoding processing of an image signal based on a predetermined image data format, conversion processing of data specifications such as resolution, and the like.
  • the display unit 40 has a function of displaying various data such as an operation state of the user's input unit 70 and a captured image.
  • the R/W 50 writes the image data encoded by the image processing unit 30 to the memory 90 and reads the image data recorded in the memory 90.
  • the CPU 60 functions as a control processing unit that controls each circuit block provided in the imaging device 100, and controls each circuit block based on an instruction input signal or the like from the input unit 70.
  • the input unit 70 outputs an instruction input signal to the CPU 60 according to a user operation.
  • the lens drive control unit 80 controls a motor or the like (not shown) that drives the lens group based on a control signal from the CPU 60.
  • the memory 90 is, for example, a semiconductor memory that can be attached to and detached from a slot connected to the R/W 50.
  • the memory 90 may not be removable from the slot, but may be incorporated inside the imaging device 100.
  • the shot image signal is output to the display unit 40 via the camera signal processing unit 20 and displayed as a camera through image.
  • the photographed image signal is output from the camera signal processing unit 20 to the image processing unit 30 and compression-coded to be converted into digital data of a predetermined data format. To be done.
  • the converted data is output to the R/W 50 and written in the memory 90.
  • Focusing is performed by the lens drive control unit 80 moving the focus lens group based on a control signal from the CPU 60.
  • the predetermined image data is read from the memory 90 by the R/W 50 according to the operation on the input unit 70, and the expansion/decoding process is performed by the image processing unit 30. After that, the reproduced image signal is output to the display unit 40 and the reproduced image is displayed.
  • imaging refers to conversion from a photoelectric conversion process of converting light captured by the image sensor 10 into an electric signal to a digital signal of an output signal from the image sensor 10 by the camera signal processing unit 20.
  • R/W 50 refers to a process including only a part or all of a series of processes up to the process of writing an image signal in the memory 90 by the R/W 50.
  • imaging may refer to only a photoelectric conversion process that converts light captured by the image sensor 10 into an electrical signal, or from a photoelectric conversion process that converts light captured by the image sensor 10 into an electrical signal.
  • the process of converting the output signal from the image sensor 10 by the camera signal processing unit 20 into a digital signal, noise removal, image quality correction, conversion into a luminance/color difference signal, and the like may be referred to.
  • photoelectric conversion processing for converting light into an electrical signal conversion of the output signal from the image sensor 10 by the camera signal processing unit 20 into a digital signal, noise removal, image quality correction, conversion into a luminance/color difference signal, and the like, It may be up to compression encoding/decompression decoding processing of an image signal based on a predetermined image data format by the image processing unit 30 and conversion processing of data specifications such as resolution, and the light captured by the image sensor 10 is converted into an electrical signal. From the photoelectric conversion process for converting into the digital signal of the output signal from the image sensor 10 by the camera signal processing unit 20, noise removal, image quality correction, conversion into a luminance/color difference signal, and the image processing unit 30.
  • the image capturing apparatus 100 may be configured to include only part or all of the image sensor 10, the camera signal processing unit 20, the image processing unit 30, and the R/W 50 that perform the above processing. ..
  • variable focal length lens system of the present technology and the imaging device of the present technology, other optical elements such as a lens having no refractive power may be arranged in addition to the first lens group G1 to the eighth lens group G8. Good.
  • the lens configuration of the variable focal length lens system of the present technology is substantially the lens configuration of the first lens group G1 to the eighth lens group G8.
  • the above-described imaging device can be widely applied as a camera unit of digital input/output devices such as a digital still camera, a digital video camera, a mobile phone with a built-in camera, and a mobile terminal such as a tablet with a built-in camera. it can.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure may be applied to an operating room system.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing an overall configuration of an operating room system 5100 to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • an operating room system 5100 is configured by connecting device groups installed in the operating room via an audiovisual controller (AV Controller) 5107 and an operating room control device 5109 so that they can cooperate with each other.
  • AV Controller audiovisual controller
  • FIG. 12 Various devices can be installed in the operating room.
  • a group of various devices 5101 for endoscopic surgery a ceiling camera 5187 installed on the ceiling of the operating room to image the operator's hand, and an operating room installed on the ceiling of the operating room.
  • An operation site camera 5189 that takes an image of the entire state, a plurality of display devices 5103A to 5103D, a recorder 5105, a patient bed 5183, and an illumination 5191 are illustrated.
  • the device group 5101 belongs to an endoscopic surgery system 5113, which will be described later, and includes an endoscope and a display device that displays an image captured by the endoscope.
  • Each device belonging to the endoscopic surgery system 5113 is also referred to as a medical device.
  • the display devices 5103A to 5103D, the recorder 5105, the patient bed 5183, and the illumination 5191 are devices provided separately from the endoscopic surgery system 5113, for example, in an operating room.
  • Each device that does not belong to the endoscopic surgery system 5113 is also called a non-medical device.
  • the audiovisual controller 5107 and/or the operating room control device 5109 control the operations of these medical devices and non-medical devices in cooperation with each other.
  • the audiovisual controller 5107 centrally controls the processing related to image display in medical devices and non-medical devices.
  • the device group 5101, the ceiling camera 5187, and the operating room camera 5189 have a function of transmitting information to be displayed during the operation (hereinafter, also referred to as display information). It may be a device (hereinafter, also referred to as a transmission source device).
  • the display devices 5103A to 5103D may be devices that output display information (hereinafter, also referred to as output destination devices).
  • the recorder 5105 may be a device that corresponds to both the transmission source device and the output destination device.
  • the audiovisual controller 5107 has a function of controlling the operations of the transmission source device and the output destination device, acquiring display information from the transmission source device, and transmitting the display information to the output destination device for display or recording.
  • the display information includes various images taken during the surgery, various information regarding the surgery (for example, the physical information of the patient, past examination results, information about the surgical procedure, etc.).
  • the audiovisual controller 5107 information about the image of the surgical site in the body cavity of the patient captured by the endoscope can be transmitted from the device group 5101 as display information. Further, the ceiling camera 5187 may transmit, as the display information, information about the image of the operator's hand imaged by the ceiling camera 5187. Further, from the surgical field camera 5189, information about an image showing the state of the entire operating room imaged by the surgical field camera 5189 can be transmitted as display information. When the operating room system 5100 includes another device having an image capturing function, the audiovisual controller 5107 also acquires, as display information, information about an image captured by the other device from the other device. You may.
  • the recorder 5105 information about these images captured in the past is recorded by the audiovisual controller 5107.
  • the audiovisual controller 5107 can acquire, as the display information, information about the image captured in the past from the recorder 5105. Note that various types of information regarding surgery may be recorded in the recorder 5105 in advance.
  • the audiovisual controller 5107 displays the acquired display information (that is, the image captured during the surgery and various information regarding the surgery) on at least one of the display devices 5103A to 5103D that is the output destination device.
  • the display device 5103A is a display device installed by being suspended from the ceiling of the operating room
  • the display device 5103B is a display device installed on the wall surface of the operating room
  • the display device 5103C is installed in the operating room.
  • the display device 5103D is a display device installed on a desk
  • the display device 5103D is a mobile device having a display function (for example, a tablet PC (Personal Computer)).
  • the operating room system 5100 may include a device outside the operating room.
  • the device outside the operating room may be, for example, a server connected to a network built inside or outside the hospital, a PC used by medical staff, a projector installed in a conference room of the hospital, or the like.
  • the audiovisual controller 5107 can display the display information on the display device of another hospital via a video conference system or the like for remote medical treatment.
  • the operating room control device 5109 centrally controls processing other than processing related to image display in non-medical devices.
  • the operating room controller 5109 controls driving of the patient bed 5183, the ceiling camera 5187, the operating room camera 5189, and the illumination 5191.
  • a centralized operation panel 5111 is provided in the operating room system 5100, and the user gives an instruction for image display to the audiovisual controller 5107 or the operating room control device 5109 via the centralized operation panel 5111. Instructions can be given to the operation of the non-medical device.
  • the centralized operation panel 5111 is configured by providing a touch panel on the display surface of the display device.
  • FIG. 13 is a diagram showing a display example of an operation screen on the centralized operation panel 5111.
  • FIG. 13 shows, as an example, an operation screen corresponding to the case where the operating room system 5100 is provided with two display devices as output destination devices.
  • operation screen 5193 is provided with a source selection area 5195, a preview area 5197, and a control area 5201.
  • a transmission source device provided in the operating room system 5100 and a thumbnail screen showing display information of the transmission source device are displayed in association with each other. The user can select the display information to be displayed on the display device from any of the transmission source devices displayed in the transmission source selection area 5195.
  • a preview of the screen displayed on the two display devices (Monitor 1 and Monitor 2) that are output destination devices is displayed.
  • four images are displayed in PinP on one display device.
  • the four images correspond to the display information transmitted from the transmission source device selected in the transmission source selection area 5195.
  • one is displayed relatively large as a main image, and the remaining three are displayed relatively small as sub-images.
  • the user can switch the main image and the sub image by appropriately selecting the area in which the four images are displayed.
  • a status display area 5199 is provided below the area where the four images are displayed, and the status related to the operation (for example, the elapsed time of the operation and the physical information of the patient) is appropriately displayed in the area. obtain.
  • a sender operation area 5203 in which a GUI (Graphical User Interface) component for operating the source device is displayed, and a GUI component for operating the destination device And an output destination operation area 5205 in which is displayed.
  • the source operation area 5203 is provided with GUI components for performing various operations (pan, tilt, and zoom) on the camera of the source device having an imaging function. The user can operate the camera of the transmission source device by appropriately selecting these GUI components.
  • the transmission source device selected in the transmission source selection area 5195 is a recorder (that is, in the preview area 5197, an image recorded in the past is displayed on the recorder).
  • the sender operation area 5203 may be provided with GUI parts for performing operations such as reproduction, stop reproduction, rewind, and fast forward of the image.
  • GUI components for performing various operations are provided. It is provided. The user can operate the display on the display device by appropriately selecting these GUI components.
  • the operation screen displayed on the centralized operation panel 5111 is not limited to the illustrated example, and the user can operate the centralized operation panel 5111 to operate the audiovisual controller 5107 and the operating room control device 5109 provided in the operating room system 5100. Operational input for each device that may be controlled may be possible.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a state of surgery to which the operating room system described above is applied.
  • the ceiling camera 5187 and the operating room camera 5189 are provided on the ceiling of the operating room, and can take a picture of the operator's (doctor) 5181 who is treating the affected part of the patient 5185 on the patient bed 5183 and the entire operating room. Is.
  • the ceiling camera 5187 and the operating room camera 5189 may be provided with a magnification adjusting function, a focal length adjusting function, a shooting direction adjusting function, and the like.
  • the illumination 5191 is provided on the ceiling of the operating room and illuminates at least the hand of the operator 5181.
  • the illumination 5191 may be capable of appropriately adjusting the irradiation light amount, the wavelength (color) of the irradiation light, the irradiation direction of the light, and the like.
  • the endoscopic surgery system 5113, the patient bed 5183, the ceiling camera 5187, the operating room camera 5189, and the illumination 5191 are connected via an audiovisual controller 5107 and an operating room control device 5109 (not shown in FIG. 14). Connected to each other.
  • a centralized operation panel 5111 is provided in the operating room, and as described above, the user can appropriately operate these devices existing in the operating room through the centralized operating panel 5111.
  • the endoscopic surgery system 5113 includes an endoscope 5115, other surgical tools 5131, a support arm device 5141 for supporting the endoscope 5115, and various devices for endoscopic surgery. And a cart 5151 on which is mounted.
  • trocars 5139a to 5139d are punctured in the abdominal wall. Then, from the trocars 5139a to 5139d, the lens barrel 5117 of the endoscope 5115 and other surgical tools 5131 are inserted into the body cavity of the patient 5185.
  • a pneumoperitoneum tube 5133, an energy treatment tool 5135, and forceps 5137 are inserted into the body cavity of the patient 5185 as other surgical tools 5131.
  • the energy treatment tool 5135 is a treatment tool that performs incision and separation of tissue, sealing of blood vessels, or the like by high-frequency current or ultrasonic vibration.
  • the illustrated surgical instrument 5131 is merely an example, and various surgical instruments generally used in endoscopic surgery, such as a concentrator and a retractor, may be used as the surgical instrument 5131.
  • An image of the surgical site in the body cavity of the patient 5185 taken by the endoscope 5115 is displayed on the display device 5155.
  • the surgeon 5181 uses the energy treatment tool 5135 and the forceps 5137 while performing real-time viewing of the image of the surgical site displayed on the display device 5155, and performs a procedure such as excising the affected site.
  • illustration is omitted, the pneumoperitoneum tube 5133, the energy treatment tool 5135, and the forceps 5137 are supported by the operator 5181, an assistant, or the like during the surgery.
  • the support arm device 5141 includes an arm portion 5145 extending from the base portion 5143.
  • the arm portion 5145 includes joint portions 5147a, 5147b, 5147c and links 5149a, 5149b, and is driven by the control from the arm control device 5159.
  • the endoscope 5115 is supported by the arm 5145, and its position and posture are controlled. As a result, stable fixation of the position of the endoscope 5115 can be realized.
  • the endoscope 5115 includes a lens barrel 5117 in which a region having a predetermined length from the distal end is inserted into the body cavity of the patient 5185, and a camera head 5119 connected to the base end of the lens barrel 5117.
  • the endoscope 5115 configured as a so-called rigid endoscope having the rigid lens barrel 5117 is illustrated, but the endoscope 5115 is configured as a so-called flexible mirror having the flexible lens barrel 5117. Good.
  • An opening in which an objective lens is fitted is provided at the tip of the lens barrel 5117.
  • a light source device 5157 is connected to the endoscope 5115, and the light generated by the light source device 5157 is guided to the tip of the lens barrel by a light guide extending inside the lens barrel 5117, and the light is emitted. It is irradiated through the lens toward the observation target in the body cavity of the patient 5185.
  • the endoscope 5115 may be a direct-viewing endoscope, or a perspective or side-viewing endoscope.
  • An optical system and an image pickup device are provided inside the camera head 5119, and the reflected light (observation light) from the observation target is focused on the image pickup device by the optical system.
  • the observation light is photoelectrically converted by the imaging element, and an electric signal corresponding to the observation light, that is, an image signal corresponding to the observation image is generated.
  • the image signal is transmitted as RAW data to the camera control unit (CCU: Camera Control Unit) 5153.
  • the camera head 5119 has a function of adjusting the magnification and the focal length by appropriately driving the optical system.
  • the camera head 5119 may be provided with a plurality of image pickup elements in order to support, for example, stereoscopic vision (3D display).
  • a plurality of relay optical systems are provided inside the barrel 5117 in order to guide the observation light to each of the plurality of image pickup devices.
  • the CCU 5153 is configured by a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and the like, and integrally controls the operations of the endoscope 5115 and the display device 5155. Specifically, the CCU 5153 subjects the image signal received from the camera head 5119 to various kinds of image processing such as development processing (demosaic processing) for displaying an image based on the image signal. The CCU 5153 provides the display device 5155 with the image signal subjected to the image processing. Further, the audiovisual controller 5107 shown in FIG. 12 is connected to the CCU 5153. The CCU 5153 also provides the audiovisual controller 5107 with the image signal subjected to the image processing.
  • a CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • the CCU 5153 also transmits a control signal to the camera head 5119 to control the driving thereof.
  • the control signal may include information about imaging conditions such as magnification and focal length.
  • the information regarding the imaging condition may be input via the input device 5161 or may be input via the above-described centralized operation panel 5111.
  • the display device 5155 displays an image based on the image signal subjected to the image processing by the CCU 5153 under the control of the CCU 5153.
  • the endoscope 5115 is compatible with high-resolution imaging such as 4K (horizontal pixel number 3840 ⁇ vertical pixel number 2160) or 8K (horizontal pixel number 7680 ⁇ vertical pixel number 4320), and/or 3D display
  • high-resolution imaging such as 4K (horizontal pixel number 3840 ⁇ vertical pixel number 2160) or 8K (horizontal pixel number 7680 ⁇ vertical pixel number 4320)
  • 3D display If the display device 5155 corresponds to the display device 5155, a display device capable of high-resolution display and/or a display device capable of 3D display can be used correspondingly.
  • the display device 5155 is compatible with high-resolution photography such as 4K or 8K, a more immersive feeling can be obtained by using a display device 5155 having a size of 55 inches or more. Further, a plurality of display devices 5155 having different resolutions and sizes may be provided depending on the application.
  • the light source device 5157 includes, for example, a light source such as an LED (light emitting diode), and supplies irradiation light to the endoscope 5115 when the surgical site is imaged.
  • a light source such as an LED (light emitting diode)
  • the arm control device 5159 is configured by a processor such as a CPU, for example, and operates according to a predetermined program to control driving of the arm portion 5145 of the support arm device 5141 according to a predetermined control method.
  • the input device 5161 is an input interface for the endoscopic surgery system 5113.
  • the user can input various kinds of information and instructions to the endoscopic surgery system 5113 via the input device 5161.
  • the user inputs various kinds of information regarding the surgery, such as the physical information of the patient and the information regarding the surgical procedure, through the input device 5161.
  • the user may, via the input device 5161, give an instruction to drive the arm portion 5145 or an instruction to change the imaging condition (type of irradiation light, magnification, focal length, etc.) by the endoscope 5115.
  • An instruction to drive the energy treatment tool 5135 is input.
  • the type of the input device 5161 is not limited, and the input device 5161 may be various known input devices.
  • the input device 5161 for example, a mouse, a keyboard, a touch panel, a switch, a foot switch 5171 and/or a lever can be applied.
  • the touch panel may be provided on the display surface of the display device 5155.
  • the input device 5161 is a device worn by the user, such as a glasses-type wearable device or an HMD (Head Mounted Display), and various inputs are made according to the user's gesture or line of sight detected by these devices. Is done. Further, the input device 5161 includes a camera capable of detecting the movement of the user, and various inputs are performed according to the gesture or the line of sight of the user detected from the video imaged by the camera. Further, the input device 5161 includes a microphone capable of collecting the voice of the user, and various inputs are performed by voice through the microphone.
  • a glasses-type wearable device or an HMD Head Mounted Display
  • the input device 5161 is configured to be able to input various kinds of information in a contactless manner, a user (for example, a surgeon 5181) who belongs to a clean area can operate devices belonging to a dirty area in a contactless manner. Is possible. In addition, since the user can operate the device without releasing his/her hand from the surgical tool, the convenience of the user is improved.
  • the treatment instrument control device 5163 controls driving of the energy treatment instrument 5135 for cauterization of tissue, incision, sealing of blood vessel, or the like.
  • the pneumoperitoneum device 5165 supplies gas to the inside of the body cavity of the patient 5185 via the pneumoperitoneum tube 5133 in order to inflate the body cavity of the patient 5185 for the purpose of securing a visual field by the endoscope 5115 and a working space for the operator.
  • the recorder 5167 is a device capable of recording various information regarding surgery.
  • the printer 5169 is a device capable of printing various information regarding surgery in various formats such as text, images, and graphs.
  • the support arm device 5141 includes a base portion 5143 that is a base and an arm portion 5145 that extends from the base portion 5143.
  • the arm portion 5145 includes a plurality of joint portions 5147a, 5147b, and 5147c and a plurality of links 5149a and 5149b connected by the joint portion 5147b, but in FIG.
  • the configuration of the arm portion 5145 is illustrated in a simplified manner. Actually, the shapes, the numbers, and the arrangements of the joints 5147a to 5147c and the links 5149a and 5149b, the directions of the rotation axes of the joints 5147a to 5147c, and the like are appropriately set so that the arm 5145 has a desired degree of freedom. obtain.
  • the arm portion 5145 can be preferably configured to have 6 or more degrees of freedom. Accordingly, the endoscope 5115 can be freely moved within the movable range of the arm portion 5145, so that the lens barrel 5117 of the endoscope 5115 can be inserted into the body cavity of the patient 5185 from a desired direction. It will be possible.
  • the joints 5147a to 5147c are provided with actuators, and the joints 5147a to 5147c are configured to be rotatable about a predetermined rotation axis by driving the actuators.
  • the drive of the actuator is controlled by the arm controller 5159, whereby the rotation angles of the joints 5147a to 5147c are controlled and the drive of the arm 5145 is controlled. Thereby, control of the position and posture of the endoscope 5115 can be realized.
  • the arm control device 5159 can control the drive of the arm portion 5145 by various known control methods such as force control or position control.
  • the surgeon 5181 appropriately performs an operation input via the input device 5161 (including the foot switch 5171), whereby the arm controller 5159 appropriately controls the drive of the arm portion 5145 according to the operation input.
  • the position and orientation of the endoscope 5115 may be controlled. With this control, the endoscope 5115 at the tip of the arm portion 5145 can be moved from any position to any position, and then fixedly supported at the position after the movement.
  • the arm portion 5145 may be operated by a so-called master slave method. In this case, the arm unit 5145 can be remotely operated by the user via the input device 5161 installed at a place apart from the operating room.
  • the arm control device 5159 When force control is applied, the arm control device 5159 receives the external force from the user and operates the actuators of the joint parts 5147a to 5147c so that the arm part 5145 moves smoothly according to the external force. You may perform what is called a power assist control which drives. Accordingly, when the user moves the arm unit 5145 while directly touching the arm unit 5145, the arm unit 5145 can be moved with a comparatively light force. Therefore, the endoscope 5115 can be moved more intuitively and with a simpler operation, and the convenience of the user can be improved.
  • the arm control device 5159 does not necessarily have to be provided on the cart 5151. Moreover, the arm control device 5159 does not necessarily have to be one device. For example, the arm control device 5159 may be provided in each of the joint parts 5147a to 5147c of the arm part 5145 of the support arm device 5141, and the plurality of arm control devices 5159 cooperate with each other to drive the arm part 5145. Control may be realized.
  • the light source device 5157 supplies the endoscope 5115 with irradiation light for photographing a surgical site.
  • the light source device 5157 includes, for example, an LED, a laser light source, or a white light source configured by a combination thereof.
  • the white light source is configured by the combination of the RGB laser light sources
  • the output intensity and the output timing of each color can be controlled with high accuracy. Can be adjusted.
  • the laser light from each of the RGB laser light sources is time-divided onto the observation target, and the drive of the image pickup device of the camera head 5119 is controlled in synchronization with the irradiation timing, so that each of the RGB colors is supported. It is also possible to take the captured image in a time division manner. According to this method, a color image can be obtained without providing a color filter on the image sensor.
  • the drive of the light source device 5157 may be controlled so as to change the intensity of the output light at predetermined time intervals.
  • the drive of the image sensor of the camera head 5119 in synchronism with the timing of changing the intensity of the light to acquire an image in a time-division manner and synthesizing the images, a high dynamic without so-called blackout and whiteout. Images of the range can be generated.
  • the light source device 5157 may be configured to be able to supply light in a predetermined wavelength band corresponding to special light observation.
  • special light observation for example, by utilizing the wavelength dependence of absorption of light in body tissues, by irradiating a narrow band of light as compared with irradiation light (that is, white light) in normal observation, the mucosal surface layer
  • the so-called narrow band imaging is performed in which high-contrast images of specific tissues such as blood vessels are captured.
  • fluorescence observation in which an image is obtained by the fluorescence generated by irradiating the excitation light may be performed.
  • the body tissue is irradiated with excitation light to observe fluorescence from the body tissue (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally injected into the body tissue and the body tissue is injected into the body tissue.
  • a reagent such as indocyanine green (ICG)
  • ICG indocyanine green
  • the light source device 5157 may be configured to be capable of supplying narrow band light and/or excitation light compatible with such special light observation.
  • FIG. 15 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head 5119 and CCU 5153 shown in FIG.
  • the camera head 5119 has, as its functions, a lens unit 5121, an imaging unit 5123, a driving unit 5125, a communication unit 5127, and a camera head control unit 5129.
  • the CCU 5153 has, as its functions, a communication unit 5173, an image processing unit 5175, and a control unit 5177.
  • the camera head 5119 and the CCU 5153 are bidirectionally connected by a transmission cable 5179.
  • the lens unit 5121 is an optical system provided at a connecting portion with the lens barrel 5117.
  • the observation light taken from the tip of the lens barrel 5117 is guided to the camera head 5119 and enters the lens unit 5121.
  • the lens unit 5121 is configured by combining a plurality of lenses including a zoom lens and a focus lens.
  • the optical characteristics of the lens unit 5121 are adjusted so that the observation light is condensed on the light receiving surface of the image pickup element of the image pickup unit 5123.
  • the zoom lens and the focus lens are configured so that their positions on the optical axis can be moved in order to adjust the magnification and focus of the captured image.
  • the image pickup unit 5123 is composed of an image pickup element, and is arranged in the latter stage of the lens unit 5121.
  • the observation light that has passed through the lens unit 5121 is condensed on the light receiving surface of the image sensor, and an image signal corresponding to the observation image is generated by photoelectric conversion.
  • the image signal generated by the imaging unit 5123 is provided to the communication unit 5127.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • 4K Color Image pickup
  • the image pickup device constituting the image pickup unit 5123 is configured to have a pair of image pickup devices for respectively obtaining the image signals for the right eye and the left eye corresponding to 3D display.
  • the 3D display enables the operator 5181 to more accurately understand the depth of the living tissue in the operation site.
  • the image pickup unit 5123 is configured by a multi-plate type, a plurality of lens units 5121 are also provided corresponding to each image pickup element.
  • the image pickup unit 5123 does not necessarily have to be provided on the camera head 5119.
  • the imaging unit 5123 may be provided inside the lens barrel 5117 immediately after the objective lens.
  • the drive unit 5125 is composed of an actuator, and moves the zoom lens and the focus lens of the lens unit 5121 by a predetermined distance along the optical axis under the control of the camera head control unit 5129. As a result, the magnification and focus of the image captured by the image capturing unit 5123 can be adjusted appropriately.
  • the communication unit 5127 is composed of a communication device for transmitting and receiving various information to and from the CCU 5153.
  • the communication unit 5127 transmits the image signal obtained from the imaging unit 5123 as RAW data to the CCU 5153 via the transmission cable 5179.
  • the image signal is transmitted by optical communication in order to display the captured image of the surgical site with low latency.
  • the operator 5181 performs the operation while observing the state of the affected area by the captured image. Therefore, for safer and more reliable operation, the moving image of the operated area is displayed in real time as much as possible. Is required.
  • the communication unit 5127 is provided with a photoelectric conversion module that converts an electric signal into an optical signal.
  • the image signal is converted into an optical signal by the photoelectric conversion module, and then transmitted to the CCU 5153 via the transmission cable 5179.
  • the communication unit 5127 also receives a control signal from the CCU 5153 for controlling the driving of the camera head 5119.
  • the control signal includes, for example, information that specifies the frame rate of the captured image, information that specifies the exposure value at the time of capturing, and/or information that specifies the magnification and focus of the captured image. Contains information about the condition.
  • the communication unit 5127 provides the received control signal to the camera head control unit 5129.
  • the control signal from the CCU 5153 may also be transmitted by optical communication.
  • the communication unit 5127 is provided with a photoelectric conversion module that converts an optical signal into an electric signal, and the control signal is converted into an electric signal by the photoelectric conversion module and then provided to the camera head control unit 5129.
  • the imaging conditions such as the frame rate, the exposure value, the magnification, and the focus described above are automatically set by the control unit 5177 of the CCU 5153 based on the acquired image signal. That is, a so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function, and AWB (Auto White Balance) function are mounted on the endoscope 5115.
  • AE Auto Exposure
  • AF Automatic Focus
  • AWB Automatic White Balance
  • the camera head controller 5129 controls driving of the camera head 5119 based on a control signal from the CCU 5153 received via the communication unit 5127. For example, the camera head control unit 5129 controls the driving of the image pickup element of the image pickup unit 5123 based on the information indicating the frame rate of the captured image and/or the information indicating the exposure at the time of image capturing. Further, for example, the camera head control unit 5129 appropriately moves the zoom lens and the focus lens of the lens unit 5121 via the drive unit 5125 based on the information indicating that the magnification and the focus of the captured image are specified.
  • the camera head controller 5129 may further have a function of storing information for identifying the lens barrel 5117 and the camera head 5119.
  • the camera head 5119 can be made resistant to autoclave sterilization.
  • the communication unit 5173 is composed of a communication device for transmitting and receiving various information to and from the camera head 5119.
  • the communication unit 5173 receives the image signal transmitted from the camera head 5119 via the transmission cable 5179.
  • the image signal can be preferably transmitted by optical communication.
  • the communication unit 5173 is provided with a photoelectric conversion module that converts an optical signal into an electrical signal in response to optical communication.
  • the communication unit 5173 provides the image signal converted into the electric signal to the image processing unit 5175.
  • the communication unit 5173 also transmits a control signal for controlling the driving of the camera head 5119 to the camera head 5119.
  • the control signal may also be transmitted by optical communication.
  • the image processing unit 5175 performs various types of image processing on the image signal that is the RAW data transmitted from the camera head 5119.
  • image processing for example, development processing, high image quality processing (band emphasis processing, super-resolution processing, NR (Noise reduction) processing and/or camera shake correction processing, etc.), and/or enlargement processing (electronic zoom processing) Etc., various known signal processings are included.
  • the image processing unit 5175 also performs detection processing on the image signal for performing AE, AF, and AWB.
  • the image processing unit 5175 is composed of a processor such as a CPU and a GPU, and the image processing and the detection processing described above can be performed by the processor operating according to a predetermined program.
  • the image processing unit 5175 is composed of a plurality of GPUs, the image processing unit 5175 appropriately divides information related to the image signal, and the plurality of GPUs perform image processing in parallel.
  • the control unit 5177 performs various controls regarding imaging of a surgical site by the endoscope 5115 and display of the captured image. For example, the control unit 5177 generates a control signal for controlling the driving of the camera head 5119. At this time, when the imaging condition is input by the user, the control unit 5177 generates a control signal based on the input by the user. Alternatively, when the endoscope 5115 is equipped with the AE function, the AF function, and the AWB function, the control unit 5177 controls the optimum exposure value, the focal length, and the optimum exposure value according to the result of the detection processing by the image processing unit 5175. The white balance is appropriately calculated and a control signal is generated.
  • control unit 5177 causes the display device 5155 to display the image of the surgical site based on the image signal subjected to the image processing by the image processing unit 5175.
  • the control unit 5177 recognizes various objects in the surgical region image using various image recognition techniques.
  • the control unit 5177 detects a surgical tool such as forceps, a specific living body part, bleeding, a mist when the energy treatment tool 5135 is used, by detecting the shape and color of the edge of the object included in the surgical image. Can be recognized.
  • the control unit 5177 uses the recognition result to superimpose and display various types of surgical support information on the image of the surgical site. By displaying the surgery support information in a superimposed manner and presenting it to the operator 5181, it is possible to proceed with the surgery more safely and reliably.
  • the transmission cable 5179 connecting the camera head 5119 and the CCU 5153 is an electric signal cable compatible with electric signal communication, an optical fiber compatible with optical communication, or a composite cable of these.
  • wired communication is performed using the transmission cable 5179, but communication between the camera head 5119 and the CCU 5153 may be performed wirelessly.
  • the communication between the two is performed wirelessly, it is not necessary to lay the transmission cable 5179 in the operating room, so that the situation where the transmission cable 5179 hinders the movement of the medical staff in the operating room can be solved.
  • the example of the operating room system 5100 to which the technology according to the present disclosure can be applied has been described above.
  • the medical system to which the operating room system 5100 is applied is the endoscopic surgery system 5113 is described here as an example, the configuration of the operating room system 5100 is not limited to such an example.
  • the operating room system 5100 may be applied to a flexible endoscope system for inspection or a microscopic surgery system instead of the endoscopic surgery system 5113.
  • the technology according to the present disclosure can be suitably applied to the ceiling camera 5187, the operating room camera 5189, and the endoscope among the configurations described above. Specifically, it can be applied to image pickup devices such as these cameras and endoscopes, and variable focal length lens systems in these image pickup devices. By applying the technology according to the present disclosure to these cameras and endoscopes, it is possible to obtain a clearer surgical image.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure is applicable to any type of movement such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, a robot, a construction machine, and an agricultural machine (tractor). It may be applied to an imaging device mounted on the body or a variable focal length lens system.
  • FIG. 16 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system 7000 which is an example of a mobile body control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the vehicle control system 7000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 7010.
  • the vehicle control system 7000 includes a drive system control unit 7100, a body system control unit 7200, a battery control unit 7300, a vehicle exterior information detection unit 7400, a vehicle interior information detection unit 7500, and an integrated control unit 7600. ..
  • the communication network 7010 connecting these plural control units complies with any standard such as CAN (Controller Area Network), LIN (Local Interconnect Network), LAN (Local Area Network) or FlexRay (registered trademark). It may be an in-vehicle communication network.
  • CAN Controller Area Network
  • LIN Local Interconnect Network
  • LAN Local Area Network
  • FlexRay registered trademark
  • Each control unit includes a microcomputer that performs arithmetic processing according to various programs, a storage unit that stores a program executed by the microcomputer or parameters used for various arithmetic operations, and a drive circuit that drives various controlled devices. Equipped with.
  • Each control unit is equipped with a network I/F for communicating with other control units via the communication network 7010, and is also capable of wired or wireless communication with devices or sensors inside or outside the vehicle. The communication I/F for performing communication is provided. In FIG.
  • a microcomputer 7610 As the functional configuration of the integrated control unit 7600, a microcomputer 7610, a general-purpose communication I/F 7620, a dedicated communication I/F 7630, a positioning unit 7640, a beacon receiving unit 7650, an in-vehicle device I/F 7660, an audio image output unit 7670, An in-vehicle network I/F 7680 and a storage unit 7690 are illustrated.
  • the other control units also include a microcomputer, a communication I/F, a storage unit, and the like.
  • the drive system control unit 7100 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 7100 includes a drive force generation device for generating a drive force of a vehicle such as an internal combustion engine or a drive motor, a drive force transmission mechanism for transmitting the drive force to wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a steering mechanism for adjustment and a control device such as a braking device that generates a braking force of the vehicle.
  • the drive system control unit 7100 may have a function as a control device such as ABS (Antilock Brake System) or ESC (Electronic Stability Control).
  • a vehicle state detection unit 7110 is connected to the drive system control unit 7100.
  • the vehicle state detection unit 7110 includes, for example, a gyro sensor that detects the angular velocity of the axial rotation motion of the vehicle body, an acceleration sensor that detects the acceleration of the vehicle, or an accelerator pedal operation amount, a brake pedal operation amount, or a steering wheel steering operation. At least one of the sensors for detecting the angle, the engine speed, the wheel rotation speed, etc. is included.
  • the drive system control unit 7100 performs arithmetic processing using a signal input from the vehicle state detection unit 7110 to control the internal combustion engine, drive motor, electric power steering device, brake device, or the like.
  • the body system control unit 7200 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 7200 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as a head lamp, a back lamp, a brake lamp, a winker, or a fog lamp.
  • the body system control unit 7200 may receive radio waves or signals of various switches transmitted from a portable device that substitutes for a key.
  • the body system control unit 7200 receives the input of these radio waves or signals and controls the vehicle door lock device, the power window device, the lamp, and the like.
  • the battery control unit 7300 controls the secondary battery 7310 that is the power supply source of the drive motor according to various programs. For example, the battery control unit 7300 receives information such as the battery temperature, the battery output voltage, or the remaining capacity of the battery from the battery device including the secondary battery 7310. The battery control unit 7300 performs arithmetic processing using these signals to control the temperature adjustment of the secondary battery 7310 or the cooling device or the like included in the battery device.
  • the exterior information detection unit 7400 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 7000.
  • the image capturing unit 7410 and the vehicle exterior information detection unit 7420 is connected to the vehicle exterior information detection unit 7400.
  • the imaging unit 7410 includes at least one of a ToF (Time Of Flight) camera, a stereo camera, a monocular camera, an infrared camera, and other cameras.
  • the vehicle exterior information detection unit 7420 detects, for example, an environment sensor for detecting current weather or weather, or another vehicle around the vehicle equipped with the vehicle control system 7000, an obstacle, a pedestrian, or the like. At least one of the ambient information detection sensors of.
  • the environment sensor may be, for example, at least one of a raindrop sensor that detects rainy weather, a fog sensor that detects fog, a sunshine sensor that detects the degree of sunshine, and a snow sensor that detects snowfall.
  • the ambient information detection sensor may be at least one of an ultrasonic sensor, a radar device, and a LIDAR (Light Detection and Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging) device.
  • the image pickup unit 7410 and the vehicle exterior information detection unit 7420 may be provided as independent sensors or devices, or may be provided as a device in which a plurality of sensors or devices are integrated.
  • FIG. 17 shows an example of installation positions of the image pickup unit 7410 and the vehicle exterior information detection unit 7420.
  • the imaging units 7910, 7912, 7914, 7916, 7918 are provided at at least one of the front nose of the vehicle 7900, the side mirrors, the rear bumper, the back door, and the upper part of the windshield in the vehicle interior.
  • the image capturing unit 7910 provided on the front nose and the image capturing unit 7918 provided on the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 7900.
  • the image capturing units 7912 and 7914 provided in the side mirrors mainly acquire images of the side of the vehicle 7900.
  • the imaging unit 7916 provided on the rear bumper or the back door mainly acquires an image of the rear of the vehicle 7900.
  • the imaging unit 7918 provided on the upper part of the windshield in the vehicle interior is mainly used for detecting a preceding vehicle, a pedestrian, an obstacle, a traffic signal, a traffic sign, a lane, or the like.
  • FIG. 17 shows an example of the shooting ranges of the respective image pickup units 7910, 7912, 7914, 7916.
  • the imaging range a indicates the imaging range of the imaging unit 7910 provided on the front nose
  • the imaging ranges b and c indicate the imaging ranges of the imaging units 7912 and 7914 provided on the side mirrors
  • the imaging range d is The imaging range of the imaging part 7916 provided in the rear bumper or the back door is shown. For example, by overlaying the image data captured by the image capturing units 7910, 7912, 7914, and 7916, a bird's-eye view image of the vehicle 7900 viewed from above can be obtained.
  • the vehicle exterior information detection units 7920, 7922, 7924, 7926, 7928, 7930 provided on the front, rear, sides, corners of the vehicle 7900 and above the windshield inside the vehicle may be ultrasonic sensors or radar devices, for example.
  • the vehicle exterior information detectors 7920, 7926, 7930 provided on the front nose, rear bumper, back door, and upper windshield of the vehicle 7900 may be LIDAR devices, for example.
  • These vehicle exterior information detecting units 7920 to 7930 are mainly used for detecting a preceding vehicle, a pedestrian, an obstacle, or the like.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 causes the image capturing unit 7410 to capture an image of the vehicle exterior and receives the captured image data.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 also receives detection information from the connected vehicle exterior information detection unit 7420.
  • the vehicle exterior information detection unit 7420 is an ultrasonic sensor, a radar device, or a LIDAR device
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 transmits ultrasonic waves, electromagnetic waves, or the like, and receives information on the received reflected waves.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may perform an object detection process or a distance detection process such as a person, a car, an obstacle, a sign, or characters on the road surface based on the received information.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may perform environment recognition processing for recognizing rainfall, fog, road surface conditions, or the like based on the received information.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may calculate the distance to the object outside the vehicle based on the received information.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may perform image recognition processing or distance detection processing for recognizing a person, a car, an obstacle, a sign, characters on the road surface, or the like based on the received image data.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 performs processing such as distortion correction or position adjustment on the received image data, combines image data captured by different image capturing units 7410, and generates an overhead image or panoramic image. Good.
  • the vehicle exterior information detection unit 7400 may perform viewpoint conversion processing using image data captured by different image capturing units 7410.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 detects in-vehicle information.
  • a driver state detection unit 7510 that detects the state of the driver is connected.
  • the driver state detection unit 7510 may include a camera that captures an image of the driver, a biometric sensor that detects biometric information of the driver, a microphone that collects voice in the vehicle interior, and the like.
  • the biometric sensor is provided on, for example, a seat surface or a steering wheel, and detects biometric information of an occupant sitting on a seat or a driver who holds the steering wheel.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 may calculate the degree of tiredness or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 7510, and determines whether the driver is asleep. You may.
  • the in-vehicle information detection unit 7500 may perform processing such as noise canceling processing on the collected audio signal.
  • the integrated control unit 7600 controls overall operations in the vehicle control system 7000 according to various programs.
  • An input unit 7800 is connected to the integrated control unit 7600.
  • the input unit 7800 is realized by a device that can be input and operated by a passenger, such as a touch panel, a button, a microphone, a switch or a lever. Data obtained by voice-recognizing voice input by a microphone may be input to the integrated control unit 7600.
  • the input unit 7800 may be, for example, a remote control device using infrared rays or other radio waves, or may be an external connection device such as a mobile phone or a PDA (Personal Digital Assistant) compatible with the operation of the vehicle control system 7000. May be.
  • the input unit 7800 may be, for example, a camera, in which case the passenger can input information by gesture. Alternatively, data obtained by detecting the movement of the wearable device worn by the passenger may be input. Further, the input unit 7800 may include, for example, an input control circuit that generates an input signal based on information input by a passenger or the like using the input unit 7800 and outputs the input signal to the integrated control unit 7600. A passenger or the like operates the input unit 7800 to input various data or instruct a processing operation to the vehicle control system 7000.
  • the storage unit 7690 may include a ROM (Read Only Memory) that stores various programs executed by the microcomputer, and a RAM (Random Access Memory) that stores various parameters, calculation results, sensor values, and the like.
  • the storage unit 7690 may be realized by a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disc Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, a magneto-optical storage device, or the like.
  • the general-purpose communication I/F 7620 is a general-purpose communication I/F that mediates communication with various devices existing in the external environment 7750.
  • the general-purpose communication I/F 7620 is a cellular communication protocol such as GSM (registered trademark) (Global System of Mobile communications), WiMAX (registered trademark), LTE (registered trademark) (Long Term Evolution), or LTE-A (LTE-Advanced).
  • GSM Global System of Mobile communications
  • WiMAX registered trademark
  • LTE registered trademark
  • LTE-A Long Term Evolution
  • LTE-A Long Term Evolution-Advanced
  • another wireless communication protocol such as a wireless LAN (also referred to as Wi-Fi (registered trademark)) or Bluetooth (registered trademark) may be implemented.
  • the general-purpose communication I/F 7620 is connected to a device (for example, an application server or a control server) existing on an external network (for example, the Internet, a cloud network, or a network unique to an operator) via a base station or an access point, for example. You may.
  • the general-purpose communication I/F 7620 uses, for example, the P2P (Peer To Peer) technology, and is a terminal existing in the vicinity of the vehicle (for example, a driver, a pedestrian or a shop terminal, or an MTC (Machine Type Communication) terminal) You may connect with.
  • P2P Peer To Peer
  • MTC Machine Type Communication
  • the dedicated communication I/F 7630 is a communication I/F that supports a communication protocol formulated for use in a vehicle.
  • the dedicated communication I/F 7630 uses a standard protocol such as WAVE (Wireless Access in Vehicle Environment), DSRC (Dedicated Short Range Communications), or a cellular communication protocol, which is a combination of a lower layer IEEE 802.11p and an upper layer IEEE 1609, for example. May be implemented.
  • the dedicated communication I/F 7630 is typically a vehicle-to-vehicle communication, a vehicle-to-infrastructure communication, a vehicle-to-home communication, and a vehicle-to-pedestrian communication. ) Perform V2X communications, a concept that includes one or more of the communications.
  • the positioning unit 7640 receives, for example, a GNSS signal from a GNSS (Global Navigation Satellite System) satellite (for example, a GPS signal from a GPS (Global Positioning System) satellite) to perform positioning, and the latitude, longitude, and altitude of the vehicle. Generate position information including.
  • the positioning unit 7640 may specify the current position by exchanging a signal with the wireless access point, or may acquire the position information from a terminal having a positioning function, such as a mobile phone, PHS, or smartphone.
  • the beacon receiving unit 7650 receives, for example, a radio wave or an electromagnetic wave transmitted from a wireless station or the like installed on the road, and acquires information such as the current position, traffic jam, traffic closure, or required time.
  • the function of beacon reception unit 7650 may be included in dedicated communication I/F 7630 described above.
  • the in-vehicle device I/F 7660 is a communication interface that mediates a connection between the microcomputer 7610 and various in-vehicle devices 7760 existing in the vehicle.
  • the in-vehicle device I/F 7660 may establish a wireless connection using a wireless communication protocol such as a wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), NFC (Near Field Communication), or WUSB (Wireless USB).
  • a wireless communication protocol such as a wireless LAN, Bluetooth (registered trademark), NFC (Near Field Communication), or WUSB (Wireless USB).
  • the in-vehicle device I/F 7660 is connected to a USB (Universal Serial Bus), HDMI (registered trademark) (High-Definition Multimedia Interface, or MHL (Mobile High) via a connection terminal (and a cable if necessary) not shown.
  • -Definition Link etc. may be established by wire connection, etc.
  • the in-vehicle device 7760 includes, for example, at least one of a mobile device or a wearable device that the passenger has, or an information device that is carried in or attached to the vehicle. Further, the in-vehicle device 7760 may include a navigation device that searches for a route to an arbitrary destination.
  • the in-vehicle device I/F 7660 is a control signal with the in-vehicle device 7760. Or exchange data signals.
  • the in-vehicle network I/F 7680 is an interface that mediates communication between the microcomputer 7610 and the communication network 7010.
  • the in-vehicle network I/F 7680 transmits and receives signals and the like according to a predetermined protocol supported by the communication network 7010.
  • the microcomputer 7610 of the integrated control unit 7600 passes through at least one of a general-purpose communication I/F 7620, a dedicated communication I/F 7630, a positioning unit 7640, a beacon receiving unit 7650, an in-vehicle device I/F 7660, and an in-vehicle network I/F 7680.
  • the vehicle control system 7000 is controlled according to various programs based on the information acquired by the above. For example, the microcomputer 7610 calculates a control target value of the driving force generation device, the steering mechanism or the braking device based on the acquired information on the inside and outside of the vehicle, and outputs a control command to the drive system control unit 7100. Good.
  • the microcomputer 7610 realizes functions of ADAS (Advanced Driver Assistance System) that includes collision avoidance or impact mitigation of a vehicle, follow-up traveling based on an inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance traveling, a vehicle collision warning, or a vehicle lane departure warning. You may perform the cooperative control aiming at.
  • the microcomputer 7610 controls the driving force generation device, the steering mechanism, the braking device, and the like based on the acquired information about the surroundings of the vehicle, so that the microcomputer 7610 automatically travels independently of the driver's operation. You may perform cooperative control for the purpose of driving etc.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • a general-purpose communication I/F 7620 a dedicated communication I/F 7630, a positioning unit 7640, a beacon receiving unit 7650, an in-vehicle device I/F 7660, and an in-vehicle network I/F 7680.
  • the microcomputer 7610 may generate a warning signal by predicting a danger such as a vehicle collision, a pedestrian or the like approaching a road, or entering a closed road, based on the acquired information.
  • the warning signal may be, for example, a signal for generating a warning sound or turning on a warning lamp.
  • the voice image output unit 7670 transmits an output signal of at least one of a voice and an image to an output device capable of visually or audibly notifying information to a passenger of the vehicle or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 7710, a display unit 7720, and an instrument panel 7730 are illustrated as output devices.
  • the display unit 7720 may include at least one of an onboard display and a head-up display, for example.
  • the display unit 7720 may have an AR (Augmented Reality) display function.
  • the output device may be a device other than these devices, such as headphones, a wearable device such as a glasses-type display worn by a passenger, a projector, or a lamp.
  • the output device When the output device is a display device, the display device displays results obtained by various processes performed by the microcomputer 7610 or information received from another control unit in various formats such as text, images, tables, and graphs. Display it visually.
  • the output device is a voice output device, the voice output device converts an audio signal composed of reproduced voice data, acoustic data, or the like into an analog signal and outputs it audibly.
  • At least two control units connected via the communication network 7010 may be integrated as one control unit.
  • each control unit may be composed of a plurality of control units.
  • the vehicle control system 7000 may include another control unit not shown.
  • some or all of the functions of one of the control units may be given to another control unit. That is, if the information is transmitted and received via the communication network 7010, the predetermined arithmetic processing may be performed by any of the control units.
  • a sensor or device connected to one of the control units may be connected to another control unit, and a plurality of control units may send and receive detection information to and from each other via the communication network 7010. .
  • the present technology may also be configured as below.
  • a fifth lens group having a positive refracting power When the position of the lens changes from the wide-angle end state with the shortest focal length to the telephoto end state with the longest focal length, the first lens group is fixed in the optical axis direction, and the second lens group is moved to the image side.
  • a variable focal length lens system in which the third lens group and the fourth lens group move separately in a direction perpendicular to the optical axis.
  • variable focal length lens system which satisfies the following conditional expression (1).
  • (1) 0.25 ⁇
  • f2 focal length of second lens group
  • fw focal length of entire lens system in wide-angle end state
  • ft focal length of entire lens system in telephoto end state
  • ⁇ 3> An aperture stop is disposed between the second lens group and the fifth lens group, The variable focal length lens system according to ⁇ 2>, which satisfies the following conditional expression (2).
  • ⁇ AS length along the optical axis from the aperture stop to the image plane in the telephoto end state
  • ft focal length of the entire lens system in the telephoto end state
  • ⁇ 4> The variable focal length lens system according to ⁇ 3>, which satisfies the following conditional expression (3). (3) -2.5 ⁇ f12w/fw ⁇ -1.5 However, f12w: The combined focal length of the first lens group and the second lens group in the wide-angle end state fw: The focal length of the entire lens system in the wide-angle end state.
  • ⁇ 5> The variable focal length lens system according to ⁇ 4>, which satisfies the following conditional expressions (4) and (5).
  • ⁇ LA The amount of movement of the third lens group when the lens position state changes from the wide-angle end state with the shortest focal length to the focal length state with the longest focal length
  • ⁇ LB The focal length from the wide-angle end state with the shortest focal length
  • the movement amount ft of the fourth lens unit when the position of the lens changes to the longest focal length state the focal length of the entire lens system in the telephoto end state.
  • the sixth lens group, the seventh lens group, and the eighth lens group are sequentially arranged from the object side to the image side on the image side of the fifth lens group,
  • the sixth lens group has a positive refractive power
  • the seventh lens group has a negative refractive power
  • the eighth lens group has a positive refractive power
  • the variable focal length lens system according to ⁇ 5> wherein the fifth lens group and the sixth lens group each move toward the object side when the focal length changes from the wide-angle end state to the telephoto end state.
  • variable focal length lens system according to ⁇ 6>, wherein the seventh lens group moves in the optical axis direction according to a change in subject distance.
  • variable focal length lens system according to ⁇ 7>, wherein the eighth lens group is fixed in the optical axis direction when the focal length changes from the wide-angle end state to the telephoto end state.
  • variable focal length lens system and an image sensor for converting an optical image formed by the variable focal length lens system into an electrical signal
  • the variable focal length lens system A first lens group having a positive refractive power, a second lens group having a negative refractive power, a third lens group including a first free-form surface lens, and a second free-form surface lens in order from the object side to the image side.
  • a fifth lens group having a positive refracting power When the position of the lens changes from the wide-angle end state with the shortest focal length to the telephoto end state with the longest focal length, the first lens group is fixed in the optical axis direction, and the second lens group is moved to the image side.
  • An imaging device that moves, and the third lens group and the fourth lens group move separately in a direction perpendicular to the optical axis.
  • 1...Variable focal length lens system 2...Variable focal length lens system, 3...Variable focal length lens system, G1...First lens group, G2...Second lens group, G3...Third lens group, G4...Fourth lens G5... Fifth lens group, G6... Sixth lens group, G7... Seventh lens group, G8... Eighth lens group, L3... First free-form surface lens, L4... Second free-form surface lens, S... Aperture stop , 100... Imaging device, 10... Imaging element

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Abstract

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、第１自由曲面レンズを含む第３レンズ群と、第２自由曲面レンズを含む第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とを有し、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レンズ群が光軸方向に固定され、第２レンズ群が像側へ移動し、第３レンズ群と第４レンズ群が光軸に垂直な方向へ別々に移動する。

Description

可変焦点距離レンズ系及び撮像装置
　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系の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、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、第１自由曲面レンズを含む第３レンズ群と、第２自由曲面レンズを含む第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とを有し、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レンズ群が光軸方向に固定され、前記第２レンズ群が像側へ移動し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群が光軸に垂直な方向へ別々に移動するものである。
　これにより、第３レンズ群と第４レンズ群が光軸に垂直な方向へ別々に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二つの自由曲面レンズの像側に正の屈折力を有する第５レンズ群が配置されることにより第２レンズ群による発散作用が弱まる。
　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）０．２５＜｜ｆ２｜／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜０．４０
但し、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
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、広角端状態で第１レンズ群と第２レンズ群を通過する軸外光束が光軸に近付くと共に広角端状態で第２レンズ群を通過する軸外光束と軸上光束との高さの差が大きくなる。
　第３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レンズ群と前記第５レンズ群との間に配置され、下記の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）０．３＜ΣＡＳ／ｆｔ＜０．６
但し、
ΣＡＳ：望遠端状態における開口絞りから像面までの光軸に沿った長さ
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、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズに入射する主光線が光軸となす角度が小さくなると共に第１レンズ群と第２レンズ群の屈折力を弱めることが可能になる。
　第４に、上記した可変焦点距離レンズ系においては、以下の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）－２．５＜ｆ１２ｗ／ｆｗ＜－１．５
但し、
ｆ１２ｗ：広角端状態における第１レンズ群と第２レンズ群との合成焦点距離
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、第２レンズ群を射出する光線の発散が抑制されると共に第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸に近付く。
　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（４）及び条件式（５）を満足することが望ましい。
（４）０．１＜｜ΔＬＡ｜／ｆｔ＜０．３
（５）０．１＜｜ΔＬＢ｜／ｆｔ＜０．３
但し、
ΔＬＡ：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焦点距離状態までレンズの位置状態が変化する際の第３レンズ群の移動量
ΔＬＢ：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焦点距離状態までレンズの位置状態が変化する際の第４レンズ群の移動量
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、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズの移動量が小さくなると共に焦点距離の変化に伴う非対称な収差の変動が抑制される。
　第６に、上記した可変焦点距離レンズ系においては、第６レンズ群と第７レンズ群と第８レンズ群が第５レンズ群の像側において物体側から像側へ順に配置され、前記第６レンズ群は正の屈折力を有し、前記第７レンズ群は負の屈折力を有し、前記第８レンズ群は正の屈折力を有し、焦点距離が広角端状態から望遠端状態まで変化する際に、前記第５レンズ群と前記第６レンズ群がそれぞれ物体側へ移動することが望ましい。
　これにより、第１レンズ群から第５レンズ群に加えて第５レンズ群よりも像側のレンズ群においても焦点距離を変化させる作用が生じる。
　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７レンズ群が被写体距離の変化に応じて光軸方向へ移動することが望ましい。
　これにより、二つの正レンズ群である第５レンズ群と第６レンズ群の像側に、軸上光線がより狭められた状態で入射する。
　第８に、上記した可変焦点距離レンズ系においては、焦点距離が広角端状態から望遠端状態まで変化する際に、前記第８レンズ群が光軸方向に固定されていることが望ましい。
　これにより、フォーカス移動量を減らす役割を有する第８レンズ群が固定される。
　第９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、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、第１自由曲面レンズを含む第３レンズ群と、第２自由曲面レンズを含む第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とを有し、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レンズ群が光軸方向に固定され、前記第２レンズ群が像側へ移動し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群が光軸に垂直な方向へ別々に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３レンズ群と第４レンズ群が光軸に垂直な方向へ別々に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二つの自由曲面レンズの像側に正の屈折力を有する第５レンズ群が配置されることにより第２レンズ群による発散作用が弱まる。
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、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、第１自由曲面レンズを含む第３レンズ群と、第２自由曲面レンズを含む第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とを有している。
　また、本技術の可変焦点距離レンズ系は、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レンズ群が光軸方向に固定され、第２レンズ群が像側へ移動し、第３レンズ群と第４レンズ群が光軸に垂直な方向へ別々に移動する。
　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二つ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二つ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。
　このように、本技術の可変焦点距離レンズは、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズの光軸に垂直な方向への移動により焦点距離を変化させることが可能である。但し、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズだけでレンズ系全体の焦点距離を変化させる場合には、色収差補正等を充分に行うことが困難である。
　そこで、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レンズ群とを物体側より像側へ順に配置し、広角端状態では第１レンズ群と第２レンズ群とを近接して配置し、望遠端状態まで焦点距離が変化する際に第１レンズ群は光軸方向に固定され、第２レンズ群が像側へ移動することで、第１レンズ群と第２レンズ群との合成焦点距離を変化させ、色収差の補正を良好に行っている。
　また、二つの自由曲面レンズの像側に正の屈折力を有する第５レンズ群を配置することで、第２レンズ群による発散作用を弱めてレンズ系の全長を短縮している。
　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。
　本技術においては、上記した構成の基で、以下の条件式（１）を満足することが望ましい。
（１）０．２５＜｜ｆ２｜／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜０．４０
但し、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
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（１）は、第２レンズ群の焦点距離を規定する条件式であり、第１レンズ群のレンズ径の小型化と高い光学性能の向上とのバランスを図るための式である。
　条件式（１）の上限値を上回った場合には、広角端状態で第１レンズ群と第２レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れてしまうため、レンズ径が大型化してしまう。
　逆に、条件式（１）の下限値を下回った場合には、広角端状態で第２レンズ群を通過する軸外光束と軸上光束との高さの差が小さくなり、軸上収差と軸外収差とを同時に補正することが難しくなってしまう。
　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、広角端状態での第１レンズ群と第２レンズ群を通過する軸外光束を光軸に近付けてレンズ径の小型化を図ることができると共に軸上収差と軸外収差とを同時に補正し易くして高い光学性能を確保することができる。
　ところで、第３レンズ群と第４レンズ群に含まれる第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズは焦点距離が変化する際にＹ軸方向へ徐々に移動するため、通過する光線も徐々に移動する。従って、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズで発生する軸外収差を良好に補正するためには、主光線が光軸となす角度を小さくする、即ち、主光線が光軸に平行に近い状態にすることが重要である。
　本技術においては、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズで発生する収差を抑えるために、開口絞りが第２レンズ群と第５レンズ群との間に配置され、下記の条件式（２）を満足することが望ましい。
（２）０．３＜ΣＡＳ／ｆｔ＜０．６
但し、
ΣＡＳ：望遠端状態における開口絞りから像面までの光軸に沿った長さ
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）の下限値を下回った場合には、開口絞りから像面までの距離が短くなり、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズに入射する主光線が光軸となす角度が大きくなってしまうため、焦点距離を変化させる際に発生する非対称な収差を良好に補正することが難しくなってしまう。
　条件式（２）の上限値を上回った場合には、焦点距離を変化させる際の第２レンズ群の移動可能なスペースが減り、第１レンズ群と第２レンズ群の屈折力が強まってしまう。その結果、レンズの位置状態が変化する際に第１レンズ群と第２レンズ群で発生する軸外収差の変動を抑えられず、高い光学性能の確保が難しくなる。
　従って、可変焦点距離レンズ系が条件式（２）を満足することにより、焦点距離を変化させる際に発生する非対称な収差を良好に補正することができると共にレンズの位置状態が変化する際の第１レンズ群と第２レンズ群で発生する軸外収差の変動を抑制して高い光学性能を確保することができる。
　本技術においては、レンズ径の小型化と光学全長の短縮化を両立するために下記の条件式（３）を満足することが望ましい。
（３）－２．５＜ｆ１２ｗ／ｆｗ＜－１．５
但し、
ｆ１２ｗ：広角端状態における第１レンズ群と第２レンズ群との合成焦点距離
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（３）は広角端状態における第１レンズ群と第２レンズ群との合成焦点距離を規定する式である。
　条件式（３）の上限値を上回った場合には、第２レンズ群を射出する光線が強く発散された状態となり、レンズ系の全長が長くなってしまう。
　逆に、条件式（３）の下限値を下回った場合には、第１レンズ群の屈折力が正に強まるため、第１レンズ群を通過する軸外光束が光軸から離れ、第１レンズ群のレンズ径が大きくなってしまう。
　従って、可変焦点距離レンズ系が条件式（３）を満足することにより、第２レンズ群を射出する光線の発散を抑制してレンズ系の全長を短縮化することができると共に第１レンズ群を通過する軸外光束を光軸に近付けて第１レンズ群のレンズ径の小型化を図ることができる。
　尚、本技術においては、条件式（３）の上限値を－１．７０とすることにより、自由曲面レンズのレンズ径を小さくして、レンズ全体の大きさをより小さくすることができる。
　本技術においては、更なる高性能化と小型化を両立するために、焦点距離が変化する際に必要な第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズの移動量が条件式（４）と条件式（５）を満足することが望ましい。
（４）０．１＜｜ΔＬＡ｜／ｆｔ＜０．３
（５）０．１＜｜ΔＬＢ｜／ｆｔ＜０．３
但し、
ΔＬＡ：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焦点距離状態までレンズの位置状態が変化する際の第３レンズ群の移動量
ΔＬＢ：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焦点距離状態までレンズの位置状態が変化する際の第４レンズ群の移動量
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（４）と条件式（５）は、望遠端状態における焦点距離ｆｔを用いているが、実際には、広角端状態における焦点距離ｆｗでノーマライズ（無次元化）しており、第３レンズ群と第４レンズ群の移動量をズーム比（＝ｆｔ／ｆｗ）で割った値を規定するものである。
　条件式（４）と条件式（５）の上限値を上回った場合には、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズの移動量が大きくなり過ぎて、レンズの小型化を損ねてしまう。
　逆に、条件式（４）と条件式（５）の下限値を下回った場合には、焦点距離の変化に伴う非対称な収差の変動が大きくなってしまい、更なる高性能化が難しくなってしまう。
　従って、可変焦点距離レンズ系が条件式（４）及び条件式（５）を満足することにより、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズの移動量を小さくしてレンズの小型化を図ることができると共に焦点距離の変化に伴う非対称な収差の変動を抑制して高性能化を図ることができる。
　本技術においては、焦点距離範囲の全体に亘って高い光学性能を得るために、第６レンズ群と第７レンズ群と第８レンズ群が第５レンズ群の像側において物体側から像側へ順に配置され、第６レンズ群は正の屈折力を有し、第７レンズ群は負の屈折力を有し、第８レンズ群は正の屈折力を有し、焦点距離が広角端状態から望遠端状態まで変化する際に、第５レンズ群と第６レンズ群がそれぞれ物体側へ移動することが望ましい。
　これは、本技術においては、第１レンズ群から第５レンズ群だけで焦点距離を変化させるだけでなく、第５レンズ群よりも像側にもレンズ群を配置することで、第５レンズ群よりも像側のレンズ群においても焦点距離を変化させる作用を担わせ、小型で高い光学性能を達成するためである。
　特に、焦点距離が変化する際に、第５レンズ群と第６レンズ群が両者の間隔を変えながら、移動することによって、焦点距離の変化に伴って発生する軸外収差を良好に補正することが可能である。
　また、本技術においては、第７レンズ群が被写体距離の変化に応じて光軸方向へ移動することが望ましい。
　これにより、二つの正レンズ群である第５レンズ群と第６レンズ群の像側に、軸上光線がより狭められた状態で入射するため、レンズ径を小さくすることができると共にレンズの軽量化を図ることができる。
　さらに、本技術においては、焦点距離が広角端状態から望遠端状態まで変化する際に、第８レンズ群が光軸方向に固定されていることが望ましい。
　第８レンズ群は第７レンズ群のフォーカス移動量を減らす役割を有しているため、第８レンズ群を光軸方向に固定することにより、構造の簡素化を図ることができる。
　尚、本技術においては、二つの自由曲面レンズの屈折力が常に同じ符号である必要はなく、正から負に変化してもよく、正から負に変化した後に再び正に変化してもよい。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　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、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、第１自由曲面レンズＬＡを含む第３レンズ群Ｇ３と、第２自由曲面レンズＬＢを含む第４レンズ群Ｇ４と、正の屈折力を有する第５レンズ群Ｇ５と、正の屈折力を有する第６レンズ群Ｇ６と、負の屈折力を有する第７レンズ群Ｇ７と、正の屈折力を有する第８レンズ群Ｇ８とで構成されている。
　開口絞りＳは第４レンズ群Ｇ４と第５レンズ群Ｇ５との間に配置される。
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表５に第１実施例における条件式の対応値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　表１０に第２実施例における条件式の対応値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
　表１５に第３実施例における条件式の対応値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
　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、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、第１自由曲面レンズを含む第３レンズ群と、第２自由曲面レンズを含む第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とを有している。
　また、本技術の撮像装置は、可変焦点距離レンズ系が、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レンズ群が光軸方向に固定され、第２レンズ群が像側へ移動し、第３レンズ群と第４レンズ群が光軸に垂直な方向へ別々に移動する。
　本技術の撮像装置は、可変焦点距離レンズ系が、第３レンズ群と第４レンズ群にそれぞれ含まれる第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。
　このように、本技術の撮像装置は、可変焦点距離レンズの第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズの光軸に垂直な方向への移動により焦点距離を変化させることが可能である。但し、第１自由曲面レンズと第２自由曲面レンズだけでレンズ系全体の焦点距離を変化させる場合には、色収差補正等を充分に行うことが困難である。
　そこで、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レンズ群とを物体側より像側へ順に配置し、広角端状態では第１レンズ群と第２レンズ群とを近接して配置し、望遠端状態まで焦点距離が変化する際に第１レンズ群は光軸方向に固定され、第２レンズ群が像側へ移動することで、第１レンズ群と第２レンズ群との合成焦点距離を変化させ、色収差の補正を良好に行っている。
　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、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、第１自由曲面レンズを含む第３レンズ群と、第２自由曲面レンズを含む第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とを有し、
　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レンズ群が光軸方向に固定され、前記第２レンズ群が像側へ移動し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群が光軸に垂直な方向へ別々に移動する
　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）０．２５＜｜ｆ２｜／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜０．４０
但し、
ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
　＜３＞
　開口絞りが前記第２レンズ群と前記第５レンズ群との間に配置され、
　下記の条件式（２）を満足する
　前記＜２＞に記載の可変焦点距離レンズ系。
（２）０．３＜ΣＡＳ／ｆｔ＜０．６
但し、
ΣＡＳ：望遠端状態における開口絞りから像面までの光軸に沿った長さ
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＞
　以下の条件式（３）を満足する
　前記＜３＞に記載の可変焦点距離レンズ系。
（３）－２．５＜ｆ１２ｗ／ｆｗ＜－１．５
但し、
ｆ１２ｗ：広角端状態における第１レンズ群と第２レンズ群との合成焦点距離
ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
　＜５＞
　下記の条件式（４）及び条件式（５）を満足する
　前記＜４＞に記載の可変焦点距離レンズ系。
（４）０．１＜｜ΔＬＡ｜／ｆｔ＜０．３
（５）０．１＜｜ΔＬＢ｜／ｆｔ＜０．３
但し、
ΔＬＡ：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焦点距離状態までレンズの位置状態が変化する際の第３レンズ群の移動量
ΔＬＢ：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焦点距離状態までレンズの位置状態が変化する際の第４レンズ群の移動量
ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
とする。
　＜６＞
　第６レンズ群と第７レンズ群と第８レンズ群が第５レンズ群の像側において物体側から像側へ順に配置され、
　前記第６レンズ群は正の屈折力を有し、前記第７レンズ群は負の屈折力を有し、前記第８レンズ群は正の屈折力を有し、
　焦点距離が広角端状態から望遠端状態まで変化する際に、前記第５レンズ群と前記第６レンズ群がそれぞれ物体側へ移動する
　前記＜５＞に記載の可変焦点距離レンズ系。
　＜７＞
　前記第７レンズ群が被写体距離の変化に応じて光軸方向へ移動する
　前記＜６＞に記載の可変焦点距離レンズ系。
　＜８＞
　焦点距離が広角端状態から望遠端状態まで変化する際に、前記第８レンズ群が光軸方向に固定されている
　前記＜７＞に記載の可変焦点距離レンズ系。
　＜９＞
　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、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、第１自由曲面レンズを含む第３レンズ群と、第２自由曲面レンズを含む第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とを有し、
　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レンズ群が光軸方向に固定され、前記第２レンズ群が像側へ移動し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群が光軸に垂直な方向へ別々に移動する
　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、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 (9)

  1. 　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、第１自由曲面レンズを含む第３レンズ群と、第２自由曲面レンズを含む第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とを有し、
    　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レンズ群が光軸方向に固定され、前記第２レンズ群が像側へ移動し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群が光軸に垂直な方向へ別々に移動する
    　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）０．２５＜｜ｆ２｜／（ｆｗ・ｆｔ）1/2＜０．４０
    但し、
    ｆ２：第２レンズ群の焦点距離
    ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
    ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
    とする。
  3. 　開口絞りが前記第２レンズ群と前記第５レンズ群との間に配置され、
    　下記の条件式（２）を満足する
    　請求項２に記載の可変焦点距離レンズ系。
    （２）０．３＜ΣＡＳ／ｆｔ＜０．６
    但し、
    ΣＡＳ：望遠端状態における開口絞りから像面までの光軸に沿った長さ
    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. 　以下の条件式（３）を満足する
    　請求項３に記載の可変焦点距離レンズ系。
    （３）－２．５＜ｆ１２ｗ／ｆｗ＜－１．５
    但し、
    ｆ１２ｗ：広角端状態における第１レンズ群と第２レンズ群との合成焦点距離
    ｆｗ：広角端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
    とする。
  5. 　下記の条件式（４）及び条件式（５）を満足する
    　請求項４に記載の可変焦点距離レンズ系。
    （４）０．１＜｜ΔＬＡ｜／ｆｔ＜０．３
    （５）０．１＜｜ΔＬＢ｜／ｆｔ＜０．３
    但し、
    ΔＬＡ：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焦点距離状態までレンズの位置状態が変化する際の第３レンズ群の移動量
    ΔＬＢ：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焦点距離状態までレンズの位置状態が変化する際の第４レンズ群の移動量
    ｆｔ：望遠端状態におけるレンズ系全体の焦点距離
    とする。
  6. 　第６レンズ群と第７レンズ群と第８レンズ群が第５レンズ群の像側において物体側から像側へ順に配置され、
    　前記第６レンズ群は正の屈折力を有し、前記第７レンズ群は負の屈折力を有し、前記第８レンズ群は正の屈折力を有し、
    　焦点距離が広角端状態から望遠端状態まで変化する際に、前記第５レンズ群と前記第６レンズ群がそれぞれ物体側へ移動する
    　請求項５に記載の可変焦点距離レンズ系。
  7. 　前記第７レンズ群が被写体距離の変化に応じて光軸方向へ移動する
    　請求項６に記載の可変焦点距離レンズ系。
  8. 　焦点距離が広角端状態から望遠端状態まで変化する際に、前記第８レンズ群が光軸方向に固定されている
    　請求項７に記載の可変焦点距離レンズ系。
  9. 　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、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、第１自由曲面レンズを含む第３レンズ群と、第２自由曲面レンズを含む第４レンズ群と、正の屈折力を有する第５レンズ群とを有し、
    　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レンズ群が光軸方向に固定され、前記第２レンズ群が像側へ移動し、前記第３レンズ群と前記第４レンズ群が光軸に垂直な方向へ別々に移動する
    　撮像装置。
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